KR20220153781A - Apparatus for pretreatment of capacitive deionization - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a pretreatment device for a capacitive desalination process. By applying a waste mask to effectively remove particulate matter, organic matter and scaling-inducing substances, the electrode activity in a capacitive desalination process can be optimized and the electrode regeneration cycle can be extended. The pretreatment device of the capacitive desalination process according to the present invention is a pretreatment device of the capacitive desalination process for reducing particulate matter and organic matter, and comprises: an active filtering tank for filtering organic and particulate matter contained in raw water by using an active filtering medium; and a composite reaction tank including an external reactor equipped with an adsorbent and an internal reactor equipped with a waste mask, and removing heavy metals and particulate matter contained in the raw water, which has passed through the active filtering tank, by using the adsorbent and the waste mask. The composite reactor includes an external reactor and an internal reactor having time-series process continuity. The internal reaction tank is provided inside the external reaction tank, and an adsorbent for adsorbing organic pollutants is filled in the external reaction tank. A plurality of waste masks are vertically spaced apart from each other in the internal reaction tank. A treated water discharge pipe for discharging treated water is provided at the inner center of the internal reaction tank. There is a metal cation component derived from yellow dust or fine dust in the waste mask.

Description

축전식 탈염공정의 전처리장치{Apparatus for pretreatment of capacitive deionization}Pretreatment device for capacitive desalination process {Apparatus for pretreatment of capacitive deionization}

본 발명은 축전식 탈염공정의 전처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축전식 탈염공정의 전처리 공정을 구성함에 있어서 금속 양이온 성분이 포집된 폐마스크를 적용하여 입자성 물질, 유기물 및 스케일링 유발물질을 효과적으로 제거함으로써 축전식 탈염공정에서의 전극 활성을 최적화함과 함께 전극의 재생주기를 늘릴 수 있는 축전식 탈염공정의 전처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pretreatment device for a capacitive desalination process, and more particularly, in constituting a pretreatment process for a capacitive desalination process, a waste mask containing metal cation components is applied to remove particulate matter, organic substances and substances that cause scaling. It relates to a pretreatment device for a capacitive desalination process that can optimize electrode activity in a capacitive desalination process by effectively removing it and increase the regeneration cycle of an electrode.

각종 시설에서 배출되는 냉각수, 하폐수처리장 등의 환경기초시설에서 배출되는 방류수는 수질 및 수량 측면에서 매우 안정적인 대체수자원이다. 깨끗하게 처리된 냉각수 또는 방류수는 갈수기간 중 상류에서 오염된 하천의 희석수 역할을 할 수 있고, 양질의 공업용수로도 사용 가능하며, 도시화로 건천화된 도심하천에 생태유량으로 공급할 수도 있다. Cooling water discharged from various facilities and effluent discharged from basic environmental facilities such as wastewater treatment plants are very stable alternative water resources in terms of water quality and quantity. Cleanly treated cooling water or effluent can serve as dilution water for polluted rivers upstream during the drought period, can be used as high-quality industrial water, and can be supplied as ecological flow to urban rivers that have become dry due to urbanization.

냉각수 또는 방류수의 재이용을 위해 최근 축전식 탈염공정이 적용되고 있다. 축전식 탈염공정은 전극 계면에 형성되는 전기이중층(EDL, electric double layer)의 이온 흡착 및 탈착 반응을 이용하여 원수를 처리하는 기술로서, 역삼투공정에 대비하여 많은 에너지가 소비되지 않는다는 장점이 있다. 또한, 축전식 탈염공정은 전극의 전위 변화를 통해 흡착과 탈착이 이루어짐에 따라 공정 운전이 매우 간편하고, 탈염과정에서 환경오염물질을 배출하지 않아 친환경적인 수처리공정으로도 각광받고 있다. For the reuse of cooling water or effluent, a capacitive desalination process has recently been applied. The capacitive desalination process is a technology that treats raw water by using the ion adsorption and desorption reaction of the electric double layer (EDL) formed on the electrode interface, and has the advantage that it does not consume much energy compared to the reverse osmosis process. . In addition, the capacitive desalination process is in the spotlight as an eco-friendly water treatment process because it is very easy to operate the process and does not discharge environmental pollutants during the desalination process as adsorption and desorption are performed through a change in electrode potential.

한편, 축전식 탈염공정의 처리효율은 유기물 또는 입자성 물질에 영향을 받는다. 축전식 탈염공정에 유입되는 원수에 유기물 또는 입자성 물질이 많이 포함되어 있으면 축전식 탈염공정의 효율이 저하된다. 이에, 축전식 탈염공정 전에 유기물 및 입자성 물질을 제거하기 위한 전처리공정이 적용된다. On the other hand, the treatment efficiency of the capacitive desalination process is affected by organic matter or particulate matter. If the raw water flowing into the capacitive desalination process contains a lot of organic matter or particulate matter, the efficiency of the capacitive desalination process is reduced. Accordingly, a pretreatment process for removing organic matter and particulate matter is applied before the capacitive desalination process.

축전식 탈염공정의 전처리 공정으로 유기물 및 입자성 물질을 제거하기 위해 여과, 흡착 공정이 적용되는데 여과, 흡착을 위해 일반적으로 AFM(activated filter media) 또는 활성탄이 이용된다. 즉, AFM 또는 활성탄의 여과, 흡착 작용을 통해 원수에 포함되어 있는 유기물 및 입자성 물질을 제거하고 있다. 통상, 컬럼 형태의 반응조에 AFM 또는 활성탄을 충진시키고 원수를 통과시키는 방식을 채용하고 있다. As a pretreatment process of the capacitive desalination process, filtration and adsorption processes are applied to remove organic matter and particulate matter. Activated filter media (AFM) or activated carbon is generally used for filtration and adsorption. That is, organic substances and particulate matter contained in raw water are removed through filtration and adsorption of AFM or activated carbon. In general, a method of filling AFM or activated carbon in a column-shaped reactor and passing raw water therethrough is employed.

AFM 또는 활성탄을 채용하는 상술한 바와 같은 축전식 탈염공정의 전처리 공정은, 유기물 및 입자성 물질을 제거함에 있어서 한계가 있다. 전술한 바와 같이 축전식 탈염공정은 전위 변화를 통해 이온의 흡착과 탈착을 유도하는 방식인데, 전극의 흡착용량은 한정되어 있어 전극의 흡착용량이 포화되면 전극의 재생공정이 필요하다. 전극의 재생공정에 대한 주기가 짧아질수록 처리수량 및 처리효율이 떨어질 수 밖에 없다. 따라서, 전극 재생공정의 주기를 늘리기 위해서는 전처리 공정을 통해 원수에 포함되어 있는 이온성 물질을 가급적 최소화할 필요가 있는데, AFM 또는 활성탄을 채용하는 통상적인 전처리 공정은 원수에 포함되어 있는 이온성 물질을 효과적으로 제거하기에는 한계가 있다. The pretreatment process of the capacitive desalination process as described above employing AFM or activated carbon has limitations in removing organic matter and particulate matter. As described above, the capacitive desalination process is a method of inducing adsorption and desorption of ions through a change in potential, but the adsorption capacity of the electrode is limited, so when the adsorption capacity of the electrode is saturated, an electrode regeneration process is required. As the cycle of the electrode regeneration process becomes shorter, the amount of treated water and the treatment efficiency inevitably decrease. Therefore, in order to increase the cycle of the electrode regeneration process, it is necessary to minimize the ionic material contained in the raw water through the pretreatment process as much as possible. There are limits to effective removal.

또한, 종래의 AFM 또는 활성탄을 채용하는 전처리 공정은 하나의 컬럼에 AFM 또는 활성탄을 채우는 방식을 적용하고 있는데, 운전과정에서 컬럼의 상단부에 주로 오염물질이 쌓이는 현상이 발생된다. 오염물질의 제거를 위해 컬럼의 세척이 요구되는데 컬럼의 상단부에만 오염물질이 집중되어 있어 오염물질을 효과적으로 제거하기에도 어려움이 있고 세척시간도 길어지는 문제점이 있다.In addition, in the conventional pretreatment process employing AFM or activated carbon, a method of filling a column with AFM or activated carbon is applied, and contaminants are mainly accumulated at the upper end of the column during operation. Column washing is required to remove contaminants, but since contaminants are concentrated only at the upper end of the column, it is difficult to effectively remove contaminants and washing time is long.

한국공개특허공보 제2013-61366호Korean Patent Publication No. 2013-61366

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 축전식 탈염공정의 전처리 공정을 구성함에 있어서 금속 양이온 성분이 포집된 폐마스크를 적용하여 유기물 및 입자성 물질을 효과적으로 제거함으로써 축전식 탈염공정에서의 전극 활성을 최적화함과 함께 전극의 재생주기를 늘릴 수 있는 축전식 탈염공정의 전처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and in constituting the pretreatment process of the capacitive desalination process, the capacitive desalination process by effectively removing organic matter and particulate matter by applying a waste mask in which metal cations are collected. The purpose is to provide a pretreatment device for a capacitive desalination process that can increase the regeneration cycle of the electrode while optimizing the activity of the electrode in the

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축전식 탈염공정의 전처리장치는 입자성 물질 및 유기물을 저감시키기 위한 축전식 탈염공정의 전처리장치에 있어서, 활성여과재를 이용하여 원수에 포함되어 있는 유기물 및 입자성 물질을 여과하는 활성여과조; 및 흡착재가 구비된 외부반응조와 폐마스크가 구비된 내부반응조를 포함하여 구성되며, 상기 활성여과조를 통과한 원수에 포함되어 있는 중금속 및 입자성 물질을 상기 흡착재 및 폐마스크를 이용하여 제거하는 복합반응조;를 포함하여 이루어지며, 상기 복합반응조는, 시계열적 공정 연속성을 갖는 외부반응조와 내부반응조를 포함하며, 상기 외부반응조 내부에 내부반응조가 구비되며, 상기 외부반응조에 유기오염물질을 흡착하기 위한 흡착재가 채워지며, 상기 내부반응조에 복수의 폐마스크가 수직 방향으로 이격되어 배치되며, 상기 내부반응조의 내측 중앙부에 처리수를 배출하는 위한 처리수배출관이 구비되며, 상기 폐마스크에 황사 또는 미세먼지로부터 유래된 금속 양이온 성분이 존재하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the pretreatment device of the capacitive desalination process according to the present invention is a pretreatment device for the capacitive desalination process for reducing particulate matter and organic matter, by using an active filter material, organic matter and Active filtering tank for filtering particulate matter; and an external reactor equipped with an adsorbent and an internal reactor equipped with a waste mask, wherein the composite reactor removes heavy metals and particulate matter contained in the raw water that has passed through the active filtration tank using the absorbent and the waste mask. The complex reaction tank includes an external reaction tank and an internal reaction tank having time-series process continuity, an internal reaction tank is provided inside the external reaction tank, and an adsorbent for adsorbing organic pollutants in the external reaction tank is filled, and a plurality of waste masks are vertically spaced apart from each other in the internal reaction tank, and a treated water discharge pipe for discharging treated water is provided at the inner center of the inner reaction tank, and the waste mask is protected from yellow dust or fine dust. It is characterized by the presence of a derived metal cation component.

상기 활성여과조는, 선택적으로 결합, 분리되는 상부반응조 및 하부반응조와, 상기 상부반응조 및 하부반응조 내부에 충진되는 활성여과재를 포함하여 구성되며, 원수는 상부반응조의 상부측으로 유입되어 활성여과재를 하향 통과하여 하부반응조의 하부측을 통해 배출된다. The active filtering tank includes an upper reaction tank and a lower reaction tank that are selectively combined and separated, and an active filtering material filled in the upper reaction tank and the lower reaction tank, and raw water flows into the upper side of the upper reaction tank and passes through the active filtering material downward. and discharged through the lower side of the lower reactor.

상기 상부반응조의 일측에 압축공기 주입구 및 오염물질 배출구가 구비되며, 상기 압축공기 주입구에 압축공기가 주입되면 압축공기의 압력에 의해 상부반응조 내의 여과 오염물질이 외부로 배출된다. A compressed air inlet and a contaminant outlet are provided at one side of the upper reactor, and when compressed air is injected into the compressed air inlet, the filtered contaminants in the upper reactor are discharged to the outside by the pressure of the compressed air.

상기 활성여과재는 AFM(activated filter media)이다. The active filter medium is activated filter media (AFM).

상기 폐마스크는 사용된 마스크이며, 상기 마스크는 분진포집효율 80% 이상의 마스크이다. The waste mask is a used mask, and the mask has a dust collection efficiency of 80% or more.

상기 폐마스크에는 황사 또는 미세먼지가 존재하며, 황사 또는 미세먼지에 금속 양이온 성분이 포함된다. Yellow sand or fine dust is present in the waste mask, and a metal cation component is included in the yellow dust or fine dust.

원수에 포함되어 있는 중금속은 금속 양이온 성분에 의한 정전기적 인력작용을 통해 폐마스크에 흡착된다. Heavy metals contained in raw water are adsorbed to the waste mask through electrostatic attraction by metal cation components.

원수에 포함되어 있는 무기물질, 부유물질, 미생물, BOD는 폐마스크의 여과필터 작용에 의해 저감된다. Inorganic substances, floating substances, microorganisms, and BOD contained in raw water are reduced by the filter action of the waste mask.

활성여과조를 통과한 원수는 외부반응조의 하단측에 구비된 원수유입구를 통해 외부반응조에 공급되고, 외부반응조로 유입된 원수는 상향류로 이동하며, 원수가 상향류 이동하면서 외부반응조에 채워져 있는 흡착재를 통과하며, 흡착재를 통과하는 과정에서 원수에 포함되어 있는 유기오염물질은 흡착재에 의해 제거되며, 흡착재를 통과한 원수는 외부반응조의 상단측에서 내부반응조측으로 월류되어 이동된다. The raw water that has passed through the active filter tank is supplied to the external reaction tank through the raw water inlet provided at the lower end of the external reaction tank, and the raw water flowing into the external reaction tank moves upward, and the absorbent filled in the external reaction tank while the raw water moves upward. In the process of passing through the adsorbent, the organic contaminants contained in the raw water are removed by the adsorbent, and the raw water passing through the adsorbent overflows from the top of the external reactor to the internal reactor.

내부반응조로 월류되어 이동된 원수는 내부반응조에서 하향류로 이동되며, 하향류로 이동되는 과정에서 원수는 내부반응조에 수직 방향으로 다단 배치된 폐마스크를 순차적으로 통과하며, 폐마스크를 통과하는 과정에서 원수에 포함되어 있는 중금속은 폐마스크에 존재하는 금속 양이온과의 정전기적 인력작용에 의해 폐마스크에 흡착되며, 원수에 포함되어 있는 무기물질, 부유물질, 미생물, BOD는 폐마스크의 여과필터 작용에 의해 폐마스크에 걸러지며, 내부반응조의 원수가 하향류로 이동하면서 폐마스크를 순차적으로 통과하여 처리수가 생산되며, 내부반응조 하부의 처리수는 내부반응조 내측 중심부에 구비된 처리수배출관을 통해 상향 배출된다. The raw water overflowed into the internal reaction tank and moved is moved downward in the internal reaction tank, and in the process of moving downward, the raw water sequentially passes through the waste masks arranged in multiple stages in the vertical direction in the internal reaction tank, and the process of passing through the waste masks Heavy metals contained in the raw water are adsorbed to the waste mask by electrostatic attraction with metal cations present in the waste mask, and inorganic substances, suspended solids, microorganisms, and BOD contained in the raw water act as a filtration filter of the waste mask. is filtered by the waste mask, and the raw water of the internal reaction tank moves downward and passes through the waste mask sequentially to produce treated water. It is discharged.

상기 외부반응조와 내부반응조는 동심원 형태로 배치된다. The external reactor and the internal reactor are arranged in a concentric circle shape.

상기 폐마스크는, 폐마스크에 살균용 화학약품을 분사하여 폐마스크에 대한 1차 살균을 진행하는 과정과, 폐마스크에 자외선을 조사하여 폐마스크에 대한 2차 살균을 진행하는 과정을 통해 살균처리된 것이다.The waste mask is sterilized through a process of spraying a chemical for sterilization on the waste mask to perform primary sterilization on the waste mask and irradiating the waste mask with ultraviolet rays to perform secondary sterilization on the waste mask. It became.

본 발명에 따른 축전식 탈염공정의 전처리장치는 다음과 같은 효과가 있다. The pretreatment device of the capacitive desalination process according to the present invention has the following effects.

활성여과재를 이용한 여과공정 및 활성탄을 이용한 흡착공정에 더해, 금속 양이온 성분이 포집된 폐마스크에 의한 정전기적 인력작용과 여과필터 작용을 통해 무기 이온성 물질, 중금속, 부유물질, 대장균을 추가적으로 제거할 수 있어, 원수의 탁도 및 총유기탄소(TOC)를 최소화시킬 수 있다. In addition to the filtration process using active filter media and the adsorption process using activated carbon, inorganic ionic substances, heavy metals, suspended solids, and E. Therefore, turbidity and total organic carbon (TOC) of raw water can be minimized.

이와 함께, 활성여과조를 상부반응조와 하부반응조로 분리 가능하도록 하고, 결합 상태에서 상부반응조의 오염물질 제거가 가능하도록 함으로써 활성여과조를 용이하게 세척할 수 있다.In addition, the active filtering tank can be easily cleaned by allowing the active filtering tank to be separated into an upper reaction tank and a lower reaction tank, and removing contaminants from the upper reaction tank in a combined state.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염공정의 전처리장치의 구성도.
도 2는 복합반응조의 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 실험예 1에 따른 SEM/EDS 분석결과.
도 4a 및 도 4b는 실험예 4에 따른 탁도 및 총유기탄소(TOC) 제거특성 결과.
1 is a block diagram of a pretreatment device for a capacitive desalination process according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a complex reactor.
3a to 3d are SEM/EDS analysis results according to Experimental Example 1;
4a and 4b are turbidity and total organic carbon (TOC) removal characteristics results according to Experimental Example 4;

본 발명은 축전식 탈염공정의 전처리 공정에 관한 기술을 제시한다. The present invention proposes a technology related to a pretreatment process of a capacitive desalination process.

'발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 축전식 탈염공정의 전극 활성을 높이고 전극 재생주기를 늘리기 위해서는 축전식 탈염공정에 유입되는 원수의 유기물 및 입자성 물질을 저감시킬 필요가 있으며, 이를 위해 전처리 공정이 적용된다. As mentioned in 'Technology behind the invention', in order to increase the electrode activity of the capacitive desalination process and increase the electrode regeneration cycle, it is necessary to reduce organic and particulate matter in the raw water flowing into the capacitive desalination process, For this, a pretreatment process is applied.

축전식 탈염공정에 영향을 미치는 유기물 및 입자성 물질은 탁도(Turbidity)와 총유기탄소(TOC)로 관리되는데, 축전식 탈염공정에 유입되는 원수의 탁도 및 총유기탄소(TOC)는 일정 수치 이하이어야 한다. 참고로, 본 출원인은 특허출원 2018-0158530호를 통해 원수의 탁도 및 총유기탄소(TOC)는 TDS(total dissolved solids)로 대체하여 관리할 수 있음을 제시한 바 있다. Organic matter and particulate matter that affect the capacitive desalination process are managed by turbidity and total organic carbon (TOC). should be For reference, the present applicant has suggested that the turbidity and total organic carbon (TOC) of raw water can be managed by replacing them with TDS (total dissolved solids) through Patent Application No. 2018-0158530.

탁도 및 총유기탄소(TOC)로 관리되는 원수의 유기물 및 입자성 물질은 다양한 종류의 물질을 포함하며, 특히 입자성 물질의 경우 무기 이온성 물질, 중금속 등이 포함될 수 있다. 따라서, 통상의 여과 및 흡착을 통해 제거 가능한 물질 이외에 무기 이온성 물질, 중금속, 부유물질, 대장균 등을 추가적으로 제거할 수 있다면 원수의 탁도 및 총유기탄소(TOC)를 추가적으로 저감시킬 수 있음을 의미한다. Organic and particulate matter of raw water managed by turbidity and total organic carbon (TOC) include various types of substances, and in particular, inorganic ionic substances and heavy metals may be included in the case of particulate matter. Therefore, if inorganic ionic substances, heavy metals, suspended solids, E. coli, etc. can be additionally removed in addition to substances that can be removed through normal filtration and adsorption, it means that the turbidity and total organic carbon (TOC) of raw water can be further reduced. .

본 발명은 여과 및 흡착 공정에 더해 폐마스크에 의한 정전기적 인력작용 및 여과필터 작용을 통해 무기 이온성 물질, 중금속, 부유물질, 대장균을 추가적으로 제거할 수 있는 공정을 적용함으로써 원수의 탁도 및 총유기탄소(TOC)를 효과적으로 저감시킬 수 있는 기술을 제시하며, 이를 통해 축전식 탈염공정의 전극 활성을 향상시키고 전극의 재생주기를 늘릴 수 있는 효과를 기대할 수 있다. In addition to the filtration and adsorption process, the present invention applies a process that can additionally remove inorganic ionic substances, heavy metals, suspended solids, and E. A technology that can effectively reduce carbon (TOC) is presented, and through this, the effect of improving the electrode activity of the capacitive desalination process and extending the regeneration cycle of the electrode can be expected.

이와 같이, 본 발명은 폐마스크를 축전식 탈염공정의 전처리 공정에 접목시킨 것인데, 사용된 마스크를 수거하여 폐마스크를 대상으로 수중의 중금속 및 오염물질에 대한 제거실험을 실시한 결과(후술하는 실험결과 참조), 중금속 및 오염물질에 대한 제거능을 확인하였으며, 이에 착안하여 폐마스크가 적용된 최적의 전처리장치를 제시한다. As such, the present invention grafts the waste mask to the pretreatment process of the capacitive desalination process. As a result of collecting the used mask and conducting a removal experiment for heavy metals and pollutants in water (experimental results described later), the present invention Reference), the ability to remove heavy metals and contaminants was confirmed, and based on this, an optimal pretreatment device with a waste mask is proposed.

본 명세서에서 '폐마스크'는 사용된 마스크를 일컫는 것으로서, 개인이 일상생활에서 착용한 후 폐기한 것을 수거한 것을 의미할 수 있다. '마스크'는 황사, 미세먼지로부터 인간의 호흡기를 보호하기 위한 마스크로서 분진포집효율 80% 이상의 마스크를 의미할 수 있다. In this specification, 'waste mask' refers to a used mask, and may mean a collection of discarded items worn by an individual in daily life. 'Mask' is a mask for protecting the human respiratory system from yellow dust and fine dust, and may mean a mask with a dust collection efficiency of 80% or more.

또한, 본 발명의 '폐마스크'는 마스크에 존재할 수 있는 미생물을 제거하기 위해 살균처리된 폐마스크를 이용하는 것이 바람직하다. 의료기관에서 사용된 의료물품은 폐기물관리법을 준수하여 폐기되어야 하는 반면, 개인이 일상생활에서 착용한 마스크는 생활폐기물로 분류되어 별도의 절차 없이 폐기되는데, 본 발명은 폐마스크를 하폐수처리공정에 적용하는 바 폐마스크에 존재하는 미생물로부터 야기될 수 있는 제반 문제 가능성을 방지하기 위해 살균처리된 폐마스크를 이용한다. In addition, it is preferable to use a sterilized waste mask in order to remove microorganisms that may exist in the mask for the 'waste mask' of the present invention. While medical supplies used in medical institutions must be disposed of in compliance with the Waste Management Act, masks worn by individuals in daily life are classified as domestic waste and discarded without a separate procedure. The present invention applies waste masks to wastewater treatment processes Bar A sterilized waste mask is used to prevent possible problems caused by microorganisms present in the waste mask.

본 발명에 있어서 폐마스크는 두 가지 기능을 보유한다. 하나는 폐마스크 자체의 여과 기능이며, 다른 하나는 폐마스크에 포집된 금속 양이온 성분에 의한 중금속 흡착능이다. In the present invention, the waste mask has two functions. One is the filtration function of the waste mask itself, and the other is the heavy metal adsorption capacity by the metal cation component collected in the waste mask.

마스크는 사람이 착용해야 함에 따라 인체에 유해한 성분은 배제되며, 이에 순면 등 인체에 무해한 섬유로 직조되어 제조된다. 따라서, 마스크에 대해 EDS 성분분석을 실시하면, 마스크의 구성성분은 거의 100% 탄소(C)로 나타난다. As the mask must be worn by a person, components harmful to the human body are excluded, and it is manufactured by weaving with fibers harmless to the human body such as pure cotton. Therefore, when EDS component analysis is performed on the mask, the component of the mask appears to be almost 100% carbon (C).

한편, 폐마스크는 황사, 미세먼지로부터 보호하기 위해 착용하는 것임에 따라, 사용된 폐마스크에는 양의 차이가 있으나 황사, 미세먼지가 존재한다. 황사는 흙먼지임에 따라 황사의 구성성분은 토양의 구성성분과 상당 부분 유사하다. 따라서, 사용된 폐마스크에는 토양의 구성성분인 Na, Al, Si, Pb, Cl, K, Ca 성분이 검출된다. 미세먼지의 경우, 황사와 마찬가지로 토양 성분을 포함하며, 토양 이외에 황산염(SO4 2-), 질산염(NO3 -), 탄소류 등을 포함하고 있는 것으로 알려져 있다(부산광역시보건환경연구원보, 미세먼지(PM2.5) 성분 조사보고서, 193-197, 2012 참조). On the other hand, as the waste mask is worn to protect against yellow dust and fine dust, there is a difference in the amount of the used waste mask, but yellow dust and fine dust exist. As yellow dust is soil dust, the composition of yellow sand is similar to that of soil. Therefore, Na, Al, Si, Pb, Cl, K, and Ca components of the soil are detected in the used waste mask. In the case of fine dust, it contains soil components like yellow dust, and is known to contain sulfate (SO 4 2- ), nitrate (NO 3 - ), and carbons in addition to soil (Busan Metropolitan City Health and Environment Research Institute, fine dust Refer to Dust (PM2.5) Component Investigation Report, 193-197, 2012).

이와 같이 폐마스크에는 Na, Al, Ca, K, Pb 등의 금속 양이온 성분이 존재하며, 이러한 폐마스크의 금속 양이온 성분은 정전기적 인력작용을 통해 수중의 중금속을 흡착할 수 있다. As such, metal cation components such as Na, Al, Ca, K, and Pb are present in the waste mask, and the metal cation component of the waste mask can adsorb heavy metals in water through electrostatic attraction.

또한, 폐마스크는 황사, 미세먼지의 유입을 차단하기 위해 직조섬유 형태를 이룸에 따라, 폐마스크 자체로 여과필터의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 폐마스크의 여과 기능에 의해 수중의 BOD, 부유물질, 대장균을 저감시킬 수 있다. In addition, as the waste mask forms a woven fiber form to block the inflow of yellow dust and fine dust, the waste mask itself can function as a filter. That is, BOD, suspended matter, and Escherichia coli in water can be reduced by the filtration function of the waste mask.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염공정의 전처리장치를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a pretreatment device for a capacitive desalination process according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염공정의 전처리장치는 활성여과조(10) 및 복합반응조(20)를 포함하여 이루어진다. Referring to FIG. 1 , a pretreatment apparatus for a capacitive desalination process according to an embodiment of the present invention includes an active filtration tank 10 and a complex reaction tank 20.

상기 활성여과조(10)는 활성여과재(13)를 이용하여 원수에 포함되어 있는 유기물 및 입자성 물질을 여과한다. 또한, 상기 복합반응조(20)는 외부반응조(21)와 내부반응조(22)로 구성되며, 외부반응조(21)에 의한 흡착 그리고 내부반응조(22)의 폐마스크(24)에 의한 중금속 및 입자성 물질의 제거 기작을 제공한다. The active filtering tank 10 filters organic substances and particulate matter contained in the raw water using the active filtering medium 13 . In addition, the complex reaction tank 20 is composed of an external reaction tank 21 and an internal reaction tank 22, and adsorption by the external reaction tank 21 and heavy metal and particulate matter by the waste mask 24 of the internal reaction tank 22 Provides a mechanism for removing substances.

구체적으로, 상기 활성여과조(10)는 원통형의 반응조와, 반응조 내에 충진되는 활성여과재(13)로 구성된다. 원수는 반응조의 상부로 유입되어 하향 통과하며, 원수가 반응조 내의 활성여과재(13)를 통과하면서 원수 내의 유기물 및 입자성 물질은 활성여과재(13)에 의해 여과된다. Specifically, the active filtering tank 10 is composed of a cylindrical reaction tank and an active filtering medium 13 filled in the reaction tank. Raw water flows into the upper part of the reaction tank and passes downward, and as the raw water passes through the active filtering material 13 in the reaction tank, organic substances and particulate matter in the raw water are filtered by the active filtering material 13.

상기 반응조는 세부적으로 상부반응조(11)와 하부반응조(12)로 구성된다. 상부반응조(11)와 하부반응조(12)는 플랜지 등 선택적 착탈방식으로 결합되어 필요에 따라 결합, 분리될 수 있다. The reaction tank is composed of an upper reaction tank 11 and a lower reaction tank 12 in detail. The upper reaction tank 11 and the lower reaction tank 12 are coupled by a selective detachable method such as a flange, and may be coupled or separated as necessary.

반응조를 상부반응조(11)와 하부반응조(12)의 조합으로 구성하고, 선택적으로 결합, 분리가 가능하도록 구성한 이유는 다음과 같다. 활성여과재(13)가 충진되어 있는 반응조를 이용하고 하향류로 여과공정을 실시하면, 여과 오염물질은 반응조의 상부측에 집중된다. 이는 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같다. 이와 같은 반응조의 상부측에 여과 오염물질이 집중됨에도 반응조 전체를 대상으로 세척을 실시하면 여과 오염물질이 용이하게 배출되지 않고 세척에 많은 시간이 소요된다. 반면, 본 발명의 실시예와 같이 상부반응조(11)와 하부반응조(12)의 조합으로 반응조를 구성하고, 세척시 상부반응조(11)와 하부반응조(12)를 분리하고 여과 오염물질이 집중되어 있는 상부반응조(11)를 대상으로 세척을 실시하면 여과 오염물질을 쉽게 배출할 수 있을 뿐만 아니라 세척시간도 절감된다. The reason why the reaction tank is composed of a combination of the upper reaction tank 11 and the lower reaction tank 12 and is selectively combined and separated is as follows. When the reaction tank filled with the active filter material 13 is used and the filtration process is performed in a downward flow, the filtered contaminants are concentrated on the upper side of the reaction tank. This is as mentioned in the 'Technology Behind the Invention'. Even though the filtering contaminants are concentrated on the upper side of the reaction tank, if the entire reaction tank is washed, the filtering contaminants are not easily discharged and the washing takes a lot of time. On the other hand, as in the embodiment of the present invention, the reaction tank is composed of a combination of the upper reaction tank 11 and the lower reaction tank 12, and the upper reaction tank 11 and the lower reaction tank 12 are separated during washing, and the filtered contaminants are concentrated. When washing is performed on the upper reaction tank 11, not only can the filtered contaminants be easily discharged, but also the washing time is reduced.

또한, 상부반응조(11)의 일측에는 압축공기 주입구(14) 및 오염물질 배출구(15)가 구비된다. 상기 압축공기 주입구(14) 및 오염물질 배출구(15)는 상부반응조(11) 내의 여과 오염물질을 배출하기 위한 것으로서, 상부반응조(11)와 하부반응조(12)를 분리하지 않은 상태에서 상부반응조(11) 내의 여과 오염물질을 제거하기 위해 구비된다. 구체적으로, 압축공기 주입구(14)를 통해 압축공기를 주입하면 압축공기의 압력에 의해 상부반응조(11) 내의 여과 오염물질을 용이하게 배출시킬 수 있다. In addition, a compressed air inlet 14 and a contaminant outlet 15 are provided on one side of the upper reaction tank 11 . The compressed air inlet 14 and the contaminant outlet 15 are for discharging filtered contaminants in the upper reaction tank 11, and the upper reaction tank 11 and the lower reaction tank 12 are not separated from the upper reaction tank ( 11) It is provided to remove filtration contaminants from inside. Specifically, when compressed air is injected through the compressed air inlet 14, filtered contaminants in the upper reaction tank 11 can be easily discharged by the pressure of the compressed air.

이러한 압축공기 주입구(14) 및 오염물질 배출구(15)의 구성을 통해 상부반응조(11)와 하부반응조(12)의 분리 횟수를 최소화함과 함께 상부반응조(11)의 세척 횟수 또한 줄일 수 있다. Through the configuration of the compressed air inlet 14 and the contaminant discharge port 15, the number of times of separation between the upper reaction tank 11 and the lower reaction tank 12 can be minimized and the number of washings of the upper reaction tank 11 can also be reduced.

한편, 상기 상부반응조(11) 및 하부반응조(12) 내에 충진되는 활성여과재(13)는 전술한 바와 같이 원수에 포함되어 있는 유기물 및 입자성 물질을 여과하는데, 일 실시예로 AFM(activated filter media)이 활성여과재(13)로 이용될 수 있다. On the other hand, the active filter medium 13 filled in the upper reaction tank 11 and the lower reaction tank 12 filters organic matter and particulate matter contained in the raw water as described above. In one embodiment, activated filter media (AFM) ) can be used as the active filtering medium (13).

상기 활성여과조(10)를 하향 통과한 원수는 상기 복합반응조(20)로 공급되며, 복합반응조(20)는 활성여과조(10)를 통과한 원수를 대상으로 활성탄에 의한 흡착공정과 폐마스크(24)에 의한 오염물질 제거공정을 제공한다. The raw water passing downward through the active filtration tank 10 is supplied to the complex reaction tank 20, and the complex reaction tank 20 performs an adsorption process by activated carbon and a waste mask 24 for the raw water that has passed through the active filtration tank 10. ) Provides a pollutant removal process by.

상기 복합반응조(20)는 다음과 같은 구성을 갖는다. The composite reactor 20 has the following configuration.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 복합반응조(20)는 외부반응조(21)와 내부반응조(22)를 구비하는 이중반응조 구조를 이룬다. 외부반응조(21) 내부에 내부반응조(22)가 장착되는 구조이며, 일 실시예로 외부반응조(21)와 내부반응조(22)는 동심원 형태로 구성할 수 있다. 또한, 내부반응조(22)의 내측 중심부에는 처리수를 배출하기 위한 처리수배출관(26)이 구비된다. As shown in FIGS. 1 and 2 , the composite reactor 20 has a double reactor structure including an external reactor 21 and an internal reactor 22 . It is a structure in which the internal reaction tank 22 is mounted inside the external reaction tank 21, and in one embodiment, the external reaction tank 21 and the internal reaction tank 22 may be configured in a concentric circle shape. In addition, a treated water discharge pipe 26 for discharging treated water is provided at the inner center of the internal reaction tank 22 .

외부반응조(21)에 의한 처리공정과 내부반응조(22)에 의한 처리공정은 연속성을 가지며 시계열적으로 진행된다. 활성여과조(10)를 통과한 원수는 외부반응조(21)의 하단측을 통해 유입되어 상향류로 이동되며, 외부반응조(21)의 상부로 이동된 원수는 월류하여 내부반응조(22)로 이동된다. 내부반응조(22)로 이동된 원수는 하향 이동되며, 내부반응조(22) 하부로 이동된 원수는 내부반응조(22)의 중심부에 구비된 처리수배출관(26)을 통해 상향 이동되어 외부로 배출된다. The treatment process by the external reactor 21 and the treatment process by the internal reactor 22 have continuity and proceed sequentially. The raw water that has passed through the active filtration tank 10 is introduced through the lower side of the external reaction tank 21 and moved upward, and the raw water moved to the upper part of the external reaction tank 21 overflows and is moved to the internal reaction tank 22 . The raw water moved to the internal reaction tank 22 is moved downward, and the raw water moved to the lower part of the internal reaction tank 22 is moved upward through the treated water discharge pipe 26 provided in the center of the internal reaction tank 22 and discharged to the outside. .

상기 외부반응조(21)에는 유기물 및 입자성 물질을 흡착하기 위한 흡착재(23)가 채워지며, 상기 내부반응조(22)에는 복수의 폐마스크(24)가 수직 방향으로 이격되어 다단 형태로 배치된다. 상기 외부반응조(21)에 채워지는 흡착재(23)로는 활성탄을 이용할 수 있다. The external reaction tank 21 is filled with an adsorbent 23 for adsorbing organic substances and particulate matter, and a plurality of waste masks 24 are vertically spaced apart from each other in the internal reaction tank 22 and arranged in a multi-stage form. As the adsorbent 23 filled in the external reaction tank 21, activated carbon may be used.

상기 내부반응조(22)에 수직 방향으로 일정 거리 이격되어 배치되는 폐마스크(24)는 내부반응조(22)에서 하향 이동되는 원수를 대상으로 원수에 포함되어 있는 중금속, 인산염 등의 무기물질, 부유물질, 대장균 등의 미생물을 흡착, 여과함과 함께 원수의 BOD를 저감시키는 역할을 한다. The waste mask 24 disposed at a certain distance in the vertical direction from the internal reaction tank 22 targets the raw water moving downward in the internal reaction tank 22, and inorganic substances such as heavy metals and phosphates contained in the raw water and suspended substances. It absorbs and filters microorganisms such as E. coli and reduces BOD of raw water.

폐마스크(24)에 의해 오염물질이 저감되는 기작은 크게 두 가지이다. 하나는 폐마스크(24)에 황사 또는 미세먼지로부터 유래되어 존재하는 금속 양이온 성분에 의한 정전기적 인력작용이고, 다른 하나는 폐마스크(24) 자체의 여과필터 기능이다. 원수에 포함되어 있는 중금속은 금속 양이온 성분에 의한 정전기적 인력작용을 통해 폐마스크(24)에 흡착되며, 원수에 포함되어 있는 인산염 등의 무기물질, 부유물질, 대장균 등의 미생물, BOD는 폐마스크(24)의 여과필터 작용에 의해 저감된다. There are two main mechanisms by which contaminants are reduced by the waste mask 24 . One is the electrostatic attraction by the metal cation component derived from yellow dust or fine dust in the waste mask 24, and the other is the filter function of the waste mask 24 itself. Heavy metals contained in the raw water are adsorbed to the waste mask 24 through the electrostatic attraction by the metal cation component, and inorganic substances such as phosphate, suspended matter, microorganisms such as Escherichia coli, and BOD contained in the raw water are the waste mask It is reduced by the filtering action of (24).

폐마스크(24)는 사용된 마스크를 의미하며, 마스크는 황사, 미세먼지로부터 보호하기 위해 사람이 호흡기에 착용하는 마스크를 일컫는다. 일 실시예로, 마스크는 분진포집효율 80% 이상의 마스크를 의미한다. 참고로, 대한민국 식품의약품안전처는 분진포집효율 80% 이상의 마스크는 KF80, 분진포집효율 94% 이상은 KF94, 분진포집효율 99% 이상의 마스크는 KF99로 분류하고 있다. The waste mask 24 means a used mask, and the mask refers to a mask worn by a person in a respiratory system to protect from yellow dust and fine dust. In one embodiment, the mask means a mask having a dust collection efficiency of 80% or more. For reference, the Ministry of Food and Drug Safety in Korea classifies masks with dust collection efficiency of 80% or more as KF80, dust collection efficiency of 94% or more as KF94, and masks with dust collection efficiency of 99% or more as KF99.

또한, 폐마스크(24)는 사용된 폐마스크로서, 개인이 일상생활에서 착용한 후 폐기한 것을 수거한 것에 해당된다. 개인이 일상생활에서 착용한 것임에 따라, 폐마스크(24)에는 황사, 미세먼지 성분이 포함된다. 황사와 미세먼지에는 공통적으로 토양 성분이 포함되며, 토양 성분에는 Na, Al, Ca, K, Pb 등의 금속 양이온 성분이 포함된다. 이와 같이, 폐마스크(24)에는 폐마스크(24)마다 양의 차이는 있으나 Na, Al, Ca, K, Pb 등의 금속 양이온 성분이 존재하며, 이러한 금속 양이온 성분이 수중의 중금속을 정전기적 인력작용을 통해 흡착하는 역할을 한다. 폐마스크(24)에 Na, Al, Ca, K, Pb 등의 금속 양이온 성분이 존재하는 것 그리고 이러한 금속 양이온 성분에 의한 중금속 흡착능은 후술하는 실험결과를 통해 뒷받침된다. In addition, the waste mask 24 is a used waste mask, and corresponds to a collection of discarded masks worn by individuals in daily life. According to what the individual wears in everyday life, the waste mask 24 contains yellow dust and fine dust components. Yellow dust and fine dust commonly contain soil components, and soil components include metal cation components such as Na, Al, Ca, K, and Pb. As such, the waste mask 24 has metal cation components such as Na, Al, Ca, K, Pb, etc., although the amount varies for each waste mask 24, and these metal cation components attract heavy metals in water by electrostatic attraction. It plays a role in adsorption through action. The existence of metal cation components such as Na, Al, Ca, K, and Pb in the waste mask 24 and the heavy metal adsorption capacity by these metal cation components are supported through the experimental results described later.

공지의 수처리기술에서 수중의 중금속을 제거하기 위해 금속 양이온이 고정화된 담체를 제조하고 이를 반응조에 충전시켜 이용하는 점에 비추어보면, 본 발명의 경우 여과 작용에 의해 폐마스크(24)에 걸러진 금속 양이온 성분을 이용하는 방식임에 따라 공지기술과 같은 금속 양이온이 고정화된 담체의 제조가 요구되지 않는다. In view of the known water treatment technology, in order to remove heavy metals in water, a carrier with metal cations immobilized is prepared and filled in a reaction tank to be used. According to the method using the method, it is not required to prepare a support in which metal cations are immobilized as in the prior art.

한편, 개인이 착용 후 폐기한 마스크는 의료폐기물과는 달리 생활폐기물로 분류되어 별도의 절차 없이 폐기되나, 본 발명에서 폐마스크는 하폐수처리공정에 적용되는 바 폐마스크에 잔존하는 미생물로부터 야기될 수 있는 제반 문제를 방지하기 위해 살균처리되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 본 발명에서는 폐마스크에 대해 화학약품을 이용한 살균, 자외선 조사를 통한 살균을 순차적으로 적용한다. 구체적으로, 먼저 수거된 폐마스크로부터 귀걸이 줄을 제거한 다음, 폐마스크에 살균용 화학약품 예를 들어 에탄올을 분사하여 폐마스크에 대한 1차 살균을 실시한다. 그런 다음, 의료폐기물 살균에 적용되는 자외선 예를 들어, UV-C를 일정 시간 조사하여 폐마스크에 대한 2차 살균을 실시한다. 이어, 폐마스크에 잔존하는 화학약품을 휘발시키면 폐마스크에 대한 살균처리는 완료되며, 살균처리된 폐마스크가 상기 내부반응조(120)에 적용된다. On the other hand, masks discarded after being worn by individuals are classified as household waste, unlike medical waste, and are discarded without a separate procedure. It is preferable to sterilize to prevent various problems. To this end, in the present invention, sterilization using chemicals and sterilization through ultraviolet irradiation are sequentially applied to the waste mask. Specifically, the earring string is first removed from the collected waste mask, and then a sterilizing chemical, such as ethanol, is sprayed on the waste mask to perform primary sterilization on the waste mask. Then, secondary sterilization of the waste mask is performed by irradiating ultraviolet rays, for example, UV-C, which are applied to sterilization of medical wastes, for a certain period of time. Next, when the chemicals remaining in the waste mask are volatilized, the sterilization treatment for the waste mask is completed, and the sterilized waste mask is applied to the internal reaction tank 120.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 복합반응조(20)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the operation of the composite reactor 20 having the configuration as described above is as follows.

활성여과조(10)를 통과한 원수는 외부반응조(21)의 하단측에 구비된 원수유입구(25)를 통해 외부반응조(21)에 공급된다. 외부반응조(21)로 유입된 원수는 상향류로 이동하며, 원수가 상향류 이동하면서 외부반응조(21)에 채워져 있는 흡착재(23)를 통과하게 된다. 흡착재(23)를 통과하는 과정에서 원수에 포함되어 있는 유기물 및 입자성 물질은 흡착재(23)에 의해 흡착된다. 흡착재(23)를 통과한 원수는 외부반응조(21)의 상단측에서 내부반응조(22)측으로 월류되어 이동된다. 내부반응조(22)측으로의 용이한 월류를 위해 내부반응조(22)의 상단높이는 외부반응조(21)의 상단높이보다 낮게 설계할 수 있다. The raw water passing through the active filtration tank 10 is supplied to the external reaction tank 21 through the raw water inlet 25 provided at the lower end of the external reaction tank 21 . The raw water introduced into the external reaction tank 21 moves upward, and the raw water passes through the adsorbent 23 filled in the external reaction tank 21 while moving upward. In the course of passing through the adsorbent 23 , organic substances and particulate matter contained in the raw water are adsorbed by the adsorbent 23 . The raw water passing through the adsorbent 23 overflows from the upper end of the external reactor 21 to the internal reactor 22 and is moved. For easy overflow to the side of the internal reaction tank 22, the height of the upper end of the internal reaction tank 22 may be designed lower than the height of the upper end of the external reaction tank 21.

내부반응조(22)로 월류되어 이동된 원수는 내부반응조(22)에서 하향류로 이동된다. 하향류로 이동되는 과정에서 원수는 내부반응조(22)에 수직 방향으로 다단 배치된 폐마스크(24)를 순차적으로 통과하게 되며, 폐마스크(24)를 통과하는 과정에서 원수에 포함되어 있는 중금속은 폐마스크(24)에 존재하는 금속 양이온과의 정전기적 인력작용에 의해 폐마스크(24)에 흡착되며, 원수에 포함되어 있는 인산염 등의 무기물질, 부유물질, 대장균 등의 미생물, BOD는 폐마스크(24)의 여과필터 작용에 의해 폐마스크(24)에 걸러진다. The raw water that overflows and moves into the internal reaction tank 22 moves downward in the internal reaction tank 22 . In the process of moving downward, the raw water sequentially passes through the waste masks 24 arranged in multiple stages in the vertical direction in the internal reaction tank 22, and in the process of passing through the waste masks 24, the heavy metals contained in the raw water Metal cations present in the waste mask 24 are adsorbed on the waste mask 24 by electrostatic attraction, and inorganic substances such as phosphate, suspended matter, microorganisms such as Escherichia coli, and BOD contained in the raw water are It is filtered through the waste mask (24) by the filter action of (24).

내부반응조(22)의 원수가 하향류로 이동하면서 폐마스크(24)를 순차적으로 통과하여 처리수가 생산되며, 내부반응조(22) 하부의 처리수는 내부반응조(22) 내측 중심부에 구비된 처리수배출관(26)을 통해 상향 배출된다. While raw water in the internal reaction tank 22 moves downward, it sequentially passes through the waste mask 24 to produce treated water. It is discharged upward through the discharge pipe (26).

이와 같은 과정 즉, 활성여과조(10) 및 복합반응조(20)의 반응을 통해 전처리 공정이 완료되며, 복합반응조(20)의 처리수배출관(26)을 통해 배출되는 처리수는 축전식 탈염공정의 원수로 공급된다. Through this process, that is, the reaction of the active filtration tank 10 and the complex reaction tank 20, the pretreatment process is completed, and the treated water discharged through the treated water discharge pipe 26 of the complex reaction tank 20 is the capacitive desalination process. supplied with raw water.

한편, 폐마스크(24)의 용이한 교체를 위해 상기 내부반응조(22)는 착탈이 가능하도록 설계할 수 있다. 일 실시예로, 내부반응조(22)를 카트리지 형태로 구성하여 외부반응조(21)에 선택적으로 착탈 가능하도록 할 수 있다. Meanwhile, for easy replacement of the waste mask 24, the internal reaction tank 22 may be designed to be detachable. In one embodiment, the internal reaction tank 22 may be configured in the form of a cartridge so as to be selectively detachable from the external reaction tank 21 .

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈염공정의 전처리장치에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. In the above, the pretreatment device of the capacitive desalination process according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.

<실험예 1 : 폐마스크 사용 전후의 SEM/EDS 분석><Experimental Example 1: SEM/EDS analysis before and after using a waste mask>

서울 소재 고교 학생이 1회 사용한 폐마스크를 수거하여 폐마스크로 실험에 적용하였으며, 동일 브랜드의 미사용 마스크를 사용 전 폐마스크로 실험에 적용하였다. 실험에 적용된 폐마스크는 KF80 등급과 K94 등급의 마스크이다. 사용 전후의 폐마스크 각각에 대해 SEM과 EDS 분석을 실시하였다. A waste mask used once by a high school student in Seoul was collected and applied to the experiment as a waste mask, and an unused mask of the same brand was applied to the experiment as a waste mask before use. The waste masks used in the experiment are KF80 and K94 grade masks. SEM and EDS analysis were performed on each of the waste masks before and after use.

도 3a 내지 도 3d를 참조하면, EDS 분석결과, 등급에 무관하게 사용 전 폐마스크의 구성성분은 100% 탄소(C)임이 확인되었다. 반면, 폐마스크의 경우 Na, Al, Si, Pb, Cl, K, Ca 등 다양한 성분이 검출되었다. 폐마스크의 구성성분은 SEM 사진을 통해서도 확인된다. 참고로, 도 3a, 도 3b는 각각 미사용 KF94, KF80 마스크의 SEM/EDS 분석결과이며, 도 3c, 도 3d는 각각 사용 후 KF94, KF80 마스크의 SEM/EDS 분석결과이다. Referring to FIGS. 3A to 3D , as a result of EDS analysis, it was confirmed that the composition of the waste mask before use was 100% carbon (C) regardless of the grade. On the other hand, in the case of the waste mask, various components such as Na, Al, Si, Pb, Cl, K, and Ca were detected. The components of the waste mask are also confirmed through SEM photographs. For reference, FIGS. 3A and 3B are SEM/EDS analysis results of unused KF94 and KF80 masks, respectively, and FIGS. 3C and 3D are SEM/EDS analysis results of used KF94 and KF80 masks, respectively.

<실험예 2 : 사용 전후 폐마스크의 비소 제거특성><Experimental Example 2: Arsenic removal characteristics of waste mask before and after use>

실험예 1에서 준비된 폐마스크와 미사용 폐마스크를 이용하여 수중의 비소 제거실험을 진행하였다. 50mL의 conical tube에 100mg/L의 As 용액을 주입한 후 0.03g의 사용 전후의 마스크를 각각 절개하여 반응시켰다. 초기 pH는 4.17이었다. The arsenic removal experiment in water was conducted using the waste mask prepared in Experimental Example 1 and the unused waste mask. After injecting 100mg/L As solution into a 50mL conical tube, 0.03g of the mask before and after use was incised and reacted. The initial pH was 4.17.

실험 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이 미사용 폐마스크(KF80 new, KF94 new)의 경우 비소 흡착능이 없음을 확인할 수 있다. 반면, 폐마스크(KF80 used)는 2.50mg/g, 폐마스크(KF80 used)는 20.57mg/g의 비소 흡착능을 나타냈다. As a result of the experiment, as shown in Table 1, it was confirmed that the unused waste masks (KF80 new, KF94 new) had no arsenic adsorption capacity. On the other hand, the waste mask (KF80 used) showed arsenic adsorption capacity of 2.50mg/g and the waste mask (KF80 used) of 20.57mg/g.

사용 전후의 폐마스크가 표 1과 같은 비소 흡착특성을 나타내는 것은 실험예 1의 EDS 분석결과와 밀접한 관계를 갖는다. 실험예 1의 EDS 분석결과에 따르면 미사용 폐마스크의 경우, 탄소(C)만으로 이루어짐을 확인할 수 있으며, 반면 폐마스크의 경우 Na, Al, Si, Pb, Cl, K, Ca 등 다양한 성분이 포함됨을 확인할 수 있다. 이 중, Na, Al, Ca, K, Pb 등의 금속 양이온 성분이 수중의 비소(As)와 정전기적 인력작용을 일으켜 아래의 표 1과 같은 비소 흡착특성을 나타내는 것으로 추정된다. The fact that the waste mask before and after use shows the arsenic adsorption characteristics shown in Table 1 has a close relationship with the EDS analysis results of Experimental Example 1. According to the EDS analysis results of Experimental Example 1, it can be confirmed that the unused waste mask is made of only carbon (C), whereas the waste mask contains various components such as Na, Al, Si, Pb, Cl, K, and Ca. You can check. Among them, it is estimated that metal cation components such as Na, Al, Ca, K, and Pb exhibit arsenic adsorption characteristics as shown in Table 1 below by causing an electrostatic attraction with arsenic (As) in water.

한편, 폐마스크(KF94 used, 2.50mg/g)와 폐마스크(KF80 used, 20.57mg/g)의 비소 흡착능 차이 역시 금속 양이온 성분의 유무에 연관되는 것으로 판단된다. 폐마스크(KF94 used)의 경우, 탄소(C) 이외에 질소(N)와 산소(O)만이 존재하는 반면, 폐마스크(KF80 used)의 경우 Na, Al, Ca, K, Pb 등의 다양한 금속 양이온 성분이 존재함을 확인할 수 있으며, 이러한 금속 양이온 성분의 차이에 의해 비소 흡착능 차이가 발생되는 것으로 추정된다. Meanwhile, the difference in arsenic adsorption capacity between the waste mask (KF94 used, 2.50mg/g) and the waste mask (KF80 used, 20.57mg/g) is also determined to be related to the presence or absence of metal cation components. In the case of the waste mask (KF94 used), only nitrogen (N) and oxygen (O) exist in addition to carbon (C), whereas in the case of the waste mask (KF80 used), various metal cations such as Na, Al, Ca, K, and Pb exist. It can be confirmed that the components exist, and it is estimated that the difference in arsenic adsorption capacity is caused by the difference in these metal cation components.

<사용 전후 폐마스크의 비소 흡착특성><Arsenic adsorption characteristics of waste masks before and after use> Sample IDSample ID IntensityIntensity Conc.(mg/L)Conc.(mg/L) Absorbents(g)Absorbents (g) Q(mg/g)Q (mg/g) pHpH KF94 newKF94 new 1321.731321.73 98.7498.74 0.02940.0294 0.000.00 4.1724.172 KF94 usedKF94 used 1257.431257.43 93.9293.92 0.02930.0293 2.502.50 4.1684.168 KF80 newKF80 new 1238.251238.25 98.4798.47 0.02470.0247 0.000.00 4.1744.174 KF80 usedKF80 used 1137.231137.23 84.8984.89 0.02550.0255 20.5720.57 4.1754.175

<실험예 3 : 폐마스크의 여과특성><Experimental Example 3: Filtration characteristics of waste mask>

실험예 2를 통해 비소 흡착능이 가장 우수한 것으로 확인된 KF80 폐마스크와, 미사용 KF80 폐마스크를 대상으로 여과실험을 진행하였다. 원수는 하수처리장 2차침전조 상등액을 이용하였으며, 분석항목은 수질오염공정시험기준에 해당되는 BOD, 부유물질(SS), 총대장균군수이다. 하수처리장 2차침전조 처리수 2L를 채수한 후 KF80 폐마스크와 미사용 KF80 폐마스크 이용하여 여과실험을 진행하였다. 사용된 마스크의 단면적은 12.6cm2이다. A filtration experiment was conducted on the KF80 waste mask, which was confirmed to have the best arsenic adsorption capacity through Experimental Example 2, and the unused KF80 waste mask. The raw water used was the supernatant of the secondary sedimentation tank of the sewage treatment plant, and the analysis items were BOD, suspended solids (SS), and total coliform counts corresponding to the water pollution process test standards. After collecting 2 L of water from the secondary sedimentation tank at the sewage treatment plant, a filtration experiment was conducted using a KF80 waste mask and an unused KF80 waste mask. The cross-sectional area of the mask used is 12.6 cm 2 .

실험결과, 미사용 폐마스크에 대비하여 폐마스크를 적용한 경우, BOD 34.6%, 부유물질(SS) 50%, 총대장균군 93.6%로 제거효율이 향상됨을 확인할 수 있다(아래의 표 2 참조). As a result of the experiment, when the waste mask was applied in preparation for the unused waste mask, it was confirmed that the removal efficiency was improved with BOD 34.6%, suspended solids (SS) 50%, and total coliforms 93.6% (see Table 2 below).

<사용 전후 폐마스크의 여과특성><Filtration characteristics of waste masks before and after use> 시험항목Test Items 시료구분Sample classification 결과값result BOD (mg/L)BOD (mg/L) KF80 newKF80 new 15.915.9 BOD (mg/L)BOD (mg/L) KF80 usedKF80 used 10.410.4 부유물질 (mg/L)Suspended solids (mg/L) KF80 newKF80 new 2.62.6 부유물질 (mg/L)Suspended solids (mg/L) KF80 usedKF80 used 1.31.3 총대장균군 (개/mL)Total coliforms (pcs/mL) KF80 newKF80 new 7878 총대장균군 (개/mL)Total coliforms (pcs/mL) KF80 usedKF80 used 55

<실험예 4 : 본 발명에 따른 전처리장치의 탁도 및 총유기탄소 제거특성><Experimental Example 4: Turbidity and total organic carbon removal characteristics of the pretreatment device according to the present invention>

산업시설에서 방류되는 냉각수를 대상으로 활성여과조 및 복합반응조를 순차적으로 통과시키는 반응을 7시간 동안 실시하였다. Cooling water discharged from industrial facilities was subjected to a reaction for sequentially passing through an active filtration tank and a complex reaction tank for 7 hours.

실험결과, 도 4a에 도시한 바와 같이 7시간 운전하는 과정에서 원수의 탁도가 1NTU 이하로 유지됨을 확인할 수 있다. 또한, 원수의 총유기탄소(TOC)는 2ppm 이하의 낮은 농도로 유지됨을 확인할 수 있다. As a result of the experiment, it can be confirmed that the turbidity of the raw water is maintained at 1 NTU or less during the 7-hour operation, as shown in FIG. 4a. In addition, it can be confirmed that the total organic carbon (TOC) of the raw water is maintained at a low concentration of 2 ppm or less.

10 : 활성여과조 11 : 상부반응조
12 : 하부반응조 13 : 활성여과재
14 : 압축공기 주입구 15 : 오염물질 배출구
20 : 복합반응조 21 : 외부반응조
22 : 내부반응조 23 : 흡착재
24 : 폐마스크 25 : 원수유입구
26 : 처리수배출관
10: active filtration tank 11: upper reaction tank
12: lower reaction tank 13: active filter medium
14: compressed air inlet 15: contaminant outlet
20: complex reaction tank 21: external reaction tank
22: internal reaction tank 23: adsorbent
24: waste mask 25: raw water inlet
26: treated water discharge pipe

Claims (12)

입자성 물질 및 유기물을 저감시키기 위한 축전식 탈염공정의 전처리장치에 있어서,
활성여과재를 이용하여 원수에 포함되어 있는 유기물 및 입자성 물질을 여과하는 활성여과조; 및
흡착재가 구비된 외부반응조와 폐마스크가 구비된 내부반응조를 포함하여 구성되며, 상기 활성여과조를 통과한 원수에 포함되어 있는 중금속 및 입자성 물질을 상기 흡착재 및 폐마스크를 이용하여 제거하는 복합반응조;를 포함하여 이루어지며,
상기 복합반응조는,
시계열적 공정 연속성을 갖는 외부반응조와 내부반응조를 포함하며,
상기 외부반응조 내부에 내부반응조가 구비되며,
상기 외부반응조에 유기오염물질을 흡착하기 위한 흡착재가 채워지며, 상기 내부반응조에 복수의 폐마스크가 수직 방향으로 이격되어 배치되며,
상기 내부반응조의 내측 중앙부에 처리수를 배출하는 위한 처리수배출관이 구비되며,
상기 폐마스크에 황사 또는 미세먼지로부터 유래된 금속 양이온 성분이 존재하는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
In the pretreatment device of the capacitive desalination process for reducing particulate matter and organic matter,
An active filtering tank for filtering organic and particulate matter contained in raw water using an active filtering medium; and
It is composed of an external reaction tank equipped with an adsorbent and an internal reactor equipped with a waste mask, and removes heavy metals and particulate matter contained in the raw water that has passed through the active filtration tank using the adsorbent and the waste mask Complex reaction tank; It is made including,
The complex reactor,
Including an external reactor and an internal reactor having time-series process continuity,
An internal reaction tank is provided inside the external reaction tank,
The external reaction tank is filled with an adsorbent for adsorbing organic contaminants, and a plurality of waste masks are vertically spaced apart from each other in the internal reaction tank,
A treated water discharge pipe for discharging treated water is provided at the inner center of the internal reaction tank,
Pretreatment device of the capacitive desalination process, characterized in that the metal cation component derived from yellow dust or fine dust exists in the waste mask.
제 1 항에 있어서, 상기 활성여과조는, 선택적으로 결합, 분리되는 상부반응조 및 하부반응조와, 상기 상부반응조 및 하부반응조 내부에 충진되는 활성여과재를 포함하여 구성되며,
원수는 상부반응조의 상부측으로 유입되어 활성여과재를 하향 통과하여 하부반응조의 하부측을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The method of claim 1, wherein the active filtering tank comprises an upper reaction tank and a lower reaction tank that are selectively combined and separated, and an active filtering material filled in the upper reaction tank and the lower reaction tank,
The pretreatment device of the capacitive desalination process, characterized in that the raw water flows into the upper side of the upper reaction tank, passes downward through the active filter medium, and is discharged through the lower side of the lower reaction tank.
제 2 항에 있어서, 상기 상부반응조의 일측에 압축공기 주입구 및 오염물질 배출구가 구비되며,
상기 압축공기 주입구에 압축공기가 주입되면 압축공기의 압력에 의해 상부반응조 내의 여과 오염물질이 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The method of claim 2, wherein a compressed air inlet and a pollutant outlet are provided on one side of the upper reaction tank,
When compressed air is injected into the compressed air inlet, the pretreatment device of the capacitive desalination process, characterized in that the filtered contaminants in the upper reaction tank are discharged to the outside by the pressure of the compressed air.
제 1 항에 있어서, 상기 활성여과재는 AFM(activated filter media)인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
[Claim 4] The pretreatment device of the capacitive desalination process according to claim 1, wherein the active filter medium is AFM (activated filter media).
제 1 항에 있어서, 상기 폐마스크는 사용된 마스크이며, 상기 마스크는 분진포집효율 80% 이상의 마스크인 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The pretreatment device of the capacitive desalination process according to claim 1, wherein the waste mask is a used mask, and the mask has a dust collection efficiency of 80% or more.
제 1 항에 있어서, 상기 폐마스크에는 황사 또는 미세먼지가 존재하며, 황사 또는 미세먼지에 금속 양이온 성분이 포함되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The pretreatment device of the capacitive desalination process according to claim 1, wherein the waste mask contains yellow dust or fine dust, and the yellow dust or fine dust contains a metal cation component.
제 1 항에 있어서, 원수에 포함되어 있는 중금속은 금속 양이온 성분에 의한 정전기적 인력작용을 통해 폐마스크에 흡착되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The pretreatment device of the capacitive desalination process according to claim 1, wherein heavy metals contained in raw water are adsorbed to the waste mask through electrostatic attraction by metal cation components.
제 1 항에 있어서, 원수에 포함되어 있는 무기물질, 부유물질, 미생물, BOD는 폐마스크의 여과필터 작용에 의해 저감되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The pretreatment device of the capacitive desalination process according to claim 1, wherein inorganic substances, suspended substances, microorganisms, and BOD contained in the raw water are reduced by the filter action of the waste mask.
제 1 항에 있어서, 활성여과조를 통과한 원수는 외부반응조의 하단측에 구비된 원수유입구를 통해 외부반응조에 공급되고, 외부반응조로 유입된 원수는 상향류로 이동하며, 원수가 상향류 이동하면서 외부반응조에 채워져 있는 흡착재를 통과하며, 흡착재를 통과하는 과정에서 원수에 포함되어 있는 유기오염물질은 흡착재에 의해 제거되며,
흡착재를 통과한 원수는 외부반응조의 상단측에서 내부반응조측으로 월류되어 이동되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The method of claim 1, wherein the raw water that has passed through the active filtration tank is supplied to the external reaction tank through a raw water inlet provided at the lower end of the external reaction tank, and the raw water introduced into the external reaction tank moves upward, while the raw water moves upward. It passes through the adsorbent filled in the external reaction tank, and in the process of passing through the adsorbent, organic pollutants contained in the raw water are removed by the adsorbent,
The raw water passing through the adsorbent is a pretreatment device of the capacitive desalination process, characterized in that the raw water flows from the top side of the external reaction tank to the internal reaction tank side and moves.
제 9 항에 있어서, 내부반응조로 월류되어 이동된 원수는 내부반응조에서 하향류로 이동되며, 하향류로 이동되는 과정에서 원수는 내부반응조에 수직 방향으로 다단 배치된 폐마스크를 순차적으로 통과하며,
폐마스크를 통과하는 과정에서 원수에 포함되어 있는 중금속은 폐마스크에 존재하는 금속 양이온과의 정전기적 인력작용에 의해 폐마스크에 흡착되며, 원수에 포함되어 있는 무기물질, 부유물질, 미생물, BOD는 폐마스크의 여과필터 작용에 의해 폐마스크에 걸러지며,
내부반응조의 원수가 하향류로 이동하면서 폐마스크를 순차적으로 통과하여 처리수가 생산되며, 내부반응조 하부의 처리수는 내부반응조 내측 중심부에 구비된 처리수배출관을 통해 상향 배출되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The method of claim 9, wherein the raw water overflowed and moved to the internal reaction tank is moved downward in the internal reaction tank, and in the process of moving downward, the raw water sequentially passes through waste masks arranged in multiple stages in the vertical direction in the internal reaction tank,
In the process of passing through the waste mask, heavy metals contained in the raw water are adsorbed to the waste mask by electrostatic attraction with metal cations present in the waste mask, and inorganic substances, suspended solids, microorganisms, and BOD contained in the raw water are It is filtered through the waste mask by the filtration filter action of the waste mask,
Capacitive type characterized in that the raw water of the internal reaction tank moves downward and sequentially passes through the waste mask to produce treated water, and the treated water at the bottom of the internal reaction tank is discharged upward through a treated water discharge pipe provided in the inner center of the internal reaction tank. Pretreatment device for desalination process.
제 1 항에 있어서, 상기 외부반응조와 내부반응조는 동심원 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
[Claim 4] The pretreatment device of the capacitive desalination process according to claim 1, wherein the external reactor and the internal reactor are arranged in a concentric circle.
제 1 항에 있어서, 상기 폐마스크는,
폐마스크에 살균용 화학약품을 분사하여 폐마스크에 대한 1차 살균을 진행하는 과정과, 폐마스크에 자외선을 조사하여 폐마스크에 대한 2차 살균을 진행하는 과정을 통해 살균처리된 것을 특징으로 하는 축전식 탈염공정의 전처리장치.
The method of claim 1, wherein the waste mask,
Characterized in that the sterilization process is performed through the process of spraying sterilizing chemicals on the waste mask to perform the primary sterilization of the waste mask and irradiating the waste mask with ultraviolet rays to proceed with the secondary sterilization of the waste mask A pretreatment device for capacitive desalination process.
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