KR20100028011A - 여과용 평막 엘리먼트 및 평막 여과 모듈 - Google Patents

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Abstract

현탁 성분을 포함하는 피처리액 중에 침지하여 고액 분리 처리를 행하는 평막 엘리먼트로서, 처리액 유로용의 공간을 두고 대향 배치되는 시일 형상의 여과막과, 상기 처리액 유로용의 공간을 확보하는 서포트부와, 상기 대향 배치되는 여과막의 외주 테두리를 적어도 1개의 처리액 취출구를 형성하여 밀봉하는 외주 밀봉부를 구비하고, 상기 여과막은, 적어도 연신 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 다공질막을 구비하고 있다.
평막 엘리먼트, 다공질막, 여과막, 밀봉부, 서포트부

Description

여과용 평막 엘리먼트 및 평막 여과 모듈 {FLAT-MEMBRANE ELEMENT FOR FILTRATION AND FLAT-MEMBRANE FILTRATION MODULE}
본 발명은, 여과용 평막 엘리먼트 및 복수의 평막 엘리먼트를 구비한 평막 여과 모듈에 관한 것으로, 상세하게는, 여과막으로서 연신 PTFE 다공질막을 이용하여, 환경 보전 분야, 의약·식품 분야 등의 고액 분리(solid-liquid separation) 처리를 행하는 여과 장치에 사용되는 것이다.
종래부터, 복수의 여과용 다공질막을 집속(collecting)하여 구성한 막(membrane) 모듈이 침지형 흡인 여과 장치 또는 외압식 여과 장치에 장착되어, 하천수, 호수의 물의 정화와 같은 소위 정수 처리의 분야에 있어서 널리 사용되고 있다. 최근, 이들 막 모듈은 정수 분야에 한하지 않고, 하수의 2차 처리, 3차 처리나, 배수, 산업 폐수, 공업용수 등의 여과와 같은 고오탁성(highly polluted) 수처리용으로서도 이용되기 시작하고 있다.
고오탁성 수처리의 이용의 하나로서, 막 모듈을 이용한 막분리 활성오니법에 의한 배수 처리 시스템이 보급되고 있다. 막분리 활성오니법은, 고농도 활성오니하에서 운전할 수 있기 때문에, 폭기조(aeration tank)의 용량을 작게 할 수 있는데다가, 침전조·오니 농축조가 불필요해지기 때문에 종래의 일반적인 활성오니 처 리 장치에 비하여 설치 면적을 작게 할 수 있다는 이점이 있다. 그것에 더하여, 막분리 활성오니법은 종래보다도 처리수의 수질의 향상을 도모할 수 있다는 이점도 갖는다.
그러나, 막 모듈을 이용한 여과 장치를 이용하여 고탁도(高濁度) 배수의 처리를 계속하면, 막표면 및 막 사이에 피처리액 중에 포함되는 현탁(懸濁) 성분이 퇴적하고, 나아가서는 막폐색을 일으켜서 투과 유량의 저하가 발생한다.
특히, 막분리 활성오니법과 같은 고오탁성 수처리에 있어서는, 처리액의 점도가 높은데다가 생물 처리 특유의 점착성이 있는 퇴적물에 의한 막의 오염(바이오 파울링(bio fouling))이 발생하기 때문에, 일반적인 배수계의 여과에 비하여 여과막에 현탁 성분이 퇴적하기 쉬워 퇴적물의 부착이나 막힘에 의한 투과 유량의 저하가 현저하다. 그 때문에, 막 모듈을 이용한 여과 장치는 통상, 운전시에는 가압 공기를 보내고, 에어 버블링(air bubbling) 등으로 배수의 흐름을 만들어 이에 따른 퇴적물의 박리나 여과막의 요동에 의한 기계적 부하에 따른 퇴적물을 제거하는 청정 조작(산기 처리(aeration treatment))이 행해진다. 또한, 산기 처리로 제거할 수 없는 퇴적물이나 막 내에 막힌 퇴적물은, 퇴적물의 종류에 따라 수산화나트륨 등의 강알칼리나 염산, 구연산, 옥살산 등의 산, 차아염소산나트륨 등의 강산화제의 수용액에 의해 분해 세정하는 메인터넌스 작업에 의해 반복하여 여과 기능을 회복시킬 필요가 있다. 또한, 특히, 이상(異常)한 고탁도 배수의 유입 등 예측할 수 없는 사태가 발생한 경우에는 보다 고농도의 화학 약품을 이용한 약액 세정의 필요성이 생길 가능성도 있다.
그 때문에, 막 모듈 및 이것을 구성하는 여과막 엘리먼트에는 높은 여과 성능을 갖는 것에 더하여 장기간간 운전시의 기계적 부하에 견딜 수 있는 강도와, 특히 산화제나 산·알칼리에 대하여 우수한 내약품성을 겸비하고 있을 것이 요망되고 있다.
특히, 배수 처리 용도로 대규모 하수 처리장 등에 있어서, 막 엘리먼트나 막 모듈은 통상 5년 내지 10년의 제품 수명이 요구되고 있기 때문에, 당해 제품 수명을 넘는 장기간간의 여과 장치의 운전 및 반복된 메인터넌스에 견딜 수 있는 기계적 강도와 내약품성을 겸비하는 것이 강하게 요망되고 있다.
종래, 막 모듈로서는 다수개의 중공사(hollow fiber)를 원형 형상으로 집속하여 배치하고, 그 단부(端部)를 개구 상태에서 고정 부재로 고정하여 집수부로 한 중공사 막 모듈이나, 지지판으로 시트 형상의 다공질막을 지지한 평막형의 막엘리먼트를 복수 구비한 평막 모듈 등이 있다.
중공사 막 모듈로서, 본 출원인은 일본공개특허공보 2006-7224호(특허문헌 1)에 있어서, 다공질 연신 PTFE제의 튜브로 이루어지는 지지층과, PTFE, 폴리올레핀계 수지, 폴리이미드, 폴리불화비닐리덴계 수지로부터 선택되는 수지제의 다공질 시트로 이루어지는 여과층을 구비하고, 상기 지지층의 튜브의 외표면에 상기 여과층의 시트를 감아서 일체화시키고 있음과 함께 상기 지지층과 여과층의 구멍(pore)을 서로 3차원적으로 연통시키고 있는 복층으로 이루어지는 다공질 복층 중공사를 집속한 여과 모듈을 제안하고 있다.
또한, 평막 모듈로서는 종래, 염소화폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 수지로 이루어지는 다공질막을 이용한 것이나, 일본공개특허공보 2004-182919호(특허문헌 2)와 같이 폴리불화비닐리덴(PVDF)계 수지로 이루어지는 다공질막을 이용한 것이 있다.
특허문헌 1 : 일본공개특허공보 2006-7224호
특허문헌 2 : 일본공개특허공보 2004-182919호
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
상기 특허문헌 1과 같은 중공사 막 모듈은 일반적으로 유효 막 면적당의 설치 면적을 작게 할 수 있어 콤팩트성이 우수하다는 이점을 갖는다. 그러나, 중공사 막 모듈을 고오탁성 배수, 특히 막분리 활성오니법에 적용하는 경우, 이 이점을 충분히 활용하지 못하고 있는 현상이 있다. 상세하게는 고탁도성 배수, 특히 피처리액의 점도가 높은 막분리 활성오니법에 의한 처리에 인접하는 중공사간의 간극(gap)을 좁게 하여 콤팩트한 구성으로 한 중공사 막 모듈을 적용하면, 산기에 의해 발생하는 피처리액의 흐름이 비교적 지연되어 현탁 성분이 막면·막간에 퇴적하기 쉬워져 처리 속도에 큰 폭의 저하가 발생한다. 특히, 피처리액의 점도가 높은 막분리 활성오니법에 적용하는 경우에는 더욱 큰 처리 속도의 저하가 발생하기 때문에, 인접하는 중공사간의 거리를 크게 하지 않을 수 없고, 결과로서 설치 면적이 커져 콤팩트한 여과 장치로 할 수 없게 된다.
또한, 특허문헌 1의 여과 모듈은 PTFE제의 중공사막을 사용하고 있어 내약품성이나 강도가 매우 우수하지만, 가는 중공사를 적당한 간격을 형성하면서 다수개 병설시킨다는 조립 작업에도 상당한 시간과 수고를 요하고, 복층 구조를 갖는 중공사의 제작은 용이하지 않는 점에서 여과 모듈의 제작은 비용 상승으로 되기 쉽다는 문제도 있다.
이에 대하여, 평막 모듈은 시트 형상의 평막 엘리먼트를 정렬시키는 구성이기 때문에, 막면 전체에 산기를 행하기 쉬워 효율적으로 막면의 세정 조작을 행할 수 있다는 이점을 갖는다. 유효 막 면적당의 설치 면적도 고오탁성 수처리에서는 중공사 막 모듈이 그 처리 속도를 확보하기 위해 중공사간의 거리를 크게 취할 필요성이 있기 때문에, 결과로서 같은 정도가 되는 경우도 있다. 또한, 평막 모듈은 중공사 막 모듈에 비하여 부품 1개당 차지하는 막 면적도 크기 때문에, 조립이 용이하다는 이점을 갖는다.
그런데, 기존의 평막 엘리먼트는 폴리올레핀계 수지나 특허문헌 2와 같은 PVDF로 이루어지는 다공질막을 이용하고 있어 기계적 강도, 내약품성 등의 내구성에 문제가 있다.
예를 들면, 기계적 강도에 대해서는, 기존의 평막은 여과막의 강도, 특히 여과 기능을 갖는 부분의 여과막의 강도가 충분하지 않기 때문에, 다종 다양한 이물질을 포함하는 피처리액의 산기에 의한 부하 하에서 장기간에 걸쳐 사용하는 경우, 막 손상에 의한 리크 트러블(leak trouble)의 가능성이 높다. 특히, PVDF 수지제의 여과막은 PVDF계 수지를 용매로 용해한 용액을 재차 응고시켜 제조하고 있어 매우 얇고, 여과 기능을 갖는 부분의 기계적 강도가 불충분하다.
한편, 세정 약품에 대한 내구성에 대해서도, 예를 들면 폴리올레핀 수지제의 여과막은 알칼리에 대해서는 비교적 내구성이 있지만, 산화제에 대한 내구성이 부족하여, 강력한 산화제를 이용한 막 세정을 높은 빈도 또는 장기간에 걸쳐 실시할 수 없다. 또한, PVDF 수지제의 여과막은 산화제에 대해서는 어느 정도 내구성을 갖지만, 특히 알칼리에 대한 내구성이 부족하고, 강알칼리성의 세정액에서는 액의 접촉과 함께 단시간에 막이 다갈색으로 변색하여 재료의 변질을 초래하여, 장기간 사용은 불가능하다. 또한, 산화제에 대해서도 고농도에서는 내구성이 충분하지 않다.
이와 같이, 종래의 여과용 평막 모듈은, 특히, 산화제나 알칼리에 대한 내약품성을 충분히 구비하고 있지 않고 그 세정에 제약이 있기 때문에 충분한 여과막의 세정을 장기간에 걸쳐 행할 수 없다. 또한, 기계적 강도도 불충분하여 이물질이나 피처리액의 흐름에 의해 손상될 우려가 있기 때문에, 저유량(低流量)에서의 운전이나 사용 기간의 단축, 즉 단기간에서의 막 교환을 어쩔 수 없이 하게 되는 것이 현상이다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 여과 성능이 우수함과 아울러, 내약품성 및 기계적 강도가 우수하고, 장기간에 걸쳐 안정된 투과 유량이 얻어지는 여과용 평막 엘리먼트 및 당해 평막 엘리먼트를 구비한 여과 모듈을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 현탁 성분을 포함하는 피처리액 중에 침지(immersion)하여 고액 분리 처리를 행하는 여과용 평막 엘리먼트로서,
처리액 유로용의 공간을 두고 대향 배치되는 시트 형상의 여과막과,
상기 처리액 유로용의 공간을 확보하는 서포트부와,
상기 대향 배치되는 여과막의 외주 테두리를 적어도 1개의 처리액 취출구를 형성하여 밀봉하는 외주 밀봉부를 구비하고,
상기 여과막은, 적어도 연신(expanded) PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 다공질막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 여과용 평막 엘리먼트를 제공하고 있다.
상기와 같이, 본 발명은 높은 현탁 성분을 포함하는 피처리액 중, 특히 활성오니를 포함하는 배수중에 침지하여 고액 분리 처리를 행하는 여과용 평막 엘리먼트에 있어서, 여과막으로서 적어도 연신 PTFE 다공질막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 여과막에 연신 PTFE 다공질막을 이용함으로써, 매우 내구성이 우수하며, 고탁도 배수 처리에 있어서 매우 유용성을 발휘할 수 있다.
즉, 연신 PTFE 다공질막은 압출 및 연신 공정을 거쳐 제조되기 때문에, 고도의 분자 배향에 의해 높은 강도를 갖는 막재를 제공할 수 있다. 그 때문에, 고도의 다공성을 발현할 수 있어 고(高)기공률로 할 수 있기 때문에 미세구멍을 가지며 투과 수량(水量)이 많은 고성능의 여과막으로 하면서 산기 처리에 있어서 강한 기계적 부하를 걸어도, 여과막에 균열이 생기거나 파단하거나 하지 않고, 매우 우수한 내구성을 갖는다.
게다가, 연신 PTFE 다공질막은 대부분의 약품에 침해되지 않는 화학적 안정성을 갖고 있다. 일반적으로, 비표면적이 큰 다공질막은 벌크체에 비하여 약품에 침식(浸蝕)되기 쉽고 강도도 작지만, 연신 PTFE 다공질막은 유기·무기의 산, 알칼리, 산화제, 환원제 및 유기 용제 등의 거의 모든 유기·무기 약품에 대하여 불활성이며 내약품성이 매우 우수하다. 그 때문에, 종래의 평막 엘리먼트와 같이 세정 약제가 제약되지 않고, 퇴적물의 종류에 따라 여러 종류의 화학 약품을 선택하여, 필요시에는 고농도로 여과막의 세정을 장기간에 걸쳐 행할 수 있다. 예를 들면, 바이오 파울링을 완전히 용해 제거·살균하기 위해, 차아염소산나트륨 수용액이나 과산화수소수 등의 강산화제의 고농도 용액을 사용할 수 있고, 배수중의 유분(油分) 등을 제거하기 위해 수산화나트륨 등의 강알칼리 수용액을 사용할 수 있다.
막 엘리먼트의 구성 재료는 막 이외에 프레임, 서포트재 등이 있지만, 이들 지지 부재는 벌크 재료(bulk material)로서, 사용 단계에 있어서의 피처리액이나 세정 약품의 접액 부분이 적기 때문에, 내부의 비접액부의 침식은 매우 지연되기 때문에 실용상 문제가 되지 않는 경우가 많다. 즉 비표면적이 큰 막의 내약품성이 전체의 사용 여부에 영향을 준다.
이와 같이, 여과막으로서 연신 PTFE 다공질막을 이용하는 본 발명의 평막 엘리먼트는, 종래 사용할 수 없었던 고농도의 산화제나 알칼리를 이용하여 막면에 부착한 현탁 물질을 거의 완전히 분해하여 세정할 수 있고, 그리고, 산기 처리에 있어서 강한 기계적 부하를 걸 수 있기 때문에, 여과 기능을 초기 상태 가까이까지 회복시킬 수 있다. 결과로서, 평막 엘리먼트의 수명을 대폭적으로 연장할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정된 투과 수량을 얻을 수 있다. 또한, 평막 엘리먼트로 하고 있음으로써, 조립 부품 및 조립 공정을 줄일 수 있어 조립을 용이하게 할 수 있는 것 외에, 운전시의 막면 세정도 행하기 쉬워 효율적으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
상기 여과막을 형성하는 연신 PTFE 다공질막은 1축 연신, 2축 연신으로 얻어진 것이라도 좋지만, PTFE 미소결(未燒結) 분말과 액상 윤활제의 페이스트(paste) 압출에 의해 얻어지는 성형체를 종방향으로 1.5배∼10배, 횡방향으로 2배∼40배의 연신 배율로 2축 연신하여 얻어진 다공질막을 소결하여 얻어진 것이 바람직하다. 2축 연신함으로써, 구멍을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 강도를 높일 수 있다.
본 제조 방법에 의해 얻어진 연신 PTFE 다공질막은, 미세구멍을 가지면서 구멍률(porosity)이 높고, 높은 입자 포착률과 투과 용량을 겸비한 것으로 할 수 있다.
또한, 여과용 평막 엘리먼트의 피처리액이나 여과의 요구 성능에 따라, 단수(段數), 온도, 배율 등의 연신 조건이나 소결 조건 등을 바꿈으로써, 연신 PTFE 다공질막의 구멍 형상이나 크기 등의 조정도 용이하다. 또한, 공경(pore diameter)이 다른 다공질막의 적층체도 제작하기 쉽기 때문에, 입자 포착률 및 구멍률이 높은, 고성능의 다공질 여과막을 효율적으로 제조할 수 있다.
상기 연신 PTFE 다공질막은 평균 공경이 0.01∼5.0㎛인 것이 바람직하다. 이 범위에 있어서 액질마다 더나은 최적 범위가 존재한다.
상기 평균 공경은 PMI사 제조 펌-포로미터(Perm-Porometer)(모델번호 CFP-1200A)에 의해 측정하고 있다.
또한, 연신 PTFE 다공질막의 최외층에 있어서의 구멍을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 평균 최대 길이가 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 특히, 활성오니를 포함하는 배수나 미소한 입자를 포함하는 배수를 피처리액으로 하는 경우에는, 구멍을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 평균 최대 길이가 5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
막 표면의 최외층에 있어서의 구멍을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 평균 최대 길이는, 수지부 및 그것에 연결하는 섬유로 구성되는 구멍의 외주상의 2점을 잇는 거리의 최대치를 SEM 화상상에서 측정하여 구하고 있다.
또다른 지표에 의하면, 상기 연신 PTFE 다공질막은 입자경 5㎛인 입자의 입자 포착률이 90% 이상인 것이 바람직하다. 특히, 활성오니를 포함하는 배수나 미소한 입자를 포함하는 배수를 피처리액으로 하는 경우에는, 입자경 0.45㎛인 입자의 입자 포착률이 90% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 입자 포착률은 다음의 방법에 의해 측정하고 있다.
연신 PTFE 다공질막을 직경 47mm의 원형으로 뚫고, 홀더에 세트하여 입자경 5.125㎛ 또는 0.458㎛의 폴리스티렌 라텍스 균질 입자(제품명 DYNO SPERES SS-052-P, STADEX SC-046-S)(JSR사 제조)를 함유하는 수용액을 조제하고, 이것을 세트한 연신 PTFE 다공질막에 의해 41.2kPa의 압력으로 여과를 행하고, 여과전의 수용액과 여액의 흡광도를 측정하여 그 비(比)에 의해 구하고 있다. 흡광도는 자외 가시 분광 광도계(시마즈세이사쿠쇼 제조 UV-160)를 이용하여, 파장 310nm로 측정하고 있다(측정 정밀도 1/100).
상기 연신 PTFE 다공질막의 평균 막두께는 5∼200㎛인 것이 바람직하고, 기공률은 40∼90%인 것이 바람직하다.
평균 막두께는 다이얼게이지에 의해 측정하고 있고, 기공률은 ASTM D792에 기재된 방법으로 측정하고 있다.
상기 연신 PTFE 다공질막은 JIS K 7113에 규정된 인장 강도가 10N/㎟ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 3 질량%의 황산, 4 질량%의 수산화나트륨 수용액, 유효 염소 농도 10%의 차아염소산나트륨 수용액의 각각에 온도 50℃로 10일간 침지해도 투과 수량이 저하하지 않고, 손상되지 않는 우수한 내약품성을 갖는 것으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 여과막은 미세구멍을 형성하는 다공질막의 적어도 일부를 연신 PTFE 다공질막으로 형성하면 좋고, 연신 PTFE 다공질막의 단체막으로 구성되어 있어도 좋고, 공경 등의 사양이 다른 PTFE 다공질막끼리의 적층체로 해도 좋고, PTFE 다공질막과 타소재의 다공질막이나 다공 재료 시트와의 적층체로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 연신 PTFE 다공질막의 단체막 상 또는 적층체의 외표면에 치밀층(skin layer)을 형성한 여과막으로 해도 좋다. 치밀층을 형성하는 경우, 연신 PTFE 다공질막에 의해 구성되는 연신 PTFE 다공질층과 치밀층의 적어도 2층 구성의 여과막으로 하여 당해 연신 PTFE 다공질층을 여과막의 지지층으로서 형상 유지를 담당하는 층으로 할 수 있다.
상기 치밀층은 연신 PTFE 다공질막의 단체막의 외표면 또는 적층체의 외표면에 PTFE, PTFE와 동등한 내약품성 및 내열성을 갖는 PFA(4불화에틸렌퍼플루오로알콕시비닐에테르 공중합체), FEP(4불화에틸렌·6불화프로필렌 공중합체) 등의 미립자나 당해 미립자를 분산한 것을 포함하는 액을 도포 후, 소결하여 형성할 수도 있다.
그 외의 방법으로서는, (1) PTFE 주체의 불소 수지를 원통 형상으로 성형·소결한 후, 그 블록으로부터 절삭(껍질을 벗기듯 얇고 길게 돌려 깍은 형상)하여 제작한 불소 수지 필름을 형성한다. 또는 (2) 불소 수지 분말을 액체에 분산된 디스퍼전(dispersion)을 내열 기판의 위에 코팅한 후, 융점 이상으로 가열하여 분체를 결착한 후, 내열 기체(基體; substrate)를 제거하여 제작한 불소 수지제 필름을 형성한다.
이어서, 상기 (1) 또는 (2)의 필름을 더욱 연신함으로써 치밀층을 제작하고, 이것을 연신 PTFE의 기재와 적층함으로써 2층 구조의 막을 제작해도 좋다.
상기 PTFE 주체란, PTFE가 중량비 80% 이상인 것을 가리키며, 더욱 바람직하게는 90% 이상이다.
병용하는 열가소성의 불소 수지는 PFA(4불화에틸렌퍼플루오로알콕시비닐에테르 공중합체), FEP(4불화에틸렌·6불화프로필렌 공중합체), ETFE(4불화에틸렌·에틸렌 공중합체), PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드), PVF(폴리비닐플루오라이드) 등을 들 수 있다. 그중에서도, PTFE의 융점 피크 이상(327℃ 이상)에서도 비교적 분해 속도가 낮은 FEP가 바람직하고, 나아가서는 PFA가 보다 바람직하다.
또한, 상기 PTFE의 분자량은 약 100만 내지 약 350만, 분자량의 지표인 후술의 방법에 있어서의 제3 스텝의 융해 열량은 32J/g 이상 47.8J/g 미만이 바람직하고, 또한, 32J/g 이상 44J/g 이하가 보다 바람직하다. 상기 분자량 및 융해 열량을 갖는 PTFE를 이용하면, 기공률이 30% 이상 80% 이하로 높고 그리고 평균 유량 공경이 0.01㎛ 이상 내지 0.05㎛ 이하의 미세공경의 다공질체를 제조할 수 있다.
상기 제3 스텝의 융해 열량은 열유속 시차주사열량계(시마즈세이사쿠쇼 제조 열유속 시차주사열량계, DSC-50)를 이용하여 이하와 같이 측정하고 있다.
샘플 10mg 내지 20mg를 채취하여 필요에 따라 알루미늄 셀에 PTFE를 밀봉한다(PTFE는 가능한 한 수축 변형할 수 있도록 자유로운 상태로 유지하는 것이 중요하며, 셀을 찌그러뜨리지 않던지, 완전히 찌그러뜨리지 않도록 한다). 실온에서 245℃까지 50℃/분으로 가열. 그 후 10℃/분으로 365℃까지 가열한다(제1 스텝).
다음으로 -10℃/분의 속도로 350℃까지 냉각하고, 350℃로 5분간 유지한다. 다음으로 -10℃/분의 속도로 350℃에서 330℃까지, -1℃/분의 속도로 330℃에서 305℃까지 냉각한다(제2 스텝). 분자량이 작을수록 발열량이 커진다.
다음으로 -50℃/분의 속도로 305℃에서 245℃까지 냉각한다. 다음으로 10℃/분의 속도로 245℃에서 365℃까지 가열한다(제3 스텝).
샘플링 타임은 0.5sec/회로 한다.
상기 제1 스텝의 흡열량은 303℃ 내지 353℃의 사이, 제2 스텝의 발열량은 318℃ 내지 309℃의 사이, 제3 스텝의 흡열량(융해 열량)은 296℃ 내지 343℃의 구간을 적분하여 구한다.
치밀층으로서 고유량화(고성능화)를 위해서는 막두께는 얇을수록 좋아, 상기 (1)의 방법으로는 20∼50㎛ 정도의 박막을 제조할 수 있기 때문에 바람직하고, 상기 (2)의 방법으로는 2∼20㎛의 보다 얇은 치밀층을 제조할 수 있기 때문에 더욱 바람직하다.
이들의 불소 수지 필름은 박막이 되면 취급이 곤란해지고 연신이 불가능해지기 때문에, 기체에 접합한 후 기체마다 박막을 동시에 연신함으로써, 불소 수지제로 박막의 연신 다공질 필름을 얻을 수 있다. 미리 연신 PTFE 다공질체의 기체를 사용하면 기체와 다공질 필름의 복합체인 채로 사용할 수 있다. 이 경우, 다공질체제의 기체로서는 다공질의 기체는 기공률이 40% 이상이며 걸리초(Gurley second)가 30초 이하인 것이 바람직하고, 기공률 60% 이상이며 걸리초가 15초 이하인 것이 고유량화(고성능화)를 위해 바람직하다. 걸리초란 통기성의 지표가 되는 것으로, JIS P 8117에 준한 왕연식(王硏式;Oken-type) 걸리초 측정 장치로 측정한다.
상기 치밀층은 연신 PTFE 다공질막보다도 미소한 공경을 갖는 것으로 하고, 연신 PTFE 다공질막 단체보다도 더욱 미소한 입자를 제거함과 함께 막힘을 일으키기 어렵게 할 수 있어 우수한 여과 성능을 발현할 수 있다. 치밀층을 형성하는 경우는 그 두께도 작게 제조 가능하기 때문에, 그 공경은 0.4㎛ 이하, 특히 0.1㎛ 이하로 그 경우의 두께는 10㎛ 이하, 특히 5㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 치밀층을 형성하는 경우, 상기와 같이, 피처리액측(외표면측)에 배치함으로써, 고액 분리 처리의 초기 단계 후의 정상 상태에 있어서, 분리하는 고체 입자가 치밀층의 구멍 내에 불가역적으로 포착되는 일이 없도록 할 수 있다. 또한, 역세정을 행하면 용이하게 퇴적물은 제거할 수 있다.
공경이 다른 PTFE 다공질막끼리의 적층체로 하는 경우, 공경이 작고 치밀한 연신 PTFE 다공질막과, 당해 연신 PTFE 다공질막보다 큰 공경을 갖는 PTFE 다공질막과의 적어도 2층의 적층체로 이루어지는 여과막으로 하고 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 공경이 작은 연신 PTFE 다공질막의 내면측에 공경이 큰 연신 PTFE 다공질막을 적층하여, 상기 공경이 작은 연신 PTFE 다공질막의 지지체로서 이용하는 것이 바람직하다.
공경이 작은 연신 PTFE 다공질막이 상기 서포트 부재와 접촉 또는 접착한 경우, 서포트 부재의 비(非)개구 부분의 연신 PTFE 다공질막을 지난 처리액이 실질 관통하지 않기 때문에, 유량 저하를 가져온다. 이에 대하여 공경이 큰 PTFE 다공질막을 내면측에 적층하면, 투과 저항이 높은 상기 공경이 작은 연신 PTFE 다공질막의 전면(全面)을 투과막으로서 이용할 수 있어, 유량을 저하시키지 않고 처리할 수 있다.
공경이 다른 2종류의 연신 PTFE 다공질막을 적층하는 경우는, 2종류의 연신 PTFE 다공질막을 바람직하게는 비완전 소결 상태의 연신 PTFE막을 적층하여 소결 일체화함으로써, 용이하게 적층체를 형성할 수 있다.
또한, 피처리액이 수계(水系)의 경우에는, 상기 연신 PTFE 다공질막의 외표면에는 필요에 따라 내약품성이 우수한 친수성 고분자를 고정화(固定化)하여 표면의 친수성을 높이고 있는 것이 바람직하다.
상기 연신 PTFE 다공질막의 표면의 친수성을 높이는 방법으로서는, 예를 들면, 내약품성이 비교적 우수한 폴리비닐알코올을 수용액 중에서 산촉매를 이용하여 디알데히드와 가교시키는 것이나, 적당한 가교제와 함께 UV 처리 등에 의해 가교시킴으로써 수불용화시키는 방법을 이용할 수 있다. 이들의 방법은 화학적으로 비교적 안정된 친수성 부여를 행할 수 있다.
그 외에, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 등을 IPA(이소프로필알코올) 등에 용해시킨 후 PTFE 다공질막 상에서 불용화시키는 방법 등이 있다.
이와 같이, 친수 처리에 의해 바이오 파울링을 저감할 수 있다.
상기 여과막은 처리액이 통과하는 공간을 두고 대향시키고 있으면 좋고, 쌍이 되는 2매의 여과막을 병행하게 대향 배치하는 구성 이외에, 둘로 접어 대향시킨 1매의 여과막으로 구성할 수도 있다. 연신 PTFE 다공질막은 충분한 굴곡 강도 및 유연성을 갖기 때문에, 절곡해도 여과 성능이나 강도가 손상되지 않음과 아울러, 외주 테두리의 1변을 밀봉하는 수고를 덜 수 있기 때문에 비용적으로도 유리하다.
1매 또는 2매의 평막 시트의 대향하는 변을 밀봉하는 경우는 가압 가열, 레이저 등에 의해 시일하는 것이 바람직하다.
상기 시일은 연신 PTFE 다공질막끼리를 그 융점 이상으로 가압 가열, 레이저 가열 등 하는 것 외에, 대향하는 PTFE 다공질막의 사이에 다른 수지를 개재시켜, 이것을 접착 수지로서 용융시켜 열 시일해도 좋다.
열 시일에 이용되는 다른 수지로서는 불소 수지 또는 올레핀계 수지 등이 바람직하고, 구체적인 수지 성분으로서는 PFA, FEP, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)가 바람직하다.
PFA, FEP와 같은 불소 수지를 이용하는 경우는 내약품성이 우수한 이점이 있다. 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀수지를 이용하는 경우는 융점이 낮기 때문에, 보다 저온으로 열 시일할 수 있는 이점이 있다.
이들 개재시키는 다른 수지는 필름 형상 또는 판 형상인 것을 이용해도 좋고, 당해 수지의 미립자 분산액으로 하여 이것을 시일하는 부분에 도포해도 좋다.
본 발명의 여과용 평막 엘리먼트는, 상기와 같이, 서포트부에 의해 대향 배치되는 여과막의 사이에 처리액 유로용의 공간을 확보하고 있다.
상기 서포트부는 여과막의 사이에 처리액 유로용의 공간을 유지할 수 있는 것이면 형상, 구조 등은 특별히 문제되지 않지만, 적어도 1매 이상의 부직포, 구멍뚫린 시트 또는 V자 굴곡부를 연속시킨 플리츠상의 가공재(pleated material), 처리액 취출구측을 향하여 평행 배열된 복수의 선 형상부(linear portion)가 횡단하여 연결되어 있는 형상의 네트재, 상기 처리액 취출구측에 연통(communication)하는 복수의 유로용 개구를 형성한 가공판으로부터 선택된 1종 이상의 서포트재로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 서포트재를 대향하는 여과막의 사이에 개재시키면, 여과막을 안정되게 지지하면서 투과한 처리액이 처리액 취출구까지 연통하는 구성으로 할 수 있다.
확실하게 유로를 형성하기 위해, 상기 대향 배치하는 여과막의 공간에 면하는 내면간에 복수매의 서포트재를 일정한 거리를 두고 개재시켜도 좋다.
또한, 상기 서포트재는 상기 대향 배치되는 여과막의 적어도 일부에 고정되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 역세정 등 처리액측으로부터의 부하 압력이 작은 경우는, 고정되어 있지 않아도 좋다.
서포트재로서, 상기 처리액 취출구측을 향하여 평행 배열된 복수의 선 형상부가 횡단하여 연결되어 있는 형상의 메시(mesh) 형상의 네트재를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 네트재는 인접하는 선 형상부의 사이에 의해 형성되는 공간이 처리액 취출구측을 향하는 유로가 되고, 처리액을 처리액 취출구로 확실하게 유도할 수 있다. 따라서, 처리액이 평막 엘리먼트 내에서 체류하지 않고, 빠르게 처리액 취출구로 유도되어, 처리 유량이 비약적으로 향상된다. 그 결과, 얇은 서포트재를 이용할 수 있어 동일 체적당, 큰 유효 여과 막면적을 확보할 수 있다.
이러한 네트재로서는 특히, 처리액 취출구측을 향하여 평행 배열된 복수의 선 형상 수지가 당해 선 형상 수지보다도 가는 선 형상 수지로 횡단·연결되어 있는 것이 매우 적합하게 이용된다. 예를 들면, Naltex사 제조의 압출 네트「Naltex(등록 상표)」의 N04911/05_45PP, N06006/06_45PP-NAT를 매우 적합하게 이용할 수 있다.
상기 서포트재는 내약품성이 우수하면서 열용착이 가능한 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 불소 수지, 또는 폴리올레핀계 수지가 피복된 금속재로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 폴리올레핀계 수지로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 불소 수지계에서는 PFA, FEP로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 또한, 사용 조건이 관대한 경우는, ABS(아크릴로니트릴부타디엔스티렌) 수지, PBT 수지, PPS(폴리페닐렌설파이드) 수지, PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등 각종 엔지니어링 플라스틱을 이용해도 좋다.
특히, 본 발명의 여과용 평막 엘리먼트를 배수 처리 용도로 이용하는 경우로, 서포트부를 부직포나 메시 형상(네트)으로 하는 경우에 대해서는 융점이 낮아 가공성이 좋고, 그리고 가수분해하기 어려운 폴리올레핀계 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 세정시 고농도 오존 등 매우 산화성이 강한 것을 이용하는 경우는 불소 수지계 재료가 바람직하다.
상기 서포트재인 폴리올레핀계 수지 또는 열용융성 불소 수지제의 부직포, 네트(메시), 또는 다른 다공질 시트를 연신 PTFE막과 적층 일체화시키는 경우, 예를 들면, 열롤(heat roll)이나 열용착 장치에 의한 가압 가열 등으로 용이하게 라미네이트(laminate)하여 제작할 수 있다. 그때의 가압 가열은 보다 융점이 높은 연신 PTFE 다공질막측으로부터로 하고, 연신 PTFE 다공질막을 통하여 전해진 열에 의해 네트, 부직포 등의 표면이 일부 용융하여, PTFE 다공질막의 작은 구멍에 일부 들어가 얽힌 후 냉각됨으로써 확실한 시일이 실현될 수 있다. 이들 간단한 작업에 의해 비용을 억제한 평막 엘리먼트를 제작할 수 있다.
또한, 부직포, 네트 또는 다른 다공질 시트는 여과막에 완전히 고착하지 않고, 점 접착이나 별개로 형성해도 좋다.
다른 다공질 시트를 이용하는 경우는 지지체로서의 기능이 필요한 점에서 유량 저항이 적은 보다 큰 구멍을 갖는 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
상기 부직포, 네트 등으로 이루어지는 서포트재, 또는 다른 다공질 시트는, 연신 PTFE 다공질막의 공간에 면하는 내면측에 위치하고 있으면 좋고, 상기와 같이 연신 PTFE 다공질막에 직접 적층해도 좋고, 연신 PTFE 다공질막의 내면측에 위치시킨 다른 다공질막을 통하여 적층체로 되어 있어도 좋다.
이러한 적층체로 하면, 부직포, 네트 또는 다른 다공질 시트는 처리액의 유로를 방해하는 일 없이 연신 PTFE 다공질막을 구비한 여과막을 안정되게 평면 형상으로 형상 유지할 수 있다.
또한, 상기 서포트재는 평면 형상의 형상 유지력을 갖는 것으로 하여 당해 서포트재에 의해 상기 1쌍의 여과막이 평면 형상으로 지지되는 구성으로 해도 좋다.
본 구성으로 하면, 후술하는 외주 프레임을 형성하여 여과막의 외주 테두리를 지지하는 대신에, 여과막의 외주 테두리끼리를 시일 고착하여 대향하는 여과막을 서포트재로 지지하여 여과막을 내부로부터 평면 형상으로 유지할 수 있다.
본 발명의 여과용 평막 엘리먼트는 대향 배치되는 평막 형상의 여과막의 외주 테두리는 적어도 1개의 처리액 취출구를 내고서 밀봉하는 외주 밀봉부를 형성하고 있다. 즉, 처리액 취출구 이외의 여과막의 외주 테두리는 밀봉되어 있다.
상기 외주 밀봉부는 외주 프레임으로 형성하고, 당해 외주 프레임에 상기 여과막의 외주 테두리를 상기 공간을 비운 상태에서 고착해도 좋다. 그 경우, 대향하는 여과막을 외주 프레임의 양외측에 열 시일 또는 접착하여 고착하고 있다.
본 구성으로 하면, 서포트재와 외주 프레임의 쌍방에서 처리액 유로가 유지됨과 아울러, 여과막과 서포트부의 외주 테두리는 액자테두리 형상의 외주 프레임으로 보호되기 때문에 보다 안정된 여과용 평막 엘리먼트로 할 수 있다.
상기 외주 프레임은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 또는 불소 수지로 이루어지는 수지재로 형성하는 것이 바람직하다.
또는, 상기 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 또는 불소 수지의 미립자의 분산액을 미리 프라이머(primer) 등으로 처리한 스테인리스 등의 금속 재료에 피복하여 도금한 것이라도 좋다. 이들은 상기 서포트재와 동일하게, PTFE막재 등과의 열 시일이 가능하며 여과막과의 밀착성이나 접착성을 높일 수 있다.
상기 외주 프레임은, 상기 서포트재와 동일하게, 상기 폴리올레핀계 수지로 형성해도 여과막과 같이 액에 접촉하는 비표면적이 크지 않기 때문에, 약품 세정시에 이용하는 각종 약품에 의한 열화는 적고, 평막 엘리먼트의 강도를 저하시키지 않는다. 그러나, 내약품성의 점에서는 서포트부나 외주 밀봉부는 PTFE, PFA, FEP, PVDF 등의 불소 수지로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 열용착하기 쉽고 그리고 내약품성이 우수한 FEP, PFA로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 사용 조건이 관대한 경우는 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, ABS 수지, PBT 수지, PPS 수지, PEEK 등 각종 엔지니어링 플라스틱을 이용해도 좋다.
또한, 상기와 같이, 외주 프레임은 가공성이 우수한 점에서, 상기한 수지재로 피복한 금속 재료로 구성해도 좋다.
상기 외주 프레임을 이용하는 대신에, 대향 배치하는 여과막의 외주 테두리를 가압 가열 또는 레이저로 시일하여 형성하고, 상기 여과막을 상기 평면 형상의 형상 유지력을 갖는 서포트재에 씌워 형성해도 좋다.
본 구성으로 하면, 처리액 유로를 서포트재로 유지하면서 외주 밀봉부는 여과막의 외주 테두리를 시일하는 것만으로 형성할 수 있기 때문에, 여과용 평막 엘리먼트의 제작을 용이하게 할 수 있어 부품도 삭감할 수 있다. 특히, 여과막의 외주 테두리 시일 부분을 보호하고 싶은 경우는 이것을 덮도록 프레임을 형성해도 좋다.
상기 시일의 방법으로서는, 열 또는 접착제 중 어느 것을 이용해도 좋지만, 여과 장치의 운전이나 세정 중, 특히 약품 세정 처리가 이루어지는 경우의 접착제 성분의 용출을 방지할 수 있기 때문에, 열 시일로 하는 것이 바람직하다.
그 외에, 1매 또는 2매의 평막 시트로 이루어지는 여과막의 주연(周緣)을 시일하여 통 형상의 여과막을 형성하고, 당해 통 형상의 양측 개구에 프레임을 형성하는 구성으로 해도 좋다. 또한, 상기 외주의 시일부는 상기 서포트재의 외주에 고정되어 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 내약품성이 매우 우수한 PTFE를 베이스로 한 여과막을 구비한 평막 엘리먼트는 서포트재, 외주 프레임 등의 다른 부품도 동일하게 내약품성이 우수한 불소 수지를 이용한 구성으로 하여 모두 불소 수지로 형성하고, 열 시일 등에 의해 어셈블리하면, O링 등을 필요로 하지 않는 구성으로 되기 때문에 피처리액, 세정 약품의 부하에 따라 대부분의 약품에 대응 가능하다.
또한, 여과막끼리 또는 여과막과 프레임, 여과막과 서포트재 등의 열 시일을 행함에 있어서는, 보다 작업성과 신뢰성을 올리기 위해 양자의 사이에, 이들 막 부재의 융점 동등 이하의 융점을 갖는 필름 또는 입자를 포함하는 분산액을 도포하는 등의 바인더를 사용할 수 있다.
한편, 다공질막의 구멍 구조의 변화를 억제하기 위해, 열 시일 작업은 적당한 가압, 가열에 의해 가능하지만, 일정 시간 가열 후 냉각 공정을 거쳐 압력을 개방하는 것이 바람직하다. 냉각하지 않는 경우, 막이 히터 등의 부재에 일부 부착하여 신장될 가능성이 있기 때문이다. 이들 기술에 의해 용융 점도가 낮고, 접착하기 어려운 PTFE 다공질막을 신뢰성있는 용출물이 적은 여과기 부품으로 완성할 수 있다.
제2 발명으로서, 상기 여과용 평막 엘리먼트를 공간을 두고 배치하여 일체적으로 조립하여 이루어지고, 외압 여과용 또는 침지형 외압 흡인 여과용으로서 이용되는 것을 특징으로 하는 평막 여과 모듈을 제공하고 있다.
본 발명의 평막 여과 모듈은, 예를 들면, 복수의 상기 여과용 평막 엘리먼트를 병설함과 함께, 그 상방에 공통 처리액 집수관을 배치하고, 상기 병설한 각 여과용 평막 엘리먼트의 상면에 형성한 상기 처리액 취출구에 상기 공통 처리액 집수관으로부터 분기하는 분기관의 선단(先端)을 연결하여 상기 병설하는 여과용 평막 엘리먼트를 매달아 지지하는 구성으로 할 수 있다.
본 구성으로 하면, 다수의 여과용 평막 엘리먼트를 설치할 수 있어 큰 유효막 면적을 확보할 수 있기 때문에, 큰 처리 용량이 얻어진다.
또한, 각 평막 엘리먼트의 사이에 산기 장치를 설치한 여과 장치를 구성하기 쉬워, 막 표면을 균일하게 세정할 수 있다.
또한, 상기 여과용 평막 엘리먼트는 반드시 병렬 배치할 필요는 없고, 공간을 두고 복수 배치시키는 구성이면 좋고, 용도에 따라, 방사상, 나선상, 다각형의 각 변을 구성하는 형상, 동심원 형상 등의 배치로 할 수 있다.
또한, 내부에 서포트재를 구비한 통 형상 또는 밀봉 형상으로 한 여과막의 단부 개구의 편측 또는 양측을 개구 상태에서 고정 부재에 몰드 고정하여 처리액 취출구로 한 평막 여과 모듈로 해도 좋다. 이 경우, 당해 고정 부재가 복수의 여과용 평막 엘리먼트의 외주 밀봉부가 되고, 상기 단부 개구를 집수 헤더의 내부에 연통시켜, 처리액 취출구가 되는 집수관에 연통시키고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 고정 부재 및 이것에 시일되는 캡(cap)도 폴리올레핀계 수지, 불소 수지가 바람직하지만, 사용 조건(특히 세정 조건)에 따라서는 다른 수지, 예를 들면 에폭시 수지나 우레탄 수지 및 그 외주 부분에 설치하는 슬리브, 캡으로는 ABS 수지를 이용해도 좋다.
본 구성으로 하면, 복수의 평막 엘리먼트에 대하여 1개의 처리액 취출구를 형성하면 좋고, 각 평막 엘리먼트마다 처리액 취출구를 형성할 필요가 없기 때문에, 평막 여과 모듈의 제조를 심플 그리고 용이하게 할 수 있다.
또한, 복수의 평막 엘리먼트로 이루어지는 본 구성의 평막 여과 모듈로 하는 경우, 인접하는 통 형상 또는 밀봉 형상으로 하는 여과막의 사이, 또는 필요시에는 외주에 전술한 메시를 여과막에 접촉시켜 실질적으로 간극없이 배치시켜도 좋다. 이와 같이 메시를 배치함으로써 역세정을 행한 경우의 여과막의 휨을 방지할 수 있다.
본 발명의 평막 여과 모듈은 내약품성 및 기계적 강도가 매우 우수하기 때문에, 활성오니를 포함하는 배수를 피처리액에 대하여 매우 적합하게 이용할 수 있다.
그중에서도, MLSS(혼합액 현탁 부유 물질)가 5,000∼20,000mg/L인 활성오니(피처리액)에 대하여 안정되게 사용할 수 있는 점에서 매우 우수하다.
(발명의 효과)
전술한 바와 같이, 본 발명의 여과용 평막 엘리먼트는, 적어도 연신 가공한 PTFE 다공질막로 이루어지는 평막 시트를 여과막으로서 이용하고 있기 때문에, 여과 성능이 우수함과 아울러, 내약품성 및 기계적 강도가 매우 우수하다. 그 때문에, 고탁도 고오염 배수, 특히 활성오니를 포함하는 특히, MLSS가 5,000∼20,000mg/L의 활성오니를 포함하는 배수의 여과에 있어서 장기간간 사용할 필요가 있는 경우나 예를 들면 폐쇄성 해역이나 도시 하수 등의 배수에 유분을 포함하는 경우, 종래 사용할 수 없었던 고농도의 산화제나 고알칼리성의 화학 약품으로 바이오 파울링, 실리카 등의 무기물이나 유분 등을 세정할 수 있어 산기 조작에 있어서도 기계적 부하를 걸 수 있다. 그 결과, 여과 기능을 회복시켜 반복 사용할 수 있기 때문에, 장기간에 걸쳐 안정된 투과 유량이 얻어진다.
또한, 평막 엘리먼트로 하고 있음으로써, 조립 부품 및 공정을 줄일 수 있고, 용이하게 조립할 수 있는 것 외에, 운전시의 막면 세정도 행하기 쉬워 효율적으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
도1 은 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트를 나타내고, 도1(A) 는 평막 엘리먼 트의 개략 사시도이며, 도1(B) 는 도1(A) 의 A-A선의 단면도이다.
도2 는 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트의 구조를 설명하는 도면이다.
도3 은 제1 실시 형태의 여과막의 구조를 설명하는 확대 모식도(schematic drawing)이다.
도4 는 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트를 이용한 제1 실시 형태의 평막 여과 모듈을 나타내는 도면이다.
도5 는 도4 의 평막 여과 모듈을 이용한 여과 장치를 나타내는 도면이다.
도6 은 실시예 및 비교예의 내산성·내알칼리성 시험후의 순수 유량을 나타내는 도면이다.
도7 은 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트의 제1 변형예의 여과막의 구성을 나타내는 확대 모식도이다.
도8 은 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트의 제2 변형예를 나타내고, 도8(A) 는 단면 모식도이며, 도8(B) 는 도8(A) 의 요부 확대도이다.
도9(A), 도9(B) 는 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
도10 은 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트의 제4 변형예를 나타내고, 도10(A) 는 평막 엘리먼트의 구조를 설명하는 개략 사시도이며, 도10(B) 는 평막 엘리먼트의 단면도이다.
도11 은 제2 실시 형태의 평막 엘리먼트를 나타내고, 도11(A) 는 개략 사시도이며, 도11(B) 는 도11(A) 에 이용한 빗형 서포트판을 나타내는 도면이며, 도 11(C) 는 도11(A) 의 B-B 단면의 요부 확대도이다.
도12 는 제3 실시 형태의 평막 엘리먼트를 나타내고, 도12(A) 는 사시도이며, 도12(B) 는 단면도이다.
도13 은 제4 실시 형태의 평막 엘리먼트를 나타내고, 도13(A) 는 분해 사시도이며, 도13(B) 는 조립 상태의 단면도이다.
도14 는 평막 여과 모듈의 제2 실시 형태를 나타내고, 도14(A) 는 개략 사시도이며, 도14(B) 는 도14(A) 의 평면도이다.
도15 는 제3 실시 형태의 평막 여과 모듈을 나타내고, 도15(A) 는 사시도이며, 도15(B) 는 도15(A)의 C-C선 단면도이며, 도15(C) 는 도15(A) 의 일부 수직 단면도이다.
도16(A) 는 제3 실시 형태의 서포트재를 나타내는 도면이며, 도16(B) 는 제3 실시 형태의 통 형상 여과막을 나타내는 사시도이다.
도17(A), 도17(B), 도17(C) 는 통 형상 여과막의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도18 은 제4 실시 형태의 평막 여과 모듈을 나타내고, 도18(A) 는 사시도이며, 도18(B) 는 도18(A) 의 D-D선 단면도이다.
도19 는 제5 실시 형태의 평막 여과 모듈을 나타내고, 도19(A) 는 전체 배치도이며, 도19(B) 는 평막 여과 모듈의 측면도이다.
도20 은 제6 실시 형태의 평막 여과 모듈을 나타내고, 도20(A) 는 전체 배치도이며, 도20(B) 는 평막 여과 모듈의 측면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10, 20, 30 : 평막 엘리먼트
11, 21, 31 : 여과막
12 : 서포트판
13 : 외주 프레임
14 : 처리액 취출구
15 : 연신 PTFE 다공질막
16 : 연신 PTFE 다공질 시트
18 : 부직포
60, 70, 80 : 평막 여과 모듈
71 : 네트재
81 : 공통 처리액 집수관
82 : 분기관
90 : 치밀층
100 : 여과 장치
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도1∼도3 은 제1 실시 형태의 여과용의 평막 엘리먼트(10)를 나타내고, 도4∼도6 에 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트(10)를 구비한 평막 여과 모듈(80)을 나타 낸다.
당해 평막 여과 모듈(80)은, 고탁도의 현탁 성분을 포함하는 피처리액 중에 침지하여 고액 분리 처리를 행하는 것으로, 하수 및 활성오니로 이루어지는 폭기조 내에 침지하여 막분리 활성오니법에 이용되는 것으로 하고 있다.
평막 엘리먼트(10)는, 대향 배치되는 2매의 직사각형 시트 형상의 여과막(11A, 11B)과, 당해 여과막(11A, 11B)의 사이를 상기 처리액 유로용의 공간을 확보하여 지지하는 폴리에틸렌 수지제의 서포트판(12)과, 상면에 처리액 취출구(14)를 형성한 폴리에틸렌 수지제의 외주 프레임(13)을 구비하고 있다.
평막 엘리먼트(10)는, 도2 에 나타내는 바와 같이 서포트판(12)을 외주 프레임(13)의 개구에 끼워맞추어 열융착 또는 접착제로 접착하여 일체화한 후, 당해 서포트판(12)이 일체화된 외주 프레임(13)에 여과막(11A, 11B)의 외주 테두리를 열융착하여 형성하고 있고, 여과막(11A, 11B)의 외주 테두리를 1개의 처리액 취출구를 내고서 밀봉하는 구성으로 하고 있다.
외주 프레임(13)과 여과막(11A, 11B)의 외주 테두리의 열융착은 융점이 높은 연신 PTFE 다공질막으로 이루어지는 여과막(11A, 11B)측으로부터 외주 프레임을 형성하는 폴리에틸렌 수지의 융점 이상의 온도로 가열하고, 당해 연신 PTFE 다공질막측을 통하여 전해진 열에 의해 외주 프레임(13)의 표면을 일부 용융시켜 냉각 고화시킴으로써 행하고 있다. 본 구성으로 하면, 간단한 작업으로 비용을 억제하면서 프레임과 여과막과의 고착 부분을 강고하게 한 평막 엘리먼트를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 당해 서포트판(12)의 양면은, 여과막(11A, 11B) 에 고정시키지 않고, 유리(遊離)시키고 있다.
상기 서포트판(12)은, 상기 처리액 취출구(14)의 측에 연통한 다수의 유로용 개구(12a)를 구비하고 있음과 아울러, 여과막(11A, 11B)에 대향하는 각 면에는 다수의 관통 구멍(12b)을 구비하고, 여과막(11A, 11B)을 투과한 처리액이 원활하게 서포트판(12)의 내부에 흘러 처리액 취출구(14)에 도달하는 구성으로 하고 있다.
도3 에, 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트(10)에 이용하는 여과막(11A, 11B)의 구성을 설명하는 확대 모식도를 나타낸다.
여과막(11A, 11B)은, 연신 PTFE 다공질막(15)과, 당해 연신 PTFE 다공질막(15)보다도 공경이 크고 그리고 두께가 두꺼운 연신 PTFE 다공질 시트(16)를 적층한 적층체로 이루어진다.
여과막(11A, 11B)은, PTFE 미소결 분말과 액상 윤활제의 페이스트 압출에 의해 얻어지는 성형체를 2축 연신하여 얻어진 연신 PTFE 다공질막(15)과, 동일한 제조 방법에 의해 얻어져 당해 연신 PTFE 다공질막(15)보다도 공경이 큰 연신 PTFE 다공질 시트(16)를 적층한 후, 소결 일체화하여 제조하고 있다.
상기 연신 PTFE 다공질막(15)으로서는, 연신 PTFE 다공질 시트(16)와 적층하지 않는 단체막의 상태로, 평균 공경이 0.01∼0.45㎛, 평균 막두께가 5∼200㎛, 구멍을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 평균 최대 길이를 5㎛ 이하로 한 입자경 0.45㎛의 입자 포착률이 90% 이상인 것을 이용하고 있다.
한편, 연신 PTFE 다공질 시트(16)로서는 연신 PTFE 다공질막(15)과 적층하지 않는 단체 시트의 상태로, 평균 공경이 1∼15㎛, 평균 막두께가 5∼195㎛, 구멍을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 평균 최대 길이가 15∼100㎛인 것을 이용하고 있다.
또한, 연신 PTFE 다공질막(15)과 연신 PTFE 다공질 시트(16)의 적층체는 인장 강도가 10N/㎟ 이상의 강도를 갖고, 3 질량%의 황산, 4 질량%의 수산화나트륨 수용액, 유효 염소 농도 10%의 차아염소산나트륨 수용액의 각각에 온도 50℃로 10일간 침지해도 투과 수량이 저하하지 않고, 손상되지 않는 우수한 내약품성을 구비하고 있다.
평막 엘리먼트(10)에 있어서, 여과막(11A, 11B)은, 피처리액측이 되는 외면측에 구멍이 작은 연신 PTFE 다공질막(15)측을 배치하고 있다.
이와 같이 평균 구멍이 작은 치밀한 연신 PTFE 다공질막(15)을 피처리액측에 배치함으로써, 고액 분리 처리의 초기 단계 후의 정상 상태에 있어서, 분리하는 고체 입자가 연신 PTFE 다공질막(15)의 구멍 내에 불가역적으로 포착되는 일이 없도록 하고 있다.
또한, 연신 PTFE 다공질막(15)과 연신 PTFE 다공질 시트(16)를 적층한 여과막(11A, 11B)의 표면은 가교(PVA)에 의해 친수화 처리(hydrophilic treatment)가 시행되어 있다. 당해 친수화 처리에 의해 피처리수의 접촉이 용이해지고, 또한, 바이오 파울링 등을 저감할 수 있다.
본 구성의 여과용의 평막 엘리먼트로 하면, 여과막을 구멍의 크기가 다른 연신 PTFE 다공질막을 적층하여 형성하고 있기 때문에, 여과 성능이 우수할 뿐만 아니라, 내약품성 및 강도가 매우 우수하고, 고농도의 산화제나 알칼리제로 세정할 수 있기 때문에, 장기간에 걸쳐 높은 투과 수량을 얻을 수 있다.
도4 및 도5 에, 상기 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트(10)를 구비한 제1 실시 형태의 평막 여과 모듈(80)을 나타낸다.
평막 여과 모듈(80)은 침지형 외압 흡인 여과용으로서 이용되는 것이다.
도5 에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태의 평막 엘리먼트(10)를 병설함과 함께, 그 상방에 공통 처리액 집수관(81)을 배치하고, 상기 병설한 각 평막 엘리먼트(10)의 상면에 형성한 상기 처리액 취출구(14)에 상기 공통 처리액 집수관(81)으로부터 분기하는 분기관(82)의 선단을 연결하여, 상기 병설하는 평막 엘리먼트(10)를 매달아 지지하고 있다.
이와 같이, 평막 여과 모듈(80)은 각 평막 엘리먼트(10)의 처리액 취출구(14)를 분기관(82)에 개별로 부착하는 구성으로 하고 있기 때문에, 평막 엘리먼트 단위에서의 교환이 용이하다.
상기 평막 여과 모듈(80)을 구비한 여과 장치(100)의 작용에 대하여 설명한다.
침지조(3) 내에 도입되어 채워진 하수 처리수로 이루어지는 활성오니를 포함하는 배수인 MLSS(혼합액 현탁 부유 물질)가 5,000∼20,000mg/L인 피처리액(2)은, 흡인 펌프(4)의 구동에 의해 각 평막 엘리먼트(10)의 여과막(11)을 투과시켜 고액 분리를 행하고, 처리액 취출구(14)에 연결한 분기관(82)으로부터 공통 처리액 집수관(81)으로 유도되어 처리 완료액(처리액)으로서 회수하고 있다.
평막 엘리먼트(10)의 표면에 퇴적한 현탁 성분을 박리 제거하기 위해, 당해 평막 엘리먼트(10)의 여과막(11)의 표면에 에어 버블링을 행하고 있다.
상세하게는, 블로어(blower; 5)를 작동시켜 청정용 파이프(6)에 가압 공기를 도입하고, 산기관(6)의 기체 분사구멍(도시하지 않음)으로부터 가압 공기를 분사하여 발생한 기포(7)를 평막 엘리먼트(10)의 외표면에 접촉시키면서 축선 방향으로 상승시켜 평막 엘리먼트(10)의 표면에 부착 퇴적하는 현탁 성분을 강력히 박리 제거하고 있다. 이에 따라 막 여과를 안정되게 계속시킬 수 있다.
에어 버블링은 향상 행하여도 좋고, 정기적으로 행하여도 좋다.
본 실시 형태의 평막 엘리먼트(10)는, 각 평막 엘리먼트에 1개의 처리액 취출구(14)를 형성하고 있기 때문에, 처리 완료액은 모두 상부에 흡인되지만, 제3 실시 형태의 평막 엘리먼트(20)와 같이 처리액 취출구를 2개 이상 형성해도 좋다.
이와 같이, 본 발명은, 평막 형상의 여과막을 구비한 평막 엘리먼트로 하고 있기 때문에, 막 표면에 확실히 기포를 부여할 수 있고, 또한 연신 PTFE 다공질막을 포함하기 때문에 기계적 강도도 우수하여 현탁 성분을 강력히 박리 제거할 수 있다.
(실시예)
여과막으로서, 평균 막두께 7㎛, 평균 공경 0.1㎛의 단층의 연신 PTFE 다공질막을 이용한 것 이외에는, 제1 실시 형태와 동일하게 하여 평막 엘리먼트를 제작했다.
(비교예)
여과막으로서, 폴리에스테르 부직포에 적층된 PVDF막을 이용했다. PVDF막 부분의 평균 막두께 5㎛, 공경 0.1㎛인 것을 이용했다. 그 이외는 실시예 1과 동 일하게 했다.
실시예 및 비교예의 평균 막두께 및 평균 공경은 전술한 방법과 동일한 방법으로 측정했다.
실시예 및 비교예의 평막 엘리먼트를 표1 에 나타내는 조건으로, 산성, 알칼리성, 산화제의 각 수용액에 침지하여 내산성, 내알칼리성, 내산화제성의 평가를 행하였다.
내산성, 내알칼리성, 내산화제성의 평가는, 하기에 나타내는 외관 관찰의 측정을 행하고, 내산성, 내알칼리성에 대해서는 하기의 순수 유량의 측정으로 행하였다.
(외관 관찰)
침지 후의 평막 엘리먼트를 수세한 후, 내산성, 내알칼리성은 육안으로, 내산화제성은 주사형전자현미경(SEM:1000배)으로 관찰을 행하여 여과막의 내약품성 평가를 행하였다. 여과막에 변화가 보이지 않은 것을 「○」, 파단, 균열 등의 발생이 인지되어 여과막에 손상이 보인 것을 「×」로 했다. 결과를 표1 에 나타낸다.
실시예 비교예
내산성(H2SO4) 50℃, 10일간 pH1 ○ ○
pH4 ○ ○
내알칼리성 (NaOH) 50℃, 10일간 pH11 ○ ○
pH14 (4 질량%) ○ ×(적색으로 변색하여 파단)
내산화제성 50℃, 10일간 0.5% ○ ○
2% ○ ○
5% ○ ×(균열 발생)
10% ○ ×(균열 발생)
(순수 유량)
산성, 알칼리성의 각 수용액에 침지 후의 평막 엘리먼트를 각각 수세한 후, 여과막을 잘라내어 각 여과막에 대하여 순수 유량을 측정했다. 또한, 순수 유량의 측정은 샘플 사이즈 Φ47mm의 원형 펀칭된 제품으로 하고, 측정압(흡인 압력) 95kPa로 행하였다. 결과를 도6 에 나타낸다.
표1 에 나타내는 바와 같이, PVDF 수지제의 여과막을 구비한 비교예의 평막 엘리먼트는 pH14에서는 적색으로 변색하여 여과막에 파단이 생겨, 내알칼리성이 부족했다. 또한, 유효 염소 농도 5% 이상의 차아염소산나트륨 수용액의 침지에서는 여과막에 균열이 생겨, 내산화제성도 부족했다. 또한, 도6 에 나타내는 바와 같이, pH14에서의 알칼리 처리 후의 여과막은 핀홀(pinhole)이 생겨, 순수 유량이 급격히 증가하여, 측정 불능이었다.
이에 대하여, 연신 PTFE 다공질막을 여과막으로서 구비한 실시예의 평막 엘리먼트는, 내산성, 내알칼리성, 내산화제성의 어느 평가에 있어서도 외관상 손상이 보이지 않고, 산성·알칼리성의 수용액의 침지후에 있어서도 순수 유량이 크게 저하 또는 상승하지 않아 여과 성능을 유지할 수 있었다.
이와 같이, 연신 PTFE 다공질막을 구비한 본 발명의 평막 엘리먼트는 종래의 평막 엘리먼트에 비하여 매우 내약품성이 우수하고, 약품 처리 후도 여과 성능을 유지할 수 있었다.
도7 에 제1 실시 형태의 제1 변형예의 여과용의 평막 엘리먼트를 나타낸다.
제1 변형예는 여과막(11A, 11B)의 구성이 제1 실시 형태와 다르다.
제1 변형예에서는, 도7 에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태의 여과막(11A, 11B)의 연신 PTFE 다공질막(15)측에 치밀한 여과층이 되는 치밀층(90)을 형성하여, 당해 치밀층(90)측을 피처리액측에 배치시키는 구성으로 하고 있다.
치밀층(90)은 PTFE를 90%, PTFE와 동일한 내약품성, 내열성을 갖는 PFA 10%의 미립자를 분산한 용액을 상기 연신 PTFE 다공질막(15)에 도포 후 소결하고, 연신하여 미세구멍을 형성하고 있다. 치밀층(90)의 평균 공경은 0.01∼0.05㎛, 평균 막두께를 0.5∼10㎛로 하고 있어, 상기 연신 PTFE 다공질막(15)보다도 미소한 공경을 갖는다. 그 때문에, 입자경 0.05㎛ 이상의 미소한 입자를 90% 이상 제거할 수 있어, 우수한 여과 성능을 발현할 수 있다. 또한, 치밀층(90)측을 피처리액측에 배치시키고 있기 때문에, 고액 분리 처리의 초기 단계 후의 정상 상태에 있어서, 분리하는 고체 입자가 여과막(11A, 11B)의 구멍 내에 불가역적으로 포착되는 일이 없어 제1 실시 형태의 여과막보다 더욱 막힘을 방지할 수 있다.
도8 에 제1 실시 형태의 제2 변형예의 여과용의 평막 엘리먼트의 단면 모식도를 나타낸다.
제2 변형예는 서포트판을 PFA제의 네트(22)로 구성하고 있는 점과 외주 프레임(13)을 PFA 수지 피복된 스테인리스강으로 형성하고 있는 점에서, 제1 실시 형태와 다르다.
여과막(11A, 11B)과 네트(22)는, 연신 PTFE 다공질막으로 이루어지는 융점이 높은 여과막(11A, 11B)측으로부터 300∼500℃의 온도로 가열하고, 당해 여과막을 통하여 전해진 열에 의해 네트(22)의 표면을 일부 용융시킨 후, 냉각 고화시켜 서로 열고착하고 있다. 네트(22)를 구성하는 PFA 파이버(fiber;22a)는, 용융하여 연신 PTFE 다공질막(15)의 세공에 일부 들어가 얽혀 냉각되기 때문에, 여과막(11A, 11B)과 네트(22)를 확실히 고착시킬 수 있다. 그러나, 네트(22)가 용융한 파이버(22a)는 여과막 중, 공경이 큰 PTFE 다공질 시트(16)의 구멍의 일부에 침입하지만, 공경이 작은 연신 PTFE 다공질막(15)까지는 도달하지 않기 때문에, 여과 성능을 저하시키는 일 없이 네트(22)와 여과막(11A, 11B)을 일체화시킬 수 있다. 본 구성으로서도 네트(22)가 외주 프레임(13)과 함께 처리액의 유로를 확보하면서 여과막(11A, 11B)을 안정되게 지지할 수 있다.
또한, 본 변형예에 있어서도 여과막(11A, 11B)과 외주 프레임(13)은 열융착하고 있지만, 각각의 재료의 융점이 높기 때문에, 열 시일 온도도 당해 재료의 융점 이상의 고온으로 하고 있다.
도9 에 제1 실시 형태의 제3 변형예의 여과용의 평막 엘리먼트를 나타낸다.
제3 변형예에서는, 제1 실시 형태의 서포트판(12) 대신에 강성이 있는 폴리에틸렌 피복 금속 메시(32)를 사용하고 있다. 폴리에틸렌 피복 금속 메시(32)는 미리 표면 처리를 시행한 스테인리스강 메시를 용융한 폴리에틸렌 수지에 함침(含浸)하여 형성하고 있다.
폴리에틸렌 피복 금속 메시(32)는, 도2 의 서포트판(12)과 동일하게 외주 프레임(도시하지 않음)에 끼워맞추고, 열융착하여 외주 프레임과 일체화시키고 있다.
본 변형예에 있어서, 여과막(11A, 11B)과 폴리에틸렌 피복 금속 메시(32)의 사이에는 부직포(18A, 18B)를 개재시키고, 당해 부직포(18A, 18B)도 외주 프레임(도시하지 않음)의 개구부에 끼워맞춘 후, 여과막(11A, 11B)을 외주 프레임과 열 시일하고 있다.
본 구성으로서도, 폴리에틸렌 피복 금속 메시(32)와 부직포(18A, 18B)가 여과막(11A, 11B)을 안정되게 지지하면서 처리액의 통로를 확보할 수 있다. 부직포(18A, 18B)는 여과막(11A, 11B)과 폴리에틸렌 피복 금속 메시(32)와의 사이의 쿠션재가 되기 때문에, 여과막(11A, 11B)을 부드럽게 지지할 수 있다.
또한, 본 변형예에서는 부직포(18A, 18B)는 여과막(11A, 11B) 및 폴리에틸렌 피복 금속 메시(32)와 고착하지 않는 구성으로 하고 있지만, 어느 하나와, 또는 양방과 고착하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 처리수의 이동을 더욱 원활하게 하기 위해, 도9(B) 와 같이, 여과막(11A), 부직포(18A, 18B), 여과막(11B)의 사이에 2매의 폴리에틸렌 피복 금속 메시(32A, 32B)를 적당한 간격을 두고 형성해도 좋다.
도10 에 제1 실시 형태의 제4 변형예의 여과용의 평막 엘리먼트를 나타낸다.
본 변형예에서는 서포트재로서 폴리프로필렌제의 강성을 갖는 V자 굴곡부가 연속된 플리츠상 서포트판(pleated supporter plate; 42)을 이용하고, 제1 실시 형태와 동일하게 당해 플리츠형 서포트판(42)의 외주 테두리는 외주 프레임(13)의 개구 부분에 끼워맞춰, 열융착 또는 접착제로 접착하고 있다. 또한, 여과막으로서는 공경이 큰 연신 PTFE 시트측에 두께 0.05∼5mm의 얇은 폴리프로필렌제 부직포(도시하지 않음)를 라미네이트한 여과막(21A, 21B)을 이용하고 있다. 당해 여과막(21A, 21B)의 부직포와 플리츠형 서포트판(42)의 산(山)부분(42a)을 열융착하고 있다. 여과막(21A, 21B)의 외주 테두리는 외주 프레임(13)에 열융착하여, 외주를 밀봉하고 있다.
본 구성으로서도 플리츠형 서포트판(42)이 처리액 취출구(14)까지의 유로를 확보할 수 있다.
도11 에 제2 실시 형태의 여과용의 평막 엘리먼트(10-2)를 나타낸다.
평막 엘리먼트(10-2)는 대향 배치되는 직사각형의 평막 형상의 여과막(31A, 31B)과, 당해 여과막(31A, 31B)의 사이를 상기 처리액 유로용의 공간을 확보하여 지지하는 폴리프로필렌제의 빗형 서포트판(52)을 구비하고, 상기 여과막(31A, 31B)과 빗형 서포트판(52)의 외주 테두리는 폴리에틸렌수지제의 외주 프레임(13) 내에 매설하여 처리액의 유로가 되는 공간을 두고 있다.
외주 프레임(13)의 상면에는 처리액 취출구(14)를 형성하고 있고, 당해 처리액 취출구(14) 이외의 외주 테두리는 외주 프레임(13)에 의해 밀봉하고 있다.
또한, 여과막(31A, 31B)은 연신 PTFE 다공질막의 단층으로 하고, 빗형 서포트판(52)과 여과막(31A, 31B)의 사이에 각각, 폴리프로필렌 섬유로 이루어지는 부직포(18A, 18B)를 개재시키고 있다. 도11(C) 에 나타내는 바와 같이, 빗형 서포트판(52)의 양 표면에는 부직포(18A, 18B)를 열용착하여 일체화시키고 있다. 본 구성으로서도, 도11(A) 에 나타내는 화살표와 같이, 빗형 서포트판(52)이 처리액 취출구(14)까지의 유로를 확보할 수 있다.
다른 구성 및 작용 효과는 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도12(A), (B) 에, 제3 실시 형태의 여과용의 평막 엘리먼트(20)를 나타낸다.
제3 실시 형태의 평막 엘리먼트(20)는, 가로가 긴 직사각 형상으로 하고 있고, 가로 방향으로 배치한 제1 실시 형태와 동일한 서포트판(12)에 1매의 평막 시트로 이루어지는 여과막(11)를 감은 후, 감기 시작한 측과 다 감은 측과는 평막 엘리먼트(20)의 상부에서 열 시일하고, 시일부(19)에서 밀봉하여 통 형상으로 하고 있다. 또한, 여과막(11)의 좌우 양측 개구에는, 동일하게 열 시일, 접착 등으로 양측 프레임(23)을 부착하고, 처리액 취출구(14A, 14B)를 내고서 밀봉하고 있다. 프레임(23)의 재질이 폴리올레핀 수지, 열용융성 불소 수지의 경우는 열 시일, 프레임(23)의 재질이 ABS 수지 등의 경우는 우레탄 수지, 에폭시 수지 등으로 접착 시일하고 있다.
본 실시 형태와 같이 프레임을 양측에 형성해도 서포트판(12)이 평면 형상의 형상 유지력을 갖고 있기 때문에, 여과막(11)을 평면 형상으로 지지할 수 있다.
다른 구성 및 작용 효과는 제1 실시 형태와 동일하기 때문에 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도13(A), (B) 에 제4 실시 형태의 여과용의 평막 엘리먼트(30)를 나타낸다.
제4 실시 형태에서는 도13(A) 에 나타내는 바와 같이, 직사각 형상의 2매의 여과막(11A, 11B)을 대향 배치하여 당해 여과막의 좌우 양측 테두리(11a, 11b) 및 바닥측 테두리(11c)를 열 시일하여 밀봉하고, 자루 형상 여과막(50)을 형성하고 있다. 다음으로, 상기 자루 형상 여과막(50)을 제1 실시 형태와 동일한 서포트판(12)에 씌우고 있다. 외주의 시일부(51)는 서포트판(12)의 외주에 고정되어 있지 않다.
열 시일하고 있지 않은 상단 개구(11d)는 개구 상태에서 처리액 취출구(14)를 형성한 프레임(33)에 밀봉하고 있다. 밀봉 방법으로서는 프레임(33)의 재질이 폴리올레핀 수지나 열용융성 불소 수지의 경우는 열 시일, ABS 수지 등의 경우는 우레탄 수지, 에폭시 수지 등에 의한 접착이 바람직하다.
본 구성으로서도 서포트판(12)이 평면 형상으로 형상 유지력을 갖기 때문에, 당해 서포트판(12)에 의해 자루 형상 여과막(50)을 평면 형상으로 지지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 외주의 시일부를 서포트판(12)에 고정하고 있지 않지만, 고정하는 구성으로 해도 좋다.
다른 구성 및 작용 효과는 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도14(A), (B) 에 평막 여과 모듈의 제2 실시 형태를 나타낸다.
제2 실시 형태의 평막 여과 모듈(60)은 상기 도13 에 나타내는 프레임(33) 대신에, 복수의 자루 형상 여과막(50)의 상단 개구(11d)를 수지로 몰드하고, 위치 결정 고정하여 성형한 고정 부재(43)를 형성하여, 평막 여과 모듈(60)로 하고 있다.
고정 부재(43)는 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지 등의 열용융성 플라스틱 소재에 도14(B) 에 나타내는 바와 같은 자루 형상 여과막(50)의 상단 개구(11d)의 형상에 맞춘 홈(43a)을 형성하고, 당해 홈(43a)에 상단 개구(11d)를 넣어 그대로 열용융시켜 제작하고 있다. 고정 부재(43)로 유지한 상태에서 상기 자루 형상 여과막(50)의 상단 개구(11d)는 집수 헤더(44)의 내부에 연통시키고, 당해 집수 헤더(44)를 집수관(45)에 연통하고 있다.
본 구성으로 하면, 1개의 고정 부재로 복수의 평막 엘리먼트의 개구를 밀봉할 수 있기 때문에, 용이하게 평막 여과 모듈을 제작할 수 있다. 이 평막 여과 모듈은 침지형이라도 좋고, 가압 용기 내에 설치하여 외압 여과 모듈로서도 사용할 수 있다.
도15(A)∼(C) 및 도16(A), (B) 에 제3 실시 형태의 평막 여과 모듈(70)을 나타낸다.
본 실시 형태의 평막 여과 모듈(70)은 도16(A) 에 나타내는 네트재(71)를 서포트재로서 이용하고, 도15 에 나타내는 바와 같이, 복수의 평막 엘리먼트(10)를 고정 부재(43, 75)에 수지로 몰드 고정하는 구성으로 하고 있다.
네트재(71)는 처리액 취출구측이 되는 상부측을 향하여 평행 배열된 복수의 선 형상 수지(72)가, 당해 선 형상 수지(72)보다도 가는 선 형상 수지(73)로 횡단·연결되어 있는 것을 이용하고 있다.
선 형상 수지(72)의 직경은 0.7∼5.0mm인 한편, 당해 선 형상 수지(72)를 연결하는 선 형상 수지(73)의 직경은 당해 선 형상 수지(72)보다도 가늘어 0.3∼2.0mm이다.
네트재(71)로서 시판품을 이용하는 경우, Naltex사 제조의 압출 네트「Naltex(등록 상표)」의 N04911/05_45PP, N06006/06_45PP-NAT를 이용하고 있다.
평막 여과 모듈(70)에서는 연신 PTFE 다공질막(15)으로 이루어지는 단층 구성의 여과막(31A, 31B)의 사이에 네트재(71)를 끼운 상태에서 그 좌우 양측 테두리(31a, 31b)를 열 시일하고 밀봉하여, 통 형상 여과막(77)을 형성하고 있다.
통 형상 여과막(77)의 열 시일하고 있지 않은 하단 개구(77a)는 수지(74)로 몰드하여 고정 부재(75)로 밀봉하고 있다. 마찬가지로 열 시일하고 있지 않은 상단 개구(77b)는 상기 제5 실시 형태와 동일하게 상단 개구(77b)의 형상에 맞춘 홈에 넣고, 그대로 열용융시켜 제작하여 상단 개구(77b)의 내부를 집수 헤더(44)의 내부에 연통시켜 당해 집수 헤더(44)를 집수관(45)에 연통하고 있다.
또한, 하단에 고정 부재(75)에는 평막 엘리먼트 사이에는 관통 구멍(75a)을 형성하는 한편, 고정 부재(75)의 하방에 산기관(6)을 배관하여, 산기관(6)의 상면에 형성한 분사구(6a)로부터 분출하는 공기를 관통 구멍(75a)을 통과시켜 평막 엘리먼트(10)의 사이에 도입하고 있다. 상기 관통 구멍(75a)의 폭은 2mm 이상 30mm 이하가 바람직하며, 특히 5mm 내지 15mm가 특히 바람직하다.
산기관(6)의 분사 구멍(6a)으로부터 가압 공기를 분사하여 발생한 기포(7)를 평막 엘리먼트(10)의 외표면에 접촉시키면서 축선 방향으로 상승시켜 평막 엘리먼트(10)의 표면에 부착 퇴적하는 현탁 성분을 강력히 박리 제거하고 있다. 이와 같이, 막분리 활성오니 처리에 의해 막 여과를 안정되게 계속시킬 수 있다. 당해 에어 버블링은 향상 행하여도 좋고, 정기적으로 행하여도 좋다.
본 구성으로 하면, 도15(B) 에 나타내는 바와 같이, 여과막(31A)과 네트재(71)의 선 형상 수지(72)와의 사이에 공간(76)이 형성되기 때문에, 당해 공간(76)을 통하여 처리액 취출구 방향으로 처리액을 확실히 유도할 수 있다. 그 결과로서 처리 유량이 비약적으로 향상하기 때문에, 도16(A) 에 나타내는 바와 같은 얇은 네트재로 이루어지는 서포트재를 이용할 수 있다. 따라서, 동일 체적당 대면적의 평막 엘리먼트를 배치할 수 있어 큰 유효 여과막 면적을 확보할 수 있다.
상기 통 형상 여과막(77)은, 예를 들면, 도17(A)∼(C) 에 나타내는 구성으로 해도 좋다.
도17(A) 는, 여과막(31A, 31B)의 좌우 양단 테두리의 밀봉를 열 시일이 아닌, 좌우 양단 테두리의 사이에 필름 또는 미립자로 이루어지는 바인더 수지(76)를 개재시켜, 당해 바인더 수지(76)를 용융시킴으로써 행하고 있다.
이 바인더 수지(76)로서는 연신 PTFE 다공질막(15)의 융점 동등 이하의 융점을 갖는 PFA 수지, 또는 폴리프로필렌 수지를 이용하고 있다.
도17(B) 는 대향하는 여과막(31A, 31B)의 내측에 당해 여과막(31A, 31B)과 동 사이즈의 폴리프로필렌제 부직포(18A, 18B)를 각각 개재시킨 상태로 하고, 열 시일하여 부직포(18A, 18B)를 용융시켜 좌우 양측 테두리를 밀봉하고 있다. 본 구성으로 하면, 부직포(18A, 18B)에 의해 여과막(31A, 31B)을 네트재(71)로부터 보호할 수 있다.
도17(C) 는 제1 실시 형태에서 이용한 2층 구조의 여과막(11A, 11B)에 부직포(18A, 18B)를 라미네이트한 적층체를 미리 제작해 두고, 당해 적층체에 네트(71)를 끼운 후, 좌우 양측 테두리를 열 시일하여 부직포(18A, 18B)를 용융시켜 밀봉하고 있다.
도18(A), (B) 에 제4 실시 형태의 평막 여과 모듈(70-2)을 나타낸다.
본 실시 형태의 평막 여과 모듈(70-2)은, 여과막(31A, 31B)의 외측에도 네트재(71)를 배치시키고 있는 점에서 제3 실시 형태와 상위하다.
여과막(31A, 31B)을 끼우도록 네트재(71)를 배치함으로써, 여과막(31A, 31B)의 휨을 규제할 수 있다. 특히 역세정을 행한 경우에도 네트재(71)로 여과막(31A, 31B)을 지지할 수 있기 때문에, 여과막(31A, 31B)에 걸리는 부하를 줄일 수 있다.
도19(A), (B) 에, 제5 실시 형태의 평막 여과 모듈(70-3)을 나타낸다.
본 실시 형태에서는 고정 부재(75)의 평막 엘리먼트(10)의 사이에 관통 구멍을 형성하는 대신에, 고정 부재(75)에 관통 구멍을 형성하지 않는 상태에서 90도 회전시켜, 평막 엘리먼트(10)를 배치하고, 양단의 고정 부재(75, 43)를 좌우 양단에 배치하고 있다. 이 고정 부재(75, 43)에 각각 집수캡(91, 92)을 부착하여 투과액의 집수관(81A, 81B)을 연결하여, 양단으로부터 집수하고 있다.
또한, 고정 부재(75)측에는 집수관을 연결하지 않고, 고정 부재(43)측에만 집수관을 연결하여, 일단측으로부터만 집수해도 좋다.
상기와 같이, 평막 엘리먼트(10)를 수평 배치하면, 고정 부재(75)에 관통 구멍을 형성하지 않아도, 하방에 배치하는 배기관(6)으로부터 분사하는 에어에 따른 버블링을 평막 엘리먼트(10)의 사이에 도입할 수 있다.
도20(A), (B) 에, 제6 실시 형태의 평막 여과 모듈(70-4)을 나타낸다.
본 실시 형태에서는 수직 방향으로 배치하는 평막 엘리먼트(10)의 상하 양단의 고정 부재(43, 75)로 고정하여 각 고정 부재(43, 75)에 집수캡(91, 92)에 부착함과 아울러, 외측 케이싱(93) 내에 액밀(liquid-tight)적으로 고정하고 있다. 당해 외측 케이싱(93)의 대향 위치에 원수(raw water)(피처리수) 유입구(93a)를 형성함과 함께 원수 유출구(93b)를 형성하고 있다.
상기 원수 유입구(93a)와 원수 유출구(93b)에 연통시킨 순환 배관(95)을 형성하여, 순환 배관(95)에 원수 탱크(96)과 펌프(97)를 개재형성하고 있다.
상기 집수캡(91, 92)에는 집수관(81A, 81B)을 접속하고 있다.
상기 구성으로서, 평막 엘리먼트(10)의 사이를 통과시켜 원수를 펌프(97)의 토출압을 걸어 순환시키면 당해 원수의 순환하는 액류에 의해 평막 엘리먼트(10)를 흔들리게 할 수 있어 산기관으로부터 분사하는 버블링과 동일한 기능을 갖게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태 및 실시예에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위와 균등한 범위 내의 변경이 포함된다.

Claims (13)

  1. 현탁 성분을 포함하는 피처리액 중에 침지(immersion)하여 고액 분리 처리를 행하는 여과용 평막 엘리먼트로서,
    처리액 유로용의 공간을 두고 대향 배치되는 시트 형상의 여과막과,
    상기 처리액 유로용의 공간을 확보하는 서포트부와,
    상기 대향 배치되는 여과막의 외주 테두리를 적어도 1개의 처리액 취출구를 형성하여 밀봉하는 외주 밀봉부를 구비하고,
    상기 여과막은, 적어도 연신 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 다공질막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 여과용 평막 엘리먼트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여과막을 구성하는 연신 PTFE 다공질막은, 평균 공경(pore diameter)이 0.01∼5.0㎛, 구멍을 둘러싸는 섬유 형상 골격의 평균 최대 길이가 30㎛ 이하, 평균 막두께가 200㎛ 이하인 여과용 평막 엘리먼트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 여과막은, 연신 PTFE 다공질막만으로 이루어지는 단층 또는, 상기 연신 PTFE 다공질막의 외표면에 PTFE, PFA, FEP로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 불소 수지로 형성됨과 아울러 상기 연신 PTFE층의 구멍보다 미세한 구멍을 갖는 치밀층을 형성한 복수층으로 이루어지는 여과용 평막 엘리먼트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여과막은, 대향 배치하는 2매의 여과막, 또는 둘로 접어 대향시킨 1매의 여과막으로 이루어지는 여과용 평막 엘리먼트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서포트부는, 부직포, 구멍뚫린 시트, V자 굴곡부를 연속시킨 플리츠 상의 가공재(pleated material), 처리액 취출구측을 향하여 평행 배열된 복수의 선 형상부(linear portion)가 횡단하여 연결되어 있는 형상의 네트재, 상기 처리액 취출구측에 연통한 복수의 유로용 개구를 형성한 가공판으로부터 선택된 1종 이상의 서포트재로 형성되며, 또한,
    상기 서포트재는, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 불소 수지, 폴리올레핀계 수지, 불소 수지가 피복된 금속재로부터 선택된 어느 1종 이상으로 형성되어 있는 여과용 평막 엘리먼트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 1매 또는 복수매의 서포트재를 상기 대향 배치하는 여과막의 공간에 면하는 내면간에 개재하고, 상기 양측의 여과막의 내면과 상기 서포트재의 적어도 한쪽의 면의 일부 또는 전면(全面)을 고정하여 일체화된 적층체로 하고 있는 여과용 평막 엘리먼트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외주 밀봉부는 상기 대향 배치하는 여과막의 외주 테두리를 가압 가열 또는 레이저로 시일하여 형성하고, 상기 여과막을 상기 평면 형상의 형상 유지력을 갖는 서포트재에 씌우고 있는 여과용 평막 엘리먼트.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외주 밀봉부는 외주 프레임으로 형성하고, 상기 외주 프레임에 상기 여과막의 외주 테두리가 상기 공간을 비운 상태에서 고착되어 있는 여과용 평막 엘리먼트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외주 프레임은, 폴리올레핀계 수지 또는 불소 수지로 이루어지는 수지재로 이루어지거나, 상기 외주 프레임의 표면이 상기 폴리올레핀계 수지 또는 불소 수지로 피복되어 있는 금속재로 이루어지는 여과용 평막 엘리먼트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 여과용 평막 엘리먼트를 공간을 두고 배치하여 일체적으로 조립하여 이루어지며, 외압 여과용 또는 침지형 외압 흡인 여과용으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 평막 여과 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 상기 여과용 평막 엘리먼트를 병설함과 아울러, 그 상방에 공통 처리액 집수관을 배치하고, 상기 병설한 각 여과용 평막 엘리먼트의 상면에 형성한 상기 처리액 취출구에 상기 공통 처리액 집수관으로부터 분기하는 분기관의 선단(先端)을 연결하여, 상기 병설하는 여과용 평막 엘리먼트를 매달아 지지하고 있는 평막 여과 모듈.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    활성오니를 포함하는 배수로 이루어지는 피처리액의 저류조에 침지되는 것인 평막 여과 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피처리액의 MLSS(혼합액 현탁 부유 물질)는 5,000∼20,000mg/L인 평막 여과 모듈.
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