KR20080012888A - 생성물의 막 여과 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, (A) 생성물을 막 장치(1)의 제 1 막 시스템(2)으로 여과하는 단계, (B) 상기 제 1 막 시스템(2)을, 물로 1회 이상 헹구는 단계 및 세정액을 사용해서 1회 이상 세정하는 단계를 포함하는 다단계 세정 절차에 의해 세정하여, 1종 이상의 오염된 세정액이 형성되는 단계, (C) 상기 1종 이상의 오염된 세정액을 제 2 막 시스템(9)으로 여과해서 세정액을 회수하는 단계, 및 (D) 상기 회수된 세정액을 단계 (B)의 세정 단계에 사용하는 단계를 포함하는, 막 장치(1)에서 생성물을 막 여과하는 방법에 관한 것이다.
막 여과 시스템, 세정액, 전량 유동 여과, 십자 유동 여과, 막 장치, 유제품
Description
본 발명은 막 장치에서 생성물을 막 여과하는 방법 및 생성물을 막 여과하기 위한 막 장치에 관한 것이다.
막 여과는 막 장치에서, 예를 들면 유제품 제조업, 식품 및 음료 산업, 금속 산업, 제약 사업 또는 수처리 산업에 의해, 공업적인 규모로 적용되는 유리한 기술이다.
예컨대, 미국 특허 출원 US 2005/0053707 A1호는, 여과 막들을 포함하는 십자 유동(cross-flow) 여과 모듈을 사용하여 우유의 각종 영양 성분들을 순차적으로 분리하는, 구체적으로 우유에 함유된 각종 우유 단백질, 탄수화물, 효소 및 무기물, 초유, 유장(whey), 또는 기타 유제품을 순차적으로 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 한 실시양태에 의하면, 우유 공급원으로부터 얻은 우유를 제 1 십자 유동 여과 모듈을 통해 유동시켜서 우유에 함유된 박테리아를 제거하고, 6개의 십자 유동 모듈에 더 통과시켜서 한정된 분획의 우유를 포집하고 여과한다.
마이크로여과법, 한외여과법, 나노여과법 및 역삼투압에 관한 막 분리 기법은 다음에 열거한 것들을 비롯한 특징들을 보유함으로써, 분리, 멸균, 재생 및 회수 공정으로서 주목받고 있다:
- 중단없는 자동 운영을 가능하게 하는 연속적인 공정;
- 상 변화나 온도 변화를 수반하지 않는 낮은 에너지 사용률;
- 현저한 크기 제한이 없는 모듈 설계;
- 이동성 부품이 최소화됨에 따른 낮은 유지 보수 비용;
- 분리된 성분의 형태나 화학적 특징에 영향을 미치지 않음;
- 화학물질을 첨가할 필요없이 분리를 수행함.
막 처리 방법을 실시함에 있어서의 주요 문제점중 하나는 막의 오염이다. 막의 오염은 막 표면상에 또는 막 기재내에 여과된 생성물의 특정한 오염 물질이 축적됨으로써 유발되는 막 여과기의 유량 감소로 나타난다. 특정한 오염 물질들은 여과기의 역세척 또는 스크러빙(scrubbing)과 같은 유압 수단에 의해서 제거될 수 있지만, 대부분의 오염 물질은 동일계상 세척(cleaning-in-place, CIP) 또는 화학 세정과 같은 화학적 수단에 의해서 제거될 수 있다.
현재 당분야의 기술 수준에서, 막 장치의 화학 세정용으로 사용되는 세정액은 세정 단계 이후에 폐기되고 있는 실정이다. 환경 및 경제적인 사정을 감안할 때, 이와 같은 세정액 및/또는 세정액내에 함유된 물의 적어도 일부를 회수하여 재사용하는 것이 바람직하다.
발명의 개요
본 발명은 사용된 막 여과 시스템의 세정 단계를 포함하고, 막 여과에 소요되는 총 비용을 감소시키며, 오염된 세정액이 환경으로 방출되는 것을 감소시키는, 막 장치에서 생성물을 막 여과하는 방법을 제공한다는 목적에 기초한 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적은
(A) 생성물을 막 장치의 제 1 막 시스템으로 여과하는 단계,
(B) 상기 제 1 막 시스템을, 물로 1회 이상 헹구는 단계 및 세정액을 사용해서 1회 이상 세정하는 단계를 포함하는 다단계 세정 절차에 의해 세정하여, 1종 이상의 오염된 세정액이 형성되는 단계,
(C) 상기 1종 이상의 오염된 세정액을 제 2 막 시스템으로 여과해서 세정액을 회수하는 단계, 및
(D) 상기 회수된 세정액을 단계 (B)의 세정 단계에 사용하는 단계
를 포함하는, 막 장치에서의 생성물 막 여과 방법에 의해 달성된다.
본 명세서에서, 막 장치란 산업상의 생성물을, 바람직하게는 300 l/(h*m2)보다 높은 막 유량으로, 막 여과하기 위한 하나 이상의 막 시스템을 포함하는 설비를 말한다.
단계 (A)에서 본 발명에 의한 막 장치의 막 시스템에 의해 여과되는 생성물은 유제품, 의약품, 식품 또는 양조주 제품 또는 폐수인 것이 바람직하다.
상기 세정 단계 (B)는 막 여과 처리 방법의 성능과 경제성에 현저한 영향을 미치는 막 시스템 운용상의 필수 구성 요소이다. 막의 오염은 일반적으로 다음과 같은 4가지 범주로 구분된다: 무기물 오염, 입자/콜로이드 오염, 생물학적 오염 및 유기물 오염. 오염원이 무기물이든, 입자/콜로이드이든, 생물학적 오염물질이든, 유기물질든 간에, 막위에 이들이 존재하면 투과 유속이 저하되거나, 동일한 유속을 유지시키기 위해 필요한 공급 압력이 증가된다. 본 발명에 의한 방법의 세정 단계 (B)는 정해진 일정한 시간 간격으로 개시되거나, 또는 오염으로 인한 막 시스템 성능의 저하에 따라서 개시되어야 한다. 상기 세정 단계 (B)는 표준 동일계상 세정(cleaning-in-place, CIP) 장치 및 유로를 사용해서 실시하고, 화학물질 첨가에서 순환, 침지, 배수 및 세정에 이르는 모든 단계들은 자동화되는 것이 바람직하다. 이러한 CIP의 개념은 세정하고자 하는 장치를 해체하지 않고 세정 절차를 적용할 수 있음을 시사한다.
상기 세정 단계 (B)는 다단계 세정 절차를 포함하며, 그 절차상의 각 단계들은 존재하는 오염물질의 종류와 양에 따라 달라진다. 다단계 세정 절차에서는 적절한 조합, 예컨대 예비 헹굼, 세정 및 헹굼 후처리 단계의 조합이 중요하다.
일단 막 오염의 원인이 확인된 후에는, 1회 이상의 세정 단계에 다양한 세정액들을 사용하여 오염 물질을 막으로부터 제거하고 제 1 막 시스템의 막 유량을 회복시킬 수 있다. 막과 막 장치의 다른 부품과의 화학적 상용성이 본 발명에 의한 방법의 단계 (B)에 사용되는 세정액의 종류와 허용 가능한 최고 농도를 제한하게 된다. 더욱이, 온도, 세정 기간 및 수역학적 조건과 같은 인자들은 모두 다단계 세정 절차의 세정 효율에 영향을 미친다.
본 발명에 의한 방법의 단계 (B)에서 상기 물을 사용한 1회 이상의 헹굼 단계 및 세정액을 사용한 1회 이상의 세정 단계는, 막을 물 또는 세정액을 사용하거나 그 혼합물을 사용해서 침지시키거나, 순방향으로 세척하거나(forward flushing), 또는 역방향으로 세척함으로써(backward flushing) 수행할 수 있다. 침지 처리시에는, 제 1 막 시스템의 막들을 물 또는 세정액에 일정 시간동안 침지시킨다. 순방향 세척을 적용할 경우에는, 물 또는 세정액을 상기 여과 단계 (A)에 비해서 더 빠르게 상기 시스템에 통과시키면서, 제 1 막 시스템의 막들을 순방향으로 물 또는 세정액을 사용해서 세척한다. 빠른 유속과 그로 인한 난류에 기인하여, 흡수된 입자들은 막으로부터 분리되어 방출된다. 역방향 세척은 역 여과 처리 공정이다. 액체(예: 물, 여과액 또는 세정액)를 압력하에 역방향으로 막에 통과시켜서 막의 소공 내부를 밖으로 세척해낸다.
상기 단계 (B)의 다단계 세정 절차를 이루는 각 단계, 여러 단계들 또는 모든 단계들을 통해서, 세정액, 물 및 오염물질을 함유하는 오염된 세정액이 형성된다. 본 발명에 의한 방법의 단계 (C)는 이러한 1종 이상의 오염된 세정액 스트림(stream)을 제 2 막 시스템으로 여과해서, 회수된 세정액 스트림을 얻는 단계이다. 이와 같은 여과 단계에 의해서, 오염된 세정액 스트림중의 세정액 및/또는 물의 적어도 일부는, 비교적 적은 에너지 소비량만으로 잘 설정된 처리 조건하에서, 화학물질을 첨가하지 않고도 재사용 가능하도록 회수된다. 본 발명에 의한 방법의 단계 (D)에서 회수된 세정액을 재사용할 수 있으므로, 방출된 화학물질이나 폐수가 환경에 미치는 악영향을 방지하도록 도모할 수 있다. 나아가, 본 발명에 의한 막 장치에서 생성물을 막 여과하는 방법은 세정액 및/또는 물의 절감을 통해서 그 경제성이 일층 제고된다.
본 발명에 의한 바람직한 실시양태에 의하면, 상기 제 1 막 시스템과 제 2 막 시스템은 각각 마이크로여과(MF, microfiltration), 한외여과(UF, ultrafiltration), 나노여과(NF, nanofiltration) 또는 역삼투압(RO, reverse osmosis) 막들로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 막을 함유한다. 상기 막들은 셀룰로오스, 중합체 또는 세라믹을 주성분으로 하는 막들인 것이 바람직하다.
마이크로여과법은 0.05 내지 10 ㎛ 범위의 콜로이드 입자 또는 현탁 입자, 박테리아 또는 지방 소구(globule)를 분리하기 위한 저압 막 처리 공정이다. 마이크로여과법은, 예컨대, 발효, 배양액 정화 및 생물량(biomass)의 정화와 회수에 사용할 수 있다.
한외여과법은 10 바아까지의 압력을 사용하는 선택적 분류 처리 공정이다. 한외여과법은 우유와 유장의 분류 및 단백질 분류에 널리 사용된다. 한외여과법에서는 분자량이 1000을 초과하는 현탁된 고형물과 용질을 농축시킨다. 이때, 여과액(permeate)은 저분자량 유기 용질과 염류를 함유한다.
나노여과법은 유기화(demineralization), 색상 제거 및 탈염과 같은 분리 용도에 사용될 수 있다. 나노여과법에 의하면, 작은 이온들을 막에 통과시키는 동시에 보다 큰 이온과 대부분의 유기 성분들은 배제시킬 수 있다. 이는 저밀도 역삼투압으로 간주할 수도 있다.
역삼투압법은 공정 스트림을 탈수시키고, 용액 또는 세정 폐수중의 저분자량 물질들을 농축/분리시키기 위한 고효율 기법이다. 역삼투압법에 사용되는 특정한 중합체 막들은 모든 이온성 고형물의 99% 이상을 제거한다.
전술한 바와 같은 네 가지 분리 기법들은 일반적으로 소공 크기 또는 그들의 제거 작용에 근거하여 정의한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시양태에 의하면, 상기 제 1 막 시스템과 제 2 막 시스템중 적어도 하나는 튜브형(tubular) 막 시스템이다. 튜브형 막 시스템은 관형, 모세관형 또는 중공 섬유 막을 사용하는 시스템들로 구분될 수 있다. 튜브형 막 시스템은 이와 같은 튜브형, 모세관형 또는 중공 섬유 막들을 다수 포함한다.
튜브형 막은 직경이 약 5 내지 15 mm인 튜브들이다. 이와 같은 다수의 튜브형 막들은 대개 원통형 지지 쉘 내부에 배치되는데, 막 자체가 자립성을 갖지 않기 때문이다. 튜브형 막에서의 흐름은 대개 내측에서 외측으로 반전된다.
모세관형 막은 튜브형 막보다 작은 직경, 즉, 0.5 내지 5 mm의 직경을 갖는다. 다수의 모세관형 막들이 다발 형태로 사용된다. 모세관형 막은 여과 압력을 견디기에 충분한 강도를 갖는다. 모세관형 막을 통한 흐름은 내측에서 외측으로 반전되거나 외측에서 내측으로 반전될 수도 있다.
중공 섬유 막은 직경이 0.1 ㎛ 미만인 막이다. 중공 섬유 막을 사용한 막 시스템에서는, 수천개의 빨대와 같은 중공형 섬유들이 집합되어 다발을 형성한다. 사용시에, 여과액(예: 물)을 압력하에 또는 진공 상태에서, 섬유 벽에 통과시키는 동시에 농축액(retentate)을 섬유 벽에 의해 유지시킨다. 중공 섬유 막은 현탁 고형분이 낮은 물을 처리할 경우에만 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 의하면, 상기 단계 (B)에서 1회 이상의 세정 단계는 총 부피가 3000 L 내지 10000 L 범위, 더욱 바람직하게는 4000 L 내지 9000 L 범위인 세정액을 사용해서 수행한다. 이러한 부피의 세정액은 저장 탱크에서 제공될 수 있으며, 저장 탱크는 제 1 막 시스템에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 단계 (B)에서 1회 이상의 세정 단계는 부식제, 금속이온봉쇄제(sequestrant) 및 계면활성제 또는 산 및 계면활성제를 함유하는 세정액을 사용해서 수행한다.
부식제는 대개 유기 또는 미생물 오염물질에 의해서 오염된 막을 세정하는데 사용된다. 부식제의 기능은 가수분해와 가용화의 이중 기능이다. 다당류와 단백질을 비롯한 유기 물질들은 부식제에 의해서 가수분해된다. 금속이온봉쇄제는 세정액중의 유리 칼슘과 결합하여 석회화 및 지방산 비누 형성을 방지한다.
산은 주로 오염층으로부터 인편(scale)과 금속 이산화물을 제거하는데 사용된다. 예를 들면, 시트르산은 산화철로 오염된 막을 세정하는데 효과적인데, 그 까닭은 시트르산이 산화철 침전물을 용해시킬 뿐만 아니라 철과 착물을 형성하기 때문이다.
계면활성제는 친수성 및 소수성 구조를 둘다 갖는다. 계면활성제는 수중의 지방, 유분 및 단백질과 미셀(micelle)을 형성할 수 있다. 계면활성제는 이러한 물질들로 오염된 막을 세정하는데 도움을 줄 수 있다. 일부 계면활성제는 박테리아 세포벽을 파괴하는 작용을 할 수 있으며, 또 다른 일부의 계면활성제는 박테리아와 막 사이의 소수성 상호작용을 방해할 수 있다. 따라서, 계면활성제는 생물막(biofilm)의 형성이 두드러진 오염에 효과적일 수 있다. 본 발명의 단계 (B)에서 세정액에 사용된 계면활성제는 음이온성 및/또는 양쪽성 계면활성제일 수 있다.
또한, 세정액은 차아염소산 나트륨 또는 과산화수소와 같은 산화제를 함유하여 유기 퇴적물을 산화시키고 가용화시킬 수 있으며, 세정액의 온도는 60℃보다 높은 것이 바람직하다.
상기 단계 (B)에서 1회 이상의 세정 단계는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 차아염소산 나트륨, 인산, 질산, 에틸렌디아민 테트라아세트산 또는 그 유도체, 니트릴로트리아세트산 또는 그 유도체, 삼인산칼륨과 같은 착물형성제, 및 포스포네이트 또는 아크릴레이트와 같은 금속이온봉쇄제로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상의 성분을 함유하는 세정액을 사용해서 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용된 막 시스템들은 전량 유동(dead-end flow) 식으로, 십자 유동(cross-flow) 식으로, 또는 전량 유동식과 십자 유동식을 교대로 하여 운용할 수 있다. 전량 여과법에 의하면, 막 시스템에 유입되는 여과하고자 하는 액체의 전량이 압력하에 막을 통과한다. 막의 소공 크기에 따라서, 일부의 고형물과 액체 성분들은 막위에 그대로 머무를 것이다.
십자 유동 여과법을 수행할 경우에는, 여과하고자 하는 액체를 막 표면을 가로질러 접선 유동 방식으로 유동시킨다. 소정의 성분들을 함유하는 액체의 일부분을 막을 통해 투과시켜서 여과액을 형성한다. 액체의 나머지 부분과 그 성분들은 막에 의해 유지되어 농축액을 형성한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 의하면, 상기 막 여과 방법의 단계 (C) 동안에는, 축적된 오염물질이 시스템의 성능을 5 내지 30% 만큼 저하시킬 때까지 제 2 막 시스템을 전량 유동식으로 운용한 후에, 이어서 십자 유동식으로 운용하여 축적된 오염물질을 제 2 막 시스템으로부터 세척한다. 이와 같이 100%의 물을 가끔 십자 유동식으로 통과시키는 기간을 포함하여 막에 강제로 통과시키는 전량 여과법에 의하면, 막 표면상의 오염물질의 농도를 감소시킬 수 있다. 본 명세서에서 5 내지 30% 만큼의 성능 저하는 일정한 압력하에서 투과물 유량이 5 내지 30% 감소하거나, 동일한 유량하에서 공급 압력이 5 내지 30% 증가함을 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 제 3 막 시스템을 사용하여 상기 제 2 막 시스템 대신에 또는 제 2 막 시스템과 교대로 단계 (C)에서 오염된 세정액을 여과한다. 이러한 제 3 막 시스템은 예비 또는 지원 시스템으로서 작용할 수 있으며, 예컨대 제 2 막 시스템이 그 막들의 폐색으로 인하여 파손된 경우에만 사용된다. 또한, 제 3 막 시스템은 대안적인 막 시스템으로서 작용할 수도 있으며, 예를 들자면, 제 2 막 시스템을 세정 또는 세척하는 동안에 오염된 세정액을 계속 여과하는 기능을 한다. 상기 제 3 막 시스템을 단계 (C)에서 전량 유동식으로 운용하여 오염된 세정액을 여과하는 동시에, 제 2 막 시스템을 십자 유동식으로 운용하여 축적된 오염물질을 제 2 막 시스템으로부터 세척해내고, 또한 제 3 막 시스템을 십자 유동식으로 운용하여 제 3 막 시스템으로부터 축적된 오염물질을 세척해내는 동시에, 제 2 막 시스템을 전량 유동식으로 운용하는 것도 실시 가능한 일례이다.
상기 제 2 및/또는 제 3 막 시스템을 빠져 나온 회수된 세정액은 단계 (B)의 세정 절차에 다시 사용하기 전에 세정액 및/또는 물과 혼합하는 것이 바람직하다. 세정액 및/또는 물을 회수된 세정액에 첨가함으로써, 제 1 막 시스템을 세정하는데 사용되는 세정액의 원래 농도는 회수된 세정액을 재사용하기 이전에 설정된다.
본 발명의 한 실시양태에 의하면, 상기 단계(B)의 다단계 세정 절차는 하기 (i) 내지 (vii) 단계들을 포함한다:
(i) 상기 제 1 막 시스템을 물로 헹구는 단계;
(ii) 상기 제 1 막 시스템을 부식제를 함유하는 제 1 세정액으로 세정하는 단계;
(iii) 상기 제 1 막 시스템을 물로 헹구는 단계;
(iv) 상기 제 1 막 시스템을 산을 함유하는 제 2 세정액으로 세정하는 단계;
(v) 상기 제 1 막 시스템을 물로 헹구는 단계;
(vi) 상기 제 1 막 시스템을 부식제를 함유하는 제 3 세정액으로 세정하는 단계; 및
(vii) 상기 제 1 막 시스템을 물로 헹구는 단계.
상기 단계 (vi)에서, 부식제는 차후 여과 용도를 위해서 막의 소공들을 개방시키며, 이 소공들은 단계 (iv)에서 산에 의해 폐쇄된다. 상기 단계 (vi)에 사용된 제 3 세정액은 단계 (ii)에 사용된 것과 동일하거나 상이한 세정액일 수 있다.
또한, 본 발명은 생성물을 여과하기 위한 제 1 막 시스템, 세정액으로 채워져 있고 세정액 라인을 통해서 상기 제 1 막 시스템에 연결될 수 있는 하나 이상의 저장 탱크, 및 오염된 세정액을 수집하기 위한 것으로서 수집 라인을 통해 상기 제 1 막 시스템과 연통하는 하나 이상의 수집 탱크를 포함하는 생성물을 막 여과하기 위한 막 장치에 관한 것이다. 여기서, 상기 수집 탱크는 오염된 세정액을 여과하기 위한 하나 이상의 추가의 막 시스템에 연결되고, 상기 하나 이상의 추가의 막 시스템은 반송 라인에 연결되며, 상기 반송 라인은 회수된 세정액을 상기 하나 이상의 추가의 막 시스템으로부터 상기 저장 탱크로 반송하기 위해 상기 저장 탱크에 연결된다. 전술한 바와 같은 막 장치에서 본 발명에 의한 방법을 수행할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 의한 막 장치에서 수행되는 본 발명에 의한 방법에 있어서일련의 작용을 개략적으로 도시한 공정도이다.
*도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 막 장치 2: 제 1 막 시스템 3: 저장 탱크 4: 세정액 라인
5: 여과액 스트림 6: 농축액 스트림 7: 수집 라인 8: 수집 탱크
9: 제 2 막 시스템 10: 제 3 막 시스템 11: 이송 라인 12: 제 1 라인
13: 제 2 라인 14: 제 1 여과액 라인 15: 제 2 여과액 라인
16: 제 1 막 17: 제 2 막 18: 제 1 농축액 라인 19: 제 2 농축액 라인
20: 반송 라인 21: 제 1 주입구 밸브 22: 제 1 배출구 밸브
23: 제 2 주입구 밸브 24: 제 2 배출구 밸브.
막 장치(1)는 본 발명에 의한 방법의 단계 (A)에서 생성물, 예를 들면, 유제품을 여과하기 위한 제 1 막 시스템(2)을 포함한다. 저장 탱크(3)에는 수천 리터의 세정액이 충전되어 있다. 상기 저장 탱크(3)는 세정액 라인(4)을 통해 상기 제 1 막 시스템(2)에 연결되어 본 발명에 의한 방법의 세정 단계(B)를 수행할 수 있도 록 되어 있다. 상기 저장 탱크(3)가 도 1에 도시된 바와 같이 세정액 라인(4)을 통해서 제 1 막 시스템(2)에 연결된 경우에, 생성물의 여과는 중단되고 상기 제 1 막 시스템(2)은 다단계 세정 절차에 의해서 세정되는데, 이때 다단계 세정 절차중 한 세정 단계에서는 저장 탱크(3)로부터 제 1 막 시스템(2)을 통해 유동하는 세정액을 사용한다. 상기 제 1 막 시스템이 십자 유동 여과식으로 배열된 경우에, 상기 제 1 막 시스템(2)으로부터, 2개의 스트림, 즉, 여과액 스트림(5)과 농축액 스트림(6)이 배출된다. 상기 두 스트림(5,6)은 본 발명에 의한 방법의 세정 단계(B)동안에 오염된 세정액을 함유한다. 상기 스트림(5,6)은 공통의 수집 라인(7)에서 합쳐져서, 상기 수집 라인을 통해 오염된 세정액은 수집 탱크(8)로 이송되어 수집 탱크에 수집된다. 상기 오염된 세정액은 배출되는 것이 아니라, 2개의 추가의 막 시스템(9,10)에 의해서 여과된다. 상기 수집 탱크(8)는 이송 라인(11)을 통해서 상기 막 시스템들(9,10)에 연결되며, 상기 이송 라인은 다시 2개의 평행한 라인(12,13)들로 분기되며, 상기 두 라인들은 각각 2개의 막 시스템(9,10)중 하나에 연결된다. 상기 막 시스템들(9,10)은 마이크로여과, 한외여과, 나노여과 또는 역삼투압막(16,17)을 포함한다. 상기 2개의 평행한 라인(12,13)중 하나를 통해서 2개의 막 시스템(9,10)중 하나에 유입되는 액체는 여과액 라인(14,15) 또는 농축액 라인(18,19)을 통해서 상기 막 시스템(9,10)으로부터 배출될 수 있다. 상기 막 시스템(9,10)의 2개의 여과액 라인(14,15)은 공통의 반송 라인(20)으로 합쳐지며, 상기 반송 라인은 막 시스템(9,10)으로부터 회수된 세정액 및/또는 물을 상기 저장 탱크(3)로 반송하기 위해 저장 탱크(3)에 연결되어 있고, 상기 회수된 세정액 및/ 또는 물은 상기 제 1 막 시스템(2)의 차후 세정 단계에 사용되도록 저장 탱크에 저장된다. 상기 2개의 막 시스템(9,10)에서의 여과 단계에 의해 전량의 세정액이 회수되지는 않기 때문에, 회수된 세정액은 세정액 및/또는 물과 혼합된 후에 상기 저장 탱크(3)의 상부에 공급된다.
상기 제 2 및 제 3 막 시스템(9,10)은 상기 수집 탱크(8)로부터 유래한 오염된 세정액을 여과하는데 교대로 또는 택일적으로 사용된다. 상기 막 시스템들은 전량 유동식으로, 십자 유동식으로 또는 전량 유동식과 십자 유동식이 교대하는 방식으로 운용될 수 있다. 이러한 유동 방식의 운용을 위해서, 상기 제 2 막 시스템(10)의 제 1 주입구 밸브(21) 및 제 1 배출구 밸브(22), 그리고 상기 제 3 막 시스템(10)의 제 2 주입구 밸브(23) 및 제 2 배출구 밸브(24)가 개방되거나 폐쇄될 수 있다.
일례로, 본 발명에 의하면 상기 제 2 및 제 3 막 시스템(9,10)을 다음과 같이 적용할 수 있다. 상기 제 1 주입구 밸브(21)를 개방하고, 상기 제 2 주입구 밸브(23)와 제 2 및 제 3 배출구 밸브(22,24)를 폐쇄한다. 그러므로, 상기 제 2 막 시스템(9)이 상기 수집 탱크(8)로부터 이송 라인(11)을 통해 이송된 오염된 세정액의 전량 여과를 수행한다. 여과된 액체(회수된 세정액/물)는 상기 제 1 여과액 라인(14)과 반송 라인(20)을 통해서 일정량의 오염물질로부터 분리된다. 정해진 양의 오염물질이 제 1 막(16)에 축적되면, 상기 제 2 막 시스템(9)은 시스템에 포함된 막(16)을 막고 있는 오염물질에 의해 저하된 시스템 성능을 회복하도록 세척할 필요가 있다. 그러므로, 제 1 배출구 밸브(22)를 개방하여 상기 제 2 막 시스템(9) 에서 십자 유동을 일으켜서 상기 막(16)으로부터 오염물질을 세척해서 제 1 농축액 라인(18)로 이송하고, 상기 농축액 라인으로부터 오염물질을 배출하거나 상기 수집 탱크(8)로 재순환시킨다. 동시에, 상기 제 3 막 시스템(10)에 의해서 전량 여과를 수행할 수 있으며, 이때 제 3 막 시스템의 주입구 밸브(23)를 개방하는 동시에 배출구 밸브(24)는 폐쇄된 상태로 유지한다. 이어서, 여과된 액체(회수된 세정액/물)은 제 2 여과액 라인(15) 및 반송 라인(20)을 통해서 상기 제 3 막 시스템(10)으로부터 배출된다. 정해진 양의 오염물질이 제 2 막(17)에 축적된 경우에는, 상기 제 3 막 시스템(10)을 세척하고 상기 제 2 막 시스템(9)가 다시 전량 여과를 수행한다.
본 발명에 의한 막 장치(1)은 다수의 저장 탱크(3)을 포함하고, 각각의 저장 탱크는 상이한 세정액 및/또는 물을 함유하는 것이 바람직하다. 각각의 저장 탱크(3)는 1회 이상의 세정 단계에서 하나 이상의 제 1 막 시스템(2)를 세정하는데 충분한 양의 세정액 및/또는 물을 함유한다. 또한, 상기 막 장치(1)은 하나 이상의 수집 탱크(8)를 포함한다. 단일의 수집 탱크(8)만이 제공되는 경우에, 수집 탱크를 이송 라인(11)을 통해서 완전히 비운 다음에라야 제 1 막 시스템(2)으로부터 유입되는 차후의 (다른 종류의) 오염된 세정액을 수집할 수가 있다. 도 1에 도시된 막 장치(1)는 오염된 세정액을 여과하기 위해 2개의 추가의 막 시스템(9,10)을 포함한다. 본 발명의 다른 실시양태에서는, 상기 막 장치가 당해 여과 단계를 위해서 단 하나 또는 3개 이상의 추가의 막 시스템을 포함한다.
Claims (14)
- (A) 생성물을 막 장치(1)의 제 1 막 시스템(2)으로 여과하는 단계,(B) 상기 제 1 막 시스템(2)을, 물로 1회 이상 헹구는 단계 및 세정액을 사용해서 1회 이상 세정하는 단계를 포함하는 다단계 세정 절차에 의해 세정하여, 1종 이상의 오염된 세정액이 형성되는 단계,(C) 상기 1종 이상의 오염된 세정액을 제 2 막 시스템(9)으로 여과해서 세정액을 회수하는 단계, 및(D) 상기 회수된 세정액을 단계 (B)의 세정 단계에 사용하는 단계를 포함하는, 막 장치(1)에서 생성물을 막 여과하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 막 시스템(2) 및 제 2 막 시스템(9)은 각각 마이크로여과(MF), 한외여과(UF), 나노여과(NF) 또는 역삼투압(RO) 막들로 이루어진 군중에서 선택된 하나 이상의 막을 포함하는 것인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 막 시스템(2,9)중 하나 이상은 튜브형 막 시스템인 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (B)에서 1회 이상의 세정 단계를 총 부피가 3000 L 내지 10000 L 범위인 세정액을 사용해서 수행하 는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (B)에서 1회 이상의 세정 단계를 부식제, 금속이온봉쇄제(sequestrant) 및 계면활성제 또는 산 및 계면활성제를 함유하는 세정액을 사용하여 수행하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (B)에서 1회 이상의 세정 단계를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 차아염소산 나트륨, 인산, 질산, 에틸렌디아민 테트라아세트산 또는 그 유도체, 니트릴로트리아세트산 또는 그 유도체, 삼인산칼륨과 같은 착물형성제, 및 포스포네이트 또는 아크릴레이트와 같은 금속이온봉쇄제로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상의 성분을 함유하는 세정액을 사용해서 수행하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (A)에서는 유제품, 의약품, 식품 또는 양조주 제품 및 폐수로 이루어진 군중에서 선택된 생성물을 사용해서 여과를 수행하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 막 시스템(2,9)은 전량 유동식(dead-end flow)으로, 십자 유동식(cross-flow)으로 또는 전량 유동식과 십자 유동식을 교대로 하여 운용하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (C)를 수행하는 동안에 상기 제 2 막 시스템을 축적된 오염물질이 시스템 성능을 5 내지 30% 만큼 저하시킬 때까지 전량 유동식으로 운용한 다음, 십자 유동식으로 운용하여 축적된 오염물질을 제 2 막 시스템으로부터 세척해내는 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 제 3 막 시스템(10)을 사용해서 상기 단계 (C)에서 오염된 세정액을 상기 제 2 막 시스템(9) 대신에 또는 제 2 막 시스템과 교대로 여과하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (C)에서 오염된 세정액을 제 3 막 시스템(10)을 전량 유동식으로 운용하여 여과하는 동시에 상기 제 2 막 시스템(9)를 십자 유동식으로 운용하여 축적된 오염물질을 상기 제 2 막 시스템(9)로부터 세척해내고, 상기 제 3 막 시스템(10)을 십자 유동식으로 운용하여 축적된 오염물질을 상기 제 3 막 시스템(10)으로부터 세척해내는 동시에 상기 제 2 막 시스템(9)를 전량 유동식으로 운용하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 회수된 세정액을 단계 (B)의 세정 절차에 재사용하기 전에 세정액 및/또는 물과 혼합하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (B)의 다단계 세정 절차는 하기 단계 (i) 내지 (vii)를 포함하는 방법:(i) 상기 제 1 막 시스템(2)을 물로 헹구는 단계;(ii) 상기 제 1 막 시스템(2)을 부식제를 함유하는 제 1 세정액으로 세정하는 단계;(iii) 상기 제 1 막 시스템(2)을 물로 헹구는 단계;(iv) 상기 제 1 막 시스템(2)을 산을 함유하는 제 2 세정액으로 세정하는 단계;(v) 상기 제 1 막 시스템(2)을 물로 헹구는 단계;(vi) 상기 제 1 막 시스템(2)을 부식제를 함유하는 제 3 세정액으로 세정하는 단계; 및(vii) 상기 제 1 막 시스템(2)을 물로 헹구는 단계.
- 생성물을 여과하기 위한 제 1 막 시스템(2), 세정액으로 채워져 있고 세정액 라인(4)을 통해서 상기 제 1 막 시스템(2)에 연결될 수 있는 하나 이상의 저장 탱크(3), 및 오염된 세정액을 수집하기 위한 수집 라인(7)을 통해 상기 제 1 막 시스템(2)에서 배출되는 하나 이상의 수집 탱크(8)를 포함하며, 상기 수집 탱크(8)는 오염된 세정액을 여과하기 위한 하나 이상의 추가의 막 시스템(9,10)에 연결되고, 상기 하나 이상의 추가의 막 시스템(9,10)은 반송 라인(20)에 연결되며, 상기 반송 라인은 회수된 세정액을 상기 하나 이상의 추가의 막 시스템(9,10)으로부터 상기 저장 탱크(3)로 반송하기 위해 상기 저장 탱크(3)에 연결되는, 생성물을 막 여과하기 위한 막 장치(1).
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