KR101991790B1

KR101991790B1 - 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치 및 세정방법

Info

Publication number: KR101991790B1
Application number: KR1020180009363A
Authority: KR
Inventors: 이상호; 최용준; 신용현; 최지혁
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-06-21

Abstract

본 발명은 막증류모듈의 원수측과 여과수측의 온도를 역전시켜 여과수의 흐름방향을 바꾸어 분리막에 발생한 오염을 세정하도록 하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치는, 분리막을 통해 원수의 일부를 여과수로 여과하는 MD모듈부; 상기 MD모듈부의 원수측으로 고온의 원수를 공급하기 위한 원수공급부; 상기 MD모듈부의 여과수측으로부터 여과수를 공급받아 저장하고 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 원수측 또는 여과수측으로 공급하기 위한 여과수공급부; 및 상기 여과수공급부로부터 여과수의 일부를 공급받아서 저장하고 상기 저장된 여과수를 가열하여 고온의 여과수를 상기 여과수측으로 공급하는 세정수공급부를 포함하고, 상기 MD모듈부의 여과공정시 상기 원수공급부는 상기 고온의 원수를 상기 MD모듈부의 원수측으로 공급하고 상기 여과수공급부는 상기 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 여과수측으로 공급하며, 상기 MD모듈부의 역세정공정시 상기 여과수공급부는 상기 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 원수측으로 공급하고 상기 세정수공급부는 상기 고온의 여과수를 상기 MD모듈부의 여과수측으로 공급한다.

Description

온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치 및 세정방법{Apparatus and method for cleaning membrane of membrane distillation module using temperature reversal}

본 발명은 막증류모듈의 분리막 세정장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 막증류모듈의 원수측과 여과수측의 온도를 역전시켜 여과수의 흐름방향을 바꾸어 분리막에 발생한 오염을 세정하도록 하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 막증류법은 막여과법과 증발법을 결합시킨 수처리 방법으로서 막증류모듈(membrane distillation module)의 원수측과 여과수측 간의 온도차를 이용하여 소수성 표면을 갖는 다공성의 분리막을 통해 원수로부터 순수한 증기상태로 물을 분리하는 공정이다(한국공개특허 제2008-0082627호 참조).

이러한 막증류모듈에서 고온의 원수와 저온의 여과수 사이에 형성되는 온도차이로 인해 형성되는 물의 증기압 차이는 액체 상태의 물이 수증기 상태로 전환되면서 원수측으로부터 여과수측으로 이동하게 만드는 구동력이 된다.

막증류법에 의해 처리되는 원수는 막증류모듈의 분리막의 한쪽 면과 접촉하게 되지만 분리막 표면의 높은 소수성 때문에 발생된 표면장력으로 인해 원수가 분리막의 기공안으로 투과되지 않는다. 이로 인해 물은 투과하지 못하고 증기만 분리막을 통과하게 하여 증기로부터 여과수(담수)를 만들게 된다.

이때, 이러한 분리막을 통한 수처리 과정 중에 원수에 포함된 오염물질이 분리막에 의해 분리되어 분리막에 부착되며, 이는 분리막의 오염을 발생시키게 된다.

막증류모듈의 분리막이 오염되면 여과수 양이 감소하며 여과수의 수질이 저하될 뿐 아니라 분리막 기공으로 원수가 침투하여 분리막의 수처리 기능이 상실되는 막젖음(membrane wetting) 현상이 발생하게 된다.

이러한 분리막 오염을 방지하기 위해 종래에는 오염물질이 부착된 분리막의 반대방향에서 처리수를 공급하여 분리막의 오염물질 세정을 실시한다. 그러나 막증류를 이용하는 막증류모듈의 분리막은 물은 통과하지 못하고 증기만 통과하므로 물에 의한 세정이 불가능하고, 높은 수압으로 물에 의한 세정을 실시하더라도 분리막 내부로 물이 직접 침투할 경우 수처리 기능이 상실되기 때문에 막증류모듈의 분리막에는 기존의 세정방법을 적용할 수 없는 문제점이 있다.

한국공개특허 제2008-0082627호 한국등록특허 제1342689호

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 막증류모듈에서 원수측과 여과수측의 온도를 반대로 역전시켜 증기의 방향을 반대방향으로 함으로써 원수측 분리막에 형성된 오염물질을 세정하도록 하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치 및 세정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치는, 분리막을 통해 원수의 일부를 여과수로 여과하는 막증류(MD)모듈부; 상기 MD모듈부의 원수측으로 고온의 원수를 공급하기 위한 원수공급부; 상기 MD모듈부의 여과수측으로부터 여과수를 공급받아 저장하고 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 원수측 또는 여과수측으로 공급하기 위한 여과수공급부; 및 상기 여과수공급부로부터 여과수의 일부를 공급받아서 저장하고 상기 저장된 여과수를 가열하여 고온의 여과수를 상기 여과수측으로 공급하는 세정수공급부를 포함하고, 상기 MD모듈부의 여과공정시 상기 원수공급부는 상기 고온의 원수를 상기 MD모듈부의 원수측으로 공급하고 상기 여과수공급부는 상기 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 여과수측으로 공급하며, 상기 MD모듈부의 역세정공정시 상기 여과수공급부는 상기 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 원수측으로 공급하고 상기 세정수공급부는 상기 고온의 여과수를 상기 MD모듈부의 여과수측으로 공급한다.

본 발명에서, 상기 원수공급부는, 상기 원수를 저장하는 원수탱크; 상기 원수탱크에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열하는 제1가열부;를 포함한다.

본 발명에서, 상기 원수탱크로부터 제1배관을 통해 상기 원수측으로 고온의 원수를 공급하고 상기 제1배관에 설치된 제1밸브가 원수의 공급 및 차단을 제어하며, 상기 제1밸브는 여과공정시 개방되어 상기 원수탱크로부터 고온의 원수가 상기 원수측으로 공급되도록 하고 역세정공정시 폐쇄되어 상기 원수탱크로부터 고온의 원수의 상기 원수측으로의 공급을 차단한다.

본 발명에서, 상기 여과공정시 상기 원수탱크로부터 고온의 원수가 상기 원수측으로 공급되면서 상기 MD모듈부의 원수측에서 원수의 일부가 증기의 여과수로 여과되고 남은 원수를 상기 원수측으로부터 상기 원수탱크로 다시 회수한다.

본 발명에서, 상기 여과수공급부는, 상기 MD모듈부의 여과수측으로부터 여과수를 공급받아 저장하는 여과수탱크; 상기 여과수탱크에 저장된 여과수를 기설정된 온도로 냉각하는 냉각부; 를 포함한다.

본 발명에서, 상기 여과수탱크로부터 제2배관을 통해 상기 원수측 또는 여과수측으로 저온의 여과수를 공급하고 상기 제2배관은 상기 여과수측으로 제1분기배관이 분기되고 상기 원수측으로 제2분기배관이 분기되며, 상기 제1,2분기배관에 각각 제2,3밸브가 설치되어 여과공정시 상기 제3밸브는 폐쇄되고 상기 제2밸브가 개방되어 상기 제2배관 및 제1분기배관을 통해 저온의 여과수가 상기 여과수측으로 공급되고 역세정공정시 상기 제2밸브는 폐쇄되고 상기 제3밸브가 개방되어 상기 제2배관 및 제2분기배관을 통해 저온의 여과수가 상기 원수측으로 공급된다.

본 발명에서, 상기 여과수탱크로부터 제3배관을 통해 여과수를 공급하고 상기 제3배관에는 제4밸브가 설치되며 상기 제4밸브는 상기 여과공정시 개방되고 상기 역세정공정시 폐쇄된다.

본 발명에서, 상기 역세정공정시 상기 원수측의 여과수는 상기 원수측에 연결된 배관을 통해 외부로 배출된다.

본 발명에서, 상기 세정수공급부는, 상기 여과수탱크로부터 공급받은 여과수의 일부를 저장하는 세정수탱크; 상기 역세정공정시 상기 세정수탱크에 저장된 여과수를 기설정된 온도로 가열하는 제2가열부를 포함한다.

본 발명에서, 상기 세정수탱크로부터 제4배관을 통해 상기 가열된 고온의 여과수를 상기 여과수측으로 공급하고 상기 제4배관에는 제5밸브가 설치되어 상기 제5밸브는 역세정공정시 개방되어 상기 세정수탱크로부터 고온의 여과수가 상기 여과수측으로 공급되도록 하고 여과공정시 폐쇄되어 상기 여과수탱크로부터 여과수가 상기 여과수측으로 공급되는 것을 차단한다.

본 발명에서, 상기 역세정공정시 상기 세정수탱크로부터 고온의 여과수가 상기 여과수측으로 공급되면서 상기 여과수측에서 여과수의 일부가 증기의 원수측으로 이동하고 남은 여과수를 상기 여과수측으로부터 상기 세정수탱크로 다시 회수한다.

본 발명의 실시 예에 따른 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정방법은, 막증류(MD)모듈부의 원수측으로 고온의 원수를 공급하고 여과수측으로 저온의 여과수를 각각 공급하는 공급단계; 상기 MD모듈부에서 상기 원수측에 공급된 고온의 원수로부터 일부를 분리막을 통해 상기 여과수측으로 증기의 여과수로 생성하는 제1생성단계; 상기 여과수측의 여과수를 여과수탱크로 공급하여 저장하는 제1저장단계; 상기 여과수탱크로부터 상기 저장된 여과수의 일부를 공급받아 세정수탱크에 저장하는 제2저장단계; 상기 공급단계부터 상기 제2저장단계를 기설정된 시간동안 반복수행한 후 상기 세정수탱크에 저장된 여과수를 가열하여 고온의 여과수를 상기 여과수측으로 공급하고 상기 여과수탱크에 저장된 여과수를 냉각하여 저온의 여과수를 상기 원수측으로 공급하는 제3공급단계; 상기 MD모듈부에서 상기 여과수측에 공급된 고온의 여과수로부터 일부를 상기 분리막을 통해 상기 원수측으로 증기의 여과수로 생성하는 제2생성단계; 및 상기 제2생성단계에서 상기 원수측으로 생성되는 증기에 의해 상기 분리막에서 탈거된 오염물질이 포함된 여과수를 배출하는 배출단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 공급단계부터 상기 제2저장단계를 기설정된 시간동안 반복수행한 이후 및 상기 제3공급단계의 이전에, 상기 원수측으로의 원수공급을 차단하고 상기 여과수측으로의 여과수 공급을 차단하는 차단단계를 더 포함한다.

본 발명에서, 상기 차단단계 이후에 상기 원수측의 원수를 외부로 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 원수측으로 원수탱크로부터 원수가 공급되고 상기 원수측에서 원수의 일부가 증기의 여과수로 생성되고 남은 원수를 상기 원수측으로부터 상기 원수탱크로 다시 회수한다.

본 발명에서, 상기 제3공급단계에서 상기 여과수탱크에 저장된 여과수를 냉각하여 저온의 여과수를 상기 원수측으로 공급할 때, 상기 공급단계에서 진행하는 상기 MD모듈부의 원수측으로 고온의 원수 및 상기 여과수측으로 저온의 여과수의 공급을 각각 차단한다.

본 발명에 의하면 막증류 공정이 적용되는 막증류모듈에서 원수측과 여과수측의 온도조정만으로 간편하게 분리막의 오염물질을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 원수로부터 분리막을 통과한 여과수의 생산량에 따라 원수측과 여과수측의 온도역전을 통해 막증류모듈의 여과성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치의 구성 개요도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분리막의 여과에 따른 막증류모듈의 분리막 세정장치의 동작도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분리막의 세정에 따른 막증류모듈의 분리막 세정장치의 동작도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 막증류모듈의 분리막 세정장치에서 온도 역전을 이용한 세정 효과를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결 합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치(100)는 막증류(MD:membrane distillation)모듈부(110), 원수공급부(120), 여과수공급부(130) 및 세정수공급부(140)를 포함하여 구성된다.

막증류모듈부(이하, MD모듈부라 함)(110)는 중앙부의 분리막(111)을 기준으로 일측의 원수측(112)과 타측의 여과수측(113)으로 구분된다. MD모듈부(110)에서는 기본적으로 여과공정을 위해 고온의 원수가 원수측(112)으로 공급되고 여과수측(113)에는 저온의 여과수가 공급된다.

이때, 분리막(111)을 기준으로 고온의 원수와 저온의 여과수 간의 온도 차이로 인해 증기압 차이가 발생하고, 이러한 증기압 차이는 원수측(112)의 원수가 증기로 전환되어 여과수측(113)으로 이동하게 만드는 구동력이 된다.

이에, 이러한 구동력에 의해 MD모듈부(110)에서는 원수측(112)에 공급된 고온의 원수가 분리막(111)을 통해 여과수측(113)으로 증기의 여과수로 전환되어 여과수로 생성된다.

MD모듈부(110)의 원수측(112)에서 원수가 분리막(111)의 일면과 접촉하지만 분리막 표면의 높은 소수성으로 인한 표면장력으로 원수가 분리막(111)의 기공안으로 투과되지 않는다. 이로 인해 액체상태의 원수는 분리막(111)을 투과하지 못하고 증기만이 분리막(111)을 통과하여 여과수측(113)에 증기의 여과수가 생성된다.

이때, 이러한 분리막(111)을 통한 막증류 과정 중 원수측(112)에서는 원수에 포함된 오염물질이 분리막(111)에 의해 분리되어 원수측(112)의 분리막(111)에 부착되어 오염을 발생시키게 된다. 이에 따라 MD모듈부(110)에서는 원수의 여과공정 중에 분리막(111)에 부착된 오염물질을 제거하기 위한 역세정공정도 선택적으로 진행된다.

원수공급부(120)는 MD모듈부(110)의 원수측(112)으로 고온의 원수를 공급한다. 이러한 원수공급부(120)는 원수탱크(121), 제1가열부(122) 및 제1펌프(123)를 포함하여 구성된다.

원수탱크(121)는 원수를 저장한다. 제1가열부(122)는 원수탱크(121)에 저장된 원수를 고온으로 가열한다. 이러한 고온의 원수는 제1펌프(123)의 펌핑에 의해 제1배관(124)를 통해 MD모듈부(110)의 원수측(112)으로 공급된다. 제1배관(124)에는 제1밸브(125)가 설치되어 제1밸브(125)의 개방 및 폐쇄에 따라 제1배관(124)를 통해 공급되는 원수의 공급 및 차단을 제어한다.

이때, 제1밸브(125)는 여과공정시 개방되어 원수탱크(121)로부터 고온의 원수가 원수측(112)으로 공급되도록 하고 역세정공정시 폐쇄되어 원수탱크(121)로부터 고온의 원수가 원수측(112)으로 공급되는 것을 차단하도록 한다.

또한, 여과공정시 원수탱크(121)로부터 고온의 원수가 원수측(112)으로 공급되면서 원수측(112)에서 원수의 일부가 증기의 여과수로 여과되고 남은 원수는 제5배관(126)을 통해 원수측(112)으로부터 원수탱크(121)로 다시 회수되도록 한다.

여과수공급부(130)는 MD모듈부(110)의 여과수측(113)으로부터 여과수를 공급받아 저장하고 저온의 여과수를 MD모듈부(110)의 원수측(112) 또는 여과수측(113) 중에서 선택된 하나로 공급한다. 이러한 여과수공급부(130)는 여과수탱크(131), 냉각부(132), 제2펌프부(133)를 포함하여 구성된다.

이러한 여과수탱크(131)는 MD모듈부(110)의 여과수측(113)으로부터 여과수를 제6배관(137)을 통해 공급받아 저장한다. 냉각부(132)는 여과수탱크(131)에 저장된 여과수를 저온으로 냉각한다. 이러한 저온의 여과수는 제2펌프(133)의 펌핑에 의해 제2배관(134)를 통해 MD모듈부(110)의 원수측(112) 또는 여과수측(113)으로 공급된다.

이때, 여과수탱크(131)로부터 원수측(112) 또는 여과수측(113)으로 저온의 여과수를 공급하기 위한 제2배관(134)은 여과수측(113)으로는 제1분기배관(1341)이 분기되고 원수측(112)으로는 제2분기배관(1342)이 분기되며, 제1분기배관(1341) 및 제2분기배관(1342)에는 각각 제2,3밸브(135,136)가 설치된다.

MD모듈부(110)의 여과공정시 제3밸브(136)는 폐쇄되고 제2밸브(135)가 개방되어 제2배관(134) 및 제1분기배관(1341)을 통해 저온의 여과수가 여과수측(113)으로 공급되고, 반대로 역세정공정시 제2밸브(135)는 폐쇄되고 제3밸브(136)가 개방되어 제2배관(134) 및 제2분기배관(1342)을 통해 저온의 여과수가 원수측(112)으로 공급된다.

세정수공급부(140)는 고온의 여과수를 원수측(112)으로 공급한다. 이러한 세정수공급부(140)는 세정수탱크(141), 제2가열부(142) 및 제3펌프(143)를 포함하여 구성된다.

세정수탱크(141)는 여과수공급부(130)로부터 여과수의 일부를 공급받아 저장한다. 제2가열부(142)는 세정수탱크(141)에 저장된 여과수를 고온으로 가열한다. 이와 같이 가열된 고온의 여과수는 제3펌프(143)에 의해 제3배관(144)을 통해 원수측(112)로 공급된다. 제3배관(144)에는 제4밸브(145)가 설치되어 제4밸브(145)의 개방 및 폐쇄에 따라 제3배관(144)를 통해 원수측(112)으로 공급되는 여과수의 공급 및 차단을 제어한다.

이는 MD모듈부(110)의 여과공정시 제4밸브(145)는 폐쇄되어 세정수탱크(141)에서 원수측(112)으로 여과수가 공급되지 않고 MD모듈부(110)의 역세정공정시 제4밸브(145)는 개방되어 세정수탱크(141)에서 원수측(112)으로 고온의 여과수가 공급된다. 이때 공급되는 여과수는 가열부(142)에 의해 고온으로 가열된 여과수이다.

세정수탱크(141)는 제4배관(151)을 통해 여과수탱크(131)로부터 여과수를 공급받는다. 이러한 여과수 공급을 위해 펌프(152)가 마련될 수도 있다. 또한, 제4배관(151)에는 제5밸브(153)가 설치되어 제4배관(151)을 통한 여과수의 공급 및 차단을 제어한다. 즉, 제5밸브(153)는 MD모듈부(110)의 여과공정시에 개방되어 여과수탱크(131)로부터 세정수탱크(141)로 여과수가 공급되도록 하고, 반대로 역세정공정시에는 폐쇄되어 여과수가 공급되지 않도록 한다.

여기서, 상기와 같은 MD모듈부(110)의 역세정공정시 원수측(112)의 여과수는 원수측(112)에 연결된 제7배관(161)을 통해 외부로 배출된다. 이는 역세정공정에서 여과수측(113)에서 원수측(112)으로 증기가 이동하면서 원수측(112)의 분리막(111)에 부착된 오염물질이 탈락되면서 원수측(112)의 여과수에 포함되기 때문에 오염된 여과수일 가능성이 매우 높기 때문에 이를 외부로 배출하기 위한 것이다.

이와 같은 구성에서 상기한 바와 같이 MD모듈부(110)의 여과공정시에는 여과수공급부(130)에서 저온의 여과수를 MD모듈부(110)의 여과수측(113)으로 공급함으로써 여과공정시에는 원수측(112)에서 여과수측(113)으로 증기가 이동하도록 하고, 반대로 MD모듈부(110)의 역세정공정시에는 여과수공급부(130)는 저온의 여과수를 MD모듈부(110)의 원수측(112)으로 공급하면서 세정수공급부(140)에서 고온의 여과수를 MD모듈부(110)의 여과수측(113)으로 공급함으로써 역세정공정에서는 여과공정과는 반대방향으로 여과수측(113)에서 원수측(112)으로 증기가 이동하도록 하여 원수측(112)의 분리막(111)의 표면에 부착된 오염물질을 제거하도록 한다.

상기에서 각종 밸브와 제1,2가열부, 냉각부는 제어부(미도시)에 의해 그 동작이 제어된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 막증류모듈의 분리막 세정장치에서 여과공정에 따른 물의 흐름을 도시한 동작도이다. 도 2에서 여과공정에 따른 물의 흐름은 굵은 선으로 표시된다. 도 2를 참조하면, MD모듈부(110)의 여과공정시에는 먼저 원수탱크(121)에 저장된 원수를 제1가열부(122)가 고온으로 가열하고 제1밸브(125)를 개방하여 MD모듈부(110)의 원수측(112)로 고온의 원수를 공급한다. 이때, 필요에 따라 이러한 고온의 원수 공급을 위해 제1펌프(123)을 이용할 수도 있다.

또한, 여과수탱크(131)에 저장된 여과수를 냉각부(132)가 저온으로 냉각하고 제2밸브(1341)를 개방하여 MD모듈부(110)의 여과수측(113)으로 저온의 여과수를 공급한다. 이때, 필요에 따라 이러한 저온의 여과수 공급을 위해 제2펌프(133)를 이용할 수도 있다.

이와 같이 MD모듈부(110)의 원수측(112)과 여과수측(113)에 각각 고온의 원수와 저온의 여과수가 각각 공급되므로 MD모듈부(110)의 원수측(112)에서 원수의 일부가 증기로 전환되어 여과수측(113)으로 이동하여 여과수가 생성된다. 이때, 이러한 여과공정을 위해서는 원수와 여과수의 온도 차이가 기설정된 온도차 이상이 되어야 한다. 예컨대 본 발명에서는 원수와 여과수 간의 온도 차이가 최소 10℃ 이상 차이가 나도록 함이 바람직하다.

이러한 동작은 일정한 시간동안 계속 진행된다. 여기서, 원수측(112)에서 공급된 원수는 그 일부가 증기로 전환되는데, 나머지 원수는 배관(126)을 통해 다시 원수탱크(121)로 회수된다. 이는 원수탱크(121)에 저장된 원수로 원수측(112)의 원수를 계속 순환시키기 위한 것이다. 순환하지 않고 계속 원수측(112)에 원수가 저장되어 있으며 물의 오염이 점차 심해지는 문제가 발생한다.

또한, 여과수측(113)에서 생성되는 여과수는 제6배관(137)을 통해 여과수탱크(131)로 공급되어 여과수탱크(131)에 저장된다. 그리고, 여과수탱크(131)에 저장된 여과수는 여과공정이 진행되는 동안 여과수의 온도를 저온으로 유기하기 위해 냉각부(132)에 의해 계속해서 냉각된다. 나아가, 여과수탱크(131)에 저장된 저온의 여과수는 제4배관(151)을 통해 그 일부가 세정수탱크(141)에 공급된다.

이러한 여과과정을 통해 원수가 여과수로 여과된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 막증류모듈의 분리막 세정장치에서 역세정공정에 따른 물의 흐름을 도시한 동작도이다. 도 3에서 역세정공정에 따른 물의 흐름은 굵은 선으로 표시된다. 도 3을 참조하면 본 발명에서는 상기와 같은 여과공정에서 원수측(112)의 분리막(111)의 표면에 부착되는 오염물질을 제거하기 위한 역세정공정이 진행된다. 이는 여과공정이 기설정된 시간동안 반복수행한 후에 진행됨이 바람직하다. 또는 원수측(112)의 원수의 농도, 여과수측(113)의 여과수 농도, 생성되는 여과수의 양 등등의 값을 이용하여 역세정공정 시점을 결정할 수도 있다. 본 발명에서는 일례로 여과수의 생산량이 초기의 여과수 생산량 대비 85% 미만이 되면 역세정공정을 수행하도록 결정하도록 함이 바람직하다.

MD모듈부(110)에서의 역세정공정을 수행하기 전에 상기한 여과공정을 중단하는 것이 바람직하다. 이를 위해 먼저 제1밸브(125)를 폐쇄시켜 원수탱크(121)에서 원수측(112)으로의 고온의 원수의 공급을 차단하고 제2밸브(134)를 폐쇄하여 세정수탱크(131)에서 MD모듈부(110)의 여과수측(113)으로의 저온의 여과수의 공급을 차단한다.

이러한 과정 이후에 역세정공정시 시작된다. 역세정공정은 상기한 여과공정에서와는 반대로 원수측(112)과 여과수측(113)의 여과수의 온도를 역전시킨다. 구체적으로, 세정수탱크(141)에 저장된 여과수를 제2가열부(142)에서 고온으로 가열한다. 이와 같이 가열된 고온의 여과수는 제3펌프(143)에 의해 여과수측(113)으로 공급된다. 이때, 필요에 따라 이러한 고온의 여과수 공급을 위해 제3펌프(143)을 이용할 수도 있다.

또한, 여과수탱크(131)에 저장된 여과수를 냉각부(132)가 저온으로 냉각하고 여과공정을 위해 개방되어 있던 제2밸브(1341)는 폐쇄하고 제3밸브(1342)를 개방하여 MD모듈부(110)의 원수측(112)으로 저온의 여과수를 공급한다. 이때, 필요에 따라 이러한 저온의 여과수 공급을 위해 제2펌프(133)를 이용할 수도 있다.

이와 같이 MD모듈부(110)의 원수측(112)과 여과수측(113)에 각각 저온의 여과수와 고온의 여과수가 각각 공급되므로 MD모듈부(110)의 여과수측(112)에서 여과수의 일부가 증기로 전환되어 원수측(112)으로 이동한다.

이때, 이러한 역세정공정을 위해서는 고온의 여과수와 저온의 여과수 간의 온도 차이가 기설정된 온도차 이상이 되어야 한다. 본 발명에서는 예컨대 여과공정에서 원수와 여과수 간의 온도차이와 동일하거나 최대 10℃ 높도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 증기의 이동에 의해 원수측(112)의 분리막(111)의 표면에 부착되어 있던 오염물질이 탈거된다. 이때 탈거되는 오염물질은 원수측(112)의 여과수 내에 포함되므로 제7배관(161)을 통해 외부로 배출하도록 한다. 이를 위해 제7배관(161)에 밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 이러한 동작은 분리막(111)의 세정이 완료될 때까지 계속 진행된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 막증류모듈의 분리막 세정장치에서 온도 역전을 이용한 세정 효과를 도시하는 도면이다. 본 실시 예에 따른 역세정조건은 역세정의 지속시간을 1시간으로 하고, 고온의 여과수와 저온의 여과수 간의 온도차를 각각 30℃, 40℃, 50℃로 하였다. 이때, 여과공정시의 고온의 원수와 저온의 여과수 간의 온도차는 40℃이다.

도 4에 도시된 바와 같이 초기 여과수의 생산량 대비 현재 생산량이 85% 미만이 되면 원수측(112)과 여과수측(113) 간의 온도역전에 의한 세정 효과가 크게 감소하는 것을 알 수 있다. 또한 온도 역전 세정시 온도차가 여과공정 중의 온도차와 동일하거나 10℃ 높을 때 효과가 뛰어난 것을 알 수 있다.

따라서, 온도 역전 세정은 현재의 생산량이 초기 생산량의 85% 미만이 되기 전에 수행하며, 이때 고온의 여과수와 저온의 여과수 간의 온도차가 여과공정 중 고온의 원수와 저온의 여과수 간의 온도차와 동일하거나 최대 10℃ 높도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 MD모듈부에서 원수측과 여과수측에 각각 고온의 원수와 저온의 여과수를 공급하여 원수를 여과수로 여과하도록 하는 중에, 필요에 따라 MD모듈부의 분리막의 역세정공정을 수행할 때 원수측과 여과수측의 온도를 역전시켜, 원수측과 여과수측에 각각 저온의 여과수와 고온의 여과수를 각각 공급하여 여과수측에서 원수측으로 증기가 이동하도록 하여 원수측의 분리막 표면에 부착된 오염물질을 세정하도록 한다.

이와 같이 MD모듈부의 원수측과 여과수측에 공급되는 물의 온도를 여과공중과 반대로 역전시켜 역세정공정을 실시하도록 함으로써 막증류모듈에서 안정적인 세정이 가능하도록 한다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 막증류(MD)모듈부 111 : 분리막
112 : 원수측 113 : 여과수측
120 : 원수공급부 121 : 원수탱크
122 : 제1가열부 123 : 제1펌프
124 : 제1배관 125 : 제1밸브
126 : 제5밸브 130 : 여과수공급부
131 : 여과수탱크 132 : 냉각부
133 : 제2펌프 134 : 제2배관
135 : 제2밸브 136 : 제3밸브
137 : 제6밸브 140 : 세정수공급부
141 : 세정수탱크 142 : 제2가열부
143 : 제3펌프 144 : 제3배관
145 : 제4밸브 151 : 제4배관
152 : 제4펌프 153 : 제5밸브
161 : 제7배관 1341,1342 : 제1,2분기배관

Claims

분리막을 통해 원수의 일부를 여과수로 여과하는 MD모듈부;
상기 MD모듈부의 원수측으로 고온의 원수를 공급하기 위한 원수공급부;
상기 MD모듈부의 여과수측으로부터 여과수를 공급받아 저장하고 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 원수측 또는 여과수측으로 공급하기 위한 여과수공급부; 및
상기 여과수공급부로부터 여과수의 일부를 공급받아서 저장하고 상기 저장된 여과수를 가열하여 고온의 여과수를 상기 여과수측으로 공급하는 세정수공급부; 를 포함하고,
상기 MD모듈부의 여과공정시 상기 원수공급부는 상기 고온의 원수를 상기 MD모듈부의 원수측으로 공급하고 상기 여과수공급부는 상기 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 여과수측으로 공급하며, 상기 MD모듈부의 역세정공정시 상기 여과수공급부는 상기 저온의 여과수를 상기 MD모듈부의 원수측으로 공급하고 상기 세정수공급부는 상기 고온의 여과수를 상기 MD모듈부의 여과수측으로 공급하며,
상기 원수공급부는,
상기 원수를 저장하는 원수탱크; 및
상기 원수탱크에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열하는 제1가열부; 를 포함하며,
상기 원수탱크로부터 제1배관을 통해 상기 원수측으로 고온의 원수를 공급하고 상기 제1배관에 설치된 제1밸브가 원수의 공급 및 차단을 제어하며, 상기 제1밸브는 여과공정시 개방되어 상기 원수탱크로부터 고온의 원수가 상기 원수측으로 공급되도록 하고 역세정공정시 폐쇄되어 상기 원수탱크로부터 고온의 원수의 상기 원수측으로의 공급을 차단하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
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제1항에 있어서, 상기 여과공정시 상기 원수탱크로부터 고온의 원수가 상기 원수측으로 공급되면서 상기 MD모듈부의 원수측에서 원수의 일부가 증기의 여과수로 여과되고 남은 원수를 상기 원수측으로부터 상기 원수탱크로 다시 회수하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
제1항에 있어서, 상기 여과수공급부는,
상기 MD모듈부의 여과수측으로부터 여과수를 공급받아 저장하는 여과수탱크;
상기 여과수탱크에 저장된 여과수를 기설정된 온도로 냉각하는 냉각부; 를 포함하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
제5항에 있어서, 상기 여과수탱크로부터 제2배관을 통해 상기 원수측 또는 여과수측으로 저온의 여과수를 공급하고 상기 제2배관은 상기 여과수측으로 제1분기배관이 분기되고 상기 원수측으로 제2분기배관이 분기되며, 상기 제1,2분기배관에 각각 제2,3밸브가 설치되어 여과공정시 상기 제3밸브는 폐쇄되고 상기 제2밸브가 개방되어 상기 제2배관 및 제1분기배관을 통해 저온의 여과수가 상기 여과수측으로 공급되고 역세정공정시 상기 제2밸브는 폐쇄되고 상기 제3밸브가 개방되어 상기 제2배관 및 제2분기배관을 통해 저온의 여과수가 상기 원수측으로 공급되는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
제6항에 있어서, 상기 여과수탱크로부터 제3배관을 통해 여과수를 공급하고 상기 제3배관에는 제4밸브가 설치되며 상기 제4밸브는 상기 여과공정시 개방되고 상기 역세정공정시 폐쇄되는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
제6항에 있어서, 상기 역세정공정시 상기 원수측의 여과수는 상기 원수측에 연결된 배관을 통해 외부로 배출되는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
제5항에 있어서, 상기 세정수공급부는,
상기 여과수탱크로부터 공급받은 여과수의 일부를 저장하는 세정수탱크;
상기 역세정공정시 상기 세정수탱크에 저장된 여과수를 기설정된 온도로 가열하는 제2가열부를 포함하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
제9항에 있어서, 상기 세정수탱크로부터 제4배관을 통해 상기 가열된 고온의 여과수를 상기 여과수측으로 공급하고 상기 제4배관에는 제5밸브가 설치되어 상기 제5밸브는 역세정공정시 개방되어 상기 세정수탱크로부터 고온의 여과수가 상기 여과수측으로 공급되도록 하고 여과공정시 폐쇄되어 상기 여과수탱크로부터 여과수가 상기 여과수측으로 공급되는 것을 차단하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
제10항에 있어서, 상기 역세정공정시 상기 세정수탱크로부터 고온의 여과수가 상기 여과수측으로 공급되면서 상기 여과수측에서 여과수의 일부가 증기의 원수측으로 이동하고 남은 여과수를 상기 여과수측으로부터 상기 세정수탱크로 다시 회수하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정장치.
MD모듈부의 원수측으로 고온의 원수를 공급하고 여과수측으로 저온의 여과수를 각각 공급하는 공급단계;
상기 MD모듈부에서 상기 원수측에 공급된 고온의 원수로부터 일부를 분리막을 통해 상기 여과수측으로 증기의 여과수로 생성하는 제1생성단계;
상기 여과수측의 여과수를 여과수탱크로 공급하여 저장하는 제1저장단계;
상기 여과수탱크로부터 상기 저장된 여과수의 일부를 공급받아 세정수탱크에 저장하는 제2저장단계;
상기 공급단계부터 상기 제2저장단계를 기설정된 시간동안 반복수행한 후 상기 세정수탱크에 저장된 여과수를 가열하여 고온의 여과수를 상기 여과수측으로 공급하고 상기 여과수탱크에 저장된 여과수를 냉각하여 저온의 여과수를 상기 원수측으로 공급하는 제3공급단계;
상기 MD모듈부에서 상기 여과수측에 공급된 고온의 여과수로부터 일부를 상기 분리막을 통해 상기 원수측으로 증기의 여과수로 생성하는 제2생성단계;
상기 제2생성단계에서 상기 원수측으로 생성되는 증기에 의해 상기 분리막에서 탈거된 오염물질이 포함된 여과수를 배출하는 배출단계를 포함하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정방법.
제12항에 있어서, 상기 공급단계부터 상기 제2저장단계를 기설정된 시간동안 반복수행한 이후 및 상기 제3공급단계의 이전에, 상기 원수측으로의 원수공급을 차단하고 상기 여과수측으로의 여과수 공급을 차단하는 차단단계를 더 포함하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정방법.
제13항에 있어서, 상기 차단단계 이후에 상기 원수측의 원수를 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정방법.
제12항에 있어서, 상기 원수측으로 원수탱크로부터 원수가 공급되고 상기 원수측에서 원수의 일부가 증기의 여과수로 생성되고 남은 원수를 상기 원수측으로부터 상기 원수탱크로 다시 회수하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정방법.
제12항에 있어서, 상기 제3공급단계에서 상기 여과수탱크에 저장된 여과수를 냉각하여 저온의 여과수를 상기 원수측으로 공급할 때, 상기 공급단계에서 진행하는 상기 MD모듈부의 원수측으로 고온의 원수 및 상기 여과수측으로 저온의 여과수의 공급을 각각 차단하는 온도 역전을 이용한 막증류모듈의 분리막 세정방법.