KR100730025B1 - 빗물을 이용한 음용수처리시스템 및 그 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우천시 여과 처리 후 저수된 빗물을 다시 미분해성 및 부유성 오염물질, 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 여과 제거하고, 또한 살균과 색도/탁도를 제거 처리하여 고품질의 음용수로 재활용하기 위한 것으로서, 초기빗물이 배제되고 비교적 큰 협잡물과 토사 및 부유물을 제거한 다음 제1저수조에 저장하며, 이후 여과장치를 통해 미세한 탁도 성분을 제거 처리한 다음 제2저수조에 저장하는 구성을 포함하고; 상기 제2저수조로부터 송출되는 빗물 중에서 미분해성 및 부유성 오염물질, 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 제거하여 고도의 여과수를 생산하고, 처리수탱크로 송출하는 한외여과모듈; 상기 여과수를 살균하고 색도/탁도를 제거 처리하여 고품질의 음용수로 생산하며, 처리수순환탱크로 보내 저장하고, 다시 순환되는 음용수를 반복 처리하는 산화처리장치; 그리고 상기 처리수순환탱크의 음용수를 음용수저장탱크로 보내는 송출장치를 포함하는 빗물을 이용한 음용수처리시스템 및 그 처리방법을 제안한다.

우수, 빗물, 여과, 한외여과모듈, 산화처리, 백워싱, AOP

Description

빗물을 이용한 음용수처리시스템 및 그 처리방법{DRINKING WATER TREATMENT SYSTEM USED IN RAINWATER AND METHOD FOR DISPOSAL}

도 1은 본 발명의 빗물을 이용한 음용수처리시스템을 도시한 전체 구성도이고,

도 2는 본 발명에 의한 음용수 여과 처리 공정을 도시한 순서도이며,

도 3은 본 발명에 의한 백워싱 공정을 도시한 순서도이다.

본 발명은 빗물을 음용수로 이용하기 위한 방안으로서, 우천시 여과 처리 후 저수된 빗물을 다시 미분해성 및 부유성 오염물질, 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 여과 제거하고, 또한 살균과 색도/탁도를 제거 처리하여 재활용함으로써, 물이 부족한 지역 특히 도서지방에 고품질의 수자원 및 음용수를 공급할 수 있도록 하는 빗물을 이용한 음용수처리시스템 및 그 처리방법에 관한 것이다.

우리나라는 세계적으로 볼 때 물부족 국가에 속해 있고, 이를 해결하기 위한 효율적인 수자원의 확보 및 활용 방안이 시급히 요구되고 있는 실정이며, 그 대안(代案)으로는 빗물을 효율적으로 이용하는 방법들이 다각적으로 검토 및 개발되고 있다.

그러나 사계절이 뚜렷하고 특히 여름철에 강우가 집중되는 우리나라에서는 빗물을 효율적으로 이용하는 방안이 결코 쉽지 않은 일이다. 또한 빗물은 대기중의 여러 오염물질을 함께 씻어내리며 지표면에서도 각종 오염물질을 함께 가지고 이동하므로, 이러한 빗물을 이용하기 위해서는 오염 문제가 선결되어야만 한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로서는 갈수기의 물부족을 대비하여 빗물을 저장하는 저장탱크가 있으며, 수질을 향상시키기 위한 처리방법으로는 초기우수배제장치, 침전물배출장치, 여과장치, 확산형소독장치 및 산소공급장치 등이 개시되어 있다.

또한 빗물을 저장 및 활용하는 방법으로서 학교, 공공시설 및 가정 등에서는 저장탱크를 만들어 빗물을 저장하고, 저장된 물을 생활용수나 조경용수 및 소방용수로 활용하고 있다.

또 다른 예로서 최근의 대규모 주택단지에서는 생활 환경을 개선하기 위하여 빗물을 모아 연못이나 단지내 하천으로 흐르도록 하고 다양한 생물들이 서식할 수 있도록 하는 생태공원을 조성하고 있다.

그러나 종래의 빗물 저장 및 활용방법들은 단순히 빗물을 모아 저장한 후 생활용수, 조경용수, 공업용수, 소방용수 혹은 생태공원 내의 저수로 공급하는데 그치고 있을 뿐이고, 빗물에 포함된 이물질이나 오염물질을 효과적으로 제거하지 못하고 있는 실정이며, 더 나아가 고품질의 수질 처리가 필요한 음용수로서는 더욱 이용하지 못하고 있는 실정이다.

우리나라는 도서지방에서 현재까지도 많은 지역이 물부족으로 어려운 실정에 있으며, 이를 해결하기 위하여 빗물을 보다 고품질로 처리하여 음용수로 이용하기 위한 연구가 실시되고 있지만, 현재 그 초기 단계이다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특히 빗물을 저수하고 고품질로 처리하여 음용수로 이용할 수 있도록 하는 새로운 방안을 제안함에 그 목적을 두고 있다.

또한 본 발명은 1차적으로 선 여과 처리된 후 저수된 빗물을 다시 2차 및 3차에 걸쳐 여과, 살균 및 색도/탁도를 제거 처리하여 인체에 무해한 고품질의 음용수를 획득함으로써, 물이 부족한 도서지방에 안전한 음용수를 제공할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

상기 목적에 따라, 본 발명에서는 초기빗물이 배제되고 비교적 큰 협잡물과 토사 및 부유물을 제거한 다음 제1저수조에 저장하며, 이후 여과장치를 통해 미세한 탁도 성분을 제거 처리한 다음 제2저수조에 저장하는 구성을 포함하고; 상기 제2저수조로부터 송출되는 빗물 중에서 미분해성 및 부유성 오염물질, 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 제거하여 고도의 여과수를 생산하고, 처리수탱크로 송출하는 한외여과모듈; 상기 여과수를 살균하고 색도/탁도를 제거 처리하여 고품질의 음용수로 생산하며, 처리수순환탱크로 보내 저장하고, 다시 순환되는 음용수를 반복 처리하는 산화처리장치; 그리고 상기 처리수순환탱크의 음용수를 음용수저장 탱크로 보내는 송출장치를 포함하는 빗물을 이용한 음용수처리시스템을 제안한다.

또한 상기 처리수탱크의 여과수를 한외여과모듈의 상부로 강제 역류시키는 백워싱배관과 백워싱펌프를 구비하고, 아울러 한외여과모듈의 최하부로 공기를 투입하는 에어펌프를 구비하여, 상기 한외여과모듈의 중공사막에 누적된 이물질을 제거 처리하는 백워싱수단을 더 포함하여 이루어진다.

아울러 상기 백워싱수단은 약품처리탱크에 저장된 세정수 약품을 한외여과모듈로 순환시켜 약품 세정을 실시하도록 하는 구성을 더 포함할 수 있다.

또한 바람직하게 본 발명에서는 초기빗물이 배제되고 비교적 큰 협잡물과 토사 및 부유물을 제거한 다음 제1저수조에 저장하며, 이후 여과장치를 통해 미세한 탁도 성분을 제거 처리한 다음 제2저수조에 저장하는 제1단계; 상기 제2저수조로부터 송출되는 빗물 중에서 미분해성 및 부유성 오염물질, 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 제거하여 고도의 여과수를 생산하고, 상기 여과수를 처리수탱크로 송출하는 제2단계; 상기 처리수탱크로부터 송출된 여과수를 살균하고 색도/탁도를 제거하여 음용수를 생산하고 처리수순환탱크로 보내 저장하며, 다시 순환되는 음용수를 반복 처리하는 제3단계; 상기 처리수순환탱크의 음용수를 음용수저장탱크로 보내 저장하는 제4단계를 포함하는 빗물을 이용한 음용수처리방법을 제안한다.

한편 본 발명의 한외여과모듈을 지속 사용시 내부 중공사막이 막히게 된다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 처리수탱크의 여과수를 강제 역류시키고 아울러 공기를 투입하여, 상기 한외여과모듈의 이물질을 제거 처리하는 백워싱 과정을 실시한다.

또한 본 발명에서는 약품처리탱크에 저장된 세정수 약품을 한외여과모듈로 순환시켜 약품 세정을 실시할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 빗물을 이용한 음용수처리시스템의 전체 구성을 보여주고 있으며, 도 2는 본 발명의 음용수처리 과정을 보여주고 있다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 빗물을 이용한 음용수처리시스템은 크게 하늘에서 떨어진 빗물을 모아 잠시 정체 및 흘려보내는 빗물집수정(1)과, 상기 빗물집수정(1)에서 공급되는 빗물 중에서 비교적 큰 협잡물과 토사 및 부유물을 제거 처리하는 오염물질제거조(3)와, 상기 오염물질제거조(3)로부터 공급되는 빗물을 저장하는 제1저수조(5)와, 상기 제1저수조(5)에서 펌핑 공급된 빗물을 여과 처리하여 미세한 탁도 성분을 제거 처리하는 여과장치(7)와, 상기 여과장치(7)로부터 공급된 빗물을 장기간 저장하는 제2저수조(9)를 포함하여 이루어진다.

빗물은 건축물의 지붕이나 옥상, 혹은 도로, 지면 등에서 집수되고, 더욱 별도의 집수수단을 설치하여 효율적인 집수를 실현할 수 있으며, 이렇게 집수된 빗물은 집수배관(11a)을 통하여 유입되고 방류배관(11b)을 통하여 흘러가게 된다.

빗물집수정(1)에는 저수배관(11c)이 연결되어서 오염물질제거조(3)로 연결된다. 오염물질제거조(3)에서는 내부에 스크린을 구비하여 빗물 중에서 쓰레기, 휴지, 낙엽, 조약돌 등의 비교적 큰 협잡물을 제거하고, 또한 빗물 중에서 토사 및 부유물을 자연 침전에 의해 제거하기 위하여 빗물의 체류 시간을 수분(1~5분) 정도 로 설계한다.

한편, 빗물집수정(1)에는 초기 빗물에 함유된 유해물질을 제거하기 위하여, 우천시 최초 10~60분까지의 빗물을 배제하여 방류하는 초기빗물배제장치를 설치한다. 이를 위하여 저수배관(11c)에 밸브(13)를 설치하고, 빗물집수정(1)에 빗물배제센서(15)를 설치 구성하며, 상기 밸브(13)를 조절하는 제어부를 설치하여 구성한다. 상기 제어부는 우천시 초기 10~60분 동안 저수배관(11c)의 밸브(13)를 폐쇄하여 빗물집수정(1)의 초기 빗물이 방류되도록 한다. 또한 초기 빗물 배제가 완료된 후 반대로 밸브(13)를 개방하여 빗물을 오염물질제거조(3)로 유입한다.

오염물질제거조(3)에서 처리된 빗물은 제1저수조(5)로 보내져 저장된다. 제1저수조(5)의 빗물은 제1저수조(5)와 여과장치(7)의 사이에 설치된 펌프(17)를 이용하여 펌핑되고, 여과장치(7)에 의해 1차로 여과 처리된 후 제2저수조(9)에 저장된다.
여과장치(7)는 일반적으로 잘 알려진 마이크로필터, 활성탄필터 등을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 적은 아니며 빗물을 1차로 전처리할 수 있는 일반적인 모든 필터를 사용하는 것이 가능한 것이다.

제2저수조(9)로부터 송출되는 빗물은 본 발명의 목적에 따라 다시 2차 여과 처리되고, 3차로 살균과 색도/탁도를 제거 처리하여 고품질의 음용수로 재처리되어 이용된다.

본 발명은 제2저수조(9)의 빗물을 음용수처리펌프(18)와 음용수처리배관(19)을 통해 송출하고, 2차 여과 처리를 위하여 한외여과모듈(21)을 구비하여 이루어진다.

한외여과모듈(21)은 고도처리시설의 핵심처리시설이며, 미분해성 및 부유성 오염물질을 완벽하게 제거하고 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 제거하여 고도의 처리수를 생산하는 막분리 장치이다. 한외여과모듈(21)은 직경 2mm의 중공사막을 구비하여 이루어진 외압식 멤브레인 모듈로서, 아웃사이드로 유입된 빗물은 중공사막을 거치면서 불용불순물과 각종 세균류를 제거하여 정수 처리하며, 상부의 투과액 라인으로 여과 처리된 빗물을 배출한다.

한외여과모듈(21)에서 배출된 여과수는 음용수처리배관(19)을 통해 처리수탱크(23)로 보내져 일시적으로 저장된다.

이후, 3차 살균/소독과 색도/탁도를 제거 처리하기 위하여 본 발명에서는 산화처리장치(25)를 구비하여 이루어진다. 처리수탱크(23)의 여과수는 순환펌프(27)에 의해 펌핑되어 순환배관(27a)을 통해 공급 및 순환되는 것이다.

산화처리장치(25)는 일명 AOP 챔버(Advanced Oxidation Process Chamber)라고도 불리우며, 내부에 자외선발생부를 두고 오존 가스를 공급하며, 내부를 다단으로 구획하여 빗물이 통과되게 함으로써, 상기 자외선과 오존을 이용한 살균/소독 작용이 이루어진다.

산화처리장치(25)에서 처리된 여과수는 처리수순환탱크(29)로 보내져 저장되고, 또한 상기 순환펌프(27)에 의해 반복적으로 순환 처리되어 진다.

상기한 2차 한외여과모듈(21)과 3차 산화처리장치(25)에 의해 퍼펙트하게 여과, 살균/소독 및 탈색, 탈취된 여과수는 최종적으로 송출장치(31)에 의해 펌핑되어 음용수탱크(도시생략)로 보내져 저장된다. 여기서 송출장치(31)는 펌프와 송출배관을 모두 포함한다.

한편, 본 발명의 한외여과모듈(21)은 2차 여과 공정을 장시간 지속할 경우, 이물질에 의해 내부의 중공사막이 막히게 되며, 그 결과 여과 효율이 점차 떨어질 수 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 본 발명에서는 백워싱(back washing)수단을 제안하고 있으며, 그 공정은 도 3에 잘 표시되어 있다.

백워싱수단은 음용수 여과 처리 공정 중에 주기적으로 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 음용수 여과 처리를 30-60분 실시하고, 백워싱 처리를 1-2분 실시하는 것이다.

백워싱수단은 처리수탱크(23)에 일시 저장된 여과수를 한외여과모듈(21)로 강제 역류시켜 중공사막에 누적된 이물질을 분리 제거함으로써 중공사막의 포어(pore)를 복원하는 것이며, 이때 한외여과모듈(21)의 최하부로부터 공기를 투입하여 분리된 이물질의 부상 배출을 극대화하고, 백위싱된 물은 외부로 드레인한다.

이를 위하여 상기 백워싱수단은 처리수탱크(23)로부터 한외여과모듈(21)의 상부 입출구 까지 백워싱배관(35)을 연결 설치하고, 처리수탱크(23)로부터 인출된 백워싱배관(35) 상에 백워싱펌프(37)를 설치하며, 한외여과모듈(21)의 최하부에 연결된 에어배관(41)에 공기를 발생하여 공급하는 에어펌프(39)를 연결 설치하고, 상기한 음용수처리배관(19)과 백워싱배관(35) 및 에어배관(41)에 다수개의 제어밸브(MV1 - MV5)를 설치하여 이루어진다.

또한 본 발명에서는 백워싱수단의 다른 예로서, 한외여과모듈(21)의 여과 효율이 계속 떨어져 지속적으로 저하될 경우, 세정제 약품을 투입하여 순환시킴으로써 한외여과모듈(21)의 중공사막에 부착된 오염물을 제거할 수 있다.

이러한 약품 처리 공정도 역시 음용수 여과 처리 공정 중에 주기적으로 실시 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 음용수 여과 처리를 1일 - 2주일 동안 한 다음, 약품처리 공정을 40℃에서 30분 동안 실시하는 것이다.

약품수는 금속이온봉쇄제의 일종으로서, 인산염류, 유기산류 및 NaOCl를 주성분으로 한다.

이를 위하여 본 발명의 백워싱수단은, 약품처리탱크(33)를 포함하고, 약품처리탱크(33)와 한외여과모듈(21)의 사이에 약품수배관(34a)를 연결하며, 한외여과모듈(21)로부터 약품처리탱크(33) 상부로 연결되는 약품수순환배관(34b)를 설치하고, 상기 약품수배관(34a)과 약품수순환배관(34b) 및 음용수처리배관(19)에 다수개의 제어밸브(MV6 - MV9)를 설치하여 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 백워싱수단의 작동을 아래 표 1에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

제어밸브	MV1	MV2	MV3	MV4	MV5	MV6	MV7	MV8	MV9	MV10
여과처리	O	C	O	C	C	C	C	C	O	O
백워싱	C	O	C	O	O	C	C	C	C	O
약품처리	O	C	C	C	C	O	O	O	C	C

상기 표 1에서 O는 밸브 오픈(개방) 상태이고, C는 밸브 클로즈(폐쇄) 상태이다.

본 발명에서는 상기 제어밸브(MV1 - MV10)를 조절하기 위하여 제어부를 포함하고 있으며, 제어부는 타이머를 구비한다.

상기 표 1을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명은 음용수 여과 처리 공정을 실시 중일때, 제어밸브 MV1, MV3, MV9, MV10이 오픈되고 MV2, MV4-MV8이 클로즈된 상태를 유지하며, 그 결과 제2저수조(9)의 빗물을 한외여과모듈(21)로 보내 미분해성 및 부유성 오염물질, 그리고 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 제거하여 고도의 여과수를 생산하고, 상기 여과수를 처리수탱크(23)로 보내 저장하게 된다.

또한 본 발명에서는 30-60분 동안의 음용수 여과 처리 후, 1-2분 동안 백워싱을 하게 되는데, 이때 제어밸브 MV2, MV4, MV5, MV10이 오픈되고 MV1, MV3, MV6-MV9가 클로즈된 상태를 유지하며, 그 결과 처리수탱크(23)의 물을 강제 역류시키고 동시에 에어를 투입하여 한외여과모듈(21)의 중공사막을 백워싱한다. 이때 백워싱된 처리수는 MV2를 통하여 드레인된다.

또한 본 발명에서는 1일-2주일 동안의 음용수 처리 후, 40℃에서 30분 동안 약품수 처리를 하게 되는데, 이때 제어밸브 MV1, MV6-MV8이 오픈되고 MV2-MV5, MV9, MV10이 클로즈된 상태를 유지하며, 그 결과 약품처리탱크(33)의 약품수를 강제 순환시켜 한외여과모듈(21)의 중공사막을 약품 세정하게 되는 것이다. 이때 약품 세정된 처리수는 약품수순환배관(34b)를 통하여 리턴된다.

이상에서 설명한 실시 형태를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 빗물을 이용한 음용수처리시스템 및 그 처리방법은 빗물을 저수하고 고품질로 처리하여 음용수로 이용할 수 있도록 하는 새로운 방안을 제안하고 있다.

또한 본 발명에 의하면, 제2저수조의 빗물을 2차 및 3차에 걸쳐 여과, 살균 및 색도/탁도를 제거 처리함으로써, 인체에 무해한 고품질의 음용수를 얻을 수 있으며, 그 결과 물이 부족한 도서지방에 안전한 음용수를 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 초기빗물이 배제된 후 유입되는 빗물 중에서, 비교적 큰 협잡물과 토사 및 부유물을 오염물질제거조를 통해 제거하고, 상기 빗물을 제1저수조에 저장하며, 이후 여과장치를 통해 미세한 탁도 성분을 1차로 제거 처리한 다음 제2저수조에 저장하는 구성을 포함하고;

   상기 제2저수조로부터 송출되는 빗물 중에서 미분해성 및 부유성 오염물질, 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 2차로 제거하여 고도의 여과수를 생산하고, 상기 여과수를 처리수탱크로 송출하는 한외여과모듈;

   상기 처리수탱크의 여과수를 살균하고 색도/탁도를 3차로 제거 처리하여 고품질의 음용수로 생산하며, 처리수순환탱크로 보내 저장하고, 다시 순환되는 음용수를 반복 처리하는 산화처리장치;

   상기 제2저수조에서 처리수순환탱크 까지 연결되는 음용수처리배관과, 상기 음용수처리배관에 설치되어 빗물을 강제 송출하는 음용수처리펌프;

   상기 처리수순환탱크에서 산화처리장치로 연결되는 순환배관과, 음용수를 순환시키는 순환펌프;

   상기 처리수순환탱크의 음용수를 음용수저장탱크로 보내는 송출장치; 그리고

   상기 처리수탱크의 여과수를 한외여과모듈의 상부로 강제 역류시키고 아울러 한외여과모듈의 최하부로 공기방울을 투입하여, 상기 한외여과모듈의 중공사막에 누적된 이물질을 제거 처리하는 백워싱수단을 포함하는 빗물을 이용한 음용수처리시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 백워싱수단은 처리수탱크로부터 한외여과모듈의 상부로 연결된 백워싱배관과, 상기 백워싱배관에 설치된 백워싱펌프와, 한외여과모듈의 최하부에 연결된 에어배관과, 공기를 발생하여 공급하는 에어펌프와, 음용수처리배관과 백워싱배관 및 에어배관에 설치되어 역류되는 백워싱 여과수를 유도 및 조절하는 다수개의 제어밸브를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 빗물을 이용한 음용수처리시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 백워싱수단은 한외여과모듈로 세정제 약품을 공급하는 약품처리탱크와, 상기 약품처리탱크와 한외여과모듈의 사이에 연결되는 약품수배관 및 약품수순환배관과, 상기 약품수배관과 약품수순환배관 및 음용수처리배관에 설치되어 투입 및 순환되는 약품수를 유도 및 조절하는 다수개의 제어밸브를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 빗물을 이용한 음용수처리시스템.
5. 초기빗물이 배제된 후 유입되는 빗물 중에서, 비교적 큰 협잡물과 토사 및 부유물을 오염물질제거조를 통해 제거하고, 상기 빗물을 제1저수조에 저장하며, 이후 여과장치를 통해 미세한 탁도 성분을 1차로 제거 처리한 다음 제2저수조에 저장하는 제1단계;

   상기 제2저수조로부터 연결된 음용수처리배관에 한외여과모듈을 설치하여, 송출되는 빗물 중에서 미분해성 및 부유성 오염물질, 콜로이드성 고분자 유기물 및 각종 세균을 2차로 제거하여 고도의 여과수를 생산하고, 상기 여과수를 처리수탱크로 송출하는 제2단계;

   상기 처리수탱크로부터 연결된 음용수처리배관에 산화처리장치를 설치하여, 여과수를 살균하고 색도/탁도를 3차로 제거하여 음용수를 생산하고 처리수순환탱크로 보내 저장하며, 다시 순환되는 음용수를 반복 처리하는 제3단계;

   상기 처리수순환탱크의 음용수를 음용수저장탱크로 보내 저장하는 제4단계;

   처리수탱크의 여과수를 한외여과모듈의 상부로 강제 역류시키고 아울러 한외여과모듈의 최하부로 공기방울을 투입하여, 상기 한외여과모듈의 중공사막에 누적된 이물질을 제거 처리하는 제5단계를 더 포함하는 빗물을 이용한 음용수처리방법.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서, 약품처리탱크의 세정제 약품수를 강제 순환시키면서 한외여과모듈의 중공사막을 약품 세정하는 제6단계를 더 포함하는 빗물을 이용한 음용수처리방법.

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