KR102290514B1 - 초미세기포를 이용한 수영장 및 워터파크 수처리 시스템 - Google Patents

초미세기포를 이용한 수영장 및 워터파크 수처리 시스템 Download PDF

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Abstract

초미세기포(Ultra-Fine Bubble; UFB)를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템은, 물 탱크; 상기 물 탱크로 물을 순환시키기 위한 순환 배관; 상기 순환 배관에 연결되며, 여재에 의하여 물 안의 이물질을 거르도록 구성된 여과기; 및 물 흐름 방향을 기준으로 상기 여과기의 후단에 연결되도록 상기 순환 배관에 연결되며, 상기 여과기를 통과한 물 안에 초미세기포를 생성하도록 구성된 초미세 기포 발생기를 포함한다. 상기 수처리 시스템을 이용하면, 초미세 기포 발생기를 정수 설비에 설치하여 종래의 수영장 및 워터파크 등의 정수 설비가 가지는 각종 문제를 해결하고, 약품 투입을 최소화하면서 수질을 최상으로 유지함으로써, 수영장이나 워터파크 등의 이용객들의 불편을 없앨 수 있는 이점이 있다.

Description

초미세기포를 이용한 수영장 및 워터파크 수처리 시스템 { Water Treatment System For Swimming and Water Park Using Ultra Fine Bubble }
실시예들은 초미세기포(Ultra Fine Bubble; UFB)를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 실시예들은 초미세 기포 발생기를 수처리 시스템에 설치하여 종래의 수영장 및 워터파크 등의 정수 설비가 가지는 각종 문제를 해결하고 약품 투입을 최소화하면서 수질을 최상으로 유지하여 이용객들의 불편을 없애는 기술에 대한 것이다.
생활수준의 전반적인 향상과 여가문화의 증대에 힘입어, 수영을 즐기는 인구 및 워터파크 시설의 이용객들이 큰 폭으로 증가하고 있으며, 이에 따라 수영장 및 워터파크 등에서의 수질 관리의 중요성이 부각되었다.
한국의 경우 2017년 말을 기준으로 전국 406개소에 설치된 공공시설의 수영장과 76개 초등학교 수영장이 운영되고 있으며, 그 외에 정확히 파악되지 않는 많은 수의 민간 수영장과 호텔 또는 리조트의 수영장이 운영되고 있다. 최근에는, 대형 워터크파를 이용하는 이용객들도 연간 500만명에 달하는 것으로 파악되고 있다. 이들 수영장과 워터파크에서 사용되는 물은 주로 수돗물인데, 지역 및 사업장 특성에 따라서는 지하수가 사용되는 곳도 있다.
현재 수영장 및 워터파크 등에서의 수질 관리는, 순환펌프에 의해 수돗물, 지하수 등을 여과기에 통과시켜 물의 탁도를 향상시키는 방식으로 이루어지고 있다. 수영장의 경우 "체육시설의 설치, 이용에 관한 법률"의 시행규칙에 따라 운영되며 수영조의 욕조는 1일 3회 이상 여과기를 통과하도록 하여야 하고, 여과기에는 일반적으로 모래, 안트라사이트(anthracite), 활성탄 등을 포함하는 다층여과기(multilayer filter)와, 규조토여과기(diatomite filter), 진주암여과기(perlite filter) 등이 사용되고 있다. 또한, 워터파크는 관광진흥법 "물놀이형 유원시설업자의 안전, 위생기준"에 따라 운영되고 이에 의해 정의된 수질 기준을 충족하여야 한다.
수영장 및 워터파크에서는 위와 같이 정해지는 수질 기준을 충족하도록 운영을 하고 있으나, 이용객이 많은 하절기에는 이용객들의 땀, 때와 일부 이용객들의 분비물 등으로 인해 물의 오염도가 증가할 수밖에 없다. 따라서, 수영장 및 워터파크에서는 수질 기준을 충족시키기 위하여 물에 염소를 투입하고 있다. 염소에 대한 수질 관리 기준은 수영장의 경우 잔류 염소 농도 0.4~1.0 mg/L, 워터파크의 경우 잔류 염소 농도 0.4~2.0 mg/L로 정의되어 있으며, 수영장 및 워터파크에서는 이러한 관리 기준을 준수하기 위하여 차아염소산소다(NaOCl)를 투입하거나 소금을 전기 분해하여 잔류 염소 농도를 조절하고 있다. 그러나, 유리잔류염소는 물속의 대장균, 수인성 질병 유발 미생물 등의 번식과 확산을 억제하는 소독 기능도 하지만, 그 농도가 높을 경우 안구 통증, 눈병, 식도 자극, 구토 증세, 피부 질환 등을 일으킬 수 있는 문제가 있다.
또한, 잔류 염소 농도 기준을 지키기 위하여 염소를 투입하게 되면 염소가 단백질에서 기인하는 암모니아와 결합하여 결합 염소가 생성된다. 결합 염소에 대해서는 한국의 경우 기준이 없으나, 미국, WHO 에서는 0.2 mg/L 이하, 영국에서는 1.0 mg/L 이하 및 유리잔류염소 수치의 절반 이하, 호주에서는 1.0 mg/L 이하로 기준을 규정하고 있다. 결합 잔류 염소의 수치가 높을 경우 수질의 오염도가 높음을 나타내고, 이는 불쾌한 염소 냄새를 발생시키거나, 안구 및 피부 통증이나 구통 증상 등을 유발할 수 있다.
2018년 한국소비자원이 조사한 바에 따르면 국내 조사대상 4개 워터파크 시설의 실내, 유아 및 유수풀의 결합 잔류 염소를 측정한 결과 0.22~0.64 mg/L로 나타났으며, 이는 미국 및 WHO의 기준에 모두 부적합한 결과이다. 또한, 한국 수영장 및 워터파크의 수질의 인(P) 농도는 조류 발생 필요조건인 미국 EPA 기준 0.02 mg/L, 한강물연구소의 기준 0.03mg/L를 초과하고 있어, 하절기에 공통적으로 녹조 현상이 발생하여 물 관리에 어려움을 겪고 있는 실정이다.
즉, 종래의 수영장 및 워터파크에서는 물 오염으로 인해 이용객들에게 수인성 질병, 안구 및 피부 통증 등이 유발되고 있으며, 시설 관리자로서는 물의 탁도 관리가 어렵고 여과기의 여재를 자주 교체하여야 하는 불편함이 있었다. 또한, 물 정화를 위한 노력에도 불구하고 종래에는 물과 시설의 접촉면에서 바이오 필름(bio film)이 발생하여 물 환경이 청결하지 못하며, 옥외 시설의 경우 하절기에는 물속의 인(P) 성분 등으로 인하여 녹조 발생이 잦고 약품 사용량의 과다로 인해 결합 염소 농도가 높은 등의 문제점이 있어 왔다.
공개특허공보 제10-2017-0092255호
본 발명의 일 측면에 따르면, 약 1 nm 내지 1 ㎛ 크기의 초미세기포(Ultra Fine Bubble; UFB)를 생성하는 초미세 기포 발생기를 여과기와 함께 사용하여 지속적으로 UFB를 수영장 및 물놀이 시설 등에 공급함으로써, UFB가 가지고 있는 흡착, 기체용해, 세정, 기체봉입 등의 특성을 이용하여 수질을 향상시킬 수 있는 UFB를 이용한 수처리 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초미세기포(Ultra-Fine Bubble; UFB)를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템은, 물 탱크; 상기 물 탱크로 물을 순환시키기 위한 순환 배관; 상기 순환 배관에 연결되며, 여재에 의하여 물 안의 이물질을 거르도록 구성된 여과기; 및 물 흐름 방향을 기준으로 상기 여과기의 후단에 연결되도록 상기 순환 배관에 연결되며, 상기 여과기를 통과한 물 안에 초미세기포를 생성하도록 구성된 초미세 기포 발생기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 초미세 기포 발생기에 의하여 생성되는 초미세기포의 직경은 1 nm 내지 1 ㎛ 이다.
일 실시예에서, 상기 초미세 기포 발생기에 연결된 상기 순환 배관 내의 물의 압력은 0.1 MPa 내지 0.2 MPa이다.
일 실시예에 따른 초미세기포를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템은, 상기 여과기와 상기 초미세 기포 발생기 사이의 상기 순환 배관에 연결되며, 상기 초미세 기포 발생기로 유입되는 물의 압력을 증가시키도록 구성된 인라인 펌프(inline pump)를 더 포함한다.
일 실시예에 따른 초미세기포를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템은, 상기 순환 배관에 연결되며, 상기 초미세 기포 발생기로 유입되는 물의 유량을 측정하도록 구성된 유량계; 및 상기 순환 배관에 연결되며, 상기 초미세 기포 발생기로 유입되는 물의 압력을 측정하도록 구성된 압력계 중 하나 이상을 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 인라인 펌프는, 상기 유량계 및 상기 압력계 중 하나 이상의 측정값을 이용하여 상기 초미세 기포 발생기로 유입되는 물의 압력이 미리 설정된 문턱값 미만일 경우 동작하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 미리 설정된 문턱값은 0.1 MPa 내지 0.2 MPa이다.
일 실시예에 따른 초미세기포를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템은, 작업자가 상기 인라인 펌프의 동작을 제어하기 위한 조작부를 더 포함한다.
일 실시예에 따른 초미세기포를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템은, 물 흐름 방향을 기준으로 상기 여과기의 후단에 연결되며, 상기 상기 순환 배관 내를 흐르는 물의 적어도 일부의 온도를 조절하도록 구성된 열 교환기를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 초미세 기포 발생기는 물 흐름 방향을 기준으로 상기 열 교환기의 후단에 연결된다.
일 실시예에서, 상기 여과기는 활성탄을 사용하는 다층여과기, 규조토여과기, 및 진주암여과기 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 초미세기포(Ultra-Fine Bubble; UFB)를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템에 의하면, 약 1 nm 내지 1 ㎛ 크기의 UFB를 생성하는 초미세 기포 발생기를 여과기와 함께 사용하여 지속적으로 UFB를 수영장 및 물놀이 시설 등에 공급함으로써, UFB가 가지고 있는 흡착, 기체용해, 세정, 기체봉입 등의 특성을 이용하여 수질을 향상시킬 수 있고, 물의 탁도와 투명도를 수돗물 수준 이상으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 UFB를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템은 종래의 수질 정화 설비와 같이 차아염소산소다(NaOCl) 등의 약품을 최소로 사용하므로, 염소의 과다 투입으로 인한 냄새 발생, 사용자들의 눈 충혈 및 피부 손상 등을 방지할 수 있고, 이를 통해 수영장 및 워터파크의 수질을 안정적으로 유지하여 이용객들의 불편을 없앨 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 UFB를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템에 의하면 욕조 및 물놀이 시설과 배관 등 물 접촉면에서 바이오 필름(bio film)이 발생하는 것을 방지하여 시설의 청결을 유지하고 안전사고를 방지할 수 있으며, 수인성 질병을 요인으로 한 세균을 살균하여 시설 이용객의 집단 질병 발생을 방지할 수 있고, 물 속의 UFB 및 용존산소량 증가를 통해 물에 감촉성을 향상시키고 피부와 모공을 UFB에 의해 침투 세정함으로써 이용객들의 혈류를 촉진하고 탈모를 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 측면에 따른 UFB를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템에 의하면, UFB의 침투성을 통해 욕조, 배관 등의 오염 물질을 박리시켜 청결을 유지하고, 열 교환기와 배관에 형성되는 스케일 발생을 억제하고 발생된 스케일을 제거함으로써 열 교환기의 열 효율을 향상시키고 수명을 연장할 수 있으며, 사용 후 오수처리장으로 배출되는 물에 UFB가 잔존하게 함으로써 오수처리장에서의 생물학적 처리 시 처리 효과를 향상시킴으로 오수처리효과를 최대화 할 수 있다.
도 1 은 수영장 또는 워터파크의 물 흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 초미세기포(Ultra-Fine Bubble; UFB)를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수처리 시스템의 일부의 상세 구성을 나타낸 개념도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 UFB를 이용한 수영장 및 워터파크의 수처리 시스템의 개념도이다.
도 5a는 일 실시예에 따라 생성되는 UFB의 개념도이다.
도 5b는 일 실시예에 따라 생성되는 UFB에 의해 모발이 세정되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a 내지 6d는 일 실시예에 따라 생성된 UFB에 의하여 오염 물질이 세정되는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 7a 내지 7f는 일 실시예에 따라 생성된 UFB의 침투성에 의한 박리를 통해 오염 물질이 세정되는 과정을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
본 명세서에서 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
본 명세서에서 제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션(section)들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 "아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90°회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 본 명세서에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 수영장 또는 워터파크의 물 흐름을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 수영장 또는 워터파크 등과 같이 물이 닿는 물놀이기구(105)가 구비된 시설에서, 물 탱크(100)의 수위는 물 탱크(100)에 연결된 밸런스 탱크(101)에 의하여 일정하게 조절된다. 또한 일 실시예에서, 밸런스 탱크(101)에는 지하수 탱크(106)로부터 물이 공급될 수 있다. 또는, 지하수 탱크(106) 대신 수도 배관(120)으로부터 수돗물이 밸런스 탱크(101)에 공급될 수도 있다.
밸런스 탱크(101)의 수위가 일정량에 도달하면, 이와 연결된 순환공급펌프(102)가 동작하여 밸런스 탱크(101)의 물을 여과기(103)로 보내게 된다. 여과기(103)는 소정의 여재에 의하여 물을 걸러 물 안의 이물질을 제거하기 위한 장치로서, 모래, 안트라사이트(anthracite), 활성탄 등을 포함하는 다층의 여과기, 규조토 여과기, 진주암 여과기 또는 다른 적절한 종류의 여과 장치를 포함할 수 있다.
열 교환기(104)는 순환수의 온도를 조절하는 역할을 한다. 또한, 열 교환기(104)는 물을 소정의 온도까지 가열할 수도 있다. 그러나, 열 교환기(104)는 물 온도를 조정하는 경우에만 사용되는 것으로서 생략될 수도 있다. 또한, 열 교환기(104)를 사용하는 경우에도, 온도 조정에 필요한 양의 물만이 열 교환기(104)를 통과하도록 구성되며, 열 교환기(104)를 통과한 물과 열 교환기(104)를 통과하지 않은 물이 혼합되어 사용될 수 있다.
열 교환기(104)는 온도가 조정된 순환수를 순환 배관(107)으로 돌려보내며, 물은 순환 배관(107)을 통해 다시 물놀이기구(105)와 물 탱크(100)로 공급된다.
도 2는 일 실시예에 따른 초미세기포(Ultra-Fine Bubble; UFB)를 이용한 수처리 시스템의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 수처리 시스템은 도 1을 참조하여 전술한 것과 같은 물 흐름에서 여과기(103)의 후단에 설치된 초미세 기포 발생기(109)를 더 포함한다. 초미세 기포 발생기(109)는 SUS316L, SUS316, SUS304, 불소수지계 플라스틱, 또는 다른 가공이 용이한 물질로 형성되며 UFB가 생성되기 위한 노즐(nozzle)을 포함한다. 초미세 기포 발생기(109)에는 UFB 발생을 위한 공기가 공급될 수 있으며, 그 공기 유량은 물 유량의 10 내지 50%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이는 수영장이나 워터파크 등 수처리 시스템이 적용되는 시설의 환경 조건에 따라 조정될 수 있다. 또한 일 실시예에서, 초미세 기포 발생기(109)는 약 8 m3/kwh의 출력으로 UFB를 발생시킬 수 있다.
기포(bubble)는 물 안에 존재하는 기체로 채워져 있는 공간을 지칭하는 것으로서, 일반적으로 기포의 크기(즉, 직경)에 따라 크기 100 ㎛ 이상은 밀리 기포(milli bubble), 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 크기의 기포는 마이크로 기포(micro bubble), 1 ㎛ 이하의 크기를 초미세기포(UFB)로 지칭한다. 본 명세서에서는, 약 1 nm 내지 1 ㎛ 크기를 가지는 기포를 초미세기포 또는 UFB로 지칭하나, 때로는 설명의 편의를 위해 이를 단순히 미세 기포(fine bubble)로 지칭하기도 한다.
UFB는 사람의 눈으로 보이지 않으며, 녹색 레이저를 물에 투과시키는 것에 의해 빛의 강도에 따라 UFB의 존재 여부와 농도를 확인할 수 있다. 보다 정확한 측정을 위해서는, 동적광산란법, 레이저회절산란법, 입자괘적해석법 등에 기반한 특수 계측기를 이용하여 단위 부피(예컨대, 1 mL) 내의 UFB 수와 분포상태를 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 사용되는 초미세 기포 발생기(109)는, 고속선회액류식 구조를 가지며 초미세 기포 발생기(109)에 구비된 노즐(nozzle)(미도시) 입구에서 내부 압력이 0.1 MPa 내지 0.2 MPa인 조건에서 UFB를 생성하도록 구성된다. 상기 압력 조건은 초미세 기포 발생기(109) 내를 적당한 정도의 진공으로 유지하여 공기를 흡입하고 내부에서 기포를 발생시키기 위한 것이다.
이렇게 생성된 UFB는 제타(zeta) 전위가 낮으며 기포 표면이 음(-)으로 대전되어 있어 기포와 기포가 서로 합쳐지지 않는다. 또한, 물속에 있는 양(+)으로 대전된 미세 입자들과 UFB의 응집 작용으로 플록(floc)이 형성되고 이들 플록이 여과기(103)를 통과하는 동안 여재에 의해 걸러지면서 물 안의 이물질이 여과 세정되어 물의 탁도와 투명도가 향상된다. 또한, UFB는 표면이 음(-)으로 대전되어 있고 침투성이 있어 워터파크 물놀이기구(105)나 수영장 물 탱크(100)에 붙어 있는 이물질을 박리하여 청결한 환경을 유지하게 되며, UFB의 소멸 시 발생되는 OH 라디칼(OH)에 의하여 세균이 소멸됨으로써 욕조와 배관 등 물의 접촉면에서 바이오 필름(bio-film)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 수처리 시스템은 인라인(inline) 펌프(108)를 포함한다. 이는, 순환공급펌프(102)의 양정이 UFB의 발생에 충분한 경우에도 실제로 물이 여과기(103)와 열 교환기(104)를 통과하는 과정에서 순환 배관(107) 내부의 압력이 UFB 발생에 필요한 최소 0.1 MPa 미만으로 떨어지는 경우를 대비하기 위한 것이다. 즉, 인라인 펌프(108)는 순환 배관(107) 내부의 압력이 UFB 발생에 필요한 크기(예컨대, 0.1 MPa) 미만일 경우 초미세 기포 발생기(109)의 노즐 앞에서의 압력이 미리 설정된 범위(예컨대, 0.1 MPa 내지 0.2 MPa)가 되도록 추가적인 압력을 제공하는 역할을 한다.
도 3은 도 2에 도시된 수처리 시스템의 일부의 상세 구성을 나타낸 개념도로서, 도 2에 도시된 수처리 시스템에서 인라인 펌프(108)와 그 전후에 배치되는 장치들의 연결을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 인라인 펌프(108)는 물의 흐름 방향을 기준으로 열 교환기(104)의 후단 및 초미세 기포 발생기(109)의 전단 사이에 연결된다. 또한, 인라인 펌프(108)의 후단에는 유량계(111) 및/또는 압력계(112)가 연결되어, 초미세 기포 발생기(109)의 노즐 앞에서의 순환 배관 내의 실제 유량과 압력을 측정하게 된다. 측정된 압력이 UFB 발생에 필요한 크기(예컨대, 0.1 MPa) 미만일 경우, 인라인 펌프(108)가 동작하여 배관 내의 압력을 증가시킨다.
이상에서 설명한 인라인 펌프(108)의 동작은, 인라인 펌프(108)에 연결된 조작부(110)에 의하여 작업자에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 작업자는 유량계(111) 및/또는 압력계(112)의 측정값을 관찰하면서 측정값을 기준으로 필요에 따라 인라인 펌프(108)의 동작 여부나 동작 상태를 제어할 수 있다.
또는, 다른 실시예에서 인라인 펌프(108)는 미리 설정된 문턱값(예컨대, 0.1 MPa)을 이용하여 초미세 기포 발생기(109)의 노즐 앞에서의 압력이 상기 문턱값 미만일 경우 압력이 문턱값 이상이 될 때까지 자동으로 압력을 공급하도록 자동 제어될 수도 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 실시예는 예시적인 것으로서, 다른 실시예에서 수처리 시스템은 도 4에 도시된 것과 같이 인라인 펌프(108) 및 조작부(110)를 포함하지 않고 초미세 기포 발생기(109)만을 이용하여 동작할 수도 있다.
도 5a는 일 실시예에 따라 생성되는 UFB의 개념도이며, 도 5b는 일 실시예에 따라 생성되는 UFB에 의해 모발이 세정되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 실시예들에 따른 수처리 시스템의 초미세 기포 발생기에 의하여 생성되는 UFB(50)는 표면이 음(-)으로 대전되어 있으며 수명이 긴 특성을 갖는다. UFB(50)가 인체, 예컨대, 모발(51)에 접촉하는 경우를 예로 들어 설명하면, UFB(50)는 모발(50)이 형성된 피부 상의 피지, 찌꺼기 등 이물질(52)에 흡착되는 한편, 우수한 침투성으로 인하여 모공 내부까지 침투하여 피지와 오염 물질(52)을 세정하는 역할을 한다.
이후 UFB(50)가 이물질(52)과 함께 피부 또는 모발(51)로부터 분리됨으로써, 물 안의 이용객들이 건강한 모발을 유지할 수 있고, UFB(50)에 의해 피부 혈류가 촉진되어 물놀이 시설 이용 후에도 상쾌한 기분을 유지할 수 있게 된다.
도 6a 내지 6d는 일 실시예에 따라 생성된 UFB에 의하여 오염 물질이 세정되는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 6a에 도시된 것과 같이 UFB(60)가 물 안의 오염 물질(61)에 접촉하면, 음(-) 대전성을 가진 UFB(60)가 오염 물질(61)의 표면에 흡착하면서, UFB(60)의 표면에 흡착된 오염 물질의 막(62)이 형성된다. 이후, 도 6c에 도시된 것과 같이 오염 물질(61)에 들어간 UFB(60)가 오염 물질(61)의 표면으로부터 떨어져 나오면서, UFB(60)에 형성된 오염 물질의 막(62)이 오염원으로부터 떨어져 나옴으로써 세정이 이루어진다. 이때, 도 6d에 도시된 것과 같이 물의 흐름 또는 충격을 가하는 것에 의하여, UFB(60)에 의한 세정 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 도 7a 내지 7f는 일 실시예에 따라 생성된 UFB의 침투성에 의한 박리를 통해 오염 물질이 세정되는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 7a에 도시된 것과 같이 안정적인 상태의 UFB(70)가 부착물(71)에 연속적으로 접촉하면, 도 7b에 도시된 것과 같이 충돌 자극에 의하여 UFB(70)가 급속 용해되면서 국소적으로 과포도가 증가하게 된다. 이러한 현상이 반복되면 도 7c에 도시된 것과 같이 용존 가스의 축적과 흐름 굴곡에 의하여 부착물(71)의 표면 주변에 기포팩(72)이 형성되고, 기포핵(72)들이 하나로 합쳐지면서 도 7d에 도시된 것과 같이 마이크로 기포(73)가 발생된다. 이러한 마이크로 기포(73)들이 서로 합쳐져 팽창할 때 발생하는 힘으로 인하여, 도 7e에 도시된 것과 같이 부착물(71)이 부착 표면으로부터 박리될 수 있다.
도 7a 내지 7e에 도시된 과정은 도 7f의 영역(A) 내에서 이루어지는 물리 세정 과정을 자세히 나타낸 것이며, 도 7f에 나타난 것과 같이 전술한 부착물(71)의 박리 과정이 다수의 영역에서 연쇄적으로 이루어짐으로써 부착물(71)이 작은 크기의 조각(74)들로 분리되어 제거될 수 있다. 이상의 과정에 의하여, 오염 물질이 욕조나 배관 등의 표면으로부터 박리되어 제거되는 방식으로 세정이 이루어질 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 이상에서 설명한 것과 같은 UFB는 한 번 만들어지면 장시간 물 안에 존재하며, UFB의 생성에 의하여 물의 성질이 크게 변환하는데, 특히 침투력이 향상된다. UFB의 표면은 음(-)으로 대전되어 있어 기포들이 서로 결합하거나 합쳐지지 않으나, 수영장과 워터파크 이용객들의 땀, 때 등 여러 가지 오염 물질은 양(+) 전하를 띄고 있어서, UFB가 이러한 오염 물질과 흡착하여 플록(floc)을 형성하게 된다. 플록이 물 탱크(100) 및 밸런스 탱크(101)를 거쳐 여과기(103)로 공급되고 여과기(103)의 여재에 의하여 걸러짐으로써, 물 탱크(100) 내의 물의 탁도와 투명도가 향상된다.
종래에는 수영장이나 워터파크의 물놀이 시설의 소독을 위하여 액체 차아염소산소다(NaOCl)를 사용하거나 소금물을 전기 분해하여 이산화염소(ClO2)로 사용하였는데, 본 발명의 실시예들에 따라 UFB를 가지고 있는 물에 이러한 약품을 적용함으로써 최소량의 약품에 의해서도 최대의 효과를 얻을 수 있다.
수영장이나 워터파크 등에서 물에 염소를 투입하는 목적은 소독인데, 물 속에 있는 바이러스 등은 수중에 단독으로는 부유하지 않으며 분변 등의 유기 고형물에 부착하여 부유하게 된다. 그런데, 실시예들에 의하면 UFB가 고형물에 흡착하는 특성을 이용하여 UFB에 흡착된 부유물을 여과기에서 여과할 수 있고, 이를 통하여 수중의 고형물과 함께 바이러스 등도 제거할 수 있다. 이에 따라, 종래에 비해 소독용 염소 투입 농도를 줄일 수 있으며, 약물 투입량을 최소화함으로써 수영장이나 워터파크 등에서 문제가 되고 있는 안구 통증, 눈병, 식도 자극, 구토 증세, 피부 질환 등의 발생을 막을 수 있고 염소 냄새로 인한 불쾌감도 방지할 수 있다.
나아가, 수영장 욕조나 물놀이 시설의 물 접촉면에 바이오 필름(bio-film)이 생기거나 미생물이 번식하는 경우 미관상 좋지 않게 보여지는데, 물 안에 UFB를 발생시키기 되면 UFB의 고압, 고열 파열 시 발생하는 충격에 의하여 미생물이나 세균을 파괴할 수 있고, UFB의 소멸 시 발생되는 OH*(OH 라디칼)에 의해 산화되어 미생물이나 세균이 억제되거나 소멸되므로, 실시예들에 따른 수처리 시스템에 의해 수인성 전염병의 원인 물질을 제거할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 물 탱크;
    상기 물 탱크에 연결되며, 지하수 탱크 또는 수도 배관으로부터 물이 공급되는 밸런스 탱크;
    상기 물 탱크로 물을 순환시키기 위한 순환 배관;
    상기 순환 배관에 연결되며, 여재에 의하여 물 안의 이물질을 거르도록 구성된 여과기;
    상기 밸런스 탱크에 연결되며, 상기 밸런스 탱크의 수위가 미리 설정된 양에 도달하면 상기 밸런스 탱크의 물을 상기 여과기로 보내도록 구성된 순환공급펌프;
    물 흐름 방향을 기준으로 상기 여과기의 후단에 연결되며, 상기 순환 배관 내를 흐르는 물의 적어도 일부의 온도를 조절하여 상기 순환 배관에 공급하도록 구성된 열 교환기; 및
    물 흐름 방향을 기준으로 상기 여과기의 후단에 연결되도록 상기 순환 배관에 연결되며, 초미세기포를 생성하기 위한 공기를 물 유량의 10 내지 50%의 유량으로 공급받아 상기 여과기를 통과한 물 안에 직경이 1 nm 내지 1 ㎛ 인 초미세기포를 생성하도록 구성된 초미세 기포 발생기를 포함하되,
    상기 초미세기포 발생기는, 발생된 상기 초미세기포의 표면이 음으로 대전되도록 상기 초미세기포 발생기 내부 압력이 0.1 Mpa 내지 0.2 Mpa인 조건에서 8 m3/kwh의 출력으로 상기 초미세기포를 생성하도록 더 구성되고,
    물 흐름 방향을 기준으로 상기 여과기와 열 교환기의 후단 상기 초미세 기포 발생기의 전단 사이의 상기 순환 배관에 연결되는 인라인 펌프;
    물 흐름 방향을 기준으로 상기 인라인 펌프 후단의 상기 순환 배관에 연결되며, 상기 초미세 기포 발생기로 유입되는 물의 유량을 측정하도록 구성된 유량계; 및
    물 흐름 방향을 기준으로 상기 인라인 펌프 후단의 상기 순환 배관에 연결되며, 상기 초미세 기포 발생기로 유입되는 물의 압력을 측정하도록 구성된 압력계를 더 포함하되,
    상기 인라인 펌프는,
    상기 유량계 및 상기 압력계 중 하나 이상의 측정값을 이용하여 상기 초미세 기포 발생기에 연결된 상기 순환 배관 내의 압력이 0.1 MPa 미만일 경우 동작하며, 상기 초미세 기포 발생기로 유입되는 물의 압력을 증가시킴으로써 상기 순환 배관 내의 압력을 0.1 MPa 내지 0.2 MPa로 유지하도록 구성되며,
    상기 여과기는,
    활성탄을 사용하는 다층여과기, 규조토여과기, 및 진주암여과기 중 하나 이상을 포함하고,
    표면이 음으로 대전된 상기 초미세기포가 양 전하를 갖는 오염 물질과 흡착하여 생성된 플록을 상기 물 탱크 및 상기 밸런스 탱크를 거쳐 공급받고, 상기 플록을 상기 여재에 의하여 거르도록 더 구성된 초미세기포를 이용한 수처리 시스템.
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  8. 제1항에 있어서,
    작업자가 상기 인라인 펌프의 동작을 제어하기 위한 조작부를 더 포함하는 초미세기포를 이용한 수처리 시스템.
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