KR102377664B1 - 수처리 반응기, 및 이를 포함하는 정수 시스템 및 폐수 처리 시스템 - Google Patents
수처리 반응기, 및 이를 포함하는 정수 시스템 및 폐수 처리 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
수처리 반응기, 및 상기 수처리 반응기를 포함하는 정수 시스템 및 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
Description
본원은, 수처리 반응기, 그리고 상기 수처리 반응기를 포함하는 정수 시스템 및 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 원수는, 대부분 강 또는 하천으로부터 얻어진다. 얻어진 원수는 침전, 약품, 및 소독 등의 단계를 거쳐서 각종 이물질, 불순물을 걸러내어 깨끗한 물로 정수되어 가정 또는 산업으로 제공된다. 상기 원수의 정수를 위해, 정수장에서는 응집, 침전, 약품 처리 단계 등을 위한 높은 설치 비용과 넓은 부지가 요구되며, 그에 따라 설치비의 제약이 따른다. 오염된 원수는 정수장을 거치며, 추가로 일반 가정용 정수기 물을 거쳐서 비로소 우리가 음용할 수 있는 물로 되돌아온다.
산업의 발달로 인한 산업 폐기물, 생활 오수로 인해 호수, 강, 하천 등의 자연수가 더욱 더 오염되고 있다. 물의 오염이 심각해짐에 따라, 정수 처리 없이는 원수를 사용하지 못할 뿐만 아니라, 가정에서 가정용 정수기를 추가하여 수돗물을 한번 더 정수하여 마시는 것이 일반화되어 있다.
그러나, 깨끗한 물을 마시기 위해 추가로 정수기를 사용함에도 불구하고, 정수가 잘되지 않을 뿐만 아니라 중금속이 검출되는 등 정수기에 대한 신뢰가 낮아지고 있다. 따라서, 초미세입자, 중금속 등을 거를 수 있는, 우수한 여과 능력을 가지며 정수 단계를 줄일 수 있는 새로운 수처리 기기의 개발이 시급하다.
한편, 탄소 단원자층을 포함하는 그래핀(graphene)의 기술 개발은 물론 그래핀을 응용하는 기술 개발 역시 급속히 진행되고 있다.
그래핀은 탄소 원자들이 한층으로 형성된 단원자층을 포함하며, 그래핀의 도전성은 구리에 비하여 매우 우수하고, 그래핀의 전자 이동성은 실리콘(silicon)에 비하여 빠르며, 그래핀은 강철에 비하여 매우 높은 강도를 갖는 다양한 장점들을 갖는 신소재이다. 그래핀은 초고속 반도체, 투명 전극을 활용한 플랙시블 디스플레이, 컴퓨터의 부품, 고효율 태양전지 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 종래 반도체, 디스플레이, 컴퓨터 부품 및 태양 전지 등에 사용되는 그래핀은, 그래핀에 홀(through hole) 등과 같은 결함이 형성되지 않도록 하는 기술 방향으로 기술 개발이 진행되고 있다.
본원은, 유입구와 유출구가 구비되는 하우징; 및 상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정화하여 상기 유출구로 공급하는 필터 모듈을 포함하는, 수처리 반응기, 그리고 상기 수처리 반응기를 포함하는 정수 시스템 및 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 유입구와 유출구가 구비되는 하우징; 및 상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정화하여 상기 유출구로 공급하는 필터 모듈을 포함하는, 수처리 반응기를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기를 포함하는, 정수 시스템을 제공한다.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기를 포함하는, 폐수 처리 시스템을 제공한다.
본원의 구현예들에 따른 수처리 반응기는, 필터 모듈 및 수처리 반응기에 채워진 탄소 소재를 이용하여, 이중 장치로써 음용이 불가능한 물에 포함된 미세입자, 유기화합물, 소독 부산물, 중금속 또는 박테리아 등을 흡착 제거하여 마실 수 있는 깨끗한 물로 정수할 수 있는 신규 형태의 수처리 반응기이다.
본원의 구현예들에 있어서, 본원의 수처리 반응기는 산화 그래핀을 필터 모듈 및 탄소 소재를 적용할 수 있으므로, 유입된 물에 포함된 유기성 물질이 상기 산화 그래핀 제조 시 과산화로 인하여 그래핀의 가장자리 및 내부에 형성된 산소-함유 기능기에 의하여 흡착되어 제거되고, 상기 유입된 물에 포함된 불순물이 상기 산화 그래핀 제조 시 과산화로 인하여 상기 그래핀의 내부에 형성된 핀홀 사이에 끼여 제거될 수 있으며, 뿐만 아니라 그래핀의 시트와 시트 사이에 불순물이 끼여 제거되고, 또한 그래핀의 나노기공에 마이크로 사이즈 및 나노 사이즈의 초미세 불순물이 걸러져 제거될 수 있다.
본원의 구현예들에 따르면, 본원 수처리 반응기 내의 필터 모듈에서 유입된 원수가 외부 멤브레인 층, 그래핀 필터 층, 및 내부 멤브레인 층을 순서대로 통과하며 3 차례 필터링됨으로써, 유입된 물 내의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
본원에 구현예들에 따르면, 수처리 반응기는 간이하게, 정수 시스템 뿐만 아니라 폐수 처리 시스템에도 적용가능하므로, 큰 부지 및 장비를 요하는 종래의 시설을 설치하지 않고도 효율적으로 작동할 수 있는 간이 수처리 시스템을 설치할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본원의 일 실시예에 따른 수처리 반응기의 모식도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따른 수처리 반응기의 측면에 2개의 유입구, 2개의 유출구를 구비하고, 상기 유입구 및 유출구에 펌프를 연결시킨 형태를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 자석 회전식 혼합 장치를 설치한 수처리 반응기의 모식도이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 임펠러 혼합 장치를 설치한 수처리 반응기의 모식도이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 필터 모듈의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 필터 모듈의 외부 멤브레인 층, 그래핀 필터 층, 및 내부 멤브레인 층의 단면도이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, A형 필터 모듈의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, B형 그래핀 필터 모듈의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기를 적용한 정수 시스템의 공정 플로우를 나타내는 개략도이다.
도 10은, 본원의 일 실시예에 있어서, 산화 그래핀을 적용한 필터 모듈을 이용한 역삼투(RO) 정수기의 예시를 나타내는 개략도이다.
도 11은, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기를 적용한 폐수 처리 시스템의 공정 플로우를 나타내는 개략도이다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험을 위한 실험실 스케일의 실험장치 사진이다.
도 13은, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험의 혼탁도 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험의 COD 처리 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험의 색도 처리 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 따른 수처리 반응기의 측면에 2개의 유입구, 2개의 유출구를 구비하고, 상기 유입구 및 유출구에 펌프를 연결시킨 형태를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 자석 회전식 혼합 장치를 설치한 수처리 반응기의 모식도이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 임펠러 혼합 장치를 설치한 수처리 반응기의 모식도이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 필터 모듈의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 필터 모듈의 외부 멤브레인 층, 그래핀 필터 층, 및 내부 멤브레인 층의 단면도이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, A형 필터 모듈의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, B형 그래핀 필터 모듈의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기를 적용한 정수 시스템의 공정 플로우를 나타내는 개략도이다.
도 10은, 본원의 일 실시예에 있어서, 산화 그래핀을 적용한 필터 모듈을 이용한 역삼투(RO) 정수기의 예시를 나타내는 개략도이다.
도 11은, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기를 적용한 폐수 처리 시스템의 공정 플로우를 나타내는 개략도이다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험을 위한 실험실 스케일의 실험장치 사진이다.
도 13은, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험의 혼탁도 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험의 COD 처리 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 본원의 일 실시예에 있어서, 수처리 반응기의 폐수 처리 능력 시험의 색도 처리 결과를 나타내는 그래프이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "그래핀(graphene)"이라는 용어는 복수 개의 탄소 원자들이 서로 공유 결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것을 의미하는 것으로서, 상기 공유 결합으로 연결된 탄소 원자들은 기본 반복 단위로서 6 원환을 형성하나, 5 원환 및/또는 7 원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서, 상기 그래핀이 형성하는 시트는 서로 공유 결합된 탄소 원자들의 단일층으로서 보일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 그래핀이 형성하는 시트는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5 원환 및/또는 7 원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 그래핀이 형성하는 시트가 단일층으로 이루어진 경우, 이들이 서로 적층되어 복수층을 형성할 수 있으며, 상기 그래핀 시트의 측면 말단부는 수소 원자로 포화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원 명세서 전체에서, "그래핀 옥사이드(graphene oxide)"이라는 용어는 그래핀 산화물이라고도 불리우고, "GO"로 약칭될 수 있다. 단일층 그래핀 상에 카르복실기, 히드록시기, 또는 에폭시기 등의 산소를 함유하는 작용기가 결합된 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원 명세서 전체에서, "환원된 그래핀 산화물" 또는 "환원 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide)"이라는 용어는 환원 과정을 거쳐 산소 비율이 줄어든 그래핀 산화물을 의미하는 것으로서, "rGO"로 약칭될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원 명세서 전체에서, "그래핀 나노플레이트렛(Graphene Nano Platelet)"이라는 용어는 천연 흑연(Natural Graphite)를 물리적 또는 화학적 방법에 의해 제조된 10~100여층의 탄소층을 갖는 물질로 "GNP"로 약칭될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 유입구와 유출구가 구비되는 하우징; 및 상기 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정화하여 상기 유출구로 공급하는 필터 모듈을 포함하는, 수처리 반응기를 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하우징과 상기 필터 모듈 사이의 공간에 배치된 탄소 소재를 더 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 소재는 유입된 물과 혼합되어 물 속에 포함된 미세입자, 용존하는 오염물질과 세균 등을 제거하는 것으로, 상기 탄소 소재와 유입된 물이 원활하게 혼합되도록 하는 것이 중요하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 소재는 상기 하우징과 상기 필터 모듈 사이 공간의 약 5 부피% 내지 약 80 부피%를 차지하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 탄소 소재는 상기 하우징과 상기 필터 모듈 사이 공간의 약 5 부피% 내지 약 80 부피%, 약 20 부피% 내지 약 80 부피%, 약 30 부피% 내지 약 80 부피%, 약 40 부피% 내지 약 80 부피%를 차지하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄소 소재가 80 부피%를 초과하면, 상기 유입된 물과 상기 탄소 소재가 원활하게 혼합되지 않을 수 있고, 상기 탄소 소재가 5 부피% 미만이면 유입된 물의 오염 물질을 처리하는 능력이 떨어지는 문제점이 있다.
본원의 일 구현예에 따른 수처리 반응기는, 필터 모듈 및 수처리 반응기에 채워진 탄소 소재를 이용하여, 이중 장치로써 음용이 불가능한 물에 포함된 미세입자, 유기화합물, 소독 부산물, 중금속 또는 박테리아 등을 흡착 제거하여 마실 수 있는 깨끗한 물로 정수할 수 있는 신규 형태의 수처리 반응기이다.
도 1을 참조하면, 본원에 일 구현예에 따른 수처리 반응기는 유입구가 하부에, 유출구는 상부에 구비되는 것이고, 상부에 공기유출부를 포함할 수 있다. 유출구에는 필터 모듈이 구비될 수 있다. 유입구로 유입된 물은 필터 모듈과 수처리 반응기 사이의 공간에서 탄소 소재와 혼합되게 되고, 이 때 물에 포함된 미세입자가 1차 필터링된다. 필터 모듈은 탄소 소재가 유출구로 나가지 않도록 하고, 동시에 유출구로 나가는 물을 2차 필터링한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유입구와 유출구의 위치 및 방향은 상부에서 하부로, 하부에서 상부로 적용될 수 있는 것으로서, 제한없이 적용가능하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 소재는 그래핀, 산화 그래핀(graphene oxide; GO), 환원된 산화 그래핀(reduced graphene oxide; rGO), 활성탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 산화 그래핀은 복수의 산화 그래핀 시트를 포함하고, 상기 환원된 산화 그래핀은 복수의 환원된 산화 그래핀 시트를 포함하고, 상기 복수의 산화 그래핀 시트 및 상기 복수의 환원된 산화 그래핀 시트 각각은 산소-함유 기능기 및/또는 핀홀을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 환원된 산화 그래핀은 흑연(graphite)을 과산화시켜 산화 그래핀을 수득하고, 상기 수득된 산화 그래핀을 환원시켜 환원된 산화 그래핀을 수득함으로써 제조되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 흑연이 과산화되는 과정에서, 그래핀의 가장자리 및 그래핀 내부에 산소-함유 기능기가 생성되고, 결함이 발생하여 핀홀이 생성됨으로써 최종 수득되는 상기 환원된 산화 그래핀 시트 각각이 산소-함유 기능기 및/또는 핀홀을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산소-함유 기능기는 히드록시기(hydroxyl group), 에폭시기(epoxy group), 카르복시기(carboxyl group), 케톤기(ketone group), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 소재는 다공성일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 탄소 소재의 동공(pore)의 크기는 약 1 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 상기 산화 그래핀 층 및 상기 환원된 산화 그래핀 층의 동공은 시트와 시트 사이의 빈 공간(void)과 핀홀을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 동공의 크기는 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 15 nm, 또는 약 15 nm 내지 약 20 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 복수의 산화 그래핀의 시트 및 상기 복수의 환원된 산화 그래핀의 시트 사이의 빈 공간(void)의 간격은 약 1 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 산화 그래핀의 시트 및 상기 환원된 산화 그래핀의 시트들 사이의 빈 공간에 불순물이 끼여 제거되는 것일 수 있으며, 그 간격은 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 15 nm, 또는 약 15 nm 내지 약 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산화 그래핀 시트 및 상기 환원된 산화 그래핀 시트에 형성된 상기 핀홀의 크기는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 산화 그래핀 및 상기 환원된 산화 그래핀에 포함된 핀홀 사이로 불순물이 끼여 제거되는 것일 수 있으며, 상기 핀홀의 크기는 약 0.1 nm 내지 약 10 nm, 약 0.1 nm 내지 약 5 nm, 약 0.1 nm 내지 약 1 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 5 nm, 또는 약 5 nm 내지 약 10 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탄소 소재에 의해 유입된 물에 포함된 직경 약 10 μm 이하의 미세입자가 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 산화 그래핀 및 상기 환원된 산화 그래핀의 높은 비표면적 및 다공성으로 인하여, 물에 포함된 오염물질이 흡착될 수 있으며, 상기 산화 그래핀 및 상기 환원된 산화 그래핀에 포함된 산소-함유 기능기에 의하여 유기성 물질이 흡착될 수 있고, 상기 산화 그래핀 및 상기 환원된 산화 그래핀에 포함된 핀홀 사이로 불순물이 끼여들어감으로써 제거될 수 있으며, 상기 산화 그래핀 및 상기 환원된 산화 그래핀의 시트와 시트 사이에 불순물이 끼여들어감으로써 제거되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수처리 반응기는 측면부에 2개 이상의 유입구 및 유출구를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로 상기 유입구 및 유출구를 추가로 포함하되, 유입구 및 유출구는 펌프로 연결되는 것일 수 있다. 상기 펌프를 통해 상기 수처리 반응기 내의 물을 반응기 내에서 순환시킬 수 있다. 상기 유입구, 유출구 및 펌프의 개수와 유입구 및 유출구의 위치는 제한없이 적용가능하다. 또한, 상기 펌프에 의한 물의 순환은 상부 순환, 하부 순환, 상하부 교차 순환을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 2를 참조하면, 본원의 수처리 반응기의 측면에 2개의 유입구 및 2개의 유출구를 구비할 수 있다. 각 유입구 및 유출구는 펌프로 연결될 수 있으며, 펌프를 통해 수처리 반응기 내의 물은 순활될 수 있다. 따라서, 물의 순환에 따라 상기 물은 수처리 반응기 내의 탄소 소재와 보다 원활하게 혼합될 수 있으므로, 상기 탄소 소재에 의한 1차 필터링의 효과가 증대될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수처리 반응기는 회전식 혼합 장치를 추가 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 회전식 혼합 장치는 자석식 혼합 장치 또는 임펠러식 혼합 장치일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 회전식 혼합 장치는 상기 유입된 물과 상기 탄소 소재를 보다 원활하게 혼합될 수 있도록 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 수처리 반응기는 자석식 혼합 장치를 추가 포함할 수 있다. 구체적으로. 상기 자석식 혼합 장치는 유입구 부분에 구비될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 수처리 반응기 하단에 타공판을 놓고, 상기 타공판 위에 혼합용 막대 자석을 위치시킨 뒤, 자석 교반기(magnetic stirrer)를 이용하여 상기 혼합용 막대 자석을 적합한 속도로 회전시킴으로써, 상기 유입된 물과 상기 탄소 소재를 보다 원활하게 혼합될 수 있도록 할 수 있다. 상기 혼합용 막대 자석은 프로펠러 형태 또는 막대기 형태를 포함할 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 4를 참조하면, 상기 수처리 반응기는 임펠러식 혼합 장치를 추가 포함할 수 있다. 구체적으로. 상기 임펠러식 혼합 장치는 상기 수처리 반응 내에서 위치에 관계없이 상부, 하부, 중간부에 구비될 수 있다. 또한, 상기 임펠러식 혼합 장치의 개수는 제한없이 적용가능하다. 상기 임펠러식 혼합 장치는 평판형 또는 프로펠러형을 포함할 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 필터 모듈은, 상기 필터 모듈의 외면을 형성하는 외부 멤브레인 층; 상기 외부 멤브레인 층의 내부에 배치된 내부 멤브레인 층; 및 상기 외부 멤브레인 층과 상기 내부 멤브레인 층 사이에 배치된 그래핀 필터 층을 포함하는 것일 수 있다.
도 5 및 도 6을 통해, 본원의 일 구현예에 따른 필터 모듈을 설명할 수 있다. 구체적으로, 상기 필터 모듈은 3 개의 층을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 필터 모듈의 외면을 형성하는 외부 멤브레인 층, 그래핀을 포함하는 그래핀 필터 층, 및 내부 멤브레인 층으로 이루어지는 것일 수 있으며, 상기 그래핀 필터 층은 상기 외부 멤브레인 층과 상기 내부 멤브레인 층 사이에 배치된 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 유입된 물이 상기 3 개의 필터를 통과하면서 유입된 물 속에 포함된 마이크로 사이즈 및 나노 사이즈의 미세입자 또는 초미세입자가 여과되어 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 유입된 물은 상기 외부 멤브레인 층에서 큰 입자의 불순물, 중간 사이즈의 불순물과, 중금속 및/또는 박테리아가 제거되고, 상기 외부 멤브레인 층을 통해 제거되지 못한 약 10 nm 내지 약 100 nm의 초미세입자는 상기 그래핀 필터 층의 산소-함유 기능기, 핀홀, 나노동공 등에 의해 제거되며, 마지막으로 내부 멤브레인 층을 통과하면서 미처 제거되지 못했던 불순물들이 제거되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 필터 모듈은 주름형 막 구조의 A형; 또는 그래핀이 파우더 형태로 충진된 상기 그래핀 필터 층을 포함하는 원통형 구조의 B형인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 7을 참고하면, 상기 A 형의 필터 모듈은, 외부 멤브레인 층, 그래핀 필터 층, 및 내부 멤브레인 층으로 구성된 그래핀 함유-필터 페이퍼가 부채처럼 접혀서 표면적을 늘린 상태의 주름형 구조로 형성된 구조일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
도 8을 참고하면, 상기 필터 모듈은 필터 모듈의 외면을 형성하는 외부 멤브레인 층, 상기 외부 멤브레인 층 내부에 배치된 내부 멤브레인 층 사이에, 그래핀이 파우더 형태로 충진되어 있는 B형 구조일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 필터 층이 그래핀이 파우더 형태로 충진되어 있는 구조(B형)로 형성된 것일 경우, 그래핀이 포함된 주름형 막 구조로 형성된 구조(A형)보다 그래핀의 양이 더 많은 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 필터 층은 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 그래핀 필터 층은 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 상기 그래핀 필터 층 전체 100 중량부 대비 0.1 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 필터 층은 다공성인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 그래핀 필터 층의 동공의 크기는 1 nm 내지 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 보다 구체적으로, 상기 그래핀 필터 층의 동공의 크기는 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 15 nm, 또는 약 15 nm 내지 약 20 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 필터 층은 활성탄, 카본블랙, 제올라이트, 실리카, 이온교환수지, 알루미나, KDF 필터(Kinetic Degradation Fluxion filter), 세라믹 볼, 카본나노튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유입된 물에 포함된 직경 10 μm 이하의 미세입자가 상기 그래핀 필터 층에 의해 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 외부 멤브레인 층 및 상기 내부 멤브레인 층은 각각 독립적으로 셀룰로오스, 글래스 파이버, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 탄소섬유, 활성탄소섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 외부 멤브레인 층 및 상기 내부 멤브레인 층 각각은 동일하거나 서로 상이한 물질로 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 필터 모듈은 입수 방향과 출수 방향의 동공 크기가 서로 상이할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 외부 멤브레인 층 및 상기 내부 멤브레인 층 각각의 동공의 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 필터 모듈의 경우, 입수 방향의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm, 약 0.1 μm 내지 약 80 μm, 약 0.1 μm 내지 약 60 μm, 약 0.1 μm 내지 약 40 μm, 약 0.1 μm 내지 약 20 μm, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 100 μm, 약 1 μm 내지 약 80 μm, 약 1 μm 내지 약 60 μm, 약 1 μm 내지 약 40 μm, 약 1 μm 내지 약 20 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 10 μm 내지 약 100 μm, 약 10 μm 내지 약 80 μm, 약 10 μm 내지 약 60 μm, 약 10 μm 내지 약 40 μm, 약 10 μm 내지 약 20 μm, 약 20 μm 내지 약 100 μm, 약 20 μm 내지 약 50 μm, 또는 약 50 μm 내지 약 100 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 필터 모듈의 경우, 출수 방향의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 8 μm, 약 0.1 μm 내지 약 6 μm, 약 0.1 μm 내지 약 4 μm, 약 0.1 μm 내지 약 2 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 8 μm, 약 1 μm 내지 약 6 μm, 약 1 μm 내지 약 4 μm, 약 1 μm 내지 약 2 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 2 μm 내지 약 8 μm, 약 2 μm 내지 약 6 μm, 약 2 μm 내지 약 4 μm, 약 4 μm 내지 약 10 μm, 약 4 μm 내지 약 8 μm, 약 4 μm 내지 약 6 μm, 약 6 μm 내지 약 10 μm, 약 6 μm 내지 약 8 μm, 또는 약 8 μm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 필터 모듈의 경우, 상기 외부 멤브레인 층의 동공(pore)의 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 멤브레인 층의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm, 약 0.1 μm 내지 약 80 μm, 약 0.1 μm 내지 약 60 μm, 약 0.1 μm 내지 약 40 μm, 약 0.1 μm 내지 약 20 μm, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 100 μm, 약 1 μm 내지 약 80 μm, 약 1 μm 내지 약 60 μm, 약 1 μm 내지 약 40 μm, 약 1 μm 내지 약 20 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 10 μm 내지 약 100 μm, 약 10 μm 내지 약 80 μm, 약 10 μm 내지 약 60 μm, 약 10 μm 내지 약 40 μm, 약 10 μm 내지 약 20 μm, 약 20 μm 내지 약 100 μm, 약 20 μm 내지 약 50 μm, 또는 약 50 μm 내지 약 100 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 그래핀 필터 모듈의 경우, 상기 내부 멤브레인 층의 동공(pore)의 크기는 약 0.1 μm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 멤브레인 층의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 8 μm, 약 0.1 μm 내지 약 6 μm, 약 0.1 μm 내지 약 4 μm, 약 0.1 μm 내지 약 2 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 8 μm, 약 1 μm 내지 약 6 μm, 약 1 μm 내지 약 4 μm, 약 1 μm 내지 약 2 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 2 μm 내지 약 8 μm, 약 2 μm 내지 약 6 μm, 약 2 μm 내지 약 4 μm, 약 4 μm 내지 약 10 μm, 약 4 μm 내지 약 8 μm, 약 4 μm 내지 약 6 μm, 약 6 μm 내지 약 10 μm, 약 6 μm 내지 약 8 μm, 또는 약 8 μm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유입된 물에 포함된 직경 약 10 μm 미만의 미세입자가 상기 그래핀 필터 층에 의해 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 필터 층의 그래핀이 갖는 높은 비표면적 및 다공성으로 인하여, 물에 포함된 오염물질이 흡착될 수 있으며, 상기 그래핀에 포함된 산소-함유 기능기에 의하여 유기성 물질이 흡착되거나 그래핀에 포함된 핀홀 사이로 불순물이 끼여들어감으로써 제거될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산소-함유 기능기는 히드록시기(hydroxyl group), 에폭시기(epoxy group), 카르복시기(carboxyl group), 케톤기(ketone group), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 필터 층에 의하여 종래 음수용 정수 필터에서 제거하지 못한 잉크 또는 염료 등을 제거할 수 있다. 상기 잉크 또는 염료는 약 10 nm 내지 약 100 nm 범위의 입자를 포함하는 것으로, 상기 그래핀 필터 층에 포함된 산소-함유 기능기, 핀홀, 및 나노 사이즈의 동공을 통해 상기 잉크 또는 염료에 포함된 입자가 흡착되어 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 필터 모듈의 그래핀 필터 층은 상기 그래핀 필터 층 전체 100 중량부 대비 약 0.1 내지 약 30 중량부의 그래핀을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 A 형 필터 모듈의 그래핀이 30중량%를 초과할 경우, 유량 감소 등의 문제점이 발생될 수 있으므로, 상기 그래핀은 약 0.1 내지 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 필터 모듈의 그래핀 필터 층은 상기 그래핀 필터 층 전체 100 중량부 대비 약 0.1 내지 약 100 중량부의 그래핀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 필터 층은 활성탄, 고분자 화합물, 모래, 자갈, 숯, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 필터 모듈의 경우, 외부 멤브레인 층, 그래핀 필터 층, 및 내부 멤브레인 층을 모두 포함하여 그 두께가 약 1 내지 10 mm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 필터 모듈의 경우, 상기 그래핀 필터 층의 두께는 약 0.1 내지 100 mm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 B 형 필터 모듈의 경우 상기 그래핀 필터 층의 두께는 약 0.1 내지 100 mm, 약 0.1 내지 50 mm, 약 0.1 내지 10 mm, 약 0.1 내지 1 mm, 약 1 내지 100 mm, 약 1 내지 50 mm, 약 1 내지 10 mm, 약 10 내지 100 mm, 약 10 내지 50 mm, 또는 약 50 내지 100 mm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기를 포함하는, 정수 시스템을 제공한다. 구체적으로, 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기의 유입구에 연결된 전처리 필터; 및/또는 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기의 유출구에 연결된 후처리 필터를 추가 포함하는 것일 수 있다.
본원의 제 1 측면 및 본원의 제 2 측면에 있어서, 서로 공통될 수 있는 내용은 그 기재가 생략되었더라도 모두 적용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 원수에 공급된 물이 전처리 필터를 거친 후, 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기로 연결되고, 이를 저장탱크에서 저장된 후, 후처리 필터를 통해 필터되어 가정에 공급되는 것일 수 있다. 구체적으로, 원수에 공급된 물에 포하된 입자상 오염물질은 상기 전처리 필터를 통해 제거될 수 있으며, 상기 수처리 반응기에서 중금속 및 유기화합물이 제거되고, 세균이 전처리될 수 있다. 또한, 상기 후처리 필터에서 세균이 제거되는 것일 수 있다. 즉, 상기 수처리 반응기에서 1차 제거된 세균이 저장탱크에서 재증식되는 경우, 후처리 필터에서 세균이 2차 제거될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전처리 필터는 산화 그래핀 층; 및 여과층을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 여과층은 모래, 자갈, 숯, 활성탄, 이온 교환 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 전처리 필터는 상기 산화 그래핀 층을 포함하는 것으로, 상기 산화 그래핀이 물에 뜨는 것을 방지하고, 필터의 수명을 늘려 효율적으로 사용하기 위해 상기 산화 그래핀 층 위에 여과층을 추가 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 먼저, 오염된 물이 상기 전처리 필터를 통하게 되면, 상기 산화 그래핀 층의 나노기공에서 마이크로 사이즈 및 나노 사이즈의 미세입자 또는 초미세입자가 여과되어 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 오염된 물은 상기 전처리 필터의 여과층에서 자갈을 통해 큰 입자의 불순물이 제거되고, 활성탄에 의해 중간 사이즈의 불순물과, 중금속 및/또는 박테리아가 제거되고, 모래를 통해 작은 입자가 제거되며, 상기 여과층을 통해 제거되지 못한 약 10 nm 내지 약 100 nm의 초미세입자는 상기 산화 그래핀 층의 산소-함유 기능기, 핀홀, 나노기공, 및 상기 산화 그래핀 시트들 사이의 빈 공간(void)에 의해 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 공지된 수지들을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 이온 교환 수지는 양이온 교환 수지 또는 혼합 교환 수지를 포함할 수 있으며, 상기 양이온 교환 수지는, 불순물에 포함된 양이온, 예를 들어, Ca2 +, Mg2 +, Na+, 또는 K+ 등이 상기 양이온 교환 수지에 의해 H+ 이온과 교환되어 제거되고, 불순물이 수지에 흡착되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 이온 교환 수지는, 예를 들어, Ca2 +, Mg2 +, Na+, 또는 K+ 등과 같은 불순물에 포함된 양이온과 함께, SO4 2-, 또는 Cl2 - 등의 음이온이 상기 혼합 이온 교환 수지에 의해 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전처리 필터의 상기 산화 그래핀 층은 상기 전처리 필터 전체 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 약 10 중량부일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 산화 그래핀 층은 상기 전처리 필터 전체 중량부에 대하여 약 0.1 내지 약 10 중량부, 약 0.1 내지 약 8 중량부, 약 0.1 내지 약 6 중량부, 약 0.1 내지 약 4 중량부, 약 0.1 내지 약 2 중량부, 약 0.1 내지 약 1 중량부, 약 1 내지 약 10 중량부, 약 1 내지 약 8 중량부, 약 1 내지 약 6 중량부, 약 1 내지 약 4 중량부, 약 1 내지 약 2 중량부, 약 2 내지 약 10 중량부, 약 2 내지 약 8 중량부, 약 2 내지 약 6 중량부, 약 2 내지 약 4 중량부, 약 4 내지 약 10 중량부, 약 4 내지 약 8 중량부, 약 4 내지 약 6 중량부, 약 6 내지 약 10 중량부, 약 6 내지 약 8 중량부, 또는 약 8 내지 약 10 중량부일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전처리 필터는, 상기 전처리 필터 전체 100 중량부에 대해, 자갈 약 20 내지 약 30 중량부, 활성탄 약 20 내지 약 30 중량부, 모래 약 30 내지 약 45 중량부, 및 산화 그래핀 층 약 1 내지 약 10 중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전처리 필터는, 역삼투압 필터(RO membrane filter) 및 그래핀 복합체 필터를 포함할 수 있으며, 상기 그래핀 복합체 필터는 산화 그래핀 층; 및 여과층을 포함하는 것일 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 전처리 필터을 이용한 역삼투(reverse osmosis, RO) 필터에 적용한 예시를 나타낸다. 구체적으로 역삼투막 필터의 앞쪽에 상기 그래핀 복합체 필터(SG composite filter)을 설치할 수 있으며, 이 경우 역삼투막 필터의 오염과 스케일 발생을 유발하는 미세먼지, 잔류 염소, 미생물 등을 제거할 수 있으며, 이에 따라 역삼투막 필터의 수명을 증가시키거나, 정수비율(recovery)를 개선할 수 있으며, 또는 박테리아 등의 미생물이 제거된 보다 안전한 세척수(washing water)를 공급할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 상기 그래핀 복합체 필터는 역삼투막 필터의 뒤쪽에 설치될 수도 있다. 이 경우 박테리아 등의 미생물이 제거된 음용 가능한 물을 공급할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 필터는 후처리 필터 모듈을 포함하고, 상기 후처리 필터 모듈은, 상기 후처리 필터 모듈의 외면을 형성하는 후처리 외부 멤브레인 층; 상기 후처리 외부 멤브레인 층 내부에 배치된 후처리 내부 멤브레인 층; 및 상기 후처리 외부 멤브레인 층과 상기 후처리 내부 멤브레인 층 사이에 배치된 후처리 그래핀 필터 층을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 유입된 물이 상기 3 개의 필터를 통과하면서 유입된 물 속에 포함된 마이크로 사이즈 및 나노 사이즈의 미세입자 또는 초미세입자가 여과되어 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 유입된 물은 상기 후처리 외부 멤브레인 층에서 큰 입자의 불순물, 중간 사이즈의 불순물과, 중금속 및/또는 박테리아가 제거되고, 상기 후처리 외부 멤브레인 층을 통해 제거되지 못한 약 10 nm 내지 약 100 nm의 초미세입자는 상기 후처리 그래핀 필터 층의 산소-함유 기능기, 핀홀, 나노동공 등에 의해 제거되며, 마지막으로 후처리 내부 멤브레인 층을 통과하면서 미처 제거되지 못했던 불순물들이 제거되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 필터 모듈은 주름형 막 구조의 A형; 또는 그래핀이 파우더 형태로 충진된 상기 그래핀 필터 층을 포함하는 원통형 구조의 B형인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 그래핀 필터 층이 그래핀이 파우더 형태로 충진되어 있는 구조(B형)로 형성된 것일 경우, 그래핀이 포함된 주름형 막 구조로 형성된 구조(A형)보다 그래핀의 양이 더 많은 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 그래핀 필터 층은 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로, 상기 후처리 그래핀 필터 층은 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 상기 후처리 그래핀 필터 층 전체 100 중량부 대비 0.1 내지 100 중량부로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 그래핀 필터 층은 다공성인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 후처리 그래핀 필터 층의 동공의 크기는 1 nm 내지 20 nm일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 보다 구체적으로, 상기 후처리 그래핀 필터 층의 동공의 크기는 약 1 nm 내지 약 20 nm, 약 1 nm 내지 약 15 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 약 1 nm 내지 약 5 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 20 nm, 약 10 nm 내지 약 15 nm, 또는 약 15 nm 내지 약 20 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 그래핀 필터 층은 활성탄, 카본블랙, 제올라이트, 실리카, 이온교환수지, 알루미나, KDF 필터(Kinetic Degradation Fluxion filter), 세라믹 볼, 카본나노튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유입된 물에 포함된 직경 10 μm 이하의 미세입자가 상기 후처리 그래핀 필터 층에 의해 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 외부 멤브레인 층 및 상기 후처리 내부 멤브레인 층은 각각 독립적으로 셀룰로오스, 글래스 파이버, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 탄소섬유, 활성탄소섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 외부 멤브레인 층 및 상기 후처리 내부 멤브레인 층 각각은 동일하거나 서로 상이한 물질로 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 필터 모듈은 입수 방향과 출수 방향의 동공 크기가 서로 상이할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 외부 멤브레인 층 및 상기 후처리 내부 멤브레인 층 각각의 동공의 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 후처리 필터 모듈의 경우, 입수 방향의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm, 약 0.1 μm 내지 약 80 μm, 약 0.1 μm 내지 약 60 μm, 약 0.1 μm 내지 약 40 μm, 약 0.1 μm 내지 약 20 μm, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 100 μm, 약 1 μm 내지 약 80 μm, 약 1 μm 내지 약 60 μm, 약 1 μm 내지 약 40 μm, 약 1 μm 내지 약 20 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 10 μm 내지 약 100 μm, 약 10 μm 내지 약 80 μm, 약 10 μm 내지 약 60 μm, 약 10 μm 내지 약 40 μm, 약 10 μm 내지 약 20 μm, 약 20 μm 내지 약 100 μm, 약 20 μm 내지 약 50 μm, 또는 약 50 μm 내지 약 100 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 후처리 필터 모듈의 경우, 출수 방향의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 8 μm, 약 0.1 μm 내지 약 6 μm, 약 0.1 μm 내지 약 4 μm, 약 0.1 μm 내지 약 2 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 8 μm, 약 1 μm 내지 약 6 μm, 약 1 μm 내지 약 4 μm, 약 1 μm 내지 약 2 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 2 μm 내지 약 8 μm, 약 2 μm 내지 약 6 μm, 약 2 μm 내지 약 4 μm, 약 4 μm 내지 약 10 μm, 약 4 μm 내지 약 8 μm, 약 4 μm 내지 약 6 μm, 약 6 μm 내지 약 10 μm, 약 6 μm 내지 약 8 μm, 또는 약 8 μm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 후처리 필터 모듈의 경우, 상기 후처리 외부 멤브레인 층의 동공(pore)의 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 후처리 외부 멤브레인 층의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm, 약 0.1 μm 내지 약 80 μm, 약 0.1 μm 내지 약 60 μm, 약 0.1 μm 내지 약 40 μm, 약 0.1 μm 내지 약 20 μm, 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 100 μm, 약 1 μm 내지 약 80 μm, 약 1 μm 내지 약 60 μm, 약 1 μm 내지 약 40 μm, 약 1 μm 내지 약 20 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 10 μm 내지 약 100 μm, 약 10 μm 내지 약 80 μm, 약 10 μm 내지 약 60 μm, 약 10 μm 내지 약 40 μm, 약 10 μm 내지 약 20 μm, 약 20 μm 내지 약 100 μm, 약 20 μm 내지 약 50 μm, 또는 약 50 μm 내지 약 100 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 후처리 필터 모듈의 경우, 상기 후처리 내부 멤브레인 층의 동공(pore)의 크기는 약 0.1 μm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 후처리 내부 멤브레인 층의 동공 크기는 약 0.1 μm 내지 약 10 μm, 약 0.1 μm 내지 약 8 μm, 약 0.1 μm 내지 약 6 μm, 약 0.1 μm 내지 약 4 μm, 약 0.1 μm 내지 약 2 μm, 약 0.1 μm 내지 약 1 μm, 약 1 μm 내지 약 10 μm, 약 1 μm 내지 약 8 μm, 약 1 μm 내지 약 6 μm, 약 1 μm 내지 약 4 μm, 약 1 μm 내지 약 2 μm, 약 2 μm 내지 약 10 μm, 약 2 μm 내지 약 8 μm, 약 2 μm 내지 약 6 μm, 약 2 μm 내지 약 4 μm, 약 4 μm 내지 약 10 μm, 약 4 μm 내지 약 8 μm, 약 4 μm 내지 약 6 μm, 약 6 μm 내지 약 10 μm, 약 6 μm 내지 약 8 μm, 또는 약 8 μm 내지 약 10 μm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유입된 물에 포함된 직경 약 10 μm 미만의 미세입자가 상기 후처리 그래핀 필터 층에 의해 제거되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 후처리 그래핀 필터 층의 그래핀이 갖는 높은 비표면적 및 다공성으로 인하여, 물에 포함된 오염물질이 흡착될 수 있으며, 상기 그래핀에 포함된 산소-함유 기능기에 의하여 유기성 물질이 흡착되거나 그래핀에 포함된 핀홀 사이로 불순물이 끼여들어감으로써 제거될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산소-함유 기능기는 히드록시기(hydroxyl group), 에폭시기(epoxy group), 카르복시기(carboxyl group), 케톤기(ketone group), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 후처리 필터 모듈의 후처리 그래핀 필터 층은 상기 후처리 그래핀 필터 층 전체 100 중량부 대비 약 0.1 내지 30 중량부의 그래핀을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 A 형 후처리 필터 모듈의 그래핀이 30중량%를 초과할 경우, 유량 감소 등의 문제점이 발생될 수 있으므로, 상기 그래핀은 약 0.1 내지 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 후처리 필터 모듈의 후처리 그래핀 필터 층은 상기 후처리 그래핀 필터 층 전체 100 중량부 대비 약 0.1 내지 약 100 중량부의 그래핀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 후처리 그래핀 필터 층은 활성탄, 고분자 화합물, 모래, 자갈, 숯, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 A 형 후처리 필터 모듈의 경우, 후처리 외부 멤브레인 층, 후처리 그래핀 필터 층, 및 후처리 내부 멤브레인 층을 모두 포함하여 그 두께가 약 1 내지 10 mm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 B 형 후처리 필터 모듈의 경우, 상기 후처리 그래핀 필터 층의 두께는 약 0.1 내지 100 mm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 B 형 후처리 필터 모듈의 경우 상기 후처리 그래핀 필터 층의 두께는 약 0.1 내지 100 mm, 약 0.1 내지 50 mm, 약 0.1 내지 10 mm, 약 0.1 내지 1 mm, 약 1 내지 100 mm, 약 1 내지 50 mm, 약 1 내지 10 mm, 약 10 내지 100 mm, 약 10 내지 50 mm, 또는 약 50 내지 100 mm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기를 포함하는, 폐수 처리 시스템을 제공한다. 구체적으로, 상기 폐수 처리 시스템은, 폐수가 집수되는 집수조; 상기 집수조로부터 유출된 상기 폐수의 응집반응이 일어나는 응집 반응조; 상기 응집 반응조에서 응집된 슬러지를 부상시키는 가압 부상조; 및 상기 가압 부상조를 거친 상기 폐수를 저장한 후, 상기 폐수를 다시 상기 집수조로 반송되도록 하는 순환수조를 포함하는 것이고, 상기 순환수조는 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 제 1 측면 내지 본원의 제 3 측면에 있어서, 서로 공통될 수 있는 내용은 그 기재가 생략되었더라도 모두 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 순환수조와 집수조 사이에 재생 시스템을 추가 포함하고, 상기 재생 시스템은 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기로부터 유출된 상기 탄소소재 또는 상기 그래핀 필터 층의 성분을 수집하여 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기로 반송되도록 하는 것일 수 있다.
도 11을 참조하면, 폐수 발생원에 공급된 폐수가 종래의 폐수 처리 장치를 거친 이후, 상기 전처리 필터를 거칠수 있다. 상기 전처리 필터를 거친 폐수는 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기로 연결되어 재필터되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 종래의 폐수 처리 장치는 폐수가 집수되는 집수조; 상기 집수조로부터 유출된 상기 폐수의 응집반응이 일어나는 응집 반응조; 상기 응집 반응조에서 응집된 슬러지를 부상시키는 가압 부상조; 및 상기 가압 부상조를 거친 상기 폐수를 저장한 후 상기 폐수를 다시 상기 집수조로 반송되도록 하는 순환수조를 포함할 수 있다. 상기 수처리 반응기는 상기 순환수조에 설치되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 폐수 처리 시스템은, 본원의 제 1 측면에 따른 수처리 반응기의 유입구에 연결된 전처리 필터를 추가 포함할 수 있다. 본원의 제 3 측면의 폐수 처리 시스템에서의 전처리 필터에 관한 내용은, 본원의 제 2 측면에 따른 정수 시스템에 개시된 전처리 필터에 관한 내용을 동일하게 적용할 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[
실시예
]
<
수처리
반응기의 폐수 처리 능력 시험>
본원의 수처리 반응기를 폐수 처리 능력을 시험하기 위해, 필터 모듈을 함유하는 수처리 반응기를 제작하였다. 상기 수처리 반응기는 처리하고자 하는 물의 유량 및 오염 정도에 따라서 5 L 부터 10,000 L까지 사이즈를 제한없이 다양하게 할 수 있으며, 오염된 정도가 크고 유량이 큰 경우에는 수처리 반응기의 사이즈를 크게 하여야 한다. 상기 필터 모듈과 수처리 반응기 사이의 공간에는 환원된 산화 그래핀(rGO) 파우더를 70 부피%를 채웠다. 구체적으로 상기 환원된 산화 그래핀은, 흑연을 과산화하여 산화 그래핀(GO)을 수득하고, 수득된 산화 그래핀을 환원시켜 환원된 산화 그래핀(rGO)을 수득하여 제조하였다. 상기 흑연의 과산화는, 흑연을 산화할 때 종래 산화 그래핀 제조 시보다 반응 시간을 길게 하거나, 또는 반응 온도를 높여 산화를 많이 시킴으로써 수행되었다. 상기 과산화에 의하여 형성된 환원된 산화 그래핀 시트들의 가장자리에 산소-함유 기능기들이 많이 형성되게 된다.
본원의 수처리 반응기의 성능을 시험하기 위해, 오염수를 반응기 하부에서 유입시키며, 폐수처리 기준에 따른 항목(COD, 색도, 탁도 등)을 유입수와 유출수 샘플을 취하여 측정하여 그 성능을 확인하되, 유입되는 폐수의 양에 따른 제거 성능을 파악하여 필터 또는 정수 소재의 교체 주기 또는 재생 주기를 결정한다.
도 12는 실험실 스케일로 수처리 반응기의 폐수 처리 능력을 시험한 사진을 나타내는 것이다. 왼쪽부터 집수조, 전처리 필터, 수처리 반응기 순으로 연결하여 설계하였다. 가장 오른쪽 사진의 폐수를 분당 250 ml 씩 공급하였다.
구체적으로 이를 수치로 확인하면, 도 13 내지 도 15와 같다. 제거율(Removal rate)는 (유입수-유출수)/유입수 * 100으로 계산되며, 제거율이 100%를 유지하는 것은 유출수에 오염 물질이 100% 제거된 것과 같다. 탁도(Turbidity)가 대략 100%가 유지되는 것을 확인할 수 있으며, COD 역시 100% 제거가 유지가 되었으며, 색도 역시 100% 가량 제거가 유지가 됨을 확인하여 염료 입자가 완전히 제거됨을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 실험을 통해, 본원 수처리 반응기는 폐수 처리 능력이 우수하고, 오랜 시간 폐수 처리에도 그 능력을 유지하므로 내구성이 우수하고 장기간 운행하기에 적합함을 확인할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수처리 반응기
110: 필터 모듈
120: 탄소 소재
130: 유입구
131: 수처리 반응기 측면부의 유입구
132: 수처리 반응기 측면부의 유입구
140: 유출구
141: 수처리 반응기 측면부의 유출구
142: 수처리 반응기 측면부의 유출구
150: 공기유출부
160: 펌프
171: 혼합용 막대 자석
172: 자석 교반기
180: 임펠러식 혼합 장치
200: 필터 모듈
210: 외부 멤브레인 층
220: 그래핀 필터 층
230: 내부 멤브레인 층
300: 역삼투 필터
310: 프리 필터
320: 역삼투막 필터
330: 그래핀 복합체 필터
110: 필터 모듈
120: 탄소 소재
130: 유입구
131: 수처리 반응기 측면부의 유입구
132: 수처리 반응기 측면부의 유입구
140: 유출구
141: 수처리 반응기 측면부의 유출구
142: 수처리 반응기 측면부의 유출구
150: 공기유출부
160: 펌프
171: 혼합용 막대 자석
172: 자석 교반기
180: 임펠러식 혼합 장치
200: 필터 모듈
210: 외부 멤브레인 층
220: 그래핀 필터 층
230: 내부 멤브레인 층
300: 역삼투 필터
310: 프리 필터
320: 역삼투막 필터
330: 그래핀 복합체 필터
Claims (24)
- 유입구와 유출구가 구비되는 하우징; 및
상기 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정화하여 상기 유출구로 공급하는 필터 모듈을 포함하는, 수처리 반응기로서,
상기 하우징과 상기 필터 모듈 사이의 공간에는 탄소 소재가 배치되고,
상기 필터 모듈은, 상기 필터 모듈의 외면을 형성하는 외부 멤브레인 층; 상기 외부 멤브레인 층의 내부에 배치된 내부 멤브레인 층; 및 상기 외부 멤브레인 층과 상기 내부 멤브레인 층 사이에 배치된 그래핀 필터 층을 포함하는 것이고,
상기 탄소 소재는 그래핀, 산화 그래핀(graphene oxide; GO), 환원된 산화 그래핀(reduced graphene oxide; rGO) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,
상기 탄소 소재는 상기 하우징과 상기 필터 모듈 사이 공간의 5 부피% 내지 80 부피%를 차지하는 것이고,
상기 필터 모듈에서 입수 방향의 동공 크기는 50 μm 내지 100 μm이고, 출수 방향의 동공 크기는 6 μm 내지 10 μm인 것이고,
상기 수처리 반응기는 측면부에 2개 이상의 유입구 및 유출구를 포함하는 것인,
수처리 반응기.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 산화 그래핀은 복수의 산화 그래핀 시트를 포함하고,
상기 환원된 산화 그래핀은 복수의 환원된 산화 그래핀 시트를 포함하고,
상기 복수의 산화 그래핀 시트 및 상기 복수의 환원된 산화 그래핀 시트 각각은 산소-함유 기능기 및/또는 핀홀을 포함하는 것인, 수처리 반응기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탄소 소재는 다공성인 것인, 수처리 반응기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탄소 소재에 의해 유입된 물에 포함된 직경 10 μm 이하의 미세입자가 제거되는 것인, 수처리 반응기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 필터 모듈은 주름형 막 구조; 또는 그래핀이 파우더 형태로 충진된 상기 그래핀 필터 층을 포함하는 원통형 구조인 것인, 수처리 반응기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 그래핀 필터 층은 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 수처리 반응기.
- 제 10 항에 있어서,
상기 그래핀 필터 층은 그래핀, 산화 그래핀, 환원된 산화 그래핀, 그래핀 나노플레이트렛, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 상기 그래핀 필터 층 전체 100 중량부 대비 0.1 내지 100 중량부로 포함하는 것인, 수처리 반응기.
- 제 10 항에 있어서,
상기 그래핀 필터 층은 다공성인 것인, 수처리 반응기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 그래핀 필터 층은 활성탄, 카본블랙, 제올라이트, 실리카, 이온교환수지, 알루미나, KDF 필터(Kinetic Degradation Fluxion filter), 세라믹 볼, 카본나노튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 추가 포함하는 것인, 수처리 반응기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유입된 물에 포함된 직경 10 μm 이하의 미세입자가 상기 그래핀 필터 층에 의해 제거되는 것인, 수처리 반응기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 외부 멤브레인 층 및 상기 내부 멤브레인 층은 각각 독립적으로 셀룰로오스, 글래스 파이버, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 탄소섬유, 활성탄소섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 수처리 반응기.
- 삭제
- 제 1 항에 따른 수처리 반응기를 포함하는, 정수 시스템.
- 제 17 항에 있어서,
제 1 항에 따른 수처리 반응기의 유입구에 연결된 전처리 필터; 및/또는
제 1 항에 따른 수처리 반응기의 유출구에 연결된 후처리 필터를 추가 포함하는, 정수 시스템.
- 제 18 항에 있어서,
상기 전처리 필터는 환원된 산화 그래핀 층; 및 여과층을 포함하는 것인, 정수 시스템.
- 제 19 항에 있어서,
상기 여과층은 모래, 자갈, 숯, 활성탄, 이온 교환 수지, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인, 정수 시스템.
- 제 18 항에 있어서,
상기 후처리 필터는 후처리 필터 모듈을 포함하고,
상기 후처리 필터 모듈은,
상기 후처리 필터 모듈의 외면을 형성하는 후처리 외부 멤브레인 층;
상기 후처리 외부 멤브레인 층 내부에 배치된 후처리 내부 멤브레인 층; 및
상기 후처리 외부 멤브레인 층과 상기 후처리 내부 멤브레인 층 사이에 배치된 후처리 그래핀 필터 층을 포함하는 것인, 정수 시스템.
- 제 1 항에 따른 수처리 반응기를 포함하는, 폐수 처리 시스템.
- 제 22 항에 있어서,
상기 폐수 처리 시스템은,
폐수가 집수되는 집수조;
상기 집수조로부터 유출된 상기 폐수의 응집반응이 일어나는 응집 반응조;
상기 응집 반응조에서 응집된 슬러지를 부상시키는 가압 부상조; 및
상기 가압 부상조를 거친 상기 폐수를 저장한 후, 상기 폐수를 다시 상기 집수조로 반송되도록 하는 순환수조를 포함하는 것이고,
상기 순환수조는 제 1 항에 따른 수처리 반응기를 포함하는 것인, 폐수 처리 시스템.
- 제 23 항에 있어서,
상기 순환수조와 집수조 사이에 재생 시스템을 추가 포함하고,
상기 재생 시스템은 제 1 항에 따른 수처리 반응기로부터 유출된 상기 탄소소재 또는 상기 그래핀 필터 층의 성분을 수집하여 제 1 항에 따른 수처리 반응기로 반송되도록 하는 것인, 폐수 처리 시스템.
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| KR1020190056504A KR102377664B1 (ko) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | 수처리 반응기, 및 이를 포함하는 정수 시스템 및 폐수 처리 시스템 |
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