KR102395961B1 - 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정수된 처리수 또는 처리용 물질이 일정비율로 섞인 희석수가 수용되는 세정조; 세정 시기가 되어 상기 세정조에 수용되는 것으로, 알지네이트 겔층이 코팅된 분리막을 포함하는 침지형 관형여과막 모듈; 및 상기 세정조에 수용되어 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치되며, 상기 분리막의 오염물질을 제거하거나, 상기 알지네이트 겔층을 상기 침지형 관형여과막 모듈로부터 제거하거나, 상기 침지형 관형여과막 모듈에 새로운 알지네이트 겔층을 코팅하는 과정에서 가교가 되지 않은 잔여 알지네이트 겔 또는 불순물을 제거하도록, 세정용 공기를 주입하는 펄스형 산기관을 포함하는 것을 특징으로 하여, 관형여과막에 알지네이트 겔층의 코팅 및 분해를 효과적으로 할 수 있는 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관형여과막에 알지네이트 겔층의 코팅 및 분해를 효과적으로 할 수 있는 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법에 관한 것이다.
상,하수 및 폐수 등에서 불순물(입자상 물질)을 제거하기 위한 여과기 관련분야에서는 일반적으로 분리막(membrane)을 이용하여 원수(피처리액) 중의 오염물질을 여과함으로써 생산수를 얻고 있다.
분리막은 특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 용해되어 있지 않는 입자를 분리하는 일반 여과(Filtration)뿐만 아니라, 폐수 중의 콜로이드, 미립자 등의 부유물질을 분리 제거하는데 적합하다.
따라서 분리막이라 함은, 액체에 용해된 용존물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 특수한 재질의 막(膜)을 지칭하는 것이다.
이러한 분리막은 그 성능에 따라 정밀여과막(MF; Microfiltration Membrane), 한외여과막(UF; Ultra filtration Membrane), 나노여과막(NF; Nano filtration Membrane), 역삼투막(RO; Reverse Osmosis Membrane), 이온교환막(IE; Ion Exchange), 전기투석막(ED; Electrolyte Dialysis), 기체분리막(GAS; Gas Separation/ PV), 및 혈액투석막 (Hem dialysis)으로 나뉘며, 사용 목적에 따라 적절히 활용되는 것이다
또한, 분리막은 형태에 따라 나권형(Spiral-wound), 중공사형(Hollow -Fiber), 관형(Tubular Type), 판틀형(Plate ＆ Frame type), 실관형(Hollow-fiber type) 그리고 모노리스형 모듈(Monolith type) 등으로 구분할 수 있다.
이 중에서 관형막은 강한 내구성과 내화학성을 가지고 있어 다른 막으로 처리하기 어려운 고농도의 폐수를 처리하거나 오염물질 또는 회수 대상 물질을 농축하는데 사용되고 있으며 이에 대한 다양한 연구개발이 진행되어 왔다.
상기와 같은 관점에서 발명된 것으로, 등록특허 제10-1260742호의 "여과용 분리막 엘리먼트 및 여과용 막 모듈"(이하 선행기술) 등과 같은 것을 들 수 있다.
그러나, 선행기술을 포함한 기존의 여과장치들은 지속적인 사용을 위하여는여과가 지속됨에 따라 여과막에 쌓이는 불순물을 제거하여 세정해 줄 필요가 있다.
막분리 공정의 가장 큰 문제점은 노화와 파울링(fouling)에 의한 성능 저하에 있다.
막처리에 있어서는 시간경과와 함께 막의 표면과 유로에 부착물질이 축적해가기 때문에 정기적 세정이 필요하다.
분리막 세정법은 역압세정, 공기세정, 플러싱 세정 등의 물리세정과 막표면에는 없지만 분리막 내부에 축적한 오염물질을 제거하고 막성능을 회복하기 위한 약액세정(화학세정)이 있다.
물리세정은 운전비용이 저렴하지만 세정 효율이 떨어지며 화학세정은 세정 효과는 높지만 운전비용이 높고 유해 부산물이 발생하여 취급이 용이하지 않고 환경오염의 문제점이 있다.
이에 분리막 수명을 늘리기 위해 화학적 세정에 준하는 수준으로 비가역적 파울링을 제거할 수 있는 친환경적인 세정 기술이 필요하다.이 높고 유해 부산물이 발생하여 취급이 용이하지 않고 환경오염의 문제점이 있다.
이에 분리막 수명을 늘리기 위해 화학적 세정에 준하는 수준으로 비가역적 파울링을 제거할 수 있는 친환경적인 세정 기술이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 침지형 분리막의 분리막에 알지네이트 겔층의 코팅 및 분해를 효과적으로 할 수 있도록 하는 친환경적인 침지형 분리막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 정수된 처리수 또는 처리용 물질이 일정비율로 섞인 희석수가 수용되는 세정조;
세정 시기가 되어 상기 세정조에 수용되는 것으로, 알지네이트 겔층이 코팅된 분리막을 포함하는 침지형 분리막 모듈; 및 상기 세정조에 수용되어 상기 침지형 분리막 모듈의 하부측에 배치되며, 상기 분리막의 오염물질을 제거하거나, 상기 알지네이트 겔층을 상기 침지형 분리막 모듈의 상기 분리막으로부터 제거하거나, 상기 침지형 분리막 모듈에 새로운 알지네이트 겔층을 코팅하는 과정에서 가교가 되지 않은 잔여 알지네이트 겔 또는 불순물을 제거하도록, 세정용 공기를 주입하는 펄스형 산기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경적인 침지형 분리막 세정장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 처리용 물질은, 상기 분리막을 제거하기 위한 염화나트륨 수용액 또는 상기 알지네이트 수용액 또는 새로운 분리막을 형성시키고자 상기 알지네이트를 겔화시키기 위한 염화칼슘 수용액 또는 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 철 등과 같은 다가금속이온 또는 고농도의 이온수 중 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 펄스형 산기관은, 하면이 개방된 산기관 본체와, 상기 산기관 본체의 상면 중심에 형성되어 상기 산기관 본체의 내부 공간과 연통되는 공기배출관과, 상기 산기관 본체의 상면에 형성되어 상기 산기관 본체의 내부 공간으로 상기 세정용 공기가 주입되는 에어주입관을 포함하며, 상기 세정용 공기는 상기 산기관 본체의 상부측으로부터 주입되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 산기관 본체의 상면은 반구형으로 형성되어 상기 산기관 본체는 캡 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 펄스형 산기관은, 상기 산기관 본체에 내장되어 상기 공기배출관의 외주면과 제1 간격으로 마주보는 내주면을 가지며, 상면이 개방된 공기유도관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기유도관의 하면은 반구형으로 형성되어 상기 공기유도관은 컵 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 공기배출관은 상기 산기관 본체의 상면 중심으로부터 일정 높이로 노출되어 돌출된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 원수를 처리하는 침지형 관형여과막 모듈을 크리닝 또는 세정 시기가 되면 막분리조로부터 분리하여 세정조에 수용하고, 세정용 공기와 염화나트륨 수용액을 이용하여 상기 침지형 관형여과막 모듈로부터 알지네이트 겔층을 분리하는 제1 단계; 및 상기 세정조에 알지네이트(alginate) 수용액과 염화칼슘 수용액을 투입하여 상기 침지형 관형여과막 모듈에 새로운 알지네이트 겔층을 형성하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경적인 침지형 관형여과막의 세정장치를 이용한 세정방법을 제공할 수도 있을 것이다.
여기서, 상기 제1 단계는, 크리닝 또는 세정 시기가 된 상기 침지형 관형여과막 모듈을 정수된 처리수가 수용된 상기 세정조에 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 분리막 표면의 오염물질을 세척하는 제1 과정과, 상기 염화나트륨 수용액이 수용된 상기 세정조에 상기 제1 과정을 거친 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 오염된 알지네이트 겔층을 상기 침지형 관형여과막 모듈로부터 분리시키는 제2 과정과, 새로운 처리수가 수용된 상기 세정조에 상기 제2 과정을 거친 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 상기 관형여과막 모듈의 잔여 알지네이트 겔을 제거하는 제3 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제2 단계는, 상기 알지네이트 수용액이 수용된 상기 세정조에 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 관형여과막 모듈에 상기 알지네이트를 확산 도포하는 제4 과정과, 새로운 처리수가 수용된 상기 세정조에 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 상기 침지형 관형여과막 모듈 전체에 균일한 두께로 알지네이트가 도포되도록, 잉여 알지네이트를 세척하는 제5 과정과, 염화칼슘 수용액이 수용된 상기 세정조에 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈 전체에 도포된 알지네이트를 겔화시켜 알지네이트 겔층(gel layer)을 코팅하는 제6 과정과, 새로운 처리수가 수용된 상기 세정조에 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 상기 알지네이트 겔층의 가교가 되지 않은 잔여 알지네이트 겔 또는 불순물을 제거하는 제7 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
우선, 본 발명은 분리막에 형성한 알지네이트 겔층에 막오염이 되면 외부 자극을 가하고, 이렇게 알지네이트 겔층을 분해하면 퇴적물도 함께 분리막으로부터 떨어져 나감으로써 막의 성능을 회복할 수 있게 된다는 특장점을 가진다.
즉, 본 발명은 침지형 관형여과막의 분리막 표면과 유로가 오염되면 막의 교체없이 효과적으로 친환경 세정을 할 수 있으므로, 유해화학물의 발생이 없이 막수명을 늘릴 수 있게 될 것이다.
본 발명에 따른 펄스형 산기관은 알지네이트 겔층을 코팅하거나 분해하는 공정에 적용할 수 있음은 물론,
일반적인 분리막의 산기장치로 사용함으로써 여과 및 세정에 필요한 공기량을 대폭적으로 절감할 수 있다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 전체적인 구성을 나타낸 개념도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 침지형 관형여과막 모듈과 펄스형 산기관의 구조를 도시한 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 펄스형 산기관의 내부 구조를 도시한 측단면 개념도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 펄스형 산기관에 내부에 세정용 공기를 주입하고 배출시키는 과정을 순차적으로 도시한 개념도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 침지형 관형여과막 모듈과 펄스형 산기관의 구조를 도시한 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 펄스형 산기관의 내부 구조를 도시한 측단면 개념도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 펄스형 산기관에 내부에 세정용 공기를 주입하고 배출시키는 과정을 순차적으로 도시한 개념도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
우선, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
그리고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 침지형 관형여과막 모듈(100)과 펄스형 산기관(200)의 구조를 도시한 개념도이다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 펄스형 산기관(200)의 내부 구조를 도시한 측단면 개념도이다.
아울러, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치의 주요부인 펄스형 산기관(200)에 내부에 세정용 공기를 주입하고 배출시키는 과정을 순차적으로 도시한 개념도이다.
참고로, 도 4에서 표시되지 않은 도면부호는 도 1 내지 도 3을 참조한다.
본 발명은 도시된 바와 같이 정수된 처리수 또는 처리용 물질이 일정비율로 섞인 희석수가 수용되는 세정조(300)에 침지형 관형여과막 모듈(100)과 펄스형 산기관(200)이 수용된 구조임을 파악할 수 있다.
침지형 관형여과막 모듈(100)은 세정 시기가 되어 세정조(300)에 수용되는 것으로, 알지네이트 겔층이 코팅된 분리막(이하 미도시)을 포함하는 것이다.
펄스형 산기관(200)은 세정조(300)에 수용되어 침지형 관형여과막 모듈(100)의 하부측에 배치되며, 분리막의 오염물질을 제거하거나, 알지네이트 겔층을 침지형 관형여과막 모듈(100)의 분리막으로부터 제거하거나, 침지형 관형여과막 모듈(100)에 새로운 알지네이트 겔층을 코팅하는 과정에서 잉여 알지네이트 수용액 또는 가교가 되지 않은 잔여 알지네이트 겔 또는 불순물을 제거하도록, 세정용 공기를 주입하는 역할을 수행하기 위하여 마련된 것이다.
즉, 펄스형 산기관(200)은 잉여 알지네이트 겔 또는 잔여 알지네이트 겔 또는 불순물을 세척하기 위하여 마련된 것이다.
따라서, 본 발명은 분리막을 교체할 필요없이 막의 성능을 회복하기 위한 세정 장치 및 후술시 설명할 세정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며 다음과 같은 다양한 실시예의 적용이 가능함은 물론이다.
우선, 알지네이트가 코팅되어 형성된 분리막은 침지형 관형여과막 모듈(100)을 구성하는 관형지지체의 내부 또는 외부에 형성될 수 있을 것이다.
전술한 처리용 물질은, 알지네이트 겔층을 제거하기 위한 염화나트륨 수용액 또는 알지네이트 수용액 또는 새로운 알지네이트 겔층을 형성시키기 위한 염화칼슘 수용액 또는 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 철 등과 같은 다가금속이온 또는 고농도의 이온수 중 하나일 수도 있다.
또한, 세정용 공기는 펄스형 산기관(200)의 상부측으로부터 주입되는 것이 바람직하다.
세정용 공기를 펄스형 산기관(200)의 상부측으로부터 주입하는 것은 산기관 본체(210) 내부의 물이 출렁거리는 것을 방지하고자 함이며, 산기관 본체(210)의 하면이 개방된 것은 세정조(300) 내부의 처리수 또는 희석수가 충분히 공급되도록 하기 위한 것이다.
한편, 본 발명은 도 1과 같이 펄스형 산기관(200)과 배관 연결되어 세정용 공기를 주입하는 에어공급원(201)과, 처리수 또는 희석수와 함께 세정조(300)의 외부로 배출되도록, 침지형 관형여과막 모듈(100)의 일측과 연결되는 처리수 배출관(310)을 더 구비할 수도 있다.
또한, 처리수 배출관(310)의 단부에는 순환펌프(320)가 연결되어 처리수 또는 희석수가 세정조(300)로 되돌아 들어가는 순환이 이루어지도록 할 수도 있을 것이다.
즉, 침지형 관형여과막 모듈(100)을 구성하는 다수의 분리막에 일일이 오염된 알지네이트를 분해하거나 새로운 알지네이트를 코팅하는 것은 매우 번거로운 일이므로, 침지형 관형여과막 모듈(100)은 모듈별로 또는 프레임(400)이나 스키드(SKID) 형태의 유닛별로 실시할 수 있도록, 각 공정별 세정조(300)를 포함한 탱크(이하 미도시) 및 순환펌프(320)로 구성하는 것이다.
순환펌프(320)에는 특별히 도시하지 않았지만, 순환펌프(320)의 입구 및 토출측에 처리수 배관 또는 후술할 환수 배관(330)과 용이하게 탈부착 연결될 수 있도록 커플링을 포함한 관 연결구(이하 미도시)를 더 구비할 수 있다.
또한, 아래와 같이 처리수 또는 희석수 등의 순환 상태 및 알지네이트의 코팅 정도 또는 분리 정도를 현장에서 실시간으로 확인하고 판단할 수 있도록 음압계(312)와 압력계(331) 및 유량계(333)를 추가적으로 마련할 수도 있다.
한편, 세정조(300)와 순환펌프(320)의 입구측을 연결하는 처리수 배출관(310) 상에는 제1 개폐 밸브(311)가 장착되어 처리수 배출관(310)의 유로를 선택적으로 개폐하게 된다.
순환펌프(320)의 토출측과 세정조(300)를 환수 배관(330)이 상호 연결하게 된다.
세정조(300)와 제1 개폐 밸브(311) 사이의 처리수 배출관(310) 상에는 음압계(312)가 장착되어 제1 개폐 밸브(311)에 의한 처리수 배출관(310)의 유로 개방시 순환펌프(320)의 입구측에 의한 음압이 작동하는지 여부를 실시간으로 측정하여 압력값으로 나타낸다.
환수 배관(330) 상에는 제2 개폐 밸브(332)가 장착되어 순환펌프(320)의 토출측으로부터 배출되는 처리수 또는 희석수의 배출을 선택적으로 허용 또는 차단하게 된다.
환수 배관(330) 상에는 압력계(331)가 장착되어 제2 개폐 밸브(332)의 출구측에 배치되고, 제2 개폐 밸브(332)에 의한 환수 배관(330)의 유로 개방시 순환펌프(320)의 토출측에 의한 양압이 작동하는지 여부를 실시간으로 측정하여 압력값으로 나타낸다.
환수 배관(330) 상에는 유량계(333)가 장착되어 압력계(331)와 세정조(300) 사이에 배치되고, 세정조(300)측으로 되돌아 들어가는 처리수 또는 희석수의 유량을 실시간으로 측정하여 나타낸다.
한편, 본 발명은 도 2와 같이 침지형 관형여과막 모듈(100)을 상하 복수로 적층하고 상하 복수로 적층한 상태를 유지하고 지지함과 동시에 펄스형 산기관(200)이 하부측에 장착된 프레임(400)을 더 구비할 수도 있다.
그리고, 본 발명은 프레임(400)에 장착되고, 최하부에 배치된 침지형 관형여과막 모듈(100)과 펄스형 산기관(200) 사이에 배치되어 세정용 공기를 침지형 관형여과막 모듈(100)로 안내하는 가이드(500)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.
또한, 프레임(400)에 상하 다단으로 적층되는 복수의 침지형 관형여과막 모듈(100)은 측면 삽입식으로 적층되도록 함으로써 설치 및 분리 등 조립 체결의 편의를 제공할 수 있도록 하였다.
아울러, 펄스형 산기관(200)과 가이드(500) 사이에는 일정한 크기 간격을 주어 펄스형 산기관(200)의 상부 중앙으로부터 세정용 공기가 배출될 때 충분한 물이 보충되도록 함으로써 세정용 공기의 상승 속도를 높일 수 있도록 하였다.
한편, 분리막의 분리나 코팅 공정이 이루어지는 동안 분리막의 분리나 코팅이 관형지지체 전체에 걸쳐 균일하게 이루어지기 위해서는 유속이 빠른 세정용 공기가 필요하다.
이때, 펄스형 산기관(200)은 세정용 공기가 굵은 기포(Coarse bubble)의 형태로 빠른 유속으로 침지형 관형여과막 모듈(100) 내부로 순간적인 대량의 유입이 가능하게 하는 역할을 수행하기 위하여 마련된 것이다.
이러한 펄스형 산기관(200)은 도 3과 같이 하면이 개방된 산기관 본체(210)와, 산기관 본체(210)의 상면(212)에 형성되어 산기관 본체(210)의 내부 공간과 연통되는 공기배출관(220)과, 산기관 본체(210)의 상면(212)에 형성되어 산기관 본체(210)의 내부 공간으로 세정용 공기가 주입되는 에어주입관(211)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.
여기서, 공기배출관(220)은 산기관 본체(210)의 상면(212) 중심에 형성됨을 알 수 있다.
이때, 산기관 본체(210)의 상면(212)은 반구형으로 형성되어 산기관 본체(210)는 캡 형상으로 형성되는 것도 파악 가능하다.
한편, 펄스형 산기관(200)은, 산기관 본체(210)에 내장되어 공기배출관(220)의 외주면과 제1 간격(d1)으로 마주보는 내주면을 가지며, 상면이 개방된 공기유도관(230)을 더 구비할 수도 있다.
공기유도관(230)의 하면(232)은 반구형으로 형성되어 공기유도관(230)은 컵 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이렇게 반구형을 가진 공기유도관(230)의 하면(232) 형상은 세정용 공기가 신속하게 이동할 때 그 저항을 최소화하기 위하여 설계된 구조라 할 수 있다.
즉, 펄스형 산기관(200)은 캡 형태의 산기관 본체(210)와 중앙에 배치된 공기배출관(220)을 구비하며, 중앙의 공기배출관(220)으로 세정용 공기를 유도하기 위한 컵 형태의 공기유도관(230)이 구비된 구조인 것이다.
공기유도관(230)은 하면이 막힌 컵 형상의 구조로 되어 있으므로, 세정용 공기 공기 유도관의 내주면과 공기배출관(220)의 외주면 사이를 통하여 공기배출관(220)의 상단부를 통해 유도되도록 하되, 세정조(300) 내부의 슬러지로 인한 막힘 현상을 방지할 수 잇게 되는 것이다.
또한, 산기관 본체(210)의 반구형 상면 형상 및 공기유도관(230)의 반구형 하면 형상은 세정용 공기와 처리수 또는 희석수의 원활한 흐름을 위하여 각진 부분을 없앤 구조라 할 수 있다.
아울러, 공기유도관(230)의 반구형 하면 형상은 물 속의 이물질로 인한 세정용 공기의 유로가 막히는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 공기배출관(220)은 산기관 본체(210)의 상면(212) 중심으로부터 일정 높이로 노출되어 돌출되는 것이 바람직하다.
공기배출관(220)의 상단부가 산기관 본체(210)의 상면(212) 중심으로부터 일정 높이로 돌출된 것은 물 속의 슬러지가 공기배출관(220)의 상단부 주변에 적체되지 않고 흘러내리도록 하기 위한 기술적 수단이라 할 수 있다.
한편, 공기유도관(230)의 상단부는 산기관 본체(210)의 천장면으로부터 제1 간격(d1)보다 큰 제2 간격(d2)으로 이격된다.
또한, 공기배출관(220)의 하단부는 공기유도관(230)의 바닥면으로부터 제1 간격(d1)보다 크고 제2 간격(d2)과 같거나 다른 제3 간격(d3)으로 이격된다.
따라서, 산기관 본체(210)의 내부로 유입된 세정용 공기는 제2 간격(d2)으로부터 제3 간격(d3)을 통하여 공기배출관(220)의 상단부를 통해 배출되는 것이다.
즉, 산기관 본체(210) 내부의 세정용 공기가 초당 v의 유량으로 (v/sec) 배출된다고 가정한다.
그러면, 세정용 공기는 도 4와 같이 배출될 것이다.
즉, 세정용 공기는 공기유도관(230)의 상단부 가장자리와 공기배출관(220)의 외주면 사이에 형성되는 제1 간격(d1)을 가진 링 형상의 틈(이하 제1 간극)으로부터, 공기유도관(230)의 상단부 가장자리와 산기관 본체(210)의 천장면 사이의 제2 간격(d2)을 가진 틈(이하 제2 간극)과 공기배출관(220)의 하단부 가장자리와 공기유도관(230)의 바닥면 사이의 제3 간격(d3)을 가진 틈(이하 제3 간극) 사이를 통하여, 일정 직경을 가진 공기배출관(220)의 상면을 통하여 배출될 것이다.
다시말해, 세정용 공기가 주입되면 산기관 본체(210)의 내부에 채워진 물을 밀어냄에 따라 세정용 공기는 제3 간극까지 도달하였을 때, 비로소 산기관 본체(210)에 채워진 공기가 싸이폰 현상에 의하여 공기배출관(220)으로 순간적으로 신속하게 배출되는 것이다.
따라서, 펄스형 산기관(200)은 이렇게 산기관 본체(210) 내부에 세정용 공기가 주입됨에 따라 공기와 물이 공기배출관(220)을 통해 배출되면, 다시 산기관 본체(210)에 물이 채워지는 것이 반복된다.
이와 같이 펄스형 산기관(200)은 물이 채워지고 공기의 유입에 따라 공기와 함께 배출되는 것이 일종의 펄스(pulse) 형태로 이루어지므로, 세정용 공기를 일정량만큼 모았다가 한꺼번에 배출하는 메카니즘을 구현할 수 있는 것이다.
이때, 세정용 공기의 원활한 배출을 위하여 제1 간극을 통과하는 세정용 공기의 유속은, 공기배출관(220)의 상면을 통하여 배출되는 세정용 공기의 유속에 비하여 적어도 3 내지 8배, 더욱 바람직하게는 5배 내외로 더 빠른 것이 바람직하다.
또한, 세정용 공기의 원활한 배출을 위하여 제2 간극과 제3 간극의 크기는 제1 간극보다 커야 할 것이다.
한편, 공기배출관(220)의 외주면과 마주보는 공기유도관(230)의 내주면 상단부 가장자리로부터, 공기배출관(220)의 외주면 하단부 가장자리와 마주보는 공기유도관(230)의 내주면 하부측까지의 거리는 제1 간격(d1)과 제2 간격(d2) 및 제3 간격(d3)보다 큰 제4 간격(d4)으로 형성되는 것이 바람직하다.
제4 간격(d4)은 적어도 제2 간격(d2)의 3 내지 8배, 더욱 바람직하게는 5배 내외가 되도록 한다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치를 이용한 세정방법에 관하여 다음과 같이 살펴본다.
세정방법은 다음의 제1, 2 단계에 의하여 이루어질 수 있다.
우선, 제1 단계에서는, 원수를 처리하는 침지형 관형여과막 모듈(100)을 크리닝 또는 세정 시기가 되면 막분리조로부터 분리하여 세정조(300)에 수용하고, 세정용 공기와 염화나트륨 수용액을 이용하여 침지형 관형여과막 모듈(100)로부터 알지네이트 겔층을 분리하는 공정이 이루어진다.
다음으로 제2 단계에서는, 세정조(300)에 알지네이트 수용액과 염화칼슘 수용액을 투입하여 침지형 관형여과막 모듈(100)에 새로운 알지네이트 겔층을 형성하는 공정이 이루어지게 된다.
이러한 세정 방법은 초기 세정시 제2 단계가 완료되면 다시 제1 단계 및 제2 단계를 실시할 수 있으며, 추후 세정시엔 제1, 2 단계를 순차 실시함으로써 세정하게 된다.
제1 단계는 다음의 세부적인 과정에 의하여 이루어질 수 있다.
우선, 크리닝 또는 세정 시기가 된 침지형 관형여과막 모듈(100)을 정수된 처리수가 수용된 세정조(300)에 침지시키고, 침지형 관형여과막 모듈(100)의 하부측에 배치된 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입하여 분리막 표면의 오염물질을 세척하는 작업을 수행할 수 있다(제1 과정).
이후, 염화나트륨 수용액이 수용된 세정조(300)에 제1 과정을 거친 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시키고, 침지형 관형여과막 모듈(100)의 하부측에 배치된 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입하여 오염된 알지네이트 겔층을 침지형 관형여과막 모듈(100)로부터 분리시키는 작업을 수행할 수 있다(제2 과정).
다음으로, 새로운 처리수가 수용된 세정조(300)에 제2 과정을 거친 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시키고, 침지형 관형여과막 모듈(100)의 하부측에 배치된 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입하여 잔여 알지네이트 겔을 제거하는 작업을 수행할 수 있다(제3 과정).
여기서, 제1 과정은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 세정조(300)에 정수된 처리수를 투입하고 처리수 배출관(310) 상에 장착된 제1 개폐 밸브(311)를 개방시켜 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시킨다.
이후, 펄스형 산기관(200)에 세정용 공기를 주입함으로써 크리닝 또는 세정 시기가 된 분리막의 표면을 세척하게 된다.
이때, 염화나트륨 수용액이 수용된 세정조(300)의 불순물이 다량으로 발생하는 것을 방지하기 위하여 역세척을 실시하면 효과를 배가시킬 수 있을 것이다.
또한, 제2 과정은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 염화나트륨 5% 수용액에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시켜 펄스형 산기관(200)에 세정용 공기를 주입함으로써, 오염된 알지네이트 겔층이 균일하게 분해되도록 한다.
그리고, 염화나트륨을 관형여과막 모듈에 역세함으로써 내부에 형성된 기공의 알지네이트 겔까지 분해시킨다.
아울러, 제3 과정은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 새로운 처리수를 투입하고 잔여 염화나트륨이 없도록 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입하고 처리수 배관의 제1 개폐 밸브(311) 및 환수 배관(330)의 제2 개폐 밸브(332)를 모두 개방하여 처리수를 순환시킨다.
이때, 정세 운전 초기의 잔여 염화나트륨을 배출시킨 후 순환하였지만 이를 배제하여도 무방하다.
한편, 제2 단계는 다음의 세부적인 과정에 의하여 이루어질 수 있다.
우선, 알지네이트 수용액이 수용된 세정조(300)에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시키고, 관형여과막 모듈(100)에 알지네이트를 확산 도포하는 작업을 수행할 수 있다(제4 과정).
다음으로, 새로운 처리수가 수용된 세정조(300)에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시키고, 침지형 관형여과막 모듈(100)의 하부측에 배치된 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입하여 관형여과막 모듈(100) 전체에 균일한 두께로 알지네이트가 도포되도록, 주변의 잉여 알지네이트를 세척하는 작업을 수행할 수 있다(제5 과정).
계속하여, 염화칼슘 수용액이 수용된 세정조(300)에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시키고, 관형여과막 모듈(100) 전체에 도포된 알지네이트를 겔화시켜 알지네이트 겔층(gel layer)을 코팅하는 작업을 수행할 수 있다(제6 과정).
이후, 새로운 처리수가 수용된 세정조(300)에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시키고, 침지형 관형여과막 모듈(100)의 하부측에 배치된 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입하여 알지네이트 겔층의 가교가 되지 않은 잔여 알지네이트 겔 또는 불순물을 제거하는 작업을 수행할 수 있다(제7 과정).
제4 과정은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 제3 과정을 실시한 후 알지네이트를 0.1 내지 0.5%로 희석한 희석수에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시켜 관형지지체에 도포되도록 한다.
이때, 과량의 알지네이트가 확산되는 것을 방지하기 위하여 처리수 배출관(310)상의 제1 개폐 밸브(311)는 차단시킨다.
본 과정에서는 알지네이트 수용액에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시켜 도포하는 딥코팅(Dip Coating)이 이루어지게 되므로, 본 과정에서는 세정용 공기를 주입할 필요는 없을 것이다.
제5 과정은 다음과 같이 이루어진다.
정수된 처리수에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시킨 다음 균일한 코팅이 이루어지도록 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입하고 잉여 알지네이트 수용액을 세척 제거한다.
이때, 제1 개폐 밸브(311)는 여전히 차단시킨다.
이렇게 제5 과정까지 완료되었다면 침지형 관형여과막 모듈(100)에 알지네이트 수용액이 균일하게 도포될 것이다.
제6 과정은 다음과 같이 이루어진다.
염화칼슘 수용액에 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시킨 다음 알지네이트를 겔화시킴으로써 침지형 관형여과막 모듈(100)에 알지네이트 겔층을 형성시키게 되는 것이다.
여기서, 본 과정에서는 도포된 알지네이트와 염화칼슘이 반응하여 알지네이트와 금속이온이 이차결합하는 반응이 일어나므로, 세정용 공기의 주입은 필요없다.
제7 과정은 다음과 같이 이루어진다.
정수된 처리수를 투입하고 침지형 관형여과막 모듈(100)을 침지시킨 다음 잔여 알지네이트 겔의 불순물을 제거할 수 있도록 펄스형 산기관(200)을 통하여 세정용 공기를 주입한다.
여기서, 제1 개폐 밸브(311) 및 제2 개폐 밸브(332)를 개방시켜 처리수를 순환시킨다.
이상과 같이 본 발명은 침지형 관형여과막이 오염되면 알지네이트 겔층을 효과적으로 분해하고 코팅할 수 있도록 하는 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
100...침지형 분리막 모듈
200...펄스형 산기관
201...에어공급원
210...산기관 본체
211...에어주입관
212...산기관 본체(210)의 상면
220...공기배출관
230...공기유도관
232...공기유도관(230)의 하면
300...세정조
310...처리수 배출관
311...제1 개폐 밸브
312...음압계
320...순환펌프
330...환수 배관
331...압력계
332...제2 개폐 밸브
333...유량계
400...프레임
500...가이드
d1...제1 간격
d2...제2 간격
d3...제3 간격
d4...제4 간격
200...펄스형 산기관
201...에어공급원
210...산기관 본체
211...에어주입관
212...산기관 본체(210)의 상면
220...공기배출관
230...공기유도관
232...공기유도관(230)의 하면
300...세정조
310...처리수 배출관
311...제1 개폐 밸브
312...음압계
320...순환펌프
330...환수 배관
331...압력계
332...제2 개폐 밸브
333...유량계
400...프레임
500...가이드
d1...제1 간격
d2...제2 간격
d3...제3 간격
d4...제4 간격
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- 삭제
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- 원수를 처리하는 침지형 관형여과막 모듈을 크리닝 또는 세정 시기가 되면 막분리조로부터 분리하여 세정조에 수용하고, 세정용 공기와 염화나트륨 수용액을 이용하여 상기 침지형 관형여과막 모듈의 분리막으로부터 알지네이트 겔층을 분리하는 제1 단계; 및
상기 세정조에 알지네이트(alginate) 수용액과 염화칼슘 수용액을 투입하여 상기 침지형 관형여과막 모듈에 새로운 알지네이트 겔층을 형성하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경적인 침지형 관형여과막의 세정장치를 이용한 세정방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제1 단계는,
크리닝 또는 세정 시기가 된 상기 침지형 관형여과막 모듈을 정수된 처리수가 수용된 상기 세정조에 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 분리막 표면의 오염물질을 세척하는 제1 과정과,
상기 염화나트륨 수용액이 수용된 상기 세정조에 상기 제1 과정을 거친 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 오염된 알지네이트 겔층을 상기 침지형 관형여과막 모듈로부터 분리시키는 제2 과정과,
새로운 처리수가 수용된 상기 세정조에 상기 제2 과정을 거친 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 상기 관형여과막 모듈의 잔여 알지네이트 겔을 제거하는 제3 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경적인 침지형 관형여과막의 세정장치를 이용한 세정방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제2 단계는,
상기 알지네이트 수용액이 수용된 상기 세정조에 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈에 상기 알지네이트를 확산 도포하는 제4 과정과,
새로운 처리수가 수용된 상기 세정조에 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 상기 침지형 관형여과막 모듈의 상기 분리막 전체에 균일한 두께로 알지네이트가 도포되도록, 상기 분리막 주변의 잉여 알지네이트를 세척하는 제5 과정과,
염화칼슘 수용액이 수용된 상기 세정조에 상기 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 분리막 모듈에 도포된 알지네이트를 겔화시켜 알지네이트 겔층(gel layer)을 코팅하는 제6 과정과,
새로운 처리수가 수용된 상기 세정조에 침지형 관형여과막 모듈을 침지시키고, 상기 침지형 관형여과막 모듈의 하부측에 배치된 펄스형 산기관을 통하여 세정용 공기를 주입하여 상기 알지네이트 겔층의 가교가 되지 않은 잔여 알지네이트 겔 또는 불순물을 제거하는 제7 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경적인 침지형 관형여과막의 세정장치를 이용한 세정방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200095214A KR102395961B1 (ko) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200095214A KR102395961B1 (ko) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220015117A KR20220015117A (ko) | 2022-02-08 |
| KR102395961B1 true KR102395961B1 (ko) | 2022-05-10 |
Family
ID=80252351
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200095214A KR102395961B1 (ko) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 친환경적인 침지형 관형여과막 세정장치 및 이것을 이용한 세정방법 |
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| KR (1) | KR102395961B1 (ko) |
Citations (1)
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| KR101978329B1 (ko) | 2017-12-21 | 2019-05-15 | (주)한경글로벌 | 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법 |
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| JP5407133B2 (ja) | 2007-10-24 | 2014-02-05 | 住友電気工業株式会社 | 濾過用分離膜エレメント及び濾過用膜モジュール |
| KR101072530B1 (ko) * | 2009-11-27 | 2011-10-11 | 흥산환경건설(주) | 막결합형 연속회분식 반응기 |
| KR20120132725A (ko) * | 2011-05-30 | 2012-12-10 | 웅진코웨이주식회사 | 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체 및 이를 이용한 수처리 방법 |
-
2020
- 2020-07-30 KR KR1020200095214A patent/KR102395961B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101978329B1 (ko) | 2017-12-21 | 2019-05-15 | (주)한경글로벌 | 막여과 장치 및 이를 이용한 막모듈 세척방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220015117A (ko) | 2022-02-08 |
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