KR20020042666A - 다단계 여과 및 연화 모듈과 스케일이 적은 여과 방법 - Google Patents

다단계 여과 및 연화 모듈과 스케일이 적은 여과 방법 Download PDF

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Abstract

여과 모듈은 대향 배치된 한 쌍의 헤더 사이에 현수된 다수의 중공 사막 나노 여과 또는 역삼투 멤브레인을 구비한다. 멤브레인의 루멘은 보류 또는 이송 측부이다. 멤브레인은 실린더의 섹터와 같이 그룹으로 배열되며, 선행 또는 후속 단계를 형성한다. 삼투 수거 공간은 각각의 단계와 직접 유체적으로 소통한다. 단계는 모듈의 단부에 배치된 분할기를 갖춘 캡에 의해 연결된다. 모듈은 물을 여과하는데 사용되며, 선택적으로 경도의 원인이 되는 염분을 선택적으로 거부할 수 있도록 된 중공 사막 멤브레인이 장착될 경우에는 경도를 제거하는데 사용된다. 본 발명은 산성 용액 또는 기체 상태의 이산화탄소를 사용하는 세척 방법을 제공한다. 세척 방법은 삼투가 행해지는 동안 연속적으로 또는 주기적으로 이송 물에 산을 첨가하는 단계와, 삼투가 행해지지 않는 동안 산성 용액으로 모듈을 유수 세척하는 단계와, 삼투가 행해지지 않고 후속하여 유수 세척이 행해지는 동안 모듈 내에서 산성 용액 또는 기체 상태의 이산화탄소를 보유하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 여과 시스템을 제공한다.

Description

다단계 여과 및 연화 모듈과 스케일이 적은 여과 방법{MULTI-STAGE FILTRATION AND SOFTENING MODULE AND REDUCED SCALING OPERATION}
중공 사막 반투과형 멤브레인은 고형체가 풍부한 유체를 여과하는데 사용된다. 나노 여과 및 역삼투 방식의 멤브레인 또한 염분을 분리하는데 유용하다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,152,901 호에는 부유 고형체 및 크기가 큰 유기 미립자를 걸러 내고 나트륨 염은 투과하면서 칼슘염은 거부하는 나노 여과 멤브레인 재료가 개시되어 있다. 미국 특허 제 4,812,270 호 및 제 5,658,460 호에는 염분을 거부하는데 유용한 멤브레인이 또한 개시되어 있다. 이와 유사한 특성을 가진 멤브레인, 예컨대 스톡 프리슬랜드(Stork Friesland)의 NR 015-500이 시판되고 있다.
위에서 설명한 멤브레인은 인사이드-아웃 흐름 모드로 동작하는 중공 사막 형태로 사용될 수 있다. 중공 사막은 대향 배치된 한 쌍의 튜브 시트 또는 헤더 사이에 현수된다. 헤더는 멤브레인의 루멘과 그 외표면 사이를 분리된 상태로 유지한다. 따라서, 가압된 이송 물이 멤브레인의 일단부의 루멘에 공급될 수 있고, 멤브레인의 외표면을 떠날 때 삼투 유체가 수거될 수 있으며, 농축 유체 또는 보류 유체는 멤브레인의 다른 단부에서의 루멘으로부터 추출될 수 있다.
그러나, 중공 사막 멤브레인의 다양한 특성으로 인하여, 인사이드-아웃 흐름 모드에서는 사용하기가 매우 어렵다. 예를 들어, 중공 사막의 내경은 작기 때문에 길이가 긴 중공 사막의 출구 단부를 향하면서 현저한 압력 및 유량의 감소가 야기된다. 이러한 문제는 이송 압력이 낮을 때 가장 심하다.
미국 특허 제 5,013,437 호에는 길이가 긴 섬유 내의 압력 및 유량 감소의 문제를 해결하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허의 일실시예에 따르면, 인사이드-아웃 중공 사막 여과 모듈은 두 단계로 분리되어 있다. 제 1 단계에서 나온 보류 유체는 제 2 단계의 이송 유체가 된다. 제 1 단계와 제 2 단계의 표면적의 비율은 약 1.5:1 내지 2.25:1 이다. 이것은 양 단계가 거의 동일한 압력 강하를 갖도록 제 2 단계로 들어가는 이송 물이 되기 때문에 제 1 단계에서 나온 보류 유체의 압력 및 속도를 증가시키는데 일조를 한다. 그러나, 단계는 동심적으로 배열되고, 특히 제 2 단계에서 나오는 삼투 유체는 섬유의 바깥쪽을 따라 흘러서 출구 포트에 이르러야 한다. 중공 사막 멤브레인이 적절한 패킹 밀도를 가짐으로써, 액체를 여과하는데 사용되는 경우 삼투 유체의 수두 손실은 상당하다. 따라서, 제 2 단계의 멤브레인에 걸친 멤브레인 간 압력 차는 감소된다. '437 모듈에서 요구되는 환상 링 내에 섬유를 배치하는 것 또한 어렵다.
유사한 원리가 나선형 멤브레인을 사용하는 대형 시스템에서 또한 사용되고있다. 다수의 멤브레인 모듈이 다단계로 배열되어 있다. 연속하는 각각의 단계는 선행 단계보다 적은 모듈을 가지며, 선행 단계에서 나온 보류 유체는 후속 단계에서는 이송 유체가 된다. 이러한 시스템은 크고 그 구성이 복잡하기 때문에 가정용 또는 소형 상업용 시스템으로는 적합하지 않다.
소형 나노 여과 또는 역삼투 멤브레인 여과 시스템의 제조자들은, 이송 물 및 멤브레인 간 압력을 증가시키기 위하여, 단일 단계의 여과 모듈을 사용하고 이송 입구로 보류 유체를 재순환시킴으로써 위에서 논의한 문제점을 해결코자 한다. 이러한 시스템에서는, 이송/보류 유체의 최소 속도는 약 3 내지 10 ft/s 이다. 이러한 기법은 거부율이 높은 멤브레인을 요구하며, 패스 당 매우 낮은 회복율로 동작한다. 이로 인하여 쉽게 더러워져서 멤브레인을 빈번히 세척을 하거나 교체하여야 한다. 요구되는 에너지 비용 및 압력 또한 높다.
반투과형 멤브레인의 또 다른 특성은 특별히 멤브레인이 물을 연화하는데 사용되는 경우 탄산염 스케일링으로 인하여 시간의 경과에 따라 기공이 더러워진다는 것이다. 대형 시스템에서는, 탄산염 스케일링이 부분적으로는 수지 교환 베드를 사용하는 이송 물을 연화하거나 이송 물에 스케일 방지제를 첨가함으로써 해결될 수도 있다. 이러한 기법은 매우 복잡하여 소형 시스템, 특히 가정에서의 소형 시스템에서는 실용적이지 못하다.
본 발명은 다단계 나노 여과 또는 역삼투 멤브레인 모듈과, 이러한 모듈을 사용하여 물을 여과하거나 경도를 제거하는 방법과, 이러한 모듈을 세척하거나 모듈의 투과율을 유지하는 방법과, 가정 또는 소형 상업용 건물에서 특히 사용하기 적합한 소형 시스템에 관한 것이다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 4 단계 모듈로서 사용될 수 있는 여과 모듈의 일부 절결 정면도이다.
도 2는 상부 캡이 제거된 도 1의 모듈의 평면도이다.
도 3 및 도 4는 4 단계 모듈을 통해 순방향 및 역방향으로 유동하는 상태를 각각 보인 도면이다.
도 5는 또 다른 여과 모듈의 단면도(端面圖)이다.
도 6은 도 5의 A-A 선을 따라 취한 도 5의 여과 모듈의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 도 5의 여과 모듈의 단계를 한정하고 분리하는데 사용하기위한 제 1 및 제 2 단부캡 개스킷을 보인 도면이다.
도 9는 도 5의 여과 모듈의 섬유 사이의 분할기의 단면도이다.
도 10은 또 다른 여과 모듈의 일부 절결 등각도이다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 각각 도 10의 모듈과 함께 사용할 수 있는 칼라의 평면도, 정면도 및 등각도이다.
도 12는 본 발명에 따른 여과 시스템의 개략도이다.
도 13은 여러 가지 멤브레인 세척 방법간의 이산화탄소 소모를 비교한 그래프이다.
도 14는 보유 및 유수 세척 방법에 있어서의 멤브레인의 투과율에 대한 보유 시간의 효과를 비교한 그래프이다.
도 15는 멤브레인 모듈의 투과율에 대한 최소 이송/보류 속도의 효과를 보인 그래프이다.
본 발명의 목적은 종래 기술을 개선하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 멤브레인 여과 모듈, 특히 소형 여과 또는 연화에 유용한 모듈을 제공하는 것이다.본 발명의 또 다른 목적은 멤브레인 모듈을 세척하거나 스케일링을 감소시키는 방법, 특히 물을 연화하는데 사용되는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 소형 여과 및 연화 시스템을 제공하는 것이다. 이들 목적은 청구의 범위에 기재된 특징 및 단계에 의해 달성된다. 발명의 상세한 설명에서는 다음의 특징과 함께 조합될 수도 있고 본 명세서의 다른 부분에서 설명되는 특징과 조합될 수도 있는 본 발명의 필요한 모든 특징을 설명하지는 않는다.
다양한 양상에 따라, 본 발명은 대향 배치된 한 쌍의 헤더 사이에 현수된 다수의 중공 사막 나노 여과 또는 역삼투 멤브레인을 갖는 여과 모듈을 제공한다. 멤브레인의 외표면은 헤더에 밀폐되고, 루멘은 헤더의 말단 표면에서 개방된다.
모듈 내에서, 중공 사막 멤브레인은 다수의 선행 또는 후속 단계로 나뉜다 (일부 단계는 선행 단계 및 후속 단계 모두에 속한다). 중공 사막 멤브레인의 루멘은 단계의 제 1 및 제 2 단계에서 개방된다. 단계 간 흐름은 헤더의 말단 단부에 걸쳐 발생한다. 모듈 이송 입구는 첫번째 단계의 제 1 단부와 유체적으로 소통한다. 나머지 단계는 첫번째 단계 뒤에 연속하여 연결되는데, 각각의 선행 단계의 제 2 단부와 각각의 후속 단계의 제 1 단부 사이는 유체적으로 연결된다. 모듈 출구는 마지막 단계의 제 2 단부와 유체적으로 소통한다. 삼투 유체 수거 공간은 단계를 둘러싸며, 각각의 단계와 유체적으로 소통한다. 각각의 선행 단계의 멤브레인의 표면적은 후속 단계의 멤브레인의 표면적의 1 내지 2.5 배이며, 단계의 표면적은 첫번째 단계에서 마지막 단계로 가면서 감소한다.
단계간의 연결을 이루기 위하여, 제 1 캡은 헤더의 말단 표면을 덮고, 제 2캡은 다른 헤더의 말단 표면을 덮는다. 삼투 공간은 헤더의 기부 표면과 외부 쉘 사이의 공간을 포함한다. 하나의 캡 또는 두 캡의 내부에 배치된 분할기는 멤브레인의 그룹을 단계로 분할하지만, 각각의 선행 단계의 제 2 단부와 후속 단계의 제 1 단부 사이의 유체 연결은 개방된 상태로 둔다. 전형적으로 캡 내에 제공되는, 모듈 입구 및 모듈 보류 출구는 첫번째 단계의 제 1 단부 및 마지막 단계의 제 2 단부와 유체 소통한다. 따라서, 이송 물은 첫번째 단계의 제 1 단부로 들어가고, 투과되지 못한 물은 첫번째 단계의 제 2 단부를 빠져나간다. 그로부터, 제 2 단부 캡은 이송/보류 유체를 두번째 단계의 제 1 단부로 안내한다. 제 2 단계에서 투과되지 못한 물은 제 1 탭에 도달한다. 두 단계 장치에 있어서는, 투과되지 못한 물은 모듈을 떠나게 된다. 그보다 많은 단계를 갖는 모듈에 있어서는, 제 1 캡이 이송/보류 유체를 또 다른 단계의 제 1 단부를 다시 안내함으로써 마지막 단계의 제 2 단부에 도달할 때까지 투과되지 못한 물은 제 2 캡으로 흐르게 된다.
각각의 단계는 모듈의 주변에 인접하게 배치되고 단계간의 흐름은 모듈의 주변과 나란하게 이루어지도록 단계가 배열된다. 예를 들어, 단계는 실린더의 섹터 형태로 구성될 수도 있다. 직경이 약 3 인치 또는 그 이하의 작은 모듈에 있어서는, 멤브레인이 각각의 헤더 내의 스파이더에 의해 단계로 분리된다. 그보다 큰 모듈에 있어서는, 다수의 멤브레인이 섹터 형상의 대향 배치된 쌍으로 된 칼라 내에 개별적으로 또는 동시에 배치될 수도 있다. 일단 쌍으로 된 칼라 내에 배치되면, 멤브레인은 피복될 수도 있다. 그런 다음 쌍으로 된 칼라는 함께 접합되어 한 쌍의 헤더를 형성하는데, 칼라가 섹터 형상으로 되어 있는 경우에 헤더는 원통형 형태를취하게 된다. 쌍으로 된 헤더는 큰 원통형 헤더와 함께 동작하기가 더 쉬우며, 특히 멤브레인 피복 공정에 행해지는 동안 건조를 촉진한다. 단계를 분할하는 분할기는 칼라의 가장자리 또는 칼라 내부에 삽입된 분리기에 대응하도록 만들어질 수도 있다.
일실시예에서, 단계 사이의 분할기에는 밸브가 장착되고, 이송 물이 반대 방향으로 모듈 내로 흘러서 모듈 보류 출구를 통해 들어올 때 분할기가 제 1 및 제 2 단부를 갖는 두번째의 선행 및 후속 단계 내로 멤브레인을 재수거할 수 있도록 분할기가 배열된다. 분할기는 각각의 두번째 선행 단계의 제 2 단부와 각각의 두번째 후속 단계의 제 1 단부 사이의 모듈의 주변과 나란하게 유체 연결을 개방된 상태로 둔다. 멤브레인의 재수거 시에, 각각의 두번째 선행 단계의 멤브레인의 표면적은 두번째 후속 단계의 멤브레인의 표면적의 1 내지 2.5 배이며, 단계의 표면적은 첫번째 단계에서 마지막 단계로 가면서 감소된다. 이것은 모듈을 통해 흐르는 액체의 작용으로 인하여, 다시 말해서 압력 차가 밸브를 개방하는 방향으로 존재하면 밸브를 개방하고 압력 차가 밸브는 개방하는 방향의 반대 방향으로 존재하면 밸브를 폐쇄함으로써 멤브레인의 그룹화 및 재그룹화가 수행되도록 일방향으로 개방되는 일방향 밸브를 사용함으로써 달성된다.
상기한 모듈은 물을 여과하는데 사용되며, 선택적으로 경도의 원인이 되는 염분을 선택적으로 거부할 수 있도록 된 중공 사막 멤브레인이 장착되면 경도를 제거하는데에도 사용될 수 있다. 여과될 물은 연속해서 단계를 통해 흐르고, 여과되고 선택적으로 연화된 삼투 유체는 멤브레인의 외표면으로부터 수거된다. 멤브레인은 약 0.1 gfd/psi 이상의 투과율과 80% 이상의 거부율을 가질 수도 있다. 멤브레인의 루멘을 통과하는 이송/보류 유체의 최소 속도는 0.15 내지 0.6 ft/s 이다.
다른 양상에 따라, 본 발명은 멤브레인 모듈을 포함하는 역삼투 또는 나노 여과 장치를 제공한다. 여과 모듈은 위에서 설명한 바와 같이 대향 배치된 헤더 사이에 현수된 다수의 선행 및 후속 단계로 이루어진 중공 사막 멤브레인을 구비할 수도 있다. 모듈은 모듈 이송 입구와, 모듈 보류 출구와, 삼투 출구를 구비한다. 이송 물 통로는 선택적으로 보조 펌프의 사용으로 압력이 증가되는 우물 펌프 또는 가정용 수도관 등의 가압된 물의 소오스에 모듈 이송 입구를 유체적으로 연결한다. 삼투 출구는 압력이 탱크 내의 물의 체적과 관련이 있는 격막 탱크 또는 에어 쿠션 탱크 따위의 삼투 탱크에 연결되는 것이 바람직하다. 삼투 탱크 내의 압력이 선택된 값에 도달할 때, 이송 측부 펌프의 동작은 중단되고 모듈 보류 출구는 폐쇄된다. 멤브레인은 0.1 gfd/psi 의 최소 투과율과, 80%의 최소 거부율과, 70%의 최소 경도 거부율을 갖는 것이 바람직하다. 이송/보류 유체의 최소 흐름 속도는 0.15 내지 0.6 ft/s 인 것이 바람직하고, 0.2 내지 0.3 ft/s 인 것이 더욱 바람직하다. 이송/보류 유체는, 바람직하게는 전체 모듈 압력 강하가 30 psi 내지 120 psi 인 상태로 재순환됨이 없이 모듈을 통과한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 멤브레인 표면에 형성되는 스케일을 감소시키고 세척하는 방법이 제공된다. 특히 모듈이 연화된 삼투 유체를 제공하는데 사용될 때, 탄산염 스케일이 멤브레인 내에 형성될 수도 있다. 스케일링을 억제하기 위하여, 적절한 세척 약품, 예컨대 산이나 물 속에서 산을 생성하는 화학 약품, 예를들어 이산화탄소 또는 구연산이 모듈의 이송/보류 측부에 주입되고, 이송 물 등의 액체에, 이산화탄소의 경우에는 가스에 용해된다. 제어 가능한 세척 약품 첨가 시스템은 세척 약품을 함유한 유체를 가압된 이송 물 또는 모듈의 이송/보류 측부 안으로 주입된다.
연속 삼투 방법에 있어서, 장치가 삼투 유체를 생성하는 동안, 세척 약품은 사실상 연속적으로 이송 물 안으로 주입된다. 세척 약품이 이산화탄소인 경우, 이산화탄소는 이송 물의 랑글리어 스케일링 인덱스(Langelier Scaling Index)가 0 이거나 0보다 약간 작은 양으로 주입되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 이산화탄소는 오직 모듈의 마지막 단계에 주입될 수도 있다. 비연속 삼투 방법에 있어서는, 장치가 삼투 유체를 생성하는 동안, 이산화탄소 등의 세척 약품이 주기적으로 이송 물 내에 주입된다. 또 다른 방법에 있어서는, 이산화탄소 등의 세척 약품이 다른 때에는 보류 출구인 부분으로부터 모듈 내로 세척 약품을 공급하기 위하여 첨가되는 동안 모듈을 통과하는 유체의 흐름 방향이 역전된다.
연속 비삼투 방법에 있어서, 장치가 삼투 유체를 생성하지 않는 동안 이산화탄소 등의 세척 약품이 사실상 연속적으로 이송 물에 주입된다. 보류 출구는 더욱 완전하게 개방되어, 이송/보류 유체가 모듈의 루멘을 통해 드레인으로 흘러내린다. 보유 및 유수 세척 방법에 있어서는, 삼투 유체의 생성이 일시적으로 또한 중단되고 보류 출구가 더욱 완전하게 개방된다. 이산화탄소 등의 세척 약품이 함유된 유체가 모듈 입구 안으로 흘러 들어간다. 이는 가압 이산화탄소 가스를 모듈 입구의 루멘 측부를 통해 흘러내리는 이송 물 안으로 주입함으로써 달성된다. 세척 약품을함유하는 유체는 중공 사막 멤브레인의 루멘의 체적의 일부, 바람직하게는 전부가 세척 약품을 함유할 때까지 멤브레인의 루멘 내의 이송/보류 유체를 치환한다. 세척 약품을 함유하는 유체의 흐름은 중단되고, 세척 약품은 선택된 보유 시간 동안 더러워진 부분과 반응한다. 선택적으로, 모듈은 이송 물로 세척될 수도 있다. 선택된 보유 시간은 1 내지 30 분이거나 10 내지 20 분이다. 유수 세척 및 보유 방법은 주기적으로, 예를 들어 하루에 한번 삼투의 필요성이 적은 시간에 수행된다.
가스 세척 방법에 있어서는, 이산화탄소 가스가 모듈의 이송/보류 측부 안으로 들어가서 이송/보류 유체를 치환한다. 가스는 일정 시간 동안 압력을 받은 상태로 모듈 내에서 보유되며, 그런 다음 이송 물과 함께 배출된다. 추가적인 세척을 위하여, 공정이 반복된다.
본 명세서에서 사용되는 단위인 갤론은 미국 갤론을 가리킨다.
모듈의 설계
도 1 및 도 2는 다단계 여과 모듈(10)의 일반적인 구성을 보인 도면이다. 모듈(10)은 대향 배치된 헤더(14) 사이에 현수된 다수의 여과 중공 사막 멤브레인(12)을 갖추고 있다. 멤브레인은 역삼투 방식 또는 나노 여과 방식으로, 나노 범위에서 여과가 이루어지는 것이 바람직하고, 선택적으로 경도의 원인이 되는 염분을 보유하고 연수를 삼투시킬 수 있는 것이 가장 바람직하다. 멤브레인(12)의 단부(16)는, 외표면이 헤더(14)에 밀봉되어 있고 멤브레인(12)의 루멘이헤더(14)의 말단 표면에서 개방되도록, 헤더(14) 내에 밀접한 상태로 간격을 두고 배치되어 있다. 제 1 탭(20) 및 제 2 탭(22)은 헤더(14)의 말단 표면을 덮고 있고, 헤더(14)에 밀봉되어 있다. 멤브레인(12)은 그룹(24)으로 배열되어 있으며, 각각의 그룹은 그 안에 멤브레인(12)이 배치되지 않은 헤더(14)의 영역에 의해 분리되어 있다. 팽창 가능한 플라스틱 그물망으로 그룹의 단부를 감쌈으로써 배치되어 있는 동안에 멤브레인(12)은 그룹(24) 내에서 유지된다. 캡(20)(22)의 한쪽 또는 양쪽 안에 배치된 (또는 선택적으로 캡(20)(22)의 일부로서 형성된) 분할기(26)는 캡(20)(22)의 말단 표면에서 연장되어 멤브레인(12)을 갖지 않은 헤더(14)의 영역의 일부 또는 전부와 밀봉 상태로 접촉한다. 선택적으로, 분할기(26)는 배치되어 있는 동안 헤더(14) 내로 삽입될 수도 있으며, 이 경우 분할기(26)는 멤브레인(12)의 그룹(14)을 분할하는데 일조를 하며, 나중에 헤더(14)에 결합된다. 분할기(16)의 일부 또는 전부는 그 안에 배치된 플랩 밸브 따위의 일방향 밸브(28)를 하나 이상 포함하는 개구를 구비한다. 별개의 또는 물리적으로 분리된 그룹(24) 내에 멤브레인을 배열 및 배치하는 것은 반드시 필요하지 않다. 그러나 분할기(26)에 의해 그룹(24)을 더욱 양호하게 분리할 수 있고, 그룹(24) 사이에 걸쳐 있는 멤브레인(12)을 최소화하거나 제거할 수 있다.
모듈(20)의 주변은 케이싱(30)에 의해 둘러싸여 있다. 헤더(14)의 가까운 쪽 표면 사이의 그리고 멤브레인(12)이 차지하고 있지 않은 케이싱(30)의 내부는 삼투 공간(32)을 형성한다. 삼투 공간(32)은 멤브레인(12) 둘레의 공간을 포함하며, 멤브레인(12)의 각각의 그룹과 직접 유체 소통하는 상태로 모듈(10)의 주변에 인접하고 있는 개방된 공간을 또한 포함하고 있다. 삼투 공간(32)과 유체 소통하는 삼투 출구(34)에 의해 삼투 현상이 모듈(10)에서 제거될 수 있다. 따라서, 그룹(24) 내의 멤브레인(12)을 통해 삼투된 물은 저항이 가장 작은 경로를 통해 삼투 출구(34)로 직접 흐름으로써, 선택된 경로 내의 그룹(24)을 통과할 필요가 없다. 이것은 도시한 바와 같은 실린더의 섹터로서 멤브레인(12) 그룹을 배열함으로써 달성될 수 있다. 그러나 다른 구성을 또한 취할 수도 있다. 예를 들어, 정사각형 또는 직사각형 모듈 그룹 내에서 크기가 다양한 멤브레인(12)이 모듈의 중심선의 양쪽에 놓일 수 있다. 모듈 이송 입구(36)에 의해 물은 캡(20)(22) 중 어느 하나의 캡 안으로 이송된다. 모듈(20)을 떠나는 보류 유체는 캡(20)(22) 중 어느 하나의 캡 안에 위치하고 또한 위치하고 있는 모듈 이송 출구(38) 밖으로 흐른다.
도 3 및 도 4는 멤브레인(12)(도시 안됨)의 5 개의 그룹(24a)(24b)(24c) (24d)이 어떻게 순방향 및 역방향에서의 4 가지 흐름 단계를 형성하는지를 보여주고 있다. 일반적으로, 그리고 이송되는 물이 순방향 또는 역방향으로 흐르고 있는 동안에, 분할기(26)는 선행 단계 또는 후속 단계(I, II, II 등)에서 멤브레인(12)의 그룹(24)을 선택한다. 일부 단계는 선행 단계 및 후속 단계를 모두 포함하는 단계이다. 분할기(26)는 각각의 선행 단계의 제 2 단부 및 각각의 후속 단계의 제 1 단부 사이에서 캡(22)(22)에 의해 생성된 개방 유체 연결 상태를 또한 유지한다. 단계 사이의 유체 연결에 의해 모듈(10)의 주변과 나란한 보류 유체/이송 유체의 단계간 흐름이 허용된다. 예를 들어, 예시된 파이 또는 섹터 형상의 단계에서, 단계간 흐름은 모듈의 중심 둘레를 흐르지만, 단계간 흐름이 완전한 아치 형상을 취할 필요는 없다. 각각의 선행 단계의 멤브레인의 표면적은 후속 단계의 멤브레인의 표면적의 1 내지 2.5 배이며, 단계의 표면적은 첫번째 단계에서 시작하여 마지막 단계로 가면서 감소한다. 단계의 정확한 크기는 단계간의 속도의 변동이 제한된 상태에서의 삼투에도 불구하고 모듈(10)을 통한 거의 일정한 속도를 제공할 수 있도록 선택된다. 단계가 더 많거나 더 적은 다른 모듈이 사용될 수도 있다. 이송 압력이 낮은 경우, 예를 들어 이송 유체가 시의 수도에서 주택으로 공급되고 어떠한 보조적인 이송 펌프라도 사용되지 않는 경우에는 5 단계 내지 8 단계의 모듈을 사용하는 것이 좋다. 10 단계가 넘는 모듈을 사용할 수도 있지만, 얻어지는 이득과 관련하여 그러한 모듈의 복잡한 구성이 문제가 된다.
도 3 및 도 4의 모듈(10)에서, 그룹의 크기는 각각 전체 멤브레인 크기의 1/8, 1/4, 1/4, 1/4 및 1/8 이다. 분할기(26)는 도시된 위치에서 고체 분할기(40)와 일방향 분할기(42)를 포함하고 있다. 일방향 분할기(42)가 개방되면 도시된 방향으로 유동이 일어난다. 분할기(26)(40)(42)는 이송 유체의 흐름 방향에 따라 그룹(124)을 단계 I, II. III 및 IV 로 분할한다.
도 3에서, 이송 유체는 제 1 캡(20) 내의 모듈 이송 입구(36)를 통해 그룹(24a)안으로 흘러 들어간다. 이송 유체는 그룹(24b) 안으로 또한 흘러 들어가며, 그룹(24a)(24b)은 함께 단계 I을 형성한다. 따라서, 제 1 캡(20) 내에서의 모듈 이송 입구(36)는 단계 I의 제 1 단부와 유체 소통하는 상태로 연결된다. 이송/보류 유체는 단계 I에서의 더 큰 압력에 의해 일방향 분할기(42)를 통해 단계 I로 역류하는 것이 방지되며, 이는 단계 I에서 단계 II로 흐르게 하기 위한 필수 조건이다. 이송/보류 유체는 단계 III을 형성하는 그룹(24d)의 제 1 단부로 넘쳐흐르는 제 1 캡(20)에서 단계 II의 제 2 단부로 흐른다. 단계 III의 제 2 단부로 흐르는 이송/보류 유체는 단계 IV를 형성하는 그룹(24e)의 제 1 단부로 넘쳐흐르는 제 2 캡(22)으로 흐른다. 단계 IV의 제 2 단부로 흐르는 이송/보류 유체는 모듈 보류 출구(38)를 통해 모듈(210)을 떠나는 제 1 캡(20)으로 흐른다. 모든 단계를 통해, 삼투 유체는 각각의 단계로부터 삼투 공간(도시 안됨)으로 직접 흐르고, 삼투 출구(도시 안됨)를 통해 밖으로 나온다. 따라서 단계 I, II, III 및 IV는 각각 멤브레인의 전체 양의 3/8, 1/4, 1/4 및 1/8 을 포함한다.
도 4에서, 이송 및 보류 유체의 흐름 방향은 반대로 바뀐다. 이송되는 물이 반대 방향으로 모듈(10) 안으로 흘러 들어갈 때, 모듈(10)을 통해 흐르는 액체의 작용에 의해, 분할기(26)(40)(42)는 멤브레인(12)의 그룹(24)을 제 2의 선행 및 제 2의 후속 단계로 다시 선택한다. 특히, 이송 유체는 먼저 제 1 캡(20) 내의 모듈 보류 출구(38)를 통해 그룹(24e) 내로 흘러 들어간다. 이송 유체는 그룹(24d) 안으로 흘러 들어갈 수도 있으며, 그룹(24d)(24e)은 함께 단계 I을 형성한다. 이송/보류 유체는 단계 I에서 제 2 캡(22)으로 흐르며, 여기서 유체는 단계 II를 형성하는 그룹(24c)으로 넘쳐흐른다. 단계 II 내의 이송/보류 유체는 제 1 캡(20) 으로 다시 흐르고, 여기서 단계 III을 형성하는 그룹(24b)으로 넘쳐흐른다. 단계 III에서의 이송/보류 유체는 제 2 캡(22)으로 흐르고, 여기서 유체는 단계 IV를 형성하는 그룹(24a)으로 넘쳐흐른다. 단계 IV에서의 이송/보류 유체는 제 1 캡(20)으로 흐르고, 여기서 유체는 모듈 이송 입구(36)를 통해 모듈(10)을 떠난다. 따라서, 단계I, II 및 III은 여전히 각각 멤브레인의 전체 양의 3/8, 1/4, 1/4 및 1/8을 포함한다. 위에서 설명한 바와 같이, 몇몇 위치에서는 일방향 분할기(42)를 통한 바람직하지 않은 흐름은 단계 I, II, III 및 IV 사이의 압력 변화에 의해 방지된다.
모듈(10)을 통해 흐르는 유체의 방향이 변경될 수 있도록, 모듈(10)에 연결되고 그로부터 나오는 이송 및 보류 파이프에는 각각의 파이프를 모듈 이송 입구(36) 또는 모듈 보류 출구(38)에 연결되도록 하는 밸브, 전형적으로는 솔레노이드 밸브가 제공된다. 밸브는, 동시에 이송 및 보류 파이프가 모듈의 동일한 지점에 연결될 수 있도록 PLC 또는 타이머에 의해 동시적으로 작동된다. 모듈(10)이 물의 연화에 사용되는 경우, 여과되어야 하는 물은 경도의 원인이 되는 염분을 선택적으로 받아들이지 않도록, 다시 말해서 보유할 수 있도록 선택되는 멤브레인(12)의 루멘의 제 1 단부로 흘러 들어간다. 연화된 삼투 유체는 멤브레인(12)의 외표면으로부터 수거되고, 보류 유체는 멤브레인(12)의 루멘의 제 2 단부에서부터 수거되어 모듈(10)에서 나오거나 다음 단계로 흘러 들어간다. 따라서 경도의 원인이 되는 염분이 특히 마지막 단계에서 멤브레인(12)의 루멘 내에서 축적된다. 여과되어야 하는 물이 루멘의 제 2 단부 내로 흐르고 보류 유체가 루멘의 제 1 단부 밖으로 흐르도록 중공 사막 멤브레인을 통해 흐르는 이송 유체의 방향을 주기적으로 반대로 하게 되면, 이러한 스케일링이 더욱 균일하게 분포되어 모듈(10)의 수명이 연장된다.
흐름의 방향이 반대로 되는 장점에도 불구하고, 오직 일방향으로만 흐르도록 모듈을 구성할 수도 있다. 이러한 모듈은 흐름의 방향이 반대로 되는 모듈보다 사용 수명이 짧지만, 구성이 간단하고, 특히 소형 시스템에 있어서는 비용 효율적이다. 도 5 내지 도 9는 4 단계를 통해 일방향으로 흐르도록 설계된 제 2 모듈(110)을 보인 것이다. 마찬가지로, 다른 수의 단계가 사용될 수 있으며, 단계는 다른 형상을 취할 수 있다.
다수의 여과 중공 사막 멤브레인(12)이 제 1 구획 헤더(114a)와 제 2 구획 헤더(114b) 사이에 현수되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 멤브레인(12)의 단부(16)는, 그 외표면이 구획 헤더(114a)(114b)에 끼워 넣어지고 루멘이 구획 헤더(114a)(114b)의 말단 표면(117)(119)에서 개방되도록, 구획 헤더(114a)(114b)내에 밀접하게 간격을 둔 상태로 배치되어 있다. 제 1 단부 캡(112a)(도시 안됨) 및 제 2 단부 캡(122b)은 헤더(114a)(114b)의 말단 표면을 덮고 있다. 제 1 개스킷(124)(도시 안됨)은 제 1 단부캡(122a) 및 제 1 구획 헤더(114a) 사이에 끼워 넣어져 있다. 이와 유사하게, 제 2 개스킷(126)은 제 2 단부캡(122b) 및 제 2 구획 헤더(114b) 사이에 끼워 넣어져 있다. 단부캡(122)이 조여지면, 구획 헤더(114a)(114b)와 단부캡(122) 사이에 밀봉 상태가 형성되어, 각각의 구획 헤더(114a)(114b)의 바깥쪽 주변을 인접한 단부캡에 밀봉시키고 제 2 모듈(11)의 각각의 단부에서의 단계 사이의 흐름을 위한 밀봉된 공간을 한정한다. 개스킷(124)(126)의 두께는 제 2 모듈(110)의 이송/보류 측면 볼륨의 불필요한 증가를 막는 단계간 흐름에서의 수두 손실을 막는데 필요한 최소의 두께보다 약간 더 크게 선택된다. 제 2 모듈(110)의 이송/보류 측면 체적을 불필요하게 증가시키는 것을 피하는 것이 바람직한데, 이는 이하에서 설명되는 세척 방법에서 요구되는 세정액의 양을 감소시키는데 도움이 되기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 제 2 모듈(110)이 큰 경우에는 단계간 흐름에서의 수두 손실을 피하기 위해서는 두꺼운 개스킷이 필요하며, 개스킷과 스페이서 또는 속이 완전히 비어 있는 단부캡의 조합에 의해 단계간 흐름에 필요한 공간이 증가하게 된다.
재 2 모듈(110)은 외부 케이싱(128)을 또한 구비하고 있다. 보충 케이싱(129)은 외부 케이싱(128)의 단부에 고정되어 단부 캡(122)용 나사를 제공한다. 외부 케이싱(128) 및 보충 케이싱(129)의 내표면에는 홈이 파여 있어서 케이싱(128)(129) 내에 적소에 놓이는 구획 헤더(114)와의 더욱 강력한 연결을 제공한다. 선택 사양인 중앙 지지 튜브(130)는 제 2 헤더(114) 내에 끼워 넣어져서 제 2 모듈(110)에 강도와 지지를 제공한다. 외부 케이싱(128)에는 삼투 출구(34)가 장착되어 있다. 그렇지 않으면, 중앙 지지 튜브(130)가 구획 헤더(114) 사이에서 구멍이 많이 형성되고, 제 2 모듈(110)로부터 돌출 연장되거나 어느 한 쪽의 헤더(114)에서의 중앙 개구와 소통하도록 만들어질 수도 있다. 이렇게 하여, 삼투 유체는 외부 케이싱(128) 내의 삼투 출구(34) 대신에 중앙 지지 튜브(130)를 통해 회수될 수 있다. 이에 의해 삼투 출구를 형성하기 위하여 구멍을 뚫음으로써 야기되는 외부 케이싱(110)의 약화를 피할 수 있고, 짝수의 단계를 갖는 제 2 모듈(110)에서 제 2 모듈(110)의 일단부에서 모든 연결(이송, 삼투 및 보류)을 구성할 수 있다.
특히 도 6 및 도 9를 참조하여 설명하면, 핀(136)이 선택적으로 중앙 지지 튜브(130)의 길이를 따라 구획 헤더(114) 안으로 연장되어 있고, 외부 케이싱(128)을 제외하고 중앙 지지 튜브(130)에서 방사상으로 연장되어 있다. 선택 사양인 핀(136)은 1 내지 4로 도면부호가 부여된 단계에 대응하는 실린더의 섹터 내에 멤브레인(12)을 포함함으로써 배치에 일조를 한다. 이 목적은 각각의 구획 헤더(114) 내의 스파이더에 의해 또한 달성될 수 있다. 핀(136) 또는 스파이더 없이 멤브레인(12)을 적절히 배치하고, 개스킷(124)(126)에 의지하여 단계를 한정하는 것 또한 가능하다. 그러나, 핀(136) 또는 스파이더는 멤브레인(12)의 취급을 더욱 용이하게 하고 (예를 들어, 단계 1은 취급이 쉽도록 두 부분으로 분할된다), 단계 사이를 연결하는 임의의 멤브레인(12)의 수 및 그 가능성을 줄이고, 단부(16) 중 하나가 개스킷(124)(126)에 의해 밀봉됨으로써 폐기되는 멤브레인(12)의 수를 최소화한다. 핀(136) 또는 스파이더(114)에 의해 단계는 구획 헤더(114)의 말단에서 보일 수 있게 되어 개스킷(124)(126)이 인덱싱 수단이 없이도 단계와 관련하여 적절히 배치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 개스킷(124)(126)은 잘못된 방위로 설치되는 것을 피하기 위하여 인덱싱될 수 있다.
도 7 및 도 8은 단계와 관련된 제 1 개스킷(124)과 제 2 개스킷(126)을 보여주고 있다. 핀(136)의 중심 위치는 점선으로 표시되어 있다. 단계의 표면적의 비율은 3.8:2.4:1.2:1 이다. 이송되는 물 입구는 제 1 단부캡(122a)내에 구멍으로 형성되어 제 1 단부 캡(122a)이 적소에 고정된 후에 단계 1과 소통한다. 이와 유사하게, 이송/보류 출구(도시 안됨)는 제 2 단부캡(122b) 내에 구멍으로 형성되어 제 2 단부캡(122b)이 적소에 고정된 후에 단계 4 와 소통한다.
도 10은 제 3 모듈(410)의 일부를 보인 것이다. 제 3 모듈(410)의 구성은 모듈이 대형인 경우에, 예를 들어 직경이 3 또는 4 인치를 초과하는 모듈인 경우에 바람직하다. 모듈의 설계는 멤브레인(12)이 배치된 후에 역삼투 또는 나노 여과 멤브레인(12)을 만들기 위하여 종래의 폴리아미드 화학을 사용하여 중공 사막 멤브레인(12)의 안쪽에 코팅을 하는 것에 주안점을 둔다. 특히, 모듈은 코팅이 행해지기 전에 완전히 건조되어 있어야 하지만, 멤브레인은 열에 민감하며 따라서 고온에서 건조할 수 없다. 과도한 건조는 구멍을 또한 건조시키며, 이에 의해 투과율이 떨어지게 된다. 그밖에, 멤브레인(12)은 안정된 폴리머 층을 형성하기 위하여 아민을 도포한 후에 건조될 필요가 있다. 본 발명자는 특히 모듈의 케이싱 내에 포함되는 경우에는 멤브레인을 대량으로 건조하기가 어렵다는 것을 발견하였다. 만족스러운 건조는 필요하다면 섬유가 공기에 노출되어서 건조 속도를 높일 수 있도록 개방되어 환풍될 수 있는 헤더 사이에 배치된 멤브레인의 소형 개방 유닛을 갖춤으로써 매우 쉽게 달성될 수 있다.
제 3 모듈(410)은 다수(도면에는 10개가 도시되어 있음)의 요소(411)로 구성되어 있다. 각각의 요소(411)는 대향하는 한 쌍의 칼라(440) 안으로 배치되는 한 세트의 멤브레인(도시 안됨)을 포함하고 있다. 칼라는 실린더의 섹터인 것이 바람직하지만, 다른 형상을 취할 수도 있다. 칼라(440)는 성공적으로 피복될 수 있는 크기로 세트로 된 멤브레인(12)의 최대 크기를 제한한다. 예를 들어, 칼라(440)는 멤브레인(12)이 멤브레인(12)의 번들의 가장자리에서 약 35 mm 이상이 되지 않도록 그 형상 및 크기가 정해진다. 각각의 요소(411)는 개별적으로 배치되고, 피복되고, 그 후에 요소(411)가 함께 조립되어 제 3 모듈(410)을 위한 복합 헤더(414)를 형성한다. 그렇지 않으면, 요소(411)는 이하에서 설명하는 방법을 이용하여 제 3 모듈(410) 안쪽에 배치될 수 있다. 이 방법을 이용하면 요소(411)가 배치되고 각각의 요소(411)의 멤브레인을 피복하고 그 다음에 요소(411)를 제 3 모듈(410)로 재조립한 후에 상호간에 요소(411)를 분리하는 것이 가능하다. 제 2 모듈(110)에서와 같이, 개스킷 및 단부 캡(도시 안됨)은 제 3 모듈(410)의 단부에 부착되어 멤브레인을 단계로 그룹을 형성한다. 칼라(440)의 가장자리는 단계간에 자연스러운 분리를 제공한다. 분리가 다른 위치에서 필요한 경우, 배치가 이루어지는 동안 배플(442)이 한 쌍 이상의 칼라(440) 사이에 끼워 넣어진다. 따라서, 칼라(440)의 크기는 피복 (특히 건조)을 고려하여 선택되지만, 단계의 수 또는 크기는 칼라(440)의 크기 또는 수에 의해 제한되지 않는다.
단일 크기 및 형상의 요소(411)를 사용하여 제 3 모듈(410)을 만들기 위해서, 품질이 균일한 제 3 모듈(410)을 생성하는데 일조를 하는 피복 및 배치 지그 및 기법이 생성될 수 있다. 특히 많은 수의 칼라가 사용될 때, 개스킷은 다단계의 제 3 모듈을 쉽게 만들기 위하여 준비될 수 있다. 예를 들어, 복합 헤더(414) 당 헤더(440)가 8 개인 경우, 제 3 모듈(410)은 개스킷 또는 분할기를 사용하여 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같은 4 단계 모듈을 생성하는데 사용될 수 있다. 분할기(40)(42)는 이들 도면에 도시되어 있다.
제 3 모듈(410)을 제조하는 방법을 이하에서 상세히 설명하기로 한다. 도시된 제 3 모듈(410)은 복합 헤더(414)의 말단 표면 사이의 거리가 약 35 인치이며, 모듈 케이싱(430)으로서 8인치 직경의 회색 PVC 파이프를 사용한다. 각각의 복합헤더(414)는 최대 10 개의 칼라(440)로 만들어지고, 칼라는 쌍을 이루어 대향 배치되며, 그 안에 멤브레인이 배치됨으로써 10 개의 요소(411)를 형성하며, 각각은 내경이 약 0.4 mm인 약 1600 개의 중공 사막 멤브레인(도시 안됨)을 포함한다.
각각의 요소(411)는 약 35 인치 떨어져서 한 쌍의 칼라(440)의 말단 표면을 고정하는 지그 내에 조립되어 있다. 멤브레인(12)은 탄성 밴드 또는 다른 스트랩에 의해 그 단부에서 초기에 함께 고정됨으로써 칼라(440) 안으로 삽입될 수 있다. 멤브레인(12)의 번들은 또 다른 탄성 밴드 또는 스트랩과 함께 지그에 고정되며, 지그는 테이블 상에 평탄하게 놓인다. 그런 다음 멤브레인(12)은 절단되어 칼라(440)의 말단 표면 위로 약 1 인치 연장된다. 그런 다음 지그는 수직 상태로 복귀한다. 섬유의 단부를 차단하기 위하여, 소형 접시 또는 컵 형태의 약 5 mm의 실리콘이 섬유의 바닥 단부에 제공된다. 실리콘은 섬유 위로 약 10 mm 까지 상승하여 각각의 섬유를 둘러싼다. 과도한 실리콘은 유출된다. 실리콘이 경화되어 유동하지 않게 되면, 지그가 뒤집어지고 다른 면에 대하여 공정이 반복된다.
요소(411)를 배치하기 위하여, 10 개의 요소(411) 전부가 포팅 다이(potting die)에 배치되어 임시로 두 개의 복합 헤더(414)를 형성한다. 포팅 다이는 두 부분으로 구성됨으로써 테이블 위에 놓일 때 각각의 부분에 배치될 수 있어서 다이의 단부와 칼라(440)의 말단 표면 사이에 적절한 공간을 둘 수 있다. 적절한 임시 스페이서가 인접한 칼라(440) 사이에 놓일 수도 있고, 요소(411) 내의 쌍으로 된 칼라(440) 사이에 놓여서 칼라(440)와 멤브레인(12)을 적소에 고정할 수도 있다. 모든 요소(411) 및 스페이서가 포팅 다이의 두 부분 안에 설치되면, 요소(411) 및 스페이서가 상호 단단히 압착될 수 있도록 두 부분이 함께 조여진다.
그런 다음 조립된 다이는 원심 분리기 내에 놓인다. 원심 분리기에는 하나 이상의 포트를 통해 수지를 주입하기 위한 주입 지그가 장착되는 것이 바람직하다. 전체 양이 분사될 때까지 수지가 동시에 양단부에 도포되거나 소량으로 양단부에 번갈아 도포될 수 있다. 원심 분리기는 대략 300 RPM으로 회전하게 되는데, 이 속도는 수지에 40G 미만의 힘을 가하게 된다. 유동이 일어나지 않을 정도로 수지가 경화된 후에 원심 분리기의 작동은 중단되고, 다이는 제거된다. 그러나, 수지가 완전히 경화될 때까지 제 3 모듈(410)은 다이에서 분리되지 않는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 수지는 포팅 다이의 각각의 단부 안으로 정적으로 (원심 분리되지 않는 상태로) 주입될 수 있다. 일단부가 먼저 배치되고 그 다음에 모듈이 180°회전한 후에 다른 단부가 배치된다.
수지가 완전히 경화되면, 요소(411)는 다이에서 제거되지만, 여전히 얇은 수지 층에 의해 함께 접합이 되어 있는 상태에 놓인다. 예를 들어 띠톱으로 절단함으로써 과도한 수지는 단부로부터 제거되어 개방된 섬유 단부가 외부로 드러나게 된다. 띠톱날은 절단이 행해지는 동안에 칼라(440)를 고정하기에 충분한 수지를 남겨두지만 상호간에 쉽게 분리될 수 있도록 칼라(440)의 말단부에서 수지를 절단할 수 있어야 한다.
요소(411)가 상호간에 분리된 후에, 각각의 요소는 각각의 칼라(440) 둘레에 임시 시험 캡을 끼움으로써 완전성과 초기 투과율에 대한 검사가 이루어진다. 완전성 검사가 행해지는 동안, 끓는 점이 낮은 멤브레인(12)은 절단 개방되고 실리콘으로 밀봉된다. 이들 검사 캡은 누설 검사, 압축, 피복 및 거부/투과 검사에 또한 사용될 수 있다.
멤브레인(12)을 피복하기 위하여, 먼저 이들 멤브레인을 건조하여야 한다. 이를 위해, 검사 캡 중 하나가 제거되어 섬유 내의 과도한 액체가 배출된다. 그런 다음 멤브레인(12)이 약간 축축한 상태로 접촉하게 될 때까지 루멘은 하나의 검사 캡을 통해 HEPA가 여과된 공기 또는 질소로 정화된다. 그런 다음 다른 검사 캡이 제거되고, 멤브레인(12)은 환풍되어 약 30 분 내지 한시간 동안 공기로 추가 건조될 때 멤브레인(12) 사이의 공기 순환은 더욱 양호해진다. 요소(411)가 약 2 인치 또는 3 인치로 그 두께가 작은 경우, 오븐은 필요하지 않다.
피복은 아민 용액을 바름으로써 계속되어, 후속하여 위에서 설명한 바와 같이 건조가 행해지고, 그 다음에 유기 용액이 발라지고, 그 후에 다시 위에서 설명한 바와 같이 건조가 행해진다. 이들 용액은 모두 질소와 함께 멤브레인(12)의 루멘 안으로 유입되며 검사 단부 캡에 의해 소정의 시간 동안 루멘 내에서 유지된다. 루멘이 피복된 후에, 멤브레인(12)은 물로 그 외부가 세척되고 30% 글리세린 용액에 담궈져서 보존되며, 그 다음 공기 건조 후에 요소(411)가 오븐 내에 배치되는 것을 제외하면 위에서 설명한 바와 같은 건조가 추가로 행해진다. 요소(411)가 일단 건조되면, 검사 단부 캡은 대치되고, 요소(411)에 대하여 투과율 또는 거부 검사가 행해진다. 그런 다음 요소(411)는 글리세린에 다시 담궈진 후에 다시 건조된다. 그런 다음 요소(411)는 상호 접합되어 모듈 케이싱(430)을 형성하게 된다. 이 예에서의 모듈 케이싱은 회색 스케줄 40 PVC 파이프이다.
여과 및 세척 시스템과 여과 방법
도 12에 여과 장치가 도면부호 300으로 도시되어 있다. 여과 장치(300)는 특히 어느 한 주택, 소규모 주택가 또는 소형의 상업 빌딩의 출입 지점에서 사용하기에 적합하다. 장치(300)는 부유 고체를 제거하고 선택적으로 경도의 원인이 되는 염분을 제거함으로써 여과되고, 선택적으로 연화된 삼투 유체를 생성한다. 장치(300)는 이송되는 물을 도입하기 위한 이송 물 입구(334)와, 보류된 유체를 제거하기 위한 보류 출구(338)와, 처리된 삼투 유체를 제거하기 위한 삼투 출구(348)를 포함하고 있다. 여과 모듈(336)은 여과 기술 분야에서 공지되어 있는 다양한 형태의 나노 여과 또는 역삼투 방식의 모듈로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 여과 모듈(336)은 나선형으로 감긴 나노 여과 멤브레인 모듈일 수도 있고, 그러한 모듈의 집합체일 수도 있고, 아니면 앞서 언급한 바와 같은 모듈(10)(110)(210)(410) 중 어느 하나의 모듈에 따른 다수의 중공 사막 멤브레인일 수도 있다.
이송 물 통로(310)는 여과 모듈(336)의 이송 물 입구(334)와 유체적으로 연결되어 있다. 장치(300)는 하나 이상의 세척 약품을 여과 모듈(336)의 상부에 있는 이송 물 통로(310) 안으로 분사하기 위한 세척 약품 첨가 시스템(316)을 또한 포함한다. 세척 약품 첨가 시스템(316)은 세척 약품을 함유한 유체를 이송 물 통로(310) 낭으로 공급한다. 유체는 구연산이나 탄산 등의 액체이거나 이산화 탄소 등의 가스일 수도 있다.
세척 약품 첨가 시스템(316)은 여러 가지 형태를 취할 수도 있다. 세척 약품이 구연산 등의 액체인 경우, 이송 물 통로(310) 내의 벤투리관에 연결된 투여 펌프 또는 용기 따위의 다양한 수단이 사용될 수 있다. 세척 약품이 이산화탄소이거나 이송되는 물에 이산화탄소를 녹여서 만든 탄산인 경우, 세척 약품 첨가 시스템(316)은 도 12에 도시한 바와 같은 구성을 취할 수 있다. 도 12에서, 가압 가스 실린더(317)는 식품 등급의 가압 이산화탄소를 유지한다. 이산화탄소 통로(318)는 이산화탄소 실린더(317)를 여과 모듈(336)의 상류에서 이송 물 통로(310)에 유체적으로 연결한다. 이산화탄소 통로(318)가 이송 물 통로(310)에 연결되는 지점은 이산화탄소 세척으로부터 이득을 얻게 되는 펌프, 밸브 등의 상류에 있는 것이 바람직하다. 이산화탄소 압력 조절기(320) 및/또는 이산화탄소 유량 제어기(324)가 선택적으로 실린더(317)의 하류에 포함되어 가스 압력 및 유량을 적절하게 유지하는데 일조를 할 수가 있다. 이산화탄소의 흐름은 실린더(317)와 이송 물 통로(310) 사이에 놓인 이산화탄소 밸브(326), 바람직하게는 솔레노이드 밸브에 의해 또한 제어된다. 이산화탄소 밸브(326)는 이하에서 설명되는 다양한 세척 체제에 의해 요구되는 하나 이상의 마이크로프로세서, 타이머 또는 압력 센서에 연결될 수도 있다. 이산화탄소가 함유된 용액으로 세척하는 것이 바람직한 경우, 선택 사양인 이산화탄소 기포 형성 장치(325)가 사용되어 이산화탄소가 이송 물 안으로 도입되는 지점에서 미세한 기포를 형성하여 이산화탄소의 급속 용해를 달성할 수 있다. 이산화탄소 기포 형성 장치(325)는 다공성 중공 사막 멤브레인이나 다공성 세라믹 튜브 또는 세라믹이나 스테인리스 강 포장 재료를 갖는 포장 베드로 구성될 수도 있다.
적절한 필터 매체 및 활성탄 칼럼으로 구성되는 것이 바람직한 예비필터(314)가 여과 모듈(336)의 상류에 배치될 수도 있다. 필터 매체는 미립자, 특히 멤브레인(12)의 내경의 약 1/10 이상의 직경을 갖는 미립자를 제거한다. 활성탄 칼럼은 염소를 제거한다. 선택 사양으로서 하나 이상의 예비 필터(338)가 채용되어 이송되는 물의 압력을 관측하고 예비 필터(314)를 통한 수두 손실을 관측할 수 있다.
여과 모듈(336) 안으로 유입된 이송 물은 40 psi 내지 200 psi의 압력으로 가압된다. 이송 물의 소오스는 시의 가압 공급관(310) 또는 우물 펌프(도시 안됨)일 수도 있다. 이송 물의 소오스가 시의 가압 공급관인 경우, 장치(300)는 여과 모듈(336)의 상류에 배치되어 이송 물 입구(334)에서의 압력을 증가시키는 물 펌프(330)를 포함할 수도 있다. 물 펌프(330)가 사용되는 경우, 선택 사양으로서 펌프 압력 전달기(332)가 채용되어 여과 모듈(336)의 상류에서의 압력을 관측할 수 있다.
보류 유체 통로(340)는 보류 출구(338)를 드레인(346)에 유체적으로 연결한다. 보류 유체의 제거는 솔레노이드 밸브인 것이 바람직한 밸브(342)에 의해 중단되거나 시작된다. 보류 유체 통로(340)는 유체 오리피스, 가변 면적 유체 오리피스 또는 제어 밸브 따위의 보류 유체 제어 기구(344)를 또한 포함하여, 보류 유체의 유량을 제어하는데 일조할 수 있다. 보류 유량 제어 기구(344)는 여과 장치(300)의 복구 비율(도입된 이송 물에 대한 생성된 삼투 유체의 비율)을 직접적으로 제어한다. 몇몇 설비에 있어서는 단일 면적 오리피스로 충분하지만, 이하에서 설명되는 삼투 작용이 없이 수행되는 세척 방법이나 복구 비율에 대한 제어를 더욱 양호하게유지하는데에는 가변 장치가 유용하다. 특히, 이송 압력과 삼투 압력간의 차이가 이하에서 논의되는 소정의 최소 이송/보류 속도를 유지하기 위한 필요를 조건으로 하여 감소될 때 보류 제어 기구(344)가 보류 유체의 최소 유량을 유지하는 것이 바람직하다.
삼투 통로(350)는 여과 모듈(336)의 삼투 출구(348)에 유체적으로 연결되어 있다. 삼투 통로(350)는 삼투 분배 시스템 또는 버퍼 탱크, 바람직하게는 탱크 내의 삼투 체적이 증가할 때 압력은 감소하는 탱크에 직접 연결될 수 있다. 예를 들어, 탱크 입구(360)를 갖춘 격막 탱크(362)가 여과 모듈(336)의 하류에 배치될 수 있다. 압력 전달기(361)는 격막 탱크(362) 내의 압력을 관측할 수도 있다.
장치(300)는 여과 모듈(336)의 하류에 배치되어 세척, 모듈의 고장, 교체 또는 보수 관리가 행해지는 동안 생성될 수도 있는 삼투로부터 사용자를 격리시키는 시스템 바이패스 밸브(356)를 또한 포함할 수도 있다. 시스템 바이패스 밸브(356)가 폐쇄되고, 바이패스 통로(368) 내에 배치된 바이패스 밸브(370)가 개방되는 경우, 바이패스 통로(368)는 이송 물 통로(310)와 삼투 통로(350)를 유체적으로 연결한다.
장치(300)는 병원균, 중금속 또는 경도의 원인이 되는 염분을 포함할 수도 있는 부유 고체를 보유함으로써 여과된 그리고 선택적으로 연화된 삼투 유체를 생성한다. 여과가 행해지는 동안, 밸브(312)(342)(356)(358)는 개방되고 바이패스 밸브(370)는 폐쇄된다. 초기에, 이송 물은 이송 물 통로(310)를 통과한다. 선택적으로 물 펌프(33)는 이송 물 입구(334)에서의 이송 압력을 증가시킨다. 따라서, 가압된 이송 물은 모듈(336)의 이송 측부에 공급되고, 삼투 출구(348)를 통해 멤브레인의 외표면을 떠날 때 삼투 유체는 수거되며, 삼투 작용이 행해지는 동안 농축 유체 또는 보류 유체는 계속해서 보류 출구(338)를 통해 밖으로 배출된다. 여과된 삼투 유체는 삼투 통로(350)를 통해 이동하고, 가압 격막 탱크(362)(또는 이와 유사한 다른 탱크)가 사용되는지의 여부 또는 시간에 걸친 삼투의 요구에 따라 선택적으로 가압 격막 탱크(362) 내로 들어가거나 사용자에게 직접 공급된다. 보류 유체의 유량은 보류 제어 기구(344)에 의해 제어된다. 산업적 또는 상업적인 설치에 있어서, 장치(300)는 전형적으로 사실상 연속적으로 동작한다. 그러나, 동작은 설계 파라미터, 동작 파라미터, 시스템의 용량 및 시스템에 대한 요구에 따라 달라진다. 장치(300)는 여과 모듈(336)의 하류에 배치되어 삼투 생성 비율을 관측하는 유량 전달기(352)와, 시스템의 완전성을 관측하기 위한 도전 센서(354)를 포함할 수도 있다.
일실시예에 있어서, 장치는 단일 주택에서의 사용을 위하여 여과되고 연화된 물을 제공하는데 사용된다. 여과 모듈(336)은 위에서 설명한 바와 같은 다단계 모듈(10)(110)(410)이다. 멤브레인(12)은 0.1 gfd/psi 의 최소 삼투율을 가지고, 약 75%의 최소 경도 거부 비율을 갖는다. 여과 모듈(336)은 5 내지 8 단계, 바람직하게는 6 내지 8 단계로 분할된 100 내지 500 제곱 피트의 멤브레인 면적을 갖는다. 여과는 낮은 최소 이송/보류 속도 및 높은 복구율의 보류 유체의 재순환 없이 단일 패스로 수행된다. 전형적으로, 이송/보류 유체는 0.15 내지 0.6 ft/s, 바람직하게는 0.2 내지 0.3 ft/s 의 최소 속도를 갖는다. 이송 압력은 60 psi 내지 150 psi이다. 이 압력은 물 펌프(330)를 사용하지 않고 시의 수도관에서 가정으로 물을 공급할 때 이용 가능하다.
이 실시예에서, 장치(300)는 하루에 1 내지 6 시간 동안 동작하며, 바람직하게는 하루에 2 내지 3 시간 동안 동작한다. 여과는 다양한 밸브에 연결된 프로그래밍 가능한 로직 제어기 (도시 안됨) 또는 회로(도시 안됨)를 통해 동작하는 탱크 압력 전달기(361)에 의해 제어된다. 탱크 압력 전달기(361)에 의해 선택된 최소 압력에서 여과가 시작되고 선택된 최대 압력에서 여과가 중단된다. 여과가 중단되면, (존재하는 경우) 물 펌프(330)의 동작은 중단되고, 밸브(342)(358)는 폐쇄된다.
삼투 통로(350)는 가정의 공급 라인(도시 안됨)과 유체 소통할 수 있다. 그러나, 격막 탱크(362)가 사용되는 것이 바람직하다. 장치(300)는 늘어난 시간 동안 동작할 수 있지만, 0.5 gal/min 내지 7.0 gal/min, 바람직하게는 1 gal/min 내지 3 gal/min 의 이송 물 유량으로 동작할 수 있다. 따라서, 격막 탱크(362)는 사용자에 의해 필요로 될 때까지 처리된 삼투 유체를 저장하는데 사용된다. 격막 탱크(362)는 탱크 입구(360)를 통해 삼투 통로(350)에 유체적으로 연결되어 있다. 가압 격막 탱크(362)의 하류에는 삼투 통로(350)가 가정의 공급 라인 안으로 들어가 있다. 격막 탱크(362)는 5 내지 100 갤론의 물, 바람직하게는 30 내지 70 갤론의 물, 더욱 바람직하게는 50 내지 60 갤론의 물을 보유한다.
세척 공정
세척을 하고 스케일링을 감소시켜서 역삼투 또는 나노 여과 모듈의 수명을 연장하기 위하여, 이하에 설명되는 여러 가지 방법이 그러한 모듈에 세척 약품을공급한다. 이들 방법은 모듈이 연화된 삼투 유체를 생성하는데 사용되고 세척 약품이 스케일을 억제하는데 또한 사용될 경우에 특히 유용하다. 탄산염 스케일링을 감소시키기 위하여, 세척 약품은 산 또는 물 속에서 산을 생성하는 물질인 것이 바람직하다.
예로 보이는 세척 약품은 스케일링을 제거하는 구연산을 포함하고 있으며, 몇몇 금속을 제거하는데 또한 효과적이다. 이산화탄소가 또한 사용될 수 있으며, 탄산염 스케일링을 제거하는데 매우 효과적이다. 이산화탄소는 버퍼링 능력과 함께 경수에 대하여 또한 스스로 제한하는 능력을 갖는다. 다시 말해서 과도한 투여에 의해 pH가 매우 낮아지거나 수질이 잠재적으로 안전하지 못한 상태에 놓이지 않게 된다. 게다가, 식품 등급 이산화탄소는 사람이 섭취하기에 적합하며, 가정용 설비에서 개개인이 사용할 수 있도록 실린더 내의 압축 가스로서 이용 가능하다. 모듈에 가해지는 탄산의 pH는 4.5 내지 6.5 이며, 전형적으로 5.0 내지 6.0 이다. 모듈에 가해지는 구연산의 pH는 전형적으로 2.5 내지 3.0 이다.
다양한 세척 방법을 사용하여 여과 모듈(336) 내의 스케일링을 세척하거나 감소시킬 수 있다. 연속식 삼투 방법에 있어서는, 세척 약품 첨가 시스템(316)이 개방되어 여과가 행해지는 동안 계속해서 세척 약품을 첨가한다. 세척 약품이 이산화탄소인 경우, 이산화탄소 밸브(326)가 탱크 압력 전달기(361)에 연결되어 밸브(342)(358)가 개방될 때마다 개방된다. 다시 말해서 선택된 최소 압력에서 개방되고 선택된 최대 압력에서 중단된다. 이산화탄소 유량 제어기(324)는 이산화탄소를 소정의 양으로 도입하기 위하여 설치된다. 이산화탄소 압력 조절기(320) 및이산화탄소 유량 제어기(324)는 다양한 동작 조건에 대해 적절히 동작할 수 있도록 단일 구성체 형태로 사전 설치될 수 있다. 선택적으로, 이산화탄소 압력 조절기(320) 및 이산화탄소 유량 제어기(324)는 하나 이상의 절대 이송 압력, 이송 및 여과 사이의 압력차 또는 삼투 유량에 응답할 수 있도록 연결되어 이송 물의 단위 체적당 이산화탄소 주입량을 거의 일정한 비율로 제공한다.
첨가되는 세척 약품의 양은 설치 시에 예상되는 수명, 전형적으로는 6 개월 내지 1 년의 시간 동안 적절한 삼투가 이루어질 수 있도록 멤브레인이 더러워지는 것이 억제되도록 선택된다. 이 시간이 종료되는 시점에서, 집중적인 세척을 위하여 멤브레인은 제거될 수도 있다. 예를 들어, 랑글리어 인덱스(Langelier Index)가 0이거나 약간 0 이하가 되도록 이산화탄소가 첨가될 수도 있다. 이러한 인덱스 점에서는 이송 물에 스케일링이 존재하지 않고 오직 최소한도의 부식만이 일어난다. 이산화탄소는 녹지 않는 탄산칼슘을 형성하는 스케일을 녹는 중탄산칼슘으로 변환환다. 이와 같이, 이산화탄소를 첨가하게 되면 녹지 않는 탄산칼슘의 농도가 낮아지고, 따라서 스케일 형성 비율이 감소된다. 이송 물 내에 남은 과도한 이산화탄소는 이미 스케일이 제거된 멤브레인의 표면을 또한 세척하고, 적어도 멤브레인의 투과율의 적어도 일부를 회복시킬 수도 있다. 스케일을 형성하는 염분의 농도는 다단계 여과 모듈(336)의 나중 단계에서 증가하기 때문에, 여과 모듈(336)의 초기 단계에서는 스케일 형성이 문제가 되지 않는다. 이러한 경우, 이산화탄소 통로(318)는 오직 나중 단계의 상류에서 또는 더욱 적은 이산화탄소만이 사용되는 마지막 단계의 상류에서 여과 모듈(336) 내로 직접 이송할 수 있도록 재배치될 수도 있다. 이산화탄소를 이송 물 통로(310) 및 나중 단계의 상류에 배치된 여과 모듈(336) 내에 주입하기 위하여 이산화탄소 통로(318)를 분할함으로써 이산화탄소의 요구량이 또한 감소할 수 있다.
비연속식 삼투 방법에 있어서, 세척 약품이 주기적으로 이송 물에 첨가된다. 예를 들어, 이산화탄소는 1 시간 내지 3 시간의 시간 간격으로 5 분 내지 30 분 동안 첨가될 수 있다. 이것은 연속적으로 동작하는 여과 시스템(300) 내에서 이산화탄소 밸브(326)를 타이머 또는 마이크로프로세서(도시 안됨)에 연결함으로써 달성된다. 여과 시스템이 연속적으로 동작하지 않는 경우, 타이머 또는 마이크로프로세서는 탱크 압력 전달기(361)에 연결되어, 밸브(342)(358)가 열릴 때에만 시간을 앞당기고, 밸브(342)(358)가 닫힐 때마다 이산화탄소 밸브(326)를 폐쇄한다.
삼투 작용이 중단되는 동안 다른 세척 방법이 때때로 수행된다. 이들 방법은 일반적으로 주기적으로 수행된다. 예를 들어, 이산화탄소 세척은 연속적으로 동작하는 산업용 또는 상업용 시스템에서 1 시간 내지 4 시간의 시간 간격으로 10 분 내지 30 분 동안 수행되어 최종 세척 공정이 행해진 이후에 형성되었을 수도 있는 소량의 스케일을 제거하고 더러움을 억제할 수 있다. 그렇지 않으면, 더 긴 시간 간격으로, 다시 말해서 하루에 한번 세척이 이루어질 수도 있지만, 세척이 행해질 때다 더욱 집중적으로 스케일을 제거할 수 있도록 수행된다. 물에 대한 요구가 통상적으로 낮을 때, 예를 들어 오전 2 시 내지 오전 4 시에 수행되는 것이 바람직하기 때문에, 하루에 한 번 행하는 세척은 가정에서 사용되는 시스템에서 특히 유용하다. 일반적으로, 세척의 빈도 및 강도는 설계 파라미터, 동작 파라미터, 시스템의 용량 및 시스템에 대한 수요에 따라 달라진다.
연속식 비삼투 방법에 있어서는, 타이머 또는 마이크로프로세서(도시 안됨)가 선택된 시간에 세척 작업을 개시한다. 삼투 밸브(358)는 폐쇄되지만, 보류 밸브(342)는 개방된 상태로 유지되고, 이송 물은 계속적으로 공급된다. 세척 약품 첨가 시스템(316)은 여과 모듈(336)의 이송/보류 측부를 통해 흐르는 이송 물 내로 세척 약품을 도입하기 위하여 동작한다. 예를 들어, 이산화탄소가 사용되는 경우, 여과 모듈(366)의 이송/보류 측부를 통해 흐름에 따라, 이산화탄소 밸브(326)가 개방되어 이산화탄소를 이송 유체 내로 도입한다. 보류 유체 제어 기구(344)는, 그것이 가변적인 경우, 이산화탄소가 모듈 전체에 이를 때까지 세척이 시작되어 여과 모듈(366) 내로 이산화탄소의 흐름을 빠르게 한 직후에 완전히 개방될 수도 있다. 보류 유체 제어 기구(344) 및/또는 이산화탄소 압력 조절기(320) 또는 이산화탄소 유량 제어기(324)는 이산화탄소의 농도와 접촉 시간을 원하는 만큼 제공하기 위하여 조정될 수도 있다.
보유 및 유수 세척 방법에 있어서는, 타이머 또는 마이크로프로세서(도시 안됨)이 선택된 시간에서 다시 세척 작업을 개시한다. 삼투 밸브(358)는 폐쇄되지만 이송 유체는 계속해서 흐른다. 보류 밸브(342)는 간단히 개방되어 세척 약품 첨가 시스템(316)과 동일한 시간에 모듈(336)로부터 보류 유체를 세척하여, 화학 약품을 여과 모듈(336) 안으로 흐르는 이송 물 안으로 주입한다. 예를 들어, 이산화탄소 밸브(326)는 개방된다. 이산화탄소가 여과 모듈(336)의 이송/보류 측부 대부분으로 통과할 때까지, 바람직하게는 적어도 보류 출구(338)에 이를 때까지 두 밸브 모두열린 상태로 유지된다. 먼저 보류 밸브(342)는 폐쇄되고, 여과 모듈(336)의 이송/보류 측부에서의 압력이 이송 물 압력으로 증가되며, 이 후에 이산화탄소 밸브(326)가 폐쇄된다. 이산화탄소가 함유된 물은 1 분 내지 60 분 동안, 전형적으로는 10 분 내지 30 분 동안 여과 모듈 내에 유지된다. 구연산은 더욱 서서히 반응하며, 유지 시간은 전형적으로 1 시간 내지 2 시간이다. 요구되는 시간이 경과한 후에, 장치(300)는 여과 기능으로 복귀하고 제어는 탱크 압력 전달기(361)로 복귀한다. 여과가 재개되기 전에, 필터 모듈(336)의 내용물은 보류 밸브(342)를 간단히 개방하고 여과 모듈(336)을 통해 이송 물을 흘려 보냄으로써 장치(300) 밖으로 배출될 수 있다. 이산화탄소는 사실상 완전히 사용된 상태이기 때문에, 이 단계는 반드시 필요하지는 않다. 게다가, 위에서 설명한 바와 같이 사용이 뜸한 시간에 세척이 이루어지는 가정용 시스템에 있어서는, 물이 즉각적으로 요구되지 않으며, 잔류하는 이산화탄소는 단지 계속해서 스케일과 반응한다.
이산화탄소 가스에 의한 세척
또 다른 세척 방법에 따르면, 여과 모듈(336)은 여과 모듈(336)의 이송/보류 측부에 가압 이산화탄소를 유지함으로써 세척된다. 도 12를 참조하면, 세척 약품 첨가 시스템(316)은, 이산화탄소 기포 형성 장치(325)가 요구되지 않는 점을 제외하면, 도시된 바와 같이 사용된다.
이 세척 방법을 수행하기 위하여, 여과 모듈(336)은 먼저 이송 밸브(380) 및 삼투 밸브(358)의 폐쇄에 의해 이송 공급 라인(310) 및 삼투 라인(350)으로부터 격리된다. 이산화탄소 밸브(326) 및 보류 밸브(342)는 이산화탄소 가스가 여과모듈(336) 내에서 이송/보류 유체를 치환할 수 있도록 선택된 시간 주기 동안 개방된다. 예를 들어, 모든 이송/ 보류 유체는 여과 모듈(336)의 이송/보류 측부로부터 치환될 수 있지만, 이송/보류 유체가 멤브레인(12)의 기공 내의, 멤브레인(12)의 표면을 따라 필름 내의 또는 여과 모듈(336)의 이송/보류 측부의 다른 부분의 표면 장력에 의해 유지되는 경우에 적용된다. 조절기(320)는 가스 압력을 10 kPa 내지 100 kPa, 전형적으로 10 내지 50 kPa의 범위에서 유지할 수 있도록 조정된다. 일단 이송/보류 유체가 치환되면, 보류 밸브(342) 및 이산화탄소 밸브(326)는 폐쇄되고, 가스로 채워진 여과 모듈(336)은 1 분 내지 40 분 동안, 전형적으로는 약 5 분 내지 30 분 동안 멈추어 있게 되고, 그 동안 이산화탄소는 스케일을 형성하는 화합물과 반응한다. 그런 다음 여과 모듈(336)은 이송 밸브(380) 및 보류 밸브(342)를 개방함으로써 세척된다. 여과 모듈(336)은 이송 밸브(380) 및 보류 밸브(342)의 어느 하나 또는 둘 모두를 폐쇄함으로써 세척이 중단되기 전에 여과 모듈(336)의 이송/보류 측부의 체적의 1 내지 10 배, 바람직하게는 1 내지 2 배의 체적으로 세척된다. 여과 모듈(336) 내에서 이산화탄소 가스를 보유하고 이송 물로 세척하는 사이클은 더러움의 정도에 따라 1 번 내지 5 번 반복된다. 이 세척 방법이 보수 관리 측면의 세척 전략으로서 사용되는 경우, 여과 모듈(336)이 초기 투과율의 약 80 내지 90% 로 더러워졌을 때 세척이 수행되며, 1 또는 2 사이클이 적절하다. 다른 세척 방법에 있어서는, 여과 모듈(336)이 초기 투과율의 약 30 내지 80 %로 더러워졌을 때 세척이 수행되며, 2 내지 5 사이클이 적절하다.
유수 세척 및 보유 방법에 있어서, 기체 상태의 이산화탄소를 이용한 세척방법은 이송 물 내에 녹아 있는 이산화탄소의 양과 비교하여 요구되는 이산화탄소의 양을 현저히 감소시킨다. 이것은 이산화탄소가 오직 멤브레인(12)의 기공 내에 또는 표면 상에 유지되는 물에서만 녹기 때문이다. 예를 들어, 파일럿 여과 시스템에서 길이가 약 1 미터인 약 500의 중공 사막 멤브레인(12)을 갖는 실험용 여과 모듈(336)을 사용하면, 이산화탄소 가스가 이송 물 내에 녹아 있는 상태에서의 유수 세척 및 보유 세척 사이클은 전형적으로 약 1 내지 2 Std. L을 필요로 하는 반면, 이산화탄소 가스가 직접 여과 모듈(336) 내로 도입되는 방식에 있어서의 유수 세척 및 보유 세척 사이클은 사이클 당 약 0.07 내지 0.1 Std. L을 사용하면서도 동일한 세척 결과를 제공한다. 상업적인 실시예에 있어서, 본 발명자는 이산화탄소 사용의 차이는 보다 적지만, 유수 세척 및 보유 방법에서 이산화탄소 가스를 사용하는 것은 동일한 세척 결과를 얻기 위하여 이송 물 내에 녹아 있는 이산화탄소를 사용하는 유수 세척 및 보유 방법에서 요구되는 이산화탄소의 약 절반을 요구하게 된다. 몇몇 실시예에 있어서, 동작시 고려 사항 및 제어 장치의 비용은 이송 물 내에 녹아 있는 이산화탄소의 사용을 장려하지만, 다른 경우에 있어서는 이산화탄소 소모를 줄이는 것이 이산화탄소 가스를 직접 사용하는 것을 장려한다.
상기한 방법들은, 예를 들어 삼투가 행해지는 동안 세척 약품을 이송 유체에 연속적으로 첨가하고 삼투가 중단되는 동안 스케일을 주기적으로 그리고 집중적으로 제거하는 방식으로 조합될 수도 있다. 위에서 언급한 방법들은 특히 흐름의 방향이 반대로 바뀔 때 단계를 재구성하는 모듈(10)과 관련하여 위에서 설명한 바와 같은 흐름 역전 방식과 또한 바람직하게 조합될 수도 있다. 이산화탄소가 연속적으로 이송 유체에 첨가되면, 세척 약품의 공급은 이송 물과 함께 모듈 이송 입구(334) 및 모듈 보류 출구(338) 사이에서 전환된다. 따라서, 모듈(336)의 첫번째 그리고 마지막 단계는 세척 약품의 농도가 높은 비교적 경도가 낮은 물과 세척 약품 농도가 낮은 비교적 경도가 높은 물 사이에서 교대되며, 세척 약품 농도는 모듈(336)을 통해 흐르면서 감소한다. 따라서, 적어도 흐름의 방향이 바뀐 직후에 모듈의 가장 심하게 스케일이 형성된 부분 안으로 이송 물이 먼저 흐르는 동안에 세척 약품은 이송 유체에 첨가된다.
세척 약품이 주기적으로 첨가되면, 흐름의 역전이 오직 주기적으로만 수행되고, 일정 시간 후에 세척 약품의 이송 유체로의 첨가와 동시에 일어난다. 따라서, 하루의 대부분은 이송 물의 흐름이 순방향으로 이루어지고, 스케일은 마지막 단계에서 형성된다. 사용이 뜸한 시간 동안에는, 흐름이 역전되고, 세척 약품이 이송 물에 첨가된다. 따라서, 모듈의 가장 심하게 스케일이 형성된 부분 안으로 이송 물이 먼저 흐르는 동안 세척 약품이 이송 유체에 첨가된다.
실시예
실시예 1
도 13은 삼투가 중단되는 동안에 수행되는 두 가지 세척 방법의 이산화탄소 소모를 비교한 그래프로, 첫번째 방법은 연속식 비삼투 방법이고, 두번째 방법은 유수 세척 및 보유 방법이다. y-축은 투과율 복구를 가리키고, x-축은 소모되는 이산화탄소 (파운드)를 가리킨다. 속이 채워진 마름모 및 사각형은 연속식 비삼투 방법 방법으로 스케일이 제거된 두 개의 모듈을 가리킨다. 윤곽만 그려진 마름모 및사각형은 보유 및 유수 세척 방법으로 스케일이 제고된 동일한 두 모듈을 가리킨다. 멤브레인은 100 psi 의 이송 속도와, 7 내지 10℃ 의 온도 및 0.19 ft/s의 보류 출구 속도로 합성 이송 용액으로 16 시간의 동작에 의해 더러워져 있다. 세척 조건은 다음과 같다. 이송 압력은 100 psi 이고, 온도는 20 내지 25℃ 이고, 산업용수에는 이산화탄소 기포와 6.0 내지 5.5의 pH가 함유되어 있고, 이송 속도는 0.64 ft/s (유수 세척 또는 연속식 비삼투 세척이 행해지는 동안), 유수 세척 시간은 1 분이고, 보유 시간은 1 내지 40 분이고, (연속식 비삼투 방법에 있어서의) 유동 시간은 5 내지 30 분이다. 두 개의 모듈은 약간 다른 특성을 갖는데, 대략 아래의 표에 나타낸 바와 같다.
멤브레인 특성 모듈 A (마름모 기호로 도시됨) 모듈 B (사각형 기호로 도시됨)
표면적 (m2) 0.804 0.801
단면적 (m2) 0.86 E-5 0.85 E-5
투과율 (L/m2/h/bar) 3.75 4.08
총 경도 거부(%) 70.4 74.2
두 방법 모두 모듈의 스케일을 제거하는데 있어서 좋은 결과를 보여주었다. 그러나, 보유 및 유수 세척 방법은 연속식 방법보다 더 적은 이산화탄소를 요구하는 것이 일반적인 경향이다.
실시예 2
도 14는 보유 및 유수 세척 방법에 있어서의 멤브레인의 투과율에 대한 보유 시간의 효과를 비교한 그래프이다. y-축은 투과율의 증가율을 가리키고, x-축은 보유 시간(분)을 가리킨다. 이들 실험예에서, 모든 멤브레인은 80 - 90 %의 회복율로 동작하는 다단계 모듈의 마지막 단계를 시뮬레이션 하기 위하여 CaCO3 용액으로서 1200 mg/L의 경도에서의 합성 농축 용액으로 16 시간 동안의 동작으로 인하여 더러워졌다. 각각의 데이터 포인트는 0.003 파운드의 이산화탄소가 소모된 후에 달성된 투과율 증가량을 보여주고 있다. 멤브레인의 더러움을 검사하는 조건을 다음과 같았다. 이송 압력은 100 psi 이었고, 온도는 약 7 - 10 ℃ 이었고, 지속 시간은 16 시간이었고, 합성 이송 용액을 사용하였고, 출구 속도는 0.19 ft/s 이었다. 멤브레인의 세척을 검사하는 조건은 다음과 같았다. 이송 압력은 100 psi 이었고, 온도는 약 20 내지 25 ℃ 이었고, 이송 유체는 pH 가 5.5 내지 5.0인 이산화탄소와 산업용수로 이루어졌고, 유수 세척이 행해지는 동안의 출구 속도는 0.64 ft/s 이었고, 유수 세척 시간은 1 분이었고, 보유 시간은 1 내지 40 분이었다. 특성이 각기 다른 두 개의 모듈이 검사되었고, 그 결과는 위의 표에 나타낸 바와 같다. 그래프는 약 15 분 내지 20 분의 보유 시간을 초과하여 멤브레인의 투과율의 증가가 쇠퇴하고 있음을 보여주고 있다.
실시예 3
도 15는 여과 모듈의 투과율에 대한 단일 단계의 여과 모듈의 이송/보류 출구 속도의 효과를 보여주는 그래프이다. y-축은 투과율(L/m2/h/bar)을 가리키고, x-축은 출구 속도(ft/s)를 가리킨다. 검사 조건은 다음과 같았다. 모듈의 압력은 100 psi 이었고, 온도는 25 내지 30℃ 이었고, 지속 기간은 4 내지 6 시간이었고, 80 - 90 %의 회복율로 동작하는 다단계 모듈의 마지막 단계를 시뮬레이션 하기 위하여 CaCO3 용액으로서 1200 mg/L의 총 경도에서의 합성 농축 용액이 사용되었다. 치수가 다른 세 개의 모듈이 시험에 사용되었다. 모듈의 상세한 내용은 아래의 표에 나타낸 바와 같다.
멤브레인 특성 모듈 A (마름모 기호) 모듈 B (사각형 기호) 모듈 C (삼각형 기호)
표면적 (m2) 0.808 0.797 0.621
단면적 (m2) 8.55E-5 8.48E-5 8.16E-5
투과율 (gfd/psi) 0.097 0.149 0.122
총 경도 거부 (%) 88 79.4 81.4
그래프는 약 0.2 ft/s의 출구 속도 (최소 이송/보류 속도)를 초과하면 출구 속도가 증가한 멤브레인의 투과율에 대해 어떠한 효과가 나타나지 않음을 보여주고 있다. 투과율의 강하로 나타내어진 바와 같이, 급격한 스케일링은 약 0.15 ft/s 미만의 출구 속도에서 발생한다.
실시예 4
경도의 원인이 되는 염분을 선택적으로 거부(즉, 보유)하는 0.5 mm 내경 피폭 나노 여과 멤브레인이 일련의 4 번의 검사에 사용되었다. 이 검사에서, 멤브레인은 총 경도가 3000 mg/L을 초과하는 경도가 높고 스케일이 많이 형성된 이송 물을 여과하고 연화하는데 사용되었다. 6 시간의 동작이 이루어진 후에, 멤브레인을 통과하는 유량은 현저하게 변화하는 정도로 강하하였다. pH가 6.3인 이산화탄소 용액이 멤브레인을 통해 순환하였다. 멤브레인을 통과하는 유량은 세 번의 검사에서 완전히 회복되었다.
실시예 5
두 개의 Desal DL1812 나선형 나노 여과 모듈이 50% 회복율과 약 99 psi TMP로 동작하였다. 이송 유체는 포지티브 리즈나 인덱스(Ryznar index)와 함께 자연적으로 형성되는 스케일이었다. pH가 8.0 에서 6.5 로 감소되도록 이산화탄소는 연속적으로 모듈 중 하나의 이송 유체 안으로 주입되었다. 이산화탄소가 이송 유체에첨가되지 않은 모듈의 유량은 0.20 gfd/psi에서 안정화되었다. 이산화탄소가 이송 유체에 첨가된 모듈의 유량은 0.26 gfd/psi에서 안정화되어, 30% 개선되었다.
실시예 6
이산화탄소 가스 세척은 중공 사막 멤브레인의 나노 여과 모듈로 검사되었다. 모듈은 내경이 약 0.4 mm 이고 총 면적은 약 0.8 m2인 약 600개의 섬유를 구비하였다. 모듈은 1500 내지 1700 mg/L의 CaCO3로서의 총 경도를 갖는 이송 물을 여과하는데 사용되었다. 섬유 내에서의 최소 이송/보류 속도는 약 0.06 m/s 이었다. 이송 및 삼투 라인에서 밸브를 폐쇄한 후에 세척이 수행되었다. 그런 다음 가압 이산화탄소 가스의 소오스가 보류 유체 방출 라인에 연결되었고, 이송 라인에서 드레인 밸브가 개방되어 이산화탄소 가스가 모듈 내의 이송/보류 유체를 치환하였다. 이산화탄소 가스는 20 분 동안 50 kPa의 압력으로 모듈 내에서 보유되었다. 그런 다음 모듈은 경도가 낮은 물로 세척되었다. 모듈 내에 가압 이산화탄소를 보유하고 모듈을 세척하는 사이클은 두 번 더 반복되었다. 그런 다음, 모듈은 정기 점검을 위해 반환되었다.
모듈의 초기 투과율은 2.8 L/m2/h/bar 이었다. 여과가 행해진 후의 모듈의 투과율은 2.4 L/m2/h/bar 이었다. 이산화탄소 가스로 세척한 이후의 모듈의 투과율은 2.8 L/m2/h/bar 이었다. 따라서, 이산화탄소 가스 세척은 모듈을 그 초기 투과율로 회복시켰다.
실시예 7
표면적이 0.76 m2이고, 총 경도 거부 비율이 76% 이고, 기준 투과율이 2.11 L/m2/h/bar 인 경도 거부 나노 여과 멤브레인 모듈이 경수로 된 합성 용액으로 더러워졌다. 더러워진 시간의 종료 시점에서, 모듈의 투과율을 측정하였고, 결과는 1.65 L/m2/h/bar 이었다. 그런 다음, 유수 세척 및 보유 방법을 사용하여 경수로 된 합성 용액에 이산화탄소 용액을 넣어 모듈을 세척하였다. 유수 세척은 모듈의 이송/보류 측부 체적의 2 및 3 배의 유량을 포함하였고, 보유 시간은 20 분이었다. 세척이 끝난 후에, 모듈의 투과율은 경수로 된 합성 용액을 사용하여 측정되었고, 그 결과는 1.92 L/m2/h/bar 이었다. 동일한 모듈을 경수로 된 합성 용액으로 다시 더러운 상태로 만들었다. 더러워진 시간의 종료 시점에서의 모듈의 투과율은 1.6 L/m2/h/bar 이었다. 그런 다음, 모듈은 유수 세척 및 보유 방법을 사용하여 이산화탄소 가스로 세척되었다. 보유 시간은 20 분이었다. 세척이 끝난 후, 모듈의 투과율은 경수로 된 합성 용액을 사용하여 측정되었고, 그 결과는 1.84 L/m2/h/bar 이었다.
상기한 본 발명의 실시예는 이하에 기재하는 청구의 범위에 의해 제한되는 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한 여러 가지로 변경이 가능하다.

Claims (42)

  1. 대향 배치된 한 쌍의 헤더와,
    멤브레인의 루멘이 헤더의 말단 표면에 개방되는 상태로 헤더 내에 배치된 다수의 중공 사막 멤브레인과,
    헤더 사이에서 연장되고, 멤브레인의 외부와 유체 소통하는 삼투 수거 공간을 한정하는 삼투 출구를 갖춘 케이싱과,
    각각의 헤더에 부착되며, 헤더의 말단 표면을 둘러싸고, 멤브레인의 루멘이 캡과 유체 소통하는 제 1 단부 및 제 2 단부를 각각 갖춘 다수의 연속하는 단계로 멤브레인을 분할하기 위한 하나 이상의 분할기를 포함하고, 모듈의 주변과 나란한 방향으로 각각의 선행 단계의 제 2 단부와 각각의 후속 단계의 제 1 단부 사이에서 유체가 흐를 수 있도록 유체 연결을 제공하는 하나 이상의 캡과,
    첫번째 단계의 제 1 단부에서 첫번째 단계의 멤브레인의 루멘과 유체 소통하는 모듈 이송 입구와,
    마지막 단계의 제 2 단부에서 마지막 단계의 멤브레인의 루멘과 유체 소통하는 모듈 출구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 선행 단계의 멤브레인의 표면적은 후속 단계의 멤브레인의 표면적의 1 내지 2.5 배이며, 단계의 표면적은 첫번째 단계에서 마지막 단계로 가면서 감소하는 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    분할기에는 밸브가 장착되어 있고, 이송 물이 반대 방향으로 모듈 내로 흐를 때 모듈 보류 출구를 통해 들어갈 수 있도록 배열되며, 분할기는 제 1 및 제 2 단부를 갖는 제 2의 선행 및 제 2의 후속 단계 내로 멤브레인을 다시 수거하며, 멤브레인의 루멘은 단부로 개방되고, 분할기는 각각의 제 2 의 선행 단계의 제 2 단부와 각각의 제 2의 후속 단계의 제 1 단부 사이의 유체 연결 상태를 개방된 상태로 두고, 유체 연결은 모듈의 주변과 나란한 단계간 흐름을 촉진하며,
    각각의 선행하는 단계의 멤브레인의 표면적은 제 2의 후속 단계의 멤브레인의 표면적의 1 내지 2.5 배이고, 제 2 단계의 표면적은 첫번째 단계에서 마지막 단계로 가면서 감소하는 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 밸브는 제1항의 그룹화 및 제3항의 재그룹화가 단계를 통해 흐르는 액체의 작용에 의해 수행되는 방향으로 개방되는 일방향 밸브인 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 멤브레인은 역삼투 또는 나노 여과 멤브레인인 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 헤더는 단면이 원형으로 되어 있고, 단계는 실린더의 섹터형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 헤더는 상호 부착된 다수의 칼라로 구성되고, 멤브레인은 각각의 헤더의 칼라를 포함하여 대향하는 쌍으로 된 칼라 안에 배치된 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 헤더는 단면이 원통형으로 되어 있고, 칼라는 실린더의 섹터 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 모든 칼라는 크기 및 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 칼라 내에 배치된 각각의 멤브레인은 그 칼라 내에 배치된 멤브레인의 번들의 가장자리로부터 약 35mm 미만의 거리를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  11. 제7항에 있어서, 멤브레인은 역삼투 또는 나노 여과 멤브레인인 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  12. 제7항에 따른 모듈을 제조하는 방법으로서,
    크기와 모양이 동일하며 쌍으로 된 헤더를 제조하기에 충분한 다수의 칼라를 제공하는 단계와,
    대향 배치된 쌍으로 된 칼라 내에 멤브레인을 배치하는 단계와,
    개개의 대향 배치된 쌍으로 된 칼라에 대하여 소정의 멤브레인 피복 또는 검사 공정을 수행하는 단계와,
    대향 배치된 쌍으로 된 칼라를 함께 접합하여 대향 배치된 쌍으로 된 헤더를 형성하는 단계와,
    단부 안으로 헤드를 단부캡에 부착하는 단계와,
    단부캡을 부착하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 모듈 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 칼라가 포팅 지그 내에 고정되는 동안 멤브레인은 대향 배치된 쌍으로 된 칼라 내부에 동시에 배치되고, 대향 배치된 쌍으로 된 칼라는 소정의 멤브레인 피복 또는 검사 공정을 수행하기에 앞서 상호 분리되는 것을 특징으로 하는 모듈 제조 방법.
  14. 대향 배치된 한 쌍의 헤더와,
    멤브레인의 루멘이 헤더의 말단 표면에 개방되는 상태로 헤더 내에 배치된 다수의 중공 사막 멤브레인과,
    헤더 사이에서 연장되고, 멤브레인의 외부와 유체 소통하는 삼투 수거 공간을 한정하는 삼투 출구를 갖춘 케이싱과,
    각각의 헤더에 부착되며, 헤더의 말단 표면을 둘러싸는 캡과,
    이송 물을 멤브레인의 루멘 안으로 이송하기 위한 모듈 이송 입구와,
    멤브레인의 루멘에서 모듈 밖으로 보류 유체를 내보내기 위한 모듈 출구를 포함하여 구성되며,
    각각의 헤더는 상호 부착된 다수의 칼라로 구성되고, 멤브레인은 각각의 헤더의 칼라를 포함하여 대향하는 쌍으로 된 칼라 안에 배치된 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 헤더는 단면이 원통형으로 되어 있고, 칼라는 실린더의 섹터 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  16. 제15항에 있어서, 모든 칼라는 크기 및 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  17. 제15항에 있어서, 칼라는 길이가 3 인치 이하의 줄을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  18. 제14항에 있어서, 멤브레인은 역삼투 또는 나노 여과 멤브레인인 것을 특징으로 하는 여과 모듈.
  19. 제14항에 따른 모듈을 제조하는 방법으로서,
    크기와 모양이 동일하며 쌍으로 된 헤더를 제조하기에 충분한 다수의 칼라를 제공하는 단계와,
    대향 배치된 쌍으로 된 칼라 내에 멤브레인을 배치하는 단계와,
    개개의 대향 배치된 쌍으로 된 칼라에 대하여 소정의 멤브레인 피복 또는 검사 공정을 수행하는 단계와,
    대향 배치된 쌍으로 된 칼라를 함께 접합하여 대향 배치된 쌍으로 된 헤더를 형성하는 단계와,
    단부 안으로 헤드를 단부캡에 부착하는 단계와,
    단부캡을 부착하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 모듈 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 칼라가 포팅 지그 내에 고정되는 동안 멤브레인은 대향 배치된 쌍으로 된 칼라 내부에 동시에 배치되고, 대향 배치된 쌍으로 된 칼라는 소정의 멤브레인 피복 또는 검사 공정을 수행하기에 앞서 상호 분리되는 것을 특징으로 하는 모듈 제조 방법.
  21. 물을 여과하여 경도를 제거하는 여과 방법으로서,
    경도의 원인이 되는 염분을 선택적으로 거부할 수 있도록 구성된 중공 사막멤브레인의 모듈의 제 1 단부 안으로 여과될 물을 유입하는 단계와,
    멤브레인의 외표면에서 연화된 삼투 유체를 수거하는 단계와,
    모듈의 제 2 단부에서 보류 유체를 수거하는 단계와,
    여과될 물이 모듈의 제 2 단부 안으로 흐르고 보류 유체는 모듈의 제 1 단부 밖으로 배출되도록 모듈을 통해 흐르는 이송 유체의 흐름 방향을 주기적으로 반대로 바꾸는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  22. 제1항에 있어서, 모듈은 제3항에 따른 모듈인 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  23. 경도를 제거하기 위한 여과 방법으로서,
    적어도 75 %의 경도 거부 비율과 0.1 gfd/psi 를 초과하는 초기 투과율을 갖는 제1항에 따른 모듈을 제공하는 단계와,
    이송 물을 모듈 이송 입구로 이송하여 이송 물을 모듈을 통해 단일 패스로 흐르도록 하는 단계와,
    모듈 출구에서 보류 유체를 회수하는 단계와,
    삼투 출구에서 삼투 유체를 회수하는 단계를 포함하여 구성되며,
    각 단계에서의 최소 이송/보류 속도는 약 0.15 내지 0.6 ft/s 인 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  24. 제23항에 있어서, 각 단계에서의 최소 이송/보류 속도는 약 0.2 내지 0.3 ft/s 인 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  25. 물을 여과하여 경도를 제거하는 여과 방법으로서,
    경도의 원인이 되는 염분을 선택적으로 거부할 수 있도록 구성된 중공 사막 멤브레인의 루멘인 이송 또는 보류 측부에 부딪치게 여과될 물을 유동시키는 단계와,
    멤브레인의 삼투 측부로부터 삼투 유체를 수거하는 단계와,
    모듈에서 보류 유체를 수거하는 단계와,
    이송 물이 중공 사막 멤브레인의 루멘 안으로 들어가기 전에 이송 물에 이산화탄소를 첨가하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  26. 제25항에 있어서, 랑글리어 인덱스(Langelier Index)가 0이거나 약간 0 이하가 되도록 이산화탄소가 이송 물에 연속적으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  27. 제25항에 있어서, 삼투의 필요가 적을 때에는 가끔씩 이송 물에 이산화탄소가 첨가되며, 이산화탄소가 이송 물에 첨가되는 동안에 삼투 유체는 생성되지 않거나 이산화탄소가 이송 물에 첨가되는 동안 생성된 삼투 유체는 폐기되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  28. 제25항에 있어서, 모듈을 통해 흐르는 유체의 흐름 방향을 주기적으로 반대로 바꾸는 단계와, 여과될 물이 모듈 안으로 반대 방향으로 흐르는 동안 여과될 물에 이산화탄소를 첨가하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  29. 제21항에 있어서, 여과될 물이 모듈 안으로 반대 방향으로 흐르는 동안 여과될 물에 이산화탄소를 첨가하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  30. 이송 물에서 경도를 제거하는 나노 여과 또는 역삼투 장치로서,
    경도를 거부할 수 있도록 되어 있고, 이송 물을 도입하기 위한 모듈 이송 입구와, 경도를 함유한 보류 유체를 제거하기 위한 모듈 출구와, 처리된 삼투 유체를 제거하기 위한 삼투 출구를 구비한 나노 여과 또는 역삼투 여과 모듈과,
    여과 모듈의 모듈 이송 입구에 유체적으로 연결되어 가압 이송 물을 단일 패스로 모듈에 도입하는 이송 물 통로와,
    가압 이송 물 안으로 이산화탄소로 이루어진 유체를 주입하며, 유체를 제거하기 위한 적어도 하나의 출구를 갖춘 제어 가능한 이산화탄소 첨가 시스템과,
    이산화탄소 첨가 시스템과 이송 물 통로 또는 나노 여과 모듈과 유체적으로 연결하는 이산화탄소 통로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나노 여과 또는 역삼투 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    삼투 출구에 유체적으로 연결된 삼투 통로와,
    처리된 삼투 유체를 저장하며, 삼투 통로에 유체적으로 연결되어 삼투 유체를 수용하고 제거하는 탱크 입구를 갖춘 가압 격막 탱크를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 여과 또는 역삼투 장치.
  32. 제31항에 있어서, 이송 물은 시의 수도관에 의해서만 가압되는 것을 특징으로 하는 나노 여과 또는 역삼투 장치.
  33. 제32항에 있어서, 나노 여과 모듈은 제1항에 따른 모듈인 것을 특징으로 하는 나노 여과 또는 역삼투 장치.
  34. 경도를 선택적으로 거부할 수 있도록 구성된 멤브레인의 모듈의 이송/보류 측부 안으로 여과되어야 하는 가압된 물을 도입하고, 모듈의 삼투 측부로부터 연화된 삼투 유체를 수거하고, 모듈에서 보류 유체를 수거하고, 삼투 공정을 주기적으로 중단함으로써 삼투를 행하는 단계와,
    산성 유체와 물 속에서 산을 형성하는 유체를 모듈의 이송/보류 측부 안으로 주입하는 단계와,
    산성 유체 또는 물 속에서 산을 형성하는 유체를 선택된 시간 동안 모듈의이송/보류 측부 내에 보유하는 단계와,
    선택된 시간이 종료된 후에 모듈의 이송/보류 측부로부터 산성 유체 또는 물 속에서 산을 형성하는 유체를 씻어 내리는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  35. 제34항에 있어서, 산성 유체 또는 물 속에서 산을 형성하는 유체는 모듈의 이송/보류 측부 상의 이송/보류 유체를 치환하기 충분한 시간 동안 모듈의 이송/보류 측부 안으로 주입되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  36. 제35항에 있어서, 유체는 산성 유체이며 4.5 내지 6.5의 pH를 갖는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  37. 제36항에 있어서, 선택된 시간은 20 분 내지 30 분인 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  38. 경도를 선택적으로 거부할 수 있도록 구성된 멤브레인의 모듈의 이송/보류 측부 안으로 여과되어야 하는 가압된 물을 도입하고, 모듈의 삼투 측부로부터 연화된 삼투 유체를 수거하고, 모듈에서 보류 유체를 수거하고, 삼투 공정을 주기적으로 중단함으로써 삼투를 행하는 단계와,
    물 속에서 산을 형성하는 기체를 모듈의 이송/보류 측부 상의 이송/보류 유체를 치환하기 충분한 시간 동안 모듈의 이송/보류 측부 안으로 주입하는 단계와,
    물 속에서 산을 형성하는 기체를 선택된 시간 동안 모듈의 이송/보류 측부 내에 보유하는 단계와,
    선택된 시간이 종료된 후에 모듈의 이송/보류 측부로부터 산성 유체 또는 물 속에서 산을 형성하는 유체를 씻어 내리는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  39. 제38항에 있어서, 물 속에서 산을 형성하는 기체는 이산화탄소 가스인 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  40. 제39항에 있어서, 선택된 시간은 20 분 내지 30 분인 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  41. 제40항에 있어서, 이산화탄소 가스는 5 내지 50 psi의 압력에서 선택된 시간 동안 중공 사막 멤브레인의 루멘 내에 보유되는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
  42. 제42항에 있어서, 이산화탄소 가스는 pH가 4.5 내지 6.5인 멤브레인의 기공 내의 물 속에서 산을 형성하는 것을 특징으로 하는 여과 방법.
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