KR20200020889A - 소형 고처리량 수처리 장치 - Google Patents

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무하네드 암마르 에이비유-지에이치디에이아이비
노르딘 가포우어
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킹 압둘라 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지
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Abstract

유체 처리 분야에서 사용되는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 모듈이 개시되며, 여기서, 주름진 디자인은 종래의 모듈에 비해서 200% 넘게 모듈의 생산 능력을 증가시킨다. 증가는 최적화된 주름진 디자인을 사용하여 모듈당 멤브레인 팩킹 밀도를 3배로 하여 성취된다. 개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임은 또한 모듈당 비활성 멤브레인 영역을 감소시키며, 이것은 새는 것을 방지하기 위해서 플레이트 및 프레임 코어에 부착된 멤브레인 에지의 비활성화에 의해서 야기된다.

Description

소형 고처리량 수처리 장치
관련 출원 데이터
본 출원은 2017 년 6 월 21 일자 출원된 미국 가출원 제 62/523,097호의 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배경은 수처리, 멤브레인 기술 및 수중(submersible) 멤브레인 시스템을 다룰 것이다.
수처리
다음 수십 년에 걸친 세계 인구 증가에 따라 가정, 농업 및 산업용 수요를 위해 물과 에너지가 필요할 것이고, 이들 모두 궁극적으로 급속하게 감소하는 전 세계 물 공급에 의존한다. 2013 년 유엔 보고서는, 물 사용량이 인구 증가율의 두 배까지 증가한다면, 전 세계 대부분의 국가에서 2050 년까지 물 스트레스 상태를 경험할 것으로 추정하였다. 대안적인 수자원을 발견하고, 보다 안전하고 경제적이며 효율적으로, 보다 엄격한 수자원 개척 프로세스를 채택할 필요성이 존재한다.
미국 지질 조사 보고서에 따르면, 지구의 물의 대략 97%가 식염수이므로, 물 여과 기술은 이전에 사용할 수 없었던 수자원의 봉인을 해제하는데 중요한 역할을 한다. 담수화 공정은 해수와 같은 식염수에서 미네랄을 제거하여 인간에게 또는 농업용으로 적합한 물을 생성한다. 담수화에 대한 관심의 대부분은 소비를 위한 담수 생산에 중점을 두고 있으며, 특히 해수가 풍부한 지역에 관심이 있지만, 담수원이나 빗물은 제한될 수 있다. 식염수가 풍부하게 존재하지만, 불행하게도, 공정에서 많은 양의 에너지가 소비되기 때문에 해수의 탈염은 비용이 많이들 수 있다.
식염수는 개척이 필요한 많은 유형의 물 중 하나일 뿐이다. 식염수 이외에도 기수(brackish water), 가정용 폐수, 산업 폐수 및 기타 오염된 수질로부터의 물은 사용하려면 처리가 필요하다.
수처리는 또한 전처리 분야, 생산된 물의 처리, 폐수 부피의 감소, 액체 제로 배출 분야, 염 생산, 식음료 농축 및 제약 산업을 위해 사용된다.
증류 및 증발을 포함하여 물을 탈염시키는 것으로 공지된 다수의 수단이 있지만, 광물 및 염이 멤브레인을 통과하는 것은 방지하고 물이 멤브레인을 통해 투과하는 것은 허여하는, 멤브레인을 이용한 역 또는 정삼투 멤브레인 여과를 사용하는 것이 가장 일반적이다.
멤브레인 기술
멤브레인은 부분 투과성을 갖는 선택적 장벽으로서, 그것은 특정 물질이 장벽을 통과하는 것은 허여하지만 다른 물질은 그렇게 하는 것은 방해할 것이다. 멤브레인은 일반적으로 그것과 접촉하는 화학 종의 투과를 완화시키는 불연속의 얇은 계면에 의해 정의된다. 멤브레인 계면을 통과하거나 통과할 수 없는 물질은 분자, 이온 또는 다른 작은 입자일 수 있다. 인공 멤브레인의 유입수는 공급수(feed-stream)으로 알려져 있고, 멤브레인을 통과하는 액체는 투과물(permeate)로 알려져 있으며, 보유 성분(멤브레인을 통과하지 못하게되는 물질)을 포함하는 액체는 잔류물 또는 농축물이다. 일반 필터는 이러한 멤브레인의 정의를 충족하지만, 관례상, 멤브레인이라는 용어는 용해되거나 또는 콜로이드인 종을 투과시키는 구조체에 제한되며, 반면 필터라는 용어는 더 큰 크기의 입자 분산체를 분리시키는 구조체를 정의하기 위해서 사용된다.
멤브레인은 일반적으로 합성 멤브레인 및 생물학적 멤브레인의 2 가지로 분류될 수 있다. 생물학적 멤브레인은 세포막(특정 성분의 통과를 허용하는 세포 또는 소기관의 외부 피복), 세포 핵을 덮는 핵막, 그리고 점막 또는 장막과 같은 조직막을 포함한다. 합성 멤브레인은 화학 공장과 같은 실험실이나 산업에서 사용하기 위해 인간에 의해 만들어진다.
멤브레인의 선택도는 멤브레인 기공 크기에 의존한다. 기공 크기에 따라 정삼투(FO) 멤브레인, 미세 여과(MF), 한외여과(UF), 나노 여과(NF) 및 역삼투(RO) 멤브레인으로 분류될 수 있다. 멤브레인은 중성 또는 하전될 수 있고, 입자 운반은 능동 운반 또는 수동 운반으로 분류될 수 있다. 멤브레인 공정의 압력, 농도, 화학적 또는 전기적 구배에 의해 투과 물의 능동 운반이 촉진될 수 있다. 역삼투멤브레인은 용매를 자연 삼투와 반대 방향으로 이동시키기 위해 압력이 필요하다.
전기적으로 하전된 멤브레인은 조밀하거나 미세 다공성 일 수 있지만, 가장 일반적으로 양으로 또는 음으로 하전된 이온을 고정시키는 기공 벽을 갖는 미세 다공성이다. 양이온으로 하전된 멤브레인은 주변 유체의 음이온에 결합하기 때문에 음이온(anion) 교환막이라고 한다. 유사하게, 음으로 하전된 이온을 함유하는 멤브레인을 양이온(cation) 교환막이라고 한다. 양이온 교환막에서, 고정 음이온은 중합체 간극에서 이동 양이온과 전기 평형 상태에 있다. 반대로, 이동성 음이온은 전하로 인해 양이온 교환막에서 다소 완전히 배제되는데, 이는 고정 이온의 전하와 동일하다.
하전된 멤브레인 계면을 갖는 멤브레인 분리는 주로 멤브레인 구조의 고정 이온과 동일한 전하의 이온을 배제하는 것에 의해서 달성되고, 기공 크기에 의해서는 훨씬 적은 정도로 달성된다. 음이온의 배제로 인해 양이온 교환막은 양이온의 이동만을 허용한다. 음이온 교환막은 중합체 매트릭스 상에 고정된 양전하를 옮긴다. 따라서 그들은 모든 양이온을 배제하고 음이온에만 투과성이다.
멤브레인 증류는 상 변화를 사용하여 물질을 분리하는 열 구동 분리 공정이다. 증류용 멤브레인은 본질적으로 소수성이며, 물을 기화시키기 위해 공급 유체를 가열하여 물을 염과 같은 용질로부터 분리하는데 사용된다. 멤브레인은 액상(물)에 대한 장벽으로서 작용하면서, 증기 상이 멤브레인을 통해 투과하게 한다. 소금 또는 기타 용질과 같이 기화되지 않은 물질은 멤브레인을 통과하지 않으며, 멤브레인 외부에 투과하여 모집된 증기와 분리되어 유지된다. 분리 후, 냉각수는 투과된 증기를 액상으로 되돌리는 데 사용된다.
지난 20 년 동안 담수화를 위한 진보된 멤브레인의 출현과 그에 따른 디자인의 기술적 혁신은 멤브레인 에너지 효율 및 성능을 증가시켰다. 결과적으로, 식염수로부터 고품질의 음용수를 생산할 수 있다.
멤브레인 시스템
멤브레인 생물 반응기(MBR), 정삼투(FO) 시스템 또는 멤브레인 증류(MD) 시스템과 같은 평판(flat-sheet) 멤브레인 분리 기술을 사용하는 종래의 수처리 분야는 여러 층의 플레이트-앤-프레임 멤브레인 요소를 포함하는 평평한 멤브레인 모듈을 사용한다. 각 멤브레인 요소는 단일 직사각형 멤브레인 플레이트-앤-프레임(일반적으로 플라스틱으로 구성)으로 구성되어 있으며, 여기에는 사각형 시트 멤브레인이 플레이트의 각 측면 에지 주위에 고정되어 여과수가 흐르는 루멘 공간이 만들어진다. 평판 멤브레인 모듈은 수중 또는 비수중 모듈 일 수 있다.
수중(submersible) 멤브레인 모듈은 처리될 유체를 함유하는 탱크 내에 모듈을 삽입함으로써 유체 처리에 사용되는 완전히 조립된 장치이다. 유체는 하나 이상의 활성 멤브레인 층을 통과하여 처리된다. 모듈에는 상이한 유체가 모듈을 출입할 수 있도록 입구 및 출구 연결부를 가진다. 비수중 멤브레인 모듈은 유체 처리에 사용되는 완전 조립된 장치로서, 멤브레인 플레이트 및 프레임이 처리되지 않은 유체를 수용하기 위한 입구 포트와 멤브레인을 통과한 처리된 유체를 제공하기 위한 출구 포트를 가지며, 그리고 가능하면 멤브레인을 통과하지 않은 미처리 유체용 추가적 출구 포트를 더 가지는 하우징에 배치된다.
멤브레인 요소는 멤브레인 플레이트 및 프레임이라 불리는 중앙 코어에 부착된 2개의 시트 멤브레인을 포함하는 멤브레인 모듈의 단일 서브 유닛이다. 하나 이상의 멤브레인 요소를 하나 이상의 유체 스트림의 입구 및 출구 연결부에 연결하면 단일 멤브레인 모듈이 형성된다.
평판 멤브레인은 유체 처리 분야에 사용되는 활성 초박막 층이다. 멤브레인은 처리된 유체와 처리되지 않은 유체 사이의 반투과성 장벽으로 작용하며, 물리적 및 화학적 분리 기술을 사용하여, 그것을 통해 선택된 분자만 통과할 수 있다. 멤브레인 시트는 멤브레인 플레이트 및 프레임 상에 고정되고, 에지는 멤브레인 플레이트 및 프레임의 중앙 프레임으로 또는 중앙프레임으로부터 누출되지 않도록 밀봉된다. 평판은 나선형 권취 멤브레인 모듈 또는 중공 섬유 멤브레인과 대조적으로, 평평한 멤브레인 표면을 언급한다.
활성(또는 유효) 멤브레인 영역은 목표 유체(들)와 직접 접촉하는 멤브레인 시트의 총 영역이다. 이 영역은 멤브레인 플레이트 및 프레임에 고정된 멤브레인 영역을 제외하고, 이것은 목표 유체와 직접 접촉을 가지지 않고, 처리에 기여하지 않는다.
멤브레인 플레이트 및 프레임에 고정된 멤브레인의 영역은 비활성 멤브레인 영역이다. 이 영역에는 프레임에 부착된 멤브레인 주변의 에지가 포함되고, 유체 처리 부분이 아니다.
멤브레인 패킹 밀도는 모듈이 차지하는 단위 영역으로 정규화된 멤브레인 모듈 내부에 둘러싸인 총 활성 멤브레인 영역이다. 멤브레인 패킹 밀도는 일반적으로 모듈이 차지하는 공간 영역의 제곱미터 당 활성 멤브레인 영역의 제곱미터로 측정된다. 패킹 밀도가 높을수록 모듈의 생산 능력이 커진다.
종래의 수처리 멤브레인 분리 기술에는 두 가지 문제 영역이 있다 : 낮은 멤브레인 패킹 밀도 및 큰 비활성 멤브레인 영역이다. 기존의 멤브레인 플레이트 디자인은 멤브레인 패킹의 낮은 밀도에 기인하여 활성 멤브레인 영역을 제한하기 때문에, 결국 정삼투법 또는 멤브레인 증류를 사용하여 석유 및 가스 산업에서 생산된 물을 처리하는 것과 같은 틈새 분야 분야에서 그것의 사용을 불가능하게 만든다. 종래의 디자인은 또한 단일 모듈에 사용된 몇몇 멤브레인 요소에 멤브레인 시트의 에지를 고정하는 것에 의해 야기되는 멤브레인 영역의 비활성화로 인해 활성 멤브레인 영역의 상당한 손실을 야기한다. 에지를 고정하는 것은 비처리된 유체를 처리되지 않은 유체로부터 투과체의 분리를 유지하려면 필수적이지만, 그러나, 이것은 또한 플레이트 시트 멤브레인에 이용가능한 효과적인 멤브레인 영역의 감소라는 결과에 이른다.
발명의 요약
유체 처리 분야에서 사용하기 위한 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 모듈이 개시되며, 여기서 주름진 디자인은 종래의 수중 모듈과 비교하여 수중 모듈의 생산 능력을 200 % 이상 증가시킨다. 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 모듈은 수중 또는 비수중 모듈일 수 있다. 최적화된 주름진 디자인을 사용하여 모듈 당 멤브레인 패킹 밀도를 3 배로 늘리는 증가를 달성했다. 개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임은 또한 모듈 당 비활성 멤브레인 영역을 감소시키며, 이것은 누설을 방지하기 위해 플레이트 및 프레임 코어에 부착된 멤브레인 에지의 비활성화에 의해 야기된다.
일 실시 예에 따르면, 접힌 평행 열을 갖는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어를 포함하고, 주름진 하부 프레임 부재, 주름진 상부 프레임 부재, 수직 좌측 프레임, 및 수직 우측 프레임 부재를 갖는 주름진 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 전측, 후측, 하측, 상측을 가지며, 상기 상부, 하부, 좌측, 우측 프레임 부재는 개방된 중앙 영역을 정의하며; 상기 상부, 하부, 좌측 및 우측 프레임 부재를 따라 상기 주름진 프레임의 전측에 부착된 상단 에지, 하단 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제1 주름진 멤브레인 시트; 상부, 하부, 좌측, 우측 프레임 부재를 따라 주름진 프레임의 후측에 부착된 상단 에지, 하단 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제2 멤브레인 시트; 상기 제1 및 제2 멤브레인 시트는 투과된 유체를 수집하기 위해 주름진 프레임의 개방된 중앙 영역에 멤브레인 루멘 공간을 형성하고, 상기 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어는 처리될 유체가 제1 및 제2 주름진 멤브레인 시트 중 하나를 통과함이 없이 멤브레인 루멘 공간으로 진입하는 것을 방지하기 위해 밀봉되고, 그리고 상기 제1 및 제2 멤브레인 시트의 영역은 상기 멤브레인 루멘 공간과 공팽창되도록 형성되고, 프레임에 부착된 제1 및 제2 멤브레인 시트의 상단, 하단, 좌측 및 우측 에지가 비활성 멤브레인 영역인 활성 멤브레인 영역을 제공하며; 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 상부 프레임 부재의 상측에 부착된 유체 출구 매니폴드, 상기 유체 출구 매니폴드는 상부 프레임 부재의 하나 이상의 개구를 통해 멤브레인 루멘 공간으로부터 투과된 유체를 수용하는 내부 공간을 가지며, 그리고 유체 출구 매니폴드의 내부 공간으로부터 투과된 유체를 제거하기 위한 유체 출구 포트를 갖고; 및 상기 주름진 멤브레인 플레이트 및 상기 프레임 코어의 상기 하부 프레임 부재의 하측면에 부착된 베이스;를 포함한다.
장치 베이스는 가스를 수용하기 위한 내부 공간, 가스 유입 포트, 및 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 외부에 인접한 가스를 방출하도록 위치된 가스 입구 매니폴드의 상부 표면에 있는 복수의 가스 출구를 갖는 가스 입구 매니폴드를 포함할 수 있으며, 상기 가스 입구 매니폴드 및 상기 가스 출구는 멤브레인 루멘 공간으로부터 격리된다. 가스는 공기, 또는 질소, 산소, 포화 이산화탄소, 불포화 이산화탄소 및 다양한 다른 유형의 안정 가스와 같은 다른 적합한 비활성 또는 안정한 기체일 수 있다.
베이스는 하부 프레임 부재에 부착된 유체 입구 매니폴드를 추가로 포함할 수 있고, 여기서, 하부 프레임 부재의 일부는 가스 입구 매니폴드에서 가스와의 격리를 유지하면서, 유체 입구 매니폴드와 접촉하도록 가스 입구 매니폴드를 통해 연장되며, 상기 유체 입구 매니폴드는 유체를 수용하기 위한 내부 공간과, 유체 입구 포트와, 및 상기 유체 입구 매니폴드로부터의 유체가 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 멤브레인 루멘 공간으로 흘러들어갈 수 있는 하부 프레임 부재의 복수의 개구부에 인접한 상부 표면에 있는 하나 이상의 개구부를 포함한다. 유체는 드로우 유체 또는 냉각제 유체일 수 있다.
장치는 또한 제1 및 제2 멤브레인 시트 사이의 멤브레인 루멘 공간에 위치하는, 천공된 멤브레인 플레이트 및 부직포 메쉬 스페이서 시트로부터 선택된 스페이서를 가질 수 있다. 스페이서는 프레임 부재에 부착되거나 부착되지 않을 수 있다.
장치용 멤브레인 시트는 정삼투 멤브레인, 역삼투 멤브레인, 멤브레인 증류 멤브레인, 나노 여과 멤브레인, 미세 여과 멤브레인 또는 한외 여과 멤브레인일 수 있다. 처리될 유체는 식염수, 기수(brackish water), 가정용 폐수, 산업 폐수, 생산 수, 제약 유체 및 식음료 유체일 수 있다. 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어에서 주름진 멤브레인 시트의 활성 영역은 동등한 높이, 폭, 및 깊이를 가지는 평판한 시트 플레이트 및 프레임 모듈의 활성 멤브레인 영역보다 100 % 내지 250 % 이상(예를 들어, 414 % 또는 933 %) 더 크다.
개시된 멤브레인 모듈은 저가의 부식/화학적 내성 경량 재료, 바람직하게는 PVC로 제조될 수 있다. 모듈은 개별 구성 요소 또는 프레임 코어와 같은 결합된 구성 요소를 생산하기 위해서, 3D 프린팅, 사출 성형, 열 성형 및 프레싱, 또는 이들 기술의 조합을 사용하여 제조될 수 있다. 어느 한 구체 예에서, 멤브레인 시트는 에폭시와 같은 강한 내화학성 접착제를 사용하여 중앙의 주름진 플레이트 및 프레임 상에 부착될 수 있다. 주름진 형상에 적합하고 프레임에 부착될 수 있는 임의의 유형의 멤브레인 시트가 개시된 모듈에 사용될 수 있으며; 그러나, 이용되는 멤브레인 시트의 유형은 특정 유형의 처리 분야에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 정삼투 공정은 멤브레인 증류에 사용된 것보다 더 상이한 멤브레인을 요구할 것이다.
드로우(draw) 유체 입구 매니폴드가 있거나 또는 없는 멤브레인 모듈은 2개의 상이한 유체 흐름이 멤브레인 시트에 의해 분리되어야 하는 분야, 예를 들어, 정삼투 또는 멤브레인 증류에 사용될 수 있으며, 또는 대안적으로 멤브레인 생물 반응기 또는 다른 멤브레인 분리 공정이, 모듈의 투과물 수집 측에서 진공을 사용하거나 또는 사용하지 않으면서 단일 유체를 처리하기 위해서 사용되는 폐수처리 분야에서 사용될 수 있다.
이 모듈은 모듈이 노출되는 외부 유체로부터 완전히 격리된 모듈 내부를 이동하는 단일 유체를 위한 입구 및 출구를 갖는다. 모듈이 저염도 공급 유체(폐수)에 노출되는 동안, 깨끗한 드로우 유체(정삼투) 또는 냉각제(멤브레인 증류)는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임에 부착된 두 개의 멤브레인 시트에 의해 생성된 루멘 공간을 통과하여 흐른다. 만일 모듈이, 수중 모듈이라면, 모듈은 저염도 공급 유체를 포함하는 탱크에 침지될 수 있고, 모듈이 수중 모듈이 아닌 경우에는, 저염도 공급 유체는 하우징의 입구 포트에 제공된다. 드로우 유체 또는 냉각제는 멤브레인을 통한 물의 투과를 유도한다. 진공 또는 흡입을 통한 음압은 드로우 유체 또는 냉각제의 모듈로의 이동을 용이하게 하기 위해서 그리고 유체 출구 매니폴드로부터 투과된 물질의 제거를 위해 사용될 수 있다.
대안적으로, 드로우 유체 매니폴드가 없는 멤브레인 모듈은 역삼투 멤브레인, 나노 여과 멤브레인, 마이크로 여과 멤브레인, 한외 여과 멤브레인 및 멤브레인의 조합과 같은 수처리 분야에 사용될 수 있으며, 그리고 MBR 분야에 사용될 수 있다. 모듈 상단의 유체 출구 매니폴드에 있는 단일 출구 포트는 멤브레인을 통해 투과된 깨끗한 물을 모듈이 노출된 폐수에서 인출하기 위해서 사용된다.
다른 실시 예에 따르면, 하기 단계들을 포함하는 수처리 방법이 있다: a)(i) 주름진 하부 프레임 부재, 주름진 상부 프레임 부재, 수직 좌측 프레임 부재 및 수직 우측 프레임 부재를 가지는 주름진 프레임, 상기 프레임은 전측, 후측, 하측, 상측을 가지며, 상기 하부, 상부, 좌측, 우측 프레임 부재는 개방된 중앙 영역을 정의하고;(ii) 상부, 하부, 좌측, 우측 프레임 부재를 따라 주름진 프레임의 전측에 부착된 상단 에지, 하단 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제1 주름진 멤브레인 시트;(iii) 상부, 하부, 좌측 및 우측 프레임 부재를 따라 주름진 프레임의 후측에 부착된 상부 에지, 하부 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제2 멤브레인 시트; 상기 제1 및 제2 멤브레인 시트는 투과된 유체를 모집하기 위해서 주름진 프레임의 개방된 중앙 영역에서 루멘 공간을 형성하고, 상기 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어는 처리될 유체가 제1 및 제2 주름진 멤브레인 시트 중 하나를 통과함이 없이 멤브레인 루멘 공간으로 진입하는 것을 방지하기 위해 밀봉되고, 그리고 상기 제1 및 제2 멤브레인 시트의 영역은 상기 멤브레인 루멘 공간과 공 팽창되도록 형성되고, 프레임에 부착된 제1 및 제2 멤브레인 시트의 상단, 하단, 좌측 및 우측 에지가 비활성 멤브레인 영역인 활성 멤브레인 영역을 제공하며;(iv) 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 상부 프레임 부재의 상부에 부착된 유체 출구 매니폴드, 상기 유체 출구 매니폴드는 상부 프레임 부재의 하나 이상의 개구를 통해 멤브레인 루멘 공간으로부터 투과된 유체를 수용하는 내부 공간을 가지며, 그리고 유체 출구 매니폴드의 내부 공간으로부터 투과된 유체를 제거하기 위한 유체 출구 포트를 갖고; 및 (v) 상기 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 하부 프레임 부재의 하측에 부착된 베이스를 포함하는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어를 갖는 수처리 장치를 제공하는 단계;(b) 유체 출구 포트를 통해 유체 출구 매니폴드로부터 투과된 유체를 제거하기 위한 도관을 제공하는 단계; c) 유체 출구 포트에 흡입 또는 음압을 가하는 단계; d) 수처리 장치를 처리될 유체에 노출시키는 단계; 및 e) 가스를 가스 입구 매니폴드에 전달함으로써 유체 출구 포트를 통해 유체 출구 매니폴드로부터 투과된 유체를 제거하는 단계를 포함한다.
방법 단계들은 베이스로서 가스 입구 매니폴드를 제공하는 것을 더 포함할 수 있고, 상기 가스 입구 매니폴드는 가스를 수용하기 위한 내부 공간, 가스를 가스 입구 매니폴드에 전달하기 위한 가스 입구 포트, 가스를 가스 입구 포트에 전달하기 위한 도관, 및 상기 멤브레인 루멘 공간으로부터 격리된 상기 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 외부에 인접하고 가스를 방출하도록 배치된 상기 가스 입구 매니폴드의 상부 표면상의 복수의 가스 출구를 가지며, 및 가스를 가스 입구 매니폴드로 보내는 것을 더 포함하고, 여기서, 가스는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 외부에 닦는 작용을 제공하는 복수의 가스 출구로부터 배출된다.
방법 단계는 또한 하부 프레임 부재에 부착된 유체 입구 매니폴드를 제공하는 단계, 상기 유체 입구 매니폴드는 유체를 수용하기 위한 내부 공간과, 유체 입구 포트와, 및 상기 유체 입구 매니폴드로부터의 유체가 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 멤브레인 루멘 공간으로 흘러들어갈 수 있도록 하는 하부 프레임 부재의 복수의 개구부에 인접한 상부 표면상에 개구부를 가지며, 상기 가스입구 매니폴드는 유체 입구 매니폴드와 하부 프레임 부재 사이에 위치하며, 상기 가스 입구 매니폴드는 유체 매니폴드 및 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 멤브레인 루멘 공간으로부터 격리되고; 유체 입구 포트를 통해 유체를 유체 입구 매니폴드로 전달하기 위한 도관을 제공하는 단계; 및 유체 입구 매니폴드에 드로우 유체 또는 냉각제 유체를 전달하고, 상기 드로우 유체 및 냉각제는 멤브레인 루멘 공간으로 투과된 유체의 움직임을 향상시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 다음을 포함하는 수처리 장치가 있으며: 다음을 포함하는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 부재: 주름진 하부 프레임 부재, 주름진 상부 프레임 부재, 수직 좌측 프레임 부재 및 수직 우측 프레임 부재를 가지는 주름진 프레임; 상기 상부, 하부, 좌측 및 우측 프레임 부재의 전측에 부착된 제1 주름진 멤브레인 시트; 상부, 하부, 좌측, 및 우측 프레임 부재의 후측에 부착된 제2 멤브레인 시트, 여기서, 제1 및 제2 멤브레인 시트는 처리될 유체가 제1 및 제2 주름진 멤브레인 시트 중 하나를 통과하지 않고 멤브레인 루멘 공간으로 들어가는 것을 방지하기 위해 밀봉되는 멤브레인 루멘 공간을 형성하며; 상부 프레임 부재의 상측에 부착된 유체 출구 매니폴드, 상기 유체 출구 매니폴드는 프레임의 상부 프레임 부재의 하나 이상의 개구를 통해 멤브레인 루멘 공간으로부터 투과된 유체를 수용하는 내부 공간 및 유체 출구 매니폴드의 내부 공간으로부터 투과된 유체를 제거하기 위한 유체 출구 포트를 가지며; 상기 하부 프레임 부재에 부착된 유체 입구 매니폴드, 상기 유체 입구 매니폴드는 유체를 수용하기 위한 내부 공간, 유체 입구 포트, 및 유체가 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 멤브레인 루멘 공간으로 흐르도록 허여하는, 상기 하부 프레임 부재의 복수의 개구부에 인접한 상부 표면상의 하나 이상의 개구부를 가지며; 및 가스를 수용하기 위한 내부 공간과, 가스 입구 포트와 제1 및 제2 멤브레인의 외부에 인접한 가스를 배출하도록 위치된 가스 입구 매니폴드의 상부 표면의 복수의 가스 출구를 가지는, 하부 프레임과 유체 입구 매니폴드 사이에 위치하고, 상기 가스 입구 매니폴드와 상기 가스 출구는 멤브레인 루멘 공간으로부터 이격되는 가스 입구 매니폴드.
개시된 방법에 사용된 장치용 멤브레인 시트는 정삼투 멤브레인, 역삼투 멤브레인, 멤브레인 증류 멤브레인, 나노여과 멤브레인, 미세여과 멤브레인 또는 한외 여과 멤브레인일 수 있다. 상기 방법에 따라 처리될 유체는 식염수, 기수, 가정용 폐수, 산업용 폐수, 생산 수, 제약 유체 및 식음료 유체일 수 있다. 방법에 사용된 장치는 동등한 높이, 폭 및 깊이를 갖는 평평한 플레이트 및 프레임 모듈보다 100 % 내지 250 % 더 큰(예를 들어, 414 % 또는 933 %) 생산 용량을 갖는다.
하나 이상의 실시 예의 세부 사항은 아래의 설명에서 설명된다. 전체적으로 사용된 바와 같이, 방법은 수처리 시스템에 사용하기 위해 기술되었지만, 본 발명에 기술된 방법은 다른 유체 분리 시스템에도 유용할 수 있다. 다른 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명 및 청구 범위로부터 명백할 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 고려하여 이해될 것이며, 도면에서 유사한 참조 부호는 유사한 부분을 지칭하고,
도 1은 주름진 수중 멤브레인 모듈의 정면 사시도이다.
도 2는 도 1의 베이스의 확대도이다.
도 3은 3-3 라인을 따른 도 1의 단면도이다.
도 4는 4-4 라인을 따른 도 2의 단면도이다.
도 5는 수중 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 모듈의 분해도이다.
도 6은 도 2의 유체 흐름 패턴을 도시한 개략도이다.
도 7은 주름진 수중 멤브레인 모듈에서의 흐름 패턴 및 가스 세정의 양식화된 개략도이다.
도 8a는 주름진 멤브레인 시트의 상부의 개략도이다.
도 8b는 주름진 멤브레인 시트의 상부 확대도이다.
도 8c는 주름진 멤브레인 시트 조립체의 정면의 개략도이다.
도 8d는 주름진 멤브레인 시트 조립체의 측면의 개략도이다.
도 9a는 종래의 플레이트 및 프레임 조립체의 상부의 개략도이다.
도 9b는 종래의 플레이트 및 프레임 조립체의 정면의 개략도이다.
도 9c는 종래의 플레이트 및 프레임 조립체의 측면도의 개략도이다.
도 10a는 플레이트 및 프레임 여과 조립체를 위한 중간 배치의 상부의 개략도이다.
도 10b는 플레이트 및 프레임 여과 조립체를 위한 중간 배치의 정면의 개략도이다.
도 10c는 플레이트 및 프레임 여과 조립체를 위한 중간 배치의 측면의 개략도이다.
도 11은 주름진 수중 멤브레인 모듈의 대안적인 실시 예의 정면 사시도이다.
도 12는 도 11 베이스의 확대도이다.
도 13a는 일 실시 예에 따른 주름진 비수중 멤브레인 모듈의 정면 사시도이다.
도 13b는 다른 실시 예에 따른 주름진 비수중 멤브레인 모듈의 정면 사시도이다.
상세 설명
개시된 발명은 유체 처리 분야에 사용되는 주름진 플레이트 및 프레임 멤브레인 모듈을 위한 새로운 디자인이며, 이것은 모듈의 생산 능력을 종래 플랫 시트 모듈과 비교하여 200 % 이상(예를 들어, 414 % 또는 933 %까지) 증가시킬 수 있다. 용량의 증가는 더 적은 개별 멤브레인 시트가 필요하고 모듈 당 멤브레인 패킹 밀도가 3 배가 되는 최적화된 주름진 디자인을 사용하여 성취된다. 개시된 주름진 멤브레인 디자인은 모듈의 생산 능력에 대한 활성 영역을 3 배로 증가시킬 뿐만 아니라, 더 적은 개별 멤브레인 시트가 요구되기 때문에, 멤브레인 시트의 에지들이 플레이트 및 프레임 코어에 부착되는 비활성화 영역이 적어서, 모듈 당 비활성 멤브레인 영역이 감소된다.
개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임은 처리될 유체를 함유하는 탱크 내부에 모듈을 삽입함으로써 수중 멤브레인 모듈에 이용된다. 유체는 유체를 하나 이상의 활성 멤브레인 층을 통해 루멘 공간으로 통과시킴으로써 처리된다. 모듈에는 다양한 유체가 모듈을 출입할 수 있도록 입구 및 출구 연결부를 가진다. 개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임은 처리될 유체를 모듈 하우징의 입구 포트에 제공함으로써 비수중 멤브레인 모듈에 이용된다. 유체는 하나 이상의 활성 멤브레인 층을 통해 유체를 루멘 공간으로 통과시킴으로써 처리된다. 모듈에는 다양한 유체가 모듈을 출입할 수 있도록, 입구 및 출구 연결부가 있다.
개시된 분야에 적합한 멤브레인은 처리된 유체와 처리되지 않은 유체 사이의 초박형 반투과성 장벽이며, 그것을 통해 선택된 분자 만이 통과할 수 있다. 멤브레인은 유체 처리 분야를 위해 물리적 및 화학적 분리 기술을 사용한다. 멤브레인 시트는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임에 부착되고, 멤브레인 시트의 에지는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임의 중앙 프레임 영역에서 멤브레인 루멘 공간으로 또는 으로부터의 누출에 대해 밀봉된다.
주름진 멤브레인은 활성 멤브레인 영역(즉, 목표 유체와 직접 접촉하는 멤브레인 시트의 총 영역)을 가지며, 이는 멤브레인 플레이트 및 프레임에 부착된 비활성 멤브레인 영역을 배제한다.
주름진 멤브레인 디자인은, 멤브레인 시트에 주름진 형상을 이용하여, 부착된 에지들에 기인한, 적은 비활성화 멤브레인 영역을 가지는 멤브레인 모듈 내부에 둘러싸인 전체 활성 멤브레인 영역을 증가시킴으로써, 높은 멤브레인 패킹 밀도를 제공한다. 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임은 종래의 평평한 플레이트 및 프레임 유닛과 동일한 풋 프린트에서 증가된 멤브레인 패킹 밀도를 제공한다.
개시된 주름진 멤브레인 디자인은 모듈 당 멤브레인 요소의 수를 극적으로 감소시키므로, 총 비활성화 멤브레인 영역이 적어지고, 따라서 재료 낭비가 적어지고 제조 비용이 감소된다. 개시된 발명이 사용될 수 있는 다양한 기술적 분야가 있는데, 해수 담수화를 위한 정삼투 또는 멤브레인 증류 분야, 식염수 희석, 염수 희석, 전처리 분야, 가정 및/또는 산업과 같은 등의 오염된 수질로부터의 물 회수, 생산된 수처리, 폐수량 감소, 액체 배출 제로 분야, 염분 생산, 식음료 농도 및 제약 분야를 포함한다.
정삼투 및 멤브레인 증류 분야에서, 본 발명의 제1 구체 예는 공급 수(폐수, 생산된 물, 묽은 음료 또는 임의의 오염된 품질의 물)를 함유하는 탱크에 침지될 수 있으며, 및 드로 유체(정삼투), 또는 냉각제(멤브레인 증류)는 음압만을 사용하여 드로 유체 또는 냉각제를 순환시키는 유체 출구 포트에 적용된 흡입 펌프를 사용하여 모듈 내부에서 순환될 수 있다. 양압은 모듈의 입구 포트에는 적용되지 않는다.
멤브레인 생물 반응기(MBR)와 같은 폐수 처리 시스템에서, 본 발명의 제2 실시 예는 모듈의 상단에 위치한 단일 유체 출구 포트에 적용된 흡입(음압)을 갖는 폐수를 함유하는 탱크에 멤브레인을 통한 물의 투과를 촉진하여 처리된 유출 물을 생성하는 모듈을 삽입함으로써 사용될 수 있다. 나노 여과 멤브레인, 미세 여과 멤브레인, 한외 여과 멤브레인 및 멤브레인의 조합은 MBR 분야에 이용될 수 있다. 이 유형의 처리 분야에는 드로 유체 또는 냉각수의 입력 및 순환이 필요하지 않다.
개시된 주름진 멤브레인 모듈의 디자인은 종래의 평평한 시트 플레이트 및 프레임 모듈에 비해 실질적인 이점을 갖는다. 여과 효율의 감소 없이 모듈 당 활성 표면적을 200 % 이상 증가시킴으로써, 시스템의 풋프린트 증가나 주요 개조를 요구하지 않고 모듈의 생산 능력이 3 배가 된다. 개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인의 생산 능력은 균일한 규모로 생산 효율을 비교하기 위해, 본 명세서에서 동등한 크기의 시판되는 플랫 시트 모듈과 비교된다; 그러나, 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인은 특정 처리 분야에 따라 크기가 증가 또는 감소될 수 있으며, 단일 단위 크기로 제한되지는 않는다.
효과적인(활성) 멤브레인 영역을 증가시키는 것은 주름진 멤브레인을 플레이트 및 프레임 수처리 모듈에 통합하는 최적화된 주름진 코어에 의해 달성된다. 이 최적화된 주름진 코어는 플레이트의 각 측면에 부착된 멤브레인 시트를 갖는 멤브레인 플레이트 및 프레임으로서 작용하며, 멤브레인은 주름진 플레이트 및 프레임 코어의 형상에 부합한다. 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인은 기존 디자인에 비해 3 배 모듈 생산 능력에 최적화되어 있으며, 제조 비용을 증가시킬 수 있는 복잡성을 가하지 않으면서 산업 규모로 멤브레인 모듈을 쉽게 제조 할 수 있다.
개시된 주름진 멤브레인 디자인은 모듈 당 멤브레인 요소의 수를 감소시킴으로써, 종래에 디자인된 플랫 시트 모듈과 비교하여 모듈 당 비활성화된(부착된) 멤브레인 영역을 감소시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시 예에서, 수중 멤브레인 모듈(100)은 개방 프레임의 하부, 측면들 및 상부(116A-116D)를 포함하는 주름진 멤브레인 플레이트 프레임(116)에 부착된 주름진 멤브레인(114)을 갖는다. 이 도면에서, 측면 프레임 부재(116B, 116D)의 수직 부분의 에지가 보이고, 하부 및 상부 프레임 부재(116A 및 116C, 여기서 멤브레인(114) 아래에서 보여짐)의 수평 부재가 프레임의 전측과 후측에 있는 멤브레인 시트(114)로 덮여 있다. 주름진 멤브레인(114)는, 둘러싸는 침지 유체가 멤브레임 플레이트 및 프레임 코어(115)의 루멘 공간으로의 새어들어오는 것을 막기 위해서, 프레임(116)에 밀봉된 멤브레인(114)의 모든 에지를 가지는 플레이트 및 프레임 코어(115)를 형성하는 프레임(116)의 표면을 따라서 부착된 에지(126)들을 가진다.
멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 드로우 유체 입구 매니폴드(102) 및 가스 입구 매니폴드(106)를 가지는 베이스(130)에 부착되고, 그리고 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 유체 출구 매니폴드(118)에 의해서 캡핑된다. 드로우 유체 입구 매니폴드(102)의 드로우 유체 및 유체 출구 매니폴드(118)의 유체는 수중 멤브레인 모듈(100)이 잠긴 주변 유체로부터 완전히 분리된다. 드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 드로우 유체 입구 포트(104)를 갖고 유체 출구 매니폴드(118)는 유체 출구 포트(120)를 갖는다. 사용시, 유체 출구 포트(120)에 인가된 음압(또는 흡입)은 드로우 유체 입구 포트(104)에 부착된 호스나 튜브와 같은 도관을 통해(도시되지 않음) 드로우 유체 입구 포트(104)를 통해 드로우 유체 매니폴드(102) 내로 드로우 유체(또는 냉각제)가 흐르도록 허여한다. 멤브레인을 통과한 투과수(여과수)와 함께 드로우 유체는 튜브 또는 파이프(도시되지 않음)와 같은 도관을 통해 유체 출구 포트(120)를 통해 수중 멤브레인 모듈(100)을 빠져 나간다.
가스 입구 매니폴드(106)는 튜브 또는 파이프(도시되지 않음)와 같은 도관을 통해 공기와 같은 가스를 입력하기 위한 가스 유입 포트(108)를 갖는다. 가스 입구 매니폴드(106) 내의 복수의 가스 출구(110)는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 외부에 인접하게 위치하고, 멤브레인의 외부 표면 위로 정련 가스 버블을 방출한다(114). 가스 입구 매니폴드(106)의 가스는 드로우 유체 매니폴드(102)의 유체와 코어 내부의 투과수 양자로부터 분리된다. 제2 실시 예에서, 드로우 유체, 그리고 그러므로 드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 필요하지 않으며, 이 경우 가스 입구 매니폴드(106)는 수중 멤브레인 모듈(100)의 베이스(130)를 형성한다.
도 2는 도 1의 수중 멤브레인 모듈(100)의 우측 하단 코너의 확대도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 두 멤브레인 시트(114A,114B) 사이에 위치한 측면 프레임 부재(116B)의 수직 에지와 함께 보여지는, 멤브레인 및 프레임 코어(115)는 프레임의 각 측면에 부착된 멤브레인 시트들(114A, 1114B)를 갖는 주름진 프레임(116)을 포함한다. 멤브레인 시트들(114A, 1114B)은 주름진 프레임 부재(116A)를 따라 맞도록 주름지고, 멤브레인은 모든 프레임(116) 주위에 밀봉된 에지(126)를 가지며, 주변 유체가 제1 및 제2 주름진 멤브레인 시트(114A, 1114B) 중 하나를 통과하지 않고 주변 유체가 코어 내부 영역으로 유입되는 것을 방지한다. 활성 멤브레인 영역(128A)은 프레임(116)에 밀봉되지 않은 멤브레인의 영역이며, 주변 유체로부터의 삼투를 위한 활성 영역이다. 주변 유체로부터의 물은 멤브레인의 활성 영역(128A)을 투과(통과)하여 두 멤브레인의 활성 영역(114A, 1114B)사이의 멤브레인 루멘 공간(128B)으로 들어간다.
드로우 유체는 드로우 유체 매니폴드(102)로부터 흘러서 하부 프레임 부재(116A)의 입구 개구(112, 여기서 전면 멤브레인 뒤에서 볼 수 있음)를 통해 멤브레인 루멘 공간(128B)으로 들어간다. 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 또한 두 개의 멤브레인 시트(114A, 1114B) 사이의 멤브레인 루멘 공간(128B)에 위치한 천공된 스페이서 플레이트(122)를 가질 수 있어 두 개의 활성 영역 사이의 분리를 제공하고, 수중 멤브레인 모듈(100)의 멤브레인 루멘 공간(128B)에서 이동하는 유체의 난류를 향상시킨다. 천공된 스페이서 플레이트(122)는 천공된 스페이서 플레이트(122)의 각각의 측면 상에 돌출부, 예를 들어 작은 구 또는 딤플을 포함 할 수 있고, 이는 멤브레인 층을 천공된 스페이서 플레이트(122)으로부터 밀어 멀어지게 하여 각 멤브레인 층과 스페이서 플레이트 사이에 유체 이동을 위한 채널을 생성한다. 천공된 스페이서 플레이트(122)는 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)에서 멤브레인의 유효 영역(128A)과 접촉하지만, 멤브레인에 부착(예를 들어, 부착 또는 접착)되지 않지만 프레임에 부착( 예를 들어, 프레임에 부착 또는 접착)된다. 다른 실시 예에서, 천공된 스페이서 플레이트(122)는 멤브레인 또는 프레임에 부착되지 않는다. 스페이서 플레이트(122)는 부직포 메쉬형 스페이서의 형태를 취할 수 있다.
유니트의 베이스(130)는 2 개의 매니폴드-드로우 유체 매니폴드(102, 드로우 유체 입구 포트(104)로 보여짐) 및 드로우 유체 입구 매니폴드(102) 위에 위치한 천공된 가스 입구 매니폴드(106)를 포함한다. 천공된 가스 입구 매니폴드(106)는 공기 또는 다른 가스에 의해 멤브레인 표면(114A, 114B)을 닦기(scouring) 위한 가스 버블의 배출을 위한 가스 출구(110)를 갖는다. 다른 자가 세정 또는 난류 촉진 기술이 또한 사용될 수 있다. 가스 버블은 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 각 멤브레인 시트(114A, 114B)의 외부 표면에 인접한 가스 입구 매니폴드의 표면 상에 분포된 복수의 출구(110)로부터 배출된다. 일부 분야에서, 드로우 유체 및 따라서 드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 필요하지 않다. 이러한 실시 예에서, 가스 입구 매니폴드(106)는 수중 멤브레인 모듈(100)의 베이스(130)를 형성한다. 가스는 공기, 또는 질소, 산소, 포화 이산화탄소, 불포화 이산화탄소 및 다양한 다른 유형의 안정 가스와 같은 다른 적합한 불활성 또는 안정한 기체 일 수 있다.
수중 멤브레인 모듈(100)의 단면이 도 3 및 4에 도시되어 있으며, 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)가, 수중 유체가 가스 매니폴드(106)로 샐 위험이 없어 드로우 유체를 위한 완전히 밀봉된 경로를 제공하면서, 모듈의 베이스(130)에 위치된 드로우 유체 입구 매니폴드(102)에 어떻게 부착(예를 들어, 용접)되는지를 도시한다. 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115) 바로 아래에 위치한 가스 입구 매니폴드(106)는 그 아래에 위치한 드로우 유체 입구 매니폴드(102)로부터 완전히 격리된다.
도 3은 도 1의 라인 3-3을 따른 단면이며, 전체 수중 멤브레인 모듈(100)의 수직 단면을 도시한다. 유체 입구 매니폴드(102)는 드로우 유체가 매니폴드의 길이를 질러 흐르는 내부 공간(148)을 갖는다. 드루우 유체는 하부 프레임 부재(116A)의 개구부를 통해 위쪽으로 이동하여 멤브레인 및 프레임 코어(115)의 멤브레인 루멘 공간(128B)으로 들어가서, 위쪽 방향(142)으로 이동하여 상부 프레임 부재(116C)에 있는 프레임 출구를 통해 멤브레인 루멘 공간(128B)을 빠져 나가서, 유체 출구 매니폴드(118)의 내부 공간(152)에 도달하게 된다. 유체 출구 매니폴드(118)에 수집된 유체는 출구 포트(미도시)를 통해 제거될 수 있다. 수집된 유체는 드로우 유체, 투과물 또는 드로우 유체/투과물의 혼합물 일 수 있다. 멤브레인 증류 분야 분야에서, 냉각재가 드로우 유체 대신에 사용된다.
가스 입구 매니폴드(106)는 매니폴드로 유입되는 가스가 매니폴드의 길이를 가로 질러 흐르고 복수의 가스 출구(110)를 통해 배출되는 내부 공간(150)을 갖는다. 복수의 가스 출구(110)는 멤브레인 및 프레임 코어(115)의 외부 영역에 인접한 가스 입구 매니폴드(106)의 상부 표면에 걸쳐 분포된다. 가스 입구 매니폴드(106)는 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115) 바로 아래에 위치하고, 드로우 유체 입구 매니폴드(102)로부터 완전히 격리된다.
도 4는 도 2의 라인 4-4을 따른 단면도이며, 모듈(100)의 확대된 우측 하단 부분의 수직 단면을 도시한다. 드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 매니폴드의 폭을 가로지르는 흐름을 드로우 유체의 흐름을 허여하는 내부 공간(148)과, 하부 프레임 부재(116A)의 개구들에 인접한 드로우 유체 입구 매니폴드에 있는 하나 이상의 개구부를 가진다. 하부 프레임 부재(116A)는 드로우 유체 매니폴드(102)에 부착(예를 들어, 용접)되며, 드로우 유체 매니폴드(102)로부터, 프레임 입구 개구(112)를 통해, 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 멤브레인 루멘 공간(128B) 내로 드로우 유체가 이동하는 통로를 제공하는 프레임 입구 개구(112)를 갖는다. 드로우 유체 및 주변 유체로부터 투과된 유체는 위쪽 방향으로 유체 출구 매니폴드(도시되지 않음)를 향해서 이동하고, 상부 프레임 부재에 있는 프레임 출구 개구(112와 유사)를 통해서 유체 출구 매니폴드로 들어간다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가스 입구 매니폴드(106)는 드로우 유체 매니폴드(102)와 하부 프레임 부재(116A) 사이에 위치되지만, 드로우 유체 매니폴드(102)와 하부 프레임 부재(116A) 모두로부터 격리된다. 하부 프레임 부재(116A)의 일부는 가스 입구 매니폴드(106)를 통과하여 드로우 유체 매니폴드(102)의 상부와 접촉하고 두 조각은 부착(예를 들어, 함께 용접)된다. 가스 입구 매니폴드(106)는 가스 입구 매니폴드(106) 상의 복수의 가스 출구(110)로부터 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 외부 영역으로 정련 가스 버블이 배출될 수 있도록 하는 내부 공간(150)을 갖는다. 복수의 가스 출구(100)의 분포는 맴브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 주름진 패턴을 따르며, 그래서 가스 출구(110)는 프레임 부재(이 뷰에서 116A 및 116B로 보여짐)에 부착된 두 멤브레인 시트(114A, 114B)의 외부 주변에 버블을 방출하지만, 그러나 멤브레엔 루멘 공간(128B) 안에는 방출하지 않는다.
멤브레인 시트(114A, 1114B)는 주변 유체가 멤브레인 루멘 공간(128B) 내로 누출되는 것을 방지하고, 주변 유체로부터 투과액과 드로우 유체(또는 냉각제)의 분리를 유지하는 프레임 부재(여기서는 116A, 116B)에 밀봉된 에지(126)를 갖는다. 활성 멤브레인 영역(128A)은 밀봉된 에지(126)가 끝나는 곳에서 시작된다. 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 또한 두 개의 멤브레인 시트(114A, 1114B) 사이의 멤브레인 루멘 공간(128B)에 위치한 천공된 스페이서 플레이트(122)를 가질 수 있어, 두 메브레인 시트의 활성 영역 사이에 분리를 제공하고, 수중 멤브레인 모듈(100) 내 멤브레인의 멤브레인 루멘 공간(128B) 및 프레임 코어(115)에서 이동하는 유체의 난류를 향상시킨다. 스페이서는 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)에서 멤브레인의 유효(활성) 영역(128A)과 접촉하지만, 멤브레인 또는 프레임에 부착(예를 들어, 접착 또는 접착)되지는 않는다. 스페이서는 돌출부를 갖는 천공된 스페이서 플레이트 일 수 있거나 부직 메쉬형 스페이서의 형태를 취할 수 있다. 스페이서가 요구 및 소망되지 않는 분야에서, 스페이서는 수중 멤브레인 모듈(100)로부터 생략될 수 있다.
도 5는 수중 멤브레인 모듈의 분해도로서, 모듈을 구성하는 요소를 도시한다. 주름진 프레임(116)은, 접착제 또는 멤브레인 시트를 코어로 완전히 밀봉하는 임의의 다른 고정기구를 사용하여 멤브레인 시트가 부착되는, 주름진 하부 프레임 부재(116A), 좌우 수직 프레임 부재(116B, 116D) 및 주름진 상부 프레임 부재(116C)를 가진다. 멤브레인 시트(114A, 114B)는 주름진 프레임(116)의 형상에 대응하는 주름진 형상을 갖는다. 제1 멤브레인 시트(114A)의 에지는 프레임(116)의 전측에 부착되고, 제2 멤브레인 시트(114B)의 에지는 프레임(116)의 후측에 부착되어, 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어를 형성한다. 돌출부를 갖는 천공된 스페이서 플레이트(122)는 두 개의 멤브레인 시트(114A, 1114B) 사이의 멤브레인 루멘 공간에 위치될 수 있고, 멤브레인 시트에 부착되지 않고 프레임(116)에 부착될 수 있다. 다른 실시 예에서, 천공된 스페이서 플레이트(122)는 멤브레인 또는 프레임에 부착되지 않는다. 천공된 스페이서 플레이트(122)는 멤브레인 시트들 사이의 분리를 제공하고 멤브레인 루멘 공간에서 이동하는 유체의 난류를 향상시킨다. 대안적으로, 스페이서 플레이트(122)는 부직 메쉬형 스페이서의 형태를 취할 수 있다. 스페이서가 요구되거나 소망되지 않는 분야에서, 스페이서는 수중 멤브레인 모듈(100)로부터 생략될 수 있다.
모듈의 베이스에서의 드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 하부 프레임 부재(116A)에 고정된다. 드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 매니폴드의 일측에 배치된 드로우 유체 유입 포트(104)를 갖는다. 이 드로우 유체 매니폴드(102)는 모듈이 침수되는 유체, 즉 처리될 유체와 분리된 상태에서 모듈 내부에 제2 유체의 도입을 요구하는 분야에 사용된다. 이러한 분야는 정삼투 유도 유체 및 멤브레인 증류 냉각제 유체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 드로우 유체 매니폴드(102)가 없는 분야에서, 가스 입구 매니폴드(106)는 장치의 베이스를 형성한다.
가스 입구 매니폴드(106)는 드로우 유체 입구 매니폴드(102)와 하부 프레임 부재(116A) 사이에 위치되며, 가스는 드로우 유체 매니폴드(102)와 하부 프레임 부재(116A) 내부에서 분리된다. 하부 프레임 부재(116A)의 일부는 가스 입구 매니폴드(106)를 통과하여 드로우 유체 입구 매니폴드(102)와 접촉한다. 가스 입구 매니폴드(106)는 가스가 가스 매니폴드로 유입되게하는 가스 유입 포트(108)를 가지며, 매니폴드의 상부 표면상에 가스가 배출될 수 있도록 하는 복수의 가스 출구(110)를 갖는다.
유체 출구 매니폴드(118)는 멤브레인(114A, 114B) 및 프레임(116) 코어를 캡핑하고, 멤브레인 사이의 공간을 떠나는 드로우 유체와 및/또는 투과물을 위한 수집 공간을 제공한다. 유체 출구 매니폴드(118)는 매니폴드를 떠나는 드로우 유체 및/또는 투과물이 매니폴드를 빠져 나가기 위한 유체 출구(120)를 갖는다.
도 6은 도 2에 도시된 수중 멤브레인 모듈(100)의 단면을, 그 처리 방법에서 모듈 내부의 유체 이동을 설명하기 위해 멤브레인 시트가 제거된 상태로 도시한다. 모듈의 베이스(130)는, 유체가 드로우 유체 매니폴드(102)로부터 하부 프레임 부재(116A)로 이동하도록 허여하는 인접한 프레임 입구 개구(112)를 가지는 프레임(116A)에 부착된 드로우 유체 입구 매니폴드(102)를 갖는다. 가스 출구(110)를 갖는 가스 입구 매니폴드(106)는 드로우 유체 매니폴드(102)와 하부 프레임 부재(116A)의 바닥 사이에 베이스(130)에 위치하고, 드로우 유체로부터 분리되고, 멤브레인 루멘 공간의 내부에 투과한다. 사용시, 드로우 유체는 튜브 또는 파이프(도시되지 않음)와 같은 도관을 통해 모듈의 베이스에서 드로우 유체 매니폴드(102)의 드로우 유체 입구 포트(104)를 통해 수중 멤브레인 모듈(100) 내로 안내된다(144). 드로우 유체(또는 멤브레인 증류용 냉각제)는 하부 프레임 부재(116A)에 있는 프레임 입구 개구(112)를 통해 두 멤브레인 사이의 루멘 공간으로 들어가고, 수중 멤브레인 모듈의 상단에서 유체 출구 매니폴드 내로 상부 프레임 부재에 있는 유사한 프레임 출구 개구를 통해 수중 멤브레인 모듈을 빠져 나간다. 유체 유로(142)는 모듈 상단의 유체 출구 포트에 적용된 진공(흡입)에 의해 수중 멤브레인 모듈의 하부에서 상부로 향하게 된다.
투과 물 및 드로우 유체(또는 냉각제)를 포함하는 유체는 천공 스페이서 플레이트(122) 및 하부 프레임 부재(116A)상의 프레임 입구(112)에 의해 야기되는 난류 유로(142) 내에서 이동한다. 난류는 내부 유체의 혼합을 개선하여 더 나은 성능을 제공한다. 멤브레인(도 2에 도시된 114)은, 이 도면에 도시되어 있지 않지만, 사용 중에 멤브레인은 프레임(116A, 116B)에 밀봉되고, 유체는 멤브레인 루멘 공간을 통해 지시된 방향(142)으로 흐를 것이다.
드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 정삼투 및 멤브레인 증류(냉각제 포함)를 위한 수중 멤브레인 모듈에 사용되지만, 모든 처리 분야에 요구되지는 않을 수 있다. 드로우 유체 입구 매니폴드가 없는 모듈에서, 모듈 베이스는 가스 입구 매니폴드(106)가 바닥 프레임 부재(116A)에 고정되어 있다. 드로우 유체 매니폴드가 없는 실시 예에서, 가스 입구 매니폴드(106) 내의 가스는 여전히 멤브레인 루멘 공간(128B)으로부터 격리되고, 하부 프레임 부재(116A)는 프레임 입구 개구를 갖지 않으며, 복수의 가스 출구(110)에서 배출된 가스 기포는 멤브레인 표면을 루멘 공간(128B) 외부에서 닦는다.
도 7은 닦고 있는 버블 및 내부 유체의 움직임을 도시하는 수중 멤브레인 모듈(100)의 하부 부분 모습이다. 사용시, 드로우 유체는 드로우 유체 입구 포트(104)를 통해 드로우 유체 입구 매니폴드(102)로, 멤브레인 시트들(114) 사이의 멤브레인 루멘 공간(128B)와 프레임(116)으로 안내되고, 수중 멤브레인 모듈의 상부를 향해 상향 방향(142)으로 이동한다. 멤브레인 루멘 공간(128B) 내부의 유체 이동은 유체 출구 매니폴드(118)의 유체 출구 포트(120)에 적용된 흡입에 의해 보조된다. 공기와 같은 가스는 가스 입구 포트(108)를 통해 가스 입구 매니폴드(106) 내로 안내되고(146), 기포(124)로서 복수의 가스 출구(110)로부터 배출된다. 가스 입구 매니폴드(106)의 표면을 가로질러 분포된 복수의 가스 출구(110)는 주름진 멤브레인의 형상을 따르며 그리고 버블은 멤브레인 표면의 외부로부터 지꺼기를 제거하기 위해서 닦는 활동을 제공한다.
도 7에서, 다수의 가스 버블(124)이 가스 출구(110)로부터 가스 입구 매니폴드(106)를 떠나는 것이 도시되어있다. 기포는 주변 유체를 통해 위로 상승하여 멤브레인의 표면에 도달하고, 떠오르는 기포는 멤브레인(114) 외부에서 잔해물을 제거하는 닦는(scouring) 작용을 제공한다. 이들 처리 단계에서 사용되는 바와 같이, 공기 또는 다른 가스를 사용한 닦음과 같은 자가 세정 기술은 멤브레인의 수명을 연장시키고 수중 멤브레인 모듈의 전체 효율을 증가시킨다. 기포로 닦는 것이 여기에 설명되어있다; 그러나 다른 기체 또는 자가 세정 기술이 수중 멤브레인 모듈에 이용될 수 있다. 가스는 공기, 또는 다른 적절한 불활성 또는 안정가스, 일예로 질소, 산소, 포화 이산화탄소, 불포화 이산화탄소, 및 다른 형태의 안정한 가스일 수 있다.
대안적으로, 수중 멤브레인 모듈은, 침지된 멤브레인 생물 반응기 또는 다른 멤브레인 분리 공정이 사용되는, 폐수 처리 분야에 사용될 수 있다. 나노 여과 멤브레인, 역삼투 멤브레인, 미세 여과 멤브레인, 한외 여과 멤브레인 및 멤브레인의 조합은 MBR 분야에 이용될 수 있다. 모듈 상부의 유체 출구 매니폴드(118)에 위치한 단일 출구 포트(120)는 모듈이 잠긴 폐수에서 멤브레인을 통해 투과된 깨끗한 물을 배출하는 데 사용된다. 본 출원에서, 드로우 유체 또는 냉각제가 필요하지 않으며, 드로우 유체 입구 매니폴드는 실시 예의 일부가 아니다.
도 11은 드로우 유체 입구 매니폴드가 없는 실시 예를 도시한다. 도 11의 참조 번호는 도 1에 도시된 동일한 요소를 참조한다. 두 실시 예는 드로우 유체 매니폴드가 존재하는지에 있어서 상이하다. 도 11에 도시된 바와 같이, 수중 멤브레인 모듈(100B)은 개방 프레임의 하부, 측면 및 상부(116A-116D)를 포함하는 주름진 멤브레인 플레이트 프레임(116)에 부착된 주름진 멤브레인(114)을 갖는다. 이 장면에서, 측면 프레임 부재(116B, 116D)의 수직 부분의 에지가 보이고, 수평 프레임 부재(여기서 멤브레인(114) 아래에서 보여지는 116A 및 116C)는 프레임의 전측 및 후측에 있는 멤브레인 시트로 덮일 것이다. 주름진 멤브레인(114)은, 주변 유체가 멤브레인 플레이트 및 코어(115)의 멤브레인 루멘 공간 내로 새는 것을 막기 위해, 프레임에 밀봉된 멤브레인(114)의 모든 에지들을 가지는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)를 형성하면서, 프레임(116)의 표면을 따라 부착된 에지들을 가진다.
멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 또한 멤브레인 두 시트의 활성 영역 사이의 분리를 제공하고, 그리고 수중 멤브레인 모듈(100B)의 멤브레인 루멘 공간(128B)에서 유체의 난류를 향상시키면서, 두 개의 멤브레인 시트(114A, 114B) 사이의 멤브레인 루멘 공간(128B)에 위치된 천공 스페이서 플레이트(122)를 가질 수 있다. 스페이서는 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)에서 멤브레인의 유효 영역(128A)과 접촉하지만, 멤브레인에 부착되지 않고 프레임에 부착된다. 다른 실시 예에서, 천공된 스페이서 플레이트(122)는 멤브레인 또는 프레임에 부착되지 않는다. 스페이서 플레이트(122)는 부직 메쉬형 스페이서의 형태를 취할 수 있다.
멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 프레임(116A)의 하부에 부착(예를 들어, 용접된)된 가스 입구 매니폴드(106)를 갖는 베이스(130B)에 부착되고, 그리고 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 유체 출구 매니폴드(118)에 의해 캡핑된다. 사용시, 유체 출구 포트(120)에 인가된 음압(또는 흡입)은 튜브 또는 파이프(도시되지 않음)와 같은 도관을 통해 유체 출구 포트(120)를 통해서 수중 멤브레인 모듈을 빠져 나가는, 유체 출구 매니폴드를 향한 투과된 유체의 이동을 용이하게 한다.
가스 입구 매니폴드(106)는 튜브 또는 파이프(도시되지 않음)와 같은 도관을 통해 공기와 같은 가스를 입력하기 위한 가스 입구 포트(108)를 갖는다. 가스 입구 매니폴드(106) 내의 복수의 가스 출구(110)는 멤브레인(114)의 외부 표면 위로 닦는 가스 버블을 방출한다. 가스 입구 매니폴드(106) 내의 가스는 멤브레인 루멘 공간의 투과 수로부터 격리된다.
도 12의 도 11에서 수중 멤브레인 모듈(100B)의 우측 하단 코너의 확대도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 2 개의 멤브레인 시트(114A, 114B) 사이에 위치하는 측면 프레임 부재(116B)의 수직 에지에서 볼 때, 프레임의 각각 측면에 부착된 멤브레인 시트(114A, 114B)를 갖는 주름진 프레임(116)을 포함한다. 멤브레인 시트(114A, 114B)는 주름진 프레임 부재(여기에서 116A)를 따라 맞도록 주름지고, 멤브레인은 주변의 수중 유체가 제1 및 제2 주름진 멤브레인 시트(114A, 114B) 중 하나를 통과하지 않고 코어 내부의 영역으로 유입되는 것을 방지하기 위해, 모든 프레임(116) 주위에 밀봉된 에지(126)를 갖는다. 유효 멤브레인 영역(128A)은 프레임(116)에 밀봉되지 않은 멤브레인의 영역이고 주변 유체로부터의 삼투를 위한 활성 영역이다. 주변 유체(투과 물)로부터의 물은 멤브레인의 활성 영역(128A)을 통해 두 멤브레인(114A, 114B)의 활성 영역 사이의 멤브레인 루멘 공간(128B) 내로 통과한다.
장치의 베이스(130B)는 하부 프레임 부재(116A) 아래에 위치된, 천공된 가스 입구 매니폴드(106)를 포함한다. 이 실시 예에서, 하부 프레임 부재(116A)는 프레임 입구 개구를 갖지 않는다. 가스 입구 매니폴드(106) 내부의 가스는 멤브레인 시트들 사이의 루멘 공간(128B)으로부터 분리되고 투과된 유체와 접촉하지 않는다. 사용되는 바와 같이, 천공된 가스 입구 매니폴드(106)는 공기 또는 다른 가스에 의해 멤브레인 표면(114A, 114B)의 외부를 닦기 위해 가스 버블을 배출하는 가스 입구 매니폴드 표면에 분포된 가스 출구(110)를 가지거나, 또는 기타 자가 세척 또는 난류 촉진 기술을 제공한다. 가스 버블은 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 각 멤브레인 시트(114A, 114B)의 외부 표면을 따른 주름을 따르는 복수의 출구(110)로부터 배출된다. 가스는 공기, 또는 질소, 산소, 포화이산화탄소, 불포화 이산화탄소와 같은 적절한 불활성 및 안정한 가스 및 다양한 다른 유형의 안정 가스일 수 있다.
13A 및 도 13B는 실시 예에 따른 주름진 비수중 멤브레인 모듈의 정면 사시도이다. 처리될 유체의 탱크에 모듈이 침수되는 전술한 수중 모듈과 대조적으로, 도 13A 및 도 13B 도시된 비수중 모듈은 처리될 유체를 수용하기 위한 입구 포트를 갖는 하우징을 포함한다. 구체적으로, 처음에 도 13A를 참조하면, 모듈(100C)은 주름진 멤브레인(114)을 갖는 멤브레인 모듈(100)을 둘러싸는 하우징(160A)을 포함한다. 하우징(160A) 내부의 멤브레인 모듈(100)은 도 1-10과 관련하여 전술한 것과 유사한 방식으로 구성되고 작동된다. 하우징(160A)은 공급 유체, 즉, 처리될 유체를 위한 기밀(aritight) 내부 공간을 생성하기 위해 4개의 모든 측면으로부터 드로우 유체 입구 매니폴드(102) 및 유체 출구 매니폴드(118)로 부착, 예를 들어, 웰드된다. 공급 유체는 공급 유체 입구 포트(162A)를 통해 하우징(160A)으로 공급된다. 공급 유체의 일부는 주름진 멤브레인(114)을 통해 루멘 공간(128B) 내로 통과한 다음 유체 출구 포트(120)를 통해 유체 출구 매니폴드(118)로부터 처리된 유체로서 통과된다. 나머지 공급 유체는 공급 유체 배출 포트(164A)를 통해 하우징(160A) 밖으로 빠져나간다. 하우징(160A)이 멤브레인 모듈(100) 주위에 기밀 공간을 형성하기 때문에, 가스 입구 매니폴드(106)로부터 방출된 가스의 방출을 허용하는, 가스 출구(166A)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 가스 입구 포트(108)는 가스가 가스 입구 포트(108)로 공급될 수 있도록 하우징(160A)을 통과한다. 그렇지 않으면, 도 13A에 도시된 모듈(100C)은 도 1-10에 도시된 모듈(100)과 관련하여 전술한 것과 유사한 방식으로 구성되고 동작한다.
이제 도 13B을 참조하면. 모듈(100D)은 주름진 멤브레인(114)을 갖는 멤브레인 모듈(100B)을 둘러싸는 하우징(160B)을 포함한다. 하우징(160) 내부의 멤브레인 모듈(100B)은 도 11 및 도 12와 관련하여 전술한 것과 유사한 방식으로 구성되고 작동되며, 즉, 이것은 도 1-10과 관련하여 설명된 것과 유사하지만. 드로우 유체 입구 매니폴드(102)는 포함되지 않는다. 하우징(160B)은 공급 유체, 즉 처리될 유체를 위한 기밀 내부 공간을 생성하기 위해, 모든 네 측면으로부터 가스 입구 매니폴드(106A) 및 유체 출구 매니폴드(118)에 부착, 즉, 웰드된다. 도시된 실시 예에서, 가스 입구 매니폴드(106A)는, 드로우 유체 입구 매니폴드(102)의 상부에 안착된 하우징(160A)의 배열과 유사하게 가스 입구 매니폴드(106A)의 상부에 안착하도록, 유체 출구 매니폴드(116)에 대응하는 치수를 갖는다. 도 11의 가스 입구 매니폴드(106)와 비교되는 도 13A에서 가스 입구 매니폴드(106A)의 이러한 추가적인 상부 표면 영역은, 가스 입구 매니폴드(106)의 추가적인 상부 면적이 하우징(160B)의 하우징의 하부 표면으로 덮여 있기 때문에, 복수의 가스 출구(110)를 포함하지 않는다.
공급 유체는 공급 유체 입구 포트(162B)를 통해 하우징(160B)으로 공급된다. 공급 유체의 일부는 주름진 멤브레인(114)을 통해 루멘 공간(128B) 내로 통과한 다음, 처리된 유체로서 유체 출구 포트(120)를 통해 유체 출구 매니폴드(118)로부터 통과된다. 나머지 공급 유체는 공급 유체 출구 포트(164B)를 통해 하우징(160B) 밖으로 빠져 나간다. 하우징(160B)이 멤브레인 모듈(100) 주위에 기밀 공간을 형성하기 때문에, 가스 입구 매니폴드(106A)로부터 방출된 가스의 방출을 허용하는 가스 출구(166B)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 가스 입구 포트(108)는, 도시된 실시 예에서 가스 입구 포트(108)가 하우징(160B) 아래에 위치하기 때문에, 하우징(160B)을 통과하지 않는다. 그렇지 않으면, 도 13B에 도시된 모듈(100D)이 도 1-11에 도시된 모듈(100B)과 관련하여 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 구성되고 동작한다.
도 13B에 도시된 모듈(100D)은 소위 "데드 엔드(dead-end)" 구성으로 작동될 수 있는데, 이 경우 공급 유체 출구 포트(164B)는 처리 작업 동안 폐쇄 또는 밀봉되지만, 하우징(160B) 내부의 유체를 배출과 같은 유지 보수 목적으로는 사용될 수 있다.
도 13a 및 13b는 공급 유체 입구 포트(162) 및 출구 포트(164)가 하우징(160A, 160B)의 특정 위치에 위치시키는 것으로 도시될지라도, 이들 포트는 반대쪽에 배치되는 한 다른 위치에 배치될 수 있으며, 이들이 하우징(160)의 반대측에 배열되고 그래서 공급 유체가 주름진 멤브레인(114)를 향해 공급되는 한, 이들 포트는 반대쪽에 배치되는 한 다른 위치에 배치될 수 있다.
도 13A 및 도 13B에서, 하우징(160A, 160B)을 부착하는 특정 방식은하나의 예일 뿐이며, 다른 방식이 채용될 수 있다. 예를 들어, 하우징(160A, 160B)은 상부 및 하부 매니폴드의 외부 모서리를 따라 이어질 수 있으며, 이 경우 하우징(160A, 160B)은 이 구성에서 하우징(160A, 160B)에 의해 차단되는 다양한 입구 또는 출구 포트를 위한 개구부를 가진다.
도 13A 및 도 13B에 도시된 모듈(100C, 100D) 자립형 모듈로서 사용될 수 있다. 이 경우, 공급 유체 출구 포트(164A 또는 164B)는 공급 유체 입구 포트(162A 또는 162B)에 결합되어, 추가 처리를 위해 미처리된 공급 유체를 재순환시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 도 13A 및 13B에 도시된 모듈(100C, 100D)는 다양한 다른 구성으로 다른 이러한 모듈과 함께 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 구성은 급수가 제1 세트 모듈들에 병렬로 공급되고, 제1 세트 모듈들의 공급 유체 출구 포트(164A 또는 164B)를 통과하는 공급 수는 결합되고, 그런 다음 처리를 위해 제2 세트 모듈들로 병렬로 공급되는, 병렬-직렬-병렬 구성이다. 도 1 및 도11의 모듈들은 자립 모듈 또는 병렬-직렬-병렬 구성으로 단순히 배치될 수 있다.
비록 도 13A 및 13B에서, 도 13A에서 지면과 드로우 유체 매니폴드(102), 그리고 도 13B에서 가스 입구 매니폴드(106)에 평행하게 배치된 유체 출구 매니폴드(118)를 도시하지만, 유체 출구 매니폴드(118)는 가스가 가스 출구 포트(166A 또는 166B)로부터 빠져나가고, 유체 출구 매니폴드(118)의 하부 표면에 대해 하우징(160A 또는 160B)에 갇히지 않도록 하는 비-평행 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 유체 출구 매니폴드(118)는 가스 출구 포트(166A 또는 166B)에 가장 가까운 부분에서 위쪽으로 하나 이상의 방향으로 기울여질 수 있으며, 도시된 실시 예에서는 유체 출구 매니폴드의 전방 우측이다. 일부 구체 예에서, 도 13A 및 13B에서 하우징(160A 또는 160B)의 정면에 배치되는 대신, 유체적으로(fluidically) 서로 분리되고, 가스 출구 포트(166A 또는 166B)는 유체 출구 매니폴드(118)을 통과하도록 배치될 수 있다.
도 13A 및 13B는 유지 보수 동안 모듈로부터 공급 수를 배출하기 위한 밀봉된 포트인 배수 포트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 배수 포트는 이동식 하우징의 측벽, 바람직하게는 하우징의 바닥 근처에 위치될 수 있다. 대안적으로, 배수 포트는 모듈의 베이스의 바닥에 배열될 수 있다.
개시된 멤브레인 모듈은 해수 담수화를 위한 정삼투 또는 멤브레인 증류 분야, 식염수 희석, 염수 희석, 전처리 분야, 가정용 및/또는 산업 폐수와 같은 손상된 수원으로부터의 물 회수, 생산된 수처리, 폐수량 감소, 액체 배출 제로 분야, 염분 생산, 식음료 농축, 제약 분야 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 수많은 분야에 사용될 수 있다. 멤브레인 모듈은 분야 유형에 따라 사용될 수 있는 두 가지 구체 예를 갖는다-하나는 드로우 유체 입구 매니폴드를 갖는 것과 다른 하나는 드로우 유체 매니폴드를 갖지 않는 것이다. 두 실시 예에서, 멤브레인 시트는 에폭시와 같은 내화학성 접착제를 사용하여 중앙 주름진 플레이트 및 프레임에 부착될 수 있다. 이들 두 구체 예 중 어느 하나의 멤브레인 모듈은 수중 모듈 대신에 비수중 모듈로서 하우징 내부에 배치될 수 있다.
멤브레인의 제조 및 공정 사용 방법:
멤브레인 자체를 제외하고, 개시된 멤브레인 모듈은 저가의 내식성 경량 재료, 바람직하게는 PVC로 제조될 수 있다. 모듈은, 개별 구성 요소 또는 프레임 코어와 같은 결합된 구성 요소를 생산하기 위해 3D 프린팅, 사출 성형, 열 성형 및 프레싱, 또는 이들 기술의 조합을 사용하는 것에 의해 제조될 수 있다. 어느 한 구체 예에서, 멤브레인 시트는 에폭시와 같은 강한 내화학성 접착제를 사용하여 중앙 주름진 플레이트 및 프레임 상에 부착될 수 있다. 주름진 형상에 적합하고 프레임에 부착될 수 있는 임의의 유형의 멤브레인 시트가 개시된 모듈에 사용될 수 있으며; 그러나, 이용되는 멤브레인 시트의 유형은 특정 유형의 처리 분야에 따라 달라질 것이다. 예를 들어 정삼투 공정은 멤브레인 증류에 사용되는 것보다 다른 멤브레인을 필요로 한다.
드로우 유체 입구 매니폴드를 갖는 도 1, 2 및 13A에 예시된 멤브레인 모듈은, 2 개의 상이한 유체 흐름이 정삼투 또는 멤브레인 증류와 같은 멤브레인 시트에 의해 분리되어야 하는 용도에 사용될 수 있다. 이 모듈에는 모듈이 노출된 외부 유체와 완전히 분리된 상태에서 두 개의 멤브레인 시트 내부로 이동하는 단일 유체 용 입구 및 출구가 있다. 깨끗한 드로우 유체(정삼투) 또는 냉각제(멤브레인 증류)는, 모듈이 저염도 공급 유체(폐수)에 노출되는 동안, 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임에 부착된 두 개의 멤브레인 시트에 의해 생성된 루멘 공간을 통과한다. 드로우 유체 또는 냉각제는 멤브레인을 통한 물의 투과를 유도한다. 진공 또는 흡입을 통한 음압이 드로우 유체 또는 냉각제의 모듈로의 이동과 유체 출구 매니폴드에서 투과된 물질의 제거를 촉진하기 위해서 사용될 수 있다.
대안적으로 도 11, 12 및 13B에 예시된, 유체 입구 매니폴드가 없는, 멤브레인 모듈은 모듈의 투과물 수집 측에서 진공을 사용하거나 사용하지 않고 단일 유체를 처리하기 위해 멤브레인 생물 반응기 또는 다른 멤브레인 분리 공정을 사용되는 폐수 처리 분야 분야에서 사용될 수 있습니다. 나노 여과 멤브레인, 역삼투 멤브레인, 미세 여과 멤브레인, 한외 여과 멤브레인 및 멤브레인의 조합이 MBR 분야에 이용될 수 있다. 모듈 상단의 유체 출구 매니폴드에 있는 단일 출구 포트는 멤브레인을 통해 투과된 깨끗한 물을 모듈이 노출된 폐수에서 배출하는데 사용된다.
예시적인 제조 공정이 여기에 설명된다. 먼저, 모듈 프레임, 드로우 유체 입구 매니폴드, 가스 입구 매니폴드, 유체 출구 매니폴드 및 천공 스페이서는 사출 성형 또는 3D 인쇄를 사용하여 만들 수 있다. 컴포넌트는 단일 유닛 또는 모듈 프레임 코어에 부착(예를 들어, 함께 용접)되는 다양한 구성 서브 유닛으로서 제조될 수 있다. 다음으로, 주름진 모듈 프레임 코어가 수직 위치에 유지되는 동안, 주름진 코어와 동일한 높이를 갖는 두 장의 멤브레인이 모듈을 따라 연장될 수 있다. 각 멤브레인에 제공되는 추가 길이는 모듈 프레임 상에 배치를 용이하게 할 수 있다. 그런 다음, 주름진 코어에 대응하도록 이격된 수직 로드를 갖는 장치는, 로드 직경은 각각의 주름 턴보다 약간 작으며, 로드 높이는 주름진 코어보다 약간 작으며, 두 개의 멤브레인 시트를 모듈 코어의 각 위치로 밀어 넣는다.
멤브레인 시트가 주름진 형상으로 가압되면, 모듈 상단의 유체 출구 매니폴드상의 유체 출구 포트에 진공이 가해질 수 있다. 드로우 유체 입구 포트드를 하부에서 차단하는 것이 드로우 유체 입구 매니폴드를 가지는 실시예에서 필요할 것이다. 생성된 진공은 멤브레인 시트를 제자리에 고정시키고, 에폭시 접착제와 같은 접착제가 멤브레인 에지에 적용되어 멤브레인 시트를 모듈 코어의 프레임에 단단히 밀봉할 수 있다. 천공된 스페이서 플레이트가 포함되는 경우, 스페이서는 멤브레인 시트를 설치하기 전에 제자리에 설치된다. 스페이서는 멤브레인 프레임에 고정되어 작동 중에 제자리에 유지되야 한다. 루멘 공간 내부의 유체 이동은 스페이서가 부착되지 않은 경우 스페이서의 위치에 영향을 줄 수 있다.
발명 계산 및 방정식 :
개시된 수중 주름진 활성 멤브레인 영역과 종래의 평판 플레이트 및 프레임 디자인 사이의 활성 멤브레인 영역의 비교가 이루어진다. 제공된 총 영역이 모듈당 1.26 제곱미터의 활성 멤브레인 영역인 상업적으로 이용 가능한 수중 정삼투(FO) 모듈과 비교된다. 개시된 수중 주름진 멤브레인 모듈 디자인은, 중앙 플레이트 및 멤브레인 어셈블리에 대한 멤브레인의 접착으로 인한 비활성화된 멤브레인 영역을 고려하여, 상용 모듈과 동일한 크기(높이, 길이 및 깊이)로 모듈당 약 4.4 제곱미터의 활성 멤브레인 영역을 제공한다. 생산 능력의 증가는 시판되는 모듈에 비해 ~ 250 %에 해당한다. 또한, 모듈의 더 짧은 치수를 따라 진행되고, 주름진 디자인의 턴 수와 동일한 수의 시트가 있고, 종래와 동일한 치수 및 풋프린트를 갖는 시트가 종래의 디자인와 같이 평판 멤브레인을 갖는 중간 디자인이 .비교된다. 계산 및 비교 데이터는 실시 예 1-4 및 표 1-4에 제시되어있다.
또 다른 성능 비교가 총 70 m2의 총 활성 멤브레인을 제공하는 상업적으로 이용 가능한 멤브레인 생물 반응기(MBR)에 대해 이루어졌다. 제안된 디자인은 활성 멤브레인 영역을 219 % 증가시켜 제곱미터당 223 제곱미터의 활성 멤브레인 영역에 도달한다. 비교는 실시 예 5에 도시되어 있고, 표 5 및 6은 상용 MBR 모듈의 사양 및 개시된 주름진 디자인에 대한 계산을 각각 제공한다.
실시 예 1-개시된 주름진 디자인에 대한 계산
개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 설계 디자인은 도 8A-8D에 도시된 주름진 멤브레인의 기하학적 형태로부터 유도된 수학 공식을 사용하여 최적화되었다.
도8A는 n과 동일한 총 턴(TURN) 수를 갖는 주름진 멤브레인 시트의 평면도를 도시한다. 도 8b는 중앙 멤브레인 플레이트 상의 주름진 턴의 확대도이다. 도 8C는 개시된 모듈에 대한 멤브레인의 정면도의 개략도이다. 도 8D는 개시된 모듈에 대한 멤브레인의 측면도의 개략도이다. 도 8A-8D에서, 개시된 디자인에서 총 유효 멤브레인 영역을 계산하기 위한 식이 아래에 도시되어있다:
A1 = 주름진 디자인에서 유효 멤브레인 영역
Le = 부착된 길이를 제외한, 멤브레인 시트의 유효 길이
n = 멤브레인 요소 당 턴 수
s = 턴 사이의 간격
t = 두 장의 멤브레인이 부착된 멤브레인 플레이트 프레임의 두께
C = 도 8A에 따른 직선 깊이
D = 멤브레인 모듈 총 깊이
D g = 부착 영역의 깊이
H = 멤브레인의 총 높이
He = 부착된 영역을 제외한 멤브레인 시트의 유효 높이
Hg = 부착 영역의 높이
Me = 유효 멤브레인 영역
Mg = 부착된 멤브레인 영역
W = 총 멤브레인 모듈 폭
개시된 주름진 멤브레인 디자인에서 유효 멤브레인 영역을 계산하는 식에 대한 도출은 다음과 같다 :
주름진 디자인 유효 멤브레인 영역(A1) =
유효 멤브레인 길이 x 유효 멤브레인 높이
= Le x He
= [2nC +(n-1)(외부 아크 길이) +(n-1)(내부 아크 길이)] x He
= [2nC +(n-1)(외부 아크 길이 + 내부 아크 길이)] x He
= [2nC +(n-1)(πτouter + πτinner)] x He
= [2nC + π(n-1)(τouter + τinner)] x He
= [2nC + π(n-1)((s/2+t)+s/2)] x He
→ A1= He x [2nC + π(n-1)(s+t)] → 식 1
총 폭 W의 모듈 내에 장착될 수 있는 턴 수(n)를 결정하는 식을 찾기 위해:
W = n(s+t)-s이므로
따라서, 너비 W의 한 모듈에 장착할 수 있는 총 턴 또는 주름의 수는 다음과 같다.
n=
Figure pct00001
→ 식 2
각 턴의 C의 길이를 찾으려면 :
D = (
Figure pct00002
+t)+(
Figure pct00003
+t)+C 이므로,
= C + s + 2t
→ C = D - s - 2t → 식 3
도 8B을 참조하면, 중앙 멤브레인 플레이트 상의 주름진 턴의 확대는 에지를 따라 부착된 2개의 멤브레인 층을 도시하며, 여기서 :
t = 플레이트 두께
R = 곡선 반원의 반경
2R = 멤브레인 플레이트의 각 직선 부분 사이의 간격
아크 길이 = pi*R(또는 πR)
C = 멤브레인 플레이트의 직선 부분의 길이
W = 총 멤브레인 모듈 너비
H = 총 멤브레인 모듈 높이
He = 유효 멤브레인 높이
n = 모듈 당 총 회전 수
유효 멤브레인 영역을 계산하기 위해 사용된 식은 다음과 같다 :
유효 멤브레인 영역 = 2He[nC + πR(n-1)-0.06]
여기서, R에 대한 방정식은 총 모듈 폭 식으로부터 유도되며,
W = nt +(2R-t)*(n-1); 그 후,
R =(w-t)/(2*(n-1))
디자인을 최적화하기 위해, 턴 수(n)를 입력한 다음, 멤브레인 플레이트(t)의 두께를 선택하였다. 이들 두 기준이 선택되면, R이 결정될 수 있고, 유효 멤브레인 영역은 상기 식을 사용하여 결정된다.
참고로, 방정식의 도출은 다음과 같다 :
유효 멤브레인 높이 x(내부 멤브레인의 총 길이 + 외부 멤브레인의 총 길이)
= He x [n x C +(내부 아크 길이 x (n-1))-부착된 멤브레인 영역] +
He x [n x C + {외부 아크 길이 x (n-1))-부착된 멤브레인 영역]
= He x [nC + π(R-t/2)(n-1))-0.06] + He x [nC + π(R+t/2)(n-1))-0.06]
= He [2nC + 2πR(n-1)-0.12]
= 2He[nC + πR(n-1)-0.06] <-
실시 예 2-기존 평판 디자인 계산
개시된 수중 모듈(주름진 디자인)과 동일한 치수 및 풋 프린트를 갖는 종래의 플레이트 및 프레임 디자인 사이의 총 유효 멤브레인 영역을 비교하기 위해; 두 디자인에서 모듈의 전체 높이, 너비 및 깊이는 동일하게 유지된다. 효과적인 멤브레인 영역을 계산할 때, 멤브레인 플레이트의 간격과 두께는 두 디자인 사이에서 동일하게 유지된다.
도 9A는 총 멤브레인 수 m의 평판 시트 멤브레인을 갖는 종래의 디자인의 평면도에 대한 개략도를 도시한다. 도 9b는 종래의 모듈용 멤브레인 시트의 정면도의 개략도이다. 도 9C는 종래의 모듈에 대한 멤브레인의 측면도의 개략도이다. 도 9a 내지 9c에서, 종래의 디자인에서 총 유효 멤브레인 영역을 계산하기 위한 식이 아래에 도시되어있다 :
A2 = 기존 디자인에서 모듈 당 총 유효 멤브레인 영역
m = 하나의 모듈에 포장된 총 멤브레인 요소 수
s = 멤브레인 사이의 간격
t = 두 장의 멤브레인이 부착된 멤브레인 플레이트 프레임의 두께
D = 멤브레인의 총 깊이
H = 멤브레인의 총 높이
He = 부착된 영역을 제외한 멤브레인 시트의 유효 높이
Me = 유효 멤브레인 영역
Mg = 부착된 멤브레인 영역
W = 총 멤브레인 폭
We = 모듈 내 단일 요소의 유효 너비 = 총 요소 너비 연결 영역- 부착된 영역
Wg = 부착된 멤브레인의 폭
시판되는 종래의 멤브레인 디자인에서 유효 멤브레인 영역(A2)을 계산하는 식의 도출은 다음과 같다 :
유효 멤브레인 영역(A2) =
총 요소 수 x 유효 멤브레인 폭 x 유효 멤브레인 높이
→ A2 = 2 x m x He x We → 식 4
실시예 3- 중간 디자인 계산.
비교를 위해, 중간 디자인의 유효 멤브레인 영역을 계산하였다. 중간 디자인에서, 평평한 멤브레인 플레이트는 종래의 디자인에서와 같이 더 긴 면 대신에 모듈의 짧은 치수를 따라 이어질 것이며, 동일한 치수 및 풋 프린트를 가질 것이다; 멤브레인 영역의 직접적인 비교를 제공하기 위해, 개시된 수중 디자인 및 종래의 디자인에 대한 계산에 사용된 동일한 전체 높이, 폭 및 깊이를 갖는 것을 특징으로 한다. 고려된 중간 디자인은 주름진 디자인의 턴 수와 동일한 수의 시트를 가지지만, 멤브레인 시트의 모든면에 에지가 붙어 있고 주름은 없다.
도 10a는 총 멤브레인 수가 m과 동일한 중간 디자인 멤브레인 시트의 평면도에 대한 개략도를 도시한다. 도 10b는 중간 디자인을 위한 멤브레인의 정면도의 개략도이다. 도 10C는 중간 디자인을 위한 멤브레인의 측면도의 개략도이다. 도 10a 내지 10c에서, 중간 디자인에 대한 멤브레인의 총 유효 멤브레인 영역을 계산하기 위한 식이 아래에 제시되어있다:
A3 = 중간 디자인에서 모듈 당 총 유효 멤브레인 영역
k = 하나의 모듈에 패킹된 총 멤브레인 플레이트의 수
D = 모듈의 총 깊이
De = 부착된 영역을 제외한 모듈의 유효 깊이 = D-D g
Dg = 멤브레인 플레이트에 부착된 멤브레인의 깊이(이 값은 플레이트의 각 측면에서 2cm로 간주 됨)
H = 멤브레인의 총 높이
He = 부착된 영역을 제외한 멤브레인 시트의 유효 높이
Me = 유효 멤브레인 영역
Mg = 부착된 멤브레인 영역
W = 총 멤브레인 폭
평평한 멤브레인 플레이트가 모듈의 더 짧은 치수를 따라 진행되는 중간 디자인에서 유효 멤브레인 영역을 계산하는 방정식의 도출은 다음과 같다:
유효 멤브레인 영역(A3) =
총 멤브레인 요소 수 x 유효 멤브레인 깊이 x 유효 멤브레인 높이
→ A3 = 2 x k x He x De → 식 5
도 10 중간 디자인의 하나의 모듈 내부에 패킹될 수 있는 플레이트의 수를 계산하기 위한 방정식이 아래에 나와 있다.
W = k(s+t)-s 다음 :
k =
Figure pct00004
→ 식 6
실시 예 4-유효 멤브레인 영역의 백분율 증가 계산 :
하기 표에 도시된 계산은 주름진 디자인이, 모듈의 용량을 즉시 배가시키면서, 동일한 크기의 시판되는 수중 정삼투 플랫 시트 모듈에 비해 모듈 당 134 % 더 효과적인 멤브레인 영역을 제공한다는 것을 입증한다. 하기 표 1 및 2에 대한 계산에서, 종래의 디자인 및 주름진 디자인을 위한 요소의 판 두께(t) 및 멤브레인 간격(s)은 일정하게 유지된다. 아래의 모든 계산에서, 모든 디자인에 대해, 다음 매개 변수의 값은 비교할 일관된 데이터를 제공하기 위해 기존 플랫 시트 디자인에 사용된 값과 동일하게 유지된다.
깊이(D) = 8.5 cm
폭(W) = 46 cm
H(높이) = 44 cm
He = H-Hg(부착 높이) = 44 cm - 6 cm = 38 cm(유효 높이)
하기 표 1에서, 시판되는 디자인에 기초한 수중 정삼투 플랫 시트 모듈(도 9a 내지 도 9c에 도시)에 대한 유효 멤브레인 영역의 계산이 도시되어 있다. 상용 모듈에서, 6 개의 멤브레인 시트가 있으며 각각 4 개의 모서리에 모두 밀봉되어 있다. 유효 멤브레인 영역은 1.26 ㎡ 이다.
표 1. 시판되는 정방향 삼투 플랫 시트 수중 모듈의 사양
1 종래 수중 FO 모듈(
(Conventional Submersible FO Module) 		Measurement / Unit
m 모듈 당 실질적인 총 요소 수
(Actual total number of elements per module) 		6 Elements
t 모듈에서 각 요소의 측정 두께
(Measured thickness of each element in the module) 		0.3556 cm
s 모듈에서 요소들 사이의 측정된 간격
(Measured spacing between elements in the module) 		0.5334 cm
D 입구 및 출구를 배제한 측정된 총 모듈 깊이
(Measured total module depth excluding inlet and outlet)		 8.5 cm
W 측정된 총 모듈 폭
(Measured total module width) 		46 cm
Wg 각 측면으로부터 3cm로 취해진 각 요소에서 부착된 폭
(Attached width in each element taken as 3 cm from each side 		6 cm
We 각 요소에서 유효 폭
(Effective width in each element) = W - Wg 		40 cm
H 각 요소에서 측정된 총 높이
(Measured total height of each element) 		44 cm
Hg 각 측면으로부터 3cm로 취해진 각 요소에서 부착된 높이
(Attached height in each element taken as 3 cm from each side) 		6 cm
He 각 요소에서 유효 높이
(Effective height in each element) = H - Hg 		38 cm
A 2 상용 생산 시트에서 주어진 유효 멤브레인 면적
(Effective membrane area given in the commercial product sheet) 		1.26 m 2
아래의 표 2는 표 1의 상업용 모듈과 길이, 높이 및 폭(풋 프린트)에 대해 동일한 단위 치수를 갖는 모듈에 대해 청구된 수중 주름진 디자인(도 8a 내지 8d에 도시)에 대한 계산을 요약한다. 표 2에서 볼 수 있듯이, 수중 주름진 디자인은 상용 평판 플레이트 및 프레임 디자인(1.26 ㎡) 보다 훨씬 큰 활성 영역(2.34 ㎡) 을 가지므로 동일한 크기의 모듈에 대해 유효 멤브레인 영역이 134 % 증가한다.
표 2 : 청구된 주름진 디자인 계산
2 주름진 디지인(Corrugated Design) Measurement / Unit
(식 1 --> A1 = He x [2nC+ π(n-1)(s+t)]
He 각 요소에서 유효 높이 = H - Hg 38 cm
n 모듈 당 총 턴 수 n = (We+s)/(s+t) 45 turns
C 직선 깊이 = D - s - 2t 7.2554 cm
t 모듈에서 각 요소의 두께 0.3556 cm
s 모듈에서 각 요소 사이 간격 0.5334 cm
A1 A1 = He x [2nC+ π(n-1)(s+t)] 2.95 m2
A1/A2, 여기서, A2 는 상용 멤브레인의 모듈 당 면적 (1.26 m2) 2.34
%A = 100 x [(A 1 /A 2 ) -1] 134%
개시된 수중 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인의 생산 능력은 균일한 규모로 생산 효율을 비교하기 위해 동등 크기의 상업적으로 이용 가능한(FO) 모듈과 비교된다; 그러나, 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인은 특정 처리 분야에 따라 크기가 증가 또는 감소될 수 있으며, 단일 단위 크기로 제한되지는 않는다.
하기 표 3에 도시된 바와 같이, 중간 디자인은 상업적 구성보다 32 % 적은 영역을 갖는다. 중간 디자인(도 10a-10c에 도시된)은 (상업 디자인와 같이) 모든 에지에 밀봉된 평판을 가지며, 개시된 골판지 디자인에서의 턴 수와 동일한 다수의 플레이트를 갖는다. 유효 영역의 감소는 다수의 플레이트 각각에서 멤브레인에 대한 접착 에지로부터 손실된 멤브레인 영역으로 인한 것이다.
표 3 : 중간 디자인 계산
3 중간 디자인(Intermediate Design) Measurement / Unit
식 5 --> A3 = 2 x k x He x De
He 각 요소의 유효 높이 = H - Hg 38 cm
k 각 모듈의 요소의 총 수 k = (We+S)/(s+t) 45 Plates
De 유효 깊이 = D - Dg, Dg 는 6 cm 2.5 cm
t 모듈에서 각 요소의 두께 0.3556 cm
s 모듈에서 요소 사이 간격 0.5334 cm
A3 A3 = 2 x k x He x De 0.86 m2
A3/A2, 여기서 A2 는 상용 멤브레인의 모듈 당 면적 (1.26 m2) 0.68
%A = 100 x[(A 3 /A 2 ) -1] -32%
주름진 디자인은 모듈당 생산 능력을 3배 증가시키는 직접적인 방법을 제공하며, 이는 단일 모듈에 패킹된 활성 멤브레인 영역을 증가시킴으로써 달성된다. 주름진 디자인은 멤브레인 플레이트 두께(t)를 줄이고 기존 디자인의 것보다 턴(s) 사이의 간격을 줄이면서 모듈 치수를 변경하지 않고(W, D, H와 He). 표 2의 실시예로부터 생산을 더 증가시킨다.
하기 표 4는 "t"를 0.35 cm에서 0.2 cm로 그리고 "s"를 0.53 cm에서 0.4 cm로 감소시키면 풋프린트에 영향을 미치지 않으면서, 즉 모듈의 크기는 변하지 않고 유효 멤브레인 영역을 3 배(~250 %) 이상까지 증가시킬 수 있으며, 반면 모듈 당 멤브레인 패킹 밀도는 턴 횟수(n)의 증가로 인해 3 배가 된다. 주름진 디자인에서 턴 수(n)를 증가시키는 것은 종래의 디자인에서 멤브레인 요소의 수를 증가시키는 것과 유사하다. 그러나, 종래의 디자인에서 요소의 수를 증가시키는 것은 판 두께(t) 및 요소(들) 사이의 간격에 더 작은 값을 사용할 때에도, 모듈의 풋 프린트를 증가시키지 않으면 모듈의 패킹 밀도를 증가시키지 않는다. 도 4의 계산은, 멤브레인의 두께 요소 't' 및 턴 사이의 간격 's'가 상기 표 2에 있는 수치로부터 줄어들 때, 주름진 멤브레인 디장인의 유효 멤브레인 영역을 보여준다.
표 4 :두께 및 간격을 수정한 주름진 디자인의 유효 멤브레인 영역의 계산
4 주름진 디자인-조절된 두께 및 간격
(Corrugated Design - Modified Thickness and Spacing) 		Measurement / Unit
식 1 --> A1= He x 2nC+[2nC+π(n-1)(s+t)]
He 각 요소의 유효 높이 = H - Hg 38 cm
n 모듈 당 총 턴 수 n=(We+s)/(s+t) 67 turns
C 직선 깊이 = D - s - 2t 7.7 cm
t 모듈에서 각 요소의 두께 0.2 cm
s 모듈에서 요소 사이 간격 0.4 cm
A4 A1 = He x 2nC+ π(n-1)(s+t)] 4.39 m2
A4/A2, 여기서 A2 는 상용 멤브레인의 모듈 당 면적 (1.26 m2) 3.49
%A = 100 x[(A 4 /A 2 ) -1] 249%
"t" 및 "s"의 값을 조정함으로써 활성 멤브레인 영역의 추가 증가가 달성될 수 있다. 예를 들어, 표 4의 모듈을 참조하면, "s"를 0.4 cm에서 0.2 cm로 줄이면 활성 멤브레인 영역이 기존 모듈보다 414 % 더 커진다.
실시 예 5-상용 MBR 및 개시된 주름진 디자인의 비교
70 ㎡의 총 활성 멤브레인 영역을 제공하는 상업적으로 이용 가능한 멤브레인 생물 반응기(MBR) 폐수 처리 모듈에 대하여 다른 성능 비교가 이루어졌다. 제안된 디자인은 활성 멤브레인 영역을 219 % 증가시켜 활성 멤브레인 영역이 223 ㎡에 도달한다. 표 5 및 표 6은 상용 MBR 모듈의 사양 및 개시된 주름진 디자인에 대한 계산을 각각 제공한다.
하기 표는 제안된 디자인와 폐수 처리 MBR 시스템에 적용된 종래의 평평한 시트 디자인 사이의 비교를 보여준다. 상용 MBR 모듈에 비교한다. 표 5는 시판되는 MBR 모듈의 총 멤브레인 영역을 보여준다.
표 5 : 상용 수중 평판 MBR 모듈의 사양
5 상용 평판 MBR 시스템과의 비교
(Comparison with Commercial flatsheet MBR system) 		Measurement / Unit
H H: 전체 모듈 높이 H 210 cm
L L: 전체 모듈 길이 L 95 cm
W W: 출/입구 포트를 포함하는 전체 폭 81 cm
어셈블리 당 멤브레인 요소의 수 50 Elements
A5 A5 = 모듈 당 총 멤브레인 영역은 70 m2
하기 표 6은 상기 표 5에 요약된 시판 모듈과 동일한 치수를 갖는 개시된 주름진 모델의 유효 멤브레인 영역을 나타낸다. 개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인을 이용함으로써, 동일한 크기의 모듈에 대한 유효 멤브레인은 219 % 증가되었다. 유효 멤브레인 영역의 증가는 개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 모듈에 대한 생산 능력의 상응하는 증가를 초래할 것이다. 개시된 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인의 생산 능력은 균일한 규모로 생산 효율을 비교하기 위해 본 명세서에서 동등한 크기의 상업적으로 이용 가능한 플랫 시트 MBR 모듈과 비교되지만; 그러나 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 디자인은 특정 처리 분야에 따라서 크기가 커지거나 줄어들 수 있으며, 단일 단위 크기에 제한되지 않는다.
표 6 : 상업용 MBR 모듈과 비교한 폐수 처리 모듈을 위한 주름진 디자인
6 주름진 디자인(Corrugated Design) Measurement / Unit
식1 --> A1= He x 2nC+ π(n-1)(s+t)]
He 각 요소에서 유효 높이= H - Hg 190 cm
D 긱 요소의 깊이 D 8.5 cm
E E=모듈당 요소들의 수=L/D 11 elements
C 직선 깊이 = D - s - 2t 6.6 cm
n 모듈 당 총 턴 수 n=(We+s)/(s+t) 62 turns
t 모듈에서 각 요소의 두께 0.6 cm
s 모듈에서 요소당 공간 0.7 cm
A6 A6 = E x He x [2nC+ π(n-1)(s+t)] 223.11 m2
A6/A5, 여기서 A5 는 상용 MBR 멤브레인 모듈 당 면적(70 m2) 3.19
%A = 100 x[(A 6 /A 5 ) -1] 219%
"t" 및 "s"의 값을 조정함으로써 활성 멤브레인 영역의 추가 증가가 달성될 수 있다. 예를 들어, 표 6의 모듈을 참조하면, "s" 및 "t"를 0.2 cm로 감소 시키면 활성 멤브레인 영역이 종래의 모듈보다 933 % 더 커진다.
상기 실시 예는 수중 주름진 디자인과 다른 수중 디자인의 비교에 기초하지만, 비수중 주름진 디자인은 주름진 멤브레인의 활성 영역이 증가함에 따라 다른 비수중 디자인에 비해 유사한 이점을 나타낸다. 구체적으로, 비수중 디자인은 종래의 비수중 디자인에 비해 활성 멤브레인 영역이 200 % 이상 증가한다.
상기 예와 관련하여 설명된 치수는 단지 예시적인 것이며, 개시된 모듈은 다양한 상이한 치수를 사용하여 구현될 수 있음을 인식해야한다. 알 수 있는 바와 같이, 상이한 치수의 모듈은 특정 치수에 따라 상이한 양의 증가된 활성 멤브레인 영역을 가질 것이다.
본 명세서에 개시된 본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태에 영향을 받을 수 있지만, 본 발명의 특정 실시 예는 도면에 예시적으로 도시되어 있고 본 명세서에 상세하게 설명되어 있으며, 이들은 모두 존재하는 것으로 이해되고 기술되고 청구된 발명의 범위 내에있다. 또한, 이러한 세부 사항은 본 명세서에 기술되고 청구 범위에 의해 커버되는 본 발명의 범위를 여전히 준수하면서 가변적이거나 수정 가능한 것으로 이해된다. 그러나, 특정 실시 예에 대한 본 명세서의 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하려는 것이 아니라, 그 의도는 본 발명의 기술적 사상에 속하는 모든 수정, 균등 물 및 대안을 포함하는 것으로 이해되어야한다.

Claims (20)

  1. (a) 접혀진 평행한 열을 가지며, 다음을 포함하는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115):
    주름진 하부 프레임 부재(116A), 주름진 상부 프레임 부재(116C), 수직 좌측 프레임 부재(116D) 및 수직 우측 프레임 부재(116B)를 갖는 주름진 프레임(116), 상기 프레임(116)은 전측, 후측, 하측, 상측을 가지며, 상기 하부(116A), 상부(116C), 좌측(116D), 및 우측(116B) 프레임 부재들은 개방된 중앙 영역을 정의하며;
    상부(116C), 하부(116A), 좌측(116D) 및 우측 (116B) 프레임 부재들을 따라 주름진 프레임(116)의 전측에 부착된 상단 에지, 하단 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제1 주름진 멤브레인 시트(114A);
    상부(116C), 하부(116A), 좌측(116D) 및 우측(116B) 프레임 부재들을 따라 주름진 프레임(116)의 후측에 부착된 상단 에지, 하단 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제2 멤브레인 시트(114B);
    상기 제1(114A) 및 제2(114B) 멤브레인 시트는 투과된 유체의 수집을 위해 주름진 프레임(116)의 개방된 중앙 영역에서 멤브레인 루멘 공간(128B)을 형성하고;
    상기 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는 제1(114A) 및 제2(114B) 주름진 멤브레인 시트 중 하나를 통과함이 없이 처리될 유체가 멤브레인 루멘 공간(128B)으로 들어가는 것을 방지하기 위해 밀봉되고; 그리고
    상기 제1 (114A) 및 제2 (114B) 멤브레인 시트의 영역은 상기 멤브레인 루멘 공간(128B)과 공팽창성이며, 그리고 활성 멤브레인 영역을 제공하도록 형성되며, 여기서 프레임(116)에 부착된 제1 (114A) 및 제2 (114B) 멤브레인 시트의 상단, 하단, 좌측 및 우측 에지들은 비활성 멤브레인 영역이며;
    (b) 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 상부 프레임 부재(116C)의 상측에 부착된 유체 출구 매니폴드(114), 상기 유체 출구 매니폴드(118)는 상부 프레임 부재(116C)의 하나 이상의 개구들을 통해 멤브레인 루멘 공간(128B)로부터 투과된 유체를 수용하는 내부 공간을 가지며, 그리고 유체 출구 매닐폴드(118)의 내부 공간으로부터 투과된 유체를 제거하기 위한 유체 출구 포트(120)를 가지며; 및
    (c) 주름진 플레이트 및 프레임 코어(115)의 하부 프레임 부재(116A)의 하측에 부착된 베이스(102,106)
    를 포함하는 수처리 장치(100, 100B, 100C, 100D).
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 가스를 수용하기 위한 내부 공간, 가스 입구 포트 및 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 외부에 인접하게 가스를 배출하도록 위치된 가스 입구 매니폴드의 상부에 있는 복수의 가스 출구를 포함하는 가스 입구 매니폴드를 포함하고, 상기 가스 입구 매니폴드는 및 가스 출구는 멤브레인 루렌 공간으로부터 격리된 수처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 베이스는 하부 프레임 부배에 부착된 유체 입구 매니폴드를 더 포함하고, 상기 하부 프레임 부재의 일부는, 가스 입구 매니폴드 내부 공간에 있는 가스로부터 격리를 유지하면서, 가스 입구 매니폴드를 통과해서 연장되어 유체 입구 매니폴드에 접촉하고, 상기 유체 입구 매니폴드는 유체를 수용하는 내부 공간과, 유체 입구 포트와, 그리고 유체 출구 매니폴드로부터 유체가 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 멤브레인 루렘 공간내로 통해서 흐를 수 있는, 하부 프레임 부재에 있는 복수의 개구에 인접한 상부 표면에 하나 이상의 개구를 가지는 수처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 가스는 공기, 질소, 포화 이산화탄소 또는 불포화 이산화탄소인 수처리 장치.
  5. 제3항에 있어서, 유체 입구 매니폴드 내의 유체는 드로우 유체 또는 냉각제 유체인 수처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 천공된 멤브레인 플레이트 및 부직포 메쉬 스페이서 시트에서 선택된 스페이서가 제1 및 제2 멤브레인 시트 사이의 멤브레인 루멘 공간에 위치되고, 상기 스페이서는 프레임에 부착되는 수처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 멤브레인 시트는 정삼투 멤브레인, 역삼투 멤브레인, 멤브레인 증류 멤브레인, 나노 여과 멤브레인, 미세 여과 멤브레인 또는 한외 여과 멤브레인으로부터 선택되는 수처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 처리될 수중 유체는 식염수, 기수, 가정용 폐수, 산업용 폐수, 생산 수, 제약 유체 및 식음료 유체인 수처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 처리될 유체를 수용하기 위한 입구 포트, 처리될 유체의 일부를 출력하기 위한 출구 포트, 및 가스 출구 포트를 갖는 하우징을 더 포함하고, 여기서 하우징은 유체 출구 매니폴드와 베이스에 공기 기밀 방식으로 부착된 수처리 장치.
  10. (i) 주름진 하부 프레임 부재(116A), 주름진 상부 프레임 부재(116C), 수직 좌측 프레임 부재(116D) 및 수직 우측 프레임 부재(116B)를 갖는 주름진 프레임(116), 상기 프레임(116)은 전측, 후측, 하측, 상측을 가지며, 상기 하부(116A), 상부(116C), 좌측(116D), 및 우측(116B) 프레임 부재들은 개방된 중안 영역을 정의하며;
    (ii) 상부(116C), 하부(116A), 좌측(116D) 및 우측 (116B) 프레임 부재들을 따라 주름진 프레임(116)의 전측에 부착된 상단 에지, 하단 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제1 주름진 멤브레인 시트(114A);
    (iii) 상부(116C), 하부(116A), 좌측(116D) 및 우측(116B) 프레임 부재들을 따라 주름진 프레임(116)의 후측에 부착된 상단 에지, 하단 에지, 좌측 에지 및 우측 에지를 갖는 제2 멤브레인 시트(114B);
    상기 제1(114A) 및 제2(114B) 멤브레인 시트는 투과된 유체의 수집을 위해 주름진 프레임(116)의 개방된 중앙 영역에서 멤브레인 루멘 공간(128B)을 형성하고,
    상기 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)는, 처리될 유체가 제1 (114A) 및 제2 (114B) 주름진 멤브레인 시트 중 하나를 통과함이 없이, 멤브레인 루멘 공간(128B)으로 들어가는 것을 방지하기 위해 밀봉되고, 그리고
    상기 제1 (114A) 및 제2 (114B) 멤브레인 시트의 영역은 상기 멤브레인 루멘 공간(128B)과 공팽창성이며, 그리고 활성 멤브레인 영역을 제공하도록 형성되며, 여기서 프레임(116)에 부착된 제1 (114A) 및 제2 (114B) 멤브레인 시트의 상단, 하단, 좌측 및 우측 에지들은 비활성 멤브레인 영역이며;
    (iv) 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 상부 프레임 부재(116C)의 상측에 부착된 유체 출구 매니폴드(114), 상기 유체 출구 매니폴드(118)는 상부 프레임 부재(116C)에서 하나 이상의 개구들을 통해 멤브레인 루멘 공간(128B)로부터 투과된 유체를 수용하는 내부 공간을 가지며, 그리고 유체 출구 매닐폴드(118)의 내부 공간으로부터 투과된 유체를 제거하기 위한 유체 출구 포트(120)를 가지며; 및
    (v) 주름진 플레이트 및 프레임 코어(115)의 하부 프레임 부재(116A)의 하측에 부착된 베이스(102,106)
    를 포함하는 주름진 메브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)를 가지는 수처리 장치(100, 100B, 100C, 100D)를 제공하는 단계;
    b) 유체 출구 포트(120)을 통해 유체 출구 매니폴드(118)로부터 투과된 유체를 제거하는 도관을 제공하는 단계;
    c) 유체 출구 포트(120)에 흡입 또는 음압을 적용하는 단계;
    d) 유체 처리 장치(100, 100B, 100C, 100D)를 처리된 유체에 노출시키는 단계; 및
    e) 가스 입구 매니폴드(106)에 가스를 전달하는 것에 의해 유체 출구 포트(120)을 통해서 유체 출구 매니폴드(118)로부터 투과된 유체를 제거하는 단계;
    를 포함하는 수처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가스 입구 매니폴드는 가스를 수용하기 위한 내부 공간, 가스를 가스 입구 매니폴드에 전달하기 위한 가스 입구 포트 및 가스를 가스 입구 포트에 전달하기 위한 도관을 포함하고, 여기서, 가스 입구 매니폴드의 상부 표면에 있는 복수의 가스 출구들은, 멤브레인 루멘 공간으로부터 격리되어, 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 외부에 인접하여 위치하는 수처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    하부 프레임 부재에 부착된 유체 입구 매니폴드를 제공하는 단계, 상기 유체 입구 매니폴드는 유체를 수용하는 내부 공간과, 유체 입구 포트와, 그리고 유체가 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어의 멤브레인 루멘 공간내로 통해서 흐를 수 있도록 허여하는 하부 프레임 부재에 있는 복수의 개구에 인접한 상부 표면상의 하나 이상의 개구를 가지며, 상기 가스 입구 매니폴드는 유체 입구 매니폴드와 하부 프레임 부재사이에 위치하고, 상기 가스는 유체 입구 매니폴드와 주름진 멤브레인 플레이트 및 코어의 멤브레인 루멘 공간으로부터 격리되며;
    유체 입구 포트를 통해서 유체 입구 매니폴드에 유체를 전달하는 도관을 제공하는 단계; 및
    드로우 유체 또는 냉각제 유체를 유체 입구 매니폴드에 전달하는 단계, 여기서 드로우 유체 또는 냉각제 유체는 투과된 유체가 멤브레인 루멘 공간으로 이동한는 것을 향상시키며;
    를 더 포함하는 수처리 방법.
  13. 제11항에 있어서, 천공된 멤브레인 플레이트 및 부직포 메쉬 스페이서 시트에서 선택된 스페이서가 제1 및 제2 멤브레인 시트 사이의 멤브레인 루멘 공간에 위치되고, 상기 스페이서는 프레임 부재에 부착 또는 부착되는 않는 수처리 방법.
  14. 제10항에 있어서, 멤브레인 시트는 정삼투 멤브레인, 역삼투 멤브레인, 멤브레인 증류 멤브레인, 나노 여과 멤브레인, 미세 여과 멤브레인 또는 한외 여과 멤브레인으로부터 선택되는 수처리 방법.
  15. 제10-14항 중 어느 한 항에 있어서, 처리될 수중 유체는 식염수, 기수, 가정용 폐수, 산업용 폐수, 생산 수, 제약 유체 및 식음료 유체인 수처리 방법.
  16. (a) 주름진 하부 프레임 부재(116A), 주름진 상부 프레임 부재(116C), 수직 좌측 프레임 부재(116D) 및 수직 우측 프레임 부재(116B)를 갖는 주름진 프레임(116);
    상부(116C), 하부(116A), 좌측(116D) 및 우측(116B) 프레임 부재들의 전측에 부착된 제1 주름진 멤브레인 시트(114A);
    상부(116C), 하부(116A), 좌측(116D) 및 우측(116B) 프레임 부재들의 후측에 부착된 제2 멤브레인 시트(114B)
    를 포함하는 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115),
    여기서 상기 제1(114A) 및 제2(114B) 멤브레인 시트는 제1(114A) 및 제2(114B) 주름진 멤브레인 시트 중 하나를 통과함이 없이 처리될 유체가 멤브레인 루멘 공간(128B)으로 들어가는 것을 방지하기 위해 밀봉된 멤브레인 루멘 공간(128B)을 형성하고;
    (b) 상부 프레임 부재(116C)의 상측에 부착된 유체 출구 매니폴드(114), 상기 유체 출구 매니폴드(118)는 프레임의 상부 프레임 부재(116C)에서 하나 이상의 개구들을 통해 멤브레인 루멘 공간(128B)로부터 투과된 유체를 수용하는 내부 공간과, 그리고 유체 출구 매닐폴드(118)의 내부 공간으로부터 투과된 유체를 제거하기 위한 유체 출구 포트(120)를 가지며;
    (c) 하부 프레임 부재(116A)에 부착된 유체 입구 매니폴드, 상기 유체 입구 매니폴드는 유체를 수용하는 내부 공간(148)과, 유체 입구 포트(104)와, 그리고 유체가 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어(115)의 멤브레인 루렘 공간(128B)내로 흘러 들어가는 것을 허여하는 하부 프레임 부재(116A)에 있는 복수의 개구들에 인접하게 상부 표면에 있는 하나 이상의 개구를 가지며; 그리고
    (d) 가스를 수용하기 위한 내부 공간(148), 가스 입구 포트(018) 및 제1 (114A) 및 제2 (114B)의 외부에 인접하게 가를 배출하도록 위치된 가스 입구 매니폴드 (106)의 상부 표면의 복수의 가스 출구(110)를 가지며, 유체 입구 매니폴드(102)와 하부 프레임 부재(116A) 사이에 위치하는 가스 입구 매니폴드(106), 상기 가스 입구 매니폴드(106) 및 상기 복수의 가스 출구(100)는 멤브레인 루멘 공간(128B)로부터 격리되며;
    를 포함하는 수처리 장치(100, 100C)
  17. 제16항에 있어서, 천공된 멤브레인 플레이트 및 부직포 메쉬 스페이서 시트에서 선택된 스페이서가 제1 및 제2 멤브레인 시트 사이의 멤브레인 루멘 공간에 위치되고, 상기 스페이서는 프레임에 부되거나 부착되지 않는 수처리 장치.
  18. 제16항에 있어서, 제1 및 제2 멤브레인 시트는 정삼투 멤브레인, 역삼투 멤브레인, 멤브레인 증류 멤브레인, 나노 여과 멤브레인, 미세 여과 멤브레인 또는 한외 여과 멤브레인으로부터 선택되는 수처리 장치.
  19. 제16항에 있어서, 주름진 멤브레인 플레이트 및 프레임 코어에서 주름진 멤브레인 시트의 활성 영역은 동등한 높이, 폭, 및 깊이를 가지는 평판 플레이트 및 프레임의 활성 멤브레인 영역보다 200% 넘게 더 큰 수처리 장치.
  20. 제16항에 있어서, 처리될 유체를 수용하기 위한 입구 포트, 처리될 유체의 일부를 출력하기 위한 출구 포트, 및 가스 출구 포트를 갖는 하우징을 더 포함하고, 여기서 하우징은 유체 출구 매니폴드와 베이스에 공기 기밀 방식으로 부착된 수처리 장치.
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