WO2021141149A1 - 수처리용 역삼투 분리막 모듈 - Google Patents

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WO2021141149A1
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guide part
reverse osmosis
water treatment
membrane module
osmosis membrane
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PCT/KR2020/000238
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배민아
홍성표
이희경
국지훈
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도레이첨단소재 주식회사
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a reverse osmosis membrane module for water treatment, and more particularly
  • It relates to a reverse osmosis membrane module for water treatment with improved recovery.
  • the reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis method is a separation membrane capable of removing monovalent ions or salts that cannot be removed by microfiltration (MF) or ultrafiltration (UF). It is effectively used in the desalination process to obtain water for other purposes from seawater or brine.
  • MF microfiltration
  • UF ultrafiltration
  • the desalination process means that when seawater or brine is pressurized and passed through the reverse osmosis membrane, salt or ions in the aqueous solution do not pass through the membrane and are filtered, and the purified water passes through the membrane and becomes constant water.
  • the applied pressure must be equal to or greater than the osmotic pressure of the aqueous solution, and the action is in the reverse direction of the osmotic process.
  • the osmotic pressure increases as the concentration of the aqueous solution increases, so the pressure applied to the feed water also increases as the concentration of the aqueous solution increases.
  • a spiral-wound type membrane module As a reverse osmosis membrane, a spiral-wound type membrane module is mainly used.
  • This spiral wound type module uses a flat sheet membrane as a separation membrane, and a mesh that is a feed spacer, a separation membrane, a permeate spacer, and another separator are sandwiched together. Then, the membrane module is formed by winding it in a roll shape on a central pipe located in the center.
  • the influent to which a constant pressure is applied passes through the separation membrane through a mesh, which is an inflow water passage.
  • a mesh which is an inflow water passage.
  • dissolved salts and organic matter are excluded, and only pure water is separated.
  • the separated water flows along the permeate flow path located between the separation membranes, and the permeate is collected in the permeate outlet pipe located at the center and discharged to the outside of the separation membrane module.
  • a portion of the influent is concentrated and acts as the influent of another connected separation membrane, and in this case, the ratio of the influent to the permeate in each module is initially managed by setting the individual module recovery rate (Recovery).
  • the conventional reverse osmosis membrane module has a problem in that the recovery rate is relatively low because the amount of purified water to be recovered is reduced due to the short contact time of raw water with the membrane.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 2005-0025154
  • a preferred embodiment of the present invention is to provide a reverse osmosis membrane module for water treatment in which the recovery rate is improved by increasing the residence time of raw water in the membrane.
  • a preferred embodiment of the present invention a pipe-shaped filter tube in which a plurality of purified water inlet holes are formed along the longitudinal direction; a plurality of membranes wound around the filter tube; one or a plurality of feed spacers wound together with the membrane and making space for raw water to move; and a plurality of production water spacers wound together with the membrane and creating a space for the purified water filtered through the membrane to move, wherein at least one of the membrane and the feed spacer is provided with a widthwise length of the membrane.
  • a reverse osmosis membrane module for water treatment in which a flow passage extension forming a longer flow passage is formed.
  • the flow path extension portion is located on the fluid inlet side with respect to the fluid flow direction, one end is spaced apart from the filter tube to form a fluid inlet, a first guide portion extending downward; a second guide part having one end connected to the first guide part and extending in the longitudinal direction of the filter tube; a third guide part having one end connected to the second guide part and extending upward and the other end being spaced apart from the filter tube to form a fluid outlet; and a fourth guide part positioned between the first guide part and the third guide part, one end connected to the filter tube and extending downward, and the other end being spaced apart from the second guide part.
  • the flow path formed by the flow path extension part may have a U-shape.
  • the width between the first guide part and the fourth guide part may be greater than or equal to the width between the fourth guide part and the third guide part.
  • the fourth guide part may be inclined at a constant inclination angle.
  • the flow path extension part may be formed by injecting a liquid adhesive into the membrane and then curing it.
  • the flow path extension part may be formed by attaching an adhesive tape between the feed spacer and the membrane.
  • the flow path extension portion may be formed by pre-forming a thermoplastic resin on the feed spacer by a lamination method before winding, or by spraying and curing a liquid adhesive on the feed spacer.
  • the amount of purified water that can be recovered from the raw water is increased and the amount of wasted water is reduced by changing the flow of raw water including the flow path extension to increase the residence time of the raw water, compared to the conventional separation membrane module. Therefore, it is possible to provide a reverse osmosis membrane module for water treatment in which the membrane can be used more efficiently.
  • the barrier rib formed in the influent flow path is formed using a method of forming in advance on an adhesive, an adhesive tape, or a feed spacer, so that the barrier rib can be formed by selecting a suitable method when manufacturing the module. Therefore, it is possible to improve the module manufacturing efficiency.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a state in which a membrane is unfolded from a filter tube in the reverse osmosis membrane module of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a perspective view showing a partially unfolded state of an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which a membrane is unfolded from a filter tube in an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which a membrane is unfolded from a filter tube in an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a conventional reverse osmosis membrane module for water treatment.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of a change in the production water flow rate for each operating time.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a conventional reverse osmosis membrane module for water treatment.
  • a typical separation membrane module 400 for water treatment includes a pipe-shaped filter tube 110 having a plurality of purified water inlet holes 111 formed along the longitudinal direction; a plurality of membranes 130 wound around the filter tube 110; and a guide part 120 spaced apart from the filter tube 110 and extending in the longitudinal direction of the filter tube 110 .
  • the introduced fluid is discharged by moving in the longitudinal direction of the filter tube 110 between the filter tube 110 and the guide part 120 .
  • the size of the fluid flow path may be the same as or similar to the width direction length of the membrane.
  • One of the main concepts of the present invention is to improve the recovery rate by increasing the residence time of raw water in the membrane in a separation membrane module for water treatment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the membrane is unfolded from the filter tube in the reverse osmosis membrane module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view showing a partially unfolded state of an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a membrane in an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to another preferred embodiment of the present invention.
  • It is a schematic diagram showing a state unfolded from the filter tube
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which the membrane is unfolded from the filter tube in an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to another preferred embodiment of the present invention.
  • the reverse osmosis membrane module 100 for water treatment includes a pipe-shaped filter tube 110 in which a plurality of purified water inlet holes 111 are formed along the longitudinal direction. ); a plurality of membranes 130 wound around the filter tube 110; One or a plurality of feed spacers 140 wound together with the membrane 130 and making a space for raw water to move; and a plurality of production water spacers 150 wound together with the membrane 130 and making a space for purified water filtered through the membrane 130 to move,
  • At least one between the membrane 130 and the feed spacer 140 is formed with a flow passage extension 120 forming a flow passage that is longer than a width direction of the membrane.
  • the filter tube 110 is a portion where purified water passing through the membrane 130 is collected and discharged, and includes a plurality of purified water inlet holes 111 formed along the longitudinal direction.
  • the membrane 130 is wound around the outer peripheral surface of the filter tube 110 .
  • the membrane 130 includes a feed spacer 140 that makes a space so that raw water can move and a permeate spacer that makes a space so that purified water filtered through the membrane 130 can move (permeate spacer, tricot). ) (150)) is wound around the filter tube (110).
  • the feed spacer 140 is wound in contact with the surface of the active layer of the membrane 130 , and the product water spacer 150 is wound in contact with the nonwoven surface of the membrane 130 .
  • the membrane 130 may be at least one selected from a polyamide-based separator, a polyimide-based separator, a polysulfone-based separator, and a polyether sulfone-based separator, preferably a polyamide-based separator, more preferably
  • the polyamide separator may be formed by interfacial polymerization of a polyfunctional amine-containing solution and a polyfunctional halogen compound-containing solution.
  • the polyfunctional amine may be an aliphatic primary diamine such as a primary amine, a secondary amine, metaphenylenediamine, or paraphenylenediamine; cycloaliphatic primary diamines such as cyclohexenediamine; and cycloaliphatic secondary amines such as piperazine; One or more selected from among may be used, preferably metaphenylenediamine.
  • the polyfunctional halogen compound may be one or a mixture of two or more selected from trimesoyl chloride, isophthaloyl chloride and terephthaloyl chloride.
  • At least one between the membrane 130 and the feed spacer 140 is formed with a flow path extension 120 forming a flow path longer than the width direction of the membrane 130 .
  • the flow path extension part 120 is not particularly limited as long as it has a structure that forms a flow path longer than the width direction of the membrane 130 .
  • the flow path extension part 120 is, for example, located on the fluid inlet side with respect to the fluid flow direction, one end of which is spaced apart from the filter tube 110 to form a fluid inlet H1 and a first extending downward direction.
  • the flow path formed by the flow path extension part 120 may have a U-shape, for example.
  • the fluid flow path includes a fluid inlet (H1) through which the fluid is introduced; an inlet section (C1) in which the inflow water introduced through the fluid inlet (H1) flows between the first guide part (121) and the fourth guide part (124); a change section (C2) in which the fluid is changed, which corresponds to between the second guide part 122 and the fourth guide part 124; and a discharge section (C3) corresponding to between the fourth guide part 124 and the third guide part 123, in which the fluid moves to the fluid outlet (H2); And it may include a fluid outlet (H2) for discharging the fluid to the outside.
  • the fluid flowing into the fluid inlet H1 of the membrane 130 changes the moving direction to the first direction by the fourth guide part 124 to the inflow section C1.
  • the change section C2 it moves in the longitudinal direction of the filter tube 110, then changes in the second direction, moves to the discharge section C3, and moves to the outlet H2.
  • a first direction indicates a direction away from the filter tube 110 and a second direction indicates a direction closer to the filter tube 110 .
  • the width P3 between (123) and the fourth guide part 124 is Although it may be variously changed according to the design of the separation membrane module 100 for water treatment, the width P1 between the first guide part 121 and the fourth guide part 124 and the third guide part 123 and the second 4
  • the width P3 between the guide parts 124 may be smaller than the length of the membrane 130 wound around the filter tube 110 , and the widths P1 and P3 are the widths P1 and P3 that are wound around the filter tube 110 . It may be 1/15 to 1/5 of the length of the membrane 130 .
  • the widths P1 and P3 are too smaller than the length of the membrane 130 , the area through which the fluid can contact the membrane is reduced, thereby reducing the amount of purified water that can be recovered. Accordingly, the widths P1 and P3 are preferably 1/15 to 1/5 of the length of the membrane 130 wound around the filter tube 110 .
  • the width P1 , the width P2 , and the width P3 may have the same or similar sizes as in FIG. 2 .
  • the reverse osmosis membrane module for water treatment 200 shows a state in which the membrane is unfolded from the filter tube in an example of a reverse osmosis membrane module for water treatment according to another preferred embodiment of the present invention.
  • the reverse osmosis membrane module for water treatment 200 the width P4 between the first guide part 121 and the fourth guide part 124 may be greater than the width P6 between the fourth guide part 124 and the third guide part 123 .
  • the width P4 may be 1/10 to 1/3 of the length of the membrane 130 wound around the filter tube 110
  • the width P6 may be the membrane 130 wound around the filter tube 110 . It can be 1/24 to 1/5 of the length of
  • the size of the width P5 between the second guide part 122 and the fourth guide part 124 may be the same as or similar to the size of the width P6 .
  • the widths P4 and P6 are too small than the length of the membrane 130, The flow of the fluid may be obstructed, resulting in back pressure, and thus the flow rate may be reduced. Accordingly, the widths P4 and P6 are preferably 1/10 to 1/3 and 1/24 to 1/5 of the length of the membrane 130 wound around the filter tube 110 , respectively.
  • the widths P4, P5 and P6 are preferably formed such that (P4): (P5): (P6) is 1.1 to 1.6: 0.4 to 3: 0.4 to 0.9.
  • the width P4 If the width P4 is too large, the width P6 becomes relatively small and may interfere with the flow of the fluid when the fluid moves from the width P5 to P6. As the flow rate decreases, the water purification efficiency may decrease.
  • the width P5 is too large, the flow rate of the fluid moving through the width P4 is slowed at the width P5, so that contaminants may be deposited on the width P5, and the length of the flow path extension is shortened, so that the raw water stays The time may be shortened, and if it is too small, there is a risk of damage to the fourth guide part 124 due to a decrease in flow rate due to obstruction of the fluid flow and an increase in pressure applied to the fourth guide part 124 .
  • the width P6 is too large, the inflow of the fluid may be reduced because the width P4 is relatively small. If the width P6 is too small, it may interfere with the flow of the fluid and generate a back pressure, and thus the purified water recovery efficiency This can be lowered.
  • the fluid inlet (H1) and the fluid outlet (H2) may also be variously changed according to the design of the separation membrane module 200 for water treatment.
  • the size of the fluid inlet H1 may be 0.5 to 3 of the width P4, and the size of the fluid outlet H2 may be 0.5 to 3 of the width P6.
  • the flow path may be shortened and the residence time of the raw water may be shortened. If the size of the fluid inlet H1 is too small, the flow rate may be reduced due to the small amount of the incoming raw water. .
  • the flow path may be shortened and the residence time of the raw water may be shortened. If the size of the fluid outlet H2 is too small, the flow of the fluid may be disturbed and back pressure may occur.
  • FIG. 5 shows a state in which the membrane is unfolded from the filter tube in an example of the reverse osmosis membrane module for water treatment according to another preferred embodiment of the present invention.
  • the reverse osmosis membrane module for water treatment 300 The fourth guide part 124 is inclined at a constant inclination angle ⁇ so that the width P91 of the filter tube side of the discharge section C3 is smaller than the width P92 of the second guide side.
  • the angle of inclination ( ⁇ ) is too large, the distance between the end of the fourth guide part 124 and the first guide part 121 may be narrowed or disappeared, which may impede the flow of the fluid.
  • the effect of reducing the contamination of the membrane cannot be sufficiently obtained due to the change in the flow rate generated according to the 4 guide part 124 .
  • the inclination angle ⁇ may be, for example, 3 to 20° (degrees).
  • P7 denotes the width between the first guide part 121 and the fourth guide part 124
  • P8 denotes the width between the second guide part 122 and the fourth guide part 124
  • P9 denotes a width between the second guide part 122 and the fourth guide part 124 .
  • the width of the filter tube side is greater than the width of the second guide side.
  • the flow path extension part 120 may be formed by injecting a liquid adhesive into the membrane and then curing it.
  • the adhesive may be, for example, any one selected from bond, glue, polyurethane, and polyepoxy.
  • the thickness of the first to fourth guide parts 121, 122, 123, and 124 of the flow path extension part 120 formed by the above method may be, for example, 1 mm to 10 mm.
  • the membrane 130 is in the form of a flat membrane having a predetermined thickness, and when the adhesive is applied and then wound up as described above, the sandwich structure of the membrane-feed spacer (mesh)-membrane is bonded to the area where the adhesive is applied and the influent water By controlling the flow, the influent flows sequentially through the inflow section (C1), the change section (C2), and the discharge section (C3).
  • the flow path extension part 120 may be formed by attaching an adhesive tape between the feed spacer 140 and the membrane 130 .
  • the fourth guide part 124 located inside the module is extended in the rolling direction when the module is manufactured, the film is prevented from being damaged or the tape from falling due to friction between the adhesive tape and the film during rolling.
  • the adhesive tape method is excluded because there is a problem in that the film is damaged or attached due to friction between the adhesive tape and the film during rolling.
  • the flow path extension part 120 may be formed by pre-forming a thermoplastic resin on the feed spacer 140 by a lamination method before winding, or by spraying and curing a liquid adhesive on the feed spacer 140 .
  • the flow path extension part 120 includes, for example, before winding, polyethylene, and polyolefin including polypropylene, polyethylene terephthalate, and polyester, nylon 6, nylon 66, nylon 6 that is not immersed in epoxy or is not immersed in epoxy. ,10, nylon including nylon 6,12; One selected from the group consisting of cellulose, polyacetal resin, polyacrylic resin, and combinations thereof, a copolymer thereof, or a thermoplastic resin that is a blend thereof is formed in advance in the feed spacer 140 by a lamination method, or liquid It can be formed in advance by spraying and curing the adhesive solution in the state of the feed spacer 140 .
  • the flow path extension part 120 may control the flow of some or all of the introduced fluid.
  • the raw water was filtered using the reverse osmosis membrane module for water treatment shown in FIGS. 2, 4, 5 and 6, and the recovery rate and linear velocity were investigated, and the results are shown in Table 1 below.
  • the case of using the reverse osmosis membrane module for water treatment shown in FIG. 2 is Inventive Example 1
  • the case of using the reverse osmosis membrane module for water treatment shown in FIG. 4 is Inventive Example 2
  • the reverse osmosis membrane for water treatment shown in FIG. 5 The case of using the module is shown as Inventive Example 3, and the case of using the reverse osmosis membrane module for water treatment shown in FIG. 6 as a conventional example.
  • the inclination angle ( ⁇ ) of the fourth guide part was 5 ° (degrees).
  • the membrane was in the form of a flat membrane, the thickness of the flat membrane was 0.15 mm, the width was 250 mm, and the length was 1,150 mm.
  • the thickness of the filter water passage forming body (mesh) wound together with the flat membrane was 0.558 mm.
  • the widths P1 and P3 were 1/10 of the length of the membrane.
  • the width P4 was 1/7.5 of the length of the membrane 130
  • the width P6 was 1/15.3 of the length of the membrane 130 .
  • the cross-sectional area of the filtration passage of the membrane of the separation membrane module for water treatment of the related art is 0.000643 m 2 obtained by multiplying the thickness of the passage forming body and the length of the flat membrane.
  • each membrane in the inlet section (C1) and the outlet section (C3) of the water treatment membrane module of Inventive Example 1 is 0.000064m 2 which is 1/10 of 0.000643m 2
  • the water treatment membrane of Invention Example 2 The cross-sectional area of the membrane of the membrane in the inlet section (C1) of the module is 0.000086m 2, which is 1/7.5 of 0.000643m 2
  • the cross-sectional area of the membrane filter in the outlet section (C3) is 0.000042m 2, which is 1/15.3 of 0.000643m 2 becomes this
  • the fluid linear velocity may be obtained according to the following equation (1).
  • V is the fluid linear velocity
  • Q is the flow rate
  • A is the cross-sectional area of the filtrate.
  • the fluid linear velocity of the inflow section (C1) is 0.024m/s, which is a value obtained by dividing the flow rate of 56.3L/hr of the inflow section (C1) by the cross-sectional area of 0.000643m 2 of the filter oil of the inflow section (C1), and the discharge
  • the fluid linear velocity in section C3 becomes 0.017 m/s.
  • the fluid linear velocity of the inlet section C1 is 0.178 m/s, and the fluid linear velocity of the outlet section C3 is 0.109 m/s.
  • the linear velocity of the fluid in the inlet section C1 is 0.133 m/s, and the linear velocity in the outlet section C3 is 0.157 m/s.
  • the fluid linear velocity of the inlet section C1 is 0.171 m/s, and the fluid linear velocity of the outlet section C3 is 0.101 m/s.
  • the flow rate of the production water of the conventional example is 17.4 L/hr, and thus, it can be seen that the recovery rate is 31%.
  • the production water flow rate means a value obtained by subtracting the discharge flow rate from the inflow flow rate.
  • the recovery rate of Invention Example 1 is 15.9L/hr, the recovery rate is 38.5%, the production water flow rate of Invention Example 2 is 16.9L/hr, so the recovery rate is 41.1%, and the production water flow rate of Invention Example 3 is 16.12L/hr Therefore, it can be seen that the recovery rate is 40.8%.
  • Example 1 Inventive Example 1, Invention Example 2, and Conventional Example of Example 1 were continuously operated under the same conditions as those of the prior art, followed by continuous filtration, and the change in the production water flow rate for each operating time was investigated, and the results are shown in FIG. 7 .
  • Inventive Examples 1 and 2 have less reduction in the production water flow rate according to the operating time than in the conventional example, which is compared to the conventional example in the modules manufactured by Inventive Examples 1 and 2 It shows that the membrane contamination on the membrane surface is improved.

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Abstract

수처리용 역삼투 분리막 모듈을 제공한다. 본 발명은 길이 방향을 따라 다수 개의 정수 유입 홀이 형성된 파이프형상의 필터 튜브; 상기 필터 튜브에 권취된 다수 개의 멤브레인: 상기 멤브레인과 함께 귄취되고 원수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 한 개 또는 다수 개의 피드 스페이서; 및 상기 멤브레인과 함께 귄취되고 상기 멤브레인을 통과하여 여과된 정수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 다수 개의 생산수 스페이서를 포함하고, 상기 멤브레인과 상기 피드 스페이서와의 사이들의 적어도 하나에는 멤브레인의 폭방향 길이 보다 긴 유로를 형성하는 유로 연장부가 형성된다.

Description

수처리용 역삼투 분리막 모듈
본 발명은 수처리용 역삼투 분리막 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는
회수율을 향상시킨 수처리용 역삼투 분리막 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 액체 내에 존재하는 여러 성분들의 분리방법으로는 한외여과법, 역삼투법, 전기투석법, 증발법, 냉동법, 이온교환법 등 여러 가지 방법이 있다.
최근에는 에너지 소비량이 적고, 운전이 간편하며, 자동화가 용이할 뿐만 아니라 적용시 어려움이 적다는 이점으로 인하여 역삼투법이 각광받고 있다.
특히, 역삼투법에 사용되는 역삼투분리막은 정밀여과(MF) 또는 한외여과(UF)에 의해서는 제거할 수 없는 1가 이온이나 염 등을 제거할 수 있는 분리막으로서 음료용수, 농업용수, 공업용수 또는 기타의 목적에 사용하기 위한 물을 해수 또는 염수로부터 얻는 탈염공정에 효과적으로 사용되고 있다.
탈염공정은 해수 또는 염수를 가압하여 역삼투막을 통과시킬 때 수용액중 염분이나 이온 등은 막을 통과 하지 못하여 걸러지고 정제된 물은 막을 통과하여 일정한 용수가 되는 것을 의미한다. 이 때 가해지는 압력은 수용액이 가지는 삼투압 이상이어야 하고 그 작용은 삼투과정의 역방향이며, 또한 삼투압은 수용액의 농도가 높을수록 커지므로 공급수에 가해지는 압력 또한 수용액의 농도가 높을수록 더 높아지게 된다.
염수나 해수 등의 물은 다량의 염을 함유하고 있기 때문에 이들 용액을 담수화하는 역삼투막은 염 제거능력이 뛰어나야 하고, 또한 고농도의 염수를 운전하는데 필연적인 펌프의 대형화나 그로 인한 소음, 낮은 에너지효율 문제 등을 개선하기 위해 공정압력이 낮아져야 하는 과제를 안고 있다.
역삼투막이 갖추어야 할 또 다른 조건으로, 종래 역삼투막의 경우, 다량의 염분을 걸러내야 하는 특성상 실제 역삼투막을 통과하는 정수의 양이 너무 적어서 그 활용도가 미미했던 바 역삼투막이 가지는 우수한 정수능력을 상업화하기 위해서는 비교적 낮은 압력에서도 다량의 정수가 막을 통과하는 즉, 고투과유량의 특성을 빼놓을 수 없다. 동일 유량 유입시 막이 고투과유량의 특성을 가지면 생산수로 회수하는 유량이 높아지며, 이는 곧 회수율이 높아지는 것을 의미한다.
역삼투방식의 분리막으로는 나권형(spiral- wound type) 막모듈이 주로 사용되고 있다. 이러한 나권형모듈은 분리막으로 평판막(flat sheet membrane)을 사용하는데, 유입수유로(feed spacer)인 메쉬(mesh)와 분리막과 투과수유로(permeate spacer) 그리고 또 하나의 분리막을 샌드위치 방식으로 접합시킨 후 이를 중앙에 위치한 필터 튜브(central pipe)에 롤(roll)형태로 감아서 분리막 모듈을 형성시킨다.
이러한 분리막 모듈의 기능을 보면, 일정한 압력이 가해진 유입수가 유입수유로인 메쉬(mesh)를 거쳐 분리막을 통과하게 되는데 상기 분리막 통과과정에서 용존염 및 유기물 등이 배제되고 순수한 물만이 분리된다. 상기 분리된 물은 분리막 사이에 위치한 투과수 유로를 따라 흐르게 되고, 이 투과액은 중심에 위치한 투과수 유출관에 모여 분리막 모듈 외부로 배출된다. 또한, 유입수 일부는 농축되어 연결된 또 다른 분리막의 유입수로 작용하게 되며, 이때 초기 각 모듈에 있어서 유입수 대비 투과수의 비율을 개별 모듈 회수율(Recovery)로 정하여 관리하게 된다.
최근, 심각한 물 부족 문제의 발생으로 모듈 회수율이 중요한 문제로 대두되고 있으며, 일부 국가에서는 회수율을 바탕으로 하는 정수기 등급제 시행을 준비하고 있다.
종래의 역삼투방식의 분리막 모듈은 원수가 멤브레인에 접촉하는 시간이 짧아 회수되는 정수량이 감소하여 상대적으로 회수율이 낮은 문제점이 있다.
이에, 회수율이 높은 역삼투방식의 분리막 모듈이 요구되고 있다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제2005-0025154호
본 발명의 바람직한 일 실시예는 원수가 멤브레인에서 체류하는 시간을 증가시켜 회수율을 향상시킨 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는, 길이 방향을 따라 다수 개의 정수 유입 홀이 형성된 파이프형상의 필터 튜브; 상기 필터 튜브에 권취된 다수 개의 멤브레인; 상기 멤브레인과 함께 귄취되고 원수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 한 개 또는 다수 개의 피드 스페이서; 및 상기 멤브레인과 함께 귄취되고 상기 멤브레인을 통과하여 여과된 정수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 다수 개의 생산수 스페이서를 포함하고, 상기 멤브레인과 상기 피드 스페이서와의 사이의 적어도 하나에는 멤브레인의 폭방향 길이 보다 긴 유로를 형성하는 유로 연장부가 형성되어 있는 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 제공한다.
이때, 상기 유로 연장부는 유체흐름방향을 기준으로 유체 유입부측에 위치되고 일단이 상기 필터 튜브와 이격되어 유체유입구를 형성하고 하부방향으로 연장되는 제1가이드부; 일단이 상기 제1가이드부에 연결되고 상기 필터 튜브의 길이방향으로 연장되는 제2가이드부; 일단이 제2가이드부와 연결되고 상부방향으로 연장되고 타단은 상기 필터 튜브와 이격되어 유체배출구를 형성하는 제3가이드부; 및 상기 제1가이드부와 제3가이드부사이에 위치되고 일단은 상기 필터 튜브에 연결되고 하부방향으로 연장되고 타단은 상기 제2가이드부와 이격되어 있는 제4가이드부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유로 연장부에 의해 형성되는 유로는 U자 형상을 가질 수 있다.
이때, 상기 제1가이드부와 제4가이드부 사이의 폭이 제4가이드부와 제3가이드부 사이의 폭보다 크거나 동일할 수 있다.
이때, 상기 제4가이드부는 일정한 경사각도로 경사져 구비될 수 있다.
이때, 상기 유로 연장부는 액체 상태의 접착제를 상기 멤브레인 내부에 주입한 다음 경화시켜 형성된 것일 수 있다.
이때, 상기 유로 연장부는 상기 피드 스페이서와 멤브레인 사이에 접착 테이프를 붙여 형성된 것일 수 있다.
이때, 상기 유로 연장부는 권취하기 전에 열가소성 수지를 라미네이트 공법으로 피드 스페이서에 미리 형성하거나, 액체상태의 접착제를 피드 스페이서에 분사 후 경화시켜 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 유로 연장부를 포함하여 원수의 흐름을 변화시켜 원수의 체류시간을 증가시킴으로써 종래의 분리막 모듈과 비교하여 원수에서 회수할 수 있는 정수량이 증가되고 버려지는 물을 감소시킬 수 있어 멤브레인이 보다 효율적으로 사용될 수 있는 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 유입수 유로에 형성되는 격벽을, 접착제, 접착 테이프 혹은 피드 스페이서에 미리 형성시키는 방법을 사용하여 형성함으로써, 모듈 제작시 적합한 방법을 선택하여 격벽을 형성할 수 있어 모듈 제작 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 역삼투 분리막 모듈에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례가 일부 펼쳐진 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 통상적인 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 7은 가동시간 별 생산수 유량의 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 6은 통상적인 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 통상적인 수처리용 분리막 모듈(400)은 길이 방향을 따라 다수개의 정수 유입 홀(111)이 형성된 파이프형상의 필터 튜브(110); 상기 필터 튜브(110)에 권취된 다수 개의 멤브레인(130); 및 상기 필터 튜브(110)와 이격되어 필터 튜브(110)의 길이방향으로 연장되는 가이드부(120)를 포함한다.
상기 수처리용 분리막 모듈(400)에서는 유입된 유체가 필터 튜브(110)와 가이드부(120)의 사이에서 필터 튜브(110)의 길이방향으로 이동하여 배출된다.
따라서, 상기 수처리용 분리막 모듈(400)에서 유체의 유로의 크기는 멤브레인의 폭방향 길이와 동일하거나 유사하다고 할 수 있다.
본 발명의 주요 개념 중의 하나는 수처리용 분리막 모듈에서 원수가 멤브레인에서 체류하는 시간을 증가시켜 회수율을 향상시키고자 하는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 따르는 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 도 1 내지 도 5를 통해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 역삼투 분리막 모듈에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례가 일부 펼쳐진 상태를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 개략도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 개략도이다.
도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈(100)은 길이 방향을 따라 다수 개의 정수 유입 홀(111)이 형성된 파이프형상의 필터 튜브(110); 상기 필터 튜브(110)에 권취된 다수 개의 멤브레인(130); 상기 멤브레인(130)과 함께 귄취되고 원수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 한 개 또는 다수 개의 피드 스페이서(140); 및 상기 멤브레인(130)과 함께 귄취되고 상기 멤브레인(130)을 통과하여 여과된 정수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 다수 개의 생산수 스페이서(150)를 포함하고,
상기 멤브레인(130)과 상기 피드 스페이서(140)와의 사이의 적어도 하나에는 멤브레인의 폭방향 길이 보다 긴 유로를 형성하는 유로 연장부(120)가 형성되어 있다.
상기 필터 튜브(110)는 상기 멤브레인(130)을 통과한 정수가 모여 유출되는 부분으로, 길이 방향을 따라 형성된 다수개의 정수 유입 홀(111)을 포함한다.
상기 멤브레인(130)은 상기 필터 튜브(110) 외주면에 권취된다.
상기 멤브레인(130)은 원수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 피드 스페이서(mesh)(140)와 멤브레인(130)을 통과하여 여과된 정수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 생산수 스페이서(permeate spacer, tricot)(150))와 함께 필터 튜브(110)에 귄취된다.
상기 피드 스페이서(140)는 멤브레인(130)의 활성층 표면과 접촉하여 권취되며, 생산수 스페이서(150)는 멤브레인(130)의 부직 표면에 접촉하여 권취된다.
상기의 멤브레인(130)은 폴리아미드계 분리막, 폴리이미드계 분리막, 폴리설폰계 분리막 및 폴리에테르 설폰계 분리막 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 폴리아미드계 분리막일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 다관능성 아민 함유 용액과 다관능성 할로겐 화합물 함유 용액을 계면중합시켜 형성된 폴리아미드 분리막일 수 있다.
상기 폴리아미드계 분리막에 있어서, 상기 다관능성 아민은 1급 아민, 2급 아민, 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민 등의 알리파틱 1급 디아민; 사이클로헥센디아민 등의 사이클로알리파틱 1급 디아민; 및 피페라진 등의 사이클로알리파틱 2급 아민; 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메타페닐렌디아민을 사용할 수 있다.
상기 폴리아미드계 분리막에 있어서, 상기 다관능성 할로겐 화합물은 트리메조일클로라이드, 이소프탈로일클로라이드 및 테레프탈로일클로라이드 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합 사용할 수 있다.
상기 멤브레인(130)과 상기 피드 스페이서(140)와의 사이의 적어도 하나에는 멤브레인(130)의 폭방향 길이 보다 긴 유로를 형성하는 유로 연장부(120)가 형성되어 있다.
상기 유로 연장부(120)는 멤브레인(130)의 폭방향 길이 보다 긴 유로를 형성하는 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 유로 연장부(120)는 예를 들면, 유체 흐름방향을 기준으로 유체 유입부측에 위치되고 일단이 상기 필터 튜브(110)와 이격되어 유체유입구(H1)를 형성하고 하부방향으로 연장되는 제1가이드부(121); 일단이 상기 제1가이드부(121)에 연결되고 상기 필터 튜브(110)의 길이방향으로 연장되는 제2가이드부(122); 일단이 제2가이드부(122)와 연결되고 상부방향으로 연장되고 타단은 상기 필터 튜브(110)와 이격되어 유체배출구(H2)를 형성하는 제3가이드부(123); 및 상기 제1가이드부(121)와 제3가이드부(123)사이에 위치되고 일단은 상기 필터 튜브(110)에 연결되고 하부방향으로 연장되고 타단은 상기 제2가이드부(122)와 이격되어 있는 제4가이드부(124)를 포함할 수 있다.
상기 유로 연장부(120)에 의해 형성되는 유로는 예를 들면, U자 형상을 가질 수 있다.
상기 유로 연장부(120)에 의해 형성되는 유로가 U자 형상을 가질 경우, 유체의 유로는 유체가 유입되는 유체유입구(H1); 상기 제1가이드부(121)와 제4가이드부(124) 사이에 해당되는 것으로, 유체유입구(H1)를 통해 유입된 유입수가 흐르는 유입구간(C1); 제2가이드부(122)와 제4가이드부(124) 사이에 해당되는 것으로, 유체가 변경되는 변경구간(C2); 및 제4가이드부(124)와 제3가이드부(123) 사이에 해당되는 것으로, 유체가 유체배출구(H2)로 이동하는 배출구간(C3); 과 외부로 유체를 배출하는 유체 배출구(H2)를 포함할 수 있다.
상기와 같이 유로가 U자 형상을 가질 경우에는 멤브레인(130)의 유체유입구(H1)로 유입된 유체는 제4가이드부(124)에 의해 이동방향을 제1방향으로 변경하여 유입구간(C1)으로 이동하게 되고, 변경구간(C2)에서는 필터 튜브(110)의 길이 방향으로 이동한 다음, 제2방향으로 변경하여 배출구간(C3)으로 이동하여 배출구(H2)로 이동하게 된다.
도 2에서, 제1방향은 필터 튜브(110)와 멀어지는 방향을 나타내고 제2방향은 필터 튜브(110)와 가까워지는 방향을 나타낸다.
상기 제1가이드부(121)와 제4가이드부(124)사이의 폭(P1), 상기 제2가이드부(122)와 제4가이드부(124)사이의 폭(P2) 및 제3가이드부(123)와 제4가이드부(124)사이의 폭(P3)은 수처리용 분리막 모듈(100)의 설계에 따라 다양하게 가변될 수 있으나, 상기 제1가이드부(121)와 제4가이드부(124)사이의 폭(P1) 및 제3가이드부(123)와 제4가이드부(124)사이의 폭(P3)은 필터 튜브(110)에 권취되는 멤브레인(130)의 길이보다 작을 수 있으며, 상기 폭(P1) 및 (P3)은 필터 튜브(110)에 권취되는 멤브레인(130)의 길이의 1/15 ~ 1/5 일 수 있다.
상기 폭(P1) 및 (P3)의 크기가 멤브레인(130)의 길이보다 너무 작으면, 유체가 막과 접촉할 수 있는 넓이가 감소되어 회수할 수 있는 정수량이 감소하게 될 수 있다. 따라서, 상기 폭(P1) 및 (P3)은 필터 튜브(110)에 권취되는 멤브레인(130)의 길이의 1/15 ~ 1/5 인 것이 바람직하다.
상기 폭(P1), 폭(P2) 및 폭(P3)의 크기는 도 2에서와 같이 동일하거나 유사할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 것으로, 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 수처리용 역삼투 분리막 모듈(200)에서는 제1가이드부(121)와 제4가이드부(124)사이의 폭(P4)이 제4가이드부(124)와 제3가이드부(123) 사이의 폭(P6)보다 클 수 있다.
상기 폭(P4)은 필터 튜브(110)에 권취되는 멤브레인(130)의 길이의 1/10 ~ 1/3일 수 있고, 상기 폭(P6)은 필터 튜브(110)에 권취되는 멤브레인(130)의 길이의 1/24 ~ 1/5일 수 있다. 상기 제2가이드부(122)와 제4가이드부(124)사이의 폭(P5)의 크기는 상기 폭(P6)의 크기와 동일하거나 유사할 수 있다.
상기 폭(P4) 및 (P6)의 크기가 멤브레인(130)의 길이보다 너무 작으면, 유체의 흐름에 방해가 되어 역압이 발생할 수 있으며, 이에 따라 유량이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 폭(P4) 및 (P6)은 각각 필터 튜브(110)에 권취되는 멤브레인(130)의 길이의 1/10 ~ 1/3 및 1/24 ~ 1/5 인 것이 바람직하다.
상기 폭(P4), (P5) 및 (P6)은 (P4): (P5): (P6)이 1.1 ~ 1.6 : 0.4 ~ 3 : 0.4 ~ 0.9가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 폭(P4)이 너무 크면, 상대적으로 폭(P6)이 작아지게 되어 유체가 폭(P5)에서 (P6)로 이동할 때 유체의 흐름에 방해가 될 수 있고, 너무 작은 경우에는 유입되는 유체의 유량이 적어져 정수 효율이 떨어질 수 있다.
상기 폭(P5)이 너무 크면, 폭(P4)을 통해 이동한 유체가 폭(P5)에서 유속이 느려져 폭(P5)에 오염물질이 적층될 수 있고, 또한 유로 확장 길이가 짧아져 원수의 체류시간이 짧아질 수 있고, 너무 작은 경우에는 유체의 흐름 방해로 인한 유량 저하와 제4가이드부(124)가 받는 압력이 증가하여 제4가이드부(124)가 손상될 위험이 있다.
상기 폭(P6)이 너무 크면, 폭(P4)이 상대적으로 작기 때문에 유체의 유입이 감소하게 될 수 있고, 너무 작은 경우에는 유체의 흐름에 방해가 되어 역압이 발생할 수 있으며, 그에 따라 정수 회수 효율이 낮아질 수 있다.
상기 유체 유입구(H1) 및 유체 배출구(H2) 또한 수처리용 분리막 모듈(200)의 설계에 따라 다양하게 가변될 수 있다.
상기 유체 유입구(H1)의 크기는 폭(P4)의 0.5 ~ 3일 수 있고, 유체 배출구(H2)의 크기는 폭(P6)의 0.5 ~ 3일 수 있다.
상기 유체 유입구(H1)의 크기가 폭(P4)에 비하여 너무 큰 경우에는 유로가 짧아져 원수의 체류시간이 짧아질 수 있고, 너무 작은 경우에는 유입되는 원수의 양이 적어 유량이 감소될 수 있다.
상기 유체 배출구(H2)의 크기가 폭(P6)에 비하여 너무 큰 경우에는 유로가 짧아져 원수의 체류시간이 짧아질 수 있고, 너무 작은 경우에는 유체의 흐름에 방해가 되어 역압이 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 수처리용 역삼투 분리막 모듈의 일례에서 멤브레인이 필터 튜브로부터 펼쳐진 상태를 나타내는 것으로, 도 5에 나타난 바와 같이, 수처리용 역삼투 분리막 모듈(300)에서는 배출구간(C3)의 필터 튜브 측의 폭(P91)이 제2가이드측의 폭(P92)보다 작게 되도록 일정한 경사각도(θ)로 제4가이드부(124)가 경사져 있다.
상기 경사각도(θ)가 너무 큰 경우에는 제4가이드부(124) 끝부분과 제1가이드부(121) 간의 간격이 좁아지거나 없어져 유체의 흐름을 방해할 수 있고, 너무 작은 경우에는 경사진 제4가이드부(124)에 따라 발생하는 유속 변화로 막의 오염성을 감소시키는 효과를 충분히 얻을 수 없다.
상기 경사각도(θ)는 예를 들면, 3 ~ 20 °(도) 일 수 있다.
도 5에서 P7은 제1가이드부(121)와 제4가이드부(124)사이의 폭을 나타내고, P8은 제2가이드부(122)와 제4가이드부(124)사이의 폭을 나타내고, P9은 제2가이드부(122)와 제4가이드부(124)사이의 폭을 나타낸다. 도 5에서 P7은 필터 튜브 측의 폭이 제2가이드측의 폭 보다 크다.
상기 유로 연장부(120)는 액체 상태의 접착제를 상기 멤브레인 내부에 주입한 다음, 경화시켜 형성된 것일 수 있다.
여기서, 접착제는 일례로 본드, 글루(glue), 폴리우레탄 및 폴리에폭시 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 이와 같은 방법에 의해 형성된 유로 연장부(120)의 제1가이드부 내지 제4가이드부(121,122,123,124)의 두께는 예를 들면, 1㎜ 내지 10㎜일 수 있다.
상기 멤브레인(130)은 소정의 두께로 이루어진 평막 형태로서, 상기와 같이 접착제를 도포 후 권취하게 되면, 멤브레인-피드 스페이서(메쉬)-멤브레인의 샌드위치 구조가 접착제가 도포된 영역이 서로 결합되어 유입수의 흐름을 조절하여 유입수가 유입구간(C1), 변경구간(C2) 및 배출구간(C3)을 순차적으로 흐르게 된다.
상기 유로 연장부(120)는 상기 피드 스페이서(140)와 멤브레인(130) 사이에 접착 테이프를 붙여 형성된 것일 수 있다.
특히, 본 발명에서는 모듈의 내부에 위치하는 제4가이드부(124)가 모듈 제작 시의 롤링방향으로 확장되어 있으므로, 롤링 시 접착 테이프와 막과의 마찰에 의해 막이 손상되거나 테이프가 떨어지는 것이 방지된다. 모듈의 내부에 롤링 방향과 직각 방향으로 확장되는 가이드부를 포함하는 경우에는 롤링 시 접착 테이프와 막 사이에 마찰에 의한 막 손상이나 부착이 떨어지는 문제가 있어 접착 테이프 방식은 배제되고 있다.
상기 유로 연장부(120)는 권취하기 전에 열가소성 수지를 라미네이트 공법으로 피드 스페이서(140)에 미리 형성하거나, 액체상태의 접착제를 피드 스페이서(140)에 분사 후 경화시켜 형성된 것일 수 있다.
상기 유로 연장부(120)는 예를 들면, 권취하기 전에, 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하며, 에폭시 침지 또는 미침지된 폴리에스터, 나일론6, 나일론 66, 나일론 6,10, 나일론 6,12를 포함하는 나일론; 셀룰로오스, 폴리아세탈 수지, 폴리아크릴 수지, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종, 이들의 공중합체, 또는 블렌드인 것과 깉은 열가소성 수지를 라미네이트 공법으로 피드 스페이서(140)에 미리 형성하거나, 액체상태의 접착액을 피드 스페이서(140)에 분사 후 경화시켜 미리 형성할 수 있다.
상기 유로 연장부(120)는 유입되는 유체의 일부 또는 전부의 흐름을 제어하는 것일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
도 2, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 사용하여 원수를 여과하고, 회수율 및 선속도를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
도 2에 도시된 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 사용한 경우를 발명예 1로, 도 4에 도시된 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 사용한 경우를 발명예 2로, 도 5에 도시된 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 사용한 경우를 발명예 3으로, 그리고 도 6에 도시된 수처리용 역삼투 분리막 모듈을 사용한 경우를 종래예로 표시하였다.
발명예 3에서 제4가이드부의 경사각도(θ)는 5 °(도)였다.
발명예 1, 발명예 2, 발명예 3 및 종래예에서 멤브레인은 평막 형태이며, 평막의 두께는 0.15㎜이고, 폭은 250mm이고, 길이는 1,150㎜이었다. 평막과 함께 권취되는 여과수 유로 형성체(메쉬)의 두께는 0.558mm 이었다.
발명예 1의 경우에는 폭(P1) 및 (P3)은 상기 멤브레인의 길이의 1/10이었다.
발명예 2의 경우에는 폭(P4)은 멤브레인(130)의 길이의 1/7.5이고, 폭(P6)은 멤브레인(130)의 길이의 1/15.3이었다.
이 때, 종래예의 수처리용 분리막 모듈의 멤브레인의 여과유로 단면적은 유로 형성체의 두께와 평막의 길이를 곱한 0.000643m2 이 된다.
그리고, 발명예 1의 수처리용 분리막 모듈의 유입구간(C1) 및 배출구간(C3) 각각의 멤브레인의 여과유로 단면적은 0.000643m2 의 1/10인 0.000064m2 이고, 발명예 2의 수처리용 분리막 모듈의 유입구간(C1)의 멤브레인의 여과유로 단면적은 0.000643m2 의 1/7.5인 0.000086m2이고, 배출구간(C3)의 멤브레인의 여과유로 단면적은 0.000643m2 의 1/15.3인 0.000042m2 이 된다.
상기와 같은 조건으로 원수를 여과한 후, 유량 및 회수율 및 유체 선속도를 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상기 유체 선속도는 하기 식 (1)에 따라 구해질 수 있다.
[수학식 1]
V = Q/A
(여기서, V는 유체 선속도, Q는 유량 및 A는 여과유료 단면적이다.)
종래예의 경우, 유입구간(C1)의 유체 선속도는 유입구간(C1)의 유량 56.3L/hr를 유입구간(C1)의 여과유로 단면적인 0.000643m2으로 나눈 값인 0.024m/s이 되고, 배출구간(C3)의 유체 선속도는 0.017m/s이 된다.
발명예 1의 경우, 유입구간(C1)의 유체 선속도는 0.178m/s이고, 배출구간(C3)의 유체 선속도는 0.109m/s이다. 발명예 2의 경우, 유입구간(C1)의 유체 선속도는 0.133m/s이고, 배출구간(C3)의 유체 선속도는 0.157m/s이다. 발명예 3의 경우, 유입구간(C1)의 유체 선속도는 0.171m/s이고, 배출구간(C3)의 유체 선속도는 0.101m/s이다.
구분 유량(L/hr) 여과 면적(m2) 유체 선속도(m/s)
유입구간 배출구간 회수율(%) 유입구간 배출구간 유입구간 배출구간
종래예 56.28 38.8 31.0 0.000643 0.000643 0.024 0.017
발명예 1 41.19 25.3 38.5 0.000064 0.000064 0.178 0.109
발명예 2 41.08 24.2 41.1 0.000086 0.000042 0.133 0.157
발명예 3 39.53 23.4 40.8 0.000064 0.000064 0.171 0.101
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 종래예의 생산수의 유량은 17.4 L/hr이며, 따라서, 회수율은 31%임을 알 수 있다. 여기서, 생산수 유량은 유입 유량에서 배출 유량을 뺀 값을 의미한다.
발명예 1의 생산수 유량은 15.9L/hr이므로 회수율이 38.5%이고, 발명예 2의 생산수 유량은 16.9L/hr이므로 회수율이 41.1%이고, 발명예 3의 생산수 유량은 16.12L/hr이므로 회수율이 40.8%임을 알 수 있다.
이와 같이, 발명예 1 내지 3은 종래예에 비하여 회수율이 증가됨을 알 수 있다.
한편, 발명예 1 내지 3의 유체 선속도는 종래예의 것 보다 우수함을 알 수 있다.
특히, 발명예 1 및 3은 종래예에 비하여 유입구간(C1)의 유체 선속도가 현저하게 증가되었고, 발명예 2는 종래예에 비하여 배출구간(C3)의 유체 선속도가 현저하게 증가됨을 알 수 있다. 이러한 발명예 1 내지 3의 선속도 증가는 종래예에 비하여 멤브레인 표면의 오염지수가 개선될 수 있음을 뒷받침 해주는 것이다.
(실시예 2)
상기 실시예 1의 발명예 1, 발명예 2 및 종래예와 동일한 조건으로 연속가동하여 연속 여과하고, 가동시간 별 생산수 유량의 변화를 조사하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타난 바와 같이, 발명예 1 및 발명예 2는 종래예보다 가동 시간에 따른 생산수 유량의 감소가 적음을 알 수 있으며, 이는 종래예에 비하여 발명예 1 및 2에 의해 제작된 모듈에서 멤브레인 표면의 막 오염이 개선되었음을 나타낸다.
(실시예 3)
실시예 1의 발명예 3의 제4가이드부의 경사각도(θ)를 하기 표 2의 조건으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1의 발명예 3과 동일한 조건으로 원수를 여과한 후, 회수율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 No. 경사각(θ)(도) 생산수 유량(L/hr) 회수율(%)
종래예 - 17.4 31
발명예 3 5 16.12 40.8
발명예 4 10 16.3 41
발명예 5 15 15.7 35
비교예 1 25 14.5 30
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명예 3 내지 발명예 5는 종래예보다 회수율이 우수하며, 경사각(θ)을 최적화 하는 경우에는 회수율이 더 향상됨을 알 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 길이 방향을 따라 다수 개의 정수 유입 홀이 형성된 파이프형상의 필터 튜브;
    상기 필터 튜브에 권취된 다수 개의 멤브레인;
    상기 멤브레인과 함께 귄취되고 원수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 한 개 또는 다수 개의 피드 스페이서; 및
    상기 멤브레인과 함께 귄취되고 상기 멤브레인을 통과하여 여과된 정수가 이동할 수 있도록 공간을 만들어주는 다수 개의 생산수 스페이서를 포함하고,
    상기 멤브레인과 상기 피드 스페이서와의 사이들의 적어도 하나에는 멤브레인의 폭방향 길이 보다 긴 유로를 형성하는 유로 연장부가 형성되어 있는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로 연장부는 유체흐름방향을 기준으로 유체 유입부측에 위치되고 일단이 상기 필터 튜브와 이격되어 유체유입구를 형성하고 하부방향으로 연장되는 제1가이드부; 일단이 상기 제1가이드부에 연결되고 상기 필터 튜브의 길이방향으로 연장되는 제2가이드부; 일단이 제2가이드부와 연결되고 상부방향으로 연장되고 타단은 상기 필터 튜브와 이격되어 유체배출구를 형성하는 제3가이드부; 및 상기 제1가이드부와 제3가이드부사이에 위치되고 일단은 상기 필터 튜브에 연결되고 하부방향으로 연장되고 타단은 상기 제2가이드부와 이격되어 있는 제4가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유로 연장부에 의해 형성되는 유로는 U자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1가이드부와 제4가이드부 사이의 폭이 제4가이드부와 제3가이드부 사이의 폭보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1가이드부와 제4가이드부사이의 폭 및 상기 제3가이드부와 제4가이드부 사이의 폭은 멤브레인의 길이의 1/15 ~ 1/5인 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1가이드부와 제4가이드부사이의 폭은 멤브레인의 길이의 1/10 ~ 1/3이고, 그리고 상기 제3가이드부와 제4가이드부 사이의 폭은 멤브레인의 길이의 1/24 ~ 1/5인 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1가이드부와 제4가이드부사이의 폭, 상기 제2가이드부와 제4가이드부사이의 폭 및 상기 제3가이드부와 제4가이드부 사이의 폭은 (P4): (P5): (P6)이 1.1 ~ 1.6 : 0.4 ~ 3 : 0.4 ~ 0.9 가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제4가이드부는 일정한 경사각도로 경사져 구비되는 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경사각도가 3 ~ 20 °인 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유로 연장부는 액체 상태의 접착제를 상기 멤브레인 내부에 주입한 다음 경화시켜 형성된 것인 것임을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 접착제는 본드, 글루(glue), 폴리우레탄 및 폴리에폭시 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  12. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유로 연장부는 상기 피드 스페이서와 멤브레인 사이에 접착 테이프를 붙여 형성된 것임을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  13. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유로 연장부는 권취하기 전에 열가소성 수지를 라미네이트 공법으로 피드 스페이서에 미리 형성하거나, 액체상태의 접착제을 피드 스페이서에 분사 후 경화시켜 형성된 것임을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하며, 에폭시 침지 또는 미침지된 폴리에스터; 나일론6, 나일론 66, 나일론 6,10, 나일론 6,12를 포함하는 나일론; 셀룰로오스; 폴리아세탈 수지; 폴리아크릴 수지; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종, 이들의 공중합체, 또는 블렌드인 것을 특징으로 하는 수처리용 역삼투 분리막 모듈.
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