KR20200017828A - 내부 스페이서용 메쉬시트를 포함하는 수처리용 필터 집합체 및 이를 포함하는 수처리용 필터 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스페이서용 메쉬시트를 포함하는 수처리용 필터 집합체 및 이를 포함하는 수처리용 필터 모듈에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 수처리용 필터집합체 스페이서용 메쉬시트를 통한 3차원적 유체 흐름으로 역압에 의한 여과수량 손실을 최소화할 수 있는 수처리용 필터 집합체 및 이를 포함하는 수처리용 필터 모듈에 관한 것이다.

Description

내부 스페이서용 메쉬시트를 포함하는 수처리용 필터 집합체 및 이를 포함하는 수처리용 필터 모듈{Filter assembly containing mesh sheet for internal spacer for water treatment and filter module containing the same}
본 발명은 스페이서용 메쉬시트를 포함하는 수처리용 필터 집합체 및 이를 포함하는 수처리용 필터 모듈에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 수처리용 필터집합체 스페이서용 메쉬시트를 통한 3차원적 유체 흐름으로 역압에 의한 여과수량 손실을 최소화할 수 있는 수처리용 필터 집합체 및 이를 포함하는 수처리용 필터 모듈에 관한 것이다.
수처리용 필터 모듈은 중심부에 위치한 여과수 유출관(central pipe)에 제1분리막, 여과수 유로부, 제2분리막, 유입수 유로부가 차례로 적층하여 롤(roll) 형태로 감아 제작한다. 그 중 여과수 유로부는 분리막을 통하여 투과된 여과수가 여과수 유출관(central pipe)으로 잘 흐를 수 있는 길의 역할을 수행하게 되며 종래에는 트리코트를 사용하였다. 그러나 종래의 트리코트는 직선상의 유로 채널을 형성하여 여과수 이동시 역압(back pressure)에 의한 여과수량 손실이 발생하는 문제점이 있다. 또한 종래의 수처리용 필터 모듈에 사용되는 트리코트는 원가가 높기 때문에 수처리용 필터 모듈의 상용화를 위해서는 재료비의 절감이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0464782호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 3차원적 유체 흐름으로 역압에 의한 여과수량 손실을 최소화할 수 있는 메쉬시트를 포함하는 수처리용 필터 집합체를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 수처리용 필터 집합체를 포함하는 여과수량이 및 염배제율이 우수한 수처리용 필터 모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 제1분리막, 제2분리막 및 상기 제1분리막과 제2분리막 사이에 개재되고, 제1방향으로 소정의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 다수개의 제1원사 및 상기 제1원사와 소정의 각도로 서로 교차되도록 제2방향으로 소정의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 다수개의 제2원사를 포함하고, 상기 제1원사와 제2원사간 교차점이 접합된 메쉬시트를 포함하는 내부 스페이서를 포함하는 수처리용 필터 집합체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 메쉬시트의 두께는 0.2~0.6mm일 수 있다.
또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 메쉬시트의 두께는 0.25~0.4mm일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1원사 및 제2원사는 0.2~1.0mm의 간격을 두고 평행하도록 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 제1원사 및 제2원사는 0.2~0.5mm의 간격을 두고 평행하도록 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2원사는 상기 제1원사와 20~70°의 각도로 서로 교차될 수 있다.
또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 제2원사는 상기 제1원사와 20~50°의 각도로 서로 교차될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1원사 및 제2원사는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스터, 나일론 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 공중합체로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수처리용 필터 집합체는 측면부의 네 가장자리 중 여과수가 배출되는 하나의 가장 자리를 제외한 나머지 가장 자리가 상기 수처리용 필터집합체의 외부와 내부 간 분리되도록 처리될 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 수처리용 필터 집합체를 포함하는 수처리용 필터 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 수처리용 필터 모듈은 정밀여과막 모듈, 한외여과막 모듈, 나노분리막 모듈 및 역삼투분리막 모듈 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면 3차원적 유체 흐름을 가능하게 하는 수처리용 필터집합체 스페이서용 메쉬시트를 통해 수처리용 필터 집합체의 역압에 의한 여과수량 손실을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 여과수량이 우수함과 동시에 재료 비용을 절감시킬 수 있으므로 본 발명의 수처리용 필터 집합체는 정밀여과막 모듈, 한외여과막 모듈, 나노분리막 모듈 및 역삼투분리막 모듈과 같은 수처리용 필터 모듈에 널리 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 필터 집합체의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 필터집합체 내부 스페이서용 메쉬시트의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 필터 집합체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 필터 모듈의 분해 사시도이다.
종래의 수처리용 필터에 사용되는 스페이서는 통상적으로 트리코트를 사용하였으며, 상기 트리코트는 직선상의 유로 채널을 형성하고 있어 상기 유로 채널 내 역압(back pressure)이 발생하여 여과수량의 손실이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 수처리용 필터 집합체는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 3차원적 유체 흐름을 가능하게 하는 메쉬시트를 이용하여 상기 유로 채널 내 역압에 의한 여과수량의 손실을 최소화하였다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 수처리용 필터 집합체에 대하여 설명한다.
본 발명의 수처리용 필터 집합체는 제1분리막, 제2분리막 및 상기 제1분리막과 제2분리막 사이에 개재되고, 제1방향으로 소정의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 다수개의 제1원사 및 상기 제1원사와 소정의 각도로 서로 교차되도록 제2방향으로 소정의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 다수개의 제2원사를 포함하고, 상기 제1원사와 제2원사간 교차점이 접합된 메쉬시트를 포함하는 내부 스페이서를 포함한다.
상기 제1분리막 및 제2분리막은 수처리용 필터 집합체의 용도별로 여과시킬수 있는 입자의 크기에 따라서 달라질 수 있으며, 이에 대한 일예시로서 상기 제1분리막 및 제2분리막은 정밀여과막, 역삼투막, 한외여과막 또는 나노분리막일 수 있다.
상기 정밀여과막, 한외여과막, 나노분리막 및 역삼투막의 구체적 구조, 재질, 공경, 기공도, 두께 등은 공지의 것일 수 있고, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 이하, 상기 제1분리막과 제2분리막이 역삼투막인 경우를 상정하여 설명한다.
상기 제1분리막 및 제2분리막이 역삼투 분리막일 경우 상기 제1분리막 및 제2분리막은 활성층, 고분자 지지층 및 다공성 지지체 층이 차례대로 적층된 분리막일 수 있다.
상기 다공성 지지체는 통상적으로 역삼투막의 지지체 역할을 하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 패브릭일 수 있다. 구체적으로 상기 패브릭은 직물, 편물 또는 부직포를 의미하며, 직물은 경사와 위사로 제직됨에 따라 종횡의 방향성이 있으며, 편물은 편성방법에 따라 구체적인 방향성은 달라질 수 있으나 넓은 의미에서는 종횡 중 어느 한 방향으로의 방향성을 가질 수 있다. 또한, 부직포는 상기 직물 또는 편물과 다르게 종횡의 방향성이 없다.
상기 패브릭이 직물일 경우 경, 위사를 형성하는 섬유의 종류, 섬도, 경위사의 밀도, 직물의 조직 등을 조절하여 목적하는 다공성 지지체의 기공율, 공경, 강도, 투과성 등의 물성을 조절할 수 있다.
또한, 상기 패브릭이 편물일 경우 편물에 포함되는 섬유의 종류, 섬도, 편물의 조직, 게이지, 커트 등을 조절하여 목적하는 목적하는 다공성 지지체의 기공율, 공경, 강도, 투과성 등의 물성을 조절할 수 있다.
또한, 상기 패브릭이 부직포일 경우, 부직포에 포함되는 섬유의 종류, 섬도, 섬유장, 평량, 밀도 등을 조절하여 목적하는 목적하는 다공성 지지체의 기공율, 공경, 강도, 투과성 등의 물성을 조절할 수 있다.
상기 다공성 지지체의 재질은 통상적으로 역삼투막의 다공성 지지체 역할을 수행할 수 있으며, 통상적인 역삼투막의 다공성 지지체에 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으나. 이에 대한 비제한적 예로써, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연섬유가 사용될 수 있다
이러한 다공성 지지체는 기공율 및 친수성도에 따라 막의 물성이 조절될 수 있다. 또한, 상기 다공성 지지체는 2 cc/ cm2ㆍsec 이상의 공기투과량을 가질 수 있으며, 바람직하게는 2 ~ 20 cc/cm2ㆍsec의 공기투과량을 가질 수 있고 상기 다공성 지지체의 평균기공의 공경은 1 내지 600㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 300㎛일 수 있다. 상기 공기투과량 및 평균기공의 공경 조건을 만족할 경우 물의 원활한 유입 및 수투과성을 높일 수 있다.
또한 상기 다공성 지지체의 두께는 20 ~ 150㎛일 수 있으며, 20㎛ 미만이면, 전체 막의 강도가 저하될 수 있고, 150㎛를 초과하면, 유량 저하의 원인이 될 수 있다.
상기 고분자 지지층은 당업계에서 고분자 지지층으로 사용되는 소재라면 제한이 없으나, 바람직하게는 폴리술폰계 고분자 화합물, 폴리아미드계 고분자 화합물, 폴리이미드계 고분자 화합물, 폴리에스테르계 고분자 화합물, 올레핀계 고분자 화합물, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리아크릴로니트릴 중에서 선택된 적어도 어느 하나, 더욱 바람직하게는 폴리술폰계 고분자 화합물을 포함할 수 있다.
상기 고분자 지지층의 두께는 30 ~ 250 ㎛일 수 있으며, 30 ㎛ 미만일 경우 역삼투막의 내구성이 저하될 수 있고, 250 ㎛를 초과할 경우 역삼투막의 투과유량이 저하될 수 있다.
상기 친수성 선택층은 당업계에서 통상적으로 역삼투막의 친수성 선택층으로 사용될 수 있는 소재라면 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 폴리아미드계 고분자 화합물, 폴리피페라진계 고분자 화합물, 폴리페닐렌 디아민계 고분자 화합물, 폴리클로로 페닐렌 디아민계 고분자 화합물 및 폴리벤지딘계 고분자 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리아미드계 고분자 화합물을 포함할 수 있다.
상기 친수성 선택층을 형성시키는 방법은 선택되는 친수성 선택층에 포함되는 물질의 종류에 따라 상이할 수 있으나 그 방법은 물질의 종류에 따른 통상적인 친수성 선택층의 형성방법에 의할 수 있다. 일예로서, 이하 상기 친수성 선택층에 포함될 수 있는 물질 중 폴리아미드계 고분자 화합물로 이루어진 친수성 선택층의 형성방법에 대해 설명한다.
고분자 지지층 상에 폴리아미드계 고분자 화합물로 이루어진 친수성 선택층을 형성하기 위해 다공성 지지체 상에 고분자 지지층이 형성된 막을 다관능성 아민을 포함하는 수용액에 침지한 후 다관능성 산할로겐화합물을 포함하는 유기용액에 접촉시켜 친수성 선택층을 형성할 수 있다.
구체적으로 상기 다관능성 아민은 단량체 당 2~3개 아민 관능기를 갖는 물질로 1급 아민 또는 2급 아민을 포함하는 폴리아민일 수 있다. 이때, 폴리아민으로는 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민, 오르소페닐디아민 및 치환체로 방향족 1급 디아민이 사용되며, 또 다른 예로 알리파틱 1급 디아민, 사이클로헥센디아민과 같은 사이클로알리파틱 1급 디아민, 피페라진과 같은 사이클로알리파틱2급아민, 아로마틱 2급아민 등을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 다관능성 아민 중 메타페닐렌디아민을 사용하는 것이며, 이때 농도는 메타페닐렌디아민을 0.5 내지 10중량%로 함유하는 수용액 형태가 바람직하고, 보다 바람직하게는 메타페닐렌디아민이 1 내지 4중량%, 보다 더 바람직하게는 1.5 ~ 2.5중량% 포함될 수 있고, 이를 통해 보다 향상된 투과유량을 발현할 수 있는 이점이 있다.
친수성 선택층 형성 시, 고분자 지지층 상에 상기 다관능성 아민 함유수용액을 0.1 내지 10분, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1분간 침지할 수 있다.
또한, 친수성 선택층 형성 시 사용되는 상기 다관능성 아민과 반응하는 물질은 다관능성 산할로겐 화합물, 바람직하게는 다관능성 아실할라이드, 더욱 바람직하게는 트리메조일클로라이드, 이소프탈로일클로라이드, 5-메톡시-1,3-이소프탈로일클로라이드 및 테레프탈로일클로라이드 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 다관능성 아실할라이드는 지방족 탄화수소 용매에 0.01 내지 2중량%로 용해될 수 있으며, 이때 지방족 탄화수소 용매는 탄소수 5 내지 12개인 n-알칸과 탄소수 8개인 포화 또는 불포화 탄화 수소의 구조이성질체를 혼합 사용하거나 탄소수 5 내지 7개의 고리탄화수소를 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 다관능성 아실할라이드함유용액은 지방족 탄화수소 용매에 다관능성 아실할라이드가 0.01 내지 2중량%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.3중량%로 용해될 수 있다. 이때, 다관능성 아미함유 수용액을 처리한 막에 상기 다관능성 산할로겐화합물을 0.1 내지 10분, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1분간 침지할 수 있다.
상기 친수성 선택층의 두께는 0.1 ~ 1㎛ 일 수 있으며, 만일 상기 두께가 0.1㎛ 미만일 경우 염 제거 능력이 저하될 수 있고, 1㎛을 초과할 경우 역삼투막의 투과유량이 저하될 수 있다.
도 2를 참조하여 상기 메쉬시트에 대하여 설명한다. 상기 메쉬시트(110)는 소정의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 다수개의 제1원사(111) 및 다수개의 제2원사(112)가 소정의 각도(θ)로 서로 교차된 것에 특징이 있으며, 직선상의 유체 흐름을 형성하는 종래의 트리코트와는 달리 3차원적 유체 흐름을 형성할 수 있다.
상기 3차원적 유체 흐름은 직선상의 유체 흐름(A)과 상기 직선상의 유체 흐름(A)이 역압에 의해 방해 받을 경우 상기 메쉬시트 내 존재하는 3차원적 공간으로 우회하는 유체 흐름(B)을 포함할 수 있다. 이러한 3차원적 유체 흐름을 통해 역압에 의한 여과수량의 감소를 최소화할 수 있다.
상기 제1원사 및 제2원사는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스터, 나일론 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 공중합체로 이루어질 수 있으며, 종래의 트리코트보다 재료 비용이 낮아 수처리용 필터 모듈의 제조 원가를 낮출 수 있다.
상기 메쉬시트의 두께는 0.2~0.6mm, 더욱 바람직하게는 0.25~0.4mm일 수 있으며, 상기 메쉬시트의 두께가 0.2mm 미만일 경우, 3차원적 유체 흐름이 방해되어 여과수량의 감소가 저하될 수 있으며, 0.6mm를 초과할 경우, 제1분리막 및 제2분리막에 손상이 발생하여 염제거율이 저하될 수 있다. 또한, 상기 메쉬시트의 두께가 0.25~0.4mm일 경우, 여과수량 및 염제거율이 더욱 우수할 수 있다.
상기 메쉬시트에 포함되는 제1원사 및 제2원사의 직경은 0.1~0.3 mm, 더욱 바람직하게는 0.125~0.2 mm일 수 있으며, 상기 제1원사 및 제2원사의 직경이 0.1mm 미만일 경우, 3차원적 유체 흐름이 방해되어 여과수량의 감소가 저하될 수 있으며, 0.3mm를 초과할 경우, 제1분리막 및 제2분리막에 손상이 발생하여 염제거율이 저하될 수 있다. 또한, 상기 제1원사 및 제2원사의 직경이 0.125~0.2mm일 경우, 여과수량 및 염제거율이 더욱 우수할 수 있다.
상기 메쉬시트에 포함되는 제1원사 및 제2원사는 0.2~1.0mm, 더욱 바람직하게는 0.2~0.5mm의 간격을 두고 평행하도록 배치될 수 있으며, 만일 상기 제1원사 및 제2원사의 배치 간격이 0.2mm 미만일 경우, 3차원적 유체 흐름이 방해되어 여과수량의 감소가 저하될 수 있으며, 1.0mm를 초과할 경우, 압력에 의하여 제1분리막 및 제2분리막이 압착되어 여과수량 및 염제거율이 저하되는 등 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 배치 간격이 0.2~0.5mm일 경우, 원활한 3차원적 유체 흐름을 구현할 수 있으며, 이에 따라 여과수량 및 염제거율이 더욱 향상될 수 있다.
상기 제1원사 및 제2원사는 20~70°, 더욱 바람직하게는 20~50°의 각도(θ)로 서로 교차될 수 있으며, 만일 상기 각도(θ)가 20°미만일 경우 모듈제작이 어려울 수 있고 불량이 발생하여 염제거율이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있고, 70°를 초과할 경우, 3차원적 유체 흐름이 상기 제1원사 및 제2원사에 의해 방해되어 여과수량이 저하될 수 있다. 또한 상기 각도(θ)가 20~50°일 경우, 정상적인 모듈 제작에 용이하고 원활한 3차원적 유체 흐름을 구현할 수 있으며, 이에 따라 여과수량이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 수처리용 필터 집합체의 형상에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수처리용 필터 집합체에 대한 사시도로서, 제1분리막(12), 제2분리막(13) 및 제1분리막과 제2분리막 사이에 개재된 메쉬시트(11)를 포함하는 수처리용 필터 집합체(10)는 외부의 유입수가 수처리용 필터 집합체 내부로 유입되지 않도록 하기 위하여 측면부의 네 가장자리 중 여과수가 배출되는 하나의 가장 자리를 제외한 나머지 가장 자리가 상기 수처리용 필터집합체의 외부와 내부 간 분리되도록 처리될 수 있다.
상기 수처리용 필터집합체의 외부와 내부를 분리하는 처리 방법은 상기 수처리용 필터 접합체의 측면부의 네 가장자리 중 여과수가 배출되는 하나의 가장 자리를 제외한 나머지 가장 자리를 접착제로 접합하는 방법, 또는 본 발명의 내부 스페이서용 메쉬시트를 분리막의 중앙에 개재되도록 제1분리막 또는 제2분리막을 샌드위치 방식으로 접어 수처리용 필터 접합체를 형성하고, 상기 수처리용 필터 집합체의 측면부의 접합되지 않은 세 가장자리 중 여과수가 배출되는 하나의 가장 자리를 제외한 나머지 가장 자리를 접착제로 접합하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 가장 자리 측면부의 접합은 당업계에서 공지된 접착제를 제한 없이 사용할 수 있으나, 일예로 우레탄계 접착제, 에폭시계 접착제 및 아세테이트계 접착제 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
한편, 본 발명의 수처리용 필터 집합체의 내부 스페이서로 포함되는 메쉬시트는 필터 집합체의 외부 스페이서용 메쉬시트로도 사용될 수 있다.
본 발명의 수처리용 필터집합체 내부 스페이서용 메쉬시트에 대하여 설명한다. 상기 메쉬시트의 구성은 앞서 상술한 수처리용 필터 집합체에 포함되는 메쉬시트의 구성과 동일하기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
수처리용 필터 모듈에 사용되는 내부 및 외부 스페이서로 본 발명에 따른 메쉬시트를 사용할 경우 여과수 및 유입수의 유체 흐름을 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라 원부재 일원화를 통한 재료 비용의 절감 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 수처리용 필터 집합체를 포함하는 수처리용 필터 모듈에 대하여 설명한다.
상기 수처리용 필터 모듈은 정밀여과막 모듈, 한외여과막 모듈, 나노분리막 모듈 및 역삼투 분리막 모듈 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 수처리 분야에 따라 구성이 상이할 수 있다. 상기 수처리용 필터 모듈의 구성은 해당 업계의 수처리 분야에서 통상적으로 사용되는 구성을 채용할 수 있다. 다만, 이러한 일예시로써, 이하 상기 수처리용 필터 모듈 중 역삼투 분리막 모듈에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 역삼투 분리막 모듈의 분해사시도이다.
도 4를 참조하면, 나권형으로 권취된 본 발명의 수처리용 필터 집합체를 복수개로 포함한 역삼투 분리막 모듈로서, 복수개의 필터 집합체가 유출관을 중심으로 나권형으로 권취되어 압력케이스 내부에 구비될 수 있다.
필터 집합체는 유출관을 중심으로 나권형으로 권취되는데 나권형으로 권취됨으로써 상기 압력케이스 단위 부피당 포함되는 필터 집합체의 분리막 표면적을 더욱 증가시킬 수 있으며 이에 따라 분리막의 유효면적이 증가할 수 있다.
상기 압력케이스의 크기와 형상은 상기 역삼투 분리막 모듈이수용 가능한 범위 내에서 제한이 없을 수 있으나, 바람직하게는 복수개의 필터 집합체가 나권형으로 권취되기 때문에 그 형상은 원기둥일 수 있다. 다만, 압력케이스의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 압력케이스의 재질은 당업계에서 통상적으로 역삼투막 모듈에 사용되는 압력케이스 재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
앞서 상술한 바와 같이 역삼투 분리막 모듈은 유출관을 중심으로 복수개의 필터 집합체가 나권형으로 권취되어 포함되는데 상기 역삼투 분리막 모듈의 단면 직경은 유출관의 직경, 삼투막 집합체의 개수, 두께 등에 의해 달라질 수 있다.
유출관(150)은 복수개의 홀이 형성되어 있으며 유출관(150)을 통해 흐르는 유체가 홀을 통해 필터 집합체의 분리막(120, 130) 내부로 흘러 들어가게 된다. 구체적으로 농도가 서로 다른 두 용액 C, D 중 C 용액은 압력케이스 내부 및 필터 집합체의 분리막(120, 130) 외부로 흐르게 되고, D 용액은 유출관(150)에서 홀을 통해 필터 집합체의 분리막(120, 130) 내부로 흘러 들어가게 된다. 이를 통해 필터 집합체의 분리막(120, 130) 내부와 외부에 서로 다른 농도를 가진 두 용액(C, D)가 위치하게 되고 이로써 삼투압이 발생, 작용하게 된다. 다만, 상기 C, D 두 용액은 도 4에서와 같이 서로 같은 방향으로 주입될 수 있으나 이는 일예시로, 이와 다르게 목적에 따라 C, D 두 용액이 각기 다른 방향으로 주입될 수 있다.
상기 역삼투 분리막 모듈은 복수개의 필터 집합체 사이에 외부 스페이서(140)를 포함할 수 있다. 외부 스페이서(140)는 유입수 유로로서, 서로 다른 필터 집합체 사이를 흐르는 유체, 예를 들어 C 용액이 원활히 흐를 수 있는 유로를 형성케 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 수처리용 필터 집합체를 포함하는 정밀여과막 모듈, 한외여과막 모듈 및 나노분리막 모듈은 각각의 모듈에 사용되는 필터 집합체에 포함되는 분리막의 소재를 달리하여 구성될 수 있으며, 상기 분리막의 소재는 당업계에서 통상적으로 사용하는 정밀여과막, 한외여과막 및 나노분리막의 구성을 채용할 수 있기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
(실시예1)
PET 부직포, 상기 PET 부직포 상에 형성된 폴리설폰 및 상기 다공성 지지체 상에 형성된 폴리아미드 친수선 선택층을 포함하는 분리막(가로 길이: 260mm, 세로 길이: 2000mm, 두께: 120㎛)을 제1분리막 및 제2분리막으로 사용하였다.
내부스페이서로 상기 분리막과 동일한 크기의 폴리프로필렌 메쉬 시트(두께: 0.12mm, 제1원사 및 제2원사의 간격: 0.3mm, 제1원사 및 제2원사의 교차 각도: 60°)를 상기 제1분리막 및 제2분리막 사이에 개재하였다. 이 때 상기 제1분리막 및 제2분리막의 친수성 선택층이 바깥으로 향하도록 적층하고, 적층된 막의 가장자리 3면을 접합하여 필터 집합체를 제조하였다.
제조된 필터 집합체 상에 내부스페이서와 동일한 재질 및 스펙을 갖는 외부 스페이서를 적층한 후 상기 필터 집합체의 접합되지 않은 면을 시작으로 유출관에 롤 형태로 감고, 접합되지 않은 면의 양 끝단과 유출관을 접합하여 수처리용 필터 모듈을 제작하였다.
(실시예2~18)
실시예1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1에 도시된 바와 같이 내부 스페이서로 포함되는 메쉬시트의 두께, 제1원사 및 제2원사의 간격, 및 제1원사 및 제2원사의 교차 각도 중 적어도 어느 하나를 달리하여 수처리용 필터 모듈을 제작하였다.
(비교예1)
실시예1과 동일하게 실시하되, 메쉬시트 대신 0.25mm의 두께를 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 소재의 트리코트를 내부 스페이서로 사용하여 수처리용 필터 모듈을 제작하였다.
(실험예1)
실시예1~18 및 비교예1에서 제작한 수처리용 필터 모듈의 유량 및 염제거율을 측정하였다.
구체적으로 유입수는 200ppm 농도의 NaCl 수용액(온도 25℃, 압력 60psi)을 사용하였으며, 여과수 및 농축수 비 1:1의 조건에서 30분간 통수 한 후 여과수를 받아 유량 및 염 제거율을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 1에 도시하였다.
　구분 내부 스페이서 수처리용 필터 모듈
소재 두께(mm) 제1원사 및 제2원사의 간격(mm) 제1원사 및 제2원사의 교차 각도(°) 유량(GPD) 염제거율
(%)
비교예1 트리코트 0.25 0.4 - 80.9 96.7
실시예1 메쉬시트 0.12 0.3 60 85.2 96.8
실시예2 메쉬시트 0.22 0.3 60 91.2 96.8
실시예3 메쉬시트 0.27 0.3 60 96.2 96.8
실시예4 메쉬시트 0.33 0.3 10 98.5 95.1
실시예5 메쉬시트 0.33 0.3 25 105.1 96.7
실시예6 메쉬시트 0.33 0.3 45 104.9 96.7
실시예7 메쉬시트 0.33 0.3 60 99.9 96.9
실시예8 메쉬시트 0.33 0.3 85 96.9 96.8
실시예9 메쉬시트 0.38 0.3 60 102.1 96.7
실시예10 메쉬시트 0.44 0.3 60 105.2 96.1
실시예11 메쉬시트 0.57 0.3 60 108.2 95.2
실시예12 메쉬시트 0.66 0.3 60 110.2 94.5
실시예13 메쉬시트 0.33 0.1 60 80.2 96.8
실시예14 메쉬시트 0.33 0.4 60 102.2 96.6
실시예15 메쉬시트 0.33 0.65 60 99.5 95.8
실시예16 메쉬시트 0.33 0.9 60 95.2 94.9
실시예17 메쉬시트 0.33 1.3 60 90.2 94.1
실시예18 메쉬시트 0.33 6 60 88.2 95.7
상기 표 1에 도시된 바와 같이, 내부스페이서로 트리코트를 구비한 모듈(비교예1)은 내부스페이서로 메쉬시트를 구비한 모듈(실시예1)보다 유량이 낮은 것을 확인할 수 있다.
또한, 0.12mm의 두께를 갖는 메쉬시트를 구비한 모듈(실시예1)보다 0.22mm의 두께를 갖는 메쉬시트를 구비한 모듈(실시예2)의 유량이 현저히 우수한 것을 확인할 수 있고, 0.27mm의 두께를 갖는 메쉬시트를 구비한 모듈(실시예3)의 유량이 더욱 더 우수한 것을 확인할 수 있다. 반면 0.66mm의 두께를 갖는 메쉬시트를 구비한 모듈(실시예12)은 여과수량은 우수하나 염제거율이 95% 미만으로 저하되는 것을 확인할 수 있다.
한편 제1원사 및 제2원사의 교차 각도가 10°인 메쉬시트를 구비한 모듈(실시예4)보다 상기 교차 각도가 25°인 실시예5의 유량 미 염제거율이 더욱 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한 상기 교차 각도가 60°인 실시예7은 상기 교차 각도가 45°인 실시예6보다 유량이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 상기 교차 각도가 85°인 실시예8은 상기 교차 각도가 60°인 실시예7보다 더욱 더 유량이 저하되는 것을 확인할 수 있다.
다른 한편 제1원사 및 제2원사의 간격이 0.1mm인 메쉬시트를 구비한 모듈(실시예13)보다 상기 간격이 0.3mm인 실시예7의 투과 유량이 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
상기 간격이 1.3mm인 실시예17보다 상기 간격이 0.9mm인 실시예16의 유량이 현저히 높은 것을 확인할 수 있으며, 상기 간격이 0.65mm인 실시예15는 유량뿐만 아니라 염제거율 또한 더욱 우수하고, 상기 간격이 0.4mm인 실시예14는 유량 및 염제거율이 더욱 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
10: 수처리용 필터 집합체
11: 메쉬시트
12: 제1분리막
13: 제2분리막
14: 외부 스페이서
15: 유출관
100: 수처리용 필터 모듈
110: 메쉬시트
111: 제1원사
112: 제2원사
120: 제1분리막
130: 제2분리막
140: 외부 스페이서

Claims (11)

  1. 제1분리막;
    제2분리막; 및
    상기 제1분리막과 제2분리막 사이에 개재되고, 제1방향으로 소정의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 다수개의 제1원사 및 상기 제1원사와 소정의 각도로 서로 교차되도록 제2방향으로 소정의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 다수개의 제2원사를 포함하고, 상기 제1원사와 제2원사간 교차점이 접합된 메쉬시트를 포함하는 내부 스페이서;
    를 포함하는 수처리용 필터 집합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬시트의 두께는 0.2~0.6mm인 수처리용 필터 집합체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬시트의 두께는 0.25~0.4mm인 수처리용 필터 집합체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1원사 및 제2원사는 0.2~1.0mm의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 수처리용 필터 집합체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1원사 및 제2원사는 0.2~0.5mm의 간격을 두고 평행하도록 배치되는 수처리용 필터 집합체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2원사는 상기 제1원사와 20~70°의 각도로 서로 교차되는 수처리용 필터 집합체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2원사는 상기 제1원사와 20~50°의 각도로 서로 교차되는 수처리용 필터 집합체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1원사 및 제2원사는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스터, 나일론 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 공중합체로 이루어진 수처리용 필터 집합체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수처리용 필터 집합체는 측면부의 네 가장자리 중 여과수가 배출되는 하나의 가장 자리를 제외한 나머지 가장 자리가 상기 수처리용 필터집합체의 외부와 내부 간 분리되도록 처리된 수처리용 필터 집합체.
  10. 제1항에 따른 수처리용 필터 집합체를 포함하는 수처리용 필터 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수처리용 필터 모듈은 정밀여과막 모듈, 한외여과막 모듈, 나노분리막 모듈 및 역삼투분리막 모듈 중에서 선택된 어느 하나인 수처리용 필터 모듈.
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