KR20170116505A

KR20170116505A - 전해-탄소여과필터 및 이를 이용한 수처리장치

Info

Publication number: KR20170116505A
Application number: KR1020160044347A
Authority: KR
Inventors: 박종웅
Original assignee: 대구한의대학교산학협력단
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-19
Also published as: KR101842552B1

Abstract

본 발명은 난분해성 잔류유기물이나 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 물속에 존재하는 인체에 유해한 미량 유해물질을 제거하기 위한 전해-탄소여과필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해질의 전기분해에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 미량 유해물질을 산화 분해함과 아울러 입상활성탄의 흡착으로 미분해 오염물질을 제거하고, 탄소 섬유전극의 사용으로 부식을 방지하며 양극과 음극판 사이에 입상활성탄을 충전하여 전기분해를 촉진함과 아울러 전기분해 과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 입상활성탄에 흡착된 오염물질을 분해시켜서 입상활성탄의 수명을 연장하고 염소가스의 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터(electrolytic carbon filter: ECF) 및 이를 수처리장치에 관한 것이다.

Description

전해-탄소여과필터 및 이를 이용한 수처리장치{Electrolytic Carbon Filter and Equipment of Water Treatment using the same}

본 발명은 난분해성 잔류유기물이나 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 물속에 존재하는 인체에 유해한 미량 유해물질을 제거하기 위한 전해-탄소여과필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해질의 전기분해에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 미량 유해물질을 산화 분해함과 아울러 입상활성탄의 흡착으로 미분해 오염물질을 제거하고, 탄소 섬유전극의 사용으로 부식을 방지하며 양극과 음극판 사이에 입상활성탄을 충전하여 전기분해를 촉진함과 아울러 전기분해 과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 입상활성탄에 흡착된 오염물질을 분해하여 입상활성탄의 수명을 연장하고 염소가스의 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터(electrolytic carbon filter: ECF) 및 이를 수처리장치에 관한 것이다.

각종 산업폐수 및 생활오수의 처리방법으로는 침전, 여과 등 물리적 방법을 이용한 물리적 처리방법, 화학약품을 투입하여 화학반응에 의해 처리하는 화학적 처리방법, 미생물을 이용하여 유기물을 분해처리하는 생물학적 처리방법이 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 처리방법이 적용된 종래의 수처리장치는 설치규모가 크고, 설치구조가 복잡하여 설치비용이 고가일 뿐만 아니라 설치규모의 크기로 인하여 대규모의 면적이 필요하여 설치면적에 대해 부담이 크며, 설치하는 경우도 설치구조가 복잡하여 고도의 처리기술이 필요하고, 이로 인한 운전미숙 및 전문성의 결여로 인하여 처리장치를 정상적으로 가동할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 물리적인 방법과 생물학적 처리 방법을 거쳐서 흡착제나 혼합조제 약품을 사용한 화학적 처리 공정을 거친 후에도 제거되지 않은 미량 유해물질로 인해서 실제 방류수 수질 허용기준을 만족하면서도 시각적 및 후각적인 불쾌감으로 민원의 대상이 되고 있는 실정이다.

이에 따라 기존 방법으로 처리되지 않는 난분해성 유기물질, 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 인체에 유해한 미량 유해물질을 전기 화학적 방법으로 분해 제거하기 위한 전기분해를 이용한 수처리 공법이 개발되고 있다.

전기분해는 물질에 전류를 통하여 화학변화를 일으키는 것으로, 오염물질이 포함된 원수를 저장하는 저장조에 음극과 양극의 전극판을 침전시키고, 이 전극판에 직류전원을 인가할 때 전극판에서 발생하는 양, 음이온으로 인하여 원수와의 전기반응으로 인해 원수를 처리하는 것으로 유분, 무기성 오염물질, 유기성 오염물질 및 콜로이드성 오염물질 제거하는데 효과적이다.

이러한 전기분해를 이용하여 오염물질을 제거하는 방법으로는 산화분해, 전기응집, 전기부상 및 전위차 생성의 전기화학적 반응에 의한다. 먼저, 산화분해 반응은 원수에 직류전원을 인가할 때 발생하는 산화 및 환원 반응에 의해 각종 오염물질을 분해함으로써 오염물질을 처리하는 방법이고, 전기응집 반응은 전극에서 방출되는 전자의 교환에 의해 이온성 물질의 염으로의 석출 및 플록의 성장을 가속화함으로써 오염물질을 처리하는 방법이며, 전기부상이란 물의 전기분해시 발생하는 10㎛ 정도의 미세기포에 의해 유분 및 부유 물질을 수면으로 부상시켜 오염물질을 제거하는 방법이고, 전위차 생성이란 직류전원을 전극에 인가할 때 양극에서 발생하는 +전위차의 강력한 살균효과를 이용하는 것이다.

그 중에서 산화분해방법은 전류를 주입시켜 사용하지만 전자의 이동만을 이용하여 물질의 산화, 환원작용을 일으켜 유기물 또는 무기물을 분해하는 방법으로 다량으로 슬러지가 발생하지 않기 때문에 장치가 단순하고 설치비용도 적게 들며 양극판도 부식되지 않는 장점이 있다. 이 경우에 사용되는 전극은 불용성 전극을 사용하는데, 불용성 전극으로는 백금족 금속이 주로 이용된다. 이 방법은 불용성 전극의 사용으로 슬러지 발생량이 적고 처리효율이 매우 높아 미량 유해물질의 처리 방법으로 사용되며 관리비용 및 설치비용의 절감, 방류수질의 개선, 재이용수로의 처리가 용이한 점등 여러 가지 이점이 있다.

즉, 본 발명은 전기분해에 의한 산화분해를 이용하여 수중의 미량 유해물질을 제거하기 위한 것이다. 이러한 산화분해는 직접 산화와 간접 산화로 이루어지는데, 직접 산화는 물의 전기분해에 의한 수산화 이온이 양극 표면에 흡착되어 유기물을 직접 산화하는 것이고, 간접 산화는 염소의 전기분해에 의해 생성된 하이포아염소산 등의 중간산물에 의한 간접 산화이다. 즉, 직접 산화는 유기물질이 산화성 양극에 흡착된 수산화 이온과 반응하여 이산화탄소, 물 혹은 수소 이온으로 분해되는 것이고, 간접 산화는 전기 분해중 염소의 양극 산화가 동시에 발생하여 하이포아염소산이 전극표면에 형성되어 유기물 등을 산화하는 것이다.

도 10은 일반적인 산화분해를 위한 전기분해장치를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전기분해장치는, 크게 전해조, 전극 유닛 및 전원공급장치로 이루어진다. 그리고 전원공급장치는 전력공급을 위한 것으로서 교류를 직류로 바꿔주는 정류기, 회로차단기 등으로 이루어진다. 또한, 전해조는 일정량의 원수를 저장할 수 있는 탱크로 이루어지고 내부에 전극 유닛을 포함한다. 가장 중요한 전극 유닛은 양극판과 음극판으로 구성된다. 특히, 음극판의 재질은 불용성 즉 용출되지 않는 재질을 사용한다. 종류로서 Ru(루테늄), Pt, Y, Rh, Pd, IR 등 백금족 금속을 사용하는데 원소별로 특징이 있다. Pt은 일반적으로 구하기 쉽고 도금 기술도 일반적이어서 많이 사용되고 있으나 값이 비싸다. 최근에는 처리 효율이 높고 수명이 긴 전극으로서 백금족 금속과 란탄계열의 금속을 합금한 소재를 사용한다.

이러한 종래 기술에 따른 전기분해장치는 난분해성 유기물 및 탈색, 탈취효과가 탁월하고 처리공정이 단순하기 때문에 시설의 유지보수가 용이한 장점이 있다. 그러나 전기분해시 사용되는 양극판이 티타늄, 이리듐 및 DSA(Ruo2/Ti), SPR(Sn/Pb/Ru) 등 고가의 재료를 사용하기 때문에 가격이 비쌀 뿐만 아니라 가공이 어려운 문제가 있었다.

즉, 종래의 전기분해장치는 전극 판의 가공이 어려워 대부분의 평판 형태로 이루어졌다. 따라서 종래의 전기분해장치는 다수 개의 평판형 전극 판을 일정한 간격으로 배열해야 하기 때문에 전해조의 형태도 직사각형으로 이루어진다. 즉, 다양한 형태의 전해조를 제공할 수 없었다. 또한, 종래의 전기분해장치는 양극판과 음극판 사이의 간격을 매우 좁게 하였는데, 이와 같이, 극판 사이의 간격이 좁으면 전기량이 많아 전해처리에는 유리하나 전기효율이 떨어지고 전기소모량이 많아지며 전극판의 수가 많아서 비용이 증가하는 문제가 있었다. 또한, 종래의 전기분해장치를 이용하여 수용액을 전기분해하는 과정에 염소가스가 다량으로 발생하여 작업환경을 저해하는 문제점이 있었다.

한편, 난분해성 유기물 등을 제거하는 다른 방법으로 활성탄 흡착법이 알려졌다. 활성탄은 보통 무게 1kg당 최대 1.2㎢의 비표면적을 가지며 최대 약 0.5kg의 유기물을 흡착시킬 수 있다. 이러한 활성탄 흡착에 이용되는 활성탄은 입자의 크기에 따라 분말활성탄(Powdered Activated Carbon; PAC)과 입상활성탄(Granular Activated Carbon; GAC)으로 구분된다.

특히, 입상활성탄 흡착설비는 흡착탑 또는 흡착지에 입상활성탄을 충전하고 처리할 물을 통과시켜 제거할 오염물질을 흡착하여 제거하는 것이다. 그러나 입상활성탄은 유기오염물질을 흡착하는데 한정된 능력을 갖춘 상대적으로 고가의 흡착제이다. 입상활성탄이 일정기간 사용되고 나면 흡착능력이 감소하여 파과(Breakthrough)가 발생한다. 이와 같이 입상활성탄의 흡착능력이 한계에 도달하면, 고온에서 열 재생처리를 하여 재생처리하여야 하는데, 이러한 재생처리시 손실률과 흡착능력의 저하로 효율이 떨어지므로 새로운 활성탄으로 교체하거나 보충해야 하므로 경제적인 어려움이 있었다.

(0001) 공개특허 10-1995-0026819(공개일자:1995.10.16.) (0002) 특허등록 10-1422370호(등록일자:2014.07.16.) (0002) 공개번호 10-1994-0023801호(공개일자:1994.11.17.)

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 주된 목적은, 전기분해의 산화 분해작용과 입상활성탄의 흡착작용을 동시에 이용할 수 있도록 전기분해장치와 활성탄여과장치를 하나로 통합함으로써 처리효율을 향상시킬 뿐만 아니라 구조를 단순하게 하고 크기를 줄여 설치면적을 절약할 뿐만 아니라 입상활성탄의 재생공정이 자동으로 수행되어 입상활성탄의 수명을 연장하여 비용을 절감하고 유해한 염소가스의 발생을 방지할 수 있는 전해-탄소여과필터 및 이를 이용한 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 정수기, 우수처리장치, 오폐수처리시설 등에 쉽게 적용하여 수중의 난분해성 잔류유기물이나 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 인체에 유해한 미량 유해물질을 제거할 수 있는 전해-탄소여과필터 및 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 양극판과 음극판 사이에 입상활성탄을 충전하여 입상활성탄에 흡착된 오염물질을 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 다시 분해함으로써 수처리 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 입상활성탄의 수명을 연장할 수 있는 전해-탄소여과필터 및 이를 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 탄소 섬유전극을 사용하여 가격이 저렴할 뿐만 아니라 전기분해과정에서의 부식을 방지하고 다양한 형태로 가공할 수 있어 다양한 형태의 전기-탄소필터를 제공할 수 있는 전해-탄소여과필터 및 이를 이용한 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 양극판과 음극판 사이에 충전된 입상활성탄의 작용으로 전기분해를 촉진하고 전기분해과정에서 발생하는 염소가스를 흡착하고, 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 다시 분해함으로써 인체에 유해한 염소가스가 발생하지 않는 전해-탄소여과필터 및 이를 이용한 수처리장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

본 발명에 따른 전해-탄소여과필터는,

일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;

상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소봉 전극과;

상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치와;

상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극 사이에 일정한 높이로 충전된 입상활성탄으로 이루어진 활성탄여과층;을 포함하되,

상기 탄소 섬유전극은 직포 또는 부직포로 이루어진 일정한 크기의 탄소 섬유시트를 원통형으로 말아서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 활성탄여과층에 충전된 입상활성탄은 입자 크기가 6~20매쉬를 통과할 정도로 여과지의 모래크기와 유사하다.

상기 입상활성탄의 입경은 0.85~3.17mm 범위이고 상기 활성탄여과층의 여과속도는 10~20 m/hr이다.

상기 활성탄여과층은 탄소 섬유전극 용적의 2/3 이상으로 입상활성탄을 충전하여 이루어진다.

상기 전해-탄소여과필터는 전기분해에 의한 산화 분해작용과 입상활성탄의 흡착작용을 동시에 일어난다.

상기 활성탄여과층은 전기분해과정에서 발생하는 염소가스를 흡착하고 상기 입상활성탄에 흡착된 염소가스는 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질에 의해서 산화 분해된다.

상기 활성탄여과층의 하부에 일정한 높이로 충전되는 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층을 더 포함된다.

상기 제올라이트는 상기 입상활성탄의 입경보다 크고 무거운 것이다.

상기 탄소봉 전극 대신에 파이프 형상으로 이루어진 탄소관 전극이 설치된다.

상기 탄소 섬유전극의 상단과 하단에는 지지수단이 더 구비되고, 상기 지지수단은, 상기 탄소 섬유전극의 상단 내측 면에 위치하고 가운데에 상기 탄소봉 전극이 관통하는 관통 구멍이 형성된 내측 고정 링과, 상기 내측 고정 링의 외 측에 결합하여 상기 탄소 섬유전극의 상단 외 측면에 고정되는 외측 고정 링으로 이루어진 상부지지부재와;

상기 탄소 섬유전극의 하단 내측 면에 위치하고 가운데에 상기 탄소봉 전극의 하단이 삽입되는 결합 홈이 형성된 내측 고정 링과, 상기 내측 고정 링의 외 측에 결합하여 상기 탄소 섬유전극의 하단 외 측면에 고정되는 외측 고정 링으로 이루어진 하부지지부재로 이루어진다.

상기 탄소 섬유전극의 외 측면에는 일정한 두께로 불투수성의 외각지지층이 더 형성된다.

상기 탄소관 전극의 내 측면에는 일정한 두께로 불투수성의 지지층이 더 형성된다.

본 발명에 따른 수처리장치는,

일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;

상기 하우징의 내부에 설치되는 전해-탄소여과필터를 포함하되,

상기 전해-탄소여과필터는,

일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;

상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소봉 전극과;

상기 탄소 섬유전극은 직포 또는 부직포로 이루어진 일정한 크기의 탄소 섬유시트를 원통형으로 말아서 이루어진다.

상기 활성탄여과층의 하부에 일정한 두께로 충전된 제올라이트로 이루어진 제올라이트층을 더 포함한다.

상기 하우징의 상단과 하단에는 각각 상부뚜껑과 하부뚜껑이 설치되고, 상기 상부뚜껑에는 여과수 유입구와 역세수 배출구가 형성되고, 상기 하부뚜껑에는 역세수 주입구가 형성된다.

또한, 본 발명의 수처리장치의 다른 실시 예는,

일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;

상기 전해-탄소여과필터는,

일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;

상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소관 전극과;

상기 탄소 섬유전극과 탄소관 전극에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치와;

상기 탄소 섬유전극과 탄소관 전극 사이에 일정한 높이로 충전된 입상활성탄으로 이루어진 활성탄여과층;을 포함하되,

상기 탄소 섬유전극은 직포 또는 부직포로 이루어진 일정한 크기의 탄소 섬유시트를 원통형으로 말아서 이루어지고, 상기 탄소관 전극의 내측 면에는 불투수성 지지층이 더 형성된다.

상기 활성탄여과층의 상부에 일정한 두께로 충전된 제올라이트로 이루어진 제올라이트층을 더 포함한다.

상기 하우징의 상단과 하단에는 각각 상부뚜껑과 하부뚜껑이 설치되고, 상기 상부뚜껑에는 상기 탄소관 전극이 관통하는 관통구멍과, 여과수 배출구 및 역세수 주입구가 형성되고, 상기 하부뚜껑에는 역세수 배출구가 형성되어, 상기 탄소관 전극으로 주입되는 원수가 상기 활성탄여과층과 제올라이트층을 상향류로 통과한다.

또한, 본 발명에 따른 수처리장치의 또 다른 실시 예는

일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;

상기 하우징의 내부에 병렬로 설치되는 다수의 전해-탄소여과필터를 포함하되,

상기 전해-탄소여과필터는,

일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;

상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소봉 전극과;

상기 다수의 전해-탄소여과필터 사이에는 상기 전해-탄소여과필터가 관통하는 다수의 관통 구멍이 형성된 스페이스 플레이트가 설치된다.

상기 활성탄여과층의 상부 또는 하부에는 일정한 두께로 제올라이트를 충전하여 이루어진 제올라이트층이 더 구비된다.

상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극 또는 탄소관 전극에 인가되는 전류의 방향을 주기적으로 바꿔서 상기 입상활성탄과 제올라이트를 재생한다.

상기 하우징의 내부로 염화나트륨이나 염화칼륨을 주기적으로 주입하여 제올라이트를 재생한다.

본 발명은 기존의 전기분해장치와 활성탄여과장치의 한계성뿐만 아니라 문제점을 보완한 신기술이다.

본 발명에 따른 전해-탄소여과필터는, 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극(또는 탄소관 전극) 사이에 충전된 입상활성탄이 전극의 유효면적을 확대하고 전극 사이의 저항을 줄여서 전기분해반응을 촉진하고, 낮은 전력에서도 높은 수처리 효율을 얻을 수 있도록 하며, 입상활성탄의 흡착과 전기분해에 의한 산화분해를 반복함에 따라 오염물질의 처리성능이 향상될 뿐만 아니라 입상활성탄을 별도의 재생 없이 장기간 사용할 수 있게 하여 잦은 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다.

또한, 오염물질을 산화시키는 과정에서 발생하는 염소가스를 입상활성탄에 흡착시킨 후 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 분해함으로써 염소가스가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명 또한, 기존에 백금 등 고가의 전극 대신 탄소 섬유전극, 탄소봉, 탄소 관 전극 등을 사용으로 시설비를 절감할 수 있고 가공이 용이하여 다양한 형태의 전극을 만들 수 있고 전기화학적 재생이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 구조가 단순하고 크기가 작아서 가정용 정수기의 정수필터로 사용될 수도 있고 여러 개의 전해-탄소여과필터를 병렬로 설치할 수 있어 우수처리장치나 하·폐수처리장치의 고도처리장치에도 쉽게 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터의 제1 실시 예를 보여주는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터의 제2 실시 예를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터의 제3 실시 예를 보여주는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터의 제4 실시 예를 보여주는 분해 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 탄소 섬유전극의 일 예를 보여주는 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치의 제1 실시 예를 보여주는 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치의 제2 실시 예를 보여주는 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치의 제3 실시 예를 보여주는 횡종단면도,
도 9는 도 8에 도시된 수처리장치의 종단면도,
도 10은 일반적인 전기분해장치의 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 전해-탄소여과필터와 이를 이용한 수처리장치에 대해서 상세히 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 제1 실시예를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극(2)과, 상기 탄소 섬유전극(2)의 중심을 관통하는 탄소봉 전극(3)과, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치(4)와; 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 일정한 높이로 입상활성탄(5)을 충전하여 이루어진 활성탄여과층(6)을 포함하여 이루어진다.

더욱 구체적으로, 상기 탄소 섬유전극(2)은 직물이나 부직포로 이루어진 탄소 섬유시트(2a)로 이루어진다. 도 2는 이러한 탄소 섬유시트(2a)의 일 예를 보여준다. 즉, 상기 탄소 섬유전극(2)은 일정한 크기의 탄소 섬유시트(2a)를 원통형으로 말아서 이루어진다.

여기서 탄소 섬유는 유기 고분자 섬유를 1000~3000℃로 소성하여 이루어진다. 탄소 섬유를 구성하는 탄소 원자들은 섬유의 길이 방향을 따라 육각 고리 결정의 형태로 붙어 있다. 이러한 분자 배열 구조로 인해 탄소 섬유는 인장 강도, 탄성률이 높고 선팽창계수가 낮다. 또한, 이러한 탄소 섬유는 다양한 패턴으로 직조할 수 있다.

그리고 상기 탄소봉 전극(3)은 탄소를 포함하는 소재로 이루어지며 원형의 단면을 갖는 막대형태로 이루어진다. 즉, 탄소봉 전극(3)은 탄소 섬유를 이용하여 만들어지거나 탄소 입자를 압축가공하여 만들어질 수도 있다.

이어, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에는 입상활성탄(5)이 충전되어 일정한 높이로 활성탄여과층(6)을 형성한다. 상기 입상활성탄(5)(GAC)은, 식물계인 톱밥, 목재 및 야자껍질과 광물계인 석탄류를 원료로 하여 탄화, 활성화 과정을 통해 분자크기의 미세한 세공을 잘 발달시킨 무정형 탄소로서 매우 큰 내부 표면적을 갖는다. 특히, 입상활성탄은 입자 크기가 6~20 매쉬를 통과할 정도로 여과지의 모래크기와 유사하다는 점에서 입자 크기가 매우 작은 분말활성탄과 구분된다.

이때, 상기 입상활성탄(5)의 입경은 0.85~3.17mm 범위이다. 일반적으로 0.64~0.85mm의 유효경을 갖는 입상활성탄은 흡착을 목적으로 사용하고 1.0~1.8mm의 유효경을 갖는 입상활성탄은 흡착과 여과용으로 사용된다. 본 발명에서 사용하는 입상활성탄(5)은 일반적인 여과용 입상활성탄보다 큰 입경의 입상활성탄을 사용한다. 따라서 통상적인 활성탄여과장치의 여과속도는 5~12.5m/hr인데 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는 그것보다 빠른 10~20m/hr의 여과속도를 갖게 된다. 다시 말해 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)에서 사용하는 입상활성탄(5)은 기존의 활성탄여과조서 사용한 입상활성탄보다 입경이 2~3배 크고 2배 빠른 여과속도를 갖는다.

그리고 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 충전되는 입상활성탄(5)은 탄소 섬유전극(2)의 내부공간의 2/3 이상으로 충전된다. 따라서 탄소봉 전극(3)의 대부분은 활성탄여과층(6)에 매몰되고 탄소 섬유전극(2)의 내측 면도 대부분 입상활성탄(5)과 접촉하게 된다.

그리고 상기 전원공급장치(4)는 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 직류전원을 공급하기 위한 것으로서, 도시되지 않은 정류기와 회로차단기 등을 포함할 수 있다.

이와 같이, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 입상활성탄(5)이 충전된 상태에서, 상기 탄소 섬유전극(2)의 내부공간으로 미량의 오염물질이 포함된 원수를 공급하면서 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 직류전원을 공급하면, 상기 활성탄여과층(6)을 통과하는 물이 전기분해되어, 상기 탄소봉 전극(3)에서는 양전자의 교환에 의해서 물속에 포함된 오염물질이 산화되고, 상기 탄소 섬유전극(5)에서는 전기분해 과정에서 전기화학적으로 생성되는 차아염소산과 같은 강한 산화물이 오염물질을 산화 분해한다.

즉, 원수에 함유되어 있거나 혹은 외부에서 첨가한 염화나트륨(NaCl)을 전기분해함으로써 생성된 강력한 산화제인 차아염소산(OCl)을 이용하여 원수 중의 미량 오염물질을 효과적으로 분해하는 것이다. 여기서 염화나트륨(NaCl)수용액 혹은 소금물의 전기분해에 관한 이론은 이미 오래전부터 확립되었다. 따라서 상기 염화나트륨(NaCl) 용액을 격막을 설치하지 않은 전기분해조에서 전기분해한 경우 앙극에서는 염소가스가, 음극에서는 수소가스와 함께 수산기(OH)가 발행하며 이때 염소가스와 수산기가 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 차아염소산(OCl)이온을 생성시킨다. 이 원리를 폐수처리에 응용하면 폐수 중의 유기물질을 차아염소산을 이용함으로써 효과적으로 산화분해시킬 수 있다.

그리고 전기분해에 의해서 분해되지 않은 미분해 오염물질은 상기 활성탄여과층(6)을 따라 아래로 흐르면서 상기 입상활성탄(5)에 흡착되어 제거된다. 즉, 입상활성탄 표면이 소수성으로 무수한 세공을 지니고 있고 내부 표면적이 매우 커 수중의 각종 미량 오염물질이 활성탄여과층을 통과하는 동안에 흡착 제거된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 전기분해에 의한 산화 분해작용과 입상활성탄(5)의 흡착작용을 동시에 이용하여 오염물질을 제거하기 때문에 오염물질의 처리효율이 향상된다. 또한, 전기분해장치와 활성탄여과장치가 하나로 통합되기 때문에 구조가 단순하고 크기가 작기 때문에 정수기나 우수처리장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 입상활성탄(5)을 자동으로 재생하기 때문에 역세척을 줄일 수 있고 입상활성탄(5)의 수명이 연장된다. 즉, 입상활성탄(5)의 흡착능력이 한계에 도달하면, 고온에서 열 재생처리를 하여 재생처리하여야 하는데, 이러한 재생처리시 손실률과 흡착능력의 저하로 효율이 크게 떨어지므로 새로운 입상활성탄으로 교체하거나 보충해야 하기 때문에 경제적인 어려움이 있었다.

그러나 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질이 입상활성탄에 흡착되어 있는 오염물질을 산화 분해하여 제거하기 때문에 입상활성탄의 재생처리가 자동으로 이루어진다. 따라서 입상활성탄의 수명이 연장되어 입상활성탄의 잦은 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 종래의 티타늄, 이리듐 및 DSA, SPR 등에 비해서 가격이 저렴한 탄소 섬유시트(2a)를 사용한다. 이러한 탄소 섬유시트(2a)는 가요성 소재로서 가공이 용이하기 때문에 원통형 등 다양한 형태를 쉽게 만들 수 있다. 또한, 탄소 섬유는 수천 가닥의 탄소 섬유를 꼬아서 만들기 때문에 표면적이 넓어서 탄소 섬유전극(2)과 입상활성탄(4)과의 접촉 면적이 넓어지는 효과도 있다.

또한, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 입상활성탄(5)이 충전되어 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 직류전원을 공급하면, 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 배치되어 있는 각각의 입상활성탄(5) 입자에 극성이 생겨서 전도체 역할은 한다. 따라서 전극의 유효면적을 넓어지고 전극 사이의 전기저항이 감소하여 전기분해가 촉진되고 전력사용이 줄어들게 된다. 또한, 전극 사이의 전기저항이 감소하기 때문에 양극과 음극 판 사이의 간격을 넓힐 수도 있다.

그리고 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 전기분해과정에서 발생하는 염소가스를 입상활성탄(5)이 흡착한다. 또한 입상활성탄(5)에 흡착된 염소가스는 다시 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질에 의해서 산화된다. 따라서 본 발명의 전해-탄소여과필터(1)는 염소가스가 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 다량의 염소가 존재하는 원수를 전기분해할 때, 강한 산화물이 생산되는 동시에 인체에 유해한 염소가스가 발생하는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 입상활성탄(4)과 탄소 섬유전극(2)이 염소가스를 흡착하기 때문에 인체에 유해한 염소가스가 방출되지 않는다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 탄소 섬유전극(2)을 음극판으로 사용하고, 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 입상활성탄(5)을 충전하여 전기분해에 의한 산화 분해작용과 입상활성탄의 흡착작용의 상호작용으로 수처리 효율이 향상되고 입상활성탄(4)의 수명이 연장되며, 인체에 유해한 염소가스가 방출되지 않는 효과가 있다.

도 2는 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터의 제2 실시 예를 보여주는 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극(2)과, 상기 탄소 섬유전극(2)의 중심을 관통하는 탄소봉 전극(3)과, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치(4)와; 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 일정한 높이로 충전되는 입상활성탄(5)으로 이루어진 활성탄여과층(6)과, 상기 활성탄여과층(6)의 하부에 일정한 높이로 충전되는 제올라이트(8)로 이루어진 제올라이트층(9)을 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 제올라이트층(9)의 하단에는 제올라이트(8)는 통과하지 못하고 물은 자유롭게 통과할 수 있는 지지부재(7)가 더 설치된다.

더욱 구체적으로, 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 충전된 제올라이트(8)는 활성탄여과층(6)에서 흡착하지 못한 오염물질을 흡착하여 제거할 뿐만 아니라 이온교환을 통해서 물의 경도를 낮추고 미량 원소를 공급하는 물맛을 좋게 하는 역할을 한다. 또한, 상기 제올라이트(8)는 입상활성탄(5)보다 입자의 크기가 크고 무겁기 때문에 그 위에 위치하는 활성탄여과층(6)을 지지하고 세척시 활성탄여과층(6)을 보호하는 역할을 한다.

여기서, 제올라이트(8)는, 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 말로 여러 종류의 제올라이트가 있으며 비석이라고도 한다. 제올라이트는 장석과 같이 (Si,Al)O₄의 사면체가 정점 산소(apical oxygen)에 의하여 3차원의 골격구조를 만들고 있지만 공극이 있으며 여기에 물 분자와 교환성 양이온이 포함되어 있다.

이러한 제올라이트는 독특한 응용광물학적 성질, 양이온교환 특성, 흡착 및 분자체 특성, 촉매 특성, 탈수 및 재흡수 특성 등이 있으며, 탁도 제거 능력, 암모니아 질소를 흡착, 알루미늄과 나트륨의 규산염인 제올라이트는 칼슘 이온과 마그네슘 이온을 흡착하여 물의 경도를 낮춰 물을 연수로 만드는 능력 등이 있다. 아울러 제올라이트는 활성탄여과층(6)에서 미처 제거하지 못한 영양염류(N, P) 및 유해성 이온물질을 흡착하여 제거하는 능력이 있다.

바람직하게, 상기 제올라이트(8)의 입경은 2~6mm이다. 즉, 제올라이트(8)는 입상활성탄(6)보다 크고 무겁기 때문에 역 세척시 활성탄여과층(9)이 교란되어 무너지는 것을 방지한다. 이를 위해서, 상기 제올라이트층(9)은 활성탄여과층(6) 높이의 1/6~1/3의 범위로 형성한다. 즉, 1/6 이하의 두께로 제올라이트층(9)을 형성하면 역 세척시 활성탄여과층(9)을 보호하기 어렵고, 1/3 이상의 두께로 하면 활성탄여과층(6)의 두께가 낮아져 전체적으로 흡착능력이 떨어질 수 있다.

이와 같이, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 입상활성탄(5)과 제올라이트(8)가 충전된 상태에서, 상기 탄소 섬유전극(2)의 내부공간으로 미량의 오염물질이 포함된 원수를 공급하면서 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 직류전원을 공급하면, 상기 활성탄여과층(6)과 제올라이트층(9)을 통과하는 물이 전기분해되어, 상기 탄소봉 전극(3)에서는 양전자의 교환에 의해서 물속에 포함된 오염물질이 산화되고, 상기 탄소 섬유전극(5)에서는 전기분해 과정에서 전기화학적으로 생성되는 차아염소산과 같은 강한 산화물이 오염물질을 산화 분해한다. 그리고 전기분해에 의해서 분해되지 않은 미분해 오염물질은 상기 활성탄여과층(6)과 제올라이트층(9)을 따라 아래로 흐르면서 상기 입상활성탄(5)과 제올라이트(8)에 흡착되어 제거된다.

이와 같이, 본 실시 예에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 탄소 섬유전극(2)을 음극으로 사용하고, 양극으로 사용되는 탄소봉 전극(3) 사이에 입상활성탄(5)과 제올라이트(8)를 충전하여 전기분해에 의한 산화 분해작용과 입상활성탄 및 제올라이트의 흡착작용을 동시에 이용하기 때문에 수처리 효율이 향상된다. 또한, 상기 제올라이트층(9)을 여과수의 경도를 낮추고 미네랄 성분을 공급하는 부가적인 기능도 있다.

한편, 제올라이트(8)도 입상활성탄과 마찬가지로 여러 화학물질을 흡착하지만 그것들을 흡착하는데 한계가 있는데, 이와 같이, 제올라이트가 무기물질들을 흡착하는데 한계점에 다다르면 이 물질들에 대한 흡착력이 약해지기 시작하고 결국엔 도로 내뱉기 시작한다.

그러나 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)에서는 제올라이트(8)의 흡착력이 떨어지면 상기 탄소 섬유전극(2)의 내부로 염화칼륨용액이나 염화나트륨용액을 주입하여 제올라이트를 교환하지 않고 재사용할 수 있다. 특히, 전해-탄소여과필터(1)에서는 강력한 산화제인 차아염소산(OCl)을 생성하기 위해서 원수에 염화나트륨(NaCl)이나 염화칼륨(KCl)을 주입하기 때문에 제올라이트(8)의 재생이 자동으로 이루어져 그 수명이 연장되는 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터의 제3 실시 예를 보여주는 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극(2)과, 상기 탄소 섬유전극(2)의 중심을 관통하는 탄소관 전극(13)과, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소관 전극(13)에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치(4)와; 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소관 전극(13) 사이에 일정한 높이로 충전되는 입상활성탄(5)으로 이루어진 활성탄여과층(6)과, 상기 활성탄여과층(6)의 하부에 일정한 높이로 충전되는 제올라이트(8)로 이루어진 제올라이트층(9)을 포함하여 이루어진다.

더욱 상세하게 상기 탄소관 전극(13)은 파이프 형상으로 이루어지며 직물이나 부직포로 이루어진 탄소 섬유시트로 이루어질 수 있다. 바람직하게 상기 탄소관 전극(13)은 일정한 크기의 탄소 섬유시트를 파이프 형태로 말아서 이루어진다. 그리고 상기 탄소관 전극(13)의 내측 면에는 불투수층이 형성된다. 상기 불투수층은 탄소 섬유시트(13a)의 내측 면에 일정한 두께로 도포된 에폭시 층으로 이루어지거나 탄소 섬유시트(13a)의 내측 면에 접착된 필름 또는 원통형 부재에 의해서 이루어질 수도 있다. 기타 나머지 구성은 전술한 실시 예와 동일 또는 유사하다.

이어, 도 4는 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터의 제4 실시 예를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극(2)과, 상기 탄소 섬유전극(2)의 중심을 관통하는 탄소봉 전극(3)과, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치(4)와; 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소관 전극(3) 사이에 일정한 높이로 충전되는 입상활성탄(5)으로 이루어진 활성탄여과층(6)과, 상기 활성탄여과층(6)의 하부에 일정한 높이로 충전되는 제올라이트(8)로 이루어진 제올라이트층(9)과, 상기 탄소 섬유전극(2) 및 탄소봉 전극(3)을 지지하기 위한 지지수단(20)을 더 포함하여 이루어진다.

상기 지지수단(20)은, 상기 탄소 섬유전극(2)의 상단과 하단에 구비되는 것으로서, 크게 상부지지부재(21)와 하부지지부재(26)로 구성된다. 상기 상부지지부재(21)는 탄소 섬유전극(2)의 상단에, 상기 하부지지부재(26)는 탄소 섬유전극(5)의 하단에 설치되어 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)을 지지한다.

상기 상부지지부재(21)는 원통형의 탄소 섬유전극(2)이 형태를 유지할 수 있도록 상기 탄소 섬유전극(2)의 상단 내측 면에 위치하고 가운데에 상기 탄소봉 전극(3)(또는 탄소관 전극(13)이 관통하는 관통 구멍(24)이 형성된 내측 고정 링(23)과, 상기 내측 고정 링(23)의 외 측에 결합하여 상기 탄소 섬유전극(2)의 상단 외 측면에 고정되는 외측 고정 링(25)으로 이루어진다.

따라서 상기 내측 고정 링(23)을 탄소 섬유전극(2)의 내측 면에 삽입하여 고정한 후 상기 외측 고정 링(25)을 탄소 섬유전극(2)의 외측 면에 끼워서 결합하면 상기 내측 고정 링(23)과 외측 고정 링(25)이 단단히 결합한다. 그리고 상기 탄소봉 전극(3)은 상기 관통 구멍(24)을 통과시켜서 상기 탄소 섬유전극(2)의 가운데에 수직으로 설치한다.

이어 상기 하부지지부재(26)는 원통형으로 이루어진 탄소 섬유전극(2)의 하단 내측 면에 위치하고 가운데에 상기 탄소봉 전극(3)의 하단이 삽입되는 결합 홈(28)이 형성된 내측 고정 링(27)과, 상기 내측 고정 링(27)의 외 측에 결합하여 상기 탄소 섬유전극(2)의 하단 외 측면에 고정되는 외측 고정 링(29)으로 이루어진다.

따라서 상기 내측 고정 링(27)을 탄소 섬유전극(2)의 내측 면에 삽입하여 고정한 후 상기 외측 고정 링(29)을 탄소 섬유전극(2)의 외측 면에 끼워서 결합하면 상기 내측 고정 링(27)과 외측 고정 링(28)이 단단히 결합한다. 그리고 상기 탄소봉 전극(3)의 하단은 상기 결합 홈(28)에 끼워서 상기 탄소 섬유전극(2)의 가운데에 수직으로 고정한다.

한편, 상기 내측 고정 링(23)과 내측 고정 링(27) 사이에는 다수 개의 수직 지지대(22)가 더 구비되어 일체로 연결할 수 있다. 상기 다수의 수직 지지대(22)는 탄소 섬유전극(2)을 수직으로 세워서 원통형을 유지할 수 있도록 한다.

이어서, 도 5는 본 발명에 따른 탄소 섬유전극의 일 예를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도시된 바와 같이, 상기 탄소 섬유전극(2)은 일정한 크기의 탄소 섬유시트(2a)를 원통형으로 말아서 이루어진다. 바람직하게 상기 탄소 섬유전극(2)의 외 측면에는 일정한 두께로 외각지지층(31)이 더 형성될 수 있다. 상기 외곽지지층(31)은 불투수층으로서 상기 탄소 섬유전극(2)의 형태를 유지시키고 내부에 충전되어 있는 입상활성탄(5)과 물이 외부로 새지 않도록 한다.

상기 외곽지지층(31)은 비 전도성 물질로 이루어진 것으로서, 탄소 섬유시트(2a)의 외 측면에 에폭시를 일정한 두께로 도포한 다음 상기 탄소 섬유시트(2a)를 원통형의 형태로 말은 상태에서 UV 램프의 자외선으로 경화시켜 이루어질 수 있다. 또한, 상기 탄소 섬유시트(2a)의 외 측면에 아크릴, 플라스틱 또는 합성수지 등 일정한 두께의 시트를 접착한 후 상기 시트와 탄소 섬유시트(2a)를 원통형으로 말아서 이루어질 수 있다. 아울러 본 발명에 따른 탄소관 전극(13)의 내 측면에는 일정한 두께로 내부지지층을 형성할 수 있다. 탄소관 전극(13)의 내부에 형성되는 점을 제외하고는 상기 외부지지층(31)과 동일하다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치의 제1 실시 예를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치(100)는, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 내부에 설치된 전해-탄소여과필터(1)를 포함하여 이루어진다.

상기 전해-탄소여과필터(1)는 전술한 바와 같이, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 탄소 섬유전극(2)과, 상기 탄소 섬유전극(2)의 중심을 관통하여 설치되는 탄소봉 전극(3)과, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 일정한 높이로 충전된 입상활성탄(4)으로 이루어진 활성탄여과층(6)과 상기 활성탄여과층(6)의 하부에 일정한 높이로 충전된 제올라이트(8)로 이루어진 제올라이트층(9)을 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 탄소 섬유전극(2)은 상기 하우징(110)의 내측 면에 밀착되게 설치된다.

더욱 구체적으로 상기 하우징(110)은 아크릴이나 플라스틱과 같이 비 도전성 소재로 이루어지고, 상단과 하단에는 각각 뚜껑(121)이 설치된다. 그리고 상기 상부뚜껑(121a)에는 원수 유입구(122)와 역세수 배출구(123) 및 가스 배출구(127)가 형성되고, 상기 하부뚜껑(121b)에는 여과수 배출구(125)와 역세수 주입구(126)가 형성된다. 또한, 상기 원수 유입구(122)와 역세수 배출구(123) 그리고 여과수 배출구(125)와 역세수 주입구(126)에는 도시되지 않은 밸브가 구비된다.

따라서 상기 원수 유입구(122)를 통해 주입된 원수를 상기 하우징(110)의 내부에 있는 탄소 섬유전극(2)의 내부로 유입된다. 그리고 상기 활성탄여과층(5)과 제올라이트층(9)을 통과해서 아래로 이동한다. 이때, 상기 탄소 섬유전극(2)에 (-)전원을 인가하고 탄소봉 전극(3)에 (+)전원을 인가하면, 상기 하우징(110) 내부의 원수가 전기분해되고 이 전기분해과정에서 발생하는 라디칼이 원수에 포함된 오염물질을 산화분해 시킨다. 그리고 전기분해과정에서 분해되지 않는 오염물질은 상기 활성탄여과층(5)과 제올라이트층(9)에서 흡착되어 제거된다.

한편, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 충진된 입상활성탄(5)은 전도체로서 작용하여 전극의 유효표면적을 넓히고 전극 사이의 저항을 줄여준다. 따라서 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이의 간격을 최대한 넓힐 수 있다. 예를 들어, 종래의 전기분해장치는 전극판 사이의 간격이 10~40mm로 매우 조밀하게 설치되지만 본 발명에 따른 탄소 섬유전극(3)과 탄소봉 전극(3) 사이의 간격은 40mm~100mm까지 넓힐 수 있다. 따라서 전극 판의 수를 줄여서 구조를 단순하게 하고 무게를 줄이며 생산단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

한편, 사용기간의 경과에 따라 활성탄여과층(8)이 오염된 경우 상기 하우징(110)의 하단에 형성된 세척수 주입구(126)를 통해서 세척수를 주입하면, 세척수가 상류로 흐르면서 상기 활성탄여과층(8)의 오염물질을 세척하고, 그 세척수는 하우징(110)의 상단에 구비된 세척수 배출구(123)를 통해서 외부로 배출된다. 또한, 사용기간의 경과에 따라서 제올라이트층(9)이 오염된 경우 상기 세척수 주입구(126)을 통해서 1% 소금물(NaCI)을 주입하면, 소금물의 나트륨 이온에 의해 이온교환 능력을 재생시켜 주게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치는, 전기분해의 과정에서 입상활성탄과 제올라이트가 자동으로 재생되기 때문에 역 세척의 회수를 줄이고 수명을 연장하여 잦은 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다.

이어, 도 7은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치의 제2 실시 예를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치는, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 내측 면에 밀착되게 설치되고 일정한 크기의 내부공간을 갖는 탄소 섬유전극(2)과, 상기 탄소 섬유전극(2)의 중심을 관통하여 설치되는 탄소관 전극(13)과, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소관 전극(13) 사이에 일정한 높이로 충전되는 입상활성탄(5)으로 이루어진 활성탄여과층(6)과, 상기 활성탄여과층(6)의 상부에 일정한 높이로 충전되는 제올라이트(8)로 이루어진 제올라이트층(9)을 포함하여 이루어진다.

더욱 구체적으로 상기 하우징(110)은 아크릴이나 플라스틱과 같이 비 도전성 소재로 이루어진 원통체로서, 상단과 하단에는 각각 뚜껑(121)이 설치된다. 그리고 상기 상부뚜껑(121a)에는 여과수 유입구(125)와 역세수 배출구(123) 및 가스 배출구(127)이 형성되고, 상기 하부뚜껑(121b)에는 역세수 주입구(126)가 형성된다. 또한, 상기 여과수 유입구(125)와 역세수 배출구(123) 그리고 역세수 주입구(126)에는 도시되지 않은 밸브가 구비된다.

따라서 상기 하우징(110)의 가운데에 설치되어 있는 탄소관 전극(12)으로 원수를 주입하면, 오염물질이 포함된 원수는 상기 탄소관 전극(13)을 통해서 하단으로 이동한 후 상기 하우징(110)의 하단에는 상향류로 상기 활성탄여과층(6)과 제올라이트층(9)을 차례로 통과하게 된다. 이때, 상기 활성탄여과층(6)을 통과하는 동안에 원수에 포함된 오염물질이 입상활성탄(5)에 흡착되고, 상기 활성탄여과층(6)에서 흡착되지 못하고 통과된 오염물질은 다시 제올라이트층(9)에서 흡착되게 된다. 그리고 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소관 전극(13)에 직류전원을 공급하면, 탄소관 전극(13)에서는 양성전자의 교환에 의해서 오염물질이 직접 산화되고, 상기 탄소 섬유전극(2)에서는 전기-화학적으로 생성되는 강한 산화물에 의해서 오염물질이 간접 산화하게 된다.

한편, 사용경과에 따라 상기 활성탄여과층(6)이 오염된 경우에는 상기 하우징(110)의 하단에 구비된 역세수 주입구(128)를 통해서 세정수를 주입하면, 상기 활성탄여과층(6)과 제올라이트층(9)을 차례로 통과하면서 오염물질을 세척하고, 그 세척수와 오염물질은 상기 하우징(110)의 상부에 구비된 세척수 배출구(123)를 통해서 외부로 배출한다.

이어서, 도 8 및 도 10은 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치의 제3 실시 예를 보여주는 종단면도와 횡단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수처리장치(100)는 일정한 크기의 하우징(110)의 내부에 다수의 전해-탄소여과필터(1)가 설치된다.

상기 전해-탄소여과필터(1)는 전술한 바와 같이, 일정한 크기를 갖는 내부공간을 갖는 탄소 섬유전극(2)과, 상기 탄소 섬유전극(2)의 중심을 관통하여 설치되는 탄소봉 전극(3)(또는 탄소관 전극(13)과, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3) 사이에 일정한 높이로 충전되는 입상활성탄(5)으로 이루어진 활성탄여과층(6)과 상기 활성탄여과층(6)의 하단에 일정한 높이로 충전되는 제올라이트(8)로 이루어진 제올라이트층(9)을 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 다수의 전해-탄소여과필터(1) 사이에는 상기 전해-탄소여과필터(1)가 관통되는 다수의 관통부가 형성된 스페이스 플레이트(130)가 설치된다. 상기 스페이스 플레이트(130)는 전해-탄소여과필터(1) 사이에 일정한 간격이 형성되게 함과 아울러 다수의 전해-탄소여과필터(1)를 고정하는 역할을 한다.

이와 같이, 본 실시 예에 따른 수처리장치(100)는 하나의 다수의 전해-탄소여과필터(1)를 병렬적으로 설치함으로써 수처리 용량을 늘릴 수 있다. 따라서 우수처리장치나 하·폐수처리장치의 고도처리장치에도 쉽게 적용할 수 있다.

또한, 본 실시 예의 수처리장치(100)는 각각의 전해-탄소여과필터(1)를 별개로 분리할 수 있기 때문에 설치 및 교체가 용이하므로 설치작업이 쉽고 유지관리 비용이 절감되는 효과가 있다.

이하에서 본 발명에 따른 실험 예를 참고로 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

<실험 예1>

입상활성탄의 충전 유무에 따라 지름이 Ø100mm 높이 350mm인 4개의 원통형 하우징의 중앙에 탄소봉 전극을 설치하고, 길이 200mm인 원통형 탄소 섬유전극을 설치한 후, 각 조에 Cl농도가 200mg/L 되도록 제조한 NH₄CI 용액을 1.5 L씩 주입하고, 하우징 용적의 80%를 입상활성탄으로 충전하여 활성탄여과층을 형성하였다. 그리고 펌프를 이용하여 원수를 주입하여 하향류로 흘리면서 양극인 탄소봉 전극과 음극인 탄소 섬유전극에 직류전원을 인가하되, 전압을 2, 4, 6, 8V로 변화시키면서 각 조의 유해가스 발생 여부를 조사하였다. 그 결과는 <표 1>과 같이 나타났다.

-활성탄 충전 유무 및 전극재료별 유해가스 발생

구 분	유해가스 발생 상태	비 고
H-1	전압 2V에서는 기포발생이 확인되지 않았으나, 전압 6V와 8V에서는 활발하게 기포가 발생하였으며 염소가스 냄새가 심해 목이 상당히 아픔상태임.	활성탄 미충진 양극 : 탄소봉 음극 : SUS
H-2	전압 2V, 4V에서는 기포발생이 확인되지 않았으나, 전압 6V, 8V에서 약간의 기포발생과 염소냄새가 약하게 감지됨.	활성탄 미충진 양극 : 탄소봉 음극 ; 탄소섬유
H-3	전압 4V부터 기포가 지속적으로 활발하게 발생하였으나 활성탄에 흡착되어 반응조 주변과 처리수에 염소냄새 감지가 미미하였음.	활성탄 충진 양극 : 탄소봉 음극 : SUS
H-4	전압 4V 이하에서는 기포발생이 거의 확인되지 않았으나, 전압 6V와 8V에서는 활성탄층에 억류된 기포가 간헐적으로 발생하였고 반응조 주변과 처리수에 염소냄새 감지가 불가능하였음.	활성탄 충진 양극 : 탄소봉 음극 : 탄소섬유

<표1>에 제시된 활성탄 충전 유무 및 전극재료별 염소가스 등 유해가스 발생여부 조사결과를 토대로 볼 때, 입상활성탄의 충전과 탄소 섬유전극의 사용이 유해가스 발생억제에 유용함을 입증할 수 있었다.

<실험 예2>

-활성탄 충전 유무 및 전극재료별 처리성능

본 실험은 입상활성탄 충전 유무에 따라 지름이 Ø100mm 높이 350mm인 4개의 원통형 하우징의 중앙에 탄소봉 전극을 설치하고, 길이 200mm인 원통형 탄소 섬유전극을 설치한 후, 각 조에 Cl농도가 200mg/L 되도록 제조한 NH₄CI 용액을 1.5 L씩 주입하고, 하우징 용적의 80%를 입상활성탄으로 충전하여 활성탄여과층을 형성하였다. 그리고 펌프를 이용하여 원수를 주입하여 하향류로 순환하면서 양극인 탄소봉 전극과 음극인 탄소 섬유전극에 직류전원을 인가하되, 입상활성탄 충전 유무에 따라 4종류의 전해산화조(S-1, S-2, S-4, S-5)와 활성탄 흡착조(S-3)로 구성하였다. 운전방법은 G 하수처리장 방류수를 원수로 하여 전압 8V, 체류시간 15분에서 연속식으로 실험을 진행하였다.

-입상활성탄 충진 유무 및 전극재료별 전기화학적 특성 변화

구분	전압 (V)	전류 (A)	전기전도도 (μS)	pH	염소이온 (mg/L)	비 고
원수	-	-	359	6.9	155
S-1	8	0.25	339	6.8	140	활성탄 미충진 양극 : 탄소봉 음극 : SUS
S-2	8	0.26	313	6.5	118	활성탄 미충진 양극 : 탄소봉 음극 ; 탄소섬유
S-3	-	-	274	7.9	92	활성탄 흡착
S-4	8	1.67	286	8.7	76	활성탄 충진 양극 : 탄소봉 음극 : SUS
S-5	8	1.23	285	8.0	89	활성탄 충진 양극 : 탄소봉 음극 : 탄소섬유

<표2>에서 보듯이 전압 8V에서 입상활성탄 충전이 입상활성탄 미충전에 비해 전류가 약 6배 높았고 전기전도도는 감소하였으며, pH는 입상활성탄 미충전 전해산화조에서 6.5~6.8이었으나 활성탄 충전 전해산화조에서는 8.0~8.7로 상승하였다. 한편, 염소이온은 입상활성탄 미충전 전해 산화에 비해 입상활성탄 충전 전해산화조에서 활발한 전기분해로 현저한 차이를 보였으며, 탄소 섬유전극을 사용할 경우 염소이온이 감소하였다.

-입상활성탄 충전 유무 및 전극재료별 COD, T-N, 색도 변화

구분	COD(mg/L)	T-N(mg/L)	색도(도)	비 고
원수	14.1	14.9	45
S-1	13.0	14.6	42	활성탄 미충진 양극 : 탄소봉 음극 : SUS
S-2	12.5	14.2	36	활성탄 미충진 양극 : 탄소봉 음극 ; 탄소섬유
S-3	4.8	6.3	11	활성탄: 흡착
S-4	3.7	3.8	5	활성탄: 충진 양극 : 탄소봉 음극 : SUS
S-5	4.0	4.4	6	활성탄 충진 양극 : 탄소봉 음극 : 탄소섬유

<표3>에서 보듯이 COD 14.1mg/L인 원수를 처리한 결과, 입상활성탄 미충전 전해산화조의 유출수 COD가 12.5~13.0mg/L이었고, 입상활성탄 충진 전해산화조에서 처리수의 COD가 3.7~4.0 mg/L로 약 8배 높았으며, T-N 14.9mg/L인 원수를 처리한 경우도 14.2~14.6mg/L에서 3.8~4.4 mg/L로 활성탄 충전 전해산화조에서 약 21배 높은 효율을 보였다. 특히 색도 45도인 원수를 입상활성탄 미충진 상태에서 전해 산화했을 때 36~42도였으나 입상활성탄이 충진된 상태에서 전해 산화했을 때 5~6도로 제거효율이 약 6배 높게 나타났다. 이는 입상활성탄 흡착에서 유출수 농도 11도에 비해 현저히 낮아 활성탄을 충전한 전해산화조가 유기물과 질소 및 색도 제거에 월등히 우수함을 입증할 수 있었다.

이상에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는 입상활성탄의 충전과 탄소 섬유전극의 사용으로 염소가스의 발생억제에 유용함을 입증할 수 있었다. 또한, 입상활성탄을 충전한 전해산화조가 유기물과 질소 및 색도 제거에 월등히 우수함을 입증할 수 있었다.

<실험 예 3>

-전기화학적 재생실험

본 실험은 입상활성탄 충전된 직경(Ø100mm 높이 350mm인 2개의 원통형 하우징의 중앙에 탄소봉을 양극으로, x L200 mm인 원통형 탄소 섬유전극과 SUS전극을 음극으로 설치한 후 전압 및 순환방식에 따라 약 2개월간 사용한 입상활성탄을 전기화학적인 방법으로 재생실험을 하였다. 기존에 사용한 음극은 양극으로 양극은 음극으로 전극을 교차 연결한 후 조 내에 증류수를 넣어 전압 8V에서 5분 간격으로 활성탄여과층을 순환시킨 액성을 3회 측정하였다.

이러한 전기화학적 재생실험을 한 결과 탄소봉 전극과 탄소 섬유전극으로 구성된 반응조(R1)의 액성은 재생시간에 따라 pH 8.2~8.5, CI 14~41mg/L로 약알칼리성 상태에서 완만한 변화를 보였으나 탄소봉 전극과 SUS 전극으로 구성된 반응조(R2)에서는 pH 6.7~7.2, CI 2~70mg/L로 염소이온의 급격한 변화와 SUS 전극의 용접부위에서 금속성분의 용출로 액성이 변색 됨을 알 수 있었다. 따라서 일정한 시간 간격으로 전극 교차 연결에 의한 입상활성탄 재생방법은 탄소 섬유전극은 가능하나 SUS 전극과 같이 금속성 전극에서는 금속의 용출로 바람직하지 못함을 입증할 수 있었다.

즉, 본 방법은 물리적인 기능 회복과 동시에 일정시간 간격으로 전극 교차 연결로 전기 화학적인 특성을 이용하여 재생함으로써 성능저하에 대한 문제 해결과 여재수명을 연장할 수 있었다.

<전해액 주입방법을 이용한 재생방법>

단기적으로는 1단계 전극교차방법을 이용한 전기화학적인 방법으로 성능이 저하된 입상활성탄을 재생하여 기능을 회복시킬 수 있다. 그러나 장기적으로 사용할 경우 활성탄과 제올라이트는 여재 표면에 불순물의 축적에 의한 전도성 저하와 흡착 및 전해산화력 저하로 기능이 저하될 수 있다.

본 방법을 정기적으로 1% 소금물(NaCI)을 입상활성탄과 제올라이트 복층 여재로 구성된 하우징에 넣은 후 재생시키는 방법이다. 입상활성탄에 표면에 부착된 불순물은 탈리되고 내부에 흡착된 염소이온은 전해 산화로 차아염소산과 같은 강력한 산화제를 형성하여 입상활성탄에 부착된 물질과 산화분해가 일어나 활성탄 흡착 기능을 재생시켜 준다.

그리고 제올라이트층은 소금물의 나트륨이온에 의해 이온교환 능력을 재생시켜 주는 재생기능이 있다. 따라서 단계별 재생방법을 실시함으로써 기존 방법에 비해 미량 유해물질 제거에 대한 처리성능 향상은 물론 빈번한 활성탄 교체와 재생 없이 장기간 사용으로 유지관리의 용이성과 비용을 절감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 상기 탄소 섬유전극(2)과 탄소봉 전극(3)(또는 탄소관 전극(13) 사이에 충전된 입상활성탄(5)이 전극의 유효면적을 확대하고 전극 사이의 저항을 줄여서 전기분해반응을 촉진하고, 낮은 전력에서도 높은 수처리 효율을 얻을 수 있도록 하며, 입상활성탄의 흡착과 전기분해에 의한 산화분해를 반복함에 따라 오염물질의 처리성능이 향상될 뿐만 아니라 입상활성탄을 별도의 재생 없이 장기간 사용할 수 있게 하여 잦은 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다. 또한, 오염물질을 산화시키는 과정에서 발생하는 염소가스를 입상활성탄에 흡착시킨 후 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 분해함으로써 염소가스가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전해-탄소여과필터(1)는, 크기를 줄이고 여과속도는 놓여서 가정용 정수기 등과 같은 소형 여과필터로 사용할 뿐만 아니라 다수의 전해-탄소여과필터(1)를 병렬로 설치하여 처리용량을 임의로 조절할 수 있어 우수처리시설이나 하·폐수처리장치의 고도처리장치에도 쉽게 적용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 전해-탄소여과필터 2: 탄소 섬유전극
2a: 탄소 섬유시트 3: 탄소봉 전극
4: 전원공급장치 5: 입상활성탄
6: 활성탄여과층 7: 지지부재
8: 제올라이트 9: 제올라이트층
13: 탄소관 전극 20: 지지수단
21: 상부지지부재 26: 하부지지부재
31: 외각지지층 100: 수처리장치
110: 하우징 121: 뚜껑
122: 원수 유입구 123: 역세수 배출구
125: 여과수 배출구 126: 역세수 주입구
130: 스페이스 플레이트

Claims

일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;
상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소봉 전극과;
상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치와;
상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극 사이에 일정한 높이로 충전된 입상활성탄으로 이루어진 활성탄여과층;을 포함하되,
상기 탄소 섬유전극은 직포 또는 부직포로 이루어진 일정한 크기의 탄소 섬유시트를 원통형으로 말아서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제1 항에 있어서,
상기 활성탄여과층에 충전된 입상활성탄은 입자 크기가 6~20 매쉬를 통과할 정도로 여과지의 모래크기와 유사한 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제2 항에 있어서,
상기 입상활성탄의 입경은 0.85~3.17mm 범위이고 상기 활성탄여과층의 여과속도는 10~20 m/hr인 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제2 항에 있어서,
상기 활성탄여과층은 탄소 섬유전극 용적의 2/3 이상으로 입상활성탄을 충전하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제2 항에 있어서,
상기 전해-탄소여과필터는 전기분해에 의한 산화 분해작용과 입상활성탄의 흡착작용을 동시에 일어나는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제5 항에 있어서,
상기 활성탄여과층은 전기분해과정에서 발생하는 염소가스를 흡착하고 상기 입상활성탄에 흡착된 염소가스는 전기분해과정에서 발생하는 산화성 물질에 의해서 산화 분해되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제1 항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 활성탄여과층의 하부에 일정한 높이로 충전되는 제올라이트로 이루어지는 제올라이트층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제7 항에 있어서,
상기 제올라이트는 상기 입상활성탄의 입경보다 크고 무거운 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제1 항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 탄소봉 전극 대신에 파이프 형상으로 이루어진 탄소관 전극이 설치되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제1 항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 탄소 섬유전극의 상단과 하단에는 지지수단이 더 구비되고, 상기 지지수단은, 상기 탄소 섬유전극의 상단 내측 면에 위치하고 가운데에 상기 탄소봉 전극이 관통하는 관통 구멍이 형성된 내측 고정 링과, 상기 내측 고정 링의 외 측에 결합하여 상기 탄소 섬유전극의 상단 외 측면에 고정되는 외측 고정 링으로 이루어진 상부지지부재와;
상기 탄소 섬유전극의 하단 내측 면에 위치하고 가운데에 상기 탄소봉 전극의 하단이 삽입되는 결합 홈이 형성된 내측 고정 링과, 상기 내측 고정 링의 외 측에 결합하여 상기 탄소 섬유전극의 하단 외 측면에 고정되는 외측 고정 링으로 이루어진 하부지지부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제10 항에 있어서,
상기 탄소 섬유전극의 외 측면에는 일정한 두께로 불투수성의 외각지지층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
제9 항에 있어서,
상기 탄소관 전극의 내 측면에는 일정한 두께로 불투수성의 지지층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터.
일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;
상기 하우징의 내부에 설치되는 전해-탄소여과필터를 포함하되,
상기 전해-탄소여과필터는,
일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;
상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소봉 전극과;
상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치와;
상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극 사이에 일정한 높이로 충전된 입상활성탄으로 이루어진 활성탄여과층;을 포함하되,
상기 탄소 섬유전극은 직포 또는 부직포로 이루어진 일정한 크기의 탄소 섬유시트를 원통형으로 말아서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제13 항에 있어서,
상기 활성탄여과층의 하부에 일정한 두께로 충전된 제올라이트로 이루어진 제올라이트층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제14 항에 있어서,
상기 하우징의 상단과 하단에는 각각 상부뚜껑과 하부뚜껑이 설치되고, 상기 상부뚜껑에는 여과수 유입구와 역세수 배출구가 형성되고, 상기 하부뚜껑에는 역세수 주입구가 형성되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;
상기 하우징의 내부에 설치되는 전해-탄소여과필터를 포함하되,
상기 전해-탄소여과필터는,
일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;
상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소관 전극과;
상기 탄소 섬유전극과 탄소관 전극에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치와;
상기 탄소 섬유전극과 탄소관 전극 사이에 일정한 높이로 충전된 입상활성탄으로 이루어진 활성탄여과층;을 포함하되,
상기 탄소 섬유전극은 직포 또는 부직포로 이루어진 일정한 크기의 탄소 섬유시트를 원통형으로 말아서 이루어지고, 상기 탄소관 전극의 내측 면에는 불투수성 지지층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제16 항에 있어서,
상기 활성탄여과층의 상부에 일정한 두께로 충전된 제올라이트로 이루어진 제올라이트층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제17 항에 있어서,
상기 하우징의 상단과 하단에는 각각 상부뚜껑과 하부뚜껑이 설치되고, 상기 상부뚜껑에는 상기 탄소관 전극이 관통하는 관통구멍과, 여과수 배출구 및 역세수 주입구가 형성되고, 상기 하부뚜껑에는 역세수 배출구가 형성되어, 상기 탄소관 전극으로 주입되는 원수가 상기 활성탄여과층과 제올라이트층을 상향류로 통과하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;
상기 하우징의 내부에 병렬로 설치되는 다수의 전해-탄소여과필터를 포함하되,
상기 전해-탄소여과필터는,
일정한 크기의 내부 공간을 갖는 탄소 섬유전극과;
상기 탄소 섬유전극의 중심을 관통하는 탄소봉 전극과;
상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극에 직류전원을 공급하기 위한 전원공급장치와;
상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극 사이에 일정한 높이로 충전된 입상활성탄으로 이루어진 활성탄여과층;을 포함하되,
상기 다수의 전해-탄소여과필터 사이에는 상기 전해-탄소여과필터가 관통하는 다수의 관통 구멍이 형성된 스페이스 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제19 항에 있어서,
상기 탄소봉 전극 대신에 파이프 형상으로 이루어진 탄소관 전극이 설치되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제19 항 또는 제20 항에 있어서,
상기 활성탄여과층의 상부 또는 하부에는 일정한 두께로 제올라이트를 충전하여 이루어진 제올라이트층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제21 항에 있어서,
상기 탄소 섬유전극과 탄소봉 전극 또는 탄소관 전극에 인가되는 전류의 방향을 주기적으로 바꿔서 상기 입상활성탄과 제올라이트를 재생하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제21 항에 있어서,
상기 하우징의 내부로 염화나트륨, 염화칼륨을 주기적으로 주입하여 제올라이트를 재생하는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.
제13, 제16 또는 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하우징의 상부에는 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치.