KR101731851B1

KR101731851B1 - 원통형 전처리 여과장치.

Info

Publication number: KR101731851B1
Application number: KR1020160149176A
Authority: KR
Inventors: 김산
Original assignee: (주)한국수질기술연구원; 김산
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2017-05-11

Abstract

본 발명은 역삼투압 멤브레인 여과장치에 공급하는 원수를 처리하기 위한 원통형 전처리 여과장치에 관한 것으로서, 상기 전처리 여과장치의 내부에 2차 프리 필터를 포함하는 2차 여과장치가 설치되며, 상기 전처리 여과장치는 외부 격벽 및 내부 격벽으로 이루어진 이중 격벽 구조의 원통형 구조이며, 상기 격벽 사이의 공간에는 고분자 섬유 여재가 충진되고, 상기 외부 격벽 및 내부 격벽에는 복수의 천공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

원통형 전처리 여과장치.{Cylindrical Pre-Filter}

본 발명은 원통형 전처리 여과장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 섬유가 충진된 원통형 필터 본체에 의해 역삼투압 여과장치에 공급하기 전의 원수를 전처리하기 위한 여과장치에 관한 것이다.

오염된 지하수에 대한 정수 시스템은 정수 성능 및 특성에 따라 활성탄 흡착방식, 여과방식, UF(Ultra Filter), NF(Nano Filter), RO(Reverse Osmosis: 역삼투압) 방식 등이 적용되고 있다. 최근에는 정수 성능을 향상시키기 위하여 역삼투압 정수 시스템이 주로 사용되는데, 역삼투압 멤브레인에 공급하는 유입수는 전처리 여과장치에 의해 조대입자 및 미세입자를 제거한 후 공급해야 하기 때문에 전처리 여과장치의 성능이 역삼투압 멤브레인의 성능 및 수명에 큰 영향을 미치게 된다.

이러한 전처리 여과장치는 지하수에 포함되는 흙, 모래, 먼지를 비롯한 각종 찌꺼기, 미생물, 박테리아, 산화물 등의 입자상 이물질 등을 효율적으로 제거하면서도 대량의 원수를 빠른 시간 내에 처리해야 한다. 그러나 지하수 채수 환경은 장소에 따라 크게 상이하며 조대입자 및 미세입자의 함량이나 종류도 다양하기 때문에 실제 운전 중인 정수 시스템에서는 전처리 여과장치의 필터를 한 달에 한 번 교체해야 할 정도로 수명이 짧다.

이러한 전처리 여과장치의 예로서, 대한민국 등록특허공보 10-1310951호에서는 역세작업시 인장스프링을 작동시켜 이물질 탈거를 용이하게 함으로써 효율을 향상시키는 원통형 필터가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허공보 10-1169954호에서는 필터 내부의 회전바 및 유체투입구를 이용하여 필터의 내외주연에 붙어 있는 이물질을 제거하는 전처리용 필터가 개시되어 있다.

그러나 이러한 필터 구조를 개선하는 방법은 설계 및 제작이 복잡하고 유지비용이 발생하기 때문에 지하수의 상태에 따라 사용이 어려운 경우가 많이 발생한다.

이러한 필터 구조를 개선하는 방법과는 별도로 대한민국 공개특허공보 10-2016-0080533호에서는 멜트블로운-캘린더링 부직포를 포함하는 다기능성 다공성 분리막을 RO 전처리 필터에 적용하여 나노 사이즈의 유기 오염물 및/또는 바이러스를 효과적으로 제거하는 전처리 필터를 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허공보 10-1431493호에서는 대칭형 기공구조의 폴리술폰계 정밀여과막을 이용한 전처리용 프리필터가 개시되어 있다.

그러나 이러한 필터의 재질을 개선하는 방법은 특수한 용도에 적합할 뿐 다양한 환경의 지하수에 적용하여 조대입자와 미세입자를 모두 제거할 수 있는 저가의 필터 재료로는 부적합하다.

따라서 역삼투압 멤브레인으로의 유입수의 수질을 일정하게 유지하면서도 필터의 수명이 보장되며 교체 비용이 적은 저가의 재료로 구성된 전처리 여과장치에 대한 개발이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 10-1310951호 대한민국 등록특허공보 10-1169954호 대한민국 공개특허공보 10-2016-0080533호 대한민국 등록특허공보 10-1431493호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 역삼투압 멤브레인 유입수의 수질을 일정하게 유지하는 전처리 여과장치로서, 필터의 교체 수명이 증가되며, 저비용의 재료로 구성함으로써 운전비용을 절감할 수 있는 전처리 여과장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

특히, 저가의 고분자 섬유 재료를 적용함으로써 교체 비용이 절감되면서도 교체가 간단하며 운전 신뢰성이 확보되는 전처리 여과장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 다양한 수질 조건, 설치 환경에 범용으로 적용할 수 있는 간단한 구조의 전처리 여과장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 원통형 전처리 여과장치는 역삼투압 멤브레인 여과장치에 공급하는 원수를 처리하기 위한 원통형 전처리 여과장치로서, 상기 전처리 여과장치의 내부에 2차 프리필터를 포함하는 2차 여과장치가 설치되며, 상기 전처리 여과장치는 외부 격벽 및 내부 격벽으로 이루어진 이중 격벽 구조의 원통형 구조로서, 상기 격벽 사이의 공간에는 고분자 섬유 여재가 충진되고, 상기 외부 격벽 및 내부 격벽 중 어느 하나 이상에는 복수의 천공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고분자 섬유 여재는 상기 내부 격벽과 상기 2차 여과장치 사이의 공간에 추가적으로 충진될 수 있으며, 상기 격벽 사이의 공간에 충진되지 않고, 상기 내부 격벽과 상기 2차 여과장치 사이의 공간에 충진될 수 있다.

또한, 상기 원수 저장 탱크 내에 저장된 원수가 상기 외부 격벽에 형성된 천공을 통해 격벽 사이 공간으로 유입되며, 상기 내부 격벽에 형성된 천공을 통해 상기 원통형 전처리 여과장치 내부로 유입되어 상기 2차 여과 장치 내에 설치된 상기 2차 프리필터로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고분자 섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 나일론 섬유이며, 상기 고분자 섬유의 굵기는 1 내지 5 데니어인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 격벽 및 내부 격벽에 형성된 상기 천공의 직경(㎝)에 대한 단위면적(㎡) 당 천공의 수의 비율은 1:10 내지 1:50인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 원통형 전처리 여과장치는 역삼투압 멤브레인 유입수의 수질을 일정하게 유지하는 효과를 달성한다. 동시에, 필터의 교체 수명이 증가되며, 저비용의 재료로 구성함으로써 운전비용을 절감할 수 있는 효과를 달성한다.

또한, 저가의 고분자 섬유 재료를 적용함으로써 교체 비용이 절감되면서도 교체가 간단하며 운전 신뢰성이 확보되는 전처리 여과장치를 제공할 수 있게 된다.

또한, 다양한 수질 조건, 설치 환경에 범용으로 적용할 수 있는 간단한 구조의 전처리 여과장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전처리 여과장치의 설치구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 전처리 여과장치 내부에 설치되는 2차 여과장치를 나타낸 개념도이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1에서는 본 발명의 전처리 여과장치의 설치구조를 개념적으로 도시하고 있다. 도 1을 살펴보면, 본 발명의 전처리 여과장치는 지하수 등의 원수가 저장되는 원수 저장 탱크 내에 설치된다. 원수에는 흙, 모래, 먼지, 각종 찌꺼기 등의 조대입자 및 미생물, 박테리아, 산화물 등의 미세입자가 혼합되어 있으므로, 역삼투압 멤브레인에 도입되기 전에 전처리 여과장치(100)를 통해 조대입자를 여과하고, 2차 여과장치(200)를 통해 미세입자를 제거하여 역삼투압 멤브레인에 공급하기 위한 유입수를 제조하고 이를 역삼투압 멤브레인 유입수 라인(300)을 통해 역삼투압 멤브레인에 공급하는 방식으로 여과 과정을 진행하게 된다.

상기 원통형 전처리 여과장치(100)는 원수 저장 탱크 내에 설치될 수 있으며, 원수 저장 탱크의 외부에 설치되어 공급라인을 통해 원수 저장 탱크로부터 원수를 공급받는 구조로도 설치될 수 있다. 또한, 상기 전처리 여과장치(100)의 내부에 2차 프리필터(210)를 포함하는 2차 여과장치(200)가 설치된다. 이때, 상기 전처리 여과장치(100)는 외부 격벽(110) 및 내부 격벽(120)으로 이루어진 이중 격벽 구조이며, 상기 격벽 사이의 공간에는 고분자 섬유 여재(130)가 충진된다. 따라서 원수에 포함된 조대입자는 상기 고분자 섬유 여재(130)를 통과하면서 모두 여과되게 되고 상기 2차 여과장치(200)에는 미세입자를 포함한 원수가 유입되게 된다.

상기 외부 격벽(110) 및 내부 격벽(120)은 수압과 충격에 견디며 부식이나 오염이 발생하지 않는 SUS 재질로 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 원수 저장 탱크로부터 2차 여과장치(200)로 원수가 유입되도록 상기 외부 격벽 및 내부 격벽에는 중 어느 하나 이상에 복수의 천공이 형성될 수 있다. 즉, 원수 저장 탱크와 전처리 여과장치(100)가 분리될 경우에는 원수 저장 탱크의 공급라인으로부터 원수가 전처리 여과장치(100)의 외부 격벽(110) 및 내부 격벽(120)의 사이 공간으로 유입되기 때문에 외부 격벽(110)에는 천공이 필요없고 내부 격벽(120)에만 복수의 천공이 형성된다. 반면, 원수 저장 탱크의 내부에 전처리 여과장치(100)가 설치될 경우, 원수 저장 탱크에 저장된 원수가 전처리 여과장치(100)의 내부로 유입될 수 있도록 외부 격벽(110)과 내부 격벽(120) 모두에 복수의 천공이 형성된다.

본 발명에서는 대량의 원수를 처리하여 2차 여과장치(200)로 공급할 수 있도록 상기 천공의 직경 및 단위면적당 개수를 조절하여 전처리 여과장치의 크기와 관계없이 일정 처리 수량을 유지하도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

따라서 원수가 전처리 여과장치(100), 2차 여과장치(200) 및 역삼투 멤브레인(미도시)으로 공급되는 과정은 상기 원수 저장 탱크(300) 내에 저장된 원수가 상기 외부 격벽(110)에 형성된 천공을 통해 격벽 사이 공간으로 유입되며, 상기 내부 격벽(120)에 형성된 천공을 통해 상기 원통형 전처리 여과장치(100) 내부로 유입되어 상기 2차 여과 장치(200) 내에 설치된 상기 2차 프리필터(210)로 공급되게 된다.

도 2는 상기 전처리 여과장치의 내부에 설치되는 2차 여과장치를 나타낸 개념도이다. 2차 여과장치(200)는 복수개의 2차 프리필터(210)를 내장하고 있으며, 상기 2차 여과장치(200)의 내부로 유입된 전처리 여과장치(100)를 통과한 원수를 추가적으로 여과하여 역삼투압 멤브레인 유입수 라인(300)으로 공급하게 된다.

즉, 원수 내 조대입자는 상기 외부 격벽(110)으로부터 상기 2차 여과 장치(200)를 통과하는 과정에서 여과되며, 원수에 남은 미세입자는 상기 2차 여과 장치(200)에 유입되어 상기 2차 프리필터(210)를 통과하면서 여과되어 역삼투 멤브레인 유입수 라인을 통하여 역삼투 멤브레인(미도시)에 공급되면서 여과 공정을 수행하게 된다.

상기 조대입자는 상기 외부 격벽(110)으로부터 상기 2차 여과 장치(200)를 통과하는 과정에서 여과되기 때문에 도 1과 같이 상기 외부 격벽(110)과 상기 내부 격벽(120) 사이의 공간에 고분자 섬유 여재(130)를 충진할 수도 있지만, 도 2에서와 같이 상기 내부 격벽(120)과 상기 2차 여과장치(200) 사이의 공간에 추가적으로 충진될 수도 있으며, 도 3에서와 같이 상기 격벽 사이의 공간에 충진되지 않고, 상기 내부 격벽(120)과 상기 2차 여과장치(200) 사이의 공간에만 충진될 수도 있다.

이러한 충진 구조의 차이는 본 발명의 전처리 여과장치가 적용되는 원수의 수질이나 설치 장소 등에 따라 적절히 변경할 수 있는 것이다.

예를 들어, 원수의 수질이 매우 나빠 조대입자의 함량이 많은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 외부 격벽(110)과 상기 내부 격벽(120) 사이의 공간 및 상기 내부 격벽(120)과 상기 2차 여과장치(200) 사이의 공간에 고분자 섬유 여재(130)를 모두 충진하는 구조를 취할 수 있다. 또한, 원수의 수질이 상대적으로 덜 나쁜 경우에는 상기 외부 격벽(110)과 상기 내부 격벽(120) 사이의 공간 또는 상기 내부 격벽(120)과 상기 2차 여과장치(200) 사이의 공간 중 어느 하나에만 상기 고분자 섬유 여재(130)를 충진할 수 있다.

이러한 고분자 섬유 여재(130)를 구성하는 고분자 섬유는 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 또는 나일론 섬유에서 선택될 수 있는데, 이는 가격과 내구성을 고려하여 선택되는 재질이다. 다른 고분자 섬유를 사용할 수도 있으나, 교체 주기와 비용, 수압에 따른 내구성을 고려하면 가능한 저가이면서 교체가 용이한 여재를 사용하는 것이 바람직하므로 위 재질에서 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 더욱 바람직하게는 나일론 섬유를 선택하는 것이 좋다.

또한, 고분자 섬유 여재(130)에 비점착성을 부여하며 원수에 함유될 수 있는 산, 염기 성분에 대한 내약품성을 부여하기 위하여 불소수지를 포함하는 코팅액을 도포하여 섬유 표면에 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 나일론 섬유의 경우 PFA(perfluoroalkoxy), PTFE(polytetrafluoroeghylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), FEP(fluorinated ethylene proplyene copolymer) 중 어느 하나의 불소수지를 포함하는 코팅액으로 표면에 코팅층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 불소수지는 에멀전 상태의 수지를 사용하며, 결합력의 향상을 위하여 불소수지 100 중량부에 대하여 아세틸 아세톤, 아세톤, 또는 메틸에틸케톤을 0.1 내지 10 중량부를 부가하는 것이 바람직하다. 또한, 코팅액으로 코팅할 때 pH를 5 내지 6으로 조절하면 도포 효율이 향상된다.

상기 코팅액을 도포하는 방법은 통상의 스프레이 분사법, 딥 코팅법, 스핀 코팅법을 이용하며, 물, 알코올 등의 용매 또는 혼합용매를 사용하여 희석한 코팅액을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 도포 후 100 내지 150℃에서 10 내지 30분간 경화하여 코팅층을 형성하게 된다. 또한, 상기 코팅액은 섬유 100 중량부에 대하여 10 내지 30 중량부의 함량으로 사용함으로써 섬유 표면에 고르게 코팅층을 형성할 수 있다. 코팅액의 함량이 너무 많으면 여분의 코팅액이 발생하며 코팅층이 지나치게 두터워 표면 접착력이 감소하며, 코팅액의 함량이 너무 적으면 불소수지에 의한 비점착성 및 내약품성이 감소하게 된다.

본 발명의 전처리 여과장치는 처리량이나 설치 형태, 원수 저장 탱크의 용량에 따라 다양한 크기로 제작될 수 있다. 따라서 크기와 상관없이 신뢰성 있는 원수의 전처리가 가능한 조건을 탐색하는 것이 중요하다.

본 발명에서 사용하는 고분자 섬유는 굵기가 1 내지 5 데니어인 것이 바람직하다. 고분자 섬유의 굵기가 너무 가늘면 장시간 다량의 원수 유입 시 끊어지거나 엉키는 문제가 발생하여 세공 용적이 변하거나 부분적으로 여과 효율이 떨어져 조대입자의 여과율이 감소되는 것으로 나타났다. 예를 들어, 1 데니어 미만의 나일론 섬유를 충진하여 운전해 보면, 조대입자의 여과율이 10~20% 감소하는 경향을 나타내었으며, 여재의 수명도 20~30% 감소하는 것으로 나타났다.

여재의 수명은 역삼투압 멤브레인 유입수 라인(400)에 설치된 유량계에 의해 유량 변화를 모니터링함으로써 알 수 있는데, 초기 측정 유량에서 30% 이상 감소하면 교체수명으로 판단한다. 고분자 섬유가 너무 가는 경우와 마찬가지로 5 데니어를 초과하는 나일론 섬유를 충진한 결과 여재의 수명이 20~30% 감소하는 것으로 나타났다.

이외에도 격벽에 형성된 천공의 직경, 개수, 격벽의 두께, 여재의 충진량, 2차 여과장치의 용량, 원수 저장 탱크에 대한 전처리 여과장치의 용량 등 다양한 변수가 작용하는 것으로 나타났다.

그러나 본 발명에서 목적하는 전처리 여과장치는 적어도 충분한 유량이 확보되면서 여재의 교체 수명까지 일정한 조대입자의 제거율이 확보되어 원수의 상태와 상관없이 적용할 수 있는 것이어야 한다.

따라서 본 발명에서 제조한 전처리 여과장치를 가혹한 환경에서 시험운전함으로써 최적의 조건을 탐색하였다.

2차 프리필터 1개가 운전수명 내에서 20 내지 25톤의 원수를 처리하는 것을 기준으로 전처리 여과장치의 요구 사양을 검토한 결과 적어도 다음 조건이 만족되어야 하는 것으로 나타났다.

첫째, 상기 외부 격벽 및 내부 격벽에 형성된 상기 천공의 직경(㎝)에 대한 단위면적(㎡) 당 천공의 수의 비율은 1:10 내지 1:50일 것. 예를 들어 직경 1㎝인 천공을 기준으로 보면 단위면적(㎡)당 적어도 10개, 최대 50개 미만의 천공이 있어야 충분한 유량을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 천공의 직경은 1 내지 5㎝가 가장 적합한 것으로 나타났는데, 직경이 너무 작으면 조대입자에 의한 막힘이 발생할 수 있고, 직경이 너무 크면 여재가 유출되거나 격벽의 강도가 감소하여 형체 변형이 일부 발생할 수 있으므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

둘째, 상기 격벽 사이의 공간에만 고분자 섬유 여재를 충진할 경우 충진율은 70 내지 80 부피%인 것이 바람직하다. 충진율이 너무 낮으면 세공 용적이 증가하여 조대입자가 섬유 여재를 통과하거나 수압에 의해 세공 용적이 부분적으로 변하는 현상이 발생하여 운전 신뢰성이 감소하며, 충진율이 너무 높아도 세공 용적이 작아 조대입자에 의한 부분적인 막힘현상이 발생하여 내부로 유입되는 수압의 불균일이 발생하여 운전 신뢰성이 감소하는 것으로 나타났다. 운전 신뢰성이 감소한다는 것은 역삼투압 멤브레인 유입수 라인에 설치된 유량계에 의해 유량 변화가 시간당 5% 이상이라는 것을 의미한다.

셋째, 상기 고분자 섬유 여재가 상기 격벽 사이의 공간에 충진되지 않고, 상기 내부 격벽과 상기 2차 여과장치 사이의 공간에만 충진할 경우 충진율은 70 내지 80 부피%인 것이 바람직하다. 이러한 충진율 범위를 취하는 이유는 위에서 설명한 바와 같다.

넷째, 상기 고분자 섬유 여재가 외부 격벽 및 내부 격벽 사이와 내부 격벽과 2차 여과장치 사이를 모두 충진할 경우 충진율은 65 내지 70 부피%인 것이 바람직하다. 즉, 충진율이 너무 높으면 조대입자를 포함하는 원수가 여재를 통과하는 시간 및 수압이 증가하여 운전 신뢰성이 감소하는 문제점이 있으며, 충진율이 너무 낮아도 조대입자의 여과가 불충분하여 운전 신뢰성이 감소하는 문제점이 발생한다.

다섯째, 고분자 섬유 여재의 비점착성이 부여되기 위하여 섬유 표면에 불소수지를 포함하는 코팅액으로 이루어진 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 코팅층이 형성된 고분자 섬유 여재를 사용하는 경우 조대입자에 의한 막힘 현상이 거의 발생하지 않으며, 고분자 섬유 여재 자체의 수명도 30 내지 50% 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 코팅층을 형성할 경우 고분자 섬유 여재의 가격이 상승하게 되므로, 본 발명의 전처리 여과장치가 사용되는 장소, 원수의 상태에 따라 이러한 코팅층이 형성된 고분자 섬유 여재를 사용할지 여부를 선택할 수 있다.

본 발명의 전처리 여과장치의 성능을 시험하기 위하여 충청남도 서산시 대산읍에 위치한 ㈜현대정유에 여과시스템을 설치하고 운전시험을 실시하였다. 시험 장소는 뻘흙이 다량 존재하여 원수의 수질이 매우 나쁜 곳으로 종래의 여과장치를 사용할 때 1개월 이상 사용이 어려운 곳이다.

FEP를 포함하는 코팅액이 코팅된 나일론 섬유를 고분자 섬유 여재로 사용한 전처리 여과장치를 운전 1, 코팅 처리를 하지 않은 나일론 섬유를 고분자 섬유 여재로 사용한 전처리 여과장치를 운전 2, 비교실험을 위해 종래의 디스크 필터를 사용한 전처리 여과장치를 운전 3으로 하여 평가하였다.

코팅 처리한 나일론 섬유는 섬유 100 중량부에 대하여 FEP 20 중량부, 아세톤 1 중량부를 혼합한 코팅액에 물과 메탄올을 1:1의 중량비로 배합한 혼합 용매로서 고형분 함량이 40 중량부가 되도록 희석한 코팅액을 딥 코팅법에 의해 코팅함으로써 제조하였다.

또한, 운전 1, 2, 3에서 2차 여과장치는 제외하고 전처리 여과장치에 대해서만 시험하였으며, 운전 1, 2에 대해서는 외부 격벽 및 내부 격벽에 대하여 천공의 직경(R, ㎝)에 대한 단위면적(A, ㎡) 당 천공의 수의 비율, 천공의 직경(R, ㎝), 고분자 섬유 여재의 충진율(부피%)을 달리하되 표 1과 같이 조건을 달리하여 운전 1-1 내지 운전 2-3으로 나누어 시험을 실시하였다. 여과장치는 원수탱크 내부에 설치하여 여과장치 외부 격벽으로부터 내부로 원수가 유입되는 형태로 운전을 실시하였다.

운전 3은 1개월간 운전을 실시하였으며, 운전 1, 2는 3개월간 운전을 실시하였다. 동일 원수 저장 탱크로부터 공급라인을 통해 각각의 여과장치에 원수를 공급하면서 시험을 실시하였다.

	운전 1-1	운전 1-2	운전 1-3	운전 2-1	운전 2-2	운전 2-3
R:A	1:20	1:40	1:60	1:20	1:40	1:60
R	3	8	3	3	8	3
충진율	70	70	70	75	85	70

각각의 운전에 대하여 1개월 운전한 후, 고분자 섬유 여재를 제거한 후 원수의 뻘 성분에 의한 내부 격벽의 색상 변화를 관찰하였고, 도 3의 (a)와 같이 착색이 거의 없는 경우는 A 등급, (b)와 같이 착색이 일부 일어나는 경우 B 등급, (c)와 같이 착색이 심한 경우는 C등급으로 나누어 성능을 평가하였다.

교체여부는 전처리 여과장치를 통과하여 나오는 유량을 모니터링하여 초기 유량에 대해 30% 이상 감소하면 교체수명에 도달한 것으로 판단하였다.

	운전 1-1	운전 1-2	운전 1-3	운전 2-1	운전 2-2	운전 2-3	운전 3
착색여부	A	B	B	A	B	B	C
교체여부	불필요	교체필요	교체필요	불필요	교체필요	교체필요	교체필요

표 2의 평가결과를 살펴보면, 운전 1-1, 2-1에서는 시험운전 기간이 경과한 후에도 착색이 없고 초기 유량에 비해 유량 감소율이 30% 이하로 더 사용이 가능한 것으로 나타났다.

그러나 천공의 직경이 너무 크거나, 천공의 직경에 대한 단위면적 당 천공 수가 너무 많거나, 충진율이 너무 높은 등 본 발명에서 설정한 최적 조건을 벗어날 경우 착색이 발생하거나 유량 감소율이 너무 높아 필터의 교체가 필요한 결과를 얻었다.

또한, 도 3의 (a) 상태에서 (b) 상태로의 변화를 세부적으로 관찰하기 위하여 색도계로 색차를 측정하였는데, 수학식 1에 따른 CIELAB 좌표에 의한 색차식에 따라 색차를 구했을 때, 운전 1-1, 2-1에서는 색차(ΔE^*)가 각각 1.2, 1.5로 나타나 색의 변화가 거의 없는 것으로 나타났으나, 운전 1-2, 1-3, 2-2, 2-3에서는 착색여부에서 B등급인데 색차(ΔE^*)가 3.8, 3.5, 4.2, 4.1로 높게 나타나 필터의 착색이 매우 진전되는 것으로 파악되었다. 다만, 코팅 처리한 고분자 섬유 여재를 사용하는 경우에서 색차가 다소 낮게 나타나는 점으로부터 코팅 처리한 고분자 섬유 여재의 효과가 있는 점을 확인할 수 있었다.

또한, 운전 1-2, 1-3, 2-2, 2-3과 운전 3은 모두 여과장치의 교체가 필요한 것으로 나타났으나, 운전 3은 2주차부터 초기 유량에 대한 유량 감소율이 30% 이상으로 나타나는데 비해 운전 1-2, 1-3, 2-2, 2-3는 유량 감소율이 30% 이상으로 올라가는 데까지 평균 3~4주 걸리는 것으로 나타나 종래의 여과장치에 비해서는 더 나은 효과를 나타내었다.

또한, 운전 1-1, 2-1에 대해 3개월간 장기 운전을 실시한 결과, 초기 유량에 대한 유량 감소율이 각각 22%, 28%로 교체가 불필요한 것으로 나타났기 때문에 적어도 3개월간은 계속 운전이 가능한 것으로 파악되었다. 운전 1-1이 운전 2-1에 비해 유량 감소율이 낮게 나타났는데, 이는 운전 1-1에서 표면 코팅 처리된 고분자 섬유 여재를 사용하기 때문으로 생각된다. 따라서 코팅 처리된 고분자 섬유 여재를 사용하는 것이 장기 운전을 위해 바람직하다는 결론을 얻었다.

따라서, 시험운전을 통해 본 발명의 전처리 여과장치의 구조를 최적화함에 따라 다량의 원수를 여과하더라도 장기간 운전이 가능하며, 운전 신뢰성이 확보되는 여과장치를 얻을 수 있는 것으로 파악되었다.

또한, 여과장치의 교체시 고분자 섬유 여재를 교체하는 것만으로 계속 운전이 가능하기 때문에 코팅 처리된 고분자 섬유 여재를 사용하는 것이 장기 운전을 위해 바람직하다는 점을 시사한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

100 : 전처리 여과장치 110 : 외부 격벽
120 : 내부 격벽 130 : 고분자 섬유 여재
200 : 2차 여과장치 210 : 2차 프리필터
300 : 역삼투압 멤브레인 유입수 라인

Claims

역삼투압 멤브레인 여과장치에 공급하는 원수를 처리하기 위한 원통형 전처리 여과장치로서,
상기 전처리 여과장치의 내부에 2차 프리필터를 포함하는 2차 여과장치가 설치되며,
상기 전처리 여과장치는 외부 격벽 및 내부 격벽으로 이루어진 이중 격벽 구조의 원통형 구조로서,
상기 격벽 사이의 공간에는 고분자 섬유 여재가 충진되고, 상기 외부 격벽 및 내부 격벽 중 어느 하나 이상에는 복수의 천공이 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 전처리 여과장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 섬유 여재는 상기 내부 격벽과 상기 2차 여과장치 사이의 공간에 추가적으로 충진되는 것을 특징으로 하는 원통형 전처리 여과장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 섬유 여재는 상기 격벽 사이의 공간에 충진되지 않고, 상기 내부 격벽과 상기 2차 여과장치 사이의 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 원통형 전처리 여과장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
원수 저장 탱크 내에 저장된 원수가 상기 외부 격벽에 형성된 천공을 통해 격벽 사이 공간으로 유입되며, 상기 내부 격벽에 형성된 천공을 통해 상기 원통형 전처리 여과장치 내부로 유입되어 상기 2차 여과 장치 내에 설치된 상기 2차 프리필터로 공급되는 것을 특징으로 하는 원통형 전처리 여과장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고분자 섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 나일론 섬유인 것을 특징으로 하는 원통형 전처리 여과장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고분자 섬유의 굵기는 1 내지 5 데니어인 것을 특징으로 하는 원통형 전처리 여과장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 격벽 및 내부 격벽에 형성된 상기 천공의 직경(㎝)에 대한 단위면적(㎡) 당 천공의 수의 비율은 1:10 내지 1:50인 것을 특징으로 하는 원통형 전처리 여과장치.