KR100914188B1

KR100914188B1 - 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템

Info

Publication number: KR100914188B1
Application number: KR1020090035603A
Authority: KR
Inventors: 심종현
Original assignee: 다불산업주식회사
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2009-08-26

Abstract

본 발명은 중수 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물이나 건축물 주변에 내리는 중수를 집수하고 정화하여 재활용함으로써 수자원을 보호하고 물의 경제성을 높일 수 있으며, 중수를 이용하여 중수 처리 시스템에서 사용되는 전력을 자체적으로 공급할 수 있는 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 중수 처리 시스템에 있어서, 건축물에서 집수된 중수가 저장되고, 필요량이 배출되는 유량조정조와; 유량조정조로부터 중수를 공급받아 스크린부, 무산소조, 폭기조, 막분리조, 흡인펌프, 농축조를 통해 정화시키는 제1 정화수단과; 제1 정화수단을 통과한 중수가 저장되는 제1 저수조와; 건축물과 유량조정조 사이에 설치되는 낙하발전수단; 및 유량조정조와 제1 정화수단 사이에 설치되는 유수발전수단; 을 포함하는 중수 처리 시스템을 제공한다.

건축물, 중수, 유량조정조, 정화수단, 발전수단, 저수조, 브로워

Description

소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템{WASTE-WATER TREATMENT SYSTEM WITH GENERATION OF ELECTRIC POWER}

최근 급격한 에너지 가격 상승과 지구온난화에 대한 대책으로 환경 보전 및 친환경기술 개발을 위한 정부와 산업계의 움직임이 더욱 빨라지고 있다.

특히, 친환경 도시개발을 위한 중수도 시설, 우수이용시설, 신재생에너지 사용, 에너지 절약 등 다양한 친환경 기술 개발이 필요한 시기이다.

이에 부응하여 최근 친환경 건축물(Green Building)의 개념이 등장했다. 친환경 건축물이란 환경적으로 향상된 방법으로 설계, 건설, 운영, 철거되는 건축물 로써 에너지절약과 환경보전을 목표로 에너지부하 저감, 고효율 에너지설비, 자원재활용, 환경공해 저감기술 등을 적용하여 자연친화적으로 설계 건설하고 유지관리한 후 건물의 수명이 끝나 해체될 때에도 환경에 대한 피해가 최소화되도록 계획된 건축물을 말한다.

친환경 건축물의 대표적인 기술로는 에너지 부하를 줄이는 기술과 에너지 효율을 향상시키는 기술이다. 건물의 냉난방, 조명 등 건물의 유지관리를 위해 필요한 에너지의 사용은 환경오염 물질을 발생시키기 때문이다.

또한 건축물로부터 유발되는 각종 오염원의 발생을 줄이고 발생된 오염원에 대해 주위환경에 미치는 피해를 최소화시키기 위한 환경공해 저감기술이 뒷받침되어야 하며, 건축물로부터 나오는 폐자원을 재사용하거나 재생이 불가능한 자원의 경우에도 환경에 대한 피해가 최소화되도록 처리하는 기술 등이 중요하다.

특히, 중수도 시설은 한번 사용한 물을 어떠한 형태로든 한번 혹은 반복적으로 사용할 수 있는 물, 예를 들어 화장실 용수나 청소 용수 등으로 공급하기 위한 것으로, 최근 들어 중수도 시설을 시공하는 건축물이 많이 늘어나고는 있으나 이를 유지하기 위해 건물의 유지 및 보수 비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 중수 처리 시스템에서 기인되는 제반 문제점을 해결 보완하기 위한 것으로,

본 발명의 목적은 그냥 버려지는 중수를 집수하고 정화하여 수자원을 보호하고 물의 경제성을 높일 수 있는 중수 처리 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 중수를 이용하여 중수 처리 시스템에서 사용되는 전력을 자체적으로 공급할 수 있는 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템을 제공하는 데 있다.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면 중수 처리 시스템에 있어서, 건축물에서 집수된 중수가 저장되고, 필요량이 배출되는 유량조정조와; 유량조정조로부터 중수를 공급받아 스크린부, 무산소조, 폭기조, 막분리조, 흡인펌프, 농축조를 통해 정화시키는 제1 정화수단과; 제1 정화수단을 통과한 중수가 저장되는 제1 저수조와; 건축물과 유량조정조 사이에 설치되는 낙하발전수단; 및 유량조정조와 제1 정화수단 사이에 설치되는 유수발전수단; 을 구비한 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템을 제공한다.

제1 정화수단에는 유량조정조와 제1 저수조 및 농축조에 공기를 공급하는 제1 브로워와, 폭기조와 막분리조에 공기를 공급하는 제2 브로워가 포함되고, 제1 저수조로부터 중수를 공급받는 제2 저수조와, 제2 저수조에 저장된 중수를 정화시키는 고급산화처리부(Advanced Oxidation Process; A.O.P)를 포함하는 제2 정화수단이 포함되며, 스크린부와 무산소조 사이, 고급산화처리부와 제2 저수조 사이 중 어느 하나 또는 둘 이상에는 낙하발전수단이 마련되고, 흡인펌프와 제1 저수조 사이, 제1 저수조와 제2 저수조 사이, 제2 저수조와 고급산화처리부 사이 중 어느 하나 또는 둘 이상에는 유수발전수단이 마련되도록 구성될 수 있다.

건축물에는 태양광발전수단이 형성되도록 구성될 수 있다.

낙하발전수단, 유수발전수단, 태양광발전수단 중 어느 하나 또는 둘 이상에 의해 생산된 전력은 중수 처리 시스템 자체의 펌프 동력원으로 공급되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 중수 처리 시스템에 의하면, 건축물이나 건축물 주변에 내리는 중수를 집수하고 정화하여 재활용함으로써 수자원을 보호하고 물의 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 중수를 이용하여 건축물에서 사용하고자 하는 전력의 생산 및 건축물 냉방시스템의 냉각수나 화장실 용수, 청소용수 등으로 재활용함으로써 친환경적인 건축물의 설계가 가능하도록 하는 효과가 있다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들 도면은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템의 계통도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템은 크게 유량조정조(100)와 제1 정화수단(200), 제1 저수조(300), 제2 정화수단(400), 낙하발전수단(500) 및 유수발전수단(600)을 포함하여 구성된다. 여기서, 각각의 구성요소를 연결하여 중수의 이동을 안내하는 중수배관은 각각의 구성요소에 포함되는 개념이다. 즉, 하나의 구성요소로부터 다른 하나의 구성요소까지 중수를 안내하는 중수배관은 하나의 구성요소에 포함되는 개념이다.

유량조정조(100)는 건축물(B)에서 사용된 중수를 집수하고 필요한 양만큼 배출시키는 수단이다. 유량조정조(100)에는 유량조정조(100)의 내의 중수를 외부로 유출시키도록 펌핑력을 갖는 원수펌프(110)와 중수의 수위에 따라 원수펌프(110)의 작동을 제어할 수 있도록 수위감지센서(미도시)가 설치되어 있다. 즉, 수위감지센서(미도시)에 의해 유입된 중수의 수위 즉, 높고(HIGH), 낮음(LOW)을 감지하며, 감지신호에 따라 원수펌프(110)가 작동/정지됨에 따라 유량조정조(100) 내로부터 일정한 유량이 유출된다.

다시 말해, 유량조정조(100) 내의 중수 수위를 수위감지센서(미도시)가 감지하여 중수의 수위가 높은 상태(HIGH) 즉, 유량조정조(100) 내에 중수가 어느 정도 차 있으면 원수펌프(110)를 작동시켜 유량조정조(100) 내의 중수를 외부로 보내고, 중수의 수위가 낮은 상태(LOW)일 때에는 원수펌프(110)는 작동하지 않게 되어 건축물(B)로부터 공급되는 중수에 의해 유량조정조(100)의 수위가 높아지게 된다.

또한, 유량조정조(100)의 외측에는 하기에 서술하는 제1 브로워(270)가 설치되어 있으며, 제1 브로워(270)에서 발생되는 공기가 유량조정조(100)로 공급됨에 따라 유량조정조(100) 내의 중수는 수류현상이 발생된다.

한편, 건축물(B)에서 사용된 중수가 유량조정조(100)에 집수되기 전에 침사조(미도시)나 별도의 스크린(미도시)을 통해 중수에 포함된 모래나 작은 자갈(GRIT)들과 부유물을 제거하도록 구성될 수 있다.

제1 정화수단(200)은 유량조정조(100)로부터 공급된 중수에 포함되어 있는 침전물이나 부유성 오물, 유분이나 기타 오염물질을 분리, 제거하여 정화시키는 구성요소이며, 이미 공지되어 사용되고 있는 다양한 여과장치가 사용될 수 있다.

본 발명에서는 제1 정화수단(200)으로 스크린부(210), 무산소조(220), 폭기조(230), 막분리조(240), 흡인펌프(250), 농축조(260), 제1 브로워(270) 및 제2 브로워(280)를 사용하게 된다.

먼저, 유량조정조(100)로부터 공급되는 중수는 스크린부(210), 예를 들어 미세여과 스크린으로 유입되고, 스크린부(210)를 통과하면서 중수 내에 포함된 미세 협잡물이 걸러져 제거되며, 이를 통과한 중수는 무산소조(220)로 유입되어 무산소조(220) 내의 혼합액과 합쳐진다.

무산소조(220)에는 무산소조(220) 내의 혼합액과 스크린부(210)을 지나온 중수가 잘 혼합되도록 하여 혼합액의 탈질반응이 원활하게 이루어지도록 수류를 발생 시키는 수중교반기(222)가 설치되어 있다.

무산조조(220)에서 처리된 중수는 폭기조(230)로 공급되어 폭기조(230) 내의 혼합액 즉, 중수와 미생물이 혼합된 혼합액과 합쳐진다. 폭기조(230)의 외부에는 폭기조(230) 내의 혼합액으로 공기를 공급하는 제2 브로워(280)가 설치되어 있으므로 제2 브로워(280)에서 공급되는 공기에 의해 혼합액은 수류현상이 발생됨과 동시에 혼합액에 혼합된 미생물이 혼합액에 포함된 유기오염물질을 먹어치우므로 인해 폭기조(230) 내에서 유기오염물질은 제거된다.

그리고, 폭기조(230)의 외측에는 막분리조(240)가 설치되어 있고, 폭기조(230)와 막분리조(240) 사이에 형성된 중수배관을 통해서 폭기조(230) 내의 혼합액은 막분리조(240)로 유입된다. 막분리조(240) 내에는 적어도 하나 이상의 분리막(242)이 설치되어 있으므로 막분리조(240) 내로 유입된 혼합액은 분리막(242)을 통과하면서 혼합액에 포함된 부유물질이 걸러지게 된다.

또한, 막분리조(240) 내에는 적어도 하나 이상의 반송펌프(244)가 설치된다. 반송펌프(244)는 막분리조(240) 내의 혼합액에 존재하는 미생물(MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid)의 농도가 적정농도를 넘어서게 되면 농축조(260)와 연결된 중수배관을 개방하여 막분리조(240) 내의 혼합액을 농축조(260) 내로 유입시킨다.

그리고, 막분리조(240)의 외부에는 분리막(242)과 연결되는 제2 브로워(280)와 흡인펌프(250)가 설치되어 있어서, 제2 브로워(280)와 흡인펌프(250)의 작동에 따라 막분리조(240) 내의 혼합액이 분리막(242) 내로 유입되어 분리막(242)을 통과 하면서 부유물질이 걸러진다.

이러한 제2 브로워(280)와 흡인펌프(250)가 계속해서 작동됨에 따라 분리막(242)을 통과한 중수는 흡인펌프(250)를 지나 제1 저수조(300) 내로 유입된다.

제1 저수조(300)는 막분리조(240)에서 유입된 중수가 저장되는 구성요소로써, 제1 저수조(300) 내에 첨가되는 소독제와 함께 제1 브로워(270)에서 공급되는 공기에 의해 수류현상이 발생하여 중수와 소독제가 원활하게 혼합되면서 중수를 소독시킨다.

제1 저수조(300)의 외부에는 수위감지센서(미도시)가 설치되고, 제1 저수조(300)의 내부에는 배수펌프(310) 및 이송펌프(320)가 설치된다. 이에, 제1 저수조(300) 내의 소독 처리된 중수 수위를 수위감지센서(미도시)가 감지하여 수위가 높으면 배수펌프(310)를 작동시켜 제1 저수조(300)의 외부로 배수시키고, 수위가 낮으면 배수펌프(310)를 정지시켜 중수가 제1 저수조(300) 내에 담겨있도록 하며, 이송펌프(320)는 하기에 서술하는 제2 정화수단(400)에 중수를 공급하게 된다.

한편, 유량조정조(100)와 제1 저수조(300)에 공기를 공급하는 제1 브로워(270)는 막분리조(240)의 반송펌프(244)에 의해 혼합액이 유입되는 농축조(260)에도 공기를 공급하게 된다. 이에 따라 농축조(260) 내에서 수류현상이 발생하여 농축조(260) 내로 유입된 혼합액에 포함된 슬러지가 농축조(260) 내의 바닥으로 가라앉아 고착화되는 것을 방지하게 된다. 그리고 농축조(260) 내의 슬러지의 양이 많아지면 슬러지를 농축조(260)의 외부, 예를 들어 탈기조(미도시)로 반출하게 된다.

이렇게 제1 정화수단(200)을 통과하여 제1 저수조(300)에 저장된 중수는 1차적으로 정화된 상태이나, 본 발명에서는 제2 정화수단(400)을 사용하여 2차적으로 정화하게 된다.

제2 정화수단(400)은 제1 정화수단(200)에 의해 정화된 중수를 다시 정화시키는 수단으로써, 제1 저수조(300) 내의 이송펌프(320)로부터 중수를 공급받게 되는 제2 저수조(410)와 제2 저수조(410) 내에 배치된 순환펌프(412)에 의해 제2 저수조(410) 내의 중수를 공급받아 정화하는 고급산화처리부(420, Advanced Oxidation Process; A.O.P)가 포함된다.

제2 저수조(410)에 저장된 중수는 재활용펌프(414)를 통해 활용용수, 예를 들어 건축물(B) 내부의 냉방을 위한 냉각수라던가 화장실용수, 청소용수 등으로 사용할 수 있다.

낙하발전수단(500)은 건축물(B)과 유량조정조(100) 사이에 배치되는데, 이외에도 스크린부(210)와 무산소조(220) 사이, 고급산화처리부(420)와 제2 저수조(410) 사이 중 어느 한 곳 또는 두 곳 이상에 더 마련될 수 있다. 이와 같은 낙하발전수단(500)은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템이 적용된 설비가 대용량일 경우 중수가 낙하되는 중수배관에는 기본적으로 설치될 수 있다.

유수발전수단(600)은 유량조정조(100)와 제1 정화수단(200) 사이에 배치되며, 흡인펌프(250)와 제1 저수조(300) 사이, 제1 저수조(300)와 제2 저수조(410) 사이, 제2 저수조(410)와 고급산화처리부(420) 사이, 재활용펌프(414) 이후 중 어느 한 곳 또는 두 곳 이상에 더 마련될 수 있다. 유수발전수단(600)은 중수가 이동하는 운동에너지, 즉 유속을 이용하는 발전설비로서 전술한 위치 외에도 하나의 구성요소로부터 다른 구성요소까지 중수를 공급해주는 펌프 중 가동시간이 많은 펌프 등의 토출배관 등에 설치되어 사용될 수 있다.

이와 같이 낙하발전수단(500)과 유수발전수단(600)에 의해 생산된 전력은 별도로 연결된 제어수단(700)의 축전장치에 저장되며, 이는 유량조정조(100)나 제1 정화수단(200), 제2 정화수단(400) 등 중수 처리 시스템 자체의 펌프 동력원으로 공급될 수 있다. 이외에도 건축물(B)의 내부에서 필요로 하는 곳으로 공급되거나, 필요하다면 외부로 공급될 수도 있다.

한편, 본 발명에서는 태양광발전수단(800)이 사용될 수 있다. 이러한 태양광발전수단(800)은 건축물(B)의 외벽이나 지붕, 옥상 등지에 형성할 수 있으며, 태양광발전수단(800)에 의해 생산된 전력은 전술한 낙하발전수단(500)과 유수발전수단(600)에 의해 생산된 전력과 함께 제어수단(700)의 축전장치에 저장되어 활용된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템에서 사용되는 낙하발전수단을 개략적으로 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템에서 사용되는 유수발전수단을 개략적으로 나타낸 도이다.

도 3 및 도 4를 살펴보면, 낙하발전수단(500)과 유수발전수단(600)은 중수에 의해 회전되는 터빈(T)과, 터빈에 연결된 발전기(G)를 포함하여 구성된다.

이에 따라, 중수배관을 통하여 낙하 또는 이동하는 중수가 터빈(T)에 충돌하 게 되면서 터빈(T)을 회전시키게 되고, 이에 터빈(T)과 연결된 터빈축이 회전하면서 이에 연동된 발전기(G)를 회전시켜 전력을 생산하게 된다. 실질적인 발전기(G) 내부의 구성 및 발전 원리는 널리 알려진 것이어서 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템의 계통도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템에서 사용되는 낙하발전수단을 개략적으로 나타낸 도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리 시스템에서 사용되는 유수발전수단을 개략적으로 나타낸 도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 유량조정조 110: 원수펌프

200: 제1 정화수단 210: 스크린부

220: 무산소조 222: 수중교반기

230: 폭기조 240: 막분리조

242: 분리막 244: 반송펌프

250: 흡인펌프 260: 농축조

270: 제1 브로워 280: 제2 브로워

300: 제1 저수조 310: 배수펌프

320: 이송펌프 400: 제2 정화수단

410: 제2 저수조 412: 순환펌프

414: 재활용펌프 420: 고급산화처리부

500: 낙하발전수단 600: 유수발전수단

700: 제어수단 800: 태양광발전수단

B: 건축물 T: 터빈

G: 발전기

Claims

건축물에서 집수된 중수가 저장되고, 필요량이 배출되는 유량조정조와;

상기 유량조정조로부터 중수를 공급받아 스크린부, 무산소조, 폭기조, 막분리조, 흡인펌프, 농축조를 통해 정화시키는 제1 정화수단과;

상기 제1 정화수단을 통과한 중수가 저장되는 제1 저수조와;

상기 건축물과 상기 유량조정조 사이에 설치되는 낙하발전수단; 및

상기 유량조정조와 상기 제1 정화수단 사이에 설치되는 유수발전수단;

이 구비된 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 정화수단에는 상기 유량조정조와 상기 제1 저수조 및 상기 농축조에 공기를 공급하는 제1 브로워와, 상기 폭기조와 상기 막분리조에 공기를 공급하는 제2 브로워가 포함되고,

상기 제1 저수조로부터 중수를 공급받는 제2 저수조와, 상기 제2 저수조에 저장된 중수를 정화시키는 고급산화처리부(Advanced Oxidation Process; A.O.P)를 포함하는 제2 정화수단이 포함되며,

상기 스크린부와 상기 무산소조 사이, 상기 고급산화처리부와 상기 제2 저수조 사이 중 어느 하나 또는 둘 이상에는 낙하발전수단이 마련되고,

상기 흡인펌프와 상기 제1 저수조 사이, 상기 제1 저수조와 상기 제2 저수조 사이, 상기 제2 저수조와 상기 고급산화처리부 사이 중 어느 하나 또는 둘 이상에는 유수발전수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 건축물에는 태양광발전수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 낙하발전수단, 유수발전수단, 태양광발전수단 중 어느 하나 또는 둘 이상에 의해 생산된 전력은 중수 처리 시스템 자체의 펌프 동력원으로 공급되는 것을 특징으로 하는 소수력발전을 포함하는 중수 처리 시스템.