KR200399986Y1 - 정수용 여과재 - Google Patents

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KR200399986Y1
KR200399986Y1 KR20-2005-0017530U KR20050017530U KR200399986Y1 KR 200399986 Y1 KR200399986 Y1 KR 200399986Y1 KR 20050017530 U KR20050017530 U KR 20050017530U KR 200399986 Y1 KR200399986 Y1 KR 200399986Y1
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water purification
water
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KR20-2005-0017530U
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남궁명찬
김병학
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주식회사 맥퀸트로닉
주식회사 맥테크
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Abstract

본 고안은 정수용 여과재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입자크기가 150 ㎛이하의 코디어라이트 또는 제올라이트로부터 선택된 1종 이상의 혼합물이 14 내지 49 중량부; 입자크기가 100 ㎛이하의 장석 또는 활석으로부터 선택된 1종이상의 혼합물이 14 내지 49 중량부; 및 갈탄, 톱밥 또는 등겨로부터 선택된 1종이상 혼합물이 2 내지 37 중량부를 포함하는 세라믹 조성물로 소정의 크기의 시트(Sheet)로 성형하고, 시트의 평면에 상측과 하측을 통과하는 다수 통과홀이 균일하게 배치되어 벌집 형상을 가지는 다공질 세라믹 여과재에 관한 것이다.
본 고안의 여과재는 종래의 여과재에 비하여 생산공정이 간단하고 경제적이며 재처리가 가능하여 반영구적인 재사용이 가능하다. 또한, 여과재로서의 흡착성, 통기성, 내구성 및 정수능력이 종래의 여과재에 비하여 동등 또는 탁월한 효과를 보였다.

Description

정수용 여과재{Water purification filter media}
본 고안은 정수용 여과재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 정수장치를 요하지 않고 수족관등에서 정수효율을 높이면서 간단하고 경제적인 정수용 여과재에 관한 것이다.
생활수준의 향상으로 인해 관상용 수족관을 설치하는 가정이 늘어나고 있으며, 외식산업의 발달로 활어횟집도 대형화되고 있다. 수족관은 내부의 물을 정화하는 것이 가장 중요하며 정화가 제대로 이루어지지 않을 경우 물고기의 분비물 및 미생물등으로 오염되어 물고기가 살기 힘든 환경이 된다. 따라서, 이러한 수족관의 물은 정기적으로 교환 및 세척해 주어야 하는 데 실질적으로 정기적으로 세척하는 것은 수조내의 물을 완전히 드러내고 오염물질을 제거하여야 하므로 이것은 많은 시간 및 노동을 요하는 작업이었다. 따라서, 수족관의 물을 그대로 정화하는 방법으로 일반적으로 숯, 모래, 자갈 등의 재료를 이용한 다층의 여과재가 사용되고 있다. 그 외에 수족관의 정화를 위해서 별도의 고가의 정수장치를 설치하는 방법도 있으나 별도의 정수장치는 비용이 고가인데다 수조내에 물이 잠긴 상태에서 정화가 이루어지므로 실질적으로 필터장치에 의하여 걸러진 오염물질이 물에 그대로 잠긴 상태로 머물러 물이 전체적으로 오염되는 문제점이 있었다.
일반적으로 사용되는 여과재는 직수입품으로 비용이 고가인데다 수족관의 크기 및 용도에 적합한 여과재를 별도로 선정하여야 하는 어려움이 있었다.
따라서, 본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 별도의 정수장치를 요하지 않고 정수효율을 높일 수 있는 저비용의 재사용이 가능한 정수용 여과재를 제공하고자 한다.
본 고안의 목적은 입자크기가 150 ㎛이하의 코디어라이트 또는 제올라이트로부터 선택된 1종 이상의 혼합물이 14 내지 49 중량부; 입자크기가 100 ㎛이하의 장석 또는 활석으로부터 선택된 1종이상의 혼합물이 14 내지 49 중량부; 및 갈탄, 톱밥 또는 등격으로부터 선택된 1종이상 혼합물이 2 내지 37 중량부를 포함하는 세라믹 조성물로 소정의 크기의 시트(Sheet)로 성형하고, 시트의 평면에 상측과 하측을 통과하는 다수 통과홀이 균일하게 배치되어 벌집 형상을 가지는 다공질 세라믹 여과재에 의하여 달성된다. 상기 여과재의 외부형상은 원기둥형, 정육면체형, 직육면체형, 튜브(관)형, 삼각뿔형 및 사각뿔형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 한다.
본 고안의 코디어라이트 및 제올라이트는 흡착성, 촉매활성, 이온 교환능이 탁월하여 정제 및 분리능력이 탁월하다. 그러나 입자크기는 150 ㎛가 바람직하며 150㎛을 초과할 경우 입자들 사이의 공간이 벌어져 물속의 분진 등과 입자간의 접촉 표면적이 적어져 정수효율이 떨어진다.
이들 성분의 함량은 14 내지 49 중량부가 바람직하다. 14 중량부 미만일 경우 정제능력이 떨어지며, 49 중량부를 초과할 경우 경제성이 떨어진다.
본 고안의 장석은 칼륨 K, 나트륨 Na,칼슘 Ca, 바륨 Ba의 함유한 알루미늄 규산염광물이며, 화학성분은 (K,Na,Ca,Ba) (Al,Si)4O8이다. 다공질로 구성된 화성암의 일종으로 비표면적이 넓어 오염물질, 중금속 흡착 및 분해작용을 하며, 항균, 방충 및 강판 탈취작용을 나타낸다. 또한, 산성이나 강한 알칼리성 물을 약알칼리성pH 7.2~7.4으로 조절하며, 수질을 활성화한다. 이러한 다공질의 특성은 각종 유해물질에 대하 뛰어난 흡착력을 보이며 일반세균 및 대장균에 대하여 탁월한 항균력을 가지고 있다. 활석은 화학성분이 Mg3(OH)2Si4O10으로 대부분 치밀질의 집합체이다. 이러한 장석 및 활석의 입도는 100㎛이하의 크기가 적합하며, 100㎛를 초과할 경우 물과의 표면적이 적어 흡착력의 효과가 떨어졌다. 장석 또는 활석으로부터 선택된 1종 이상의 혼합물의 함량은 14 내지 49 중량부가 바람직하다.
본 고안은 갈탄, 톱밥 및 등겨로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로부터 이루어진 혼합물을 2 내지 37 중량부를 함유한다. 갈탄은 석탄의 일종으로 탄화도가 가장 낮은 석탄의 한 종류이다. 공극(空隙)이 많고, 여러 종류의 기체를 흡착하는 성질이 강하다. 톱밥 및 등겨 역시 여러 물질을 흡착하는 성질을 가지는 인체에 무해한 원료로 정제능력이 탁월하다. 이러한 혼합물의 함량은 2 내지 37 중량부가 바람직하다. 2 미만인 경우 정제능력이 떨어지며, 37 중량부를 초과할 경우 여과재의 성형성이 떨어진다.
본 고안의 여과재는 상기의 조성물로 소정의 시트로 성형되며 시트의 평면에 상측과 하측을 통과하는 다수 통과홀이 균일하게 배치되어 벌집 형상을 가진다. 상기 여과재의 외부형상은 원기둥형, 정육면체형, 직육면체형, 튜브(관)형, 삼각뿔형 및 사각뿔형으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 한다. 여과재의 기공은 0.01 내지 0.005 ㎛의 직경이며 5 내지 40 부피%의 기공율을 가지는 것이 바람직하다. 도1은 상기의 정수용 여과재의 사시도를 보여준다.
본 고안의 수족관 정수용 여과재는 상기의 여과재 조성물을 각 성분들이 균일하게 분포되도록 혼합하는 단계를 거친다. 그리고 압력을 가하여 일정한 형상을 가지도록 성형(pressing)하는 단계를 거친다. 얻어진 성형체는 수분이 제거되도록 건조시키고, 1000 ~ 1300℃의 고온에서 1시간 내지 3시간 소결하는 단계를 거친다. 소결하는 과정중에 성형체는 미세구조가 다양한 다공질의 세라믹을 형성하게 되어 탁월한 정수능력을 가지게 되는 것이다. 소결을 마친 후에는 가공하고 완제품인 수족관 정수용 여과재로 제조되는 것이다.
상기에서와 같이 한번의 소성으로 다공질의 세라믹을 얻을 수 있어 제조공정이 단순할 뿐 아니라 원료에 적정량의 기공 형성제를 첨가함으로써 쉽게 다공질 세라믹의 특정을 제어할 수 있어 제조 원가를 상당히 절감할 수 있다.
또한, 본 고안의 여과재는 수족관 등에 충분히 사용한 후 700 내지 1100℃에서 재처리 과정을 거침으로써 재사용이 가능하다. 700 내지 1100℃에서 재처리함으로써 세라믹에 흡착된 기체 및 분진등이 분리되어 다시 흡착이 가능한 세라믹을 형성하게 되는 것이다. 따라서, 본 고안의 여과재는 반영구적 재사용이 가능하다.
이하, 본 고안은 아래의 실시예 및 비교예에 의하여 상세히 설명되나 본 고안은 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예1
코디어라이트 49중량부, 장석 및 활성의 혼합물 14중량부, 등겨 37중량부를 넣고 혼합한 후, 1축 가압 성형기로 성형하였다. 얻어진 성형체를 건조시킨 후, 1200℃에서 2시간 소결하여 다공질 세라믹을 제조하였다.
비교예1
기존에 수족관 정수용으로 일반적으로 사용된 여과재로 독일 에하임사(Sub pro)의 것을 사용하였다.
실험예
상기의 실시예1 및 비교예1에 대하여 수질내의 이온농도변화 실험을 행하였다.
규격이 동일한 수조(1300*450*400)에 지하수를 2일간 방치 후에 동일하게 각 수조에 220ℓ씩 채운다. 각 수조에 고도비라는 열대어를 각 100마리씩 4주간 배양하며, 열대어가 살아갈 수 있는 물 환경을 만들어 주기 위하여 1주 간격으로 각각의 시험수조에서 똑같은 양의 물 30ℓ를 교환하였다. 양 수조에 동일하게 일정한 시간동안 빛을 비추도록 조절하기 위하여 타이머(Timer)를 사용하였으며, 산소 또한 동일하게 주입되어지는 것을 확인하였다. 본 실험에 사용되어지는 여과기는 두 수조가 동일하게 800ℓ/hour의 여과능력을 가진 여과기를 사용하였다. 도2는 상기 실험 수조의 개요도이다.
상기의 수조내에 1주 간격으로 1ℓ씩 물을 채취하여 각각의 시료에 대하여 아래의 표2의 항목을 실험하였다. 분석기기는 유도결합플라즈마발광광도계(Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy, Labtam, 호주), 흡광광도계(UV-VIS spectrophotometer, Shimadzu, 일본), 이온크로마토그래피(Ion Chromarography, DIONEX, 미국), pH Meter(Orion, 미국), EC Meter(Electric Conductivity Meter, Metrohm 666, 스위스), 수은분석기(Mercury Analyzer, CETAC, 미국)를 이용하였다.
아래의 표1은 실험항목의 구체적인 분석방법을 나타낸 것이다.
분석방법 시료양(㎖) 분석기기 분석방법 비고
pH(20℃) 50 pH meter - 수질오염공정시험법
EC 50 EC meter -
T-N 10~15 흡광광도계 고압멸균법,자외선흡광광도법
T-P 100 흡광광도계 아스코르빈산환원법
NO2-N 50 흡광광도계 다이아조아법
NO3-N 50 IC 이온크로마토그래피법
NH4-N 100 흡광광도계 인도페놀법
Cl- 50 IC 이온크로마토그래피법
SO4 2- 50 IC 이온크로마토그래피법
F- 50 흡광광도계 란탄-알라자린 콤프렉손법
Ca 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법 기준 방법(STANDARD METHOD)(APHA 20th Edition)
Cd 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Cd 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Co 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Cr 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Cu 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Fe 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
K 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Mg 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Mn 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Mo 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Na 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Ni 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Pb 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Ti 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Zn 100 ICP 유도결합플라즈마발광광도법
Hg 100 수은분석기 환원기화법
호기성 박테리아 5 습식 - 먹는물수질공정시험법
수조에 물을 넣은 후 상온에서 2일간 방치한 후 열대어를 투여하여 시험을 실시하였으며 시험 후 2일째부터 1주(7일)간격으로 시료를 채취하였다.
아래의 표2는 수조실험 분석결과이다.
항목 단위 2일 9일 16일 23일 30일
실시예1 비교예1 실시예1 비교예1 실시예1 비교예1 실시예1 비교예1 실시예1 비교예1
pH(20℃) - 8.44 8.44 8.18 8.02 8.02 8.03 8.41 8.22 8.45 8.52
EC ㎲/㎝ 438 336 464 352 435 343 389 337 358 332
T-N ㎎/L 0.20 0.18 0.88 0.99 0.72 0.84 0.74 0.98 0.44 1.52
T-P ㎎/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D 0.12 N.D 0.20
NO2-N ㎎/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D
NO3-N ㎎/L 0.17 N.D 0.53 0.68 0.45 0.62 0.50 0.88 0.35 1.11
NH4-N ㎎/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D
Cl- ㎎/L 4.90 4.83 5.22 5.09 5.60 5.36 5.64 5.44 5.65 5.56
SO4 2- ㎎/L 4.1 20.8 4.15 18.5 4.43 15.9 4.28 14.7 4.40 12.5
F- ㎎/L 0.80 0.83 0.83 0.85 0.85 0.85 0.82 0.86 0.77 0.80
Ca ㎎/L 11.2 39.0 16.0 38.7 19.8 38.3 27.2 38.5 30.3 38.2
Cd ㎎/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D
Co ㎎/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D
Cr ㎎/L N.D 0.04 0.01 0.04 0.01 0.02 N.D 0.01 N.D N.D
Cu ㎎/L 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01
Fe ㎎/L 0.03 0.01 0.03 N.D 0.02 N.D 0.01 N.D N.D N.D
K ㎎/L 1.72 1.30 1.70 1.39 1.80 1.40 1.54 1.44 1.42 1.57
Mg ㎎/L 2.59 39.4 2.60 37.6 2.61 32.5 2.66 21.2 2.59 15.0
Mn ㎎/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D
Mo ㎎/L 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 N.D 0.24 0.07 0.14 0.05
Na ㎎/L 9.12 16.0 9.14 15.0 9.29 14.1 9.82 14.2 9.67 13.5
Ni ㎎/L 0.01 N.D N.D N.D N.D N.D 0.01 N.D N.D N.D
Pb ㎎/L 0.01 0.19 0.04 0.22 0.03 0.07 N.D 0.01 0.02 0.04
Ti ㎎/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D
Zn ㎎/L 0.01 0.01 0.01 0.01 N.D N.D N.D N.D N.D 0.01
Hg ㎲/L N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D
호기성 박테리아 CFU/㎖ 5.0×103 10.5×103 3.3×103 7.1×103 2.3×103 2.5×103 5.0×103 5.1×103 6.2×103 5.9×103
*N.D: 검출한계 이하
도3 내지 도8은 각각 실시예 1과 비교예 1의 SO4 2-, T-N, Ca, Mg, Na 및 호기성 세균수의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
상기 표2 및 도3 내지 도8에서 살펴본 바와 같이, 본 실험기간동안 수조내의 pH와 EC의 변화를 살펴보면 실시예1 및 비교예1이 상호간의 유사한 값을 보이며 변화량은 크기 않았다. NO2-N, NH4-N, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, No, Ni, Ti, Zn, Hg의 양은 거의 검출한계이하로 나타나는 것으로 실시예1 및 비교예1은 모두 위 항목에 대하여 영향을 받지 않는다고 볼 수 있다.
Cl-의 농도는 실시예1 및 비교예1이 4.83 내지 5.65 ㎎/L으로 거의 차이가 없었으며, SO4 2-는 같은 양의 열대어를 투여했음에도 실시예1은 4.10~4.43 ㎎/L, 비교예1은 12.5~20.8㎎/L의 비교적 큰차이를 보였다. 따라서, 열대어의 배설물로 인한 SO4 2-은 실시예1에 의하여 제거되는 효과를 보였다.
T-N농도는 실험 후 2주까지는 실시예1과 비교예1이 거의 비슷한 농도를 보였으나 그 이후에는 실시예1은 비슷한 수준을 유지하는 반면, 비교예1은 농도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
Ca, Mg, Na의 경우 실시예1이 비교예1에 비하여 상당히 낮은 농도를 유지하고 있음을 알 수 있다. 본 실험에 사용된 물이 Ca, Mg, Na의 농도가 높은 지하수인 점을 감안하면 실시예1이 상기 성분들에 대하여 제거능력이 있음을 알 수 있다.
호기성 세균에 있어서는 최초 2주까지는 비교예1에 비교적 많은 수가 나타났으나 2주 이후에는 전차 안정화되어 감을 확인할 수 있다.
상기에서와 같이, 본 고안의 여과재는 종래의 여과재에 비하여 생산공정이 간단하고 경제적이며 재처리가 가능하여 반영구적인 재사용이 가능하다. 또한, 여과재로서의 흡착성, 통기성, 내구성 및 정수능력이 종래의 여과재에 비하여 동등 또는 탁월한 효과를 보였다.
도1은 본 고안의 정수용 여과재의 사시도이다.
도2는 본 고안의 실험수조의 개요도이다.
도3은 수조내의 SO4 2-의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도4는 수조내의 T-N의 농도면화를 나타낸 그래프이다.
도5는 수조내의 Ca의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도6은 수조내의 Mg의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도7은 수조내의 Na의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도8은 수조내의 호기성 세균수 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (3)

  1. 입자크기가 150 ㎛이하의 코디어라이트 또는 제올라이트로부터 선택된 1종 이상의 혼합물이 14 내지 49 중량부; 입자크기가 100 ㎛이하의 장석 또는 활석으로부터 선택된 1종이상의 혼합물이 14 내지 49 중량부; 및 갈탄, 톱밥 또는 등겨로부터 선택된 1종이상 혼합물이 2 내지 37 중량부를 포함하는 세라믹 조성물로 소정의 크기의 시트(Sheet)로 성형하고, 시트의 평면에 상측과 하측을 통과하는 다수 통과홀이 균일하게 배치되어 벌집 형상을 가지는 다공질 세라믹 여과재
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통과홀은 0.01 내지 0.005㎛의 직경을 가지며, 기공율은 5 내지 40 부피%의 기공율을 가지는 것을 특징으로 하는 다공질 세라믹 여과재
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 조성물에 압력을 가하여 성형한 후 1000~1300℃의 고온분위기에서 소결하여 형성됨을 특징으로 하는 다공질 세라믹 여과재
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KR101234445B1 (ko) 2010-08-30 2013-02-18 이근호 배기가스 정화용 세라믹 필터의 조성물 및 세라믹 하니컴 필터의 제조방법
KR20160069678A (ko) 2014-12-09 2016-06-17 김훈 고온 활성 바이오 세라믹 성형 여과재 및 여과재 제조방법

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KR101234445B1 (ko) 2010-08-30 2013-02-18 이근호 배기가스 정화용 세라믹 필터의 조성물 및 세라믹 하니컴 필터의 제조방법
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