KR101627845B1 - 여러 개의 챔버를 직렬로 연결한 형태의 지하수 라돈 저감장치 - Google Patents

Abstract

공기층과 지하수층을 형성할 수 있는 챔버를 여러 개 직렬로 연결한 형태의 지하수 라돈 저감창치는, 라돈자핵종에 오염된 폐 활성탄 처리 문제 및 외부 공기 주입에 따른 지하수 오염 문제를 발생시키지 않고, 또한 활성탄 교체비용 및 전기료와 같은 유지비도 필요로 하지 않는, 가장 경제적일 수 있는 지하수 라돈 저감장치에 해당한다.

Description

여러 개의 챔버를 직렬로 연결한 형태의 지하수 라돈 저감장치 {Radon Mitigation Device for Groundwater Using by Chambers Connected in Series}

본 발명의 기술분야는 지하수에 함유된 라돈의 농도를 저감하기 위한 장치에 해당한다.

지하수 라돈 저감장치에 대한 기술로는, 지하수에 녹아있는 라돈을 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방법과 지하수에 공기를 주입하여 라돈을 대기 중으로 방출해 내는 방법으로 구분할 수 있다. 활성탄을 이용하는 방법은 라돈자핵종으로 오염된 폐 활성탄의 2차 폐기물 처리 문제를 발생시키며, 공기 주입을 이용하는 방법은 대기중에 포함된 미세먼지 등의 유해물질이 지하수를 오염시키는 문제를 발생시킬 수 있다.

본 발명에서는, 폐 활성탄과 같은 2차 폐기물을 발생시키지도 않고 또한 공기 주입에 따른 지하수 오염의 우려도 없는, 지하수 라돈 저감장치를 소개하고자 한다.

라돈을 함유하고 있는 지하수가 공기와 접촉하게 되면 지하수에 녹아있는 라돈이 공기층으로 이동하게 되는데, 밀폐용기 내에 지하수와 공기가 함께 존재할 때 라돈은 공기층과 지하수층에 각각 일정한 농도로 분배하게 된다. 공기층 공기의 라돈농도에 대한 지하수층 지하수의 라돈농도를 오스트왈드 분배계수라고 하며, 약 25℃의 온도에서 오스트왈드 분배계수는 약 0.25에 해당한다. 오스트왈드 분배계수에 근거하였을 때 공기층과 지하수층의 부피비를 약 1:1로 유지할 수 있는 챔버 1개를 사용한다면 최대 약 75% 정도의 라돈 저감 효과를 기대할 수 있을 것이라는 이론적 예측을 가능하게 한다. 또한, 공기층의 부피를 지하수층의 부피보다 크게 하면 라돈 저감 효과는 산술적으로 높아질 수 있다는 것과, 챔버를 여러 개 직렬로 연결하는 경우에는 저감 효과가 지수적으로 높아질 수 있다는 것을 수학식 1 및 표 1로부터 확인할 수 있다.

위 식에서, Co: 공기층을 형성할 수 있는 챔버에 라돈을 함유하고 있는 지하수를 천천히 주입하였을 때 챔버로부터 배출되는 지하수에 함유된 라돈의 농도, Ci: 지하수 원수에 함유된 라돈의 농도, Vw: 챔버 내부 지하수층의 부피, Va: 챔버 내부 공기층의 부피, k: 오스트왈드 분배계수, n: 공기층을 형성할 수 있는 챔버를 직렬로 연결한 갯수

공기층을 형성할 수 있는 챔버의 직렬연결 갯수에 따른 최대 라돈저감 효율

챔버의 수	1	2	3	4	5	6	7
초기농도(pCi/L)	10,000	2,500	625	156	39	10	2
처리농도(pCi/L)	2,500	625	156	39	10	2	1
계산효율(%)	75.00	93.75	98.44	99.61	99.90	99.98	99.99

주) 각각의 챔버 내에서 공기층의 부피와 지하수의 부피가 같다고 가정하고 오스트왈드 분배계수 0.25를 수학식 1에 대입하여 계산한 산술적 결과임.

표 1에 제시한 계산 결과는 각각의 챔버 내에서 공기층 공기의 라돈농도가 실외 공기에서와 같이 무시할 수 있는 정도로 낮은 수준이라고 가정하고 계산한 결과이므로 사용 초기 또는 정수기와 같이 사용량이 적은 경우에는 이와 유사한 결과를 얻을 수도 있을 것이지만, 지하수 사용량이 증가함에 따라 1개의 챔버를 사용했을 때와 유사한 처리효율을 나타내거나 또는 전혀 처리효율을 얻어내지 못할 수도 있다. 본 발명에서는, 공기층과 지하수층 경계의 위쪽 외기와 접한 면에 구멍을 마련한 후 필터를 장착하는 것을 수단으로 하여 챔버 내부의 공기에 포함된 라돈이 필터를 통하여 외부로 확산하여 빠져나갈 수 있도록 하여, 지하수 사용량이 증가하더라도 높은 처리효율을 기대할 수 있도록 하였다.

챔버를 여러 개 직렬로 연결하는 형태의 장치를 사용하면, 라돈자핵종으로 오염된 폐기물을 발생시키는 활성탄을 사용하지 않고 또한 지하수를 오염시킬 수 있는 공기를 불어넣지도 않으면서, 지하수의 라돈농도를 저감 할 수 있는 효과를 얻어낼 수 있을 것이다.

도 1. 본 발명의 원리를 이해하기 쉽게 설명하기 위한 그림으로써, (A)는 1개의 챔버를 사용한 처리장치에 해당 될 수 있으며, (B)는 7개의 챔버를 사용한 처리장치에 해당 될 수 있다. 점선 화살표는 지하수의 흐름 방향을 나타내며, 일점쇄선은 지하수의 수면을 나타내고 있다.
도2. 6개의 격벽을 사용하여 1개의 본체 내에 7개의 챔버를 구현한 장치를 설명하기 위한 그림이다. 각각의 챔버 내부에 유입된 지하수가 공기와 충분한 시간 동안 접촉이 이루어지게 한 후 다음 챔버로 이동될 수 있도록 하기 위하여, 각각의 챔버 내부에서 유입구와 배출구를 가능한 멀리 떨어지도록 하였다. 격벽 1과 2는 본체 내부의 격벽을 좌측에서 각각 바라본 형태를 나타내며, 격벽 5와 6은 본체 내부의 격벽을 우측에서 각각 바라본 형태를 나타냈다.
도3. 도 2에서 소개한 장치의 챔버 상부에 구멍을 마련하여 외기와 직접 접하고 있는 형태로 필터를 장착한 것을 설명하기 위한 그림이며, 필터는 철망이나 지지대로 보강되어 있으며 '필터가 부착된 창' 또는 '라돈창'이라고 표시하였다.
위 도면을 통하여, 챔버의 지하수 입구와 출구를 각각 '유입구'와 '배출구'로 표시하여 본체의 지하수 '입구'와 '출구'와 구분하였음을 알 수 있으며, 공기층과 지하수층 경계의 아래쪽에 지하수 이동 경로를 마련하는 것을 수단으로 하여 지하수는 중력에 의해 인접 챔버로 이동할 수 있지만 라돈의 농도가 높은 챔버 내부의 공기는 인접 챔버로 이동할 수 없다는 것을 확인할 수 있으며, 공기층과 지하수층 경계의 위쪽 외기와 접한 면에는 '필터가 부착된 창'을 마련하는 것을 수단으로 하여 챔버 내부의 공기에 포함된 라돈은 확산과정을 통하여 외부로 배출될 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2의 장치는 에어포켓의 원리에 의하여 공기층이 형성될 수 있으며, 배관 내부 지하수의 유압 조절을 통하여 에어포켓의 크기를 충분히 조절할 수 있을 것이므로 별도의 지하수 레벨 조절장치는 필요 없을 수 있으나, 도 3의 장치는 에어포켓이 형성되지 않을 것이므로 그림에는 나타내지 않았지만 별도의 지하수 레벨 조절장치가 필요할 것이다.

공개특허 10-2013-0049186의 명세서에 제시된 실험결과는 밀폐용기 내부 전체 면적에 대하여 약 0.45%를 필터로 대체하는 경우 최대 약 50% 정도의 라돈 저감 효과를 얻어낼 수 있다는 것을 소개하고 있다. 도 3의 장치에 있어서 외기와 접한 필터의 면적을 공기층의 공기와 접한 총 면적의 약 0.45% 이상이 되도록 한다면 공기층의 라돈농도는 최대 약 50% 정도까지 낮아질 수 있을 것이며, 도면 3에서와 같이 각 챔버에 장착된 창의 갯수는 2개이므로 산술적으로 계산하면 그 효과도 2배가 될 것이라는 예측을 가능하게 한다. 지하수 사용량의 증가 또는 오랜 기간 사용하여 각 챔버의 공기층 라돈농도가 상승할 수 있는 최대치에 근접한다는 가정하에 필터를 통하여 각 챔버의 공기층 라돈농도를 50% 낮출 수 있다고 한다면, 라돈 저감 효율은 표 2와 같을 것이다.

필터가 부착된 챔버의 직렬연결 갯수에 따른 라돈 저감효율 계산 결과

챔버의 수	1	2	3	4	5	6	7
초기농도(pCi/L)	10,000	5,000	2,500	1,200	625	313	156
처리농도(pCi/L)	5,000	2,500	1,250	625	313	156	78
측정효율(%)	50.00%	75.00%	87.50%	93.75%	96.88%	98.44%	99.22%

본 발명을 현장에 설치하고자 할 때에는 철망이나 지지대 등을 사용하여 외부의 충격으로부터 필터를 보호할 수 있는 조치가 필요할 것이며, 사용량에 비하여 본체의 크기가 상대적으로 작은 경우에는 처리효율은 상대적으로 낮아지게 될 것이며 또한 온도가 낮은 겨울철의 경우에도 처리효율은 여름철에 비해 낮아지게 될 것이므로, 현장 상황을 충분히 고려하여 본체의 크기, 챔버의 갯수 및 필터가 차지하는 면적 등을 최적화할 필요가 있을 것이며, 경우에 따라서는 지하수를 가온하는 장치가 필요할 수도 있을 것이다.

Claims (2)

1. 지하수 라돈 저감장치에 있어서,
   공기층과 지하수층을 형성할 수 있는 챔버를 2개 이상 연결하되, 공기층과 지하수층 경계의 아래쪽에는 중력에 의해 지하수가 인접 챔버로 이동될 수 있도록 지하수 이동 경로를 마련하고, 공기층과 지하수층 경계의 위쪽 외기와 접한 면에는 '필터가 부착된 창'을 마련하여, 지하수 이동 과정에서 라돈의 농도가 높은 챔버 내부의 공기는 인접 챔버로 이동될 수 없도록 하고, 또한 챔버 내부의 공기에 포함된 라돈은 확산과정을 통하여 외부로 배출될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는, 지하수 라돈 저감장치
   
   
   
   
2. 삭제

Images