KR101717307B1 - 여과 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

뎁스 필터 (10) 및 그것을 수용하는 케이싱 (9) 을 포함하며, 원수 (RW) 를 여과하는 1 차 여과 유닛 (4) 을 갖는 여과수 제조 장치 (1) 로서, 케이싱 (9) 이, 뎁스 필터 (10) 에 원수 (RW) 를 공급하는 원수 공급구 (18) 와, 여과수의 취출구 (16) 와, 뎁스 필터 (10) 에 역세용 유체를 공급하는 유체 공급구 (24) 와, 뎁스 필터 (10) 를 역세한 유체 (A) 및 원수 (RW) 를 배출하는 배출구 (22) 를 갖고, 뎁스 필터 (10) 를 형성하는 여과막의 구멍 직경이 1 ∼ 25 ㎛ 이며, 또한, 여과수 취출구 (16) 에 접속되는 여과수 통로 (8) 와 배출구 (22) 에 접속되는 배출 통로 (14) 를 연통시키는 연통로 (15) 와, 연통로 (15) 를 개폐하는 제 5 자동 개폐 밸브 (MV5) 를 구비하고 있다.

Description

여과 장치 및 그 제조 방법{FILTERING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}
본 출원은 2009년 2월 16일에 출원된 일본 특허출원 2009-32872 및 2009년 11월 16일에 출원된 일본 특허출원 2009-260648 의 우선권을 주장하는 것으로, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로 하여 인용한다.
본 발명은, 예를 들어 풀이나 온천의 물의 순환 여과나, 해수 담수화 플랜트 등의 물의 여과에 사용하는 여과 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 욕조나 풀수의 순환 여과 등에서는 모래 여과 장치가 사용되고 있다. 모래 여과 장치는, 예를 들어 자갈을 쌓은 층 위에 모래층을 겹쳐 만들고, 이들 층에 물을 통과시켜, 수중의 미세한 먼지, 부유물 등을 제거하는 것인데, 장치가 크기 때문에 넓은 설치 스페이스를 필요로 한다는 디메리트가 있다.
또한, 모래 여과 장치 이외에, 보다 작은 입자를 제거할 수 있는 합성 수지로 형성된 막을 사용하는 막 여과 장치가 있다. 막 여과 장치는 모래 여과 장치에 비해 소형으로, 작은 스페이스에서 장치를 설치할 수 있다 (예를 들어, 특허문헌 1).
해수의 담수화 플랜트 등에서는, 한외 여과막이나 역침투막 등이 사용되고 있는데, 그 전단계에 모래 여과 장치가 사용되는 경우가 많다.
일본 공개특허공보 2002-096064호
막 여과 장치에 사용되는 필터로서 서피스 필터와 뎁스 필터가 있다. 서피스 필터는 여과재 표면에서 이물질을 포착하는 필터로, 예를 들어 여과 표면적을 많게 하여 여과 저항을 낮추면서 이물질의 포집량을 많게 한 고정밀도 여과에 사용된다. 서피스 필터는 역류 세정을 실시함으로써 반복 사용할 수 있지만, 뎁스 필터에 비해 포집하는 이물질의 양이 적기 때문에 비교적 오염이 많은 물의 여과에는 적합하지 않고, 또한 고가이기도 하기 때문에 그 용도는 한정되어 버린다.
뎁스 필터는 여과재 사이의 공극에서 이물질을 포착하는 필터로, 포집하는 이물질의 양이 많기 때문에 비교적 오염이 많은 여과에도 사용된다. 뎁스 필터는 서피스 필터에 비해 저렴하지만, 여과재의 표면이 아니라 여과재 사이의 공극에서 이물질을 포착하기 때문에, 서피스 필터보다 역류 세정을 실시하기 어렵다. 뎁스 필터를 역류 세정 후에 여과를 실시하면, 역류 세정 중에 여과재 사이의 공극 틈에 끼인 극미세한 입자가, 여과 재개 직후의 여과수에 집적되어, 여과수가 탁해진 것처럼 보이는 경우가 있다. 이 미세한 입자는, 뎁스 필터의 구멍 직경보다 작은 것으로, 여과수 중에 존재해도 문제는 없지만, 용도에 따라서는 이와 같은 탁함이 문제가 될 가능성이 있다.
해수의 담수화 플랜트에서는, 역침투막 등에 의해 해수를 처리하고 있는데, 해수 중에 존재하는 다양한 입상 물질을 제거하기 위하여 프리필터로서 모래 여과 장치를 설치하고 있는 경우가 많다. 그러나, 해수 중에 존재하는 플랑크톤류, 조류(藻類)나 갑각류, 조개 등의 유생이 모래 여과 장치에 부착하여, 생장, 번식함으로써 모래 여과 장치가 기능 부전에 빠지는 경우가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 초기 도입 비용 및 유지관리 비용을 낮게 억제할 수 있는 여과 유닛을 구비하고, 소형이며 여과수의 탁함을 억제할 수 있는 여과 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 모래 여과 장치의 대체로서, 혹은 모래 여과 장치의 프리필터로서 작용하여, 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 여과 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관련된 여과 장치는, 여과재 및 그것을 수용하는 케이싱을 포함하며, 원수를 여과하는 여과 유닛을 갖는 여과 장치로서, 상기 케이싱이, 상기 여과재에 원수를 공급하는 원수 공급구와, 여과수의 취출구와, 상기 여과재에 역세(逆洗)용 유체를 공급하는 유체 공급구와, 상기 여과재를 역세한 유체 및 상기 원수를 배출하는 배출구를 갖고, 상기 여과재가 구멍 직경 1 ∼ 25 ㎛ 의 뎁스 필터이며, 또한, 상기 여과수 취출구에 접속되는 여과수 통로와 상기 배출구에 접속되는 배출 통로를 연통시키는 연통로와, 이 연통로를 개폐하는 개폐 밸브를 구비하고 있다. 역세용 유체로는 기체나 액체가 사용되고, 바람직하게는 기체이며, 보다 바람직하게는 공기, 질소 등의 불활성 가스이다. 구멍 직경이 1 ㎛ 미만이면 막힘이 발생하여, 압력 손실이 커진다. 또한, 구멍 직경이 25 ㎛ 를 초과하면, 여과수 중의 부유물이 눈에 띄게 된다.
구멍 직경은 이하와 같이 정의된다. 일정한 직경을 갖는 입자, 바람직하게는 구 형상 폴리스티렌 또는 유리 비드를 수중에 10000 개/ℓ 첨가한 액을, 뎁스 필터 (외경 60 ㎜, 내경 30 ㎜, 길이 250 ㎜) 에 25 ℃, 1.0 ㎥/h 의 조건에서 통수시켜, 뎁스 필터를 투과한 입자수를 광학식 카운터로 측정하고, 통수 전후의 액 중에 존재하는 입자수의 차이를 통수 전의 액에 존재하는 입자수로 나누어 얻어지는 포집률 (R ％) 을 복수의 직경의 입자에 대하여 측정하고, 그 측정값을 기초로 하여 하기 근사식 (1) 에 있어서, R 이 90 이 되는 입자의 직경 (S) 의 값을 구하여, 이것을 구멍 직경으로 한다.
R ＝ 100/(1 － m × exp{-a × log (S)}) (1)
여기서, m, a 는 뎁스 필터의 성상에 따라 정해지는 상수이다.
예를 들어, 입자의 직경이 1 ㎛ 인 경우에는, 구형 폴리스티렌 미립자 (10000 개/ℓ) 를 첨가한 액을, 뎁스 필터 (외경 60 ㎜, 내경 30 ㎜, 길이 250 ㎜) 에 상기 조건에서 통수시킴으로써 측정할 수 있다.
이 구성에 의하면, 여과재에 구멍 직경 1 ∼ 25 ㎛ 의 뎁스 필터를 사용하고 있기 때문에, 눈에 띄는 크기의 부유물을 충분히 제거할 수 있는 데다가, 서피스 필터를 사용하는 경우에 비해 초기 도입 비용을 억제할 수 있다. 또한, 역류 세정을 실시함으로써, 여과재의 여과 성능을 회복시켜 사용할 수 있기 때문에, 여과재의 교환 빈도를 줄여, 유지 관리 비용을 억제할 수 있다. 또한, 여과수 통로와 배출 통로를 연통시키는 연통로와 개폐 밸브를 구비하고 있기 때문에, 역류 세정 직후에 개폐 밸브를 개방함으로써, 미세 입자가 집적된 여과수가 배수 통로로 배출되어, 탁해진 여과수가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 여과 장치를 모래 여과 장치의 대체로서, 혹은 모래 여과 장치의 프리필터로서 사용하면, 수중에 존재하는 플랑크톤류 등이 모래 여과 장치에 부착하는 것을 방지하여, 장치 전체의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 추가로, 상기 여과 유닛에 의해 여과된 여과수를, 한외 여과막 또는 역침투막으로 이루어지는 여과재에 의해 재여과하는 2 차 여과 유닛을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 1 차 여과 유닛과 2 차 여과 유닛의 여과재가, 공통의 역류 세정용 유체로 역류 세정되기 때문에, 설비를 더욱 간소화할 수 있다. 또한, 한외 여과막 또는 역침투막으로 이루어지는 여과재의 부하를 저감시켜, 고가인 여과재의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유체 공급구와 상기 여과수 취출구가 동일한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 유체 공급구와 여과수 취출구를 공통화하여, 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 배출구와 상기 원수 공급구가 동일한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 배출구와 원수 공급구를 공통화하여, 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명에 관련된 여과수의 제조 방법은, 상기 여과재로부터의 여과수의 공급 및 여과재로의 유체의 공급을 정지한 상태에서 상기 개폐 밸브를 개방함으로써, 상기 여과 유닛을 거쳐 상기 연통로 및 배출 통로로부터 유체를 원수와 함께 배출하는 준비 공정과, 여과재로부터의 원수의 배출과 여과재로의 유체 공급을 정지한 상태에서, 여과 유닛에 원수를 공급하여, 여과수를 상기 여과수 취출구에 보내는 여과 공정과, 여과수의 공급을 정지한 상태에서, 여과수측으로부터 여과재로 유체를 공급하여, 이 유체를 상기 배출구로부터 상기 배출 통로를 거쳐 배출하는 역세 공정을 구비하고 있다.
이 구성에 의하면, 역류 세정을 실시함으로써 여과재의 여과 성능을 회복시켜 사용되기 때문에, 유지 관리 비용을 억제할 수 있다. 또한, 준비 공정에 있어서 역류 세정 후의 여과수를 연통로 및 배수 통로를 경유하여 배출하고 있기 때문에, 역류 세정 직후에 여과수가 탁해지는 경우가 없다.
이 발명은 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로부터 보다 명료하게 이해될 것이다. 그러나, 실시예 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것으로, 이 발명의 범위를 정하기 위하여 이용되어야 하는 것은 아니다. 이 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수 도면에 있어서의 동일한 부품 번호는 동일 부분을 나타낸다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 여과수 제조 장치의 계통도이다.
도 2 는, 상기 장치의 여과 유닛의 확대 단면도이다.
도 3 은, 상기 장치의 운전 공정표이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 여과 유닛을 구비한 여과수 제조 장치의 개략 계통도이다. 여과수 제조 장치 (1) 는, 원수 (RW) 를 도입하는 여과 펌프 (2) 와, 도입된 원수 (RW) 를 여과하는 1 차 여과 유닛 (4) 을 구비하고 있다. 1 차 여과 유닛 (4) 에는, 여과 펌프 (2) 에 의해 원수 (RW) 가 공급되는 원수 통로 (5) 와, 1 차 여과 유닛 (4) 으로부터의 여과수 (FW) 를 취출하는 여과수 통로 (8) 와, 1 차 여과 유닛 (4) 내의 원수 (RW) 를 후술하는 압축 공기 (A) 와 함께 배출하는 배출 통로 (14) 가 접속되고, 여과수 통로 (8) 에는 1 차 여과 유닛 (4) 으로 압축 공기 (A) 를 공급하는 기체 공급 통로 (12) 가 접속되어 있다. 또한, 여과수 통로 (8) 및 배출 통로 (14) 에는 양자를 연통시키는 연통로 (15) 가 접속되어 있다. 각 통로 (5, 8, 12, 14, 15) 는 배관에 의해 형성되어 있다. 1 차 여과 유닛 (4) 은, 통형의 케이싱 (9) 내에 여과막을 형성하는 여과재인 뎁스 필터 (10) 가 수납되어 있다.
원수 통로 (5) 에는 원수 유량의 조정 밸브로서 기능하는 제 1 자동 개폐 밸브 (MV1) 가 접속되고, 여과수 통로 (8) 에는 여과수 (FW) 의 송수 밸브로서 기능하는 제 2 자동 개폐 밸브 (MV2) 가 접속되며, 여과수 통로 (8) 에 있어서의 제 2 자동 개폐 밸브 (MV2) 의 하류측에 유량계 (FI) 가 형성되어 있다. 또한, 여과수 통로 (8) 에 있어서의 유량계 (FI) 의 하류측에는, 한외 여과막인 1 ㎛ 이하의 구멍 직경을 갖는 중공사막(中空絲膜) (도시 생략) 을 갖는 2 차 여과 유닛 (26) 이 형성되어 있다. 2 차 여과 유닛 (26) 은 여과수 (FW) 를 더욱 고정밀도로 여과하여 처리수 (TW) 를 정제하는 것으로, 여과재는 중공사막에 한정되지 않고, 공지된 한외 여과막을 사용할 수 있다. 또한, 한외 여과막 대신 역침투막을 사용해도 된다. 또한, 여과 장치의 용도에 따라서는, 2 차 여과 유닛 (26) 대신 여과수 (FW) 에 멸균용 약제를 투입해도 되고, 또한 2 차 여과 유닛 (26) 을 생략할 수도 있다.
기체 공급 통로 (12) 에는 압축 공기 도입 밸브로서 작용하는 제 3 자동 개폐 밸브 (MV3) 가 접속되고, 배수 통로 (14) 에는 배수 밸브로서 작용하는 제 4 자동 개폐 밸브 (MV4) 가 접속되어 있다. 연통로 (15) 에는 이 연통로 (15) 를 개폐하는 제 5 자동 개폐 밸브 (MV5) 가 접속되어 있다. 연통로 (15) 는, 여과수 통로 (8) 에 있어서의 제 2 자동 개폐 밸브 (MV2) 의 상류측으로부터 분기하여, 배수 통로 (14) 에 있어서의 제 4 자동 개폐 밸브 (MV4) 의 하류측에 접속되어 있다. 상기 기체 공급 통로 (12) 의 일단(一端)은 도시되지 않은 공기 압축기에 접속되어 있고, 타단이 1 차 여과 유닛 (4) 상부의 2 차측에 접속되어 있다. 여과 펌프 (2) 및 제 1 ∼ 5 자동 개폐 밸브 (MV1 ∼ MV5) 의 구동은 컨트롤러 (30) 에 의해 제어되고 있다. 또한, 유량계 (FI) 의 출력은 컨트롤러 (30) 에 입력되고 있다. 각 자동 개폐 밸브 (MV1 ∼ 5) 로는, 에어 구동 밸브, 전동 밸브, 전자(電磁) 밸브 혹은 컨트롤러를 사용하지 않는 수동 밸브 등이 사용된다.
2 차 여과 유닛 (26) 의 중공사막을 역류 세정하는 유체와, 1 차 여과 유닛 (4) 의 뎁스 필터 (10) 를 역류 세정하는 유체를 동일하게 함으로써, 장치 전체의 구성을 간략화할 수 있다. 또한, 기존 설비로서, 예를 들어 모래 여과 장치와 역류 세정을 실시하는 2 차 여과 유닛을 갖는 여과 설비가 있는 경우, 모래 여과 장치를 본 발명의 1 차 여과 유닛 (4) 으로 치환함으로써, 기존의 역류 세정용 유체를 사용할 수 있다. 2 차 여과 유닛을 포함하지 않는 기존 여과 장치에 대해서도, 그 여과 장치를 본 발명의 1 차 여과 유닛 (4) 으로 교환하고, 역류 세정용 설비를 도입한 후, 기존의 여과수 통로와 배수 통로를 연통하는 연통로를 형성함으로써, 기존의 여과수 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 뎁스 필터 (10) 는, 일단이 개구되고, 타단이 폐지(閉止) 부재 (13) 에 의해 폐색된 중공 원통 형상이며, 그 일단인 개구단 (10a) 을 여과수 취출구 (16) 를 향하게 함으로써, 뎁스 필터 (10) 의 중공부 (11) 를 여과수 취출구 (16) 에 연통시키고 있다. 원수 (RW) 는, 뎁스 필터 (10) 를 직경 방향으로 통과할 때에, 필터 내부의 공공(空孔)에 의해 이물질이 포착되어 여과수 (FW) 가 얻어진다. 뎁스 필터 (10) 는 또한, 1 차 여과 유닛 (4) 의 케이싱 (9) 내에 착탈 가능하게 수납되고, 개구단 (10a) 이 타단인 폐지단 (10b) 보다 위가 되도록 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 1 차 여과 유닛 (4) 은 뎁스 필터 (10) 의 길이 방향의 중심선 (C) 이 연직 방향을 향하도록 배치되어 있지만, 1 차 여과 유닛 (4) 이 여과수 취출구 (16) 를 향하여 비스듬한 상방으로 경사지도록 배치해도 된다.
1 차 여과 유닛 (4) 의 원통형의 케이싱 (9) 은, 하측의 일단벽 (9a) 과, 둘레벽 (9b) 과, 상측의 타단벽 (9c) 으로 이루어져 있다. 케이싱 (9) 의 일단벽 (9a) 에, 원수 통로 (5) 에 접속되는 원수 공급구 (18) 및 배출 통로 (14) 에 접속되는 배출구 (22) 가 형성되고, 타단벽 (9c) 에 유체 공급 통로 (12) 에 접속되는 유체 공급구 (24) 및 여과수 통로 (8) 에 접속되는 여과수 취출구 (16) 가 형성되어 있다. 요컨대, 여과수 취출구 (16) 는 케이싱 (9) 의 최상부에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 원수 공급구 (18) 와 배출구 (22) 가 동일하게 되어 있지만, 별도로 형성해도 된다. 또한, 여과수 취출구 (16) 와 유체 공급구 (24) 를 동일하게 해도 된다.
케이싱 (9) 의 둘레벽 (9b) 에 있어서의 유체 공급구 (24) 및 여과수 취출구 (16) 보다 축 방향의 하방에 고리형의 바닥판 (9d) 이 형성되고, 뎁스 필터 (10) 의 개구단 (10a) 이 그 바닥판 (9d) 에 지지되어 있다. 요컨대, 케이싱 (9) 에 있어서의 타단벽 (9c) 과 바닥판 (9d) 사이에는 공간 (S) 이 형성되고, 이 공간 (S) 에 유체 공급구 (24), 여과수 취출구 (16) 및 뎁스 필터 (10) 의 개구단 (10a) 이 면하고 있어, 뎁스 필터 (10) 의 중공부 (11) 와 공간 (S) 이 연통되어 있다. 요컨대, 개구단 (10a) 이 폐지단 (10b) 보다 위가 되도록 배치되어 있다. 원수 공급구 (18) 및 배출구 (22) 는 뎁스 필터 (10) 의 1 차측에 형성되어 있고, 여과수 취출구 (16) 는 2 차측에 형성되어 있다.
뎁스 필터 (10) 는 외압 방식의 원통 형상 필터로, 종단면 형상이 コ 자형이다. 그 뎁스 필터 (10) 는, 예를 들어 합성 섬유나 화학 섬유를 웹, 부직포, 종이, 직물 등의 형태로 해서 용착·성형 등을 실시하여, 원통 형상으로 가공한 적층 타입으로 불리는 것이 예시된다. 합성 섬유로는, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 혹은 나일론이나 에틸렌비닐알코올 공중합체 등의 열용융성 폴리머 또는 폴리비닐알코올이나 폴리아크릴로니트릴 등의 폴리머를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 기체에 의한 역류 세정을 실시하는 경우, 필터 교환시의 액 배수성의 관점에서, 폴리올레핀 및 폴리에스테르, 구체적으로는 폴리프로필렌이 바람직하다. 또한, 필터는 그 두께 방향에 있어서, 섬유의 밀도나 섬도를 변경하여, 필터의 외측 (원수 유입측) 에 있어서, 섬유 밀도가 낮거나, 혹은 섬도가 큰 구조가 바람직하다. 그 뎁스 필터 (10) 로는 이 밖에도, 필라멘트나 방적사를 스파이럴 형상으로 감은 실패 필터로 불리는 것이나, 스펀지와 같은 수지 성형체인 수지 성형 타입으로 불리는 것이 있다.
여과막의 구멍 직경은, 설비의 목적에 따라 상이하지만, 하한은 1 ㎛ 이상이다. 구멍 직경이 지나치게 작으면 막힘이 발생하여, 압력 손실이 커진다. 구멍 직경의 상한은 25 ㎛ 이다. 구멍 직경이 25 ㎛ 를 초과하면 여과수 (FW) 중의 부유물이 눈에 띄게 된다. 구멍 직경의 상한은 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 5 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다.
뎁스 필터 (10) 는 당해 1 차 여과 유닛 (4) 에 있어서는 역세할 수 있고, 역세에 의해 여과 성능을 회복시켜, 여과시의 차압이 상승하는 일 없이 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 역세는, 컴프레서 (도시 생략) 로부터 기체 공급 통로 (12) 를 통과하여 공급되는 압축 공기 (A) 에 의해 실시하고 있다. 역세에 사용되는 유체는 공기 이외의 기체, 예를 들어 질소 등이어도 되고, 또한 담수, 여과된 해수 등의 액체여도 된다.
다음으로, 도 1 및 도 3 을 사용하여, 여과수 제조 장치의 운전 방법, 요컨대, 본 실시형태에 관련된 여과 유닛에 의한 여과수 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 여과수 제조 장치의 운전 방법은, 여과의 준비 공정인 충수(充水) 공정, 여과 공정, 가압 공정 및 역세 공정으로 이루어진다.
컨트롤러 (30) 에 설치된 시동 버튼 (도시 생략) 을 조작하여 여과수 제조 장치 (1) 를 작동시키면, 먼저 여과 펌프 (2) 가 기동되어, 제 1 자동 개폐 밸브 (MV1) 와 제 5 자동 개폐 밸브 (MV5) 를 열어 충수 공정에 들어간다. 충수 공정에서는, 제 2 ∼ 4 자동 개폐 밸브 (MV2 ∼ 4) 를 닫아, 뎁스 필터 (10) 로부터 2 차 여과 유닛 (26) 으로의 여과수 (FW) 의 공급 및 뎁스 필터 (10) 로의 압축 공기 (A) 의 공급을 정지한 상태에서, 1 차 여과 유닛 (4) 및 연통로 (15) 를 거쳐 배출 통로 (14) 에 원수 (RW) 를 흘려 외부로 배출함으로써, 원수 통로 (5) 및 1 차 여과 유닛 (4) 의 에어 배출 및 충수를 실시한다.
계속해서, 제 5 자동 개폐 밸브 (MV5) 를 닫고, 제 2 자동 개폐 밸브 (MV2) 를 열어 여과 공정에 들어간다. 여과 공정에서는, 뎁스 필터 (10) 로부터의 배수와 뎁스 필터 (10) 로의 압축 공기 공급을 정지한 상태에서, 1 차 여과 유닛 (4) 에 원수 (RW) 를 공급하여, 여과수 (FW) 를 여과수 통로 (8) 에 보낸다. 이 때, 원수 (RW) 는 뎁스 필터 (10) 의 외측으로부터 뎁스 필터 (10) 의 여과막을 통과하여 중공부 (11) 로 유입됨으로써, 원수 (RW) 중의 이물질이 제거되고 여과된다. 여과수 (FW) 는 여과수 통로 (8) 를 통과하여, 2 차 여과 유닛 (26) 으로 공급되고, 재여과되어 처리수 (TW) 가 된다.
다음으로, 여과수 펌프 (2) 를 정지시켜, 제 1 및 2 자동 개폐 밸브 (MV1, 2) 를 닫고, 제 3 자동 개폐 밸브 (MV3) 를 열어 가압 공정에 들어간다. 가압 공정에서는, 뎁스 필터 (10) 로부터 2 차 여과 유닛 (26) 으로의 여과수 (FW) 의 공급 및 뎁스 필터 (10) 로의 원수 (RW) 의 공급을 정지한 상태에서, 압축 공기 (A) 를 1 차 여과 유닛 (4) 에 흘린다. 이렇게 하여 1 차 여과 유닛 (4) 을 가압함으로써, 다음의 역세 공정에 있어서 여과수 (FW) 가 유체 공급 통로 (12) 로 역류해 오는 것을 방지한다.
계속해서, 제 1, 2 자동 개폐 밸브 (MV1, 2) 를 닫은 채로, 제 4 자동 개폐 밸브 (MV4) 를 열어 역세 공정에 들어간다. 역세 공정에서는, 1 차 여과 유닛 (4) 으로의 원수 (RW) 의 공급, 및 2 차 여과 유닛 (26) 으로의 여과수 (FW) 의 공급이 정지되어 있는 상태에서, 뎁스 필터 (10) 의 중공부 (11) 로 압축 공기 (A) 를 공급하고, 이 압축 공기 (A) 를 배출 통로 (14) 에 흘린다. 이로 인해, 압축 공기 (A) 가 여과 공정과는 역방향으로 뎁스 필터 (10) 를 통과하여, 뎁스 필터 (10) 에 부착된 이물질 및 케이싱 (9) 내에 쌓인 이물질을 1 차 여과 유닛 (4) 밖으로 도출시켜, 배출 통로 (14) 로부터 외부로 배출한다.
역세 공정이 완료되면, 제 3, 4 자동 개폐 밸브 (MV3, 4) 를 닫아 여과수 펌프 (2) 를 기동시키고, 제 1 및 5 자동 개폐 밸브 (MV1, 5) 를 열어 충수 공정으로 되돌아온다. 역류 세정 직후의 뎁스 필터 (10) 에 의해 여과된 여과수 (FW) 는, 역류 세정시에 뎁스 필터 (10) 의 공극에 막힌 극미립자가 집적되어 탁해지는 경우가 있지만, 이 탁해진 물은 연통로 (15) 로부터 배수 통로 (14) 를 통과하여 외부로 배출된다. 이후 이 루프가 반복된다. 충수 공정의 계속 시간은, 타이머와 같은 시한 장치에 의해 가변 설정된다. 설정 시간은 여과 설비의 규모에 따라 상이하지만, 예를 들어 5 초 정도이다. 가압은 매우 단시간, 예를 들어 3 초 정도이며, 이것도 타이머와 같은 시한 장치에 의해 가변 설정된다. 여과 공정 및 역세 공정의 시간은, 원수의 수질이나 설비의 규모에 따라 상이하지만, 예를 들어 1 분 내지 5 분 정도이고, 이것도 타이머와 같은 시한 장치에 의해 가변 설정된다. 여과 공정으로부터 가압 공정으로의 이행은, 유량계 (FI) 의 측정 유량 (Q) 이 규정값보다 작아진 시점에서 실시하도록 해도 된다.
여과 공정 중에는 컨트롤러 (30) 가 항상 측정 유량 (Q) 을 감시하고 있어, 측정 유량 (Q) 이 경보값 (H1) 을 상회하면, 예를 들어 버저와 같은 경보를 발하여 주의를 촉구한다. 이 시점에서는 여과수 제조 장치 (1) 는 운전을 계속한다. 또한, 측정 유량 (Q) 이 커져 비상 정지값 (H2) 을 상회하면, 예를 들어 벨과 같은 경보를 발하여, 여과수 제조 장치 (1) 가 긴급 정지한다. 구체적으로는, 컨트롤러 (30) 가 여과 펌프 (2) 를 정지시켜, 모든 자동 개폐 밸브 (MV1 ∼ 5) 를 폐지시킨다.
상기 구성에 있어서, 여과재에 구멍 직경 1 ∼ 25 ㎛ 의 뎁스 필터 (10) 를 사용하고 있기 때문에, 눈에 띄는 크기의 부유물을 제거할 수 있는 데다가, 서피스 필터를 사용하는 경우에 비해 초기 도입 비용을 억제할 수 있다. 또한, 역류 세정을 실시함으로써, 뎁스 필터 (10) 의 여과 성능을 회복시켜 사용할 수 있기 때문에, 뎁스 필터 (10) 의 교환 빈도를 줄여, 유지 관리 비용을 억제할 수 있다. 또한, 여과수 통로 (8) 와 배출 통로 (14) 를 연통시키는 연통로 (15) 와 이 연통로 (15) 를 개폐하는 제 5 자동 개폐 밸브 (MV5) 를 구비하고 있기 때문에, 역류 세정 직후의 극미세 입자가 집적된 여과수 (FW) 가 배수 통로 (14) 로 배출되어 탁해진 여과수 (FW) 가 공급되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 1 차 여과 유닛 (4) 의 뎁스 필터 (10) 와 2 차 여과 유닛 (26) 의 중공사막이, 공통의 압축 공기 (A) 에 의해 역류 세정되기 때문에, 설비를 더욱 간소화할 수 있다.
배출구 (22) 와 원수 공급구 (18) 가 동일하기 때문에, 배출구 (22) 와 원수 공급구 (18) 를 공통화하여, 구성을 간략화할 수 있다.
또한, 상기 운전 방법에 의하면, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 준비 공정에 있어서 역류 세정 후의 여과수 (FW) 를 연통로 (15) 및 배수 통로 (14) 를 경유하여 배출하고 있기 때문에, 역류 세정 직후에 여과수 (FW) 가 탁해지는 경우가 없다.
또한, 뎁스 필터 (10) 는, 피여과 물질을 필터의 표면만에서 포집하는 서피스 필터와 달리, 필터의 두께 방향 전체에서 피여과 물질을 포집할 수 있기 때문에, 포집량이 많고, 필터가 장시간 막힘을 일으키는 경우가 없다.
실시예
본 실시형태에 있어서의 뎁스 필터 (10) 를 사용하여 검증 실험을 실시하였다. 원수는 해수이고, 원수의 공급 압력, 유량은 각각 0.03 ㎫, 0.037 ㎥/min 이다. 역세용 유체에는 압축 공기를 사용하고, 압축 공기의 공급 압력, 유량은 각각 0.13 ㎫, 0.4 N㎥/min 이다. 사용한 뎁스 필터는 길이 25 ㎝ 이고, 구멍 직경은 1 ㎛, 25 ㎛ 로 하였다. 또한, 뎁스 필터의 축심을 수평면에 대하여 45°경사지게 배치하였다.
검증 1 : 초기 압력 손실
표 1 은, 원수 온도가 25 ℃ 일 때의 구멍 직경 0.5 ㎛, 1 ㎛ 및 25 ㎛ 인 뎁스 필터에 있어서, 원수를 공급하였을 때의 뎁스 필터의 1 차측과 2 차측의 압력 차이를 나타낸 것이다. 표 1 로부터 분명한 바와 같이, 1 ㎛ 및 25 ㎛ 의 뎁스 필터에 있어서는 압력 손실이 작지만, 0.5 ㎛ 의 뎁스 필터에 있어서는 압력 손실이 매우 커서, 거의 원수가 흐르지 않게 되었다. 따라서, 뎁스 필터의 구멍 직경은 1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
구멍 직경 압력 손실
0.5 ㎛ 0.03 ㎫
1 ㎛ 0.017 ㎫
25 ㎛ 0.012 ㎫
검증 2 : 역세 효과
표 2 는, 구멍 직경 1 ㎛ 와 25 ㎛ 인 뎁스 필터 각각에 있어서, 연속 여과 운전한 경우와, 여과 운전·역세 운전을 교대로 실시한 경우의 뎁스 필터의 상태 (차압의 상황) 를 나타낸 것이다. 여과·역세의 교대 운전은, 여과 운전과 역세 운전을 5 분마다 교대로 반복하였다. 연속 여과 운전을 한 경우, 25 ㎛ 의 뎁스 필터에서는 약 2 시간에, 1 ㎛ 의 뎁스 필터에서는 약 40 분간에 차압이 상승하여, 뎁스 필터가 폐색되었다. 여과·역세의 교대 운전에서는, 1 ㎛, 25 ㎛ 중 어느 뎁스 필터에 있어서도, 5 시간 연속 운전 후에도 차압의 상승은 없어, 뎁스 필터의 폐색은 없었다.
구멍 직경 연속 여과 운전 여과/역세 교대 운전
1 ㎛ 약 40 분간에 차압 상승하여, 필터가 폐색 5 시간 경과 후에도 차압 상승 없음
25 ㎛ 약 2 시간에 차압 상승하여, 필터가 폐색 5 시간 경과 후에도 차압 상승 없음
검증 3 : 여과수의 수질
표 3 은, 구멍 직경 1 ㎛, 25 ㎛ 인 뎁스 필터 각각에 있어서의, 원수 및 여과수 1 ㎖ 중에 포함되는 사이즈별 입자의 수 (수중 파티클수) 와 제거율을 나타내고 있다. 각 데이터의 분모가 원수에 있어서의 수중 파티클수, 분자가 여과수 에 있어서의 수중 파티클수를 나타내고, 괄호 안의 수치는 제거율을 나타내고 있다. 구멍 직경이 25 ㎛ 인 뎁스 필터에서는, 입자 직경이 25 ㎛ 이상인 입자의 95 ％ 이상, 10 ㎛ 이상인 입자의 약 88 ％ 가 제거되고, 1 ㎛ 이상인 입자여도 60 ％ 이상이 제거되어 있다. 25 ㎛ 이상인 입자의 대부분이 제거되어 있기 때문에, 여과수 중의 부유물이 눈에 띄지 않는다. 또한, 구멍 직경이 1 ㎛ 인 뎁스 필터에서는, 입자 직경이 25 ㎛ 이상인 입자의 99 ％ 이상, 10 ㎛ 이상인 입자의 약 94 ％ 가 제거되고, 1 ㎛ 이상인 입자여도 80 ％ 이상이 제거되어 있다.
입자 직경 구멍 직경 : 1 ㎛ 구멍 직경 : 25 ㎛
1 ㎛ 이상 3985/20000 이상 (80 ％ 이상) 7634/20000 이상 (61 ％ 이상)
10 ㎛ 이상 111/1829 (94 ％) 139/1153 (87.9 ％)
25 ㎛ 이상 1/249 (99.6 ％) 4/94 (95.7 ％)
검증 1 의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태에 사용하는 뎁스 필터 (10) 는, 구멍 직경이 1 ㎛ 여도 압력 손실이 거의 없기 때문에, 뎁스 필터 (10) 의 투영 면적이 적어도 되어, 1 차 여과 유닛 (4) 이 대형화되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 검증 2 의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 역세를 실시함으로써 반복 사용할 수 있게 된다. 이로 인해, 수명이 현격히 길어진다. 또한, 검증 3 의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 구멍 직경이 25 ㎛ 인 것으로, 25 ㎛ 이상인 입자의 90 ％ 이상, 10 ㎛ 이상인 입자의 80 ％ 이상을 제거하고 있다. 따라서, 뎁스 필터 (10) 의 구멍 직경은 1 ∼ 25 ㎛ 로 할 수 있다.
이상과 같이, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하였지만, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 여러 가지의 추가, 변경 또는 삭제가 가능하다. 예를 들어, 본 발명은, 모래 여과 장치의 대체로서 뿐만 아니라, 규조토 여과 대체, 카트리지 필터 대체, 플리트 필터 대체 및 마이크로메시 필터 대체 등에도 적용할 수 있다. 구체적인 사용 분야로는, 예를 들어 풀수 순환 여과, 욕조수 순환 여과, 해수 담수화 플랜트, 공업 용수 여과, 폐수 처리 여과, 기름 여과, 연료 여과, 상하수도수 여과 또는 음료 제조 공정에서의 여과 등이다. 따라서, 그러한 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
1 : 여과수 제조 장치 (여과 시스템)
4 : 1 차 여과 유닛
8 : 여과수 통로
9 : 케이싱
10 : 뎁스 필터 (여과재)
12 : 기체 공급 통로
14 : 배출 통로
15 : 연통로
16 : 여과수 취출구
18 : 원수 공급구
22 : 배출구
24 : 기체 공급구
26 : 2 차 여과 유닛
38 : 여과재
MV5 : 제 5 자동 개폐 밸브
A : 압축 공기
FW : 여과수
RW : 원수

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 여과 장치를 사용한 여과수 제조 방법으로서,
    상기 여과 장치는 여과재 및 그것을 수용하는 케이싱을 포함하며, 원수를 여과하는 여과 유닛을 갖고,
    상기 케이싱이, 상기 여과재에 원수를 공급하는 원수 공급구와, 여과수의 취출구와, 상기 여과재에 역세용 유체를 공급하는 유체 공급구와, 상기 여과재를 역세한 유체 및 상기 원수를 배출하는 배출구를 갖고,
    상기 여과재가 구멍 직경 1 ∼ 25 ㎛ 의 뎁스 필터이며,
    또한, 상기 여과수 취출구에 접속되는 여과수 통로와, 이 여과수 통로를 개폐하는 여과수 송수 밸브와, 상기 배출구에 접속되는 배출 통로와 상기 여과수 통로를 연통시키는 연통로와, 이 연통로를 개폐하는 개폐 밸브를 구비하고,
    상기 연통로는, 상기 여과수 통로에 있어서의 상기 여과수 송수 밸브의 상류측으로부터 분기하여, 상기 배출 통로에 접속되어 있고,
    상기 여과수 제조 방법은,
    상기 여과재로부터의 여과수의 공급 및 여과재로의 유체의 공급을 정지한 상태에서 상기 개폐 밸브를 개방함으로써, 상기 여과 유닛을 거쳐 상기 연통로 및 배출 통로로부터 유체를 원수와 함께 배출하는 준비 공정과,
    여과재로부터의 원수의 배출과 여과재로의 유체 공급을 정지한 상태에서, 여과 유닛에 원수를 공급하여, 여과수를 상기 여과수 취출구에 보내는 여과 공정과,
    여과수의 공급을 정지한 상태에서, 여과수측으로부터 여과재로 유체를 공급하여, 이 유체를 상기 배출구로부터 상기 배출 통로를 거쳐 배출하는 역세 공정을 구비한 여과수 제조 방법.
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