KR20160074200A

KR20160074200A - Membrane Distillation Module

Info

Publication number: KR20160074200A
Application number: KR1020140183217A
Authority: KR
Inventors: 이석헌; 정성필
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-28

Abstract

The present invention relates to a separation membrane module apparatus for membrane distillation. More specifically, the present invention relates to a separation membrane module apparatus for membrane distillation, which includes an introduced water side, a separation membrane, and a treated water side, wherein a heat transfer member, of which the whole or some thereof has a large specific surface area, is located in the introduced water side. According to the present invention, the separation membrane module increases yield of treated water.

Description

Membrane Distillation Module for Membrane Distillation [0002]

본 발명은 수처리 방법 중 막 증류 방법을 이용하는 분리막 모듈 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane module apparatus using a membrane distillation method in a water treatment method.

막 증류법(Membrane Distillation)은 소수성 고분자 분리막의 표면에서 상변화가 일어나고, 분리막의 표면 미세기공을 통해 증기가 투과하여 응축, 분리되는 공정으로서, 비휘발성 물질이나 휘발성이 상대적으로 낮은 물질을 분리 제거하는 탈염 공정에 이용되거나, 수용액 중에 휘발성이 높은 유기물을 분리하는데도 이용할 수 있다.Membrane Distillation is a process in which a phase change occurs on the surface of a hydrophobic polymer membrane and condensation and separation are performed by permeating the steam through the surface micropores of the membrane. As a result, a nonvolatile material or a substance having a relatively low volatility is separated and removed It can be used for the desalting process or for separating organic substances having high volatility in an aqueous solution.

막 증류에 대한 개념이 1940년에 제안된 이래, 현재에 이르기까지 막 증류에 대한 연구는 주로 미국, 유럽, 일본, 호주 중심으로 진행되어 왔다. 최근에 막 증류 분리 공정을 종래의 증발 또는 역삼투압막을 이용한 분리공정과 대체하려는 움직임이 활발하다.Since the concept of membrane distillation was proposed in 1940, studies on membrane distillation have been conducted mainly in the United States, Europe, Japan and Australia. Recently, there is a trend to replace the membrane distillation separation process with a conventional evaporation or separation process using a reverse osmosis membrane.

현재, 순수제조나 담수화 공정으로 사용되고 있는 증발법과 역삼투압법은 에너지가 많이 소요되는데, 특히 역삼투압법은 오염과 파울링의 문제로 인하여 사용 전에, 여러 단계의 전처리 과정을 거치므로 운전 관리상의 어려At present, the evaporation method and the reverse osmosis method which are used in the pure water production and desalination processes require a lot of energy. In particular, since the reverse osmosis method is subjected to several stages of pretreatment before use due to contamination and fouling,

움뿐만 아니라, 높은 압력에서 운전되므로 펌프동력원인 전기에너지가 많이 사용되어 관리비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
There is a problem in that a large amount of electric energy, which is a pump power source, is used and the maintenance cost is high.

반면에, 막 증류(membrane distillation)는 다공성 막을 사용하면서 한외여과법과 역삼투압법에 비해 낮은 압력에서 운전되며 증기압 분압차에 의해 분리가 이루어진다. 또한, 상기 막 증류 분리법을 이용하면, 염과 같은 비휘발성 물질을 분리제거하는데 있어서 전통적인 증류법이 가지는 비말 동반이 없고 높은 압력으로 운전되는 여과기 또는 분리막을 사용하지 않아도 된다.On the other hand, membrane distillation is operated at a lower pressure than that of ultrafiltration and reverse osmosis using a porous membrane, and is separated by the difference in partial pressure of vapor pressure. In addition, when the membrane distillation separation method is used, separation and removal of nonvolatile substances such as salts are free from the entrainment of the conventional distillation method, and it is not necessary to use a filter or separation membrane operated at a high pressure.

이러한 막 증류 분리공정의 장점으로 인하여, 막 증류법을 이용한 담수화(탈염화) 처리공정은 저비용의 유틸리티와 분리장치의 내구성이 우수하므로 전 세계적으로 음용수 생산에 있어 경쟁력있는 방법 중의 하나로 부상하고 있다.
Due to the advantages of this membrane distillation separation process, the desalination process using the membrane distillation method is emerging as one of the competitive methods in the production of drinking water all over the world because of the durability of low-cost utility and separator.

막 증류법은 소수성 고분자 분리막을 이용하는데, 용매나 용질(친수성 물질)의 표면장력이 분리막 표면보다 커서 액체 상태로는 막 기공(membrane pore)을 통과하지 못하고, 상기 분리막 표면에서 반발되며, 분리막의 표면 기공입구에서 분리대상 물질이 증기상으로 상변환되어 기공 안으로 확산, 투과되어 최종적으로 투과측에서 응축, 분리되는 것이다.
Membrane distillation utilizes a hydrophobic polymer membrane. The membrane or membrane (hydrophilic material) has a surface tension larger than that of the membrane, so that it can not pass through the membrane pore in a liquid state and is repelled on the surface of the membrane. At the pore inlet, the substance to be separated is phase-converted into a vapor phase, diffused and permeated into pores, and finally condensed and separated at the permeation side.

이러한 막 증류법은 유입용액이 분리막을 통과하는 유입수측과 분리대상 물질이 응축 및 분리되는 처리수측으로 구성된 분리막 모듈을 통해 수행된다.
This membrane distillation method is carried out through a separator module composed of an influent side through which the influent solution passes through the separator and a treated water side where the separating material condenses and separates.

하지만, 막 증류법은 상기와 같은 장점에도 불구하고, 유입수측과 처리수측 사이의 증기압차를 유발하기 위하여 열 에너지를 필연적으로 사용할 수 밖에 없기 때문에, 전체 운전 비용 중 가장 큰 비중을 차지하는 것이 열 에너지의 확보이며, 이로 인한 에너지 비용 부담으로 인해 다른 수처리 방법에 비해 비용적으로 불리한 점이 있어 왔다.However, despite the above advantages, the membrane distillation method necessarily uses thermal energy to induce a difference in vapor pressure between the influent side and the treated water side. Therefore, it is the heat energy And there is a cost disadvantage compared to other water treatment methods due to the energy cost burden.

또한, 막 증류 공정에서는 유입수와 처리수의 온도차를 일정하게 유지시켜 지속적으로 증기압차를 유지시키는 것이 중요하며, 따라서 막증류용 분리막 모듈 내부에 온도를 효과적으로 전달하는 것이 막 증류 공정의 수처리 성능에 큰 영향을 미친다.
In the membrane distillation process, it is important to keep the temperature difference between the influent water and the treated water constant to maintain the vapor pressure difference continuously. Therefore, it is important that the temperature is effectively transferred to the inside of the membrane module for membrane distillation, It affects.

따라서, 막 증류 공정에서 열 에너지의 손실을 최소화하여 에너지 비용을 절감할 수 있고, 분리막 모듈 내부에 열에너지가 효과적으로 전달되어 수 처리 성능을 향상시킬 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
Therefore, it is required to develop a technique capable of reducing the energy cost by minimizing the loss of heat energy in the membrane distillation process and effectively transferring thermal energy to the inside of the separation membrane module, thereby improving water treatment performance.

본 발명은 막 증류 모듈 장치의 유입수측에 유입되는 유입수가 상기 모듈 장치 외부에서 가열되어, 상기 가열된 유입수가 모듈 외부에서 모듈로 이송되는 과정에서 열손실이 발생하는 것을 방지하고, 막 증류 모듈 장치 내의 유입수측의 유입 원수에 열 공급이 효율적으로 이루어지도록 하여 열 에너지 비용을 절감하고, 처리수의 수득율을 높이는데 그 목적이 있다.
The present invention prevents the occurrence of heat loss in the process of the influent water flowing into the influent water side of the membrane distillation module device from the outside of the module device and being transferred from the outside of the module to the module, The efficiency of heat supply to the influent water on the influent side of the furnace is reduced, thereby reducing the heat energy cost and increasing the yield of treated water.

본 발명은 막 증류용 분리막 모듈 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유입수측, 분리막 및 처리수측으로 구성된 분리막 모듈 장치에 있어서, 상기 유입수측 내에 전부 또는 일부가 비표면적이 넓은 형상으로 이루어진 열전달 부재가 위치하는 막 증류용 분리막 모듈 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane module apparatus for membrane distillation, and more particularly, to a membrane module apparatus composed of an influent side, a separation membrane and a treated water side, in which a heat transfer member having a large specific surface area, To a membrane separation membrane module for membrane distillation.

본 발명에서 상기 열전달 부재는 열전도율이 높은 소재라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 예를 들면 고분자 수지에 금속 충진제, 탄소계 충진제, 질소계 충진제 등 열전도성 충진제를 충진시켜 제조된 것일 수도 있고, 열전도율이 높은 구리, 알루미늄 등 금속 소재로 이루어진 것일 수도 있다.In the present invention, the heat transfer member may be any material having a high thermal conductivity. For example, the heat transfer member may be made by filling a polymer resin with a thermally conductive filler such as a metal filler, a carbon filler, or a nitrogen filler, Or may be made of a metal material such as high copper or aluminum.

또한, 상기 열전달 부재는 외부의 열원으로부터 공급되는 열을 막 증류 모듈 장치의 유입수측에 전달함과 동시에 분리막의 표면 주변으로 열 확산이 효율적으로 잘 이루어지도록 열전달 부재의 전부 또는 일부가 비표면적이 넓은 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 비표면적이 넓은 형상은 특별히 한정적인 것은 아니며, 예를 들면 다수의 섬모 형상, 다수의 돌기 형상, 솜 형상 또는 그물망 형상 등과 같이 넓은 비표면적을 가지면서 유입수의 유동에 어느 정도 저항으로 작용하여 막 증류 모듈 장치의 유입수측 내의 유입수의 체류시간을 좀 더 늘려 상기 유입수측을 통과하는 유입수의 전체에 걸쳐 열 전달이 고르고 효율적으로 이루어지도록 하는 형태일 수 있다. 일 예를 들면, 면상 형태의 열전달 부재의 경우, 분리막 쪽으로 마주하는 일면이 다수의 섬모 형상 또는 다수의 돌기 형상으로 형성되어 있는 것일 수 있으며, 열전달 부재 전체가 다공성의 솜 형상 일 수도 있다.
In addition, the heat transfer member transfers heat supplied from an external heat source to the inflow side of the membrane distillation module apparatus, and at the same time, all or a part of the heat transfer member has a large specific surface area . The shape having a large specific surface area is not particularly limited. For example, it may have a large specific surface area such as a large number of cilia, a plurality of projections, a cotton or a mesh, The residence time of the inflow water in the inflow side of the distillation module apparatus may be further increased so that the heat transfer is uniformly and efficiently performed over the entire inflow water passing through the inflow side. For example, in the case of a plate-shaped heat transfer member, one surface facing the separation membrane may be formed in a plurality of ciliary patterns or a plurality of protrusions, or the entire heat transfer member may be porous cotton.

상기 열전달 부재는 본 발명의 막 증류 모듈 장치의 유입수측 내에서 장착되는 위치가 특별히 정해진 것은 아니며, 하나 또는 둘 이상의 열전달 부재가 위치할 수 있다.
The position of the heat transfer member mounted in the inflow side of the membrane distillation module apparatus of the present invention is not particularly defined, and one or more heat transfer members may be located.

본 발명에 의하면 막 증류 모듈 장치 내의 유입수측에 열전달 부재를 구비하고 있어 직접적으로 유입수측의 유입수에 열을 공급할 수 있으므로, 종래와 같이 모듈 장치 외부에서 가열된 유입수가 모듈로 이송되는 과정에서 발생하는 열 손실을 방지할 수 있고, 특히 열전달 부재의 전부 또는 일부가 열 확산 효율이 높은 형상으로 되어 있어, 외부로부터 공급되는 열 에너지 대비 막 증류 모듈 장치 내의 유입수에 보다 효율적인 열 전달이 가능하고, 유입 원수의 흐름에 어느 정도 저항으로 작용하여 유입 원수가 유입수측 내에서 더욱 더 오래 체류할 수 있어, 유입 원수를 보다 집중적으로 가열할 수 있으므로, 투입 에너지 대비 유입수측 내의 유입 원수의 가열 효율을 높일 수 있고, 이로 인해 열 에너지 비용을 절감할 수 있고, 소모되는 에너지 대비 처리수의 수득율을 높일 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, since the heat transfer member is provided on the influent water side in the membrane distillation module apparatus, heat can be directly supplied to the influent water on the influent water side. Therefore, It is possible to more efficiently transfer heat to the influent water in the membrane distillation module device compared with the heat energy supplied from the outside, It is possible to heat the inflowing source water more intensively, so that the heating efficiency of the inflowing water in the inflowing side with respect to the input energy can be increased , Which can reduce the cost of thermal energy, and It is possible to improve the yield of a number.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막 증류용 분리막 모듈 장치를 포함하는 막 증류 시스템 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 막 증류 시스템에서 원수 공급 펌프를 포함하지 않는 막 증류 시스템 구조를 나타낸 것이다.1 shows a membrane distillation system structure including a membrane module apparatus for membrane distillation according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a membrane distillation system structure without the raw water feed pump in the membrane distillation system of Figure 1;

이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 막 증류용 분리막 모듈 장치는 그 형태가 특별히 정해진 것은 아니며, 예를 들면 침지식의 형태, 가압식의 형태든 어떠한 형태라도 무방하다. 또한, 본 발명의 막 증류용 분리막 모듈 장치는 어떠한 방식의 막 증류용 분리막 모듈 장치에도 적용이 가능하며, 예를 들면 Direct Contact Membrane Distillation(DCMD) 방식, Air Gap Membrane Distillation(AGMD) 방식, Vacuum Membrane Distillation(VMD) 방식, Sweep Gas Membrane Distillation(SGMD) 방식 등에 적용될 수 있다.
The shape of the membrane module for membrane distillation according to the present invention is not particularly limited, and may be any shape, for example, an immersion type or a pressure type. In addition, the membrane module for membrane distillation according to the present invention can be applied to any type membrane module for membrane distillation. For example, it is possible to use a direct contact membrane distillation (DCMD) method, an air gap membrane distillation (AGMD) Distillation (VMD) method, Sweep Gas Membrane Distillation (SGMD) method, and the like.

본 발명에서 상기 유입수측은 막 증류용 분리막 모듈 장치의 구성 중 외부로부터 유입된 원수가 통과하는 부분으로, 외부에서 유입된 원수는 본 발명의 막 증류용 분리막 모듈 장치의 유입수측을 통과하는 과정 중에 원수 내에 존재하는 증기가 유입수측과 처리수측 간의 증기압차에 의해 상기 분리막을 통과하여 처리수측으로 이동하게 된다.
In the present invention, the influent water is a portion through which the raw water introduced from the outside passes through the membrane distillation module device for membrane distillation, and the raw water introduced from the outside passes through the influent water side of the membrane- The steam present in the steam passage passes through the separation membrane and moves toward the treated water due to the difference in vapor pressure between the influent water side and the treated water side.

본 발명에서 상기 원수는 순수(pure water)를 분리할 필요가 있는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예를들면 오폐수, 해수 등일 수 있다. 본 발명에서 모듈 내 유입수측의 원수는 유입수측과 처리수측 사이에 증기압차를 유발하기 위하여 처리수측의 처리수에 비해 상대적으로 온도가 높으며, 상기 유입수측과 처리수측 사이의 온도차는 특별히 한정되는 것은 아니나, 에너지 효율 및 순수 수득율을 고려할 때 600 이하인 것이 바람직할 수 있다.
In the present invention, the raw water may be any water as long as pure water needs to be separated, for example, wastewater, sea water, or the like. In the present invention, the raw water on the influent water side in the module is relatively higher in temperature than the treated water on the treated water side in order to cause a difference in vapor pressure between the influent water side and the treated water side, and the temperature difference between the inflow water side and the treated water side is particularly limited However, considering the energy efficiency and the pure yield, it may be preferable to be 600 or less.

한편, 본 발명에서는 분리막을 통한 증기의 투과량을 높이기 위해서 유입수측의 온도는 가능한 한 높은 것이 유리할 수 있다. 이는 유입수측의 유입수 온도가 높아질수록 증기압이 증가하게 되고, 결과적으로 분리막을 통한 증기 투과의 원동력인 유입수측과 처리수측 간의 증기압차가 커지기 때문이다.
On the other hand, in the present invention, it is advantageous that the temperature of the inflow water side is as high as possible in order to increase the permeation amount of the vapor through the separation membrane. This is because the higher the influent water temperature on the influent side, the greater the vapor pressure, and consequently the difference in the vapor pressure between the influent and the treated water, which is the driving force of the vapor permeation through the separator.

또한, 본 발명에 따른 막 증류용 분리막 모듈 장치에 있어서, 유입수측의 유입수(원수)의 흐름은 정수량을 향상시키기 위해 반복적으로 일정 시간 동안 정지할 수 있다. 유입수측의 흐름을 정지시켜 충분한 정수량을 얻은 다음에는 모듈 장치내의 잔류 원수는 모듈 장치 외부로 배출하고, 모듈 장치 내의 유입수측으로 새로운 원수를 공급하게 되며, 다시 유입수측의 흐름을 정지시키고 상기와 같은 과정을 반복적으로 진행할 수 있다.Further, in the membrane module for membrane distillation according to the present invention, the flow of influent water (raw water) on the influent water side can be repeatedly stopped for a predetermined time period in order to improve the purified water quantity. After the flow of the inflow water is stopped to obtain a sufficient purified water, the residual water in the module device is discharged to the outside of the module device, and the new raw water is supplied to the inflow water side in the module device. Can be repeatedly performed.

또한, 연속식으로 원수를 유입하면서 농축된 잔류 원수(농축수)를 일정 유량으로 배출할 수 있으며, 운전 후 일정 시간이 지나거나 농축수의 농도가 일정 농도 이상으로 증가하는 경우 농축수를 배출하는 방식으로 상기 막 증류용 분리막 모듈 장치를 이용한 막 증류 공정을 운영할 수 있다.In addition, it is possible to discharge the concentrated residual water (concentrated water) while introducing raw water in a continuous manner at a constant flow rate. When a certain time has elapsed after the operation or when the concentration of the concentrated water increases to a certain concentration or more, The membrane distillation process using the membrane module for distillation for membrane separation can be operated.

본 발명에 따른 막 증류용 분리막 모듈 장치는 상기와 같이 유입수측의 흐름을 계속적으로 유지하는 것이 아니라, 일정 시간 간격으로 유입수가 흐를 수 있도록 하므로, 기존의 막 증류용 모듈 장치에 비해 유입수측의 흐름에 사용되는 펌프 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있다.
Since the membrane module for membrane distillation according to the present invention can flow the influent water at a predetermined time interval instead of continuously maintaining the flow on the influent water side as described above, And the pump energy used in the pump can be reduced.

또한, 상기 열전달 부재는 외부의 열원으로부터 공급되는 열을 막 증류 모듈 장치의 유입수측에 전달함과 동시에 분리막의 표면 주변으로 열 확산이 효율적으로 잘 이루어지도록 열전달 부재의 전부 또는 일부가 비표면적이 넓은 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 비표면적이 넓은 형상은 특별히 한정적인 것은 아니며, 예를 들면 다수의 섬모 형상, 다수의 돌기 형상, 솜 형상 또는 그물망 형상 등과 같이 넓은 비표면적을 가지면서 유입수의 유동에 어느 정도 저항으로 작용하여 막 증류 모듈 장치의 유입수측 내의 유입수의 체류시간을 좀 더 늘려 상기 유입수측을 통과하는 유입수의 전체에 걸쳐 열 전달이 고르고 효율적으로 이루어지도록 하는 형태일 수 있다. 일 예를 들면, 면상 형태의 열전달 부재의 경우, 분리막 쪽으로 마주하는 일면이 다수의 섬모 형상 또는 다수의 돌기 형상으로 형성되어 있는 것일 수 있으며, 열전달 부재 전체가 다공성의 솜 형상 일 수도 있다.In addition, the heat transfer member transfers heat supplied from an external heat source to the inflow side of the membrane distillation module apparatus, and at the same time, all or a part of the heat transfer member has a large specific surface area . The shape having a large specific surface area is not particularly limited. For example, it may have a large specific surface area such as a large number of cilia, a plurality of projections, a cotton or a mesh, The residence time of the inflow water in the inflow side of the distillation module apparatus may be further increased so that the heat transfer is uniformly and efficiently performed over the entire inflow water passing through the inflow side. For example, in the case of a plate-shaped heat transfer member, one surface facing the separation membrane may be formed in a plurality of ciliary patterns or a plurality of protrusions, or the entire heat transfer member may be porous cotton.

본 발명은 상기와 같이 열전달 부재의 전부 또는 일부가 열 확산 효율이 높은 형상으로 되어 있어, 외부로부터 공급되는 열 에너지 대비 막 증류 모듈 장치 내의 유입수에 보다 효율적인 열 전달 및 온도 상승 효과를 가져올 수 있다.As described above, all or a part of the heat transfer member has a high heat diffusion efficiency. As a result, the heat transfer efficiency and the temperature increase effect can be more effectively applied to the influent water in the membrane distillation module device compared with the heat energy supplied from the outside.

상기 열전달 부재는 외부 열원(heat source)으로부터 공급되는 열을 효과적으로 유입수측의 분리막 주변의 유입 원수에 전달하기 위하여 막 증류 모듈 장치의 유입수측 내의 일 영역에 위치하며, 상기 유입수측 내에는 하나 또는 둘 이상의 열전달 부재가 위치할 수 있다. 즉, 기존의 막 증류(membrane distillation) 기술의 경우, 외부에서 이미 가열된 원수를 분리막 모듈로 유입하는 과정에서 열 손실(heat loss)이 발생하여 에너지 효율이 저하된 반면에, 본 발명의 경우 원수를 외부에서 미리 가열하지 않고, 분리막 모듈 장치 내의 유입수측에서 상기 외부 열원으로부터 열을 공급받은 상기 열전달 부재에 의해 직접적으로 원수에 열을 전달하여 외부로 손실 되는 열을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 열전달 부재가 차지하는 공간만큼 유입수측의 공간을 좁게하여 열을 유입수에 전달함으로써, 기존의 유입수측 전체 공간의 유입수에 열 에너지가 소비되는 방식에 비해 에너지 소비를 줄일 수 있다.
Wherein the heat transfer member is located in one region of the membrane distillation module apparatus in the influent water side to effectively transfer the heat supplied from the external heat source to the influent water around the separator membrane on the influent water side, Or more of the heat transfer member may be located. That is, in the case of the conventional membrane distillation technique, heat loss is generated in the process of introducing the raw water already heated from the outside into the separation membrane module, resulting in a decrease in energy efficiency. On the other hand, The heat transferred to the raw water can be minimized by directly transferring the heat to the raw water by the heat transfer member supplied with heat from the external heat source on the inflow water side in the separation membrane module apparatus without heating it from the outside. In addition, according to the present invention, the space on the influent water side is narrowed by the space occupied by the heat transfer member, and the heat is transferred to the influent water, so that energy consumption can be reduced as compared with a method in which thermal energy is consumed in the influent water in the existing inflow-

상기 외부 열원(heat source)은 본 발명의 막 증류용 분리막 모듈 장치의 외부에 위치하는 열의 공급원으로서, 특별히 그 종류가 제한되는 것은 아니며, 열전달 부재에 열을 공급해 줄 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하다. 예를 들면, 전기 히터, 가스 히터, 태양열 히터 등이 될 수 있다.
The external heat source is not limited to the type of the heat source located outside the membrane module device for membrane distillation of the present invention, and any heat source may be used as long as it can supply heat to the heat transfer member . For example, electric heaters, gas heaters, solar heaters, and the like.

본 발명은 경우에 따라서 상기 유입수측의 유입수 수용공간을 처리수측의 처리수 수용공간 보다 적게 하여 모듈 내에 유입된 유입수가 보다 신속하게 가열될 수 있도록 할 수 있다. 본 발명에서 유입수측의 유입수 수용 공간의 부피 대비 처리수측의 처리수 수용 공간의 부피 비는 특별히 정해진 것은 아니나, 1 : 1.01 내지 100 인 것이 바람직할 수 있다. 이는 유입수 수용 공간의 부피 대비 처리수 수용 공간의 부피 비가 1 : 1.01 미만일 경우에는 부피 비가 1 : 1 일 때에 비해 유입수측의 원수의 가열 시간 단축 효과가 미비하며, 유입수 수용 공간의 부피 대비 처리수 수용 공간의 부피 비가 1 : 100 을 초과할 경우에는, 유입수의 수용 공간의 부피 비율이 지나치게 작아 본 발명에서 목적하는 정수량 달성에 이르지 못하는 문제가 있기 때문이다.According to the present invention, the inflow water accommodating space on the influent water side may be made smaller than the process water accommodating space on the process water side in some cases, so that the inflow water introduced into the module can be heated more quickly. In the present invention, the volume ratio of the treated water receiving space on the treated water side to the volume of the inflow water receiving space on the inflow water side is not particularly specified, but may preferably be 1: 1.01 to 100. This is because when the ratio of the volume of the inflow water receiving space to the volume of the processing water receiving space is less than 1: 1.01, the effect of shortening the heating time of the raw water on the inflow water side is insufficient compared with the case where the volume ratio is 1: When the volume ratio of the space is more than 1: 100, the volume ratio of the inflow space to the inflow water is too small to achieve the desired purified water amount in the present invention.

본 발명의 막 증류용 분리막 모듈 장치에 있어서, 상기 분리막은 소수성 고분자 분리막인 것이 바람직하다. 상기 분리막으로 소수성 고분자 분리막을 이용하는 이유는 용매나 용질(친수성 물질)의 표면장력이 분리막 표면보다 커서 액체 상태로는 막 기공(membrane pore)을 통과하지 못하고, 상기 분리막 표면에서 반발되며, 분리막의 표면 기공입구에서 분리대상 물질이 증기상으로 상변환되어 기공 안으로 확산, 투과되어 최종적으로 처리수측에서 응축, 분리되도록 하기 위함이다.In the separator membrane module for membrane distillation of the present invention, the separator is preferably a hydrophobic polymer separator. The reason for using the hydrophobic polymer membrane as the separator is that the surface tension of the solvent or solute (hydrophilic material) is larger than the surface of the separator membrane, so that it can not pass through the membrane pore in the liquid state and is repelled at the surface of the separator membrane, The material to be separated is phase-converted into a vapor phase at the pore inlet and diffused and permeated into the pores to be finally condensed and separated at the treated water side.

상기 소수성 고분자 분리막은 수처리 막으로서 소수성을 가지는 고분자라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 예를 들면 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리설폰(polysulfone, PSF), 폴리에테르설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리에테르이미드(Polyether lmide, PEI), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 또는 폴리아마이드(Polyamide, PA) 중에서 어느 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
The hydrophobic polymer separation membrane may be any water-treated polymer having hydrophobic properties. Examples of the hydrophobic polymer separation membrane include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polysulfone, (PSF), polyether sulfone (PES), polyetherimide (PEI), polyimide (PI), polyethylene (PE), polypropylene , PA) can be selected and used.

본 발명의 막 증류 용 분리막 모듈 장치에 있어서, 상기 처리수측은 분리막을 통과한 증기가 응축 및 분리되는 영역으로서 분리막을 통해 원수로부터 분리된 순수인 처리수가 수집되고 통과한다. 본 발명에서 모듈 내의 처리수측의 처리수는 유입수에 비해 상대적으로 온도가 낮은 것이 특징이다.
In the membrane module apparatus for membrane distillation according to the present invention, the treated water side is a region where steam passing through the separation membrane is condensed and separated, and pure water separated from raw water is collected and passed through the separation membrane. In the present invention, the treated water on the treated water side in the module is characterized in that the temperature is relatively lower than that of the influent water.

이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 하지만, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples of the present invention. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막 증류용 분리막 모듈 장치를 포함하는 막 증류 시스템 구조를 나타낸 것으로, 도 1에 의하면 본 발명에 따른 막 증류용 분리막 모듈 장치(100)는 유입수측(110), 처리수측(120) 및 분리막(130)으로 구성되어 있다.1 is a schematic diagram of a membrane distillation system including a membrane module for distilling a membrane according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the membrane module 100 for membrane distillation according to the present invention includes a membrane- The treated water side 120, and the separation membrane 130.

상기 유입수측(110)의 일영역에는 열전달 부재(140)가 장착되어 있으며, 상기 열전달 부재(140)는 외부 열원(141)으로부터 열 에너지를 공급 받아 열을 유입수측(110)의 유입 원수에 전달한다.A heat transfer member 140 is mounted on one side of the inflow water side 110. The heat transfer member 140 receives heat energy from the external heat source 141 and transfers heat to the inflow water of the inflow side 110 do.

상기 유입수측(110)은 외부로부터 유입된 원수가 막 증류용 분리막 모듈 장치(100) 내에서 체류하는 영역으로, 외부에서 유입된 원수는 상기 유입수측(110)에 체류하는 중에 원수 내에 존재하는 증기가 유입수측(110)과 처리수측(120) 간의 증기압차에 의해 상기 분리막(130)을 통과하여 처리수측(120)으로 이동하게 된다.The influent water side 110 is a region in which the raw water introduced from the outside stays in the membrane module apparatus 100 for membrane distillation and the raw water introduced from the outside flows into the steam (120) through the separation membrane (130) due to the difference in the vapor pressure between the influent water side (110) and the treatment water side (120).

유입수측(110)에 유입되어 체류하는 분리막(130) 주변 공간의 원수는 상기 열전달 부재(140)에서 전달되는 열 에너지를 공급 받아 가열되며, 이로 인해 유입수측(110)의 원수에 포함되어 있는 순수가 증기화 되고, 유입수측(110)의 증기압이 상승하게 된다.The raw water in the space surrounding the separation membrane 130 that flows into the influent water side 110 and is retained is heated by receiving the heat energy transferred from the heat transfer member 140. As a result, And the vapor pressure of the inflow water side 110 is increased.

특히, 도 1에 나타난 본 발명의 실시예에 의하면, 열전달 부재(140)는 분리막(130) 쪽을 마주하는 일면에 다수의 섬모 형상의 비표면적이 넓은 형상으로 이루어져 있어, 외부 열원(141)으로부터 공급 받은 열을 유입수측(140) 내의 유입 원수에 효과적으로 확산 및 전달시킬 수 있으며, 유입 원수의 흐름에 어느 정도 저항으로 작용하여 유입 원수가 유입수측 내에서 더욱 더 오래 체류할 수 있어, 유입 원수의 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
In particular, according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the heat transfer member 140 has a plurality of cilobar shapes having a large specific surface area on one surface facing the separation membrane 130, The supplied heat can be effectively diffused and transferred to the inflow water in the inflow water side 140 and the inflow source water can stay for a longer time in the inflow water side by acting as a resistance to the flow of the inflow water, The heating efficiency can be improved.

도 1을 통해 본 발명의 운전과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

먼저, 원수 저장 탱크(150)에 저장되어 있는 원수는 원수 순환 펌프(151)에 의해 본 발명의 분리막 모듈 장치(100)의 유입수측(110)으로 유입된다. 도 1과 같이 원수 순환 펌프(151)를 사용하는 경우는 상기 유입수측(110)이 유입된 원수로 가득 채워지면 원수의 유입을 차단하거나 연속으로 순환시킬 수 있다. 다음으로, 상기 유입수측(110)을 채우고 있는 원수는 유입수측(110)의 일 영역에 장착되어 있는 일면이 다수의 섬모 형상으로 이루어진 열전달 부재(140)로부터 전달되는 열 에너지를 공급 받아 가열되고, 이로써 원수 내에 포함되어 있는 순수가 증기화되어 유입수측(110)의 증기압이 상승한다. 한편, 분리막 모듈 장치(100) 내의 처리수측(120)은 처리수가 계속적으로 순환하며 통과하는 영역으로, 상기 처리수는 처리수 저장 탱크(160)로부터 처리수 순환 펌프(161)에 의해 분리막 모듈 장치(100)로 흐르게 되며, 그 과정 중에 상기 처리수는 냉각 장치(162)에 의해 냉각되어 분리막 모듈 장치(100)의 처리수측(120)으로 유입된다. 상기 처리수는 계속 순환하게 되며, 처리수 저장 탱크(160)에 저장되어 있는 처리수 중 일부는 순수로서 외부로 배출된다. 상기 유입수측(110)과 처리수측(120) 사이의 온도차로 인해 증기압차가 발생하며, 유입수측(110)과 처리수측(120) 간의 증기압차로 인해 유입수측(110)의 원수에 포함되어 있는 순수의 증기(vapor)는 분리막(130)을 통해 처리수측(120)으로 이동하게 되고, 처리수측(120)으로 이동한 증기는 처리수측(120)의 낮은 온도에 의해 응축되어 순수로 된다. 여기서, 상기 분리막(130)은 소수성을 가지므로, 유입수측(110)의 증기화된 순수 이외의 액상의 잔류물들은 분리막(130)을 통과하지 못한다.First, the raw water stored in the raw water storage tank 150 flows into the influent water side 110 of the separation membrane module apparatus 100 of the present invention by the raw water circulation pump 151. When the raw water circulation pump 151 is used as shown in FIG. 1, when the inflow water side 110 is filled with the inflow water, the inflow of raw water can be blocked or circulated continuously. The raw water filling the inflow water side 110 is heated by receiving the heat energy transmitted from the heat transfer member 140 having a plurality of cilia in one surface mounted on one side of the inflow water side 110, As a result, the pure water contained in the raw water is vaporized and the vapor pressure of the inflow water side 110 rises. On the other hand, the treated water side 120 in the membrane module apparatus 100 is an area through which the process water circulates continuously and the treated water flows from the treated water storage tank 160 to the membrane module device The process water is cooled by the cooling device 162 and flows into the process water side 120 of the membrane module device 100. [ The treated water continues to circulate, and a part of the treated water stored in the treated water storage tank 160 is discharged as pure water to the outside. The difference in vapor pressure occurs due to the difference in temperature between the inflow water side 110 and the treated water side 120 and the difference in vapor pressure between the inflow water side 110 and the treated water side 120 The vapor moves to the treated water side 120 through the separation membrane 130 and the vapor that has moved to the treated water side 120 is condensed by the low temperature of the treated water side 120 to become pure water. Here, since the separation membrane 130 is hydrophobic, liquid residues other than the vaporized pure water of the influent water side 110 can not pass through the separation membrane 130.

한편, 유입수측(110)에 체류 중인 원수로부터 충분한 정수가 이루어지면, 상기 유입수측(110)의 잔류 원수를 분리막 모듈 장치(100) 외부로 배출하고, 다시 원수 순환 펌프(151)를 가동하여 원수 저장 탱크(150)로부터 새로운 원수를 유입수측(110)으로 공급하며, 상기와 같은 과정을 반복한다. 계속적으로 운전할 경우, 상기 원수 저장 탱크(150)에 새로운 원수를 투입하여 원수 저장 탱크(150) 내부의 농도를 조절할 수 있으며, 원수 저장 탱크(150)내의 농도가 충분히 증가하는 경우, 원수 저장 탱크(150)로부터 원수 농축액을 제거하고 새로운 원수를 공급할 수도 있다.
On the other hand, when sufficient constant is obtained from the raw water staying in the influent water side 110, the residual raw water in the influent water side 110 is discharged to the outside of the membrane module apparatus 100, and the raw water circulation pump 151 is operated again, The new raw water is supplied from the storage tank 150 to the influent water side 110, and the above process is repeated. When the concentration of the raw water in the raw water storage tank 150 is sufficiently increased, the raw water storage tank (150) can be used to adjust the concentration of the raw water in the raw water storage tank 150 to remove the raw water concentrate and supply new raw water.

도 2는 도 1의 막 증류 시스템에서 원수 공급 펌프를 포함하지 않는 막 증류 시스템 구조를 나타낸 것으로, 정수가 진행됨에 따라 유입수측(110)의 농도가 높아지는 경우, 밸브(170)를 열어 유입수측(110)에 체류 중인 잔류 원수를 모듈 장치 외부로 배출하고, 중력에 의하여 원수 저장 탱크(150)로부터 새로운 원수를 유입수측(110)으로 지속적으로 유입시킬 수 있다. 이 경우, 원수 공급 펌프에 투입되는 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
FIG. 2 shows a membrane distillation system structure not including a raw water supply pump in the membrane distillation system of FIG. 1. In the case where the concentration of the influent water side 110 becomes higher as the purification progresses, the valve 170 is opened, 110 to the outside of the module device, and new raw water can be continuously introduced into the influent water side 110 from the raw water storage tank 150 by gravity. In this case, energy to be supplied to the raw water supply pump can be reduced.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
As described above, those skilled in the art will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. .

100 : 분리막 모듈 장치 110 : 유입수측
120 : 처리수측 130 : 분리막
140 : 열전달 부재 141 : 외부 열원
150 : 원수 저장 탱크 151 : 원수 순환 펌프
160 : 처리수 저장 탱크 161 : 처리수 순환 펌프
162 : 냉각 장치 170 : 밸브100: Membrane module device 110: Inflow side
120: Processed water side 130: Membrane
140: heat transfer member 141: external heat source
150: raw water storage tank 151: raw water circulation pump
160: Process water storage tank 161: Process water circulation pump
162: cooling device 170: valve

Claims

A separation membrane module and a process water module, wherein a heat transfer member having a large specific surface area is disposed in the inlet water side.

The method according to claim 1,
Wherein the heat transfer member is made of a material in which a thermally conductive filler is filled in a polymer resin.

3. The method of claim 2,
Wherein the thermally conductive filler is any one selected from the group consisting of a metal filler, a carbon filler, and a nitrogen filler.

The method according to claim 1,
Wherein the heat transfer member is made of a metal material.

5. The method of claim 4,
Wherein the metal material is copper or aluminum.

The method according to claim 1,
Wherein the shape of the large specific surface area is any one selected from the group consisting of a plurality of cilia, a plurality of projections, a cotton and a mesh.

The method according to claim 1,
Wherein the membrane module apparatus is of an immersion type or a pressure type.

The method according to claim 1,
And the temperature difference between the inflow water side and the treated water side is 600 or less.

The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane is a hydrophobic polymer separation membrane.

10. The method of claim 9,
The hydrophobic polymer separation membrane may be formed of a material selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polysulfone (PSF), polyether sulfone (PES), polyetheretherketone a separator module for membrane distillation comprising at least one selected from the group consisting of polyimide (PEI), polyimide (PI), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyamide Device.

The method according to claim 1,
Wherein the volume ratio of the processing water receiving space on the processing water side to the volume of the inflow water receiving space on the inflow water side is 1: 1.01 to 100.

The method according to claim 1,
And the inflow water side repeatedly stops the flow of the inflow water for a predetermined period of time.