중공사막 모듈의 제조 장치 및 그 방법 document_id A220623061600

유체로부터 특정 물질을 분리하는 방법으로는 가열이나 상 변화를 이용하는 방법과 분리막을 이용하는 방법 등이 있다. 분리막의 막 표면에는 미세 기공이 형성되어 있고, 이 미세 기공을 통해 특정 물질이 걸러지게 된다. 분리막을 이용하는 방법은 분리막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있어 공정의 신뢰도가 높다는 이점을 갖는다. 또한, 분리막을 이용한 분리 방법은 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에 가열에 의해 영향을 받을 수 있는 미생물을 이용한 분리 방법에도 이용될 수 있다는 장점이 있다. 분리막은 그 형태에 따라 평평한 단면을 갖는 평막, 및 내부에 중공(bore)을 갖는 중공사막으로 분류된다. 중공사막은 내경과 외경을 갖는 튜브형의 섬유 구조물로서, 다수개의 중공사막들이 다발 형태로 이용되기 때문에 평막에 비하여 그 표면적이 월등히 크다. 따라서, 중공사막을 이용한 여과 장치가 평막을 이용한 여과 장치에 비해 분리의 효율성 면에서 훨씬 유리하기 때문에 최근 여과 분야에 널리 이용되고 있다. 일반적으로, 중공사막을 이용한 여과 장치는 소정의 길이를 갖는 중공사막 다발을 포함하며, 그 운전 방식에 따라 가압식과 침지식으로 분류된다. 가압식 여과 장치의 경우, 처리하여야 할 유체에 압력을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공(bore)으로 선택적으로 투과되도록 한다. 가압식 여과 장치는 유체 순환을 위한 별도의 설비가 필요하기는 하지만 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 조(bath)에 중공사막 모듈을 직접 침지시키고 중공사막의 내부에 음압(negative pressure)을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공(bore)으로 선택적으로 투과되도록 한다. 침지식 여과 장치는 단위 시간에 얻을 수 있는 투과수의 양이 침지식 여과 장치에 비해 상대적으로 적지만 유체 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있다는 장점이 있다. 가압식 및 침지식 여과 장치 모두는, 중공사막을 투과하여 중공으로 유입된 투과수(permeate)를 중공사막의 양단(both ends)을 통해 집수(collect)하는 양단 집수 방식(double-ends collecting), 및 투과수를 중공사막의 한 쪽 말단을 통해서만 집수하는 단단 집수 방식(single-end collecting)으로 분류될 수 있다. 중공사막을 이용하여 위와 같이 다양한 형태의 여과 장치를 제조할 때 공통적으로 요구되는 공정들 중 하나가 중공사막 다발을 소정의 길이로 절단하는 공정이다. 일반적으로, 중공사막 다발의 절단은 날카로운 나이프 또는 가위를 이용하여 수행된다. 그러나, 중공사막을 절단할 때 가해지는 압력으로 인해 중공사막의 절단 부위의 근처 영역이 손상될 위험이 높아진다. 절단될 중공사막 다발에 포함된 중공사막의 개수가 증가할수록 절단을 위해 요구되는 압력의 크기가 커지고, 그로 인해 중공사막이 손상될 위험도 증대된다. 한편, 나이프로 절단된 각각의 중공사막은 그 절단 부위에서 개방된 말단을 갖는다. 따라서, 투과수를 중공사막의 한 쪽 말단을 통해서만 집수하는 단단 집수 방식의 여과 장치의 경우, 한 쪽 말단은 중공사막 모듈 제조시 집수부에 포팅(potting)되기 때문에 처리되어야 할 유체와 접촉하지 않게 되지만, 중공사막의 다른 쪽 말단은 처리되어야 할 유체에 노출되기 때문에 개방된 상기 말단을 통해 유체가 여과되지 않고 바로 중공사막의 중공으로 유입되는 문제가 발생한다. 따라서, 단단 집수 방식의 경우 집수부에 포팅되지 않는 중공사막의 말단을 파라핀 등의 실링제를 이용하여 실링하는 공정이 반드시 요구된다. 또한, 중공사막 모듈의 제조는 중공사막 다발을 집수부에 포팅하는 단계를 포함한다. 양단 집수 방식의 경우에는 중공사막의 양 말단부가 집수부에 포팅되고, 단단 집수 방식의 경우에는 중공사막의 한 쪽 말단부가 집수부에 포팅된다. 처리되어야 할 유체가 여과되지 않은 상태로 집수부 내에 유입되는 것을 방지하기 위해서 집수부와 중공사막 다발 사이 및 중공사막들 사이에 포팅 물질을 충진하는 포팅 공정이 반드시 실시되어야 한다. 포팅 공정은 중공사막 다발의 말단부를 포팅 지그에 저장된 포팅 물질에 침지시키고 상기 포팅 물질을 경화시키는 단계를 포함한다. 만약 포팅 물질에 침지되는 중공사막 다발의 말단부가 개방된 상태라면 모세관 현상에 의해 포팅 물질이 중공사막의 중공으로 유입됨으로써 중공사막 내의 투과수가 집수부로 배출되지 못하는 결과를 야기할 수 있다. 따라서, 집수부에 포팅되는 중공사막의 말단부를 포팅 공정 전에 왁스(wax)와 같이 제거 가능한 물질로 실링하는 공정이 반드시 요구된다. 요약하면, 중공사막 다발을 나이프를 이용하여 소정 길이로 절단할 경우 그 절단 부위에 형성되는 개방된 말단들을 실링하는 공정을 별도로 수행하여야 하는 번거로움이 있었다. 또한, 중공사막 다발을 나이프에 의해 소정 길이로 절단된 다발을 이용하여 후속 공정을 실행할 경우 대부분의 경우 다발 단위로 공정이 수행되기 때문에 상기 다발이 일정 형태로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 절단된 다발이 일정 형태를 유지할 수 있도록 중공사막들을 서로 결속시키기 위한 별도의 수단이 요구되었다.