KR101668474B1 - 수질개선용 다공성 필터 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수질개선용 다공성 필터 조성물에 관한 것으로, 다공성 필터 조성물은 더욱 상세하게는 광물혼합물, 황토 및 첨가제로 이루어지며, 상기 광물혼합물은 일라이트, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트 및 규조토로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 수질개선용 다공성 필터 조성물은 가정, 공장 및 축사 등에서 발생하는 폐수의 수질을 살균제나 화학제의 투입 없이 음용이 가능할 정도로 개선하는 효과를 나타낸다.
상기의 성분으로 이루어지는 수질개선용 다공성 필터 조성물은 가정, 공장 및 축사 등에서 발생하는 폐수의 수질을 살균제나 화학제의 투입 없이 음용이 가능할 정도로 개선하는 효과를 나타낸다.
Description
본 발명은 수질개선용 다공성 필터 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가정, 공장 및 축사 등에서 발생하는 폐수의 수질을 살균제나 화학제의 투입 없이 음용이 가능할 정도로 개선하는 수질개선용 다공성 필터 조성물에 관한 것이다.
전 세계적으로 산업 고도화에 따라 각종 산업 폐기물이 다량으로 발생되고 있으며, 이러한 산업 폐기물은 지구 곳곳의 자연 생태계를 무차별적으로 파괴하고 자연 생태계의 파괴로 인한 영향은 점점 더 크게 나타나게 되어 현재 인류의 생존권 마저 위협 받고 있다.
특히, 산업 폐기물로 인해 인류의 생존에 필요한 물은 오염의 정도가 극심하게 되고, 날로 늘어나는 생활폐수, 염색공장이나 가죽공장 등에서 발생되는 공업폐수, 농약 또는 가축의 사육에 따른 농수축산폐수 등은 하천과 지하수를 오염시키고 있어 인류의 존립 자체를 어렵게 만드는 가장 큰 요인으로서 인류가 해결해야할 가장 큰 과제가 되고 있다.
종래에는 상기에 나열한 오폐수를 정화하기 위해 별도의 오폐수 처리장에서 오폐수를 집수하여 처리하고 있는데, 오폐수를 처리하는 가장 일반적인 방법은 화학적 처리방법으로 오폐수에 화학약품을 투입하여 정화시키고 있으나, 이러한 방법은 화학약품의 투입으로 인한 유지관리비가 높고, 화학약품의 투입에 따른 폐슬러지의 발생과 같은 2차 오염이 발생되며, 폐슬러지의 처리에 과다한 비용이 요구되는 문제점이 있었다.
또한, 상기의 기재된 화학적 처리방법 외에 물리적 처리방법도 사용되고 있는데, 물리적 처리방법으로는 멤브레인과 같은 여과막을 이용한 처리방법이 주로 사용되는데, 여과막은 반복적인 사용이 대단히 어렵고, 장기간 사용할 수 없어 일정기간이 경과되면 교체해야 하므로 유지관리비용이 고가인 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 가정, 공장 및 축사 등에서 발생하는 폐수의 수질을 살균제나 화학제의 투입 없이 음용이 가능할 정도로 개선하는 수질개선용 다공성 필터 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 바인더 수지가 함유되어 형태안정성이 우수하기 때문에 다양한 형태로 가공이 용이한 수질개선용 다공성 필터 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 아토마이징 처리되어 스피넬 구조를 갖는 구형의 제강슬래그 분말이 함유되어 제강슬래그 표면의 음전하 및 자성에 의해 공극을 통과하는 오염물질의 포획성능이 향상된 수질개선용 다공성 필터 조성물을 제공하는 것이다.
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본 발명의 목적은 광물혼합물, 황토 및 첨가제로 이루어지며, 상기 광물혼합물은 일라이트, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트 및 규조토로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질개선용 다공성 필터 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 수질개선용 다공성 필터 조성물은 광물혼합물 100 중량부, 황토 20 내지 30 중량부 및 첨가제 5 내지 30 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물혼합물은 일라이트 100 중량부, 제올라이트 65 내지 75 중량부, 맥반석 40 내지 50 중량부, 벤토나이트 20 내지 30 중량부 및 규조토 20 내지 25 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 광물혼합물에는 상기 일라이트 100 중량부 대비 화강암 20 내지 30 중량부 및 현무암 20 내지 30 중량부가 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 첨가제는 숯 및 활성탄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 수질개선용 다공성 필터 조성물에는 바인더 수지가 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 바인더 수지는 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부가 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 바인더 수지는 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스, 폴리아미드 및 아라미드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 수질개선용 다공성 필터 조성물에는 아토마이징 처리되어 스피넬 구조를 갖는 구형의 제강슬래그 분말이 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 제강슬래그 분말은 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 3 내지 10 중량부가 함유되는 것으로 한다.
본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물은 가정, 공장 및 축사 등에서 발생하는 폐수의 수질을 살균제나 화학제의 투입 없이 음용이 가능할 정도로 개선하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 바인더 수지가 함유되어 형태안정성이 우수하기 때문에 다양한 형태로 가공이 용이한 효과를 나타낸다.
또한, 아토마이징 처리되어 스피넬 구조를 갖는 구형의 제강슬래그 분말이 함유되어 제강슬래그 표면의 음전하 및 자성에 의해 공극을 통과하는 오염물질에 대한 우수한 포획성능을 나타낸다.
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도 1은 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물로 제조된 필터가 적용된 정수장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 정수장치에 적용되는 필터의 배치를 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 정수장치에 적용되는 필터의 배치를 나타낸 분해사시도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물은 광물혼합물, 황토 및 첨가제로 이루어지며, 광물혼합물 100 중량부, 황토 20 내지 30 중량부 및 첨가제 5 내지 30 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광물혼합물은 일라이트, 제올라이트, 맥반석, 벤토나이트 및 규조토로 이루어진다.
상기 광물혼합물은 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물에 주재료가 되는 성분으로, 일라이트 100 중량부, 제올라이트 65 내지 75 중량부, 맥반석 40 내지 50 중량부, 벤토나이트 20 내지 30 중량부 및 규조토 20 내지 25 중량부로 이루어지는데, 부유물이나 미립자를 포집하여 폐수의 수질을 개선하고 살균하는 역할을 한다.
상기 일라이트(illite)는 SiO2, Li, Al2O3, Cr, Fe2O3, TiO2, Ni, MgO, Cu, MnO, Zn, CaO, Ga, Na2O, Sr, K2O, P2O5 등의 성분으로 이루어지며, 물속의 부유물질을 흡착하며, 음이온을 띠기 때문에, 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집 침전을 유발하여 폐수를 정화하고, 특정 방사성 물질에 대한 우수한 흡착 및 분해 성능을 나타낼 뿐만 아니라, 각종 중금속 및 유독가스를 흡착, 탈취 및 분해하며, 용존산소를 발생시켜 물 분자를 활성화하고, 바이러스, 박테리아 및 곰팡이 등을 정균하는 역할을 한다.
또한, 상기 제올라이트(zeolite)는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 것으로 65 내지 75 중량부가 함유되며, 양이온을 교환시키고, 실리카 및 알루미나의 구성비를 바꿔 산성도를 조절할 수 있으며, 폐수의 수질 개선효과를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
상기 제올라이트의 함량이 65 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 제올라이트의 함량이 75 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 광물혼합물을 구성하는 다른 성분들의 함량이 줄어들기 때문에, 광물혼합물이 갖는 다양한 기능성이 저하되어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 맥반석(barley stone)은 40 내지 50 중량부가 함유되며, 게르마늄(Ge), SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, NaO, TiO2, P2O5, MnO 및 TiO2 등으로 이루어지며, 미네랄 용출작용에 의해 폐수를 약 알칼리화시켜 폐수의 수질 정화 기능을 향상시키고, 이물질이나 중금속을 흡착하며, 폐수 내에 유해 세균을 살균하는 역할을 한다.
상기 맥반석의 함량이 40 중량부 미만이면 수질정화 효과나 살균 효과 등이 미미하며, 상기 맥반석의 함량이 50 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 광물혼합물을 구성하는 다른 성분들의 함량이 줄어들기 때문에, 광물혼합물이 갖는 다양한 기능성이 저하되어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 벤토나이트(bentonite)는 운모와 같은 결정구조를 하는 단사정계에 속하는 광물인 몬모릴로나이트가 주로 들어있는 점토로, 20 내지 30 중량부가 함유되며, 아주 작은 미량원소까지 합쳐 66종 이상의 천연미네랄을 함유하고 있으며, 높은 양이온 교환능과 높은 비표면적을 갖기 때문에, 주변을 흐르는 유체의 pH에 따라 확대되거나 축소되는 상자와 같은 버키볼(덩어리)을 형성하여 중금속을 가두고 흡착하여 정수성능을 향상시키는 역할을 한다.
상기 벤토나이트의 함량이 20 중량부 미만이면 상기와 같은 버키볼의 형성효과가 저하되며, 상기 벤토나이트의 함량이 30 중량부를 초과하게 되면 광물혼합물을 구성하는 다른 성분들의 함량이 줄어들기 때문에, 광물혼합물이 갖는 다양한 기능성이 저하되어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 규조토(Diatomite)는 20 내지 25 중량부가 함유되며, 주로 규산(SiO2)으로 구성되어 있는데, 다공질의 껍질을 갖기 때문에 흡수성이 높고 비열이 적으며, 폐수의 수질을 개선하는 역할을 한다.
또한, 상기 광물혼합물에는 화강암 및 현무암이 더 함유될 수도 있는데, 상기 광물혼합물에 함유된 일라이트 100 중량부 대비 화강암 20 내지 30 중량부 및 현무암 20 내지 30 중량부가 함유되는 것이 바람직하ㄷ.
상기 화강암 및 현무암은 탈취효과를 부여하고 음이온을 방출하며, 다공성을 나타내기 때문에, 화학물질, 부유물 및 미립자를 흡착시켜 정수성능을 향상시키는 역할을 한다.
상기의 성분으로 이루어지는 광물혼합물은 수질개선용 다공성 필터 조성물을 제조하는 과정에서 진행되는 소성과정을 거치면 다수의 기공층이 형성되어 다공성의 필터 조성물을 제공하는 역할도 한다.
상기 황토는 20 내지 30 중량부가 함유되며, 실리카(SiO2) 50 내지 60%, 산화철3(Fe2O3) 2 내지 4%, 석회(CaO) 4 내지 16%, 산화철2(Fe2O3) 0.8 내지 1.1%, 알루미나(Al2O3) 8 내지 12%, 산화티탄(TiO2) 0.5%, 산화마그네슘(MgO) 2 내지 6% 및 산화망간(MnO) 0.5% 등이 함유되어 있으며 폐수의 수질을 개선할 뿐만 아니라, 폐수에 함유된 세균을 살균하는 역할을 한다.
또한, 상기 황토는 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물 제조하는 과정 중 소성과정을 통해 필터 조성물을 구성하는 주요 성분인 광물혼합물을 결속시켜 다양한 형태를 나타내는 필터로 제조할 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 첨가제는 5 내지 30 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물에 다양한 기능성능을 부여하는 역할을 하는데, 숯 및 활성탄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
상기 숯은 0.01 내지 0.1 밀리미터의 분말형태로 사용되며, 음이온과 원적외선을 방출할 뿐만 아니라, 미세구조로 인해 폐수에 함유된 부유물이나 미립자를 걸러내는 역할을 하며, 상기 활성탄은 폐수 내에 잔류하는 염소성분 및 유기화학물질 등을 제거하는 역할을 하기 때문에, 상기의 성분으로 이루어진 첨가제가 함유되는 수질개선용 다공성 필터 조성물은 부유물, 미립자, 염소성분 및 유기화학물질의 제거효과가 더욱 향상된다.
상기 첨가제의 함량이 5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 첨가제의 함량이 30 중량부를 초과하게 되면 상기 광물혼합물 및 황토의 함량이 줄어들어 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물의 정수효과 및 형태안정성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물에는 바인더 수지가 더 혼합될 수도 있는데, 상기 바인더 수지는 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 5 내지 10 중량부가 함유되는 것이 바람직하며, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스, 폴리아미드 및 아라미드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 바인더 수지는 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물을 구성하는 성분들을 결속시켜 다양한 형태의 필터로 성형이 가능하도록 하는 역할을 하며, 다양한 형태의 필터가 성형된 후에는 고온에서 소성하는 과정에서 제거되기 때문에, 필터에 미세 기공층을 형성하도록 하여 폐수와 필터의 비표면적 증가로 인한 정수효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 바인더 수지의 함량이 5 중량부 미만이면 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물을 구성하는 성분들을 결속시키는 효율성이 저하되며, 상기 바인더 수지의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 소성 후에 미세 기공층이 지나치게 많이 형성되어 필터의 기계적 물성을 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 수질개선용 다공성 필터 조성물에는 아토마이징 처리되어 스피넬 구조를 갖는 구형의 제강슬래그 분말이 더 함유될 수 있는데. 상기 제강슬래그 분말은 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 3 내지 10 중량부가 함유되는 것이 바람직한데, 폐수 내에 함유된 미립자를 흡착하여 정수효율을 더욱 향상시키며, 제강과정에서 발생하는 부산물인 것을 사용하기 때문에, 필터의 제조비용을 절감시키며 환경오염을 억제하는 효과를 나타낸다.
상기의 제강슬래그 분말은 전로에서 용융된 1000℃ 이상의 제강슬래그를 물이 분사되는 분사 기류 내에 제강슬래그를 통과시키는 동시에 급냉시키는 과정으로 아토마이징 처리가 수행되어 스피넬이 일어나기 때문에 유리와 같은 결정구조를 가지게 되며, 이러한 스피넬구조는 대체로 경도가 약 HRC 62로서 내풍화성 및 내수성이 강한 광물로 변형된 슬래그로서 제강 과정 중에 생성된 슬래그로 제조되므로 내부에는 Fe2O3성분이 포함되어 있어 자성을 띠고 있고, 표면에는 다량의 정전기 전하(-)를 띠고 있는 구조로, 그 성분은 Ca 42 내지 63 중량%, Fe2O2 22 내지 35 중량%, SiO2 9 내지 11 중량%, MgO 6 내지 9 중량%, FeO 3 중량% 및 Fe 잔량으로 구성되어 있다. 이와 같은 제강슬래그 분말의 표면은 음전하를 띠고 있으므로 폐수 내의 오염물질인 콜로이드 중 제강슬래그 분말과 근접한 부분은 양전하를, 콜로이드의 반대쪽은 음전하를 띠게 되어 콜로이드는 제강슬래그 분말의 표면에 전착되고 전착된 콜로이드의 반대측은 음전하를 띠게 되므로 다른 콜로이드가 다시 전착되면서 폐수 내의 오염물질이 제강슬래그 분말에 고정되면서 공극에 포획되게 된다.
이때, 상기 제강슬래그 분말의 입자크기는 특별히 한정되지 않고, 상기 광물혼합물을 구성하는 성분들과 고르게 혼합될 수 있는 크기라면 무방하나, 폐수와의 비표면적을 고려하여 100 내지 350㎛의 입자크기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제강슬래그 분말의 함량이 3 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 제강슬래그 분말의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 광물혼합물, 황토 및 첨가제 등의 함량이 지나치게 줄어들어 수질개선용 다공성 필터 조성물의 다양한 기능성이 저하되어 바람직하지 못하다.
상기의 성분으로 이루어진 수질개선용 다공성 필터 조성물은 수질개선용 필터 조성물을 구성하는 성분을 분쇄장치 등을 이용해 100 내지 500㎛의 입자크기로 분말화하고, 분말화된 원료를 성형장치에 투입하여 일정한 형태로 성형한 후에, 성형물을 500 내지 1000℃의 온도로 3 내지 10시간 동안 소성하는 과정을 통해 제조된다.
이때, 상기의 성형과정에서는 필터의 용도에 맞도록 다양한 형태로 성형이 이루어지는데, 아래 도 1 내지 2에 나타낸 것처럼, 폐수 유입관(1)과 폐수 유출관(2)이 구비되며, 1차주필터체(10), 2차 여과침전필터체(20), 2차주필터체(30) 및 2차여과침전필터체(40) 등이 구비된 통상의 폐수처리 장치에 주필터체나 여과침전 필터체로 모두 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물은 가정, 공장 및 축사 등에서 발생하는 폐수의 수질을 살균제나 화학제의 투입 없이 음용이 가능할 정도로 개선하며, 바인더 수지가 함유되어 형태안정성이 우수하기 때문에 다양한 형태로 가공이 용이하고, 아토마이징 처리되어 스피넬 구조를 갖는 구형의 제강슬래그 분말이 함유되어 제강슬래그 표면의 음전하 및 자성에 의해 공극을 통과하는 오염물질에 대한 우수한 포획성능을 나타내는 필터를 제공한다.
앞서 설명된 본 발명에 따른 수질개선용 다공성 필터 조성물은 오폐수 처리장치, 상하수도 처리장치, 축사분뇨 처리장치 또는 정제수 처리장치 등을 포함한 각종 수질개선장치에 구비되어 활용 및 적용이 가능하다. 이에 따라 수질개선장치는 수질개선용 다공성 필터 조성물이 가지는 각종 오염물질의 포획 및 필터링 효과를 제공받아 가정, 공장 및 축사 등에서 발생하는 물의 수질을 살균제나 화학제의 투입 없이 음용이 가능할 정도로 개선할 수 있게 되어 환경오염 방지에 기여하게 된다.
1 ; 폐수 유입관
2 ; 폐수 유출관
10 ; 1차주필터체
20 ; 1차여과침천필터체
30 ; 2차주필터체
40 ; 2차여과침전필터체
2 ; 폐수 유출관
10 ; 1차주필터체
20 ; 1차여과침천필터체
30 ; 2차주필터체
40 ; 2차여과침전필터체
Claims (10)
- 광물혼합물 100 중량부, 황토 20 내지 30 중량부 및 첨가제 5 내지 30 중량부로 이루어지며,
상기 광물혼합물은 일라이트 100 중량부, 제올라이트 65 내지 75 중량부, 맥반석 40 내지 50 중량부, 벤토나이트 20 내지 30 중량부, 규조토 20 내지 25 중량부,화강암 20 내지 30 중량부 및 현무암 20 내지 30 중량부로 이루어지고,
상기 첨가제는 숯으로 이루어지며,
수질개선용 다공성 필터 조성물에는 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 바인더 수지 5 내지 10 중량부가 함유되고,
상기 바인더 수지는 아크릴로 이루어지고,
상기 수질개선용 다공성 필터 조성물에는 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 아토마이징 처리되어 스피넬 구조를 갖는 구형의 제강슬래그 분말 3 내지 10 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 수질개선용 다공성 필터 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수질개선용 다공성 필터 조성물은 광물혼합물 100 중량부, 황토 25 중량부 및 첨가제 18 중량부로 이루어지며,
상기 광물혼합물은 일라이트 100 중량부, 제올라이트 70 중량부, 맥반석 45 중량부, 벤토나이트 25 중량부, 규조토 22 중량부, 화강암 25 중량부 및 현무암 25 중량부로 이루어지고,
상기 첨가제는 숯으로 이루어지며,
상기 수질개선용 다공성 필터 조성물에는 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 바인더 수지 7 중량부가 함유되고,
상기 바인더 수지는 아크릴로 이루어지고,
상기 수질개선용 다공성 필터 조성물에는 상기 광물혼합물 100 중량부 대비 아토마이징 처리되어 스피넬 구조를 갖는 구형의 제강슬래그 분말 6 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 수질개선용 다공성 필터 조성물. - 삭제
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