KR102009068B1 - 역침투막 장치의 운전 방법, 및 역침투막 장치 - Google Patents
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Abstract
MBR 처리수 등의 막 오염 물질을 많이 포함하는 원수를, 투과수량의 저하를 방지하여 안정적으로 처리할 수 있는 역침투막 장치 및 그 운전 방법을 제공한다. 고분자 유기물을 함유하는 물을 원수로서 처리하는 역침투막 장치의 운전 방법에 있어서, 그 원수가 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하고, 그 역침투막 장치는, 하기 식 (1) 을 만족시키는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 갖고, 그 역침투막 장치를 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전한다.
막 면적 (㎡) ≥ n2 × (11/16) … (1)
단, n 은 역침투막 엘리먼트의 직경 (인치) 을 나타낸다.
막 면적 (㎡) ≥ n2 × (11/16) … (1)
단, n 은 역침투막 엘리먼트의 직경 (인치) 을 나타낸다.
Description
본 발명은, MBR 처리수 등의, 막에 흡착되어 막 오염을 진행시키는 고분자 유기물을 포함하는 물을 처리하는 역침투막 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이 역침투막 장치를 사용한 생물 처리수의 처리 방법에 관한 것이다.
역침투막은, 종래, 해수 담수화, 초순수 제조, 공업용수 처리, 배수 회수 처리 등에 있어, 원수 중의 이온류나 유기물 등을 제거하기 위해서 사용되고 있다 (예를 들어, 비특허문헌 1). 역침투막은 막 표면에서의 미생물의 번식이나 유기물의 흡착에 의해 투과 유속이 저하되거나 탁질에 의한 폐색으로 모듈 차압이 상승되는 경우가 있다. 따라서, 역침투막을 정기적으로 세정하여, 투과 유속이나, 엘리먼트의 원수측과 농축수측의 차압 (이하, 엘리먼트 차압) 을 회복시킬 필요가 있다.
역침투막 엘리먼트로서, 스파이럴형 막 엘리먼트가 알려져 있다. 투과수 스페이서의 양면에 역침투막을 중첩하여 3 변을 접착함으로써 주머니 형상 막을 형성하고, 그 주머니 형상 막의 개구부를 투과수 집수관에 설치하여, 망상의 원수 스페이서와 함께, 투과수 집수관의 외주면에 스파이럴상으로 감음으로써 구성된 스파이럴형 막 엘리먼트가 알려져 있다. 이 스파이럴형 막 엘리먼트에서는, 원수는 엘리먼트의 일방의 단면측으로부터 공급되어, 원수 스페이서를 따라 흐르고, 타방의 단면측으로부터 농축수로서 배출된다. 원수는 원수 스페이서를 따라 흐르는 과정에서, 역침투막을 투과하여 투과수가 된다. 이 투과수는 투과수 스페이서를 따라 투과수 집수관의 내부로 흘러들고, 투과수 집수관의 단부로부터 배출된다.
이와 같이, 스파이럴형 막 엘리먼트에서는, 투과수 집수관에 감겨진 주머니 형상 막 사이에 배치 형성되는 원수 스페이서에 의해 원수 경로가 형성되게 된다.
스파이럴형 막 엘리먼트의 원수 스페이서의 두께를 두껍게 함으로써, 탁질이 원수 유로를 폐색하기 어려워져, 탁질 축적에 의한 엘리먼트 차압의 상승이나 투과수량, 투과수질의 저하를 회피할 수 있다. 탁질에 의한 폐색성을 개선하기 위해서, 원수 스페이서의 두께를 크게 한 스파이럴형 역침투막 엘리먼트가 출시되어 있다.
원수 스페이서를 두껍게 하면, 엘리먼트당의 막 면적이 작아져, 엘리먼트당의 투과수량이 감소한다. 시판되는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 막 면적은 42 ㎡ (440 ft2) 이하이다.
원수 스페이서의 두께를 크게 해도, 막 오염 물질의 흡착에 의한 투과 유속의 저하에 대한 개선 효과는 기대할 수 없다.
엘리먼트당의 막 면적을 크게 하기 위해서, 원수 스페이서의 두께를 얇게 하는 것도 제안되어 있다 (예를 들어 특허문헌 1). 일반적으로는, 원수 스페이서의 두께가 얇아지면 탁질에 의한 유로의 폐색이 문제가 되는 것으로 생각되고 있다. 원수 스페이서의 두께가 얇은 것에 대해서는, 어떠한 특성이 있고, 어떠한 운전을 하면 되는지는 알려져 있지 않았다.
하수 등의 유기성 오수를 생물 처리조에서 활성 오니 처리하고, 생물 처리조 내에 침지 설치한 침지형 막분리 장치로 활성 오니 혼합액을 고액 분리하는 막분리 활성 오니법 (MBR：멤브레인 바이오리엑터) 은, 안정적인 수질의 처리수를 얻을 수 있고, 또, 활성 오니 농도를 높여 고부하 처리를 실시할 수 있다. 이 MBR 처리수 (침지형 막분리 장치의 막여과수) 를 직접 역침투막 장치에 급수하여 역침투막 분리 처리하는 유기성 배수의 처리 방법도 제안되어 있다 (예를 들어, 비특허문헌 2).
MBR 처리수는, 막 오염 물질이 되는 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 많이 포함한다. 따라서, MBR 처리수를 처리하는 역침투막 장치에서는, 시간 경과에 따른 투과 유속의 저하 혹은 막간 차압의 증가가 크다.
「사용자를 위한 실용 막 분리 기술」(1996년 4월 30일 초판 1쇄 발행, 일간 공업 신문사) 제6페이지
「수처리막의 제막 기술과 재료 평가」 (2012년 1월 30일 제1판 제1쇄 발행, 사이언스 ＆ 테크놀로지 주식회사) 제11페이지
본 발명은, MBR 처리수 등의 막 오염 물질을 많이 포함하는 원수를, 투과수량의 저하를 방지하여 안정적으로 처리할 수 있는 역침투막 장치 및 그 운전 방법과, 이 역침투막 장치를 사용한 생물 처리수의 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
역침투막은, 통수에 의해 막 표면에서 농도 분극으로 불리는 현상이 발생하고, 농도 분극이 커지면, 막면의 용질 농도가 높아지는 것이 알려져 있다. 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 유동 조건을 해석한 결과, 이하와 같은 지견을 얻었다.
1) 막의 투과 유속을 작게 하면 농도 분극은 작아진다.
2) 막 표면의 통수 선속을 크게 하면 농도 분극은 작아진다.
3) 용질의 분자량이 커지면 농도 분극이 커진다.
본 발명자들은 또한, 막 오염에 의한 파우링을 일으키는 원인 물질이, 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물, 특히 다당류, 단백질과 같은 생물 대사물인 것, 그것들의 고분자 유기물이 농도 분극에 의해 막면 농도가 상승했을 때에, 투과 유속 및 투과수량의 저하가 현저해지는 것을 밝혀내었다.
추가로 검토를 거듭한 결과, 다음의 지견을 얻었다. 역침투막 엘리먼트로서 엘리먼트당의 막 면적을 크게 한 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 사용함으로써, 동일 투과수량에 있어서도 종래의 스파이럴형 역침투막 엘리먼트보다 투과 유속을 작게 할 수 있다. 일정값 이하의 투과 유속으로 운전함으로써, 농도 분극을 작게 하여, 투과 유속 및 투과수량의 저하를 억제할 수 있다. 통수 선속을 일정값 이상으로 함으로써, 투과 유속의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 달성된 것으로, 이하를 요지로 한다.
[1] 고분자 유기물을 함유하는 물을 원수로서 처리하는 역침투막 장치의 운전 방법에 있어서, 그 원수가 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하고, 그 역침투막 장치는, 하기 식 (1) 을 만족시키는 막 면적을 갖는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 갖고, 그 역침투막 장치를 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전하는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법.
막 면적 (㎡) ≥ n2 × (11/16) … (1)
단, n 은 역침투막 엘리먼트의 직경 (인치) 을 나타낸다.
[2] 상기 투과 유속이 0.45 m/d 이하인 것을 특징으로 하는 [1] 에 기재된 역침투막 장치의 운전 방법.
[3] 선속 0.1 m/s 이상의 농축수 유량으로 운전하는 것을 특징으로 하는 [1]또는 [2] 에 기재된 역침투막 장치의 운전 방법.
[4] 상기 역침투막 엘리먼트의 직경 n 이 8 인치인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 역침투막 장치의 운전 방법.
[5] 상기 원수가 MBR 처리수인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 역침투막 장치의 운전 방법.
[6] 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하는 물을 원수로서 처리하는 역침투막 장치로서, 하기 식 (1) 을 만족시키는 막 면적을 갖는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 갖고, 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전되는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치.
막 면적 (㎡) ≥ n2 × (11/16) … (1)
단, n 은 역침투막 엘리먼트의 직경 (인치) 을 나타낸다.
[7] 생물 처리수를 [6] 에 기재된 역침투막 장치에서 역침투막 분리 처리하는 것을 특징으로 하는 생물 처리수의 처리 방법.
본 발명에 의하면, MBR 처리수 등의 막 오염 물질을 많이 포함하는 원수를, 투과수량의 저하를 방지하여 안정적으로 역침투막 분리 처리할 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 엘리먼트당의 막 면적을 크게 함으로써, 동일 투과수량에 있어서도 종래의 스파이럴형 역침투막 엘리먼트보다 투과 유속을 작게 할 수 있다. 일정값 이하의 투과 유속으로 운전함으로써 막면에서의 농도 분극을 작게 하여, 투과수량의 저하를 억제할 수 있다. 이 때문에, 장기에 걸쳐 안정적인 처리를 계속할 수 있다.
도 1 의 (a), (b) 및 (c) 는 본 발명의 생물 처리수의 처리 방법의 실시형태를 나타내는 계통도이다.
도 2a 는, NaCl 수용액 또는 평균 분자량 10,000 의 고분자 유기물을 포함하는 물을 원수로 하는 역침투막 분리 처리에 있어서의 투과 유속과 농축 배율의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 2b 는, 동 평균 선속과 농축 배율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 실시예에 있어서 사용한 평막 셀의 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2a 는, NaCl 수용액 또는 평균 분자량 10,000 의 고분자 유기물을 포함하는 물을 원수로 하는 역침투막 분리 처리에 있어서의 투과 유속과 농축 배율의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 2b 는, 동 평균 선속과 농축 배율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 실시예에 있어서 사용한 평막 셀의 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.
이하에 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.
＜원수＞
본 발명에 있어서, 역침투막 장치에서 역침투막 분리 처리하는 원수는, 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하는 물이다. 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물, 특히 다당류, 단백질과 같은 생물 대사물은, 막을 오염시키기 쉽고, 투과 유속의 저하의 원인이 되기 쉽다. 본 발명에 있어서는, 이와 같은 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상, 예를 들어 0.05 ∼ 0.5 ppm 포함하고, 통수에 의해 역침투막의 투과 유속을 크게 저하시키는 물을 원수로 한다.
이와 같은 고분자 유기물 함유수로는, 각종 배수의 회수수나 생물 처리수, 특히 MBR 처리수 등이 바람직하게 사용된다.
분자량 10,000 이상의 고분자 유기물의 수중 농도의 측정 방법에 특별히 제한은 없고, LC-OCD (액체 크로마토-유기 탄소 측정) 나 HPLC (고속 액체 크로마토그래피) 등의 크로마토그래피로 분자량 분획하여 TOC 등을 측정하는 기기를 사용하여 측정할 수 있다. 이 농도는, 사전에 분획 분자량 10,000 의 UF 막을 이용하여 분자량 10,000 이상의 물질과 10,000 미만의 물질을 분리하고, TOC 분석을 실시하는 것에 의해서도 측정할 수 있다.
＜스파이럴형 역침투막 엘리먼트＞
본 발명에 있어서의 역침투막 장치에 장전되는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트는, 역침투막의 평막의 1 차측 (일방의 면) 에 원수를 통수하기 위한 원수 스페이서를 배치하고, 2 차측 (타방의 면) 에 투과수를 통수하기 위한 투과수 스페이서를 배치한 막 유닛을 감아 스파이럴상으로 한 것이다.
스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 직경으로는 특별히 제한이 없고, 4 인치, 8 인치, 16 인치인 것이 제공되고 있는데, 일반적으로 8 인치의 스파이럴형 역침투막 엘리먼트가 사용되고 있다.
엘리먼트의 길이는 통상 1 m 정도이지만, 이것에 한정되지 않는다.
본 발명에서 사용하는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트는, 하기 식 (1) 을 만족시키는 막 면적을 갖는 것을 특징으로 한다.
막 면적 (㎡) ≥ n2 × (11/16) … (1)
단, n 은 역침투막 엘리먼트의 직경 (인치) 을 나타낸다.
스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 막 면적이 상기 식 (1) 을 만족시키지 않고, 막 면적 (㎡) 이 n2 × (11/16) 보다 작으면, 동일 투과수량에 있어서의 투과 유속을 작게 할 수 없어, 본 발명의 목적으로 달성할 수 없다.
스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 막 면적 (㎡) 은, 특히 n2 × 11/16 이상, 특히 n2 × 13/16 인 것이 바람직하다. 역침투막, 원수 스페이서 및 투과수 스페이서의 필요량을 확보하기 위해서, 막 면적은 n2 × 16/16 이하이다.
역침투막의 재질로는 특별히 제한은 없지만, 제거율이 높은 막이 바람직하기 때문에, 페닐렌디아민과 산클로라이드를 사용하여 기재 위에 합성된 방향족 폴리아미드막이 바람직하다. 역침투막의 두께는 0.1 ∼ 0.15 ㎜ 가 통상 사용되는 범위이다.
원수 스페이서, 투과수 스페이서의 형상에 특별히 제한은 없지만, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 수지로 구성되는, 동일하거나 혹은 상이한 직경을 갖는 복수의 선재가 등간격으로 나열되고, 45 도 내지 90 도의 각도로 서로 교차하도록 중첩된 메시상의 스페이서가 일반적이다.
현재, 일반적으로 채용되고 있는 원수 스페이서로서, 두께가 0.69 ㎜ (26 mil), 0.71 ㎜ (28 mil), 0.86 ㎜ (34 mil) 인 것 등이 있다. 본 발명에 있어서는, 상기 식 (1) 을 만족시키기 위해, 원수 스페이서로는 두께 0.6 ㎜ 이하, 예를 들어 0.2 ∼ 0.6 ㎜ 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 원수 스페이서의 두께가 지나치게 두꺼우면, 엘리먼트당의 막 면적이 작아져, 상기 식 (1) 을 만족시킬 수 없게 된다. 원수 스페이서의 두께가 지나치게 얇으면, 탁질에 의한 유로의 폐색이 문제가 된다.
메시상 원수 스페이서의 공공률은 60 ∼ 95 ％, 메시의 크기는 1.0 ∼ 4.0 ㎜ 가 바람직하다. 이와 같은 공공률과 메시의 크기의 메시상 원수 스페이서이면, 통수성을 충분히 확보한 다음, 원수의 혼합 효과를 주어 농도 분극의 억제에 기여할 수 있다. 공공률이란 공간 체적으로부터 선재의 체적을 뺀 것을 공간 체적으로 나눈 값의 백분율이다. 메시의 크기란 선재 사이의 간격이다.
투과수 스페이서의 두께는, 특별히 제한은 없지만, 0.1 ∼ 0.25 ㎜ 가 바람직하다. 투과수 스페이서의 두께가 지나치게 두꺼우면 원수 스페이서와 마찬가지로 엘리먼트당의 막 면적이 작아지고, 지나치게 얇으면 차압이 커져, 투과수량이 작아진다.
＜투과 유속＞
본 발명에 있어서는, 상기 서술한 바와 같은 막 면적을 갖는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 사용한 역침투막 장치를 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전한다.
일반적으로, 역침투막 장치의 표준 조작압에서의 순수 투과 유속은 0.7 ∼ 0.85 m/d 이고, 무기염류나 유기물을 포함하는 원수를 통수하는 경우에는, 0.5 ∼ 0.7 m/d 정도로 설정하는 것이 통상이다.
본 발명자는 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물이 역침투막을 오염시키는 물질인 것, 그 고분자 유기물 농도의 막면 농도가 1 ppm 을 초과하면 투과 유속의 저하가 현저해지는 것을 실험적으로 확인하였다. 본 발명자는, 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물이 0.01 ppm 이상 포함되는 원수에 있어서, 막면 농도의 농축 배율이 100 배를 초과하면 투과 유속의 저하가 현저해지는 것을 알아내었다. 농축 배율이 100 배를 초과하지 않게 하기 위해서는, 투과 유속이 0.6 m/d 이하인 것이 필요하다. 따라서, 본 발명에서는, 투과 유속 0.6 m/d 이하, 바람직하게는 0.45 m/d 이하로 역침투막 장치를 운전한다. 그러나, 투과 유속을 지나치게 낮추면, 필요로 하는 막 개수가 많아져, 경제적이지 않기 때문에, 투과 유속은 0.2 m/d 이상인 것이 바람직하다.
농축수 유량은, 통상, 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 경우 2.0 ∼ 8.0 ㎥/h 이고, 이 때의 선속은 0.05 ∼ 0.15 m/s 이다. 본 발명에 있어서는, 농축수의 통수 선속에 대해서는, 투과 유속에 따라 상이하기도 하지만, 0.1 m/s 이상을 유지하는 것이 막면 농도를 상승시키지 않는 점에서 바람직하다. 이 선속이 0.1 m/s 보다 낮아지면 막면의 농축 배율이 100 배를 초과하여 투과 유속의 저하가 현저해지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 선속이 0.2 m/s 를 초과하면 압력 손실이 지나치게 커져 막의 파손 가능성도 높아지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 보다 바람직한 선속은 0.1 ∼ 0.2 m/s 이다.
8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트로서, 막 면적이 n2 × (11/16) = 44 ㎡ 보다 작은 것에서는, 상기 조건을 만족시키는 운전을 실시하면, 투과수량, 및 물 회수율이 낮아진다. 그 때문에, 상기의 투과 유속과 선속의 조건을 만족시키기 위해서는, 막 면적이 44 ㎡ 이상, 즉 n2 × (11/16) 이상의 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 사용하는 것이 필요하게 된다.
＜생물 처리수의 처리＞
본 발명의 역침투막 장치는, 특히 생물 처리수의 역침투막분 처리에 바람직하게 사용된다.
도 1 의 (a), (b) 및 (c) 는, 본 발명의 역침투막 장치를 사용하는 본 발명의 생물 처리수의 처리 방법의 실시형태를 나타내는 계통도이다.
도 1 의 (a) 에서는, 생물 처리수는, 호기 및/또는 혐기성 생물 처리 수단 (1), 응집 처리 수단 (2), 가압 부상 등의 고액 분리 수단 (3), 여과 수단 (4), 보안 필터 (5) 및 역침투막 장치 (6) 에서 처리된다. 도 1 의 (b) 에서는, 생물 처리 수단 (1) 의 처리수를 직접 막 여과 장치 등의 여과 수단 (4) 에서 고액 분리한 물을 역침투막 장치 (6) 에 도입하여 역침투막 분리 처리한다. 도 1 의 (c) 에서는, MBR (침지형 막분리 장치) (7) 의 처리수를 직접 역침투막 장치 (6) 에 도입하여 처리한다. 본 발명 방법은, 이들 방법에 한정되지 않는다.
실시예
이하에 참고예, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[참고예 1]
직경 8 인치의 스파이럴형 역침투막 엘리먼트 (n2 × (11/16) = 44) 에 있어서의 원수 스페이서의 두께와 막 면적의 관계와, 유량이 일정할 때의 투과 유속과 선속의 관계를, 이하의 표 1, 2 에 나타낸다.
표 1, 2 로부터 분명한 바와 같이, 원수 스페이서의 두께를 얇게 함으로써, 엘리먼트 1 개당의 막 면적을 크게 할 수 있고, 파우링에 의한 플럭스 저하를 억제할 수 있다. 원수 스페이서의 두께가 지나치게 얇아지면, 예를 들어, 0.2 ㎜ 이하이면, 통수 저항이 커져, 탁질 등에 의한 폐색의 리스크가 높아진다.
[참고예 2]
역침투막 분리 처리에 있어서, NaCl 수용액, 또는 평균 분자량 10,000 의 고분자 유기물을 포함하는 물을 원수로 하는 경우의 투과 유속 또는 평균 선속과 농축 배율 (막면 농도/평균 벌크 농도) 의 관계를 해석한 결과, 도 2a, 2b 에 나타내는 관계가 얻어졌다.
도 2a, 2b 로부터, 고분자의 종류에 따라 다소의 차이는 있지만, 대체로 NaCl 등의 분자량이 작은 물질과 비교하여, 고분자 유기물의 막면 농도는, 투과 유속의 증대, 평균 선속의 저하에 따라, 현저하게 증가하는 것을 알 수 있다.
[실시예 1]
막 면적 44.0 ㎡ 의 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 상정하고, 닛토덴코 제조 역침투막 「ES20」 (두께 0.13 ㎜) 으로부터 평막을 폭 50 ㎜ × 길이 800 ㎜ 로 잘라내고, 두께 0.65 ㎜ 의 폴리프로필렌제(製) 메시상 원수 스페이서 (공공률 92 ％, 메시의 크기 2.6 ㎜) 및 두께 10 ㎜ 의 세라믹스 (다공질 세라믹스 소결체) 제 투과수 스페이서와 함께 도 3 에 나타내는 시험용 평막 셀에 설치하였다.
도 3 에 나타내는 평막 셀은, 아크릴제의 유로 형성 부재 (21, 22, 23), SUS 제 내압 보강 부재 (24, 25) 를 조합하여 형성된 공간 내에, 원수 스페이서 (11) 와 투과수 스페이서 (12) 를 역침투막 (10) 을 통하여 적층한 막 유닛을 유지하는 구성으로 되어 있다.
원수는, 원수 유입구 (13) 로부터 역침투막 (10) 의 1 차측에 유입되어 원수 스페이서 (11) 를 따라 흐르고, 그 사이에 역침투막 (10) 을 투과한 투과수는, 투과수 스페이서 (12) 를 거쳐 투과수 유출구 (15) 로부터 취출된다. 또, 농축수는 농축수 유출구 (14) 로부터 취출된다.
원수로서 생물 처리수를 응집 여과한 물을 사용하여, 투과 유속을 0.6 m/d, 농축수 유량을 선속으로서 0.11 m/s 로 통수하고, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다.
8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.10 ㎥/h, 초기 농축 수량은 5.66 ㎥/h 였다.
원수 중의 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물의 농도는 0.05 ppm 이었다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[비교예 1]
막 면적 37.1 ㎡ 의 8 인치 역침투막 엘리먼트를 상정하고, 두께 0.86 ㎜ 의 폴리프로필렌제 원수 스페이서를 사용한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 0.93 ㎥/h, 초기 농축 수량은 6.32 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[비교예 2]
투과 유속을 0.70 m/d 로 하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.28 ㎥/h, 초기 농축 수량은 5.66 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[비교예 3]
투과 유속을 0.70 m/d 로 하는 것 이외에는 비교예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.08 ㎥/h, 초기 농축 수량은 6.32 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[실시예 2]
농축수 유량을 선속으로서 0.09 m/s 로 통수하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.10 ㎥/h, 초기 농축 수량은 4.63 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[비교예 4]
농축수 유량을 선속으로서 0.09 m/s 로 통수하는 것 이외에는 비교예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 0.93 ㎥/h, 초기 농축 수량은 5.17 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[비교예 5]
농축수 유량을 선속으로서 0.09 m/s 로 통수하는 것 이외에는 비교예 2 와 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.28 ㎥/h, 초기 농축 수량은 4.63 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[비교예 6]
투과 유속을 0.70 m/d, 농축수 유량을 선속으로서 0.09 m/s 로 통수하는 것 이외에는 비교예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과 유량은 1.08 ㎥/h, 초기 농축 수량은 5.17 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[실시예 3]
막 면적 50.7 ㎡ 의 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 상정하고, 두께 0.50 ㎜ 의 폴리프로필렌제 원수 스페이서를 사용한 것 이외에는 실시예 2 와 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.27 ㎥/h, 초기 농축 수량은 4.11 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[실시예 4]
막 면적 56.4 ㎡ 의 8 인치 역침투막 엘리먼트를 상정하고, 두께 0.40 ㎜ 의 폴리프로필렌제 원수 스페이서를 사용한 것 이외에는 실시예 2 와 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.41 ㎥/h, 초기 농축 수량은 3.65 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[실시예 5]
투과 유속을 0.50 m/d, 농축수 유량을 선속으로서 0.11 m/s 로 통수하는 것 이외에는 실시예 3 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.06 ㎥/h, 초기 농축 수량은 5.02 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[실시예 6]
투과 유속을 0.45 m/d, 농축수 유량을 선속으로서 0.11 m/s 로 통수하는 것 이외에는 실시예 4 와 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.06 ㎥/h, 초기 농축 수량은 4.47 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[실시예 7]
막 면적 63.6 ㎡ 의 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 상정하고, 두께 0.30 ㎜ 의 폴리프로필렌제 원수 스페이서를 사용하여 투과 유속을 0.40 m/d 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.06 ㎥/h, 초기 농축 수량은 3.78 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
[비교예 7]
분자량 10,000 이상의 고분자 유기물의 농도가 0.005 ppm 의 물을 원수로서 사용한 것 이외에는, 비교예 3 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.08 ㎥/h, 초기 농축 수량은 6.32 ㎥/h 였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.
표 3 으로부터, 다음의 것이 명확하다.
실시예 1 ∼ 7 에서는, 500 시간 경과해도 안정적으로 높은 투과수량을 얻을 수 있다. 특히 실시예 6, 7 은 500 시간 경과 후에서는 투과수량 저하가 일어나지 않았다. 비교예 1, 4 는 투과수량의 저하는 그다지 일어나지 않지만, 초기의 투과수량이 낮기 때문에, 500 시간 후에 있어서도 얻어지는 투과수량은 낮다. 비교예 2, 5 는 초기의 투과수량은 크지만, 투과수량의 저하가 크기 때문에, 500 시간 후에 얻어지는 투과수량은 낮다. 비교예 3, 6 도 투과수량의 저하가 크고, 500 시간 후에 얻어지는 투과수량은 낮다. 비교예 7 과 같이, 원수의 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물 농도가 낮은 경우에는, 투과수량의 저하가 완만하였다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 해수 담수화, 초순수 제조, 공업용수 처리, 배수 회수 처리 등에 사용되는 각종 역침투막 장치에 적용할 수 있는데, 특히 생물 처리수, 특히 MBR 처리수를 처리하는 역침투막 장치에 바람직하게 적용된다.
본 발명을 특정한 양태를 이용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.
본 출원은, 2013년 2월 20일자로 출원된 일본 특허출원 2013-031032 에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.
1 : 생물 처리 수단
2 : 응집 처리 수단
3 : 고액 분리 수단
4 : 여과 수단
5 : 보안 필터
6 : 역침투막 장치
7 : MBR (침지형 막분리 장치)
10 : 역침투막
11 : 원수 스페이서
12 : 투과수 스페이서
2 : 응집 처리 수단
3 : 고액 분리 수단
4 : 여과 수단
5 : 보안 필터
6 : 역침투막 장치
7 : MBR (침지형 막분리 장치)
10 : 역침투막
11 : 원수 스페이서
12 : 투과수 스페이서
Claims (7)
- 고분자 유기물을 함유하는 물을 원수로서 처리하는 역침투막 장치의 운전 방법에 있어서, 그 원수가 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하고, 그 역침투막 장치는, 하기 식 (1) 을 만족시키는 막 면적을 갖는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 갖고, 두께가 0.1 mm 이상 0.25 mm 이하인 투과수 스페이서를 갖고, 그 역침투막 엘리먼트의 직경 n 이 8 인치이며, 그 역침투막 장치를 투과 유속 0.45 m/d 이하로 운전하는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법.
막 면적 (㎡) ≥ n2 × (11/16) … (1)
(단, n 은 역침투막 엘리먼트의 직경 (인치) 을 나타낸다.) - 제 1 항에 있어서,
선속 0.1 m/s 이상의 농축수 유량으로 운전하는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 원수가 MBR 처리수인 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법. - 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하는 물을 원수로서 처리하는 역침투막 장치로서, 하기 식 (1) 을 만족시키는 막 면적을 갖는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 갖고, 두께가 0.1 mm 이상 0.25 mm 이하인 투과수 스페이서를 갖고, 그 역침투막 엘리먼트의 직경 n 이 8 인치이며, 투과 유속 0.45 m/d 이하로 운전되는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치.
막 면적 (㎡) ≥ n2 × (11/16) … (1)
(단, n 은 역침투막 엘리먼트의 직경 (인치) 을 나타낸다.) - 생물 처리수를 제 4 항에 기재된 역침투막 장치에서 역침투막 분리 처리하는 것을 특징으로 하는 생물 처리수의 처리 방법.
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