WO2016144047A1 - 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치 - Google Patents

확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an expanded pressurized hollow fiber membrane module and a filtration device manufactured using the same. More specifically, the present invention relates to i) improved water quality through multistep filtration, ii) increased ease of installation and repair, and iii. A) a pressurized hollow fiber membrane module capable of realizing a reduction in footprint, and / or iv) an enlargement of the filtration apparatus (without causing a decrease in water permeability of the unit hollow fiber membrane) and a filtration apparatus manufactured using the same. .
  • Separation methods for fluid treatment include separation methods using heating or phase change, separation methods using filtration membranes, and the like.
  • the separation method using the filtration membrane has the advantage of increasing the reliability of the process because the desired water quality can be stably obtained according to the pore size of the filtration membrane. There is an advantage that it can be widely used in the separation process using the available microorganisms.
  • One of the separation methods using a filtration membrane is a method using a hollow fiber membrane module formed by bundles of hollow fiber membranes.
  • the hollow fiber membrane module has been widely used in the field of precision filtration such as sterile water, drinking water, ultrapure water production, but recently, sewage / wastewater treatment, solid-liquid separation in septic tanks, removal of suspended solids (SS) from industrial wastewater, Filtration of river water, filtration of industrial water, filtration of swimming pool water, and the like have expanded their application ranges.
  • the hollow fiber membrane module may be classified into a submerged-type module and a pressurized-type module according to a driving method.
  • the submerged module performs filtration while immersed in the fluid to be treated. Specifically, by applying negative pressure inside the hollow fiber membrane, only the fluid is selectively permeated into the hollow fiber membrane (hollow), and as a result, contaminants such as impurities or sludge contained in the fluid are separated from the filtered water. do.
  • the immersion module does not require the equipment for the circulation of the fluid has the advantage of reducing the installation cost or operating cost, while the disadvantage that the permeate flow rate that can be obtained in a unit time is limited.
  • the length of the case and the hollow fiber membrane disposed therein may be increased to increase the water treatment capacity of the filtration device, but as the length of the hollow fiber membrane increases, the frictional force that obstructs the flow of filtered water flowing through the hollow of the hollow fiber membrane increases. The problem that the water permeability of a hollow fiber membrane falls is caused.
  • the present invention relates to an expandable pressure-type hollow fiber membrane module and a filtration device manufactured using the same, which can prevent problems caused by the above limitations and disadvantages of the related art.
  • One aspect of the present invention is a filtration that can realize improved water quality through multi-stage filtration, increased ease of installation and repair, reduced installation area, and / or larger filtration device (without causing a decrease in water permeability of the unit hollow fiber membrane). To provide a device.
  • Another aspect of the present invention is an extended type capable of improving the quality of filtered water through multi-stage filtration, increasing the ease of installation and repair, reducing the installation area, and / or increasing the size of the filtration device (without causing a decrease in water permeability of the unit hollow fiber membrane). It is to provide a pressurized hollow fiber membrane module.
  • the first pressure hollow fiber membrane module; And a second pressurized hollow fiber membrane module wherein the first pressurized hollow fiber membrane module comprises: a first case having a first inlet port for raw water injection and a first outlet port for degassing or filtering water; And first hollow fiber membranes in the first case, wherein the second pressurized hollow fiber membrane module has a second case having a second inlet port for raw water injection and a second outlet port for ventilation or filtered water discharge; ; And second hollow fiber membranes in the second case, wherein the first inlet port and the second pressurized hollow fiber membrane module of the first pressurized hollow fiber membrane module are in fluid communication with the first and second pressurized hollow fiber membrane modules.
  • a filtration device is provided in which the second discharge ports of are coupled to each other.
  • a case having a raw water inlet port, a filtered water outlet port, and a gas discharge port for performing degassing;
  • a first fixing part located inside the case and dividing the internal space of the case into a non-filtration space and a filtration space, the filtration space being capable of receiving raw water to be treated through the raw water inlet port;
  • At least a portion of the unfiltered space is in fluid communication with the filtrate discharge port;
  • a hollow fiber membrane positioned in the filtration space and both ends of which are ported to the fixing part to be in fluid communication with at least a portion of the non-filtration space;
  • a tube traversing at least a portion of the non-filtration space in fluid communication with the hollow fiber membrane and in fluid communication with the gas outlet port and the filtration space.
  • both ends of the hollow fiber membrane disposed in the case are potted to the same fixing portion, it is possible to expose the body portion of the hollow fiber membrane performing the filtration by detaching a predetermined portion of the case. Therefore, if any one of the hollow fiber membranes are damaged, the life of the module can be extended without repairing the damaged hollow fiber membranes without lowering the filtration efficiency.
  • the pressurized hollow fiber membrane modules are connected in series, the multi-stage filtration to filter again the filtered water produced by the module of the front end (for example, microfiltration (microfiltration) and ultrafiltration] may be performed, and the water quality of the filtrate may be further improved through such multistage filtration.
  • the multi-stage filtration to filter again the filtered water produced by the module of the front end (for example, microfiltration (microfiltration) and ultrafiltration] may be performed, and the water quality of the filtrate may be further improved through such multistage filtration.
  • the distribution plate of the hollow fiber membrane module of the present invention can prevent non-uniform diffuser cleaning and the relatively fast hollow fiber membrane contamination caused thereby.
  • FIG. 1 schematically shows hollow fiber membrane modules and a filtration device manufactured therefrom according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 schematically shows hollow fiber membrane modules and a filtration device manufactured therefrom according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows hollow fiber membrane modules and a filtration device manufactured therefrom according to a third embodiment of the present invention
  • 4 (a) to 4 (c) show the hollow fiber membrane modules of the first to third embodiments of the present invention each having a distribution plate.
  • FIG. 1 schematically shows hollow fiber membrane modules 100a and 100b and a filtration device manufactured therefrom according to a first embodiment of the present invention.
  • the filtration apparatus includes first and second hollow fiber membrane modules 100a and 100b.
  • the first pressurized hollow fiber membrane module 100a may include a first inlet port (ie, a first raw water inlet port) IP-a for injecting raw water (and air for purging air) and a first outlet for discharging filtered water.
  • a first case 110a having a port (ie, a first filtered water discharge port) OP1-a, and first hollow fiber membranes 120a in the first case 110a are included.
  • the first case 110a further includes a first gas discharge port OP2-a for performing degassing.
  • the first case 110a is detachably fastened to one end of the first tubular body 111a having open ends and the first tubular body 111a and connects the first filtered water discharge port OP1-a.
  • a first lower cap 113a having a first upper cap 112a and a first lower cap 113a detachably fastened to the other end of the first tubular body 111a and having the first raw water inflow port IP-a.
  • the first fixing part 131a is disposed in the first upper cap 112a.
  • the first fixing part 131a may be disposed in the first tubular body 111a.
  • the first fixing part 131a may be formed of a polymer such as a polyurethane resin, a silicone resin, an epoxy resin, or the like, and may be watertightly formed on an inner circumferential surface of the first upper cap 112a or the first tubular body 111a. ) It is attached.
  • the first fixing part 131a divides the internal space of the first case 110a into a filtration space S1a and a non-filtration space S2a. That is, the first upper cap 112a and the first fixing part 131a define the non-filtration space S2a, and the first fixing part 131a, the first tubular body 111a, and the first fixing part 131a are formed.
  • the lower cap 113a defines the filtration space S1a.
  • the filtration space S1a may receive raw water to be treated through the first raw water inflow port IP-a, and the non-filtration space S2a may be connected to the first filtration water discharge port OP1-a. In fluid communication.
  • Both ends of the first hollow fiber membranes 120a are potted on the first fixing part 131a.
  • Body portions of the first hollow fiber membranes 120a which perform the filtration operation are disposed in the filtration space S1a.
  • the first hollow fiber membranes 120a are in fluid communication with the non-filtration space S2a through open ends. That is, the filtered water passing through the body portions of the first hollow fiber membranes 120a in the filtration space S1a flows into the non-filtration space S2a through the first hollow fiber membranes 120a.
  • Polymers that can be used to prepare the first hollow fiber membranes 120a include polysulfone, polyethersulfone, sulfonated polysulfone, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile, polyimide, polyamideimide, and At least one of the polyesterimide.
  • the first hollow fiber membranes 120a may be in the form of a single layer or a composite layer.
  • the first hollow fiber membranes 120a may include a tubular braid and a polymer thin film coated on a surface thereof.
  • the tubular braid may be made of polyester or nylon.
  • Both ends of the first hollow fiber membrane 120a are potted in the same first fixing portion 131a, and the first upper cap 112a and the first lower cap 113a are separated from the first tubular body 111a. Since it is possibly coupled, the first hollow fiber membrane 120a which performs filtration by detaching the first upper cap 112a and / or the first lower cap 113a from the first tubular body 111a. ) Can expose the body part. Therefore, when any one of the first hollow fiber membranes 120a is damaged, the damaged hollow fiber membranes can be repaired (for example, patched or soldered), and as a result, the module 100a can be repaired without deteriorating the filtration efficiency. It can extend the life.
  • the first upper cap 112a has a first gas discharge port OP2-a for performing degassing (and overflow / condensate discharge) in fluid communication with the filtration space S1a.
  • the first gas discharge port OP2-a may be formed on the upper portion of the first tubular body 111a instead of the first upper cap 112a.
  • the second pressurized hollow fiber membrane module 100b has a structure substantially the same as that of the first pressurized hollow fiber membrane module 100a. That is, the second pressurized hollow fiber membrane module 100b may include a second inflow port (ie, a second raw water inflow port) IP-b for raw water injection and a second discharge port (ie, a second discharge port for filtrate discharge).
  • a second inflow port ie, a second raw water inflow port
  • IP-b for raw water injection
  • a second discharge port ie, a second discharge port for filtrate discharge
  • the first inflow port IP-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 100a such that the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 100a and 100b are in fluid communication.
  • the second discharge ports OP1-b of the second pressurized hollow fiber membrane module 100b are fastened to each other.
  • the second discharge port OP1-b of the second pressurized hollow fiber membrane module 100b may be inserted into the first inflow port IP-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 100a. And vice versa.
  • the second discharge port OP1-b of the second pressurized hollow fiber membrane module 100b has a thread on its outer circumferential surface and the first pressurized type.
  • the first inflow port IP-a of the hollow fiber membrane module 100a may have a thread groove on an inner circumferential surface thereof.
  • the first inlet port IP-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 100a has a thread on its outer circumferential surface
  • the second discharge port OP1 of the second pressurized hollow fiber membrane module 100b. -b) may have a screw groove on its inner circumferential surface.
  • the filtration apparatus may perform multistage filtration.
  • the first hollow fiber membranes 120a may be ultrafiltration hollow fiber membranes
  • the second hollow fiber membranes 120b may be microfiltration hollow fiber membranes.
  • Filtrate produced through microfiltration by the second hollow fiber membranes 120b of the second module 100b sequentially passes through the second filtered water discharge port OP1-b and the first raw water inlet port IP-a.
  • After passing through the filtration space (S1a) of the first module (100a) is introduced, and then ultrafiltration is performed by the first hollow fiber membrane (120a).
  • the water quality of the filtrate from the first filtrate discharge port OP1-a of the first module 100a can be further improved.
  • the filtration apparatus includes first and second hollow fiber membrane modules 200a and 200b.
  • the first pressurized hollow fiber membrane module 200a includes a first inlet port (ie, a first raw water inlet port) IP-a and degassing (and overflow / A first case 210a having a first discharge port (ie, a first gas discharge port) OP2-a for the concentrated water discharge, and first hollow fiber membranes 220a in the first case 210a. It includes.
  • the first case 210a further includes a first filtrate discharge port OP1-a for discharging the filtrate.
  • the first case 210a is detachably fastened to one end of the first tubular body 211a and the first tubular body 211a having open ends, and connects the first gas discharge port OP2-a. And a first lower cap (213a) detachably fastened to the other end of the first tubular body (211a) and having the first raw water inlet port (IP-a).
  • the first upper cap 212a is watertightly attached to an inner circumferential surface of the first fixing part 231a.
  • the first fixing part 231a may be formed of a polymer such as a polyurethane resin, a silicone resin, an epoxy resin, or the like.
  • the first fixing part 231a divides the internal space of the first case 210a into a filtration space S1a and a non-filtration space S2a. That is, the first upper cap 212a and the first fixing part 231a define the non-filtration space S2a, and the first fixing part 231a, the first tubular body 211a, and the first The lower cap 213a defines the filtration space S1a.
  • the filtering space S1a may receive raw water to be treated through the first raw water inlet port IP-a, and the non-filtration space S2a may be provided in the first upper cap 212a. In fluid communication with the first filtered water discharge port OP1-a.
  • the first fixing portion 231a may be tightly attached to the inner circumferential surface of the first tubular body 211a adjacent to the first upper cap 212a.
  • the first filtered water discharge port OP1-a in fluid communication with the non-filtration space S2a may be provided in the first upper cap 212a as shown in FIG. 2, but the first fixing part may be provided.
  • a portion of the first tubular body 211a directly above 231a may be provided.
  • Both ends of the first hollow fiber membranes 220a are potted on the first fixing part 231a.
  • Body portions of the first hollow fiber membranes 220a which perform the filtration operation are disposed in the filtration space S1a.
  • the first hollow fiber membranes 220a are in fluid communication with the non-filtration space S2a through open ends. That is, the filtered water passing through the body portion of the first hollow fiber membranes 220a in the filtration space S1a flows into the non-filtration space S2a through the hollow of the first hollow fiber membranes 220a.
  • the first hollow fiber membranes 220a are also polysulfone, polyethersulfone, sulfonated polysulfone, polyvinylidene fluoride (PVDF). , Polyacrylonitrile, polyimide, polyamideimide, and polyesterimide.
  • the first hollow fiber membranes 220a may be in the form of a single layer or a composite layer.
  • Both ends of the first hollow fiber membrane 220a are ported to the same first fixing portion 231a, and the first upper cap 212a and the first lower cap 213a are separated from the first tubular body 211a. Since it is possibly fastened, the body of the first hollow fiber membrane 220a which performs filtration by separating the first upper cap 212a and / or the first lower cap 213a from the first tubular body 211a. You can expose the part. Therefore, when any one of the first hollow fiber membranes 220a is damaged, the damaged hollow fiber membrane may be repaired (for example, patched or soldered), and as a result, the module 200a may be repaired without deteriorating the filtration efficiency. It can extend the life.
  • the first pressurized hollow fiber membrane module 200a further includes a first tube 240a.
  • the first tube 240a crosses the non-filtration space S2a in fluid communication with the first hollow fiber membrane 220a, and the first gas discharge port for performing degassing (and overflow / condensate discharge).
  • (OP2-a) and the filtration space S1a are in fluid communication.
  • the first tube 240a includes the non-filtration space S2a so as not to be in fluid communication with the non-filtration space S2a and the first gas discharge port OP2-a. -a) To this end, one end of the first tube 240a is ported to the first fixing part 231a, and the other end of the first tube 240a is tightly sealed to the first gas discharge port OP2-a. It is fastened.
  • O-ring (s) for sealing may be provided between the first tube 240a and the first fixing part 231a and / or the first tube 240a and the first gas outlet port ( May be interposed between OP2-a).
  • the second pressurized hollow fiber membrane module 200b has a structure substantially the same as that of the first pressurized hollow fiber membrane module 200a. That is, the second pressurized hollow fiber membrane module 200b may include a second inflow port (ie, a second raw water inflow port) IP-b for raw water injection and degassing (and overflow / condensate discharge). And a second case 210b having a second discharge port (ie, a second gas discharge port) OP2-b, and second hollow fiber membranes 220b in the second case 210b.
  • a second inflow port ie, a second raw water inflow port
  • IP-b for raw water injection and degassing (and overflow / condensate discharge
  • OP2-b second discharge port
  • second hollow fiber membranes 220b in the second case 210b.
  • the first inlet port IP-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 200a such that the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 200a and 200b are in fluid communication.
  • the second discharge port OP2-b of the second pressurized hollow fiber membrane module 200b are fastened to each other.
  • the second discharge port OP2-b of the second pressurized hollow fiber membrane module 200b may be inserted into the first inflow port IP-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 200a. Or vice versa.
  • the second discharge port OP2-b of the second pressurized hollow fiber membrane module 200b has a thread on its outer circumferential surface
  • the first inflow port IP-a of 200a may have a screw groove on an inner circumferential surface thereof.
  • the first inlet port IP-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 200a has a thread on its outer circumferential surface
  • the second discharge port OP2 of the second pressurized hollow fiber membrane module 200b. -b) may have a screw groove on its inner circumferential surface.
  • the filtration space (S1a) of the first pressurized hollow fiber membrane module (200a) and the filtration space (S1b) of the second pressurized hollow fiber membrane module (200b) are the second In fluid communication with the tube 240b.
  • Raw water to be treated (and air for air cleaning) is introduced into the filtration apparatus through the second inlet port (IP-b) of the second pressurized hollow fiber membrane module 200b, whereby the first and second pressurized hollow fiber membrane modules ( Filtration spaces S1a and S1b of 200a and 200b are sequentially filled with the raw water and degassing is performed through the first gas discharge port OP2-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 200a.
  • the first gas discharge port OP2-a is closed by a valve (not shown) operation, and pressure filtration is performed by the first and second hollow fiber membranes 220a and 220b, and by the pressure filtration
  • the produced filtrate is introduced into the non-filtration spaces S2a and S2b of the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 200a and 200b, respectively, and then the first and second filtrate discharge ports OP1-a and OP1-. Through b) each is discharged from the filtration unit.
  • the second inlet port IP-b is closed and the first gas outlet port OP2-a is opened by operating valves (not shown).
  • the backwash water is passed through the first and second filtered water discharge ports OP1-a and OP1-b to the unfiltered spaces S2a and S2b of the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 200a and 200b.
  • the backwashing operation is performed by each inflow.
  • the overflow / condensate generated in the backwash process is discharged from the filtration device through the first gas discharge port OP2-a.
  • the raw water / condensed water in the filtration device is drained through the second inflow port IP-b.
  • the assembly / installation thereof is easy and the installation area of the filtration device is easy. And it is possible to increase the water treatment capacity of the filtration apparatus without increasing the length of the hollow fiber membrane (220a, 220b).
  • the hollow fiber membrane modules 300a and 300b constituting the filtration apparatus include: i) the non-filtration spaces S2a and S2b and the filtered water spaces S2a-1, S2b-1) and auxiliary fixing parts 332a, 332b divided into air spaces S2a-2 and S2b-2, respectively, and ii) the filtrate spaces S2a-1 and S2b-1 are hollow fiber membranes.
  • the second embodiment of the present invention except that it includes a plurality of tubes (340a, 340b) in fluid communication between the filtration space (S1a, S1b) and the air space (S2a-2, S2b-2) It is the same as the hollow fiber membrane modules (200a, 200b) constituting the filtration device according to.
  • the fixing parts 331a and 331b and the auxiliary fixing parts 332a and 332b are tightly attached to the inner circumferential surfaces of the upper caps 312a and 312b, but all of them are attached to the upper inner peripheral surfaces of the tubular bodies 311a and 311b. It may be attached tightly.
  • the fixing parts 331a and 331b and the auxiliary fixing parts 332a and 332b may be tightly attached to the upper inner circumferential surfaces of the tubular bodies 311a and 311b and the inner circumferential surfaces of the upper caps 312a and 312b, respectively.
  • the filtrate discharge ports OP1-a, OP1-b are formed between the tubular bodies 311a and 311b or the upper caps 312a and 312b between the fixing portions 331a and 331b and the auxiliary fixing portions 332a and 332b. Can be provided.
  • the first and second pressurized hollow fiber membrane modules Filtration spaces S1a and S1b of 300a and 300b are sequentially filled with the raw water and degassing is performed through the first gas discharge port OP2-a of the first pressurized hollow fiber membrane module 300a.
  • the first gas discharge port OP2-a is closed by a valve (not shown) operation, and pressure filtration is performed by the first and second hollow fiber membranes 320a and 320b, and by the pressure filtration After the produced filtered water flows into the filtered water spaces S2a-1 and S2b-1 of the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 300a and 300b, respectively, the first and second filtered water discharge ports OP1-a. And OP1-b), respectively, from the filtration device.
  • the second inlet port IP-b is closed and the first gas outlet port OP2-a is opened by operating valves (not shown).
  • the backwashed water through the first and second filtered water discharge ports OP1-a and OP1-b may be filtered water spaces S2a-1 and S2b-of the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 300a and 300b.
  • Backwashing is performed by entering each one.
  • the overflow / condensate generated in the backwash process is discharged from the filtration device through the first gas discharge port OP2-a.
  • the raw water / condensed water in the filtration device is drained through the second inflow port IP-b.
  • the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 300a and 300b since the first and second pressurized hollow fiber membrane modules 300a and 300b only need to be connected in series, not only the assembly / installation is easy but also the installation area of the filtration device. And it is possible to increase the water treatment capacity of the filtration apparatus without increasing the length of the hollow fiber membrane (320a, 320b).
  • 4 (a) to 4 (c) show hollow fiber membrane modules of the first to third embodiments of the present invention having distribution plates 150, 250 and 350, respectively.
  • each of the hollow fiber membrane modules of the first to third embodiments of the present invention described above is disposed adjacent to the raw water inflow port in a case and has distribution plates 150, 250, 350 having a plurality of holes H. ) May be further included.
  • the distribution plates 150, 250 and 350 allow the hollow fiber membranes to be uniformly provided with air for acid cleaning which flows into the case via the raw water inlet port together with or separately from the raw water to be treated. Non-uniform acidic cleaning and the resulting relatively fast hollow fiber membrane contamination can be prevented.
  • tubular body and the upper / lower caps are screwed together
  • tubular body and the upper / lower caps may also be fastened in other ways, for example in a clamping manner.

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Abstract

다단 여과를 통한 여과수 수질 향상, 설치 및 수리의 용이성 증대, 설치면적(footprint)의 감소, 및/또는 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치가 개시된다. 본 발명의 여과장치는 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들을 포함하되, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈의 원수 주입용 유입 포트와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈의 여과수 또는 기체 배출용 배출 포트가 서로 체결된다.

Description

확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치
본 발명은 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, i) 다단 여과(multistep-filtration)를 통한 여과수 수질 향상, ii) 설치 및 수리의 용이성 증대, iii) 설치면적(footprint)의 감소, 및/또는 iv) 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치에 관한 것이다.
유체처리를 위한 분리 방법으로는 가열이나 상변화를 이용하는 분리 방법, 및 여과막을 이용하는 분리 방법 등이 있다. 여과막을 이용하는 분리 방법은 여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 장점이 있고, 또한, 여과막을 이용하면 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에 가열 등에 의해 영향을 받을 수 있는 미생물을 사용하는 분리 공정에 널리 이용될 수 있다는 장점이 있다.
여과막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 다발로 형성한 중공사막 모듈을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막 모듈은 무균수, 음용수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 하/폐수처리, 정화조에서의 고액 분리, 산업폐수에서의 부유 물질(SS: Suspended Solid) 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과, 및 수영장 물의 여과 등으로 그 응용 범위가 확대되고 있다.
중공사막 모듈은 구동방식에 따라 침지식(submerged-type) 모듈과 가압식(pressurized-type) 모듈로 분류될 수 있다.
침지식 모듈은 처리하고자 하는 유체 내에 침지된 상태에서 여과 작업을 수행한다. 구체적으로, 중공사막 내부에 음압(negative pressure)이 가해짐으로써 유체만이 선택적으로 중공사막 내부(중공)로 투과되고, 그 결과, 유체에 함유되어 있는 불순물 또는 슬러지 등의 오염물질이 여과수로부터 분리된다. 침지식 모듈은 유체의 순환을 위한 설비를 요구하지 않아 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있는 장점이 있는 반면, 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 제한적이라는 단점이 있다.
이에 반해, 처리하여야 할 유체를 중공사막의 외부로부터 내부로 가압 여과시키는 가압식 모듈의 경우에는 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하기는 하지만 단위시간에 얻을 수 있는 투과 유량이 흡입식 모듈에 비해 상대적으로 많다는 장점이 있다.
본 출원인에 의해 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0122381호 및 제10-2012-0140329호에 각각 예시되어 있는 바와 같이, 통상의 가압식 중공사막 모듈의 경우, 케이스 내에 배치되는 중공사막의 양 말단들이 서로 다른 고정부들에 각각 포팅되어 있다. 즉, 여과 작업을 수행하는 중공사막의 바디 부분이 케이스 내의 양 고정부들 사이에 위치하기 때문에, 상기 중공사막이 손상될 경우 그 수리가 불가능하여 모듈 전체가 폐기되어야 하는 문제가 있다.
또한, 여과장치의 수처리 용량 증대를 위해서 케이스 및 그 안에 배치되는 중공사막의 길이를 각각 증가시킬 수 있으나, 중공사막의 길이가 길어질수록 중공사막의 중공을 흐르는 여과수 흐름을 방해하는 마찰력도 증가하기 때문에 중공사막의 수투과도가 저하되는 문제가 발생한다.
중공사막의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시키기 위한 다른 방법으로서 다수의 가압식 모듈들을 병렬로 연결하는 것도 고려할 수 있으나, 유체 순환을 위한 설비들이 복잡하여 그 설치가 곤란해질 뿐만 아니라 여과장치의 설치면적도 증가하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈 및 이를 이용하여 제조된 여과장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면은 다단 여과를 통한 여과수 수질 향상, 설치 및 수리의 용이성 증대, 설치면적의 감소, 및/또는 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 여과장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 다단 여과를 통한 여과수 수질 향상, 설치 및 수리의 용이성 증대, 설치면적의 감소, 및/또는 여과장치의 대형화(단위 중공사막의 수투과도 저하를 야기하지 않는)를 구현할 수 있는 확장형 가압식 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 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.
본 발명의 일 측면으로서, 제1 가압식 중공사막 모듈; 및 제2 가압식 중공사막 모듈을 포함하되, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈은, 원수 주입을 위한 제1 유입 포트 및 탈기 또는 여과수 배출을 위한 제1 배출 포트를 갖는 제1 케이스; 및 상기 제1 케이스 내의 제1 중공사막들을 포함하고, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈은, 원수 주입을 위한 제2 유입 포트 및 탈기(ventilation) 또는 여과수 배출을 위한 제2 배출 포트를 갖는 제2 케이스; 및 상기 제2 케이스 내의 제2 중공사막들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈의 상기 제1 유입 포트와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈의 상기 제2 배출 포트가 서로 체결되어 있는, 여과장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 원수 유입 포트, 여과수 배출 포트, 및 탈기 수행을 위한 기체 배출 포트를 갖는 케이스; 상기 케이스의 내부에 위치하여 상기 케이스의 내부 공간을 비여과(non-filtration) 공간 및 여과 공간으로 나누는 제1 고정부 - 상기 여과 공간은 처리되어야 할 원수를 상기 원수 유입 포트를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간의 적어도 일부는 상기 여과수 배출 포트와 유체연통함 -; 상기 여과 공간 내에 위치하고 양 말단들이 상기 고정부에 포팅되어 있어 상기 비여과 공간의 적어도 일부와 유체연통하는 중공사막; 및 상기 중공사막과 유체연통하는 상기 비여과 공간의 적어도 일부를 가로지르며 상기 기체 배출 포트와 상기 여과 공간을 유체연통시키는 튜브를 포함하는, 확장형 가압식 중공사막 모듈이 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.
본 발명에 의하면, 케이스 내에 배치되는 중공사막의 양 말단들이 동일한 고정부에 포팅되기 때문에 케이스의 소정 부분을 분리(detach)함으로써 여과 작업을 수행하는 중공사막의 바디 부분을 노출시킬 수 있다. 따라서, 중공사막들 중 어느 하나가 손상될 경우, 손상된 해당 중공사막의 수리를 통해 여과 효율의 저하 없이도 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 여과장치에 의하면, 가압식 중공사막 모듈들이 직렬로 연결됨으로써 전단의 모듈에 의해 생산된 여과수를 후단의 모듈이 또다시 여과하는 다단 여과[예를 들어, 정밀여과(microfiltration) 및 한외여과(ultrafiltration)]가 수행될 수 있고, 이와 같은 다단 여과를 통해 여과수 수질이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가압식 중공사막 모듈들을 직렬로 연결만 하면 되기 때문에 그 조립/설치가 용이할 뿐만 아니라, 여과장치의 설치면적 및 중공사막의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 중공사막 모듈의 분배 플레이트는 불균일한 산기 세정 및 그로 인해 야기되는 상대적으로 빠른 중공사막 오염을 방지할 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈들 및 이로부터 제조되는 여과장치를 개략적으로 보여주고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈들 및 이로부터 제조되는 여과장치를 개략적으로 보여주고,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈들 및 이로부터 제조되는 여과장치를 보여주며,
도 4의 (a) 내지 (c)는 분배 플레이트를 갖는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들의 중공사막 모듈들을 각각 보여준다.
이하의 내용은 본 발명의 원리를 예시할 뿐이다. 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지는 않았지만 본 발명의 원리를 구현하는(즉, 본 발명의 범위에 포함되는) 다양한 실시예들이 당업자에 의해 발명될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 열거된 모든 실시예들은 오직 본 발명의 이해를 돕기 위한 목적으로 제시된 것이며, 본 발명이 이들 실시예들로 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여과장치 및 중공사막 모듈의 다양한 실시예들을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈들(100a, 100b) 및 이로부터 제조되는 여과장치를 개략적으로 보여준다.
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 여과장치는 제1 및 제2 중공사막 모듈들(100a, 100b)을 포함한다.
상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)은, 원수(및 산기 세정을 위한 에어) 주입을 위한 제1 유입 포트(즉, 제1 원수 유입 포트)(IP-a) 및 여과수 배출을 위한 제1 배출 포트(즉, 제1 여과수 배출 포트)(OP1-a)를 갖는 제1 케이스(110a), 및 상기 제1 케이스(110a) 내의 제1 중공사막들(120a)을 포함한다. 상기 제1 케이스(110a)는 탈기 수행을 위한 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 더 포함한다.
상기 제1 케이스(110a)는, 개방된 양단들을 갖는 제1 튜브형 바디(111a), 상기 제1 튜브형 바디(111a)의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)를 갖는 제1 상부 캡(112a), 및 상기 제1 튜브형 바디(111a)의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 갖는 제1 하부 캡(113a)을 포함한다.
상기 제1 상부 캡(112a) 내에 제1 고정부(131a)가 배치되어 있다. 대안적으로, 제1 고정부(131a)는 제1 튜브형 바디(111a) 내에 배치될 수도 있다. 상기 제1 고정부(131a)는 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등과 같은 폴리머로 형성될 수 있으며, 상기 제1 상부 캡(112a) 또는 제1 튜브형 바디(111a)의 내주면에 수밀하게(watertightly) 부착되어 있다.
상기 제1 고정부(131a)는 상기 제1 케이스(110a)의 내부 공간을 여과 공간(S1a) 및 비여과 공간(S2a)으로 분할한다. 즉, 상기 제1 상부 캡(112a)과 상기 제1 고정부(131a)는 상기 비여과 공간(S2a)을 정의하고, 상기 제1 고정부(131a), 제1 튜브형 바디(111a), 및 제1 하부 캡(113a)은 상기 여과 공간(S1a)을 정의한다.
상기 여과 공간(S1a)은 처리되어야 할 원수를 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간(S2a)은 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)와 유체연통한다.
상기 제1 고정부(131a)에 상기 제1 중공사막들(120a)의 양단이 포팅되어 있다. 여과 작업을 수행하는 상기 제1 중공사막들(120a)의 바디 부분은 상기 여과 공간(S1a)에 배치된다. 상기 제1 중공사막들(120a)은 개방된 양단을 통해 상기 비여과 공간(S2a)과 유체연통한다. 즉, 상기 여과 공간(S1a)에서 상기 제1 중공사막들(120a)의 바디 부분을 통과한 여과수가 상기 제1 중공사막들(120a)을 통해 상기 비여과 공간(S2a)으로 흘러들어간다.
제1 중공사막들(120a)의 제조에 사용될 수 있는 고분자는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화 폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 및 폴리에스테리이미드 중 적어도 하나를 포함한다. 제1 중공사막들(120a)은 단일막 형태 또는 복합막 형태일 수 있다. 상기 제1 중공사막들(120a)이 복합막 형태일 경우, 상기 제1 중공사막들(120a)은 튜브형 브레이드 및 그 표면상에 코팅된 고분자 박막을 포함할 수 있다. 상기 튜브형 브레이드는 폴리에스테르 또는 나일론으로 제조될 수 있다.
상기 제1 중공사막(120a)의 양 말단들이 동일한 제1 고정부(131a)에 포팅되어 있고 상기 제1 상부 캡(112a) 및 제1 하부 캡(113a)이 제1 튜브형 바디(111a)에 분리 가능하게 결합되어 있기 때문에, 상기 제1 상부 캡(112a) 및/또는 제1 하부 캡(113a)을 제1 튜브형 바디(111a)로부터 분리(detach)함으로써 여과 작업을 수행하는 제1 중공사막(120a)의 바디 부분을 노출시킬 수 있다. 따라서, 제1 중공사막들(120a) 중 어느 하나가 손상될 경우, 손상된 해당 중공사막을 수리(예를 들어, patching 또는 soldering)할 수 있고, 그 결과, 여과 효율의 저하 없이도 모듈(100a)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 상부 캡(112a)은 상기 여과 공간(S1a)과 유체연통하는 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 갖는다. 대안적으로, 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)는 제1 상부 캡(112a)이 아닌 제1 튜브형 바디(111a)의 상부에 형성되어 있을 수도 있다.
한편, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)은 상술한 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)과 거의 동일한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)은, 원수 주입을 위한 제2 유입 포트(즉, 제2 원수 유입 포트)(IP-b) 및 여과수 배출을 위한 제2 배출 포트(즉, 제2 여과수 배출 포트)(OP1-b)를 갖는 제2 케이스(110b), 및 상기 제2 케이스(110b) 내의 제2 중공사막들(120b)을 포함한다.
도 1에 예시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(100a, 100b)이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)가 서로 체결된다. 이를 위하여, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)가 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)에 삽입될 수 있고, 그 반대일수도 있다.
예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)는 그 외주면 상에 나사산(thread)을 갖고, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)는 그 내주면 상에 나사홈(thread groove)을 가질 수 있다. 반대로, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(100a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)가 그 외주면 상에 나사산을 갖고, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(100b)의 상기 제2 배출 포트(OP1-b)가 그 내주면 상에 나사홈을 가질 수도 있다.
상술한 본 발명의 제1 실시예에 의한 여과장치는 다단 여과를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 중공사막들(120a)은 한외여과용 중공사막들일 수 있고, 상기 제2 중공사막들(120b)은 정밀여과용 중공사막들일 수 있다. 제2 모듈(100b)의 제2 중공사막들(120b)에 의한 정밀여과 작업을 통해 생산된 여과수가 상기 제2 여과수 배출 포트(OP1-b) 및 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 순차적으로 통과한 후 제1 모듈(100a)의 여과 공간(S1a)으로 유입되고, 이어서 제1 중공사막들(120a)에 의해 한외여과가 수행된다. 그 결과, 제1 모듈(100a)의 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)로부터 나오는 여과수의 수질이 한층 향상될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈들(200a, 200b) 및 이들로부터 제조되는 여과장치를 구체적으로 설명한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 여과장치는 제1 및 제2 중공사막 모듈들(200a, 200b)을 포함한다.
상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)은, 원수(및 산기 세정을 위한 에어) 주입을 위한 제1 유입 포트(즉, 제1 원수 유입 포트)(IP-a) 및 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 제1 배출 포트(즉, 제1 기체 배출 포트)(OP2-a)를 갖는 제1 케이스(210a), 및 상기 제1 케이스(210a) 내의 제1 중공사막들(220a)을 포함한다. 상기 제1 케이스(210a)는 여과수 배출을 위한 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)를 더 포함한다.
상기 제1 케이스(210a)는, 개방된 양단들을 갖는 제1 튜브형 바디(211a), 상기 제1 튜브형 바디(211a)의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 갖는 제1 상부 캡(212a), 및 상기 제1 튜브형 바디(211a)의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 갖는 제1 하부 캡(213a)을 포함한다.
상기 제1 상부 캡(212a) 내에 제1 고정부(231a)의 내주면에 수밀하게(watertightly) 부착되어 있다. 전술한 본 발명의 제1 실시예의 제1 고정부(131a)와 마찬가지로, 상기 제1 고정부(231a)는 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등과 같은 폴리머로 형성될 수 있다.
상기 제1 고정부(231a)는 상기 제1 케이스(210a)의 내부 공간을 여과 공간(S1a) 및 비여과 공간(S2a)으로 분할한다. 즉, 상기 제1 상부 캡(212a)과 상기 제1 고정부(231a)는 상기 비여과 공간(S2a)을 정의하고, 상기 제1 고정부(231a), 제1 튜브형 바디(211a), 및 제1 하부 캡(213a)은 상기 여과 공간(S1a)을 정의한다.
상기 여과 공간(S1a)은 처리되어야 할 원수를 상기 제1 원수 유입 포트(IP-a)를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간(S2a)은 상기 제1 상부 캡(212a)에 구비된 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)와 유체연통한다.
대안적으로, 제1 고정부(231a)는 상기 제1 상부 캡(212a)에 인접하게 제1 튜브형 바디(211a)의 내주면에 수밀하게 부착될 수도 있다. 이 경우, 비여과 공간(S2a)과 유체연통하는 상기 제1 여과수 배출 포트(OP1-a)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 상부 캡(212a)에 구비될 수 있으나, 상기 제1 고정부(231a) 바로 위의 상기 제1 튜브형 바디(211a) 부분에 제공될 수도 있다.
상기 제1 고정부(231a)에 상기 제1 중공사막들(220a)의 양단이 포팅되어 있다. 여과 작업을 수행하는 상기 제1 중공사막들(220a)의 바디 부분은 상기 여과 공간(S1a)에 배치된다. 상기 제1 중공사막들(220a)은 개방된 양단을 통해 상기 비여과 공간(S2a)과 유체연통한다. 즉, 상기 여과 공간(S1a)에서 상기 제1 중공사막들(220a)의 바디 부분을 통과한 여과수가 상기 제1 중공사막들(220a)의 중공을 통해 상기 비여과 공간(S2a)으로 흘러들어간다.
전술한 본 발명의 제1 실시예의 제1 중공사막들(120a)과 마찬가지로, 상기 제1 중공사막들(220a)도 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 설폰화 폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 및 폴리에스테리이미드 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 중공사막들(220a)은 단일막 형태 또는 복합막 형태일 수 있다.
상기 제1 중공사막(220a)의 양 말단들이 동일한 제1 고정부(231a)에 포팅되어 있고 상기 제1 상부 캡(212a) 및 제1 하부 캡(213a)이 제1 튜브형 바디(211a)에 분리 가능하게 체결되어 있기 때문에, 상기 제1 상부 캡(212a) 및/또는 제1 하부 캡(213a)을 제1 튜브형 바디(211a)로부터 분리함으로써 여과 작업을 수행하는 제1 중공사막(220a)의 바디 부분을 노출시킬 수 있다. 따라서, 제1 중공사막들(220a) 중 어느 하나가 손상될 경우, 손상된 해당 중공사막을 수리(예를 들어, patching 또는 soldering)할 수 있고, 그 결과, 여과 효율의 저하 없이도 모듈(200a)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)은 제1 튜브(240a)를 더 포함한다. 상기 제1 튜브(240a)는 상기 제1 중공사막(220a)과 유체연통하는 상기 비여과 공간(S2a)을 가로지르며, 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)와 상기 여과 공간(S1a)을 유체연통시킨다.
상기 제1 튜브(240a)는, 상기 비여과 공간(S2a)과 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 유체연통하지 않도록, 상기 비여과 공간(S2a)을 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)로부터 차단한다. 이를 위하여, 상기 제1 튜브(240a)의 일단은 상기 제1 고정부(231a)에 포팅되어 있고, 상기 제1 튜브(240a)의 타단은 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a)에 수밀하게 체결되어 있다.
도시되어 있지는 않지만, 실링을 위한 O-링(들)이 상기 제1 튜브(240a)와 상기 제1 고정부(231a) 사이 및/또는 상기 제1 튜브(240a)와 상기 제1 기체 배출 포트(OP2-a) 사이에 개재될 수 있다.
한편, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)은 상술한 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)과 거의 동일한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)은, 원수 주입을 위한 제2 유입 포트(즉, 제2 원수 유입 포트)(IP-b) 및 탈기 수행(및 오버플로우/농축수 배출)을 위한 제2 배출 포트(즉, 제2 기체 배출 포트)(OP2-b)를 갖는 제2 케이스(210b), 및 상기 제2 케이스(210b) 내의 제2 중공사막들(220b)을 포함한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)가 서로 체결된다. 이를 위하여, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)가 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)에 삽입될 수 있고, 그 반대일 수도 있다.
예를 들어, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)는 그 외주면 상에 나사산을 갖고, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)는 그 내주면 상에 나사홈을 가질 수 있다. 반대로, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 상기 제1 유입 포트(IP-a)가 그 외주면 상에 나사산을 갖고, 상기 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 상기 제2 배출 포트(OP2-b)가 그 내주면 상에 나사홈을 가질 수도 있다.
상술한 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과장치에 의하면, 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 여과 공간(S1a)과 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 여과 공간(S1b)이 제2 튜브(240b)를 통해 유체연통한다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 의한 여과장치의 동작을 구체적으로 설명한다.
처리되어야 할 원수(및 산기 세정을 에어)가 제2 가압식 중공사막 모듈(200b)의 제2 유입 포트(IP-b)을 통해 여과장치 내로 유입되면서, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)의 여과 공간들(S1a, S1b)이 상기 원수로 순차적으로 채워지게 되고 제1 가압식 중공사막 모듈(200a)의 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 탈기가 수행된다.
이어서, 밸브(미도시) 조작에 의해 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 폐쇄되고, 가압 여과가 제1 및 제2 중공사막들(220a, 220b)에 의해 수행되며, 상기 가압 여과에 의해 생산된 여과수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)의 비여과 공간들(S2a, S2b)로 각각 유입된 후 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 각각 여과장치로부터 배출된다.
역세 작업을 위하여, 밸브들(미도시) 조작에 의해 제2 유입 포트(IP-b)가 폐쇄되고 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 개방된다. 이어서, 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 역세수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)의 비여과 공간들(S2a, S2b)로 각각 유입됨으로써 역세 작업이 수행된다. 역세 과정에서 발생하는 오버플로우/농축수가 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 여과장치로부터 배출된다.
여과 작업이 종료된 후 여과장치 내의 원수/농축수가 제2 유입 포트(IP-b)를 통해 드레인된다.
상술한 본 발명의 제2 실시예에 의하면, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(200a, 200b)을 직렬로 연결만 하면 되기 때문에 그 조립/설치가 용이할 뿐만 아니라, 여과장치의 설치면적 및 중공사막(220a, 220b)의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시킬 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 및 제2 중공사막 모듈들(300a, 300b) 및 이들로부터 제조되는 여과장치를 구체적으로 설명한다.
도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 여과장치를 구성하는 중공사막 모듈(300a, 300b)은, i) 비여과 공간(S2a, S2b)을 여과수 공간(S2a-1, S2b-1) 및 에어 공간(S2a-2, S2b-2)으로 나누는 보조 고정부(332a, 332b)를 각각 더 포함하고, ii) 상기 여과수 공간(S2a-1, S2b-1)이 중공사막들(320a, 320b) 및 상기 여과수 배출 포트(OP1-a, OP1-b)와 각각 유체연통하며, iii) 양 말단들이 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b)에 각각 포팅되어 있어 여과 공간(S1a, S1b)과 상기 에어 공간(S2a-2, S2b-2)을 유체연통시키는 다수의 튜브들(340a, 340b)을 포함한다는 점들을 제외하고는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 여과장치를 구성하는 중공사막 모듈들(200a, 200b)과 동일하다.
도 3에서는 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b)가 상부 캡(312a, 312b)의 내주면에 수밀하게 부착되어 있으나, 이들 모두가 튜브형 바디(311a, 311b)의 상부 내주면에 수밀하게 부착되어 있을 수도 있다.
또한, 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b)가 튜브형 바디(311a, 311b)의 상부 내주면 및 상부 캡(312a, 312b)의 내주면에 각각 수밀하게 부착될 수도 있다. 이 경우, 여과수 배출 포트(OP1-a, OP1-b)는 고정부(331a, 331b) 및 보조 고정부(332a, 332b) 사이에서 상기 튜브형 바디(311a, 311b) 또는 상부 캡(312a, 312b)에 제공될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 의한 여과장치의 동작을 구체적으로 설명한다.
처리되어야 할 원수(및 산기 세정을 에어)가 제2 가압식 중공사막 모듈(300b)의 제2 유입 포트(IP-b)을 통해 여과장치 내로 유입되면서, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)의 여과 공간들(S1a, S1b)이 상기 원수로 순차적으로 채워지게 되고 제1 가압식 중공사막 모듈(300a)의 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 탈기가 수행된다.
이어서, 밸브(미도시) 조작에 의해 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 폐쇄되고, 가압 여과가 제1 및 제2 중공사막들(320a, 320b)에 의해 수행되며, 상기 가압 여과에 의해 생산된 여과수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)의 여과수 공간들(S2a-1, S2b-1)로 각각 유입된 후 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 각각 여과장치로부터 배출된다.
역세 작업을 위하여, 밸브들(미도시) 조작에 의해 제2 유입 포트(IP-b)가 폐쇄되고 제1 기체 배출 포트(OP2-a)가 개방된다. 이어서, 제1 및 제2 여과수 배출 포트들(OP1-a, OP1-b)을 통해 역세수가 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)의 여과수 공간들(S2a-1, S2b-1)로 각각 유입됨으로써 역세 작업이 수행된다. 역세 과정에서 발생하는 오버플로우/농축수가 제1 기체 배출 포트(OP2-a)를 통해 여과장치로부터 배출된다.
여과 작업이 종료된 후 여과장치 내의 원수/농축수가 제2 유입 포트(IP-b)를 통해 드레인된다.
상술한 본 발명의 제3 실시예에 의하면, 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들(300a, 300b)을 직렬로 연결만 하면 되기 때문에 그 조립/설치가 용이할 뿐만 아니라, 여과장치의 설치면적 및 중공사막(320a, 320b)의 길이를 증가시키지 않으면서도 여과장치의 수처리 용량을 증대시킬 수 있다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 분배 플레이트(150, 250, 350)를 갖는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들의 중공사막 모듈들을 각각 보여준다.
즉, 상술한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들의 중공사막 모듈들 각각은 케이스 내에서 상기 원수 유입 포트에 인접하게 배치되어 있으며 다수의 홀들(H)을 갖는 분배 플레이트(150, 250, 350)를 더 포함할 수 있다.
상기 분배 플레이트(150, 250, 350)는, 처리되어야 할 원수와 함께 또는 그것과 별도로 상기 원수 유입 포트를 통해 케이스 내로 유입되는 산기 세정을 위한 에어가 중공사막들에 균일하게 제공될 수 있도록 함으로써, 불균일한 산기 세정 및 그로 인해 야기되는 상대적으로 빠른 중공사막 오염을 방지할 수 있다.
위에서 설명한 제2 및 제3 실시예들은 상단집수 방식이 적용되고 있으나, 해당 모듈들을 거꾸로 배치하고 하단집수 방식을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 원수 유입 포트와 기체 배출 포트의 기능이 뒤바뀌게 될 것이다.
또한, 튜브형 바디 및 상/하부 캡들이 나사 방식으로 서로 체결된 케이스를 위에서 예시하였으나, 튜브형 바디 및 상/하부 캡들은 그 밖의 다른 방식들, 예를 들어 클램프 방식으로 체결될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 제1 가압식 중공사막 모듈; 및
    제2 가압식 중공사막 모듈을 포함하되,
    상기 제1 가압식 중공사막 모듈은,
    원수 주입을 위한 제1 유입 포트 및 탈기 또는 여과수 배출을 위한 제1 배출 포트를 갖는 제1 케이스; 및
    상기 제1 케이스 내의 제1 중공사막들을 포함하고,
    상기 제2 가압식 중공사막 모듈은,
    원수 주입을 위한 제2 유입 포트 및 탈기(ventilation) 또는 여과수 배출을 위한 제2 배출 포트를 갖는 제2 케이스; 및
    상기 제2 케이스 내의 제2 중공사막들을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 가압식 중공사막 모듈들이 유체연통하도록, 상기 제1 가압식 중공사막 모듈의 상기 제1 유입 포트와 상기 제2 가압식 중공사막 모듈의 상기 제2 배출 포트가 서로 체결되어 있는,
    여과장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배출 포트들은 여과수 배출 포트들이고,
    상기 제1 및 제2 케이스들은 탈기 수행을 위한 제1 및 제2 기체 배출 포트들을 각각 더 포함하는,
    여과장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배출 포트들은 탈기 수행을 위한 기체 배출 포트들이고,
    상기 제1 및 제2 케이스들은 제1 및 제2 여과수 배출 포트들을 각각 더 포함하는,
    여과장치.
  4. 원수 유입 포트, 여과수 배출 포트, 및 탈기 수행을 위한 기체 배출 포트를 갖는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 위치하여 상기 케이스의 내부 공간을 비여과(non-filtration) 공간 및 여과 공간으로 나누는 고정부 - 상기 여과 공간은 처리되어야 할 원수를 상기 원수 유입 포트를 통해 받아들일 수 있고, 상기 비여과 공간의 적어도 일부는 상기 여과수 배출 포트와 유체연통함 -;
    상기 여과 공간 내에 위치하고 양 말단들이 상기 고정부에 포팅되어 있어 상기 비여과 공간의 적어도 일부와 유체연통하는 중공사막; 및
    상기 중공사막과 유체연통하는 상기 비여과 공간의 적어도 일부를 가로지르며 상기 기체 배출 포트와 상기 여과 공간을 유체연통시키는 튜브를 포함하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비여과 공간과 상기 기체 배출 포트가 유체연통하지 않도록, 상기 튜브는 상기 비여과 공간을 상기 기체 배출 포트로부터 차단하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 튜브의 일단은 상기 고정부에 포팅되어 있고, 상기 튜브의 타단은 상기 기체 배출 포트에 수밀하게 체결되어 있는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 비여과 공간을 여과수 공간 및 에어 공간으로 나누는 보조 고정부를 더 포함하고,
    상기 여과수 공간은 상기 중공사막 및 상기 여과수 배출 포트와 각각 유체연통하며,
    상기 튜브의 양 말단들이 상기 고정부 및 보조 고정부에 각각 포팅되어 있어 상기 여과 공간과 상기 에어 공간이 상기 튜브를 통해 유체연통하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 그 외주면 상에 나사산(thread)을 갖고,
    상기 원수 유입 포트는 그 내주면 상에 나사홈(thread groove)을 갖는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기체 배출 포트는 그 내주면 상에 나사홈을 갖고,
    상기 원수 유입 포트는 그 외주면 상에 나사산을 갖는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 케이스는,
    튜브형 바디 - 상기 튜브형 바디의 양단들은 개방되어 있음 -;
    상기 튜브형 바디의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 여과수 배출 포트 및 상기 기체 배출 포트를 갖는 상부 캡; 및
    상기 튜브형 바디의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 원수 유입 포트를 갖는 하부 캡을 포함하고,
    상기 상부 캡 내에 상기 고정부가 배치되어 있고,
    상기 상부 캡과 상기 고정부는 상기 비여과 공간을 정의하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 케이스는,
    튜브형 바디 - 상기 튜브형 바디의 양단들은 개방되어 있음 -;
    상기 튜브형 바디의 일단에 분리 가능하게 체결되며 상기 여과수 배출 포트 및 상기 기체 배출 포트를 갖는 상부 캡; 및
    상기 튜브형 바디의 타단에 분리 가능하게 체결되며 상기 원수 유입 포트를 갖는 하부 캡을 포함하고,
    상기 튜브형 바디 내에서 상기 상부 캡과 인접하게 상기 고정부가 배치되어 있고,
    상기 상부 캡과 상기 고정부는 상기 비여과 공간을 정의하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 케이스 내에서 상기 원수 유입 포트에 인접하게 배치되어 있으며 다수의 홀들을 갖는 분배 플레이트를 더 포함하는,
    확장형 가압식 중공사막 모듈.
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