KR100513602B1

KR100513602B1 - 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어 제조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100513602B1
Application number: KR10-2003-0033428A
Authority: KR
Inventors: 이재근; 박성은; 신진혁; 정창일; 이창근; 박상경; 차승룡
Original assignee: 부산대학교 산학협력단; 주식회사 엔바이오니아
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2005-09-16
Also published as: KR20040101723A

Abstract

본 발명은 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물 속에 존재하는 오염 물질을 제거하기 위해 나노 사이즈의 유리 섬유를 이용하여 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어를 제조하는 방법 및 이를 제조하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제조 방법 및 제조 장치에 의해서 제조된 다공성 필터 미디어는 양전하가 부가되어 있기 때문에 필터의 여과 효율이 우수하다는 장점과 연속적으로 필터 미디어를 제조할 수 있다는 장점이 있다.

Description

양전하가 부가된 다공성 필터 미디어 제조 장치 및 방법{AN METHOD FOR MAKING THE PORE FILTER MEDIA OF HAVING THE ELECTROPOSITIVE CHARGE, AND ITS MAKING APPARATUS}

일반적으로 물 속에는 천연유기물질(Natural Organic Matter; NOM)을 비롯한 수많은 이온성 물질, 화학물질이 존재하며 상수처리 과정에서 제거되지 않고 새로운 오염물질을 발생시키는 원인물질로 작용한다. 또한, 최근에는 염소소독으로 제거되지 않은 병원성 미생물에 대한 존재여부가 논란이 되고 있다. 바이러스(Virus), 크립토스포리디움(Crytosphoridium), 자이알디아(Giardia) 등으로 분류되는 병원성 미생물은 인체 및 동물의 분변을 통해 환경 중으로 배출되어 하수 뿐 아니라 지표수와 지하수에도 존재한다. 바이러스는 0.02-0.09㎛, 박테리아는 0.4-14㎛, 폭 0.2-1.2㎛의 크기를 갖으며 크립토스포리디움, 자이알디아 등 원생동물은 바이러스나 박테리아에 비해서는 비교적 큰 편이다. 바이러스의 경우 크기가 매우 작기 때문에 일반 여과에 의해서는 거의 처리되지 않으며 내성이 강한 Cyst를 형성하여 물에서 수개월이상 안정적으로 살아있다. 현재 물 속의 미량오염물질을 제거하기 위하여 상수처리과정에서 고도응집처리 또는 활성탄 흡착, 막여과가 제시되고 있는데 최근 막을 사용한 정수처리공정에 대한 국가단위의 대규모 연구가 진행중이다. 특히, 막 여과에 대해서는 최근에 많은 연구가 이루어져 고도정수처리 과정에서 실용화가 타진되고 있는데 아직까지도 경제적인 비용과 기술적인 문제로 인해 폭넓게 이용되지는 못하고 있다. 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(MF)으로 분류되는 막을 비롯한 기존 필터들은 기공(pore)의 사이즈를 이용하여 물리적인 기작에 의거하여 물 중 오염물질을 제거하는 시스템이다.

종래의 수처리용으로 널리 사용되는 마이크로 섬유 필터는 여과 면적이 작고 정전기력이 없기 때문에 효율이 떨어진다는 단점이 있었으며, 멤브레인 필터는 여과 효율은 높으나 압력 손실이 크다는 단점이 있었다. 따라서, 마이크로 섬유 필터와 멤브레인 필터의 단점을 보완하기 위한 나노 사이즈의 기공을 가지는 섬유 필터에 정전기력을 부과함으로써 섬유 필터의 여과 효율을 증가시키고, 압력 손실을 감소시키는 연구가 진행되고 있다.

도 1은 종래의 여과 필터와 양전하가 부가된 다공성 필터의 여과원리를 비교하기 위한 개념도이다. 일반적으로 용존상 유무기 오염물질들은 이온화된 상태로 물 중에 분포하며 바이러스와 같은 미생물도 물 중에서는 음전하를 띈다. 이러한 오염 물질의 정전기적 특성을 이용하여 오염물질을 흡착시키는 필터에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 양전하를 부가한 필터에 대한 연구는 국내에서는 전무한 상태이며 주로 외국에서 개발되어 왔다. 외국의 경우에 있어서도, 주로 멤브레인 막에 양전하를 부가하여 여과 효율을 증가시키는 방향으로 연구가 진행되어 왔으며, 섬유 필터에 양전하를 부가하는 연구는 손으로 꼽을 정도이다. 섬유 필터에 양전하를 부가하는 외국의 연구로서, 미국의 폴社에서는 카본입자(200∼2000㎛)와 저밀도 폴리에틸렌 바인더를 대기온도에서 혼합하여 1∼2분간 가압하여 다공성 필터를 제조하였으며, 미국의 암웨이社는 카본입자(30∼840㎛)와 초고분자량의 폴리에틸렌 바인더를 혼합하여 다공성 필터를 제조하였고, 미국의 케이티社는 폴리에틸렌-비닐 공중합체를 고온, 고압에서 가압하여 다공성필터를 제조하였다.

그러나, 이러한 외국에서 제조된 섬유 필터는 제타 포텐셀 값이 낮기 때문에 정전기력이 떨어져 여과 효율이 낮다는 단점이 있었다. 또한, 섬유 필터 재질에 있어서도 나노 사이즈 섬유 제조가 가능하고, 물성이 우수한 유리 섬유에 정전기력을 부과하는 연구는 거의 전무한 상황이다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 나노 사이즈의 유리 섬유를 이용하여 정전기가 부과된 고효율, 저압력 손실의 특징을 가지는 수처리용 나노 필터 미디어의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어의 제조방법은 ⅰ) 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중량비 15∼25%의 수지에, 중량비 3∼5%의 염산(Muriatic Acid) , 중량비 70∼80 %의 물을 혼합 교반하여 콜로이드 수지를 제조하는 단계, ⅱ) 지름이 0.05∼0.75 ㎛인 유리 섬유 50∼70 중량%, 지름이 10∼20㎛인 셀룰로오스 20∼45 중량%, 상기 콜로이드 수지 5∼10 중량%를 혼합 교반하여 슬러리를 제조하는 단계, ⅲ) 상기 ii)단계에 의해서 제조된 슬러리를 친수성 극세사 메쉬에 적층하는 단계, ⅳ) 매쉬에 적층된 슬러리의 수분을 제거하기 위해 건조시키는 단계, ⅴ) 필터 미디어의 성형성을 유지하고 균일한 두께의 필터 미디어의 형성하고 섬유간의 결속강화를 통한 기공 크기를 조절하기 위하여 상기 슬러리를 롤러 가압 장치를 통해 가압하여 필터 미디어를 제조하는 단계, ⅵ) 상기 롤러 가압 장치를 통과한 필터 미디어 내의 잔여 수분을 제거하는 단계, 및 ⅶ) 필터 미디어를 벨트와 분리시켜 필터 미디어를 권취하는 단계를 포함한다. 한편, 상기 셀룰로이드는 Wood Pulp, 목화, 양모, 황마, 대마 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어의 제조 장치는 필터미디어 재료인 유리 섬유, 셀룰로오스, 및 콜로이드 수지를 슬러리 상태로 혼합시키고 교반하기 위한 교반기, 상기 교반된 슬러리를 균일하게 적층시키기 위한 슬러리 공급 호퍼, 상기 교반된 슬러리를 균일하게 적층시키기 위해 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 호퍼, 상기 슬러리 공급 호퍼로부터 슬러리가 적층되어 필터미디어가 형성되는 벨트, 상기 벨트에 적층된 필터 미디어 내의 수분을 제거하기 위한 진공 흡입 장치, 필터 미디어의 성형성을 유지하고 균일한 두께의 필터 미디어를 형성하고 섬유간의 결속강화를 통한 기공 크기를 조절하기 위한 롤러 가압 장치, 상기 롤러 가압 장치를 통과한 필터 미디어 내의 잔여 수분을 제거하기 위한 건조 장치, 상기 건조 장치를 통과하여 형성된 필터 미디어를 벨트와 분리시켜 권취하는 권취 장치, 및 필터 미디어 제조장치를 전체적으로 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 벨트의 장력을 조절하기 위해서 장력 조절 장치를 추가적으로 포함하고, 상기 벨트는 극세사 친수성 메쉬가 사용되고, 건조 장치는 열풍 건조 장치가 사용된다. 상기 진공 흡입 장치는 1개 이상의 진공 펌프를 사용할 수 있는 데, 상기 진공 펌프의 수분 흡입력은 상기 슬러리 공급 호퍼로부터 멀어질수록 강화된다. 이는 슬러리 공급 호퍼로부터 멀어질수록 필터 미디어의 수분이 적기 때문에 보다 흡입력이 강화될 필요가 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 슬러리 공급 호퍼는 벨트에 슬러리를 균일하게 적층시키도록 오버플러우관을 포함하며, 상기 제어부는 벨트의 구동 속도, 진공 흡입 장치의 진공 흡입력, 교반기의 교반 속도, 슬러리 공급호퍼의 슬러리 공급 유량, 가압 로울러의 가압력, 및 벨트와 슬러리 공급호퍼의 간극을 조절한다.

이하에서, 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어의 제조 방법 및 제조장치에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어는 먼저, 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중량비 15∼25%의 수지에, 중량비 3∼5%의 염산(Muriatic Acid) , 중량비 70∼80 %의 물을 혼합 교반하여 콜로이드 수지를 제조한다.

멜라민 포름알데히드의 경우에는 분말 형태이므로, 이는 이를 용해시키기 위해서 상온에서 약 3∼10시간 정도 교반한다. 멜라민 포름알데히드 분말이 충분히 용해되지 않으면, 목적하는 기공 크기의 다공성 필터를 제조할 수 없게 된다.

콜로이드 수지를 제조한 후, 지름이 0.05∼0.75 ㎛인 유리 섬유 50∼70 중량%, 지름이 10∼20㎛인 셀룰로오스 20∼45 중량%, 상기 콜로이드 수지 5∼10 중량%를 혼합 교반하여 슬러리를 제조한다. 여기서, 유리 섬유는 나노 사이즈의 분말형태이므로, 콜로이드 수지를 첨가하기 전에 충분한 물을 첨가하여 교반을 통해 분산시킨 유리 섬유가 사용된다. 셀룰로오스 또한 물에 첨가하여 교반을 통해 분산시킨 셀룰로오스가 사용된다. 셀룰로이드는 Wood Pulp, 목화, 양모, 황마, 대마 또는 이의 혼합물이 사용된다.

이하에서는 도 2에 도시된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어 제조장치의 개략도이다.

교반기(12)는 섬유의 엉킴을 방지하여 용액 속에서 일정하게 분산시켜 주며, 콜로이드 수지가 일정한 농도로 용액 속에 분포케 하는 역할을 한다. 필터 미디어의 제작에서 필터 성분을 골고루 분산시키는 것이 무엇보다 중요하며, 이는 제조된 필터의 성능을 좌우하게 된다. 따라서 슬러리는 교반기를 통해서 충분히 교반시켜 주어야 한다. 바람직하게는 약 3∼10시간 정도의 교반이 필요하다. 교반기(12)와 더불어 섬유의 종류에 분산제를 첨가하여 분산을 시키기도 한다. 교반기(12)를 구동하기 위한 구동모터는 속도 조절이 가능하고 좌우회전식 모터가 사용되며, 교반기의 회전속도는 1000∼3000 rpm이 바람직하다.

교반기(12)의 슬러리(22)는 펌프(16)에 의해서 슬러리 공급 호퍼(18)에 유입시킨 후, 친수성 극세사 메쉬 벨트(20)에 적층된다. 균일한 필터 미디어를 제조하기 위해서는 슬러리(22)를 극세사 메쉬 벨트(20) 위에 균일하게 적층시키는 것이 중요하며, 이를 위해서는 슬러리(22)를 벨트(20)위에 공급 시, 슬러리 분사노즐을 통해 막힘없이 균일하게 분사시키는 공급노즐의 형상과 벨트와의 간격 그리고 슬러리 노즐에서의 수압을 일정하게 유지시킬 수 있도록 슬러리 공급장치를 설계하는 것이 필요하다. 본 장치에서는 오버플로우 관(18)을 구비하여, 슬리를 분사노즐에 일정하게 공급함으로서 분사노즐에서 분사된 슬러리가 벨트위에 균일하게 적층될 수 있도록 구성된다. 슬러리를 균일하게 적층시키고 필터미디어의 두께를 조절하기 위해서 슬러리 공급이 조절되는 조절 밸브(도시되지 않음)를 통해 5 ∼ 30°경사각을 갖는 메쉬 벨트(20)에 슬러리(22)를 공급하여 적층한다. 메쉬는 친수성인 PET 재질의 메쉬 70∼80의 극세사 메쉬를 사용한다. 슬러리의 적층 높이는 최종적으로 만들고자 하는 필터 미디어의 두께에 따라서 조절되는 데, 벨트의 구동 속도, 슬러리 공급 호퍼(14)의 슬러리 공급 유량에 따라서 적절하게 조절될 수 있다. 바람직하게 벨트의 구동속도는 10∼ 100 m/min 이다.

극세사 매쉬 벨트(20)에 적층된 슬러리는 진공 흡입 장치(26)에 의해서 수분이 제거된다. 진공 흡입 장치의 진공 펌프를 통해 10∼100 cmHg의 진공압을 가함으로써 필터 미디어(즉, 슬러리) 내의 수분을 제거한다. 진공 흡입 장치(26)를 통해 필터미디어 상의 수분은 90% 이상 제거하게 된다. 진공 흡입 장치(26)의 진공 펌프의 개수는 많을수록 좋지만, 기공크기 및 필터미디어의 두께, 및 생산 속도를 고려하여 3 ∼ 10개 정도로 조절된다. 진공펌프의 수분 흡입력은 슬러리 공급 호퍼(14)로부터 멀어질수록 강화된다. 이는 슬러리 공급 호퍼(14)로부터 멀어질수록 필터 미디어의 수분이 적기 때문에 보다 흡입력이 강화될 필요가 있기 때문이다. 배수통에 모인 증류수는 배수 펌프를 통해 배수 저장조 보내지고 재사용된다.

진공 흡입 장치를 통과한 필터 미디어(24)는 필터 미디어의 성형성을 유지하고 균일한 두께의 필터 미디어를 형성하고 섬유간의 결속강화를 통한 기공 크기를 조절하기 위해서 롤러(28)로 가압된다. 두개의 롤러를 설치하여, 100∼1,000 kgf/cm² 의 압력으로 가압하는 것이 바람직하다.

롤러 가압 장치를 통과한 필터 미디어 내의 잔여 수분을 제거하기 위해서 열풍 건조 장치(30)를 통해서 필터 미디어(24)를 건조시킨다. 바람직하게는 100∼150 ℃의 온도의 열풍을 건조시키게 된다. 열풍 건조를 거친 필터 미디어는 메쉬 벨트(20)와 분리되어 귄취 장치(32)에 의해서 권취된다.

실시예

실시예 1.

1) Cymel P 607(미국 Cytec사)의 멜라민 포름알데이드 5g, 염산(Muriatic Acid) 3g, 물100g을 혼합 교반하여 콜로이드 수지를 제조하였다. 교반은 교반기를 통해서 1500 RPM의 속도로 약 1시간 동안 교반하였다.

2) 20 L의 물에 나노 사이즈의 유리 섬유 (미국 Evanite 사의 Grade 704) 100g를 넣은 후 교반기를 통해 1500 RPM의 속도로 2시간 동안 교반시켰다.

3) 40 L의 물에 셀룰로우스 (Koho-Kraft) 100g를 넣은 후 1시간 30분동안 분산을 시켜주었다. 이때 교반기의 회전 속도는 1500 RPM으로 설정하였다.

4) 상기 1)에서 제조된 콜로이드 수지에 상기 2)에서 제조된 유리 섬유를 혼합하여 약 2시간 동안 교반시켰다.

5) 상기 4)에 의해서 제조된 용액에 상기 3)에서 제조된 셀룰로오스 수지를 혼합하여 약 1시간 동안 교반시켜 슬러리를 제조하였다.

6) 교반기 내의 슬러리를 펌프로 슬러리 공급 호퍼에 공급한 후, 슬러리를 슬러리 공급 호퍼로부터 필터 미디어 제조 장치의 극세사 메쉬 벨트에 적층시켰다. 이때, 메쉬 벨트의 이송 속도는 0.5 m/min로 설정하였으며, 공급되어지는 유량은 15 L/min로 조절하고, 공급 노즐과 극세사 메쉬 벨트의 간극은 벨트 이송에 지장을 주지 않을 정도로 가능한 밀착시켰다.

7) 공급노즐을 통해 공급되어지는 필터 미디어 원료 슬러리는 극세사 메쉬 밸트에 적층이 되어지는 순간 1차 진공을 가하였다. 이때 가해진 진공은 60 cmHg이였다. 진공에 의하여 탈수 및 섬유간의 결합이 이루어지도록 함으로써 필터 미디어를 형성하면서 이송시켰다. 또한, 20 cmHg의 2 차진공을 가해 주어 필터 미디어의 탈수 및 섬유간의 결합이 더욱 치밀하도록 이루어지도록 하였다.

8) 진공에 의해 생성된 필터 미디어를 가압 로울러를 통해 6 kgf/cm²로 가압하였다. 가압 로울러를 통과한 필터 미디어를 130 ℃의 온도로 열풍건조시켰다. 열풍 건조 후, 필터 미디어를 권취 장치를 통해서 권취시켰다. 필터 미디어의 두께는 극세사 메쉬 벨트의 이송 속도와 공급유량을 조절하면서 조절하였다.

실시예 2∼5.

상기 실시예 1과 동일한 방법으로, Cymel P 607(미국 Cytec사)의 멜라민 포름알데이드의 량을 변화시켜 가면서 필터 미디어를 제조하였다. 그런 후, 제조된 필터 미디어의 전기적 특성을 분석하기 위해서 제타 포텐셜 값을 측정하였다. 제타 포텐셜 값의 측정은 Otsuka 전자의 ELS8000 제타 포텐셜 측정기를 이용하였다.

표 1은 각 실시예에서 사용된 유리 섬유, 셀룰로오스, 멜라민 포름알데히드의 량 및 각 실시예에 의해서 제조된 필터 미디어의 제타 포텐셜 값을 나타낸다.

표 1. Cymel P 607 Resin 함량에 따른 필터 미디어 제작

	Glass Fiber(g)	Cellulose(g)	Cymel P 607(g)	Zeta Potential(mV)
실시예 1	100	100	5	- 15.00
실시예 2	100	100	10	- 10
실시예 3	100	100	20	1.35
실시예 4	100	100	30	1.14
실시예 5	100	100	50	1.03

상기의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 측정 결과 Cymel P 607 함량에 따라 제타 포텐셜 값의 차이가 나는 것을 알 수 있다. 함량이 많아짐에 따라 제타 포텐셜 값도 증가를 하였지만 실시예 3의 샘플 이후로는 감소하였다. 따라서 Cymel P 607은 Charge Modifier로써 사용 가능하나, 필터 미디어에 부가된 (+) Charge도 작을뿐더러 불안정한 경향을 보였다.

실시예 6∼10.

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 계속하였다. 필터 미디어에 양 전하를 부가하기 위한 수지로써 Cymel P 607의 멜라민 포름알데히드 대신에 나노텍 사의 Nanos-AS 콜로이드 실리카를 사용하여, Nanos-AS 콜로이드 실리카의 량을 변화시키면서 필터 미디어를 제조하였다. 또한 제조된 필터 미디어의 제타 포텐셀 값을 측정하였다. 나노텍 사의 Nanos-AS 콜로이드 실리카는 Cymel P 607과 달리 분말 형태가 아닌 용액의 상태이므로 별도의 콜로이드 수지를 제조하는 공정이 필요없다는 장점이 있었다.

표 2는 실시예 6∼10에서 사용된 유리 섬유, 셀룰로오스, Nanos-AS 콜로이드 실리카의 량 및 실시예 6∼10에 의해서 제조된 필터 미디어의 제타 포텐셜 값을 나타낸다.

표 2. Nanos-AS Resin 함량에 따른 필터 미디어 제작

	Glass Fiber(g)	Cellulose(g)	Nanos-AS콜로이드 실리카(g)	Zeta Potential(mV)
실시예 6	100	100	10	1.85
실시예 7	100	100	20	15.9
실시예 8	100	100	30	15.21
실시예 9	100	100	40	22.05
실시예 10	100	100	70	19.79

상기의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예6∼10의 경우, 즉 멜라민 포름 알데히드 대신에 Nanos-AS 콜로이드 실리카를 사용하여 제조된 필터 미디어의 제타 포텐셜 값이 보다 높다는 것을 알았다. 안정성에 있어서도 뛰어난 효과를 보임을 알 수 있었다.

제타 포텐셜 값이 가장 높은 실시예 9의 경우, 유리 섬유 100g, 셀룰로오스 100g, Nanos-AS 콜로이드 실리카 40g을 사용하여 제조된 필터 미디어와, 양전하를 부가하지 않은 경우 즉 유리 섬유 100g만을 이용하여 제조된 필터 미디어의 여과효율을 비교 분석하였다. 다공성 필터미디어의 여과성능을 테스트하기 위하여 ISO 4572 국제규격에 의거한 Single Pass Type의 성능평가 장치를 구성하였다. 이 장치를 이용하여 다공성 필터미디어의 여과효율(Filtration Efficiency) 및 차압 그리고 유량을 측정하였다. 여과 효율 측정시 오염입자는 PSL 입자를 사용하였으며, 10 lpm의 유량 하에서 탁도계와 입자카운터를 이용하여 다공성 필터미디어 전후의 탁도 및 입자 농도를 측정함으로서 여과효율을 분석하였다. 표 3은 실시예 9에 의해서 제조된 필터 미디어와 유리 섬유만을 사용하여 제조된 필터 미디어의 여과효율을 나타낸다.

표 3. Charge Modification 유무에 따른 효율 변화

구분	Filtration Efficiency, %
구분	0.109㎛	0.234㎛	0.357㎛	0.481㎛	0.794㎛
Treated(실시예9)	14.0	94.7	99.2	99.4	99.4
Untreated	1.0	5.0	28.0	68.0	98.5

상기의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 입자크기에 따른 여과효율의 변화는 입자크기가 증가할수록 여과효율이 증가하는 경향은 보이고 Charge를 부가하였을 경우, 0.357 ㎛ 이상의 입자에 대해서는 99% 이상의 우수한 여과효율을 나타냄을 볼 수 있었다. Charge를 부가하지 않았을 경우의 효율은 급격히 저하됨을 볼 수 있다.

또한, 유량 변화에 따른 차압을 측정한 결과 0 ∼ 30 lpm의 유량 하에서 차압은 0 ∼ 18 psi의 값으로 나타났으며, 최대차압(Maximum Diffrential Pressure)은 약 80 psi로 측정되었다.

상기 실시예 9에 의해서 제조된 필터 미디어의 기공 특성을 분석하기 위해서??영상처리기법(Image Processing Technique)(배스 테크 사, IMT)을 이용한 SEM 사진을 분석하였다. 도 3은 다공성 필터 미디어의 SEM 사진을 도시하고, 하기의 표 4는 SEM 사진을 통해 분석된 결과를 표로서 나타낸 것이다.

표 4. 다공성 필터미디어 기공 특성

분석 항목	Pore Density	Pore Size	Fiber Thickness
분석 결과	15∼40%	0.08∼0.79㎛	0.75 ∼ 0.84 ㎛

상기의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 다공성필터 미디어의 기공크기는 0.08 ∼ 0.79 ㎛, 기공밀도는 15 ∼ 40%의 범위로서 일반 섬유필터에 비하여 우수한 기공특성을 보여주고 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 제조 방법 및 제조 장치에 의해서 제조된 다공성 필터 미디어는 양전하가 부가되어 있기 때문에 필터의 여과 효율이 우수하다는 장점과 연속적으로 필터 미디어를 제조할 수 있다는 장점이 있다.

현재 외산필터에 의존하고 있는 바이러스 검출 필터를 양전하가 부가된 다공성 수처리 필터로 국산화함으로써 바이러스 검출 시험에 대한 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있으며, 개발된 필터를 대규모 처리시설에 적용할 경우 기존 공정에 비해 외부환경에 영향을 받지 않고 일정한 바이러스 제거효과를 구현 할 수 있으며, 병원성 미생물의 제거에도 효과적이다. 또한 소독과정으로 들어가는 수질의 오염 부하량을 경감시켜줌으로써 THM의 발생 가능성을 줄이는 동시에 적정수준의 잔류염소를 유지시켜 줌으로써 관망부실에 따른 수질오염에 대해서도 직접적인 효과를 가져올 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 여과 필터와 양전하가 부가된 다공성 필터의 여과원리를 비교하기 위한 개념도로서, 도 1a는 종래의 여과 필터의 경우로서 기공의 사이즈가 바이러스의 크기보다 작은 경우이며, 도 2b는 양전하가 부과된 다공성 필터의 경우로서 기공의 사이즈가 바이러스의 크기보다 큰 경우이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어 제조 장치의 개략도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 양전하가 부가된 다공성 필터 미디어의 SEM 사진을 도시한다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100: 본 발명의 필터 미디어 제조 장치 12: 교반기

14: 슬러리 공급 호퍼 16: 펌프

18: 오버플로우 관 20: 극세사 메쉬 벨트

22: 슬러리 24: 필터 미디어

26: 진공흡입장치 28: 롤러 가압 장치

30: 건조장치 32: 권취 장치

34: 장력조절 장치

Claims

양전하가 부가된 다공성 필터 미디어를 제조하는 방법으로서,

ⅰ) 멜라민 포름알데히드(Melamine formaldehyde), 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중량비 15∼25%의 수지에, 중량비 2∼5%의 염산(Muriatic Acid) , 중량비 70∼80 %의 물을 혼합 교반하여 콜로이드 수지를 제조하는 단계,

ⅱ) 지름이 0.05∼0.75 ㎛인 유리 섬유 50∼70 중량%, 지름이 10∼20㎛인 셀룰로오스 20∼45 중량%, 상기 콜로이드 수지 5∼10 중량%를 혼합 교반하여 슬러리를 제조하는 단계,

ⅲ) 상기 ii)단계에 의해서 제조된 슬러리를 친수성 극세사 메쉬에 적층하는 단계,

ⅳ) 매쉬에 적층된 슬러리의 수분을 제거하기 위해 건조시키는 단계,

ⅴ) 필터 미디어의 성형성을 유지하고 균일한 두께의 필터 미디어의 형성하고 섬유간의 결속강화를 통한 기공 크기를 조절하기 위하여 상기 슬러리를 롤러 가압 장치를 통해 가압하여 필터 미디어를 제조하는 단계,

ⅵ) 상기 롤러 가압 장치를 통과한 필터 미디어 내의 잔여 수분을 제거하는 단계, 및

ⅶ) 필터 미디어를 벨트와 분리시켜 필터 미디어를 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 미디어 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 셀룰로이드는 Wood Pulp, 목화, 양모, 황마, 대마 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 셀룰로이드인 것을 특징으로 하는 필터 미디어 제조 방법.
양전하가 부가된 다공성 필터 미디어를 제조하는 장치로서,

필터미디어 재료인 유리 섬유, 셀룰로오스, 및 콜로이드 수지를 슬러리 상태로 혼합시키고 교반하기 위한 교반기,

상기 교반된 슬러리를 균일하게 적층시키기 위해 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 호퍼,

상기 슬러리 공급 호퍼로부터 슬러리가 적층되어 필터미디어가 형성되는 벨트,

상기 벨트에 적층된 필터 미디어 내의 수분을 제거하기 위한 진공 흡입 장치,

필터 미디어의 성형성을 유지하고 균일한 두께의 필터 미디어를 형성하고 섬유간의 결속강화를 통한 기공 크기를 조절하기 위한 롤러 가압 장치,

상기 롤러 가압 장치를 통과한 필터 미디어 내의 잔여 수분을 제거하기 위한 건조 장치,

건조 장치를 통과하여 형성된 필터미디어를 벨트와 분리시켜 권취하는 권취 장치, 및

필터 미디어 제조장치를 전체적으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 필터 미디어 제조 장치.
제 3항에 있어서,

상기 벨트의 장력을 조절하기 위해서 장력 조절 장치를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 필터 미디어 제조장치.
제 3항에 있어서,

상기 벨트는 극세사 친수성 메쉬인 것을 특징으로 하는 다공성 필터 미디어 제조장치.
제 3항에 있어서,

상기 진공 흡입 장치는 1개 이상의 진공 펌프를 포함하는 데, 상기 진공 펌프의 수분 흡입력은 상기 슬러리 공급 호퍼로부터 멀어질수록 강화되는 것을 특징으로 하는 다공성 필터 미디어 제조장치.
제 3항에 있어서,

상기 건조 장치는 열풍 건조 장치인 것을 특징으로 하는 다공성 필터 미디어 제조장치.
제 3항에 있어서,

상기 슬러리 공급 호퍼는 벨트에 슬러리를 균일하게 적층시키도록 오버플러우관을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 필터 미디어 제조 장치.
제 3항에 있어서,

상기 제어부는 벨트의 구동 속도, 진공 흡입 장치의 진공 흡입력, 교반기의 교반 속도, 슬러리 공급호퍼의 슬러리 공급 유량, 가압 로울러의 가압력, 및 벨트와 슬러리 공급호퍼의 간극을 조절하는 것을 특징으로 하는 다공성 필터 미디어 제조 장치.