WO2014148651A1 - 중앙 배플과 이를 포함하는 가압식 중공사 분리막 모듈 및 이의 세정방법 - Google Patents

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WO2014148651A1
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WO
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backwashing
air
water
membrane module
hollow fiber
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PCT/KR2013/002196
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김진호
길남석
박민수
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주식회사 에코니티
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/18—Use of gases
    • B01D2321/185—Aeration

Definitions

  • the present invention relates to a structure of a pressurized hollow fiber membrane module and a cleaning method thereof, and more particularly to a cylindrical body having a hollow inside the membrane module, in which at least one reverse pore is formed regularly or irregularly through its outer periphery. And a central baffle, wherein the at least one back hole is formed through a regular or irregularly penetrating water zone, and the central baffle is installed at the center of the pressurized module on the same axis as the thickening unit in all directions of the housing.
  • the present invention relates to a pressurized hollow fiber membrane module capable of uniformly flowing concentrated water and cleaning air and improving pressure and linear velocity or congestion that may occur in existing modules, thereby improving physical cleaning and reducing contamination of the membrane. .
  • the present invention relates to a two-stage backwashing method that reduces the usage, reduces the operating cost of the membrane and maximizes the cleaning effect.
  • a module for converging a large amount of hollow fiber membranes in the form of a bundle is applied to the actual industrial process, and a typical type of the pressurized module is an inlet part 3 through which raw water is injected as shown in FIG. 1. Is provided at the bottom of the module so that the raw water flows into the lower portion and moves inside the hollow fiber membrane between the urethane pots where the hollow fiber membranes are focused, and the filtered filtrate is discharged to the filtration unit 1 installed at the top.
  • the condensation part 2 through which the concentrated water that has not passed through the hollow fiber membrane is discharged, and the air injection part 4 is installed at the lower side of the module at the top of the module.
  • Such a general pressurized module has a structure in which the raw water introduced after processing as shown in FIG. 6 is asymmetrical between the backwashed water and air injected for backwashing or air cleaning, and the thickened portion of the lower inlet and the upper side of the module. Since the hollow fiber membranes move in one direction due to the flow of water and air passing along the movement path, the pressure and linear velocity are not uniform inside the module (see FIG. 6), and the backwashing process is performed when contamination of the membrane module occurs. During the air cleaning process, the stress received around the condensation unit increases, and thus there is a problem in that the separation or sagging of the separator and a bottleneck phenomenon of the condensed water occur.
  • the conventional pressurized membrane module removes the membrane contaminants generated by the operation by the backwashing process.
  • the conventional backwashing process does not completely control the contaminants on the membrane surface, and the air cleaning process used for effective cleaning Due to the structural problem that the discharge pipe of the pressurized membrane module is located on the side of the module, dead zone occurs in the flow of backwash water, and the removal of membrane contamination is not uniform. Resulting in disturbing cleaning.
  • the membrane fouling occurs strongly when the high turbidity material is introduced, resulting in low cleaning effect and additional periodic chemical cleaning is required because of the membrane contamination material which is not completely removed. It has the disadvantage of increasing the maintenance operation cost.
  • KR2010-0129379A relates to a low-pollution hollow fiber membrane module and a water treatment device using the same.
  • KR2004-0034492A and JP2009-195899A relate to hollow fiber membrane modules. Hollow fiber module with a baffle tube with a slit extending in the inclined direction with respect to the axis of the casing cylinder.
  • JP2010-247107A which relates to a membrane module
  • JP2010-247107A which relates to a membrane module
  • It has a baffle plate inside the module and fixes a plurality of hollow fiber membranes with this baffle plate.
  • the technical configuration discloses that the structure is superior to the module of the double tube structure, and JP1989-099611A, which relates to the tube-shaped membrane module, prevents the formation of contaminants inside the cylindrical membrane filter or facilitates the removal of the contaminants.
  • the baffle plate having a plurality of holes to control the fluid flow in the shape of cylinder is located in the center of one membrane cylinder on the same axis as the membrane cylinder, and the upper and lower sides are fixed to each other. have.
  • the conventional technology of the membrane module including such a baffle structure is merely to induce an even distribution in terms of inflow water, or to stably fix the partition member or to prevent the formation of simple contaminants.
  • the films are oriented in one direction and uneven in internal pressure and linear velocity, and the stresses of the hollow fiber membranes around the thickening section during the backwashing and air cleaning processes increase when the membrane module is contaminated.
  • problems such as breakage or sagging of membranes and bottlenecks (congestion) of concentrated water.
  • a new type of baffle structure that can reduce the contamination of the membrane and increase the use time by improving the pressure and linear velocity that can be generated in the pressurized membrane module or the condensation of the concentrated water and effective physical cleaning, and the pressurization including the same
  • a new cleaning method that maximizes the cleaning effect of the hollow fiber membrane module and pressurized membrane module, it is necessary to develop a technology that can reduce the operating cost of the membrane by increasing the maintainability of the membrane filtration system and reducing the overall energy consumption.
  • the hollow hollow body having a hollow inside the pressurized hollow fiber membrane module, wherein the air zone and at least one reverse pore is formed at regular intervals or irregularly through at least one reverse pore at its outer circumference
  • a central baffle characterized by including a water zone to ensure that the concentrated water and washing air flows uniformly in all directions inside the pressurized module, increase in pressure and linear velocity or congestion that may occur in the existing module
  • An air zone is located at the top of the central baffle to facilitate efficient supply and discharge during air injection and discharge, while a water zone is located at the bottom of the central baffle to provide concentrated water discharge and backwash water inflow. It is configured to facilitate, and the reverse pore formed through the outer zone of the air zone of the central baffle is formed larger than the size of the reverse pore formed through the water zone to move the air and the backwash by moving or separating the membrane during air injection. In addition, the water zone is larger than the air zone so that air and treated water can be effectively moved.
  • the inlet part 3 and the filtration part 1 are located at the center of the upper and lower parts of the module, in which the condensation part 2 for discharging the concentrated water is installed at the upper side of the module.
  • a central baffle is disposed at the center of the concentrating unit 20 at the center of the module, and a filtration unit 10 is formed at the upper side of the module.
  • Inlet / air inlet 30 is provided, the outlet of the concentrated water and the air is in the center of the housing is characterized in that the distance from the edge of the housing to the concentrated water is constant, the movement of the concentrated water and air is uniform.
  • the hollow fiber membrane is disposed in a concentric radial direction with respect to the center of the module and the central baffle is positioned at the center thereof, the effect of cleaning during water purification and cleaning by the hollow fiber membrane is even. Overall, hollow fiber membranes can be used evenly, and the use time of the membrane is also long.
  • the pressurized hollow fiber module including the central baffle
  • a backwash process that flows the filtered water in the opposite direction to the filtration and an air cleaning process that shakes off the surface of the membrane using air.
  • the backwashing amount and backwashing air volume are different in each step by dividing into two stages, 1st and 2nd, based on backwashing time.
  • the membrane fouling reduction effect and the reduction of membrane maintenance cost can be maximized.
  • the backwash amount is larger than the backwash air amount
  • the backwash is more than the backwash amount.
  • the amount of backwash water is 1.5 to 2.5 times (1.5Q to 2.5Q) of the filtered water quantity (Q), and the amount of backwashing air is 1/3 to 2.5 / 3 times the amount of conventional backwash air (300 L / min, LPM).
  • the backwash water amount is 0.5 to 1.5 times (0.5Q to 1.5Q) of the filtered water quantity
  • the backwash air amount is the conventional backwash air amount (300 L / min, LPM). 1 to 1.5 times of 300 ⁇ 450 L / min (LPM) was to operate.
  • the backwashing time the operating time of the entire backwashing process
  • the same time or different operations can be used to increase the efficiency of the backwashing process.
  • the backwashing time of 60 seconds which is a general backwashing process
  • the time of the first and second stages was the same for each 30 seconds.
  • it can automatically select the backwash mode to change the backwashing amount and backwashing air volume applied step by step so that it can effectively clean the high turbidity influent.
  • the amount of water and air can be reduced.
  • the introduction of the central baffle structure has the advantage of smooth movement of the concentrated water and air, it is possible to effectively inject and discharge even when increasing the amount of backwash water and air during backwashing.
  • the hollow hollow body having a hollow inside the pressurized hollow fiber membrane module, wherein the air zone and at least one reverse pore is formed at regular intervals or irregularly through at least one reverse pore at its outer circumference
  • a central baffle characterized by including a water zone to ensure that the concentrated water and washing air flows uniformly in all directions inside the pressurized module, increase in pressure and linear velocity or congestion that may occur in the existing module
  • An air zone is located at the top of the central baffle to facilitate efficient supply and discharge during air injection and discharge, while a water zone is located at the bottom of the central baffle to provide concentrated water discharge and backwash water inflow. It is configured to facilitate, and the reverse pore formed through the outer zone of the air zone of the central baffle is formed larger than the size of the reverse pore formed through the water zone to move the air and the backwash by moving or separating the membrane during air injection. In addition, the water zone is larger than the air zone so that air and treated water can be effectively moved.
  • a pressurized hollow fiber membrane module comprising an inlet of raw water, a concentrating part of treated water, and a filtration part, wherein the central baffle is positioned inside the module housing on the same axis as the condensing part formed at one end of the pressurized hollow fiber membrane module.
  • the other end of the module housing is provided with an inlet for raw water, and the filter unit is provided on the side of the concentrating unit so that the central vessel and the concentrating unit, which are the outlets for the concentrated water and air, are located in the center of the housing. The distance of was constant so that the movement of concentrated water and air was uniform.
  • the present invention is to maximize the cleaning effect of the contaminated membrane by introducing a central baffle inside the pressurized hollow fiber membrane module to uniformly flow the concentrated water and cleaning air in all directions and backwashing process in two steps
  • a cleaning method and effects of a pressurized hollow fiber membrane module having a central baffle and a central baffle module and a pressurized hollow fiber membrane module using a two-stage backwashing process will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11. do.
  • Representative form of a general pressurized hollow fiber membrane module is the inlet portion of the raw water injection is provided at the bottom of the module as shown in Figure 1 raw water flows into the bottom to move inside the hollow fiber membrane between the potting the hollow fiber membranes are concentrated The filtered filtrate flows out to the filtration part installed at the upper part, and the concentrated part discharging the concentrated water that has not passed through the hollow fiber membrane is installed at the side of the upper part of the module.
  • the backwashing process removes contaminants.
  • the existing backwashing process does not completely control the contaminants on the surface of the membrane, and the air cleaning process used for effective cleaning has a concentrated portion of the pressurized hollow fiber membrane module located on the side of the module. Due to structural problems, raw water and air injected as shown in FIG.
  • the pressurized membrane module and the backwashing method according to the prior art are described.
  • the backwashing line 210, the backwashing air line 220, and the drain water line ( 230) is required.
  • the backwashing process of the pressurized membrane module is performed by combining the backwashing process which flows the filtered water in the opposite direction to the filtration and the air washing process that uses the air to shake off the membrane surface.
  • the membrane contaminants introduced into the pressurized membrane module through the backwash line 210 and moved inside the membrane pores are moved to the membrane surface, and then the membrane surface caused by the air introduced into the backwash air line 220 is shaken off.
  • the pollutants moved to the membrane surface in the air cleaning process are separated and the backwash effluent collected through the backwashing process is discharged to the outside of the pressurized separator through the discharge water line 230.
  • the pressurized membrane module and its backwashing process according to the prior art have the following disadvantages.
  • the general pressurized hollow fiber membrane module has a structure in which the raw water introduced as shown in FIG. 6 is processed, and the backwashed water and air injected for backwashing or air cleaning are concentrated in the inlet and upper side of the module.
  • the pressure and linear velocity are not uniform inside the module because the hollow fiber membranes move in one direction due to the flow of water and air along the asymmetrical movement path between the sections.
  • the air cleaning process used for effective cleaning results in an air retention space inside the membrane module, which hinders the cleaning.
  • Figure 3 shows the appearance of the pressurized hollow fiber membrane module of the present invention
  • Figure 4 is a view showing the inside of the pressurized hollow fiber membrane module of the present invention
  • the pressurized hollow fiber membrane module of the present invention is raw water at one end of the housing It is provided with the inlet of, and the other end is composed of a cap including a filter and a concentrating portion, it is made of a structure that is installed O-ring fixing groove (not shown) for preventing the mixture of concentrated and effluent.
  • the concentrated portion which is the outlet of the concentrated water and the cleaning air, is located at the center of the housing, so that the distance from the edge of the housing to the baffle is constant, so that the movement of the concentrated water and the cleaning air is uniform.
  • the pressurized hollow fiber membrane module of the present invention includes a plurality of hollow fiber membranes in the outer housing, and a potting material for fixing the hollow fiber membranes and a hollow fiber is opened in the form in which one or more of the potting materials are introduced into and out of the fluid. It has a central port and a central baffle that allows the flow of raw water and air to flow smoothly.
  • the potting material used to fix the hollow fiber membrane to the housing has a hardness of 40 to 70 (Shore D) after curing, and the potting material used has a thickness of 10 mm or more and 120 mm or less.
  • the length of the baffle is 10 mm or more and 1,000 mm or less, and the inclination from the upper end to the lower end of the baffle has an angle of 0 ° or more and 10 ° or less, and the shape of the baffle is a lattice in which air and raw water can be smoothly introduced.
  • the embossed wave pattern is provided on the outer surface of the baffle so as to prevent the separator from being stuck to the baffle due to water flow or pressure.
  • the baffle is placed in the center of the thickening section of the hollow fiber module in a fixed or detachable form.
  • the concentrated part and the washing air can flow uniformly in all directions of the housing by installing the concentrated part in the center of the pressurized module, which increases the pressure and linear velocity or the congestion that may occur in the existing module. It is possible to reduce the contamination of the separator by effectively physical cleaning by improving the back, etc.
  • the central baffle is provided at the center of the module like the concentrating unit, when air or water escapes to the outside of the module, Since the copper wire is short and the density gradient is constant everywhere based on the cross-sectional area of the module, the difference in concentration gradient and the physical stress caused by the film being concentrated in the enrichment section solve different problems for each hollow fiber membrane. Air and backwash due to shaking or movement of membrane by high pressure and air injection Although the movement may be limited, in the present invention, by installing the central baffle as shown in FIG. Even when there is an effective advantage.
  • the upper part of the central baffle is an air zone for easy flow of air, and the middle and lower parts are backwashed with a water zone for easy flow of treated water, concentrated water or backwash water.
  • air injection and the air injection is made at the same time is characterized in that the higher the porosity of the air zone than the water zone for the rapid movement of the air that is floating.
  • Conventional pressurized hollow fiber membrane module is a hollow fiber is disposed vertically across the top and bottom of the module and the hollow fiber collecting speed or arrangement of the top and bottom of the module is the same, but in the present invention, the arrangement of the hollow fiber membrane is the top of the module as shown in FIG. Since the collecting speed and arrangement of the lower part of the imposed part are different, the same number of hollow yarns are widely distributed in the lower part, that is, the resistance of inflow of air or water from the inlet part of the same cross-sectional area is small by increasing the dispersion or lowering the density of the hollow fiber membrane. There is an effect, and as the separator is disposed obliquely diagonally from the bottom to the top, the structure is advantageous for the shaking caused by the air injection, and thus the cleaning can be more effectively performed when a substance with high turbidity is introduced.
  • FIGS. 2 and 5 will be described in detail the effect of performing a two-stage backwashing process operated in two stages of the first step and the second step according to the present invention as a backwashing process of the pressure-type hollow fiber membrane module.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a pressurized hollow fiber membrane module device using a backwashing process according to the prior art
  • Figure 5 is a pressurized hollow using a two-stage backwashing process is divided into two stages of the first and second stages according to the present invention
  • backwashing Air line 220 and discharge water line 230 is required.
  • the backwashing process of the pressurized membrane module is performed by combining the backwashing process which flows the filtered water in the opposite direction to the filtration and the air washing process that uses the air to shake off the membrane surface.
  • the membrane contaminants introduced into the pressurized membrane module through the backwash line 210 and moved inside the membrane pores are moved to the membrane surface, and then the membrane surface caused by the air introduced into the backwash air line 220 is shaken off.
  • the pollutants moved to the membrane surface in the air cleaning process are separated and the backwash effluent collected through the backwashing process is discharged to the outside of the pressurized separator through the discharge water line 230.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a pressurized hollow fiber membrane module device using a two-stage backwashing process operated in two stages (1st) and (2nd) according to the present invention.
  • the backwashing process of the conventional pressurized membrane module was divided into two stages of one stage (1st) and two stages (2nd) to maximize the cleaning effect.
  • carrying out the backwashing process can have a sufficient effect in the long-term operation of the pressurized membrane module.
  • the cleaning method of the pressurized hollow fiber membrane module having such a central baffle is to clean the membrane module by a backwashing inflow process in which filtered water flows to the pressurized hollow fiber membrane module in the opposite direction to the filtration and an air cleaning process in which the surface of the membrane is shaken off using air.
  • the backwashing time is divided into two stages based on the backwashing time, and the backwashing amount and backwashing air volume are different for each stage.
  • a backwashing line 310, a backwashing air line 320, and a discharge water line 330 are required as in the conventional backwashing process, and a two-stage backwashing process is performed.
  • it can be divided into two stages (1st) and 2nd (2nd). Differently increases the backwash effect.
  • backwashing is performed using 1.5Q ⁇ 2Q backwashing amount, and the backwashing air volume is 100 ⁇ 200 L / min (LPM) .
  • the backwashing quantity is lowered to 0.5Q ⁇ 1Q and backwashing air volume is 200 ⁇ .
  • the two-stage backwashing process may use the same backwashing amount as the backwashing process of the conventional pressurized membrane module.
  • the physical force is maximized by the two-stage backwashing process. Because of this, the backwash effect may increase.
  • the present invention is to introduce a central baffle inside the pressurized hollow fiber membrane module module to uniformly flow the concentrated water and cleaning air in all directions, and to improve the pressure and linear velocity or stagnation phenomenon that can occur in the existing module is broken of the membrane In addition to eliminating bottlenecks and condensation of condensed water and condensation, improving physical cleaning, reducing membrane contamination, and allowing high pressure and air injection during backwashing, inflow of air and backwashing water by shaking or moving the membrane There is an advantage that the discharge is smooth.
  • the pressurized membrane module having a central baffle has a backwashing process as compared to the conventional washing process of a conventional separator which simultaneously operates two processes, a backwash process and an air scouring process.
  • a backwashing process As compared to the conventional washing process of a conventional separator which simultaneously operates two processes, a backwash process and an air scouring process.
  • the introduction of the central baffle structure has the advantage of smooth movement of the concentrated water and air, it is also effective when increasing the amount of backwash water and air during backwashing.
  • FIG. 1 is a view showing the form of a general pressurized hollow fiber membrane module.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a pressure separation membrane module device using a backwashing process according to the prior art.
  • Figure 3 is a view showing the appearance of the pressurized hollow fiber membrane module of the present invention.
  • Figure 4 is a view showing the inside of the pressure separation membrane module with a central baffle of the present invention.
  • Figure 5 is a conceptual diagram of the backwashing method of the pressure-type hollow fiber membrane module using a two-stage backwashing process is divided into two stages of the first step and the second step according to the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the pressure distribution of the concentrated portion of the general pressure hollow fiber membrane module.
  • FIG. 7 is a view showing the form of the central baffle of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the amount of backwashed water and the amount of backwashing air according to the backwashing time in the conventional backwashing method.
  • FIG. 9 is a graph showing the backwashing amount and backwashing air amount according to the backwashing time in the backwashing method according to the two-stage backwashing process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing the backwashing amount and backwashing air amount according to the backwashing time in the backwashing method according to the two-stage backwashing process according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a graph comparing the rate of change of the interlayer differential pressure according to the application of the two-step backwashing process of the present invention and the prior art.
  • One cylindrical pressurized module having a central baffle, a backwash line, a backwash air line, and an outlet water line were connected to constitute a pressurized membrane module device as shown in FIG. 3.
  • the amount of backwash water and the amount of backwash air introduced through the pressurized membrane module were controlled through an electric valve and a pump.
  • the total backwash time can be determined by taking into account the process recovery rate between 30 and 90 seconds.
  • backwashing is carried out at 2 L, which is twice the volume of pressurized membrane module, and 200 L / min (LPM), which is 2/3 of the volume of backwash air.
  • Backwashing is performed at 400 LPM, which is equal to the amount of pressurized membrane module filtration water (Q) and 4/3 times the volume of backwash air (300 L / min, LPM) during the second stage of backwashing.
  • the backwashing mode can be configured by the following method, and the respective backwashing mode and the backwashing conditions are shown in Table 2.
  • a central baffle having the same angle as the inclination of the separator exists in the thickening part of the module as shown in FIG. 4, and backwash water and air are effectively discharged through the central baffle.
  • Existing pressurized hollow fiber membrane module has the disadvantage that the discharge area of the existing module is not discharged smoothly to about 0.0025 m 2 because the air is discharged only through the condensed pipe and is discharged at the same time as the backwash water, whereas the pressurized hollow fiber membrane of the present invention
  • the central baffle provided with the module has a discharge area of 0.023 m 2 , which increases the discharge space by about 10 times to maximize the backwash effect, and the discharge pipe of concentrated water is installed on the same line as the backwash water flow. It is characterized by a flow in which the flow is collected at the center of the module.
  • FIG. 8 which is a result according to the related art, will be described.
  • Figure 8 shows the backwashing amount and backwashing air amount according to the backwashing time of the conventional backwashing method
  • the horizontal axis means the backwashing time (t) and the vertical axis is the backwashing water volume (Volume) and backwashing air volume ( L / min)
  • the conventional backwashing process maintains the same amount of backwashing water throughout the backwashing period at 1.5Q, which is 1.5 times the amount of filtered water (Q), while at the same time, the amount of backwashing air is 300 L / min. It is characterized by keeping the same for backwash time.
  • Figure 9 shows the backwashing amount and backwashing air amount according to the backwashing time of the backwashing method according to an embodiment of the present invention
  • the horizontal axis means backwashing time (t) and the vertical axis of the backwashing water transmitted from the pressurized membrane module device ( Volume) and backwash air volume (L / min), and set the 1st and 2nd stages for 30 seconds based on 1 minute of backwashing time, and in the 1st stage, the backwashing amount (Q) is 2 of the filtered water quantity (Q).
  • the backwashing air volume is 200 L / min and the backwashing air volume of the 2nd stage is 400 L / min at the same stage. .
  • the average backwashing amount used during the entire backwashing process is 1.5Q, and the backwashing air amount is 300 L / min, so that the backwashing amount in the first stage is large while using the same backwashing amount and the same backwashing air volume as the conventional backwashing process.
  • the second step has the advantage of effectively removing the contaminants with a large amount of back-air.
  • it may be considered to increase the backwashing amount and backwashing air to increase the removal efficiency of pollutants, but increasing the backwashing amount and backwashing air consequently increases the total energy used in the backwashing process. As a result, the operation / maintenance cost of the entire process is increased, which is undesirable in terms of cost-effectiveness.
  • the contaminants attached to the inside of the module pores are easily moved toward the membrane surface at 2Q, which is stronger than the conventional backwashing, and using the increased air volume (400 L / min) in the second stage.
  • the contaminant moved to the surface through the air cleaning process is effectively removed, the vertical axis of Figure 9 is the volume of backwash (Volume) and backwash air (L / min; LPM) permeated from the pressurized membrane module device, which is added to the backwashing process. Because the relationship is proportional to the energy, the efficient removal of the membrane foulant by the two-stage backwashing process can reduce the energy and operating cost of the entire process through the reduction of the backwashing amount and backwashing air input.
  • Figure 10 shows the backwashing amount and backwashing air amount according to the backwashing time of the backwashing method according to another embodiment of the present invention
  • the horizontal axis means backwashing time (t) and the vertical axis is backwashing permeate through the pressurized membrane module device, respectively Volume and backwash air volume (L / min).
  • TMP Trans-Membrane Pressure
  • the two-stage backwashing process of the present invention enables more efficient washing of contaminants in the membrane, so that the trans-membrane pressure (Trans- Membrane Pressure)
  • Trans- Membrane Pressure Trans- Membrane Pressure
  • the rate of increase can be effectively lowered and when backwashing with the same number of times is performed, the interlayer differential pressure is lower than a predetermined point in the process design, so that the membrane can be used for a long time.
  • To increase the frequency of drug cleaning Reducing the amount of air also saves energy and reduces operating costs.
  • Table 3 compares the air consumption by the conventional general backwashing process and the two-stage backwashing process of the present invention.
  • the two-stage backwashing process of the present invention is up to 50% compared to the basic general backwashing process. It has the effect of reducing the air consumption of the battery, which can also save energy and reduce operating costs.
  • a new type of baffle structure that can reduce the contamination of the membrane and increase the use time by improving the pressure and linear velocity that can be generated in the pressurized membrane module or the condensation of the concentrated water and effective physical cleaning, and the pressurization including the same
  • a new cleaning method that maximizes the cleaning effect of hollow fiber membrane module and pressurized membrane module, it can be effectively used in the water treatment industry, which can maintain the membrane filtration system and reduce the overall energy consumption to reduce the operating cost of the membrane. Do.

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Abstract

본 발명은 가압식 중공사 분리막 모듈의 구조 및 이의 세정방법에 관한 것으로, 특히 모듈의 내부에 중공을 갖는 원통형상체로서, 그 외주연에 적어도 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 에어존과 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 워터존을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙 배플을 가압식 중공사 분리막 모듈의 중앙에 농축부와 동일 축상에 설치함에 따라 하우징의 모든 방향에서 균일하게 농축수 및 세정공기가 흐르게 하고 기존 모듈에서 발생할 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 정체현상 등을 개선함으로써 물리적 세정을 효과를 높이고 분리막의 오염을 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

중앙 배플과 이를 포함하는 가압식 중공사 분리막 모듈 및 이의 세정방법
본 발명은 가압식 중공사 분리막 모듈의 구조 및 이의 세정방법에 관한 것으로, 특히 분리막 모듈의 내부에 중공을 갖는 원통형상체로서, 그 외주연에 적어도 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 에어존과 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 워터존을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙 배플과 이러한 중앙 배플을 가압식 모듈의 중앙에 농축부와 동일 축상에 설치함에 따라 하우징의 모든 방향에서 균일하게 농축수 및 세정공기가 흐르게 하고 기존 모듈에서 발생할 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 정체현상 등을 개선함으로써 물리적 세정을 효과를 높이고 분리막의 오염을 줄일 수 있는 가압식 중공사 분리막 모듈에 관한 것이다. 또한, 역세시 높은 압력 및 공기주입에 의해 분리막의 흔들림이나 이동으로 공기 및 역세수의 이동을 원활하게 할 수 있는 장점이 있는 중앙 배플을 포함하는 가압식 중공사 분리막 모듈의 유지 관리성을 높이고 전체적인 에너지 사용량을 감소시켜 분리막의 운영비용을 줄이며 세정효과를 극대화하는 2단 역세 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 3월 18일에 출원된 한국특허출원 제10-2013-0028607호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
막을 이용한 분리, 정제 및 분획은 산업 전반에 걸쳐 오늘날 광범위하게 이루어지고 있고 처리액과 피처리액에 의하여 물질의 여과, 투석 등을 행하는 중공사막 모듈은 단위 용적 당 유효 막 면적을 크게 할 수 있기 때문에 지금까지 정밀 여과, 한외 여과 등의 수처리, 가스분리, 의약품 및 바이오 분야에서 많이 사용되고 있다. 그러나 일반적으로 분리막을 이용하여 용액에 존재하는 입자성 물질이나 용질을 분리하고자 할 때 용액 내에 존재하는 배제하고자 하는 입자들은 확산 속도가 매우 작기 때문에 막의 중심부와 표면 사이의 농도 구배가 크더라도 쉽게 역 확산이 일어나지 않아 막의 표면 근처에서 용질의 농도가 증가되는 농도 분극 현상이 발생하거나 분리막 표면에서 용질 연속상으로 상전이가 발생하여 용질층이 형성되기도 하며, 작은 용질 입자는 큰 기공의 벽에 흡착되기도 하고 기공과 비슷한 크기의 입자에 의해 기공이 차폐되기도 하는 분리막 오염현상이 발생하기도 한다.
따라서 이러한 현상들에 의해 운전 시간이 지남에 따라 분리막의 투과 유속이 감소되어 막간차압이 상승하게 되면 역세척, 공기세정 또는 화학약품 등을 이용하여 세정하게 된다.
한편 중공사 분리막의 경우 실제 산업공정에 적용하기 위하여 많은 양의 중공사막을 다발 형태로 집속시키는 모듈을 사용하고 있고, 일반적인 가압식 모듈의 대표적인 형태는 도 1과 같이 원수가 주입되는 유입부(3)가 모듈의 하단에 구비되어 있어 원수가 하단으로 유입되어 중공사 막들이 집속되어 있는 우레탄 포팅 사이의 중공사 막 내부로 이동하고, 여과된 여과수는 상부에 설치되어 있는 여과부(1)로 유출되며, 중공사막을 통과하지 못한 농축수가 배출되는 농축부(2)가 모듈 상단의 측부에 공기주입부(4)가 모듈의 하단에 설치되어 있는 구조이다. 이러한 일반적인 가압식 모듈은 그 구조상 도 6과 같이 유입된 원수가 처리된 후 생성된 농축수 및 역세 또는 공기 세정을 위하여 주입되는 역세수 및 공기가 모듈 아래 쪽 유입부와 위쪽 측부의 농축부 간의 비대칭적인 이동경로를 따라서 지나게 되는 물과 공기의 흐름에 의하여 중공사 막들이 한쪽 방향으로 이동하기 때문에 압력 및 선속도가 모듈 내부에서 균일하지 않고(도 6 참조), 막 모듈의 오염 발생시 수행하는 역세 공정과 공기세정 공정시 농축부 주위에서 받게 되는 스트레스가 증가하게 되며, 그에 따라 분리막의 끊어짐이나 늘어짐 및 농축수의 병목현상(정체현상) 등이 발생하게 되는 문제점이 있다.
한편, 기존의 가압식 분리막 모듈은 운전에 의해 발생한 막오염 물질을 역세공정에 의해 제거하게 되는데 기존의 역세공정은 막표면의 오염물질을 완전하게 제어하지 못하며, 효과적인 세정을 위해 사용되는 공기 세정 공정은 가압식 분리막 모듈의 배출관이 모듈의 측면에 위치한 구조적인 문제로 인해 역세수의 흐름에 사영역(Dead Zone)이 발생하여 막오염의 제거가 균일하게 되지 않을 뿐만 아니라 막 모듈 내부에 공기의 체류공간이 발생하여 세정을 방해하는 결과를 가져온다. 특히, 고탁도 물질의 유입시 막이 오염되는 현상이 강하게 발생하여 세정효과가 낮게 나타나게 되고 완전히 제거되지 않는 막오염의 물질 때문에 추가적으로 주기적인 화학적 세정을 필요로 하게 되므로 추가된 화학적 세정은 막여과 시스템의 유지 운전비용을 상승하게 하는 단점을 갖게 된다.
따라서 이러한 중공사 분리막 모듈의 설계에 있어서 처리수 또는 세정공기 등의 유체의 흐름을 용이하게 하거나 고른 분포를 갖도록 하는 배플 형태 등의 구조를 도입한 분리막 모듈에 대한 기술 개발이 이루어져 왔고 이와 관련된 종래 기술은 다음과 같다.
KR2010-0129379A는 저오염 중공사 분리막 모듈 및 이를 이용한 수처리 장치에 관한 것으로 유입수가 모듈의 내부에서 회전하면서 중공사 분리막과 접촉하고 유입수 중 물과 비중이 다른 이물질들이 원심력에 의하여 분리되도록 유도하는 회전 분배판과 유입수가 모듈 내에서 불균등 흐름이 이루어지지 않도록 균등 분배를 구현하는 유입수 분배구에 대한 기술이 개시되어 있고, KR2004-0034492A, JP2009-195899A는 중공사막 모듈에 관한 것으로 중공사 분리막 모듈의 격벽에 케이싱통의 축에 대하여 경사진 방향으로 연장하는 슬릿을 구비한 배플통을 내재시킨 중공사 모듈로서 격벽부재가 케이싱 통으로부터 박리되거나 빠져나오는 것을 방지하며 처리액이 모듈 내로 유입되는 것을 방지하고자 하는 기술이 개시되어 있으며, 분리막 모듈에 관한 것인 JP2010-247107A에는 모듈 내부에 배플판을 가지고 이 배플판으로 중공사 분리막을 복수개 고정하는 것을 특징으로 하며 분리막의 표면에 공급액의 유속을 빠르고 난류인 상태로 유지하여 분리막 모듈 내의 유체의 흐름을 양호하도록 하는 기술로서 배플 구조가 이중관 구조의 모듈에 비하여 우수한 것이라는 기술 구성이 개시되어 있고, 튜브 형상의 멤브레인 모듈에 관한 것인 JP1989-099611A에는 실린더 형상의 멤브레인 필터 내부에 오염물의 형성을 방지하거나 또는 오염물의 제거가 용이하면서 여과효율의 감소를 줄이기 위하여 실린더 형상의 유체흐름을 제어하는 다수의 홀을 가지는 배플판이 하나의 멤브레인 실린더 내부 중앙에 멤브레린 실린더와 동일한 축상에서 위치하면서 상하가 서로 고정된 구조를 이루고 있는 특징이 있다.
그러나 이러한 배플구조를 포함하는 분리막 모듈의 종래 기술은 단순히 유입수의 측면에서 고른 분배를 유도하기 위한 것이거나, 격벽부재의 안정적 고정 또는 단순한 오염물 형성의 방지를 위한 것에 불과한 것으로 중공사 모듈의 운전시 중공사 막들이 한쪽 방향으로의 쏠림과 내부 압력 및 선속도의 불균일성이 발생하고, 막 모듈의 오염 발생시 수행하는 역세 공정과 공기세정 공정 시 농축부 주위에서 중공사 막들이 받는 스트레스가 증가하게 되며, 그에 따라 분리막의 끊어짐이나 늘어짐 및 농축수의 병목현상(정체현상) 등이 발생하게 되는 문제점을 해결하는 데 있어서는 그 기술적 한계가 있었다. 가압식 분리막 모듈에서 발생될 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 농축수의 정체현상 등을 개선하고 물리적 세정을 효과적으로 함으로써 분리막의 오염 저감과 사용시간을 늘릴 수 있는 새로운 방식의 배플구조와 이를 포함하는 가압식 중공사 분리막 모듈 및 가압식 분리막 모듈의 세정효과를 극대화하는 새로운 세정방법을 적용하여 막 여과 시스템의 유지관리성을 높이고 전체적인 에너지 사용량을 감소시켜 분리막의 운영비용을 줄일 수 있는 기술 개발이 필요하다.
본 발명에서는 가압식 중공사 분리막 모듈의 내부에 중공을 갖는 원통형상체로서, 그 외주연에 적어도 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 에어존과 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 워터존을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙 배플을 도입하는 것으로서 가압식 모듈 내부의 모든 방향에서 균일하게 농축수 및 세정공기가 흐르게 하고 기존 모듈에서 발생할 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 정체현상 등을 개선함으로써 분리막의 끊어짐이나 늘어짐 및 농축수의 병목현상(정체현상)을 해소하고 물리적 세정을 효과를 높일 뿐만 아니라 분리막의 오염을 줄이며 역세시 높은 압력 및 공기주입에 의해 분리막의 흔들림이나 이동으로 공기 및 역세수의 유입/배출이 원활하게 할 수 있도록 하였다.
중앙 배플의 상부에는 에어존(Air Zone)이 위치해서 공기 주입 및 배출시 효과적인 공급 및 배출이 용이하도록 하고, 중앙 배플의 하부에는 워터존(Water Zone)이 위치해서 농축수 배출 및 역세수 유입이 용이하도록 구성되어 있으며, 중앙 배플의 에어존 외주연에 관통형성되는 역세공은 워터존에 관통형성되는 역세공의 크기보다 크게 형성하여 공기주입시 분리막의 흔들림이나 이동으로 공기 및 역세수의 이동을 원활하게 할 수 있도록 하고, 에어존의 영역에 비하여 워터존의 영역이 더 크게 하여 공기와 처리수의 효과적인 이동이 가능하게 하였다.
종래의 가압식 모듈은 도 1과 같이 농축수가 배출되는 농축부(2)가 모듈 상단의 측부에 설치되어 있는 구조로 유입부(3) 및 여과부(1)가 모듈의 상하부의 중앙에 위치하였으나, 본 발명의 가압식 모듈의 경우는 도 4와 같이 모듈 상부의 중앙에 중앙 배플이 농축부(20)의 중심에 배치되고, 모듈 상부 측면에 여과부(10)가 구성되며, 모듈의 하단에 원수의 유입부/공기주입부(30)가 구비되고, 농축수 및 에어의 출구부가 하우징 중앙에 있어 하우징의 가장 자리에서 농축수까지의 거리가 일정하여 농축수 및 에어의 이동이 균일한 것을 특징이다.
또한, 본 발명의 분리막 모듈의 경우 중공사 막이 모듈의 중심을 기준으로 동심원의 방사형태로 배치되고 그 중앙에 중앙 배플이 위치하게 되므로 중공사 막에 의한 정수 처리 및 세정시 세정의 효과도 고르게 되어 전체적으로 중공사 막을 골고루 사용할 수 있어 막의 사용시간 또한 길다.
이러한 중앙 배플을 포함하는 가압식 중공사 모듈의 경우에는 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정(Backwash Process)과 공기를 이용하여 막표면을 털어내는 공기세정 공정(Air Scouring Process)의 2개 공정으로 각각의 공정을 동시에 운영을 하고 있는 일반적인 기존 분리막의 세정 공정에 비하여 역세시간을 기준으로 1단계(1st)과 2단계(2nd)로 두 개의 단계로 나누어서 각 단계별로 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하는 2단 역세공정의 적용을 통하여 막오염 저감효과 및 막 유지관리비용의 절감을 극대화 할 수 있는 장점이 있는데, 상기 1단계에서는 역세수량을 역세공기량보다 크게 하고, 상기 2단계에서는 역세수량보다 역세공기량을 크게 함으로써, 1단계에서 강한 수량으로 모듈 공극 내부에 붙은 오염 물질을 막 표면 쪽으로 쉽게 이동시키고, 2단계에서 증가한 공기량을 이용한 공기 세정공정을 통해 표면으로 이동한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
특히, 상기 1단계에서는 역세수량은 여과 수량(Q)의 1.5 내지 2.5배(1.5Q ~ 2.5Q), 역세공기량은 기존 역세공기량(300 L/min, LPM)의 1/3 내지 2.5/3 배인 100 ~ 250 L/min(LPM)로 운영한 후, 상기 2단계에서는 역세수량은 여과 수량의 0.5 내지 1.5 배(0.5Q ~ 1.5Q), 역세공기량은 기존 역세공기량(300 L/min, LPM)의 1 내지 1.5 배인 300 ~ 450 L/min(LPM)으로 운영하도록 하였다.
중앙 배플을 구비한 가압식 분리막 모듈을 사용하는 경우 전체 역세공정의 운영시간인 역세시간은 유입원수의 탁도에 따라 1단계와 2단계를 합하여 30 내지 90초의 범위로 운영하였고, 1단계와 2단계의 시간은 동일하게 운영하거나 서로 다르게 운영하여 역세공정의 효율성을 높일 수 있는데, 특히 일반적인 역세공정인 60초의 역세시간의 경우에는 1단계와 2단계의 시간은 동일하게 30초씩으로 운영하였다. 또한, 유입원수의 탁도를 측정하여 역세모드를 자동으로 선택하여 진행할 수 있어 단계별로 적용되는 역세수량과 역세공기량을 변경하여 고탁도의 유입수도 효과적으로 세정할 수 있게 하여, 일반 원수의 유입시에는 기존 세정에 비해 수량과 공기량의 저감이 가능해 진다. 또한, 중앙 배플 구조의 도입에 의하여 농축수와 공기의 이동이 원활한 장점이 있으므로 역세시 역세수 및 공기량을 늘릴 때에도 효과적인 주입과 배출이 가능하게 된다.
본 발명에서는 가압식 중공사 분리막 모듈의 내부에 중공을 갖는 원통형상체로서, 그 외주연에 적어도 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 에어존과 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 워터존을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙 배플을 도입하는 것으로서 가압식 모듈 내부의 모든 방향에서 균일하게 농축수 및 세정공기가 흐르게 하고 기존 모듈에서 발생할 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 정체현상 등을 개선함으로써 분리막의 끊어짐이나 늘어짐 및 농축수의 병목현상(정체현상)을 해소하고 물리적 세정을 효과를 높일 뿐만 아니라 분리막의 오염을 줄이며 역세시 높은 압력 및 공기주입에 의해 분리막의 흔들림이나 이동으로 공기 및 역세수의 유입/배출이 원활하게 할 수 있도록 하였다.
중앙 배플의 상부에는 에어존(Air Zone)이 위치해서 공기 주입 및 배출시 효과적인 공급 및 배출이 용이하도록 하고, 중앙 배플의 하부에는 워터존(Water Zone)이 위치해서 농축수 배출 및 역세수 유입이 용이하도록 구성되어 있으며, 중앙 배플의 에어존 외주연에 관통형성되는 역세공은 워터존에 관통형성되는 역세공의 크기보다 크게 형성하여 공기주입시 분리막의 흔들림이나 이동으로 공기 및 역세수의 이동을 원활하게 할 수 있도록 하고, 에어존의 영역에 비하여 워터존의 영역이 더 크게 하여 공기와 처리수의 효과적인 이동이 가능하게 하였다.
원수의 유입부, 처리수의 농축부 및 여과부로 구성되는 가압식 중공사 분리막 모듈에 있어서, 상기 중앙 배플이 가압식 중공사 분리막 모듈의 일단부에 구성되는 농축부와 동일한 축 상으로 모듈 하우징의 내부에 위치하고, 모듈 하우징의 타단부에 원수의 유입부가 구비되며, 여과부는 농축부의 측면에 구비되도록 하여 농축수 및 에어의 배출구가 되는 중앙 배풀과 농축부가 하우징 중앙에 위치하고 있어 하우징의 가장 자리에서 중앙 배플까지의 거리가 일정하여 농축수 및 에어의 이동이 균일하도록 하였다.
본 발명은 가압식 중공사 분리막 모듈 내부에 중앙 배플을 도입함으로써 모든 방향에서 균일하게 농축수 및 세정공기가 흐르게 하고 역세 공정을 두 개의 단계로 나누어 운영함으로써 오염된 분리막의 세정효과를 극대화시킬 수 있는 것으로 이하 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 중앙 배플, 중앙 배플을 구비하는 가압식 중공사 분리막 모듈과 2단 역세공정을 활용한 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법 및 그 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
일반적인 가압식 중공사 분리막 모듈의 대표적인 형태는 도 1과 같이 원수가 주입되는 유입부가 모듈의 하단에 구비되어 있어 원수가 하단으로 유입되어 중공사 막들이 집속되어 있는 포팅 사이의 중공사 막 내부로 이동하고, 여과된 여과수는 상부에 설치되어 있는 여과부로 유출되며, 중공사막을 통과하지 못한 농축수가 배출되는 농축부가 모듈 상단의 측부에 설치되어 있는 구조이고, 이러한 가압식 중공사 분리막 모듈은 운전에 의해 발생한 막오염 물질을 역세공정에 의해 제거하게 되는데 기존의 역세공정은 막표면의 오염물질을 완전하게 제어하지 못하며, 효과적인 세정을 위해 사용되는 공기세정 공정은 가압식 중공사 분리막 모듈의 농축부가 모듈의 측면에 위치한 구조적인 문제로 인해 도 6과 같이 주입된 원수 및 공기가 몸통을 지나 한쪽 방향으로 이동하기 때문에 압력 및 선속도가 증가하게 되고 그에 따라 분리막의 끊어짐이나 늘어짐 및 농축수의 병목현상(정체현상) 등이 발생하게 되는 문제점과 역세수의 흐름에 사영역(Dead Zone)이 발생하여 막오염의 제거가 균일하게 되지 않을 뿐만 아니라 막모듈 내부에 공기의 체류공간이 발생하여 세정을 방해하는 결과를 가져온다. 특히, 고탁도 물질의 유입시 막이 오염되는 현상이 강하게 발생하여 세정효과가 낮게 나타나게 되고 완전히 제거되지 않는 막오염의 물질 때문에 추가적으로 주기적인 화학적 세정을 필요로 하게 되므로 추가된 화학적 세정은 막여과 시스템의 유지 운전비용을 상승하게 하는 단점을 갖게 된다.
도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 가압식 분리막 모듈 및 역세 방법을 설명하면, 종래 기술에 따른 가압식 분리막 모듈의 역세공정을 실시하기 위해서는 역세수라인(210), 역세공기라인(220) 및 배출수라인(230)이 필요하다. 가압식 분리막 모듈의 일반적인 역세공정을 살펴보면, 역세공정은 일반적으로 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정과 공기를 이용하여 막 표면을 털어내는 공기세정 공정을 결합하여 진행하는데, 역세수는 역세공정의 실시를 위해 가압식 분리막 모듈 내로 역세수라인(210)을 통하여 유입되어 분리막 공극 내부에 붙은 막오염 물질을 막 표면으로 이동시킨 뒤, 역세공기라인(220)으로 유입되는 공기에 의한 막표면을 털어내는 공기세정 공정에서 막 표면으로 이동한 오염물질이 탈리되고 이러한 역세 공정을 통해 모인 역세척 배출수는 배출수라인(230)을 통하여 가압식 분리막 외부로 배출되게 된다.
이러한 종래기술에 따른 가압식 분리막 모듈 및 이의 역세공정은 다음과 같은 단점을 가지고 있다.
첫째, 일반적인 가압식 중공사 분리막 모듈은 그 구조상 도 6과 같이 유입된 원수가 처리된 후 생성된 농축수 및 역세 또는 공기 세정을 위하여 주입되는 역세수 및 공기가 모듈 아래 쪽 유입부와 위쪽 측부의 농축부 간의 비대칭적인 이동경로를 따라서 지나게 되는 물과 공기의 흐름에 의하여 중공사 막들이 한쪽 방향으로 이동하기 때문에 압력 및 선속도가 모듈 내부에서 균일하지 않다.
둘째, 막 모듈의 오염 발생시 수행하는 역세 공정과 공기세정 공정 시 농축부 주위에서 중공사 분리막들이 받게 되는 스트레스가 증가하게 되며, 그에 따라 분리막의 끊어짐이나 늘어짐 및 농축수의 병목현상(정체현상) 등이 발생하게 된다.
셋째, 분리막 표면의 오염물질을 완전하게 제거하지 못한다. 특히, 기존의 가압식 중공사 분리막 모듈의 경우에는 배출수라인이 모듈의 측면에 위치하는 구조적인 문제로 인해 역세수의 흐름에 사영역(Dead Zone)이 발생하여 막오염이 균일하게 제거되지 않은 단점이 있다.
넷째, 효과적인 세정을 위해 사용되는 공기 세정 공정은 분리막 모듈 내부에 공기 체류공간이 발생하여 세정을 방해하는 결과를 가져온다.
다섯째, 고탁도 물질의 유입 시 분리막 표면이 오염되는 현상이 강하게 발생하여 세정효과가 낮게 나타나고, 낮은 세정효과는 가압식 막 모듈의 추가적인 화학세정을 필요로 하며 유지 운전비용이 상승하는 결과를 가져온다.
도 3은 본 발명의 가압식 중공사 분리막 모듈의 외관을 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 가압식 중공사 분리막 모듈의 내부를 나타낸 도면으로, 본 발명의 가압식 중공사 분리막 모듈은 하우징의 일단부에 원수의 유입부가 구비되어 있고, 타단부에 여과부 및 농축부를 포함하는 캡으로 구성되며, 농축수 및 유출수의 혼재를 방지하기 위한 O-링용 고정홈(미도시)이 설치되는 구조로 이루어져 있다. 또한 농축수 및 세정공기의 출구부인 농축부가 하우징의 중앙에 있어 하우징의 가장자리에서 배플까지의 거리가 일정하여 농축수 및 세정공기의 이동이 균일한 특징이 있다.
본 발명의 가압식 중공사 분리막 모듈은 외부 하우징 내에 복수 개의 중공사분리막을 포함하고 있고 중공사 분리막을 고정시키는 포팅재와 포팅재 하나 이상의 접착부에 중공섬유가 개구되어 있는 형태로 유체를 유입 및 유출할 수 있는 포트를 가지고 있으며 농축부 내부에 원수 및 공기의 흐름이 원활할 수 있는 중앙 배플을 포함하고 있다. 중공사막을 하우징에 고정하기 위하여 사용되는 포팅재는 경화 후 40 내지 70(Shore D)의 경도를 가지고 사용된 포팅재는 10 mm 이상 120 mm 이하의 두께를 가지고 있다. 배플의 길이는 10 mm 이상 1,000 mm 이하이고, 배플의 상단부에서 하단부까지 기울기는 O° 이상 10° 이하의 각도를 갖으며, 배플의 형태는 공기 및 원수의 유입이 원활할 수 있는 격자의 형태일 뿐만 아니라 물의 흐름이나 압력에 의해 분리막이 배플에 붙어 흐름이 방해되는 현상을 방지할 수 있도록 배플의 외부 표면에는 물결무늬의 엠보싱이 구비되어 있다. 배플은 고정 또는 분리가 가능한 형태로 중공사 모듈의 농축부 중심에 배치된다.
따라서, 본 발명은 농축부를 가압식 모듈의 중앙에 설치함에 따라 하우징의 모든 방향에서 균일하게 농축수 및 세정공기가 흐르게 할 수 있고, 이는 기존 모듈에서 발생될 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 정체현상 등을 개선함으로써 물리적 세정을 효과적으로 함으로써 분리막의 오염을 저감시킬 수 있는 장점이 있고, 농축부와 동일하게 모듈의 중앙에 중앙 배플이 구비됨에 따라 공기나 물이 모듈의 외부로 빠져나갈 때 배플까지의 동선이 짧고 모듈의 단면적을 기준으로 동일하여 밀도의 구배가 어디나 일정하기 때문에 농도 구배의 차이와 농축부로 막이 쏠리는 물리적 스트레스가 중공사 막마다 서로 다른 문제가 해소되며, 기존 가압식 중공사 분리막 모듈은 역세시 높은 압력 및 공기주입에 의해 분리막의 흔들림이나 이동으로 공기 및 역세수의 이동이 제한될 수 있지만, 본 발명에서는 농축부에 도 4와 같은 중앙 배플을 설치함으로써 농축수와 공기의 이동을 원활하게 할 수 있는 장점이 있어 역세시 공기의 효과적인 배출이 가능하므로 주입 공기량을 늘릴 때에도 효과적인 장점이 있다.
중앙 배플의 상부는 공기의 용이한 흐름을 구현하기 위한 에어존(Air Zone)이고 중, 하부는 처리수, 농축수 또는 역세수의 용이한 흐름을 구현하기 위한 워터존(Water Zone)으로 역세수와 공기주입이 동시에 이루어질 때 부상하게 되는 공기의 빠른 이동을 위해 워터존에 비해 에어존의 다공도를 더 높게 하는 것이 특징이다.
기존의 가압식 중공사 분리막 모듈은 중공사가 모듈의 상단부와 하단부에 걸쳐서 수직으로 배치되며 상단부와 하단부의 중공사 집속도나 배치가 동일하지만, 본 발명에서 중공사 분리막의 배치는 도 4와 같이 모듈의 상단부과 하단부의 집속도 및 배치가 다르게 되어 있어 하단부에는 동일한 개수의 중공사가 넓게 분포되어 즉, 중공사 분리막의 분산성을 높이거나 집적도를 낮추어 동일한 단면적의 유입부에서 들어오는 공기나 물의 유입시 저항이 작은 효과가 있고, 하단에서 상단으로 갈수록 분리막이 사선으로 경사지게 배치됨에 따라 공기주입에 의한 흔들림에 유리한 구조로, 고탁도의 물질이 유입되었을 때보다 효과적으로 세정을 할 수 있는 장점이 있다.
이하, 도 2 및 도 5를 참조하여 가압식 중공사 분리막 모듈의 역세공정으로서 본 발명에 따른 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정을 실시한 효과를 구체적으로 설명한다.
도 2는 종래 기술에 따른 역세공정이 사용되는 가압식 중공사 분리막 모듈 장치의 개념도이며, 도 5는 본 발명에 의한 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정이 사용되는 가압식 중공사 분리막 모듈 장치의 역세방법에 대한 개념도이다.
도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 가압식 중공사 분리막 모듈 장치의 역세공정 및 이를 이용하는 장치를 설명하면, 종래 기술에 따른 가압식 중공사 분리막 모듈의 역세공정을 실시하기 위해서는 역세수라인(210), 역세공기라인(220) 및 배출수라인(230)이 필요하다. 가압식 분리막 모듈의 일반적인 역세공정을 살펴보면, 역세공정은 일반적으로 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정과 공기를 이용하여 막 표면을 털어내는 공기세정 공정을 결합하여 진행하는데, 역세수는 역세공정의 실시를 위해 가압식 분리막 모듈 내로 역세수라인(210)을 통하여 유입되어 분리막 공극 내부에 붙은 막오염 물질을 막 표면으로 이동시킨 뒤, 역세공기라인(220)으로 유입되는 공기에 의한 막표면을 털어내는 공기세정 공정에서 막 표면으로 이동한 오염물질이 탈리되고 이러한 역세 공정을 통해 모인 역세척 배출수는 배출수라인(230)을 통하여 가압식 분리막 외부로 배출되게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 1단계(1st)과 2단계(2nd)의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정이 사용되는 가압식 중공사 분리막 모듈 장치의 개념도이다. 본 발명에 따른 2단 역세공정은 기존의 가압식 분리막 모듈의 역세공정을 1단계(1st)과 2단계(2nd)의 두 단계로 나누어 세정효과를 극대화하였으며, 장기간의 실험을 통하여 본 발명에 따른 2단 역세공정을 실시하는 것이 가압식 분리막 모듈의 장기 운전에서 충분한 효과를 거둘 수 있음을 확인하였다.
이러한 중앙 배플을 가지는 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법은 가압식 중공사 분리막 모듈에 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정과 공기를 이용하여 막표면을 털어내는 공기세정 공정으로 분리막 모듈을 세정하되, 역세시간을 기준으로 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어서 각 단계별로 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 가압식 분리막 모듈의 2단 역세공정을 실시하기 위해서는 기존의 역세공정과 동일하게 역세수라인(310), 역세공기라인(320) 및 배출수라인(330)이 필요하고, 2단 역세공정은 역세공정의 역할과 효과를 강화시키기 위하여 1단계(1st)와 2단계(2nd)의 두 단계로 나눌 수 있으며 총 역세시간을 동일한 비율로 나누어 50:50 비율의 시간 동안 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 역세 효과를 증대시킨다.
1단계에서는 1.5Q ~ 2Q의 역세수량을 사용하여 역세를 진행하고 역세공기량을 100 ~ 200 L/min(LPM)으로 진행하며, 2단계에서는 역세수량을 0.5Q ~ 1Q로 낮추고 역세공기량을 200 ~ 400 L/min(LPM)으로 증가시켜 공기세정을 실시한다.
구체적인 실시예를 살펴보면, 상기 2단 역세공정은 기존의 가압식 분리막 모듈의 역세공정과 동일한 역세수량을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 동일한 역세수량을 사용하더라도 상기 2단 역세공정에 의해 물리적인 힘을 극대화하였기 때문에 역세 효과가 증가할 수 있는 것이다.
본 발명은 가압식 중공사 분리막 모듈 내부에 중앙 배플을 도입함으로써 모든 방향에서 균일하게 농축수 및 세정공기가 흐르게 하고 기존 모듈에서 발생할 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 정체현상 등을 개선함으로써 분리막의 끊어짐이나 늘어짐 및 농축수의 병목현상(정체현상)을 해소하고 물리적 세정을 효과를 높일 뿐만 아니라 분리막의 오염을 줄이며 역세시 높은 압력 및 공기주입이 가능하여 분리막의 흔들림이나 이동으로 공기 및 역세수의 유입/배출이 원활하게 이루어지는 장점이 있다.
또한, 이러한 중앙 배플을 구비한 가압식 분리막 모듈은 역세유입 공정(Backwash Process)과 공기세정 공정(Air Scouring Process)의 2개 공정을 동시에 운영을 하고 있는 일반적인 기존 분리막의 세정 공정에 비하여 역세 공정을 1단계와 2단계로 두 개의 단계로 나누어 운영함으로써 오염된 분리막의 세정효과를 극대화시킬 수 있으며, 특히 1단계에서 기존 역세유입 공정보다 강한 수량으로 모듈 공극 내부에 붙은 오염 물질을 막 표면 쪽으로 쉽게 이동시킬 수 있고, 2단계에서는 증가한 공기량을 이용한 공기 세정공정을 통해 표면으로 이동한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있고 이러한 역세공정은 기존 공정에 비하여 막간차압의 상승률을 효과적으로 낮출 수 있으며, 결론적으로 약품세정에 도달하는 운전시간을 증가시켜 약품세정의 횟수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 공기의 양을 줄여 에너지 절약의 효과도 얻을 수 있다.
또한, 중앙 배플 구조의 도입에 의하여 농축수와 공기의 이동이 원활한 장점이 있으므로 역세시 역세수 및 공기량을 늘릴 때에도 효과적이다.
도 1은 일반적인 가압식 중공사 분리막 모듈의 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 역세공정이 사용되는 가압식 분리막 모듈 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 가압식 중공사 분리막 모듈의 외관을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 중앙 배플이 구비된 가압식 분리막 모듈의 내부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정이 사용되는 가압식 중공사 분리막 모듈의 역세방법에 대한 개념도이다.
도 6은 일반적인 가압식 중공사 분리막 모듈 농축부의 압력분포를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 중앙 배플의 형태를 나타낸 도면이다.
도 8은 종래 기술에 따른 역세방법에 있어서 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 역세공정에 따른 역세방법에 있어서 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 역세공정에 따른 역세방법에 있어서 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 그래프이다.
도 11은 종래기술에 따른 막간차압과 본 발명의 2단 역세공정 적용에 따른 막간차압의 변화률을 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명의 역세방법에 대한 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 효과를 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
<실시예 1>
중앙 배플을 구비한 원통형의 가압식 모듈 1개와 역세수라인, 역세공기라인, 배출수라인을 연결하여 도 3과 같이 가압식 분리막 모듈 장치를 구성하였다. 상기 가압식 분리막 모듈을 통해 유입되는 역세수량 및 역세공기량은 전동밸브와 펌프를 통하여 조절하였다.
1. 역세시간에 따른 측정방법
1) 가압식 분리막 모듈 장치를 구성한다.
2) 원수 특성에 따른 총 역세시간을 결정하고 동일한 비율(50:50)로 역세시간을 구분한다. 총 역세공정 시간은 30 ~ 90초 가운데 공정 회수율을 고려하여 결정할 수 있다.
3) 총 역세시간 중 1단계의 시간 동안 가압식 분리막 모듈 생산 수량의 2배인 2Q의 수량과 기존 역세공기량의 2/3배인 200 L/min(LPM)으로 역세를 진행한다.
4) 총 역세 시간 중 2단계의 시간 동안 가압식 분리막 모듈 여과수량(Q)과 동일한 1Q의 수량과 기존 역세공기량(300 L/min, LPM)의 4/3배인 400 LPM으로 역세를 진행한다.
5) 역세공정을 통해 모인 역세척 배출수를 배출수라인을 통하여 가압식 분리막에서 배출한다.
2단 역세공정에 대하여 하기의 방법으로 역세효율을 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
표 1 2단계 역세 공정의 조건 및 역세효과
역세모드 1단계 역세 2단계 역세 역세효과
투입 Water(역세수량) 투입 Air(역세공기량) 투입 Water(역세수량) 투입 Air(역세공기량)
2단 역세(30/30)초 2Q 200 L/min 1Q 400 L/min 역세모드 적용 후 가압식 분리막모듈의 차압안정적 상태 유지
2. 유입원수 탁도에 따른 역세 방법
1) 유입원수 탁도를 측정한다.
2) 유입원수 탁도에 따라 표 2와 같이 2단 역세공정 모드를 결정한다.
3) 결정된 2단 역세공정 모드에 따라 역세를 실시한다.
4) 역세공정을 통해 모인 역세척 배출수를 배출수라인을 통하여 가압식 분리막에서 배출한다.
유입원수탁도에 따른 2단 역세공정에 대하여 하기의 방법으로 역세모드를 구성할 수 있으며 각각의 역세공정모드 및 역세조건은 표 2에 나타내었다.
표 2 유입원수탁도에 따른 역세공정 모드 및 역세조건
역세모드 유입원수탁도 1단계 역세 2단계 역세
투입 Water(역세수량) 투입 Air(역세공기량) 투입 Water(역세수량) 투입 Air(역세공기량)
A 0 ~ 2 1.5Q 100 L/min 0.5Q 300 L/min
B 2 ~ 10 1.5Q 150 L/min 1Q 350 L/min
C 10 ~ 100 2Q 200 L/min 1Q 400 L/min
D 100 ~ 300 2Q 200 L/min 1Q 400 L/min
E 300 이상 2.5Q 250 L/min 1.5Q 450 L/min
3. 중앙 배플를 가지는 가압식 중공사 분리막 모듈의 구조적 특성
본 발명에 따른 가압식 중공사 분리막 모듈 구조는 도 4와 같이 모듈의 농축부에는 분리막의 경사와 동일한 각도를 준 중앙 배플이 존재하며 이 중앙 배플을 통해 역세수와 공기가 효과적으로 배출되게 된다. 기존의 가압식 중공사 분리막 모듈은 농축 배관을 통해서만 공기가 배출되어 역세수와 동시에 배출되기 때문에 기존 모듈의 배출면적은 약 0.0025 m2으로 원활하게 배출되지 못하는 단점은 갖는데 반하여 본 발명의 가압식 중공사 분리막 모듈과 구비되는 중앙 배플은 배출면적이 0.023 m2으로 배출공간을 약 10배 증가시켜서 역세척 효과를 극대화 할 수 있고, 농축수의 배출관이 역세수의 흐름과 동일한 선상에 설치되어 있으며 역세수의 흐름이 모듈의 중심으로 모여서 배출되는 형태를 특징으로 한다.
4. 공정운영 비용의 측면에서 본 발명의 효과
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 가압식 분리막 역세공정으로서 본 발명에 따른 2단 역세공정을 실시한 효과를 종래의 역세공정과 비교하여 구체적으로 설명한다.
먼저 종래기술에 따른 결과인 도 8을 설명한다.
도 8은 종래기술인 역세방법의 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 것으로, 가로축은 역세시간(t)를 의미하고 세로축은 각각 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min)을 의미하는 것으로 역세시간 1 분을 기준으로 기존의 역세공정은 역세수량을 여과수량(Q)의 1.5 배인 1.5Q로 역세시간 동안 내내 동일하게 유지하면서 동시에 역세공기량은 300 L/min 으로 역세시간 동안 동일하게 유지하는 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시예를 도 9를 참고하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 역세방법의 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 것으로, 가로축은 역세시간(t)를 의미하고 세로축은 각각 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min)을 의미하는 것으로 역세시간 1 분을 기준으로 1단계와 2단계 각각을 30초씩으로 설정하고, 1단계에서는 역세수량(Q)을 여과수량(Q)의 2배인 2Q로 유지한 후 2단계에서는 여과수량(Q)와 동일하게 1Q로 유지하며, 동시에 1단계에서 역세공기량은 200 L/min로 2단계의 역세공기량은 400 L/min으로 유지하는 것이 특징이다.
따라서, 전체 역세공정의 시간 동안 평균적으로 사용하는 역세수량은 1.5Q이고, 역세공기량은 300 L/min이므로 종래의 역세공정과 동일한 역세수량과 역세공기량인 동일한 에너지를 사용하면서도 1단계에서 많은 역세수량으로 오염물질을 막 표면 쪽으로 쉽게 이동시킨 후, 2단계에서는 많은 역세공기량으로 오염물질을 효과적으로 탈리시킬 수 있는 장점이 있게 된다. 물론, 종래의 역세공정에서 역세수량과 역세공기량을 증가시켜서 오염물질의 제거 효율을 높이는 것을 고려해 볼 수 있겠으나, 역세수량과 역세공기량을 증가시키는 것은 결과적으로 역세공정에 사용되는 총 에너지를 증가시키게 되는 것으로 전체 공정의 운영/유지비의 상승을 가져오게 되는 것으로 비용 대비 효율의 측면에서 바람직하지 않은 것이다.
또한, 종래의 역세공정에 단순히 역세수량과 역세공기량을 증가시키는 것은 형태가 정해진 가압식 모듈에 있어서 모듈 내부에 동시에 공급되는 역세수량과 역세공기량이 증가되는 것이고 이는 정해진 배출수라인의 직경 또는 관경을 고려할 때 효과적인 오염물 배출에 있어서 불리할 뿐만 아니라 가압식 모듈 내부에 증가된 역세공기량과 역세수량이 서로 효과적인 세정을 방해하는 부정적인 결과를 가져오기 때문에 운영/유지비의 상승을 고려하지 않고 세정의 효율만을 고려할 때에도 바람직하지 않게 된다.
그러나, 본 발명의 중앙 배플이 구비된 가압식 중공사 분리막 모듈의 경우에는 운영/유지비의 상승을 고려하지 않고 세정의 효율만을 고려하여 역세수량과 역세공기량이 증가시키는 세정방법을 사용하는 경우에도 효과적인 오염물 배출에 있어서 가능한 장점도 있다.
이렇게 본 발명의 2단 역세공정의 1단계에서는 기존 물역세보다 강한 역세수량인 2Q로 모듈 공극 내부에 붙은 오염물질을 막 표면쪽으로 쉽게 이동시키고, 2단계에서 증가한 공기량(400 L/min)을 이용한 공기 세정 공정을 통해 표면으로 이동한 오염물질을 효과적으로 탈리시키게 되는데, 도 9의 세로축은 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min; LPM)이므로 이는 역세공정에 투입되는 에너지와 비례하는 관계이기 때문에 2단 역세공정에 의한 효율적인 분리막 오염물의 제거는 투입되는 역세수량과 역세공기량의 절감을 통해 전체 공정의 에너지 및 운전비용을 절감할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예를 도 10을 참고하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 역세방법의 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 것으로, 가로축은 역세시간(t)를 의미하고 세로축은 각각 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min)을 의미하는 것으로 역세시간 1 분을 기준으로 1단계와 2단계 각각을 30초씩으로 설정하고, 1단계 시작에서부터 2단계의 종료시까지 역세수량(Q)을 여과수량(Q)의 2배인 2Q로부터 여과수량(Q)와 동일한 1Q까지 직선적으로 감소시키며, 동시에 1단계 시작에서 역세공기량은 200 L/min에서부터 2단계의 종료시까지 역세공기량은 400 L/min까지 직선적으로 증가시키는 것이 특징이다.
도 11은 종래기술에 따른 막간차압과 본 발명의 2단 역세공정 적용에 따른 막간차압(Trans-Membrane Pressure, TMP)의 변화률을 비교한 그래프이다. 종래기술의 경우에 막의 사용시간이 증가할수록 비록 역세척의 공정을 수행하더라도 잔류하는 오염물질의 증가로 사용시간이 지남에 따라 막간차압이 지속적으로 상승하여 결국에는 공정설계시 미리 정해진 지점에 도달하여 화학세정(Clean In Place, CIP)을 필수적으로 수행해야하는 시점에 일찍 도달하게 되는데 반하여 본 발명의 2단 역세공정을 적용하면 보다 효율적인 분리막의 오염물질 세척이 가능하므로 기존 공정에 비하여 막간차압(Trans-Membrane Pressure) 상승률을 효과적으로 낮출 수 있으며 동일 회수의 역세척을 수행하는 경우 막간차압은 공정설계시 미리 정해진 시점보다 낮은 상태가 되어 장기간 분리막의 사용이 가능하게 되어, 결론적으로 약품세정에 도달하는 운전시간을 증가시켜 약품세정의 횟수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 공기의 양을 줄여 에너지 절약 및 운전비용의 절감 효과도 얻을 수 있다.
표 3은 기존의 일반 역세공정과 본 발명의 2단 역세공정에 의한 공기사용량을 비교한 것으로 공기사용량을 비교해 볼 때, 본 발명의 2단 역세공정의 경우 기본의 일반 역세공정에 비하여 최대 50%의 공기사용량의 감소효과가 있어 에너지 절약 및 운전비용의 절감 효과도 얻을 수 있다.
표 3 기존 일반 역세공정과 2단 역세공정에 의한 공기사용량 비교
기존 일반 역세공정 2단계 역세공정
1단계 300 LPM x 1분= 300 L 100 ~ 200 LPM x 30초= 50 ~ 100 L
2단계 200 ~ 400 LPM x 30초= 100 ~ 200 L
합계 300 L 150 ~ 300 L
효과 최대 50% Air 사용량 감소
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다.
가압식 분리막 모듈에서 발생될 수 있는 압력 및 선속도의 증가나 농축수의 정체현상 등을 개선하고 물리적 세정을 효과적으로 함으로써 분리막의 오염 저감과 사용시간을 늘릴 수 있는 새로운 방식의 배플구조와 이를 포함하는 가압식 중공사 분리막 모듈 및 가압식 분리막 모듈의 세정효과를 극대화하는 새로운 세정방법을 적용하여 막 여과 시스템의 유지관리성을 높이고 전체적인 에너지 사용량을 감소시켜 분리막의 운영비용을 줄일 수 있는 수처리 산업에 효과적인 이용이 가능하다.

Claims (10)

  1. 내부에 중공을 갖는 원통형상체로서, 그 외주연에 적어도 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 에어존; 하나 이상의 역세공이 규칙적 또는 불규칙적으로 관통형성되는 워터존;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중앙 배플.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 에어존의 외주연에 관통형성되는 역세공이 상기 워터존에 관통형성되는 역세공의 크기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 중앙 배플.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 에어존의 영역에 비하여 워터존의 영역이 더 큰 것을 특징으로 하는 중앙 배플.
  4. 원수의 유입부, 처리수의 농축부 및 여과부로 구성되는 가압식 중공사 분리막 모듈에 있어서, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 기재된 상기 중앙 배플이 가압식 중공사 분리막 모듈의 일단부에 구성되는 농축부와 동일한 축 상으로 모듈 하우징의 내부에 위치하고, 모듈 하우징의 타단부에 원수의 유입부가 구비되며, 여과부는 농축부의 측면에 구비되는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사 분리막 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서, 농축수 및 에어의 배출구가 되는 중앙 배플과 농축부가 하우징 중앙에 위치하고 있어 하우징의 가장 자리에서 중앙 배플까지의 거리가 일정하여 농축수 및 에어의 이동이 균일한 것을 특징으로 하는 가압식 중공사 분리막 모듈.
  6. 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법에 있어서, 청구항 4에 기재된 가압식 중공사 분리막 모듈에 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정과 공기를 이용하여 막표면을 털어내는 공기세정 공정으로 분리막 모듈을 세정하되, 역세시간을 기준으로 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어서 각 단계별로 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하는 것을 특징으로 하는 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 1단계에서는 역세수량이 역세공기량보다 크고, 상기 2단계에서는 역세수량보다 역세공기량이 큰 것을 특징으로 하는 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 1단계의 역세수량은 분리막 모듈 여과수량(Q)의 1.5 내지 2.5배(1.5Q ~ 2.5Q)이고, 상기 2단계의 역세수량은 분리막 모듈 여과수량(Q)의 0.5 내지 1.5 배(0.5Q ~ 1.5Q)인 것을 특징으로 하는 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 1단계의 역세공기량은 기존 역세공기량의 1/3 내지 2.5/3 배이고, 상기 2단계의 역세공기량은 기존 역세공기량의 1 내지 1.5 배인 것을 특징으로 하는 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 역세시간은 1단계와 2단계를 합하여 30 내지 90초의 범위이고, 1단계와 2단계의 역세시간은 동일하거나 다른 것을 특징으로 하는 가압식 중공사 분리막 모듈의 세정방법.
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