WO2019035684A2 - 수처리 시스템 - Google Patents

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WO2019035684A2
WO2019035684A2 PCT/KR2018/009449 KR2018009449W WO2019035684A2 WO 2019035684 A2 WO2019035684 A2 WO 2019035684A2 KR 2018009449 W KR2018009449 W KR 2018009449W WO 2019035684 A2 WO2019035684 A2 WO 2019035684A2
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nanofiber web
electrode
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    • B01D35/02—Filters adapted for location in special places, e.g. pipe-lines, pumps, stop-cocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
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    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • 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
    • 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
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/463—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrocoagulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment system, and more particularly, to a water treatment system capable of effectively removing contaminants contained in raw water such as waste water and wastewater.
  • the metal ions generated in the electrode plate directly react with the contaminants in the raw water to form aggregates, or the contaminants are adsorbed on the surfaces of the electrochemically produced aggregates through the metal ions.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a water treatment system capable of efficiently coagulating contaminants contained in a large amount of raw water and then treating the coagulated contaminants at a high rate, .
  • the present invention provides an environmentally friendly, water-repellent, and highly economical water treatment system that has a high backwashing efficiency to remove collected contaminants and thus has an extended use period, There are other purposes to provide.
  • an electrolytic cell comprising: an electrocoagulation unit for electrocoagulating a contaminant contained in raw water supplied from an external source through positive ions generated from a sacrifice electrode, and having a treating capacity of 2 m 3 / h or more; And a filtration unit including a filter medium having a filtration efficiency of 98% or more for the agglomerate and a flow rate of the filtrate of 2m 3 / h or more, the agglomerate being contained in the electrocoagulated water flowing from the electrocoagulation unit; And a water treatment system.
  • the flow rate of the filtered filtrate may be 85% or more with respect to the processing capacity of the introduced raw water.
  • the filter media may include a second support layer and a nanofiber web layer sequentially stacked on both sides of the first support, and a flow pathway through which the filtrate filtered in the nanofiber web flows in the direction of the first support is formed .
  • 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 the thickness may be 2 to 8 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 nanofiber web may have an average pore size of 0.1 to 5 ⁇ 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 30 g / m 2 or less.
  • the basis weight of the second support may be 1.5 to 6 times the basis weight of the nanofiber web, and the basis weight of the first support may be 7.5 to 16.5 times the basis weight of the second support.
  • the second support may include 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 on an outer surface, and the low melting point component
  • the first support may include a first composite fiber including a support component and a low melting point component so that at least a part of the low melting point component is exposed on an outer surface of the first composite fiber, The first support and the second support may be bonded by fusing between the low melting point component of the first composite fiber and the low melting point component of the second composite fiber.
  • the electrophotographic photoreceptor according to the present invention may further include a precipitating unit for precipitating aggregates contained in the raw water supplied from the electrocoagulation unit between the electrocoagulation unit and the filtration unit, and the supernatant of the settling unit may be supplied to the filtration unit.
  • the filter filter material may be provided in the filtration unit as a flat filter unit including a support frame for supporting the rim of the filter filter material, and the filtration unit may be provided in the filter frame, And a flow path for allowing the fluid to flow therethrough.
  • the electrocoagulation unit 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 contaminants contained in raw water supplied from outside, and the inner space includes a first electrode 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 electro-coagulation reaction completed in the second chamber is temporarily stored.
  • the present invention it is possible to efficiently coagulate contaminants contained in a large amount of raw water, treat the coagulated contaminants at a high rate and discharge them at a high flow rate, and to remove contaminants without a separate chemical additive It is eco-friendly, has a high backwashing efficiency to remove collected pollutants, has a long service life, and can be applied in various water treatment fields depending on its economical operation.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an electrocoagulation part included in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a bottom view showing an electrode case applied to FIG. 2A;
  • FIG. 3A is a perspective view of a filter unit
  • FIG. 3B is a sectional view of a boundary line XX 'in FIG. 3A
  • FIG. 3A is a plan view of a filter unit included in the filter unit included in an embodiment of the present invention. A schematic view showing a filtration flow as a reference,
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a filter medium provided in a filtration unit included in an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a SEM image of a nanofiber web applied to a filter media included in an embodiment of the present invention
  • 6 to 8 are sectional views of other filter media provided in the filter unit included in the embodiment of the present invention.
  • the water treatment system includes an electrocoagulation unit and a filtration unit, and the raw water includes a filtration unit after passing through the electrocoagulation unit.
  • the raw water is discharged to the outside through the filtration unit after passing through the electrocoagulation unit, It can be discharged to the outside after further purification process such as filtration / sterilization.
  • the electrocoagulation unit is a unit for collecting contaminants that are charged in the raw water by aggregating charged contaminants through ions having charges opposite thereto to form aggregates or adsorbing contaminants to electrochemically generated aggregates. An electrocoagulation process is performed.
  • the electrocoagulation unit may be employed without limitation in the case of an electrocoagulation apparatus known to perform such a process.
  • the electro-agglomerating unit has a treatment capacity of 2 m 3 / h for raw water so that raw water can be treated in a short time, and a treatment capacity of 120 m 3 / h or more .
  • the electrocoagulation units 100 and 200 ' may include the housings 110 and 210 and the electrode unit 120 as shown in FIGS.
  • 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 housing 110, 210 may be formed with an internal space, which is a retention space of raw water, so that raw water can be transferred to a separate processing space after the contaminants contained in the raw water introduced from the outside are agglomerated through electro- have.
  • the internal space may include a first chamber 111 into which raw water flows, a second chamber 112 in which the electrode units 120 and 120 'are disposed, and a process in which an electrocoagulation reaction is completed in the second chamber 112 And a third chamber 113 in which the number of the first chamber 113 is temporarily stored.
  • the second chamber 112 in which the electrode units 120 and 120 'are disposed may be formed on the upper side of the first chamber 111 and the third chamber 113 may be formed in the first chamber 111,
  • the second chamber 112 and the third chamber 113 which are arranged in parallel to each other can be partitioned from each other by a partition wall 114 protruding at a predetermined height in the inner space .
  • the raw water flowing into the second chamber 112 can contact the sacrificial electrode 122 and the power electrodes 121 and 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 formed along the longitudinal direction is disposed on the first chamber 111 side so that raw water supplied from the outside flows through the injection hole into the first chamber 111 ', and the inflow pipe 130 may be disposed in a direction parallel to the arrangement direction of the plurality of electrodes constituting the electrode units 120, 120'.
  • a discharge hole connected to the drain pipe 119 may be formed on the bottom surface of the first chamber 111 so as to discharge the drain to the outside.
  • the partition wall 114 may have a sloped surface formed on one side of the wall 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 FIG. 2A). 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 may be formed in the bottom surface of the third chamber 113.
  • the discharge hole may be connected to a post-treatment device for treating the contaminating substances aggregated through the electro-agglomeration reaction through a separate pipe 40 so that the treatment water can be transferred to the post-treatment device side.
  • 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 units 120 and 120 'disposed on the second chamber 112 side when power is applied.
  • 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 electric 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 units 120 and 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.
  • 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 'of the electrocoagulation unit 200' is disposed on the outside of the housing member 123 so as to face each other,
  • the power electrode 121 ' which is a pair of electrode plates and the conductive lump 122' instead of the electrode plate by the above-described sacrifice electrode 122 can be accommodated in the housing member 123.
  • the metal cations eluted from the conductive mass 122 'provided in place of the plate-shaped electrode plate as the sacrifice electrode 122 are electrically neutralized with the charged contaminants to cause an aggregation reaction and an oxidation and reduction reaction, Can be removed.
  • the electrode unit 120 of the type illustrated in FIG. 1 a plurality of sacrifice electrodes 122 are disposed between the electrode plates, which are opposed to each other.
  • the power consumption varies depending on the distance, and the consumption of the electric power is somewhat large, which may increase the production cost.
  • the sacrificial electrode is provided with a plurality of conductive masses 122 'as shown in FIG. 2B, it is possible to exhibit electric cohesion efficiency equal to or higher than that of the sacrificial electrode while significantly reducing power consumption.
  • 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.
  • 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 electrocoagulation units 100 and 200 ' include a control unit 140 for controlling the overall operation such as power supply size and current density applied to the pair of power electrodes 121 and 121' . ≪ / RTI >
  • 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.
  • the electrolytic water which is the raw water that has passed through the electrocoagulation units 100 and 200 ', flows into the filtration unit, and various aggregates electrocoagulated through the filtration unit can be filtered.
  • the filter unit may include a plurality of flat filter units 2000 having a filter material 1000.
  • a plurality of the 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 formed to implement the filtering unit.
  • 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.
  • the filter unit 2000 applies a high pressure suction force through the suction port 1110, as shown in FIG. 3B, the electrolytic flocculation water P including the agglomerated agglomerated electro- and facing the interior of the media 1000, a filter media 1000, the filtrate was passed through, and filtered (Q 1) has a flow path provided on the rear support frame 1100 is flowed along the flow path formed in the filter media 1000 ( E, and the introduced filtrate Q 2 can be discharged to the outside through the inlet 1110.
  • a filter media 1000 capable of filtering the agglomerated agglomerated matter and other contaminants 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 rate in consideration of a treatment capacity of 2 m 3 / h or more of the raw water flowing into the above-mentioned electrophoresis unit.
  • the filtration speed for the raw water flowing at a high speed and / or a large amount is slow in the electrocoagulation part having the treating capacity of the introduced raw water of 2 m 3 / h or more, the filtration efficiency and the durability There is a problem that the filtration efficiency of the electrocoagulated contaminants contained in the raw water may be lowered when the processing speed of the raw water passing through the filter media is increased in order to prevent such problems.
  • the filter medium 1000 provided in the filtration unit has a filtration efficiency of 98% or more for the agglomerate contained in the incoming electrical flocculation water, a flow rate of the filtered fluid is 2 m 3 / h or more, And the raw water can be quickly discharged to the outside or another purification unit in accordance with the treatment capacity of the electrocoagulation unit and the advantage of being able to effectively remove the contaminants contained in the raw water flowing into the electrocoagulation unit have.
  • the filtration efficiency is very high, and the flow rate of the electrolytic flocculation can be quickly treated, as the flow rate of the filtered filtrate is 85% or more, preferably 86% or more, with respect to the treatment capacity of the influent raw water.
  • the filter media 1000 includes a second support body 321 and 322 sequentially stacked on both sides of a first support body 330 and nanofiber webs 311 and 312 and the nanofiber webs 311 and 312 ) May be a filter having a filtration path in which the filtered filtrate flows in the direction of the first support body (330).
  • 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 .
  • 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 that the first support body 330 has a thickness of 90% or more of the thickness, preferably 95% or more of the total thickness of the filter media 1000, more preferably 95 to 98% of the total thickness. If the first support is less than 90% of the total thickness of the filter media 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 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 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 of the first support body 330 may be 7.5 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, The flow rate can be significantly reduced.
  • the first support 330 is provided to prevent problems occurring during 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 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 or a wet nonwoven fabric such as a chemical bonding nonwoven fabric, a thermal bonding nonwoven fabric, A known nonwoven fabric manufactured by various methods such as a nonwoven fabric, a needle punching nonwoven fabric or a meltblown can be used.
  • the first support 330 may be 2 to 8 mm of the first support 330 so as to occupy 90% or more of the total thickness of the filter media as described above in order to exhibit sufficient mechanical strength, May be 2 to 5 mm, and more preferably 3 to 5 mm. 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 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.
  • the first support 330 may be a polyolefin-based material so as to have excellent adhesion with the second supports 321 and 322.
  • 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 members 321 and 322 are not particularly limited as long as they serve as supports for the filter media.
  • 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 diameter of the fibers constituting the first support body 330 and the diameter 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 ⁇ . If 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 supports 321 and 322 may be a polyolefin-based polymer component for enhancing adhesion between the nanofibrous webs 311 and 312 described later and the first support 330 described above.
  • the second support bodies 321 and 322 are 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. 5).
  • the nanofibers forming the nanofiber web may be formed of known fiber forming components.
  • a fluorine-based compound may be contained as a fiber-forming component, thereby ensuring filtration efficiency / flow rate to a desired level without changing physical properties of the filter media, There is an advantage.
  • 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 may be polyvinylidene fluoride (PVDF) in terms of excellent mechanical strength and chemical resistance.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the nanofiber includes PVDF as a fiber forming component, the PVDF may have a weight average molecular weight of 10,000 to 1,000,000, preferably 300,000 to 600,000, but is not limited thereto.
  • 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 or the filtration efficiency is reduced, and the 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.
  • the hydrophilic coating layer may be a known one, for example, a 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 used without limitation in the case of a solvent which does not affect the radioactivity of the nanofibers described later without dissolving the fluorine-based compound as a fiber-forming component and does not cause precipitation.
  • the solvent may be a mixture of dimethylacetamide and acetone Can be every day.
  • 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 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.
  • 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 filtration unit included in another embodiment of the present invention may include a filter medium 1002 as shown in FIG. 6 so as to obtain a more improved flow rate while exhibiting mechanical strength and backwash efficiency of the filter medium 1000 as shown in FIG.
  • the first support 430 may have a plurality of holes Q passing through the surfaces thereof facing the second supports 421 and 422.
  • the first support body 530 of the filter media 1003 and 1004 includes a plurality of first holes Q passing through a surface opposed to the second support bodies 521 and 522
  • a further improved flow rate can be obtained by providing 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 so as to communicate with the first hole Q as shown in FIG. 7 or may be positioned so as not to communicate with the first hole Q as shown in FIG. 8,
  • 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 units 100 and 200', a supply pump for supplying the electrocoagulated water to the filtration unit, .
  • An electrocoagulation unit and a filtration unit were prepared as a water treatment system.
  • the electro-agglomerated portion was formed by placing 1200 aluminum conductive masses between the power electrodes facing each other, and the distance between one electrode of the conductive material and one electrode was 10 mm, And an electric agglomerate of 4 m 3 / h was prepared.
  • the filter unit implements the filter unit prepared as described below as a filter unit of a flat membrane as shown in FIGS. 3A and 3B, and 80 filter units thus implemented are mounted on the filter unit. Thereafter, the electrocoagulation water treated in the electrocoagulation unit is introduced into the filtration unit, and the aggregate is filtered in the filtration unit.
  • Table 1 is implemented.
  • 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 of the manufactured laminate and the nanofiber web were thermally fused together and the nanofiber web was implemented in a three-dimensional network structure as shown in FIG.
  • 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
  • the filter media was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness / basis weight of the first support, the thickness / basis weight of the second support, and the thickness / basis weight of the nanofiber web were changed as shown in Table 2 or Table 3 Filter materials as shown in Tables 1 to 3 were prepared and a water treatment system was implemented using the same.
  • 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 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 wash durability was evaluated as ⁇ when the appearance abnormality such as swelling occurred in the process, and when the abnormality was not observed as ⁇ .
  • 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.
  • 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.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Example 6 Nanofiber web Basis weight (g / m2) 10 20 29 25 10 10 Thickness ( ⁇ m) 15 25 40 40 15 15
  • the ratio of the first support body thickness in the filter media as a whole percentage 95.9 95.7 95.4 95.0 95.0 95.9
  • Example 11 Example 12 Nanofiber web Basis weight (g / m2) 10 10 10 10 10 Thickness ( ⁇ m) 15 15 15 15 15 15 15 The second support Basis weight (g / m2) 40 40 40 40 40 41 Thickness ( ⁇ m) 200 200 200 200 200 200 200 200 The first support Basis weight (g / m2) 330 650 680 450 270 430 Thickness ( ⁇ m) 5000 5000 5000 3400 2200 5000 Filter media Total thickness ( ⁇ m) 5215 5215 5215 3615 2415 5215 The ratio of the first support body thickness in the filter media as a whole (%) 95.9 95.9 95.9 94.1 91.1 95.9 Nanofibrous web Basis standard second support weight scale 4 4 4 4 4 4.1 Second support weight basis first support weight load factor 8.25 16.25 17 11.25 6.75 10.49 Filtrate flow rate (%) 98 85.3 81.3 86.3 78.4 98 Filtration efficiency (%) 99.92 99.90 99.97 99.95 99.95 99.95 Backwash durability
  • Example 14 Example 15 Example 16 Example 17 Nanofiber web Basis weight (g / m2) 10 10 32 25 Thickness ( ⁇ m) 15 15 15 40 220 The second support Basis weight (g / m2) 40 40 0 40 40 Thickness ( ⁇ m) 230 230 0 200 200 The first support Basis weight (g / m2) 270 230 270 450 450 Thickness ( ⁇ m) 2000 2500 2200 5000 5000 Filter media Total thickness ( ⁇ m) 2245 2745 2215 5240 5420 The ratio of the first support body thickness in the filter media as a whole (%) 89.2 91.1 99.4 95.4 92.3 Nanofibrous web Basis standard second support weight scale 4 4 0 1.25 1.60 Second support weight basis first support weight load factor 6.75 5.75 - 11.25 11.25 Filtrate flow rate (%) 77.4 85.3 92.1 74.5 99 Filtration efficiency (%) 99.92 99.91 98.94 99.95 92.2 Backwash durability Abnormal (@ 50kPa) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Example 1 which satisfied all of the thickness / basis weight of the first support according to the present invention, the thickness / basis weight of the second support, the thickness / basis weight of the nanofiber web, , 2, 4, 5, 7, 8, 10 and 12 are significantly superior in the flow rate and filtration efficiency of the filtrate compared with Examples 3, 6, 9, 11 and 13 to 17, Durability was much better.

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Abstract

수처리 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템은 희생전극에서 발생하는 양이온을 통하여 외부에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 전기응집시키며, 유입된 원수의 처리용량이 2m3/h 이상인 전기응집부; 및 상기 전기응집부로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키고, 응집체에 대한 여과효율이 98% 이상이며, 여과된 여과액의 유량이 2m3/h 이상인 필터여재를 포함하는 여과부;를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 대용량의 원수 내 포함된 오염물질을 효과적으로 응집시킨 뒤 응집된 오염물질을 빠른속도로 처리하여 높은 유량으로 배출시킬 수 있고, 별도의 화학첨가제 없이 오염물질을 제거할 수 있음에 따라서 친환경적이며, 수거된 오염물질을 제거하기 위한 역세척 효율이 높아서 연장된 사용주기를 가지고, 운영에 있어서 매우 경제적임에 따라서 각종 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있다.

Description

수처리 시스템
본 발명은 수처리 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 오수나 폐수 등의 원수에 포함된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 수처리 시스템에 관한 것이다.
급속한 산업화에 따라 공장에서 배출되는 산업폐수에 포함된 유해물질이나 중금속에 의한 수질오염, 농촌에서 사용되는 화학비료의 과다사용이나 축산 폐수에 따른 질산염에 따른 수질오염, 화학세제가 과다 사용된 생활하수에 따른 수질오염의 문제는 매우 심각한 지경에 이르렀으며, 수질정화에 많은 비용과 시간이 소요되고 있는 실정이다.
종래에는 생활하수나 농·축산폐수 및 산업폐수 등을 처리하는데 있어서 국내의 경우 미생물의 부유식 성장을 이용한 표준 활성슬러지법 및 그 변법이 거의 보편적으로 이용되어 왔다. 그러나 기존의 활성 슬러지법으로는 많은 양의 원수내 포함된 불순물을 빠른시간 내 효과적으로 제거하기 어려워짐에 따라서 최근에는 전기응집반응을 통해 불순물을 응집 처리하는 방식의 적용이 연구되고 있다.
이러한 전기응집방식은 전극판에서 발생된 금속 이온이 원수 내 오염물질과 직접반응하여 응집체를 형성하거나 상기 금속이온을 통해 전기화학적으로 생성된 응집체의 표면에 오염물질이 흡착되는 방식으로 제거되며, 구체적으로 생성된 응집체가 침전되거나 전기화학반응으로 생성된 수소 및/또는 염소가스에 의해 응집체가 부유하여 제거될 수 있다.
그러나 전기응집방식만으로는 발생된 응집체에 의한 슬러지의 발생량 증가로 오염물질의 제거에 한계가 있고, 이에 따라 대용량의 원수를 처리하는데 적합하지 못할 수 있는 문제가 있다.
이에 따라서, 대용량의 원수를 처리함에도 발생되는 슬러지를 효과적으로 제거할 수 있고, 다양한 종류의 폐수, 오수에 적용이 가능하며, 수처리 시스템이 단순화되고 유지보수가 간편하며, 수처리방식에 있어서 친환경적인 수처리 시스템의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 대용량의 원수 내 포함된 오염물질을 효과적으로 응집시킨 뒤 응집된 오염물질을 빠른속도로 처리하여 높은 유량으로 배출시킬 수 있는 수처리시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 화학첨가제 없이 오염물질을 제거할 수 있음에 따라서 친환경적이고, 수거된 오염물질을 제거하기 위한 역세척 효율이 높아서 연장된 사용주기를 가지며, 운영에 있어서 매우 경제적인 수처리 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 희생전극에서 발생하는 양이온을 통하여 외부에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 전기응집시키며, 유입된 원수의 처리용량이 2m3/h 이상인 전기응집부; 및 상기 전기응집부로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키고, 응집체에 대한 여과효율이 98% 이상이며, 여과된 여과액의 유량이 2m3/h 이상인 필터여재를 포함하는 여과부;를 포함하는 수처리 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유입된 원수의 처리용량에 대하여, 여과된 여과액의 유량이 85% 이상일 수 있다.
또한, 상기 필터여재는 제1지지체 양면 각각에 순서대로 적층된 제2지지체, 및 나노섬유웹을 구비할 수 있고, 상기 나노섬유웹에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1지지체의 평량은 250 g/㎡ 이상일 수 있으며, 두께는 상기 필터여재 전체 두께의 90% 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1지지체의 평량은 250 ~ 800g/㎡일 수 있고, 두께는 2 ~ 8㎜일 수 있다.
또한, 상기 제2지지체의 평량은 35 ~ 100g/㎡일 수 있으며, 두께는 150 ~ 250㎛일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹은 섬유형성성분으로 불소계화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹은 평균공경이 0.1 ~ 5㎛일 수 있고, 기공도가 60 ~ 90%일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛일 수 있다.
또한, 상기 나노섬유웹의 평량은 30g/㎡ 이하일 수 있다.
또한, 상기 제2지지체의 평량은 나노섬유웹의 평량에 대해 1.5 ~ 6배이며, 제1지지체의 평량은 제2지지체 평량에 대해 7.5 ~ 16.5배일 수 있다.
또한, 상기 제2지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제2복합섬유를 구비할 수 있고, 상기 제2복합섬유의 저융점 성분이 나노섬유웹에 융착될 수 있으며, 상기 제1지지체는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 제1복합섬유를 구비할 수 있고, 상기 제1복합섬유의 저융점 성분 및 제2복합섬유의 저융점 성분 간 융착으로 제1지지체 및 제2지지체가 접합될 수 있다.
또한, 상기 전기응집부 및 여과부 사이에 전기응집부에서 공급된 원수에 포함된 응집체를 침전시키는 침전부를 더 포함할 수 있고, 상기 침전부의 상등수가 상기 여과부로 공급될 수 있다.
또한, 상기 필터여재는 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임을 더 포함하여 형성된 평판형 필터유닛으로 여과부에 구비될 수 있으며, 상기 지지프레임은 상기 필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비할 수 있다.
또한, 상기 전기응집부는, 상부가 개방된 내부공간을 갖는 하우징; 및 상기 내부공간에 배치되고, 외부에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 응집시키기 위한 희생전극 및 파워전극을 포함하는 전극부;를 포함할 수 있고, 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.
본 발명에 의하면, 대용량의 원수 내 포함된 오염물질을 효과적으로 응집시킨 뒤 응집된 오염물질을 빠른속도로 처리하여 높은 유량으로 배출시킬 수 있고, 별도의 화학첨가제 없이 오염물질을 제거할 수 있음에 따라서 친환경적이며, 수거된 오염물질을 제거하기 위한 역세척 효율이 높아서 연장된 사용주기를 가지고, 운영에 있어서 매우 경제적임에 따라서 각종 수처리 분야에서 다양하게 응용될 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 전기응집부를 나타낸 개략도,
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 포함되는 전기응집부의 주요구성을 나타낸 분리도, 도 2b는 도 2a에 적용되는 전극케이스를 나타낸 저면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 여과부에 구비될 수 있는 평판형 필터유닛의 도면으로써, 도 3a는 필터유닛의 사시도, 도 3b는 도 3a의 X-X' 경계선의 단면도를 기준으로 한 여과흐름을 나타낸 모식도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 여과부에 구비된 필터여재의 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 필터여재에 적용되는 나노섬유웹의 표면 전자현미경 사진,
도 6 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 필터유닛에 구비되는 다른 필터여재의 단면도이다.
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 수처리 시스템은 전기응집부 및 여과부를 포함하고, 원수는 전기응집부를 통과한 후 여과부를 포함하고, 원수는 전기응집부를 통과한 후 여과부를 거쳐 외부로 배출되거나 또는 다른 여과/살균 등의 정화과정을 더 거친 뒤 외부로 배출될 수 있다.
상기 전기응집부는 원수에 포함된 오염물질 중 전하를 띤 오염물질을 그와 반대되는 전하를 가진 이온을 통해 응집시켜 응집체를 형성시키거나 전기 화학적으로 생성된 응집체에 오염물질을 흡착시키는, 오염물질의 전기응집공정을 수행한다.
상기 전기응집부는 이와 같은 공정을 수행하는 것으로 공지된 전기응집장치의 경우 제한 없이 채용될 수 있다. 다만, 상기 전기응집부는 대용량의 원수를 단시간 내 처리할 수 있도록 유입된 원수의 처리용량이 2m3/h이며, 경우에 따라서 시간당 120톤 이상의 원수를 처리할 수 있도록 처리용량이 120m3/h 이상으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기응집부(100,200')는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(110,210) 및 전극부(120)를 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 오염물질들이 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 전극부(120,120')가 배치되는 제2챔버(112) 및 상기 제2챔버(112)에서 전기응집 반응이 완료된 처리수가 일시저장되는 제3챔버(113)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 전극부(120,120')가 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. 이로 인해, 상기 제2챔버(112) 측으로 유입되는 원수는 상기 전극부(120)를 구성하는 희생전극(122) 및 파워전극(121,121')에 균일한 면적으로 접촉함으로써 전체적인 처리 속도를 높일 수 있다.
여기서, 상기 제1챔버(111) 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 분사공이 길이방향을 따라 형성된 중공형의 유입관(130)이 배치됨으로써 외부로부터 공급되는 원수가 상기 분사공을 통해 제1챔버(111) 측으로 분출될 수 있으며, 상기 유입관(130)은 상기 전극부(120,120')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 배출공이 형성될 수 있다.
한편, 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 2a 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 배출공이 형성될 수 있다. 이와 같은 배출공은 별도의 배관(40)을 통해 전기응집 반응을 통해 응집된 오염물질들을 처리하기 위한 후처리장치와 연결됨으로써 처리수가 상기 후처리장치 측으로 이송될 수 있다.
한편, 상기 하우징(110,210)은 전원 인가 시 상기 제2챔버(112) 측에 배치되는 전극부(120,120')와의 쇼트를 방지할 수 있도록 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다. 또한, 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 전극부(120,120')는 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 배치 시 상기 제2챔버(112)에 저장된 원수에 완전히 잠기지 않고 원수의 표면으로부터 적어도 일부의 길이가 외부로 노출될 수 있다. 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 전극부(120)를 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.
다른 예로써, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이 전기응집부(200')의 전극부(120')는 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 오염물질과 전기적으로 중화되어 응집반응이 일어나는 동시에 산화, 환원반응이 일어남으로써 오염물질이 제거될 수 있다.
도 1에서 예시한 타입의 전극부(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 2b와 같이 희생전극을 다수의 도전성 덩어리(122')로 구비시킬 경우 전력량의 소모를 현저히 감소시키면서도 동등 수준 이상의 전기응집 효율을 발현할 수 있는 이점이 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 2a 및 도 2b는 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 전원인가 시 상기 파워전극(121')과의 전기적인 쇼트를 방지할 수 있도록 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다. 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 파워전극(121') 사이의 간격은 전기적인 쇼트를 방지하면서도 원활한 전원이 인가될 수 있도록 적절한 간격을 가질 수 있다. 일례로, 도전성 덩어리(122')와 파워전극(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.
한편, 본 발명에 따른 전기응집부(100,200')는 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 반응 시 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 전기응집부(100,200')를 통과한 원수인 전기응집수는 여과부로 유입되며, 여과부를 통해 전기응집된 각종 응집체가 걸러질 수 있다.
이를 위해 상기 여과부는 도 3a 및 도 3b에 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 여과부를 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 3b와 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)를 통해 외부로 유출될 수 있다.
상기 평판형 필터유닛(2000) 전기응집된 응집체 및 기타 오염물질을 여과시킬 수 있는 필터여재(1000)를 구비한다. 상기 필터여재(1000)는 수처리 분야에서 사용되는 공지된 필터여재인 경우 제한 없이 채용할 수 있다. 다만, 상술한 전기응집부의 유입된 원수의 처리용량인 2m3/h 이상을 고려하여 수처리 속도가 빠른 필터여재를 선정함이 중요하다. 만일 유입된 원수의 처리용량이 2m3/h 이상인 전기응집부에서 빠른 속도 및/또는 많은 양으로 유입되는 원수에 대한 여과속도가 느릴 경우 여과부에 높은 배압이 걸림에 따라서 여과효율 및 장치의 내구성에 문제가 발생할 수 있고, 이를 방지하고자 필터여재를 통과하는 원수의 처리속도를 높일 경우 원수 내 포함된 전기응집된 오염물질의 여과효율이 저하될 수 있는 문제가 있다.
이에 따라 상기 여과부에 구비되는 필터여재(1000)는 유입된 전기응집수에 포함된 응집체에 대한 여과효율이 98% 이상이고, 여과된 여과액의 유량이 2m3/h 이상이며, 이를 통해 여과부에 걸리는 배압증가를 최소화함과 동시에 전기응집부의 처리용량에 맞춰 원수를 빠르게 외부 또는 별도의 정화부로 배출시킬 수 있으며, 전기응집부로 유입된 원수에 포함된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 유입된 원수의 처리용량에 대하여, 여과된 여과액의 유량이 85% 이상, 바람직하게는 86% 이상임에 따라서 여과효율이 매우 뛰어난 동시에, 유입된 전기응집수를 빠르게 처리할 수 있다.
위와 같은 물성을 갖는 필터여재(1000)의 경우 본 발명에 포함되는 여과부에 제한 없이 채용될 수 있으나, 보다 향상된 역세척 효율 및 높은 기계적 강도에 따른 내구성 측면에서 도 4에 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(330) 방향으로 흐르는 여과경로를 갖는 여재일 수 있다.
필터여재를 이용해서 전기응집수의 수처리 공정이 반복될수록 전기응집수에 포함된 응집체 등의 이물질이 필터여재에 들러붙어 부착층을 형성하거나 필터여재 내부에 박혀 유로를 막고 여과기능을 저하시키는데, 이에 따라 필터여재의 여과방향에 반대되는 방향으로 세척수를 강하게 흘려주거나 공기를 불어넣는 방식으로 필터여재에 부착되거나 박힌 이물질을 제거하는 역세척을 수행할 필요가 있다. 이때, 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.
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% 이상, 바람직하게는 필터여재(1000) 전체 두께의 95% 이상, 보다 바람직하게는 전체 두께의 95 ~ 98%의 두께를 갖는 제1지지체(330)를 구비하는 것이 좋다. 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 2m3/h 이상인 전기응집부에서 빠른 속도 및/또는 많은 양으로 유입되는 원수에 대한 필터여재(1000)의 느린 여과속도로 인해 여과부에 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.
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, 제1지지체(330)의 평량은 제2지지체(321,322) 평량에 대해 7.5 ~ 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, 유량이 현저히 감소될 수 있다.
상술한 필터여재(1000)의 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1지지체(330)는 여과과정 및/또는 역세척과정에서 발생하는 문제들을 방지하기 위해 구비되며, 수처리 분야에서 사용되며, 기계적 강도가 담보되는 공지된 다공성 부재일 수 있고, 일예로 상기 제1지지체는 부직포, 직물 또는 원단일 수 있다.
일예로, 도 4와 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, 상기 제1지지체(330)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.
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. 일예로, 제1지지체(330)는 제2지지체(321,322)와 우수한 밀착성을 가질 수 있도록 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 없다. 일예로 상기 제2지지체(323,322)는 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(330)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 역세척 시 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)과 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(330)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 5 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 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, 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 또는 여과효율 감소, 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. 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 있고, 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.
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.
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 여과부는 상술한 도 4와 같은 필터여재(1000)의 기계적강도, 역세척효율을 발현하면서도 보다 향상된 유량을 얻을 수 있도록 도 6과 같이 필터여재(1002)의 제1지지체(430)는 제2지지체(421,422)에 대향하는 면을 관통하는 다수개의 홀(Q)을 구비할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이 필터여재(1003,1004)의 제1지지체(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 7와 같이 제1홀(Q)과 연통되도록 위치할 수 있고, 또는 도 8과 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 전기응집부(100,200')와 여과부 사이에는 상기 전기응집부(100,200')에서 처리된 전기응집수가 일시 저장되는 저류조, 전기응집수를 상기 여과부로 공급하는 공급펌프, 기타 제어장치를 더 구비할 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.
<실시예 1>
수처리 시스템으로써 전기응집부 및 여과부를 준비했다. 상기 전기응집부는 도 2a 및 도 2b와 같이 서로 대향하는 파워전극 사이에 알루미늄 재질의 도전성 덩어리를 1200개 배치시켰고, 도전성 물질과 파워전극 중 일 전극사이의 거리는 최대거리가 10㎜가 되도록 하여 처리용량 4m3/h인 전기응집부를 준비했다. 또한, 여과부는 하기와 같이 준비된 필터여재를 도 3a 및 도 3b와 같이 평막의 필터유닛으로 구현했고, 구현된 필터유닛 80개를 여과부에 장착하였다. 이후 상기 전기응집부에서 처리된 전기응집수를 여과부로 유입되도록 하였고, 여과부에서 응집체가 여과되도록 구성하였으며, 이를 통해 하기 표 1과 같은 수처리 시스템을 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 적층체의 제2지지체와 나노섬유웹은 열융착 되어 결속되었고, 나노섬유웹은 도 5와 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
<실시예 2 ~ 17>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 필터여재를 하기와 표 2 또는 표 3과 같이 제1지지체의 두께/평량, 제2지지체의 두께/평량, 나노섬유웹의 두께/평량을 변경하여 하기 표 1 내지 표 3과 같은 필터여재를 제조하였고, 이를 이용해 수처리 시스템을 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 1>
실시예에서 제조된 각각의 필터여재를 채용한 수처리 시스템에 대해서 하기의 물성을 평가하여 하기 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
1. 여과액 유량 및 여과효율 측정
시험용 분진(ISO Test dust A2 fine grades)를 순수에 분산시켜 100 NTU의 탁도를 갖는 원수를 제조한 뒤, 분진을 전기응집부에서 응집시켜서 형성된 응집체를 포함하는 전기응집수를 여과부로 유입시켜서 응집체가 여과되도록 처리하였다. 이때, 전기응집부의 유입된 원수의 처리용량인 4m3/h를 100으로 기준하여 여과된 여과액의 유량을 상대적인 백분율로 계산하였다. 또한, 이때, 원수의 수처리 시스템 적용 전 후의 탁도 측정을 통한 여과효율을 측정하였다.
2. 역세척 내구성 평가
여과부에서 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 Х로 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)Х100} χ A
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
나노섬유웹 평량(g/㎡) 10 20 29 25 10 10
두께(㎛) 15 25 40 40 15 15
제2지지체 평량(g/㎡) 40 40 40 40 59 62
두께(㎛) 200 200 200 200 250 250
제1지지체 평량(g/㎡) 450 450 450 450 450 450
두께(㎛) 5000 5000 5000 5000 5000 5000
필터여재 전체두께(㎛) 5215 5225 5240 5240 5265 5265
필터여재 전체두께 중 제1지지체 두께비율(%) 95.9 95.7 95.4 95.0 95.0 95.9
나노섬유웹 평량기준 제2지지체 평량 배율 4 2 1.38 1.60 5.9 6.2
제2지지체 평량기준제1지지체 평량 배율 11.25 11.25 11.25 11.25 7.63 7.26
여과액 유량(%) 98 90.2 80.4 86.2 94.1 89.2
여과효율(%) 99.90 99.95 99.94 99.97 99.92 98.82
역세척 내구성 이상유무(@50kPa) Х Х Х Х Х Х
이상유무(@125kPa) Х Х Х Х Х Х
수투과도 변동율(%) 6.8 8.1 21.5 13.6 13.1 28.9
구분 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12
나노섬유웹 평량(g/㎡) 10 10 10 10 10 10
두께(㎛) 15 15 15 15 15 15
제2지지체 평량(g/㎡) 40 40 40 40 40 41
두께(㎛) 200 200 200 200 200 200
제1지지체 평량(g/㎡) 330 650 680 450 270 430
두께(㎛) 5000 5000 5000 3400 2200 5000
필터여재 전체두께(㎛) 5215 5215 5215 3615 2415 5215
필터여재 전체두께 중 제1지지체 두께비율(%) 95.9 95.9 95.9 94.1 91.1 95.9
나노섬유웹 평량기준 제2지지체 평량 배율 4 4 4 4 4 4.1
제2지지체 평량기준제1지지체 평량 배율 8.25 16.25 17 11.25 6.75 10.49
여과액 유량(%) 98 85.3 81.3 86.3 78.4 98
여과효율(%) 99.92 99.90 99.97 99.95 99.95 99.95
역세척 내구성 이상유무(@50kPa) Х Х Х Х Х Х
이상유무(@125kPa) Х Х Х Х Х Х
수투과도 변동율(%) 12.2 7.6 12.1 13.6 14.0 14.6
구분 실시예 13 실시예 14 실시예15 실시예16 실시예17
나노섬유웹 평량(g/㎡) 10 10 10 32 25
두께(㎛) 15 15 15 40 220
제2지지체 평량(g/㎡) 40 40 0 40 40
두께(㎛) 230 230 0 200 200
제1지지체 평량(g/㎡) 270 230 270 450 450
두께(㎛) 2000 2500 2200 5000 5000
필터여재 전체두께(㎛) 2245 2745 2215 5240 5420
필터여재 전체두께 중 제1지지체 두께비율(%) 89.2 91.1 99.4 95.4 92.3
나노섬유웹 평량기준 제2지지체 평량 배율 4 4 0 1.25 1.60
제2지지체 평량기준제1지지체 평량 배율 6.75 5.75 - 11.25 11.25
여과액 유량(%) 77.4 85.3 92.1 74.5 99
여과효율(%) 99.92 99.91 98.94 99.95 92.2
역세척 내구성 이상유무(@50kPa) Х ○ ○ Х Х
이상유무(@125kPa) ○ 미수행 미수행 ○ Х
수투과도 변동율(%) 미측정 미측정 미측정 미측정 7.4
상기 표 1 내지 표 3에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 제1지지체의 두께/평량, 제2지지체의 두께/평량, 나노섬유웹의 두께/평량 및 복합섬유 종류 등을 모두 만족하는 실시예 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10 및 12가, 이 중에서 하나라도 누락된 실시예 3, 6, 9, 11 및 13 ~ 17에 비하여 여과액의 유량 및 여과효율이 현저히 우수한 동시에 역세척 내구성이 월등히 우수하였다.
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. 희생전극에서 발생하는 양이온을 통하여 외부에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 전기응집시키며, 유입된 원수의 처리용량이 2m3/h 이상인 전기응집부; 및
    상기 전기응집부로부터 유입된 전기응집수에 포함된 응집체를 여과시키고, 응집체에 대한 여과효율이 98% 이상이며, 여과된 여과액의 유량이 2m3/h 이상인 필터여재를 포함하는 여과부;를 포함하는 수처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입된 원수의 처리용량에 대하여, 여과된 여과액의 유량이 85% 이상인 수처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터여재는 제1지지체 양면 각각에 순서대로 적층된 제2지지체, 및 나노섬유웹을 구비하고, 상기 나노섬유웹에서 여과된 여과액이 상기 제1지지체 방향으로 흐르는 유로가 형성된 수처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1지지체의 평량은 250 g/㎡ 이상이며, 두께는 상기 필터여재 전체 두께의 90% 이상인 수처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1지지체의 평량은 250 ~ 800g/㎡이고, 두께는 2 ~ 8㎜인 수처리 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2지지체의 평량은 35 ~ 100g/㎡이며, 두께는 150 ~ 250㎛인 수처리 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 나노섬유웹은 섬유형성성분으로 불소계화합물을 포함하는 수처리 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 나노섬유웹은 평균공경이 0.1 ~ 5㎛이고, 기공도가 60 ~ 90%인 수처리 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 나노섬유웹을 형성하는 나노섬유는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛인 수처리 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 나노섬유웹의 평량은 30g/㎡ 이하인 수처리 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제2지지체의 평량은 나노섬유웹의 평량에 대해 1.5 ~ 6배이며, 제1지지체의 평량은 제2지지체 평량에 대해 7.5 ~ 16.5배인 수처리 시스템.
  12. 제3항에 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 수처리 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전기응집부 및 여과부 사이에 전기응집부에서 공급된 원수에 포함된 응집체를 침전시키는 침전부를 더 포함하고, 상기 침전부의 상등수가 상기 여과부로 공급되는 수처리 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 필터여재는 상기 필터여재의 테두리를 지지하는 지지프레임을 더 포함하여 형성된 평판형 필터유닛으로 여과부에 구비되며,
    상기 지지프레임은 상기 필터여재에서 여과된 여과액이 외부로 유출되도록 하는 유로를 구비하는 수처리 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전기응집부는,
    상부가 개방된 내부공간을 갖는 하우징; 및
    상기 내부공간에 배치되고, 외부에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 응집시키기 위한 희생전극 및 파워전극을 포함하는 전극부;를 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 포함하는 수처리 시스템.
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