KR102330945B1 - 친환경 실리케이트계 여재를 이용한 여과 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 여과 시스템은 열전달 매체가 재순환됨에 따라 열전달 매체에 혼입되는 부유물의 여과가 탁월하고, 이 뿐만 아니라 바이러스, 미생물 등까지도 제거할 수 있는 효과가 있으며, 여과부가 측류의 스트림에 위치함에 따라 높은 여과 효율을 지속적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

친환경 실리케이트계 여재를 이용한 여과 시스템{Cooling system using silicated filler}

본 발명은 친환경 실리케이트계 여재를 이용한 여과 시스템에 관한 것으로, 실리케이트계 여재를 이용한 순환형 여과 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.

여과 장치는 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 그 중 하나인 냉각탑은 타물질의 온도를 낮추기 위한 냉각수가 순환하여 지속적으로 사용되며, 이 과정에서 오염된 냉각수 내의 불순물을 제거하기 위해 여과 장치가 사용된다. 구체적으로, 냉각수를 찬 공기에 접속시키면 냉각수의 일부의 물이 증발하며, 이때 증발에 필요한 열을 빼앗아 냉각수의 온도가 감소된다. 냉각탑은 이 현상을 이용하여 탑 위에서 냉각수를 흘려보내고 밑에서 공기를 불어넣는 등의 구조를 가지는데, 냉각수에 공기가 접촉되는 과정에서 오염이 발생한다.

냉각탑은 통풍 방법에 따라 밀폐형과 개방형으로 구분된다. 밀폐형 냉각탑은 천장카세트형의 소형 히트펌프 유닛 등에서 냉각수의 냉각 등을 목적으로 개발되었다. 공기와의 직접 접촉에 의한 냉각수의 심한 수질저하가 우려되는 경우에 주로 밀폐형 냉각탑이 채택되며, 충전물은 없고 강관제 코일을 설치하여 그 안에 냉각수를 통과시키고 코일 표면에는 물을 살포해서 그 증발열에 의해서 냉각수를 냉각하는 구조로 되어 있다.

그러나 밀폐형 냉각탑은 개방형 냉각탑에 비해 전열효과가 낮아 전열효과를 높여주기 위한 대량의 강관코일을 필요로 한다. 따라서 외형치수 및 중량이 증가하는 단점이 있으며, 통풍을 위한 팬의 동력도 증가하여 설비비 및 유지비가 증가하는 단점이 있다.

따라서 밀폐형 냉각탑과 비교하여 전열효과가 우수한 개방형 냉각탑이 주로 사용되고 있다. 하지만 앞서 설명한 바와 같이 냉각탑 내의 충전물 표면에 냉각수를 수막 모양으로 흘러 내리거나 또는 물방울로 떨어뜨려 송풍기에 의해서 강제적으로 보내지는 공기에 의해 냉각수의 일부를 증발시켜서 냉각하는 구조를 가지므로, 냉각수가 대기와 직접 접촉하여 대기 중의 먼지나 박테리아 등의 불순물이 냉각수 중에 포집 농축되어 수질을 악화 및 열화시키는 문제가 존재한다. 이러한 불순물은 응축기의 냉각수관 내에 부착되어 전열효과를 방해하고 배관을 부식시키는 등으로 인해 냉각 효율을 지속적으로 유지하기 어려운 한계가 있다.

구체적으로, 냉각탑의 냉각수에서 발생하는 장애 현상으로, 부식 장애, 스케일 장애, 슬라임 장애 등이 있다. 부식 장애는 냉각수에 용해되어 있는 용존 산소 및 염소, 황산 등의 부식 인자들에 의해 냉각수계의 열 교환기 배관 등에 발생되는 문제를 의미한다. 스케일 장애는 냉각수에 용해되어 있는 칼슘 등의 염류가 냉각수계에 농축되어 열교환기 등의 열부하가 높은 부분에서 과포화상태를 이루고 침전물을 형성하여 침전 부착되는 문제를 의미한다. 슬라임 장애로서, 냉각탑은 조류 및 미생물이 번식하기 쉬운 환경에 놓여 있으므로, 냉각수계 중에 유입된 미생물이 점성물질을 내어 토사나 먼지 등이 부착되어 오염물질을 만들고, 이러한 오염물질이 열교환기 및 배관 등에 침적, 부착하여 배관의 폐쇄 및 2 차 부식 등을 일으키게 되며, 이러한 장애를 슬라임 장애라 한다.

한국공개특허 KR2010-0119896A (2010.11.11)

본 발명의 목적은 열전달 매체가 재순환됨에 따라 열전달 매체에 혼입되는 부유물의 여과가 탁월하고, 이 뿐만 아니라 바이러스, 미생물 등까지도 제거할 수 있는 여과 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 여과 효율을 지속적으로 유지할 수 있는 여과 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 순환형 여과 장치는, 열교환부; 상기 열교환부로부터 열에너지를 전달 받은 열전달 매체가 유입되어 냉각되는 냉각부; 및 실리케이트계 여재가 충진된 여재부를 포함하되, 상기 냉각부로부터 유입되는 열전달 매체가 상기 여재부를 통과하여 불순물이 여과되는 여과부;를 포함하며, 상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되어 재순환되는 여과 장치로서, 상기 여과 장치는, 상기 냉각부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제1스트림; 및 상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제2스트림;을 포함하며, 상기 실리케이트계 여재는 표면에 금속 산화물 촉매가 코팅되고 2~50 nm의 평균 메조기공이 형성된 표면 활성화 유리 입자인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 실리케이트계 여재는 상기 금속 산화물의 금속 이온을 포함하는 산수용액에 침지된 후에 알칼리수용액에 침지되고 열처리되어 제조되는 표면 활성화 유리 입자일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 금속 산화물은 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물, 란타넘 산화물 및 크롬 산화물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 실리케이트계 여재의 평균지름은 0.2~6.0 mm일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 여재부는 평균지름이 2.0~6.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제1여재층; 상기 제1여재층 상에 적층되는 평균지름이 1.0~2.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제2여재층; 및 상기 제2여재층 상에 적층되는 평균지름이 0.5~1.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제3여재층;을 포함할 수 있으며, 이때 상기 여재부에서 열전달 매체가 상기 제1여재층에서 상기 제3여재층으로 통과하여 불순물이 여과되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 여재층 전체 평균두께에 대하여 제1여재층 5~30%, 제2여재층 5~30% 및 제3여재층 50~80%의 평균두께의 비를 가질 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 순환형 여과 장치는, 무기응결제 공급부 및 기포 공급부 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 순환형 여과 장치는, 상기 냉각부와 상기 여과부 사이에 구비되고, 상기 냉각부로부터 유입되는 열전달 매체에 무기응결제가 공급되어 불순물이 응집되는 무기응결제 공급부; 및 상기 무기응결제 공급부와 상기 여과부 사이에 구비되고, 응집된 불순물을 포함하는 열전달 매체에 기포를 공급하는 기포 공급부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 순환형 여과 장치는, 상기 여과부와 상기 열교환부 사이에 구비되고, 여과부로부터 유입되는 열전달 매체를 전기분해하는 전기분해부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 순환형 여과 장치의 운용 방법을 제공할 수 있으며, 상기 순환형 여과 장치의 운용 방법은 상기 제2스트림의 순환수량은 전체 순환수량의 2~5%인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 스트림의 유량은 독립적으로 5~20 m/hr의 선속도를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 여과 시스템은 열전달 매체가 재순환됨에 따라 열전달 매체에 혼입되는 부유물의 여과가 탁월하고, 이 뿐만 아니라 바이러스, 미생물 등까지도 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 여과 시스템은 여과 시스템의 여과부에 사용되는 실리케이트계 여재의 내구성이 우수함에 따라, 높은 여과 효율을 지속적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 순환형 여과 장치를 도시한 도면이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 친환경 실리케이트계 여재를 이용한 여과 시스템을 상세히 설명한다.

본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.

본 명세서에 기재된 “열전달 매체”는 열에너지의 전달에 의한 손실 및 저장이 가능한 물질을 의미한다. 구체적으로, 상기 유체는 열에너지를 타물질로부터 전달 받거나 전달하는 물질로서, 포괄적 개념의 열전달 매체를 의미할 수 있다. 바람직하게는 물을 포함하는 유체로서 냉각수를 예로 들 수 있다.

본 발명의 순환형 여과 장치는 열교환부; 상기 열교환부로부터 열에너지를 전달 받은 열전달 매체가 유입되어 냉각되는 냉각부; 및 실리케이트계 여재가 충진된 여재부를 포함하며, 상기 냉각부로부터 유입되는 열전달 매체가 상기 여재부를 통과하여 불순물이 여과되는 여과부;를 포함한다. 이때 상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되어 재순환되며, 상기 순환형 여과 장치는, 상기 냉각부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제1스트림; 및 상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제2스트림;을 포함한다.

상기 실리케이트계 여재는 본 발명의 순환형 여과 장치의 각 구성들과 결합됨으로써, 냉각 효율이 향상되는 효과와, 바이러스, 미생물 방지 효과와, 유지, 보수 비용 절감 효과 등을 구현하는 중요한 작용을 한다.

상기 실리케이트계 여재는 금속 산화물 촉매가 코팅된 표면 활성화 유리 입자로, 부유물질 등의 불순물의 입자 크기에 기인한 물리적 제거와 함께 화학적 흡착 제거에 의해 효과적으로 불순물을 여과 및 제거할 수 있다. 일반적으로, 모래, 단순 분쇄된 유리 입자 등의 여재는 물리적 제거만으로 불순물을 제거하는 반면, 상기 실리케이트계 여재는 물리적 제거와 함께 화학적 흡착 제거가 함께 동반된다. 모래, 단순 분쇄된 유리 입자 등의 여재의 경우는 3,000 m²/m³의 평균 표면적을 가지나, 상기 실리케이트계 여재는 활성화 과정에서 공극이 형성된다. 구체적으로, 상기 실리케이트계 여재인 표면 활성화 유리 입자는 2~50 nm의 평균 메조기공을 가질 수 있으며, 700,000~2,000,000 m²/m³의 평균 표면적을 가질 수 있다. 이러한 메조기공이 형성된 실리케이트계 여재는 매우 높은 평균 표면적을 가짐에 따라 여과 효율이 모래, 단순 분쇄된 유리 입자 등의 여재의 경우보다 상대적으로 매우 향상되므로, 불순물의 물리적 흡착 효과가 향상된다. 또한 열전달 매체와 접촉하여 활성화된 실리케이트계 여재는 열전달 매체 내에 존재하는 수산화기가 여재 표면에 음전하를 형성하여 응집효과가 증가된다. 이때 불순물은 대부분 양전하를 띄므로, 실리케이트계 여재 표면의 강한 음전하에 의해 불순물이 흡착 여과되어 화학적 흡착 효과가 향상된다.

또한 상기 실리케이트계 여재는 산소와 반응하여 자유 라디칼이 형성됨에 따라 바이러스, 미생물 등의 성장을 방해하여 이들을 제거하는 효과를 가진다. 따라서 산화성 살균제, 비산화성 살균제의 사용이 필요 없거나 사용량을 현저히 감소시킬 수 있으며, 차아염소산 등의 염화물계 살균제가 사용될 경우, 염화 이온의 양도 현저히 감소시킬 수 있어, 2차 부산물에 따른 부작용을 최소화할 수 있다.

일반적으로, 모래 등의 여재는 불순물의 물리적 제거에 있어서 효과적이나, 시간이 경과함에 따라 여재 표면에 유기물이 잔류하게 된다. 모래 등의 여재에 잔류하는 박테리아 등의 미생물은 상기 유기물을 통해 영양분을 공급받게 되고 성장하게 된다. 미생물은 성장하면서 점액질을 형성하게 되며, 형성된 점액질은 살균제를 투입하거나 역세정 과정을 거쳐도 쉽게 제거되지 않아 열전달 매체의 오염을 악화시키는 주범이다. 그러나 상기 실리케이트계 여재는 표면에 코팅된 활성화된 금속 산화물이 2 ppm 이상의 산소와 반응하여 자유 라디칼을 형성하여 이에 의해 미생물의 성장 자체를 방지한다. 자유 라디칼은 반응성이 큰 물질이며, 미생물의 분자 구조를 끊을 정도로 반응성이 높아, 결과적으로 미생물에 의한 점액질이 여재 표면에 형성되는 문제 자체를 방지할 수 있다.

자유 라디칼은 원자, 분자 또는 이온이 홀전자 상태로 존재하므로, 매우 불안정함에 따라 다른 분자와의 반응성이 크다. 자유 라디칼은 산소, 질소, 황 등의 화합물로부터 형성될 수 있으며, 이로부터 활성산소종을 생성한다. 상기 활성산소종으로 과산화물음이온, 히드록실라디칼, 일산화질소, 과산화수소, 차아염소산 등이 예시될 수 있다. 이러한 활성산소종은 바이러스, 미생물 등의 분자구조를 끊어 이들이 실리케이트계 여재 표면에 성장하지 못하므로, 상기 여재는 열전달 매체와 접촉하여 자가살균특성을 갖게 된다. 이러한 자가살균특성의 메커니즘은 하기 관계식 1로부터 예시될 수 있다.

[관계식 1]

구체적인 일 예로, 상기 실리케이트계 여재의 평균지름은 0.2~6.0 mm인 것이 바람직할 수 있으며, 이러한 평균지름을 갖는 실리케이트계 여재가 여과부에 충진된다.

바람직하게는 실리케이트계 여재의 평균지름이 다른 여재층이 둘 이상 적층되어 여재부에 충진된 것일 수 있다. 즉, 상기 여과부는 사용 목적, 용도, 요구 효율 등을 고려하여 여재의 평균지름이 다른 실리케이트계 여재가 2 층 이상으로 충진된 다층여재부일 수 있다. 여재부에 충진된 여재층이 각각 평균지름이 다른 다층의 저층구조로 구성될 경우, 통과하는 열전달 매체의 체류시간이 조절되므로, 불순물의 물리적 제거와 화학적 흡착 제거가 보다 효율적으로 향상될 수 있다. 따라서 부유물질(Suspended solid, SS), 탁도, 색도 감소는 물론 화학적 산소 요구량(Chemical oxygen demand, COD) 감소, 전체 유기 화합물(Total organic carbon, TOC) 감소, 바이러스, 미생물 성장 방지와 중금속 감소 등의 효과가 보다 현저히 향상될 수 있다.

구체적인 일 예로, 상기 다층여재부는 평균지름이 2.0~6.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제1여재층, 평균지름이 1.0~2.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제2여재층, 평균지름이 0.5~1.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제3여재층 및평균지름이 0.2~0.5 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제4여재층 중에서 선택되는 둘 이상의 여재층이 적층된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 다층여재부는 예컨대 제1여재층-제2여재층, 제2여재층-제3여재층, 제3여재층-제4여재층, 제4여재층-제1여재층과, 제1여재층-제2여재층-제3여재층, 제3여재층-제1여재층-제2여재층, 제4여재층-제1여재층-제2여재층, 제1여재층-제4여재층-제2여재층, 제3여재층-제4여재층-제1여재층, 제3여재층-제1여재층-제4여재층, 제2여재층-제3여재층-제4여재층, 제3여재층-제2여재층-제4여재층과, 제1여재층-제2여재층-제3여재층-제4여재층, 제1여재층-제3여재층-제2여재층-제4여재층, 제2여재층-제3여재층-제4여재층-제1여재층, 제2여재층-제4여재층-제3여재층-제1여재층, 제3여재층-제4여재층-제1여재층-제2여재층, 제3여재층-제1여재층-제4여재층-제2여재층, 제4여재층-제1여재층-제2여재층-제3여재층 또는 제4여재층-제2여재층-제1여재층-제3여재층으로 적층된 것이 예시될 수 있다. 이때 열전달 매체의 흐름 방향은 정방향 또는 역방향 모두 가능하다.

상기 다층여재부는 각 여재층의 두께에 따라 여과 효율이 현저히 다를 수 있으며, 바람직하게는 비용 및 여과 효율 측면에서 후술하는 3 가지 형태의 다층여재부일 수 있다. 구체적으로, 상기 다층여재부는 비용 대비 여과효율이 우수하며 열전달 매체의 순환수량에 영향을 받지 않는 제1다층여재부, 여과 효율이 높은 제2다층여재부 또는 여과효율이 매우 높은 제3다층여재부일 수 있다.

구체적인 일 예로, 상기 제1다층여재부는 여재층 전체 평균두께에 대하여 평균두께가 5~30%인 제1여재층; 상기 제1여재층 상에 적층되는 평균두께가 5~30%인 제2여재층; 및 상기 제2여재층 상에 적층되는 평균두께가 50~80%인 제3여재층;인 것일 수 있다. 본 발명의 일예에 따른 순환형 여과 장치의 여재부가 상기 제1다층여재부일 경우, 비용 대비 여과 효율이 우수할 수 있으며, 특히 열전달 매체의 순환수량에 영향을 받지 않는 현저한 효과를 가질 수 있다. 평균지름이 작은 제4여재층의 경우, 여과 효율이 가장 우수한 장점이 있으나, 열전달 매체의 흐름을 가장 방해하여 가해지는 압력이 증가되고, 따라서 장치의 순환 가동 자체가 불가할 수 있는 단점이 있다. 따라서 상업적으로 대규모로 냉각이 필요한 경우, 제4여재층을 포함하지 않는 제1다층여재부가 사용되는 것이, 비용 대비 여과 효율 및 운용 효율이 우수할 뿐만 아니라, 열전달 매체의 순환수량에 구애받지 않고 장치를 가동할 수 있는 현저한 효과가 있다. 이에 따라 여재의 수명이 현저히 증가될 수 있다.

구체적인 일 예로, 상기 제2다층여재부는 여재층 전체 평균두께에 대하여 평균두께가 5~30%인 제1여재층; 상기 제1여재층 상에 적층되는 평균두께가 5~30%인 제2여재층; 상기 제2여재층 상에 적층되는 평균두께가 30~70%인 제3여재층; 및 상기 제3여재층 상에 적층되는 평균두께가 10~30%인 제4여재층;인 것일 수 있다. 열전달 매체의 여과 순도를 높이고자 하는 경우, 상기 여재부가 제2다층여재부일 경우에 제1다층여재부와 비교하여 열전달 매체의 여과순도를 현저히 향상시킬 수 있어 바람직하다.

구체적인 일 예로, 상기 제3다층여재부는 여재층 전체 평균두께에 대하여 평균두께가 5~20%인 제1여재층; 상기 제1여재층 상에 적층되는 평균두께가 5~20%인 제2여재층; 상기 제2여재층 상에 적층되는 평균두께가 10~30%인 제3여재층; 및 상기 제3여재층 상에 적층되는 평균두께가 40~80%인 제4여재층;인 것일 수 있다. 본 발명의 순환형 여과 장치의 여재부가 상기 제3다층여재부일 경우, 제2다층여재부와 비교하여 고순도로 열전달 매체의 순도를 유지할 수 있다.

본 발명에서 언급되는 여재층의 평균두께(높이)는 여재층의 면적(가로×세로)이 동일할 때를 기준으로 설명될 수 있으며, 따라서 상기 평균두께는 평균부피(가로×세로×높이)와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 또한 상기 평균두께는 장치의 규모에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 구체적으로, 0.5~5 m인 것이 예시될 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.

상기 실리케이트계 여재는 금속 산화물이 코팅된 표면 활성화 유리 입자임에 따라 열전달 매체와 접촉하여 표면이 활성화되어 상술한 효과들이 구현된다. 이러한 여재의 표면에 코팅된 금속 산화물은 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물, 란타넘 산화물 및 크롬 산화물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 금속 산화물이 유리 입자에 코팅됨에 따라 열전달 매체와 접촉하여 상술한 효과들이 구현된다.

상기 실리케이트계 여재의 구성 성분으로, 실리카 60~80 중량%, 나트륨 7~20 중량%, 칼슘 5~20 중량%, 마그네슘 1~5 중량%, 알루미늄 0.5~3 중량%, 크로뮴 0.05~0.3 중량% 및 티타늄 0.05~0.5 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 또한 상기 실리케이트계 여재의 물성으로, 비중량이 1,000~1,500 kg/m³일 수 있으며, 모스경도가 5~9일 수 있으며, 구형도가 0.7~0.9일 수 있으며, 원마도가 0.5~0.7일 수 있으며, 균등계수가 1.5~1.7일 수 있으며, 횡단면 비율이 2.0~2.4인 것일 수 있다. 하지만 이는 예시일 뿐, 이에 본 발명이 제한되어 해석되지 않음은 물론이다.

상기 실리케이트계 여재는 다음의 s1)~s3) 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 실리케이트계 여재인 표면 활성화 유리 입자의 제조 방법은, s1) 상기 금속 산화물의 금속 이온의 염을 포함하는 산수용액에 유리 입자 또는 알루미노실리케이트 입자를 침지하는 단계, s2) 상기 s1) 단계에서 수득된 산처리된 유리 입자 또는 알루미노실리케이트 입자를 알칼리계 금속의 염을 포함하는 알칼리수용액에 침지하는 단계 및 s3) 상기 s2) 단계에서 수득된 알칼리처리된 유리 입자 또는 알루미노실리케이트 입자를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 s1) 단계의 유리 입자 또는 알루미노실리케이트 입자는 일반적인 유리라면 대부분 사용 가능하며, 비용적인 측면에서 바람직하게는 유리병, 폐유리 등의 폐자원으로부터 분쇄된 입자일 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 여과 시스템은 폐자원으로부터 제조되는 실리케이트계 여재가 사용될 수 있음에 따라, 친환경적인 여과 시스템을 구축할 수 있다. 상기 입자의 평균지름은 분쇄 등을 통해 조절될 수 있으며, 예컨대 0.2~6.0 mm일 수 있다.

상기 s1) 단계에서 금속 산화물의 금속 이온이 유리 입자 또는 알루미노실리케이트 입자에 담지되고, 이후 s2) 단계의 알칼리처리와 s3) 단계의 열처리에 의해 입자의 표면에 메조기공이 형성되면서 금속 산화물이 코팅된다. 구체적으로, s1) 단계에서 촉매 전구체인 금속 산화물의 금속 이온이 입자 표면에 담지되고, s2) 단계의 알칼리수용액에 함유된 알칼리계 금속의 염이 상기 입자 표면에 잔류하면서s3) 단계의 열처리에 의해 입자 표면에 메조기공 형성과 함께 금속 산화물이 담지된다.

상기 s1) 단계의 금속 산화물의 금속 이온의 염은 알루미늄 금속의 염, 마그네슘 금속의 염, 티타늄 금속의 염, 란타넘 금속의 염 및 크롬 금속의 염 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 각 금속의 염화물, 질화물, 수화물, 수산화물, 이소프로프산화물, 산화물 등이 예시될 수 있다. 이러한 화합물은 입자에 코팅됨에 따라 열전달 매체와 접촉하여 상술한 효과들이 구현된다.

상기 s2) 단계의 알칼리계 금속의 염은 알려진 공지된 것이 사용되면 무방하며, 일 예로 알칼리계 금속의 실리케이트, 알칼리계 금속의 카보네이트, 알칼리계 금속의 포스페이트 및 알칼리계 금속의 설페이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 알칼리계 금속은 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속일 수 있으며, 구체적으로 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘 등이 예시될 수 있다.

상기 산수용액 또는 상기 알칼리수용액의 농도는 크게 제한되지 않으며, 0.01~20 g/ℓ가 예시될 수 있다. 산수용액 또는 알칼리수용액의 사용량은 유리 입자 또는 알루미노실리케이트 입자가 충분히 침지될 수 있을 정도면 무방하다. 상기 산수용액의 pH는 금속 산화물의 금속 이온의 염의 종류 및 이의 함량에 따라 조절될 수 있으며, 예컨대 pH 2~6일 수 있다.

상기 s1) 단계 및 상기 s2) 단계의 침지 시간은 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 독립적으로 1 분 내지 48 시간일 수 있으나, 이에 본 발명이 제한되어 해석되지 않음은 물론이다.

상기 s3) 단계의 열처리 온도는 1,000~1400℃가 예시될 수 있고, 열처리 시간은 입자 내에 함유된 수분이 0.1% 이하가 될 때까지의 시간이면 무방하며, 구체적으로, 5 초 내지 10 분일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.

상술한 실리케이트계 여재는 여과부에 충진된 형태로 포함될 수 있으며, 상기 여과부는 후술하는 무기응결제 공급부 및/또는 기포 공급부와 결합되어 바이러스, 미생물 방지 효과 및 여과 효율이 현저히 향상되는 동반상승 효과가 구현될 수 있다. 즉, 바람직한 일 예에 따른 순환형 여과 장치는 무기응결제 공급부 및 기포 공급부 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 순환형 여과 장치가 무기응결제 공급부를 포함할 경우, 여과 효율이 향상됨에 따라 냉각 효율 및 이의 유지 지속 특성이 현저히 향상될 수 있다. 구체적으로, 열전달 매체에 공급되는 무기응결제에 의해 불순물을 포함하는 콜로이드의 표면전하가 감소되고, 급격한 난류에 의해 콜로이드의 성장을 촉진시켜 응집 효율이 향상된다. 바람직하게는 무기응결제 공급부가 냉각부와 여과부 사이에 구비되는 것이 응집된 입자가 곧 여과부로 이송되어 여과됨에 따라 여과 효율이 보다 증가될 수 있어 좋다. 보다 바람직하게는 무기응결제 공급부가 냉각부와 여과부 사이에 구비되되 제1스트림을 경유하는 위치가 아닌 측류로 빠지는 제2스트림을 경유하는 방향의 위치에 구비되는 것이 전체 순환수량에 영향을 미치지 않아 더욱 좋다. 무기응결제의 공급량은 크게 제한되지 않으며, 예컨대 열전달 매체의 무기응결제 농도가 10~200 ppm이 되도록 유지할 수 있을 정도로 조절될 수 있다.

구체적이며 바람직한 일 예에 있어서, 상기 순환형 여과 장치가 무기응결제 공급부를 포함하여 무기응결제가 공급될 경우, 여과부의 실리케이트계 여재는 평균지름이 0.5 mm 이상, 구체적으로 0.5~5 mm, 보다 구체적으로 0.5~2 mm인 것이 사용되는 것이 좋다. 이를 상기 평균지름이 0.5 mm 이하일 경우, 열전달 매체가 통과하는 여과부의 협소한 공간에 의해 필터 막힘 현상으로 순환 운용 자체가 불가할 수 있다.

상기 순환형 여과 장치가 기포 공급부를 포함할 경우, 바이러스, 미생물 방지 효과가 현저히 향상될 수 있다. 구체적으로, 기포 공급부로부터 산소가 공급됨으로써 높은 용존 산소량을 가지는 열전달 매체가 실리케이트계 여재와 접촉한다. 상술한 바와 같이 실리케이트계 여재는 냉각 수 내의 산수와 반응하여 라디칼을 형성함에 따라 자가살균특성을 가진다. 따라서 기포 공급부는 실리케이트계 여재와 산소가 반응하여 형성되는 자유 라디칼 수가 증가하도록 촉진함으로써 바이러스, 미생물 방지 효과를 극대화시킨다. 상기 기포 공급부는 냉각부와 여과부 사이에 구비될 수 있으며, 바람직하게는 제1스트림을 경유하는 위치가 아닌 측류로 빠지는 제2스트림을 경유하는 방향의 위치에 구비되는 것이 전체 순환수량에 영향을 미치지 않아 좋다.

상기 기포는 크게 제한되지는 않으나, 예컨대 0.5~5 ㎛의 크기를 가질 수 있고, 0.1~~100 μ초의 짧은 시간을 주기로 공급될 수 있다. 기포 공급부로부터 공급되는 기포는 결합, 분열, 파열 등의 연쇄 반응을 반복하며, 분열, 파열 시 내부에서 순간적으로 초고온 및 초고압의 상태를 가져 열전달 매체의 운동에너지를 증가시키고, 이에 따라 무기응결제에 의한 응결을 가속화한다. 또한 원적외선 방출과 용존산소 발생량이 증가하게 되며, 이때 발생되는 산소로 인하여 실리케이트계 여재 표면에 코팅된 금속 산화물 촉매가 활성화되어 여재 자체의 살균 능력 뿐 아니라 열전달 매체 내의 바이러스, 미생물 등을 산화하여 보다 효과적으로 제거한다.

보다 바람직한 일 예에 있어서, 상기 순환형 여과 장치는 무기응결제 공급부 및 기포 공급부를 모두 포함하는 것이 좋다. 구체적으로, 기포 공급부로부터 공급되는 기포에 의해 열전달 매체 내에 높은 난류 변동이 유발됨에 따라 무기응결제 공급부로부터 공급된 무기응결제에 의한 불순물의 응집 효과가 향상되어 여과 효율이 증가된다. 바람직하게는 상기 무기응결제 공급부와 상기 여과부 사이에 구비되는 것이 무기응결제에 의해 응집되는 과정에 바로 기포가 공급됨에 따라 응집 효과가 보다 향상되고, 상기 기포에 의해 용존 산소량이 증가된 시점에서 바로 여과부의 실리케이트계 여재와 접촉하여 자유 라디칼 형성이 보다 향상될 수 있어 좋다.

즉, 바람직한 일예에 따른 순환형 여과 장치는, 상기 냉각부와 상기 여과부 사이에 구비되고, 상기 냉각부로부터 유입되는 열전달 매체에 무기응결제가 공급되어 불순물이 응집되는 무기응결제 공급부; 및 상기 무기응결제 공급부와 상기 여과부 사이에 구비되고, 응집된 불순물을 포함하는 열전달 매체에 기포를 공급하는 기포 공급부;를 포함할 수 있다.

상기 무기응결제는 불순물을 응집시킬 수 있는 무기 화합물이라면 크게 제한되지 않으며, 예컨대 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC), 폴리염화알루미늄실리케이트(Polyaluminum Chloride Silicate: PACS), 폴리수산화염화황산알루미늄실리케이트(Polyaluminum Hydroxy Chloro Sulfate Silicate: PAHCSS), 폴리수산화염화황산알루미늄(Polyaluminum Hydroxy Chloro Sulfate: PAHCS), 폴리황산규산알루미늄(Polyaluminum Sulfate Silicate: PASS), 황산알루미늄(Aluminum Sulfate: AS), 폴리황산철(Poly-Ferric Sulfate: PFS), 황산철(Ferric Sulfate: FS), 폴리염화철(Poly-Ferric Chloride: PFC), 알루미늄철(Ferric Aluminum: FA), 염화철(Ferric Chloride: FC), 염화알루미늄(Aluminum Chloride: AC), 황산철알루미늄화합물(Aluminum Ferric Sulfate: AFS) 및 염화철알루미늄화합물(Aluminum Ferric Chloride: AFC) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 폴리염화알루미늄(Polyaluminum Chloride: PAC) 등의 알루미늄계 무기응결제를 사용하는 것이 실리케이트계 여재와의 상용성 측면에서 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 순환형 여과 장치는 전기분해부를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 순환형 여과 장치는 상기 여과부와 상기 열교환부 사이에 구비되고, 여과부로부터 유입되는 열전달 매체를 전기분해하는 전기분해부를 더 포함할 수 있다. 상술한 여과부는 불순물을 여과부로부터 분리하고, 분리된 불순물을 여과부로부터 역세정 과정을 거쳐 제거함으로써 여과 장치로부터 비로서 제거된다. 반면, 전기분해부는 유기 화합물 등의 불순물을 직접적으로 분해하여 저분자화시키고 기체 상태로 증발시키므로, 여과부에 대한 역세정 주기를 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 순환형 여과 장치는 냉각부를 경유한 열전달 매체가 열교환부 또는 냉각부로 이송되는 제1스트림 및 여과부를 경유한 열전달 매체가 열교환부 또는 냉각부로 이송되는 제2스트림을 포함할 수 있다.

상기 제1스트림은 냉각부를 경유한 열전달 매체가 여과부를 거치지 않고 열교환부 또는 냉각부로 이송되는 스트림을 의미할 수 있으며, 구체적으로 냉각부를 경유한 열전달 매체가 열교환부로 이송되는 제1-1스트림 및/또는 냉각부를 경유한 열전달 매체가 냉각부로 이송되는 제1-2스트림을 포함할 수 있다.

상기 제2스트림은 여과부에 가해지는 수압을 감소시키기 위해 여과부를 통과한 열전달 매체가 제2스트림으로서 낮은 수량으로 흐르는 측류(Side stream) 방식을 취하므로, 여과 효율 대비 보다 역세정 주기가 현저히 향상되어 유지보수 비용이 보다 감소되는 효과가 있다. 구체적으로, 본 발명의 순환형 여과 장치에 사용되는 실리케이트계 여재는 본 발명의 각 구성들과 결합되어 높은 여과 효율을 가지므로, 상기 여재를 포함하는 여과부를 통과하는 순환수량인 제2스트림의 순환수량은 전체 순환수량 대비 2~5%의 매우 적은 유량으로 순환시켜도 상기 높은 여과 효율을 유지할 수 있다. 일반적으로, 여재를 통과하여 여과하는 여과부를 거칠 경우 가해지는 수압이 상승하므로, 여재의 내구성이 감소를 유발함에 따라 유지관리 비용이 상승하게 된다. 하지만 본 발명에 따른 실리케이트계 여재를 사용할 경우, 제2스트림의 순환수량이 전체 순환수량의 2~5%로 운용됨에도 높은 여과효율을 가질 수 있으며, 이에 따라 여재의 수명 증가, 역세정 주기 감소 등에 의한 비용 절감이 극대화될 수 있다. 또한 실리케이트계 여재를 포함하는 여재부가 측류에 해당하는 제2스트림을 경유하는 방향으로 위치함으로써, 전체 순환수량의 95% 이상을 차지하는 제1스트림의 순환수량에 영향을 거의 주지 않고, 여재부의 역세정, 유지, 보수 등을 할 수 있어, 여과 효율을 지속적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

구체적으로, 상기 제2스트림은 여과부를 경유한 열전달 매체가 열교환부로 이송되는 제2-1스트림 및/또는 여과부를 경유한 열전달 매체가 냉각부로 이송되는 제2-2스트림을 포함할 수 있다. 즉, 제2-2스트림을 통해 열전달 매체는 지속적으로 요구 온도까지 감소될 때까지 재순환되어 냉각될 수 있다. 이렇게 냉각된 열전달 매체는 제2-1스트림을 통해 열교환부로 이송되어 타물질을 냉각하는 데에 이용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 순환형 여과 장치는 각 스트림을 통해 재순환될 수 있으며, 이를 위해 각 스트림의 이송 방향을 전환 및 제어할 수 있는 조절부가 더 포함될 수 있다. 상기 조절부는 도 2에 도시된 바와 같이, 둘 이상의 스트림과 연결될 수 있다.

상기 열교환부는 대상을 냉각시키기 위한 타물질에 해당하는 것으로, 열전달 매체의 온도를 상승시키고 타물질의 온도를 감소시키는 역할을 한다. 구체적으로, 냉각시키기 위한 대상으로부터 열에너지를 전달 받은 열전달 매체는 본 발명의 순환형 여과 장치에 의해 열에너지가 손실되고, 다시 상기 대상으로부터 열에너지를 전달 받는 사이클이 연속적으로 수행된다. 따라서 대상의 온도가 증가하는 것을 방지하여 일정한 온도를 유지하거나 온도를 더 감소시킬 수 있다. 상기 대상은 온도를 낮춰야 하는 것이라면 제한되지 않으며, 예컨대 발전소, 공장, 이송수단 등의 온도가 증가될 수 있는 다양한 것이 예시될 수 있다.

본 발명은 또한 순환형 여과 장치의 운용 방법을 제공할 수 있으며, 이는 이 기술분야에서 알려진 통상의 방법을 참고할 수 있으나, 바람직하게는 후술하는 조건을 만족하는 것이 상술한 효과들이 효율적으로 구현될 수 있어 바람직하다.

본 발명의 일 예에 따른 순환형 여과 장치의 운용 방법에서, 상기 제2스트림의 순환수량은 전체 순환수량의 2~5%인 것일 수 있다. 제2스트림의 순환수량이 전체 순환수량의 5%를 초과할 경우, 여과부의 여재부에 가해지는 수압이 증가함에 따라 우수한 여과 효율의 지속적 유지 측면에서 나쁠 수 있다. 또한 상기 순환수량이 전체 순환수량의 5% 미만일 경우, 열전달 매체 전체에 대한 여과부에 의한 여과가 미미하여 전술한 효과들이 제대로 나타나지 않을 수 있따.

상기 제1스트림 또는 제2스트림의 순환속도는 크게 제한되지 않으며, 예컨대 5~30 m/hr의 선속도를 가지는 것이 예시될 수 있다. 바람직하게는 5~20 m/hr의 선속도를 가지는 것이 여재의 평균입경의 영향을 최소화할 수 있으면서 높은 여과 효율이 유지될 수 있어 좋다.

또한 거름속도(Filtration velocity)는 1~15 m³/hr/m²일 수 있고, 최대 운전 수압(Operating differential pressure)은 0.4 bar일 수 있다. 또한 역세정 속도(Back wash velocity)는 35~55 m³/hr/m²일 수 있으며. 역세정 시간(Back wash duration)은 5~10 분일 수 있다. 아울러 열전달 매체의 pH는 3~9일 수 있으며, 열전달 매체의 온도는 1~100℃일 수 있다. 하지만 이는 구체적이며 바람직한 일 예일 뿐, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에 도시된 바와 같이, 냉각부 및 여과부를 포함하는 순환형 여과 장치를 이용하여, 여과부를 경유한 냉각수가 냉각부로 재순환하도록 운용하여 여과 효율을 측정하였다. 구체적으로, 평균지름이 약 0.4 mm인 여재가 1.2 m 두께로 충진된 여과부를 이용하여 여재의 크기에 따른 여과 효율을 측정하였다. 운전 조건으로, 거름속도가 7 m³/hr/m², 최대 운전 수압이 0.4 bar, 선속도가 8 m/hr가 되도록 하였으며, 냉각수로 pH 8, 탁도 8.98 NTU, CODcr 23 ppm, TOC 15.8 ppm인 오염된 물을 이용하였다.

상기 여재로 다음의 구성 성분 및 물성을 만족하는 실리케이트계 여재를 사용하였다. 상기 실리케이트계 여재는, 실리카 72 중량%, 나트륨 13 중량%, 칼슘 11 중량%, 마그네슘 2 중량%, 알루미늄 1.5 중량%, 크로뮴 0.15 중량% 및 티타늄 0.1 중량%를 포함하는 구성 성분을 가지며, 비중량이 1,250 kg/m³, 모스경도 7, 구형도 0.8, 원마도 0.6, 균등계수 1.6, 횡단면 비율 2.2이다.

평균지름이 약 0.4 mm인 여재 대신 약 0.7 mm인 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

평균지름이 약 0.4 mm인 여재 대신 약 1.5 mm인 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

평균지름이 약 0.4 mm인 여재 대신 약 4.0 mm인 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

[비교예 1]

실시예 1의 실리케이트계 여재 대신 평균지름 1 mm의 모래 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

그 결과, 하기 표 1에서와 같이, 평균지름이 0.4 mm인 실리케이트계 여재가 사용된 경우의 탁도(Turbidity) 제거율이 90.5%로 가장 우수하였다.

	초기 냉각수	실시예				비교예 1
		1	2	3	4
Linear Velocity(m/hr)	8	8	8	8	8	8
pH	8	8	8	8	8	8
Conductivity(μs/cm)	5,000	5,000	5,000	5,000	5,000	5,000
Turbidity(NTU)	8.98	0.85	1.16	3.21	6.47	7.97
CODcr(ppm)	23	20	21	22	23	23
TOC(ppm)	15.8	14.1	14.3	14.8	15.3	15.2

실시예 1과 동일하되, 도 2에서와 같이 무기응결제 공급부를 더 포함하는 순환형 여과 장치를 이용하여 여과부에 충진된 여재의 크기에 따른 여과 효율을 측정한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다. 이때 무기응결제인 폴리염화알루미늄의 공급량은 냉각수의 폴리염화알루미늄의 농도가 60 ppm이 되도록 하였다.

평균지름이 약 0.4 mm인 여재 대신 약 0.7 mm인 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 수행하였다.

평균지름이 약 0.4 mm인 여재 대신 약 1.5 mm인 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 수행하였다.

평균지름이 약 0.4 mm인 여재 대신 약 4.0 mm인 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 수행하였다.

[비교예 2]

실시예 1의 실리케이트계 여재 대신 비교예 1의 모래 여재를 사용한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 수행하였다.

	초기 냉각수	실시예				비교예 2
		5	6	7	8
Linear Velocity(m/hr)	8	8	8	8	8	8
Coagulant dosage(ppm)	-	60	60	60	60	60
pH	8	7.67	7.67	7.67	7.67	7.67
Conductivity(μs/cm)	5,000	5,038	5,038	5,038	5,038	5,038
Turbidity(NTU)	8.98	-	0.34	0.71	3.21	-
CODcr(ppm)	23	-	15	18	21	-
TOC(ppm)	15.8	-	11.9	13.2	15.1	-

그 결과, 상기 표 2에서와 같이, 무기응결제 공급부가 적용된 경우에서는, 평균지름이 0.7 mm인 실리케이트계 여재가 사용된 실시예 6의 경우의 탁도 제거율이 96.2%로 매우 우수함을 알 수 있다.

무기응결제가 사용되지 않은 실시예 1 내지 실시예 4와 비교하여 무기응결제가 사용된 실시예 6 및 실시예 7의 경우, COD 및 TOC의 감소 효과가 매우 현저히 향상되었다. 실시예 1의 경우에서 COD 및 TOC의 감소 효과가 오차 범위를 고려하여 거의 없었던 것을 고려하면, 상기 효과는 매우 현저한 것임을 알 수 있다.

실시예 8의 경우는 평균지름이 매우 큼에 따라 여과 효율이 상대적으로 떨어지는 것을 알 수 있다.

특히 실시예 5의 경우는 실시예 1과 같은 평균지름이 가장 작은 여재임에 따라 여과 효율이 가장 우수할 것으로 기대되었으나, 여재에 가해지는 압력이 너무 높아 막힘 현상으로 인해 순환 여과 시스템 운용 자체가 불가하였다.

실시예 5의 여과부 대신 평균두께가 15%인 제1여재층(평균지름이 약 4 mm), 상기 제1여재층 상에 적층되는 평균두께가 15%인 제2여재층(평균지름이 약 1.5 mm) 및 상기 제2여재층 상에 적층되는 평균두께가 70%인 제3여재층(평균지름이 약 0.7 mm)인 다층여재층을 가지는 여과부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일하게 수행하였다. 이때 냉각수는 제1여재층에서 제3여재층 방향으로 순환한다.

	초기 냉각수	실시예 9
Linear Velocity(m/hr)	8	8
Coagulant dosage(ppm)	-	60
pH	8	7.67
Conductivity(μs/cm)	5,000	5,038
Turbidity(NTU)	8.98	0.39
CODcr(ppm)	23	16
TOC(ppm)	15.8	12.2

그 결과, 상기 표 3과 같이, 실시예 9의 경우는 실시예 5의 평균지름이 약 0.4 mm인 여재가 사용되지 않았음에도 탁도 및 TOC의 감소 효과가 평균지름이 약 0.4 mm인 여재가 사용되지 않는 실시예 6과 거의 유사한 여과 효율을 보였다. 특히 여과효율이 오차 범위를 고려하여 떨어지지 않는 선에서 냉각수의 순환수량(선속도 등)을 실시예 6과 비교하여 더욱 증가시킬 수 있다는 점에서 매우 현저한 효과임을 알 수 있다.

실시예 1과 동일한 조건으로 여과 효율을 측정하되, 냉각수에 1 ㎛ 또는 5 ㎛ 평균입경의 산화철 입자를 각각 투입하여, 선속도가 20 m/hr일 때의 상기 산화철 입자의 여과 효율을 각각 측정하였다.

실시예 2와 동일한 조건으로 여과 효율을 측정하되, 냉각수에 1 ㎛ 또는 5 ㎛ 평균입경의 불순물(산화철 입자)을 각각 투입하여, 선속도가 20 m/hr일 때의 상기 산화철 입자의 여과 효율을 각각 측정하였다.

[비교예 3]

비교예 1과 동일한 조건으로 여과 효율을 측정하되, 냉각수에 1 ㎛ 또는 5 ㎛ 평균입경의 불순물(산화철 입자)을 각각 투입하여, 선속도가 20 m/hr일 때의 상기 산화철 입자의 여과 효율을 각각 측정하였다.

	불순물 평균입경(㎛)	불순물 제거 효율(%)
실시예 10	1	97.28
	5	99.79
실시예 11	1	-
	5	96.02
비교예 3	1	-
	5	72.97

그 결과, 상기 표 4에서와 같이, 실시예 10의 경우, 1 ㎛ 평균입경의 산화철 입자는 97.28%로 제거되었으며, 5 ㎛ 평균입경의 산화철 입자는 99.79%로 제거되었다. 반면, 실시예 11의 경우, 1 ㎛ 평균입경의 산화철 입자는 제거되지 않았으며, 5 ㎛ 평균입경의 산화철 입자는 96.02%로 제거되었다.

모래 여재가 사용된 비교예 3의 경우, 1 ㎛ 평균입경의 산화철 입자는 제거되지 않았으며, 5 ㎛ 평균입경의 산화철 입자는 72.97%로 제거되었다. 실시예 10, 실시예 11과 비교예 1의 여과 효율이 큰 차이가 나타나는 이유는 비교예 1의 경우는 물리적 흡착만 일어나는 반면, 실시예 10, 실시예 11의 경우는 금속 산화물이 코팅된 표면 활성화된 유리 입자인 실리케이트계 여재가 사용됨으로써 물리적 흡착은 물론 화학적 흡착이 작용하는 원리에 기인하는 것으로 판단된다.

10 : 열교환부
20 : 냉각부
30 : 여과부
40 : 무기응결제 공급부
50 : 기포 공급부
70 : 조절부

Claims (11)

1. 열교환부;
   상기 열교환부로부터 열에너지를 전달 받은 열전달 매체가 유입되어 냉각되는 냉각부; 및
   실리케이트계 여재가 충진된 여재부를 포함하되, 상기 냉각부로부터 유입되는 열전달 매체가 상기 여재부를 통과하여 불순물이 여과되는 여과부;를 포함하고,
   상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되어 재순환되는 순환형 여과 장치로서,
   상기 여과 장치는, 상기 냉각부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제1스트림; 및 상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제2스트림;을 포함하며,
   상기 실리케이트계 여재는 표면에 금속 산화물 촉매가 코팅되고 2 내지 50 nm의 평균 메조기공이 형성된 표면 활성화 유리 입자이며,
   상기 실리케이트계 여재는 상기 금속 산화물의 금속 이온을 포함하는 산수용액에 침지된 후에 알칼리수용액에 침지되고 열처리되어 제조되는 표면 활성화 유리 입자인 것을 특징으로 하는 순환형 여과 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속 산화물은 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물, 란타넘 산화물 및 크롬 산화물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 순환형 여과 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 실리케이트계 여재의 평균지름은 0.2 내지 6.0 mm인 순환형 여과 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 여재부는, 평균지름이 2.0 내지 6.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제1여재층; 상기 제1여재층 상에 적층되는 평균지름이 1.0 내지 2.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제2여재층; 및 상기 제2여재층 상에 적층되는 평균지름이 0.5 내지 1.0 mm인 실리케이트계 여재로 이루어진 제3여재층;을 포함하는 다층여재층으로 충진되며,
   상기 여재부에서 열전달 매체가 상기 제1여재층에서 상기 제3여재층으로 통과하여 불순물이 여과되는 것인 순환형 여과 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 여재층 전체 평균두께에 대하여 제1여재층 5 내지 30%, 제2여재층 5 내지 30% 및 제3여재층 50 내지 80%의 평균두께의 비를 가지는 것인 순환형 여과 장치.
7. 열교환부;
   상기 열교환부로부터 열에너지를 전달 받은 열전달 매체가 유입되어 냉각되는 냉각부; 및
   실리케이트계 여재가 충진된 여재부를 포함하되, 상기 냉각부로부터 유입되는 열전달 매체가 상기 여재부를 통과하여 불순물이 여과되는 여과부;를 포함하고, 상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되어 재순환되는 순환형 여과 장치로서,
   상기 여과 장치는 무기응결제 공급부 및 기포 공급부 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘을 더 포함하며,
   상기 여과 장치는, 상기 냉각부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제1스트림; 및 상기 여과부를 경유한 열전달 매체가 상기 열교환부 또는 상기 냉각부로 이송되는 제2스트림;을 포함하며,
   상기 실리케이트계 여재는 표면에 금속 산화물 촉매가 코팅되고 2 내지 50 nm의 평균 메조기공이 형성된 표면 활성화 유리 입자인 것을 특징으로 하는 순환형 여과 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각부와 상기 여과부 사이에 구비되고, 상기 냉각부로부터 유입되는 열전달 매체에 무기응결제가 공급되어 불순물이 응집되는 무기응결제 공급부; 및
   상기 무기응결제 공급부와 상기 여과부 사이에 구비되고, 응집된 불순물을 포함하는 열전달 매체에 기포를 공급하는 기포 공급부;를 더 포함하는 순환형 여과 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 여과부와 상기 열교환부 사이에 구비되고, 여과부로부터 유입되는 열전달 매체를 전기분해하는 전기분해부를 더 포함하는 순환형 여과 장치.
10. 제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항의 순환형 여과 장치의 운용 방법으로서,
    상기 제2스트림의 순환수량은 전체 순환수량의 2 내지 5%인 것을 특징으로 하는 순환형 여과 장치의 운용 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 스트림의 유량은 독립적으로 5 내지 20 m/hr의 선속도를 가지는 것인 순환형 여과 장치의 운용 방법.

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