KR102139556B1 - 수돗물의 염소농도를 일정하게 유지하기 위한 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수장에서 염소액을 투입한 후 일정거리의 수도관에서 잔류염소농도가 저하되는 문제를 해결하고, 일정 수준의 잔류 염소가 가정의 수돗물에서 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.
본원발명의 수도관 염소투입장치는 수도관(500)에 형성된 채수밸브(501)로부터 수도관의 수돗물을 채수하고, 약품탱크(400)의 염소를 염소투입부(300)에서 혼합되어 수도관의 투입밸브(502)로 염소희석액이 투입되며, 상기 수도관에 형성된 농도센서(360)에서 수돗물의 잔류염소농도를 측정하고, 상기 측정된 잔류염소농도는 원격제어부(310)에 보내지며, 상기 원격제어부에서 측정된 수돗물의 잔류염소농도가 목표농도인 1ppm 보다 적은 경우에는 채수밸브(501)에서 채수된 수돗물에 약품탱크(400)의 염소를 혼합시켜 수도관의 수돗물이 목표농도인 1ppm으로 일정하게 유지되도록 구성된다.

Description

수돗물의 염소농도를 일정하게 유지하기 위한 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법{.}

본 발명은 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정수장으로부터 출수 이후 수도관의 잔류염소농도를 측정하여 배수지에 도달하기 전 또는 관로상에 수도물에 일정량의 잔류염소농도를 유지하기 위한 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법에 관한 것이다.

일반적으로, 정수장으로부터 수도관 등을 통해 공급되는 수돗물 오염을 방지하고 인체에 병을 일으킬 수 있는 수인성 병원균의 불활성화를 위하여 차아염소산나트륨(Sodium Hypochlorite, 이하 '염소액' 또는 '약품'이라 한다.) 등의 소독 약품을 일정량 잔류하도록 규정하고 있다.

통상적으로, 급수의 잔류염소농도는 바이러스를 비롯한 수인성 병원균으로부터의 안전성 확보를 위하여 수도꼭지에서 0.3ppm 내지 4ppm로 유지되도록 규정되어 있다. 상술한 잔류 염소는 급수 시설의 송수관로의 거리가 길거나 급수의 사용량이 많을 경우, 또는 송수관 내에서의 체류 시간이 길어지고 수온이 높아지면 중간에 잔류염소가 소실되어 잔류염소농도가 저하됨으로 인하여 급수의 소독 효과가 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 급수 시설에 평균적으로 다량의 염소액을 투입하여 잔류 염소가 소모되는 문제를 해결하고 있으나, 이로 인하여 가정의 수도꼭지에서 나오는 수돗물에 잔류되는 염소농도가 과도하게 높아지는 문제점이 있었다.

종래에는 상술한 문제를 해결하기 위하여 배수지 등의 공급 과정에 추가로 약품을 투입하여 원수의 소독력을 확보하였다. 그러나 종래의 약품 공급 장치는 정량 펌프로 공급되는 약품이 부족하거나 출수 약품 농도에 이상이 생겼을 경우에도 정량 펌프가 계속 가동되어 잔류 약품 농도의 조절이 어려운 문제점이 있다. 또한, 입수의 잔류 약품 농도를 측정하는 센서, 유량 센서 및 정량 펌프 등의 장치 상태에 따라 변화 가능한 출수의 잔류 약품농도를 보상할 수 없어, 설정된 잔류 약품 농도와 출수의 잔류 약품 농도 편차 극복이 어려운 문제점이 있다.

한편, 현재 사용되는 유량 센서는 송수관에 흐르는 급수의 유속이 0.1m/sec 이하인 경우 송수관 내부의 유량을 정밀하게 측정하는 것이 어렵다. 따라서 약품 재투입 이후 출수되는 잔류 약품의 농도와 설정하고자 하는 잔류약품 농도 사이의 편차가 생기는 문제점이 있다.

국내 등록특허 제10-1278715(2013. 06. 25)

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 정수장에서 염소액을 투입한 후 일정거리의 수도관에서 잔류염소농도가 저하되는 문제를 해결하고, 일정 수준의 잔류 염소가 가정의 수돗물에서 유지될 수 있도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 잔류염소농도가 정수장으로부터 가정에 까지 일정하게 유지하기 위하여 정수장에서 출수한 이후 수도관에서 평균 잔류염소가 유지될 수 있도록 염소의 재투입량을 결정하고, 양질의 수돗물을 공급하기 위한 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 수도관의 현재 잔류염소농도를 측정하여 목표치와 일치할 수 있도록 필요한 염소량을 투입하는 피드백제어방식의 약품투입제어장치를 제공하기 위한 목적이 있습니다. 상기와 같은 방법으로 수도관을 흐르는 물의 유량과 물 속의 잔류염소농도를 측정하여 제어함으로써 수도관 잔류염소농도를 일정하게 제어할 수 있도록 하기 위한 것입니다.

또한, 본 발명은 펌프를 이용하여 송수관의 급수를 순환시킴으로써 적은 유량에서도 약품의 재투입으로 인한 오차가 발생되지 않는 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본원발명의 수도관 염소투입장치는 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 것으로 상기 염소투입장치는 수도관(500)에 형성된 채수밸브(501)로부터 수도관의 수돗물을 채수하고, 약품탱크(400)의 염소를 염소투입부(300)에서 혼합되어 수도관의 투입밸브(502)로 염소희석액이 투입되며, 농도센서(360)에서 수돗물의 잔류염소농도를 측정하고, 상기 측정된 잔류염소농도는 원격제어부(310)에 보내지며, 상기 원격제어부에서 측정된 수돗물의 잔류염소농도가 목표농도인 1ppm 보다 적은 경우에는 채수밸브(501)에서 채수된 수돗물에 약품탱크(400)의 염소를 혼합시켜 수도관의 수돗물이 목표농도인 1ppm으로 일정하게 유지되도록 구성된다.

상기 원격제어부(310)는 수도관의 염소투입 후 또는 투입 전 수돗물의 잔류염소농도를 표시해 주는 터치패널과 염소농도를 제어하여 주는 컨트롤러로 구성된다.

상기 혼합탱크(340)에서 혼합된 염소희석액은 수도관의 물 속에 염소농도가 1ppm이 될 수 있도록 상기 투입밸브(502)를 통하여 수도관에 유입시켜 수돗물의 잔류염소농도를 일정하게 유지시킨다.

상기 혼합탱크(340) 내부에 와류발생장치(341)를 설치하여 채수된 수돗물과 약품탱크의 염소가 잘 희석되도록하고, 상기 희석된 염소희석액은 수도물에서 부족한 잔류염소농도가 0.5~1ppm이 될 수 있는 농도를 유지시켜 투입밸브로 투입시키게 된다.

상기 약품탱크는 배출밸브(430)가 설치되며, 약품탱크 내부의 염소는 원격제어부(310)의 제어에 의해 약품탱크의 약품을 정량펌프(미도시)의 작동으로 배출밸브(430)를 통해 배출되고, 상기 약품탱크에는 수직으로 투명한 레벨게이지(440)가 형성되며, 탱크 내부에 냉각장치(450)이 형성되어 약품탱크 내 염소액이 일정 온도로 유지되도록 형성된다.

본 발명에 의한 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법에 따르면, 수도관 전체의 잔류염소농도를 일정하게 유지할 수 있도록 자동으로 제어하는 염소투입장치에 관한 것이다.

또한 본원발명은 염소에서 발생할 수 있는 Chlorite와 같은 염소화합물의 발생을 줄일 수 있고, THMs도 억제시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 정수장으로부터 출수되어 수십km 지난 지점에서 수도관 내 수돗물의 잔류염소농도가 일정한 수준으로 유지될 수 있도록 하고, 재투입되는 염소희석액의 투입량을 결정하기 위하여 채수밸브에서 수돗물 채수하여 수돗물의 잔류염소농도를 측정하고, 측정된 잔류염소농도가 목표농도 이하인 경우에는 투입밸브에서 염소희석액을 투입하여 수돗물의 잔류염소농도를 자동으로 일정하게 제어하는 효과가 있다.

또한, 측정된 수돗물의 잔류염소농도에 따라 염소희석액의 재투입량을 자동으로 산출하고, 이에 따른 구동 제어 신호를 약품 재투입부에 출력하여 정량펌프의 구동이 자동으로 제어되고, 약품 탱크의 잔류 약품 수위 및 출수의 잔류약품 농도 이상 여부에 따라 정량 펌프의 구동이 정지되어 출수의 잔류 약품 농도에 이상이 없도록 제어되어 약품의 재투입에 따른 관리가 보다 편리한 효과가 있다.

또한, 수도관이 길어질수록 수돗물의 잔류염소농도는 저하되므로 긴 수도관의 중간에 혼합탱크를 설치하여 소독약품인 염소를 재투입하도록 함으로써, 수돗물의 잔류염소농도가 일정하게 유지되며, 수도관의 유량 및 유속이 변하더라도 원격제어부에서 수도관의 유량 및 유속데이터를 제어하고, 농도센서에서 잔류염소농도를 측정하여 자동으로 염소희석액을 투입함으로써 소독약품의 재투입에 있어 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 수도관 염소투입장치의 시스템 도면이다.
도 2는 본 발명의 염소투입부의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 염소투입부의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 약품탱크 평면도이다.
도 5는 본 발명의 염소투입 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 염소투입 장치의 일 실시예이다.

이하에서 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 수도관 염소투입장치 및 그 투입방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 사용하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 수도관 염소투입장치의 시스템 도면이다. 일반 각 가정에 수돗물을 공급하기 위해서는 정수장에서 정수처리된 수돗물을 정수장에서 도관 또는 수도관으로 높은 압력으로 출수하게 된다. 이 경우 정수장에서 일반 각 가정에 연결된 수도관이 수십 km로 긴 경우에는 정수장에서 정수하고 염소소독을 하더라도 중간에 잔류염소농도가 크게 저하되어 소독의 효과가 저하되는 경우가 발생된다. 이 경우에는 중간에 수도관의 수돗물에 염소희석액을 재투입하는 염소투입장치가 설치된다.

상기 염소투입장치는 수도관(500)에 채수밸브(501)로부터 수돗물을 채수하여 약품탱크(400)의 염소가 상기 채수된 수돗물과 혼합되어 와류발생장치(341)를 통하여 혼합탱크(340)로 투입된 후 원격제어부의 제어에 따라 일정량의 염소희석액이 수도관의 투입밸브(502)로 투입된다.

수도관의 수돗물은 순환펌프(390)의 작동으로 채수밸브(501)를 통하여 채수되며, 채수된 수돗물은 전동밸브를 통하여 혼합탱크로 유입되며, 혼합탱크로 유입될 때 원격제어부(310)에 의해 수돗물 속의 잔류염소농도가 목표농도로 유지되도록 혼합탱크로 유입되는 수돗물의 유량을 결정하여 유입시키고, 나머지 채수된 수돗물은 감압밸브를 통하여 샘플수탱크(370)로 보내진다.

즉, 채수된 수돗물은 농도센서(360)에 의해 수돗물의 잔류염소농도가 측정되고, 상기 측정된 잔류염소농도의 데이터가 원격제어부(310)에 보내지며, 상기 원격제어부(310)에서 측정된 수돗물의 잔류염소농도가 목표농도인 0.5~1ppm 이하인 경우에는 약품탱크(400)의 염소를 투입하여 수도관의 잔류염소농도를 목표농도가 될 수 잇도록 제어한다.

염소는 수중에서 용해되면 차아염소산(HOCl)과 차아염소산 이온(OCl-)의 형태로 존재하며 이들을 유리염소 또는 잔류염소라 한다.

▷ Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl-

▷ HOCl → OCl- + H+

소독능력(산화력)은 HOCl> OCl-이며 물의 수소이온농도(pH)에 따라 HOCl과 OCl-의 생성비율 차이가 있으며 pH가 높을수록(알카리성)HOCl의 비율이 낮아져 소독효과도 크게 떨어지게 된다.

수중에 암모니아류가 존재하게 되면 유리염소와 반응하여 클로로아민류의 결합염소를 생성하게 된다.

▷HOCl + NH3 → NH2Cl + H2O(monochloramine)

▷HOCl + NH2Cl → NHCl2 + H2O(dichloroamine)

▷HOCl + NHCl2 → NCl3 + H2O(trichloroamine)

클로라민중 NCl3는 소독능력이 없고 NH2Cl과 NHCl2는 약한 소독력을 갖고 있으나 잔류성이 강하고 염소냄새가 없고 THM생성을 방지할 수 있기 때문에 미국, 캐나다등에서 클로라민 소독법을 사용하는 것도 있다.

즉, 상기 원격제어부는 약품탱크의 정량펌프(350)를 작동시켜 배출밸브(430)을 통하여 염소가 배출되고, 상기 염소는 약품인젝션렌서(330)틀 통해 상기 전동밸브(320)를 통과한 일정량의 수돗물에 목표농도의 잔류염소가 함유될 수 있도록 투입되어 와류발생장치(341)를 통하여 혼합탱크(340)로 투입된다.

도 2는 본 발명의 염소투입부의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 염소투입부의 상세도이다. 수도관의 수돗물은 원격제어부(310)의 제어에 따라 일정량의 염소가 전동밸브(320)를 통과한 수돗물에 약품인젝션렌서(330)틀 통하여 혼합되며, 혼합된 상기 염소희석액은 와류발생장치(341)에 의해 와류파동이 발생되면서 염소희석액은 혼합탱크(340)에 투입된다.

상기 혼합탱크에서 투입된 염소희석액은 투입밸브(502)에 투입되어 수도관의 수돗물과 혼합되어 수돗물 잔류염소농도를 목표농도인 0.1~1ppm으로 유지시켜 주며, 상기 수도관 속의 수돗물 잔류염소농도가 적정한 목표농도 수치인지의 여부는 농도센서(360)에서 수돗물 잔류염소농도를 검출하여 원격제어부(310)으로 데이터가 보내져 비교 판단하여 제어한다.

상기 혼합탱크(340)로 투입되는 염소희석액은 와류발생장치(341)의 나선형 스크류를 통과하면서 와류파동을 발생시키며, 상기와 같은 와류파동으로 인하여 수돗물에 염소와 신속하게 혼합되고, NCl3의 발생을 억제하여 소독능력을 크게 향상시켜 주는 효과가 있다.

즉, 상기 와류발생장치는 와류파동으로 수돗물에 염소를 신속하게 혼합하여 염소에서 발생할 수 있는 Chlorite와 같은 염소화합물의 발생을 줄일 수 있고, THMs도 억제되는 효과가 있다.

상기 전동밸브(320)를 통하여 혼합탱크(340)로 유입되고 남은 수돗물은 감압밸브를 통하여 샘플수탱크(370)로 유입되며, 샘플수탱크에 유입된 수돗물은 다시 수도관으로 보내지거나 농도센서(360)에 보내져서 잔류염소농도 측정을 위한 샘플수로 사용된다.

상기 와류발생장치(341)의 내부는 나선형 스크류가 형성되어 있으며, 상기 나선형 스크류의 크기는 20~100cm 간격, 20~50cm의 넓이로 날개가 나선형으로 형성되며, 상기 나선형 날개(프로펠러)의 표면에는 1~3cm의 돌기를 형성하기도 한다.

또한 상기 와류발생장치(341)에는 형석, 빙정석, 불소인회석 등의 불소화합물이 함유된 광물을 적층시켜 염소희석액에 불소를 비롯한 광물성분의 효과도 부가할 수 있다.

상기 와류발생장치(341)는 와류발생장치 내에서 회전하는 나선형 스크류로 구성될 수 있으며, 상기 와류발생장치의 나선형 스크류는 0.5~2m/sec의 속도로 회전시키면서 염소희석액을 유입시키면 상기 나선형 스크류가 회전하면서 염소희석액에 파동이 생성되어 더 강한 강한 와류가 형성된다.

도 4는 본 발명의 약품탱크 평면도이다. 상기 약품탱크에는 배출밸브(411)가 설치되고, 상측에 약품레벨센서(430)를 설치하여 약품 수위를 측정하며, 상기 약품탱크의 약품(염소)을 원격제어부(310)의 제어에 의해 혼합탱크(340)에 투입되도록 한다.

상기 약품탱크에는 수직으로 투명한 관이 약품탱크의 내부와 연결되어 있어 탱크 내부의 염소액이 수준을 눈으로 확인할 수 있는 레벨게이지(440)가 형성되고, 탱크 내부에는 냉각장치(450)이 형성되어 약품탱크 내 염소를 일정 온도로 유지되도록 한다. 본원발명에서 사용하는 소독약품인 염소는 온도가 상승하면 소독력이 저하되므로 4~5℃의 저온에서 보관하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 염소투입 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 염소투입 장치의 일 실시예이다. 본원발명의 수도관 염소투입장치는 채수된 수돗물의 잔류염소농도가 목표농도인 0.5~1ppm보다 낮을 경우 약품탱크의 염소를 수도관의 유량 및 유속 데이터를 제어하여 염소를 투입 제어하며, 그렇게 함으로써 가정에 도달하는 수돗물의 잔류염소농도가 소독작용을 원활하게 할수 있는 목표농도로 항상 유지되도록 제어한다. 즉, 원격제어부의 제어프로세스에서 잔류염소의 목표농도 및 수도관의 유량 등을 제어하여 수돗물의 잔류염소농도가 0.5~1ppm이 되도록 혼합탱크에서 믹싱되도록 하는 것이다.

100 : 모니터 200 : 정수장T/C
310 : 원격제어부 320 : 전동밸브 330 : 약품인젝션렌서
340 : 혼합탱크 341 : 와류발생장치 350 : 정량펌프
360 : 농도센서 370 : 샘플수탱크 380 : 혼합탱크
390 : 순환펌프 400 : 약품탱크 410 : 약품
430 : 배출밸브 440 : 레벨게이지 450 : 냉각장치

Claims (4)

1. 수돗물의 염소농도를 일정하게 유지하기 위한 수도관 염소투입장치에 있어서,
   상기 염소투입장치는 수도관(500)에 형성된 채수밸브(501)로부터 순환펌프(390)의 작동으로 채수되며, 상기 채수된 수돗물은 전동밸브를 통하여 혼합탱크(340)로 보내지고,
   상기 전동밸브(320)를 통하여 혼합탱크로 유입되고 남은 수돗물은 감압밸브를 통하여 샘플수탱크(370)로 유입되며, 샘플수탱크에 유입된 수돗물은 다시 수도관으로 보내지거나 농도센서(360)에 보내져서 잔류염소농도 측정을 위한 샘플수로 사용되며,
   약품탱크(400)의 염소는 상기 수돗물이 혼합탱크로 보내질 때 약품인젝션렌서(330)를 통해 수돗물에 혼합되어 염소희석액이 수돗물에 투입되며, 상기 약품탱크에는 배출밸브(411)가 설치되고, 상측에 약품레벨센서(430)를 설치하여 약품 수위를 측정하며,
   상기 채수밸브에서 채수된 수돗물의 잔류염소농도는 농도센서(360)에서 측정되고, 상기 측정된 잔류염소농도는 원격제어부(310)에 보내지며, 상기 원격제어부에서는 수도관의 수돗물 잔류염소농도가 기준치인 0.5~0.8ppm 보다 적은 경우에는 채수밸브(501)에서 채수된 수돗물에 약품탱크(400)의 염소를 혼합시키고,
   상기 혼합탱크(340)로 투입되는 염소희석액은 와류발생장치(341)에서 나선형스크류를 설치하여 와류파동을 형성시켜 혼합하되, 상기 나선형 스크류는 20~100cm 간격, 20~50cm의 넓이로 날개가 나선형으로 형성되며, 상기 나선형 날개의 표면에는 1~3cm의 돌기를 형성시키고,
   상기 혼합탱크에 투입된 염소희석액은 원격제어부(310)의 제어에 의해 염소희석액을 수도관에 형성된 투입밸브(502)를 통해 유입시켜 수돗물의 잔류염소농도가 0.5~1ppm으로 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 수도관 염소투입장치
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 약품탱크에는 수직으로 레벨게이지(440)가 형성되고, 탱크 내부에는 냉각장치(450)이 형성되어 약품탱크 내 염소를 4~5℃의 저온에서 보관할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 하는 수도관 염소투입장치
   

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