KR102018808B1 - 원수와 역세수의 유량 분배성이 우수한 가압식 막 모듈 - Google Patents

원수와 역세수의 유량 분배성이 우수한 가압식 막 모듈 Download PDF

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Abstract

원수 유입부, 백워싱용 유입부에 분배판을 설치하여, 원수와 역세수의 유량 분배성이 우수한 가압식 막 모듈에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 가압식 막 모듈은 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키기 위한 복수의 막을 포함하고, 세정 시 역세수가 유입되는 제1백워싱용(pore washing) 유입부, 제2백워싱용 유입부를 포함하는 원통형의 가압식 막 모듈 본체; 상기 여과 처리된 생산수가 배출되거나, 역세수가 유입되는 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부를 포함하고, 상기 가압식 막 모듈 본체의 상부에 배치되는 상부캡; 및 상기 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되는 원수 유입부 및 역세수 유출부를 포함하고, 상기 가압식 막 모듈 본체의 하부에 배치되는 하부캡;을 포함하고, 상기 제1백워싱용 유입부, 제2백워싱용 유입부, 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부, 원수 유입부 및 역세수 유출부는 상기 원수와 역세수의 유량을 균등하게 분배하기 위해, 통로 내부에 분배판이 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

원수와 역세수의 유량 분배성이 우수한 가압식 막 모듈{A PRESSURIZED MEMBRANE MODULE WITH SUPERIOR FLOW DISTRIBUTION OF FEED WATER AND BACKWASHING WATER}
본 발명은 가압식 막 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가압식 막 모듈의 원수 유입부, 백워싱용 유입부에 분배판을 설치하여, 원수와 역세수의 유량 분배성이 우수한 가압식 막 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 오염물질을 내포한 원수를 수처리하여 정수하는 장치에 있어서, 오염물질을 분리 여과하여 제거하기 위한 정수장치나 오폐수 처리장치에 이용되는 여과막(membrane)은 0.1~0.5㎛의 미세공극의 정밀 여과막과 0.001~0.1㎛의 미세 공극의 한외 여과막으로 구분하고 있다. 이를 다시 막의 형태에 따라 분류하면 평판 형태의 평막과 실 형태의 중공사막으로 구분할 수 있다. 또한, 막을 이용한 정수 처리형태에 따라 분류하면 오염원수탱크 내부에 침적시켜서 사용하는 침지식 막 모듈 정수장치와, 압력용기 내부에 고정하고 오염원수를 가압시켜 사용하는 가압식 막 모듈 정수장치로 구별될 수 있다.
기존의 막 모듈은 좁은 원수 유입관으로부터 평균 1 bar 및 역세수 유입관으로부터 약 3-7 bar의 강한 수압을 가진 유입수 및 역세수가 상대적으로 넓은 막 모듈의 내부로 들어오면서 유입 압력이 일정부분에 집중되는 현상이 발생한다. 이는 막의 단사 또는 지역적 막 오염 등의 문제의 원인이 된다. 이에 따라, 막 유입관을 통해 들어온 유입수가 막에 닿기 전에 유입수를 균등하게 분배하기 위한 다양한 형태의 모듈이 부착되는 연구가 진행되고 있다.
하지만, 이러한 모듈들은 유입압력을 저하하여 차압을 상승시키는 원인이 되며, 기존 모듈에 복잡하고 추가적인 모듈이 설치되어야 하는 단점을 가지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1625603호(2016.05.31. 공고)에서는 중공사막 고정모듈 및 이를 구비한 정수 장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 원수와 역세수의 유량 분배성이 우수한 가압식 막 모듈을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압식 막 모듈은 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키기 위한 복수의 막을 포함하고, 세정 시 역세수가 유입되는 제1백워싱용(pore washing) 유입부, 제2백워싱용 유입부를 포함하는 원통형의 가압식 막 모듈 본체; 상기 여과 처리된 생산수가 배출되거나, 역세수가 유입되는 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부를 포함하고, 상기 가압식 막 모듈 본체의 상부에 배치되는 상부캡; 및 상기 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되는 원수 유입부 및 역세수 유출부를 포함하고, 상기 가압식 막 모듈 본체의 하부에 배치되는 하부캡;을 포함하고, 상기 제1백워싱용 유입부, 제2백워싱용 유입부, 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부, 원수 유입부 및 역세수 유출부는 상기 원수와 역세수의 유량을 균등하게 분배하기 위해, 통로 내부에 분배판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 분배판은 2개 이상의 판형이 중심에서 교차된 분배판일 수 있다.
상기 분배판은 지름이 다른 2개 이상의 관형이 배치된 분배판일 수 있다.
상기 2개 이상의 판형이 중심에서 교차된 분배판은 상부캡 또는 하부캡의 영역까지 연장되어 형성되되, 연장된 일단에 상기 가압식 막 모듈 본체 측으로 갈수록 관경이 넓어지는 콘 형태가 형성될 수 있다.
상기 지름이 다른 2개 이상의 관형이 배치된 분배판은 상기 가압식 막 모듈 본체와 근접한 일단에 상기 가압식 막 모듈 본체 측으로 갈수록 관경이 넓어지는 콘 형태로 연장되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 가압식 막 모듈은 원수의 유입부(원수 유입부 및 역세수 유출부)와 역세수의 유입부(제1백워싱용 유입부, 제2백워싱용 유입부, 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부)에 분배판을 설치하여 원수와 역세수의 유량을 균일하게 분배함에 따라, 막 모듈의 전체 영역에서 원수와 역세수가 균일하게 통과될 수 있다.
이에 따라, 가압식 막 모듈 내부에서 원수와 역세수의 유속이 일정하게 유지되어 막의 단선 또는 열화 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가압식 막 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가압식 막 모듈의 상부캡, 가압식 막 모듈 본체 및 하부캡을 분리한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분배판의 유형(case 1, case 2)을 나타낸 것이다.
도 4는 분배판이 없는 경우와 분배판이 있는 경우, 가압식 막 모듈 내에서의 원수의 흐름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 분배판이 설치되지 않은 가압식 막 모듈 및 분배판(case 1, case 2)이 설치된 원수 유입부 및 역세수 유출부(31)의 내부 모습을 나타낸 것이다.
도 6은 분배판(case 1, case 2)의 설치 유무에 따른 가압식 막 모듈의 원수의 유입부(원수 유입부 및 역세수 유출부(31)) 상부판에서의 유속을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원수와 역세수의 유량 분배성이 우수한 가압식 막 모듈에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 가압식 막 모듈은 가압한 원수를 막 모듈 내에 유입시켜 막에 의해서 여과를 행하는 타입의 가압형 막 모듈이다. 투과 방식은 원수가 막 내부로 들어가서 외부로 투과하는 형태인 In-Out 방식과 원수가 막 외부로 들어가서 내부로 투과하는 형태인 Out-In 방식에 모두 사용할 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가압식 막 모듈은 가압식 막 모듈 본체(10), 상부캡(20) 및 하부캡(30)을 포함한다. 이때, 원수가 유입되는 원수 유입부 및 역세수 유출부(31)와 역세수가 유입되는 제1백워싱용 유입부(14), 제2백워싱용 유입부(15), 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부(21)에 분배판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
가압식 막 모듈 본체(10)
가압식 막 모듈 본체(10)는 원통형의 용기(11) 및 상기 원통형의 용기(11)의 내부 공간에 포함되는 복수의 막(12)을 포함한다. 상기 원통형의 용기(11)의 소재는 특별히 제한되지는 않지만, 생산성, 비용, 경량화, 내구성을 고려하여 폴리염화비닐(PVC), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체(ABS) 등의 수지로 형성될 수 있다. 상기 복수의 막(12)은 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키는 역할을 한다. 상기 막의 길이는 가압식 막 모듈 본체(10)의 외형의 크기에 따라 조절될 수 있으며, 대략 1~5m일 수 있다. 상기 막은 다공질인 것이 바람직하며, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 유기 소재나 세라믹 등의 무기 소재로 형성될 수 있다. 바람직하게는 막의 강도의 관점에서 폴리불화비닐리덴(PVDF)계 재질로 형성될 수 있다. 막의 표면에 포함되는 세공의 직경은 대략 0.0001~1㎛일 수 있다. 막의 외경은 막의 요동성이 높고 세정성이 우수하도록 0.5~2mm일 수 있고, 내경은 0.3~1mm일 수 있다.
상기 복수의 막(12)의 양쪽 말단 부분은 모듈 본체(10) 내부에서 고정되어야 하므로, 막과 모듈의 접착부(13a,13b)에 의해 접착 고정될 수 있다. 상기 막과 모듈의 접착부(13a,13b)의 재질은 에폭시 수지, 우레탄 수지 등의 열경화성 수지일 수 있다.
상기 막 모듈에서 상부쪽의 접착부(13a)는 운영방식에 따라 폐쇄 또는 개방될 수 있다,
상기 가압식 막 모듈 본체(10)의 측면의 상단부에는 세정 시 역세수가 유입되는 제1백워싱용 유입부(14)와 제1백워싱용 유입부(15)가 형성된다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1백워싱용 유입부(14)와 제1백워싱용 유입부(15)는 관로와 같은 통로로 형성되는데, 이 통로 내부에 분배판을 설치하여 역세수의 유량을 균등하게 분배시키는 것이 바람직하다.
상기 분배판은 2가지 유형으로 설계할 수 있는데, 도 4에 도시한 바와 같이, 2개 이상의 판형이 중심에서 교차되는 형태(case 1)이거나, 또는 지름이 다른 2개 이상의 관형이 배치되는 형태(case 2)일 수 있다.
2개 이상의 판형이 중심에서 교차되는 형태인 경우에는 예를 들어, 2개의 판형이 중심에서 교차되면 통로 내부가 4개의 영역으로 분할되고, 3개의 판형이 중심에서 교차되면 통로 내부가 6개의 영역으로 분할된다.
그리고, 상기 2개 이상의 판형이 중심에서 교차된 분배판은 상부캡(20) 또는 하부캡(30)의 영역까지 연장되어 형성되되, 연장된 일단에 가압식 막 모듈 본체(10) 측으로 갈수록 관경이 넓어지는 콘 형태가 형성될 수 있다.
지름이 다른 2개 이상의 관형이 배치되는 형태인 경우에는 대롱모양과 같은 속이 빈 원기둥이 2개 이상 배치되되 지름이 서로 다른 관형이 배치되어 통로 내부가 분할된다. 예를 들어, 제1관형이 통로 내부에 배치되고, 상기 제1관형보다 지름이 작은 제2관형이 상기 제1관형의 내부에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 지름이 다른 2개 이상의 관형이 배치된 분배판은 상기 가압식 막 모듈 본체(10)와 근접한 일단에 상기 가압식 막 모듈 본체(10) 측으로 갈수록 관경이 넓어지는 콘 형태로 연장되는 것일 수 있다.
이처럼, 가압식 막 모듈의 제1백워싱용 유입부(14)와 제2백워싱용 유입부(15)에 분배판을 설치하여 역세수의 유량을 분배할 수 있으며, 이는 역세수의 높은 유입압력에 의해 막에 가해지는 수압을 균등하게 분배하면서도 수압을 감소시키지 않음으로써, 차압을 떨어뜨리지 않는 효과가 있다. 또한, 단순히 제1백워싱용 유입부(14)와 제2백워싱용 유입부(15)에 분배판을 설치하여 설비투자 비용을 크게 상승시키지 않아 상용화 가능성을 높일 수 있다.
상기 제1백워싱용 유입부(14)와 제2백워싱용 유입부(15) 각각에 유입되는 역세수의 압력은 대략 3~7bar 일 수 있다.
상부캡(20)
상부캡(20)은 상기 가압식 막 모듈 본체(10)의 상부에 배치되어 탈착이 가능하고, 상기 가압식 막 모듈 본체(10)로부터 여과 처리된 생산수가 배출되거나, 역세수가 유입되도록 제3백워싱용 유입부 및 생산수 유출부(21)를 포함한다. 상기 제3백워싱용 유입부 및 생산수 유출부(21)는 상부캡(20)의 상부 영역 및 중앙 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1백워싱용 유입부(14)와 제2백워싱용 유입부(15)에서 설명한 바와 같이, 상기 제3백워싱용 유입부 및 생산수 유출부(21)에 설치되는 분배판은 2가지 유형으로 설계하는 것이 바람직하며, 분배판에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제3백워싱용 유입부 및 생산수 유출부(21)에 유입되는 역세수의 압력은 대략 3~7bar 일 수 있다.
하부캡(30)
하부캡(30)은 상기 가압식 막 모듈 본체(10)의 하부에 배치되어 탈착이 가능하다. 상기 하부캡(30)은 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되도록 원수 유입부 및 역세수 유출부(31)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 원수 유입부 및 역세수 유출부(31)는 관로와 같은 통로로 형성되는데, 이 통로 내부에 분배판을 설치하여 원수의 유량을 균등하게 분배시키는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 상기 분배판은 2가지 유형으로 설계하는 것이 바람직하며, 분배판에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 원수 유입부 및 역세수 유출부(31)에 유입되는 원수의 압력은 대략 0.5~1.5bar 일 수 있다.
도 4는 분배판이 없는 경우와 분배판이 있는 경우, 가압식 막 모듈 내에서의 원수의 흐름을 개략적으로 도시한 것이다. 도 5는 분배판이 설치되지 않은 가압식 막 모듈 및 분배판(case 1, case 2)이 설치된 원수 유입부 및 역세수 유출부(31)의 내부 모습을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 분배판이 설치되지 않은 원수 유입부 및 역세수 유출부는 유입된 원수가 막이 부착된 지점에서부터 원수가 분배되는 형태임을 예측할 수 있다.
도 6은 분배판(case 1, case 2)의 설치 유무에 따른 가압식 막 모듈의 원수의 유입부(원수 유입부 및 역세수 유출부(31)) 상부판에서의 유속을 나타낸 그래프이다.
원수 유입부 및 역세수 유출부(31)에 분배판이 설치되지 않은 경우, 가압식 막 모듈의 중심부(section 1~3)에 원수의 유속이 가장 빨라 원수가 편중되는 현상을 보였으며, 평균 유속은 0.364m/s였다.
원수 유입부 및 역세수 유출부(31)에 분배판(case 1)이 설치된 경우, 중심부에서도 유속이 빠르지만, 중간 부분(section 4~7)에도 원수가 분배되며, 말단 부분(section 8~9)에도 일정한 유속이 유지되어 유량이 균등하게 분배되었다. 평균 유속은 0.299m/s였다.
원수 유입부 및 역세수 유출부(31)에 분배판(case 2)이 설치된 경우, 모든 부분(section 1~9)에서 유속이 일정하게 유지되어 유량이 균등하게 분배되었다. 평균 유속은 0.192m/s였다.
이상의 결과에서와 같이, 분배판이 설치되지 않은 경우에 유속이 가장 빨랐는데, 이는 중심부로 유량이 심하게 편중되어 그 지점에서만 상당히 높은 유속을 보이면서 전체 평균 유속이 높게 산정되었기 때문이다.
이와 반대로, 분배판이 설치된 경우(case 1, case 2)에 모든 지점에서 유량의 배분이 균등하게 유지되면서 평균 유속이 낮게 유지되었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 가압식 막 모듈 본체
11 : 원통형의 용기
12 : 복수의 막
13a, 13b : 막과 모듈의 접착부
14 : 제1백워싱용 유입부
15 : 제2백워싱용 유입부
20: 상부캡
21 : 제3백워싱용 유입부 및 생산수 유출부
30: 하부캡
31 : 원수 유입부 및 역세수 유출부

Claims (5)

  1. 원수를 여과시키거나, 세정 시 역세수를 통과시키기 위한 복수의 막을 포함하고, 세정 시 역세수가 유입되는 제1백워싱용(pore washing) 유입부, 제2백워싱용 유입부를 포함하는 원통형의 가압식 막 모듈 본체;
    상기 여과 처리된 생산수가 배출되거나, 역세수가 유입되는 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부를 포함하고, 상기 가압식 막 모듈 본체의 상부에 배치되는 상부캡; 및
    상기 원수가 유입되거나, 세정 시 역세수가 배출되는 원수 유입부 및 역세수 유출부를 포함하고, 상기 가압식 막 모듈 본체의 하부에 배치되는 하부캡;을 포함하고,
    상기 원수와 역세수의 유량을 균등하게 분배하기 위해, 상기 제1백워싱용 유입부, 제2백워싱용 유입부, 생산수 유출부 및 제3백워싱용 유입부, 원수 유입부 및 역세수 유출부 내부에 분배판이 설치되는 것을 특징으로 하는 가압식 막 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분배판은 2개 이상의 판형이 중심에서 교차된 분배판인 것을 특징으로 하는 가압식 막 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2개 이상의 판형이 중심에서 교차된 분배판은 상부캡 또는 하부캡의 영역까지 연장되어 형성되되, 연장된 일단에 상기 가압식 막 모듈 본체 측으로 갈수록 관경이 넓어지는 콘 형태가 형성되는 것을 특징으로 하는 가압식 막 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분배판은 지름이 다른 2개 이상의 관형이 배치된 분배판인 것을 특징으로 하는 가압식 막 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지름이 다른 2개 이상의 관형이 배치된 분배판은 상기 가압식 막 모듈 본체와 근접한 일단에 상기 가압식 막 모듈 본체 측으로 갈수록 관경이 넓어지는 콘 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 가압식 막 모듈.
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