KR100760817B1 - 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치 - Google Patents
무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 주로 산간 오지에 설치되어 있는 마을 상수도 또는 소규모 급수시설과 같은 간이급수시설의 물을 살균 처리하는 살균장치로서, 기존의 독성과 부식성이 강한 염소계 소독약품을 투입하여 살균처리하는 염소소독장치를 역겨운 소독약품 냄새와 발암성 소독부산물 생성이 없는 유수형광촉매살균장치로 대체하고, 자치단체 사무실로부터 원거리 마을에 산재된 다수의 간이급수시설을 일일이 방문 또는 전화로 확인하여 관리하던 방식을 관리자가 원거리 현장에 가지않고 사무실 컴퓨터에서 인터넷을 활용하여 실시간으로 간이급수시설을 관리할 수 있는 간이급수시설 무인통합관리 유수형광촉매살균장치에 관한 것이다.
무인통합관리, 유수형광촉매살균장치, 간이급수시설, 배관소독시스템
Description
도 1은 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 관리자의 컴퓨터를 통해 다수의 DBP(data base provider)와 로컬제어부가 설치된 간이급수시설 유수형광촉매살균장치의 운전정보를 관리하는 무인통합관리솔루션의 개념을 설명하는 그림
도 3은 유수형광촉매살균장치를 구성하는 광촉매살균부와 우회배관시스템에 대한 부품 및 배관 구성을 개괄적으로 설명하는 도면
도 4는 광촉매살균부를 구성하는 부품에 대한 조립도와 배관소독시스템 구성을 설명하는 도면
도 5는 석영관을 고정하는 석영관고정부와 테프론패킹의 구조 및 석영관 유출 방지를 위한 안전마개를 설명하는 도면
도 6은 로컬제어부와 DBP가 설치된 판넬부의 각부품 연결도와 신호 및 제어를 설명하는 도면
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명부호설명>
2: 자외선램프, 3: 광촉매코팅담체, 4: 타공판, 5: 석영관,
10: 관형반응기, 11: 플랜지부
20: 입구부, 21: 입구부연결플랜지, 25: 입구유니언
30: 헤드부, 35: 헤드부커버, 35a:출력선보호관고정구
40: 석영관고정부,
41: 고정하우징, 42: 테프론패킹, 43: 패킹압축부, 44: 안전마개
50: 출구부
51: 센서연결구, 52: 수질측정센서, 54: 출구유니언
60: 우회배관시스템
61a: 입구부밸브, 61b: 출구부밸브, 61c: 우회밸브, 66: 배출밸브
70: 배관소독시스템
71: 소독약품투입밸브, 75: 소독약품투입정량펌프, 76: 소독약품저장탱크
90: 광촉매살균장치부
100: 유수형광촉매살균장치
110: 프레임부, 120: 로컬제어부, 130: 보호구조물
140: 저수탱크, 140a: 수위표시부, 140b: 수위센서
150: 취수펌프, 150a: 취수펌프 제어스위치
200: 판넬부, 210: DBP, 220: TCP/IP서버, 230: 데이콤DB서버
240: 관리자컴퓨터, 250: 무인통합관리솔루션
300: 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치
본 발명은 주로 지방 상수도가 공급되기 어려운 산간 오지의 마을에 식수 및 생활용수를 공급하기 위해 설치된 마을상수도와 소규모급수시설의 별칭으로 불리는 간이급수시설의 물을 살균처리하는 무인통합관리 유수형광촉매살균장치(300)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간이급수시설 물을 살균함에 있어서 부식성 및 독성이 강한 염소계 소독약품을 투입하는 염소소독장치는 잦은 고장과 역겨운 악취 및 발암성 소독부산물질(트리할로메탄, THMs)이 생성되는 문제점이 있어 이용 주민의 민원발생이 많았다. 상기의 문제점을 해결하기 위해 소독약품을 사용하지 않고, 자외선과 광촉매 반응에 의해 생성된 OH라디칼의 강력한 산화력으로 세균을 살균시키는 유수형광촉매살균장치(100)를 사용하여 잔고장과 역겨운 악취 발생 및 발암성 소독부산물질 생성이 없는 간이급수시설 살균장치를 제공하는 것과, 상기의 간이급수시설이 산간 오지 마을에 설치되는 특성상 자치단체 관리자가 다수의 간이급수시설을 직접방문 또는 전화로 일일이 관리하기 어려운 현실적인 문제점을 자치단체 관리자의 사무실에서 원격으로 모니터링하고, 필요시 제어할 수 있는 간이급수시설 무인통합관리 유수형광촉매살균장치에 관한 것이다.
기존의 간이급수시설의 살균장치로 사용하는 염소투입 살균장치는 저장탱크 상부에 설치된 약품 투입펌프를 이용해 염소계 소독약품을 투입하거나, 클로로칼키 타블렛 등의 고체 약품을 투입하는 형태이다. 이들 약품이 조해성과 부식성이 강해 염소투입장치의 투입구가 막히거나, 부식으로 인한 투입장치의 고장이 빈번히 발생하여 간이급수시설의 살균처리가 중단되고, 또한 간이급수시설 관리자가 정기적(매일 또는 주일, 월 단위)으로 약품 투입기 상태 및 약품 잔량을 확인하고 보충해 주어야 하나, 간이급수시설이 설치되는 장소가 주로 산간 오지지역의 마을로 젊은 사람들이 떠나버려 대부분 고령의 주민들만 있고, 또한 간이급수시설이 설치되는 장소가 대부분 마을의 위치보다는 비교적 높은 곳이 설치되어 있어 나이 많은 노인들이 독성이 강한 약품을 교환하고 보충하는 등의 업무를 하기에는 어려움이 많아 소독약품 교체가 제때 이루어지지 않거나, 잔고장이라도 대처하기 어려워 관리가 제대로 이루어지지 않기 때문에 살균시설이 작동 불능상태이거나, 과량 투입으로 인한 역겨운 소독냄새로 인한 주민들이 사용상 고통을 호소하는 경우와, 과소 투입으로 살균 처리되지 않는 물이 가정으로 공급되어 전염병 발병 위험이 많았다.
이처럼 간이급수시설의 살균장치는 전문관리자 상주 없이 운전되기 때문에 고장이 없고, 유지 관리하기가 쉬우며, 역겨운 악취 발생 및 발암성 소독부산물질의 생성이 없는 비잔류성 소독설비로 대체되어야 할 필요성이 있었다.
상기한 문제점 중 과량 또는 과소 투입으로 역겨운 소독냄새발생과 소독력 저하로 인한 소독중단을 해소하기 위한 방안으로 살균에 필요한 적정량의 소독약품을 투입할 수 있는 살균장치에 대한 개발을 추진하여 많은 진보가 있어 정확한 투입량과 변화되는 운전조건에 대응할 수 있는 유량 연동형 자동약품투입기가 개발되어 왔다.
그러나 잔류염소를 정확하게 조절하기 위해서는 잔류염소 측정센서와 연동된 소독약품자동투입기가 약품 투입량 결정에 필요한 pH 측정기, 잔류염소측정기, 온도계, 전기전도도계, 저장탱크 수위측정기 등 다양한 측정값을 얻기 위한 다양한 측정장비를 구비하여야 하므로 복잡하고, 설치비용이 급격한 증가로 지방자치단체의 비용부담을 가중시키는 문제점과, 사용하는 각종 정밀센서가 염소의 부식성으로 인한 수명이 짧고 비싸기 때문에 살균시스템을 유지관리하기 위한 경제적 부담이 있으며, 염소 약품 투입장치가 막히거나, 잦은 고장으로 살균장치를 자주 교체해야 하는 점과 정기적으로 약품 보충 및 교체해야 하는 문제점과 소독약품 사용에 따른 역겨운 소독약품 냄새와 발암성 소독부산물이 발생하는 등 원천적인 문제점을 해소할 수 없고 유량 연동형 자동약품투입기를 설치하여 잔류염소를 정확하게 조절하여 기존 염소투입 살균장치의 일부 문제점이 해소되더라도 결국 살균장치 설치비 및 유지관리 비용 증가를 초래하면서도 효과가 미미하여 소독약품을 투입하지 않는 유수형광촉매살균장치에 대한 필요성이 있었다.
자치단체는 관내 원거리에 위치한 수십 ~ 수백 개의 간이급수시설을 관리하는데 많은 행정력을 필요로 하고 있다. 관내 간이급수시설에 설치된 살균장치의 정상 가동 여부를 확인하기 위해서는 일일이 이장 또는 통장 등 관리자에게 전화를 이용하여 확인하여야 하거나, 관리자가 간이급수시설을 직접 방문하여 살균장치의 정상 가동 여부를 확인해야하는 문제점이 있어, 많은 시간이 소요되는 불편함과 이에 따른 행정력의 낭비가 있었다.
이처럼 지방자치단체 간이급수시설의 효율적인 관리를 위해서는 간이급수시설 현장에 가지않고 운전상태를 모니터링하고, 필요시 제어할 수 있는 무인통합관 리시스템이 필요하지만 기존의 염소살균장치는 복잡한 구조로 완전 자동화하기가 어렵고, 자동화한다 할지라도 설치 및 유지관리 비용이 많아 현실성이 없으며, 또한 잦은 고장에 따라 관리대상 소독시설이 고장상태로 모니터링 된다면 이전에는 고장 유무를 알 수 없었기 때문에 지나칠 수 있었지만 고장 사실을 알고도 방치할 수밖에 없어 오히려 관리자의 혼란을 가중시킬 수 있다.
무인통합관리시스템이 설치된 간이급수시설 살균장치는 고장 유무를 실시간으로 파악되기 때문에 자치단체별로 수십~수백 개에 달하는 간이급수시설을 실질적으로 관리하기 위해서는 간이급수시설 살균장치는 고장이 없고, 내구성이 강하고, 안정적으로 가동할 수 있는 유수형광촉매살균장치(100)에 대한 필요성이 증대되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 간이급수시설 살균장치가 염소투입에 의해 발생 되는 역겨운 소독약품 냄새와, 발암성 소독부산물 발생, 잦은 고장으로 인한 소독 중단 및 소독장치 교체에 따른 비용 증가와 행정력 낭비, 비교적 수질이 좋은 지역이지만 살균을 위한 소독약품 투입으로 이용주민들의 불만과 주기적으로 독성이 강한 소독약품을 보충하는 등 여러 문제점을 해결할 수 있는 소독약품을 사용하지 않고 물을 살균시키는 유수형광촉매살균장치(100)와, 상기의 유수형광촉매살균장치(100)의 가동상태를 자치단체 사무실 관리자컴퓨터(240)에서 모니터링 할 수 있고, 필요시 제어할 수 있는 수 있는 무인통합관리 솔루션(250)으로 무인통합관리 가능한 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(300)에 관한 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 기존 간이급수시설의 물을 염소계 소독약품 투입으로 역겨운 소독약품 냄새와 발암성 소독 부산물이 발생되는 염소소독장치 대신에 자연 그대로의 생수를 살균처리하여 공급할 수 있는 유수형광촉매살균장치(100)와, 상기 유수형광촉매살균장치(100)를 비, 바람, 먼지, 동물로부터 보호하고 잠금가능한 출입문이 있는 보호구조물(130)과, 상기 유수형광촉매살균장치(100)를 지면에 견고하게 고정하는 프레임부(110)와, 상기 유수형광촉매살균장치(100)를 수동으로 제어하는 로컬제어부(120)와, 상기의 유수형광촉매살균장치(100)로부터 수집된 데이터를 TCP/IP서버(220)를 통해 데이콤DB(데이타베이스)서버(230)로 보내는 DBP(Data Base Provider)(210)와, 상기 DBP(210)와 로컬제어부(120)가 설치되는 판넬부(200)와, 상기 DBP(210)를 통해 간이급수시설 취수펌프(150)와 저장탱크(140)와 유수형광촉매살균장치(100) 등의 운전정보를 모니터링하고 제어할 수 있게하는 무인통합관리솔루션(250)으로 구성되어 있는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(300)에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명의 유수형광촉매살균장치(100)가 간이급수시설에 설치가능 위치 및 설치도를 상세하게 나타내었으며, 기존의 염소투입 살균장치가 반듯이 저장탱크 상부에 설치되어야 하는 것과 달리 상기 유수형광촉매살균장치(100)는 저장탱크(140)에서 각 가정까지 연결된 공급배관(65) 중에서 각 가정으로 분기 되기 전의 마을에서 가까운 지역의 공급배관(65)에 설치되기 때문에 최대한 마을에서 가까 운 위치에 설치되어 기존의 염소투입 살균장치에 비해 접근이 용이하여 관리하기 쉬운 장점이 있다.
본 발명의 간이급수시설 무인통합관리 유수형광촉매살균장치(300)의 제어시스템은 DBP(210)가 탑재된 판넬부(200)와, 관리자 사무실에서 제어할 수 있는 무인통합관리솔루션(250)으로 구성되어 있다.
상기의 판넬부(200)는 유수형광촉매살균장치(100)를 현장에서 수동제어 및 모니터링 할 수 있도록 자외선램프(2) 제어스위치(123) 및 수명계수기(121)와, 램프점등표시램프(122), 램프안정기(124), 메인스위치(125), 전압계(127) 및 전류계(126)와, 간이급수시설을 제어할 수 있는 취수펌프 제어스위치(150a), 소독약품투입밸브(71)제어스위치(71a), 소독약품투입정량펌프(75)제어스위치(75a), 배출밸브(66)제어스위치(66a)와, 간이급수시설 운전정보를 확인할 수 이는 유량표시부(67a), 수질표시부(52a), 저장탱크(140) 수위표시부(140a)와, 간이급수시설 운전정보를 수집하여 인터넷망으로 송수신하는 DBP(210)를 포함하여 구성된다.
상기 DBP(210)는 간이급수시설 저장탱크(140) 수위 및 취수펌프(150) 가동상태, 유수형광촉매살균장치(100) 가동상태 등의 운전정보를 입출력하는 입력 및 출력부(211, 212)와, 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환시키는 A/D컨버터(215)와, 상기 디지탈 신호를 처리하는 MCU(micro control unit)(214)와, 상기 유수형광촉매살균장치(100) 운전정보를 인터넷 망의 데이콤 DB서버(230)로 전송하는 TCP/IP모듈(213)로 구성되어 있다.
상기의 DBP(210)는 자외선램프(2)가 점등시 램프안정기(124)에서 방출하는 1~10 V 내외의 전기신호를 수신하여 살균장치의 동작상태만을 모니터할 수 있도록 하는 것과, 수질측정센서(52), 저장탱크 수위센서(140a), 유량계(67)처럼 각 측정장치에서 측정된 값에 비례하여 송출하는 4~20mA 아날로그 신호 값을 수신하여 디지탈 신호로 변환시키는 A/D컨버터(215)를 통해 정량화된 값으로 모니터링 하는 것이 가능하다.
또한, DBP(210)에 설치된 임베디드 AVR GCC(Army Volunteer Reserves Gulf Cooperation Council)프로그램에 의해 TCP/IP모듈(213)의 TCP/IP WIZnet 3150A 칩에서 인터넷 모뎀을 통해 TCP/IP 서버(220)로 유수형광촉매살균장치(100) 운전정보를 10초 간격으로 송신하여 실시간으로 관리가 가능하다.
상기 무인통합관리솔루션(250)은 DBP(210)에서 인터넷 모뎀을 이용해 송출된 신호를 TCP/IP서버(220)를 통해 데이콤DB서버(230)로 정보를 보내고, 상기 데이콤DB서버(230)는 TCP/IP서버(220)에서 보내온 정보를 각 DB테이블별로 분리저장하고, 상기 데이콤DB서버(230)에 저장된 DBP(210)에서 송출된 자료는 Web MCS(Management Control System) 및 NET MCS 전용프로그램이 설치된 사무실 관리자컴퓨터(240)로 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(100)를 원격 관리할 수 있게 한다.
본 발명에 의하면, Web MCS(Management Control System) 및 NET MCS 전용프로그램이 설치된 관리자컴퓨터(240) 모니터에는 관내 다수의 간이급수시설에 대한 운전상태를 확인할 수 있도록 위치정보, 살균장치가동, 취수펌프가동, 수질측정값 등에 대한 정보를 한 줄씩 동시에 나타내고, 관리자가 특정지역의 간이급수시설에 대해 자세한 정보를 확인 또는 인위적으로 조정하고자 하는 경우는 특정 간이급수시설을 클릭하면 선택한 간이급수시설의 주요시설이 자세하게 그려진 간이급수시설 계통도(240a)와 일반정보를 담고 있는 일반정보표시부(240b)가 표시된 화면으로 전환된다.
상기의 간이급수시설 계통도(240a)는 간이급수시설 저장탱크 수위센서(140a)로부터 받은 신호에 따라 저장탱크 수위가 변화되는 저장탱크 수위표시부(미도시)와, 취수펌프(150)의 고장 및 가동상태를 확인할 수 있는 취수펌프 가동/정지 표시부(미도시)와, 수질측정센서(52)로부터 받은 수질측정값 표시부(미도시)와, 오염물질 유입시 저장탱크(140) 물을 배출시킬 수 있는 배출밸브(66) 가동/정지 표시부(미도시)와, 유수형광촉매살균장치(100)의 자외선램프(2) 가동상태를 확인할 수 있는 자외선램프 점등/소등 표시부(미도시)와, 자외선램프 잔존수명 표시부(미도시)와, 배관소독을 위한 소독약품투입밸브(71)와 소독약품투입정량펌프(75) 가동/정지 표시부(미도시) 등이 표시되어 있고, 상기의 간이급수시설 계통도(240a)에 표시된 정보를 확인하거나, 상기 특정 표시부의 장비를 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 관리자는 상기의 관리자컴퓨터(240) 모니터에 표시된 계통도(240a)의 특정 표시부의 가동/정지를 선택하면 간이급수시설의 DBP(210)의 출력부(212)로 연결된 릴레이(미도시)를 통해 각 장치에 연결된 제어스위치에 의해 전원을 차단하여 정지시키거나, 또는 공급하여 가동시키는 조작이 가능하다.
상기의 간이급수시설의 일반정보를 담고 있는 일반정보표시부(240b)는 설치 장소, 간이급수시설 살균장치 이력 및 정비기록, 관리자 성명 및 연락처 등 일반적 인 정보가 기록이 가능하다.
본 발명의 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(300)는 저장탱크(140)에서 가정으로 공급되는 물을 살균시키는 유수형광촉매살균장치(100)와, 상기 유수형광촉매살균장치(100) 출구부(50) 이후부터 각 가정의 수도꼭지에 이르는 배관 내부를 소독할 수 있는 배관소독시스템(70)과, 상기 유수형광촉매살균장치(100)는 저장탱크(140)에서 가정으로 공급되는 물을 살균시키는 광촉매살균장치부(90)와, 상기 광촉매살균장치부(90)의 정비를 위해 분리시에도 가정으로 물을 공급할 수 있게 하는 우회배관시스템(60)으로 구성되어 있다. 도 3에 상기의 유수형광촉매살균장치(100)에 대한 자세한 구조를 나타내었다.
상기의 유수형광촉매살균장치(100)는 저장탱크의 물이 광촉매살균장치부(90) 내부에 자외선램프(2)를 보호하는 석영관(5)과 관형반응기(10)사이에 충전된 광촉매코팅담체(3)를 통과하면서 자외선 영역의 빛을 받아 광촉매 표면에서 발생된 OH라디칼의 강력한 산화력에 의한 살균작용과 자외선에 의한 살균작용이 동시에 발현되어 1회 통과만으로 100% 살균처리가 가능한 간단한 구조이고, 부식성과 독상이 강한 기존의 소독약품을 사용하지 아니함으로 악취 및 발암성 소독 부산물이 없는 자연 그대로의 생수를 공급할 뿐만 아니라 잔고장이 적고, 수명이 길어 산간 및 오지지역의 간이급수시설을 무인관리 하기에 적합한 살균장치이다.
상기의 광촉매살균장치부(90) 내부에 충전되는 광촉매코팅담체(3)는 자외선 영역의 빛을 받으면, 일반적으로 강한 산화제로 알려진 오존이나, 과산화수소보다 강하고, 자연계에서 가장 강력한 산화력이 있는 불소(F) 다음가는 OH라디칼이 생성 된다. 상기의 OH라디칼이 가지는 에너지 준위(120kcal/mol)가 대부분의 유기물을 이루는 C-C(83kcal/mol), C-H(99kcal/mol), C-O(84kcal/mol), C-N(73kcal/mol) 등의 결합에너지 준위보다 크기 때문에 OH라디칼은 세균의 생명을 유지하는 세포막과 효소 등을 파괴하는 원리로 세균에서 배출하는 독소도 분해할 수 있으며, 내성균 발생없이 살균처리가 가능하다.
도 4에는 광촉매살균장치부(90)의 조립도를 나타내었다. 상기의 광촉매살균장치부(90)는 자외선램프(2)가 삽입 가능한 길이의 관 한쪽 끝에는 헤드부(30)가 용접되고, 다른 한쪽 끝에는 입구부(20)가 연결되는 플렌지부(11)가 용접되고, 상기 헤드부(30) 가까운 측면에 출구부(50)가 부착된 관형반응기(10) 형태이다.
상기 관형반응기(10)의 플랜지부(11) 내부에 광촉매코팅담체(3) 크기보다 작은 구멍이 있는 타공판(4)을 부착하여 상기 광촉매코팅담체(3)가 유실되지 않도록 하였다.
상기의 관형반응기(10) 측면부에 설치된 출구부(50)는 소독약품투입밸브(71) 및 시료채취밸브(57)를 연결하는 소형티연결구(56)와, 상기 소형티연결구(56)는 연결구(55)에 연결되고, 상기 출구부(50)에는 수질측정기(미도시) 센서연결구(51)가 설치되고, 상기 출구부(50)에 가까운 관형반응기(10) 한쪽 끝은 석영관(5)을 고정하는 석영관고정부(40)가 부착되는 헤드부(30)로 구성되어 있다.
상기 석영관고정부(40)는 패킹고정부(41b)가 있는 고정하우징(41)과, 상기 패킹고정부(41b)와 석영관(5) 사이의 테프론패킹(42)을 압축시키는 패킹압축부(43)와, 상기의 석영관(5)이 유수형광촉매살균장치(100) 내의 압력에 의해 패킹압축 부(43) 밖으로 유출되는 것을 방지하는 안전마개(44)와, 상기 안전마개(44)는 자외선램프(5) 출력선(미도시)를 고정하는 출력선고정부(44a)를 포함하여 구성된다.
상기 출력선고정부(44a)는 상기 유수형광촉매살균장치(100) 운전중에 석영관고정부(40)를 보호하고, 출력선을 보호하는 출력선보호관고정구(35a)가 있는 헤드부커버(35) 열더라도 자외선 유출로 인한 작업자의 피해를 막을 수 있도록 하였다. 또한 상기의 헤드부커버(35)와 안전마개(44)를 분리하는 것만으로 유수형광촉매살균장치(100) 해체없이 석영관(5) 내부에 있는 자외선램프(2)를 쉽게 교환할 수 있는 구조이다.
기존의 자외선살균장치는 장시간 사용함에 따라 자외선램프(2)를 보호하는 석영관(5) 외표면이 오염되면 자외선 조사량이 감소되어 살균효율이 감소되기 때문에 석영관 외표면을 주기적으로 청소하여야 하였다. 그러나 본 발명의 광촉매살균장치부(90)는 석영관(5) 외표면을 광촉매로 코팅처리 하여 상기 석영관(5) 외표면에 부착되는 오염물질을 분해하여 장시간 운전에도 석영관(5)을 깨끗하게 유지할 수 있어 살균효율을 오래 유지할 수 있고, 상기 광촉매살균장치부(90)를 해체하여 석영관(5) 세척하는 빈도를 줄여 유지관리 비용 및 살균중단 시간을 줄일 수 있다.
일반적으로 배관 중간에 설치되는 유수형살균장치는 고장이나 수리를 위해 해체를 해야 할 경우 저장탱크 밸브를 잠그고 배관에 들어있는 물을 배출시킨 후 살균장치를 분리하여야하므로 가정에 물공급 중단 및 다량의 물이 유출되는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 유수형광촉매살균장치(100)에서는 상기의 광촉매살균장치부(90)를 철거하더라도 각 가정으로 물을 중 단없이 공급할 수 있는 우회배관시스템(60)을 설치하여 편리하게 사용할 수 있도록 하였다. 도 3에는 상기 우회배관시스템(60)이 설치된 유수형광촉매살균장치(100)에 대해 자세하게 나타내었다.
상기의 우회배관시스템(60)은 상기 광촉매살균장치부(90) 입구부 및 출구부(20, 50)에 연결된 입구 및 출구유니언(25, 54)과, 상기 입구 및 출구유니언(25, 54)을 통해 연결된 입구부 및 출구부밸브(61a, 61b)와, 상기 입구부 및 출구부밸브(61a, 61b)의 이격 거리에 맞게 공급배관(65)을 절단하여 삽입 설치된 입구 및 출구티(63, 64)와, 상기 입구 및 출구티(63, 64) 사이는 연결배관(65a)에 설치된 우회밸브(61c)와, 상기 입구 및 출구티(63, 64)의 직각방향연결구(63a, 64a)로 상기 입구부 및 출구부밸브(61a, 61b)로 연결하는 수직배관(65b)으로 구성된다.
상기 우회배관시스템(60)은 상기 광촉매살균장치부(90) 철거를 위해 입구부 및 출구부밸브(61a, 61b)를 닫아 광촉매살균장치부(90)로 공급되는 물을 차단하고, 연결배관(65a)에 설치된 우회밸브(61c)를 열면, 상기 입구 및 출구유니언(25, 54)을 분리하여 상기의 광촉매살균장치부(90)를 철거하더라도 각 가정으로 물을 중단없이 공급하면서 광촉매살균장치부(90)를 정비할 수 있는 장점이 있다.
상기 광촉매살균장치부(90)에 있어서, 금속재질의 관형반응기(10)에 파손되기 쉬운 석영관(5)을 높은 압력에 누수없이 견고하게 고정하는 것이 매우 중요하다. 상기의 관형반응기(10) 한쪽 끝부분 헤드부(30) 중앙에 고정되어 석영관(5)을 고정하는 고정하우징(41)에 고무재질 오링(O-ring)의 탄성을 이용하여 기밀을 유지하는 경우 자외선에 의한 고무가 노화되어 탄성을 잃고 딱딱해져서 누수되거나, 오 링 교환시에 눌러 붙어 석영관을 파손시키는 문제점을 해결하기 위해 고무재질보다 딱딱하면서 자외선에 노화되지 않는 불소수지 재질인 테프론패킹(42)을 사용하여 오랜 기간 사용할 수 있도록 하였다.
본 발명의 테프론패킹(42)은 불소계 수지로서 자외선에 강한 특성이 있지만 고무재질보다 딱딱하여 석영관처럼 깨지기 쉬운 소재에 패킹으로 사용하기 위해서는 도 5 에 도시한 구조와 고정장치가 필요하다. 상기 테프론패킹(42) 단면부(42a)가 "V"를 뒤집은 형상이고, 상기 테프론패킹(42) 하단부(42c)가 상단부(42b) 각도 보다 1~10도 정도 크게 가공하고, 상단부(42b) 상부 뽀족한 부분을 평평하게 잘라낸 구조로 가공하여, 상기의 테프론패킹(42)을 적층시키면 각 테프론패킹(42) 사이에 상단부 및 하단부(42b, 42c) 각도 차이로 인한 빈공간이 생기게 된다. 이러한 구조적 특성을 갖는 한개 이상 테프론패킹(42)을 석영관(5)에 끼워 고정하우징(41)에 삽입한 다음 패킹압축부(43)의 수나사부(43a)와 고정하우징(41) 끝단의 암나사부(41a)을 이용하여 적층된 테프론패킹(42)을 압축하게 되면, 상기 테프론패킹(42) 하단부와 상단부(42b, 42c) 사이의 빈공간이 압축력을 받게되어 하단부(42c)가 상단부(42b) 경사면을 따라 아래로 밀리면서 고정하우징(41) 내면 패킹고정부(41b)와 석영관(5) 외벽을 향한 압축력에 의해 상기 석영관(5)을 금속소재에 기밀을 유지하며 고정할 수 있다.
기존 고무계통의 오링을 사용함에 따라 자외선에 의한 노화로 탄성이 줄어 누수현상 발생과 석영관(5)에 부착되어 교체과정에서 석영관(5)이 파손되는 등의 문제점을 자외선에 강한 테프론패킹(42)을 사용하여 장시간 안전하게 사용할 수 있 게 되어 산간 오지 지역에 설치되는 유수형광촉매살균장치(100)에 설치하여 패킹을 교환하는데 드는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
상기 고정하우징(41) 하부와(41c)와 패킹압축부(43)는 내부에 석영관(5) 직경보다 0.5~1.5mm 큰 구멍이 뚫어져 있어 석영관(5)이 자유롭게 드나들 수 있기 때문에 상기 고정하우징(41)와 패킹압축부(43) 사이에서 테프론패킹(42)의 압축력에 의해 석영관(5)이 고정하지만, 유수형광촉매살균장치(100)에 걸리는 압력에 의해 석영관(5)이 고정하우징(41) 밖으로 밀려나올 수가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 패킹압축부(43) 상단부 수나사부(43b)와 고정할 수 있는 금속이나 플라스틱 재질의 안전마개(44)를 설치하여 석영관(5)이 밀려나지 않도록 하고, 상기 안전마개(44) 중앙에 뚫린 출력선고정부(44a)로 자외선램프(2) 출력선(미도시)을 고정하고, 상기 고정하우징(41)에서 안전마개(44)를 분리하여 광촉매살균장치부(90)의 해체 없이 자외선램프(2)를 교환할 수 있으며, 상기 자외선램프(2) 출력선을 보호하는 보호관(미도시)을 고정하는 보호관고정구(35a)가 있고, 상기 광촉매살균장치부(90)의 자외선 유출 사고를 방지할 수 있는 헤드부커버(35)를 설치하여 안전성을 향상시켰다.
저장탱크 상부에 설치되는 염소 살균장치는 저장탱크가 민가에서 먼 곳에 설치되는 경우 살균장치 가동에 필요한 전기시설을 가설하거나, 태양광 발전시스템을 이용해야 하는 문제점이 있는 반면, 본 발명의 유수형광촉매살균장치(100)는 저장탱크(미도시)에서 마을 입구까지 연결된 공급배관(65) 중에서 각 가정으로 배관이 나눠지기 전 민가에서 가까운 지역에 설치되기 때문에 살균장치가 설치된 장소가 민가와 근거리에 위치하여 소요되는 전기설비 및 통신선로 가설이 쉽고, 유지관리가 쉬운 장점이 있다.
상기의 유수형광촉매살균장치(100)는 비잔류형 소독설비로서 저장탱크(140)의 수위에 관계없이 공급배관(65)으로 공급된 물속에 함유된 세균을 광촉매살균장치부(90)로 통과시켜 살균처리하여 깨끗한 물을 가정으로 공급할 수 있으나, 유수형광촉매살균장치(100)는 소독약품을 사용하지 않기 때문에 출구부(50)에서 가정에 이르는 공급배관(65)을 소독할 수 없는 특징이 있다.
본 발명의 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(100)는 출구부(50)부터 가정의 수도꼭지에 이르는 배관을 살균하기 위한 소독약품을 투입할 수 있는 배관소독시스템(70)을 도 4에 나타내었고, 상기 배관소독시스템(70)을 이용하여 공급배관(65) 소독이 필요시에 언제든지 공급배관(65) 내부 살균처리가 가능하다.
상기 배관소독시스템(70)은 소독약품저장탱크(76), 소독약품투입밸브(71) 및 소독약품투입정량펌프(75)를 연결하는 연결튜브(72, 73)로 구성되고, 상기 소독약품투입밸브(71)가 전자석으로 작동되는 솔레노이드밸브이거나, 전기모터로 작동되는 전동밸브 형태인 경우 배관 소독약품저장탱크(76)에 연결된 소독약품투입정량펌프(75) 및 소독약품투입밸브(71)를 현장에서 소독약품투입정량펌프 제어스위치(75a)와 소독약품투입밸브 제어스위치(71a)를 작동하여 가동시키거나, 사무실에서 무인통합관리솔루션(250)에 의해 DBP(210)에 연결된 상기 소독약품투입정량펌프 제어스위치(75a)와 소독약품투입밸브 제어스위치(71a)를 작동시켜 광촉매살균장치부(90)의 출구부(50) 연결구(55)를 통해 배관 소독약품을 투입하여 상기 출구 부(50)에서 가정까지 연결된 공급배관(65) 내부를 살균처리할 수 있다.
기존의 간이급수시설에서는 장마기간에는 빗물에 의해 흙탕물이 발생하여 취수원으로 유입되어 취수펌프(150)에 의해 저장탱크(140)로 유입되더라도 사용하는 주민의 수도꼭지에서 흙탕물이 관찰되기 전까지는 확인이 불가능하였다. 또한 갈수기에는 지표수의 수위가 낮아지면 오염된 지표수가 취수원으로 유입되어 각 가정에 공급되더라도 물의 색상 변화가 없고, 육안 또는 맛으로도 확인할 수 없으므로 오염된 물을 지속적으로 공급되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 오염물질이 간이급수시설로 유입되었을 때 확인할 수 있는 탁도, 전기전도도, TDS(Total dissolved solid, 전용존고형물함량) 등과 같은 수질을 측정할 수 있는 수질측정기(미도시)의 수질측정센서(52)를 광촉매살균장치부(90)의 출구부(50)에 있는 센서연결구(51)에 설치하여 수질측정값을 수질표시부(52a)에 표시하고, 상기 수질표시부(52a) 측정자료를 지속적으로 실시간 관리함으로써 오염된 지표수가 간이급수시설로 유입되어 각 가정으로 공급되지 않도록 관리할 수 있다. 오염된 물이 유입시 가정에 공급되지 않도록 상기 광촉매살균장치부(90) 입구부밸브(61a) 전단에 설치된 배출밸브(66)를 통해 배출시킬 수 있다.
상기의 배출밸브(66) 또한 사무실에서 현장에 가지않고 무인통합관리솔루션(250)에 의해 DBP(210)에 연결된 배출밸브(66) 제어스위치(66a)를 원격으로 조작하여 오염된 물을 외부로 배출시킬 수 있다.
본 발명에 있어서 수질오염을 사전에 감지하는 수질측정장치의 일례로서 TDS 측정기 센서는 일정거리에 있는 전극 사이를 흐르는 전기량으로부터 수중의 용존고 형물총량을 수치화한 값으로 증류수의 경우는 0 ppm 이고, 수도물은 41~130ppm, 오폐수는 500ppm을 초과하여 일반적으로 TDS 수치가 높으면 물속에 무기질 함량이 많거나 오염되었을 가능성이 있다는 것을 의미하기 때문에 각 취수원의 특성에 따라 다르게 나타나지만 일반적으로 평상시 측정된 값보다 증가될 때는 외부 오염물질이 유입된 것으로 보아도 무방하다.
이처럼 간이급수시설의 유수형광촉매살균장치(100)는 기존의 염소살균장치에 비해 구조가 간단하여 살균장치 가동에 필수적인 자외선램프(2)의 작동만 확인되면 살균처리가 정상적으로 가동됨을 인지하는 간단한 살균시스템으로 고장발생 빈도가 현저하게 적고, 수질변동까지 확인할 수 있는 장점이 있으며, 광촉매살균장치부(90) 이후에 유량계(67)를 설치하면 간이급수시설 주민이 물 사용량을 확인이 가능하여 간이급수시설 급수량 관리도 가능하다.
또한 무인통합관리솔루션(250)에 의해 각 장치들을 원격제어함과 동시에 간이급수시설의 유수형광촉매살균장치(100)에 문제 발생시 자치단체 관리자는 현장관리자에게 통보하여 즉각적인 조치가 가능하도록 하거나, 유지관리를 맡은 회사에 연락하여 조속한 정상화가 가능하고, 해당 간이급수시설에 대한 설치 및 정비관련 정보가 표시할 수 있어 간이급수시설 살균시설을 무인통합관리할 수 있는 최적의 살균장치이다. 또한 광케이블을 이용한 송신시스템을 채택하여 마을에서 급수시설까지 1km까지도 마을의 전화선을 이용한 인터넷 통신시스템이 가능하다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 내용만을 한정하여 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 내용 을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 기존의 간이급수시설의 염소살균장치는 발암성 소독잔류물 발생과 역겨운 소독냄새가 많고, 소독약품 투입장치의 고장으로 소독불능 상태가 많아 빈번한 소독중단사태가 발생하는 등의 문제점을 소독약품을 사용하지 않아역겨운 소독냄새와 잔고장이 없고, 유지관리가 쉬우며, 자연 그대로의 물을 공급할 수 있는 친환경적인 유수형광촉매살균장치(100)로 대체하고, 무인통합관리솔루션(250)을 이용하여 상기 유수형광촉매살균장치(100) 가동 및 수질상태와 취수펌프(150)와, 저장탱크(140) 수위 등의 간이급수시설 운전정보를 인터넷 망을 이용하여 자치단체 사무실 관리자컴퓨터(240)에서 실시간으로 확인 및 원격 제어할 수 있는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(300)를 제공한다.
Claims (6)
- 관리자가 간이급수시설을 직접 방문하지 않고 사무실 관리자컴퓨터(240)에서 인터넷 통신망을 이용하여 실시간으로 관리할 수 있는 다수의 간이급수시설 유수형살균장치에 있어서,상기 간이급수시설 유수형살균장치는 저장탱크(140)에서 가정으로 물을 공급하는 공급배관(65) 중간에 설치하여 소독약품 투입 없이 자외선이 조사된 광촉매코 팅담체(3)에서 발생된 OH라디칼에 의해 살균처리하는 유수형광촉매살균장치(100)이고;상기 유수형광촉매살균장치(100)를 보호하고 관리를 위해 잠금 가능한 출입문이 있는 밀폐된 보호구조물(130)과;상기 유수형광촉매살균장치(100)를 지면에 견고하게 고정하는 프레임부(110)와;상기 유수형광촉매살균장치(100)의 운전상태를 모니터링하고 제어하는 DBP(210)와 로컬제어부(120)가 설치된 판넬부(200)와;상기 유수형광촉매살균장치(100)의 운전정보를 관리자컴퓨터(240)에서 실시간 관리하는 무인통합관리솔루션(250)으로 구성된 것을 특징으로 하는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치.
- 제 1항에 있어서,상기 유수형광촉매살균장치(100)는 간이급수시설에서 물을 살균처리하는 광촉매살균장치부(90)와;상기 광촉매살균장치부(90)의 정비를 위해 공급배관(65)으로부터 분리시에 광촉매살균장치부(90)를 우회하여 가정으로 물을 공급하기 위한 우회배관시스템(60)과;간이급수시설에서 공급하는 물의 오염 여부를 확인할 수 있는 TDS, 전기전도도, 탁도 중 어느 하나를 측정하는 수질측정기(미도시)와;상기 광촉매살균장치부(90) 출구부(50)에서 가정에 이르는 공급배관(65)을 소독하기 위한 배관소독시스템(70)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치.
- 제 1항에 있어서,상기 무인통합관리솔루션(250)은 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(100)의 운전정보를 수집하고 가공하여 인터넷 모뎀 통해 송수신하는 DBP(210)와; 상기 DBP(210)로부터 보내온 운전정보를 저장하는 데이콤DB서버(230)와; 상기 데이콤DB서버(230)에 저장된 유수형광촉매살균장치(100)의 운전정보를 받아 관리할 수 있게 하는 관리프로그램이 설치된 관리자컴퓨터(240)로 구성되어 자치단체에 설치된 다수의 간이급수시설 유수형광촉매살균장치(100)를 원격 관리하는 것을 특징으로 하는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치.
- 제 2항에 있어서,상기의 광촉매살균장치부(90)는 자외선램프(2)가 삽입 가능한 길이의 관 한쪽 끝에 용접된 헤드부(30)와; 다른 한쪽 끝에 용접된 플렌지부(11)와; 상기 헤드부(30) 가까운 측면에 출구부(50)가 부착된 관형반응기(10) 형태이고,상기 헤드부(30) 중앙에 석영관(5)을 고정하는 석영관고정부(40)는 상기 석영관(5)을 고정하는 테프론패킹(42)이 삽입되는 고정하우징(41)와; 상기 고정하우징(41) 내부에는 테프론패킹(42)이 들어가는 패킹고정부(41b)와; 상기 패킹고정 부(41b)와 석영관(5) 사이의 공간에 한 개 이상 적층시킨 테프론패킹(42)을 압축하는 패킹압축부(43)와; 상기의 석영관(5)이 상기 광촉매살균부(90) 내부에 걸리는 압력에 의해 패킹압축부(43) 밖으로 유출되는 것을 방지하는 안전마개(44)를 포함하여 구성되고,상기 고정하우징(41)에 적층된 테프론패킹(42)을 패킹압축부(43)의 회전력에 의하여 누르게 되면 적층된 테프론패킹(42) 하단부(42c)가 상단부(42b) 경사면을 따라 밀리면서 패킹고정부(41b)와 석영관(5) 외벽 방향으로 밀어내는 압축력에 의해 석영관(5)을 고정하는 것을 특징으로 하는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치.
- 제 2항에 있어서,상기 유수형광촉매살균장치(100)의 우회배관시스템(60)은 우회밸브(61c)를 열고, 입구부 및 출구부밸브(61a, 61b)를 잠근 상태에서 입구 및 출구유니언(25, 54)을 분리하여 상기 유수형광촉매살균장치(100)에서 광촉매살균장치부(90)를 분리시에도 공급배관(65) 내부 물을 외부 유출 없이, 각 가정으로 물을 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 배관소독시스템(70)은 소독약품저장탱크(76), 소독약품투입밸브(71) 및 소독약품투입정량펌프(75)를 연결하는 연결튜브(72, 73)를 포함하여 구성되고,상기 소독약품투입밸브(71)는 전자석으로 작동되는 솔레노이드밸브이거나, 전기모터로 작동되는 전동밸브 형태이고,상기 배관 소독약품저장탱크(76)에 연결된 소독약품투입정량펌프(75) 및 소독약품투입밸브(71)를 현장에서 소독약품투입정량펌프 제어스위치(75a)와 소독약품투입밸브 제어스위치(71a)를 수동으로 작동하여 가동시키거나,무인통합관리솔루션(250)을 이용하여 사무실 관리자컴퓨터(240)에서 DBP(210) 출력단(212)에 연결된 릴레이(미도시)로 상기 소독약품투입정량펌프 제어스위치(75a)와 소독약품투입밸브 제어스위치(71a)를 작동시켜 광촉매살균장치부(90)의 출구부(50) 연결구(55)를 통해 배관 소독약품을 투입하여 상기 출구부(50)에서 가정까지 연결된 공급배관(65) 내부를 살균처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 무인통합관리 간이급수시설 유수형광촉매살균장치.
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| KR101267092B1 (ko) | 2011-11-02 | 2013-05-24 | 서울시립대학교 산학협력단 | 수질자동측정기기를 구비한 하수 월류수 소독시스템 |
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