KR20120080207A - 막모듈, 막유니트 및 막분리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 막 막힘을 완화시켜 여과에 대한 부하를 저감하는 막분리장치에 관한 것이다. 상하방향으로 개구부가 형성된 케이싱(6) 내부에, 복수의 분리막(4)이 서로 평행, 직립하도록 수납되어 막모듈(3)을 구성한다. 상기 막모듈(3)의 피처리수가 통과하는 유로에서, 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적 S2가 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적 S1보다 작도록 수류가이드(5)가 설치된다. 또한, 복수의 막모듈(3)이 케이싱의 높이 방향으로 적층되어 막유니트(2)를 구성한다. 상기 막유니트(2)의 하방에 산기장치(7)가 설치되어 막분리장치(1)를 구성한다.
Description
본 발명은, 막모듈과 막모듈을 적층하여 형성된 막유니트 및 상기 막모듈 또는 상기 막유니트로 이루어진 분리장치, 특히, 수(水)처리의 분야에 사용되는 막모듈, 막유니트 및 막분리장치에 관한 것이다.
막분리기술은 종래에 해수담수화, 정수처리, 가스분리, 혈액정화 등에 사용되었고, 최근에는 환경보전의 관점에서 폐수처리에 막분리기술을 적용하기 위해 연구가 진행되었다.
종래에, 정수처리, 하수/폐수처리, 혹은 산업폐수의 처리 등, 고탁도 피처리수의 고액(固液)분리를 행하는 방법으로 사(砂)여과, 중력침전 등이 행하여졌다. 그러나, 이와 같은 방법에 의한 고액분리는, 얻어진 피처리수의 수질이 불충분한 경우가 생기거나, 고액분리를 위해 광대한 용지(用地)를 필요로 하게 되는 문제가 있다.
이 문제를 해결하는 방법으로, 근년에 정밀여과막, 한외여과막 등의 분리막으로 이루어진 막모듈을 사용하여 피처리수의 고액분리를 행하는 방법에 관한 다양한 연구가 이루어졌다. 이 방법에서, 분리막을 사용하여 피처리수의 여과처리가 행해지고, 고수질의 처리수를 얻을 수 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
분리막을 사용하여 피처리수의 고액분리를 행하는 경우, 여과처리가 계속됨에 따라 현탁물질에 의한 분리막표면의 막힘이 진행되고, 여과유량의 저하 또는 막간차압의 상승이 일어난다. 이 상태를 회복하기 위해, 막모듈 하방에 산기관이 설치되어, 이 산기관에서 산기된 에어로 막표면의 피처리수를 요동시킴으로써 분리막표면의 현탁물질을 제거하는 과정이 행해진다(예를 들어, 특허문헌 1, 2).
[특허문헌]
특허문헌1: 일본국특허공개공보 제 2000-84553호
특허문헌2: 일본국특허공개공보 제 2007-152282호
[비특허문헌]
비특허문헌1: 타이치 카미사카 외 3명, "폐수처리의 고도화 및 물의 재이용에 적용되는 쿠보타 액중막 유니트 (Submerged membrane unit)", 쿠보타기보(技報), 주식회사쿠보타, 2005년 6월, 제 39권, p.42-50.
그러나, 막모듈을 사용하여 여과를 행하는 방식에서는, 운전이 장기화되는 경우, 현탁물질에 의한 막표면의 막힘으로 여과유량이 저하되는 경우가 발생하고, 저하된 여과유량을 회복하기 위해, 빈번한 유지관리 작업이 필요하다.
특히, 막모듈이 높이 방향으로 적층되고, 이 적층된 막모듈집합체의 하방에 산기관이 설치된 막분리장치에서, 막분리장치의 유로가 외부의 피처리수로부터 간이적으로 밀폐되어, 피처리수가 분리막에 의해 여과되고, 막분리장치의 상부로 갈수록 막분리장치 내부를 흐르는 피처리수의 활성오니농도가 상승한다. 그에 따라, 여과에 대한 부하가 증대되어, 막 막힘의 가속과 소비에너지의 증대에 대한 우려가 발생한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하고, 장기적인 여과에 대한 부하의 증대를 완화시키면서, 현탁물질에 의한 막면의 막힘이 적은 막모듈과 막모듈을 적층하여 형성된 막유니트 및 상기 막모듈 또는 상기 막유니트로 이루어진 막분리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 막모듈은, 케이싱과 케이싱내부에 수납된 복수의 막엘리먼트로 이루어지고, 상기 케이싱에서 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적이 상기 케이싱에서 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 막모듈은, 상기 막모듈에서, 상기 막엘리먼트의 하단부에, 상기 막엘리먼트 사이에 피처리수를 도입하기 위한 정류부재가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 막유니트는, 각기 상하방향으로 개구부가 형성된 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱의 높이 방향으로 적층된 복수의 막모듈, 및 상기 케이싱 내부에 수납된 복수의 막엘리먼트로 구성되는 복수의 막 모듈로 이루어지고, 상기 케이싱에서 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적이 상기 케이싱에서 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 막분리장치는, 상하에 개구부가 형성된 케이싱을 포함하는 복수의 막모듈, 상기 각 케이싱 내부에 수납된 복수의 막엘리먼트, 및 상기 막모듈의 하방에 설치된 산기장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 막분리장치는, 상기 막모듈이 상기 케이싱의 높이 방향으로 적층되어 막유니트를 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 막모듈, 막유니트 및 막분리장치에서 막 막힘이 완화되고, 여과에 대한 부하가 저하된다.
[도 1]은 본 발명의 실시예에 따른 막분리장치의 예를 보여주는 개략단면도이다.
[도 2]는 본 발명의 실시예에 따른 분리막의 예를 보여주는 도면이고, (a)는 길이방향의 측면도, (b)는 폭방향의 측면도이다.
[도 3]은 본 발명의 실시예에 따른 막모듈의 예를 보여주는 개략도이고, (a)는 평면도, (b)는 분리막면과 평행인 단면도(B-B선을 따라 얻어지는 단면도), (c)는 분리막면과 수직인 단면도(A-A선을 따라 얻어지는 단면도), (d)는 분리막면과 수직인 측면도이다.
[도 4]는 본 발명의 다른 실시예에 따른 막모듈을 보여주는 도면이다.
[도 5]의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 막모듈의 사시도, (b)는 본 발명의 실시예에 따른 막모듈을 수납할 프레임체의 외관도이다.
[도 2]는 본 발명의 실시예에 따른 분리막의 예를 보여주는 도면이고, (a)는 길이방향의 측면도, (b)는 폭방향의 측면도이다.
[도 3]은 본 발명의 실시예에 따른 막모듈의 예를 보여주는 개략도이고, (a)는 평면도, (b)는 분리막면과 평행인 단면도(B-B선을 따라 얻어지는 단면도), (c)는 분리막면과 수직인 단면도(A-A선을 따라 얻어지는 단면도), (d)는 분리막면과 수직인 측면도이다.
[도 4]는 본 발명의 다른 실시예에 따른 막모듈을 보여주는 도면이다.
[도 5]의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 막모듈의 사시도, (b)는 본 발명의 실시예에 따른 막모듈을 수납할 프레임체의 외관도이다.
본 발명의 실시예에 따른 막모듈, 막유니트 및 막분리장치를 도 1~3을 참조하여 상세히 설명한다.
본 실시예에서, 하수/폐수처리시설에서 막분리활성오니법(Membrane Bioreactor: MBR)을 사용한 시스템의 막분리장치가 예시되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 막모듈 및 막분리장치는 본 실시예에 한정되지 않고, 다양한 피처리수(물에 한하지 않고 유기용매 등)의 여과에 적용될 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 막분리장치(1)는, 복수의 막모듈(3)을 케이싱(6)의 높이 방향으로 적층하여 구성된 막유니트(2), 상기 막유니트(2) 하방에 설치되어 기체를 산기하는 산기장치(7)를 포함한다.
상기 막분리장치(1)는, MBR의 생물반응조내의 액상(12)에 침지되어 설치된다. 상기 생물반응조의 수심은, 일반적으로 4m 정도인 경우가 많고, 생물반응조의 수심과 보수성을 고려한 중량과 외형에 따라 적층되는 상기 막모듈(3)의 개수가 선정된다. 예를 들어, 상기 막분리장치(1)의 높이가 2m~3m 정도가 되도록 상기 막모듈(3)의 개수가 선정된다.
예를 들어, 도 3(a)에 나타난 바와 같이, 상기 막모듈(3)은 복수의 평형 분리막(4), 상기 분리막(4)의 측단부를 지지하는 집수블록(6c), 및 상기 집수블록(6c)의 측면을 막는 수류가이드(5)로 이루어진다. 즉, 상기 집수블록(6c)과 상기 수류가이드(5)로, 상하로 개구부가 형성된 상기 케이싱(6)이 구성된다. 이러한 구성에서, 상기 분리막(4)의 막면이 상기 막모듈(3)을 통과하는 피처리수의 흐름 방향과 평행하도록 상기 케이싱(6) 내에 상기 분리막(4)이 설치된다.
상기 산기장치(7)는 상기 막모듈(3)의 하방에 설치되어, 상기 막모듈(3)에 설치된 상기 분리막(4)을 세정(또는 스크러빙)하도록 기포(10)를 발생시킨다. 상기 산기장치(7)는 특별히 한정되지 않으며, 금속 또는 수지성분의 통상부재를 포함하고 지름 1~10mm 정도의 홀들이 형성된 것이 예시되어 있다. 이 통상부재의 일단에 블로우어 혹은 컴프레서(도시생략)로부터 공급되는 스크러빙에어가 유입되는 에어유입관이 연결되어, 상기 에어유입관으로 유입되는 스크러빙에어가 홀들을 통해 분출되어 기포(10)가 생성된다.
먼저, 도 2(a), (b)를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 상기 분리막(4)에 대해 상세히 설명한다.
도 2(a), (b)에 예시된 상기 분리막(4)은, 폭 100~200mm, 길이 200~1000mm, 두께 5~20mm의 평판상의 세라믹 평막이다. 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 세라믹 평막의 단부에 복수의 집수로(4b)가 형성된다. 일반적으로, 세라믹 평막은 압출 성형에 의해 제조하는 것이 선호된다. 압출 성형의 경우, 금형 등의 제조기기와 세라믹 평막의 압출 후의 변형 등을 고려하여 세라믹 평막의 적정한 크기가 결정된다.
상기 분리막(4)의 종류로, 예를 들어, MBR에 적용되는 주지의 분리막인 유기중공사막, 유기평막, 무기평막, 무기단관막 등이 사용된다. 상기 분리막(4)의 재질의 예로는, 셀룰로오즈, 폴리올레핀, 폴리설폰, PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드), PTFE(폴리테트라플로로에틸렌), 세라믹 등이 있다.
또한, 상기 분리막(4)의 공경도 특별히 한정되지 않고, 고액분리 대상물질의 입자지름에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막이 활성오니의 고액분리에 사용되는 경우 공경은 0.5μm 이하일 수 있다. 또한, 정수의 여과와 같이 제균이 필요한 경우 공경은 0.1μm 이하일 수 있다. 즉, 공경은 한외여과막에 일반적으로 형성되는 크기(0.001~0.1μm)이거나, 정밀여과막에 일반적으로 형성되는 크기(0.1~1μm)일 수 있다.
상기된 바와 같이, 상기 분리막(4)의 종류는, 본 실시예에 한정되지 않고, 상기 막모듈(3)의 컴팩트성, 여액취출시 압력손실 저감, 상기 막모듈(3) 설치시의 처리 용이성 등을 종합적으로 고려하여 결정된다. 또한, 상기 분리막(4)의 설치형태도, 상기 분리막(4)의 형상과 종류에 따라 적당히 설정될 수 있다.
다음으로, 도 3(a), (b)에 예시된 본 발명의 실시예에 따른 상기 막모듈(3)에 대해 상세히 설명한다.
도 3(a)에 나타난 바와 같이, 상기 막모듈(3)은, 상기 분리막(4)의 양측단부가 2대의 집수블록(6c)으로 지지되고, 상기 집수블록(6c)의 양측면이 2대의 수류가이드(5)로 막힌 구성을 갖는다. 따라서, 복수의 분리막(4)은 상기 집수블록(6c)과 상기 수류가이드(5)로 형성된 상기 케이싱(6) 내에 서로 평행, 직립하도록 설치된다. 상기 케이싱(6)의 형상은, 예를 들어, 원통, 사각통 등이다. 사각통상의 경우, 실시예와 같이 복수의 평판(또는 파형판)으로 사각통이 구성될 수 있다. 또한, 상기 케이싱(6)의 재질로는, 수지, 금속, 세라믹 등이 사용되고, 특별히 한정되지 않는다. 상기 케이싱(6) 내의 상기 분리막(4)의 매수로는, 조작성과 보수성을 고려하여 적당히 선택되어, 예를 들면 10~30매 정도가 될 수 있다.
도 3(b)에 나타난 바와 같이, 상기 집수블록(6c)은 분리막고정부(6b)를 갖추어, 상기 분리막(4)을 상기 분리막고정부(6b)에 고정시키고, 상기 분리막(4)과 상기 집수블록(6c)에 의해 집수부(6a)가 형성된다. 상기 집수부(6a)는, 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 상기 분리막(4)의 집수로(4b)와 연통된다. 또한, 도 3(b), (d)에 나타난 바와 같이, 상기 집수부(6a)는 상기 집수블록(6c) 내에 형성된 여과흡인구(8)와 연통된다. 나아가, 상기 여과흡인구(8)에는, 여과액 흡인펌프(도시생략)의 배관이 접속된다. 상기 집수부(6a)는 상기 분리막(4)의 적어도 일방의 단부에 설치될 수 있다.
도 3(c)에 나타난 바와 같이, 수류가이드(5)는, 상기 막모듈(3)의 피처리수가 유출되는 개구부의 유로폭이, 피처리수가 유입되는 개구부의 유로폭보다 작도록 형성된다. 도 3(b)에 나타난 바와 같이, 상기 집수블록(6c)에 의해 형성되는 유로폭은 일정하다. 그러나, 상기 수류가이드(5)의 형성으로, 상기 막모듈(3)의 유로폭은 상기 막모듈(3)의 상부개구면적(도 1의 S2)이 하부개구면적(도 1의 S1)보다 작도록 축소된다. 즉, 상기 수류가이드(5)로 인해, 상기 막모듈(3) 내를 통과하는 피처리수의 유로에서, 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적 S1(상기 막모듈(3)의 하부개구면적)이 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적 S2(상기 막모듈(3)의 상부개구면적)보다 크다. 상기 막모듈(3)의 유로의 상하단 개구면적은 차이가 있다. 그러나, 상기 집수블록(6c) 사이의 폭은 일정하기 때문에, 상기 막모듈(3)이 적층될 수 있다.
상기 수류가이드(5)의 형상은, 도 3(c)에 한정되지 않고, 상기 막모듈(3)의 상부개구단의 피처리수의 유로에서, 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적 S1이, 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적 S2보다 크게 형성되면 족하다. 또한, 상기 수류가이드(5)가 서로 반대로 배치되는 경우, 상기 분리막(4) 근방을 통과하는 피처리수의 조건(피처리수의 농도와 유속)이 대체로 같도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 막모듈(3)과 동일한 높이의 2대의 상기 수류가이드(5)가 도 1에서처럼 막엘리먼트군의 좌우에 서로 반대로 설치될 수 있다. 그러나, 상기 막모듈(3)의 높이 방향으로 분할된 복수의 수류가이드(5)가 상기 막모듈의 높이 방향으로 설치될 수 있다.
상기 구성을 갖는 상기 막모듈(3)의 동작에 대해 설명한다. 상기 막모듈(3) 내부를 통과하는 피처리수가 상기 분리막(4)과 접촉하고, 피처리수의 고형물 등이 상기 분리막(4)의 막면(4a)에 포착되어, 피처리수가 수분과 고형물 등으로 분리된다. 고형물 등이 제거된 여과수는, 상기 집수로(4b)에 이르고, 상기 집수로(4b)에 접속된 상기 집수부(6a)와 상기 여과흡인구(8)를 경유하여 생물반응조의 외부(상기 막분리장치(1)의 외부)로 이송된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 상기 막모듈(3)에서, 상기 수류가이드(5)의 형상은 상기 막모듈(3)의 상기 분리막(4)에 있는 한 부분의 유로가 좁게 형성되어, 상기 수류가이드(5)와 상기 분리막(4) 사이와 상기 분리막(4)들간의 사이를 통과하는 피처리수의 속도가 상승하여 세정효과가 향상된다. 또한, 유로를 좁게 함으로써, 기포(10)를 포함하는 기체-액체혼합류가 형성되어, 효율적으로 상기 분리막(4)의 막면(4a)에 기포가 작용하도록 할 수 있다. 나아가, 상기 수류가이드(5)의 면이 상기 분리막(4)의 막면(4a)과 평행이 되도록 상기 수류가이드(5)를 배치하고, 상기 수류가이드(5)의 면과 수류가이드의 면과 대향하는 상기 분리막(4)의 막면(4a) 사이의 거리를 줄여, 기포가 상기 분리막(4)의 막면(4a)에 더욱 효율적으로 작용할 수 있다.
또한, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 막모듈(3)을 적층하여 상기 막유니트(2)가 구성되었을 때, 상기 막모듈(3)의 상부개구단과 상기 막모듈의 하부개구단의 사이에 형성된 공극(Clearance)(9)을 통해 상기 막유니트(2) 외주부의 피처리수가 상기 막유니트(2) 내로 유입된다. 따라서, 상기 막유니트(2) 내부를 통과하는 피처리수의 농도상승을 억제하여, 상기 분리막(4)의 여과효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 상기 공극(9)의 개구면이 상기 막유니트(2)를 통과하는 피처리수의 통과방향에 대해 수직으로 형성되어, 상기 수류가이드(5)의 벽면부근으로 통과하는 기포(10)가 상기 막유니트(2)(및 상기 막분리장치(1)) 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 막모듈(14)을 나타낸 도면이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 막모듈(14)은, 본 발명의 실시예에 따른 상기 막모듈(3)의 구성에 더하여, 상기 분리막(4)의 하단부에 정류부재(15)를 갖춘 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 막모듈(3)의 구성에서와 같은 부재는 같은 부호로 표시되고, 상세한 설명은 생략한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 상기 분리막(4)의 하단부에 종단면이 역삼각형상인 상기 정류부재(15)가 갖추어져 있다. 상기 정류부재(15)는, 도 4의 면과 수직인 방향의 길이가 상기 분리막(4)과 동등하게 설정되고, 상기 정류부재(15)의 양단부가 상기 분리막(4)을 지지하는 상기 집수블록(6c)에 형성된 홈에 삽입되도록 설치된다. 즉, 상기 정류부재(15)는, 삼각주상이고, 적어도 상기 정류부재(15)의 한 측면의 형상이 상기 분리막(4) 하단부의 면의 형상과 대체로 같다.
상기 정류부재(15)는, 상기 각 분리막(4)의 하단부에 배치되어, 상기 분리막(4) 사이의 피처리수 유로입구가 하방을 향해 확대되는 모양으로 형성된다. 즉, 대향하는 상기 정류부재(15)의 양 경사변(15a) 사이의 거리가 상방을 향해 점차 감소하여, 상기 분리막(4) 사이의 유로면적의 급감을 완화시킨다. 따라서, 상기 산기장치(7)로부터 상승하는 기체-액체혼합류가, 대향하는 상기 정류부재(15)의 양 경사변(15a)을 따라 인도되면서, 상기 분리막(4) 사이의 유로로 유입된다. 이를 통해, 기체-액체혼합류의 상기 분리막(4) 사이의 유로에서의 급축류가 억제된다. 그 결과, 기체-액체혼합류의 대기포가 소기포로 분해되지 않고 상기 분리막(4) 사이를 통과한다. 또한, 상기 정류부재(15)의 작용으로, 상기 산기장치(7)로부터 상승하는 기체-액체혼합류는, 상기 분리막(4) 하단면에 머무르지 않고, 상기 분리막(4) 사이에 도입될 수 있다.
상기 정류부재(15)는, 상기의 실시예에 한정되지 않고, 종단면이 대체로 삼각형상인 부재이면 족하다. 또한, 상기 분리막(4) 형성시, 상기 분리막(4) 하단부의 형상이 상기 정류부재(15)와 같은 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 막분리장치(1)의 동작에 대해, 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. MBR에서, 미세 협잡물, 미생물에 의해 생산된 세포외고분자 등이 상기 분리막(4) 표면 및 내부에 부착, 퇴적되어 상기 분리막(4)이 막히는 것을 방지하기 위해, 상기 분리막(4) 하방에 상기 산기장치(7)가 설치된다. 적어도 여과를 행하는 공정에서는 항상 연속적으로 상기 산기장치(7)로부터의 산기가 행해진다. 상기 막분리장치(1)의 운전방법으로 침지흡인여과법, 또는 수두차(水頭差) 중력여과법이 사용된다.
여과를 행하는 경우, 상기 산기장치(7) 및 생물반응조의 액조(12) 내에 구비되고 미생물반응에 필요한 산소를 액상으로 공급하는 가스산기장치(11)로부터 공기가 산기된다. 상기 산기장치(7)로부터 공기를 산기함으로써, 액중 기포(10)의 상승이 상기 분리막(4)의 표면층에 유속, 난류, 단력(Shearing force)을 작용시켜, 상기 분리막(4)을 세정한다. 즉, 상기 산기장치(7)로부터 방출된 기포(10)로 발생되는 기체-액체혼합류가 상승하여 상기 분리막(4)과 접촉한다. 이 기체-액체혼합류로, 상기 각 분리막(4)이 스크러빙된다. 또한, 상기 가스산기장치(11)에 의해 산소공급을 위한 피처리수로의 산소용해가 행해진다.
또한, 상기 분리막(4)의 여과기능에 의해 피처리수가 고형분과 물로 분리된다. 도 3(b)에 나타난 바와 같이, 상기 분리막(4)의 집수로(4b)는 상기 집수부(6a)를 통해 상기 여과흡인구(8)와 연통되고, 상기 여과흡인구(8)의 타단에 배관을 통해 흡인펌프(도시생략)가 접속된다. 따라서, 상기 분리막(4)을 통해 여과된 여과수가 상기 흡인펌프로 흡인되고, 상기 막분리장치(1)의 외부로 이송된다.
스크러빙은, 상승하는 기포(10)를 포함하는 수류로 상기 분리막(4) 표면의 피처리수를 요동시켜 상기 분리막(4) 표면의 부착물을 제거하는 방법이다. 따라서, 도 1에 나타난 바와 같이, 처리수의 깊이 방향으로 상기 막모듈(3)을 적층함을 통해, 동량의 기포로 더 많은 분리막(4)에 스크러빙이 가능하다. 즉, 상기 막모듈(3)의 적층 수가 증가함에 따라, 상기 산기장치(7)로부터 산기되는 공기량에 대한 스크러빙효과가 증대된다.
또한, 상기 막모듈(3)의 상기 수류가이드(5)와 상기 분리막(4) 사이의 간격(유로폭)은, 상기 막모듈(3)의 상부에서는 더 좁고, 상기 막모듈의 하부에서는 더 넓다. 그 결과, 상기 막모듈(3)을 수직으로 적층하여 상기 막분리장치(1)가 구성된 경우, 상기 산기장치(7)로부터 발생된 기포(10)가 상기 막분리장치(1) 외부로 확산되지 않아, 기포(10)가 상기 분리막(4)에 효과적으로 작용할 수 있다.
상기 막분리장치(1) 내부에서 피처리수는, 상기 막분리장치(1) 하부의 개구부 S3에서 상부의 개구부 S4를 향해 흐른다. 상기 막분리장치(1)의 유로는, 외부의 피처리수로부터 간이적으로 밀폐되고, 피처리수는 상기 분리막(4)에 의해 여과되어, 상기 막분리장치(1)의 상부로 갈수록 피처리수의 활성오니농도가 상승한다.
본 발명의 막분리장치(1)에서, 상기 막모듈(3)의 상기 수류가이드(5) 하단과, 상기 막모듈(3) 하측에 접속된 다른 막모듈(3)의 수류가이드(5) 상단 사이의 공극을 통해, 상기 막유니트(2)의 외주 밖의 피처리수가 상기 막분리장치(1) 내로 흡인된다. 따라서, 상기 막분리장치(1) 내부의 활성오니농도의 상승이 억제된다.
즉, 적층된 상기 각 막모듈(3) 사이로 피처리수가 상기 막분리장치(1) 내에 흡인되기 때문에, 상기 막분리장치(1) 내부의 활성오니농도의 큰 상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 여과에 대한 부하가 저감되어, 막 막힘의 완화 및 소비에너지 저감이 가능하다. 또한, 상기 막분리장치(1) 내로 상기 막분리장치(1)의 외주 밖의 피처리수를 흡인하는 상기 공극(9)이 상기 막분리장치(1) 내를 통과하는 피처리수의 통과방향에 대해 수직으로 형성되기 때문에, 상기 막모듈(3)과 막모듈(3) 사이로부터 기포(10)가 방출되는 것이 방지되고, 다량의 기포(10)가 상기 분리막(4)에 작용할 수 있다. 피처리수를 상기 막분리장치(1) 내부로 흡인하는 흡인력은 기포(10)의 상승에 의해 생성되고, 피처리수를 흡인하기 위한 동력원이 특별히 필요하지 않다.
이상에 실시예에 관해 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 막분리장치에서, 상기 막모듈을 높이 방향으로 적층하여 상기 막유니트를 구성함을 통해, 상기 산기장치로부터 발생된 기포가 복수의 막모듈에 작용할 수 있다. 결과적으로, 스크러빙효율이 향상되어, 스크러빙용 공기의 공급을 위한 블로우어의 소비전력을 저감시킬 수 있다. 즉, 높은 여과유속을 확보하고, 여과공정을 통해 행해지는 막세정(스크러빙)을 위한 풍량을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 막모듈에 상기 수류가이드를 설치함으로써, 상기 산기장치로부터 발생된 기포가 유니트 외부로 확산되지 않고 기포가 상기 분리막에 효과적으로 작용할 수 있다. 즉, 스크러빙효율이 향상되고, 스크러빙용 공기의 공급을 위한 블로우어의 소비전력을 저감할 수 있다.
피처리수가 유출되는 유로의 개구면적이 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적보다 작게 되도록 상기 막모듈을 높이 방향으로 적층시킴으로써, 인접한 막모듈 사이에 상기 공극이 형성되어, 이 공극을 통해 피처리수가 흡인될 수 있다. 즉, 각각의 적층된 막모듈이 외부의 피처리수를 흡인할 수 있다. 따라서, 활성오니의 농도상승이 억제되고, 여과에 대한 부하를 저감시켜, 막 막힘을 완화시키고, 여과펌프의 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 산기되는 기포의 지름이 크면 세정효과가 높고, 피처리수에 기체를 용해시키는 기포의 지름이 작으면 용해효과가 향상된다. 따라서, 스크러빙용 산기장치를 미생물반응용 산기장치와 따로 설계함으로써, 산기장치 등으로 사용할 블로우어 또는 컴프레서의 에너지 사용량을 저감시킬 수 있다.
상기 막모듈에 있는 상기 분리막의 하단부에 상기 정류부재를 갖춤으로써, 상기 정류부재로 인해 상기 분리막(4) 사이의 피처리수의 유로입구가 하방을 향해 확대되는 모양으로 형성되어, 분리막 사이의 유로면적의 급감을 완화시킬 수 있다. 결과적으로, 기체-액체혼합류의 상기 분리막(4) 사이의 유로에서의 급축류가 억제되고, 기체-액체혼합류에 포함된 대기포가 소기포로 분해되지 않고 분리막 사이를 통과한다. 따라서, 기포가 큰 기체-액체혼합류가 분리막 사이에 도입되어, 분리막의 세정효과가 향상된다.
(실시예)
도 5(a), (b)를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 막모듈, 막유니트 및 막분리장치에 대해 설명한다. 본 실시예에서, 상기 실시예에 따른 막모듈, 막유니트 및 막분리장치와 같은 부재에는 같은 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 편의상 지면의 전방에 위치하는 집수블록(6c)은 도시를 생략한다.
도 5(a)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 막모듈(16)에서, 상기 집수로(4b)가 형성된 상기 분리막(4)의 측단부는 상기 집수블록(6c)으로 지지된다. 또한, 상기 집수블록(6c)의 측면 간의 공간을 막기 위해 상기 수류가이드(5)가 설치된다.
이와 같은 구성의 막모듈(16)은 도 5(b)에 나타난 바와 같이 프레임체(17)에 고정되어, 막유니트 및 막분리장치(도시생략)를 구성한다.
상기 프레임체(17)의 측면에는, 상기 막모듈(16)을 고정하기 위한 막모듈고정부(18)가 있고, 상기 프레임체(17)의 저부에는 상기 산기장치(7)가 설치된다.
상기 막모듈(16)이 상기 막모듈고정부(18)에 고정된 후, 상기 막모듈(16)의 하방에 상기 산기장치(7)가 위치하도록 상기 프레임체(17)가 피처리수에 침지된다. 그리고, 상기 산기장치(7)로부터 산기가 행해지면서, 상기 막모듈(16)에 의해 피처리수의 여과가 행해진다.
1 : 막분리장치 (Membrane separation apparatus)
2 : 막유니트 (membrane unit)
3, 16 : 막모듈 (membrane module)
4 : 분리막(막엘리먼트) (separation membrane(membrane element))
4a : 막표면 (membrane surface)
4b : 집수로 (water collection passage)
5 : 수류가이드 (water flow guide)
6 : 케이싱 (casing)
6a : 집수부 (water collection section)
6b : 분리막고정부 (separation membrane fixing section)
6c : 집수블록 (water collection block)
7 : 산기장치(스크러빙을 위한) (air diffusing device(for scrubbing))
8 : 여과흡인구 (filtration suction opening)
9 : 공극 (clearance)
10 : 기포 (air bubbles)
15 : 정류부재 (flow stabilizing member)
S1 : 막모듈의 피처리수 유입 유로(개구면적)
S2 : 막모듈의 피처리수 유출 유로(개구면적)
S3 : 막분리장치의 하부개구부
S4 : 막분리장치의 상부개구부
2 : 막유니트 (membrane unit)
3, 16 : 막모듈 (membrane module)
4 : 분리막(막엘리먼트) (separation membrane(membrane element))
4a : 막표면 (membrane surface)
4b : 집수로 (water collection passage)
5 : 수류가이드 (water flow guide)
6 : 케이싱 (casing)
6a : 집수부 (water collection section)
6b : 분리막고정부 (separation membrane fixing section)
6c : 집수블록 (water collection block)
7 : 산기장치(스크러빙을 위한) (air diffusing device(for scrubbing))
8 : 여과흡인구 (filtration suction opening)
9 : 공극 (clearance)
10 : 기포 (air bubbles)
15 : 정류부재 (flow stabilizing member)
S1 : 막모듈의 피처리수 유입 유로(개구면적)
S2 : 막모듈의 피처리수 유출 유로(개구면적)
S3 : 막분리장치의 하부개구부
S4 : 막분리장치의 상부개구부
Claims (7)
- 케이싱;
상기 케이싱 내부에 수납된 복수의 막엘리먼트;로 이루어지고,
상기 케이싱의 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적이 상기 케이싱의 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적보다 작은 것을 특징으로 하는 막모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 막엘리먼트가 평막인 것을 특징으로 하는 상기 막모듈. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 막엘리먼트의 하단부에 상기 막엘리먼트들 사이 공간으로 피처리수를 도입하기 위한 정류부재가 설치된 것을 특징으로 하는 상기 막모듈. - 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이싱에, 상기 케이싱의 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적을 좁히는 수류가이드가 설치된 것을 특징으로 하는 상기 막모듈. - 각기 상하방향으로 개구부가 형성된 케이싱을 포함하고, 상기 케이싱의 높이 방향으로 적층된 복수의 막모듈;
각 케이싱 내부에 수납된 복수의 막엘리먼트;로 이루어지고,
각 막모듈이, 상기 케이싱의 피처리수가 유출되는 유로의 개구면적이 상기 케이싱의 피처리수가 유입되는 유로의 개구면적보다 작도록 구성된 것을 특징으로 하는 막유니트. - 각기 상하방향으로 개구부가 형성된 케이싱을 포함하는 복수의 막모듈;
각 케이싱 내부에 수납된 복수의 막엘리먼트; 및
상기 막모듈의 하방에 설치된 산기장치;로 이루어진 것을 특징으로 하는 막분리장치. - 제 6항에 있어서,
상기 막모듈이 상기 케이싱의 높이 방향으로 적층되어 막유니트를 구성하는 것을 특징으로 하는 상기 막분리장치.
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