WO2012026721A2 - 침지형 중공사막 모듈 - Google Patents

침지형 중공사막 모듈 Download PDF

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    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to an immersion hollow fiber membrane module, and more particularly, to an immersion hollow fiber membrane module used for filtration of sewage treatment plants and water treatment plants.
  • Hollow fiber membrane module is a filtration treatment device that uses hollow fiber, a thin fiber with a large number of small pores on the surface and empty space in the middle, and is mixed with various materials. It is an apparatus that effectively removes material larger than pore size from the component liquid and selectively passes only a specific material smaller than pore size.
  • Such hollow fiber membrane modules have been widely used in the field of ultrafiltration and precision filtration such as sterile water and drinking water production, and have recently been applied to secondary and tertiary treatments in sewage treatment plants and solid-liquid separation in septic tanks. .
  • the hollow fiber membrane module used for the sewage treatment is divided into an external circulation method and a module immersion method according to the method in which the hollow fiber membrane is applied to the aeration tank.
  • An object of the present invention is to provide an immersion type hollow fiber membrane module that can increase the operating efficiency of the hollow fiber membrane module, the high concentration of raw water around the hollow fiber membrane during the backwash process can easily flow out of the module.
  • An upper header and a lower header positioned in parallel at predetermined intervals
  • a hollow fiber membrane arranged vertically between the upper header and the lower header
  • an immersion type hollow fiber membrane module comprising a diaphragm having an opening in the form of an inclined slit.
  • the immersion hollow fiber membrane module since a small amount of air forms an upward flow around the separator, cross-flow filtration is possible, thereby reducing contamination of the separator due to long-term operation. As a result, the number of chemical or physical cleaning cycles is reduced, as well as the life of the separator can be extended, thereby reducing maintenance and repair costs of the purified or wastewater treatment plant.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an immersion hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a partially enlarged view of the front surface of the opening 41
  • FIG. 2B is a partially enlarged view of the opening 41 when the module is cut in the longitudinal direction.
  • the immersed hollow fiber membrane module of the present invention includes a diaphragm having an inclined slit-shaped opening, thereby increasing the operating flow of the hollow fiber membrane module by accelerating the rising water flow, and high concentration of raw water around the hollow fiber membrane during the backwashing process. It can easily leak out of the module.
  • FIG 1 schematically shows the external appearance of the immersion hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention.
  • the immersed hollow fiber membrane module proposed in the present invention is a hollow between the lower header 20 for injecting air flowing into the hollow fiber membrane 30 and the upper header 10 connected to the hollow fiber membrane 30
  • the diaphragm 30 is mounted in a vertical direction and has an inclined slit-shaped opening 41 surrounding the hollow fiber membrane 30 between the upper header 10 and the lower header 20 of the hollow fiber membrane ( 40) is mounted.
  • the diaphragm 40 has an inclined slit-shaped opening 41 so that the rising water generated in the module during the filtration process does not spread to the outside of the module but only accelerates the rising water because the raw water from the outside of the module flows into the module.
  • the high concentration of raw water around the hollow fiber membranes easily flows out of the module along with the downdraft generated inside the module during the backwash process.
  • the spacing of the slits is preferably 0.1 cm to 30 cm, but is not necessarily limited thereto.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of an inclined slit-shaped opening 41 formed in the diaphragm of the immersion hollow fiber membrane module of FIG. 1, and FIG. 2A is a partially enlarged view of the front of the opening 41. 2B is a partially enlarged view of the opening 41 when the module is cut in the longitudinal direction.
  • the diaphragm may include a large upper opening part 50 at the upper part. As such, when the large upper opening part 50 is formed, the air injected from the lower part easily escapes from the upper part to the outside, and thus the air flow control is performed. It has the advantage of being easy.
  • the hollow fiber membrane 30 is preferably an average distance between the fibers of 0.01 mm to 50 mm, but is not necessarily limited thereto.
  • the hollow fiber membranes should be arranged as densely as possible, but if the gap between the membranes is too narrowed to 0.01 mm or less, the intermembrane blockage is likely to occur because the flow of raw water and air is difficult between the membranes.
  • the membrane filling density of the module is lowered, thereby degrading the water treatment capacity.
  • An air injection unit (not shown) is formed in the lower head 20, and a plurality of through holes may be formed in the air injection unit to control the air injection so as to equalize the amount of air injected.
  • An immersion type hollow fiber membrane module of the same type as in Preparation Example 1 was prepared except that the diaphragm was provided with a slit-shaped opening perpendicular to the longitudinal direction of the hollow fiber membrane.
  • skim milk powder proteins in skim milk powder exist as aggregates of protein molecules and protein molecules in an aqueous solution, It can be adsorbed by hydrophobic bonds, which can cause membrane blockage), and the water permeation rate is periodically measured while operating at a suction pressure of 380 mmHg by mounting an immersion hollow fiber membrane module, and is shown in Table 1 below.
  • the immersion hollow fiber membrane module manufactured in Preparation Example 1 has a better permeability than the immersion hollow fiber membrane module manufactured in Comparative Preparation Example 1 due to the slit-shaped openings inclined at 45 degrees in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane. It can be seen that the decrease is less and the pollution resistance is improved.

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Abstract

본 발명은 기울어진 슬릿 형태의 개구부를 구비한 격막을 포함하여 상승 수류를 가속화시킴으로써 중공사막 모듈의 운전 효율을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 역세척 공정시 중공사막 주위의 고농도 원수가 모듈 외부로 쉽게 유출될 수 있는 침지형 중공사막 모듈에 관한 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 23.11.2011] 침지형 중공사막 모듈
본 발명은 침지형 중공사막 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 하수처리장 및 정수처리장의 여과 등에 사용되는 침지형 중공사막 모듈에 관한 것이다.
중공사막 모듈(hollow fiber membrane module)은 표면에 무수히 많은 작은 기공이 뚫려 있고 가운데 공간이 비어있는 가는 섬유인 중공사(hollow fiber)를 분리막으로 이용하는 여과 처리 장치로서, 여러 가지 물질이 혼합되어 있는 다성분 액체로부터 기공 크기보다 큰 물질을 배제하고, 기공 크기보다 작은 특정 물질만을 선택적으로 통과시켜 효과적으로 회수하는 장치이다. 이와 같은 중공사막 모듈은 무균수, 음용수 제조 등의 한외여과나 정밀여과분야에서 널리 이용되어 왔으며, 최근 하수처리장에서의 2차, 3차 처리나, 정화조에 있어서의 고액 분리 등에도 다양하게 적용된다. 상기 하수 처리에 사용되는 중공사막 모듈은 폭기조에 중공사막이 적용되는 방식에 따라서 외부 순환 방식 및 모듈 침지 방식으로 나뉘어진다.
침지형 분리막 모듈 하부에 격막을 설치하면 상향수류가 형성되어 크로스-플로우(cross-flow) 가 형성된다. 이 때, 모듈 중 하부헤더와 격막 사이의 간격을 떨어뜨리면 빽빽하게 밀집된 중공사 다발 사이로 상향수류가 유동되지 못한다. 또한, 하부헤더와 격막 사이의 공간이 없는 경우 하부 헤더에 설치된 원수 유입공의 크기가 중공사 다발이 차지하는 공간에 의해 제약을 받기 때문에 충분한 상향수류가 이루어지지 못할 뿐 아니라 역세척 공정시 효율이 떨어진다.
본 발명의 목적은 중공사막 모듈의 운전 효율을 증가시킬 수 있고, 역세척 공정시 중공사막 주위의 고농도 원수가 모듈 외부로 쉽게 유출될 수 있는 침지형 중공사막 모듈을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,
소정 간격으로 평행하게 위치한 상부 헤더 및 하부 헤더;
상기 상부 헤더와 하부 헤더 사이에서 수직방향으로 배열되는 중공사막; 및
상기 중공사막을 감싸도록 설치되고, 기울어진 슬릿 형태의 개구부를 구비한 격막을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의한 침지형 중공사막 모듈에 의하면, 적은양의 공기로도 분리막 주위에 상향수류를 형성하여 크로스-플로우(cross-flow) 여과가 가능하기 때문에 장기운전에 의한 분리막의 오염을 감소시킨다. 따라서, 화학적 또는 물리적인 세정 회수가 줄어들 뿐만 아니라 분리막의 수명이 연장되기 때문에 정수 또는 오폐수 처리장의 유지 및 보수 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 침지형 중공사막 모듈의 개략 사시도이다.
도 2의 (a)는 개구부(41)의 정면에 대한 부분확대도이고, 도 2의 (b)는 모듈을 길이방향으로 절단했을 때의 개구부(41)에 대한 부분확대도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 상부 헤더 20: 하부 헤더
30: 중공사막 40 : 격막
41: 슬릿 형태의 개구부 50 : 상부개구부
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 구현예들에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 침지형 중공사막 모듈은 기울어진 슬릿 형태의 개구부를 구비한 격막을 포함하여, 상승 수류를 가속화시킴으로써 중공사막 모듈의 운전 효율을 증가시킬 수 있고, 역세척 공정시 중공사막 주위의 고농도 원수가 모듈 외부로 쉽게 유출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 침지형 중공사막 모듈의 외형을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에서 제시하는 침지형 중공사막 모듈은 중공사막(30)에 유입되는 공기를 주입하는 하부 헤더(20)와 중공사막(30)에 연결되는 상부헤더(10) 사이에 중공사막(30)이 수직방향으로 장착되고, 상기 중공사막의 상부 헤더(10)와 하부 헤더(20) 사이에는 상기 중공사막(30)을 감싸는 기울어진 슬릿 형태의 개구부(41)를 구비한 격막(40)이 장착된다.
상기 격막(40)은 기울어진 슬릿 형태의 개구부(41)를 구비하여 여과 공정시 모듈 내부에서 생긴 상승 수류가 모듈 외부로 퍼져 나가지 않고 모듈 외부의 원수를 모듈 내부로 유입시키므로 상승 수류를 가속화시킬 뿐 아니라, 역세척 공정시 모듈 내부에 생긴 하강 수류와 함께 중공사막 주위의 고농도 원수가 모듈 외부로 쉽게 유출되도록 한다.
상기 슬릿의 간격은 0.1 cm 내지 30 cm인 것이 바람직하나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 도 1에 의한 침지형 중공사막 모듈의 격막에 형성된 기울어진 슬릿 형태의 개구부(41)에 대한 부분확대도로서, 도 2의 (a)는 개구부(41)의 정면에 대한 부분확대도이고, 도 2의 (b)는 모듈을 길이방향으로 절단했을 때의 개구부(41)에 대한 부분확대도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 의한 침지형 중공사막 모듈의 격막에 형성된 슬릿은 기울어진 형태이기 때문에 여과 공정시 모듈 내부에서 생긴 상승 수류는 모듈 외부로 퍼져나가지 않으면서, 모듈 외부의 원수를 모듈 내부로 유입시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 이러한 구조로 인해 역세척 공정시 모듈 내부에 생긴 하강 수류와 함께 중공사막 주위의 고농도 원수가 모듈 외부로 쉽게 유출된다.
상기 격막은 상부에 큰 상부개구부(50)를 포함할 수 있는데, 이와 같이, 큰 상부개구부(50)를 형성하는 경우, 하부에서 주입된 공기가 상단에서 외부로 빠져나가기가 쉬워 공기의 흐름 제어가 용이하다는 장점을 갖는다.
한편, 상기 중공사막(30)은 섬유간의 평균 거리를 0.01 mm 내지 50 mm 로 하는 것이 바람직하나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 중공사막이 가능한 조밀하게 배열되도록해야 하지만, 이를 만족시키기 위해 막간 간격을 0.01 mm 이하로 지나치게 좁히면 분리막 사이로 원수 및 공기의 유동이 어렵기 때문에 막간 폐색이 유발되기 쉽다. 또한, 50mm 이상으로 막간간격을 넓히면 모듈의 분리막 충진밀도가 떨어져 수처리 능력이 저하된다.
상기 하부 헤드(20) 내에는 공기 주입부(미도시)가 형성되는데, 공기 주입부에는 주입되는 공기의 양을 균일하게 하도록 공기 주입을 제어하는 복수개의 관통 구멍이 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명에 따른 실시예들을 다양하게 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
제조예1: 중공사막 모듈의 제조
소정 간격으로 평행하게 위치한 상부 헤더 및 하부 헤더, 상부 헤더와 하부 헤더 사이에서 수직방향으로 배열되는 중공사막 및 중공사막을 감싸도록 설치되고, 중공사막의 길이방향과 45도 기울어진 슬릿 형태의 개구부를 구비한 격막을 포함하고 막면적이 45 m2 인 침지형 중공사막 모듈을 제조하였다.
비교제조예1: 중공사막 모듈의 제조
중공사막의 길이방향과 직각인 슬릿형태의 개구부를 구비한 격막을 포함하는 것을 제외하고는 제조예1과 동일한 형태의 침지형 중공사막 모듈을 제조하였다.
[침지형 중공사막 모듈의 성능평가]
제조예 1 및 비교제조예 1에서 제조된 침지형 중공사막 모듈의 투수량 측정을 위해 원수 탱크에 50ppm의 탈지분유(탈지분유 내의 단백질은 수용액에서 단백질 분자들과 단백질 분자들의 응집체로 존재하며, 분리막 표면과 소수결합으로 흡착되어 분리막 폐색을 야기할 수 있다.)를 포함하는 순수를 채우고 침지형 중공사막 모듈을 장착하여 380 mmHg의 흡입압으로 운전하면서 주기적으로 투수량을 측정하여 하기 <표1> 에 나타내었다.
표 1
운전 시간
0 hr 0.5 hr 1 hr 1.5 hr 2 hr 4 hr 6 hr 8 hr
제조예1 투수량 (LMH) 312 215 165 153 140 146 153 143
감소율 (%) 100 69 53 49 45 47 49 46
비교제조예1 투수량 (LMH) 323 230 150 122 109 86 75 81
감소율 (%) 100 71 46 38 34 27 23 25
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 제조예 1에서 제조된 침지형 중공사막 모듈은 중공사막의 길이방향과 45도 기울어진 슬릿 형태의 개구부로 인해 비교제조예 1 에서 제조된 침지형 중공사막 모듈보다 투수성능의 감소 정도가 덜하고 내오염성이 향상된 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

Claims (6)

  1. 소정 간격으로 평행하게 위치한 상부 헤더 및 하부 헤더;
    상기 상부 헤더와 하부 헤더 사이에 수직방향으로 배열되는 중공사막; 및
    상기 중공사막을 감싸도록 설치되고, 기울어진 슬릿 형태의 개구부를 구비한 격막을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 개구부의 슬릿의 간격은 0.1 cm 내지 30 cm인 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 격막은 상부에 상부개구부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 중공사막은 섬유간의 평균 거리가 0.01 mm 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 모듈 내부에 형성된 상향수류에 의해 크로스-플로우(cross-flow) 가 형성되는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 하부 헤드는 공기 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 중공사막 모듈.
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