KR20140044616A - 막 오염 저감을 위한 구획 분리부재를 포함하는 중공사막 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하부헤더 내부에 중공사막의 다발 간 간격을 형성시키는 다수 개의 구획 분리부재를 포함하는 침지형 분리막 모듈에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 중공사막 다발간에 간격이 형성되어 여과 장치 운전시 모듈 내부로 유입된 에어의 흐름에 의한 상향수류의 발생을 용이하게 할 수 있다. 또한, 에어 및 역세를 통한 세척 공정시 발생하는 고농도의 오염물질 또는 협착물질들이 유동할 수 있는 충분한 공간을 마련해주어 중공사막 모듈 내측 하단부의 오염물질 퇴적 현상 및 막힘(clogging) 현상을 경감시킬 수 있다.

Description

막 오염 저감을 위한 구획 분리부재를 포함하는 중공사막 모듈{Membrane module comprising section divider for reducing membrane fouling}
본 발명은 수처리용 침지형 중공사막 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부헤더에 중공사막 다발 간의 간격을 형성시키는 구획 분리부재를 포함하여 분리막 오염을 저감시킬 수 있는 수처리용 침지형 중공사막 모듈에 관한 것이다.
고분자 분리막은 최근 들어 그 기술의 진보와 함께 다양한 분야로의 확대가 이루어지고 있으며 특히 환경의 중요성이 대두되면서 수처리 분야에서 그 수요가 증가되고 있다. 중공사막 모듈은 표면에 무수히 많은 작은 기공이 뚫려 있고 가운데 공간이 비어있는 가는 섬유인 중공사(hollow fiber)를 분리막으로 이용하는 여과 처리 장치로서, 여러 가지 물질이 혼합되어 있는 다성분 액체로부터 기공 크기보다 큰 물질을 배제하고, 기공 크기보다 작은 특정 물질만을 선택적으로 통과시켜 효과적으로 회수하는 장치이다. 이와 같은 중공사막 모듈은 무균수, 음용수 제조 등의 한외여과나 정밀여과분야에서 널리 이용되어 왔으며, 최근 하수처리장에서의 2차, 3차 처리나, 정화조에 있어서의 고액 분리 등에도 다양하게 적용된다. 상기 하수 처리에 사용되는 중공사막 모듈은 폭기조에 중공사막이 적용되는 방식에 따라서 외부 순환 방식 및 모듈 침지 방식으로 나뉘어진다.
중공사막 여과장치를 장시간 운전하면 내부의 중공사 분리막이 오염되는데, 이러한 분리막 오염 현상은 반응조내 활성슬러지 및 기타 분리막 오염 물질들이 막표면이나 공극 내에 축적되어 유효 막표면적을 저감시키고, 이로 인해 처리수의 수량이 감소하거나 분리막의 차압을 상승시키는 문제를 야기한다. 이러한 막오염은 피할 수 없는 부분으로 최근 막 표면 및 내부오염으로 인해 성능이 저하되는 것을 방지하기 위해 오염을 저감시킬 수 있는 기술에 관한 연구가 많이 진행되어왔다. 대표적으로 역세공정을 통하여 여과수를 막내부로 주입하는 방법이 있으며, 이 때 모듈하부에서 폭기를 통해 막을 흔들어줌으로써 오염물질을 막 표면으로부터 탈리시킨다. 하지만 시간이 지날수록 막 표면에 케이크(cake) 층이 형성되어 역세척 효율이 점차 감소하게 된다. 또한 막오염 물질은 흡착능력이 강해서 막표면에서 쉽게 제거되지 않다. 특히 분리막의 기공사이즈와 비슷한 크기의 오염물질은 기공을 막기 때문에 역세공정만으로는 쉽게 제거되지 않는다. 따라서, 분리막을 운영하는 정수장에서는 여과시 연속공기폭기, 공기주입량 증대의 방법 등을 통해 막 표면의 오염물질을 제거하려고 노력하고 있지만, 이들은 전력을 과량 소모한다는 단점이 존재한다. 이에 의해 분리막 공정의 운영 및 유지시 경제적인 손실이 크다.
한편, 중공사막 세척용 에어의 효율을 향상시키기 위하여 중공사막 모듈 하단부의 일정한 구역 내에 에어가 통과할 수 있는 관통공을 추가한 중공사막 모듈이 개발되었으나 이러한 모듈은 빽빽하게 밀집된 중공사막 다발 사이로 에어에 의한 상향수류의 발생이 제한될 수 있고 제작시 다수의 중공사막을 고르게 분포시키기 어려운 단점이 있다. 또한, 에어를 통한 세척 및 역세척 공정 등에서 발생하는 오염물질들이 중공사막 다발 사이에 갇혀 여과장치를 장시간 운전하면 중공사막의 파울링이 급격하게 발생하고 모듈의 여과효율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 목적은 여과장치 운전시 중공사막 모듈 내부로 유입된 에어의 흐름에 따라 상향수류가 용이하게 형성될 수 있고, 에어 및 역세를 통한 중공사막 세척공정시 오염물질이 유동할 수 있는 공간을 확보하여 세척효율을 증가시킬 수 있는 침지형 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
상부헤더 및 하부헤더;
상부헤더와 하부헤더 사이에 배열되는 중공사막; 및
상기 중공사막을 감싸도록 설치되는 하우징을 포함하는 침지형 중공사막 모듈에 있어서, 상기 하부헤더 내부에 상기 중공사막의 다발 간 간격을 형성시키는 다수 개의 구획 분리부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의한 침지형 중공사막 모듈에 의하면, 적은양의 공기로도 분리막 주위에 상향수류를 형성하여 크로스-플로우(cross-flow) 여과가 가능하기 때문에 장기운전에 의한 분리막의 오염을 감소시킨다. 따라서, 화학적 또는 물리적인 세정 회수가 줄어들 뿐만 아니라 분리막의 수명이 연장되기 때문에 정수 또는 오폐수 처리장의 유지 및 보수 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 막여과 부하가 감소되어 공기세정을 위한 주입 공기량을 최소화할 수 있어 운전에너지의 저감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 중공사막 모듈의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 중공사막 모듈 하부헤더의 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 중공사막 모듈 하부헤더 및 중공사막의 일부를 도시한 개략 사시도이다.
이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 침지형 중공사막 모듈의 외형을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에서 제시하는 침지형 중공사막 모듈(1)은 하부헤더(10)와 상부헤더(20) 내부에 중공사막(30)이 수직방향으로 장착되고, 하부헤더(10)와 상부헤더(20) 사이에는 상기 중공사막(30)을 감싸는 하우징(40)이 장착된다. 상부헤더(20)는 여과수 흡입라인(미도시)과 연결될 수 있고, 하우징(40)은 상부개구부(50)를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 하부헤더(10)의 단면 개략도이고, 도 3은 하부헤더(10) 및 중공사막(30)의 일부를 도시한 개략 사시도이다. 도 2 및 3을 참조하면, 다수 개의 구획 분리부재(section divider)(11)들이 하부헤더(10) 내부에 소정의 간격으로 이격되어 배치된다. 구획 분리부재(11)는 3 내지 12개가 방사상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 6개의 구획 분리부재(11)가 방사상으로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 구획 분리부재(11)의 개수가 3개 미만이면 중공사막(30) 다발간의 간격이 충분히 확보되지 못하여 에어에 의한 상향수류의 발생이 제한될 수 있고, 12개를 초과하면 구획 분리부재(11)가 차지하는 부피에 의해 중공사막(30)의 충진밀도가 떨어지거나 구획 분리부재(11)의 부피를 줄이는 경우 중공사막(30) 다발간의 간격이 충분히 확보되지 못하여 내오염성 증대효과가 감소된다.
본 발명에서 구획 분리부재(11)의 폭(a)은 2 내지 50 mm일 수 있다. 이 때, 상기 구획 분리부재(11)의 폭(a)이 2mm미만이면 구획의 형성이 불완전하여 중공사막(30) 다발이 소정의 간격으로 이격되지 못하고, 50mm를 초과하면 구획 분리부재가 차지하는 부피에 의해 중공사막(30)의 충진밀도가 떨어진다.
상기 구획 분리부재(11)의 높이는 하부헤더(10)의 높이와 동일하거나 1 내지 2cm 정도 작을 수 있다. 또한, 구획 분리부재(11)는 고분자 성형체, 세라믹 또는 금속재질로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 중공사막 모듈(1)은 하부헤더(10)를 일정한 구획으로 구분하는 구획 분리부재(11)를 포함하여 다발 내에서 중공사막(30)이 집속될 수 있어 모듈의 제작 공정이 간단하다. 또한, 중공사막(30) 다발간에 간격이 형성되기 때문에 모듈을 이용한 여과 장치 운전시 모듈 내부로 유입된 에어의 흐름에 의한 상향수류의 발생을 용이하게 할 수 있다. 또한, 에어 및 역세를 통한 세척 공정시 발생하는 고농도의 오염물질 또는 협착물질들이 유동할 수 있는 충분한 공간을 마련해주어 이들이 모듈 외부로 쉽게 배출되도록 한다. 이에 의해, 여과 장치를 장시간 운전하여도 모듈 내측 하단부의 오염물질 퇴적 현상 및 막힘(clogging) 현상을 경감시켜 세척 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명에서 중공사막(30)은 섬유간의 평균 거리를 0.01 mm 내지 50 mm 로 하는 것이 바람직하나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 분리막이 가능한 조밀하게 배열되도록해야 하지만, 이를 만족시키기 위해 막간 간격을 0.01 mm 이하로 지나치게 좁히면 분리막 사이로 원수 및 공기의 유동이 어렵기 때문에 막간 폐색이 유발되기 쉽다. 또한, 50mm 이상으로 막간간격을 넓히면 모듈의 분리막 충진밀도가 떨어져 수처리 능력이 저하된다.
한편, 하부헤더(10)는 소정의 간격으로 이격되어 형성된 산기관 유입홀(12)을 2 내지 10개 포함할 수 있다. 상기 산기관 유입홀(12)은 하부헤더(10) 포팅(potting)면에 뚫린 구멍으로, 재질은 포팅부위를 채우는 포팅접착제에 따라 달라질 수 있다.
상기 산기관 유입홀(12)은 도 2에 도시된 바와 같이 6개의 홀이 방사상으로 형성될 수 있으며, 산기관 유입홀(12)에 의해 산기관(미도시)이 하부헤더(10) 하단부에 일체형으로 끼워맞춤될 수 있다. 또한 하부헤더(10)는 침지조의 원수가 유입 또는 유출될 수 있도록 내부에 중심홀(13)을 포함할 수 있으며, 상기 중심홀(13)의 내부직경은 10 mm 내지 100 mm 이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 중공사막 모듈을 이용한 여과 장치를 운전함에 있어 외부의 블로워(미도시)에 의해 공기 또는 산소가 하부헤더(10) 하부에 위치한 산기관을 통해 폭기되고, 중공사막(30)에 투과된 처리수는 처리수 이송관(미도시)을 따라 배출된다. 상기 중공사막(30)은 성능이 저하될 경우 역세척 공기 라인(미도시)를 통해 역세척이 가능하다. 또한, 하우징(40) 하부로부터 모듈 길이의 90% 에 해당하는 길이 이내의 외벽 또는 상향 슬릿을 포함하여 수평 방향으로 확산된 세정 공기가 하우징(40) 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 구조를 다양하게 변경하고 변형할 수 있다는 사실은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구범위 및 그와 균등한 범위로 정해져야 할 것이다.
1: 중공사막 모듈 10: 하부헤더
11: 구획 분리부재 12: 산기관 유입홀
13: 하부헤더 중심홀 20: 상부헤더
30: 중공사막 40: 하우징
50: 상부개구부

Claims (8)

  1. 상부헤더 및 하부헤더;
    상부헤더와 하부헤더 사이에 배열되는 중공사막; 및
    상기 중공사막을 감싸도록 설치되는 하우징을 포함하는 침지형 중공사막 모듈에 있어서, 상기 하부헤더 내부에 상기 중공사막의 다발 간 간격을 형성시키는 다수 개의 구획 분리부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구획 분리부재는 3 내지 12개가 소정의 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구획 분리부재는 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구획 분리부재의 폭은 2 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구획 분리부재는 고분자 성형체, 세라믹 또는 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 하부헤더는 소정의 간격으로 이격되어 형성된 2 내지 10개의 산기관 유입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 하부헤더는 내부에 10 내지 100mm의 직경을 갖는 중심홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 하우징 하부로부터 모듈 길이의 90% 에 해당하는 길이 이내의 외벽 또는 상향 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
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