KR20100022837A - 가압식 중공사막 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단위 체적당 패킹(packing)될 수 있는 모듈의 개수를 의미하는 모듈의 패킹도(packing ability)가 우수하고, 개별 모듈의 탈부착이 용이하며, 모듈 내의 비유효 공간(dead space)이 제거됨으로써 여과 효율이 크게 향상된 가압식 중공사막 모듈에 관한 것으로서, 본 발명의 가압식 중공사막 모듈은, 원수 유입구 및 여과수 배출구를 갖는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에 위치하는 중공사막; 및 상기 중공사막의 일단이 포팅(potting)되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제1 고정부를 포함하되, 상기 모듈 케이스는 직육면체 형상을 갖는다.
가압식, 중공사막

Description

가압식 중공사막 모듈{Hollow Fiber Membrane Module Using Positive Pressure}
본 발명은 가압식 중공사막 모듈에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 단위 체적당 패킹(packing)될 수 있는 모듈의 개수를 의미하는 모듈의 패킹도(packing ability)가 우수하고, 개별 모듈의 탈부착이 용이하며, 모듈 내의 비유효 공간(dead space)이 제거됨으로써 여과 효율이 크게 향상된 가압식 중공사막 모듈에 관한 것이다.
가열이나 상변화를 이용하는 분리 방법에 비하여 여과막을 이용한 분리 방법은 많은 장점들이 있는데, 가장 큰 장점들 중 하나는 여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 점이다. 또한, 여과막을 이용하면 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 미생물 등을 사용하는 분리 공정에 여과막이 사용될 경우 미생물이 열에 의해 영향을 받는 것을 방지할 수도 있다.
여과막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 다발로 형성한 중공사막 모듈을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막 모듈은 무균수, 음용 수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 하/폐수처리, 정화조에서의 고액 분리, 산업폐수에서의 부유 물질(SS: Suspended Solid) 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과, 및 수영장 물의 여과 등으로 그 응용 범위가 확대되고 있다.
이러한 중공사막 모듈의 하나로는, 처리하고자 하는 유체의 수조에 중공사막 모듈을 직접 침지시키고 중공사막 내부에 음압(negative pressure)을 가하여 유체만을 선택적으로 중공사 내부로 투과시킴으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 분리하는 흡입식 중공사막 모듈이 있다. 흡입식 중공사막 모듈을 채택하여 여과장치를 제조하면 유체의 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있다. 그러나 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 제한적이라는 단점이 있다.
이에 반해, 처리하여야 할 유체를 중공사막의 외부로부터 내부로 가압 여과시키는 가압식 중공사막 모듈의 경우에는 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하기는 하지만 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 흡입식 중공사막 모듈에 비해 상대적으로 많다는 장점이 있다.이러한 가압식 중공사막 모듈의 중공사막은 모듈 케이스 내에 위치하고 이 모듈 케이스 내로 여과 처리되어야 할 원수가 압송된다.
종래의 가압식 중공사막 모듈의 모듈 케이스는 원통 형상을 갖기 때문에 복수개의 모듈을 패킹할 경우 단위 체적당 패킹도가 현저히 낮았고, 결과적으로 단위 체적당 여과 처리할 수 있는 양이 적다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 가압식 중공사막 모듈의 케이스가 원통 형상을 가짐으로 인해, 모듈들 상호 간의 상호 작용을 보장함으로써 개별 가압식 중공사막 모듈의 탈부착을 용이하게 만들어 줄 수 있는 구성에 대한 연구가 전혀 이루어지지 못했다.
또한, 원통 형상의 케이스 내의 구석에 존재하는 물은 순환하지 않고 그대로 머물러 있게 된다. 이와 같이 순환되지 않는 물이 존재하는 비유효 공간(dead space)의 존재로 인해 가압식 중공사막 모듈의 여과 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단위 체적당 패킹될 수 있는 모듈의 개수를 의미하는 모듈의 패킹도가 우수하고, 개별 모듈의 탈부착이 용이하며, 모듈 내의 비유효 공간이 제거됨으로써 여과 효율이 크게 향상된 가압식 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면으로서, 본 발명의 가압식 중공사막 모듈은, 원수 유입구 및 여과수 배출구를 갖는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에 위치하는 중공사막; 및 상기 중공사막의 일단이 포팅(potting)되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제1 고정부를 포함하되, 상기 모듈 케이스는 직육면체 형상을 갖는다.
상기 모듈 케이스의 제1 측면에는 제1 체결부가 형성되어 있고, 상기 제1 측면의 반대 편에 위치한 상기 모듈 케이스의 제2 측면에는 상기 제1 체결부와 맞물릴 수 있는 형상을 갖는 제2 체결부가 형성되어 있을 수 있다.
상기 제1 체결부에는 상기 가압식 중공사막 모듈의 탈부착 방향으로 길게 연장되어 있는 홈(groove)이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제2 고정부에 상기 중공사막의 타단이 포팅되어 있을 수 있다. 그 결과, 상기 모듈 케이스 내에는, 상기 여과수 배출구 및 상기 제1 고정부 사이에 위치하며 상 기 중공사막을 투과한 여과수가 일시적으로 모이는 여과수 집수부; 상기 제1 및 제2 고정부 사이에 위치하는 여과부; 및 상기 원수 유입구 및 상기 제2 고정부 사이에 위치하며 상기 원수 유입구를 통해 유입된 원수가 일시적으로 모이는 원수 집수부가 각각 존재한다.
상기 중공사막의 일단은 상기 여과수 집수부와 연통되도록 개방되어 있으며, 상기 제2 고정부에는 다수의 개구부가 형성되어 있다.
상기 원수 집수부는 상기 원수 유입구로부터 상기 제2 고정부로 갈수록 그 단면적이 넓어지는 것이 바람직하며, 상기 여과수 집수부도 상기 제1 고정부로부터 상기 여과수 배출구로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 것이 바람직하다.
상기 원수 유입구를 통해 상기 중공사막의 세정을 위한 기체가 주입될 수 있으며, 상기 모듈 케이스는 농축수 배출구를 더 가질 수 있다.
위와 같은 본 발명의 가압식 중공사막 모듈에 의하면, 단위 체적당 패킹될 수 있는 모듈의 개수를 의미하는 모듈의 패킹도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라 개별 모듈의 탈부착이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 가압식 중공사막 모듈 내의 비유효 공간이 제거됨으로써 여과 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가압식 여과장치 및 그 방법의 실시예들을 상세하게 설명한다.
각 실시예들에서 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 같은 도면부호를 사용하였다.
아래에서 개시되는 본 발명의 기술적 사상은, 중공사막의 양 말단 모두로부터 투과수를 수거하기 위하여 2 개의 헤더를 사용하는 양단 집수 방식은 물론이고, 중공사막의 한쪽 말단으로부터만 투과수를 수거하기 위하여 1개의 헤더를 사용하는 단단 집수 방식의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치를 나타낸다.
여과 처리되어야 할 원수는 순환 탱크(200)를 거쳐 원수 공급 펌프(300)에 의해 중공사막 모듈(100)로 압송된다. 원수 중 중공사막(110)을 투과한 여과수는 여과수 탱크(600)로 보내지고, 농축수는 다신 순환 탱크(200)로 보내진다.
여과 작업을 중지하고 중공사막의 역세정을 수행하기 위하여, 여과수 탱크(600) 내에 저장되어 있던 여과수가 역세정 펌프(700)에 의해 중공사막 모듈(100)로 보내진다.
한편, 원수가 중공사막 모듈(100)로 압송되어 여과 작업이 진행 중인 중공사막 모듈(100) 내로 컴프레서(400)에 의해 발생한 압축 공기를 주입함으로써 중공사막(110)의 세정을 수행한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과장치를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 컴프레서(400)에 의해 발생하는 압축 공기와 원수 공급 펌프(300)에 의해 압송되는 원수가 동일한 유로를 통해 가압식 중공사막 모듈(100)로 인입될 수 있다. 이 경우, 중 공사막의 세정을 위한 상기 압축 공기 및 여과 처리될 원수 중 어느 하나를 선택적으로 가압식 중공사막 모듈(100)로 인입시키기 위한 밸브(500)를 더 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈(100)의 사시도 및 평면도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 가압식 중공사막 모듈(100)은 직육면체 형상을 갖는 모듈 케이스(140)를 포함한다.
모듈 케이스(140)의 하부 및 상부에는 여과 처리되어야 할 원수의 유입구(141) 및 여과수가 외부로 배출되는 배출구(142)가 각각 형성되어 있다. 한편, 여과수가 빠져나감으로 인해 고형 성분의 오염물질의 농도가 높아진 원수(이하, "농축수"라 칭함)는 농축수 배출구(143)를 통해 외부로 배출된다.
도 3에 도시된 가압식 중공사막 모듈(100)의 경우, 중공사막의 세정을 위한 공기가 원수 유입구(141)를 통해 모듈 케이스(140) 내부로 유입되지만, 선택적으로, 모듈 케이스(140)가 별도의 공기 유입구를 더 가질 수도 있다.
상기 모듈 케이스(140)의 제1 측면에는 제1 체결부(144)가 형성되어 있고, 상기 제1 측면의 반대 편에 위치한 상기 모듈 케이스(140)의 제2 측면에는 상기 제1 체결부(144)와 맞물릴 수 있는 형상을 갖는 제2 체결부(145)가 형성되어 있을 수 있다.
상기 제1 체결부(144)에는 가압식 중공사막 모듈(100)의 탈부착 방향으로 길게 연장되어 있는 홈(groove)이 형성되어 있다. 이 홈은 다른 중공사막 모듈이 슬 라이딩 방식으로 탈부착될 때 가이드 기능을 수행한다. 즉, 상기 다른 중공사막 모듈이 탈부착될 때 상기 다른 중공사막 모듈의 제2 체결부의 일부가 상기 홈에 삽입되어 그 홈을 따라 이동한다.
따라서, 본 발명의 가압식 중공사막 모듈(100)은 그 모듈 케이스(140)가 직육면체 형상을 가짐으로써 우수한 패킹도를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 위와 같은 제1 및 제2 체결부(144, 145)의 존재로 인해 개별 모듈의 탈부착이 용이하다는 장점을 갖는다.
도 5는 도 4의 I-I' 절단선을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 종단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 다른 가압식 중공사막 모듈(100)은 안에 중공이 형성되어 있어 외표면 측에서 내표면 측으로 여과수가 투과할 수 있는 다수개의 중공사막(110)을 포함한다. 상기 다수개의 중공사막(110)은 길이 방향으로 가지런히 배열된 다발 형태를 갖는다.
이 다수개의 중공사막(110)의 적어도 일측 말단부는 제1 고정부(120)에 접착 고정된다. 상기 다수개의 중공사막(110)의 상기 일측 말단부에서 중공이 개방되도록 하기 위하여 상기 제1 고정부(120)의 일부를 절단한다.
상기 제1 고정부(120)는 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 고무 등으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 이들 열경화성 수지에 실리카, 카본 블랙, 불화 카본 등의 충전재를 혼입시킴으로써 제1 고정부(120)의 강도 향상 및 경화 수축 감소를 꾀할 수도 있다.
한편, 상기 중공사막(110)의 타측 말단부는 상기 제1 고정부(120)와 동일한 또는 상이한 물질로 이루어진 제2 고정부(130)에 고정되어 있다. 선택적으로, 상기 중공사막(110)의 타측 말단부는 고정되지 않을 수도 있는데, 이 경우 상기 타측 말단부는 열경화성 수지 등으로 밀봉되어야 한다.
여과 처리되어야 할 원수 및 산기 세정을 위한 공기가 상기 중공사막에 균일하게 공급될 수 있도록 상기 제2 고정부(130)에는 다수개의 개구부(131)가 형성되는 것이 바람직하다.
다수개의 중공사막(110)이 포팅되어 있는 제1 고정부(120)는 실링제를 통해 모듈 케이스(140) 내면에 접착 고정되어 있다. 따라서, 중공사막(110)을 투과하여 중공으로 유입되어 중공사막(110)의 개방된 말단을 통해 배출되는 여과수가 원수와 혼합되는 것이 방지된다.
여과 처리되어야 할 원수는 원수 유입구(141)를 통해 상기 모듈 케이스(140) 내로 유입된다. 모듈 케이스(140) 내로 유입된 원수는 펌프에 의해 가압되어 그 중 일부가 중공사막(110)을 투과하여 중공사막(110)의 중공으로 유입된다. 이 중공사막(110)을 투과한 여과수는 모듈 케이스(140)의 여과수 배출구(142)를 통해 외부로 배출되고, 여과수가 빠져나감으로 인해 고형 성분의 오염물질의 농도가 높아진 농축수는 배출구(143)를 통해 외부로 배출된다.
여과 작업을 중지한 상태에서 중공사막의 세정을 위한 공기가 원수 유입구(141)를 통해 모듈 케이스(140) 내부로 유입된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모듈 케이(140)스 내에는, 상기 여과수 배출구(142) 및 상기 제1 고정부(120) 사이에 위치하며 상기 중공사막(110)을 투과한 여과수가 일시적으로 모이는 여과수 집수부(150); 상기 제1 및 제2 고정부(120, 130) 사이에 위치하는 여과부; 및 상기 원수 유입구(141) 및 상기 제2 고정부(130) 사이에 위치하며 상기 원수 유입구(141)를 통해 유입된 원수가 일시적으로 모이는 원수 집수부(160)가 각각 존재한다.
한편, 상기 모듈 케이스(140)의 원수 집수부(160)에는 순환되지 않는 물이 존재하는 비유효 공간(dead space)(161)이 구석에 존재하게 되어 가압식 중공사막 모듈(100)의 여과 효율을 저하시킬 수 있다. 이와 같은 비유효 공간은 여과수 집수부(150) 내에도 존재할 수 있다.
따라서, 도 6에 도시되어 있는 본 발명의 다른 실시예에 의한 가압식 중공사막 모듈(100)과 같이, 가압식 중공사막 모듈(100)은 이러한 비유효 공간을 완전히 제거한 또는 최소화한 구조를 갖는 것이 바람직하다.
도 6은 도 4의 I-I' 절단선을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 종단면도이다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 모듈 케이스(140) 내에 존재하는 원수 집수부(160)는 상기 원수 유입구(141)로부터 상기 제2 고정부(130)로 갈수록 그 단면적이 넓어지는 것이 바람직하며, 상기 여과수 집수부(150)도 상기 제1 고정부(120)로부터 상기 여과수 배출구(142)로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조를 통해 유체의 순환이 이루어지지 않는 비유효 공간 또는 구석을 완전히 제거하거나 최소화할 수 있게 되고, 결과적으로 가압식 중공사막 모 듈(100)의 여과 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치를 나타내고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과장치를 나타내고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 사시도이고,
도 4는 도 3의 가압식 중공사막 모듈을 위에서 바라본 평면도이고,
도 5는 도 4의 I-I' 절단선을 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 종단면도이며,
도 6은 도 4의 I-I' 절단선을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 종단면도이다.
<도면의 부호에 대한 간략한 설명>
100 : 가압식 중공사막 모듈 110 : 중공사막
120 : 제1 고정부 130 : 제2 고정부
131 : 개구부 140 : 모듈 케이스
141 : 원수 유입구 142 : 여과수 배출구
143 : 농축수 배출구 144 : 제1 체결부
145 : 제2 체결부 150 : 여과수 집수부
160 : 원수 집수부 161 : 비유효 영역(dead space)
200 : 순환 탱크 300 : 원수 공급 펌프
400 : 컴프레서 500 : 밸브
600 : 여과수 탱크 700 : 역세정 펌프

Claims (11)

  1. 원수 유입구 및 여과수 배출구를 갖는 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스 내에 위치하는 중공사막; 및
    상기 중공사막의 일단이 포팅(potting)되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제1 고정부를 포함하되,
    상기 모듈 케이스는 직육면체 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 케이스의 제1 측면에 형성된 제1 체결부; 및
    상기 제1 측면의 반대 편에 위치한 상기 모듈 케이스의 제2 측면에 형성되어 있고, 상기 제1 체결부와 맞물릴 수 있는 형상을 갖는 제2 체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 체결부에는 상기 가압식 중공사막 모듈의 탈부착 방향으로 길게 연장되어 있는 홈(groove)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공사막의 타단이 포팅되어 있으며 상기 모듈 케이스 내면에 접착 고정되어 있는 제2 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 모듈 케이스 내에는,
    상기 여과수 배출구 및 상기 제1 고정부 사이에 위치하며 상기 중공사막을 투과한 여과수가 일시적으로 모이는 여과수 집수부;
    상기 제1 및 제2 고정부 사이에 위치하는 여과부; 및
    상기 원수 유입구 및 상기 제2 고정부 사이에 위치하며 상기 원수 유입구를 통해 유입된 원수가 일시적으로 모이는 원수 집수부가 각각 존재하는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중공사막의 일단은 상기 여과수 집수부와 연통되도록 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 고정부에는 다수의 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 원수 집수부는 상기 원수 유입구로부터 상기 제2 고정부로 갈수록 그 단면적이 넓어지는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  9. 제 5 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 여과수 집수부는 상기 제1 고정부로부터 상기 여과수 배출구로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 원수 유입구를 통해 상기 중공사막의 세정을 위한 기체가 주입되는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 농축수 배출구를 더 갖는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사막 모듈.
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