KR20070031398A - Membrane module for immersed operation - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 개방 단부가 헤드피스(3) 안에 캐스트 성형(casting)되며 침지 작동시에 여과될 액체에 의해 둘러싸이는 다수의 중공 섬유 맴브레인(2)의 섬유 다발(1)과, 헤드피스(3)에 연결되는 한편, 중공 섬유 맴브레인(2)의 내부로부터 배출되는 투과액(permeate)을 위한 적어도 하나의 투과액 출구(5)를 갖는 투과액 포집 챔버(4)와, 헤드피스(3)에 의해 안내되는 파이프(7)를 갖는 가스 공급부(6)를 구비하는, 침지시킨 상태로 작동하는 맴브레인 모듈에 관한 것이다. 파이프(7)는 섬유 다발(1)의 내부에서 종결되는 한편, 가스 매체를 위한 가스 출구(8)를 구비하며, 가스 매체는 파이프에서부터 여과될 액체로 이행한 후에, 섬유 다발(1)의 중공 섬유 맴브레인(2) 사이에서 기포로서 주로 상승한다. 본 발명에 따르면, 섬유 다발(1)은 중공 섬유 맴브레인(2)의 그룹을 각각 포함하는 복수의 구역(11)으로 분할된다. 이들 구역(11) 사이에는 자유 공간(12)이 유지되며, 이 자유 공간(12)은 파이프(7)에서부터 헤드피스(3)의 외주로 연장하여, 헤드피스(3)에 인접하는 섬유 다발(1)의 발영역 안으로 여과될 액체의 유입을 촉진시킨다. The present invention relates to a fiber bundle (1) of a plurality of hollow fiber membranes (2) and a headpiece (3) whose open ends are cast in the headpiece (3) and surrounded by liquid to be filtered during immersion operation. Permeate collection chamber (4) having at least one permeate outlet (5) for permeate discharged from the interior of the hollow fiber membrane (2), and the headpiece (3). A membrane module operating in an immersed state, having a gas supply portion 6 with a pipe 7 guided by it. The pipe 7 is terminated inside the fiber bundle 1, while having a gas outlet 8 for the gas medium, after the gas medium has transitioned from the pipe to the liquid to be filtered, the hollow of the fiber bundle 1 It rises mainly as a bubble between the fiber membranes 2. According to the invention, the fiber bundle 1 is divided into a plurality of zones 11 each comprising a group of hollow fiber membranes 2. A free space 12 is maintained between these zones 11, which extend from the pipe 7 to the outer periphery of the headpiece 3, so that the fiber bundles adjacent to the headpiece 3 ( Promote the inflow of liquid to be filtered into the foot region of 1).
Description
본 발명은, 침지시킨 상태로 작동하는 맴브레인 모듈로서, The present invention is a membrane module that operates in a immersed state,
개방 단부가 헤드피스(headpiece) 안에 캐스트 성형(casting)되며 침지 작동시에 여과될 액체에 의해 둘러싸이는 다수의 중공 섬유 맴브레인의 섬유 다발과,A fiber bundle of a plurality of hollow fiber membranes whose open ends are cast into a headpiece and are surrounded by a liquid to be filtered during immersion operation;
헤드피스에 인접하는 한편, 중공 섬유 맴브레인의 내부로부터 배출된 투과액(permeate)을 위한 적어도 하나의 투과액 출구를 갖는 투과액 포집 챔버와,A permeate collection chamber adjacent the headpiece and having at least one permeate outlet for permeate discharged from the interior of the hollow fiber membrane;
헤드피스를 통과해 안내되는 파이프를 갖는 가스 공급부Gas supply with pipe guided through the headpiece
를 구비하며, 파이프는 섬유 다발의 내부에서 종결되는 한편, 가스 매체를 위한 가스 출구를 구비하며, 가스 매체는 파이프에서부터 여과될 액체로 이행한 후에, 섬유 다발의 중공 섬유 맴브레인 사이에서 기포로서 주로 상승하는 그러한 맴브레인 모듈에 관한 것이다. Wherein the pipe terminates inside the fiber bundle, while having a gas outlet for the gas medium, the gas medium rises primarily as bubbles between the hollow fiber membranes of the fiber bundle after transitioning from the pipe to the liquid to be filtered. To such a membrane module.
중공 섬유 맴브레인은 대개 1m보다 큰 길이 및 100㎛와 5㎜ 사이의 범위의 직경을 갖는 모세관 형상의 맴브레인을 지칭하는 것이다. 침지 작동시에, 맴브레인 모듈은 여과될 액체가 있는 수조(basin) 내에 담가지며, 중공 섬유 맴브레인은 대개 액체 내에서 수직으로 배향된다. 침지 작동시에 작동하는 맴브레인 모듈에 있어서, 투과액은 투과액 포집 챔버로부터 펌핑된다. 그 결과, 투과액 포집 챔버 내에서는 중공 섬유 맴브레인의 외측에서의 액체의 압력보다 낮은 압력이 유지된다. Hollow fiber membranes generally refer to capillary membranes having a length greater than 1 m and a diameter in the range between 100 μm and 5 mm. In immersion operation, the membrane module is immersed in a basin with the liquid to be filtered and the hollow fiber membrane is usually oriented vertically in the liquid. In the membrane module operating in the immersion operation, the permeate is pumped from the permeate collection chamber. As a result, a pressure lower than the pressure of the liquid on the outside of the hollow fiber membrane is maintained in the permeate collection chamber.
서두에서 기술한 특징을 갖는 맴브레인 모듈은 DE-C 100 45 227로부터 공지되어 있다. 중공 섬유 맴브레인은 일단부를 구비하며, 타단부에서는 개별적으로 폐쇄된 상태로 헤드피스 내에 캐스트 성형된다. 투과액 포집 챔버는 헤드피스 및 가스 공급부와 함께 발부분(foot part)을 형성하며, 이 발부분은 프레임에 장착될 수 있고, 여과될 액체가 있는 수조 내에 담가진다. 중공 섬유 맴브레인은 해조류와 유사하게 여과될 액체 내에서 서있고, 서로에 대해 상대 운동을 수행할 수 있다. 단지 섬유 다발의 과도한 운동만이 측방향 섬유 유지구를 통해 억제된다. 맴브레인 모듈이 작동할 때에, 오물이 중공 섬유 맴브레인의 맴브레인 표면 상에 퇴적된다. 가스 공급 파이프를 통해 섬유 다발의 내부로 도입되는 공기의 보급을 통해, 여과될 액체 및 중공 섬유 맴브레인은 운동하게 되며, 중공 섬유 맴브레인 상에 유지된 오물은 멀리 운반될 수 있다. 그러나, 공지의 방법은 섬유 다발의 발영역에서의 슬러지의 퇴적을 영구적으로 방지하기에는 충분하지 않다. 발영역은, 중공 섬유 맴브레인이 단부측에서 고정됨으로써 제한된 정도로만 운동할 수 있는, 헤드피스에 인접하는 섬유 다발 구역이다. 맴브레인 모듈의 발영역에서 시작한 슬러지의 퇴적은 위쪽으로 계속 진행하여, 시간이 지남에 따라 섬유 다발의 다소 넓은 부분이 완전히 슬러지로 덮이며, 더 이상은 강력한 가스의 보급을 통하더라도 깨끗하게 세정될 수 없게 된다. 보급되는 공기는 섬유 다발에서의 슬러지 퇴적이 더 빠르게 진행한 결과로 슬러지의 퇴적이 증가한 섬유 다발의 영역을 지나게 된다. 섬유 다발에서의 슬러지 퇴적이 일찍 시작할수록 투과액의 흐름이 더 커지며, 이에 의해 슬러지의 국지적 탈수가 초래된다.Membrane modules with the features described at the outset are known from DE-C 100 45 227. The hollow fiber membrane has one end and is cast formed in the headpiece in the other end individually closed. The permeate collection chamber, together with the headpiece and gas supply, forms a foot part that can be mounted to the frame and soaked in a bath containing liquid to be filtered. The hollow fiber membranes stand in the liquid to be filtered similarly to seaweeds and can perform relative motion with each other. Only excessive movement of the fiber bundles is suppressed through the lateral fiber retainer. When the membrane module is in operation, dirt is deposited on the membrane surface of the hollow fiber membrane. Through the replenishment of air introduced into the fiber bundle through the gas supply pipe, the liquid to be filtered and the hollow fiber membrane are brought into motion, and dirt held on the hollow fiber membrane can be transported away. However, known methods are not sufficient to permanently prevent the deposition of sludge in the foot area of the fiber bundle. The foot area is a fiber bundle region adjacent to the headpiece, in which the hollow fiber membrane can only move to a limited extent by being fixed at the end side. The sludge deposition, starting at the foot of the membrane module, continues upwards, and over time, a rather large portion of the fiber bundle is completely covered with sludge and can no longer be cleaned cleanly through a strong gas supply. do. The replenished air passes through the area of the fiber bundle where the sludge deposition increases as a result of the faster sludge deposition in the fiber bundle. The earlier the sludge deposition in the fiber bundle begins, the greater the flow of permeate, which leads to local dewatering of the sludge.
WO 97/06880으로부터 중공 섬유 맴브레인의 섬유 다발이 2개의 헤드피스 사이에 고정되어 있는, 침지시킨 상태로 작동하는 맴브레인 모듈이 공지되어 있다. 중공 섬유 맴브레인이 차지한 2개의 헤드피스의 면은 복수의 구역으로 분할되어 있고, 이들 구역 사이에 자유 공간이 유지되어 있다. 이 자유 공간은 파이프에 별모양으로 인접하는 가스 출구를 갖는 채널이 있는 가스 분배기를 배치하는 데에 사용된다. 공기는 대개 섬유 다발의 자유 공간에서 상승하여, 여과될 액체에 소용돌이를 일으키게 된다. 맴브레인 모듈에 대한 유사한 구성이 JP-A 07/185 268에 개시되어 있는 데, 이는 침지 작동식으로 사용되는 것이 아니라 여과될 액체가 통과해 흐르는 재킷 파이프에서 사용된다. 섬유 다발에서의 슬러지의 퇴적은 WO 97/06880 및 JP-A 07/185268로부터 공지된 구성에 의하더라도 영구적으로 피할 수 없다.It is known from WO 97/06880 a membrane module which operates in an immersed state, in which a fiber bundle of hollow fiber membranes is fixed between two headpieces. The face of the two headpieces occupied by the hollow fiber membrane is divided into a plurality of zones, and free space is maintained between these zones. This free space is used to arrange a gas distributor with a channel having a gas outlet adjacent to the pipe. Air usually rises in the free space of the fiber bundle, causing vortexing of the liquid to be filtered. A similar configuration for membrane modules is disclosed in JP-A 07/185 268, which is not used for immersion operation but in jacket pipes through which the liquid to be filtered flows. The deposition of sludge in fiber bundles is permanently unavoidable, even with the configurations known from WO 97/06880 and JP-A 07/185268.
본 발명은 슬러지 퇴적 경향이 적고 침지시킨 상태로 작동하기에 적합한 맴브레인 모듈을 제공한다는 과제에 기초한다. 오물의 양이 많고 중공 섬유 맴브레인의 투과율이 높더라도 섬유 다발의 발영역에서의 슬러지의 퇴적이 방지되어야 할 것이다.The present invention is based on the task of providing a membrane module suitable for operation in a submerged state with a low sludge deposition tendency. Even if the amount of dirt is high and the permeability of the hollow fiber membrane is high, sludge deposition in the foot area of the fiber bundle should be prevented.
전술한 본 발명의 과제는 서두에 기재한 구성을 갖는 맴브레인 모듈에 있어서, 섬유 다발이 중공 섬유 맴브레인의 그룹을 각각 포함하는 복수의 구역으로 분할되며, 구역들 사이에는 자유 공간이 유지되며, 이 자유 공간은 파이프에서부터 헤드피스의 외주로 연장하여, 헤드피스에 인접하는 발영역에서 여과될 액체의 유입을 촉진시킨다는 점에 의해 해결된다. 가스 매체, 주로 공기가 섬유 다발의 내부로 공급되어, 가스 기포의 상승을 통한 흐름의 운동을 생성한다. 본 발명에 따르면, 섬유 다발의 주변으로부터의 액체가 섬유 다발의 발영역에서의 자유 공간을 통과 흐를 수 있다. 이러한 흐름은 중공 섬유 맴브레인 사이의 영역에서 상기 구역들에서 영향을 미쳐, 거기에서 슬러지의 퇴적이 시작되는 것을 방지한다. 퇴적물은 적시에 효율적으로 멀리 보내질 수 있다. 파이프에서부터 헤드피스의 외주로 별모양 또는 반경 방향으로 연장하는 섬유 다발 내의 자유 공간과 조합된, 섬유 다발의 내부의 중앙 가스 공급부의 상호 작용은 섬유 다발의 발영역에서 슬러지의 퇴적이 발생하는 것을 매우 효율적인 방식으로 방지한다. 헤드피스는 원통형 슬리브로서 구성될 수 있으며, 적합하게는 가스 공급부의 파이프는 원통의 축선에 배치된다. The above object of the present invention is a membrane module having a configuration described in the beginning, wherein the fiber bundle is divided into a plurality of zones each comprising a group of hollow fiber membranes, free space is maintained between the zones, this free The space is solved by extending from the pipe to the outer circumference of the headpiece, promoting the inflow of liquid to be filtered in the foot region adjacent the headpiece. A gaseous medium, mainly air, is supplied into the interior of the fiber bundle, creating a motion of the flow through the rise of gas bubbles. According to the present invention, liquid from the periphery of the fiber bundle can flow through the free space in the foot region of the fiber bundle. This flow affects the zones in the region between the hollow fiber membranes, thereby preventing the sludge from starting to accumulate. Sediments can be sent away in a timely and efficient manner. The interaction of the central gas supply inside the fiber bundle, combined with the free space in the fiber bundle extending star or radially from the pipe to the outer circumference of the headpiece, is very likely to cause sludge deposition in the foot area of the fiber bundle. Prevent in an efficient manner. The headpiece can be configured as a cylindrical sleeve, suitably the pipe of the gas supply is arranged on the axis of the cylinder.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 헤드피스는 파이프를 둘러싸는 별모양 인서트를 구비하며, 이 별모양 인서트는 중공 섬유 맴브레인이 차지한 헤드피스의 면을 복수개의 구역으로 분할하며, 그 구역들 사이에 자유 공간을 형성한다. 별모양 인서트는 중공 섬유 맴브레인이 있는 상태로 헤드피스 내에 캐스트 성형되며, 그 후에 캐스트 성형 재료에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸이게 된다. 인서트는 파이프 또는 이 파이프를 둘러싸는 허브로부터 헤드피스의 외주까지 연장하는 반경 방향 웹 또는 나선형으로 만곡된 웹을 구비한다. 이들 웹은 상부에서 적절히 라운드(round)지거나 경사진다. In a preferred embodiment of the invention, the headpiece has a star insert surrounding the pipe, which divides the face of the headpiece occupied by the hollow fiber membrane into a plurality of zones, between the zones. Form free space. The star insert is cast molded into the headpiece with hollow fiber membranes, which are then wholly or partially surrounded by the cast forming material. The insert has a radial or spirally curved web extending from the pipe or hub surrounding the pipe to the outer circumference of the headpiece. These webs are appropriately rounded or inclined at the top.
맴브레인 모듈을 제조하기 위해, 섬유 다발이 헤드피스에 삽입되며, 헤드피스와 중공 섬유 맴브레인 사이의 자유 공간은 캐스트 성형 수지로 캐스트 성형된다. 헤드피스 내에 중공 섬유 다발의 섬유 단부의 도입은 인서트의 적절한 개선점에 의해 용이해질 수 있다. 본 발명에 따른 교시의 적절한 개선점으로는, 인서트가 내측에서 외측으로 가면서 높이가 감소하며, 파이프에 인접하는 인서트의 코어부가 상기 면에서 헤드피스의 재킷 위로 돌출하며, 인서트의 재킷측 연결단은 헤드피스의 재킷이 상부에서 돌출하는 에지를 형성하도록 헤드피스의 재킷에 의해 둘러싸인 공간 내에 오목하게 들어가게 배치된다는 점이다. To produce the membrane module, a fiber bundle is inserted into the headpiece and the free space between the headpiece and the hollow fiber membrane is cast molded with a cast molding resin. Introduction of the fiber ends of the hollow fiber bundles into the headpiece can be facilitated by appropriate improvements in the insert. A suitable improvement of the teaching according to the invention is that the height decreases as the insert goes from inside to outside, the core portion of the insert adjacent to the pipe protrudes above the jacket of the headpiece at the face, and the jacket side connection end of the insert is That the jacket of the piece is arranged to recess in the space surrounded by the jacket of the headpiece to form an edge protruding from the top.
다발로 조합된 중공 섬유 맴브레인을 헤드피스 내에 도입할 때에, 인서트와 만나는 섬유 단부는 외측으로 편향되어, 다발이 컴팩트해지도록 인접하는 섬유들이 재킷측 에지의 방향으로 변위되게 한다. 이러한 방식으로, 상기 구역들에는 중공 섬유 맴브레인이 밀하게 밀집 배치됨과 아울러, 그 전체에 걸쳐 균일하게 분포되게 된다. 적합하게는, 상기 에지는 위쪽으로 원추형으로 팽창되는 내면을 갖고 잇다. When introducing a bundle of hollow fiber membranes into the headpiece, the fiber ends that meet the insert are deflected outwards, causing adjacent fibers to be displaced in the direction of the jacket side edges to make the bundle compact. In this way, the hollow fiber membranes are densely packed in the zones and are evenly distributed throughout. Suitably the edge has an inner surface that is conically inflated upwards.
또 다른 개선점으로, 본 발명에 있어서는 별모양 인서트 아래에서 분포되어 중공 섬유 맴브레인을 빈틈없이 둘러싸는 캐스트 성형 재료를 주입하기 위한 개구를 별모양 인서트에 마련하는 것을 교시한다. 별모양 인서트는 적절하게는 캐스트 성형 재료에 대해 흡족할 정도의 접착성(sound adhesion)을 제공하는 플라스틱으로 된 성형 플라스틱 부품이다. 별모양 인서트와, 중공 섬유 맴브레인의 캐스트 성형에 사용되는 캐스트 성형 재료는 동일한 재료로 이루어질 수 있다. As a further refinement, the present invention teaches to provide a star insert with an opening for injecting a cast molding material distributed under the star insert and tightly surrounding the hollow fiber membrane. The star insert is a molded plastic part of plastics, suitably providing sound adhesion to the cast molding material. The star insert and the cast molding material used for the cast molding of the hollow fiber membrane may be made of the same material.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파이프의 가스 출구는 섬유 다발의 발영역에서 헤드피스로부터 짧은 거리를 두고 배치되어, 가스 매체가 파이프의 둘레로부터 대체로 균일한 분포로 배출되도록 구성되어 있다. 이는 구조적으로 상이한 방식으로 실현될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 파이프는 상부에서 폐쇄되며, 재킷측에 복수개의 개구를 갖는다. 바람직한 실시예에서는 상부에서 폐쇄되는 캡이 파이프에 배치되고, 파이프와 캡은 캡의 하단부에서 개방된 가스 매체용 유동 공간을 형성하게 된다. 이 유동 공간은 링형 간극을 형성하며, 이 간극으로부터 가극 매체가 균일한 분포로 배출된다. 유동 공간 내의 공기 쿠션이 파이프 내에 액체의 유입을 방지하고, 나아가서 파이프에서의 오물의 퇴적을 방지한다. 본 발명에 따른 교시의 범위 내에서, 파이프는 또한 예를 들면 벤츄리 노즐(venturi nozzle) 형태로 설계된 노즐로서 구현된 축방향 출구를 구비할 수 있다. 고속으로 유출되는 공기의 흐름은 주변 액체에 대해 상당한 흡인 효과를 갖는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gas outlet of the pipe is arranged at a short distance from the headpiece in the foot region of the fiber bundle, so that the gas medium is discharged in a generally uniform distribution from the circumference of the pipe. This can be realized in structurally different ways. Within the scope of the present invention, the pipe is closed at the top and has a plurality of openings on the jacket side. In a preferred embodiment a cap closed at the top is arranged in the pipe, the pipe and the cap forming a flow space for the gas medium which is open at the bottom of the cap. This flow space forms a ring-shaped gap from which the vortex medium is discharged in a uniform distribution. An air cushion in the flow space prevents the ingress of liquid into the pipe, further preventing the deposition of dirt in the pipe. Within the scope of the teaching according to the invention, the pipe may also have an axial outlet implemented as a nozzle designed for example in the form of a venturi nozzle. The flow of air flowing out at high speed has a significant suction effect on the surrounding liquid.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 중공 섬유 맴브레인은 헤드피스와는 반대쪽을 향하는 단부에서 개별적으로 폐쇄되며, 중공 섬유 맴브레인의 폐쇄된 단부는 액체 내에서 자유로이 움직일 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서는 또한 섬유 다발이 2개의 헤드피스 사이에 고정되며, 투과액 포집 챔버가 2개의 헤드피스 모두에 연결되도록 될 수도 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the hollow fiber membrane is individually closed at the end facing away from the headpiece, and the closed end of the hollow fiber membrane is free to move in the liquid. However, within the scope of the present invention, fiber bundles may also be secured between two headpieces and permeate collection chambers may be connected to both headpieces.
본 발명을 이하에서는 단지 예시적인 실시예를 나타내는 도면을 참조하여 설명한다. The invention is now described with reference to the drawings, which show merely exemplary embodiments.
도 1은 맴브레인 모듈을 통한 종방향 단면도이며,1 is a longitudinal section through the membrane module,
도 2는 도 1에 도시한 맴브레인 모듈의 헤드피스를 통한 종방향 단면도이고,FIG. 2 is a longitudinal cross section through the headpiece of the membrane module shown in FIG. 1, FIG.
도 3은 도 2의 단면 I-I에서 취한 단면도이며,3 is a cross-sectional view taken from the cross-section I-I of FIG. 2,
도 4는 평면도로 나타낸 헤드피스의 다른 실시예이고,4 is another embodiment of a headpiece in plan view,
도 5는 도 4에 도시한 헤드피스의 종방향 단면도로서, 보다 구체적으로는 헤드피스의 제조 과정 중에 캐스트 성형 재료를 도포하는 동안을 나타내는 도면이며,FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of the headpiece shown in FIG. 4, more specifically, while the cast molding material is applied during the manufacturing process of the headpiece, FIG.
도 6은 또 다른 실시예의 종방향 단면도이고,6 is a longitudinal cross-sectional view of another embodiment,
도 7은 종래 기술에 따른 맴브레인 모듈을 도 3에 대응하게 나타낸 도면이며,7 is a view showing a membrane module according to the prior art corresponding to FIG.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 맴브레인 모듈과 종래 기술에 따른 맴브레인 모듈에서 오물의 퇴적을 비교하는 도면이다. 8a and 8b is a view comparing the deposition of dirt in the membrane module according to the present invention and the membrane module according to the prior art.
도면에 도시된 맴브레인 모듈은 침지 작동을 위해 의도된 것이다. 그 기본 구조로서는 개방 단부가 헤드피스(3) 안에 캐스트 성형되며 침지 작동시에 여과될 액체에 의해 둘러싸이는 다수의 중공 섬유 맴브레인(2)의 섬유 다발(1)과, 헤드피스(3)에 연결된 한편, 중공 섬유 맴브레인의 내부로부터 흘러나오는 투과액을 위한 적어도 하나의 투과액 출구(5)를 갖는 투과액 포집 챔버(4)와, 헤드피스(3)에 의해 안내되는 파이프(7)를 갖는 가스 공급부(6)로 이루어진다. 파이프(7)는 섬유 다발(1)의 내부에서 종결되는 한편 가스 매체를 위한 가스 출구(8)를 구비하며, 이 가스 매체는 파이프(7)에서부터 여과될 액체로 이행한 후에 주로 섬유 다발(1)의 중공 섬유 맴브레인(2) 사이에서 기포로서 상승한다. 공기가 통상 가스 매체로서 사용된다.The membrane module shown in the figure is intended for immersion operation. Its basic structure is connected to the
특히 도 2 및 도 3을 참조하면, 헤드피스(3)는 파이프(7)를 둘러싸는 별모양 인서트(9)를 구비하며, 이 인서트(9)는 중공 섬유 맴브레인(2)이 차지한 헤드피스(3)의 면(10)을 형성하며, 이 면(10)은 구역(11) 및 이 구역(11)들 사이의 자유 공간(12)으로 분할되어 있는 것을 알 수 있다. 구역(11) 사이의 자유 공간(12)은 파이프(7)에서부터 헤드피스(3)의 외주로 연장하여, 헤드피스(3)에 인접하는 섬유 다발(1)의 발영역(foot area)(F)에서 여과될 액체의 유입을 촉진시킨다. 발영역(F)은 헤드피스(3)에 인접하는 섬유 다발(1)의 구역을 의미하는 것으로서, 이 영역에서는 섬유들은 그 단부측이 고정되어 있기 때문에 서로에 대해 최소의 상대 운동만을 행할 수 있는 한편, 오물 또는 슬러지의 퇴적이 통상 시작되게 된다. 발영역(F)으로 나타낸 섬유 구역은 약 200mm에 걸쳐 연장한다. 2 and 3, the
헤드피스(3)는 원통형 슬리브로서 구성되며, 본 실시예에서 투과액 포집 챔버(4)에 끼워지는 별도의 부품으로 형성된다. 그러나, 헤드피스(3)는 또한 투과액 포집 챔버(4)에 성형될 수도 있다. 가스 공급부(6)의 파이프(7)는 슬리브의 원통 축선에 배치되어, 섬유 다발(1)의 중공 섬유 맴브레인(2)에 의해 둘러싸여 있다. 헤드피스(3)의 별모양 인서트(9)는 파이프(7)를 둘러싸는 허브(14)로부터 헤드피스(3)의 외주까지 연장하는 반경 방향 웹(13)을 구비하고 있다. 상부에서 웹(13)은 라운드(round)지거나, 경사져있다. 게다가, 도 2의 도시로부터, 인서트(9)는 내측에서 외측으로 가면서 높이가 감소하여, 파이프에 인접하는 인서트(9)의 코어 부가 상기 면에서 헤드피스(3)의 재킷 위로 돌출하며, 인서트의 재킷측 연결단은 헤드피스(3)의 재킷이 상부에서 돌출하는 에지(15)를 형성하도록 헤드피스(3)의 재킷에 의해 둘러싸인 공간 내에 오목하게 들어가게 배치되어 있다. 에지(15)는 위쪽으로 원추형으로 팽창되는 내면을 갖고 있다. 헤드피스(3) 및 인서트(9)의 전술한 형상은 모듈의 제조 과정 중에 섬유 다발(1)을 헤드피스(3)에 용이하게 도입할 수 있게 해준다.The
별모양 인서트(9)는 중공 섬유 맴브레인(2)이 있는 상태로 헤드피스(3) 내에 캐스트 성형되며, 그 후에 전체적으로 또는 부분적으로 캐스트 성형 재료에 의해 둘러싸인다. 도 4에 도시한 실시예에서, 별모양 인서트(9)는 그 인서트(9) 아래에서 퍼져 중공 섬유 맴브레인(2)을 빈틈없이 둘러싸는 캐스트 성형 재료를 주입하기 위한 개구(18)가 마련되어 있다. 캐스트 성형 과정이 도 5에 도시되어 있다. 별모양 인서트(9)는 성형 플라스틱 부품으로서 설계된 것으로서, 캐스트 성형 재료에 대해 흡족할 정도의 접착 친화성(sound adhesion affinity)을 갖는 플라스틱으로 이루어진다. 별모양 인서트(9) 및 중공 섬유 맴브레인(2)의 캐스트 성형에 사용되는 캐스트 성형 재료는 또한 동일한 재료로 이루어질 수 있다. The
파이프(7)의 가스 출구(8)는 섬유 다발(10의 발영역에서 헤드피스(3)로부터 짧은 거리를 두고 배치되어, 가스 매체가 파이프(7)의 둘레로부터 대체로 균일한 분포로 배출될 수 있도록 되어 있다. 바람직한 구조의 형상이 도 1에 도시되어 있다. 상부에서 폐쇄된 캡(16)이 파이프(7) 상에 배치되어, 파이프(7)와 캡(16)은 캡의 하단부에서 개방되는 가스 매체용 유동 챔버를 형성한다. 도 6의 실시예에 서, 파이프(7)는 노즐, 예를 들면 벤츄리 노즐(19)로서 구성된 축방향 출구를 갖고 있다. 높은 유속으로 배출되는 가스 매체는 주변 액체에 대해 제트 펌프 효과를 갖는다. The
시험 결과:Test result:
시험을 위해, 본 발명에 따라 구성된 2개의 맴브레인 모듈 및 종래 기술에 따른 모듈을 동일한 조건에서 작동시켰다. 도 3에는 본 발명에 따른 맴브레인 모듈의 섬유 분포가 도시되어 있고, 도 7에는 비교예로서 사용된 종래 기술에 따른 맴브레인 모듈의 섬유 분포가 도시되어 있다. 맴브레인 모듈은 가스 공급의 측면에서 다르지 않다. For testing, two membrane modules constructed according to the invention and modules according to the prior art were operated under the same conditions. Fig. 3 shows the fiber distribution of the membrane module according to the invention, and Fig. 7 shows the fiber distribution of the membrane module according to the prior art used as a comparative example. The membrane module is no different in terms of gas supply.
여과될 액체는 3.5g/ℓ의 고형 성분(건조 물질)을 갖고 있으며, 이는 24시간 내에 12 g/ℓ로 증가되었다. 맴브레인 모듈은 동일한 통기 상태로 9일의 기간에 걸쳐 투과액의 흐름을 변화시키면서 작동시켰다. The liquid to be filtered had a 3.5 g / l solid component (dry matter), which increased to 12 g / l within 24 hours. The membrane module was operated with varying permeate flow over a period of nine days with the same aeration.
다음의 투과액 유량이 맴브레인을 가로질러서의 압력차의 변화로서 설정되었다. The following permeate flow rate was set as the change in pressure difference across the membrane.
일 수Days 투과액 유량(ℓ/㎡/h)Permeate Flow Rate (ℓ / ㎡ / h)
1 내지 2일 14 ℓ/㎡/h14 L / m2 / h in 1-2 days
3 내지 5일 17 ℓ/㎡/h3 to 5 days 17 L / m2 / h
6일 20 ℓ/㎡/h6 days 20 ℓ / ㎡ / h
7일 22 ℓ/㎡/h7 days 22 ℓ / ㎡ / h
8 내지 9일 25 ℓ/㎡/h8 to 9 days 25 L /
최소 투과액 유량을 갖는 4일 후에도, 비교예의 모듈의 섬유 다발에서는 슬러지 퇴적이 증가하는 경향이 관찰되었다. 투과액 유량이 증가한 경우, 비교예의 모듈에서의 슬러지의 퇴적은 신속하게 진행된 반면에, 본 발명에 따른 맴브레인 모듈의 섬유 다발에서는 어떠한 오물의 퇴적도 보이지 않았다. 도 8a 및 도 8b에서는 9일간의 시험 작동의 종료 후의 섬유 다발을 도시하고 있다. 본 발명에 따른 2개의 맴브레인 모듈의 섬유 다발(A)에서는 발영역에서 어떠한 현저한 오물의 퇴적도 나타나지 않은 반면에, 비교예의 모듈의 섬유 다발(B)에서는 바닥에서 상부까지 슬러지로 덮여있었다. Even after 4 days with the minimum permeate flow rate, a tendency to increase sludge deposition was observed in the fiber bundles of the module of the comparative example. When the flow rate of the permeate increased, the sludge deposition in the module of the comparative example proceeded rapidly, whereas no deposit of dirt appeared in the fiber bundle of the membrane module according to the present invention. 8A and 8B show the fiber bundles after the end of the nine day test run. In the fiber bundles (A) of the two membrane modules according to the invention no significant dirt deposits were seen in the foot area, while in the fiber bundles (B) of the comparative module, they were covered with sludge from the bottom to the top.
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