KR20050037177A - 유기물 제거를 위한 원통상 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리올레핀계 혹은 폴리아미드계의 일방향카드된 부직포와 카본패드로 구성된 원통상 필터에 관한 것으로, 불순물이나 흙, 모래, 녹, 고형물 등의 입자성 물질을 제거하는 기능과 더불어 각종 유기화합물, 냄새 등을 흡착, 제거하는 기능을 동시에 갖도록 하는데 목적이 있다.

Description

유기물제거를 위한 원통상 필터{CYLINDER TYPE FILTER FOR ORGANIC MATTER}

본 발명은 폴리올레핀계 혹은 폴리아미드계 부직포와 카본패드로 구성된 원통상 필터에 관한 것으로, 기존 부직포외에 카본패드를 첨가하여 유기물 제거성능을 향상시킨데 특징이 있는 원통상 필터에 관한 것이다.

최근 급격한 산업규모의 확대나 과학기술의 발전에 따라 환경오염 예컨대 대기, 수질 및 토양의 오염문제가 크게 대두되고 있으며, 특히 인간의 삶에 직접적인 영향을 주는 수질의 오염은 그 정도가 심각한 수준에 와 있다고 할 수 있다. 산업의 다양화 복잡화로 발생하는 수많은 종류의 공장용수, 폐수 뿐 아니라 식음료 특히 가정용 식수에 대한 정제 요구가 증대되어 왔고 이에 따라 오염수 정제에 핵심이라 할 수 있는 필터 자체의 기술과 더불어 이들 필터기술들을 system적으로 조합하여 산업용 및 가정용 용수를 효과적으로 처리하는 방법도 다양하게 연구되어 왔다.

수질향상에 가장 보편적으로 쓰여지고 있는 원통상 필터는 섬유상 고분자재료를 이용한 것들이 대부분인데, 예를 들어 방적사를 다공질의 코아에 감은 것이나, 멜트블론, 스펀본드나 그 외에 여러 가지 방법으로 만들어진 부직포를 원통상으로 감아 성형한 것, 또는 열가소성 고분자를 직접방사에 의해 원통상의 필터를 제작하는 방법들이 알려져 있다. 이와 같은 원통상의 필터는 가격이 저렴하며 적용 범위가 넓은 장점에도 불구하고, 섬유길이가 일정하다는 점, 그리고 섬유 집합체의 배열이 규칙적이지 못하다(random)는 점 때문에 필터의 여과수명이 길지 못했고, 반면 필터의 여과수명을 증가시키기 위해 외층부의 섬도를 높여 포어 사이즈(Pore size)를 크게 함으로써 큰 입자를 외층측에서 포집하고, 세밀한 입자는 내층부에서 포집토록 하는 기술은 그 작업성에도 한계가 있을 뿐 아니라 만족할 만한 제거효율을 나타내기가 어려운 것으로 알려져 있다. 그 외에도 기존의 원통상 필터는, 여과의 진행에 따라 일부의 여재가 유출되거나, 여과압력이 일정 이상 상승할 경우 입자의 일부가 유출 될 뿐 아니라 특히 유기물이나 냄새를 제거할 수 없는 약점 등 해결되어야 할 문제가 많아 대개에 있어 주처리가 아닌 전처리 필터의 기능에 사용되고 있는 실정이라 할 수 있다.

참고로 상기 원통상 필터 기술의 예를 보면, 스펀본드, 멜트블론 및 열접착(Thermal bonding) 타입 등의 부직포를 이용하여 롤 형태나 직접 고분자재료의 방사를 통해 필터를 만들거나, 코어의 외주면에 열가소성 폴리머로 이루어진 부직포를 연속적으로 감은 후 최외각층을 열로써 마감하는 구조로 원통상 필터를 제조하기도 하고( 일본특허 특허공개 평 1-53565호), 일본특허 특허공개 평 5-192516호에서는 부직포층간에 열이나 수지를 이용하여 층간 접착을 실시하고 카트리지필터 내층의 밀도를 조밀하게 구성하는 방법이 개시되어 있기도 하다.

하지만 상기 일본특허 특허공개 평 1-53565호에 나타난 원통상 필터 카트리지의 경우에는 내부 부직포층들이 단순히 물리적인 힘에 의해서만 감겨진 상태이므로 내부조직의 치밀성이 떨어져 만족할만한 입자 제거효율을 기대할 수 없으며, 제거효율증가를 위해 부직포의 치밀도를 높이는 경우에도 효율증가에 반비례하는 여과수명단축의 문제가 발생하게 된다.

또한 일본특허 특허공개 평 5-192516호에 개시된 원통상 필터 카트리지의 경우에는 속도 구배나 압력 구배에 따라 입자포집에 일정한 분포를 줄 수 있었으나 모두 한가지의 여재와 랜덤한 섬유집합체를 사용하는 이유로 제거효율 및 포집량을 증가시키는데에는 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 일방향으로 카드된 부직포 여재와 카본패드로 구성된 원통상 필터를 제공함으로써, 랜덤한 배열의 부직포로 구성된 종래의 필터에 비하여, 유체의 속도나 압력차이에 따라 입자포집의 구배를 줄 수 있을 뿐 아니라, 특히 제거효율을 증가시키기 위해 다양한 기공을 가진 여재를 사용할 경우 나타날 수 있는 유체의 저항을 감소시켜 처리유량을 증가와 더불어 여과수명을 동시에 향상시키는데 본 발명의 목적이 있고, 또한 상기 일방향 카드의 부직포와 카본패드의 구성으로부터 불순물이나 흙, 모래, 녹, 고형물 등의 입자성 물질을 제거하는 기능과 더불어 각종 유기화합물, 냄새 등을 흡착, 제거하는 기능을 동시에 갖는 원통상 필터를 제공하는데 또다른 목적이 있다고 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 폴리올레핀계 혹은 폴리아미드계 부직포와 카 본패드로 이루어진 원통상의 필터로서, 원통상의 필터를 구성하는 부직포 여재(13)는 섬유고분자집합체가 일방향의 배열을 갖는데 바람직하게는 상기 섬유고분자집합체의 배열 방향이 카트리지 필터 축에 대해 직각방향으로 놓이는 형태를 띄게 된다,

이와같이 된 일방향카드의 부직포구성은 일반적으로 낮은 포집량을 갖는 종래의 원통상 필터에 비해 상대적으로 우수한 입자포집능력을 보일뿐 아니라 통과 유량도 증가하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 일방향으로 배열된 섬유집합체에 의하여 형성된 기공의 모습이 가늘고 길면서 대체로 규칙적이어서 기공의 면적이 일정치 않고 랜덤하게 분산된 종래 대부분의 섬유집합체에 비하여 더 세밀한 입자까지 포집할 수 있고, 이물질의 포집량 또한 상대적으로 증가하게 된다.

여기에 셀룰로오즈 섬유와 활성탄으로 이루어진(혼합비율 : 약 40 대 60) 카본패드(14)를 추가로 구성하면 기존 원통상필터가 갖지 못한 유기물, 냄새등을 제거하는 기능을 얻게된다. 본 발명의 경우 카본패드의 두가지 구성요소 모두 미국 식품의약품 안전의 검사기준을 통과한 원료를 사용함으로써 식음료용으로의 적용에도 전혀 무리가 없었음을 첨언한다.

특히 일방향으로 카드된 부직포 여재의 경우 필터의 직경에 따라(원통형 필터의 외주방향으로 갈수록) 점진적으로 증가하는 기공크기를 가지도록 설계함으로써 상기 유기물 제거효율의 증대뿐만 아니라, 포집량의 증가와 함께 여과수명도 향상시킬 수 있다.

참고로, 일방향으로 배열되는 섬유집합체의 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 혹은 폴리아미드를 사용하며, 그 제조방법으로 Spunbond, Thermal bonding, needle punching, Air laid, Ultrasonic bonding, Spunlace, Meltblown, Flashspun, 초지법등을 이용하여 일방향 필터여재를 제조한 후 원통상 필터를 만들수 있다.

본 발명의 경우 일방향 카드의 효과를 보기위하여 Thermal bonding 방법에 의해 여재를 생산하고 이를 이용하여 원통상 필터를 제작하였다. 여재를 구성하는 섬유의 섬도로는 1 데니어에서 50 데니어가 적당하다. 이유는 1 데니어 미만의 극세섬유나 50 데니어 이상의 섬유는 여재를 제작하는데 있어서 작업성의 한계가 있기 때문이다. 또한 섬유집합체의 구성에서는 카트리지 제작시 필터의 내측방향으로 감에 따라 밀도가 점점 증가하도록 밀도구배를 주어 여과수명을 더욱 향상시켰다.

더불어서 전술한바와 같이 셀룰로오즈 섬유와 활성탄이 40 대 60으로 혼합된 카본패드를 부직포 지지체와 함께 구성하여 기존 원통상필터에서 기대하지 못하는 유기화합물 및 냄새 유발성분에 대한 제거성능을 추가로 구현하였다.

본 발명에서 실시예 각각의 성질 및 제반 물성을 ASTM F317, ASTM F795, ISO 4572 방법에 의거, 하기와 같은 방법으로 측정하였다. 또한 유량 및 제거효율외에 TOC 제거효율 측정을 통해 유기물의 제거능력을 검증하였다.

평가 항목	평가 방법	측정단위
유량(flow rate)	순수 tank에 18megaΩ의 순수를 넣고, 초기압력에 따른 처리유량을 flow meter로 평가	LPM/PSID
제거효율(removal efficiency)	오수 tank에 IOS test dust를 넣고 일정비율로 순수와 섞어서 gear pump를 통하여 투여시킨후, upstream sensor를 통하여 필터 통과전의 입자 수를 입자크기별로 측정한후, 필터를 통과한 유체를 downstream sensor를 통하여 유체의 입자수를 측정하여 입자수의 변화로 측정한다.	%,β-ratio
TOC 제거능(total organic carbon)	필터 투과 전, 후의 TOC를 측정하여 제거효율을 측정	%

한편 측정실험에 투입한 본 발명의 실시예와 비교실시예들을 설명하면 다음과 같다..

[ 실시예 1 ]

폴리프로필렌 섬유의 섬도가 6 데니어인 일방향 카드법에 의해 생산된 Thermal bonding 부직포를 지지체로 하여 내층으로 갈수록 밀도가 커지도록 구배를 주면서 2~4회 바람직하게는 3회 다공질 코아에 열접착을 이용하여 감고, 그위에 셀룰로오스 섬유와 활성탄의 비율이 40:60인 카본패드를 8~14회, 바람직하게는 12회 감아서 만들어진 원통상 필터의 물성을 평가하여 그 결과를 표1에 명기하였다.

[ 실시예 2 ]

실시예 1에 있어서 여재를 구성하는 폴리프로필렌 섬유의 섬도를 3 Denier로 하고 그 외는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 원통상 필터를 제조하여 그 물성의 평가결과를 표1에 명기하였다.

[ 실시예 3 ]

실시예 1에 있어서 생산된 여재를 사용하여 다공질 코아에 3회 정도 감고 그 위에 평균 기공이 1~2㎛인 매체를 3~5회(바람직하게는 4회) 권취한 다음 상기 실시예 1의 카본패드를 7회 정도 감아 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 만들어진 원통상 필터를 평가하여 결과를 표1에 명기하였다.

[ 비교실시예 1 ]

실시예 1에 있어서 셀룰로오스 섬유와 활성탄의 비율이 40:60인 카본패드를 넣지 않고 나머지는 실시예 1과 동일한 조건 및 동일한 방법으로 된 원통상 필터를 측정하여 결과를 표1에 명기하였다.

[ 비교실시예 2 ]

실시예 1에 있어서 부직포 여재를 일반적으로 사용되는 양방향 카드법에 의해 생산된 Thermal bonding 부직포로 변경한 것 외에는 실시예 1와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 원통상 필터를 구성하여 그 물성을 표1에 명기하였다.

이상에서 실시한 실시예와 비교실시예의 결과는 표1과 같다.

[ 표 1 ]

구분	유량(Flow Rate)LPM/PSID	제거효율(Removal - Efficiency)		TOC 제거효율
		㎛	%	%
실시예 1	38	10	95	91
실시예 2	17	3	70	90
실시예 3	12	3	96	90
비교실시예 1	40	10	93	0
비교실시예 2	32	10	90	0

이상과 같이 일방향카드된 부직포와 카본패드로 구성된 본원 원통상 필터는, 불순물이나 흙, 모래, 녹, 고형물 등의 입자성 물질을 제거하는 것은 물론 각종 유기화합물, 냄새 등을 흡착, 제거하는 기능을 동시에 발휘하는 효과가 있다.

도1은 본 고안에 따르는 원통상 필터의 구성과 물의 흐름을 나타내는 예시도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 원통상 필터 11: 상단 엔드 캡

12: 코아 13: 부직포 여재

14: 카본패드 15: 다공성 케이지

16: 필터 캐이스

Claims (4)

1. 원통상 필터에 있어서 여과수명 증대 및 유기물,냄새 제거를 위해 섬유상을 일방향으로 배열한 부직포 필터여재를 지지체로 하고 그 위에 카본패드를 함께 구성한 것을 특징으로 하는 원통상 필터
2. 1항에 있어서 부직포 필터여재는 필터의 외주방향으로 감에따라 기공의 크기가 증가하도록 구성한데 특징이 있는 원통상 필터
3. 1항에 있어서 섬유상을 일방향으로 배열한 부직포 필터여재의 소재가 폴리올레계 혹은 폴리아미드계인 것을 특징으로 하는 원통상 필터
4. 1항에 있어서 일방향으로 배열한 섬유상의 섬도가 1 데니어 이상이고 50 데니어 이하인 것을 특징으로 하는 원통상 필터