KR19990036384A

KR19990036384A - 중공 파이버막의 집적모듈

Info

Publication number: KR19990036384A
Application number: KR1019980701053A
Authority: KR
Inventors: 다미유키 에구치
Original assignee: 후루타 다케시; 가네가후치 가가쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1999-05-25
Also published as: EP0855214A1; CN1193922A; WO1997010046A1; JPH0975682A

Abstract

본 발명은 피처리액 중에 산기된 기포가 중공 파이버막을 효과적으로 요동시킴과 아울러 중공 파이버막이 절단되기 어렵고 유효막 면적이 크며 역세척에도 견딜 수 있고 조립이 단순한 구조의 중공 파이버막 모듈을 제공한다.

여러개의 중공 파이버막을 묶은 중공 파이버막 유닛이 2개 이상 직선상으로 배열되어 이 열이 2개 이상 평행으로 나열되고, 각 유닛의 여과액 통로가 서로 연결되어 이들 열 사이에 각 중공 파이버막 유닛근방으로 한 개 이상의 공기 산기공이 있으며, 이들 산기공은 직선상으로 배열되어 각 산기공은 서로 공기통로로 연결되고 이들 모두가 일체로 형성된 플레이트에 집적되어 이 집적체에 한 개 이상의 여과액 출구 및 공기 도입구가 형성된다.

Description

[발명의 명칭]

중공 파이버막의 집적모듈

[도면의 간단한 설명]

도 1은 본 발명에 있어서, 중공 파이버막(中空 fiber膜)의 집적모듈(集積 module) 정면도,

도 2는 본 발명에 있어서 중공 파이버막의 집적모듈 측면도,

도 3은 도 1의 A-A선 단면도,

도 4는 도 3의 B-B선 단면도,

도 5는 도 3의 C-C선의 단면도,

도 6은 도 1 및 도 3의 D-D선 단면도,

도 7은 장착하기 전의 중공 파이버막 유닛의 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 집적 플레이트(集積 plate)

2 : 중공 파이버막 유닛(中空 fiber膜 unit)

3 : 산기공(散氣孔) 4 : 여과액 출구

5 : 공기 도입구10 : 다리(leg)

11 : 안내판12 : 여과액 통로(濾過液通路)

13 : 공기 통로21 : 중공 파이버막

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 활성 흙탕물 등의 제거해야 할 물질이 다량 포함되어 있는 액체를 여과하기 위한 중공 파이버막의 집적모듈에 관한 것으로서, 특히 산기(散氣)와 여과(여과濾過)를 병용하는 침적여과 방식에 적합한 모듈에 관한 것이다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

활성 흙탕물이나 하수와 같이 제거해야 할 물직이 다량 포함되어 있는 액체를 가압하여 여과시키면 필터가 잘 막히지만, 산기와 흡인여과를 병용함으로써 막히는 것이 상당히 개선된다.

이 여과방식이 효과적이기 위해서는, 막 모듈은 피처리액 중에 산기된 공기와 막표면에 접해 있는 피처리액을 마구 휘젓어 뒤섞는 구조가 필요하다.

이러한 목적으로서, 상승하는 기포로 중공 파이버막이 요동되도록 일단을 자유단(自由端)으로 한 중공파이버막 다발을 수평하게 배치시킨 것(예를 들어, 특개평 4-180821호 공보), 중공 파이버막의 고정단으로부터 타단의 자유단을 우산모양으로 펼친 것(예를 들어, 특개평 4-187219호 공보), 중공 파이버막을 발모양으로 묶어 그 일단 혹은 양단을 고정시킨 것(예를 들어 특개평 6-342호 공보, 특개평 6-344호 공보, 특개평 6-344호 공보, 특개평 7-24272호 공보) 등 중공 파이버막의 배열을 궁리한 여러 타입의 막 모듈이 개발되고 있다.

그러나 이 모듈구조는, ①고정단에서 중공 파이버막이 절단되기 쉽다. ②유효막 면적이 작다. ③요동효과가 충분하지 않다. ④내압강도가 약하여 역세척(逆洗滌)할 수 없다는 등의 문제가 남아 있다.

예를 들어 중공 파이버막의 일단을 자유단으로 하면 너무 크게 동요(動搖)되어 고정단의 부분에서 반복적으로 중공 파이버막이 굴곡되기 때문에 절단되기 쉽다. 중공 파이버막을 우산모양으로 펼치면 유효막 면적이 작아진다. 또한 중공 파이버막을 발모양으로 묶어 길고 가느랗게 고정시킨 것은 내압이 약함으로써 중공 파이버막 안쪽으로부터 압력을 가하여 충분히 역세척할 수 없다. 또한 이 모듈에 관한 공통된 문제로서 막 모듈과 산기설비가 독립되어 있으므로 조립이 번잡하다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 피처리액 중 산기된 기포가 중공 파이버막을 효과적으로 요동시킴과 아울러 중공 파이버막이 쉽게 절단되지 않고 유효막 면적이 크며 역세척에도 견딜 수 있고 조립이 단순한 구조의 중공 파이버막의 집적모듈을 개발하고자 하는 것이다.

[발명의 구성 및 작용]

중공 파이버막의 절단은 상기와 같이, 중공 파이버막의 고정단에서 반복적으로 중공 파이버막이 굴곡되기 때문에 발생한다. 따라서 기포를 중공 파이버막의 섬유축 방향을 따라 움직이게 한다면 중공 파이버막의 절단을 피할 수 있다.

기포의 효과는 기포가 집적 중공 파이버막에 닿는 것이 아닌 기포의 움직임이 중공 파이버막을 요동시키므로 반드시 중공 파이버막을 우산모양 혹은 발모양으로 펴칠 필요가 없고 유효막 면적을 작게 하는 일 없이 마치 해초와 같이 될 수 있는 한 자유스럽게 중공 파이버막 전체를 요동시키면 된다.

이를 만족시키고 또한 중공 파이버막의 역세척을 견디도록 중공 파이버막 모듈과 기포장치를 일체로 할 수 있다면 상기의 과제를 해결할 수 있다.

즉 본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여, 여러개의 중공 파이버막을 묶은 중공 파이버막 유닛이 2개 이상 직선상으로 배열되어 이 열이 2개 이상 평행으로 나열되고, 각 유닛의 여과액 통로가 서로 연결되어 이들 열 사이에 각 중공 파이버막 유닛 근방으로 한 개 이상의 공기의 산기공이 있으며, 이들 산기공은 직선상으로 배열되어 각 산기공은 서로 공기통로로 연결되고, 이들 모두가 일체로 형성된 플레이트에 집적되어 이 집적체에 한 개 이상의 여과액 출구 및 공기 도입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 중공 파이버막의 집적모듈을 제공하는 것이다.

이 경우 공기의 산기공 근방에 여과액의 통로 및 공기 통로와는 독립적으로 피처리액이 자유롭게 출입할 수 있는 복수의 유동 구멍이 상기 플레이트를 상하로 관통하여 형성되는 것, 2쌍의 중공 파이버막 유닛이 고리모양으로 반복된 중공 파이버막 다발로 이루어져 고리부분으로 지지되는 것, 기포에 의하여 중공 파이버막이 요동되도록 기포 안내판이 상기 중공 파이버막 유닛 및 공기의 산기구멍을 둘러싸 형성되는 것, 여과액 통로의 내양압, 내음압이 모두 100KPa 이상인 것, 상기 플레이트에 높이 2㎝ 이상의 다리가 부착되어 있는 것 등이 바람직한 실시예이다.

[실시예]

도 1에서 도 6은 본 발명의 중공 파이버막의 집적모듈 일례를 나타내는 간략도로서, 도 1은 본 발명의 중공 파이버막 집적모듈의 정면도, 도 2는 중공 파이버막 집적모듈의 측면도, 도 3은 도 1의 A-A선 단면도를 각각 나타내는 간략도이다. 이 도면에서는 집적 플레이트(1)에 중공 파이버막 유닛(2)이 2열로 배열되어 있으나 3열 이상도 물론 가능하다. 여기 도면 중 3은 산기공, 4는 여과액 출구, 5는 공기 도입구, 6은 피처리액 유동 구멍을 각각 나타낸다.

본 발명의 중공 파이버막 집적모듈은 다수의 중공 파이버막을 묶은 중공 파이버막 유닛(2)이 2개 이상의 직선상으로 배열되어, 이 열이 2개 이상평행으로 나열되고, 각 중공 파이버막 유닛(2)의 여과액 통로(12)가 서로 연결되어 이들 열 사이에 각 중공 파이버막 유닛(2) 근방으로 한 개 이상의 공기취출 구멍인 산기공(3)이 있다. 그리고 이 산기공(3)은 직선상으로 배열되어 각 산기공(3)은 서로 공기 통로(13)로 연결되고, 이 모두가 일체로 형성된 집적 플레이트(1)에 집적되어 이 집적체에 한 개 이상의 여과액 출구(4) 및 공기 도입구(5)가 형성된다.

더욱 구체적으로는 집적 플레이트(1)에는 복수의 중공 파이버막 유닛(2)이 직선상으로 배열되어 있으며, 각 유닛은 도 4(도 3의 B-B선 단면도)와 같이 여과액 통로(12)에서 서로 연결되어 여과액 출구(4)에 연통(煙筒)되어 있다. 또한 상기 여과액 통로(12)는 집적 플레이트(1)의 내부에서 굴곡되어 있으므로, 제조상 다른 두 방향으로부터 집적 플레이트(1)에 구멍을 일체성형 또는 뚫어서 교차상으로 형성시킬 필요가 있음으로써 여과액 출구(4) 이외의 개구를 여과액 마개(7)로 막아 여과액을 한 개의 여과액 출구(4)로부터 취출하도록 되어 있다.

마찬가지로 중공 파이버막 유닛(2)의 근방에 산기공(3)이 직선상으로 배열되어 각 산기공(3)은 도 5(도 3의 C-C선 단면도)와 같이 서로 공기 통로(13)로 연결되어 있다. 공기 마개(8)는 공기를 한 개의 공기 도입구(5)로부터 전체의 산기공(3, …)으로 보내기 위한 것이다.

도 6(도 1 및 도 3의 D-D선 단면도)은 여과액 출구(4)와 공기 도입구(5)를 포함하는 집적 플레이트(1)의 단면을 나타낸다. 여과액 출구(4)에 직접적으로 연속하는 여과액 통로(12)와 공기 도입구(5)에 직선적으로 연속하는 공기 통로(13)는 집적 플레이트(1)를 관통시켜 형성된다. 이 때문에 중공 파이버막 유닛(2)의 모든 여과액이 여과액 출구(4)로부터 취출되도록 다른 개구를 여과액 마개(7a)로 막고 있다. 도한 공기 도입구(5)로부터 보내지는 공기가 전체의 산기공(3)으로 분배되도록 공기 마개(8a)로 막아져 있다. 이들 마개(7a, 8a)는 2개 이상의 중공 파이버막의 집적 모듈을 접속시키는 경우에는 커넥터의 접속구로도 이용할 수 있다.

또한 피처리액이 플레이트면의 상하를 자유롭게 출입할 수 있도록 피처리액 유동 구멍(6)이 집적 플레이트(1)를 관통하여 여과액 통로(12) 및 공기 통로(13)와는 독립적으로 형성되는 것이 필요하다.

다리(10)는 집적 플레이트(1)를 안정적으로 고정시켜주는 것 뿐만이 아닌 피처리액이 집적 플레이트(1)의 상하를 자유롭게 출입할 수 있게 해줌으로써, 여과물이 집적 플레이트(1)상에 퇴적되지 않도록 설치면으로부터 플레이트 하면까지의 높이를 확보하기 위한 것으로 그 높이는 약 2㎝ 이상인 것이 바람직하다.

중공 파이버막을 효과적으로 요동시키기 위하여, 플레이트 고정용의 다리(10)를 상방으로 연장시켜 형성된 지지틀(10a)을 이용하여 파형(波型)의 안내판(11)을 상기 중공 파이버막 유닛(2) 및 산기공(3)을 둘러싸도록 집적 플레이트(1) 상면에 복수개 형성하여 기포의 자유스러운 움직임을 제한할 수도 있다.

중공 파이버막 유닛(2)은 자유단이라도 무방하나 서로 인접하는 2개의 유닛이 고리모양으로 연결되어 고리 부분에서 중공 파이버막이 서로 엉키는 것을 피할 정도로 상기 지지틀(10a)에 걸쳐 형성된 중공 파이버막 지지부재(9)로 현수지지(懸垂地誌)되는 것이 바람직하다.

상기 집적 플레이트(1)는 열가소성 수지로서 사출성형(射出成型)된다. 열가소성 수지로는, 미리 집속고정(集束固定)된 중공 파이버막 유닛(2)이나 여과액의 취출관, 공기를 이송시키는 파이프 등이 접착에 의하여 용이하게 접속될 수 있음으로써 폴리염화비닐(polyyinyl chloride)이 적절하다. 또한 접착성 등의 문제가 없다면 집적 플레이트(1)를 금속제로도 할 수도 있다.

상기와 같이 집적 플레이트(1)는 여과액 마개(7a)나 공기 마개(8a)를 이용하여 여러개를 서로 접속시켜 확장시킬 수 있으므로, 한 개의 집적 플레이트(1)는 용이하게 취급할 수 있는 크기의 것으로 길이, 폭과 함께 약 60㎝를 넘지 않는 것이 바람직하다.

또한 중공 파이버막 전체가 효과적으로 요동하기 위해서는, 중공 파이버막 유닛(2)의 집속고정 부분의 굵기는 중공 파이버막의 굵기에도 따르나 약 2㎝를 넘지 않는 것이 바람직하다. 이 부분을, 유닛의 배열방향에 장축(長軸)을 맞춘 타원형상으로서 얇게 한다면 더욱 효과적이다.

여과액의 압력손실을 고려하면 중공 파이버막의 내경이 작은 경우에는 중공 파이버막의 길이를 짧게 하고 큰 경우에는 길게 해야한다. 본 발명에서는 중공 파이버막 전체를 효과적으로 요동시키기 위하여 내경이 300~500㎛인 중공파이버막이 사용되므로 유닛당 중공 파이버막의 길이는 약 25~100㎝이다. 또한 중공 파이버막 구멍의 지름은 약 0.1~0.5㎛으로서, 공지(公知)의 폴리술폰(polysulfone), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(poiypropylene) 등으로 이루어지는 중공 파이버막을 본 발명에 사용할 수 있다.

도 7은 집적 플레이트(1)에 고정시키기 전의 중공 파이버막 유닛(2)을 나타내는 간략도이다.

본 도면에서는 수백개의 중공 파이버막(21)으로 이루어지는 다발의 양단이 플레이트와 같은 재료로 이루어지는 합성수지제 링(22)에 에폭시 수지 혹은 우레탄 수지와 같은 열경화성 수지(23)로 집속고정되어 있다. 예를 들어 링(22)과 집적 플레이트(10를 폴리염화비닐로 한 경우에는 수도관용 폴리염화비늘 파이프의 접착제로 이것을 접속시킨다.

이것이 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌의 경우에는 열용착도 가능하다. 그리고 이와 같은 중공 파이버막 유닛(2)이 1열당 5~10㎝ 간격으로 5~10개 나열된다.

상기 산기공(3)은 약 0.5~2㎜ 직경의 구멍이다. 이것은 중공 파이버막 전체를 효과적으로 요동시키기 위하여 중공 파이버막 유닛(2)의 고정부분에 될 수 있는 한 가까운 위치에다 개설하는 것이 바람직하다.

본 발명의 중공 파이버막의 집적모듈은 상기와 같이 제거해야 할 물직을 다량 포함하고 있는 활성 오니 처리수 등의 침적여과에 사용되므로, 산기와 흡인압 여과를 병용하여도 역시 막히는 것은 피할 수 없다. 이와 같은 경우에 여과성능을 회복시키기에는 역세척이 효과적이지만, 종래의 장치는 반드시 역세척에 견딜 수 있는 구조가 아니다. 그러나 본 발명의 모듈에 있어서 중공 파이버막 유닛(2)은 역세척 압력에 견딜 수 있는 유닛이며, 여과액의 통로도 일체성형된 플레이트에 내장되어 있으므로 높은 내압구조이다. 따라서 여과액에 따른 역세척도 공기압에 따른 역세척도 할 수 있다.

본 발명의 중공 파이버막 집적모듈은 유효막 면적이 큼으로써, 예를 들어 내경 500㎛, 외경 800㎛의 중공 파이버막이 400개 묶여진 유효 길이가 75㎝의 유닛을 폭 약 25㎝, 길이 약 50㎝의 플레이트에 6㎝간격으로 8개, 2열 나열시킨 집적 모듈은 약 12㎡의 유효막 면적을 갖는다.

다음에 실시예에서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠는데, 본 발명이 이 실시예에 한정된 것은 아니다.

길이, 폭, 두께가 각각 50, 25 및 6㎝의 폴리염화비닐제 플레이트에 내경 약 25㎜의 여과액 통로(12)를 2열, 내경 약 10㎜의 공기 통로(13)를 4열, 여과액 통로(12)에 연결되는 6㎝의 간격으로 나열된 8개의 직경 26㎜의 중공 파이버막 유닛(2)의 장착공(12a)이 2열, 그 장착공(12a)에 나열되어 4열이 빈 공기 통로(13)에 연결되는 직경 1㎜의 산기공(3), 상기 장착공(12a)의 중간에 위치하는 3열의 직경(30㎜인 피처리액 유동 구멍(6), 4개의 각(角)에 플레이트를 실은 다리(10)를 고정시키기 위한 직경 11㎜의 구멍을 갖는 중공 파이버막의 집적모듈용 집적 플레이트(1)를 일체로 작성한다.

이 플레이트에 높이 10㎝의 다리(10)를 고정시킨다. 또한 다리(10)로부터 플레이트 상방 약 75㎝까지 늘어나는 두께 10㎜의 스텐레스 스틸 환봉(지지틀(10a))에 직경(10㎜ 스텐레스 스틸 환봉으로 이루어지는 중공 파이버막의 중공 파이버막 지지부재(9)를 고정시킨다.

별도로 내경, 외경이 500㎛ 및 800㎛, 길이가 약 160㎝, 구멍 지름이 약 0.45㎛의 폴리술폰제 중공파이버막(21)을 400개 묶어 그 양단을 외경 26㎜, 내경 20㎜, 길이 40㎜의 폴리염화비닐제 링(22)에 삽입시켜 열경화성 수지(23)로 집속고정시킨다. 이 중공 파이버막 유닛(2)을 8쌍 준비한다.

이들 중공 파이버막 유닛(2)의 중앙을 먼저 준비된 집적 플레이트(1)의 중공 파이버막 지지부재(9)에 싣고 나서 수도관용 폴리염화비늘 파이프용 접착제로 링(22)을 플레이트 중공 파이버막 유닛의 장착공(12a)에 접착시킨다.

지지틀(10a)에 높이 약 60㎝의 폴리염화비닐제 안내판(11)을 고정시킨 다음 여과액 출구(4)에 내경 38㎜의 코일이 내장된 내압 연질 폴리염화비닐 튜브를 접속시키고, 공기 도입구(5)에 내경 15㎜의 연질 폴리염화비닐 튜브를 접속시킨다. 이들 이외의 여과액 통로(12) 및 공기통로(13)의 개구에는 모두 마개를 한다.

(물 여과시험)

높이 약 1.5m의 곳에 설치된 종, 횡 높이 모두 약 1m의 수조에 중공 파이버막의 집적모듈을 설치하고 여과액 튜브 선단이 수조 바닥으로부터 약 1m 밑으로 오도록 고정시킨다.

수조에 수돗물을 채우고 여과액 튜브를 흡인하여 여과수를 배출시킨 후 흡인펌프를 튜브로부터 떼어 여과수를 자연낙하시킨다. 이 때 초기의 여과유량은 약 60L/분이다.

(가정배수의 활성 오니 처리수의 여과)

여과액 튜브의 출구에 전자 밸브(電磁 valve)를 접속시키고 수돗물을 오니 농도가 약 6000㎎/L인 가정배수의 활성 오니 처리수로 바꾸어 교반하면서 오니 배양용과는 별도로 공기를 200L/분에서 산기공(3)으로부터 연속적으로 폭기(曝氣)시키고 전자 밸브를 1분 간격으로 개폐시켜 수위차에 의한 간헐흡인(間歇吸引) 여과를 한다.

초기 여과유량은 약 0.3㎥/시간이나, 서서히 저하하여 1개월 후에는 약 1/2이 된다.

이 시점에서 여과액 출구로부터 중공 파이버막의 버블 포인트(bubble point) 이상인 450KPa의 가압공기를 중공 파이버막으로 보내어 1분간 공기로 역세척한다.

재차 여과를 시작한 곳은 초기 여과유량을 거의 회복시켜 1회째와 마찬가지의 여과유량의 경시변화를 나타낸다.

이 사이에 중공 파이버막의 절단은 없으며, 소형임에도 불구하고 종래 장치와 비교하여 거의 2배의 여과속도를 나타내어 역세척으로 인하여 기능이 회복되는 효과도 확인된다.

[발명의 효과]

이상으로 이루어진 본 발명의 중공 파이버막의 집적모듈에 의하면, 활성 흙탕물 등 제거해야 할 물질이 많이 포함되어 있는 액체를 잘 막히지 않으며 고정단에서 중공 파이버막이 절단되지 않도록 효율적으로 여과할 수 있고 또한 역세척에 의하여 여과기능을 회복시킬 수 있다.

Claims

여러개의 중공 파이버막(中空 fiber膜)을 묶은 중공 파이버막 유닛(unit)이 2개 이상 직선상으로 배열되어 이 열이 2개 이상 평행으로 나열되고, 각 유닛의 여과액 통로가 서로 연결되어 이들 열 사이에 각 중공 파이버막 유닛 근방으로 한 개 이상의 공기의 산기공(散氣孔)이 있으며, 이들 산기공은 직선상으로 배열되어 각 산기공은 공기통로로 연결되고, 이들 모두가 일체로 형성된 플레이트(plate)에 집적되어 이 집적체에 한 개 이상의 여과액 출구 및 공기 도입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 중공 파이버막의 집적모듈.
제 1항에 있어서,

공기의 산기공 근방에 여과액 통로 및 공기 통로와는 독립적으로 피처리액(被處理液)이 자유롭게 출입할 수 있는 복수의 유동 구멍이 상기 플레이트를 상하로 관통하여 형성되는 중공 파이버막의 집적모듈.
제 1항에 있어서,

2쌍의 중공 파이버막 유닛이 고리모양으로 반복된 중공 파이버막 다발로 이루어져 고리부분으로 지지되는 중공 파이버막의 집적모듈.
제 1항에 있어서,

기포에 의하여 중공 파이버막이 요동되도록 기포 안내판이 상기 중공 파이버막 유닛 및 공기의 산기구멍을 둘러싸서 형성되는 중공 파이버막의 집적모듈.
제 1항에 있어서,

여과액 통고의 내양압(耐陽壓), 내음압(耐陰壓)이 모두 100KPa 이상인 중공 파이버막의 집적모듈.
제 1항에 있어서,

상기 플레이트에 높이 2㎝ 이상의 다리가 부착되어 있는 중공 파이버막의 집적모듈.