WO2010056011A2 - 여과 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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WO2010056011A2
WO2010056011A2 PCT/KR2009/006478 KR2009006478W WO2010056011A2 WO 2010056011 A2 WO2010056011 A2 WO 2010056011A2 KR 2009006478 W KR2009006478 W KR 2009006478W WO 2010056011 A2 WO2010056011 A2 WO 2010056011A2
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이광진
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주식회사 코오롱
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    • B01D2321/18—Use of gases
    • B01D2321/185—Aeration

Definitions

  • the present invention relates to a filtration system and a method thereof, and more particularly, by intensively heating only a portion of a filtration membrane during the maintenance or recovery cleaning of the filtration membrane, maximizing the cleaning effect, minimizing the heat energy required for the cleaning, and reducing the cleaning time.
  • the present invention relates to a filtration system and a method thereof that can be significantly shortened.
  • the separation method using a filtration membrane has many advantages over the separation method using heating at a high temperature or a phase change.
  • One of the biggest advantages is that the desired water quality can be stably obtained according to the pore size of the filtration membrane, thereby increasing the reliability of the process. Can be.
  • the use of a filtration membrane does not require an operation such as heating at a high temperature, when the filtration membrane is used in a separation process using microorganisms, the microorganisms can be prevented from being affected by heat.
  • One of the filtration membrane modules is an inhalation type that separates solid components such as impurities or sludge by immersing the filtration membrane module directly in a water tank of a fluid to be treated and applying a negative pressure to the inside of the filtration membrane to selectively permeate only the fluid into the filtration membrane.
  • a filtration membrane module Manufacturing the filtration device by using the suction filtration membrane module has the advantage that it does not need the equipment for the circulation of the fluid, which can bring down the facility cost or operating cost, while the disadvantage that the permeate flow rate that can be obtained in a unit time is limited.
  • the maintenance cleaning is a cleaning performed for a while while the water treatment by the filtration membrane module is in progress or in the state in which the water treatment is stopped.
  • the main purpose is to maintain the permeation performance of the filtration membrane in a good state.
  • This maintenance cleaning is mainly performed by physical cleaning. Physical cleaning can be categorized into backwashing and aeration schemes.
  • the backwashing method is a cleaning method that removes foreign matter adhering to the membrane surface by refluxing air or water through the filtration membrane while the water treatment is temporarily stopped.
  • the acid method generates air under the membrane to cause the air bubbles to rise, thereby removing foreign substances adhering to the surface of the filtration membrane by the air bubbles themselves, as well as causing the rising or circulation of water contained in the water treatment tank.
  • recovery washing is a washing performed for a long time when membrane contamination accumulates as the membrane permeation performance of the filtration membrane module is seriously degraded as the water treatment proceeds for a long time in the water treatment tank, and the main purpose is to restore the permeation performance of the filtration membrane. There is this.
  • recovery cleaning is performed by chemical cleaning with an acidic solution such as HCl, HNO 3 or citric acid and / or a basic solution such as NaOH or NaOCl.
  • acidic solution such as HCl, HNO 3 or citric acid and / or a basic solution such as NaOH or NaOCl.
  • recovery cleaning is performed by chemical cleaning of the filtration membrane module by sequentially supplying base and acid to the water treatment tank after the raw water filled in the water treatment tank is completely discharged. Flushing of the filtration membrane module may be performed before the above chemical cleaning.
  • the recovery cleaning may also be performed in a separate cleaning bath.
  • the effect of maintenance and recovery cleaning is related to the temperature of the surface of the filtration membrane. In other words, as the surface temperature of the filtration membrane increases, the cleaning effect is better. Therefore, it is desirable to increase the surface temperature of the filtration membrane during the maintenance and recovery of the filtration membrane. Increase the effect of maintenance cleaning by heating raw water to be treated to a certain temperature and then supplying it to the membrane module, or increasing the effect of recovery cleaning by heating the chemical cleaning solution for recovery cleaning to a temperature and then supplying it to the filter membrane module. You can.
  • the present invention relates to a filtration system and method which can avoid the problems caused by the above limitations and disadvantages of the related art.
  • One aspect of the present invention is to provide a filtration system and a method capable of maximizing the cleaning effect and minimizing the heat energy required for cleaning by intensively heating only the filter membrane portion during the maintenance or recovery cleaning of the filter membrane.
  • Another aspect of the present invention is to provide a filtration system and method capable of dramatically shortening the cleaning time by intensively heating only the filtration membrane portion during maintenance or recovery cleaning of the filtration membrane.
  • a membrane module comprising a filtration membrane; Air supply means for cleaning the filtration membrane; And a heater for heating the air provided from said air supply means.
  • the step of performing a water treatment using a membrane module comprising a filtration membrane; Providing air for cleaning the filtration membrane; Heating the air; And providing the heated air to the filtration membrane.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an example of a pressurized hollow fiber membrane module
  • FIG. 2 is a schematic view of the filtration system of the present invention using a pressurized hollow fiber membrane module
  • FIG. 3 is a view schematically showing an immersion hollow fiber membrane module
  • FIG. 4 is a view showing a filtration system of the present invention using an immersion hollow fiber membrane module
  • FIG. 5 is a view schematically showing the recovery cleaning of the hollow fiber membrane module is performed by the filtration system of the present invention
  • FIG. 6 is a partial block diagram illustrating the operation of a heater according to an embodiment of the present invention.
  • Embodiments of the present invention described below illustrate the hollow fiber membrane module as a filtration membrane module in order to explain the technical idea of the present invention, but the present invention is not limited to the hollow fiber membrane module but includes various types of filtration membranes including flat membrane modules. All can be applied to modules.
  • the technical idea of the present invention disclosed below collects permeate water only from one end of the hollow fiber membrane, as well as a two-stage collecting method using two headers to collect permeate water from both ends of the hollow fiber membrane. The same applies to the case of the single stage water collecting method using one header.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an example of a pressurized hollow fiber membrane module
  • Figure 2 is a schematic view of the filtration system of the present invention using a pressurized hollow fiber membrane module.
  • Pressurized hollow fiber membrane module 10 includes a plurality of hollow fiber membrane (11). Each hollow fiber membrane 11 has a hollow formed therein so that the filtered water can pass from the outer surface side to the inner surface side.
  • the plurality of hollow fiber membranes 11 are present in a bundle form arranged in the longitudinal direction.
  • At least one end portion of the plurality of hollow fiber membranes 11 is adhesively fixed to the first fixing portion 12. Subsequently, the first fixing part 12 is cut together with the plurality of hollow fiber membranes 11 so that the plurality of hollow fiber membranes 11 have open ends.
  • the first fixing part 12 may be made of a thermosetting resin, for example, an epoxy resin, a urethane resin, a silicone rubber, or the like.
  • a thermosetting resin for example, an epoxy resin, a urethane resin, a silicone rubber, or the like.
  • fillers such as silica, carbon black, carbon fluoride, and the like into these thermosetting resins, the strength of the first fixing portion 12 and reduction of cure shrinkage can be achieved.
  • the other end portion of the hollow fiber membrane 11 is fixed to the second fixing portion 13 made of the same or different material as the first fixing portion 12.
  • the other end portion of the hollow fiber membrane 11 may not be fixed, in which case the other end portion should be sealed with a thermosetting resin or the like.
  • a plurality of openings 13a are formed in the second fixing part 13 so that air for the acid cleaning of the hollow fiber membrane 11 can be uniformly supplied to the hollow fiber membrane.
  • the first fixing part 12 on which the plurality of hollow fiber membranes 11 are potted is adhesively fixed to the inner surface of the module case 14 through a sealing agent. Therefore, the filtered water flowing through the hollow fiber membrane 11 and introduced into the hollow and discharged through the open end of the hollow fiber membrane 11 is prevented from being mixed with the raw water.
  • Raw water to be filtered is introduced into the module case 14 through the raw water inlet 15.
  • the raw water introduced into the module case 14 is pressurized by a pump, and a part of the raw water penetrates the hollow fiber membrane 11 and flows into the hollow of the hollow fiber membrane 11.
  • the filtered water that has passed through the hollow fiber membrane 11 is discharged to the outside through the filtered water outlet 16 of the module case 14, and the raw water having a higher concentration of contaminants of solid components due to the filtered water exit (hereinafter, "concentrated” Water ”is discharged to the outside through the brine outlet 17.
  • air for cleaning the hollow fiber membrane 11 is introduced into the module case 14 through the air inlet 18.
  • raw water to be filtered and air for cleaning the hollow fiber membrane 11 may be introduced into the module case 14 through one inlet 18.
  • both the raw water to be filtered and the air for the acid filter cleaning flow toward the hollow fiber membrane 11 through the plurality of openings 13a formed in the second fixing part 13.
  • raw water to be filtered is pumped to the hollow fiber membrane module 10 by a raw water supply pump 30 via a circulation tank 20.
  • the filtrate which has permeated the hollow fiber membrane 11 in raw water is sent to the filtrate tank 50, and the concentrated water is sent to the recirculation tank 20 again.
  • the filtered water stored in the filtrate tank 50 is sent to the hollow fiber membrane module 10 by the backwash pump 60.
  • aeration cleaning of the hollow fiber membrane 11 is performed by injecting compressed air into the hollow fiber membrane module 10 through the air inlet 18 using the air supply means 40.
  • the air supply means 40 of the present invention may be a blower or an air compressor, but is not limited thereto, and may be in any form as long as it can provide air.
  • the air discharged from the air supply means 40 is supplied into the pressurized hollow fiber membrane module 10 through the pipe 45, and the pipe 45 is heated by the heater 70.
  • the piping 45 is heated by the heater 70, the air passing through the piping 45 is also heated.
  • the heated air is introduced into the pressurized hollow fiber membrane module 10 under the guidance of the pipe 45 to intensively raise the temperature near the hollow fiber membrane 11.
  • a temperature difference is generated between the raw water temperature near the hollow fiber membrane 11 and the raw water temperature located elsewhere, and thermal energy can be reduced by the temperature difference.
  • the cleaning effect of the hollow fiber membrane 11 shown by feeding raw water heated to 40 ° C. into the hollow fiber membrane module 10 and the raw water at 10 ° C. are fed into the hollow fiber membrane module 10, but the hollow fiber membrane 11 is pressed.
  • the heat energy required to selectively heat only the raw water near the hollow fiber membrane 11 to 40 ° C. is inevitably much smaller. Energy savings can be achieved by the difference.
  • the heater 70 includes a heating wire surrounding the pipe 45, but the heater 70 of the present invention is not limited to the heating wire, and is capable of heating the pipe 45. Any form may be used.
  • the heater 70 of the present invention may heat the air passing through the pipe 45 by using a heating fluid.
  • FIG 3 is a view schematically showing the immersion hollow fiber membrane module
  • Figure 4 is a view showing the filtration system of the present invention using the immersion hollow fiber membrane module.
  • the submerged hollow fiber membrane module 100 includes two headers 110, and a plurality of hollow fiber membranes 120 are disposed between the two headers 110. Both ends of each of the plurality of hollow fiber membranes 120 are potted with an adhesive such as polyurethane to each of the headers 110.
  • water collecting portions (not shown) communicating with the terminal openings of the hollow fiber membranes 120 are formed, respectively, to collect permeated water passing through the hollow fiber membranes 120.
  • the immersion hollow fiber membrane module 100 is located in the water treatment tank 200.
  • Raw water 210 to be treated flows into the water treatment tank 200.
  • the submerged hollow fiber membrane module 100 is immersed in the raw water 210 to be treated.
  • the diffuser 400 for ejecting air for cleaning the hollow fiber membrane 120 is located under the immersion type hollow fiber membrane module 100. Air blown out through the diffuser 400 is provided from the air supply means 300 as air heated to a predetermined temperature.
  • the air supply means 300 of the present invention may be a blower or an air compressor, but is not limited thereto, and may be in any form as long as it can provide air.
  • the air discharged from the air supply means 300 is supplied to the diffuser 400 in the water treatment tank 200 through the pipe 350, and the pipe 350 is heated by the heater 500.
  • the heater 500 includes a heating wire surrounding the pipe 350, but the heater 500 of the present invention is not limited to the heating wire and may be any type as long as it can heat the pipe 350.
  • the heater 500 of the present invention may heat the air passing through the pipe 350 using a heating fluid.
  • the heated air is blown to the hollow fiber membrane module 100 through the diffuser 400 to intensively increase the temperature of the raw water near the hollow fiber membrane 120. Therefore, a temperature difference occurs between the raw water temperature near the hollow fiber membrane 120 and the raw water temperature located elsewhere, and thermal energy may be reduced due to the temperature difference.
  • FIG. 5 is a view schematically showing the recovery cleaning of the hollow fiber membrane module is performed by the filtration system of the present invention.
  • the hollow fiber membrane module 100 is placed in a cleaning tank 600 filled with an acid or alkali chemical cleaning liquid 610 for the recovery cleaning of the hollow fiber membrane module 100 which has been subjected to water treatment for a predetermined period of time. Immerse it.
  • the cleaning tank 600 there is an diffuser 800 that blows out air, and the diffuser 800 is positioned below the hollow fiber membrane module 100 in the cleaning tank 600.
  • Air blown out through the diffuser 800 is provided from the air supply means 700 as air heated to a predetermined temperature.
  • the air supply means 700 may be a blower or an air compressor, but is not limited thereto and may be in any form as long as it can provide air.
  • the air discharged from the air supply means 700 is supplied to the diffuser 800 in the cleaning tank 600 through the pipe 750, and the pipe 750 is heated by the heater 900.
  • the heater 900 includes a heating wire surrounding the pipe 750, but the heater 900 of the present invention is not limited to the heating wire and may be any type as long as it can heat the pipe 750.
  • the heater 900 of the present invention may heat the air passing through the pipe 750 using a heating fluid.
  • the heated air is blown out to the hollow fiber membrane module 100 through the diffuser 800 to intensively increase the temperature of the chemical cleaning liquid near the hollow fiber membrane 120. Therefore, a temperature difference is generated between the temperature of the chemical cleaning liquid near the hollow fiber membrane 120 and the temperature of the chemical cleaning liquid located elsewhere, and thermal energy can be saved due to the temperature difference.
  • the recovery rate of the filtration membrane defined by the following formula is lower than that in the case where the raw water or the chemical cleaning liquid is not heated and provided to the water treatment tank or the cleaning tank. Much higher.
  • energy consumption is reduced by 1/2 or more while showing almost the same cleaning effect as compared to the case where the raw water or the chemical cleaning liquid is provided to the water treatment tank or the washing tank in a heated state. can do.
  • FIG. 6 is a partial block diagram illustrating the operation of a heater according to an embodiment of the present invention.
  • the pipe 1200 is preferably formed of a suitable material in consideration of characteristics such as durability, corrosion resistance, thermal conductivity.
  • the heater 1300 may be controlled in various ways by the controller 1500.
  • the controller 1500 may switch the heater 1300 in a cyclic heating mode such as turning on / off the operation of the heater 1300 at a predetermined cycle or changing the intensity of the heater 1300 at a predetermined cycle. Can be controlled.
  • the heater 1300 indirectly heats the air by heating the pipe 1200, the air is heated by the residual heat of the pipe 1200 even if the heater 1300 is temporarily stopped or the intensity thereof is temporarily reduced. Can be. Therefore, when the heater 1300 is controlled in the periodic heating mode, the energy consumption can be reduced without substantially reducing the cleaning effect.
  • the air supply means 1100 may also be controlled in a cyclic aeration mode by the controller 1500. That is, the controller 1500 may turn on / off the operation of the air supply means 1100 at regular intervals or change the intensity of power applied to the air supply means 1100 at regular intervals. In this case, the controller 1500 may control the heater 1300 such that the heater 1300 operates in conjunction with the air supply means 1100.
  • a temperature sensor 1400 may be further provided which directly or indirectly senses the temperature of the air heated by the heater 1300, and transmits the temperature data to the controller 1500.
  • the controller 1500 controls the operation of the heater 1300 based on the temperature data transmitted from the temperature sensor 1400. For example, when the temperature data transmitted from the temperature sensor 1400 is greater than or equal to a predetermined temperature, the controller 1500 may stop the operation of the heater or reduce its strength. Therefore, breakage of the filtration system and waste of energy due to abnormal overheating can be prevented.

Abstract

본 발명은 여과막의 유지 세정 또는 회복 세정 시에 여과막 부위만을 집중적으로 가열함으로써 세정 효과를 극대화함과 동시에 세정에 필요한 열에너지를 최소화하고 세정 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 여과 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 여과 시스템은, 여과막을 포함하는 막 모듈; 상기 여과막의 세정을 위한 공기 공급 수단; 및 상기 공기 공급 수단으로부터 제공되는 공기를 가열하기 위한 히터를 포함한다.

Description

여과 시스템 및 그 방법
본 발명은 여과 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 여과막의 유지 세정 또는 회복 세정 시에 여과막 부위만을 집중적으로 가열함으로써 세정 효과를 극대화함과 동시에 세정에 필요한 열에너지를 최소화하고 세정 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 여과 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
고온에서의 가열이나 상변화를 이용하는 분리 방법에 비하여 여과막을 이용한 분리 방법은 많은 장점들이 있는데, 가장 큰 장점들 중 하나는 여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 점이다. 또한, 여과막을 이용하면 고온에서의 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 미생물 등을 사용하는 분리 공정에 여과막이 사용될 경우 미생물이 열에 의해 영향을 받는 것을 방지할 수도 있다.
이러한 여과막 모듈의 하나로는, 처리하고자 하는 유체의 수조에 여과막 모듈을 직접 침지시키고 여과막 내부에 음압(negative pressure)을 가하여 유체만을 선택적으로 여과막 내부로 투과시킴으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 분리하는 흡입식 여과막 모듈이 있다. 흡입식 여과막 모듈을 채택하여 여과장치를 제조하면 유체의 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있는 장점이 있는 반면, 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 제한적이라는 단점이 있다.
이에 반해, 처리하여야 할 유체를 여과막의 외부로부터 내부로 가압 여과시키는 가압식 여과막 모듈의 경우에는 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 흡입식 중공사막 모듈에 비해 상대적으로 많다는 장점이 있는 반면, 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하다는 단점이 있다.
한편, 여과막 모듈에 의한 수처리가 진행됨에 따라 오염 물질에 의한 여과막 오염 현상이 야기되어 여과막의 투과 성능이 크게 떨어지는 문제점이 발생한다. 다양한 형태의 여과막 오염 물질은 서로 다른 방식으로 막 오염을 유발하기 때문에 오염된 여과막을 세정하는 방법 역시 다양한 방식이 요구된다. 오염된 여과막의 세정은 그 세정 목적에 따라 유지 세정(maintenance cleaning)과 회복 세정(recovery cleaning)으로 분류될 수 있다.
유지 세정은 여과막 모듈에 의한 수 처리가 진행되는 동안 또는 수 처리를 중지한 상태에서 잠시 동안 행하여 지는 세정으로서 여과막의 투과 성능을 양호한 상태로 유지하는데 주요 목적이 있다. 이러한 유지 세정은 주로 물리적 세정에 의해 수행된다. 물리적 세정은 백워싱(backwashing)과 산기(aeration) 방식으로 분류될 수 있다. 백워싱 방식은 수 처리를 잠시 중지한 상태에서 공기 또는 물을 여과막을 통해 역류시킴으로써 막 표면에 붙어 있는 이물질을 제거하는 세정 방식이다. 반면, 산기 방식은, 막 아래에서 공기를 발생시켜 공기 방울이 솟아오르도록 함으로써 공기 방울 자체에 의해 여과막 표면에 붙어 있는 이물질을 제거할 뿐만 아니라 수 처리 탱크에 담겨 있는 물의 상승 또는 순환을 야기시킴으로써 이물질을 제거한다.
한편, 회복 세정은 수 처리 탱크 내에서 장시간 수 처리를 진행함에 따라 막 오염이 누적되어 여과막 모듈의 막 투과 성능이 심각하게 저하된 경우에 비교적 장시간 행하여 지는 세정으로서 여과막의 투과 성능을 회복하는데 주요 목적이 있다.
통상적으로, 회복 세정은 HCl, HNO3 또는 구연산(citric acid) 등의 산성 용액 및/또는 NaOH 또는 NaOCl 등의 염기성 용액을 이용한 화학적 세정에 의해 수행된다. 이와 같은 회복 세정은 수 처리 탱크에 채워져 있던 원수가 전액 배출된 후 수 처리 탱크에 염기 및 산이 순차적으로 공급됨으로써 여과막 모듈에 대한 화학적 세정이 수행된다. 위와 같은 화학적 세정 전에 여과막 모듈에 대한 플러싱(flushing)이 수행되기도 한다. 선택적으로, 상기 회복 세정은 별도의 세정 탱크(cleaning bath)에서 수행되기도 한다.
유지 및 회복 세정의 효과는 여과막의 표면의 온도와 관련이 있다. 즉, 여과막의 표면 온도가 증가할수록 세정의 효과가 좋다. 따라서, 여과막의 유지 및 회복 세정 시에 여과막의 표면 온도를 증가시키는 것이 바람직하다. 처리되어야 할 원수를 일정 온도로 가열한 후 여과막 모듈에 제공함으로써 유지 세정의 효과를 증대시키거나, 또는 회복 세정을 위한 화학 세정액을 일정 온도로 가열한 후 여과막 모듈에 공급함으로써 회복 세정의 효과를 증대시킬 수 있다.
그러나, 위와 같은 방법에 의하면, 온도 증가가 필요한 곳은 오직 여과막의 표면임에도 불구하고 처리되어야 할 원수 또는 화학 세정액 전체를 가열하여야 하기 때문에 과다한 열에너지의 손실을 피할 수 없다는 문제점이 있다. 특히, 상기 원수 또는 화학 세정액이 대기에 노출되기 때문에, 겨울에 열 손실이 심각할 수 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 여과 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은 여과막의 유지 세정 또는 회복 세정 시에 여과막 부위만을 집중적으로 가열함으로써 세정 효과를 극대화함과 동시에 세정에 필요한 열에너지를 최소화할 수 있는 여과 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은 여과막의 유지 세정 또는 회복 세정 시에 여과막 부위만을 집중적으로 가열함으로써 세정 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 여과 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술된 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 이점들을 달성하기 위하여, 그리고 본 발명의 목적에 따라, 여과막을 포함하는 막 모듈; 상기 여과막의 세정을 위한 공기 공급 수단; 및 상기 공기 공급 수단으로부터 제공되는 공기를 가열하기 위한 히터를 포함하는 여과 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 여과막을 포함하는 막 모듈을 이용하여 수 처리를 수행하는 단계; 상기 여과막의 세정을 위한 공기를 제공하는 단계; 상기 공기를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 공기를 상기 여과막에 제공하는 단계를 포함하는 여과 방법이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
위와 같은 본 발명의 여과 시스템 및 그 방법에 의하면, 여과막의 유지 세정 또는 회복 세정 시에 여과막 부위만을 집중적으로 가열함으로써 세정 효과를 극대화함과 동시에 세정에 필요한 열에너지를 최소화할 수 있다.
또한, 여과막의 유지 세정 또는 회복 세정 시에 여과막 부위만을 집중적으로 가열함으로써 여과막의 세정 시간을 획기적으로 단축할 수 있다는 장점도 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 가압식 중공사막 모듈의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 가압식 중공사막 모듈을 이용한 본 발명의 여과 시스템의 개략도이고,
도 3은 침지식 중공사막 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 침지식 중공사막 모듈을 이용한 본 발명의 여과 시스템을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 여과 시스템에 의해 중공사막 모듈의 회복 세정이 수행되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터의 동작을 설명하기 위한 부분 블록도이다.
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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 여과 시스템 및 그 방법의 일 실시예를 상세하게 설명한다.
아래에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위하여 여과막 모듈로서 중공사막 모듈을 예시하고 있으나, 본 발명은 중공사막 모듈에만 국한되는 것이 아니라 평막 모듈을 포함하는 다양한 종류의 여과막 모듈에 모두 적용될 수 있다.
또한, 아래에서 개시되는 본 발명의 기술적 사상은, 중공사막의 양 말단 모두로부터 투과수를 수거하기 위하여 2 개의 헤더를 사용하는 양단 집수 방식은 물론이고, 중공사막의 한쪽 말단으로부터만 투과수를 수거하기 위하여 1개의 헤더를 사용하는 단단 집수 방식의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 가압식 중공사막 모듈의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 가압식 중공사막 모듈을 이용한 본 발명의 여과 시스템의 개략도이다.
가압식 중공사막 모듈(10)은 다수개의 중공사막(11)을 포함한다. 각 중공사막(11)은 안에 중공이 형성되어 있어 외표면 측에서 내표면 측으로 여과수가 투과할 수 있다. 상기 다수개의 중공사막(11)은 길이 방향으로 가지런히 배열된 다발 형태로 존재한다.
이 다수개의 중공사막(11)의 적어도 일측 말단부는 제1 고정부(12)에 접착 고정된다. 이어서, 상기 다수개의 중공사막(11)이 개방된 말단을 갖도록 하기 위하여 상기 제1 고정부(12)을 다수개의 중공사막(11)과 함께 절단한다.
상기 제1 고정부(12)는 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 고무 등으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 이들 열경화성 수지에 실리카, 카본 블랙, 불화 카본 등의 충전재를 혼입시킴으로써 제1 고정부(12)의 강도 향상 및 경화 수축 감소를 꾀할 수도 있다.
한편, 상기 중공사막(11)의 타측 말단부는 상기 제1 고정부(12)와 동일한 또는 상이한 물질로 이루어진 제2 고정부(13)에 고정되어 있다. 선택적으로, 상기 중공사막(11)의 타측 말단부는 고정되지 않을 수도 있는데, 이 경우 상기 타측 말단부는 열경화성 수지 등으로 밀봉되어야 한다.
중공사막(11)의 산기 세정을 위한 공기가 상기 중공사막에 균일하게 공급될 수 있도록 상기 제2 고정부(13)에는 다수개의 개구부(13a)가 형성된다.
다수개의 중공사막(11)이 포팅되어 있는 제1 고정부(12)는 실링제를 통해 모듈 케이스(14) 내면에 접착 고정되어 있다. 따라서, 중공사막(11)을 투과하여 중공으로 유입되어 중공사막(11)의 개방된 말단을 통해 배출되는 여과수가 원수와 혼합되는 것이 방지된다.
여과 처리되어야 할 원수는 원수 유입구(15)를 통해 상기 모듈 케이스(14) 내로 유입된다. 모듈 케이스(14) 내로 유입된 원수는 펌프에 의해 가압되어 그 중 일부가 중공사막(11)을 투과하여 중공사막(11)의 중공으로 유입된다. 이 중공사막(11)을 투과한 여과수는 모듈 케이스(14)의 여과수 배출구(16)를 통해 외부로 배출되고, 여과수가 빠져나감으로 인해 고형 성분의 오염물질의 농도가 높아진 원수(이하, "농축수"라 칭함)는 농축수 배출구(17)를 통해 외부로 배출된다.
여과 작업 도중에 중공사막(11)의 세정을 위한 공기가 공기 유입구(18)를 통해 모듈 케이스(14) 내부로 유입된다.
선택적으로, 여과 처리되어야 할 원수와 중공사막(11)의 세정을 위한 공기가 하나의 유입구(18)를 통해 모듈 케이스(14) 내부로 유입되도록 할 수 있다. 이 경우, 여과 처리되어야 할 원수 및 산기 세정을 위한 공기 모두가 제2 고정부(13)에 형성된 다수개의 개구부(13a)를 통해 중공사막(11) 측으로 흐른다.
도 2에 도시된 바와 같이, 여과 처리되어야 할 원수는 순환 탱크(20)를 거쳐 원수 공급 펌프(30)에 의해 배관을 타고 중공사막 모듈(10)로 압송된다. 원수 중 중공사막(11)을 투과한 여과수는 여과수 탱크(50)로 보내지고, 농축수는 다신 순환 탱크(20)로 보내진다.
여과 작업을 중지하고 중공사막의 역세정을 수행하기 위하여, 여과수 탱크(50) 내에 저장되어 있던 여과수가 역세정 펌프(60)에 의해 중공사막 모듈(10)로 보내진다. 또한, 공기 공급 수단(40)을 이용하여 공기 유입구(18)를 통해 중공사막 모듈(10) 내로 압축 공기를 주입함으로써 중공사막(11)의 산기 세정(aeration cleaning)을 수행한다. 본 발명의 공기 공급 수단(40)은 블로워(blower) 또는 에어 콤프레서(air compressor)일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며 공기를 제공할 수 있는 것이라면 어떠한 형태이든 무방하다.
본 발명에 의하면, 공기 공급 수단(40)으로부터 배출된 공기는 배관(45)을 통해 가압식 중공사막 모듈(10) 내로 공급되며, 상기 배관(45)은 히터(70)에 의해 가열된다. 이와 같이 배관(45)이 히터(70)에 의해 가열되면 배관(45)을 통과하는 공기도 역시 가열된다. 가열된 공기는 배관(45)의 안내를 받아 가압식 중공사막 모듈(10) 내로 주입되어 중공사막(11) 부근의 온도를 집중적으로 상승시킨다.
따라서, 중공사막(11) 부근의 원수 온도와 다른 곳에 위치한 원수 온도 사이에 온도 차이가 발생하게 되고 이러한 온도 차이 만큼 열에너지를 절감할 수 있다. 예를 들어, 40℃로 가열된 원수를 중공사막 모듈(10) 내로 압송시킴으로써 나타나는 중공사막(11)의 세정 효과와, 10℃의 원수를 중공사막 모듈(10) 내로 압송시키되 중공사막(11) 부근의 원수만을 선택적으로 40℃로 가열함으로써 나타나는 중공사막(11)의 세정 효과 사이에는 유의미한 차이가 발생하지 않는다. 그러나, 중공사막 모듈(10) 내로 압송되는 원수 전체를 40℃로 가열하는데 필요한 열에너지에 비해 중공사막(11) 부근의 원수만을 선택적으로 40℃로 가열하는데 필요한 열에너지가 훨씬 적을 수 밖에 없고, 따라서 그 차이만큼 에너지 절감을 달성할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 히터(70)는 배관(45)을 감싸는 열선을 포함하지만, 본 발명의 히터(70)가 열선으로 국한되는 것은 아니며 배관(45)을 가열할 수 있는 것이라면 어떠한 형태라도 무방하다. 예를 들어, 본 발명의 히터(70)는 배관(45)을 통과하는 공기를 열매(heating fluid)를 이용하여 가열할 수도 있다.
도 3은 침지식 중공사막 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 침지식 중공사막 모듈을 이용한 본 발명의 여과 시스템을 나타낸 도면이다.
침지식 중공사막 모듈(100)은 두 개의 헤더들(110)을 포함하고, 상기 두 개의 헤더들(110) 사이에 다수의 중공사막(120) 다발이 위치한다. 다수의 중공사막(120) 각각의 양 말단은 상기 헤더들(110) 각각에 폴리 우레탄 등과 같은 접착제로 포팅(potting)되어 있다. 상기 헤더들(110) 내에는 중공사막(120)의 말단 개구부와 연통되는 집수부(미도시)가 각각 형성되어 있어 중공사막(120)을 투과한 투과수를 수집한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수 처리 탱크(200) 내에 침지식 중공사막 모듈(100)이 위치한다. 처리되어야 할 원수(210)가 수 처리 탱크(200)에 유입된다. 따라서, 침지식 중공사막 모듈(100)이 처리되어야 할 원수(210) 내에 침지된다. 침지식 중공사막 모듈(100)의 아래에는 중공사막(120)의 세정을 위하여 공기를 분출하는 산기관(400)이 위치한다. 산기관(400)을 통해 분출되는 공기는 소정의 온도로 가열된 공기로서 공기 공급 수단(300)으로부터 제공된다. 본 발명의 공기 공급 수단(300)은 블로워(blower) 또는 에어 콤프레서(air compressor)일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며 공기를 제공할 수 있는 것이라면 어떠한 형태이든 무방하다.
공기 공급 수단(300)으로부터 배출된 공기는 배관(350)을 통해 수 처리 탱크(200) 내의 산기관(400)으로 공급되며, 상기 배관(350)은 히터(500)에 의해 가열된다. 도 2에 예시된 여과 시스템과 마찬가지로, 배관(350)이 히터(500)에 의해 가열되면 배관(350)을 통과하는 공기도 역시 가열된다. 히터(500)는 배관(350)을 감싸는 열선을 포함하지만, 본 발명의 히터(500)가 열선으로 국한되는 것은 아니며 배관(350)을 가열할 수 있는 것이라면 어떠한 형태라도 무방하다. 예를 들어, 본 발명의 히터(500)는 배관(350)을 통과하는 공기를 열매(heating fluid)를 이용하여 가열할 수도 있다.
가열된 공기는 산기관(400)을 통해 중공사막 모듈(100)로 분출됨으로써 중공사막(120) 부근의 원수 온도를 집중적으로 상승시킨다. 따라서, 중공사막(120) 부근의 원수 온도와 다른 곳에 위치한 원수 온도 사이에 온도 차이가 발생하게 되고 이러한 온도 차이 덕분에 열에너지를 절감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 여과 시스템에 의해 중공사막 모듈의 회복 세정이 수행되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일정 기간 수 처리 작업을 수행한 중공사막 모듈(100)의 회복 세정을 위하여 산 또는 알칼리의 화학 세정액(610)으로 채워진 세정 탱크(600)에 중공사막 모듈(100)을 침지시킨다. 세정 탱크(600) 내에는 공기를 분출하는 산기관(800)이 존재하는데, 상기 산기관(800)은 세정 탱크(600) 내에서 상기 중공사막 모듈(100)의 아래에 위치하게 된다.
산기관(800)을 통해 분출되는 공기는 소정의 온도로 가열된 공기로서 공기 공급 수단(700)으로부터 제공된다. 다른 실시예들과 마찬가지로, 공기 공급 수단(700)은 블로워(blower) 또는 에어 콤프레서(air compressor)일 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니며 공기를 제공할 수 있는 것이라면 어떠한 형태이든 무방하다.
공기 공급 수단(700)으로부터 배출된 공기는 배관(750)을 통해 세정 탱크(600) 내의 산기관(800)으로 공급되며, 상기 배관(750)은 히터(900)에 의해 가열된다. 이 경우에도 역시, 배관(750)이 히터(900)에 의해 가열되면 배관(750)을 통과하는 공기도 역시 가열된다. 히터(900)는 배관(750)을 감싸는 열선을 포함하지만, 본 발명의 히터(900)가 열선으로 국한되는 것은 아니며 배관(750)을 가열할 수 있는 것이라면 어떠한 형태라도 무방하다. 예를 들어, 본 발명의 히터(900)는 배관(750)을 통과하는 공기를 열매(heating fluid)를 이용하여 가열할 수도 있다.
가열된 공기는 산기관(800)을 통해 중공사막 모듈(100)로 분출됨으로써 중공사막(120) 부근의 화학 세정액의 온도를 집중적으로 상승시킨다. 따라서, 중공사막(120) 부근의 화학 세정액 온도와 다른 곳에 위치한 화학 세정액의 온도 사이에 온도 차이가 발생하게 되고 이러한 온도 차이 덕분에 열에너지를 절감할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 여과 시스템 및 그 방법에 의할 경우, 원수 또는 화학 세정액이 가열되지 않은 상태로 수처리 탱크 또는 세정 탱크에 제공되는 경우에 비해 하기의 식으로 정의되는 여과막의 회복율이 월등히 높다.
* 식: 여과막 회복율 = (세정 후 투과유량/세정 전 투과유량)×100 (%)
또한, 본 발명의 여과 시스템 및 그 방법에 의하면, 원수 또는 화학 세정액 전체가 가열된 상태로 수처리 탱크 또는 세정 탱크에 제공되는 경우와 비교할 때 거의 동일한 세정 효과를 나타내면서도 에너지 소모를 1/2 이상 절감할 수 있다.
도 2, 도 4, 및 도 5에 각각 개시된 본 발명의 히터들(70, 500, 900)의 동작을 도 6을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터의 동작을 설명하기 위한 부분 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 공기 공급 수단(1100)으로부터 배관(1200)을 통해 제공되는 공기는 히터(1300)에 의해 직접 또는 간접적으로 가열된다. 따라서, 상기 배관(1200)은 내구성, 내부식성, 열전도도 등의 특성을 고려하여 적절한 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 히터(1300)는 제어부(1500)에 의해 다양한 방법으로 그 작동이 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어부(1500)는 일정 주기로 히터(1300)의 동작을 온/오프시키거나 또는 일정 주기로 히터(1300)의 세기를 변화시키는 것과 같이 주기적 가열 모드(cyclic heating mode)로 히터(1300)를 제어할 수 있다.
히터(1300)가 배관(1200)을 가열함으로써 공기를 간접적으로 가열하는 방식의 경우, 히터(1300)의 가동을 잠시 중지시키거나 그 세기를 잠시 감소시켜도 배관(1200)의 잔열에 의해 공기가 가열될 수 있다. 따라서, 주기적 가열 모드로 히터(1300)가 제어될 경우 세정 효과의 실질적 감소 없이도 에너지 소모량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
세정 효과의 실질적 감소 없이 에너지 소모량을 줄인다는 측면에서, 공기 공급 수단(1100)도 역시 제어부(1500)에 의해 주기적 산기 모드(cyclic aeration mode)로 제어될 수 있다. 즉, 제어부(1500)는 일정 주기로 공기 공급 수단(1100)의 동작을 온/오프시키거나 또는 일정 주기로 공기 공급 수단(1100)에 가해지는 전력의 세기를 변화시킬 수 있다. 이 경우, 제어부(1500)는 히터(1300)가 공기 공급 수단(1100)과 연동하여 동작하도록 상기 히터(1300)를 제어할 수 있다.
선택적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 히터(1300)에 의해 가열된 공기의 온도를 직접 또는 간접으로 감지하고, 온도 데이터를 제어부(1500)에 전송하는 온도 센서(1400)가 더 제공될 수 있다. 제어부(1500)는 온도 센서(1400)로부터 전송되는 온도 데이터에 기초하여 히터(1300)의 동작을 제어하게 된다. 예를 들어, 온도 센서(1400)로부터 전송되는 온도 데이터가 소정 온도 이상일 경우 제어부(1500)는 상기 히터의 동작을 정지시키거나 그 세기를 약화시킬 수 있다. 따라서, 이상 과열로 인한 여과 시스템의 파손 및 에너지 낭비를 방지할 수 있다.

Claims (21)

  1. 여과막을 포함하는 막 모듈;
    상기 여과막의 세정을 위한 공기 공급 수단; 및
    상기 공기 공급 수단으로부터 제공되는 공기를 가열하기 위한 히터를 포함하는 여과 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 일정 주기로 상기 히터의 동작을 온/오프시키는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 일정 주기로 상기 히터의 세기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공기 공급 수단과 연동하여 상기 히터가 동작되도록 상기 히터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열된 공기의 온도를 감지하는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 전송되는 온도 데이터에 기초하여 상기 히터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도 센서로부터 전송되는 온도 데이터가 소정 온도 이상일 경우 상기 제어부는 상기 히터의 동작을 정지시키거나 상기 히터의 세기를 낮추는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    내부에 상기 막 모듈을 포함하는 수 처리 탱크;
    상기 수 처리 탱크 내에서 상기 막 모듈의 아래에 위치하는 산기관; 및
    상기 공기 공급 수단으로부터 제공되는 공기를 상기 산기관으로 안내하는 배관을 더 포함하며,
    상기 히터는 상기 배관을 가열함으로써 상기 배관을 통해 흐르는 상기 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 공급 수단으로부터 제공되는 공기를 상기 막 모듈로 안내하는 배관을 포함하며,
    상기 히터는 상기 배관을 가열함으로써 상기 배관을 통해 흐르는 상기 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 모듈의 회복 세정을 위한 세정 탱크;
    상기 세정 탱크 내에서 상기 막 모듈의 아래에 위치하는 산기관; 및
    상기 공기 공급 수단으로부터 제공되는 공기를 상기 세정 탱크로 안내하는 배관을 포함하며,
    상기 히터는 상기 배관을 가열함으로써 상기 배관을 통해 흐르는 상기 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터는 열선(heating coil) 또는 열매(heating fluid)를 이용하여 상기 배관을 가열하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.
  12. 여과막을 포함하는 막 모듈을 이용하여 수 처리를 수행하는 단계;
    상기 여과막의 세정을 위한 공기를 제공하는 단계;
    상기 공기를 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 공기를 상기 여과막에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기 가열 단계는 일정 주기로 반복되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기 가열 단계는 일정 주기로 가열 정도가 변화되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기 가열 단계는 상기 공기 제공 단계와 연동하여 수행되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열된 공기의 온도를 직접 또는 간접으로 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 감지된 온도가 소정 온도 이상일 경우 상기 공기 가열 단계를 중지시키거나 공기 가열 정도를 낮추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 수 처리는 상기 막 모듈이 수 처리 탱크 내의 원수에 침지된 상태에서 수행되며,
    상기 막 모듈의 세정을 위한 공기는 배관을 통해 상기 여과막에 공급되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 막 모듈의 세정을 위한 공기는 배관을 통해 상기 막 모듈 내로 공급되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 수 처리를 수행한 막 모듈을 세정 탱크에 침지시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 막 모듈의 세정을 위한 공기는 배관을 통해 상기 세정 탱크에 침지된 상기 막 모듈의 상기 여과막으로 공급되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기를 가열하는 단계는 상기 배관을 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
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