KR101816918B1 - 정수장치 - Google Patents

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KR101816918B1
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최민재
강선구
이민후
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주식회사 크럭스에어
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Abstract

본 발명은 정수장치에에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도서지역(섬) 등과 같이 수도공급이 어려운 지역에서 지하수를 생수로 이용할 때 오염된 지하수를 말끔하고 안정적으로 정수하여 인체 유해성을 제거시키면서 활수화시킨 정수장치에 관한 것이다.

Description

정수장치{Water purification system}
본 발명은 정수장치에에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도서지역(섬) 등과 같이 수도공급이 어려운 지역에서 지하수를 생수로 이용할 때 오염된 지하수를 말끔하고 안정적으로 정수하여 인체 유해성을 제거시키면서 활수화시킨 정수장치에 관한 것이다.
일반적으로, 도서지역(섬)은 물론 상수도가 설치되지 않은 농가나 산간지역 등에서는 주로 지하수를 생수(음용수)로 이용하고 있다.
하지만, 최근들어 급격한 산업화와 과다한 농약사용 등으로 인해 지하수 오염도가 증가하고 있고, 각종 부유물에 의해 지하수가 탁하게 되어 지하수를 곧바로 음용하기 어려운 상황에 봉착하게 되었다.
이러한 지하수를 음용수로 사용하기 위해서는 수십번의 정수단계를 거쳐야 하므로 대형 정수장 설비를 갖추어야 하지만, 이는 설비 자체가 고가이고 유지 관리에 따른 비용이 지속적으로 발생하기 때문에 도서지역과 같은 곳에서 현실화하기에는 거리가 멀다.
보편적인 정수방법은 침전물을 걸러 여과시켜 주는 세디멘트필터(Sediment filter)나 박막형의 멤브레인필터(Membrane filter), 역삼투압필터, 활성탄 등을 이용하여 정수하는 형태인데, 이것으로는 중금속, 잔류농약 등에 대한 여과가 어려워 정수효과가 떨어지는 한계를 갖는다.
대한민국 실용 등록번호 제20-0307538호(2003.03.04.) '수동식 정수기' 대한민국 실용 등록번호 제20-0369817호(2004.11.30.) '세라믹 활수기' 대한민국 특허 등록번호 제10-0546851호(2006.01.19.) '상수도가 공급되지 않는 지역의 식수공급을 위한 호소수 및해수담수화 정수 자동화시스템' 대한민국 특허 등록번호 제10-1228564호(2013.01.25.) '지하수 및 계곡물의 정수시스템 및 정수방법' 대한민국 공개특허 제10-2015-0084084호(2015.07.22.) '무동력 정수장치'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 특히 도서지역(섬) 등과 같이 수도공급이 어려운 지역에서 지하수를 생수로 이용할 때 오염된 지하수를 말끔하고 안정적으로 정수하여 인체 유해성을 제거시키면서 활수화시킨 정수장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 지하수를 도입하여 1차 정수하도록 폴리프로필렌 수지로 제조되고 5㎛ 이하의 공극을 갖는 제1마이크로필터; 1차 정수된 물에 잔류하고 있는 포낭, 납, 수은을 포집 제거하여 2차 정수하는 카본필터; 2차 정수된 물에 함유된 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집침전을 유도하여 정화하고, 암모니아를 포함한 아질산염, 질산염 및 물 이끼를 제거하며, 정균작용을 유도하도록 0.5-1mm의 입도를 갖는 일라이트 분말, 모데나이트 분말, 세라믹 분말의 혼합체인 광물정수기; 상기 광물정수기의 분말 혼합체에 초음파를 가하는 초음파기; 상기 광물정수기로 3차 정수된 물을 재차 여과하도록 상기 제1마이크로필터 보다 더 미세한 공극을 갖는 제2마이크로필터; 상기 제2마이크로필터를 통해 4차 정수된 물을 자외선 살균하는 UV살균기; 자외선 살균된 살균수를 자화시켜 자화육각수를 만드는 자화기; 자화육각수로 변한 정수를 활수분말에 통과시켜 활수시키는 활수기;를 포함하는 정수장치에 있어서;
상기 활수기는 원통형상의 통체에 활수분말이 빠져나가지 못하도록 가두는 망체를 내장한 형태로 구비되고, 상기 활수분말은 0.5-1mm의 입도 범위를 갖도록 분말화된 모데나이트와, 모데나이트 100중량부에 대해 제올라이트 10-20중량부, 마그네슘 2-4중량부, 이방성 희토류 자석분말 4-8중량부로 혼합되어 이루어지며;
상기 활수분말이 장입되는 통체의 내주면에 정수반응용 코팅층을 더 형성하되, 상기 정수반응용 코팅층은 형성하기 위한 코팅제는 수용성 폴리에틸렌 글리콜 100중량부에 대해 조개껍질 분말에 반응시킨 여과수 10-15중량부, 수용성 이온칼슘 4-7중량부, 디소듐이디티에이 3-5중량부, 구연산 2-4중량부, 엔-2-아미노에틸-3-아미노 프로필 메틸디메톡시실란 2-4중량부를 첨가하여 조성된 것을 특징으로 하는 정수장치를 제공한다.
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본 발명에 따르면, 도서지역(섬) 등과 같이 수도공급이 어려운 지역에서 지하수를 생수로 이용할 때 오염된 지하수를 저렴한 비용으로 말끔하고 안정적으로 정수하여 인체 유해성을 제거시켜 음용케 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정수장치의 예시적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 평면도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정수장치는 지하수가 순차적으로 지나가면서 정수 처리되도록 제1마이크로필터(10), 카본필터(20), 광물정수기(30), 초음파기(40), 제2마이크로필터(50), UV살균기(60), 자화기(70) 및 활수기(80)가 프레임 상에 순차로 고정 설치된다.
이때, 상기 제1마이크로필터(10)는 지하수가 유입되는 최초 필터로서, 폴리프로필렌 수지로 제조되고 5㎛ 이하의 공극을 갖는 카트리지형 필터이다.
따라서, 양정된 지하수는 최초로 제1마이크로필터(10)를 통과함으로써 1차 정수된다.
이 경우, 상기 제1마이크로필터(10)의 주요 기능은 지하수에 함유된 미세한 모래, 앙금, 진흙, 찌꺼기 등을 여과하는 것이다.
그리고, 상기 카본필터(20)는 상기 제1마이크로필터(10)를 통해 1차 정수된 물을 2차 정수하는 필터로서, 1차 정수 후에도 잔류하고 있는 포낭, 납, 수은, 유기화합물 등을 포집함은 물론 걸러내 제거하는 기능을 수행한다.
특히, 카본은 물속에 존재하면서 맛과 냄새를 안 좋게 하는 염소성분을 카본 표면에 있는 활성화된 산소를 이용하여 제거하며, 염소성분 이외에도 미세 크기의 각종 유기체들도 함께 제거하여 2차 정수되게 하는 주요한 기능을 담당한다.
아울러, 상기 광물정수기(30)는 2차 정수된 물을 재차 정수하여 3차 정수된 물을 만드는 필터이다.
이러한 광물정수기(30)는 일라이트 분말과 모데나이트 분말 및 세라믹 분말이 혼합된 트레이 구조의 정수기로서, 일라이트(Illite)는 단사정계에 속하는 운모족 광물이며 음이온을 띠기 때문에 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집침전을 유도하여 정화하는 기능을 담당한다.
특히, 중금속과 유독가스를 흡착 탈취하며, 특정방사성물질을 흡착 분해하는 능력이 뛰어나다. 아울러, 바이러스, 박테리아, 곰팡이에 대한 정균작용과 악취제거 기능도 발현한다.
그리고, 모데나이트(Mordenite)는 변질 화산광상에서 산출되는 가장 풍부한 비석광물 중 하나로서, 규산염과 알루미늄산염 4면체로 결합된 5개의 고리 사실을 포함하는 망상구조로 되어 있어 특히, 암모니아 흡착에 유용하고, 아질산염, 질산염, 물표면의 유막을 방지하며, 이끼 성장을 억제하므로 필수적으로 갖추어야 할 정수기능 중 하나이다.
또한, 세라믹은 금속과 비금속 원소의 조합으로 이루어져 있으므로 다양한 결정구조를 가지며, 녹 발생을 억제하고, 부유물, 염소성분 제거 기능이 탁월하여 상기 3가지 분말을 혼합 제공하여 정수시킴으로써 정수효과를 극대화시키게 된다.
여기에서, 상기 광물정수기(30)에 구비되는 분말은 모두 0.5-1mm의 입도를 가짐이 바람직하다.
아울러, 상기 초음파기(40)는 상기 광물정수기(30)의 광물에 초음파를 가해 초음파 진동에 따른 정수효과를 배가시키도록 하기 위한 것이다.
뿐만 아니라, 상기 제2마이크로필터(50)는 상기 광물정수기(30)를 통해 3차 정수된 물을 미세필터로 재차 여과시켜 주는 필터로서, 제1마이크로필터(10) 보다 더 미세한 필터링 기능을 갖추도록 함이 바람직하며, 제2마이크로필터(50)를 거치게 되면 4차 정수된 물을 얻을 수 있다.
그리고, 상기 UV살균기(60)는 자외선을 이용하여 4차 정수된 물을 안전하게 음용할 수 있도록 각종 균류를 살균하기 위해 자외선살균선을 발진시켜 살균하는 수단이다.
이렇게 하여, UV살균기(60)를 거치게 되면 4차 정수된 물은 살균수가 된다.
상기 살균수는 상기 자화기(70)를 거치면서 자화육각수가 되어 살균수를 멸균수로 만들게 된다.
즉, 상기 자화기(70)는 4차 정수된 물이 흘러갈 때 강력한 자기장, 더 정확하게는 4차 정수된 물이 흐르는 방향에 대해 직각방향으로 자기장을 형성시켜 물의 표면장력을 증대시킴으로써 물의 분자구조가 이온활성화되면서 미네랄이 풍부한 약알카리성의 6각형 고리구조를 갖는 자화육각수를 생성하는 수단이다.
이때, 자기장은 영구자석에 의해 생성되도록 함이 바람직하며, 강력한 자기장은 네오븀 자석에 의해 생성되도록 하는 것이 좋다.
이러한 자화육각수는 각종 미생물 및 대장균 등을 멸균시키는 특징이 있으며, 음용시에는 인체내 독성물질 배출, 동맥 청소, 순환기계통 활성화 효능이 뛰어난 것으로 알려져 있고, 특히 장내 산성도를 낮추고 뇌의 활동을 촉진시키며, 면역력을 증강시키는 효능도 있는 것으로 알려져 있다.
여기에서, 영구자석의 배치는 자기장이 교번될 수 있도록 N-S가 교차 반복되게 배열함이 바람직하고, 자석 표면에 은나노 코팅 처리하면 더욱 좋다.
마지막으로, 상기 활수기(80)는 원통형의 통체에 길이방향으로 활수분말이 채워진 형태로 마련되고, 이 활수분말 사이를 멸균수가 흘러가면서 천연미네랄이 풍부하면서 연수화되고, 물분자 클러스터가 더욱 미분화되어 물맛을 좋게 하고, 활력을 넘치게 하는 활수로 만들게 된다.
이를 위해, 상기 통체 내부에는 상기 활수분말을 가두어 물과 함께 빠져나가지 못하도록 하고 활수분말(0.5-1mm 입도)과 반응한 물만 빠져나가도록 하는 망체가 더 구비된다.
또한, 상기 활수분말은 먹는물 관리법 제29조 제1항 및 제30조 제1항의 규정에 의한 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준에 맞게 조합된 것으로, pH는 6.8-7.8, 경도는 80% 이상, 염기치환용량(C.E.C)은 168-171meq/100g(기준치 130meq/100g)이다.
이와 같은 본 발명에 따른 활수분말은 모두 0.5-1mm의 입도 범위를 갖도록 분말화되는데, 예컨대 모데나이트와, 모데나이트 100중량부에 대해 제올라이트 10-20중량부, 마그네슘 2-4중량부, 이방성 희토류 자석분말 4-8중량부로 혼합되어 이루어진다.
이때, 상기 모데나이트는 앞서 설명하였듯이, 망상구조로 되어 있어 특히, 암모니아 흡착에 유용하고, 아질산염, 질산염, 물표면의 유막을 방지하며, 이끼 성장을 억제하는 유용한 광물이고, 나아가 이온교환기능에 의한 중금속 제거, 촉매작용에 의한 물분자 세분화, 흡착기능에 따른 냄새제거 및 연수화, 나노 반응에 따른 잔류 염소 제거 능력이 우수하므로 본 발명의 활수분말을 구성하는 기본성분으로 첨가된다.
그리고, 상기 제올라이트는 통상 비석으로 알려진 광물로서 세공 속에 존재하는 양이온들은 수용액 중에서 다른 여러 가지 금속 및 유기 양이온으로 용이하게 교환되므로 이러한 성질을 이용하여 물 속의 칼슘(Ca2+)과 마그네슘(Mg2+)을 소디움(Na+) 이온으로 교환시켜 주어 경수(hard water)를 연수(soft water)로 변환시켜주는데 널리 사용되고 있다.
또한, 강한 산성과 고온에서의 안정성으로 말미암아 제오라이트는 원유를 절단하여 가솔린 등 작은 탄화수소 분자를 생성하는 크래킹 촉매 등 다양한 반응의 산촉매로 활발하게 쓰이고 있고 그 밖에도 제오라이트세공 내부에 미세한 금속 나노입자들을 내포시켜 이들을 이용한 다양한 촉매 반응도 널리 이용되고 있으며, 제오라이트를 고온에서 진공 탈수시키면 세공 내에 세공입구를 통과할 수 있는 다양한 분자들을 흡착시킬 수 있게 되는데 1000㎡/g에 이르는 내부의 넓은 표면을 이용한 흡착제로서도 활발히 사용된다.
한편, 상기 마그네슘은 물과 반응하여 활성수소를 생성하고, 이를 통해 활성산소를 제거함으로써 인체유용도를 높이며, 정수된 물의 약알카리화를 돕고, ORP를 조정하며, 마이너스 화합물(예. 잔류 염소화합물)을 완전히 제거하는 역할을 담당하게 된다.
아울러, 상기 이방성 희토 자석분말은 녹물 제거 및 산화 예방, 물 분자의 클러스터 미분화, 전기적 및 자기적 에너지 지속유지 기능을 담당하게 된다.
이렇게 조성된 활수분말을 거친 최종 정수된 물은 수질 검사 결과, 이물질 및 각종 중금속 및 염소화합물 등이 검출되지 않았으며, 물 등급 판정결과 1급수로 판명되었기 때문에 본 발명에 따른 정수기는 구조가 간단하여 설치 운용이 쉽고, 비용도 저렴하여 특히, 도서지역 주민들에게 매우 적합한 정수기로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
이에 더하여, 정수 효능을 더욱 더 강화하고, 이물질 제거능력을 높이기 위해 상기 활수분말 100중량부에 대해 활석파우더 4-6중량부, 토르말린 파우더 6-8중량부, 펄라이트 파우더 4-6중량부 더 첨가될 수 있으며, 이들의 입도 또한 활수분말의 평균 입도와 동일하게 유지함이 바람직하다.
이때, 활석은 산화규소:63.5%, 마그네슘:31.7%, 칼슘:0.4%, 기타 물질을 포함하는 유용한 광물질로서 그 분석결과 활석 자체에서만 93%의 원적외선 방사율을 가진 약용광물로 판명되었다.
그리고, 토르말린은 수정과 같은 결정구조를 가지는 육방정계에 속하는 광물로서 6각 또는 9각 때로는 3각 주상(柱狀)을 이루며, 주(柱)의 상하에서 결정형을 달리하는 경우도 있고, 굳기 7.0∼7.5, 비중 2.98∼3.20이며, 대략 4~14 미크론의 파장대역의 전자파를 영구적으로 발생시키는 물질로 정수, 정화 기능이 뛰어난 알려져 있다.
특히, 토르말린에서 방출되는 미약에너지는 단독으로 존재하지 않고 포도송이처럼 덩어리 상태로 존재(클러스터)하는 물분자(H2O)(대략 36~37개의 클러스터로 이루어짐)에 영향을 주어 강력하게 여기시켜 진동상태를 만들고, 104.5°였던 물 분자의 각도를 95°혹은 180°로 변화시켜 5~6개 정도의 작은 클러스터 형태인 이온수를 만드는 효과가 있다.
아울러, 펄라이트(Perlite)는 토르말린 및 물과 반응하여 물 분자를 H3O2 -로 바꾸게 되므로 정수 기능을 강화시키는 역할을 하게 된다.
뿐만 아니라, 최종 정수되는 물을 약알카리로 만들면서 미네랄이 함유될 수 있도록 상기 활수분말이 장입되는 통체의 내주면에 정수반응용 코팅층을 더 형성할 수 있다.
상기 정수반응용 코팅층은 물과 반응하면서 미량의 성분들이 용출되어 물 속에 함유되게 하기 위한 것으로, 상기 정수반응용 코팅층을 도포 형성하기 위한 코팅제는 수용성 폴리에틸렌 글리콜 100중량부에 대해 조개껍질 분말에 반응시킨 여과수 10-15중량부, 수용성 이온칼슘 4-7중량부, 디소듐이디티에이 3-5중량부, 구연산 2-4중량부, 엔-2-아미노에틸-3-아미노 프로필 메틸디메톡시실란(N-beta-aminoethyl-gamma-aminopropylmethyldimethoxysilane) 2-4중량부를 첨가하여 조성된다.
이때, 상기 조개껍질은 칼슘(Ca)이 다량 함유된 반면, 인(P)은 미량 함유되어 있기 때문에 조개껍질을 식초에 녹이면 흡수율이 높은 고칼슘식초를 만들 수 있는 바, 선조들은 이를 식생활에 지혜롭게 활용해 왔다.
특히, 본 발명에서는 여과수를 이용하여 칼슘, 인 성분을 추출하고, 이를 코팅층에 반영하여 용출시 미량의 칼슘과 인이 최종 정수된 물에 함유되게 하여 음용시 보충될 수 있도록 함이 바람직하다.
또한, 상기 조개껍질에는 각종 아미노산이 다량 함유되어 있어 풍부한 천연 미네랄 덩어리라고 봐도 과언이 아니며, 칼슘에 의해 물을 알카리성을 바꾸는데 크게 기여한다.
그리고, 상기 수용성 이온칼슘은 16가지 식물 필수 영양소중 N,P,K에 이어 네번째로 많이 흡수되어야할 요소이다.
뿐만 아니라, 상기 디소듐이디티에이는 산화에 의한 산패를 막기 위해 첨가되는 물질로, 구리와 철이 촉매로 작용하지 못하도록 억제하여 일종의 방부 기능을 수행한다.
아울러, 상기 구연산은 식초보다 3-4배 이상 강한 살균력을 가진 항균제이다.
그리고, 상기 엔-2-아미노에틸-3-아미노 프로필 메틸디메톡시실란은 유기산화실란으로서 체내 면역력 증강 기능을 주게 된다.
이러한 구성을 갖는 코팅제가 약알카리화 작용을 하는지 확인하기 위해 플라스틱 판에 상기 정수반응용 코팅제를 0.2mm의 두께로 도포하여 정수반응용 코팅층을 형성하였다.
이때, 코팅제는 수용성 폴리에틸렌 글리콜 100중량부에 대해 조개껍질 분말에 반응시킨 여과수 10중량부, 수용성 이온칼슘 4중량부, 디소듐이디티에이 3중량부, 구연산 2중량부, 엔-2-아미노에틸-3-아미노 프로필 메틸디메톡시실란(N-beta-aminoethyl-gamma-aminopropylmethyldimethoxysilane) 2중량부를 첨가하여 조성하였다.
특성 확인을 위해, 상기 코팅층이 형성된 플라스틱 판을 정수된 물에 담그고 30분, 1시간이 경과한 시점에서 TDS(Total Dissolved Solids) 측정기를 이용하여 미네랄 용출여부를 확인하였으며, 그때 pH를 측정하여 알카리수로 변했는지 확인하였다. 용출시험전 정수된 물의 TDS는 28이었다.
실험결과, 30분 경과 후 물의 TDS는 35였고, 1시간 경과 후에는 39였다.
또한, pH 측정결과 7.4였다.
이로써, 코팅층이 함유하고 있는 미네랄 성분들이 용출됨을 확인하였고, 알카리수로 변화됨도 확인하였다.
한편, 미설명된 첨부번호 90은 필터 및 관 세척용 펌프이다.
10: 제1마이크로필터 20: 카본필터
30: 광물정수기 40: 초음파기
50: 제2마이크로필터 60: UV살균기
70: 자화기 80: 활수기

Claims (3)

  1. 지하수를 도입하여 1차 정수하도록 폴리프로필렌 수지로 제조되고 5㎛ 이하의 공극을 갖는 제1마이크로필터; 1차 정수된 물에 잔류하고 있는 포낭, 납, 수은을 포집 제거하여 2차 정수하는 카본필터; 2차 정수된 물에 함유된 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집침전을 유도하여 정화하고, 암모니아, 아질산염, 질산염 및 물 이끼를 제거하며, 정균작용을 유도하도록 0.5-1mm의 입도를 갖는 일라이트 분말, 모데나이트 분말, 세라믹 분말의 혼합체인 광물정수기; 상기 광물정수기의 분말 혼합체에 초음파를 가하는 초음파기; 상기 광물정수기로 3차 정수된 물을 재차 여과하도록 상기 제1마이크로필터 보다 더 미세한 공극을 갖는 제2마이크로필터; 상기 제2마이크로필터를 통해 4차 정수된 물을 자외선 살균하는 UV살균기; 자외선 살균된 살균수를 자화시켜 자화육각수를 만드는 자화기; 자화육각수로 변한 정수를 활수분말에 통과시켜 활수시키는 활수기;를 포함하는 정수장치에 있어서;
    상기 활수기는 원통형상의 통체에 활수분말이 빠져나가지 못하도록 가두는 망체를 내장한 형태로 구비되고, 상기 활수분말은 0.5-1mm의 입도 범위를 갖도록 분말화된 모데나이트와, 모데나이트 100중량부에 대해 제올라이트 10-20중량부, 마그네슘 2-4중량부, 이방성 희토류 자석분말 4-8중량부로 혼합되어 이루어지며;
    상기 활수분말이 장입되는 통체의 내주면에 정수반응용 코팅층을 더 형성하되, 상기 정수반응용 코팅층은 형성하기 위한 코팅제는 수용성 폴리에틸렌 글리콜 100중량부에 대해 조개껍질 분말에 반응시킨 여과수 10-15중량부, 수용성 이온칼슘 4-7중량부, 디소듐이디티에이 3-5중량부, 구연산 2-4중량부, 엔-2-아미노에틸-3-아미노 프로필 메틸디메톡시실란 2-4중량부를 첨가하여 조성된 것을 특징으로 하는 정수장치.
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