KR102031911B1 - 경도저감필터 - Google Patents

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KR102031911B1
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Abstract

본 발명에 따른 경도저감필터는 내측에 수용공간을 형성하는 필터 하우징과, 상기 필터 하우징의 수용공간에 마련되어, 필터 하우징 내부로 유입된 원수의 이물질을 걸러내는 여과부재와, 상기 필터 하우징과 상기 여과부재 사이에 마련되어, 상기 필터 하우징 내부로 유입된 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하는 경도저감촉매를 포함하여 구성된다.

Description

경도저감필터{filter for reducing water hardness}
본 발명은 경도저감필터에 관한 것이다.
물의 경도(water hardness)란, 물에 들어있는 칼슘 이온과 마그네슘 이온의 양을 이들에 대응하는 탄산칼슘(칼슘카보네이트, CaCO3)의 양(단위 mg/l)으로 환산하여 수치화한 것을 의미한다. 물의 경도는 물의 맛에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 일정한 수치를 기준으로 물의 경도가 기준보다 높으면 경수, 기준보다 낮으면 연수로 분류된다. 세계보건기구(WHO)의 가이드라인에서는 경수와 연수의 기준을 더욱 세분화하여 분류한다.
경도성 물질은 상온보다 높거나 낮은 온도에서 반응하여 스케일을 형성하게 된다. 스케일(예를 들어 CaCO3)이란 물에 잔류하는 미네랄 성분이 수분의 증발 후 뭉치면서 생기는 물질을 가리킨다. 냉장고나 정수기와 같은 워터 시스템의 출구에 생성된 스케일은 소비자에게 워터 시스템의 고장 또는 성능 저하로 인식되기 때문에 스케일의 생성을 방지하는 것이 필요하다.
또한, 세탁기나 식기세척기와 같은 워터 클리닝 시스템에서 경도성 물질은 세제의 음이온과 결합하여 세척력의 저하를 유발하고 비용해성 세제 때를 생성하기 때문에 고경도의 물에서 경도성 물질을 제거하여 물의 경도를 낮추는 것이 필요하다.
이하, 도면을 참조하여, 종래 경도저감 기능을 갖는 필터의 구성 및 문제점에 대해 설명한다.
먼저, 도 1은 한국 특허출원 10-2009-0025106호 '경도성 물질의 제거가 가능한 정수기'에 구비된 경도저감필터를 보인 도면이다.
도 1에 도시된 종래 경도저감필터는, 역삼투압막 외면에 이온교환수지(121)를 적용하여 역삼투압 표면에 경도물질이 생성되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기와 같은 종래 경도저감필터의 경우, 이온교환수지 이용 시 재생 및 나트륨과 같은 이온교환된 다른 물질이 물속에 용출되는 문제가 있고, 역삼투암필터의 경우 직수형의 제품에 적용이 난해하며, 고압의 펌프를 이용하여 정수하기 때문에 이온교환수지에 의한 분리막 표면이 손상될 가능성도 있었다. 또한, 필터의 컴팩트화가 어려운 문제도 있었다.
또, 도 2는 한국 특허출원 10-2015-0131809호 '복합 필터'를 보인 도면이다.
도 2에 도시된 종래 경도저감필터는, 카본블록 중앙 내경 유로에 원통형 사출물 (124)을 장착하고, 이 사출물 내부에 경도저감촉매를 투입하여 물속에 존재하는 경도유발물질(칼슘이온, 마그네슘이온)을 제거하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기와 같은 종래 필터의 경우, 카본블럭 중앙에 원통형의 사출물을 장착하기 어려웠고, 이 사출물 내부에 경도저감촉매를 적용하기도 어려운 문제가 있었다.
또한, 경도저감촉매에 의해 생성된 일시경도 물질이 별도의 여과 없이 수배관 내 유로로 노출될 시 각종 밸브, 배관 연결부 등의 틈새에 침투되어 누수와 같은 문제점이 발생될 수도 있다.
또한, 활성탄블록을 통과하고 난 후, 중성영역의 수소 이온 지수(pH)에서는 경도유발물질 제거율이 낮은 문제도 있었다.
본 발명의 목적은, 유입된 원수의 이물질을 걸러내면서, 물의 경도를 낮출 수 있는 경도저감필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 경도저감기능을 구비하지 않는 종래의 필터에도 손쉽게 적용 가능한 경도저감필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 필터 표면에 미생물이 생장하는 것을 방지할 수 있는 경도저감필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 미생물에 의해 필터의 여과력 및 유량이 저하되는 것을 방지할 수도 있는 경도저감필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 여과부재, 경도저감촉매 및 식용산 하이드로겔이 필터 하우징 내부로 손쉽게 반입될 수 있고, 이후에 필터 하우징 밖으로 반출이 용이하게 이루어질 수도 있는 경도저감필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 경도물질 생성을 억제할 수 있는 경도저감필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 영구경도에 비해 단면의 크기가 작고 두께는 더 두꺼운 일시경도를 생성하여, 필터가 막히는 현상을 개선할 수 있는 경도저감필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 별도의 구성 없이, 유입된 원수의 유동에 의해 경도저감촉매가 유동하면서 서로 충돌하고, 이 과정에서 경도저감촉매에서 일시경도가 분리되어, 경도저감촉매의 재생이 이루어질 수 있는 경도저감필터를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 경도저감필터는, 내측에 수용공간을 형성하는 필터 하우징과, 상기 필터 하우징의 수용공간에 마련되어, 필터 하우징 내부로 유입된 원수의 이물질을 걸러내는 여과부재와, 상기 필터 하우징과 상기 여과부재 사이에 마련되어, 상기 필터 하우징 내부로 유입된 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 결정화시켜 제거하는 경도저감촉매를 포함할 수 있다.
또한, 상기 여과부재는, 중공사막으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매는, 입자의 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매의 크기는 상기 여과부재에 물이 통과하도록 형성된 미세홀의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매의 표면에 생성된 일시경도는, 입자간의 충돌에 의해 탈리되고, 상기 경도저감촉매는 재생될 수 있다.
또한, 상기 탈리된 일시경도는 상기 여과부재에 의해 여과되고, 상기 여과부재의 표면에 부착되어 미생물 생성을 억제할 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매는, 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산마그네슘(MgCO3)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매는, 규산염(silicate) 기반의 지지체를 포함하고, 상기 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산마그네슘(MgCO3)은 상기 지지체의 표면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매는, 물과 유사한 비중을 구비할 수 있다.
또한, 상기 필터 하우징의 내부에는, 상기 필터 하우징 내부로 물이 유입되면, 물에 식용산을 배출하는 식용산배출부재가 추가적으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 식용산은, 구연산, 말레산 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 식용산배출부재는, 하이드로겔 형태로 이루어져, 상기 식용산이 물에 용출될 수 있다.
또한, 상기 식용산배출부재는, 식용산과 키토산 또는 알지네이트를 결합하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 식용산은 원수에 포함된 경도유발물질과 결합하여, 결정화가 이루어질 수 있다.
또한, 상기 경도유발물질은, 칼슘이온, 마그네슘이온을 포함할 수 있다.
제안된 발명에 의하면, 유입된 원수의 이물질을 걸러내면서, 물에 포함된 경도유발물질을 제거하여, 물의 경도를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 경도저감기능을 구비하지 않는 종래의 필터에도 손쉽게 적용 가능한 효과가 있다.
또한, 촉매에서 탈리된 일시경도가 필터 표면에 부착되면서, 필터의 표면에서 미생물이 생장하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 미생물에 의해 필터의 여과력 및 유량이 저하되는 것을 방지할 수도 있는 효과가 있다.
또한, 여과부재, 경도저감촉매 및 식용산 하이드로겔이 필터 하우징 내부로 손쉽게 반입될 수 있고, 이후에 필터 하우징 밖으로 반출이 용이하게 이루어질 수도 있는 효과가 있다.
또한, 식용산에 의해 경도물질 생성을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 영구경도에 비해 단면의 크기가 작고 두께는 더 두꺼운 일시경도를 생성하여, 필터가 막히는 현상을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 별도의 구성 없이, 유입된 원수의 유동에 의해 경도저감촉매가 서로 충돌하고, 이 과정에서 경도저감촉매에서 일시경도가 분리되어, 경도저감촉매의 재생이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 2는 종래 경도 저감 기능을 갖는 필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 경도 저감 필터의 구성을 보인 단면도이다.
도 4는 도 3의 'A 영역'을 확대하여 보인 도면이다.
도 5는 경도저감촉매의 매커니즘을 보인 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경도 저감 필터의 구성을 보인 단면도이다.
도 7은 식용산배출부재의 매커니즘을 보인 개념도이다.
도 8은 침상형 구조의 일시경도(aragonite)를 보인 도면이다.
도 9는 판상형 구조를 갖는 영구경도(calcite)를 보인 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
후술되는 본 발명에 따른 경도저감필터는 정수기, 연수기 등과 같은 다양한 수처리 장치에 적용될 수 있다. 또한, 세탁기, 식기세척기, 냉장고, 비데 등에 설치될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 경도저감필터가 정수기에 적용된 경우를 일례로 설명하나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 경도저감필터는 외부에서 유입된 원수에 포함된 경도를 낮춘 뒤, 배출하는 범위에서 다양한 장치에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경도저감필터의 단면도이고, 도 4는 도 3의 'A 영역'을 확대하여 보인 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경도저감필터는, 필터 하우징(110)과, 여과부재(120) 및 상기 필터하우징(110)과 상기 여과부재(120) 사이에 구비되는 경도저감촉매(130)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 필터 하우징(110)에는 내부공간 및 상기 내부공간과 연통된 유입구(111) 및 유출구(112)가 형성된다. 따라서, 유입수(111)를 통해 원수가 유입되고, 유출구(112)를 통해 여과가 이루어진 정수가 토출된다.
즉, 원수는 유입구(111)와 유출구(112) 사이를 유동하면서, 그 사이에 배치된 여과부재(120)에 의해, 정화된 후 배출된다.
또한, 상기 필터 하우징(110)은 내부에 여과부재(120)가 수용되는 공간부를 형성하고, 유입구(111) 및 유출구(112)가 형성된 상부캡(113)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 필터 하우징(110)의 공간부는 상기 상부캡(113)의 유입구(111) 및 유출구(112)를 통해 외부와 연통된다.
상기와 같이 상부캡(113)이 구비되면, 상부캡(113)을 열고 필터 하우징(110)의 공간부에 여과부재(120)를 손쉽게 장착할 수 있고, 필터 하우징(110)에 수용된 여과부재(120)를 손쉽게 교체할 수도 있다.
다른 예로, 상기 필터하우징(110)은 하부캡(114)을 구비할 수 있다.
즉, 상기 필터하우징(110)은 상부와 하부가 개방된 원통형으로 이루어지고, 상기 필터하우징(110)의 개방된 상부와 하부는 각각 상부캡(113)과 하부캡(114)으로 차폐될 수 있다.
상기와 같이 하부캡(114)이 구비될 경우, 하부캡(114)을 열고 필터 하우징(110)의 공간부에 여과부재(120)를 손쉽게 장착하거나 교체할 수 있다.
또한, 후술되는 경도저감촉매(130) 및 식용산배출부재(140)를 손쉽게 필터하우징(110) 내부로 반입하거나 반출할 수도 있다.
변형 예로, 중공사막 필터와 같은 종래의 필터의 하부캡을 열고, 입자형태의 경도저감촉매(130) 또는 하이드로겔 형태의 식용산배출부재(140)를 필터 하우징(110)에 넣는 작업 만으로, 종래 필터는 경도저감능력을 구비하여, 필터를 통과하는 물의 경도를 낮출 수 있다.
또한, 상기 필터하우징(110)은 아래에서부터 원수가 차오르는 형태의 유로 구조를 갖을 수 있다. 즉, 상향유동(up-flow) 구조를 갖을 수 있다.
한편, 상기 여과부재(120)는, 상기 필터 하우징(110)의 공간부에 수용된다. 상기 여과부재(120)는 필터 하우징(110) 내부로 유입된 원수에 포함된 각종 이물질을 걸러낼 수 있는 범위에서 다양한 실시 예가 발생할 수 있다.
일 예로, 상기 여과부재(120)는 중공사막 또는 멤브레인으로 구비될 수 있다.
상기 중공사막 필터는, 중공사 섬유를 이용한 방식으로 유기질 및 중금속 일부와 각종 세균 및 불순물을 걸러주되, 인체에 유익한 미네랄 성분을 남겨주는 특성을 갖는다.
하지만, 상기와 같은 중공사막 또는 멤브레인의 경우, 물에 포함된 경도유발물질을 제거하기 어려웠다.
본 발명에 따르면, 기존의 필터에 경도저감촉매(130)를 넣어, 수중 경도를 낮출 수 있다.
상세히, 본 발명에 따르면, 기존 중공사막필터에 경도저감기능을 추가하여, 경도유발물질에 의한 수배관 유로 및 필터의 막힘 현상을 개선하고, 얼음 및 정수기 사용 시 발생되는 경도물질(흰색 미네랄) 생성에 의한 심미적 악역향을 줄일 수 있다.
이를 위해, 상기 필터 하우징(110)과 상기 여과부재(120) 사이에는, 상기 필터 하우징(110) 내부로 유입된 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하는 경도저감촉매(130)가 구비된다.
상기 경도저감촉매(130)는 필터하우징(110) 내부로 유입된 원수에 함유된 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질이 상기 여과부재(120)를 통과하지 않도록, 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 결정화시킨다.
상기 경도저감촉매(130)는 원수에 포함된 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 결정화시킬 수 있는 범위에서 다양한 실시 예가 발생할 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매(130)는 다양한 형태로 상기 필터하우징(110) 내부에 구비될 수 있다.
일 예로, 상기 경도저감촉매(130)는 입자의 형태로, 상기 필터하우징(110)의 내부에 구비될 수 있다.
일반적으로 촉매란 화학반응을 촉진하거나 억제하는 역할을 하는 물질을 가리키며, 촉매는 반응 후에 생성물에 혼합되지 않고 원래대로 남게 된다.
본 발명의 일부 구성요소인 경도저감촉매(130) 역시 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 결정 생성을 촉진하나, 반응 후에 생성물에 혼합되지 않고 원래대로 남게 된다.
이때, 결정 생성 촉진에 의해 생성된 결정(C)이 경도저감촉매(130)로부터 분리되어야, 경도저감촉매(130)가 다른 반응에 관여할 수 있다. 따라서, 경도저감촉매(130)의 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질 제거 성능을 향상시키기 위해서는, 경도저감촉매(130)로부터 신속하게 결정(C)을 분리시키는 것이 필요하다.
본 발명에 따르면, 상기 경도저감촉매(130)의 표면에 생성된 결정(C)은, 입자 형태의 경도저감촉매(130)간의 충돌에 의해 탈리되고, 상기 경도저감촉매(130)는 재생될 수 있다.
상세히, 필터하우징(110)이 전술한 바와 같이 아래에서부터 위로 원수가 차오르는 형태의 유로 구조를 가지면, 상기 유로 구조에 차오르는 원수가 경도저감촉매(130)에 부력을 제공하게 된다. 또한, 이 부력에 의해 경도저감촉매(130)의 유동은 활발해지게 되고, 이에 따라 경도저감촉매(130)는 서로 충돌하게 되고, 이에 따라 경도저감촉매(130)로부터 결정(C)이 분리될 수 있다.
즉, 별도의 외력을 가하지 않고도, 필터하우징(110)에 유입된 원수에 의해 제공되는 부력을 이용하여 자연스럽게 경도저감촉매(130)가 서로 충돌하면서, 경도저감촉매(130)로부터 결정(C)이 분리되고, 상기 경도저감촉매(130)가 재생될 수 있다.
이때, 상기 경도저감촉매(130)는, 물과 유사한 비중을 구비할 수 있다. 따라서, 필터하우징(110)에 물이 채워지면, 경도저감촉매(130)가 물속에서 자유롭게 유동하면서, 서로 충돌하면서, 결정(C)이 분리될 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매(130)의 크기는 상기 여과부재(120)에 물이 통과하도록 형성된 미세홀(121)의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
따라서, 필터하우징(110)으로 유입된 원수가 여과부재(120)를 통과할 때, 상기 경도저감촉매(130)는 여과부재(120)를 통과하지 않고, 여과부재(120)와 필터하우징(110) 사이에 잔류할 수 있다.
나아가, 상기 경도저감촉매(130)에서 분리된 결정(이하, '일시경도')의 크기 역시, 상기 여과부재(120)에 물이 통과하도록 형성된 미세홀(121)의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
따라서, 필터하우징(110)으로 유입된 원수가 여과부재(120)를 통과할 때, 상기 경도저감촉매(130)에서 분리된 일시경도(C')는 여과부재(120)를 통과하지 않고, 여과부재(120)와 필터하우징(110) 사이에 잔류할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 탈리된 일시경도(C')는 상기 여과부재(120)에 의해 여과되고, 상기 여과부재(120)의 표면에 부착되어 미생물 생성을 억제한다. 이때, 상기 일시경도(C')는 표면이 뾰족한 침상구조(도 8 참조)를 구비할 수 있으며, 상기와 같은 침상구조의 일시경도(C’)가 여과부재(120)의 표면에 부착되면, 미생물의 부착 및 생성이 억제될 수 있다.
상기와 같이 미생물 생성이 억제되면, 위생적으로 안전한 것은 물론, 미생물에 의해 여과력이 저하되는 문제점이 해결되고, 따라서 여과부재(120)의 여과효율이 향상될 수 있다. 또한, 미생물에 의해 필터를 통과하는 유량이 감소되는 현상이 개선될 수 있다.
본 실시 예에서, 상기 경도저감촉매(130)는, 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산마그네슘(MgCO3)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매(130)는, 규산염(silicate) 기반의 지지체를 포함하고, 상기 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산마그네슘(MgCO3)은 상기 지지체의 표면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 경도저감촉매(130)는 상기와 같이 지지체의 표면에 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산마그네슘(MgCO3)이 형성된 촉매입자(131)를 여러 개 뭉쳐서 입자 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상기 촉매입자(131)는 바인더(132)를 통해 상호 결합될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 경우, 필터 하우징(110) 내에 입자 형태의 경도저감촉매(130)를 직접 투입하기 때문에, 경도저감촉매(130)의 장착을 위한 별도의 구조물이 필요하지 않는 장점이 있다.
또한, 물이 필터 하우징(110) 내로 유입 시, 경도저감촉매(130)의 표면에 일시경도가 생성이 되고, 생성된 일시경도는 물 유동에 따른 입자간 충돌로 탈리되어 촉매표면이 재생될 수 있는 장점도 있다.
또한, 중공사막 등의 여과부재(120)의 표면에 미생물의 생장을 억제할 수 도 있는 장점이 있다.
상세히, 수 마이크로 크기의 형태로 생성된 일시경도가 중공사막 등의 여과부재(120) 표면에 부착됨에 따라, 미생물이 중공사막 등의 여과부재(120) 표면에 부착되어 생물막에 의한 막오염을 저감하여 필터사용 시 발생되는 유량감소 현상을 저감할 수 있다.
도 5는 경도저감촉매의 매커니즘의 일 예를 보인 개념도이다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 경도저감촉매(130)가 원수로부터 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하는 매커니즘에 대하여 설명한다.
일 예로, 경도저감촉매(130)는 지지체(131a)(catalyst support, carrier, 또는 supporting material)와 결정 시드(131b)를 포함한다.
먼저, 지지체(131a)는 음전하를 띄는 고분자로 이루어질 수 있다. 칼슘 양이온(10), 마그네슘 양이온(20)과 같은 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 양전하를 띈다. 따라서 지지체(131a)가 음전하를 띄는 고분자로 이루어진다면 정전기적 인력에 의해 지지체(131a)가 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 끌어당길 수 있다. 음전하는 띄는 고분자는 예를 들어 폴리아크릴레이트(polyacrylate)를 포함한다.
결정 시드(131b)는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 결정으로 만드는 무기 소재다. 결정 시드(131b)는 칼슘과 마그네슘 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어 결정 시드(131b)는 탄산칼슘(칼슘 카보네이트, CaCO3) 결정과 탄산마그네슘(마그네슘 카보네이트, MgCO3) 결정 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
칼슘 양이온(10)이나 마그네슘 양이온(20)과 같이 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 경도저감촉매(130)에 접근하면 정전기적 인력에 의해 지지체(131a)에 모인다. 지지체(131a)에는 결정 시드(131b)가 존재하며, 결정 시드(131b)에 의해 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 결정화된다. 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 결정화 반응식은 화학식 1과 화학식 2로 나타내어질 수 있다.
참고로, 하기 식에서, MEDIA는 결정 시드(131b)를 가리킨다.
Figure 112017058307803-pat00001
Figure 112017058307803-pat00002
경도저감촉매(130)는 화학식 1과 같이 원수에 존재하는 칼슘 양이온(Ca2+)과 중탄산 음이온(HCO3-)의 반응을 촉진한다. 또한 경도저감촉매(130)는 화학식 2와 같이 원수에 존재하는 마그네슘 양이온(Mg2+)과 중탄산 음이온(HCO3-)의 반응을 촉진한다. 경도저감촉매(130)는 화학식 1 반응과 화학식 2 반응의 촉진을 통해 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 결정화에 기여한다.
원수의 활발한 유동에 의해 결정(C)은 경도저감촉매(130)에서 분리될 수 있다. 경도저감촉매(130)로부터 분리된 결정(C)은 여과부재(120)에 의해 기계적으로 여과될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경도 저감 필터의 구성을 보인 단면도이고, 도 7은 식용산배출부재의 매커니즘을 보인 개념도이다.
이하, 도 6 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 예에 대해 설명한다.
본 발명에 따르면, 상기 필터 하우징(110)의 내부에는, 상기 필터 하우징(110) 내부로 물이 유입되면, 물에 식용산을 배출하는 식용산배출부재(140)가 추가로 구비될 수 있다.
본 실시 예에서, 상기 식용산은, 구연산, 말레산 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기와 같이 식용산배출부재(140)가 구비되면, 수중으로 식용산이 배출되면서, 물의 pH가 약산성으로 유지될 수 있다.
상기 식용산배출부재(140)는 필터하우징(110) 내부에 물이 채워지면, 수중으로 식용산을 배출하는 범위에서 다양한 실시 예가 발생할 수 있다.
일 예로, 상기 식용산배출부재(140)는, 하이드로겔(hydrogel) 형태로 이루어질 수 있다. 따라서, 필터하우징(110) 내부에 물이 채워지면 하이드로겔(hydrogel) 형태의 식용산배출부재(140)에 함유된 식용산이 물에 용출될 수 있다.
일 예로, 상기 하이드로겔(hydrogel) 형태의 식용산배출부재(140)는, 식용산과 키토산 또는 알지네이트를 결합하여 형성될 수 있다.
상기 식용산은 원수에 포함된 경도유발물질을 화학적으로 흡착하여, 경도유발물질이 이온화를 유지할 수 있도록 기여한다. 즉, 일시적으로 원수에 포함된 경도유발물질의 결정화를 억제할 수 있다.
상세히, 도 7을 참조하면, 식용산배출부재(140)에서 배출된 식용산(30)은 음이온 형태이며, 양이온 형태의 경도유발물질(10)을 화학적으로 흡착한다. 따라서, 경도유발물질(10)은 영구경도로의 결정화가 이루어지지 않게 되고, 이온화 상태를 유지할 수 있다.
이후, 양이온 형태의 경도유발물질(10)은 식용산(30)에 의해 이온화를 지속적으로 유지하거나, 경도저감촉매(130)에서 일시경도로 결정화되고, 경도저감촉매(130) 간의 충돌에 의해 경도저감촉매(130)에서 탈리된 후, 여과부재(120)에서 여과될 수 있다.
여기서, 상기 경도유발물질은 칼슘 양이온 또는 마그네슘 양이온 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일부 구성요소인 식용산 하이드로겔의 제조방법의 실시예를 설명한다.
[실시예 1]
먼저, 키토산이 1 ~ 2.5wt% 가 되도록 아세트산에 용해 후, 식용산(citric acid 또는 malic acid)을 키토산 3.5×10- 3 mol 당 1 또는 2mol의 양이 되도록 키토산 용액에 투입한다.
이후, 서서히 저어주면서 참기름 15 ~ 40 mL 사이를 투입하고 0℃에서 10 ~ 15분 간 혼합하여 에멀전 형성한다.
이후, 형성된 에멀전을 참기름 150 ~ 200 mL 부피 범위의 용액에 투입하고 120 ℃에서 35 ~ 45 분간 강하게 혼합하여 하이드로겔 형성 후 증류수로 세척한다.
[실시예 2]
먼저, 알지네이트를 0.006 ~ 0.009 M 범위의 P-benzoquinone 용액에 3 ~ 5 wt%가 되도록 투입하여 알지네이트 관능기 활성화 후 45℃에서 2시간 건조하여 최종적으로 알지네이트가 2wt%가 되도록 한다.
이후, 0.3 ~ 0.6 wt%의 키토산이 용해된 아세트산 용액에 상기 활성화된 알지네이트 용액을 투입하여 최종적으로 알지네이트가 0.1 ~ 0.5wt%가 되도록 교반시킨다.
이후, 40℃에서 pH 5를 유지되도록 교반하면서 2 ~ 4 wt%의 칼슘클로라이드와 식용산 (citric acid 또는 malic acid)를 천천히 투입 25℃에서 1 ~ 2시간 방치하여 하이드로겔 생성 후, 증류수로 세척한다.
전술한 바와 같이, 식용산 하이드로겔은, 구연산, 말레산 같은 식용산이 키토산 또는 알지네이트와 결합된 형태이며, 물 속에 존재할 시 pH, 온도 등에 따라 내부의 함유된 식용산이 조금씩 용출되어, 결과적으로 필터 하우징(110)에 수용된 물의 pH는 약산성을 유지할 수 있다.
또한, 용출된 식용산은 경도유발물질(칼슘이온, 마그네슘이온)을 흡착하기 때문에, 경도유발물질의 결정화(영구경도) 진행을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 필터를 통과하는 물에 포함된 경도유발물질(칼슘, 마그네슘이온)을 경도저감촉매에서 일시경도로 변환한 뒤, 크기가 커지면 입자간 충돌에 의해 탈리시키는 방식으로, 물에 존재하는 경도유발물질을 제거하여, 물의 경도를 낮출 수 있다.
또한, 경도저감촉매(130) 및 경도저감촉매(130)에서 분리된 일시경도가 중공사막 등의 여과부재(120)의 표면에 부착되어, 필터 표면의 미생물 생장을 억제하고, 나아가 미생물에 의한 오염으로 유량이 감소되는 현상을 개선하여 필터의 수명을 연장시킬 수도 있다.
도 8은 침상형 구조의 일시경도(aragonite)를 보인 도면이고, 도 9는 판상형 구조를 갖는 영구경도(calcite)를 보인 도면이다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 결정생성촉매(130)에 의해 비교적 빠른 속도로 생장하는 일시경도(C)는 장방향으로 0.05 ~ 수십 마이크로미터(㎛)의 크기를 가지며, 이를 거르지 않고 정수기에서 출수되어, 건조되거나 가열될 경우 영구경도로 전환되어 소비자에게 백색 가루의 심미적 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 카본블록 내부에 투입될 경우 여과 없이 유출될 수 있으며 카본블록 내부유로가 좁고 유동성을 만들어줄 수 있는 구조물이 없기 때문에 결정생성촉매(130)의 성능의 저하가 발생될 수 있다.
상세히, 촉매 표면에 생성된 침상형의 일시경도가 계속적으로 쌓여 둥근 형태의 영구경도로 전환된다.
반면, 분리막 필터의 적용 시 중공사막 사이 사이에서 유동하면서 촉매표면에 생성된 침상형의 일시경도(C)를 털어내어 촉매의 성능을 유지하고, 생성된 일시경도는 중공사막의 기공에 의해 물리적으로 여과되어 유출되지 않는 장점이 있다.
즉, 도 8 내지 도 9에서와 같이, 침상형 구조의 일시경도(C)가 분리막 표면에 부착 시 미생물이나 기타 녹성분들이 부착되어 분리막 성능저하를 일으키는 것을 저감할 수 있다.
또한, 식용산 하이드로겔에서 용출된 식용산이 물에 포함된 경도유발물질(칼슘,마그네슘)을 화학적으로 흡착하여, 영구경도 생성을 방지하고, 이온화 상태의 경도유발물질이 경도저감촉매에서 일시경도로 변환하면서 제거되게 하여, 물의 경도가 보다 효과적으로 저감될 수도 있다.
특히, 중성의 영역에서 잘 제거가 되지 않는 경도물질을 식용산 하이드로겔에 의해 원수를 식용수 수질기준 내의 약산성의 형태로 전환하여 경도물질의 제거율을 상승시키고, 식용산에 의해 경도물질의 생성이 억제될 수도 있다.
100 : 경도저감필터 110 : 필터하우징
111 : 유입구 112 : 유출구
113 : 상부캡 114 : 하부캡
120 : 여과부재 121 : 미세홀
130 : 경도저감촉매 131 : 촉매입자
131a : 지지체 131b : 결정 시드
132 : 바인더 140 : 식용산배출부재

Claims (15)

  1. 내측에 수용공간을 형성하는 필터 하우징;
    상기 필터 하우징의 수용공간에 마련되어, 필터 하우징 내부로 유입된 원수의 이물질을 걸러내고, 중공사막으로 이루어진 여과부재;
    상기 필터 하우징과 상기 여과부재 사이에 마련되어, 상기 필터 하우징 내부로 유입된 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하는 경도저감촉매; 및
    상기 필터 하우징의 내부에 구비되어, 상기 필터 하우징 내부로 물이 유입되면, 물에 식용산을 배출하는 식용산 배출부재를 포함하고,
    상기 원수에 포함된 경도유발물질은, 상기 식용산 배출부재에서 배출된 식용산에 의해 영구경도로의 결정화가 일시적으로 억제되면서 이온화된 상태를 유지하고,
    상기 이온화된 상태의 경도유발 물질은, 상기 경도저감촉매에서 침상구조의 일시경도로 결정화되는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 경도저감촉매는, 입자의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 경도저감촉매의 크기는 상기 여과부재에 물이 통과하도록 형성된 미세홀의 크기보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 경도저감촉매의 표면에 생성된 침상구조의 일시경도는, 입자간의 충돌에 의해 탈리되고, 상기 경도저감촉매는 재생되는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 탈리된 침상구조의 일시경도는 상기 여과부재에 의해 여과되면서, 상기 여과부재의 표면에 부착되어 미생물 생성을 억제하는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 경도저감촉매는, 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산마그네슘(MgCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  8. 제 7항에 있어서
    상기 경도저감촉매는, 규산염(silicate) 기반의 지지체를 포함하고, 상기 탄산칼슘(CaCO3) 또는 탄산마그네슘(MgCO3)은 상기 지지체의 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 경도저감촉매는, 물과 유사한 비중을 갖는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 식용산은, 구연산, 말레산 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 식용산배출부재는, 하이드로겔 형태로 이루어져, 상기 식용산이 물에 용출되는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 식용산배출부재는, 식용산과 키토산 또는 알지네이트를 결합하여 형성된 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
  14. 삭제
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 경도유발물질은, 칼슘이온, 마그네슘이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 경도저감필터.
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