KR100618658B1 - 폐수를 재사용하는 순환식 정수기 - Google Patents

폐수를 재사용하는 순환식 정수기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멤브레인 필터에서 버려지는 물을 멤브레인 필터의 조기 막힘이나 투과량 감소 등의 영향이 전혀 없이 다시 사용할 수 있도록 하는 순환식 정수기와 관련된다.
상기 정수기 비재생형 폴리셔(polisher)를 필수적으로 구비한 내추럴 필터(26)와 멤브레인 필터(24)로부터 정수되지 않는 물이 유입되는 유입부로 재순환을 위한 3방향 커넥터를 포함하고, 상기에서 내추럴 필터(26)는 공급라인 상에 설치되어 멤브레인 필터(24)로부터 정수되지 않고 버려지는 물의 이온 농도를 감소시키며 멤브레인 필터(24)로부터 공급되는 모든 물을 상기 3방향 커넥터로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명은 첫째로 본 발명에 따른 정수기를 사용하는 경우 버려지는 물이 전혀 발생하지 않음으로 기존 역삼투 방식의 정수기 및 종래 고안된 정수기의 단점을 크게 개선하는 효과를 가지며, 둘째로 본 발명에 따른 정수기의 경우 멤브레인 필터의 투과량을 증가시킴으로서 정수기에 사용되는 전체적인 필터의 수명을 연장시키는 효과를 가진다.
순환식 정수기, 멤브레인 필터, 내추럴 필터, 공급라인, 3방향 커넥터

Description

폐수를 재사용하는 순환식 정수기{CIRCULATORY WATER PURIFIER FOR REUSING WASTE-WATER}
도 1은 종래의 순환 방식의 정수기를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 정수기의 실시 예의 하나를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 정수기의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4의 (가)는 본 발명에 따른 정수기에 사용되는 필터를 도시한 것이며 (나)는 본 발명에 내추럴 필터가 구비되고 3방향 커넥터에 연결되는 공급 라인을 도시한 것이다.
※ 도면부호의 설명
10 : 원수 급수 101 : 고-탁도 필터
11 : 원수 및 폐수 합수 탱크 111 : 수위 센서(FLC)
112 : 합수 탱크 출수 코크 113 : 원수 폐수 탱크 출수구
12 : 침전 필터 121 : 단수 감지 스위치(LPS)
122 : 압력 펌프 123 : 감압 밸브
124 : 선카본 필터 125 : 멤브레인 필터
126 : 후카본 필터 127 : 바이오 세라믹 필터
13 : 폐수 조절기(유속 저항기) 130 : 폐수 역류 차단 밸브
131 : 폐수 재처리 필터 132 : 폐수 라인 전환 코크
14 : 정수 탱크 141 : 수위 센서(FLC)
20a : 냉수 유입구 20b : 온수 유입구
21a, 21b : 2방향 밸브 22 : 가압 펌프
23 : 침전 필터/프리 카본 필터 24 : RO멤브레인필터
25 : 포스트 카본 필터 26 : 내추럴 필터
27 : 정수 탱크 28 : 배출구
30 : 3 방향 커넥터 40 : 하우징
41 : 연결 캡 42 : 공급 라인
본 발명은 정수기와 관련되며 보다 구체적으로 멤브레인 필터에서 사용되는 정수된 물과 분리되어 버려지는 물 즉 농축수의 재순환을 통한 완전 무방류 정수 시스템과 관련된다.
정수기에는 일반적으로 멤브레인 필터가 사용되며 이때 정수에 사용되는 물의 양 중에 약 1/3만이 정수된 물로서 사용을 위하여 배출구로 공급되며 원수로서 공급되는 나머지 2/3에 해당하는 양은 버려지거나 또는 적당한 순환 수단을 이용하여 재 사용하지만 재 사용되는 물은 멤브레인 필터를 정수하는 과정에서 다량의 이온을 포함하고 있음으로 다시 이 물을 멤브레인 필터로서 정수하는 경우 멤브레인 필터의 수명 약화를 가져 올 뿐만 아니라 충분한 투과량을 확보하기가 힘들다. 이러한 점을 고려한 폐수 재활용을 위한 정수기는 당업계에 공지되어 있다. 멤브레인 필터로 공급되는 물의 정수과정에서 발생한 물을 순환시켜 다시 사용하는 종래의 고안으로서 등록번호 제200201836호 '농축수 재활용 타입의 가정용 정수기' 및 등록번호 제0265610호 '폐수 없는 역삼투압 정수 장치'가 있다. '폐수 없는 역삼투압 정수 장치'는 도 1에서 도시되어 있는 고안으로서 멤브레인 필터(125)에서 정수수와 분리된 폐수를 폐수역류차단밸브(130)를 거친 후 폐수 재처리 필터(131)를 이용하여 폐수를 정수하고 폐수 재처리 필터(131)로서 이온 교환 수지(소금 재생을 하는 수지로서 양이온 교환수지) 또는 중공 사막식 필터를 사용한다. 필터(131)를 통하여 걸러진 폐수는 침전 필터(12)와 선카본 필터(124)를 거쳐 다시 멤브레인 필터를 통하여 정수하는 과정을 거친다. 위의 '폐수 없는 역삼투압 정수 장치'에서 개시된 고안은 일반적인 순환 모델을 적용한 것으로서 멤브레인(membrane) 필터에서 버려지는 폐수를 합수탱크(11)로 공급하는 과정에서 재처리 필터(131)를 사용한 것을 특징으로 한다. 멤브레인(membrane) 필터에서 정수 후 남은 물 즉 폐수의 경우 이미 침전 필터(12) 및 선카본 필터(124)를 거친 상태이므로 오히려 원래 공급되는 물보다 오염도에 있어서는 더 낮을 수도 있고 실질적으로 낮다. 다만 문제가 되는 것은 멤브레인 필터(125)에서 정수과정에서 발생한 이온을 다량 포함하고 있으므로 음용수로서 사용되기에 부적합할 수도 있고 또한 이러한 이온을 다량 포함한 물을 다시 멤브레인 필터를 통과시키는 경우 멤브레인 필터의 수명에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 멤브레인 필터에서 버려진 물을 다시 사용할 수 있느냐의 여부는 실질적으로 포함된 이온의 처리문제와 밀접하게 관련된다고 할 수 있다. 상기 고안에서 제시된 재처리필터(131)는 중공사막 필터를 사용하며 이는 0.01 내지 0.014 ㎛정도의 크기를 가진 기공이 형성된 필터로서 오염 물질을 걸러내는 효과를 가진 필터이며 이온 교환 필터는 유기 화학 물질을 제외한 대부분의 중금속 및 암모니아성 질소, 질산성질소, 염소이온 등의 제거 능력을 가진 필터를 사용한다. 또한 위의 '농축수 재활용 타입의 가정용 정수기'에서 개시된 고안은 특별한 필터링 수단을 사용하지 않는다.
위와 같이 재처리필터(131)로서 중공사막 필터를 사용하는 경우 오염도를 낮출 수 있는 효과는 있지만 실제로 문제가 되는 이온의 처리 효과는 크지 않을 뿐만 아니라 일반적인 이온 교환 필터를 사용하는 경우 실지로 물 속의 이온 제거 능력이 없으므로 멤브레인 필터를 통과한 물의 이온 농도가 원수보다 현저히 높아져서 멤브레인(membrane)의 투과량이 현저히 줄어드는 경우 조기 침전 현상으로 인하여 멤브레인 필터를 자주 교환해 주어야 하므로 이러한 문제점을 해결하기 위하여 폐수를 주기적으로 배출하여야 한다. 또한 재처리필터(131) 자체를 자주 교환해 주어야 할 뿐만 아니라 결과적으로 멤브레인 필터(125)의 수명에도 영향을 미칠 수 있다. 즉 폐수를 재활용 할 수는 있지만 재처리 필터(131) 및 멤브레인 필터(125)를 자주 교체해 주어야 하는 새로운 문제를 발생시키며 또한 멤브레인 필터(125)의 정수 능력에 영향을 미쳐 오히려 음용수로서 부적합 할 수도 있다. '폐수 없는 역삼투압 정수 장치'에서는 이온 농도가 높아진 물의 처리 방안으로서 원수 폐수 탱크 출수구(113)를 별도를 두고 있지만 이러한 경우 버려져야 할 폐수의 이온 농도를 측정할 수 있는 별도의 수단이 필요할 뿐더러 결국 일정량의 물을 버려져야 한다.
본 발명은 상기와 같은 제 문제를 해결하기 위한 발명으로서 아래와 같은 목적을 가진다.
첫째로 본 발명은 멤브레인 필터의 정수 과정에서 버려지는 물의 완전한 재사용을 목적으로 한다. 폐수의 재사용은 일반적으로 알려진 방법이지만 본 발명에서는 간단한 장치로서 재 사용할 수 있는 두 가지 방식을 제공한다. 먼저 멤브레인 필터에서 버려지는 물을 적당한 공급 라인을 이용하여 냉수 유입구 또는 온수 유입구로 바로 연결하는 방법과 두 번째 방법으로 버려지는 물을 적당한 공급 라인을 이용하여 일단 유입구를 통하여 공급되는 물과 합쳐지도록 하는 3방향 커넥터로 공급하는 방식이다. 본 발명에서는 공급라인 상에 별도의 배출구 등을 필요로 하지 않는다. 재사용을 위한 공급라인 상에는 단지 필터만을 장착하며 별도로 공급을 위한 별도의 펌프 또는 이온 농도의 측정 장치를 필요로 하지 않는다. 또한 완전한 폐수의 재사용을 위하여 공급 라인을 직접 유입구 또는 3 방향 커넥터로 연결한다.
둘째로 본 발명은 멤브레인 필터의 수명을 감소시키지 않으면서 재 사용되는 물이 멤브레인(membrane)의 투과량과 조기 막힘 현상에 전혀 영향을 주지 않는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 일반적으로 멤브레인 필터의 정수 처리 후 남은 물은 높은 이온 농도를 지니게 된다. 이러한 물이 별도의 처리 수단을 거치지 않고 전체 정수 처리 과정으로 재 공급되는 경우에는 전체적인 필터의 수명을 감소시킬 뿐만 아니라 정수 능력 자체에도 영향을 미치게 된다. 또한 지나치게 높은 이온 농도를 가진 물은 음료수로도 적합하지 않을 수 있다. 본 발명에서는 폐수의 재 사용 시 발생하는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 특별한 필터를 사용한다. 본 발명에서 사용되는 필터는 양이온과 음이온을 H2O로 변환시키는 역할을 하며 이러한 변환으로 인하여 재 사용되는 물은 이온 농도가 낮아지고 또한 전체 정수과정에서 사용되는 필터의 수명 또는 정수 능력의 감소를 방지하게 될 뿐만 아니라 재 사용되는 물이 음료수로서 사용하기에 적합한 물이 되도록 한다.
셋째로 본 발명은 기존의 정수기에 변형을 가하지 않고 간단하게 재사용할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 기존의 정수기에 필터를 구비한 공급 라인을 추가하는 것에 의하여 폐수의 재사용을 가능하게 한다. 그러므로 기존의 정수기를 변형시킬 필요가 없을 뿐만 아니라 이미 사용 중인 정수기에도 본 발명에서 제공하는 재사용을 위한 공급라인만을 장착하는 것에 의하여 재사용을 가능하게 한다.
아래에서 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 설명한다.
본 발명의 구성을 아래에서 도면을 중심으로 설명한다. 본 명세서에서 제시된 도면은 하나의 실시 예로서 주어진 것이며 본 발명의 장치는 실시 예로서 도면에서 제시되는 장치에 한정되지 않는다는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
도 2는 온수 또는 냉수 유입구로 직접 농축수의 공급 라인이 연결된 본 발명에 따른 정수기의 전체적인 연결 관계를 도시한 것이다.
정수기로의 물의 공급은 냉수 유입구(20a)와 온수 유입구(20b)를 통하여 이루어지며 유입구(20a, 20b)로 공급된 물은 2방향 밸브(21a, 21b)를 통과하여 적당한 공급관을 경유하여 가압 펌프(22)를 거쳐 침전 필터/프리카본 필터(23)로 공급된다. 침전 필터/프리 카본 필터(23)를 통하여 걸러진 물은 RO멤브레인필터(Reverse Osmosis Membrane Filter) 멤브레인(membrane) 필터(24)로 공급되며 멤브레인(membrane) 필터(24)에서 정수된 물은 공급관을 통하여 음용수로 제공되지만 정수되지 못한 물은 버려지게 된다. 도 2에서 도시된 것처럼 냉·온수 유입구(20a, 20b)와 멤브레인 필터(24) 사이의 공급 경로에 필요한 장치 또는 다른 필터를 장착할 수 있다. 냉·온수 유입구(20a, 20b)에 공급되는 물의 압력은 평균 20 내지 40(psi)이 되므로 침전 필터/프리카본 필터(23)를 통과한 물을 압력을 높이기 위하여 가압 펌프(22)를 사용할 수 있다. 가압 펌프(22)를 사용하는 경우 일반적으로 물의 압력은 약 100(psi)이 되며 차후 물의 공급이 원활하도록 만든다. 멤브레인 필터(24)를 통하여 정수된 물은 기존의 정수기에서와 동일한 방식으로 포스트 카본 필터(25)를 거쳐 정수 탱크(27)로 공급되며 사용자의 필요에 의하여 배출구(28)를 이용하여 제공된다.
멤브레인 필터(24)에서 정수되지 않은 물은 본 발명의 특징을 이루는 적당한 공급 라인을 통하여 내추럴 필터(26)로 공급된다. 내추럴 필터(26)는 여러 개의 필터로 구성된 장치로서 구체적인 형태와 구성 필터의 실시 예는 도 4에 도시되어 있다. 내추럴 필터(26)는 비재생형 폴리셔를 필수적으로 구비하고 있으며 필요에 따라 활성탄 또는 UF(Ultra Filtration, 한외(限外)여과)필터 필터를 추가적으로 구비할 수 있다. 이러한 내추럴 필터(26)의 역할은 멤브레인 필터(24)의 정수 과정에서 발생한 고농도의 이온을 포함한 물로부터 이온을 흡착하면서 양이온은 H+로 음이온은 OH-로 만들면서 중성인 물(H2O)로 변환시킨다. 즉 멤브레인 필터(24)로부터 버려지는 물의 이온 농도를 현저하게 낮추는 역할을 한다. 멤브레인 필터(24)를 통과한 물은 이미 침전 필터/프리 카본 필터(23) 등을 통과하여 일차적으로 정수된 상태이므로 유입구(20a, 20b)로 공급되는 물보다 오히려 깨끗한 물이다. 다만 이들 물에 비하여 이온 농도가 현저하게 증가되어 있으므로 사용하기에 부적절할 뿐만 아니라 다시 정수하는 경우 필터의 수명에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 멤브레인(24) 필터로부터 방출되는 물이 내추럴 필터(26)를 통과하도록 한다. 이러한 필터링 과정을 통하여 폐수는 재-사용을 위한 적합한 조건을 구비하게 된다. 위와 같은 방식으로 내추럴 필터(26)를 통과한 물은 공급관을 통하여 2방향 밸브(21a, 21b)로 공급되고 유입구(20a, 20b)로 공급되는 물과 합쳐져서 다시 정수 과정을 거치게 된다. 합쳐진 물은 유입되는 물에 비하여 오염도가 낮을 뿐만 아니라 이온 농도가 현저하게 낮추어지거나 적어도 유입되는 물과 동일한 이온 농도를 가진 물이기 때문에 필터의 정수 능력이나 수명에 전혀 영향을 미치지 않게 된다. 2방향 밸브(21a, 21b)로의 공급관의 연결은 적당한 연결 캡을 이용하여 이루어지며 냉수 유입구(20a) 또는 온수 유입구(20b) 어느 쪽으로도 연결할 수 있다. 필요에 따라 공급관의 연결부의 적당한 곳에 개폐 장치를 설치할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 정수기의 다른 실시 예를 도시한 것이다. 도 3에서 제시된 정수기는 도 2에 제시된 장치를 변형하여 3방향 커넥터(30)를 추가적으로 구비하고 있다는 점이다. 이러한 추가적인 3방향 커넥터(30)의 설치는 유입구(20a, 20b)를 통하여 공급되는 물의 양을 용이하게 조절할 수 있고 폐수와 유입되는 원수가 적절하게 혼합되도록 할 수 있다.
도 4의 (가)는 본 발명에 따른 정수기에서 사용되는 폐수 필터 장치를 도시한 것이며 (나)는 내추럴 필터가 구비된 폐수의 재사용을 위한 공급라인의 실시 예를 도시한 것이다.
폐수의 재사용을 위한 공급라인에서 사용되는 내추럴필터는 비재생형 폴리셔라는 물질을 사용하며 이는 기존의 이온 교환 수지와는 달리 H+ 와 OH-를 사용하여 물로 환원시켜 물의 이온 농도를 감소시키는 역할을 한다. 멤브레인 필터는 공급되는 물이 필터의 특성으로 인하여 이온성 물질은 대부분이 통과하지 못하고 순수한 물만 통과할 수 있도록 한다. 그러므로 멤브레인 필터의 정수과정에서 버려지는 폐수는 초이온량(TDS)이 증가하게 되므로 음료수로서의 사용이 부적합할 뿐만 아니라 다시 정수과정에 공급되는 경우 전체적인 필터의 수명 및 정수 능력에 영향을 미치게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 4의 (가)에 도시된 것과 같은 필터를 사용한다. 이로서 폐수는 전혀 방출될 필요 없이 완전히 이용하게 될 수 있고 또한 다른 필터 또는 멤브레인(membrane) 필터의 수명에 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 오히려 일차적으로 정수된 물을 다시 정수함으로서 필터의 수명이 연장될 수도 있다. 다만 내추럴 필터는 주기적으로 교환해 줄 필요가 있다. 즉 내추럴필터는 교환 가능한 형태로 만들어지며 또한 정수기에 설치되어야 한다. 적절한 밀폐 수단을 갖춘 개폐가 가능한 하우징(40)을 이용함으로서 내추럴 필터의 구성 필터를 교체할 수 있다. 또한 하우징 내부에 설치되는 필터는 필요에 따라 여러 가지 필터가 될 수 있다. 다만 비재생형 폴리셔는 필수적으로 구비되어야 한다. 도 4의 (가)에서는 실시 예로서 활성탄 및 MF(Micro Filtration, 정밀(精密)여과)필터가 설치된 형태를 도시하였다.
도 4의 (나)는 본 발명의 정수기에 설치되는 폐수 재활용 공급 라인을 도시한 것이다. 공급 라인은 필수적으로 내추럴 필터(26)를 구비하고 있으며 냉수 유입구(20a) 및 온수 유입구(20b)에 설치되는 3방향 커넥터(30)에 연결하기 위한 연결 캡(41)을 추가적으로 구비하고 있다. 물론 다른 필터를 구비할 수도 있지만 장치의 간단함을 위해서는 필수적인 것은 아니다. 또한 연결 캡(41)은 필요에 따라 다른 연결 수단으로 대체할 수 있다. 공급 라인에 도시된 다른 쪽 연결 캡(도면부호 미도시)은 멤브레인 필터(24)에 연결된다. 이와 같은 공급 라인을 이용하여 기존에 사용되는 정수기에서 버려지는 폐수를 이용할 수도 있다. 물론 새로 제작되는 정수기의 경우에는 이와 같은 공급 라인을 별도로 제작할 필요 없이 멤브레인(membrane) 필터와 3방향 커넥터(30)에 직접 연결되어 일체형으로 제작할 수도 있다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 정수기는 아래와 같은 효과를 가진다.
첫째로 본 발명에 따른 정수기를 사용하는 경우 버려지는 물이 전혀 발생하 지 않음으로 물 부족 사태에 크게 기여하는 효과를 가진다. 본 발명에 따른 장치를 구비하지 않는 경우 또는 다른 재-사용 장치의 경우에 발생하는 버려지는 물은 다른 용도를 사용될 수도 있지만 별도의 공급라인을 필요로 하는 불편함으로 인하여 대개는 사용되지 않고 버려지고 있다. 그러나 본 발명에 따른 정수기의 경우 전혀 버려지는 물이 없으므로 물 부족에 대한 효과적인 보완책이 될 수 있다.
둘째로 본 발명에 따른 장치는 기존 정수기에 특별한 변형을 가하지 않고 쉽게 물을 다시 사용할 수 있도록 하는 효과를 지니므로 실제로 낭비되는 물의 양으로 인한 비용 발생과 비교할 때 정수기의 유지·관리 비용을 절감하는 효과를 가진다. 기존 정수기의 경우에도 단지 본 발명에 따른 공급라인과 연결 수단을 구비하는 것에 의하여 물의 재사용이 가능하다는 점은 본 발명이 지닌 또 다른 장점이 될 것이다.
셋째로 본 발명에 따른 정수기의 경우 멤브레인 필터 등 정수기에 사용되는 전체적인 필터의 수명을 연장시키는 효과를 가진다. 즉 일차적으로 정수된 물을 다시 사용함으로서 전체적인 필터의 내구성을 증가시키는 효과를 가져올 수 있다. 다만 본 발명에 따른 정수기를 사용하는 경우 내추럴 필터만을 주기적으로 교환해 주기만 하면 된다. 이러한 내추럴 필터의 교환은 물 절약 비용과 비교할 때 전체적인 비용의 절감 효과를 가져올 것이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 폐수를 재사용할 수 있도록 하는 순환식 정수기에 있어서,
    상기 순환식 정수기는 비재생형 폴리셔(polisher)를 필수적으로 구비한 내추럴 필터(26)와;
    정수가 완료되지 않은 물이 상기 내추럴 필터(26)를 거쳐 3방향 커넥터(30)로 또는 냉,온수 유입구(20a,20b)에 설치된 2방향 밸브(21a,21b)로 유입되도록 하는 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수를 재사용하는 순환식 정수기
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 내추럴 필터(26)는 필수적으로 구비되는 비재생형 폴리셔 이외에 활성탄 및 MF(Micro Filtration, 정밀(精密)여과)필터를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수를 재사용하는 순환식 정수기.
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