KR101307336B1 - 자성입자 제어 시스템 및 이를 이용한 자성입자 제어방법 - Google Patents

자성입자 제어 시스템 및 이를 이용한 자성입자 제어방법 Download PDF

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이석헌
나용훈
양승헌
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Abstract

본 발명은 자성입자를 특정 영역에 위치시키는 자성입자 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 2 이상의 서로 이격되어 있는 자석들을 포함하고, 상기 자석들 사이에 자성입자를 위치시켜 자석들 간의 척력에 의해 특정 영역에 자성입자를 위치시키는 자성입자 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 2 이상의 같은 극끼리 마주하는 자석들 간의 척력에 의해 자성입자를 원하는 영역에 지속적으로 위치시킬 수 있어, 각각의 자석의 위치를 임의로 조절함으로써 자성입자를 효과적으로 제어할 수 있다.

Description

자성입자 제어 시스템 및 이를 이용한 자성입자 제어방법{A Magnetic Particle Control System and A Method for Controlling Magnetic Particle Using thereof}
본 발명은 자성입자를 특정 영역에 위치시키면서 효과적으로 제어하는 자성입자 제어 시스템에 관한 것이다.
하폐수를 정화하거나 해수를 담수화하는 수처리 공정에 있어서, 최근 막 여과를 이용한 막분리 공정이 주목을 받고 있다. 막분리 공정은 물리적 기작에 의해 오염원수(Feed) 속의 오염물질과 순수한 물(Purified Water)을 분리하는 방법이다. 그 중 정삼투압(Forward Osmosis)를 이용한 공정은 타 막분리 공정과 비교하였을 때, 에너지 소모를 최소화 할 수 있는 장점이 있기에 최근 연구가 활발히 진행되고 있다.
정삼투 막분리 공정의 경우, 오염 원수(Feed) 속의 오염물질과 순수한 물(Purified Water)을 분리하기 위해 오염 원수(Feed)보다 더욱 높은 농도의 유도용액(Draw Solution)을 사용하여 삼투압을 발생시키게 된다. 이러한 정삼투압에 의해 순수한 물(Purified Water)은 유도용액(Draw Solution)과 합쳐지게 되며, 유도용액(Draw Solution)으로는 주로 NaCl 이 활용되어진다. 또한, 유도용액(Draw Solution)과 순수한 물(Purified Water)을 재분리하기 위한 장치가 설치되며, 주로 역삼투(Reverse Osmosis) 공정이 활용되어진다.
따라서, 유도용액(Draw Solution)과 순수한 물(Purified Water)를 분리하기 위한 장치 설치 및 운전에 따른 경제성 및 에너지 효율 저하 문제가 발생하게 되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 순수한 물(Purified Water)을 끌어들이는 성질을 갖고 있는 자성 삼투유발 입자(Magnetic osmotic-induced particle)를 혼합한 유도용액(Draw Solution)과 자성 삼투유발 입자(Magnetic osmotic-induced particle)를 끌어당길 수 있는 자성 유발 장치(Magnetic Device)의 사용을 통해 타 분리공정 대비 높은 경제적 효율성 확보 및 에너지 소모를 최소화 할 수 있다.
하지만, 정삼투 공정에서 순수한 물(Purified Water)을 끌어들이는 성질을 갖고 있는 자성 삼투유발 입자(Magnetic osmotic-induced particle)를 유도용질로 포함하는 유도용액을 사용할 경우, 자성 삼투유발 입자의 상기와 같은 성질에 의해 분리막의 표면에 달라붙게 된다. 이러한 현상은 유도용액(Draw Solution)에 의한 막 오염 현상을 유발하게 되며, 이로 인해 정삼투 공정에서 투과속도(Flux)가 짧은 시간 내에 급격히 낮아지는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 자성입자를 원하는 영역에 지속적으로 위치시킬 수 있는 장치 및 이를 이용하여 자성입자를 효과적으로 제어할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 자성 입자들을 유도용질로 포함하는 유도용액을 사용하는 경우, 상기 유도용질인 자성입자들이 분리막의 표면에 달라붙어 막 오염을 유발하는 것으로 방지하고, 이로써 정삼투식 수처리 시스템의 플럭스(flux)를 일정 수준 이상으로 오랜 시간 동안 유지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 자성입자를 특정 위치에 위치시키는 자성입자 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 2 이상의 서로 이격되어 있는 자석들을 포함하고, 상기 자석들 사이에 자성입자를 위치시켜 자석들 간의 척력에 의해 특정 영역에 자성입자를 위치시키는 자성입자 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 자석은 자성을 띠는 것으로서, 서로 같은 극 끼리 마주하였을때 서로 척력, 즉 반발력이 작용하는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예를 들면 영구자석 또는 전자석일 수 있다.
본 발명에서 상기 자성입자는 특별히 입자 크기가 한정되는 것은 아니며, 자성나노입자(magnetic nano particle)와 같이 나노 사이즈이거나 마이크로 사이즈의 입자 등 어떠한 크기의 자성입자라도 무방하다.
본 발명의 다른 양태는 상기의 자성입자 제어 시스템에 의해 자성입자를 특정 영역에 일정 시간 동안 위치시키는 자성입자 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 분리막에 의해 유입수측 및 유도용액측으로 구분되는 정삼투 모듈을 포함하고, 자성입자를 삼투 유발 용질로서 포함하는 유도용액을 이용하는 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 정삼투 모듈의 유입수측의 일 영역에 제 1 자석이 위치하고, 상기 정삼투 모듈의 유도용액측의 일 영역에 제 2 자석이 위치하고, 상기 제 1 자석과 상기 정삼투 모듈의 분리막 사이의 간격이 상기 제 2 자석과 상기 정삼투 모듈의 분리막 사이의 간격보다 크며, 상기 제 1 자석 및 제 2 자석 간의 척력에 의해 유도용액 내의 자성입자가 상기 분리막으로부터 이격되어 위치하도록 하는 정삼투식 수처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 제 1 자석은 자성을 띠는 것으로서, 서로 같은 극 끼리 마주하였을때 서로 척력, 즉 반발력이 작용하는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예를 들면 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 제 1 자석의 위치는 특정되어 있는 것은 아니어서, 정삼투 모듈의 유입수측의 일 영역에 위치할 수 있으나, 바람직하게는 정삼투 모듈의 유입수측의 외부의 일 영역에 위치할 수 있다. 이는 정삼투 모듈의 유입수측에 유입되는 원수의 오염 정도에 따라 상기 제 1 자석의 위치를 조절할 필요가 있는데, 상기 제 1 자석이 정삼투 모듈의 유입수측의 내부에 위치할 경우 제 1 자석의 위치 조절이 용이하지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 제 2 자석은 자성을 띠는 것으로서, 서로 같은 극 끼리 마주하였을 때 서로 척력, 즉 반발력이 작용하는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예를 들면 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 제 2 자석의 위치는 특정되어 있는 것은 아니어서, 정삼투 모듈의 유도용액측의 일 영역에 위치할 수 있으나, 바람직하게는 정삼투 모듈의 유도용액측의 내부의 일 영역에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 자성입자는 특별히 입자 크기가 한정되는 것은 아니며, 자성나노입자(magnetic nano particle)와 같이 나노 사이즈이거나 마이크로 사이즈의 입자 등 어떠한 크기의 자성입자라도 무방하다.
본 발명의 또 다른 양태는 상기 정삼투식 수처리 시스템을 이용하여 분리막으로부터 자성입자가 일정시간 동안 이격되도록 하여 일정 수준 이상의 flux가 지속되도록 하는 정삼투식 수처리 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 2 이상의 같은 극끼리 마주하는 자석들 간의 척력에 의해 자성입자를 원하는 영역에 지속적으로 위치시킬 수 있어, 각각의 자석의 위치를 임의로 조절함으로써 자성입자를 효과적으로 제어할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 의하면, 자성 입자들을 유도용질로 사용하는 경우, 상기 유도용질인 자성입자들이 분리막의 표면에 달라붙어 막 오염을 유발하는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 결과적으로 정삼투식 수처리 시스템의 플럭스(flux)를 일정 수준 이상으로 오랜 시간 동안 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투식 수처리 시스템의 구성도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 자성입자를 특정 위치에 위치시키는 자성입자 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 2 이상의 서로 이격되어 있는 자석들을 포함하고, 상기 자석들 사이에 자성입자를 위치시켜 자석들 간의 척력에 의해 특정 영역에 자성입자를 위치시키는 자성입자 제어 시스템에 관한 것이다. 2 이상의 자석들이 서로 같은 극끼리 마주하도록 위치시키면, 각각의 자석은 서로 척력이 작용하게 되며, 상기 자석들 사이에 한 개 또는 두 개 이상의 자성입자들을 위치시키면, 상기 자성입자들은 각각의 자석으로부터 척력을 받게 되어 상기 자석들 사이의 일정 영역에 위치하게 되고, 상기 자석들의 척력이 계속적으로 작용하는 한 상기 자성입자는 일정 영역에 위치하는 상태를 계속적으로 유지하게 된다.
또한, 상기 자성입자의 위치는 상기 자석들의 위치를 변경함으로써 변경할 수 있다. 특히 자석들의 위치를 변경한 결과, 상기 자성입자로부터 상기 각각의 자석에 대한 거리가 동일하지 않게 되는 경우에는, 상기 자성입자로부터 상대적으로 더 가까운 곳에 위치한 자석 쪽으로 자성입자가 더욱 더 당겨지게되어, 상기 자성입자는 자석의 위치 이동에 의해 가까워진 위치에 더하여 상기 상대적으로 가까운 곳에 위치한 자석쪽으로 더욱 더 이동하여 위치하게 된다. 이는 상기 자성입자가 같은 극성을 띠는 자석들간의 척력에 의해 자석들 사이의 일정영역에 위치하는 동시에 자성입자로부터 상대적으로 가까운 곳에 위치한 자석은 다른 자석들에 비해 자성입자에 상대적으로 더 큰 인력을 작용하기 때문이다.
본 발명에 따른 자성입자 제어 시스템은 자성입자의 제어를 요하는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들면, 자성입자를 유도용질로 포함하는 유도용액을 이용하는 정삼투식 수처리 분야에서 유도용질인 자성입자들의 위치를 제어하는데 적용될 수 있으며, 자성입자를 이용하여 세포 또는 병변 부위에만 빠른 시간 내에 정확하게 약물이 전달되어 타겟 세포 또는 조직만을 치료 또는 파괴하는 표적 지향형 접근 방식이 요구되는 세포 영상 및 생체 의학 분야 등에도 적용될 수 있다.
본 발명에서 상기 자석은 자성을 띠는 것으로서, 서로 같은 극 끼리 마주하였을때 서로 척력, 즉 반발력이 작용하는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예를 들면 영구자석 또는 전자석일 수 있다.
본 발명에서 상기 자성입자는 일반적으로 산화철(Fe2O3, Fe3O4), Ferrite(Fe3O4에서 Fe 하나가 다른 자성관련 원자로 바뀐 형태, ex: CoFe2O4, MnFe2O4)), 합금(자성원자들로 인해 나타나는 산화문제, 전도성 및 안정성을 높이기 위해 귀금속과 합금 시킨것, ex: FePt, CoPt 등), 자성입자의 분산성 및 친수성을 향상시키기 위해 산화철 입자에 친수성 물질을 코팅한 코어-쉘(core-shell) 구조의 자성입자(ex: Fe3O4에 Citrate를 코팅한 코어-쉘 구조의 자성 입자) 등이 될 수 있으며, 본 발명에서는 자성입자의 종류가 특별히 한정되지 않고, 어떠한 자성입자라도 무방하다. 또한, 본 발명에서 상기 자성입자는 특별히 입자 크기가 한정되는 것은 아니며, 자성나노입자(magnetic nano particle)와 같이 나노 사이즈이거나 마이크로 사이즈의 입자 등 어떠한 크기의 자성입자라도 무방하다.
본 발명의 다른 양태는 상기의 자성입자 제어 시스템에 의해 자성입자를 특정 영역에 일정 시간 동안 위치시키는 자성입자 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 분리막에 의해 유입수측 및 유도용액측으로 구분되는 정삼투 모듈을 포함하고, 자성입자를 삼투 유발 용질로서 포함하는 유도용액을 이용하는 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 정삼투 모듈의 유입수측의 일 영역에 제 1 자석이 위치하고, 상기 정삼투 모듈의 유도용액측의 일 영역에 제 2 자석이 위치하고, 상기 제 1 자석과 상기 정삼투 모듈의 분리막 사이의 간격이 상기 제 2 자석과 상기 정삼투 모듈의 분리막 사이의 간격보다 크며, 상기 제 1 자석 및 제 2 자석 간의 척력에 의해 유도용액 내의 자성입자가 상기 분리막으로부터 이격되어 위치하도록 하는 정삼투식 수처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템은 정삼투 모듈의 유입수측의 일 영역에 제 1 자석이 위치하고, 유도용액측의 일 영역에는 제 2 자석이 위치하고 있어, 상기 제 1 자석 및 제 2 자석 간의 척력이 유도용질인 자성입자에 작용하여, 상기 자성입자를 일정 영역에 지속적으로 위치하도록 한다. 하지만, 정삼투 모듈의 분리막과 상기 제 1 자석간의 간격이 분리막과 상기 제 2 자석간의 간격과 동일할 경우에는 유도용질인 자성입자들은 정삼투 모듈의 분리막에 위치하게 되므로, 유도용질인 자성입자들이 분리막의 표면에 붙어 유입수측으로부터의 물의 유입을 방해하게 되어 정삼투식 수처리 시스템의 플럭스(flux)를 현저히 떨어뜨리게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 정삼투 모듈의 분리막으로부터 상기 제 1 자석 및 제 2 자석 각각에 대한 간격을 상이하게 할 필요가 있으며, 특히 유도용질인 자성입자들을 분리막의 표면으로부터 유도용액측 방향으로 이격시키기 위해서는 분리막과 상기 제 1 자석간의 간격이 분리막과 상기 제 2 자석간의 간격 보다 커야한다. 즉, 분리막과 제 2 자석간의 거리가 상대적으로 더 가까우므로, 상기 제 1 자석과 제 2 자석 사이에 위치한 유도용질인 자성입자들은 상대적으로 가까운 제 2 자석의 인력의 영향을 더 받게 되어 상기 제 2 자석의 방향으로 좀 더 위치 이동을 하게 되고, 이로써 유도용질인 자성입자들은 분리막의 표면으로부터 유도용액측의 방향으로 지속적으로 이격되어 위치하게 된다. 유도용질인 자성입자들이 분리막의 표면으로부터 지속적으로 이격되게 되면 자성입자들이 분리막의 표면에 붙어 유입수측으로부터의 물의 이동을 저해하게 되는 종래의 문제점을 해결할 수 있어, 정삼투식 수처리 시스템의 플럭스(flux)가 일정 수준 이상에서 지속적으로 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 유입수측은 외부의 오염 원수가 정삼투 모듈로 유입되는 공간에 해당하며, 상기 유도용액측은 삼투압을 유발하기 위한 유도용액이 상기 정삼투 모듈로 유입되는 공간에 해당하고, 상기 분리막은 정삼투식 수처리 시스템에 사용되는 막(membrane)으로서, 정삼투식 수처리 시스템에 있어서 분리막은 막을 통해 유입수측으로부터 유도용액측으로 물의 유입이 잘 되게 할 필요가 있으므로, 상기 분리막은 삼투방향으로의 높은 수투과성을 가지는 친수성 막을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 일반적으로 정삼투 모듈에 사용되는 분리막은 CA(cellulose acetate)막과 PA(Polyamide)막 또는 TFC(thin film composite) 재질로 이루어져 있으며, 염(salt)을 배제하는 활성층 막과 활성층 막을 지지하는 지지층으로 구성된다. 정삼투 모듈에 사용되는 분리막으로 현재 상용화되어 사용되고 있는 것으로는 미국의 Hydration Technology Inc. (HTI)에 의해 개발된 CTA(cellulose triacetate) 재질의 분리막이 대표적이다.
상기 유도용액은 정삼투 모듈의 유입수측의 오염 원수 보다 높은 삼투압을 발생시켜, 상기 정삼투 모듈의 분리막을 경계로 삼투압 차를 유발하여 상대적으로 낮은 삼투압의 유입수측으로부터 더 높은 삼투압을 가지는 유도용액측으로 물이 이동하도록 하는 것으로, 특히 본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템은 상기 유도용액의 유도용질이 자성입자인 것이 특징이다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 제 1 자석은 자성을 띠는 것으로서, 서로 같은 극 끼리 마주하였을때 서로 척력, 즉 반발력이 작용하는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예를 들면 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 제 1 자석의 위치는 특정되어 있는 것은 아니어서, 정삼투 모듈의 유입수측의 일 영역에 위치할 수 있으나, 바람직하게는 정삼투 모듈의 유입수측의 외부의 일 영역에 위치할 수 있다. 이는 정삼투 모듈의 유입수측에 유입되는 원수의 오염 정도에 따라 상기 제 1 자석의 위치를 조절할 필요가 있는데, 상기 제 1 자석이 정삼투 모듈의 유입수측의 내부에 위치할 경우 제 1 자석의 위치 조절이 용이하지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 제 2 자석은 자성을 띠는 것으로서, 서로 같은 극 끼리 마주하였을 때 서로 척력, 즉 반발력이 작용하는 것이라면 어떠한 것이라도 무방하며, 예를 들면 영구자석 또는 전자석일 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 제 2 자석의 위치는 특정되어 있는 것은 아니어서, 정삼투 모듈의 유도용액측의 일 영역에 위치할 수 있으나, 바람직하게는 정삼투 모듈의 유도용액측의 내부의 일 영역에 위치할 수 있다. 이는 상기 제 2 자석을 정삼투 모듈의 유동용액측의 외부의 일 영역에 위치시킬 경우에는 정삼투 모듈이 일 종의 장벽으로 작용하여 상기 제 2 자석에서 발생하는 자성의 영향력이 감소하게 되어 유도용질인 자성입자에 작용하는 인력이 약해지게 되고, 결과적으로 자성입자를 분리막으로부터 이격시키는 효과가 떨어질 수 있기 때문이다. 또한, 상기 제 2 자석을 정삼투 모듈의 유도용액측의 내부에 위치시킬 경우, 유도용질인 자성입자들을 가능한한 분리막의 주변에 근접하여 이격시킬 수 있어 자성입자들의 삼투압 유발 효과를 극대화할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템에 있어서, 상기 자성입자는 특별히 입자 크기가 한정되는 것은 아니며, 자성나노입자(magnetic nano particle)와 같이 나노 사이즈이거나 마이크로 사이즈의 입자 등 어떠한 크기의 자성입자라도 무방하다.
본 발명의 또 다른 양태는 상기 정삼투식 수처리 시스템을 이용하여 분리막으로부터 자성입자가 일정시간 동안 이격되도록 하여 일정 수준 이상의 플럭스(flux)가 지속되도록 하는 정삼투식 수처리 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
이하에서는 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
본 발명에 따른 일 실시예를 도면을 통해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투식 수처리 시스템의 구성도를 나타낸 것이다.
도 1에 의하면, 본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템은 정삼투 모듈(100), 원수 탱크(200), 유도용액 분리장치(300)로 구성되어 있으며, 상기 정삼투 모듈(100)은 원수가 외부로부터 유입되는 유입수측(110), 유도용액이 외부로부터 유입되는 유도용액측(120) 및 정삼투용 분리막(130)으로 구성되어 있다.
도 1에 의하면, 제 1 자석(111)은 정삼투 모듈(100)의 유입수측(110)의 외부면에 부착되어 있고, 제 2 자석(121)은 정삼투 모듈(100)의 유도용액측(120)의 내부면에 부착되어 있어, 상기 제 1 자석(111)과 정삼투용 분리막(130) 간의 간격은 상기 제 2 자석(121)과 정삼투용 분리막(130) 간의 간격보다 큰 것이 특징이다.
도 1에 나타난 구성도를 통해 본 발명에 따른 정삼투식 수처리 시스템의 운전 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 원수 탱크(200)에 있는 오염 원수가 원수 유입관(210)을 통해 정삼투 모듈(100)의 유입수측(110)으로 유입되고, 이와 동시에 유도용액 분리장치(300)로부터 자성입자를 유도용질로 포함하는 유도용액이 유도용액 유입관(310)을 통해 정삼투 모듈(100)의 유도용액측(120)으로 유입된다.
정삼투 모듈(100)에 상기 오염 원수 및 유도용액이 유입되면, 유입 원수 보다 상대적으로 삼투압이 높은 유도용액 쪽으로 상기 유입 원수 내의 물이 정삼투용 분리막(130)을 통과하여 유도용액측(120)으로 유입되게 된다. 이때, 유도용액 속에 포함되어 있는 유도용질인 자성입자에 서로 같은 극끼리 마주하고 있는 제 1 자석(111) 및 제 2 자석(121) 간의 척력이 작용하고, 이와 동시에 정삼투 모듈(100)의 유도용액측(120)의 내부면에 위치하고 있어 상기 제 1 자석(111)에 비해 분리막에 보다 더 가까이 위치한 제 2 자석(121)의 인력이 제 1 자석(111)의 인력 보다 유도용질인 자성입자들에게 더 강하게 작용하므로, 정삼투 모듈(100)의 유도용액내의 자성입자들은 정삼투용 분리막(130)으로부터 제 2 자석(121) 방향으로 이격되어 위치하게 되며, 이로써 본 발명의 실시예에 따른 정삼투식 수처리 시스템은 정삼투 모듈(100)의 정삼투용 분리막(130)에 유도용질인 자성입자들이 달라붙지 않으므로, 일정 수준 이상의 플럭스(flux)를 유지할 수 있게 된다.
상기 정삼투 모듈(100)의 유입수측(110)을 통과하면서 오염 원수는 농축된 상태로 원수 배출관(220)을 통해 원수 탱크로 이동하게 되며, 상기 유도용액측(120)을 통과하면서 유입되는 물에 의해 묽어진 유도용액은 유도용액 배출관(320)을 통하여 유도용액 분리장치(300)로 유입되고, 유도용액 분리장치(300)에서는 유입된 상기 유도용액으로부터 깨끗한 물을 분리하여 처리수 배출관(330)을 통해 외부로 이동시키고, 다시 농축된 유도용액은 유도용액 유입관(310)을 통해 다시 정삼투 모듈(100)의 유도용액측(120)으로 순환한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정삼투식 수처리 시스템의 플럭스(flux) 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2와 같은 실험 결과를 얻기 위하여 다음과 같은 방법으로 실험을 실시하였다.
실험예 - Flux 변화 측정
먼저, 원수 탱크에 DI 용액을 주입하고, 유도용액 탱크(본 실험에서는 정삼투 모듈의 flux 변화를 측정하는데 초점을 두고 있으므로, 유도용액 분리장치 대신 유도용액 탱크를 사용하였다)에 자성나노입자(Citrate가 코팅된 Fe3O4 자성 입자를 사용하였다)와 DI 용액이 혼합되어 있는 유도용액을 주입하였다. 상기 자성나노입자의 함량은 2 ml로 하여 실험하였다.
다음으로, 유입수측 cell과 유도용액측 cell을 서로 결합하고, 상기 유입수측 cell과 유도용액측 cell 사이에는 정삼투용 분리을 설치하였다. 상기 정삼투용 분리막으로는 HTI 사의 CTA(cellulose triacetate) 분리막을 사용하였다.
그런 다음, 유입수측에 원수 유입관 및 원수 배출관을 연결하고, 유도용액측에 유도용액 유입관 및 유도용액 배출관을 연결하였다.
다음으로, 제 1 자석(영구자석) 및 제 2 자석(영구자석)이 서로 같은 극끼리 마주하도록 유입수측의 외부면에 제 1 자석을 부착하여 설치하고, 유도용액측의 내부면에 제 2 자석을 부착하여 설치하여, 상기 제 1 자석 및 제 2 자석 사이에 서로 척력이 작용하도록 하였다.
다음으로, 원수 탱크에 들어있는 DI 용액과 유도용액 탱크에 들어있는 자성나노입자와 DI 용액이 혼합되어 있는 유도용액을 원수 유입관과 유도용액 유입관을 통해 각각 정삼투 모듈의 유입수측과 유도용액측으로 유입시켰다.
그런 다음, 정삼투 모듈의 유입수측에 유입된 DI 용액과 유도용액측으로 유입된 자성나노입자와 DI 용액이 혼합되어 있는 유도용액을 각각 원수 배출관과 유도용액 배출관을 통해 원수탱크 및 유도용액 탱크로 배출시켰다.
유입수측의 외부면에 위치한 제 1 자석의 위치를 조절하여 정삼투 모듈의 유도용액측을 순환하고 있는 자성나노입자와 DI 용액이 혼합되어 있는 유도용액에 의해 발생하는 막 오염 현상이 발생하지 않도록 효과적으로 제어하였다.
정삼투 모듈의 유도용액측과 원수탱크를 순환하고 있는 DI 용액은 유도용액측과 유도용액 탱크를 순환하고 있는 자성나노입자와 DI 용액이 혼합되어 있는 유도용액에 의해 발생한 삼투압에 의해 정삼투용 분리막을 투과하여 유도용액측으로 이동하며, 이때 투과되는 Flux를 측정하였다.
비교예 : 바탕실험
상기 본 발명에 따른 실시예의 실험과 비교 대상이 되는 바탕실험은 자성나노입자(Citrate가 코팅된 Fe3O4 자성 입자를 사용하였다)를 2ml 함유하되, 제 1 자석 및 제 2 자석을 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실험예와 동일한 조건으로 실험을 진행하였다.
도 2에 나타난 결과에 의하면, 본 발명에 따른 실시예의 경우 자석을 사용하지 않은 바탕실험(비교예)에 비해 초기 시작 시점의 Flux 차이가 현저함을 확인할 수 있다. 즉, 같은 함량의 자성나노입자를 사용하더라도 본 발명에 따른 실시예의 실험결과의 경우 초기 시작 시점의 Flux는 15 LMH이고, 이와 대조되는 바탕실험의 초기 시작 시점의 Flux는 9 LMH로 나타나, 본 발명에 따른 실시예에 의할 경우 정삼투 수처리 시스템의 운전 시작 시점부터 유도용질이 분리막에 달라붙는 현상을 효과적으로 억제함을 알 수 있다.
또한, 도 2의 결과에 의하면, 정삼투 수처리 시스템의 운전 후반부로 갈수록 본 발명에 따른 실시예의 경우 5 LMH 의 Flux를 유지하고 있으며, 이와 대조되는 바탕실험은 Flux가 2 LMH 인 것을 확인할 수 있어, 상당 시간이 경과한 후에도 본 발명에 의할 경우 그렇지 않은 경우 보다 2.5 배 높은 Flux를 유지함을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의할 경우 자성입자를 효과적으로 제어할 수 있으며, 특히 상기 실시예에서 나타난 바와 같이, 정삼투식 수처리 시스템에 있어서는 유도용질인 자성입자가 분리막의 표면에 달라붙는 것을 운전 시작 시점부터 효과적으로 억제할 수 있어 일정 수준 이상의 정수 속도, 즉 플럭스(flux)를 오랜 시간 동안 유지할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 정삼투 모듈 110 : 유입수측
120 : 유도용액측 130 : 정삼투용 분리막
111 : 제 1 자석 121 : 제 2 자석
200 : 원수 탱크 210 : 원수 유입관
220 : 원수 배출관 300 : 유도용액 분리장치
310 : 유도용액 유입관 320 : 유도용액 배출관
330 : 처리수 배출관

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 분리막에 의해 유입수측 및 유도용액측으로 구분되는 정삼투 모듈을 포함하고, 자성입자를 삼투 유발 용질로서 포함하는 유도용액을 이용하는 정삼투식 수처리 시스템에 있어서,
    상기 정삼투 모듈의 유입수측의 일 영역에 제 1 자석이 위치하고,
    상기 정삼투 모듈의 유도용액측의 일 영역에 제 2 자석이 위치하고,
    상기 제 1 자석과 상기 정삼투 모듈의 분리막 사이의 간격이 상기 제 2 자석과 상기 정삼투 모듈의 분리막 사이의 간격보다 크며,
    상기 제 1 자석 및 제 2 자석 간의 척력에 의해 유도용액 내의 자성입자가 상기 분리막으로부터 이격되어 위치하도록 하는 정삼투식 수처리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 자석은 영구자석 또는 전자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정삼투식 수처리 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 자석은 영구자석 또는 전자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 정삼투식 수처리 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 자석은 정삼투 모듈의 유입수측의 외부의 일 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 정삼투식 수처리 시스템.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 자석은 정삼투 모듈의 유도용액측의 내부의 일 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 정삼투식 수처리 시스템.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 자성입자는 자성나노입자(magnetic nano particle)인 것을 특징으로 하는 정삼투식 수처리 시스템.
  11. 제 5항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 시스템을 이용하여 분리막으로부터 자성입자가 일정시간 동안 이격되도록 하여 일정 수준 이상의 flux가 지속되도록 하는 정삼투식 수처리 시스템의 제어방법.
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