KR20120104719A - 재생가능한 필터 유닛, 이를 포함하는 필터 장치 및 필터 장치의 구동방법 - Google Patents

재생가능한 필터 유닛, 이를 포함하는 필터 장치 및 필터 장치의 구동방법 Download PDF

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양호정
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Abstract

음극, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양극 순으로 배치된 전극 구조, 음극, 음극과 양이온 교환막 사이, 음이온 교환막과 양극 사이, 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로, 및 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 정의되어 정수 유로의 pH를 조절하는 pH 조절실을 포함하는 필터 유닛이 제공된다.

Description

재생가능한 필터 유닛, 이를 포함하는 필터 장치 및 필터 장치의 구동방법{REGENERABLE FILTER UNIT, REGENERABLE FILTER SYSTEM INCLUDING THE SAME AND METHOD OF OPERATING REGENERABLE FILTER SYSTEM}
재생가능한 필터 유닛, 필터 장치 및 이의 구동방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 인-시츄(in-situ) 재생 가능한 필터 유닛, 필터 장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
급속한 산업화로 인해 지하수, 지표수 등 취수원의 수질 악화가 더욱 가중되고 있다. 특히, 인체에 치명적인 독성을 가지는 비소(As)와 같은 원소는 자연적으로 지하수, 지표수 등에 녹아 나올 수 있다. 따라서, 공중의 건강을 지키기 위해서는 이들 오염 물질의 함량을 최소 기준 이하로 낮출 수 있는 정수 기술에 대한 요구가 증대되고 있다.
한편, 정수 처리장에서는 오염된 물을 취수 정화시켜 보급하고 있으나, 정수 처리 과정 중 염소 소독 단계에서 염소와 수중 유기물이 반응하여 발생한 클로로포름과 같은 염소 소독 부산물은 완전히 제거되지 못하고 가정 내로 공급되는 물에 잔류하게 된다. 또한, 상수가 사용자에게 공급되는 도중에 노후된 수도관 등에서 부식/용출된 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 등의 중금속이 상수에 포함될 가능성이 있다. 따라서, 가정에서도 사용 편의성이 높으면서도 효과적으로 이들 중금속을 제거할 수 있는 정수 기술의 필요성이 점차 높아지고 있다.
그런데, 정수 기술에 사용되는 대부분의 필터는 소모성 부품으로 주기적인 교체가 필요하여 비용과 사용자의 번거로움이 발생하며 교체된 필터는 폐기되어야 하므로 또 다른 환경 문제를 야기한다.
본 발명의 일 측면은 재생 가능하여 사용자 유지 부담이 경감된 친환경적인 필터 유닛을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 측면은 장치를 해체하지 않고 인 시츄(in-situ)로 필터 유닛을 재생할 수 있는 필터 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 측면은 장치를 해체하지 않고 인 시츄(in-situ)로 필터 유닛을 재생할 수 있는 필터 장치의 구동 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 음극, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양극 순으로 배치된 전극 구조, 상기 음극, 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이 및 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로, 및 상기 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 정의되어 상기 정수 유로의 pH를 조절하는 pH 조절실을 포함하는 필터 유닛을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 필터 유닛 및 상기 음극과 양극에 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 필터 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전압 인가 없이, 음극, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양극 순으로 배치된 전극 구조, 상기 음극, 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이 및 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로, 및 상기 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 정의되어 상기 정수 유로의 pH를 조절하는 pH 조절실을 포함하는 필터 유닛의 상기 정수 유로에 유입수를 통과시켜 정수하는 단계, 및 상기 음극과 양극에 전압을 인가하고, 상기 전극 구조 내부 전체에 물을 공급하여 상기 정수 유로를 재생시키는 재생 단계를 포함하는 필터 장치의 구동 방법이 제공된다.
상기 양이온 교환막과 상기 음이온 교환막 사이에 적어도 하나 이상의 서브 전극 구조를 더 포함하되, 상기 서브 전극 구조는 음이온 교환막, 바이폴라막, 양이온 교환막의 순으로 배치되고, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 음극 및 양극은 물분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
상기 정수 유로가 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되면 상기 흡착 기능은 상기 정수 유로에 충진된 흡착제에 의해 제공되고, 상기 정수 유로가 상기 음극과 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되면, 상기 음극과 양극은 유입수가 통과할 수 있는 유로를 구비하는 다공성 물질로 이루어지고, 상기 흡착 기능은 상기 음극과 양극의 흡착 물성 또는 상기 음극과 양극의 표면이나 내부 기공에 담지된 흡착제에 의해 제공될 수 있다.
상기 음극과 접촉하거나 상기 음극 내에 담지된 상기 흡착제는 염기성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제일 수 있다.
상기 양극과 접촉하거나 상기 양극 내에 담지된 상기 흡착제는 산성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제일 수 있다.
상기 전압은 상기 음극 및 양극에서 물분해를 유도할 수 있는 전압일 수 있다.
상기 재생 단계시 상기 pH 조절실에는 pH 조절에 필요한 이온을 제공할 수 있다.
재생 가능한 필터 유닛은 필터를 주기적으로 교체함으로써 발생하는 비용과 번거로움을 없앨 수 있다. 또한 필터를 폐기함으로써 발생하는 환경 오염 문제를 해결할 수 있다. 재생 가능한 필터 장치는 정수 단계는 흡착 방식으로 수행하고 재생 단계만 전기화학적 방식으로 수행하기 때문에 처리할 수 있는 유입수의 범위도 확대할 수 있으며 전기 소모량도 가능한 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 흡착제로 산화철을 예시하여 염기성 조건하에서 산소산 형태의 비소 이온이 탈착되는 메커니즘을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 재생 메커니즘을 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 정수 단계를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치의 재생 단계를 나타내는 개략도이다.
도 13은 클로로포름의 흡착 및 재생 성능 평가 결과를 도시한 그래프이다.
도 14는 비소 이온 흡착 및 재생 성능 평가 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들에 따른 필터 장치는 전기화학적인 물분해에 의해 염기성 및/또는 산성 조건을 독립적으로 형성할 수 있는 공간을 제공하는 필터 유닛을 포함한다. 그리고 이 공간에 흡착물이 부착될 수 있고 염기성 및/또는 산성 조건하에서는 흡착물이 탈착될 수 있는 정수 유로를 구성한다. 이와 같은 구성에 의해 정수 단계는 흡착 방식으로 수행되도록 하고, 재생 단계는 인-시츄(in-situ)로 전기 화학적 방식으로 수행되도록 할 수 있다. 즉, 필터 유닛을 필터 장치로부터 해체 분리하지 않고 인-시츄로 재생하여 다시 사용할 수 있기 때문에 필터의 수명이 길어지고 사용자 유지 부담이 경감될 수 있다. 또한, 정수 단계는 흡착 방식으로 수행하고 재생 단계만 전기화학적 방식으로 수행하기 때문에 처리할 수 있는 유입수의 범위도 확대할 수 있으며 전기 소모량도 최소화할 수 있다. 이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 장치(100)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 필터 장치(100)는 필터 유닛(1)과 전압 인가 수단(2)을 포함한다. 필터 유닛(1)은 음극(12), 양이온 교환막(14), 음이온 교환막(16) 및 양극(18) 순으로 배치되어 구성된 전극 구조(10)를 포함한다. 전극 구조(10)는 정수 유로(20), pH 조절실(30) 및 양극실(40)을 정의한다.
도 1은 염기성 조건하에 재생 가능한 필터 장치(100)를 예시한다. 따라서, 필터 장치(100)의 정수 유로(20)는 음극(12)과 양이온 교환막(14) 사이의 염기성 조건 조성 가능 공간에 형성될 수 있다. 정수 유로(20)는 물 속에 존재하는 중금속 또는 염소 소독 부산물 등을 흡착할 수 있는 흡착 기능을 포함한다. 흡착 기능은 정수 유로(20)에 충진된 흡착제(50)에 의해 제공될 수 있다. 음극(12)과 양이온 교환막(14) 사이의 정수 유로에 충진될 수 있는 흡착제(50)는 흡착된 오염물이 염기성 조건하에서 탈착될 수 있는 흡착제일 수 있다. 오염물로는 부식산(humic acid), 풀브산(fulvic acid) 등과 같은 유기물, 클로로포름 등과 같은 염소 소독 부산물, 비소 이온 등을 예로 들 수 있다. 따라서, 흡착제(50)는 표면 및 기공에 유기물 또는 염소 소독 부산물이 흡착될 수 있는 활성탄, 고비표면적 흑연(HSAG), 카본 나노튜브(CNT), 메조포러스 카본(mesoporous carbon), 활성탄소 섬유, 이온 교환수지, 제올라이트, 스멕타이트(smectite), 버미큘라이트(vermiculite) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 흡착제(50)는 물속에서 3가나 5가 형태인 H3AsO3, H2AsO4 -, HAsO4 2- 등의 산소산 형태의 이온(Oxyanion) 형태로 존재하는 비소를 흡착할 수 있는 표면 관능기를 포함하는 산화철(iron oxide), 산화티타늄(titanium oxide), 산화알루미늄(aluminum oxide), 산화망간(manganese oxide), 산화이트륨(yttrium oxide), 산화몰리브덴(molybdenum oxide), 산화코발트(cobalt oxide), 산화니켈(nickel oxide), 산화구리(copper oxide), 산화아연(zinc oxide), 산화지르코늄(zirconium oxide), 산화루테늄(ruthenium oxide), 산화주석(tin oxide), 탄소(carbon), 이들의 합금 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 흡착제(50)는 음극(12)에 나노 입자 상태로 코팅될 수도 있고 박막 형태로 증착될 수도 있다.
음극(12)과 양극(18) 사이에 양이온 교환막(14)과 음이온 교환막(16)을 배치한 전극 구조(10)를 채용함으로써 전압 인가 수단(2)을 통해 전극 구조(10)에 전압을 인가하여 물을 분해할 때 음극(12)에서 생성되는 OH- 와 양극(18)에서 생성되는 H+를 격리하여 이들의 중화를 방지하고 음극(12)과 양이온 교환막(14) 사이의 정수 유로(20)에는 염기성 조건이 음이온 교환막(16)과 양극(18) 사이의 양극실(40)에는 산성 조건이 각각 독립적으로 조성될 수 있도록 할 수 있다. 다시 말하면, pH 조절실(30)은 재생 단계시 음극(12)에서 생성되는 OH- 와 양극(18)에서 생성되는 H+를 격리하여 이들의 중화를 방지하여 정수 유로(20)의 pH를 제어하는 것을 목적으로 한다. 또한 pH 조절실(30)에는 전해질이 추가로 공급되어 물분해가 보다 더 효과적으로 일어날 수 있도록 할 수 있다. 전해질은 정수 유로(20)에 pH 조절에 필요한 이온을 공급할 수 있는 물질일 수 있다.
음극(12)과 양극(18)은 물분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 음극(12)과 양극(18)이 물분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성되면, 비활성 물질로 형성된 전극 대비 상대적으로 낮은 물 분해 전압을 인가할 수 있기 때문에 필터 유닛(1)의 저항을 감소시킬 수 있다. 음극(12)과 양극(18)은 금속, 금속 산화물, 스텐레스 강, 유리질 카본, 흑연, 카본 블랙(carbon black) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 여기서 조합이란 둘 이상의 성분의 혼합물, 적층 구조 등을 의미한다. 금속은 백금(Pt), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 은(Ag), 금(Au), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 바나듐(V), 철(Fe) 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 여기서 조합이란, 둘 이상의 금속의 혼합물, 합금, 적층 구조 등을 의미한다. 금속 산화물은 PtO2, IrO2, TiO2, CaTiO3, NaWO3, MnO2, RuO2, PbO2 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 여기서 조합이란 둘 이상의 금속산화물의 혼합물, 적층 구조 등을 의미한다.
양이온 교환막(14), 음이온 교환막(16)은 당업자에게 잘 알려진 다양한 종류의 교환막들이 사용될 수 있으므로 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 장치(100)의 구동 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 정수 단계에서는 필터 장치(100)에 전압을 인가하지 않고 흡착 방식에 의해 유입수 내의 오염물들을 제거한다. 구체적으로, 흡착제(50)가 충진되어 있는 정수 유로(20)에 유입수를 통과시키면 오염물이 흡착제(50)에 흡착된 후 처리수가 배출된다. 예를 들어 유기물, 염소 소독 부산물 등은 흡착제(50)에 물리 및/또는 화학적인 흡착을 한다. 산소산 형태의 비소 이온은 흡착제(50)의 표면 산소 원자에 수소 결합 착물, MM(monodentate mononuclear), BB(bidentate binuclear) 등과 같은 표면 착물을 형성하며 흡착된다.
정수 단계가 진행됨에 따라 흡착제(50)에 오염물이 흡착하여 오염물 제거 속도가 떨어지면 재생 단계를 시작한다. 재생 단계는 전압 인가 수단(도 1의 2)을 통해 음극(12)과 양극(18)에 각각 음(-)의 전압과 양(+)의 전압을 인가하면서, 전극 구조(10) 내부 전체에 물을 공급하여 전기화학적인 물 분해 반응이 일어나도록 한다. 즉, 정수 단계와 달리 물은 정수 유로(20)뿐만 아니라 pH 조절실(30) 및 음이온 교환막(16)과 양극(18) 사이의 양극실(40)에 모두 공급된다. 인가되는 전압은 물분해를 유도할 수 있는 전압, 예를 들면 1.23V 이상의 전압일 수 있다. 예컨대 약 2V 내지 약 30V의 전압을 인가할 수 있다. 아래 반응식 1은 음극(12)에서 일어나는 물 분해 반응을 반응식 2는 양극(18)에서 일어나는 물 분해 반응을 나타낸다.
[반응식 1]
2H2O(l) + 2e- → H2 (g) + 2OH- (aq)
O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH- (aq)
[반응식 2]
H2O → O2 + 2H+ (aq) + 2e-
위의 반응식 1과 같이 음극(12)에서 생성된 OH-로 인해 정수 유로(20)의 pH가 염기성 조건으로 바뀌게 된다. 음극(12)에서 생성된 OH- 와 양극(18)에서 생성된 H+는 양이온 교환막(14)과 음이온 교환막(16)에 의해 정의된 pH 조절실(30)에 의해 서로 격리되기 때문에 물 분해 반응이 진행됨에 따라 정수 유로(20)의 분위기는 점차 약 염기에서 강 염기성 조건으로 바뀌게 된다. 즉, 인가되는 전압의 크기와 인가 시간을 조절함으로써 pH를 조절할 수 있다. 이와 같은 염기성 조건하에서 정수 유로(20)에 충진된 흡착제(50)에 부착된 오염물들이 경쟁 반응에 의해 흡착제(50)로부터 탈착되어 배출된다. 필요에 따라서는 pH 조절실(30)에 정수 유로(20)의 pH 조절에 필요한 이온을 공급할 수 있는 전해질이 추가로 공급될 수 있다. 전해질은 침전이 일어나지 않고 중금속이 아니며 정수 유로의 pH 조절에 방해가 되는 산성 이온을 포함하지 않는 전해질을 사용할 수 있다. 예를 들면 염화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 황산, 질산칼륨 등이 사용될 수 있다. 그리고, pH 조절실(30)에 유입되는 유입수의 유량(flow rate)은 정수 유로(20) 및 양극실(40)에 유입되는 유입수의 유량보다 크도록 조절할 수 있다. 이는 음극(12)에서 생성되는 OH- 와 동등하거나 그 이상의 이온을 공급하여 정수 유로(20)의 pH를 원하는 상태로 제어하기 위한 것이다.
아래 반응식 3은 염기성 조건하에서 클로로포름이 탈착되는 메커니즘을 나타낸다.
[반응식 3]
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
도 3은 흡착제(50)로 산화철을 예시하여 염기성 조건하에서 산소산 형태의 비소 이온이 탈착되는 메커니즘을 나타낸다. 반응식 3과 도 3에 예시되어 있는 바와 같이 클로로포름 또는 산소산 형태의 비소 이온 등은 pH 11 이상의 염기성 조건이 형성되면 흡착제(50)로부터 용이하게 탈착될 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 장치(100)는 필터 장치(100)의 분해 없이 정수 단계와 인-시츄로 재생 단계를 진행할 수 있다.
상기 재생 단계의 시작은 정해진 주기에 따라 수행될 수도 있고, 처리수의 유량, 처리수의 유속 및/또는 처리수 내의 오염물의 농도를 측정 또는 모니터링하여 그 결과에 따라 실시간으로 수행될 수도 있다. 실시간 측정 또는 모니터링을 위해서 필터 장치(100)는 처리수의 유체학적 특성을 감지할 수 있는 센서 또는 모니터링 시스템을 더 포함할 수 있다.
이와 같은 방법으로 필터 장치(100)를 재생하면 필터 장치(100)를 반영구적으로 사용할 수 있으며 필터 장치(100)의 유지비를 저감시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 필터 장치들(200, 300, 400)의 개략도들이다. 도 4 및 도 5는 필터 유닛(1)이 복수개 적층되어 형성된 적층형 필터 유닛을 포함하는 장치들(200, 300)을 나타낸다. 도 4는 복수개의 필터 유닛(1)이 직렬로 적층된 필터 장치(200)를, 도 5는 복수개의 필터 유닛(1)이 병렬로 적층된 필터 장치(300)를 예시한다. 도 6은 필터 유닛(1)을 나사선으로 감아 튜브형으로 만든 필터 장치(400)를 예시한다. 화살표로 표시된 방향으로 유입수를 투입하고 튜브의 중공 부분으로 처리수가 배출되도록 할 수 있다. 적층형 필터 장치(200, 300) 또는 튜브형 필터 장치(400)는 유입수의 단위 시간당 처리율을 증대시키기 위한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치(500)의 개략도이다.
도 7을 참고하면, 또 다른 실시예에 따른 필터 장치(500)는 필터 유닛(501)과 전압 인가 수단(502)를 포함한다. 필터 유닛(501)은 음극(512), 양이온 교환막(514), 음이온 교환막(516) 및 양극(518) 순으로 배치되어 구성된 전극 구조(510)를 포함한다. 전극 구조(510)은 정수 유로(520), pH 조절실(530) 및 양극실(540)을 정의한다. 도 7에 예시되어 있는 필터 장치(500)의 필터 유닛(501)은 정수 유로(520)가 음극(512) 내에 형성된다는 점에 있어서 도 1에 예시되어 있는 필터 장치(100)의 필터 유닛(1)과 차이가 있다.
음극(512)은 정수 유로(520)를 제공하기 위해서 유입수가 통과할 수 있는 다공성 물질로 형성될 수 있다. 또한, 음극(512) 및 양극(518)은 통전 및 물분해가 가능한 물질로 형성될 수 있다. 정수 유로(520)의 흡착 기능은 음극(512) 자체의 물성에서 제공될 수도 있고 음극(512)의 표면이나 기공에 담지된 흡착제(미도시)에 의해 제공될 수도 있다. 입경이 약 0.1 내지 50㎛ 크기의 탄소계 물질 입자로 음극(512)을 구성하면 음극(512) 자체의 물성에서 흡착 기능을 제공함과 동시에 정수 유로(520)를 구성할 수 있다. 또한, 음극(512)을 기공의 크기가 평균 0.1 내지 30㎛인 다공성 전극의 기공에 흡착제를 담지시킨 재질로 구성하면 흡착 기능을 제공함과 동시에 정수 유로(520)를 구성할 수 있다. 흡착제로는 도 1을 참조하여 설명한 일 실시예의 필터 장치(100)에서 언급된 다양한 종류의 흡착제 중 기공 내에 담지될 수 있는 물질이라면 어떠한 물질이라도 사용될 수 있다. 도 7에 예시되어 있는 필터 유닛(501)의 경우에는 정수 유로(520)가 음극(512) 전체에 걸쳐 형성될 수 있기 때문에 오염물의 흡착 용량을 최대한으로 활용할 수 있게 된다. 따라서 오염물의 제거율을 높일 수 있거나 동일 제거율을 담보할 경우에는 필터 유닛(501)이 보다 박막화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치(600)의 개략도이다. 필터 장치(600)는 필터 유닛(601)과 전압 인가 수단(602)을 포함한다. 필터 유닛(601)은 음극(612), 양이온 교환막(614), 음이온 교환막(616) 및 양극(618) 순으로 배치되어 구성된 전극 구조(610)를 포함한다. 전극 구조(610)는 음극실(620), pH 조절실(630) 및 정수 유로(640)를 포함한다.
도 8은 산성 조건하에서 재생 가능한 필터 장치(600)를 예시한다. 따라서, 필터 장치(600)의 정수 유로(640)는 음이온 교환막(616)과 양극(618) 사이의 산성 조건 조성 가능 공간에 형성될 수 있다. 정수 유로(640)는 물 속에 존재하는 중금속을 흡착할 수 있는 흡착 기능을 포함한다. 흡착 기능은 정수 유로(640)에 충진된 흡착제(650)에 의해 제공될 수 있다. 음이온 교환막(616)과 양극(618) 사이의 정수 유로(640)에 충진될 수 있는 흡착제(650)는 흡착된 오염물이 산성 조건하에서 탈착될 수 있는 흡착제일 수 있다. 오염물로는 납(Pb)과 같은 금속을 예로 들 수 있다. 따라서, 흡착제(650)는 표면 및 기공에 금속이 흡착될 수 있는 활성탄, 고비표면적 흑연(HSAG), 카본 나노튜브(CNT), 메조포러스 카본(mesoporous carbon), 활성탄소 섬유, 양이온 교환수지, 제올라이트, 스멕타이트(smectite), 버미큘라이트(vermiculite) 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
기타 구성 요소들은 도 1을 참조하여 설명한 필터 장치(100)의 구성 요소와 실질적으로 동일하므로 그 설명을 생략한다.
도면에는 예시하지 않았으나 산성 조건하에서 재생 가능한 필터 장치는 도 7을 참조하여 설명한 필터 장치(500)와 유사하게 양극(618)자체에 정수 유로가 형성되도록 변형될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치(600)의 재생 메커니즘을 설명하기 위한 개략도이다. 도 9에서는 납을 오염물로서 예시하고 있다.
정수 단계 이후 전압 인가 수단(602)을 통해 음극(612)과 양극(618)에 전압을 인가하면 음극(612)과 양극(618)에서 물분해 반응이 유도된다. 이 때, 양극(618)의 표면에서 H+ 이온이 생성되어 정수 유로(640)의 환경을 산성 조건으로 변화시킨다. 정수 유로(640)의 pH가 약 5 이하로 낮아지면 흡착제(650)의 표면 관능기(L)에 흡착되어 있던 납 이온(Pb2 +)이 경쟁 반응에 의해 탈착되어 배출될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치(700)의 개략도이다. 도 10에 예시되어 있는 필터 장치(700)는 도 1에 예시되어 있는 필터 장치(100)와 도 8에 예시되어 있는 필터 장치(600)를 조합하여 음극실에 제1 정수 유로(720)를 양극실에 제2 정수 유로(740)를 형성하여 유입수의 단위 시간당 처리율을 증대시키고 다양한 종류의 오염물을 제거할 수 있도록 구성한 것이다.
나아가 필터 유닛(701)은 전극 구조(710)의 양이온 교환막(714) 및 음이온 교환막(716) 사이에 서브 전극 구조(760)를 더 포함할 수 있다. 서브 전극 구조(760)는 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 서브 전극 구조(760)는 음이온 교환막(763), 바이폴라막(765) 및 양이온 교환막(767)으로 순으로 배치될 수 있다. 따라서, 양이온 교환막(767)과 바이폴라막(765) 사이에 제1 정수 유로(720)를 음이온 교환막(763)과 바이폴라막(765) 사이에 제2 정수 유로(740)를 추가로 더 제공할 수 있다. 서브 전극 구조(760)를 포함함으로써 필터 장치(700)는 2개 이상의 pH 조절실(730)을 포함하게 된다. 이와 같이 적어도 하나 이상의 서브 전극 구조(760)를 채용함으로써 단위 시간당 처리율을 극대화할 수 있으며 다양한 종류의 오염물을 동시에 제거할 수 있다.
제1 정수 유로(720)와 여기에 충진되는 제1 흡착제(750a)는 도 1을 참조하여 설명한 필터 장치(100)의 정수 유로(20) 및 흡착제(50)와 실질적으로 동일한 기능 및 구성을 가질 수 있으며, 제2 정수 유로(740)와 여기에 충진되는 제2 흡착제(750b)는 도 8을 참조하여 설명한 필터 장치(600)의 정수 유로(640)와 흡착제(650)과 실질적으로 동일한 기능 및 구성을 가질 수 있다. 미설명된 도면 부호 702는 전압 인가 수단을, 770은 유입수의 입구를, 780은 처리수의 출구를 각각 나타낸다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 필터 장치(700)의 구동 방법을 설명하기 위한 개략도들이다. 도 11은 정수 단계를 도 12는 재생 단계를 각각 나타낸다.
도 11을 참조하면, 정수 단계에서는 필터 장치(700)에 전압을 인가하지 않고, 흡착 방식에 의해 유입수 내의 오염물들을 제거한다. 도 11에서는 유입수 내의 오염물로 유기물, 산소산 형태의 비소 이온(HxAsOyz-), 납 이온(Pb2 +) 을 예시하여 이들이 어떻게 정수되는가를 예시하고 있다. 구체적으로, 유입수의 입구(770)을 통해 제1 흡착제(750a)가 충진되어 있는 제1 정수 유로(720)에 유입수를 통과시키면 제1 흡착제(750a)에 유기물 및 산소산 형태의 비소 이온과 같은 오염물이 제1 흡착제(750a)에 흡착된다. 이어서, 제2 흡착제(750b)가 충진되어 있는 제2 정수 유로(740)에 제1 정수 유로(720)를 거친 유입수를 통과시키면 제2 흡착제(750b)에 납 이온과 같은 오염물이 흡착된 후 정수가 완료된 최종 처리수가 출구(780)를 통하여 배출된다. 도면에서는 유입수가 제1 정수 유로(720)를 먼저 통과하는 것으로 예시하였으나 그 순서에 제한받는 것은 아니다.
도 12를 참조하면, 정수 단계가 일정 시간 진행된 후, 오염물 제거 속도가 떨어지면 재생 단계를 시작한다. 재생 단계의 시작 여부 판단은 도 2를 참조하여 설명한 방식과 동일 또는 유사하게 진행할 수 있다. 전압 인가 수단(702)을 통해 음극(712)과 양극(718)에 각각 음(-)의 전압과 양(+)의 전압을 인가하면서, 유입수를 공급하여 전기화학적인 물 분해 반응이 일어나도록 한다. 도 12에서는 pH 조절실(730)에 유입수와 함께 전해질(NaCl)을 추가 공급하는 경우를 예시하고 있다. 염기성 조건이 형성되는 제1 정수 유로(720)에서는 유기물과 산소산 형태의 비소 이온이 탈착된 후 염기성수와 함께 배출된다. 산성 조건이 형성되는 제2 정수 유로(740)에서는 납 이온이 탈착된 후 산성수와 함께 배출된다. 따라서, 제1 및 제2 정수 유로(720, 740)가 인-시츄 방식으로 재생될 수 있다. 도면에는 예시하지 않았으나 탈착된 오염물과 함께 배출되는 염기성수와 산성수는 함께 혼합되어 중화되도록 하여 환경상의 문제를 저감시키도록 할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나 본 발명의 또 다른 실시예예 따른 필터 유닛(701)은 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 방식에 따라 적층형 또는 튜브형으로 변형될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 7을 참조하여 설명한 필터 장치(500)와 마찬가지로 음극(712) 및/또는 양극(718) 자체에 정수 유로가 형성되도록 변형될 수도 있다.
도 1 내지 도 12를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 필터 장치는 서로 다양한 방식으로 조합되어 다양한 형태의 필터 장치로 변형될 수 있다.
이하 실험예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
( 실험예 )
클로로포름 필터 장치 제조
상용 활성 탄소천인 CH900, 상용 양이온 교환막인 ASTOM CMX, 상용 음이온 교환막인 ASTOM AMX, 상용 활성 탄소천인 CH900을 15Ⅹ9㎠로 절취한 후, 순서대로 적층한 후 수 나사로 체결하여 필터 유닛을 제조하였다. 이후, 전압 인가 수단을 연결하여 필터 장치를 제조하였다.
클로로포름 흡착 및 재생 성능 평가
장치의 운전은 상온에서 진행하였고, 증류수에 클로로포름이 300ppb의 농도가 되도록 유입수를 준비하였다. 유입수는 2.7mL/min의 유량으로 필터 장치의 정수 유로(음극실)에 공급되었다.
시간에 따라 처리수의 잔류 클로로포름의 농도를 측정하여 클로로포름 제거능 변화를 확인하였고 클로로포름 제거능이 80% 이하로 감소하였을 때 1차 재생 단계를 수행하였다.
1차 재생 단계에서는 증류수를 정수 유로(음극실) 및 양극실에 공급하고, pH 조절실에는 전도도가 19.5mS/cm가 되도록 증류수에 NaCl을 첨가한 전해질액을 공급하였다. 증류수 및 전해질액은 5mL/min의 유량으로 공급되었다. 인가 전압은 정전압 7V를 30분간 공급하여 재생을 진행하였다.
재생 이후, 다시 300ppb의 클로로포름 유입수를 동일 속도로 통과시키면서 클로로포름 제거량을 확인하여 클로로포름 제거능 회복을 확인하였다.
다시 클로로포름 제거능이 80% 이하로 감소하였을 때 2차 재생 단계를 수행하였다.
2차 재생 단계에서는 증류수를 정수 유로(음극실) 및 양극실에 공급하고, pH 조절실에는 전도도가 19.5mS/cm가 되도록 증류수에 NaCl을 첨가한 전해질액을 공급하였다. 증류수 및 전해질액은 5mL/min의 유량으로 공급되었다. 인가 전압은 정전압 7V를 27분간 8V를 12분간 9V를 1분간 차례대로 공급하여 2차 재생을 진행하였다. 측정 결과를 도 13에 나타내었다.
도 13으로부터 인-시츄 재생으로 클로로포름 제거율이 회복됨을 알 수 있다. 또한, 재생 사이클이 반복되어도 제거능이 계속 유지됨을 확인할 수 있다.
비소 이온 필터 장치 제조
상용 활성 탄소천인 CH900에 TiOx를 담지한 재료, 상용 양이온 교환막인 ASTOM CMX, 상용 음이온 교환막인 ASTOM사의 AMX, 상용 활성 탄소천인 CH900을 15Ⅹ9㎠ 로 절취한 후, 순서대로 적층한 후 수 나사로 체결하여 필터 유닛을 제조하였다. 이후, 전압 인가 수단을 연결하여 필터 장치를 제조하였다.
비소 이온 흡착 및 재생 성능 평가
장치의 운전은 상온에서 진행하였고, 증류수에 비소 이온이 3ppm의 농도가 되도록 유입수를 준비하였다. 유입수는 10mL/min의 유량으로 필터 장치의 정수 유로(음극실)에 공급되었다.
시간에 따라 처리수의 잔류 비소 이온의 농도를 측정하여 비소 이온의 제거능 변화를 확인하였고 비소 이온의 제거능이 20%로 감소하였을 때 재생 단계를 수행하였다.
재생 단계에서는 증류수를 정수 유로(음극실) 및 양극실에 공급하고, pH 조절실에는 전도도가 19.5mS/cm가 되도록 증류수에 NaCl을 첨가한 전해질액을 공급하였다. 증류수 및 전해질액은 5mL/min의 유량으로 공급되었다. 인가 전압은 정전압 7V를 60분간 공급하여 재생을 진행하였다. 측정 결과를 도 14에 나타내었다.
도 14로부터 인-시츄 재생으로 비소 이온 제거율이 회복됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
1: 필터 유닛 2: 전압 인가 수단
10: 전극 구조 12: 음극
14: 양이온교환막 16: 음이온교환막
18: 양극 20: 정수유로
30: pH 조절실 40:양극실
50: 흡착제 501:필터 유닛
502: 전압 인가 수단 510:전극 구조
512: 음극 514: 양이온교환막
516: 음이온교환막 518: 양극
520: 정수유로 530: pH 조절실
540: 양극실 601: 필터 유닛
602: 전압 인가 수단 610:전극 구조
612: 음극 614: 양이온교환막
616: 음이온교환막 618: 양극
620: 음극실 630: pH 조절실
640: 정수유로 650: 흡착제
701: 필터 유닛 702: 전압 인가 수단
710:전극 구조 712: 음극
714: 양이온교환막 716: 음이온교환막
718: 양극 720: 제1 정수유로
730: pH 조절실 740: 제2 정수유로
750a: 제1 흡착제 750b: 제2 흡착제
760: 서브 전극 구조 763: 음이온 교환막
765: 바이폴라막 767: 양이온 교환막

Claims (20)

  1. 음극, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양극 순으로 배치된 전극 구조;
    상기 음극, 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이 및 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로; 및
    상기 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 정의되어 상기 정수 유로의 pH를 조절하는 pH 조절실을 포함하는 필터 유닛.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 양이온 교환막과 상기 음이온 교환막 사이에 적어도 하나 이상의 서브 전극 구조를 더 포함하되, 상기 서브 전극 구조는 음이온 교환막, 바이폴라막, 양이온 교환막의 순으로 배치되고, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로를 더 포함하는 필터 유닛.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 음극 및 양극은 물분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성된 필터 유닛.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 정수 유로가 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되면 상기 흡착 기능은 상기 정수 유로에 충진된 흡착제에 의해 제공되고,
    상기 정수 유로가 상기 음극과 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되면, 상기 음극과 양극은 유입수가 통과할 수 있는 유로를 구비하는 다공성 물질로 이루어지고, 상기 흡착 기능은 상기 음극과 양극의 흡착 물성 또는 상기 음극과 양극의 표면이나 내부 기공에 담지된 흡착제에 의해 제공되는 필터 유닛.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 음극과 접촉하거나 상기 음극 내에 담지된 상기 흡착제는 염기성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제인 필터 유닛.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 양극과 접촉하거나 상기 양극 내에 담지된 상기 흡착제는 산성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제인 필터 유닛
  7. 음극, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양극 순으로 배치된 전극 구조, 상기 음극, 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이 및 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로, 및 상기 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 정의되어 상기 정수 유로의 pH를 조절하는 pH 조절실을 포함하는 필터 유닛; 및
    상기 음극과 양극에 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하는 필터 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 양이온 교환막과 상기 음이온 교환막 사이에 적어도 하나 이상의 서브 전극 구조를 더 포함하되, 상기 서브 전극 구조는 음이온 교환막, 바이폴라막, 양이온 교환막의 순으로 배치되고, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로를 더 포함하는 필터 장치.
  9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서, 상기 음극 및 양극은 물분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성된 필터 장치.
  10. 제7 항 또는 제8 항에 있어서, 상기 정수 유로가 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되면 상기 흡착 기능은 상기 정수 유로에 충진된 흡착제에 의해 제공되고,
    상기 정수 유로가 상기 음극과 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되면, 상기 음극과 양극은 유입수가 통과할 수 있는 유로를 구비하는 다공성 물질로 이루어지고, 상기 흡착 기능은 상기 음극과 양극의 흡착 물성 또는 상기 음극과 양극의 표면이나 내부 기공에 담지된 흡착제에 의해 제공되는 필터 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 음극과 접촉하거나 상기 음극 내에 담지된 상기 흡착제는 염기성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제인 필터 장치.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 양극과 접촉하거나 상기 양극 내에 담지된 상기 흡착제는 산성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제인 필터 장치.
  13. 전압 인가 없이, 음극, 양이온 교환막, 음이온 교환막, 양극 순으로 배치된 전극 구조, 상기 음극, 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이 및 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로, 및 상기 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 정의되어 상기 정수 유로의 pH를 조절하는 pH 조절실을 포함하는 필터 유닛의 상기 정수 유로에 유입수를 통과시켜 정수하는 단계; 및
    상기 음극과 양극에 전압을 인가하고, 상기 전극 구조 내부 전체에 물을 공급하여 상기 정수 유로를 재생시키는 재생 단계를 포함하는 필터 장치의 구동 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 양이온 교환막과 상기 음이온 교환막 사이에 적어도 하나 이상의 서브 전극 구조를 더 포함하되, 상기 서브 전극 구조는 음이온 교환막, 바이폴라막, 양이온 교환막의 순으로 배치되고, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되고 흡착기능을 포함하는 정수 유로를 더 포함하는 필터 장치의 구동 방법.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서, 상기 음극 및 양극은 물분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성된 필터 장치의 구동 방법.
  16. 제13 항 또는 제14 항에 있어서, 상기 정수 유로가 상기 음극과 양이온 교환막 사이, 상기 음이온 교환막과 양극 사이, 상기 음이온 교환막과 상기 바이폴라막 사이 및 상기 바이폴라막과 상기 양이온 교환막 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되면 상기 흡착 기능은 상기 정수 유로에 충진된 흡착제에 의해 제공되고,
    상기 정수 유로가 상기 음극과 상기 양극 중 적어도 어느 하나에 형성되면, 상기 음극과 양극은 유입수가 통과할 수 있는 유로를 구비하는 다공성 물질로 이루어지고, 상기 흡착 기능은 상기 음극과 양극의 흡착 물성 또는 상기 음극과 양극의 표면이나 내부 기공에 담지된 흡착제에 의해 제공되는 필터 장치의 구동 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 음극과 접촉하거나 상기 음극 내에 담지된 상기 흡착제는 염기성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제인 필터 장치의 구동 방법.
  18. 제16 항에 있어서, 상기 양극과 접촉하거나 상기 양극 내에 담지된 상기 흡착제는 산성 조건하에서 오염물이 탈착될 수 있는 흡착제인 필터 장치의 구동 방법.
  19. 제 13항에 있어서, 상기 전압은 상기 음극 및 양극에서 물분해를 유도할 수 있는 전압인 필터 장치의 구동 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 재생 단계시 상기 pH 조절실에는 pH 조절에 필요한 이온을 제공할 수 있는 전해질을 공급하는 필터 장치의 구동 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101537476B1 (ko) * 2014-05-16 2015-07-17 한국기계연구원 이온 필터 및 이온 필터의 제작방법
WO2017086657A1 (ko) * 2015-11-19 2017-05-26 코웨이 주식회사 탈이온 필터 장치 및 탈이온 필터 장치를 포함하는 수처리
US9771282B2 (en) 2014-02-10 2017-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Composition for electrode of capacitive deionization apparatus, and electrode including same
US10815136B2 (en) 2015-11-19 2020-10-27 Coway Co., Ltd Deionization filter device and water treatment device comprising deionization filter device

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013211935A1 (de) * 2013-06-24 2014-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Trennung von verschiedenartigen Seltenerdelementionen in flüssiger Lösung
DE102014111393A1 (de) * 2014-08-11 2016-02-11 Ovivo Luxembourg S.À.R.L. Verfahren zur In-situ-Regenerierung von mit Trihalomethanen beladenen Aktivkohlen durch alkalische Hydrolyse
EP3274299A1 (en) * 2015-03-26 2018-01-31 Koninklijke Philips N.V. Controlling regeneration of an electrode in unidirectional ph adjustment of water
AU2017401795B2 (en) * 2017-03-01 2021-07-08 General Electric Company Spiral wound bipolar electrodialysis cell
US10849340B2 (en) * 2018-07-10 2020-12-01 Louise Wilkie Humic and fulvic mineral extraction method and beverage for human consumption
KR102341422B1 (ko) * 2019-09-25 2021-12-17 이피엔워터 주식회사 스케일 제거장치가 구비된 반도체용 스크라바
US20230097537A1 (en) * 2020-02-20 2023-03-30 National University Of Singapore A sequential reactor for adsorption of pollutants onto activated carbon and electrochemical regeneration of the activate
CN113401986A (zh) * 2020-03-16 2021-09-17 佛山市云米电器科技有限公司 滤芯、分离装置及处理设备
CN112337433B (zh) * 2020-11-09 2023-04-07 江西理工大学 一种可再生除镉剂的制备方法及应用和再生方法
EP4039655A1 (fr) * 2021-02-05 2022-08-10 Université Gustave Eiffel Réacteur permettant la filtration en continu d'un fluide en écoulement à travers un filtre et avec une régénération électrochimique in situ du filtre
CN114538674A (zh) * 2021-04-23 2022-05-27 东莞市盛德电解设备科技有限公司 一种电镀漂洗水的回用处理工艺

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55159893A (en) 1979-05-31 1980-12-12 Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd Remover for ammonium ion in water
US5211823A (en) * 1991-06-19 1993-05-18 Millipore Corporation Process for purifying resins utilizing bipolar interface
US5868915A (en) * 1996-09-23 1999-02-09 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
JP3079257B2 (ja) 1997-08-07 2000-08-21 工業技術院長 ヒ素イオンの吸着除去方法
US6589405B2 (en) 2000-05-15 2003-07-08 Oleh Weres Multilayer oxide coated valve metal electrode for water purification
JP2003080065A (ja) 2001-09-06 2003-03-18 Asahi Kasei Corp 液相吸着活性炭の再生装置及び吸着物質の回収方法
US7473369B2 (en) 2002-02-14 2009-01-06 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology Methods of preparing a surface-activated titanium oxide product and of using same in water treatment processes
JP3864891B2 (ja) * 2002-07-01 2007-01-10 栗田工業株式会社 電気式脱イオン装置
KR100521628B1 (ko) 2003-05-30 2005-10-12 웅진코웨이주식회사 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기
US7604725B2 (en) 2003-11-13 2009-10-20 Siemens Water Technologies Holding Corp. Water treatment system and method
US7329358B2 (en) * 2004-05-27 2008-02-12 Siemens Water Technologies Holding Corp. Water treatment process
JP2007332537A (ja) 2006-06-12 2007-12-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd トイレ装置
CN100413593C (zh) 2006-12-22 2008-08-27 南京大学 吸附树脂的原位电再生工艺
US20100133115A1 (en) * 2007-03-13 2010-06-03 Siemens Water Technologies Corp. Devices and methods for acid and base generation
US20090008267A1 (en) 2007-07-05 2009-01-08 Giovanni Del Signore Process and method for the removal of arsenic from water
KR20110019573A (ko) 2009-08-20 2011-02-28 삼성전자주식회사 전기 흡착 탈이온 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9771282B2 (en) 2014-02-10 2017-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Composition for electrode of capacitive deionization apparatus, and electrode including same
KR101537476B1 (ko) * 2014-05-16 2015-07-17 한국기계연구원 이온 필터 및 이온 필터의 제작방법
WO2017086657A1 (ko) * 2015-11-19 2017-05-26 코웨이 주식회사 탈이온 필터 장치 및 탈이온 필터 장치를 포함하는 수처리
US10815136B2 (en) 2015-11-19 2020-10-27 Coway Co., Ltd Deionization filter device and water treatment device comprising deionization filter device

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