KR101516987B1 - 옹기 필터를 이용한 무전원 정수장치 - Google Patents

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김진호
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한국세라믹기술원
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Abstract

본 발명은, 물을 정수하기 위한 전원이 필요없는 정수장치로서, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하는 저장조와, 상기 저장조 하부에 위치되고 불순물을 걸러내고 물이 통과할 있는 다수의 열린 기공(open pore)을 갖는 돔형, 반구형, 항아리형 또는 깔때기형의 다공성 옹기 필터와, 상기 저장조 하부에 구비되고 상기 옹기 필터의 내측 하부에 위치된 배수구를 통해 상기 옹기 필터를 통과한 정수된 물이 유입되어 저장되는 공간을 제공하는 보관조와, 상기 보관조의 하부 또는 측면에 연결되고 상기 보관조에 저장된 정수된 물을 외부로 배출하기 위한 배출관을 포함하며, 상기 옹기 필터에 구비된 열린 기공을 통해 물에 함유된 불순물을 걸러내어 정수하는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 물을 정수하기 위한 전원이 필요없고, 교환 기간이 길어 오래 사용할 수 있으며, 교체 비용이 적게 들고, 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있으며, 천연원료인 옹기를 이용하므로 친환경적이고, 제작 비용이 적게 들며, 이동이 간편하다.

Description

옹기 필터를 이용한 무전원 정수장치{Water purification apparatus using pottery filter}
본 발명은 전원이 필요없는 정수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교환 기간이 길어 오래 사용할 수 있고, 교체 비용이 적게 들며, 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있고, 천연원료인 옹기를 이용하므로 친환경적이며, 제작 비용이 적게 들고, 이동이 간편한 무전원 정수장치에 관한 것이다.
지구온난화와 급격한 인구증가로 전 세계적으로 물 부족이라는 심각한 문제가 발생하고 있으며, 특히 개발도상국 등의 급격한 성장에 따른 물 수요 증가로 물 부족이 심화되고 있다.
아시아 국가들은 인구분포(59%)에 비하여 가용 수자원량(35%)이 적고, 수자원 공급이나 위생시설 측면에서도 상대적으로 낙후되어 물 스트레스가 심한 것으로 조사되었다.
저 개발국가의 경우, 정수기는 가격이 높고 전력부족으로 도입에 어려움이 있다. 따라서, 점토, 규석과 같은 천연 원료를 이용한 정수시스템의 개발로 물부족 지역 주민에게 식수 제공이 요구되고 있다.
그러나, 정수기의 핵심 부품인 필터의 경우 사용 시간에 따라 성능저하로 교체가 필요하며, 해당국가에서 출토되는 천연원료를 이용한 저가의 필터 제조기술을 전수하여 지속적인 사용이 가능하도록 지원할 필요가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0872340호는 보조 역삼투막 필터를 포함하는 정수장치를 제시하고 있다. 그러나, 대한민국 등록특허공보 제10-0872340호에서 제시하는 정수장치는 전처리 필터, 역삼투막 필터 및 보조 역삼투막 필터 등이 필요하며, 이러한 필터들은 구입하기가 쉽지 않고, 자주 교체하여야 하는 번거로움이 있으며, 교체 비용이 많이 들고, 일반 사용자가 직접 교체하기에는 어려움이 따르는 등의 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0872340호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 교환 기간이 길어 오래 사용할 수 있고, 교체 비용이 적게 들며, 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있고, 천연원료인 옹기를 이용하므로 친환경적이며, 제작 비용이 적게 들고, 이동이 간편한 무전원 정수장치를 제공함에 있다.
본 발명은, 물을 정수하기 위한 전원이 필요없는 정수장치로서, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하는 저장조와, 상기 저장조 하부에 위치되고 불순물을 걸러내고 물이 통과할 있는 다수의 열린 기공(open pore)을 갖는 돔형, 반구형, 항아리형 또는 깔때기형의 다공성 옹기 필터와, 상기 저장조 하부에 구비되고 상기 옹기 필터의 내측 하부에 위치된 배수구를 통해 상기 옹기 필터를 통과한 정수된 물이 유입되어 저장되는 공간을 제공하는 보관조와, 상기 보관조의 하부 또는 측면에 연결되고 상기 보관조에 저장된 정수된 물을 외부로 배출하기 위한 배출관을 포함하며, 상기 옹기 필터에 구비된 열린 기공을 통해 물에 함유된 불순물을 걸러내어 정수하는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치를 제공한다.
상기 옹기 필터는, 원형, 타원형 또는 다각형 형상의 저면부와, 상기 저면부로부터 상방향으로 솟아 있는 벽면부와, 상기 벽면부와 연결되어 상부를 덮는 상면부를 포함하며, 상기 벽면부와 상기 상면부로 둘러싸인 상기 옹기 필터의 내측은 빈 공간으로 이루어져 있고, 상기 벽면부와 상기 상면부의 내부에 다수의 열린 기공이 형성되어 있으며, 상기 열린 기공은 나노 크기의 기공을 포함한다.
상기 옹기 필터의 저면부는 평평하게 구비되고, 상기 옹기 필터의 저면부 보다 상부로 돌출된 돌출부가 상기 옹기 필터의 저면부의 내측과 외측에 대응되는 위치의 저장조 하부에 구비되어 있을 수 있다.
상기 무전원 정수장치는, 상기 옹기 필터의 외측에 구비되고 상기 옹기 필터의 높이 보다 높게 솟아 있는 적어도 2개의 고정대와, 적어도 2개의 고정대에 결합되어 상기 옹기 필터의 상면부를 하방향으로 누르기 위한 압착판을 더 포함할 수 있다.
상기 고정대의 상측 일단에는 나사홈이 형성되어 있고, 상기 고정대의 상측 일단에 대응하는 상기 압착판에는 관통홀이 구비되어 있으며, 상기 고정대의 상측 일단을 압착판의 관통홀에 삽입하고, 상기 나사홈에 결착되는 너트를 끼워 조여줌으로써 압착판이 하방향으로 이동하게 되고 상기 옹기 필터의 상면부를 하방향으로 누르게 된다.
상기 옹기 필터를 통과한 물의 냄새를 제거하고 불순물을 흡착하기 위한 숯과 상기 숯을 감싸는 부직포가 상기 옹기 필터의 내측에 구비되어 있을 수 있다.
상기 숯은 야자껍질, 호두껍질 또는 나무가 불완전연소되어 형성된 것일 수 있다.
정수된 물의 배출을 단속(斷續)하기 위한 조절밸브가 상기 배출관에 구비되어 있을 수 있다.
또한, 상기 무전원 정수장치는, 상기 저장조 상부를 밀폐하기 위한 밀폐덮개와, 상기 저장조 상부에 구비되고 공기(air)가 유입되는 경로를 제공하는 공기유입관 및 상기 공기유입관에 연결되고 공기(air)를 펌핑하여 상기 저장조 내로 유입시키기 위한 펌핑수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 무전원 정수장치는, 물을 정수하기 위한 전원이 필요없고, 교환 기간이 길어 오래 사용할 수 있으며, 교체 비용이 적게 들고, 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있으며, 천연원료인 옹기를 이용하므로 친환경적이고, 제작 비용이 적게 들며, 이동이 간편하다.
본 발명의 무전원 정수장치에 사용되는 옹기 필터는 옹기의 미세기공 특성을 이용하여 기공 크기를 조절할 수 있고, 기공 크기 조절에 따라 음용수에 포함되어 있는 이물질 등을 제거하여 식수로 사용할 수 있다. 전통 옹기의 제조 방법을 수처리에 응용함으로써 도자 제품의 다양화가 가능하고, 전통 옹기 제조 기술의 응용분야의 다양화로 새로운 산업 분야의 활성화가 가능하다.
본 발명의 무전원 정수장치는 전력이나 압력모터 등이 필요하지 않고, 제작 비용이 저가이고, 이동이 용이하다. 전기를 사용하지 않는 정수장치이므로 오지에서의 음용수 확보에 기여할 수 있다.
본 발명의 무전원 정수장치는 적정기술(appropriate technology)의 일환으로 저개발국가에 대한 지원이 가능하고, 저개발 국가에 보급하게 되면 콜레라와 이질 같은 수인성 질병에 노출되어 있는 저개발 지역민에게 깨끗한 음용수를 제공할 수 있으며, 현지에서 확보되는 원료의 사용으로 저가화가 가능하고, 저개발국 지원으로 국가의 위상이 재고될 수 있으며, 국가간 협력이 강화될 수 있다.
도 1은 옹기 필터의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 옹기 필터의 일 예를 보여주는 사진이다.
도 3은 옹기 필터를 이용한 무전원 정수장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 나타낸 옹기 필터의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 5는 옹기 필터의 온도별 평균 수축율 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 옹기 필터의 온도별 평균 기공율 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7은 1000℃에서 열처리 후 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 8은 압력을 가하지 않은 조건에서 옹기 필터에 대하여 자연 필터링을 진행한 모습을 보여주는 사진이다.
도 9는 지하수를 옹기 필터를 이용하여 필터링한 경우의 전후 사진을 보여준다.
도 10은 실험예에서 사용된 무전원 정수장치를 보여주는 사진이다.
도 11은 실험예에서 사용된 무전원 정수장치에 사용되는 펌핑장비를 보여주는 사진이다.
도 12는 무전원 정수장치에 장착된 옹기 필터를 확대한 사진이다.
도 13은 톱밥을 첨가하여 제작된 옹기 필터의 외관을 보여주는 사진이다.
도 14는 톱밥을 첨가하여 제작된 옹기 필터의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 15는 톱밥을 첨가하여 제작한 옹기 필터의 기공 크기를 기공도측정기(Porosimeter)(수은압입법)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 16은 1050℃에서 5시간 동안 열처리 후 옹기 필터의 표면를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
옹기는 오래전부터 미세기공에 의해 음식물의 보관에 적용되어 왔다. 발효 음식의 저장 그릇으로 사용되어 온 것도 이러한 특성에 기인한 것이다.
옹기란 '질그릇'과 '오지 그릇'을 가리키는 말로 우리 민족 고유의 생활 그릇이다. 질그릇은 진흙으로 그릇을 만든 후 잿물을 바르지 않은 채 600∼700℃에서 구워낸 것이며, 오지 그릇은 흔히 김장독과 장독으로 사용하는 것으로 질그릇에 오지 잿물을 발라 약 1200℃의 고온에서 구워낸 그릇이다.
옹기는 값이 싸고 튼튼하여 실생활에서 많이 이용되었고, 서울시 도봉구 쌍문동에 위치한 '옹기민속박물관'에 소장된 옹기를 살펴보면 얼마나 다양하게 옹기를 활용했는지를 알 수 있다. 간장, 된장, 김치, 물 등을 담는 커다란 독이나 시루는 물론 굴뚝, 촛병, 등잔, 기와, 소줏고리, 주전자 등의 옹기가 생활용품으로 쓰여져 왔다. 이와 같은 옹기의 또 다른 장점은 금이 가거나 깨지면 바로 흙으로 돌아가는 '자연에 가까운 그릇'이라는 친환경 제품이라는 것이다.
옹기 기술의 보존은 우리의 독특한 음식 문화와 깊은 관련이 있다. 발효 식품 위주의 우리 음식 문화에서 옹기는 '저장고'로서 절대적인 역할을 담당했고, 옹기의 특징은 바로 그 '저장력'에 있다. '곰삭은 맛'으로 표현되는 우리나라 음식은 대부분이 발효 식품이며, 그 음식을 저장하는 그릇은 음식의 발효를 도와주는 것이어야 했다. 소지(흙) 안에 들어 있는 수많은 알갱이가 그릇에 미세한 기공을 만들어 낸 것이다.
옹기의 미세기공 특징에 의해 옹기의 안과 밖으로 공기를 통하게 해서 음식물을 잘 익게 하고 오랫동안 보존해 줄 수 있다. 된장, 간장, 김치, 젓갈 같은 발효 음식의 저장 그릇으로 옹기가 많이 사용되어 온 것도 이러한 옹기의 특성 때문이다.
쌀이나 보리, 씨앗 등도 옹기에 넣어 두면 다음 해까지 신선하게 보관할 수 있다. 이는 옹기를 가마 안에 넣고 구울 때, 나무가 타면서 생기는 숯 성분이 옹기의 안과 밖을 휘감으면서 방부성 물질을 형성하기 때문인 것으로 판단된다.
옹기의 투과 특성으로 인해 숨을 쉰다고 하여 자연 발효식품 및 저장 식품의 보관 용기로 최상의 조건을 갖추고 있다. 옹기 소지는 다른 도자 소지들과 다르게 황토가 포함된다. 황토는 높은 비표면적과 넓은 입도 분포를 가지기 때문에 나노 크기와 마이크로 크기의 기공을 만들어 뛰어난 단열성과 조습 능력을 제공하는 친환경적인 소재이다.
본 발명에서는 상술한 특징들을 갖는 옹기를 필터로 사용한다. 도 1은 옹기 필터의 일 예를 보여주는 도면이고, 도 2는 옹기 필터의 일 예를 보여주는 사진이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 물을 정수하기 위한 옹기 필터(110)는 불순물을 걸러내고 물이 통과할 있는 다수의 열린 기공(open pore)을 갖고, 돔형, 반구형, 항아리형 또는 깔때기형 형상으로 이루어질 수 있다. 옹기 필터(110)는 다공성을 나타내고, 다수의 열린 기공(open pore)을 통해 물에 함유되거나 물과 함께 섞여 있는 불순물을 걸러내어 정수할 수 있다.
이러한 옹기 필터(110)의 구조를 구체적으로 살펴보면, 옹기 필터(110)는 원형, 타원형 또는 다각형 형상의 저면부(112)와, 저면부(112)로부터 상방향으로 솟아 있는 벽면부(114)와, 벽면부(114)와 연결되어 상부를 덮는 상면부(116)를 포함한다. 벽면부(114)와 상면부(116)로 둘러싸인 옹기 필터(110)의 내측은 빈 공간으로 이루어져 있고, 벽면부(114)와 상면부(116)의 내부에 다수의 열린 기공이 형성되어 있다. 상기 열린 기공은 나노 크기의 기공을 포함한다. 이하에서, 나노 크기라 함은 나노미터(nm) 단위의 크기로서 1∼1,000nm의 크기를 의미하는 것으로 사용한다. 이러한 나노 크기는 물에 함유되거나 물에 섞여 있는 미세한 크기의 불순물을 걸러내는데 효과적이다. 물론, 나노 크기의 기공 이외에도 나노 크기의 기공보다 큰 마이크로 크기의 기공이 옹기 필터(110)에 형성되어 있을 수도 있다.
이와 같은 옹기 필터(110)는 일반적으로 알려져 있는 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 예컨대, 황토를 포함하는 흙과 물을 혼합하여 반죽하고, 반죽된 결과물을 원하는 형상으로 성형한 후, 600∼1,250℃ 정도의 온도에서 열처리하여 형성할 수 있다. 흙과 물을 혼합할 때 쌀겨, 톱밥 등과 같은 물질을 함께 혼합함으로써 옹기 필터(110)의 기공율을 높일 수 있다. 쌀겨, 톱밥 등의 물질은 흙의 전체 부피에 대하여 0.1∼40부피% 혼합하는 것이 바람직하다. 옹기 필터(110)의 원료인 흙은 어디에서 쉽게 구할 수 있는 재료이므로 옹기 필터(110)의 수명이 다하거나 정수 능력이 현저히 감소된 것으로 판단되는 경우에는 용기 필터를 용이하게 제작하여 교체할 수 있다.
이하에서, 옹기 필터(110)를 이용한 무전원 정수장치를 구체적으로 설명한다. 도 3은 옹기 필터를 이용한 무전원 정수장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무전원 정수장치는, 물을 정수하기 위한 전원이 필요없는 정수장치로서, 물을 저장할 수 있는 공간을 제공하는 저장조(120)와, 저장조(120) 하부에 위치되고 불순물을 걸러내고 물이 통과할 있는 다수의 열린 기공(open pore)을 갖는 돔형, 반구형, 항아리형 또는 깔때기형의 다공성 옹기 필터(110)와, 저장조(120) 하부에 구비되고 옹기 필터(110)의 내측 하부에 위치된 배수구(125)를 통해 옹기 필터(110)를 통과한 정수된 물이 유입되어 저장되는 공간을 제공하는 보관조(130)와, 보관조(130)의 하부 또는 측면에 연결되고 보관조(130)에 저장된 정수된 물을 외부로 배출하기 위한 배출관(135)을 포함한다. 옹기 필터(110)에 구비된 열린 기공을 통해 물에 함유된 불순물을 걸러내어 정수할 수 있다.
저장조(120)는 정수하기 위한 물을 저장할 수 있는 공간을 제공한다. 정수하려는 물을 저장조(120)에 붇고 옹기 필터(110)를 통해 정수하고, 정수된 물을 보관조(130)에서 임시 보관하면서 사용한다. 보관조(130)는 저장조(120) 하부에 구비되고, 옹기 필터(110)의 내측 하부에 위치된 배수구(125)를 통해 옹기 필터(110)를 통과한 정수된 물은 보관조(130)에 유입되어 저장된다. 저장조(120)와 보관조(130)는 투명한 재질의 물질, 예컨대 내부를 들여다 볼 수 있는 아크릴 재질 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 투명한 재질로 이루어짐으로써 물의 수량을 확인할 수 있는 장점이 있다.
옹기 필터(110)의 저면부(112)는 평평하게 구비되고, 옹기 필터(110)의 저면부(112) 보다 상부로 돌출된 돌출부(145)가 옹기 필터(110)의 저면부(112)의 내측과 외측에 대응되는 위치의 저장조(120) 하부에 구비되어 있을 수 있다. 돌출부(145)가 구비됨으로써 옹기 필터(110)가 흔들리지 않고 안정되게 고정될 수 있고, 옹기 필터(110)와 저장조(120)의 바닥면 사이에서 발생하는 누수를 억제하거나 최소화할 수 있다. 돌출부(145)와 옹기 필터(110) 사이는 실링 고무 등으로 채워 넣거나 실링 처리하여 옹기 필터(110)와 저장조(120)의 바닥면 사이에서 발생하는 누수를 방지할 수도 있다.
상기 무전원 정수장치는, 옹기 필터(110)의 외측에 구비되고 옹기 필터(110)의 높이 보다 높게 솟아 있는 적어도 2개의 고정대(150)와, 적어도 2개의 고정대(150)에 결합되어 옹기 필터(110)의 상면부(116)를 하방향으로 누르기 위한 압착판(155)을 더 포함할 수 있다. 고정대(150)의 상측 일단에는 나사홈(미도시)이 형성되어 있고, 고정대(150)의 상측 일단에 대응하는 압착판(155)에는 관통홀이 구비되어 있으며, 고정대(150)의 상측 일단을 압착판(155)의 관통홀에 삽입하고, 나사홈에 결착되는 너트를 끼워 조여줌으로써 압착판(155)이 하방향으로 이동하게 되고 옹기 필터(110)의 상면부(116)를 하방향으로 누르게 된다. 압착판(155)으로 옹기 필터(110)의 상면부(116)를 하방향으로 압착함으로써, 옹기 필터(110)와 저장조(120)의 바닥면 사이가 더욱 밀착될 수 있고, 옹기 필터(110)와 저장조(120)의 바닥면 사이에서 발생하는 누수를 억제하거나 최소화할 수 있다.
옹기 필터(110)를 통과한 물의 냄새를 제거하고 불순물을 흡착하기 위한 숯과 상기 숯을 감싸는 부직포가 옹기 필터(110)의 내측에 구비되어 있을 수 있다. 숯은 야자껍질, 호두껍질 또는 나무가 불완전연소되어 형성된 것일 수 있다. 숯의 제조방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 여기서는 그 설명을 생략한다. 숯은 악취가 나는 물의 냄새를 제거하는 역할도 하지만 물에 함유된 비소(As), 산화철(Fe2O3) 등의 불순물을 흡착하여 제거하는 역할도 할 수 있다.
정수된 물의 배출을 단속(斷續)하기 위한 조절밸브(140)가 배출관(135)에 구비되어 있을 수 있다. 조절밸브는 수도꼭지와 같은 기능을 하며, 정수된 물을 외부로 배출하기 위하여 배출관(135)을 열거나 잠그는 역할을 할 뿐만 아니라 물의 배출량을 조절할 수도 있게 구비될 수 있다.
또한, 상기 무전원 정수장치는, 저장조(120) 상부를 밀폐하기 위한 밀폐덮개(160)와, 저장조(120) 상부에 구비되고 공기(air)가 유입되는 경로를 제공하는 공기유입관(165)과, 공기유입관(165)에 연결되고 공기(air)를 펌핑하여 저장조(120) 내로 유입시키기 위한 펌핑수단(170)을 더 포함할 수 있다. 펌핑수단(170)은 공기를 펌핑할 수 기능을 갖는 것이라면 그 사용에 제한이 없으며, 상업적으로 판매되고 있는 제품을 사용할 수도 있다.
상기 무전원 정수장치는 받침대(175)에 의해 지지될 수 있도록 하여 사용자가 용이하게 정수된 물을 받을 수 있게 할 수도 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 2는 옹기 필터의 외관을 보여주는 사진이고, 도 4는 도 2에 나타낸 옹기 필터의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)으로 관찰한 사진이다. 실험에 사용된 옹기 필터는 직경 10.5∼11㎝의 크기이며, 두께는 0.6㎝ 이다.
열처리 온도에 의한 수축율과 기공율을 확인하기 위해 900∼1200℃의 열처리 온도에서 1시간 동안 유지하여 열처리를 진행하였다. 상기 열처리 온도까지는 5℃/min의 승온속도로 승온하였다.
900℃에서는 팽창하는 경우도 있어 평균 수축율을 확인하기 어려웠고, 1000℃에서는 0.6∼2.0%, 1100℃에서는 4.1∼6.3%, 1200℃에서는 6.2∼7.0% 수축하였다. 도 5는 옹기 필터의 온도별 평균 수축율 변화를 보여주는 그래프이다.
또한, 열처리 후 기공율을 아르키메데스법을 통해 확인 결과, 1000℃에서는 25.55∼32.31%, 1100℃에서는 20.31∼20.71%, 1200℃에서는 8.12∼8.74%의 기공율을 확인할 수 있었다. 도 6은 옹기 필터의 온도별 평균 기공율 변화를 보여주는 그래프이다.
기공율 측정 결과를 토대로 적합한 열처리 온도를 1000℃로 결정하였다. 도 7은 1000℃에서 열처리 후 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
옹기 필터를 도 8과 같은 형태로 압력을 가하지 않은 조건에서 자연 필터링을 진행하였다. 도 9는 지하수를 옹기 필터를 이용하여 필터링한 경우의 전후 사진을 비교한 것(도 9에서 'before'는 필터링 전의 사진이고, 'after'는 필터링 후의 사진임)으로, 필터링된 여과액이 여과 전의 지하수에 비해 사진으로는 희미하지만 육안으로 확인했을 때 노란색을 띄어 ICP-AES(Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry) 분석을 통해 성분 분석을 해보았다. ICP-AES 결과를 통해 옹기필터 자제의 성분이 여과 과정에서 스며나온 것으로 추측된다.
아래의 표 1은 ICP-AES 분석 결과이다.
기준(mg/L) 자연 필터링 후(mg/L)
Na 10.54 120.8
Fe 0 2.124
Ti 0 0.02
Cd 0.004 0.034
Cu 0.016 0
Mg 2.895 0.318
Al 0.042 0
K 2.171 0.152
Ca 7.364 1.793
Mn 0.03 0.012
Ni 0.726 0.166
Zr 0.006 0
Cu 0.016 0
옹기 필터의 투과도를 측정하였다. 옹기 필터의 투과량 플럭스 측정은 도 10과 같이 자체 제작한 무전원 정수장치를 이용하였다. 도 11은 무전원 정수장치에 사용된 펌핑장비를 보여주는 사진이고, 도 12는 무전원 정수장치에 장착된 옹기 필터를 확대한 사진이다. 투과량은 도 11에 나타낸 펌핑장치를 이용하여 손으로 가압하여 10회 펌프 했을 때, 투과된 양을 통해 측정하였다. 그 결과 투과량은 16.15 L/m2H 로 측정되었다.
옹기 필터 투과 후의 수질 분석을 수행하였다. 지하수인 원수와 투과 후의 여과액에 대하여 탁도와 TDS(Total dissolved solids, 총용존 고형물) 측정을 하였다. 지하수를 여과하였을 때 먹는 물 기준과 비교하여 기준치에 합당함을 확인할 수 있었다. 표 2는 지하수를 옹기 필터 투과 후에 수질 분석한 결과이다.
먹는 물 기준 지하수 옹기 필터 투과 후
탁도(NTU) 0.5 0.523 0.379
TDS(mg/L) 500 103.05 71.8
톱밥을 첨가하여 옹기 필터를 제조하였다. 옹기 필터의 플럭스(Flux) 향상을 위해 톱밥을 흙 전체 부피의 30% 첨가하여 옹기 필터를 제작하였다. 직경 10.5∼11㎝의 크기이며, 두께는 0.9㎝ 이다. 도 13은 톱밥을 첨가하여 제작된 옹기 필터의 외관이다.
도 14는 톱밥을 첨가하여 제작된 옹기 필터의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과이다.
도 15는 톱밥을 첨가하여 제작한 옹기 필터의 기공 크기를 기공도측정기(Porosimeter)(수은압입법)를 이용하여 측정한 그래프이다. 기공 크기는 0.01∼5㎛의 다양한 기공을 함유하고 있으며, 0.01∼1㎛가 대부분의 기공이었음을 확인하였다.
톱밥 첨가량에 따른 옹기 필터의 수축율과 기공율을 측정하였다. 톱밥을 첨가하지 않은 경우에는 옹기 필터의 열처리 온도가 1000℃(5℃/min, 1H)인 것을 감안하여 톱밥을 첨가한 경우에는 1050℃(5℃/min, 5H)로 열처리 하였다. 구체적으로는 1050℃의 열처리 온도까지 5℃/min의 승온속도로 승온하고 1050℃에서 1시간 동안 유지하여 열처리를 진행하였다.
평균 수축율 측정 결과 톱밥 첨가량 30부피%의 경우 2.7∼3.1% 수축됨을 확인할 수 있었다. 평균 기공율 측정은 아르키메데스법을 통해 확인 결과 톱밥 첨가량 30부피%의 경우 기공율이 21.13∼28.53%이었다. 또한, 기공도측정기(porosimeter)(수은압입법)를 통한 기공율 측정 결과 21.23%로 측정되어 측정 방법에 따른 기공율 결과가 유사함을 확인하였다.
도 16은 1050℃(5℃/min, 5H) 열처리 후 옹기 필터의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과이다.
표 3은 톱밥 첨가량 30부피%의 옹기 필터의 수축율, 기공율 측정 결과를 정리한 것이다.
톱밥 첨가량 30부피%
평균 수축율 (%) 3.0
평균 기공율 (%, 아르키메데스법) 24.35
평균 기공율 (%, 수은압입법) 21.23
톱밥 첨가량에 따른 투과도를 측정하였다. 투과량은 앞에서 사용한 평가장치를 이용하였고, 투과량은 손으로 가압하여 10회 펌프 했을 때, 투과된 양을 통해 측정하였다. 투과량 측정 결과 톱밥 첨가량 30부피%의 경우 33.8 L/m2H으로, 톱밥을 첨가함으로써 투과량이 약 2배 향상되었다.
톱밥을 첨가한 옹기 필터 투과 후의 수질 분석을 수행하였다. 앞서 측정한 옹기 필터와 마찬가지로 지하수인 원수와 투과 후의 여과액을 탁도와 TDS(Total dissolved solids, 총용존 고형물) 측정을 하였다. 지하수를 여과하였을 때 먹는 물 기준과 비교하여 기준치에 합당함을 확인할 수 있었다.
표 4는 지하수를 옹기 필터 투과 후에 수질 분석한 결과이다.
먹는 물 기준 지하수 옹기 필터 투과 후
탁도(NTU) 0.5 0.669 0.311
TDS(mg/L) 500 226.7 146.5
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110: 옹기 필터 120: 저장도
125: 배수구 130: 보관조
135: 배출관 140: 조절밸브
145: 돌출부 150: 고정대
155: 압착판 160: 밀폐덮개
165: 공기유입관 170: 펌핑수단
175: 받침대

Claims (9)

  1. 물을 정수하기 위한 전원이 필요없는 정수장치로서,
    물을 저장할 수 있는 공간을 제공하는 저장조;
    상기 저장조 하부에 위치되고 불순물을 걸러내고 물이 통과할 있는 다수의 열린 기공(open pore)을 갖는 돔형, 반구형, 항아리형 또는 깔때기형의 다공성 옹기 필터;
    상기 저장조 하부에 구비되고 상기 옹기 필터의 내측 하부에 위치된 배수구를 통해 상기 옹기 필터를 통과한 정수된 물이 유입되어 저장되는 공간을 제공하는 보관조;
    상기 보관조의 하부 또는 측면에 연결되고 상기 보관조에 저장된 정수된 물을 외부로 배출하기 위한 배출관;
    상기 옹기 필터의 외측에 구비되고 상기 옹기 필터의 높이 보다 높게 솟아 있는 적어도 2개의 고정대; 및
    적어도 2개의 고정대에 결합되어 상기 옹기 필터의 상면부를 하방향으로 누르기 위한 압착판을 포함하며,
    상기 옹기 필터는,
    원형, 타원형 또는 다각형 형상의 저면부;
    상기 저면부로부터 상방향으로 솟아 있는 벽면부;
    상기 벽면부와 연결되어 상부를 덮는 상면부를 포함하며,
    상기 벽면부와 상기 상면부로 둘러싸인 상기 옹기 필터의 내측은 빈 공간으로 이루어져 있고,
    상기 벽면부와 상기 상면부의 내부에 다수의 열린 기공이 형성되어 있으며,
    상기 열린 기공은 나노 크기의 기공을 포함하고,
    상기 옹기 필터에 구비된 열린 기공을 통해 물에 함유된 불순물을 걸러내어 정수하는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 옹기 필터의 저면부는 평평하게 구비되고,
    상기 옹기 필터의 저면부 보다 상부로 돌출된 돌출부가 상기 옹기 필터의 저면부의 내측과 외측에 대응되는 위치의 저장조 하부에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 고정대의 상측 일단에는 나사홈이 형성되어 있고, 상기 고정대의 상측 일단에 대응하는 상기 압착판에는 관통홀이 구비되어 있으며,
    상기 고정대의 상측 일단을 압착판의 관통홀에 삽입하고, 상기 나사홈에 결착되는 너트를 끼워 조여줌으로써 압착판이 하방향으로 이동하게 되고 상기 옹기 필터의 상면부를 하방향으로 누르게 되는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 옹기 필터를 통과한 물의 냄새를 제거하고 불순물을 흡착하기 위한 숯과 상기 숯을 감싸는 부직포가 상기 옹기 필터의 내측에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 숯은 야자껍질, 호두껍질 또는 나무가 불완전연소되어 형성된 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치.
  8. 제1항에 있어서, 정수된 물의 배출을 단속(斷續)하기 위한 조절밸브가 상기 배출관에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 저장조 상부를 밀폐하기 위한 밀폐덮개;
    상기 저장조 상부에 구비되고 공기(air)가 유입되는 경로를 제공하는 공기유입관; 및
    상기 공기유입관에 연결되고 공기(air)를 펌핑하여 상기 저장조 내로 유입시키기 위한 펌핑수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무전원 정수장치.
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