KR20200078981A - 저비용 수처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 정화될 유체가 저장되는 원수 탱크와, 상기 원수 탱크에 저장된 유체를 펌핑하여 샌드 필터부로 공급하기 위한 가압 펌프와, 상기 샌드 필터부로 공급되는 유체의 유속을 제어하기 위한 유량계와, 상기 원유 탱로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 샌드 필터부와, 상기 샌드 필터부를 통과한 유체를 정화하기 위한 카본 필터부와, 상기 카본 필터부를 통과한 유체가 저장되는 저장 탱크와, 상기 저장 탱크로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 세라믹 필터부와, 상기 세라믹 필터부를 통과한 정화수를 저장하기 위한 정화수 저장조를 포함하는 수처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 음용수, 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있고, 필터 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있고, 수처리 비용이 적게 들며, 세척이 용이할 수 있다.
Description
본 발명은 저비용으로 물을 정화하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있고, 필터 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있고, 수처리 비용이 적게 들며, 세척이 용이한 수처리 장치에 관한 것이다.
지구온난화와 급격한 인구증가로 전 세계적으로 물 부족이라는 심각한 문제가 발생하고 있으며, 특히 개발도상국 등의 급격한 성장에 따른 물 수요 증가로 물 부족이 심화되고 있다.
아시아 국가들은 인구분포(59%)에 비하여 가용 수자원량(35%)이 적고, 수자원 공급이나 위생시설 측면에서도 상대적으로 낙후되어 물 스트레스가 심한 것으로 조사되었다.
저 개발국가의 경우, 정수기는 가격이 높고 전력부족으로 도입에 어려움이 있다. 따라서, 점토, 규석과 같은 천연 원료를 이용한 정수시스템의 개발로 물부족 지역 주민에게 식수 제공이 요구되고 있다.
그러나, 정수기의 핵심 부품인 필터의 경우 사용 시간에 따라 성능저하로 교체가 필요하며, 해당국가에서 출토되는 천연원료를 이용한 저가의 필터 제조기술을 전수하여 지속적인 사용이 가능하도록 지원할 필요가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0872340호는 보조 역삼투막 필터를 포함하는 정수장치를 제시하고 있다. 그러나, 대한민국 등록특허공보 제10-0872340호에서 제시하는 정수장치는 전처리 필터, 역삼투막 필터 및 보조 역삼투막 필터 등이 필요하며, 이러한 필터들은 구입하기가 쉽지 않고, 자주 교체하여야 하는 번거로움이 있으며, 교체 비용이 많이 들고, 일반 사용자가 직접 교체하기에는 어려움이 따르는 등의 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있고, 필터 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있고, 수처리 비용이 적게 들며, 세척이 용이한 수처리 장치를 제공함에 있다.
본 발명은, 정화될 유체가 저장되는 원수 탱크와, 상기 원수 탱크에 저장된 유체를 펌핑하여 샌드 필터부로 공급하기 위한 가압 펌프와, 상기 샌드 필터부로 공급되는 유체의 유속을 제어하기 위한 유량계와, 상기 원유 탱로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 샌드 필터부와, 상기 샌드 필터부를 통과한 유체를 정화하기 위한 카본 필터부와, 상기 카본 필터부를 통과한 유체가 저장되는 저장 탱크와, 상기 저장 탱크로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 세라믹 필터부와, 상기 세라믹 필터부를 통과한 정화수를 저장하기 위한 정화수 저장조를 포함하는 수처리 장치를 제공한다.
상기 샌드 필터부는 왕사, 상기 왕사보다 작은 입자 크기를 갖는 중사, 상기 중사보다 작은 입자 크기를 갖는 세사가 순차적으로 충진되어 있는 필터를 포함할 수 있다.
상기 왕사는 2∼5㎜의 입자 크기를 갖는 모래이고, 상기 중사는 0.8∼1.2㎜의 입자 크기를 갖는 모래이며, 상기 세사는 0.45∼0.7㎜의 입자 크기를 갖는 모래인 것이 바람직하다.
상기 세사는 KMnO4로 코팅되어 있는 모래를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 왕사 하부에 스트레이너(strainer)가 구비되어 있을 수 있다.
상기 탄소 필터부는 활성탄으로 충진되어 있는 필터를 포함할 수 있다.
상기 활성탄 하부에 스트레이너(strainer)가 구비되어 있을 수 있다.
상기 세라믹 필터부는 상기 저장 탱크로부터 공급된 유체를 저장하기 위한 저장조와, 상기 저장조 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터와, 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관을 대면하게 끼워져서 상기 정화수 인출관이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 상기 정화수 인출관에 연통되어 상기 정화수 인출관으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 컬렉터와, 상기 저장조 일측에 설치되고 상기 컬렉터에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관과, 상기 정화수 배출관 내의 압력을 감압하여 정화수를 정화수 저장조로 배출하기 위한 감압 펌프를 포함할 수 있다.
상기 몸체부는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 몸체부의 기공율은 40∼70% 범위를 이루는 것이 바람직하다.
상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성되어 있고, 상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출되며, 상기 정화수 인출관 사이의 이격거리는 동일하게 구비된 것이 바람직하다.
상기 평관형 세라믹 필터는 상기 저장조 내에 복수 개가 구비되어 있을 수 있고, 이에 대응되게 상기 컬렉터도 복수 개가 구비될 수 있으며, 각각의 상기 컬렉터와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 컬렉트 파이프가 구비되어 있을 수 있고, 상기 컬렉트 파이프는 상기 정화수 배출관에 연통되게 구비되어 있을 수 있다.
상기 세라믹 필터부는 세척 시에 저장조 배출관 내의 압력을 가압하여 유체가 상기 컬렉터로 밀려 들어가게 하기 위한 압력 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 수처리 장치에 의하면, 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 유체를 효율적으로 정화할 수 있고, 필터 교체가 용이하여 사용자가 쉽게 교체할 수 있고, 수처리 비용이 적게 들며, 세척이 용이하다.
세라믹 필터부는 가압식이 아닌 감압식이므로 저개발국가에서도 저가에 세라믹 필터부를 제작할 수 있는 장점이 있고, 고농도 오염수 처리에 효과적이며, 역세척이 가능하고, 평관형 세라믹 필터의 오염시에 직접 꺼내서 스펀지나 고압 물세척도 가능할 수 있다.
본 발명의 수처리 장치는 적정기술(appropriate technology)의 일환으로 저개발국가에 대한 지원이 가능하고, 저개발 국가에 보급하게 되면 콜레라와 이질 같은 수인성 질병에 노출되어 있는 저개발 지역민에게 깨끗한 음용수를 제공할 수 있으며, 현지에서 확보되는 원료의 사용으로 저가화가 가능하고, 저개발국 지원으로 국가의 위상이 재고될 수 있으며, 국가간 협력이 강화될 수 있다.
도 1은 일 예에 따른 평관형 세라믹 필터의 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2는 일 예에 따른 평관형 세라믹 필터의 모습을 보여주는 사진이다.
도 3은 몸체부 외곽 표면에 은(Ag) 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 몸체부 외곽 표면에 TiO2 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 5는 몸체부 외곽 표면에 폴리머 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 몸체부 외곽 표면에 Al2O3 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 일 예에 따른 샌드 필터부를 도시한 도면이다.
도 9는 일 예에 따른 세라믹 필터부를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 일 예에 따른 세라믹 필터부를 보여주는 사진이다.
도 13 및 도 14는 7개의 평관형 세라믹 필터가 장착된 모습을 보여주는 도면이다.
도 15는 평관형 세라믹 필터를 이용한 정화 시에 감압 펌프에 의한 물(H2O)의 흐름 방향을 보여주는 도면이다.
도 16은 평관형 세라믹 필터를 탁도가 100 NTU(Nephelometric Turbidity Unit)로 오염된 표준 테스트 원수를 이용하여 감압 방식으로 시간에 따른 여과량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17은 평관형 세라믹 필터를 이용한 세척(역세척) 시에 압력 펌프에 의한 물(H2O)의 흐름 방향을 보여주는 도면이다.
도 18은 여과시간이 6시간 경과한 후에 여과를 위한 감압 펌프 작동을 중지하고 여과의 반대방향으로 깨끗한 물을 3 기압의 압력 펌프를 이용하여 평관형 세라믹 필터의 컬렉터 쪽으로 밀어 넣어 역세척을 시행하여 플럭스(flux) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 일 예에 따른 평관형 세라믹 필터의 모습을 보여주는 사진이다.
도 3은 몸체부 외곽 표면에 은(Ag) 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 몸체부 외곽 표면에 TiO2 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 5는 몸체부 외곽 표면에 폴리머 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 몸체부 외곽 표면에 Al2O3 코팅막이 형성된 평관형 세라믹 필터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 일 예에 따른 샌드 필터부를 도시한 도면이다.
도 9는 일 예에 따른 세라믹 필터부를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 12는 일 예에 따른 세라믹 필터부를 보여주는 사진이다.
도 13 및 도 14는 7개의 평관형 세라믹 필터가 장착된 모습을 보여주는 도면이다.
도 15는 평관형 세라믹 필터를 이용한 정화 시에 감압 펌프에 의한 물(H2O)의 흐름 방향을 보여주는 도면이다.
도 16은 평관형 세라믹 필터를 탁도가 100 NTU(Nephelometric Turbidity Unit)로 오염된 표준 테스트 원수를 이용하여 감압 방식으로 시간에 따른 여과량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17은 평관형 세라믹 필터를 이용한 세척(역세척) 시에 압력 펌프에 의한 물(H2O)의 흐름 방향을 보여주는 도면이다.
도 18은 여과시간이 6시간 경과한 후에 여과를 위한 감압 펌프 작동을 중지하고 여과의 반대방향으로 깨끗한 물을 3 기압의 압력 펌프를 이용하여 평관형 세라믹 필터의 컬렉터 쪽으로 밀어 넣어 역세척을 시행하여 플럭스(flux) 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치는, 정화될 유체가 저장되는 원수 탱크와, 상기 원수 탱크에 저장된 유체를 펌핑하여 샌드 필터부로 공급하기 위한 가압 펌프와, 상기 샌드 필터부로 공급되는 유체의 유속을 제어하기 위한 유량계와, 상기 원유 탱로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 샌드 필터부와, 상기 샌드 필터부를 통과한 유체를 정화하기 위한 카본 필터부와, 상기 카본 필터부를 통과한 유체가 저장되는 저장 탱크와, 상기 저장 탱크로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 세라믹 필터부와, 상기 세라믹 필터부를 통과한 정화수를 저장하기 위한 정화수 저장조를 포함한다.
상기 샌드 필터부는 왕사, 상기 왕사보다 작은 입자 크기를 갖는 중사, 상기 중사보다 작은 입자 크기를 갖는 세사가 순차적으로 충진되어 있는 필터를 포함할 수 있다.
상기 왕사는 2∼5㎜의 입자 크기를 갖는 모래이고, 상기 중사는 0.8∼1.2㎜의 입자 크기를 갖는 모래이며, 상기 세사는 0.45∼0.7㎜의 입자 크기를 갖는 모래인 것이 바람직하다.
상기 세사는 KMnO4로 코팅되어 있는 모래를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 왕사 하부에 스트레이너(strainer)가 구비되어 있을 수 있다.
상기 탄소 필터부는 활성탄으로 충진되어 있는 필터를 포함할 수 있다.
상기 활성탄 하부에 스트레이너(strainer)가 구비되어 있을 수 있다.
상기 세라믹 필터부는 상기 저장 탱크로부터 공급된 유체를 저장하기 위한 저장조와, 상기 저장조 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터와, 상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관을 대면하게 끼워져서 상기 정화수 인출관이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 상기 정화수 인출관에 연통되어 상기 정화수 인출관으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 컬렉터와, 상기 저장조 일측에 설치되고 상기 컬렉터에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관과, 상기 정화수 배출관 내의 압력을 감압하여 정화수를 정화수 저장조로 배출하기 위한 감압 펌프를 포함할 수 있다.
상기 몸체부는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 몸체부의 기공율은 40∼70% 범위를 이루는 것이 바람직하다.
상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성되어 있고, 상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출되며, 상기 정화수 인출관 사이의 이격거리는 동일하게 구비된 것이 바람직하다.
상기 평관형 세라믹 필터는 상기 저장조 내에 복수 개가 구비되어 있을 수 있고, 이에 대응되게 상기 컬렉터도 복수 개가 구비될 수 있으며, 각각의 상기 컬렉터와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 컬렉트 파이프가 구비되어 있을 수 있고, 상기 컬렉트 파이프는 상기 정화수 배출관에 연통되게 구비되어 있을 수 있다.
상기 세라믹 필터부는 세척 시에 저장조 배출관 내의 압력을 가압하여 유체가 상기 컬렉터로 밀려 들어가게 하기 위한 압력 펌프를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치에 사용되는 평관형 세라믹 필터를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치에 사용되는 평관형 세라믹 필터(105)는 다공성에 의해 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하고, 정화된 물이 이동하는 통로를 제공한다. 상기 평관형 세라믹 필터(105)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 평관 형상을 가질 수 있다. 평관형 세라믹 필터(105)는 다공성으로 이루어져 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 유체에 함유된 불순물을 걸러내는 역할을 하는 몸체부(105a)와, 상기 유체가 몸체부(105a)를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 하는 빈 공간으로 이루어진 복수 개의 정화수 인출관(105b)을 포함한다.
평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a)는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 물질로 이루어지며, 예컨대 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 유체에 함유된 불순물을 효과적으로 걸러내기 위하여 몸체부(105a)의 기공율은 40% 이상(예컨대, 40∼70%)인 것이 바람직하며, 기공율이 너무 낮은 경우에는 필터링 효율이 낮을 수 있고, 기공율이 너무 높은 경우에는 몸체부(105a)의 강도가 약화되어 쉽게 부서지거나 깨질 수 있다. 몸체부(105a) 내의 기공 크기는 수처리의 용도에 따라 적절한 크기를 갖는다. 예컨대, 마이크로필트레이션(microfiltration; MF)을 위한 용도에는 0.05∼10㎛ 정도의 기공 크기를 갖고, 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF)을 위한 용도에는 50㎚ 미만의 크기를 갖고, 나노필트레이션(nanofiltration; NF)을 위한 용도에는 10㎚ 미만의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 마이크로필트레이션(MF)은 주로 상수로용으로 사용되고, 나노필트레이션(NF)은 주로 폐수처리용으로 사용된다.
복수 개의 정화수 인출관(105b)은 평관형 세라믹 필터(105)의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성된다. 정화수 인출관(105b)은 빈 공간으로 이루어져 몸체부(105a)를 거치면서 정화된 물이 이동하는 통로 역할을 한다. 정화수 인출관(105b)은 서로 이격되게 구비된다. 정화수 인출관(105b) 사이의 이격거리는 동일한 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 평관형 세라믹 필터(105)의 평관 형상에서 정화수 인출관(105b)의 단면은 도 1에 도시된 바와 같이 사각형으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원형, 타원형, 오각형, 육각형 등의 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 정화수 인출관(105b)은 평관형 세라믹 필터(105)의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a) 외곽 표면에는 항균 등을 위한 은(Ag) 코팅막(105c)이 형성되어 있을 수 있다. 은(Ag) 코팅막(105c)은 정화수 인출관(105b)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(105a)의 외곽 표면에 은(Ag) 코팅막(105c)이 구비됨으로써 항균 작용을 기대할 수 있다. 은(Ag) 코팅막(105c)은 10㎚∼5㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a) 외곽 표면에 친수성 또는 광촉매를 위한 TiO2 코팅막(105d)이 형성되어 있을 수 있다. TiO2 코팅막(105d)은 정화수 인출관(105b)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(105a)의 외곽 표면에 TiO2 코팅막(105d)이 구비됨으로써 산화력이 커서 항균 작용이 크고, 악취 제거 및 살균 작용도 기대할 수 있다. TiO2 코팅막(105d)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a) 외곽 표면에 소수성 또는 친수성을 위한 폴리머 코팅막(105e)이 형성되어 있을 수 있다. 폴리머 코팅막(105e)은 정화수 인출관(105b)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(105a)의 외곽 표면에 폴리머 코팅막(105e)이 구비됨으로써 유체와 함께 유입된 오일(oil) 성분을 필터링할 수 있는 장점이 있다. 폴리머 코팅막(105e)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a) 외곽 표면에 평관형 세라믹 필터(105)의 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등을 위한 Al2O3 코팅막(105f)이 형성되어 있을 수 있다. Al2O3 코팅막(105f)은 정화수 인출관(105b)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 몸체부(105a)의 외곽 표면에 Al2O3 코팅막(105f)이 구비됨으로써 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등의 용도에 적합하게 사용할 수 있다. 예컨대, Al2O3 코팅막(105f)의 기공 크기를 마이크로필트레이션(microfiltration; MF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있고, Al2O3 코팅막(105f)의 기공 크기를 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있으며, Al2O3 코팅막(105f)의 기공 크기를 나노필트레이션(nanofiltration; NF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있으며, 이와 같은 Al2O3 코팅막(105f)의 기공 크기를 용도에 적합하게 형성하여 불순물을 필터링할 수 있는 장점이 있다. Al2O3 코팅막(105f)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
도시되지는 않았지만, 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a) 외곽 표면에 친수성을 위한 SiO2 코팅막이 형성되어 있을 수 있다. 상기 SiO2 코팅막은 정화수 인출관(105b)을 형성하는 관로에는 형성되기 않고 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 SiO2 코팅막은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 구비되는 것이 바람직하다.
이하에서, 평관형 세라믹 필터(105)의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
평관형 세라믹 필터(105)를 제조하기 위하여 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2), SiC 중에서 선택된 1종 이상의 분말과 유기 바인더를 포함하는 출발원료를 준비한다.
제조되는 평관형 세라믹 필터(105)의 기공율, 기공 크기, 강도 등을 고려하여 상기 분말은 0.01∼20㎛인 정도의 평균입경을 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바인더는 폴리비닐알콜(polyvinyl alchol; PVA), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol; PEG) 등을 사용할 수 있다.
상기 출발원료에 기공형성제를 첨가하여 혼합할 수도 있다. 상기 기공형성제로는 셀룰로오스(cellulose), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA), 흑연(graphite)과 같은 탄소계 소재 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 기공형성제는 출발원료 100중량부에 대하여 0.1∼20중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 출발원료를 혼합하며, 상기 혼합을 볼밀링 등의 공정을 이용할 수 있다. 이하 볼밀링에 의한 혼합 공정을 구체적으로 설명한다. 출발원료를 용매와 함께 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하여 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 상기 출발원료를 기계적으로 혼합한다. 상기 볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹 재질의 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절한다. 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 10분∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀링에 의해 출발원료는 균일한 입자 크기 분포를 가지면서 혼합되게 된다.
혼합이 이루어진 출발원료를 원하는 형태로 성형하고 건조한다. 상기 성형은 압출 성형, 프레스(press) 성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. 상기 성형에 의해 평관형 세라믹 필터(105)가 몸체부(105a)와 정화수 인출관(105b)을 포함하는 평관 형상을 갖도록 한다. 상기 건조 공정은 60∼150℃ 오븐에서 1∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
성형된 결과물을 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입하고 소성 공정을 수행한다. 상기 소성 공정은 1100∼1600℃ 정도의 소성 온도에서 10분∼48시간 정도 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소성 온도까지는 1∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 온도를 올리는 것이 바람직하다. 상기 소성은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다. 소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 소성된 결과물을 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 소성 공정에서 유기물 성분은 300∼400℃의 온도가 되면 태워져 없어지게 되며, 소성 온도는 유기물 성분이 타는 온도보다 높은 온도에서 이루어지므로 소성 공정이 완료되면 유기물 성분은 모두 제거되게 되며, 유기 바인더나 기공형성제가 위치하는 공간과, 분말과 분말 사이의 공간은 기공을 이루고 소성 공정을 거친 소성체는 다공성을 띠게 된다.
이와 같이 제조된 평관형 세라믹 필터(105)에 대하여 항균 등을 위해 몸체부(105a)의 표면에 은(Ag) 코팅막(105c)을 형성할 수 있다. 은(Ag) 코팅막(105c)은 은(Ag) 분말을 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(105a)의 외곽 표면에 코팅하고 400∼700℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 은(Ag) 코팅막(105c)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. 은(Ag) 코팅막(105c)은 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(105b)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 은(Ag) 코팅막(105c)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 은(Ag) 코팅막(105c)은 10㎚∼5㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 몸체부(105a)의 표면에 친수성막을 형성하거나 광촉매를 위해 TiO2 코팅막(105d)을 형성할 수 있다. TiO2 코팅막(105d)은 TiO2 전구체를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)로부터 제조된 코팅액을 몸체부(105a)의 외곽 표면에 코팅하고 400∼1200℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 상기 TiO2 전구체는 티타늄테트라이소프록사이드{Titanium Tetra isoproxide(TTIP, Ti(OC3H7)4)}, 티타늄메톡사이드(titanium methoxide), 티타늄에톡사이드(titanium ethoxide), 티타늄프로폭사이드(titanium propoxide), 티타늄부톡사이드(titanium butoxide) 등 일 수 있다. TiO2 코팅막(105d)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. TiO2 코팅막(105d)은 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(105b)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 TiO2 코팅막(105d)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. TiO2 코팅막(105d)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 몸체부(105a)의 표면에 소수성막 또는 친수성막을 형성하기 위해 폴리머 코팅막(105e)을 형성할 수 있다. 폴리머 코팅막(105e)은 폴리머를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(105a)의 외곽 표면에 코팅하고 폴리머의 용융온도보다 낮은 100∼250℃ 정도의 온도에서 경화를 위한 열처리하여 수행할 수 있다. 폴리머 코팅막(105e)은 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(105b)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 폴리머 코팅막(105e)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 폴리머는 친수성을 나타내는 트리에녹시실란(triehoxysilnane), 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane), 이들의 혼합물 등이나, 소수성을 나타내는 퍼플루오로데실트리에녹시실란(perfluorodecyltriethoxysilane), n-부틸 포스포닉산(n-butyl phosphonic acid), 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 몸체부(105a)의 외곽 표면에 폴리머 코팅막(105e)을 형성함으로써 유체와 함께 유입된 오일(oil) 성분을 필터링할 수 있는 장점이 있다. 폴리머 코팅막(105e)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 평관형 세라믹 필터(105)의 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등을 위해 몸체부(105a)의 표면에 Al2O3 코팅막(105f)을 형성할 수 있다. Al2O3 코팅막(105f)은 Al2O3 전구체를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(105a)의 외곽 표면에 코팅하고 500∼1300℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 상기 Al2O3 전구체는 알루미늄 트리세크부톡사이드(Al(OC4H9)3), 알루미늄 이소프로폭사이드aluminum isopropoxide), 베마이트( Boehmite) 등일 수 있다. Al2O3 코팅막(105f)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. Al2O3 코팅막(105f)은 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(105b)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 Al2O3 코팅막(105f)의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 몸체부(105a)의 외곽 표면에 Al2O3 코팅막(105f)을 형성함으로써 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF) 등의 용도에 적합하게 사용할 수 있다. 예컨대, 형성되는 Al2O3 코팅막(105f)의 기공 크기를 마이크로필트레이션(microfiltration; MF), 울트라필트레이션(ultrafiltration; UF), 나노필트레이션(nanofiltration; NF)의 용도에 맞게 형성할 수가 있으며, Al2O3 코팅막(105f)의 기공 크기를 용도에 적합하게 형성하여 불순물을 필터링할 수 있는 장점이 있다. Al2O3 코팅막(105f)은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a)의 표면에 SiO2 코팅막을 형성할 수도 있다. 상기 SiO2 코팅막은 SiO2 전구체를 포함하는 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)를 몸체부(105a)의 외곽 표면에 코팅하고 500∼1300℃ 정도의 온도에서 열처리하거나, 증착하여 형성할 수 있다. 상기 SiO2 전구체는 TEOS(tetraethly orthosilicate) 등일 수 있다. Al2O3 코팅막(105f)의 형성 방법은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다. 상기 SiO2 코팅막은 몸체부(105a)의 외곽 표면에만 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해 정화수 인출관(105b)은 페이스트, 현탁액(suspension) 또는 콜로이드(colloid)가 유입되지 않게 마개 등으로 막고 SiO2 코팅막의 형성 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 상기 SiO2 코팅막은 100㎚∼10㎛ 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 8은 일 예에 따른 샌드 필터부를 도시한 도면이며, 도 9는 일 예에 따른 세라믹 필터부를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다. 도 10 내지 도 12는 일 예에 따른 세라믹 필터부를 보여주는 사진이다.
도 7 내지 도 12를 참조하면, 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 정화될 유체가 저장되는 원수 탱크(10)와, 원수 탱크(10)에 저장된 유체를 펌핑하여 샌드 필터부(40)로 공급하기 위한 가압 펌프(20)와, 샌드 필터부(40)로 공급되는 유체의 유속을 제어하기 위한 유량계(30)와, 원수 탱크(10)로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 샌드 필터부(40)와, 샌드 필터부(40)를 통과한 유체를 정화하기 위한 카본 필터부(50)와, 카본 필터부(50)를 통과한 유체가 저장되는 저장 탱크(60)와, 저장 탱크(60)로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 세라믹 필터부(100)와, 세라믹 필터부(100)를 통과한 정화수를 저장하기 위한 정화수 저장조(200)를 포함한다.
원수 탱크(10)는 폐수, 오수, 오염된 음용수 등의 정화될 유체가 저장되는 공간을 제공한다.
가압 펌프(20)는 원수 탱크(10)에 저장된 유체를 샌드 필터부(40)로 펌핑하는 역할을 한다.
상기 샌드 필터부(Sand filter)(40)는 왕사를 채운 후, 중사를 채우고, 세사를 충진한 필터를 사용할 수 있다. 예컨대, 왕사를 스트레이너(strainer) 위쪽 200 mm 높이 까지 왕사를 채운 후, 중사를 200mm 채우고, 세사를 700 mm 높이로 충진하여 사용할 수 있다. 샌드 필터부(40)의 하부에는 스트레이너(strainer)(또는 체)가 구비될 수도 있다. 스트레이너(strainer)는 모래 입자들이 유속의 흐름에 따라 탱크에서 빠져 나오는 것을 막는 역할을 한다. 상기 세사가 채워진 영역 보다 상층부는 빈 공간(empty space)으로 두는 것이 바람직하다.
상기 세사는 모래 입자에 KMnO4를 코팅한 것을 사용할 수 있다. KMnO4를 코팅하게 되면, Fe, Mn 등을 제거함과 동시에 미세 입자도 제거하는 효과가 높아질 수 있다.
상기 샌드 필터부(40) 전단에 유량계(30)를 설치하는 것이 바람직하다. 유량계(30) 설치를 하는 목적은 여과시 탱크 내 유입되는 유량을 일정하게 유지해주는 것과, 역세 시 유량이 여과시의 유량을 높게(예컨대, 1.5배) 설정해주는 목적이 있다. 유량계(40) 전단에 조절 밸브를 달아 밸브의 개폐 정도에 따라 유량을 조절할 수도 있다.
샌드 필터부(40)의 충진 방식 예를 아래의 표 1에 나타내었다.
| 구 분 | particle size | 충진 높이 | ||
| 상층: 세사 | 0.45~0.7 | mm | 600 | mm |
| 중층 : 중사(middle sand) | 0.8~1.2 | mm | 200 | mm |
| 하층 : 왕사(coarse sand) | 2~5 | mm | 200 | mm |
카본 필터부(Carbon filter)(50)는 샌드 필터부(40)를 통과한 물의 압력으로 가압하는 방식을 채택한다. 일반적으로 샌드 필터부(40)를 통과하면서 물의 압력은 0.5 kgf/cm2 정도 감소한다. 일반적으로 가압 펌프(20)는 2~3 kgf/cm2 압력이 작용할 수 있게 선정하기에 샌드 필터부(40)를 통과한 물을 카본 필터부(50)로 바로 유입시켜도 카본 필터부(50)를 통과할 수 있는 충분한 압력을 제공한다. 카본 필터부(50)를 통과한 후 물의 압력 감소는 정상적인 상태에서 0.5 kgf/cm2 정도이다.
카본 필터부(50)의 안에 카본(carbon) 여재를 충진하는 방식은 다음과 같다. 탱크 하부에 장착되는 스트레이너(strainer)가 카본 여재의 입자보다 작은 간극으로 형성되어 있는 경우는 카본 여재만 충진하고, 탱크 하부에 장착되어 있는 스트레이너(strainer)의 간극이 여재의 입자보다 큰 간극으로 형성되어 있는 경우 스트레이너 보다 높게 왕사를 우선 충진하고, 카본 여재를 충진한다. 만약 탱크의 높이가 여재 충진 높이와 필수적으로 확보되어야 하는 여유공간 높이의 합 보다 작으면 카본 여재의 충진 높이를 600 ~ 900 mm 범위 사이에서 선택하면 된다. 입자형 카본 여재의 크기는 8~12 mesh (1.7~2.36 mm) 정도인 것이 바람직하다.
상기 카본 여재로 사용되는 활성탄(Activated carbon)은 제조 공정에서 Na(OH)가 잔류되는 경우가 있다. 충분히 수세 및 여과수를 통과 후 수질 검사를 하는데, 알칼리도가 갑자기 높아질 수 있다. 이 경우는 충분한 역세, 린스 공정을 수행한 후, 정수를 진행하는 것이 바람직하다.
카본 필터부(50)도 샌드 필터부(40)와 마찬가지로 가압 펌프(20)에 의한 가압을 이용하는 관계로 샌드 필터부(40) 전단의 유량계(30)를 보며 유량을 조절하여 여과와 역세를 실시할 수 있다.
세라믹 필터부(100)는 저장 탱크(60)로부터 공급된 유체를 저장하기 위한 저장조(110)와, 저장조(110) 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터(105)와, 평관형 세라믹 필터(105)의 정화수 인출관(105b)을 대면하게 끼워져서 정화수 인출관(105b)이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 정화수 인출관(105b)에 연통되어 정화수 인출관(105b)으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 컬렉터(collector)(130), 저장조(110) 일측에 설치되고 컬렉터(130)에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관(140) 및 정화수 배출관(140) 내의 압력을 감압하여 정화수를 정화수 저장조(200)로 배출하기 위한 감압 펌프(160)를 포함한다.
상기 세라믹 필터부(100)는 저장조(110) 상단에 설치되어 유체를 저장조(110)에 공급하기 위한 유체 유입관(120)을 더 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터(105)는 저장조(110) 내에 복수 개가 구비될 수 있고, 이에 대응되게 컬렉터(130)도 복수 개가 구비되며, 각각의 컬렉터(130)와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 컬렉트 파이프(collect pope)(135)가 구비되고, 컬렉트 파이프(135)는 정화수 배출관(140)에 연통되게 구비될 수 있다. 평관형 세라믹 필터(105)는 복수 개를 배열하여 사용할 수 있고 또는 서로 접합시켜 사용할 수도 있다.
저장 탱크(60)와 저장조(110) 사이에는 밸브(V1)가 구비되어 개폐 동작에 의해 유체의 흐름을 조절할 수 있다.
세라믹 필터부(100)는 저장조(110) 내의 유체를 외부로 배출하기 위한 유체 배출관(180)을 더 포함할 수 있다. 유체 배출관(180)에는 밸브(V2)가 구비되어 개폐 동작에 의해 유체의 배출을 조절할 수 있다. 저장조(110)의 하부는 경사지게 구비(즉, 경사진 슬로프(slope)를 갖도록 구비)함으로써 미처리된 유체가 하부로 모여 유체 배출관(180)을 통해 배출이 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 필터부(100)는, 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a) 외곽 표면에 TiO2 코팅막(105d)이 구비된 경우에, 평관형 세라믹 필터(105)에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프(미도시)를 더 포함할 수 있다. TiO2 코팅막(105d)이 구비된 평관형 세라믹 필터(105)는 자외선 램프에 의해 자외선이 조사됨으로서 광촉매 효과를 기대할 수 있다. 자외선 램프에 의해 자외선이 조사되게 되면, TiO2 코팅막(105d)의 표면에서 광촉매 반응이 발생하여 유기물이 제거될 수 있는 효과가 있다. 광촉매로 기능하는 TiO2 코팅막(105d)은 물의 광분해를 통하여 얻어지는 하이드록실기 이온(OH-)을 난분해성의 유기 물질을 제거하기 위한 수산화 라디칼로 변화시킨다. 자외선 램프에 의해 유체에 포함된 세균이 살균되고, 자외선이 TiO2 코팅막(105d)에 조사되면 강한 산화력을 지닌 수산화라디칼이 생성되며, 상기 수산화라디칼에 의해 유기화합물이 산화분해되게 된다.
상기 세라믹 필터부(100)는 저장조(110) 상부를 덮어 밀봉하기 위한 저장조 덮개(150)를 더 포함할 수 있다. 저장조 덮개(150)는 저장조(110) 상부를 덮어 밀봉하는 역할을 하며, 태양광이 투과될 수 있도록 투명하게 구비되는 것이 바람직하다.
컬렉터(130)는 평관형 세라믹 필터(105)의 정화수 인출관(105b)을 대면하게 끼워져서 정화수 인출관(105b)이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 정화수 인출관(105b)에 연통되어 정화수 인출관(105b)으로부터 배출되는 정화수가 집결될 수 있게 구성된다. 컬렉터(130)는 평관형 세라믹 필터(105)의 정화수 인출관(105b)이 노출된 면과 인접하는 면들과 접촉하게 끼워진다. 정화수 인출관(105b)이 노출된 면은 컬렉터(130)와 대면하면서 컬렉터(130)에 대하여 소정 거리 이격되고, 정화수 인출관(105b)은 컬렉터(130)와 연통된다. 정화수 인출관(105b)으로부터 배출되는 정화수는 컬렉터(130)로 집결된다.
감압 펌프(160)는 정화수 배출관(140) 내의 압력을 감압하여 정화수를 정화수 저장조(200)로 배출하는 역할을 한다. 감압 펌프(160)와 정화수 배출관(140) 사이에는 밸브(V3)가 구비되어 개폐 동작에 의해 공기의 흐름을 조절할 수 있다.
세라믹 필터부(100)는 압력 펌프(170)을 더 포함할 수 있다. 압력 펌프(170)는 세척 시에 정화수 배출관(140) 내의 압력을 가압하여 유체가 컬렉터(130)로 밀려 들어가게 하는 역할을 한다. 압력 펌프(170)와 정화수 배출관(140) 사이에는 밸브(V4)가 구비되어 개폐 동작에 의해 공기의 흐름을 조절할 수 있다.
저장조(110)는 유입된 유체를 저장하는 공간을 제공한다. 유체는 저장 탱크(60)로부터 저장조(110)에 공급되고, 저장조(110) 내에는 상기 유체를 정화하기 위한 평관형 세라믹 필터(105)가 위치된다. 감압 펌프(160)의 작동에 의해 평관형 세라믹 필터(105)의 내부가 양압(+)이 되고, 이때 압력차에 의해 저장조(105) 내의 유체는 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a) 내부로 유입되게 되고, 몸체부(105a)을 통과하면서 상기 유체에 함유된 불순물은 걸러지게 되며, 몸체부(105a)를 통과한 정화수는 정화수 인출관(105b)으로 유입되고, 정화수 인출관(105b)에 유입된 정화수는 컬렉터(130)에 집결되게 된다.
컬렉터(130)에 집결된 정화수는 정화수 배출관(140)을 통해 외부로 배출된다. 컬렉터(130)에 집결된 정화수는 감압 펌프(160)에 의해 정화수 배출관(140)을 통해 정화수 저장조(200)로 배출된다. 정화수 배출관(140) 사이에는 밸브(V5)가 구비되어 개폐 동작을 통해 정화수의 흐름을 조절할 수 있다. 정화수 배출관(140)에서 배출된 정화수는 정화수 저장조(200)로 공급된다.
정화수 저장조(200)에 담긴 정화수가 자외선(UV) 램프(미도시)를 통과되게 하여 정화수 내에 함유되어 있는 미생물을 제거할 수도 있다. 이를 위해 정화수 저장조(200)에 담긴 정화수를 펌프를 이용하여 UV 램프를 통과시킬 수 있다. 이렇게 처리된 정화수는 저장용기에 담아 판매도 가능하다. 일 예에 따른 자외선 램프의 출력은 25 W 일 수 있고, 최대 처리량은 1.5 톤/시간 정도 일 수 있다.
평관형 세라믹 필터(105)에 오염물 부착량이 증가하여 여과유량이 낮아지면 정화수를 여과가 이루어지는 방향과 반대 방향으로 압력을 가하여 수행하는 역세척 방식으로 오염물을 제거할 수도 있다. 역세척 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 압력 펌프(170)을 이용하여 펌핑하여 유체(정화수)를 컬렉터(130)를 통해 평관형 세라믹 필터(105)의 정화수 인출관(105b)으로 공급하고, 정화수 인출관(105b)으로 공급된 유체가 몸체부(105a)를 통해 저장조(110)로 배출되게 하는 방식으로 평관형 세라믹 필터(105)를 세척한다. 이 경우에는 공급되는 유체가 깨끗한 정화된 물(정화수)인 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 평관형 세라믹 필터(105)를 세척하려는 경우에는 저장조(110) 내의 유체를 유체 배출관(180)을 통해 배출한 후에 수행하는 것이 바람직하다. 평관형 세라믹 필터(105)를 세척하려는 경우에, 압력 펌프(170)의 작동에 의해 컬렉터(130)를 통해 평관형 세라믹 필터(105)의 정화수 인출관(105b)으로 정화수가 공급되고, 압력차에 의해 정화수 인출관(105b) 내의 유체는 평관형 세라믹 필터(105)의 몸체부(105a)로 유입되게 되고, 몸체부(105a)을 통과하면서 세척하게 되고, 몸체부(105a)를 통과한 유체는 저장조(110)으로 유입되어 집결되게 된다.
세라믹 필터부(100)는 가압식이 아닌 감압식이므로 저개발국가에서도 저가에 세라믹 필터부를 제작할 수 있는 장점이 있고, 고농도 오염수 처리에 효과적이며, 역세척이 가능하고, 평관형 세라믹 필터(105)의 오염시에 직접 꺼내서 스펀지나 고압 물세척도 가능할 수 있다.
평관형 세라믹 필터에 대하여 테스트를 진행하였다.
테스트 시에 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 평관형 세라믹 필터 7개 장착하여 진행하였다. 필터를 적층하기 위해서 모식도에서처럼 물을 모으는 컬렉트 파이프(collect pipe)(135)와 한 번에 끼우고 뺄 수 있도록 원터치 피팅(one touch fitting) 방식을 사용하였다.
도 15는 평관형 세라믹 필터를 이용한 정화 시에 감압 펌프에 의한 물(H2O)의 흐름 방향을 보여주는 도면이고, 도 16은 평관형 세라믹 필터를 탁도가 100 NTU(Nephelometric Turbidity Unit)로 오염된 표준 테스트 원수를 이용하여 감압 방식으로 시간에 따른 여과량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 감압시 압력은 0.8 기압이고, 가로 150 × 길이 500 × 두께 4 mm인 평관형 필터를 7개 연결하여 측정한 결과이다. 여과 후 탁도를 측정하면, 0.39 NTU로 우리나라 먹는 물 기준인 0.5 NTU 이하의 결과를 얻어 기준치를 만족하였다.
도 17은 평관형 세라믹 필터를 이용한 세척(역세척) 시에 압력 펌프에 의한 물(H2O)의 흐름 방향을 보여주는 도면이고, 도 18은 여과시간이 6시간 경과한 후에 여과를 위한 감압 펌프 작동을 중지하고 여과의 반대방향으로 깨끗한 물을 3 기압의 압력 펌프를 이용하여 평관형 세라믹 필터의 컬렉터 쪽으로 밀어 넣어 역세척을 시행하여 플럭스(flux) 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 여과량이 초기에 비해 97.5%까지 회복되는 성능을 나타내었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10: 원수 탱크
20: 가압 펌프
30: 유량계 40: 샌드 필터부
50: 카본 필터부 60: 저장 탱크
105: 평관형 세라믹 필터
105a: 몸체부 105b: 정화수 인출관
105c: 은(Ag) 코팅막 105d: TiO2 코팅막
105e: 폴리머 코팅막 105f: Al2O3 코팅막
110: 저장조 120: 유체 유입관
130: 컬렉터 140: 정화수 배출관
150: 저장조 덮개 160: 감압 펌프
170: 압력 펌프 180: 유체 배출관
200: 정화수 저장조
30: 유량계 40: 샌드 필터부
50: 카본 필터부 60: 저장 탱크
105: 평관형 세라믹 필터
105a: 몸체부 105b: 정화수 인출관
105c: 은(Ag) 코팅막 105d: TiO2 코팅막
105e: 폴리머 코팅막 105f: Al2O3 코팅막
110: 저장조 120: 유체 유입관
130: 컬렉터 140: 정화수 배출관
150: 저장조 덮개 160: 감압 펌프
170: 압력 펌프 180: 유체 배출관
200: 정화수 저장조
Claims (13)
- 정화될 유체가 저장되는 원수 탱크;
상기 원수 탱크에 저장된 유체를 펌핑하여 샌드 필터부로 공급하기 위한 가압 펌프;
상기 샌드 필터부로 공급되는 유체의 유속을 제어하기 위한 유량계;
상기 원유 탱로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 샌드 필터부;
상기 샌드 필터부를 통과한 유체를 정화하기 위한 카본 필터부;
상기 카본 필터부를 통과한 유체가 저장되는 저장 탱크;
상기 저장 탱크로부터 공급된 유체를 정화하기 위한 세라믹 필터부; 및
상기 세라믹 필터부를 통과한 정화수를 저장하기 위한 정화수 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 샌드 필터부는 왕사, 상기 왕사보다 작은 입자 크기를 갖는 중사, 상기 중사보다 작은 입자 크기를 갖는 세사가 순차적으로 충진되어 있는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 왕사는 2∼5㎜의 입자 크기를 갖는 모래이고,
상기 중사는 0.8∼1.2㎜의 입자 크기를 갖는 모래이며,
상기 세사는 0.45∼0.7㎜의 입자 크기를 갖는 모래인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 세사는 KMnO4로 코팅되어 있는 모래를 사용하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 왕사 하부에 스트레이너(strainer)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소 필터부는 활성탄으로 충진되어 있는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 활성탄 하부에 스트레이너(strainer)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 세라믹 필터부는 상기 저장 탱크로부터 공급된 유체를 저장하기 위한 저장조;
상기 저장조 내에 배치되는 평관형 세라믹 필터;
상기 평관형 세라믹 필터의 정화수 인출관을 대면하게 끼워져서 상기 정화수 인출관이 노출된 면을 커버하면서 밀봉이 이루어지게 하고 상기 정화수 인출관에 연통되어 상기 정화수 인출관으로부터 배출되는 정화수가 집결되게 구성된 컬렉터;
상기 저장조 일측에 설치되고 상기 컬렉터에 연통되어 정화수가 배출되는 정화수 배출관; 및
상기 정화수 배출관 내의 압력을 감압하여 정화수를 정화수 저장조로 배출하기 위한 감압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 몸체부는 유체에 함유된 불순물을 걸러내기 위하여 다공성을 나타내는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2) 및 SiC 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 몸체부의 기공율은 40∼70% 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면에서 반대편 제2 면까지 관통되게 형성되어 있고,
상기 정화수 인출관은 상기 평관형 세라믹 필터의 제1 면 및 제2 면을 통해 외부에 노출되며,
상기 정화수 인출관 사이의 이격거리는 동일하게 구비된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 평관형 세라믹 필터는 상기 저장조 내에 복수 개가 구비되고,
이에 대응되게 상기 컬렉터도 복수 개가 구비되며,
각각의 상기 컬렉터와 연통되어 정화수를 수집하기 위한 컬렉트 파이프가 구비되고,
상기 컬렉트 파이프는 상기 정화수 배출관에 연통되게 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 세라믹 필터부는 세척 시에 정화수 배출관 내의 압력을 가압하여 유체가 상기 컬렉터로 밀려 들어가게 하기 위한 압력 펌프를 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180168404A KR20200078981A (ko) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | 저비용 수처리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180168404A KR20200078981A (ko) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | 저비용 수처리 장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200078981A true KR20200078981A (ko) | 2020-07-02 |
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ID=71599334
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100872340B1 (ko) | 2007-07-05 | 2008-12-08 | 주식회사 피코그램 | 보조 역삼투막 필터를 포함하는 정수장치 |
| KR101122222B1 (ko) | 2008-06-19 | 2012-03-19 | 가부시키가이샤 나가오카 | 수처리 장치 및 수처리 장치 여과재층의 세정 방법 |
-
2018
- 2018-12-24 KR KR1020180168404A patent/KR20200078981A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
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