KR100512027B1 - 물탱크용 상수도 정수처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물탱크 내부에서 원수를 회류시킨 후 상수도 정수처리 장치로 여과 및 소독함으로써, 마실 수 있는 깨끗한 상태의 정수를 생산하고, 시스템 설치와 운영 및 유지 보수 관리가 매우 편리하고, 전자동으로 장치의 작동이 제어되는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 물탱크용 상수도 정수처리 시스템은 본체(100)에 원수 처리 챔버(101)의 원수 입수관(150)에 관통한 응집제 투입관을 통해서 응집제를 투입시키도록 배관된 응집제 투입장치(210)와; 상기 원수 처리 챔버(101)의 펌프 연결관(157)에 결합된 가압펌프(220)와; 이런 가압펌프(220)의 출구쪽 파이프에 결합되어 원수를 공급받는 여과장치(230)와; 이런 여과장치(230)의 정수 입수관(159)에 관통한 약품 투입관(160)을 통해서 소독 약품을 투입시키는 소독 약품 투입장치(210)를 포함하고; 상기 정수 입수관(159)의 출구를 정수 처리 챔버(102)의 내부로 연결시킨 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 물탱크용 상수도 정수처리 시스템 및 그의 정수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 지하수, 계곡수, 댐 저장수, 수원지, 강물 등의 원수를 사람이 먹을 수 있게 정수 처리한 음용수로 대량 처리와 저장을 한 곳에서 수행할 수 있는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템 및 그의 정수처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 물 저장탱크는 사각형, 원통형, 웨이브형, 다중격벽형 등과 같이 형상적으로 구분되어 물을 저장하기 위한 기본적인 저장수단으로서, 그의 시공 방법에 따라 패널 조립식, 조적식, 유니트 적층식, 사용 재료에 따라 콘크리트, 수지 재질, 스테인레스 재질로 구분될 수 있다.
이런 물 저장탱크는 통상적으로 상수도용으로 사용될 때 미리 상하수도 정수처리시설, 정수장 등을 통해서 정수된 물을 깨끗하고 안전하게 보관하는 역할을 담당한다.
여기서, 일반적인 상하수도 정수처리시설은 일명 정수장(filtration plant)을 의미하는 것으로서, 착수정, 약품투입시설, 혼화지, 응집지, 침전지, 여과지, 고도정수처리시설, 정수지(clear wall), 송수펌프시설, 배수지로 이루어져 있고, 대량의 정수된 물을 물이 필요한 곳까지 공급하게 된다.
그러나, 생활용수로서 음용 가능한 물은 시설이 완비된 도시 등지에 공급하여야 함은 물론, 촌락, 산간, 벽지, 섬, 수해를 당한 지역 등의 사람들에게 공급하기 부족한 상태이다.
즉, 산간, 오지, 벽지, 섬, 수해 지역에서는 상하수도 정수처리시설이 잘 구비되어 있지 않거나 기존의 시설이 파괴된 관계로 인하여 식수 사용에 매우 큰 불편함이 있으며, 자체적으로 해결하기 위해 단순히 물을 집수하여 재활용하지만 건강, 위생상의 문제점으로 인하여 물을 음용 한다는 것 자체가 생명에 위협을 받는 일이 될 수 있다.
또한, 대지의 정화작용에 의한 샘물, 우물물 등을 사용하더라도, 가뭄이나 재해 발생 후 물이 오염될 우려가 있으며, 그 사용량이 한정되어 있기 때문에 물이 부족한 지역에서의 불편함은 이루 말로 표현하기 힘든 실정이다.
이렇게 상수도 시설 공급이 어려운 산간, 오지, 소규모 읍, 면, 부락과 섬 지방 등에서 주민의 안전한 식수 공급은 매우 중요한 일이다.
아직도 열악한 시스템에서 생산된 물을 부적절한 저수조에 저장하여 상수로 사용하고 있는 지역이 많은 실정이다.
따라서 기존 저수조로 사용되고 있는 FRP 탱크, 콘크리트 저수조, SMC 물탱크 등의 문제점을 획기적으로 개선시켜 줄 수 있는 새로운 소재의 탱크가 필요한 실정이며 저수조뿐만 아니라 상수도 생산 능력을 겸비한 기능성 물탱크의 개발은 중요한 의미를 갖고 있다.
특히, 'Stainless 444', 'Duplex' 재질은 청결 위생면에서 매우 우수하고 반영구적인 수명을 지니고 있을 뿐만 아니라 소독제인 염소 성분에 의한 부식현상을 해결할 수 있는 훌륭한 소재이다. 이러한 소재를 이용하여 경제적인 구조를 지니고 살균소독 효과가 우수한 저수능력을 갖춘 대용량의 물탱크에 정수기능을 겸비한 기능성 물탱크가 절실히 요구되고 있는 것이다.
이런 점을 감안하여, 본 출원인은 2003년 대한민국 등록실용신안 제306515호의 수조형 간이 정수장치를 고안한바 있다. 이 고안은, 단열재와 마감재가 감싸진 적어도 하나 이상의 원통형 유니트를 사용하여 소형 정수장과 같은 역할을 담당하는 수조형 간이 정수장치에 관한 것으로서, 상기 원통형 유니트의 축심 부위에 격벽의 역할을 수행하는 중심 격벽을 구비하고 바닥판으로 하부를 밀폐하여 제1챔버와 제2챔버를 형성한 다중 격벽 구조체와, 상기 제1챔버에 물을 유입시키도록 상기 원통형 유니트에 배관된 입수관과, 상기 제2챔버로부터 물을 배출시키도록 상기 중심 격벽에 배관된 출수관과, 상기 중심 격벽의 외원주면과 상기 원통형 유니트의 내원주면 사이에 분해 조립 가능하게 안착된 도류벽겸 정류벽 및 정류벽겸 도류벽들과, 상기 중심 격벽의 내원주면 상부에서 상기 제1챔버의 물이 상기 제2챔버로 유입되도록 원주방향으로 소정 간격을 유지하게 배치된 'ㄱ'자 형상의 월류관들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 종래의 수조형 간이 정수장치는 살균설비를 일체로 구비하지 못하고 있는 단점이 있어서, 간이 정수장치에 있는 물을 음용하는데 문제점이 제기되고 있다.
물론, 종래의 수조형 간이 정수장치에 또 다른 정수탱크를 배관하고, 배관 중앙에 설치한 염소투입장치로 염소를 투입시킨 후, 정수탱크에서 소정 시간 보관하여 물을 음용 가능한 상태로 정수 처리하는 것이 있으나, 이는 정수탱크와 염소투입장치가 별도로 필요함과 동시에, 이들을 설치하는 작업이 매우 불편하고, 또한 설치공간이 더 필요한 단점이 있다.
이렇듯, 종래의 수조형 간이 정수장치와 유사한 대부분의 물탱크들은 착수장치, 약품투입장치, 혼화장치, 응집장치, 침전장치, 여과장치, 고도정수처리장치, 염소투입장치 중 어느 일부의 상수도 정수처리 장치를 별도로 구비하여야 하는 문제점을 갖고 있고, 또한 정수탱크 등과 같은 또 다른 탱크시설이 완비되어야 할 때 비로소, 물을 먹을 수 있는 상태로 처리하게 되나, 앞서 언급한 바와 같이, 산간, 벽지, 섬, 수해 지역에서 원수로부터 음용 가능한 물을 즉각적으로 생산 및 저장하기에는 시공경제상 부적합 할 뿐만 아니라, 시기적으로도 많은 시간이 소요되는 작업임이 분명하다.
한편, 이러한 시도는 하기와 같은 간이 상수도용 침전 분리여과방식의 기능성 물탱크에서 개시된바 있다.
종래의 간이상수도용 침전분리여과방식의 기능성 물탱크는 2003년 등록실용신안 제328429호에 개시된 바와 같이, 50파이 직경의 유입송수관(1)을 하단으로 인입하고, 300파이 직경의 스크루방식의 세퍼레이터(3)에 상향관(2)으로 회전하면서 모래는 밑쪽으로 분리되고, 원수는 상부 유입구를 통해 침전분리조(13)에 들어가 1차로 수직격막(5)을 통해 차 올라 위어(6)를 오버되면서, 45°상향각도의 50메쉬 스테인리스 스크린(도시 안됨)에 여과되고, 다시 2차로 수직격막(7)에 차면서 오버된 물이 45°하향식 경사판의 스트레나로 여과되면서 쏟아진 후 다시 3차로 수직격벽의 저장조(8) 외부판 하부에 있는 이송구(9)를 통해 저장조(8)에 담겨지고 다시 물탱크 이송관(10)을 거쳐 저장조(8)의 바깥쪽의 설치된 배수지의 역할을 담당하는 물탱크(11)로 이동하도록 되어 있다. 물탱크(11)의 내부에는 월류관(12)이 소정 높이를 갖게 설치되어 있고, 물탱크(11)의 외벽에는 관통하게 배수관(13)이 배관되어 있다.
그러나, 종래 기술의 제328429호는 통상적인 침전분리여과방식에 사용되는 기계설비 내지 설비 하우징, 즉, 스크루방식의 세퍼레이터, 침전분리조, 위어, 스테인리스 스크린, 스트레나, 저장조 등을, 물탱크의 측면에 근접 내지 연접하게 별도로 설치한 것이다.
이런 경우, 종래 기술의 제328429호의 기능성 물탱크는 그의 첨부 도면에서도 확연하게 구별되듯이, 상대적으로 넓은 평면적을 갖는 물탱크의 평면형상과, 그의 일측변에서 연접하여 상대적으로 좁은 평면형상을 갖는 기계설비 내지 설비 하우징의 평면형상이 눈사람 형태 내지 돌출 형태로 존재하고 있음으로써, 결국, 일체형 기능성 물탱크 구조가 아님을 쉽게 알 수 있다.
이런 상기 제328429호의 기능성 물탱크는 단순히 저장조와 물탱크를 연접하게 설치 후 그의 사이를 물탱크 이송관으로 배관하는 구조로서, 강판 및 연결관설치부속의 재료비 및 시공비 절감의 효과를 기대하고 있으나, 물탱크 이송관이 위치한 저장조와 물탱크가 연접한 벽면이나 단순 배관 길이가 상대적으로 짧아지는 것에 불가하여, 일체형 구조에 대한 어떠한 새로운 기술이 거의 없음을 알 수 있다.
또한, 상기 제328429호의 기능성 물탱크는 급속여과방식이 아닌 모래분리기(세퍼레이터)와 오버플로우된 물에 대한 스크린 여과 및 스트레나 여과를 이용한 방식으로서 하기에 설명할 착수, 응집, 침전을 통해 급속여과를 수행할 수 없는 단점이 있다.
즉, 상기 제328429호의 기능성 물탱크는 침전분리여과방식으로서, 통상의 정수지 내지 상수도처리시설에서 사용하는 착수, 응집, 침전 기능이 없어 탁도를 현격하게 저감시키기 어렵고, 잦은 유지 보수가 필요할 뿐만 아니라, 침전분리조 내지 저장조의 크기나 길이가 물탱크에 비해 월등하게 좁은 평면적을 갖기 때문에 처리 용량이 매우 적어서 음용수 양산이 매우 어렵게 된다.
또한, 종래 기술의 수조형 간이 정수장치 내지 상기 제328429호 등과 유사한 대부분의 물탱크 내지 기능성 물탱크들은 착수장치, 약품투입장치, 혼화장치, 응집장치, 침전장치, 여과장치, 고도정수처리장치, 염소투입장치 등과 같은 별도의 장치를 물탱크 외측에 돌출되게 설치하여야 함으로써, 상기 물탱크들을 응용하더라도 하기의 본 발명과 같이 완전 일체형 기능성 물탱크 구조를 구현하는데 현실적으로 불가능하다.
한편, 본 발명의 출원인은 외형적으로 원통형 내지 사각형 물탱크 구조를 가지면서도, 앞서 언급한 착수장치, 약품투입장치, 혼화장치, 응집장치, 침전장치, 여과장치, 고도정수처리장치, 염소투입장치 및 여과지 등을 모두 구현하기 위한 기술 개발에 각고의 노력을 기울인 결과, 2002년 특허 출원 제81264호의 임펠러형 표면세척장치를 구비한 원통형 여과시스템을 개발한 바 있다.
이후, 계속된 연구 노력의 결과로 본 발명의 출원인은 일체형 여과시스템 및 기능성 물탱크의 연구노력으로, 2003년 특허 출원 제40565호의 상수도 정수처리 다중격벽 물탱크를 출원한 바 있다.
특히, 제40565호의 상수도 정수처리 다중격벽 물탱크는, 유체를 담는 내부 공간에 나이테 형상의 공간을 갖되, 상기 공간을 구획하여 만든 응집지 챔버, 제1침전지 챔버, 제2침전지 챔버, 여과지 챔버, 정수지 챔버를 갖는 다중 격벽 탱크 구조물과; 상기 다중 격벽 탱크 구조물의 내부로 유입되는 원수를 혼화 및 응집시키도록 상기 응집지 챔버에 설치된 교반기와; 상기 제1, 제2침전지 챔버의 바닥에 웅덩이 형상으로 형성되고, 슬러지 배출관을 배관한 슬러지 배출 바닥 구조와; 상기 제2침전지 챔버의 물을 유입시키도록 적어도 하나 이상의 월류관을 갖는 적어도 하나 이상의 여과지와; 이런 여과지 하부에 배치된 역세척 여과지 구조물과; 상기 여과지의 상부에 배치된 여과사 표면 세척기를 포함하는 것으로서, 외형적으로 볼 때, 완전 원통형 내지 완전 사각형 평면형상으로서, 외원주부위에 돌출되어 있는 어떠한 구조물도 갖고 있지 않고, 다만 시스템의 상부에 각종 설비를 외장형식으로 설치하는 특징을 갖고 있다.
특히, 제40565호의 상수도 정수처리 다중격벽 물탱크는 원수의 입수로부터, 착수, 약품투입, 혼화, 응집, 침전, 여과, 고도정수처리, 정수 프로세스를 수행 후 출수되는 통상의 정수장에서 수행하는 완벽한 정수 프로세스를 복수개의 다중격벽으로 내부 공간을 구획한 하나의 물탱크 몸체 내에 수행하는 물탱크 제품이다.
그러나, 제40565호의 상수도 정수처리 다중격벽 물탱크는 외형적으로 볼 때, 물탱크 상부에 복수개의 정수 처리 설비들이 설치되어야 하는 관계로 유지 보수가 약간 불편하여서, 산간, 벽지 등에서 쉽고 간편하게 운영하기 어려운 문제점이 발생되었다.
상기 언급한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 물탱크 내부에서 원수를 회류시킨 후 상수도 정수처리 장치로 여과 및 소독함으로써, 마실 수 있는 깨끗한 상태의 정수를 생산하고, 시스템 설치와 운영 및 유지 보수 관리가 매우 편리하고, 전자동으로 장치의 작동이 제어되는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 여과장치에서 여과처리하고 남은 오수의 일부를 다시 오수 처리 챔버로 회귀시켜서, 응집제의 과다 투여를 방지함과 동시에 응집 효율을 극대화시켜서, 더욱 효과적인 급속여과를 실현한 물탱크용 상수도 정수처리 시스템을 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적들은 단열재와 마감재가 감싸진 적어도 하나의 외벽체와 내벽체가 다중격벽 구조와 같이 배열되어 있어서 원수 처리 챔버와 정수 처리 챔버로 내부를 구획한 본체와; 상기 본체의 상부에 결합되는 상부 덮개와; 상기 본체의 하부에 결합되는 바닥판과; 상기 바닥판에서 상향으로 수직하게 고정되어 있고 상기 원수 처리 챔버 또는 상기 정수 처리 챔버 중 어느 하나의 내벽체와 외벽체의 사이에 각각 고정된 복수개의 격벽과; 상기 격벽과 상기 내벽체에 의해서 상기 본체의 내부에 소정 공간을 갖도록 형성된 기계실을 포함하는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템에 있어서, 상기 원수 처리 챔버의 원수 입수관에 관통한 응집제 투입관을 통해서 응집제를 투입시키도록 배관된 응집제 투입장치와; 상기 원수 처리 챔버의 펌프 연결관에 결합된 가압펌프와; 상기 가압펌프의 출구쪽 파이프에 결합되어 원수를 공급받는 여과장치와; 상기 여과장치의 정수 입수관에 관통한 약품 투입관을 통해서 소독 약품을 투입시키는 소독 약품 투입장치를 포함하고; 상기 정수 입수관의 출구를 상기 정수 처리 챔버의 내부로 연결시킨 것을 특징으로 하는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템에 의해 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 상수도 정수처리 시스템이 구비된 물탱크의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 기계실의 내부를 절개하여 상수도 정수처리 장치의 배치관계를 설명하기 위한 확대 사시도이다. 또한, 도 4a와 도 4b는 상수도 정수처리 장치의 평면도 및 정면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 물탱크용 상수도 정수처리 시스템의 결합관계 및 작동관계를 설명하기 위한 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 일종의 소, 중, 대형 정수장과 같은 완전한 상수도 정수처리 프로세스와 물 저장을 하나의 물탱크 본체(100) 내에서 구현하도록 설계된 물탱크 상수도 정수장치를 제공한다.
본 발명에서 물탱크 상수도 정수장치는 하기에 매우 상세하게 설명될 본체(100)의 기계실(103)의 내부에 설치된 제어부, 응집제 투입장치, 가압펌프, 여과장치, 유압공급장치, 유압배분기, 소독 약품 투입장치, 복수개의 제1내지 제9전자변, 일반적인 제1, 제2 개폐밸브, 연결관, 기타 배관용 관부재와; 기계실(103)의 외부에 배치될 공기공급장치를 의미한다.
또한, 본체(100)는 적어도 원형, 사각형, 웨이브형 중 어느 하나의 외벽체(110)와 적어도 원형, 사각형, 웨이브형 중 어느 하나의 내벽체(120)를 나이테 형상으로 배열한 다중격벽 구조를 갖는다.
여기서, 다중격벽 구조는, 본 발명 출원인이 2003년 8월 6일 특허등록 받은 원통형 저장탱크 및 그의 제작방법에 상세히 개시되어 있음으로, 그의 상세한 기술적 설명은 본 발명에서 생략하나, 다중격벽 구조의 특징은 구획한 내벽체의 개수에 비례하게 물의 유동 길이를 연장시킬 수 있다.
이를 위한 본체(100)는 예컨대 저수조용 스테인레스 재질로서, 'Stainless 444', 'Duplex' 등의 소재로 제작한 것이다.
본체(100)는 콘크리트 기저부(107)의 상단에 설치된다. 콘크리트 기저부(107)의 일측변 중 기계실(103)의 위치에 일치하는 곳에는 'ㄷ'자 형상의 절개된 연결관설치부(106)가 형성되어 있다. 이런 연결관설치부(106)에는 각종 연결관(151 ∼ 155)들이 적어도 기계실(103)의 내부에서만 일부 노출되고 본체(100)의 외부에서는 노출되지 않은 상태로 배열되어 있다. 이런 설계적 특징은 연결관(150 ∼ 155)들의 설비 시공을 편리하게 하고, 기계실(103)의 저면에 위치하여 외부 공기에 노출되는 것을 최소화시켜 겨울철 동파 방지와 유지 보수를 매우 편리하게 할 수 있다.
여기서, 연결관(150 ∼ 155)은, 원수가 원수 처리 챔버(101)의 내부로 유입되도록 외벽체(110)의 두께방향으로 관통하게 형성되어 있고, 제어부(200 : 도 5참조)에 전기적으로 접속된 유량 센서(도시 안됨)를 내장한 원수 입수관(150)과; 정수 처리 챔버(102)의 바닥판에 관통하게 연결되어서 콘크리트 기저부(107)를 통해서 기계실(103)의 연결관설치부(106)까지 연장되거나, 혹은 연결관설치부(106)를 통과하여 외부까지 연장되어 있는 청소관(151)과; 상기 청소관(151)과 같은 방식으로 연장되어 있고, 제어부(200)에 전기적으로 접속된 유량 센서를 내장한 정수 출수관(152)과; 역세척을 위해 외부의 공기공급장치(260 : 도 5참조)의 공기를 상수도 정수처리 장치의 여과장치(230 : 도 5참조)에 공급시키기 위한 공기주입관(153)과; 이런 여과장치(230) 내부에서 발생되는 오수, 슬러지(sludge : 오니) 등을 외부로 배출하기 위해 여과장치(230)에 연결되거나 가압펌프(220)에 바이패스 형식으로 연결되어 있는 드레인관(154) 및; 탱크 청소를 위해 외부에서 유입되는 세척수를 원수 처리 챔버(101) 및 정수 처리 챔버(102)에 각각 설치된 제1, 제2세척수분사관(180, 181)까지 공급하기 위한 세척수공급관(155)을 의미한다.
물론, 원수 입수관(150)도 지중을 통해 본 발명의 기계실 하부까지 연장됨으로써, 외형상 관체부위가 밖에서 보이지 않을 정도로 설계 가능하다.
여기서, 세척수공급관(155)으로부터 연장된 제1, 제2세척수분사관(180, 181)은 하부쪽에 회전 밸브 내지 콕 밸브(182)가 장착되어 있고, 그의 상단 끝단이 하향으로 경사져 있어 호스를 용이하게 연결할 수 있는 호스 커플러가 장착되어 있다.
이에 따라, 관리자나 청소 작업자가 오수 처리 챔버(101) 내지 정수 처리 챔버(102)의 내부에 청소 작업을 하러 들어 갈 때, 외부 세척수 원에서부터 길게 연장된 호스를 위험하게 맨홀(108a)을 통해서 본체(100)의 내부로 들어갈 필요 없이, 간단하게 청소 도구만을 챙겨 본체(100)의 내부로 진입한 후, 청소 도구 중 소정의 호스를 호스 커플러에 연결하고 해당 밸브를 개방시킴으로써, 청소 작업을 안전하고 편리하게 수행할 수 있게 된다.
물론, 청소 작업자가 청소용 호스를 가져오지 않은 경우, 단순히 밸브를 소정시간 개방시켜 호스 커플러에서 세척수가 샤워 물살처럼 분사되도록 하며, 이후, 가져간 청소 도구로 챔버 내부를 청소하면 된다.
청소시에 발생한 오수, 이물질 등은 바닥판의 청소관(151)을 통해서 외부로 배출된다.
한편, 본체(100)의 상부에는 상부 덮개(108)가 씌워지고, 본체(100)의 하부에는 바닥판(109)이 밀봉되어 있고, 바닥판(109)은 앞서 언급한 콘크리트 기저부(107)의 상면에 지지된다.
상부 덮개(108)는 격자 내지 바둑판 형상 또는 기타 연결 형상으로 배열된 복수개의 보강재(170)들에 의해서 본체(100)의 상부에 지지된다.
상부 덮개(108)에는 관리자나 청소 작업자가 본체(100)의 내부로 들어갈 수 있도록 맨홀(108a)들과 통기관(108b)들이 형성되어 있다.
맨홀(108a) 또는 하기의 제1, 제2세척수분사관(180, 181)의 주위에는, 도시되어 있지 않지만, 내부 사다리가 상부 덮개(108)로부터 바닥판(109)까지 연장되어 있어서, 해당 작업을 용이하게 함은 물론이다.
본체(100)의 외주연에 고정되고, 콘크리트 기저부(107)의 상면에 설치되어 있는 사다리(105)는 일반적인 'H'자형을 비롯하여, 회전형, 나선형 등의 형상으로 형성되어 있으며, 사다리(105)의 상부는 상부 덮개(108)의 수준면과 일치하여 작업자가 자유롭게 사다리(105)를 타고 상부 덮개(108)의 상면에 올라 갈 수 있게 된다.
상부 덮개(108)의 외곽 테두리에는 직립형으로 난간이 형성되어서 안전하게 고공 작업을 수행할 수 있도록 되어 있다.
본체(100)의 내부는 외벽체(110)와 내벽체(120)에 의해서 원수 처리 챔버(101)와 정수 처리 챔버(102)로 구획되어 있다.
즉, 상기 외벽체(110)의 내주연과 상기 내벽체(120)의 외주연 사이에는 원수 처리 챔버(101)가 존재하고, 상기 내벽체(120)의 내주연의 안쪽에는 정수 처리 챔버가 존재한다.
특히, 원수 처리 챔버(101)의 기계실(103)은 본체 내장형으로서, 본체(100)의 외형상(원통형, 사각상자형, 웨이브형)의 레이아웃에 어떠한 돌출부위나 형상을 변형시키지 않는 완전 내부 설치형 공간으로서, 그의 내부에 상수도 정수처리 시스템에 필요한 각종 상수도 정수처리 장치 내지 설비가 위치하고, 기계실(103)의 하부에는 정수 처리에 필요한 각종 연결관(151 ∼ 155)이 집결되어 있어서, 정수처리의 운영 및 유지 보수를 한 곳에서 수행할 수 있게 된다.
더욱 상세하게 설명하면, 기계실(103)은 원수 처리 챔버(101)의 원주방향으로 소정 폭만큼 연장된 위치에서 각각 본체(100)의 직경방향으로 연장되어 있는 복수개의 격벽(130, 131)에 의해 원수 처리 챔버(101)와 구획된다.
격벽(130, 131)은 본 발명 출원인의 2002년 특허 출원 제55033호의 연속적 라운드 사각구조를 갖는 물탱크에서 개시된 바와 같은 스테인레스 재질의 라운드패널과 같이 용접에 의해 제작된 것으로서, 원수 처리 챔버(101)의 원주방향으로 가해지는 수압을 소정 원주 기울기로 팽출된 몸체의 곡면을 통해 분산시킴으로써, 결과적으로 원수 처리 챔버(101)에 채워질 원수의 수압을 지탱하는 역할을 담당한다.
이런 독특한 구조의 격벽(130, 131)의 역할에 따라서, 상기 언급한 기계실(103)이 정수 처리 챔버(102)의 내부에 안전하게 위치될 수 있게 된다.
이때, 기계실(103)은 양측에 위치한 격벽(130, 131)과 내벽체(120) 및 상부 덮개(108)에 의해 감싸져 있게 되고, 외부에 있는 작업자나 설치자가 기계실(103)의 내부로 출입하기 위해서 외벽체(130) 쪽에 여닫이 형식의 출입문(140, 141)을 설치하고 있다.
출입문(140, 141)은 소형 본체(100)에 적용할 경우에 도면에서와 같이 여닫이 형식 내지 대문 형식으로 형성되나, 대형 본체(100)에 적용할 경우, 별도의 소형 출입문(도시 안됨)을 더 가질 수 있음은 물론이다.
즉, 출입문(140, 141)은 기계실(103) 내부의 상수도 정수처리 시스템의 설치, 유지 보수시, 관리자와 상수도 정수처리 장치 등이 용이하게 들어가거나 나올 수 있는 기계실(103)의 개폐 수단인 것이다.
도 3에 확대 도시한 바와 같이, 출입문(140, 141)은 지주(142)에 힌지 결합되어 개폐되고, 자물쇠 등과 같은 문 고정수단을 더 구비한다.
지주(142)는 콘크리트 기저부(107)의 상면에 수직하게 세워져 있는 것으로서, 외벽체(110)의 절개된 끝단부에 위치하며, 격벽(130, 131)의 일측 측변이 용접에 의해 고정되어 있다.
격벽(130, 131)의 타측 측변은 내벽체(120)의 외주연에 용접하되, 내벽체(120)의 외주연 외부로 돌출되어 있는 플랜지부(122)를 고려하여 플랜지에 대응한 형상의 삽입홈(132)을 형성하고 있고, 삽입홈(132)과 맞닿는 플랜지부(122)의 접촉선을 용접에 의해 접합시키고 있는 것이 바람직하다.
여기서, 플랜지부(122)의 단면 형상은 내벽체(120) 및 외벽체(130)의 몸체의 상, 하측 끝단에서 'ㄱ'자형, 'ㄴ'자형, 'ㄷ'자형, 'ㅁ'자형, 'ㅇ'자형, 삼각형 단면 형상을 갖게 일체형으로 절곡되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 격벽(130, 131)의 상변과 하변과 좌측변과 우측변은 완만하게 팽출된 몸체의 네 주변에서 팽출 방향 혹은 팽출 반대 방향 중 어느 하나의 방향으로 수직하게 절곡되어 플랜지와 같은 형상을 갖는 것이 바람직하며, 이런 경우, 절곡된 거리에 비례하는 구조적 강성 증가와 용접면적 증가를 가져와서, 결과적으로 원수의 압력에 효과적으로 지지력을 발생시킬 수 있게 된다.
물론, 격벽(130, 131)과 외벽체(110) 또는 격벽(130, 131)과 내벽체(120)가 용접에 의해 접합된 모서리 부위에는 브릿지, 보강판, 보강바, 지지판, 등과 같은 보강재가 부가적으로 용접되어서 기계실(103) 쪽으로 인가되는 수압을 효과적으로 지지할 수 있도록 할 수 있다.
물론, 소용량의 경우, 기본적으로 보강재가 없더라도 격벽(130, 131)은 그의 플랜지 형상의 상변, 하변, 좌/우측변에 의해서 수압을 견딜 수 있으나, 300톤에서 수천 톤의 물 저장시에 안전을 위해서 상기 보강재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
예컨대, 격벽(130, 131)을 이용하여 물을 저장할 때의 구조적 해석 결과는 본 발명의 출원인에 의해 2003년 실용신안 출원 제26464호의 다단식 웨이브 워터 탱크에 상세하게 설명되어 있다.
이렇듯, 격벽(130, 131) 내지 패널은 그의 형상에 의해서 상대적으로 얇은 두께의 스테인레스 소재를 사용하더라도, 수압에 견디는 내구성과 재질의 특성이 매우 뛰어나다.
이에 따라서, 본 발명은 격벽(130, 131)을 기계실(103)과 원수 처리 챔버(101)를 구획하는 수단으로 사용함으로써, 기계실(103) 내부에 안치될 각종 상수도 정수처리 장치의 안전을 보장할 수 있게 된다.
응집제 투입관(156)과 재처리 입수관(158)이 우측의 격벽(131)에 설치되어 있다. 여기서, 응집제 투입관(156)의 일측 끝단은 원수 입수관(150)과 관통하게 연결되어 있고, 타측 끝단은 상수도 정수처리 장치의 응집제 투입장치(210)에 배관되어 있다. 또한, 재처리 입수관(158)의 일측 끝단은 원수 처리 챔버(101)의 내부에 존재하며, 타측 끝단은 상수도 정수처리 장치의 여과장치(230)의 소정 부위에 배관되어 있다.
또한, 펌프 연결관(157)은 좌측의 격벽(130)에 관통하게 형성되어 있는 것이다. 여기에서, 펌프 연결관(157)의 일측 단부는 상수도 정수처리 장치의 가압펌프(220)에 배관되며, 그의 타측 단부는 원수 처리 챔버(101)의 내부에 위치하게 된다.
또한, 정수 입수관(159)은 기계실(103)쪽의 내벽체(120) 상단에 관통하게 배관되어 있다. 이런 정수 입수관(159)에는 소독 약품이 투입될 수 있도록 약품 투입관(160)의 일측 단부가 관통하게 배관되어 있다. 약품 투입관(160)의 타측 단부는 상수도 정수처리 장치의 소독 약품 투입장치(250)에 연결된다.
기본적으로 본체(100)를 이루는 다중격벽 구조에 상세하게 개시되어 있는 바와 같이, 외벽체(110)와 내벽체(120)는 소형 원통형 유니트, 또는 원호형 패널, 웨이브 패널, 사각형 유니트들이 원주방향 혹은 폭방향으로 연접부위들이 상호 용접되어 연장된 하나의 단을 갖는 대형 원통형 유니트 중 어느 하나를 높이 방향으로 다단(다층)을 이루도록 적층 및 용접하여 제작한 것이다.
내벽체(120)는 패널 또는 유니트들이 적층된 후, 상호 연접하는 플랜지부(122)에 용접선을 형성하듯이, 안과 밖을 이중 용접하여 벽 형상을 갖게 된다.
외벽체(110)는 상기 내벽체(120)와 동일한 방식으로 벽 형상을 갖게되나, 보온을 위해서, 플랜지부에 지지된 상태로 외벽체(110)의 팽출된 몸체의 원주면을 감싸듯이, 보온재 내지 단열재가 덮여지며, 이런 단열재의 외표면에는 박판의 알루미늄 마감 판재, 혹은 후판의 주름 패널이 원주방향으로 둘러지게 된다.
본 발명에서는 단열재와 마감 판재 이외에도 하기와 같은 보온, 단열 성능을 갖는 소재가 더 사용 가능하다.
즉, 외벽체(110)의 외표면에는 발포형 기포벽돌 내지 발포형 마감재 등이 도포되어서, 화려하고 미려한 질감을 갖도록 하는 것이 가능하다. 여기서, 발포형 기포벽돌 내지 발포형 마감재로는, 세라믹타일, 스톤코트, 드라이피트 등의 소재가 사용 가능하다. 이들은 외벽체의 외표면에 고착되어서, 내구성, 단열성, 방음성, 표면 질감, 도색성을 증가시키게 됨으로써, 별도의 마감 판재를 필요로 하지 않고도, 외관이 매우 미려하여 본 발명에서 도색을 갖는 수려한 제품 제작이 가능하게 된다.
이런 각각의 외벽체(110)와 내벽체(120)에는 높이 방향으로 소정 간격을 유지하여, 저수위, 중수위, 고수위 위치에 복수개의 제1, 제2수위 센서(119, 129 : 도 5참조)들이 결합되어 있다. 각각의 수위 센서(119, 129)들은 본 발명의 제어부(200)에 전선을 통해서 전기적으로 접속되어 있고, 물의 수위를 3단계로 체크할 수 있도록, 저수위, 중수위, 고수위에 각각 배치될 수 있다. 필요에 따라서, 각각의 수위 센서(119, 129)들은 3단계에서 수십 단계의 수위 체크를 위해서 해당 수 개에서 수 십 개의 센서들로서 본 발명에 제공된다.
이때, 제1, 제2수위 센서(119, 129)는 플로트의 상하 스트로크에 따라 물의 높이를 전기적 신호로 변환하는 역할을 담당한다.
한편, 기계실(103)의 하부에는 'ㄷ'자 절개 형상의 연결관설치부(106)가 형성되어 있다.
연결관설치부(106)는 각종 배관 부재, 연결관을 기계실(103)의 내부에 노출시켜서 유지 보수를 편리하게 하기 위한 것이다.
콘크리트 기저부(107)의 소정 부분(107a)을 제외한 연결관설치부(106)의 안쪽에는 지면에서 지지되는 탁자 형상의 장치 지지판(171)이 배치되어 있다.
콘크리트 기저부(107)의 소정 부분(107a)의 상면에는 응집제 투입장치(210)가 배치된다.
장치 지지판(171)은 정면에서 볼 때 두 개의 다리와 상판으로 이루어진 'ㄷ'자 단면형상을 갖고 있어서, 두 개의 다리가 지지하는 상판과 지면 사이에 앞서 언급한 연결관(151 ∼ 155)을 통과시키도록 되어 있다.
장치 지지판(171)의 상판에는 모서리 부위에서 직립방향으로 복수개의 프레임(172, 173, 174)들이 기둥 및 보와 같이 결합되어 있다.
이런 장치 지지판(171)의 상판에는 앞서 언급된 가압펌프(220), 여과장치(230), 유압장치(240)가 배열되며, 상기 프레임(172, 173, 174)의 어느 하나에는 제어부(200)와 소독 약품 투입장치(250)가 고정된다.
이하, 상수도 정수처리 장치의 구성에 대해서 설명하면 다음과 같다.
도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 상수도 정수처리 장치의 제어부(200)는 기본적으로 통상의 타임 컨트롤, 유량 컨트롤, 수위 컨트롤에 의거하여 앞서 언급된 각종 상수도 정수처리 장치를 제어하도록 되어 있다.
즉, 제어부(200)는 220V 교류전원을 해당 전압으로 각각 변환시켜 사용하는 통상의 교류 전원공급장치(도시 안됨) 또는 충전 배터리와 풍력 발전기 또는 태양 전지판 등에 의해서 자연력을 이용하여 전원을 생산하는 전원공급장치 중 어느 하나를 사용하여 작동될 수 있다. 본 실시예에서는 하기의 다른 장치들과 같이 220V 교류전원을 작동전원으로 사용하는 것이 바람직하다.
제어부(200)는 타임 컨트롤, 유량 컨트롤, 수위 컨트롤용 제어 프로그램, 정수 프로세스 알고리듬, 응집 보조 프로세스 알고리듬, 역세 프로세스 알고리듬이 저장된 메모리와, 상기 메모리에 결합되어 해당 제어 프로그램을 실행하는 80286 ∼ 80486 칩셋의 통상적인 산업용 컴퓨터 프로세서와; 상기 프로세서에 의해 전자 회로적으로 작동하는 타이머를 포함하는 PCB 메인보드를 갖는 제어반의 일종이다.
여기의 PCB 메인보드는 소정 인터페이스를 더 구비하여, 각종 센서와 각종 장치에서부터 연장된 신호 입/출력 단자들, 및 제1 내지 제8전자변에서부터 연장된 전원 출력단자들과 회로적으로 결합되어 있다.
또한, PCB 메인보드의 인터페이스에는 자동 작동을 수동으로도 인터럽트할 수 있도록 각종 개폐 스위치 및 제어버튼 등이 결합되어 있다.
PCB 메인보드의 인터페이스(신호와 전원 포함)에는 원수 입수관 내에 내장된 유량 센서의 신호 입력 단자가 연결되어 있고, 원수 처리 챔버 또는 정수 처리 챔버의 제1, 제2수위 센서의 신호 입력 단자가 각각 연결되어 있다.
제어부(200)는 유량 센서로부터 입력되는 신호에 대응하여, 원수 입수관의 제1전자변 및 정수 출수관의 제9전자변을 개폐시킴과 같이 유량 컨트롤 제어를 수행하고; 제1, 제2수위 센서로부터 각각 입력되는 신호에 대응하여 가압펌프(220)를 비롯한 관련 장치들의 작동 및 정지시키거나 수위 컨트롤 제어를 수행하고; PCB 메인보드에 내장된 타이머를 이용하여 응집제 투입장치(210), 소독 약품 투입장치(250), 여과장치(230)의 역세척 구성요소, 공기공급장치(260)를 일정 시간 간격동안 작동 및 정지시키는 타임 컨트롤 제어를 계통적으로 처리하여 본 발명이 고장이나 휴지상태가 아닌 이상 전자동으로 작동되도록 한다. 제어부(200)를 비롯하여, 상수도 정수처리 장치와, 연결관과, 관련 배관부재와, 물탱크 본체(오수 처리 챔버 및 정수 처리 챔버)와, 제1∼제9전자변 및 제1, 제2개폐밸브 등간의 상세한 결합관계는 도 5를 통해서 설명될 것이다.
한편, 응집제 투입장치(210)는 원수가 효율적으로 원수 처리 챔버 내에서 혼화 및 착수되기 위해서, 상기 제어부(200)의 소정 입력 신호에 따라서 응집제를 투입시키는 역할을 담당한다. 예컨대, 본 발명에서 응집제 투입장치(210)는 대한민국의 삼원-쎄라 엔지니어링(주)의 제품인 고분자 응집제 자동용해 설비를 이용하여 구성할 수 있다. 고분자 응집제 자동용해 설비는, 분체약품(소석회, 활성탄, 불소 등등)에 적합한 것으로서, 용 량 : 0 ∼ 30,000 리터/시간, 재 질 : PP, SS41 W/PAINTING, STS304이며, 사용되고 통상적인 응집제 투입기구를 구비하고 있다.
물론 응집제 투입장치(210)는 본 발명에서 물이 원수 처리 챔버에 머물러 있는 시간이 긴 관계로, 통상의 급속여과와 달리 고체약품(응집제)을 사용할 수 있는 장점이 있다.
가압펌프(220)는 본체(100)의 수처리 용량에 대응한 산업용 대용량 펌프장치로서, 상기 제어부(200)의 신호에 따라서 펌핑한 원수를 여과장치(230)로 공급시키는 역할을 담당한다. 가압펌프(220)의 전원 입력선은 제어부(200)의 인터페이스에 전기적으로 결합되어 있다.
여과장치(230)는 가압펌프(220)에서 입수되는 원수를 여과시키고 또한 자체 역세 기능을 갖는 PCF(Pore Control Fiber Filter) 필터 설비이다.
본 발명의 여과장치(230)는 예컨대, 주식회사 성신엔지니어링의 제품이 사용 가능하다. 이 회사의 여과장치(230)는 2002년 대한민국 등록특허 제362594호에 개시된 공극 제어형 여과장치이다. 이 등록특허는 내부의 카트리지의 정밀여과기능과 샌드필터의 역세기능을 조합한 것으로서 여과시 섬유다발이 비틀어져 꼬임으로 일명 트위스트 필터라 잘 알려진 바 있다. 그런데 이 등록특허는 설정압력도달시 전자동 역세 후 여과 공정 복귀 제어 프로세스를 갖고 있어서, 효율이 높고 수질이 우수하며, 초소형 경량이고 저렴하며, 역세 시간이 짧고 역세 수량이 적으며 여재 수명이 길고 교환이 간편한 장점과 함께, 여과시에 발생한 오수를 그대로 외부로 방출하는 단점이 있다.
이런 점을 개선하여, 본 발명에서는 본 발명의 여과장치(230)에서 발생되는 오수의 일부를 외부로 방출시키지 않고 재처리 입수관(158)을 통해 다시 원수 처리 챔버로 회귀시킴으로써, 응집제의 사용량을 최소화하면서도 응집 효율을 극대화시키도록 되어 있다.
특히, 등록특허의 반드시 복수로 오수탱크와 정수탱크가 요구되는 바, 하나의 본체에 오수 처리 챔버와 정수 처리 챔버가 있는 본 발명에 적합하다.
다만, 본 발명의 여과장치(230)는 경제적인 부분을 고려하여 앞서 설명한 PCF 필터 설비를 이용하였으나, 성능이나 효율 및 경제성을 모두 고려하여 더욱 뛰어난 성능을 갖는 필터 설비, 예컨대, MACF(Micro Air Coagulate Flotation)공법이나, 생물막을 이용한 하층박층류법이나, 역간접촉산화지법이나, 수초와 수생식물을 이용한 자연식생법이나, 고속응집침전공법이나, 중공사정밀여과막(Hollow Fiber Micro Filter or Membrane)공법이나, 막분리활성슬러지법(MBR : Membrane BioReactor) 등에 사용되는 필터 설비를 택일적으로 사용하는 것이 가능하며, 이때에도 역시 본 발명 여과장치의 특징이 될 수 있게, 응집제 사용량 최소화 및 응집 효율 극대화의 관점에서, 해당 필터 설비를 개량하여야 함은 물론이다.
소독 약품 투입장치(250)는 이런 여과장치(230)를 통과한 여과수에 소독 약품을 투입시키는 통상의 장치로서, 본 발명 출원인이 2003년 특허 출원번호 제23018호의 소독약품 자동 투입시스템 및 그 제어방법 내지, 2003년 실용신안 출원번호 제11169호의 정수설비의 약품투입기에 개시된 것을 사용하거나, 또는 통상의 업계에서 시판되는 제품을 이용하여, 일정 시간 간격 내지 유량 또는 수위 레벨에 따라서 소독 약품을 정수된 물에 투입시키는 역할을 담당한다.
유압공급장치(240) 상기 여과장치(230)의 유압식 스트러트축(231)에 유압을 공급하는 통상의 유압 설비이다. 이때, 유압공급장치(240)는 그의 하우징 내부에 상기 도 3에 표시된 공기공급장치(260)를 내장시킨 소정의 하이브리드형 장치가 될 수 있고, 이에 따라 더욱 콤팩트한 구성을 갖게됨과 동시에 유압 및 공기를 동시에 여과장치(230)의 해당 부위에 공급할 수 있다.
한편, 유압식 스트러트축(231)은 작동축은 작동축(231c)을 축방향으로 신장 및 축소시킬 때, 작동축(231c)의 축방향과 평행인 랙기어가 피니언 기어(231d)를 회전시키게 한다. 이를 위해서, 유압식 스트러트축(231)의 일측 단부에는 제1유압 입출력포트(231a)가 형성되어 있고, 타측 단부에는 제2유압 입출력포트(231b)가 형성되어 있으며, 이들은 각각 유압배분기(241)를 통해 유압공급장치(240)에 결합되어 있다.
여기서, 유압배분기(241)는 유압의 입력 및 출력 방향을 제어하는 통상의 장치이다.
이런 유압배분기(241)에 의해서, 유압이 제1유압 입출력포트(231a)에 입력됨과 동시에 제2유압 입출력포트(231b)에서 출력될 경우, 작동축은 축의 일측 끝단방향으로 신장하여 피니언 기어(231d)를 반시계방향으로 회전시킨다.
이와 반대로 유압이 제1유압 입출력포트(231a)에서 출력됨과 동시에 제2유압 입출력포트(231b)에 입력될 경우, 작동축은 축의 타측 끝단 방향으로 축소되어 피니언 기어(231d)를 시계방향으로 회전시킨다.
이런 경우, 피니언 기어(231d)에 연결된 상부 여재걸대가 바닥에 고정된 하부 여재걸대를 기준으로 회전됨과 동시에, 상부 여재걸대에 걸려 있는 여재와 같은 섬유다발이 비틀어 꼬이거나(반시계방향), 풀어지는(시계방향) 등과 같은 공극 제어 작동이 수행된다. 이런 공극 제어 작동은 역세척을 위한 신호가 여과장치(230)에 입력될 수행되며, 이때, 하기의 공기공급장치(260)로부터 공기가 공급되어서, 섬유다발에 모여 있는 이물질, 슬러지 등을 세척하게 된다.
공기공급장치(260)는 블로어, 에어 컴프레셔 등으로서, 여과장치(230)의 역세(척)를 위해서 외부 공기를 여과장치(230)의 내부로 주입시키기 역할을 담당한다. 이때, 공기공급장치는 그의 공기주입관을 통해서 여과장치(230)의 공기 입력관(도시 안됨)에 연결시키고 있다.
이하, 본 발명의 기본적인 물의 가압 유동기능, 응집기능, 여과기능, 소독 약품 투입 기능, 역세 기능을 갖는 상수도 정수처리 시스템의 결합관계 및 작동관계를 설명하도록 하겠다.
도 5에 도시된 바와 같이, 원수 입수관(150)은 외부의 수원으로부터 원수를 공급할 수 있게 본체(100)의 원수 처리 챔버(101)의 일측에 배관되어 있다.
이때, 원수 입수관(150)에는 응집제 투입장치(210)로부터 연장된 응집제 투입관(156)과 재처리 입수관(158)이 각각 배관되어 있다.
응집제를 함유한 상태로 원수 처리 챔버(101)를 회류 한 후 챔버의 타측에 도달한 원수가 가압펌프(220)로 공급될 수 있도록, 앞서 언급한 바와 같이 펌프 연결관(157)의 일측 단부는 상수도 정수처리 장치의 가압펌프(220)에 배관되며, 그의 타측 단부는 원수 처리 챔버(101)의 내부에 위치하게 된다
가압펌프(220)의 출구쪽 파이프는 대략 3개정도인 제1펌프 분지관(221), 제2펌프 분지관(222), 제3펌프 분지관(223)으로 분지되어 있다.
여기서, 제1펌프 분지관(221)은 재처리 입수관(158)으로 연결되어 있다. 제2펌프 분지관(222)은 여과장치(230)의 입수 포트(237)에 연결되어 있다. 제3펌프 분지관(223)은 드레인관(154)에 연결되어 있다. 특히, 여과시에 발생한 하부쪽 슬러지, 오물, 오수 등을 배출시키기 위해서, 제3펌프 분지관(223)에는 여과장치(230)의 하부쪽 제1드레인 포트로부터 연장되어 제1드레인 연결관(233)이 관통하게 결합되어 있다.
또한, 역세척시에 발생한 상부쪽 슬러지, 오물, 오수 등을 배출시키기 위해서, 여과장치(230)의 상부쪽 제2드레인 포트(239)에는 제2드레인 연결관(236)의 일측 단부가 연결되어 있고, 그의 타측 단부는 드레인관(154)에 연결되어 있다.
특히, 재처리 입수관(158)은 여과장치(230)의 상부쪽 제2드레인 포트 또는 제2드레인 연결관(236)으로부터 분지되어서 상기 응집제 투입관(156) 및 원수 입수관(150)과 만나게 된다. 이를 통해서, 필요에 따라 원수 처리 챔버(101)에는 순수하게 외부에서 입수되는 원수와, 상기 재처리 입수관(158)을 통해서 입수되는 여과장치(230)의 슬러지, 오물, 오수가 합쳐지게 된다.
여과장치(230)의 슬러지, 오물, 오수는 원수 처리 챔버(101)내에서 응집 보조재와 같은 역할을 담당하게 된다. 원래, 응집 보조제는 산, 알칼리, 활성규사, 'polyelectrolytes', 점토(예를 들면, 'bentonite') 등으로서, 응집제의 응집효율을 증가시키기 위해 통상 별도로 원수 처리 챔버에 부가되는 물질이나, 본 발명에서는 응집 보조제를 전혀 사용하지 않고도 응집 효율을 극대화하기 위하여, 응집 보조제와 같은 역할을 할 수 있을 만큼 여과장치(230)에서 발생한 오수 등을 원수 처리 챔버(102)로 적당량 회귀시키는 정수처리원리가 제공된다.
또한, 역세척시 필요한 외부 공기를 여과장치(230)의 내부에 공급시키기 위해서, 공기공급장치(260)로부터 연장된 공기주입관(153)이 여과장치(230)의 공기 주입 포트에 연결되어 있다.
여과장치(230)의 출수 포트(238)에는 여과된 물을 정수 처리 챔버(102) 쪽으로 공급하도록 정수 입수관(159)이 연결되어 있다.
이때, 정수 입수관(159)은 소독 약품 투입장치(250)로부터 연장된 약품 투입관(160)과 연결되어 있다.
이하, 본 발명의 물탱크 본체(100)를 이용한, '1. 정수 프로세스'와, '2. 응집 보조 프로세스'와, '3. 역세 프로세스'를 설명하도록 하겠다.
1. 정수 프로세스.
관리자는 미리, 제1개폐밸브(280)와 제2개폐밸브(281)를 폐쇄시킨다.
관리자는 제어부(200)에 전원을 온(ON) 한다.
제어부(200)는 제1전자변(271)을 개방시키고, 이에 따라서 지표 수원, 계곡 수원 혹은 지하 수원에 존재한 원수와 같은 물은 원수 입수관(150)을 통해서 원수 처리 챔버(101)로 입수된다.
제어부(200)는 응집제 투입장치(210)에게 응집제 투입신호를 전달한다. 응집제 투입신호에 따라 응집제 투입장치(210)는 소정량의 응집제를 투입함으로써, 원수 처리 챔버(101)로 입수되는 물에 응집제가 함유되도록 한다. 이때, 응집제의 투입은 소정 시간 컨트롤 제어를 준수하며, 실제 시스템 변수값에 따라 각각 달라질 수 있기 때문에, 그의 구체적이면서도 상세한 내용은 본 발명에서 생략되었다.
또한, 물은 원수 처리 챔버(101)의 일측 부위로 입수되며, 타측 부위까지 원수 처리 챔버(101)를 따라 유동하면서, 제1수위 센서가 만수를 검지 할 때까지 점차적으로 원수 처리 챔버(101)에 채워진다.
제어부(200)는, 제1수위 센서가 만수를 검지 하거나, 오작동, 시스템 정지 등과 같은 경우를 제외하고, 제1전자변(271)을 개방시킨 상태로 유지한다.
제1수위 센서가 만수를 검지 하거나, 또는 제1전자변(271) 개방시간 직후 소정 시간(미리 유량을 계산하여 유량 컨트롤 제어 설계시에 미리 정한 시간)이 경과될 경우, 제어부(200)는 가압펌프(220)를 구동시킨다.
이때, 제어부(200)는 제4전자변(274)을 폐쇄시켜서 드레인관(154)에 연결된 제3펌프 분지관(223)으로 물이 유입되지 않게 하고, 제2전자변(272)을 개방시켜서 여과장치(230)의 입수 포트(237)에 연결된 제2펌프 분지관(222)으로 물이 유입되게 함과 동시에, 정수 입수관(159) 상의 제3전자변(273)을 개방시킨다.
그 결과 원수 처리 챔버(101)의 물은 제2펌프 분지관(222)과 제2전자변(272)과 입수 포트(237)를 통해서 여과장치로(230)의 내부로 입수된다.
제어부(200)는 유압공급장치(240)를 미리 작동시켜서, 소정압력의 유압이 발생되도록 하고, 이와 함께 유압배분기(241)를 제어하여, 유압식 스트러트축(231)의 작동축이 앞서 설명한 바와 같이 신장되도록 한다. 이런 경우, 상부 여재걸대와 하부 여재걸대 사이의 섬유다발(여재)이 비틀어 꼬여짐과 동시에 공극이 여과를 충분히 수행할 만큼 좁아지게 된다.
제어부(200)는 일반적인 정수 프로세스에서 제5전자변(275)과 제8전자변(278)을 폐쇄시킴으로써, 여과시에 발생할 수 있는 슬러지, 오수 등이 재처리 입수관(158)이나, 제2드레인 연결관(236)을 통한 드레인관(154)으로 유입되지 못하게 한다.
또한, 제어부(200)는 제6제어변(276)을 폐쇄시킴으로서, 공기공급장치(260)에 의해 발생된 공기가 여과장치(230)의 내부로 유입되지 못하게 하고, 이와 함께 제7전자변(277)을 폐쇄시킴으로써 드레인관(154)의 역류 현상을 미연에 방지하게 한다.
이런 상태에서, 계속되는 가압펌프(220)의 작동에 따라 압력을 받는 물은 여과장치(230)의 내에서 섬유다발을 통과하게 되며, 이렇게 여과된 물은 출수 포트(238)와, 제3전자변(273) 및 정수 입수관(159)을 통해 정수 처리 챔버(102) 쪽으로 유동하게 된다.
이렇게 유동하는 정수에는 소독 약품 투입장치(250)에서 투입된 소독 약품이 투입된다.
소독 약품 투입장치(250)는 제2수위 센서(129)로부터 검지 되는 수위 레벨에 대응한 미리 저장된 인덱스 표를 이용하여, 정수 처리 챔버(102)에 채워진 물의 양에 대응하게 소독 약품의 투입량을 독취하여 정한 후, 해당 투입량의 소독 약품을 물에 투입시킨다.
예컨대, 인덱스 표에는 초기화 상태에서 투입량, 시간 간격별 투입량, 해당 수위(물의 부피)에 대응한 투입량 등이 미리 검증된 시험 결과에 의해 기록되어 있다.
소독 약품을 함유한 상태의 물은 정수 처리 챔버(102)로 입수된 후 소독 약품이 희석될 수 있는 소정 시간 동안 머물러 있게 된다.
제어부(200)는 메모리에 저장된 타임 컨트롤, 유량 컨트롤 및, 수위 컨트롤용 제어 프로그램 중 어느 하나에 의해서, 제9전자변(279)을 개방 및 폐쇄함으로써, 정수 출수관(152)을 통해 물이 정수 처리 챔버(157)소정 송수펌프시설이나 소정 배수지로 공급되도록 한다.
2. 응집 보조 프로세스.
응집 보조 프로세스가 필요하다고 판단된 관리자는 제1개폐밸브(280)를 개방시킨다.
관리자는 제어부(200)의 응집 보조 프로세스의 제어버튼을 누른다.
제어부(200)는 메모리에 기록된 응집 보조 프로세스 알고리듬에 따라서, 제8제어변(278)을 개방 및 폐쇄시킨다.
응집 보조 프로세스 알고리듬은 얼마만큼의 오수량이 오수 처리 챔버(101)로 회귀(재 유입)되어야 할 것인가에 대해서, 미리 테스트를 통해서 얻은 결과값을 갖는 소정의 데이터시트(인덱스)를 이용한 것이다.
물론, 응집 보조 프로세스 알고리듬은 원시적으로 단순히 정해진 소정 시간 동안 반복적으로 제8제어변(278)을 개방 및 폐쇄시키도록 프로그램되어 있는 것도 가능하다. 이때의 소정 시간은 수많은 테스트를 통해서 정해지고, 여러 환경 값에 따라 달라짐으로서 특정하지 않는다.
한편, 제8제어변(278)이 개방되어 있을 동안, 여과장치(230)에서 배출되어서 미리 응집제에 의해 플록화[입자(floc)의 덩어리화]된 상당한 크기의 입자를 갖는 오수가 원수 처리 챔버(102)에서 새로이 유입되는 오수와 섞이면서, 더욱 활발하고 효율적으로 플록의 사이즈를 크고 굵어지게 함과 동시에 밀집시키게 된다.
제어부(200)는 여과장치(230) 내부에 설치된 내부압력센서로부터 미리 설정한 압력이상이 검지 됨에 따라 발생하는 과부하 압력 신호를 입력받은 직후, 제8전자변(278)을 다시 폐쇄시킴과 동시에, 하기와 같은 역세 프로세스를 수행한다.
3. 역세 프로세스.
제어부(200)는 자동(과부하 압력 신호가 입력받을 때마다)으로 제1, 제2, 제3제어변(271, 272, 273)을 폐쇄시켜 원수가 여과장치(230)로 유입되거나, 또는 여과수(정수)가 여과장치(230)로 역류되는 것을 방지하고, 제8전자변(278)을 폐쇄시켜 역세척시의 오수 등이 원수 처리 챔버(278)로 유입되는 것을 방지한다.
도면에 도시되어 있지 않지만, 역세척수 공급관은 제어부(200)의 역세척수 공급신호에 따라 작동하는 외부 세척수 공급장치(도시 안됨)로부터 연장되어서, 여과장치(230)의 하부의 공기주입관(153) 주위에 배관되어 있다.
제어부(200)는 유압배분기(241)를 제어하여 유압공급장치(240)에 발생된 유압의 공급 및 수거 방향을 반대 방향으로 향하게 함으로써, 유압식 스트러트축(231)의 작동축이 축소되도록 한다. 이런 경우, 상부 여재걸대와 하부 여재걸대 사이의 섬유다발(여재)이 풀어짐과 동시에 공극이 완전 개방되고 역세하기 매우 좋은 상태로 된다.
제어부(200)는 제7전자변(277)을 폐쇄시킨 상태에서, 제5전자변(275)과 제6전자변(276)을 개방시켜서 공기공급장치(260)의 소정 압력(여과장치 내의 오수를 폭기시킬 수 있을 정도의 압력)을 가진 공기를 여과장치(230)의 내부로 들어가도록 한다.
이와 함께 제어부(200)는 외부 세척수 공급장치를 작동시킴으로써, 역세척수 공급관을 통해서 역세척수가 여과장치(230)의 내부로 유입되도록 한다.
역세척수와 공기는 여과장치(230)의 내부를 폭기 상태로 만든다. 폭기 상태로 흔들리는 섬유다발에서는 엉켜있는 슬러지, 이물질 등이 털어짐과 동시에, 상향으로의 유동이 발생된다.
소정 시간동안 공급되는 역세척수와 공기는 제5전자변(275)이 개방되어 있고, 제8전자변(278)이 폐쇄되어 있는 상태이므로, 제2드레인 포트(239)와 제2드레인 연결관(236) 및 드레인관(154)을 통해서 외부로 방출된다.
한편, 소정 시간동안 역세척이 이루어진 후, 제어부(200)는 외부 세척수 공급장치의 작동을 정지시킴과 동시에 제6전자변(276)을 폐쇄시킨다. 공기공급장치(260)는 제6전자변(276)의 폐쇄에 따라 유한한 압력 크기 정도까지 계속 공기압을 증가시키나, 미리 정해진 설정 압력에 도달했을 때 자동으로 정지되는 장치이다.
제어부(200)는 제7전자변(277)을 개방시켜서, 여과장치(230)의 내부에 잔존하는 역세척수를 자연 배수 방식으로 제1드레인 연결관(233)과 드레인관(154)을 통해 외부로 방출시킨다.
제어부(200)는 다시 유압배분기(241)를 제어하여 유압식 스트러트축(231)의 작동축이 신장되도록 한다. 이런 경우, 상부 여재걸대와 하부 여재걸대 사이의 섬유다발(여재)이 비틀어 꼬아짐과 동시에 여과하기 매우 좋은 공극을 갖는 상태로 된다.
제어부(200)는 제5전자변(275)과 제7전자변(277)을 폐쇄시킴과 동시에, 제1, 제2, 제3전자변(271, 272, 273)을 개방시킴으로써, 앞서 설명한 정상적인 정수 프로세스를 다시 수행하게 된다.
본 발명의 상수도 정수처리 시스템은 기계실을 구비한 내부에 구비한 물탱크라면 어떠한 물탱크, 즉 원형, 사각형, 연속적 라운드 구조형, 웨이브형, 다중격벽형, 보강 샌드위치 벽체형, 돔형, 반구형, 반달형, 간이수조형 등과 같이 본 발명의 출원인이 개발한 물탱크에 적용하여, 수십 톤급 소형 물탱크나 수백 톤급 중형 물탱크나, 수천 톤급 대형 물탱크, 수만 톤급 초대형 물탱크 구조 설비에 모두 설치 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 물탱크용 상수도 정수처리 시스템은 여과시에 발생하고 미리 응집제의 영향을 받은 소정량의 오수를 새로이 유입되는 오수와 함께 오수 처리 챔버에서 섞이도록 함으로써, 상대적으로 작은 량의 응집제를 사용하더라도 매우 효과적인 응집 효율을 갖고 있어서, 고속응집성능이 매우 뛰어난 제품을 소비자에게 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 물탱크용 상수도 정수처리 시스템은 출입문을 통해 들어갈 수 있는 기계실의 내부에 전자동 제어부를 구비시킴으로써, 사용 및 유지보수가 매우 편리한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 물탱크용 상수도 정수처리 시스템은 비교적 수질이 양호한 지표수, 계곡수 혹은 지하수 등과 같은 음용 불가능한 수원을 여과, 소독, 정수하여서 음용 가능하게 깨끗한 물을 상대적으로 빠른 시간 내에 대량으로 양산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 물탱크용 상수도 정수처리 시스템은 모든 연결관과 배관 부재가 기계실의 하부를 통해서 연결됨으로써, 겨울철 동파 염려가 없고, 정수처리 장치 고장에 따른 유지 보수가 매우 편리하며, 제어부를 통해 전자동으로 작동됨으로써, 사용이 매우 편리한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 물탱크용 상수도 정수처리 시스템은 칸막이, 다수격벽 등과 같은 의미의 다중격벽 구조를 통해서 물을 유동시키기 때문에 별도의 착수조, 저장조를 사용하지 않으면서도, 착수, 응집, 침전 과정을 수행한 물을 급속여과 시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 물탱크용 상수도 정수처리 시스템은 산간, 벽지, 섬, 수해 지역의 사람들에게 깨끗하고 안정한 물을 공급하여 국민 건강 증진을 도모할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 간이 상수도용 침전 분리여과방식의 기능성 물탱크의 정면도,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 상수도 정수처리 시스템이 구비된 물탱크의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 기계실의 내부를 절개하여 상수도 정수처리 장치의 배치관계를 설명하기 위한 확대 사시도,
도 4a와 도 4b는 상수도 정수처리 장치의 평면도 및 정면도,
도 5는 도 2에 도시된 물탱크용 상수도 정수처리 시스템의 결합관계 및 작동관계를 설명하기 위한 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 본체 101 : 원수 처리 챔버
102 : 정수 처리 챔버 103 : 기계실
108 : 상부 덮개 109 : 바닥판
110 : 외벽체 120 : 내벽체
130, 131, 133 : 격벽 140, 141 : 출입문
200 : 제어부 210 : 응집제 투입장치
220 : 가압펌프 230 : 여과장치
240 : 유압공급장치 241 : 유압배분기
250 : 소독 약품 투입장치 260 : 공기공급장치
271 ∼ 278 : 전자변 280, 281 : 개폐밸브
Claims (5)
- 적어도 하나의 외벽체와 내벽체가 다중격벽 구조와 같이 배열되어 있어서 원수 처리 챔버와 정수 처리 챔버로 내부를 구획한 본체, 상기 본체의 내부에 소정 공간을 갖도록 형성된 기계실을 포함하는 물탱크에서 정수처리를 행하기 위한 상수도 정수처리 시스템에 있어서,상기 원수 처리 챔버의 원수 입수관에 관통한 응집제 투입관을 통해서 응집제를 투입시키도록 배관된 응집제 투입장치와;상기 원수 처리 챔버의 펌프 연결관에 결합된 가압펌프와;상기 가압펌프의 출구쪽 파이프에 결합되어 원수를 공급받는 여과장치와;상기 여과장치의 정수 입수관에 관통한 약품 투입관을 통해서 소독 약품을 투입시키는 소독 약품 투입장치를 포함하고;상기 정수 입수관의 출구를 상기 정수 처리 챔버의 내부로 연결시킨 것을 특징으로 하는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 여과장치는 피씨에프(PCF) 필터 설비 방식으로 구현된 것으로서,상기 여과장치의 내부로 공기를 공급받도록 공기주입관을 통해 연결된 공기공급장치와;상기 여과장치의 스트러트축을 신장 및 축소시키는데 필요한 유압을 공급받도록 유압배분기를 통해 결합된 유압공급장치를 더 포함하되,상기 유압공급장치가 상기 기계실의 내부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 응집제 투입장치, 상기 가압펌프, 상기 여과장치 중 어느 하나를 지지하는 장치 지지판을 포함하되, 상기 장치 지지판의 상판에 결합된 복수개의 프레임 중 어느 하나에 제어부와 소독 약품 투입장치를 고정시키고 있는 것을 특징으로 하는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 여과장치의 오수 일부가 상기 오수 처리 챔버로 회귀하도록 상기 제어부가 전자변의 개폐 작동을 제어하도록 상기 전자변과 전기적으로 결합되어 있고,관상의 재처리 입수관의 일측 끝단이 상기 여과장치의 소정 부위에 결합되고,상기 재처리 입수관의 타측 끝단이 상기 원수 처리 챔버에 관통하게 결합되어 있으며,상기 재처리 입수관의 유로를 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 전자변이 상기 재처리 입수관에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 응집제 투입장치의 응집제 투입량을 제어하고, 상기 가압펌프에 전원을 인가 및 차단하고, 상기 여과장치와 상기 유압공급장치 및 상기 공기공급장치의 작동을 제어하고, 상기 소독 약품 투입장치의 소독 약품 투입량을 제어하고, 복수개의 전자변의 개폐 작동을 제어하기 위하여,소정의 정수 프로세스, 응집 보조 프로세스, 역세 프로세스에 의해 제어하도록, 타임 컨트롤, 유량 컨트롤 및 수위 컨트롤용 제어 프로그램, 정수 프로세스 알고리듬, 응집 보조 프로세스 알고리듬, 역세 프로세스 알고리듬이 저장된 메모리와;상기 메모리에 결합되어 해당 제어 프로그램을 실행하는 프로세서와;상기 프로세서에 의해 전자 회로적으로 작동하는 타이머를 포함하는 PCB 메인보드와;상기 PCB 메인보드의 인터페이스에 결합된 복수개의 개폐 스위치 및 제어버튼을 갖는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물탱크용 상수도 정수처리 시스템.
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