KR100566362B1

KR100566362B1 - 여과 방법

Info

Publication number: KR100566362B1
Application number: KR1020040015398A
Authority: KR
Inventors: 오야치히로유키; 요네카와히토시; 아오키노부히로; 무라타나오키
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2006-03-31
Also published as: AU2004200982A1; CN1530163A; CA2459665A1; CA2459665C; CN1270800C; US6991737B2; US20040200785A1; DE602004000058T2; EP1457243B1; TW200424004A; DE602004000058D1; ES2247576T3; KR20040081035A; AU2004200982B2; JP2004267932A; EP1457243A1; JP4195824B2; TWI259103B

Abstract

본 발명은 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있는 여과 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

셀 구조체 유닛(4)을 갖는 셀 구조체(2)와, 캡부(3)를 구비하는 정수 장치(1)를 사용하여, 다른 쪽의 단부로부터 원수를 셀(10)에 유입시키고, 격벽(9)에서 원수를 여과하여, 외주면(8) 측으로부터 여과수를 얻는 여과 방법으로서, 원수의 일부를 소정 공간(13) 내로 유입시켜, 셀(10)에 유입되는 원수의 양에 대한 격벽(9)을 투과하는 여과수의 양의 비율(투수율)의 최소치에 대한 최대치의 비율을 110∼300%로 하고, 또 셀 구조체의 외주측에 위치하는 셀(10)일수록 투수율이 커지도록 하여, 소정 공간(13) 내로 유입된 원수를 셀 구조체(2)의 투수율이 큰 셀 및 외주측에 위치하는 셀(10)에서 역류시켜 격벽(9)에서 여과한 후, 외주면(8) 측으로부터 여과수를 얻는 여과 방법을 해결 수단으로 한다.

Description

여과 방법{FILTERING METHOD}

도 1은 본 발명의 여과 방법의 한 실시형태에 사용하는 정수 장치를 모식적으로 도시한, 셀 구조체의 중심축을 포함하는 평면으로 절단한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 여과 방법의 다른 실시형태에 사용하는 셀 구조체를 모식적으로 도시하는 사시도이다.

도 3은 본 발명의 여과 방법의 다른 실시형태에 사용하는 셀 구조체의 중심축을 지나 슬릿형의 통수로에 수직인 평면으로 절단한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 정수 장치 2, 30 : 셀 구조체

3 : 캡부 4, 4a, 4b, 4c : 셀 구조체 유닛

5 : 원수 유입측 단부 6 : 캡부측 단부

8 : 셀 구조체의 외주면

9 : 격벽 10 : 셀

11 : 시일층 12 : 여과막

13 : 소정 공간 14 : 유입 경로

15 : 유출 경로 16 : 패킹

17 : 가압 가스의 유입 경로 20 : 하우징

31 : 통수로 32 : 소정의 셀

33 : 한 쪽의 단부 34 : 밀봉부

a, b, c, d : 원수 e : 순환하는 원수

f : 원수 g : 여과수

h : 축적된 이물, D : 소정의 거리,

L : 축 방향의 소정의 길이, W : 슬릿형의 통수로의 폭.

본 발명은 여과 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 안정적으로 장시간, 연속 운전할 수 있는 여과 방법에 관한 것이다.

종래부터 하천 표류수, 우물물, 호수물 등을 정화하여 수돗물로서 이용하고 있다. 그 원수를 정화하는 방법으로서는, 응집 침전 및 염소에 의한 살균·멸균 처리 등이 행해지고 있었지만, 최근, 생활 수준의 향상이나 안전성의 관점에서, 막을 이용한 여과 처리를 적용한 정수 처리가 행해지는 경우가 많아졌다. 또, 환경 보호의 문제가 활발히 다루어지고 있으므로, 공장 배수, 가정 생활수, 공동 주택 배수 등에 대해서도 이러한 막을 이용한 배수 처리가 이루어지는 경우가 있다.

이러한 정수 처리 등에 이용되는 막으로서는, 예컨대, 다공질 세라믹 필터 등을 예로 들 수 있다. 이 다공질 세라믹 필터는 내식성이 높기 때문에 열화가 적고, 여과 능력을 결정하는 구멍 지름의 정밀한 제어가 가능하므로 높은 신뢰성을 얻고 있다. 또, 총 여과 처리량이 증가됨에 따라, 원수 중에 포함된 이물 등이 막의 표면이나 구멍 중에 축적되어 여과 능력이 저하되는 경우가 있지만, 여과체에 역류 세정이나 약물 세정을 행함으로써 여과 능력을 용이하게 재생할 수 있다.

이러한 다공질 세라믹 필터로서, 종래, 다공질 세라믹으로 이루어지는 격벽에 의해 구획 형성된, 원수의 유로가 되는 복수의 셀을 갖는 셀 구조체(멀티채널형 막 엘리멘트)가 사용되어 왔다. 이것은, 셀 구조체의 각 셀을 구획 형성하는 격벽에 여과막을 형성하여, 각 셀에 원수를 유입시키고, 그 원수를 격벽에 형성된 여과막을 투과시켜 정화(여과)하는 것이다. 이러한 셀 구조체를 사용하여 원수를 여과하는 경우에는, 각 셀마다의 여과 성능을 균등하게 발휘하게 함으로써 전체의 여과 성능을 향상시키도록, 각 셀을 구획 형성하는 격벽을 투과하는 원수의 양을 일정치로 가지런하게 하는 것이 검토되어, 그와 같은 구조가 채용되어 왔다(예컨대, 특허문헌1∼4 참조).

그러나, 이러한 구조를 채용한 경우, 각 셀을 구획 형성하는 격벽이 이물에 의해 균등하게 폐색되어, 여과 시간을 길게 하면, 여과 운전의 후반에는 유효한 막 면적이 감소되어, 여과 효율이 저하되는 경우가 있었다.

[특허문헌1]

일본 특허 공고 평6-16819호 공보

[특허문헌2]

일본 특허 공개 평6-86918호 공보

[특허문헌3]

일본 특허 공개 평6-99039호 공보

[특허문헌4]

일본 특허 공개 평11-169679호 공보

본 발명은 앞서 말한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있는 여과 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의해 이하의 여과 방법이 제공된다.

[1] 다공질체로 이루어지는 격벽에 의해 구획 형성된 원수의 유로가 되는 복수의 셀을 갖는 셀 구조체 유닛이 상기 셀에 수직인 방향으로 하나 이상 조합된 셀 구조체와, 상기 셀 구조체의 한 쪽의 단부에서 상기 셀로 유입된 원수가 상기 셀을 통과하여 다른 쪽의 단부에서 외부로 유출되지 않도록 상기 다른 쪽의 단부에 소정 공간을 형성하게 배치된 캡부를 구비하는 정수 장치를 사용하며, 상기 원수를 상기 정수 장치의 상기 셀 구조체의 한 쪽의 단부에서 상기 셀로 유입시키고, 상기 셀에 유입된 원수가 상기 격벽을 투과하여, 상기 격벽에 의해 원수에 함유된 이물을 포집함으로써 상기 원수를 여과한 후, 상기 셀 구조체의 외주면측에서 여과수로서 취출하는 여과 방법으로서, 상기 셀 구조체에서 상기 셀 구조체 유닛의 상기 셀을 구획 형성하는 격벽을 상기 셀에 유입되는 원수의 양에 대한 상기 격벽을 투과하는 여과수의 양의 비율(투수율)의 최소치에 대한 상기 투수율의 최대치의 비율이 110 ∼300%의 범위가 되도록, 또 상기 셀 구조체의 외주측에 위치하는 상기 셀일수록 상기 투수율이 커지도록 구성하고, 상기 캡부의 상기 소정 공간 내에 투수율이 작은 상기 셀로부터 유입시킨 상기 원수를 상기 셀 구조체의 투수율이 큰 상기 셀의 캡부에 면한 상기 다른 쪽의 단부로부터 역류시키고, 역류된 상기 원수를 상기 격벽을 투과시킴으로써 여과한 후, 상기 셀 구조체의 외주면 측으로부터 여과수로서 취출하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.

[2] 상기 셀 구조체는 상기 셀 중 그것에 수직인 평면으로 절단했을 때에 대략 직선형으로 나란히 정렬하는 소정의 셀을 상기 셀 구조체의 한 쪽의 단부에서부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에서 각각 연통시키도록 상기 소정의 셀 사이의 격벽을 관통한 상태로 형성된, 소정의 길이를 갖는 슬릿형의 통수로를 하나 이상 구비하며, 상기 통수로를 연통하는 상기 소정의 셀의 양 단부를 불투수성 재료로 밀봉하고, 밀봉된 상기 소정의 셀을 중심으로 하여 대칭으로 상기 셀 구조체 유닛이 구성되고, 상기 원수를 상기 셀 구조체 유닛을 구성하는 상기 셀의 격벽에 투과시켜 여과한 후, 상기 통수로 또는 상기 통수로와 연통되는 상기 소정의 셀 내에 유입시키고, 상기 통수로를 경유하여 상기 셀 구조체의 외주면측으로부터 여과수로서 취출하는 [1]에 기재한 여과 방법.

[3] 상기 셀 구조체가 상기 슬릿형의 통수로와 대략 평행한 상기 셀의 줄을 3열 이상 갖는 [2]에 기재한 여과 방법.

[4] 상기 셀 구조체가 세라믹으로 이루어지는 [1]∼[3] 중 어느 것에 기재한 여과 방법.

[5] 상기 원수를 여과하여, 상기 셀 구조체의 상기 외주면 측으로부터 여과수로서 취출한 후에, 상기 셀 구조체를 상기 외주면 측에서부터 200∼1000 kPa의 압력으로 가압한 여과수를 상기 격벽을 투과시키고, 상기 격벽에 포집된 이물을 압출하면서, 또한 상기 셀 구조체의 상기 다른 쪽의 단부에서부터 100∼500 kPa의 가압 가스를 유입시켜 상기 이물과 함께 상기 셀 내로 유입시키고, 상기 셀 내로 유입된 상기 여과수 및 이물을 상기 셀을 통과시켜, 상기 셀 구조체의 상기 원수를 유입시키는 측의 단부로부터 배출하도록 역류 세정을 행하는 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재한 여과 방법.

이와 같이, 다공질체로 이루어지는 격벽에 의해 구획 형성된 복수의 셀을 갖는 셀 구조체 유닛을 하나 이상 조합하여 이루어지는, 한 쪽의 단부에 캡부를 구비한 셀 구조체의 다른 쪽의 단부로부터 원수를 유입시키고, 각 셀에 유입하는 원수 중 일부를 각 셀을 구획 형성하는 격벽을 투과시키고, 다른 일부를 캡부의 소정 공간 내에 유입시켜, 셀 구조체 유닛의 셀의 격벽의 투수율의 최소치에 대한 그 투수율의 최대치의 비율이 110∼300%의 범위가 되도록, 또 셀 구조체 유닛의 외주측에 위치하는 셀일수록 투수율이 커지도록 구성하여, 캡부의 소정 공간 내에 투수율이 작은 상기 셀로부터 유입시킨 원수를 셀 구조체의 투수량(투수율)이 큰 셀 및 외주측에 위치하는 셀의 캡부에 면한 단부로부터 역류시키고, 역류된 원수를 격벽을 투과시킴으로써 여과한 후, 셀 구조체의 외주면 측으로부터 여과수로서 취출하도록 했기 때문에, 캡부의 소정 공간 내에 원수 중의 이물의 일부가 축적되어, 단위시간당 셀 구조체 유닛의 격벽에서 포집되는 이물의 양이 감소함으로써, 안정적으로 장 시간 연속 운전할 수 있게 된다. 또한, 투수량(투수율)이 큰 셀 및 외주측에 위치하는 셀에 있어서, 단부로부터 유입된 원수와 역류한 원수의 양이 균형을 이루는 위치에 형성되는 분수령에서 이물의 농축이 촉진되는 것도 알아내어, 더욱 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않은 범위에서, 당업자의 통상의 지식에 기초하여, 적절하게 설계의 변경, 개량 등이 가해질 수 있음을 이해해야 한다. 또, 각 도면에 있어서, 동일한 부호를 붙인 것은 동일한 구성 요소를 나타내는 것으로 한다.

도 1은 본 발명의 여과 방법의 한 실시형태에 사용하는 정수 장치를 모식적으로 나타낸, 셀 구조체의 중심축을 포함하는 평면에서 절단한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 여과 방법에 사용하는 정수 장치(1)는 다공질체로 이루어지는 격벽(9)에 의해 구획 형성된 원수의 유로가 되는 복수의 셀(10)을 갖는 셀 구조체 유닛(4)으로 이루어지는 통 형상의 셀 구조체(2)의 한 쪽의 단부(이하, 「원수 유입측 단부」라고 하는 경우가 있음)(5)에서 셀(10)로 유입된 원수가 셀(10)을 통과하여 다른 쪽의 단부(이하, 「캡부측 단부」라고 하는 경우가 있음)(6)로부터 외부로 유출되지 않도록 그 다른 쪽의 단부(캡부측 단부)(6)에 소정 공간(13)을 형성하게 배치된 캡부(3)를 구비하여 이루어지는 것이다. 여기서, 셀 구조체 유닛(4)은 복수의 셀(10)이 열(列) 형상으로 늘어서, 그 각 열을 하나의 유닛으로 하고 있다.

셀 구조체(2)는 패킹(16)을 통해 하우징(20) 내에 수납되어 있다. 하우징(20)은 그 한 쪽의 단부[셀 구조체 유닛의 원수 유입측 단부(5)에 대응하는 단부]에 원수를 유입시키기 위한 유입 경로(14)를 갖추고, 다른 쪽의 단부에 캡부(3)를 갖추고, 하우징(20)의 측면 부분에 여과수를 유출시키기 위한 유출 경로(15)를 갖추고, 캡부(3)에 가압 가스의 유입 경로(17)를 갖추고 있다. 원수를 여과할 때에, 가압 가스의 유입 경로(17)는 밸브(도시하지 않음)에 의해서 폐쇄되고 있다.

이 정수 장치(1)를 사용한 본 실시형태의 여과 방법은 원수를 유입 경로(14)를 경유시켜, 정수 장치(1)의 셀 구조체(2)의 한쪽의 단부(원수 유입측 단부)(5)에서 셀(10)로 유입시키고, 셀(10)에 유입된 원수가 격벽(9)을 투과하여, 격벽(9)에 의해 원수에 함유된 이물을 포집함으로써 원수를 여과한 후, 셀 구조체의 외주면(8) 측으로부터 여과수로서 취출하는 것이다. 얻어진 여과수는 유출 경로(15)를 경유하여 외부의 저류조(도시하지 않음) 등으로 이송된다. 그리고, 셀 구조체(2)의 원수 유입측 단부(5)로부터 셀(10)에 유입되는 원수 중, 투수율이 작은 셀(10)로부터 일부를 구획 형성하는 격벽(9)을 투과시키고, 다른 일부를 캡부(3)의 소정 공간(13) 내로 유입시켜, 소정 공간(13)으로 유입된 원수를 소정 공간(13) 내에서 순환시키면서, 원수에 함유된 이물의 일부를 소정 공간(13) 내에 축적시키는 것이다. 그리고, 소정 공간(13) 내를 순환하는 원수를 셀 구조체의 외주측에 위치하는 투수율이 큰 셀(10)의 캡부(3)에 면한 단부로부터 역류시키고, 역류된 원수를 격벽(9)을 투과시킴으로써 여과한 후, 셀 구조체의 외주면(8) 측으로부터 여과수로서 취출하는 것이다. 얻어진 여과수는 유출 경로(15)를 경유하여 외부의 저류조(도시하지 않음) 등으로 이송된다.

더욱이, 본 실시형태의 여과 방법에 있어서, 정수 장치(1)의 셀 구조체(2)는 그 셀 구조체(2)의 셀(10)을 구획 형성하는 격벽(9)이 셀(10)로 유입되는 원수의 양에 대한 격벽(9)을 투과하는 여과수의 양의 비율(투수율)의 최소치에 대한 그 투수율의 최대치의 비율이 110∼300%의 범위가 되도록, 또, 셀 구조체의 외주측에 위치하는 셀(10)일수록, 투수율이 커지도록 구성되어 있다. 이 비율이 110%보다도 작으면, 순환류의 형성이 곤란하게 되어, 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 없게 된다. 또한 300%보다도 크면, 격벽(9)을 투과하는 원수의 양이 지나치게 많아져, 원수의 일부를 효율적으로 소정 공간(13)으로 유입시켜 순환시킴으로써 이물을 축적시킬 수 없게 되기 때문에, 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 없게 된다. 또한, 이 비율이 120%∼240%인 것이 더욱 바람직하다. 상기 투수율의 최소치란, 셀 구조체(2) 전체 중에서 가장 투수율이 작은 격벽(9)의 그 투수율의 값을 말하며, 투수율의 최대치란, 셀 구조체(2) 전체 중에서 가장 투수율이 큰 격벽(9)의 그 투수율의 값을 말한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 원수(여과수)의 흐름을 화살표를 사용하여 모식적으로 도시하여 설명하면, 셀 구조체(2)의 원수 유입측 단부(5)로부터 유입된 원수(f) 중 셀 구조체(2)의 중심에 위치하는 셀(10)로 유입된 것은 그 대부분이 높은 압력으로 원수(a)로서 셀(10)을 통과하여 캡부(3)의 소정 공간(13) 내로 유입되고, 셀 구조체(2)의 중심에서부터 하나의 외측(외주측)에 위치하는 셀(10)로 유입된 것은 원수(a)보다 낮은 압력으로 적은 양의 원수(b)로서 셀(10)을 통과하여 캡부(3)의 소정 공간(13) 내로 유입된다. 그리고, 원수(f) 중 셀 구조체의 외주측에 가장 가까운 셀(10)[최외주의 셀(10)]에 유입된 것은 대략 전량이 원수(격벽 투과 후에는 여과수)(d)로서 격벽(9)을 투과한다. 이와 같이, 원수(d)의 대략 전량이 격벽(9)을 투과함으로써, 최외주 셀(10)의 캡부(3) 측의 단부로부터 캡부(3)의 소정 공간(13) 측에 걸리는 수압이 매우 낮아지기 때문에, 캡부(3)의 소정 공간(13) 내로 유입된 원수가, 최외주의 셀(10)로부터 원수(격벽 투과 후에는 여과수)(c)로서 역류하고, 격벽(9)을 투과하여 여과수로서 취출된다. 상기 원수(여과수)의 흐름은 셀 구조체의 외주측에 위치하는 셀(10)일수록 투수율이 큰 경우를 나타내고 있다. 도 1에서, 화살표 a∼g는 원수(일부 여과수)의 흐름을 모식적으로 도시한 것으로, 화살표 e는 소정 공간(13) 속을 순환하는 원수를 나타내고, 화살표 g는 여과수를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 본 실시형태의 여과 방법에 의하면, 캡부(3)의 소정 공간(13) 내에 원수 중의 이물의 일부가 축적되어, 단위시간당 셀 구조체(2)의 격벽(9)에서 포집되는 이물의 양이 감소함으로써, 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있게 된다. 또, 셀 구조체의 외주측에 위치하는 셀의 투수율을 크게 하고, 중심측에 위치하는 셀(10)의 투수율을 작게 하기 때문에, 중심측에 위치하는 셀(10)의 지름을 크게 하거나, 막 두께를 두껍게 하거나, 여과막의 재질의 입자 지름을 작게 하더라도 좋다. 또, 원수(f)를 유입시킬 때에, 중심측에 위치하는 셀(10)에 유입되는 원수의 유속을 크게 하더라도 좋다.

본 실시형태의 여과 방법에 사용하는 셀 구조체 유닛(4)에 이용되는 다공질체의 재료로서는, 막으로서 이용할 수 있는 다공질체라면 특별히 제한은 없지만, 강도, 내구성의 관점에서 세라믹인 것이 바람직하다.

또, 다공질체의 세공 지름은 셀 구조체 유닛(4)의 목적·용도에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.

본 실시형태에서는, 격벽(9)을 구성하는 다공질체만으로 여과를 하더라도 좋지만, 처리 속도를 확보하면서 분리 성능을 향상시킨다는 관점에서는 비교적 세공 지름이 큰 격벽(9)을 다공질 기재로 하여, 이 다공질 기재의 표면에, 이것보다도 세공 지름이 작은 여과막(12)을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 여과막(12)의 평균 세공 지름을 작게 하더라도, 원액이 격벽(9)을 투과할 때의 압력 손실을 억제할 수 있다. 이 경우에는 도 1에 도시한 바와 같이, 셀(10)을 구획 형성하는 격벽(9)의 표면 상에 여과막(12)을 형성하는 것이 상기 목적을 효율적으로 달성할 수 있다는 점에서 바람직하다. 여과막(12)의 평균 세공 지름은 정수 장치(1)의 용도·목적, 즉, 여과하여야 할 원액 중에 포함된 이물의 입자 지름에 따라 적절하게 선택할 수 있지만, 예컨대, 여과막(12)의 평균 세공 지름은 0.1∼2.0 ㎛ 정도가 바람직하며, 0.1∼0.7 ㎛ 정도가 보다 바람직하다.

여과막(12)의 재질에 특별히 제한은 없지만, 세라믹 입자와 여과막용 소결 조제를 포함하는 것이 바람직하다. 세라믹 입자는 그 평균 입자 지름은 0.1∼10 ㎛ 정도인 것이 바람직하다. 보다 작은 입자 지름을 선택함으로써, 소성 후의 세공 지름이 작아지기 때문에, 입자 지름은 여과 목적에 따라서 적절한 세공 지름이 되도 록 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대, 세라믹 입자의 평균 입자 지름을 0.2∼5.0 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하며, 0.4∼2.5 ㎛ 정도로 하는 것이 보다 바람직하다. 여과막(12)은 이들 세라믹 입자와 여과막용 소결 보조제를 슬러리형으로 하여 기재 표면에 실시한 후 소성함으로써 형성할 수 있다. 또, 여과막(12)은 1층이라도 좋지만, 2층 이상이라도 좋으며, 그 경우에는 최외층의 여과막(12)의 평균 세공 지름을 가장 작게 하고, 격벽(9)을 향하여 순서대로 세공 지름을 크게 하는 것이 바람직하다.

또, 도 1에 도시한 바와 같이, 셀 구조체 유닛(4)의 적어도 어느 한 쪽의 단부[원수 유입측 단부(5) 및/또는 캡부측 단부(6)]의, 그 단부면을 포함하는 표면[격벽(9)의 단부면]에 시일층(11)이 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 전술한 바와 같이 셀 구조체 유닛(4)이 여과막(12)을 갖는 경우, 여과막(12)이 형성되어 있지 않은, 셀 구조체 유닛(4)의 단부[원수 유입측 단부(5) 및/또는 캡부측 단부(6)]로부터의 원액이 투과되는 것을 방지할 수 있다.

이 시일층(11)의 재질은 특별히 제한은 없지만, 셀 구조체 유닛(4)이 세라믹인 경우에는 강도 및 셀 구조체 유닛(4)을 구성하는 기재와의 접착성의 관점에서 세라믹인 것이 바람직하며, 격벽(9)에 포함된 성분의 일부와 같은 성분을 포함하는 세라믹인 것이 보다 바람직하다. 단, 실질적으로 원액을 투과시키지 않을 필요가 있기 때문에, 세라믹을 프릿화시킨 유약 등, 특히 실리카 및 알루미나를 주성분으로 하여, 이것에 10 질량% 이하의 지르코니아를 포함하는 프릿화된 유약 등이 바람직하며, 바인더로서 메틸셀룰로오스를 포함하고 있더라도 좋다.

또, 본 실시 형태의 여과 방법에 사용하는 셀 구조체(2)의 크기는 특별히 제한은 없으며, 용도·목적, 설치 장소 등에 따라서 모든 형상으로 할 수 있지만, 예컨대, 정수장에서 사용하는 대형 정수 장치의 셀 구조체(2)로서 이용하는 경우에는, 단부면의 지름이 30∼500 mm인 동시에, 축 방향의 길이가 500∼2000 mm인 원주 형상인 것이 바람직하다.

또, 셀 구조체(2)의 통수량은 특별히 한정되지는 않지만, 정수장에서 사용하는 대형 정수 장치의 셀 구조체(2)로서 이용하는 경우에는 수온 25℃ 수압 100 kPa에서의 통수량이 15∼300 m³/m²/일 인 것이 바람직하다.

또, 본 실시형태의 여과 방법에 사용하는 셀 구조체 유닛(4)의 셀(10)의 단면 형상은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 임의의 다각형 외에, 원형, 타원형 등이나 콜게이트 형상 등으로 할 수 있다. 셀(10)의 상당 내경의 크기에도 특별히 제한은 없지만, 상당 내경이 지나치게 작으면 원액의 유입시의 저항이 지나치게 커지는 경우가 있고, 반대로 상당 내경이 지나치게 크면 충분한 여과 면적을 취할 수 없게 되는 경우가 있다. 셀(10)의 상당 내경의 바람직한 범위는 원액의 점도에 따라서도 다르지만, 예컨대, 1.0∼10 mm인 것이 바람직하며, 1.5∼7 mm인 것이 더욱 바람직하고, 이러한 범위로 함으로써, 여과막(12)을 형성시킬 때의 성막을 균일하게 하기 쉽고, 또한, 단위체적당 여과막(12)의 면적을 비교적 크게 취할 수 있다. 셀의 상당 내경이란, 그 셀의 단면적과 동일한 면적의 원의 직경을 말한다. 또, 셀(10)의 수에 특별히 제한은 없고, 강도, 크기 및 처리량의 관계로부터 당업 자라면 적절하게 선택할 수 있다.

또, 셀 구조체(2)에서의 셀(10)의 배열 상태는 특별히 한정되지는 않지만, 셀 구조체(2)의 축에 수직인 평면에서 절단했을 때의 단면에 있어서, 셀(10)의 열이 3열 이상 배열되는 것이 바람직하다. 3열 이상 배열함으로써, 각 열의 셀에 유입되는 원수의 격벽을 투과하는 비율(투수율)이 변화되어, 셀 구조체의 외주면에 가까운 셀일수록 투수율이 커진다. 또, 셀(10)의 수가 많을수록 여과막 면적이 많아지기 때문에 통수량의 향상이 도모되어, 보다 셀 구조체(2)의 컴팩트화가 실현된다. 바람직한 배열로서는, 셀(10)의 단부면에서의 형상을 원으로 하고 각 셀(10)의 중심을 연결하여 정삼각형의 배치로 가장 빽빽하게 충전시키는 것이다.

본 실시 형태의 여과 방법에 있어서, 도 1에 도시하는 정수 장치(1)를 사용하여 원수를 여과하고, 셀 구조체의 외주면(8) 측으로부터 여과수로서 취출한 후에, 셀 구조체(2)를 셀 구조체의 외주면(8) 측에서부터 200∼500 kPa의 압력으로 가압한 여과수를 격벽(9)을 투과시키고, 격벽(9)에 포집된 이물을 압출하면서, 또 캡부측 단부(6)로부터 100∼500 kPa의 가압 가스를 유입시켜, 이물과 함께 셀(10) 내로 유입시키고, 셀(10) 내로 유입된 여과수 및 이물을 셀(10)을 통과시켜, 셀 구조체(2)의 원수를 유입시키는 측의 단부[원수 유입측 단부(5)]로부터 배출하도록 역류 세정을 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 역류 세정을 행함으로써, 캡부(3)의 소정 공간(13)이나 여과막(12)에 축적된 이물을 확실하게 제거할 수 있다. 그리고, 본 실시형태의 여과 방법을 반복 실시할 수 있다.

도 2는 본 발명의 여과 방법의 다른 실시형태에 사용하는 셀 구조체를 모식 적으로 도시하는 사시도이다.

도 2에서, 셀 구조체(30)는 각각 셀(10)이 열(列) 형상으로(일렬로) 나란히 늘어서는 4a, 4b, 4c의 3종류의 셀 구조체 유닛이 대략 평행한 동시에, 소정의 배치가 되도록 조합되어, 전체적으로 통 형상으로 되고 있다. 셀 구조체(30)는 셀(10)에 수직인 평면으로 절단했을 때에 대략 직선형으로 늘어서 정렬하는 소정의 셀(32)을 셀 구조체(30)의 한 쪽 단부(33)에서부터 축 방향으로 소정 거리(D)만큼 떨어진 위치로 각각 연통시키도록 소정의 셀(32) 사이의 격벽을 관통한 상태로 형성된, 축 방향으로 소정의 길이(L)(축 방향의 소정의 길이)를 갖는 슬릿형의 통수로(31)를 2개 구비하고 있다. 그리고, 통수로(31)를 중심으로 하여 대칭으로 셀 구조체 유닛(4a, 4b, 4c)이 구성되어 있다. 셀 구조체 유닛의 통수로(31)에 대략 평행한 셀(10)의 줄은 3열 이상인 것이 바람직하다. 3열 이상으로 함으로써, 각 열의 셀에 유입되는 원수의 격벽을 투과하는 비율(투수율)이 변화되어, 통수로 및 셀 구조체의 외주면에 가까운 셀일수록 투수율이 커진다.

도 3은 도 2에 도시하는 셀 구조체(30)의 중심축을 지나 슬릿형의 통수로(31)에 수직인 평면에서 절단한 단면도이다. 도 3에서, 소정의 셀(32)의 양 단부에는 각각의 단부로부터 소정의 깊이까지 불투수성 재료로 이루어지는 밀봉부(34)가 형성되어 있다. 또, 도 1에 도시하는 셀 구조체(2)와 마찬가지로, 격벽(9)의 표면에는 여과막(12)이 형성되어, 셀 구조체(2)의 양 단면에 위치하는 격벽(9)의 양 단면에 시일층(11)이 형성되어 있다.

도 2에 도시하는, 슬릿형의 통수로(31)로부터 셀 구조체(30)의 한 쪽의 단부(33)까지의 거리(D)는 특별히 한정되는 것은 아니며, 셀 구조체(30)의 크기 등에 따라 적절하게 결정되는데, 20 mm∼50 mm이 바람직하다. 20 mm 미만이면 케이싱과의 시일이 곤란하게 되고, 50 mm을 넘으면 밀봉을 실시하기가 곤란하게 되기 때문이다. 또, 슬릿형의 통수로(31)의 셀 구조체(30)의 축 방향의 소정 길이(L)는 특별히 한정되는 것이 아니라, 셀 구조체(30)의 크기 등에 따라서 적절하게 결정되는데, 40 mm∼200 mm가 바람직하다. 40 mm 미만이면 통수 효과가 낮고, 200 mm를 넘으면, 셀 구조체의 강도가 저하되어 버리기 때문이다. 또, 도 3에 도시하는, 슬릿형의 통수로(31)의 폭(W)(도 3의 단면도에서, 셀 구조체(30)의 축 방향에 수직인 방향의 길이)은 특별히 한정되는 것이 아니라, 셀(10)의 지름, 격벽(9)의 두께 등에 따라 적절하게 결정되는데, 2 mm∼3 mm가 바람직하다. 2 mm 미만이면, 통수 효과가 낮고, 3 mm를 넘으면 막 면적이 감소되기 때문이다.

그리고, 그 밖의 구성은 전술한, 도 1에 도시된 셀 구조체(2)와 동일하다.

전술한 셀 구조체(30)를 도 1에 도시하는 셀 구조체(2)와 마찬가지로 하우징(20) 내에 수납하여[통수로(31)에 가까운 쪽의 단부를 캡부(3)측을 향하도록 함], 도 1에 도시한 바와 같이 원수(f)를 유입시키면, 도 3에서 화살표 a∼d로 모식적으로 나타내는 원수(일부 여과수)의 흐름을 형성할 수 있다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 셀 구조체(30)의 원수 유입측 단부(5)로부터 유입된 원수(f) 중, 2개의 통수로(31, 31) 사이에 끼워진 셀 구조체 유닛 중에서, 그 중심에 위치하는 셀 구조체 유닛(4c)을 구성하는 셀(10)에 유입된 것은 그 대부분이 높은 압력의 원수(a)로서 셀(10)을 통과하여 캡부(3)(도 1참조)의 소정 공간(13)(도 1 참조) 내로 유입되고, 셀 구조체 유닛(4c)의 하나의 외측[통수로(31, 31)에 가까운 쪽]에 위치하는 셀 구조체 유닛(4b)을 구성하는 셀(10)에 유입된 것은 원수(a)보다 낮은 압력의 적은 양의 원수(b)로서 셀(10)을 통과하여 캡부(3)(도 1 참조)의 소정 공간(13)(도 1 참조) 내로 유입된다. 소정 공간(13)으로 유입된 원수는 앞서 말한 도 1에 도시한 셀 구조체(2)의 경우와 마찬가지로, 소정 공간(13) 내에서 순환하고, 거기에서 원수에 함유된 이물의 일부가 소정 공간(13) 내에 축적되어, 축적된 이물(h)(도 1 참조)로 된다. 그리고, 원수(f) 중, 통수로(31)에 가장 가까운(인접하는) 셀 구조체 유닛(4a)으로 유입된 것은 대략 전량이 원수(격벽 투과 후에는 여과수)(d)로서 격벽(9)을 투과하여, 통수로(31) 또는 통수로(31)와 연통되는 소정의 셀(32) 내로 유입된다. 통수로(31) 또는 통수로(31)와 연통되는 소정의 셀(32) 내로 유입된 여과수는 통수로(31)를 경유하여, 도 2에 도시하는 셀 구조체의 외주면(8) 측으로부터 여과수로서 취출할 수 있다. 이와 같이, 원수(d)의 대략 전량이 격벽(9)을 투과함으로써, 통수로(31)에 인접하는 셀(10)의 캡부(3)(도 1 참조) 측의 단부로부터, 캡부(3)(도 1 참조)의 소정 공간(13)(도 1 참조) 측에 걸리는 수압이 매우 낮아지기 때문에, 캡부(3)(도 1참조)의 소정 공간(13)(도 1 참조) 내로 유입된 원수가, 통수로(31)에 인접하는 셀 구조체 유닛(4a)을 구성하는 셀(10)로부터 원수(격벽 투과 후에는 여과수)(c)로서 역류하여, 격벽(9)을 투과하여 여과수로서 취출된다.

또, 셀 구조체(30)의 최외주에 위치하는 셀(35)(도 2 참조)에 유입된 원수(f)는 통수로(31)에 가장 가까운(인접한) 셀(10)에 유입된 것[원수(격벽 투과 후에는 여과수)(d)]과 마찬가지로, 대략 전량을 격벽(9)을 투과하여 셀 구조체의 외주면(8)으로부터 여과수로서 취출할 수 있다.

도 3에서, 셀 구조체(30)의 원수 유입측 단부(5)로부터 유입된 원수(f) 중 통수로(31)의 외측에 위치하는 셀 구조체 유닛(4a, 4b, 4c)(일부 도시하지 않음)으로 유입된 것은 전술한 2개의 통수로(31, 31)에 끼워진 셀 구조체 유닛에 유입된 것과 같은 유동 상태를 형성하여, 캡부(3)(도 1 참조)의 소정 공간(13)(도 1 참조) 내에 축적된 이물(h)(도 1 참조)을 형성한다.

전술한 바와 같이, 도 3에 도시하는 셀 구조체(30)를 사용하여 원수를 여과하는 본 실시형태의 여과 방법에 따르면, 캡부(3)(도 1 참조)의 소정 공간(13)(도 1 참조) 내에 원수 중의 이물의 일부가 축적되어, 단위시간당 셀 구조체 유닛(4)의 격벽(9)에서 포집되는 이물의 양이 감소함으로써, 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

사용한 셀 구조체는 φ2 mm의 셀을 여러 개 지니고, 단부면의 형상이 φ180 mm, 길이가 1000 mm인 모노리스 형상인 것이었다.

그 셀 구조체에, 도 2에 도시한 바와 같이, 슬릿형의 통수로를 2개 형성했다. 이 때, 3개의 미소성 셀 구조체 중 하나는 2개의 통수로 사이에 7열의 셀의 열이 배치되도록 하고(실시예 1), 하나는 2개의 통수로 사이에 5열의 셀의 열이 배치되도록(도 2에 도시한 구조) 하고(실시예 2), 또 하나는 2개의 통수로 사이에 2열 의 셀의 열이 배치되도록 했다(비교예 1). 그리고, 통수로에 연통하는 셀(도 2에 도시한 셀(32))에, 밀봉부를 형성하기 위한 밀봉 부재를 매립했다.

얻어진 각 셀 구조체의 투과막의 구멍 지름은 대략 0.1 ㎛이었다. 실시예 1에서 사용하는 셀 구조체의 막 면적은 12.5 m², 실시예 2에서 사용하는 셀 구조체의 막 면적은 15 m², 비교예 1에서 사용하는 셀 구조체의 막 면적은 16 m²이었다.

얻어진 각 셀 구조체의 원수 유입측 단부로부터, 수압 0.1 MPa, 온도 25℃의 조건으로, 1분간 순수를 유입시켜, 각 셀 구조체의 셀마다, 격벽을 투과한 수량(L/min)을 측정했다. 측정의 대상으로 한 셀은 2개의 통수로 사이에 배치된 각 셀의 열을 구성하는 셀이다. 그리고, 각 셀마다 격벽을 투과한 수량을 각 셀마다 원수 유입측 단부로부터 유입시킨 순수량으로 나눠 100배한 값을 투과율로 했다. 그리고, 각 셀의 열마다 투과율을 평균하여, 각 셀의 열에 있어서의 셀의 투과율로 했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타냈다. 표 1에서, 실시예 1의 셀 No. 1∼7은 셀 No. 1, 7이 2개의 통수로의 한 쪽과 다른 쪽에 각각 인접하는(각 통수로에서부터 각각 1번째 열의) 셀, 셀 No. 2, 6이 2개의 통수로의 한 쪽과 다른 쪽으로부터 각각 2번째 열의 셀, 셀 No. 3, 5가 2개의 통수로의 한 쪽과 다른 쪽으로부터 각각 3번째 열의 셀, 그리고 셀 No. 4가 2개의 통수로 중 어느 것으로부터도 4번째의 열(7열의 셀의 열의 한가운데의 열)의 셀이다. 실시예 2의 셀 No. 1∼5는 셀 No. 1, 5가 2개의 통수로의 한 쪽과 다른 쪽에 각각 인접하는(각 통수로에서부터 각각 1번째 열의) 셀, 셀 No. 2, 4가 2개의 통수로의 한 쪽과 다른 쪽으로부터 각각 2번 째 열의 셀, 그리고 셀 No. 3이 2개의 통수로 중 어느 것으로부터도 3번째 열(5열의 셀의 열의 한가운데의 열)의 셀이다. 비교예 1의 셀 No. 1, 2는 2개의 통수로의 한 쪽과 다른 쪽에 각각 인접하는(각 통수로에서부터 각각 1번째 열의) 셀이다.

상기 실시예 1, 2, 비교예 1에 사용한 셀 구조체를 사용하여, 하천 표류수의 응집막 여과 시험을 했다.

하천 표류수에 PAC(폴리염화알루미늄)을 10 mg/L가 되도록 첨가하여, 하천 표류수 중의 이물을 응집시켰다. 그 후, 얻어진 응집 처리수를 원수로 하여 2.0 m/일의 유속으로 6시간, 실시예 1, 2, 비교예 1에 사용한 각 셀 구조체에 유입시켜 여과수를 얻음으로써, 응집막 여과 시험을 했다. 이 때의, 여과막의 막 차압을 측정하여, 실시예 1, 2, 비교예 1에 있어서의 막 차압의 시간 변화를 선형 근사시키면, 이하에 나타내는 식 (1), (2), (3)으로 나타낼 수 있었다. 식 (1), (2), (3)에 있어서, Y는 막 차압(kPa/min)을 나타내고, X는 여과 시간(min)을 나타낸다.

(실시예 1에 있어서의 막 차압)

Y=0.0167X+10.583

(실시예 2에 있어서의 막 차압)

Y=0.0109X+11.79

(비교예 1에 있어서의 막 차압)

Y=0.0054X+12.294

상기한 막 차압의 측정 결과로부터, 실시예 1, 2, 비교예 1에 있어서의 막 차압의 단위면적, 단위시간당 막 차압 상승치(차압 상승 속도)를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

상기 막 차압이란, 막의 1차측(원수측)과 2차측(여과수측)의 압력의 차를 말한다.

		실시예 1	실시예 2	비교예 1
투수율(%)	셀 No.
	1	128	106	100
	2	106	97	100
	3	79	92
	4	72	99
	5	81	106
	6	105
	7	128
차압 상승 속도(kPa/min˙m²)		3.38 ×10^-4	7.27 ×10^-4	13.36 ×10^-4

표 1에 도시한 바와 같이, 2개의 통수로 사이에 배치되는 셀의 열의 수가 많을수록 각 열 사이의 투수율의 차가 커지는 것을 알 수 있다. 투수율의 차가 커지면, 투수율이 작은 셀을 통과하여 캡부에 도달하는 원수의 양이 많아져, 캡부의 소정 공간에서 순환하는 원수의 양이 많아지기 때문에, 캡부의 소정 공간에 포집되는 이물(축적된 이물)이 많아져, 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있게 된다. 또, 2개의 통수로 사이에 배치되는 셀의 열의 수가 많을수록 여과막의 막 차압의 상승 속도가 작은 것을 알 수 있다. 여과막의 막 차압의 상승 속도가 작은 것은 여과막을 안정적으로 사용할 수 있고, 또한 사용 가능 시간이 길어짐을 나타내기 때문에, 셀의 열의 수가 많을수록 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있음을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 여과 방법에 따르면, 다공질체로 이루어지는 격벽에 의해 구획 형성된 복수의 셀을 갖는 셀 구조체 유닛을 하나 이상 조합하여 이루어지는, 한 쪽의 단부에 캡부를 갖춘 셀 구조체의, 다른 쪽의 단부로부터 원수를 유입시켜, 각 셀에 유입되는 원수 중 일부를 각 셀을 구획 형성하는 격벽을 투과시키고, 다른 일부를 캡부의 소정 공간 내로 유입시켜, 셀 구조체 유닛의 셀의 격벽의 투수율의 최소치에 대한 그 투수율의 최대치의 비율이 110∼300%의 범위가 되도록, 또, 셀 구조체 유닛의 외주측에 위치하는 셀일수록 투수율이 커지도록 구성하여, 캡부의 소정 공간 내에 투수율이 작은 셀로부터 유입시킨 원수를 셀 구조체의 투수량(투수율)이 큰 셀 및 외주측에 위치하는 셀의 캡부에 면한 다른 쪽의 단부로부터 역류시키고, 역류된 원수를 격벽을 투과시킴으로써 여과한 후, 셀 구조체의 외주면 측에서부터 여과수로서 취출하도록 했기 때문에, 캡부의 소정 공간 내에 원수 중의 이물의 일부가 축적되어, 단위시간당 셀 구조체 유닛의 격벽에서 포집되는 이물의 양이 감소함으로써 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있게 된다. 또한, 투수량(투수율)이 큰 셀 및 외주측에 위치하는 셀에 있어서, 단부로부터 유입된 원수와 역류된 원수의 양이 균형을 이루는 위치에 형성되는 분수령에서 이물의 농축이 촉진되는 것도 알아내어, 더욱 안정적으로 장시간 연속 운전할 수 있게 된다.

Claims

다공질체로 이루어지는 격벽에 의해 구획 형성된 원수의 유로가 되는 복수의 셀을 구비한 셀 구조체 유닛이 상기 셀에 수직인 방향으로 하나 이상 조합된 셀 구조체와, 상기 셀 구조체의 한 쪽의 단부에서 상기 셀로 유입된 원수가 상기 셀을 통과하여 다른 쪽의 단부에서 외부로 유출되지 않도록 상기 다른 쪽의 단부에 소정 공간을 형성하게 배치된 캡부를 구비하는 정수 장치를 사용하며, 상기 원수를 상기 정수 장치의 상기 셀 구조체의 한 쪽의 단부에서 상기 셀로 유입시키고, 상기 셀에 유입된 원수가 상기 격벽을 투과하여, 상기 격벽에 의해 원수에 함유된 이물을 포집함으로써 상기 원수를 여과한 후, 상기 셀 구조체의 외주면측에서 여과수로서 취출하는 여과 방법으로서,

상기 셀 구조체에서 상기 셀 구조체 유닛의 셀을 구획 형성하는 격벽을, 상기 셀에 유입되는 원수의 양에 대해 상기 격벽을 투과하는 여과수의 양의 비율(투수율)의 최소치에 대한 상기 투수율의 최대치의 비율이 110∼300%의 범위가 되도록, 또 상기 셀 구조체의 외주측에 위치하는 셀일수록 상기 투수율이 커지도록 구성하고,

상기 캡부의 상기 소정 공간 내에 투수율이 작은 상기 셀로부터 유입시킨 원수를 상기 셀 구조체의 투수율이 큰 상기 셀의 캡부에 면한 단부로부터 역류시키고, 역류된 상기 원수를 상기 격벽을 투과시킴으로써 여과한 후, 상기 셀 구조체의 외주면 측으로부터 여과수로서 취출하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
제1항에 있어서, 상기 셀 구조체는, 상기 셀 중 그것에 수직인 평면으로 절단했을 때에 직선형으로 나란히 정렬되는 소정의 셀을 상기 셀 구조체의 한 쪽의 단부에서부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에서 각각 연통시키도록 상기 소정의 셀 사이의 격벽을 관통한 상태로 형성된, 소정의 길이를 갖는 슬릿형의 통수로를 하나 이상 구비하며, 상기 통수로를 연통하는 상기 소정의 셀의 양 단부를 불투수성 재료로 밀봉하고, 밀봉된 상기 소정의 셀을 중심으로 하여 대칭으로 상기 셀 구조체 유닛이 구성되며, 상기 원수를 상기 셀 구조체 유닛을 구성하는 상기 셀의 격벽에 투과시켜 여과한 후, 상기 통수로 또는 상기 통수로와 연통되는 상기 소정의 셀 내로 유입시키고, 상기 통수로를 경유하여 상기 셀 구조체의 외주면측으로부터 여과수로서 취출하는 것인 여과 방법.
제2항에 있어서, 상기 셀 구조체가 상기 슬릿형의 통수로와 평행한 상기 셀의 줄을 3열 이상 갖는 것인 여과 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 구조체가 세라믹으로 이루어지는 것인 여과 방법.
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 상기 원수를 여과하여, 상기 셀 구조체의 상기 외주면측으로부터 여과수로서 취출한 후에, 상기 셀 구조체를 상기 외주 면측에서부터 200∼1000 kPa의 압력으로 가압한 여과수를 상기 격벽을 투과시키고, 상기 격벽에 포집된 상기 이물을 압출하면서, 또한 상기 셀 구조체의 상기 다른 쪽의 단부로부터 100∼500 kPa의 가압 가스를 유입시켜 상기 이물과 함께 상기 셀 내로 유입시키고, 상기 셀 내로 유입된 상기 여과수 및 이물을 상기 셀을 통과시켜, 상기 셀 구조체의 상기 원수를 유입시키는 측의 단부로부터 배출하도록 역류 세정을 실시하는 것인 여과 방법.