KR101346319B1

KR101346319B1 - 연수 및 정수 통합시스템

Info

Publication number: KR101346319B1
Application number: KR1020120102741A
Authority: KR
Inventors: 유영범; 권순범; 김충환
Original assignee: 한국수자원공사
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-12-31

Abstract

본 발명은 연수 및 정수 통합시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게, 경수를 연수화시키는 펠렛 연수화 장치와 원수를 정수하는 여과막을 포함하는 나노여과장치로 이루어지며, 펠렛 연수화 장치를 통과하여 연수화된 알칼리성의 처리수가 상기 여과막을 통과하면서 중성의 생산수로 배출되도록 하고, 여과막을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 농축수로 다시 펠렛 연수화 장치로 유입되도록 함으로써, 펠렛 연수화장치의 pH를 높게 유지하고, 펠렛 연수화 장치를 통해 연수화된 처리수의 pH가 높은 상태이므로 바로 나노여과장치로 유입되도록 할 수 있기 때문에 처리수의 pH 조절이 불필요하며, 경도에 의한 여과막의 오염이 저감되며, 나노여과 공정의 여과율이 향상되고 막오염이 저감될 수 있는 연수 및 정수 통합시스템에 관한 것이다.

Description

연수 및 정수 통합시스템{softening and water purifying integrated system}

일반적으로, 수도수 또는 지하수에는 다양한 종류의 불순물이 포함되는 바, 그 불순물에는 대표적으로 칼륨이라든지 마그네슘, 나트륨, 중탄산, 황산, 염소, 이산화규소, 철, 망간 등의 이온물질이 포함되고, 그 이온물질이 포함된 수도수 또는 지하수는 경수(Hard water)로 지칭된다.

국내와 같이 지표수를 수자원으로 사용하는 경우 경도(물속에 칼슘과 마그네슘과 같은 이온물질이 함유되어 있는 정도)는 크게 문제가 되지 않으나, 지하수를 사용할 경우 고경도로 인한 보일러용수, 공업용수에서의 규모 문제와 가정의 목욕 용수 등으로 사용할 경우 비누가 완전히 제거되지 않는 등의 문제점이 발생하기도 한다.

그럼에도 불구하고, 지하수는 가뭄이 들어도 수량의 변화가 크지 않으며, 지층 내 자연 여과로 인해 하천수보다 깨끗하고 수온이 거의 일정할 뿐만 아니라, 저수지나 댐을 이용하는 것보다 적인 비용이 들기 때문에 이용가치가 매우 높다는 장점이 있다.

하지만, 지하수는 하천수보다 많은 광물질을 포함하고 있어, 지하수를 이용하는 국내의 한 지역의 경우 처리수의 높은 경도로 민원이 제기되고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위한 상수처리과정으로 이온교환수지를 이용한 소규모 연수화기술 정도만이 보편화되어 있을 뿐, 경도 및 이온성 물질 제거에 관한 기술의 국내 보급이 부족한 실정이다.

이러한 연수화과정이 보편화 되지 않은 가장 큰 이유는 우리나라가 지금까지 지표수에 먹는 물 생산을 위해 많은 의존을 하고 있었기 때문이다.

상기 원수에 함유된 경도성분을 제거하는 대표적인 방법으로 석회-소다 연수화(Lime soda softening)를 이용한 침전연화법이나 착염법(complexionary), 이온교환법(Ion exchange) 등이 있으며, 보통 석회-소다회법이나 제올라이트(Zeolite)를 여재로 이용하는 이온교환법이 주로 사용되고 있다.

국내공개특허 제2004-0030020호(공개일 2004.04.08, 명칭 : 연수기)에는 연수기 본체의 내부에 미립자 형상의 이온교환수지가 충전됨과 더불어, 그 연수기 본체에는 원수(즉, 수도수 또는 지하수 등의 경수)가 입수되는 원수공급관과, 그 원수공급관을 통해 입수된 원수가이온교환수지를 통과하면서 불순물이 제거되어 얻어지는 연수를 배수하기 위한 연수배출관을 포함하여 형성되며, 이온교환법을 이용한 연수기가 개시된 바 있다.

여기서, 이온교환수지는 경수가 통과되는 상태에서 그 경수에 포함된 불순물(예컨대, 칼륨이라든지 나트륨 등)을 흡착하여 연수화하게 되는 바, 그 때문에 장시간 사용하게 되면 이온교환수지의 불순물 흡착기능이 열화되기 때문에 일정한 주기(또는 경수의 상태에 따라 결정되는 주기)마다 염수를 연수기 본체에 투입하여 그 염수에 의해 이온교환수지로부터 불순물이 배출되도록 하는 세척과정이 필요하게 되므로 유지보수 작업이 번거롭다는 문제점을 가진다.

한편, 종래의 펠렛 연수화 장치는 모래입자가 채워진 처리탱크 하부로 경수와 NaOH 또는 Ca(OH)₂가 주입되며, 모래입자 주변에서 경도유발물질이 결정화됨으로써 펠렛(pellet)이 형성되고, 이와 같은 과정을 거쳐 경수가 연수화된다.

이 때, 펠렛은 주기적으로 제거되어 토양개량제, 연마제, 시멘트 생산 또는 석회생산에 재사용될 수 있다.

상기 펠렛 연수화 장치는 간단한 운전과, 높은 처리속도로 인해 편리하다는 장점이 있지만, 상기 처리탱크 하부로 경수가 유입될 때, NaOH 또는 Ca(OH)₂이 지속적으로 투입되어야 하며, 연수화 과정을 거쳐 상기 처리탱크에서 유출되는 유출수의 pH도 조절해야 하므로, 지속적인 관리가 필요하다는 단점이 있다.

국내공개특허 제2004-0030020호(공개일 2004.04.08, 명칭 : 연수기)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 경수를 연수화시키는 펠렛 연수화 장치와 원수를 정수하는 여과막을 포함하는 나노여과장치로 이루어지며, 펠렛 연수화 장치를 통과하여 연수화된 알칼리성의 처리수가 상기 여과막을 통과하면서 중성의 생산수로 배출되도록 하고, 여과막을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 농축수로 다시 펠렛 연수화 장치로 유입되도록 함으로써, 펠렛 연수화장치의 pH를 높게 유지하고, 펠렛 연수화 장치를 통해 연수화된 처리수의 pH가 높은 상태이므로 바로 나노여과장치로 유입되도록 할 수 있기 때문에 처리수의 pH 조절이 불필요하며, 경도에 의한 여과막의 오염이 저감되며, 나노여과 공정의 여과율이 향상되고 막오염이 저감될 수 있는 연수 및 정수 통합시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 연수 및 정수 통합시스템은 경수(Hard water)를 연수화시키고 원수를 정수화 하는 연수 및 정수 통합시스템(1)에 있어서, 경수가 유입되는 처리탱크(100) 내부에 모래가 충진되어 탄산칼슘의 결정화 반응 표면적을 증가시키고, 모래 표면에 결정화된 펠렛을 외부로 배출시키며, 경수를 연수화 처리하는 펠렛 연수화 장치(10); 상기 펠렛 연수화 장치(10)에서 연수화 처리된 처리수가 여과막(300)으로 이송되도록 하여, 상기 여과막(300)에 의해 생산수가 제조되며, 상기 여과막(300)을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 나노여과 농축수로 배출 또는 상기 펠렛 연수화 장치(10)로 재유입되도록 하는 나노여과장치(20); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 펠렛 연수화 장치(10)의 처리탱크(100)는 일측에 경수가 유입되는 제1유입구(130)가 형성된 경수유입챔버(110); 상기 경수유입챔버(110)로부터 공급된 경수를 연수화시키는 모래가 내부에 충진되고, 연수화된 처리수를 외부로 배출하는 제1배출구(140)가 일측에 형성된 연수화챔버(120); 상기 경수유입챔버(110)와 상기 연수화챔버(120) 사이에 설치되며, 상기 연수화챔버(120)에 충진된 모래로 가성소다 또는 소석회를 분사시키는 분사부재(200); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분사부재(200)는 상기 경수유입챔버(110)와 상기 연수화챔버(120)를 구별하는 격벽부(250); 및 상기 격벽부(250)에 형성되어 일단은 상기 경수유입챔버(110)와 연통되며, 타단은 상기 연수화챔버(120)로 연통되어 상기 경수유입챔버(110)의 지하수를 상기 연수화챔버(120) 내부로 이동시키는 경수로(211)가 일측에 형성되고, 가성소다 또는 소석회를 미스트(mist) 상태로 상기 연수화챔버(120)로 분사시키는 분사노즐부(210); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분사노즐부(210)는 일측에 상기 가성소다 또는 소석회가 공급되는 공급관이 형성되고, 상기 공급관을 통하여 공급된 가성소다 또는 소석회가 축적되는 축적공간이 형성되며, 상기 축적공간의 일측에는 상기 연수화챔버(120)로 연통되는 분사구(223)가 형성되는 분사몸체(220); 상기 축적공간 내부에서 상기 가성소다 또는 소석회의 충진 정도에 따라 왕복 이동하여 상기 분사구(223)를 선택적으로 개폐하는 압력피스톤(230); 및 상기 분사구(223)를 통하여 상기 가성소다 또는 소석회가 분사되면, 상기 압력피스톤(230)을 초기 상태로 위치시키는 탄성수단(240); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나노여과장치(20)는 상기 제1배출구(140)에서 배출된 연수화된 처리수가 유입되는 제2유입구(310); 상기 제2유입구(310)를 통해 유입된 처리수가 상기 여과막(300)을 통해 여과되어 제조되는 생산수가 배출되는 제2배출구(320); 및 상기 여과막(300)을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 나노여과 농축수로 배출되는 제3배출구(330); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연수 및 정수 통합시스템(1)은 상기 제3배출구(330)로부터 배출된 농축수가 상기 제1유입구(130)로 이송되는 순환유로(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나노여과장치(20)는 상기 여과막(300)이 나노여과막(300) 및 역삼투막 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나노여과장치(20)는 상기 여과막(300)이 복수개 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나노여과장치(20)는 상기 여과막(300)이 복수개 구비되는 경우, 상기 제2배출구(320)는 이웃하는 여과막(300)과 병렬로 연결되며, 상기 제3배출구(330)는 이웃하는 여과막(300)과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연수 및 정수 통합시스템(1)은 상기 나노여과장치(20)를 통해 배출되는 농축수의 pH 정도에 따라 상기 펠렛 연수화 장치(10)에서 분사되는 가성소다 또는 소석회의 분사량이 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연수 및 정수 통합시스템은 경수를 연수화시키는 펠렛 연수화 장치와 원수를 정수하는 여과막을 포함하는 나노여과장치로 이루어지며, 펠렛 연수화 장치를 통과하여 연수화된 알칼리성의 처리수가 상기 여과막을 통과하면서 중성의 생산수로 배출되도록 하고, 여과막을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 농축수로 다시 펠렛 연수화 장치로 유입되도록 함으로써, 펠렛 연수화장치의 pH를 높게 유지하고, 펠렛 연수화 장치를 통해 연수화된 처리수의 pH가 높은 상태이므로, 바로 나노여과장치로 유입되도록 할 수 있기 때문에 처리수의 pH 조절이 불필요하며, 펠렛 연수화 장치의 운전비용이 저감될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템은 경수가 펠렛 연수화 장치를 통과하면서 1차적으로 Ca, Mg, Mn 등과 같은 경도성분이 걸러져 연수화되기 때문에 여과막의 오염이 저감되어 여과막의 수명이 증가될 수 있으며, 나노여과 공정의 여과율이 향상된다는 장점이 있다.

다시 말하면, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템은 경도제거에 탁월하지만 배출되는 처리수의 pH조절이 필요한 펠렛 연수화 장치의 단점을 나노여과 장치에서 보완하고, 나노여과 장치를 높은 pH 조건에서 운전함으로써 유기오염물에 의한 막오염을 감소시키고 제거효율을 향상시킬 수 있으며, 경도에 의한 막오염이 심각한 나노여과장치의 단점을 펠렛 연수화 장치로 보완함으로써, 연수 및 정수 통합시스템을 최적화 할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템의 펠렛 연수화 장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 5는 도 4의 분사부재를 개략적으로 나타낸 단면도.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템을 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 연수 및 정수 통합시스템의 펠렛 연수화 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4의 분사부재를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

본 발명의 연수 및 정수 통합시스템(1)은 경수를 연수화시키는 펠렛 연수화 장치(10)와 여과막(300)을 포함하는 나노여과장치(20)로 이루어지며, 펠렛 연수화 장치(10)를 통과하여 연수화된 알칼리성의 처리수가 상기 여과막(300)을 통과하면서 중성의 생산수로 배출되도록 하고, 여과막(300)을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 농축수로 다시 펠렛 연수화 장치(10)로 유입되도록 하는 구성을 갖는다.

더욱 상세히 설명하면, 상기 펠렛 연수화 장치(10)는 경수가 유입되는 처리탱크(100) 내부에 모래가 충진되어 탄산칼슘의 결정화 반응 표면적을 증가시키고, 모래 표면에 결정화된 펠렛을 외부로 배출시키며, 경수를 연수화 처리한다.

상기 나노여과장치(20)는 상기 펠렛 연수화 장치(10)에서 연수화 처리된 처리수가 여과막(300)으로 이송되도록 하여, 상기 여과막(300)에 의해 생산수가 제조되며, 상기 여과막(300)을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 농축수로 배출되어 상기 펠렛 연수화 장치(10)로 재유입되도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템(1)은 상기 펠렛 연수화 장치(10)를 통과하여 알칼리성을 띄는 처리수가 별도의 pH 조절 없이 바로 상기 나노여과장치(20)로 유입되며, 상기 나노여과장치(20)의 여과막(300)을 통해 염기(OH)가 여과되어 중성을 띄는 생산수가 배출되고, 상기 여과막(300)에서 걸러진 염기(OH)가 농축된 강알칼리성의 농축수는 다시 상기 펠렛 연수화 장치(10)로 유입되는 과정을 거치게 된다.

도 2를 참고로, 상기 펠렛 연수화 장치(10)의 구성을 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 펠렛 연수화 장치(10)의 처리탱크(100)는 크게 경수유입챔버(110)와, 연수화챔버(120) 및 분사부재(200)를 포함하여 형성된다.

상기 경수유입챔버(110)는 일측에 칼륨이라든지 마그네슘, 나트륨, 중탄산, 황산, 염소, 이산화규소, 철, 망간 등의 이온물질이 포함되고, 그 이온물질이 포함된 지하수 또는 강변 여과수가 유입되는 제1유입구(130)가 형성된다.

상기 제1유입구(130)는 상기 경수유입챔버(110)의 하측면에 형성되어 지하에서부터 공급되는 지하수나 강변 여과수가 상기 경수유입챔버(110)로 유입되도록 한다.

상기 처리탱크(100)는 상기 경수유입챔버(110)의 상부에 연수화챔버(120)가 형성된다. 상기 연수화챔버(120)는 상기 제1유입구(130)로 유입된 경수의 경도(硬度)가 제거된 처리수를 배출하는 제1배출구(140)가 일측에 형성된다. 이 때, 상기 연수화챔버(120)는 상기 경수유입챔버(110)로부터 공급된 경수에서 경도를 제거하기 위한 모래가 내부에 충진된다.

즉, 경수는 상기 경수유입챔버(110)에서 상기 연수화챔버(120)로 이동하고, 상기 연수화챔버(120) 내에 충진된 모래와 혼합된다. 이 때, 모래에는 경수의 경도를 제거하기 위한 가성소다 또는 소석회가 혼합될 수 있는데, 모래에 혼합된 가성소다 또는 소석회가 지하수의 경도를 결정화함으로써 상기 경수 내에 포함된 경도가 제거될 수 있다.

가성소다 또는 소석회는 상기 연수화챔버(120) 내부의 모래에 의하여 결정화 반응 표면적을 증가시켜 반응속도를 증가시키는 물리 화학적 방법으로 지하수의 경도를 제거하는 물질이다.

경수의 경도는 수중에 존재하는 Ca²⁺ 및 Mg²⁺의 총량을 이에 대응하는 CaCO₃의 양(mg/L)으로 표시하는 것을 말한다. 이때, 가성소다 또는 소석회는 선택적으로 Ca²⁺ 결정화를 통하여 탄산칼슘(CaCO₃) 경도만을 제거한다. 이 과정은 핵을 가지고 있는 직경 0.2~0.4mm의 모래(모래) 알갱이에 탄산칼슘(CaCO3)을 결정화시켜 경도를 제거하는 것을 기본으로 한다.

화학 반응식은 아래와 같다.

[반응식]

Ca2+ + HCO3- + Na(OH) → Na2+ + CaCO3↓ + 2H2O

한편, 상기 분사부재(200)는 상기 경수유입챔버(110)와 상기 연수화챔버(120) 사이에 설치되며, 상기 연수화챔버(120)에 충진된 모래로 가성소다 또는 소석회를 분사시킨다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 분사부재(200)는 상기 경수유입챔버(110)와 상기 연수화챔버(120)를 구별하는 격벽부(250)와, 상기 격벽부(250)에 형성되어 일단은 상기 경수유입챔버(110)와 연통되며, 타단은 상기 연수화챔버(120)로 연통되어 상기 경수유입챔버(110)의 지하수를 상기 연수화챔버(120) 내부로 이동시키는 경수로(211)가 일측에 형성되고, 가성소다 또는 소석회를 미스트(mist) 상태로 상기 연수화챔버(120)로 분사시키는 분사노즐부(210)를 포함하여 형성된다.

상기 격벽부(250)는 상기 경수유입챔버(110)와 상기 연수화챔버(120)의 사이에 설치되고, 내부에 가성소다 또는 소석회가 유입되는 내부유로가 형성된 원형의 플레이트로 이루어진다.

또한 상기 격벽부(250)는 중앙으로 갈수록 하향 경사지게 형성되며, 상기 격벽부(250)의 중앙에는 상기 모래의 일부가 외부로 배출되는 모래배출로(150)가 형성된다.

상기 모래배출로(150)는 상기 가성소다 또는 소석회가 모래입자와 반응하여 모래입자 주변에서 결정화되어 형성된 펠렛이 주기적으로 제거되도록 하는 통로이며, 이를 통해 배출된 펠렛은 토양개량제, 연마제, 시멘트생산 또는 석회생산에 재사용될 수 있다.

그리고 상기 분사노즐부(210)는 일측에 경수로(211)가 형성되고, 가성소다 또는 소석회를 미스트 상태로 상기 연수화챔버(120)로 분사시킨다.

상기 경수로(211)는 상기 분사노즐부(210)의 일측에 일체로 형성되고, 일단은 상기 경수유입챔버(110)와 연통되며, 타단은 상기 연수화챔버(120)로 연통되어 상기 경수유입챔버(110)의 지하수를 상기 연수화챔버(120)로 이송시킨다.

상기 분사노즐부(210)는 분사몸체(220), 압력피스톤(230) 및 탄성수단(240)으로 이루어진다.

상기 분사몸체(220)는 일측에 상기 격벽부(250)의 내부 유로와 연통되어 가성소다 또는 소석회를 공급하는 공급관이 형성되고, 내부에 상기 공급관을 통하여 공급된 가성소다 또는 소석회가 축적되는 축적공간이 형성된다.

그리고 상기 축적공간의 상측에는 상기 연수화 챔버로 연통되는 분사구(223)가 형성된다.

상기 축적공간의 내부에는 상하왕복 가능하도록 설치되어 상기 축적공간에 축적된 가성소다 또는 소석회의 충진량에 따라 상기 분사구(223)를 선택적으로 개폐하는 압력피스톤(230)이 형성된다.

상기 압력피스톤(230)의 상부는 상기 분사구(223)를 관통하며 왕복 이송하게 형성되어 상기 분사구(223)를 선택적으로 개폐한다.

상기 압력피스톤(230)은 상기 축적공간에 가성소다 또는 소석회가 충진됨에 따라 점점 더 하강하게 되며, 상기 가성소다 또는 소석회가 어느 이상 충전되어 상기 압력피스톤(230)의 상부가 상기 분사구(223)를 막지 못하는 상태로 되면, 상기 분사구(223)를 통하여 상기 가성소다 또는 소석회가 연수화챔버(120)로 배출된다.

한편, 상기 압력피스톤(230)의 하측에는 상기 압력상태를 초기 상태로 위치시키는 탄성수단(240)이 형성된다.

상기 탄성수단(240)은 상기 압력피스톤(230)의 하측에 대응하는 상기 분사몸체(220) 내부공간에 충진된 압축성 용액으로 구성된다.

상기 압축성 용액은, 상기 압력피스톤(230)이 하강함에 따라 점점 압축되다가, 상기 분사구(223)를 통하여 상기 가성소다 또는 소석회가 상기 연수화챔버(120)로 배출되면 상기 압력피스톤(230)을 상부로 밀어 올려 상기 압력피스톤(230)을 원위치로 복귀 시킨다.

본 실시예에서는 탄성수단(240)으로서 압축용액을 사용하였으나, 탄성수단(240)으로서 압력피스톤(230)에 탄성복원력을 작용할 수 있다면, 탄성스프링 등과 같은 구성으로 얼마든지 변경실시가 가능하다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 나노여과장치(20)는 상기 제1배출구(140)에서 배출된 연수화된 처리수가 유입되는 제2유입구(310); 상기 제2유입구(310)를 통해 유입된 처리수가 상기 여과막(300)을 통해 여과되어 제조되는 생산수가 배출되는 제2배출구(320); 및 상기 여과막(300)을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 농축수로 배출되는 제3배출구(330); 를 포함하여 형성될 수 있다.

특히, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템(1)은 상기 제3배출구(330)로부터 배출된 농축수가 상기 제1유입구(130)로 이송되는 순환유로(340)를 더 포함하여 형성됨으로써, 강알칼리성을 띄는 농축수가 상기 펠렛 연수화 장치(10)로 유입됨으로써, 종래에 상기 펠렛 연수화 장치(10)로 유입되는 경수 및 펠렛 연수화 장치(10)에서 유출되는 처리수의 pH를 모두 조절해야 하는 번거로움을 덜 수 있다.

상기 나노여과장치(20)에서 사용되는 여과막(300)은 포어 사이즈(pore size)가 나노 수준으로 작은 나노여과막(300)일 수도 있으며, 역삼투막일 수도 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 나노여과장치(20)는 상기 여과막(300)이 복수개 구비되어 다단으로 정수화처리가 진행되도록 할 수 있다.

이 경우, 상기 나노여과장치(20)는 상기 제2배출구(320)가 이웃하는 여과막(300)과 병렬로 연결되며, 상기 제3배출구(330)는 이웃하는 여과막(300)과 직렬로 연결될 수 있다.

도 2과 같이 상기 여과막(300)이 2개 구비되는 경우, 상측에 위치한 여과막(300)을 제1여과막(300)이라 하고, 하측에 위치한 여과막(300)을 제2여과막(300)이라 임의로 명명하여 설명한다면,

상기 제1배출구(140)에서 배출된 연수화된 처리수가 상기 제1여과막(300)의 제2유입구(310) 로 유입되며, 상기 제1여과막(300)을 통과하여 상기 제2배출구(320)로 생산수가 배출된다.

이 때, 상기 제1여과막(300)을 통과하여 염기(OH)가 농축된 농축수는 상기 제2여과막(300)의 제2유입구(310)로 유입되어, 상기 제2여과막(300)을 통과하게 되고, 이 과정에서 상기 제2여과막(300)의 제2배출구(320)로 생산수가 배출되며, 상기 제2여과막(300)의 제3배출구(330)로 농축수가 더욱 농축되어 배출된다.

상기 제2여과막(300)의 제3배출구(330)로 배출된 농축수는 상기 펠렛 연수화 장치(10)의 제1유입구(130)로 재유입된다.

도 3과 같이 상기 여과막(300)이 3개 구비되는 경우, 상측에 위치한 여과막(300)을 제1여과막(300)이라 하고, 중간에 위치한 여과막(300)을 제2여과막(300), 하측에 위치한 여과막(300)을 제3여과막(300)이라 임의로 명명하여 설명한다면,

상기 제2여과막(300)의 제3배출구(330)로 배출된 농축수는 다시 상기 제3여과막(300)의 제2유입구(310)로 유입되어, 상기 제3여과막(300)을 통과하게 되고, 이 과정에서 상기 제3여과막(300)의 제2배출구(320)로 생산수가 배출되며, 상기 제3여과막(300)의 제3배출구(330)로 농축수가 더욱 농축되어 배출된다.

상기 제3여과막(300)의 제3배출구(330)로 배출된 농축수는 상기 펠렛 연수화 장치(10)의 제1유입구(130)로 재유입된다.

도 1을 참고로, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템(1)의 동작과정을 설명하면, pH 7정도의 중성을 띄는 경수가 상기 펠렛 연수화 장치(10)의 제1유입구(130)로 유입되면, 경수는 상기 분사부재(200)에서 분사되는 가성소다 또는 소석회와, 상기 연수화챔버(120) 내부에 충진되어 있는 모래와의 반응에 의해 연수화되는 동시에 pH 9~10 정도의 알칼리를 띄게 된다.

연수화된 알칼리성의 처리수는 별도의 pH 조절 없이 상기 나노여과장치(20)의 제2유입구(310)로 유입되며, 나노여과막(300) 또는 역삼투막으로 이루어진 여과막(300)에서 여과되어 상기 제2배출구(320)를 통해 pH 7 정도의 중성을 띄는 생산수로 배출된다.

이 때, 상기 나노여과장치(20)는 pH 9~10 정도의 알칼리를 띄는 처리수 중 일부에 여과막(300)에서 걸러진 알칼리 성분이 농축되어 상기 제3배출구(330)로 pH 10~11정도의 강알칼리를 띄는 농축수를 배출하게 되며, 이는 다시 상기 순환유로(340)를 통해 상기 펠렛 연수화 장치(10)의 제1유입구(130)로 유입된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템(1)은 상기 순환유로(340)를 통해 재유입되는 농축수가 강알칼리를 띄게 되므로, 상기 나노여과장치(20)를 통해 배출되는 농축수의 pH 정도에 따라 상기 펠렛 연수화 장치(10)에서 분사되는 가성소다 또는 소석회의 분사량이 조절되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템(1)은 펠렛 연수화 장치(10)를 통해 연수화된 처리수의 pH가 높은 상태이므로, 바로 나노여과장치(20)로 유입되도록 할 수 있기 때문에 처리수의 pH 조절이 불필요하며, 펠렛 연수화 장치(10)의 운전비용이 저감될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 연수 및 정수 통합시스템(1)은 경수가 펠렛 연수화 장치(10)를 통과하면서 1차적으로 Ca, Mg, Mn 등과 같은 경도성분이 걸러져 연수화되기 때문에 여과막(300)의 오염이 저감되어 여과막(300)의 수명이 증가될 수 있으며, 나노여과 공정의 여과율이 향상된다는 장점이 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1 : 연수 및 정수 통합시스템
10 : 펠렛 연수화 장치
20 : 나노여과장치
100 : 처리탱크
110 : 경수유입챔버 120 : 연수화챔버
130 : 제1유입구 140 : 제1배출구
150 : 모래배출로
200 : 분사부재
210 : 분사노즐부 211 : 경수로
220 : 분사몸체 221 : 공급관
222 : 축적공간 223 : 분사구
230 : 압력피스톤 240 : 탄성수단
250 : 격벽부
300 : 여과막
310 : 제2유입구 320 : 제2배출구
330 : 제3배출구 340 : 순환유로

Claims

경수(Hard water)를 연수화시키고 원수를 정수화 하는 연수 및 정수 통합시스템(1)에 있어서,
경수가 유입되는 처리탱크(100) 내부에 모래가 충진되어 탄산칼슘의 결정화 반응 표면적을 증가시키고, 모래 표면에 결정화된 펠렛을 외부로 배출시키며, 경수를 연수화 처리하는 펠렛 연수화 장치(10);
상기 펠렛 연수화 장치(10)에서 연수화 처리된 처리수가 여과막(300)으로 이송되도록 하여, 상기 여과막(300)에 의해 생산수가 제조되며, 상기 여과막(300)을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 나노여과 농축수로 배출 또는 상기 펠렛 연수화 장치(10)로 재유입되도록 하는 나노여과장치(20); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 1항에 있어서,
상기 펠렛 연수화 장치(10)의 처리탱크(100)는
일측에 경수가 유입되는 제1유입구(130)가 형성된 경수유입챔버(110);
상기 경수유입챔버(110)로부터 공급된 경수를 연수화시키는 모래가 내부에 충진되고, 연수화된 처리수를 외부로 배출하는 제1배출구(140)가 일측에 형성된 연수화챔버(120);
상기 경수유입챔버(110)와 상기 연수화챔버(120) 사이에 설치되며, 상기 연수화챔버(120)에 충진된 모래로 가성소다 또는 소석회를 분사시키는 분사부재(200); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 2항에 있어서,
상기 분사부재(200)는
상기 경수유입챔버(110)와 상기 연수화챔버(120)를 구별하는 격벽부(250); 및
상기 격벽부(250)에 형성되어 일단은 상기 경수유입챔버(110)와 연통되며, 타단은 상기 연수화챔버(120)로 연통되어 상기 경수유입챔버(110)의 지하수를 상기 연수화챔버(120) 내부로 이동시키는 경수로(211)가 일측에 형성되고, 가성소다 또는 소석회를 미스트(mist) 상태로 상기 연수화챔버(120)로 분사시키는 분사노즐부(210); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 3항에 있어서,
상기 분사노즐부(210)는,
일측에 상기 가성소다 또는 소석회가 공급되는 공급관이 형성되고, 상기 공급관을 통하여 공급된 가성소다 또는 소석회가 축적되는 축적공간이 형성되며, 상기 축적공간의 일측에는 상기 연수화챔버(120)로 연통되는 분사구(223)가 형성되는 분사몸체(220);
상기 축적공간 내부에서 상기 가성소다 또는 소석회의 충진 정도에 따라 왕복 이동하여 상기 분사구(223)를 선택적으로 개폐하는 압력피스톤(230); 및
상기 분사구(223)를 통하여 상기 가성소다 또는 소석회가 분사되면, 상기 압력피스톤(230)을 초기 상태로 위치시키는 탄성수단(240); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 2항에 있어서,
상기 나노여과장치(20)는
상기 제1배출구(140)에서 배출된 연수화된 처리수가 유입되는 제2유입구(310);
상기 제2유입구(310)를 통해 유입된 처리수가 상기 여과막(300)을 통해 여과되어 제조되는 생산수가 배출되는 제2배출구(320); 및
상기 여과막(300)을 통과하는 처리수 중 알칼리 성분이 나노여과 농축수로 배출되는 제3배출구(330); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 5항에 있어서,
상기 연수 및 정수 통합시스템(1)은
상기 제3배출구(330)로부터 배출된 농축수가 상기 제1유입구(130)로 이송되는 순환유로(340)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 6항에 있어서,
상기 나노여과장치(20)는
상기 여과막(300)이 나노여과막(300) 및 역삼투막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 7항에 있어서,
상기 나노여과장치(20)는
상기 여과막(300)이 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 8항에 있어서,
상기 나노여과장치(20)는
상기 여과막(300)이 복수개 구비되는 경우,
상기 제2배출구(320)가 이웃하는 여과막(300)과 병렬로 연결되며,
상기 제3배출구(330)가 이웃하는 여과막(300)과 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.
제 7항 및 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연수 및 정수 통합시스템(1)은
상기 나노여과장치(20)를 통해 배출되는 농축수의 pH 정도에 따라 상기 펠렛 연수화 장치(10)에서 분사되는 가성소다 또는 소석회의 분사량이 조절되는 것을 특징으로 하는 연수 및 정수 통합시스템.