KR101836073B1 - 평관형 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치 - Google Patents

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한국세라믹기술원
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Abstract

본 발명은, 유체가 공급되어 저장되는 저장조; 상기 저장조 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터; 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관을 대면하게 끼워져서 상기 정화수 인출관이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 상기 정화수 인출관에 연통되어 상기 정화수 인출관으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 필터 커버; 상기 저장조 일측에 설치되고 상기 필터 커버에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관; 상기 저장조 상부를 덮어 밀봉하기 위한 저장조 덮개; 및 상기 저장조 내에 공기를 주입하여 상기 저장조 내의 압력을 높이기 위한 압력 펌프를 포함하며, 상기 평관형 세라믹 필터는 도자기원료(raw material)를 이용하여 제조되며, 다공성으로 이루어져 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하는 몸체부; 및 상기 유체가 상기 몸체부를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 하는 빈 공간으로 이루어진 복수 개의 정화수 인출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 음용수, 폐수, 오수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있고, 수처리 비용이 적게 들며, 세척이 용이하다.

Description

평관형 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치{Apparatus for purifying water using flat tubular ceramic filter}
본 발명은 물을 정화하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음용수, 폐수, 오수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있는 평관형 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.
산업 폐수나 가정용 오·폐수는 수질 오염의 주요인이 되고 있으며, 이러한 오염은 자연 환경 및 생태계를 파괴하는 주요인이 되고 있다. 따라서, 폐수, 오수 등은 정화할 필요가 있다.
최근에는 상수도 등으로부터 공급되는 음용수에 대하여도 정화할 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 발명자들은 음용수, 폐수, 오수 등을 정화할 수 있는 수처리용 세라믹 필터를 연구하였으며, 또한 상기 수처리용 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치를 연구하고 개발하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1122222호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 음용수, 폐수, 오수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있고, 수처리 비용이 적게 들며, 세척이 용이한 평관형 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치를 제공함에 있다.
본 발명은, 유체가 공급되어 저장되는 저장조; 상기 저장조 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터; 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관을 대면하게 끼워져서 상기 정화수 인출관이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 상기 정화수 인출관에 연통되어 상기 정화수 인출관으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 필터 커버; 상기 저장조 일측에 설치되고 상기 필터 커버에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관; 상기 저장조 상부를 덮어 밀봉하기 위한 저장조 덮개; 및 상기 저장조 내에 공기를 주입하여 상기 저장조 내의 압력을 높이기 위한 압력 펌프를 포함하며, 상기 평관형 세라믹 필터는 다공성으로 이루어져 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하는 몸체부; 및 상기 유체가 상기 몸체부를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 하는 빈 공간으로 이루어진 복수 개의 정화수 인출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치를 제공한다.
상기 몸체부는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 몸체부의 기공율은 40∼70% 범위를 이루는 것이 바람직하다.
상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성되어 있고, 상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출되며, 상기 정화수 인출관 사이의 이격거리는 동일하게 구비되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 항균을 위한 은(Ag) 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 친수성 또는 광촉매를 위한 TiO2 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 소수성 또는 친수성을 위한 폴리머 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 폴리머 코팅막은 친수성을 나타내는 트리에톡시실란(triethoxysilnane) 및 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 폴리머 코팅막은 소수성을 나타내는 퍼플루오로데실트리에톡시실란(perfluorodecyltriethoxysilane) 및 n-부틸 포스포닉산(n-butyl phosphonic acid) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 Al2O3 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 친수성을 위한 SiO2 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 평관형 세라믹 필터는 상기 저장조 내에 복수 개가 구비되고, 이에 대응되게 상기 필터 커버도 복수 개가 구비되며, 각각의 상기 필터 커버와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 커버 연결체가 구비되고, 상기 커버 연결체는 상기 정화수 배출관에 연통되게 구비되어 있을 수 있다.
상기 수처리 장치는 상기 저장조 내로 공기(air) 또는 오존(O3)을 공급하기 위한 복수 개의 버블 공급관을 더 포함할 수 있으며, 상기 버블 공급관을 통해 상기 저장조의 하부로 공급된 공기(air)는 버블(bubble)을 형성하여 상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 털어냄으로써 평관형 세라믹 필터를 세척하여 여과량 감소를 억제하고, 상기 버블 공급관을 통해 상기 저장조의 하부로 공급된 오존(O3)은 상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 분해할 수 있다.
상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 TiO2 코팅막이 구비되어 있을 수 있고, 상기 수처리 장치는 상기 평관형 세라믹 필터에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프를 더 포함할 수 있다.
상기 수처리 장치는 상기 저장조 상단에 설치되어 상기 유체를 상기 저장조에 공급하기 위한 유체 유입관; 및 상기 유체를 펌핑하여 상기 유체 유입관을 통해 상기 저장조에 공급하기 위한 공급 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 펌프에 의해 펌핑된 공기는 에어 공급관을 통해 상기 저장조의 상부로 공급되고, 상기 압력 펌프와 상기 에어 공급관 사이에는 밸브가 구비되어 개폐 동작에 의해 공기의 흐름을 조절할 수 있으며, 상기 필터 커버에 집결된 정화수는 상기 압력 펌프의 펌핑에 의해 상기 정화수 배출관을 통해 외부로 배출되고, 상기 필터 커버와 상기 정화수 배출관 사이에는 밸브가 구비되어 개폐 동작을 통해 정화수의 흐름을 조절할 수 있다.
상기 평관형 세라믹 필터에 오염물 부착량이 증가하여 여과유량이 낮아지는 경우에, 압력 펌프의 작동에 의해 상기 저장조의 내부가 부압(-)이 되게 하고, 정화수를 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관으로 공급하며, 상기 정화수 인출관으로 공급된 유체가 상기 몸체부을 통해 상기 저장조로 배출되게 하는 방식으로 상기 평관형 세라믹 필터를 세척할 수도 있다.
본 발명의 평관형 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치에 의하면, 음용수, 폐수, 오수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있고, 수처리 비용이 적게 들며, 세척이 용이하고, 처리 방식이 간단하다.
본 발명에 의하면, 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 은(Ag) 코팅막이 구비됨으로써 항균 작용을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 TiO2 코팅막이 구비됨으로써 산화력이 커서 항균 작용이 크고, 악취 제거 및 살균 작용도 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 폴리머 코팅막이 구비됨으로써 유체와 함께 유입된 오일(oil) 성분을 필터링할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 Al2O3 코팅막이 구비됨으로써 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등의 용도에 적합하게 사용할 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 평관형 세라믹 필터의 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2는 일 예에 따른 평관형 세라믹 필터의 모습을 보여주는 사진이다.
도 3은 몸체부 외곽 표면에 은(Ag) 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 몸체부 외곽 표면에 TiO2 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 5는 몸체부 외곽 표면에 폴리머 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 몸체부 외곽 표면에 Al2O3 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평관형 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 일 예에 따른 수처리 장치를 보여주는 사진이다.
도 11은 실험예에 따라 제조된 평관형 세라믹 필터의 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 12는 실험예에 따라 제조된 평관형 세라믹 필터에서 정화수 인출관이 노출된 단면을 보여주는 사진이다.
도 13a는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 1000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이고, 도 13b는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 3000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 13c는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 5000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 13d는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 10000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 14는 실험예에 따라 제조된 평관형 세라믹 필터에서 몸체부 표면을 보여주는 사진이다.
도 15a는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 1000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이고, 도 15b는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 3000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 15c는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 5000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 15d는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 10000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 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.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치는, 유체가 공급되어 저장되는 저장조; 상기 저장조 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터; 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관을 대면하게 끼워져서 상기 정화수 인출관이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 상기 정화수 인출관에 연통되어 상기 정화수 인출관으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 필터 커버; 상기 저장조 일측에 설치되고 상기 필터 커버에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관; 상기 저장조 상부를 덮어 밀봉하기 위한 저장조 덮개; 및 상기 저장조 내에 공기를 주입하여 상기 저장조 내의 압력을 높이기 위한 압력 펌프를 포함한다.
상기 평관형 세라믹 필터는 다공성으로 이루어져 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하는 몸체부; 및 상기 유체가 상기 몸체부를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 하는 빈 공간으로 이루어진 복수 개의 정화수 인출관을 포함한다.
상기 몸체부는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 몸체부의 기공율은 40∼70% 범위를 이루는 것이 바람직하다.
상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성되어 있고, 상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출되며, 상기 정화수 인출관 사이의 이격거리는 동일하게 구비되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 항균을 위한 은(Ag) 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 친수성 또는 광촉매를 위한 TiO2 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 소수성 또는 친수성을 위한 폴리머 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 폴리머 코팅막은 친수성을 나타내는 트리에톡시실란(triethoxysilnane) 및 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 폴리머 코팅막은 소수성을 나타내는 퍼플루오로데실트리에톡시실란(perfluorodecyltriethoxysilane) 및 n-부틸 포스포닉산(n-butyl phosphonic acid) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 Al2O3 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 몸체부 외곽 표면에 친수성을 위한 SiO2 코팅막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 평관형 세라믹 필터는 상기 저장조 내에 복수 개가 구비되고, 이에 대응되게 상기 필터 커버도 복수 개가 구비되며, 각각의 상기 필터 커버와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 커버 연결체가 구비되고, 상기 커버 연결체는 상기 정화수 배출관에 연통되게 구비되어 있을 수 있다.
상기 수처리 장치는 상기 저장조 내로 공기(air) 또는 오존(O3)을 공급하기 위한 복수 개의 버블 공급관을 더 포함할 수 있으며, 상기 버블 공급관을 통해 상기 저장조의 하부로 공급된 공기(air)는 버블(bubble)을 형성하여 상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 털어냄으로써 평관형 세라믹 필터를 세척하여 여과량 감소를 억제하고, 상기 버블 공급관을 통해 상기 저장조의 하부로 공급된 오존(O3)은 상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 분해할 수 있다.
상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 TiO2 코팅막이 구비되어 있을 수 있고, 상기 수처리 장치는 상기 평관형 세라믹 필터에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프를 더 포함할 수 있다.
상기 수처리 장치는 상기 저장조 상단에 설치되어 상기 유체를 상기 저장조에 공급하기 위한 유체 유입관; 및 상기 유체를 펌핑하여 상기 유체 유입관을 통해 상기 저장조에 공급하기 위한 공급 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 펌프에 의해 펌핑된 공기는 에어 공급관을 통해 상기 저장조의 상부로 공급되고, 상기 압력 펌프와 상기 에어 공급관 사이에는 밸브가 구비되어 개폐 동작에 의해 공기의 흐름을 조절할 수 있으며, 상기 필터 커버에 집결된 정화수는 상기 압력 펌프의 펌핑에 의해 상기 정화수 배출관을 통해 외부로 배출되고, 상기 필터 커버와 상기 정화수 배출관 사이에는 밸브가 구비되어 개폐 동작을 통해 정화수의 흐름을 조절할 수 있다.
상기 평관형 세라믹 필터에 오염물 부착량이 증가하여 여과유량이 낮아지는 경우에, 압력 펌프의 작동에 의해 상기 저장조의 내부가 부압(-)이 되게 하고, 정화수를 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관으로 공급하며, 상기 정화수 인출관으로 공급된 유체가 상기 몸체부을 통해 상기 저장조로 배출되게 하는 방식으로 상기 평관형 세라믹 필터를 세척할 수도 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치에 사용되는 평관형 세라믹 필터(100)는 다공성에 의해 음용수, 폐수, 오수 등의 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하고, 정화된 물이 이동하는 통로를 제공한다. 상기 평관형 세라믹 필터(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 평관 형상을 가질 수 있다. 평관형 세라믹 필터(100)는 다공성으로 이루어져 음용수, 폐수, 오수 등의 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하는 몸체부(10)와, 상기 유체가 몸체부(10)를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 하는 빈 공간으로 이루어진 복수 개의 정화수 인출관(20)을 포함한다.
평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10)는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 물질로 이루어지며, 예컨대 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 유체에 함유된 불순물을 효과적으로 걸러내기 위하여 몸체부(10)의 기공율은 40% 이상(예컨대, 40∼70%)인 것이 바람직하며, 기공율이 너무 낮은 경우에는 필터링 효율이 낮을 수 있고, 기공율이 너무 높은 경우에는 몸체부(10)의 강도가 약화되어 쉽게 부서지거나 깨질 수 있다. 몸체부(10) 내의 기공 크기는 수처리의 용도에 따라 적절한 크기를 갖는다. 예컨대, 마이크로필트레이션(microfiltration; MF)을 위한 용도에는 0.05∼10㎛ 정도의 기공 크기를 갖고, 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF)을 위한 용도에는 50㎚ 미만의 크기를 갖고, 나노필트레이션(nanofiltration; NF)을 위한 용도에는 10㎚ 미만의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 마이크로필트레이션(MF)은 주로 상수로용으로 사용되고, 나노필트레이션(NF)은 주로 폐수처리용으로 사용된다.
복수 개의 정화수 인출관(20)은 평관형 세라믹 필터(100)의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성된다. 정화수 인출관(20)은 빈 공간으로 이루어져 몸체부(10)를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 한다. 정화수 인출관(20)은 서로 이격되게 구비된다. 정화수 인출관(20) 사이의 이격거리는 동일한 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 평관형 세라믹 필터(100)의 평관 형상에서 정화수 인출관(20)의 단면은 도 1에 도시된 바와 같이 사각형으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원형, 타원형, 오각형, 육각형 등의 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 정화수 인출관(20)은 평관형 세라믹 필터(100)의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 외곽 표면에는 항균 등을 위한 은(Ag) 코팅막(30)이 형성되어 있을 수 있다. 은(Ag) 코팅막(30)은 정화수 인출관(20)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(10)의 외곽 표면에 은(Ag) 코팅막(30)이 구비됨으로써 항균 작용을 기대할 수 있다. 은(Ag) 코팅막(30)은 10㎚∼5㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 외곽 표면에 친수성 또는 광촉매를 위한 TiO2 코팅막(40)이 형성되어 있을 수 있다. TiO2 코팅막(40)은 정화수 인출관(20)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(10)의 외곽 표면에 TiO2 코팅막(40)이 구비됨으로써 산화력이 커서 항균 작용이 크고, 악취 제거 및 살균 작용도 기대할 수 있다. TiO2 코팅막(40)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 외곽 표면에 소수성 또는 친수성을 위한 폴리머 코팅막(50)이 형성되어 있을 수 있다. 폴리머 코팅막(50)은 정화수 인출관(20)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(10)의 외곽 표면에 폴리머 코팅막(50)이 구비됨으로써 유체와 함께 유입된 오일(oil) 성분을 필터링할 수 있는 장점이 있다. 폴리머 코팅막(50)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 외곽 표면에 평관형 세라믹 필터(100)의 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등을 위한 Al2O3 코팅막(60)이 형성되어 있을 수 있다. Al2O3 코팅막(60)은 정화수 인출관(20)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(10)의 외곽 표면에 Al2O3 코팅막(60)이 구비됨으로써 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등의 용도에 적합하게 사용할 수 있다. 예컨대, Al2O3 코팅막(60)의 기공 크기를 마이크로필트레이션(microfiltration; MF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있고, Al2O3 코팅막(60)의 기공 크기를 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있으며, Al2O3 코팅막(60)의 기공 크기를 나노필트레이션(nanofiltration; NF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있으며, 이와 같은 Al2O3 코팅막(60)의 기공 크기를 용도에 적합하게 형성하여 불순물을 필터링할 수 있는 장점이 있다. Al2O3 코팅막(60)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
도시되지는 않았지만, 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 외곽 표면에 친수성을 위한 SiO2 코팅막이 형성되어 있을 수 있다. 상기 SiO2 코팅막은 정화수 인출관(20)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 SiO2 코팅막은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
이하에서, 평관형 세라믹 필터(100)의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
평관형 세라믹 필터(100)를 제조하기 위하여 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2), SiC 중에서 선택된 1종 이상의 분말과 유기 바인더를 포함하는 출발원료를 준비한다.
제조되는 평관형 세라믹 필터(100)의 기공율, 기공 크기, 강도 등을 고려하여 상기 분말은 0.01∼20㎛인 정도의 평균입경을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바인더는 폴리비닐알콜(polyvinyl alchol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol; PEG) 등을 사용할 수 있다.
상기 출발원료에 기공형성제를 첨가하여 혼합할 수도 있다. 상기 기공형성제로는 셀룰로오스(cellulose), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA), 흑연(graphite)과 같은 탄소계 소재 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 기공형성제는 출발원료 100중량부에 대하여 0.1∼20중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 출발원료를 혼합하며, 상기 혼합을 볼밀링 등의 공정을 이용할 수 있다. 이하 볼밀링에 의한 혼합 공정을 구체적으로 설명한다. 출발원료를 용매와 함께 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하여 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 상기 출발원료를 기계적으로 혼합한다. 상기 볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹 재질의 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절한다. 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 10분∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀링에 의해 출발원료는 균일한 입자 크기 분포를 가지면서 혼합되게 된다.
혼합이 이루어진 출발원료를 원하는 형태로 성형하고 건조한다. 상기 성형은 압출 성형, 프레스(press) 성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. 상기 성형에 의해 평관형 세라믹 필터(100)가 몸체부(10)와 정화수 인출관(20)을 포함하는 평관 형상을 갖도록 한다. 상기 건조 공정은 60∼150℃ 오븐에서 1∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
성형된 결과물을 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입하고 소성 공정을 수행한다. 상기 소성 공정은 1100∼1600℃ 정도의 소성 온도에서 10분∼48시간 정도 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소성 온도까지는 1∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 온도를 올리는 것이 바람직하다. 상기 소성은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다. 소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 소성된 결과물을 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 소성 공정에서 유기물 성분은 300∼400℃의 온도가 되면 태워져 없어지게 되며, 소성 온도는 유기물 성분이 타는 온도보다 높은 온도에서 이루어지므로 소성 공정이 완료되면 유기물 성분은 모두 제거되게 되며, 유기 바인더나 기공형성제가 위치하는 공간과, 분말과 분말 사이의 공간은 기공을 이루고 소성 공정을 거친 소성체는 다공성을 띠게 된다.
이와 같이 제조된 평관형 세라믹 필터(100)에 대하여 항균 등을 위해 몸체부(10)의 표면에 은(Ag) 코팅막(30)을 형성할 수 있다. 은(Ag) 코팅막(30)은 은(Ag) 분말을 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(10)의 외곽 표면에 코팅하고 400∼700℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 은(Ag) 코팅막(30)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. 은(Ag) 코팅막(30)은 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(20)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 은(Ag) 코팅막(30)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 은(Ag) 코팅막(30)은 10㎚∼5㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 몸체부(10)의 표면에 친수성막을 형성하거나 광촉매를 위해 TiO2 코팅막(40)을 형성할 수 있다. TiO2 코팅막(40)은 TiO2 전구체를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)로부터 제조된 코팅액을 몸체부(10)의 외곽 표면에 코팅하고 400∼1200℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 상기 TiO2 전구체는 티타늄테트라이소프록사이드{Titanium Tetra isoproxide(TTIP, Ti(OC3H7)4)}, 티타늄메톡사이드(titanium methoxide), 티타늄에톡사이드(titanium ethoxide), 티타늄프로폭사이드(titanium propoxide), 티타늄부톡사이드(titanium butoxide) 등 일 수 있다. TiO2 코팅막(40)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. TiO2 코팅막(40)은 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(20)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 TiO2 코팅막(40)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. TiO2 코팅막(40)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 몸체부(10)의 표면에 소수성막 또는 친수성막을 형성하기 위해 폴리머 코팅막(50)을 형성할 수 있다. 폴리머 코팅막(50)은 폴리머를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(10)의 외곽 표면에 코팅하고 폴리머의 용융온도보다 낮은 100∼250℃ 정도의 온도에서 경화를 위한 열처리하여 수행할 수 있다. 폴리머 코팅막(50)은 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(20)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 폴리머 코팅막(50)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 폴리머는 친수성을 나타내는 트리에톡시실란(triethoxysilnane), 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane), 이들의 혼합물 등이나, 소수성을 나타내는 퍼플루오로데실트리에톡시실란(perfluorodecyltriethoxysilane), n-부틸 포스포닉산(n-butyl phosphonic acid), 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 몸체부(10)의 외곽 표면에 폴리머 코팅막(50)을 형성함으로써 유체와 함께 유입된 오일(oil) 성분을 필터링할 수 있는 장점이 있다. 폴리머 코팅막(50)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 평관형 세라믹 필터(100)의 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등을 위해 몸체부(10)의 표면에 Al2O3 코팅막(60)을 형성할 수 있다. Al2O3 코팅막(60)은 Al2O3 전구체를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(10)의 외곽 표면에 코팅하고 500∼1300℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 상기 Al2O3 전구체는 알루미늄 트리세크부톡사이드(Al(OC4H9)3), 알루미늄 이소프로폭사이드aluminum isopropoxide), 베마이트( Boehmite) 등일 수 있다. Al2O3 코팅막(60)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. Al2O3 코팅막(60)은 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(20)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 Al2O3 코팅막(60)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 몸체부(10)의 외곽 표면에 Al2O3 코팅막(60)을 형성함으로써 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등의 용도에 적합하게 사용할 수 있다. 예컨대, 형성되는 Al2O3 코팅막(60)의 기공 크기를 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있으며, Al2O3 코팅막(60)의 기공 크기를 용도에 적합하게 형성하여 불순물을 필터링할 수 있는 장점이 있다. Al2O3 코팅막(60)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10)의 표면에 SiO2 코팅막을 형성할 수도 있다. 상기 SiO2 코팅막은 SiO2 전구체를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(10)의 외곽 표면에 코팅하고 500∼1300℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 상기 SiO2 전구체는 TEOS(tetraethly orthosilicate) 등일 수 있다. Al2O3 코팅막(60)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. 상기 SiO2 코팅막은 몸체부(10)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(20)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 SiO2 코팅막의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 SiO2 코팅막은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이하에서, 상술한 평관형 세라믹 필터(100)를 이용한 수처리 장치를 설명한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평관형 세라믹 필터를 이용한 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9 및 도 10은 일 예에 따른 수처리 장치를 보여주는 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 수처리 장치는 음용수, 폐수, 오수 등의 유체가 공급되어 저장되는 저장조(110)와, 저장조(110) 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터(100)와, 평관형 세라믹 필터(100)의 정화수 인출관(20)을 대면하게 끼워져서 정화수 인출관(20)이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 정화수 인출관(20)에 연통되어 정화수 인출관(20)으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 필터 커버(130), 저장조(110) 일측에 설치되고 필터 커버(130)에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관(140), 저장조(110) 상부를 덮어 밀봉하기 위한 저장조 덮개(150) 및 저장조(110) 내에 공기를 주입하여 저장조(110) 내의 압력을 높이기 위한 압력 펌프(160)를 포함한다.
상기 수처리 장치는 저장조(110) 상단에 설치되어 음용수, 폐수, 오수 등의 유체를 저장조(110)에 공급하기 위한 유체 유입관(120)을 더 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(100)는 저장조(110) 내에 복수 개가 구비될 수 있고, 이에 대응되게 필터 커버(130)도 복수 개가 구비되며, 각각의 필터 커버(130)와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 커버 연결체(135)가 구비되고, 커버 연결체(135)는 정화수 배출관(140)에 연통되게 구비될 수 있다. 평관형 세라믹 필터(100)는 복수 개를 배열하여 사용할 수 있고 또는 서로 접합시켜 사용할 수도 있다.
상기 수처리 장치는 유체 공급 탱크(feed tank)(105)로부터 음용수, 폐수, 오수 등의 유체를 펌핑하여 저장조(110)에 공급하기 위한 공급 펌프(feed pump)(170)를 더 포함할 수 있다. 유체 공급 탱크(105)와 공급 펌프(170) 사이에는 밸브(V1)가 구비되어 개폐 동작에 의해 유체의 흐름을 조절할 수 있다.
또한, 상기 수처리 장치는 저장조(110) 내로 공기(air) 또는 오존(O3)을 공급하기 위한 복수 개의 버블 공급관(175)을 더 포함할 수 있다. 버블 공급관(175)은 평관형 세라믹 필터(100)을 향하도록 저장조(110)의 하부에 구비되는 것이 바람직하다. 버블 공급관(175)은 도관(177)을 통해 압력 펌프(160)에 연결되거나 공기(air) 또는 오존(O3)을 공급하기 위한 별도의 펌프(미도시)에 연결되어 있을 수 있고, 압력 펌프(160) 등에 의한 펌핑에 의해 공기(air) 또는 오존(O3)이 버블 공급관(175)을 통해 저장조(110) 하부로 공급될 수 있다. 버블 공급관(175)을 통해 저장조(110)로 하부로 공급된 공기(air)는 버블(bubble)(178)을 형성하여 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 털어냄으로써 평관형 세라믹 필터(100)를 세척하여 여과량 감소를 억제하는 효과를 발현할 수 있다. 버블 공급관(175)을 통해 저장조(110)로 하부로 공급된 오존(O3)은 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 분해하는 효과를 발현할 수 있다. 버블 공급관(175)과 도관(177) 사이에는 밸브(V4)가 구비되어 개폐 동작에 의해 공기(air) 또는 오존(O3)의 흐름을 조절할 수 있다.
또한, 상기 수처리 장치는 저장조(110) 내의 유체를 외부로 배출하기 위한 유체 배출관(180)을 더 포함할 수 있다. 유체 배출관(180)에는 밸브(V3)가 구비되어 개폐 동작에 의해 유체의 배출을 조절할 수 있다. 저장조(110)의 하부는 경사지게 구비(즉, 경사진 슬로프(slope)를 갖도록 구비)함으로써 미처리된 유체가 하부로 모여 유체 배출관(180)을 통해 배출이 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 수처리 장치는, 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(100) 외곽 표면에 TiO2 코팅막(40)이 구비된 경우에, 평관형 세라믹 필터(100)에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프(미도시)를 더 포함할 수 있다. TiO2 코팅막(40)이 구비된 평관형 세라믹 필터(100)는 자외선 램프에 의해 자외선이 조사됨으로서 광촉매 효과를 기대할 수 있다. 자외선 램프에 의해 자외선이 조사되게 되면, TiO2 코팅막(40)의 표면에서 광촉매 반응이 발생하여 유기물이 제거될 수 있는 효과가 있다. 광촉매로 기능하는 TiO2 코팅막(40)은 물의 광분해를 통하여 얻어지는 하이드록실기 이온(OH-)을 난분해성의 유기 물질을 제거하기 위한 수산화 라디칼로 변화시킨다. 자외선 램프에 의해 유체에 포함된 세균이 살균되고, 자외선이 TiO2 코팅막(40)에 조사되면 강한 산화력을 지닌 수산화라디칼이 생성되며, 상기 수산화라디칼에 의해 유기화합물이 산화분해되게 된다.
저장조 덮개(150)는 저장조(110) 상부를 덮어 밀봉하는 역할을 하며, 태양광이 투과될 수 있도록 투명하게 구비되는 것이 바람직하다.
필터 커버(130)는 평관형 세라믹 필터(100)의 정화수 인출관(20)을 대면하게 끼워져서 정화수 인출관(20)이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 정화수 인출관(20)에 연통되어 정화수 인출관(20)으로부터 배출되는 정화수가 집결될 수 있게 구성된다. 필터 커버(130)는 평관형 세라믹 필터(100)의 정화수 인출관(20)이 노출된 면과 인접하는 면들과 접촉하게 끼워진다. 정화수 인출관(20)이 노출된 면은 필터 커버(130)와 대면하면서 필터 커버(130)에 대하여 소정 거리 이격되고, 정화수 인출관(20)은 필터 커버(130)와 연통된다. 정화수 인출관(20)으로부터 배출되는 정화수는 필터 커버(130)로 집결된다.
압력 펌프(160)는 저장조(110) 내에 공기를 주입하여 저장조(110) 내의 압력을 높이는 역할을 할 수 있다. 압력 펌프(160)에 의해 펌핑된 공기는 에어 공급관(165)을 통해 저장조(110)의 상부로 공급될 수 있다. 압력 펌프(160)와 에어 공급관(165) 사이에는 밸브(V5, V8)가 구비되어 개폐 동작에 의해 공기의 흐름을 조절할 수 있다.
저장조(110)는 유입된 음용수, 폐수, 오수 등의 유체를 저장하는 공간을 제공한다. 음용수, 폐수, 오수 등의 유체는 공급 펌프(feed pump)(170) 등을 통해 저장조(110)에 공급되고, 저장조(110) 내에는 상기 유체를 정화하기 위한 평관형 세라믹 필터(100)가 위치된다. 압력 펌프(160)의 작동에 의해 평관형 세라믹 필터(100)의 내부가 부압(-)이 되고, 이때 압력차에 의해 저장조(100) 내의 유체는 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10) 내부로 유입되게 되고, 몸체부(10)을 통과하면서 상기 유체에 함유된 불순물은 걸러지게 되며, 몸체부(10)를 통과한 정화수는 정화수 인출관(20)으로 유입되고, 정화수 인출관(20)에 유입된 정화수는 필터 커버(130)에 집결되게 된다.
필터 커버(130)에 집결된 정화수는 정화수 배출관(140)을 통해 외부로 배출된다. 필터 커버(130)에 집결된 정화수는 압력 펌프(160)의 펌핑에 의해 정화수 배출관(140)을 통해 외부로 배출될 수도 있다. 필터 커버(130)와 정화수 배출관(140) 사이에는 밸브(V7)가 구비되어 개폐 동작을 통해 정화수의 흐름을 조절할 수 있다. 정화수 배출관(140)에서 배출된 정화수는 정화수 저장조(190)로 공급되고, 정화수 배출관(140)과 정화수 저장조(190) 사이에는 밸브(V6)가 구비되어 개폐 동작에 의해 정화수의 흐름을 조절할 수 있다.
평관형 세라믹 필터(100)에 오염물 부착량이 증가하여 여과유량이 낮아지면 정화수를 여과가 이루어지는 방향과 반대 방향으로 압력을 가하여 수행하는 역세척 방식으로 오염물을 제거할 수도 있다. 역세척 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 유체 공급 탱크(105)로부터 유체(정화수)를 펌핑하여 밸브(V5, V7)와 필터 커버(130)를 통해 평관형 세라믹 필터(100)의 정화수 인출관(20)으로 공급하고, 정화수 인출관(20)으로 공급된 유체가 몸체부(10)을 통해 저장조(110)로 배출되게 하는 방식으로 평관형 세라믹 필터(100)를 세척한다. 이 경우에는 유체 공급 탱크(105)로부터 공급되는 유체가 깨끗한 정화된 물(정화수)인 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 평관형 세라믹 필터(100)를 세척하려는 경우에는 저장조(110) 내의 유체를 유체 배출관(180)을 통해 배출한 후에 수행하는 것이 바람직하다. 평관형 세라믹 필터(100)를 세척하려는 경우에, 압력 펌프(160)의 작동에 의해 저장조(110)의 내부가 정화수 인출관(20)에 비해 부압(-)이 되고, 이때 압력차에 의해 정화수 인출관(20) 내의 유체는 평관형 세라믹 필터(100)의 몸체부(10)로 유입되게 되고, 몸체부(10)을 통과하면서 세척하게 되고, 몸체부(10)를 통과한 유체는 저장조(110)으로 유입되어 집결되게 된다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
평관형 세라믹 필터를 제조하기 위하여 알루미나(Al2O3) 분말과 유기 바인더인 폴리비닐알콜(PVA)를 포함하는 출발원료를 준비하고 혼합하였다. 상기 알루미나(Al2O3) 분말은 9㎛ 정도의 평균입경을 갖는 분말을 사용하였다.
혼합이 이루어진 출발원료를 압출 성형을 이용하여 도 2에 나타낸 바와 같이 평관 형상으로 성형하고 건조하였다.
성형된 결과물을 전기로에 장입하고 소성 공정을 수행하였다. 상기 소성 공정은 1350∼1400℃ 정도의 소성 온도에서 1시간 정도 수행하였다.
이렇게 제조된 평관형 세라믹 필터의 몸체부는 기공율이 42.01%를 나타내었다.
도 11은 실험예에 따라 제조된 평관형 세라믹 필터의 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, Al2O3 결정상이 나타남을 볼 수 있었다.
도 12는 실험예에 따라 제조된 평관형 세라믹 필터에서 정화수 인출관이 노출된 단면을 보여주는 사진이다.
도 13a는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 1000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이고, 도 13b는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 3000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 13c는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 5000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 13d는 도 12에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 10000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 14는 실험예에 따라 제조된 평관형 세라믹 필터에서 몸체부 표면을 보여주는 사진이다.
도 15a는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 1000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이고, 도 15b는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 3000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 15c는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 5000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 15d는 도 14에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 10000배율로 확대하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
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.
10: 몸체부 20: 정화수 인출관
30: 은(Ag) 코팅막 40: TiO2 코팅막
50: 폴리머 코팅막 60: Al2O3 코팅막
100: 평관형 세라믹 필터 105: 유체 공급 탱크
110: 저장조 120: 유체 유입관
130: 필터 커버 140: 정화수 배출관
150: 저장조 덮개 160: 압력 펌프
165: 에어 공급관 170: 공급 펌프
175: 버블 공급관 180: 유체 배출관
190: 정화수 저장조

Claims (17)

  1. 유체가 공급되어 저장되는 저장조;
    상기 저장조 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터;
    상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관을 대면하게 끼워져서 상기 정화수 인출관이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 상기 정화수 인출관에 연통되어 상기 정화수 인출관으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 필터 커버;
    상기 저장조 일측에 설치되고 상기 필터 커버에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관;
    상기 저장조 상부를 덮어 밀봉하기 위한 저장조 덮개; 및
    상기 저장조 내에 공기를 주입하여 상기 저장조 내의 압력을 높이기 위한 압력 펌프를 포함하며,
    상기 평관형 세라믹 필터는 다공성으로 이루어져 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하는 몸체부; 및
    상기 유체가 상기 몸체부를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 하는 빈 공간으로 이루어진 복수 개의 정화수 인출관을 포함하며,
    상기 몸체부 외곽 표면에 소수성을 위한 폴리머 코팅막이 형성되어 있고,
    상기 폴리머 코팅막은 소수성을 나타내는 n-부틸 포스포닉산(n-butyl phosphonic acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몸체부는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 몸체부의 기공율은 40∼70% 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성되어 있고,
    상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출되며,
    상기 정화수 인출관 사이의 이격거리는 동일하게 구비된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 몸체부 외곽 표면에 항균을 위한 은(Ag) 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 몸체부 외곽 표면에 친수성 또는 광촉매를 위한 TiO2 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 몸체부 외곽 표면에 Al2O3 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 몸체부 외곽 표면에 친수성을 위한 SiO2 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 평관형 세라믹 필터는 상기 저장조 내에 복수 개가 구비되고,
    이에 대응되게 상기 필터 커버도 복수 개가 구비되며,
    각각의 상기 필터 커버와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 커버 연결체가 구비되고,
    상기 커버 연결체는 상기 정화수 배출관에 연통되게 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 저장조 내로 공기(air) 또는 오존(O3)을 공급하기 위한 복수 개의 버블 공급관을 더 포함하며,
    상기 버블 공급관을 통해 상기 저장조의 하부로 공급된 공기(air)는 버블(bubble)을 형성하여 상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 털어냄으로써 평관형 세라믹 필터를 세척하여 여과량 감소를 억제하고,
    상기 버블 공급관을 통해 상기 저장조의 하부로 공급된 오존(O3)은 상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 묻어 있는 오염물을 분해하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 평관형 세라믹 필터의 몸체부 외곽 표면에 TiO2 코팅막이 구비되어 있고,
    상기 평관형 세라믹 필터에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 저장조 상단에 설치되어 상기 유체를 상기 저장조에 공급하기 위한 유체 유입관; 및
    상기 유체를 펌핑하여 상기 유체 유입관을 통해 상기 저장조에 공급하기 위한 공급 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 압력 펌프에 의해 펌핑된 공기는 에어 공급관을 통해 상기 저장조의 상부로 공급되고,
    상기 압력 펌프와 상기 에어 공급관 사이에는 밸브가 구비되어 개폐 동작에 의해 공기의 흐름을 조절할 수 있으며,
    상기 필터 커버에 집결된 정화수는 상기 압력 펌프의 펌핑에 의해 상기 정화수 배출관을 통해 외부로 배출되고,
    상기 필터 커버와 상기 정화수 배출관 사이에는 밸브가 구비되어 개폐 동작을 통해 정화수의 흐름을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 평관형 세라믹 필터에 오염물 부착량이 증가하여 여과유량이 낮아지는 경우에,
    압력 펌프의 작동에 의해 상기 저장조의 내부가 부압(-)이 되게 하고,
    정화수를 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관으로 공급하며,
    상기 정화수 인출관으로 공급된 유체가 상기 몸체부를 통해 상기 저장조로 배출되게 하는 방식으로 상기 평관형 세라믹 필터를 세척하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
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