KR100802365B1

KR100802365B1 - Ａｃ―ｇｅ 필터

Info

Publication number: KR100802365B1
Application number: KR1020060095420A
Authority: KR
Inventors: 장경환; 김영준; 이강평; 박대원
Original assignee: 박대원; 이강평; 김영준; 장경환
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-02-13
Also published as: WO2008038853A1

Abstract

본 발명은 상·하단부에 유입구 및 유출구를 가지는 상향류식 원통형 챔버; 상기 원통형 챔버의 상·하단부에 설치되어 역세를 하는 역세수 유입구 및 역세수 배출구; 상기 원통형 챔버내의 상·하측에 각각 한세트 이상 설치되고, (+) 전극판, (-) 전극판 및 상기 (+)극 및 (-)극 사이에 전극 간격 유지 및 활성탄의 누출을 방지하는 스페이서를 포함하는 전극부; 상기 원통형 챔버의 하단부에 설치되어 역세시에 기포를 공급하는 산기관; 상기 상·하측의 전극부 사이에 충진된 입상 활성탄; 및 교류를 직류로 전환하여 직류전원을 상기 전극부로 공급하는 정류/제어장치를 포함하고, 상기 전극부의 (+) 전극판이 입상 활성탄과 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 AC-GE 필터에 관한 것이다. 본 발명은 상기 전극부에 직류전원을 투입하면 입상 활성탄이 (+)로 대전되어 챔버 내부에 미생물이 존재할 수 없는 환경으로 조성되여 세균 번식의 위험성이 감소되고, 유로폐색시 실행되는 역세척의 필요성이 감소되며, 극성 절체를 통하여 전극에 부착된 유기물 및 무기물을 탈리할 수 있어 전극 세척의 필요성이 없다. 또한 에너지가 주입되면 물의 클러스트가 작아져 생체 흡수력이 향상되어 보다 양질의 물을 제공할 수 있는 효과가 있다.

입상 활성탄, 필터, 전극

Description

ＡＣ―ＧＥ 필터 {Activated Carbon ― Granule Electrode Filter}

도 1은 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 사시도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 조립단면도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 전극부 조립도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 전극부 단면도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 챔버 20: 유입구

21: 역세수 유입구 30: 유출구

31: 역세수 유출구 40: 전극부

41: (+) 전극판 42: (-) 전극판

43: 스페이서 44: 전극접점부

45: 전극돌기 46: 가이드

47: 볼트 48: 너트

50: 산기관 51: 공기주입부

60: 입상활성탄 70: 정류/제어장치

80: 전선 81: 전선관

발명의 분야

본 발명은 소독 기능 및 생체 흡수력이 강화된 AC-GE 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상·하단부에 유입구 및 유출구를 가지는 상향류식 원통형 챔버; 상기 원통형 챔버의 상·하단부에 설치되어 역세를 하는 역세수 유입구 및 역세수 배출구; 상기 원통형 챔버내의 상·하측에 각각 한세트 이상 설치되고, (+) 전극판, (-) 전극판 및 상기 (+)극 및 (-)극 사이에 전극 간격 유지 및 활성탄의 누출을 방지하는 스페이서를 포함하는 전극부; 상기 원통형 챔버의 하단부에 설치되어 역세시에 기포를 공급하는 산기관; 상기 상·하측의 전극부 사이에 충진된 입상 활성탄; 및 교류를 직류로 전환하여 직류전원을 상기 전극부로 공급하는 정류/제어장치를 포함하고, 상기 전극부의 (+) 전극판이 입상 활성탄과 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 AC-GE 필터에 관한 것이다.

발명의 배경

활성탄은 야자껍데기, 톱밥 및 석탄을 탄화하여 만든 흑색 다공성 탄소질 물질로 비표면적이 크고, 흡착성이 강하여 이취미, 페놀류, 유기물, 색도, THM 제거 등에 쓰인다. 활성탄 처리는 분말활성탄(Powdered Activated Carbon, PAC)과 입상 활성탄(Granular Activated Carbon, GAC)을 사용하는 경우가 있는데, 두 가지 모두 악취 물질이나 미량 유기물질을 흡착 제거하는데 효과적이다. 상기 활성탄은 다공성으로서 내부에 무수한 세공이 있는데, 세공의 층 내부 표면적이 현저하게 크고, 그 표면이 불순물에 대하여 친수성을 갖게 된다. 따라서 피흡착 물질로서의 용해성 성분의 제거는 용해성 성분이 세공의 커다란 내부 표면에 흡착함으로써 이루어진다. 종래의 활성탄조는 대용량의 탱크에 활성탄을 채워넣고, 물을 가만히 담아두는 방식이었으나, 종래 활성탄조의 설치시 경제성의 문제와 설치 면적이 크고, 활성탄 충진재의 폐쇄현상으로 인해 주기적인 역세척이 필요하고, 활성탄조의 잦은 청소와 활성탄의 주기적 교체 등으로 인해 관리상의 불편함이 크고, 이에 따른 인력 소요 및 비용의 문제와 활성탄 충진율에 비해 접촉면적이 작아서 정화효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이와 관련된 종래 기술로는 '유동 활성탄을 이용한 오·폐수 정화용 활성탄조'(한국특허 등록번호 10-0528633, 2005.11.08), '상수도용 압력식 정수시설'(한국특허 등록번호 10-0542425, 2006.01.04)이 있으며, 상기 기술은 충진재의 막힘이 방지되고, 관리가 용이한 활성탄조를 제공하나, 활성탄 내에 미생물 번식을 억제하는 기능이 없어 처리수에서 미생물의 번식이 가능하여 수명이 단축되고, 소독기능이 약화되는 문제점이 있다. 또한, '활성탄 충진 전해조에서 질소화합물의 제거'(한국특허 출원번호 10-2002-0023868, 2002.04.24)의 기술은 전기화학적인 방법으로 상수, 하·폐수에 함유된 질소를 제거하는 방법을 제공하나, 질소화합물을 대상으로 한 처리방법으로, 활성탄 내에 미생물 번식이 가능하여 세균 증식이 억제되지 못하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 활성탄조에 입도가 큰 입상 활성탄을 충진하고, 상기 입상 활성탄의 양측에 전극세트를 배치한 다음, 직류전원을 공급함으로써 상기 입상 활성탄을 (+)로 대전시켜 활성탄 내에서 세균 증식의 억제와 함께 유입되는 세균까지 소독되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 주된 목적은 소독 기능 및 생체 흡수력이 강화된 AC-GE 필터를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상·하단부에 유입구 및 유출구를 가지는 상향류식 원통형 챔버; 상기 원통형 챔버의 상·하단부에 설치되어 역세를 하는 역세수 유입구 및 역세수 배출구; 상기 원통형 챔버내의 상·하측에 각각 한세트 이상 설치되고, (+) 전극판, (-) 전극판 및 상기 (+)극 및 (-)극 사이에 전극 간격 유지 및 활성탄의 누출을 방지하는 스페이서를 포함하는 전극부; 상기 원통형 챔버의 하단부에 설치되어 역세시에 기포를 공급하는 산기관; 상기 상·하측의 전극부 사이에 충진된 입상 활성탄; 및 교류를 직류로 전환하여 직류전원을 상기 전극부로 공급하는 정류/제어장치를 포함하고, 상기 전극부의 (+) 전극판이 입상 활성탄과 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 AC-GE (Activated Carbon - Granule Electrode) 필터를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 전극부의 (+) 전극판은 매쉬 또는 타공 형태의 이리륨 티타늄(IrO₂-Ti) 전극 또는 백금 티타늄(Pt-Ti) 전극을 이용하고, 상기 (-) 전극판은 매쉬 또는 타공 형태의 이리륨 티타늄(IrO₂-Ti) 전극, 백금 티타늄(Pt-Ti) 전극, 스테인레스 스틸 및 티타늄으로 구성되는 그룹에서 선택하여 이용하며, 상기 스페이서는 매쉬 형태로 PVC, PE 및 PP로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 수지로 절연되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전극부의 (+) 전극판이 입상 활성탄과 접촉하도록 배열시, 상기 (+) 전극판의 접촉면에 부착되는 다수개의 전극돌기를 추가로 포함하고, 상기 전극부에 직류전원을 공급할 경우 입상 활성탄이 (+)로 대전되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 정류/제어장치는 상기 전극부와 연결되어 있고, 극성절체가 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 사시도를 도시한 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 AC-GE 필터는 원통형 챔버(10), 유입구(20), 유출구(30), 역세수 유입구(21), 역세수 유출구(31), 전극부(40), 산기관(50), 입상 활성 탄(60) 및 정류/제어장치(70)로 구성된다. 상기 원통형 챔버(10)는 사용처에 따라 크기, 높이, 용량 등이 결정된다. 상기 유입구(20)는 원통형 챔버의 하부에, 상기 유출구(30)는 원통형 챔버의 상부에 위치하여 상향류의 물 흐름을 가지고, 종래 활성탄 필터에 비하여 유로폐색이 적게 발생하여 역세 주기가 길어진다. 유입수의 활성탄층 통과 선속도는 유입수질, 목표수질, 처리용량 등에 따라 2m/h ~ 15m/h까지 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 조립단면도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 전극부 조립도를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 전극부 단면도를 도시한 것이다. 도 2, 3 및 4에 도시한 바와 같이, 상기 전극부는 상기 원통형 챔버내의 상·하측에 각각 한 세트 이상 설치되어 있고, 사용처 및 챔버의 용량에 따라 다양한 개수로 설치가능하며, 상기 전극부에 사용되는 전극은 용량에 따라 상·하측에 각각 한 세트씩 설치할 수 있으나, 보다 바람직하게는 전극이 받는 하중, 한 세트의 전극에 가해지는 전류량 등을 고려하여 다수 세트의 작은 전극으로 나누어 병렬 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 원활한 사후 관리를 위하여 단위전극의 크기를 일정하게 제작하는 것이 바람직하다.

상기 전극부는 (+) 전극판, (-) 전극판 및 상기 (+)극 및 (-)극 사이에 전극 간격 유지 및 활성탄의 누출을 방지하는 스페이서를 포함한다. 상기 전극부의 (+) 전극판은 매쉬 또는 타공 형태의 이리륨 티타늄(IrO₂-Ti) 전극 또는 백금 티타늄(Pt-Ti) 전극을 이용하고, 상기 (-) 전극판은 매쉬 또는 타공 형태의 이리륨 티타 늄(IrO₂-Ti) 전극, 백금 티타늄(Pt-Ti) 전극, 스테인레스 스틸 및 티타늄으로 구성되는 그룹에서 선택하여 이용하며, 상기 스페이서는 약1~2mm 크기의 매쉬 크기를 가지는 매쉬 형태로 PVC, PE 및 PP로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 수지로 절연되어 전극 간격을 유지하고, 활성탄의 누출로 인한 쇼트를 방지한다. 또한, 창틀 형태의 가이드를 추가로 구비하고, 상기 가이드는 전극부를 고정하고, 상기 입상활성탄의 하중을 견디는 역할을 한다. 상기 가이드의 재질은 비전도성 물질인 PVC, PE 및 PP로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 상기 가이드 내에 전극부가 (+) 전극판, 스페이서, (-) 전극판의 순서로 고정되어 있고, 볼트와 너트를 이용하여 전극부를 보다 단단하게 고정할 수 있으며, 상기 볼트와 너트는 누전의 위험이 있으므로, 비전도성 재질을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 산기관은 상기 원통형 챔버의 하단부에 설치되고, 상기 공기주입구에서 주입된 공기가 상기 산기관을 통해서 기포화되며, 역세시에 기포를 공급한다.

상기 상하 전극부 내부에 입상 활성탄이 충진되어 있고, 상기 전극부의 (+)전극판이 입상 활성탄과 접촉하도록 배열되도록 하며, 상기 (+) 전극판의 접촉면에 부착되는 다수개의 전극돌기를 추가로 포함하여 전극면과 입상 활성탄의 접촉성이 향상된다.상기 전극부에 직류전원을 공급하는 경우, 입상 활성탄이 (+)로 대전되어 미생물이 존재할 수 없는 환경을 조성한다. 종래 활성탄은 표면적이 넓어 흡착기능이 뛰어난 반면, 미생물이 번식할 위험성이 높아 수명이 짧은 문제점이 있었으나, 본 발명에 따른 활성탄을 그래뉼 전극화에 의해 소독기능이 추가되어 미생물이 존 재할 수 없는 환경이 조성되어 세균번식의 위험이 없으며, 유입되는 미생물도 전위차 및 발생 라디칼에 의해 사멸됨으로써, 활성탄의 역세주기가 길어지고, 수명도 길어지게 된다.

상기 정류/제어장치는 상기 원통형 챔버 외부에 설치되고, 교류를 직류로 전환하여 상기 전극부에 직류전원을 공급하는 장치로, 타이머 또는 기타 전류량 변화에 의해 극성절체가 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 AC-GE 필터는 상기 전극부에 (+), (-)를 역전시켜 10 ~ 30초 동안 극성을 절체 공급함으로써, (-)극에 부착될 수 있는 Mg, Ca 등의 무기물을 탈리하여 깨끗한 전극 상태를 유지할 수 있으며, 상기 극성절체를 통하여 전극에 부착된 스케일을 제거하여 항상 양호한 통전 상태를 유지할 수 있다. 극성절체는 타이머에 의해 주기적으로 절체시키는 방법과 전극면에 스케일이 증가함에 따라 투입전력량이 점차 감소하게 되므로 초기의 투입전력량 대비 일정 이상 전력량 감소시 자동으로 절체시킬 수 있다. 한편, 활성탄층에 부착되는 부유물질은 주기적 또는 부정기적 역세과정을 통하여 제거할 수 있는데, 상기 원통형 챔버 하부에 배치되는 산기관에서 기포를 투입하면서 상부의 역세수 투입구로 역세수를 주입하여 하부의 역세수 배출구를 배출함으로써, 활성탄에 부착될 수 있는 부유물질을 제거할 수 있다. 역세 시기는 탱크 내 압력증가 또는 토출량의 감소에 의해 부정기적으로 실시할 수 있으며, 타이머에 의해 주기적으로 역세시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 AC-GE 필터의 동작원리를 상세히 설명한다.

상기 원통형 챔버의 하부에 설치된 유입구를 통하여 처리 대상수를 유입하고, 상기 전극부에 직류전원을 공급하면, 상기 상·하측의 전극부 사이에 충진된 입상 활성탄이 (+)로 대전된다. 상기 (+)로 대전된 입상 활성탄에는 미생물이 존재할 수 없는 환경이 조성되고, 본 발명에 따른 AC-GE 필터를 통과한 처리 대상수는 입상 활성탄층을 통과하는 동안 소독 및 정수되어 상기 원통형 챔버의 상측에 위치한 유출구로 처리수가 배출된다. 상기 전극부에 공급되는 전압은 5 ~ 10V이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10V인데, 상기 전압 조건에서 경제적인 설계가 가능하며, 유지관리 비용이 절감된다. 이때, 0.7A/L·min의 전류가 유지될 수 있도록 전극면적이 설계되는 것이 바람직하다. 유입수의 활성탄층 통과시간은 10분 ~ 30분이고, 보다 바람직하게는 15분으로 설계할 수 있으며, 처리 대상수의 수질 및 처리수의 기대 수질에 따라 접촉시간의 조정이 가능하다. 유입수의 활성탄층 통과 선속도는 2m/h ~ 15m/h가 바람직하나, 선속도가 빨라지면 활성탄층의 높이가 높아져 활성탄층의 중간부분은 전압강하로 소독되지 않는 영역이 발생될 수 있으므로 선속도를 5m/h로 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 AC-GE 필터는 정수장, 간이 정수장, 집합건물(학교, 아파트, 빌딩, 군부대)의 유입배관, 가정의 유입배관, 정수기 및 산업용 공정수 등 수질개선과 소독이 필요한 곳에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 AC-GE 필터가 설치되는 다양한 사용처의 처리 대상수 수질이 양호한 경우에는 AC-GE 필터만을 적용할 수 있고, 처리 대상수 수질이 양호하지 못한 경우에는 Element Filter, Sand Filter, MF 또는 UF Membrane 등의 여과기를 경유한 다음, AC-GE 필터를 설치하여 보다 효율적으로 정수할 수 있다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 소독 기능 및 생체 흡수력이 강화된 AC-GE 필터를 제공하는 효과가 있다. 본 발명에 따른 AC-GE 필터는 흡착기능 외에 소독 기능이 추가되고, 종래 활성탄 필터에서 유로폐색시 사용되는 역세척의 필요성이 감소되어 운전이 용이하고, 역세척에 따른 추가 비용이 감소하며, 활성탄의 수명이 길어져 운전비용이 절감된다. 또한, 활성탄의 그래뉼 전극화로 미생물이 활성탄층에서 서식할 수 없을 뿐만 아니라, 외부로부터 유입되는 미생물도 사멸되어 항상 청결한 상태의 활성탄이 유지되므로 수량 및 수질이 일률적으로 유지가 가능하여 소요전력이 많이 필요하지 않아 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 상기 AC-GE 필터를 역세척할 때, 극성 절체를 통하여 무기물을 탈리할 수 있으며, 상기 전극부에 직류전원을 투입하여 입상 활성탄을 (+)로 대전시켜 챔버 내부에 미생물이 존재할 수 없는 환경으로 조성하여 세균 번식의 누출로 인한 위험성이 감소되고, 전기적 에너지에 의해 물분자가 작아져 생체 흡수력이 향상되어 보다 좋은 수질의 물을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

상·하단부에 유입구 및 유출구를 가지는 상향류식 원통형 챔버;

상기 원통형 챔버의 상·하단부에 설치되어 역세를 하는 역세수 유입구 및 역세수 배출구;

상기 원통형 챔버내의 상·하측에 각각 한세트 이상 설치되고, (+) 전극판, (-) 전극판 및 상기 (+)극 및 (-)극 사이에 전극 간격 유지 및 활성탄의 누출을 방지하는 스페이서를 포함하는 전극부;

상기 원통형 챔버의 하단부에 설치되어 역세시에 기포를 공급하는 산기관;

상기 상·하측의 전극부 사이에 충진된 입상 활성탄; 및

교류를 직류로 전환하여 직류전원을 상기 전극부로 공급하는 정류/제어장치를 포함하고, 상기 전극부의 (+) 전극판이 입상 활성탄과 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 AC-GE (Activated Carbon - Granule Electrode) 필터.
제1항에 있어서, 상기 전극부의 (+) 전극판은 매쉬 또는 타공 형태의 이리륨 티타늄(IrO₂-Ti) 전극 또는 백금 티타늄(Pt-Ti) 전극을 이용하고, 상기 (-) 전극판은 매쉬 또는 타공 형태의 이리륨 티타늄(IrO₂-Ti) 전극, 백금 티타늄(Pt-Ti) 전극, 스테인레스 스틸 및 티타늄으로 구성되는 그룹에서 선택하여 이용하며, 상기 스페이서는 매쉬 형태로 PVC, PE 및 PP로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나의 수지로 절연되는 것을 특징으로 하는 AC-GE 필터.
제1항에 있어서, 상기 전극부의 (+) 전극판이 입상 활성탄과 접촉하도록 배열시, 상기 (+) 전극판의 접촉면에 부착되는 다수개의 전극돌기를 추가로 포함하고, 상기 전극부에 직류전원을 공급할 경우 입상 활성탄이 (+)로 대전되는 것을 특징으로 하는 AC-GE 필터.
제1항에 있어서, 상기 정류/제어장치는 상기 전극부와 연결되어 있고, 타이머 또는 전류량 변화에 의해 극성의 절체 공급이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 AC-GE 필터.