KR101260891B1 - 친환경 바이오필터 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기본적인 전처리를 거친 전처리수에 잔존하는 오염물질을 흡착하고 항균 처리하는 친환경 바이오필터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양고추냉이나무(Moringa Oleifera Lamarck) 씨앗 또는 탈유(脫油) 양고추냉이나무 씨앗 케이크에서 추출된 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드가 층상 규산염 광물 입자에 착화되어 이루어진 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자로 형성되는 유무기 복합 필터층을 포함하며, 응집, 흡착 및 항균 활성이 탁월한 양이온성 펩타이드가 착화된 유무기 복합 필터층에서 유입수의 오염물질을 응집하여 흡착하므로 오염물질의 제거 기능이 탁월하고, 생물이나 식생 환경에 영향을 미치지 않으며, 수처리 후에 별도의 화학적/생물학적 처리가 요구되지 않는 친환경 바이오필터 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 기본적인 전처리를 거친 전처리수에 잔존하는 오염물질을 흡착하고 항균 처리하는 친환경 바이오필터 장치에 관한 것으로, 상세하게는 양고추냉이나무(Moringa Oleifera Lamarck) 씨앗에서 추출되어 응집, 흡착 및 항균 활성이 탁월한 양이온성 펩타이드가 착화된 유무기 복합 필터층에서 유입수의 오염물질을 응집하여 흡착하므로 오염물질의 제거 기능이 탁월하고, 주변 생물이나 식생 환경에 영향을 미치지 않으며, 수처리 후에 별도의 화학적/생물학적 처리가 요구되지 않는 친환경 바이오필터 장치에 관한 것이다.
현재, 지표수 및 각종 오폐수에는 진흙 입자, 유기물, 세균, 조류, 색소, 콜로이드, 중금속, 화학물질, 콜로이드성 입자가 함유되어 있다. 따라서, 사람, 동물이 음용하거나 식물 재배에 사용하는 물을 확보하기 위하여 지하수, 하천수, 계곡수, 호숫물 및 강물 등에 대한 정수 처리를 실시하는 것이 필수적이다.
그런데, 기본적인 침전 및 화학적/생물학적 처리를 실시한 물에서도 중금속, 유기물, 녹조 등과 같은 조류 및 세균류 등과 같은 각종 오염물질이 여전히 잔존하므로, 별도의 화학적/생물학적 정수 처리를 실시하여 상기와 같은 오염물질을 제거해야만 사람, 동물이 음용하거나 식물 재배에 사용하는 물을 확보할 수 있다.
이를 위하여 가장 경제적으로 사용하는 방법이 미생물 막을 이용하는 모래 여과법이지만, 이 방법은 유효 미생물 막층의 형성에 30∼60일이 소요되므로 장기간을 기다려야 한다는 문제점이 있다.
종래에는 오염된 지표수 및 각종 오폐수에 함유된 진흙 입자, 유기물, 세균, 조류, 색소, 콜로이드, 중금속, 화학물질, 콜로이드성 입자를 제거하기 위하여, 주로 무기계인 알럼, 철염, 폴리염화알미늄(Poly Aluminium Chloride, PAC), 폴리염화규산알미늄(Poly Aluminium Chloride Silicate, PACS), 폴리황화규산알루미늄(Poly Aluminum Silicate Sulfate, PASS), 그리고 유기고분자 계열인 양이온성, 음이온성 고분자 폴리머 응집제 등을 사용하여 지표수 및 각종 오폐수에 함유된 오염물질을 응집시켜서 제거하였다.
그러나, 상기에서 기술된 응집제 중에서 알루미늄을 함유하고 있는 응집제는 처리수와 슬러지에 녹아 있는 알루미늄 이온이 치매를 유발하고, 철염계 응집제는 관로를 부식시킬 정도의 독성을 지니고 있으며, 고분자 응집제의 폴리머 이온들은 발암물질이나 신경 독성물질로 분류되어 있어 응집된 슬러지를 완전히 제거하지 못할 경우 심각한 문제를 야기할 수 있다. 게다가, 종래의 응집제를 사용하여 정수 슬러지를 응집하는 경우에는, 항균성이 미약하여 반드시 염소, 자외선 등의 소독이 제공되어야 한다.
수자원의 효율적인 재이용을 위하여 빗물을 재활용하는 경우에는 일반적으로 모래 여과를 이용하지만 중금속이나 균주의 제거에는 효과적이지 못할 뿐만 아니라, 홍수, 지진, 해일 등 재난으로 인하여 전기 동력의 공급이 불가능한 지역이나 정수 약품 공급이 불가능한 지역에서도 상기의 화학/생물학적 공정을 가동할 방법이 없다.
또한, 오염 지하수 정화 공법에 사용되는 지중 투수성 반응 벽체는 오염된 지하수를 복원하기 위하여 설치하며, 주변 중금속 등으로 오염된 지하수의 경우는 지하수 흐름을 투수성 반응벽체로 이동시켜 반응물질로 채워진 지중벽체로 통과시켜 지하수의 오염물질을 변화시키거나 고정화시키는 방법으로 중금속을 처리하는데, 일반적으로 지하수의 pH가 산성인 경우가 많아 기존의 반응 재료로는 효율이 저하되기 때문에, 지중 오염 지하수의 pH에 관계없이 오염 물질을 흡착하는 재료의 개발이 요구되고 있다.
상기와 같이 응집제를 사용하여 지표수 및 각종 오폐수에 함유된 오염물질을 응집 제거하는데 따른 고질적인 문제점을 해결하기 위하여, 필터를 사용하여 정수 슬러지를 응집하거나 분리 제거하는 방법에 대한 연구개발이 진행된 바, 예를 들어 한국 공개특허공보 제2003-47756호(발명의 명칭 : 세라믹 필터 및 정수 방법)에서는 세라믹 다공체를 사용하여 원수로부터 오염물질을 분리 제거하는 방법이 개시되어 있으나, 상기와 같은 방법은 경제적으로 불리하며, 세라믹 필터에서 여과된 오염물질을 세척 제거하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 양고추냉이나무 씨앗에서 추출되어 응집, 흡착, 항균 활성이 탁월한 양이온성 펩타이드가 착화된 유무기 복합 필터층에서 유입수의 유입수의 pH에 관계없이 오염물질을 응집하여 흡착하므로 오염물질의 제거 기능이 설치 즉시 발휘되고, 처리 후 pH에도 영향을 미치지 않아서 주변 생물이나 식생 환경 등에 영향을 미치지 않으며, 수처리 후에 별도의 화학적/생물학적 처리가 요구되지 않는 친환경 바이오필터 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에서는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 양고추냉이나무 씨앗 또는 탈유(脫油) 양고추냉이나무 씨앗 케이크에서 추출된 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드가 층상 규산염 광물 입자에 착화되어 이루어진 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층을 포함하는 친환경 바이오필터 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에서는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 양고추냉이나무(Moringa Oleifera Lamarck) 씨앗 또는 탈유(脫油) 양고추냉이나무 씨앗 케이크에서 추출된 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드가 SiO2, TiO2, Al2O3, CaO, 활성탄, 규조토, 일라이트로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 다공성 재료 입자에 착화되어 이루어진 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층을 포함하는 친환경 바이오필터 장치.
또한, 본 발명에서는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 껍질이 제거되고 절단되어 이루어진 양고추냉이나무 씨앗 입자가 80∼90 ℃로 25∼35 분간 가열되어 탈유되고 건조되어 이루어진 직경 1∼3 ㎜의 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자 40∼60 중량% 및 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자 40∼60 중량%의 혼합물이 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층을 포함하는 친환경 바이오필터 장치가 제공된다.
본 발명에 의한 친환경 바이오필터 장치는 인체나 환경에 전혀 무해한 천연물질인 양고추냉이나무와 층상 규산염 광물을 사용하여 구성되므로 수생물이나 식생 환경에 영향을 미치지 않으며, 수처리 후에 별도의 화학적/생물학적 처리를 실시하지 않고 그대로 음용수로 사용할 수 있는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 친환경 바이오필터 장치는 산업폐수 및 산업용수의 연수화, 지하수, 처리된 하수와 폐수 및 빗물의 재활용, 지하수, 하천수, 계곡수, 호숫물 및 강물 등에 대한 정수 처리, 비상용 정수 장치, 아토피 환자의 목욕수 제조 장치, 폐수 처리 설비 등과 같은 다양한 용도로 광범위하게 활용할 수 있는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 친환경 바이오필터 장치는 동력이나 화학약품을 사용하지 않고 수처리를 실시하므로 유지비용이 저렴하고 경제성이 탁월하다는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 친환경 바이오필터 장치를 구성하는 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자는 지중 오염 지하수의 pH에 관계없이 오염 물질을 흡착하는 특성을 지니고 있기 때문에, 오염된 지하수를 복원하기 위하여 설치되는 지중 투수성 반응 벽체로 적합하다는 효과를 지니고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치의 단면도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치의 단면도
도 3은 본 발명의 테스트를 위하여 제작된 친환경 바이오필터 장치와 대조군의 비교 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 주입량에 따른 pH변화 차트
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 pH변화에 따른 탁도 제거능 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 pH변화에 따른 색도 제거능 그래프
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치의 단면도
도 3은 본 발명의 테스트를 위하여 제작된 친환경 바이오필터 장치와 대조군의 비교 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 주입량에 따른 pH변화 차트
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 pH변화에 따른 탁도 제거능 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 pH변화에 따른 색도 제거능 그래프
본 발명은 출원인이 동일한 선행발명인 한국 특허출원 제2009-108781호를 응용한 개량발명으로서, 인체나 환경에 유해한 물질을 사용하지 않고, 천연물질인 양고추냉이나무 씨앗에서 추출되어 응집, 흡착, 항균 활성이 탁월한 양이온성 펩타이드가 양이온 교환력이 우수한 무기재료에 함유되어 이루어진 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자로 이루어지는 유무기 복합 필터층을 포함하는 친환경 바이오필터 장치를 제공하는 것을 기술사상으로 하고 있다.
도면을 참조하여 본 발명의 친환경 바이오필터 장치의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징(10), 상기 하우징(10)의 내부에 양고추냉이나무 씨앗 또는 탈유 양고추냉이나무 씨앗 케이크에서 추출된 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드가 층상 규산염 광물 입자에 착화되어 이루어진 직경 0.5∼10 ㎜의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층(11)을 포함하되, 상기 유무기 복합 필터층에 충진되는 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자는 양이온성 펩타이드가 층상 규산염 광물 입자의 금속 양이온과 이온교환되어 형성되는 이온교환형 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자, 양이온성 펩타이드가 금속 양이온이 제거된 층상 규산염 광물 입자에 흡착되어 형성되는 흡착형 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징(10), 및 상기 하우징(10)의 내부에 양고추냉이나무(Moringa Oleifera Lamarck) 씨앗 또는 탈유(脫油) 양고추냉이나무 씨앗 케이크에서 추출된 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드가 SiO2, TiO2, Al2O3, CaO, 활성탄, 규조토, 일라이트로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 다공성(mesoporous) 재료 입자에 착화되어 이루어진 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층(11)이 포함되는 것을 특징으로 한다.
양고추냉이나무는 인도와 아프리카에서 자생하는 높이 5∼10 m의 식물로서 흰색꽃이 피고, 종자는 콩과 같은 형태로 꼬투리 내부에 7∼20 개의 씨앗이 존재한다. 양고추냉이나무는 인도와 아프리카에서 열매는 식용으로 사용되고, 꽃과 잎은 의약품으로 사용되며, 씨앗에서 추출된 유분은 고대문명에서 화장품, 의약품, 제례용 연고로서 널리 사용되었다. 상기와 같이 양고추냉이나무 씨앗에서 추출되어 응집, 흡착, 항균 활성이 탁월한 양이온성 펩타이드가 착화된 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자로 이루어진 유무기 복합 필터층에서 유입수의 중금속, 유기물, 조류, 유해 균주, 휘발성 유기화합물, 색도 및 탁도 유발 물질 등과 같은 오염물질을 효과적으로 응집하여 흡착하는 동시에 항균 활성을 제공하는 것이다.
양고추냉이나무 씨앗에서 양이온성 펩타이드를 추출하는 방법에 대하여 한 예를 들어보면, 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 식물 씨앗을 껍질을 분리하고 분쇄하여 씨앗 분말을 만드는 단계, 상기 씨앗 분말을 n-헥산에 침지한 후 교반하여 유분을 제거하는 단계, 상기 유분 제거 후 여과지로 여과하여 고형물과 상등액을 분리하는 단계, 상기 고형물에 증류수를 가한 후 교반시키고, 여과지로 여과시켜 불순물을 제거하는 단계, 상기 불순물을 제거하고 남은 여과액에 중탄산나트륨(NaHCO3)을 pH 7.5 ~ 8.5가 될 때까지 80 ~ 100℃로 가열하면서 교반하여 응집 활성 수용액을 형성하는 단계, 상기 응집 활성 수용액을 회전 진공증발기(Rotary Vacuum Evaporator)로 감압 농축한 후 동결 건조하여 건조 분말을 형성하는 단계, 및 상기 건조 분말에 증류수를 가하여 수용액화한 후 전기영동법 또는 한외여과법으로 나트륨이온을 분리하여 양이온성 펩타이드 분말을 형성하는 단계에 의거하여 양이온성 펩타이드가 제조된다.
양고추냉이나무 씨앗에서 양이온성 펩타이드를 추출하는 방법에 대하여 다른 예를 들어보면, 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 식물 씨앗을 껍질을 분리하고 분쇄하여 씨앗 분말을 만든 후 오일을 추출한 후 씨앗 케익 분말을 만드는 단계, 상기 씨앗 케익 분말을 에테르에 침지한 후 교반하여 유분을 제거하는 단계, 상기 유분 제거 후 여과지로 여과하여 고형물과 상등액을 분리하는 단계, 상기 고형물에 증류수를 가한 후 교반시키고, 여과지로 여과시켜 불순물을 제거하는 단계,
상기 불순물을 제거하고 남은 여과액에 중탄산나트륨(NaHCO3)을 pH 7.5 ~ 8.5가 될 때까지 80 ~ 100℃로 가열하면서 교반하여 응집 활성 수용액을 형성하는 단계, 상기 응집 활성 수용액을 회전 진공증발기(Rotary Vacuum Evaporator)로 감압 농축한 후 동결 건조하여 건조 분말을 형성하는 단계, 및 상기 건조 분말에 증류수를 가하여 수용액화한 후 전기영동법 또는 한외여과법으로 나트륨이온을 분리하여 양이온성 펩타이드 분말을 형성하는 단계에 의거하여 양이온성 펩타이드가 제조된다.
양고추냉이나무 씨앗에서 양이온성 펩타이드를 추출하는 방법에 대하여 또 다른 예를 들어보면, 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamark) 식물 씨앗을, 껍질을 분리하고 분쇄하여 씨앗 분말을 만드는 분말 제조 단계, 상기 씨앗 분말에 포함된 유분을 제거하는 유분 제거 단계, 상기 유분제거단계를 거쳐 수득한 분말에서 펩타이드를 추출하여 추출된 펩타이드를 수용액 내에 용출시키는 용출 단계, 상기 용출단계를 거친 수용액의 불순물을 제거하여 응집활성 수용액을 수득하는 응집활성 수용액 수득 단계, 상기 응집활성 수용액 수득단계를 거친 응집 활성 수용액에서 펩타이드만을 농축·분리하는 펩타이드 농축·분리 단계, 상기 펩타이드 농축·분리단계를 거친 농축 펩타이드 함유 용액으로부터 분말을 형성하는 분말 형성 단계에 의거하여 양이온성 펩타이드가 제조된다.
또한 본 발명은, 상기 양이온성 펩타이드 추출방법에 의해 제조되는 양이온성 펩타이드 분말이 포함될 수 있다.
상기와 같은 방법들에 의거하여 양고추냉이나무 씨앗에서 추출된 양이온성 펩타이드는 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드이며, 이러한 양이온성 펩타이드는 방비석(NaAlSi2O6·H2O), 어안석(KCa4FSi8O20·8H2O), 캐버자이트(mCa7Si26 Al14O88 ·40H2O+n(Na, K)4Ca3Si30Al10O80·4H2O), 소다비석(Na2Al2Si3O10·2H2O), 휼란다이트(CaAl2Si7O18·6H2O), 스틸바이트(CaAl2Si7O18·7H2O), 로몬나이트(CaAl2Si4O12·4H2O), 이네사이트(H2(Mn, Ca)6Si6O19·3H2O) 등의 제올라이트, 몬모릴로나이트((Na, Ca)0.33(Al, Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O), 카올리나이트(Al2Si2O5(OH)4), 백운모(K(OHF2)2Al3Si3O10), 흑운모(K(Mg, Fe)3AlSi3O10(OH)2), 금운모(KMg3(AlSi3)O10(F, OH)2) 등을 포함하는 층상 규산염 광물의 Na+, K+, Mg2 +, Ca2 + 또는 Al3 +인 금속 양이온과 용이하게 이온 교환할 수 있는 특성을 지니고 있다.
또한 상기와 같은 방법들에 의거하여 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 씨앗에서 추출된 양이온성 펩타이드는 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드이며, 이러한 양이온 펩타이드는 메조포러스 구조를 가지는 재료로 예를 들면 SiO2, TiO2, Al2O3, CaO와 같은 산화물, 활성탄, 규조토, 일라이트 등을 포함하는 다공성 재료에 용이하게 흡착되는 특성을 지니고 있다.
양고추냉이나무 씨앗에서 추출된 양이온성 펩타이드를 층상 규산염 광물 입자의 금속 양이온과 이온교환하여 이온교환형 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 형성하거나, 또는 양이온성 펩타이드를 금속 양이온이 제거된 층상 규산염 광물 입자에 흡착시켜서 흡착형 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 형성하거나, SiO2, TiO2, Al2O3, CaO, 활성탄, 규조토, 일라이트로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 다공성(mesoporous) 재료 입자에 착화시켜서 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 형성하며, 상기에서 기술된 유무기 복합체 입자를 단독으로 사용하거나 또는 혼합하여 사용한다.
예를 들면, 양이온성 펩타이드 분말을 탈이온수에 분산시켜서 양이온성 펩타이드수용액을 형성하는 단계, 층상 규산염 광물을 탈이온수에 침지하고 초음파를 인가하여 상기 층상 규산염 광물의 격자구조에 결합되어 있는 금속 양이온을 제거함으로써 금속 양이온이 제거된 층상 규산염 광물 입자를 형성하는 단계, 상기 양이온성 펩타이드수용액과 금속 양이온이 제거된 층상 규산염 광물 입자를 일정한 시간 동안 교반하여 흡착시킴으로써 펩타이드-광물 흡착물을 형성하는 단계 및 상기 펩타이드-광물 흡착물을 여과하여 수분을 제거한 후에 건조시키거나 또는 감압 냉동건조시켜서 직경 0.5∼10 ㎜의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 형성할 수 있다.
또한, 양이온성 펩타이드 분말을 탈이온수에 분산시켜서 양이온성 펩타이드수용액을 형성하는 단계, 다공성 재료를 세척하여 불순물을 제거하는 단계, 상기 양이온성 펩타이드수용액과 세척된 다공성 재료를 일정한 시간 동안 교반하여 흡착시킴으로써 펩타이드-광물 흡착물을 형성하는 단계 및 상기 펩타이드-광물 흡착물을 여과하여 수분을 제거한 후에 건조시키거나 또는 감압 냉동건조시켜서 직경 0.5∼10 ㎜의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 형성할 수 있다.
상기와 같은 직경 0.5∼10 ㎜의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자, 바람직하게는 직경 2∼5 ㎜의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 하우징의 내부에 여재로 충진되어 두께 15∼30 ㎝의 유무기 복합 필터층(11)이 형성되는 것이다.
하우징의 내부에서 유무기 복합 필터층(11)을 형성하는 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 직경이 0.5 ㎜ 미만이면 상기 유무기 복합 필터층(11)의 자체 지지력이 저하되어 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 쉽게 유실되며, 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자의 직경이 10 ㎜를 초과하면 상기 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자로 이루어지는 유무기 복합 필터층(11)의 비표면적이 감소되어 응집 흡착 및 항균 기능이 저하된다. 그런데, 직경 2∼5 ㎜의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 하우징의 내부에 여재로 충진되어 두께 15∼30 ㎝의 유무기 복합 필터층(11)이 형성되는 것이, 상기 유무기 복합 필터층(11)의 자체 지지력과 비표면적을 동시에 구비할 수 있다는 측면에서 바람직하다.
또한, 하우징(10)의 내부에서 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층(11)의 두께가 15 ㎝ 미만이면 상기 유무기 복합 필터층(11)의 응집 흡착 및 항균 기능이 충분하게 제공되지 않으며, 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층(11)의 두께가 30 ㎝를 초과하면 상기 유무기 복합 필터층(11)을 통과하는 물의 유속이 매우 감소되어 수처리 효율이 저하된다.
그리고, 상기와 같은 구성의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자는 지중 오염 지하수의 pH에 관계없이 오염 물질을 흡착하는 특성을 지니고 있기 때문에, 오염된 지하수를 복원하기 위하여 설치되는 지중 투수성 반응 벽체로 적합하다.
그런데, 상기와 같이 하우징(10)에 내재되는 유무기 복합 필터층(11)의 수명을 연장하거나 수처리 기능을 보조하기 위한 각종 필터층이 형성되는 것이 실제적으로 매우 바람직하다. 즉, 원수에 함유된 직경이 큰 이물질인 조대입자를 사전에 포촉함으로써 후속하는 필터층의 수명과 필터 장치의 역세 주기를 연장하도록 지원하는 전처리 필터층(13), 상기 전처리 필터층(13)을 투과한 유입수에 함유된 비교적 작경이 작은 이물질을 흡착하는 무기여과재 필터층(15), 유입수에 함유된 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하는 활성탄 필터층(17) 및 상기 활성탄 필터층(17)을 지지하고 활성탄이 역세로 인하여 유실되는 것을 방지하는 활성탄 지지층(19)이 형성된다. 그리고, 선택적으로 상기 유무기 복합 필터층(11)과 전처리 필터층(13) 사이에 물의 압력 증가로 인하여 발생하는 후속 필터층의 패임 현상을 방지하는 동시에 친환경 바이오필터 장치의 내부 단면 전체에서 물이 균일한 압력으로 진행하도록 유도하는 수류 유도층(21)이 추가적으로 형성될 수 있다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징에 내재된 유무기 복합 필터층의 상부에 적층되어 배치되고, 조대입자에 대한 포촉 기능이 탁월한 폴리프로필렌 등과 같은 합성섬유 재질로 이루어지는 두께 1∼30 ㎝의 전처리 필터층이 포함된다.
유입수에 함유된 직경이 큰 이물질인 조대입자는 유무기 복합 필터층(11)을 위시한 후속 필터층에 심각한 부하를 가하고, 이로 인하여 상기 후속 필터층의 수명과 필터 장치의 역세 주기를 단축시키는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 필터 교환이 용이한 섬유 재질로 이루어지는 전처리 필터층을 형성하여 유입수에 함유된 조대입자를 사전에 포촉함으로써 후속하는 필터층의 수명과 필터 장치의 역세 주기를 연장하도록 지원한다. 그런데, 천연원면 등과 같은 천연섬유는 세균이 쉽게 증식하기 때문에, 본 발명의 친환경 바이오필터 장치에서는 반드시 폴리프로필렌 등과 같은 합성섬유 재질을 사용하여 전처리 필터층(13)을 구성해야 한다. 유입수에 함유된 조대입자를 사전에 포촉하도록 합성섬유 재질로 이루어지는 전처리 필터층(13)의 두께가 두께 1 ㎝ 미만이면 상기 전처리 필터층(13)이 유입수의 조대입자를 포촉하는 기능이 저하되며, 전처리 필터층(13)의 두께가 두께 30 ㎝를 초과하면 상기 전처리 필터층(13)을 투과하는 유입수의 유속이 저하된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 상기 유무기 복합 필터층의 하부에 적층되어 모래, 석류석, 안트라사이트, 제올라이트, 화성암, 맥반석, 석류석, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 0.2∼1 ㎜의 무기여과재 입자가 충진되어 형성되는 두께 15∼100 ㎝의 무기여과재 필터층이 포함된다.
유무기 복합 필터층(11)에서 응집되어 투과된 오염물질을 완전히 흡착하도록, 응집된 상태인 오염물질을 흡착하는 기능이 탁월한 무기여과재 입자가 여재로 충진되는 무기여과재 필터층(15)이 상기 유무기 복합 필터층(11)의 하부 표면에 대면 형성된다.
구체적으로, 응집된 오염물질을 흡착하는 기능이 탁월한 직경 0.2∼1 ㎜의 무기여과재인 모래, 석류석, 안트라사이트, 제올라이트, 화성암, 맥반석, 석류석, 세라믹 볼 및 고령토 볼이 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합 사용되어 여재로 충진됨으로써 두께 15∼100 ㎝의 무기여과재 필터층(15)이 형성된다,
응집된 오염물질을 흡착하도록 무기여과재 필터층(15)을 형성하는 무기여과재의 직경이 0.2 ㎜ 미만이면 상기 무기여과재를 여재로 사용하여 형성되는 무기여과재 필터층(15)을 투과하는 유입수의 유속이 저하되며, 무기여과재 필터층(15)을 형성하는 무기여과재의 직경이 1 ㎜를 초과하면 상기 무기여과재를 여재로 사용하여 형성되는 무기여과재 필터층(15)의 응집된 오염물질을 흡착하는 기능이 저하된다. 또한, 무기여과재를 여재로 사용하여 형성되는 무기여과재 필터층(15)의 두께가 15 ㎝ 미만이면 상기 무기여과재 필터층(15)의 응집된 오염물질을 흡착하는 기능이 저하되며, 무기여과재 필터층(15)의 두께가 100 ㎝를 초과하면 상기 무기여과재 필터층(15)을 포함하는 친환경 바이오필터 장치가 필요 이상으로 대형화되고 이에 따라 친환경 바이오필터 장치의 제작비용이 크게 증가된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 상기 무기여과재 필터층의 하부에 적층되어 8∼40 mesh의 활성탄 입자가 충진되어 형성되는 두께 5∼200 ㎝의 활성탄 필터층이 포함된다.
무기여과재 필터층(15)을 통과한 유입수에 함유된 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하는 활성탄 필터층(17)이 상기 무기여과재 필터층(15)의 하부 표면에 대면 형성된다.
구체적으로, 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하는 기능이 탁월한 8∼40 mesh의 활성탄 입자가 여재로 충진됨으로써 두께 5∼200 ㎝의 활성탄 필터층(17)이 형성된다. 유입수에 함유된 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하도록 활성탄 필터층(17)을 형성하는 활성탄 입자의 크기가 8 mesh를 초과하면 상기 활성탄 필터층(17)을 통과하는 유입수의 유속이 저하되고, 활성탄 필터층(17)을 형성하는 활성탄 입자의 크기가 40 mesh 미만이면 상기 활성탄 입자를 여재로 사용하여 형성되는 활성탄 필터층(17)의 흡착 및 소위 기능이 저하된다. 또한, 활성탄 입자가 충진되어 형성되는 활성탄 필터층(17)의 두께가 5 ㎝ 미만이면 상기 활성탄 필터층(17)의 흡착 및 소취 기능이 저하되며, 활성탄 필터층(17)의 두께가 200 ㎝를 초과하면 상기 활성탄 필터층(17)을 포함하는 친환경 바이오필터 장치가 필요 이상으로 대형화될 뿐만 아니라 친환경 바이오필터 장치의 경제성이 저하된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 상기 활성탄 필터층의 하부에 적층되어 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자가 충진되어 형성되는 두께 3∼10 ㎝의 활성탄 지지층이 포함된다.
본 발명의 친환경 바이오필터 장치는 필터층을 세척할 때 하우징의 하단에서 세척수를 주입하여 역방향 즉, 상방향으로 진행시키는 역세척 방법으로 유무기 복합 필터층(11)을 비롯한 각 필터층의 세척을 실시하는데, 상기 역세척 방법으로 세척하는 과정에서 세척수에 의해 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자가 유실되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 세척에 의한 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자의 유실을 방지하기 위하여, 활성탄 필터층(17)의 하부 표면에 지지재 입자로 이루어지는 활성탄 지지층(19)이 대면 형성된다.
구체적으로, 8∼40 mesh의 활성탄 입자를 효과적으로 지지하기 위하여 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자인 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼이 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합 사용되어 충진됨으로써 두께 3∼10 ㎝의 활성탄 지지층(19)이 형성된다. 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 지지하도록 활성탄 지지층(19)을 형성하는 지지재 입자의 직경이 직경 3 ㎜ 미만이면 상기 지지재 입자를 사용하여 구성되는 활성탄 지지층(19)이 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 제대로 지지하지 못하여 활성탄 입자가 유실되기 쉽고, 지지재 입자의 직경이 직경 5 ㎜를 초과하면 상기 지지재 입자를 사용하여 구성되는 활성탄 지지층(19)에서의 물의 흐름이 불안정하게 된다. 또한, 지지재 입자가 충진되어 형성되는 활성탄 지지층(19)의 두께가 3 ㎝ 미만이면 상기 활성탄 지지층(19)이 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 지지하는 기능이 저하되며, 활성탄 지지층(19)의 두께가 10 ㎝를 초과하면 상기 활성탄 지지층(19)이 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 지지하는 기능이 더 이상 향상되지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 상기 유무기 복합 필터층과 전처리 필터층의 사이에 배치되어 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자가 충진되어 형성되는 수류 유도층이 포함될 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어지는 친환경 바이오필터 장치는 상부에서 유입수가 유입되어 중력에 의해 하방향으로 진행되면서 전처리 필터층(13), 유무기 복합 필터층(11), 무기여과재 필터층(15), 활성탄 필터층(17) 및 활성탄 지지층(19)에서 차례로 수처리되고 하우징의 외부로 배출된다. 그런데, 친환경 바이오필터 장치의 내부로 유입수가 다량으로 유입되는 경우에는, 상기 유입수의 압력 증가로 인하여 유무기 복합 필터층(11), 무기여과재 필터층(15), 및 활성탄 필터층(17)에서 패임 현상이 발생하게 될 뿐만 아니라, 친환경 바이오필터 장치의 내부 단면 전체에서 유입수가 균일한 압력으로 진행하지 않고 국부적으로 강한 수압이 발생하게 되며 이는 결국 수처리 능력의 저하와 필터층의 수명 단축으로 연결되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 항균 필터층(11)과 전처리 필터층(13) 사이에 지지재 입자가 충진되어 수류 유도층(21)이 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 유입수의 유속 증가로 인한 각 필터층의 패임 현상을 방지하고 친환경 바이오필터 장치의 내부 단면 전체에서 유입수가 균일한 압력으로 진행하도록 유도하기 위하여 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자인 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼이 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합 사용되어 충진됨으로써 두께 3∼10 ㎝의 수류 유도층(21)이 형성된다.
유입수의 유속 증가로 인한 각 필터층의 패임 현상을 방지하고 친환경 바이오필터 장치의 내부 단면 전체에서 유입수가 균일한 압력으로 진행하는 것을 유도하도록 수류 유도층(21)을 형성하는 지지재 입자의 직경이 직경 3 ㎜ 미만이면 상기 지지재 입자를 사용하여 구성되는 수류 유도층(21)을 통과하는 유입수의 유속이 지나치게 저하되며, 수류 유도층(21)을 형성하는 지지재 입자의 직경이 직경 5 ㎜를 초과하면 상기 지지재 입자를 사용하여 구성되는 수류 유도층(21)이 유입수를 균일하게 분산시키도록 유도하는 기능이 저하된다. 또한, 지지재 입자가 충진되어 형성되는 수류 유도층(21)의 두께가 3 ㎝ 미만이면 상기 수류 유도층(21)이 유입수를 균일하게 분산시도록 유도하는 기능이 부족하며, 지지재 입자가 충진되어 형성되는 수류 유도층(21)의 두께가 10 ㎝를 초과하면 상기 수류 유도층(21)이 유입수를 균일하게 분산시키도록 유도하는 효과가 더 이상 증가되지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징의 하부 일측에서 시작되어 상방향으로 진행되고, 전처리 필터층의 상부 표면과 인접한 높이에서 배수구가 형성되는 처리수 배출관이 포함된다.
하우징(10)에 내재된 전처리 필터층(13), 유무기 복합 필터층(11), 무기여과재 필터층(15), 활성탄 필터층(17) 및 활성탄 지지층(19)에서 차례로 수처리된 처리수를 상기 하우징(10) 외부로 배출하는 처리수 배출관(31)이 형성된다.
처리수를 외부로 배출하는 처리수 배출관(31)은 하우징(10)의 하부 일측에서 입수구가 시작되어 상방향으로 진행되되, 전처리 필터층(13)의 상부 표면과 인접한 높이에서 배수구가 형성되는 구조를 이룬다. 상기와 같이 처리수 배출관(31)의 배수구가 전처리 필터층(13)의 상부 표면과 인접한 높이로 형성되므로, 친환경 바이오필터 장치의 유입수의 유량이나 수처리 속도 등의 작업조건에 관계없이 하우징(10) 내부에서의 수위는 항상 처리수 배출관(31)의 배수구와 동일한 높이를 유지하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징의 하단 일측에 형성되는 역세척용 주입구, 및 상기 역세척용 주입구에 연결되어 하우징의 내부 하부로 분지되는 분지관이 포함된다.
친환경 바이오필터 장치의 각 필터층의 수처리 기능을 정상적으로 유지하고 수명을 연장하기 위해서는, 상기 각 필터층을 일정한 주기로 세척해야 한다.
본 발명에서는 하우징(10)의 하단에서 세척수를 주입하여 역방향 즉, 상방향으로 진행시키는 역세척 방법으로 각 필터층을 세척한다.
이를 위하여 하우징(10)의 하단 일측에 세척수를 주입하는 역세척용 주입구(33)가 형성되고, 상기 역세척용 주입구(33)에 연결되는 분지관(35)이 하우징(10)의 내부 하부에 형성된다. 일정한 주기로 역세척용 주입구(33)를 통하여 유입되는 세척수는 분지관(35)을 통하여 하우징의 내부 단면 전체로 균일하게 분산되고 상방향으로 진행되면서 각 필터층을 세척함으로써, 상기 각 필터층의 수처리 기능을 유지하고 수명을 연장하게 되는 것이다.
상기와 같이 구성되는 친환경 바이오필터 장치는 응집, 흡착 및 항균 활성이 탁월한 양이온성 펩타이드가 착화된 유무기 복합 필터층에서 유입수의 오염물질을 응집하여 흡착하므로 오염물질의 제거 기능이 탁월하고, 생물이나 식생 환경에 영향을 미치지 않으며, 수처리 후에 별도의 화학적/생물학적 처리가 요구되지 않는다.
상기와 같은 친환경 바이오필터 장치를 구성하는 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자는 지중 오염 지하수의 pH에 관계없이 오염 물질을 흡착하는 특성을 지니고 있기 때문에, 오염된 지하수를 복원하기 위하여 설치되는 지중 투수성 반응 벽체로 적합하다.
도면을 참조하여 본 발명의 친환경 바이오필터 장치의 다른 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징, 상기 하우징의 내부에 껍질이 제거되고 절단되어 이루어진 양고추냉이나무 씨앗 입자가 80∼90 ℃로 25∼35 분간 가열되어 탈유되고 건조되어 이루어진 직경 1∼3 ㎜의 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자 40∼60 중량% 및 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자 40∼60 중량%의 혼합물로 이루어지는 유무기 복합 필터층이 포함된다.
상기와 같이 양고추냉이나무 씨앗에서 유분이 추출된 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자, 상기 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자를 지지하고 유입수의 분산을 유도하는 지지재 입자로 이루어진 유무기 복합 필터층에서 유입수의 중금속, 유기물, 조류, 유해 균주, 휘발성 유기화합물, 색도 및 탁도 유발 물질 등과 같은 오염물질을 효과적으로 응집하여 흡착하는 동시에 항균 활성을 제공하는 것이다.
구체적으로 양고추냉이나무 씨앗의 껍질을 제거하고 일정한 크기로 절단하여 양고추냉이나무 씨앗 입자를 형성하고, 상기 양고추냉이나무 씨앗 입자를 80∼90 ℃로 25∼35 분간 가열하여 탈유하고 건조하여 직경 1∼3 ㎜의 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자를 형성한다.
탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자를 형성하기 위하여 양고추냉이나무 씨앗 입자를 가열하는 온도가 80 ℃ 미만이면 상기 양고추냉이나무 씨앗 입자가 제대로 탈유되지 않으며, 양고추냉이나무 씨앗 입자를 가열하는 온도가 90 ℃를 초과하면 상기 양고추냉이나무 씨앗 입자가 탈유되어 이루어지는 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자가 변성될 수 있다. 또한, 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자를 형성하기 위하여 양고추냉이나무 씨앗 입자를 가열하는 시간이 25 분 미만이면 상기 양고추냉이나무 씨앗 입자가 충분히 탈유되지 않으며, 양고추냉이나무 씨앗 입자를 가열하는 시간이 35 분을 초과하면 상기 양고추냉이나무 씨앗 입자이 더 이상 탈유되지 않는다. 상기와 같은 작업조건에 의하여 탈유된 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자의 직경이 1 ㎜ 미만이면 상기 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자가 수류에 의해 분산되거나 유실되기 쉽고, 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자의 직경이 3 ㎜를 초과하면 상기 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자를 포함하는 유무기 복합 필터층(23)의 비표면적이 감소되어 응집 흡착 및 항균 기능이 저하된다.
상기와 같은 직경 1∼3 ㎜의 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자 40∼60 중량%, 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼이 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상 혼합되어 사용되는 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자 40∼60 중량%가 균일하게 혼합되고, 하우징(10)의 내부에 여재로 충진되어 두께 15∼30 ㎝의 유무기 복합 필터층(23)이 형성되는 것이다.
유무기 복합 필터층(23)에서의 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자의 함량이 40 중량% 미만이면 상기 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자을 포함하는 유무기 복합 필터층(23)의 흡착 및 항균 기능이 저하되며, 유무기 복합 필터층(23)에서의 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자의 함량이 60 중량%를 초과하면 상기 유무기 복합 필터층(23)에서 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자가 수류에 의해 분산되거나 유실되기 쉽다. 또한, 하우징의 내부에서 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자와 지지재 입자의 혼합물이 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층(23)의 두께가 15 ㎝ 미만이면 상기 유무기 복합 필터층(23)의 응집 흡착 및 항균 기능이 저하되며, 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자와 지지재 입자의 혼합물이 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층(23)의 두께가 30 ㎝를 초과하면 상기 유무기 복합 필터층(23)을 통과하는 유입수의 유속이 매우 감소되어 수처리 효율이 저하된다.
그런데, 상기와 같이 하우징(23)에 내재되는 유무기 복합 필터층(11)의 수명을 연장시키거나 수처리 기능을 보조하기 위한 각종 필터층이 형성되는 것이 실제적으로 매우 바람직하다. 즉, 원수에 함유된 직경이 큰 이물질인 조대입자를 사전에 포촉함으로써 후속하는 필터층의 수명과 필터 장치의 역세 주기를 연장하도록 지원하는 전처리 필터층(13), 상기 전처리 필터층(13)을 투과한 유입수에 함유된 비교적 작경이 작은 이물질을 흡착하는 무기여과재 필터층(15), 유입수에 함유된 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하는 활성탄 필터층(17) 및 상기 활성탄 필터층(17)을 지지하고 활성탄이 역세로 인하여 유실되는 것을 방지하는 활성탄 지지층(19)이 형성된다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징에 내재된 유무기 복합 필터층의 상부에 적층되어 배치되고, 조대입자에 대한 포촉 기능이 탁월한 폴리프로필렌 등과 같은 합성섬유 재질로 이루어지는 두께 1∼30 ㎝의 전처리 필터층이 포함된다.
유입수에 함유된 직경이 큰 이물질인 조대입자는 유무기 복합 필터층(23)을 위시한 후속 필터층에 심각한 부하를 가하고, 이로 인하여 상기 필터층의 수명과 필터 장치의 역세 주기를 단축시키는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 필터 교환이 용이한 섬유 재질로 이루어지는 전처리 필터층을 형성하여 유입수에 함유된 조대입자를 사전에 포촉함으로써 후속하는 필터층의 수명과 필터 장치의 역세 주기를 연장하도록 지원한다. 그런데, 천연원면 등과 같은 천연섬유는 세균이 쉽게 증식하기 때문에, 본 발명의 친환경 바이오필터 장치에서는 반드시 폴리프로필렌 등과 같은 합성섬유 재질을 사용하여 전처리 필터층(13)을 구성해야 한다. 유입수에 함유된 조대입자를 사전에 포촉하도록 합성섬유 재질로 이루어지는 전처리 필터층(13)의 두께가 두께 1 ㎝ 미만이면 상기 전처리 필터층(13)이 유입수의 조대입자를 포촉하는 기능이 저하되며, 전처리 필터층(13)의 두께가 두께 30 ㎝를 초과하면 상기 전처리 필터층(13)을 투과하는 유입수의 유속이 저하된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 상기 유무기 복합 필터층의 하부에 적층되어 모래, 석류석, 안트라사이트, 제올라이트, 화성암, 맥반석, 석류석, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 0.2∼1 ㎜의 무기여과재 입자가 충진되어 형성되는 두께 15∼100 ㎝의 무기여과재 필터층이 포함된다.
유무기 복합 필터층(23)에서 응집되어 투과된 오염물질을 완전히 흡착하도록, 응집된 상태인 오염물질을 흡착하는 기능이 탁월한 무기여과재 입자가 여재로 충진되는 무기여과재 필터층(15)이 상기 유무기 복합 필터층(23)의 하부 표면에 대면 형성된다.
구체적으로, 응집된 오염물질을 흡착하는 기능이 탁월한 직경 0.2∼1 ㎜의 무기여과재인 모래, 석류석, 안트라사이트, 제올라이트, 화성암, 맥반석, 석류석, 세라믹 볼 및 고령토 볼이 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합 사용되어 여재로 충진됨으로써 두께 15∼100 ㎝의 무기여과재 필터층(15)이 형성된다,
응집된 오염물질을 흡착하도록 무기여과재 필터층(15)을 형성하는 무기여과재의 직경이 0.2 ㎜ 미만이면 상기 무기여과재를 여재로 사용하여 형성되는 무기여과재 필터층(15)을 투과하는 유입수의 유속이 저하되며, 무기여과재 필터층(15)을 형성하는 무기여과재의 직경이 1 ㎜를 초과하면 상기 무기여과재를 여재로 사용하여 형성되는 무기여과재 필터층(15)의 응집된 오염물질을 흡착하는 기능이 저하된다. 또한, 무기여과재를 여재로 사용하여 형성되는 무기여과재 필터층(15)의 두께가 15 ㎝ 미만이면 상기 무기여과재 필터층(15)의 응집된 오염물질을 흡착하는 기능이 저하되며, 무기여과재 필터층(15)의 두께가 100 ㎝를 초과하면 상기 무기여과재 필터층(15)을 포함하는 친환경 바이오필터 장치가 필요 이상으로 대형화되고 이에 따라 친환경 바이오필터 장치의 제작비용이 크게 증가된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 상기 무기여과재 필터층의 하부에 적층되어 8∼40 mesh의 활성탄 입자가 충진되어 형성되는 두께 5∼200 ㎝의 활성탄 필터층이 포함된다.
무기여과재 필터층(15)을 통과한 유입수에 함유된 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하는 활성탄 필터층(17)이 상기 무기여과재 필터층(15)의 하부 표면에 대면 형성된다.
구체적으로, 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하는 기능이 탁월한 8∼40 mesh의 활성탄 입자가 여재로 충진됨으로써 두께 5∼200 ㎝의 활성탄 필터층(17)이 형성된다. 유입수에 함유된 색도 및 탁도 유발 물질을 흡착하고 냄새를 소취하도록 활성탄 필터층(17)을 형성하는 활성탄 입자의 크기가 8 mesh를 초과하면 상기 활성탄 필터층(17)을 통과하는 유입수의 유속이 저하되고, 활성탄 필터층(17)을 형성하는 활성탄 입자의 크기가 40 mesh 미만이면 상기 활성탄 입자를 여재로 사용하여 형성되는 활성탄 필터층(17)의 흡착 및 소위 기능이 저하된다. 또한, 활성탄 입자가 충진되어 형성되는 활성탄 필터층(17)의 두께가 5 ㎝ 미만이면 상기 활성탄 필터층(17)의 흡착 및 소취 기능이 저하되며, 활성탄 필터층(17)의 두께가 200 ㎝를 초과하면 상기 활성탄 필터층(17)을 포함하는 친환경 바이오필터 장치가 필요 이상으로 대형화될 뿐만 아니라 친환경 바이오필터 장치을 역세척할 때 활성탄 필터층(17)의 활성탄이 유실되기 쉽다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 상기 활성탄 필터층의 하부에 적층되어 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자가 충진되어 형성되는 두께 3∼10 ㎝의 활성탄 지지층이 포함된다.
본 발명의 친환경 바이오필터 장치는 필터층을 세척할 때 하우징의 하단에서 세척수를 주입하여 역방향 즉, 상방향으로 진행시키는 역세척 방법으로 세척을 실시하는데, 상기 역세척 방법으로 세척하는 과정에서 세척수에 의해 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자가 유실되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 세첵에 의한 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자의 유실을 방지하기 위하여, 활성탄 필터층(17)의 하부 표면에 지지재 입자로 이루어지는 활성탄 지지층(19)이 대면 형성된다.
구체적으로, 8∼40 mesh의 활성탄 입자를 효과적으로 지지하기 위하여 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자인 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼이 단독으로 사용되거나 2종 이상 혼합 사용되어 충진됨으로써 두께 3∼10 ㎝의 활성탄 지지층(19)이 형성된다. 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 지지하도록 활성탄 지지층(19)을 형성하는 지지재 입자의 직경이 직경 3 ㎜ 미만이면 상기 지지재 입자를 사용하여 구성되는 활성탄 지지층(19)이 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 제대로 지지하지 못하여 활성탄 입자가 유실되기 쉽고, 지지재 입자의 직경이 직경 5 ㎜를 초과하면 상기 지지재 입자를 사용하여 구성되는 활성탄 지지층(19)에서의 물의 흐름이 불안정하게 된다. 또한, 지지재 입자가 충진되어 형성되는 활성탄 지지층(19)의 두께가 3 ㎝ 미만이면 상기 활성탄 지지층(19)이 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 지지하는 기능이 저하되며, 활성탄 지지층(19)의 두께가 10 ㎝를 초과하면 상기 활성탄 지지층(19)이 활성탄 필터층(17)의 활성탄 입자를 지지하는 기능이 더 이상 향상되지 않는다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징의 하부 일측에서 시작되어 상방향으로 진행되고, 전처리 필터층의 상부 표면과 인접한 높이에서 배수구가 형성되는 처리수 배출관이 포함된다.
원수의 체류시간을 충분하게 확보하여 오염물질을 완전히 흡착 및 제거하기 위위하여, 하우징(10)에 내재된 전처리 필터층(13), 유무기 복합 필터층(23), 무기여과재 필터층(15), 활성탄 필터층(17) 및 활성탄 지지층(19)에서 차례로 수처리된 처리수를 상기 하우징(10) 외부로 배출하는 처리수 배출관(31)이 형성된다.
처리수를 외부로 배출하는 처리수 배출관(31)은 입수구가 하우징(10)의 하부 일측에서 시작되어 상방향으로 진행되되, 전처리 필터층(13)의 상부 표면과 인접한 높이에서 배수구가 형성되는 구조를 이룬다. 처리수 배출관(31)의 배수구가 전처리 필터층(13)의 상부 표면과 인접한 높이로 형성되므로, 친환경 바이오필터 장치의 유입수의 유량이나 수처리 속도 등의 작업조건에 관계없이 하우징(10) 내부에서의 수위는 항상 처리수 배출관(31)의 배수구와 동일한 높이를 유지하게 된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 친환경 바이오필터 장치는 하우징의 하단 일측에 형성되는 역세척용 주입구, 및 상기 역세척용 주입구에 연결되어 하우징의 내부 하부로 분지되는 분지관이 포함된다.
친환경 바이오필터 장치의 각 필터층의 수처리 기능을 정상적으로 유지하고 수명을 연장하기 위해서는, 상기 각 필터층을 일정한 주기로 세척해야 한다.
본 발명에서는 하우징(10)의 하단에서 세척수를 주입하여 역방향 즉, 상방향으로 진행시키는 역세척 방법으로 유무기 복합 필터층(11)을 비롯한 각 필터층을 세척한다.
이를 위하여 하우징(10)의 하단 일측에 세척수를 주입하는 역세척용 주입구(33)가 형성되고, 상기 역세척용 주입구(33)에 연결되는 분지관(35)이 하우징(10)의 내부 하부에 형성된다. 일정한 주기로 역세척용 주입구(33)를 통하여 유입되는 세척수는 분지관(35)을 통하여 하우징의 내부 단면 전체로 균일하게 분산되고 상방향으로 진행되면서 각 필터층을 세척함으로써, 상기 각 필터층의 수처리 기능을 유지하고 수명을 연장하게 되는 것이다.
상기와 같이 구성되는 친환경 바이오필터 장치는 응집, 흡착 및 항균 활성이 탁월한 양이온성 펩타이드가 착화된 유무기 복합 필터층에서 유입수의 오염물질을 응집하여 흡착하므로 오염물질의 제거 기능이 탁월하고, 생물이나 식생 환경에 영향을 미치지 않으며, 수처리 후에 별도의 화학적/생물학적 처리가 요구되지 않으며, 필터재 전체의 교체없이 유무기 복합 필터층만 주기적으로 교환하는 방식이므로 바이오필터의 수명이 장기적이어서 경제성을 확보할 수 있다.
구체적인 실시예를 참조하여 본 발명의 친환경 바이오필터 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
1. 반응기에서 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 씨앗에서 추출된 양이온성 펩타이드 1,000 g을 탈이온수 5,000 ㎖에 용해하여 양이온성 펩타이드 수용액을 형성하고, 상기 양이온성 펩타이드 수용액에, 평균입경 50 ㎛의 제올라이트를 순수에 5회 세척함으로써 양이온성 중금속이 제거된 제올라이트 분말 2,000 g을 투입하고 24시간동안 교반하여 양고추냉이나무 유무기 복합체 조성물을 형성하였다.
2. 상기 양고추냉이나무 유무기 복합체 조성물을 부직포로 여과하여 고형물을 수득하고, 상기 고형물을 항온기에서 80 ℃로 24 시간동안 건조하여 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 수득하고 이노플락 하드(INOFLOC HARD)로 명명하였다.
3. 자테스트로 응집실험을 하기 위하여 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자인 이노플락 하드 30 g을 물 1리터에 혼합하여 응집제 원액을 형성하고, 상기 응집제 원액을 비이커에 넣고 자석 교반기에서 500 rpm으로 교반을 실시하였다. 실험 원수는 대구 이현공단 합섬섬유 염색공장에서 배출되는 오폐수를 샘플링하여 사용하였다. 원수 1 ℓ에 각각의 농도로 유무기 복합체를 넣고 교반을 실시한 후, 일정 시간동안 침전하여 주입량에 따른 pH변화, 및 염산과 수산화나트륨을 사용한 pH변화를 유도하고 이에 따른 색도, 탁도를 관찰하였다.
<대조군>
대조군으로 이노플락 하드와 동일한 농도의 알럼(Alum), 철염(FeCl2)을 응집제로 사용하였다.
<실험예 1>
자테스트기에서 각각 1000 ㎖ 비이커에 원수 500 ㎖씩 담고, 각각 이노플락 하드, 알럼(Alum), 철염(FeCl2)의 양을 증가시키면서 주입하여 150 rpm으로 2분간 급속교반을 실시하고, 40 rpm으로 20분간 완속교반을 실시하고, 30분간 침전한 후, pH변화를 관찰하고, 그 결과를 도 4에 나타낸다.
도 4에서는 알럼의 시료와 철염의 시료에서는 주입량이 증가할수록 처리수의 산성도가 증가되는 경향으로 나타나서, 처리된 물의 pH에 큰 영향을 미치므로 미생물학적 처리와 같은 추가 공정을 위하여서는 반드시 처리수의 pH 조정이 필요하다는 것으로 판단되는 반면, 이노플락 하드의 시료에서는 주입량이 증가하여도 주입 전과 후의 pH 변화가 거의 없는 것으로 나타나서, 처리수의 pH에 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.
<실험예 2>
원수의 pH 변화에 따른 색도 및 탁도 제거능을 파악하기 위하여, 동일한 원수의 pH를 변환시키면서 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 자테스트를 실시하였다. 구체적으로, 각 원수에 알럼, 철염, 이노플락의 주입량을 40 ㎎/ℓ로 고정하고, 상기 각 원수의 pH를 변환시키면서 색도와 탁도의 변화를 관찰하였으며, pH변화에 따른 탁도 제거능을 도 5에, pH변화에 따른 색도 제거능을 도 6에 나타낸다.
도 5, 6에서 알럼은 pH6∼10, 철염은 pH 7∼11에서만 활성을 지닌 것으로 ㄴ나타났지만, 이노플락 하드는 pH 4∼11까지 제거 효율이 우수한 것으로 나타나서, 이노플락은 원수의 pH에 상관없이 응집 활성을 지니는 것으로 판단된다.
1. 반응기에서 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 씨앗으로부터서 추출된 양이온성 펩타이드 1,000 g을 탈이온수 5,000 ㎖에 용해하여 양이온성 펩타이드 수용액을 형성하고, 상기 양이온성 펩타이드 수용액에 평균직경 0.5 ㎜의 제올라이트 입자 2,000 g을 투입하고 24시간동안 교반하여 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 유무기 복합체 입자를 형성하고 부직포로 여과한 후 고형물을 수득하여 이를 항온 건조기에 24시간 건조하여 유무기 복합체 분말을 수득하였다.
2. 일측에 처리수 배출관이 형성된 길이 1 m, 내경 10 ㎝의 투명 합성수지관을 수직으로 세워서 평균직경 3 ㎜의 자갈 입자를 5 ㎝ 두께로 충진하여 활성탄 지지층을 형성하고, 20 mesh의 활성탄 입자를 20 ㎝ 두께로 충진하여 활성탄 필터층을 형성하고, 평균직경 0.5 ㎜의 모래 입자를 30 ㎝ 두께로 충진하여 무기여과재 필터층을 형성하고, 상기 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 20 ㎝ 두께로 충진하여 유무기 복합 필터층을 형성하고, 두께 5 ㎝의 폴리프로필렌 재질의 합성섬유 필터를 장착하여 전처리 필터층을 형성함으로써, 도 2에서 개략적으로 도시한 바와 같은 본 발명에 의한 실험용 필터 장치를 제조하였다.
3. 상기 실험용 필터 장치의 상부에 인공폐수인 원수(합성섬유 제조공장의 염색폐수 1 중량%, 대학교 구내 연못수 99 중량%)를 50 ㎖/분의 비율로 지속적으로 주입하여 수처리 실험을 실시하였으며, 상기 주입된 원수는 중력에 의해 자연적으로 하강되면서 필터층에 의해 수처리되었다.
<대조군>
동일한 종류의 투명 합성수지관에 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자를 충진하여 유무기 복합 필터층을 형성하는 대신, 평균직경 3 ㎜의 자갈 입자를 5 ㎝ 두께로 충진하여 필터 장치를 제조하는 것 이외에는 상기 실시예 2와 동일하다.
<실험예 3>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 30분 단위로 처리수를 시료로 채취하여 탁도와 색도를 측정하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 2 | 대조군 | ||
| 탁도(NTU) | 색도(c.u.) | 탁도(NTU) | 색도(c.u.) | |
| 원수 | 32.2 | 63.6 | 28.2 | 51.4 |
| 30분 | 3.32 | 12.8 | 4.29 | 10.8 |
| 60분 | 4.2 | 6.8 | 4.13 | 11.6 |
| 90분 | 0.62 | 6.5 | 3.85 | 11.2 |
| 120분 | 1.23 | 6.5 | 3.43 | 11.6 |
| 150분 | 2.65 | 7.3 | 3.52 | 12.2 |
| 180분 | 1.1 | 6.2 | 3.45 | 12.7 |
| 210분 | 0.82 | 4.1 | 3.47 | 12.9 |
| 240분 | 0.16 | 2.5 | 3.44 | 13.3 |
| 270분 | 0.11 | 2.3 | 3.46 | 13.1 |
상기 표 1에서 실시예 2에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 탁도 및 색도를 향상시키는 기능이 탁월한 것으로 나타났다.
<실험예 4>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 60분 단위로 처리수를 시료로 채취하여 녹조 함량을 측정하고, 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 2(CFU/㎖) | 대조군(CFU/㎖ |
| 원수 | 4.7×108 | 4.7×108 |
| 60분 | 8.3×102 | 4.2×107 |
| 120분 | 2.7×102 | 3.6×105 |
| 180분 | 3.8×10 | 4.9×105 |
| 240분 | 2.1×10 | 5.7×105 |
상기 표 2에서 실시예 2에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 녹조를 제거하는 기능이 탁월한 것으로 나타났다.
<실험예 5>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 60분 단위로 처리수를 시료로 채취하여 대장균 함량을 측정하고, 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 2(CFU/㎖) | 대조군(CFU/㎖) |
| 원수 | 6.3×107 | 6.3×107 |
| 60분 | 8.8×103 | 8.9×106 |
| 120분 | 7.4×103 | 7.6×106 |
| 180분 | 8.8×103 | 9.2×105 |
| 240분 | 9.8×102 | 6.6×105 |
상기 표 3에서 실시예 2에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 대장균을 제거하는 효과가 우수한 것으로 나타났으며, 탁월한 항균 활성 기능을 지니고 있는 것으로 나타났다.
<실험예 6>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 270분에 처리수를 시료로 채취하여 화학적 산소 요구량(COD)과 유기물 농도(TOC)를 측정하고, 그 결과를 다음의 표 4에 나타내었다.
| 구 분 | 원수 | 실시예 2 | 대조군 |
| 화학적 산소 요구량(ppm) | 329.6 | 132.4 | 192 |
| 유기물 농도(ppm) | 351.9 | 154.7 | 201.7 |
상기 표 4에서 실시예 2에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 유기물을 제거하는 기능이 탁월한 것으로 나타났다.
<실험예 7>
원수가 정수 처리되어 처리수가 배수되기 시작한 후 270분에 처리수를 시료로 채취하여 중금속 함량을 측정하고, 그 결과를 다음의 표 5에 나타내었다.
| 구 분 | 원수(㎎/ℓ) | 실시예 2(㎎/ℓ) | 대조군(㎎/ℓ) |
| Al | 2.241 | 0.264 | 1.632 |
| Cr | 0.027 | 0.016 | 0.023 |
| Cu | 0.088 | 0.071 | 0.084 |
| Fe | 20.765 | 0.199 | 19.20 |
| K | 10.015 | 8.044 | 9.01 |
| Ca | 0.973 | 비검출 | 0.55 |
| Mg | 4.394 | 0.015 | 4.395 |
| Mn | 0.004 | 비검출 | 0.004 |
| Zn | 0.087 | 비검출 | 0.085 |
상기 표 5에서 실시예 1에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 중금속을 제거하는 기능이 탁월한 것으로 나타나 수처리용 바이오 필터는 물론 중금속 오염 지하수의 반응성 벽체로 사용이 가능한것으로 나타났으며, 또한 경도 유발 물질인 Ca+2, Mg+2, Fe+2, Mn+2 등의 제거 효과가 우수하여 경제적인 연수화 장치로 사용이 가능하다는 결론을 내릴 수 있었다.
결론적으로 상기 표 1 내지 5에 의하면, 본 발명의 친환경 바이오필터 장치는 산업폐수의 처리기준을 모두 충족하는 것으로 나타났으며, 이에 따라 상기 친환경 바이오필터 장치가 수처리에 실제적으로 적용 가능하다는 것으로 판단할 수 있었다.
1. 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 씨앗의 껍질을 제거하고 가정용 블랜드로 분쇄한 후 선별하여 평균입경 2 ㎜의 양고추냉이나무 씨앗 입자 0.4 ㎏을 수득하였다. 상기 양고추냉이나무 씨앗 입자 0.4 ㎏에 1 ℓ의 물을 첨가하여 90 ℃로 30 분간 가열하여 오일을 제거하고, 항온기에서 50 ℃로 12시간동안 건조한 후에 0.6 ㎏의 고령토 볼과 균질하게 혼합하여 탈유 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 씨앗 복합체를 제조하였다.
2. 일측에 처리수 배출관이 형성된 길이 1 m, 내경 30 ㎝의 투명 합성수지관을 수직으로 세워서 평균직경 3 ㎜의 자갈 입자를 5 ㎝ 두께로 충진하여 활성탄 지지층을 형성하고, 20 mesh의 활성탄 입자를 20 ㎝ 두께로 충진하여 활성탄 필터층을 형성하고, 평균직경 0.5 ㎜의 모래 입자를 30 ㎝ 두께로 충진하여 무기여과재 필터층을 형성하고, 상기 탈유 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 씨앗 복합체 입자를 20 ㎝ 두께로 충진하여 유무기 복합 필터층을 형성하고, 두께 5 ㎝의 폴리프로필렌 재질의 합성섬유 필터를 장착하여 전처리 필터층을 형성함으로써, 도 3에서 개략적으로 도시한 바와 같은 본 발명에 의한 실험용 바이오 필터 장치를 제조하였다.
3. 상기 실험용 필터 장치의 상부에 인공폐수인 원수(합성섬유 제조공장의 염색폐수 1 중량%, K 대학교 구내 연못수 99 중량%)를 50 ㎖/분의 비율로 지속적으로 주입하여 수처리 실험을 실시하였으며, 상기 주입된 원수는 중력에 의해 자연적으로 하강되면서 바이오 필터에 의해 수처리되었다.
<대조군>
동일한 종류의 투명 합성수지관에 양고추냉이나무(Moringa oleifera Lamarck) 씨앗 복합체 입자를 충진하여 유무기 복합 필터층을 형성하는 대신, 평균직경 3 ㎜의 자갈 입자를 5 ㎝ 두께로 충진하여 필터 장치를 제조하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하다.
<실험예 8>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 30분 단위로 처리수를 시료로 채취하여 탁도와 색도를 측정하고, 그 결과를 다음의 표 6에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 3 | 대조군 | ||
| 탁도(NTU) | 색도(c.u.) | 탁도(NTU) | 색도(c.u.) | |
| 원수 | 32.2 | 63.6 | 28.2 | 51.4 |
| 30분 | 2.28 | 10.07 | 4.98 | 15.4 |
| 60분 | 2.23 | 5.8 | 4.77 | 14.7 |
| 90분 | 0.62 | 4.1 | 4.33 | 13.6 |
| 120분 | 0.25 | 4.3 | 4.97 | 12.9 |
| 150분 | 0.16 | 3.6 | 4.88 | 12.1 |
| 180분 | 0.11 | 3.4 | 4.47 | 11.5 |
| 210분 | 0.82 | 3.5 | 4.12 | 11.4 |
| 240분 | 0.16 | 2.1 | 3.87 | 11.7 |
| 270분 | 0.11 | 2.3 | 3.98 | 11.0 |
상기 표 6에서 실시예 3에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 탁도 및 색도를 향상시키는 기능이 현저하게 탁월한 것으로 나타났다.
<실험예 9>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 60분 단위로 처리수를 시료로 채취하여 녹조 개체수을 측정하고, 그 결과를 다음의 표 7에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 3(CFU/㎖) | 대조군(CFU/㎖) |
| 원수 | 4.7×103 | 4.7×103 |
| 60분 | 1.4×10 | 4.5×106 |
| 120분 | 1.5×10 | 4.3×105 |
| 180분 | 1.8×10 | 3.8×105 |
| 240분 | 1.6×10 | 5.7×105 |
상기 표 7에서 실시예 3에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 녹조를 제거하는 기능이 탁월한 것으로 나타났다.
<실험예 10>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 60분 단위로 처리수를 시료로 채취하여 대장균 개체수를 측정하고, 그 결과를 다음의 표 8에 나타내었다.
| 구 분 | 실시예 3(CFU/㎖) | 대조군(CFU/㎖) |
| 원수 | 6.3×107 | 6.3×107 |
| 60분 | 1.4×102 | 6.6×106 |
| 120분 | 1.5×10 | 7.9×106 |
| 180분 | 1.3×10 | 8.5×105 |
| 240분 | 1.9×10 | 7.8×105 |
상기 표 8에서 실시예 3에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 대장균을 제거하는 효과가 우수한 것으로 나타났으며, 탁월한 항균 활성 기능을 지니고 있는 것으로 나타났다.
<실험예 11>
원수가 정수 처리되어 처리수 배출관으로 처리수가 배수되기 시작한 후 270분에 처리수를 시료로 채취하여 화학적 산소 요구량(COD)과 유기물 농도(TOC)를 측정하고, 그 결과를 다음의 표 9에 나타내었다.
| 구 분 | 원수 | 실시예 3 | 대조군 |
| 화학적 산소 요구량(ppm) | 329.6 | 146.5 | 187.7 |
| 유기물 농도(ppm) | 351.9 | 187.5 | 198.9 |
상기 표 9에서 실시예 3에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 유기물을 제거하는 기능이 탁월한 것으로 나타났다.
<실험예 12>
원수가 정수 처리되어 처리수가 배수되기 시작한 후 270분에 처리수를 시료로 채취하여 중금속 함량을 측정하고, 그 결과를 다음의 표 10에 나타내었다.
| 구 분 | 원수(㎎/ℓ) | 실시예 3(㎎/ℓ) | 대조군(㎎/ℓ) |
| Al | 2.241 | 비검출 | 1.632 |
| Cr | 0.027 | 0.011 | 0.035 |
| Cu | 0.088 | 0.022 | 0.076 |
| Fe | 20.765 | 0.087 | 17.070 |
| K | 10.015 | 9.087 | 9.162 |
| Ca | 0.973 | 비검출 | 0.783 |
| Mg | 4.394 | 비검출 | 3.980 |
| Mn | 0.004 | 비검출 | 0.002 |
| Zn | 0.087 | 비검출 | 0.166 |
상기 표 10에서 실시예 3에 의한 필터 장치가 대조군의 필터 장치에 비하여 원수의 중금속을 제거하는 기능이 탁월한 것으로 나타났으며, 이를 실시예 2에 나타난 결과와 비교한 결과 경도 유발 물질인 Ca+2, Mg+2, Fe+2, Mn+2 등의 제거 효과는 훨씬 우수하지만 COD와 TOC는 상대적으로 높게 나타나는 결과를 얻었다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 하우징 11 : 유무기 복합 필터층
13 : 전처리 필터층 15 : 무기여과재 필터층
17 : 활성탄 필터층 19 : 활성탄 지지층
21 : 수류 유도층 23 : 유무기 복합 필터층
31 : 처리수 배출관 33 : 역세척용 주입구
35 : 분지관
10 : 하우징 11 : 유무기 복합 필터층
13 : 전처리 필터층 15 : 무기여과재 필터층
17 : 활성탄 필터층 19 : 활성탄 지지층
21 : 수류 유도층 23 : 유무기 복합 필터층
31 : 처리수 배출관 33 : 역세척용 주입구
35 : 분지관
Claims (13)
- 하우징; 및
상기 하우징의 내부에 양고추냉이나무(Moringa Oleifera Lamarck) 씨앗 또는 탈유(脫油) 양고추냉이나무 씨앗 케이크에서 추출된 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드가 층상 규산염 광물 입자에 착화되어 이루어진 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층을 포함하는 친환경 바이오필터 장치. - 하우징; 및
상기 하우징의 내부에 양고추냉이나무(Moringa Oleifera Lamarck) 씨앗 또는 탈유(脫油) 양고추냉이나무 씨앗 케이크에서 추출된 글루탐산, 프롤린, 메티오닌 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 아미노산을 함유하는 양이온성 펩타이드가 SiO2, TiO2, Al2O3, CaO, 활성탄, 규조토, 일라이트로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 다공성(mesoporous) 재료 입자에 착화되어 이루어진 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층을 포함하는 친환경 바이오필터 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 유무기 복합 필터층에 충진되는 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자는 양이온성 펩타이드가 층상 규산염 광물 입자의 금속 양이온과 이온교환되어 형성되는 이온교환형 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자, 또는 양이온성 펩타이드가 금속 양이온이 제거된 층상 규산염 광물 입자에 흡착되어 형성되는 흡착형 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자인 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유무기 복합 필터층은 직경 0.5∼10 ㎜의 양고추냉이나무 유무기 복합체 입자가 충진되어 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치
- 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유무기 복합 필터층은 15∼30 ㎝의 두께를 지니도록 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치.
- 삭제
- 삭제
- 하우징;
상기 하우징의 내부에 껍질이 제거되고 절단되어 이루어진 양고추냉이나무 씨앗 입자가 가열되어 탈유되고 건조되어 이루어진 직경 1∼3 ㎜의 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자 40∼60 중량% 및 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자 40∼60 중량%의 혼합물이 충진되어 형성되는 유무기 복합 필터층을 포함하는 친환경 바이오필터 장치. - 제 8 항에 있어서, 상기 탈유 양고추냉이나무 씨앗 입자는 껍질이 제거되고 절단되어 이루어진 양고추냉이나무 씨앗 입자가 80∼90 ℃로 25∼35 분간 가열되어 탈유되고 건조되어 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 유무기 복합 필터층은 15∼30 ㎝의 두께를 지니도록 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 유무기 복합 필터층의 상부에 적층되어 합성섬유 재질로 이루어지는 두께 1∼30 ㎝의 전처리 필터층;
상기 유무기 복합 필터층의 하부에 적층되어 모래, 석류석 안트라사이트, 제올라이트, 화성암, 맥반석, 석류석, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 0.2∼1 ㎜의 무기여과재 입자가 충진되어 형성되는 두께 15∼100 ㎝의 무기여과재 필터층;
상기 무기여과재 필터층의 하부에 적층되어 8∼40 mesh의 활성탄 입자가 충진되어 형성되는 두께 5∼200 ㎝의 활성탄 필터층; 및
상기 활성탄 필터층의 하부에 적층되어 자갈 입자, 세라믹 볼, 고령토 볼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 직경 3∼5 ㎜의 지지재 입자가 충진되어 형성되는 두께 3∼10 ㎝의 활성탄 지지층이 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치. - 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하우징의 하부 일측에서 시작되어 상방향으로 진행되고, 전처리 필터층의 상부 표면과 인접한 높이에서 배수구가 형성되는 처리수 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치.
- 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하우징의 하단 일측에 형성되는 역세척용 주입구; 및
상기 역세척용 주입구에 연결되어 하우징의 내부 하부로 분지되는 분지관을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 바이오필터 장치.
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