KR20030053533A

KR20030053533A - 현탁수의 정화 방법

Info

Publication number: KR20030053533A
Application number: KR10-2003-7006948A
Authority: KR
Inventors: 도루 다니구찌; 다께히꼬 오또요; 노부히꼬 수가
Original assignee: 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2003-06-28
Anticipated expiration: 2020-04-17
Also published as: US6322703B1; KR20010053037A; EP1088792A4; EP1088792B1; US6495041B2; JP4382294B2; EP1762296A2; WO2000063122A1; AU3837900A; EP1762296A3; EP1088792A1; US20020056682A1; DE60032087D1; KR100396979B1; JP5366316B2; KR100396980B1; AU742973B2; CA2332845C; CA2332845A1; JP2010051956A

Abstract

본 발명은 외경 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하이고, 웨이브를 갖는 중공사막의 외주측에서 무기 성분을 함유하는 미립자를 포함하는 현탁수를 공급하여 여과한 후, 이 중공사막을 물리 세정하는 것을 특징으로 하는 현탁수의 정화 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 물리 세정 공정에서의 막 표면의 손상을 감소시키고, 표면 개공이 폐색되는 것을 방지하고, 안정된 여과를 행하는데 사용할 수 있다. 중공사막의 다발은 2중 방사구에서 중공사형으로 압출하고 압출된 중공 생성물을 특정 조건하에서 맥동류와 접촉시켜 냉각·고화 또는 응고시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조된다.

Description

현탁수의 정화 방법 {Method for Purifying Turbid Water}

본 발명은 웨이브를 갖는 중공사막 모듈을 이용하여 현탁수를 정화하는 방법에 관한 것이다. 특히, 웨이브를 갖는 중공사막 모듈을 이용하여 하천수, 호수와 늪지대의 물, 복류수 등의 상수, 공업용수, 하수, 하수 이차 처리수, 공업 배수, 가정 배수, 배설물, 해수 등의 현탁수를 정화하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 웨이브를 갖는 중공사막의 다발, 그의 제법, 그것이 수납된 중공사막 모듈에 관한 것이다.

종래부터 중공사막을 이용하여 상수, 공업용수, 하수, 공업 배수, 가정 배수, 배설물, 해수 등의 현탁수를 정화하는 방법이 알려져 있다. 특히, 중공사막의 외표면측에서 내표면측으로 여과하는, 이른바 외압식 여과에 의한 정화 방법은 중공사막의 내표면측에서 외표면측으로 여과하는, 이른바 내압식 여과에 의한 정화 방법과 비교하여 단위 용적 당 여과에 기여하는 막 면적을 크게 확보할 수 있기 때문에 물 제조 비용의 최소화가 요구되는 분야, 예를 들면 상수도를 만들기 위한 탁질 제거와 같은 수처리 분야에 채용되고 있다.

상기 중공사막을 이용하여 현탁수를 정화하는 방법에 있어서는, 사용되는 막의 공경 이상 크기를 갖는 현탁수 중에 포함되는 현탁 물질이나 유기물이 막 표면에서 저지되어, 이른바 농도 분극이나 케이크층을 형성한다. 또한, 현탁수 중의 유기물은 막을 블록킹하거나, 또는 막 내부의 망상 구조에 흡착된다. 그 결과, 원수(原水)를 여과할 때의 여과류 다발은, 청정수를 여과했을 때의 그것과 비교하여 몇분의 1에서 몇십분의 1까지 감소하게 된다. 따라서, 여과류 다발을 보다 안정하게 얻기 위하여 여과 후, 정기적으로 물리 세정을 실시하는 정화 방법도 알려져 있다.

구체적으로는 일정 시간 여과한 후, 여과수의 일부를 사용하여 막의 여과수측에서 원수측으로 여과와는 반대 방향으로 물을 흘려 보내는 역류 세정 (이후, 역 세정이라고 함)이나, 물이 채워진 상태의 중공사막 모듈의 아래쪽에서 위쪽으로 압축 기체 및(또는) 압축 공기와 원수를 공급함으로써, 실을 움직이게 해 중공사막 사이에 축적된 현탁 물질을 계 밖으로 배출하는 에어 버블링 등을 행하는 방법이알려져 있다. 예를 들면, 일본 특개소 60-19002호 공보에는 역세정과 함께 중공사막 수납 용기 내의 중공사막의 옆쪽 또는 아래쪽에 기포 발생 노즐을 배치하고, 이 노즐로부터 기체를 분출시키는 방법이 개시되어 있다.

한편, 이러한 정화 방법에 사용되는 중공사막으로서는, 역침투막, 한외 여과막, 정밀 여과막, 가스 분리막, 나노 필터, 탈기막이 알려져 있다. 이들은 막 단독이 아니라, 모듈 케이스에 그 여러개를 수납하여 적어도 그 일단을 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 의해 밀봉한 후, 접착 고정부를 절단하여 막의 중공부를 개구시킨 중공사막 모듈로서 사용된다. 그리고, 여러가지 유체 처리 분야, 예를 들면 역침투막 모듈은 해수·간수 등의 탈염, 초순수의 1차 순수 제조, 과즙·우유의 농축; 한외 여과막 모듈은 전착 도료의 회수, 발열원이 없는 물의 제조, 배수 처리, 효소 농축, 초순수의 파이널 필터, 상·하수의 제탁; 정밀 여과막 모듈은 상·하수의 제탁, 복수 처리, 발효액의 제균, 청정화, 약물의 탈미립자; 가스 분리막 모듈은 수증기 제거, 수소 농축, 산소 농축·부화, 질소 농축·부화, 이산화탄소 농축: 나노 필터 모듈은 농약 제거, 할로겐화 유기 화합물 제거; 탈기막 모듈은 물 및 수용액 중의 탈기에 사용되고 있다. 이제까지 이들 중공사막 자체에 관한 검토도 이루어지고 있다. 예를 들면, 일본 특개소 64-22308호 공보에는 모듈의 중심부로 향하는 원수의 흐름을 방지하고, 중공사 서로의 밀착을 방지하며, 모듈 내에 배치된 거의 모든 중공사를 원수의 여과에 유효하게 활용하기 위하여, 종래의 스트레이트 타입의 중공사 모듈 대신에 적어도 일부에 파형, 나선형 등의 수축을 갖는 중공사를 배치한 외압형 여과 타입의 중공사 모듈을 사용하는 기술이 개시되어 있다.

본 발명자들은 안정된 여과를 행할 수 있는 정화 방법에 대하여 검토를 진행해 왔다.

특히, 무기 성분을 함유하는 미립자를 포함하는 현탁수를 외압 여과 방법에 의해 정화하는 경우, 역세정, 에어 버블링 등의 물리 세정 공정을 조합한 세정 방법에서는 중공사막 표면의 손상이 현저한 것에 착안하여 검토를 진행해 왔다.

그 결과, 중공사막 사이에 축적되는 현탁 물질에 무기 성분을 포함하는 탁질이 포함되어 있으면, 물리 세정 공정시에 이 현탁 물질을 통하여 중공사막의 외표면들이 서로 마찰을 일으켜 막 표면의 개공이 폐색되고, 여과 운전의 안정성이 손상되는 것을 발견하였다. 또한, 상기 현상이 지속되면, 막 파손에 이를 가능성이 있는 것도 발견하였다.

그리고, 예의 검토를 거듭한 결과, 특정한 웨이브, 두께, 나아가 부피도를 갖는 중공사막 다발을 사용함으로써, 상기 물리 세정 공정에서의 무기 성분에 의한 막 표면의 손상을 예상외로 감소시킬 수 있고, 안정된 여과 운전을 행할 수 있는 정화 방법을 제공하는 데 성공하였다.

또한, 막 제조 원액을 압출한 후, 냉각·고화 또는 응고시키는 중공사막의 제조 방법에 있어서, 특정 조건하에서 맥동류를 중공사형 물질에 접촉시킴으로써 중공사형 물질이 움직이는 상태에서 냉각·고화 또는 응고시켜 상기 특정한 웨이브, 굵기, 나아가 부피도를 갖는 중공사막 다발을 효율적으로 제조하는데 성공한 것이다.

즉, 본 발명의 목적은 현탁수 여과 후에 행해지는 물리 세정 공정에 있어서, 현탁수 중에 포함되는 무기 성분을 포함한 현탁 물질을 통하여, 막 외표면들이 서로 마찰을 일으켜 표면 개공이 폐색되는 것을 방지하고, 안정된 여과를 행할 수 있는 정화 방법을 제공하는 것이다. 또한, 이 방법에 사용하는 중공사막의 다발, 그 막 다발의 제법, 그 막 다발을 수납한 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 중공사막 표면을 손상시키지 않고, 중공사막 사이에 축적된 현탁 물질의 물리 세정 배출성을 향상하고, 안정된 여과를 행할 수 있는 정화 방법을 제공하는 데 있다. 또한, 이 방법에 사용하는 중공사막의 다발, 그 막 다발의 제법, 그 막 다발을 수납한 모듈을 제공하는 데 있다.

물리 세정이 불충분하면 현탁 물질이 중공사막 다발 중에 축적되고, 이들에 의해 중공사막 다발이 막대형으로 고착화되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 원수가 상기 막 다발 내에 공급되지 않고, 여과수 채수량의 현저한 저하를 초래한다. 또한, 중공사막 다발이 막대형으로 고착화된 상태에서 물리 세정을 행하면, 중공사막의 횡 방향으로 지나친 외력이 가해져 중공사막이 파손될 우려가 있다. 본 발명은 이러한 과제도 해결하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 모듈 케이스에 접착 고정할 때, 사용하는 접착제의 경화전 초기 점도가 높은 경우 및 직경이 큰 대형 모듈 케이스에 접착 고정하는 경우에도 접착 고정시의 불량 발생을 감소할 수 있는 중공사막 다발, 및 그의 제법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 정화 방법의 일례를 나타내는 흐름도.

도 2는 본 발명의 정화 방법의 다른 일례를 나타내는 흐름도이며, 오존 가스를 첨가할 수 있는 흐름의 일례를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 중공사막 다발의 부피도를 측정하는 지그의 일례를 나타내는 모식도.

도 4는 본 발명의 중공사막의 제조 방법의 일례를 나타내는 모식도.

도 5는 본 발명의 중공사막 모듈의 일례를 나타내는 모식도.

상기 목적은, 하기 수단에 의해 달성된다.

1) 외경 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하의 웨이브를 갖는 중공사막의 외주측에서 무기 성분을 함유하는 미립자를 포함한 현탁수를 공급하여 여과한 후, 상기 중공사막을 물리 세정하는 것을 특징으로 하는 현탁수의 정화 방법.

2) 내경이 0.3 mm 이상 1.7 mm 이하, 외경이 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하, 막 두께가 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 편평률이 0.8 이상 1.0 이하이고, 웨이브를 갖는 중공사막을 여러개 가지런히 정리하여 이루어지는 중공사막 다발로서, 부피도가 1.45 내지 2.00인 중공사막 다발.

3) 막 제조 원액을 2중 방사구에서 중공사형으로 압출하여 중공사형 물질을 얻는 공정, 이 중공사형 물질을 냉각·고화 또는 응고시켜 중공사막을 얻는 공정, 이 중공사막을 여러개 가지런히 정리하는 공정을 포함하는 중공사막 다발의 제조 방법으로서, 상기 냉각·고화 또는 응고 공정에 앞서, 또는 상기 냉각·고화 공정 또는 응고 공정 사이에 이 중공사형 물질에 맥동류를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 중공사막 다발의 제조 방법.

4) 내경이 0.3 mm 이상 1.7 mm 이하, 외경이 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하, 막 두께가 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 편평률이 0.8 이상 1.0 이하이고, 동시에 웨이브를 갖는 중공사막이 여러개 가지런히 정리되어 충전율 35 % 이상 55 % 이하로 수납된 중공사막 모듈.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

(정화 방법)

본 발명의 정화 방법은 외경 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하이고, 웨이브를 갖는 중공사막의 외주측에서 무기 성분을 함유하는 미립자를 포함한 현탁수를 공급하여 여과한 후, 상기 중공사막을 물리 세정하는 것을 특징으로 하는 현탁수의 정화 방법이다.

여과 방식은 공급 원수의 전량을 여과수로서 추출하는 방식인 전량 여과 방식일 수도, 공급 원수의 일부를 농축수로서 막 모듈계 밖으로 추출하는 방식인 크로스 플로우 여과 방식일 수도 있다. 또한, 막 외표면측에서 공급 원수를 펌프 등에 의해 가압하여 여과수를 얻는 가압 여과 방식일 수도, 원수 탱크 또는 원수 피트 내에 막 모듈을 침지하고, 중공사막의 내표면측을 감압함으로써 여과수를 얻는 방식인 음압 여과 방식일 수도 있지만, 가압 여과 방식이 보다 고여과류 다발을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.

여과의 일례를 도 1에 나타내었다. 도 1에서, 원수 (현탁수) (1)은 순환 탱크 (2)를 거쳐 원수 공급 펌프 (3)에 의해 중공사막 모듈 (4)로 압송된다. 원수 중의 미립자는 중공사막의 외표면에서 포착되고, 얻어진 여과수는 여과수 탱크 (5)에 도입되어 그 곳에서 저장된다.

원수는 외경 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하이고, 웨이브를 갖는 중공사막의 외표면측에서 공급된다. 중공사막의 외경은 막 모듈의 유효 길이나 설계 여과수량 등에 따라서도 다르지만, 중공부의 여과수 압력 손실 등에 의해 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하인 것이 필요하다. 보다 바람직하게는 0.7 mm 이상 2.5 mm 이하, 더욱 바람직하게는 1.0 mm 이상 2.5 mm 이하이다.

본 발명에서는 웨이브를 갖는 중공사막을 길이 방향으로 가지런히 정리하여 집적함으로써, 모듈 내의 중공사막이 부피가 높은 상태에서 모듈에 배치된다. 따라서, 중공사막들의 접촉은 대략 점 접촉에 머무르며, 현탁 물질을 통한 마찰이 발생하기 어렵기 때문에 막 외표면 개공이 폐색되지 않고, 안정된 여과 운전이 가능해진다. 또한, 동일한 이유로 중공사막 다발 내부에 현탁 물질이 축적되지 않고, 설령 일단 축적되었다고 해도 역세정, 에어 버블링, 플러싱 (flushing) 등의 물리 세정 공정을 행함으로써 쉽게 배출되기 때문에, 안정된 여과 운전이 장기에 걸쳐 가능해진다. 또한, 후술한 바와 같이 웨이브를 갖는 중공사막은, 중공사막 다발로 했을 때의 후술하는 부피도가 1.45 내지 2.00인 것이 바람직하다.

원수는 무기 성분을 함유하는 미립자를 포함한 현탁수라면 특히 한정되지 않으며, 하천수, 호수 늪지대의 물, 지하수, 저수, 하수 2차 처리수, 공장 배수, 하수 등을 들 수 있다. 무기 성분을 함유하는 미립자란, 현탁수 중의 탁질 성분으로 철, 망간, 알루미늄, 실리콘 등의 금속 및 그의 산화물 단독 및 혼합물 및(또는) 이들의 유기물, 예를 들면 부식산, 풀보산 등에 의해 응집하고, 입자화한 것을 나타낸다. 이 미립자는 크기가 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것을 포함한다. 중공사막 모듈에 도입되는 원수가 하천수 등과 같이 5OO ㎛를 넘는 입경의 입자를 포함하는 경우, 통상 스크린 메쉬 등에 의한 전처리를 행하여 500 ㎛를 넘는 미립자가 막 모듈로 공급되지 않도록 한다. 미립자의 입경은 레이저 회절/산란식 입도 분포 측정 장치 ("LA-910" (상품명), 호리바 세이사꾸쇼 제조)에 의해 측정한 값이다.

본 발명의 정화 방법은 여과 중에 막 표면에 축적한 현탁 물질의 입경이 크고, 막 표면에 축적하는 양이 많은 경우에 특히 유용하다. 이들의 경우, 물리 세정시의 현탁 물질에 의한 막 표면의 손상이 특히 심각해지기 때문이다.

여과수의 양, 여과 시간은 원수 (현탁수)의 탁도에 따라 적절히 조정한다. 탁도가 높은 원수일수록 여과수량을 낮게 억제하거나, 물리 세정을 행하기까지의 시간을 짧게 할 필요가 있다. 또한, 여과수량이 클수록 물리 세정을 행하기까지의 시간을 짧게 할 필요가 있다. 특히, 중공사막 사이에 축적하는 탁질 성분의 고착을 방지하는 점에서 하기 식으로 표시되는 축적 탁질량이 0.0005 이상 10 이하, 나아가 0.01 이상 10 이하가 되도록 여과 시간을 설정하는 것이 바람직하다. 축적 탁질량은 여과 공정에서 단위막 표면에 축적하는 현탁 물질량의 지표이며, 다음 식으로 정의된다.

축적 탁질량

=(원수의 탁도 (도))×(여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량 (㎥))/(막 표면적 (㎡))

상기 식 중의 원수의 탁도는 일간 평균 탁도이며, JIS K0101 9.2에 준하여 몇일간 측정하여 평균한 값이다.

본 발명의 정화 방법에 있어서는, 상기 여과에 이어 역세정, 에어 버블링, 플러싱 등의 물리 세정을 행한다.

역세정이란, 현탁수를 여과한 여과수의 일부 및(또는) 압축성 기체를 중공사막의 여과수측 (외압식 여과의 경우에는, 내표면측)에서 원수측 (외압식 여과의 경우에는 외표면측)으로 흘려보내, 정상 상태의 여과와는 반대 방향으로 액체 및(또는) 기체의 흐름을 발생시키는 조작을 나타낸다. 예를 들면, 도 1에 있어서는 여과수 탱크 (5) 중의 여과수를 역세정 펌프 (6)을 사용하여 중공사막 모듈 (4)로 보냄으로써 세정 (역세정)이 행해진다.

여과 공정, 역세정 공정 각각의 공정에 요하는 시간은, 원수의 수질이나 설정 여과수량에 따라 적절히 선택할 수 있다. 역세정 공정 시간은 여과 공정 시간의 1/10000 이상 1/5 이하 정도인 것이 바람직하다. 1/10000보다 적으면 역세정 효과가 감소되는 경우가 있다. 또한, 1/5보다 많으면 단위 시간 당 여과 시간이 짧아져, 여과수를 사용하는 경우에는 여과수의 회수율이 감소하는 경우가 있다.

*역세정 공정시의 역세정수량 및(또는) 압축성 기체 유량은, 여과수 회수율과 막의 물리 세정 회복성과의 균형으로부터 여과 공정시의 여과수량 [㎥/Hr]의 0.5배 이상 5배 이하의 유량 [㎥/Hr]이 바람직하고, 1배 이상 3배 이하의 유량 [㎥/Hr]이 특히 바람직하다.

에어 버블링 공정이란, 여과 공정과 여과 공정 사이에 압축 공기 등의 압축성 기체를 혼입시킨 원수 및(또는) 기체만을 중공사막 모듈의 아래쪽에서 공급함으로써, 모듈 내의 중공사막 사이에 축적된 현탁 물질을 계 밖으로 배출하는 조작을 나타낸다. 예를 들어, 도 1에 있어서는 압축기 (7)에서 발생한 압축 공기를 중공사막 모듈 (4)의 원수 도입구로 공급함으로써 에어 버블링을 행한다. 또한, 종래의 중공사막 모듈을 사용하여 여과 공정과 여과 공정 사이에 에어 버블링 공정을단독으로 행하는 경우, 에어 버블링을 행한 시점에서 단위막 면적 당 축적되어 있는 탁질량이 많으면 막 표면에 흠이 생기고, 표면 개공이 막혀지는 경우가 있다. 그러나, 본 발명의 경우는, 상기와 같은 심한 에어 버블링을 단독으로 행해도 높은 막 여과 유속으로 안정하게 고품질의 처리수를 얻을 수 있다.

여과 공정과 에어 버블링 공정의 각각의 공정 시간은, 원수의 수질이나 설정 여과수량 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 에어 버블링 공정 시간은 여과 공정 시간의 1/10000 이상 1/5 이하인 것이 바람직하다. 1/10000보다 적으면 에어 버블링 효과가 감소하는 경우가 있다. 1/5보다 많으면 전체 운전 시간에서 차지하는 에어 버블링 공정 시간이 길어져 단위 시간 당 여과수 채수량이 감소한다.

에어 버블링 공정시의 공급 에어 유량 [N㎥/Hr]은, 표준 상태에 있어서 여과 공정시의 여과수량 [㎥/Hr]의 0.5배 이상 20배 이하인 것이 바람직하고, 1배 이상 10배 이하인 것이 보다 바람직하다. 하한값을 하회하면 에어 버블링 효과가 감소하는 경우가 있고, 상한값을 상회하면 중공사막이 건조될 가능성이 있다.

플러싱 공정이란, 농축수측 밸브 및(또는) 공기 빼기 밸브를 크게 개방하여 원수의 공급을 여과 공정시보다 많이 흐르게 함으로써, 중공사막 사이에 축적된 현탁 물질을 계 밖으로 배출하는 조작을 나타낸다. 이 때, 여과수측의 밸브를 폐지하거나 또는 조일 수도 있다. 여과 공정과 플러싱 공정의 각각의 공정 시간은, 원수 수질이나 설정 여과수량 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 플러싱 공정 시간은 여과 공정 시간의 1/10000 이상 1/5 이하인 것이 바람직하다. 1/10000보다 적으면 플러싱 효과가 적어지는 경우가 있고, 또한 1/5보다 많으면 전체 운전 시간에서 차지하는 플러싱 공정 시간이 길어져 단위 시간 당 여과수 채수량이 적어진다.

플러싱 공정시의 플러싱 수량 [㎥/Hr]은, 여과수 회수율과 물리 세정 회복성의 균형으로부터 여과 공정시의 여과수량 [㎥/Hr]의 1.1배 이상 8.0배 이하가 바람직하고, 1.5배 이상 5.0배 이하가 특히 바람직하다.

상기 물리 세정은 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 행할 수도 있다. 역세정 공정시와 동시에 에어 버블링 공정을 행하면, 막 표면에 퇴적한 현탁 물질의 압밀화가 풀어져 떠오른 상태에서 에어 버블링에 의해 배출되기 때문에 보다 안정된 장기 여과 운전이 가능해진다. 또한, 에어 버블링 또는 에어 버블링과 동시에 역세정을 행함에 앞서, 역세정만을 행할 수도 있다. 이 경우, 막 표면에 퇴적한 현탁 물질의 압밀화 해제가 촉진된다는 잇점이 있다. 또한, 에어 버블링 또는 에어 버블링과 동시에 역세정을 행한 후에, 역세정만을 행할 수도 있다. 이 경우, 막 모듈 내의 현탁 물질 배출이 촉진된다는 잇점이 있다. 또한, 상기 역세정과 에어 버블링을 동시에 행한 후에, 플러싱을 행하는 물리 세정 방법은 역세정 및 에어 버블링에 의한 현탁 물질의 배출 일부를 플러싱으로 행함으로써, 여과수의 회수율을 향상시킬 수 있고, 유효한 물리 세정 방법이 될 수 있다.

본 발명의 정화 방법은 상기 여과 공정, 물리 세정 공정에 추가로, 오존 혼입 공정 등도 채용할 수 있다. 이 경우의 일례를 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타낸 바와 같이 원수 (11)은 순환 탱크 (12)를 거쳐 원수 공급 펌프 (13)에 의해 중공사막 모듈 (14)로 압송되고, 모듈 내에서 여과된 후, 여과수 탱크 (15)에 저장된다. 이 때, 중공사막 모듈 (14)에 압송된 원수는 오존 발생기 (18)에 의해 발생한 오존 가스가 혼입되고, 오존수 농도는 여과수측에서 소정의 농도, 예를 들면, 0.3 mg/리터가 되도록 제조된다. 역세정시에 여과수 탱크 (15) 중의 여과수는 역세정 펌프 (16)에 의해 중공사막 모듈 (14)로 보내진다. 이 경우, 압축기 (17)에서 발생한 압축 공기를 사용하여 에어 버블링을 행할 수도 있다.

(중공사막 다발)

상기 정화 방법에 사용되는 중공사막 다발은 내경이 0.3 mm 이상 1.7 mm 이하, 외경이 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하, 막 두께가 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 편평률이 0.8 이상 1.0 이하이고, 웨이브를 갖는 중공사막을 여러개 가지런히 정리하여 이루어진 중공사막 다발로서, 부피도가 1.45 내지 2.00인 중공사막 다발이 바람직하다.

중공사막의 소재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 등의 폴리올레핀; 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 (PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 (EPE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌 (PCTFE), 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체 (ECTFE), 폴리불화비닐리덴 (PVDF) 등의 불소계 수지; 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌술피드 등의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱; 아세트산 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스 등의 셀룰로오스류; 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올 단독 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.

중공사막으로서는 그 공경 영역이 역침투막, 나노 필터, 한외 여과 (UF)막, 정밀 여과 (MF)막인 것을 사용할 수 있다. 이들 중, 기본적으로 높은 여과수량을 갖는 한외 여과 (UF)막, 정밀 여과 (MF)막이 바람직하다. 특히 정밀 여과 (MF)막이 바람직하다. 예를 들면, 평균 공경이 0.001 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하인 막이 바람직하고, 평균 공경이 0.05 ㎛ 이상 1 ㎛ 이하인 막이 더욱 바람직하다. 여기에서, 평균 공경은 ASTM:F-316-86에 의한 에어 플로우법에 의해 측정하였다. 또한, 빈 구멍률이 50 % 이상 90 % 이하인 중공사막이 바람직하다. 또한, 여기에서 말하는 빈 구멍률이란, 물 습윤 상태의 중공사막의 중량을 측정하고, 중공사막의 단순 체적 (내경, 외경, 길이로부터 산출한 체적)과 사용 중합체의 비중으로부터 산출한 것이다.

본 발명의 중공사막은 웨이브를 갖는다. 웨이브를 갖는 중공사막이란, 장력을 가하지 않은 상태에서 방치했을 때 사행되어 있는 막을 나타낸다.

중공사막 다발의 부피도를 보다 향상시키는 관점에서, 중공사막에 부여되는 웨이브는 파장 및(또는) 파고가 다른 웨이브가 혼재하는 것이 바람직하다.

중공사막 다발은 부피도가 1.45 이상 2.00 이하인 것이 바람직하고, 나아가 1.55 이상 2.00 이하인 것이 보다 바람직하다.

상기 중공사막 다발의 부피도는, 하기 수학식 1로 표시된다.

부피도=(S1/S2)

상기 식에서, S1은 막 다발을 구성하는 중공사막 중 임의의 600개의 소다발의 2.9 N (300 g 중량) 하중하에서의 단면적을 나타내고, S2는 상기 중공사막의 외경 환산 단면적을 600배로 한 값을 나타낸다.

S1은 단부에 용수철 저울을 설치한 두께 100 ㎛, 폭 40 mm의 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름을 사용하여 2.9 N (300 g 중량)의 하중하에서 측정되는 상기 소다발의 원주 길이로부터 산출할 수 있다.

또한, 부피도 측정시에 미리 2장의 PET 필름을 직사각형의 프레임을 끼워 접속한 것을 사용하면, 쉽게 중공사막 다발의 원주 길이를 측정할 수 있다. 측정 방법의 구체예를 도 3을 사용하여 설명한다.

① 직사각형 프레임 (22)를 통하여 접속된 2장의 PET 필름 (21)의 한쪽을 상기 프레임 (22) 내에 통과시켜 원통을 형성한다.

② 형성된 원통 내에 중공사막 다발 (24)를 수납한다. PET 필름의 한쪽을 고정한 후, 미리 스프링 저울의 훅 고정용 구멍 (23)을 설치한 PET 필름의 또 한쪽에 용수철 저울을 끼워 2.9 N (300 g 중량)의 하중을 걸고, PET 필름에 마킹한다.

③ PET 필름을 제거하고, 마킹으로부터 중공사막 다발의 원주 길이를 측정한다. 이 때, PET 필름에 눈금이 붙어 있으면, 직접 실 다발 길이를 측정할 수 있기 때문에 보다 바람직하다.

부피도가 1.45를 하회하면, 모듈화시의 접착제의 균일 충전성, 및 모듈로 했을 때의 물리 세정에 의한 현탁 물질의 배출성이 충분하지 않은 경우가 있다. 부피도가 2.00를 넘으면, 모듈 내로 충전할 수 있는 최대 충전 갯수가 감소하여 모듈 당 막 면적을 충분히 확보하기 어려워진다.

중공사막의 외경은 여과 채수량, 압축 크리프 특성, 필요 파열 압력 등의 점에서 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하이고, 0.7 mm 이상 2.5 mm 이하, 나아가 1.0 mm 이상 2.5 mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 막 내경은 0.3 mm 이상 1.7 mm 이하인 것이 바람직하다. 외압식 여과에서는 여과수가 중공사막의 중공부를 통과하기 때문에, 내경이 0.3 mm 미만에서는 중공부에서의 여과수 압력 손실 증대에 따라 모듈 내의 유효막 면적 감소에 따라 여과수 채수량이 감소하는 경우가 있다. 한편, 1.7 mm를 넘으면 모듈 당 막 면적을 크게 확보할 수 없기 때문에, 마찬가지로 여과수의 채수량이 감소하는 경우가 있다. 막 두께는 상기 막 내경에서의 압축 크리프 특성, 및 필요 파열 압력과의 균형으로부터 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.2 mm 이상 0.5 mm 이하의 범위가 바람직하다.

중공사막의 편평률은 0.8 이상 1.0 이하인 것이 바람직하다. 여기에서, 편평률이란, 중공사막 단면 형상이 타원인 경우의 내경 장경에 대한 내경 단경의 비율, 특히 막에 웨이브를 부여한 굴곡부에서의 비율이며, 이하의 식으로 표시된다.

편평률=단경/장경

편평률은 1점의 측정치만을 사용하여 산출할 수도 있고, 내경 장경, 내경 단경을 각각 어느 정도의 점, 예를 들면 5점을 측정하여 그 평균치를 사용해서 산출할 수도 있다.

편평률이 0.8을 하회하면 파열 강도나 압축 강도의 감소가 커지고, 또한 중공사 내의 웨이브가 있는 부분을 여과수가 통과할 때 확대·축소의 압력 손실을 반복함으로써, 여과 운전시의 운전 압력이 상승하여 여과 안정성이 결여되는 경우가있다. 중공사막의 파열 강도, 압축 강도를 향상하고, 압력 손실의 상승을 억제하는 점에서 편평률은 0.9 이상이 바람직하고, 0.95 이상이 더욱 바람직하다.

본 발명의 중공사막 다발은 중공사막 서로의 접촉 부분을 적게 함으로써, 막 표면의 마찰에 따른 개공 폐색을 방지하는 점에서, 상기 웨이브를 갖는 중공사막으로만 구성되는 것이 바람직하다.

(중공사막 다발의 제조 방법)

본 발명의 중공사막 다발은 막 제조 원액을 2중 방사구에서 중공사형으로 압출하여 중공사형 물질을 얻는 공정, 상기 중공사형 물질을 냉각·고화 또는 응고시켜 중공사막을 얻는 공정, 상기 중공사막을 여러개 가지런히 정리하는 공정을 포함하는 중공사막 다발의 제조 방법으로서, 상기 냉각·고화 또는 응고 공정에 앞서, 또는 상기 냉각·고화 또는 응고 공정 사이에 상기 중공사형 물질에 맥동류를 접촉시키는 중공사막 다발의 제조 방법에 의해 바람직하게 얻을 수 있다.

이 제법의 일례를 도 4에 나타내었다. 이하, 도 4를 사용하여 본 발명의 제법에 대하여 설명한다.

본 발명 제법의 특징 중 하나는, 방사구 (31)로부터 압출하여 유하된 반고화 상태의 중공사형 물질 (32)에 맥동류 토출 노즐 (33)으로부터 토출되는 맥동류를 접촉시켜 웨이브를 부여하는 것이다. 즉, 반고화 상태의 중공사형 물질에 맥동류를 접촉시킴으로써 상기 중공사형 물질이 움직여 굽혀진 상태에서 냉각·고화욕 또는 응고욕으로 냉각·고화 또는 응고하여 웨이브가 쉽게 형성된다.

웨이브를 갖는 중공사막은 상기 제법 외에, 예를 들면 막 제조된 중공사막에가열 처리함으로써 얻을 수도 있다. 그러나, 중공사막이 대구경을 갖는 경우, 상기 가열 처리에 의해 웨이브를 발현시키고자 하면, 막이 뭉개지거나, 극단적으로 편평해지거나 하는 경우가 있어 바람직하지 않다. 이에 대하여, 상기 맥동류를 사용하는 본 발명의 제법은 대구경 예를 들면 외경이 2.5 mm에 미치는 굵은 중공사막이라도 내/외경이 편평해지는 일 없이 웨이브를 부여하는 것이 가능하다. 또한, 바람직한 태양인 파장·파고가 다른 웨이브를 간편하게 부여할 수 있다. 또한, 막 표면으로의 고체 접촉이 없기 때문에, 막 표면으로의 흠 발생을 방지하는 것이 가능하다. 맥동류를 사용하는 본 발명의 제법에 따르면, 얻어지는 중공사막의 편평률은 0.8 이상 1.0 이하, 대부분의 경우 0.9 이상 1.0 이하로 하는 것이 가능해진다.

본 발명에서의 맥동류란, 기체 또는 액체에 의한 일정 간격의 유체 공급을 나타낸다. 유체로서 기체를 사용하는 경우에는, 가압 상태에 있는 압력 용기의 전자 밸브 등을 개폐함으로써 맥동류를 공급할 수 있다. 유체로서 액체를 사용하는 경우에는, 예를 들면 벨로즈 펌프, 다이아프람 펌프, 플런저 펌프, 기어 펌프 등을 사용하여 일정 간격 걸러 유체를 토출함으로써 맥동류를 공급할 수 있다. 이 경우, 도 4와 같이 냉각·고화욕 또는 응고욕 (34)의 액을 다이아프람 펌프 (35)를 사용하여 그대로 순환시켜 맥동류로서 사용하는 방법은, 불순물 발생이 없는 단순한 공급법이 되기 때문에 바람직하다.

맥동류의 발생 간격 (토출 간격)은, 막 제조시의 중공사막 인취 속도에 따라 적절히 조정한다. 예를 들면, 인취 속도가 10 m/분 내지 30 m/분인 경우, 간격이0.05초/회 내지 1.50초/회인 것이 바람직하다. 간격이 0.05초/회보다 짧으면 맥동류가 되지 않기 때문에 웨이브가 부여되지 않고, 또한 간격이 1.50초/회보다 길면 파장이 긴 웨이브가 부여되어 부피도가 불충분한 것이 된다.

맥동류의 온도는 특히 한정되지 않는다. 용융 압출에 의한 막 제조의 경우에는 냉각·고화욕의 욕 온도, 예를 들면 20 ℃ 내지 80 ℃, 습식 막 제조의 경우에는 맥동류의 온도는 응고욕의 욕 온도, 예를 들면 -10 ℃ 내지 80 ℃의 범위로 할 수 있다.

웨이브는 맥동류와의 접촉에 의해, 반고화 상태의 중공사형 물질이 흔들리는 상태에서 냉각·고화 또는 응고함으로써 형성된다. 맥동류의 접촉 1회 당 한군데의 웨이브가 부여되는 것이 아니라, 맥동류의 접촉 1회 당 2 내지 10군데의 웨이브가 부여되는 것으로 추측된다. 반고화 상태의 중공사형 물질은 맥동류와의 접촉에 의해 사행되고, 서서히 그 사행이 감소된다. 따라서, 얻어지는 중공사막에 있어서 웨이브의 파장 및(또는) 파고는 1종류가 아니라, 파장 및(또는) 파고가 다른 웨이브가 혼재한 것이 된다.

맥동류가 반고화 상태의 중공사형 물질과 냉각·고화 또는 응고 공정 중에 접촉하는 경우, 즉 냉각·고화욕 또는 응고욕의 욕 중에 접촉하는 경우, 접촉 위치는 예를 들면, 냉각·고화욕 또는 응고욕의 욕면에서 욕면 밑 500 mm 이하인 것이 바람직하다. 맥동류가 반고화 상태의 중공사형 물질과 냉각·고화 또는 응고 공정에 앞서 접촉하는 경우, 즉 냉각·고화욕 또는 응고욕의 욕면 바로 위에서 접촉하는 경우, 접촉 위치는 예를 들면, 냉각·고화욕 또는 응고욕의 욕면에서 욕면 위쪽50 mm 이하인 것이 바람직하다. 맥동류가 중공사형 물질과 접촉하는 위치가 극단적으로 냉각·고화욕 또는 응고욕으로부터 위쪽으로 떨어져 방사구 근처에 있으면, 맥동류가 접촉한 부분만이 빠르게 냉각·고화 또는 응고하여 중공사막의 원주상에서 구멍 형성에 차이가 발생하거나, 극단적인 경우에는 접촉 부분이 완전한 무공 상태가 되며, 그 부분만 스캔층이 두꺼워질 가능성이 있다. 반대로 냉각·고화욕 또는 응고욕의 욕 중의 깊은 부분, 구체적으로는 냉각. 고화욕면 또는 응고욕면에서 아래쪽으로 500 mm을 넘어 있으면, 중공사형 물질이 맥동류와의 접촉 전에 냉각·고화 또는 응고하여 웨이브 부여가 이루어지지 않는다.

맥동류를 중공사형 물질과 접촉시킬 때, 중공사형 물질이 맥동류와의 접촉에 의해 빠져 나가지 않도록 냉각·고화욕 또는 응고욕의 욕 중에 사도(絲道) 등의 가이드를 설치하면 보다 바람직한 태양의 웨이브가 부여된다.

(중공사막 모듈)

본 발명의 정화 방법에서는 내경이 0.3 mm 이상 1.7 mm 이하, 외경이 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하, 막 두께가 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 편평률이 0.8 이상 1.0 이하이고, 동시에 웨이브를 갖는 중공사막이 길이 방향으로 여러개 가지런히 정리되어 충전율 35 % 내지 55 %로 수납되어 있는 중공사막 모듈을 사용하는 것이 바람직하다.

충전율은, 이하의 식에 의해 산출된다.

충전율 (%)=(중공사막의 외경 환산 단면적×모듈 당 충전 갯수)×100/(모듈 케이스의 내벽 환산 단면적)

부피가 높은 중공사막 다발이 35 % 내지 55 %의 충전율로 수납됨으로써 모듈 내의 중공사막 다발의 부피도가 높고, 모듈 내의 중공사막들이 점 접촉에 머무르고, 현탁 물질을 통한 마찰이 발생하기 어렵기 때문에, 막 외표면 개공이 폐색되지 않는다. 또한, 동일한 이유로 중공사막 다발 내부에 현탁 물질이 축적하지 않고, 설령 일단 축적되었다고 해도 역세정, 에어 버블링, 플러싱 등의 물리 세정을 행함으로써 쉽게 배출되기 때문에, 안정된 여과 운동이 장기에 걸쳐 가능하다. 또한, 웨이브가 부여되어 있음으로써 막 모듈내 단면에서의 중공사막 분산 상황이 양호하기 때문에, 모듈 케이스로 접착 고정할 때, 사용하는 접착제의 경화전 초기 점도가 높은 경우나 직경이 큰 대형 모듈 케이스로 접착 고정하는 경우에도 중공사막 모듈의 접착 고정부에 불량 부분이 발생하지 않는다.

충전율이 35 % 미만에서는 세정 배출성이 우수하기는 하지만, 중공사막 모듈 단위 용적 당 막 면적을 크게 확보할 수 없기 때문에, 중공사막 모듈을 사용하는 효과가 감소된다. 충전율이 55 %를 넘으면, 단위 용적 당 막 면적은 크게 확보할 수 있지만, 모듈 내의 중공사막이 밀집하여 외압 여과시의 현탁 물질 배출이 어려워진다.

본 발명의 중공사막 모듈에 있어서, 그 중공사막 다발은 그 측단부의 적어도 한쪽이 에폭시 수지 등의 열경화성 수지로 고정되어 있다. 중공사막은 중공사 중공부가 개구된 상태로 집적되어 있고, 중공사막의 외표면측에서 내표면측으로 여과할 수 있는 막 모듈 구조로 되어 있으며, 외압식 여과에 적합하다. 중공사막 모듈의 양쪽 단부는 모두 접착 고정되어 있을 수 있고, 한쪽만 접착 고정되어 있을 수도 있다. 양쪽 단부가 함께 접착 고정되어 있는 경우, 그 한쪽의 중공사 중공 단부가 밀봉되어 있을 수도 있다. 일본 특개평 7-171354호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 양쪽 단부가 접착 고정되어 있고, 한쪽 중공사 중공 단부가 밀봉되어 있음과 동시에, 원수를 공급하는 원수 도입구가 개구되어 있는 막 모듈도 사용할 수 있다.

본 발명의 중공사막 모듈은 배관 등을 통하여 접속되는 랙 재장착형 중공사막 모듈 외에, 관판이 있는 탱크나 외곽 하우징에 삽입·배치함으로서 사용되는 카트리지형 중공사막 모듈도 포함한다. 카트리지형 중공사막 모듈이란, 랙 재장착형 중공사막 모듈과 달리 접착 고정부를 제외하고, 액밀적인 차단 수법이 취해져 있지 않으며, 팬팅에 의해 구멍이 열려진 통, 네트 등에 의해 중공사막 다발부 형상이 유지된 것을 나타낸다. 이 때, 중공사막 다발이 다발 자체로 형상을 유지할 수 있다면, 중공사막 다발의 접착 고정부 이외는 중공사막 다발이 노출된 상태일 수도 있다.

본 발명의 중공사막 모듈은 상기 웨이브를 갖는 중공사막을 사용하고 있기 때문에, 외경 170 mm 내지 350 mm라는 대형 모듈이라도 중공사막 단부의 접착부 결함이 적다.

본 발명의 중공사막 모듈의 한쪽 또는 양쪽 단부의 접착 고정에 사용되는 열경화성 수지로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 고무 등이 있다. 필요에 따라, 이들 수지에 실리카, 카본 블랙, 불화 카본 등의 충전재를 혼입시킴으로써 수지 격벽부의 강도 향상 및 경화 수축 감소를 꾀할 수도 있다.

중공사막 모듈의 모듈 케이스 재질로서는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐 등의 폴리올레핀; 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), PFA, FEP, EPE, ETFE, PCTFE, ECTFE, PVDF 등의 불소계 수지; 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 등의 염소 수지; 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리알릴술폰 수지, 폴리페닐에테르 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 수지 (ABS), 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지 단독 및 이들의 혼합물 및 알루미늄, 스테인레스 구리 등의 금속을 들 수 있다. 또한, 수지와 금속 복합체나 유리 섬유, 탄소 섬유가 들어간 보강 수지를 사용할 수도 있다.

*본 발명의 중공사막 모듈은, 예를 들면, 길이 방향으로 가지런히 정리되어 집적되어 있는 중공사막 다발의 적어도 한쪽을 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 의해 접착 고정한 후, 중공사막의 중공부가 개구하도록 접착 고정부의 일부를 절단함으로써 얻을 수 있다.

중공사막 모듈의 단부 접착 고정 부분의 한쪽에는, 원수 및(또는) 에어 버블링용 기체를 보다 균일하게 공급할 수 있도록 여러개의 개구부가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 개구부의 크기는 3 내지 100 mm의 상당 직경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 개구부의 상당 직경이 3 mm 보다 작으면 원수 중의 현탁 물질에 의해 개구부가 폐색하는 경우가 있고, 1OO mm를 넘으면 모듈 내의 중공사막 충전 갯수 및(또는) 개구부수를 줄일 필요가 있어 균일한 원수 공급이 어려워지는 경우가 있다. 상기 개구부의 단면 형상은 특히 한정되지 않으며, 원, 타원 외에 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형 등을 들 수 있다. 이들 중, 원형, 타원형이 바람직하다. 또한, 상기 개구부는 단부 접착 고정 부분에 균등하게 배치되어 있을 수도 있고, 무작위로 배치되어 있을 수도 있다.

본 발명의 중공사막 모듈의 일례를 도 5에 나타낸다. 도 5 중, 중공사막 모듈은 캡 (46)을 통하여 운전 장치 배관에 접속되어 있다. 공급되는 원수 및(또는) 압축 기체는 원수 도입구 (45)를 통과하고, 웨이브가 부여된 중공사막 (41)의 외표면측에서 내표면측으로 여과된다. 여기에서, 펌프에 의해 가압된 원수는 모듈 케이스 (43)에 의해 압력이 유지되고, 원수 중 일부는 여과수로서 채수된다. 농축된 원수는 농축수 배출 노즐 (47)로부터 중공사막 모듈 밖으로 배출된다. 접착부 (42)에 있어서, 모듈 케이스와 중공부가 개구된 중공사막이란, 여과수에 원수가 혼입되지 않도록 액밀적으로 접착 고정되어 있다. 또한, 접착부 (44)에 있어서, 중공사막의 중공부는 밀봉됨과 동시에 복수의 개구부가 설치되어 있고, 원수 도입구 (45)가 배치되어 있다.

이하, 본 발명에 사용되는 중공사막, 중공사막 모듈의 제조예와, 현탁수의 정화 방법의 예를 설명한다. 또한, 예 중의 편평률, 탁도, 입경, 투과수량, 세정 회복성은 이하의 방법에 의해 측정하였다.

중공사막의 편평률: 중공사막의 웨이브 변곡부를 5 군데 채취하고, 각각의 내경의 장경 및 단경을 X-Y 현미경 (올림퍼스 고가꾸사 제조, STM-222DH)에 의해 측정하여 각 편평률 (단경/장경)을 산출하였다.

탁도; 측정 장치는 시마즈 세이사꾸쇼 제조의 UV-160A, 50 mm 셀을 사용하고, JIS K0101 9.2에 준하여 측정하였다.

미립자의 입경: 호리바 세이사꾸쇼 제조의 LA-910 입도 분포계를 사용하여 측정하였다.

중공사막의 단사에서의 투과수량: 25 ℃의 순수를 유효 길이 100 mm의 중공사 다공질막 샘플의 내표면측에서 외표면측으로 투과시키고, 단위 시간, 단위 압력 (단위막 차압(差壓)) 당 투과수량을 산출하였다.

세정 회복성: 하천수 등의 실액 평가 전의 모듈에서의 순수 투과수량 (초기값)에 대한 실액 평가·약품 세정 후의 모듈에서의 순수 투과수량의 비율 (%)로 평가하였다. 또는, 실액 평가 후에 모듈을 해체하고, 막 만을 약품 세정하여 얻어지는 막 단사에서의 순수 투과수량의 모듈 제작 전의 중공사막 단사에서의 순수 투과수량 (미사용된 막의 투과수량)에 대한 비율 (%)로 평가하였다.

<예 1 (중공사막의 제조)>

PVDF 파우더 (구레하 가가꾸사 제조, KF# 1000) 40.0 중량부, 소수성 실리카 (닛본 아에로질사 제조, R-972 [평균 1차 입경 0.016 ㎛, 비표면적 110 ㎡/g, Mw 값 (메탄올 습윤성, 용량%)=50 %]) 23.0 중량부, 디-(에틸-헥실)-프탈레이트 {DOP} (칫소사 제조, CS 사이저) 30.8 중량부, 디-부틸프탈레이트 {DBP} (칫소사 제조) 6.2 중량부를 헨쉘 믹서에 의해 혼합한 후, 2축 압출기에 의해 펠렛을 제작하였다.

상기 펠렛을 배럴 온도 260 ℃, 헤드 온도 235 ℃, 방사구 온도 230 ℃의 온도 조건의 2축 압출기로부터 2중 방사구 (칫수: 바깥 방사구의 내경/안쪽 방사구의외경/안쪽 방사구의 내경=1.70 mmφ/0.90 mmφ/0.50 mmφ)를 거쳐 방사구에서 30 cm 아래쪽의 온도 40 ℃의 냉각·고화욕 (수온 40 ℃의 온수) 중에 용융 압출하였다.

이 때, 욕면에서 1O mm 위쪽 위치에 맥동류 토출 노즐을 설치하고, 다이아프람 펌프 ((주) 야마다 코포레이션사 제조, NDP-5FST)에 의해 냉각·고화액을 토출 간격: 0.30초/회로 유하(流下)하는 중공사형 물질에 접촉시킴으로써 웨이브가 부여된 중공사막을 얻었다.

상기 웨이브가 부여된 중공사막을 인취 속도 20 m/분의 3 연속 롤러를 통하여 권취하였다. 얻어진 중공사막 다발을 디클로로메탄에 의해, 이하의 추출 조건으로 중공사막 중의 DOP와 DBP를 추출하였다.

추출 조건

처리 온도: 실온 (25 ℃ 내지 27 ℃)

중공사막의 단순 체적 (내/외경, 길이로부터 산출)에 대한 상기 디클로로

메탄의 체적: 20배량

처리 시간: 5시간

이어서, 얻어진 상기 중공사막 다발을 50 % 에탄올 수용액에 30분 침지한 후, 중량 퍼센트 농도 20 %의 수산화나트륨 수용액을 사용하고, 이하의 추출 조건으로 중공사막 중의 실리카를 추출하였다.

추출 조건

처리 온도: 60 ℃

중공사막의 단순 체적 (내/외경, 길이로부터 산출)에 대한 상기 수용액의

체적: 20배량 (소수성 실리카에 대한 당량비로 8배 당량)

처리 시간: 2시간

상기 처리 후의 중공사막 다발을 상기 수산화나트륨 수용액과 동일 체적의 60 ℃ 온수를 사용하여 1시간 세정하였다. 이 온수 세정을 총 10회 반복한 후, 다공질의 중공사막 다발을 얻었다. 중공사막의 내경/외경은 0.70 mmφ/1.25 mmφ, 빈 구멍률은 70 %, 평균 공경이 0.18 ㎛, 순수 투과수량이 2,000 [리터/㎡· 분·100 kPa·25℃]이고, 편평률은 표 1에 나타낸 바와 같았다. 상기 중공사막 600개로 구성되는 중공사막 다발의 원주 길이는 124.0 mm, 부피도는 1.66이었다. 또한, 중공사막 중에는 파장, 파고가 다른 웨이브가 혼재되어 있었다.

<예 2 (중공사막의 제조)>

중공사로의 맥동류 접촉을 행하지 않은 것 이외는, 예 1과 동일하게 하여 중공사막 다발을 얻었다. 중공사막은 내경/외경이 0.70 mmφ/1.25 mmφ, 빈 구멍률이 70 %, 평균 공경이 O.18 ㎛, 순수 투과수량이 2,O0O [리터/㎡·분·100 kPa·25℃]이고, 편평률은 표 1에 나타낸 바와 같았다. 또한, 상기 중공사막 600개로 구성되는 중공사막 다발의 원주 길이는 115.0 mm, 부피도는 1.43이었다.

<예 3 (중공사막의 제조)>

예 2의 중공사막을 분위기 온도 140 ℃에서 2개의 기어 사이를 통과시킴으로써, 웨이브가 부여된 중공사막 다발을 얻었다. 이 때 사용한 기어는 선단의 최소 곡률 반경이 5 mm, 기어 선단간의 거리가 25 mm인 기어를 2개 맞물리고, 양 기어의맞물려 들어간 높이 및 최단 거리를 각각 15 mm, 3 mm로 하였다. 중공사막은 내경/외경이 0.70 mmφ/1.25 mmφ, 빈 구멍률이 70 %, 평균 공경이 0.18 ㎛였다. 또한, 순수 투과수량은 1,950 [리터/㎡·분·100 kPa·25 ℃]으로 약간 저하했는데, 표 1에 나타낸 바와 같이 중공사막의 편평률에 따른 영향이라고 추정되었다. 상기 중공사막 600개로 구성되는 중공사막 다발의 원주 길이는 118.2 mm, 부피도는 1.51이었다. 또한, 중공사막 중의 웨이브는 파장·파고가 대략 가지런한 것이었다.

<예 4 (중공사막의 제조)>

예 2의 중공사막을 분위기 온도 140 ℃에서 2개의 기어 사이를 통과시킴으로써, 웨이브가 부여된 중공사막 다발을 얻었다. 이 때 사용한 기어는 선단의 최소 곡률 반경이 7 mm, 기어 선단간의 거리가 30 mm인 기어를 2개 맞물리고, 양 기어의 맞물려 들어간 높이 및 최단 거리를 각각 10 mm, 8 mm로 하였다. 중공사막은 내경/외경이 0.70 mmφ/1.25 mmφ, 빈 구멍률이 70 %, 평균 공경이 0.18 ㎛였다. 또한, 순수 투과수량은 2,000 [리터/㎡·분·100 kPa·25 ℃]이고, 편평률은 표 1에 나타낸 바와 같았다. 상기 중공사막 600개로 구성되는 중공사막 다발의 원주 길이는 115.5 mm, 부피도는 1.44였다. 또한, 중공사막 중의 웨이브는 파장·파고가 대략 가지런한 것이었다.

<예 5 (중공사막 모듈의 제조)>

예 1에서 제조한 중공사막을 300개 다발로 묶었다.

이어서, 이 중공사막 다발의 한쪽 단면의 중공부를 밀봉 처리한 후, 내경 36mmφ, 길이 1,OOO mm의 폴리술폰제 원통형 모듈 케이스에 수납하였다. 밀봉 처리를 행한 쪽의 중공사막 단부에는 접착 지그만을 모듈 케이스에 액밀적으로 설치하고, 다른쪽 단부에는 중공사막과 평행하게 외경 5 mmφ의 폴리프로필렌제 막대 형상물을 총 5개 배치한 후, 접착 지그를 모듈 케이스에 액밀적으로 설치하였다. 여기에서, 충전율은 중공사막 외경, 충전 갯수, 모듈 케이스 내경에 의해 36 %로 산출되었다.

상기 접착 지그가 양쪽으로 액밀적으로 설치된 모듈 케이스를 2 액성 에폭시 접착제에 의해 원심 주형하였다. 원심 주형 종료 후, 접착 지그, 폴리프로필렌제 막대 형상물을 제거하고, 밀봉 처리를 행한 쪽의 접착 단부를 절단하여 중공사 중공부를 개구시켰다. 이상과 같이 하여 웨이브를 갖는 중공사막 다발로 이루어지는 중공사막 모듈을 얻었다.

이 중공사막 모듈을 에탄올로 친수화하고, 물에 대한 치환 처리를 더 행한 후, 순수 투과수량을 측정하였다.

그 후, 1OO kPa의 압축 공기에 의해 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다.

<예 6 (중공사막 모듈의 제조)>

예 1에서 제조한 중공사막을 1,800개 다발로 묶었다.

이어서, 이 중공사막 다발의 한쪽 단면의 중공부를 밀봉 처리한 후, 내경 83 mmφ, 길이 1,OOO mm의 폴리염화비닐제 원통형 모듈 케이스에 수납하였다. 밀봉 처리를 행한 쪽의 중공사막 단부에는 접착 지그만을 모듈 케이스에 액밀적으로 설치하고, 다른쪽 단부에는 중공사막과 평행하게 외경 11 mmφ의 폴리프로필렌제 막대 형상물을 총 5개 배치한 후, 접착 지그를 모듈 케이스에 액밀적으로 설치하였다. 여기에서, 충전율은 중공사막 외경, 충전 갯수, 모듈 케이스 내경에 의해 41 %로 산출되었다.

상기 접착 지그가 양쪽으로 액밀적으로 설치된 모듈 케이스를 2 액성 에폭시 수지에 의해 원심 주형하였다. 원심 주형 종료 후, 접착 지그, 폴리프로필렌제 막대 형상물을 제거하고, 밀봉 처리를 행한 쪽의 접착 단부를 절단하여 중공사 중공부를 개구시켰다. 이상과 같이 하여 웨이브를 갖는 중공사막 다발로 이루어지는 중공사막 모듈을 얻었다.

<예 7 (중공사막 모듈의 제조)>

예 1에서 제조한 중공사 다공질막의 1,440개로 이루어지는 중공사막 다발을 4개 준비하였다.

이어서, 각 중공사막 다발의 한쪽 단면의 중공부를 밀봉 처리한 후, 4개를 내경 150 mmφ, 길이 1,500 mm의 SUS-304제 원통형 모듈 케이스에 수납하였다. 밀봉 처리를 행한 쪽의 중공사막 단부에는 접착 지그만을 모듈 케이스에 액밀적으로 설치하고, 다른쪽 단부에는 중공사막과 평행하게 외경 1O mmφ의 폴리프로필렌제막대 형상물을 총 37개 설치한 후, 접착 지그를 모듈 케이스에 액밀적으로 설치하였다. 여기에서, 충전율은 중공사막 외경, 충전 갯수, 모듈 케이스 내경으로부터 40 %로 산출되었다.

상기 접착 지그가 양쪽에 설치된 모듈 케이스를 실리콘 접착제 (도시바 실리콘사 제조, TSE-3337)에 의해 원심 주형하였다.

원심 주형 종료 후, 접착 지그, 폴리프로필렌제 막대 형상물을 제거하고, 실리콘 접착부가 충분히 경화한 후, 밀봉 처리를 행한 쪽의 접착 단부를 절단하여 중공사 중공부를 개구시켰다. 이상과 같이 하여 웨이브를 갖는 중공사막 다발로 이루어진 중공사막 모듈을 얻었다.

이어서, 상기 중공사막 모듈을 모듈용 압력 용기에 수납하고, 50 % 에탄올 수용액으로 친수화, 물 치환을 행한 후, 1OO kPa의 압축 공기에 의해 누설 검사를 행했더니, 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 이 때의 물 습윤 상태에서의 모듈 중량을 측정하였다.

<예 8 (중공사막 모듈의 제조)>

예 2의 중공사막을 사용한 것 이외는, 예 5와 동일하게 하여 중공사막 모듈을 제작하였다. 이 때의 충전율은 36 %였다.

이 중공사막 모듈의 순수 투과수량을 측정한 후, 1OO kPa의 압축 공기에 의해 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다.

<예 9 (중공사막 모듈의 제조)>

예 2의 중공사막을 사용한 것 이외는, 예 6과 동일하게 하여 중공사막 모듈을 제작하였다. 이 때의 충전율은 41 %였다.

<예 10 (중공사막 모듈의 제조)>

예 2의 중공사막을 사용한 것 이외는, 예 7과 동일하게 하여 중공사막 모듈을 제작하였다. 이 때의 충전율은 40 %였다.

이 중공사막 모듈의 순수 투과수량을 측정한 후, 1OO kPa의 압축 공기에 의해 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 이 때의 물 습윤 상태에서의 모듈 중량을 측정하였다.

<예 11 (중공사막 모듈의 제조)>

예 3의 중공사막을 사용한 것 이외는, 예 5와 동일하게 하여 중공사막 모듈을 제작하였다. 이 때의 충전율은 36 %였다.

<예 12 (중공사막 모듈의 제조)>

예 3의 중공사막을 사용한 것 이외는, 예 6과 동일하게 하여 중공사막 모듈을 제작하였다. 이 때의 충전율은 41 %였다.

<예 13 (중공사막 모듈의 제조)>

예 4의 중공사막을 사용한 것 이외는, 예 5와 동일하게 하여 중공사막 모듈을 제작하였다. 이 때의 충전율은 36 %였다.

<예 14 (정화 방법·실시예)>

예 5의 중공사막 모듈을 사용하여 정화 운전을 행하였다. 원수로서 모델액 (벤토나이트, 부식산의 혼합 용액 [제조시, 벤토나이트 농도: 1,000 mg/리터, 부식산 농도: TOC {전체 유기 탄소량}로서 500 mg/리터])을 사용하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 원수 (1)은 순환 탱크 (2)를 거쳐 원수 공급 펌프 (3)에 의해 중공사막 모듈 (4)로 압송되고, 얻어진 여과수는 여과수 탱크 (5)에 의해 저수된다. 역세정시에 여과수 탱크 (5) 중의 여과수는 역세정 펌프 (6)에 의해 중공사막 모듈로 보내진다. 또한, 에어 버블링은 압축기 (7)에서 발생한 압축 공기를 중공사막 모듈의 원수 도입구로 공급된다.

여과는 중공사막 모듈 (4)로 원수 (1)을 일정 유량, 1.8 [리터/분·모듈·25℃]로 공급하고, 막 여과수량과 순환수량의 비를 1/1로 한 크로스 플로우 방식으로 행하며, 여과수량이 0.9 [리터/분·모듈·25 ℃]에서의 외압 정류량 여과 운전으로 행하였다.

운전 조건은 여과를 10분 행한 후, 여과수에 의한 역세정을 1.5 [리터/분·모듈·25 ℃]의 유량으로 20초 행하는 조작을 반복하고, 1시간마다 5 [N 리터/분·모듈·25 ℃]의 유량으로 압축 공기에 의한 에어 버블링을 1분간 행하였다. 원수의 탁도는 770도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 9 리터, 축적 탁질량은 5.87이었다.

운전 직후에 모델액의 탁도, 미립자의 평균 입경을 측정했더니, 탁도는 1,000도, 미립자의 입경은 0.9 ㎛ 내지 30 ㎛ (중앙값은 9 ㎛)였다.

상기 정화 운전을 20일간 지속했더니, 여과 압력은 초기의 1.2배가 되었다. 일간 평균 탁도는 770도, 평균 입경은 초기와 마찬가지로 0.9 ㎛ 내지 30 ㎛ (중앙값은 9 ㎛)였다.

정화 운전 종료 후, 모듈을 장치로부터 제거하고 누설 검사를 행했지만, 누설은 확인되지 않았다.

또한, 상기 중공사막 모듈을 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액으로 회복율이 포화될 때까지 세정하고, 순수 투과수량을 측정했더니 초기값의 98 %의 값을 나타내었다.

그 후, 중공사막 모듈을 해체하고, 중공사막의 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했지만, 막 표면의 흠은 경미하였다.

<예 15 (정화 방법·실시예)>

예 5의 중공사막 모듈을 사용하여 정화 운전을 행하였다. 원수로서 일간 평균 탁도가 1도, 미립자 입경이 5 ㎛ 내지 200 ㎛ (중앙값은 50 ㎛)인 하천표 유수를 사용하였다. 여과는 중공사막 모듈로 원수를 일정 유량, 3.0 [리터/분·모듈·25℃]으로 공급하고, 막 여과수량과 순환수량의 비를 1/1로 한 크로스 플로우 방식으로 행하며, 여과수량이 1.5 [리터/분·모듈·25 ℃]에서의 외압정류량 여과 운전으로 행하였다.

운전 조건은 여과를 20분 행한 후, 여과수에 의한 역세정을 2.5 [리터/분·모듈·25 ℃]의 유량으로 20초 행하는 조작을 반복하고, 1시간마다 7 [N 리터/분·모듈·25 ℃]의 유량으로 압축 공기에 의한 에어 버블링을 1분간 행하였다. 원수의 탁도는 1.0도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 30 리터, 축적 탁질량은 0.025였다.

정화 운전의 경과와 함께 여과 압력을 서서히 상승시켜, 5개월째에는 초기 여과 압력의 2배가 되었다.

정화 운전 후, 모듈을 장치로부터 제거하고 누설 검사를 행했지만, 누설은 확인되지 않았다.

또한, 상기 중공사막 모듈을 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액으로 회복율이 포화될 때까지 세정하고, 순수 투과수량을 측정했더니 초기값의 96 %의 값을 나타내었다.

<예 16 (정화 방법·실시예)>

예 6의 중공사막 모듈을 사용하여 정화 운전을 행하였다. 원수로서 탁도가 0.1도 내지 5도 (평균값은 2.4도), 수중의 미립자 입경이 0.9 ㎛ 내지 30 ㎛ (중앙값은 9 ㎛), 수온이 12 ℃인 하천수표 유수를 사용하였다.

여과는 중공사막 모듈로 원수를 일정 유량, 2.6 [㎥/hr·모듈·25 ℃]으로공급하고, 막 여과수량과 순환수량의 비를 1/1로 한 크로스 플로우 방식으로 행하며, 여과수량이 1.3 [㎥/hr·모듈·25 ℃]의 정류량 여과 운전으로 행하였다.

운전 조건은 여과를 20분 행한 후, 여과수에 의한 역세정을 20초 행하는 조작을 반복하고, 1시간마다 유량 1.3 [㎥/hr·모듈·25 ℃]의 여과수에 의한 역세정과, 유량 2 [N㎥/hr·모듈·25 ℃]의 압축 공기에 의한 에어 버블링을 2분간 행하였다. 원수의 탁도는 2.4도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 0.43 ㎥, 축적 탁질량은 0.15였다.

상기 운전 조건에서 12개월 운전한 후의 막간 평균 차압 (이하, TMP라고 함)은 초기의 1.3배가 되었다. 그 후, 모듈을 장치로부터 제거하고 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 운전 후의 중공사막 모듈을 해체하고, 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 95 %에 상당하는 투과수량을 보이며, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니, 막 외표면의 흠은 경미하였다.

<예 17 (정화 방법·실시예)>

예 6의 중공사막 모듈을 사용하여 여과 운전을 60분간 행한 후, 여과수에 의한 역세정과 압축 공기에 의한 에어 버블링을 동시에 2분간 행하는 운전 방식으로 변경한 것 이외는, 예 16과 동일하게 하여 정화 운전을 행하였다. 원수의 탁도는 2.4도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 1.3 ㎥, 축적 탁질량은 0.44였다.

상기 운전 조건에서 6개월 운전한 후의 TMP는 초기의 1.4배가 되었다. 그 후, 모듈을 장치로부터 제거하고 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 운전 후의 막 모듈을 해체하고, 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 투과수량의 95 %에 상당하는 투과수량을 보이며, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니, 막 외표면의 흠은 경미하였다.

<예 18 (정화 방법·실시예)>

예 7에서 제작한 막 모듈을 사용하여 정화 운전을 행하였다. 원수는 탁도 1 내지 3도 (평균값은 1.8도), 수중의 미립자 입경이 2 ㎛ 내지 50 ㎛ (중앙값은 22 ㎛)인 하천표 유수를 사용하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 원수 (11)은 순환 탱크 (12)를 거쳐 원수 공급 펌프 (13)에 의해 중공사막 모듈 (14)로 압송되고, 얻어진 여과수는 여과물 탱크 (15)에 저수된다. 이 때, 중공사막 모듈 (14)에 압송되는 원수는 오존 발생기 (18)에 의해 발생한 오존 가스가 혼입되며, 오존수 농도는 여과수측에서 0.3 mg/리터가 되도록 제조된다. 역세정시, 여과수 탱크 (15) 중의 여과수는 역세정 펌프 (16)에 의해 중공사막 모듈 (14)로 보내진다.

여과는 중공사막 모듈 (14)로 원수 (11)을 공급하고, 오존 혼입 공기를 배출하는 것 이외는, 농축수 배출을 행하지 않는 전량 여과 방식으로 행하는 평균 여과압 30 [KPa]의 정압 여과로 행하였다. 이 때, 역세정시의 역세정 압력은 50 KPa로 하였다.

상기 정화 운전을 10일간 지속했더니, 여과수 채수량은 초기값의 70 %가 되었다.

이어서, 여과 운전 장치로부터 중공사막 모듈을 제거하고, 중량을 측정했더니 초기 중량의 115 %로 증가되어 있었다.

이것을 다시 도 2에 나타낸 운전 장치에 설치하고, 중공사막 모듈의 여과수측의 밸브를 닫아 원수를 공급하면서, 에어 버블링 (공급수량: 3 ㎥/Hr, 공급 에어량: 5 N㎥/Hr, 버블링 시간: 5분)을 실시하였다.

에어 버블링을 실시한 후, 다시 중공사막 모듈의 중량을 측정했더니 초기 중량의 103 %가 되어 있었다.

이것은 에어 버블링에 의해 중공사막 모듈 중량의 12 %에 상당하는 현탁 물질이 배출된 것이 된다.

또한, 상기 중공사막 모듈의 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다.

*상기 중공사막 모듈을 해체하고, 접착 고정부의 접착 상황을 관찰했더니 중공사막 다발의 외주 부분, 중심 부분 모두 충분히 접착제로 충전된 상태였다.

<예 19 (정화 방법·실시예)>

예 5의 중공사막 모듈을 사용하여 정화 운전을 행하였다. 원수로서 탁도가 3도 내지 340도 (평균값은 120도), 수중의 미립자 입경이 2 ㎛ 내지 130 ㎛ (중앙값은 43 ㎛)인 하천수표 유수를 사용하였다.

여과는 중공사막 모듈로 원수를 일정 유량 8.0 [리터/분·모듈·25 ℃]으로 공급하고, 막 여과수량과 순환수량의 비를 1/1로 한 크로스 플로우 방식으로 행하며, 여과수량이 4.0 [리터/분·모듈·25 ℃]의 정전류 여과 운전으로 행하였다.

운전 조건은 여과를 10분 행한 후, 유량 6.0 [리터/분·모듈·25 ℃]의 여과수에 의한 역세정과, 유량 8 [N㎥/hr·모듈·25 ℃]의 압축 공기에 의한 에어 버블링을 동시에 1분간 행하는 조작을 반복하였다. 원수의 탁도는 120도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 40 리터, 축적 탁질량은 4.1이었다.

상기 운전 조건에서 2개월 경과시에 2일간에 걸쳐 탁도 340도의 고탁도 원수가 공급되었기 때문에, 그 2일간과 그 후의 1일의 총 3일간에 한해 5분의 여과 후, 역세정과 에어 버블링을 동시에 행하는 운전 방법으로 변경하였다. 이 때의 탁질 축적량은 (10분 여과/1분 물리 세정)의 상태에서는 11.6이었지만, 5분마다 물리 세정을 행했기 때문에 5.8이 되었다.

총 3개월의 운전 사이 TMP는 초기의 1.3배가 되었다. 그 후, 모듈을 장치로부터 제거하고 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 운전 후의 중공사막 모듈을 해체하고, 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 95 %에 상당하는 투과수량을 보이며, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니, 막 외표면의 흠은 경미하였다.

<예 20 (정화 방법·실시예)>

예 5의 중공사막 모듈을 사용하여 정화 운전을 행하였다. 원수로서 탁도가0.1도 내지 3도 (평균값은 1.2도), 수중의 미립자 입경이 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛ (중앙값은 7 ㎛), 수온이 18 ℃인 하천수표 유수를 사용하였다.

여과는 중공사막 모듈로 원수를 일정 유량 3.0 [㎥/hr·모듈·25 ℃]으로 공급하고, 막 여과수량과 순환수량의 비를 1/1로 한 크로스 플로우 방식으로 행하며, 여과수량이 1.5 [㎥/hr·모듈·25 ℃]의 정전류 여과 운전으로 행하였다.

운전 조건은 여과를 30분 행한 후, 유량 1.5 [㎥/hr·모듈·25 ℃]의 여과수에 의한 역세정과, 유량 2 [N㎥/hr·모듈·25 ℃]의 압축 공기에 의한 에어 버블링을 동시에 2분간 행하는 여과 사이클 운전으로 행하였다. 원수의 탁도는 1.2도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 0.75 ㎥, 축적 탁질량은 0.13이었다.

상기 운전 조건에서 10개월 운전한 후의 TMP는 초기의 1.2배가 되어 있었다. 그 후, 모듈을 장치에서 제거하고 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 운전 후의 중공사막 모듈을 해체하고, 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 96 %에 상당하는 투과수량을 보이며, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니, 막 외표면의 흠은 경미하였다.

<예 21 (정화 방법·실시예)>

예 5의 중공사막 모듈을 사용하여 정화 운전을 행하였다. 원수로서 탁도가 0.1도 내지 3도 (평균값은 1.2도), 수중의 미립자 입경이 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛ (중앙값은 7 ㎛), 수온이 18 ℃인 하천수표 유수를 사용하였다.

운전 조건은 여과를 30분 행한 후, 유량 1.5 [㎥/hr·모듈·25 ℃]의 여과수에 의한 역세정과, 유량 2 [N㎥/hr·모듈·25 ℃]의 압축 공기에 의한 에어 버블링을 동시에 1분간 행한 후, 원수에 의한 유량 2.5 [㎥/hr·모듈·25 ℃]의 플러싱을 1분간 행하는 여과 사이클 운전으로 행하였다. 원수의 탁도는 1.2도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 0.75 ㎥, 축적 탁질량은 0.13이었다.

상기 운전 조건에서 5개월 운전한 후의 TMP는 초기의 1.2배가 되어 있었다. 그 후, 모듈을 장치에서 제거하고 누설 검사를 행했지만, 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 운전 후의 중공사막 모듈을 해체하고, 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 95 %에 상당하는 투과수량을 보이며, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니, 막 외표면의 흠은 경미하였다.

<예 22 (정화 방법·비교예)>

예 8의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 14와 동일한 운전 조건으로 동시에 병렬하여 정화 운전을 행하였다. 20일간 운전한 후, 그 평균 여과압은 초기의 3.5배가 되었다.

정화 운전 종료 후, 누설 검사를 행했지만 누설 발생은 확인되지 않았다.

또한, 상기 막 모듈을 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액으로 회복율이 포화될 때까지 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 초기값의 66 %의 값을 나타내었다.

그 후, 중공사막 모듈을 해체하고, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 75 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공 일부가 폐색되어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 23 (정화 방법·비교예)>

예 8의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 15와 동일한 운전 조건으로 동시에 병렬하여 정화 운전을 행하였다.

정화 운전의 경과와 함께 여과 압력이 서서히 상승하여 운전 2개월째와 운전 4개월째에 각각 평균 여과압이 초기의 3배가 되었기 때문에, 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액에 의한 약품 세정을 행하였다.

총 운전 기간이 5개월이 된 시점에서 중공사막 모듈을 장치로부터 제거하고, 누설 검사를 행했지만 누설은 확인되지 않았다.

또한, 상기 중공사막 모듈을 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액으로 회복율이 포화될 때까지 세정하고, 순수 투과수량을 측정했더니 초기값의 72 %의 값을 나타내었다.

그 후, 중공사막 모듈을 해체하고, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 70 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공 일부가 폐색되어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 24 (정화 방법·비교예)>

예 9의 중공사막 모듈을 사용하여, 예 16과 병렬로 동일 조건으로 동시에 정화 운전을 행하였다.

운전 6개월 후의 TMP는 초기값의 2.0배가 되어, 이 이상의 운전은 불가능하다고 판단하여 중공사막 모듈을 해체하였다. 해체한 중공사막 모듈의 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 80 %에 상당하는 투과수량을 보였다. 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 70 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공 일부가 폐색되어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 25 (정화 방법·비교예)>

예 9의 중공사막 모듈을 사용하고, 예 17과 동일한 조건으로 정화 운전을 행하였다.

4개월 후의 TMP는 초기값의 2.0배가 되어, 이 이상의 운전은 불가능하다고 판단하여 중공사막 모듈을 해체하였다. 해체한 중공사막 모듈의 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 82 %에 상당하는 투과수량을 보였다. 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막표면의 대략 70 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공 일부가 폐색되어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 26 (정화 방법·비교예)>

예 10의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 18과 동일한 조건으로 정화 운전을 행하였다.

상기 정화 운전을 10일간 지속했더니, 여과수 채수량은 초기값의 60 %가 되었다.

이어서, 운전 장치로부터 중공사막 모듈을 제거하고, 중량을 측정했더니 초기 중량의 120 %로 증가되어 있었다.

이것을 다시 도 2에 나타낸 운전 장치에 설치하고, 중공사막 모듈의 여과수측 밸브를 닫아 원수를 공급하면서 에어 버블링 (공급수량: 3 ㎥/Hr, 공급 에어량: 5 N㎥/Hr, 버블링 시간: 5분)을 실시하였다.

에어 버블링을 실시한 후, 다시 중공사막 모듈의 중량을 측정했더니 초기 중량의 115 %가 되어 있었다.

이것은 에어 버블링에 의해 중공사막 모듈 중량의 5 %에 상당하는 현탁 물질이 배출된 것이 된다.

상기 중공사막 모듈을 해체하고, 접착 고정부의 접착 상황을 관찰했더니 중공사막 다발의 중심 부분에서 일부 충전되어 있지 않은 부분이 관찰되었다.

<예 27 (정화 방법·비교예)>

예 8의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 19와 동일한 조건으로 동시에 병렬하여 정화 운전을 행하였다.

운전이 2개월 경과했을 때, 2일간에 걸쳐 탁도 340도의 고탁도 원수가 공급되었기 때문에, 그 2일간과 그 후의 1일의 총 3일간에 한해 5분간의 여과 후, 역세정과 에어 버블링을 동시에 행하는 운전 방법으로 변경하였다. 이 때의 축적 탁질량은 (10분 여과/1분 물리 세정)의 상태에서는 11.6이었지만, 5분마다 물리 세정을 행했기 때문에 5.8이 되었다.

*총 3개월의 운전 사이 TMP는 초기의 2.5배가 되었다. 그 후, 모듈을 장치로부터 제거하고, 누설 검사를 행했지만 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 운전 후의 중공사막 모듈을 해체하고, 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 74 %에 상당하는 투과수량을 보였다.

막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 70 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공 일부가 폐색되어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 28 (정화 방법·실시예)>

예 11의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 14, 예 22와 동일한 운전 조건에서 정화 운전을 행하였다. 20일간 운전 후, 그 평균 여과압은 초기의 2.9배가되었다. 운전 종료 후, 누설 검사를 행했지만 누설 발생은 확인되지 않았다.

또한, 상기 막 모듈을 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액으로 회복율이 포화될 까지 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 초기값의 87 %의 값을 나타내었다.

그 후, 중공사막 모듈을 해체하고, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 20 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공도 약간이기는 하지만 폐색되어 있어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 29 (정화 방법·실시예)>

예 11의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 15, 예 23과 동일한 운전 조건으로 동시에 병렬하여 정화 운전을 행하였다.

운전의 경과와 함께 여과 압력이 서서히 상승하여 운전 3개월째에 평균 여과압이 초기의 3배가 되었기 때문에, 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액에 의한 약품 세정을 행하였다.

총 운전 기간이 5개월이 된 시점에서, 중공사막 모듈을 장치로부터 제거하고, 누설 검사를 행했지만 누설은 확인되지 않았다.

또한, 상기 중공사막 모듈을 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액으로 회복율이 포화될 때까지 세정하고, 순수 투과수량을 측정했더니 초기값의 79 %의 값을 나타내었다.

그 후, 중공사막 모듈을 해체하고, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 20 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공도약간이기는 했지만 폐색되어 있어 투과 수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 30 (정화 방법·실시예)>

예 12의 중공사막 모듈을 사용하고, 원수로서 탁도가 0.1도 내지 5도 (평균값은 2.2도), 수중의 미립자 입경이 0.9 ㎛ 내지 30 ㎛ (중앙값은 9 ㎛), 수온이 12 ℃의 하천수표 유수를 사용한 것 이외는, 예 14, 예 22와 동일한 조건으로 정화 운전을 행하였다. 원수의 탁도는 2.2도, 여과 공정 시간 내에 막을 투과하는 총 여과수량은 0.43 ㎥, 축적 탁질량은 0.13이었다.

8개월 후의 막간 평균 차압은 초기값의 2.0배가 되어, 이 이상의 운전은 불가능하다고 판단하여 중공사막 모듈을 해체하였다. 해체한 중공사막 모듈의 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 83 %에 상당하는 투과수량을 보였다. 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 20 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공도 약간이기는 하지만 폐색되어 있어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 31 (정화 방법·실시예)>

예 11의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 19, 예 27과 동일한 조건으로 동시에 병렬하여 정화 운전을 행하였다.

운전이 2개월 경과했을 때 2일간에 걸쳐 탁도 340도의 고탁도 원수가 공급되었기 때문에, 그 2일간과 그 후의 1일의 총 3일간에 한해 5분의 여과 후, 역세정과 에어 버블링을 동시에 행하는 운전 방법으로 변경하였다. 이 때의 탁질 축적량은(10분 여과/1분 물리 세정)의 상태에서는 11.6이었지만, 5분마다 물리 세정을 행했기 때문에 5.8이 되었다.

총 3개월의 운전 사이 TMP는 초기의 2.0배가 되었다. 그 후, 모듈을 장치로부터 제거하고, 누설 검사를 행했지만 누설 발생은 확인되지 않았다. 또한, 운전 후의 중공사막 모듈을 해체하고, 단사를 차아염소산 나트륨과 수산화나트륨 수용액의 혼합액, 옥살산과 질산의 혼합액으로 약품 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 사용하지 않은 막의 78 %에 상당하는 투과수량을 보였다.

막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 20 % 정도가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공도 약간이기는 하지만 폐색되어 있어 투과 수량의 저하 요인으로 추정되었다.

<예 32 (정화 방법·실시예)>

예 13의 중공사막 모듈을 사용한 것 이외는, 예 28과 동시에 동일한 조건으로 정화 운전을 행하였다. 20일간 운전 후, 그 평균 여과압은 초기의 3.3배가 되어 있었다.

운전 종료 후, 누설 검사를 행했지만 누설 발생은 확인되지 않았다.

또한, 상기 막 모듈을 차아염소산 나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 옥살산 수용액, 질산 수용액으로 회복율이 포화될 때까지 세정한 후, 순수 투과수량을 측정했더니 초기값의 70 %의 값을 나타내었다.

그 후, 중공사막 모듈을 해체하고, 막 외표면을 배율 5,000배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했더니 막 표면의 대략 50 %가 거칠어져 있고, 막 표면의 개공도비교적 넓은 면적에 걸쳐 폐색되어 있어 투과수량의 저하 요인으로 추정되었다.

예 1 내지 32의 결과를 표 2 내지 9에 나타내었다. 표 2 내지 9로부터 외경 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하의 중공사막을 사용하는 정화 방법에 있어서, 웨이브를 가진 중공사막을 사용하는 본 발명 범위 내의 방법이, 웨이브를 갖지 않는 중공사막을 사용하는 방법과 비교하여 안정된 여과를 행할 수 있는 것이 밝혀졌다. 또한, 부피도가 바람직한 범위 (1.45 이상 2.00 이하)인 경우, 파장·파고가 다른 웨이브가 혼재되어 있는 경우에 보다 바람직한 결과를 얻을 수 있는 것을 알았다.

본 발명의 정화 방법에 따르면, 무기 성분을 함유한 미립자를 포함하는 현탁수를 막으로 처리할 때, 미립자에 의한 막 표면의 흠 발생을 방지할 수 있고, 장기간에 걸친 안정한 여과가 가능하다. 따라서, 하천수, 호수 늪지대의 물, 복류수 등의 상수, 공업용수, 하수, 하수 이차 처리수, 공업 배수, 가정 배수, 배설물, 해수 등의 무기 성분을 갖는 현탁수의 정화 분야에 있어서 유용하다. 또한, 본 발명의 중공사막 모듈은 굵은 중공사막이 웨이브를 갖고, 부피가 크기 때문에, 막들의 마찰이 적고 막이 손상되지 않는다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명의 현탁수 정화 방법에 바람직하게 사용할 수 있으며, 현탁 물질의 배출성도 우수하다. 또한, 막 단부의 접착부 결함이 감소된 대형 모듈을 제조하기에 적합하다.

Claims

내경이 0.3 mm 이상 1.7 mm 이하, 외경이 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하, 막 두께가 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 편평률이 0.8 이상 1.0 이하이고, 웨이브를 갖는 중공사막을 여러개 가지런히 정리하여 이루어지는 중공사막 다발로서, 부피도가 1.45 내지 2.00인 중공사막 다발.
막 제조 원액을 2중 방사구로부터 중공사형으로 압출하여 중공사형 물질을 얻는 공정, 이 중공사형 물질을 냉각·고화 또는 응고시켜 중공사막을 얻는 공정, 이 중공사막을 여러개 가지런히 정리하는 공정을 포함하는 중공사막 다발의 제조 방법으로서, 상기 냉각·고화 또는 응고 공정에 앞서, 또는 상기 냉각·고화 또는 응고 공정 사이에 상기 중공사형 물질에 맥동류를 접촉시키는 것을 특징으로 하는 중공사막 다발의 제조 방법.
내경이 0.3 mm 이상 1.7 mm 이하, 외경이 0.5 mm 이상 3.1 mm 이하, 막 두께가 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 편평률이 0.8 이상 1.0 이하이고, 동시에 웨이브를 갖는 중공사막이 여러개 가지런히 정리되어 충전율 35 % 이상 55 % 이하로 수납된 중공사막 모듈.