KR20110088016A - 중공사막 모듈 - Google Patents

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KR20110088016A
KR20110088016A KR1020100007720A KR20100007720A KR20110088016A KR 20110088016 A KR20110088016 A KR 20110088016A KR 1020100007720 A KR1020100007720 A KR 1020100007720A KR 20100007720 A KR20100007720 A KR 20100007720A KR 20110088016 A KR20110088016 A KR 20110088016A
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Abstract

유체의 순환을 통해 유속을 증대시키고 에너지의 소모를 최소화할 수 있고, 내압형과 외압형 시스템의 장점을 복합적으로 취할 수 있도록, 내부에서 원수가 순환되며 수처리가 이루어지는 소모듈과, 상기 소모듈과 연결되어 원수와 에어 및 처리수가 유통되는 배관부를 포함하는 중공사막 모듈을 제공한다.

Description

중공사막 모듈{HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE}
본 발명은 중공사막 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 다양한 운영 방식으로 전환 사용될 수 있는 중공사막 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 분리막을 이용한 수처리는 막 모듈을 처리 대상수 중에 침지시키고 부압을 가하여 여과수를 흡입 여과하는 내압형 시스템과 , 처리 대상수를 분리막이 충진되어 있는 케이싱에 압송시켜 여과하는 외압형 시스템으로 구분된다.
내압형 시스템의 경우 시스템이 간단하고 고농도 및 고점도 용액의 처리가 용이하여 응집, 침전과 같은 전처리 공정이 불필요하다는 등의 장점이 있다. 또한, 막을 침지시켜 내압형 시스템으로 운전을 하는 경우 분리막에 의해 최종 처리수 내 입자성 물질의 완벽한 제거와 더불어 반응조 내에서 고농도의 미생물 농도를 유지시킬 수 있으므로, 활성슬러지 공법에서 보다 높은 미생물의 오염물질 분해 효과를 얻을 수 있게 된다.
그러나 내압형 시스템은 막 모듈 침지를 위한 반응조가 필요하고 구조적으로 제한된 공간으로 인해 증설 등의 대형화의 문제에 있어서 반응조를 증대해야 하는 취약점을 가지고 있다.
즉, 내압형 분리막 시스템을 적용하는 실제 공정에서는 처음 설계된 반응조의 크기가 정해져 있기 때문에 필요한 처리수량의 증대로 처리용량의 증가가 필요한 경우에는 또 다른 반응조의 건설이 불가피한 문제가 생기게 된다.
반면 외압형 시스템의 경우 반응조가 필요 없이 막 모듈을 설치하여 처리대상수를 여과한다. 이러한 시스템은 소비자가 더 큰 처리용량을 요구할 경우 반응조와 별도로 개방된 공간에 추가로 막 모듈을 설치하는 것만으로 필요를 충족시킬 수 있다는 장점이 있다. 이에 대형화가 용이하다.
그러나, 외압형 시스템은 전처리가 필요하고 막의 표면유속 유지를 위한 순환량이 많아 펌프가 커지고 그에 따라 에너지효율이 낮아지는 문제점을 가지게 된다.
이에 유체의 순환을 통해 유속을 증대시키고 에너지의 소모를 최소화할 수 있도록 된 중공사막 모듈을 제공한다.
또한, 내압형 시스템과 외압형 시스템의 장점을 복합적으로 취할 수 있으며 내압형 또는 외압형 시스템에 모두 적용할 수 있는 중공사막 모듈을 제공한다.
또한, 설비의 확장이 자유로운 중공사막 모듈을 제공한다.
또한, 중공사막의 오염을 최소화할 있도록 된 중공사막 모듈을 제공한다.
또한, 설비 구성을 단순화시킬 수 있고 유지 비용을 최소화할 수 있도록 된 중공사막 모듈을 제공한다.
이를 위해 본 장치는 내부에서 원수가 순환되며 수처리가 이루어지는 소모듈과, 상기 소모듈과 연결되어 원수와 에어 및 처리수가 유통되는 배관부를 포함할 수 있다.
본 장치는 상기 소모듈의 상부에 구비되는 배출구를 더 포함하여, 배출구의 개폐정도에 따라 내압형 또는 외압형으로 사용되는 구조일 수 있다.
상기 소모듈은 외형을 이루며 일측면에는 원수가 유입되는 원수유입구와 에어가 유입되는 에어유입구 및 처리수가 배출되는 유출구가 형성된 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되어 하우징 내부를 수처리 영역과 원수 순환 통로로 구획하고 양 선단부에 원수가 유통되는 홀이 형성된 적어도 하나 이상의 격벽, 상기 수처리 영역 내에 구비되고 압력차에 의한 수처리가 이루어지는 중공사막, 상기 중공사막을 하우징에 고정시키기 위한 고정부, 상기 중공사막의 내부통로와 연통되어 중공사막을 거친 처리수가 모아지고 상기 유출구와 연통되는 콜렉터, 상기 하우징의 에어유입구와 연통되어 기포를 중공사막으로 분출하기 위한 산기관, 상기 원수유입구와 연통되고 상기 원수 순환 통로와 연결되어 원수가 공급되는 원수통로를 포함할 수 있다.
상기 격벽은 하우징의 선단쪽에 설치되어 원수 순환 통로가 선단쪽에 형성될 수 있다.
상기 격벽은 하우징의 양측면쪽에 설치되어 원수 순환 통로가 양 측면쪽에 형성될 수 있다.
상기 격벽은 하우징 내에서 중심부를 감싸며 설치될 수 있다.
여기서 상기 격벽에 의해 구획되는 원수 순환 통로는 수처리 영역의 1/3 이상일 수 있다.
상기 하우징은 상부에 설치되는 배출구를 통해 오염물이 농축된 농축수 또는 에어를 배출하는 구조일 수 있다.
상기 산기관은 하우징 내에 형성되고 상기 에어유입구와 연통되는 중앙통로와, 상기 중앙통로와 연통되고 하우징의 수처리 영역 내면을 따라 설치되며 에어를 분출하기 위한 산기공이 형성된 측면산기판, 상기 중앙통로와 연통되고 하우징의 수처리 영역 중앙에 위치하며 에어를 분출하기 위한 산기공이 형성된 중앙산기판, 상기 중앙통로와 연통되고 상기 측면산기판과 중앙산기판 사이에 배치되며 에어를 분출하기 위한 산기공이 형성된 보조산기판을 포함할 수 있다.
상기 하우징의 내면에는 격벽 하단에 형성되는 홀쪽으로 유도판이 돌출 형성되어, 원수를 홀을 통해 수처리 영역으로 유도하는 구조일 수 있다.
상기 하우징은 수처리 영역에서 격벽과 하우징 내벽 사이에 설치되고 중공사막의 길이방향으로 연장되는 중앙격벽을 더 포함할 수 있다.
상기 배관부는 측면에 원수가 공급되는 원수연결구가 형성되어 소모듈과 연결되는 원수관과, 측면에 에어가 공급되는 에어연결구가형성되어 소모듈과 연결되는 에어관, 측면에 처리수가 유입되는 처리수연결구가 형성되어 소모듈과 연결되는 집수관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배관부는 소모듈에서 배출되는 농축수를 배출 처리하기 위한 배출수관을 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 배관부는 소모듈의 중심부에 위치하며, 상기 소모듈은 상기 배관부 외주면을 따라 배치된 구조일 수 있다.
이를 위해 상기 배관부는 다중관 구조로 이루어지며, 상기 원수관 내부에 에어관이 삽입 설치되고, 에어관 내부에 집수관이 삽입 설치된 구조일 수 있다.
또한, 상기 집수관 내부로 상기 배출수관이 삽입 설치될 수 있다.
상기 배관부는 상기 원수관 상단에 외주면을 따라 원수 연결구가 형성되고, 상기 원수관 상단으로 연장되는 에어관은 상단에 에어연결구가 외주면을 따라 형성되고, 상기 에어관 상단으로 연장되는 집수관은 상단 외주면을 따라 처리수연결구가 형성되어, 상기 각 소모듈이 상기 연결구를 매개로 배관부의 외주면을 따라 설치될 수 있다.
상기 배관부의 외측에는 소모듈을 받쳐 지지하기 위한 모듈지지대가 더 설치될 수 있다.
한편, 상기 배관부는 직선형태로 연장되며 상기 소모듈은 상기 배관부의 길이방향을 따라 연속적으로 배치된 구조일 수 있다.
상기 배관부는 상기 원수관과 에어관 및 집수관이 간격을 두고 평행하게 배치되고, 상기 원수관과 에어관과 집수관은 각각 길이방향을 따라 간격을 두고 상기 원수연결구와 에어연결구와 처리수연결구가 형성되어 복수개의 소모듈이 상기 각 연결구를 매개로 배관부의 길이방향을 따라 연결되는 구조일 수 있다.
상기 배관부는 소모듈에서 배출되는 농축수를 배출 처리하기 위한 배출수관을 더 포함할 수 있다.
상기 배관부의 외측에는 소모듈을 받쳐 지지하기 위한 모듈지지대가 더 설치될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 장치에 의하면, 각각의 소단위 모듈은 자체적으로 원수를 저장하고 내부에서 독립적으로 순환시킬 수 있는 반응조를 포함하고 있으므로 모듈을 침지시키기 위한 별도의 반응조가 불필요하다.
또한, 막 자체는 원수 내에 침전된 형태로 구성되어 내압형 시스템의 장점을 살릴 수 있으며 모듈 전체로 보면 반응조 내에 모듈을 침지시키지 않고 시스템이 운전될 수 있으므로 외압형 막여과 시스템에서 보이는 장점 또한 얻을 수 있게 된다.
또한, 실제 이 모듈을 통해 운전하는 경우 모듈 상부를 대기에 열린 상태로 운전할 경우 흡입력을 이용해 처리수를 생산하는 내압형 막여과 시스템으로 운전이 가능하고 배출구의 개폐정도를 조절하여 산기에 의해 소모듈로 유입되는 공기의 배출을 제한하는 경우에는 원수를 가압하여 외압형 모듈의 형태로도 사용이 가능하다.
또한, 종래 외압형 모듈은 크로스 플로우(cross flow) 여과방식으로 막 표면에 막면에 대하여 수평방향으로 흐르는 유체의 유속으로 막오염을 제어하는 방식으로만 운전되지만 제안된 모듈의 경우 외압형의 모듈로 사용하는 경우에도 산기를 통한 오염제어가 가능하다.
또한, 산기에 의해 공기가 상승하는 흐름은 모듈 내에서 막 충진부와 원수 흐름공간간의 유체순환흐름을 생성하기 때문에 펌프를 이용해 순환류를 생성하는 실제 외압형 모듈에 비해 필요한 에너지비용의 절감이 가능하다.
또한, 격벽에 의한 내부 순환을 통해 중공사막 표면을 지나는 유체유속을 높일 수 있어 분리막 오염을 최소화할 수 있다.
또한, 낮은 산기량으로 비교적 높은 유속을 나타내므로 산기 효율이 증가하고 산기에 의한 에너지 비용의 절감이 가능하다.
또한, 처리수를 모듈 하단에서 집수하여 파이프로 이송시키게 되므로시스템 구성시 모듈이 가지는 수두압을 여과압으로 사용할 수 있어, 공정 펌프의 에너지 비용을 감소시키는 효과를 얻을 수 있고, 탈기를 위한 공기 제거설비가 불필요하여 공정 구성을 단순화시킬 수 있게 된다.
또한, 각각의 모듈이 독립적으로 운전되어 scale-up에 따른 유체 흐름의 불균형 문제가 없으며 문제가 발생된 모듈의 교체 및 유지관리가 용이하다.
또한, 모듈의 구성이 콤팩트하여 중공사막 세정시 세정 약품의 소모가 적어 약품 구입 비용 및 세정폐수 처리 비용을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈을 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 구성을 상세하게 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 산기 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 소모듈의 내부를 도시한 개략적인 평단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중공사막 모듈의 수처리 구조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈과 종래 모듈의 원수 유속을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈을 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈을 도시한 개략적인 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈의 소모듈의 내부를 도시한 개략적인 평단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중공사막 모듈의 산기 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈의 소모듈 구조를 도시한 측단면도이다.
도 13과 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 중공사막 모듈의 소모듈의 내부를 도시한 개략적인 도면이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 중공사막 모듈을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 제5 실시예에 따른 중공사막 모듈을 도시한 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.
[제1 실시예]
도 1은 본 실시예에 따른 중공사막 모듈의 외형을 도시하고 있다.
본 중공사막 모듈(100)은 내부에 원수가 자체적으로 순환되며 수처리가 이루어지는 서로 독립적인 복수개의 소모듈(200)을 포함한다. 상기 복수개의 소모듈(200)은 원수와 에어 및 처리수와 농축수가 유통되는 배관부(300)에 연결된다. 그리고 상기 소모듈(200)의 상부에는 농축수와 공기를 배출하며 개폐정도의 조절이 가능한 배출구(410)가 설치된다.
본 중공사막 모듈은 상기 배출구(410)에 의한 소모듈의 밀폐 정도에 따라 내압형 또는 외압형으로 사용되는 구조로 되어 있다. 상기 배출구(410)는 농축수와 공기의 배출이 가능하고 개폐정도를 조절할 수 있는 구조면 특별히 한정되지 않는다.
이하 설명에서는 소모듈(200)의 상부에 구비되는 배출구(410)의 개폐정도를 조절하여 외압형으로 운전되는 구조를 예로서 설명하도록 한다.
본 실시예에서 상기 소모듈(200)은 배관부(300)를 중심으로 배관부(300)의 외주면을 따라 배열 설치된다.
도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 배관부와 소모듈의 내부 구조를 도시하고 있다. 상기 도면을 참조하여 배관부와 소모듈의 구조를 설명하면 다음과 같다.
1. 배관부
먼저, 중앙에 배치되는 상기 배관부(300)를 살펴보면, 본 배관부(300)는 측면에 원수가 공급되는 원수연결구(312)가 형성되어 소모듈(200)과 연결되는 원수관(310)과, 측면에 에어가 공급되는 에어연결구(322)가 형성되어 소모듈(200)과 연결되는 에어관(320), 측면에 처리수가 유입되는 처리수연결구(332)가 형성되어 소모듈(200)과 연결되는 집수관(330)을 포함한다.
또한, 상기 배관부(300)는 소모듈(200)에서 배출되는 농축수를 배출 처리하기 위한 배출수관(340)을 포함한다.
본 실시예에서 상기 배관부(300)는 다중관 구조로 되어 있다. 즉, 상기 원수관(310) 내부에 에어관(320)이 삽입 설치되고, 에어관(320) 내부에 집수관(330)이 삽입 설치된 3중관 구조일 수 있다. 또는 본 실시예와 같이 배관부(300)가 상기 집수관(330) 내부로 배출수관(340)이 삽입 설치되어 4중관 구조로 형성될 수 있다. 이와같이 본 배관부는 3개의 관이 결합된 3중관 또는 4개의 관이 결합된 사중관 구조로 이루어질 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
상기 원수관(310)은 수직으로 배치되고 최 외측 관을 이루게 된다. 상기 원수관(310)은 외주면을 따라 일정 간격을 두고 원수연결구(312)가 설치된다. 상기 에어관(320)은 원수관(310)보다 작은 직경으로 형성되어 원수관(310)과 간격을 두고 배치된다. 상기 에어관(320)은 원수관(310)의 내부에 길이방향으로 설치되어 원수관(310)의 상단과 바닥면을 관통해 외측으로 연장된다. 원수관(310) 상단을 관통하여 연장된 에어관(320)의 상단에는 외주면을 따라 에어연결구(322)가 일정 간격을 두고 설치된다. 상기 집수관(330)은 에어관(320)보다 작은 직경으로 형성되어 에어관(320)과 간격을 두고 배치된다. 상기 집수관(330)은 에어관(320)의 내부에 길이방향으로 설치되고 에어관(320)의 상단과 바닥면을 관통해 외측으로 연장된다. 에어관(320) 상단을 관통하여 연장된 집수관(330)의 상단에는 외주면을 따라 처리수연결구(332)가 일정 간격을 두고 설치된다. 상기 집수관(330) 내부로는 집수관(330)보다 작은 직경으로 형성된 배출수관(340)이 집수관(330)에 길이방향으로 설치되어 집수관(330)의 상단과 바닥면을 관통해 외측으로 연장된다.
또한, 상기 집수관(330) 상단에는 집수관(330) 내부로 필요시 에어를 주입하기 위한 에어주입관(350)이 더 연결 설치된다. 본 실시예에서 상기 에어주입관(350)은 집수관(330) 상단에 연통되고 소모듈(200) 위쪽까지 수직으로 연장된다. 상기 에어주입관(350)은 중공사막의 파손 검사(PDT:Pressure Decay Test)를 위해 에어를 강제 주입하기 위한 관이다. 본 모듈은 배관부(300)의 집수관(330)에 에어주입관(350)을 연통 설치함으로써 종래 추가적으로 설치되던 공기제거시스템의 설치가 불필요하게 된다. 즉, 통상적인 운전시에는 상기 에어주입관(350)은 원수와 공기의 유출없이 차단된 상태를 유지한다. 그리고 중공사막의 파손 여부를 확인하는 경우 상기 에어주입관(350)을 통해 일정 압력의 공기를 주입하여 중공사막 내경으로 공기를 유입시켜 필요한 검사를 수행하게 된다. 종래 모듈의 경우 집수관(330)을 통해 공기를 유입하게 되므로 집수관(330) 전체에서 처리수를 제거해야 한다. 또한, 종래에는 PDT 작업 종료 후 집수관(330)으로 유입된 공기를 제거하기 위해 별도의 공기 제거 시스템의 추가 설치가 필요하였다.
그러나, 본 모듈은 상기와 같이 상부로 연장된 에어주입관(350)을 통해 집수관(330)으로 에어를 주입함으로써 주입관(350) 내의 처리수를 모두 제거할 필요가 없게 된다. 즉, 집수관(330) 내에 처리수가 채워져 있는 상태에서도 PDT 작업시 필요한 콜렉터 상부의 일부와 중공사막 내경에 공기를 채울 수 있게 된다. PDT 작업 종료 후에는 자연 수두에 의해 에어주입관(350)을 통해 주입되었던 공기가 자연스럽게 배출된다.
한편, 상기 원수관(310)과 에어관(320) 및 집수관(330)의 각 상단에는 서로 대응되는 위치에 연결구가 설치되어 있어서 이 연결구를 매개로 각 소모듈(200)이 배관부(300)의 외주면을 따라 연결 설치된다.
상기 연결구의 배치간격은 배관부(300)의 원주면을 따라 배치되는 소모듈(200)의 크기와 개수에 따라서 달라질 수 있다. 본 실시예에서는 12개에서 24개의 소모듈(200)을 설치할 수 있도록 연결구는 각 관의 원주면을 따라 30도에서 15도 사이의 간격을 두고 설치될 수 있으며 특별히 이에 한정되지 않는다.
2. 소모듈
본 실시예에서 상기 소모듈(200)은 배관부(300)의 외주면을 따라 설치된다. 상기 소모듈(200)은 수처리 대상 원수를 가두는 반응조 역할이 이루어지는 곳으로 내부에는 중공사막(212)이 구비되어 자체적으로 원수가 순환되면서 수처리가 이루어지게 된다. 상기 소모듈(200)은 외형을 이루며 내부에는 중공사막(212)이 구비되고 일측면에는 원수가 유입되는 원수유입구(214)와 에어가 유입되는 에어유입구(216) 및 처리수가 배출되는 유출구(218)가 형성된 하우징(210)을 포함한다. 또한, 본 소모듈(200)의 하우징(210) 상부에는 소모듈(200)을 내압형 또는 외압형으로 구성하기 위한 배출구(410)가 설치된다. 이하 설명에서 상기 중공사막(212)은 일단이 고정되고 타단은 자유로운 엔드-프리(end-free) 구조인 경우를 예로서 설명한다. 그러나 본 모듈은 상기 엔드 프리 구조의 중공사막뿐만 아니라, 예를 들어 양단이 고정되어 집수가 이루어지는 구조 등과 같이 다양한 구조의 중공사막에 모두 적용되며 특별히 한정되지 않는다.
2-1. 하우징
상기 하우징(210)은 소모듈(200)의 외형을 이룬다. 상기 하우징(210)은 아크릴 또는 PVC 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 재질에 있어서 특별히 한정되지 않는다. 상기 하우징(210)은 양 측면 사이의 각도가 15 - 30도를 이루는 사다리꼴형태로 이루어져 상기 배관부(300)에 방사방향으로 배치된다. 이에 각 소모듈(200)은 하우징(210)이 상호 측면이 접한 상태로 배관부(300)의 외주면을 따라 배치될 수 있다.
상기 하우징(210)의 내부에는 하우징(210) 내부를 두 개의 영역으로 구획하는 격벽(220)이 수직방향으로 설치된다. 이하 설명의 편의를 위해 격벽(220)에 의해 분리된 두 영역을 수처리 영역(226)과 원수 순환 통로(228)라 지칭한다. 상기 격벽(220)의 상단과 하단에는 각각 원수가 유통되는 상단홀(222)과 하단홀(224)이 형성된다. 상기 격벽(220)을 구비함으로써 본 소모듈(200)의 하우징(210)은 자체적으로 원수를 내부에서 순환시켜 원수의 유속을 높일 수 있게 된다. 배출구(410)의 개폐정도를 조절하여 산기에 의해 유입된 공기의 배출을 제한함에 따라 하우징(210) 내부에 발생하는 압력을 사용하는 외압형 구조에서, 상기와 같이 원수의 유속을 증가시킴으로써 에너지 대비 처리 효율을 높일 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 다시 상세하게 설명하도록 한다.
상기 하우징(210) 내부의 수처리 영역(226)에는 압력차에 의한 수처리가 이루어지는 중공사막(212)이 구비된다. 상기 하우징(210)의 하단에는 상기 중공사막(212)을 하우징(210)에 고정시키기 위한 고정부(230)가 설치된다. 상기 하우징(210)의 고정부(230) 하단에는 상기 중공사막(212)의 내부통로와 연통되어 중공사막을 거친 처리수가 모아지고 상기 유출구(218)와 연통되는 콜렉터(232)가 형성된다. 또한, 상기 하우징(210)의 하부에는 상기 에어유입구(216)와 연통되어 기포를 중공사막으로 분출하기 위한 산기관(240)이 설치된다. 상기 산기관(240) 하부에는 상기 원수유입구(214)와 연통되고 상기 원수 순환 통로(228)와 연결되어 원수를 공급하는 원수통로(260)가 형성된다. 상기 원수통로(260)는 하우징(210)의 최하단에 마련되는 일정 공간으로, 하우징(210)의 내벽쪽에서 원수 순환 통로(228) 하단과 연통된다.
이에 소모듈(200)로 유입된 원수는 하우징(210) 내부에서 수처리 영역(226)과 원수순환 통로(228) 사이를 순환하면서 수처리가 이루어지게 된다.
상기 하우징(210)은 도시된 바와 같이 유출구(218)와 에어유입구(216) 및 원수유입구(214)가 하방향을 따라 차례로 형성된다. 상기 유출구(218)와 에어유입구(216) 및 원수유입구(214)는 상기 배관부(300)의 처리수연결구(332)와 에어연결구(322) 및 원수연결구(312)에 각각 연결되어 처리수와 에어 및 원수를 배관부(300)와 유통할 수 있게 된다.
상기 하우징(210)의 수처리 영역(226) 내부에는 다수개의 중공사막(212)이 길이방향으로 배열되며 하단에는 중공사막 고정부(230)와 중공사막의 내부통로와 연통되는 콜렉터(232) 및 산기관(240)이 연속적으로 설치된다. 그리고 최하단에는 원수유입구(214)와 연결되는 원수통로(260)가 형성된다. 상기 콜렉터(232) 및 산기관(240)은 하우징(210)에 각각 형성된 유출구(218)와 에어유입구(216)를 통해 상기 배관부(300)의 처리수연결구(332)와 에어연결구(322)에 각각 연통되고, 상기 원수통로(260)는 원수유입구(214)를 통해 배관부(300)의 원수연결구(312)와 연결된다.
이에 따라 각 소모듈(200)은 배관부(300)에 개별적으로 연결됨으로써 필요시 해당 소모듈(200)만을 배관부(300)로부터 탈착시킬 수 있게 된다.
여기서 상기 하우징(210)에 형성된 원수유입구(214)와 에어유입구(216) 및 유출구(218)와 배관부(300)에 형성되는 각 연결구에는 연결부위의 기밀을 유지시키기 위한 패킹부재 등의 기밀유지수단(도시되지 않음)이 더욱 설치되어 연결부위에서의 처리수나 공기 누수를 방지할 수 있도록 한다.
도면 부호 (270)은 소모듈(200)의 무게를 지지하고 고정시키기 위한 모듈 하부 지지대이다. 상기 지지대(270)는 원판 형태로 이루어진다. 상기 지지대(270)는 배관부(300)로부터 분리 가능한 구조일 수 있으며 소모듈(200)을 받쳐 지지할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다.
2-2. 콜렉터
상기 콜렉터(232)는 하우징(210)의 중공사막 고정부(230) 바로 밑에 구비되고 상기 하우징(210)의 유출구(218)와 연통되는 일정 공간이다. 상기 콜렉터(232)는 유출구(218)와 처리수연결구(332)를 통해 집수관(330)에 연결된다. 상기 고정부(230)에 고정설치된 중공사막의 끝단이 상기 콜렉터(232)로 연장되어 중공사막의 내부통로가 콜렉터(232)와 연통된 구조로 되어 있다. 즉, 상기 콜렉터(232) 바로 위에는 중공사막을 고정하고 있는 고정부(230)가 하우징(210) 내벽에 부착된다.
본 모듈은 처리수가 집수되는 콜렉터(232)가 하우징(210)의 하단부에 구비하며 배관부(300)의 집수관(330)을 통해 모듈 하방향으로 처리수의 흐름을 유도하게 된다.
이와같이 처리수가 모듈의 상부에서 하부로 흐르게 됨으로써, 모듈의 수두압을 여과압으로 이용할 수 있게 된다.
2-3. 산기관
도 4에 도시된 바와 같이 본 산기관(240)은 하우징(210)의 콜렉터(232) 하단에 마련되고 에어유입구(216)와 에어연결구(322)를 통해 에어관(320)과 연통되는 중앙통로(242)와, 이 중앙통로(242)와 연통되고 하우징(210)의 수처리 영역(226) 내벽을 따라 고정부(230) 위쪽으로 연장 설치되며 공기를 분출하기 위한 산기공(245)이 형성된 측면산기판(244), 상기 중앙통로(242)와 연통되고 상기 하우징(210)의 수처리 영역(226) 중앙에 위치하며 에어를 분출하기 위한 산기공(247)이 형성된 중앙산기판(246), 상기 중앙통로(242)와 연통되고 상기 측면산기판(244)과 중앙산기판(246) 사이에 배치되며 에어를 분출하기 위한 산기공(249)이 형성된 보조산기판(248)을 포함한다.
산기관(240)으로 유입된 공기는 측면산기판(244)과 중앙산기판(246) 및 보조산기판(248)의 산기공(245,247,249)을 통해서 중공사막으로 분사되어 전체 중공사막(212) 다발에 고르게 공기가 분사될 수 있는 것이다.
상기 측면산기판(244)은 하우징(210)의 내벽과 일정 틈새를 유지한 상태로 하우징(210)의 측면을 따라 상하로 연장된 구조로 하단은 개방된 상태로 산기관(240)의 중앙통로(242)와 연결되고 상단은 폐쇄된 상태로 고정부(230) 위쪽으로 노출되어 있다. 이에 중앙통로(242)로 유입된 공기는 하우징(210) 내벽과 측면산기판(244) 사이의 틈새를 통해 고정부(230) 위쪽으로 진입하여 측면산기판(244)에 형성된 산기공을 통해 중공사막으로 분출되는 것이다.
상기 보조산기판(248)은 측면산기판(244)과 중앙산기판(246) 사이에 배치되어 산기 효과를 높이게 된다. 모듈의 대용량화에 의해 소모듈(200) 내부의 중공사막(212)의 개수가 많아지고 밀집도(packing density)도 증가하게 된다. 이러한 경우 산기관(240)에서 모듈 내부로의 직선거리가 증가하고 밀집한 중공사막에 의한 저항으로 인해 공급된 공기가 영향을 미치지 못하는 영역이 발생된다. 이에 상기 영역에 보조산기판(248)을 배치함으로써 산기효과가 감소하는 것을 방지하고 막 오염의 증가를 최소화할 수 있게 된다.
2-4. 배출구
상기 하우징(210)은 상기 배출구(410)의 개폐 정도를 조절하여 산기에 의해유입된 공기의 배출을 제한하면 하우징(210) 내부는 유입된 공기에 의해 압력이 발생하게 된다. 이에 본 모듈(100)은 외압형으로 사용이 가능하게 된다. 상기 배출구(410)가 완전히 개방되면 하우징(210)은 외부와 연통되어 본 모듈(100)은 부압을 사용하는 내압형으로 사용가능하게 된다.
본 실시예에서 상기 배출구(410)는 하우징의 배관부쪽 측면에 설치된다. 그리고 상기 하우징의 상단은 배관부(300)쪽에서 외측 선단쪽으로 하향 경사져 경사면(400)을 이루는 구조로 되어 있다. 상기 배출구(410)는 공기의 배출과 더불어 오염물이 농축된 농축수를 배출하는 역할을 하게 된다. 상기 배출구(410)는 집수관(330) 내부를 관통하여 소모듈(200) 상부로 연장된 배출수관(340)과 연결된다.
본 실시예에서 하우징(210) 상단의 경사면(400) 구조는 농축수 배출 시 외측 선단으로 오염물이 쌓이지 않게 하기 위함이다. 상기 하우징(210)의 상단 구조 및 배출구(410)의 형태와 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다.
상기 배출구(410)의 개폐 정도를 조절하기 위한 구조는 통상의 밸브 구조를 이용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
본 중공사막 모듈은 원수 유입량에 대한 일정 회수율 만큼 여과수를 생산한다. 이에 공정 운영시 일정 회수율에 맞추어 하우징(210) 내부에 남은 오염물이 농축된 농축수를 계외로 배출하게 된다. 본 실시예에서는 상기 하우징(210) 상부에 형성된 배출구(410)를 통해 농축수가 배출 처리된다. 즉, 하우징(210) 내부 수위를 조절하여 간헐적으로 하우징(210) 상부의 배출구(410)로 농축수가 월류되도록 한다. 배출구(410)를 통해 월류된 농축수는 배출구(410)와 연결되어 있는 배출수관(340)을 통해 흘러내려 계외로 배출처리된다. 또한, 본 중공사막 모듈이 배출구(410)의 개폐 정도의 조절에 의해 외압형으로 운전하는 경우 산기에 의해 공급되는 공기의 배출이 필요한데, 산기에 의한 공기 또한 상기 배출구(410)를 통해 배출이 이루어진다.
2-5. 격벽
도 5에 도시된 바와 같이 상기 격벽(220)은 하우징(210)의 바깥 선단쪽에 치우쳐져 하우징(210) 상단까지 연장된다.
본 실시예에서 상기 격벽(220)은 하우징(210) 내부를 두 개의 영역을 나누게 된다. 상기 격벽(220)에 의해 하우징(210)의 내부는 중공사막이 위치한 수처리 영역(226)과 원수를 수처리 영역(226)으로 재순환시키기 위한 원수 순환 통로(228)로 구획된다.
상기 격벽(220)의 하단은 하우징(210)의 원수통로(260)로 연장되어 원수통로(260)와 연결된다. 이에 원수통로(260)로 유입된 원수는 격벽(220)과 하우징(210) 내면 사이를 통해 원수 순환 통로(228)로 유입된다.
상기 격벽(220)의 상단부와 하단부에는 각각 상단홀(222)과 하단홀(224)이 형성된다. 이에 원수는 상기 상단홀(222)과 하단홀(224)을 통해서만 수처리 영역(226)과 원수 순환 통로(228) 사이를 유통하게 된다.
여기서 상기 격벽(220)에 의해 구획되는 원수 순환 통로(228)의 면적은 수처리 영역(226)의 면적의 1/3 이상일 수 있다. 원수 순환 통로(228)의 면적이 1/3 이하인 경우에는 원수의 하강 유속이 충분히 확보되지 않아 원수 순환이 제대로 이루어지지 못하게 된다.
또한, 상기 격벽(220)은 중공사막을 고정하고 있는 고정부(230)를 기준으로 수처리 영역(226)쪽으로 돌출되도록 설치된다. 이에 고정부(230)의 면적보다 격벽(220)과 하우징(210)에 의해 둘러쌓인 수처리 영역(226)의 면적이 상대적으로 작아지게 된다. 이러한 구조는 수처리 영역(226) 내에서 중공사막의 충진율을 증가시키는 효과를 가져오게 된다. 이에 자유단 형태로 하단이 고정되고 상단이 자유로운 중공사막의 상단 쓰러짐을 방지할 수 있게 된다. 중공사막의 하단은 코팅이 이루어져 다른 영역보다 직경이 크다. 이에 중공사막의 하단 위쪽의 비 코팅 영역은 하단보다 충진율이 중공사막이 쓰러질 위험이 높다. 이에 상기와 같이 수처리 영역(226)쪽으로 격벽(220)이 돌출되도록 함으로써 수처리 영역(226)의 단면적을 줄여 중공사막의 코팅이 되지 않은 부분에서의 충진 밀도를 높일 수 있게 된다. 따라서 중공사막의 쓰러짐을 방지할 수 있게 된다.
한편, 본 중공사막 모듈은 도 4에 도시된 바와 같이 중공사막(212)이 위치하는 하우징(210)의 수처리 영역(226) 내부에 수직방향으로 중앙격벽(250)이 더 설치된 구조로 되어 있다.
본 실시예에서 상기 중앙격벽(250)은 중앙산기판(246) 위쪽에서 수직으로 배치되며 하우징(210) 상단까지 연장된다. 상기 중앙격벽(250)은 중공사막이 충진된 수처리 영역(226)을 분할하게 되며, 수처리 영역(226)에서 중공사막이 놓여지는 면적을 줄여 중공사막의 충진율을 더 높이게 된다. 즉, 중앙격벽(250)에 의해 하우징(210)의 수처리 영역(226) 상부에서의 빈 공간이 줄어들어 중공사막의 밀집도가 높아지게 된다. 이에 본 모듈은 상기 중앙격벽(250)에 의해 중공사막이 쓰러지는 것을 더욱 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 중앙격벽(250)은 중앙산기판(246) 상부까지 연장되어 하우징(210) 내에서 중공사막으로 유입되는 원수와 분출된 공기가 어느 한쪽으로 치우쳐지지 않고 균일하게 흐르도록 돕게 된다.
여기서 상기 중앙격벽(250)은 상기 중앙산기판(246)의 두께 이상의 두께로 형성될 수 있다. 상기 중앙격벽(250)이 중앙산기판(246)의 두께보다 두꺼운 경우 중앙산기판(246)의 산기공으로부터 분출된 공기가 중앙격벽(250) 하단에서 정체되지 않도록, 중앙격벽(250)의 양 측면 또는 하단의 양측 모서리는 경사면을 이룰 수 있다.
2-6. 원수 순환 통로
상기 격벽(220)에 의해 하우징(210) 내부에 형성되는 원수 순환 통로(228)는 처리 대상 원수가 지나가는 통로 역할을 한다.
도 6에 도시된 바와 같이 중공사막이 존재하는 수처리 영역(226)을 통해 상승한 원수는 격벽(220) 상단의 상단홀(222)을 통해 원수 순환 통로(228)로 유입되어 격벽(220)과 하우징(210) 내벽 사이의 원수 순환 통로(228)를 통해 하강한다. 그리고 격벽(220) 하단에 형성된 하단홀(224)을 통해 수처리 영역(226)으로 유입되어 순환된다.
본 모듈은 이와 같이 격벽(220)에 의한 원수 순환 통로(228)를 형성함으로써 중공사막으로 유입되는 원수의 유속을 크게 증가시킬 수 있게 된다. 원수의 유속 증가는 산기관(240)으로부터 수처리 영역(226) 하부에서 공급되는 공기로 인해 상승되는 유속이 수처리 영역(226)을 빠져나가면서 외부에 자연적으로 하강하는 유체의 흐름을 형성하기 때문이다. 일반적인 중공사막 모듈의 경우 모듈의 구조상 자연적으로 발생된 유체의 하강 유속이 반응조의 다른 방향의 유속들과 만나 손실된다. 그러나, 본 모듈은 격벽(220)에 의해 구분되는 원수 순환 통로(228)를 구비하여 격벽(220)의 하단홀(224)을 통해 원수 및 순환수가 수처리 영역(226) 내부로 빨려들어가는 구조를 가지고 있다. 이에 하우징(210) 상단에서 발생된 하강 유속이 수처리 영역(226)으로 유입됨으로써 하강 유속이 지속된다. 이는 소모듈(200)의 하우징(210) 내부에서 보다 높은 유속을 유도하게 된다.
여기서 상기 원수의 흐름을 원수 순환 통로(228)에서 격벽(220)의 하단홀(224)로 유도함으로써 원수의 순환을 보다 원활하게 유지할 수 있게 된다.
이를 위해 상기 하우징(210)의 내면에는 격벽(220) 하단에 형성되는 홀쪽으로 원수의 흐름을 유도하기 위한 유도판(280)이 돌출 형성된 구조로 되어 있다.
상기 유도판(280)은 도 2에 도시된 바와 같이 원수 순환 통로(228)를 통해 하강하는 원수와 상승하는 원수가 만나는 부분에 설치되어 격벽(220)의 하단홀(224)쪽으로 유체의 흐름을 유도하게 된다.
본 실시예에서 상기 유도판(280)은 하우징(210) 내면에 격벽(220)의 하단홀(224)을 향해 삼각 단면구조로 돌출 형성된 구조로 되어 있다. 따라서 원수 순환 통로(228)의 상하방향에서 유입되는 원수는 유도판(280)에 의해 유속의 감소를 최소화하면서 그 흐름이 전환되어 격벽(220)의 하단홀(224)을 통해 수처리 영역(226)으로 흘러 들어가게 된다. 이에 상승하는 원수의 흐름과 하강하는 원수의 흐름 간의 유속 상쇄 없이 하우징(210) 내부에서 원수를 보다 원활하게 순환시킬 수 있게 된다.
도 7은 본 실시예의 모듈과 종래 기술에 따른 모듈 간의 유속을 비교한 그래프이다.
도 7의 그래프에서 X축의 SDA는 산기량을 중공사막 모듈의 면적으로 나눈 값이고, Y축은 모듈 상부에서 유체 상승 유속을 측정한 값이다.
상기 그래프에서 각각의 점들은 위치에 따른 유속의 평균을 나타낸 값이며 error bound는 위치에 따른 유속 차이에 의해 발생하는 편차의 최대, 최소를 나타낸 것이다.
도 7의 그래프를 통해 본 모듈(YEF, C-YEF)은 종래기술에 따른 G사의 모듈이나 K사의 모듈과 비교하여 위치에 따른 유속의 차이가 작음을 확인할 수 있다. 낮은 SDA에서 높은 유체 상승 유속을 나타낼수록 에너지 소모도 낮고 오염의 제어에도 뛰어난 역할을 한다고 할 수 있다. 이점에 비춰볼 때 본 모듈이 종래의 모듈과 비교하여 낮은 산기량으로 높은 유속을 나타내므로 산기 효율 증가와 에너지 비용의 절감이 가능하고, scale-up에 따른 유체 흐름의 불균형 문제가 없음을 알 수 있다.
상기한 구조로 되어 본 중공사막 모듈(100)은 중앙의 배관부(300)에 소모듈(200)을 장착하여 하나의 대형 모듈을 구성하게 된다. 각 소모듈(200)은 하우징(210)에 설치된 원수유입구(214)와 에어유입구(216) 및 유출구(218)가 각각 원수관(310)의 원수연결구(312)와 에어관(320)의 에어연결구(322) 및 집수관(330)의 처리수연결구(332)에 결합되며 배관부(300)에 설치된다.
이 상태에서 원수관(310)을 통해 공급된 원수는 원수연결구(312)와 원수유입구(214)를 통해 개별적으로 각 소모듈(200)의 하우징(210) 내에 유입된다. 하우징(210)의 원수유입구(214)를 통해 유입된 원수는 원수통로(260)를 거쳐 원수통로(260)에 연결된 원수 순환 통로(228)로 유입된다.
그리고 원수 순환 통로(228)에서 격벽(220) 하단에 형성된 하단홀(224)을 통해 중공사막이 충진된 수처리 영역(226)으로 유입된다. 수처리 영역(226)으로 유입된 원수는 산기관(240)으로부터 분출되는 공기와 함께 상부로 상승되고 격벽(220) 상부의 상단홀(222)을 통해 다시 원수 순환 통로(228)로 유입되어 하강된다. 원수는 상기의 순환 과정을 계속 거치면서 처리된다.
한편, 수처리 영역(226)으로 유입된 원수는 중공사막(212)에 의해 여과 처리된다. 중공사막을 통해 여과된 처리수는 중공사막의 내부 통로와 연통된 콜렉터(232)로 집수된 후 콜렉터(232)의 유출구(218)에 연결된 처리수연결구(332)를 통해 집수관(330)으로 유입되어 배출처리된다.
상기 처리과정에서 회수율에 따라 간헐적으로 생산량을 조절함으로서 농축수는 하우징(210) 상부에 설치된 배출구(410)를 통해 월류시켜 배출한다. 배출된 농축수는 배출수관(340)을 통해 일괄적으로 배출 처리된다.
[제2 실시예]
도 8 내지 도 11은 본 모듈의 또다른 실시예를 도시하고 있다.
상기한 도면에 의하면 본 실시예에 따른 중공사막 모듈은 내부에 원수가 순환되며 수처리가 이루어지는 서로 독립적인 복수개의 소모듈(200)과, 상기 복수개의 소모듈(200)이 설치되어 원수와 에어 및 처리수와 농축수가 유통되는 배관부(300), 상기 소모듈(200)의 상부에서 에어 및 농축수를 배출하고 개폐 정도를 조절하는 배출구(410)를 포함한다. 본 실시예의 중공사막 모듈 역시 배출구(410)에 의한 소모듈의 밀폐 정도에 따라 내압형 또는 외압형 모듈로 구동될 수 있다.
이하 설명에서는 소모듈(200)의 상부에 존재하는 배출구(410)의 개폐정도를조절하여 소모듈이 외압형으로 운전되는 구조를 예로서 설명하도록 한다.
본 실시예에서 상기 배관부(300)는 직선 형태로 연장되며, 상기 소모듈(200)은 배관부(300)의 길이방향을 따라 연속적으로 배치된 구조로 되어 있다.
상기 배관부(300)는 원수를 공급하기 위한 원수관(310)과, 에어를 공급하기 위한 에어관(320) 및 소모듈(200)에서 처리된 처리수를 배출하기 위한 집수관(330)을 포함한다.
상기 원수관(310)과 에어관(320) 및 집수관(330)은 서로 평행하게 배치되는 데, 그 배치 구조나 관의 형태에 있어서 특별히 한정되지 않는다.
본 실시에에서는 하나의 몸체(302) 내부에 집수관(330)과 에어관(320) 및 원수관(310)이 위에서부터 차례로 구획되어 관로를 이루는 구조로 되어 있다.
상기 몸체(302)의 양 측면에는 집수관(330)에 연결되는 처리수연결구(332)와 에어관(320)에 연결되는 에어연결구(322) 및 원수관(310)에 연결되는 원수연결구(312)가 서로 대응되는 위치에 간격을 두고 쌍을 이루어 설치된다. 그리고 상기 몸체의 길이방향을 따라 상기 쌍 복수개가 역시 간격을 두고 연속적으로 형성되어 복수개의 소모듈(200)이 연속적으로 연결될 수 있도록 되어 있다.
또한, 본 배관부(300)는 상기 하우징(210) 상부에 형성되는 배출구(410)를 통해 배출되는 농축수를 처리하기 위한 배출수관(340)이 더 구비된다. 본 실시예에서 상기 배출수관(340)은 몸체와 별도로 구비되어 소모듈(200) 상부쪽에서 배출구(410)와 연결된다.
도면부호 (350)은 상기 집수관(330)에 연결되는 에어주입관(350)이다. 상기 에어주입관(350)을 통해 중공사막의 파손 검사(PDT)시 에어를 강제 주입하게 된다.
한편, 상기 소모듈(200)은 배관부(300)의 양 측면을 따라 설치된다. 본 실시예에서 상기 소모듈(200)을 이루는 하우징(210)은 도 9에 도시된 바와 같이 직사각 단면 형태로 이루어진다.
상기 하우징(210)의 하단 일측면에는 원수가 유입되는 원수유입구(214)와 에어가 유입되는 에어유입구(216) 및 처리수가 배출되는 유출구(218)가 형성된다. 또한, 하우징(210) 상부에는 소모듈(200)을 외압형으로 구성하기 위해 개폐 정도를 조절할 수 있는 배출구(410)가 설치된다.
상기 하우징(210)은 유출구(218)와 에어유입구(216) 및 원수유입구(214)가 하방향을 따라 차례로 형성된다. 상기 유출구(218)와 에어유입구(216) 및 원수유입구(214)는 상기 배관부(300)의 처리수연결구(332)와 에어연결구(322) 및 원수연결구(312)에 각각 연결되어 처리수와 에어 및 원수를 배관부(300)와 유통할 수 있게 된다.
본 실시예의 중공사막 모듈은 하우징(210) 내부에 설치되는 격벽(220)과 중앙격벽(250)을 구비하여 원수를 순환시키고 중공사막의 쓰러짐을 방지하게 된다. 또한, 측면산기판(244)과 중앙산기판(246) 사이에 보조산기판(248)을 구비하여 산기 효율을 높이는 구조로 되어 있다. 이러한 구조는 이미 설명한 바와 동일하므로 이하 상세한 설명은 생략한다.
본 모듈은 직선형태의 배관부(300)를 구비함으로써 제1 실시예의 중앙 배관부(300) 구조와 비교하여 소모듈(200)의 확장이 더욱 용이하고, 소모듈(200)도 직사각 단면형태로 제조할 수 있게 되어 제조가 용이한 잇점이 있다.
[제3 실시예]
도 12는 본 소모듈(200)의 또다른 실시예로, 원수를 하우징(210)의 양 측면쪽으로 순환시키는 구조를 예시하고 있다.
도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 소모듈(200)은 외형을 이루며 내부에는 중공사막이 구비되고 일측면에는 원수가 유입되는 원수유입구(214)와 에어가 유입되는 에어유입구(216) 및 처리수가 배출되는 유출구(218)가 형성된 하우징(210)을 포함한다.
상기 하우징(210)은 내부에 하우징(210) 내부를 수처리 영역(226)과 원수 순환 통로(228)로 구획하는 격벽(220)이 수직방향으로 설치된다. 본 실시예에서 상기 격벽(220)은 도 13에 도시된 바와 같이 두 개가 구비되어 하우징(210)의 양 측면쪽에 각각 배치된다.
상기 각 격벽(220)의 상단과 하단에는 각각 원수가 유통되는 상단홀(222)과 하단홀(224)이 형성된다. 이에 상기 각 격벽(220)과 하우징(210)의 내측면 사이의 영역이 원수 순환 통로(228)를 이루며, 격벽(220) 사이의 공간이 수처리 영역(226)으로 압력차에 의한 수처리가 이루어지는 중공사막이 구비된다.
상기 하우징(210) 하부에는 상기 원수유입구(214)와 연통되고 상기 원수 순환 통로(228)와 연결되어 원수를 공급하는 원수통로(260)가 형성된다. 상기 원수통로(260)는 하우징(210)의 최하단에 마련되는 일정 공간으로, 하우징(210)의 양측벽을 따라 각 격벽(220)에 의해 형성되는 원수 순환 통로(228) 하단과 연통된다.
이에 소모듈(200)로 유입된 원수는 원수통로(260)에서 하우징(210) 양측면쪽으로 진행되어 양 측면에 위치한 원수 순환 통로(228)로 유입되어 각 격벽(220)에 형성된 하단홀(224)과 상단홀(222)을 통해 하우징(210) 중앙의 수처리 영역(226)으로 순환된다.
본 중공사막 모듈은 중공사막이 위치하는 하우징(210)의 수처리 영역(226) 내부에 수직방향으로 중앙격벽이 더 설치될 수 있다.
이와같이 본 실시예의 소모듈(200)은 하우징(210)의 양 측면쪽에 격벽(220)이 설치되어 양방향으로 원수의 순환이 일어나게 된다.
이러한 구조의 경우 산기관(240)의 구조는 도 14에 도시된 바와 같다. 하우징(210)의 양 측면쪽에 원수 순환 통로(228)가 형성되며 중앙의 수처리 영역(226)에 측면산기판(244)과 중앙산기판(246)이 설치된다. 그리고 측면산기판(244)과 중앙산기판(246) 사이에 보조산기판(248)을 구비하여 산기 효율을 높이는 구조로 되어 있다.
본 실시예에 따른 소모듈(200)은 격벽(220)의 구조와 이에 따른 원수의 순환 구조를 제외하고 나머지 구조는 이미 설명한 바와 동일하므로 이하 그 상세한 설명은 생략한다.
본 모듈은 원수의 순환이 하우징(210)의 양 측면에서 양방향으로 이루어지게 되어 순환 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
[제4 실시예]
도 15는 또다른 실시예로 중공사막의 양단이 고정된 구조의 모듈에 있어서 격벽(220)에 의한 원수의 순환 구조를 도시하고 있다.
상기한 도면에 의하면, 본 모듈(100)은 내부가 밀폐되고 측면 상부와 하부에 원수 유입구(215)와 농축수 배출구(217)가 형성된 하우징(210)과, 하우징(210) 내부에 양단이 고정설치되며 수처리가 이루어지는 중공사막(212)을 포함한다. 상기 중공사막의 하단은 고정부(230)에 의해 하우징(210) 하단에 고정되며, 고정부(230) 하단에는 산기관(240)이 구비되어 고정부(230) 위쪽으로 연장된 산기판(241)의 산기공(243)을 통해 중공사막(212)으로 공기를 분출하게 된다. 또한, 중공사막(212)의 상단은 고정부(231)에 의해 하우징(210) 상단에 고정되며, 고정부(231) 상단의 콜렉터(232)가 상기 중공사막(212)의 내부와 연통되어 처리수를 집수하게 된다.
본 모듈은 상기한 구조의 하우징(210)에서 하우징(210) 내부를 중공사막(212)이 구비된 수처리 영역(226)과 원수 순환 통로(228)로 구획하는 격벽(220)이 수직방향으로 설치된 구조로 되어 있다.
상기 격벽(220)은 도 16에 도시된 바와 같이 하우징(210)의 중앙에 배치되는 중공사막(212)을 감싸는 구조로 되어 있다. 상기 격벽(220)의 상단과 하단에는 각각 원수가 유통되는 상단홀(222)과 하단홀(224)이 형성된다. 이에 원수는 격벽(220)의 하단홀(224)을 통해 원수 순환 통로(228)에서 처리수 영역으로 유입되어 상승된다. 그리고 격벽(220)의 상단홀(222)을 통해 처리수 영역에서 원수 순환 통로(228)로 유입되면서 연속적으로 순환된다.
본 모듈의 하우징(210)은 도 16에 도시된 바와 같이 원통형 단면 구조 또는 도 17에 도시된 바와 같이 사각형 단면구조 모두 가능하며 그 형태에 있어서 특별히 한정되지 않는다.
이와같이 중공사막(212)의 양단이 고정된 구조의 모듈 역시 하우징(210) 내부에 격벽(220)에 의한 원수 순환 통로(228)를 형성함으로써 중공사막으로 유입되는 원수의 유속을 크게 증가시킬 수 있게 된다. 원수의 유속 증가는 산기관(240)으로부터 수처리 영역(226) 하부에서 공급되는 공기로 인해 상승되는 유속이 수처리 영역(226)을 빠져나가면서 외부에 자연적으로 하강하는 유체의 흐름을 형성하기 때문이다. 본 모듈은 격벽(220)에 의해 구분되는 원수 순환 통로(228)를 구비하여 격벽(220)의 하단홀(224)을 통해 원수 및 순환수가 수처리 영역(226) 내부로 빨려들어가는 구조를 가지고 있다. 이에 하우징(210) 상단에서 발생된 하강 유속이 수처리 영역(226)으로 유입됨으로써 하강 유속이 지속된다. 이는 소모듈(200)의 하우징(210) 내부에서 보다 높은 유속을 유도하게 된다.
여기서 본 실시예는 콜렉터(232)가 하우징(210)의 상단에 위치하여 상단 집수 구조를 예시하고 있으나, 하단 집수구조나 양단 집수 구조의 경우도 동일하게 격벽을 설치하여 원수의 순환 유속을 증가시킬 수 있다.
[제5 실시예]
도 18은 본 모듈의 또다른 실시예로 대용량의 모듈에 있어서 격벽(220)에 의한 원수의 순환 구조를 도시하고 있다.
상기한 도면에 의하면 본 모듈(100)은 외형을 이루며 내부에 원수가 순환하는 대용량의 하우징(210)을 포함한다. 상기 하우징(210)은 내부에 중공사막(212)이 구비되며 하단에는 처리수를 집수하는 콜렉터(232)와 산기관(240)이 구비된다. 본 모듈(100)은 배출구(410)에 의한 하우징의 밀폐 정도에 따라 내압형 또는 외압형으로 구동된다.
또한, 상기 하우징(210)의 중앙에는 하우징(210)의 내부를 중공사막이 구비된 수처리 영역(226)과 원수가 순환되는 원수 순환 통로(228)로 구획하는 격벽(220)이 설치된 구조로 되어 있다. 상기 격벽(220)의 상부와 하부에는 각각 상단홀(222)과 하단홀(224)이 형성되어 원수를 유통시키게 된다.
본 실시예에서 상기 하우징(210)의 중앙은 원수가 순환하는 원수 순환 통로(228)를 이루며, 하우징(210)의 내벽과 격벽(220) 사이의 공간이 중공사막이 충진된 수처리 영역(226)을 이룬다.
상기 격벽(220)은 도 19에 도시된 바와 같이 원통형 구조로 이루어져 하우징(210)의 중앙에 배치된다. 상기 하우징(210)의 내벽과 격벽(220) 사이에는 수처리 영역(226)을 다수개의 영역으로 구획하여 중공사막의 쓰러짐을 방지하기 위한 분리벽(290)이 간격을 두고 복수개 설치될 수 있다. 상기 분리벽의 개수는 하우징(210)의 크기에 따라 상이할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
도면부호 (280)은 원수를 격벽(220)의 하단홀(224)로 유도하기 위한 유도판이다.
이에 원수는 격벽(220)의 하단홀(224)을 통해 원수 순환 통로(228)에서 처리수 영역으로 유입되어 상승된다. 그리고 격벽(220)의 상단홀(222)을 통해 처리수 영역에서 원수 순환 통로(228)로 유입되면서 연속적으로 순환된다.
본 모듈의 하우징(210)은 도 19에 도시된 바와 같이 원통형 단면 구조 또는 도 19에 도시된 바와 같이 사각형 단면구조 모두 가능하며 그 형태에 있어서 특별히 한정되지 않는다. 도 20에 도시된 구조의 경우 격벽(220)에 의해 중앙에 원수 순환 통로(228)가 형성되며 그 양쪽으로 중공사막(212)이 구비된 수처리 영역(226)이 형성된다. 상기 수처리 영역(226)은 크기에 따라 적절한 개수의 분리벽(290)이 하우징(210) 내벽과 격벽(220) 사이에 설치된다.
이와같이 소모듈(200)이 결합된 구조가 아니라 대용량의 하우징(210)이 하나의 모듈(100)을 이루는 구조에 있어서도 내부 격벽(220)을 설치하여 원수 순환 통로(228)를 형성함으로써 원수를 순환시켜 중공사막(212)으로 유입되는 원수의 유속을 크게 증가시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
100 : 중공사막 모듈 200 : 소모듈
210 : 하우징 212 : 중공사막
220 : 격벽 226 : 수처리영역
228 : 원수순환통로 230 : 고정부
240 : 산기관 250 : 중앙격벽
280 : 유도판 290 : 분리벽
300 : 배관부 310 : 원수관
320 : 에어관 330 : 집수관
340 : 배출수관 400 : 경사면
410 : 배출구

Claims (20)

  1. 내부에서 원수가 순환되며 수처리가 이루어지는 소모듈과,
    상기 소모듈과 연결되어 원수와 에어 및 처리수가 유통되는 배관부
    를 포함하는 중공사막 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소모듈의 상부에 설치되는 배출구를 더 포함하여, 배출구의 개폐 정도에 따라 내압형 또는 외압형으로 운전되는 중공사막 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소모듈은 외형을 이루며 일측면에는 원수가 유입되는 원수유입구와 에어가 유입되는 에어유입구 및 처리수가 배출되는 유출구가 형성된 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되어 하우징 내부를 수처리 영역과 원수 순환 통로로 구획하고 양 선단부에 원수가 유통되는 홀이 형성된 적어도 하나 이상의 격벽, 상기 수처리 영역 내에 구비되고 압력차에 의한 수처리가 이루어지는 중공사막, 상기 중공사막을 하우징에 고정시키기 위한 고정부, 상기 중공사막의 내부통로와 연통되어 중공사막을 거친 처리수가 모아지고 상기 유출구와 연통되는 콜렉터, 상기 하우징의 에어유입구와 연통되어 기포를 중공사막으로 분출하기 위한 산기관, 상기 원수유입구와 연통되고 상기 원수 순환 통로와 연결되어 원수가 공급되는 원수통로를 포함하는 중공사막 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 격벽은 하우징의 선단쪽에 설치되어 원수 순환 통로가 선단쪽에 형성되는 중공사막 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 격벽은 하우징의 양측면쪽에 설치되어 원수 순환 통로가 양 측면쪽에 형성되는 중공사막 모듈.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 격벽은 하우징 내에서 중심부를 감싸며 설치되는 중공사막 모듈.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징의 내면에는 격벽 하단에 형성되는 홀쪽으로 유도판이 돌출 형성되어, 원수를 홀을 통해 수처리 영역으로 유도하는 구조의 중공사막 모듈.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 격벽에 의해 구획되는 원수 순환 통로의 면적은 수처리 영역의 면적의 1/3 이상인 중공사막 모듈.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징은 수처리 영역에서 격벽과 하우징 내벽 사이에 설치되고 중공사막의 길이방향으로 연장되는 중앙격벽을 더 포함하는 중공사막 모듈.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 산기관은 하우징 내에 형성되고 상기 에어유입구와 연통되는 중앙통로와, 상기 중앙통로와 연통되고 하우징의 수처리 영역 내면을 따라 설치되며 에어를 분출하기 위한 산기공이 형성된 측면산기판, 상기 중앙통로와 연통되고 하우징의 수처리 영역 중앙에 위치하며 에어를 분출하기 위한 산기공이 형성된 중앙산기판, 상기 중앙통로와 연통되고 상기 측면산기판과 중앙산기판 사이에 배치되며 에어를 분출하기 위한 산기공이 형성된 보조산기판을 포함하는 중공사막 모듈.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 배관부는 측면에 원수가 공급되는 원수연결구가 형성되어 소모듈의 원수유입구와 연결되는 원수관과, 측면에 에어가 공급되는 에어연결구가 형성되어 소모듈의 에어유입구와 연결되는 에어관, 측면에 처리수가 유입되는 처리수연결구가 형성되어 소모듈의 유출구와 연결되는 집수관을 포함하는 중공사막 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 배관부는 상기 소모듈에서 배출되는 농축수를 배출 처리하기 위한 배출수관을 더 포함하는 중공사막 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 소모듈 상부에 오염물이 농축된 농축수 또는 에어를 배출하기 위한 배출구가 더 형성되고, 상기 배출구는 상기 배출수관에 연결되는 중공사막 모듈.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 소모듈은 상기 배관부 외주면을 따라 배치되는 구조의 중공사막 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 배관부는 다중관 구조로 이루어지며, 상기 원수관 내부에 에어관이 삽입 설치되고, 에어관 내부에 집수관이 삽입 설치된 구조의 중공사막 모듈.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 배관부는 다중관 구조로 이루어지며, 상기 원수관 내부에 에어관이 삽입 설치되고, 에어관 내부에 집수관이 삽입 설치되며, 상기 집수관 내부로 상기 배출수관이 삽입 설치된 구조의 중공사막 모듈.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 배관부는 상기 원수관 상단에 외주면을 따라 원수 연결구가 형성되고, 상기 원수관 상단으로 연장되는 에어관은 상단에 에어연결구가 외주면을 따라 형성되고, 상기 에어관 상단으로 연장되는 집수관은 상단 외주면을 따라 처리수연결구가 형성되어, 상기 각 소모듈이 상기 연결구를 매개로 배관부의 외주면을 따라 설치되는 중공사막 모듈.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 배관부의 외측에 소모듈을 받쳐 지지하기 위한 모듈지지대가 더 설치되는 중공사막 모듈.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 배관부는 직선형태로 연장되며 상기 소모듈은 상기 배관부의 길이방향을 따라 연속적으로 배치된 구조의 중공사막 모듈.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 배관부는 상기 원수관과 에어관 및 집수관이 간격을 두고 평행하게 배치되고, 상기 원수관과 에어관과 집수관은 각각 길이방향을 따라 간격을 두고 원수연결구와 에어연결구와 처리수연결구가 형성되어 복수개의 소모듈이 상기 각 연결구를 매개로 배관부의 길이방향을 따라 연결되는 구조의 중공사막 모듈.
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