KR100372829B1 - 정수장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부유물(1)이 함유된 오수를 펌핑하는 공급펌프(10)와; 상기 공급펌프(10)에 의하여 펌핑된 오수를 순방향 파이프(11)를 통하여 받아들여 사이클론(Cyclone)식으로 유체를 선회시키면서 현탁한 부유물(1) 입자를 입도(粒度)나 비중차에 의하여 하측방향으로 포집할 수 있도록 순차 직렬 연통된 제 1, 제 2, 제 3 필터부(21),(22),(23)와; 상기 제 3 필터부(23)에 의하여 여과된 물을 정수 파이프(12)를 통하여 받아들여 순수한 물과 용해성 물질만을 통과시킬 수 있도록 연통된 제 1, 제 2 멤브레인(31),(32)과; 상기 제 1, 제 2 멤브레인(31),(32)을 통과한 물을 환원 파이프(13)를 통하여 받아들여 저장하는 용수탱크(40)와; 정회전시에는 상기 용수탱크(40)에서 최종적으로 세정된 순수한 물을 배출 파이프(14)를 통하여 외부로 펌핑하고, 역회전시에는 역공급 파이프(15)를 통하여 상기 용수탱크(40)의 순수한 물을 상기 제 1, 제 2 멤브레인(31),(32)에 공급하여 역세척시키는 토출/역세척 펌프(50)와; 상기 제 1, 제 2, 제 3 필터부(21),(22),(23)에 포집된 부유물(1)을 취출 파이프(16)에 연통된 취출펌프(60)를 통하여 공급받아 저장하는 부유물 탱크(70)와; 상기 부유물 탱크(70)에 저장된 부유물(1)을 이송펌프(80)에 연통된 이송 파이프(17)를 통하여 공급받아 고형물(1a)로 압축시켜 배출하는 부유물 압축기(100)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

정수장치{A CLEAN WATER APPARATUS}
본 발명은 정수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 수질오염의 근원이 되고 있는 산업 폐기물 또는 폐수처리 침전물 등과 같은 부유물을 보다 신속하고 효과적으로 수분을 제거하면서 정형화된 형상으로 고형화시켜 재활용할 수 있도록 함과 동시에 신속한 부유물의 취출을 통한 세정시의 효율성을 극대화시킬 수 있는 정수장치에 관한 것이다.
일반적으로 정수(淨水)는 혼탁한 물을 자정작용 또는 대지의 정화작용, 그 밖의 인위적 처리를 통해 음용(飮用) 또는 공업용, 농업용 등의 용도에 맞도록 처리(정화)하는 과정을 말한다.
예를 들어, 상수도는 믿고 마실 수 있는 물을 수도 파이프를 통하여 공급하는 시스템을 말하는 데, 수도 파이프를 통하여 최종적으로 사용자에게 공급되는 식수는 수질기준에 적합하게 정수되어야만 한다. 따라서, 목표수질에 근접한 양질의 원수(原水)를 얻을 수 있는 경우에는 간단한 정수처리로 충분하겠지만, 도시나 공장 또는 농지를 많이 끼고 있는 대하천의 하류부에서는 정수처리가 쉽지않아 별도의 정수시설을 이용해야만 한다.
혼탁한 물을 정수하기 위한 방법으로는 다양하게 제안되고 있다. 그 중 구체적으로, 현탁물(懸濁物)에 대한 응집 또는 고액분리(固液分離)를 통하여 정수하는 방법; 용존성분에 대한 응석(凝析) 및 산화, 생물화학적 변성, 흡착, 이온교환을 통하여 정수하는 방법; 세균이나 바이러스에 대한 응집여과 살균을 통하여 정수하는 방법; 산·알칼리의 중화를 통하여 정수하는 방법 등이 주로 이용되고 있으며, 이러한 방법들은 그 목적에 따라 예를 들면 식수용 또는 공업용, 농수용 등의 적합한 목적에 따라 적절하게 활용되고 있다.
한편, 하천의 중·상류에 위치한 비교적 맑고 오염물이 적은 물을 다량으로 취수할 경우에는 점토콜로이드나 수초류의 플랑크톤, 기타 자연발생적 오염물질 등을 제거하기 위하여 완속(緩速) 또는 급속(急速) 여과방식 등이 활용되기도 한다. 이러한 완속 또는 급속 여과방식은 물 속에 퍼져 있는 미세한 부유물의 제거를 목적으로 한다.
예를 들면, 완속 여과방식은 취수한 원수를 침전지로 끌어들여서 조현탁물(粗懸濁物)을 침전시키고 가는 모래를 70∼90㎝ 두께로 깐 여과지에 흡착시켜 완만한 통수속도(通水速度)로 여과한 뒤 다시 염소 살균하여 급수하는 수단이 동원되고, 이때 여과지에서는 현탁물의 물리적 여별(濾別), 표층에 번식하는 미생물군에 의한 암모니아·철·망간 등 유기·취기(臭氣) 성분의 산화·흡착·분해, 수중세균의 포식(捕食) 및 모래층 내부의 세균군에 의한 질소성분의 안정화 등의 처리과정을 거치게 된다. 그리고, 오염의 정도가 약할 경우에는 현탁물과 용존 오염물에 대한 충분한 정화가 이루어져 양질의 여과수를 쉽게 얻을 수 있다. 그러나, 탁한 정도가 높은 원수에는 대응할 수 없고 광대한 여과지 면적을 필요로 하기 때문에 별도의 정수 시스템이 요구되기도 한다.
한편, 급속 여과방식은 양하전(陽荷電)을 가진 응집제를 첨가하여 물 속의점토콜로이드나 색콜로이드를 응집시킨 뒤 응집생성물을 침전시키고 여과하여 분리하는 정수방법이 이용된다. 이 급속 여과방식은 응집조작과 통수속도의 증가에 의하여 침강분리가 좁은 면적에서 효과적이므로 비가 온 뒤에 혼탁이 계속되는 하천에서 취수하는 경우에 적합하다. 응집제로는 알루미늄염·철염(鐵鹽)·고분자물질 등이 사용된다. 급속 여과방식에서도 어느 정도의 용존 오염물은 산화제의 병용이나 알루미늄 수산화물에 의한 응집·침전·여과과정이 예외없이 적용된다. 그러나, 상류에 잠재 오염원이 있거나 물에서 이상한 맛 또는 냄새가 나는 경우에는 오존에 의한 산화 또는 활성탄(活性炭)에 의한 흡착과정을 별도로 추가하여 보다 안전한 식수를 만들 수 있도록 해야된다.
그런데, 이와 같이 다양한 여과방법 및 정수시설을 동원하여 혼탁물을 깨끗하게 정화시켜 보려고 하지만 갈수록 증가되는 공장폐수 또는 생활폐수 그리고 땅 속에 있는 유용광물을 채광할 때 발생되는 광산폐수 등을 정수시키는 데는 현실적으로 그 방법 및 시스템이 턱없이 부족한 실정이어서 물의 오염실태는 계속 악화되고 있는 실정이다.
특히, 고도경제 성장정책의 급속한 시행으로 말미암아 천연의 자연은 갈수록 오염되거나 파괴되어 가고 있고, 그 중 하천·호수·해양 등에서의 두드러진 수질 오염현상은 지속적인 경제성장의 대가로 치뤄야할 인류문명의 불투명한 미래를 예견할 수밖에 없게 되었다.
이렇게 국민건강과 인류문명에 큰 위협으로 대두되고 있는 수질오염의 근원이 되는 물질로는 통상적으로 유독성 물질과 유기물질로 대별할 수 있는 데, 이러한 유독성 물질과 유기물질은 대부분 산업 폐기물이나 폐수처리 침전물, 광산에서의 채광물 등에서 발생되는 부유물(浮游物) 속에 다량 함유되어 대책없이 처리되고 있다.
이와 같이 부유물은 모래나 진흙상태로 오수와 함께 각종 하천 또는 지하수, 강 등에 흘러 생태계를 위협하는 수질오염의 주범이 되고 있는 것이다.
따라서, 정수 시스템에서의 성능과 효능을 좌우하는 것이 바로 부유물 처리의 속도와 효율로서 결정되는 것은 당연하고, 이에 따라 본 출원인은 각종 수질오염의 근원이 되고 있는 산업 폐기물 또는 폐수처리 침전물 등과 같은 부유물을 보다 신속하고 효과적으로 수분을 제거하면서 정형화된 형상으로 고형화시켜 재활용할 수 있도록 함과 동시에 신속한 부유물의 취출을 통한 세정시의 효율성을 극대화시킬 수 있는 정수장치를 제안하고자 다년간의 연구끝에 본 발명을 설계한 것이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 연구 끝에 창출된 것으로 그 목적으로 하는 바는, 각종 수질오염의 근원이 되고 있는 부유물을 보다 신속하고 효과적으로 수분을 제거하면서 정형화된 형상으로 고형화시켜 재활용할 수 있도록 함과 동시에 신속한 부유물의 취출을 통한 세정시의 효율성을 극대화시킬 수 있는 정수장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 부유물의 신속한 취출을 통하여 부유물을 제외한 나머지의 여과된 물을 신속히 세정할 수 있도록 복수 개의 필터부를 직렬 배치함과 동시에 스테인리스 카트리지 또는 멤브레인 등의 막힘 증상을 별도의 인위적인 세척작업이아닌 자동 역세척 공정으로 진행할 수 있도록 하여 제품의 유지관리를 더욱 좋게 할 수 있으며 제품의 수명을 크게 연장시킬 수 있는 정수장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정수장치를 상측에서 바라본 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 제 1 필터부를 비롯한 제 3 필터부의 작동원리를 설명하기 위한 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 세라믹 멤브레인을 나타내는 부분단면을 포함한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 스테인리스 카트리지를 나타내는 부분단면을 포함한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 부유물 압축기를 나타내는 단면도.
도 6의 (가)는 통상의 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과 부유물 입자 크기의 비율을 데이터화하여 나타낸 표.
도 6의 (나)는 통상의 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과 부유물 입자 크기의 비율을 나타낸 그래프.
도 7의 (가)는 본 발명에 따른 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과 부유물 입자 크기의 비율을 데이터화하여 나타낸 표.
도 7의 (나)는 본 발명에 따른 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과부유물 입자 크기의 비율을 나타낸 그래프.
도 8a 및 도 8b, 도 8c는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 부유물 압축기의 동작과정을 나타내는 공정도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 부유물 1a : 고형물
10 : 공급펌프 11 : 순방향 파이프
12 : 정수 파이프 13 : 환원 파이프
14 : 배출 파이프 15 : 역공급 파이프
16 : 취출 파이프 17 : 이송 파이프
18 : 역분사 파이프 21 : 제 1 필터부
22 : 제 2 필터부 23 : 제 3 필터부
25 : 스테인리스 카트리지 31 : 제 1 멤브레인
32 : 제 2 멤브레인 34 : 세라믹 멤브레인
40 : 용수탱크 50 : 토출/역세척 펌프
60 : 취출펌프 70 : 부유물 탱크
80 : 이송펌프 90 : 순환/역세척 펌프
100 : 부유물 압축기 110 : 실린더
111 : 주입구 112 : 가이드 구멍
113 : 배출구 114 : 유체 배출구멍
115 : 집수통 120 : 유압 압축피스톤
130 : 유압 지지피스톤 140 : 에어 배출피스톤
150 : 콘트롤러 200 : 정수장치
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각종 수질오염의 근원이 되고 있는 산업 폐기물 또는 폐수처리 침전물 등과 같은 부유물이 함유된 오수를 정수시키는 정수장치에 있어서; 부유물이 함유된 오수를 펌핑하는 공급펌프와; 상기 공급펌프에 의하여 펌핑된 오수를 순방향 파이프를 통하여 받아들여 사이클론(Cyclone)식으로 유체를 선회시키면서 현탁한 부유물 입자를 입도(粒度)나 비중차에 의하여 하측방향으로 포집할 수 있도록 순차 직렬 연통된 제 1 필터부 및 제 2 필터부, 제 3 필터부와; 상기 제 3 필터부에 의하여 여과된 물을 정수 파이프를 통하여 받아들여 순수한 물과 용해성 물질만을 통과시킬 수 있도록 연통된 제 1 멤브레인 및 제 2 멤브레인과; 상기 제 1 멤브레인 및 제 2 멤브레인을 통과한 물을 환원 파이프를 통하여 받아들여 저장하는 용수탱크와; 정회전시에는 상기 용수탱크에서 최종적으로 세정된 순수한 물을 배출 파이프를 통하여 외부로 펌핑하고, 역회전시에는 역공급 파이프를 통하여 상기 용수탱크의 순수한 물을 상기 제 1 멤브레인 및 제 2 멤브레인에 공급하여 역세척시키는 토출/역세척 펌프와; 상기 제 1 필터부 및 제 2 필터부, 제 3 필터부에 포집된 부유물을 취출 파이프에 연통된 취출펌프를 통하여공급받아 저장하는 부유물 탱크와; 상기 부유물 탱크에 저장된 부유물을 이송펌프에 연통된 이송 파이프를 통하여 공급받아 고형물로 압축시켜 배출하는 부유물 압축기를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 정수장치의 바람직한 실시예를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 정수장치(200)는 부유물(1)의 신속한 취출을 통하여 부유물(1)을 제외한 나머지의 여과된 물을 신속하게 세정할 수 있도록 복수 개의 필터부를 직렬 배치할 수 있도록 함과 동시에 카트리지 또는 멤브레인 등의 막힘 증상을 별도의 인위적인 세척작업이 아닌 올(all) 자동 역세척 공정으로 이루어질 수 있도록 하는 것을 그 주된 구성으로 하고 있으며, 이 중 복수 개의 필터부의 직렬 배치는 부유물 압축기(100)의 신속한 부유물(1) 처리에 의하여 구현될 수 있다.
즉, 부유물(1)을 신속히 처리하지 못할 경우 필터부에서의 막힘증상이 빈번히 일어날 뿐만 아니라 여과되지 않는 오수가 다음 과정으로 이송되어 복수 개의 필터부의 직렬 배치는 실현되기가 매우 어려울 수밖에 없다. 따라서, 필터부의 2중 3중의 병렬 배치가 불가피하며 이로 인한 혼탁한 오수에 대한 필터링 시간 및 부대 시스템이 추가로 필요함은 두말할 나위가 없을 것이다. 이러한 이해를 토대로 하여 부유물(1)의 신속한 처리와 필터부의 직렬 배치는 상호 협력적 구성에 의해서 실현 가능하게 되는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 정수장치(200)의 목적을 구현하기 위해서 부유물 압축기(100)에 대한 설명을 함께 언급하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 정수장치를 상측에서 바라본 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 각종 수질오염의 근원이 되고 있는 산업 폐기물 또는 폐수처리 침전물 등과 같은 부유물(1)이 함유된 오수를 정수시키는 본 발명에 따른 정수장치(200)는 차량 또는 별도의 파이프 수단을 통하여 모여진 부유물(1)이 함유된 오수를 고압 또는 저압으로 펌핑하는 공급펌프(10)가 준비된다.
이 공급펌프(10)에 의하여 펌핑된 오수는 순방향 파이프(11)를 통하여 사이클론(Cyclone)식으로 유체를 선회시키면서 현탁한 부유물(1) 입자를 입도(粒度)나 비중차에 의하여 하측방향으로 포집할 수 있도록 하는 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 순차 공급된다.
이 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)는 오수를 부유물(1)과 정수로 분리하기 위한 것으로 그 배치 수에 국한하지 않고 부유물(1)의 함유량에 따라 그 이상 또는 그 이하의 수로 직렬 배치한다.
이때, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)는, 이하에 설명되는 부유물(1) 응집기의 신속한 동작에 의하여 직렬 배치가 가능하고, 그 내부는 도 2에 도시된 바와 같이 사이클론(Cyclone)식으로 유체(流體)가 선회될 수 있도록 하여 원심력에 의하여 현탁한 부유물(1) 입자가 입도(粒度)나 비중차에 의하여 하측방향으로 포집될 수 있는 구조로 이루어진다.
도 2는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 제 1 필터부를 비롯한 제 3 필터부의 작동원리를 설명하기 위한 설명도이다.
예를 들면, 공급펌프(10)에 의하여 공급된 오수는 제 1 필터부(21)의 내주연을 따라 원심력의 작용으로 선회되기 시작하고, 그 중 입도나 비중이 큰 부유물(1)은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 필터부(21)의 내주연을 따라 회전되면서 하측방향으로 모여지고 순수한 물은 상측방향으로 올라가 다음의 제 2 필터부(22)에 이송되어진다.
한편, 제 1 필터부(21)에 오수를 공급하는 순방향 파이프(11)에는 도면 부호 a가 부연된 전자밸브가 구비되어 공급펌프(10)의 펌핑시에는 열려지고 제 1 필터부(21)로부터의 오수가 역류할 경우에는 자동으로 폐쇄되어 오수의 공급을 능동적으로 조절할 수 있도록 한다.
제 2 필터부(22) 및 제 3 필터부(23) 역시 제 1 필터부(21)와 동일한 작용으로 오수를 여과시키게 되고, 더불어 제 3 필터부(23)에 의하여 여과된 물은 정수 파이프(12)에 연통된 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 의하여 순수한 물과 용해성 물질만이 통과되면서 여과되어진다.
도 3은 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 세라믹 멤브레인을 나타내는 부분단면을 포함한 사시도이다.
상기 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)은 도 3에 도시된 바와 같이 내화학성이 우수하며 고온사용이 가능한 알루미나질 복합 분리막으로 0.02, 0.1, 0.5, 1.0㎛의 직경을 갖는 멀티 채널(Multi Channel)형의 세라믹 멤브레인(34)을 사용하여 보다 안정된 여과정도를 보장받을 수 있게 된다. 참고로, 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 적용되는 운전온도의 최고범위는 200℃까지이고 사용pH 범위는 1∼14이며 운전압력은 1∼5bar이고, 그 배치 수는 사용자의 편의에 따라 결정된다.
상기 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)을 통과한 물은 환원 파이프(13)를 통하여 용수탱크(40)에 저장된다. 이때, 상기 용수탱크(40)에 저장된 물을 식수로 활용할 경우에는 아래의 상수도 수질에 적합할 수 있도록 세정제를 투여하기도 한다.
세정제는 원수 중의 음용에 부적합한 성분(오탁·색깔·세균·오염성분·중금속·냄새 등)을 제거하고 살균을 위하여 첨가되는 물질로 예를 들어 아래의 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이 상수도 수질기준 또는 방류수 수질기준에 적합하게 투여될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 정수장치(200)는 정회전시에는 용수탱크(40)에서 최종적으로 세정된 순수한 물을 배출 파이프(14)를 통하여 외부로 펌핑하고, 역회전시에는 역공급 파이프(15)를 통하여 용수탱크(40)의 순수한 물을 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 공급하여 역세척시키는 토출/역세척 펌프(50)가 더 구비된다.
즉, 상기 토출/역세척 펌프(50)는 정회전에 따라 용수탱크(40)로부터 세정된물을 배출 파이프(14)를 통하여 외부로 펌핑하여 사용자에게 공급할 수 있도록 하고, 반면 역회전시에는 0.02, 0.1, 0.5, 1.0㎛ 등의 직경을 갖는 멀티 채널(Multi Channel)형의 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 걸려있던 미세한 찌거기를 역세척할 수 있도록 역공급 파이프(15)에 용수탱크(40)의 순수한 물을 분사하게 된다.
이때, 도면 부호 b와 c로 부여된 전자밸브는 토출/역세척 펌프(50)의 정회전시에는 열려져 용수탱크(40)의 세정된 물이 배출 파이프(14)를 통하여 외부로 배출되어질 수 있도록 하고, 토출/역세척 펌프(50)의 역회전시에는 도면 부호 b로 부여된 전자밸브와 c로 부여된 전자밸브가 각각 닫혀져 용수탱크(40)의 물이 배출 파이프(14) 및 역공급 파이프(15)를 통하여 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 고속으로 분사될 수 있도록 한다.
한편, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 포집된 부유물(1)은 취출 파이프(16)에 연통된 취출펌프(60)에 의하여 부유물 탱크(70)로 이송되어지고, 이 부유물 탱크(70)에 저장된 부유물(1)은 이송펌프(80)에 연통된 이송 파이프(17)를 통하여 도 5에 도시된 부유물 압축기(100)에 공급될 수 있도록 이루어진다.
도 5는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 부유물 압축기를 나타내는 단면도이다.
부유물 압축기(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 이송 파이프(17)를 통하여 공급되는 부유물(1)을 받아들이는 주입구(111)를 외주연의 중심에 구비한실린더(110)를 메인 구조로 하고 있고, 이 실린더(110)의 일측 외주연의 상하부에는 상하방향으로 각각 뚫려진 가이드 구멍(112)과 토출구(113)가 형성되며 유압 압축피스톤(120) 및 유압 지지피스톤(130)을 양측에 장착한 구조로 이루어진다.
상기 유압 압축피스톤(120)은 주입구(111)를 통하여 주입되는 부유물(1)이 실린더(110)의 내부에 충진될 경우 주입구(111)를 밀폐시키면서 전진하여 부유물(1)을 고형물(1a)로 압축시켜 토출구(113)를 통하여 배출시킨 후 다시 후퇴하여 제자리로 회동하고, 상기 유압 지지피스톤(130)은 주입구(111)를 통하여 부유물(1)이 주입될 경우 가이드 구멍(112) 및 토출구(113)를 밀폐시킬 수 있도록 실린더(110)의 안쪽으로 전진 위치되어 유압 압축피스톤(120)이 전진할 경우 부유물(1)이 고형화될 수 있도록 지지한 다음 부유물(1)의 고형화가 완료되는 시점에서 다시 고형물(1a)이 유압 압축피스톤(120)의 추진력에 의하여 가이드 구멍(112) 및 토출구(113)에 정위치되도록 후퇴하여 제자리로 회동된다.
그리고, 상기 토출구(113) 위에 고형물(1a)이 정위치되면 하측방향으로 신속히 밀어내어 토출할 수 있도록 가이드 구멍(112)에는 에어 배출피스톤(140)이 구비된다.
이때, 상기 유압 압축피스톤(120) 및 유압 지지피스톤(130), 에어 배출피스톤(140)은 콘트롤러(150)에 의하여 각각 제어되고, 상기 가이드 구멍(112)과 주입구(111) 사이에 위치하는 실린더(110)의 외주연에는 미세하게 뚫려진 다수 개의 유체 배출구멍(114)이 형성되고, 이 유체 배출구멍(114)으로부터 흘러나오는 유체는 실린더(110)의 외주연에 외장되는 집수통(115)에 의하여 별도로 집수된다.
여기서, 상기 실린더(110)의 전체 길이를 ℓ이라 하고 실린더(110)의 일단에 구비된 가이드 구멍(112)으로부터 실린더(110)의 타단까지의 길이를 ℓ'라 했을 때, 주입구(111)는 ℓ'/2 지점의 실린더(110) 외주연 상측에 형성되는 것이 바람직하고, 실린더(110) 내부에 부유물(1)이 충진된 상태에서 유압 압축피스톤(120)이 전진할 경우 상기 주입구(111)는 유압 압축피스톤(120)의 외주연에 의하여 자연스럽게 밀폐되어 별도의 폐쇄수단이 없어도 되는 구조로 이루어지는 것이 좋다.
즉, 유압 압축피스톤(120)의 전후진에 의하여 주입구(111)의 개폐동작이 자연스럽게 이루어질 수 있도록 하여 별도의 개폐수단을 구비하지 않아도 부유물(1)의 공급 및 차단이 정확히 이루어질 수 있게 되어 개폐수단을 위한 추가의 부품이 없어도 되는 것이다.
그리고, 상기 유압 압축피스톤(120) 및 유압 지지피스톤(130)은 콘트롤러(150)에 의하여 제어되는 유압을 통하여 전후진될 수 있으므로 부유물(1)의 압축압력이 최대로 될 수 있고, 고형화된 부유물(1)을 토출구(113)를 통하여 밀어내는 에어 배출피스톤(140)은 에어에 의하여 빠르게 가압될 수 있으므로 실린더(110) 내부 및 유압 지지피스톤(130) 주변에 묻어있는 찌거기를 신속하고 용이하게 제거할 수 있게 된다.
더불어, 본 발명에 따른 정수장치(200)는 순환/역세척 펌프(90)를 더 포함한다. 이 순환/역세척 펌프(90)는 정회전될 경우에는 제 3 필터부(23)에서 여과된 물과 용수탱크(40)의 세정수를 정수 파이프(12)를 통하여 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 순환시킬 수 있도록 하고, 역회전될 경우에는 용수탱크(40)의 순수한 물을 역분사 파이프(18)를 통하여 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 고압으로 분사시키는 기능을 수행한다.
이때, 상기 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)는 부유물(1) 입자를 걸러냄과 동시에 부식에 강하고 순환/역세척 펌프(90)의 고압에 견딜 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같은 스테인리스 카트리지(25)를 더 구비한다.
도 4는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 스테인리스 카트리지를 나타내는 부분단면을 포함한 사시도이다.
상기 스테인리스 카트리지(25)는 공급펌프(10)의 펌핑압력에 견딜 수 있으며 오수를 신속히 걸러낼 수 있고 순환/역세척 펌프(90)의 역회전에 의한 용수탱크(40)의 순수한 물이 역공급될 경우 주변에 붙어있던 부유물(1)을 신속히 털어낼 수 있어 매우 적합하게 적용된다.
이러한 스테인리스 카트리지(25)는 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)의 중심에 상하방향으로 배치되며 순방향 파이프(11)에 각각 연통되어 오수를 필터링하는 작용을 하게 된다.
예를 들면, 공급펌프(10)에 의하여 제 1 필터부(21)에 공급된 오수는 사이클론식으로 선회되면서 현탁한 부유물(1) 입자는 하측방향으로 집중되고 순수한 물은 순환/역세척 펌프(90)의 정회전에 의하여 스테인리스 카트리지(25)를 통하여 신속히 필터링되면서 용수탱크(40)에 보내진다. 반면, 순환/역세척 펌프(90)의 역회전이 시작되면 용수탱크(40)의 순수한 물이 역분사 파이프(18)를 통하여 스테인리스 카트리지(25)에 고압으로 분사되어 주변에 붙어있던 부유물(1)의 찌거기가 신속히털어지게 된다. 따라서, 카트리지는 공급펌프(10)의 펌핑압력에 견딜 수 있을 뿐만 아니라 오수를 신속히 걸러낼 수 있으며 순환/역세척 펌프(90)의 역회전에 의한 세척효과가 매우 좋은 스테인리스 카트리지(25)가 적합한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 정수장치의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 건설현장이나 터널공사, 광산, 기타 산업현장에서 발생되는 산업 폐기물 또는 폐수처리 침전물 등과 같은 부유물(1)이 함유된 오수를 침전탱크와 같은 집수조(미 도시됨)에 1차적으로 저장시킨 후 공급펌프(10)를 가동시켜 순방향 파이프(11)를 통하여 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 순차 공급한다.
이때, 상기 공급펌프(10)에 의하여 펌핑된 오수는 순방향 파이프(11)를 통하여 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에서 사이클론식으로 선회되면서 현탁한 부유물(1) 입자와 비교적 순수한 유체로 각각 나뉘어 분리되고, 이렇게 원심력에 의하여 분리된 현탁한 부유물(1) 입자는 하측방향으로 포집된 후 다시 취출펌프(60)에 의하여 취출되어 부유물 탱크(70)에 저장된다. 그 후, 비교적 순수한 유체는 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)의 스테인리스 카트리지(25)에 의하여 각각 재 여과되면서 순환/역세척 펌프(90)의 흡입력에 의하여 정수 파이프(12)를 경유하여 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 이송된다.
여기서, 상기 제 1 필터부(21)에서는 스테인리스 카트리지(25)의 필터링 및사이클론방식의 원심분리에 의하여 0.75∼7㎜정도의 부유물(1) 입자가 94%이상 제거되고, 제 2 필터부(22)에서는 동일한 원리로 0.1∼0.75㎜정도의 부유물(1) 입자가 95%이상 제거되며, 제 3 필터부(23)에서는 마찬가지로 0.05∼0.1㎜정도의 부유물(1) 입자가 98%이상 제거되어진다.
그리고, 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에서는 제 3 필터부(23)에 의하여 여과된 유체 중 0.02, 0.1, 0.5, 1.0㎛이하의 용해성 물질과 순수한 물만이 통과되어 환원 파이프(13)를 통하여 용수탱크(40)에 환원되어진다.
상기 용수탱크(40)에서는 상수도 수질기준 또는 방류수 수질기준 등에 적합하게 원수 속에 함유된 부적합한 성분 등을 제거하고 살균시키기 위하여 세정제를 적절하게 투여하게 된다.
그 후, 용수탱크(40)에서 최종적으로 세정된 순수한 물은 토출/역세척 펌프(50)의 정회전에 의하여 배출 파이프(14)를 통하여 최종적으로 외부로 펌핑되어 사용자에게 공급된다.
이때, 통상의 정수장치와 본 발명에 따른 정수장치(200)를 통하여 필터링된 유체속의 수분과 부유물(1) 입자 크기의 비율을 상호 비교하면 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같다.
도 6의 (가)는 통상의 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과 부유물 입자 크기의 비율을 데이터화하여 나타낸 표이고, 도 6의 (나)는 통상의 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과 부유물 입자 크기의 비율을 나타낸 그래프이고, 도 7의 (가)는 본 발명에 따른 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과부유물 입자 크기의 비율을 데이터화하여 나타낸 표이고, 도 7의 (나)는 본 발명에 따른 정수장치를 통하여 필터링된 유체속의 수분과 부유물 입자 크기의 비율을 나타낸 그래프이다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 통상의 정수장치를 통하여 필터링된 유체속에는 수분이 1%에서 20%까지 증가할 경우에 1∼10㎛정도의 크기를 갖는 부유물(1)이 대등하게 증가함을 알 수 있고, 수분이 20%에서 100%까지 증가할 경우 역시 10∼100㎛정도의 크기를 갖는 부유물(1)이 상당비율 포함되어 있어 필터링 효율이 좋지 않아 음용하기에 부적합할 뿐만 아니라 별도의 정수시설을 추가해야 된다는 사실을 확인할 수 있다.
반면, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 정수장치(200)를 통하여 필터링된 유체속에는 수분이 1%에서 99%까지 증가한 경우라도 부유물(1)이 거의 존재하지 않고 단지 수분 100%정도에서 100㎛이하의 크기를 갖는 부유물(1)이 일부 포함되어 있어 그 필터링 효율이 매우 좋게 나타남을 알 수 있다.
이와 같은 우수한 필터링 효율은 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에서의 사이클론 필터링 방식이 적용되고 더불어 스테인리스 카트리지(25)를 통한 효과적인 여과공정, 그리고 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에서의 멀티 채널형 세라믹 멤브레인(34)을 적용한 데에서 기인된다.
또한, 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에서의 반복적인 필터링 공정 역시 매우 큰 작용으로 적용된 결과라 할 수 있고, 부유물 압축기(100)의 동작에 의한 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에서의 신속한부유물(1) 제거 또한 정수효율을 크게 증진시키는 데 일익을 담당하고 있는 것이다.
한편, 상기 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)이 잔여 부유물(1)의 찌거기로 인하여 막힘증상이 발생될 경우에는 토출/역세척 펌프(50)는 곧바로(또는 정기적으로) 역회전되어 역공급 파이프(15)를 통하여 용수탱크(40)의 순수한 물을 역공급하면서 세척하게 된다.
그리고, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)의 중심에 각각 구비된 스테인리스 카트리지(25)는 장시간 사용할 경우 부유물(1) 찌거기가 외주연에 달라붙어 여과효율이 떨어지기도 하는 데, 이러한 경우에는 순환/역세척 펌프(90)가 곧바로(또는 정기적으로) 역회전 동작하여 용수탱크(40)의 순수한 물을 역분사 파이프(18)를 통하여 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 고압으로 분사하게 된다.
다른 한편으로, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)의 원심력에 의하여 분리된 현탁한 부유물(1) 입자는 하측방향으로 포집되어 취출펌프(60)에 의하여 부유물 탱크(70)에 별도 저장되는 데, 이 부유물 탱크(70)에 저장된 부유물(1)은 다시 이송펌프(80)에 연통된 이송 파이프(17)를 통하여 부유물 압축기(100)에 공급되어진다.
이송 파이프(17)를 통하여 공급된 부유물(1)은 도 8에 도시된 바와 같이 부유물 압축기(100)를 통하여 고형화되어 신속히 외부로 배출되어진다.
도 8a 및 도 8b, 도 8c는 본 발명에 따른 정수장치에 적용된 부유물 압축기의 동작과정을 나타내는 공정도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 유압 지지피스톤(130)은 가이드 구멍(112) 및 토출구(113)를 밀폐시킬 수 있도록 실린더(110)의 안쪽으로 전진 위치된 상태로, 그리고 유압 압축피스톤(120)은 주입구(111)를 개방시킬 수 있도록 후퇴 위치된 상태로 초기 설정된다.
그 후, 주입구(111)를 통하여 부유물(1)이 실린더(110) 내부에 충분히 충진되면 유압 압축피스톤(120)은 주입구(111)를 밀폐시키면서 전진하여 부유물(1)을 수분 20∼40%이하의 고형물(1a)로 압축시킨다.
이때, 부유물(1)이 압축되면서 나오는 수분은 유체 배출구멍(114)을 통하여 집수통(115)에 모여지면서 외부로 별도 취출되어지고, 부유물(1)의 고형화가 완료되는 시점에서 유압 지지피스톤(130)은 유압 압축피스톤(120)과 함께 고형물(1a)이 가이드 구멍(112) 및 토출구(113)에 정위치되도록 후퇴하게 된다.
부유물(1)의 고형화가 완료되는 시점은 예를 들어 유압 지지피스톤(130)이 전진할 수 있는 최대점이 될 수 있고, 이러한 경우 콘트롤러(150)의 제어에 의하여 그 동작이 제어된다.
그 후, 가이드 구멍(112) 및 토출구(113)에 고형물(1a)이 정위치되면 곧바로 에어 배출피스톤(140)이 하강하여 고형물(1a)을 외부로 토출한 다음 유압 지지피스톤(130) 및 유압 압축피스톤(120)과 함께 제자리로 원위치하게 된다.
이와 같은 부유물(1)의 고형화 공정은 콘트롤러(150)의 제어에 의하여 지속적으로 반복되어지고, 결국 부유물(1)의 신속한 처리가 가능하게 되어 제 1필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)의 직렬 배치를 보장할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 정수장치(200)를 이용할 경우 부유물(1) 처리를 위한 별도의 시스템이 필요없고 정수속도를 극대화시킬 수 있게 되어 정수효율을 크게 높일 수 있는 반면 시설투자를 크게 줄일 수 있는 유용한 작용을 함을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 정수장치(200)는 다음과 같은 유용한 효과가 있다.
첫째, 각종 수질오염의 근원이 되고 있는 산업 폐기물 또는 폐수처리 침전물 등과 같은 부유물(1)을 보다 신속하고 효과적으로 수분을 제거하면서 정형화된 형상으로 고형화시켜 재활용할 수 있도록 함과 동시에 신속한 부유물(1)의 취출을 통한 세정시의 효율성을 극대화시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.
둘째, 부유물(1)의 신속한 취출을 통하여 부유물(1)을 제외한 나머지의 여과된 물을 신속히 세정할 수 있도록 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)를 직렬 배치할 수 있음과 동시에 스테인리스 카트리지(25) 또는 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32) 등의 막힘 증상을 별도의 인위적인 세척작업이 아닌 자동 역세척 공정으로 진행할 수 있게 되어 효과적인 필터링 배치와 세척작업이 가능하게 되어 시스템의 유지관리가 매우 편리해지는 효과가 있다.
특히, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)의 직렬 배치는본 출원인이 제안하고 있는 부유물 압축기(100)의 신속한 부유물(1) 처리에 의하여 구현될 수 있어 상호 협력적 구성에 의하여 부유물(1) 처리의 신속성 및 시설투자의 감축 등의 유용한 효과를 달성할 수 있는 것이다.
즉, 부유물(1)을 신속히 처리하지 못할 경우 필터부에서의 막힘증상이 빈번히 일어날 뿐만 아니라 여과되지 않는 오수가 다음 과정으로 이송되어 복수 개의 필터부의 직렬 배치는 불가능할 수밖에 없고, 이로 인하여 필터부의 2중 3중의 병렬 배치가 불가피하며 그 결과 혼탁한 오수에 대한 필터링 시간 및 부대 시스템이 추가로 필요함은 두말할 나위가 없다. 이러한 이해를 통하여 부유물(1)의 신속한 처리와 필터부의 직렬 배치는 상호 협력적 구성에 의해서 실현 가능하게 되는 것이다.
셋째, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)를 사이클론식으로 유체가 선회될 수 있도록 하여 원심력에 의하여 현탁한 부유물(1) 입자가 입도나 비중차에 의하여 하측방향으로 포집될 수 있도록 하므로써 부유물(1) 분리가 매우 용이하게 달성되는 효과가 있다.
또한, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23) 내부에 부유물(1) 입자를 걸러냄과 동시에 부식에 강하고 순환/역세척 펌프(90)의 고압에 견딜 수 있는 스테인리스 카트리지(25)를 구비시켜 펌핑압력에 잘 견디며 오수를 신속히 걸러낼 수 있고 순환/역세척 펌프(90)의 역회전에 의한 용수탱크(40)의 순수한 물이 역공급될 경우 주변에 붙어있던 부유물(1)을 신속히 털어낼 수 있어 내구성 및 필터링 효율이 크게 좋아지며 수명연장도 가능하게 되는 유익한 효과가 있다.
넷째, 제 3 필터부(23)에 의하여 여과된 물을 순수한 물과 용해성 물질만을 정밀하게 통과시키는 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)을 세라믹 멤브레인(34)을 적용하므로써 내화학성이 우수하며 고온에 대한 적응력이 좋아 필터링 특성 뿐만 아니라 오랜기간 사용할 수 있다.
다섯째, 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)을 통하여 여과된 물을 용수탱크(40)게 저장한 후 세정제를 이용하여 세정하면서 순환 필터링 공정이 반복되도록 설계하므로써 안심하고 믿을 수 있는 식수를 배출할 수 있는 이득이 있다.
여섯째, 순환/역세척 펌프(90)의 역회전을 통하여 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23) 내부에 구비된 스테인리스 카트리지(25)의 역세척을 정기적으로 진행할 수 있고, 더불어 토출/역세척 펌프(50)의 역회전을 통하여 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)을 정기적으로 역세척할 수 있게 되어 별도의 수작업을 하지 않고 시스템을 자동적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
일곱째, 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 포집된 부유물(1)을 실린더(110) 내부에 모은 후 유압 압축실린더(110) 및 유압 지지실린더(110)를 포함한 구성으로 된 부유물 압축기(100)의 연동에 의하여 신속히 고형화시킬 수 있게 되어 매우 효율적인 부유물(1) 처리를 구현할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
즉, 부유물 압축기(100)의 신속한 동작에 의하여 부유물(1)이 용이하게 고형화될 수 있게 되어 부유물(1) 처리를 위한 별도의 시스템이 필요없고 정수속도를극대화시킬 수 있게 되어 매우 효율적으로 정수작업을 진행할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 주입구(111)를 통하여 주입되는 부유물(1)이 실린더(110)의 내부에 충진될 경우 유압 압축피스톤(120)이 연동되어 주입구(111)를 밀폐시키면서 전진할 수 있도록 설계되어 주입구(111)를 개폐하기 위한 별도의 수단이 필요없고, 토출구(113) 위에 고형물(1a)이 정위치될 경우 하측방향으로 신속히 밀어내어 토출할 수 있도록 에어 배출피스톤(140)이 구비되어 고형물(1a)의 신속한 토출작업이 실현되는 효과가 있다.
그리고, 가이드 구멍(112)과 주입구(111) 사이에 위치하는 실린더(110)의 외주연에 미세하게 뚫려진 다수 개의 유체 배출구멍(114)을 구비시키고, 이 유체 배출구멍(114)으로부터 흘러나오는 유체를 실린더(110)의 외주연에 외장되는 집수통(115)에 의하여 별도로 집수될 수 있도록 하여 환경 오염의 주범이 되고 있는 오수의 이중적인 관리를 구현할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 각종 수질오염의 근원이 되고 있는 산업 폐기물 또는 폐수처리 침전물 등과 같은 부유물(1)이 함유된 오수를 정수시키는 정수장치(200)에 있어서,
    부유물(1)이 함유된 오수를 펌핑하는 공급펌프(10)와,
    상기 공급펌프(10)에 의하여 펌핑된 오수를 순방향 파이프(11)를 통하여 받아들여 사이클론(Cyclone)식으로 유체를 선회시키면서 현탁한 부유물(1) 입자를 입도(粒度)나 비중차에 의하여 하측방향으로 포집할 수 있도록 순차 직렬 연통된 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)와,
    상기 제 3 필터부(23)에 의하여 여과된 물을 정수 파이프(12)를 통하여 받아들여 순수한 물과 용해성 물질만을 통과시킬 수 있도록 연통된 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)과,
    상기 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)을 통과한 물을 환원 파이프(13)를 통하여 받아들여 저장하는 용수탱크(40)와,
    정회전시에는 상기 용수탱크(40)에서 최종적으로 세정된 순수한 물을 배출 파이프(14)를 통하여 외부로 펌핑하고, 역회전시에는 역공급 파이프(15)를 통하여 상기 용수탱크(40)의 순수한 물을 상기 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 공급하여 역세척시키는 토출/역세척 펌프(50)와,
    상기 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 포집된 부유물(1)을 취출 파이프(16)에 연통된 취출펌프(60)를 통하여 공급받아 저장하는 부유물 탱크(70)와,
    상기 부유물 탱크(70)에 저장된 부유물(1)을 이송펌프(80)에 연통된 이송 파이프(17)를 통하여 공급받아 고형물(1a)로 압축시켜 배출하는 부유물 압축기(100)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수장치(200).
  2. 제 1 항에 있어서,
    정회전시에는 상기 제 3 필터부(23)의 여과된 물과 상기 용수탱크(40)의 세정수를 상기 정수 파이프(12)를 통하여 상기 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)에 순환시키고, 역회전시에는 상기 용수탱크(40)의 순수한 물을 역분사 파이프(18)를 통하여 상기 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)에 고압으로 분사시키는 순환/역세척 펌프(90)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수장치(200).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 필터부(21) 및 제 2 필터부(22), 제 3 필터부(23)는 부유물(1) 입자를 걸러냄과 동시에 부식에 강하고 상기 순환/역세척 펌프(90)의 고압에 견딜 수 있는 스테인리스 카트리지(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수장치(200).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 멤브레인(31) 및 제 2 멤브레인(32)은 0.02㎛ 내지 1.0㎛의 입자크기를 걸러내며 내식성 및 내열성이 좋은 세라믹 멤브레인(34)인 것을 특징으로 하는 정수장치(200).
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