KR101774576B1 - 셀룰로오스계 중공사 분리막 제조방법 및 이를 이용한 정수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 정수장치는 침전 필터, 분리막 필터 및 후 카본 필터를 포함하고, 상기 분리막 필터는 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 형태를 가지는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 셀룰로오스계 분리막을 중공사 형태로 제작함으로써, 같은 크기의 필터에 들어가는 표면적을 크게 증가시킬 수 있기 때문에, 많은 유량을 얻을 수 있어서 정수장치에 사용하는 것이 가능하다.

Description

셀룰로오스계 중공사 분리막 제조방법 및 이를 이용한 정수장치{Method for manufacturing cellulose hollow fiber membrane and water purifier using the membrane}

본 발명은 셀룰로오스계 중공사 분리막 제조방법 및 이를 이용한 정수장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 내염소 특성을 갖는 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 분리막의 제조방법 및 상기 중공사 분리막을 이용하여 필터 구조를 단순화시킨 정수장치에 관한 것이다.

물은 신체의 약 70%를 차지하고 있으며, 특히 폐와 간은 약 86%, 혈액에서는 약 83%를 차지하는 중요한 성분이다. 물은 인체 내 노폐물을 배출하고 세포가 영양분을 섭취하도록 도와주는 역할을 하므로 수분이 부족하면 몸 속에 노폐물과 독소가 쌓여 각종 질병을 유발하게 된다. 최근의 수질오염, 생활의 질 향상과 더불어 평소 마시는 물에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이러한 시대적 요구에 부응하여 다양한 정수장치(정수기)가 일반 가정은 물론 사무실, 관공서, 유흥주점, 노래방, 공공장소 등에 널리 사용되고 있다.

이러한 정수장치는 통상 수도관에 연결되어 원수를 공급받아 다양한 필터 및 정화작용을 거쳐 정수된 물을 공급하는 형태로 구성되나, 어느 경우에나 "먹는물 관리법" 제5조제3항의 규정에 의한 먹는 물의 수질기준에 적합한 상태에서 음용하도록 해야 한다.

정수장치에 사용되고 있는 대표적인 멤브레인으로는 한외여과막(Ultrafiltration, UF)과 역삼투막(Reverse Osmosis, RO)을 들 수 있다. 이 중 역삼투막은 막 표면이 0.1nm 크기 이하의 기공으로 이루어져, 세균, 바이러스, 내분비 교란물질 등 유기물질과 중금속, 염을 포함한 이온성 물질을 90% 이상 제거할 수 있기 때문에 정수장치에 적용되어 큰 각광을 받고 있다.

역삼투막을 제조하기 위한 소재로 대표적인 것은 폴리아마이드계 소재와 셀룰로오스계 소재를 들 수 있다. 셀룰로오스계 소재는 단위 면적당 투수량이 상대적으로 폴리아마이드계 소재보다 적기 때문에 현재는 폴리아마이드계 소재를 사용한 역삼투막이 대부분을 차지하고 있다. 폴리아마이드계의 역삼투막은 폴리설폰 등으로 구성된 지지체 위에, 계면 중합을 통해 폴리아마이드계의 막을 형성하는 복합막 형태로 구성되어 있다. 폴리아마이드계의 역삼투막은 단위 면적당 투수량이 상대적으로 크지만, 소독약으로 사용되는 잔류 염소성분에 분해될 수 있는 약점을 가지고 있다. 따라서 폴리아마이드계의 역삼투막을 정수기나 정수 시스템에 적용하기 위해서는 반드시 전처리 과정을 통해 염소 성분을 0.1 ppm 이하로 낮추는 과정을 거쳐 원수를 역삼투막에 공급해야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 정수장치는 침전 필터(10), 선카본 필터(12), 역삼투막 필터(14), 후카본 필터(16)의 필터 구성을 가진다. 침전 필터(10)는 원수(W1)에서 부유물질, 모래, 녹 등 비교적 큰 불순물을 제거하는 기능을 가지고, 선카본 필터(12)는 원수에서 농약성분, 발암물질 등 휘발성 유기물질을 제거할 뿐만 아니라, 후단의 역삼투막 필터(14)에 잔류 염소가 들어가지 않도록 염소 성분을 제거하는 기능을 가지고 있다. 역삼투막 필터(14)는 원수에 함유된 유, 무기 오염물질, 세균, 바이러스, 중금속 및 염을 포함한 이온성 물질을 제거하는 기능을 가지며, 후카본 필터(16)는 원수에 함유된 가스상 물질들을 제거하여 물 냄새를 제거하고 물맛을 향상시키는 기능을 한다. 후카본 필터(16)를 거친 정수된 물(W2)은 저수조(18)에 저장된 후 취수코크(도시하지 않음)를 통해 음용수로 공급된다.

이 때 폴리아마이드계의 소재를 사용한 역삼투막 필터를 적용할 때에는 선카본 필터(12)가 필수적으로 들어가야 하며, 선카본 필터(12)의 성능이 저하되면 역삼투막에 염소 성분이 흘러 들어갈 수 있으므로 주기적으로 교체를 해주어야 한다. 또한 선카본 필터(12)를 거치면서 염소 성분이 제거되기 때문에 역삼투막 필터(14) 및 그 이후의 후카본 필터(16), 저수조 등에 살균할 수 있는 성분이 포함되지 않아 세균이나 미생물이 번식할 우려가 발생한다.

반면에 내염소 특성을 가지는 셀룰로오스계의 역삼투막은 1 ppm 정도의 염소 성분을 견딜 수 있기 때문에 수돗물에 전혀 영향을 받지 않고 사용할 수 있고, 위와 같은 문제점을 해결할 수 있을 가능성은 있다. 하지만 같은 면적 당 투수량이 폴리아마이드계 막에 비해 너무 낮기 때문에 정수장치에 거의 적용되지 못하고 있다.

본 발명은 선카본 필터가 필요없는 보다 간단한 구조의 정수장치를 제공하는 것이다. 또한, 역삼투막(또는 NF막) 필터, (후)카본 필더, 저수조 등에서 세균, 미생물들이 번식하는 것을 방지하여 정수 효율의 향상 및 보다 깨끗한 물을 제공할 수 있는 정수장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 단위면적당 투수량이 크고 내염소 특성을 갖는 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 분리막 제조방법 및 이를 이용한 정수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정수장치는 원수를 여과하는 침전 필터, 상기 침전 필터를 통과한 원수를 정수하며 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 분리막 필터 및 상기 분리막 필터를 통과한 원수를 정수하는 카본 필터를 포함한다.

일 실시예로, 상기 셀룰로오스계 소재는 셀룰로오스 에스테르일 수 있으며, 보다 구체적으로 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 또는 셀룰로오스 부틸레이트 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 분리막 필터는 1가염을 80% 이상 제거할 수 있는 역삼투막 필터 또는 2가염을 80% 이상 제거할 수 있는 NF막 필터일 수 있다.

일 실시예로, 상기 분리막은 100㎛ 내지 2mm의 두께를 가질 수 있다.

일 실시예로, 상기 분리막은 3kgf 내지 10kgf의 수압을 견딜 수 있다.

일 실시예로, 상기 침전 필터와 분리막 필터가 하나의 필터 하우징에 포함되어 상기 카본 필터와 함께 2단으로 구성될 수 있다.

일 실시예로, 상기 분리막 필터와 상기 카본 필터 사이에 저수조가 위치할 수 있다.

일 실시예로, 상기 분리막은 1,000 ppm 농도의 차아염소산 용액에서 1시간 내지 100시간 통과시 80% 이상의 염 제거 능력을 유지할 수 있다.

일 실시예로, 상기 분리막은 5N 이상의 인장강도를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 셀룰로오스계 중공사 분리막 제조방법은 셀룰로오스계 막재료 20중량% 내지 50중량%, 용매 20중량% 내지 50중량% 및 비용매 5중량% 내지 30중량%를 혼합하여 방사원액을 제조하는 단계, 상기 방사원액을 가열하여 용해시키는 단계 및 상기 방사원액을 노즐을 통해 응고액에 토출시키면서 응고시키는 단계를 포함한다.

일 실시예로, 상기 셀룰로오스계 막재료는 셀룰로오스 에스테르일 수 있으며, 보다 구체적으로 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 또는 셀룰로오스 부틸레이트 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 용매는 N,N-디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide), N,N-디메틸 포름아미드(dimethyl formamide), γ-부틸로 락톤(lactone), N-메틸 피롤리돈(methyl pyrrolidone) 또는 N,N-디메틸 이미다졸리디논 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 비용매는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 트리에틸렌 글리콜(triethylene glycol), 폴리에스틸렌 글리콜(polyethyleneglycol) 또는 글리세린(glycerin)을 포함하는 다가 알코올일 수 있다.

일 실시예로, 상기 방사원액을 가열하여 용해시키는 단계에서, 상기 가열은 130℃ 내지 170℃에서 수행될 수 있다.

일 실시예로, 상기 방사원액을 노즐을 통해 응고액에 토출시키면서 응고시키는 단계에서, 상기 응고액은 상기 용매, 상기 비용매 및 물을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 용매는 상기 응고액 전체의 5중량% 내지 30중량%, 상기 비용매는 상기 응고액 전체의 3중량% 내지 20중량%, 상기 물은 상기 응고액 전체의 50 내지 90중량%일 수 있다.

일 실시예로, 상기 방사원액을 노즐을 통해 응고액에 토출시키면서 응고시키는 단계에서, 상기 응고액의 온도는 0℃ 내지 50℃일 수 있다.

일 실시예로, 상기 방사원액을 노즐을 통해 응고액에 토출시키면서 응고시키는 단계 이후, 상기 응고된 중공사막을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 분리막 필터를 채용함으로써, 같은 크기의 필터에 들어가는 표면적을 크게 증가시킬 수 있고 많은 유량을 얻을 수 있어서 정수장치에 사용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 셀룰로오스계 중공사 분리막은 내염소 특성을 가지기 때문에, 선카본 필터를 생략할 수 있고, 이에 따라 3단 또는 2단 필터 구성을 가지는 보다 간단한 콤팩트형 정수장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 분리막 필터, 카본 필더, 저수조 등에서 세균, 미생물 들이 번식하는 것을 방지하여, 정수 효율을 향상시키고 보다 깨끗한 물을 제공할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정수장치를 포함하는 이온수기의 일부 구성 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정수장치를 포함하는 냉온수기의 일부 구성 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수장치는 침전 필터(102), 분리막 필터(104) 및 카본 필터(106)를 포함한다. 즉, 침전 필터, 선카본 필터, 역삼투막 필터, 후카본 필터의 필터부 구성을 가지는 종래의 정수장치(정수기) 구조에서 선카본 필터가 제외된 구성을 가진다. 상기 필터 들은 필터 헤드(도시하지 않음)에 각각 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

침전 필터(102)는 수도꼭지 등을 통해 유입되는 원수(W1) 중에 포함된 부유물질, 모래, 녹 등 비교적 큰 불순물을 제거하는 기능을 수행한다. 침전 필터(102)는 예를 들어, 내화학성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌(PP: Polypropylene) 소재로 제작될 수 있으며, 많은 오염물질을 포집하여 제거할 수 있도록 다중섬유층 구조로 이루어질 수 있다.

분리막 필터(104)는 내염소 특성을 가지는 셀룰로오스계 소재로 이루어진다 구체적으로, 셀룰로오스 에스테르계의 물질이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate) 또는 셀룰로오스 부틸레이트 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 즉, 한 가지 소재만이 아니라 두 가지 이상의 소재를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 분리막 필터는 중공사형 분리막이 필터이며, 역삼투막 필터 또는 NF(Nanofiltration)막 필터일 수 있으나 역삼투막 필터가 바람직하다. 이하에서는 주로 역삼투막을 중심으로 설명하도록 하나 동일한 설명이 NF막에도 적용될 수 있다.

분리막(역삼투막)을 이용한 수처리용 모듈은 평판형, 관형, 나권형 및 중공사형 등이 존재한다. 평판형(plate and frame)은 판(sheet) 모양의 모듈로 유지관리가 용이하며, 부직포 등 위에 고분자 용액을 캐스팅해서 제조하기 때문에 고압에서 견디기 쉽고, 제조가 용이하다는 장점이 있으나, 표면적이 작은 단점이 있다. 관형(tubular)은 용질의 입자 크기가 큰 경우에 적합하나 표면적이 중공사형보다 작다. 나권형(spiral wound)은 평판형 막을 여러 장 말아서 하나의 모듈로 구성한 것으로서, 표면적이 큰 장점이 있으나 입자크기가 큰 물질은 막히기 쉬운 단점이 있다. 중공사(hollow fiber)형은 고분자 용액이 노즐을 통과하면서 중공사 구조를 만들고 표면에 기공이 발생하도록, 고분자 용액의 조성과 응고액을 조절하여 제조한다. 중공사막은 제조 공정이 쉽지 않고, 지지할 수 있는 지지체가 없어서 고압에 약한 단점이 있지만, 단위 부피당 표면적이 넓기 때문에 많은 유량을 확보할 수 있는 장점이 있다.

셀룰로오스계의 분리막(역삼투막)은 단위 면적당 투수량이 폴리아마이드계 역삼투막보다 작다는 단점이 있지만, 평막 형태가 아닌 중공사막 형태로 제조할 경우 단면적을 크게 증가시킬 수 있기 때문에 유량을 확보할 수 있다. 폴리아마이드계 역삼투막은 지지체 위에 계면 중합을 통해 제조해야 하기 때문에 중공사 형태로 제작하기에는 어려운 점이 있다. 이에 본 발명에서는 내염소 특성을 가진 셀룰로오스계 소재를 사용하여 정수장치 가동압력에 견디면서 표면적이 넓도록 중공사 형태의 역삼투막을 제조하고 이를 정수장치에 적용한 것이 특징이다.

이러한 분리막은 NaCl과 같은 1가염을 80% 이상 제거할 수 있는 역삼투막 또는 MgCl₂와 같은 2가염을 80% 이상 제거할 수 있는 NF막 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 역삼투 특성을 나타낼 수 있도록 3 kgf 내지 10 kgf의 수압에서도 견딜 수 있도록 제조되며, 100㎛ 내지 2mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 또한 상기 분리막은 5N 이상의 인장강도를 가지도록 구성될 수 있으며 1,000 ppm 농도의 차아염소산(hypochlorous acid) 용액에서 1시간 내지 100시간 통과시 80% 이상의 염 제거 능력을 유지하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 분리막은 1 ppm 정도의 잔류 염소 농도에서 장기적으로 운용 가능하기 때문에, 통상의 수돗물에 전혀 영향을 받지 않고 사용할 수 있다. 참고로 가정에 공급되는 수돗물 원수는 약 1 ppm 정도의 농도를 가진다. 따라서 기존의 폴리아마이드 역삼투막에 잔류 염소가 침투하지 않도록 사용되던 선카본 필터를 생략할 수 있게 되어 침전 필터, 내염소성 분리막(역삼투막) 필터, 카본필터의 3단으로 이루어진 필터 구성이 가능하다. 잔류 염소를 제거하는 선카본 필터가 생략되면, 분리막에 염소 성분이 접촉하게 되기 때문에 분리막에 세균이나 미생물이 서식할 수 있을 가능성을 배제할 수 있게 된다. 또한 내염소성 분리막을 통과한 일부 잔류 염소성분은 카본 필터 및 저수조에 발생하는 세균이나 미생물도 억제할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

카본 필터(106)는 원수에 함유된 가스상 물질들을 제거하여 물 냄새를 제거하고 물맛을 향상시키는 기능을 수행할 수 있으며, 카본 필터(106)를 통해 나오는 정수된 물(W2)은 저수조(도시하지 않음)에 저장되어 음용수로 제공될 수 있다. 카본 필터(106)는 활성카본을 포함할 수 있다. 활성카본은 주로 야자껍질, 목재, 석탄 등을 원료로 사용하여 고온에서 소성시킨 특수탄소로 활성화 과정에서 형성된 분자 크기 정도의 미세 세공이 잘 발달된 무정형탄소의 집합체일 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기는 침전 필터, 셀룰로오스 중공사 분리막 필터 및 카본 필터의 3단 필터로 구성될 수도 있으나, 도 3에 도시된 것과 같이 침전 필터(102)와 분리막 필터(104)가 하나의 필터 하우징에 포함되어 카본 필터(106)와 함께 2단으로 구성될 수도 있다. 이는 중공사 형태로 표면적이 증대되어 유량이 증가하기 때문에 침전 필터와 내염소성 중공사 분리막 필터를 하나의 필터 형태로 제작할 수 있기 때문이다. 상기 분리막은 역삼투막 또는 NF막일 수 있으며, 필터들은 필터 헤드(도시하지 않음)에 각각 탈착 가능하게 결합될 수 있고, 이온수기, 냉온수기 등을 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정수장치의 일부 구성 단면도이다. 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수장치는 수도꼭지 등으로부터 원수(W1)를 취수하기 위한 취수밸브(100), 상기 취수밸브(100)에 의해 유입이 제어되는 원수를 1차 정수하는 침전 필터(102), 상기 침전 필터(102)를 거친 물을 다시 정수하는 분리막 필터(104), 상기 분리막 필터(104)를 통해 나오는 물을 저장하는 저수조(110) 및 상기 저수조(110)에 저장된 물을 다시 정수하는 카본 필터(106)를 포함할 수 있다. 분리막 필터(104)는 전술한 것과 같이 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 분리막 필터로서 내염소 특성을 가지고 있고 1ppm 정도의 잔류 염소 농도에서 장기적으로 운용할 수 있다. 즉, 분리막 필터(104)를 통과한 물은 어느 정도 잔류 염소 성분을 가지고 있고 저수조(110)에서의 세균 또는 미생물의 발생을 억제할 수 있는 잇점이 있다. 또한, 전술한 바와 같이 침전 필터(102)와 분리막 필터(104)는 하나의 필터 하우징 내에 설치되고 카본 필터(106)과 함께 2단의 필터 구성을 가질 수도 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정수장치를 포함하는 이온수기의 일부 구성 단면도이다. 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 정수장치를 포함하는 이온수기는 침전 필터(102), 분리막 필터(104) 및 카본 필터(106)를 포함하는 필터부, 저수조(110) 및 전해조(114) 등을 포함한다.

침전 필터(102)는 원수(W1)에 포함된 부피가 큰 침전물을 여과하고, 셀룰로오스계 중공사 분리막 필터(104)는 각종 중금속 유기화학 물질 등을 제거할 수 있으며, 카본 필터(106)는 물맛을 향상시키기 위하여 세라믹, 실버카본 등의 소재를 사용하여 원수를 최종 여과할 수 있으며, 상기 필터들은 필터 헤드(도시하지 않음)에 각각 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

저수조(110)는 정수된 물이 저장되는 장소를 제공하며, 사용자가 냉수를 원하지 않는 경우에는 저수조(110)에 연결된 정수취출배관(202)을 통해 상온의 정수를 마실 수 있다. 냉수조(112)에는 냉각기(도시하지 않음)에 의해 냉각된 물이 저장되며, 상기 냉수조(112)의 주위를 폴리우레탄 폼과 같은 단열재료 감쌀 수 있다. 한편, 상기 냉수조(112)는 저수조(110) 내에 존재할 수도 있으며, 저수조(110)와 일체로 형성될 수도 있다.

저수조(110) 또는 냉수조(112)의 물은 전해조(114)로 유입되어 전해조(114)에서 전기분해되어 산성수와 알칼리수로 분리가 된다. 분리된 알칼리수는 이온수취출배관(204)을 통해 연결된 취수코크(도시하지 않음)를 통해 컵 등에 받아 음용하도록 구성될 수 있다. 전해조 세정시 그 세정수가 드레인되는 배관(206)이 구비될 수 있으며, 유로전환밸브(208)에 의해 평상시에는 이온수취출배관(204) 쪽으로 열려 있다가 전해조(114)를 세정할 때에는 전해조 세정수가 드레인 되도록 전해조 세정수 드레인 배관(206) 쪽으로 열리도록 구성될 수 있으며 이러한 작업은 제어부(116)에 의해 자동적으로 제어될 수 있다.

제어부(116)는 전해조(114)에 인가되는 전류(전압)값을 결정하고 이를 전해조(114)에 인가하는 역할을 하며, 상기 제어부(116)는 터치패널과 같은 조작부(도시하지 않음)를 통해 사용자가 조정하도록 구성할 수 있다. 제어부(116)는 마이크로 프로세서, 메모리 등으로 구성되어 내장된 프로그램에 의해 유량 등에 따라 전해조(114)에 인가되는 전류값을 결정하게 된다. 유량에 따라 전해조(114)에 인가되는 전류값을 설정하기 위해서는 냉수조(112)로부터 전해조(114)로 연결되는 배관(212)에 유량센서(118)를 장착하여 측정된 유량에 따라 전해조(114)에 인가될 전류값을 설정할 수 있다. 또한, 유량을 조절하거나 일정하게 하기 위해 상기 배관(212) 상에는 제어부(116)에 의해 제어되는 밸브(214)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 밸브(214)는 제어부(116)에 의해 전기적으로 제어되는 솔레노이드 밸브일 수 있으며 일정 유량을 흘려주는 정량밸브일 수 있다.

한편, 저수조(110)로부터 전해조(114)에 이르는 배관(216) 상에도 유량센서(도시하지 않음), 밸브(218)가 장착될 수 있으며 상기 밸브는 직동식 밸브일 수 있다. 또한, 전해조(114)의 산성수는 산성수취출배관(210)을 통해 드레인시키거나 취수코크에 연결하여 사용(음용)할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정수장치를 포함하는 냉온수기의 일부 구성 단면도이다. 도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 정수장치를 포함하는 냉온수기는 침전 필터(102), 분리막 필터(104) 및 카본 필터(106)를 포함하는 필터부, 온수조(130) 및 냉수조(140) 등을 포함한다.

수도관 등에서 흘러나온 원수(W1)를 상기 필터 들을 통과시켜 정수한 후 저수조(110)에 저장하고 냉수조(140)에서는 차가운 물을 온수조(130)에서는 히터(132)에 의해 가열된 뜨거운 물을 공급하게 된다. 한편, 냉수조(140)에는 냉수코크(144), 온수조(130)에는 온수코크(134)가 각각 연결되어 있으며 냉수를 마시고자 할 때는 냉수코크(144)를 통해, 온수를 마시고자 할 때는 온수코크(134)를 통해 취수를 한다. 한편, 온수조(130)과 냉수조(140)의 주위를 폴리우레탄 폼과 같은 단열재로 감쌀 수 있으며, 냉수조(140)의 물은 냉각기(142)에 의해 냉각될 수 있다.

중공사 분리막의 제조

본 발명의 일 실시에에 따른 중공사 분리막은 셀룰로오스계 막재료, 용매 및 비용매를 포함하는 방사원액을 130℃ 내지 170℃, 바람직하게는 140℃ 내지 160℃에서 가열하여 용해시키고, 노즐을 통해 토출시키면서 응고액에서 응고시킨 후 세척하여 제조할 수 있다. 또한, 세척 후 온수로 처리하는 단계를 더 거칠 수 있다.

셀룰로오스계 막재료는 전체 방사원액에 대해 20중량% 내지 50중량%, 바람직하게는 30중량% 내지 50중량% 포함될 수 있다. 용매는 전체 방사원액에 대해 20중량% 내지 50중량%, 바람직하게는 30중량% 내지 50중량% 포함될 수 있다. 비용매는 전체 방사원액에 대해 5중량% 내지 30중량% 포함될 수 있다.

응고액은 상기 용매, 상기 비용매 및 물을 포함하는 응고액일 수 있다. 상기 용매의 함량은 응고액 전체의 5중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 10중량% 내지 30중량%일 수 있으며, 비용매의 함량은 응고액 전체의 3중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 5중량% 내지 15중량%일 수 있다. 물의 함량은 응고액 전체의 50중량% 내지 90중량%, 바람직하게는 60중량% 내지 80중량%일 수 있다. 전술한 방사원액 및 응고액의 조성은 일 실시예에 불과하며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 응고액의 온도는 0℃ 내지 50℃의 온도범위일 수 있다.

상기 셀룰로오스계 막재료로는 셀룰로오스 에스테르계의 물질이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트 또는 셀룰로오스 부틸레이트 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 용매로서는 셀룰로오스 아세테이트 등의 막재료를 용해하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, N,N-디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide), N,N-디메틸 포름아미드(dimethyl formamide), γ-부틸로 락톤(lactone), N-메틸 피롤리돈(methyl pyrrolidone) 또는 N,N-디메틸 이미다졸리디논 중 어느 하나 이상을 포함하는 용매일 수 있다. 상기 비용매로는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 트리에틸렌 글리콜(triethylene glycol), 폴리에스틸렌 글리콜(polyethyleneglycol), 글리세린(glycerin) 등의 다가 알코올 또는 그러한 저급 알킬 에테르(alkyl ether) 유도체 등을 들 수 있고, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 및 비교예 >

셀룰로오스 트리아세테이트(이스트만 화학) 40중량% , N-메틸 피롤리디논 40중량%, 에틸렌 글리콜 20중량%를 포함하는 용액을 준비하고, 약 150도로 가열한 상태에서 노즐을 통해 토출시키면서, 중공사 형태의 막을 제조하였다. 토출된 막은 물 70중량%, N-메틸 피롤리디논 20중량%, 에틸렌 글리콜 10중량%의 응고액에서 응고되고, 충분히 세척한 후에 80도 온수로 2시간 동안 처리하였다.

제조된 셀룰로오스계 내염소성 역삼투막과 시중에서 판매하고 있는 다우케미칼(Dow Chemical)사의 폴리아마이드계 역삼투막의 특성을 비교하였다. 우선 내염소 특성을 알아보기 위해 800 ppm의 차아염소산 용액에 담그고 NaCl 제거율의 변화를 살펴 보았다. 이때 NaCl의 농도는 250 ppm이고, 압력 50 psi 조건에서 측정하였다. 아래 [표 1]에 나타낸 바와 같이, 실시예의 경우 염소 용액에 대해 내구성을 갖지만, 비교예의 경우 폴리아마이드층이 파괴되어 염제거율이 급격히 저하되고 있다.

	초기 성능	24시간 후	48시간 후	96시간 후
실시예	95.4%	94.8%	94.6%	92.1%
비교예	96.9%	94.4%	77.4%	0%

또한 1 ppm의 차아염소산 용액을 실시예의 내염소성 역삼투막과 비교예에서의 선카본 필터, 폴리아마이드 역삼투막에 통과시켜 보았다. 아래 [표 2]에 나타낸 바와 같이, 실시예의 경우 잔류 염소가 89% 제거되며, 비교예의 경우 모두 제거되는 것을 확인하였다.

	잔류 염소 제거율
실시예	89%
비교예	100%

이상으로, 본 발명에서는 선카본 필터를 제거하더라도 사용 가능한 내염소성 분리막을 제공할 수 있고, 이 분리막을 사용하여 침전 필터, 중공사 분리막 필터, 카본 필터의 3단 필터 또는 침전 필터 + 중공사 분리막 필터, 카본 필터의 2단 필터로 구성된 정수장치를 구현할 수 있다. 그리고 내염소성 중공사 분리막은 염소 용액에 잘 견딜 뿐 아니라 일부 잔류 염소를 통과시켜, 분리막 필터, 카본 필터, 저수조 등에서 세균, 미생물 등이 번식하는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술상 범위 내에서 다양한 변형과 수정이 가능하며, 이러한 변형 및 수정이 본 발명의 권리 범위를 제한하지는 않는다.

100...취수밸브 102...침전 필터
104...분리막 필터 106...카본 필터
110...저수조 114...전해조
130...온수조 132...히터
112, 140...냉수조 142...냉각기

Claims (20)

1. 원수를 여과하는 침전 필터;
   상기 침전 필터를 통과한 원수를 정수하며 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 분리막 필터; 및
   상기 분리막 필터를 통과한 원수를 정수하는 카본 필터를 포함하고,
   상기 중공사 분리막 필터는 1가염을 80% 이상 제거할 수 있는 역삼투막 필터이고,
   상기 셀룰로오스계 소재로 이루어진 중공사 분리막은,
   셀룰로오스 트리아세테이트, N-메틸 피롤리디논 및 에틸렌 글리콜를 포함하는 용액을 혼합하고, 가열한 상태에서 노즐을 통해 토출시키면서 물, N-메틸 피롤리디논 및 에틸렌 글리콜로 구성된 응고액에서 응고하여 제조된 것인 정수장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 셀룰로오스 트리아세테이트는 40중량%, 상기 N-메틸 피롤리디논은 40중량%, 상기 에틸렌 글리콜은 20중량%이고, 상기 응고액에 있어서, 물은 70중량%, 상기 N-메틸 피롤리디논은 20중량%, 상기 에틸렌 글리콜은 10중량%인 것을 특징으로 하는 정수장치.
   
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5. 제1항에 있어서,
   상기 중공사 분리막은 100㎛ 내지 2mm의 두께를 가지는 정수장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 중공사 분리막은 3kgf 내지 10kgf의 수압을 견딜 수 있는 정수장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 침전 필터와 중공사 분리막 필터가 하나의 필터 하우징에 포함되어 상기 카본 필터와 함께 2단으로 구성된 정수장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 중공사 분리막 필터와 상기 카본 필터 사이에 저수조가 위치하는 정수장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 중공사 분리막은 1,000 ppm 농도의 차아염소산 용액에서 1시간 내지 100시간 통과시 80% 이상의 염 제거 능력을 유지하는 정수장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 중공사 분리막은 5N 이상의 인장강도를 가지는 정수장치.
    
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