KR20150078446A - 침지식 여과장치 - Google Patents

Abstract

여과작업에 따른 중공사막의 오염을 효과적으로 방지할 수 있고 여과 작업에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있으며 여과 작업 중에 여과 장치에 퇴적되는 슬러지를 용이하게 제거할 수 있는 침지식 여과장치가 개시된다. 처리되어야 할 원수 내에 침지되어 여과 작업을 수행하는 본 발명의 침지식 여과장치는 프레임; 상기 프레임을 둘러싸며 원수에 대한 1차 여과작업을 수행함으로써 제1 여과수를 생산하는 평막; 및 상기 프레임 내에 장착되며 상기 제1 여과수에 대한 2차 여과작업을 수행함으로써 제2 여과수를 생산하는 중공사막 모듈을 포함한다.

Description

침지식 여과장치{Submerged-Type Filtration Apparatus}

본 발명은 여과 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 여과작업에 따른 중공사막의 오염을 효과적으로 방지할 수 있고 여과 작업에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있으며 여과 작업 중에 여과 장치에 퇴적되는 슬러지를 용이하게 제거할 수 있는 침지식 여과장치에 관한 것이다.

유체로부터 오염물질을 제거하여 정수하는 수처리 방법으로는 가열이나 상변화를 이용하는 방법과 여과막을 이용하는 방법이 있다.

여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질이 안정적으로 얻어질 수 있으므로, 여과막을 이용하는 방법이 가열이나 상변화를 이용하는 방법에 비해 공정의 신뢰도가 높다는 장점이 있다. 또한, 여과막을 이용할 경우 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 미생물을 이용하는 분리 공정에서 미생물이 열에 의해 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.

여과막은 그 형태에 따라 평막과 중공사막으로 분류될 수 있다.

내부에 중공(lumen)을 갖는 중공사막은 평막에 비해 월등히 큰 표면적을 갖기 때문에 수처리 효율 측면에서 평막에 비해 유리하다. 중공사막은 무균수, 음용수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되고 있으며, 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.

중공사막을 이용한 여과 방법은 그 운전 방식에 따라 침지식과 가압식으로 분류될 수 있다.

가압식의 경우, 모듈 케이스 내에 중공사막 다발이 존재한다. 상기 모듈 케이스 내로 원수(feed water)가 소정 압력 이상으로 공급됨으로써 오염 물질을 제외한 유체만이 중공사막을 선택적으로 투과하게 된다.

카세트(cassette) 단위로 제작 및 설치되는 침지식 여과장치의 경우, 중공사막 모듈이 장착된 프레임이 여과조 내의 원수에 침지된다. 중공사막의 중공에 음압이 가해져 막간차압이 발생하고, 이러한 막간차압으로 인해 오염 물질을 제외한 유체만이 중공사막을 선택적으로 투과한다. 한편, 유체에 존재하던 불순물은 중공사막의 외표면 상에 퇴적함으로써 중공사막의 오염을 초래한다. 중공사막의 오염은 중공사막의 여과 성능을 저하시킨다.

따라서, 이와 같은 중공사막의 오염을 줄이기 위하여 여과 작업 중에 산기 세정이 일반적으로 수행된다. 산기 세정에 의하면, 공기를 막 아래에서 막을 향해 분출시켜 공기 방울이 솟아오르도록 함으로써 공기 방울 자체에 의해 막 표면에 붙어 있는 이물질을 제거할 뿐만 아니라 여과조에 담겨 있는 물의 상승 또는 순환을 야기시킴으로써 이물질을 막 표면으로부터 제거한다. 이와 같은 산기 세정을 위하여, 상기 카세트는 상기 중공사막 모듈 외에도 상기 프레임 내에 산기관을 더 포함한다.

그러나, 산기관을 통해 공기를 원수 내로 분출시키기 위하여 블로워를 작동시키는데 상당한 전력 및 비용이 소모되었다.

더욱이, 이와 같은 산기 세정에도 불구하고, 여과 작업이 수행되는 동안 중공사막의 외표면 상에 슬러지와 같은 불순물이 쌓이게 되는 것을 피할 수 없었다. 특히, 중공사막의 길이방향이 원수의 수면에 평행하도록 중공사막이 배치되는 수평형 중공사막 모듈의 경우 막 오염 현상이 심각하다. 또한, 중공사막의 길이방향이 원수의 수면에 수직이 되도록 중공사막이 배치되는 수직형 중공사막 모듈의 경우에도 하부 헤더 부근의 중공사막 부분에는 기포가 도달하지 않아 세정이 거의 이루어지 않는 문제가 발생한다.

따라서, 소정의 세정 주기에 따라 여과 작업을 중단하고 카세트를 원수로부터 꺼내어 중공사막을 세정하여야 한다. 그러나, 중공사막들 사이에 적층되어 있는 슬러지 등의 불순물은 쉽게 제거되지 않는다. 따라서 상당한 크기의 물리적 힘(예를 들어, 물 분사)을 상기 중공사막에 가함으로써 중공사막들 사이에 적층되어 있는 슬러지 등의 불순물을 제거할 필요가 있었다. 그러나, 불순물 제거를 위해 중공사막에 물리적 힘을 가할 때 상기 중공사막의 손상이 야기되는 문제가 빈번히 발생하였다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 침지식 여과 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 관점은, 여과작업에 따른 중공사막의 오염을 효과적으로 방지할 수 있고 여과 작업에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있으며 여과 작업 중에 여과장치에 퇴적되는 슬러지를 용이하게 제거할 수 있는 침지식 여과장치를 제공하는 것이다.

위에서 언급된 본 발명의 관점 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 처리되어야 할 원수 내에 침지되어 여과 작업을 수행하는 침지식 여과장치로서, 프레임; 상기 프레임을 둘러싸며 상기 원수에 대한 1차 여과작업을 수행함으로써 제1 여과수를 생산하는 평막; 및 상기 프레임 내에 장착되며 상기 제1 여과수에 대한 2차 여과작업을 수행함으로써 제2 여과수를 생산하는 중공사막 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치가 제공된다.

상기 평막은 부직포일 수 있다.

상기 부직포는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.

상기 침지식 여과장치는, 상기 평막을 상기 프레임 측으로 가압하기 위한 프레싱 바(pressing bar) 및 상기 프레싱 바를 상기 프레임 상에 고정시키기 위한 볼트를 더 포함할 수 있다.

상기 침지식 여과장치는, 상기 평막을 상기 프레임 상에 탈부착시키기 위한 후크-앤-루프 고정부재(hook-and-loop fasteners)를 더 포함할 수 있다.

상기 평막은 일체형일 수 있으며, 상기 프레임 및 그 안에 장착된 상기 중공사막 모듈이 상기 평막 내로 인입되거나 상기 평막으로부터 인출될 수 있도록 상기 평막은 개폐 가능한 것일 수 있다.

상기 평막은 지퍼(zipper)에 의해 개폐될 수 있다.

상기 중공사막 모듈은, 상기 원수의 수면과 수직인 길이방향을 각각 갖는 제1 및 제2 헤더들; 및 상기 제1 및 제2 헤더들에 양 말단들이 각각 포팅되어 있으며 상기 원수의 수면에 평행한 길이방향을 갖는 중공사막을 포함할 수 있다.

위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.

본 발명에 의하면, 평막의 1차 여과작업에 의해 생산되는 비교적 깨끗한 여과수만이 중공사막에 의해 2차로 여과되기 때문에, 중공사막에 걸리는 부하가 감소될 뿐만 아니라, 여과 작업에 따른 중공사막의 오염이 효과적으로 방지됨으로써 중공사막의 세정 주기 및 수명이 연장될 수 있다.

또한, 본 발명의 침지식 여과장치는 산기 세정의 생략을 가능하게 함으로써 여과 작업에 따른 전력 소모를 최소화할 수 있고, 그 결과 여과 작업에 소요되는 비용을 최소화시킬 수 있다.

또한, 일정 주기 동안 여과 작업이 진행된 후에 상기 여과 작업 중 1차 여과작업을 담당하였던 평막을 간단한 방법으로 교체함으로써 상기 여과 작업 중에 여과 장치(즉, 평막)에 퇴적된 슬러지 등의 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.

또한, 불순물을 제거함에 있어서 물 분사와 같은 물리적 힘을 중공사막에 가하지 않아도 되기 때문에, 본 발명에 의하면 중공사막의 수명이 연장되는 효과도 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카세트의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 여과장치를 보여주는 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 평막을 프레임에 상에 고정하기 위한 수단을 보여주고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 평막을 프레임에 상에 고정하기 위한 수단을 보여주며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 침지식 여과장치를 개략적으로 보여준다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 침지식 여과장치의 실시예들을 상세하게 설명한다.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카세트의 사시도이다.

도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카세트(100)는 프레임(100) 및 상기 프레임(100) 내에 장착되는 다수의 중공사막 모듈들(120)을 포함한다.

상기 중공사막 모듈들(120) 각각은, 처리되어야 할 원수의 수면과 수직인 길이방향을 각각 갖는 제1 및 제2 헤더들(121, 122), 및 상기 제1 및 제2 헤더들(121, 122)에 양 말단들이 고정층(123)을 통해 각각 포팅되어 있으며 상기 원수의 수면에 평행한 길이방향을 갖는 중공사막(124)을 포함한다.

도 1이 수평형 중공사막 모듈(120)을 비록 예시하고는 있으나 본 발명이 이것으로 제한되는 것은 아니며, 중공사막의 길이 방향이 원수의 수면에 수직인 수직형 중공사막 모듈도 본 발명의 범위에 포함된다.

본 발명의 중공사막(124)의 제조에 사용될 수 있는 고분자는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화 폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 및 폴리에스테리이미드 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막(124)은 단일막 형태 또는 복합막 형태일 수 있다. 상기 중공사막(124)이 복합막 형태일 경우, 상기 중공사막(124)은 튜브형 브레이드 및 그 표면상에 고팅된 고분자 박막을 포함할 수 있다. 상기 튜브형 브레이드는 폴리에스테르 또는 나일론으로 제조될 수 있다.

상기 중공사막(124)의 일단이 제1 고정층(보이지 않음), 예를 들어 폴리우레탄을 통해 제1 헤더(121)에 고정되어 있다. 제1 헤더(121)는 그 내부에 집수 공간을 갖고, 중공사막(124)은 제1 헤더(121)의 집수 공간과 유체 연통되어 있다. 즉, 중공사막(124)을 투과하여 그 중공으로 유입된 여과수는 제1 헤더(121) 내의 집수 공간으로 흘러들어간다.

중공사막(124)의 타단이 제2 고정층(123), 예를 들어 폴리우레탄을 통해 제2 헤더(122)에 고정되어 있다. 중공사막(124)을 투과한 여과수가 제1 및 제2 헤더들(121, 122) 양측으로 흐르도록 설계되는 경우 상기 제2 헤더(122)는 그 내부에 집수 공간을 갖는다. 반대로, 중공사막(124)을 투과한 여과수가 제1 헤더(121) 측으로만 흐르도록 설계될 경우, 상기 제2 헤더(122)는 그 내부에 집수 공간을 가질 필요는 없다.

이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 여과장치를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 여과장치를 보여주는 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평막을 프레임에 상에 고정하기 위한 서로 다른 수단들을 각각 보여준다.

도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 침지식 여과장치는 카세트(100) 및 상기 카세트(100)를 둘러싸는 평막(200)을 포함한다.

더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명의 침지식 여과장치는 프레임(110), 상기 프레임(110)을 둘러싸는 평막(200), 및 상기 프레임(110) 내에 장착되는 중공사막 모듈(120)을 포함한다.

도 2에 예시된 바와 같이, 상기 프레임(110)은 직육면체의 골격 형태를 가지고, 본 발명의 일 실시예에 따른 평막(200)은 상기 프레임(110)의 상면, 하면, 정면, 후면, 좌측면 및 우측면에 각각 결합되는 총6개의 단위 평막들(200)을 포함한다.

도 3에 예시된 바와 같이, 상기 침지식 여과장치는 상기 평막(200)을 상기 프레임(110) 측으로 가압하기 위한 프레싱 바(pressing bar)(310) 및 상기 프레싱 바(310)를 상기 프레임(110) 상에 고정시키기 위한 볼트(320)를 더 포함할 수 있다.

상기 프레싱 바(310) 및 볼트(320)에 의해 단위 평막들(200)이 프레임(110)에 강하게 밀착 고정되기 때문에, 상기 평막(200)을 통과하는 것만이 원수가 상기 중공사막(124)에 도달할 수 있는 유일한 길이다. 즉, 평막(200)의 1차 여과작업에 의해 생산되는 비교적 깨끗한 여과수만이 중공사막(124)에 의해 2차로 여과되기 때문에, 중공사막(124)에 걸리는 부하가 감소될 뿐만 아니라, 여과 작업에 따른 중공사막(124)의 오염이 효과적으로 방지됨으로써 중공사막(124)의 세정 주기 및 수명이 연장될 수 있다.

또한, 일정 주기 동안 여과 작업이 진행된 후에 상기 여과 작업 중 1차 여과작업을 담당하였던 평막(200)을 상기 볼트(320)를 풀러 프레임(110)과 분리한 후 상기 평막(200)을 세정하거나 새 평막으로 교체함으로써 상기 여과 작업 중에 여과 장치(즉, 평막)에 퇴적된 슬러지 등의 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.

대안적으로, 도 4에 예시된 바와 같이, 상기 프레싱 바(310) 및 볼트(320) 대신에 후크-앤-루프 고정부재(hook-and-loop fasteners)(400)를 이용하여 상기 평막(200)을 상기 프레임(110) 상에 더욱 용이하게 탈부착시킬 수 있다.

상기 고정 부재(400)는 후크 밸크로 스트립(410) 및 루프 밸크로 스트립(420)을 포함할 수 있다. 상기 후크 밸크로 스트립(410) 및 루프 밸크로 스트립(420)은 상기 프레임(110) 및 단위 평막(200) 상에 각각 부착되거나 그 역으로 부착될 수도 있다.

상기 평막(200)은 처리되어야 할 원수에 대한 1차 여과작업을 수행함으로써 제1 여과수를 생산한다. 상기 평막(200)은 수백 ㎛의 기공 크기를 갖는 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 우수한 내화학성을 갖는 동시에 비교적 저렴한 물질인 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 상기 평막(200)이 상기 카세트(100)를 둘러싸고 있기 때문에, 상기 평막(200)을 통과한 제1 여과수만이 상기 카세트(100)의 중공사막 모듈(120)에 접근 가능하고, 상기 중공사막 모듈(120)은 상기 제1 여과수에 대한 2차 여과작업을 수행함으로써 제2 여과수를 생산한다.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 침지식 여과장치를 구체적으로 설명한다.

도 5에 예시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 침지식 여과장치는 직육면체 형태를 갖는 일체형의 평막(200) 및 상기 평막 안에 삽입되는 카세트(100)를 포함한다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 의한 침지식 여과장치는 카세트(100)를 둘러싸는 상기 평막(200)이 일체형이라는 점에서 도 2에 예시된 침지식 여과장치와 상이하다.

도 5에 예시된 바와 같이, 상기 프레임(110) 및 그 안에 장착된 상기 중공사막 모듈(120)이 상기 평막(200) 내로 인입되거나 상기 평막(200)으로부터 인출될 수 있도록 상기 일체형의 평막(200)은 그 한 면이 지퍼(zipper)(210)에 의해 개폐될 수 있다.

여과 작업 중에는 상기 평막(200)의 입구가 폐쇄됨으로써 상기 평막(200)을 통과한 제1 여과수만이 상기 카세트(100)의 중공사막 모듈(120)에 접근 가능하고, 상기 중공사막 모듈(120)은 상기 제1 여과수에 대한 2차 여과작업을 수행함으로써 제2 여과수를 생산한다.

일정 주기 동안 여과 작업이 진행된 후에 상기 여과장치를 원수로부터 꺼내고, 1차 여과작업을 담당하였던 평막(200)의 입구를 개방하여 카세트(100)를 꺼내고, 상기 평막(200)을 따로 세정하거나 새 평막으로 교체함으로써 상기 여과 작업 중에 여과 장치(즉, 평막)에 퇴적된 슬러지 등의 불순물을 용이하게 제거할 수 있다.

100: 카세트 110: 프레임
120: 중공사막 모듈 200: 평막
210: 지퍼 310: 프레싱 바
320: 볼트 400: 후크-앤-루프 고정부재
410: 후크 밸크로 스트립 420: 루프 밸크로 스트립

Claims (8)

1. 처리되어야 할 원수 내에 침지되어 여과 작업을 수행하는 침지식 여과장치에 있어서,
   프레임;
   상기 프레임을 둘러싸며 상기 원수에 대한 1차 여과작업을 수행함으로써 제1 여과수를 생산하는 평막; 및
   상기 프레임 내에 장착되며 상기 제1 여과수에 대한 2차 여과작업을 수행함으로써 제2 여과수를 생산하는 중공사막 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 평막은 부직포인 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 부직포는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 평막을 상기 프레임 측으로 가압하기 위한 프레싱 바(pressing bar); 및
   상기 프레싱 바를 상기 프레임 상에 고정시키기 위한 볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 평막을 상기 프레임 상에 탈부착시키기 위한 후크-앤-루프 고정부재(hook-and-loop fasteners)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 평막은 일체형이며,
   상기 프레임 및 그 안에 장착된 상기 중공사막 모듈이 상기 평막 내로 인입되거나 상기 평막으로부터 인출될 수 있도록, 상기 평막은 개폐 가능한 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 평막은 지퍼(zipper)에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 중공사막 모듈은,
   상기 원수의 수면과 수직인 길이방향을 각각 갖는 제1 및 제2 헤더들; 및
   상기 제1 및 제2 헤더들에 양 말단들이 각각 포팅되어 있으며 상기 원수의 수면에 평행한 길이방향을 갖는 중공사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지식 여과장치.

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