KR100971174B1 - 빗물의 재활용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빗물의 재활용 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빗물을 집수하여 이물질 및 중금속을 제거하여 화장실용수나 조경용수로써 빗물을 편리하게 사용할 수 있도록 한 빗물의 재활용 장치에 관한 것인 바, 본 발명은 빗물의 재활용 장치에 있어서, 빗물을 모으는 집수면의 하류 측에 설치되며 상기 집수면으로부터 유출된 빗물의 이물질 및 중금속을 제거하도록 하는 미생물접촉여재수단과; 상기 미생물접촉여재수단에 의하여 여과된 빗물을 저장하는 저류조수단; 및 상기 저류조수단에 저장된 여과된 빗물을 강제 공급하는 펌핑수단을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

Description

빗물의 재활용 장치{Rain-water recycling equipment}

본 발명은 빗물의 재활용 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빗물을 집수하여 이물질 및 중금속을 제거하여 화장실용수나 조경용수로써 빗물을 편리하게 사용할 수 있도록 한 빗물의 재활용 시스템에 관한 것이다.

우리나라의 경우, 강우 특성상 여름에 많은 비가 내리는 만큼 이 빗물을 모아서 겨울과 봄의 가뭄 시에 사용하기 위해 댐을 건설하고 있다. 이러한 댐의 건설은 불가피하기는 하나 여기에는 돈과 시간, 환경문제, 침수지역의 발생 등 여러 가지 문제가 발생하는 문제점이 있어왔다.

이에 대한 대책으로 학교, 공공시설 및 가정 등에서 빗물탱크를 만들어 빗물을 모아 빗물탱크에 저장하고 저장된 물을 화장실 용수나 조경용수 등으로 활용함으로써 물부족을 일부 해결하는 것이 가능하고 더 나아가서 댐의 필요용량을 줄이는 것이 가능하다.

위와 같은 가옥별 빗물 저장 및 이용 장치로는 종래의 단순히 빗물을 모으는 집수면과 빗물을 저장하는 저장탱크만으로 이루어진 장치가 사용된 예가 있으나, 집수 과정에서 빗물에 섞이는 이물질이 많고, 이로 인해 빗물의 사용이 적합하지 못한 것으로 인식되어 왔다.

한편 상기와 같은 종래 문제를 개선하기 위하여 대한민국 특허출원 제2002-51337호가 제안된바 있으나 상기한 대한민국 특허출원 제2002-51337호인 이물질 제거기능을 갖는 빗물의 저장 및 이용장치는 단순히 필터장치를 마련하여 빗물에 포함되어 있는 이물질을 제거하도록 하고 있으나 상기한 필터장치를 포함하고 있는 대한민국 특허출원 제2002-51337호는 고형의 이물질만을 제거하도록 되어 있는 단순함만을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 빗물에 포함되어 있는 이물질 및 중금속을 여과한 후 저류조에 저장하였다가 급수탱크로 이송하여 각 가정의 화장실용수나 조경용수로써 빗물을 편리하게 재활용할 수 있도록 한 빗물의 재활용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적은 빗물의 재활용 장치에 있어서, 빗물을 모으는 집수면의 하류 측에 설치되되 항균성 금속의 염화물, 황화물, 질산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 항균성 금속전구체의 수용액에 난각막을 함침하고 상기 난각막이 함침된 용액에 중화제로서 알칼리 수용액을 첨가하여 항균성 금속전구체를 중화시킨 후 상기 중화 후에 개열제로서 알칼리 수용액을 더 첨가하여 가열하여 얻어진 필터재로 이루어져 상기 집수면으로부터 유출된 빗물의 이물질 및 중금속을 제거하도록 하는 미생물접촉여재수단과; 상기 미생물접촉여재수단에 의하여 여과된 빗물을 저장하도록 평활한 판부의 일면으로 돌출된 다수의 지지부를 구비하고 지지부의 바닥으로는 통공을 형성하며, 상기 판부에는 걸림돌기와 걸림공이 다수로 형성되고 판부의 테두리가 형성되어 이루어진 저류조 시공용 판상재가 적층되어 이루어진 저류조수단; 및 상기 저류조수단에 저장된 여과된 빗물을 강제 공급하는 펌핑수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 빗물의 재활용 장치에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명은 미생물접촉여재수단에 의하여 우수에 포함되어 있는 이물질 및 중금속을 여과한 후 저류조에 저장하였다가 급수탱크로 이송하여 각 가정의 화장실용수나 조경용수로써 빗물을 편리하게 재활용할 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 빗물의 재활용 장치의 개략도로서 이에 따르면 본 발명인 빗물의 재활용 장치는 빗물을 모으는 집수면의 하류 측에 설치되며, 상기 집수면으로부터 유출된 빗물의 이물질 및 중금속을 제거하도록 하는 미생물접촉여재수단과 상기 미생물접촉여재수단(100)에 의하여 여과된 빗물을 저장하는 저류조수단과 상기 저류조수단(200)으로부터 유출된 여과된 빗물을 각종 용수로 공급하는 펌핑수단(300)을 포함하여 이루어진 구조이다.

이때 첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 미생물접촉여재수단(100)은 목재의 수피, 목질 또는 양자를 분쇄된 목분에 목분에 무수 시트릭산, 카르복시메틸셀룰로오즈 및 탈이온수를 첨가하여 반죽된 목분을 압출하여 원기둥 형태의 펠렛 으로 입상화한 후 입상성형체를 가열하여 수분을 제거하여 형성된 원기둥 형태의 펠렛을 사용할 수 있다.

상기 펠렛의 제조방법은 목재의 수피 혹은 목질을 채취하여 자연건조한 후, 건조된 수피, 목질 또는 양자를 예를 들어 윌레이 밀(Wiley mill)과 같은 분쇄장치에서 분쇄하여 목분을 제조하는 목분제조단계를 수행한다.

상기 목분제조단계 완료 후 임의선택적인 단계인 전처리단계에서는 목분을 산 또는 염기처리에 의해 가수분해하며, 이와 같은 가수분해처리를 하게 되면 카르복실레이트 이온의 생성이 촉진되며, 이와 같이 생성된 카르복실레이트 이온은 중금속과 같은 양이온의 흡착성능이 우수하다. 또한 목분을 상기와 같이 산 또는 염기처리하면 유기물질의 감소 또는 색도의 감소가 발생한다. 가수분해후에는 필요에 따라 Al^{3 +}, Fe^{2 또는 3+}, NH^{2 +}, N을 이용한 중화처리를 하여 양이온을 붙일 수 있으며, 이와 같은 처리를 병행하면 중금속과 같은 양이온 뿐만 아니라 음이온의 제거효능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

다음 반죽단계에서는 전처리된 목분에 가교제로서 무수 시트릭산, 바인더로서 카르복시메틸셀룰로오즈 및 희석제로서 탈이온수를 첨가하여 압출가능한 반죽상태로 가공한다. 무수 시트릭산과 카르복시메틸셀룰로오즈는 여재의 수침시 가용성 탄닌의 누출을 방지하고, 목분에 결합력을 부여하며, 후속의 열처리단계에서 탄소-탄소 결합만이 남아 강도를 증진시키는 효과가 있다. 반죽단계에서 이들의 배합비율은 전처리된 목분 200중량부를 기준으로 카르복시메틸셀룰로오즈 0.1~10중량부, 무수시트릭산 10~40중량부, 탈이온수 70~200중량부가 적당하다.

입상화단계에서는 목분반죽을 압출하여 원기둥 형태의 펠렛으로 입상화한다. 특별히 제한하기 위한 것은 아니지만 원기둥형 펠렛의 크기는 길이 10±2 mm, 직경 4±2 mm가 적당하다.

열처리단계에서는 입상성형체의 수분을 제거하고, 입상성형체를 활성화한다. 수분제거는 100℃의 온도로 가열하여 입상성형체에 존재하는 수분을 실질적으로 완전히 제거하며, 활성화는 온도조절이 가능한 통풍로에서 170~190℃의 온도로 가열하여 바인더의 휘발분 제거와 동시에 탄소화한다.

본 발명에 따라 상기한 단계들을 거쳐 제조한 여재는 수침시 가용성 탄닌의 방출이 억제되고, 견고하면서 중금속 흡착성능이 우수한 여재가 얻어지게 되며, 또한 노면에서의 초기 빗물처리장치에 이를 단계적으로 설치하면 중금속 제거효율을 일층 향상시킬 수 있다. 도 4b에 제시되는 전자현미경 사진은 본 발명의 여재에 함유된 구형 탄닌 수지의 중금속 흡착전과 흡착 후의 상태를 보여준다.

한편 상기 미생물접촉여재수단(100)의 다른 실시예로는 항균성 금속의 염화물, 황화물, 질산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 항균성 금속전구체의 수용액에 난각막을 함침하고 상기 난각막이 함침된 용액에 중화제로서 알칼리 수용액을 첨가하여 항균성 금속전구체를 중화시킨 후 상기 중화 후에 개열제로서 알칼리 수용액을 더 첨가하여 가열하여 얻어진 필터재로 형성시켜 사용할 수도 있다.

상기한 난각막(eggshell membrane)은 닭 또는 오리 등의 가금류가 낳은 알의 속껍질로 두께가 약 70 ㎛이며 구성 섬유의 직경은 약 1.5 ㎛로, 구성섬유가 교호적으로 중첩되어 망목상으로 형성된 주 단백질이 케라틴(keratin)인 도 2와 같은 천연 단백질 섬유소이며, 난각막의 단백질은 도 3에 나타낸 바와 같은 반응메카니즘을 통해 중금속과 반응하여 중금속을 흡착고정시키는 기능이 있다.

상기한 난각막을 이용하는 필터재는 항균성 금속의 염화물, 황화물, 질산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 항균성 금속전구체의 수용액에 난각막을 함침하는 단계와 난각막이 함침된 용액에 중화제로서 알칼리 수용액을 첨가하여 항균성 금속전구체를 중화시키는 단계와 상기 중화 후에 개열제로서 알칼리 수용액을 더 첨가하고 90~100℃로 가열하여 난각막의 일부를 개열시키는 단계와 상기 개열단계에서 얻어진 난각막을 가공하여 필터재의 형태를 결정하는 단계 및 상기 필터재형태결정단계에서 얻어진 생성물에 잔류하는 알칼리를 중화시키는 단계에 의하여 제조된다.

상기 미생물접촉여재수단(100)을 난각막을 이용한 필터재를 사용하면 오염물을 흡착하며, 포름알데히드류는 흡착 후 아미노산의 단백질 고정화 반응에 의하여 변성 제거시키고, 중금속류는 단백질의 흡착-착체 반응 등을 통하여 분자 내 깊숙이 고착화시켜 재방출을 막으며, 항균성 금속 입자들의 항균성에 의하여 세균의 발생을 억제할 수 있다.

한편 상기 저류조수단(200)은 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 저류조 시공용 판상재(210)는 평활한 판부(211)의 일면으로 돌출된 다수의 지지부(212)를 구비하고 지지부(212)의 바닥으로는 통공(212a)을 형성하며, 상기 판부(211)에는 결합공(211a)과 결합돌기(211b)가 다수로 형성되고 판부(211)의 테두리(213)가 형성되고, 상기 지지부(212)와 인접하는 지지부(212) 사이에는 유공의 기능 및 지지력 보강을 위한 유공홈부(215)가 형성되어 이루어진 구조이다.

첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 상기 저류조 시공용 판상재(210)의 적층방법을 살펴보면 평활한 판부(211)가 빗물을 저장하도록 준설한 공간부 내측에 차수형 시트를 설치 후 바닥면에 판부(211)가 하방으로 향하고 지지부(212)가 상부를 향하도록 설치한 다음 반대로 지지부(212)가 하방향 판부(211)가 상방향에 위치하도록 하여 상기 지지부(212)와 지지부(212)가 연접되게 설치한다.

이때 상기 지지부(212)의 연접과정을 살펴보면 서로 마주 접하는 지지부(212)의 통공(212a)으로 걸림편(212b) 중 하나가 삽입되고 끼움홈부(212c)와 끼움홈부(212c)가 교차하게 서로 끼워져 유동이 방지되며, 적층된 끝단부의 형상은 시공용 판상재(210)가 서로 연접되게 설치되되 상부에 적층되는 시공용 판상재(210)는 밑에 설치된 시공용 판상재(210)보다 끝부분이 들어가거나 나오게 형성되므로 마치 웨이브를 형성하듯 설치된다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 사용상태를 설명하면 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 건물, 운동장 및 도로 등의 빗물을 관로를 통하여 이송되다가 관로상에 설치되어 있는 미생물접촉여재수단에 의하여 이물질과 중금속이 제거되어 저류조수단으로 이송 저장된다.

상기 이물질과 중금속이 제거되어 저류조수단에 저장된 우수는 급수펌프(300)에 의해 화장실용수, 청소용수 또는 조경용수로 쓰일 수 있도록 공급된다. 이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 빗물의 재활용 장치의 개략도.

도 2는 본 발명의 요주인 미생물접촉여재수단의 일실시예인 난각막 섬유 소를 보여주는 확대 사진(1,000배).

도 3은 난각막의 카르복시기에 중금속이 반응하여 고정되는 모식도.

도 4a는 도 1의 미생물접촉여재수단의 다른 실시예인 펠렛의 형태를 보여주는 사진.

도 4b는 펠렛에서 구형 탄닌 수지의 Cu^{2 +} 흡착전(a)과 흡착후(b)의 상태를 보여주는 전자현미경 사진.

도 5는 본 발명의 요부인 저류조수단을 형성하는 저류조 시공용 판상재의 구조를 보여주는 사시도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

100 : 미생물접촉여재수단 200 : 저류조수단

210 : 시공용 판상재 211 : 판부

211b : 결합돌기 212 : 지지부

212a : 통공 213 : 테두리

215 : 유공홈부 300 : 펌핑수단

Claims (4)

1. 빗물의 재활용 장치에 있어서,

   빗물을 모으는 집수면의 하류 측에 설치되되 항균성 금속의 염화물, 황화물, 질산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 항균성 금속전구체의 수용액에 난각막을 함침하고 상기 난각막이 함침된 용액에 중화제로서 알칼리 수용액을 첨가하여 항균성 금속전구체를 중화시킨 후 상기 중화 후에 개열제로서 알칼리 수용액을 더 첨가하여 가열하여 얻어진 필터재로 이루어져 상기 집수면으로부터 유출된 빗물의 이물질 및 중금속을 제거하도록 하는 미생물접촉여재수단과;

   상기 미생물접촉여재수단에 의하여 여과된 빗물을 저장하도록 평활한 판부의 일면으로 돌출된 다수의 지지부를 구비하고 지지부의 바닥으로는 통공을 형성하며, 상기 판부에는 걸림돌기와 걸림공이 다수로 형성되고 판부의 테두리가 형성되어 이루어진 저류조 시공용 판상재가 적층되어 이루어진 저류조수단; 및

   상기 저류조수단에 저장된 여과된 빗물을 강제 공급하는 펌핑수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 빗물의 재활용 장치.
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