KR20010112874A - 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에 관한 것으로서, 중공사 분리막 모듈을 분리하고자 하는 유체의 조에 직접 침지시켜 유체를 분리하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에 있어서, 중공사 분리막 모듈을 구성하는 각각의 중공사 분리막들이 자유롭게 움직일 수 있도록 하기 위해, 중공사 분리막들을 다발지어 형성한 중공사 분리막 다발의 양 말단 중 한쪽 말단에서만 접착제를 사용하여 다발의 형태를 고정시키고, 고정되지 않아 각 분리막의 움직임이 자유로운 다른 한 말단에서는 각각의 중공사 분리막들이 열처리 또는 접착제로 밀봉된 것을 특징으로 하는 중공사 분리막 모듈; 및 상기 중공사 분리막 모듈에 공기를 공급하기 위해 처리조의 하부에 장착된 다공성 산기수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 분리장치를 이용하여 오염물질 등이 포함된 유체를 분리하면, 중공사 분리막의 움직임이 최대한 보장되어 중공사 분리막 상호간의 충돌과 접촉이 향상된다. 따라서 중공사 분리막 사이에 막 오염 물질이 집적되는 현상을 방지하고 미생물의 부착성장을 방해함으로써 분리막의 투과성능을 현저히 개선시킬 수 있다.
Description
본 발명은 오염물질 등을 함유한 유체를 처리 또는 분리하기 위한, 중공사분리막을 이용한 침지형 분리장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 고형성분 및 기타 막오염 물질을 함유하는 오ㆍ폐수의 처리 등의 분리공정을 위해, 중공사 분리막 모듈을 분리하고자 하는 유체의 조에 직접 침지시켜 유체가 중공사 내부를 통과하도록 하여 유체를 분리하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에 관한 것이다.
가열이나 상변화를 이용하는 분리방법에 비하여 분리막을 이용하여 고액분리를 하는 방법의 경우 많은 장점이 있다. 그 중 하나는 분리막의 세공크기에 따라 원하는 일정한 수질의 처리수를 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 점이다. 또한 분리막을 이용하면 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에 가열 등의 조작에 의해 영향을 받을 수 있는 미생물 등을 사용하는 분리공정에 널리 이용될 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점들로 인해 분리막이 최근에는 오ㆍ폐수의 처리, 산업폐수의 처리, 먹는 물의 처리, 그리고 제약 및 산업 분야에서의 분리공정 등에 널리 이용되어 그 활용 범위가 점차 확대되는 추세에 있다.
상기와 같은 여러 가지 장점에도 불구하고, 분리막을 이용하는 공정에서 해결되어야 할 가장 큰 문제는 막오염에 따른 투과율의 감소이다. 높은 투과율을 장기간 유지할 수 있어야 단위 처리 수량당의 처리비용 면이나 유지관리 비용 면에서 종래의 공정과 경쟁할 수 있다. 이 막오염 문제를 해결하기 위해 여러 형태의 분리막 모듈이 개발되었고, 십자흐름 방식이나 데드엔드 방식 등 여러 가지 여과 공정이 개발되었다.
중공사 분리막을 다발지어 형성한 중공사 분리막 모듈로서 최근에 널리 이용되고 있는 것은, 외경이 0.1∼2.0mm정도 되는 실 모양의 중공사 분리막을 다발짓고 그 다발의 양 말단에서 에폭시 등의 접착제를 사용하여 상기 다발 형태를 고정시킨 모듈이다. 이러한 모듈은 양 말단에서 모두 다발의 형태를 고정하였으므로 분리막의 집적도가 매우 높다. 따라서 양 말단이 모두 고정된 각 모듈 내의 중공사 분리막들은 거의 움직일 수가 없다.
이러한 중공사 분리막 모듈을 이용하여 폐수 등의 유체를 분리하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 전통적인 방법으로 중공사 분리막 모듈 외부에 튜브형 케이스를 장착하고 중공사 분리막 외부로부터 압력을 가하여 유체를 중공사 내부로 투과하게 하는 방식과 중공사 분리막 내부에 압력을 가하여 그 외부로 유체를 투과하게 하는 방식이 있다.
반면, 침지형 분리막 모듈을 이용하는 방법은, 중공사 분리막 모듈을 처리하고자 하는 유체의 수조에 직접 침지시키고 중공사 분리막에 진공을 가하여 유체가 중공사 내부로 투과하게 하여 분리하는 것이다. 이 방법은 분리막 모듈의 제조 원가를 낮출 수 있고 기존의 분리공정에 필요한 유체의 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져 올 수 있는 장점이 있다.
가장 일반적인 침지형 중공사 분리막 모듈은, 중공사 분리막 다발의 양 말단에서 접착제를 이용하여 다발 형태를 고정시킨 후, 수직 또는 수평으로 설치하는 I자형 모듈과, 중공사 분리막을 U자로 접어서 양 말단을 하나로 합하여 다발 형태를 고정시킨 U자형 모듈이 있다.
그러나 이러한 침지형 중공사 분리막 모듈의 경우, 고형성분을 비롯한 막오염 물질이 존재하는 폐수나 원액을 처리할 때 막오염이 발생하여 투과성능이 저하된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 투과수나 순수에 의한 역세척, 또는 화학 약품을 사용한 약품 세정 방법을 사용한다. 역세척을 수행하는 경우 역세척 효율이 점차 감소하여 일정한 수준으로 투과율을 회복시키기 위한 역세척 주기는 시간이 경과함에 따라 단축된다. 또한 역세척시 가해지는 물리적인 압력에 의해 중공사 분리막의 미세구조가 변형되거나, 심한 경우 중공사 분리막이 끊어지는 부작용을 초래하기도 한다. 약품세정의 경우, 투과율 향상에는 효과가 있지만, 약품의 사용에 따른 운전비용의 상승과 세정액에 의한 2차 오염을 처리해야 하는 부담이 발생한다.
중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에 있어서, 막오염에 미치는 영향인자는 매우 다양하여 중공사 분리막 주위의 유체의 흐름, 투과유속, 유체 내의 막오염 물질의 농도, 종류 및 크기 분포 등을 들 수 있다. 이러한 영향 인자에 의한 막오염을 완화시키기 위하여, 처리조의 하부에서 공기를 산기하여 막오염 물질을 분리막 표면에서 제거하는 방법을 이용하기도 한다. 그러나 기존의 중공사 분리막의 경우, 이러한 방법을 이용하더라도 중공사 분리막 사이에 집적되는 오염물질을 제거하기에는 불충분하다.
특히 활성오니조와 같은 생물학적 반응조에 침지형 중공사 분리막 모듈을 적용할 경우, 중공사 분리막 사이에 미생물이 부착 성장하기 때문에 분리막의 투과성능을 현저히 저하시킨다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중공사 분리막의 움직임을 최대로 보장하여 중공사 분리막 상호간의 충돌과 접촉을 증가시킴으로써, 침지형 중공사 분리막 표면에 오염물질이 집적되는 현상을 방지하고 미생물의 부착성장을 방해하여 분리막의 투과성능을 현저히 개선할 수 있는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치를 제공하고자 하는 것이다.
도1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한, 중공사 분리막 모듈 및 산기수단을 포함한 침지형 분리장치의 개략도,
도2는 도1에 도시된 원형 중공사 분리막 모듈의 발췌 정면도,
도3은 도1에 도시된 봉상 중공사 분리막 모듈의 발췌 정면도,
도4는 도1에 도시된 그물망이 장착된 중공사 분리막 모듈의 발췌 측면도.
* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 중공사 분리막 2: 중공사 분리막 모듈
3: 분리막 다발 형태의 고정수단
4: 산기수단 5: 여과액 흡입관 연결부
6: 여과액 흡입관 9: 원형 모듈
10: 봉상 모듈 11: 그물망
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치는, 중공사 분리막 모듈을 분리하고자 하는 유체의 조에 직접 침지시켜 유체를 분리하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에 있어서, 중공사 분리막 모듈을 구성하는 각각의 중공사 분리막들이 자유롭게 움직일 수 있도록 하기 위해, 중공사 분리막들을 다발지어 형성한 중공사 분리막 다발의 양 말단 중 한쪽 말단에서만 접착제를 사용하여 다발 형태를 고정시키고, 고정되지 않아 각 분리막의 움직임이 자유로운 다른 한 말단에서는 각각의 중공사 분리막들을 열처리하거나 접착제를 사용하여 밀봉한 것을 특징으로 하는 중공사 분리막 모듈; 및 상기 중공사 분리막 모듈에 공기를 공급하기 위해 처리조의 하부에 장착된 다공성 산기수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의한 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에서, 상기 중공사 분리막 모듈은 상기 중공사 분리막 다발의 한 말단에서 다발 형태가 원형, 타원형 및 봉상으로 구성되는 군으로부터 선택된 한 형태로 고정됨으로써 형성된 것임을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의한 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에서, 상기 중공사 분리막 모듈은 이를 구성하는 각 중공사 분리막들이 서로 얽히는 것을 방지하고 수직을 유지하기 위한 수단으로 지지된 것임을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의한 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에서, 상기 중공사 분리막 모듈은 복수개인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의한 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에서, 상기 복수개의 중공사 분리막 모듈을 수평 또는 수직으로 연결하는 여과액 흡입관 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어인 "중공사 분리막 모듈"이란 여러개의 중공사 분리막들을 다발지어서 형성한 분리막 다발의 양 말단 또는 한 말단에서 다발 형태의 고정수단, 예컨대 에폭시 등의 접착제를 사용하여 다발의 형태를 고정시킨 단위 구조물을 말한다.
본 명세서에서 사용하는 용어인 중공사 분리막 다발의 "말단"이란 여러개의 중공사 분리막으로 이루어진 다발에 있어서, 그 길이방향의 끝부분들을 의미한다.
본 명세서에서 사용하는 용어인 "봉상" 모듈이란 다수의 중공사 분리막이 모여서 이루어진 다발의 형태를 막대기 모양으로 고정시킴으로써, 형성된 막대기 모양의 모듈을 의미한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치를 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 중공사 분리막 모듈(2) 및 산기수단(4)을 포함한 분리장치의 개략도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 중공사 분리막(1)을 이용한 침지형 분리장치는, 중공사 분리막(1) 다발의 하부 말단에서 중공사 분리막 다발 형태의 고정수단(3), 예컨대 에폭시 등의 접착제를 사용하여 원형 등의 다발 형태로 고정하는 반면, 상부 말단에서는 분리막(1) 다발의 형태를 상기와 같이 고정시키기 않는 대신에 분리막(1) 다발을 구성하는 각 분리막들을 각각 열처리나 접착제로 밀봉하여 제작된 중공사 분리막 모듈(2)을 처리조(12) 내부에서 사용하였다. 이러한 양 말단 중 한 말단에서만 다발 형태가 고정된 분리막 모듈은 양 말단에서 모두 접착제 등으로 다발 형태가 고정된 분리막 모듈 보다 움직임이 훨씬 자유롭게 된다. 따라서 분리막들의 움직임에 의해 막 오염물질 및 미생물들이 분리막 사이에 집적되지 않으므로 막 오염을 방지할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 이러한 분리막 모듈을 복수개 사용하였다. 여과액 흡입관 연결부(5)를 이용하여 복수개의 모듈을 연결한 후, 여과액 흡입관(6)을 감압펌프(7)에 연결하였다.
그리고 처리조(12)의 하부에 다공성 산기수단(4)을 장착하여 블로우어(8)로부터 공급된 공기를 산기하였다. 산기수단(4)을 이용하여 공기를 분리막 모듈 전체에 골고루 공급함으로써 분리막들이 수직방향으로 유지된 채 자유롭게 유동할 수 있도록 하였다.
처리하고자 하는 폐수 등의 유체를 처리조(12)에 넣으면 유체가 중공사 분리막(1)을 통과하면서 오염물질이 여과된다. 이 과정에서 분리막(1)에 부착되는 오염물질 및 미생물들은 분리막(1)들의 상부 말단들의 자유로운 움직임에 의해 떨어져 나간다. 이로써 분리막(1)에 오염물질 등이 집적되지 않으므로 양호한 여과효율을 유지할 수 있다. 처리조(12)의 하부에 장착된 산기장치(4)는 블로우어(8)로부터 공급된 공기를 분리막 모듈 전체에 골고루 산기시켜, 다발 형태가 고정되지 않아서 불안정한 분리막들의 상부 말단들이 수직으로 유지될 수 있도록 한다. 더욱이 그물망(11) 등의 지지수단을 이용하여 상기 분리막들의 상부말단들은 서로 얽히지 않고 더욱 수직으로 유지될 수 있게 한다. 이렇게 해서 분리된 여과액은 각 여과액 흡입관 연결부(5)를 거쳐 여과액 흡입관(6)을 통해 배출된다.
도2 및 도3은 도1에 도시된 원형(9) 또는 봉상(10) 중공사 분리막 모듈의 발췌 정면도이다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 여러개의 분리막들을 다발짓고 그 다발의 형태를 원형(9) 또는 봉상(10)으로 고정시킨 모듈을 형성시켰다. 본 발명의 목적을 달성하기 위한 그 모듈의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 원형, 타원형, 또는 봉상 중 어느 한 형태인 것이 바람직하다. 이러한 원형(9) 또는 봉상(10)의 모듈을 수평 또는 수직 방향으로 복수개 설치하였다.
도4는 도1에 도시된 그물망(11)이 장착된 중공사 분리막 모듈(2)의 발췌 측면도이다. 중공사 분리막(1)의 길이가 길어서 중공사 분리막이 얽히거나 수직을 유지하기 어려울 경우, 이를 지지해 주어서 구조를 수직으로 유지시키기 위한 그물망(10) 등의 지지수단을 장착한다.
본 발명자는 본 발명의 효과를 증명하기 위해 하기와 같은 실험을 수행하였다. 하기 실시예1에서는 본 발명에 의한 상기 중공사 분리막 모듈을 장착한 분리장치를 이용하여 폐수를 처리하였다. 하기 비교예1에서는 종래의 I형 중공사 분리막 모듈을 장착한 분리장치를 이용하여 폐수를 처리하였다.
< 실시예1 >
10L 용량의 활성오니 처리조를 제작하고 COD 250mg/L의 폐수를 공급하여 수리학적 체류시간 4시간, MLSS 8500mg/L로 안정적으로 유지되는 활성오니 5L에 본 발명에 의한 중공사 분리막 모듈을 침지하여 투과율 25L/m2/hr로 일정하게 유지하여 여과성능을 실험하였다. 표1에 막간 차압의 변화를 나타내었다.
<비교예1>
10L 용량의 활성오니 처리조를 제작하고 COD 250mg/L의 폐수를 공급하여 수리학적 체류시간 4시간, MLSS 8500mg/L로 안정적으로 유지되는 활성오니 5L에 종래의 I형 중공사 분리막 모듈을 침지하여 투과율 25L/m2/hr로 일정하게 유지하여 여과성능을 실험하였다. 표1에 막간 차압(cmHg)의 변화를 나타내었다.
| 운전일수 | 실시예 | 비교예 |
| 1 | 5.5 | 6.5 |
| 4 | 9.6 | 14.2 |
| 7 | 7.9 | 12.7 |
| 10 | 10.5 | 17.7 |
| 13 | 10.2 | 23.7 |
| 16 | 11.5 | 40.0 |
| 19 | 11.0 | 운전중단 |
| 22 | 11.4 | |
| 25 | 13.5 | |
| 28 | 15.0 | |
| 31 | 14.7 | |
| 34 | 14.0 | |
| 37 | 16.5 | |
| 40 | 15.7 |
상기 표1에서 보이는 바와 같이, 실시예1에서는 운전 개시 40일 경과 후까지 막간차압이 15cmHg 부근에서 안정적으로 유지된다. 반면에 비교예1에 있어서는, 16일 경과 후 막간차압이 40cmHg까지 상승하여 투과유속을 유지할 수 없어 운전이 중단되었다. 따라서 종래의 중공사 분리막 모듈을 장착한 분리장치를 이용하여 폐수를 처리한 경우에 비해서, 본 발명에 의한 중공사 분리막 모듈을 장착한 분리장치를 이용하여 폐수를 처리한 경우에 투과성능이 현저히 개선되었음을 알 수 있다.
침지형 중공사 분리막 표면에 오염물질이 집적되는 현상을 방지하고 미생물의 부착성장을 방해하여 분리막의 투과성능을 현저히 개선함으로써, 운전효율을 향상시키고 처리비용을 감소시킬 수 있다. 또한 분리막 오염으로 인해 악화된 투과율의 회복을 위한 역세척이나 약품세정 빈도를 줄여 비용을 줄이고 공정효율을 향상시킴과 동시에, 분리막의 수명을 연장시킬 수 있다.
Claims (5)
- 중공사 분리막 모듈을 분리하고자 하는 유체의 조에 직접 침지시켜 유체를 분리하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치에 있어서,중공사 분리막 모듈을 구성하는 각각의 중공사 분리막들이 자유롭게 움직일 수 있도록 하기 위해, 중공사 분리막들을 다발지어 형성한 중공사 분리막 다발의 양 말단 중 한쪽 말단에서만 접착제를 사용하여 다발의 형태를 고정시키고, 다발의 형태가 고정되지 않아 각 분리막의 움직임이 자유로운 다른 한 말단에서는 각각의 중공사 분리막들이 열처리 또는 접착제로 밀봉된 것을 특징으로 하는 중공사 분리막 모듈; 및상기 중공사 분리막 모듈에 공기를 공급하기 위해 처리조의 하부에 장착된 다공성 산기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중공사 분리막 모듈은 상기 중공사 분리막 다발의 한 말단에서 다발의 형태가 원형, 타원형 및 봉상으로 구성되는 군으로부터 선택된 한 형태로 고정됨으로써 형성된 것임을 특징으로 하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중공사 분리막 모듈은 이를 구성하는 각 중공사 분리막들이 서로 얽히는 것을 방지하고 구조를 수직으로 유지하기 위한 수단으로 지지된 것임을 특징으로 하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공사 분리막 모듈은 복수개인 것을 특징으로 하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 복수개의 중공사 분리막 모듈을 수평 또는 수직으로 연결하는 여과액 흡입관 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020000032886A KR20010112874A (ko) | 2000-06-15 | 2000-06-15 | 중공사 분리막을 이용한 침지형 분리장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| KR20010112874A true KR20010112874A (ko) | 2001-12-22 |
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ID=19671962
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20010112874A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2000-06-15 KR KR1020000032886A patent/KR20010112874A/ko not_active Application Discontinuation
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