KR20220034591A

KR20220034591A - Mbr 시스템

Info

Publication number: KR20220034591A
Application number: KR1020200117166A
Authority: KR
Inventors: 이진
Original assignee: 주식회사 아모그린텍
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-03-18
Also published as: CN114514205A; WO2022055274A1; US20220356095A1; JP7292759B2; JP2022551785A

Abstract

MBR 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 MBR 시스템은 막여과조, 상기 막여과조 내부에 설치되는 필터부재를 포함하는 여과부, 여과수 저장탱크, 여과부로 공급되는 에어가 저장된 에어탱크, 상기 여과부와 여과수 저장탱크 사이를 연결하는 제1유로 및 상기 여과부와 에어탱크 사이를 연결하는 제2유로를 포함하는 유로부, 상기 제1유로 상에 위치하며 제1유로를 개폐시키는 제1밸브 및 상기 제2유로 상에 위치하며 제2유로를 개폐시키는 제2밸브를 포함하는 밸브부, 및 감압부를 포함하고, 상기 감압부를 구동시켜 형성되는 필터부재 외측과 내측 간 압력 차이를 통해서 원수를 필터부재 외측에서 내측으로 투과시켜서 여과수를 생산하며, 생산된 여과수를 제1유로를 통해 여과수 저장탱크로 이송시키는 제1운전과, 에어탱크에 저장된 에어를 제2유로를 통해 필터부재로 이송시키며, 이송된 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과시켜서 제1운전으로 인해서 오염된 필터부재 상의 오염물질을 제거하는 제2운전이 하나의 사이클을 구성해 반복하여 수행된다. 이에 의하면, 하수처리 시 평막인 필터부재의 오염 증가에 따른 차압증가 등 기능저하를 최소화시키면서 장시간 수처리 운전이 가능하고, 평막의 세척 시 생산된 여과수를 이용해 필터부재를 세척함에 따라서 발생되는 여과수 손실을 최소화 또는 방지시킬 수 있다.

Description

MBR 시스템{Membrane bio reactor system}

본 발명은 MBR 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 평막형 필터장치를 이용한 MBR 시스템에 관한 것이다.

급속한 산업의 발전과 인구의 도시 집중 등으로 인하여 생활공간 및 산업설비로부터 배출되는 하폐수의 양이 증가하고 있다. 이에 따라, 하폐수를 경제적이고 효율적으로 처리하기 위한 다양한 하폐수 처리시설이 개발되고 있다.

통상적으로, 하폐수 처리시설은 하폐수를 여과하기 위한 필터부재가 포함된 다수 개의 필터가 설치되는데, 하폐수를 여과시킨 필터부재의 표면에는 오폐수에서 걸러진 오염물질들이 잔존하게 된다.

그러나 오염물질로 오염된 필터부재를 계속 운전시킬 경우 막의 차압이 현저히 증가하고 이로 인해 여과효율이 크게 감소하고 심할 경우 수처리 운전 자체가 불가능한 상황에 이르게 되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하고자 종래에는 필터부재의 표면에 존재하는 오염물질들을 제거하기 위하여 막 표면에 에어를 분사시켜 에어를 통해 막 표면의 오염물질을 제거하거나 필터부재가 위치하는 여과조 내에 구연산 등의 세정물질을 통해 오염물질을 제거하는 약품세척 방법을 이용해 필터부재에 대해 주기적으로 세척공정을 수행해왔다. 그러나 에어를 통한 막세척의 경우 에어 분사압력을 높게 해도 막 표면이 아닌 막 내부에 존재하는 오염물질까지 제거시키기 어렵고, 오히려 막 표면의 물리적 손상이 유발되는 문제가 있다.

또한, 약품세척의 경우 약품 사용에 따른 비용증가, 수질오염 등의 문제가 있고, 약품으로 인한 막의 화학적 손상 우려가 있다.

이러한 문제를 해결하고자 원수가 막을 통과하는 여과방향과 반대방향으로 오염되지 않은 물을 통과시켜 막 표면뿐만 아니라 막 내 존재하는 오염물질을 막 외부로 제거하는 세척방법이 제안되었다. 물을 이용한 세척방법은 막에 화학적 손상을 가하지 않고, 세척에도 수질오염이 없다는 점에서 장점이 있다. 그러나 물을 이용한 세척 시 통상적으로 세척수는 여과수를 이용하며, 여과유량의 1.5 ~ 3배 가량 높은 압력으로 물을 여과방향과 반대방향으로 통과시키기에 세척수로 사용되는 여과수의 소모가 커 여과수의 생산량이 저하되는 문제가 있다. 특히 막 성능을 장시간 유지시키기 위해서 세척주기를 짧게 설정할 경우 여과수 생산량 저하는 유량 확보에 치명적인 문제일 수 있다.

더불어 종래의 평막의 경우 여러 개의 필터부재가 적층된 다층구조를 많이 채용하는데, 여과유량 보다 높은 압력으로 물을 여과방향과 반대방향으로 통과시킬 경우 오염된 평막에는 순간적으로 높은 압력이 걸릴 수 있는데, 이로 인해서 다층구조인 평막에서 층간 분리가 발생해 막의 여과기능이 상실될 우려가 있다.

이에 따라서 평막을 채용한 필터모듈을 이용한 하수, 폐수, 오수 등의 원수 처리 시 평막의 기능저하를 최소화시키면서 장시간 수처리 운전이 가능하고, 평막의 세척 시 생산된 여과수의 손실을 최소화 또는 방지시킬 수 있는 MBR 시스템의 개발이 시급한 실정이다.

등록특허공보 제10-1242080호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 필터부재를 이용한 원수 처리 시 필터부재의 기능저하를 최소화시키면서 장시간 수처리 운전이 가능하고, 필터부재의 세척 시 생산된 여과수 사용을 방지 또는 최소화하여 여과수 생산효율을 높일 수 있는 MBR 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 활성 슬러지의 농도가 3,000 ~ 15,000㎎/ℓ인 원수를 담지하는 막여과조, 상기 원수를 여과시키기 위하여, 상기 막여과조 내부에 설치되는 필터부재를 포함하는 여과부, 상기 막여과조 외부에 배치되며 상기 여과부로부터 생산된 여과수가 저장되는 여과수 저장탱크, 필터부재 표면의 오염물질을 제거하기 위하여 여과부로 공급되는 에어가 저장된 에어탱크, 상기 여과부와 여과수 저장탱크 사이를 연결하는 제1유로 및 상기 여과부와 에어탱크 사이를 연결하는 제2유로를 포함하는 유로부, 상기 제1유로 상에 위치하며 제1유로를 개폐시키는 제1밸브, 상기 제2유로 상에 위치하며 제2유로를 개폐시키는 제2밸브를 포함하는 밸브부, 및 상기 여과수 저장탱크와 제1밸브 사이의 제1유로 상에 위치하는 감압부를 포함하고, 상기 감압부를 구동시켜 형성되는 필터부재 외측과 내측 간 압력 차이를 통해서 원수를 필터부재 외측에서 내측으로 투과시켜서 여과수를 생산하며, 생산된 여과수를 제1밸브가 개방되고 제2밸브가 닫힌 상태에서 제1유로를 통해 여과수 저장탱크로 이송시키는 제1운전과, 상기 제1밸브를 닫고, 제2밸브를 개방시켜서 에어탱크에 저장된 에어를 제2유로를 통해 필터부재로 이송시키며, 이송된 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과시켜서 제1운전으로 인해서 오염된 필터부재 상의 오염물질을 제거하는 제2운전이 하나의 사이클을 구성해 상기 사이클이 반복하여 수행되는 MBR 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 밸브부는 제1밸브와 여과부 사이의 제1유로 상에 외기와 연결되는 제3밸브를 더 포함하며, 상기 사이클은 상기 제2운전 종료 후 제2밸브를 폐쇄하고 제3밸브를 개방시켜 제2운전으로 인해서 여과부에 남아있는 에어를 외기로 환기시키는 제3운전을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1운전은 막여과 유속이 10 ~ 40LMH가 되도록 수행될 수 있다.

또한, 상기 제2운전에서 에어의 압력은 100kPa 초과일 수 있다.

또한, 상기 제2유로는 에어탱크와 연결되는 쪽의 반대 쪽이 상기 제1밸브와 여과부 사이의 제1유로 상 소정의 지점과 연통되어 제1유로를 경유해 여과부와 연결되고, 제2운전 시 상기 제1밸브와 여과부 사이의 제1유로 및 상기 제2밸브와 여과부 사이의 제2유로 상에 잔존하는 여과수가 에어와 함께 필터부재 내측에서 외측으로 통과하여 필터부재 상의 오염물질을 제거시킬 수 있다. 이때, 상기 에어의 압력은 10 ~ 100 kPa일 수 있다.

또한, 상기 필터부재의 원수 측 표면의 평균 공경은 0.5㎛ 이하일 수 있다.

또한, 상기 제1운전은 막여과 유속 10 ~ 40 LMH로 5 ~ 15 분간 수행되며, 상기 제2운전은 압력이 10 ~ 100kPa인 에어로 10 ~ 60 초 간 수행되고, 상기 제3운전은 10 ~ 120 초 간 수행될 수 있다.

또한, 막여과 유속 20 LMH로 제1운전 시 100일 경과 후 여과부의 차압은 초기 차압에 대비해 10kPa 이하로 변동될 수 있다.

또한, 상기 여과부는 다수 개의 평막인 필터유닛이 체결바를 매개로 일체화된 필터조립체 및 상기 다수 개의 필터유닛에서 배출되는 여과수를 포집하는 적어도 하나의 공통포집부재를 포함하는 평막형 필터장치이고, 상기 필터유닛은 양 표면인 외측에서 내측으로 여과흐름을 갖는 평막인 필터부재 및 상기 필터부재의 테두리 측에 결합되어 상기 필터부재를 지지하며 상기 필터부재를 통해 생산된 여과수가 유입되어 이동하는 유로 및 상기 여과수를 유출시키기 위한 수취구가 형성된 지지프레임을 구비하고, 상기 공통포집부재는 다수 개의 필터유닛 각각에 구비되는 수취구와 일대일로 매칭되도록 연결될 수 있다.

또한, 상기 필터부재는 판상의 제1지지체 및 상기 제1지지체의 양 측에 배치되는 나노섬유로 형성되는 섬유웹을 포함할 수 있다.

또한, 상기 섬유웹은 상기 제1지지체보다 두께가 얇은 제2지지체을 매개로 상기 제1지지체의 일면에 열융착을 통하여 부착될 수 있다.

또한, 상기 제1지지체 및 제2지지체는 폴리프로필렌인 코어부 및 융점이 60 ~ 180℃인 폴리에틸렌인 시스부로 구성된 시스-코어형 복합섬유일 수 있다.

본 발명에 의하면, 원수 처리 시 필터부재의 오염 증가에 따른 차압증가 등 기능저하를 최소화시키면서 장시간 수처리 운전이 가능하고, 세척 시 생산된 여과수를 이용해 필터부재를 세척함에 따라서 발생되는 여과수 손실을 최소화 또는 방지해 여과수 생산효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하수처리 시스템을 나타낸 모식도,
도 2는 도 1의 하수처리 시스템에 이용되는 본 발명의 일 실시예에 의한 평막형 필터장치의 모식도로써, 다수 개의 필터모듈 중 어느 하나가 메인프레임에서 분리된 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터모듈을 나타낸 도면,
도 4는 도 3에서 간격조절부재와 체결바와의 결합관계를 나타낸 확대도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터모듈에서 수취구의 다른 형태를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터유닛 나타낸 도면,
도 7은 도 6에 적용되는 프레임의 단면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터유닛에서 여과수가 수취구 측으로 유입되는 이동경로를 나타낸 도면, 그리고
도 9 내지 도 13은 본 발명의 여러 실시예에 따른 하수처리 시스템과 여러 비교예에 따른 하수처리 시스템을 통해 가동된 하수처리 결과에 대한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가하기로 한다.

도 1을 참조하여 설명하면 본 발명의 일 실시예에 따른 같이 MBR 시스템(1000)은 원수를 담지하는 막여과조(410), 상기 원수를 여과시키기 위해서 상기 막여과조 내부에 설치되는 여과부(300), 상기 막여과조(410) 외부에 배치되며 상기 여과부(300)로부터 생산된 여과수가 저장되는 여과수 저장탱크(420), 여과부(300) 내 필터부재 필터부재 표면의 오염물질을 제거하기 위하여 여과부(300)로 공급되는 에어가 저장된 에어탱크(430), 상기 여과부(300)와 여과수 저장탱크(420) 사이를 연결하는 제1유로(721) 및 상기 여과부(300)와 에어탱크(430) 사이를 연결하는 제2유로(722)를 포함하는 유로부(720), 상기 제1유(721)로 상에 위치하며 제1유로(721)를 개폐시키는 제1밸브(610), 상기 제2유로(722) 상에 위치하며 제2유로(722)를 개폐시키는 제2밸브(620)를 포함하는 밸브부, 및 상기 여과수 저장탱크(420)와 제1밸브(610) 사이의 제1유로(721) 상에 위치하는 감압부(520)를 포함한다. 또한, 원수를 막여과조(410)로 유입시키기 위한 원수공급 유로와 원수공급펌프(510)를 더 포함할 수 있다. 또한, 여과부(300)를 통해 원수가 여과되고 남게 되는 이물질을 막여과조(410) 외부로 이송시킬 수 있는 여과물질 배출유로와 여과물질 배출 펌브(530)를 더 포함할 수 있으며, 여과물질 배출유로 상에는 여과물질 배출 시에만 여과물질 배출유로가 개방되도록 하는 배출조절 밸브(630)가 더 구비될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 MBR 시스템(1000)은 상기 감압부(520)를 구동시켜 형성되는 필터부재 외측과 내측 간 압력 차이를 통해서 원수를 필터부재 외측에서 내측으로 투과시켜서 여과수를 생산하며, 생산된 여과수를 제1밸브(610)가 개방되고 제2밸브(620)가 닫힌 상태에서 제1유로(721)를 통해 여과수 저장탱크(420)로 이송시키는 제1운전과, 상기 제1밸브(610)를 닫고, 제2밸브(620)를 개방시켜서 에어탱크(430)에 저장된 에어를 제2유로를 통해 필터부재로 이송시키며, 이송된 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과시켜서 제1운전으로 인해서 오염된 필터부재 상의 오염물질을 제거하는 제2운전이 하나의 세트를 구성해 상기 세트가 반복하여 수행되는 방식으로 시스템이 운영될 수 있다.

감압부(520)감압부(520)먼저, 수처리 대상인 상기 원수는 활성 슬러지 농도가 3,000 ~ 15,000㎎/ℓ인 하수로써, 일예로 통상적인 하수처리장으로 유입된 하수에 대해서 상기 막여과조(410)로 유입 전에 산기관을 채용한 폭기조 등을 통해 전처리된 것일 수 있다. 또한 상기 하수는 우수, 오수, 폐수 또는 이들 중 어느 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 상기 원수는 일예로 제1펌프(510)를 통해서 막여과조(410)로 공급될 수 있다.

또한, 상기 막여과조(410)는 유입된 원수를 수용할 수 있는 내부공간을 가지며, 통상적인 하수처리장에 설치되는 막여과조일 수 있다.

또한, 상기 막여과조(410)의 내부공간에는 유입된 원수를 여과시키기 위한 여과부(300)가 배치된다. 상기 여과부(300)는 MBR 시스템에 사용되는 공지된 필터장치의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나 일 예로 도 2 내지 도 8에 도시된 평막인 필터부재를 채용한 평막형 필터장치일 수 있다.

일 예로 평막형 필터장치인 여과부(300)는 도 2에 도시된 것과 같이 적어도 하나의 필터모듈(200)을 구비할 수 있고, 상기 필터모듈(200)은 도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이 다수 개의 필터유닛(100)이 체결바를 매개로 일체화된 필터조립체(210) 및 상기 다수 개의 필터유닛(100)에서 배출되는 여과수를 포집하는 적어도 하나의 공통포집부재(230) 및 고정프레임(220)을 포함할 수 있다.

도 6 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 필터유닛(100)은 필터부재(110)와 상기 필터부재(110) 테두리 측에 결합되는 지지프레임(120)을 포함할 수 있고, 간격조절부재(130,130')를 더 포함할 수 있다.

상기 필터부재(110)는 하수 내 포함된 이물질들을 여과시키기 위한 부재로써, 공지의 필터부재가 사용될 수도 있다. 다만, 상기 필터부재(110)는 양 표면인 외측에서 필터부재(110)의 안쪽 부분인 내측으로 여과흐름을 가지도록 설계된 것일 수 있다. 이러한 여과흐름을 가지도록 설계된 일예로써 상기 필터부재(110)는 제1지지체(111)의 양면에 나노섬유로 형성된 섬유웹(112)이 배치된 판상의 형태일 수 있다.

이때, 상기 섬유웹(112)은 상기 원수가 감압부(520)에 의해서 필터부재(110) 안쪽으로 통과하는 과정에서 원수에 포함된 이물질들을 걸러내기 위한 것이며, 상기 제1지지체(111)는 상기 섬유웹(112)을 지지하고 상기 섬유웹(112)에 의해 생산된 여과수가 이동하는 이동통로의 역할을 수행할 수 있다.

이때, 상기 필터부재(110)는 상기 섬유웹(112)이 상기 제1지지체(111)의 양면에 직접 부착되는 3층 구조로 이루어질 수도 있지만, 도 6에 도시된 것과 같이 상기 섬유웹(112)이 제2지지체(113)를 매개로 상기 제1지지체(111)의 양면에 각각 부착되는 5층 구조로 이루어질 수도 있다.

여기서, 상기 제1지지체(111)의 두께가 상기 제2지지체(113) 및 섬유웹(112) 각각의 두께보다 두꺼우며, 일예로 제1지지체(111)의 두께는 3층 구조 또는 5층 구조 필터부재(110) 전체 두께의 90% 이상을 차지할 수 있고, 이를 통해서 후술하는 여과공정인 제1운전 또는 세척공정인 제2운전 시 필터부재(110)에 큰 압력이 부여되는 경우에도 필터부재(110)의 손상이나 변형을 방지할 수 있는 지지력을 부여하기 용이할 수 있다.

한편, 3층 구조에서 제1지지체(111)는 섬유웹(112)과 열융착을 통해서 상호 간이 부착될 수 있는데, 제1지지체(111)가 필터부재(110) 전체 두께의 대부분을 차지할 경우 제1지지체(111) 표면을 부분적으로 용융시키기 위해서 제1지지체(111) 양면에 섬유웹(112)을 배치시킨 상태에서 제1지지체(111)의 열용량을 초과하도록 높은 온도의 열이 장시간 가해져야 하는데, 이로 인해 섬유웹(112)에 의도하지 않은 변형이나 손상이 발생할 우려가 있다. 그러나 5층구조의 경우 제1지지체보다 두께가 훨씬 얇은 제2지지체(113)를 매개로 제1지지체(111)와 섬유웹(112)을 부착시킴에 따라서 섬유웹(112)이 용융되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.

일예로, 상기 섬유웹(112)은 열융착, 초음파 융착, 고주파 융착 등을 통하여 상기 제2지지체(113)를 매개로 상기 제1지지체(111)에 부착될 수 있다. 이때 상기 제2지지체(113)는 지지섬유인 코어부와 상기 지지섬유의 외부면을 덮는 상기 지지섬유보다 저융점인 시스부로 구성된 복합섬유로 형성된 것일 수 있으며, 상기 시스부의 일부 또는 전부가 용융됨을 통해서 제1지지체(111) 및 섬유웹(112) 각각과 용이하고, 보다 우수한 부착강도로 결합할 수 있다. 일예로 상기 복합섬유는 폴리프로필렌인 코어부 및 융점이 60 ~ 180℃인 폴리에틸렌인 시스부로 구성된 시스-코어형 복합섬유일 수 있는데, 이를 통해 감압부(520)를 통해 가해지는 제1운전 시의 압력변화 및 제2운전 시 가해지는 고압의 에어에도 필터부재(110) 내 층간 분리나 손상을 최소화시킬 수 있는 이점이 있다. 특히 다른 재질 예를 들어, 융점 차이가 있는 폴리에스테르 성분을 시스부와 코어부에 각각 배치시킨 저융점 복합섬유의 경우 유사한 온도조건에서 부착이 가능한 경우에도 재질적인 브리틀한 특성으로 인해서 부착이 용이하지 않거나, 부착된 경우에도 쉽게 떨어질 수 있다. 또한, 제1운전 및 제2운전 시 가해지는 압력에 의해서 층간 분리가 가속화될 우려가 있다.

또한, 제1지지체(111) 역시 제2지지체(113)와 같이 폴리프로필렌인 코어부 및 융점이 60 ~ 180℃인 폴리에틸렌인 시스부로 구성된 시스-코어형 복합섬유로 형성된 부재일 수 있으며, 이를 통해서 제1지지체(111)와 제2지지체(113) 간 상용성의 증가로 보다 우수한 부착강도를 발현할 수 있고, 이를 통해서 제1운전 및 제2운전에도 층간 분리가 더욱 최소화될 수 있다.

상기 제1지지체(111) 및 제2지지체(113)는 상기 섬유웹(112)에 의해 생산된 여과수가 이동하는 이동통로의 역할을 수행할 수 있도록 다공성의 기재일 수 있다. 일례로, 상기 제1지지체(111) 및/또는 제2지지체(113)는 통상적으로 사용되는 공지의 직물, 편물 또는 부직포 중 어느 하나일 수 있고 일예로 부직포일 수 있다.

또한, 제1지지체(111)의 두께는 일예로 2 ~ 8㎜일 수 있고, 보다 바람직하게는 2 ~ 5㎜, 보다 더 바람직하게는 3 ~ 5㎜일 수 있다. 두께가 2㎜ 미만일 경우 잦은 세척에 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 발현하지 못할 수 있다. 또한, 두께가 8㎜를 초과할 경우 필터부재가 후술하는 필터유닛으로 구현된 후 한정된 공간 내 조립되어 필터모듈로 구현될 때, 모듈의 단위 부피당 필터부재의 집적도가 감소할 수 있다.

바람직하게는 상기 제1지지체(111)는 상술한 것과 같은 두께 조건을 만족하는 동시에 평량이 250 ~ 800g/㎡일 수 있고, 보다 바람직하게는 350 ~ 600g/㎡일 수 있다. 만일 평량이 250g/㎡인 경우 충분한 기계적 강도를 발현하기 어려울 수 있고, 제2지지체와의 부착력이 감소하는 문제점이 있으며, 만일 평량이 800g/㎡를 초과할 경우 충분한 유로를 형성하지 못해 유량이 감소하며, 차압 증가로 인한 원활한 세척이 어려운 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 제2지지체(113)는 일예로 부직포일 수 있는데, 이때 상기 제2지지체(113)를 형성하는 섬유는 평균직경이 5 ~ 30㎛일 수 있다. 또한, 상기 제2지지체(113)의 두께는 100 ~ 400㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 150 ~ 400㎛일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 150 ~ 250㎛일 수 있고, 일예로 200㎛일 수 있다.

또한, 상기 제2지지체(113)는 평균공경이 20 ~ 100㎛일 수 있으며, 기공도는 50 ~ 90%일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 제2지지체(113)의 평량은 10 ~ 200g/㎡, 보다 바람직하게는 35 ~ 200g/㎡일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 35 ~ 80g/㎡일 수 있고, 일예로, 40 g/㎡ 일 수 있다. 만일 평량이 10 g/㎡ 미만일 경우 후술하는 섬유웹과 형성하는 계면에 분포하는 제2지지체를 형성하는 섬유의 양이 적을 수 있고, 이에 따라서 섬유웹과 접하는 제2지지체의 유효접착면적의 감소로 목적하는 수준의 결합력을 발현할 수 없을 수 있다. 또한, 섬유웹을 지지할 수 있을 충분한 기계적 강도를 발현하지 못할 수 있고, 제1지지체와의 부착력이 감소하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 만일 평량이 200 g/㎡을 초과할 경우 목적하는 수준의 유량을 확보하기 어려울 수 있고, 차압이 증가하여 원활한 역세척이 어려운 문제가 있을 수 있다.

상기 섬유웹(112)은 원수에 포함된 이물질들을 걸러내기 위한 것으로 나노섬유를 통해 형성될 수 있다. 일 예로 상기 나노섬유는 폴리아크릴로나이트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함하는 섬유형성성분 및 상기 섬유형성성분의 혼화성을 향상시키는 에멀젼화제를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 섬유형성성분은 친수성이 큰 폴리아크릴로나이트릴(PAN, 이하 PAN으로 호칭함)과 소수성이 매우 큰 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF, 이하 PVDF로 호칭함)를 포함할 수 있고, PVDF를 통해 나노섬유의 기계적 강도, 내화학성을 담보시킬 수 있으며, 상기 PAN을 통해서 PVDF로 인한 나노섬유의 소수성화를 방지하고 나노섬유의 친수성을 향상시켜 필터부재에 나노섬유가 부착되었을 때 향상된 수투과도를 발현할 수 있게 한다.

또한, 상기 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛이고, 종횡비는 1,000 ~ 100,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일예로, 상기 섬유웹(112)에 구비된 나노섬유는 직경이 0.1 ~ 0.2㎛인 제1나노섬유군, 직경이 0.2 ~ 0.3㎛인 제2나노섬유군 및 직경이 0.3 ~ 0.4㎛인 제3나노섬유군을 섬유웹(112) 전체 중량에 대하여 각각 35 중량%, 53 중량%, 12중량%로 포함할 수 있다.

또한, 상기 섬유웹(112)의 두께는 0.5 ~ 200㎛로 형성될 수 있고, 일예로 20㎛일 수 있다. 상기 섬유웹(112)의 기공도는 40 ~ 90%이고, 보다 바람직하게는 60 ~ 90%일 수 있다. 또한, 평균공경은 0.1 ~ 5㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 3㎛일 수 있고, 일예로, 0.25㎛일 수 있다. 또한, 상기 섬유웹(112)의 평량은 0.05 ~ 20 g/㎡일 수 있고, 일예로 10g/㎡일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적하는 수투과도 및 여과효율을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.

또한, 상기 섬유웹(112)은 단층으로 구비될 수도 있고, 다층으로 구비될 수도 있다.

한편, 지지프레임(120)은 상술한 필터부재(110)의 테두리측에 배치되어 상기 필터부재(110)의 테두리측을 지지함으로써 상기 필터부재(110)가 판상의 형태를 유지할 수 있도록 한다.

이와 같은 지지프레임(120)은 하나의 부재로 이루어져 상기 필터부재(110)의 테두리 측을 전체적으로 지지하거나 부분적으로 지지할 수도 있지만, 다수 개의 프레임(120a, 120b)이 상기 필터부재(110)의 테두리 측에 결합되는 형태로 구현될 수 있다.

일례로, 상기 다수 개의 프레임(120a,120b)은 어느 하나의 단부가 다른 하나의 단부에 접하도록 상기 필터부재(110)의 테두리 측에 각각 배치될 수 있으며, 상기 필터부재(110)의 모서리 측에 배치되는 간격조절부재(130,130')를 통하여 서로 이웃하는 두 개의 프레임(120a,120b)의 단부 측이 서로 연결될 수 있다.

그러나 상기 지지프레임의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 필터부재(110)의 형상에 따라 원형, 호형, 다각형 및 이들이 상호 조합된 다양한 형태로 변경될 수 있으며, 상기 필터부재의 테두리를 전체적으로 감싸는 형태라면 어떠한 형태가 되더라도 무방함을 밝혀둔다.

이때, 상기 지지프레임(120)은 상기 필터부재(110)를 지지하는 역할을 수행함과 함께 상기 필터부재(110)에 의해 생산된 여과수를 감압부(520)으로부터 제공되는 흡입력을 통해 수취구(133) 측으로 이동시키는 유로 역할을 수행할 수 있다.

이를 위해, 상기 지지프레임(120)을 구성하는 각각의 프레임(120a,120b)은 일측이 개방된 대략 'ㄷ'자 형상으로 구비될 수 있으며, 내측에 상기 필터부재(110)로부터 유입된 여과수가 이동하는 유로(124)가 형성될 수 있다(도 7 참조).

구체적으로 설명하면, 상기 다수 개의 프레임(120a,120b)은 판상의 제1판(121)과, 상기 제1판(121)의 양단부로부터 각각 수직한 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2판(122,123)을 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 필터부재(110)는 테두리 측이 상기 한 쌍의 제2판(122,123) 사이에 형성된 공간 측으로 삽입됨으로써 서로 마주하는 한 쌍의 제2판(122,123)에 의해 지지될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 제2판(122,123) 사이에 형성된 공간측으로 삽입되는 필터부재(110)의 테두리측은 상기 제1판(121)으로부터 일정거리 이격되도록 삽입될 수 있다.

즉, 서로 마주하는 한 쌍의 제2판(122,123)의 대향면 상에는 상기 필터부재(110)의 삽입 깊이를 제한하기 위한 구속부재(125)가 구비될 수 있다. 이를 통해, 상기 필터부재(110)의 테두리측이 각각의 프레임(120a,120b)에 체결되는 과정에서 상기 구속부재(125)를 통해 상기 필터부재(110)의 삽입 깊이가 제한됨으로써 상기 필터부재(110)의 테두리측 단부와 상기 제1판(121) 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 필터부재(110)와 프레임(120a,120b)의 결합시 상기 필터부재(110)의 테두리가 항상 상기 제1판(121)과 이격된 상태를 유지함으로써 제1운전을 통해 생산된 여과수 또는 제2운전 시 가해지는 에어가 이동할 수 있는 유로(124)가 형성될 수 있다.

본 발명에서, 상기 구속부재(125)는 서로 마주하는 한 쌍의 제2판(122,123)의 대향면 상에 각각 형성될 수도 있지만, 상기 한 쌍의 제2판(122,123) 중 어느 하나의 내면에만 형성될 수도 있다. 더불어, 상기 구속부재(125)는 각각의 프레임의 길이방향을 따라 전체적으로 구비될 수도 있고 부분적으로 구비될 수도 있다. 또한, 상기 구속부재(125)가 서로 마주하는 한 쌍의 제2판(122,123)의 대향면 상에 각각 형성되는 경우 각각의 구속부재(125)는 소정의 간격을 갖도록 이격배치됨으로써 여과수가 상기 간격을 통해 유로(124) 측으로 이동될 수 있다.

상기 간격조절부재(130,130')는 상기 지지프레임(120)의 모서리측에 결합되어 서로 이웃하는 두 개의 프레임(120a,120b)을 체결하는 동시에 서로 이웃하는 필터부재(110) 사이의 간격을 조절하기 위한 것이다.

이와 같은 간격조절부재(130,130')는 다수 개로 구비될 수 있으며, 상기 지지프레임(120)의 모서리측에 결합되어 서로 이웃하는 두 개의 프레임(120a,120b)의 단부를 고정할 수 있다.

이를 위해, 상기 간격조절부재(130,130')는 서로 이웃하는 프레임(120a,120b)의 단부측이 삽입될 수 있도록 일측이 개방된 몸체(131)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 상기 지지프레임(120)을 구성하는 다수 개의 프레임(120a,120b) 중 서로 인접하는 두 개의 프레임(120a,120b)은 단부측이 각각 상기 몸체(131)의 내부에 삽입됨으로써 상기 몸체(131)에 의해 고정될 수 있다.

일례로, 서로 인접하는 두 개의 프레임(120a,120b) 중 어느 하나의 프레임(120a)의 단부는 상기 몸체(131)의 제1방향으로 삽입되고, 나머지 하나의 프레임(120b)의 단부는 상기 몸체(131)의 제2방향으로 삽입되어 상기 제1방향으로 삽입된 프레임(120a)의 단부와 접하도록 배치될 수 있다.

이때, 상기 제1방향으로 삽입된 프레임(120a)에 형성된 유로(124)와 상기 제2방향으로 삽입된 프레임(120b)에 형성된 유로(124)는 서로 연통되도록 배치됨으로써 다수 개의 프레임(120a,120b)에 각각 형성된 유로가 모두 연통될 수 있다.

여기서, 상기 제1방향 및 제2방향은 동일 평면상에서 서로 직교하는 방향일 수도 있고, 동일 평면상에서 하나의 직선에 대하여 소정의 각도를 갖도록 기울어진 방향일 수도 있다.

한편, 상술한 필터유닛(100)은 다수 개가 서로 평행하게 배열될 수 있는데, 이때 각각의 필터부재(110)가 간격을 두고 이격배치될 수 있도록 간격조절구(132)가 구비될 수 있다.

이와 같은 상기 간격조절구(132)는 상기 지지프레임(120)을 구성하는 다수 개의 프레임(120a,120b) 중 적어도 어느 하나에 구비될 수도 있지만, 상기 간격조절부재(130,130') 중 적어도 어느 하나에 구비될 수 있다.

일례로, 상기 간격조절구(132)는 체결공(132b)이 형성된 연장판 및 이격부재를 포함할 수 있으며, 상기 간격조절부재(130,130')의 일측에 형성될 수 있다(도 8 참조).

구체적으로, 상기 연장판은 상기 간격조절부재(130,130')의 몸체(131)로부터 외측으로 연장될 수 있으며, 체결바(240)가 통과되는 체결공(132b)이 관통형성될 수 있다. 여기서, 도면에는 상기 체결공(132b)이 상기 연장판에 원형으로 관통형성되는 것으로 도시하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 체결바(240)의 단면형상과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 일례로, 상기 체결공(132b)은 원형, 호형, 다각단면 또는 이들이 조합된 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 상기 이격부재는 상기 연장판의 일면으로부터 소정의 두께를 갖도록 일정 높이 돌출될 수 있으며, 상기 이격부재는 상기 체결공(132b)의 테두리를 전체적으로 둘러싸거나 부분적으로 둘러싸도록 구비될 수 있다.

여기서, 상기 이격부재는 상기 연장판(132a)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 상기 연장판(132a)의 일면에만 형성될 수도 있으며, 상기 연장판(132a)의 일면으로부터 서로 다른 높이를 갖는 다단구조로 형성될 수도 있다.

여기서, 서로 평행하게 배열되는 다수 개의 필터부재(110) 사이의 간격은 3mm 이상의 간격을 갖도록 배열될 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며 상기 이격부재의 높이 또는 두께를 적절하게 변경하여 다양한 간격을 갖도록 배치될 수 있다.

이를 통해, 본 발명에 따른 다수 개의 필터유닛(100)이 체결바(240)를 통해 서로 연결되는 경우 각각의 필터유닛(100)을 완전히 밀착시키더라도 서로 평행하게 배치되는 필터부재(110)는 상기 이격부재를 통해 소정의 간격을 두고 이격될 수 있다. 이로 인해, 상기 필터모듈(200)은 각각의 필터부재(110) 양측에 원수가 존재할 수 있음으로써 감압부(520)으로부터 제공되는 흡입력에 의해 상기 필터부재(110)의 양 측 외부에서 원수가 필터부재(110)의 내측으로 이동하여 여과수를 생산할 수 있다.

더불어, 제1운전 후 상기 필터부재(110)에 부착된 이물질을 제거하기 위한 제2운전이 수행되는 경우 상기 필터부재(110)에 부착된 이물질들이 필터부재(110)에서 분리된 후 서로 이웃하는 필터부재(110) 사이의 공간으로 낙하할 수 있다.

한편, 상기 간격조절부재(130,130') 중 적어도 어느 하나는 각각의 프레임(120a,120b)에 형성된 유로(124)를 따라 이동된 여과수를 외부로 배출하기 위한 수취구(133)가 구비될 수 있다.

즉, 상기 지지프레임(120)의 모서리에 결합되는 다수 개의 간격조절부재(130,130') 중 상기 수취구(133)가 형성되지 않은 간격조절부재(130')는 서로 이웃하는 한 쌍의 프레임을 연결하는 역할만을 수행하는 반면, 상기 수취구(133)가 형성된 간격조절부재(130)는 상기 수취구(133)를 통하여 생산된 여과수를 외부로 배출하는 배출구의 역할도 함께 수행할 수 있다.

이러한 수취구(133)는 후술할 공통포집부재(도 3의 230)와 연결될 수 있다.

여기서, 상기 수취구(133)는 다수 개의 간격조절부재(130,130') 중 어느 하나에만 구비될 수도 있지만, 두 개의 간격조절부재(130)에 각각 구비됨으로써 상기 필터부재(110) 측으로 균등한 흡입압력을 제공하기에 유리하다.

더불어, 상기 수취구(133)는 상기 간격조절부재(130)의 몸체(131)와 일체로 형성될 수도 있지만, 몸체에 결합공이 형성되고 상기 결합공에 소정의 길이를 갖는 수취구가 착탈가능하게 결합될 수도 있다. 즉, 상기 수취구는 소정의 길이를 갖는 중공형으로 구비되어 상기 몸체에 형성된 결합공에 나사 결합되거나 끼움 결합될 수 있다. 이에 따라, 운전 중에 상기 수취구의 변경이나 교체가 필요한 경우 상기 수취구만을 간편하게 분리하여 교체하거나 변경할 수 있게 된다.

이때, 상기 수취구(133)가 형성된 간격조절부재(130)는 서로 이웃하는 두 개의 프레임(120a,120b)과의 결합시 상기 두 개의 프레임(120a,120b)에 각각 형성되는 유로(124)들과 연통되는 수집공간(134)이 형성될 수 있으며, 상기 수집공간(134)은 상기 수취구(133)와 연통되는 위치에 형성될 수 있다.

일례로, 상기 수집공간(134)은 상기 수취구(133)가 형성된 간격조절부재(130)와 두 개의 프레임(120a,120b) 간의 결합 시 상기 간격조절부재(130)에 삽입되는 두 개의 프레임(120a,120b)의 단부측에 형성될 수 있으며, 상기 수집공간(134)은 상기 간격조절부재(130)에 삽입되는 두 개의 프레임(120a,120b) 중 어느 하나(120a)의 단부를 절개하여 서로 형합되지 않도록 함으로써 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 두 개의 프레임(120a,120b) 중 어느 하나의 프레임(120a)에 형성된 유로(124)를 따라 이동한 여과수와 다른 하나의 프레임(120b)에 형성된 유로(124)를 따라 이동한 여과수는 상기 수집공간(134)에서 서로 만나게 되며, 상기 수집공간(134)과 연통된 수취구(133)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

이로 인해, 제1운전 시 감압부(520)으로부터 제공되는 흡입력에 의해 상기 필터부재(110)의 외측에서 내부로 이동하면서 생산된 여과수는 상기 다수 개의 프레임(120a,120b)에 형성된 각각의 유로(124)측으로 유입되고 상기 유로(124)를 따라 수집공간(134) 측으로 이동한 후 상기 수취구(133)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

한편, 제2운전 시에는 감압부(520)을 통해 가압된 에어가 상기 수취구(133)를 통해 유입된 후 수집공간(134)을 경유하여 다수 개의 프레임(120a,120b)에 형성된 각각의 유로(124)측으로 공급될 수 있다.

한편, 상술한 필터유닛(100)은 다수 개가 서로 평행하게 배열되고 체결바(240)를 매개로 서로 고정됨으로써 모듈화된 하나의 필터모듈(200)로 구성될 수 있다.

일례로, 상기 필터모듈(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 필터조립체(210), 고정프레임(220) 및 공통포집부재(230)를 포함할 수 있다.

상기 필터조립체(210)는 상술한 필터유닛(100)이 다수 개로 구비되어 서로 평행하게 배열된 상태에서 소정의 길이를 갖는 하나의 체결바(240)를 통해 일체화된 형태일 수 있다.

이때, 상기 필터조립체(210)는 각각의 필터유닛(100)에 구비되는 이격부재를 통하여 서로 이웃하는 필터부재(110)가 간격을 두고 이격배치됨으로써 서로 대면하는 필터부재(110) 사이에 소정의 공간이 확보될 수 있다. 더불어, 상기 체결바(240)의 양측에 너트와 같은 고정부재(242)를 체결시키게 되면 각각의 필터유닛(100) 사이에 형성된 간격이 균일하게 유지될 수 있다.

상기 고정프레임(220)은 상기 체결바(240)의 양단부측에 결합되어 상기 필터조립체(210)와 일체화될 수 있다. 이와 같은 고정프레임(220)은 판상의 부재로 이루어질 수도 있지만 원수가 상기 필터조립체(210) 측으로 유입될 수 있도록 프레임구조물로 구비될 수 있다.

일례로, 상기 고정프레임(220)은 필터조립체(210)의 전면과 후면에 각각 배치되는 전면프레임(221)과 후면프레임(222)을 포함할 수 있으며, 상기 체결바(240)의 양 단부측이 전면프레임(221)과 후면프레임(222)에 각각 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 필터조립체(210) 및 고정프레임(220)은 체결바(240)를 통하여 일체화될 수 있다.

여기서, 상기 전면프레임(221) 및 후면프레임(222) 측에는 상기 체결바(240)의 단부측이 삽입되는 체결홀(미도시)이 구비되어 끼움방식으로 삽입될 수도 있고, 상기 전면프레임(221) 및 후면프레임(222)을 관통하는 관통공(미도시)이 구비되어 상기 체결바(240)의 양단부가 통과한 상태에서 별도의 고정부재를 통해 고정될 수도 있다.

이때, 상기 고정프레임(220)의 일측에는 사용자 또는 작업자가 모듈화된 평판형 필터모듈(200)을 용이하게 취부할 수 있도록 별도의 손잡이(223)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 전면프레임(221) 및 후면프레임(222)을 구성하는 각각의 부재는 소정의 폭과 길이를 갖는 판상의 바일 수도 있고, 'I'빔, 'ㄱ'자 빔일 수도 있으며 각관의 형태로 구비될 수도 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 평막형 필터모듈(200)은 다수 개의 필터유닛(100)이 서로 평행하도록 배열될 수 있으며, 각각의 필터유닛(100)에 구비되는 필터부재(110)가 이격부재를 통하여 소정의 간격으로 이격된 상태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 제공되는 흡입력, 일례로 감압부(520)으로부터 제공되는 흡입력이 각각의 수취구(133)를 통해 다수 개의 필터유닛(100) 측으로 전달됨으로써 한 번의 공정으로 다수 개의 필터유닛(100)에서 개별적으로 여과수를 생산할 수 있다.

이로 인해, 다수 개의 필터유닛(100)을 통해 동시에 여과수를 대량으로 생산할 수 있으며, 여과수의 생산효율을 높일 수 있게 된다.

상기 공통포집부재(230)는 한 번의 흡입공정을 통하여 각각의 필터유닛(100)에서 여과수가 동시에 생산될 수 있도록 각각의 필터유닛(100) 측으로 흡입력을 전달하고 각각의 필터에서 생산된 여과수를 하나로 통합하기 위한 것이다.

즉, 상기 공통포집부재(230)는 각각의 필터유닛(100)에 구비되는 수취구(133)와 서로 연결됨으로써 흡입력이 각각의 필터유닛 측으로 동시에 전달되고, 전달된 흡입력을 통해 각각의 필터유닛(100)에서 여과수가 개별적으로 생산되며, 각각의 필터유닛(100)에서 생산된 여과수가 흡입력에 의해 상기 수집공간(134) 및 수취구(133)를 경유하여 공통포집부재(230) 측으로 유입되어 통합될 수 있다.

더불어, 상기 공통포집부재(230)는 제2운전 시 고압의 에어를 각각의 필터유닛(100) 측으로 분배하는 역할을 수행할 수 있다.

이와 같은 공통포집부재(230)는 하나로 구비될 수도 있지만, 각각의 필터유닛에 수취구(133)를 다수 개로 구비되는 경우 상기 수취구(133)의 개수와 대응되도록 구비되어 각각의 수취구(133)와 일대일로 연결될 수 있다.

일례로, 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 필터유닛(100)에 두 개의 수취구(133)가 상부측과 하부측에 구비되는 경우 상기 공통포집부재(230) 역시 두 개로 구비될 수 있으며, 두 개의 공통포집부재(230) 중 어느 하나는 상측에 위치하는 수취구(133)와 연결될 수 있고 나머지 공통포집부재(230)는 하측에 위치하는 수취구(133)와 연결될 수 있다.

이와 같은 공통포집부재(230)는 상기 수취구(133)로부터 유입된 여과수가 일시적으로 모이는 저장공간(234)을 갖는 본체(231)와, 상기 수취구(133)로부터 배출되는 여과수를 상기 저장공간(234)으로 유입시키는 유입구(232) 및 상기 저장공간(234)에 유입된 여과수를 외부(일례로, 여과수 저장탱크(350))로 배출하거나 외부로부터 제공되는 흡입력을 상기 수취구(133) 측으로 제공하는 배출구(233)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 필터부재(110)에 부착된 이물질을 제거하기 위한 제2운전 시 상기 유입구(232)는 고압의 에어를 필터유닛(100) 측으로 공급하는 배출구의 역할을 수행할 수 있으며, 상기 배출구(233)는 외부로부터 제공되는 고압의 에어를 상기 공통포집부재(230) 측으로 유입하는 유입구의 역할을 수행할 수 있다.

이때, 상기 유입구(232)는 각각의 필터유닛(100)에 구비되는 수취구(133)와 각각 연결될 수 있도록 다수 개로 구비될 수 있으며, 상기 유입구(232)와 수취구(133)는 서로 일대일로 매칭되도록 연결될 수 있다.

일례로, 상기 다수 개의 유입구(232)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 수취구(133)와 튜브를 매개로 일대일로 연결될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 수취구(133)가 공통포집부재(230')에 형성된 유입구(232')에 직접 연결될 수도 있다.

여기서, 상기 수취구(133)가 상기 공통포집부재(230')의 유입구(232')에 직접 연결되는 경우, 상기 유입구(232')는 상기 수취구(133)로부터 유입된 여과수가 일시적으로 모이는 저장공간(234)을 갖는 본체(231')의 일면에 홀 형상으로 형성됨으로써 소정의 길이로 돌출형성되는 수취구(133)가 상기 유입구(232')에 직접 삽입될 수 있다. 이때, 상기 유입구(232')와 상기 수취구(133)의 접촉면 상에는 여과수가 외부로 누수되는 것을 방지하기 위한 밀폐부재(미도시)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 유입구(232) 및 수취구(133)가 튜브를 매개로 연결되는 경우 상기 공통포집부재(230)는 상기 수취구(133)로부터 소정의 간격을 두고 이격배치되도록 상기 고정프레임(220)의 높이 중간부에 배치될 수 있다.

이는, 상기 수취구(133)와 유입구(232) 간의 간격이 너무 좁게 되면 튜브를 연결하는 과정에서 상기 튜브가 구부러져 여과수의 원활한 흐름을 방해할 수 있기 때문이다.

이와 같이 본 발명에 따른 하수처리 시스템에 채용되는 필터모듈(200)은 상기 공통포집부재(230)가 각각의 필터유닛(100)에 구비되는 수취구(133)와 연결됨으로써 한 번의 흡입공정을 통하여 각각의 필터유닛에서 여과수가 동시에 생산될 수 있으며, 각각의 필터부재(110)에 부착된 이물질을 제거하기 위한 제2운전 역시 동시에 수행할 수 있다. 더불어, 간격조절부재(130,130')를 통하여 적절한 간격으로 이격된 다수 개의 필터유닛(100)이 일체화되어 모듈화됨으로써 설치작업이 간편할 뿐만 아니라 모듈 단위의 교체가 가능하므로 유지보수가 용이한 장점이 있다.

한편, 필터모듈(200)은 평막형 필터장치인 여과부(300)에 한 개가 구비될 수도 있지만, 도 2에 도시된 것과 같이 다수 개로 구비되어 메인프레임을 통하여 지지될 수도 있다. 상기 메인프레임은 상기 필터모듈(200)을 지지하기 위한 것으로, 내부에 메인유로(315)를 갖는 중공형의 프레임 구조물로 구성될 수 있다.

이와 같은 메인프레임은 상기 필터모듈(200)을 견고하게 지지할 수 있도록 필터모듈(200)의 상부측에 배치되는 상부 메인프레임(311)과, 필터모듈(200)의 하부측에 배치되는 하부 메인프레임(312)을 포함하며, 상기 상부 메인프레임(311)과 하부 메인프레임(312)은 다수 개의 지지바(313)를 매개로 상호 연결될 수 있다.

이를 통해, 상기 메인프레임은 적어도 하나의 필터모듈(200)을 삽입배치하기 위한 공간부를 형성할 수 있다.

이때, 상기 상부 메인프레임(311)과 하부 메인프레임(312) 중 적어도 일측에는 상기 필터모듈(200)의 삽입시 상기 필터모듈(200)의 모서리 측을 지지하여 상기 필터모듈(200)의 슬라이딩 이동을 안내하는 가이드레일(314)이 구비될 수 있다.

일례로, 상기 가이드레일(314)은 대략 'ㄴ'자 형상의 앵글타입의 바형상으로 구비되어 상기 필터모듈(200)의 삽입방향과 동일한 방향으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 필터모듈(200)의 삽입시 상기 필터모듈(200)의 모서리 측이 지지됨으로써 슬라이딩 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 가이드레일(314)은 필터모듈(200)의 상부모서리 및 하부모서리가 동시에 지지될 수 있도록 상기 상부 메인프레임(311) 및 하부 메인프레임(312)에 각각 형성될 수 있다.

한편, 상기 상부 메인프레임(311) 및 하부 메인프레임(312) 중 적어도 어느 하나의 내부에는 상기 필터모듈(200)로부터 유입된 여과수가 통합되는 메인유로(315)가 형성될 수 있다.

일례로, 상기 메인유로(315)는 하부 메인프레임(312)을 구성하는 다수 개의 부재 중 어느 하나의 내부에 형성될 수 있다. 더불어, 상기 하부 메인프레임(312)에는 상기 메인유로(315)와 연통되는 다수 개의 피팅구(316a,316b)가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 다수 개의 피팅구(316a,316b)는 여과수의 유,출입을 위한 유입구와 유출구의 역할을 수행하며, 다수 개의 피팅구(316a,316b) 중 일부(316a)는 상기 공통포집부재(230)의 배출구(233)와 연결관(371)을 매개로 상호 연결될 수 있다. 이때, 상기 연결관(371)은 강성을 갖는 관부재가 사용될 수도 있고, 유연성을 갖는 고무재질로 이루어진 공지의 튜브가 사용될 수도 있다.

그리고 다수 개의 피팅구(316a,316b) 중 나머지(316b)는 제1유로(721)를 매개하여 여과수 저장탱크(420)와 연결됨으로써 제1운전 시 상기 감압부(520)을 통해 제공되는 흡입력으로 각각의 필터유닛으로부터 생산된 여과수가 여과수 저장탱크(420) 측으로 이송될 수 있다.

여기서, 상기 필터모듈(200)이 하나로 구비되는 경우 상기 메인프레임(310)은 생략될 수 있으며, 이와 같은 경우 상기 공통포집부재(230)의 배출구(233)가 상기 여과수 저장탱크(420)와 직접 연결될 수도 있다.

상기 감압부(520)는 제1유로(721) 상에 위치하여 각각의 필터모듈(200)에 구비되는 필터유닛(100)이 여과수를 생산할 수 있도록 흡입력을 제공할 수 있다. 이때, 상기 제1유로(721)는 일측이 상기 메인프레임(310)의 피팅구(316a,316b) 중 적어도 어느 하나(316b)와 연결될 수 있다.

즉, 제1운전에서 상기 감압부(520)를 통해 제공된 흡입력은 메인유로(215), 공통포집부재(230) 및 수취구(133)를 통하여 지지프레임을 구성하는 다수 개의 프레임(120a,120b)에 형성된 유로(124)를 거쳐 상기 필터부재(110) 측으로 전달될 수 있다. 이에 따라 상기 필터유닛(100) 주위의 존재하는 원수가 상기 흡입력에 의해 필터부재(110) 측으로 이동하여 섬유웹(112)을 통해 여과되고, 상기 섬유웹(112)을 통과하여 제1지지체(111)로 이동된 여과수는 흡입력을 통해 상기 지지프레임의 유로(124) 측으로 유입되어 수집공간(134) 측으로 이동된 후 수취구(133)를 통해 공통포집부재(230)로 이동하여 취합되고 메인프레임의 메인유로(315) 및 제1유로(721)를 거쳐 여과수 저장탱크(420) 측으로 수집될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 하수 처리시스템(1000)은 제1운전에서 감압부(520)를 통해서 제공되는 흡입력에 의해 다수 개의 필터유닛(100)이 동시에 작동하여 여과수를 대량으로 생산할 수 있게 된다.

상술한 본 발명에 따른 하수처리 시스템(1000)에서 제1운전은 상술한 평막형 필터장치인 여과부(300)를 이용한 여과공정인데, 상기 여과공정은 상술한 감압부(520)를 통해 필터부재(110)의 양 표면인 외측보다 내측, 일예로 제1지지체(111) 부근의 압력을 더 작게 하여 원수를 흐름을 필터부재(110) 외측에서 내측으로 형성시켜 수행되며, 생산된 여과수는 제1밸브(610)가 개방되고 제2밸브(620)가 닫힌 상태에서 제1유로(721)를 통해 여과수 저장탱크(420)로 이송될 수 있다.

이때, 상기 제1운전은 막여과 유속이 10 ~ 40LMH가 되도록 수행될 수 있으며, 이를 통해서 여과수의 생산량을 증가시킬 수 있고, 후속되는 제2운전의 효율을 높일 수 있는 이점이 있다. 만일 유속이 10LMH 미만으로 수행될 경우 수득되는 여과수의 양이 적어서 여과수 생산효율이 저하될 수 있다. 또한, 유속이 40LMH를 초과 시 필터부재의 오염이 심화되어 제2운전 효율이 저하될 우려가 있다. 더욱 구체적으로 상기 제1운전은 막여과 유속이 10 ~ 40 LMH가 되도록 5 ~ 15분간 수행될 수 있으며, 만일 5분 미만으로 수행될 경우 정해진 운전시간 중 제2운전의 횟수 및/또는 시간이 증가해 필터부재의 손상이나, 변형이 우려되며, 수득되는 여과수량이 적어질 수 있다. 또한, 15분을 초과해서 수행될 경우 정해진 운전시간 중 제2운전의 횟수나 시간이 작아져 충분한 세척효율을 달성하기 어렵고, 적절한 시기에 세척공정이 수행되지 못해서 과도한 이물질로 필터부재가 오염되며, 필터부재에서 이물질을 제거하는 것이 더 어려워질 수 있는 우려가 있다.

상술한 제1운전이 소정의 시간 동안 수행되면 제1운전을 정지시키고 제2운전이 수행된다. 상기 제2운전은 에어를 상기 필터부재(110) 내측에서 외측으로 통과시켜서 상기 필터부재(110) 내 오염물질을 제거하는 세척공정으로서, 구체적으로 제1밸브(610)를 닫고, 제2밸브(620)를 개방시켜서 에어탱크(430)에 저장된 에어를 제2유로(722)를 통해 필터부재(110)로 이송시키며, 이송된 에어를 필터부재(110) 내측에서 외측으로 통과시켜서 제1운전으로 인해서 오염된 필터부재(110) 상의 오염물질을 제거할 수 있다. 상기 에어탱크(430)에 저장된 에어는 에어공급부(800)를 통해 공급된 것일 수 있고, 상기 에어공급부(800)는 일 예로 에어컴프레셔일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 1에 도시된 것과 다르게 제2유로(722)는 여과부(300)에 직접 연결될 수 있고, 제2유로(722)를 통해 에어를 필터부재(110)에 직접 공급시켜 세척공정을 수행할 수 있다. 이때 제2유로(722)를 통해 이송되는 에어는 압력이 100kPa을 초과할 수 있다. 만일 압력이 100kPa 이하일 경우 에어만으로 이물질의 제거가 되지 않으며, 표면의 평균공경이 0.8㎛ 이하, 특히 평균공경이 0.5㎛ 이하의 필터부재(110)를 사용할 때 에어의 압력이 낮아서 에어가 필터부재(110) 내측에서 외측 표면 밖으로 나가기 어려울 수 있고 이로 인해 필터부재의 세척이 되지 않을 수 있다. 한편, 압력이 200kPa를 초과할 경우 에어에 의해 필터부재가 손상받거나 변형될 우려가 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 에어만으로 제2운전을 수행 시 불가피하게 높은 압력으로의 운전해야 하며, 이로 인해 발생할 수 있는 필터부재의 손상이나 변형을 방지하고 보다 효과적으로 필터부재(110) 내 이물질을 제거하기 위해서, 상기 제1운전 종료 후 닫혀진 제1밸브(610)와 여과부(300) 사이의 제1유로(721) 부분에 남아 있는 여과수를 에어와 함께 필터부재(110)를 통과시켜 세척공정을 수행할 수 있다. 이 경우 에어만 사용하는 경우에 대비해 저압의 에어가 가해져도 충분한 세척효과를 발현하는 동시에 필터부재(110)의 손상을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 달리 말하면 에어만으로 제2운전을 수행하는 경우에 비해 낮은 압력으로 제2운전을 수행할 수 있다. 이때 에어의 압력은 10 ~ 100kPa일 수 있고, 보다 바람직하게는 30 ~ 60kPa일 수 있다. 만일 잔존하는 여과수와 함께 에어가 필터부재에 공급될 때 에어의 압력이 100kPa을 초과 시 여과수와 함께 에어가 통과하면서 필터부재의 손상이나 변형을 유발할 우려가 있다. 또한, 압력이 10 kPa 미만일 경우 에어 압력이 과소하여 여과수가 함께 사용되더라도 충분한 세척효과를 발현하지 못할 수 있다.

한편, 제1유로(721) 상에 남아 있는 여과수가 에어와 함께 필터부재(110)에 공급될 수 있도록 제2유로(722)는 에어탱크(430)와 연결되는 쪽의 반대 쪽이 상기 제1밸브(610)와 여과부(300) 사이의 제1유로(721) 상 소정의 지점(P)과 연통되어 제1유로(721)를 경유해 여과부(300)와 연결되도록 유로부(720)가 설계될 수 있다. 이를 통해서 제2운전 시 상기 제1밸브(610)와 여과부(300) 사이의 제1유로(721) 및 상기 제2밸브(620)와 여과부(300) 사이의 제2유로(722) 상에 잔존하는 여과수가 에어와 함께 필터부재(110) 내측에서 외측으로 통과하여 필터부재 상의 오염물질을 보다 낮은 에어압력으로 효과적으로 제거시킬 수 있다.

상기 제2운전은 10 ~ 60초 간 수행될 수 있는데, 만일 10 초 미만으로 수행 시 충분한 세척효과를 달성하기 어렵고, 60초를 초과 시 필터부재의 손상이나 변형을 초래하거나 세척효과 개선정도가 미미할 수 있다.

상술한 제1운전과 제2운전은 한 사이클을 구성해 계속 반복될 수 있는데, 바람직하게는 상기 사이클은 제2운전으로 인해서 여과부에 남아있는 에어를 외기로 환기시키는 제3운전을 더 포함하여 수행될 수 있다. 상기 제3운전은 제2운전으로 인해서 제2밸브(620)와 여과부(300) 사이의 제2유로(722)에 채워진 에어로 인해서 필터부재(110)의 내측에 가해지는 압력을 해소시키기 위한 공정이다. 상기 제3운전은 제2유로(722) 내 압력을 해소시키는 공지된 방법을 적절히 채용하여 수행할 수 있고, 일 예로 제2유로(722) 내 설치된 제3밸브를 이용하여 제2유로(722) 내 압력을 해소시킬 수 있다. 만일 제3운전 없이 제2운전 후 제1운전이 시행될 경우 제1운전 시 압력부여수단에 제1유로 내 잔존하는 공기가 흡입되어 압력부여수단이 제대로 작동을 하지 못하거나, 작동하는데 소요되는 시간이 연장되어 여과수 생산효율이 저하될 수 있다. 한편, 상술한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 도 1에 도시된 유로부(720) 설계와 같이 제2유로(722) 한 쪽이 제1유로(721)에 연통될 경우 상기 제3운전은 제1밸브(610)와 여과부(300) 사이의 제1유로(721)에 채워진 에어까지 함께 외기로 환기시킬 수 있다. 또한, 이 경우 제3밸브(640)는 제1유로(721) 상에 설치되는 것이 보다 효율적일 수 있다.

한편, 상술한 제1운전 및 제2운전, 또는 제1운전 내지 제3운전을 반복수행하여 수처리 되는 본 발명의 일 실시예에 따른 MBR 시스템(1000)은 필터부재(110)의 오염에 따른 수처리 운전 중 필터부재(110)에 발생하는 차압의 변동을 개선할 수 있는데, 차압의 변동을 보다 최소화하거나 방지하기 위해서 상기 필터부재(110)의 양 측 표면, 일 예로 섬유웹(112)의 평균공경이 0.5㎛ 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3㎛ 이하일 수 있다. 만일 평균공경이 0.5㎛를 초과할 경우 막오염이 더 쉽고 많이 발생하는데 반하여 필터부재(110)의 기공에 쌓인 이물의 제거가 어려워 제2운전 효율이 저하되며, 차압 변동 폭이 크거나 차압 변동이 안정적이지 못할 우려가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 MBR 시스템(1000)은 효과적으로 필터부재(110) 내 이물을 제거함에 따라서 운전을 계속하는 경우에도 차압변동이 최소화되고, 변동이 안정적일 수 있다. 일예로 막여과 유속 20 LMH로 제1운전 시 100일 경과 후 여과부(300)의 차압은 초기 차압에 대비해 10kPa 이하로 변동될 수 있어서 매우 안정적으로 장시간 하수를 대규모로 처리할 수 있다. 또한, 생산된 여과수를 이용해 세척을 수행하지 않으며, 이를 이용하는 경우에도 유로 내 잔존하는 소량의 여과수만을 이용함에 따라서 여과수 생산효율이 여과수를 이용한 세척을 수행한 경우에 대비해 매우 향상될 수 있다.

<준비예1>

도 2와 같은 평막형 필터장치를 구현했다. 구체적으로 필터장치에 채용된 필터유닛 내 필터부재는 제1지지체 양측에 제2지지체를 배치시키고, 제2지지체 각각의 상부면에 나노섬유로 형성된 섬유웹이 배치되고, 이들 각각이 열융착되어 부착된 것을 사용했고, 구체적으로 하기의 방법으로 제조된 것을 사용했다. 또한, 구현된 필터장치의 유효 막면적이 각각 2.5㎡, 16㎡이 되도록 준비했다.

구체적으로 섬유웹을 제조하기 위해서 섬유형성성분으로 폴리비닐리덴플루오라이드(Arkema사, Kynar761) 12g을 디메틸아세트아마이드와 아세톤의 중량비를 70:30으로 혼합한 혼합용매 88g에 80℃의 온도로 6시간 동안 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 방사용액을 제조했다. 상기 방사용액을 전기방사장치의 용액탱크에 투입하고, 15㎕/min/hole의 속도로 토출하였다. 이때 방사 구간의 온도는 30℃, 습도는 50%를 유지하고, 콜렉터와 방사노즐팁 간 거리를 20㎝하고, 상기 콜렉터 상부에 제2지지체로써 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 시스부로 하고, 폴리프로필렌을 코어부로 하는 평균직경이 20㎛인 저융점 제2복합섬유로 형성된, 두께 약 200㎛, 평량 40g/㎡의 부직포(㈜남양부직포, CCP40)를 배치시킨 후 고전압 발생기를 사용하여 방사 노즐 팩(Spin Nozzle Pack)에 40kV의 전압을 부여함과 동시에 방사 팩 노즐 당 0.03MPa의 에어압력을 부여하여 제2지지체의 일면에 평균직경이 250㎚인 PVDF 나노섬유로 형성된 섬유웹이 구비된 적층체를 제조하였다. 제조된 섬유웹은 직경이 0.1 ~ 0.2㎛인 제1나노섬유군, 직경이 0.2 ~ 0.3㎛인 제2나노섬유군 및 직경이 0.3 ~ 0.4㎛인 제3나노섬유군을 각각 35중량%, 53중량%, 12중량%로 포함하여 평균직경이 250㎚인 나노섬유로 형성되었고, 평량이 10g/㎡이고, 두께 13㎛, 평균공경이 0.3㎛, 기공도가 약 75%이었다.

다음으로 상기 적층체의 섬유웹에 잔존하는 용매, 수분을 건조시키고, 제2지지체와 나노섬유웹을 열융착시키기 위해 140℃ 이상의 온도 및 1kgf/㎠로 열과 압력을 가해 캘린더링 공정을 실시하였다. 제조된 적층체는 도 6과 같이 제2지지체와 나노섬유웹은 열융착 되어 결속되었고, 나노섬유웹은 3차원 네트워크 구조로 구현되었다.

이후, 제조된 적층체에서 제2지지체가 제1지지체의 양면에 대면하도록 적층체를 배치시켰다. 이때 상기 제1지지체는 두께가 5mm이며, 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 시스부로 하고, 폴리프로필렌을 코어부로 하는 직경이 약 30㎛인 저융점 제1복합섬유로 형성된 평량이 450g/㎡인 부직포(남양부직포, NP450)를 사용하였다. 이후 140℃의 열 및 1kgf/㎠의 압력을 가해 필터부재를 제조하였다.

<준비예2>

준비예1과 동일하게 수행하여 유효 여과면적이 2.5㎡인 평막형 필터장치를 구현했다. 다만 사용된 섬유웹은 평량이 6g/㎡이고, 두께 13 ㎛, 평균공경이 0.8㎛, 기공도가 약 70%이었다.

<실시예1>

도 1에 도시된 것과 같이 MBR 시스템을 구성하고, 구체적으로 준비예2에 따른 평막형 필터장치를 여과부로 막여과조에 수용시킨 뒤, 막여과조에 농도가 약 12,000㎎/ℓ인 원수를 유입시켰다. 원수에 대해 하기 제1운전 내지 제3운전을 1세트로 하여 5.8일간 수처리 하였다. 구체적으로 제1운전은 감압부을 통해 막여과유속이 15LMH가 되도록 10분간 수행했다. 제1운전 동안 수득된 여과수는 제1유로를 통해 여과수 저장탱크에 저장했다. 이후 제1운전을 정지하고 제1밸브를 닫고, 제2밸브를 개방시켜 에어탱크로부터 에어를 제2유로로 이송시킨 뒤 유로 내 잔존하는 여과수와 함께 제1유로를 경유해 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과하도록 제2운전을 20초 동안 수행했다. 이때 에어의 압력은 50kPa이 되도록 설정했다. 이후 제2운전을 정지하고 제3밸브를 개방해 120초 동안 필터부재 등에 잔존하는 에어를 방출시키는 제3운전을 수행했다.

<비교예1>

실시예1과 동일하게 수행하여 실시하되, 제2운전 및 제3운전을 생략하였고, 구체적으로 10분간 제1운전 후 140초 동안 휴지한 뒤 다시 제1운전을 수행하는 것으로 반복하였다.

<실험예1>

실시예1 및 비교예1에 따른 수처리 운전에 따른 막여과유속, 막차압을 시작과 동시에 측정하여 그 결과를 하기 도 9에 나타내었다.

도 9를 통해 확인할 수 있듯이, 제2운전을 수행하지 않은 비교예1의 경우 5.8일 경과 후 차압이 초기 여과압에 대비해 10kPa 이상 변동이 생긴 것을 확인할 수 있다. 그러나 에어를 통해 제2운전을 수행한 실시예1의 경우 5.8일 경과해도 차압의 변동이 5kPa 미만으로 안정적인 것을 알 수 있다.

<실시예2>

도 1에 도시된 것과 같이 MBR 시스템을 구성하고, 구체적으로 준비예1에 따른 유효 여과면적이 2.5㎡인 평막형 필터장치를 막여과조에 수용시킨 뒤, 막여과조에 농도가 약 12,000㎎/ℓ 인 원수를 유입시켰다. 원수에 대해 하기 제1운전 내지 제3운전을 1세트로 하여 8.8일간 수처리 하였다. 구체적으로 제1운전은 감압부를 통해 막여과유속이 20LMH가 되도록 10분간 수행했다. 제1운전 동안 수득된 여과수는 제1유로를 통해 여과수 저장탱크에 저장했다. 이후 제1운전을 정지하고 제1밸브를 닫고, 제2밸브를 개방시켜 에어탱크로부터 에어를 제2유로로 이송시킨 뒤 유로 내 잔존하는 여과수와 함께 제1유로를 경유해 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과하도록 제2운전을 10초 동안 수행했다. 이때 에어의 압력은 30kPa이 되도록 설정했다. 이후 제2운전을 정지하고 제3밸브를 개방해 110초 동안 필터부재 등에 잔존하는 에어를 방출시키는 제3운전을 수행했다.

<실시예3>

실시예2와 동일하게 수처리를 수행하되, 준비예2에 따른 평막형 필터장치를 이용했고, 제2운전 시 에어 압력을 50kPa로 15초 동안 수행했으며, 120초 동안 제3운전을 실시하였다.

<실험예2>

실시예2 및 실시예3에 따른 수처리 운전에 따른 막여과유속, 막차압을 시작과 동시에 측정하여 그 결과를 하기 도 10에 나타내었다.

도 10을 통해 확인할 수 있듯이, 실시예2의 평막형 필터장치가 수처리시 실시예3에 대비해 안정적인 차압변화를 보이는 것을 확인할 수 있고, 특히 더 낮은 압력으로 제2운전을 수행했음에도 더 낮은 차압변화를 보인 것은 본 발명의 하수처리 시스템에 의한 수처리 운전조건에 더욱 최적화된 것임을 알 수 있다.

<실시예4>

준비예1에 따른 유효 여과면적이 2.5㎡인 평막형 필터장치를 막여과조에 수용시킨 뒤, 막여과조에 농도가 약 12,000㎎/ℓ 인 원수를 유입시켰다. 원수에 대해 하기 제1운전 내지 제3운전을 1세트로 하여 15.6일간 수처리 하였다. 구체적으로 제1운전은 압력부여수단을 통해 막여과유속이 25LMH가 되도록 9분간 수행했다. 제1운전 동안 수득된 여과수는 제1유로를 통해 여과수 저장탱크에 저장했다. 이후 제1운전을 정지하고 제1밸브를 닫고, 제2밸브를 개방시켜 에어탱크로부터 에어를 제2유로로 이송시킨 뒤 유로 내 잔존하는 여과수와 함께 제1유로를 경유해 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과하도록 제2운전을 12초 동안 수행했다. 이때 에어의 압력은 30kPa이 되도록 설정했다. 이후 제2운전을 정지하고 48초 동안 필터부재 등에 잔존하는 에어를 방출시키는 제3운전을 수행했다.

<비교예2>

실시예1 동일하게 실시하여 수처리 하되, 제2운전을 수행 시 에어를 주입하지 않고, 여과수 저장탱크에 저장된 여과수를 제1유로 상에 별도로 설치시킨 압력펌프를 이용해서 필터부재 내측에서 외측으로 48LMH로 통과하도록 1분간 제2운전을 수행했고, 제3운전 수행 없이 제1운전과 제2운전을 15.6일간 반복하여 수행했다.

<실험예3>

실시예4 및 비교예2에 따른 수처리 운전에 따른 막여과유속, 막차압을 시작과 동시에 측정하여 그 결과를 하기 도 11에 나타내었다.

도 11을 통해 확인할 수 있듯이, 여과수를 이용해 제2운전을 수행한 비교예2와 실시예4의 경우 유사한 차압변화를 보인 것을 확인할 수 있고 이를 통해서 유사수준의 세척효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 실시예4와 비교예2의 수처리에 대한 결과는 하기 표 1과 같다.

항목	실시예4	비교예2
제1공정시간(분)	9	9
제2공정시간(분)	0.2	1
제3공정시간(분)	0.8	0
일일 총 운전횟수(회)	144.0	144.0
일일 총 제1운전시간(분/일)	1296.0	1296.0
일일 총 제2운전시간(분/일)	28.8	144.0
일일 총 제3운전시간(분/일)	115.2	0.0
일일 총 운전시간(분/일)	1440.0	1440.0
단위면적(m²)당 일일 여과수량(m³/일)	1.35	1.35
단위면적(m²)당 일일 제2운전용 소요 여과수 수량(m³/일)	0.0	0.28
단위면적(m²)당 일일 방류수량(m³/일)	1.35	1.07
막여과 가동율(%)	90.00	90.00
막여과 회수율(%)	100.0	79.6

표 1을 통해 확인할 수 있듯이

비교예2의 경우 여과수 회수율이 실시예4에 대비해 20%가량 현격히 저하된 것을 알 수 있고, 실시예4가 비교예2와 유사한 세척효과를 보이나 여과수 생산효율에 있어서는 매우 우수한 것을 알 수 있다.

<실시예5>

경기도 파주시에 위치한 공공 하수처리장 내에 일일 12㎥을 처리할 수 있는 도 1과 같은 파일럿 하수처리 시스템을 준비했다. 막여과조에 준비예1에 따른 유효 여과면적이 16㎡인 평막형 필터장치를 수용시킨 뒤, 원수를 유입시켰다. 원수에 대해 하기 제1운전 내지 제3운전을 1세트로 하여 103일간 수처리 하였다. 구체적으로 제1운전은 감압부를 통해 막여과유속이 25LMH가 되도록 9분간 수행했다. 제1운전 동안 수득된 여과수는 제1유로를 통해 여과수 저장탱크에 저장했다. 이후 제1운전을 정지하고 제1밸브를 닫고, 제2밸브를 개방시켜 에어탱크로부터 에어를 제2유로로 이송시킨 뒤 유로 내 잔존하는 여과수와 함께 제1유로를 경유해 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과하도록 제2운전을 12초 동안 수행했다. 이때 에어의 압력은 30kPa이 되도록 설정했다. 이후 제2운전을 정지하고 48초 동안 필터부재 등에 잔존하는 에어를 방출시키는 제3운전을 수행했다. 103일간 운전 결과 원수 내 활성슬러지 농도는 11,400 ~ 12,000mg/L를 유지하도록 했다.

<비교예3>

실시예5와 동일하게 수행하여 실시하되, 제2운전 및 제3운전을 생략하였고, 구체적으로 9분간 제1운전 후 60초 동안 휴지한 뒤 다시 제1운전을 수행하는 것으로 반복하였다.

<실험예3>

실시예5 및 비교예3에 따른 수처리 운전에 따른 막여과유속, 막차압을 시작과 동시에 측정하여 그 결과를 하기 도 12에 나타내었다.

도 12를 통해 확인할 수 있듯이, 제2운전을 통한 필터부재의 세척공정을 수행하지 않은 제2계열로 표기된 비교예3의 경우 약 67일 가동 후 여과압력이 -60kPa까지 상승되어 가동을 중단 했고, 약품을 통해 필터부재에 대한 세척공정을 실시한 후 재가동 될 수 있음을 확인할 수 있다.

한편, 제1계열로 표기된 실시예5의 경우 막차압의 변화는 초기 여과압력 10kPa에서 누적 103일 가동 시 여과압력이 2kPa로 차압변화는 -8kPa 수준에 불과했고, 안정적으로 막차압을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다.

또한, 실시예5에 따른 하수처리 운전 중 30일 경과 후 수득된 여과수에 대한 대장균 및 SS 제거율을 확인한 결과 부유물(ss) 및 대장균이 불검출되어 여과효율이 우수한 것을 알 수 있다.

<실시예6>

제1운전 시 허용 가능한 막여과 유속을 확인하기 위하여 실시예5와 동일하게 수행하되 제1운전 시 여과유속을 35LMH로 변경하여 약 15일간 하수처리를 수행했다.

<실험예4>

실시예6 에 따른 수처리 운전에 따른 막여과유속, 막차압을 시작과 동시에 측정하여 그 결과를 하기 도 13에 나타내었다.

도 13을 통해 확인할 수 있듯이, 제2계열로 표기된 실시예 6의 경우 막 여과유속을 25LMH에서 35LMH로 변경한 경우에도 안정적으로 막차압을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다.

<실시예 7 ~ 8>

실시예 4와 동일하게 실시하여 수행하되, 제1운전과 제2운전 사이에 제1유로 내 여과수가 잔존하지 않도록 제1유로 설비를 조정하여 제1유로 내 여과수를 여과수 탱크로 모두 이송시키는 추가공정을 포함시켜서 제1운전 내지 제3운전을 반복수행하여 하수처리를 수행했다. 이때 실시예7은 공기압력을 실시예4와 동일하게 하였고, 실시예8은 공기압력을 60kPa로 조정했다.

<실험예5>

실시예4 및 실시예7에 따른 수처리 운전에 따른 막여과유속, 막차압을 시작과 동시에 측정하여 5일 경과 후 및 15일 경과 후 막 차압 변화를 하기 표 2에 나타내었다.

		실시예4	실시예7	실시예8
제1운전시 막여과유속(LMH)		25	25	25
제1운전 후 제1유로 내 여과수 잔존여부		존재	없음	없음
제2운전 시 공기압(kPa)		30	30	60
막차압 변화량(kPa)	5일 경과시	5 미만	5 미만	5 미만
막차압 변화량(kPa)	15일경과시	5 미만	최대 9.5	최대 6.8

평가결과 실시예1의 경우 15일 경과 시까지 차압 변동이 5kPa 미만을 유지했으나, 실시예7 및 8의 경우 약 5일간은 차압 변화가 5kPa 미만을 유지했다가 15일 경과 후 9.5kPa, 6.8kPa까지 차압 변동이 발생했고, 이를 통해서 제1유로 내 여과수 없이 에어를 통과시켜 제2운전을 수행 시 더 높은 공기압을 가해야 만이 막 차압 변화량을 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 실시예4의 경우 30kPa 수준의 에어 압력으로 제2운전을 수행함에도 불구하고 막차압 변화량을 5kPa 미만으로 안정적으로 유지함을 통해서 제1유로 내 잔존하는 소량의 여과수와 에어를 함께 필터부재 통과시 제2운전의 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 필터유닛 110: 필터부재
200,200': 필터모듈 300: 여과부
1000: MBR 시스템

Claims

활성 슬러지의 농도가 3,000 ~ 15,000㎎/ℓ인 원수를 담지하는 막여과조;
상기 원수를 여과시키기 위하여, 상기 막여과조 내부에 설치되는 필터부재를 포함하는 여과부;
상기 막여과조 외부에 배치되며 상기 여과부로부터 생산된 여과수가 저장되는 여과수 저장탱크;
필터부재 표면의 오염물질을 제거하기 위하여 여과부로 공급되는 에어가 저장된 에어탱크;
상기 여과부와 여과수 저장탱크 사이를 연결하는 제1유로 및 상기 여과부와 에어탱크 사이를 연결하는 제2유로를 포함하는 유로부;
상기 제1유로 상에 위치하며 제1유로를 개폐시키는 제1밸브, 상기 제2유로 상에 위치하며 제2유로를 개폐시키는 제2밸브를 포함하는 밸브부; 및
상기 여과수 저장탱크와 제1밸브 사이의 제1유로 상에 위치하는 감압부;를 포함하고,
상기 감압부를 구동시켜 형성되는 필터부재 외측과 내측 간 압력 차이를 통해서 원수를 필터부재 외측에서 내측으로 투과시켜서 여과수를 생산하며, 생산된 여과수를 제1밸브가 개방되고 제2밸브가 닫힌 상태에서 제1유로를 통해 여과수 저장탱크로 이송시키는 제1운전과,
상기 제1밸브를 닫고, 제2밸브를 개방시켜서 에어탱크에 저장된 에어를 제2유로를 통해 필터부재로 이송시키며, 이송된 에어를 필터부재 내측에서 외측으로 통과시켜서 제1운전으로 인해서 오염된 필터부재 상의 오염물질을 제거하는 제2운전이 하나의 사이클을 구성해 반복하여 수행되는 MBR 시스템.
제1항에 있어서,
상기 밸브부는 제1밸브와 여과부 사이의 제1유로 상에 외기와 연결되는 제3밸브를 더 포함하며,
상기 사이클은 상기 제2운전 종료 후 제2밸브를 폐쇄하고 제3밸브를 개방시켜 제2운전으로 인해서 여과부에 남아있는 에어를 외기로 환기시키는 제3운전을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1운전은 막여과 유속이 10 ~ 40LMH가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2운전에서 에어의 압력은 100kPa 초과인 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2유로는 에어탱크와 연결되는 쪽의 반대 쪽이 상기 제1밸브와 여과부 사이의 제1유로 상 소정의 지점과 연통되어 제1유로를 경유해 여과부와 연결되고,
제2운전 시 상기 제1밸브와 여과부 사이의 제1유로 및 상기 제2밸브와 여과부 사이의 제2유로 상에 잔존하는 여과수가 에어와 함께 필터부재 내측에서 외측으로 통과하여 필터부재 상의 오염물질을 제거하는 특징으로 하는 MBR 시스템.
제5항에 있어서,
상기 에어의 압력은 10 ~ 100kPa인 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.
제1항에 있어서,
상기 필터부재의 원수 측 표면의 평균 공경은 0.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1운전은 막여과 유속 10 ~ 40LMH로 5 ~ 15분간 수행되며,
상기 제2운전은 압력이 10 ~ 100kPa인 에어로 10 ~ 60초 간 수행되고,
상기 제3운전은 10 ~ 120초 간 수행되는 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.
제1항에 있어서,
막여과 유속 20 LMH로 제1운전 시 100일 경과 후 여과부의 차압은 초기 차압에 대비해 10 kPa 이하로 변동되는 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.
제1항에 있어서, 상기 여과부는
다수 개의 필터유닛이 체결바를 매개로 일체화된 필터조립체 및
상기 다수 개의 필터유닛에서 배출되는 여과수를 포집하는 적어도 하나의 공통포집부재를 포함하는 평막형 필터장치이며,
상기 필터유닛은 양 표면인 외측에서 내측으로 여과흐름을 갖는 평막인 필터부재 및 상기 필터부재의 테두리 측에 결합되어 상기 필터부재를 지지하며 상기 필터부재를 통해 생산된 여과수가 유입되어 이동하는 유로 및 상기 여과수를 유출시키기 위한 수취구가 형성된 지지프레임을 구비하고,
상기 공통포집부재는 다수 개의 필터유닛 각각에 구비되는 수취구와 일대일로 매칭되도록 연결되는 MBR 시스템.
제1항에 있어서,
상기 필터부재는 판상의 제1지지체 및 상기 제1지지체의 양 측에 배치되는 나노섬유로 형성된 섬유웹을 포함하는 MBR 시스템.
제11항에 있어서,
상기 섬유웹은 상기 제1지지체보다 두께가 얇은 제2지지체을 매개로 상기 제1지지체의 일면에 열융착을 통하여 부착되는 MBR 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제1지지체 및 제2지지체는 폴리프로필렌인 코어부 및 융점이 60 ~ 180℃인 폴리에틸렌인 시스부로 구성된 시스-코어형 복합섬유인 것을 특징으로 하는 MBR 시스템.