KR101707231B1 - 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 포함하는 정수기 복합 필터 시스템은, 세디먼트 필터(S), 프리카본필터(P), 복합프리필터(C), 웰스카본필터(W), 컴플렉스 필터(C), 웰스 필터(W), 중공사막필터(U), 컴플렉스플러스필터(C+), 포스트카본필터(P), 및 나노메트릭스필터(N), RO 필터, 정전흡착식 중금속 제거 필터 중 하나 또는 그 이상의 필터의 전단 또는 후단에 복합적으로 키토산 정수모듈을 충진재로 이용한 중금속 제거 필터를 사용하며, 상기 키토산 정수모듈은 가요성 매트 형상으로, 100mesh 이하의 분말형태의 키토산이 바인더, 충진재와 함께 코팅 형성된 중금속 제거 소재층, 상기 중금속 제거 소재층에 대해 샌드위치 결합된 멤브레인막 및 상기 멤브레인막에 대해 샌드위치 결합된 부직포층으로 이루어진 제 1 키토산 정수모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템에 관한 것으로, 중금속 제거용으로 키토산 분말을 이용하되 활성표면적 증대 및 통수능 확보를 위하여 매트형태로 제조한 키토산 정수모듈를 이용한 정수기필터와, 세디먼트 필터나 프리카본필터, 포스트카본필터, UF 기반 필터, RO 및 정전방식의 다른 종류의 필터중 적어도 둘 이상을 조합하여 최상의 정수기 복합필터시스템을 구현할 수 있는 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 및 복합필터 시스템을 제공하는 것이다.
일반적으로, 정수기에는 원수를 정수하기 위하여 다양한 필터들이 구비될 수 있다. 이러한 필터들은 그 기능에 따라 세디멘트 필터, 활성탄 필터, UF 중공사막필터 또는 RO 멤브레인 필터 등으로 구분될 수 있다.
여기서, 세디멘트 필터는 원수 내의 입자가 큰 오염물이나 부유물을 침전시키기 위한 필터라 할 수 있으며, 활성탄(카본) 필터는 입자가 작은 오염물, 잔류 염소, 휘발성 유기 화합물이나 냄새 발생 인자들을 흡착하여 제거하기 위한 필터라 할 수 있다.
한편, RO 멤브레인 필터는 역삼투막을 적용하여 중금속, 이온성 물질 그리고 미생물을 효과적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 RO 멤브레인 필터는 고가이며 많은 양의 원수가 버려지는 문제를 갖고 있다. 아울러, 인체에 유용한 미네랄이나 성분들도 제거되는 문제가 있다.
이에 반하여, UF 중공사막필터는 이온성 물질이나 미생물을 효과적으로 제거할 수 있는 반면 인체에 유용한 미네랄 성분을 유지하는 장점을 갖고 있다. 아울러, RO 멤브레인 필터에 비해 저렴하고 낭비되는 원수를 최소화할 수 있다.
그러나, UF 중공사막필터를 통해서는 최근에 산업화에 따라 중요한 문제가 되고 있는 중금속 제거가 어려운 문제가 있다.
한편, 최근에 Cd, Hg, Pb, Ni, Cr 등과 같은 유해한 중금속이온을 포집하는 데 효과가 있다는 키토산을 이용하여 정수·정제용 필터를 제조하는 방안이 연구되고 있다.
대표적으로, 한국등록특허 제 1130175호에 의하면 키토산 분말을 가공하여 키토산 비드를 형성하여 필터여재에 적층하여 사용하는 방안이 제안되었는데, 키토산 비드의 생산을 위해서 공정비용이 추가되고, 매우 비쌀 뿐만 아니라, 키토산 비드의 비표면적이 중금속 제거용으로 적당한 크기인 약 100mesh(254㎛, 0.254mm) 이하 분말형태의 비표면적보다 훨씬 작아 중금속 제거 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 키토산 비드로는 일정크기의 정수기 필터 내부공간을 채우는 경우에 비용이 많이 들 뿐만 아니라 정수효율을 높이기 위해서 케이스 내부공간을 채운 경우 유입수의 채널링(물길)이 발생하거나, 비드의 용출 등으로 케이스가 변형되기도 하고, 유동이 생겨서 필터 기능을 제대로 하지 못하는 문제점도 있고, 입출수구 수압변화에 의해 출수구에 비드가 몰려 필터막힘 문제도 있으며, 다른 필터 충진재와 복합적으로 사용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 종래의 필터들과 복합적으로 결합하여 중금속 제거와 통수능 문제를 동시에 해결할 수 있으면서, 컴팩트하고 슬림한 정수기를 제공함과 아울러 고성능 필터 성능을 제공할 수 있는 정수기 필터 복합 시스템을 제공할 수 없었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 중금속 제거용으로 키토산 분말을 이용하되 활성표면적 증대 및 통수능 확보를 위하여 매트형태로 제조한 키토산 정수모듈를 이용한 중금속 제거 필터와, 세디먼트필터, 활성탄 필터, UF 기반 필터, RO 필터, 및 정전방식의 다른 종류의 필터중 적어도 2 이상을 조합하여 중금속을 제거하면서 통수능까지도 충분히 확보할 수 있고, 경우에 따라서는 미네랄을 공급할 수 있는 최상의 정수기 필터 시스템을 구현할 수 있는 키토산 정수모듈를 이용한 정수기 필터 복합 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터는, 일정 크기의 내부 공간을 갖는 원통형 케이스; 상기 원통형 케이스의 내부에 설치되어 원수 유입시 원수에 포함된 이물질이나 유해물질을 필터링하는 키토산 정수모듈; 및 상기 케이스가 밀봉되도록 상기 케이스의 일측에 접합되어 상기 케이스 내부에 상기 키토산 정수모듈을 위치시키는 마개를 포함하며, 상기 키토산 정수모듈은, 가요성 매트 형상으로, 100mesh 이하의 분말형태의 키토산이 바인더, 충진재와 함께 코팅 형성된 중금속 제거 소재층, 상기 중금속 제거 소재층에 대해 샌드위치 결합된 멤브레인막 및 상기 멤브레인막에 대해 샌드위치 결합된 부직포층으로 이루어진 제 1 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 중금속 제거 전처리 기능을 위한 세디먼트막을 더 갖는 제 2 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 3 키토산 정수모듈, 상기 제 2 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 4 키토산 정수모듈 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 포함하는 정수기 복합필터시스템은, 세디먼트 필터(S), 프리카본필터(P), 복합프리필터(C), 웰스카본필터(W), 컴플렉스 필터(C), 웰스 필터(W), 중공사막필터(U), 컴플렉스플러스필터(C+), 포스트카본필터(P), 및 나노메트릭스필터(N), RO 필터, 정전흡착식 중금속 제거 필터 중 하나 또는 그 이상의 필터의 전단 또는 후단에 복합적으로 키토산 정수모듈을 충진재로 이용한 중금속 제거 필터를 사용하며, 상기 키토산 정수모듈은 가요성 매트 형상으로, 100mesh 이하의 분말형태의 키토산이 바인더, 충진재와 함께 코팅 형성된 중금속 제거 소재층, 상기 중금속 제거 소재층에 대해 샌드위치 결합된 멤브레인막 및 상기 멤브레인막에 대해 샌드위치 결합된 부직포층으로 이루어진 제 1 키토산 정수모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중금속 제거용으로 키토산 분말을 이용하되 활성표면적 증대 및 통수능 확보를 위하여 매트형태로 제조한 키토산 정수모듈를 이용한 중금속 제거 필터와, 세디먼트필터, 활성탄 필터, UF 기반 필터, RO 필터, 및 정전방식의 다른 종류의 필터중 적어도 2 이상을 조합하여 중금속을 제거하면서 통수능까지도 충분히 확보할 수 있고, 경우에 따라서는 미네랄을 공급할 수 있는 최상의 정수기 필터 시스템을 구현할 수 있는 키토산 정수모듈를 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈를 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템은 키토산 분말을 이용하므로, 키토산 비드를 제조하기 위한 공정비용, 채널링 효과, 비드의 용충 등으로 케이스가 변형되는 문제, 유동이 생겨서 필터 기능을 제대로 하지 못하는 문제, 입출수구 수압변화에 의해 출수구에 비드가 몰려 생기는 필터막힘 문제 등이 발생하지 않으며, 일정한 통수능과 장시간 사용하더라도 중금속 제거 효율이 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈를 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템은 키토산 정수모듈 소재를 복합적으로 하거나 다양화하여 활성탄이나 이온교환수지 또는 활성탄과 고분자막 필터 등 기본 필터의 수를 줄일 수 있어서 전체적으로 정수기 자체의 크기도 줄일 수 있으며, RO 및 정전식 필터 또는 중공사막필터(UF) 등과도 효율적으로 조합하여 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈를 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템은 효율이 증가되며, 정수기 필터의 유지관리 어려움을 줄 일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 나타내는 개념도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 나타내는 개념도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 본 출원인의 정수기 필터 종류를 나타내는 개념도이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 결합된 정수기 필터복합시스템의 적용예를 나타내는 개념도이다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기필터와 타사의 정수기 필터 종류를 나타내는 개념도이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 결합된 정수기 필터복합시스템의 적용예를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 복합시스템의 중금속 제거 능력 평가 결과 및 통수량을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터복합시스템의 중금속 제거 능력 평가 결과 및 통수량를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 제거 필터 복합시스템의 중금속 제거 능력 평가 결과 및 통수량를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 키토산 정수모듈의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 나타내는 개념도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 나타내는 개념도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 본 출원인의 정수기 필터 종류를 나타내는 개념도이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 결합된 정수기 필터복합시스템의 적용예를 나타내는 개념도이다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기필터와 타사의 정수기 필터 종류를 나타내는 개념도이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 결합된 정수기 필터복합시스템의 적용예를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 복합시스템의 중금속 제거 능력 평가 결과 및 통수량을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터복합시스템의 중금속 제거 능력 평가 결과 및 통수량를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 제거 필터 복합시스템의 중금속 제거 능력 평가 결과 및 통수량를 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기 필터의 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기 필터(100)는 일정크기의 내부공간을 갖는 케이스(110)와, 상기 케이스 내부에 충진되는 필터 충진재(120), 및 상기 케이스(110)의 내부에 필터 충진재(120)를 위치시키도록 융착결합되는 마개(130)로 구성된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기 필터(100)에 있어서, 상기 필터 충진재(120)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 가요성 매트 형상의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 키토산 정수모듈(10)은 가요성 매트 형상으로 중금속을 흡착할 수 있는 소재로 이루어진 중금속 제거 소재층(11)과,상기 중금속 제거 소재층(11)에 대해 샌드위치 결합되어 상기 중금속 제거 소재층(11)이 용출되는 것을 방지하기 위한 멤브레인 막(13)과, 상기 멤브레인막(13)에 대해 각각 배치되며 자체의 물리적 강도를 높이고 큰 이물질을 제거하여 오염수 부하를 낮추기 위해서 사용되는 부직포층(15)을 포함한다.
상기 중금속 제거 소재층(11)은 약 100mesh(254㎛, 0.254mm)이하의 크기인 키토산 분말(11a)을 포함하여 다수의 아민기를 포함하여 중금속 제거에 효율적일 수 있다.
상기 멤브레인막(13)은 상기 키토산 분말(11a)로 이루어진 상기 중금속 소재층(11)으로부터 100 mesh 이하의 키토산 분말(11a)이 용출되는 것을 방지하고, 유입수가 통과할 수 있도록 사용된다.
또한, 오염수 이물질 및 일부 이온성 이물질을 제거할 수 있으며, 상기 중금속 제거 소재층(11)이 중금속만을 제거할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 기공 크기는 대략 0.01um~1um 구성되는 것이 바람직하다.
또한 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노입자가 도포된 멤브레인막을 사용하여 항균능력을 부여할 수 있다.
이하 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈에 사용된 키토산 분말의 제조방법에 대해서 설명한다.
1) 50% NaOH용액을 제조한다. 이를 위해서 비이커에 1L 증류수를 넣고, 500g NaOH를 넣는다. 이 때 열이 발생하므로, 천천히 넣는다.
2) 1L의 50% NaOH 용액을 식혀 2L비커에 넣고, 125℃ 온도로 맞춘다.
3) 2L의 비이커 내 50% NaOH 용액에 키틴 40g을 넣고, 1시간 20분 정도 교반한다.
4) 단계 1 내지 3을 1회 반복한다.
5) 단계 1 내지 3의 결과물을 증류수로 세척하여 pH 7 정도로 조절한 후 드라이 오븐을 이용하여 150℃에서 6시간 건조하여 키토산 분말을 얻는다.
일반적으로 탈아세틸화가 80% 이상 진행될 때, 카드뮴, 망간, 아연 철, 납, 수은, 구리, 셀레늄, 6가크롬, 비소 등의 중금속이 80% 이상 제거됨을 알 수 있다.
이에 건조된 키토산 분말로부터 일반적으로 알려진 탈아세틸화 방법에 따라 틸아세틸화를 진행하여 중금속 제거 여부를 실험하여 [표 1]에 표시하였다.
증류수에 아세트산(acetic acid) 1mL를 넣어 200mL 만들고, 위의 용액에 키토산 분말 1g을 넣고 2시간 정도 교반하여 키토산 용액을 만들고, 증류수 30mL에 키토산 용액 1g을 넣고 톨루엔 블루(Toludine blue) (0.1%)를 2 내지 3 방울 떨어트리고, N/400 potassium polyvinyl sulfate tiration solution으로 적정하여 보라색으로 색이 변할 때를 종발점으로 사용한다.
수식 1을 이용하여 탈아세틸화 정도를 판단한다.
[수식 1] 계산식에 대입
Degree of Deacetylation(%) = {(X/161) / (X/161)+(Y/203)}*100
X=1/400*1/1000*f*161*V, Y=0.5*1/100-X, V=1/400N-Potassium Polyvinyl Sulfate 소비량(ml), f=1/400N-Potassium Polyvinyl Sulfate 규정농도 계수, 161=키토산의 단일분자량, 203=키틴의 단일분자량
[표 1]에 따르면 5초간 제조된 키토산 분말과 중금속 반응시 중금속이 100% 제거됨을 확인하였다(조제수 농도는 먹는 물 기준 중금속 농도가 3 내지 10배).
| 구분 | 키토산 제조 |
구분 | 중금속 제거시험 | ||||||||||
| 키틴 ↓ 키토산 |
80% (탈아세틸화도) |
70~80% 키토산의 배치실험 |
기준 | 카드뮴 | 망간 | 아연 | 철 | 납 | 수은 | 구리 | 셀레늄 | 6가 크롬 |
비소 |
| 조제수 농도 |
0.051 | 1.001 | 10.005 | 0.92 | 0.544 | 0.010 | 3.372 | 0.098 | 0.51 | 0.533 | |||
| 제거율 | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | |||
한편, 키토산 분말 매트를 필수적으로 사용하는 카본필터와 동일한 부피의 정수기 필터케이스에 넣고 20 ℃ 수돗물을 수압 1.0, 2.0, 3.0 kgf/cm2으로 통수능력을 실험하여 [표 2]에 표시하였다.
| 구분 | 카본필터 통수량 | 키토산 분말 매트 1면 통수량 |
키토산 분말 매트 2면 통수량 |
|
| 수압 | 1kgf/cm2 | 1,840 L/min | 1,880L/min | 1,920L/min |
| 2kgf/cm2 | 2,800L/min | 2,700L/min | 2,760L/min | |
| 3kgf/cm2 | 3,500L/min | 3,350L/min | 3,410L/min | |
필수 적용되는 카본필터 대비 키토산 분말 매트 필터의 통수량 감소율은 최대 3kgf/cm2에서 4.3%이며, 매트 면수가 증가할수록 통수능력은 향상되는 것을 확인할 수 있다.
중금속 제거는 키토산 양에 비례하기에 키토산을 포함한 매트가 증가할수록 중금속 제거능력과 통수능력이 향상되어 실제 정수기 사용조건에 부합되는 것을 확인할 수 있다.
키토산 분말, 키토산 비드, 키토산 매트를 동일한 부피의 정수기 필터케이스에 넣고 20 ℃ 수돗물을 수압 2.0kgf/cm2으로 카드뮴 0.051, 망간 1.001, 아연 10.001mg/l에 대해 1L 출수 10회 이상 실험한 경우의 통수능력 및 중금속 제거효율을 실험하여 [표 3]에 표시하였다.
| 조건 | 키토산 비드 |
키토산
분말 |
키토산 분말매트
1면 통수량 |
|
| 수압 2kgf/cm2 |
통수량(L/min) | 350L/min | 필터파손 | 2,700L/min |
| 중금속 제거율(%) (카드뮴,망간, 아연) |
80% | 100% | 100% | |
[표 3]에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈은 1L의 정수를 생성하는데, 키토산 비드 보다 통수능이 약 8배정도 크고 중금속 제거율도 높다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 매트는 충분한 통수능으로 인하여 정수 필터로서 충분한 처리속도를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
키토산 분자 중 -NH2 기가 물속에 녹아있는 양이온인 카드뮴, 망간, 아연이온과 배위결합하여 대부분 제거함을 알 수 있다.
위 실험결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈이 적용된 경우, 키토산 분말 또는 키토산 비드를 이용한 경우와 비교하면, 충분한 통수능도 확보할 수 있고, 중금속 제거율이 뛰어난 것을 알 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 키토산 정수모듈(20)은 가요성 매트 형상으로 중금속을 흡착할 수 있는 소재로 이루어진 중금속 제거 소재층(21)과, 상기 중금속 제거 소재층(21)에 대해 샌드위치 결합되어 상기 중금속 제거 소재층(21)이 용출되는 것을 방지하기 위한 멤브레인막(23)과, 상기 멤브레인막(23)에 대해 각각 배치되며 자체의 물리적 강도를 높이고 큰 이물질을 제거하여 오염수 부하를 낮추기 위해서 사용되는 부직포층(25)과, 상기 상기 멤브레인막(23)과 상기 부직포층(25) 사이에 중금속 제거를 위한 전처리 기능을 부여하기 위한 세디먼트막(27)을 더 포함할 수 있다.
상기 세디먼트막(27)은 중금속 제거에 방해가 될 수 있는 입자상 물질 및 큰 이물질을 사전 제거하여 중금속 제거율을 높일 수 있으며 기공 크기는 대략 0.1 내지 10um로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노입자가 도포된 세디먼트막을 사용하여 항균능력을 부여할수있다.
상기 중금속 제거 소재층(21)은 100Mesh 이하의 크기인 키토산 분말(21a)을 포함하여 다수의 아민기를 포함하여 중금속 제거에 효율적일 수 있다.
상기 멤브레인막(23)은 상기 키토산 분말(21a)로 이루어진 상기 중금속 소재층(21)으로부터 100mesh 이하의 키토산 분말(21a)이 용출되는 것을 방지하고, 유입수가 통과할 수 있도록 사용된다.
또한, 오염수 이물질 및 일부 이온성 이물질을 제거할 수 있으며, 상기 중금속 제거 소재층(21)이 중금속만을 제거할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 기공 크기는 대략 0.01 내지1um로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노 입자가 도포된 멤브레인막을 사용하여 항균능력을 부여할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 3 키토산 정수모듈(30)은 가요성 매트 형상으로 중금속을 흡착할 수 있는 소재로 이루어진 중금속 제거 소재층(31)과, 상기 중금속 제거 소재층(31)에 대해 샌드위치 결합되어 상기 중금속 제거 소재층(31)이 용출되는 것을 방지하기 위한 멤브레인 막(33)과, 상기 멤브레인막(33)에 대해 각각 배치되며 자체의 물리적 강도를 높이고 큰 이물질을 제거하여 오염수 부하를 낮추기 위해서 사용되는 부직포층(35)을 포함한다.
상기 멤브레인막(33)과 상기 부직포층(35) 사이에 활성탄매트(36)를 더 포함시킬 수 있다.
상기 활성탄매트(36)는 유입수가 유입되는 상류 측에 또는 하류 측 상기 멤브레인막(33)과 상기 부직포층(35) 사이에 배치될 수 있다.
상기 활성탄매트(36)는 분말형태의 활성탄(36a)을 2장의 활성탄매트용 멤브레인막(36b)으로 샌드위치 결합시켜서 형성할 수 있다.
상기 활성탄매트(36) 추가시 물맛 향상과 냄새, 잔류염소를 제거할 수 있으며, 일부 중금속 제거 기능도 향상되는 이점이 있다.
키토산 분말이 중금속만을 제거할 수 있는 환경을 조성할 수도 있으며, 키토산 매트 단품 적용 시 잔류염소 제거 기능이 없어 수돗물 물맛과 냄새가 발생하기 때문에 수질조건에 따라서 활성탄 매트를 결합한 구성이 필요하다.
또한 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노 입자가 도포된 멤브레인막을 사용하여 항균능력을 부여할 수 있다.
상기 중금속 제거 소재층(31)은 100Mesh 이하의 크기인 키토산 분말(31a)을 포함하여 다수의 아민기를 포함하여 중금속 제거에 효율적일 수 있다.
상기 멤브레인막(33)은 상기 키토산 분말(31a)로 이루어진 상기 중금속 소재층(31)으로부터 100mesh 이하의 키토산 분말(31a)이 용출되는 것을 방지하고, 유입수가 통과할 수 있도록 사용된다.
또한, 오염수 이물질 및 일부 이온성 이물질을 제거할 수 있으며, 상기 중금속 제거 소재층(31)이 중금속만을 제거할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 기공 크기는 대략 0.01 내지 1um로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노입자가 도포된 멤브레인막을 사용하여 항균능력을 부여할 수 있다
도 4에 도시된 바와 같이, 제 4 키토산 정수모듈(40)은 가요성 매트 형상으로 중금속을 흡착할 수 있는 소재로 이루어진 중금속 제거 소재층(41)과, 상기 중금속 제거 소재층(41)에 대해 샌드위치 결합되어 상기 중금속 제거 소재층(41)이 용출되는 것을 방지하기 위한 멤브레인 막(43)과, 상기 멤브레인막(43)에 대해 각각 배치되며 자체의 물리적 강도를 높이고 큰 이물질을 제거하여 오염수 부하를 낮추기 위해서 사용되는 부직포층(45)을 포함한다.
상기 멤브레인막(43)과 상기 부직포층(45) 사이에 중금속 제거를 위한 전처리 기능을 부여하기 위한 세디먼트막(47)을 더 포함할 수 있다.
상기 세디먼트막(47)은 중금속 제거에 방해가 될 수 있는 입자상 물질 및 큰 이물질을 사전 제거하여 중금속 제거율을 높일 수 있으며, 기공 크기는 대략 0.1 내지10um로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노입자가 도포된 세디먼트막을 사용하여 항균능력을 부여할 수 있다
또한, 상기 멤브레인막(43)과 상기 세디먼트막(47) 사이에 활성탄매트(46)를 더 포함시킬 수 있다.
상기 활성탄매트(46)는 유입수가 유입되는 상류 측에 또는 하류 측 상기 멤브레인막(43)과 상기 세디먼트막(47) 사이에 배치될 수 있다.
상기 활성탄매트(46)는 분말형태의 활성탄(46a)를 2장의 활성탄매트용 멤브레인막(46b)으로 샌드위치 결합시켜서 형성할 수 있다.
상기 활성탄매트(46) 추가 시 물맛 향상과 냄새, 잔류염소를 제거할 수 있으며, 일부 중금속 제거 기능도 향상되는 이점이 있다.
키토산 분말이 중금속만을 제거할 수 있는 환경을 조성할 수도 있으며, 키토산 분말을 매트 단품 적용 시 잔류염소 제거 기능이 없어 수돗물 물맛과 냄새가 발생하기 때문에 수질조건에 따라서 분말형태의 활성탄을 혼합하여 매트 구성이 필요하다.
상기 중금속 제거 소재층(41)은 100Mesh 이하의 크기인 키토산 분말(41a)을 포함하여 다수의 아민기를 포함하여 중금속 제거에 효율적일 수 있다.
상기 멤브레인막(43)은 상기 키토산 분말(41a)로 이루어진 상기 중금속 소재층(41)으로부터 100mesh 이하의 키토산 분말(41a)이 용출되는 것을 방지하고, 유입수가 통과할 수 있도록 사용된다.
또한, 오염수 이물질 및 일부 이온성 이물질을 제거할 수 있으며, 상기 중금속 제거 소재층(41)이 중금속만을 제거할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 기공 크기는 대략 0.01내지 1um로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노입자가 도포된 멤브레인막을 사용하여 항균능력을 부여할 수 있다.
이제 도 6a와 도 6b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터에 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈이 충진재로서 어떻게 배치되는 상세히 설명한다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 나타내는 개념도이고, 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 나타내는 개념도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터(100)는, 일정 크기의 내부 공간을 갖는 원통형 케이스(110), 상기 원통형 케이스(110)의 내부에 설치되어 원수 유입시 원수에 포함된 이물질이나 유해물질을 필터링하는 키토산 정수모듈(120), 및 상기 케이스(110)가 밀봉되도록 케이스(110)의 일측에 접합되어 케이스(110)의 내부에 중금속 제거용 친환경 정수 필터를 필터충진재(120)의 형태로 배치하고 상기 필터충진재(120)를 마개(130)로 위치 고정하도록 구성된다.
상기 필터 충진재(120)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40) 중 적어도 어느 하나가 매트형태로 상기 원통형 케이스(110)의 길이방향에 수직한 가로방향으로 적층되도록 이루어져 상기 원통형 케이스(110) 상부에 형성된 원수 유입구(111)로부터 유입된 원수가 상기 원통형 케이스 110) 저부에 배치되는 마개(130)를 거쳐 상방으로 이동하면서 필터링 되도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 키토산 정수모듈(120)는 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40) 중 적어도 어느 하나가 매트형태로 상기 원수 유입방향에 대해 수직하게 배치되어 넓은 접촉면적을 제공할 수 있다.
마찬가지로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 필터 충진재(120)는, 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40) 중 적어도 어느 하나가 매트형태로 상기 원통형 케이스(110)의 길이방향을 따라 세로방향으로 적층되도록 배치되어 상기 원통형 케이스(110) 상부에 형성된 원수 유입구(111)로부터 유입된 원수가 상기 원통형 케이스 (110)의 길이방향에 수직한 방향으로 이동하면서 필터링 되도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 키토산 정수모듈(120)는 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40) 중 적어도 어느 하나가 매트형태로 상기 원수 유입방향에 대해 수직하게 배치되어 넓은 접촉면적을 제공할 수 있으며, 중앙에 충분한 정수공간을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40) 중 적어도 어느 하나인 상기 중금속 제거 소재층(11, 21, 31, 41)은 100Mesh 이하의 크기인 키토산 분말(11a, 21a, 31a, 41a)과 함께 분말형태의 활성탄을 포함할 수 있다.
이와 같이, 분말형태의 활성탄과 상기 중금속 제거 소재인 키토산 분말을 혼합시킴으로써 필터구조의 단순화가 가능하며, 불필요한 막의 제거로 통수환경도 개선될 수 있다.
수 환경 특성에 따라 상기 분말형 활성탄과 중금속 제거 소재인 키토산 분말의 혼합비율을 달리하여 정수기능을 달성할 수 있으며, 특히 분말형태의 활성탄과 키토산 분말의 혼합환경에서 단품 소재 보다 중금속 제거율이 상승됨을 확인할 수 있었다.
또한, 필터 내부의 항균성능을 위해 은나노 입자가 도포된 멤브레인막을 사용하여 항균능력을 부여할 수 있다.
한편, 상기 활성탄 매트(40)에 있어서, 상기 멤브레인막(43)과 상기 부직포층(45) 사이에 100Mesh 이하의 크기인 미네랄 분말이 함유된 활성탄매트(46)를 더 포함시킬 수 있으며, 중금속 제거 소재층(41)에 100Mesh 이하의 크기인 미네랄 분말을 함유하여 미네랄을 발생시킬 수 있도록 할 수 있다.
상기 미네랄 분말이 함유된 활성탄매트(46)는 유입수가 유입되는 상류 측에 또는 하류 측 상기 멤브레인막(43)과 상기 부직포층(45) 사이에 배치될 수 있지만, 미네랄도 일종의 금속이온이기에 키토산에 의해 제거될 수 있어 유입수가 키토산 분말(41a)로 이루어진 중금속소재층(41)을 통과한 이후 미네랄이 용출될 수 있도록 하류 측에 배치되는 것이 적당하다.
상기 중금속 제거 소재층(41)은 100Mesh 이하의 크기인 분말형태로 포함하여 다수의 아민기를 가져 중금속 제거에 효율적일 수 있으며, 100Mesh 이하의 크기인 미네랄 분말도 포함하여 중금속 제거와 동시에 미네랄 발생도 가능하다.
이제 도 7a 내지 도 8b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용 정수기 필터와 다른 필터를 복합적으로 사용한 정수기 복합필터시스템에 대해서 설명한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 본 출원인의 정수기 필터 종류를 나타내는 개념도이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 결합된 정수기 필터 복합시스템의 적용예를 나타내는 개념도이며, 도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 타사의 정수기 필터 종류를 나타내는 개념도이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터와 결합된 정수기 필터 복합시스템의 적용예를 나타내는 개념도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터를 갖는 정수기 복합 필터 시스템은 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)에 대응하여 기본 중금속 제거모듈(K), 세디먼트층이 형성된 중금속 제거모듈(S), 활성탄 매트를 중금속 제거모듈(C), 및 세디먼트층과 활성탄 매트를 갖는 중금속 제거모듈(SC)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 1 내지 제4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)은 본 출원인의 자사 필터인 세디먼트 필터(S), 프리카본필터(P), 복합프리필터(C), 웰스카본필터(W), 컴플렉스 필터(C), 웰스 필터(W), 중공사막필터(U), 컴플렉스플러스필터(C+), 포스트카본필터(P), 및 나노메트릭스필터(N)중 하나 또는 그 이상의 필터를 대신할 수 있으며, 이들 필터들을 조합하여 4단계에서 8단계까지의 정수 과정을 거치면서 하나의 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 시스템으로 이용될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 전술한 도 7a에 도시된 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)과 본 출원인의 자사 필터를 조합한 정수기 복합 필터 시스템의 예를 4가지 들 수 있다.
즉, 1단계 필터로 세디먼트 필터(S)를 사용하는 경우에, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 키토산 정수모듈(10)을 2단계 필터로 사용하고 3단계 프리카본 필터로서 프리카본필터(P)와 웰스카본 필터(W)를, 4단계 필터로서 웰스 필터를 이용하고, 5단계 필터로서 UF 필터로서 중공사막필터(U) 또는 컴플렉스플러스 필터(C+)을 이용하고, 6단계 필터로서 포스트카본 필터를 , 7단계 필터로서 나노매트릭스 필터를 이용할 수 있다.
다만, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 키토산 정수모듈(20)과 같이 세디먼트층을 보유하는 경우에는 1단계 필터로서 세디먼트 필터를 사용하지 않을 수 있기 때문에 전체 정수단계를 줄일 수 있다.
마찬가지로 1 단계 필터로서 세디먼트 필터(S)를 사용하는 경우에, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 키토산 정수모듈(30)을 2단계 필터로 사용하고, 3단계 프리카본 필터로서 프리카본필터(P)와 웰스카본 필터(W)를, 4단계 필터로서 웰스 필터를 이용하고, 5단계 필터로서 UF 필터로서 중공사막필터(U) 또는 컴플렉스플러스 필터(C+)을 이용하고, 6단계 필터로서 포스트카본필터를 , 7단계 필터로서 나노매트릭스 필터를 이용할 수 있다.
다만, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 키토산 정수모듈(40)과 같이 세디먼트층과 활성탄층을 더 포함하는 경우에 1단계 필터로서 세디먼트 필터를 사용하지 않을 수 있기 때문에 전체 정수단계를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 세디멘트 필터는 원수 내의 입자가 큰 오염물이나 부유물을 침전시키기 위한 필터라 할 수 있으며, 활성탄 필터는 입자가 작은 오염물, 잔류 염소, 휘발성 유기 화합물이나 냄새 발생 인자들을 흡착하여 제거하기 위한 필터라 할 수 있다.
상기 활성탄(카본) 필터는 일반적으로 원수 측에 구비되는 프리(pre) 활성탄(carbon) 필터와 정수 측에 구비되는 포스트(post) 활성탄 필터로, 상기 포스트 활성탄 필터는 주로 정수의 맛에 영향을 미치는 냄새 유발 물질을 제거하여 물맛을 향상시켜 주기 위해 구비될 수 있다.
한편, 상기 웰스 필터는 추가적으로 미네랄을 정수에 공급할 수 있는 기능을 갖는 필터이며, 상기 컴플렉스플러스 필터(C+)나 나노매트릭스 필터 등은 보다 미세하게 이온성 물질이나 미생물, 박테리아, 노로 바이러스 등과 같은 세균을 효과적으로 제거할 수 있는 기능을 구비할 수 있다.
한편, 상기 UF 중공사막필터는 이온성 물질이나 미생물을 효과적으로 제거하면서 인체에 유용한 미네랄 성분을 유지하는 장점을 갖지만, 효과적인 중금속 제거가 어려운 문제가 있었다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기 복합 필터 시스템에 따르면, 상기 본 발명의 제 1 내지 제4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)을 갖는 중금속 제거 필터와 결합되어 통수능의 문제없이 중금속에 대해서도 충분히 제거할 수 있다. 이에 대한 효과에 대해서 이후 실험 데이터와 도 9 내지 도 11을 참조하여 후술하겠다.
한편, 도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 내지 제4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)는 자사 뿐 아니라 타사의 세디먼트 필터나 프리카본필터, 기타 RO필터, 중금속제거필터, 포스트 카본 필터를 대신할 수 있으며, 이들 필터들과 조합하여 4 단계 내지 8단계까지의 정수 과정을 거치면서 하나의 키토산 정수모듈을 이용한 중금속 제거 필터를 갖는 정수기 복합 필터 시스템으로 이용될 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 1단계 필터로서 전처리 필터를 사용하고, 2단계 필터로서 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)을 갖는 중금속 제거 필터(100)가 사용될 수 있으며, 3단계 필터로서 프리카본 필터가 이용되고, 4단계 필터로서 RO 필터나 정전흡착식 중금속 제거 필터가 이용될 수 있으며, 6단계 필터로서 포스트 카본 필터들이 이용될 수 있다.
이 때에도 도 7b와 마찬가지로, 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)중 세디먼트층을 구비하는 제 2 또는 제 4 키토산 정수모듈(20, 40)을 사용하는 경우에 1단계 필터로서 전처리 필터를 생략할 수 있다.
한편, RO 필터나 기타 다른 중금속 필터는 중금속 제거가 가능하나 정수 유량 확보가 어려운 문제가 있으며, 즉, 원하는 만큼의 정수량을 얻기 위해서 매우 많은 시간이 소요되는 문제가 있지만, 본 발명의 제 1 내지 제 4 키토산 정수모듈(10, 20, 30, 40)중 어느 하나를 이용한 중금속 제거 필터(100)와 결합하거나 대신할 경우에 이후 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명하는 바와 같이 충분히 통수능을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
이제 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)을 사용하여 1매 단품필터로 사용하는 경우, 2매 단품 필터로 사용하는 경우, 1매와 중공사막필터(U)와 포스트카본필터(P)를 조합하여 사용한 경우 중금속 제거 성능을 실험한 결과 [표 4]과 같은 결과를 얻었으며, 이를 보기 좋게 도 9에 그래프로 표시하였다.
| 구분 | 중금속 제거율(농도) | ||||||
| 조제수 | 키토산 매트 단품 | 키토산 매트 + UF + 포스트카본 | |||||
|
조제농도
(목표농도) |
통수량 |
키토산 매트 1면
(제거율) |
키토산 매트 2면
(제거율) |
키토산 매트 1면
(제거율) |
키토산 매트 2면
(제거율) |
||
| 중 금 속 |
카드뮴 | 0.043 (0.05) |
1L | 0 (100%) | 0 (100%) | 0 (100%) | 0 (100%) |
| 5L | 0 (100%) | 0 (100%) | 0 (100%) | 0 (100%) | |||
| 10L | 0.014 (67%) | 0 (100%) | 0 (100%) | 0 (100%) | |||
| 망간 | 1.036 (0.9) |
1L | 0.64 (38%) | 0.125 (87%) | 0.109 (90%) | 0.002 (99%) | |
| 5L | 0.913 (11%) | 0.298 (71%) | 0.814 (21%) | 0.065 (93%) | |||
| 10L | 1.121 (-8%) | 0.583 (43%) | 1.105 (-6%) | 0.234 (77%) | |||
| 아연 | 11.161 (9) |
1L | 11.091 (0.6%) | 8.022 (28%) | 5.633 (49%) | 0.018 (99%) | |
| 5L | 10.768 (3.5%) | 12.697 (-14%) | 10.983 (1.6%) | 11.558 (-4%) | |||
| 10L | 11.333 (-1.5%) | 11.493 (-3%) | 10.167 (9%) | 11.808 (-6%) | |||
표 4 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)을 1 매 단품 필터로 사용하는 경우에 비해서 2개 단품 필터로 사용하는 경우 카드뮴, 망간, 아연 제거율을 볼 때 모두 중금속 제거효율이 상승하는 바, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)의 성능이 검증됨을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)을 1 매 단품 필터로 사용하는 경우나 2매를 단품 필터로 사용하는 경우에 비해서 중공사막필터(U)와 포스트카본필터(P)를 조합하여 컴플렉스 필터를 형성한 경우 중금속 제거 효율이 상승함을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)을 2매를 사용하되, 중공사막필터(U)와 포스트카본필터(P)를 조합하여 컴플렉스 필터를 형성한 경우 카드뮴 및 망간 제거 가능성이 높아짐을 알 수 있다.
아연의 경우, 흡착은 가능하지만 재용출되는 문제가 발생하였다.
결과적으로 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)을 1매 사용하는 경우 보다는 2매 사용하는 경우가 중금속 제거 효율이 좋음을 알 수 있었는 바, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)을 2매 사용하는 경우에도 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)의 중금속 소재층(11)에 함유된 키토산 분말(11a)의 틸아세틸화의 차이에 따른 중금속 제거 능력을 실험하여 표 5 및 도 10에 표시하였다.
| 구분 | 중금속 제거율(농도) | ||||
| 조제수 | 키토산 매트 단품 |
키토산 매트
+ UF + 포스트카본 |
|||
|
조제농도
(목표농도) |
통수량 | 키토산 매트 2면 (제거율) | 키토산 매트 2면 (제거율) | ||
| 중 금 속 |
카드뮴 | 0.059 (0.05) |
1L | 0.004 (93%) | 0.002 (97%) |
| 5L | 0.006 (90%) | 0.011 (81%) | |||
| 10L | 0.022 (63%) | 0.009(85%) | |||
| 망간 | 0.971 (0.9) |
1L | 0.229 (76%) | 0 (100%) | |
| 5L | 0.716 (26.3%) | 0.486 (50%) | |||
| 10L | 1.04 (-7%) | 0.91 (6%) | |||
| 아연 | 10.424 (9) |
1L | 0.286 (97.3%) | 10.65 (-2%) | |
| 5L | 10.78 (-3.4%) | 10.94 (-5%) | |||
| 10L | 10.84 (-3.9%) | 11.14 (-7%) | |||
도 10를 통해서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)을 2매 사용하면서 중공사막필터(U)와 포스트카본필터(P)를 조합하여 컴플렉스 필터를 형성한 경우 중금속 제거 효율이 상승함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)의 중금속 제거소재층(11)의 키토산 분말(11a)의 순도(탈아세틸화) 정도가 84%인 경우보다는 93%로 더 높을 수록 중금속 제거효율이 상승함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)의 중금속 제거소재층(11)의 키토산 분말(11a)의 순도(탈아세틸화) 정도가 93% 이상인 경우 통수성능을 실험하여 표 6에 표시하였다.
이경우 통수능 평가 단위는 L/분으로 평가한다.
| 구분 |
8인치 필터
웰스카본 |
키토산 매트 단품
(8인치 필터 대비 감소율 %) |
8인치 필터
웰스카본 + UF + 포스트카본 |
키토산 매트 + UF + 포스트카본
(8인치 필터 대비 감소율 %) |
|||
| 키토산 매트 1면 | 키토산 매트 2면 | 키토산 매트 1면 | 키토산 매트 2면 | ||||
| 수압 | 1Kg | 1,840 | 1,880 (2.8% 증가) |
1,920 (4.3% 증가) |
1,540 | 1,400 (9 %) |
1,300 (15.6%) |
| 2kg | 2,800 | 2,700 (3.6%) |
2,760 (1.4%) |
2,450 | 2,350 (4%) |
2,310 (5.7%) |
|
| 3kg | 3,500 | 3,350 (4.3%) |
3,410 (2.6%) |
3,035 | 2,860 (5.8%) |
2,970 (2.1%) |
|
1Kgf/cm2 수압에서는 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)를 2매 사용하는 경우 통수율이 향상됨을 알 수 있었다.
또한, 8인치 자사의 웰스 카본 필터와 중공사막필터, 포스트 카본 필터를 사요용하는 경우에 비하여 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)를 중공사막필터, 포스트 카본 필터를 복합적으로 사용하는 경우에 1~3Kgf/cm2 수압에서 1매 및 2매 8인치 필터 단품 및 콤플렉스 필터 조합 시 최대 6%이내 통수량 감소로 양호함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)의 중금속 제거소재층(11)의 키토산 분말(11a)의 순도(탈아세틸화) 정도가 93% 이상인 경우 키토산 용출 및 물맛을 평가하여 [표 7] 및 [표 8]에 표시하였다.
|
키면 렉웰스카본
+ 키토산 매트 2면 |
|
| 물맛 | |
| 터 | |
|
정체일
(일) |
키토산 매트 3면 단품 TOC(유기물 분석) | |
|
원수
(mg/l) |
키토산 매트 정체수
(mg/l) |
|
| 1 | 1.057 | 17.37 |
| 5 | 1.314 | 10.83 |
| 10 | 진행중 | 진행중 |
| 15 | 진행중 | 진행중 |
키토산 용출 평가 결과, 원수 대비 0.1mg/l 키토산이 용출함을 알 수 있었으며, pH 평가결과 원수보다 pH 가 약간 낮지만, 이 정도 수치는 원수에 큰 영향이 없는 정도로 판단되며, 유기물분석결과(TOC)도 4000L에서 10% 정도의 증가율을 보이지만, 일반적인 현상이며, 표 8에 표시한 바와 같이 1-10일 정체시에도 다량의 유기물이 발생하지만 이 또한 유기성 물질에서 발생되는 범위로 배출후 사용해도 문제가 없는 정도로 판단된다.
물맛 평가에 있어서, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)에는 원수의 잔류염소 제거 기능이 없어 수돗물 맛이나 냄새가 발생하지만, 본 발명의 제 1 키토산 정수모듈(10)에 전/후에 카본필터를 적용하는 경우 물맛과 냄새 모두 이상이 없다는 결과를 얻을 수 있었으며, 제 1 키토산 정수모듈(10) 후에 카본필터를 적용하는 경우 물맛 선호도가 더 좋아졌다.
10, 20, 30, 40 : 키토산 정수 모듈
11, 21, 31, 41 : 중금속 제거층
11a, 21a, 31a, 41a : 키토산 분말
110 : 케이스
120 : 필터층
130 : 마개
11, 21, 31, 41 : 중금속 제거층
11a, 21a, 31a, 41a : 키토산 분말
110 : 케이스
120 : 필터층
130 : 마개
Claims (7)
- 일정 크기의 내부 공간을 갖는 원통형 케이스;
상기 원통형 케이스의 내부에 설치되어 원수 유입시 원수에 포함된 이물질이나 유해물질을 필터링하는 키토산 정수모듈; 및
상기 케이스가 밀봉되도록 상기 케이스의 일측에 접합되어 상기 케이스 내부에 상기 키토산 정수모듈을 위치시키는 마개를 포함하며,
상기 키토산 정수모듈은, 가요성 매트 형상으로, 100mesh 이하의 분말형태의 키토산이 바인더, 충진재와 함께 코팅 형성되고, 0.01um~1um의 기공으로 형성된 중금속 제거 소재층, 상기 중금속 제거 소재층에 대해 샌드위치 결합된 멤브레인막 및 상기 멤브레인막에 대해 샌드위치 결합된 부직포층으로 이루어진 제 1 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 중금속 제거 전처리 기능을 위한 세디먼트막을 더 갖는 제 2 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 3 중금속 제거용 친환경 정수필터 모듈, 상기 제 2 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 4 중금속 제거용 친환경 정수필터 모듈 중 적어도 하나로 구성되고,
상기 중금속 제거 소재층에는 분말형태의 활성탄과 분말형태의 미네랄이 더 포함되는 정수기 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 키토산 정수모듈이 상기 원통형 케이스내에 상기 원통형 케이스의 길이방향에 수직한 가로방향으로 적층되는 정수기 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 키토산 정수모듈이 상기 원통형 케이스내에 상기 원통형 케이스의 길이방향을 따라 종방향으로 적층되는 정수기 필터. - 삭제
- 원수로부터 정수를 생성하기 위하여 세디먼트 필터(S), 프리카본필터(P), 복합프리필터(C), 웰스카본필터(W), 컴플렉스 필터(C), 웰스 필터(W), 중공사막필터(U), 컴플렉스플러스필터(C+), 포스트카본필터(P), 및 나노메트릭스필터(N)중 하나 또는 그 이상의 필터의 전단 또는 후단에 복합적으로 키토산 정수모듈을 충진재로 이용한 정수기 필터를 사용하며,
상기 키토산 정수모듈은, 가요성 매트 형상으로, 100mesh 이하의 분말형태의 키토산이 바인더, 충진재와 함께 코팅 형성되고, 0.01um~1um의 기공으로 형성된 중금속 제거 소재층, 상기 중금속 제거 소재층에 대해 샌드위치 결합된 멤브레인막 및 상기 멤브레인막에 대해 샌드위치 결합된 부직포층으로 이루어진 제 1 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 중금속 제거 전처리 기능을 위한 세디먼트막을 더 갖는 제 2 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 3 키토산 정수모듈, 상기 제 2 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 4 키토산 정수모듈 중 적어도 하나로 구비되고,
상기 중금속 제거 소재층에는 분말형태의 활성탄과 분말형태의 미네랄이 더 포함되는 정수기 복합 필터 시스템. - 세디먼트 필터나 프리카본필터, RO필터, 정전흡착식 중금속 제거 필터, 포스트 카본 필터 중 하나 또는 그 이상의 필터의 전단 또는 후단에 복합적으로 키토산 정수모듈을 충진재로 이용한 정수기 필터를 사용하며,
상기 키토산 정수모듈은, 가요성 매트 형상으로, 100mesh 이하의 분말형태의 키토산이 바인더, 충진재와 함께 코팅 형성되고, 0.01um~1um의 기공으로 형성된 중금속 제거 소재층, 상기 중금속 제거 소재층에 대해 샌드위치 결합된 멤브레인막 및 상기 멤브레인막에 대해 샌드위치 결합된 부직포층으로 이루어진 제 1 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 중금속 제거 전처리 기능을 위한 세디먼트막을 더 갖는 제 2 키토산 정수모듈, 상기 제 1 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 3 키토산 모듈, 상기 제 2 키토산 정수모듈의 상기 멤브레인막과 상기 부직포층 사이에 활성탄 매트가 더 배치되는 제 4 키토산 모듈 중 적어도 하나로 구비되고,
상기 중금속 제거 소재층에는 분말형태의 활성탄과 분말형태의 미네랄이 더 포함되는 정수기 복합 필터 시스템. - 삭제
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| KR1020150096821A KR101707231B1 (ko) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020150096821A KR101707231B1 (ko) | 2015-07-07 | 2015-07-07 | 키토산 정수모듈을 이용한 정수기 필터 및 복합필터시스템 |
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Family
ID=57990172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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