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KR20040040434A - 나노여과 연수처리 장치 및 방법 - Google Patents

나노여과 연수처리 장치 및 방법 Download PDF

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KR20040040434A
KR20040040434A KR10-2004-7001013A KR20047001013A KR20040040434A KR 20040040434 A KR20040040434 A KR 20040040434A KR 20047001013 A KR20047001013 A KR 20047001013A KR 20040040434 A KR20040040434 A KR 20040040434A
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KR
South Korea
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water
stream
nanofiltration
permeate
influent
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KR10-2004-7001013A
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English (en)
Inventor
리로버트숭
무랄리다라하라파나할리에스
애쉬아우어마틴엔
Original Assignee
카르길,인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 카르길,인코포레이티드 filed Critical 카르길,인코포레이티드
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Abstract

연수처리 장치 및 방법을 기술한다. 특히, 폐수 흐름에 대한 이온 첨가 없이 물을 연화처리하는 장치 및 방법을 기술한다. 상기 장치는 일반적으로, 경수의 유입 흐름을 수용하고, 상기 유입 흐름의 일부를 함유하는 투과수 유출 흐름을 배출하고, 및 상기 유입 흐름의 일부를 함유하는 불투과수 유출 흐름을 배출하도록 구성 및 조립된 적어도 하나의 나노여과 필터 부재를 포함한다. 나노여과 필터 부재는 통상, 물 및 1가 이온은 통과하나 2가 이온을 실질적으로 통과시키지 않는 평균 세공 크기를 갖는 것이다.

Description

나노여과 연수처리 장치 및 방법 {NANOFILTRATION WATER-SOFTENING APPARATUS AND METHOD}
고농도의 칼슘 및 마그네슘 이온을 함유하는 물은 이들 두가지 이온이 다른 이온 및 화합물과 결합하여 딱딱하고 보기흉한 물때(scale)를 형성하므로 "경수" 라고 한다. 수백만 가구 특히, 지하수를 수원으로 사용하고 있는 가구들이 경수를 공급받고 있다. 개별 주거 지역의 우물은 지하수원에 의지하는 지방 자치 지역의 급수원으로서 경수의 주된 공급원이 된다. 경수는 싱크대 주변 및 식기류에 보기 흉한 막을 형성할 수 있고, 또한 의복에 경수 침착물이 형성되어 변색 및 직물의 연성도를 감소시키는 결과를 가져올 수 있다. 또한 일부 비누 및 세제는 경수에서 잘 듣지 않는다. 이 경우, 불쾌하거나 혹은 눈에 보이지 않는 비누막이 사람이나 세척 대상물에 남을 수 있다.
연수 장치 (연수기, water softener) 는 "경도" 이온(hardness ion)을 제거하여 경수를 감소시키기 위하여 개발되었다. 대부분의 가정용 연수기는 경도 이온을 우선적으로 제거하고 "연성" 이온(soft ion)인 나트륨으로 치환하는 이온 교환 기술을 활용한다. 이러한 연수기 시스템은 보통 수지 물질, 수지를 재생하기 위한 나트륨 공급원을 제공할 염수 탱크, 또한 처리 및 재생 과정에서 연수기를 통해 물의 흐름 방향을 정하는 유압식 제어기를 포함한다. 연수처리 사이클을 시작할 때 나트륨 이온이 수지의 교환 위치(exchange site)를 차지한다. 물이 수지를 통과할 때, 경도 이온에 대한 수지의 더 큰 인력으로 인해 경도 이온은 수지에 달라붙고, 나트륨 이온은 떨어져 나오게 된다. 철, 칼슘 및 마그네슘은 경도 이온이며 이들이 용액 중에 포함되어 있을 우 제거하는 것이 일반적이다. 그러나, 이온 교환은 통상적으로 현탁 물질은 제거하지 않는다.
매년 미국에서만 1백만개 정도로 추산되는 연수기가 판매되고 있으며 수억 달러가 염(salt)의 소비에 쓰이고 있다. 전체 가정 중 약 7 내지 12% 가 연수기를 구비하고 있다. 연수기 사용율은 도시보다 시골에서 더 높으며, 약 3% 로 추산되는 도시 거주자가 연수기를 사용하고 있다. 이들 대부분의 연수기는 지하수를 급수받고 있는 가정 및 소규모 영업장에 설치된다.
이온 교환 연수기는 다수의 응용분야에 적절하나, 심각한 한계성을 가지고 있다. 특히, 이온 교환 연수처리는 염수 배출로 인해 배출수의 염도가 순증가(net increase)하는 결과를 가져온다. 이 배출수의 염도의 순증가는 염수 배출 규제 법규가 적용되고 있는 지역에서 문제가 될 수 있다. 상기 법규는 배출수를 농업용으로 재사용하고, 배출수가 공급되는 땅에 과량의 염이 가해지는 것을 피하고자 하는 지역에서 종종 시행되고 있다. 추가적으로, 이온 교환 필터는 수지 재충전을 위한 나트륨 염의 정규적인 교환 및 염의 구입에 필요한 유지 비용을 필요로 한다.
경수에 관련된 심각한 문제점 및 기존의 연수기가 가진 한계성 측면에서, 더 개선된 연수 시스템이 요구된다.
본 출원은 미합중국에 소재하는 회사인 카르길 인코퍼레이티드사가 2001년 7월 20일 미국에 출원한 USSN 09/909,488호를 우선권으로 하여, 미국을 제외한 모든 지정국에 대하여 2002년 7월 19일자로 국제출원한 것이다.
본 발명은 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 적당한 규모의 급수 시스템에서 사용되는 음용수 연수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시에 따라 구성 및 조립된 연수 장치를 통과하는 물의 흐름을 도시하는 개략적인 다이어그램이고;
도 2는 본 발명의 실시예 따라 구성 및 조립된 연수 장치를 통과하는 물의 흐름을 도시하는 개략적인 다이어그램이다.
본 발명은 연수 장치 및 방법, 특히 폐수 흐름에 대한 이온의 첨가 없이 물을 연화하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다. 상기 장치는, 폐수 흐름에 대한 염의 첨가 없이 물을 연화처리 하기 위하여 경도 이온 특히 큰 이온들 (칼슘 및 마그네슘 2가 이온 등의)을 선별적으로 제거하는 적어도 하나의 나노여과(nanofiltration) 필터 부재(element)를 사용한다.
본 발명에 따라 제작된 연수기는, 하나의 물 유입 흐름 및 두개의 배출 흐름을 갖도록 구성된, 일반적으로 적어도 하나의 나노여과 필터 부재를 포함한다. 유입 흐름은 이 유입 흐름의 일부를 포함하는 투과수(permeate water)로 이루어진 제1 유출 흐름과 또한 상기 유입 흐름의 나머지 일부를 포함하는 불투과수(non-permeate water)로 이루어진 제2 유출 흐름으로 나뉘는 음용(potable) 경수를 수용한다. 투과수의 유출 흐름 중 적어도 일부는 불투과수의 유출 흐름보다 더 낮은 경도를 가진다.
나노여과 필터 부재는 물 및 대부분의 1가 이온들을 통과시키는 반면 대부분의 2가 이온들은 차단하는 정도의 평균 세공 크기를 갖는 것이 일반적이다. 상기장치는 물의 유입 흐름에 대하여 전체 염 농도가 증가하지 않도록 구성되는 것이 유리하다. 따라서, 연수 장치는 물의 흐름에 이온을 첨가하지 않고 오히려 유입 흐름에서 적어도 일부 이온들을 제거한 뒤, 이들을 폐기될 불투과성 유출 흐름 속으로 배출시킨다. 양으로 하전된 막(멤브레인:membrane)을 가진 필터 부재를 포함하여 각종의 나노여과 필터 부재가 본 발명에 사용하기에 적합하다.
본 발명은 종래의 가정용수의 요건을 만족하기에 충분한 고유속으로 비교적 저압에서 연수를 제조하는데 적합하다. 본 발명에 따라 제작된 연수기는 200lb/in2미만의 압력에서 적절한 지속성 흐름을 생산할 수 있다. 본 발명의 특별한 실시 형태는 24시간 주기당 200 갤런 이상의 투과수 유출 흐름을 갖도록 구성 및 조립된 장치를 제공한다. 연수 장치는 또한 일반적으로 효율이 높고 유입 흐름의 80% 이상을 함유하는 투과수 유출 흐름을 생산할 수 있다. 어떤 실시 형태에서는, 투과수 유출 흐름이 85% 이상의 유입 흐름을 함유하는 것에 반하여 또다른 실시 형태에서는 투과수 유출 흐름이 90% 이상의 유입 흐름을 함유한다. 투과수 유출 흐름은 통상적으로 예컨대, 3.5 그레인/갤런 미만의 경도를 가질 수 있다. 본 발명은 음용수에 사용하는데에 아주 적합하며, 따라서 유입 흐름은 자치 지역의 급수 시설 혹은 거주 지역의 우물로부터 얻는 음용수를 일반적으로 포함한다.
본 발명은 또한 연수 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 일반적으로, 경수 유입 흐름을 수용하고; 유입 흐름 중 일부를 포함하고 또한 나노여과 필터를 통과한 투과수로 이루어진 제1 유출 흐름을 배출하고; 또한 유입 흐름 중 일부를 포함하고또한 나노여과 필터를 통과하지 않은 불투과수로 이루어진 제2 유출 흐름을 배출하도록 구성 및 조립된 적어도 하나의 나노여과 필터 부재를 제공하는 것을 포함한다. 투과수 유출 흐름은 불투과수 유출 흐름보다 더 낮은 경도를 갖는다.
본 발명의 실시 형태는 다음의 상세한 설명에서 구체적으로 기술되며 도면에 나타내는 바와 같다. 도면 상의 유사 부분에 대하여는 유사한 부호로 표기한다.
본 발명은 다양한 수정과 변형이 가능하고, 세부 내용은 도면에서 예시적으로 나타내었으며 다음에서 더 상세히 기술한다. 그러나, 본 발명은 여기서의 특정한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 반대로, 본 발명은 다음의 상세한 설명에서 기술된 바와 같은 발명의 사상 및 범위 내에 속하고 또한 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되는 모든 변경, 등가물 및 변형예를 포함한다.
본 발명은 연수 장치 및 방법 특히 폐수 흐름에 이온을 첨가할 필요가 없는 연수 장치 및 방법에 관한 것이다.
A. 시스템 개요.
본 발명의 장치는 경수의 유입 흐름을 수용하고, 유입 흐름의 첫번째 부분을포함하는 투과수 유출 흐름을 배출하고, 유입 흐름의 두번째 부분을 포함하는 불투과수 유출 흐름을 배출하도록 구성 및 조립된 적어도 하나의 나노여과 필터 부재를 일반적으로 포함한다. 투과수 유출 흐름의 적어도 일부는 불투과수 유출 흐름보다 더 낮은 경도를 가진다.
본 발명의 제1 실시예에 관하여 일반화된 개략적인 다이어그램을 도 1에 나타낸다. 음용수(10)는 (거주 지역의 우물 등)으로부터 공급되며 하나 이상의 프리필터(12) (침전, 염소, 철 필터 혹은 생물학적 필터 등)에 의해 선택적으로 처리된다. 전처리 단계후, 물은 나노여과막 유닛(14)을 통과한다. 나노여과 막 유닛(14)은 음용수를 위한 유입구, 여과막(filter membrane)을 통과한 투과수를 위한 유출구 및 여과막을 통과하지 않은 불투과수를 위한 유출구를 따라 적어도 하나의 나노여과 부재를 포함한다. 투과수(16)는 후에 사용 장소(18)에서 배출되는 연수를 포함한다. 불투과수(20)는 나노여과막을 통과하지 않은 물과 함께, 2가의 경도 이온을 함유한다. 이 불투과수(20)는 하수구를 통해 배출되거나 혹은 경도 이온들이 문제가 되지 않는 사용 목적에 이용되는 등의 방식으로 후에 폐기된다.
본 발명의 제2 실시예에 관한 일반화된 개략적인 다이어그램은 도 2에서 나타내며, 이것은 불투과수가 나노여과막 유닛의 후방을 통해 부분적으로 재순환되는 것 이외에는 제1 실시예와 유사하다. 음용수(10)가 공급되고 또한 하나 이상의 예비필터(prefilters)(12)에 의해 선택적으로 처리된다. 임의의 전처리 단계 후, 물은 나노여과막 유닛(14)을 통과한다. 나노여과막 유닛(14)은 음용수의 유입구와 또한 투과수용 유출구 및 불투과수용 유출구를 따라 적어도 하나의 나노여과 부재를 포함한다. 투과수(16)는 추후의 사용 장소(18)로 배출되는 연수를 포함한다. 불투과수(20)는 나노여과막을 통과하지 않은 물과 함께, 2가의 경도 이온을 함유한다. 상기 불투과수(20)의 일부는 나노여과 부재 유닛(14) 속으로 순환하여 되돌아가며, 이 경우 추가의 물이 나노여과막을 통과하여 물의 회수율을 증대시킬 수 있다. 상기 재순환된 물은 물이 처음 통과한 동일한 나노필터 부재를 통과할 수 있거나 또는 제2의 나노여과 부재를 통과하여 물의 회수율을 증대시킬 수 있다. 재순환 되지 않는 불투과수(20)는 폐기수(22)로 배출 폐기된다.
대부분의 실시예에서는 나노여과 부재를 1개만 사용한다. 그러나, 복수개의 나노여과 부재를 병렬로 배열하여 사용함으로써 유속을 증대시키거나, 나노여과 부재의 운전 기간을 연장하거나 혹은 더 작은 개별 부재를 사용할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 별도로, 복수개의 나노여과 부재를 직렬로 배열하여 사용할 수도 있다. 이러한 실시예에서 유입수는 적절한 이온 제거율 및 유속을 제공하기 위하여 순차적으로, 2개 이상의 나노여과 부재를 통과한다. 이러한 장치들은 이온 제거율이 낮은 필터를 사용할 수 있으므로 유리하다.
본 발명은, 단일 배수망(water distribution network)을 가진, 따라서 경도면에서 다양한 수종(types of water)을 위한 상이한 배수 시스템을 제공하지 못하는 기존의 거주 지역에 설치하기에 특히 적합하다. 한 거주지에서 사용하기 위한 것으로서, 하나는 경수용이며 다른 하나는 연수용인, 2개의 출수구(water output)를 가진 연수 장치는 공지되어 있다. 이러한 시스템은 사용자의 급수 설비에 대한 광범위한 인지가 요구되며, 따라서 경수 (상기 시스템에 사용되는)가 유입수보다더 높은 경도를 갖게 되는 경우가 종종 있다. 이러한 시스템은 한 거주지 내에서 급수 설비를 분리하기 어려운 난점 및 유입수보다 더 큰 경도를 가진 물을 사용함에 따른 문제점 때문에 불리하다. 또한, 본 발명의 실시예는 부분 여과된 물을 위한 재순환 탱크나 저수(holding) 탱크를 사용할 필요가 없는 대신, 불투과수를 폐수 흐름에로 방류한다.
B. 나노여과 부재.
각종 나노여과 필터 부재를 본 발명에서 사용할 수 있다. 이 필터 부재는 비교적 낮은 압력에서 경수를 연화하는데 사용하는 한편 높은 유속 및 회수율을 제공하기에 적합해야 한다. 한편, 모든 나노여과 부재가 적절한 경도 이온 제거율, 물의 유동 및 물의 회수율을 제공하지는 않는다. 적절한 나노여과 부재를 하기에서 더 상세히 설명한다.
일반적으로, 본 발명에서 사용하기에 적합한 나노여과 부재는, 거주민의 요구에 맞는 충분히 큰 물의 유속 및 회수율을 제공하기 위하여 비교적 낮은 압력하에 나노여과 부재를 통과하는 물의 풍부한 유량과 함께, 2가의 이온에 대한 높은 제거율을 갖는 것이다. 이들 2가 이온들은 칼슘 및 마그네슘 등의 수많은 경도 이온들을 포함한다. 유속은, 필터를 통과하는 평균 최대(peak) 유속을 의미한다. 회수율은, 연수기에 들어가는 물의 양에 대해 연수로서 회수되는 유입수의 백분율을 의미한다. 이들 특정 파라미터는 모두 개별적으로도 중요하나, 이들 파라미터의 조합은 거주지 및 소규모 사업장에서 사용하기에 적절한 연수기를 제공함에 있어서 특히 중요하다.
나노여과 필터 부재는 물 및 1가 이온들을 통과시키는 반면 2가의 이온들 특히, 물의 경도에 관련된 2가 이온들은 실질적으로 통과시키지 않는 평균 세공 크기를 갖는 것이 일반적이다. 각종 이온들이 이온 제거율을 측정하는데 사용될 수 있으며 이러한 측정에 적합한 이온 중 하나가 칼슘 이온이다. 본 발명에서 유용한 통상의 나노여과 필터 부재는 운전 조건 하에서 필터 부재를 통과하는 칼슘 이온 중 보통 80% 이상을 차단한다. 더 적합한 필터 부재는 운전 조건 하에서 필터를 통과하는 칼슘 이온 중 85% 를 차단하는 것이다. 더욱 바람직한 필터 부재는 90% 이상의 칼슘 이온 제거율을 갖는다. 나노여과 부재는 물의 충분한 유량 혹은 플럭스(flux)를 가져야 한다. 통상적으로, 나노여과 부재를 통과하는 물의 플럭스는 1시간당 여과막 1m2에 대해 적어도 75리터(lmh)이다.
바람직한 나노여과 부재는 보통 20 내지 500, 더 일반적으로는 100 내지 400, 더욱더 일반적으로는 200 내지 300 의 분자량 여과 차단(cut-off) 직경을 가진다. 여기서의 여과 차단 (분자량으로 표시)은 여과 측정에 관한 종래의 기술에 따른 것으로 고비율로 제거되는 물질의 분자량 범위를 일컫는 것이다. 그러나, 일반적으로는 상기 차단 범위 내의 분자량을 갖는 소량의 물질만이 막을 통과할 것이다. 추가로, 차단 범위 밖의 분자들은 비교적 높은 고비율로 제거될 수 있으나 이 제거율은 차단 범위 내에서보다 더 낮은 값을 갖는 것이 일반적이다. 더 큰 분자량 차단을 갖는 필터가 사용되면 물의 유량을 증대시킬 수 있다. 이 방식에서, 분자량 차단 범위가 200 내지 300 인 여과 부재를 사용하면 칼슘 이온을 충분히 제거하고또한 적정량의 물이 통과하게 된다.
본 발명의 장치는 물의 유입 흐름에 대한 전체 염 농도가 증가하지 않도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 연수 장치는 물의 흐름에 이온을 가하지 않고 오히려 적어도 일부의 이온을 유입 흐름으로부터 제거하여 이것을 불투과 유출 흐름으로 배출한다. 양으로 하전된 막을 갖춘 필터 부재를 포함한 다양한 나노여과 필터 부재가 본 발명에서 적절하게 사용되며, 이는 상기 막이 2가의 경도 양이온을 제거하고 이들이 막을 통과하는 것을 차단할 수 있기 때문이다.
나노여과 부재의 크기는 이것이 사용되는 응용 분야에 따라 선택되는 것이 일반적이다. 따라서, 나노여과 부재의 길이, 폭 및 표면적은 모두 특정 용도에 대한 연수 장치의 적합성을 향상시키는 방향으로 선택할 수 있다. 나노여과 부재는 나선형 권선막(wound membrane), 중공관(hollow tube) 및 섬유형 등을 포함한 다양한 구성으로 된다. 일반적으로, 나노여과 부재는 나선형 권선막이다. 나노여과 부재의 표면적은 보통 3 m2보다 크나 및 12 m2보다는 작고, 더 바람직하게는 6 내지 10 m2이다. 나노여과 부재는 거주지에 설치할 수 없는 대형 하우징의 제작이 필요할 정도로 길어서는 안된다. 연수 장치는 가정의 사용 구역에 설치되도록 선택되는 것이 일반적이다. 적절한 부재는 예컨대, 40 내지 125 cm 정도의 총 필터길이를 가질 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 나노여과 부재의 직경은 보통 5 내지 15 cm 이다.
연수 장치에 사용하기에 적합한 나노여과막은, 공급수가 7 내지 10 ppm 미만의 염소를 함유하는 경우 통상 25 gfd 에서 95 psig 일 때 0.5% MgSO4의 제거율이 99% 이상인 박막형 폴리아미드 복합재료(composite)막 즉, 코치(Koch)막인 TFC-SR1 을 포함한다.
C. 기타 부재.
본 발명의 연수기는 거주지 (및 유사 용도)에 사용하기에 필요한 소형 크기로 고도의 연수 능력을 제공할 수 있도록 설계된다. 연수기는 통상적으로, 연수 및 저장수를 담는 저수탱크 혹은 압력 탱크를 가질 필요가 없도록 충분한 물의 유량을 제공한다. 따라서, 연수기는 일반 가정의 요구에 맞는 즉각적인 연수 처리를 행하는 것이 보통이다. 미생물에 의한 저장 탱크의 오염 용이성을 떨어뜨릴 수 있으므로, 저장 탱크를 사용하지 않는 것이 소비자에게 유익하다. 또한, 저수 탱크를 사용하지 않으면 연수 장치의 크기 및 비용을 감소시키게 된다. 그러나, 물 수요량이 최대가 되는 때에 대응하기 위하여 적어도 일부의 연수를 저장하는 용기가 사용되는 경우도 있다.
나노여과 부재의 성능 및 수명을 향상시키기 위하여 각종 예비필터도 본 발명에 바람직하게 사용된다. 예를 들어, 예비필터가 없을 경우 나노여과 필터 부재를 막히게 할 큰 현탁물질을 제거하기 위하여 상기 예비필터를 사용할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 다른 예비필터로서, 유입수원으로부터 철을 제거하기 위한 철 예비필터, 유입수원으로부터 침전물을 제거하기 위한 침전물 예비필터, 유입수원으로부터 염소를 제거하기 위한 염소 예비필터, 및 박테리아, 원생동물 및 기타 미생물류를 제거하기 위한 생물학적 예비필터 등이 있다.
예비필터의 사용에 더하여, 물때를 야기함 없이 유속을 향상시키기에 충분하도록 물을 가열하거나 혹은 물때를 방지하기 위해 유입수를 자기학적으로 예비처리(pretreat)함으로써 연수 능력을 개선하기 위하여 물을 예비처리할 수 있다. 화학적 예비처리 등의 다른 예비처리 단계도 본 발명의 실시에 사용하기에 적합하다.
D. 운전 파라미터
일반적으로, 본 발명에서 연화된 물은 지하수원에서 공급되는 것과 같은 음용수이다. 예를 들어, 물은 개별 거주지 우물이나, 자치 지역내 급수 시설 (통상 지하수를 포함하는) 혹은 기타의 수원으로부터 얻어진다. 공급된 물은 대개는 음용이 가능하나, 음용할 수 없는 물이라도 오염물 (크립토스포리디움(cryptosporidium) 등의)을 제거하는 예비필터를 제공하면 특정의 용도에 사용할 수 있다.
본 발명의 연수기는 종래의 이온교환 연수기에 요구되는 공간과 동등하거나 이보다 작은 공간 내에 설치될 수 있는 크기를 갖는 것이 일반이다. 이 때문에 (본 발명의) 연수 장치를 기존의 연수기 대신 사용할 수 있게 된다. 어떤 실시예에서, 본 발명의 연수기는 유사한 연수용량을 갖는 이온교환 연수기보다 현저히 작은 크기로 구성된다. 이러한 크기 감축은 이온교환 매질 혹은 재충전 탱크를 가질 필요가 없기 때문에 가능하다.
상기에서 검토한 바와 같이, 본 발명의 연수기는 비교적 저압, 통상 250psig 이하에서 운전할 수 있도록 구성 조립된다. 저압이기 때문에 고가의 가압 장비의 사용을 피할 수 있다. 본 발명의 특정한 실시 형태는 투과수의 유출 유량이 24시간 주기당 200 갤런 이상이 되도록 구성 조립된 장치를 제공하는 것이다. 일반적으로, (본 발명의) 연수 장치는 투과수의 최대 유속이 10 갤런/분 이하, 더 일반적으로는 5 내지 10 갤런/분 이 될 수 있다. 연수 장치는 또한 효율이 높고 유입 흐름의 80% 이상을 함유하는 투과수의 유출 흐름을 생성할 수 있다. 어떤 실시 형태에서는, 투과수의 유출 흐름이 유입 흐름의 90% 이상을 함유한다. 투과수의 유출 흐름은 일반적으로, 예컨대 3.5 그레인/갤런 미만의 경도를 가질 수 있다.
E. 방법.
본 발명은 또한 연수 방법에 관한 것이다. 연수 방법은 일반적으로, 경수의 유입 흐름을 수용하고; 유입 흐름의 일부를 함유하고 나노여과 필터를 통과한 투과수로 이루어진 제1 유출 흐름을 배출하고; 유입 흐름의 일부를 함유하고 나노여과 필터를 통과하지 않은 불투과수로 이루어진 제2 유출 흐름을 배출하는 단계들을 포함하고; 상기 투과수의 유출 흐름이 상기 불투과수의 유출 흐름보다 낮은 경도를 가지도록 구성 및 조립된 적어도 하나의 나노여과 필터 부재의 제공을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 형태는 상술한 본 발명의 명세서 및 실시 형태로부터 당업자라면 예상할 수 있을 것이다. 본 발명의 상세한 설명은 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 전체 범위 및 사상은 후술하는 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
본 발명에 따른 연수 장치 및 연수 방법은 폐수 흐름에 대한 염의 첨가 없이칼슘 및 마그네슘 2가 이온 등의 경도 이온들을 선별적으로 제거하여 물을 연화 처리하는데 유용하다.

Claims (40)

  1. 적어도 80% 의 칼슘 이온을 제거하도록 구성되고 또한:
    a) 경수의 유입 흐름을 수용하고,
    b) 적어도 80% 의 유입 흐름을 포함하는 투과수 유출 흐름을 배출하고, 및
    c) 적어도 20% 의 유입 흐름을 포함하는 불투과수 유출 흐름을 배출하도록 구성되는 적어도 하나의 나노여과 필터 부재를 포함하고;
    상기의 투과수 유출 흐름은 상기의 불투과수 유출 흐름보다 낮은 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재는 250 psi 미만의 압력에서 경수의 유입 흐름을 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재는 20 내지 500 의 분자량 차단(cut-off)을 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재를 통과하는 물의 플럭스(flux)가 적어도 75 리터/m2/시간 인 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재는 85% 이상의 칼슘 이온 제거율을 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재는 90% 이상의 칼슘 이온 제거율을 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재는 적어도 90% 의 유입 흐름을 포함하는 투과수 유출 흐름을 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    투과수의 최대 유출 유속은 10 갤런/분 이하인 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재는 물 및 1가 이온은 통과시키나 2가 이온은 실질적으로 통과시키지 않는 평균 세공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 물의 유입 흐름에 대한 총 염 농도(total salt levels)를 실질적으로 증가시키지 않는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    나노여과 부재는 양으로 하전된 막(membrane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    유입 흐름은 음용수를 포함하는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    투과수 유출 흐름은 3.5 그레인/갤런 미만의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 24 시간 주기당 200 갤런 이상의 투과수 유출 흐름을 갖도록 구성 및 조립되는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  15. 제 1항의 장치를 사용하여 연화된 물.
  16. 적어도 85% 의 2가 경도 이온을 제거하도록 구성되고, 또한:
    a) 경수의 유입 흐름을 수용하고,
    b) 적어도 90% 의 유입 흐름을 포함하는 투과수 유출 흐름을 배출하고, 및
    c) 적어도 10% 의 유입 흐름을 포함하는 불투과수 유출 흐름을 배출하도록 구성되는 적어도 하나의 나노여과 필터 부재를 포함하고;
    상기의 투과수 유출 흐름은 상기의 불투과수 유출 흐름보다 낮은 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 장치는 하나의 나노여과 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 장치는 2개 이상의 나노여과 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  19. 제 16항에 있어서,
    나노여과 부재는 90% 이상의 제거율을 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 장치는 적어도 90% 의 물 회수율을 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 장치는 최대 유속(peak flow rate)이 5 내지 10 갤런/분 인 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  22. 제 16항에 있어서,
    나노여과 부재는 20 내지 500 의 분자량 차단을 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  23. 제 16항에 있어서,
    나노여과 부재는 물 및 1가 이온은 통과시키나 2가 이온은 실질적으로 통과시키지 않는 평균 세공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  24. 제 16항에 있어서,
    상기 장치는 물의 유입 흐름에 대한 총 염 농도를 실질적으로 증가시키지 않는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  25. 제 16항에 있어서,
    유입 흐름은 200 lb/in2이하의 압력에서 공급되는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  26. 제 16항에 있어서,
    나노여과 부재는 양으로 하전된 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  27. 제 16항에 있어서,
    유입 흐름은 음용수를 포함하는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  28. 제 16항에 있어서,
    투과수 유출 흐름은 3.5 그레인/갤런 미만의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  29. 제 16항에 있어서,
    상기 장치는 24 시간 주기당 200 갤런 이상의 투과수 유출 흐름을 갖도록 구성 및 조립되는 것을 특징으로 하는 연수처리 장치.
  30. 제 16항의 장치를 사용하여 연화된 물.
  31. 적어도 80% 의 칼슘 이온을 제거하도록 구성된 적어도 하나의 나노여과 필터 부재를 제공하는데:
    적어도 2 그레인/갤런 의 경도를 가진 물의 유입 흐름을 수용하고;
    적어도 80% 의 유입 흐름을 함유하고, 나노여과 필터를 통과한 투과수로 이루어진 제1 유출 흐름을 배출하고; 및
    적어도 20% 의 유입 흐름을 함유하고, 나노여과 필터를 통과하지 않은 불투과수로 이루어진 제2 유출 흐름을 배출하는 단계들을 포함하고;
    상기 투과수 유출 흐름이 상기 불투과수 유출 흐름보다 낮은 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    나노여과 부재는 물 및 1가 이온은 실질적으로 통과시키나 2가 이온은 실질적으로 통과시키지 않는 평균 세공 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 방법은 물의 유입 흐름에 대한 총 염 농도를 실질적으로 증가시키지 않는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  34. 제 31항에 있어서,
    유입 흐름은 200 lb/in2이하의 압력에서 공급되는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  35. 제 31항에 있어서,
    유입 흐름은 140 내지 200 lb/in2이하의 압력에서 공급되는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  36. 제 31항에 있어서,
    나노여과 부재는 양으로 하전된 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  37. 제 31항에 있어서,
    투과수 유출 흐름은 유입 흐름의 90% 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  38. 제 31항에 있어서,
    투과수의 유출 흐름은 3.5 그레인/갤런 미만의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  39. 제 31항에 있어서,
    상기 방법은 24 시간 주기당 200 갤런 이상의 투과수 유출 흐름을 갖도록 구성 및 조립되는 것을 특징으로 하는 연수처리 방법.
  40. 제 31항의 방법을 사용하여 연화된 물.
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