KR100480984B1 - 직수형 역삼투 정수기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직수형 역삼투 정수기에 관한 것으로서, 정수기 가동 초기의 수질저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 직수형 역삼투 정수기는, 급수되는 원수를 정수처리하도록 상류측으로부터 하류측으로 차례로 설치되는 침전필터(20), 전처리카본필터(26), 주여과필터(28) 및 후처리카본필터(32)와, 상기 후처리카본필터(32)의 하류측에 정수된 물을 취수하도록 설치되는 정수취수밸브(40)와, 그리고 상기 주여과필터(28)에 농축수를 배출하도록 설치되는 농축수배출라인(50)을 구비한다. 상기 정수취수밸브(40)로부터의 취수가 중지된 경우 후처리카본필터(32)를 통과한 정수가 전처리카본필터(26)로 순환하여 전처리카본필터(26) 및 주여과필터(28)를 거쳐 상기 농축수배출라인(50)을 통해 배출되는데, 이를 위하여 상기 후처리카본필터(32)와 정수취수밸브(40) 사이의 관로로부터 분기되어 전처리카본필터(26)에 연결되는 정수순환라인(60)을 더 포함된다.
Description
본 발명은 직수형 역삼투 정수기에 관한 것으로서, 특히 정수된 물을 저장조에 저장하였다가 취수하던 방식을 탈피하여 정수후 곧바로 정수된 물을 취수할 수 있고, 정수기 가동 초기의 수질저하를 방지할 수 있는 직수형 역삼투 정수기에 관한 것이다.
산업화가 진전됨에 따라 공장폐수, 생활하수 등에 의한 수질오염이 날로 심각해지고 자동차 문화의 보편화와 공장에서 배출되는 가스 등에 의한 대기오염도 심화되고 있다. 이러한 대기오염은 결국 산성비를 내리게 하여 수질을 더욱 오염시킴으로써 지하수는 물론 수도물까지도 마음놓고 마실 수 없는 상태가 되었고, 각 가정에서는 정수기의 사용이 보편화되기에 이르렀다.
이러한 정수기들은 정수방식에 따라 다양한 종류가 있으며, 그 중 분리막을 이용한 정수방식이 세균, 중금속 등 극미세물질까지 분리할 수 있어 가장 경제적이고 효과적인 방법으로 평가받고 있다. 상기한 바와 같은 분리막을 이용한 정수기 중에서 최근에는 정수능력을 극대화시킨 역삼투 정수기가 많이 사용되는데, 이러한 역삼투 정수기에 따르면, 정수된 물의 수질은 양호하나 시스템 내에 저장탱크를 가지는 구조적인 문제점을 가지고 있어 미생물 증식에 관한 많은 논란이 있어왔으며, 이러한 문제는 여타 다른 방식의 정수기들에 있어서도 마찬가지로 나타난다.
일반적인 역삼투 정수기는 역삼투막 자체가 가지는 유량의 한계로 인하여 생산수량이 부족하고 펌프소음 등의 문제 때문에 직수형 정수기로 적용하는데 어려운 문제점이 있었으나, 1990년대말 역삼투막의 급격한 기술향상으로 막유량이 기존의 것에 비해 대폭적으로 늘어나면서 막의 모듈제조기술, 후처리기술을 복합적으로 응용하여 저압에서도 직수가 가능한 직수형 역삼투 정수기의 제작이 가능하게 되었다.
이러한 직수형 역삼투 정수기의 예로서 본 출원인에 의하여 국내 등록특허 제331996호의 직수형 역삼투 가정용 정수기가 제안되었다. 이 정수기에 따르면, 후처리 여과부 필터를 통과하여 최종 정수된 물을 정수 저장조 없이 정수 취수밸브를 통하여 곧바로 취수가 가능하다.
그러나, 이 정수기에 있어서는 정수기 가동 초기에 발생하는 수질의 저하를 궁극적으로 해결할 수 없는 문제점이 있는데, 그 궁극적인 원인은 정수기 가동(즉, 펌프가동)을 정지한 경우 압력은 0이 되고, 정수배관이 원수배관에 비해 해리된 염농도가 낮음에 따라 자연현상인 삼투현상이 발생하여 투과된 물이 정수작용 때와는 반대로 역삼투필터를 통과하여 다시 원수배관으로 이동하며, 확산에 의해 원수배관에서 정수배관으로 해리된 염이 이동하여 상대적으로 정수배관의 염농도가 상승함으로써 정수기를 재가동한 초기에 수질이 저하되는 것이다. 이를 티디에스 크립(TDS Creep: Total Dissolved Solids Creep, 오염도 누적현상)이라 한다.
즉, 정수저장조가 구비된 정수기는 이미 저장해 놓은 정수된 물과 초기의 정수가 정수저장조 내에서 혼합되어 희석되므로 정수기 가동 초기의 수질 저하 문제가 발생하지 않으나, 직수형 역삼투 정수기에서는 상기한 것처럼 상승된 염농도를 가진 정수가 곧바로 취수된다는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 정수기 가동 초기의 수질저하를 방지할 수 있는 직수형 역삼투 정수기의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 급수되는 원수를 정수처리하도록 상류측으로부터 하류측으로 차례로 설치되는 침전필터, 전처리카본필터, 주여과필터 및 후처리카본필터와, 상기 후처리카본필터의 하류측에 정수된 물을 취수하도록 설치되는 정수취수밸브와, 그리고 상기 주여과필터에 농축수를 배출하도록 설치되는 농축수배출라인을 구비하는 직수형 역삼투 정수기에 있어서:
상기 정수취수밸브로부터의 취수가 중지된 경우 후처리카본필터를 통과한 정수가 전처리카본필터로 순환하여 전처리카본필터 및 주여과필터를 거쳐 상기 농축수배출라인을 통해 배출되도록, 상기 후처리카본필터와 정수취수밸브 사이의 관로로부터 분기되어 전처리카본필터에 연결되는 정수순환라인을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 주여과필터로는 역삼투 필터 또는 나노여과필터가 채용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 정수순환라인은 상기 후처리카본필터 및 정수취수밸브 사이의 관로와 전처리카본필터를 연결하는 정수순환배관과, 상기 정수순환배관에 개재되는 정수순환밸브와, 상기 정수순환밸브 하류측에 개재되고 수위감지센서 및 배수밸브가 구비된 배수탱크와, 그리고 상기 배수탱크 하류측에 개재되는 순환펌프를 구비한다.
또한, 상기 농축수배출라인은, 농축수배관과, 상기 농축수배관에 개재되는 자동배수밸브와, 그리고 상기 자동배수밸브 상류측에서 분기되는 관로에 개재되어 농축수배출유량 및 배출경로를 선택적으로 조절하는 유량조절밸브를 구비한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 직수형 역삼투 정수기는, 급수되는 원수를 정수처리하도록 상류측으로부터 하류측으로 차례로 설치되는 침전필터(20), 전처리카본필터(26), 주여과필터(28) 및 후처리카본필터(32)를 포함하는 여과수단과, 상기 후처리카본필터(32)의 하류측에 정수된 물을 취수하도록 설치되는 정수취수밸브(40)와, 그리고 상기 주여과필터(28)에 농축수를 배출하도록 설치되는 농축수배출라인(50)을 구비한다.
상기 침전필터(20)는 수도수배관(10)으로부터 급수배관(12)을 통해 급수되는 원수속의 입자성물질을 침전시켜 거르도록 설치되며, 상기 급수배관(12)에는 급수밸브(14)가 설치된다. 상기 침전필터(20)의 하류측에는 전처리카본필터(26)가 설치되며, 이 전처리카본필터(26)는 잔류염소나 유해물질을 흡착처리하는 기능을 하며, 상기 침전필터(20)와 전처리카본필터(26)와의 사이의 관로에는 전처리카본필터(26)로부터 침전필터(20)쪽으로 물이 역류하지 않도록 역류방지밸브(24)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 침전필터(20)와 전처리카본필터(26)(바람직하게는 역류방지밸브(24)) 사이의 관로에는 후술하는 주여과필터(28)의 여과압력을 보상하기 위해 물을 가압토출하는 기능을 하는 가압펌프(22)가 더 설치될 수 있다.
한편, 상기 전처리카본필터(26)의 하류에 설치되는 주여과필터(28)는 물에 포함된 미세입자와 미생물을 정화처리하는 기능을 하며, 이 때 작용하는 가압펌프(22)에 의한 압력은 10∼125psi 범위인 것이 바람직하다. 또한, 주여과필터(28)로는 역삼투 필터 또는 나노여과필터가 채용될 수 있다.
상기 주여과필터(28)의 하류에 설치되는 후처리카본필터(32)는 물에 포함된 가스상의 물질을 제거하여 물속의 불쾌한 냄새 및 맛을 제거하는 기능을 하며, 주여과필터(28)와 후처리카본필터(32)와의 사이의 관로에는 후처리카본필터(32)쪽에서 주여과필터(28)쪽으로 물이 역류하지 않도록 역류방지밸브(30)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 후처리카본필터(32)를 통과한 정수는 사용자에 의해 개방되는 정수취수밸브(40)를 통해 곧바로 취수된다.
본 발명에 따른 직수형 역삼투 정수기는, 상기 정수취수밸브(40)로부터의 취수가 중지된 경우 후처리카본필터(32)를 통과한 정수가 전처리카본필터(26)로 순환하여 전처리카본필터(26) 및 주여과필터(28)를 거쳐 상기 농축수배출라인(50)을 통해 배출되도록, 상기 후처리카본필터(32)와 정수취수밸브(40) 사이의 관로와 전처리카본필터(26)를 연결하는 정수순환라인(60)을 더 포함한다.
상기 정수순환라인(60)은 상기 후처리카본필터(32) 및 정수취수밸브(40) 사이의 관로로부터 분기되어 전처리카본필터(26)에 연결되는 정수순환배관(62)과, 상기 정수순환배관(62)에 개재되는 정수순환밸브(64)와, 상기 정수순환밸브(64) 하류측에 개재되고 수위감지센서(68) 및 배수밸브(70)가 구비된 배수탱크(66)와, 그리고 상기 배수탱크(66) 하류측에 개재되는 순환펌프(72)를 구비한다. 또한, 상기 순환펌프(72)의 하류측에는 전처리카본필터(26)쪽에서 가압펌프(22)쪽으로 물이 역류하지 않도록 역류방지밸브(74)가 더 개재되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 배수탱크(66)는 0.5∼10리터의 저장공간을 가지는 것이 바람직하다.
상기한 정수순환라인(60)에 의해, 취수가 중지되면 정수순환밸브(64)가 개방되어 전처리카본필터(26)로부터 배출되는 정수가 정수순환밸브(64)를 거쳐 배수탱크(66)에 저장되고, 배수탱크(66)의 수위가 수위감지센서(68)에 의해 만수위로 감지되면 가압펌프(22)의 구동이 중단됨과 동시에 배수밸브(70)가 개방되고 순환펌프(72)가 가동되어 배수탱크(66)로부터 전처리카본필터(26)로 정수가 공급된다. 이 정수에 의해 전처리카본필터(26) 및 주여과필터(28)가 세척되고, 세척후의 물은 농축수배출라인(50)을 통해 배출된다.
한편, 정수중의 주여과필터(28)의 제거수를 배출함과 아울러 상기 정수순환라인(60)을 통해 공급되어 전처리카본필터(26)를 거쳐 주여과필터(28)를 세척하는 정수를 배출시키기 위한 농축수배출라인(50)은, 농축수배관(52)과, 상기 농축수배관(52)에 개재되는 자동배수밸브(54)와, 그리고 상기 자동배수밸브(54) 상류측에서 분기되는 관로에 개재되어 농축수배출유량 및 배출경로를 선택적으로 조절하는 유량조절밸브(56)를 구비한다.
따라서, 농축수는 유량조절밸브(56) 및 자동배수밸브(54)의 개도에 따라 선택적으로 배출될 수 있다.
다음에 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 직수형 역삼투 정수기의 작용을 설명한다.
급수밸브(14)가 개방되면 정수순환밸브(64)는 폐쇄동작하고 수도수배관(10) 및 급수배관(12)을 통해 공급되는 수도수는 침전필터(20)를 통과하면서 침전처리된 후 가압펌프(22)에 의해 가압되어 전처리카본필터(26), 주여과필터(28) 및 후처리카본필터(32)를 거치면서 정수된다. 이 정수된 물은 정수순환밸브(64)가 폐쇄동작하므로 개방된 정수취수밸브(40)를 통해 곧바로 취수될 수 있다. 이 정수과정에서 주여과필터(28)에서 발생하는 농축수는 농축수배관(52)을 통해 배출되는데, 자동배수밸브(54)는 폐쇄동작하는 상태에서 유량조절밸브(56)의 조절된 개도를 통해 농축수가 배출된다.
취수가 끝나면 정수취수밸브(40)는 폐쇄동작하고 정수순환밸브(64)가 개방동작한다. 따라서, 후처리카본필터(32)로부터 배출되는 물은 정수순환밸브(64)를 통해 배수탱크(66)로 유입된다. 수위감지센서(68)에 의해 배수탱크(66)의 수위가 만수위에 도달한 것이 감지되면 배수밸브(70)가 개방됨과 아울러 순환펌프(72)가 구동됨에 따라 배수탱크(66)의 정수는 전처리카본필터(26)로 공급된다. 이 정수에 의해 전처리카본필터(26)가 세척되고, 전처리카본필터(26)를 세척한 물은 후 주여과필터(28)로 유입되어 주여과필터(28)를 세척한 후 농축수배출라인(50)을 통해 배출된다. 이 때, 유량조절밸브(56)는 폐쇄동작하고 자동배수밸브(54)는 완전개방동작하므로, 주여과필터(28)로부터 배출되는 물은 자동배수밸브(54)를 통해 배수된다.
그리고, 수위감지센서(68)에 의해 배수탱크(66)의 수위가 최저수위에 도달한 것이 감지되면 순환펌프(72)의 구동이 중단되고, 개방된 밸브들이 모두 폐쇄동작한다.
[실시예]
95±5㎛ 폴리에스터 부직포 상에 폴리술폰 50㎛을 코팅한 지지층을 제조한 후 메타페닐렌 디아민과 트리메조일 클로라이드로 계면중합된 폴리아미드막을 얻은 후, 에폭시가 함침된 폴리에스테르 재질의 트리코트 상에 폴리프로필렌 재질의 메쉬가 사이에 놓인 상기 폴리아미드막을 둔 후 롤링접착을 하였다. 이 때, 폴리아미드막의 평막 수는 5장으로 하고 길이는 2.1m로 하여 유효막 면적이 2.3ft2, 외경이 3.5인치, 길이가 12인치인 역삼투막 모듈을 제조하였다.
이렇게 제조된 모듈을 도면과 같은 직수형 역삼투 정수기에 설치하여, 물성은 25℃, 공급수의 압력 30psi, 공급수의 원수 농도가 500ppm, 회수율 50%의 조건에서 정수기를 가동하자마자 정수를 채취하여 측정하였다. 정수의 성능은 유량 260GPD(gallon/day) 및 96.8%의 염제거율을 얻었다.
[비교예]
필터 및 배관의 세척 기능이 없는 직수형 역삼투 정수기에 상기의 제조된 모듈을 설치하여 운전한 결과 다음의 표 1과 같은 결과를 얻었다. 테스트 조건은 25℃, 공급수의 압력 30psi, 공급수의 원수 농도가 500ppm, 회수율 50%이다. 정수의 성능은 정수기 가동후 일정시간동안 정수를 흘려보낸 후 정수를 채취하여 측정하였다.
| 일정시간(min) | 유량(GPD) | 염제거율(%) | |
| 비교예 1 | 0 | 260 | 84.6 |
| 비교예 2 | 1 | 257 | 92.1 |
| 비교예 3 | 5 | 258 | 96.5 |
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 직수형 역삼투 정수기에 있어서는, 취수중지시 정수된 물이 정수순환라인(60)을 통해 전처리카본필터(26)로 공급되어 전처리카본필터(26) 및 주여과필터(28)를 세척한 후 배출되므로 정수기 가동 초기의 수질저하를 방지함과 아울러 고질적인 세균에 의한 2차오염을 방지할 수 있으므로 위생적인 식수를 상시 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 직수형 역삼투 정수기를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 침전필터, 22 : 가압펌프,
26 : 전처리카본필터, 28 : 주여과필터,
32 : 후처리카본필터, 40 : 정수취수밸브,
50 : 농축수배출라인, 52 : 농축수배관,
54 : 자동배수밸브, 56 : 유량조절밸브,
60 : 정수순환라인, 62 : 정수순환배관,
64 : 정수순환밸브, 66 : 배수탱크,
68 : 수위감지센서, 70 : 배수밸브,
72 : 순환펌프
Claims (5)
- 급수되는 원수를 정수처리하도록 상류측으로부터 하류측으로 차례로 설치되는 침전필터(20), 전처리카본필터(26), 주여과필터(28) 및 후처리카본필터(32)와, 상기 후처리카본필터(32)의 하류측에 정수된 물을 취수하도록 설치되는 정수취수밸브(40)와, 그리고 상기 주여과필터(28)에 농축수를 배출하도록 설치되는 농축수배출라인(50)을 구비하는 직수형 역삼투 정수기에 있어서:상기 정수취수밸브(40)로부터의 취수가 중지된 경우 후처리카본필터(32)를 통과한 정수가 전처리카본필터(26)로 순환하여 전처리카본필터(26) 및 주여과필터(28)를 거쳐 상기 농축수배출라인(50)을 통해 배출되도록, 상기 후처리카본필터(32)와 정수취수밸브(40) 사이의 관로로부터 분기되어 전처리카본필터(26)에 연결되는 정수순환라인(60)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 정수기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 정수순환라인(60)은 상기 후처리카본필터(32) 및 정수취수밸브(40) 사이의 관로와 전처리카본필터(26)를 연결하는 정수순환배관(62)과, 상기 정수순환배관(62)에 개재되는 정수순환밸브(64)와, 상기 정수순환밸브(64) 하류측에 개재되고 수위감지센서(68) 및 배수밸브(70)가 구비된 배수탱크(66)와, 그리고 상기 배수탱크(66) 하류측에 개재되는 순환펌프(72)를 구비하는 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 정수기.
- 제 1 항에 있어서,상기 농축수배출라인(50)은, 농축수배관(52)과, 상기 농축수배관(52)에 개재되는 자동배수밸브(54)와, 그리고 상기 자동배수밸브(54) 상류측에서 분기되는 관로에 개재되어 농축수배출유량 및 배출경로를 선택적으로 조절하는 유량조절밸브(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 정수기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 침전필터(20)와 전처리카본필터(26)와의 사이의 관로에 가압펌프(22)가 더 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 정수기.
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