KR870001735B1

KR870001735B1 - 물 정화방법과 장치

Info

Publication number: KR870001735B1
Application number: KR8205511A
Authority: KR
Inventors: 아쓰시 가와이; 이꾸오 이가미; 유즈루 가다기리; 미찌오 이노우에; 하사오 다나까
Original assignee: 가나자와 슈우쬬오; 미쓰비시 레이욘 가부시끼 가이샤
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1987-09-26
Also published as: AU9062682A; US4772390A; EP0086028A3; AU540708B2; KR840002743A; CA1200510A; DE3380487D1; EP0086028A2; EP0086028B1

Abstract

내용 없음.

Description

물 정화방법과 장치

제1도는 띠모양(strip like) 미소공의 중첩구조를 보여주는 개략도.

제2도 및 제7도는 중공섬유를 사용한 모듀울(module)의 실시예.

제3도 및 제4도는 다단계처리시스템의 실시예.

제5도 및 제6도는 자동공기분기(噴氣)시스템의 실시예.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 미세근모 2 : 노듀울부

3 : 미소공 4 : U형다발

5 : 수지 6 : 하우징유출구

7 : 하우징 10 : 샤우어꼭지

11 : 알코올유입구 12 : 알코울배출구

13 : 분기공 9 : 밸브

8 : 파이프 20 : 분리막

본 발명은 물의 정화방법과 물의 정화장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는 본 발명은 의약품제조, 식수, 의료처치, 식품공업, 정밀전자산업, 물리 및 화학등 각 분야에 이용되는 물의 정화방법과 장치에 관한 것이다.

위에 언급한 각종 분야에 이용하는데 있어서 물에 아교질, 세균, 발열물질등의 유해한 유기물이 없어야하는 것이 필수적이다.

정화된 물을 얻기 위해서는 증유, 한외여과, 및 역침투방법과 같은 종래방법이 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 장치가 가장 효과를 나타낼려면 규모가 커야 하고 또한 이들의 높은 운영비는 커다란 문제점이 되고 있다. 또한 이 방법은 가끔 필요한 량만큼의 정수를 얻는데는 적당하지가 못하다.

더우기 사람에 대한 의료용 정수는 세균이나 발열물질에 감염되어서는 않된다는 것은 불가결한 요구이다.

발열물질이란 세균의 대사물, 곰팡이, 효모등과 같이 유기체에 주입했을 때에 발열반응을 일으키는 발열성물질의 속명이다.

화학적으로 발열물질은 내열성이고, 질소와 인을 함유하는 고분자량의 복잡한 글리콜리피드이며, 입경이 1 내지 5μ이고 수용성인인것으로 알려져 있다. 약 0.01μg/kg 정도의 극소량의 발열물질도 유기체내에서 발열반응을 일으키는 것으로 보고되어 있다.

혈관주사, 침제용액, 복용약등 방법으로 발열물질이 유기체내에 들어가면 고열이나 쇼크같은 부작용을 일으킨다. 그렇기 때문에 의료용으로 사용되는 물에는 세균이나 발열물질이 제거되어야 한다. 그러나 발열물질을 물에서 제거하거나 박멸하는데 박테리아 여과법이나 고압증기 소독법으로는 되지 않는다.

그렇기 때문에 발열물질에 오염되지 않은 물을 얻기 위해서는 특수물처리방법을 사용해야 한다.

더우기, 박테리아나 발열물질 말고도 저분자량유기화합물 상태의 유해물이 물속에 존재하는 이유때문에 물을 더욱 철저하게 정화해야 할 필요가 있다.

본 발명에서 "소량"이라고 하는 것은 10억분율(p.p.b.) 내지 1조분율(p.p.t.)범위이내의 량을 말한다.

물속에 수 p.p.t. 내지 수백 p.p.t.씩 존재하는 프탈레이트에스테르(디부틸 프탈레이드, 디코틸 프탈레이트등), 직쇠 이염기산 에스테르(디옥틸 아디페이트, 디옥틸 아젤레이트, 디옥틸 세바케이트등), 기타 고지방산 에스테르, 지방산 및 기타 할로겐화벤전과 같은 유기화합물을 효과적으로 제거할 수 있는 것이 특별히 요망된다.

위에서 언급한 바와 같이 물에 작녹지 않는 많은 종류의 유기 화합물이 물속에 소량씩 존재하고 있으며 이들 화합물은 도시나산업지역의 인구조밀지역의 하천이나 지하수에 그 농도가 증가하고 있다.

그래서 위와 같은 화합물의 수도물이나 우물속에 존재함으로 인한 비위생적인 사정때문에 그것들을 물에서 제거하기 위한 매우 효과적인 방법의 필요성은 계속 존재한다.

따라서 본 발명의 목적의 하나는 물속에 소량으로 존재하는 유기화합물 및 기타의 오염물질을 효과적으로 및 효율적으로 제거할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 위와 같은 목적과 기타의 목적들은 앞으로 더욱 명백하게 되었지만 간단히 말해서 소량의 오염 박테리아, 발열물질 및 저분자량유기화합물을 함유하는 물을, 복수개의 직사각형 노듀울구역(noduleareas)을 갖는 미소다공성 폴리올레핀막(microporous polyolefin membrane)을 통과시키는 물정화방법으로 달성되는데, 상기 노듀울의 각 구역은 복수개의 띠모양(strip-like) 미세근모(微細根毛)가 노듀울의 한면으로부터 건너편을 향하여 뻗어 있고 따라서 각 노듀울내에 복수개의 띠모양 미소공을 형성하고, 상기 미소공들은 상기 막(membrane)한 쪽면으로부터 건너편면에 이르기까지 서로 연속되기 때문에 하나의 미세중첩구조(micro-stacked structure)를 형성하고, 상기 미소공의 평균직경은 0.03 내지 0.8μ이다.

본 발명의 다른 실시예는, 처리할 물의 유입구와 처리된 물의 유출구를 갖추며 앞에서 설명한 바와 같은 적어도 하나의 미 소다공성 폴리올레핀막을 구비한 하우징의 복수개로 구성되는 다단계여과장치에, 오염박테리아 발열물질 및 저분자량유기화합물로 오염된 물을 통과시키는 것이다.

본 발명과 부수된 많은 장점에 관한 완전한 평가는 하기의 상세한 설명과 함께 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 더 잘 이해하게 되므로서 용이하게 나올 수가 있다.

본 발명에 이용되는 미소다공성 폴리올레핀막의 모양은 평면필림일 수도 있고 관형막일 수도 있다. 그러나, 다공성중공섬유막(porous hollow fibre membrane)이 단위체적당 더 많은 막의 표면적을 갖는 구조이기 때문에 특별히 알맞는 구조이다.

위에 언급한 바와 같이 특수 미세구조를 갖는 다공성 중공섬유는, 가령 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 같은 중합체를 중공섬유제조용 특수노즐을 통하여 용융방사시켜 얻는 높은 배향도의 미가공 크리스탈중공 섬유를 냉간스트랫치 한 다음에 그것을 열간스트랫치할 때에 가공조건을 적절히 제어하므로서 만들수가 있다.

이제 본 발명에 이용되는 분리막(separating membrane)의 미세구조를 설명하기 위해서 도면을 참고하여 설명하고자 한다.

제1도는 띠모양 미소공의 중첩구조(stacking structure)의 개략도이다. 제1도에서 각 부재는 미세근모(1), 미세근모들(1)을 내포하는 복수개의 네모골 노듀울부(nodular portions)(2), 띠모양 미소공(3)을 나타낸다. 미세근모들(1)과 노듀울브(2)로서 이루어지는 미소공들(3)은 각 노듀울부내에서 중첩구조를 형성한다.

상기 미소공 중첩구조는 노듀울부내에서 하나의 평면상에 섬유길이 방향으로 중첩되고 동시에 그와 같은 구조를 갖는 평면이 중공섬유벽의 폭방향으로 중첩된 것이다.

이와 같은 특수미세구조의 막은 물의 정화에 기여하게 되는 본 발명 방법의 주요한 요소이다.

본 발명에서 미소공의 평균직경은 수은 다공도계로서 측정한 치수가 0.03 내지 0.8μ 범위가 되야하는 것이 필수적이다.

0.03μ 이하의 미소공은 물투과도가 과도하게 낮아서 여과효과를 떨어뜨리기 때문에 좋지 않다. 반면 직경이 0.8μ가 넘는 미소공은 비록 박테리아의 제거는 가능하나, 위에서 언급한 바와 같이 물속에 소량으로 존재하는 저분자량 화합물은 효과적으로 제거할 수 없기 때문에 좋지 않다.

미소공의 크기와 막을 구성하는 물질의 관계는 비록 미소공막의 평균직경이 0.03 내지 0.8μ범위내에 들더라도 다공성 폴리올레핀막이외의 물질로 된 미소다공성막물질은 위에 언급한 유기화합물의 제거율을 급격히 떨어뜨리는 이유로 적합하지가 않다. 다시말하면 본 발명의 막과 같은 미소다공성구조와, 그막 자체의 재료로서 폴리올레핀을 사용하는 두가지 요인은, 물에서 상기 유기화합물을 여과와 흡수의 상승작용으로서 제거하는데 기여하는 중요한 요인이다.

막은 물투과력이 높은 것이 실용성의 주요요인이며, 증유수를 막을 통과시켜서 여과할 때에 시초여과 유속이 정상기온에서 수압 1kg/㎠일때에 1리터/분/㎡이상일 것이 요망된다.

유속이 1리터/분/㎡이하일 때는 막의 시간당 물투과력이 떨어지고 따라서 정수용물의 흡입량이 적어지기 때문에 실용성이 없다.

본 발명의 막은 띠모양의 미소공들로 된 미세중첩구조를 하고 있고, 미소공들의 평균직경은 0.03 내지 0.8μ 정도로 작음에도 불구하고 막은 상당한 물투과력을 갖고 있다.

막의 효과를 다음에 설명하겠지만 다공도가 20 내지 90용적%인 다공성 중공섬유를 사용하므로서 크게 높였다.

더우기, 다공성 중공섬유의 벽두께는 10 내지 100μ정도가 되는 것이 안정적인 산업생산을 위해서 바람직하며, 10μ이하의 두께는, 기계적으로 약하기 때문에 문제점을 야기시킨다.

막의 두께가 100μ를 포과할 필요는 없다. 20 내지 80μ의 두께가 특별히 요망된다.

수은 다공도계로 측정해서 20 내지 90용적%이내의 다공도를 갖는 것이 적당하다. 다공도는 20용적%이하가 되면 물투과력 이 떨어지기 때문에 안되고, 다공도가 90적용%를 초과하면 기계적으로 막이 약해지기 때문에 안된다. 40 내지 80용적%가 특별히 요망된다.

본 발명에서는 다공성 중공섬유의 중공개구의 직경에아무런 제한을 두지 않는다. 그러나 보통 200 내지 300μ의 직경이 유리하다.

물로부터 발열성 물질을 가장 효과적으로 제거하기 위해서는 막이 미소다공성 폴리올레핀중공섬유로 구성되고 섬유벽의 두께 T(μ)가 10 내지 100μ, 수은다공도계로서 측정한 막의 다공도는 20 내지 90용적%, 미소공의 평균직경

(μ)은 0.03μ이하이고 직경(

)이 0.002XT+0.3 이하여야 한다.

본 발명을 개발하는 동안에는 물속에 소량으로 존재하는 입경 1 내지 5mμ의 발열불질을 제거할 수 있으리라는 것은, 수은 다공도계로서 측정한 상기 막의 미소공직경이 0.03 내지 0.8μ임에도 불구하고 기대하지 않았다.

더우기 현재로는 발열물질제거의 메카니즘은 규명되고 있지 않다. 그러나, 노듀울부와, 제1도와 같이 중공섬유의 벽의 두께방향으로 배향된 미세근모로 구성되는 띠모양 미소공의 중첩구조에 의해서, 발열성 물질의 제거는 크게 영향을 받는 것으로 믿어진다.

이 원리는 다음에 설명되는 바와 같이, 발열물질은 벽의 두께(T)가 커지면 미소공의 직경(D)을 넓히더라도 제거가 가능하다는 사실에 의해서 설명될 수가 있다.

한편, 발열물질의 제거에 관한한, 미소공의 직경이 크고 막의 다공도가 크면 막의 투과력이 높기 때문에 발열물질의 제거에 유리하다.

위에서 언급한 띠모양 미소공을 갖는 중공섬유를 사용할 때의 다공성 중공섬유의 구멍의 평균직경과 섬유의 다공도를 수은 다공도로서 측정하여 본 발명자들이 발견한 바에 의하면 발열물질을 여과하기 위한 미소공직경의 상한선은 중공섬유의 막의 두께 T(μ)에 의해서 변화한다.

다시말하면 막의 두께(T)가 크면 막이 미소공의 평균직경이 크더라도 여과액속에 발열물질이 존재하지 않는다는 것이다. 막의 두께가 크면 미소공의 평균직경이 크더라도 발열물질이 막의 미세근모에 걸려버리기 때문에 발열물질이 막을 통과할 수 없는 것같이 보인다.

이와 같이 다공성중공섬유의 경우에는 막의 두께와 미소공의 최대직경의 관계는

=0.002XT+0.3으로 표시할 수 있고, 또한 0.03μ이상이라는 하한치는 물투과력의 관점에서 볼때 효과적인 것은로 증명이됐다.

다른말로 말하면, 발열물질이 완전히 제거된 물을 얻는 것은 미소공의 직경이(0.002XT+0.3)μ이하의 중공섬유를 사용하는 것으로 인한 높은 투과율을 유지하면서도 가능하다는 것이다.

더우기 중공섬유의 막의 두께는 10 내지 100μ, 더 바람직하기로는 20 내지 80μ일것이 요망된다.

다공도는 막의 물리적 강도와 물투과력간의 균형을 취할 필요성때문에 20 내지 90용적%, 더 바람직하기로는 40 내지 80용적%일것이 요망된다.

본 발명의 정수기술은, 물을 다단계의 막을 통과시켜 여과하는 실시예에 적용해본 결과 만족할만한 결과를 낳았다. 두개 또는 그 이상의 여과단계를 공하므로서 본 실시예가 위에서 언급한 물질을 제거할 수 있는 신뢰도를 높일 수 있고, 또한 처음과 다음 단계들 사이에 막의 면적과 미소 공직경의 균형을 유지하므로서 단일 단계의 방법보다도 유효수명을 연장시킬 수가 있다.

다단계 여과장치에 있어서는 A_n

A_n+1이고, 여기에서 A_n는 n째 단계에서의 막의 평균 미소직경이다. 요망스러운 관계는 S_n

S_n+1인데, 여기에서 S_n는 n째 단계에서의 막을 표면적이다.

이 과정에서 발견한 사실은, 물속에 저분자량 유기화합물이 소량으로 존재하는 경우와, 비교적 다량의 유기화합물을 함유하는 수도물 등을 여과시킬 때에 유기화합물이 제거됨에 따라 물투과력이 급속히 줄어드는 현상을 관찰하게 된다는 것이다. 본 발명의 다단계 여과방법은 특별히 200p.p.b. 이상의 유기화합물을 여과시키는 경우에 물투과력의 현저한 약화로 인한 위와 같은 현상을 방지하는 방법으로서 특별히 바람직한 것이다.

종래의 막여과기술에서 2단계이상의 여과방법을 써서 물을 여과할 때에는 미소공의 직경이 서로다른 막들을 사용하는 것은 잘 알려져 있다. 그러나 이들 방법은 액체로부터 입자를 제거하는 것이 목적이다.

한편 본 발명은 입자를 제거하는 것이 아니고 분해된 저분자량 유기화합물을 제거하는 것을 목적으로 하면서도, 물투과력의 저하를 극소화 또는 방지하는 것을 의도하는 것이다.

따라서 초기단계에서의 막의 평균 미소공직경은 다음 단계의 미소공입자보다 클럿이 요망되나, 초기단계와 다음 단계의 막의 미소평균직경이 같다고 하더라도 물투과력의 저하를 방지할 수가 있다.

그러나 다음 단계의 막의 미소공평균직경이 초기단계의 막의 미소공 평균직경보다 클때에는 초기단계에서의 막의 여과저항에 의해서 투과력이 결정되기 때문에 물투과력이 떨어지므로 이것은 요망스럽지가 못 하다.

또한 본 발명이 처리하는 물은 비교적 불순도가 낮은 우물 또는 수도물이며, 그 물속에 소량으로 존대하는 박테리아, 발열물질 및 저분자량 유기화합물을 제거하기 위한 고단계처리방법이므로 많이 오염된 물은 본 방법으로 처리하기전에 사전처리가 되야 한다.

본 발명은 사용직전에 물을 연속적으로 처리하기 위한 것이다. 더우기, 펌프와 같은 압력수단을 사용하지 않고도 본 발명 장치를 시의 상수도 또는 우물펌핑시스템의 관에 설치하므로서 수원의 수압만으로서 장치를 움직여서 정화수를 얻을 수가 있다.

예를들면, 증유 및 역침투같은 방법은 물에서 박테리아나 발열물질을 효과적으로 제허하는 방법으로 이용될 수 있다. 그러나 이러한 경우 정화수는 장래의 사용을 위해서 탱크에 저장하지 않을 수 없는데 이때에 공기중의 박테리아가 파이프나 파이프연결구를 통하여 물속으로 들어가는 경우가 많다.

이와 같은 상황을 방지 하기 위해서 본 발명을 진행하였으며 본 발명의 방법에 의거해서, 사용전에 정수를 저장할 필요없이 세균과 발열물질이 제거된 물을 효과적으로 얻을 수 있다.

본 발명의 물처리 시스템은 다음과 같다.

이 시스템은 다단계 여과시스템이며 하나시이상의 하우징을 구비하고 각 하우징은 처리할 물을 받아들이는 유입구와 처리수배출 및 사용이 끝난 다공성 폴리올레핀막을 처분하기 우한 유출구를 갖는다.

본 장치는 수많은 띠모양의 미소공이, 길이방향으로 배향된 미세근모와, 미세근모와 대체로 직사각모양으로 연결되어 있는 노듀울부에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 더우기 미소공들은 두께 방향으로 상호 연속되어서 하나의 중첩구조를 이루며 미소공들의 평균직경은 0.3 내지 0.8μ 이내이다.

와이 같은 장치하에서는 소량으로 존재하는 박테리아 발열물질 및 저분자량 유기화합물을 종전방식보다도 더 확실하게 제거할 수가 있다.

나아가서 본 장치는 하기의 조건을 갖춘 다단계 여과기를 제공한 시스템을 이용하므로서 매우 유용하며 앞에서 언급한 원인으로 인한 물투과력의 저하를 장지할 수 있다.

즉 본 여과기구는 A_n

A_n+1이 되고, 여기에서 A_n는 n단계에서의 막의 평균미소 공직경이며, S_n

S_n+1이 되고, 여기에서 S_n는 n단계에서의 막의 표면적이다.

본 발명은 제2도와 같이, 여과물질을 만들 때에 미소다공성 중공섬유다발을 접어서 U형(4)으로 만들고 끝을 수지(5)로서 고정한 다음 중공섬유의 개구단(6)은 하우징의 출구(6)로 통하에 만들면 특별히 물정화 장치로서 매우 용도가 좋다. 물은 미소다공성 중공섬유막을 투과하므로써 처리된다.

제2도에 있어서는 물의 투과방향이 중공섬유의 바깥으로부터 내부로 나 있으나 물의 흐름방향이 반대방향일 때에도 역시 마찬가지이다.

제3도는 다단계로 조립된 모듀울의 예를 보여주고 있는데, 이것에는 샤우어 꼭지(shower nozzle)(10)가 달려가지고 처리수의 출구에서 박테리아의 침입을 박는다. 이 장치는 특별히 비오염수를 생산하는데에 유리하다. 샤우어 꼭지는 플라스틱재료에 살균제로 쓰이는 요오드를 흡착시킨 것으로 만들어도 된다.

종래의 비오염수 제조시스템에서는, 시스템을 연속적으로 작동시켜서만 비오염수를 얻을 수가 있다. 작동을 중단하면 공기중의 박테리아가 시스템을 침입해서 물을 오염시키게 된다.

따라서 박테리아의 침입을 막는 것이 중요하고 본 발명시스템에 의해서 그것이 가능하다.

제3도의 장치는 알코올 유입구(11)가 하우징(7)의 상단에 제공되고 알코올배출구(12)가 하우징(7)의 저부에 제공되어 있다. 이들 구멍들은 하우징내의 여과물질을 소독할 수 있게하며 필터에 끼는 물질을 제거할 수 있게 한다.

하우징들은 밸브(9)가 제공된 흐름파이프(8)에 의해서 직열연결되어 있다.

따라서 본 물정화시스템은 실제운용에 있어서 매우 유용하게 되어 있다. 본 시스템은 비오염수를 만드는데 이용할 수가 고있 비교적 다량의 저분자량 화합물을 함유하는 물을 처리하는데 유용하게 쓰일 수 있다. 본 시스템은 정기적으로 소독하므로서 장기간에 걸쳐서 시스템의 청결을 유지하게 한다.

이와 같이 알코올 유입구와 배출구를 갖춘 정화수시스템은 실용적인 시스템이다. 또한 알코올이 하우징 내에서 2 내지 3분동안에 걸쳐서 배출되는 동안에 막에 낀물질을 제거할 수도 있다.

제4도는 또 다른 실시예의 다단계 물처리스템을 보여주는데, 분기공(13)이 제공되어서 알코올이 하우징내로부터질때 공기를 분기(噴氣)시키게 한다.

실제적인 목적으로, 제5도와 제6도에서 처럼 수압이 5kg/㎠ 이하에서는 물은 투과시키지 않으면서 공기는 투과시키는 분리막을 통하여 하우징내의 공기를 분기시키는 기구를 설치하는 것이 중요한다.

다시 말하면 하우징내에 공기가 존재하며 처리할 물과 여과물질간에 접촉효과는 감소하고 따라서 여과 효과가 줄어든다. 통상적으로 분기공(13)은 하우징의 상단에 분기꼭지를 설치하나 본 발명에서는 하우징 상단에 자동분기장치를 설치할 수 있다. 또한 수압 5kg/㎠ 이하에서 물불투과성이고 공기투과성인 분리막으로는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 같은 소수성(疏水性) 중합체로 구성된 미소다공성 평면막 또는 중공섬유를 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명에 관하여 일반적인 설명을 하였으나 더 자세한 것은 이하의 구체적인 실시예를 참고하므로서 이해가 잘될 것이다. 그러나 이들 실시예는 어디까지나 하나의 예에 불과하고 특별히 그렇게 명시하지 않은 한 청구범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

하기의 실시예에서 사용되는 미소다공성막은 제1도와 같은 미세구조를 갖고 있고, 그 평균미소공직경과 다공도는 Calluro Elva co., Ltd가 제작한 수은다공도계, 모델 221을 사용해서 결정한 것이다.

[실시예 1]

내경 280μ, 벽두께 60μ, 다공도 60용적%, 평균미소공 직경 0.23의 폴리에틸렌으로 된 다공성중공섬유를 사용했다. 이들 중공섬유를 제2도에서와 같이 U형 다발로 묶고 중공개구단들은 막지않고 열어둔다.

이들 섬유는 폴리우레탄-수지으로서의 카아트리지형 필터를 만들었다.

이들 분리막을 제2도의 하우징내에서 설치하고 이것을 압력조정기를 사이에두고 우물의 관과 연결시켰다. 물을 배압2.5kg/㎠로서 장치를 통과시켜 2400시간동안 여과시키고, 여과전후에 있어서의 물속의 발열 물질 존재량을 측정했다. 여과하지 않은 우물의 발열물질 함량은 ++으로 나타났다. 그 결과는 표 1에 나타나 있다.

처음단계에서의 물투과력은 250리터/㎡/시간이었고, 480시간의 투과이후에는 170리터/㎡/시간으로 줄었다. 분리막을 일단 하우징으로부터 제거한 후 50%에타놀용액으로 세척하였다. 그랬더니 투과력이 210리터/㎡/시간으로 회복되었고, 물을 계속 투과한 후 2400시간이 지나서는 투과력이 160리터/㎡시간이 었다.

[표 1]

위의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명은 우물로부터 발열물질을 제거하는데에 효과적이다.

[실시예 2]

분리막으로는, 중공개구의 직경이 250μ이고, 벽 두께가 40μ, 다공도가 70용적%, 평균 미소공직경이 0.05μ인 폴리프로필렌으로 된 다공성 중공섬유를 사용하였다.

기타의 조건은 실시예 1과 같게해서 수도물을 여과시켰고, 여과전후에 있어서의 수도물내의 발열물질의 존재량(발열물질이 있는 경우)을 측정했다.

결과는 표 2와 같다.

처음 단계에서는 물투과력이 170리터/㎡/시간이었고, 그것이 48시간의 투과후에는 125리터/㎡시간으로 줄었고, 실시예 1과 같이 분리막을 세척하였더니 물투과력은 145리터/㎡/시간으로 회복되었다.

계속 여과시켰더니 2400시간후에는 물투과력이 120리터/㎡/시간으로 나타났다.

[표 2]

*(여과시키지 않은 수도물속에 발열물질⁺⁺)

표 2에서 알수 있는 바와 같이 본 발명의 방법은 수도물로부터 발열물질을 제거하는데 효과적이다.

[실시예 3]

분리막으로는, 내경 250μ, 벽두께 40μ, 다공도 80용적% 및 평균비소공직경 0.68μ의 폴리에틸렌으로된 다공성 중공섬유를 사용하였다.

기타의 조건들은 실시예 2의 수도물 여과때와 같다.

여과전후의 발열물질을 측정한 결과는 표 3과 같다.

[표 3]

*(여과시키지 않은 수도물속에 발열물질⁺⁺)

표 3에서 보는 바와같이, 물이 통과하는 처음단계에서는, 평균미소공직경(

)이 0.002X(T)+0.3이하의 조건을 만족시키지 않는 상태하에서도 발열물질이 제거되는 것을 관찰할 수가 있다. 그러나 물의 통과시간이 길어짐에 따라 여과효율은 감소하는 경향을 보였다. 이렇게 본 발명에서와 같이 미소공의 평균직경(

)이 0.002X(X)+0.3이하 인것이 바람직함이 들어났다.

이들 실시예에서 사용된 발열물질 검출방법은 참게 세포용 해물시험(참게혈구용해응고시험)이었다.

사용된 검출시약은 Teikoku zoki pharm. Co. 가 만든 Pregel(상표명)이었다. 이 검출은 발열물질이 조금만 있어도 참게의 혈액임파용액속에 혈구와 반응을 일으켜서 응고가 일어나는 원리에 입각하고 있다.

Pregel 시약은 위의 혈구성분을 동결건조시켜서 앰플내에 밀봉한 것이다. 한 시험에서 시험용액을 앰플에 첨가하고, 한시간동안 37℃에서 항온처리한 다음, 실온에서 5분간 두었다가, 응고정도를 판정하기 위하여 앰플을 45도로 기울였다.

판정기준은 다음과 같다.

(++) : 단단한 겔이 형성되며, 겔형태가 붕괴되지 않음.

(+) : 겔이형성되나, 앰플을 기울였을 때에 덩어리가 움직임.

(±) : 미완성의 과립상겔이 형성되며 점도가 현저하게 증가함.

(-) : 용액에 조금도 변화가 없음.

이 방법에 의한 발열물질의 검출한계는 10^-3μg/ml이다.

[실시예 4]

제2도에서와 마찬가지로 내경 280μ, 벽투께 60μ, 다공도 60용적% 및 평균미소공직경 25μ의 폴리에틸렌으로 된 다공성중공섬유를 U형 다발로 만들고 중공개구는 막지 않은 상태로 두었다. 그 다발을 하우징의 팁(tip)에 폴리우레탄으로서 고정시켰다. 이렇게 얻은 흡착-분리막물질(막표면적 3㎡)을 하우징내에 설치했다. 그 하우징을 압력조정기와 적산유량계를 사이에 두고 상수도관(0시)에 연결하였다.

배압 1kg/㎠에서 6,974㎥의 물을 여과시킨후에 흡착-분리막에 흡착된 유기물질을 에타놀로서 세척해내고, 에타놀을 증발시킨 후, 중량을 측정한 결과 1.5455g이었다.

수도물속의 유기물질의 함략은 221.6p.p.b였다.

이 유기물질을 적외선 흡수스펙트럼(IR), 갭 크로마토그래피(GC), 및 개스크로마토그래피 질량분석기(GC-MS)등을 포함해서 통상적인 방법(정량 및 정성분석)을 이용하여 화학적으로 정밀분석하였다.

그 결과는 표 4에서 보는 바와 같이 각종 형태의 미량의 유기물질이 막에 의해서 붙잡혀 지는 것을 알수 있다.

[표 4]

분석결과

노오트 : *는 존재확인은 되었으나 수량측정이 불가능하였음을 표시함.

**는 구체적인 존재확인이 불가능하고, 따라서 수량측정도 불가능하였음을 표시함.

[실시예 5] (모델-시험)

디부틸 프탈레이트 25.6p.p.b를 함유하는 증유수를 만들어서 이것을 시험용수로 사용했다.

여과시험을 위해서 실시예 4와 동일한 흡착-분리막을 사용하였다. 다시 말하면 50리터의 시험용수를 펌프를 사용하여 3리터/분의 속도로 여과시킨 후, 여과수중 디부틸 프탈레이트 함량을 통상의 방법으로 정량 분석했다.

결과는 제5도와 같다.

[표 5]

표 5에서 표시한 바와 같이 불순물제거율은 96.3%였다.

이와 같이 본 시스템은 물속에 미량으로 존재하는 디부틸프탈레이트오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

[실시예 6]

흡착-분리막으로는, 내경 250μ, 벽두께 40μ, 다공도 70용적%, 및 미소공평균직경 0.06μ의 폴리프로필렌으로 된 다공성 중공섬유를 사용하였다.

실시예 5와 같은 조건하에서 여과시험을 실시하고, 여과수중의 디부틸프탈레이트를 정량분석했다.

결과는 표 6과 같다.

[표 6]

분석결과

표 6에서보는 바와 같이 제거율은 폴리에틸렌-다공성중공섬유(표 5)의 경우와 같이 높게 나타났다.

[실시예 7]

실시예 5와 동일한 조건하에서, 실시예 4와 동일한 미소다공성 폴리에틸렌중공섬유를 사용해서 여과시험을 실시하였다. 단지, 평균미소공직경만은 0.94μ로 하였다. 여과수중의 디부틸프탈레이트함량을 측정한 결과 표 7과 같이 나타냈다.

[표 7]

분석결과

표 7에서 보는 바와 같이 제거율은 70.0%였는데, 이 때의 평균미소공직경은 조금 큰 0.94μ였다.

제거율이 실시예 5 또는 6보다 약간 떨어졌다.

[비교예 1]

실시예 5와 동일한 조건하에서, 내경 270μ, 다공도 65용적%, 평균미소공직경 0.30μ의 셀루로오즈형 섬유를 사용한 여과시험을 실시하고 여과후의 물속의 디프탈레이트함량을 측정한 결과 표 8과 같이 나타났다.

[표 8]

표 8에서 보는 바와 같이 셀루로오즈형 다공성중공섬유일때에는 제거율이 4.10%까지 낮게 떨어진다.

위의 결과가 증명하는 것은 고율의 유기물 제거율이 바로 본 발명의 막으로 이용되는 폴리올레핀물질의 기능이라는 것이다.

[실시예 8]

제2도에서 보는 바와 같이, U형 다발을 구성하는 각 다공성 섬유는 (A)내경 280μ, 벽두께 60μ, 다공도 63용적%, 및 평균미소공직경 0.35μ의 폴리에틸렌으로 된 다공성 중공섬유와, (B)내경 279μ, 벽두께 58μ, 다공도 59.5용적% 및 평균미소공직경 0.29μ의 폴리에틸렌-다공성중공섬유로 구성하였다.

중공개구단들(ends)은 열어두고 다발의 끝은 폴리우레 탄수지로서 고정시킨, 흡착-분리 막다발(막표면적 3㎡)을 폴리카아본에이트로 만든 하우징내에 장치하였다.

두개의 모듀울 장치(A와 B)를 준비하고 제3도에서와 같이 직렬연결한후에 모듀울장치 A를 상수도관(N시)에 연결하고, 배압 1.3kg/㎠으로 2단계 여과를 실시하였다. 여과된 물중에 존재하는 세균은 0pcs/ml이고 네가티브(-)의 LAL-시험결과를 보였다.

이와 같이 처음에 상수도 물속에 포함되어 있던 저분자량의 유기물질의 98%가 제거되었다.

그수도물은 당초에 6pcs/ml의 세균을 포함하고 있었고 포지티브(++)의 LAL시험결과를 보여주던 것이었다.

이 경우에 있어서 시초의 여과 유속은 3.8리터/분이던것이 30,000리터의 물을 통과시킨후에는 3.0리터/분을 나타내서, 유속의 저하는 사소한것으로 나타났다.

[비교예 2]

실시예 8에서 모듀울장치(A와 B)를 따로 따로 사용하였더니, 처음의 여과유속인 3.8리터/분의 고정압력으로 각각 여과했을 때에, 모듀울장치 A는 3,000리터의 물을 통과시킨후에 여과유속이 3.0리터/분으로 떨어졌고, 모듀울장치 B는 2,600리터의 물을 통과시킨 후에 유속이 3.0리터/분으로 떨어졌다.

[실시예 9]

실시예 8과 물통과시험을 실시 하였는데, 단지 모듀울장치의 막의 표면적만 4㎡로 다르게 하였다.

물의 통과량이 38,000리터가 되었을 때에 유속이 3.8리터/분에서 3.0리터/분으로 떨어졌다.

[실시예 10]

실시예 8과 유사한 실시를 행하는데 있어, 벽두께 56μ, 다공도 66용적%, 평균미소공직경 0.45μ의 미소다공성 폴리에틸렌중공섬유를 사용하였다.

막의 표면적 4.5㎡의 모듀울장치 A를 제작 하였다. 유사하게, 중공개구부분의 내경 280μ, 벽두께 60μ, 다공도 63용적%, 및평균미소공지경 0.35μ의 미소다공성 폴리에틸렌 중공섬유로서 표면적 4㎡의 모듀울 장치B를 제작하였다. 나아가서, 내경 279μ, 벽두께 58μ, 다공도 63용적% 및 평균미소공직경 0.29μ의 미소다공성 폴리에틸렌중공섬유를 사용해서 막의 표면적 3㎡의 모듀울장치 C를 제작하였다.

이들 모듀울장치(A, B, C)를 직렬연결하고, 실시예 1과 유사한 물통과시험을 실시했다.

그결과 여과된 물은 0 세균/Mml이었고, 네가티브의 LAL시험결과를 나타냈다.

당초에 5세균/ml의 세균과 포지티브의 LAL시험결과(++)를 보여주었던 물로부터의 저분자량 유기물의 제거율은 99.5%로 나타났다. 이 경우에 처음의 여과유속 3.8리터/분의 고정압력으로 물을 59,000리터까지 통과시켰을 때에 유속이 3.0리터/분으로 떨어졌다.

[실시예 11]

실시예 10의 모듀울장치 A와 B를 직렬연결하고 유사한 물 통과시험을 시행하였다. 물의 통과량이 41,000리터가 되었을 때에 시초의 3.8리터/분이 3.0리터/분으로 떨어졌다.

[실시예 12]

실시예 8에서 30,000리터의 물을 통과시킨 후에 모듀울장치 A의 하우징내의 물을 배출시켰다. 그리고 모듀울을 에틸알코올로 채워서 약 30분간 실온에서 방치하였다.

그런 다음에 에틸알코올을 물로서 대체하고, 10분간에 걸쳐서 물을 배출시켰더니 유속이 모듀울장치 A와 B의 직력연결하에서의 당초의 유속의 94%까지 회복되었다.

[실시예 13]

하나의 하우징과 여과물직로서 구성되는 제7동와 같은 물처리장치를 준비하였다. 하우징으로는 폴리카아본에이트로된 투명실린더를 사용하였다.

도시한 바와 같이 분리막(20)을 하우징 상단에 설치하였다. 이 분리막장치는 평균 미소공직경 0.23μ, 벽두께 56μ 및 내경 280μ의 미소다공성 폴리에틸렌중공섬유로 만들어졌다.

막은 다발로 만들고 U형으로 굽혀서 제5도와 같이 실린더형 플라스틱용기속에 그 끝을 수지로서 고정했다. 분리막의 표면적은 0.02㎡로 하였다.

다음으로 물의 통과량을 척증할 압력게이지와 유량계를 중간에 두고 이물처리시스템을 상수도꼭지에 연결하였다. 하우징 내부에서의 공기배출을 관찰하였다. 모듀울로부터의 공기배출은 원할하게 이루어졌고 처리할 물이 하우징을 꽉채웠다.

이 시점에서의 수압은 2.5kg/㎠였고 유량능 3.5리터/분이었다. 위와 같은 조건하에서는 물이 계속통과하는 동안에도 여과물질내에 내재하는 공기의 배출이 관찰되었다.

기포가 약 10분가량 관찰되었으나, 분리막으로부터 원활한 배기가 이루어졌고 약 10분우에는 기포가 관찰되지 않았다. 하우징내의 공기가 모두 배출되었음이 확인된 것이다. 물의 누출도 관찰되지 않았다.

24시간후의 상수도꼭지를 잠궈서 작동을 멈추고 하우징의 내부를 관찰하였다.

하우징의 상부에서 공기가 검출되었다. 다시 상수도꼭지를 열어서 약 30초후에는 공기가 완전히 빠졌다. 이러한 상태에서 물을 계속 약 10일간 통과시켰으며, 그래도 물의 누수는 관측되지 않았다. 하우징내에 공기는 존재하지 않았다.

위의 물 여과시험으로 본 발명의 방법은 물처리중에도 언제나 공기의 분기(噴氣)를 가능하게 한다는 것이 확인 되었다.

[실시예 14]

폴리프로필렌(두께 0.3mm, 평균미소공지경 0.08μ)으로 된 평면막을 제6도와 같이 실린더형 플라스틱용기내에 고정시켰다.

이와 같은 분리 모듀울을 실시예 13과 동일한 물 여과시스템의 하우징 상단에 설치하고 실시예 13과동일한 조건하에서 물통과 시험을 실시한 결과 결과는 실시예 13과 동일하게 나타났고, 하우징내의 공기는 원활하게 배출되었다. 분리막으로부터 물의 누출도 검출되지 않았다. 이와 같이 본 발명의효과가 확인되었다.

[실시예 15]

미소다공성 폴리에틸렌 중공섬유로 형성된 세균제거용 필터어를 갖춘 모듀울을 준비 하였다.

이 중공섬유는 평균미소공직경 0.30μ, 다공도 60용적%, 벽두께 60μ, 및 내경 280μ를 갖는 것이었다. 중공개구부분은 U형의 다발로 만들고, 다발을 폴리에틸렌 클로라이드수지로 만든 하우징내에 장치할 때에 다발의 끝을 폴리우레탄수지로 하우징에 고정시켰다. 그런다음에, 제7도와 같이, 처리수의 유출구를 하우징에 달아서 박테리아로부터 물이 재오염되는 것을 방지하게 하였다. 이 유출구는 ABS로 만든 샤유어꼭지에 약 20%의 요오드를 흡착시킨 것으로 하였다.

가열기로서 40℃까지 데운물을 배압 2kg/㎠로 중공섬유 모듀울로 보내서 여과시켰다.

표 9는 여과전후의 박테리아수와 참게시험에 의한 발열물질 함량을 보여주고 있다.

또한 표 9는 일일 2시간씩 3개월까지의 물 통과시험에서 얻은 결과를 보여주고 있다.

[표 9]

표 9에서 보는 바와 같이, 시스템을 3개월 이상이나 살균소독을 하지 않아도 세균과 발열물질이 없는 물을 계속 생산할 수가 있었다. 샤우어 꼭지로부터 나오는 물에는 요오드냄새도 없었고 외과수술을 하기 전에 손을 씻는 물로 사용해도 문제가 없는 것으로 나타났다.

본 발명에 관하여 이상에서 충분한 설명을 하였기 때문에, 이 분야에 통상의 기술을 갖고 있는 사람이면 본 명세서에서 제시한 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고서도 많은 반형 및 수정실시가 가능하다는 것이 명백할 것이다.

Claims

소량으로 존재하는 박테리아, 발열물질 및 저분자량 유기화합물을 물로부터 제거하기 위한 물 정화방법에 있어서; 상기 오염된 물을, 복수개의 직사각형 노듀울구역(nodule areas)을 갖는 미소다공성 폴리올레핀막을 통과시키며, 각 노듀울구역은 복수개의 띠모양(striplike) 미세근모가 노듀울의 한면으로부터 그 맞은 편면까지 길이방향으로 배치되어서 각 노듀울내에서 복수개의 띠모양의 미소공을 형성하며, 상기 미소공들은 막의 한면에서 다른 면에가지 서로 연통되어 있어서 하나의 미세-중첩구조를 형성하며, 상기 미소공의 평균직경은 0.03 내지 0.8μ으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 여과의 초기단계에서는 주위온도에서 수압 1kg/㎠하에서 1리터/분/㎡ 이상의 유속으로 물이 상기 막을 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기미소다공성막은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 미소다공성 폴리올레핀막은 미소다공성 중공섬유인 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 다공성 중공섬유의 벽두께(T)는 10 내지 100μ, 수은 다공도계로서 측정한 다공도는 20 내지 90%이며, 또한 0.03

0.002×T+0.3의 관계를 갖고 있고, 상기 식에서
(μ)는 상기 다공성 중공섬유의 미소공의 평균직경인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 처리할 물은 다단계상에서 막을 통과시켜서 여과하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 막은 A_n
A_n+1및 S_n
S_n+1의 관계를 가지며, 상기 식에서 A_n는 n째 단계에 있어서의 막의 평균미소공직경이며 S_n는 n째 단계에 있어서의 막의 표면적인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 처리할 물은 우물 또는 상수도물이며 소정의 용도에 사용할 물의 량은 사용전에 즉시 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
다단계 물 여과장치에 있어서, 각각 처리할 물의 유입구와 처리된 물의 유출구를 갖추며 각각 적어도 하나의 제1항의 미소다공성 폴리올레핀막을 포함하는, 복수개의 하우징으로 구성되는 것을 특징으로하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 막은 A_n
A_n+1및 S_n
S_n+1의 관계를 가지며, 상기 식에서 A_n는 n째 단계에 있어서의 막의 평균미소 공직경이고 S_n는 n째 단계에 있어서의 막의 표면적인 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 미소다공성 폴리올레핀막은 중공섬유막이며, 상기 장치의 여과물질은 상기 중공섬유막들의 다발을 U형으로 굽혀서 만들고 상기 하우징에 확고하게 고정하며 상기 다발의 개구단들은 열려진 상태로 두고 다발의 끝을 수시로서 상기 하우징내에 고정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 상기 복수개의 하우징중 최종하우징의 물 유출구에는 상기 장치를 박테리아의 침입으로부터 방지하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제9항에 있어서, 5kg/㎠이하의 수압하에서는 공기투과성이고 물 불투과성인 분리막을 통하여 하우징으로부터 공기를 분기(噴氣)시키는 장치를 상기 하우징의 상단에 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 장치.