KR101557544B1

KR101557544B1 - 중공사막 모듈

Info

Publication number: KR101557544B1
Application number: KR1020120157687A
Authority: KR
Inventors: 민규홍; 푸팡자
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사; 롯데케미칼 주식회사
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2015-11-02
Anticipated expiration: 2032-12-29
Also published as: EP2749346A1; US20140183123A1; US9675936B2; KR20140087416A; EP2749346B1; CN103908895A

Abstract

본 발명은 중공사막(A) 및 중공사막(B)를 포함하여 내경이 상이한 2 종 이상의 중공사막이 구비되고, 상기 중공사막 (A) 및 (B)의 상부 개방단에 가하여진 초기 압력이 P₀이며, 하부 개방단의 압력이 각각 P_A 및 P_B인 경우, │P_A-P₀│>│P_B-P₀]이며, 상기 중공사막 모듈은 중공사막의 길이방향으로 균일한 여과효율을 가질 수 있다.

Description

중공사막 모듈{HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE}

본 발명은 중공사막 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내경 크기가 상이한 2종 이상의 중공사막이 구비된 중공사막 모듈에 관한 것이다.

분리막은 분자의 크기, 또는 분자와 분리막 간의 반발력 등에 따라 물질을 분리하는 도구로서, 분리의 구동력은 압력, 농도 그리고 전위차 등이다. 분리막을 분리공정에 이용하였을 경우에 자동화가 간편하고 상변화와 고온처리 등이 수반되지 않는 장점이 있기 때문에, 환경오염방지시설 또는 화학공업의 분리공정들을 대체할 수 있는 기술로서 연구 및 이용되고 있다. 분리막의 종류에는 역삼투막, 나노여과막, 한외여과막(ultrafiltration membrane), 정밀여과막(microfiltration membrane), 이온교환막, 기체분리막, 투과증발막 등이 있다.

중공사막 모듈은 그 운전 방식에 따라 가압식과 침지식으로 분류된다. 가압식 여과 장치의 경우, 처리해야 할 유체에 압력을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공으로 선택적으로 투과되도록 한다.

가압식 여과 장치는 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하기는 하지만 운전압력을 높게 유지할 수 있어 단위 시간에 얻을 수 있는 투과수의 양이 침지식 여과 장치에 비해 상대적으로 많다는 장점이 있다. 이에 반해, 침지식 여과 장치의 경우, 처리하고자 하는 유체가 저장된 조에 중공사막을 직접 침지시키고 중공사막의 내부에 음압을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공으로 선택적으로 투과되도록 한다. 침지식 여과 장치는 중공사막의 단위 표면적당 단위 시간에 얻을 수 있는 투과수의 양이 가압식 여과 장치에 비해 상대적으로 적지만 유체 순환을 위한 설비가 필요 없고 상대적으로 오염물질이 많은 원수를 바로 처리할 수 있는 장점이 있다.

가압식 및 침지식 여과 장치 모두는, 중공사막을 통과하여 중공으로 유입된 투과수를 중공사막의 양단을 통해 집수하는 양단 집수 방식 및 투과수를 중공사막의 한 쪽 말단을 통해서만 집수하는 단단 집수 방식으로 분류될 수 있다.

이와 같은 중공사막 모듈은 일정한 길이를 갖는 복수개의 중공사막 또는 중공사막 다발이 구비되어 있다. 그러나 중공사막은 길이가 긴 원통형을 가지므로 침지식의 경우 음압을 걸어주더라도 중공사막의 길이 방향으로 압력강하가 일어나게 되며, 가압식의 경우에도 가압하여 원수를 유입하더라도 길이 방향으로 압력강하가 일어나게 되므로 중공사막의 길이방향에 따라 균일하게 여과하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 미국 특허공보 제8104748호(공고일: 2012년 1월 31일)에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 중공사막의 길이방향으로 균일한 여과효율을 갖는 중공사막 모듈을 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 처리수 배출구가 1개인 가압식 중공사막 모듈이 별도 배관의 구성없이 양단 집수 효과 갖는 중공사막 모듈을 제공하기 위함이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 하나의 관점은 중공사막(A) 및 중공사막(B)를 포함하여 내경이 상이한 2 종 이상의 중공사막이 구비되고, 상기 중공사막 (A) 및 (B)의 상부 개방단에 가하여진 초기 압력이 P₀이며, 하부 개방단의 압력이 각각 P_A 및 P_B인 경우, 하기 수학식 1을 만족하는 중공사막 모듈에 관한 것이다:

[수학식 1]

│ P _A - P ₀ │>│ P _B - P ₀ ]

상기 중공사막 (A)의 내경(R_A)은 0.4 내지 1.2mm이고, 상기 중공사막 (B)의 내경(R_B)은 중공사막 (A)의 내경(R_A)보다 크다.

상기 중공사막(A) 및 상기 중공사막(B)의 총 막 면적 비(A/B)는 멤브레인의 내경 및 외경에 따라 달라질 수 있으나 바람직하게는 1 이상 일 수 있다.

상기 중공사막 모듈은 가압식 중공사막 모듈이고 P₀>0 일 수 있다.

상기 가압식 중공사막 모듈은 원수 유입구, 농축수 배출구, 및 처리구 배출구가 구비된 하우징 및 상기 하우징 내부에 복수개의 중공사막 (A) 및 (B)가 상기 하우징의 길이 방향으로 배치되어 있을 수 있다.

상기 중공사막 모듈이 침지식이고 P₀<0 일 수 있다.

상기 침지식 중공사막 모듈은 헤더; 및 상기 헤더에 포팅되고, 상기 헤더의 길이방향과 수직방향으로 배열된 복수개의 중공사막 (A) 및 (B);를 포함할 수 있다.

본 발명의 내경의 크기가 상이한 2종 이상의 중공사막이 구비된 중공사막 모듈은 중공사막의 길이방향으로 균일한 여과효율을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 단위 중공사막(A) 및 단위 중공사막(B)의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 침지식 중공사막 모듈의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 중공사막의 길이에 따른 압력 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 모듈의 중공사막 내부의 압력 분포의 예를 나타낸 것이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명에서 '상단 또는 상부' 및 '하단 또는 하부'는 설명을 용이하게 하기 위해 도면상 기준으로 한 것이며, 절대적인 것은 아니다.

본 발명의 제1 실시예로서 가압식 중공사막 모듈을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 단면을 나타낸 것이다. 상기 가압식 중공사막 모듈(100)은 하우징(10) 내부에 하우징의 길이방향으로 중공사막이 배치되어 있다. 상기 하우징(10)은 일측 하단에 원수 유입구(11), 일측 상단에 농축수 배출구(14)가 구비되고, 상단부에 중공사막을 통하여 여과된 처리수가 배출되는 처리수 배출구(12)가 형성되어 있다. 상기 하우징(10) 내부에는 중공사막(A) 및 중공사막(B)를 포함하여 내경이 상이한 2 종 이상의 중공사막이 포팅(potting)될 수 있다.

내경 크기가 동일한 1종의 중공사막이 구비된 중공사막 모듈의 경우, 가압식, 침지식에 구분없이 중공사막의 길이방향에 따른 압력 강하로 인하여 중공사막의 길이방향으로 균일하게 원수를 여과하는 것이 용이하지 않다. 예를 들어 길이가 약 2m인 중공사막 모듈의 경우 여과 효율은 집수부에 가까울수록 좋으며 보통 집수부로부터 약 1 내지 1.5m까지는 여과 효율이 높고 이외의 영역은 여과 효율이 현저히 저하되므로 중공사막 모듈의 전체적인 여과효율이 저하될 수 있다.

이론적으로 설명하면, 중공사막을 포함한 모든 형태의 속이 비어있는 관의 내부에 유체가 흐를 때 그 관의 길이에 따른 압력변화는 하기 수학식 2의 Hagen-Poiseuille 식에 의해 따른다고 알려져 있다.

[수학식 2]

상기 수학식 2에서 P는 압력, η는 유체의 점도, Q는 유체의 유량, z는 관의 길이, π는 원주율, di는 관의 내부반지름을 의미한다.

Hagen-Poiseuille 식에 의하면 중공사막의 길이가 길어짐에 따라 또한, 중공사막의 내경이 작아짐에 따라 길이방향으로의 압력편차가 커지게 되며, 동일한 길이의 중공사막에서는 내경의 차이에 따라 양 끝단의 압력차이가 발생하게 되므로, 본 발명자는 상기 압력차를 이용하여 수처리 효율을 증대시키기 위하여 두 가지 이상의 내경을 갖는 중공사막을 혼합하여 모듈을 제작하기에 이르렀다. 도 4는 중공사막 길이에 따른 압력 변화의 예를 나타낸 것으로 내경이 작을 수록 길이 증가에 따라 압력강하가 급격히 일어나는 것을 확인할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2는 직경이 상이한 중공사막(A) 및 중공사막(B)가 구비된 중공사막 모듈의 단위 중공사막을 각각 확대하여 나타낸 도면이다. 중공사막(B)는 내경(R_B)이 중공사막(A)의 내경(R_A)보다 큰 튜블러(tubular)이다. 상기 중공사막(A) 및 중공사막(B)는 각각 그 일단 및 타단에 개방단(open end)를 갖는다. 도 2에 나타낸 바와 같이 중공사막(A)의 상부 개방단(20a)과 중공사막(B)의 상부 개방단(30a) 및 중공사막(A)의 하부 개방단(20b)과 중공사막(B)의 하부 개방단(30b)이 각각 동일 면상에 위치해 있다는 가정 하에, 내경이 작은 중공사막(A)는 이보다 상대적으로 내경이 큰 중공사막(B)보다 중공사막의 길이방향으로 압력강하가 크게 일어난다. 즉 의 △P₁은 △P₂보다 크다.

도 4는 중공사막의 직경에 따른 중공사막 내부의 압력 분포를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 4를 참고하면, 상기 중공사막(A) 및 상기 중공사막(B)의 상부 개방단에 원수 유입에 따른 동일한 압력을 가하여도 중공사막(A)의 하부 개방단(30a) 압력(P_A)은 중공사막(B)의 하부 개방단(30b) 압력(P_B)보다 낮은 압력을 갖는 것을 알 수 있다. 다만, 상기 중공사막(A)와 중공사막(B)가 도 1과 같은 가압식 모듈에 포팅되는 경우, 상기 중공사막(A)와 중공사막(B)의 하부 개방단은 유체소통하고 있으므로 동일한 압력을 유지하게 되고, 중공사막(A)와 중공사막(B)의 하부 개방단에 인접한 중공사막 내부 영역의 압력 손실차에 따라 모듈 하단부에서 포집된 처리수는 중공사막(B)를 통하여 상부로 이송될 수 있다. 도 5를 참고하면, 중공사막(A)와 중공사막(B)의 하부 개방단이 유체소통하는 경우 하부 개방단에서 압력이 동일한 값을 갖게 되는 것을 확인할 수 있다.

따라서 도 1의 가압식 모듈의 경우 처리수 배출구가 1개 이지만 별도의 배관 구성없이 처리수 배출구가 모듈 양단에 구비된 양단 집수형 가압식 모듈과 동일한 효과를 가질 수 있다.

상기 가압식 중공사막 모듈은 중공사막(A) 및 중공사막(B)를 포함하여 내경이 상이한 2 종 이상의 중공사막이 구비되고, 상기 중공사막 (A) 및 (B)의 상부 개방단에 가하여진 초기 압력이 P₀이며, 하부 개방단의 압력이 각각 P_A 및 P_B인 경우, 하기 수학식 1을 만족한다. 가압식 중공사막 모듈인 경우 P₀>0 이다.

[수학식 1]

│P_A-P₀│>│P_B-P₀]

상기 중공사막(A) 및 상기 중공사막(B)의 총 막 면적 비(A/B)는 멤브레인의 외경에 따라 달라질 수 있으나, 1 이상 일 수 있으며, 바람직하게는 2 이상일 수 있다. 상기 막 면적은 단위 중공사막 외주면의 면적을 합친 총 면적을 의미한다.

본 발명의 제2 실시예로서, 침지식 중공사막 모듈을 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 침지식 중공사막 모듈의 단면을 나타낸 것이다.

도 3을 참고하면, 침지식 중공사막 모듈(200)은 헤더; 및 상기 헤더(40)에 포팅되고, 상기 헤더의 길이방향과 수직방향으로 배열된 복수개의 중공사막(A)(20) 및 중공사막(B)(30)를 포함한다. 가압식 중공사막 모듈은 압력을 가하기 위하여 중공사막을 밀폐시키는 하우징의 구비가 요구되나, 침지식 중공사막의 경우에는 모듈 상단에 음압(-)을 가하게 되므로 복수개의 중공사막 또는 중공사막 다발을 고정하는 헤더(40)를 구비하여 중공사막이 원수에 개방되도록 모듈을 구성할 수 있다.

침지식 중공사막 모듈 역시 모듈의 상단에서 음압을 가하게 되므로 중공사막의 길이방향에 따라 압력강하가 일어나게 된다. 따라서 내경이 동일한 1종의 중공사막을 이용한 침지식 모듈의 경우, 중공사막 하부에는 원수를 중공사막 외부에서 내부로 스며들게 할 수 있는 드라이빙 포스(driving force)가 일어날 정도의 음압이 확보되지 않을 수 있다. 본 발명의 침지식 중공사막 역시 앞서 기술한 가압식 중공사막과 마찬가지로 중공사막의 길이방향으로 균일하게 여과가 이루어지도록 직경이 상이한 2 종 이상의 중공사막이 구비된다.

다시 도 2를 참고하면, 침지식 모듈 상단에 가하여지는 최초의 음압(P₀)은 중공사막(A)의 상부 개방단(20a) 및 중공사막(B)의 상부 개방단(30a) 모두 동일한 값을 가진다. 그러나, 내경이 작은 중공사막(A)가 내경이 큰 중공사막(B)보다 길이방향으로 압력강하가 크게 일어날 수 있다. 따라서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 중공사막(B)의 하부 개방단(30b)의 음 압력(P_B)이 중공사막(A)의 하부 개방단(20b) 음 압력(P_A)보다 낮을 수 있으므로 중공사막(A)의 하단부 영역에 드라이빙 포스의 발생을 유도할 수 있으며, 중공사막(A)의 길이 방향으로 보다 균일한 여과 효율을 부여할 수 있다.

상기 침지식 중공사막 모듈은 중공사막(A) 및 중공사막(B)를 포함하여 내경이 상이한 2 종 이상의 중공사막이 구비되고, 상기 중공사막 (A) 및 (B)의 상부 개방단에 가하여진 초기 압력이 P₀이며, 하부 개방단의 압력이 각각 P_A 및 P_B인 경우, 하기 수학식 1을 만족한다. 침지식 중공사막 모듈의 경우 P₀<0이다.

[수학식 1]

│P_A-P₀│>│P_B-P₀]

상기 중공사막(A) 및 상기 중공사막(B)의 총 막 면적 비(A/B)는 중공사막의 외경에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 1 이상 일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 3 : 가압식 모듈의 수처리량 측정

실시예 1

길이 2m인 내경이 상이한 중공사막(A)와 중공사막(B)가 포팅된 도 1과 같은 형태의 가압식 모듈(직경 8인치)를 준비하였다. 상기 모듈의 하우징 또는 집수 헤더의 크기에 의해 제한되는 중공사막의 충전율은 47%로 고정하였다. 중공사막(A)의 내경은 0.8mm, 중공사막(B)의 내경은 3.9mm, 수투과도는 800L/㎡/hr/bar이며, 모듈의 운전압력이 10kPa 일 때, 중공사막 (A)와 (B)가 하기 표 1의 막 면적비를 갖도록 중공사막 (A)와 (B)를 모듈 내에 포팅시킨 후 처리수량을 측정하였으며, 그 측정값을 표 1에 함께 나타내었다. 상기 중공사막의 막 면적은 단위 중공사막 외주면의 총 면적을 의미하며, 상기 중공사막 외주면의 면적 계산에 적용되는 중공사막 외경의 측정은 실험을 통하여 얻어진 하기 관계식을 이용하였다.

* 중공사막의 막면적 = 중공사막 외주면의 총 면적 = π×(중공사막 외경)×(중공사막 길이)×(포팅된 중공사막의 개수)

* 중공사막(A)의 막면적비(%) = (중공사막(A)의 총 막면적/중공사막(A+B)의 총 막면적) × 100

* 중공사막(B)의 막면적비(%) = (중공사막(B)의 총 막면적/중공사막(A+B)의 총 막면적) × 100

* 중공사막 외경 = 중공사막 내경 × 1.21 + 0.28

[표 1]

상기 표 1과 같이, 중공사막 (A)와 (B)의 내경이 고정된 경우, 중공사막 (A)와 (B) 막 면적 및 막 면적비에 따라 모듈당 처리수량이 변화되는 것을 알 수 있고, 중공사막 (A)보다 내경이 큰 중공사막 (B)의 막 면적비가 3%인 경우 모듈당 처리수량이 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 3%를 초과한 경우에는 총 막면적이 낮아져서 처리수량이 적어지고, 3%를 미만인 경우에는 하단부의 압력강하가 높아져서 처리수량이 낮아지는 경향을 갖는 것을 확인 할 수 있다.

실시예 2 내지 13 및 비교예 1

실시예 2 내지 13은 중공사막(A)의 내경은 0.8mm로 고정하되, 하기 표 2의 막면적을 갖도록 중공사막(B)의 내경을 1 내지 58mm의 범위에서 변화시킨 후 수처리량을 측정한 것이고, 비교예 1은 길이 2m, 내경이 0.8mm인 단일 중공사막만을 포팅한 후 수처리량을 측정한 것이며, 비교예 2는 중공사막(A)의 내경은 0.8mm로 하고 중공사막(B)의 내경을 66mm로 변화시켰을 경우의 수처리량을 측정한 것이다.

[표 2]

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 내경이 0.8mm인 단일 중공사막(A)만을 사용한 비교예 1에 비하여, 내경이 상이한 2종의 중공사막을 사용한 실시예 2 내지 13의 경우 수처리량 증가율이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 다만, 비교예 2와 같이 중공사막(A)에 비하여 지나치게 내경이 큰 중공사막(B)를 사용한 경우에는 총 막면적이 지나치게 축소되어 수처리량 증가율이 저하된 것을 알 수 있다.

실시예 14 및 비교예 2

실시예 14

중공사막(A)의 내경이 0.4m이고 중공사막(B)의 내경이 1.2mm이며 모듈의 길이가 1m인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 하에서 가압식 모듈의 수처리량 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

비교예 2

비교예 3은 내경이 0.4mm인 중공사막(A)만으로 이루어진 것을 제외하고는 실시예 14와 동일한 조건 하에서 가압식 모듈의 수처리량 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

[표 3]

[표 4]

표 3 및 4에서 보는 바와 같이 실시예 14는 동일 조건에서 비교예 3보다 모듈당 처리수량이 최대 16% 가량 증가한 것을 알 수 있다.

실시예 15 및 비교예 3

실시예 15

중공사막(A)의 내경이 1.2m이고 중공사막(B)의 내경이 3.9mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 하에서 가압식 모듈의 수처리량 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

비교예 3

내경이 1.2mm인 중공사막(A)만으로 이루어진 것을 제외하고는 실시예 15와 동일한 조건 하에서 가압식 모듈의 수처리량 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

[표 5]

[표 6]

표 5 및 6에서 보는 바와 같이 실시예 15는 동일 조건에서 비교예 4보다 모듈당 처리수량이 최대 4% 가량 증가한 것을 알 수 있다.

실시예 16 내지 28 및 비교예 4 : 침지식 모듈의 수처리량 측정

실시예 16

길이 2m인 내경이 상이한 중공사막(A)와 중공사막(B)가 포팅된 도 3과 같은 형태의 침지식 모듈을 준비하였다. 상기 모듈의 헤더의 단면크기는 길이 800mm 폭 50mm였으며 중공사막의 충전율은 22%로 고정하였다. 중공사막(A)의 내경은 1.0mm, 중공사막(B)의 내경은 5.5mm이며, 모듈의 운전압력이 5kPa 일 때, 중공사막 (A)와 (B)가 하기 표 6의 막면적비를 갖도록 중공사막 (A)와 (B)를 모듈 내에 포팅시킨 후 처리수량을 측정하였으며, 그 측정값을 하기 표 7에 함께 나타내었다. 상기 중공사막의 막면적은 중공사막 외주면의 총면적을 의미하며, 상기 중공사막 외주면의 면적 계산에 적용되는 중공사막 외경의 측정은 실험을 통하여 얻어진 하기 관계식을 이용하였다.

* 중공사막의 면적 = 중공사막 외주면의 총면적 = π×(중공사막 외경)×(중공사막 길이)

* 중공사막 외경 = 중공사막 내경 × 1.21 + 0.28

[표 7]

상기 표 7과 같이, 중공사막 (A)와 (B)의 내경이 고정된 경우, 중공사막 (A)와 (B) 막 면적 및 막 면적비에 따라 모듈당 처리수량이 변화되는 것을 알 수 있고, 중공사막 (A)보다 내경이 큰 중공사막 (B)의 막 면적비가 2%인 경우 모듈당 처리수량이 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 2%를 초과한 경우에는 총 막 면적이 낮아져서 처리수량이 적어지고, 2% 미만인 경우에는 하단부의 압력강하가 높아져서 처리수량이 낮아지는 경향을 갖는 것을 확인 할 수 있다.

실시예 17 내지 28 및 비교예 4

실시예 17 내지 28는 중공사막 (A)의 내경을 1.0mm로 고정하되, 하기 표 8의 막면적을 갖도록 중공사막 (B)의 내경을 1.4 내지 49mm의 범위에서 변화시킨 것으로 수처리량을 각각 측정한 후 하기 표 8에 나타내었다. 비교예 4는 길이 2m, 내경이 1.0mm인 단일 중공사막만을 포팅한 것으로 수처리량을 측정 후 하기 표 8에 함께 나타내었다.

[표 8]

상기 표 8에 나타낸 바와 같이, 내경이 1.0mm인 단일 중공사막(A)만을 사용한 비교예 4에 비하여, 내경이 상이한 2종의 중공사막을 사용한 실시예 17 내지 28의 경우 수처리량 증가율이 우수한 것을 확인할 수 있다.

실시예 29 및 비교예 5

실시예 29

중공사막(A)의 내경이 0.4m이고 중공사막(B)의 내경이 1.4mm이며 길이가 1m인 침지식 모듈인 것을 제외하고는 실시예 16과 동일한 조건 하에서 수처리량을 측정 후 하기 표 9에 나타내었다.

비교예 5

내경이 0.4mm인 중공사막(A)만으로 이루어진 침지식 모듈인 것을 제외하고는 실시예 29와 동일한 조건하에서 5kPa압력으로 운전했을 경우의 수처리량 결과를 하기 표 10에 나타내었다.

[표 9]

[표 10]

표 9 및 10에서 보는 바와 같이 동일 조건에서 비교예 5의 처리수량에 비해 최대 40%가량 증가하였다.

실시예 30 및 비교예 6

실시예 30

중공사막(A)의 내경이 1.2mm이고 중공사막(B)의 내경이 5.5mm이며 모듈의 길이가 2m인 경우의 가압식 모듈인 것을 제외하고는 실시예 16과 동일한 조건하에서 수처리량을 측정한 후 그 결과값을 하기 표 11에 나타내었다.

비교예 6

내경이 1.2mm인 중공사막(A)만으로 이루어진 침지식 모듈인 것을 제외하고는 실시예 29와 동일한 조건하에서 5kPa압력으로 운전했을 경우의 수처리량 결과를 하기 표 12에 나타내었다.

[표 11]

[표 12]

표 11 및 12에서 보는 바와 같이 실시예 30은 비교예 6보다 모듈당 처리수량이 최대 5.8% 가량 증가한 것을 알 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

중공사막(A) 및 중공사막(B)를 포함하여 내경이 상이한 2 종 이상의 중공사막이 구비되고,
상기 중공사막 (A) 및 (B)의 상부 개방단에 가하여진 초기 압력이 P₀이며,
하부 개방단의 압력이 각각 P_A 및 P_B인 경우,
하기 수학식 1을 만족하는 중공사막 모듈:
[수학식 1]
│ P _A - P ₀ │>│ P _B - P ₀ ]
제1항에 있어서, 상기 중공사막(A)의 내경(R_A)은 0.4 내지 1.2mm이고, 상기 중공사막(B)의 내경(R_B)은 상기 중공사막(A)의 내경(R_A)보다 큰 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
제1항에 있어서, 상기 중공사막(A)와 상기 중공사막(B)의 총 막 면적 비(A/B)는 1 이상인 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
제1항에 있어서, 상기 중공사막 모듈은 가압식이고, P₀>0 인 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
제4항에 있어서, 상기 가압식 중공사막 모듈은 원수 유입구, 농축수 배출구, 및 처리구 배출구가 구비된 하우징 및 상기 하우징 내부에 복수개의 중공사막 (A) 및 (B)가 상기 하우징의 길이 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
제1항에 있어서, 상기 중공사막 모듈은 침지식이고, P₀<0 인 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.
제6항에 있어서, 상기 침지식 중공사막 모듈은
헤더; 및
상기 헤더에 포팅되고, 상기 헤더의 길이방향과 수직방향으로 배열된 복수개의 중공사막 (A) 및 (B);를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공사막 모듈.