PIV 기법을 이용한 Side stream 저압막 모듈 유입구 구조개선 검증에 관한 연구

A Study on the Verification of Inlet Structural Improvement of Side Stream Typed Low Pressure Membrane Module Using PIV Method

Article information

J Korean Soc Environ Eng. 2020;42(3):121-130
Publication date (electronic) : 2020 March 31
doi : https://doi.org/10.4491/KSEE.2020.42.3.121
1Department of Civil Engineering and Engineering Research Institute, Gyeongsang National University
2KOLON GLOBAL CORPORATION
3Department of Architectural and Environmental System Engineering, Sungkyunkwan University
이민영1orcid_icon, 윤석민1orcid_icon, 강문선2,3orcid_icon, 박노석1,orcid_icon
1경상대학교 토목공학과 및 공학연구원
2코오롱 글로벌 주식회사
3성균관대학교 건설환경시스템공학과
Corresponding author E-mail: nspark@gnu.ac.kr Tel: 055-772-1798 Fax: 055-772-1799
Received 2020 January 22; Revised 2020 February 17; Accepted 2020 February 24.

Abstract

목적

본 연구에서는 실제 사용되는 사이드 스트림 방식의 저압막 모듈을 대상으로 유입부의 수리구조를 개선하여 베셀로 유입되는 유량을 수직으로 균등하게 분포시킬 수 있는 방안을 제시하고자 하였으며, 이를 실험적으로 검증하고자 하였다.

방법

입자영상유속(particle image velocimetry, PIV)장치를 이용하여 기존 대비 막 모듈내 유입 유량의 균등성을 실측하였다.

결과 및 토의

그 결과 이중 격벽 유입부 구조가 흐름이 편중되어 유입되는 유동 경향이 기존 단일 격벽 유입부 구조 대비 개선된 것을 확인할 수 있었다. 이중 격벽의 경우 3초, 4초 그리고 5초의 속도 분포가 전체 유동장에서 평균속도 0.03 m/s에 근접한 속도 분포를 보였으며, 단일 격벽에 대비 약 60%가 적은 0.06 m/s의 최대 속도를 나타내었다.

결론

수평방향 유동 흐름을 관측하였을 때 이중 격벽 유입부 구조의 경우 0.008 m/s, 단일 격벽 유입부의 구조의 경우 0.027 m/s로 약 300% 감소하는 것으로 관측되었다.

Trans Abstract

Objectives

The purposes of this study are to suggest a method to distribute the flow rate into the overall vessel vertically and evenly by improving the inlet hydraulic structure of the side stream type low pressure membrane module.

Methods

For those, particle image velocimetry (PIV) technique was used to measure the evenness of flow rate distribution in both of the existing full scale single baffled inlet structure and the improved membrane module inlet structure (double baffled).

Results and Discussion

As a result, it was confirmed that the flow distribution of the double baffled inlet structure is improved in comparison to that of the existing single baffled inlet structure. In the case of double baffled inlet structure, the instantaneous velocity distributions of 3, 4, and 5 seconds showed a velocity distribution close to the mean velocity of 0.03 m/s in the entire flow field. Also, a maximum velocity of 0.06 m/s was about 60% less than that of the single baffled inlet structure case (0.13 m/s).

Conclusion

When the horizontal flow was observed, it decreased by about 300%. Those were 0.008 m/s for the double baffled inlet structure and 0.027 m/s for the single baffled, respectively.

1. 서 론

정수처리에 막(membrane) 공정을 적용하는 경우 Cryptosporidium과 같은 병원성 원생동물을 만족스럽게 제거할 수 있는 등의 많은 장점을 가지고 있다[1]. 특히 2000년대 초반부터 비교적 저압으로 운전하는 정밀여과(microfiltration, MF) 및 한외여과(ultrafiltration, UF) 막 공정은 정수처리에 있어서 모래여과를 대체하거나 해수담수화 전처리에 적극적으로 도입되고 있는 추세이다[2]. 특히, 최근 운영기술의 발달 및 막 모듈 생산 단가의 감소 등 경제성이 향상되면서 점차 대규모 정수장의 수처리 공정에 적용을 확대하고자 하는 움직임이 활발하게 일어나고 있다. 바이러스, 박테리아 및 원생 동물(예: Giardia 또는 Cryptosporidium 등)과 원인 불명의 입자성 오염물질 등의 출현은 수돗물의 생산 및 공급에 있어서 경제성보다 안전성을 중요시하는 인식을 제고하였다[3,4].

케이싱 저압막 모듈은 하부에서 원수가 유입되는 업 스트림 방식(upstream)과 측면에서 유입되는 사이드 스트림 방식(side stream)으로 나누어진다. Fig. 1에서 나타나듯이 업 스트림 방식에서 하부에 곡관(elbow)가 있는 경우 유량의 균등 분포를 위해서 관경에 따라 5~7D의 하부 공간을 확보하여야 하는 까닭에[5] 전체 구조물의 높이가 더 소요되는 단점을 가진 반면에 유입된 원수가 베셀(vessel)을 통해 상향하는 동안 관벽 마찰을 제외하고는 단면 전체에 유량을 균등하게 분포시킬 수 있다. 사이드 스트림 방식에서는 측면(오른쪽에서 왼쪽으로)으로 유입된 유입수의 모멘텀이 왼쪽 벽면에 집중되어 다시 왼쪽 벽면에 축적된 모멘텀이 다시 오른쪽으로 이동, 편향되어 그림과 같이 축방향을 기준으로 오른쪽으로 편향된 흐름이 나타나게 된다[6].

Fig. 1.

Inlet structures and velocity profiles of upstream and side stream MF.

그러나 막 오염(fouling)은 막 공정의 정수처리시스템에 도입을 제한하는 주요한 제한 요소였으며, 이로 인해 에너지, 운영 및 유지보수 비용의 제고를 초래해 왔다[7]. 주기적인 물리적 역세척으로 회복시킬 수 없는 세공 막힘 현상(비가역 오염, irreversible fouling)은 화학세정의 수행이나 궁극적으로 막 모듈의 교체까지도 요구하게 된다[8]. 이에 2000년 초반부터 지속적으로 막 오염을 줄이는 전처리 방안의 제시 및 막 모듈의 사용 연한을 연장시키는 운영 최적화를 도모하는 연구가 약 10년간 집중적으로 수행되었다[7,9].

그런데 많은 연구자들은 전처리를 통해서 막 모듈의 비가역적 오염을 감소시키는 방안을 연구하거나 소재의 친수성 정도를 조절하는 분야에 전적으로 집약되어 있었다. 막 공정 또한 액체인 물과 고체인 입자가 혼재되어 있는 상태에서 고액을 분리하는 과정임을 인지할 때 수리적인 흐름의 최적화의 중요성이 간과되어 왔던 것이다. Fig. 2는 실제 막 공정이 적용된 정수처리 플랜트에서 약 4년간 운영된 사이드 스트림(side stream) 막 모듈의 단면(유입부 관정에서 20 cm되는 부분의 단면)을 사진으로 나타낸 것이다. 막 모듈은 역세척이 수행된 직후 비가역적 오염의 분포를 나타낸 것이다. 사진에서 나타나듯이 사이드 스트림 막 모듈 유입구의 반대편에 오염이 편중되어 있는 현상이 나타났다. 이는 막 모듈로 유입된 유입수가 세로축을 기준으로 좌우 편향된 흐름이 그 원인임을 Oh 등은 밝혀냈다[6]. 그들은 또한 이러한 편중된 막 오염은 역세척 시 공기 및 물이 균등하게 막 모듈에 전단력을 일으키지 못한 것도 원인이 됨을 유추하였고, 오염이 집중된 부분(유입구의 반대편)의 상향유속이 느리기 때문임을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)와 입자영상유속기법(Particle Image Velocimetry, PIV)을 통하여 밝혀냈다[6].

Fig. 2.

Fouling phenomena in side stream typed MF (microfiltration) membrane.

기존 Oh 등의 연구에서는 실규모의 사이드 스트림 방식의 막 모듈을 대상으로 하단에 위치한 유입부 수리구조 개선 개념을 소개하고 CFD를 통해서 이를 모사하였으며, PIV 기법을 이용하여 그 효용성을 검증하였다. 그 결과 전체적인 유입부 수리구조 개선안의 효용성은 밝혔으나 검증차원 시작품 제작 과정에서 막 모듈 하부유입구조에 유공 격벽을 설치하는 과정에서 전면(front) 격벽 유공과 후면(rear) 격벽 유공 위치 사이에는 ±3° 차이가 있었으며, 중간 유공 격벽이 짧아 완전한 밀착의 여부가 의심스러웠다[6].

이에 본 연구에서는 실규모의 사이드 스트림 방식의 막 모듈을 대상으로 유입부 수리구조 개선안을 3D 프린터로 제작하여 일체화시켜 선행 연구결과에서 지적되었던 문제점을 해결하고자 한다. 이를 위해 입자영상유속(particle image velocimetry, PIV)장치를 이용하여 기존 대비 막 모듈내 유입 유량의 균등성을 실측하였다.

2. 연구 방법

2.1. 저압막 유입구 구조개선 개념

본 연구에서 사용한 사이드 스트림 방식의 막 모듈은 Oh 등의 연구에서 사용한 사이드 스트림 방식의 ME 모듈과 동일한 것을 사용하였다(Fig. 3 참조). 측면 유입구(유입구의 직경 D=52 mm)를 통해 유입된 원수는 내부 유입벽(baffle) 원형 유공(직경 d=5.2 mm, 개수 306개)에 의해 베셀 내부로 유입된다. Fig. 3에서 나타낸 사진에서 다수의 세공 아래 부분의 큰 구멍은 베셀과 할로우 파이버(hollow fiber) 막 다발을 고정시키기 위한 역할을 하는 것이다.

Fig. 3.

Side stream typed MF membrane module.

Fig. 4는 중앙에 유입구가 있는 다중 오리피스 관수로를 개념도로 도시하고 유속에 따라 속도에너지와 압력에너지의 합(여기서는 에너지로 표현함)을 Y축에 도시하고 중앙 유입구로부터의 거리를 X축에 나타내었다. Kim 등은 Fig. 4(a)에서 나타낸 바와 같이 관수로내의 유속이 상대적으로 빠르면 유입구에서 가장 멀리 위치한 오리피스를 통과하는 유량이 가장 크고, 상대적으로 유속이 느리면 유입구와 가장 가까운 오리피스를 통과하는 유량이 가장 큰 것을 밝혔다[10]. 단, 아직까지 상대적인 기준은 관벽의 마찰계수 함수로써 그 기준이 모호하다. 본 연구의 대상이 된 하부구조 내 유속을 기준으로 산정된 Reynolds 수가 200 이상임을 고려할 때(연구대상인 실규모 저압막 설계 flux 20~80 LMH를 근간으로 Reynolds 수는 약 150~600으로 계산됨) 상대적으로 유속이 빠른 경우를 가정함이 타당하다.

Fig. 4.

Multi-outlet pipe and energy line.

Oh 등은 각 오리피스를 통해 유출되는 유량의 불균등 문제를 해결하기 위해 관로 내 유공 격벽을 사이에 하나 더 설치하는 방안을 제시하면서 끝단을 열어 물을 의도적으로 선회시키는 방안을 제시하였다[6]. 그러나 본 연구에서는 Kim 등의 연구 결과를 바탕으로 중간 사이 유공 격벽과 끝단 측벽에 공간을 없앰으로써 유출 유량의 균등성이 향상된다는 연구 결과를 근간으로 Fig. 5와 같은 구조개선 개념을 도입하였다[10]. 그림에서 나타낸 바와 같이 각각의 끝단을 만나게 하기 위해 원형화시키면 Fig. 6과 같은 중간 유공 격벽이 설치된 저압막 모듈을 만들 수 있게 된다. Fig. 5(a)는 중간 유공 격벽이 없을 때 각 오리피스를 통해 유출되는 유량이 불균등한 경우이며, (b)는 끝단이 접합된 유공 격벽을 설치할 때 유출되는 유량이 균등한 경우의 개념을 설명하고 있다.

Fig. 5.

Conceptual diagram of inlet structure.

Fig. 6.

Inlet structures of side stream typed MF module.

참고로 Fig. 6(a)는 Oh 등이 연구에서 사용된 중간 유공 격벽이 설치된 유입 구조인데 중간 격벽과 원형 하부 구조와의 길이차이로 수밀성이 의심스러운 구조이며 각 격벽의 유공 위치가 약 ±3°의 차이를 가졌다. 이에 (b)는 본 연구에서 3D 프린터로 제작하여 정확한 유공의 중심이 일치한 중간 격벽을 설치한 유입부구조이다. 또한 중간 유공 격벽의 높이도 일정하게 하여 수밀성을 제고하였다.

2.2. 막 모듈 및 유공 격벽 형상

본 연구의 대상이 된 저압막 모듈의 유입부에는 Fig. 3과 같은 유공 격벽이 설치되어 있으며, 격벽의 유공을 통하여 주 흐름이 발생하여 막 모듈 베셀 내로 유입된다. 다음 Table 1은 국내 K_사의 저압막 MF 모듈의 제원을 정리한 것이다.

The membrane module specifications.

2.3. 입자영상유속 측정 및 분석방법

2.3.1. 실험장치의 구성

Fig. 7은 본 연구에서 사용한 입자영상유속(PIV) 측정을 위한 가압식 모듈이 장착된 실험장치이다. 물을 순환시키기 위한 펌프와 저장탱크 그리고 순환구조의 배관을 가지고 있다. 막 모듈은 가시화를 위하여 아크릴로 제작하였으며 하부에는 단일 격벽과 이중 격벽의 유입부를 각각 설치, 조립이 가능하게 설치하였으며 고압 펌프에 의하여 막 모듈에 70 L/min의 유량을 공급하고 모듈 상단과 저수조가 연결되어 순환되도록 설계하였다. 하부의 유입부 구조는 Fig. 5에서 나타낸 중간 사이 유공 격벽이 없는 경우(a)와 있는 경우(b)로 구분하여 설치하여 유속을 측정하였다.

Fig. 7.

PIV experimental equipments.

실험에 사용된 영상입력 장치 및 레이저, 작동 유체와 혼합된 입자의 사양을 Table 2에 나타내었다. 영상 입력장치는 고해상도(1024×1024)를 가지는 디지털 고속 카메라를 사용하였는데, 일반적인 CCD 카메라나 가정용 캠코더의 경우 frame rate이 약 30 fps (frame/s)로 고정되어 있으므로 0.4 m/s 이하의 속도 측정이 어렵고 유동장의 비정상(unsteady)특성을 확보할 수 있는 고속 프레임 촬영이 불가능하다. 실험에 사용된 조명장치는 최대 4 W급 다이오드 연속광 레이저였으며, 레이저에서 발생되는 빛을 실린드리컬(cylindrical) 렌즈를 통해 2차원의 단면광을 형성하여 유동장에 직접 조사하였다.

PIV equipments and tracking particle.

사용된 추적 입자(tracking particle)는 평균입경 100 µm인 구형의 PVC (poly vinyl chloride)를 사용하였다. PVC의 경우 조명에 대한 산란성이 우수하며, 사용된 정수 밀도와 유사한 특성을 가지고 있어 중력에 의한 영향을 적게 받아 입자의 변동성이 작다.

Fig. 7(b)에서와 같이 실험용 막 모듈 오른쪽에 레이저를 배치하였으며, 정면에 고속 카메라를 배치하였다. Fig. 7(c)는 PIV 처리단면을 나타내었으며, 레이저는 아크릴로 투명하게 처리된 막 모듈 내부에 수직 단면으로 레이저 시트(sheet)를 조사하고, 그 단면은 막 모듈 유입구와 일치시켰으며, 각 유공에서 베셀 내부로 유출되는 유량에 의해 발생되는 불균등 흐름을 PIV 속도계측 장비를 통하여 분석하였다.

2.3.2. 후처리 작업

속도계측 장비를 통한 초기 원시영상은 512×2014 픽셀(pixel), 24 bit로 설정하여 아크릴 관측부의 하단부터 상부까지 획득하였으며, 유동장 흐름의 평균 유속이 0.1 m/s로 예상되어 프레임은 초장 128 fps로 설정하였다. Table 3에 PIV 처리 데이터에 대한 정보를 정리하였다.

PIV processing section and data analysis.

PIV 후처리는 원시영상의 하단 관측영역부터 Y방향(수직으로 상향)으로 345 mm, X방향(수평방향)으로 210 mm를 후처리 영역으로 설정하였으며, 측정시간은 12.8초, 1,600 frame에 대하여 수행되었다. 후처리는 유체 내의 동일입자 추적을 통하여 얻어지는 데이터를 이용하여 필요한 정보를 추출하기 위한 재처리과정이다. 후처리 과정에서는 이상치를 판별하여 오류 벡터를 제거하는 오차 제거, 격자점 재배치, 픽셀 단위의 속도벡터를 실단위(m/s)로 변환하는 단위환산 등이 포함된다. 오차를 제거할 때에는 통계적으로 자동 처리가 선행된 후 수동처리가 수행되었다. 수동 오차 처리방식은 유동장의 패턴을 확인하여 오류 벡터의 제거 및 보간을 수행하는 방식이다. 서브픽셀(sub-pixel) 보간 처리는 모든 오차들이 처리된 후 격자점 근처에서 최대 상호 상관계수를 가진 점을 찾기 위하여 격자점 사이의 보간을 실시하는 것이다. 디지털 영상의 제한된 해상도에서 기인하는 오차들이며, PIV의 정확도를 개선하기 위한 필수 작업으로 특히 두 영상간의 시간간격이 작은 경우 효과적이다. 계산 격자수에 대하여 격자점 재배치에는 최소자승법을 이용하여 서브픽셀 보간을 수행하였다[11]. 처리과정에서 단위는 픽셀단위를 사용한 것을 픽셀길이의 비율에 따라 최종적으로 실제 단위로 변환하였다.

3. 연구 결과

3.1. 시간에 따른 속도 벡터 비교

Fig. 89는 각각 대상 저압막 단일 격벽 유입부 구조와 이중 격벽인 경우의 PIV 후처리 결과 중 3초, 4초 그리고 5초 측정시간대의 순시 속도벡터 분포를 나타낸 것이다. 계측 단면의 속도 영역은 단일 격벽의 경우 0(파랑) ~ 0.15 m/s 이상(빨강)으로, 이중 격벽의 경우 0(파랑) ~ 0.10 m/s(빨강)으로 설정하였다. 단일 격벽의 유입부 구조의 경우 시간에 따른 속도 벡터를 확인하였을 때, 시간에 따라 일정하지 않은 속도 벡터 패턴을 확인할 수 있었으며, 유동장의 변동성이 크고 평균 속도인 0.03 m/s 대비 하단 국부의 최대 속도가 0.13 m/s로 높게 나타났고, 좌측 하단부에서 우측 상단부 방향(2시 방향)으로 벡터가 편중되는 현상을 보였다.

Fig. 8.

Velocity vector over time (single baffle).

Fig. 9.

Velocity vector over time (double baffle).

반면에 Fig. 9의 이중 격벽의 경우 3초, 4초 그리고 5초의 속도 분포가 전체 유동장에서 평균속도 0.03 m/s에 근접한 속도 분포를 보였으며, 단일 격벽에 대비 약 60%가 적은 0.06 m/s의 최대 속도를 나타내었다. 또한 시간 변동에 의한 국부적인 유동변화도 적게 나타났으며, 흐름이 전체적으로 하단으로부터 상향으로 전체적인 움직임이 균일한 것을 확인할 수 있었다.

3.2. 유입부 구조에 따른 평균 속도장 비교

Fig. 1011은 단일 격벽 유입부 구조와 이중 격벽 구조를 대상으로 평균 속도에서 각각 X방향 속도 성분(Fig. 10)과 Y 방향 속도 성분(Fig. 11)만을 등고선(contour)으로 도시한 것이다. 각각의 그림은 총 13초의 측정시간을 평균화하여 나타낸 속도장이며, X방향 속도 성분을 비교할 때 이중 격벽의 경우 속도 성분이 0.008 m/s로 매우 작게 나타났으나, 단일 격벽의 경우 유동장 계측 하단부에서 최대 0.027 m/s로 약 3배 정도 큰 것으로 유동장의 편중 현상이 높게 관측되었다(Fig. 10 참조). 또한 Y방향 속도 성분을 비교하였을 때, 이중 격벽의 경우 막 모듈 중간부에서 높게 나타났으며, 수직 방향으로 일정하게 속도장이 형성된 것을 확인 할 수 있으며, 단일 격벽의 유입부인 경우 Y방향 속도 성분이 막 모듈 중앙에 배치되어 있으나 흐름이 편중되어 관측부 하단부에서 윗방향으로 올라가며 편중되는 속도장이 관측되었다(Fig. 11 참조).

Fig. 10.

Average velocity field comparison in X direction.

Fig. 11.

Average velocity field comparison in Y direction.

3.3. 유입부 구조에 따른 평균 속도벡터 비교

Fig. 12는 유입부 구조에 따른 평균 속도벡터 분포를 비교한 것이다. 두 유입부 구조 모두 유입구 반대편 좌표(0, 0)지점 부분의 속도장은 감소하고 흐름이 충돌하는 현상이 발생하지만 상대적으로 단일 격벽의 경우 흐름이 강하게 벽면에 부딪쳐 나가는 것을 관측할 수 있다. 이로 인해 편중된 흐름이 강하게 나타나는 것으로 판단된다. 이중 격벽의 경우 앞서 언급한 메커니즘으로 유량을 균등하게 분배시켜 하단부에서 흐름이 막 모듈 중간에서 합쳐져 수직으로 상승하게 된다.

Fig. 12.

Average velocity vector distribution comparison.

3.4. 유입부 구조에 따른 평균 운동에너지 분포 비교

Fig. 13은 유입부 구조에 따른 평균 운동에너지 분포를 비교한 것이다. 운동에너지의 분포는 각 지점에서 나타나는 속도에너지 성분에 따라서 속도가 빠른 영역에서 운동에너지가 높게 나타났으며, 이에 평균 속도장과 유사한 경향을 보이고 있다.

Fig. 13.

Average kinetic energy distribution comparison.

4. 결 론

본 연구에서는 실규모의 사이드 스트림 방식의 막 모듈을 대상으로 유입부 수리구조 개선안을 3D 프린터로 제작하여 막 모듈로 유입되는 유량의 균등화 개선 여부를 조사하였다. 개선 방안으로는 수리적 안정성을 도모할 수 있는 중간 격벽을 설치하는 것을 제시하였으며, 제작한 실규모 막 모듈을 대상으로 입자영상유속(particle image velocimetry, PIV)장치를 이용하여 기존 대비 막 모듈내 유입 유량의 균등성을 실측하였다.

1) 실규모 사이드 스트림 장식의 저압막 유입부 대상으로 단일 격벽과 이중 격벽 구조로 나누어 PIV 기법을 이용하여 실험한 결과, 이중 격벽 유입부 구조가 흐름이 편중되어 유입되는 유동 경향이 기존 단일 격벽 유입부 구조 대비 개선된 것을 확인할 수 있었다. 이중 격벽의 경우 3초, 4초 그리고 5초의 속도 분포가 전체 유동장에서 평균속도 0.03 m/s에 근접한 속도 분포를 보였으며, 단일 격벽에 대비 약 60%가 적은 0.06 m/s의 최대 속도를 나타내었다. 특히 수평방향 유동 흐름을 관측하였을 때 이중 격벽 유입부 구조의 경우 0.008 m/s, 단일 격벽 유입부의 구조의 경우 0.027 m/s로 약 300% 감소하는 것으로 관측되었다.

2) 이와 같은 실험 결과는 약 4년간 실제 정수처리에 사용된 사이드 스트림 방식의 막 모듈을 분해(autopsy)하였을 때 유입부 반대편에 심한 비가역 오염이 발생한 것을 관측한 결과와 일치한다. 이는 평균 운동에너지 관점에서 유입부에 가까운 영역에서 반대편보다 할로우 파이버 막 표면에 전단응력을 발생시킬 모멘텀이 컸기 때문이다.

3) 본 연구 결과를 응용한다면, 사이드 스트림 방식 막 모듈도 사류나 편중된 흐름 문제를 해결하여 막 면적을 골고루 전체적으로 이용할 수 있다. 또한 원래 사이드 스트림 방식이 가지는 장점인 구조물의 높이를 줄일 수 있는 장점을 극대화할 수 있을 것으로 사료된다.

Acknowledgements

본 연구는 2017년도 산업통상자원부의 재원으로 한국산업기술진흥원(KIAT) 연구과제(N000-1232)의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.

References

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Article information Continued

Fig. 1.

Inlet structures and velocity profiles of upstream and side stream MF.

Fig. 2.

Fouling phenomena in side stream typed MF (microfiltration) membrane.

Fig. 3.

Side stream typed MF membrane module.

Fig. 4.

Multi-outlet pipe and energy line.

Fig. 5.

Conceptual diagram of inlet structure.

Fig. 6.

Inlet structures of side stream typed MF module.

Fig. 7.

PIV experimental equipments.

Fig. 8.

Velocity vector over time (single baffle).

Fig. 9.

Velocity vector over time (double baffle).

Fig. 10.

Average velocity field comparison in X direction.

Fig. 11.

Average velocity field comparison in Y direction.

Fig. 12.

Average velocity vector distribution comparison.

Fig. 13.

Average kinetic energy distribution comparison.

Table 1.

The membrane module specifications.

Membrane Type Microfiltration (MF)
Module membrane area 70 m2
Material PVDF
Pore Size 0.1 µm
Flux (LMH) 20-80
Operation pH 2-10
Operation Temp. 1-40℃
Case Meterial PVC
Size D 216 mm × H 2,230 mm

Table 2.

PIV equipments and tracking particle.

Part Specifications
High Speed Camera Photron FASTCAM SA3
Laser 4 W air-cooled Diode-pumped Solid state continuous laser
Particle Poly vinyl Chloride (PVC)
- Diameter : 100 µm
- Density : 1.02

Table 3.

PIV processing section and data analysis.

Division Specifications
Solution 512×2014, 24 bit
Frame 125 fps
PIV processing sectiom Y axis : 345 mm
X axis : 210 mm
Diameter Outer diameter : 220 mm
Inner diameter : 210 mm
PIV processing program CACTUS 3.3
Measuring time 12.8 seconds, 1600 frame