KR20230115851A - 수내 중금속 이온 제거 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경 유기용매를 이용하여 원수로부터 중금속 이온을 제거하기 위한 수내 중금속 이온 제거 시스템에 관한 것으로서, 유기용매 및 물이 내부에 구비된 유수 혼합부와 물이 내부에 구비된 유수 분리부를 포함하는 중금속 제거부; 상기 유수 혼합부에 중금속-함유 원수를 공급하는 입수부; 및 상기 유수 분리부로부터 중금속 이온이 제거된 원수를 출수하는 출수부;를 포함하며, 상기 유수 혼합부와 상기 유수 분리부 사이에 제1분리막이 배치되며, 상기 제1분리막 하부를 통해 상기 원수가 이동 가능하도록 상기 유수 혼합부와 상기 유수 분리부가 연결되어 있는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 가정용, 산업용 정수 시스템, 하/폐수 처리 시스템 등의 분야에 적용할 수 있는 친환경 유기용매를 이용한 수내 중금속 이온 제거 시스템에 관한 것이다.
기존 중금속 이온 제거를 통한 수질 정화 시스템의 경우 인체에 유해한 성분을 포함하거나, 추가적인 전력 공급 및 산성도(pH) 조절이 요구되고, 선택적인 중금속 이온 제거에 한계가 있다.
구체적으로, 화학적으로 금속 이온 성분을 침전시키는 방법(수산화물 침전법)은 사용되는 침전제가 수용액상에서 강한 염기성을 띠므로 인체에 독성을 나타내는 문제가 있다.
최근에는 우수한 흡착능을 지닌 탄소나노튜브를 흡착제로써 이용하는 기술이 연구되고 있으나, 탄소나노튜브 역시 인체에 노출되었을 때 독성을 나타내는 문제가 있다.
이외에, 역삼투법이나 전기화학적으로 중금속을 제거하는 방법은 펌프의 압력을 높게 유지해야 하므로 지속적인 전력 공급이 요구된다. 예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0917576호와 같이 역삼투법을 정수기에 이용하는 경우가 있지만, 역삼투 필터는 몸에 이로운 무기물질(미네랄)까지도 제거하게 되며, 정수 용량이 작아 저수조가 필요한 단점이 있다.
한편, 기존 유수 분리 기술의 경우, 오염물질로서의 기름을 제거하기 위한 것으로서, 물과 기름이 혼합되어있는 혼합수로부터 깨끗한 물이 배출되는 관과 오염물질인 기름이 배출되는 관이 설계되어 있다. 그러나, 용액 내 물 위의 기름층을 유지하며 깨끗한 물만을 배출하는 설계는 전무한 실정이다.
본 발명은 친환경 유기용매를 이용한 수내 중금속 이온 제거 시스템을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예는, 원수로부터 중금속 이온을 제거하기 위한 수내 중금속 이온 제거 시스템으로서, 유기용매 및 물이 내부에 구비된 유수 혼합부와 물이 내부에 구비된 유수 분리부를 포함하는 중금속 제거부; 상기 유수 혼합부에 중금속-함유 원수를 공급하는 입수부; 및 상기 유수 분리부로부터 중금속 이온이 제거된 원수를 출수하는 출수부;를 포함하며, 상기 유수 혼합부와 상기 유수 분리부 사이에 제1분리막이 배치되며, 상기 제1분리막 하부를 통해 상기 원수가 이동 가능하도록 상기 유수 혼합부와 상기 유수 분리부가 연결되어 있는 것을 포함하는, 수내 중금속 이온 제거 시스템을 제공한다.
또한, 상기 유기용매는 올레산, 리놀렌산, 및 스테아르산으로부터 선택되는 1종 이상의 지방산 용매를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유수 분리부는 상부가 오픈된 제2분리막과 하부가 오픈된 제3분리막이 추가 구비되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유수 혼합부 내부에 상기 유기용매와 물의 높이는 1:0.8 내지 1:2의 비율로 구비될 수 있다.
또한, 상기 중금속 이온은 Cu, Ni, Zn, Pb, Cd, Cr, Hg, Co, Sn, As, Fe, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중금속 이온을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 수내 중금속 이온 제거 시스템은 상기 원수를 공급하기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수내 중금속 이온 제거 시스템은 상기 원수에 함유된 중금속 이온을 70% 이상 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가정용, 산업용 정수 시스템, 하/폐수 처리 시스템 등의 분야에 적용할 수 있는 친환경 유기용매를 이용한 수내 중금속 이온 제거 시스템을 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 중금속 이온 제거 시스템은 수용가(가정, 회사 등)의 급수관에 연결하여 중금속 이온이 함유된 상수를 정수할 수 있는 필터에 적용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 중금속 이온 제거 시스템은 일반 정수기에 연결하여 수 내 영양분 및 필수 미네랄 이온을 제외한 채 오염 물질인 중금속 이온만 선택적으로 제거할 수 있는 필터에 적용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 중금속 이온 제거 시스템은 하/폐수 처리 과정 내 중금속 제거를 위한 흡착 및 응집/침전 과정을 대체할 수 있는 친환경 제거 시스템에 적용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 중금속 이온 제거 시스템은 반응조, 배수지 등과 같은 대형 물탱크(수조) 및 특수 목적을 위한 소형 물 저장소 내 집적 가능한 친환경 중금속 이온 제거 백(Bag)에 적용할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 구현예에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제작된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 3차원 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 수내 중금속 이온 제거 시스템을 사용한 실험구성 사진이다.
도 4a는 실험예 1의 조건으로 준비된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 4b는 실험예 1의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다.
도 5a는 실험예 2의 조건으로 준비된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 5b는 실험예 2의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다.
도 6a는 실험예 3의 조건으로 준비된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 6b는 실험예 3의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다.
도 7a는 비교예 1로서 시중의 일반필터를 사용한 실험구성 사진이다.
도 7b는 비교예 1의 중금속 제거 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 8a는 실시예 1로서 수내 중금속 이온 제거 시스템을 사용한 실험구성 사진이다.
도 8b는 실시예 1의 올레산을 이용한 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 8c는 실시예 1의 중금속 제거 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 실시예 2의 수내 중금속 이온 제거 시스템의 구조를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 2의 수내 중금속 이온 제거 시스템과 일반 정수기 필터의 중금속 제거 효과를 비교한 그래프이다.
도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 제작된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 3차원 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 수내 중금속 이온 제거 시스템을 사용한 실험구성 사진이다.
도 4a는 실험예 1의 조건으로 준비된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 4b는 실험예 1의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다.
도 5a는 실험예 2의 조건으로 준비된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 5b는 실험예 2의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다.
도 6a는 실험예 3의 조건으로 준비된 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 6b는 실험예 3의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다.
도 7a는 비교예 1로서 시중의 일반필터를 사용한 실험구성 사진이다.
도 7b는 비교예 1의 중금속 제거 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 8a는 실시예 1로서 수내 중금속 이온 제거 시스템을 사용한 실험구성 사진이다.
도 8b는 실시예 1의 올레산을 이용한 수내 중금속 이온 제거 시스템의 사진이다.
도 8c는 실시예 1의 중금속 제거 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 실시예 2의 수내 중금속 이온 제거 시스템의 구조를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 2의 수내 중금속 이온 제거 시스템과 일반 정수기 필터의 중금속 제거 효과를 비교한 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 일 실시예가 상세하게 설명된다. 첨부된 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낼 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 가정용, 산업용 정수 시스템, 하/폐수 처리 시스템 등의 분야에 적용할 수 있는 친환경 유기용매를 이용한 수 내 중금속 이온 제거 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템은, 원수로부터 중금속 이온을 제거하기 위한 것으로서, 입수부(100), 중금속 제거부(200) 및 출수부(300)를 포함하며, 중금속 제거부(200)는 유수 혼합부(210) 및 유수 분리부(220)를 포함한다.
입수부(100)는 유수 혼합부(210)에 중금속-함유 원수를 공급하기 위해, 유수 혼합부(210) 상부에 구비될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 중금속 제거부(200)는, 유수 혼합부(210)와 유수 분리부(220) 사이에 제1분리막(201)이 배치되며, 상기 제1분리막(201) 하부를 통해 원수가 이동 가능하도록 유수 혼합부(210)와 유수 분리부(220)가 연결되어 있는 구조를 갖는다.
유수 혼합부(210)의 내부에는 원수로부터 중금속 이온을 분리하기 위한 유기용매와 최종적으로 출수되는 원수로부터 유기용매를 분리하기 위한 물이 구비된다. 또한, 유수 분리부(220)의 내부에도 물이 구비된다. 이때, 물은 중금속 이온 등의 불순물을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유기용매로는 친환경의 지방산 계열 유기용매라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 친환경 지방산 계열 유기용매로는 올레산, 리놀렌산, 스테아르산 등이 있을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 유기용매를 이용한 선택적 중금속 이온 제거 기술은 올리브유의 주성분인 올레산(Oleic acid)를 이용하여 일반 정수 필터로는 걸러지지 않는 중금속 이온을 선택적으로 제거할 수 있기에 기존 수질 정화 기술의 한계를 돌파한 차별화된 기술이다. 본 발명은, 친환경 유기용매를 이용함으로써 수산화 침전법, 역삼투압법 등과 같은 종래의 중금속 제거 방법과는 다르게 물의 산성도를 변화시키지 않으며, 물 속의 중금속 이온만을 선택적으로 제거하면서 인체에 필요한 미네랄 성분은 남길 수 있는 이점이 있다.
유수 혼합부(210) 내부의 유기용매와 물의 비율, 특히 유기용매층의 높이는 원수가 입수되는 유속 또는 유량 등의 조건에 따라 달라질 수 있으며, 수내 중금속 제거 시스템이 작동하는 동안 유수 혼합부(210)에 구비된 유기용매가 유수 분리부(220)로 유출되지 않는 정도 내에서 적절히 조절될 수 있다. 또한, 유기용매층은 유수분리로 인해 유기용매가 출수부(300)로 넘어가지 않음과 동시에 중금속 이온 제거 효율을 향상시킬 수 있는 최대한 높은 높이로 구비되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 입수속도가 증가할 경우 물의 비율을 증가시키고, 입수속도가 감소할 경우 물의 비율을 감소시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유수 혼합부(210) 내부의 유기용매와 물의 높이 비율은 1:0.8 내지 1:2.2로 구비될 수 있고, 보다 구체적으로, 입수 유속이 300 mL/min인 경우, 유기용매와 물은 1:2의 비율로 구비되는 것이 바람직하며, 입수 유속이 200 mL/min인 경우, 유기용매와 물은 1:1의 비율로 구비되는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 유수 분리부(220)는 상부가 오픈된 제2분리막(202)과 하부가 오픈된 제3분리막(203)이 추가 구비된 3중 유수 분리 구조를 가질 수도 있다. 이와 같이 다중벽 구조가 구비되는 경우, 입수부(100) 근처의 제1분리막(201)을 통해 유기용매 방울이 유수 분리부(220) 일부 유출되더라도 최종적으로 출수되는 원수에 유기용매가 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
출수부(300)는 유수 분리부(220)로부터 중금속 이온이 제거된 원수를 출수하기 위해, 유수 분리부(220) 측면에 구비될 수 있으며, 유수 분리부(220) 내부에 구비된 물의 수위보다 낮은 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템은 중금속 제거부(200) 내 친환경 유기용매의 양이 유지되며, 물과 유기용매의 부력 차이에 의해 지속적인 분리가 가능하고, 이를 통해 중금속 이온이 제거된 깨끗한 원수만 출수부(300)를 통해 배출될 수 있는 설계로 구성될 수 있다.
본 발명에서 제거 대상이 되는 중금속 이온은 통상적으로 유해한 오염물질로 분류되는 중금속 이온이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, Cu, Ni, Zn, Pb, Cd, Cr, Hg, Co, Sn, As, Fe, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중금속 이온을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수내 중금속 이온 제거 시스템은 상기 원수에 함유된 중금속 이온을 70 중량% 이상 제거할 수 있고, 바람직하게는 75 중량% 이상 제거할 수 있다. 일 구현예에서, 본 발명에 따른 중금속 이온 제거 시스템은 수내 영양분 및 필수 미네랄 이온을 제외한 채 오염 물질인 중금속 이온만 선택적으로 제거할 수 있는 필터에 적용할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 수내 중금속 이온 제거 시스템은 중금속 제거부(200)에 상기 원수를 공급하고, 유속을 조절하기 위한 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템은 수용가(가정, 회사 등)의 급수관에 연결하여 중금속 이온이 함유된 상수를 정수할 수 있는 필터에 적용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템은 하/폐수 처리 과정 내 중금속 제거를 위한 흡착 및 응집/침전 과정을 대체할 수 있는 친환경 제거 시스템에 적용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템은 반응조, 배수지 등과 같은 대형 물탱크(수조) 및 특수 목적을 위한 소형 물 저장소 내 집적 가능한 친환경 중금속 이온 제거 백(Bag)에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 일반적인 폐수처리 공정에서 이온물질을 제거하기 위해 시행하는 '반응조 내 응집/침전제 투입 - 침전 - 여과 - 침전물 농축 - 침전물 탈수 및 폐기 - 여과된 물의 중화' 과정을 단순화한 공정을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 친환경 유기용매가 담겨 있으며 중금속 이온의 확산이 가능한 막(membrane)으로 제작된 백(Bag)을 폐수 처리수조 및 물 저장소 내 투입한 후 제거하는 단순한 과정을 통해 원하는 양의 중금속 이온을 제거할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(1) 원수 유입에 따른 유수분리 실험
(1.1) 실험구성
원수 유입에 따른 유기용매의 유동을 확인하기 위해, 도 2에 나타낸 바와 같은 구조 및 스펙으로 본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템용 제작품을 준비하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 수내 중금속 이온 제거 시스템을 사용한 실험구성 사진으로서, 하기의 실험예 1 내지 3에서는 본 제작품의 유수 혼합부 내의 유기용매와 물의 적절한 높이 및 유속을 확인하기 위해 각각의 높이와 유속을 달리하여 그 결과를 확인하였다. 또한, 유기용매를 대체하여 육안으로 확인이 용이한 기름을 사용하였다.
(1.2) 실험예 1 내지 3의 실험조건
실험예 1 내지 3은 각각 도 4a, 도 5a, 도 6a에서 확인할 수 있는 바와 같이, 펌프를 통한 원수 유입 속도(유속), 기름층의 두께 제작품 내 하부로부터 기름층의 위치(물 높이)를 달리하였으며, 각 조건을 하기 표 1에 정리하였다.
| 유속 [mL/min] | 기름층 두께 [cm] | 물 높이 [cm] | |
| 실험예 1 | 200 | 4 | 4 |
| 실험예 2 | 300 | 4 | 6 |
| 실험예 3 | 200 | 8 | 6 |
(1.3) 실험예 1 내지 3의 실험결과
도 4b는 실험예 1의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다. 물을 지속적으로 유입시켰을 때, 기름층에서 표면에 기름이 적셔진 물방울 형상이 생겼다. 또한, 좌측에서 기름이 존재하는 영역의 두께가 늘어났고, 이에 따라 우측 출수부로 넘어가는 기름이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
도 5b는 실험예 2의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다. 실험예 2는 실험예 1 대비 기름층의 위치를 상승시킨 것으로, 물을 지속적으로 유입시켰을 때, 기름층에서 표면에 기름이 적셔진 물방울의 직경이 하부로 갈수록 증가하였고, 이에 따라 기름으로 감싼 물방울이 하부에서 터졌다. 또한, 하부로 내려왔던 기름이 상부 기름층과 재결합하였고, 이를 통해 유수분리가 가능하였다.
도 6b는 실험예 3의 조건으로 실험을 진행한 후의 실험결과 사진이다. 실험예 3은 실험예 1 대비 기름층의 위치를 상승시킨 상태에서 기름층의 두께를 증가시킨 것으로, 물을 지속적으로 유입시켰을 때, 기름층의 두께(양)가 증가함에 따라 기름으로 감싼 물방울 생성이 증가되었다. 이에 따라 기름이 존재하는 영역이 증가하며 출수부로 기름이 유출되는 것을 확인할 수 있었다.
(2) 중금속 이온 제거 실험 1
본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템과 일반 정수 필터와의 중금속 이온 제거 성능 비교를 위해 아래와 같은 조건으로 실험을 진행하였다.
(2.1) 비교예 1 및 실시예 1의 실험구성
본 실험에서는, 하기 비교예 1 및 하기 실시예 1의 장치에 300 ppm Cu2+의 중금속 이온을 함유한 원수를 300 mL/min의 유속으로 공급하였다.
비교예 1은 도 7a에 나타낸 바와 같이, 시판 정수기 필터인 나노소재를 이용한 필터를 사용하였다.
실시예 1은 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템을 사용하였다. 또한, 중금속 제거를 위한 유기용매로 올레산을 사용하였으며, 상기 유수분리 실험에서, 유수 혼합부의 기름이 우측의 유수 분리부로 넘어가는 않고 유수분리가 가능한 것으로 확인된 실험예 2의 조건(유기용매층 두께 및 물 높이)으로 올레산의 위치 및 두께를 구성하였다.
(2.2) 실험결과
도 7b는 비교예 1의 중금속 제거 실험 후의 사진으로서, 기존 정수기 필터를 이용할 경우, 원수(좌측)와 정수기 필터를 통과한 후(우측)의 색상이 동일한 것을 통해 중금속 이온(Cu2+)이 제거되지 않은 것을 확인할 수 있다. 즉, 기존 정수기 필터를 이용할 경우 중금속 이온 제거가 불가능하였다.
도 8c는 실시예 1의 중금속 제거 실험 후의 사진으로서, 입수된 원수가 본 발명의 제작품을 통과한 경우 색상의 변화 확인할 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템을 통과한 원수 내의 중금속 이온(Cu2+)이 제거되었음을 의미한다.
(3) 중금속 이온 제거 실험 2
본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템과 일반 정수 필터와의 중금속 이온 제거 성능의 정량적 비교를 위해 아래와 같은 조건으로 실험을 진행하였다.
(3.1) 비교예 2 및 실시예 2의 실험구성
본 실험에서는, 40 ppm Cu2+의 중금속 이온을 함유한 원수를 300 mL/min의 유속으로 공급하였다.
비교예 2은 상기 비교예 1과 동일하게 시판 정수기 필터인 나노소재를 이용한 필터를 사용하였다.
실시예 2는 도 9에 나타낸 바와 같이, 분리막이 3중 구조로 설계된 제작품을 사용하였으며, 유수 혼합부의 물과 유기용매(올레산)층의 높이는 각각 12cm 및 8cm로 설정하였다 (실험예 2와 동일한 비율).
(3.2) 실험결과
도 10은 실시예 2의 수내 중금속 이온 제거 시스템과 비교예 2의 일반 정수기 필터를 사용하였을 때 출수된 원수 내 중금속 이온 농도를 측정하여 비교한 그래프이다. 여기서, 실시예 2의 경우, 중금속 이온이 제거되는 경향을 확인하기 위해 각각 500 mL, 1 L, 및 1.5 L 출수 후 중금속 농도를 측정하였으며, 비교예 2의 경우, 중금속 이온 제거가 거의 불가능하여 1L 출수 후 데이터까지만 측정하였다 (비교예 2의 1.5L 출수 후 데이터 미도시).
도 10을 참조하면, 시판 정수기 필터를 사용한 비교예 2의 경우 구리 이온이 27 ppm 이상 잔류하여 30 중량%도 제거되지 않은 반면, 본 발명에 따른 수내 중금속 이온 제거 시스템을 사용한 실시예 2의 경우 1.5L 출수 후에도 구리 이온이 10ppm 이하로 잔류하여 75 중량% 이상 제거된 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 입수부
200: 중금속 제거부
300: 출수부
210: 유수 혼합부 220: 유수 분리부
201: 제1분리막 202: 제2분리막 203: 제3분리막
210: 유수 혼합부 220: 유수 분리부
201: 제1분리막 202: 제2분리막 203: 제3분리막
Claims (7)
- 원수로부터 중금속 이온을 제거하기 위한 수내 중금속 이온 제거 시스템으로서,
유기용매 및 물이 내부에 구비된 유수 혼합부와 물이 내부에 구비된 유수 분리부를 포함하는 중금속 제거부;
상기 유수 혼합부에 중금속-함유 원수를 공급하는 입수부; 및
상기 유수 분리부로부터 중금속 이온이 제거된 원수를 출수하는 출수부;를 포함하며,
상기 유수 혼합부와 상기 유수 분리부 사이에 제1분리막이 배치되며, 상기 제1분리막 하부를 통해 상기 원수가 이동 가능하도록 상기 유수 혼합부와 상기 유수 분리부가 연결되어 있는 것을 포함하는, 수내 중금속 이온 제거 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 유기용매는 올레산(Oleic acid), 리놀렌산, 및 스테아르산으로부터 선택되는 1종 이상의 지방산 용매를 포함하는, 수내 중금속 이온 제거 시스템. - 제1항에 있어서
상기 유수 분리부는 상부가 오픈된 제2분리막과 하부가 오픈된 제3분리막이 추가 구비되는 것을 포함하는, 수내 중금속 이온 제거 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 유수 혼합부 내부에 상기 유기용매와 물의 높이는 1:0.8 내지 1:2.2의 비율로 구비되는 것인, 수내 중금속 이온 제거 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 중금속 이온은 Cu, Ni, Zn, Pb, Cd, Cr, Hg, Co, Sn, As, Fe, 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중금속 이온을 포함하는 것인, 수내 중금속 이온 제거 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 원수를 공급하기 위한 펌프를 더 포함하는, 수내 중금속 이온 제거 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 원수에 함유된 중금속 이온을 70 중량% 이상 제거하는 것을 특징으로 하는, 수내 중금속 이온 제거 시스템.
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