KR101352939B1 - Apparatus of purifying water - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브로 코팅된 전극을 이용한 전기흡착 공정과 이를 적용한 소규모 수처리 장치에 관한 것으로, 먹는 물 수질기준을 초과하는 대표적 오염물질인 불소와 질산성 질소를 포함하는 무기이온을 효과적으로 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 수처리 장치에 있어서, 외부로부터 유입되는 원수 중에 포함된 이물질을 여과하는 여과부(110)와, 여과수 중의 무기이온을 전기흡착시키는 전기흡착 전극부(120)와, 전기흡착 전극부의 전기 전도도를 검출하는 검출부(130)와, 검출부의 검출결과 데이터를 수신하고, 상기 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 제어부(140)와, 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하는 드레인부(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an electrosorption process using carbon nanotubes or carbon nanotube-coated electrodes and to a small-scale water treatment apparatus using the same. Inorganic ion containing fluorine and nitrate nitrogen, which are representative pollutants exceeding the drinking water quality standard, An apparatus and method for effectively processing the same.
In the water treatment apparatus, the present invention includes a filtration unit 110 for filtering foreign substances contained in raw water introduced from the outside, an electrosorption electrode unit 120 for electrosorption of inorganic ions in the filtrate, and an electrical conductivity of the electrosorption electrode unit. A detection unit 130 for detecting the detection unit, a control unit 140 for receiving the detection result data of the detection unit, and controlling to reverse the potential applied to the electrosorption electrode unit, and inorganic ions desorbed due to the reversed potential. It characterized in that it comprises a drain portion 150 for discharging the treated water.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브로 코팅된 전극을 이용한 전기흡착 공정과 이를 적용한 소규모 수처리 장치에 관한 것으로, 먹는 물 수질기준을 초과하는 대표적 오염물질인 불소와 질산성 질소를 포함하는 무기이온을 효과적으로 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrosorption process using carbon nanotubes or carbon nanotube-coated electrodes and to a small-scale water treatment apparatus using the same. Inorganic ion containing fluorine and nitrate nitrogen, which are representative pollutants exceeding the drinking water quality standard, An apparatus and method for effectively processing the same.
인구의 증가와 산업발전으로 환경오염이 심각해지면서 수자원 확보에 대한 관심이 점차 고조되고 있다.There is a growing interest in securing water resources due to the serious environmental pollution caused by population growth and industrial development.
지속적이고 안정적으로 수자원을 확보하기 위한 방안으로 전체 수자원의 97.2%를 차지하고 있는 해수를 담수화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. In order to secure water resources continuously and stably, research is being actively conducted to desalination seawater, which accounts for 97.2% of the total water resources.
해수의 담수화 기술은 섬이나 해안지역 등과 같이 해마다 물 부족으로 어려움을 겪고 있는 지역에서 안정적으로 용수를 공급할 수 있는 대안이 되고 있고, 중동 지역과 같이 담수가 절대적으로 부족한 지역에서는 막대한 환경시장을 구축할 수 있기 때문에 국가적인 차원에서 연구개발이 추진되고 있다.Seawater desalination technology has become an alternative to supply water stably in areas that suffer from lack of water each year, such as islands and coastal areas, and can build enormous environmental markets in areas where the freshwater is absolutely lacking, such as the Middle East. As a result, R & D is being promoted at the national level.
또 다른 수자원 확보 방안으로 기후나 계절적으로 수량의 변화가 크지 않은 지하수를 활용하기 위해 지하수 중에 포함된 경도물질이나 질산성 질소, 그리고 오염된 지하수의 경우 중금속 성분을 제거하기 위한 많은 연구가 시도되고 있다.In order to secure other water resources, many studies have been attempted to remove heavy metals in the case of hard matter, nitrate nitrogen, and contaminated ground water in order to utilize the groundwater, which does not change greatly in climate or season. .
바닷물과 지하수는 지구상에서 절대적인 양을 차지하고 있지만 생활용수로 사용하기 위해서는 이온성 물질을 제거하는 것이 필수적이다.Seawater and groundwater occupy an absolute amount on Earth, but removing ionic substances is essential for use as living water.
현재 이온성 물질을 제거하기 위한 기술로는 이온교환법, 역삼투막법, 전기투석법, 증발법 등이 적용되고 있다. 이들 공정들은 원수에 포함된 염의 농도와 처리하고자 하는 정도에 따라 적절한 공정들이 선택되어 적용되고 있으며 기술적으로도 안정성을 인정받고 있다.Currently, techniques for removing ionic substances include ion exchange, reverse osmosis, electrodialysis, and evaporation. These processes are appropriately selected and applied according to the concentration of salt contained in the raw water and the degree to be treated, and the technical stability is recognized.
그러나 이들 공정들은 기술의 특성상 여러 가지 문제점을 갖고 있다. 우선 이온교환법의 경우 이온성 물질을 제거하는데 탁월한 성능을 나타내지만 이온교환수지를 재생하는 과정에서 고농도의 많은 염 폐액이 발생하는 문제점이 있다.However, these processes have various problems due to the nature of the technology. First of all, the ion exchange method has excellent performance in removing ionic substances, but there is a problem in that a high concentration of salt wastewater is generated in the process of regenerating the ion exchange resin.
또한 역삼투막법이나 전기투석법 등도 탈염에 효과적인 공정으로 인식되어 점차 적용 대상이 확대되고 있는 추세를 보이고 있지만 주기적인 막의 교체, 막의 오염에 의한 처리수량의 감소, 막세척 과정에서 오염물질을 발생하는 등의 문제점을 갖고 있다.In addition, the reverse osmosis membrane method and the electrodialysis method are recognized as effective processes for desalination, and the application scope is gradually increasing.However, periodic replacement of the membrane, reduction of the amount of treatment due to membrane contamination, and generation of contaminants in the membrane washing process, etc. Has a problem.
이러한 기존의 탈염 공정들에서 나타나는 문제점들을 해결하기 위한 대안 기술로 전기화학적인 원리를 이용한 전기흡착 기술이 도입되었다.An electrosorption technique using electrochemical principles has been introduced as an alternative technique to solve the problems in the existing desalination processes.
전기 흡착 기술은 전극에 전위를 인가했을 때 전극 계면에 형성되는 전기이중층에서의 흡착반응을 이용하여 이온성 물질을 제거하는 기술이다.The electrosorption technique is a technique for removing ionic substances by using an adsorption reaction in an electric double layer formed at the electrode interface when a potential is applied to the electrode.
종래기술에 의하면, 출원번호 제2008-0007311호, "고도 정수 처리 공정"에서, 생물막 여과조, 여과조, 오존처리조로 구성된 고도 정수 처리 공정의 구조; 생물막 여과조에서 생물막 여과판은 다수의 다공이 천공된 다공판과 섬모상 여재로 구성된 구조이며, 다공판의 다공의 모양은 원형, 삼각형, 사각형의 모양으로 하고, 생물막 여과조 내 주 분배수로 유입 선단은 오존램프 셀과 산기관을 조합하여 설치한 구조를 특징으로 하고 있다.According to the prior art, in the application number 2008-0007311, "highly purified water treatment process", the structure of the highly purified water treatment process composed of a biofilm filtration tank, a filtration tank, an ozone treatment tank; In the biofilm filtration tank, the biofilm filter plate is composed of a perforated plate and a ciliary filter medium with a plurality of pores, and the perforated plate has a circular, triangular, and square shape. It features a structure in which a lamp cell and a diffuser are installed in combination.
그러나 이것은 오염물질을 제거하기 위한 대안으로 제시되고 있는 고도정수처리 방법이지만 처리비용이 많이 들고 에너지 소비가 크며 공정이 다소 복잡하다는 문제점이 있다. However, this is an advanced water treatment method that is proposed as an alternative to remove contaminants, but it has a problem of high treatment cost, high energy consumption, and rather complicated process.
또한, 활성탄 세척과 같은 별도의 관리가 필요함에 따라 이를 소규모 수도시설에 적용하여 마을대표자가 맡아 관리하기에는 규모나 경제적 측면에서 여러 한계점을 지닌다.In addition, as a separate management such as activated carbon washing is required, it is applied to small-scale water supply facilities and has a number of limitations in terms of scale and economics to be managed by the village representative.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 에너지 소비가 적은 전기흡착공정을 이용하여, 먹는 물 수질기준을 초과하는 무기이온을 처리하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for treating inorganic ions exceeding the drinking water quality standard by using an electrosorption process with low energy consumption.
그리고 본 발명의 다른 목적은 전기 전도도 검출결과를 외부로 전송하여 원격 단말로 수신하여 원격지에서 해당 수처리 장치를 상시 관리할 수 있도록 함에 있다.In addition, another object of the present invention is to transmit the electrical conductivity detection result to the outside to receive the remote terminal to always manage the water treatment device at a remote location.
본 발명은 수처리 장치에 있어서, 외부로부터 유입되는 원수 중에 포함된 이물질을 여과하는 여과부(110)와, 여과수 중의 무기이온을 전기흡착시키는 전기흡착 전극부(120)와, 전기흡착 전극부의 전기 전도도를 검출하는 검출부(130)와, 검출부의 검출결과 데이터를 수신하고, 상기 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 제어부(140)와, 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하는 드레인부(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the water treatment apparatus, the present invention includes a
한편, 수처리 장치를 이용한 방법에 있어서, (a) 수처리 장치의 제어부가 수중의 무기이온을 전기흡착 전극부를 통해 전기흡착시키는 단계와, (b) 제어부가 검출부를 통해 전기흡착 전극부의 전기 전도도를 검출하여 검출결과 데이터를 생성하도록 하는 단계; (c) 제어부가 검출결과 데이터를 수신하고, 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 단계;와, (d) 제어부가 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the method using the water treatment apparatus, (a) the control unit of the water treatment apparatus electrosorbs the inorganic ions in the water through the electrosorption electrode unit, (b) the control unit detects the electrical conductivity of the electrosorption electrode unit through the detection unit To generate detection result data; (c) controlling the control unit to receive the detection result data and to reverse the potential applied to the electrosorption electrode unit; and (d) the process water including inorganic ions that are detached due to the reversed potential of the control unit. Discharging step; characterized in that it comprises a.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 소규모 수도시설에 적용하기에 규모나 경제적 측면에서 용이할 뿐만 아니라 마을의 대표자나 주민이 맡아 관리하기 쉬운 장점을 지니고 있으며, 여기에 추가적으로 수처리 장치의 전기 전도도를 수치화한 데이터를 외부로 전송 및 디스플레이함으로써, 원격지에서 수처리 장치를 상시 관리할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, it is easy to be applied to small-scale water supply facilities in terms of scale and economics, and has the advantage of being easy to be managed by the representatives or residents of the village, and additionally quantified the electrical conductivity of the water treatment device. By transmitting and displaying data to the outside, there is an effect that can always manage the water treatment device from a remote location.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수처리 장치에 관한 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수처리 방법에 관한 전체흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 역전제어단계에 관한 상세 흐름도.1 is an overall configuration of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an overall flow chart of the water treatment method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a detailed flowchart of the inversion control step according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. It is to be noted that the detailed description of known functions and constructions related to the present invention is omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일실시예에 따른 수처리 장치에 관하여 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Referring to Figure 1 with respect to the water treatment device according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 수처리 장치는, 여과부(110), 전기흡착 전극부(120), 검출부(130), 제어부(140), 드레인부(150)를 포함하여 구성된다.The water treatment apparatus according to the present invention includes a
우선, 여과부(110)는 외부로부터 유입되는 원수 중에 포함된 이물질을 여과하는 구성이다.
First, the
또한, 전기흡착 전극부(120)는 여과부를 통해 여과된 여과수 중의 무기이온을 전기흡착시키는 구성이다.In addition, the
여기서 전기흡착 전극부(120)는, 한 쌍 이상의 양극전극 및 음극전극을 포함하고, 양극전극 및 음극전극은 탄소나노튜브(CNT)로 이루어지거나 탄소나노튜브로 코팅 또는 소결된 것임을 특징으로 한다.Here, the
양극전극 및 음극전극은 소정의 사이 간격으로 떨어져 있는 것이 바람직하다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따라 서로 다른 전극을 이용한 전기흡착공정을 통해 수중에 존재하는 불소 및 질산성 질소를 제거하기 위한 것이며, 특히 탄소나노튜브로 이루어진 전극 또는 탄소나노튜브로 코팅되거나 소결된 전극을 이용함으로써, 탄소나노튜브의 기공 사이에 불소 또는 질산성질소 이온 등을 흡착시켜 제거하는 것이 특징이다.It is preferable that the anode electrode and the cathode electrode are spaced at predetermined intervals. At this time, in order to remove fluorine and nitrate nitrogen present in the water through an electrosorption process using different electrodes according to an embodiment of the present invention, in particular coated or sintered with electrodes or carbon nanotubes made of carbon nanotubes By using the prepared electrode, it is characterized by adsorbing and removing fluorine or nitrogen nitrate ions or the like between the pores of the carbon nanotubes.
탄소나노튜브는 그라파이트(graphite)를 둥글게 말아놓은 sp2 결합의 관모양을 하고 있어서 단위면적당 표면적이 매우 넓어 이온에 대해 흡착능력이 우수하다. 이러한 탄소나노튜브를 이용한 전기흡착 기술은 음용수의 무기이온을 효과적으로 제거할 수 있다.Carbon nanotubes are sp 2 rounded graphite Because of the tubular shape of the bond, the surface area per unit area is very wide, and the adsorption capacity for ions is excellent. Electrosorption technology using such carbon nanotubes can effectively remove inorganic ions of drinking water.
탄소나노튜브 전극은, 표면에 탄소나노튜브가 형성된 것이 바람직하고, 예를 들면, 티타늄(Ti)판에 탄소나노튜브(CNT)와 polymer를 코팅 또는 소결시켜 제작하는 것이 가능하며, 이를 위한 polymer의 종류, 그에 따른 여러 조성과 관련된 전극제작 방법은 특별히 제한되지 않는다. Carbon nanotube electrode, carbon nanotube is preferably formed on the surface, for example, it is possible to manufacture by coating or sintering carbon nanotube (CNT) and polymer on a titanium (Ti) plate, There are no particular restrictions on the type of electrode manufacturing method associated with the various compositions.
특히나, 탄소나노튜브를 포함하는 전극은 여러 다양한 방법으로 제공될 수 있는데, 원하는 형태와 크기의 금속 또는 세라믹(세라믹의 경우에는 전도성 증가를 위해 표면에 금속코팅이 이루어질 수도 있다)의 기판에 탄소나노튜브를 포함하는 혼합용액을 이용하여 직류전압을 인가하여 표면에 탄소나노튜브만을 코팅할 수 있으며, 정전기를 이용한 분말 증착법(spray deposition), 또는 탄소나노튜브를 수송가스로 에어로졸화하여 코팅하는 방식 등으로 대면적의 전극을 대량으로 생산해낼 수 있다.In particular, an electrode including carbon nanotubes may be provided in a variety of ways, including carbon nanotubes on a substrate of a metal or ceramic of desired shape and size (in the case of ceramics, metal coating may be applied to the surface to increase conductivity). It is possible to coat only carbon nanotubes on the surface by applying a direct current voltage using a mixed solution including a tube, spray deposition using static electricity, or aerosolize the carbon nanotubes with a transport gas. This enables large-scale production of large-area electrodes.
한편, 양극전극 및 음극전극의 간격은 0.1 내지 1.0 cm 범위 내의 간격을 가지는 것이 바람직하다.On the other hand, the interval between the positive electrode and the negative electrode preferably has a distance within the range of 0.1 to 1.0 cm.
본 실시예에 따른 전기흡착 전극부는 비표면적이 크고 전도도가 우수한 탄소나노튜브와 유·무기 바인더로 제조하거나, 특히 전기 전도성이 우수한 금속의 기판 표면에 탄소나노튜브가 노출되어 코팅된 형태이기 때문에, 빠른 시간 내에 고효율 처리가 가능하고, 낮은 전위영역(1~2V의 낮은 전위영역)에서 가동시킬 수 있다.Since the electrosorption electrode part according to the present embodiment is made of carbon nanotubes and organic / inorganic binders having a large specific surface area and excellent conductivity, or in particular, carbon nanotubes are exposed and coated on the surface of a metal substrate having excellent electrical conductivity, High-efficiency processing can be performed within a short time, and can be operated in a low potential region (a low potential region of 1 to 2 V).
이러한 전기흡착 전극부는 별도의 화학약품 없이 물을 처리하여 비용절감 효과뿐만 아니라, 이차오염물질이 발생하지 않는 장점이 있다. 그리고 에너지 소비가 적은 전기흡착공정을 이용하여 무기이온 중 특히 먹는 물 수질기준을 초과하는 대표적 오염물질인 불소와 질산성 질소를 효과적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
The electrosorption electrode unit has a merit that the secondary pollutant does not occur as well as a cost saving effect by treating water without a separate chemical. In addition, it is effective to effectively treat fluorine and nitrate nitrogen, which are representative pollutants exceeding the water quality standards, especially among inorganic ions, by using an electrosorption process with low energy consumption.
또한, 검출부(130)는 전기흡착 전극부를 통해 전기흡착 처리되는 처리수의 전기 전도도를 검출하고 이를 수치화하여 검출결과 데이터를 생성하는 구성이다.In addition, the
이때, 검출부(130)는 전기흡착 전극부의 양극전극 및 음극전극 사이에 배치되어, 전기전도도의 변화를 감지하는 탄소나노튜브로 형성된 감지막(131);을 포함하는 것을 특징으로 한다. At this time, the
여기서, 탄소나노튜브로 형성되는 감지막은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 있는 것이 더욱 바람직한데, 이 경우 감지막으로 기능하는 탄소나노튜브가 전기흡착 전극부(120)의 전극 위에 증착되어 전기 용량의 측정 전극의 표면적을 넓히게 되므로 그 측정 감도가 크게 향상될 수 있기 때문이다. Here, the sensing film formed of carbon nanotubes is more preferably branched in the form of a comb pattern, in which case the carbon nanotubes functioning as the sensing film is deposited on the electrode of the
본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브로 구성되는 감지막은, 전압을 인가하면, 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 전기 저항이 변화하게 되고, 이에 따라 전기전도도의 변화를 검출할 수 있게 된다.In the sensing film made of carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention, when a voltage is applied, the electrical resistance is changed according to the amount of change of ions adsorbed on the carbon nanotubes, thereby detecting the change in electrical conductivity. Will be.
추가적으로, 전기전도도는 물질이나 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며, 수중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 지표로서 전기저항의 역수(Ω-1)로 나타내나 현재는 국제적으로 S(Siemens) 단위가 통용되고 있다.In addition, electrical conductivity refers to the degree to which a substance or solution can carry an electric current. It is an index for quickly evaluating the ionic strength of water and is expressed as the inverse of electrical resistance (Ω-1). ) Units are commonly used.
2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다는 사실을 이용한다.Applying a constant voltage to the two electrodes causes the applied voltage to flow, and the magnitude of the current flowing depends on the conductivity of the solution.
예를 들어 설명하면, 어떤 전도체에 저항 R은 다음과 같다.As an example, the resistance R for a conductor is
R=ρ* I/S R = ρ * I / S
여기서 ρ는 비저항(고유저항)(Ωㅇm)이고 I은 두 전극간의 거리(m), S는 단면적(m2)이다.Where ρ is the specific resistance (intrinsic resistance) (Ωm), I is the distance between two electrodes (m), and S is the cross-sectional area (m2).
따라서 전기전도도 L은 다음과 같다Therefore, the electrical conductivity L is
L=1/R ＝S/ρIL = 1 / R = S / ρI
농도 변화에 따른 전도도 수용액의 농도가 5%에서 10%로 전해질 때 전류의 세기 차가 커짐으로 전도 능력이 증가 하나 20%로 진할때는 전류의 세기가 이온화 정도가 큰 물질은 작아진다.When the concentration of the conductivity aqueous solution is increased from 5% to 10% according to the change in concentration, the conductivity increases due to the difference in the intensity of the current, but when the concentration is 20%, the material having the high degree of ionization becomes smaller.
이온화 정도가 큰 전해질은 농도가 10%일 때 전도 능력이 가장 좋고, 이온화 정도가 작은 전해질은 농도가 진할수록 전도 능력이 좋아진다.
Electrolytes with a high degree of ionization have the best conductivity when the concentration is 10%, and electrolytes having a low degree of ionization have a higher conductivity as the concentration is higher.
또한, 제어부(140)는 검출부의 검출결과 데이터를 수신하고, 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 구성이다.In addition, the
이러한 제어부(140)는, 검출부로부터 전기 전도도 검출결과 데이터를 수신하는 수신모듈(141), 수신한 검출결과 데이터가 150 내지 300 μS인 경우(바람직하게는 200 μS), 전기흡착 전극부에 인가하는 전압전위를 바꾸도록 역전 제어하는 스위칭 제어모듈(142), 드레인부에 구비되는 솔레노이드 밸브를 제어하는 솔레노이드 제어모듈(143);을 포함하여 구성된다.
The
그리고 드레인부(150)는 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하는 구성이다.The
여기서 드레인부(150)는, 제어부의 제어신호에 따라, 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하도록 하는 솔레노이드 밸브(151)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The
본 실시예에 따른 수처리 장치는 전송부(160)와 원격 단말부(170)를 포함하는데, 전송부는(160)는 검출부(130)의 검출결과 데이터를 수신하여 외부로 전송하는 기능을 수행하고, 원격 단말부(170)는 전송부로부터 수신하는 검출결과 데이터를 원격지에서 수신하여 디스플레이하는 기능을 수행한다.The apparatus for treating water according to the present embodiment includes a
본 실시예에 따른 탄소나노튜브 또는 탄소나노튜브로 코팅된 전극을 이용한 전기흡착 공정과 이를 적용한 소규모 수도시설의 무기이온 처리시스템에 적용하는 것이 바람직하고, 소규모 수도시설에 적용하기에 규모나 경제적 측면에서 용이할 뿐만 아니라 마을의 대표자나 주민이 맡아 관리하기 쉬운 장점을 지니고 있으며, 여기에 추가적으로 수처리 장치의 전기 전도도를 수치화한 데이터를 외부로 전송 및 디스플레이함으로써, 원격지에서 수처리 장치를 상시 관리할 수 있는 효과가 있다.
Electrosorption process using carbon nanotubes or carbon nanotubes coated electrode according to the present embodiment and the inorganic ion treatment system of a small water supply system using the same, it is preferable to be applied to the small-scale water supply facilities, scale and economic aspects Not only is it easy to manage, but it also has the advantage of being easy to manage by the representatives and residents of the village.In addition, it is possible to always manage the water treatment device remotely by transmitting and displaying data quantifying the electrical conductivity of the water treatment device to the outside. It works.
한편, 수처리 장치를 이용한 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the method using the water treatment apparatus will be described with reference to FIG. 2.
우선, 수처리 장치는 외부로부터 유입되는 원수 중에 포함된 이물질을 여과한다(S2).First, the water treatment device filters out foreign substances contained in raw water introduced from the outside (S2).
다음으로 수처리 장치는 수중의 무기이온을 전기흡착 전극부를 통해 전기흡착시킨다(S4).Next, the water treatment apparatus electrosorbs inorganic ions in the water through the electrosorption electrode unit (S4).
다음으로 수처리 장치는 검출부를 통해 전기흡착 전극부의 전기 전도도를 검출하여 검출결과 데이터를 생성하도록 한다(S6).Next, the water treatment apparatus detects electrical conductivity of the electrosorption electrode unit through the detection unit to generate detection result data (S6).
다음으로 수처리 장치는 검출결과 데이터를 수신하고, 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어한다(S8).Next, the water treatment apparatus receives the detection result data and controls to reverse the potential applied to the electrosorption electrode unit (S8).
다음으로 수처리 장치는 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하도록 한다(S10). Next, the water treatment apparatus discharges the treated water including the inorganic ions desorbed due to the reversed potential (S10).
여기서, 본 실시예에 따른 제 S10 단계는 수처리 장치의 제어부가 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 드레인부에 구비되는 솔레노이드 밸브를 제어하여 배출하도록 한다.Here, in step S10 according to the present embodiment, the control unit of the water treatment apparatus controls and discharges the treated water including the inorganic ions detached due to the reversed potential by controlling the solenoid valve provided in the drain portion.
그리고 수처리 장치는 전기전도도 검출결과 데이터를 외부로 전송하여, 원격 단말부에서 상기 검출결과 데이터를 디스플레이하도록 한다(S12).The water treatment apparatus transmits the electric conductivity detection result data to the outside so that the remote terminal unit displays the detection result data (S12).
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전위 역전제어단계를 설명하면 다음과 같다.As shown in FIG. 3, the potential inversion control step according to the present embodiment will be described as follows.
수처리 장치의 제어부는 검출부를 통해 생성된 검출결과 데이터를 검출부로부터 수신한다(S22).The controller of the water treatment apparatus receives the detection result data generated through the detector from the detector (S22).
다음으로 제어부는 수신한 검출결과 데이터값이 150 내지 300 μS인지 판단한다(S24).Next, the controller determines whether the received detection result data value is 150 to 300 μS (S24).
그리고 제어부는 제 S24 단계의 결과, 150 내지 300 μS인 경우, 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어한다(S26).
In step S24, the control unit controls to reverse the potential applied to the electrosorption electrode unit (S26).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be appreciated by those skilled in the art that numerous changes and modifications may be made without departing from the invention. Accordingly, all such appropriate modifications and changes, and equivalents thereof, should be regarded as within the scope of the present invention.
110 : 여과부 120 : 전기흡착 전극부
130 : 검출부 131 : 감지막
140 : 제어부 141 : 수신모듈
142 : 스위칭 제어모듈 143 : 솔레노이드 제어모듈
150 : 드레인부 151 : 솔레노이드 밸브
160 : 전송부 170 : 원격 단말부110: filtration unit 120: electrosorption electrode unit
130
140: control unit 141: receiving module
142: switching control module 143: solenoid control module
150: drain portion 151: solenoid valve
160: transmitting unit 170: remote terminal unit
Claims (10)
외부로부터 유입되는 원수 중에 포함된 이물질을 여과하는 여과부(110);
상기 여과부를 통해 여과된 여과수 중의 무기이온을 전기흡착시키는 전기흡착 전극부(120);
상기 전기흡착 전극부의 전기 전도도를 검출하는 검출부(130);
상기 검출부의 검출결과 데이터를 수신하고, 상기 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 제어부(140);
상기 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하는 드레인부(150);
상기 검출부(130)의 검출결과 데이터를 수신하여 외부로 전송하는 전송부(160); 및
상기 전송부로부터 수신하는 검출결과 데이터를 수신하여 디스플레이하는 원격 단말부(170);를 포함하며,
상기 전기흡착 전극부(120)는, 한 쌍 이상의 양극전극 및 음극전극을 포함하고, 상기 양극전극 및 음극전극은 티타늄판에 탄소나노튜브와 폴리머를 코팅 또는 소결된 것을 특징으로 하며,
상기 검출부(130)는, 전기흡착 전극부의 양극전극 및 음극전극 사이에 배치되며, 전기전도도의 변화를 감지하는 탄소나노튜브로 형성된 감지막(131);을 포함하되,
상기 탄소나노튜브로 형성되는 감지막은 빗살무늬 형태로 가지가 분기되어 전기흡착 전극부의 전극 위에 증착되며, 전압인가로 인해 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 변화되는 전기저항으로 전기전도도의 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.In the water treatment apparatus,
Filtration unit 110 for filtering the foreign matter contained in the raw water flowing from the outside;
An electrosorption electrode unit 120 for electrosorption of inorganic ions in the filtrate filtered through the filtration unit;
A detection unit 130 for detecting electrical conductivity of the electrosorption electrode unit;
A control unit 140 which receives the detection result data of the detection unit and controls to reverse the potential applied to the electrosorption electrode unit;
A drain unit 150 for discharging the treated water including inorganic ions desorbed due to the reversed potential;
A transmission unit 160 which receives the detection result data of the detection unit 130 and transmits it to the outside; And
And a remote terminal unit 170 for receiving and displaying detection result data received from the transmission unit.
The electroadsorption electrode unit 120 includes a pair of positive and negative electrodes and the negative electrode, the positive electrode and the negative electrode is characterized in that the coating or sintered carbon nanotubes and polymer on a titanium plate,
The detection unit 130 is disposed between the anode electrode and the cathode electrode of the electrode electrode, the sensing film 131 formed of carbon nanotubes for detecting a change in electrical conductivity; includes;
The sensing film formed of the carbon nanotubes is branched in the shape of a comb-toothed pattern and deposited on the electrode of the electrosorption electrode unit. The water treatment apparatus, characterized in that for detecting.
상기 제어부(140)는,
상기 검출부로부터 전기 전도도 검출결과 데이터를 수신하는 수신모듈(141);
수신한 검출결과 데이터가 150 내지 300 μS인 경우, 상기 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 스위칭 제어모듈(142); 및
상기 드레인부에 구비되는 솔레노이드 밸브를 제어하는 솔레노이드 제어모듈(143);을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.The method of claim 1,
The control unit (140)
A reception module 141 for receiving electrical conductivity detection result data from the detection unit;
A switching control module 142 for controlling to reverse a potential applied to the electrosorption electrode unit when the received detection result data is 150 to 300 µS; And
And a solenoid control module (143) for controlling the solenoid valve provided in the drain portion.
상기 드레인부(150)는,
상기 제어부의 제어신호에 따라, 상기 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하는 솔레노이드 밸브(151);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.The method of claim 1,
The drain unit 150,
And a solenoid valve (151) for discharging the treated water including the inorganic ions detached due to the reversed potential according to the control signal of the controller.
(a) 수처리 장치가 외부로부터 유입되는 원수 중에 포함된 이물질을 여과하는 단계;
(b) 티타늄판에 탄소나노튜브와 폴리머를 코팅 또는 소결된 전기흡착 전극부를 통해 수중의 무기이온을 전기흡착시키는 단계;
(c) 전기흡착 전극부의 전극 위에 증착되어 빗살무늬 형태로 가지가 분기되는 탄소나노튜브로 형성된 감지막을 통해 전압인가로 인해 탄소나노튜브에 흡착되는 이온의 변화량에 따라 변화되는 전기저항으로 전기 전도도를 검출하여 검출결과 데이터를 생성하도록 하는 단계;
(d) 상기 검출결과 데이터를 수신하고, 상기 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 단계; 및
(e) 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 배출하도록 하는 단계; 를 포함하며,
(f) 전기전도도의 검출결과 데이터를 외부로 전송하여, 원격 단말부에서 상기 검출결과 데이터를 디스플레이하도록 하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.In the water treatment method,
(a) filtering the foreign matter contained in the raw water introduced from the outside by the water treatment device;
(b) electrosorption of inorganic ions in water through an electroadsorption electrode portion coated or sintered with carbon nanotubes and a polymer on a titanium plate;
(c) The electrical conductivity is changed according to the change in the amount of ions adsorbed on the carbon nanotubes due to the application of voltage through a sensing film formed of carbon nanotubes deposited on the electrode of the electrosorption electrode and branched in the shape of a comb. Detecting and generating detection result data;
(d) receiving the detection result data and controlling to reverse the potential applied to the electrosorption electrode; And
(e) discharging the treated water containing inorganic ions desorbed due to the reversed potential; Including;
(f) transmitting the detection result data of the electrical conductivity to the outside so that the remote terminal unit displays the detection result data; Water treatment method comprising a further.
상기 제 (d) 단계는,
(d-1) 상기 수처리 장치의 제어부가 검출결과 데이터를 수신하는 단계;
(d-2) 상기 제어부가 수신한 검출결과 데이터값이 150 내지 300 μS인지 판단하는 단계; 및
(d-3) 상지 제어부가 상기 (d-2)의 결과, 150 내지 300 μS인 경우, 전기흡착 전극부에 인가하는 전위를 역전시키도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.The method of claim 7, wherein
In step (d),
(d-1) receiving, by the controller of the water treatment device, detection result data;
(d-2) determining whether the detection result data value received by the controller is 150 to 300 µS; And
(d-3) if the upper limb control unit as a result of (d-2), 150 to 300 μS, controlling to reverse the potential applied to the electrosorption electrode unit; water treatment method comprising a.
상기 제 (e) 단계는,
(e-1) 상기 수처리 장치의 제어부가 역전된 전위로 인해 탈착되는 무기이온을 포함하는 처리수를 드레인부에 구비되는 솔레노이드 밸브를 제어하여 배출하도록 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.The method of claim 7, wherein
The step (e)
(e-1) controlling the solenoid valve of the water treatment device to discharge the treated water including the inorganic ions that are desorbed due to the reversed potential to discharge the water; Water treatment method comprising a.
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