KR20000024545A - 수처리용 여과재 제조방법 및 그 여과재를 이용한수처리용 모듈 - Google Patents

수처리용 여과재 제조방법 및 그 여과재를 이용한수처리용 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 0.1~1㎛의 평균 입경을 갖는 입자가 용매에 분산되어 있는 고액혼합수를 여과·농축할 수 있는 여과재의 제조 방법 및 그 여과재를 이용한 수처리용 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 수처리용 모듈은, 속이 비어 있고 양측 끝이 개방되어 있으며, 벽면 소정 부위에 배출구를 갖는 외조와, 적어도 하나의 관통홀이 형성되어 있으며 상기 외조의 양측 끝에 각각 부착되어 있는 뚜껑과, 상기 외조내에 상기 외조와 평행하게 삽입 설치되며 그 형상은 양끝이 개방되어 있는 대롱형상이고 상기 양끝은 상기 뚜껑에 형성된 관통홀들의 내벽에 부착되도록 설치된 여과재를 포함하여 구성된다.
본 발명의 여과재는 입경이 서로 다른 고분자 분체를 압출소결하여 제조할 수 있다.

Description

수처리용 여과재 제조방법 및 그 여과재를 이용한 수처리용 모듈{FILTER FOR WATER TREATMENT AND MODULE USING THE SAME}
본 발명은 0.1~1㎛의 평균 입경을 갖는 입자가 용매에 분산되어 있는 고액혼합수를 여과·농축할 수 있는 여과재의 제조방법 및 그 여과재를 이용한 수처리용 모듈에 관한 것이다.
유아용 젖병등을 제조하는데 쓰이는 실리카, 또는 우유 또는 칼슘 강화 식품에 첨가하는 칼슘의 원료가 되는 탄산칼슘(CaCO3), 또는 기타 여러종류의 분체를 제조하기 위해서는, 그러한 분체의 원료가 되는 실리카 또는 탄산칼슘의 입자를 세정하는 공정이 요구된다. 세정공정을 거치는 동안, 상기 실리카 또는 탄산칼슘 입자는 물과 화학약품에 섞인 저농도의 고액혼합수의 형태로 존재하게 된다. 따라서 얻고자 하는 실리카 또는 탄산칼슘 분체를 제조하기 위해서는, 세정공정을 거친 저농도의 고액혼합수를 고농도로 농축하는 여과공정이 따르게 된다.
그와 같은 여과·농축 공정에 이용되는 종래의 수처리법으로는 한외여과법이 있다. 한외여과법이란 한외여과막이라는 반투막을 이용하여 용액 내의 물질을 크기에 따라 분리하는 방법으로 약 2~5Kg/Cm2의 압력을 구동력으로 하여 분리가 이루어 진다. 이때 사용되는 한외여과막은 선택성을 지닌 배리어(Barrier) 역할을 하며 10~100Å 정도의 구멍 크기를 지닌 구조로 되어 있어, 슈거(Sugar), 유생분자(Biomolecules), 콜로이드 입자 및 고분자 등의 300~500,000 Daltons 정도의 분자량을 지닌 물질을 배제시키고 반면에 적은 분자량 물질은 자유로이 투과가 가능하다.
한외여과막의 재료로서는 용매에 대한 내저항성이 다소 약하기는 하나 내열성, pH성, 우수한 기계적 강도를 갖는 폴리설폰이 많이 사용되고 있다. 또한 폴리아크릴로니트릴이 친수성 소재임에도 불구하고 수용액 처리시 내용제성, 내화학성이 우수하고 단백질 흡착이 적게 일어나므로, 한외여과막으로 개발되어 시판되고 있다.
그러나, 종래 개발 또는 시판되고 있는 한외여과막을 이용하여 입자크기가 0.1~1㎛로서 입자의 크기가 큰 콜로이드상의 실리카졸 또는 입자크기가 0.3~0.5㎛이고 입자의 강도가 강하며 불규칙한 형상의 입자를 포함하는 탄산칼슘 용액을 여과하거나 농축하는데 적용하기에는 다음과 같은 어려움이 있다.
즉, 할로 파이버(hollow fiber)형의 한외여과막은 내경이 0.8 ~ 1mm의 중공사로서, 여과막의 직경이 매우 작기 때문에 높은 여과압을 필요로 하므로 동력의 경제성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 여과막의 관경이 매우 좁기 때문에 입자의 크기가 큰 물질을 포함하는 고액혼합수를 여과하는 경우 여과막의 입구에서 관막힘현상이 쉽게 일어나 여과효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한 관형(tubular type) 한외여과막은 단위 용적당 막면적이 적기 때문에 시간당 여과할 수 있는 여과 처리량이 매우 적은 문제점이 있었다. 또한 한외여과막은 그 두께가 약 100 ~ 200㎛ 정도로서 매우 얇아 기계적인 강도가 매우 낮기 때문에, 탄산칼슘과 같이 입자의 경도가 크고 날카로운 각이 있는 부정형의 입자를 갖는 용액을 여과할 경우, 쉽게 찢어지는 문제점이 있었다. 따라서 관형 한외여과막을 이용하여 탄산칼슘 용액을 여과 농축할 경우 여과재 비용이 높아져 경제성이 없다는 문제점이 있었다.
또한, 종래 시판되고 있는 여과재로서 수처리에는 이용되고 있지 않으나 공기 청정용 여과재가 있다. 본 발명의 연구자들은 공기청정용 여과재를 실리카졸 또는 탄산칼슘액을 여과·농축하기 위한 수처리에 이용하려고 시도를 하였다. 그러나, 종래 시판되고 있는 공기청정용 여과재는, 공기를 정화하기 위한 정밀 여과막이기 때문에 여과막의 눈이 매우 작아 수처리에 적용하는 것은 불가능하다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 발명자들은 상기 설명한 바와 같이 단위 시간당 여과 처리량이 많으며 기계적인 강도가 높으며, 0.1 ~ 1㎛ 크기의 입경이 큰 입자가 섞인 고액혼합수를 여과·농축할 수 있는 수처리용 여과재를 개발하기 위해 많은 연구를 하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기계적인 강도가 높고, 단시간내에 많은 양의 고액혼합수를 여과·농축할 수 있는 여과재 의 제조방법 및, 상기 여과재를 이용한 수처리용 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 입경이 120 ~ 150 ㎛인 폴리프로필렌 분체와, 입경이 3 ~ 7 ㎛인 폴리프로필렌 분체를 약 7 : 3 ~ 6 : 4 정도의 비율이 되도록 혼합하여 고분자 혼합 분체를 제조하는 공정과, 상기 고분자 혼합 분체에 결합제로서 약 10% 정도의 폴리 에틸렌 분체를 혼합하여 압출소결용 분체를 제조하는 공정과, 상기 압출소결용 분체를 압출기에 넣고 압출소결하여 여과재를 제조하는 공정을 순차 수행하는 것을 특징으로 하는 수처리용 여과재 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 입경이 120 ~ 150 ㎛인 폴리 에틸렌 분체와, 입경이 3 ~ 7 ㎛인 폴리 에틸렌 분체를 약 7 : 3 ~ 6 : 4 정도의 비율이 되도록 혼합하여 고분자 혼합 분체를 제조하는 공정과, 상기 고분자 혼합 분체를 압출기에 넣고 압출소결하는 공정을 순차 수행하는 것을 특징으로 하는 수처리용 여과재 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 속이 비어 있고 양측 끝이 개방되어 있고 벽면 소정부위에 적어도 하나의 배출구를 갖는 외조와, 적어도 하나의 관통홀이 형성되어 있으며 상기 외조의 양측 끝에 각각 부착되어 있는 뚜껑과, 상기 외조내에 상기 외조와 평행하게 삽입 설치되고, 그 양끝이 개방되어 있는 대롱형상이며, 상기 양끝은 상기 뚜껑에 형성된 관통홀들의 내벽에 부착되도록 설치된 여과재를 포함하여 구성된 수처리용 모듈을 제공한다.
또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 상기 여과재는 입경이 120 ~ 150 ㎛인 폴리프로필렌 분체 또는 폴리 에틸렌 분체와 입경이 3 ~ 7 ㎛인 폴리프로필렌 분체 또는 폴리 에틸렌 분체를 약 7 : 3 ~ 6 : 4 정도의 비율이 되도록 혼합한 고분자 혼합분체를 압출소결하여 제조한 여과 필터인 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈을 제공한다.
또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 상기 수처리용 모듈은 0.1 ~ 1㎛ 크기의 입자가 분산되어 있는 고액혼합수를 농축하는 장치인 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈을 제공한다.
또한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 상기 수처리용 모듈은 실리카 졸 또는 탄산칼슘 용액을 여과 농축처리하기 위한 장치인 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈을 제공한다.
도1은 본 발명에 따른 수처리용 모듈의 종단면도이다.
도2는 도1의 II-II선에 따른 종단면도이다.
도3은 도1의 정면도이다.
도4는 도1의 수처리용 모듈을 실제 수처리에 이용하기 위해 유입관과 유출관에 장착시킨 모습을 도시하고 있다.
<도면부호의 간단한 설명>
10 : 외조 11 : 뚜껑
12 : 홀 13 : 배출구
14 : 배출관 20 : 여과재
30 : 유입관 40 : 배출관
도1은 본 발명에 따른 수처리용 모듈의 종단면도이며, 도2는 도1의 II-II선에 따른 단면도, 도3은 도1의 정면도이다. 또한 도4는 본 발명의 수처리용 모듈을 이용하기 위해 집수관 및 배수관에 연결된 모습을 도시하고 있다.
본 발명에 따른 수처리용 모듈은 도1에 도시한 바와 같이, 내경이 약 3 인치이고, 길이가 약 40㎝ 정도인 속이빈 플라스틱재의 원통형 외조(10)가 설치되어 있다. 상기 외조(10)의 양측 끝에는 외조(10)의 내부와 외부를 차단하기 위한 뚜겅(11)이 달려 있고, 상기 뚜겅(11)에는 다수개의 관통홀(12)이 형성되어 있다.
상기 외조(10)의 외벽에는 소정부위에는 여과재를 통과해 흘러나온 용매를 외부로 흘려보내기 위한 다수의 배출구(13)가 형성되어 있으며, 상기 배출구(13)에는 배출관(14)이 연결형성되어 있다.
또한 상기 외조(10)의 양측 끝부근의 외벽면에는 집수관 또는 배출관에 본 발명의 수처리용 모듈을 연결 및 탈착을 용이하게 하기 위한 나선상으로 홈(15)이 형성되어 있다.
상기 설명한 외조(10)는 후술할 여과재를 외부의 충격으로부터 보호하고, 여과재로부터 흘러나온 여과수를 모아서 배출하는 역할을 한다.
다음으로, 본발명의 수처리 모듈의 중요한 특징을 이루는 여과재(20)에 대해 설명한다.
상기 외조(10) 내측에는 상기 외조(10)와 같은 길이로 제작되고, 양끝이 개방되어 있고 내경이 약 10~50mm인 다수의 대롱형의 여과재(20)가 삽입설치되어 있다. 또한 본 발명의 여과재(20)의 막두께는 약 3 ~ 10mm이므로 종래의 한외 여과막에 비해 기계적인 강도가 매우 높은 것을 특징으로 한다.
상기 여과재(20)는 도2에 도시한 바와 같이, 서로 소정 간격을 두고 서로 평행하게 배치되어 있으며, 도3에 도시한 바와 같이 여과재(20)의 끝이 상기 뚜껑(11)의 홀(12)에 끼워지도록 설치되어 있다. 또 여과재(20)의 끝은 상기 외조의 뚜껑(11)으로부터 이탈되지 않도록 상기 투껑(11)의 홀(12) 내벽에 단단하게 부착되어 있다.
상기 외조의 내경은 상기 외조내에 삽입 설치되는 여과재의 숫자에 따라 그 크기를 변경할 수 있다. 또, 상기 외조내에 설치된 여과재의 수를 증가시킴으로써 시간당 여과처리 용량을 증가시킬 수 있다. 또한 상기 외조 및 여과재의 길이는 농축하고자 하는 농축도를 고려하여 그 길이를 증감할 수 있다.
또한 상기 외조(10)의 형상에 대해서는 본 발명의 실시례에서는 원통형상으로 설명하였으나, 원통형상 이외에도 다각형상으로도 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 수처리 모듈은 도4에 도시한 바와 같이 그 양측 끝에 집수관(30)과, 배출관(40)을 각각 설치하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 뚜껑(11)은 상기 외조(10)와 일체형이 되도록 고정부착할 수도 있으나, 세정의 편리성을 위하여 장탈착 가능하도록 연결 부착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 수처리 모듈을 이용하여 고액혼합수를 여과·농축하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도4에 도시된 바와 같이 본발명에 따른 수처리 모듈의 양측에 각각 집수관(30) 및 배출관(40)을 연결하고, 집수관(30)을 통해 처리하고자 하는 처리수를 유입시킨다. 상기 집수관(30)으로 유입된 고액혼합수는 상기 수처리 모듈의 여과재(20)을 통과하면서 여과재의 기공 보다 작은 입경을 갖는 입자 및 용매는 상기 여과재를 투과하여 상기 외조(10)에서 모아져 상기 배출구(13)를 통해 외부로 배출된다. 한편 상기 여과재(20)를 투과하지 못한 입경이 큰 입자들은 용매에 섞여 배출관(40)으로 유출된다. 이때 배출관(40)측으로 유출된 유출수는 유입수에 비해 입자의 농도가 높아지게 된다. 본 발명에 따른 수처리 모듈을 이용하여 실리카졸 또는 탄산칼슘액을 여과 처리한 결과, 30% 이상의 고농축된 고액혼합수를 얻을 수 있는 효과가 있다.
상기 설명한 바와 같이, 단위 시간당 여과 처리량이 많으며 30% 이상의 고농축수를 얻을 수 있고 기계적인 강도가 높으며, 0.1 ~ 1㎛ 크기의 입경이 큰 입자가 섞인 고액혼합수를 농축하기 위한 본 발명의 수처리용 모듈에 이용된 여과재의 제조방법은 다음과 같다.
먼저 입경이 120 ~ 150 ㎛인 폴리프로필렌 분체와 입경이 3 ~ 7 ㎛인 폴리프로필렌 분체를 약 7 : 3 ~ 6 : 4 정도의 비율이 되도록 혼합하여 폴리프로필렌 혼합 분체를 제조한다.
다음으로, 상기 폴리프로필렌 혼합분체에 결합제로서 폴리에틸렌 분체를 10% 정도 혼합한 다음, 볼 밀에서 혼합하여 압출 소결용 고분자 혼합 분체를 제조한다.
다음으로, 압출기의 마찰감소재로서 폴리에틸렌 왁스를 압출기의 내벽면에 바르고, 상기 고분자 혼합 분체를 압출기에 넣고, 압출소결하여 직경이 약 10 ~ 50mm인 여과재를 제조하였다.
상기 여과제를 제조함에 있어서, 폴리프로필렌 분체는 폴리에틸렌 분체로 대신할 수 있다. 폴리 에틸렌 분체를 이용하여 여과재를 제조할 경우에는 결합제를 첨가하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 수처리 모듈은 단위 시간당의 여과량이 많아 농축 효율이 높으며, 여과재의 찢어짐등이 발생하지 않으므로, 여과공정 및 농축공정의 처리 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 수처리 모듈은 농축효율이 높아 탄산칼슘 용액 또는 실리카졸을 여과 농축할 때 30% 이상의 고농축수를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 수처리 모듈은 외조내에 설치된 여과재의 수를 증가 시킴으로써 시간당 처리수의 용량을 손쉽게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 수처리용 모듈은 0.1 ~ 1㎛의 입자 크기를 갖는 입자를 포함하는 고액혼합수를 적은 여과 구동력으로 여과·농축할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 속이 비어 있고 양측 끝이 개방되어 있고 그 벽면 소정부위에 적어도 하나의 배출구를 갖는 외조와,
    적어도 하나의 관통홀이 형성되어 있으며 상기 외조의 양측 끝에 각각 부착되어 있는 뚜껑과,
    상기 외조내에 상기 외조와 평행하게 삽입 설치되고, 그 양끝이 개방되어 있는 대롱형상이며, 상기 양끝은 상기 뚜껑에 형성된 관통홀들의 내벽에 부착되도록 설치된 여과재를 포함하여 구성된 수처리용 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외조내에 삽입설치된 여과재는 하나 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 여과재의 내경은 약 10~50mm이고 두께는 약 3~10mm인 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 여과재는 입경이 120 ~ 150 ㎛인 폴리프로필렌 분체 또는 폴리 에틸렌 분체와 입경이 3 ~ 7 ㎛인 폴리프로필렌 분체 또는 폴리 에틸렌 분체를 약 7 : 3 ~ 6 : 4 정도의 비율이 되도록 혼합한 고분자 혼합분체를 압출소결하여 제조한 여과 필터인 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수처리용 모듈은 0.1 ~ 1㎛ 크기의 입자가 분산되어 있는 고액혼합수를 농축하는 장치인 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈.
  6. 제4항에 있어서, 상기 수처리용 모듈은 실리카 졸 또는 탄산칼슘 용액을 여과 농축처리하기 위한 장치인 것을 특징으로 하는 수처리용 모듈.
  7. 입경이 120 ~ 150 ㎛인 폴리프로필렌 분체와, 입경이 3 ~ 7 ㎛인 폴리프로필렌 분체를 약 7 : 3 ~ 6 : 4 정도의 비율이 되도록 혼합하여 고분자 혼합 분체를 제조하는 공정과,
    상기 고분자 혼합 분체에 결합제로서 약 10% 정도의 폴리 에틸렌 분체를 혼합하여 압출소결용 분체를 제조하는 공정과,
    상기 압출소결용 분체를 압출기에 넣고 압출소결하여 여과재를 제조하는 공정을 순차 수행하는 것을 특징으로 하는 수처리용 여과재 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 분체를 폴리 에틸렌 분체로 대체하는 것을 특징으로 하는 수처리용 여과재 제조방법.
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