KR20170042560A

KR20170042560A - 역침투막 장치 및 그 운전 방법

Info

Publication number: KR20170042560A
Application number: KR1020177001843A
Authority: KR
Inventors: 구니히로 하야카와; 다카히로 가와카츠
Original assignee: 쿠리타 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2017-04-19
Also published as: US10239019B2; SG11201701131RA; KR102235424B1; US20170232389A1; CN106660835A; WO2016027302A1

Abstract

MBR 처리수 등의 막 오염 물질을 많이 함유하는 원수를, 투과수량의 저하를 방지하여 안정적으로 처리할 수 있는 역침투막 장치 및 그 운전 방법이 제공된다. 원수가 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유한다. 역침투막 장치는, 막두께 0.1 ㎜ 이하의 역침투막의 일방의 면에 원수 스페이서를 형성하고, 타방의 면에 투과수 스페이서를 형성한 막 유닛으로 이루어지는 역침투막 엘리먼트를 갖는다. 그 역침투막 장치를 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전한다.

Description

역침투막 장치 및 그 운전 방법{REVERSE OSMOSIS MEMBRANE DEVICE AND METHOD FOR OPERATING SAME}

본 발명은, MBR 처리수 등의, 막에 흡착되어 막 오염을 진행시키는 고분자 유기물을 함유하는 물을 처리하는 역침투막 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이 역침투막 장치를 사용한 생물 처리수의 처리 방법에 관한 것이다.

역침투막은, 종래, 해수 담수화, 초순수 제조, 공업용수 처리, 배수 회수 처리 등에 있어서, 원수 중의 이온류나 유기물 등을 제거하기 위해서 사용되고 있다 (비특허문헌 1). 역침투막은 막 표면에서의 미생물의 번식이나 유기물의 흡착에 의해 투과 유속이 저하되거나, 탁질 (濁質) 에 의한 폐색으로 모듈 차압이 상승하는 경우가 있어, 정기적으로 세정하여 투과 유속이나, 엘리먼트의 원수측과 농축수측의 차압 (이하, 엘리먼트 차압) 을 회복시킬 필요가 있다.

역침투막 장치가, 스파이럴 구조라고 불리는 막 구조의 엘리먼트를 구비하는 경우가 있다. 종래의 스파이럴형 막 엘리먼트의 일례로서, 투과수 스페이서의 양면에 역침투막을 중첩하고 3 변을 접착함으로써 자루형상 막을 형성하여, 그 자루형상 막의 개구부를 투과수 집수관에 설치하고, 망상 (網狀) 의 원수 스페이서와 함께, 투과수 집수관의 외주면에 스파이럴상으로 둘러감음으로써 구성된 것을 들 수 있다. 원수는 엘리먼트의 일방의 단면 (端面) 측으로부터 공급되어, 원수 스페이서를 따라 흐르고, 타방의 단면측으로부터 농축수로서 배출된다. 원수는 원수 스페이서를 따라 흐르는 과정에서, 역침투막을 투과하여 투과수가 된다. 이 투과수는 투과수 스페이서를 따라 투과수 집수관의 내부로 흘러 들어, 투과수 집수관의 단부 (端部) 로부터 배출된다.

스파이럴형 막 엘리먼트에서는, 투과수 집수관에 둘러감긴 자루형상 막 사이에 배치 형성되는 원수 스페이서에 의해 원수 경로가 형성된다. 따라서, 스파이럴형 막 엘리먼트의 원수 스페이서의 두께를 두껍게 함으로써, 탁질이 원수 유로를 폐색하기 어려워져, 탁질 축적에 의한 엘리먼트 차압의 상승이나 투과수량, 투과수질의 저하를 회피할 수 있다. 탁질에 의한 폐색성을 개선하기 위해서, 원수 스페이서의 두께를 두껍게 한 스파이럴형 역침투막 엘리먼트가 출시되어 있다.

원수 스페이서를 두껍게 하면, 엘리먼트당 막 면적이 작아져, 엘리먼트당 투과수량이 감소한다. 시판되는 스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 막 면적은 42 ㎡ (440 ft²) 이하이다.

원수 스페이서의 두께를 두껍게 해도, 막 오염 물질의 흡착에 의한 투과 유속의 저하에 대한 개선 효과는 기대할 수 없다. 엘리먼트당 막 면적을 크게 하기 위해서, 원수 스페이서의 두께를 얇게 하면, 탁질에 의한 유로의 폐색이 문제가 된다.

하수 등의 유기성 오수는, 멤브레인 바이오리액터 (MBR) 를 사용한 막분리 활성 오니법에 의해 처리되는 경우가 있다. 오수는 생물 처리조에 있어서 활성 오니 처리된다. 생물 처리조 내에 침지 설치한 침지형 막분리 장치에 의해 활성 오니 혼합액이 고액 분리된다. 비특허문헌 2 는, 이 MBR 처리수 (침지형 막분리 장치의 막 여과수) 를 직접 역침투막 장치에 급수하여 역침투막 분리 처리하는 유기성 배수의 처리 방법을 개시한다.

MBR 처리수는, 막 오염 물질이 되는 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 많이 함유한다. 따라서, MBR 처리수를 처리하는 역침투막 장치에서는, 시간 경과에 따라서 투과 유속이 저하되거나, 막간 차압이 증가된다.

「사용자를 위한 실용 막 분리 기술」(1996년 4월 30일 초판 1쇄 발행, 일간 공업 신문사) 제6페이지 「수처리막의 제막 기술과 재료 평가」 (2012년 1월 30일 제1판 제1쇄 발행, 사이언스＆테크놀로지 주식회사) 제11페이지

본 발명은, MBR 처리수 등의 막 오염 물질을 많이 함유하는 원수를, 투과수량의 저하를 방지하여 안정적으로 처리할 수 있는 역침투막 장치 및 그 운전 방법과, 이 역침투막 장치를 사용한 생물 처리수의 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

역침투막의 표면에서 농도 분극이 커지면, 막면의 용질 농도가 높아지는 것이 알려져 있다. 본 발명자는, 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 관찰한 결과, 다음과 같은 지견을 얻었다.

1) 막의 투과 유속을 작게 하면 농도 분극은 작아진다.

2) 막 표면의 통수 선속을 크게 하면 농도 분극은 작아진다.

3) 용질의 분자량이 커지면 농도 분극이 커진다.

본 발명자는 또한 다음의 지견을 얻었다.

막 오염에 의한 파울링을 일으키는 원인 물질은, 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물, 특히 다당류, 단백질과 같은 생물 대사물이다. 이들 고분자 유기물에 의해 농도 분극이 발생하면, 투과 유속 및 투과수량이 현저하게 저하된다.

역침투막의 막두께를 작게 하면, 엘리먼트당 막 면적이 커진다. 이로써, 동일 투과수량에 있어서도 종래의 스파이럴형 역침투막 엘리먼트보다 투과 유속이 작아진다. 역침투막 장치를 일정값 이하의 투과 유속으로 운전함으로써, 농도 분극이 작아져, 투과 유속 및 투과수량의 저하가 억제된다.

엘리먼트당 막 면적을 크게 하기 위해서 원수 스페이서의 두께를 작게 하면, 탁질이 많은 원수의 경우, 유로가 폐색되기 쉬워진다. 그러나, 막 기재의 두께를 작게 하면, 원수 스페이서를 얇게 하지 않고서, 엘리먼트당 막 면적을 증대시킬 수 있다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하여 달성된 것으로, 이하를 요지로 한다.

[1] 고분자 유기물을 함유하는 물을 원수로 하여 처리하는 역침투막 장치의 운전 방법에 있어서, 그 원수가 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하고, 그 역침투막 장치는, 막두께 0.1 ㎜ 이하의 역침투막의 일방의 면에 원수 스페이서를 형성하고, 타방의 면에 투과수 스페이서를 형성한 막 유닛으로 이루어지는 역침투막 엘리먼트를 갖고 있고, 그 역침투막 장치를 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전하는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법.

[2] 상기 투과 유속이 0.45 m/d 이하인 것을 특징으로 하는 [1] 에 기재된 역침투막 장치의 운전 방법.

[3] 상기 역침투막 엘리먼트가 스파이럴형 역침투막 엘리먼트인 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 역침투막 장치의 운전 방법.

[4] 상기 원수가 MBR 처리수인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 역침투막 장치의 운전 방법.

[5] 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하는 물을 원수로 하여 처리하는 역침투막 장치로서, 막두께 0.1 ㎜ 이하의 역침투막의 일방의 면에 원수 스페이서를 형성하고, 타방의 면에 투과수 스페이서를 형성한 막 유닛으로 이루어지는 역침투막 엘리먼트를 갖고, 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전되는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치.

[6] 생물 처리수를 [5] 에 기재된 역침투막 장치에 의해 역침투막 분리 처리하는 것을 특징으로 하는 생물 처리수의 처리 방법.

본 발명에 의하면, MBR 처리수 등의 막 오염 물질을 많이 함유하는 원수를, 투과수량의 저하를 방지하여 안정적으로 역침투막 분리 처리할 수 있다.

본 발명에 의하면, 역침투막의 막두께를 얇게 함으로써 엘리먼트당 막 면적을 크게 할 수 있다. 동일 투과수량에 있어서도 종래의 스파이럴형 역침투막 엘리먼트보다 투과 유속을 작게 할 수 있다. 일정값 이하의 투과 유속으로 운전함으로써 막면에서의 농도 분극을 작게 하여, 투과수량의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 장기에 걸쳐 안정적인 처리를 계속할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 생물 처리수의 처리 방법의 실시형태를 나타내는 계통도이다.
도 2 는, NaCl 수용액 또는 평균 분자량 10,000 의 고분자 유기물을 함유하는 물을 원수로 하는 역침투막 분리 처리에 있어서의 투과 유속과 농축 배율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 실시예에 있어서 사용한 평막 셀의 구조를 나타내는 모식적 단면도이다.

이하에 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.

<원수>

본 발명에 있어서, 역침투막 장치에 의해 역침투막 분리 처리하는 원수는, 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유한다. 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물, 특히 다당류, 단백질과 같은 생물 대사물은 막을 오염시키기 쉬워, 투과 유속의 저하의 원인이 되기 쉽다. 원수는, 바람직하게는 고분자 유기물을 0.05 ∼ 0.5 ppm 함유한다.

이러한 고분자 유기물 함유수로는, 각종 배수의 회수수나 생물 처리수, 특히 MBR 처리수 등이 예시된다.

분자량 10,000 이상의 고분자 유기물의 수중 농도의 측정 방법은, LC-OCD (액체 크로마토-유기 탄소 측정) 나 HPLC (고속 액체 크로마토그래피) 등의 크로마토그래피로 분자량 분획하여 TOC 등을 측정하는 기기를 사용한 방법이어도 된다. 사전에 분획 분자량 10,000 의 UF 막을 이용하여 분자량 10,000 이상의 물질과 10,000 미만의 물질을 분리하고, TOC 분석을 실시하는 측정 방법도 이용할 수 있다. 측정 방법은 이들에 한정되지 않는다.

<역침투막>

본 발명에서 사용하는 역침투막은, 0.1 ㎜ 이하의 막두께를 갖는다. 종래의 역침투막의 막두께는, 통상 0.13 ㎜ 정도이다. 역침투막의 막두께가 0.1 ㎜ 를 초과하면, 엘리먼트당 막 면적의 증대 효과 및 투과수량의 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다.

역침투막의 막두께가 지나치게 작으면, 막 강도가 부족할 우려가 있다. 본 발명에서 사용하는 역침투막의 막두께는 0.01 ∼ 0.1 ㎜, 특히 0.03 ∼ 0.07 ㎜ 정도인 것이 바람직하다.

역침투막의 재료는 제거율이 높은 막이 바람직하기 때문에, 페닐렌디아민과 산클로라이드를 사용하여 기재 상에 합성된 방향족 폴리아미드막이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 이러한 방향족 폴리아미드막은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평8-224452호, 일본 공개특허공보 평9-253455호, 일본 공개특허공보 평10-174852호, 일본 공개특허공보 2006-95476호 등에 기재된 방법으로 합성할 수 있다.

역침투막의 기재는 시트상인 것이 바람직하다. 시트상 기재는 박막에서의 강도를 유지하고, 또한, 도공하는 폴리술폰층 등의 고분자층을 얇게 할 수 있는 점에서, 장섬유로 이루어지는 부직포가 바람직하다. 이러한 기재로서, 일본 공개특허공보 2009-57654호, 국제 공개 WO2010/126109호, 국제 공개 WO2010/126113호등에 기재된 장섬유 부직포를 사용할 수 있다.

바람직한 역침투막은, 장섬유 부직포와, 그 위에 폴리술폰층 등의 고분자층을 개재하여 형성된 방향족 폴리아미드계 치밀층을 갖는다. 이 장섬유 부직포의 두께는 10 ∼ 100 ㎛, 고분자층의 두께는 1 ∼ 40 ㎛, 방향족 폴리아미드계 치밀층의 두께는 0.01 ∼ 1 ㎛ 인 것이 바람직하다.

<역침투막 엘리먼트>

역침투막 장치에 장전되는 역침투막 엘리먼트는, 바람직하게는 역침투막의 평막의 1 차측 (일방의 면) 에 원수를 통수시키기 위한 원수 스페이서가 배치되고, 2 차측 (타방의 면) 에 투과수를 통수시키기 위한 투과수 스페이서가 배치된 막 유닛을 갖는다. 이 막 유닛은, 복수 장 적층되어도 된다. 역침투막 엘리먼트는, 이 막 유닛을 둘러감아 스파이럴상으로 한 스파이럴형 역침투막 엘리먼트여도 된다. 공간 이용 효율을 고려하면, 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 바람직하게 사용할 수 있다.

스파이럴형 역침투막 엘리먼트는 4 인치, 8 인치, 또는 16 인치의 직경을 가져도 되지만, 이것에 한정되지 않는다. 엘리먼트의 길이는 통상 1 m 정도이지만, 이것에 한정되지 않는다.

원수 스페이서, 투과수 스페이서는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 수지로 구성되는, 동일하거나 혹은 상이한 직경을 갖는 복수의 선재가 등간격으로 나란히, 45 도 내지 90 도의 각도로 서로 교차하도록 중첩된 메시상의 스페이서가 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.

원수 스페이서의 두께는, 지나치게 작으면 탁질에 의한 유로 폐색의 문제를 일으키기 쉽고, 지나치게 크면 엘리먼트당 막 면적이 작아져 투과 유속이 저하되는 점에서, 0.6 ∼ 0.9 ㎜ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 원수 스페이서로서, 두께가 0.69 ㎜ (26 mil), 0.71 ㎜ (28 mil), 0.86 ㎜ (34 mil) 인 것 등이 시판되고 있다.

투과수 스페이서의 두께는 특별히 제한은 없지만, 0.1 ∼ 0.25 ㎜ 가 바람직하다. 투과수 스페이서의 두께가 지나치게 크면, 원수 스페이서와 마찬가지로 엘리먼트당 막 면적이 작아진다. 투과수 스페이서의 두께가 지나치게 작으면, 차압이 커져, 투과수량이 감소한다.

<투과 유속>

본 발명에 있어서는, 전술한 바와 같은 막두께 0.1 ㎜ 이하의 역침투막을 사용한 역침투막 장치를 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전한다.

일반적으로, 역침투막 장치의 표준 조작압에서의 순수 투과 유속은 0.7 ∼ 0.85 m/d 이고, 무기염류나 유기물을 함유하는 원수를 통수시키는 경우에는, 0.5 ∼ 0.7 m/d 정도로 설정하는 것이 통상적이다.

본 발명자는 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물이 역침투막을 오염시키는 물질인 것, 그 고분자 유기물 농도의 막면 농도가 1 ppm 을 초과하면 투과 유속의 저하가 현저해지는 것을 실험적으로 확인하였다. 본 발명자는, 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물이 0.01 ppm 이상 함유되는 원수에 있어서, 막면 농도의 농축 배율이 100 배를 초과하면 투과 유속의 저하가 현저해지는 것을 알아내었다. 농축 배율이 100 배를 초과하지 않도록 하기 위해서는, 투과 유속이 0.6 m/d 이하인 것이 필요하다. 따라서, 본 발명에서는, 투과 유속 0.6 m/d 이하, 바람직하게는 0.45 m/d 이하로 역침투막 장치를 운전한다. 그러나, 투과 유속을 지나치게 낮추면, 필요로 하는 막 개수가 많아져 비경제적이기 때문에, 투과 유속은 0.2 m/d 이상인 것이 바람직하다.

농축 수량은, 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트의 경우 2.0 ∼ 8.0 ㎥/h 가 적당하다. 이 때의 선속은 0.05 ∼ 0.15 m/s 이다.

<생물 처리수의 처리>

본 발명의 역침투막 장치는, 특히 생물 처리수의 역침투막 분처리에 바람직하게 사용된다.

도 1a, 1b 및 1c 는, 본 발명의 역침투막 장치를 사용하는 본 발명의 생물 처리수의 처리 방법의 실시형태를 나타내는 계통도이다.

도 1a 에서는, 호기 및/또는 혐기성 생물 처리 수단 (1), 응집 처리 수단 (2), 가압 부상 등의 고액 분리 수단 (3), 여과 수단 (4) 에 의해 처리한 생물 처리수를 보안 필터 (5) 를 통해서 역침투막 장치 (6) 에 도입하여 역침투막 분리 처리한다. 도 1b 에서는, 생물 처리 수단 (1) 의 처리수를 직접 막 여과 장치 등의 여과 수단 (4) 으로 고액 분리한 물을 역침투막 장치 (6) 에 도입하여 역침투막 분리 처리한다. 도 1c 에서는, MBR (침지형 막 분리 장치 : 7) 의 처리수를 직접 역침투막 장치 (6) 에 도입하여 처리한다. 본 발명은 이들 방법에 한정되지 않는다.

실시예

이하에 참고예, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[참고예 1]

원수 스페이서의 두께가 0.71 ㎜ 이고, 투과수 스페이서의 두께가 0.23 ㎜ 인 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트에 있어서, 역침투막의 두께를 변경한 경우의 엘리먼트당 막 면적과, 투과수량 1.1 ㎥/h 로 한 경우의 투과 유속을 계산에 의해 구한 결과를 하기 표 1 에 나타낸다.

표 1 로부터, 역침투막의 막두께를 얇게 함으로써, 엘리먼트당 막 면적을 크게 하여, 동일 투과수량을 유지하면서, 투과 유속을 낮게 할 수 있음을 알 수 있다.

[참고예 2]

역침투막 분리 처리에 있어서, NaCl 수용액, 또는 평균 분자량 10,000 의 고분자 유기물을 함유하는 물을 원수로 하는 경우의 투과 유속과 농축 배율 (막면 농도/평균 벌크 농도) 의 관계를 해석한 결과, 도 2 에 나타내는 관계가 얻어졌다.

도 2 로부터, 고분자의 종류에 따라서 다소의 차이는 있지만, 대체로 NaCl 등의 분자량이 작은 물질과 비교하여, 고분자 유기물의 막면 농도는, 투과 유속의 증대, 평균 선속도의 저하에 의해 현저하게 증가하는 것을 알 수 있다.

[실시예 1]

<부직포의 제조>

일본 공개특허공보 2009-57654호에 기재된 방법에 따라서, 다음과 같이, 장섬유 부직포를 제조하였다.

산화티탄을 함유하는 폴리에틸렌테레프탈레이트와, 이소프탈산 공중합률 10 몰％ 의 산화티탄을 함유하는 공중합 폴리에스테르를, 각각 295 ℃ 와 280 ℃ 에서 용융하여 폴리에틸렌테레프탈레이트를 심 (core) 성분, 공중합 폴리에스테르를 초 (sheath) 성분으로 하고, 구금 온도 300 ℃, 심 : 초 = 80 : 20 의 중량 비율로 세공으로부터 방출 (紡出) 한 후, 이젝터에 의해 방사 (紡絲) 하여 심초형 필라멘트로 하고, 이동하는 네트 컨베이어 상에 섬유 웨브로서 포집하였다. 포집한 섬유 웨브를, 상하 1 쌍의 플랫 롤로 열압착하여, 두께 70 ㎛ 의 스펀 본드 장섬유 부직포를 얻었다.

<고분자층의 형성>

폴리술폰 18 중량부를 디메틸포름아미드 82 중량부에 80 ℃ 에서 가열 용해한 후, 여과·탈포시킴으로써 고분자층 성막용의 폴리술폰 용액을 얻었다. 이 폴리술폰 용액을 상기 장섬유 부직포의 일방의 면에 도포한 후, 35 ℃ 의 응고수 중에서 상 분리시키고, 그 후 수세하여 막 중에 잔존하는 용매를 세정 제거함으로써, 두께가 30 ㎛ 인 폴리술폰층을 형성하였다.

<방향족 폴리아미드계 치밀층의 형성>

다음으로, 하기 순서에 의해 상기 폴리술폰층 상에 폴리아미드계 치밀층을 형성하였다.

m-페닐렌디아민 3.0 중량％, 라우릴황산나트륨 0.15 중량％ 를 함유한 수용액을, 상기에서 얻어진 장섬유 부직포 상의 폴리술폰층 상에 두께 5 ㎜ 로 도포한 후, 여분의 용액을 고무 블레이드 와이퍼에 의해 제거하였다. 이어서, 트리메스산클로라이드 0.15 중량％ 를 함유하는 파라핀계 탄화수소유의 용액에 5 초간 접촉시키고, 그 후 125 ℃ 의 건조로에 반송하여 약 2 분간 건조, 큐어함으로써, 두께 0.2 ㎛ 의 방향족 폴리아미드계 치밀층을 형성하였다.

이렇게 해서 장섬유 부직포 상에 고분자층 및 방향족 폴리아미드계 치밀층을 형성하여 얻은 역침투막의 막두께 (총두께) 는 0.10 ㎜ 이고, 평가 압력 0.75 ㎫ 에 있어서, 제거율 99.3 ％, 투과 유속 1.2 m/d 였다.

<통수 시험>

막 면적 44.0 ㎡ 의 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 상정하여, 상기 역침투막을 폭 50 ㎜×길이 800 ㎜ 로 잘라내고, 두께 0.71 ㎜ 의 폴리프로필렌제 원수 스페이서 및 두께 3 ㎜ 의 세라믹스 (다공질 세라믹스 소결체) 제 투과수 스페이서와 함께 도 3 에 나타내는 시험용 평막 셀에 장착하였다.

도 3 에 나타내는 평막 셀은, 아크릴제의 유로 형성 부재 (21, 22, 23), SUS 제 내압 보강 부재 (24, 25) 를 조합하여 형성된 공간 내에, 원수 스페이서 (11) 와 투과수 스페이서 (12) 를 역침투막 (10) 을 개재하여 적층한 막 유닛을 유지하는 구성으로 되어 있다.

원수는, 원수 유입구 (13) 로부터 역침투막 (10) 의 1 차측에 유입되어 원수 스페이서 (11) 를 따라 흐르고, 그 사이에 역침투막 (10) 을 투과한 투과수는, 투과수 스페이서 (12) 를 거쳐 투과수 유출구 (15) 로부터 취출된다. 또, 농축수는 농축수 유출구 (14) 로부터 취출된다.

원수로서 생물 처리수를 응집 여과한 물을 사용하여, 투과 유속을 0.6 m/d, 농축수 유량을 선속으로서 0.11 m/s 로 통수시키고, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다.

8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.04 ㎥/h 였다. 원수 중의 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물의 농도는 0.05 ppm 이었다.

[실시예 2]

WO2010/126113호에 기재된 방법에 따라서, 다음과 같이 장섬유 부직포를 제작하였다.

제 1 표층으로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용해서 스펀 본드법에 의해 방사 온도 300 ℃ 에서 필라멘트군을 이동하는 네트면을 향하여 압출하여, 장섬유 웨브를 포집 네트 상에 제작하였다. 이어서, 중간층으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 멜트 블로운법에 의해 방사 온도 300 ℃ 에서 방사하여, 멜트 블로운 장섬유층을 상기 스펀 본드법에 의한 장섬유 웨브 상에 뿜어 부착하였다. 그리고 상기에서 얻은 적층 웨브 상에 직접, 제 1 표층의 장섬유 웨브와 동일한 방법으로 제 2 표층이 되는 장섬유 웨브층을 적층한 후, 가열한 플랫 캘린더 롤로 열압착하여, 스펀 본드 장섬유층/멜트 블로운 장섬유층/스펀 본드 장섬유층으로 이루어지는 적층 웨브를 얻었다. 계속해서, 얻어진 적층 웨브를 캘린더 롤로 제 2 표층측을 열압착하고, 그 직후에 수냉 롤로 급랭시킨 후, 같은 조건의 캘린더 롤로 제 1 표층측을 열압착함으로써 표리로부터 열압착을 실시하여 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 장섬유 부직포는, 섬유경 1.7 ㎛ 의 장섬유 부직포층으로 이루어지는 중간층의 양면에, 제 1 표층 및 제 2 표층으로서, 각각 섬유경 9 ㎛, 10 ㎛ 의 장섬유로 이루어지는, 총두께 50 ㎛ 의 장섬유 부직포였다.

얻어진 장섬유 부직포에 실시예 1 과 동일하게, 두께 10 ㎛ 의 고분자층과, 두께 0.2 ㎛ 의 방향족 폴리아미드계 치밀층을 형성하여 역침투막을 얻었다.

이 역침투막은 막두께 (총두께) 0.06 ㎜ 이고, 평가 압력 0.75 ㎫ 에 있어서 제거율 99.3 ％, 투과 유속 1.2 m/d 였다.

막 면적 47.3 ㎡ 의 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 상정하여, 상기 역침투막을 폭 50 ㎜×길이 800 ㎜ 로 잘라내고, 실시예 1 과 동일하게 원수 스페이서 및 투과수 스페이서와 함께 시험용 평막 셀에 충전하고, 실시예 1 과 동일한 통수 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.18 ㎥/h 였다.

[실시예 3]

WO2010/126109호에 기재된 방법에 따라서, 다음과 같이 장섬유 부직포를 제작하였다.

제 1 표층으로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용해서 스펀 본드법에 의해 방사 온도 310 ℃ 에서 필라멘트군을 이동하는 포집 네트면을 향하여 압출하고, 코로나 대전의 대전으로 충분히 개섬시켜 장섬유 웨브를 포집 네트 상에 제작하였다. 이어서, 중간층으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트를 방사 온도 300 ℃ 에서 멜트 블로운법에 의해 방사하여, 상기 장섬유 웨브 상에 뿜어 부착하였다. 그리고 상기에서 얻은 적층 웨브 상에 제 1 표층의 장섬유 웨브와 동일한 방법으로 장섬유 웨브를 적층하여, 스펀 본드 장섬유층/멜트 블로운 장섬유층/스펀 본드 장섬유층으로 이루어지는 장섬유 부직포를 얻었다. 계속해서 실시예 2 와 동일하게 하여 열압착을 실시하였다.

얻어진 장섬유 부직포는, 섬유경 1.7 ㎛ 의 장섬유 부직포층으로 이루어지는 중간층의 양면에 제 1 표층 및 제 2 표층으로서, 각각 섬유경 9 ㎛, 10 ㎛ 의 장섬유로 이루어지는, 총두께 20 ㎛ 의 장섬유 부직포였다.

이 역침투막은 막두께 (총두께) 0.03 ㎜ 이고, 평가 압력 0.75 ㎫ 에 있어서, 제거율 99.3 ％, 투과 유속 1.2 m/d 였다.

막 면적 50.2 ㎡ 의 8 인치 스파이럴형 역침투막 엘리먼트를 상정하여, 상기 역침투막을 폭 50 ㎜× 길이 800 ㎜ 로 잘라내고, 실시예 1 과 동일하게 원수 스페이서 및 투과수 스페이서와 함께 시험용 평막 셀에 충전하고, 실시예 1 과 동일한 통수 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.26 ㎥/h 였다.

[실시예 4]

투과 유속을 0.5 m/d 로 한 것 이외에는 실시예 3 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.05 ㎥/h 였다.

[실시예 5]

투과 유속을 0.45 m/d 로 한 것 이외에는 실시예 3 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 0.94 ㎥/h 였다.

[실시예 6]

투과 유속을 0.4 m/d 로 한 것 이외에는 실시예 3 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 0.84 ㎥/h 였다.

[비교예 1]

도레이 주식회사 제조의 RO 엘리먼트 「SUL-G20」으로부터 평막을 폭 50 ㎜ ×길이 800 ㎜ 로 잘라내고, 실시예 1 과 동일하게 원수 스페이서 (두께 0.71 ㎜) 및 투과수 스페이서와 함께 시험용 평막 셀에 충전하였다. SUL-G20 은 평가 압력 0.75 ㎫ 에 있어서, 제거율 99.7, 투과 유속 0.85 m/d 이고, 막두께는 0.13 ㎜ 였다. 투과 유속을 0.7 m/d 로 하고, 실시예 1 과 동일한 통수 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.22 ㎥/h 였다.

[비교예 2]

두께 0.86 ㎜ 의 폴리프로필렌제 원수 스페이서를 사용한 것 이외에는 비교예 1 과 동일한 통수 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 1.08 ㎥/h 였다.

[비교예 3]

분자량 10,000 이상의 고분자 유기물이 0.005 ppm 인 원수를 사용한 것 이외에는 비교예 1 과 동일한 시험을 실시하여, 500 시간 후의 투과수량을 조사하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다. 8 인치 엘리먼트 환산의 초기 투과수량은 비교예 1 과 마찬가지로 1.22 ㎥/h 이다.

표 2 로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 ∼ 6 에서는 500 시간 경과하여도 안정적으로 높은 투과수량을 얻을 수 있었다. 특히 실시예 5, 6 은 500 시간 경과하여도 투과수량의 저하가 없었다.

한편, 비교예 1, 2 는 초기의 투과수량은 높지만, 500 시간 후의 투과수량의 저하가 컸다. 비교예 3 과 같이, 원수 중의 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물이 낮은 경우에는, 투과 유속의 저하가 완만하였다.

산업상 이용가능성

본 발명은 해수 담수화, 초순수 제조, 공업용수 처리, 배수 회수 처리 등에 사용되는 각종 역침투막 장치에 적용할 수 있는데, 특히 생물 처리수, 그 중에서도 MBR 처리수를 처리하는 역침투막 장치에 바람직하게 적용된다.

본 발명을 특정한 양태를 이용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고서 여러 가지 변경이 가능한 것은 당업자에게 있어 분명하다.

본 출원은, 2013년 4월 25일자로 출원된 일본 특허출원 2013-092657 에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

1 : 생물 처리 수단
2 : 응집 처리 수단
3 : 고액 분리 수단
4 : 여과 수단
5 : 보안 필터
6 : 역침투막 장치
7 : MBR (침지형 막 분리 장치)
10 : 역침투막
11 : 원수 스페이서
12 : 투과수 스페이서

Claims

고분자 유기물을 함유하는 물을 원수로 하여 처리하는 역침투막 장치의 운전 방법에 있어서,
그 원수가 분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하고,
그 역침투막 장치는, 막두께 0.1 ㎜ 이하의 역침투막의 일방의 면에 원수 스페이서를 형성하고, 타방의 면에 투과수 스페이서를 형성한 막 유닛으로 이루어지는 역침투막 엘리먼트를 갖고 있고,
그 역침투막 장치를 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전하는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 투과 유속이 0.45 m/d 이하인 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 역침투막 엘리먼트가 스파이럴형 역침투막 엘리먼트인 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원수가 MBR 처리수인 것을 특징으로 하는 역침투막 장치의 운전 방법.
분자량 10,000 이상의 고분자 유기물을 0.01 ppm 이상의 농도로 함유하는 물을 원수로 하여 처리하는 역침투막 장치로서, 막두께 0.1 ㎜ 이하의 역침투막의 일방의 면에 원수 스페이서를 형성하고, 타방의 면에 투과수 스페이서를 형성한 막 유닛으로 이루어지는 역침투막 엘리먼트를 갖고, 투과 유속 0.6 m/d 이하로 운전되는 것을 특징으로 하는 역침투막 장치.
생물 처리수를 제 5 항에 기재된 역침투막 장치에 의해 역침투막 분리 처리하는 것을 특징으로 하는 생물 처리수의 처리 방법.