KR20030001776A - 세라믹 분리막 장치의 역세척장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 멤브레인을 통과하여 원액으로부터 여과된 여과액을 가압 기체로 역류시켜 세라믹 멤브레인을 역세척함으로써 원액의 손실을 유발시키지 않는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이 목적은 원액탱크 내의 원액을 펌프로 압송하고, 이 원액을 세라믹 멤브레인이 내장된 여과탱크에서 여과액과 진액으로 분리한 후, 이 진액을 리턴관으로 원액탱크에 다시 공급하는 순환을 반복시키는 세라믹 분리막 장치; 이 여과탱크에 연결되는 여과액탱크; 이 여과액탱크의 일측에서 여과액의 배출과 가압 기체의 공급을 각각 단속하는 여과액 단속 밸브와 가압 기체 단속 밸브; 그리고 역세척 시, 여과탱크에서 펌프로 여과액이 역류하는 것을 차단하는 여과액 역류 차단 밸브로 구성되는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치에 의하여 실현된다.

이 세라믹 분리막 장치의 역세척장치는 선택적으로 개폐되는 여과액 단속 밸브와 여과액 역류 차단 밸브 및 가압 기체 단속 밸브를 구비하여 여과 및 역세척 과정의 선택을 용이하게 하고, 원액으로부터 나온 여과액으로 역세척 과정을 실현하여 여과액과 원액을 다시 사용할 수 있게 하므로, 원액의 손실을 유발시키지 않는 경제성을 실현할 수 있다.

Description

세라믹 분리막 장치의 역세척장치{a back washing apparatus of ceramics membrane}

본 발명은 세라믹 멤브레인을 사용하는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치에 관한 것이다.

오늘날, 낙농가공 분야에서 우유 농축에 따른 고단백질 우유 및 치즈 제조, 식품가공 분야에서 액체 음료의 탁도 제거 및 과일, 백신액 농축, 화학공업 분야에서 부유성 오일 미립자 및 수용성 오일 제거, 그리고 철강 기계 공업 분야에서 윤활유, 압연유, 절삭유, 배수처리, 냉각수 등에 세라믹 멤브레인을 채용한 세라믹 분리막 장치가 사용되고 있다.

이 세라믹 분리막 장치로 원액의 여과를 계속하게 되면 세라믹 멤브레인의 주위에 여과찌꺼기가 퇴적되어, 멤브레인의 세공(또는 기공)이 막힘에 따라 멤브레인을 통과한 농축액의 유량이 점차적으로 감소하게 된다. 따라서 일정 사이클 이후에 멤브레인을 역세척하여 여과찌꺼기를 제거해야 할 필요가 있다.

이러한 기술로서, 대한민국 특허공보 제 1991-0009148 호에 개시되어 있는 "여과조제를 사용한 세라믹 분리막 장치의 역세척장치"가 있다. 이 장치는 여과조제를 사용한 세라믹 분리막 장치의 여과탱크 내에 장착된 여과엘리멘트에 세척용수를 가압 기체로 압송하여 여과엘리멘트를 세척하는 역세척장치에, 세척용수와 가압 기체를 저류하는 세척용수탱크, 이 세척용수탱크의 세척용수 저류부와 여과탱크의 진액실 상부를 연결하는 송수관, 그리고 이 송수관과 세척용수탱크의 가압 기체 저류부를 연결하는 송기관을 구비하여 구성된다.

따라서, 송수관 내의 세척용수 중에 송기관 내의 가압 기체가 혼합되고, 이렇게 혼합된 세척용수가 휘저어 섞이면서 확산 노즐을 통하여 여과탱크 내에, 가장 적합한 기체와 액체가 혼합된 상태의 흐름으로, 확산 살포됨으로써 여과엘리멘트의 여과조제와 여과찌꺼기에 의하여 형성된 케이크층에 습기를 부여하고, 그 후 가압 기체로 케이크층을 박리시킨다.

그러나, 이 역세척장치는 여과엘리멘트에 부착된 여과조제와 여과찌꺼기를 박리시켜 여과엘리멘트의 세공 막힘을 역세척으로 해소하기는 하지만, 역세척을 위해서 세척용수탱크에 별도의 세척용수를 채워 넣어야 하는 번거로움이 있고, 또 농축의 대상인 원액과 다른 성질의 세척용수를 세척용수탱크에 사용할 경우에는 세척용수가 여과탱크의 원액실 및 여과엘리멘트 내에 잔류하던 원액과 섞이게 되어 이 원액과 여과탱크의 진액실에 잔류하는 일부 진액을 오염시키므로 원액이 고가일 경우에는 막대한 경제적 손실을 유발시키게 된다.

이러한 점들을 감안하여, 본 발명은 세척용수의 별도 충진 없이 여과 과정과 역세척 과정의 전환을 간단하게 하고, 아울러 세라믹 멤브레인을 통과하여 원액으로부터 여과된 원액과 동질의 여과액으로 세라믹 멤브레인을 역세척하여 여과액에 혼합된 원액을 다시 사용할 수 있게 함으로써 세라믹 멤브레인에서 여과찌꺼기를 제거하면서 원액의 손실을 전혀 유발시키지 않는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이 목적을 달성하는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치는 원액탱크 내의 원액을 펌프로 압송하고, 이 원액을 세라믹 멤브레인이 내장된 여과탱크에서 여과액과 진액으로 분리한 후, 이 진액을 리턴관으로 원액탱크에 다시 공급하는 순환을 반복함으로써 원액을 농축시키는 세라믹 분리막 장치에 있어서, 상기 여과탱크에 연결되는 여과액탱크, 상기 여과액탱크의 일측에 구비되어 여과액의 배출과 가압 기체의 공급을 각각 단속하는 여과액 단속 밸브와 가압 기체 단속 밸브, 그리고 상기 여과탱크와 펌프 사이에 구비되는 여과액의 역류를 차단하는 여과액 역류 차단 밸브를 포함하여 구성된다.

본 발명의 세라믹 분리막 장치의 역세척장치는 여과액 단속 밸브와 여과액 역류 차단 밸브 및 가압 기체 단속 밸브를 선택적으로 개폐시킴과 아울러 펌프와 가압 기체를 선택적으로 작용시킴으로써 원액의 여과 과정과 세라믹 멤브레인에 부착된 여과찌꺼거기의 역세척 과정을 실현할 수 있다.

즉, 여과액 단속 밸브와 여과액 역류 차단 밸브를 개방시키고 가압 기체 단속 밸브를 폐쇄시킴으로써, 여과탱크로부터 배출되는 여과액의 일부를 여과액탱크에 저장시킨 상태로 나머지 여과액을 계속 배출시키면서 진액을 원액탱크로 다시 공급하여, 원액을 농축시키는 여과 과정을 실현할 수 있다.

또한, 여과액 단속 밸브와 여과액 역류 차단 밸브를 폐쇄시키고 가압 기체 단속 밸브를 개방시킴으로써, 가압 기체에 의하여, 여과액탱크에 저장된 여과액이 여과탱크로 공급되면서 세라믹 멤브레인을 역순환한 후, 리턴관을 통하여 원액탱크로 공급되면서, 멤브레인에 부착된 여과찌꺼기를 세척하는 역세척 과정을 실현할 수 있다. 이때 원액탱크로 공급되는 여과액은 원액으로부터 분리된 동질의 그 여과액이 그대로 사용된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 여과액 단속 밸브와 여과액 역류 차단 밸브 및 가압 기체 단속 밸브를 선택적으로 개폐시키고, 원액으로부터 여과되어 여과액탱크에 저장된 여과액을 사용하는 역세척 과정과 여과 과정을 선택적으로 실현함으로써 여과 과정과 역세척 과정의 전환을 용이하게 하며, 역세척 과정에서 여과액에 혼합된 원액을 재사용할 수 있으므로 원액의 손실을 유발시키지 않는 경제성을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관련되는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치의 사시도.

도 2는 여과 과정의 상태도.

도 3은 여과 과정 시, 세라믹 멤브레인에서 원액과 진액 및 여과액의 흐름도.

도 4는 역세척 과정의 상태도.

도 5는 역세척 과정 시, 세라믹 멤브레인에서 혼합된 여과액 및 원액과 진액의 흐름도.

도 6은 세라믹 멤브레인을 물로 역세척하는 경우, 역세척 시간과 처리 수량의 관계를 도시한 그래프.

도 7은 세라믹 멤브레인을 가압 기체로 역세척하는 경우, 역세척 시간과 처리 수량의 관계를 도시한 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

21 : 여과액 탱크 23 : 여과액 단속 밸브

25 : 가압 기체 단속 밸브 31 : 여과액 역류 차단 밸브

a : 원액 b : 여과액

c : 진액 F : 세라믹 멤브레인

본 발명의 이점과 장점은 이하의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거한 상세한 설명에 의하여 보다 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 관련되는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치의 사시도로서, 원액으로부터 분리된 여과액의 일부를 저장하였다가 가압 기체로 여과액을 압송하여 세라믹 멤브레인에 부착된 여과찌꺼기를 역세척할 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 역세척을 가능하게 하는 세라믹 분리막 장치(1)는 원액이 저장되어 있는 원액탱크(3)와 세라믹 멤브레인이 내장되어 있는 여과탱크(5)를 기본 구성으로 하여, 모터(7)에 의하여 구동되는 펌프(9)로 원액탱크(3)의 원액을 펌핑 및 압송하여 여과탱크(5)와 원액탱크(3) 사이의 순환을 반복적으로 실행하면서 원액으로부터 여과액을 분리시켜 농축된 진액을 원액탱크(3)로 리턴시킨다.

이와 같은 여과 과정이 원활하도록 여과탱크(5)에는 리턴관(11)이 연결되어, 여과탱크(5) 내의 세라믹 멤브레인에 의하여 여과된 진액을 원액탱크(3)로 리턴시킨다. 이 리턴관(11)에는 진액 단속 밸브(13)가 구비되어, 원액탱크(3)로 리턴되는 진액의 흐름을 단속한다. 여과탱크(5)의 상, 하측에 압력계(15,17)가 각각 구비되어, 여과탱크(5)로 유입되는 원액의 압력과 여과탱크(5)에서 유출되는 진액의 압력을 계측하여 표시한다. 또 리턴관(11)에 플로우메터(19)가 구비되어, 원액탱크(3)로 리턴되는 진액의 양 및 흐름 속도를 표시하여 멤브레인의 역세척 시기를 알 수 있게 한다.

상기와 같은 세라믹 분리막 장치(1)의 여과탱크(5) 일측에는 여과탱크(5)에 내장된 세라믹 멤브레인에 부착된 여과찌꺼기를 원액으로부터 분리된 동질의 여과액으로 세척하는 역세척장치에 해당하는 여과액탱크(21)가 연결되어 있다. 이 여과액탱크(21)는 적은 양의 여과액으로 세라믹 멤브레인의 역세척을 실현할 수 있도록 여과탱크(5)와 동일한 용적으로 형성됨이 바람직하다.

이 여과액탱크(21)는 여과탱크(5)에서 여과 배출되는 여과액의 일부에 의하여 채워진 상태를 유지하면서 여과액을 배출시키는 것은 물론이고, 여과액탱크(21)에 채워진 여과액으로 여과탱크(5)에 내장된 세라믹 멤브레인의 여과찌꺼기를 역세척할 수 있도록 그 일측에는 여과액 단속 밸브(23)와 가압 기체 단속 밸브(25)를 구비하고 있다.

이 여과액 단속 밸브(23)에는 드레인 호스(27)가 연결되고, 가압 기체 단속 밸브(25)에는 에어 호스(29)가 연결된다. 또한 역세척 시, 여과액탱크(21)에서 여과탱크(5)로 압송되는 여과액과 여과탱크(5)에 잔류하던 원액이 펌프(9) 측으로 역류하는 것을 차단시키는 여과액 역류 차단 밸브(31)가 펌프(9)와 여과탱크(5) 사이에 구비되어 있다.

또한, 여과액 단속 밸브(23,23)는 예비용을 포함하여 여과액탱크(21)에 2개로 설치되어 있으나 1개라도 무방하고, 원액탱크(3)와 여과탱크(5) 사이에만 원액을 순환시킬 수 있게 하는 단속 밸브(33,33)는 2개 설치되어 있으나 1개라도 무방하며, 원액탱크(3)의 하측에는 원액탱크(3)의 슬러지 배출을 위한 드레인 밸브(35)가 설치됨이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 세라믹 분리막 장치의 역세척장치로 원액을 진액으로 농축시키는 여과 과정은 도 2,3에 도시된 바와 같다.

즉, 가압 기체 단속 밸브(25)만 폐쇄시키고, 여과액 단속 밸브(23)와 여과액 역류 차단 밸브(31) 그리고 진액 단속 밸브(13)를 개방시킨다. 단속 밸브(33,33)를 하다 또는 2개를 개방시켜야 한다.

이러한 상태에서 펌프(9)가 구동되면, 원액탱크(3) 내의 원액(a)이 펌핑되어 여과탱크(5)로 압송된다. 이 원액(a)은 세라믹 멤브레인(F)에 의하여 여과액(b)과 진액(c)으로 분리 여과된다.

이 세라믹 멤브레인(F)에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 원액(a)이 멤브레인(F)의 길이 방향으로 진행하게 되면, 원액(a)으로부터 분리된 여과액(b)이 멤브레인(F) 밖으로 나오면서 농축된 진액(c)이 계속 진행한다.

이러한 멤브레인(F)이 내장된 여과탱크(5)로부터 배출되는 여과액(b)의 일부는 여과액탱크(21)에 저장되고, 그 나머지 여과액(b)은 여과액 단속 밸브(23)를 통하여 배출됨과 동시에 진액(c)이 원액탱크(3)로 리턴되어 다시 원액(a)으로 되면서 원액탱크(3)에 잔류하던 원액(a)을 농축시킨다.

이와 같은 여과 과정을 일정 기간 반복적으로 실시하게 되면, 세라믹 멤브레인(F)의 기공이 여과찌꺼기에 의하여 막히게 되어 리턴관(11)으로 리턴되는 진액(c)의 양 및 흐름 속도가 저하되며, 이러한 상태는 플로우메터(19)에 표시된다. 이 플로우메터(19)에 표시된 진액(c)의 양 및 흐름 속도에 따라 세라믹 멤브레인(F)의 역세척 시기를 판단하게 된다.

역세척 시기라고 판단되어, 세라믹 멤브레인(F)에 부착된 여과찌꺼기를 세척하는 역세척 과정은 도 4,5에 도시된 바와 같다.

즉, 여과액 단속 밸브(23)와 여과액 역류 차단 밸브(31)를 폐쇄시키고, 진액 단속 밸브(13)와 가압 기체 단속 밸브(25)를 개방시킨다. 단속 밸브(33,33)를 하나 또는 2개 개방시켜야 한다. 가압 기체 단속 밸브(25)에는 에어 호스(29)를 개재한 공기압축기(37)가 연결되어 가압 기체(d)가 대기한 상태를 유지한다.

이 가압 기체(d)가 공급되면, 가압 기체(d)에 의하여 여과액탱크(21) 내의 여과액(b)이 여과탱크(5)로 압송된다. 이 여과액(b)은 세라믹 멤브레인(F)을 향하면서 이 멤브레인(F)에 잔류하던 원액(a) 및 진액(c)과 혼합되어 원액탱크(3)로 리턴된다.

이 세라믹 멤브레인(F)에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 여과액(b)이 여과되는 반대 방향으로 멤브레인(F)의 중심을 향하여 진행하면서 세라믹 멤브레인(F) 안에 잔류하던 진액(c) 및 원액(a)과 함께 세라믹 멤브레인(F)을 진행하여 나오면서 여과찌꺼기를 제거하여 세라믹 멤브레인(F)을 역세척한다.

이 여과액(b)은 진액(c)과 혼재해 있던 원액(a)에서 나온 것을 그대로 사용하므로 원액탱크(3) 내의 원액(a)을 전혀 오염시키지 않는다. 즉, 여과액(b)이 혼입된 원액(a)을 최초의 원액(a)과 같이 사용할 수 있다.

한편, 상기 세라믹 분리막 장치의 역세척장치를 제지공장의 스팀응축수 재활용 시스템에 적용한 경우, 역세척 효율을 비교하면 도 6,7에 도시된 바와 같다. 여기에 사용된 멤브레인(F)의 재질은 본 실시 예의 세라믹이며, 세공 사이즈는 1.0(㎛)이다.

도 6은 스팀응축수를 여과하는 데 사용되었던 세라믹 멤브레인(F)을 물로 역세척하는 경우를 나타내고 있다. 즉, 가압 기체 단속 밸브(25)는 폐쇄시키고, 여과액 단속 밸브(23)는 오픈시킨다.

이 상태에서 여과액 단속 밸브(23)로 공급되는 물을 여과액 탱크(21)와 여과탱크(5) 및 원액탱크(3)로 순환시켜 멤브레인(F)을 역세척한다.

여기서 보는 바와 같이 물로 역세척하는 방법은 피이드 압력 곡선(e)이 나타내는 바와 같다. 즉, 최후의 피이드 압력 8.3(㎏/㎠)은 최초의 피이드 압력 5(㎏/㎠)보다 크게 상회하며, 처리 수량 곡선이 나타내는 바와 같이 최후의 처리 수량 1.5(L/min)는 최초의 처리 수량 9.1(L/min)에 크게 미치지 못한다. 이는 세라믹 멤브레인(F)의 역세척이 원활하게 진행되지 못하였음을 보여 준다.

이에 반하여, 도 7은 스팀응축수를 여과하는 데 사용되었던 세라믹멤브레인(F)을 가압 기체로 역세척하는 경우를 나타내고 있다. 즉, 가압 기체 단속 밸브(25)는 오픈시키고, 여과액 단속 밸브(23)는 폐쇄시킨다.

이 상태에서 가압 기체로 여과액 탱크(21) 내의 여과액을 여과액 탱크(21)와 여과탱크(5) 및 원액탱크(3)로 순환시켜 멤브레인(F)을 역세척하고, 이어서 가압 기체 단속 밸브(25)를 통하여 공급되는 가압 기체로 맴브레인(F)을 역세척한다.

여기서 보는 바와 같이 여과액에 이어 가압 기체로 역세척하는 방법은 처리 수량 곡선(g)이 나타내는 바와 같다. 즉, 최후의 처리 수량이 7.2(L/min)로 최초의 처리 수량 8.5(L/min)에 거의 근접한다. 이는 세라믹 멤브레인(F)의 역세척이 원활하게 진행되었음을 보여 준다.

물론, 도 6에서는 처리수의 피이드 온도가 76(℃)이고, 최초의 처리 수량이 9.1(L/min)인데 반하여, 도 7에서는 처리수의 피이드 온도가 86(℃), 최초의 처리 수량이 8.5(L/min)인 차이는 있지만, 상기 두 방법을 비교한 결과 본 발명에서와 같이 가압 기체를 이용하여 세라믹 멤브레인(F)을 역세척하는 것이 그렇지 않은 것보다 효과에서 탁월함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 여과탱크의 여과액 배출 측에 여과액탱크를 연결하고 이에 가압 기체를 작용시킬 수 있게 구성하여, 역세척 시에는 여과액탱크에 가압 기체를 작용시키므로 세라믹 멤브레인을 역세척하는 여과액의 유량을 최소화시키고, 원액으로부터 분리된 동질의 여과액으로 세라믹 멤브레인의 역세척을 실현하므로 역세척에 사용된 여과액과 이에 혼합된 일부 원액을 다시 여과사용할 수 있게 함으로 원액의 손실을 초래하지 않으면서 여과 과정에 사용되었던 세라믹 멤브레인을 역세척할 수 있다. 따라서 원액이 고가인 경우에는 경제적으로 상당한 장점을 가질 수 있다.

Claims (3)

1. 원액탱크 내의 원액을 펌프로 압송하고, 이 원액을 세라믹 멤브레인이 내장된 여과탱크에서 여과액과 진액으로 여과한 후, 이 진액을 리턴관으로 원액탱크에 다시 공급하는 순환을 반복함으로서 원액의 농축 및 여과액의 재활용을 위한 세라믹 분리막 장치에 있어서,

   상기 여과탱크에 연결되는 여과액탱크에 소량의 상기 여과액을 유지시키고, 상기 여과액에 가압 기체를 작용시켜, 상기 여과액을 상기 여과탱크로 압송하면서, 상기 세라믹 분리막을 역세척하는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 여과탱크에 연결되는 여과액탱크, 상기 여과액탱크의 일측에 구비되어 상기 여과액의 배출과 가압 기체의 공급을 각각 단속하는 여과액 단속 밸브, 그리고 상기 여과탱크와 상기 펌프 사이에 구비되어 상기 여과액의 역류를 차단하는 여과액 역류 차단 밸브를 포함하는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 분리막 장치의 역세척 시기를 판단할 수 있도록 상기 여과탱크의 상측과 하측에 각각 구비된 압력계와, 상기 리턴관에 구비된 플로우메터를 포함하는 세라믹 분리막 장치의 역세척장치.