KR20070086109A

KR20070086109A - 중공사막 카트리지

Info

Publication number: KR20070086109A
Application number: KR1020077013274A
Authority: KR
Inventors: 도모타카 하시모토; 다이스케 오카무라
Original assignee: 아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-08-27
Also published as: TWI277440B; JPWO2006064808A1; US7704394B2; RU2007126823A; EP1825903A4; EP1825903B1; CN101076392B; TW200628217A; CA2591194C; AU2005314899A1; CA2591194A1; EP1825903A1; WO2006064808A1; AU2005314899B2; US20080116128A1; RU2359742C2; JP4932492B2; CN101076392A; KR100921878B1

Abstract

본 발명은, 복수개의 중공사막으로 이루어지고 침지조 내에서 수직 방향이 되도록 배열된 중공사막 다발, 및 상기 중공사막 다발을 양끝에서 접착 고정시킬 수 있는 접착 고정층을 포함하고, 이때 상기 접착 고정층의 형상이 삼각형, 직사각형 및 육각형으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 적어도 상부측 접착 고정층의 단부에서 중공사막의 중공부가 개구된 상태이며, 상기 중공사막 다발이 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서 복수개의 소다발 상태인 중공사막 카트리지에 관한 것이다.

중공사막 카트리지, 접착 고정층

Description

중공사막 카트리지{HOLLOW FIBER MEMBRANE CARTRIDGE}

본 발명은 흡인식의 탱크형 여과 장치 또는 침지형 여과 장치에 장착되는 중공사막을 이용한 침지막 카트리지에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 하천수, 호수, 지하수, 해수, 생활 배수, 공장 배수, 하수 2차 처리수 등의 원수에 대해서 제탁, 제균을 행하는 여과 장치, 막에 의해 활성 오니(sludge)를 고체-액체 분리하는 막분리 활성 오니 장치, 또는 유가물(valuable object)과 비유가물의 분리 등에 이용되는 중공사막 카트리지에 관한 것이다.

폐수 처리 방법의 하나로서, 활성 오니조에 막 카트리지를 침지하고, 활성 오니와 처리 후 처리수의 고체-액체 분리를 행하는 막분리 활성 오니법이 있다. 이 방법에 따르면 활성 오니 농도(MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid)를 5000 내지 20000 mg/ℓ로 매우 높게 하여 여과 처리를 행할 수 있다. 이 때문에, 활성 오니조의 용적을 작게 하거나, 또는 활성 오니조 내에서의 반응 시간을 단축할 수 있다는 이점을 갖는다. 또한, 막에 의한 여과는 처리수 중에 부유 물질(SS: Suspended Solid)이 혼입되지 않게 하여 최종 침전조가 필요하지 않으며, 처리 시설의 부지 면적을 줄일 수 있고, 활성 오니 침강성의 양부를 막론하고 여과를 할 수 있다. 이 때문에, 활성 오니의 관리 부하도 경감되는 등 많은 이점이 있어 최 근 급속히 보급되고 있다.

막 카트리지에 중공사막을 이용하는 경우, 막 자신의 강도가 높기 때문에, 원수 중에 혼입된 불순물과의 접촉에 의한 막 표면에의 손상이 적고 장기간의 사용에 견딜 수 있으며, 여과 방향과는 역방향으로 처리수 등의 매체를 분출시켜 막 표면의 부착물을 제거하는 역세척 여과를 행할 수 있다는 이점을 갖는다. 그러나, 중공사막 사이의 간극에 축적하는 활성 오니의 응집물이나 원수로부터 반입되는 불순 물질을 배제하면서 여과를 행하지 않으면 유효한 막 면적이 감소되고, 여과 효율이 저하된다. 이 때문에, 장기간의 안정적인 여과가 불가능하다는 문제가 있다.

종래는 중공사막 표면 및 중공사막 사이에의 오니 등의 축적을 피하기 위해서 이하의 수법을 이용하고 있었다. 즉, 막 카트리지의 하부로부터 공기 등을 통기(aeration)시키고, 막의 요동 효과와 기포의 상향 이동에 의한 교반 효과로부터 중공사막 표면 및 중공사막 사이의 활성 오니 응집물 및 원수로부터 반입되는 불순물을 박리시킴으로써, 이들의 축적을 막고 있었다. 예를 들면, 중공사막 카트리지의 하부에 하부 고리(또는 스커트라고도 함)를 설치하고, 하부 고리측 접착 고정층에 복수개의 관통 구멍을 설치하며, 카트리지 하부로부터의 통기에 의해 하부 고리로부터 돌출된 하부 고리 단부 내에 기체 저장소를 형성한다. 이와 같이 함으로써, 복수개의 관통 구멍으로부터 균등하게 기포를 발생시키고, 중공사막을 요동시킴으로써, 막의 외표면에 퇴적한 현탁물을 박리하기 쉽게 하고 있었다(예를 들면 일본 특허 공개 제2000-157846호 공보 참조).

이러한 방법에 따르면, 막분리 활성 오니법 등의 고농도의 MLSS를 여과 처리하는 경우에도, 통기에 의한 교반 효과와 막의 요동 효과로 중공사막 다발간의 오니를 박리시키는 효과는 있다. 그러나, 기포의 상승에 의해서 활성 오니 응집물이나 불순물을 밀어올리는 힘이 작용하고, 상부측 접착 고정층 근방으로 박리한 오니가 이동하며, 이들이 막 다발밖으로 빠지기 어렵다. 또한, 접착 고정층 근방의 중공사막은 요동의 진폭이 작아서, 막 표면의 퇴적물을 충분히 제거할 수 없으며, 막 사이에 오니가 축적됨으로써, 중공사 표면이 막히는 문제가 있다.

도 1은 본 발명의 중공사막 카트리지의 실시태양의 일례를 나타내는 단면 설명도이다.

도 2a 내지 2c는 본 발명의 중공사막 카트리지의 다발 구조의 모식도이며, 2d는 본 발명에 포함되지 않는 중공사막 카트리지의 다발 구조의 예이다.

도 3a 및 3b는 각각 본 발명의 중공사막 카트리지의 실시태양의 일례를 나타내는 단면 설명도이다. 도 3a는 기포 공급부와 막 카트리지가 연접된 예를, 도 3b는 기포 공급부와 막 카트리지가 분리된 예를 도시한다.

도 4a 내지 4c는 각각 본 발명의 중공사막 카트리지의 상부측 접착 고정층 여과부측 계면상에서의 중공사막 다발 배열의 실시태양을 나타내는 모식도이다.

도 5a는 실시예 1의 중공사막 권취 카세트를 나타내는 모식도이다.

도 5b는 권취시에 양끝의 권취 피치를 변경함으로써 소다발 구조를 형성한 카트리지를 나타내는 모식도이다.

도 5c는 카세트와 하우징의 위치 관계 및 상부측 접착 고정층의 절단 위치를 나타내는 모식도이다.

도 5d는 절단에 의해 현출한 상부측 접착 고정층 계면의 중공사막 다발 배열의 실시태양을 나타내는 모식도이다.

도 5e는 절단에 의해 현출한 하부측 접착 고정층 계면의 중공사막 다발 배열의 실시태양을 나타내는 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 중공사막 다발

2: 상부측 접착 고정부

3: 하부측 접착 고정부

4: 상부측 접착 고정층

5: 하부측 접착 고정층

6: 상부측 접착 고정층 단부 표면

7: 하부측 접착 고정층 단부 표면

8: 기포 공급부

9, 11: 집수실

10, 12: 집수 배관

13: 측심 막대

14: 여과부

15: 상부측 접착 고정층 여과부측 계면

16: 하부측 접착 고정층 여과부측 계면

17: 소다발

18: 관통 구멍

19: 스커트

20: 기체 분출구

21: 권취 파이프

22: 중공사막

23: 하우징

24, 25: 우레탄 수지

26: 절단면

본 발명은 필요 최소한의 통기량으로 중공사막 카트리지상의 오니 응집물 및 불순물 등의 축적을 방지하고, 장시간 안정적인 막 여과 성능을 갖는 중공사막 카트리지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

<발명의 구성 및 작용>

본 발명자들은 예의 검토의 결과, 중공사막 카트리지에 대해서 하기의 구조를 사용함으로써, 오니 축적물의 배출 유로가 형성되고, 오니 응집물 및 불순물이 막 카트리지의 중공사막 사이에 축적되지 않고 막 카트리지밖으로 배출된다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 이하와 같다.

(1) 복수개의 중공사막으로 이루어지고 침지조 내에서 수직 방향이 되도록 배열된 중공사막 다발; 및 상기 중공사막 다발을 양끝에서 접착 고정시키기 위한 접착 고정층을 포함하고, 이때 상기 접착 고정층의 형상이 삼각형, 직사각형 및 육각형으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 적어도 상부측 접착 고정층의 단부에서 중공사막의 중공부가 개구된 상태이며, 또한 상기 중공사막 다발이 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서 복수개의 소다발 상태인 중공사막 카트리지.

(2) 상기 (1)에 있어서, 중공사막 다발을 양끝에서 접착 고정시키기 위한 접착 고정층의 형상이 삼각형, 직사각형 및 육각형으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 중공사막 다발이 하부측 접착 고정층과 상부측 접착 고정층 사이에서 복수개의 소다발로 분할되어 있는 것인 중공사막 카트리지.

(3) 상기 (1)에 있어서, 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서의 중공사막의 복수개의 소다발에서, 각각의 소다발 내에서 가장 근접한 중공사막간의 거리가 2 mm 미만이고, 각각의 소다발을 구성하는 중공사막 개수가 10개 이상 1000개 이하이고, 가장 근접한 소다발간의 거리가 2 mm 이상 100 mm 이하인 중공사막 카트리지.

(4) 상기 (1)에 있어서, 상부측 및 하부측 접착 고정층이 각각 수지를 포함하고, 이들 접착 고정층 중 어느 하나 또는 양쪽의 여과부측 계면에서의 수지의 경도가 JIS K6253에 준하여 측정시 20 A 이상 90 A 이하인 중공사막 카트리지.

<발명의 효과>

본 발명에 의해 중공사막면에의 오니의 축적을 방지하고, 장기간 안정적인 여과 성능을 염가에 달성할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 중공사막 카트리지의 구조를 설명하기 위한 일례를 도 1에 도시한다. 본 중공사막 카트리지는 복수개의 중공사막으로 이루어지는 중공사막 다발 (1)과, 중공사막 다발 (1)의 양끝에 상부측 접착 고정부 (2)와 하부측 접착 고정부 (3)을 가지며, 상부측 접착 고정층 (4) 및 하부측 접착 고정층 (5)로 상기 중공사막을 고정시키고 있다. 중공사막은 상부측 접착 고정층의 단부 표면 (6)에서는 개구되어 있고, 하부측 접착 고정층의 단부 표면 (7)에서는 개구되거나, 그렇지 않아도 관계없다. 단, 상부측 접착 고정층의 단부 표면 (6)의 중공사막만이 개구하고, 하부측 접착 고정층의 단부 표면 (7)은 폐구되어 있는 구조는 하부측 집수실이 없을 수 있고, 배관 등의 부대 설비를 생략할 수 있어 더욱 바람직하다.

중공사막에 통기를 행하는 기포 공급구 (8)은 막 카트리지와 일체화하고 있거나, 일체가 아닐 수도 있다. 일체가 아닌 경우는 상기 공급구를 막 카트리지의 하측에서 통기를 행하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 일체화된 경우는 기밀이 유지된 배관 등으로부터 기체를 분출시킬 수도 있고, 한번 스커트상의 공간에 기체를 공급하여 공기 저장소를 형성시킨 후, 그 공기 저장소로부터 기체를 분출시킬 수도 있다. 또한 일체화된 경우는 하부측 접착 고정층 (5)에 하부로부터 공급된 기포를 상부로 빼내기 위한 관통 구멍을 설치한다.

도 1은 중공사막의 상부측, 하부측 모두에서 접착 고정층의 단부 표면이 개구되고, 통기를 행하는 기포 공급구는 막 카트리지와 일체가 아닌 예를 나타낸다. 상측 및 하측의 접착 고정부에는 집수실 (9), (11), 및 집수 배관 (10), (12)가 접속되어 있다.

상측 및 하측의 접착 고정층은 측심 막대 (13)에 의해 연결되어 있다. 중공사막 중, 양끝의 접착 고정층에 포함되지 않는 부분을 여과부 (14)로 하고, 상부측 접착 고정층 (4) 중, 여과부측에 마주한 부분을 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면 (15)으로 하고, 하부측 접착 고정층 (5) 중, 여과부에 마주한 부분을 하부측 접착 고정층의 여과부측 계면 (16)이라 정의한다.

중공사막 다발 (1)은 상부측 접착 고정층 (4)에서 복수개의 소다발 (17)로 분할되어 있다.

하부로부터의 통기에 의한 기포는 중공사막에 요동을 제공하면서, 중공사막간의 공극을 거의 수직으로 상승시킨다. 상부측 접착 고정층 근방에서는 중공사막의 진폭도 작고, 공극이 적어지며, 기포는 상승하지 않고 막 카트리지밖으로 빠진다.

막의 충전율을 높이고 중공사막끼리의 공극이 작은 경우는, 오니 중에 포함되는 고형물이나 섬유상물, 오니의 퇴적물이 상기 공극으로부터 빠져 나갈 수 없다. 그 결과, 이들은 중공사막 사이에 머무르고, 여과 면적을 감소시켜 여과를 곤란하게 한다.

중공사막의 충전율을 높이면서, 오니 축적물을 제거하기 쉽게 하기 위해서는, 상부측 접착 고정부 근방의 중공사막의 밀집 부분에서 성긴 부분을 만들고, 성긴 부분을 오니 축적물이 빠지는 유로로 할 필요가 있다. 즉, 중공사막 다발을 복수개의 소다발로 나누고, 중공사막 다발간의 공극을 통기 기포 및 오니 축적물의 유로로 하는 구조가 효과적이다.

한편, 접착부 근방의 중공사막 다발 사이에는 요동의 진폭이 작고 오니가 퇴적하기 쉽다. 따라서, 소다발화함으로써, 소다발간 내의 중공사막간 거리가 작아져 오니가 축적되는 공간이 없어지므로 축적을 방지할 수 있다.

또한, 하부측 접착 고정층으로부터 상부측 접착 고정층에 이르기까지의 사이에서 중공사막을 복수개의 소다발로 나누는 것은, 하부로부터의 통기가 중공사막 전체를 요동시키기 때문에 세정 효과가 향상되어 바람직하다. 특히 하부측 접착 고정층 및 상부측 접착 고정층 사이에서 서로 복수개의 교락을 형성하는 것은, 통기에 의한 요동의 효과가 보다 커져 바람직하다. 하부 다발의 구조는 단일 다발일 수도 있지만, 복수개의 소다발 구조여도 관계없다. 어디까지나 하부측 접착 고정층으로부터 상부측 접착 고정층을 향하는 도중에서 복수개의 소다발로 분할되어 있고, 중공사막끼리에 교락이 있는 것이 바람직하다. 도 2a 내지 2d에 다발 구조예의 모식도를 나타낸다. 본 발명에 의한 다발 구조는 도 2a 내지 2c이고, 2d는 포함하지 않는다.

여기서 말하는 교락(confounding)이 있는 것이란, 하부측 접착 고정층으로 고정된 중공사막끼리의 위치 관계가 상부측 접착 고정층으로 고정되는 위치 관계와 반드시 일치하지는 않는다는 것을 의미한다. 또는 하부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서의 막대 형상과 같은 것을 카트리지 외부로부터 중공사막 사이에 삽입하고, 이어서 그것을 상부측 접착 고정층측에 이동시켰을 때, 상기 막대 형상의 물질이 중공사막의 막끼리의 교차에 의해 이동할 수 없게 되는 상태를 의미한다.

교락을 시키기 위해서는 중공사막의 단일 다발의 한 쪽을 소다발 구조로 분할하고, 그 형상을 유지하여 중공사막의 양끝을 접착시킴으로써 얻을 수 있다. 예를 들면, 직사각형의 프레임을 대향하는 2개의 변에 중공사막을 권취하여 다발을 형성할 수 있다. 도 5a, 도 5b에 도시한 바와 같이, 2개의 변에 권취하는 중공사막의 간격을 변경함으로써 교락한 상태를 형성할 수도 있다.

중공사막을 양끝에서 접착 고정시키는 접착 고정층의 형상(중공사막이 수직으로 배열하도록 설치했을 때에, 중공사막 카트리지를 상측 또는 하측에서 본 경우의 형상)은 삼각형, 직사각형, 육각형 중 어느 하나인 것이 바람직한데, 그 이유는 복수개의 중공사막 카트리지를 침지조에 설치할 때에 최밀 충전이 가능해지기 때문이다. 특히, 직사각형은 동일한 중공사막 개수를 사용하여도 오니 축적물이 카트리지 외부로 빠지는 유로가 짧아지기 때문에, 오니 축적물이 배출되기 쉬워 바람직하다. 또한 복수개의 카트리지를 충전했을 때에도, 카트리지를 평행하게 나열함으로써 어느 카트리지도 단독으로 수평 방향으로 착탈이 가능해지고, 설치 작업이 효율적으로 된다.

상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서의 중공사막의 소다발은 각각의 소다발 내에서 가장 근접한 중공사막끼리간의 거리가 바람직하게는 2 mm 미만, 보다 바람직하게는 1 mm 미만인 것이 중공사막의 유효막 면적을 증가시킬 수 있고, 막 카트리지의 물 여과량을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 여기서 말하는 중공사막끼리간의 거리란 중공사막의 최외표면 사이의 거리를 말한다. 또한, 각각의 소다발을 구성하는 중공사막 개수는 바람직하게는 10개 이상 1000개 이하이고, 보다 바람직하게는 20개 이상 500개 이하이다. 이들 범위에서 특히 중공사막 사이에 오니 응집물이나 불순물의 축적이 적어진다. 가장 근접한 소다발끼리간의 거리는 바람직하게는 2 mm 이상 100 mm 이하, 보다 바람직하게는 3 mm 이상 30 mm 미만이다. 이 범위에서는, 오니나 불순물의 축적 없이, 중공사막의 충전율을 높일 수 있으며 물 여과량을 증가시킬 수 있다. 여기서 말하는 소다발끼리간의 거리란 각 소다발에 포함되는 중공사막의 최외표면의 거리 중에서 가장 가까운 거리를 말한다.

한편, 하부측 접착 고정층의 중공사막의 집합 상태는 단일한 다발 구조이거나 또는 복수개의 소다발로 분할되어 있을 수도 있다.

이하, 도면에 의해 본 발명의 중공사막 카트리지의 실시태양의 예를 설명한다.

도 1에서, 중공사막 카트리지는 복수개의 중공사막이 집합한 중공사막 다발 (1), 상부측 접착 고정부 (2), 및 하부측 접착 고정부 (3)으로 구성되어 있다. 묶여진 중공사막 다발 (1)의 양단부는 접착제에 의해 중공사막끼리 일체적으로 결합됨과 동시에 상부측 접착 고정층 (4), 하부측 접착 고정층 (5) 내에 일체적으로 결합되고, 중공사막은 상부측 접착 고정층의 단부 표면 (6), 및 하부측 접착 고정층의 단부 표면 (7)에서 개구되어 있다. 상하의 접착 고정부에는 집수실 (9), (11), 및 집수 배관 (10), (12)가 접속되어 있다. 기포 공급부 (8)은 막 카트리지의 하부에 설치되고, 통기에 의한 기포는 중공사막을 요동하면서 상향 이동한다.

기포 공급부 (8)과 막 카트리지를 일체화하는 경우에는, 도 3a와 같이 기포 공급부 (8)을 집수실 (11)의 하부에 접속시킨다. 또한, 기포 공급부 (8)로부터 하부측 접착 고정층 (5)를 통과해 하부측 접착 고정층의 여과부측 계면 (16)까지 계속되는 관통 구멍 (18)을 설치함으로써 기체를 중공사막에 맞힐 수 있다. 또한 도 3b와 같이 기포 공급부를 밀폐하지 않고, 하부측 접착 고정층 (5)의 하부를 개방된 스커트 (19)로 하고, 기체 분출구 (20)을 설치하는 것도 가능하다.

관통 구멍의 크기는 상당 직경이 2 mm 내지 30 mm의 범위가 바람직하다. 관통 구멍의 형상은 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형, 원형, 타원형, 부채형, C자형 또는 별형 등 임의의 형상이 선택된다. 또한, 그 구멍수는 막 카트리지의 단면적이나 실 개수에 따라 다르지만, 2 내지 300개 개구시키는 것이 바람직하다. 관통 구멍의 위치는 하부측 접착 고정층 (5) 내의 임의의 위치에 설치할 수 있지만, 중공사막 전체를 균일하게 요동시키기 위해서 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다.

스커트 (19)는 집수실 (11)로부터 아래쪽으로 돌출되어 중공사막 다발 외주에 고정되는 것이 바람직하다. 집수실 아래쪽으로부터 돌출된 길이는 막 카트리지의 크기나 공급되는 기체량이나 관통 구멍의 직경과 수에 따라 다르지만, 하측으로부터의 기체의 소산(dissipation)을 방지하기 위해서는 5 mm 내지 300 mm인 것이 바람직하다. 300 mm 이하의 경우 카트리지의 전체 길이에 걸쳐 잉여의 공간이 적기 때문에 바람직하다. 5 mm 이상의 경우, 카트리지에 공급된 기체가 유효하게 관통 구멍으로 유도되고, 가로 방향으로 소산하지 않기 때문에 바람직하다.

기체 분출구 (20)으로부터 분출된 기체가 복수개의 관통 구멍 (18)을 균일하게 통과하기 위해서는 기체 분출구 (20)으로부터 분출된 기체가 스커트부 (19)에 기체 저장소를 형성하고, 그 기체 저장소로부터 각 관통 구멍에 기체가 공급될 필요가 있다. 기체 저장소의 두께는 바람직하게는 30 mm 이상, 보다 바람직하게는 50 mm 이상이다. 통기용 기체 분출구 (20)의 위치는 형성되는 기체 저장소의 두께를 감안하여 결정하는 것이 바람직하다.

중공사막 카트리지 접착 고정부의 크기(중공사막이 수직으로 배열하도록 설치했을 때에, 중공사막 카트리지를 상측 또는 하측에서 본 경우의 크기)는 임의이지만, 직사각형의 경우 종횡비(길이:폭)는 3:1 이상 50:1 이하가 바람직하다. 3:1보다 작으면 오니가 소다발 사이를 통과하는 유로가 상대적으로 길어지고, 50:1보다 크면 막 다발 사이를 통과하는 기포가 상부 접착 고정층에 도달하기 전에 카트리지밖으로 소산하는 비율이 많아진다.

중공사막 카트리지의 수직 방향의 길이는 300 mm 내지 3000 mm의 범위가 바람직하다.

본 발명에서는 통기시 하부측 접착 고정부 (3)의 상승이나 비틀림을 방지할 목적으로 상부측 접착 고정층 (4)와 하부측 접착 고정층 (5)를 막대, 파이프, 판, 쇠사슬, 끈, 그물망 중 어느 하나에 의해 연결 고정시킨다. 특히 막대 또는 파이프가 바람직하고, 이용하는 재질은 금속 또는 수지가 바람직하다. 이들 막대나 파이프의 형상은 임의이지만, 원주상인 것이 바람직하다. 예각인 각을 갖는 형상은 중공사막이 반복하여 접촉했을 때에 손상을 일으킬 가능성이 있어 부적합하다. 막대나 파이프의 굵기는 이용한 재질의 변형에 대한 강도를 감안하여 결정하는 것이 바람직하다. 또한 연결에 이용하는 파이프나 막대의 경도가 높은 경우, 표면을 저경도의 수지 등으로 피복하는 것이 중공사막이 이들 막대나 파이프에 반복하여 접촉했을 때가 손상을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.

본 발명에 이용되는 중공사막의 공경으로는 역 삼투압 막, 한외 여과막 또는 정밀 여과막을 이용할 수 있다. 또한, 중공사막의 소재는 특별히 한정되지 않으며, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸펜텐, 셀룰로오스, 아세트산셀룰로오스, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 들 수 있다. 또는 이들 복합 소재막도 사용할 수 있다. 또한, 중공사막의 형상으로는 내경 50 ㎛ 내지 3000 ㎛이고, 내/외경비가 0.3 내지 0.8의 범위인 막을 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명에 이용되는 접착제로는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 실리콘 수지 등의 고분자 재료를 들 수 있다.

상부측 접착 고정층의 여과부측 계면 (15) 및 하부측 접착 고정층의 여과부측 계면 (16)의 수지 경도는 20 A 이상 90 A 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 A 이상 70 A 이하이다. 20 A 이상이면 장기간에 걸쳐 형상을 유지할 수 있다. 90 A 이하이면, 중공사막이 요동했을 때의 왜곡 응력을 충분히 완화시킬 수 있다. 저경도의 수지를 접착제로서 이용하는 것 이외에, 1단계에 접착된 고정층 위에 저경도의 수지를 접착함으로써 계면의 수지 경도를 바람직한 범위로 조정할 수 있다. 예를 들면, 에폭시 수지로 접착 고정층을 형성한 후에 실리콘 수지를 에폭시 수지 위에 접착시키거나, 우레탄 수지로 접착 고정층을 형성한 후에 경도가 낮은 또다른 우레탄 수지를 상기 우레탄 수지 위에 접착시키는 등에 의해 계면의 수지 경도를 조정할 수 있다. 접착 방법으로는 원심 접착법이나 정치 접착법 등의 공지된 방법이 이용된다. 접착제의 경화 수축이나 강도를 개선하고자 하는 경우에는 상기 접착제에 유리 섬유, 카본 섬유 등의 섬유상물, 카본 블랙, 알루미나, 실리카 등의 미분체를 함유시킬 수도 있다.

본 발명에 이용되는 상부측 접착 고정부 (2) 및 하부측 접착 고정부 (3)의 하우징이나 집수실 (9), (11)의 소재는 특별히 한정되지 않으며, 동일하거나 상이할 수도 있지만, 열가소성 수지나 스테인레스강이 바람직하게 이용된다.

본 발명에서 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면상의 중공사막의 소다발의 배열은 도 4a에 나타낸 바와 같이 불규칙할 수도 있지만, 도 4b와 같이 직선상으로 등간격으로 나열된 것이 바람직하다. 또한, 도 4c와 같이 상기 소다발은 복수개의 열로 분리될 수도 있다. 소다발의 형상은 원형이 아닐 수도 있고, 각각의 소다발의 크기가 동등하지 않을 수도 있다.

본 발명의 실시예를 이하에 설명하지만, 그것에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 5a에 도시한 직경 1 cm, 길이 80 cm의 원통상의 파이프 (21) 2개를 2 m의 거리를 두고 평행하게 나열하여 권취 카세트를 제조하고, 중공사막 (22)를 권취하였다. 권취할 때에 한쪽 파이프측에서는 중공사막이 소다발이 되고, 다른쪽은 단일한 다발이 되도록 권취 위치를 조정하면서 1650회 회전시켜 권취를 행하였다. 또한 도 5(b)와 같이 권취시에 트래버스(traverse)를 행하고, 카트리지의 하부가 되는 측으로부터 상부가 되는 측을 향해 다발이 분할하고, 중공사막 사이에 교락이 발생하도록 하였다.

중공사막을 감은 양끝의 원통상 파이프를 ABS 수지제 하우징 (23) 내에서 접착 고정층이 되는 우레탄 수지 (24)(산유렉스사(SANYUREKKUSU Inc.) 제조, "SA-6330계", 경화 후의 경도: 98A)를 이용하여 정치 접착하였다. 그 후, 우레탄 수지 25(산유렉스사 제조, "SA-6330계", 경화 후의 경도: 56A)를 중공사막의 접착부와 비접착부의 계면에 정치 접착으로 고정시켰다.

또한, 수지 경도의 측정 방법 JIS K6253에 준하여 측정하였다. 도 5(c)에 도시한 절단 방향 (26)에 따라서 하우징, 우레탄 수지, 원통상 파이프를 절단하였다. 절단한 원통상 파이프 한쪽의 상태는 도 5(d)와 같은 단면이 되고, 다른 한쪽은 도 5(e)와 같이 되었다. 이 각각의 절단면에 중공사막이 개구한 상태 그대로 집수실, 집수 배관을 연결시켰다. 연결의 방법은 액체 밀폐로 접합시키는 방법이면 어떠한 것도 가능하다.

중공사막은 폴리불화비닐리덴제의 세공 직경 0.1 ㎛의 정밀 여과막이고, 외경 약 1.25 mm, 내경 0.7 mm이며, 막 카트리지의 막 면적은 25 ㎡였다. 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서는 중공사막이 1다발당 110개로 소다발을 형성하고, 그 소다발이 30다발 존재하였다. 가장 근접한 소다발끼리간의 거리는 5 mm였다.

권취 카세트의 2개의 파이프를 연결할 때, 상부측 접착 고정부와 하부측 접착 고정부를 SUS304제의 외경 13 mm의 파이프에 염화비닐리덴제 필름을 피복한 것을 2개 이용하여 연결 고정화하였다.

하부측 접착 고정층보다도 5 cm 하부에 통기용 기포 공급부를 설치하였다.

본 발명의 중공사막 카트리지를 8 ㎥의 용적의 활성 오니조에 침지하고, 상부측 접착 고정층의 집수실과 여과물 배관을 접속하여 활성 오니조에 고정시켰다.

중공사막 카트리지에 통기용 기포 공급부로부터 10 N㎥/시간의 공기를 통기시키면서, 흡인 펌프로 막여과 유량이 0.6 ㎥/막 면적 ㎡/일이 되도록 흡인 여과하였다. 이 때의 막간 압력차는 -15 내지 -20 kPa이고 3개월간 안정적이었다. 평가 기간의 활성 오니조의 농도 MLSS는 평균 10000 mg/ℓ이고, 평균 온도는 25 ℃였다. 활성 오니의 원수에는 평균 BOD가 150 mg/ℓ, SS가 160 mg/ℓ인 도시 하수를 이용하였다.

운전 후의 카트리지에 부착한 오니 부착물 또는 불순물의 중량은 0.84 kg이고, 부착량이 적다는 것을 알 수 있었다. 이 중량은 습윤 상태의 중공사막에서 사용 전후의 카트리지의 중량을 측정하고, 중량차를 오니 부착물 또는 불순물의 중량이라 정의하였다.

<실시예 2>

도 5(a)에 도시한 직경 1 cm, 길이 80 cm의 원통상의 파이프 (21) 2개를 1.4 m의 거리를 두고 평행하게 나열하여 권취 카세트를 제조하고, 중공사막 (22)를 권 취하였다. 이하, 권취 방법, 우레탄 수지에 의한 접착 고정 방법, 절단 방법은 실시예 1과 동일하게 행하였다.

단, 중공사막이 소다발이 된 측의 단면의 중공사막은 개구시키고, 단일한 다발이 된 측의 중공사막의 단면은 우레탄 수지 내부에 매립하여 폐구시켰다. 중공사막이 소다발이 된 측의 단면에만 집수실, 집수 배관을 연결시켰다. 중공사막은 실시예 1과 동일한 것을 사용하고, 중공사막 카트리지의 막 면적은 17.5 ㎡였다. 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서는 중공사막이 1다발당 110개로 소다발을 형성하고, 그 소다발이 30다발 존재하였다. 가장 근접한 소다발끼리간의 거리는 5 mm였다.

중공사막 카트리지에 통기용 기포 공급부로부터 10 N㎥/시간의 공기를 통기시키면서 흡인 펌프로 막여과 유량이 0.6 ㎥/막 면적 ㎡/일이 되도록 흡인 여과하였다. 이 때의 막간 압력차는 -15 내지 -20 kPa이고 3개월간 안정적이었다. 평가 기간의 활성 오니조의 농도 MLSS는 평균 10000 mg/ℓ이고, 평균 온도는 25 ℃였다. 활성 오니의 원수에는 평균 BOD가 150 mg/ℓ, SS가 160 mg/ℓ인 도시 하수를 이용 하였다.

운전 후의 카트리지에 부착된 오니 부착물 또는 불순물의 중량은 실시예 1과 동일하게 측정한 결과 0.65 kg이고, 부착량이 적다는 것을 알 수 있었다.

<실시예 3>

실시예 1과 동일한 중공사막, 개수, 하우징을 사용하고, 전체 중공사막을 1다발로 하고, 중공사막 사이에 교락이 있는 상태로 권취하였다. 그 후에, 한쪽 단부의 중공사막을 도 4(b)와 같은 다발로 분할하고, 타단을 도 4(c)와 같이 분할하였다. 이 상태에서 실시예 1과 동일한 수지로 집수실, 집수 배관 및 하우징과 함께 정치 접착을 하였다. 접착은 중공사막의 양끝이 개구 상태를 유지하도록 행하였다. 그 이후의 절차는 실시예 1과 동일하게 행하였다.

실시예 1과 동일한 평가를 행한 바, 막간 압력차는 -16 내지 -21 kPa이고 3개월간 안정적이었다. 또한 운전 후의 카트리지에 부착된 오니 부착물 또는 불순물의 중량은 0.78 kg이고, 부착량이 적다는 것을 알 수 있었다.

<비교예 1>

상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서의 중공사막의 배열을 소다발로 분할하지 않고, 단일한 다발 구조로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 여과 조건으로 활성 오니조에서 평가하였다.

이 때의 막간 압력차는 14일만에 급격히 상승하여 -80 kPa까지 도달하였고, 펌프 흡인이 불가능하게 되었다.

실시예 1과 동일하게 평가 기간의 활성 오니조의 농도 MLSS는 평균 10000 mg/ℓ이고, 평균 온도는 25 ℃였다. 활성 오니의 원수에는 실시예 1과 동일하게 평균 BOD가 150 mg/ℓ, SS가 160 mg/ℓ인 도시 하수를 이용하였다.

운전 후의 카트리지에 부착된 오니 부착물 또는 불순물의 중량은 6.4 kg이고, 부착물 중량이 현저히 크다는 것을 알 수 있었다.

<비교예 2>

상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서의 중공사막의 배열을 소다발로 분할하지 않고, 단일한 다발 구조로 한 것 이외에는 실시예 2와 동일한 여과 조건으로 활성 오니조에서 평가하였다.

이 때의 막간 압력차는 12일만에 급격히 상승하여 -80 kPa까지 도달하였고, 펌프 흡인이 불가능하게 되었다.

실시예 2와 동일하게 평가 기간의 활성 오니조의 농도 MLSS는 평균 10000 mg/ℓ이고, 평균 온도는 25 ℃였다. 활성 오니의 원수에는 실시예 2와 동일하게 평균 BOD가 150 mg/ℓ, SS가 160 mg/ℓ인 도시 하수를 이용하였다.

운전 후의 카트리지에 부착된 오니 부착물 또는 불순물의 중량은 5.7 kg이고, 부착물 중량이 현저히 크다는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 중공사막 카트리지는 막 여과 분야에서 특히 흡인식의 탱크형 여과 장치 또는 침지형 여과 장치에서 바람직하게 이용될 수 있다.

Claims

복수개의 중공사막으로 이루어지고 침지조 내에서 수직 방향이 되도록 배열된 중공사막 다발; 및

상기 중공사막 다발을 양끝에서 접착 고정시키기 위한 접착 고정층

을 포함하고, 이때 상기 접착 고정층의 형상이 삼각형, 직사각형 및 육각형으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 적어도 상부측 접착 고정층의 단부에서 중공사막의 중공부가 개구된 상태이며, 상기 중공사막 다발이 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서 복수개의 소다발 상태인 중공사막 카트리지.
제1항에 있어서, 중공사막 다발을 양끝에서 접착 고정시키기 위한 접착 고정층의 형상이 삼각형, 직사각형 및 육각형으로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 중공사막 다발이 하부측 접착 고정층과 상부측 접착 고정층 사이에서 복수개의 소다발로 분할되어 있는 것인 중공사막 카트리지.
제1항에 있어서, 상부측 접착 고정층의 여과부측 계면에서의 중공사막의 복수개의 소다발에서, 각각의 소다발 내에서 가장 근접한 중공사막간의 거리가 2 mm 미만이고, 각각의 소다발을 구성하는 중공사막 개수가 10개 이상 1000개 이하이며, 가장 근접한 소다발간의 거리가 2 mm 이상 100 mm 이하인 중공사막 카트리지.
제1항에 있어서, 상부측 및 하부측 접착 고정층이 각각 수지를 포함하고, 이들 접착 고정층 중 어느 하나 또는 양쪽의 여과부측 계면에서의 수지의 경도가 JIS K6253에 준하여 측정시 20 A 이상 90 A 이하인 중공사막 카트리지.