WO2019017747A1 - 해수담수화 장치 - Google Patents

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WO2019017747A1
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Amogreentech Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B01D35/02—Filters adapted for location in special places, e.g. pipe-lines, pumps, stop-cocks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
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    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a seawater desalination apparatus, and more particularly, to a seawater desalination apparatus capable of improving the pretreatment efficiency of seawater as raw water to reduce the damage of the osmosis module for desalination and to increase the fresh water amount To a desalination apparatus.
  • Seawater desalination is a series of water treatment processes that remove high-purity drinking water, domestic water, and industrial water by removing dissolved substances including salt from living waters and industrial waters, which are difficult to use directly.
  • seawater desalination refers to the removal of salinity from seawater containing salinity to obtain fresh water.
  • Such seawater desalination methods include evaporation using water evaporation phenomenon, membrane filtration using membrane differentiation and selective permeability, and the membrane filtration method is divided into reverse osmosis and electrodialysis in detail.
  • Reverse osmosis (RO) method of seawater desalination in particular, accounted for 48% of the total desalination market until 2005, but due to problems such as rising energy costs, Is expected to increase.
  • the reverse osmosis system separates the components contained in seawater or sea water into product water (or treated water) and concentrated water by using a polymer membrane (reverse osmosis membrane).
  • the product water is used as water and drinking water by diluting the component concentration
  • the concentrated water is discharged to the sea again.
  • the reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis system requires a very fine pore structure to be able to withstand high pressure exceeding about 25 kg / cm 2, which is osmotic pressure of seawater so that reverse osmosis occurs, .
  • seawater desalination has been attempted using seawater desalination.
  • seawater which is a raw water, contains a large amount of foreign matter such as large-scale obstruction, small-sized algae and suspended substances.
  • osmosis membrane such as reverse osmosis membrane or osmosis membrane The durability is greatly reduced and frequent pressure correction is required due to the deepening of the fouling phenomenon, so that the foreign matter should be prevented from being injected into the reverse osmosis process at the maximum.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for effectively flocculating foreign matter contained in raw water or sea water and discharging the flocculated foreign matter at a high flow rate, And a seawater desalination apparatus having the pretreatment apparatus for the seawater desalination apparatus.
  • Another object of the present invention is to provide a pretreatment apparatus for a seawater desalination apparatus having an extended use period and being very economical in operation and a seawater desalination apparatus having the same.
  • the present invention provides a pretreatment apparatus comprising a pretreatment unit including an electrocoagulation module for electrocoagulating a foreign substance contained in the seawater, and a filter module for filtering aggregates contained in the electrocoagulated water introduced from the electrocoagulation module, ; And an osmotic membrane module for desalinating the pre-treatment water introduced from the pre-treatment unit.
  • the electrocoagulation module electrocoagulates foreign matter contained in seawater through positive ions generated at the sacrificial electrode, and the treatment capacity of the introduced seawater may be 1 m 3 / h or more.
  • the filter module may include a plurality of filter units having filter media, and the filter media may include an aggregated water having a filtration flow rate of 50 LMH or more and a particle diameter of 0.2 ⁇ m or more, The filtration efficiency may be over 99%.
  • the filter media is a flat membrane having a nanofiber web and a second support laminated in order on both sides of the first support, and a channel through which the filtrate filtered in the nanofiber web flows in the direction of the first support is formed Lt; / RTI >
  • the first support and the second support may be independently any one of a nonwoven fabric, a woven fabric, and a knitted fabric, and more preferably a nonwoven fabric.
  • the basis weight of the nanofiber web may be 30 g / m 2 or less, the basis weight of the first support may be 250 g / m 2 or more, and the thickness may be 90% or more of the total thickness of the filter media.
  • the basis weight of the first support may be 250 to 800 g / m 2, and more preferably 350 to 600 g / m 2.
  • the thickness of the first support may be 2 to 8 mm, more preferably 2 to 5 mm, and still more preferably 3 to 5 mm.
  • the basis weight of the second support may be 35 to 100 g / m 2, and the thickness may be 150 to 250 ⁇ .
  • the nanofiber web may include a fluorine-based compound as a fiber-forming component
  • the fluorine-based compound may be at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer (PFA) (EPE) based, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) based, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) based, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer , Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and the like.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene-perfluoroal
  • the nanofiber web may have an average pore size of 0.1 to 5 ⁇ m and a porosity of 60 to 90%.
  • the nanofiber forming the nanofiber web may have an average diameter of 0.05 to 1 mu m.
  • the basis weight of the nanofiber web may be 0.05 to 20 g / m 2.
  • the second support includes a second composite fiber including a support component and a low melting point component such that at least a part of the low melting point component is exposed to the outer surface, and the low melting point component of the second composite fiber is
  • the second support body and the nanofiber web may be bonded to each other to be bonded to the nanofiber web.
  • the first support of the filter media includes a first composite fiber including a support component and a low melting point component such that at least a part of the low melting point component is exposed on the outer surface, Component and the low melting point component of the second composite fiber, the first support and the second support can be bonded.
  • the filter unit may be a flat filter unit including a support frame for supporting the rim of the filter media, and the support frame may include a flow path for allowing the filtrate filtered out from the filter media to flow out to the outside.
  • the electrocoagulation module may include: a housing having an upper space opened; And an electrode unit disposed in the inner space, the electrode unit including a sacrificial electrode and a power electrode for agglomerating foreign matter contained in raw water supplied from the outside, wherein the internal space includes a first chamber into which the raw water flows, And a third chamber disposed at an upper side of the first chamber and in which the electrode portion is disposed, and a third chamber in which the electro-coagulation reaction completed electro-coagulation water is temporarily stored in the second chamber.
  • the present invention also relates to an electrocoagulation module for electrocoagulating a foreign substance contained in an influx of seawater; And a filter module for filtering the agglomerates contained in the electrocoagulation water introduced from the electrocoagulation module.
  • the present invention also provides a pretreatment device for a seawater desalination apparatus.
  • the present invention it is possible to effectively flocculate foreign matters contained in raw seawater or sea water, treat the flocculated foreign matter at a high speed and discharge it at a high flow rate, thereby increasing the flow rate of desalination and durability to osmosis equipment for desalination Can be improved.
  • the foreign matter can be removed without pretreatment of seawater or nose in the pretreatment process, it is eco-friendly, and it is easy to perform the backwashing process for removing the foreign substances collected by the pretreatment. Cycle, and is very economical in operation.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a seawater desalination apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing an electrocoagulation module included in an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a view showing the main configuration of Fig. 2,
  • Fig. 4 is a partial cutaway view showing the internal structure of the housing in Fig. 3,
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of Fig. 3,
  • Fig. 6 is a schematic view showing the case where an air diffusing tube is included in Fig. 3,
  • Fig. 7 is a sectional view of Fig. 6,
  • FIG. 8 is a schematic view showing an inflow pipe applied to an electrocoagulation module included in an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a schematic view showing an air diffuser applied to an electrocoagulation module included in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a main configuration of an electrocoagulation module included in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing the separation of Fig. 10,
  • Fig. 12 is a bottom view showing the electrode case applied to Fig. 10,
  • FIG. 13A is a perspective view of a filter unit
  • FIG. 13B is a sectional view of a boundary line XX 'in FIG. 13A
  • FIG. 13A is a plan view of a filter unit included in a filter module included in an embodiment of the present invention. A schematic view showing a filtration flow as a reference,
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a filter medium provided in a filter module included in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a SEM photograph of a nanofiber web applied to a filter media included in an embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is a photograph of the swollen filter material after the washing liquid is trapped inside the filter material after the layer separation in the filter material by the backwashing process
  • Fig. 18 is a schematic view showing the first support and the nanofiber web being directly joined together as an example of the filter media.
  • FIGS. 19A and 19B are views schematically illustrating the filter media according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19A is a view showing the nanofiber web and the second support are laminated together
  • FIG. 19B is a cross- And the second support body is disposed on both surfaces of the first support body
  • FIG. 24 is a partially exploded perspective view of an osmotic unit provided in the osmotic filtration part included in an embodiment of the present invention, and Fig.
  • Fig. 25 is an exploded perspective view of the osmotic unit according to Fig. 24 in which the internal components are removed from which the outer housing is removed. Fig.
  • the seawater desalination apparatus includes a pretreatment unit 3200 for filtering foreign substances contained in seawater taken as shown in FIG. 1, and a pretreatment unit 3300 for removing salt and the like contained in seawater And a supply pump 3100 for supplying the collected seawater to the pretreatment unit 3200.
  • a water pump for taking in seawater or sea water a raw water storage tank for storing the collected seawater, a storage tank for storing pre-treated electrolytic flocculation water in the pretreatment unit 3200,
  • a facility to be provided in a known seawater desalination apparatus such as a post-treatment facility in which the production water is post-treated or a water tank in which post-treatment purified water is stored.
  • the pretreatment unit 3200 removes various suspended substances such as microorganisms such as algae contained in raw water or sea water, salts formed by combining ions, and colloidal substances, Thereby relieving the filtration burden on the osmotic filtration portion and significantly improving the durability of the osmotic filtration portion.
  • the pretreatment unit 3200 includes an electrocoagulation module 3210 for electrocoagulation of suspended solids contained in the seawater, a filter for filtering aggregates contained in the electrocoagulation water introduced from the electrocoagulation module 3210, Module 3220. < / RTI >
  • the electrocoagulation module 3210 may be configured to aggregate foreign substances in the suspension water contained in the raw water or sea water through ions having charges opposite thereto to form an aggregate or to remove foreign substances from the electrochemically generated aggregate To carry out the electrocoagulation process of the foreign substance.
  • the electrocoagulation module 3210 may be employed without limitation in the case of an electrocoagulation device known to perform such a process.
  • the electrocoagulation module 3210 preferably has a treating capacity of at least 1 m 3 / h of the raw water so as to process the raw water of a large capacity in a short period of time.
  • the electrocoagulation module 3210 includes, for example, a housing having a predetermined hollow space for accommodating raw water to be introduced therein, performing an electrocoagulation reaction of foreign matter, and a sacrificial electrode for generating positive ions. . ≪ / RTI >
  • the size of the housing, the thickness of the outer wall, the volume / structure of the inner space and the like can be determined by considering the capacity of the raw water to be treated, the kind / content of the foreign substance contained in the raw water,
  • the present invention is not particularly limited thereto since the apparatus can be suitably changed in accordance with the use of the apparatus.
  • the electrode unit may further include a sacrificial electrode capable of generating a direct electric agglutination reaction with the foreign substance or indirectly generating a cation mediating an electroaggregation reaction, and a power electrode for allowing the sacrificial electrode to generate positive ions
  • a sacrificial electrode capable of generating a direct electric agglutination reaction with the foreign substance or indirectly generating a cation mediating an electroaggregation reaction
  • a power electrode for allowing the sacrificial electrode to generate positive ions
  • each of the sacrificial electrode and the power electrode may be provided in a suitable shape, size, weight, and number in consideration of processing capacity and processing speed of the raw water.
  • the sacrificial electrode may be made of a material capable of generating positive ions by a power source to which the sacrificial electrode is applied.
  • the sacrificial electrode include metals made of aluminum, iron, lyrium, zinc, nickel, .
  • the power electrode is preferably made of a material insoluble in an external power source, for example, stainless steel.
  • the sacrificial electrode of the electrode unit When a predetermined voltage is applied to the sacrificial electrode of the electrode unit, the sacrificial electrode is dissolved and the metal ions are eluted as raw water.
  • the metal ions aggregate with foreign substances of opposite charge contained in the raw water, or metal hydroxide And the foreign substance is adsorbed on the metal hydroxide, so that the foreign matter can be electrocopherized.
  • the electrocoagulation module 3210 may have such a structure that the electrocoagulation reaction is efficiently performed and the coagulated foreign matter can be more easily removed.
  • the electrocoagulation modules 100, 100 ', 200 may include the housings 110, 210 and the electrode unit 120 as shown in FIGS. 2 to 12.
  • the housings 110 and 210 serve to provide a space for temporarily storing raw water supplied from the outside.
  • it may be in the shape of a shell having an inner space with an open top. That is, the housings 110 and 210 may be formed of an internal space, which is a holding space of the raw water, so that the foreign substances contained in the raw water introduced from the outside are cohered through the electrocoagulation reaction and then the raw water is transferred to the separate processing space side .
  • the internal space includes a first chamber 111 into which raw water flows, a second chamber 112 in which the electrode unit 120 is disposed, and a second chamber 112 in which the electrocoagulation reaction is completed in the second chamber 112, And a third chamber 113 that is temporarily stored.
  • the second chamber 112 in which the electrode unit 120 is disposed may be formed on the upper side of the first chamber 111 and the third chamber 113 may be formed on the upper side of the first chamber 111 And the second chamber 112 and the third chamber 113 arranged in parallel to each other can be partitioned from each other by a partition wall 114 projecting at a predetermined height in the inner space have.
  • the first chamber 111 functions as a buffer space in which the raw water supplied from the outside is retained before moving to the second chamber 112 side where the electro-coagulation reaction is performed, 2 chamber 112 side.
  • the raw water flowing into the second chamber 112 can contact the sacrificial electrode 122 and the power electrode 121 constituting the electrode unit 120 in a uniform area to increase the overall processing speed.
  • a hollow inflow pipe 130 having a predetermined length and a plurality of injection holes 131 formed along the longitudinal direction is disposed on the first chamber 111 side so that raw water supplied from the outside is injected into the injection holes 131 (Refer to FIGS. 4 and 8), the inflow pipe 130 is arranged in a direction parallel to the arrangement direction of the plurality of electrodes constituting the electrode unit 120 .
  • a drain discharge hole 118 may be formed on the bottom surface of the first chamber 111 to be connected to the drain pipe 119 so as to discharge the drain to the outside.
  • raw water injected toward the first chamber 111 through the injection hole 131 of the inflow pipe 130 flows into the first chamber 111
  • the water level gradually increases to flow into the second chamber 112 where the electrode unit 120 is disposed and the raw water introduced into the second chamber 112 while maintaining an even water level flows into the electrode unit 120 And then flows into the third chamber 113 from the second chamber 112 through the upper end of the partition 114.
  • the partition wall 114 may be formed with a sloped surface on one side constituting the wall surface of the third chamber 113.
  • the inclined surface may be inclined downward toward the third chamber 113 from the upper end of the partition 114 toward the lower end (see FIGS. 2 to 4). Accordingly, the process water overflowing through the upper end of the partition 114 can be smoothly moved toward the third chamber 113 along the inclined surface.
  • At least one discharge hole 118 may be formed in the bottom surface of the third chamber 113.
  • the discharge hole 118 may be connected to a post-treatment device for treating foreign matters agglomerated through an electro-agglomeration reaction through a separate pipe 40 so that the treatment water can be transferred to the post-treatment device.
  • the housings 110 and 210 may be formed of an insulator or a non-insulator so as to prevent a short circuit with the electrode unit 120 disposed on the second chamber 112 side when power is applied.
  • the housing 110 and 210 may be made of a material such as plastic, concrete, or plywood, but it is not limited thereto and any known insulator or non-insulator can be used.
  • the outer surface of the housings 110 and 210 is coated with a coating layer having at least one of chemical resistance, corrosion resistance, and electrical conductivity, thereby preventing the housings 110 and 210 from being damaged by heavy metals contained in the raw water .
  • the housing 110 and 210 may be fixed through a separate support frame 160.
  • the control unit 140 may be fixed to one side of the support frame 160 have.
  • the electrode unit 120 may include a plurality of plate-shaped electrodes having a predetermined area, and the plurality of electrode plates may be spaced apart from each other at a predetermined interval in the second chamber 112.
  • the plurality of electrode plates may include a pair of power electrodes 121 to which power is supplied from the outside, and a pair of power electrodes 121 that are parallel to each other so as to face one another with a predetermined gap between the pair of power electrodes 121 And a plurality of sacrifice electrodes 122 spaced apart from one another.
  • the pair of power electrodes 121 are formed to have a longer length than that of the sacrificial electrode 122 so that power supplied from the outside can be smoothly applied. Therefore, when the power electrode 121 is disposed on the second chamber 112 side, The length of at least part of the surface of the raw water can be exposed to the outside without being completely immersed in the raw water stored in the second chamber 112 (see FIG. 3).
  • the plurality of sacrifice electrodes 122 disposed between the pair of power electrodes 121 are disposed so as to be completely submerged by the raw water stored in the second chamber 112, so that the entire area comes into contact with the raw water, Can be maximized.
  • the sacrificial electrode 122 and the power electrode 121 constituting the electrode unit 120 may be fixed directly to the housing 110 or may be fixed to a separate member side, The other member may be coupled to the other side.
  • the electrode unit 120 may be directly fixed to the inner wall of the housing 110 as shown in FIGS. That is, the inner wall of the housing 110 defining the second chamber 112, more specifically the inner wall of the partition wall 114 facing each other and the inner wall of the housing 110 are provided with a plurality of fitting grooves 115 And the plurality of fitting grooves 115 may be formed in a number corresponding to the number of the power electrode 121 and the sacrifice electrode 122 of the electrode unit 120.
  • the insertion groove 115 has an upper end opened and a lower end closed, thereby limiting the insertion depth of the lower end of the electrode unit 120.
  • each of the neighboring electrodes can be arranged in parallel with one side facing each other with a predetermined gap therebetween.
  • the electrode unit 120 is fixed to the electrode case 116, and the electrode case 116 is fixed to the second chamber 112 side of the housing 210 Or may be fixed via a combination.
  • the electrode case 116 may have a plurality of fitting grooves 117 formed along the height direction on the inner walls facing each other, and may have a shape with a top and a bottom opened.
  • the electrode unit 120 is inserted into each fitting groove 117 and the electrode case 116 is inserted into the second chamber 112, the first chamber 111 It is possible to smoothly flow the raw water ascending from the water supply pipe (not shown).
  • the electrode case 116 may be formed of an insulator or a non-insulator so as to prevent a short circuit with the electrode unit 120 inserted into the fitting groove 117 when power is applied.
  • the electrode case 116 may be made of a material such as plastic, concrete, or plywood, but it is not limited thereto, and any known insulator or non-insulator can be used.
  • the coating layer having at least one of chemical resistance, corrosion resistance and electric conductivity is applied to the outer surface of the electrode case 116, the electrode case 116 is not damaged by the heavy metal contained in the raw water .
  • the electrode unit of the electrocoagulation module 200 ' is disposed on the outer side of the housing member 123 (120') so as to face each other,
  • the power electrode 121 'as a pair of electrode plates and the conductive lump 122' instead of the electrode plate as the sacrificial electrode 122 described above can be accommodated in the housing member 123.
  • the sacrifice electrode 122 the metal cation eluted from the conductive mass 122 'provided in place of the plate-shaped electrode plate is electrically neutralized with the charged foreign substance to cause the coagulation reaction and the oxidation and reduction reaction, .
  • the above-described electrocoagulation principle is well known in the art including the above description, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • a plurality of sacrifice electrodes 122 are disposed apart from each other between the electrode plates as the power electrodes 121 facing each other. A difference in power consumption occurs depending on the relative distance between the power consumption and the power consumption.
  • the sacrificial electrode is provided with a plurality of conductive masses 122 'as shown in FIGS. 13A and 13B, it is possible to exhibit the same level of electrocoagulation efficiency while significantly reducing the consumption of electric power. Further, it may be more suitable for seawater desalination.
  • the conductive lump 122 ' may be received in the receiving member 123, and a pair of electrode plates 121' may be disposed on the outer side of the receiving member 123.
  • the housing member 123 includes at least one first passage hole 123b for introducing raw water from the first chamber 111 to the accommodation space side of the accommodation member and at least one through hole 123b through the first passage hole 123b And at least one second passage hole 123a for moving the introduced raw water toward the two electrode plates 121 'facing each other may be formed.
  • the accommodating member 123 may be provided in a shape of an open top, and the first through-hole 123b may be formed on the bottom surface, and the second through- May be formed through the side opposite to the electrode 121 '.
  • the raw water introduced into the housing member 123 through the first passage hole 123b may surround the surface of the conductive masses 122 'filled in the housing member 123, And can also contact the power electrode 121 'through the through hole 123a.
  • the electrode case has a shape in which a lower surface is not opened, so that the conductive mass 122 'can be received in the inner space, and a plurality of holes are formed in the lower surface of the electrode case, 1 through hole can be provided.
  • the power electrode 121 ' is electrically connected to the conductive lump 122' so that the pair of power electrodes 121 'provided on both sides of the electrode case face each other and the conductive lump 122' In the inner space of the electrode case so that the raw water flowing into the space inside the electrode case flows through the separating plate and flows toward the two electrode plates, And a second passage hole having a hole formed therethrough.
  • the separator may be an insulator or an insulator to electrically isolate the power electrode 121 'and the conductive lump 122'.
  • the housing is provided with a fitting groove or the like so that the power electrode 121 'is directly opposed to each other, and the above-mentioned housing member 123 and the above- The conductive lump 122 'housed in the conductive lump 122' may be disposed.
  • At least one through hole may be formed through the conductive mass 122 'to increase the contact area with the raw water.
  • the conductive lump 122 ' may be in the form of a hollow tube or a porous form having a plurality of through holes penetrating therethrough. Accordingly, even when the conductive masses 122 'are formed in the same size, the contact area with the raw water can be further increased compared to the conductive masses having no through holes, thereby reducing the total number of the conductive masses 122' The same processing efficiency can be obtained.
  • the receiving member 123 may be made of an insulator or a non-conductor so as to prevent an electrical short circuit with the power electrode 121 'when power is applied.
  • the housing member 123 may be made of a material such as plastic, concrete, or plywood, but it is not limited thereto and any known insulator or non-insulator can be used.
  • a coating layer having at least one of chemical resistance, corrosion resistance, and electrical thermal conductivity is applied to the outer surface of the receiving member 123 to prevent the receiving member 123 from being damaged by heavy metals contained in the raw water .
  • the gap between the conductive lump 122 'filled in the housing member 123 and the power electrode 121' may have a proper interval so as to prevent electric short-circuiting and to provide a smooth power supply.
  • the interval between any one of the conductive lumps 122 'and the power electrode 121' may be 1 to 10 mm, and the distance between the electrode pads of the power electrode 121 ' May have a thickness of 1 to 10 mm.
  • the number of the plurality of conductive masses 122 'filled in the housing member 123 can be appropriately changed according to the processing capacity of the raw water to be processed. It is also noted that the amount of current applied to the power electrode 121 'can be appropriately changed depending on the correlation with the total surface area of the conductive mass 122' that is filled in the receiving member 123 and brought into contact with the raw water . Also, it is noted that the number of the electrode plates that serve as the power electrode 121 'may be provided in a plurality, and the position of the electrode plate may be appropriately changed.
  • a diffuser 150 for generating fine bubbles is disposed on the first chamber 111 side where the raw water flows . That is, the air diffusing pipe 150 is disposed on the first chamber 111 side formed on the lower side of the second chamber 112, so that the fine bubbles generated during the process of blowing air supplied from the outside To pass between the electrode plates of each electrode unit 120 disposed on the chamber 112 side.
  • agglomerates such as polymer hydroxides flocs generated in the electrocoagulation reaction adhere to the electrode unit 120 to prevent contamination of each of them, so that a smooth flocculation reaction can be performed.
  • the maintenance time can be increased by reducing the maintenance cost.
  • the air diffuser 150 may be a hollow tube having a predetermined length and a plurality of discharge holes 151 formed in the longitudinal direction through which the diffuser holes 151 pass, May be disposed in a direction parallel to the inflow pipe (130) disposed in the first chamber (111).
  • the air diffuser 150 may be disposed at the same height as the inflow pipe 130 or may be disposed at the upper or lower side of the inflow pipe 130.
  • the air diffuser 150 may include a porous substrate 152 covering the discharge hole 151 so that fine bubbles discharged through the discharge hole 151 have a size of 10 ⁇ or less ,
  • the porous substrate 152 may be formed with micropores having an average pore size of 5 mu m or less.
  • the size of the fine bubbles discharged through the discharge hole 151 exceeds 10 mu m, the activation of the metal ions generated in the electrode unit 120 is inhibited for the electrocoagulation reaction upon power application, .
  • fine bubbles of 10 ⁇ m or less are generated by covering the discharge holes 151 through which the bubbles are discharged through the porous substrate 152 having fine pores, so that metal ions are smoothly generated in the electrode unit 120 .
  • the porous substrate 152 may be provided so as to entirely cover the outer surface of the air diffusing pipe 150, or may be partially provided only in a region corresponding to the discharge hole 151.
  • the electric coagulation modules 100, 100 ', 200, 200' may include a control unit for controlling the overall operation such as the power supply size and the current density applied to the pair of power electrodes 121, 121 ' (140).
  • the controller 140 may periodically convert polarities of the power applied to the pair of power electrodes 121 and 121 '. Accordingly, the polarity applied to both surfaces of the power electrodes 121 and 121 'is periodically changed during the electrocoagulation reaction, thereby enabling both surfaces to be used evenly. Accordingly, both sides of the power electrode 121 can be used evenly, so that the replacement period of the power electrode 121 can be increased.
  • Electrolytic water which is the raw water that has passed through the electrocoagulation modules 3210, 100, 100 ', 200, 200', flows into the filter module 3220, and various suspended substances including electrocoagulated aggregates are filtered through the filter module 3220 Can be.
  • the filter module 3220 may include a plurality of flat filter units 2000 having filter filter media 1000 as shown in FIGS. 14A and 14B.
  • a plurality of flat plate type filter units 2000 may be formed in a unit block spaced apart from the outer case at predetermined intervals, and at least one unit block may be provided to implement the filter module 3220.
  • the planar filter unit 2000 further includes a support frame 1100 for supporting a rim of the filter media 1000.
  • the filter media 1000 may be provided on one side of the filter media 1000, A suction port 1110 capable of causing an intermediate pressure difference can be provided.
  • the support frame 1100 may be provided with a flow path E through which the filtrate filtered out through the filter filter media 1100 can be discharged to the outside.
  • a filter media 1000 capable of filtering the agglomerated agglomerated matter and other foreign matter in the planar filter unit 2000.
  • the filter material 1000 can be employed without limitation as a known filter material used in the water treatment field. However, it is important to select a filter material having a high water treatment speed in consideration of a treatment capacity of 1 m 3 / h or more of the electrocoagulation module 3210.
  • the filtration speed for the raw water flowing at a high speed and / or a large amount is slow in the electrocoagulation module having the treating capacity of 1 m 3 / h or more, the filtration efficiency and the durability of the device There is a problem that if the processing speed of the raw water passing through the filter media is increased in order to prevent such problems, the filtration efficiency of the electro-agglomerated foreign substances contained in the raw water may be deteriorated.
  • the filter medium 1000 provided in the filter module 3220 can have a filtration flow rate of 50 LMH or more with respect to the agglomerated body contained in the introduced electrolytic coagulation water, thereby minimizing an increase in the back pressure applied to the filtration part,
  • the raw water can be quickly supplied to the osmotic filtration unit 3300 in accordance with the processing capacity of the cohesion module 3210 and the cohesion foreign matter contained in the raw water introduced from the electric cohesion module 3210 can be effectively removed.
  • the filter module includes a plurality of filter units each having a filter material 1000, and the filter material 1000 has a filtration flow rate of not less than 50 LMH with respect to the number of flocculated water flowing from the electrocoagulation module 3210 ,
  • the filtration efficiency for the agglomerates having a particle diameter of 0.2 ⁇ or more is 99% or more, so that the number of flocculated electro-agglomerated particles can be quickly treated and the filtration efficiency for the agglomerate is excellent.
  • the filter module 3220 of the pretreatment unit 3200 included in the present invention can be employed without limitation, but in terms of durability due to improved backwashing efficiency and high mechanical strength, 15, the filter media 1000 according to an embodiment of the present invention includes a second support body 321, 322 sequentially stacked on both sides of a first support body 330, and a second support body 321, And the filtrate filtered in the nanofiber webs 311 and 312 may have a filtration path that flows in the direction of the first support body 130.
  • a filter media 1000 provided in a filter module includes at least two types of supports 321/322 and 330 having different thicknesses.
  • the filter media 1000 preferably has a basis weight of the nanofiber webs 311 and 312 of 30 g / m 2 or less, a basis weight of the first support 330 of 250 g / m 2 or more, Or more than 90% of the total thickness of the substrate 1000.
  • Backwashing typically involves washing water in a direction opposite to the filtration direction of filter media, It is necessary to supply washing water or air at a pressure higher than the pressure applied to the filter media in the filtration process.
  • the filter media in order for the filter media to have the backwashing ability, it is important that the filter media have such mechanical strength that the filter media is not deformed or damaged even under high applied pressure, and a support for compensating mechanical strength is usually provided in the filter media .
  • Factors that may affect the mechanical strength of the support include the structure of the support, for example, the diameter of the fibers forming the nonwoven fabric when the support is nonwoven, the length of the fibers, the manner of interfiber bonding, thickness and basis weight, The thicker or larger the basis weight, the greater the mechanical strength of the support. Therefore, for example, a nonwoven fabric having a large thickness or a nonwoven fabric having a very large basis weight may be used as a support for designing a filter medium which is resistant to backwashing.
  • the support has a large pore size so as not to affect the flow of the filtrate of the filter media.
  • the lowering of the flow rate due to the support provided for compensating the mechanical strength is very undesirable because it deteriorates the main properties of the filter media.
  • the basis weight of the nonwoven fabric is very large, and thus the diameter and porosity of the pores in the nonwoven fabric are inevitably small. There is a problem in that a desired level of flow can not be ensured according to the flow rate.
  • the filter material 1000 has nanofiber webs 311 and 312 having a basis weight of 30 g / m 2 or less and a whole of the filter material 1000 in order to ensure the mechanical strength of the filter material 1000, It is preferable to provide the first support 330 having a thickness of 90% or more of the thickness.
  • the thickness of the first support body 330 may account for 90% or more of the total thickness of the filter media 1000, 95% or more, and more preferably 95 to 98% of the total thickness of the substrate (1000).
  • the filter media 1000 having a basis weight of 30 g / m < 2 > or less may not have sufficient mechanical strength, The replacement cycle of the battery 1000 can be shortened.
  • the basis weight of the first support may satisfy 250 g / m 2 or more. If the basis weight of the first support is less than 250 g / m < 2 >, mechanical strength for backwashing can not be developed, and damage to the filter media and durability thereof can be reduced. Adhesion can also be significantly reduced.
  • the filter module 3220 has a high filtration speed due to the slow filtration speed of the filter medium 1000 for the raw water flowing at a high speed and / or a large amount in the electrocoagulation module having a treatment capacity of 1 m 3 / h or more. Back pressure is applied, which may cause problems in filtration efficiency and durability of the apparatus.
  • the first support 330 may have a basis weight of 800 g / m 2 or less. If the basis weight of the first support 330 exceeds 800 g / m 2, the thickness may be less than 90% The flow rate may be significantly reduced.
  • the binding strength between the nanofiber webs 311, 312 functioning as a filter medium and the first support 330 is weak, the durability of the filter media 1000 due to backwashing may be deteriorated even though the mechanical strength is excellent. That is, the high pressure applied in the backwashing process can accelerate the interfacial separation between the layers forming the filter media 1000, and in this case, as shown in FIG. 17, There is a problem that the function can be remarkably reduced or completely lost as a separation membrane.
  • a filter having a certain level of adhesion between a first support having a considerably increased thickness and a nanofiber web as a filter medium has a high pressure applied during backwashing and a filter medium exhibiting sufficient durability against frequent backwashing It has an important meaning.
  • a method of attaching the support and the nanofiber web may be performed by using a separate adhesive material or by fusing a low melting point component provided on the support to the nanofiber web to bond the two layers together.
  • a separate bonding material there is a possibility that the bonding material is dissolved by the for-treatment water, thereby causing a problem of contamination of the filtrate and lowering of water permeability. If the binder material is partially backwashed, the backfill of the filter media or the nanofiber web may peel off and the filter media may be completely lost.
  • a method in which the nanofiber web and the support are bonded via the fusion bonding (A) can be adopted, and heat and / or heat may be applied to both the support 1 and the nanofiber web 2 stacked as shown in Fig. Pressure can be applied to bond them.
  • heat and / or pressure consideration must be given to minimizing the physical and chemical transformation of the nanofiber web 2, which acts as a filter media due to the applied heat and pressure, The physical properties such as the flow rate and the filtration rate of the filter material designed at the beginning can be changed when the nano web is physically and chemically deformed.
  • the material properties of the nanofiber web and support such as melting point, thermal conductivity, .
  • a low melting point component of the support may be fused to the nanofiber web by applying a temperature or pressure not lower than the melting point or higher than the melting point at the same time and applying a high pressure even if the melting point of the support is slightly lower than the melting point .
  • the material forming the support or the nanofiber web is a polymer compound
  • such a polymer compound has a small thermal conductivity and a very large heat capacity. Therefore, even if a predetermined heat (H 1 , H 2 ) (H 1 , H 2 ) reaches the interface between the nanofiber web 1 and the support 2 to raise the temperature of the low melting point component provided in the support 2 to the melting point, Should be applied. 18, heat (H 2 ) transmitted from below is transmitted to the vicinity of the interface between the nanofiber web 2 and the support 1, and when the support (1) It may take a longer time to raise the temperature of the melting point component to the melting point and it is necessary to apply a larger amount of heat downward to shorten the time. However, when too large heat is applied from below, melting of the low melting point component may occur first in the lower part of the first support, and the shape and structure of the support may be changed.
  • the nanofibrous web 2 may be physically / chemically deformed.
  • the heat (H1) applied to the nanofibrous web 2 may be increased,
  • the physical properties of the filter media designed in the present invention can not be fully manifested.
  • the thickness of the support 1 is too thick, the diameter of the fibers constituting the support 1 can be very large. As a result, when the support 1 and the nanofiber web 2 are joined together, It is inevitably accompanied by a decrease in the adhesion force, which makes it easy to peel off easily during backwashing or to inflate the nanofiber web 2.
  • the filter material 1000 does not face the first support 330 and the nanofiber webs 311 and 312 directly but intervenes between the second supports 321 and 322 having a smaller thickness This makes it possible to carry out the interlayer adhesion process more stably and easily, and exhibits remarkably excellent bonding force at the interface between the respective layers, and minimizes delamination and peeling problems even when a high external force is applied due to backwashing or the like.
  • the second support 3 which occupies less than 10% of the total thickness of the filter media, is different in thickness from the nanofiber web 2 in that the nanofiber web 2 and the first support 1
  • the heat (H 1 , H 2 ) applied above and below the laminated body of the nanofiber web 2 / the second support 3 reaches the interface therebetween, B) is easier than in Fig. 18A, since the amount and time of heat to be applied is more easily controlled than in FIG. 18, it is advantageous to prevent physical / chemical deformation of the nanofiber web 2, ),
  • the nanofibers can be bonded with excellent adhesive force on the support without changing the physical properties of the nanofiber web 2 designed at the beginning.
  • the basis weight of the second support bodies 321 and 322 is preferably higher than that of the nanofiber webs 311 and 312 because the second support bodies 321 and 322 simultaneously exhibit excellent adhesion with the first support body 330 and the nanofiber webs 311 and 312, And the basis weight 330 of the first support body may be 8 to 16.5 times the basis weight of the second support bodies 321 and 322. [ If the basis weight of the second support body is set so that any of the basis weights of the first support body and the nano fiber body do not satisfy the above range, there is a fear of detachment during backwashing due to decrease in adhesion force, And / or the flow rate can be significantly reduced.
  • the first support body 330 supports the filter media 1000 and forms a large flow path to perform the filtration process or the backwash process more smoothly. . Specifically, when a pressure gradient is formed so as to have a lower internal pressure than that of the filter media in the filtration process, the filter media can be squeezed. In this case, since the flow path through which the filtrate flows in the filter media is significantly reduced or blocked There is a problem that a larger differential pressure is applied to the filter filter material and the flow rate is remarkably lowered. In addition, during backwashing, an external force may be applied to expand the filter media toward the outside in both directions. However, the filter media may be damaged due to an external force applied when the mechanical strength is low.
  • the first support 330 is provided to prevent the above-mentioned problems occurring in the filtration process and / or the backwashing process.
  • the first support 330 may be a known porous member that is used in the water treatment field and has mechanical strength.
  • the first support may be a nonwoven, fabric or fabric.
  • the fabric means that the fibers included in the fabric have longitudinal and lateral directions, and the specific structure may be plain weave, twill weave, etc., and the density of warp and weft yarn is not particularly limited.
  • the knitted fabric may be a known knit structure, a weft knitted fabric, a knitted fabric, or the like, and may be, for example, a tricot knitted yarn.
  • the first support 330 may be a nonwoven fabric having no directionality in the longitudinal direction of the fibers 330a, and may be a dry nonwoven fabric such as a chemical bonding nonwoven fabric, a thermal bonding nonwoven fabric, an airray nonwoven fabric, a wet nonwoven fabric, a spunless nonwoven fabric , Needle punching nonwoven fabric, or meltblown, may be used.
  • a dry nonwoven fabric such as a chemical bonding nonwoven fabric, a thermal bonding nonwoven fabric, an airray nonwoven fabric, a wet nonwoven fabric, a spunless nonwoven fabric , Needle punching nonwoven fabric, or meltblown.
  • the first support 330 may be provided to occupy 90% or more of the total thickness of the filter media as described above in order to exhibit sufficient mechanical strength.
  • it may be 2 to 8 mm, more preferably 2 to 5 mm, and even more preferably 3 to 5 mm of the first support 130. If the thickness is less than 2 mm, it may not exhibit sufficient mechanical strength to withstand frequent backwashing. Also, when the thickness exceeds 8 mm, the degree of integration of the filter material per unit volume of the module may be reduced when the filter material is implemented as a filter unit described below and a plurality of filter units are implemented by a limited space filter module.
  • the first support 330 has a basis weight of 250 to 800 g / m 2, more preferably 350 to 600 g / m 2, while satisfying the thickness condition as described above. If the basis weight is 250 g / m < 2 >, it may be difficult to exhibit sufficient mechanical strength, and adhesion with the second support may decrease. If the basis weight exceeds 800 g / m & And it may be difficult to smoothly back-wash due to an increase in pressure difference.
  • the average diameter of the fibers may be 5 to 50 ⁇ , more preferably 20 to 50 ⁇ , still more preferably 25 to 50 ⁇ , In consideration of the diameter of the fibers constituting the second support bodies 121 and 122 to be described later, it is possible to increase the contact area of the first support body and the second support body in the jointing state and thereby to exhibit an increased adhesion force There is an advantage to be able to.
  • the fiber diameter may be 35 micrometers.
  • the first support 330 may have an average pore size of 20 to 200 ⁇ m, and preferably 30 to 180 ⁇ m.
  • the first support 330 may have an average pore size of 100 ⁇ m, May be 50 to 90%, preferably 55 to 85%.
  • the first support 330 may have a porosity of 70%, but is not limited thereto.
  • the nanofiber webs 311 and 312 described below are supported to exhibit a desired level of mechanical strength and at the same degree of porosity and pore size so as to smoothly form a flow path at high pressure.
  • the material of the first support body 330 is not limited if it is used as a filter media support body.
  • synthetic polymer components selected from the group consisting of polyester based, polyurethane based, polyolefin based and polyamide based; Or a natural polymer component including a cellulose system may be used.
  • the first support has a brittle physical property, it may be difficult to expect a desired level of bonding force in the process of laminating the first support and the second support.
  • the first support has a smooth surface
  • the surface may be macroscopically roughened while forming the porosity, and the surface formed by the fibers, such as nonwoven fabric, may not have a smooth surface depending on the arrangement of the fibers and the fineness of the fibers, to be. If the remaining portions are bonded while the portion not in contact with the interface between the two layers being bonded is present, delamination may be started due to the non-adhered portion. In order to solve this problem, it is necessary to carry out the lapping process while increasing the degree of close contact between the two layers by applying pressure in both layers.
  • the support may be damaged when applying a larger pressure, so that the material of the first support may be flexible, the material of high elongation may be suitable, and preferably the second support 321 and 322 may have excellent adhesion
  • the first support 330 may be a polyolefin-based material.
  • the first support body 330 may include a low melting point component to bond with the second support bodies 321 and 322 without a separate adhesive or an adhesive layer.
  • the first composite fiber 330a may have a low melting point.
  • the first composite fiber 330a may include a supporting component and a low melting point component so that at least a part of the low melting point component is exposed on the outer surface.
  • a cis-core type conjugate fiber in which a support component forms a core portion and a low melting point component forms a sheath portion surrounding the core portion, and a side-by-side composite fiber having a low- Lt; / RTI >
  • the low-melting-point component and the support component may be polyolefin-based in view of the flexibility and elongation of the support, as described above.
  • the support component may be polypropylene and the low-melting component may be polyethylene.
  • the melting point of the low melting point component may be 60 to 180 ° C, more preferably 100 to 140 ° C. Through this, it is possible to exhibit an excellent adhesive strength without damaging the nanofiber web and the second support, It is advantageous to achieve.
  • the second supports 321 and 322 support the nanofibrous webs 311 and 312 to be described later and function to increase the bonding strength of the layers provided in the filter media.
  • the second support bodies 321 and 322 are not particularly limited as long as they generally serve as a support for the filter media.
  • the second support bodies 321 and 322 are preferably fabric, knitted or nonwoven fabric.
  • the fabric means that the fibers included in the fabric have longitudinal and lateral directions, and the specific structure may be plain weave, twill weave, etc., and the density of warp and weft yarn is not particularly limited.
  • the knitted fabric may be a known knitted fabric, and may be a knitted fabric, a knitted fabric, or the like, but is not particularly limited thereto.
  • the nonwoven fabric means that the fibers are not oriented in the longitudinal and transverse directions.
  • the nonwoven fabric may be a dry nonwoven fabric such as a chemical bonding nonwoven fabric, a thermal bonding nonwoven fabric, an airlay nonwoven fabric, a wet nonwoven fabric, a spunless nonwoven fabric, a needle punching nonwoven fabric or a meltblown A non-woven fabric manufactured by the above-mentioned method can be used.
  • the second support bodies 323 and 322 may be nonwoven fabrics.
  • the fibers forming the second support bodies 321 and 322 may have an average diameter of 5 to 30 ⁇ m, more preferably 10 to 25 ⁇ m, Considering both the diameters of the fibers constituting the first support body 130 and the diameters of the fibers constituting the nanofibrous webs 311 and 312, the area of the first support body and the second support body, There is an advantage that the contact area of the nanofiber web at the time of lapping can be increased and the increased adhesion force can be exhibited.
  • the thickness of the second support bodies 321 and 322 may be 100 to 400 ⁇ , more preferably 150 to 400 ⁇ , still more preferably 150 to 250 ⁇ , for example, 200 ⁇ .
  • the thickness of the second support is less than 100 ⁇ , it may be difficult to secure sufficient mechanical strength in backwashing, and in particular, adhesion with the first support and / or the nanofiber web may be deteriorated. Or the basis weight becomes too large, the water permeability is lowered, and peeling may occur during backwashing. Also, if the thickness exceeds 400 ⁇ , thermal bonding may not be easy at the time of joining with the nanofiber web, which may cause peeling in backwashing.
  • the second support bodies 321 and 322 may have an average pore size of 20 to 100 ⁇ m and a porosity of 50 to 90%.
  • the present invention is not limited thereto, and it is possible to support the nanofiber webs 311 and 322 to be described later to develop a desired level of mechanical strength, and at the same time, to prevent the flow of the filtrate flowing through the nanofiber webs 311 and 322 Porosity, and pore size.
  • the basis weight of the second support bodies 321 and 322 may be 35 to 100 g / m 2, more preferably 35 to 75 g / m 2, and may be 40 g / m 2, for example. If the basis weight is less than 35 g / m < 2 >, the amount of fibers forming the second support distributed at the interface formed with the nanofiber webs 311 and 312 described later may be small, A reduction in area may not be able to produce the desired level of cohesion. Further, the nanofibrous web may not exhibit sufficient mechanical strength to support the nanofiber web, and the adhesion with the first support may be reduced. In addition, if the basis weight exceeds 100 g / m 2, it may be difficult to secure a desired level of flow rate, and there may be a problem that smooth backwashing is difficult due to an increase in differential pressure.
  • the second support bodies 321 and 322 are used as a support for the filter media
  • synthetic polymer components selected from the group consisting of polyester based, polyurethane based, polyolefin based and polyamide based; Or a natural polymer component including a cellulose system may be used.
  • the second support bodies 321 and 322 may be polyolefin-based polymer components for enhancing adhesion between the nanofiber webs 311 and 312 described later and the first support body 130 described above.
  • the second support bodies 321 and 322 may be made of the same material as the nonwoven fabric, they may be made of the second composite fiber 321a containing a low melting point component.
  • the second composite fiber 321a may include a supporting component and a low melting point component so that at least a part of the low melting point component is exposed on the outer surface.
  • a cis-core type conjugate fiber in which a support component forms a core portion and a low melting point component forms a sheath portion surrounding the core portion, and a side-by-side composite fiber having a low- Lt; / RTI >
  • the low-melting-point component and the support component may be polyolefin-based in view of the flexibility and elongation of the support, as described above.
  • the support component may be polypropylene and the low-melting component may be polyethylene.
  • the melting point of the low melting point component may be from 60 to 180 ° C, more preferably from 100 to 140 ° C.
  • first support body 330 is embodied as the first composite fiber 330a having a low melting point component to exhibit a further improved bonding strength with the second support bodies 321 and 322, It is possible to form a more solidly welded portion due to fusion of the low melting point component of the first composite fiber 330a and the low melting point component of the second composite fiber 321a at the interface between the two supports 321.
  • first composite fiber 330a and the second composite fiber 321a may be made of the same material in terms of compatibility.
  • the nanofiber webs 311 and 312 may have a three-dimensional network structure in which one strand or multiple strands of nanofibers are randomly and three-dimensionally stacked (see FIG. 16).
  • the nanofibers forming the nanofiber web may be formed of known fiber forming components.
  • the fluorine-based compound may be contained as a fiber-forming component.
  • the fluorine-based compound may be used without limitation in the case of a known fluorine-based compound that can be prepared as a nanofiber.
  • the fluorine-based compound examples include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (PEP), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE) (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF) More preferably, the production cost is low and mass production of nanofibers through electrospinning is easy, and the mechanical strength and chemical resistance are excellent In one aspect may be a polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the nanofibers may have an average diameter of 0.05 to 1 ⁇ , more preferably 50 to 450 nm, and may be 250 nm, for example. If the average diameter of the nanofibers is less than 50 nm, the porosity and the permeability may be lowered, and if the average diameter exceeds 1 ⁇ , the filtration efficiency may be lowered and the tensile strength may be lowered. In addition, the nanofiber may have an aspect ratio of 1,000 to 100,000, but is not limited thereto.
  • the nanofibers provided in the nanofiber webs 311 and 312 may include a first nanofiber group having a diameter of 0.1 to 0.2 ⁇ m, a second nanofiber group having a diameter of 0.2 to 0.3 ⁇ m and a second nanofiber group having a diameter of 0.3 to 0.4 ⁇ m 3 to 30% by weight, and 5 to 15% by weight based on the total weight of the nanofiber web 311, thereby improving adhesion with the second support, It is possible to further improve the mechanical strength upon backwashing due to the increase of the mechanical strength of itself, and it may be more advantageous to achieve the object of the present invention such as filtration efficiency, obtaining excellent flow rate.
  • the first nanofiber group having a diameter of 0.1 to 0.2 ⁇ m, the second nanofiber group having a diameter of 0.2 to 0.3 ⁇ m and the third nanofiber group having a diameter of 0.3 to 0.4 ⁇ m are respectively 35 wt%, 53 wt% 12% by weight.
  • the thickness of the nanofiber webs 311 and 312 may be 0.5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 50 ⁇ m, and may be 20 ⁇ m, for example. If the thickness is less than 0.5 ⁇ ⁇ , it is difficult to withstand backwashing due to mechanical strength deterioration, and there is a possibility that the damage is very likely to occur or the pore size is very small, and the flow rate may be significantly reduced. If the thickness exceeds 200 ⁇ , there is a fear that the flow rate is reduced and swelling or peeling may occur due to backwashing.
  • the porosity of the nanofiber webs 311 and 312 may be 40 to 90%, and more preferably 60 to 90%.
  • the average pore diameter may be 0.1 to 5 ⁇ ⁇ , more preferably 0.1 to 3 ⁇ ⁇ , and may be 0.25 ⁇ ⁇ , for example. If the average pore diameter of the nanofiber web is less than 0.1 ⁇ , the water permeability against the permeated overpoor can be lowered, and if the average pore size exceeds 5 ⁇ , the filtration efficiency against the pollutant may not be good.
  • nanofiber webs 311 and 312 may be provided in more than one layer in the filter material 1000, and the pore size, pore size, basis weight, and / or thickness of each nanofiber web may be different.
  • the nanofibers forming the nanofiber webs 311 and 312 may be modified to increase the hydrophilicity.
  • the hydrophilic coating layer may be further provided on at least a part of the outer surface of the nanofibers. If the nanofibers include a fluorine-based compound as described above, the fluorine-based compound has a very high hydrophobicity, and thus the flow rate is poor when the supernatant is a hydrophilic solution.
  • the hydrophilic coating layer may be formed on the surface of the hydrophobic nanofibers.
  • the hydrophilic coating layer may be formed of a known hydrophilic polymer having a hydroxyl group, or the hydrophilic polymer may be crosslinked through a crosslinking agent .
  • the hydrophilic polymer may be a polyvinyl alcohol (PVA), an ethylenevinyl alcohol (EVOH), a sodium alginate, or the like, and most preferably a polyvinyl alcohol (PVA).
  • the crosslinking agent may be used without limitation in the case of a known crosslinking agent having a functional group capable of crosslinking through a condensation reaction with a hydroxyl group of the hydrophilic polymer.
  • the functional group may be a hydroxyl group, a carboxyl group, or the like.
  • the hydrophilic coating layer may be formed on part or all of the outer surface of the nanofiber.
  • the hydrophilic coating layer may be coated with nanofibers such that the hydrophilic coating layer contains 0.1 to 2 g per unit area (m2) of the nanofiber web.
  • the wetting angle of the surface of the modified nanofiber web 311, 312 to have a hydrophilic coating layer may be 30 degrees or less, more preferably 20 degrees or less, even more preferably 12 degrees or less, and still more preferably 5 degrees or less And thus it is possible to secure an improved flow rate despite the fact that it is a fibrous web embodied by nanofiber which is hydrophobic in material.
  • the filter material 1000 described above can be manufactured by a manufacturing method described later, but is not limited thereto.
  • the filter media 1000 may include (1) laminating a nanofiber web and a second support; And (2) arranging and laminating the lapped nanofiber web and the second support on both sides of the first support so that the second support abuts the first support.
  • step (1) a step of laminating the nanofiber web and the second support may be performed.
  • the nanofiber web can be used without limitation in the case of a method of forming a fibrous web having a three-dimensional network shape with nanofibers.
  • the nanofiber web may be prepared by electrospinning a spinning solution containing a fluorine-based compound on a second support to form a nanofiber web.
  • the spinning liquid may be a fiber-forming component, for example, a fluorine-based compound and a solvent.
  • the fluorine-based compound may be contained in the spinning solution in an amount of 5 to 30 wt%, preferably 8 to 20 wt%. If the fluorine-based compound is less than 5 wt%, it is difficult to form fibers, Even if the film is formed or spun, a large amount of beads are formed and the volatilization of the solvent is not performed well, so that the pores may be clogged in the calendering process described later. If the amount of the fluorine-based compound exceeds 30% by weight, the viscosity increases and the surface of the solution becomes solidified, which makes it difficult to spin for a long period of time.
  • the solvent may be any solvent that does not affect the radioactivity of the nanofibers described below without causing a precipitate while dissolving the fluorine-based compound as the fiber-forming component, but is preferably selected from ⁇ -butyrolactone, cyclohexanone, 3 And at least one selected from the group consisting of hexanone, 3-heptanone, 3-octanone, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, acetone dimethylsulfoxide and dimethylformamide.
  • the solvent may be a solvent for the mixing of dimethylacetamide and acetone.
  • the prepared spinning solution can be produced by a known electrospinning apparatus and method.
  • the electrospinning device may be an electrospinning device having a single spinning pack with one spinning nozzle or an electrospinning device with a plurality of single spinning packs or a spinning pack with multiple nozzles for mass production
  • wet spinning with dry spinning or external coagulation can be used, and there is no limitation with respect to the method.
  • the nanofiber web formed of nanofibers can be obtained when a spinning solution stirred in the electrospinning device is injected to electrospray on a collector, for example, paper.
  • the air pressure of the air injection nozzle provided in the nozzle of the spinning pack may be set in the range of 0.01 to 0.2 MPa. If the air pressure is less than 0.01 MPa, it can not contribute to the collection and accumulation. If the air pressure exceeds 0.2 MPa, the cone of the spinning nozzle is hardened to block the needles, and radiation trouble may occur.
  • the injection rate of the spinning solution per nozzle may be 10 to 30 ⁇ l / min.
  • the distance between the tip of the nozzle and the collector may be 10 to 30 cm. However, it is not limited to this, and it can be changed according to purpose.
  • the nanofiber web may be directly formed on the second support by directly electrospinning the nanofibers on the above-mentioned second support.
  • the nanofibers accumulated / collected on the second support have a three-dimensional network structure, and heat and / or pressure is applied to retain the desired water permeability, filtration efficiency, porosity, pore size, And can be implemented as a nanofiber web having a three-dimensional network structure by being further added to the accumulated / collected nanofibers.
  • a specific method of applying the heat and / or the pressure a known method may be adopted.
  • a conventional calendering process may be used, and the temperature of the applied heat may be 70-190 ° C.
  • the calendering process When the calendering process is carried out, it may be carried out a plurality of times, for example, a drying process for removing a part or all of the solvent and moisture remaining in the nanofibers through primary calendering, Secondary calendering can be performed for control and strength enhancement. At this time, the degree of heat and / or pressure applied in each calendering process may be the same or different.
  • the binding through the thermal fusion between the nanofibrous web and the second support can be promoted simultaneously through the calendering process.
  • another hot melt powder or hot melt web may be further interposed to bind the second support and the nanofiber web.
  • the applied heat may be 60 to 190 ° C, and the pressure may be 0.1 to 10 kgf / cm 2, but is not limited thereto.
  • components such as hot melt powder, which are separately added for binding are frequently melted in the laminating process between the support and the support and between the support and the nanofiber to frequently open the pores, thereby achieving the initial designed filter media flow rate It can not be done.
  • it may dissolve in the water treatment process, which may cause environmental negative problems, so that it is preferable to bond the second support and the nanofiber web without preferably including them.
  • the drying process of the solvent in the hydrophilic coating layer-forming composition can be performed at the same time through the heat treatment.
  • the heat treatment may be performed in a dryer, and the heat applied at this time may be 80-160 ° C., and the treatment time may be 1 minute to 60 minutes, but is not limited thereto.
  • step (2) the laminated nanofiber web and the second support are disposed on both sides of the first support so that the second support abuts the first support in the laminated second support and the nanofiber web, .
  • the step (2) includes 2-1) laminating a second support and a nanofiber web laminated on both sides of the first support in the step (1) described above; And 2-1) fusing the first support and the second support by applying at least one of heat and pressure.
  • a known method may be adopted.
  • a conventional calendering process can be used, and the temperature of the applied heat is 70 To 190 < 0 > C.
  • the calendering process it may be carried out a plurality of times, for example, a first calendering followed by a second calendering. At this time, the degree of heat and / or pressure applied in each calendering process may be the same or different.
  • bonding can be carried out through thermal fusion between the second support and the first support, and an additional adhesive or adhesive layer can be omitted.
  • the filter module 3220 included in another embodiment of the present invention is a filter filter material for achieving a further improved water treatment speed.
  • the nanofiber webs 411 and 412 are formed on both surfaces of the first support 430
  • the first support body 430 may include a plurality of filter media 1001 which penetrate the surfaces facing the nanofiber webs 411 and 412 in order to increase the flow path and minimize the water permeation resistance. And may have a hole (Q).
  • the holes Q provided in the first support body 430 greatly reduce the flow resistance of the raw water to be filtered by providing a larger flow path for the filtrate that has passed through the nanofiber webs 411 and 412, Pressure can also be reduced.
  • the pressure applied to the filter medium can be further reduced, the damage of the filter medium including the nanofiber web can be minimized, And may be easier to remove the electrocoagulated foreign material more quickly in accordance with the raw water flowing at high speed and / or large capacity in the electrocoagulation module.
  • the first support body 430 of the filter media 1002 may be provided with a first support body 430, a second support body 420, And a plurality of holes (Q) passing through the surfaces facing the first and second plates (421, 422).
  • the filter media 1003 and 1004 have a structure in which one support body 530 includes a plurality of first holes Q passing through a surface opposed to the second support bodies 521 and 522, And a plurality of second holes P passing through the second support bodies 521 and 522 in the same direction as the direction in which the first holes Q are penetrated.
  • the diameter p of the second hole P may be equal to or smaller than the diameter q of the first hole Q.
  • the second hole P may be positioned to communicate with the first hole Q as shown in FIG. 22, or may be positioned so as not to communicate with the first hole Q as shown in FIG. 23, The flow rate, the bonding strength of the first support body 530 and the second support bodies 521 and 522, and the like.
  • the diameters of the holes P, Q, the shapes of the cross sections, the pitches between the holes, and the like can be changed according to the purpose, so that they are not particularly limited in the present invention.
  • a storage tank for temporarily storing the electrocoagulation water treated in the electrocoagulation modules 3210, 100, 100', 200,
  • a feed pump for feeding the filter module 3220, and other control devices.
  • the osmotic filtration unit 3300 includes an osmosis membrane module for desalinating the introduced pretreatment water, and the osmosis membrane module may be a reverse osmosis membrane module or a normal osmosis membrane module.
  • the osmotic membrane module may further include a high-pressure pump for applying pressure higher than osmotic pressure of raw water or sea water to the module if the osmosis membrane module is a reverse osmosis membrane module.
  • the osmotic module may include a plurality of osmotic units including a known reverse osmosis membrane or a normal osmosis membrane and having unit units formed in a known shape. 24 and 25, the osmotic unit 700 includes a plurality of osmosis membranes 730 wound around a porous permeated water outlet pipe 720 and wound therearound, .
  • the porous permeate outlet pipe 720 can be used without limitation in the case of an outflow pipe commonly used for a reverse osmosis membrane or a osmosis membrane.
  • the porous permeate outlet pipe 720 includes a plurality of holes 721 through which saline-free treated water can be drained through the osmosis process, and preferably the diameter thereof may be 4 to 8 inches, May be between 30 and 50 inches.
  • the present invention is not limited thereto, and the diameter and length of the porous permeated water outlet pipe 720 may vary depending on the purpose.
  • the osmosis membrane 730 may include a spacer 733 interposed between the first osmosis membrane 731, the second osmosis membrane 732 and the first osmosis membrane 731 and 732.
  • the first osmosis membrane 731 and the second osmosis membrane 732 can be a known reverse osmosis membrane or a normal osmosis membrane and include, for example, a support, a polymer support formed on the support, and an optional separation layer formed on the polymer support Lt; / RTI >
  • the support is not particularly limited as long as it functions as a supporting member of the membrane, and usually serves as a support of the membrane, and may preferably be a woven fabric or a nonwoven fabric.
  • the fabric means that the fibers forming the fabric have a longitudinal and transverse directionality, and the specific structure may be plain weave, twill weave, etc., and the density of warp and weft yarn is not particularly limited.
  • the support material is preferably a synthetic fiber selected from the group consisting of polyester, polypropylene, nylon and polyethylene; Or a natural fiber including a cellulose system may be used. When the support is a nonwoven fabric layer, the physical properties of the membrane can be controlled according to the porosity and hydrophilicity of the material.
  • the average pore diameter may be 1 to 600 ⁇ , preferably 5 to 300 ⁇ , so that smooth permeation of the fluid and water permeability required for the reverse osmosis membrane can be improved.
  • the diameter of the pores is not limited.
  • the thickness is preferably from 20 to 150 mu m, and if it is less than 20 mu m, the strength and supportability of the entire film is insufficient, and if it exceeds 150 mu m, the flow rate may be decreased.
  • the polymer scaffold is not particularly limited as long as it can form a reverse osmosis membrane.
  • a polymer scaffold having a weight average molecular weight in the range of 65,000 to 150,000 and preferred examples thereof include polysulfone or polyethersulfone
  • An olefinic polymer such as a polysulfone polymer, a polyamide polymer, a polyimide polymer, a polyester polymer or a polypropylene, a polybenzimidazole polymer, polyvinylidene fluoride or polyacrylonitrile, etc.
  • the thickness of the polymer scaffold may be from 30 to 300 ⁇ . If it is less than 30 ⁇ , there may be a problem of a decrease in flow rate and durability due to compaction, and if it exceeds 300 ⁇ , .
  • the pore size of the polymer scaffold is preferably 1 to 500 nm. If the pore size exceeds 500 nm, after forming the thin film of the selective separation layer, the thin film may sink into the pore of the polymer support layer, so that it may be difficult to achieve the required flat sheet structure.
  • the selective separation layer formed on one side of the polymer scaffold may be used without limitation as long as it is a selective separation layer that can be generally used for the reverse osmosis membrane.
  • the selective separation layer is formed of a polyamide-, polypiperazine-, polyphenylenediamine-, A phenylene diamine type, and a polybenzidine type, and more preferably, it may be formed of a polyamide-based material. If the thickness of the selective separation layer is less than 0.1 ⁇ , the salt removing ability is deteriorated to fail to serve as a separation layer. If the thickness is more than 1 ⁇ , the thickness of the separation layer is excessively thick, There may be a problem.
  • the osmosis membrane 730 may be provided in the osmosis unit 700 such that the selective layer of the first osmosis membrane 731 and the second osmosis membrane 732 faces outward and the respective supports abut against each other,
  • a spacer 733 may be provided between the first osmosis membrane 731 and the second osmosis membrane 732 to secure a sufficient channel.
  • the spacer 733 increases the amount of the flow path in the osmosis membrane 730 and the amount of the flow path, thereby improving the inflow of the raw water to be desalinated and generating a uniform filtration flux along the flow path.
  • the spacer may be a mesh or a tricot, and is preferably selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, poly-4-methylpentene, crystalline copolymers with propylene-alpha olefins, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, Polycarbonate, or a modified polyester (LMP: Low Melting Polyethylene Terephthalate) in which nylon or polypropylene is copolymerized with a polyethylene terephthalate resin.
  • the thickness of the spacer may be 0.01 to 1 mm, but is not limited thereto.
  • the osmosis membrane 730 may be wound into a plurality of porous permeated water outlet pipes 720 in a spiral shape.
  • the osmosis membrane 730 may include a spacer 740 for smooth flow passage between the plurality of osmosis membranes 730 For example, a mesh sheet.
  • the osmosis membrane 730 wound around the porous permeated water outlet pipe 720 through the spacer may be provided in an outer housing 710 capable of receiving the osmosis membrane 730 therein and may be embodied as an osmosis unit 700, A plurality of units 700 may be mounted to form an osmosis module.
  • the osmotic unit described above has been described with reference to the osmosis membrane of a flat membrane, the osmosis membrane may be a hollow fiber membrane, or it may be an osmotic unit implemented with a known reverse osmosis or osmosis hollow fiber membrane.
  • the treated water passing through the osmotic filtration unit 3300 including the osmotic module described above can be further roughened by a known post-treatment facility for sterilization and filtration of the target material.
  • the filtered water after the post-treatment facility is stored in the storage tank, , Industrial water, agricultural water, and the like.
  • An electrocoagulation module and a filter module were prepared as a pretreatment section.
  • the electro-agglomerating module was constructed such that 300 conductive particles of aluminum were disposed between power electrodes facing each other, and the distance between one electrode of the conductive material and one electrode was 10 mm
  • An electrocoagulation module with a capacity of 1 m 3 / h was prepared.
  • the filter module implemented the filter media prepared as described below as a filter unit of a flat membrane as shown in FIGS. 14A and 14B, and 20 filter units thus implemented were mounted on the filter module.
  • the osmosis filtration unit has a known reverse osmosis module and is constructed according to a known design, thereby implementing a seawater desalination apparatus as shown in Table 1 below.
  • a spinning solution 12 g of polyvinylidene fluoride (Arkema, Kynar 761) as a fiber-forming component was added to 88 g of a mixed solvent of a mixture of dimethylacetamide and acetone at a weight ratio of 70:30 for 6 hours Using a magnetic bar to prepare a mixed solution.
  • the spinning solution was poured into a solution tank of the electrospinning device and discharged at a rate of 15 / / min / hole.
  • the temperature of the spinning section was kept at 30 ° C, the humidity was maintained at 50%, the distance between the collector and the tip of the spinning nozzle was 20 cm, the polyethylene having the melting point of about 120 ° C as the second support, (NANYANG nonwoven fabric, CCP40) having a thickness of about 200 mu m and a basis weight of 40 g / m < 2 > formed of low melting point second composite fibers having an average diameter of 20 mu m with propylene as the core part was placed.
  • the polyethylene having the melting point of about 120 ° C as the second support (NANYANG nonwoven fabric, CCP40) having a thickness of about 200 mu m and a basis weight of 40 g / m < 2 > formed of low melting point second composite fibers having an average diameter of 20 mu m with propylene as the core part was placed.
  • the fabricated nanofiber web was composed of a first nanofiber group having a diameter of 0.1 to 0.2 ⁇ m, a second nanofiber group having a diameter of 0.2 to 0.3 ⁇ m and a third nanofiber group having a diameter of 0.3 to 0.4 ⁇ m, 53% by weight and 12% by weight, and had an average diameter of 250 nm.
  • the basis weight was 10 g / m 2, the thickness was 13 ⁇ m, the average pore diameter was 0.3 ⁇ m, and the porosity was about 75%.
  • the solvent and moisture remaining in the nanofiber web of the laminate were dried, and the calendering process was performed by applying heat and pressure at a temperature of 140 ° C or more and 1 kgf / cm 2 to heat-seal the second support and the nanofiber web .
  • the second support and the nanofiber web were thermally fused together, and the nanofiber web was implemented in a three-dimensional network structure as shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the resulting laminate was immersed in the hydrophilic coating layer forming composition prepared in the following preparation example, and then dried in a dryer at a temperature of 110 ° C for 5 minutes to provide a hydrophilic coating layer on the surface of the nanofibers of the nanofiber web.
  • the first support is a nonwoven fabric having a basis weight of 450 g / m < 2 > formed of low melting point second composite fibers having a thickness of 5 mm, polyethylene having a melting point of about 120 DEG C as an initial portion and a polypropylene core portion having a diameter of about 30 mu m (NANYANG nonwoven fabric, NP 450) was used. Thereafter, heat of 140 ° C and a pressure of 1 kgf / cm 2 were applied to produce filter media
  • a seawater desalination apparatus as shown in Table 1 was implemented in the same manner as in Example 1 except that a pretreatment unit was not provided and only three doses were used.
  • the pretreatment unit was constructed in the pretreatment unit with only the filter module without the electrocoagulation module to implement the seawater desalination apparatus as shown in Table 1 below.
  • the seawater desalination apparatus was operated under the same conditions by introducing seawater at a flow rate of 1 m 3 / h into the pretreatment unit of the seawater desalination apparatus according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, The time point of arrival of the replacement cycle of the battery was evaluated.
  • the reverse osmosis membrane replacement cycle arrival time in the other Examples and Comparative Example 2 was expressed as a relative percentage based on the reverse osmosis membrane replacement cycle arrival time in Comparative Example 1 as 100.
  • the replacement cycle was evaluated by setting the point at which the flow rate decreased by about 30% from the obtained flow rate based on the desalination flow rate obtained during the operation time of the initial 30 hours of the seawater desalination apparatus.
  • Example 1 Comparative Example 1 Comparative Example 2 The pre- Electrocoagulation module + filter module none Filter module Reverse osmosis membrane backwash timing (%) 560 100 240
  • Embodiment 1 including both the electrocoagulation module and the filter module as the pretreatment portion before the osmotic filtration portion, it can be confirmed that the replacement time of the osmosis membrane of the osmotic filtration portion can be remarkably extended.
  • the filter media were prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness / weight of the first support, the thickness / weight of the second support, and the basis weight of the nano-island web were changed as shown in Table 2 or Table 3 below, The filter media as shown in Table 3 were fabricated and the seawater desalination system was implemented.
  • Example 12 a support having a specification similar to that of Example 1, the first support and the second support was used, and the initial portion was formed of a low melting point polyester copolymer having a melting point of 142 ° C The first support body and the second support body were changed to each other, and the temperature at the time of laminating was changed to 160 ° C, respectively, to implement the filter media.
  • the operating pressure was applied to the filter module at 50 kPa to measure the water permeability per unit area of 0.5 m 2 and filtration efficiency for one filter unit.
  • the initial water permeability was calculated as a relative percentage of the water permeability of the filter unit implemented with the filter material according to the other embodiments, with the water permeability of the filter unit implemented in the first embodiment as 100.
  • the separated filter unit was immersed in water, and then the operation pressure was increased to 50 kPa, and backwashing was performed under the condition that 400 LMH of water was pressurized for 2 minutes per 0.5 m 2, The back washing durability was evaluated as? When the appearance abnormality such as swelling occurred in the course of the process, and when the abnormality was not observed, the back washing durability was evaluated.
  • the water permeability of the filter unit was measured in the same manner as in the initial water permeability measurement method when backwashing at an operating pressure of 125 kPa was carried out. At this time, the water permeability was calculated by the rate of change according to the following equation (1) for the water permeability (B) after backwashing with respect to the initial water permeability (A) of each specimen. The larger the variation ratio, the more damage to the nanofiber webs due to backwashing and the interlayer delamination that is not visible as a result of appearance.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 Example 7 Example 8 Nanofiber web Basis weight (g / m2) 10 20 29 25 10 10 10 Thickness ( ⁇ m) 15 25 40 40 15 15 15 15 The second support Basis weight (g / m2) 40 40 40 40 40 59 62 40 40 Thickness ( ⁇ m) 200 200 200 200 250 250 200 200 The first support Basis weight (g / m2) 450 450 450 450 450 330 650 Thickness ( ⁇ m) 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 Filter media Total thickness ( ⁇ m) 5215 5225 5240 5240 5265 5265 5215 5215 The ratio of the first support body thickness in the filter media as a whole (%) 95.9 95.7 95.4 95.0 95.0 95.9 95.9 95.9 Nanofibrous web Basis standard second support weight scale 4 2 1.38 1.60 5.9 6.2 4 4 Second support weight basis first support weight load factor 11.25 11.25 11.25 10.23 7.63 7.26 8.25 16.25 Initial
  • Example 9 Example 10 Example 11 Example 12 Example 13 Example 14 Example 15 Example 16 Nanofiber web Basis weight (g / m2) 10 10 10 10 10 32 Thickness ( ⁇ m) 15 15 15 15 15 15 40 The second support Basis weight (g / m2) 40 40 40 41 40 40 0 40 Thickness ( ⁇ m) 200 200 200 200 230 230 0 200 The first support Basis weight (g / m2) 680 450 270 430 270 230 270 450 Thickness ( ⁇ m) 5000 3400 2200 5000 2000 2500 2200 5000 Filter media Total thickness ( ⁇ m) 5215 3615 2415 5215 2245 2745 2215 5240 The ratio of the first support body thickness in the filter media as a whole (%) 95.9 94.1 91.1 95.9 89.2 91.1 99.4 95.4 Nanofibrous web Basis standard second support weight scale 4 4 4 4.1 4 4 0 1.25 Second support weight basis first support weight load factor 17 11.25 6.75 10.49 6.75 5.75 - 11.25 Initial water permeability (
  • Example 16 having a basis weight of the nanofiber web of 30 g / m < 2 >, there was no apparent abnormality upon backwashing at a pressure of 50 kPa, but when the backwashing pressure was 125 kPa, The swelling phenomenon as shown in Fig. 17 occurred.
  • Examples 1 to 3 in which the basis weight of the nano-fiber web is 30 g / m 2 or less, no abnormality occurs during backwashing at a pressure of 125 kPa.
  • Example 13 In the case of Example 13 in which the thickness of the first support was less than 90% of the total filter media thickness, there was no abnormality in appearance due to backwashing at a pressure of 50 kPa, but when the pressure was increased to 125 kPa, Has occurred. On the contrary, in the case of Example 11 in which the thickness of the first support body is 90% or more as compared with the total thickness of the filter media under the same condition, the pressure is increased to 125 kPa to confirm that the appearance abnormality does not occur even though the backwashing is performed.
  • Example 14 in which the basis weight of the first support was less than 250 g / m 2, although the thickness of the first support was 90% or more as compared with the total thickness of the filter media, the appearance abnormality occurred even in the backwashing pressure of 50 kPa It can be confirmed that the durability after backwashing is significantly lower than that of Comparative Example 1 due to the decrease in mechanical strength due to washing.
  • Example 15 in which the second support was not included, it was confirmed that an appearance abnormality occurred even when backwashing was performed at a pressure of 50 kPa. This is expected as a result of the weakening of the adhesion between the first support and the nanofiber web despite the fact that it has a first support capable of withstanding the pressure of backwashing as in Example 11 without the second support.
  • Example 11 in which the basis weight of the first support was 250 g / m < 2 > or more, it was confirmed that the appearance abnormality did not occur even under severe operating conditions of 125 kPa.
  • Example 9 shows that the water permeability variation rate was increased compared with Example 8, and the initial water permeability was significantly lowered.
  • Example 1 in which the thickness of the first support is 95% or more of the total thickness of the filter media is significantly lower than that in Example 10 Can be confirmed.
  • Example 12 In the case of Example 12 in which the first support and the second support were formed of polyester-based low-melting-point conjugated fibers other than polyolefin-based, the durability after backwashing was lowered when the backwashing pressure was 125 kPa, It was expected that the adhesive force was lowered than that of Example 1 which is a polyolefin type due to a physical property.

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Abstract

해수담수화 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 장치는 유입된 해수에 포함된 현탁물질을 전기응집 시키는 전기응집모듈과, 상기 전기응집모듈로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키는 필터모듈을 포함하는 전처리부 및 상기 전처리부에서 유입된 전처리수를 담수화하는 삼투막 모듈을 구비하는 삼투 여과부를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 원수인 해수나 기수에 포함된 이물질을 효과적으로 응집시킨 뒤 응집된 이물질을 빠른속도로 처리하여 높은 유량으로 배출시킴으로써, 담수화되는 유량을 증가시키고 담수화를 위한 삼투 설비에 대한 내구성을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 해수나 기수의 전처리 과정에서 별도의 화학첨가제 없이 이물질을 제거할 수 있음에 따라서 친환경적이고, 전처리에 따라 수거된 이물질의 제거를 위한 역세척 공정이 용이하며, 이에 대한 내구성이 커 연장된 사용주기를 가지고, 운영에 있어서 매우 경제적이다.

Description

해수담수화 장치
본 발명은 해수담수화 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 원수인 해수에 대한 전처리 효율을 향상시켜 담수화를 위한 삼투모듈의 손상을 감소시키고, 전처리 속도가 매우 빠름에 따라서 담수량을 현저히 증가시킬 수 있는 해수담수화 장치에 관한 것이다.
해수담수화란 생활용수나 공업용수로 직접 사용이 어려운 바닷물로부터 염분을 포함한 용해 물질을 제거하여 순도 높은 음용수, 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 즉, 해수담수화는 염분을 포함하고 있는 해수에서 염분을 제거하여 담수를 얻는 것을 말한다.
이러한 해수담수화 방법으로는 크게 물의 증발 현상을 이용하는 증발법, 막의 차별성과 선택적 통과 능력을 이용하는 막여과법 등이 있으며, 막여과법은 세부적으로 역삼투법(reverse osmosis)과 전기투석법(electrodialysis)으로 구분된다.
해수담수화 방법 중 특히 역삼투(RO, Reverse Osmosis) 방식은 2005년까지는 전체 담수화 시장 중 48%정도를 차지하였으나 에너지 비용 상승 등의 문제로 기존의 증발법을 대체하여 2020년에는 70% 이상으로 비율이 증가할 것으로 예상되고 있다. 상기 역삼투 방식은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 고분자 분리막(역삼투막)을 이용하여 생산수(또는 처리수)와 농축수로 분리시키며, 생산수는 성분농도를 희석하여 용수 및 음용수로 활용하고 농축수는 다시 바다로 배출하게 된다. 상기 역삼투 방식에 사용되는 역삼투막은 역삼투가 일어나도록 해수의 삼투압인 약 25㎏/㎠ 를 초과하여 가해지는 고압을 견딜 수 있는 내압성을 비롯하여, 염을 제거할 수 있을 정도로 매우 미세한 기공구조를 요한다. 최근에는 해수담수화를 위하여 삼투방식을 이용하되, 정삼투 방식을 통해서도 해수담수화의 시도들이 계속되고 있다.
한편, 원수인 해수에는 대형 협잡물을 비롯하여, 크기가 작은 조류, 부유물질 등의 이물질이 다량 포함되어 있는데, 해수가 이러한 이물질을 포함한 상태로 삼투공정을 수행할 경우 역삼투막 또는 정삼투막과 같은 삼투막의 내구성이 크게 저하되며, 파울링 현상의 심화에 따른 잦은 압력보정을 요함에 따라서 이물질이 역삼투공정에 투입되는 것이 최대로 방지되어야 한다.
이를 위해 취수된 해수를 전처리를 통해 대형협잡물이나 이물질을 제거한 상태로 삼투공정에 투입하는 것이 바람직하고, 이에 전처리 설비로 중공사막과 같은 필터여재를 구비시킨 막여과 방식이 많이 이용되었다. 그러나 이를 통해서는 유량이 충분하지 못해 전처리에 소요되는 시간이 연장되거나 수득되는 담수량이 매우 적은 문제가 있다. 또한, 막에 흡착된 각종 이물질들을 제거하기 위한 역세척 효율이 낮고, 역세척을 충분히 수행할 수 있는 내구성이 담보되지 못한 문제가 있었다.
이에 전처리 공정에서 충분한 유량이 수득되는 동시에 이물질의 제거율도 우수하고, 별도의 화학물질의 처리가 불필요함에 따라서 친환경적으로 해수를 담수화 시킬 수 있는 해수담수화 장치에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 원수인 해수나 기수에 포함된 이물질을 효과적으로 응집시킨 뒤 응집된 이물질을 빠른속도로 처리하여 높은 유량으로 배출시킴으로써, 담수화되는 유량을 증가시키고 담수화를 위한 삼투 설비에 대한 내구성을 현저히 향상시킬 수 있는 해수 담수화 장치용 전처리 설비 및 이를 구비한 해수 담수화 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 해수나 기수의 전처리 과정에서 별도의 화학첨가제 없이 이물질을 제거할 수 있음에 따라서 친환경적이고, 전처리에 따라 수거된 이물질의 제거를 위한 역세척 공정이 용이하며, 이에 대한 내구성이 커 연장된 사용주기를 가지고, 운영에 있어서 매우 경제적인 해수 담수화 장치용 전처리 설비 및 이를 구비한 해수 담수화 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 유입된 해수에 포함된 이물질을 전기응집 시키는 전기응집모듈과, 상기 전기응집모듈로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키는 필터모듈을 포함하는 전처리부; 및 상기 전처리부에서 유입된 전처리수를 담수화하는 삼투막 모듈을 구비하는 삼투 여과부;를 포함하는 해수담수화 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전기응집모듈은 희생전극에서 발생하는 양이온을 통하여 해수에 포함된 이물질을 전기응집 시키며, 유입된 해수의 처리용량이 1m3/h 이상일 수 있다.
또한, 상기 필터모듈은 필터여재를 구비한 필터유닛을 다수로 구비하고, 상기 필터여재는 상기 전기응집모듈로부터 유입된 전기응집수에 대하여 여과유속이 50 LMH 이상이며, 입경이 0.2㎛ 이상인 응집체에 대한 여과효율이 99% 이상일 수 있다.
또한, 상기 필터여재는 제1지지체 양면에 각각 순서대로 적층된 제2지지체, 및 나노섬유웹을 구비한 평막이며, 상기 나노섬유웹에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 제1지지체 및 제2지지체는 각각 독립적으로 부직포, 직물 및 편물 중 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 부직포일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹의 평량은 30g/㎡ 이하이고, 상기 제1지지체의 평량은 250 g/㎡ 이상이며, 두께는 상기 필터여재 전체 두께의 90% 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1지지체의 평량은 250 ~ 800g/㎡일 수 있고, 보다 바람직하게는 350 ~ 600g/㎡일 수 있다. 또한, 상기 제1지지체의 두께는 2 ~ 8㎜일 수 있고, 보다 바람직하게는 2 ~ 5㎜일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 3 ~ 5㎜일 수 있다.
또한, 상기 제2지지체의 평량은 35 ~ 100g/㎡이며, 두께는 150 ~ 250㎛일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹은 섬유형성성분으로 불소계화합물을 포함하며, 상기 불소계화합물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹은 평균공경이 0.1 ~ 5㎛이고, 기공도가 60 ~ 90%일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹이 평량은 0.05 ~ 20g/㎡일 수 있다.
또한, 상기 제2지지체는, 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제2복합섬유를 구비하고, 상기 제2복합섬유의 저융점 성분이 나노섬유웹에 융착되어 제2지지체와 나노섬유웹이 접합될 수 있다.
또한, 상기 필터여재의 제1지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제1복합섬유를 구비하고, 상기 제1복합섬유의 저융점 성분 및 제2복합섬유의 저융점 성분 간 융착으로 제1지지체 및 제2지지체가 접합될 수 있다.
상기 필터유닛은 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임을 더 포함하여 형성된 평판형 필터유닛이며, 상기 지지프레임은 상기 필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비할 수 있다.
또한, 상기 전기응집모듈은, 상부가 개방된 내부공간을 갖는 하우징; 및 상기 내부공간에 배치되고, 외부에서 공급되는 원수에 포함된 이물질을 응집시키기 위한 희생전극과 파워전극을 포함하는 전극유닛;을 포함하고, 상기 내부공간은 상기 원수가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버의 상부측에 배치되어 상기 전극부가 배치되는 제2챔버 및 상기 제2챔버에서 전기응집 반응이 완료된 전기응집수가 일시저장 되는 제3챔버를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 유입된 해수에 포함된 이물질을 전기응집 시키는 전기응집모듈; 및 상기 전기응집모듈로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키는 필터모듈;을 포함하는 해수 담수화 장치용 전처리 설비를 제공한다.
본 발명에 의하면, 원수인 해수나 기수에 포함된 이물질을 효과적으로 응집시킨 뒤 응집된 이물질을 빠른속도로 처리하여 높은 유량으로 배출시킴으로써, 담수화되는 유량을 증가시키고 담수화를 위한 삼투설비에 대한 내구성을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 해수나 기수의 전처리 과정에서 별도의 화학첨가제 없이 이물질을 제거할 수 있음에 따라서 친환경적이고, 전처리에 따라 수거된 이물질의 제거를 위한 역세척 공정이 용이하며, 이에 대한 내구성이 커 연장된 사용주기를 가지고, 운영에 있어서 매우 경제적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 해수 담수화 장치 모식도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 전기응집모듈을 나타낸 개략도,
도 3은 도 2의 주요구성을 나타낸 도면,
도 4는 도 3에서 하우징의 내부구성을 나타낸 부분절개도,
도 5는 도 3의 단면도,
도 6은 도 3에 산기관이 포함된 경우를 나타낸 개략도,
도 7은 도 6의 단면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 전기응집모듈에 적용되는 유입관을 나타낸 개략도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 전기응집모듈에 적용되는 산기관을 나타낸 개략도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 포함되는 전기응집모듈에 주요구성을 나타낸 도면,
도 11은 도 10의 분리도,
도 12는 도 10에 적용되는 전극케이스를 나타낸 저면도,
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 필터모듈에 구비될 수있는 평판형 필터유닛의 도면으로써, 도 13a는 필터유닛의 사시도, 도 13b는 도 13a의 X-X' 경계선의 단면도를 기준으로 한 여과흐름을 나타낸 모식도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 필터모듈에 구비된 필터여재의 단면도,
도 16는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 필터여재에 적용되는 나노섬유웹의 표면 전자현미경 사진,
도 17은 역세척 공정으로 필터여재 내부에서 층분리가 된 후 세척액이 필터여재의 내부에 갇혀 부풀어 오른 필터여재의 사진,
도 18은 필터여재의 일예로써, 제1지지체와 나노섬유웹을 직접 합지시키는 것을 나타낸 모식도,
도 19a 및 도 19b는 본 발명이 일실시예에 포함되는 필터여재를 합지시키는 모식도로써, 도 19a는 나노섬유웹과 제2지지체를 합지시키는 것을 나타낸 도면이고, 도 19b는 합지된 나노섬유웹과 제2지지체를 제1지지체 양면에 배치시켜 합지시키는 것을 나타낸 도면,
도 20 내지 도 23는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 필터유닛에 구비되는 다른 필터여재의 단면도, 그리고
도 24은 본 발명의 일 실시예에 포함되는 삼투 여과부에 구비되는 삼투유닛의 부분분해사시도, 그리고
도 25는 도 24에 따른 삼투유닛에서 외부 하우징을 제거한 내부 구성품을 분해한 분해사시도이다.
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. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 해수담수화 장치는 도 1에 도시된 것과 같이 취수된 해수에 포함된 이물질 등을 여과하는 전처리부(3200) 및 해수에 포함된 염분 등을 제거하는 삼투여과부(3300)를 포함하며, 취수된 해수를 전처리부(3200)로 공급하는 공급펌프(3100)를 더 포함할 수 있다. 또한, 도 1에 도시되지 않았으나 해수나 기수를 취수하는 취수펌프, 취수된 해수가 저장되는 원수저류조, 전처리부(3200)에서 전처리된 전기응집수가 저장되는 저류조, 삼투여과부(3300)에서 생산된 생산수가 후처리 되는 후처리 시설이나 후처리된 정수가 저장되는 정수조 등 공지된 해수담수화 장치에 구비되는 설비를 더 구비할 수 있다.
상기 전처리부(3200)는 원수인 해수나 기수에 포함된 조류 등의 미생물, 이온이 결합하여 생성된 염, 콜로이드성 물질 등 각종 현탁물질을 제거하여 삼투 여과부에 유입되는 수질을 일정 수준 이상으로 높여서 삼투 여과부에 걸리는 여과부담을 경감하고, 삼투 여과부의 내구성을 현저히 향상시키는 역할을 담당한다.
이를 위하여 상기 전처리부(3200)는 유입된 해수에 포함된 현탁물질을 전기응집 시키는 전기응집모듈(3210)과, 상기 전기응집모듈(3210)로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키는 필터모듈(3220)을 포함한다.
상기 전기응집모듈(3210)은 원수인 해수나 기수에 포함된 현탁물질 중 전하를 띤 이물질을 그와 반대되는 전하를 가진 이온을 통해 응집시켜 응집체를 형성시키거나 전기화학적으로 생성된 응집체에 이물질을 흡착시키는, 이물질의 전기응집공정을 수행한다.
상기 전기응집모듈(3210)은 이와 같은 공정을 수행하는 것으로 공지된 전기응집장치의 경우 제한 없이 채용될 수 있다. 다만, 바람직하게는 상기 전기응집모듈(3210)은 대용량의 원수를 단시간 내 처리할 수 있도록 유입된 원수의 처리용량이 1m3/h 이상인 것이 바람직하다.
상기 전기응집모듈(3210)은 일예로, 유입되는 원수를 수용하고, 이물질의 전기응집반응을 수행할 수 있도록 소정의 빈 내부공간을 갖는 하우징, 및 양이온을 발생시키기 위한 희생전극을 포함하는 전극유닛을 포함할 수 있다.
상기 하우징의 크기, 외벽의 두께, 내부공간의 부피/구조 등은 처리하고자 하는 원수의 용량, 원수내 포함된 이물질의 종류/함량, 전기응집 반응된 이물질의 처리방법 등을 고려하여 공지된 전기응집장치를 채용하거나 목적에 따라서 적절히 변경할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 전극유닛은 이물질과 직접 전기응집반응을 일으키거나 간접적으로 전기응집반응을 매개하는 양이온을 발생시킬 수 있는 희생전극을 포함하며, 상기 희생전극이 양이온을 발생시킬 수 있게 하는 파워전극을 더 포함할 수 있고, 상기 희생전극 및 파워전극 각각은 원수의 처리용량, 처리속도를 고려하여 적절한 형태, 크기, 중량 및 개수로 구비될 수 있다.
상기 희생전극은 인가되는 전원에 의해 양이온을 발생시킬 수 있는 재질인 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 알루미늄, 철, 리륨, 아연 및 니켈 등으로 이루어진 금속 또는 이들의 합금일 수 있다. 또한, 상기 파워전극은 외부에서 인가되는 전원에도 불용성인 재질이 바람직하며, 일예로 스테인리스 스틸일 수 있다.
상기 전극유닛의 희생전극에 소정의 전압을 인가하면, 희생전극이 용해되어 금속 이온이 원수로 용출되며, 금속이온은 원수에 포함된 반대전하의 이물질과 응집하거나 금속이온이 고상의 응집체인 금속수산화물로 형성된 후 상기 금속수산화물에 이물질이 흡착됨으로써 이물질이 전기응집될 수 있다.
상기 전기응집모듈(3210)은 이러한 전기응집반응이 효율적으로 이루어지고, 응집된 이물질을 보다 용이하게 제거할 수 있도록 하기와 같은 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기응집모듈(100,100',200)은 도 2 내지 도 12에 도시된 바와 같이 하우징(110,210) 및 전극유닛(120)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(110,210)은 외부로부터 공급되는 원수를 일시적으로 저장하기 위한 공간을 제공하기 위한 것이다. 이를 위해, 상부가 개방된 내부공간을 갖는 함체 형상일 수 있다. 즉, 상기 하우징(110,210)은 외부로부터 유입된 원수에 포함된 이물질들이 전기응집반응을 통해 응집된 후, 원수가 별도의 처리공간 측으로 이송될 수 있도록 원수의 체류공간인 내부공간이 형성될 수 있다.
이를 위해, 상기 내부공간은 원수가 유입되는 제1챔버(111)와, 상기 전극유닛(120)이 배치되는 제2챔버(112) 및 상기 제2챔버(112)에서 전기응집 반응이 완료된 처리수가 일시저장되는 제3챔버(113)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전극유닛(120)이 배치되는 제2챔버(112)는 상기 제1챔버(111)의 상부측에 형성될 수 있고, 상기 제3챔버(113)는 상기 제1챔버(111)의 측부에 나란하게 형성될 수 있으며, 서로 나란하게 배열되는 제2챔버(112) 및 제3챔버(113)는 상기 내부공간에 소정의 높이로 돌출 형성되는 격벽(114)을 매개로 서로 구획될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1챔버(111)는 외부로부터 공급된 원수가 전기응집 반응이 수행되는 제2챔버(112) 측으로 이동하기 전 체류하는 버퍼공간의 역할을 수행함으로써 균등한 수위를 유지하면서 상기 제2챔버(112) 측으로 이동할 수 있다. 이로 인해, 상기 제2챔버(112) 측으로 유입되는 원수는 상기 전극유닛(120)을 구성하는 희생전극(122) 및 파워전극(121)에 균일한 면적으로 접촉함으로써 전체적인 처리 속도를 높일 수 있다.
여기서, 상기 제1챔버(111) 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 분사공(131)이 길이방향을 따라 형성된 중공형의 유입관(130)이 배치됨으로써 외부로부터 공급되는 원수가 상기 분사공(131)을 통해 제1챔버(111) 측으로 분출될 수 있으며(도 4 및 도 8 참조), 상기 유입관(130)은 상기 전극유닛(120)를 구성하는 복수 개의 전극의 배열방향과 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 더불어, 상기 제1챔버(111)의 바닥면에는 드레인을 외부로 배출할 수 있도록 드레인배관(119)과 연결되는 드레인배출공(118)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전기응집모듈(100,100',200)은 상기 유입관(130)의 분사공(131)을 통해 상기 제1챔버(111) 측으로 분사된 원수가 제1챔버(111)를 완전히 채운 후 서서히 수위가 상승하여 상기 전극유닛(120)이 배치된 제2챔버(112) 측으로 유입되고, 균등한 수위를 유지하면서 상기 제2챔버(112) 측으로 유입된 원수는 상기 전극유닛(120)을 통하여 응집반응이 완료된 후 제2챔버(112)로부터 상기 격벽(114)의 상부단을 넘어 제3챔버(113) 측으로 유입될 수 있다.
이때, 상기 격벽(114)은 상기 제3챔버(113)의 벽면을 구성하는 일면이 경사면으로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 경사면은 상기 격벽(114)의 상부단으로부터 하부측으로 갈수록 상기 제3챔버(113) 측으로 하향경사지게 형성될 수 있다(도 2 내지 도 4 참조). 이에 따라, 상기 격벽(114)의 상부단을 통해 오버플로우 되는 처리수는 상기 경사면을 따라 상기 제3챔버(113)측으로 원활하게 이동될 수 있다.
또한, 상기 제3챔버(113)의 바닥면에는 적어도 하나의 배출공(118)이 형성될 수 있다. 이와 같은 배출공(118)은 별도의 배관(40)을 통해 전기응집 반응을 통해 응집된 이물질들을 처리하기 위한 후처리장치와 연결됨으로써 처리수가 상기 후처리장치 측으로 이송될 수 있다.
한편, 상기 하우징(110,210)은 전원 인가시 상기 제2챔버(112) 측에 배치되는 전극유닛(120)과의 쇼트를 방지할 수 있도록 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 하우징(110,210)은 플라스틱, 콘크리트, 합판 등과 같은 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 공지의 절연체 또는 부도체가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
더불어, 상기 하우징(110,210)의 외면에는 내약품성, 내부식성 및 전기 전열성 중 적어도 어느 하나의 성질을 갖는 코팅층이 도포됨으로써 원수에 포함된 중금속 등에 의해 하우징(110,210)이 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같은 하우징(110,210)은 별도의 지지프레임(160)을 통해 고정될 수 있으며, 상기 지지프레임(160)을 포함하는 경우 후술하는 제어부(140) 역시 상기 지지프레임(160)의 일측에 고정될 수 있다.
상기 전극유닛(120)은 소정의 면적을 갖는 판상의 전극이 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 전극판은 상기 제2챔버(112)의 내부에 소정의 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 일례로, 상기 복수 개의 전극판 은 외부로부터 공급되는 전원이 인가되는 한 쌍의 파워전극(121)과, 상기 한 쌍의 파워전극(121) 사이에 소정의 간격을 두고 일면이 서로 대면하도록 서로 평행하게 이격 배치되는 복수 개의 희생전극(122)을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 파워전극(121)은 외부로부터 공급되는 전원이 원활하게 인가될 수 있도록 상기 희생전극(122) 보다 상대적으로 더 긴 길이를 갖도록 형성됨으로써 상기 제2챔버(112) 측에 배치시 상기 제2챔버(112)에 저장된 원수에 완전히 잠기지 않고 원수의 표면으로부터 적어도 일부의 길이가 외부로 노출될 수 있다(도 3 참조). 반면, 상기 한 쌍의 파워전극(121) 사이에 배치되는 복수 개의 희생전극(122)은 상기 제2챔버(112)에 저장된 원수에 의해 완전히 잠기도록 배치됨으로써 전체 면적이 원수와 접촉되어 반응면적을 최대화 할 수 있다.
한편, 상기 전극유닛(120)을 구성하는 희생전극(122) 및 파워전극(121)은 상기 하우징(110)에 직접 고정될 수도 있고, 별도의 부재 측에 고정된 후 상기 제2챔버(112) 측에 상기 별도의 부재가 결합되는 방식일 수도 있다.
일례로, 상기 전극유닛(120)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 하우징(110)의 내벽에 직접 고정될 수 있다. 즉, 상기 제2챔버(112)를 규정하는 하우징(110)의 내벽, 더욱 자세하게는 서로 대면하는 격벽(114)의 내면과 하우징(110)의 내측면에는 높이방향을 따라 복수 개의 끼움홈(115)이 인입형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 끼움홈(115)은 전극유닛(120)에 구비된 파워전극(121) 및 희생전극(122)에과 대응되는 개수로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 끼움홈(115)은 상부단이 개방되고 하부단이 밀폐됨으로써 상기 전극유닛(120)의 하부단의 삽입깊이가 제한될 수 있다.
이에 따라, 상기 끼움홈(115)에 상기 전극유닛(120)을 각각 삽입함으로써 서로 이웃하는 각각의 전극은 소정의 간격을 두고 일면이 서로 대면한 상태로 평행하게 배치될 수 있다.
다른 예로써, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 전극유닛(120)은 전극케이스(116)에 고정된 후 상기 전극케이스(116)가 하우징(210)의 제2챔버(112) 측에 결합되는 방식을 통해 고정될 수도 있다.
이때, 상기 전극케이스(116)는 서로 대면하는 내벽에 높이방향을 따라 복수 개의 끼움홈(117)이 인입형성될 수 있으며, 상,하부가 개방된 함체형상일 수 있다. 이에 따라, 상기 전극유닛(120)이 각각의 끼움홈(117)에 삽입된 상태에서 상기 전극케이스(116)를 제2챔버(112) 측에 삽입하게 되면 개방된 하부를 통해 제1챔버(111)로부터 상승하는 원수가 원활하게 유입될 수 있다.
여기서, 상기 전극케이스(116)는 전원 인가시 상기 끼움홈(117)에 삽입되는 상기 전극유닛(120)과의 쇼트를 방지할 수 있도록 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 전극케이스(116)는 플라스틱, 콘크리트, 합판 등과 같은 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 공지의 절연체 또는 부도체가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다. 더불어, 상기 전극케이스(116)의 외면에는 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나의 성질을 갖는 코팅층이 도포됨으로써 원수에 포함된 중금속 등에 의해 전극케이스(116)가 손상되는 것을 미연에 방지할 수도 있다.
또 다른 예로써, 도 13a 및 도 13b에 도시된 것과 같이 전기응집모듈(200')의 전극유닛은(120') 수용부재(123)의 외측에 서로 마주하도록 배치되어 외부로부터 공급되는 전원이 인가되는 한 쌍의 전극판인 파워전극(121')과, 상술한 희생전극(122)으로써 전극판 대신에 도전성 덩어리(122')가 상기 수용부재(123)의 내부에 수용될 수 있다. 희생전극(122)으로써 판상의 전극판 대신에 구비되는 도전성 덩어리(122')에서 용출되는 금속양이온이 전하를 띤 이물질과 전기적으로 중화되어 응집반응이 일어나는 동시에 산화, 환원반응이 일어남으로써 이물질이 제거될 수 있다. 이와 같은 전기응집 원리는 상술한 설명을 포함하여 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 12에서 예시한 타입의 전극유닛(120)의 경우 서로 마주보는 파워전극(121)인 전극판 사이에 복수의 희생전극(122)을 이격 배치하는 형태인데, 전원이 인가되는 파워전극과의 상대적인 거리에 따라 전력소모량의 차이가 발생하고, 전력량의 소모가 다소 커서 생산비용을 증가될 우려가 있다. 이에 반하여 도 13a 및 도 13b와 같이 희생전극을 다수의 도전성 덩어리(122')로 구비시킬 경우 전력량의 소모를 현저히 감소시키면서도 동등 수준 이상의 전기응집 효율을 발현할 수 있는 이점이 있다. 나아가, 해수담수화에 더 적합할 수 있다.
구체적으로 상기 도전성 덩어리(122')는 수용부재(123)에 수용될 수 있으며, 상기 수용부재(123)의 외측에는 파워전극(121')인 한 쌍의 전극판이 서로 마주하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 수용부재(123)는 제1챔버(111)로부터 상기 수용부재의 수용공간 측으로 원수를 유입시키기 위한 적어도 하나의 제1통과공(123b)과, 상기 제1통과공(123b)을 통해 유입된 원수를 마주보는 두 전극판(121') 측으로 이동시키기 위한 적어도 하나의 제2통과공(123a)이 각각 관통형성될 수 있다.
일례로, 상기 수용부재(123)는 상부가 개방된 함체형상으로 구비될 수 있으며, 상기 제1통과공(123b)이 바닥면에 형성될 수 있고, 상기 제2통과공(123a)이 상기 파워전극(121')과 마주하는 측부에 관통형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1통과공(123b)을 통해 수용부재(123)의 내부로 유입된 원수는 상기 수용부재(123)에 채워진 도전성 덩어리(122')들의 표면을 둘러쌀 수 있으며, 상기 제2통과공(123a)을 통해 파워전극(121')과도 접촉될 수 있다.
이로 인해, 상기 파워전극(121') 측에 전원이 인가되면 상기 수용부재(123)에 채워진 복수 개의 도전성 덩어리(122')는 원수를 매개로 일정전압이 인가됨으로써 상술한 전기응집반응이 일어날 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 상기 수용부재(123) 및 파워전극(121')이 전극케이스(116')를 통해 상기 하우징(110)에 인입될 수 있도록 도시하였으나, 이와 다르게 전극케이스가 수용부재의 기능을 겸하도록 설계의 변경이 가능하다. 구체적으로 전극케이스의 하부면이 개방되지 않는 형상을 갖도록 하여 내부 공간에 도전성 덩어리(122')를 수용할 수 있도록 하되, 상기 내부공간으로 원수가 유입되도록 상기 하부면에 다수의 홀이 관통 형성된 제1통과공을 구비시킬 수 있다. 또한, 전극케이스 양측에 서로 마주보도록 구비된 한 쌍의 파워전극(121')과 내부에 수용된 상기 도전성 덩어리(122')가 직접 접촉하여 도통되지 않도록 파워전극(121')을 도전성 덩어리(122')와 격리시키는 두 개의 분리판을 서로 마주보도록 전극케이스의 내부공간에 구비시키되, 전극케이스 내부 공간에 유입된 원수가 분리판을 통과하여 두 전극판 측을 향해 유입될 수 있도록 분리판에 다수의 홀이 관통 형성된 제2통과공을 구비시킬 수 있다. 또한, 상기 분리판은 파워전극(121')과 도전성 덩어리(122') 간을 전기적으로 절연시키기 위해 절연체 또는 부도체일 수 있다. 한편, 전극케이스를 구비하지 않고, 하우징에 끼움홈 등을 구비시켜 직접 파워전극(121')이 서로 마주보도록 인입시키고, 그 사이 공간에 상술한 수용부재(123) 및 수용부재(123) 내부공간에 수용된 도전성 덩어리(122')를 배치시킬 수도 있다.
한편, 상기 도전성 덩어리(122')는 원수와의 접촉면적을 늘릴 수 있도록 적어도 하나의 통공이 관통형성될 수 있다. 일례로, 상기 도전성 덩어리(122')는 중공관의 형태일 수도 있고 복수 개의 통공이 관통형성된 다공성 형태일 수도 있다. 이를 통해, 상기 도전성 덩어리(122')를 동일한 사이즈로 형성하더라도 통공이 형성되지 않은 도전성 덩어리들에 비하여 원수와의 접촉면적을 더욱 늘릴 수 있음으로써 사용되는 도전성 덩어리(122')의 전체개수를 줄이면서도 동등한 처리효율을 얻을 수 있다.
한편, 상기 수용부재(123)는 전원인가시 상기 파워전극(121')과의 전기적인 쇼트를 방지할 수 있도록 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 수용부재(123)는 플라스틱, 콘크리트, 합판 등과 같은 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 공지의 절연체 또는 부도체가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다. 더불어, 상기 수용부재(123)의 외면에는 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나의 성질을 갖는 코팅층이 도포됨으로써 원수에 포함된 중금속 등에 의해 수용부재(123)가 손상되는 것을 미연에 방지할 수도 있다.
또한, 상기 수용부재(123)에 채워지는 도전성 덩어리(122')와 파워 전극(121') 사이의 간격은 전기적인 쇼트를 방지하면서도 원활한 전원이 인가될 수 있도록 적절한 간격을 가질 수 있다. 일례로, 도전성 덩어리(122')와 파워 전극(121') 중 어느 일 전극판 사이의 간격은 1~10mm일 수 있으며, 상기 수용부재(123) 중 상기 제2통과공(123a)이 형성된 부분의 두께가 1~10mm일 수 있다.
또한, 상기 수용부재(123)에 채워지는 복수 개의 도전성 덩어리(122')의 개수는 처리하고자 하는 원수의 처리용량에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다. 더불어, 상기 파워전극(121')에 인가되는 전류량은 상기 수용부재(123)에 채워져 원수와 접촉되는 도전성 덩어리(122')의 전체 표면적과의 상관관계에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다. 또한, 파워전극(121')의 역할을 수행하는 전극판의 개수는 다수 개로 구비될 수 있으며, 배치위치 역시 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 전기응집모듈(100')은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 원수가 유입되는 제1챔버(111) 측에 미세버블을 발생시키기 위한 산기관(150)이 배치될 수 있다. 즉, 상기 산기관(150)은 상기 제2챔버(112)의 하부측에 형성되는 제1챔버(111) 측에 배치됨으로써 외부로부터 공급되는 공기를 분출하는 과정에서 발생되는 미세버블이 상기 제2챔버(112) 측에 배치되는 전극유닛(120) 각각의 전극판 사이로 통과할 수 있도록 한다. 이를 통해, 전기응집 반응시 발생되는 고분자 수산화물 복합체(flocs)와 같은 응집체가 전극유닛(120)에 들러붙어 각각의 이들이 오염되는 것을 방지함으로써 원활한 응집반응이 일어날 수 있도록 하며, 전극유닛(120)의 사용시간을 늘려줄 수 있음으로써 유지보수비용을 줄일 수 있다.
이를 위해, 상기 산기관(150)은 소정의 길이를 갖추고 길이방향을 따라 복수 개의 토출공(151)이 관통형성된 중공관일 수 있으며(도 9 참조), 상기 산기관(150)은 상기 제1챔버(111)에 배치되는 유입관(130)과 평행한 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 상기 산기관(150)은 상기 유입관(130)과 동일한 높이에 배치될 수도 있고, 상기 유입관(130)의 상부 또는 하부측에 배치될 수도 있음을 밝혀둔다.
이때, 상기 산기관(150)은 상기 토출공(151)을 통해 배출되는 미세버블이 10㎛ 이하의 크기를 갖도록 상기 토출공(151)을 덮는 다공성기재(152)를 포함할 수 있으며(도 9 참조), 상기 다공성기재(152)는 평균 공경이 5㎛이하의 크기를 갖는 미세 기공이 형성될 수 있다.
이는, 상기 토출공(151)을 통해 배출되는 미세버블의 크기가 10㎛를 초과하게 되면 전원인가시 전기응집반응을 위하여 전극유닛(120)에서 발생되는 금속 이온의 활성화를 방해하여 원활한 이온발생을 저하시키기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 미세기공을 갖는 다공성기재(152)를 통해 버블이 배출되는 토출공(151)을 덮어줌으로써 10㎛ 이하의 미세버블이 발생하도록 함으로써 전극유닛(120)에서 금속이온이 원활하게 발생할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 다공성기재(152)는 상기 산기관(150)의 외면을 전체적으로 덮도록 구비될 수도 있고, 상기 토출공(151)과 대응되는 영역에만 부분적으로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 전기응집모듈(100,100',200,200')은 전원의 공급 및 차단, 한 쌍의 파워전극(121,121')에 인가되는 전원의 크기나 전류밀도 등과 같은 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(140)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부(140)는 상기 한 쌍의 파워전극(121,121')에 인가되는 전원의 극성을 주기적으로 변환할 수도 있다. 이를 통해, 전기응집 반응시 파워전극(121,121')의 양면에 인가되는 극성이 주기적으로 변경됨으로써 양면이 골고루 사용될 수 있도록 한다. 이에 따라, 파워전극(121)의 양면이 골고루 사용될 수 있음으로써 파워전극(121)의 교체주기를 늘릴 수 있다.
상술한 전기응집모듈(3210,100,100',200,200')을 통과한 원수인 전기응집수는 필터모듈(3220)로 유입되며, 필터모듈(3220)을 통해 전기응집된 응집체 포함하는 각종 현탁물질이 걸러질 수 있다.
이를 위해 상기 필터모듈(3220)은 도 14a 및 도 14b에 도시된 것과 같이, 필터여재(1000)를 구비한 평판형 필터유닛(2000)을 다수로 구비할 수 있다. 이때, 다수개의 평판형 필터유닛(2000)이 외부케이스에 소정의 간격으로 이격하여 고정되는 단위블록을 형성할 수 있고, 상기 단위블록을 적어도 하나 포함하여 필터모듈(3220)을 구현할 수 있다.
상기 평판형 필터유닛(2000)은 상기 필터여재(1000)의 테두리를 지지하는 지지프레임(1100)을 더 포함하며, 상기 지지프레임(1100)의 어느 일영역에는 필터여재(1000)의 외부와 내부 간 압력차를 구배시킬 수 있는 흡입구(1110)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 지지프레임(1100)에는 필터여재(1100)를 통해 여과된 여과액이 외부로 유출될 수 있도록 하는 유로(E)가 형성될 수 있다.
구체적으로 필터유닛(2000)은 상기 흡입구(1110)를 통해 높은 압력의 흡입력을 가할 경우 도 14b와 같이 필터여재(1000)의 외부에 배치되는 전기응집된 응집체를 포함한 전기응집수(P)가 필터여재(1000)의 내부를 향하게 되고, 필터여재(1000)를 통과하며 여과된 여과액(Q1)은 필터여재(1000) 내부에 형성된 유로를 따라 흐른 뒤 지지프레임(1100)에 구비된 유로(E)로 유입되고, 유입된 여과액(Q2)은 상기 흡입구(1110)을 통해 외부로 유출될 수 있다.
상기 평판형 필터유닛(2000) 전기응집된 응집체 및 기타 이물질을 여과시킬 수 있는 필터여재(1000)를 구비한다. 상기 필터여재(1000)는 수처리 분야에서 사용되는 공지된 필터여재인 경우 제한 없이 채용할 수 있다. 다만, 상술한 전기응집모듈(3210)의 처리용량 1m3/h 이상을 고려하여 수처리 속도가 빠른 필터여재를 선정함이 중요하다. 만일 처리용량이 1m3/h 이상인 전기응집모듈에서 빠른 속도 및/또는 많은 양으로 유입되는 원수에 대한 여과속도가 느릴 경우 필터모듈(3220)에 높은 배압이 걸림에 따라서 여과효율 및 장치의 내구성에 문제가 발생할 수 있고, 이를 방지하고자 필터여재를 통과하는 원수의 처리속도를 높일 경우 원수 내 포함된 전기응집된 이물질의 여과효율이 저하될 수 있는 문제가 있다.
이에 따라 상기 필터모듈(3220)에 구비되는 필터여재(1000)는 유입된 전기응집수에 포함된 응집체에 대하여 여과유속이 50LMH 이상일 수 있고, 이를 통해 여과부에 걸리는 배압증가를 최소화함과 동시에 전기응집모듈(3210)의 처리용량에 맞춰 원수를 빠르게 삼투 여과부(3300)로 공급할 수 있으며, 전기응집모듈(3210)로부터 유입된 원수에 포함된 응집된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다. 더욱이 상기 필터모듈은 필터여재(1000)를 구비한 필터유닛을 다수로 구비하고, 상기 필터여재(1000)는 상기 전기응집모듈(3210)로부터 유입된 전기응집수에 대하여 여과유속이 50 LMH 이상이며, 입경이 0.2㎛ 이상인 응집체에 대한 여과효율이 99% 이상임에 따라서 유입된 전기응집수를 빠르게 처리할 수 있고, 응집체에 대한 여과효율이 매우 뛰어나다.
위와 같은 물성을 갖는 필터여재(1000)의 경우 본 발명에 포함되는 전처리부(3200)의 필터모듈(3220)에 제한 없이 채용될 수 있으나, 보다 향상된 역세척 효율 및 높은 기계적 강도에 따른 내구성 측면에서 도 15에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 필터여재(1000)는 제1지지체(330) 양면 각각에 순서대로 적층된 제2지지체(321,322), 및 나노섬유웹(311,312)을 구비하고, 상기 나노섬유웹(311,312)에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체(130) 방향으로 흐르는 여과경로를 갖는 여재일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 필터모듈에 구비된 필터여재(1000)는 도 15에 도시된 것과 같이, 적어도 5층 구조를 가지며, 두께가 상이한 2종의 지지체(321/322,330)를 구비한다. 이때, 상기 필터여재(1000)는 보다 바람직하게는 나노섬유웹(311,312)의 평량은 30g/㎡ 이하이고, 상기 제1지지체(330)의 평량은 250 g/㎡ 이상이며, 두께는 상기 필터여재(1000) 전체 두께의 90% 이상일 수 있다. 본 발명에 따른 필터여재(1000)를 이루는 각 층에 대해 설명하기에 앞서서 제1지지체(330)의 두께가 필터여재(1000) 전체 두께의 90% 이상이 되도록 두꺼워야 하는 이유와 필터여재(1000) 내에 제1지지체 이외에 제2지지체를 구비해야 하는 이유에 대해 먼저 설명한다.
필터여재를 이용해서 전기응집수의 수처리 공정이 반복될수록 전기응집수에 포함된 응집체 등의 이물질이 필터여재에 들러붙어 부착층을 형성하거나 필터여재 내부에 박혀 유로를 막고 여과기능을 저하시키는데, 이와 같은 문제가 발생할 때마다 필터여재를 교체할 경우 해수담수화에 소요되는 비용이 증가하는 문제가 있다. 이에 따라 필터여재의 사용주기를 연장시키기 위해 주기적으로 필터여재에 물리적 자극을 가하여 필터여재에 들러붙거나 내부에 박힌 이물질을 제거하는 세척공정을 수행할 필요가 있고, 이를 역세척이라고 한다. 통상적으로 역세척은 필터여재의 여과방향에 반대되는 방향으로 세척수를 강하게 흘려주거나 공기를 불어넣는 방식으로 필터여재에 부착되거나 박힌 이물질을 제거하는데, 세척수 및/또는 공기를 필터여재에 공급하고 동시에 이물질을 제거하기 위해서는 여과공정에서 필터여재에 가해지는 압력보다 더 높은 압력으로 세척수나 공기를 공급할 필요가 있다.
이에 따라서 필터여재가 역세척 능력을 보유하기 위해서는 가해지는 높은 압력에도 필터여재가 변형되거나 손상되지 않을 정도의 기계적 강도를 갖는 것이 중요하며, 기계적 강도의 보완을 위한 지지체가 통상적으로 필터여재에 구비된다. 지지체의 기계적 강도에 영향을 미칠 수 있는 인자로는 지지체의 구조, 일예로 상기 지지체가 부직포인 경우 부직포를 형성하는 섬유의 직경, 섬유장, 섬유간 결합방식, 두께, 평량일 수 있고, 두께가 두껍거나 평량이 클수록 지지체의 기계적 강도는 증가할 수 있다. 따라서 역세척에 강한 필터여재를 설계하기 위한 일예로 두께가 두꺼운 부직포를 사용하거나 두께가 다소 얇더라도 평량이 매우 큰 부직포를 지지체로 사용할 수 있다.
한편, 지지체는 필터여재의 여과액의 흐름에 영향을 미치지 않도록 큰 공경을 갖는 것이 좋다. 기계적 강도의 보완을 위해 구비된 지지체로 인한 유량 저하는 필터여재의 주요 물성을 저하시키는 것임에 따라서 매우 바람직하지 못하다. 일예로, 얇은 두께임에도 충분한 기계적 강도가 발현되는 부직포를 지지체로 사용할 경우 부직포의 평량이 매우 큼에 따라서 부직포 내 기공의 직경, 기공도가 현저히 작을 수밖에 없고, 필터여재의 여과액 흐름에 영향을 미침에 따라서 목적하는 수준의 유량을 확보하지 못하는 문제가 있다.
이에 따라서 본 발명에 따른 필터여재(1000)는 충분한 유로를 확보하면서 필터여재(1000)의 기계적 강도를 담보하기 위해, 평량이 30g/㎡ 이하인 나노섬유웹(311,312)과, 필터여재(1000) 전체 두께의 90% 이상의 두께를 갖는 제1지지체(330)를 구비하는 것이 좋다. 평량이 30g/㎡ 이하인 나노섬유웹을 구비한 필터여재(1000)에서 상기 제1지지체(330)의 두께는 필터여재(1000) 전체 두께의 90% 이상을 차지할 수 있고, 보다 바람직하게는 필터여재(1000) 전체 두께의 95% 이상, 보다 더 바람직하게는 95 ~ 98%일 수 있다. 만일 제1지지체가 필터여재(1000) 전체두께의 90% 미만일 경우 평량이 30g/㎡ 이하인 나노섬유웹을 구비한 필터여재(1000)가 충분한 기계적 강도를 보유하지 못해 역세척을 수행하기 어려워서 필터여재(1000)의 교체주기가 짧아질 수 있다. 다만, 제1지지체의 두께가 필터여재(1000) 전체 두께의 90% 이상을 만족하는 경우에도 제1지지체의 평량이 작은 경우에는 충분한 기계적 강도를 가지지 못하는 문제가 있다. 이에 상기 제1지지체의 평량은 250g/㎡ 이상을 만족할 수 있다. 만일 제1지지체의 평량이 250g/㎡ 미만일 경우 역세척을 위한 기계적 강도를 발현할 수 없어서 여재의 손상과 이로 인한 내구성이 감소될 수 있고, 섬유간 접촉되는 비표면적의 감소로 나노섬유웹과의 부착력도 현저히 감소할 수 있다.
또한, 제1지지체가 필터여재(1000) 전체두께의 90% 미만이면서 역세척에 충분히 견딜 수 있을 정도의 기계적 강도를 확보한다는 것은 제1지지체로 인한 전기응집수의 흐름방해, 유량감소가 발생할 수 있음을 의미하고, 이 경우 처리용량이 1m3/h 이상인 전기응집모듈에서 빠른 속도 및/또는 많은 양으로 유입되는 원수에 대한 필터여재(1000)의 느린 여과속도로 인해 필터모듈(3220)에 높은 배압이 걸리고, 이로 인해 여과효율 및 장치의 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 이에 바람직하게는 상기 제1지지체(330)는 평량이 800g/㎡ 이하일 수 있고, 만일 제1지지체(330)의 평량이 800g/㎡를 초과할 경우 두께가 필터 전체 두께의 90% 미만이어도 기계적 강도를 확보할 수 있어도 유량의 현저한 감소 우려가 있다.
다만, 여재로써 기능하는 나노섬유웹(311,312)과 상기 제1지지체(330)의 결합력이 약할 경우 기계적 강도가 매우 뛰어남에도 역세척에 따른 필터여재(1000)의 내구성이 저하될 수 있다. 즉, 역세척 과정에서 가해지는 높은 압력은 필터여재(1000)를 형성하는 각 층간의 계면분리를 가속화시킬 수 있고, 이 경우 도 17에 도시된 것과 같이 역세척 공정에서 분리막의 배부름 현상이 발생할 수 있으며, 분리막으로써 기능이 현저히 저하 또는 완전 상실할 수 있는 문제가 있다.
따라서, 두께를 현저히 증가시킨 제1지지체와 여재로써의 나노섬유웹 간에 일정 수준 이상의 부착력을 갖는 것은 역세척시 가해지는 높은 압력과, 잦은 역세척에도 충분한 내구성을 발휘하는 필터여재를 구현하는데 있어서 매우 중요한 의미를 갖는다.
통상적으로 지지체와 나노섬유웹를 부착시키는 방법은 별도의 접착물질을 이용하거나 지지체에 구비된 저융점 성분을 나노섬유웹에 융착시켜 두 층을 접합시킬 수 있다. 그러나 별도의 접합물질을 통해 두 층을 접합시킬 경우 피처리수에 의해 접합물질이 용해될 우려가 있고, 이로 인한 여과액의 오염 문제, 수투과도 저하 문제도 있을 수 있다. 만일 접합물질이 부분적으로 용해된 필터여재를 역세척할 경우 필터여재의 배부름 현상이나 심할 경우 나노섬유웹이 박리되어 필터여재로의 기능을 완전히 상실할 수 있다.
이에 따라 바람직하게는 나노섬유웹과 지지체가 융착(A)을 통해 접합되는 방식을 채용할 수 있고, 도 18과 같이 적층된 지지체(1) 및 나노섬유웹(2)의 양방에서 열 및/또는 압력을 가해 이들을 접합시킬 수 있다. 다만, 열 및/또는 압력을 가해 이들을 접합시킬 때 고려해야 할 점은 가해지는 열, 압력으로 인해 여재로써 기능하는 나노섬유웹(2)이 물리, 화학적으로 변형되는 것을 최소화해야 하며, 만일 열접합 과정에서 나노웹이 물리, 화학적으로 변형될 경우 초도에 설계한 필터여재의 유량, 여과율 등의 물성이 변경될 수 있는 문제가 있다.
한편, 나노섬유웹(2)의 물리/화학적 변형이 없도록 부착공정에서 열 및/또는 압력 조건을 선택할 때 고려되어야 하는 점은 나노섬유웹, 지지체의 재질적 특성, 일예로 융점, 열전도율, 열용량 등일 수 있다. 통상적으로 융점 이상의 온도 또는 융점 이상의 온도와 압력을 동시에 가하여 지지체의 저융점성분을 나노섬유웹에 융착시키거나 융점보다 다소 낮더라도 높은 압력을 가해 지지체의 저융점성분을 나노섬유웹에 융착시킬 수 있다.
그러나 지지체나 나노섬유웹을 형성하는 재질은 고분자화합물로써, 이와 같은 고분자화합물은 열전도율이 작고, 열용량이 매우 크기 때문에, 도 18과 같이 양방에 소정의 열(H1,H2)을 가하더라도 열(H1,H2)이 나노섬유웹(1)과 지지체(2) 사이의 계면에 도달하여 지지체(2)에 구비된 저융점성분의 온도를 융점까지 상승시키기 위해서는 오랜 시간 동안 지속적으로 열이 가해져야 한다. 더욱이 도 18과 같이 지지체(1)의 두께가 매우 두꺼울 경우 하방에서 전달되는 열(H2)이 나노섬유웹(2)과 지지체(1)의 계면부근까지 전달되고 해당 부근의 지지체에 구비된 저융점성분의 온도를 융점까지 상승시키는 데에는 더욱 오랜 시간이 소요될 수 있고, 시간의 단축을 위해 더 큰 열을 하방에서 가해줄 필요가 있다. 그러나 너무 큰 열을 하방에서 가할 경우 제1지지체 하부에서 저융점 성분의 용융이 먼저 일어날 수 있고, 지지체의 형상, 구조가 변경될 수 있는 문제가 있다.
다른 방법으로 상방에서 가해지는 열(H1)을 더 크게 하여 지지체(1)의 두께에 따른 난점을 해결해볼 수 있으나, 이 경우 나노섬유웹(2)의 물리/화학적 변형이 초래될 수 있고, 초도에 설계한 필터여재의 물성을 온전히 발현하지 못할 수 있는 문제가 있다.
또한, 지지체(1)의 두께가 매우 두꺼울 경우 지지체(1)를 구성하는 섬유의 직경이 매우 클 수 있고, 이로 인해 지지체(1)와 나노섬유웹(2)의 합지시 서로 간에 맞닿는 면적이 적어 부착력이 저하될 수밖에 없으며 이로 인해 역세척 시 쉽게 박리되거나 나노섬유웹(2)이 부풀어 오를 우려가 매우 높다.
이에 따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 필터여재(1000)는 제1지지체(330)와 나노섬유웹(311,312)를 직접 대면시키지 않고, 그 보다 두께가 얇은 제2지지체(321,322)를 개재시키며, 이를 통해 층간 부착공정을 보다 안정적이고 용이하게 수행할 수 있으며, 각 층 간의 계면에서 현저히 우수한 결합력을 발현하고, 역세척 등으로 인해 높은 외력이 가해져도 층간 분리, 박리 문제를 최소화할 수 있다.
이를 도 19a를 통해 설명하면, 필터여재의 전체 두께에 대해 10% 미만을 차지하는 제2지지체(3)는 나노섬유웹(2)과의 두께 차이가 나노섬유웹(2)과 제1지지체(1)간의 두께 차이에 비해 현저히 적어짐에 따라서 나노섬유웹(2)/제2지지체(3)의 적층체 상방, 하방에서 가해지는 열(H1,H2)이 이들 간 계면에 도달하여 융착부(B)를 형성하기가 도 3에 비해 용이하다. 또한, 가해주는 열의 양과 시간을 조절하기가 도 18에 비해 용이함에 따라서 나노섬유웹(2)의 물리/화학적 변형 방지에 유리함에 따라서 도 18a와 같이 제2지지체(3)에 나노섬유웹(2)이 결합된 경우 초도에 설계된 나노섬유웹(2)의 물성 변화 없이 지지체상에 우수한 접착력으로 나노섬유를 결합시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 제2지지체(321,322)가 제1지지체(330), 나노섬유웹(311,312) 각각과 우수한 부착력을 동시에 발현하기 위하여 바람직하게는 상기 제2지지체(321,322)의 평량은 나노섬유웹(311,312)의 평량에 대해 1.5 ~ 6배이며, 제1지지체의 평량(330)은 제2지지체(321,322) 평량에 대해 8 ~ 16.5배일 수 있다. 만일 제2지지체 평량이 제1지지체/나노섬유 각각의 평량 중 어느 하나라도 위의 범위를 만족하지 못하도록 구비될 경우 부착력 감소로 역세척 시 박리우려가 높고, 역세척 효율이 저하될 우려가 있으며, 및/또는 유량이 현저히 감소될 수 있다.
상술한 필터여재(1000)의 각 구성에 대해 구체적으로 설명하면, 상기 제1지지체(330)는 필터여재(1000)를 지지하고 큰 유로를 형성하여 여과공정 또는 역세척공정을 보다 원활히 수행하는 기능을 담당한다. 구체적으로 여과과정에서 필터여재의 밖보다 내부가 낮은 압력이 되도록 압력구배가 형성될 경우 필터여재는 압착될 수 있는데, 이 경우 여과액이 필터여재 내부에서 흐를 수 있는 유로가 현저히 줄어들거나 차단됨에 따라서 필터여재에 더 큰 차압이 걸리는 동시에 유량이 현저히 저하될 수 있는 문제가 있다. 또한, 역세척 과정에서 필터여재의 내부에서 외부 양방향을 향해 팽창시키는 외력이 가해질 수 있는데 기계적 강도가 낮을 경우 가해지는 외력으로 인해 필터여재가 손상되는 문제가 있을 수 있다.
제1지지체(330)는 여과과정 및/또는 역세척과정에서 발생하는 위와 같은 문제들을 방지하기 위해 구비되며, 수처리 분야에서 사용되며, 기계적 강도가 담보되는 공지된 다공성 부재일 수 있고, 일예로 상기 제1지지체는 부직포, 직물 또는 원단일 수 있다.
상기 직물은 직물에 포함되는 섬유가 종횡의 방향성이 있는 것을 의미하며, 구체적인 조직은 평직, 능직 등일 수 있으며, 경사와 위사의 밀도는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 편물은 공지의 니트조직일 수 있으며, 위편물, 경편물 등일 수 있고, 일예로 원사가 경편성된 트리코트(Tricot)일 수 있다. 또한, 도 15와 같이 제1지지체(330)는 섬유(330a)에 종횡의 방향성이 없는 부직포일 수 있고, 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운와 같은 다양한 방법으로 제조되는 공지된 부직포를 사용할 수 있다.
상기 제1지지체(330)는 충분한 기계적 강도를 발현하기 위하여 상술한 것과 같이 필터여재 전체 두께의 90% 이상의 두께를 차지하도록 구비될 수 있다. 일예로, 상기 제1지지체(130)의 2 ~ 8㎜일 수 있고, 보다 바람직하게는 2 ~ 5㎜, 보다 더 바람직하게는 3 ~ 5㎜일 수 있다. 두께가 2㎜ 미만일 경우 잦은 역세척에 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 발현하지 못할 수 있다. 또한, 두께가 8㎜를 초과할 경우 필터여재가 후술하는 필터유닛으로 구현된 후 복수개의 필터유닛을 한정된 공간의 필터모듈로 구현할 때, 모듈의 단위 부피당 필터여재의 집적도가 감소할 수 있다.
바람직하게는 상기 제1지지체는(330)는 상술한 것과 같은 두께 조건을 만족하는 동시에 평량이 250 ~ 800g/㎡일 수 있고, 보다 바람직하게는 350 ~ 600g/㎡일 수 있다. 만일 평량이 250g/㎡인 경우 충분한 기계적 강도를 발현하기 어려울 수 있고, 제2지지체와의 부착력이 감소하는 문제점이 있으며, 만일 평량이 800g/㎡를 초과할 경우 충분한 유로를 형성하지 못해 유량이 감소하며, 차압 증가로 인한 원활한 역세척이 어려운 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 제1지지체(330)가 부직포와 같이 섬유로 형성된 경우 상기 섬유의 평균직경은 5 ~ 50㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 20 ~ 50㎛일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 25 ~ 40㎛일 수 있고, 이를 통해 후술하는 제2지지체(121,122)를 구성하는 섬유의 직경을 고려했을 때, 제1지지체와 제2지지체의 합지 시 맞닿는 면적의 증가 및 이를 통한 상승된 부착력을 발현할 수 있는 이점이 있다. 일예로 상기 섬유의 직경은 35㎛일 수 있다. 또한, 상기 제1지지체(330)는 평균공경이 20 ~ 200 ㎛, 바람직하게는 30 ~ 180㎛일 수 있고, 일예로 상기 제1지지체(330)는 평균공경이 100㎛일 수 있으며, 기공도는 50 ~ 90%, 바람직하게는 55 ~ 85%일 수 있고, 일예로 상기 제1지지체(330)는 기공도가 70%일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 여과공정 및/또는 역세척 공정에서 후술한 나노섬유웹(311,312)을 지지하여 목적하는 수준의 기계적 강도를 발현시킴과 동시에 높은 압력에도 유로를 원활히 형성시킬 수 있을 정도의 기공도 및 공경크기이면 제한이 없다.
상기 제1지지체(330)는 필터여재 지지체로 사용되는 재질인 경우 그 재질에 있어서 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 합성고분자 성분; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연 고분자성분이 사용될 수 있다. 다만, 제1지지체가 브리틀한 물성이 강할 경우 제1지지체와 제2지지체를 합지시키는 공정에서 목적하는 수준의 결합력을 기대하기 어려울 수 있는데, 이는 제1지지체가 필름과 같이 표면이 매끄러운 상태가 아니라 다공성을 형성하면서 표면이 거시적으로 울퉁불퉁한 형상일 수 있고, 부직포와 같이 섬유들로 형성된 표면은 섬유들의 배치, 섬유의 섬도 등에 따라서 표면이 매끄럽지 못하며, 위치별로도 그 정도가 상이할 수 있기 때문이다. 만일 합지되는 두 층간 계면에 밀착되지 않은 부분이 존재한 채로 나머지 부분들이 접합될 경우 밀착되지 않은 부분으로 인해 층간 분리가 시작될 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 두 층의 양방에서 압력을 가해 두 층의 밀착 정도를 높인 상태에서 합지공정을 수행할 필요가 있는데, 만일 브리틀한 물성이 강한 지지체의 경우 압력이 가해져도 두 층간 계면의 밀착성을 높이는데 한계가 있고, 더 큰 압력을 가할 경우 지지체가 파손될 수도 있어서 제1지지체의 재질은 유연성이 좋고, 신율가 높은 재질이 적합할 수 있으며, 바람직하게는 제2지지체(321,322)와 우수한 밀착성을 가질 수 있도록 제1지지체(330)는 폴리올레핀계 재질일 수 있다.
한편, 상기 제1지지체(330)는 별도의 접착제나 접착층 없이도 제2지지체(321,322)와의 결속되기 위하여 저융점 성분을 포함할 수 있다. 상기 제1지지체(330)가 부직포와 같은 원단일 경우 저융점 성분을 포함하는 제1복합섬유(330a)로 제조된 것일 수 있다. 상기 제1복합섬유(330a)는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 것일 수 있다. 일예로, 지지성분이 코어부를 형성하고, 저융점 성분이 상기 코어부를 둘러싸는 시스부를 형성한 시스-코어형 복합섬유나, 지지성분의 일측에 저융점 성분이 배치되는 사이드-바이-사이드 복합섬유일 수 있다. 상기 저융점 성분 및 지지 성분은 상술한 것과 같이 지지체의 유연성 및 신율 측면에서 바람직하게는 폴리올레핀계일 수 있고, 일예로 지지성분은 폴리프로필렌, 저융점 성분은 폴리에틸렌일 수 있다. 상기 저융점 성분의 융점은 60 ~ 180℃, 보다 바람직하게는 100 ~ 140℃일 수 있고, 이를 통해 나노섬유웹, 제2지지체의 손상 없이 우수한 강도로 부착력을 발현할 수 있는 등 본 발명의 목적 달성에 유리하다.
다음으로, 상술한 제1지지체(330)의 양면에 배치되는 제2지지체(321,322)에 대하여 설명한다. 상기 제2지지체(321,322)는 후술한 나노섬유웹(311,312)을 지지하고, 필터여재에 구비되는 각 층의 접합력을 증가시키는 기능을 담당한다.
상기 제2지지체(321,322)는 통상적으로 필터여재의 지지체 역할을 수행하는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 그 형상에 있어서는 바람직하게는 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다. 상기 직물은 직물에 포함되는 섬유가 종횡의 방향성이 있는 것을 의미하며, 구체적인 조직은 평직, 능직 등일 수 있으며, 경사와 위사의 밀도는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 편물은 공지의 니트조직일 수 있으며, 위편물, 경편물 등일 수 있으나 이에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 부직포는 포함되는 섬유에 종횡의 방향성이 없는 것을 의미하고, 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운와 같은 공지된 방법으로 제조된 부직포를 사용할 수 있다.
상기 제2지지체(323,322)는 일예로 부직포일 수 있는데, 이때 상기 제2지지체(321,322)를 형성하는 섬유는 평균직경이 5 ~ 30㎛, 보다 바람직하게는 10 ~ 25㎛일 수 있고, 이를 통해 상술한 제1지지체(130)를 구성하는 섬유의 직경과 나노섬유웹(311,312)을 구성하는 섬유의 직경을 함께 고려했을 때, 제1지지체와 제2지지체의 합지 시 맞닿는 면적과 제2지지체와 나노섬유웹의 합지 시 맞닿는 면적의 증가 및 이를 통한 상승된 부착력을 발현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 제2지지체(321,322)의 두께는 100 ~ 400㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 150 ~ 400㎛일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 150 ~ 250㎛일 수 있고, 일예로 200㎛일 수 있다. 만일 상기 제2지지체의 두께가 100㎛ 미만일 경우 역세척 시 충분한 기계적 강도를 담보하기 어려울 수 있고, 특히 제1지지체 및/또는 나노섬유웹과 부착력이 저하될 우려가 있다. 또는 평량이 너무 커져 수투과도가 저하되고, 역세척 시 박리가 발생할 우려가 있다. 또한, 만일 두께가 400㎛를 초과하는 경우 나노섬유웹과 합지 시에 열접합이 용이하지 않을 수 있고, 이로 인해 역세척시 박리가 발생할 우려가 있다.
또한, 상기 제2지지체(321,322)는 평균공경이 20 ~ 100㎛일 수 있으며, 기공도는 50 ~ 90%일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 후술하는 나노섬유웹(311,322)을 지지하여 목적하는 수준의 기계적 강도를 발현시킴과 동시에 나노섬유웹(311,322)을 통해 유입되는 여과액의 흐름을 저해시키지 않을 정도의 기공도, 및 공경크기이면 제한이 없다.
또한, 상기 제2지지체(321,322)의 평량은 35 ~ 100g/㎡, 보다 바람직하게는 35 ~ 75g/㎡일 수 있고, 일예로, 40 g/㎡ 일 수 있다. 만일 평량이 35g/㎡ 미만일 경우 후술하는 나노섬유웹(311,312)와 형성하는 계면에 분포하는 제2지지체를 형성하는 섬유의 양이 적을 수 있고, 이에 따라서 나노섬유웹과 접하는 제2지지체의 유효접착면적의 감소로 목적하는 수준의 결합력을 발현할 수 없을 수 있다. 또한, 나노섬유웹을 지지할 수 있을 충분한 기계적 강도를 발현하지 못할 수 있고, 제1지지체와의 부착력이 감소하는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 만일 평량이 100g/㎡을 초과할 경우 목적하는 수준의 유량을 확보하기 어려울 수 있고, 차압이 증가하여 원활한 역세척이 어려운 문제가 있을 수 있다.
상기 제2지지체(321,322)는 필터여재의 지지체로 사용되는 재질인 경우 그 재질에 있어서 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 합성고분자 성분; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연 고분자성분이 사용될 수 있다.
다만, 상기 제2지지체(321,322)는 후술하는 나노섬유웹(311,312) 및 상술한 제1지지체(130)와의 밀착력 향상을 위해 폴리올레핀계 고분자성분일 수 있다. 또한, 상기 제2지지체(321,322)가 부직포와 같은 원단일 경우 저융점 성분을 포함하는 제2복합섬유(321a)로 제조된 것일 수 있다. 상기 제2복합섬유(321a)는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 것일 수 있다. 일예로, 지지성분이 코어부를 형성하고, 저융점 성분이 상기 코어부를 둘러싸는 시스부를 형성한 시스-코어형 복합섬유나, 지지성분의 일측에 저융점 성분이 배치되는 사이드-바이-사이드 복합섬유일 수 있다. 상기 저융점 성분 및 지지 성분은 상술한 것과 같이 지지체의 유연성 및 신율 측면에서 바람직하게는 폴리올레핀계일 수 있고, 일예로 지지성분은 폴리프로필렌, 저융점 성분은 폴리에틸렌일 수 있다. 상기 저융점 성분의 융점은 60 ~ 180℃, 보다 바람직하게는 100 ~ 140℃일 수 있고, 이를 통해 나노섬유웹의 손상 없이 우수한 강도로 부착력을 발현할 수 있는 등 본 발명의 목적 달성에 유리하다.
만일 상술한 제1지지체(330)가 상기 제2지지체(321,322)와 더욱 향상된 결합력을 발현하기 위하여 저융점 성분을 포함하는 제1복합섬유(330a)로 구현될 경우 제1지지체(330) 및 제2지지체(321) 간 계면에 제1복합섬유(330a)의 저융점 성분 및 제2복합섬유(321a)의 저융점 성분들의 융착으로 인한 더욱 견고한 융착부를 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1복합섬유(330a) 및 제2복합섬유(321a)는 상용성 측면에서 동종의 재질일 수 있다.
다음으로, 상술한 제2지지체(321,322)의 상부에 배치되는 나노섬유웹(311,312)에 대해 설명한다. 상기 나노섬유웹(311,312)은 한 가닥 또는 여러가닥의 나노섬유가 랜덤하게 3차원적으로 적층되어 형성된 3차원 네트워크 구조일 수 있다(도 16 참조).
상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 공지된 섬유형성성분으로 형성된 것일 수 있다. 다만 바람직하게는 우수한 내화학성 및 내열성을 발현하기 위해 불소계 화합물을 섬유형성성분으로 포함할 수 있고, 이를 통해 원수가 해수일지라도 필터여재의 물성 변화 없이 목적하는 수준으로 여과효율/유량을 확보 및 오랜 사용주기를 가질 수 있는 이점이 있다. 상기 불소계 화합물은 나노섬유로 제조될 수 있는 공지된 불소계 화합물의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 제조 단가가 낮고 전기방사를 통하여 나노섬유의 대량생산이 용이하며, 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 측면에서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)일 수 있다. 이때, 상기 나노섬유가 섬유형성성분으로 PVDF를 포함할 경우 상기 PVDF의 중량평균분자량은 10,000 ~ 1,000,000일 수 있고, 바람직하게는 300,000 ~ 600,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛, 보다 바람직하게는 50 ~ 450㎚일 수 있고, 일예로 250㎚일 수 있다. 만일 상기 나노섬유의 평균직경이 50㎚ 미만이면 기공도 및 투과도가 저하될 수 있고, 평균직경이 1㎛를 초과하면 여과효율이 저하되고 인장강도가 저하될 수 있다. 또한, 상기 나노섬유는 종횡비가 1,000 ~ 100,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일예로, 상기 나노섬유웹(311,312)에 구비된 나노섬유는 직경이 0.1 ~ 0.2㎛인 제1나노섬유군, 직경이 0.2 ~ 0.3㎛인 제2나노섬유군 및 직경이 0.3 ~ 0.4㎛인 제3나노섬유군을 나노섬유웹(311) 전체 중량에 대하여 각각 25 ~ 45 중량%, 40 ~ 60 중량%, 5 ~ 15중량%로 포함할 수 있고, 이를 통해 보다 제2지지체와의 부착력 향상, 자체의 기계적 강도 증가 등으로 역세척에 따른 기계적 강도를 더욱 향상시킬 수 있고, 여과효율, 우수한 유량의 수득 등 본 발명의 목적을 달성하기에 보다 유리할 수 있다. 일예로 직경이 0.1 ~ 0.2㎛인 제1나노섬유군, 직경이 0.2 ~ 0.3㎛인 제2나노섬유군 및 직경이 0.3 ~ 0.4㎛인 제3나노섬유군은 각각 35중량%, 53중량%, 12중량%로 포함할 수 있다.
상술한 나노섬유웹(311,312)의 두께는 0.5 ~ 200㎛로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 10 ~ 50㎛일 수 있으며, 일예로 20㎛일 수 있다. 만일 두께가 0.5㎛ 미만일 경우 기계적 강도 저하로 역세척을 견디기 어려워 손상발생 우려가 매우 크거나, 공경이 매우 작아져 유량이 현저히 감소할 우려가 있다. 또한, 만일 두께가 200㎛를 초과할 경우 유량감소, 역세척에 따른 부풀음이나 박리가 발생될 우려가 있다. 상기 나노섬유웹(311,312)의 기공도는 40 ~ 90%이고, 보다 바람직하게는 60 ~ 90%일 수 있다. 또한, 평균공경은 0.1 ~ 5㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 3㎛일 수 있고, 일예로, 0.25㎛일 수 있다. 만일 상기 나노섬유웹의 평균공경이 0.1㎛ 미만이면 피여과액에 대한 수투과도가 저하될 수 있고, 평균공경이 5㎛를 초과하면 오염 물질에 대한 여과효율이 좋지 않을 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹(311,312)은 한층 이상으로 필터여재(1000)에 구비될 수도 있고, 이때 각 나노섬유웹의 기공도, 공경, 평량 및/또는 두께 등은 상이할 수 있다.
한편, 상기 나노섬유웹(311,312)을 형성하는 나노섬유는 친수성을 높이기 위해 개질된 것일 수 있고, 일예로, 친수성 코팅층이 나노섬유의 외부면 적어도 일부에 더 구비될 수 있다. 만일 나노섬유가 상술한 것과 같이 불소계 화합물을 포함할 경우 상기 불소계 화합물은 소수성이 매우 강해 피여과액이 친수성 용액일 경우 유량이 좋지 못한 문제가 있다. 이를 위해 상기 소수성의 나노섬유 표면에 친수성 코팅층을 더 구비시킬 수 있으며, 상기 친수성 코팅층은 공지된 것일 수 있고, 일예로 히드록시기를 구비하는 친수성고분자를 포함하여 형성되거나 상기 친수성고분자가 가교제를 통해 가교되어 형성될 수 있다. 일예로, 상기 친수성고분자는 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol,PVA), 에틸렌비닐알코올(Ethylenevinyl alcohol,EVOH), 알긴산 나트륨(Sodium alginate) 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있으며, 가장 바람직하게는 폴리비닐알코올(PVA)일 수 있다. 또한, 상기 가교제는 상기 친수성고분자가 구비하는 히드록시기와 축합반응 등을 통하여 가교될 수 있는 관능기를 구비한 공지된 가교제의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로, 상기 관능기는 히드록시기, 카르복시기 등일 수 있다.
한편, 상기 친수성코팅층은 나노섬유의 외부면 일부 또는 전부에 형성될 수 있다. 이때, 상기 친수성 코팅층은 나노섬유웹 단위면적(㎡)당 0.1 ~ 2g 포함되도록 나노섬유를 피복될 수 있다.
친수성 코팅층을 구비하도록 개질된 나노섬유웹(311,312)쪽 표면의 젖음각은 30° 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 20 °이하, 보다 더 바람직하게는 12°이하, 더욱 바람직하게는 5°이하일 수 있으며, 이를 통해 재질상 소수성인 나노섬유로 구현된 섬유웹임에도 불구하고 향상된 유량을 확보할 수 있는 이점이 있다.
상술한 필터여재(1000)는 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 필터여재(1000)는 (1) 나노섬유웹 및 제2지지체를 합지하는 단계; 및 (2) 상기 제2지지체가 제1지지체와 맞닿도록 제1지지체의 양면에 각각 상기 합지된 나노섬유웹 및 제2지지체를 배치시켜 합지시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.
먼저, (1) 단계로써, 나노섬유웹 및 제2지지체를 합지하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 나노섬유웹은 나노섬유를 구비하여 3차원 네트워크 형상의 섬유웹을 형성시키는 방법의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 나노섬유웹은 불소계 화합물을 포함하는 방사용액을 제2지지체 상에 전기방사 하여 나노섬유웹을 형성할 수 있다.
상기 방사용액은 섬유형성성분으로써, 일예로 불소계 화합물과, 용매를 포함할 수 있다. 상기 불소계 화합물은 방사용액에 5 ~ 30 중량%, 바람직하게는 8 ~ 20중량%로 포함됨이 좋고, 만일 불소계 화합물이 5 중량% 미만일 경우 섬유로 형성되기 어려우며, 방사 시 섬유상으로 방사되지 않고 액적상태로 분사되어 필름상을 형성하거나 방사가 이루어지더라도 비드가 많이 형성되고 용매의 휘발이 잘 이루어지지 않아 후술하는 캘린더링 공정에서 기공이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 만일 불소계 화합물이 30 중량% 초과할 경우 점도가 상승하여 용액 표면에서 고화가 일어나 장시간 방사가 곤란하며, 섬유직경이 증가하여 마이크로미터 이하 크기의 섬유상을 만들 수 없을 수 있다.
상기 용매는 섬유형성성분인 불소계 화합물을 용해시키면서 침전물을 생성시키지 않고 후술하는 나노섬유의 방사성에 영향을 미치지 않는 용매의 경우 제한 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 γ-부티로락톤, 사이클로헥사논, 3-헥사논, 3-헵타논, 3-옥타논, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 아세톤 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 일예로 상기 용매는 디메틸아세트아미드와 아세톤의 혼합용매일 수 있다.
상기 제조된 방사용액은 공지된 전기방사 장치 및 방법을 통해 나노섬유을 제조될 수 있다. 일예로, 상기 전기방사 장치는 방사 노즐이 1개인 단일 방사팩을 구비한 전기방사 장치를 사용하거나 양산성을 위하여 단일 방사팩 복수개로 구비하거나 노즐이 복수개인 방사팩을 구비한 전기방사 장치를 사용해도 무방하다. 또한 전기방사 방식에 있어서 건식방사 또는 외부응고조를 구비하는 습식방사를 이용할 수 있고 방식에 따른 제한은 없다.
상기 전기방사장치에 교반시킨 방사용액을 투입시켜 콜렉터, 일예로 종이 상에 전기방사시킬 경우 나노섬유로 형성된 나노섬유웹을 수득할 수 있다. 상기 전기방사를 위한 구체적 조건은 일예로써, 방사팩의 노즐에 구비되는 에어분사노즐은 에어 분사의 에어압은 0.01 ~ 0.2MPa 범위로 설정될 수 있다. 만약 에어압이 0.01MPa 미만인 경우 포집, 집적에 기여를 하지 못하며, 0.2MPa를 초과하는 경우 방사노즐의 콘을 굳게 하여 니들을 막는 현상이 발생하여 방사 트러블이 발생할 수 있다. 또한, 상기 방사용액을 방사할 때, 노즐 당 방사용액의 주입속도는 10 ~ 30㎕/min일 수 있다. 또한, 상기 노즐의 팁과 콜렉터까지의 거리는 10 ~ 30㎝일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 변경하여 실시할 수 있다.
또는, 상술한 제2지지체 상에 나노섬유를 직접 전기방사 시킴으로써 나노섬유웹을 제2지지체상에 직접 형성시킬 수 있다. 상기 제2지지체 상에 축적/수집된 나노섬유는 3차원 네트워크 구조를 가지며, 목적하는 분리막의 수투과도, 여과효율을 발현하기에 적합한 기공율, 공경, 평량 등을 보유하기 위해 열 및/또는 압력이 축적/수집된 나노섬유에 더 가해짐으로써 3차원 네트워크 구조를 가지는 나노섬유웹으로 구현될 수 있다. 상기 열 및/또는 압력을 가하는 구체적인 방법은 공지의 방법을 채택할 수 있으며, 이에 대한 비제한적이 예로써 통상의 캘린더링 공정을 사용할 수 있고 이때 가해지는 열의 온도는 70 ~ 190℃일 수 있다. 또한, 캘린더링 공정을 수행할 경우 이를 몇 차로 나누어 복수 회 실시할 수도 있고, 예를 들어 1차 캘린더링을 통해 나노섬유에 잔존하는 용매와 수분을 일부 또는 전부 제거하기 위한 건조과정을 수행 후 기공조절 및 강도 향상을 위해 2차 캘린더링을 실시할 수 있다. 이때, 각 캘린더링 공정에서 가해지는 열 및/또는 압력의 정도는 동일하거나 상이할 수 있다.
한편, 제2지지체가 저융점 복합섬유로 구현된 것일 경우 상기 캘린더링 공정을 통하여 나노섬유웹과 제2지지체의 열융착을 통한 결속을 동시에 진행시킬 수 있다.
또한, 제2지지체 및 나노섬유웹을 결속시키기 위해 별도의 핫멜트 파우더나 핫멜트 웹을 더 개재시킬 수도 있다. 이때 가해지는 열은 60 ~ 190℃일 수 있으며, 압력은 0.1 ~ 10kgf/㎠로 가할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나 결속을 위하여 별도 더해지는 핫멜트 파우더와 같은 성분들은 흄(Hum)을 생성시키거나 지지체간, 지지체와 나노섬유간 합지공정에서 용융되어 기공을 폐쇄시키는 경우가 빈번히 발생하여 초도 설계된 필터여재의 유량을 달성할 수 없을 수 있다. 또한, 수처리과정에서 용해될 수 있어서 환경적으로 부정적 문제를 야기시킬 수 있어서 바람직하게는 포함시키지 않고 제2지지체 및 나노섬유웹을 결속시키는 것이 좋다.
이후 나노섬유웹에 처리된 친수성 코팅층 형성조성물을 열처리 하여 친수성 코팅층을 형성시키는 단계;를 수행할 수 있다. 상기 열처리를 통해 친수성 코팅층 형성조성물 중 용매의 건조 공정이 동시에 이루어질 수 있다. 상기 열처리는 건조기에서 수행될 수 있으며, 이때 가해지는 열은 온도가 80 ~ 160℃일 수 있고, 처리시간은 1 분 ~ 60분일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 (2) 단계로써, 합지된 제2지지체 및 나노섬유웹에서 상기 제2지지체가 제1지지체와 맞닿도록 제1지지체의 양면에 각각 상기 합지된 나노섬유웹 및 제2지지체를 배치시켜 합지지시키는 단계를 수행한다.
상기 (2) 단계는 2-1) 제1지지체의 양면에 상술한 (1) 단계에서 합지된 제2지지체 및 나노섬유웹을 적층시키는 단계; 및 2-1) 열 및 압력 중 어느 하나 이상을 가하여 제1지지체 및 제2지지체를 융착시키는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.
상기 2-2) 단계에서의 열 및/또는 압력을 가하는 구체적인 방법은 공지의 방법을 채택할 수 있으며, 이에 대한 비제한적이 예로써 통상의 캘린더링 공정을 사용할 수 있고 이때 가해지는 열의 온도는 70 ~ 190℃일 수 있다. 또한, 캘린더링 공정을 수행할 경우 이를 몇 차로 나누어 복수 회 실시할 수도 있고, 예를 들어 1차 캘린더링 후 2차 캘린더링을 실시할 수도 있다. 이때, 각 캘린더링 공정에서 가해지는 열 및/또는 압력의 정도는 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 2-2) 단계를 통하여 제2지지체와 제1지지체간에 열융착을 통한 결속이 일어날 수 있으며 별도의 접착제나 접착층를 생략할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 포함되는 필터모듈(3220)은 보다 더욱 향상된 수처리속도를 달성하기 위하여 필터여재로써, 도 20과 같이 제1지지체(430)의 양면에 나노섬유웹(411,412)이 구비된 필터여재(1001)를 구비할 수 있고, 이때, 상기 제1지지체(430)는 유로를 증가시키고 수투과 저항을 최소화하기 위하여 나노섬유웹(411,412)에 각각 대향하는 면을 관통하는 다수개의 홀(Q)을 구비할 수 있다. 제1지지체(430)에 구비된 홀(Q)은 나노섬유웹(411,412)을 통과한 여과액에 대해 더 큰 유로를 제공함으로써 여과되는 원수의 유동저항을 크게 감소시키고, 필터여재의 내부에 걸리는 압력 또한 저하할 수 있다. 따라서 더 큰 여과압력 및/또는 역세척 압력이 필터여재에 가해지는 경우에도 필터여재 내부에 걸리는 압력은 상대적으로 더욱 줄어들 수 있고, 나노섬유웹 비롯한 필터여재의 손상이 최소화되며, 형상이 보다 잘 유지될 수 있고, 전기응집모듈에서 빠른속도 및/또는 대용량으로 유입되는 원수에 맞춰 보다 빠르게 전기응집된 이물질을 제거하기에 용이할 수 있다.
또는, 상술한 도 15와 같은 필터여재(1000)의 기계적강도, 역세척효율을 발현하면서도 보다 향상된 유량을 얻을 수 있도록 도 21과 같이 필터여재(1002)의 제1지지체(430)는 제2지지체(421,422)에 대향하는 면을 관통하는 다수개의 홀(Q)을 구비할 수 있다.
또한, 도 22 및 도 23에 도시된 것과 같이 필터여재(1003,1004)는 1지지체(530)는 제2지지체(521,522)에 대향하는 면을 관통하는 다수개의 제1홀(Q) 및 상기 제1홀(Q)이 관통된 방향과 동일한 방향으로 제2지지체(521,522)를 관통하는 다수개의 제2홀(P)을 구비함을 통하여 더욱 향상된 유량을 수득할 수 있다. 이때, 제2홀(P)의 직경(p)은 제1홀(Q)의 직경(q)과 같거나 작을 수 있다. 또한, 제2홀(P)은 도 22와 같이 제1홀(Q)과 연통되도록 위치할 수 있고, 또는 도 23과 같이 제1홀(Q)과 연통되지 않도록 위치될 수 있으며, 이는 목적하는 유량, 제1지지체(530) 및 제2지지체(521,522)의 접합강도 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
또한, 상술한 홀(P,Q)의 직경, 횡단면의 모양, 홀간 간격 등은 목적에 따라변경하여 실시할 수 있음에 따라서 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
한편, 상기 전기응집모듈(3210,100,100',200)과 필터모듈(3220) 사이에는 상기 전기응집모듈(3210,100,100',200)에서 처리된 전기응집수가 일시 저장되는 저류조, 전기응집수를 상기 필터모듈(3220)로 공급하는 공급펌프, 기타 제어장치를 더 구비할 수 있다.
다음으로, 상술한 전처리부(3200)에서 유입된 전처리수를 처리하는 삼투 여과부(3300)에 대해 설명한다.
상기 삼투 여과부(3300)는 유입된 전처리수를 담수화하는 삼투막 모듈을 포함하며, 상기 삼투막 모듈은 역삼투막 모듈 또는 정삼투막 모듈일 수 있다. 또한, 삼투방식에 따라서 상기 삼투막 모듈이 역삼투막 모듈인 경우 원수인 해수나 기수의 삼투압보다 높은 압력을 모듈에 가해주기 위한 고압펌프를 더 구비할 수 있다.
상기 삼투 모듈은 공지된 역삼투막 또는 정삼투막을 포함하여 공지된 형상으로 단위유닛을 형성한 삼투유닛을 다수개 구비할 수 있다. 상기 삼투유닛에 대한 일예로써 도 24 및 도 25를 참조하여 설명하면, 상기 삼투유닛(700)은 다공성 투과수 유출관(720)을 중심으로 복수개의 삼투막(730)이 나권형으로 권취되어 포함될 수 있다.
상기 다공성 투과수 유출관(720)은 통상적으로 역삼투막 또는 정삼투막에 사용되는 유출관의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 다공성 투과수 유출관(720)은 삼투 공정을 통해 염분이 제거된 처리수가 유출될 수 있는 복수개의 홀(721)을 포함하며, 바람직하게는 그 직경은 4인치 내지 8인치일 수 있고, 길이는 30 내지 50 인치일 수 있다. 다만, 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 다공성 투과수 유출관(720)의 직경, 길이는 목적에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 삼투막(730)은 제1삼투막(731), 제2삼투막(732) 및 상기 제1/2삼투막(731,732) 사이에 개재되는 스페이서(733)을 포함할 수 있다. 상기 제1삼투막(731) 및 제2삼투막(732)은 공지된 역삼투막 또는 정삼투막일 수 있고, 일예로, 지지체, 상기 지지체상에 형성된 고분자지지체 및 상기 고분자지지체 상에 형성된 선택적 분리층으로 구성될 수 있다.
상기 지지체는 막의 지지부재의 기능을 담당하며, 통상적으로 막의 지지체 역할을 수행하는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 바람직하게는 직물 또는 부직포일 수 있다. 상기 직물은 직물을 형성하는 섬유가 종횡의 방향성이 있는 것을 의미하며, 구체적인 조직은 평직, 능직 등일 수 있으며, 경사와 위사의 밀도는 특별히 한정하지 않는다. 상기 지지체의 소재는 바람직하게는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연섬유가 사용될 수 있다. 상기 지지체가 부직포층일 경우 소재의 기공율 및 친수성도 등에 따라 막의 물성을 조절할 수 있다. 상기 지지체가 부직포일 경우 평균기공의 직경이 1 내지 600㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 300㎛를 만족할 때, 역삼투막에 요구되는 유체의 원활한 유입 및 수투과성을 높일 수 있다. 다만, 상기 기공의 직경에 제한되는 것은 아니다. 부직포가 사용될 경우 두께는 20 내지 150 ㎛가 바람직하며, 이때, 20 ㎛ 미만이면 전체 막의 강도와 지지역할에 미흡하고, 150 ㎛를 초과하면 유량 저하의 원인이 될 수 있다.
다음으로 지지체 상에 형성된 고분자 지지체에 대해 설명한다. 고분자 지지체는 역삼투막을 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없으나, 기계적 강도를 고려하기 위해 중량 평균 분자량이 65,000 내지 150,000 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 바람직한 일례로는 폴리술폰 또는 폴리에테르술폰을 포함하는 폴리술폰계 고분자, 폴리아미드계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 고분자, 폴리벤조이미다졸 고분자, 폴리비닐리덴플루오라이드 또는 폴리아크릴로니트릴 등의 단독 또는 혼합 형태일 수 있다. 상기 고분자 지지체의 두께는 30 내지 300㎛일 수 있으며, 30㎛ 미만일 경우 압밀화에 의한 유량 저하 및 내구성의 문제가 있을 수 있으며, 300㎛를 초과할 경우 유로가 길어짐에 따른 유량 저하의 문제가 있을 수 있다. 또한, 고분자 지지체의 공경은 1 내지 500nm인 것이 바람직하다. 공경이 500nm를 초과하면, 선택적 분리층의 박막 형성 후 상기 박막이 고분자 지지층의 공경 내로 함몰되어, 요구되는 평탄한 시트 구조를 달성하기 어려울 수 있다.
다음으로 상기 고분자지지체의 일면에 형성된 선택적 분리층은 통상적으로 역삼투막에 사용될 수 있는 선택적 분리층이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 폴리아미드계, 폴리피페라진계, 폴리페닐렌 디아민계, 폴리클로로 페닐렌 디아민계, 폴리벤지딘계로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 폴리아미드계 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 상기 선택적 분리층의 두께는 0.1 내지 1㎛ 일 수 있는데, 0.1㎛ 미만일 경우 염 제거 능력이 저하되어 분리층으로서의 역할을 할 수 없고, 1㎛을 초과할 경우 분리층의 두께가 지나치게 두꺼워서 유량이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 삼투막(730)은 제1삼투막(731) 및 제2삼투막(732)의 선택적 분리층이 외부를 향하고, 각각의 지지체가 서로 맞닿도록 삼투유닛(700)에 구비될 수 있는데, 이때, 충분한 유로 확보를 위하여 상기 제1삼투막(731) 및 제2삼투막(732) 사이에는 스페이서(733)가 구비될 수 있다. 상기 스페이서(733)는 삼투막(730) 내 유로 생성 및 유로의 양을 증가시켜 담수화 대상이 되는 원수의 유입을 향상시키는 동시에 유로를 따라 균일한 여과 플럭스를 생성할 수 있게 한다. 또한, 유로를 따라 난류를 촉진함에 따라 삼투막 면에서의 유속을 향상시켜 삼투작용이 더 원활이 이루어질 수 있도록 하여 고유량의 담수를 수득할 수 있게 한다. 상기 스페이서는 메쉬 또는 트리코트일 수 있으며, 바람직하게는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리-4-메틸펜텐, 프로필렌-α올레핀과의 결정성 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 수지이거나 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 나일론 또는 폴리프로필렌이 공중합된 개질된 폴리에스테르(LMP: Low Melting Polyethylene Terephthalate)로 형성된 것일 수 있다. 또한, 상기 스페이서의 두께는 0.01 ~ 1㎜일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 삼투막(730)은 복수개로 다공성 투과수 유출관(720)에 나권형으로 권취될 수 있는데, 복수의 삼투막(730) 사이에 원활한 유로 형성을 위하여 스페이서(740)를 포함할 수 있고, 일예로 메쉬시트일 수 있다.
상기 스페이서를 개재하여 다공성 투과수 유출관(720)에 권취된 삼투막(730)은 이를 내부에 수용할 수 있는 외부 하우징(710)에 구비되어 삼투유닛(700)으로 구현될 수 있고, 상기 삼투유닛(700)이 다수개 장착되어 삼투 모듈을 형성할 수 있다.
한편, 상술한 삼투유닛은 평막의 삼투막을 기준으로 설명했으나 상기 삼투막은 중공사막일 수 있고, 공지된 역삼투 또는 정삼투 중공사막으로 구현된 삼투유닛일 수 있다.
상술한 삼투 모듈을 포함하는 삼투 여과부(3300)를 거친 처리수는 살균, 기타 타겟물질의 여과를 위한 공지된 후처리 설비를 더 거칠 수 있으며, 후처리 설비를 거친 여과수는 저장조에 저장된 후 음용수, 공업용수, 농업용수 등에 이용될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
전처리부로써 전기응집모듈 및 필터모듈을 준비했다. 상기 전기응집모듈은 도 13a 및 도 13b와 같이 서로 대향하는 파워전극 사이에 알루미늄 재질의 도전성 덩어리를 300개 배치시켰고, 도전성 물질과 파워전극 중 일 전극사이의 거리는 최대거리가 10㎜가 되도록 하여 처리용량 1m3/h인 전기응집모듈을 준비했다. 또한, 필터모듈은 하기와 같이 준비된 필터여재를 도 14a 및 도 14b와 같이 평막의 필터유닛으로 구현했고, 구현된 필터유닛 20개를 필터모듈에 장착하였다. 이후 상기 전기응집모듈에서 처리된 전기응집수를 필터모듈 내부로 유입되도록 하였고, 필터모듈에서 처리된 여과수는 삼투여과부로 유입되도록 연결했다. 상기 삼투여과부는 공지된 역삼투모듈을 구비시켜 공지된 설계에 따라 구성하였으며, 이를 통해 하기 표 1과 같은 해수담수화 장치를 구현했다.
* 준비예 - 필터여재
먼저, 방사용액을 제조하기 위하여 섬유형성성분으로 폴리비닐리덴플루오라이드(Arkema사, Kynar761) 12g을 디메틸아세트아마이드와 아세톤의 중량비를 70:30으로 혼합한 혼합용매 88g에 80℃의 온도로 6시간 동안 마그네틱바를 사용하여 용해시켜 혼합용액을 제조했다. 상기 방사용액을 전기방사장치의 용액탱크에 투입하고, 15㎕/min/hole의 속도로 토출하였다. 이때 방사 구간의 온도는 30℃, 습도는 50%를 유지하고, 콜렉터와 방사노즐팁 간 거리를 20㎝하고, 상기 콜렉터 상부에 제2지지체로써 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 평균직경이 20㎛인 저융점 제2복합섬유로 형성된, 두께 약 200㎛, 평량 40g/㎡의 부직포(㈜남양부직포, CCP40)를 배치시킨 후 고전압 발생기를 사용하여 방사 노즐 팩(Spin Nozzle Pack)에 40kV의 전압을 부여함과 동시에 방사 팩 노즐 당 0.03MPa의 에어압력을 부여하여 제2지지체의 일면에 평균직경이 250㎚인 PVDF 나노섬유로 형성된 나노섬유웹이 구비된 적층체를 제조하였다. 제조된 나노섬유웹은 직경이 0.1 ~ 0.2㎛인 제1나노섬유군, 직경이 0.2 ~ 0.3㎛인 제2나노섬유군 및 직경이 0.3 ~ 0.4㎛인 제3나노섬유군을 각각 35중량%, 53중량%, 12중량%로 포함하여 평균직경이 250㎚인 나노섬유로 형성되었고, 평량이 10g/㎡이고, 두께 13㎛, 평균공경이 0.3㎛, 기공도가 약 75%이었다.
다음으로 상기 적층체의 나노섬유웹에 잔존하는 용매, 수분을 건조시키고, 제2지지체와 나노섬유웹을 열융착시키기 위해 140℃ 이상의 온도 및 1kgf/㎠로 열과 압력을 가해 캘린더링 공정을 실시하였다. 제조된 적층체는 도 6과 같이 제2지지체와 나노섬유웹은 열융착 되어 결속되었고, 나노섬유웹은 도 5a 및 5b와 같이 3차원 네트워크 구조로 구현되었다.
이후 하기의 준비예에서 준비된 친수성 코팅층 형성조성물에 상기 제조된 적층체를 침지시킨 후 건조기에서 110℃ 의 온도로 5분간 건조시켜 친수성 코팅층을 나노섬유웹의 나노섬유 표면에 구비시켰다.
이후, 제조된 적층체에서 제2지지체가 대면되도록 제1지지체의 양면에 적층체를 배치시켰다. 이때 상기 제1지지체는 두께가 5mm이며, 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 직경이 약 30㎛인 저융점 제2복합섬유로 형성된 평량이 450g/㎡인 부직포(남양부직포, NP450)를 사용하였다. 이후 140℃의 열 및 1kgf/㎠의 압력을 가해 필터여재를 제조하였다
<비교예 1>
실시예1과 동일하게 실시하되, 전처리부를 구비시키지 않고, 삼투여과부만으로 하기 표 1과 같은 해수담수화 장치를 구현했다.
<비교예 2>
실시예1과 동일하게 실시하되, 전처리부에서 전기응집모듈 없이 필터모듈만으로 전처리부를 구성하여 하기 표 1과 같은 해수담수화 장치를 구현했다.
<실험예1>
실시예1, 비교예1 및 비교예2에 따른 해수담수화 장치의 전처리부에 1m3/h의 유량으로 해수를 유입시켜 동일조건으로 해수담수화 장치를 가동시켰으며, 장치의 가동 중 삼투모듈의 역삼투막의 교체 주기의 도래 시점을 평가하였다. 평가결과, 비교예1에서의 역삼투막의 교체 주기 도래 시간을 100으로 기준하여 나머지 실시예 및 비교예2에서의 역삼투막 교체 주기 도래시간을 상대적인 백분율로 나타내었다. 이때 교체 주기는 해수담수화 장치의 초기 30시간의 가동시간 동안 수득된 담수화 유량을 기준으로, 수득 유량보다 30% 가량 유량이 감소한 시점을 교체 주기로 설정하여 평가했다.
실시예1 비교예1 비교예2
전처리부 전기응집모듈+필터모듈 없음 필터모듈
역삼투막 역세척 도래시기(%) 560 100 240
표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 삼투 여과부 전에 전처리부로 전기응집모듈과 필터모듈을 모두 구비한 실시예1의 경우 삼투 여과부의 역삼투막의 교체 시기를 현저히 연장시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
<실시예 2 ~ 16>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 필터여재를 하기와 표 2 또는 표 3과 같이 제1지지체의 두께/평량, 제2지지체의 두께/평량, 나노섬웹의 평량을 변경하여 하기 표 2 또는 표 3과 같은 필터여재를 제조하였고, 이를 이용해 해수담수화 장치를 구현하였다.
이때, 실시예 12의 경우 실시예1과 제1지지체, 제2지지체와 각각 유사한 스펙의 지지체를 사용하되, 초부가 융점이 142℃인 저융점 폴리에스테르 코폴리머이고 심부가 PET인 복합섬유로 형성된 제1지지체와 제2지지체로 변경하고, 합지시 온도를 각각 160℃로 변경하여 필터여재를 구현하였다.
<실험예 2>
실시예에서 제조된 각각의 필터여재를 채용한 해수 담수화 시스템에 대해서하기의 물성을 평가하여 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.
1. 초기 수투과도 측정
필터모듈에 운전압력을 50kPa로 가하여 1개의 필터유닛에 대한 면적 0.5㎡ 당 수투과도와 여과효율을 측정하였다. 이때 초기 수투과도는 실시예 1의 필터여재로 구현된 필터유닛의 수투과도를 100으로 기준하여 나머지 실시예에 따른 필터여재로 구현된 필터유닛의 수투과도를 상대적인 백분율로 계산하였다.
2. 역세척 내구성 평가
필터모듈에서 1개의 필터유닛을 분리한 뒤 분리된 필터유닛을 물에 침지 후 운전압력을 50kPa로 가하여 면적 0.5㎡ 당 2분 동안 400LMH의 물을 가압하는 조건으로 역세척을 수행한 후, 역세척 과정에서 부풀음 등 외관이상이 발생하는 경우 ○, 이상이 없는 경우 ×로 하여 역세척 내구성을 평가하였다.
이때, 50kPa 운전조건으로 운전 시에 외관이상이 발생하지 않은 필터유닛에 한하여 통상적인 역세척 조건을 상회하는 가압조건인 운전압력을 125kPa로 압력을 높여 역세척을 수행한 뒤 외관이상을 동일하게 평가하였다.
또한, 운전압력을 125kPa로 역세척을 수행 시에 외관이상이 발생하지 않은 경우에 한해서 해당 필터유닛에 대해 초기 수투과도 측정 방법과 동일하게 실시하여 역세척 후 수투과도를 측정했다. 이때, 수투과도는 각 시편의 초기 수투과도(A)에 대한 역세척 후 수투과도(B)에 대한 하기 수학식 1에 따른 변동율로 계산했다. 변동율이 클수록 역세척에 따른 나노섬유웹의 손상이나, 외관이상으로 보이지 않는 층간 박리가 발생한 것으로 볼 수 있다.
변동율(%) = {(B - A)×100} ÷ A
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8
나노섬유웹 평량(g/㎡) 10 20 29 25 10 10 10 10
두께(㎛) 15 25 40 40 15 15 15 15
제2지지체 평량(g/㎡) 40 40 40 40 59 62 40 40
두께(㎛) 200 200 200 200 250 250 200 200
제1지지체 평량(g/㎡) 450 450 450 450 450 450 330 650
두께(㎛) 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000
필터여재 전체두께(㎛) 5215 5225 5240 5240 5265 5265 5215 5215
필터여재 전체두께 중 제1지지체 두께비율(%) 95.9 95.7 95.4 95.0 95.0 95.9 95.9 95.9
나노섬유웹 평량기준 제2지지체 평량 배율 4 2 1.38 1.60 5.9 6.2 4 4
제2지지체 평량기준제1지지체 평량 배율 11.25 11.25 11.25 10.23 7.63 7.26 8.25 16.25
초기 수투과도(%) 100 92 82 88 96 91 100 86
역세척 내구성 이상유무(@50kPa) × × × × × × × ×
이상유무(@125kPa) × × × × × × × ×
수투과도 변동율(%) 6.8 8.1 21.5 13.6 13.1 28.9 12.2 7.6
실시예9 실시예10 실시예11 실시예12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16
나노섬유웹 평량(g/㎡) 10 10 10 10 10 10 10 32
두께(㎛) 15 15 15 15 15 15 15 40
제2지지체 평량(g/㎡) 40 40 40 41 40 40 0 40
두께(㎛) 200 200 200 200 230 230 0 200
제1지지체 평량(g/㎡) 680 450 270 430 270 230 270 450
두께(㎛) 5000 3400 2200 5000 2000 2500 2200 5000
필터여재 전체두께(㎛) 5215 3615 2415 5215 2245 2745 2215 5240
필터여재 전체두께 중 제1지지체 두께비율(%) 95.9 94.1 91.1 95.9 89.2 91.1 99.4 95.4
나노섬유웹 평량기준 제2지지체 평량 배율 4 4 4 4.1 4 4 0 1.25
제2지지체 평량기준제1지지체 평량 배율 17 11.25 6.75 10.49 6.75 5.75 - 11.25
초기 수투과도(%) 84 87 80 100 79 87 94 76
역세척 내구성 이상유무(@50kPa) × × × × × ○ ○ ×
이상유무(@125kPa) × × × × ○ 미수행 미수행 ○
수투과도 변동율(%) 12.1 13.6 14.0 14.6 미측정 미측정 미측정 미측정
표 2 및 표 3에서 확인할 수 있듯이,
나노섬유웹의 평량이 30g/㎡을 초과하는 실시예 16의 필터여재에 있어서 50kPa의 압력으로 역세척 수행 시 외관이상은 없었으나, 역세척 압력이 125kPa 인 경우에는 나노섬유웹이 부분적으로 박리되어 도 17과 같은 부풀음 현상이 발생하였다. 이에 반하여 나노섬유웹이 평량이 30g/㎡ 이하인 실시예 1 내지 3의 경우 125kPa의 압력으로 역세척 시 이상이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
또한, 제1지지체의 두께가 전체 필터여재 두께의 90% 미만인 실시예 13의 경우 50kPa의 압력으로 역세척을 수행 시 역세척에 따른 외관의 이상은 없었으나, 압력을 125kPa로 높였을 때 외관이상이 발생했다. 이에 반하여 동일 조건이면서 제1지지체의 두께가 필터여재의 전체 두께에 대비하여 90% 이상인 실시예 11의 경우 압력을 125kPa로 높여서 역세척을 수행했음에도 불구하고 외관이상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.
또한, 제1지지체의 평량이 250g/㎡ 미만인 실시예 14의 경우 제1지지체의 두께가 필터여재의 전체 두께에 대비하여 90% 이상임에도 불구하고 50kPa의 역세척 압력에도 외관이상이 발생했으며, 역세척에 따른 기계적 강도저하로 비교예1보다도 역세척에 따른 내구성이 현저히 저하됨을 확인할 수 있다.
또한, 제2지지체를 불포함한 실시예 15의 경우 50kPa의 압력으로 역세척 수행 시에도 외관이상이 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는 제2지지체 없이 실시예11과 같이 역세척에 따른 압력을 견딜 수 있는 제1지지체를 구비했음에도 불구하고 제1지지체와 나노섬유웹 간 부착력 약화에 따른 결과로 예상된다.
이에 반하여, 제1지지체의 평량이 250g/㎡ 이상인 실시예 11의 경우 125kPa의 가혹 운전조건에도 외관이상이 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 중에서도 제2지지체의 평량이 나노섬유웹을 기준하여 1.5 ~ 6배의 범위내 속하지 못하는 실시예3과 실시예 6의 경우 상기 범위 안에 근접한 실시예 4와 5에 대비하여 수투과도 변동율이 현저히 높았음을 확인할 수 있다.
또한, 제1지지체의 평량이 제2지지체를 기준하여 8 ~ 16.5배의 범위에 속하지 않는 실시예 6, 실시예 9 중 실시예 6의 경우 실시예 7에 대비하여 수투과도 변동율이 현저히 컸고, 실시예 9는 실시예 8에 대비하여 수투과도 변동율이 증가했고, 초기수투과도가 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다.
또한, 제1지지체의 두께가 필터여재 전체 두께 대비 90% 이상인 경우에도 제1지지체의 두께가 필터여재 전체 두께 대비 95% 이상인 실시예 1이 실시예 10보다 역세척에 따른 손상이 현저히 낮다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제1지지체와 제2지지체가 폴리올레핀계가 아닌 폴리에스테르계 저융점 복합섬유로 형성된 것을 사용한 실시예12의 경우 역세척 압력이 125kPa일 때, 역세척 후 내구성이 저하되었고, 이는 지지체의 브리틀한 물성으로 인해 부착력이 폴리올레핀계인 실시예1보다 저하되었기 때문으로 예상되었다.
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.

Claims (15)

  1. 유입된 해수에 포함된 현탁물질을 전기응집시키는 전기응집모듈과, 상기 전기응집모듈로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키는 필터모듈을 포함하는 전처리부; 및
    상기 전처리부에서 유입된 전처리수를 담수화하는 삼투막 모듈을 구비하는 삼투 여과부;를 포함하는 해수담수화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기응집모듈은 희생전극에서 발생하는 양이온을 통하여 해수에 포함된 이물질을 전기응집시키며, 유입된 해수의 처리용량이 1m3/h 이상인 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터모듈은 필터여재를 구비한 필터유닛을 적어도 하나로 구비하고, 상기 필터여재는 상기 전기응집모듈로부터 유입된 전기응집수에 대하여 여과유속이 50 LMH 이상이며, 입경이 0.2㎛ 이상인 응집체에 대한 여과효율이 99% 이상인 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터여재는 제1지지체 양면 각각에 순서대로 적층된 제2지지체, 및 나노섬유웹을 구비하고, 상기 나노섬유웹에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1지지체의 평량은 250 ~ 800g/㎡이고, 두께는 2 ~ 8㎜인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2지지체의 평량은 35 ~ 100g/㎡이며, 두께는 150 ~ 250㎛인 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 나노섬유웹은 섬유형성성분으로 불소계화합물을 포함하며,
    상기 불소계화합물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 나노섬유웹은 평균공경이 0.1 ~ 5㎛이고, 기공도가 60 ~ 90%인 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛인 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 나노섬유웹의 평량은 30g/㎡ 이하이고, 상기 제1지지체의 평량은 250 g/㎡ 이상이며, 두께는 상기 필터여재 전체 두께의 90% 이상인 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 제2지지체의 평량은 나노섬유웹의 평량에 대해 1.5 ~ 6배이며, 제1지지체의 평량은 제2지지체 평량에 대해 8 ~ 16.5배인 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 제2지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제2복합섬유를 구비하고, 상기 제2복합섬유의 저융점 성분이 나노섬유웹에 융착되며,
    상기 제1지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제1복합섬유를 구비하고, 상기 제1복합섬유의 저융점 성분 및 제2복합섬유의 저융점 성분 간 융착으로 제1지지체 및 제2지지체가 접합된 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 필터유닛은 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임을 더 포함하여 형성된 평판형 필터유닛이며,
    상기 지지프레임은 상기 필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전기응집모듈은,
    상부가 개방된 내부공간을 갖는 하우징; 및
    상기 내부공간에 배치되고, 외부에서 공급되는 해수에 포함된 이물질을 응집시키기 위한 희생전극 및 파워전극을 포함하는 전극유닛;를 포함하고,
    상기 내부공간은 상기 해수가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버의 상부측에 배치되어 상기 전극부가 배치되는 제2챔버 및 상기 제2챔버에서 전기응집 반응이 완료된 전기응집수가 일시저장 되는 제3챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 장치.
  15. 유입된 해수에 포함된 이물질을 전기응집 시키는 전기응집모듈; 및
    상기 전기응집모듈로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키는 필터모듈;을 포함하는 해수 담수화 장치용 전처리 설비.
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