KR20140048617A - Membrane module comprising air diffuser for reducing membrane fouling - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a submerged type separation membrane module including a header structure on the upper side of an air diffuser of which the upper side is closed and the side surface is opened. According to the present invention, the separation membrane module prevents a membrane filtration channeling due to module blockage and maximizes air washing efficiency, thereby extending the washing cycle. Also, the present invention minimizes the amount of injected air for air washing by reducing a membrane filtration load, thereby securing a drive energy reduction effect.

Description

막 오염 저감을 위한 산기관을 포함하는 분리막 모듈{Membrane module comprising air diffuser for reducing membrane fouling}Membrane module comprising air diffuser for reducing membrane fouling

본 발명은 수처리용 분리막 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기의 상승 흐름을 수평 흐름으로 전환시키는 상부 헤더 구조체가 장착된 산기관을 포함하여 분리막 오염을 저감시킬 수 있는 수처리용 분리막 모듈에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane module for water treatment, and more particularly, to a membrane module for water treatment including an acid pipe equipped with an upper header structure for converting an upward flow of air into a horizontal flow. .

고분자 분리막은 최근 들어 그 기술의 진보와 함께 다양한 분야로의 확대가 이루어지고 있으며 특히 환경의 중요성이 대두되면서 수처리 분야에서 그 수요가 증가되고 있다. Recently, the polymer membrane has been expanded to various fields with the advancement of the technology, and in particular, the demand for water treatment is increasing due to the importance of the environment.

종래의 분리막 모듈은 침지형 분리막으로 사용함에 있어, 분리막 표면에 활성슬러지 및 기타 반응 부산물의 부착 등으로 인하여 투과성능 및 분리막의 수명이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 극복하는 방안으로 막 모듈 하단에서 공기를 폭기시키거나, 난류를 형성시키거나, 초음파 또는 진동을 주어 분리막 모듈을 흔들어 줌으로써 분리막 표면이나 분리막간에 축적되는 활성슬러지 및 기타 반응 부산물을 제거하고 있으나 그 효과가 미비하여 세정 주기가 짧은 단점이 있다.Conventional membrane module has a problem in that the permeation performance and the life of the membrane is reduced due to the adhesion of activated sludge and other reaction by-products on the surface of the membrane in the immersion type membrane. In order to overcome this problem, the activated sludge and other reaction by-products accumulated in the membrane surface or between membranes are removed by aeration of air at the bottom of the membrane module, the formation of turbulence, or the shaking of the membrane module by ultrasonic waves or vibrations. There is a disadvantage that the effect is insignificant and the cleaning cycle is short.

도 1은 종래 기술에 의한 침지형 중공사 분리막 모듈(1)의 개략단면도로서, 중공사 분리막(2)을 이용한 수처리시 분리막 하부(3)에서 발생한 산기 또는 폭기(aeration)에 의해 공기세정을 실시한다. 즉, 분리막 하부에 홀 또는 관 형태로 위치한 산기관(4)에서 주입되는 공기의 압력과 부력에 의해 수직 상향 방향으로 공기 흐름이 형성되고 서서히 수평 방향으로 확산되어 모듈 내 분리막(2) 표면을 세정한다. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a submerged hollow fiber membrane module 1 according to the prior art, and air cleaning is performed by air or aeration generated in the lower membrane 3 during water treatment using the hollow fiber membrane 2. . That is, the air flow is formed in the vertical upward direction by the pressure and buoyancy of the air injected from the diffuser 4 located in the form of a hole or a tube below the separator, and gradually diffuses in the horizontal direction to clean the surface of the separator 2 in the module. do.

분리막(2)과 산기관(4)의 위치가 근접한 경우 수평 방향 확산이 적어 산기관 주위로 공기가 접촉되지 않는 데드 존(dead zone)이 형성된다. 특히 수직형으로 배치된 분리막 모듈의 경우 중력에 의해 모듈 하부에 오염물 슬러지가 쌓이는 경향을 나타내기 때문에 이러한 데드 존의 형성은 분리막 하부가 슬러지에 의해 폐색되는 원인이 된다. 데드 존을 최소화 하기 위해 분리막과 산기관의 거리를 일정 간격 이상으로 확보하여 공기세정을 하는 경우, 공기 주입 압력에 의한 공기 속도가 감소하여 세정 효과가 떨어지고 분리막 모듈 외부로 주입 공기가 확산되어 주입 공기량 대비 공기 세정 효율이 떨어질 수 있다. When the separation membrane 2 and the diffuser 4 are in close proximity, a dead zone is formed in which horizontal diffusion does not occur and air is not contacted around the diffuser. Particularly, in the case of a vertically arranged separator module, since contaminant sludge tends to accumulate under the module due to gravity, the formation of such dead zones causes the lower part of the separator to be occluded by the sludge. In order to minimize dead zone, when cleaning the air by keeping the distance between the membrane and the diffuser over a certain interval, the air velocity due to the air injection pressure decreases, thus reducing the cleaning effect. In contrast, air cleaning efficiency may be reduced.

한편, 산기관 내부에 공기 확산 장치를 장착하여 넓은 면적으로 공기를 주입할 수 있도록 한 분리막 모듈은 분리막 하부에 넓은 영역으로 산기가 가능하지만, 배관 내 공기 확산에 의해 공기 주입압력에 의한 공기 진행 속도가 크게 감소하고 공기 유속을 늘이기 위해 산기량이 매우 커져야 하는 단점이 있다. 또한, 분리막 모듈에서는 수직 흐름만이 존재하여 슬러지를 밖으로 밀어내는 효과가 없고 장치가 복잡하며, 분리막 모듈 형태별로 맞춤 제작이 필요하여 범용으로 사용하기 어렵다. On the other hand, the membrane module, which is equipped with an air diffusion device inside the diffuser to inject air with a large area, can diffuse into a large area under the separator, but the air velocity due to the air injection pressure is caused by the diffusion of air into the pipe. There is a drawback that the amount of acid must be very large in order to greatly reduce and increase the air flow rate. In addition, the membrane module has only a vertical flow, there is no effect to push the sludge out, and the device is complicated, it is difficult to use universally because it needs to be customized for each type of membrane module.

본 발명의 목적은 하부 분리막 모듈 폐색에 의한 오염을 최소화하여, 장시간 안정적 운전을 가능하게 함으로써 수처리 용량을 크게 할 수 있는 침지형 분리막 모듈을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide an immersion type membrane module that can increase the water treatment capacity by minimizing contamination due to blockage of the lower membrane module, enabling stable operation for a long time.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상은, According to an aspect of the present invention,

산기관을 포함하는 침지형 분리막 모듈에 있어서, 상기 산기관은 상부는 폐쇄되고 측면부는 하나 이상의 개구부를 구비한 산기관 상부 헤더 구조체를 포함하고, 상기 산기관 상부 헤더 구조체의 상단 일부는 분리막 모듈 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈에 관한 것이다.
In the submerged membrane module comprising an diffuser, the diffuser includes a diffuser upper header structure having a top closed and a side portion having one or more openings, wherein a top portion of the diffuser upper header structure is located within the separator module. It relates to an immersion type membrane module, characterized in that.

본 발명에 의한 분리막 모듈은 주입 공기의 상승 흐름을 수평 흐름으로 전환하는 구조체를 산기관에 포함하여 모듈 폐색에 의한 막여과 채널링을 방지하고, 공기세정 효율을 극대화하여 세정주기를 늘일 수 있다. 또한, 막여과 부하가 감소되어 공기세정을 위한 주입 공기량을 최소화할 수 있어 운전에너지의 저감 효과를 얻을 수 있다.
The membrane module according to the present invention includes a structure for converting the upward flow of the injected air into a horizontal flow in the diffuser to prevent membrane filtration channeling due to the blockage of the module, and maximize the air cleaning efficiency to increase the cleaning cycle. In addition, the membrane filtration load is reduced to minimize the amount of inlet air for air cleaning, thereby reducing the operating energy.

도 1은 종래 기술에 의한 침지형 분리막 모듈의 부분단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 침지형 분리막 모듈의 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 산기관 상부 헤더 구조체의 개략사시도이다. 1 is a partial cross-sectional view of an immersion type membrane module according to the prior art.
Figure 2 is a partial cross-sectional view of the immersion membrane module according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic perspective view of a diffuser upper header structure according to one embodiment of the invention.

이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 침지형 분리막 모듈(10)의 부분단면도이다. 도 2를 참조하면, 하우징(21) 내에 중공사 분리막(20)이 설치되고 분리막 모듈 하부(30) 중앙부에 산기관(40)이 위치된다. 도 2에서는 편의상 중공사 분리막(20)을 1가닥만 도시하였다. 2 is a partial cross-sectional view of the submerged membrane module 10 according to an embodiment of the present invention. 2, the hollow fiber membrane 20 is installed in the housing 21, and the diffuser 40 is positioned at the center of the membrane module lower portion 30. In FIG. 2, only one strand of the hollow fiber membrane 20 is illustrated for convenience.

상기 분리막 장치를 운전함에 있어 외부의 블로워(미도시)에 의해 공기 또는 산소가 모듈 중앙에 위치한 산기관(40)을 통해 폭기되며, 분리막 모듈(10)에 투과된 처리수는 처리수 이송관(미도시)을 따라 배출된다. In operation of the membrane device, air or oxygen is aerated by an external blower (not shown) through the diffuser 40 located in the center of the module, and the treated water transmitted to the membrane module 10 is treated with a treated water transport pipe ( (Not shown).

본 발명의 구현예들에 의하면, 상기 산기관(40)은 상부는 폐쇄되고 측면부는 개방된 산기관 상부 헤더 구조체(41)를 포함한다. 상기의 산기관 상부 헤더 구조체(41)의 상단 일부는 분리막 모듈(10) 내부로 침입되어 있다. 즉, 산기관 상부 헤더 구조체(41)는 분리막 모듈 하부(30) 및 분리막 모듈(10) 내부에 걸쳐서 위치되며, 산기관 상부 헤더 구조체(41)의 최상부는 소정의 높이만큼 분리막 모듈(10) 내부에 침입하도록 구성되어 중공사 분리막(20) 하부 전체에 세정 공기가 직접 접촉될 수 있다.
According to embodiments of the present invention, the diffuser 40 includes an diffuser upper header structure 41 with an upper portion closed and an open side portion. A portion of the upper end of the diffuser upper header structure 41 penetrates into the membrane module 10. That is, the diffuser upper header structure 41 is positioned across the membrane module lower portion 30 and the membrane module 10, and the uppermost part of the diffuser upper header structure 41 is disposed inside the separator module 10 by a predetermined height. Is configured to penetrate into the cleaning air can be in direct contact with the entire hollow fiber membrane 20 lower.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 의한 산기관 상부 헤더 구조체(41)의 개략사시도이다. 상기의 산기관 상부 헤더 구조체(41)의 상부(41a)는 막혀 있고, 측면부(41b)는 하나 이상의 개구부가 형성되어 있어 측면으로 개방되어 모듈 내부로 주입된 공기의 흐름을 수직 방향에서 수평 방향으로 전환하여 모듈 하부 전체적으로 세정 공기가 접촉될 수 있을 뿐 아니라 모듈 하부의 슬러지를 모듈 외부로 밀어낼 수 있다. 따라서, 공기 세정 데드 존을 효과적으로 제거하여 모듈의 일정 부분으로만 여과가 진행되는 막여과 채널링 현상을 방지할 수 있다. 또한, 공기 세정 효율을 증대시켜 세정 주기를 늘릴 수 있다.
3 is a schematic perspective view of the diffuser upper header structure 41 according to one embodiment of the invention. The upper portion 41a of the diffuser upper header structure 41 is blocked, and the side portion 41b has one or more openings formed therein so that the air flows into the module from the vertical direction to the horizontal direction. By switching, not only the cleaning air can be contacted throughout the lower part of the module, but also the sludge under the module can be pushed out of the module. Therefore, it is possible to effectively remove the air cleaning dead zone to prevent the membrane filtration channeling phenomenon that the filtration proceeds to only a portion of the module. In addition, the cleaning cycle can be increased by increasing the air cleaning efficiency.

본 발명에서 산기관 상부 헤더 구조체(41)는 공기 또는 산소 발생 구멍이 형성된 산기관(40)에 탈부착이 가능하게 연결되거나 일체형으로 제작될 수 있다. 이 때, 사용가능한 연결 부재는 나사 결합이나 클램프 방식의 연결 부재가 가능하지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the diffuser upper header structure 41 may be detachably connected or integrally formed to the diffuser 40 having air or oxygen generating holes formed therein. At this time, the usable connection member may be screwed or clamped connection member, but is not necessarily limited thereto.

상기 산기관 상부 헤더 구조체(41)은 고분자 성형체, 세라믹 또는 금속재질일 수 있으며, 원통형 또는 다각기둥형의 형태로 제조될 수 있다. 또한, 측면부(41b)의 개구부는 원주면을 따라 균등하게 분포되고 개구부 면적은 원주면의 10% 내지 95%이며, 보다 바람직하게는 50% 내지 90%이다. 개구부 면적 비율이 10% 미만일 경우 주입된 공기가 모듈 하부 중공사막에 골고루 확산되지 못하여 세정효과가 저하되며, 95%를 초과할 경우 구조체의 기계적 강도를 확보하기 어려울 뿐만 아니라 주입된 공기의 진행속도가 감소하고 공기량을 늘려야 하는 문제점이 있다.
The diffuser upper header structure 41 may be a polymer molded body, a ceramic or a metal material, and may be manufactured in a cylindrical or polygonal column shape. Further, the openings of the side portions 41b are evenly distributed along the circumferential surface, and the opening area is 10% to 95% of the circumferential surface, more preferably 50% to 90%. If the opening area ratio is less than 10%, the injected air does not spread evenly to the hollow fiber membrane under the module, and the cleaning effect is lowered. If it exceeds 95%, it is difficult to secure the mechanical strength of the structure and the speed of the injected air is increased. There is a problem of decreasing and increasing the amount of air.

상기의 산기관 상부 헤더 구조체(41)가 분리막 모듈(10) 내부로 침입하는 높이(h)는 1 내지 200mm일 수 있다. 상기 높이가 1 mm 미만일 경우 공기가 모듈 내부로 주입되기 어렵고, 200mm를 초과하면 분리막 하부에 데드 존 없이 효과적으로 세정 공기가 접촉되지 않을 수 있다.
The height h of penetration of the diffuser upper header structure 41 into the membrane module 10 may be 1 to 200 mm. If the height is less than 1 mm, it is difficult for air to be injected into the module, and if it exceeds 200 mm, the cleaning air may not be effectively contacted without a dead zone at the bottom of the separator.

한편, 상기 중공사 분리막(20)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.On the other hand, the hollow fiber membrane 20 is preferably an average distance between the fibers of 0.01 mm to 50 mm, but is not necessarily limited thereto. In other words, the separation membranes should be arranged as densely as possible, but if the inter-spacing interval is too narrow to be less than 0.01 mm to satisfy this, the intermembrane blockage is likely to occur because the flow of raw water and air between the separation membranes is difficult. In addition, when the interlayer space is increased to 50 mm or more, the membrane filling density of the module is lowered, thereby degrading the water treatment capacity.

본 발명에서 분리막 모듈(10)은 성능이 저하될 경우 역세척 공기 라인(미도시)를 통해 역세척이 가능하다. 또한, 상기 분리막 모듈(10)의 하부에 설치되고 산기관 상부헤더 구조체 높이를 초과하는 외벽 또는 상향 슬릿(22)을 설치하여 수평 방향으로 확산된 세정 공기가 분리막 모듈(10) 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 외벽 또는 상향 슬릿(22)의 간격은 1 내지 300 mm이나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
In the present invention, the membrane module 10 may be backwashed through a backwashing air line (not shown) when performance decreases. In addition, by installing an outer wall or an upward slit 22 which is installed below the membrane module 10 and exceeds the height of the diffuser upper header structure, the cleaning air diffused in the horizontal direction is discharged to the outside of the membrane module 10. You can prevent it. The interval of the outer wall or upward slit 22 is 1 to 300 mm, but is not necessarily limited thereto.

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.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations of the structure of the present invention can be made without departing from the spirit or scope of the present invention. The fact will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined in the appended claims and equivalents thereof.

1, 10: 분리막 모듈 2, 20: 중공사 분리막
21: 하우징 22: 상향 슬릿
3, 30: 모듈 하부 4, 40: 산기관
41: 산기관 상부 헤더 구조체 41a: 산기관 상부 헤더 구조체 상부
41b: 산기관 상부 헤더 구조체 측면부1, 10: membrane module 2, 20: hollow fiber membrane
21: housing 22: upward slit
3, 30: lower module 4, 40: diffuser
41: diffuser upper header structure 41a: diffuser upper header structure
41b: side portion of the diffuser upper header structure

Claims (8)

산기관을 포함하는 침지형 분리막 모듈에 있어서, 상기 산기관은 상부는 폐쇄되고 측면부는 하나 이상의 개구부를 구비한 산기관 상부 헤더 구조체를 포함하고, 상기 산기관 상부 헤더 구조체의 상단 일부는 분리막 모듈 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
In the submerged membrane module comprising an diffuser, the diffuser includes a diffuser upper header structure having a top closed and a side portion having one or more openings, wherein a top portion of the diffuser upper header structure is located within the separator module. Immersion type membrane module, characterized in that.
제1항에 있어서, 상기 산기관 상부 헤더 구조체는 산기관에 탈부착이 가능하게 연결되거나 일체형으로 제작된 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
The immersion type membrane module according to claim 1, wherein the diffuser upper header structure is detachably connected to the diffuser or made integrally.
제1항에 있어서, 상기 산기관 상부 헤더 구조체는 고분자 성형체, 세라믹 또는 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
The immersion type membrane module according to claim 1, wherein the diffuser upper header structure is made of a polymer molded body, ceramic, or metal material.
제1항에 있어서, 상기 산기관 상부 헤더 구조체는 원통형 또는 다각기둥형인 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.

The submerged membrane module of claim 1, wherein the diffuser upper header structure has a cylindrical or polygonal column shape.

제 1항에 있어서, 상기 개구부는 상기 산기관 상부 헤더 구조체의 측면부 원주면을 따라 균등하게 분포되고 개구부 면적이 원주면의 10% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
The immersion type membrane module according to claim 1, wherein the openings are evenly distributed along the circumferential surface of the side surface of the diffuser upper header structure, and the opening area is 10% to 95% of the circumferential surface.
제 1항에 있어서, 상기 산기관 상부 헤더 구조체가 분리막 모듈 내부에 위치되는 높이는 1 내지 200mm인 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈.
The immersion type membrane module of claim 1, wherein the height of the diffuser upper header structure is located within the membrane module.
제 1항에 있어서, 상기 분리막 모듈은 상기 분리막 모듈 하부에 설치되고 상기관 상부헤더 구조체 높이를 초과하는 외벽 또는 상향 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈
The immersion type membrane module according to claim 1, wherein the membrane module includes an outer wall or an upward slit that is installed below the membrane module and exceeds the height of the upper header structure of the pipe.
제 7항에 있어서, 상기 외벽 또는 상향 슬릿의 간격은 1 내지 300 mm인 것을 특징으로 하는 침지형 분리막 모듈. The immersion type membrane module according to claim 7, wherein the outer wall or the upward slit has a spacing of 1 to 300 mm.
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