KR20110011709A - 여과 요소, 이를 제조하는 방법, 및 수 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 여과 요소, 이의 제조 방법, 및 수 처리 장치에 관한 것으로, 상기 여과 요소는 표면 상에 유기재료 층(3)을 갖는 수 투과성 지지체(1) 및 유기재료 층(3)의 표면을 덮어 유기재료 층(3)과 결합하는 유기질 여과 막(2)을 포함한다. 유기질 여과 막(2)의 공극 크기는 0.0015-20μm이다. 상기 방법은 수 투과성 지지체(1)의 표면에 유기재료 층을 형성하고; 유기질 여과 막(2) 재료를 유기 용매에 용해시켜 1-10%의 필름화 액체를 제조하고; 그리고 이어서 수 투과성 지지체(1)를 상기 필름화 액체로 코팅하여 유기재료 층(3) 상에 유기질 여과 막(2)을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

여과 요소, 이를 제조하는 방법, 및 수 처리 장치{Filtering element and method for making the same and water treating devide}
본 발명은 여과 요소 및 이를 제조하는 방법, 보다 구체적으로 폐수 처리에 사용되는 유기질 막 생물반응기의 여과 요소 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
막 생물반응기는 생물학적 반응 탱크 및 막 분리 유니트를 포함하고, 처리수의 질이 양호하고, 처리수를 재순환할 수 있으며; 상대적으로 작은 공간이 필요하면서 환경 적응성이 높으며; 고도로 자동화되고, 그리고 작동이 용이하다는 것을 특징으로 한다. 막 생물반응기의 적용이 지속적으로 개발되고 있고, 10,000t 및 100,000t의 용량을 갖는 시의 폐수 처리 프로젝트가 구축되어 왔고, 막 생물반응기의 수가 지속적으로 증가하고, 그리고 수천 개의 막 생물반응기 프로젝트가 세계적으로 여러 나라와 지역에서 시행되어 왔다.
막 분리 유니트에 사용되는 막 재료는 유기질 막 및 무기질 막으로 나누어질 수 있다. 무기질 막은 주로 금속성 막, 합금 막, 헤이다이트(haydite) 막, 유리 막, 제올라이트 막, 및 분자체 막 등을 포함한다. 무기질 막은 높은 화학적 안정성, 산/염기 저항성, 유기 용매 저항성; 높은 기계적 강도, 긴 수명; 다시 세정될 수 있는 능력; 높은 항균력을 가지고 미생물과 반응하지 않는 점; 높은 열적 안정성; 공극 크기 분포가 좁고 분리 효율이 높다는 점 등의 많은 장점을 갖는다. 현재, 상업화된 무기질 막은 주로 플레이트, 튜브, 또는 다중-채널 형태인 헤이다이트 막이다. 그러나, 무기질 헤이다이트 막의 공정은 다소 복잡하고, 가공하기 어려워서 가격이 높으며 비용은 약 4,000~10,000 위안(RMB)/㎡ 정도이고, 또한, 무기질 헤이다이트 막의 여과 동안, 비교적 높은 순환 흐름이 생물학적 유니트와 막 유니트 사이에 요구되는데, 이는 비교적 높은 전력을 갖는 순환 펌프를 필요로 하여, 그 결과 무기질 헤이다이트 막의 작동 비용이 상대적으로 높아진다. 따라서, 이의 적용은 주로 오일-물 분리 또는 특정 화학 원료의 회수, 예를 들면 티탄 산화물 분말의 회수, 석유화학 폐수 처리 동안 침전된 중금속의 제거, 및 라텍스 폐수에서 나온 라텍스의 회수 등으로 제한된다. 막 생물반응기에 헤이다이트 막의 적용은 여전히 실험실 연구 중이며, 분리막의 전 세계적 판매는 2004년까지 100억 달러(USD)를 넘었지만, 무기질 막의 시장점유율은 단지 12%에 불과하였다.
많은 공지된 막 생물반응기는 유기질 막을 사용하고, 유기질 막 생물반응기의 관련 정보는 다음 참고문헌에서 논의되었다(Gao Dalin, PALL Comparison of different membrane techniques. Tsing Hua University: Seminar of membrane techniques in water treatment, 2005: 228; The Purification Company (Norit). X-low recycling of wastewater, Tsing Hua University, China: International symposium of membrane technologies for water and wastewater treatment, 2005: 195; Zheng Xiang et. al. Technical and Economic Analysis of membrane bioreactor, water supply and sewerage, 28(3), 2002: 105~108). 막 생물반응기는 일반적으로 직물이나 섬유 튜브 상에 유기질 여과 막 재료를 코팅하여 제조되는데, 여기서 유기질 막은 통상 석유화학 재료 또는 플라스틱으로부터 제조되지만, 직물이나 섬유 튜브의 강도는 비교적 약하므로 유기 막 생물반응기의 강도가 낮고, 막은 파손될 수 있고, 특히 막 섬유의 파손은 속이 비어있는(hollow) 섬유 막 상에 일어나기 쉬우며, 때로는 막 섬유의 파손이 설치 후 몇 개월 내에 관찰되기도 한다. 일단 막이 파손되면, 처리수의 질이 나빠진다. 막의 질이 처리 효율에 영향을 줄 때, 막 요소가 교체되어야 하고, 이 경우, 폐수 처리 시스템의 작동이 정지되어야 하여, 작업 부담과 교체 비용이 높고, 특히 상대적으로 큰 규모의 막 생물반응기의 경우는, 막의 교체가 더욱 복잡하고, 영향의 충격이 더 심하다. 유기질 막이 석유화학 제품으로부터 제조된다는 사실 때문에, 막의 교체는 다량의 비-재생 석유의 소비를 의미하고, 석유 부족이 더 심해지기 때문에, 이 문제는 보다 더 심각해질 것이다. 또한, 교체된 폐기물 막 부분은 처리가 어렵고, 생겨난 유기 공업 폐기물은 이차 환경 오염 및 새로운 환경적 부담을 초래한다. 유기질 여과 막의 우발적인 피해는 예방된다 하더라도, 막 생물반응기 적용의 개발과 함께, 특히 대규모 시 차원의 폐수 처리 프로젝트의 적용 개발과 함께, 정기적 그리고 주기적 막 교체에 포함되는 경제적이고 환경적인 문제들은 거대해져서, 문제는 더욱 심각해진다. 따라서, 유기질 막 생물반응기의 낮은 막 강도와 짧은 수명은 막 생물반응기의 적용 및 대규모 생산을 방지하는 주된 억제 요인 및 기술적 어려움이 되어 왔다.
본 발명은 현재의 폐수 처리에 포함되는 문제점들, 예를 들어 유기질 막의 강도가 낮은 점, 수명이 짧은 점, 무기질 막의 생산 비용이 높은 점, 및 작동 에너지 소비가 높은 점과 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 여과 요소, 이의 제조방법, 및 상기 여과 요소를 포함하는 수 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 수 투과성 지지체 및 유기질 여과 막을 포함하는 여과 요소를 제공하는데, 상기 수 투과성 지지체가 그 표면 상에 유기재료 층을 가지고, 상기 유기질 여과 막은 상기 유기재료 층 표면 상에 코팅되어 유기재료 층과 결합되고, 그리고 유기질 여과 막이 0.0015㎛~20㎛의 공극(pore) 크기를 가지는 것이다.
수 투과성 지지체는 응집제 및 응집제 상에 코팅된 점착제를 함유할 수 있는데, 상기 응집제는 석영 모래, 헤이다이트, 또는 유리 마이크로스피어일 수 있다.
점착제는 유기 점착제일 수 있고, 그리고 상기 유기 점착제는 수 투과성 지지체 표면 상에 유기재료 층을 형성하고; 또는 상기 점착제는 무기 점착제일 수 있고, 유기재료가 유기재료 층을 형성하기 위하여 수 투과성 지지체의 표면 상에 코팅될 수 있으며; 또는 수 투과성 지지체는 서로 점착되는 두 층을 가질 수 있는데, 여기서 한 층의 점착제는 무기 점착제일 수 있고, 다른 층의 점착제는 유기 점착제일 수 있으며, 그리고 유기 점착제는 수 투과성 표면 상에 유기재료 층을 형성한다.
유기질 여과 막의 주된 성분은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에테르술폰, 셀룰로오스 아세테이트, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리비닐 알코올, 및 폴리아크릴로니트릴 중 하나 이상일 수 있는 유기질 여과 막 재료일 수 있다.
유기질 여과 막 재료는 수산기, 락탐 또는 술폰일 수 있는 친수성 기를 가질 수 있다.
유기재료 층은 유기질 여과 막 재료를 유기 용매와 혼합하여 1%~10% 유기질 여과 막 용액을 형성하고, 수 투과성 지지체 상에 상기 용액을 코팅하여 제조될 수 있다.
수 투과성 지지체는 내부의 공동(cavity) 및 상부의 출구를 가지고, 상기 공동은 상기 출구와 연결된다.
공동의 수는 하나일 수 있고, 지지점이 수 투과성 지지체의 강도를 강화하기 위하여 공동 내에 제공될 수 있다.
공동의 수는 하나 보다 많을 수 있고, 상기 공동은 원통형이고, 수 투과성 지지체를 따라 평행하게 배열될 수 있으며, 간격 벽이 수 투과성 지지체의 강도를 증가시키기 위하여 두 개의 인접한 공동 사이마다 제공될 수 있고, 각각의 출구가 각 공동에 대응하는(corresponding) 위치에 배치되거나 공동들이 서로 연결되고 출구와 함께 연결된다.
수 투과성 지지체는 공동의 말단 표면에 대응하는 측벽에 물-수집 공간을 가질 수 있고, 공동은 물-수집 공간에서 서로 연결되거나; 또는 공극들이 인접한 공동들의 간격 벽 상에 배치되고, 상기 공극들은 공동들이 상호 연결될 수 있게 한다.
수 투과성 지지체는 직사각형이거나 입방체일 수 있다. 또는, 수 투과성 지지체는 물결 구조를 가질 수 있고, 물결 구조의 한쪽 면 상의 골이 이 한쪽 면을 마주보는 다른 면 상에 대응되는 피크와 연결되어, 공동이 형성될 수 있게 한다.
유기재료 층은 유기 점착제 층일 수 있고, 유기 점착제는 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지 중 하나 이상인 친수성 수지 점착제일 수 있는데, 여기서 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지의 측쇄는 친수성 카르복실레이트, 술포네이트, 암모늄 염, 수산기를 함유할 수 있거나, 또는 골격은 비-이온성 친수성 세그먼트를 함유한다.
유기 용매는 디메틸 아세트아미드, 포름아미드, 에틸렌 글리콜 또는 에틸렌 글리콜 페닐 에테르일 수 있다.
본 발명은 또한 다음의 단계를 포함하는, 여과 요소의 제조 방법을 제공한다:
수 투과성 지지체의 표면에 유기재료 층을 형성하고; 그리고
유기재료 층의 표면 상에 유기질 여과 막 재료를 코팅하거나 분무하여, 유기재료 층의 표면에 유기질 여과 막을 형성하거나; 또는 유기재료 층의 표면 상에 유기질 여과 막을 도포하는 단계;
상기 유기질 여과 막은 0.0015㎛~20㎛의 공극 크기를 갖는 것임.
수 투과성 지지체는 응집제 및 응집제 상에 코팅된 점착제를 함유할 수 있다. 수 투과성 지지체의 응집제는 석영 모래, 헤이다이트, 또는 유리 마이크로스피어일 수 있다.
점착제는 유기 점착제일 수 있고, 그리고 상기 유기 점착제는 수 투과성 지지체 표면 상에 유기재료 층을 형성하고; 또는 상기 점착제는 무기 점착제일 수 있고, 유기재료가 유기재료 층을 형성하기 위하여 수 투과성 지지체의 표면 상에 코팅될 수 있으며; 또는 수 투과성 지지체는 서로 점착되는 두 층을 가질 수 있는데, 여기서 한 층의 점착제는 무기 점착제일 수 있고, 다른 층의 점착제는 유기 점착제일 수 있으며, 유기 점착제는 수 투과성 지지체의 표면 상에 유기재료 층을 형성한다.
상기 방법은 유기재료 층의 표면 상에 유기질 여과 막 재료를 코팅하거나 분무하기 전, 유기질 여과 막 재료를 유기 용매와 혼합하여 1%~10% 유기질 여과 막 용액을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
수 투과성 지지체는 내부의 공동 및 상부의 출구를 가지고, 상기 공동은 상기 출구와 연결된다.
본 발명은 또한, 상기한 여과 요소를 포함하는 여과 장치를 포함하는 수 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 효과는 다음을 포함한다: 본 발명의 여과 요소 및 수 처리 장치는 현재의 막 생물반응기의 단점, 예를 들어 유기질 막의 강도가 낮은 점, 수명이 상대적으로 짧은 점, 전통적인 무기질 헤이다이트 막이 사용됨으로써 높은 생산 비용, 작동 에너지 소비 및 작동 비용이 발생한다는 점 등을 해결하고 극복하며, 본 발명에 따르면, 막 생물반응기의 막은 천연의, 저렴한 환경친화적 재료를 충분히 활용하고, 막 생물반응기의 수명이 상당히 향상되고(기존 논문들에 보고된 유기질 막 생물반응기 중 가장 긴 수명보다 더 길다), 그 결과, 생성된 막 생물반응기는 더 실용적이고 더 쉽게 보급되고 적용될 수 있는 수 처리, 폐수 처리 및 폐수 재순환 기술에 사용될 수 있다.
본 발명은 수 투과율이 높고, 강도가 높으며, 수명이 상대적으로 길고 산-염기 저항성이 있는 점과 같이 다수의 장점을 갖는 여과 요소, 이를 제조하는 방법, 및 수처리 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 여과 요소 막 층을 도시한 것이다;
도 2는 본 발명의 여과 요소의 예를 도시한 것이다;
도 3은 도 2의 여과 요소의 첫 번째 예시적 구조를 도시한 것이다;
도 4는 도 2의 여과 요소의 두 번째 예시적 구조를 도시한 것이다;
도 5는 도 2의 여과 요소의 세 번째 예시적 구조를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 여과 요소의 구조 및 재료는 도면과 관련하여 추가로 설명된다.
도 1은 본 발명의 여과 요소를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 여과 요소는 여과 층 및 라이너(liner)를 포함하고, 여과 층은 유기질 여과 막(2)이고; 라이너는 수 투과성 지지체(1)이고, 수 투과성 지지체(1)는 그 표면에 유기재료 층(3)을 가지며, 유기질 여과 막(2)은 유기재료 층(3)의 표면을 덮고 이와 결합한다. 유기질 여과 막이 유기재료 층과 잘 결합하기 때문에, 유기질 여과 막(2)은 유기재료 층(3)의 도움으로 수 투과성 지지체(1)와 견고하게 결합한다.
유기질 여과 막의 주 성분은 유기질 여과 막 재료이고, 상기 유기질 여과 막 재료는 친수성 재료일 수 있고, 유기질 여과 막 재료는 수산기, 락탐 또는 술폰과 같은 친수성 기를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 유기질 여과 막 재료는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 피롤리돈(PVP), 폴리에테르술폰(PES), 셀룰로오스 아세테이트, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리비닐 알코올, 및 폴리아크릴로니트릴 중 하나 이상일 수 있다. 또한, 유기질 여과 막(2)의 공극 크기는 작고, 미세하며, 균일하고, 유기질 여과 막의 공극 크기는 0.0015㎛~20㎛이다. 수 투과성 지지체(1)의 공극 크기는 50~200㎛이므로, 이에 따라 비가역적 막 오염이 효과적으로 경감될 수 있다.
유기재료 층(3)은 유기 점착제 층일 수 있고, 유기 점착제는 친수성 수지 점착제이고, 상기 친수성 수지 점착제는 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지 중 하나 이상일 수 있고, 이들의 측쇄는 친수성 카르복실레이트, 술포네이트, 암모늄 염, 수산기를 함유할 수 있거나, 또는 골격은 비-이온성 친수성 세그먼트를 함유한다.
유기재료 층(3)은 유기질 여과 막 재료를 유기 용매와 혼합하여 1%~10% 유기질 여과 막 용액을 형성하고, 수 투과성 지지체(1) 표면 상의 유기재료 층(3)이 유기질 여과 막(2)으로 덮일 정도로 수 투과성 지지체(1) 상에 상기 용액을 코팅하거나 분무하여 제조될 수 있거나; 또는 상기 유기질 여과 막(2)은 유기재료 층(3) 표면 상에 유기질 여과 막을 직접 코팅하여 제조될 수 있다. 여기서, 유기 용매는 디메틸 아세트아미드(DMAC), 포름아미드, 에틸렌 글리콜 또는 2-페녹시에탄올일 수 있다.
또한, 수 투과성 지지체는 응집제 및 상기 응집제를 덮는 점착제를 포함한다. 상기 응집제는 석영 모래, 헤이다이트, 또는 유리 마이크로스피어일 수 있다.
또한, 점착제는 유기 점착제일 수 있고, 그리고 상기 유기 점착제는 수 투과성 지지체 표면 상에 유기재료 층을 형성하거나; 또는 상기 점착제는 무기 점착제일 수 있고, 유기재료가 유기재료 층을 형성하기 위하여 수 투과성 지지체의 표면 상에 직접 코팅되거나 분무될 수 있거나; 또는 수 투과성 지지체는 서로 점착되는 두 층을 가질 수 있는데, 여기서 한 층의 점착제는 무기 점착제일 수 있고, 다른 층의 점착제는 유기 점착제일 수 있으며, 유기 점착제는 수 투과성 표면 상에 유기재료 층을 형성한다. 여기서, 응집제가 유기 점착제로 덮이고, 유기질 여과 막 재료가 유기 점착제-형성 유기재료 층의 표면 상에 코팅될 때, 수 투과성 지지체의 강도는 현저하게 향상된다.
도 2는 본 발명의 여과 요소의 예를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 여과 요소의 내부 구조를 도시한 것이다. 도 2 및 도 3으로부터, 수 투과성 지지체는 직사각형이거나 입방체이며, 수 투과성 지지체(1)는 공동을 가지며, 상기 공동은 수 투과성 지지체의 강도를 강화하기 위한 지지점(4)을 가지며, 수 투과성 지지체(1)는 출구(5)를 가지고, 공동은 출구와 연결된다는 것을 알 수 있다. 수 투과성 지지체의 표면은 유기재료 층(3)을 함유하고, 유기질 여과 막(2)은 유기재료 층(3)의 표면을 덮어 폐수를 여과하고, 따라서 폐수가 여과 요소의 공동에 들어가기 전 유기질 여과 막(2) 및 수 투과성 지지체(1)를 통과하여, 그 결과 깨끗한 물이 여과 요소의 공동에서 얻어지고, 모든 불순물 및 오염물이 여과 요소의 유기질 여과 막(2)에 의하여 여과되어, 공동 내의 깨끗한 물이 출구(5)에서 방출될 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 수 투과성 지지체(1)는 하나 이상의 공동을 가질 수 있고, 상기 공동은 원통형 구조이며 수 투과성 지지체를 따라 평행하게 배열되고, 간격 벽이 수 투과성 지지체의 강도를 강화하기 위하여 두 개의 인접한 공동 사이마다 존재하고, 또한 벽의 존재는 여과 요소의 강도를 효율적으로 향상시킨다. 여기서, 각 출구는 각 공동에 대응하는 위치 상에 배치되거나, 공동들이 서로 연결되고, 공동들은 출구와 함께 연결되는데, 예를 들면 물-수집 공간이 공동의 말단 표면의 측벽 상에 배치되고(도면에 도시되지 않음), 공동들은 물-수집 공간에서 서로 연결되거나, 공극들이 인접한 공동의 벽에 배치되며(도면에 도시되지 않음), 그리고 공동들은 공극들을 통하여 연결된다. 그 대신, 수 투과성 지지체는 도 5에 도시된 바와 같이 직사각형이거나 입방체일 수 있고, 또는 수 투과성 지지체가 물결 구조를 가지고, 물결 구조의 한쪽 면 상의 골이 이 한쪽 면을 마주보는 다른 면 상의 대응되는 피크와 연결되어, 공동이 형성되고, 도 4에 도시된 바와 같이 공동 사이의 벽들이 형성되고, 또한 물결 구조의 반대 쪽 상의 골과 대응되는 피크 사이의 연결로 인하여, 수 투과성 지지체의 강도가 향상되고, 이러한 식으로, 도 3에 도시된 바와 같이 지지점으로 제공되며, 본 발명의 수 투과성 지지체의 강도가 보다 양호하고, 따라서 여과 요소의 성능이 더 향상된다.
또한, 도면들은 본 발명에 따른 여과 요소의 구조의 예시일 뿐이며, 본 발명의 여과 요소가 특정 구조로 제한되는 것은 아니며, 상기한 구조 외에도, 수 투과성 지지체는 다른 모양에 대한 요구가 충족될 수 있도록 다른 구조, 예를 들면, 구형, 타원형이 될 수 있다.
본 발명에 따른 여과 요소를 제조하는 방법은 다음을 포함한다: 수 투과성 지지체(1)는 점착제의 도움으로 석영 모래, 헤이다이트, 또는 유리 마이크로스피어로부터 형성되고, 그리고 유기재료 층(3)은 상기 단계 동안 수 투과성 지지체(1)의 표면 상에 형성되며, 유기 점착제가 적용되면, 유기 점착제는 수 투과성 지지체의 표면 상에 유기재료 층을 형성하고; 무기 점착제가 적용되면, 유기재료 층이 수 투과성 지지체 표면 상의 유기재료의 코팅, 분무, 또는 롤-코팅에 의하여 형성될 수 있거나, 또는 수 투과성 지지체는 두 층을 가지고, 여기서 한 층의 점착제는 무기 점착제이고, 다른 층의 점착제는 유기 점착제이며, 그리고 유기 점착제는 수 투과성 지지체 표면 상에 유기재료 층을 형성한다. 또한, 상기 방법은 다음을 포함할 수 있다: 유기질 여과 막은 코팅, 분무, 롤-코팅, 또는 직접 도포에 의하여 유기재료 층 상에 덮이고, 보다 구체적으로, 상기 유기질 여과 막은 유기재료 층 상에 코팅, 분무, 롤-코팅되어 유기질 여과 막이 유기재료 층 표면 상에 형성되게 하거나, 또는 유기질 여과 막은 유기재료 층의 표면 상에 도포되어 유기질 여과 막이 유기재료 층과 결합되게 하며, 유기질 여과 막의 공극 크기는 0.0015㎛~20㎛이다. 유기 점착제로 덮인 응집제가 도포되어, 유기질 여과 막이 유기 점착제 함유 유기재료 층의 표면 상에 형성되면, 수 투과성 지지체의 강도는 현저하게 향상된다.
또한, 바람직한 유기재료는 유기 점착제일 수 있고, 바람직한 유기 점착제는 친수성 수지 점착제일 수 있는데, 여기서 친수성 수지 점착제는 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지 중 하나 이상이고, 여기서 이들의 측쇄는 친수성 카르복실레이트, 술포네이트, 암모늄 염, 수산기를 함유할 수 있거나, 또는 골격은 비-이온성 친수성 세그먼트를 함유하며; 또한 유기질 여과 막은 친수성이고, 친수성 재료는 수산기, 락탐 또는 술폰과 같은 친수성 기를 함유할 수 있고, 보다 구체적으로, 유기질 여과 막은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에테르술폰, 셀룰로오스 아세테이트, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리비닐 알코올, 및 폴리아크릴로니트릴 중 하나 이상이며, 그리고 유기질 여과 막(2)의 공극 크기는 0.0015㎛~20㎛이다. 여기서, 유기재료 층(3)의 표면 상에 유기질 여과 막의 적용은 다음을 포함한다: 유기질 여과 막은 유기 용매와 혼합되어 1%~10% 유기질 여과 막 용액을 형성하고, 상기 막 용액은 수 투과성 지지체(1) 상에 코팅, 분무, 롤-코팅되어 수 투과성 지지체(1)의 표면 상의 유기재료 층(3)이 유기질 여과 막(2)으로 덮이게 하는데, 이때 상기 유기 용매는 디메틸 아세트아미드, 포름아미드, 에틸렌 글리콜, 또는 2-페녹시에탄올이다.
또한, 상기 방법은 다음의 단계를 추가로 포함할 수 있다: 공동은 수 투과성 지지체 내에 형성되고, 지지점(4)은 수 투과성 지지체(1)의 강도를 향상시키기 위하여 공동 내에 형성되고, 그리고 출구(5)가 수 투과성 지지체(1) 상에 형성되어, 상기 공동이 상기 출구와 연결되도록 한다. 여기서, 유기재료는 수 투과성 지지체(1)의 표면 상에 직접 코팅, 분무, 또는 롤-코팅되어 유기재료 층(3)을 형성하고, 유기질 여과 막(2)은 유기재료 층(3)의 표면 상에 형성된다.
수 투과성 지지체는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 다른 구조일 수도 있는데, 수 투과성 지지체는 하나 이상의 공동을 가질 수 있고, 상기 공동은 원통형 구조이며 수 투과성 지지체를 따라 평행하게 배열되고, 수 투과성 지지체의 강도를 강화하기 위하여 두 개의 인접한 공동 사이에 간격 벽이 사용될 수 있다. 여기서, 각 출구는 각 공동에 대응되는 위치에 배치되거나, 공동들이 서로 연결되고, 공동들은 출구와 함께 연결되는데, 예를 들면 물-수집 공간이 공동의 말단 표면의 측벽 상에 배치되고, 공동들은 물-수집 공간에서 서로 연결되거나, 공극들이 인접한 공동의 벽에 배치되며, 그리고 공극들은 공동들과 연결된다. 여기서, 수 투과성 지지체는 도 5에 도시된 바와 같이 직사각형이거나 입방체일 수 있거나, 또는 수 투과성 지지체는 도 4에 도시된 바와 같이 물결 구조를 가지고, 이때 물결 구조의 반대 면 상의 골이 대응되는 피크와 연결되어 공동들이 분리되고, 벽들이 공동들 사이에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 여과 요소는 다른 수 처리 장치(예를 들면, 호수, 강, 시의 수도물, 농업 용수용 수 처리 장치, 수 정화 장치 또는 시스템)의 여과 장치에 사용될 수 있는데, 즉, 수 처리 장치의 여과 장치는 본 발명의 하나 이상의 여과 요소를 함유할 수 있고, 폐수 처리, 폐수 재생 및 수 정화 처리는 본 발명의 여과 요소의 도움으로 실행되며, 본 발명의 여과 요소의 활용은 본 발명의 청구항의 보호 범위 내에 있다.
본 발명은 또한 다른 예시를 포함할 수 있고, 본 발명에 기초하여 당업계의 숙련가에 의하여 변화와 변경이 이루어질 수 있지만, 해당하는 변화와 변경은 본 발명의 청구항의 보호 범위 내에 있다.
본 발명의 여과 요소에서, 수 투과성 지지체는 유기질 여과 막과 결합하고, 그리고 유기재료 층은 수 투과성 지지체 표면 상에 형성되어, 유기질 여과 막과 유기재료 층 사이의 견고한 조합으로 인하여 유기질 여과 막이 수 투과성 지지체의 표면 상에 덮이게 되며, 수 투과성 지지체의 강도가 높고 유기질 여과 막과 유기재료 층 사이의 결합이 견고하기 때문에, 현재의 막 생물반응기에 포함된 문제점들, 예를 들면 유기질 막의 강도가 낮은 점, 수명이 짧은 점, 전통적인 무기질 헤이다이트 막의 생산 비용, 작동 에너지 소비 및 비용이 높다는 점 등을 해결하고 극복한다. 그 결과, 비가역적인 막 오염이 효율적으로 경감되며, 막 생물반응기의 유기질 여과 막은 천연의 저렴한 환경친화적 재료를 충분히 활용함으로써 막 생물반응기의 수명이 보고된 최장 수명인 5~10년보다 훨씬 더 길게 연장되고, 생성된 막 생물반응기는 더 실용적이고 더 쉽게 보급되고 적용될 수 있는 수 처리, 폐수 처리 및 폐수 재순환 기술에 사용될 수 있다.
전통적인 헤이다이트 막의 가격(4,000~10,000RMB/m2)과 비교하여, 코팅된 사형-주조(sand-cast) 플레이트 막이 더 저렴하고, 가격이 약 100~300 RMB/m2이며, 십자-흐름(cross-flow) 여과 방식이 필요하지 않으므로 에너지 소비가 낮다.
본 발명은 수 투과율이 높고, 강도가 높으며, 수명이 상대적으로 길고 산-염기 저항성이 있는 점과 같이 다수의 장점을 갖는다.
1 - 수 투과성 지지체 2 - 유기질 여과 막
3 - 유기재료 층 4 - 지지점
5 - 출구 6 - 원통형 구조

Claims (24)

  1. 수 투과성 지지체 및 유기질 여과 막을 포함하는 여과 요소로서, 상기 수 투과성 지지체는 그 표면 상에 유기재료 층을 가지고, 상기 유기질 여과 막은 유기재료 층의 표면 상에 코팅되고 유기재료 층과 결합되고, 그리고 상기 유기질 여과 막이 0.0015㎛~20㎛의 공극 크기를 가지는, 여과 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체는 응집제 및 상기 응집제 상에 코팅된 점착제를 함유하는, 여과 요소.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체의 응집제는 석영 모래, 헤이다이트, 또는 유리 마이크로스피어인, 여과 요소.
  4. 제2항에 있어서, 상기 점착제는 유기 점착제이고, 상기 유기 점착제는 수 투과성 지지체 표면 상에 유기재료 층을 형성하고; 또는 상기 점착제는 무기 점착제이고, 유기재료가 유기재료 층을 형성하기 위하여 수 투과성 지지체의 표면 상에 코팅되고; 또는 수 투과성 지지체는 서로 점착되는 두 층을 가지고, 여기서 한 층의 점착제는 무기 점착제이고, 다른 층의 점착제는 유기 점착제이며, 그리고 유기 점착제는 수 투과성 지지체의 표면 상에 유기재료 층을 형성하는, 여과 요소.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기질 여과 막의 주 성분은 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에테르술폰, 셀룰로오스 아세테이트, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리비닐 알코올, 및 폴리아크릴로니트릴 중 하나 이상인 유기질 여과 막 재료인, 여과 요소.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유기재료 층은 유기질 여과 막 재료를 유기 용매와 혼합하여 1%~10% 유기질 여과 막 용액을 형성하고, 수 투과성 지지체 상에 상기 용액을 코팅하여 제조되는, 여과 요소.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체는 내부의 공동 및 상부의 출구를 가지고, 상기 공동은 상기 출구와 연결되는, 여과 요소.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공동의 수는 하나이고, 수 투과성 지지체의 강도를 강화하기 위하여 지지점이 공동 내에 제공되는, 여과 요소.
  9. 제7항에 있어서, 상기 공동의 수는 하나 보다 많고, 상기 공동은 원통형이며 수 투과성 지지체를 따라 평행하게 배열되고, 수 투과성 지지체의 강도를 증가시키기 위하여 두 개의 인접한 공동 사이마다 간격 벽이 제공되고, 그리고 각 출구가 각 공동에 대응하는 위치에 배치되거나 공동들이 서로 연결되고 출구와 함께 연결되는, 여과 요소.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체는 공동들의 말단 표면에 대응하는 측벽에 물-수집 공간을 가지고, 그리고 공동들은 상기 물-수집 공간에서 서로 연결되거나; 또는 공극들이 인접한 공동들의 간격 벽 상에 배치되고, 그리고 상기 공극들은 공동들이 상호 연결될 수 있도록 하는, 여과 요소.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체는 직사각형 또는 입방체인, 여과 요소.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체는 물결 구조를 가지고, 물결 구조의 한쪽 면 상의 골이 이 한쪽 면을 마주보는 다른 면 상의 대응되는 피크와 연결되어 공동이 형성되게 하는, 여과 요소.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유기재료 층은 유기 점착제 층이고, 상기 유기 점착제는 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지 중 하나 이상인 친수성 수지 점착제이고, 상기 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지의 측쇄는 친수성 카르복실레이트, 술포네이트, 암모늄 염, 수산기를 함유하거나, 또는 골격은 비-이온성 친수성 세그먼트를 함유하는, 여과 요소.
  14. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 유기질 여과 막 재료는 수산기, 락탐 또는 술폰인 친수성 기를 함유하는, 여과 요소.
  15. 제6항에 있어서, 상기 유기 용매는 디메틸 아세트아미드, 포름아미드, 에틸렌 글리콜 또는 에틸렌 글리콜 페닐 에테르인, 여과 요소.
  16. 다음의 단계를 포함하는, 여과 요소의 제조 방법:
    수 투과성 지지체의 표면에 유기재료 층을 형성하고; 그리고
    유기재료 층의 표면 상에 유기질 여과 막 재료를 코팅하거나 분무하여, 유기재료 층의 표면에 유기질 여과 막을 형성하거나; 또는 유기재료 층의 표면 상에 유기질 여과 막을 도포하는 단계;
    상기 유기재료 막은 0.0015㎛~20㎛의 공극 크기를 갖는 것임.
  17. 제16항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체는 응집제 및 상기 응집제 상에 코팅된 점착제를 함유하는, 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체의 응집제는 석영 모래, 헤이다이트, 또는 유리 마이크로스피어인, 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 점착제는 유기 점착제이고, 상기 유기 점착제는 수 투과성 지지체 표면 상에 유기재료 층을 형성하고; 또는 상기 점착제는 무기 점착제이고, 유기재료가 유기재료 층을 형성하기 위하여 수 투과성 지지체의 표면 상에 코팅되고; 또는 수 투과성 지지체는 서로 점착되는 두 층을 가지고, 여기서 한 층의 점착제는 무기 점착제이고, 다른 층의 점착제는 유기 점착제이며, 그리고 유기 점착제는 수 투과성 지지체의 표면 상에 유기재료 층을 형성하는, 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 방법은 유기재료 층의 표면 상에 유기질 여과 막 재료를 코팅하거나 분무하기 전에, 유기질 여과 막 재료를 유기 용매와 혼합하여 1%~10% 유기질 여과 막 용액을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수 투과성 지지체는 내부의 공동 및 상부의 출구를 가지고, 상기 공동은 상기 출구와 연결되는, 제조 방법.
  22. 제16항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유기재료 층은 유기 점착제 층이고, 상기 유기 점착제는 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지 중 하나 이상인 친수성 수지 점착제이고, 상기 에폭시, 폴리우레탄 및 아크릴 수지의 측쇄는 친수성 카르복실레이트, 술포네이트, 암모늄 염, 수산기를 함유하거나, 또는 골격은 비-이온성 친수성 세그먼트를 함유하는, 제조 방법.
  23. 제16항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 유기질 여과 막 재료는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에테르술폰, 셀룰로오스 아세테이트, 술폰화 폴리술폰, 술폰화 폴리에테르술폰, 폴리아미드, 폴리비닐 알코올, 및 폴리아크릴로니트릴 중 하나 이상인, 제조 방법.
  24. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 여과 요소를 포함하는 여과 장치를 포함하는, 수 처리 장치.
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