KR101063800B1 - 정수 처리 시스템 - Google Patents

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지철권
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코오롱워터텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 식수용 간이 정수 처리 시스템에 관한 것으로서, 원수가 유입되는 제1 집수조와; 상기 제1 집수조의 원수를 공급받아 내부에 충진된 여과재의 상부에 와류를 형성하여 불순물의 침전을 억제하면서 하부방향으로 원수를 여과하는 와류 발생 여과기와; 상기 와류 발생 여과기를 통과한 물에 자외선을 조사하는 제1 자외선 살균장치와; 상기 자외선 살균장치를 통과한 물을 수집하는 제2 집수조와; 상기 제2 집수조의 물을 공급받아 반투막에 의한 역삼투 현상에 의해 물을 여과하는 역삼투 여과장치; 및 상기 역삼투 여과장치를 통과한 처리수를 수집하는 처리수조를 포함한다.

Description

정수 처리 시스템 {WATER PURIFICATION SYSTEM}
본 발명은 정수 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 지표수, 지하수, 계곡수 등을 정수처리하여 현탁물질, 중금속, 바이러스, 세균, 냄새 등을 제거하여 식수용으로 공급하는 정수 처리 시스템에 관한 것이다.
급격한 경제발전 과정에서 환경보전에 대한 인식이 부족하였다는 것은 주지의 사실이다. 이처럼 환경보전에 대한 인식의 부족으로 인하여 대기 오염은 물론 수질 오염의 정도가 매우 심각한 지경에 이르렀다. 특히, 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수 등은 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다. 더욱이, 하천, 호소 및 댐 등은 식수원으로 사용되는 경우가 많기 때문에 수질오염으로 인한 수자원의 부족은 커다란 환경 문제로 대두되고 있다.
한편, 근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가하고 있는 실정이다. 산업폐수의 경우, 현탁물질, 질소, 인 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 하천, 호소 및 댐 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 특히, 우리나라를 비롯하여 세계의 여러 나라들은 수돗물의 바이러스 검출과 관련하여 정수처리장의 소독시설 설치방안이 강구되고 있다.
일반적으로. 생활용수로서 음용 가능한 물을 도시·촌락의 사람들에게 공급하는 상수도용 정수 처리 시설은 대지의 정화작용 또는 그 밖의 인위적 처리를 통해서 원수를 음용(飮用)의 용도에 맞도록 처리하는 것이다. 일반적인 정수 처리 시설은 착수정, 약품투입시설, 혼화지, 응집지, 침전지, 여과지, 고도 정수 처리 시설, 정수지, 송수펌프시설, 배수지로 이루어져 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 정수 처리 시설은 설치 면적을 너무 많이 차지하고, 시공 및 설치 작업이 어려우며, 염소 소독과 같은 약품 투입에 의해 소독 부산물의 위해성으로 수생식물에 많은 악영향을 끼치는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 약품을 사용하지 않은 친환경적인 정수처리가 가능하고, 전체적인 시스템의 과부하 운전을 방지하여 안정적인 정수처리가 가능하며, 설치 및 유지 보수가 용이한 식수용 간이 정수 처리 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원수가 유입되는 제1 집수조와; 상기 제1 집수조의 원수를 공급받아 내부에 충진된 여과재의 상부에 와류를 형성하여 불순물의 침전을 억제하면서 하부방향으로 원수를 여과하는 와류 발생 여과기와; 상기 와류 발생 여과기를 통과한 물에 자외선을 조사하는 제1 자외선 살균장치와; 상기 자외선 살균장치를 통과한 물을 수집하는 제2 집수조와; 상기 제2 집수조의 물을 공급받아 반투막에 의한 역삼투 현상에 의해 물을 여과하는 역삼투 여과장치; 및 상기 역삼투 여과장치를 통과한 처리수를 수집하는 처리수조를 포함하는 정수 처리 시스템을 제공한다.
또한, 상기 처리수조에는 상기 처리수를 재순환시키는 재순환 배관이 설치되고, 상기 재순환 배관에는 자외선을 조사하는 제2 자외선 살균장치가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 자외선 살균장치가 상기 제2 자외선 살균장치보다 단파장을 조사할 수 있다.
또한, 상기 제1 자외선 살균장치는 185nm 파장의 자외선을 조사하고, 상기 제2 자외선 살균장치는 250nm 파장의 자외선을 조사할 수 있다.
또한, 상기 여과재는 음이온 발생 희토류볼일 수 있다.
또한, 상기 와류 발생 여과기는, 원수가 유입 및 유출되는 입구 및 출구가 형성된 여과조와; 상기 여과조의 내부에 충진되는 여과재; 및 상기 여과재의 상부에 와류를 발생시키는 회전부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 회전부는 여과조의 상부 중앙에 배치되는 모터와, 상기 모터에 연결되어 상기 여과조의 내부에서 회전하여 와류를 형성하는 회전날개를 포함할 수 있다.
또한, 상기 여과조의 입구측에는 유입되는 원수를 가속시키는 노즐이 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 노즐은 상기 와류를 가속시키도록 상기 회전날개의 회전방향의 접선방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 정수 처리 시스템은 와류 발생 여과기에 의해 입자성 현탁물질을 여과하여 시스템의 과부하 운전을 방지할 수 있고, 여과재를 반영구적으로 사용할 수 있어 유지 및 관리 비용이 감소한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 정수 처리 시스템은 자외선 살균장치를 사용하여 약품을 사용하지 않고 살균 및 세척을 하여 약품 소독의 부산물을 방지하여, 보다 친환경적인 정수처리가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 정수 처리 시스템은 와류 여과, 자외선 살균 및 역삼투 여과를 주 공점으로 하여 물속에 포함되어 있는 철, 망간, 색도, 발암물질, 대장균, 일반세균, 바이러스, 중금속 등을 정수처리함으로써 식수 공급에 안정성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정수 처리 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 와류 발생 여과기의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 자외선 살균장치의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 정수 처리 시스템의 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 정수 처리 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 정수 처리 시스템(100)은 원수의 여과 처리 방향을 따라 제1 집수조(10), 와류 발생 여과기(20), 제1 자외선 살균장치(30), 제2 집수조(40), 역삼투 여과장치(50) 및 처리수조(60)가 순차적으로 배치되어 있다.
제1 집수조(10)는 지표수, 지하수, 계곡수 등의 원수가 최초로 수집되는 곳으로서, 원수는 급수펌프(11)에 의해 제1 집수조(10)로 공급된다. 이러한 제1 집수조(10)는 일부 부유물질을 침전시키는 침전조의 기능을 할 수 있다. 제1 집수조(10)에 수집된 원수는 제1 공급배관(12)에 설치된 여과기 공급펌프(13)에 의해 와류 발생 여과기(20)로 공급된다.
와류 발생 여과기(20)는 원수 중 비교적 큰 콜로이드 등의 입자성 현탁물질 및 부유물질을 제거하기 위한 여과장치로서, 내부에 와류(소용돌이)를 발생하여 불순물을 걸러낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 와류 발생 여과기(20)는 원수가 유입 및 유출되는 입구(21) 및 출구(22)가 형성되는 여과조(23)와, 이 여과조(23)의 내부에 충진되는 여과재(24) 및 여과재(24)의 상부에 와류를 발생시키는 회전부(25)를 포함한다. 회전부(25)는 여과조(23)의 상부 중앙에 배치되는 모터(251)와, 모터(251)의 구동축에 연결되어 여과조(23)의 내부로 연장되는 연결축(252) 및 연결축(252)의 단부에 결합되어 회전하는 회전날개(253)를 포함한다.
여과조(23)의 입구(21) 측에는 유입되는 원수를 가속시키는 노즐(26)이 설치된다. 한편, 여과조(23)의 입구(21) 및 노즐(26)은 와류를 회전방향으로 더욱 가속시킬 수 있도록 회전날개(253)의 회전방향의 접선방향(원통형 여과조(2)의 접선방향)으로 배치하는 것이 바람직하다.
여과재(24)는 여과조(23)의 내부 중간부에 충진되며, 오염 방지 및 반영구적인 사용을 위해 음이온 발생 희토류볼일 수 있다. 희토류볼은 복수 개로 충진되어 있는 구조이다. 여기서, 희토류볼은 란탄(lanthanum), 세륨(cerium), 프라세오디움(praseodymium), 네오다늄(neodymium), 프로메튬(promethium), 사마륨(samarium), 유로퓸(europium), 가돌리늄(gadolinim), 테르븀(terbium), 디스프로슘(dysprosium), 홀뮴(holmium), 에르븀(erbium), 툴륨(thulium), 이테르븀(ytterbium), 루테튬(lutetium), 스칸듐(scandium), 이트륨(yttrium) 중 하나 이상을 포함하는 광물의 결합체를 의미한다. 희토류볼은 정원형체만을 의미하는 것은 아니며, 타원형체, 다각형체도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
희토류볼은 일 예로서, 이산화규소(SiO2)를 주성분으로 하며, 희토류 원소 이외에 알루미늄(Al), 철(Fe), 칼륨(K), 나트륨(Na) 등이 적절히 함유될 수 있다. 희토류 원소는 희토류볼의 대략 0.5wt% 이내로 함유될 수 있다. 이러한 희토류볼은 음이온을 다량 방출하여 미생물을 더욱 활성화시킬 수 있다.
또한, 희토류볼은 접촉 면적을 확대할 수 있도록 복수 개의 판이 서로 교차하는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 자외선 살균장치(30)는 물에 존재하는 바이러스, 대장균과 같은 세균 등을 살균 및 소독하는 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 물에 자외선을 조사하는 자외선 램프(31)를 포함한다. 이 자외선 램프(31)는 100nm 내지 185nm 파장의 자외선을 방출할 수 있다. 상기 자외선 파장의 범위 중 185nm 파장의 자외선을 방출하는 것이 살균 및 소독효율에 있어서 유리하다.
제2 집수조(40)는 제1 자외선 살균장치(30)를 통과한 물을 저장하는 곳이다. 이 제2 집수조(40) 또한 여과되지 않은 불순물을 침전시키는 침전조로서 기능할 수 있다. 본 실시예에서는 제1 자외선 살균장치(30)가 제2 집수조(40)의 외부에 설치되었으나, 다른 실시예로서 제1 자외선 살균장치(30)는 제2 집수조(40)의 내부에 설치되어, 여과수 저장 및 자외선 살균을 동시에 수행할 수도 있다. 또한, 제2 집수조(40)에 저장된 물은 일반적인 여과 모드시에는 역삼투 공급펌프(41)에 의해 역삼투 여과장치(50)로 이송되나, 역세척 모드시에는 역세척 펌프(42)에 의해 와류 발생 여과기(20)로 반송되어 역세척수로 이용된다.
그리고, 제2 집수조(40)에는 와류 발생 여과기(20)를 통과한 물이 유입되는 제2 공급배관(43), 저장된 물이 역삼투 여과장치(50)로 유출되는 제3 공급배관(44) 및 여과재(24)의 역세척을 위해 저장된 물이 와류 발생 여과기(20)로 반송되는 역세척 배관(45)이 각각 연결된다. 제2 공급배관(43)에 제1 자외선 살균장치(30)가 설치되고, 제3 공급배관(44)에 역삼투 공급펌프(41)가 설치되며, 역세척 배관(45)에 역세척 펌프(42)가 각각 설치된다.
제2 공급배관(43)과 역세척 배관(45)은 밸브(46)에 연결되어 합류되고, 그 합류관이 와류 발생 여과기(20)의 출구(22)에 연결된다. 한편, 제1 공급배관(12)에는 여과재(24)의 역세척시 농축수를 배출하는 제1 농축수 배관(14)이 밸브(15)를 통하여 분기되어 연결된다. 각 밸브(15, 46)는 3방향 밸브이다.
역삼투 여과장치(50)는 살균된 미생물 사채, 중금속, 무기물질 등을 제거하는 것으로서, 반투과막에 의한 역삼투 현상을 이용하여 물을 여과한다. 역삼투 여과장치(50)에는 여과된 처리수가 배출되는 제4 공급배관(51)과 반투과막을 통과하지 못한 중금속, 무기물질 등이 포함된 농축수를 배출하는 제2 농축수 배관(52)이 각각 연결된다. 처리수는 제4 공급배관(51)을 통하여 처리수조(60)에 저장되며, 식수 공급펌프(61)를 통하여 최종 식수원으로 공급된다.
본 발명의 다른 실시예로서, 처리수조(60)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 처리수 내의 미생물의 번식을 방지하는 제2 자외선 살균장치(70)가 설치된다. 보다 구체적으로, 처리수조(60)에는 처리수를 재유출하여 재유입하는 재순환 배관(80)이 설치되고, 이 재순환 배관(80)에 재순환 펌프(81) 및 제2 자외선 살균장치(70)가 각각 설치된다. 제2 자외선 살균장치(70)는 처리수에 자외선을 조사하는 자외선 램프(71)를 포함한다. 이 자외선 램프(71)는 상기 제1 자외선 살균장치(30)의 자외선 램프(31)보다 장파장인 250nm이상의 자외선(바람직하게는, 250nm 파장)을 방출할 수 있다. 이와 같이, 제1 자외선 살균장치(30)에서 단파장을 조사한 후 제2 자외선 살균장치(70)에서 장파장을 조사함으로써, 살균 및 소독 효율을 더욱 높일 수 있다.
다음으로, 상기와 같은 구성을 갖는 정수 처리 시스템(100)의 작동에 대하여 설명한다.
급수펌프(11)에 의해 원수가 제1 집수조(10)에 일정량 이상 저장되면, 여과기 공급펌프(13)가 작동하여 제1 공급배관(12)을 통하여 원수가 와류 발생 여과기(20)로 공급된다. 제1 집수조(10)의 원수가 와류 발생 여과기(20)로 공급될 때에는, 밸브(15)가 작동하여 제1 농축수 배관(14)의 입구를 막는다. 원수는 여과조(23)의 입구(21)에 설치된 노즐(26)을 통하여 여과재(24)의 상부에 분사된다.
여과재(24)의 상부에는 모터(251)에 의해 회전하는 회전날개(253)에 의해 와류가 형성되어 원수는 회전 이동을 하게 되고, 원통형 여과조(23)의 접선방향으로 분사되는 원수에 의해 와류는 더욱 가속된다. 이와 같이, 여과재(24) 상부의 와류에 의해 원수에 포함된 입자상 부유물질 등은 회전 이동하면서 여과재(24)측으로 침전하는 것이 억제되고, 부유물질 등이 제거된 물만이 여과재(24)를 하부방향으로 통과하여 여과조(23)의 출구(22)를 통하여 배출된다. 여기서, 여과재(24)는 음이온을 발생시켜 표면에 미생물을 활성화하여 오염물질 흡착 및 탈취 기능 등을 수행할 수 있다.
여과조(23)의 출구(22)를 통하여 배출된 물은 제2 공급배관(43)에 설치된 제1 자외선 살균장치(30)를 통과하면서 185nm의 자외선을 조사받게 되고, 이에 의해 바이러스, 세균 등이 1차 살균 및 소독된다. 살균 및 소독시, 밸브(46)는 역세척 배관(45)의 입구를 막아 여과조(23)의 출구(22)를 통하여 배출된 물이 역세척 배관(45)으로 이동하는 것을 방지한다. 살균 및 소독된 물은 제2 집수조(40)에 저장된다.
한편, 여과조(23) 내의 여과재(24)를 역세척할 필요가 있는 경우(역세척 모드), 제2 집수조(40) 내의 물을 역방향으로 이송하여 여과재(24)를 세척한다.
역세척 모드에 대하여 구체적으로 설명하면, 먼저, 밸브(15)는 제1 공급배관(12)의 입구를 막아 제1 집수조(10)의 원수가 여과조(23)로 유입되는 것을 막고, 제1 농축수 배관(14)의 입구를 개방한다. 또한, 밸브(46)는 제2 공급배관(43)의 입구를 막고, 역세척 배관(45)의 입구를 개방하며, 역세척 펌프(42)가 작동하여 제2 집수조(40) 내의 물이 여과조(23)의 출구(22)를 통하여 역방향(상부 방향)으로 이송하면서 여과재(24)를 역세척한다. 여과재(23)를 세척한 농축수는 여과조(23)의 입구(21)를 통하여 배출된 후 제1 농축수 배관(14)을 통하여 외부로 배출된다.
다음으로, 제2 집수조(40)에 저장된 물은 제3 공급배관(44)을 통하여 역삼투 공급펌프(41)에 의해 역삼투 여과장치(50)로 공급된다. 역삼투 여과장치(50)는 반투과막에 의해 물을 여과하여, 제4 공급배관(51)을 통하여 처리수조(60)에 공급하고, 농축수는 제2 농축수 배관(52)을 통하여 외부로 배출한다.
또한, 처리수조(60)에 저장된 처리수는 식수 공급펌프(61)에 의해 식수원으로 공급된다. 이때, 처리수는 재순환 배관(80)을 통하여 재순환 펌프(81)에 의해 처리수조(50)를 순환하며, 이 재순환 배관(80)에 설치된 제2 자외선 살균장치(70)에 의해 250nm의 자외선을 조사받아 미생물의 번식이 억제된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 제1 집수조 11: 급수펌프
12: 제1 공급배관 13: 여과기 공급펌프
14: 제1 농축수 배관 15: 밸브
20: 와류 발생 여과기 21: 입구
22: 출구 23: 여과조
24: 여과재 25: 회전부
26: 노즐 30: 제1 자외선 살균장치
40: 제2 집수조 41: 역삼투 공급펌프
42: 역세척 펌프 43: 제2 공급배관
44: 제3 공급배관 45: 역세척 배관
46: 밸브 50: 역삼투 여과장치
51: 제4 공급배관 52: 제2 농축수 배관
60: 처리수조 61: 식수 공급펌프
70: 제2 자외선 살균장치 80: 재순환 배관
81: 재순환 펌프 100: 정수 처리 시스템

Claims (8)

  1. 원수가 유입되는 제1 집수조;
    상기 제1 집수조의 원수를 공급받아 내부에 충진된 여과재의 상부에 와류를 형성하여 불순물의 침전을 억제하면서 하부방향으로 원수를 여과하는 와류 발생 여과기;
    상기 와류 발생 여과기를 통과한 물에 자외선을 조사하는 제1 자외선 살균장치;
    상기 자외선 살균장치를 통과한 물을 수집하는 제2 집수조;
    상기 제2 집수조의 물을 공급받아 반투막에 의한 역삼투 현상에 의해 물을 여과하는 역삼투 여과장치; 및
    상기 역삼투 여과장치를 통과한 처리수를 수집하는 처리수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리수조에는 상기 처리수를 재순환시키는 재순환 배관이 설치되고,
    상기 재순환 배관에는 자외선을 조사하는 제2 자외선 살균장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 자외선 살균장치가 상기 제2 자외선 살균장치보다 단파장을 조사하는 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 자외선 살균장치가 185nm 파장의 자외선을 조사하고,
    상기 제2 자외선 살균장치는 250nm 파장의 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 여과재는 음이온 발생 희토류볼인 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 와류 발생 여과기는,
    원수가 유입 및 유출되는 입구 및 출구가 형성된 여과조;
    상기 여과조의 내부에 충진되는 여과재; 및
    상기 여과재의 상부에 와류를 발생시키는 회전부를 포함하며,
    상기 회전부는 여과조의 상부 중앙에 배치되는 모터와, 상기 모터에 연결되어 상기 여과조의 내부에서 회전하여 와류를 형성하는 회전날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 여과조의 입구측에는 유입되는 원수를 가속시키는 노즐이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 와류를 가속시키도록 상기 회전날개의 회전방향의 접선방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 정수 처리 시스템.
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