KR20010072406A - 고액 분리용 막 어셈블리, 그의 세척 방법, 및 세제 - Google Patents

고액 분리용 막 어셈블리, 그의 세척 방법, 및 세제 Download PDF

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마사노리 이따꾸라
히로유끼 오까자끼
이꾸오 기노시따
노리꼬 이노우에
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Abstract

물에서 고체를 분리하기 위한 막분리 어셈블리는 대향 차단벽 구조체(106a 및 106b), 막모듈 장치(102), 및 막모듈 장치(102) 아래에 배치된 기체 확산기(104)를 포함한다. 막모듈 장치(102)는 각각 적어도 2개의 막고정 부재(114) 사이에 뻗은 하나 이상의 분리막(113)을 갖는 다수개의 막모듈(103)을 포함한다. 하나 이상의 막고정 부재(114)는 막통로와 유체 전달을 수행하는 주관(115)를 갖는다. 막통로는 분리막(113)을 통과한 물은 접근할 수 있지만, 분리막(113)을 통과하지 못한 고체는 접근하지 못한다. 바람직하게는, 막분리 어셈블리는 퍼카르보네이트, 바람직하게는 소듐 퍼카르보네이트를 함유한 세제와 함께 사용된다. 또한, 세제는 2가 철염 및 임의로 산화제(아염산염 및 과산화수소는 제외), 계면활성제, 킬레이트제 및(또는) pH 조절제를 포함할 수 있다.

Description

고액 분리용 막 어셈블리, 그의 세척 방법, 및 세제{Membrane Assembly for Solid-Liquid Separation, Method of Cleaning The Same, and Detergent}
모래 여과법 및 중력 침강법은 정수 처리, 하수 처리, 폐수 처리 및 산업 폐수 처리에서 고액 분리법으로 공지된 것들이다. 그러나, 이들 통상적인 기술을 이용하여 상기 처리하고자 하는 수(또한 본원에서 대상 수라고도 함)의 고액 분리를 수행하면 종종 수질이 불충분한 처리수가 생산된다. 수질을 허용가능한 수준으로 증가시키기 위해서는, 이들 통상적인 기술로 고액 분리를 수행하는 데 막대하고 복합적인 용지가 요구된다.
최근, 분리막, 예컨대 정밀 여과막 또는 한외 여과막을 가진 막모듈을 사용하는 것이 대상 수의 고액 분리를 위한 대안적인 방법으로 제안되었다. 대상 수를 분리막을 이용하여 여과 처리하면, 수질이 높은 처리수를 수득할 수 있으며, 따라서 통상적인 모래 여과법 및 중력 침강법의 단점을 극복할 수 있다.
그러나, 대상 수의 고액 분리를 위해 분리막을 오랜 시간 동안 사용하면, 현탁 고체가 막을 막히게 할 수 있으며, 이로써 여과 유속이 저하되고(되거나) 막간압력 차이가 증가하게 된다. 정상적인 고액 분리 조건을 회복하기 위해서는, 막모듈 아래에 배치된 공기 확산관으로부터 공급되는 확산 공기를 이용하여 분리막을 진동시킴으로써 현탁 고체를 막 표면으로부터 제거해야 한다. 그러나, 현탁 고체는 확산-진동된 막 조차도, 특히 장시간 사용한 후에는 막을 막히게 하는 경향이 있기 때문에, 분리막의 진동은 일시적인 용액을 제공할 뿐이다. 따라서, 막이 정상 여과 유속을 유지하게 하기 위해서는 빈번한 유지 작업의 수행이 요구된다.
일본 특허 공개 공보 제257378/1996호에는 가장 바깥쪽 막모듈에 바로 접하는 차단벽을 제공함으로써 막모듈 장치 내에 거의 평행한 기액(氣液) 혼합류를 생성시키는 방법이 제안되었다. 그러나, 본 발명자들은 이러한 배열에 의해 평행류를 생성시키더라도, 이 배열이 막 스크러빙 효율을 저하시킨다는 것을 발견하였다.
이동식 공기 확산 막을 위한 시스템이 일본 특허 공개 공보 제24596/1996호에 제안되어 있다. 이 시스템에서는, 확산 막의 이동으로 기포 난류가 형성된다. 이 난류는 시스템 효율을 증가시키나, 그와 동시에 확산 막을 이동시키는데 전력이 필요하기 때문에 시스템을 위한 전력 수요를 증가시킨다. 게다가, 이동식 막은 파단되기가 쉬워, 유지 작업의 빈도 및 비용을 증가시킨다.
본 발명은 고액(固液) 분리, 특히 정수를 얻기 위해 고안된 고액 분리 기술에 적합한 막 어셈블리용 신규 구조물에 관한 것이다.
<발명의 개요>
본 발명의 목적은 대상 액체를 장시간 연속적으로 여과시킬 때 조차도 현탁 물질에 의해 막 표면이 막히는 경우가 거의 없는 고액 분리막 어셈블리를 제공함으로써 상기 논의된 단점을 극복하는 것이다.
본 발명의 원리에 따라, 상기한 목적 및 다른 목적이 물로부터 고체를 분리하기 위한 고액 분리막 어셈블리에 의해 달성된다. 이 막분리 어셈블리는 다수개의 막모듈을 포함한 하나 이상의 막모듈 장치 (또는 서브어셈블리), 막모듈 아래에 배치된 기체 확산기, 및 대향 차단벽 구조체를 포함하는 차단 서브어셈블리를 포함한다. 상기 기체 확산기는 그로부터 공기를 확산시키고, 이 확산 기체에 의해 발생된 기액 혼합류를 이용하여 막모듈의 수직 배향된 분리막 표면을 세척하도록 제조되고 배열된다. 상기 차단벽 구조체는 기체 확산기에 의해 확산된 기체를 분리막 표면에로 인도하여, 액체가 차단 서브어셈블리를 통해 흐를 수 있게 제조되고 배열된다.
적어도 일부 몇개의 막모듈은 각각 2개 이상의 막고정 부재, 및 막고정 부재들 사이에 뻗어 있는 하나 이상의 수직 배향된 분리막을 포함한다. 막고정 부재 중 적어도 하나는 그를 통해 형성된 주통로를 갖는다. 이 주통로는 하나 이상의 막통로와 유체 전달을 수행한다. 한 실시태양에 따라, 막통로는 대향하여 이격된 분리막 시트에 의해 한정된다. 또다른 실시태양에 따라, 막은 폴리올레핀사와 같은 중공사를 비롯한 1종 이상의 실 부재를 포함하며, 이는 각각 막통로를 한정한다. 막통로는 분리막을 통과하는 물은 접근할 수 있으나, 분리막을 통과하지 못하는 고체는 접근할 수 없는 것으로 특징지워 진다.
2개 이상의 차단벽 구조체는 그들 사이에 위치한 막모듈에 평행하게 배열되고, 각각 막모듈 중 가장 바깥쪽 분리막으로부터 틈을 두고 이격되어 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 논의된 막분리 어셈블리를, 어셈블리의 막에슬러지가 거의 없는 상태로 여과 시스템을 효과적으로 유지시켜, 통상적인 어셈블리에 비해 유지 작업이 상당히 감소되도록 여과 시스템으로서 작동시키는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 어셈블리의 기체 확산기로부터 공급되는 기체는 평균 0.01 내지 1.5 m/sec의 수직 및 수평 유속에서 막 어셈블리 수평 횡단면적 당 약 10 내지 약 150 N㎥/㎡의 속도로 방출된다.
본 발명의 또다른 목적은 막 어셈블리, 특히 상기 논의된 본 발명의 고액 분리막 어셈블리를 위한 세제를 제공하는 것이다. 바람직한 실시태양에서, 세제는 소듐 퍼카르보네이트와 같은 퍼카르보네이트를 함유하고, 임의로 2가 철염, 및 산화제(아염산염 및 과산화수소는 제외), 계면활성제, 킬레이트제 및 pH 조절제로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 함유한다.
본 발명의 다른 목적, 일면 및 이점은 본 발명의 원리를 설명하는 명세서 및 첨부된 청구항을 도면과 함께 읽으면서 당업자에게 명백할 것이다.
<도면의 간단한 설명>
첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시태양을 도시함으로써 본 발명의 원리를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시태양에 따라 처리조 내에 설치된 고액 분리막 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 2A 및 2B는 각각 어셈블리의 대향 차단벽 구조체, 확산기, 및 다수개의 막모듈을 포함한 막모듈 장치를 도시한, 도 1의 어셈블리의 부분 단면 사시도 및 측면도이다.
도 3은 도 1의 어셈블리의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 어셈블리를 위한 대안적인 막모듈의 사시도이다.
도 5 내지 12는 어셈블리의 막모듈 장치, 확산기 및 대향 차단벽 구조체의 다양한 배열의 측면도이다.
도 13 내지 24는 막고정 부재가 취할 수 있는 다양한 횡단면 형태를 도시한, 막고정 부재의 다양한 실시태양의 단면도이다.
도 25는 본 발명의 제2 실시태양에 따라 처리조 내에 설치된 고액 분리막 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 26은 막분리 어셈블리의 대향 차단벽 구조체, 확산기, 및 다수개의 막모듈을 포함한 막모듈 장치를 도시한, 도 25의 어셈블리의 부분 단면 사시도이다.
도 27은 막모듈 장치를 둘러싸는 4개의 차단벽 구조체를 도시한, 도 26의 변형 형태이다.
도 28 내지 30은 도 25의 어셈블리의 변형 형태의 평면도이다.
도 31 내지 39는 차단벽 구조체의 다양한 예의 입면도이다.
도 40 내지 41은 각각 대향 차단벽 구조체의 부착을 도시한 사시도이다.
도 42는 본 발명에 사용하기 적합한 기체 확산기의 사시도이다.
도 43은 도 42의 LXIII-LXIII 횡단선을 따라 자른, 도 42의 기체 확산기의 주관의 단면도이다.
도 44는 도 43에 도시된 단면도의 변형 형태이다.
도 45는 본 발명에 사용하기 적합한 기체 확산기의 분지관 및 입구의 단면도이다.
도 46A, 46B, 47A, 47B, 48A 및 48B는 도 45의 기체 확산기에 사용하기 적합한 중공 관형 부재의 개략도이다.
도 49는 확산관의 단면도이다.
도 50은 본 발명의 제3 실시태양에 따라 처리조 내에 설치된 고액 분리막 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 51은 어셈블리의 대향 차단벽 구조체, 확산기, 및 다수개의 막모듈을 포함한 각 막모듈 장치를 도시한, 도 50의 어셈블리의 부분 단면 사시도이다.
도 52는 도 51의 어셈블리의 평면도이다.
도 53은 도 52와 유사하지만 구획 판을 도시한 평면도이다.
도 54는 도 52와 유사하지만 막모듈 장치의 배열이 다른 평면도이다.
도 55는 본 발명의 또다른 실시태양에 따른 중공사 부재의 예시도이다.
도 56 및 57은 각각 본 발명의 다양한 실시태양에 사용하기 적합한 막모듈의 또다른 실시태양의 사시도 및 평면도이다.
<본 발명의 상세한 설명>
도 1에는 처리조(100) 내에 설치된 본 발명의 실시태양에 따른 고액 분리막 어셈블리(120)이 도시되어 있다. 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 어셈블리(120)은 대상 액체(101a)를 분리막을 사용하여 고액 분리함으로써 처리하고자 하는 액체(본원에서는 대상 액체라고도 함)를 세척하기 위해 고안된 것이다. 예를 들어, 본 발명의 한 적용예에 따라, 대상 액체(101a)를 처리조(100) 내에서폭기시켜 생물학적으로 처리함으로써 정수를 수득하며, 이를 처리조(100)으로부터 유체 통로(102')를 통해 배출시킨다.
도 2A 및 2B와 관련하여, 도시된 막분리 어셈블리(120)은 거의 평행 육면체 형태의 막모듈 장치(102), 기체 확산기(104) 및 차단 서브어셈블리를 포함한다. 막모듈 장치(102)는 다수개의 평행-배열된 평면형 막모듈(103)을 포함한다. 각 모듈(103)은 수직으로 뻗은 시트형 분리막(113), 및 분리막(113)의 양쪽에 위치한 두개의 수직으로 뻗은 막고정 부재(114)를 포함한다. 하기에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 하나 또는 둘다의 막고정 부재(114)도 여액 수집 부재의 역할을 한다.
기체 확산기(104)는 분리막(113)의 아래에 위치하며, 기체를 확산시키고 확산된 기체에 의해 발생된 기액 혼합류를 이용하여 분리막(113)의 표면을 세척하도록 제조되고 배열된다.
차단 서브어셈블리는 차단벽 구조체(106a 및 106b)를 포함한다. 막모듈 장치(102)는 차단벽 구조체(106a 및 106b) 사이에 수직으로 삽입되어 위치한다(도 5 내지 12 참조). 차단 서브어셈블리는 하기 설명된 바와 같이 막모듈 장치(102)를 완전히 둘러쌀 수 있고(도 28 참조), 또는 도 2의 차단벽 구조체(106a 및 106b)의 경우와 같이 막모듈 장치(102)의 일부만을 둘러쌀 수 있다. 차단벽 구조체(106a 및 106b)는 막모듈(103)과 거의 평행하게 배열되고, 막모듈(103) 중 가장 바깥쪽 막모듈과는 이격되어, 대상 액체(101a)가 막모듈 장치(102)와 차단벽 구조체(106a 및 106b) 사이를 수직 방향으로 이동할 수 있는 틈이 제공된다.
차단 서브어셈블리의 차단벽 구조체(106a 및 106b)는 서로 연결될 수도 있고, 또는 달리 연결되지 않을 수도 있다. 그러나, 연결된 경우에 연결기는 대상 액체가 차단벽 서브어셈블리의 전체 길이를 따라 수직 방향으로 통과하는 것을 막지 않아야 한다. 예를 들어, 연결기로서 가로 막대가 선택되는 경우, 가로 막대는 대상 액체가 통과할 수 있도록 서로 이격 배열되어야 한다. 연결기로서 차단벽 구조체들 사이에 수평으로 뻗은 판이 선택되는 경우, 판은 액체가 차단벽 서브어셈블리를 통해 수직 방향으로 흐를 수 있도록 유체 통로를 포함해야 한다.
비록 도 1에는 단일 막모듈 장치(120)만이 도시되었지만, 다수개의 막모듈 장치가 사용될 수 있으며, 막모듈 장치가 예정된 간격 또는 불규칙한 간격으로 연속 또는 불연속적인 방식으로 배열될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 다수개의 기체 확산기(104)가 사용될 수 있다는 것도 이해해야 한다. 예를 들어, 각 막모듈 장치는 상응하는 기체 확산기를 가질 수 있다.
하기에 상세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 사용하기 적합한 대표적인 분리막(113)의 예로는 평면형 막, 중공사 막, 관형 막 및 가방형 막, 및 이들의 복합 형태가 포함되나, 이로 한정되는 것은 아니다. 막모듈(103)의 제조에 적합한 재료의 대표적인 예로는 셀룰로즈, 폴리올레핀, 폴리술폰, 플루오로폴리머(예, PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드) 및 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)) 및 세라믹 재료, 및 이들의 복합 재료가 포함되나, 이로 한정되는 것은 아니다. 다른 적합한 재료로는 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 나일론, 폴리비닐 알콜, 셀룰로즈 및 실리콘이 포함된다.
분리막(113)의 적합한 공극 직경은 특별히 한정되지 않는다. 한외 여과막으로도 공지된, 평균 공극 직경이 0.001 내지 0.1 ㎛ 범위인 분리막을 사용하는 것도 가능하다. 분리막의 또다른 적합한 형태로는 정밀 여과막으로도 공지된, 평균 공극 직경이 0.1 내지 1 ㎛ 범위인 것이 포함된다. 그러나, 분리막(113)은 상기 언급된 것들 보다 훨씬 작거나 큰 공극 직경을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 공극 직경으로 선택되는 크기는 일반적으로 의도된 용도, 예컨대 고액 분리할 대상 액체에 있는 물질의 입도에 따라 결정된다. 예를 들어, 활성 슬러지의 고액 분리를 위해 사용되는 분리막은 공극 직경이 0.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하며, 살균이 필요한 정수의 여과에 사용되는 분리막은 공극 직경이 0.1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
도 3 및 4는 막모듈 장치(102)의 막모듈(103)을 보다 상세하게 도시한 것이다. 이 도시된 실시태양에서, 두개의 막고정 부재(114)는 각각 중심 주통로(115), 및 연결된 중심 주통로(115)에서 막고정 부재(114)의 주변으로 방사형으로 뻗은 연결된 슬릿(116)을 갖는다. 분리막(113)은 일련으로 배열된 다수개의 중공사를 포함하는 편직물(예, 씨실로서의 실)을 포함한다. 또한, 이러한 유형의 분리막(113)은 중공사 막으로도 불린다. 중공사 막(113)은 막고정 부재(114)의 긴 슬릿(116)에로 막(114)의 말단부를 고정시킴으로써 막고정 부재(114)에로 막의 말단부가 고정된다. (도시된 실시태양이 비록 막고정 부재(114) 사이에 뻗은 두개의 막(113)을 나타내었지만, 하나의 막 또는 그 이상의 막이 이용될 수 있으며 다른 유형의 막이 함께 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다).
도 55와 관련하여 하기 설명된 바와 같이, 중공사 막(113)은 날실로서의 규칙적인 실(111), 및 말단부에 개구(110)이 형성되어 있는 씨실로서의 중공사(112)를 가진 편직물을 이용하여 제조될 수 있다. 일반적으로, 실은 분리막(113)을 통과한 물이 접근할 수 있고 분리막(113)을 통과하지 못한 고체는 접근할 수 없는 재료로 제조된다. 분리막(113)의 중공 부분은 막고정 부재(114)의 내부 주통로(115)와 유체 전달을 수행하는 막통로가 된다. 적합한 막은 스테라포어-HF(STERAPORE-HF) 막으로서 일본 도쿄 소재의 미쯔비시 레이온 사(Mitsubishi Rayon Co., Ltd.)로부터 구입가능하다.
합성 수지(예, 에폭시 수지)가 거의 직사각형의 긴 횡단면을 가지도록 막(113)의 주변부 둘레를 따라 슬릿에 도포된다. 합성 수지는 중공사 막(113)을 슬릿(116)의 내부에 고정시키고, 액체-밀봉 방식으로 막고정 부재(114)의 내부 주통로(115)를 밀봉시킨다. 슬러지는 단일 고형체로 중공사 막(113)에 모이는 경우가 드물기 때문에 중공사 막(113)은 슬러지 처리에 특히 유용하여, 확산기(104)로부터 방출된 기체에 의한 막(113)의 스크러빙이 효과적으로 수행될 수 있다.
도 56 및 57에 도시된 또다른 실시태양에 따라, 각 모듈(103)은 한쌍의 평면형 대향막(113a 및 113b)를 포함하여, 막(113a 및 113b)가 집합적으로 그들 사이에 채널(113c)를 형성한다. 도 4에 도시된 실시태양과 같이, 막(113a 및 113b)의 연부는 내부 주통로(115)의 슬릿(116) 내에 배치될 수 있고, 밀봉제를 이용하여 밀봉시킬 수 있다. 일반적으로, 막(113a 및 113b)는, 분리막(113a 및 113b)을 통과한 물은 접근할 수 있고, 분리막(113a 및 113b)을 통과할 수 없는 고체는 접근할 수없는 재료로 제조된다.
확산기(104)로 공급된 (분출기(105a)에 의해) 기체(예, 공기)는 기체 확산기(104)의 기체 방출구(104a)로부터 방출되어 기포(104b)를 발생시키며, 이 기포가 대상 액체(101a)를 통해 막모듈(103)의 표면에 도달하고, 막모듈(103)의 표면 근처에서 대상 액체(101a)의 일부를 통과한 후, 액체 표면으로부터 대기로 방출된다. 이 시간 동안, 기포(104b)는 대상 액체(101a)를 통해 액체 표면으로 떠올라, 대상 액체(101a) 및 기포(104b)를 포함한 상향 이동성 기액 혼합류가 발생된다. 기포(104b)를 함유한 기액 혼합류는 분리막(113)의 표면을 스크러빙하고, 이로써 막(113)의 표면에 고형물이 침착하고 막을 막히게 하는 것을 방지한다.
도 2A, 2B 및 3에 도시된 바와 같이, 차단벽 구조체(106a 및 106b)는 기체 확산기(104)의 대향면(예, 좌면 및 우면)에 배열되어, 확산기(104)로부터 방출된 기체를 분리막(113)에로 인도한다. 도 1 내지 4에는 도시되지 않았지만, 또다른 차단벽 구조체가 기체 확산기(104)의 나머지 대향면(예, 전면 및 후면)에 배열됨으로써, 차단벽 구조체가 기체 확산기(104)의 모든 네 면에 배치되어 기체 확산기(104)의 모든 면을 둘러쌀 수 있다. 두개의 차단벽만 사용하는 경우에는, 도 2A, 2B 및 3에 도시한 바와 같이 차단벽 구조체를 분리막(113)에 수직 방향이 아니라 평행 방향으로 배치함으로써 성능을 개선시킬 수 있다.
차단벽 구조체(106a 및 106b)가 평면형으로 도시되어 있지만, 차단벽 구조체(106a 및 106b)가 물결형 또는 다른 형태를 취할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 차단벽 구조체의 대표적인 재료의 예로는 수지, 금속 및 세라믹 재료가 포함된다. 평면 판형 차단벽 구조체 및 물결 판형 차단벽 구조체가 이용될 수 있다.
도 5에 잘 도시된 바와 같이, (측면에서 봤을 때) 차단벽 구조체(106)은 막모듈 장치(102) 및 기체 확산기(104)의 전체 길이를 따라 연속적으로 덮어서, 분리막(113)의 효율적인 스크러빙을 촉진시킬 수 있다. 도 6 내지 10에 도시된 것과 같이, 차단벽 구조체(106)이 막모듈 장치(102) 및(또는) 기체 확산기(104)의 일부분만을 덮는 대안적인 배열 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 차단벽 구조체(106)이 기체 확산기(104)는 덮지 않고 막모듈 장치(102)의 측면 일부분만을 덮는 예를 도시한 것이다. 도 7은 차단벽 구조체(106)이 막모듈 장치(102)의 전체 측면을 덮고 기체 확산기(104)는 덮지 않는 예를 도시한 것이다. 도 8은 차단벽 구조체(106)이 막모듈 장치(102)의 측면 까지는 덮지 않고 차단벽 구조체(106)의 상단 일부가 막모듈 장치(102)를 향해 돌출되도록 기체 확산기(104)의 전체 측면을 덮는 예를 도시한 것이다. 도 9는 차단벽 구조체(106)이 기체 확산기(104)는 덮지 않고 차단벽 구조체(106)의 하단 일부가 기체 확산기(104)를 향하도록 막모듈 장치(102)의 전체 측면을 덮는 예를 도시한 것이다. 도 10은 차단벽 구조체(106)이 기체 확산기(104)의 전체 측면을 연속적으로 덮고 막모듈 장치(102)의 일부분만을 덮는 예를 도시한 것이다. 도 11은 차단벽 구조체(106)의 일부분만이 중첩되게 배열된 것을 도시한 것이고, 도 12는 차단벽 구조체(106)의 높이가 다른 예를 도시한 것이다. 각 차단벽 구조체(106)이 도시된 실시태양과 같이 연속형인 것이 바람직하나, 차단벽 구조체(106)이 별도로 분리되어 막모듈 장치(102) 및 확산기(106)을 덮도록, 구조체가 불연속형일 수도 있다.
막모듈 장치(102)의 막고정 부재(114)가 도 2B 및 3에 도시된 바와 같이 측면 방향으로 서로 근접하여 배열되는 것도 바람직하다. 막고정 부재(114)를 서로 근접하게 배치함으로써, 즉 그들 사이에 좁은 틈만 남김으로써 막고정 부재(114)가 집합적으로 차단벽 구조체(106)과 유사한 기능을 하도록 하여, 차단벽이 막모듈(103)에 수직인 막모듈 장치(102)의 측면으로부터 배제될 수 있다. 이러한 방식으로, 대상 액체(101)이 막고정 부재들(114) 사이의 틈을 통과하여 막모듈 장치(102)의 내부에서 외부로 또는 그 반대 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 난류가 발생하고 액체 세척 효율이 증가된다.
상기 언급된 바와 같이, 막고정 부재(114)는 중공이어서 중심 주통로(115)가 형성된다. 도시된 실시태양에서, 막고정 부재(114)는 막대형이고, 중심 주통로(115)는 원형 횡단면을 갖는다. 그러나, 막고정 부재(114) 및(또는) 중심 주통로(115)는 다양한 다른 형태, 예컨대 원형(도 13), 삼각형(도 14), 반원형(도 15), 타원형(도 16), 정사각형(도 17), 다각형(도 18) 등일 수도 있다. 도 13 내지 18에 도시된 바와 같이, 막고정 부재(114)의 횡단면 형태는 주통로(115)의 횡단면 형태와는 무관하게 선택될 수 있다.
도 19 내지 24에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 또는 모든 막고정 부재(114)에 측면 돌출부(118)을 제공함으로써 인접 모듈(113)의 막고정 부재들(114) 사이의 틈을 줄일 수 있다. 각 막고정 부재(114)에는 하나 또는 다수개의 측면 돌출부(118)가 있을 수 있다. 도 20 및 23에 도시된 바와 같이, 측면 돌출부는 막고정 부재(114)에 대해 방사형일 수도 있고, 또는 도 19, 21, 22 및 24에 도시된 바와 같이, 막고정 부재(114)에 접한 형태일 수도 있다.
본 발명을 추가로 설명하기 위해, 하기 용어들이 정의될 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 막모듈 장치(102)의 측면 표면적은 막고정 부재(114)의 측면에서 바라보았을 때 가장 바깥쪽 모듈(103)의 수직 주변부, 막모듈 장치(103)의 상단부를 통과하는 수평선, 및 가장 바깥쪽 막모듈(103)의 하단부를 통과하는 수평선으로 한정된 사각형 영역을 나타낸다. 예를 들어, 도 2B에 도시된 막모듈 장치(102)의 측면 표면적은 가장 바깥쪽 막모듈(103)의 수직 주변부를 통과하는 선 L3 및 L4와 막모듈(103)의 상단부 및 하단부를 통과하는 각 수평선 L1 및 L2에 의해 정의된다. 막모듈(103)이 서로 다른 높이로 배열되어 있다면, 측면 표면적의 상단은 막모듈의 가장 높은 면 또는 면들을 통과하는 수평선으로 정의되고, 측면 표면적의 하단은 막모듈(103)의 가장 낮은 면 또는 면들을 통과하는 수평선으로 정의된다.
본원에 사용된 바와 같이, 도 2A 및 2B에 도시된 막분리 장치(102)에서 막고정 부재(114)의 측면 표면적은 4개의 막고정 부재(114)의 측면 표면적의 합을 나타내며, 이는 도 2B에 가장 잘 도시되어 있다.
본 원에 사용된 바와 같이, 막모듈 장치(102)의 수평 횡단면적은 대향 차단벽 구조체(106)의 내부로 한정된 거의 평행 육면체의 수평 횡단면적을 나타낸다. 예를 들어, 도 3에 도시된 막분리 장치(102)에서 막모듈 장치(102)의 수평 횡단면적은 차단벽 구조체(106a)의 내부선 L5, 다른 차단벽 구조체(106b)의 내부선 L6, 차단벽 구조체(106a 및 106b)의 좌측 말단을 연결하는 선 L7, 및 차단벽구조체(106a 및 106b)의 우측 말단을 연결하는 선 L8로 한정되는 직사각형 영역을 나타낸다.
막고정 부재(114)의 측면 표면적이 막모듈 장치(102)의 측면 표면적의 30 내지 100%를 차치하는 것이 바람직하다. 확산 기포(104b)가 막모듈(103)의 외부로 과다하게 빠져나가는 것을 막기 위해서는 하한치를 30%로 설정하는 것이 바람직하고, 이 하한치를 40% 이상으로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 대상 액체(101a)의 수평 이동에 의해 난류를 발생시키기 위해서는 상한치를 99% 미만으로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 막모듈(103)이 100%를 차지하는 배열도 허용가능하며, 이 배열로 막모듈(103)에 수직으로 위치한 차단벽 구조체의 필요가 없어져 막모듈 장치(102)의 비용이 감소된다.
본 발명에 따른 막분리기의 작동 방법은 수위 차이를 기초로 한 함침 흡입 여과 방법 및 중력 여과 방법을 포함한다.
이제 중공사 막(113)을 가진 상기 기재된 막분리 어셈블리(120)의 작동 방법을 도 1 내지 4를 참고하여 설명할 것이다. 막고정 부재(114)의 내부 주통로(115)는 회수 통로(102')를 통해 흡입 펌프(105b)에 연결된다. 주통로(115)는 중공사 막(113)으로 한정된 막통로와 유체 전달을 수행한다. 흡입 펌프를 작동시킴으로써, 대상 액체(101a)를 중공사 막(113)을 통해 흡입 여과시킨다. 막통로는 분리막(113)의 공극을 통해 물은 접근할 수 있으나, 분리막(113)의 공극을 통과하지 못하는 고체는 접근할 수 없기 때문에, 물은 중공사 막(113)을 통과하는 반면, 바람직하지 않은 고체는 통과하지 못하며, 이로써 고액 분리가 이루어진다. 중공사 막(113)의 막통로에 도달한 여액은 그로부터 막고정 부재(114)의 슬릿(116)을 통해 내부 주통로(115)에로 흘러, 관(102')를 통해 처리조(100)의 외부로 방출된다. 결과적으로, 슬러지는 중공사 막(113)의 표면에서 수집된다.
기체 확산기(104)의 작동은 막(113)의 바람직하지 않은 막힘을 방지한다. 막 세척 효과를 고려하면, 기체 확산기 작동 중의 기체의 방출 속도를 막모듈 장치(102)의 수평 횡단면적 당 10 내지 150 N㎥/㎡/hr(1 시간 당 횡단면적 1 ㎡ 당 10 내지 150 N㎥)로 설정하는 것이 바람직하다. 산소 용해 속도 및 경제성도 추가로 고려한다면, 기체 방출 속도가 20 내지 100 N㎥/㎡/hr인 것이 보다 바람직하다.
이 배열에서, 막모듈(103)의 영역에서 기액 혼합류의 평균 수직 속도(도 1에서 V1)은 분출기(105a)를 조절하여 상기 언급된 범위 내에서 기체 확산 속도를 조정함으로써 조절할 수 있다. 기액 혼합류에 의해 이루어지는 세척 효과 개선의 필요의 관점에서, 유체의 이 평균 이동 속도를 0.01 m/sec 이상, 바람직하게는 0.05 m/sec 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 막모듈(103)을 파단시킬 수 있는 과도한 힘을 발휘하는 것을 막기 위해서는, 유체의 평균 이동 속도의 상한치를 바람직하게는 1.5 m/sec, 보다 바람직하게는 1 m/sec로 설정한다.
막모듈(103)의 영역에서 기액 혼합류의 평균 수평 속도(도 1에서 V2)는 상기 언급된 범위 내에서 막고정 부재(114)들 사이의 틈을 조정하고 상기 언급된 범위 내에서 기체 방출 속도를 조정함으로써 조절할 수 있다. 난류에 의해 발생되는 세척 성능을 개선시키기 위해서, 유체의 평균 이동 속도의 하한치를 바람직하게는0.01 m/sec, 보다 바람직하게는 0.05 m/sec로 설정한다. 막모듈(103)을 파단시킬 수 있는 과도한 힘을 발휘하는 것을 막기 위해서는, 유체의 평균 이동 속도의 상한치를 바람직하게는 1.5 m/sec, 보다 바람직하게는 1 m/sec로 설정한다.
막 표면에서 기액 혼합류의 수직 또는 수평 방향의 이동 속도는 막모듈(103) 근처에서 기액 혼합류의 이동 속도를 측정함으로써, 예를 들어 대상 액체 중의 입자 또는 기포의 이동 속도를 시각적으로 측정함으로써 또는 패러데이 효과를 기초로 한 유도 전류를 이용한 전자기 향류 측정기를 이용함으로써 대략 측정할 수 있다. 평균 이동 속도는 두 지점 이상에서 예를 들면 막모듈(103)의 중심부 및 말단부에서, 바람직하게는 50 내지 60분의 간격을 두고 두 지점 이상에서 2회 이상, 보다 바람직하게는 2회 이상 상기 언급된 방법으로 측정한 기액 혼합류의 이동 속도의 평균값을 나타낸다.
이제 본 발명의 또다른 실시태양의 예를 또다른 고액 분리막 어셈블리(220)을 나타낸 도 25를 참고하여 설명할 것이다.
어셈블리(220)의 기본 구조는 도 1에 도시한 어셈블리(120)의 기본 구조와 동일하다. 그러나, 어셈블리(120)과는 달리 도 25에 도시된 어셈블리(220)은 적어도 일부분에 통로(207)을 갖는 차단벽 구조체(206a 및 206b)를 포함한다. 통로(207)은 대상 액체를 막모듈 장치(202)의 내부로부터 장치(202)의 외부로 또는 그 반대 방향으로, 즉 막모듈 장치(202)의 외부에서 내부로 이동시키도록 제조되고 배열된다. 두 차단벽 구조체(206a 및 206b)가 도 26에 도시된 바와 같이 위치한 경우, 통로(207)은 차단벽 구조체(206a 및 206b) 중 하나 또는 둘다에 제공된다.(막(213)을 가진) 다수개의 막모듈(203)이 사용되는 경우, 바람직하게는 통로(207)이 (도 26에 도시된 바와 같이) 차단벽 구조체(206a 및 206b) 둘다에 제공되어 막모듈(203) 모두를 균일하게 세척한다.
도 27 및 28에 도시된 바와 같이 4개의 차단벽 구조체(206a, 206b, 206c 및 206d)가 제공되는 경우에는, 통로(207)이 (도 27에는 도시되지 않음) 차단벽 구조체(206a 내지 206d)의 일부 또는 모두에 제공될 수 있다. 그러나, 다수개의 막모듈(203)이 사용되는 경우에는, 바람직하게는 통로(207)이 두개의 대향 차단벽 구조체(206a와 206b(도 29) 또는 206c와 206d(도 30))에 제공되어 각 막모듈(203)을 균일하게 세척한다.
도 31 내지 39는 통로(207)에 적합한 다양한 구조의 대표적인 예이나, 이로 한정되는 것은 아니다. 도면에 도시된 바와 같이, 차단벽 구조체(206)의 통로(207)에 적합한 구조로는 긴 수평 직사각형 슬릿(도 31), 긴 수직 직사각형 슬릿(도 32), 사인 곡선형 슬릿(도 33), 긴 사선 직사각형 슬릿(도 34), 원형 슬릿(도 35), 별형 구멍(도 36), 타원형 구멍(도 37), 다각형 구멍(도 38) 및 랜덤한 불규칙형 구멍(도 39)가 포함된다. 통로(207)의 분포 또한 특별히 한정되지 않는다. 통로(207)은 규칙적으로 또는 불규칙적으로 분포할 수 있다.
통로(207)이 제공되는 경우에는, 통로(207)이 관련 차단벽 구조체(206)의 전체 표면적의 1% 이상을 차지하여 대상 액체가 그를 통해 이동할 수 있는 것이 바람직하다. 차단벽 구조체(206)을 통한 대상 액체의 과다한 흐름은 작동하는 동안 달성되는 막 표면 세척 효율을 저하시키기 때문에, 통로(207)이 관련 차단벽구조체(206)의 전체 표면적의 약 60%를 넘지 않는 것이 바람직하다.
통로(207)을 가진 차단벽 구조체(206)은 평면형 재료를 펀칭하거나 자르거나 구멍을 뚫어서 통로(207)을 형성하는 것이 바람직하다. 각 통로(207)의 횡단면적은 약 10 ㎟보다 작지 않는 것이 바람직하다.
이제 차단벽 구조체(206)을 서로 부착시키는 방법을 도 40을 참고하여 설명할 것이다. 도 40에 도시된 바와 같이, 다수개의 막모듈(203)이 차단벽 구조체(206) 사이에 평행하게 삽입되어 배열된다. 다수개의 막대형 연결기(221)이 차단벽 구조체(206) 사이에 뻗어 있어 이들을 연결시킨다. 비록 도시된 실시태양에는 4개의 연결기(221)가 나타나 있지만, 이보다 많은 또는 적은 연결기(221)이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 차단벽 구조체(206)의 4 코너에 각각 4개 이상의 연결기(221)이 있는 것이 바람직하다. 또한, 연결기(221)이 원형 횡단면을 가진 막대형인 것으로 도시되어 있지만, 타원형, 다각형, 변형 또는 무작위형의 횡단면과 같은 다른 형태가 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
차단벽 구조체(206) 및 연결기(221)은 임의의 적합한 방법을 이용하여 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 결합제 및(또는) 나사를 이용할 수 있다. 어셈블리를 용이하게 하기 위해서는, 차단벽 구조체(206)이 연결기(221)의 말단이 삽입될 수 있는, 적합하게는 연결기(221)의 말단과 동일한 직경을 갖는 수용 구멍(222)를 갖도록 제조되는 것이 바람직하다. 임의로, 수용 구멍(222)와 연결기(221)의 말단은 나사 회전된 상보적인 표면을 가질 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 기계적 패스너 등이 이용될 수 있다.
사용 중 접하는 외부 힘을 견디기에 충분히 큰 강도를 갖는 임의의 재료가 연결기(221)의 제조를 위해 선택될 수 있다. 적합한 재료의 예로는 금속, 세라믹, 자기 및 합성 수지가 포함된다. 저렴한 가격, 고도의 가공성, 경량성 및 고도의 취급성 때문에 합성 수지가 바람직하다. 적합한 합성 수지의 예로는 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아크릴 수지, ABS 수지 및 폴리(비닐 클로라이드) 수지가 포함된다.
본 발명은 도시된 방식으로 연결기(221)가 있는 것으로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 연결기(221)이 어셈블리(220)으로부터 배제되어, 모듈(203)이 차단벽 구조체(206)에 고정되거나, 또는 별법으로 추가의 고정 부재가 사용될 수 있다. 그러나, 막고정 부재(214)를 연결기(221)과 함께 사용하면 구조 부재의 수 및 중량을 감소시켜 제조비 및 인건비를 감소시키기 때문에, 이 둘을 함께 사용하는 것이 바람직하다.
막고정 부재(214)는 하나 또는 다수개의 연결기(221)에 고정될 수 있다. 수지관과 같은 중공 부품이 연결기(221)로 사용되고 연결기가 막고정 부재(214)에 단단히 접합하는 경우에, 연결기(221)은 여액을 수집하고 회수하는 여액 수집관으로도 기능한다. 연결기(221) 내의 추가의 유체 통로가 존재하면 어셈블리(220)의 구조 부재의 수가 감소되기 때문에 바람직하다.
도 40에서는 막고정 부재(214)가 수직으로 배열된 데 반해, 도 41은 수평으로 배열된 도 40의 변형 형태를 도시한다.
기체 확산기(104)를 도 42에 별도로 도시하였다. 기체 확산기(104)는 폭기조(101a) 내부를 가로질러 분출기로부터 방출된 공기를 인도하도록 제조되고 배열된다. 기체 확산기(104)는 주관(125)들 사이에 직각으로 뻗은 다수개의 분지관(126)이 구비된 대향 주관(125)를 포함한다. 주관(125) 및 분지관(126)은 함께 유체 전달하여, 작동하는 동안 (관(128)을 경유하여) 주관(125)에서 공급된 공기와 같은 기체를 주관(125)로부터 분지관(126)으로 수송하여 처리조(101a) 내의 기체 방출구(127)로부터 방출시킨다.
도 43에 도시된 바와 같이, 주관(125)의 내부 표면의 횡단면적 A2가 분지관(126)의 내부 표면의 횡단면적 A1보다 큰 것이 바람직하다. 본원에 사용된 바와 같이, A1과 A2는 관(125 및 126)의 축에 수직인 횡단면적을 의미한다. A1 및 A2는 압력 차이에 의해 분지관(126)이 부서지는 것을 최소화하기 위해 A2:A1의 비가 20≥A2/A1≥2의 범위가 되도록 선택하는 것이 바람직하다. 압력을 평형화한 결과, 슬러지가 들어가서 기체 방출구(127)이 막히는 것을 방지할 수 있다.
도 42 및 43에 도시된 기체 확산기(104)가 본 발명에 사용될 수 있는 유일한 기체 확산기가 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 44에 도시된 바와 같이 기체 방출구(127)이 분지관(126)의 최하부에 제공되어 슬러지가 입구(127)을 막고(막거나) 분지관(126)에 들어가는 가능성을 더 감소시킬 수 있다. 도 45에 도시된 바와 같이, 기체 방출구(127)이 그를 통해 뻗은 도관 부재(129)를 포함할 수 있다. 도관 부재(129)는 분지관(126)과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 도관 부재(129)는 가공성을 개선시킬 수 있게 (도시된 바와 같이) 원통형인 것이 바람직하나, 다각형, 타원형 또는 무작위형 횡단면과 같은 다른 형태도 이용될 수 있다. 임의의 적합한 접합 기술, 예컨대 결합 및(또는) 용접을 통해 도관 부재(129)를 분지관(126)에 접합시킬 수 있다.
본원을 참고하여, 도관 부재(129)의 개구의 횡단면적은, 곡선형 연부가 동일 평면 상에 위치하도록 개구를 한정하는 내부 연부에 시트를 펼쳐서 개구를 덮는 평면 시트의 면적을 의미한다. 적합한 개구로는 원형 개구(도 46A 및 46B), 슬릿형 개구(도 47A 및 47B) 및 사선형 개구(도 48A 및 48B)가 포함된다. 개구의 배열 및 크기는 내부 개구에서 방출 공기의 유속을 저하시키고, 건조 슬러지에 수반된 공기가 기체 방출관에 들어가는 것을 막고, 건조 슬러지로 인한 기체 방출구의 막힘 가능성을 최소화하고, 기체 방출구가 장시간 동안 막히는 것을 방지할 수 있도록 설계된다.
한 바람직한 실시태양에 따라, 도관 부재(129)는 분지관(126)의 입구(127)의 외부에 위치한 하나 이상의 개구 및 분지관(126)의 입구(127)의 내부에 위치한 하나 이상의 개구를 갖는다. 분지관(126)의 외부에 위치한 개구의 총 횡단면적 A외부가 분지관(126)의 내부에 위치한 개구의 총 횡단면적 A내부보다 작은 것이 바람직하다.
도 49는 분지관(126)의 내부에 배치된, 보다 구체적으로 상응하는 기체 방출구(127)를 한정하는 분지관(126)의 일부 주변에 배치된 커버(126a)를 가진 분지관(126) 중 하나를 도시한 것이다. 커버(126a)는 건조 슬러지 등이 관련 기체 방출구(127)을 막거나 분지관(126)에 들어가는 것을 방지하도록 돕는다.커버(126a)로는 구멍, 슬릿, 또는 기체가 통과하는 것을 허용하도록 설계된 다른 유형의 구멍이 포함된다. 예를 들어 금속성 그물이 커버(126a)에 사용될 수 있다. 커버(126a)의 구멍의 직경 또는 폭은 기체 방출구(127)의 직경 및 트랩핑될 건조 슬러지 크기를 고려하여 약 0.3 mm 내지 약 3 mm인 것이 바람직하다. 커버 구멍 직경이 0.3 mm 미만이면 기체가 통과할 때 압력이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 한편으로는, 건조 슬러지가 통과하여 입구(127)을 막는 것을 방지하기 위해서는 커버 구멍 직경이 3 mm보다 크지 않는 것이 바람직하다. 커버(126a)의 개구의 총 횡단면적 A내부가 커버될 기체 방출구의 횡단면적 A외부보다 큰 것이 바람직하다. A내부/A외부의 비가 1.2보다 크고 10보다 작은 것이 보다 바람직하다. 비가 1.2 미만이면, 입구(127)이 막히는 경향이 있다. 비를 10보다 크게 설정하면, 커버(126a)가 공기 흐름을 방해할 수 있다.
통과 구멍 커버(126a)는 분지관(126)과 동일한 또는 상이한 재료로 제조될 수 있으나, 커버(126a)를 분지관(126)에 용이하게 고정시키기 위해서는 동일한 재료로 제조하는 것이 바람직하다.
이제 본 발명의 또다른 실시태양의 예를 또다른 고액 분리막 어셈블리(320)을 도시한 도 50 내지 54를 참고하여 설명할 것이다.
어셈블리(320)의 기본 구조는 도 1에 도시한 어셈블리(120) 및 도 25에 도시한 어셈블리(220)과 동일하다. 그러나, 어셈블리(120) 및 어셈블리(220)과는 달리 도 50 내지 54에 도시된 어셈블리(320)은 막모듈(303)이 별도의 세트로 나누어진막모듈 장치(302)를 포함한다. (이 논의의 목적을 위해, 장치(302)는 모듈의 별도 세트(302a 및 302b)를 갖는 것으로 도시하였다. 그러나, 세트(302a 및 302b)는 그들 사이에 확대된 틈(317)이 있는 분리막 모듈 장치일 수 있다). 어셈블리(320)의 여과 시스템은 동일한 부품, 예컨대 물 수집관(302') 및 펌프를 포함하고, 도 1을 참고하여 상기 설명한 것과 거의 동일한 방식으로 작동한다.
어셈블리(320)은 일반적으로 대상 액체를 담은 처리조(300), 처리조(300) 내에 설치된 막모듈 장치(302), 막모듈 장치(302) 아래에 배치된 기체 확산기(304), 및 막모듈 장치(302)와 기체 확산기(304)를 둘러싸는 전면과 후면 및 좌면과 우면이 대향하도록 배열된 4개의 차단벽 구조체(306)을 포함한다. 막모듈 장치(302)가 거의 4변 평면형 막모듈(303)의 두개의 세트(302a 및 302b)로 나누어져 있고, 세트(302a 및 302b)가 거의 평행 육면체의 외형을 갖도록 서로 평행하게 배열된다. 막모듈 장치(302)는 평면형 막모듈(303)의 막 표면이 처리조(300)의 바닥면에 거의 수직이 되도록 배치된다. 비록 상기 언급된 다양한 형태의 모듈이 사용될 수 있지만, 도 4에 도시한 중공사 막을 모듈(303)으로 사용하는 것이 바람직하다.
도 52 및 53에 도시된 바와 같이, 인접 세트(302a 및 302b) 사이의 틈(317)을 제외하고는 막모듈(303)을 일정한 반복 간격 W로 서로 이격시켰고, 인접 세트(302a 및 302b)의 각 측면에서 마주보는 가장 바깥쪽 모듈은 서로 Wa로 이격시켰다. 도 52 및 53을 참고하면, A는 모듈(303)에 평행한 막분리 장치(302)의 측면 길이와 같고, B는 모듈(303)에 직각인 장치(302)의 전체 측면 길이와 같다.
막모듈 장치(302)의 총면적은 길이 A 및 B에 의해 결정되고, W는 특별히 한정되지 않으나, 의도된 용도에 따라 결정된다. 그러나, 바람직한 예로는 A가 약 30 cm 내지 약 1 m이고, W가 막고정 부재의 폭의 약 1 내지 약 3배이다. 틈(317)의 빈도는 의도된 용도 및 길이 A 및 B와 같은 인자를 기준으로 결정된다. 예를 들어, 도 54는 각 세트들(302a와 302b 및 302b와 302c) 사이에 두개의 틈(317a 및 317b)가 위치한 막모듈 장치를 도시한 것이다.
막분리 장치의 세트(302a 및 302b)의 (가장 바깥쪽 막모듈로부터) 길이가 바람직하게는 길이 A의 0.2 내지 2배, 보다 바람직하게는 0.4 내지 1.5배인 것이 바람직하다. 장치 세트(302a 및 302b)의 길이가 길이 A의 2배 보다 크면, 세척 효율에 나쁜 영향을 끼친다. 한편으로, 장치 세트(302a 및 302b)의 길이가 길이 A의 0.2배 보다 작으면, 막모듈(303)의 일체성 효율이 상당히 저하된다.
고도의 일체성 효율을 유지하기 위해서는 Wa가 길이 W의 5배 보다 크지 않는 것이 바람직하고, 길이 W의 4배 보다 크지 않은 것이 보다 바람직하다. 만족스러운 세척 효율을 유지하기 위해서는 Wa가 길이 W의 1.2배 보다 작지 않는 것이 바람직하고, 길이 W의 1.5배 보다 작지 않는 것이 보다 바람직하다.
도 53에 도시된 바와 같이, 구획 판(318)이 틈(317)에 임의로 제공될 수 있다. 구획 판(318)은 기액 혼합류의 이동 방향을 제한하여 확산기(304)에 의한 세척 성능을 개선시킨다. 구획 판(318)은 보통 인접한 장치 세트(302a 및 302b)의 대향 막모듈(303)들 사이에 평행하게 한중간에 배치되도록 틈(317)의 중심에 위치한다. 구획 판(317)의 재료는 특별히 한정되진 않지만, 예를 들어 수지, 금속 및 세라믹이 사용될 수 있다. 구획 판(317)을 평면 판으로 도시하였지만, 다른 형태도 사용될 수 있다. 구획 판(317)의 폭은 틈 크기 Wa에 따라 적합하게 선택되며, 바람직하게는 약 1 내지 약 10 mm이다. 구획 판(317)의 표면적은 막모듈(303)의 표면적과 거의 동일할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 하나 이상의 틈(317)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 54는 두개의 틈(317a 및 317b)를 도시하고 있다. 각 틈의 크기 Wa가 동일하게 도시되었지만, 317a 및 317b가 서로 다르도록 크기 Wa를 변화시키는 것도 본 발명의 영역에 포함된다.
도 52 내지 54에 나타낸 실시태양뿐 아니라 상기 기재된 다른 실시태양으로 도시된 바와 같이, 주어진 장치(302)의 막모듈(303)의 말단부가 선형으로 배치되어 주어진 장치(302)의 막모듈(303)은 위에서 봤을때 집합적으로 직사각형 모양이 된다. 그러나, 막모듈(303)이 다른 배열로 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 막모듈(303)의 말단부가 평행 육면체로 사선으로 비스듬하게 배열될 수 있다. 말단부가 비스듬하게 배치되는 경우, A값은 (Wa를 결정하기 위해) 막분리 장치(302)를 둘러싸는 최소 부피의 평행 육면체의 상단면의 길이이다.
도 52 내지 54의 실시태양은 막모듈 장치(302)의 상응하는 측면에 평행하게 배열된 4개의 차단벽 구조체(306a, 306b, 306c 및 306d)를 포함하여, 막모듈 장치(302) 및 기체 확산기(304)를 둘러싼다. 장치(302) 및 기체 확산기(304)가 차단벽 구조체(306a 내지 306d)에 의해 둘러싸이기 때문에, 확산기(304)에 의해 발생된 기액 혼합류가 장치(302) 근접부에 남아 기액 혼합류의 균일한 분포에 의해 균일한 세척이 촉진된다. 그러나, 장치(302)에 서로 대향한 두면만이 이용될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
한편으로, 막모듈 장치(302) 및(또는) 기체 확산기(304)와 차단벽 구조체(306) 사이의 거리는 보통 약 10 내지 약 200 mm로 설정한다. 차단벽 구조체(306)의 재료는 특별히 한정되진 않지만, 적합한 재료로는 예를 들어 수지, 금속 및 세라믹 재료가 포함된다. 차단벽 구조체(306)은 차단벽 구조체(306)이 막모듈 장치(302) 및 기체 확산기(304)를 둘러싸는 한, 예를 들어 평면 판형 또는 물결 판형일 수 있다.
본 발명에 따라, 적합한 크기의 틈(317)이 막모듈(303)의 인접 세트들 사이에 제공된다. 따라서, 기체 확산기(304)에 의해 발생된 기액 혼합류가 재빨리 막모듈(303)들 사이를 이동하고, 막모듈(303)이 효과적으로 스크러빙되어 여과 작용에 의해 막표면으로 고체 물질의 흡입이 최소화된다. 이로써, 막표면의 공기 스크러빙에 의한 세척 효과가 개선되기 때문에, 고체 물질이 막 표면을 막는 것을 방지함으로써 고도의 유속으로 고액 분리를 수행할 수 있다. 이로써 유지 빈도가 감소될 수 있어, 여과 작업에 있어서의 방해 요인이 감소된다. 차단벽 구조체(306), 및 막모듈(303)에 평행하게 배열된 구획 판(318)에 의해 세척의 균일성 및 효율성이 개선된다.
세척 효과, 생물학적 처리시 산소 용해 속도, 및 경제성은 기체 확산기(304)로부터 방출된 기체의 방출 속도를 조정하고 여과 조절 작업 동안 수직 방향의 기액 혼합류의 평균 이동 속도를 조정함으로써 조절될 수 있다.
사용하는 동안, 세제를 포함한 용액에 의해 분리막이 세척된다. 세제는 퍼카르보네이트-함유 물질, 예컨대 퍼옥소카르보네이트를 포함하는 것이 바람직하고, 예를 들어 퍼옥소모노카르보네이트 및 퍼옥소디카르보네이트가 포함된다. 퍼카르보네이트는 과산화수소가 카르보네이트에 부가되는 조건에서 존재한다. 퍼카르보네이트는 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염, 예컨대 나트륨염, 칼륨염, 리튬염, 칼슘염, 마그네슘염 및 베릴륨염이 있으며, 소듐 퍼카르보네이트(Na2CO3ㆍ1.5H2O2)가 바람직하다. 퍼카르보네이트는 바람직하게는 용액의 0.1 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 용액의 1 내지 5 중량%를 차지한다.
퍼카르보네이트가 물에 용해되면, 막표면 상에 침착된 유기물이 과산화수소 성분에 의해 분해되어 막이 막히는 것이 방지된다. 또한, 본 발명의 세제는 환경에 바람직하지 않은 유해 물질을 발생시키지 않는다.
바람직하게는, 세제는 1종 이상의 2가 철염을 추가로 포함하며, 이로써 퍼카르보네이트에 부가된 과산화수소와 2가 철염이 반응하여 OH-라디칼을 생성하는 소위 펜톤(Fenton) 반응을 통해 퍼카르보네이트 세척 성능이 개선된다.
H2O2+ Fe2+→ OH + OH-+ Fe3+
OH-라디칼은 유기물로부터의 수소 제거 반응성과 같은 고도의 산화반응 활성을 가지며, 유기물의 산화 분해를 촉진시킨다. 이 세제에 사용되는 2가 철염은 염산염, 황산염 또는 질산염을 비롯한 어떠한 염의 형태로도 공급될 수 있다. 본 발명에 따른 세척 용액 중에서 2가 철 이온의 함량은 바람직하게는 1×10-9내지 1×10-1(mol/ℓ), 보다 바람직하게는 1×10-7내지 1×10-1(mol/ℓ)의 범위이다.
본 발명에 따른 세제는 산화제(아염산염 및 과산화수소는 제외), 계면활성제, 킬레이트제, 산 및 pH 조절제 중 1종 이상을 임의로 함유할 수 있다. 대표적인 계면활성제는 도데실 소듐 술포네이트이다. 대표적인 pH 조절제류는 포스페이트 조절제이다.
상기 언급된 조성물을 포함하는 세제를 본 발명에 따른 분리막에 사용하기 위해서는, 이를 물에 완전히 용해시킨다.
본 발명에 따른 세척 방법에서, 세척하고자 하는 분리막을 세제와 서로 접촉시키는 시스템은 분리막과 세제가 서로 충분히 접촉하는 한 특별히 한정되지 않는다. 함침 시스템 또는 액체 통과 시스템이 바람직하다. 함침 시스템은 세제를 포함한 용액 수면 아래에 분리막의 내부 및 외부를 완전히 담그는 것이다. 액체 통과 시스템은 규칙적인 분리 작업과 동일한 방식으로 분리막을 통해 세척 용액을 통과시키는 것이다. 세척 용액 및 분리막이 서로 접촉했을 때, 기포에 의한 스크러빙과 같은 물리적 세척 방법 및 초음파를 이용한 세척방법이 상기 언급된 방법과 병용될 수 있다.
과도한 양의 막의 막힘을 방지하면서 적합한 세척 효과를 달성하기 위한 작업 조건, 예컨대 온도 및 시간의 확인 방법은 당업자의 이해 범위 내에 있는 것이며, 대상 액체 중의 고체 물질의 특성, 및 세제 중 퍼카르보네이트 및 다른 성분의 농도와 같은 다른 인자를 기준으로 할 수도 있다.
1998년 8월 12일에 출원된 출원번호 제228394/1998호, 1998년 8월 13일에 출원된 출원번호 제228921/1998호, 1998년 9월 10일에 출원된 출원번호 제257209/1998호, 1998년 9월 10에 출원된 출원번호 제257210/1998호, 1998년 9월 30일 출원된 출원번호 제277913/1998호, 1998년 10월 8일에 출원된 출원번호 제287068/1998호, 및 1998년 10월 20일에 출원된 출원번호 제298838/1998호의 일본 특허 출원을 기초로 우선권을 가진다. 각 일본 특허 출원을 전부 거론함으로써 본 발명의 참고문헌으로 인용한다.
본 발명의 원리를 하기 실시예를 통해 추가로 설명할 것이며, 이는 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
<실시예 1>
5개의 중공사 막모듈(상품명: 스테라포어(Sterapore) L, 미쯔비시 레이온 사 제품)을 도 4에 도시된 방식으로 제조하였다. 각 모듈은 공극 평균 직경이 0.1 ㎛인 중공 폴리에틸렌사 막을 포함하였다. 막을 제조하고 통로가 있는 양쪽 막고정 부재 사이에 스크린 형태로 고정하여, 막고정 부재가 벽 수집 부재로도 기능하게 하였다. 인접 모듈의 중심 사이의 거리는 6 cm이었다. 기체 확산기를 막모듈의 하단부와 45 cm로 이격되도록 막모듈 아래에 배치하였다. 제1 및 제2의 수지 판형대향 차단벽 구조체(높이 100 cm, 폭 85 cm, 두께 1 cm) 및 제3 및 제4의 수지 판형 대향 차단벽 구조체(높이 100 cm, 폭 35 cm, 두께 1 cm)를 서로 접하게 배치하여 막모듈을 둘러싸도록 배열하였다.
외부 직경이 3 cm이고 벽 두께가 0.3 cm이고 길이가 30 cm인 5개의 비닐 클로라이드 관을 포함하는 기체 확산기를 사용하였고, 이 5개의 비닐 클로라이드 관은 18 cm의 (축 사이) 간격으로 이격시켰다. 0.3 cm의 4개의 기체 방출 구멍을 이들 각 관의 상단 벽부에 7 cm의 간격으로 제조하였다. 각 관의 양 말단을 동일한 직경의 길이가 80 cm인 비닐 클로라이드 관에 접합시켜, 직사각형 구조체를 제조하였다.
기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 기체를 확산시켰다. 본원에 제공된 각 실시예에서 기체는 공기였다.
MLSS 농도가 8000 내지 12000 mg/ℓ인 활성 슬러지를, 막 투과 유속 LV가 0.01 ㎥/㎡/hr인 조건하에 흡입 펌프를 사용하여 막분리기를 13분 여과 및 2분 중단을 교대하는 방식으로 간헐적으로 작동시켜 1년 연속 여과 처리하에 두었다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 기체 확산기에는 외부 직경이 3 cm이고 벽 두께가 0.3 cm인 5개의 비닐 클로라이드 분지관이 구비되어 있었다. 분지관은 그의 양 말단이 약 90도의 각도로 굽은 것이었고, 18 cm의 간격으로 배열되었다. 각 분지관의 양 말단은 외부 직경이 5 cm이고 벽 두께가 0.4 cm이고 길이가 80 cm인 비닐 클로라이드 관으로 제조된 주관의 최하부에 접합되었다. 분지관의 수평 길이는 30 cm이었고, 분지관의 수직 길이는 5 cm이었다. 분지관의 수평부의 바닥에는 직경이 3 cm인 4개의 기체 방출구가 제조되었고, 기체 방출구는 7 cm 간격으로 이격시켰다.
기체 확산 강도를 막분리기의 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 외부 직경이 0.5 cm이고 내부 직경이 0.3 cm이고 길이가 2 cm인 비닐 클로라이드 관형 부재를 실시예 2와 동일한 확산기의 분지관의 기체 방출 구멍에로 고정시켰다. 직경이 0.3 cm인 2개의 측면 구멍을 분지관의 내부에 위치한 관형 부재의 일부분에 형성시켰다.
기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 4>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 높이가 50 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm인 2개의 수지 판을 막모듈의 외측에 배열하여, 수지 판을 막 표면에 평행하게 위치시켰다. 기체확산기는 45 cm의 틈을 두고 막모듈 아래에 이격시켰다. 기체 확산기의 주변부를 높이가 50 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm인 2개의 수지 판 및 높이가 50 cm이고 폭이 35 cm이고 두께가 1 cm인 2개의 수지 판으로 둘러쌌다.
각 막고정 부재는 폭(측면에서 봤을 때)이 5 cm이고 길이가 45 cm이었다. 막고정 부재는 막모듈 장치에 의해 한정되는 직사각형 영역에 대해 막고정 부재의 총면적이 86.2%가 되도록 배열하였다.
기체 확산기는 실시예 2에서 사용된 것과 동일한 것을 사용하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 5>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 5개의 막모듈을 인접 막모듈의 중심 사이 거리가 10 cm가 되도록 측면으로 배열하였다. 막모듈 장치 측면 표면적에 대한 모든 막고정 부재의 측면 표면적이 55.6%를 차지하였다. 높이가 50 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm인 2개이 수지 판을 그들 사이에 막모듈이 삽입되도록 막모듈의 외측에 배열하였다. 기체 확산기를 막모듈 아래에 배치하고, 45 cm로 막모듈이 하단부와 이격시켰다. 기체 확산기의 주변부를 높이가 50 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm인 2개의 대향 수지 판 및 높이가 50 cm이고 폭이 50 cm이고 두께가 1 cm인 2개의 추가의 대향 수지 판으로 둘러쌌다.
기체 확산기는 분지관의 수평 길이를 40 cm로 설정하고 6개의 기체 방출 구멍을 7 cm의 간격으로 만든 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방식으로 제조하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 6>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 차단벽 구조체가 집합적으로 18개의 수직으로 긴 슬릿형 통로를 갖는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방식으로 차단벽 구조체를 배열하였다. 통로는 높이가 90 cm이고 폭이 1 cm이며, 슬릿은 측면으로 10 cm 간격으로 서로 이격되어 있었다. 통로 중 7개는 더 긴 각 차단벽 구조체에 만들었고, 통로 중 2개는 더 짧은 각 차단벽 구조체에 만들었다(이로써 18개의 통로가 제공되었다). 집합적으로, 슬릿형 통로는 차단벽 구조체의 표면적의 6.75%를 차지하였다.
기체 확산기는 실시예 2에서 사용된 것과 동일한 것을 사용하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 7>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 차단벽 구조체를 실시예 1과 동일한 방식으로 배열하였다.그러나, 차단벽 구조체에 집합적으로 각각 길이가 95 cm이고 폭이 3 cm인 총 40개의 슬릿형 통로를 제공하였고, 인접 통로는 측면으로 2 cm 간격으로 서로 이격시켰다. 더 긴 각 차단벽 구조체에 15개의 통로를 만들고, 더 짧은 각 차단벽 구조체에 5개의 통로를 만들었다(이로써 총 40개의 통로가 제공되었다). 집합적으로, 슬릿형 통로는 차단벽 구조체의 표면적의 47.5%를 차지하였다.
기체 확산기는 실시예 2에서 사용된 것과 동일한 것을 사용하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 8>
실시예 1과 동일한 총 18개의 중공사 막모듈을 하기와 같이 배열하였다. 6개의 중공사 막모듈의 제1 세트를 막과 물 수집 부재가 수직이 되도록 측면으로 배열하였다. 폭이 12 cm인 틈을 전방 마지막 모듈에 인접하게 제공하였다. 이어서, 6개의 중공사 막모듈의 제2 세트를 제1 세트 및 제2 세트의 중공사 막모듈 사이의 제1 틈이 6 cm가 되도록하여 동일한 방식으로 배열하였다. 6개의 중공사 막모듈의 제3 세트를 제2 세트 및 제3 세트의 중공사 막모듈 사이의 제2 틈이 6 cm가 되도록하여 동일한 방식으로 배열하였다.
기체 확산기를 막모듈의 하단부 아래에서 45 cm로 이격시켰다. 막모듈 및 확산기의 주변부를 4개의 수지 판형 차단벽 구조체로 둘러쌌다. 제1 세트의 대향 차단벽 구조체는 각각 높이가 100 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm이었다. 제2세트의 대향 차단벽 구조체는 각각 높이가 100 cm이고 폭이 135 cm이고 두께가 1 cm이었다. 높이가 100 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm인 구획 판을 제1 틈과 제2 틈에 제공하였다. 이 배열은 본 발명의 모든 틈-제공 조건을 만족시켰다.
분지관의 수평 길이가 125 cm이고, 분지관에 7 cm의 간격으로 15개의 기체 방출구가 있는 것을 제외하고는, 기체 확산기는 실시예 2에서 사용된 것과 동일한 것을 사용하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 9>
실시예 8과 동일한 중공사 막모듈을 사용하여 여과 처리를 수행하였다. 막모듈의 수 및 배열은 실시예 8과 동일하게 하였다. 실시예 8과 다른 점은 틈에 구획 판을 제공하지 않은 것 뿐이다.
기체 확산기를 실시예 8에 사용한 것과 동일한 방식으로 제조하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<실시예 10>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 실시예 8과 동일한 방식으로 배열하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 2개의 대향 수지 판형 차단벽 구조체를 막모듈에 평행하게 배열하였다. 차단벽 구조체는 높이가 50 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm이었다. 기체 확산기를 막모듈 아래에 배치하고, 45 cm로 막모듈이 하단부와 이격시켰다. 기체 확산기의 주변부를 4개의 수지 판형 차단벽 구조체로 둘러쌌다. 기체 확산기를 덮는 2개의 대향 차단벽 구조체의 제1 세트는 각각 높이가 50 cm이고 폭이 85 cm이고 두께가 1 cm이었다. 기체 확산기를 덮는 2개의 대향 차단벽 구조체의 제2 세트는 각각 높이가 50 cm이고 폭이 135 cm이고 두께가 1 cm이었다.
폭(측면에서 봤을 때)이 5 cm이고 길이가 45 cm인 각 막고정 부재는 막모듈 장치의 측면 총 표면적의 69.8%를 차지하였다.
기체 확산기를 실시예 8과 같이 제조하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
<비교예 A>
실시예 1과 동일한 중공사 막모듈을 사용하고 하기 조건만을 변경하여 여과 처리를 수행하였다. 막모듈과 확산기 둘레에 수지 판을 제공하지 않고 여과 작업을 수행하였다.
기체 확산기를 상기와 동일한 구조로 제조하였다. 기체 확산 강도를 막분리기의 수평 횡단면적 당 75 ㎥/㎡/hr로 설정한 조건하에 분출기를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 기체를 확산시켰다. 실시예 1과 정확히 동일한 조건하에 여과 처리를 수행하였다.
실시예 1 내지 10 및 비교예 A에서 여과 작업을 수행하는 동안의 압력 차이 거동을 표 1에 나타내었다. 이들 모든 실시예에서, 여과 작업을 수행하는 동안 1년 경과 후에 측정한 압력 차이는 여과 작업을 시작한 후 즉시 측정한 것에 비해 +30 kPa보다 높지 않았고, 실시 안전 범위 내에 머물러 있었다.
초기 압력 차이(kPa) 1년 경과 후 압력 차이(kPa)
실시예 1 5 35
실시예 2 5 30
실시예 3 5 28
실시예 4 5 19
실시예 5 5 21
실시예 6 5 23
실시예 7 5 25
실시예 8 5 17
실시예 9 5 19
실시예 10 5 15
비교예 A 5 77
비교예 A에서, 1년 경과 후 측정된 압력 차이는 실시 범위를 넘어서는 +70 kPa 이상이었다. 반대로, 각 실시예에서 1년 경과 후 측정된 압력 차이는 비교예 A의 절반 미만이었고, 일부 경우에는 비교예 A의 1/4 미만이었다.
<실시예 11>
실시예 1에서 1년 여과 작업에 사용된 하나의 중공사 막모듈을 실온에서 6시간 동안 1% 소듐 퍼카르보네이트 수용액에 함침시킴으로써 세척하에 두었다. 막모듈의 막 면적 1 ㎠ 당 막간 압력 차이 0.1 MPa에서의 여과 유속을 세척하기 전과 세척한 후에 막모듈에서 측정하였다. 동일한 조건하에 여과 유속을 신품 모듈에서 측정하였다. 결과는 하기와 같다;
세척하기 전 모듈 : 1.3 ㎖/min·㎠
세척한 후 모듈 : 3.9 ㎖/min·㎠
신품 모듈 : 4.4 ㎖/min·㎠
세척 작업으로 인해, 신품 막모듈의 89%까지의 여과 유속을 본 발명의 세제를 이용하여 달성할 수 있었다.
본 발명의 바람직한 실시태양의 상기한 상세한 설명은 본 발명 및 실제 적용예를 설명하기 위한 목적으로 제공되었고, 이로써 당업자는 본 발명이 다양한 실시태양 및 특정 용도에 알맞는 다양한 변형을 이해할 수 있을 것이다. 상기한 상세한 설명은 개시된 본 발명의 실시태양으로 한정하지 않는다. 변형법 및 동등물이 첨부된 청구항의 개념 및 범위 내에 포함된다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (27)

  1. 수직으로 배향된 분리막 및 상기 분리막의 양쪽을 고정시키는 막고정 부재를 포함하는 평면형 막모듈,
    기체를 확산시킴으로써 기액 혼합류를 발생시켜 이 기액 혼합류에 의해 상기 분리막의 막 표면을 세척하는, 상기 막모듈 아래에 배치된 기체 확산기, 및
    상기 기체 확산기에 의해 확산된 기체를 상기 분리막의 막 표면에로 인도하는 차단벽 구조체
    를 포함하고, 상기 분리막의 표면에 평행하게 배열된 한쌍의 차단벽 구조체 사이에 상기 분리막이 위치한, 처리조 내에 설치된 막분리 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차단벽 구조체에 물이 흐를 수 있는 하나 이상의 통로가 존재하는 막분리 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 통로의 전체 면적이 상기 차단벽 구조체의 전체 표면적의 1 내지 60%를 차지하는 것인 막분리 어셈블리.
  4. 서로 평행하게 배열된 다수개의 평면형 막모듈을 포함하고 이 막모듈의 막 표면이 수직으로 배향된 막분리 장치, 및
    상기 분리막 장치의 아래에 배치된 기체 확산기
    를 포함하고, 상기 일련의 평면형 막모듈이 배열 방향으로 규칙적인 간격 W로 배열되고, 이 간격 W는 길이 A의 0.2 내지 2배이고, 길이 A는 상기 막분리 장치를 둘러싸는 최소 부피의 평행 육면체 상단의 측면 길이로 정의되고, 이 측면은 상기 평면형 막모듈의 막 표면에 평행하고, 상기 막 장치가 상기 간격 W의 1.2 내지 5배인 틈에 의해 이격되어 있는 막분리 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 틈에 상기 평면형 막모듈의 막 표면에 평행하게 배열된 구획 판을 추가로 포함하는 막분리 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막고정 부재의 측면 표면적이 상기 막분리 장치의 측면 표면적의 30 내지 100%를 차지하는 것인 막분리 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 확산기로부터 방출되는 기체의 양이 상기 막분리 장치의 수평 횡단면적 당 10 내지 150 N㎥/㎡/hr인 막분리 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막모듈에서 기액 혼합류의 평균 수직 유속이 0.01 내지 1.5 m/sec인 막분리 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막모듈에서 기액 혼합류의 평균 수평 유속이 0.01 내지 1.5 m/sec인 막분리 어셈블리.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리막이 폴리올레핀으로 제조된 중공사 막인 것인 막분리 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막고정 부재에 거의 직사각형 횡단면을 갖는 슬릿이 있고, 상기 분리막이 씨실로서 중공사를 갖는 편직물을 포함하는 중공사 막을 포함하고, 이 중공사를 액체-밀봉 방식으로 상기 슬릿에 고정시켜, 중공사의 말단부에 개구가 형성된 것인 막분리 어셈블리.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차단벽 구조체들 사이가 하나 이상의 막대형 구조체에 의해 고정된 막분리 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 막대형 구조체가 각 차단벽을 통과함으로써 상기 차단벽 구조체들 사이를 고정시키는 것인 막분리 어셈블리.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 막대형 구조체가 상기 각 막모듈로부터 여액을 수집하기 위한 여액 수집관으로도 기능하는 것인 막분리 어셈블리.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 확산기가 주관 및 분지관을 포함하고, 상기 분지관이 상기 주관에 연결되어 있으며 기체 방출구를 갖고, 상기 분지관의 횡단면적 A1이 상기 주관의 횡단면적 A2보다 작은 것인 막분리 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기체 방출구가 상기 분지관의 최하부에 배열된 것인 막분리 어셈블리.
  17. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 확산기가 주관 및 분지관을 포함하고, 상기 분지관이 상기 주관에 연결되어 있으며 기체 방출구를 갖고, 도관 부재가 상기 분지관의 상기 기체 방출구를 통해 삽입되어 있고, 상기 도관 부재가 상기 분지관의 외부에 위치한 개구 및 상기 분지관의 내부에 위치한 개구를 갖고, 상기 분지관의 외부에 위치한 상기 개구의 횡단면적 A외부가 상기 분지관의 내부에 위치한 상기 개구의 횡단면적 A내부보다 작은 것인 막분리 어셈블리.
  18. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 확산기가 주관 및 분지관을 포함하고, 상기 분지관이 상기 주관에 연결되어 있으며 기체 방출구를 갖고, 상기 기체 확산기가 추가로 통과 구멍을 가진 커버를 포함하고, 상기 커버가 상기 분지관 내에 배치되어 있으며 상기 분지관의 상기 기체 방출구를 덮도록 위치하고, 상기 기체 방출구의 횡단면적 A외부가 상기 커버의 상기 모든 구멍의 총 횡단면적 A내부보다 작은 것인 막분리 어셈블리.
  19. 주관 및 분지관을 포함하고, 상기 분지관이 상기 주관에 연결되어 있으며 기체 방출구를 갖고, 상기 분지관의 횡단면적 A1이 상기 주관의 횡단면적 A2보다 작은 것인 기체 확산기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 기체 방출구가 상기 분지관의 최하부에 배열된 것인 기체 확산기.
  21. 주관 및 분지관을 포함하고, 상기 분지관이 상기 주관에 연결되어 있으며 기체 방출구를 갖고, 도관 부재가 상기 분지관의 상기 기체 방출구를 통해 삽입되어 있고, 상기 도관 부재가 상기 분지관의 외부에 위치한 개구 및 상기 분지관의 내부에 위치한 개구를 갖고, 상기 분지관의 외부에 위치한 상기 개구의 횡단면적 A외부가 상기 분지관의 내부에 위치한 상기 개구의 횡단면적 A내부보다 작은 것인 기체 확산기.
  22. 퍼카르보네이트를 함유한 분리막용 세제.
  23. 제22항에 있어서, 상기 퍼카르보네이트가 알칼리 금속염 및 알칼리 토금속염으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 것인 분리막용 세제.
  24. 제23항에 있어서, 상기 퍼카르보네이트가 소듐 퍼카르보네이트인 것인 분리막용 세제.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세제가 2가 철염을 추가로 포함하는 것인 분리막용 세제.
  26. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세제가 산화제(아염산염 및 과산화수소는 제외), 계면활성제, 킬레이트제 및 pH 조절제로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것인 분리막용 세제.
  27. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 상기 막분리 어셈블리의 상기 분리막과 퍼카르보네이트-함유 세제를 포함하는 용액을 접촉시키는 단계를 포함하는 분리막의 세척 방법.
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