KR101319414B1 - 일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모듈 케이스와 포팅뭉치가 일체형으로 구성되어 연결부로 인한 누수를 감소시킬 수 있고, 중공사막의 말단(1a)면이 모듈 케이스의 집수부 내 접착제 말단면(4)과 일치하게 열려있어서 투과수 흐름을 방해하지 않는 일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조방법을 제공한다.

일체형 침지식 중공사막 모듈, 누수, 투과수 흐름.

Description

일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조방법{One-body typed submerged hollow fiber membrane module and preparation method thereof}

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 일체형 침지식 중공사막 모듈 중 중공사막(1) 다발이 모듈 케이스 내에 고정되어 있는 부분을 나타내는 확대 단면도.

도 3은 본 발명의 제 1 공정에 의해 제조된 포팅뭉치의 단면 개략도.

도 4 내지 도 5는 본 발명에 의해 제조된 일체형 침지식 모듈의 단면 개략도.

도 6은 투과수 집수부(3) 내에 중공사막의 말단(1a)이 집수부 내 접착제 말단면(4)보다 돌출된 형태를 갖는 종래의 침지식 중공사막 모듈의 단면 개략도.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호 설명

1 : 중공사막 1a : 중공사막의 말단 2 : 모듈 케이스

3 : 투과수 집수부 4 : 집수부 내 접착제 말단면 6 : 투과수 배출구

A : 제1 공정으로 형성되는 제1고정부(포팅뭉치의 고정부)

B : 제2 공정으로 형성되는 제2고정부(침지식 모듈의 고정부)

C : 제3 공정으로 형성되는 연질부분

본 발명은 폐수, 오수, 정수 처리 등 수처리분야에 적합한 분리막 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 누수 가능성이 적은 일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

고분자 분리막은 최근들어 그 기술의 진보와 함께 기존 응용분야와 함께 다양한 분야로의 확대가 이루어지고 있으며 특히 환경의 중요성과 함께 수처리 분야에서 그 수요가 증가되고 있다. 중공사 형태의 막(이하"중공사막"이라고 한다)은 설치면적당 처리량이 높아 수처리에 유리한 점을 가진 반면 막 구조상의 특징으로 인해 기계적 강도가 낮아 원통형 케이스에 의해 막이 보호되는 형태의 모듈이 일반적이었다. 그러나 이러한 형태의 모듈은 폐수 처리의 경우 공지된 바와 같이 막표면에 퇴적되는 오염물의 원활한 제거가 불가능하여, 파울링에 의한 투과 성능 저하가 발생되는 문제가 있다.

이를 극복하기 위해 케이스가 없는 침지식 모듈이 고안되었으나, 막의 강도가 충분히 높지 않을 경우 막 손상에 의한 시스템 신뢰도 저하가 큰 문제로 제기될 수 있으며, 또한 공기에 의한 산기 작용이 효율적으로 이루어지지 않을 경우 여전히 파울링 문제가 발생되어 운전압 상승 및 플럭스 저하의 문제가 발생될 수 있다.

최근 수처리 분야에 널리 사용되는 침지식 모듈의 경우 퇴적물이 쌓일 가능성이 많은데, 파울링으로 인한 침지식 모듈의 투과 성능 손실을 최소화하기 위해서 는 산기 작용을 통해 막에 퇴적되는 오염물을 제거해야 하며 이때 가혹한 산기 조건이 필요하게 되므로 중공사막이 손상될 우려가 있다. 또한 이러한 과정에서 장기간 사용할 때 모듈 부품간의 연결부위 약화에 의해 누수가 발생될 수 있으며, 이는 제품의 신뢰도를 저하시키는 요인이 된다.

이러한 침지식 모듈 제조를 위해서는 중공부 말단이 열린 채로 고정되도록 헤더 부품에 접착제를 사용하여 중공사막을 고정한 후 중공부 개구를 위해 별도의 커팅 공정을 거치게 되며, 모듈 집수부가 형성되도록 이렇게 제조된 모듈 헤더를 모듈 캡과 조립하게 된다. 그러나 이러한 제조 공정에 의해 제조된 모듈은 헤더 부품과 모듈 캡 사이의 연결 부위에서 누수가 발생할 우려가 있으며, 또한 대부분의 중공사 고정 공정에서는 중공사막과 막사이에 접착제의 미침투로 인한 누수 발생가능성 때문에 원심력에 의한 침투가 되도록 원심성형의 방법을 사용하지만, 이러한 원심성형은 침적(Dipping) 방식 등의 고정 공정에 비해 성형설비의 투자비가 크며 설비 확장성이 떨어지고, 대형 모듈일수록 균일한 고정 결과를 얻기 어렵다는 단점이 있다.

미국특허 제5248424호 및 제6042677호에서는 모듈 케이스와 하단부가 접착제로 고성되어 있는 중공사막 다발(이하 "포팅뭉치"라고 한다)이 일체로 고정되어 있는 일체형 침지식 모듈을 제조하는 방법에 대해 제시하고 있으나, 중공부 개구를 위해 파라핀 등의 임시층을 도입한 후 그 위에 고정층을 도포하고 임시층을 녹여내는 방식을 제시하고 있다. 도 6은 상기 방법에 따라 모듈 케이스와 일체형으로 제조된 침지식 중공사막 모듈의 단면 개략도이다. 이러한 고정공정은 실제 임시층 제거를 위해 가열 등의 후처리가 필요할 뿐만 아니라 임시층의 완전한 제거가 용이하지 않은 등의 공정상의 어려움이 있으며, 이렇게 제조된 모듈은 도 6에 도시된 바와 같이 집수 공간내의 중공사막 말단이 접착제 말단면보다 돌출되는 형태를 가지게 된다. 이러한 돌출 중공사막 말단은 접수공간 내에서 투과수 흐름에 저항 요소로 작용될 수 있다.

본 발명의 목적은 모듈 케이스 내에 포팅뭉치를 모듈 케이스와 일체로 고정함으로써 종래 헤더 부품과 모듈 캡 사이의 연결부위에서 누수가 발생하는 것을 효과적으로 감소시키고, 중공사막 말단이 집수부 내 접착제 말단면과 일치하게 열려있어 집수부내에서 투과수 흐름이 원활한 일체형 침지식 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또다른 목적은 중공사막을 모듈 케이스에 고정하는 공정(이하"고정공정"이라고 한다)시 원심성형 대신에 침적(Dipping) 방식을 채택함으로써 설비투자비가 감소되면서 설비 확장성이 향상된 침지식 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위하여 본 발명의 한 구현예는 중공사막의 말단(1a)이 상기 침지식 모듈 케이스(2)의 집수부 내 접착제 말단면(4)과 일치하게 열려있고, 상기 침지식 모듈 케이스(2)에 하단부가 접착제로 이루어진 제1고정부가 형성되어 있는 중공사막 다발인 포팅뭉치가 접착제로 이루어진 제2고정부에 의해 침지식 모듈 케이스(2)에 일체로 고정되어 있는 일체형 침지식 중공사막 모듈을 제공한다.

또한 본 발명의 다른 구현예는 (ⅰ) 중공사막 다발의 하단부를 접착제로 접착시켜 고정부(A)를 형성한 다음, 상기 제1고정부(A)를 절단하여 포팅뭉치를 제조하는 제1 공정과, (ⅱ) 상기 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 삽입한 후 그 위에 접착제를 주입하여 제2고정부(B)를 형성함으로써 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 고정하는 제2 공정을 포함하는 일체형 침지식 중공사막 모듈의 제조 방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 중공사막(1) 다발의 하단부를 접착제로 접착시켜 제1고정부(A)를 형성한 다음, 상기 제1고정부(A)를 절단하여 하는 공정(이하"제1 공정"이라고 한다)을 거쳐 도 3에 도시된 바와 같은 포팅뭉치를 제조한다.

도 3은 제1 공정에 의해 제조된 포팅뭉치의 단면 개략도이다.

상기 제1 공정에서는 접착제로 우레탄 수지 또는 에폭시 수지 등을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 중공사막을 고정시킬 수 있는 한 접착제의 종류를 특별하게 한정하는 것은 아니다.

중공사막(1) 다발의 하단부를 접착제로 고정하는 방법으로는 중공사막(1) 다발을 접착제 욕조 내에 침적(Dipping) 후 경화하는 방법이 사용될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 경화 방법으로는 접착제 사용시 통상 공지된 임의의 경화 방법을 채용할 수 있다.

상기 제1고정부(A)를 형성한 후 절단하는 이유는 중공사막의 말단(1a)이 열려있는 상태로 하기 위해서이다. 제1고정부(A) 절단 후에 중공사막의 말단(1a)이 열려있도록 하기 위해, 상기의 제1 공정을 거치기 전에 중공사막 말단(1a)을 실링(Sealing) 처리하는 것이 보다 바람직하다. 중공사막의 말단(1a)이 실링된 경우 접착 처리시 접착제가 모세관 현상에 의해 중공사막(1)의 중공부 내로 높이 침투하는 것을 방지할 수 있다.

실링처리 방법으로는 중공사막의 말단(1a)을 파라핀 등의 실링제에 침지시키거나 가열된 나이프(Hot knife)로 중공사막의 말단(1a)을 절단하는 방법 등이 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 중공사막의 말단이 완전히 실링되는 한 사용되는 실링제 및/또는 실링처리 방법을 특별하게 한정하는 것은 아니다.

실링 처리된 중공사막의 말단(1a)은 상기 고정부(A)를 절단 처리시 제거되며, 이에 따라 접착제가 침투하지 않고 열린 상태의 중공사막 말단(1a)이 얻어진다.

다음으로, 상기와 같이 제조된 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 삽입한 다음, 그 위에 접착제를 주입하여 도 4에 도시된 바와 같이 제2고정부(B)를 형성하는 공정(이하"제2 공정"이라고 한다)을 거쳐 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스(2)에 고정시켜 일체형 침지식 중공사막 모듈을 제조한다.

도 4는 상기 제2 공정을 거쳐 제조된 침지식 모듈의 단면 개략도이다.

상기의 제2 공정에서 사용하는 접착제로는 폴리우레탄 수지 또는 에폭시 수지 등을 사용하며, 본 발명에서는 접착제의 종류를 특별하게 한정하지 않는다.

고정 경계면에서 중공사막(1)이 손상되는 것을 억제시키기 위해, 상기 제2 공정으로 형성된 제2고정부(B) 위에 제2 공정에서 사용한 접착제보다 경도가 상대적으로 낮은 접착제를 주입하여 도 5에 도시된 바와 같이 상기 고정부(B) 위에 연질부분(C)을 형성하는 것이 보다 바람직하다. 상기 연질부분(C)을 형성하는데 사용하는 접착제의 경도는 제2 공정에서 제1고정부(A)를 형성하기 위해 사용되는 접착제의 경도대비 20~60% 수준인 것이 바람직하다.

도 5는 상기의 연질부분(C)이 형성된 침지식 모듈의 단면 개략도이다.

이상에서 설명한 본 발명의 고정방법으로 제조된 침지식 중공사막 모듈은 도 1 또는 도 2와 같은 단면 구조를 갖는다.

도 1 내지 도 2는 본 발명으로 제조된 일체형 침지식 중공사막 모듈 중 중공사막(1) 다발이 모듈 케이스 내에 고정되어 있는 부분을 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 고정방법으로 제조된 침지식 중공사막 모듈은 중공사막의 말단(1a)이 일체화된 침지식 모듈 케이스(2)의 집수부 내 접착제 말단면(4)과 일치하게 열려있다.

이와 같이 본 발명의 일체형 침지식 중공사막 모듈은 중공사막 말단(1a)이 집수부 내 접착제 말단면(4) 보다 돌출되지 않아 투과수 집수부(3) 내의 투과수 흐름을 방해하지 않으며, 고정 경계면에서의 중공사막 손상을 억제할 수 있다.

본 발명은 모듈 케이스내에 중공사막을 일체형으로 고정함으로써 종래 헤더 부품과 모듈 캡 사이의 연결부위에서 누수가 발생하는 것을 효과적으로 억제하고, 집수부내 중공사막 말단이 접착제 말단면과 일치하게 열려있어 집수부내에서 투과수 흐름이 원활한 일체형 침지식 중공사막 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다. 또 한 중공사막을 모듈 케이스에 심어 고정하는 공정(고정공정)에서 원심성형 대신에 침적(Dipping) 방식을 채택함으로써 설비투자비가 감소되면서 설비 확장성이 향상될 수 있다.

Claims (6)

1. 중공사막의 말단(1a)이 침지식 모듈 케이스의 집수부 내 접착제 말단면과 일치하게 열려있고, 상기 침지식 모듈 케이스에 하단부가 접착제로 이루어진 제1고정부가 형성되어 있는 중공사막 다발인 포팅뭉치가 접착제로 이루어진 제2고정부에 의해 침지식 모듈케이스에 일체로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 침지식 중공사막 모듈.
2. 침지식 중공사막 모듈의 모듈 케이스 내에 중공사막 다발을 고정함에 있어서, (ⅰ) 중공사막 다발의 하단부를 접착제로 접착시켜 제1고정부를 형성한 다음, 상기 고정부를 절단하여 포팅뭉치를 제조하는 제1 공정과, (ⅱ) 상기 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스에 삽입한 후 그 위에 접착제를 주입하여 제2고정부를 형성함으로써 포팅뭉치를 침지식 모듈 케이스에 고정하는 제2 공정을 포함하는 일체형 침지식 중공사막 모듈의 고정방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 공정이 침적(Dipping) 방식으로 수행되는 일체형 침지식 중공사막 모듈의 고정방법.
4. 제2항에 있어서, 제1 공정 전에 중공사막의 말단을 실링(Sealing) 처리하는 공정을 포함하는 일체형 침지식 중공사막 모듈의 고정방법.
5. 제2항에 있어서, 제2 공정으로 형성된 제2고정부 위에 제2 공정에서 사용한 접착제보다 경도가 상대적으로 낮은 접착제를 주입하여 연질부분을 형성하는 제3 공정을 더 포함하는 일체형 침지식 중공사막 모듈의 고정방법.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항의 고정방법을 포함하는 일체형 침지식 중공사막 모듈의 제조방법.

Images