KR20010079919A - 박막 여과 모듈을 세척하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다수의 다공성 박막(5)을 포함하는 박막 모듈(5)을 세척하기 위한 장치 및 방법에 있어서, 서로 밀착하여 배치되며 그 사이에서 과도한 이동을 방지하도록 장착된 박막과, 사용 시 상기 액체 내에 동반된 액체와 가스 기포(18)를 박막의 표면을 통과시켜 오물을 제거하도록, 상기 박막의 구멍을 통과하는 가스 이외의 수단에 의해 모듈의 내부로부터 액체 유동 내에 동반된 가스 기포를 제공하는 수단(10, 12)을 포함한다. 상기 가스 기포는 벤추리형 장치(12)를 이용하여 액체 내에 동반된다. 상기 박막(20)은 높은 패킹 밀도를 유지하면서 세척을 도와주기 위해 다수의 분리된 집단(23)으로 분리된다.

Description

박막 여과 모듈을 세척하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING MEMBRANE FILTRATION MODULES}

폐수 처리를 위한 박막의 중요성이 급속히 증가되고 있다. 박막 공정은 오수에 대한 효과적인 제3의 처리방법으로서 양질의 배출물을 제공하는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나, 이에 소요되는 자본과 그 작동 비용이 너무 높은 경향이 있다. 박막 모듈이 대형 공급 탱크 내에서 잠기고 여과액이 박막의 여과액 측에 설치된 흡입부를 통해 수집되는 잠수형 박막 공정에서 생물학적 처리와 물리적 처리를 조합한 박막 생물반응기는 보다 소형이고 효과적이며 경제적일 수 있다. 박막 생물반응기의 크기는 가정용(부패조 시스템과 같은)으로부터 공중용 및 대규모의 오수 처리용까지의 범위를 갖는다.

박막 여과 공정의 성공은 효율적이고 효과적인 박막 세척 방법의 사용 여부에 크게 의존한다. 통상적으로 사용되는 물리적 세척방법은 액체 투과나 가스를이용한 백와쉬(backwash)(백펄스(backpulse), 백플러쉬(backflush))와, 액체 내의 기포 형태의 가스를 이용한 박막 표면의 세척 또는 연마 등의 방법이 있다. 제2 형태의 방법은 이시다 등에 허여된 미국특허 제5,192,456호와, 코테 등에 허여된 미국특허 제5,248,424호와, 헨샤 등에 허여된 미국특허 제5,639,373호와, 헨샤 등에 허여된 미국특허 제5,783,083호와, 본 출원인에 의한 PCT 출원 제WO98/28066호 등에 개시되어 있다.

상술된 실시예에서, 가스는 통상적으로 가압된 분출기(pressurised blower)에 의해, 박막 모듈이 가스 기포를 형성하도록 침수되어 있는 액체 시스템 내로 분사된다. 이와 같이 형성된 기포는 상향으로 이동하여 박막 표면을 정화하고, 이에 의해 박막 표면에 형성된 오염물을 제거한다. 생성된 전단력은 초기의 가스 기포 속도와 기포 크기와 기포에 가해진 합력에 크게 의존한다. 이러한 방법에서의 유체 이송은 가스 상승 기구의 효율로 제한된다. 세척 효과를 강화하기 위해서는 보다 많은 가스가 공급되어야만 한다. 그러나, 이러한 방법은 다음과 같은 몇 가지 단점을 내포하고 있다. 즉, 다량의 에너지를 소비하게 되고, 박막의 유효 영역을 감축시키는 유동 또는 분무를 형성할 수도 있으며, 박막을 손상시킬 수도 있다. 또한, 고농도의 고형물 환경에서, 가스 분포 시스템은 탈수 고형물에 의해 점진적으로 막히거나, 또는 가스가 갑자기 중단될 때 쉽게 막히게된다.

대부분의 관형 박막 모듈에 있어서, 박막은 모듈의 중간부(종방향)에서는 유연하지만 양쪽의 포트된 헤드를 향해서는 더욱 고정적이고 덜 유연한 경향이 있다. 이러한 모듈이 고농도의 현수 고형물을 포함하는 환경에 사용될 때, 고형물은 박막다발 내에서, 특히 양쪽의 포트된 헤드 근처에서 용이하게 포획된다. 고형물의 축적을 감소시키기 위한 상기 방법은 가스 세척법이 박막을 세척하기 위해 사용될 때 모듈 형태와 유동 분포의 향상을 포함한다.

박막 모듈의 디자인에 있어서, 모듈 내의 관형 모듈의 패킹 밀도는 매우 중요한 요소이다. 본 명세서에서 사용된 것과 같은 박막 모듈에서의 섬유 박막의 패킹 밀도는 전체 포팅 영역에 의해 분할된 섬유 박막에 의해 취해진 단면적으로 포트된 영역으로 한정되며, 통상적으로 퍼센트(%)로 표시된다. 경제적 관점에서 볼 때, 상기 패킹 밀도는 박막 모듈의 제조 비용을 절감하기 위해 가능한 한 높은 것이 바람직하다. 실제로, 덜 조밀하게 패킹된 박막 모듈에서는 고형물의 패킹이 감소된다. 그러나, 만일 패킹 밀도가 너무 낮은 경우에는, 박막 사이의 마찰효과는 감소되어, 이에 따라 박막 표면에 대해 비효율적인 정화/세척을 초래하게 된다. 따라서, 박막의 패킹 밀도를 최대로 하면서 축적된 고형물의 제거를 도와줄 수 있는 박막 형태를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 벤추리 또는 제트 등에 의해 형성된 가스 및 액체의 혼합물로 박막 모듈을 효과적으로 세척하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어 생물반응기 내와 같은 고농도의 현수 고형물 환경에 적용되는 박막 모듈에 대하여, 모듈 내의 고형물 축적을 감소시키기 위한 몇 가지 개선된 모듈 형태가 설명된다.

도1은 박막 모듈의 일실시예에 대한 개략적인 측면도로서, 본 발명에 따른세척방법을 도시한 도면.

도2는 가스 기포의 혼입을 형성하는데 사용되는 제트형 장치의 일실시예에 대한 확대측면도.

도3a는 본 발명의 일실시예에 따른 분리된 박막 모듈의 개략적인 측면도.

도3b는 도3a의 박막 다발들의 단면도.

도4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리된 박막 모듈의 개략적인 측면도.

도4b는 도4a의 박막 다발들의 단면도.

도5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리된 박막 모듈의 개략적인 측면도.

도5b는 도5a의 박막 다발들의 단면도.

도6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리된 박막 모듈의 개략적인 측면도.

도6b는 도6a의 박막 다발들의 단면도.

도7은 본 발명의 다른 실시예로서, 도2와 유사한 도면.

도8은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도2와 유사한 도면.

도9는 본 발명에 따른 박막 모듈의 양호한 실시예의 하단부의 단면사시도.

도10은 도9의 박막 모듈의 상단부의 단면사시도.

본 발명의 실시예는 상술한 종래 기술의 단점의 적어도 일부를 극복하거나 개선하고 대체품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 본 발명은 반출된 가스원을 통과한 상기 액체 매질의 유동에 의해 가스 기포를 액체 매질에 동반시키는 단계와, 오물을 제거하기 위해 상기 박막 표면을 따라 상기 가스 기포와 액체 매질을 유동시키는 단계를 포함하는 가스 기포가 포함된 액체 매질을 사용하여 박막 표면을 정화하는 방법을 제공한다. 박막 표면 정화방법을 제공한다.

가스 기포는 양호하게는, 벤추리 장치에 의해 액체 유동 내로 동반된다. 더 양호하게는, 가스 기포는 액체와 기포의 혼합물을 생성하기 위해 가스를 액체 유동 내로 강제 혼합하는 제트, 노즐, 배출기, 추출기 및 분사기 등과 같은 장치에 의해 액체 유동 내에 동반되거나 분사된다. 선택적으로, 부가의 기포원이 분출기 등의 장치에 의해 상기 액체 매질 내에 제공될 수도 있다. 사용된 가스는 공기와, 산소와, 기체 염소 또는 오존을 포함한다. 공기가 세척/또는 기체 혼입용으로는 가장 경제적이다. 기체 염소는 박막 표면에서의 화학반응에 의한 세척 효율 강화와 살균과 정화의 목적으로 사용된다. 오존의 사용은 기체 염소에 대해 서술한 바와 유사한 효과 이외에도, 오존을 사용하게 되면 DBP 선구물질의 산화와 비-생물분해성 NOM을 생물분해성의 용해된 유기탄소로 변화시키는 것과 같은 부가적인 특징을 갖게 된다.

제2 태양에 따라, 본 발명은 상호 조밀하게 배열되고 사이에서의 과도한 움직임을 방지하도록 장착된 다공성 박막과 모듈 내부로부터, 가스가 상기 박막의 미세 구멍을 통과하지 않으면서 액체 유동 내에 동반되는 가스 기포를 모듈 내로부터 제공하는 수단을 포함한다. 사용 시 상기 액체와 액체에 동반된 기포는 상기 박막 표면으로부터 오염물을 제거하도록 상기 박막의 표면을 지나 이동한다. 상기 가스 기포는, 상기 액체 유동 내로 가스를 혼입 시킴으로써 상기 액체를 가스원을 지나 유동시켜 상기 액체에 동반된다.

양호하게는, 상기 액체와 기포는 혼합된 후 오물을 제거하도록 박막을 통과하여 흐른다.

양호한 일 형태에 따르면, 본 발명은 박막 모듈을 형성하는 배열 내에서 종방향으로 연장되어 장착된 다수의 다공성 중공 섬유 박막의 표면으로부터 오염물질을 제거하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 배열 내로부터, 가스가 상기 박막의 미세 구멍을 통과하지 않으면서 액체 유동 내에 동반되는 가스 기포를 모듈 내로부터 제공하는 단계를 포함한다. 상기 가스 기포는 상기 가스의 상기 액체 내 혼입 및/또는 혼합이 유발되도록 상기 액체를 가스원에 통과시킴으로써 상기 액체 유동 내로 동반된다. 상기 분포에 의해, 상기 기포가 상기 배열 내의 각 박막 사이를 대체로 균일하게 통과하여, 상기 액체와 결합하여 상기 박막의 표면을 세정하고 박막 모듈 내로부터 축적된 고형물을 제거한다.

양호하게는, 박막이 다공성의 중공 섬유를 포함한다. 상기 섬유는 헤더(header) 내의 각 단부에 고정된다. 하부 헤더는 가스/액체 유동이 유입되도록 하나 이상의 구멍을 구비한다. 상기 구멍은 원형, 타원형, 또는 슬롯형으로 형성될 수도 있다. 상기 섬유는 통상적으로 여과액을 제거할 수 있도록 상단부가 개방되고 하단부가 밀봉된다. 그러나 일부 장치에서는 상기 섬유가 일단부 또는 양단부로부터 여과액의 제거를 허용하도록 개방된다. 상기 섬유는 양호하게는 원통형 배열 또는 다발 내에 배열된다. 상술된 세척 공정이 평평하거나 평면인 박막의 다른 형태에 동일하게 적용될 수 있다는 것은 명백하다.

다른 태양에 따르면, 본 발명은 상호 조밀하게 배열되고 사이에서 과도한 움직임을 방지하도록 장착된 다수의 다공성 중공 섬유 박막을 포함하며, 상기 섬유박막이 헤더의 각 단부에 고정되며, 하나의 헤더는 형성되어 가스/액체 유동이 유도되는 내부에 하나 이상의 구멍을 구비하며 상기 박막 섬유를 그룹으로 분할하도록 상기 헤더 사이에서 적어도 어느 정도 멀리 연장되는 구획 수단을 포함하는 박막 모듈을 제공한다. 양호하게는, 구획 수단은 각 섬유 그룹 사이에서 이격되어 형성된다. 구획부는 각각 평행하거나 또는 섬유 박막의 원통형 배열의 경우, 배열 중심으로부터 방사 상으로 연장되거나, 원통형 배열 내에서 동심으로 위치된다. 다른 형태에서, 섬유 다발은 헤더들 사이에 다발의 길이를 연장하는 중심 종방향 통로를 구비한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 본 발명은 사이에서 종방향으로 연장되고 각 단부에서 각 포팅 헤드에 장착된 다수의 다공성 중공 박막 섬유를 포함하는 박막 생물반응기용 박막 모듈을 제공한다. 상기 섬유는 사이에 간격을 형성하도록 적어도 그 각각의 포팅 헤드 또는 인접한 다수의 다발로 구획된다. 사용 시 상기 기포가 박막 표면으로부터 오염 물질을 제거하도록 박막 표면을 지나 이동되며, 상기 포팅 헤드 중 하나는 상기 모듈 내에 가스 기포를 제공하기 위해 형성된 통기구의 배열을 구비한다.

상기 섬유 다발은 보호되며 섬유 이동은 상기 섬유를 통해 자유 유체 및 가스 유동을 제공하고 상기 섬유의 포트된 단부에서 에너지 집중을 줄이는 섬유 운동의 폭을 제한하도록 적당하게 이격된 수직 수평 요소 모두를 구비한 모듈 지지 스크린에 의해 제한된다.

양호하게는, 상기 통기구는 상기 구획된 다발들 사이에 형성된 간격과 동시에 위치한다. 양호하게는, 상기 통기구는 슬롯(들) 또는 구멍들의 열을 포함한다. 양호하게는, 상기 섬유 다발은 상기 슬롯들 또는 구멍들의 열 사이의 포팅 헤드에 위치한다.

더 양호하게는, 상기 가스가 몇몇의 형태에서만 사용될 수도 있다는 것은 명백하지만, 상기 가스 기포는 상기 구멍 또는 슬롯을 통해 공급되기 전에 동반되거나 액체 유동에 혼합된다. 사용된 상기 액체는 박막 모듈에 대한 공급일 수도 있다. 상기 섬유 및/또는 섬유 다발은 포팅 헤드 사이에서 상호 겹치지 않는 것이 양호하지만 상호 겹칠 수도 있다.

양호하게는, 모듈 내에의 섬유는 약 5% 내지 70%, 더욱 양호하게는 8% 내지 55%의 패킹 밀도(상술된 바와 같이)를 갖는다.

양호하게는, 상기 구멍은 약 1mm 내지 40㎜, 더욱 양호하게는 1.5mm 내지 25㎜의 직경을 갖는다. 슬롯이나 구멍의 열인 경우, 개방 영역은 상술한 구멍의 개방영역과 동일하게 설정된다.

전형적으로, 섬유의 내경은 약 0.1mm 내지 5㎜이며, 양호하게는 약 0.25mm 내지 2㎜의 범위에 있다. 섬유의 벽두께는 사용된 재료 및 필요로 하는 강도 대 여과 효율에 따른다. 전형적인 벽두께는 0.05mm 내지 2㎜이며, 대개는 0.1mm 내지 1㎜이다.

다른 태양에 따르면, 본 발명은 탱크로의 공급 유도를 위한 수단과 상기 탱크 내의 활성 슬러지를 형성하는 수단과 상기 슬러지로 잠기기 위해 제1 태양에 따라 탱크 내에 위치한 박막 모듈과 적어도 상기 섬유 박막의 일단부로부터 여과액을인출하는 수단을 제공하는 상기 박막 모듈을 구비한 탱크를 포함한다.

또 다른 태양에 따르면, 본 발명은 제2 태양에서 설명된 형태의 박막 생물반응기를 작동하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 탱크에 공급을 유도하는 단계와 사용 시 상기 박막 섬유의 표면으로부터 오염 물질을 제거를 위해 상기 박막 섬유의 표면을 지나 기포가 이동하도록 상기 통기구를 통해 상기 모듈 내로 가스 기포를 주기적 또는 연속적으로 공급하면서 여과액을 인출하기 위해 상기 섬유에 진공을 인가하는 단계를 포함한다.

만약 필요하다면, 부가적 통기원이 미생물 활동을 돕도록 탱크 내에 제공될 수도 있다. 양호하게는 박막 모듈은 탱크 내에서 수직으로 현수되며 상기 부가적 통기원은 현수 모듈 하부에 제공될 수도 있다. 양호하게는, 상기 부가적 통기원은 공기 침투성 튜브의 그룹을 포함한다. 박막 모듈은 플럭스에 의존하는 백와쉬와 함께 또는 백와쉬 없이 작동된다. 생물반응기 내의 현수 고형물의 고 합성 액체(5,000ppm 내지 20,000ppm)가 체류 시간을 상당히 감소시키고 여과액의 질을 향상시킨 것이 알려졌다. 유기 물질의 감성 및 박막의 세척 모두를 위한 통기의 복합 사용이 고농도의 MLSS를 확립시키면서 박막 횡단 압력의 현저한 증가가 없이 일정한 여과액 유동을 가능하게 한다는 것이 알려져 있다. 구획된 섬유 다발의 사용은 가스 세척 공정의 현저한 손상 없이 더 높은 패킹 밀도가 달성되는 것을 가능하게 한다. 이것은 높은 여과 효율을 달성한다.

도면을 참조하는 본 발명의 실시예는 본 출원인에 의해 계류중인 본 명세서와 상호 참조하는 국제 특허 출원 제WO98/28066호에 개시된 형태의 박막 모듈에 대해 서술될 것이지만, 본 발명의 다른 형태의 박막 모듈에도 등가 적용할 수 있음은명백하다. 상기 박막 모듈(5)은 일반적으로, 양단부(7, 8)에서 포트되고 이 경우 스크린(9)인 지지구조체에 둘러쌓인 관형 또는 평평한 시트형의 박막섬유(6)를 포함한다. 박막의 일단부 또는 양단부는 투과 집진용으로 사용될 수 있다. 박막 표면을 지나는 가스와 액체의 혼합물을 분배하도록 포트(11) 내에 다수의 관통 장치(10)를 구비한다.

도1에 도시된 바에 따르면, 벤추리 장치(12) 등이 모듈의 베이스에 연결된다. 상기 벤추리 장치(12)는 입구(13)를 통해 가스를 흡입하고, 가스를 공급 입구(14)를 통해 유동하는 액체와 혼합하거나 동반시켜 가스 기포를 형성하며 액체/가스 혼합물을 모듈 장치(10)에 확산시킨다. 분배 장치(10)를 통과한 후, 상기 동반된 가스 기포는 액체 유동을 따라 상향으로 이동하면서 박막 표면을 정화한다. 액체 공급물 또는 가스는 시스템의 요구에 따라 연속적으로 분사되거나 간헐적으로 분사된다. 상기 벤추리장치에 의해, 분출기가 없어도 가스 기포와 통기 시스템을 형성할 수 있다. 상기 벤추리장치(12)는 벤추리 튜브, 제트, 노즐, 배출기, 추출기, 주입기 등의 장치이다.

도2에는 제트형 또는 노즐형 장치(15)가 확대 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 액체는 공기포위통로(17)를 구비한 제트(16)을 통해 가압되어 액체 유동(18)에 동반된 가스를 생성한다. 이러한 장치는 각각의 공급 밸브를 조정하므로써 가스와 액체 매질을 독립적으로 제어할 수 있다.

가스를 동반시키는데 사용되는 통상적인 액체는 공급수, 오수, 또는 여과될 혼합 알코올 등이다. 벤추리 등을 통해 이러한 작동액체의 펌핑은 가스를 액체로흡입하는 진공을 형성하거나, 또는 분출기가 사용될 때 가스 방출 압력을 감소시킨다. 액체 유동에 가스를 제공하므로써, 분배장치(10)가 차단될 가능성이 상당히 감소된다.

본 발명은 적어도 그 양호한 실시예에서 이하 요약될 다수의 장점을 제공할 것이다.

1. 벤추리장치 등을 사용하므로써, 분출기와 같은 가압 가스 공급부가 없이 박막 표면의 정화를 위한 가스 기포를 발생시킬 수 있다. 유동 액체가 벤추리를 통과할 때, 가스를 상기 액체 유동 내로 혼입시키는 진공을 발생시켜 액체 유동내에 가스 기포를 발생시킨다. 만일 분출기가 필요할지라도, 상기 공정의 사용은 분출기의 방출 압력을 감소시켜 작동비용을 절감한다.

2. 액체 및 가스상(phase)은 벤추리에서 양호하게 혼합된 후, 박막 모듈로 확산되어 박막을 정화한다. 제트형 장치가 사용되어 가스를 액체 매질에 강제 혼합할 때, 고속의 기포흐름이 생성된다는 부가의 장점이 제공된다. 오수처리 시, 이러한 철저한 혼합은 공기나 산소와 같은 가스가 사용될 때, 탁월한 산소이송효과를 제공한다. 만일 가스가 액체로 충만된 파이프에 직접 분사된다면, 가스는 파이프 벽에 정체된 가스층을 형성하게 되므로, 가스와 액체는 모듈의 다른 부분으로 우회하므로써 세척효율을 떨어뜨린다.

3. 가스 기포의 흐름은 박막을 따라 액체 유동에 의해 강화되므로, 상당한 정화용 전단력이 발생된다. 이와 같은 가스/액체의 전달 방법은 가스 및 액체의 유동률을 독립적으로 제어할 수 있는 능력을 구비한 긍정적인 액체이송 및 통기를제공한다.

4. 2상 액체(가스/액체)의 혼합물의 공기 분배기의 구멍 내로의 주입은 탈수고형물의 생성을 제거할 수 있으며, 이에 따라 이러한 고형물에 의한 점진적인 구멍의 차단을 방지할 수 있다.

5. 분사장치는 화학적 세척을 강화하기 위한 정화 에너지를 제공면서 세척용 화학물을 모듈 깊이에 효과적으로 유입시키는 매우 효과적인 세척기구를 제공한다. 이러한 장치는 상술된 모듈 형태에 의해 얻어지는 고 패킹 밀도와 조합하여, 최소한의 화학물만으로써 섬유가 효과적으로 세척되게 한다.

6. 상술된 모듈형태는 고형물 패킹을 심각하게 증가시키지 않고서도 모듈에 높은 섬유패킹 밀도를 제공한다. 이것은 박막 모듈이 유산소 베이신(aerobic basin)과 일체로 될 수 있게 하거나 또는 분리 탱크에 배치될 수 있게 하는 부가적인 가요성을 부가한다. 후자의 장치에서, 화학물 세척 공정이 자동으로 이루어지기 때문에, 탱크 내의 적은 화학물 유지로 인한 화학적 처리와 노동력을 상당히 절감시킨다는 장점을 제공한다. 세척 공정로 피드백 되는 화학물은 적극적인 산화제이고 따라서 세척 공정에 악영향을 미치기 때문에, 사용된 화학물의 감소는 매우 중요하다. 따라서, 세척 공정에 제공된 화학량의 감소는 상당한 장점을 제공한다.

7. 가스와 액체 혼합물을 각각의 박막 모듈에 적극적으로 분사하면, 박막 주위에 처리액의 균일한 분배를 제공할 수 있으므로, 여과 중에 공급물의 농도 분극(concentration polarization)을 최소화할 수 있다. 상기 농도 분극은 다량의 현탁 고형물을 동반한 처리 공급물의 처리를 위한 대형시스템에서는 매우 크다.종래의 시스템은 처리액이 탱크의 한쪽 단부에 자주 유입되고 모듈을 횡단하여 이동할 때 집중되기 때문에 균일성이 부족하다. 그 결과, 일부 모듈은 다른 것에 비해 고농도로 처리하여 작동이 비효율적으로 된다.

8. 여과 효율은 감소된 여과저항으로 인해 강화된다. 공급측 저항은 박막 표면으로의 감소된 횡단흐름으로 인해 감소되며, 가스 기포와 2상 흐름에 의해 생성된 난류가 감소된다.

9. 이러한 세척 방법은 식수 및 오수의 처리와 박막에 의한 그 관련의 처리에 사용된다. 여과 처리는 흡입 또는 압축에 의해 작동된다.

도3 내지 도5에는 다양한 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예는 원통형의 관형 또는 섬유 박막 다발(20)에 대해 서술하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도3은 다수의 평행한 분리 공간(22)에 의해 몇 개의 얇은 조각(21)으로 수직 분리된 관형 박막 다발(20)을 도시하고 있다. 상기 다발의 분리는 패킹 밀도를 손상하지 않고서도 그 축적된 고형물을 용이하게 제거할 수 있게 한다. 이러한 분리는 포트 처리중 완전한 분리 또는 부분적인 분리를 형성하도록 달성될 수 있다. 분리된 모듈을 형성하는 또 다른 방법은 몇 개의 작은 관형 박막 다발(23)을 도4에 도시된 바와 같은 각각의 모듈로 포트하는 것이다.

도5에는 개선된 박막 모듈이 도시되어 있다. 중앙의 박막자유영역은 보다 많은 공기와 액체가 분사될 수 있게 하는 통로(24)를 형성한다. 가스 기포와 액체는 관형 박막(20)을 따라 이동한 후, 상부의 포트형 헤드(8)에서 섬유의 배열을 통과하여, 박막벽으로부터 고형물을 정화 및 제거한다. 단일의 가스 또는 가스/액체의 혼합물이 모듈에 분사될 수도 있다.

도6은 도5와 유사한 실시예로서, 세척용 액체/가스혼합물을 박막섬유(20)에 유입시키기 위해 하부포트(7)에 단일의 중앙구멍(30)을 형성하고 있다. 이러한 실시예에서, 섬유는 구멍(30)에 인접하여 이격되며, 상부포트(8)를 향해 분리된 다발(23)을 덮는다. 대형의 중앙 개구(30)는 섬유 주위에 보다 많은 액체 유동을 제공하므로, 세척효율을 향상시킨다.

도7 및 도8은 도6의 실시예와 유사한 박막과, 도2의 실시예와 유사한 제트혼합 시스템을 포함하고 있다. 단일의 중앙구멍(30)을 사용하므로써, 도8에 도시된 바와 같이 양단부에서 섬유(20)로부터 여과액이 유출될 수 있게 한다.

도9 및 도10에서, 모듈(45)은 상부포팅 헤드(47)와 하부포팅 헤드(8) 사이로 연장되어 장착되는 다수의 중공 섬유 박막 다발(46)을 포함한다. 상기 상부 및 하부포팅 헤드(46, 48)는 적절한 매니폴드에 부착하기 위해 각각의 포팅 슬리브(49, 50)에 장착된다. 상기 섬유 다발(46)은 섬유 사이에서의 과도한 이동을 방지하기 위해 스크린(51)으로 둘러싸인다.

도9에 도시된 바와 같이, 하부포팅 헤드(48)는 평행하게 배치된 다수의 슬롯형 통기구멍(52)을 포함한다. 섬유박막(53)은 섬유 다발을 횡단하여 연장되는 공간(54)이 구비된 분리장치를 형성하기 위해 다발(46)로 포트된다. 상기 통기 구멍(52)은 각각의 공간과 연관되어 있는 다수의 통기구멍이 있지만, 일반적으로는 분리공간과 동일한 평면에 위치된다.

하부포팅 슬리브(50)는 하부포트(48)의 아래에 공동(55)을 형성한다. 가스 또는 액체와 가스의 혼합물은 박막 배열 내의 구멍(52)을 통과하기 전에 상술한 바와 같은 제트 조립체에 의해 상기 공동(55)내로 분사된다.

사용 시, 분리처리를 실행하므로써, 특히 섬유 다발의 단부 근처에서 정화가스 및 액체혼합물이 높은 에너지흐름을 갖게 되어, 박막섬유 주위에 축적된 고형물의 제거를 도와준다.

미생물 활동을 위한 산소를 지속적으로 제공하여 박막을 지속적으로 정화하도록 공기가 모듈에 유입된다. 선택적으로, 일부 적용례에서는 공기 대신에 순수산소 또는 기타 다른 가스혼합물이 사용될 수도 있다. 본 출원인이 기 출원한 명세서에 서술된 바와 같이 상부포트를 통과하는 박막 루멘에 부착되어 있는 흡입펌프에 의해, 청정한 여과액이 박막으로부터 배출된다.

상기 박막 모듈은 반응기에 존재하는 고농도의 현탁 고형물(MLSS)로 인하여 낮은 막횡단압력(TMP) 상태 하에서 작동된다.

상술한 생물반응기는 공급오수로부터 영양물을 부가적으로 제거할 수 있도록 도와주는 무산소처리와 조합된다.

채택된 모듈시스템은 현존의 많은 시스템에 비해 높은 MLSS에 관대하게 적용되며, 효과적인 공기정화 및 역류처리(사용되었을 때)는 생물반응기모듈의 효과적인 작동과 성능을 도와준다.

본 발명은 생물반응기 등의 시스템에 적용한 경우 관해 서술하였지만, 다른 형태의 용도에도 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈 없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (31)

1. 가스 기포가 동반된 액체 매질을 사용하여 박막 표면을 정화하는 방법에 있어서, 가스원을 통과하는 액체 매질의 유동에 의해 상기 가스 기포를 상기 액체 매질 내로 동반시키는 단계와, 상기 박막 표면으로부터 오염 물질을 제거하도록 상기 박막 표면을 따라 상기 가스 기포와 액체 매질을 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스 기포가 벤추리 장치에 의해 액체 유동 내로 동반되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 가스 기포가, 액체 및 기포의 혼합물을 생성하기 위하여 가스를 액체 유동 내로 강제 혼합하는 장치에 의해 액체 유동 내로 동반되거나 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스가 공기, 산소, 기체 염소, 오존 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 상호 조밀하게 배열되고 사이에서 과도한 움직임을 방지하도록 장착된 다수의 다공성 박막과, 가스가 상기 박막의 미세 구멍을 통과하지 않으면서 액체 유동내에 동반되는 가스 기포를 모듈 내로부터 제공하는 수단을 포함하는 박막 모듈에 있어서,

   사용 시 상기 액체와 그 안에 동반된 기포가 박막 표면으로부터 오염 물질을 제거하도록 박막 표면을 지나 이동되며,

   상기 가스 기포는, 상기 액체 유동 내로 상기 가스를 혼입 시킴으로써 상기 액체를 가스원을 지나 유동시켜 상기 액체 내에 동반되는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
6. 제5항에 있어서, 상기 액체 및 기포 혼합되고, 그 후 오물을 제거하도록 박막을 지나 유동하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
7. 상호 조밀하게 배열되고 사이에서 과도한 움직임을 방지하도록 그리고 박막 모듈을 형성하는 배열로 종방향으로 연장되어 장착된 다수의 다공성 중공 섬유 박막의 표면으로부터 오염 물질을 제거하는 방법에 있어서,

   가스가 상기 박막의 미세 구멍을 통과하지 않으면서 액체 유동 내에 동반되는 균일하게 분포된 가스 기포를 상기 배열 내로부터 제공하는 단계를 포함하며,

   상기 가스 기포는 상기 액체를 가스원을 지나 유동시켜 상기 가스가 상기 액체 내로 혼입 및/또는 혼합됨으로써 상기 액체 유동 내에 동반되고,

   상기 분포에 의해, 상기 기포가 상기 배열 내의 각 박막 사이를 대체로 균일하게 통과하여, 상기 액체와 결합하여 상기 박막의 표면을 세척하고 박막 모듈내로부터 축적된 고형물을 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 기포는 상기 액체 유동 내로 분사되어 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 박막은 다공성의 중공 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 헤더의 한쪽 단부가 고정되며, 적어도 하나의 헤더는 내부에 형성되어 가스/액체 유동이 유도되는 적어도 하나 이상의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 상호 조밀하게 배열되고 사이에서 과도한 움직임을 방지하도록 장착된 다수의 다공성 중공 섬유 박막을 포함하며,

    상기 섬유 박막이 헤더의 각 단부에 고정되며,

    하나의 헤더는 내부에 형성되어 가스/액체 유동이 유도되는 하나 이상의 구멍을 구비하며 상기 박막 섬유를 그룹으로 분할하도록 상기 헤더 사이에서 적어도 어느 정도 멀리 연장되는 구획 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
11. 제10항에 있어서, 상기 구획 수단은 각 섬유 그룹 사이를 이격시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈.
12. 제11항에 있어서, 상기 박막 섬유는 원통형 배열로 배치되며, 상기 구획부는 상기 배열의 중심으로부터 방사 상으로 연장되거나 상기 원통형 배열 내에서 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 모듈.
13. 다발을 형성하도록 상호 조밀하게 배열되고 상기 박막 사이에서 과도한 이동을 방지하도록 장착된 다수의 다공성 중공 섬유 박막을 포함하며,

    상기 섬유 박막은 헤더 내의 각 단부에 고정되고,

    하나의 헤더는 내부에 형성되어 가스/액체 유동을 유도되는 하나 이상의 구멍을 구비하며, 상기 섬유 박막 다발은 상기 헤더들 사이에 다발의 길이를 연장하는 중심 종방향 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
14. 사이가 종방향으로 연장되고 각 단부가 각 포팅 헤드에 장착된 다수의 다공성 중공 박막 섬유를 포함하는 박막 생물반응기에서 사용을 위한 박막 모듈에 있어서,

    상기 박막 섬유는 상호 조밀하게 배열되고 상기 박막 사이에서 과도한 이동을 방지하도록 장착되며,

    상기 섬유는 상기 섬유 사이에 간격을 형성하도록 적어도 각각의 포팅 헤드에서 또는 그에 인접하여 다수의 다발로 구획되고,

    상기 포팅 헤드 중 하나는, 사용 시 기포가 상기 박막 섬유의 표면으로부터 오염 물질을 제거를 위해 상기 박막 섬유의 표면을 지나 이동하도록 상기 모듈 내에 가스 기포를 제공하기 위해 내부에 형성된 통기구의 배열을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
15. 제14항에 있어서, 상기 통기구가 상기 구획된 다발들 사이에 형성된 간격과 일치하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
16. 제15항에 있어서, 상기 통기구가 슬롯(들) 또는 구멍의 열(row)을 포함하며, 상기 섬유 다발은 슬롯들 또는 구멍의 열들 사이의 포팅 헤드에 위치되는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
17. 제10항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈 내의 섬유가 약 5% 내지 70%의 패킹 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
18. 제10항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈 내의 섬유가 약 8% 내지 55%의 패킹 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
19. 제16항에 있어서, 상기 구멍이 약 1mm 내지 40㎜ 범위의 직경 또는 등가 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
20. 제16항에 있어서, 상기 구멍이 약 1.5mm 내지 25㎜ 범위의 직경 또는 등가직경을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
21. 제10항, 제13항, 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 섬유의 내경이 약 0.1mm 내지 5㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
22. 제10항, 제13항, 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 섬유의 내경이 약 0.25mm 내지 2㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
23. 제10항, 제13항, 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 섬유의 벽 두께가 약 0.05mm 내지 2㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
24. 제10항, 제13항, 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 섬유의 벽 두께가 약 0.1mm 내지 1㎜의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
25. 공급 유도를 위한 수단을 갖는 탱크와, 탱크 내에 활성 슬러지를 형성하기 위한 수단과, 상기 슬러지에 잠기도록 상기 탱크 내에 위치하며 적어도 상기 섬유 박막의 일단부로부터 여과액 인출을 위한 수단이 제공된 제10항, 제13항, 또는 제14항 중 어느 한 항에 따른 박막 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 생물반응기.
26. 탱크로의 공급을 유도하는 단계와,

    사용 시 상기 박막 섬유의 표면으로부터 오염 물질을 제거를 위해 상기 박막 섬유의 표면을 지나 기포가 이동하도록 상기 통기구를 통해 상기 모듈 내로 가스 기포를 주기적 또는 연속적으로 공급하면서 여과액을 인출하기 위해 상기 섬유에 진공을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제14항에 따른 종류의 박막 생물반응기를 작동하는 방법.
27. 제26항에 있어서, 가스 기포가, 상기 구멍 또는 슬롯을 통해 공급될 때 액체 유동에 동반되거나 또는 이와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제25항에 있어서, 박막 모듈이 탱크 내에서 수직으로 현수되고 상기 현수된 모듈의 하부에 부가의 통기원이 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
29. 제28항에 있어서, 상기 통기원이 공기 침투성 튜브 또는 가스 분배기의 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
30. 설명된 실시예 및 관련 도면 중 어느 하나를 참조하여 상술된 것을 특징으로 하는 박막 모듈.
31. 설명된 실시예 및 관련 도면 중 어느 하나를 참조하여 상술된 것을 특징으로하는 박막 표면 세척 방법.