KR101765077B1 - 유수분리 장치 - Google Patents

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Abstract

물과 기름의 젖음성 차이를 이용하여 화학품 없이도 물과 기름을 분리할 수 있는 유수분리 필터 및 유수분리 장치에 관한 것이다. 유수분리 필터는 지지부재와, 유수분리부재를 포함한다. 지지부재는 한 쌍으로 이루어져 상하방향으로 이격 배치되며, 복수의 기공이 형성된다. 유수분리부재는 물에 젖은 적어도 하나의 여과포로 형성되며, 지지부재의 사이에 배치되어 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시킨다.
유수분리 장치는 케이싱과, 제1 유수분리 필터와, 제2 유수분리 필터를 포함한다. 케이싱은 유수 혼합물이 유입되는 유입구와, 유수분리된 물이 배출되는 제1 배출구, 및 유수분리된 기름이 배출되는 제2 배출구를 구비하며, 유입구가 상부에 위치하도록 일정 각도로 기울어지게 배치된다. 제1 유수분리 필터는 제1 배출구에 배치되는 것으로, 한 쌍으로 이루어져 상하방향으로 이격 배치되며 복수의 기공이 형성된 지지부재, 및 물에 젖은 적어도 하나의 여과포로 형성되며 지지부재의 사이에 배치되어 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키는 유수분리부재를 구비한다. 제2 유수분리 필터는 제2 배출구에 배치되는 것으로, 복수의 기공이 형성되며 표면에 초소수성 물질이 코팅되어 물과 기름 중 기름을 선택적으로 통과시킨다.

Description

유수분리 장치{DEVICE FOR OIL-WATER SEPARATION}
본 발명은 유수 혼합물로부터 물과 기름을 분리하기 위한 유수분리 필터 및 이를 이용한 유수분리 장치에 관한 것이다.
바다는 지구 전체 표면적의 70%를 점유하고 있고, 다양한 생물자원과 광물자원이 풍부한 자원의 보고이다. 그러나, 대규모 공단으로부터 유입되는 공장폐수, 대도시에서 배출되는 생활폐수, 농축산 활동으로 인한 비료 성분 및 인분에 의한 오염을 위시해서 대형 유조선 사고로 인한 기름 유출, 육상 유류 이동 중 기름 유출 등의 원인으로 급격히 해양 생태계가 황폐화되고 있다.
특히 해양사고로 인해 선박으로부터 유출된 기름은 유출사고 초기뿐만 아니라 기름의 수거 후에도 장기간에 걸쳐 해양 생태계를 파괴하여 인류에 돌이킬 수 없는 재앙을 가져온다. 유출된 기름은 방제 및 정화작업을 통하여 일부 제거되기도 하지만, 대부분 복잡한 풍화과정을 거치면서 해양환경 내에 잔류하여 각종 해양 생물에 치명적 피해를 주게 되므로 기름 유출시 신속하고 효과적으로 방제작업을 수행하는 것만이 피해를 최소화할 수 있다.
한편, 물과 기름을 분리하는 종래의 기술로는 유흡착제 방식과 유분산제 방식이 있다.
유흡착제 방식은 소수성과 친유성을 갖는 흡착제를 이용하여 기름만을 선별적으로 흡수하는 방식이다. 그러나, 이 방식은 한 번에 기름을 제거할 수 있는 양이 제한적이며, 제거 후 폐기물이 발생하여 2차 환경 오염이 발생하는 문제가 있다.
유분산제 방식은 기름을 미립자화 시켜 물과 섞이기 쉬운 상태로 만들어 분해시키는 방식이다. 그러나, 이 방식은 10 m 이상의 수심을 갖는 지역에서만 사용 가능하며, 미립화 시 화학품을 사용하여 바닷물 내에 독성 물질이 잔존하는 문제가 있다.
공개특허공보 10-2013-0134081 (2013.12.10 공개)
본 발명의 과제는 물과 기름의 젖음성 차이를 이용하여 화학품 없이도 물과 기름을 분리할 수 있는 친환경 유수분리 필터 및 유수분리 장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 유수분리 필터는 지지부재와, 유수분리부재를 포함한다. 지지부재는 한 쌍으로 이루어져 상하방향으로 이격 배치되며, 복수의 기공이 형성된다. 유수분리부재는 물에 젖은 적어도 하나의 여과포로 형성되며, 지지부재의 사이에 배치되어 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시킨다.
유수분리 장치는 유수 혼합물로부터 물과 기름을 분리하기 위한 것으로, 케이싱과, 제1 유수분리 필터와, 제2 유수분리 필터를 포함한다. 케이싱은 유수 혼합물이 유입되는 유입구와, 유수분리된 물이 배출되는 제1 배출구, 및 유수분리된 기름이 배출되는 제2 배출구를 구비하며, 유입구가 상부에 위치하도록 일정 각도로 기울어지게 배치된다. 제1 유수분리 필터는 제1 배출구에 배치되는 것으로, 한 쌍으로 이루어져 상하방향으로 이격 배치되며 복수의 기공이 형성된 지지부재, 및 물에 젖은 적어도 하나의 여과포로 형성되며 지지부재의 사이에 배치되어 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키는 유수분리부재를 구비한다. 제2 유수분리 필터는 제2 배출구에 배치되는 것으로, 복수의 기공이 형성되며 표면에 초소수성 물질이 코팅되어 물과 기름 중 기름을 선택적으로 통과시킨다.
본 발명에 따르면, 일정 강도를 갖는 지지부재 사이에 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키는 유수분리부재를 구비함으로써, 물과 기름을 용이하게 분리시킬 수 있게 된다.
또한, 선박의 사고에 의해 기름이 유출된 경우 유수분리 필터를 이용하면 별도의 화학품 없이도 친환경적으로 기름을 분리하여 수거할 수 있게 된다.
아울러, 물로부터 기름을 분리할 때 흡착제를 사용하지 않으므로 유수분리 비용을 절감할 수 있으며, 제거 후 폐기물이 발생하지 않아 2차 오염을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유수분리 필터의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유수분리 장치의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 제2 유수분리 필터를 발췌하여 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 유수분리 필터 및 이를 이용한 유수분리 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유수분리 필터의 단면도이다. 여기서, 유수분리 필터는 물과 기름의 젖음성 차이를 이용하여 화학품 없이도 물과 기름을 분리할 수 있는 친환경 필터를 의미한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유수분리 필터(100)는 지지부재(110)와, 유수분리부재(120)를 포함한다.
지지부재(110)는 한 쌍으로 이루어져 상하방향으로 이격 배치되며, 복수의 기공(111)이 형성된다. 보다 구체적으로, 지지부재(110)는 일정 간격으로 이격 배치된 복수의 홀을 구비한 금속 판재로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 지지부재(110)는 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하여 형성될 수 있다. 이처럼 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하면 금속 판재보다 강도가 높아지는 장점이 있다. 여기서, 금속 와이어 및 금속 판재는 스테인리스 스틸(stainless steel) 소재로 이루어질 수 있다.
유수분리부재(120)는 물에 젖은 적어도 하나의 여과포로 형성되며, 지지부재(110)의 사이에 배치되어 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시킨다. 즉, 한 쌍의 지지부재(110) 사이에는 물에 젖은 유수분리부재(120)에 의해 수막층이 형성되므로 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키는 것이다.
보다 구체적으로, 물은 수막층이 형성된 유수분리부재(120)로 자유로이 통과할 수 있으나, 기름의 경우 수막층이 형성된 유수분리부재(120)에 닿으면 물과의 밀도차이로 인해 수막층을 통과하지 못하고 수막층의 상부에만 위치하게 된다. 이후, 물이 다시 유입되면 물과의 밀도차이로 인해 기름은 수막층이 형성된 유수분리부재(120)로부터 분리되므로 화학품 없이도 물과 기름을 분리할 수 있게 된다.
유수분리부재(120)를 구성하는 여과포는 물을 저장할 수 있는 직물 소재라면 어느 것이나 가능하나, 펄프 소재의 티슈 와이퍼(Tissue wiper)로 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 티슈 와이퍼는 유한킴벌리사에서 제조된 kimwipes로 이루어질 수 있다.
유수분리부재(120)의 여과포에는 대략 5 ~ 500μm 정도의 마이크론 크기의 홀(121)이 형성될 수 있다. 이는, 여과포를 구성하는 섬유 사이의 홀(121)이 마이크론 크기를 초과할 경우 수막층을 안정적으로 형성하지 못하여 물과 기름이 모두 유수분리부재(120)를 쉽게 통과할 수 있고, 여과포를 구성하는 섬유 사이의 홀(121)이 마이크론 크기 미만으로 형성될 경우 물이 유수분리부재(120)를 통과하는 시간이 길어져 유수분리를 수행하는 시간이 오래 걸리기 때문이다.
유수분리부재(120)는 15 ~ 90μm의 두께로 형성될 수 있다. 이는, 유수분리부재(120)의 두께가 15μm 미만인 경우 수막층을 안정적으로 형성하지 못하여 물과 기름이 모두 유수분리부재(120)를 쉽게 통과할 수 있고, 유수분리부재(120)의 두께가 90μm를 초과하는 경우 물이 유수분리부재(120)를 통과하는 시간이 길어져 유수분리를 수행하는 시간이 오래 걸리기 때문이다.
전술한 유수분리 필터(100)를 적용한 예를 설명하면 다음과 같다.
선박에서 기름이 유출되는 사고가 발생하게 되면, 유수분리 필터(100)는 유출된 기름을 둘러싸도록 오일펜스의 형태로 바다 위에 설치될 수 있다. 이때, 물에 젖은 유수분리부재(120)에 의해 지지부재(110)의 사이에는 수막층이 형성되므로, 물은 수막층이 형성된 유수분리 필터(100)를 통과하게 되고 기름은 물과의 밀도차이로 인해 수막층이 형성된 유수분리 필터(100)를 통과하지 못하게 된다.
이에 따라 유수분리 필터(100) 내에는 기름만 모이게 되므로, 이를 걷어내거나 흡착기로 빨아들이면 화학품 없이도 용이하게 기름 분리하여 수거할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 유수분리 필터(100)는 지지부재(110) 사이에 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키는 유수분리부재(120)를 구비함으로써, 물과 기름을 용이하게 분리시킬 수 있게 된다.
또한, 선박의 사고에 의해 기름이 유출된 경우 유수분리 필터(100)를 이용하면 별도의 화학품 없이도 친환경적으로 기름을 분리하여 수거할 수 있게 된다.
아울러, 물로부터 기름을 분리할 때 흡착제를 사용하지 않으므로 유수분리 비용을 절감할 수 있으며, 제거 후 폐기물이 발생하지 않아 2차 오염을 방지할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유수분리 장치의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제2 유수분리 필터를 발췌하여 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유수분리 장치(200)는 전술한 유수분리 필터(100)를 이용하여 유수 혼합물로부터 기름을 분리하기 것으로, 케이싱(210)과, 제1 유수분리 필터(100), 및 제2 유수분리 필터(220)를 포함한다.
케이싱(210)은 유수 혼합물이 유입되는 유입구(211)와, 유수분리된 물이 배출되는 제1 배출구(212), 및 유수분리된 기름이 배출되는 제2 배출구(213)를 구비한다. 그리고, 케이싱(210)은 유입구(211)가 상부에 위치하도록 일정 각도로 기울어지게 배치될 수 있다.
여기서, 유수 혼합물이란 온갖 기름과 물이 공존하고 있는 혼합물로서, 기름 유출 사고에 의해 오염된 해양이나 하천의 오염수, 공장으로부터의 배출된 폐수 등으로 이루어질 수 있다.
제1 유수분리 필터(100)는 제1 배출구(212)에 배치되는 것으로, 한 쌍으로 이루어져 상하방향으로 이격 배치되며 복수의 기공(111)이 형성된 지지부재(110), 및 물에 젖은 적어도 하나의 여과포로 형성되며 지지부재(110)의 사이에 배치되어 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키는 유수분리부재(120)를 구비한다.
보다 구체적으로, 제1 유수분리 필터(100)의 지지부재(110)는 일정 간격으로 이격 배치된 복수의 홀을 구비한 금속 판재로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 유수분리 필터(100)의 지지부재(110)는 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하여 형성될 수 있다. 이처럼 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하면 금속 판재보다 강도가 높아지는 장점이 있다. 여기서, 금속 와이어 및 금속 판재는 스테인리스 스틸(stainless steel) 소재로 이루어질 수 있다.
유수분리부재(120)를 구성하는 여과포는 물을 저장할 수 있는 직물 소재라면 어느 것이나 가능하나, 펄프 소재로 구성된 티슈 와이퍼(Tissue wiper)로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 유수분리부재(120)의 여과포에는 대략 5 ~ 500μm 정도의 마이크론 크기의 홀(121)이 형성될 수 있다. 이는, 여과포를 구성하는 섬유 사이의 홀(121)이 마이크론 크기를 초과할 경우 수막층을 안정적으로 형성하지 못하여 물과 기름이 모두 유수분리부재(120)를 쉽게 통과할 수 있고, 여과포를 구성하는 섬유 사이의 홀(121)이 마이크론 크기 미만으로 형성될 경우 물이 유수분리부재(120)를 통과하는 시간이 길어져 유수분리를 수행하는 시간이 오래 걸리기 때문이다.
한편, 유수분리부재(120)는 15 ~ 90μm의 두께로 형성될 수 있다. 이는, 유수분리부재(120)의 두께가 15μm 미만인 경우 수막층을 안정적으로 형성하지 못하여 물과 기름이 모두 유수분리부재(120)를 쉽게 통과할 수 있고, 유수분리부재(120)의 두께가 90μm를 초과하는 경우 물이 유수분리부재(120)를 통과하는 시간이 길어져 유수분리를 수행하는 시간이 오래 걸리기 때문이다.
제2 유수분리 필터(220)는 제2 배출구(213)에 배치되는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 기공(221)이 형성되며 표면에 초소수성 물질이 코팅되어 물과 기름 중 기름을 선택적으로 통과시킨다. 여기서, 초소수성이란 바닥면이 물방울과 접촉하는 각도가 150도 이상으로 형성된 것을 의미한다.
이처럼 제2 유수분리 필터(220)에 초수성 물질이 코팅됨에 따라 물은 제2 유수분리필터를 통과할 수 없게 되고, 기름만 제2 유수분리필터를 통과할 수 있게 된다.
도 3을 참조하면 제2 유수분리 필터(220)는 일정 강도를 유지하기 위해 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하여 형성될 수 있다. 여기서, 금속 와이어는 스테인리스 스틸(stainless steel) 소재일 수 있다.
그리고, 제2 유수분리 필터(220)의 초소수성 물질은 ZnO 나노 막대에 초소수성의 자기조립 단분자막(SAM: Self-Assembled Monolayer)을 코팅하여 형성될 수 있다. 여기서, 자기조립 단분자막은 테프론(Teflon) 계열의 HDFS(Heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyltrichlorosilane)로 형성될 수 있다.
자기조립 단분자막(SAM)이란 주어진 기판의 표면에 자발적으로 도포되고 규칙적으로 정렬된 유기 단분자 박막이다. 구체적으로, 자기조립은 단위분자들이 분자간의 상호작용을 통하여 자발적으로(spontaneously) 조립되어 특정한 구조물이 만들어지는 현상으로, 자발적인 반응을 통하여 형성된다.
이처럼 제2 유수분리 필터(220)에 초소수성의 자기조립 단분자막(SAM: Self-Assembled Monolayer)이 코팅된 ZnO 나노 막대가 형성됨에 따라 표면 거칠기가 커져 제2 유수분리 필터(220)의 유수분리 효율이 향상될 수 있다.
한편, 제2 유수분리 필터(220)의 기공(221)은 2.0mm~3.0mm의 크기로 형성될 수 있다.
이는, 제2 유수분리 필터(220)의 기공(221) 2.0mm 미만이면 유수분리 속도가 저하되어 유수분리 시간이 오래 걸리기 때문이다. 또한, 제2 유수분리 필터(220)의 기공(221)이 3.0mm를 초과하면 유수분리 속도는 증가하나, 물과 함께 기름이 통과하여 여과 효율이 저하될 수 있기 때문이다.
도 2 를 참조하여 유수분리 장치(200)를 이용한 유수분리 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 일정 각도로 기울어진 케이싱(210)의 유입구(211)로 유수 혼합물이 유입되면 제1 배출구(212)에 배치된 제1 유수분리 필터(100)를 통해 물과 기름 중 물만 통과하게 된다.
여기서, 제1 유수분리 필터(100)는 지지부재(110)의 사이에 배치된 유수분리부재(120)에 의해 수막층이 형성되므로, 물은 수막층이 형성된 제1 유수분리 필터(100)를 통과하게 되고 기름은 물과의 밀도차이로 인해 수막층이 형성된 유수분리 필터(100)를 통과하지 못하게 된다. 따라서, 혼합물 중 물만 제1 배출구(212)를 통해 외부로 배출되는 것이다.
그리고, 제1 유수분리 필터(100)에 의해 분리된 기름은 제2 배출구(213)에 배치된 제2 유수분리 필터(220)를 통해 케이싱(210) 외부로 배출된다. 이때, 제1 유수분리 필터(100)로 미쳐 배출되지 못한 물이 제2 유수분리 필터(220)로 유입되더라도 제2 유수분리 필터(220)의 표면에는 초소수성 물질이 코팅되어 있으므로 물과 기름 중 기름만 선택적으로 배출시킬 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100.. 유수분리 필터
110.. 지지부재
111.. 기공
120.. 유수분리부재
121.. 홀
200.. 유수분리 장치
210.. 케이싱
211.. 유입구
212.. 제1 배출구
213.. 제2 배출구
220.. 제2 유수분리 필터

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 유수 혼합물로부터 물과 기름을 분리하기 위한 유수분리 장치에 있어서,
    상기 유수 혼합물이 유입되는 유입구와, 유수분리된 물이 배출되는 제1 배출구, 및 유수분리된 기름이 배출되는 제2 배출구를 구비하며, 상기 유입구가 상부에 위치하도록 일정 각도로 기울어지게 배치된 사각 용기 형상의 케이싱;
    상기 제1 배출구에 배치되는 것으로, 한 쌍으로 이루어져 상하방향으로 이격 배치되며 복수의 기공이 형성된 지지부재, 및 물에 젖은 적어도 하나의 여과포로 형성되며 상기 지지부재의 사이에 배치되어 물과 기름 중 물을 선택적으로 통과시키는 유수분리부재를 구비한 제1 유수분리 필터; 및
    상기 제2 배출구에 배치되는 것으로, 복수의 기공이 형성되며 표면에 초소수성 물질이 코팅되어 물과 기름 중 기름을 선택적으로 통과시키는 제2 유수분리 필터;를 포함하며,
    상기 제1 유수분리 필터의 여과포는 펄프소재의 티슈 와이퍼(Tissue wiper)로 형성되며,
    상기 제2 유수분리 필터는 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하여 형성되며, 상기 제2 유수분리 필터의 초소수성 물질은 ZnO 나노 막대에 초소수성의 자기조립 단분자막(SAM: Self-Assembled Monolayer)을 코팅하여 형성되고, 상기 제2 유수분리 필터의 기공은 2.0mm~3.0mm의 크기로 형성되며,
    상기 유입구는 상기 케이싱의 일측면을 관통하여 형성되고, 상기 제2 배출구는 상기 유입구와 마주하여 상기 유입구보다 낮게 상기 케이싱의 타측면을 관통하여 형성되며, 상기 제1 배출구는 상기 케이싱의 바닥면을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유수분리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유수분리 필터의 유수분리부재는 15 ~ 90μm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유수분리 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유수분리 필터의 지지부재는 일정 간격으로 이격 배치된 복수의 홀을 구비한 금속 판재로 형성된 것을 특징으로 하는 유수분리 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유수분리 필터의 지지부재는 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하여 형성된 것을 특징으로 하는 유수분리 장치.

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