KR20100013830A - 멤브레인 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 내부에 중공이 형성된 외통; 이 외통의 내부에 길이방향으로 길게 배치되는 다수의 분리막; 원수가 유입되는 원수유입구와, 공기가 공급되는 공기공급구가 형성되고, 다수의 분리막의 하단부가 삽입되어 고정되는 하부고정유닛; 다수의 분리막을 통과한 여과수가 외부로 배출되는 여과수배출구와, 다수의 분리막을 통과하지 못한 원수가 외부로 배출되는 원수회수구가 형성되고, 다수의 분리막의 상단부가 삽입되어 고정되는 상부고정유닛; 각 분리막의 상단이 개구되도록 접착제를 도포하여 형성되는 상단접착부; 및 각 분리막의 하단이 폐구되도록 접착제를 도포하여 형성되는 하단접착부를 구비하되, 상단접착부에 인접된 다수의 분리막은 원수회수구와 나란하게 슬릿 형상으로 다수의 분리막군을 형성하고, 분리막군은 원수회수구 방향으로 통로를 형성하도록 서로 이격 배치되며, 원수회수구와 대면하는 위치에 설치되어 다수의 분리막군에 선택적으로 공기를 분사하는 공기공급노즐이 더 구비된 멤브레인 모듈이 제공된다.

멤브레인, 모듈, 캐필러리,

Description

멤브레인 모듈 {Membrane module}

본 발명은 수처리 시스템의 일 구성요소로 적용될 수 있는 멤브레인 모듈(Membrane module)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 분리막을 이용하여 원수를 여과시키는 멤브레인 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 수처리 시스템이란, 예를 들면 건축물의 생활하수나 빗물을 정화하여 건축물의 중수로 재활용하는 것을 말한다. 이와 같은 수처리 시스템에서는 폭기조(미도시)에서 1차 정화된 원수를 재차 여과하기 위하여 다수의 분리막이 내장된 멤브레인 모듈을 적용한다.

상기 멤브레인 모듈로는 탁도가 높은 원수를 처리하기 위하여 외압형을 사용할 수 있다. 이러한 외압형 멤브레인 모듈에서는 하부로부터 간헐적으로 공기를 뿜어 줌으로서 막 표면에 붙어 있는 오염물질이 떨어지도록 한다. 그런데 원수의 탁도가 아주 높거나, 멤브레인 바이오 리액터(Membrane Bio-Reactor;MBR)와 같이 수천 mg/L 수준의 혼합액 부유고형물(Mixed Liquor Suspended Solid;MLSS) 농도에서는 위와 같은 공기 분출 방식이 큰 효과를 발휘하지 못한다.

또한 분리막 모듈의 상단부, 보다 상세하게는 분리막이 접착제에 의해 고정 된 부분으로부터 아래로 인접한 부분에는 고형분, 슬러지 등과 같은 오염 물질이 많이 끼게 된다. 이 때문에 분리막이 절단 파손되고, 막 오염이 심화되어 통수량이 급격히 줄어들게 된다. 더욱이 위와 같은 오염 물질은 세정을 하여도 잘 떨어지지 않기 때문에 멤브레인 모듈의 성능회복이 어렵게 된다. 따라서 운전 시간이 점차 증가함에 따라 에어레이션(Aeration)을 해도 세정 효과는 점점 감소하게 되어, 궁극적으로 막의 수명 단축을 야기하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 오염물질의 제거가 용이하여 성능회복이 쉽고, 궁극적으로 분리막의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구조를 개선한 멤브레인 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 멤브레인 모듈은, 내부에 중공이 형성된 외통; 상기 외통의 내부에 길이방향으로 길게 배치되는 다수의 분리막; 원수가 유입되는 원수유입구와, 공기가 공급되는 공기공급구가 형성되고, 상기 다수의 분리막의 하단부가 삽입되어 고정되는 하부고정유닛; 상기 다수의 분리막을 통과한 여과수가 외부로 배출되는 여과수배출구와, 상기 다수의 분리막을 통과하지 못한 원수가 외부로 배출되는 원수회수구가 형성되고, 상기 다수의 분리막의 상단부가 삽입되어 고정되는 상부고정유닛; 상기 각 분리막의 상단이 개구되도록 접착제를 도포하여 형성되는 상단접착부; 및 상기 각 분리막의 하단이 폐구되도록 접착제를 도포하여 형성되는 하단접착부를 구비하되, 상기 상단접착부에 인접된 상기 다수의 분리막은 상기 원수회수구와 나란하게 슬릿 형상으로 다수의 분리막군을 형성하고, 상기 분리막군은 상기 원수회수구 방향으로 통로를 형성하도록 서로 이격 배치되며, 상기 원수회수구와 대면하는 위치에 설치되어 상기 다수의 분리막군에 선택적으로 공기를 분사하는 공기공급노즐을 더 구비한다.

또한 상기 멤브레인 모듈은 상기 하단접착부에 의해 하단이 개구되도록 고정되고 상기 다수의 분리막 사이에 길이방향로 배치되어, 상기 공기공급구를 통해 공급된 공기를 상기 다수의 분리막 쪽으로 분출하는 공기공급수단을 더 구비할 수 있다.

여기서 상기 공기공급수단은, 다수의 공기분출공이 형성된 캐필러리, 중공사막 및 브레이드 중 선택된 하나일 수 있다.

대안으로서, 상기 공기공급수단은, 상단이 개구되고 서로 다른 길이를 갖는 다수의 브레이드일 수도 있다.

그리고 상기 멤브레인 모듈은, 상기 하단접착부에 의해 하단이 개구되도록 고정되고 상기 다수의 분리막 사이에 길이방향로 배치되는 다수의 공기공급관을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 멤브레인 모듈에 의하면, 공기분사노즐을 이용하여 선택적으로 공기를 분사시킴으로써, 상대적으로 오염물질이 많이 붙어 있는 상부의 분리막에 붙어 있는 오염물질이 원수회수구 쪽으로 용이하게 배출될 수 있게 된다. 특히, 공기분사노즐로부터 분사된 공기가 분리막군 사이에 형성된 통로 사이를 통과함으로써 오염물질의 제거효과는 더욱 향상될 수 있다.

또한 캐필러리, 중공사막 또는 브레이드로 만들어진 공기공급수단은, 분리막과 분리막의 사이 사이에서 공기분출공을 통해 공기를 분출함으로써, 보다 효율적으로 분리막에 붙어 있는 오염물질을 제거할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 모듈을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 모듈이 적용된 수처리 시스템의 일례를 나타낸 개념도, 도 2는 도 1에 나타낸 멤브레인 모듈의 수직 단면도, 도 3 은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도, 도 5는 도 2에 나타낸 공기공급수단의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 수처리 시스템은, 유입된 생활하수 등을 정화하는 폭기조(1)와, 이러한 폭기조(1)를 통과한 원수를 여과하는 멤브레인 모듈(100)과, 이러한 멤브레인 모듈(100)에 공기를 공급하는 멤브레인블로어(2)와, 멤브레인 모듈(100)을 통과한 여과수를 저장하는 처리수저장조(3)를 구비한다. 다만, 여기서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 모듈(100)이 외부 순환식 수처리 시스템의 일 구성요소로 적용된 경우를 나타내었으나, 본 발명의 멤브레인 모듈(100)은 그 용도가 수처리 시스템에 한정되는 것이 아니며, 유입된 원수를 여과하여 정수하는 모든 종류의 정수 시스템 뿐 만 아니라 식품, 바이오, 화학물질의 농축 및 분리 분획에 이르기 까지 다양한 용도에 적용 가능하다고 할 것이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 모듈은, 외통(10)과, 다수의 분리막(20)과, 하부고정유닛(30)과, 상부고정유닛(40)과, 상단접착부(50)와, 하단접착부(60)를 구비한다.

상기 외통(10)은 내부에 중공이 형성된 것으로서, 후술할 다수의 분리막(20)을 둘러싸도록 구비된다. 이러한 외통(10)은 원통 형상이나 사각을 포함한 다각통 형상 등과 같이 다양한 형태가 가능하다.

상기 분리막(20)은 상기 외통(10)의 내부에 길이방향으로 길게 다수개가 삽입된다. 이러한 분리막(20)은 그 내부에 다수의 미세한 홀이 형성되어 원수에 포함 된 오염물을 제거하여 원수를 여과시킬 수 있다.

상기 하부고정유닛(30)은 일단부가 개방된 형상으로서, 상기 다수의 분리막(20)의 하단부가 삽입되어 고정된다. 이러한 하부고정유닛(30)에는 원수가 유입되는 원수유입구(31)와, 공기가 공급되는 공기공급구(32)가 형성되어 있다. 여기서 상기 원수유입구(31)는, 도 2에 도시된 바와 같이 하부고정유닛(30)의 측부에 형성되고, 공기공급구(32)는 하부고정유닛(30)의 하부에 형성되는 것이 바람직하나, 그 형성 위치가 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 하부고정유닛(30)은, 분리막(20)의 측부를 둘러싸는 제1하부고정부(33)와, 이러한 제1하부고정부(33)와 나사결합하고 분리막(20)의 하단을 둘러싸는 제2하부고정부(34)로 구성될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로서 제1하부고정부(33)와 제2하부고정부(34)가 일체로 구성될 수도 있다. 또한 제1하부고정부(33)와 제2하부고정부(34)는 나사결합 이외에 다양한 결합방식에 의해 결합될 수도 있다. 따라서 하부고정유닛(30)의 형상이나 결합방식이 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는 것으로 해석되어야 한다.

상기 상부고정유닛(40)도 일단부가 개방된 형상으로서, 상기 다수의 분리막(20)의 상단부가 삽입되어 고정된다. 이러한 상부고정유닛(40)에는 분리막(20)을 통과한 여과수가 외부로 배출되는 여과수배출구(41)와, 분리막(20)을 통과하지 못한 원수가 외부로 배출되는 원수회수구(42)가 형성되어 있다. 여기서 상기 여과수배출구(41)는 상부고정유닛(40)의 상부에 형성되고, 원수회수구(42)는 상부고정유닛(40)의 측부에 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 상부고정유닛(40)은, 분리막(20)의 측부를 둘러싸는 제1상부고정부(43)와, 이러한 제1상부고정부(43)와 나사 결합하고 분리막(20)의 상단을 둘러싸는 제2상부고정부(44)로 구성될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로서 그 형상이나 결합방식이 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는 것으로 해석되어야 할 것이다.

상기 상단접착부(50)는 다수의 분리막(20) 상단이 고정되도록 접착제가 도포되어 있다. 이 때 분리막(20)의 상단은 분리막의 내부를 흐르는 여과수가 여과수배출구(41) 쪽으로 배출될 수 있도록 개구(開口)되게 접착제를 도포한다.

상기 하단접착부(60)는 다수의 분리막(20) 하단이 고정되도록 접착제가 도포되어 있다. 이 때 분리막(20)의 하단은 공기가 유입되지 않도록 하기 위하여 폐구(閉口)되게 접착제를 도포한다.

위와 같은 본 발명의 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 상단접착부(50)에 인접된 다수의 분리막(20)은 원수회수구(42)와 나란하게 슬릿(Slit) 형상으로 다수의 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e)을 형성한다. 이러한 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e)은 원수회수구(42) 방향으로 통로(S)를 형성하도록 서로 이격 배치된다. 다만, 하단접착부(60)에 인접된 다수의 분리막(20)은 슬릿 형상으로 분리막군을 형성하도록 할 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 방사형으로 배치되도록 할 수도 있다.

그리고 상기 원수회수구(42)와 대면하는 위치에는 다수의 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e)에 선택적으로 공기를 분사하는 공기공급노즐(70)이 설치된다. 상기 공기분사노즐(70)을 이용하여 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e) 쪽으로 공기를 분사시킴으로써, 상대적으로 고형분이나 슬러지 등과 같은 오염물질이 많이 붙어 있는 상부의 분리막으로부터 오염물질이 떨어지게 하여 원수회수구(42) 쪽으로 용이하게 배출될 수 있도록 한다. 특히, 공기분사노즐(70)로부터 분사된 공기가 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e) 사이에 형성된 통로(S) 사이를 통과함으로써 오염물질의 제거효과는 더욱 향상될 수 있다. 여기서 상기 공기분사노즐(70)로부터 분사된 압축 공기가 슬릿 형상의 각 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e)으로 골고루 전달될 수 있도록 하기 위하여 공기분사노즐(70)의 전단에는, 도시되지는 않았지만 공기분배기가 설치될 수 있다.

상기 공기분사노즐(70)은 항상 공기를 분출할 수은 있으나, 공기 주입의 비용이 많이 들 수 있기 때문에 운전 과정 중 역세척을 하거나, 휴지 중에 선택적으로 공기를 분출시켜 분리막(20)의 상단에 축척된 슬러지나 입자를 원수회수구(42)로 배출시키는 것이 바람직하다. 그리고 경우에 따라서는 상기 공기분사노즐(70)를 통해 물 또는 세정제가 분사되도록 함으로써 세정효과를 높일 수도 있다.

상기 멤브레인 모듈(100)은, 상기 하단접착부(60)에 의해 하단이 개구되도록 고정되고 다수의 분리막(20) 사이에 길이방향로 배치되는 다수의 공기공급관(90)을 더 구비할 수 있다. 이러한 공기공급관(90)은 막 표면에 붙어있는 오염물질이 떨어지도록 하여 원수회수구(42) 쪽으로 배출되도록 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 모듈(100)은, 도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 분리막(20) 사이에 길이방향로 배치되어 상기 공기공급구(32)를 통해 공급된 공기를 다수의 분리막(20) 쪽으로 분출하는 공기공급수단(80:80a,80b,80c)을 더 구비할 수 있다.

상기 공기공급수단(80)으로는 다수의 공기분출공(81)이 형성된 캐필러리(Capillary;80a), 브레이드(Braid;80b) 또는 중공사막을 사용할 수 있다. 이러한 캐필러리(80a), 브레이드(80b) 및 중공사막은, 상기 공기공급구(32)를 통해 공급된 공기가 유입될 수 있도록 상기 하단접착부(60)에 의해 그 하단은 개구(開口)되도록 고정된다. 이와 같이 다수의 미세한 공기분출공(81)이 형성된 캐필러리, 브레이드 또는 중공사막으로 만들어진 공기공급수단(80;80a,80b)은, 분리막(20)과 분리막(20)의 사이 사이에서 공기분출공(81)을 통해 공기를 공급함으로써, 보다 효율적으로 분리막(20)에 붙어 있는 오염물질이 제거될 수 있도록 한다. 여기서 공기분출공(81)이 형성된 캐필러리(80a) 또는 브레이드(80b)의 제조방법과 형상에 관해서는, 본 출원의 출원인이 출원하여 공개된 선행기술(특허공개 제2006-00445570호, 특허공개 제2007-0010666호)에 의해 공지된 기술이므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.

한편 도 6에는 상기 공기공급수단(80)의 다른 실시예를 나타낸 도면이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 공기공급수단(80)은, 상단이 개구되고 서로 다른 길이를 갖는 다수의 브레이드(Braid;80c)를 사용한다. 상기 브레이드(80c)는 공기공급구(32)를 통해 공급된 공기가 유입될 수 있도록 상기 하단접착부(60)에 의해 그 하단은 개구(開口)되도록 고정된다. 이와 같이 서로 다른 위치에서 개구된 브레이드(80c)의 상단을 통해 공기가 분출함으로써, 분리막(200)의 모든 위치에서 골고루 공기 분사의 효과를 가질 수 있다. 다만 도 6에서는 브레이드(80c)의 길이가 순차 적으로 길어지거나 짧아지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로서 브레이드(80c)의 길이와 배치 사이에 일정한 상관관계가 존재하는 것은 아니다. 그리고 여기서도 상단만이 개구된 브레이드(80c)의 제조방법과 형상에 관해서는 이미 공지된 기술이므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하도록 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 모듈이 적용된 수처리 시스템의 일례를 나타낸 개념도,

도 2는 도 1에 나타낸 멤브레인 모듈의 수직 단면도,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도,

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도,

도 5는 도 2에 나타낸 공기공급수단의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 6은 도 2에 나타낸 공기공급수단의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...외통 20...분리막

20a,20b,20c,20d,20e...분리막군

30...하부고정유닛 31...원수유입구

32...공기공급구 40...상부고정유닛

41...여과수배출구 42...원수회수구

50...상단접착부 60...하단접착부

70...공기공급노즐 80...공기공급수단

90...공기공급관 100...멤브레인 모듈

S...통로

Claims (5)

1. 내부에 중공이 형성된 외통(10); 상기 외통(10)의 내부에 길이방향으로 길게 배치되는 다수의 분리막(20); 원수가 유입되는 원수유입구(31)와, 공기가 공급되는 공기공급구(32)가 형성되고, 상기 다수의 분리막(20)의 하단부가 삽입되어 고정되는 하부고정유닛(30); 상기 다수의 분리막(20)을 통과한 여과수가 외부로 배출되는 여과수배출구(41)와, 상기 다수의 분리막(20)을 통과하지 못한 원수가 외부로 배출되는 원수회수구(42)가 형성되고, 상기 다수의 분리막(20)의 상단부가 삽입되어 고정되는 상부고정유닛(40); 상기 각 분리막(20)의 상단이 개구되도록 접착제를 도포하여 형성되는 상단접착부(50); 및 상기 각 분리막(20)의 하단이 폐구되도록 접착제를 도포하여 형성되는 하단접착부(60)를 구비하되,

   상기 상단접착부(50)에 인접된 상기 다수의 분리막(20)은 상기 원수회수구(42)와 나란하게 슬릿 형상으로 다수의 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e)을 형성하고, 상기 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e)은 상기 원수회수구(42) 방향으로 통로(S)를 형성하도록 서로 이격 배치되며,

   상기 원수회수구(42)와 대면하는 위치에 설치되어 상기 다수의 분리막군(20a,20b,20c,20d,20e)에 선택적으로 공기를 분사하는 공기공급노즐(70)을 더 구비하는 멤브레인 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하단접착부(60)에 의해 하단이 개구되도록 고정되고 상기 다수의 분리막(20) 사이에 길이방향로 배치되어, 상기 공기공급구(32)를 통해 공급된 공기를 상기 다수의 분리막(20) 쪽으로 분출하는 공기공급수단(80:80a,80b,80c)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
3. 제3항에 있어서,

   상기 공기공급수단(80)은 다수의 공기분출공(81)이 형성된 캐필러리(Capillary;80a), 중공사막 및 브레이드(Braid;80b) 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 하단접착부(60)에 의해 하단이 개구되도록 고정되고 상기 다수의 분리막(20) 사이에 길이방향로 배치되는 다수의 공기공급관(90)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
5. 제2항에 있어서,

   상기 공기공급수단(80)은, 상단이 개구되고 서로 다른 길이를 갖는 다수의 브레이드(Braid;80c)인 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.

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