KR102488109B1 - 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템 및 그 방법 - Google Patents

도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

도서지역 주민들에게 가뭄 및 지진 등 재난으로 인하여 정상적인 용수 공급이 어려운 비상상황에 대비하여 지하 저류시설이 연계된 중력구동 분리막 모듈을 사용함으로써 별도의 외부 펌프가 없이도 구동할 수 있고, 유입량 조절 모듈을 통해 대상원수의 공급을 조절함으로써 안정적으로 대상원수를 공급할 수 있고, 또한, 가압형 분리막 모듈을 2개 이상의 병렬 구조로 형성하고, 가압형 분리막 모듈을 구동하는 분리막 운전모드와 물리적 세정 밸브를 이용한 물리적 세정모드를 교대로 운영함에 따라 안정적으로 용수를 생산할 수 있으며, 또한, 하단 저류조의 일측에 세정 이송관로를 사이펀 배관 형태로 설치하고, 물리적 세정밸브의 개폐를 제어하여 가압형 분리막 모듈을 세정할 수 있는, 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템 및 그 방법 {EMERGENCY WATER PURIFYING SYSTEM OF GRAVITY DRIVING TYPE CONNECTED WITH UNDERGROUND RESERVOIR IN ISLAND DROUGHT, AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 중력구동 방식의 비상급수 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 도서지역 주민들에게 가뭄 및 지진 등 재난으로 인하여 정상적인 용수 공급이 어려운 비상상황에 대비할 수 있도록 지하 저류시설을 연계시킨 중력구동 방식의 가압형 분리막 모듈을 이용하여 비상급수를 제공하는 중력구동 방식의 비상급수 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 만조시 사면이 바다로 둘러싸인 지역을 도서(Island)라고 하는데, 면적에 따라 도서를 분류할 경우, 국내의 대부분의 도서는 면적이 100㎢ 이하인 극소규모 도서에 속하고 있다. 이러한 극소규모 도서는 하천의 발달이 미약하기 때문에 용수원의 확보가 용이하지 않고, 지리적인 여건상 태풍 및 가뭄, 지진 등의 재난에 취약하다.
국내의 도서지역에서는 주로 소규모 급수시설, 관로 및 선박 수송, 빗물 집수시설 등을 이용하여 생활용수를 공급하고 있고, 또한, 단지 거주 인구의 29%가 상수도 보급을 받고 있어 단기간의 가뭄에도 상습적으로 식수가 고갈되는 어려움을 겪고 있다.
대부분의 도서지역의 용수공급원은 해수, 염지하수, 계곡수 및 지하수 등으로 한정되어 있고, 대부분의 도서지역의 경우 생활용수 수원으로 해수나 지하수를 이용하는 경우가 대부분인 것으로 보고되고 있다.
이에 따라, 극심한 가뭄 등이 발생한 경우, 대부분 내륙지역에서 운반급수선에 의해 생활용수를 공급하고 있으나, 근본적인 해결방법이 되지 않고 있다.
이러한 생활용수가 필요한 도서지역별로 비상급수시설 지정이 필요하며, 예를 들면, 공공용 비상급수시설의 경우, 관할 단체장은 1일 생산능력이 100톤 이상인 비상급수시설을 각각 공공용 대피시설 및 비상급수시설로 지정할 수 있다.
특히, 비상급수시설 확보기준은 1인 1일 식수 9ℓ와 생활용수 16ℓ의 전체 25ℓ 기준으로 제시되어 있다.
하지만, 대부분의 비상대비시설의 경우, 내륙지역의 도시 단위로 주로 지정되어 있고, 도서지역의 경우는 비상급수시설 등이 아예 없거나, 비상급수시설로 지정되어 있어도 대부분 지하수에 의존하기 때문에 극심한 가뭄시 정상적인 기능이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
구체적으로, 2014년 기준으로 전국 490여개 유인도서에 거주하는 100,318명의 인구중에서 81.1%인 81,369명이 상수도를 이용하고 있는 것으로 보고되었다. 특히, 상수도시설 대부분은 계곡수, 지하수, 용천수 등을 취수하는 소규모 수도시설로서, 이러한 마을상수도 및 소규모 급수시설과 같은 소규모 수도시설은 가뭄이나 수질 변화에 취약하여 제한급수, 급수 중단, 고염분 등의 문제를 안고 있는 것으로 알려져 있다.
특히, 도서지역내 위치한 소규모 급수시설의 경우, 별도의 정수시설 없이 액체염소만 일정량 투입하고 있는 실정이다. 이때, 소규모 급수시설에 별도의 정수시설이 없는 이유는 대부분 수원 자체가 깨끗한 이유이나 액체염소 투입시설이 제대로 관리되지 않으며 대장균 등 병원성 미생물에 노출될 우려가 있다.
또한, 해수담수화 시설이 보급되지 않은 도서지역 주민들 대부분은 지하수를 이용하고 있으나, 별도의 정수시설 없이 염소 소독후 지하수를 생활용수로 이용하고 있기 때문에 수질 안전성 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 제안되는 기술 중 하나인 분리막 등의 필터 장치는 외부의 가압 또는 진공흡입식 펌프를 설치해야 하기 때문에 운영비가 추가적으로 발생해서 지역주민의 부담으로 기피하게 되는 단점이 있다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1786821호에는 "중력구동 방식의 수처리장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치는, 유입수 배관(11); 유입수 배관(11)을 통하여 물이 유입되는 1차 저류조(13); 1차 저류조(13)에 저류된 물로부터 협잡물을 제거하기 위한 스크린 필터(14); 스크린 필터(14)를 통과한 물이 저류되는 2차 저류조(15); 2차 저류조(15)에 마련되는 평판형 한외여과 분리막(16); 한외여과 분리막(16)을 통과한 물이 저류되는 3차 저류조(18); 및 3차 저류조(18)로부터 물을 배출하는 유출수 배관(19)을 포함하며, 1차 저류조(13)와 2차 저류조(15)가 일체형으로 형성된 구조로서, 소규모 수처리장치에 적용될 수 있다.
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종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치는, 1차 저류조(13) 및 2차 저류조(15)의 최소 수두 높이(d1)는 0.5~2.0m로 제안되어 있고, 특히, 1차 저류조(13)에서는 폴리프로필렌(polypropylene) 재질의 그래뉼(granule) 타입의 원형 여재나 모래 등 쉽게 구입이 가능한 일반 여재로 구성된 스크린필터(14)를 사용한다.
또한, 2차 저류조(15)에는 침지식의 평판형 한외여과 분리막(16)이 수직 형태로 유지하되, 분리막 전후 차압이 50~100mbar가 유지되도록 한다. 또한, 하단의 3차 저류조(18)에는 최종 처리수가 저장되는 저장조로 구성된다.
종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치의 경우, 기계식 펌프나 높은 수두차가 필요하지 않으면서 중력구동 방식으로 다공성 분리막을 이용하여 빗물이나 지표수, 그레이워터 등을 정화할 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치의 경우, 0.001~0.1㎛ 공경 크기의 한외여과막을 사용함으로써, 농도분극 현상이 심화되어 공경 내부의 입자 막힘 현상이 전혀 투수가 되지 않는 경계면까지 진행되고, 이에 따라, 별도의 세척 설비가 필요하게 된다.
또한, 저류조의 수위를 일정하게 유지할 수 없게 되고, 분리막 표면의 농도분극 현상으로 투과 플럭스가 급격하게 감소되는 문제점이 있다.
다시 말하면, 종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치는 독립된 물 저장조 내부에 필터 및 평판형 침지식 분리막이 설치되어 있는 것을 특징으로 하며, 최소 수두 높이(d1)는 0.5~2.0m로 제안되어 있기 때문에 수십 가구가 모여 있는 마을 단위에 생활용수를 공급하기에는 생산량이 매우 낮다는 문제점이 있다. 예를 들면, 종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치는 아프리카 등 절대 물부족 빈곤국가에 보급되는 방식으로서, 국내 도서지역에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-600567호에는 "섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치를 이용한 정수 처리 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치는, 처리 대상수가 유입되는 일체형 수처리장치(21) 내에 배치되어, 처리 대상수를 1차적으로 여과하는 섬유여과기(22); 섬유여과기(22) 내에 배치되어, 섬유여과기(22)에서 1차 여과된 처리 대상수를 2차적으로 여과하는 침지형 분리막 모듈(23); 및 일체형 수처리장치(21) 및 침지형 분리막 모듈(23)의 하부에 각각 설치되어, 섬유여과기(22) 및 침지형 분리막 모듈(23)의 역세정시에 공기를 공급하기 위한 산기관을 포함하며, 이때, 일체형 수처리장치(21)는 각각의 밸브를 통해 원수 집수조(31), 섬유여과기 농축수 배출조(32), 섬유여과기 처리수조(33), 막농축수 배출조(34) 및 분리막 처리수조(35)와 연결된다.
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도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치를 이용한 정수 처리 시스템은 스크린(41), 원수 집수조(31), 원수 공급펌프(43), 응집숙성 및 원수 조정조(42), 일체형 수처리장치(21), 막 농축수 배출조(34), 섬유여과기 역세정 펌프(24) 및 분리막 처리수조(35)를 포함하며, 일체형 수처리장치(21)는 섬유여과기(22) 및 분리막 모듈(23)로 이루어진다.
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종래의 기술에 따른 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치에 따르면, 섬유여과기와 침지형 분리막 모듈을 결합함으로써, 처리수 수질에 있어 기존의 모래여과지에 비해 훨씬 우수한 막여과 기능을 유지하는 상태에서 기존의 분리막을 사용할 때 운전비를 획기적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 전체공정의 크기를 소형화하고 제작비용을 절감할 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따른 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치의 경우, 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리 장치로서, 침지형 분리막 모듈(23)로서 중공사 형태의 정밀여과 또는 한외여과를 사용하지만, 외부의 섬유여과기(22)와 내부의 분리막의 여과속도와 역세척 시기와 주기가 각기 유입수 농도에 따라 다르기 때문에 원수 조정조(42)에 별도의 분말활성탄 및 응집제를 투입하여 원수 상태를 조정이 필요하고, 별도의 가압식/흡입식 펌프가 필요하며, 또한, 유입수의 성상과 유량에 따라 여과시간이 불규칙하게 작동하는 문제점이 있다.
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한편, 또 다른 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-2144059호에는 "사이펀 구동수위 조절 방식의 침지형 수처리 및 저류 일체형 시스템, 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이루며, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 사이펀 구동수위 조절 방식의 침지형 수처리 및 저류 일체형 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 사이펀 구동수위 조절 방식의 침지형 수처리 및 저류 일체형 시스템(40)은, 상단 저류조(41), 에어조절 밸브(42), 사이펀 배관(43), 하단 저류조(44), 수위계(45), 침지형 분리막(46), 처리수 탱크(47), 처리수 배관(48) 및 관리 모듈(49)을 포함한다.
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상단 저류조(41)는 빗물, 지하수, 지표수 또는 계곡수의 대상원수를 저장하고, 하단 저류조(44)는 상단 저류조(41)의 하부에 설치되어 사이펀 배관(43)을 통해 공급되는 대상원수를 저장한다.
사이펀 배관(43)은 취수배관(43a), 유출배관(43b) 및 방류수 배출밸브(43c)를 포함하며, 상단 저류조(41) 및 하단 저류조(44) 사이에 설치되어 사이펀 현상에 의해 상단 저류조(41)에 저장된 대상원수를 하단 저류조(44)로 공급한다.
구체적으로, 사이펀 배관(43)은 취수배관(43a), 유출배관(43b) 및 방류수 배출밸브(43c)를 포함하며, 상단 저류조(41) 및 하단 저류조(44) 사이에 설치되어 사이펀 현상에 의해 상단 저류조(41)에 저장된 대상원수를 하단 저류조(44)로 공급하며, 사이펀 배관(43)의 구동수위가 조절된다.
여기서, h2는 사이펀 배관(43)이 설치되는 제체의 높이를 나타내며, h3은 상단 저류조(41)의 하단과 하단 저류조(170) 사이에서 조절되는 사이펀 구동수위를 나타낸다.
에어조절 밸브(42)는 사이펀 배관(43) 상단에 설치되고, 사이펀 배관(43)이 사이펀 구동될 수 있도록 사이펀 배관(43) 내의 공기를 외부로 배출하며, 수위계(45)는 하단 저류조(44) 상에 설치되어 하단 저류조(44)의 수위를 측정한다.
침지형 분리막(46)은 하단 저류조(44) 내에 설치되어 대상원수를 수처리하고, 처리수 탱크(47)는 하단 저류조(44) 내의 침지형 분리막(46)에 의해 수처리된 처리수를 저장한다. 이때, 침지형 분리막(46)을 이용하여 대상원수를 수처리하는 수처리장치와 하단 저류조(44)가 일체화된다.
관리 모듈(49)은 수위계(45)에서 측정된 하단 저류조(44)의 수위에 대응하여 사이펀 배관(43)의 사이펀 구동수위를 설정 및 조절하고, 사이펀 배관(43)을 구동하여 방류수 배출을 제어한다.
종래의 기술에 따른 사이펀 구동수위 조절 방식의 침지형 수처리 및 저류 일체형 시스템(40)에 따르면, 상단 저류조와 하단 저류조가 수두차를 갖도록 사이펀 배관을 설치하되, 하단 저류조의 수위에 대응하여 사이펀 구동수위를 조절함으로써, 사이펀 현상에 의한 대상원수를 원활하게 공급하여 처리할 수 있다. 또한, 침지형 분리막을 이용하는 수처리장치와 하단 저류조를 일체로 형성함으로써, 대상원수의 수처리 및 저류를 동시에 수행할 수 있고, 또한, 하단 저류조가 일정 수위를 유지하도록 사이펀 배관에 의해 취수되어 전달되는 대상원수의 유속변화 흐름을 제어함으로써 침지형 분리막의 물리적 세정이 가능하게 된다.
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하지만, 종래의 기술에 따른 사이펀 구동수위 조절 방식의 침지형 수처리 및 저류 일체형 시스템(40)의 경우, 사이펀 배관을 설치하고, 하단 저류조의 수위에 대응하여 사이펀의 구동 수위를 별도로 조절해야 하므로, 설치 및 운영이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1786821호(출원일: 2017년 2월 10일), 발명의 명칭: "중력구동 방식의 수처리장치" 대한민국 등록특허번호 제10-600567호(출원일: 2006년 3월 16일), 발명의 명칭:"섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치" 대한민국 등록특허번호 제10-2144059호(등록일: 2020년 8월 6일), 발명의 명칭: "사이펀 구동수위 조절 방식의 침지형 수처리 및 저류 일체형 시스템, 및 그 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-593551호(등록일: 2006년 6월 19일), 발명의 명칭: "무동력 정수장치" 대한민국 등록특허번호 제10-540059호(등록일: 2005년 12월 23일), 발명의 명칭: "중력식 섬유여과기"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 도서지역 주민들에게 가뭄 및 지진 등 재난으로 인하여 정상적인 용수 공급이 어려운 비상상황에 대비할 수 있도록 지하 저류시설을 연계시킨 중력구동 방식의 가압형 분리막 모듈을 이용하여 비상급수를 제공하되, 별도의 외부 펌프가 없이도 구동할 수 있고, 유입량 조절 모듈을 통해 대상원수의 공급을 조절할 수 있는, 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 가압형 분리막 모듈을 2개 이상의 병렬 구조로 형성하고, 가압형 분리막 모듈을 구동하는 분리막 운전모드와 물리적 세정 밸브를 이용한 물리적 세정모드를 교대로 운영함에 따라 안정적으로 용수를 생산할 수 있는, 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템은, 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 시스템으로서, 지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로를 통해 상기 대상원수를 공급하는 상단 저류조; 상기 상단 저류조와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치되는 하단 저류조; 상기 하단 저류조 인근에 설치되어 비상급수를 위해 가동되고, 상기 상단 저류조의 이송관로와 연결되어 가압형 분리막을 통해 상기 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리하는 가압형 분리막 모듈; 유입배관, 유출배관 및 자외선 소독장치를 구비하는 저류조로서, 상기 가압형 분리막 모듈이 내부에 설치되고, 유입배관이 상기 이송관로와 연결되어 상기 대상원수를 유입하고, 유출배관이 상기 가압형 분리막 모듈에서 처리된 처리수를 상기 하단 저류조로 유출하는 비상급수 처리조; 상기 유입배관 상에 설치되고, 상기 가압형 분리막 모듈의 처리수 생산량을 조절하도록 상기 대상원수가 유입되는 유속을 조절하는 유입량 조절 모듈; 상기 가압형 분리막 모듈을 물리적으로 세정하기 위해 상기 하단 저류조 일측의 세정수 배관 상에 설치되고, 상기 관리 모듈에 의해 개폐가 제어되는 물리적 세정 밸브; 및 상기 상단 저류조와 상기 하단 저류조 사이의 수위 차이를 통해 상기 이송관로의 유속을 산출하고, 상기 유입량 조절 모듈의 구동을 제어하여 상기 가압형 분리막 모듈로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하는 관리 모듈을 포함하되, 상기 유입량 조절 모듈은, 상기 이송관로와 연결된 유입배관 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력계; 및 상기 유입배관을 통해 상기 가압형 분리막 모듈로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브를 포함하고; 상기 물리적 세정 밸브의 일측에 세정수 이송관로가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치되고; 상기 상단 저류조가 무동력으로 상기 대상원수를 공급할 수 있도록 상기 상단 저류조와 상기 하단 저류조의 수위 차이는 적어도 5m 이상이며; 상기 가압형 분리막 모듈은 상기 하단 저류조의 인근 상부 지상에 저류조 분리형으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
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여기서, 상기 관리 모듈은 수위 차이에 비례하여 방류속도가 결정되는 다음 수학식에 의해 상기 이송관로를 통해 공급되는 대상원수의 유입 유속을 산출하되,
Figure 112020115806388-pat00001
, 여기서,
Figure 112020115806388-pat00002
는 하단 저류조의 유입배관 지점에서의 속도로서 수위 차 구동력에 의한 유속을 나타내고,
Figure 112020115806388-pat00003
은 저수지 수면 높이를 나타내며,
Figure 112020115806388-pat00004
은 방류 위치 높이(
Figure 112020115806388-pat00005
)를 나타내고, 상기 수위 차(
Figure 112020115806388-pat00006
-
Figure 112020115806388-pat00007
)에 의해 방류가 결정될 수 있다.
여기서, 상기 가압형 분리막 모듈의 가압형 분리막은 1㎛ 이하의 공칭공경을 갖는 대공경 중공사 분리막이거나 0.1㎛의 공칭공경을 갖는 정밀여과 중공사 분리막일 수 있다.
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여기서, 상기 가압형 분리막 모듈의 물리적 세정의 강도를 조정하기 위하여 외부 송풍기로 공기를 투입할 수 있다.
여기서, 상기 가압형 분리막 모듈은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈을 구동하는 분리막 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영될 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템은, 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 시스템으로서, 지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로를 통해 상기 대상원수를 공급하는 상단 저류조; 상기 상단 저류조와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치되는 하단 저류조; 비상급수를 위해 가동되고, 상기 상단 저류조의 이송관로와 연결되어 가압형 분리막을 통해 상기 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리하는 가압형 분리막 모듈; 유입배관, 유출배관 및 자외선 소독장치를 구비하고 지하에 설치되는 저류조로서, 상기 가압형 분리막 모듈이 내부에 설치되고, 유입배관 상기 이송관로와 연결되어 상기 대상원수를 유입하고, 유출배관이 상기 가압형 분리막 모듈에서 처리된 처리수를 상기 하단 저류조로 유출하는 비상급수 처리조; 상기 유입배관 상에 설치되고, 상기 가압형 분리막 모듈의 처리수 생산량을 조절하도록 상기 대상원수가 유입되는 유속을 조절하는 유입량 조절 모듈; 상기 가압형 분리막 모듈을 물리적으로 세정하기 위해 상기 하단 저류조 일측의 세정수 배관 상에 설치되고, 상기 관리 모듈에 의해 개폐가 제어되는 물리적 세정 밸브; 및 상기 상단 저류조와 상기 하단 저류조 사이의 수위 차이를 통해 상기 이송관로의 유속을 산출하고, 상기 유입량 조절 모듈의 구동을 제어하여 상기 가압형 분리막 모듈로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하는 관리 모듈을 포함하되, 상기 유입량 조절 모듈은, 상기 이송관와 연결된 유입배관 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력; 및 상기 유입배관을 통해 상기 가압형 분리막 모듈로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브를 포함하고; 상기 물리적 세정 밸브의 일측에 세정수 이송관로가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치되고; 상기 가압형 분리막 모듈은 상기 하단 저류조의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법은, 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 방법으로서, a) 소정의 수위 차이로 설치된 상단 저류조 및 하단 저류조의 수위를 측정하여 비상급수 상황 발생 여부를 확인하는 단계; b) 비상급수 상황 발생시, 관리 모듈이 유입량 조절 모듈의 압력계로부터 측정된 압력에 따라 상기 상단 저류조로부터 공급되는 이송관로 내의 대상원수 유입 유속을 산출하는 단계; c) 가압형 분리막 모듈로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 상기 관리 모듈이 상기 유입량 조절 모듈의 유속조절 밸브의 개폐를 제어하는 단계; d) 상기 가압형 분리막 모듈을 가동하여 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리하고, 생산된 처리수를 유출배관를 통해 상기 하단 저류조에 저장하는 단계; e) 상기 하단 저류조에 저장된 처리수가 상기 가압형 분리막 모듈로 공급되도록 상기 관리 모듈이 물리적 세정밸브를 개방하는 단계; 및 f) 상기 하단 저류조의 수위에 따라 비상급수 상황 해제시, 상기 관리 모듈이 중력구동 방식의 비상급수 시스템을 대기모드로 전환시키는 단계를 포함하되, 상기 유입량 조절 모듈은, 상기 이송관와 연결된 유입배관 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력; 및 상기 유입배관을 통해 상기 가압형 분리막 모듈로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브를 포함하고; 상기 물리적 세정 밸브의 일측에 세정수 이송관로가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치되고; 상기 상단 저류조가 무동력으로 상기 대상원수를 공급할 수 있도록 상기 상단 저류조와 상기 하단 저류조의 수위 차이는 적어도 5m 이상이며; 상기 상단 저류조는 지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로를 통해 상기 대상원수를 공급하고, 상기 하단 저류조는 상기 상단 저류조와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가압형 분리막 모듈은 상기 하단 저류조의 인근 상부 지상에 저류조 분리형으로 설치되거나 상기 하단 저류조의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가압형 분리막 모듈은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈을 구동하는 분리막 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영될 수 있다.
본 발명에 따르면, 도서지역 주민들에게 가뭄 및 지진 등 재난으로 인하여 정상적인 용수 공급이 어려운 비상상황에 대비하여 지하 저류시설이 연계된 중력구동 분리막 모듈을 사용함으로써 별도의 외부 펌프가 없이도 구동할 수 있고, 유입량 조절 모듈을 통해 대상원수의 공급을 조절함으로써 안정적으로 대상원수를 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가압형 분리막 모듈을 2개 이상의 병렬 구조로 형성하고, 가압형 분리막 모듈을 구동하는 분리막 운전모드와 물리적 세정 밸브를 이용한 물리적 세정모드를 교대로 운영함에 따라 안정적으로 용수를 생산할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하단 저류조의 일측에 세정 이송관로를 사이펀 배관 형태로 설치하고, 물리적 세정밸브의 개폐를 제어하여 가압형 분리막 모듈을 세정할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 중력구동 방식의 수처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 섬유여과기 내에 침지형 분리막 모듈을 일체화한 수처리장치를 이용한 정수 처리 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 사이펀 구동수위 조절 방식의 침지형 수처리 및 저류 일체형 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템이 저류조 분리형으로 형성되는 것을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에서 가압형 분리막 모듈을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에서 가압형 분리막 모듈이 병렬 구성되어 분리막 운전모드 및 물리적 세정모드를 교대로 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템이 저류조 일체형으로 형성되는 것을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템의 운영결과를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에서 운영시간에 따른 대상원수와 처리수의 혼탁도 분석결과를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법의 동작흐름도이다.
도 11a 내지 도 11e는 각각 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[제1 실시예: 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)]
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템이 저류조 분리형으로 형성되는 것을 설명하기 위한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에서 가압형 분리막 모듈을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)은
도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 시스템으로서, 상단 저류조(110), 상단 저류조 수위계(120), 이송관로(130), 유입량 조절 모듈(140), 비상급수 처리조(150), 가압형 분리막 모듈(160), 하단 저류조(170), 하단 저류조 수위계(180), 물리적 세정밸브(190) 및 관리 모듈(200)을 포함하여 구성된다.
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상단 저류조(110)는 지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로(130)를 통해 상기 대상원수를 공급하며, 예를 들면, 상기 상단 저류조(110) 또는 저수지는 빗물, 지하수, 지표수, 계곡수 등의 대상원수를 저장하며, 이때, 상기 대상원수는 가뭄에 대처할 수 있도록 수처리되어 생활용수, 조경용수, 공업용수 등으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 가뭄 발생 전에, 강우시 건축물 옥상, 지붕 표면, 녹지 등의 집수면으로부터 1차적으로 빗물 또는 지하수를 상단 저류조(110)에 저장하거나, 인근 지표수 또는 계곡수가 모여진 저류지로부터 별도의 유입관이 연결된 상단 저류조(110)에 저장될 수 있다.
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상단 저류조 수위계(120)는 상기 상단 저류조(110) 상에 설치되어 상기 상단 저류조(110)의 수위를 측정한다. 예를 들면, 상기 상단 저류조(110)의 수위는 매우낮음(LL), 낮음(L), 높음(H), 및 매우 높음(HH)으로 구별될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
하단 저류조(170)는 상기 상단 저류조(110)와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조(110)와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치되고, 처리수(생산수)를 저장한다.
여기서, 상기 상단 저류조(110)가 중력구동 방식의 무동력으로 상기 대상원수를 공급할 수 있도록 상기 상단 저류조(110)와 상기 하단 저류조(170)의 수위 차이는 적어도 5m 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 하단 저류조(170)는 상기 상단 저류조(110)의 하부에 설치되어 가압협 분리막 모듈(160)에 의해 수처리된 처리수를 저장하며, 상기 처리수는, 예를 들면, 도서지역 가뭄에 대처할 수 있도록 생활용수, 조경용수, 공업용수 등으로 사용될 수 있다.
하단 저류조 수위계(180)는 상기 하단 저류조(170) 상에 설치되어 상기 하단 저류조(170)의 수위를 측정한다. 마찬가지로, 상기 하단 저류조(170)의 수위는 매우낮음(LL), 낮음(L), 높음(H), 및 매우 높음(HH)으로 구별될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
가압형 분리막 모듈(160)은 상기 하단 저류조(170) 인근에 설치되어 비상급수를 위해 가동되고, 상기 상단 저류조(110)의 이송관로(130)와 연결되어 가압형 분리막을 통해 상기 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리한다.
이때, 상기 가압형 분리막 모듈(160)은 상기 상단 및 하단 저류조(110, 170) 사이를 연결하는 이송관로(130)의 내부압에 의해 운영되며, 예를 들면, 상기 가압형 분리막 모듈(160)은 상기 하단 저류조(170)의 수위에 대응하여 구동되며, 특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)에서, 상기 가압형 분리막 모듈(160)은 상기 하단 저류조(170)의 인근 상부 지상에 저류조 분리형으로 설치된다.
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여기서, 상기 가압형 분리막 모듈(160)의 구동력을 전달하는 유속은 상기 이송관로(130)의 손실이 없다고 가정하면, 다음의 [수학식 1]과 같이 베르누이 식으로 설명된다.
Figure 112020115806388-pat00008
여기서,
Figure 112020115806388-pat00009
은 상단 저류조 출구 지점에서의 압력을 나타내고,
Figure 112020115806388-pat00010
은 상단 저류조 출구 지점에서의 속도를 나타내며,
Figure 112020115806388-pat00011
은 상단 저류조 출구 지점에서의 지면 높이로서, 저수지 수면 높이를 나타낸다.
또한,
Figure 112020115806388-pat00012
는 하단 저류조 유입부 배관 지점에서의 압력을 나타내며,
Figure 112020115806388-pat00013
는 하단 저류조 유입부 배관 지점에서의 속도를 나타내고,
Figure 112020115806388-pat00014
은 하단 저류조 유입부 배관 지점에서의 지면 높이로서, 방류 위치 높이를 나타낸다.
또한,
Figure 112020115806388-pat00015
는 물의 비중량,
Figure 112020115806388-pat00016
는 중력가속도를 나타낸다.
이때, [수학식 1]을 간단히 정리하면 다음의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020115806388-pat00017
여기서, 하단 저류조 유입부 배관 지점에서의 지면 높이(
Figure 112020115806388-pat00018
)는 수위 차 구동력에 의한 유속을 나타내고, 저수지 수면 높이(
Figure 112020115806388-pat00019
)와 방류 위치 높이(
Figure 112020115806388-pat00020
)의 차이에 의해 방류가 발생하는 것을 의미한다. 즉, 수위 차이에 비례하여 방류속도가 결정된다는 것을 의미한다.
이것은 수위 차이에 의한 이송관로(130)상의 배관 내경과 압력에 따라 유속이 결정되므로, 비상급수장치의 유입배관(151)에 설치되는 유속조절 밸브(142)를 통해 상기 가압형 분리막 모듈(160)의 허용가능한 내부압력 이하로 운전하되, 생산 플럭스를 조절할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 비상급수 처리조(150)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 유입배관(151), 유출배관(152) 및 자외선(UV) 소독장치(153)를 구비하는 저류조로서, 상기 가압형 분리막 모듈(160)이 내부에 설치되고, 유입배관(151)이 상기 이송관로(130)와 연결되어 상기 대상원수를 유입하고, 유출배관(152)이 상기 가압형 분리막 모듈(160)에서 처리된 처리수를 상기 하단 저류조(170)로 유출한다.
이때, 상기 비상급수 처리조(150)의 자외선(UV) 소독장치(153)는 상기 비상급수 처리조(150)로 유입되는 대상원수를 살균 소독처리한다.
유입량 조절 모듈(140)은 상기 유입배관(151) 상에 설치되고, 상기 가압형 분리막 모듈(160)의 처리수 생산량을 조절하도록 상기 대상원수가 유입되는 유속을 조절한다.
구체적으로, 상기 유입량 조절 모듈(140)은, 상기 이송관로(130)와 연결된 유입배관(151) 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력계(141); 및 상기 유입배관(151)을 통해 상기 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브(142)를 포함한다.
이때, 상기 유속조절 밸브(142)는 상기 관리 모듈(200)에 의해 제어되는 전자식 솔레노이드 개폐밸브일 수 있다.
관리 모듈(200)은 상기 상단 저류조 수위계(120)로부터 상기 상단 저류조(110)의 수위 데이터와 상기 하단 저류조 수위계(180)로부터 상기 하단 저류조(170)의 수위 데이터를 수신하고, 상기 상단 저류조(110)와 상기 하단 저류조(170) 사이의 수위 차이를 통해 상기 이송관로(130)의 유속을 산출하며, 상기 유입량 조절 모듈(140)의 구동을 제어하여 상기 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절한다.
즉, 상기 관리 모듈(200)은 상기 유입배관(151) 상에 설치되는 유속조절 밸브(142)의 개폐를 제어함으로써, 상기 가압형 분리막 모듈(160)에서 수처리되는 처리수(또는 생산수) 유량을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)의 경우, 상기 가압형 분리막 모듈(160)의 내부 오염물질을 배출하는 물리적 세정을 실시할 수 있다.
물리적 세정 밸브(190)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 물리적으로 세정하기 위해 상기 하단 저류조(170) 일측의 세정수 배관(171) 상에 설치되고, 상기 관리 모듈(200)에 의해 개폐가 제어된다.
구체적으로, 상기 물리적 세정 밸브(190)의 일측에 세정수 이송관로(191)가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈(160)에 세정수를 공급하도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 사이펀 배관 형태로 설치될 수 있다.
구체적으로, 상기 가압형 분리막 모듈(160)은 스크린 필터(161) 및 가압형 분리막(162)을 포함하고, 소정의 수두차(d)를 갖고 중력구동 방식으로 처리수를 생산할 수 있도록 수직형 형태로 설치되고, 상기 가압형 분리막 모듈(160) 내부에서 난류 발생 유도를 통해 가압형 분리막(162) 표면의 농도분극을 완화함으로써 막오염에 의한 플럭스의 급격한 저감을 완화시키는 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)의 경우, 수위 차에 의한 일정한 압력을 유지하면서 가압형 분리막 모듈(160)에서 여과수량을 확보하고, 동시에 난류 또는 와류 형성을 유도하여 가압형 분리막(162) 표면에 쌓이는 탁질 등 오염물질을 일정 유속으로 탈리시킴으로써 농도분극에 의한 플럭스 감소를 완화시킬 수 있다.
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이때, 상기 하단 저류조(170)의 수위에 대응하여 구동되는 가압형 분리막 모듈(160)의 경우, 가압형 분리막(162)은 1㎛ 이하의 공칭공경을 갖는 대공경 중공사 분리막이거나 0.1㎛의 공칭공경을 갖는 정밀여과 중공사 분리막일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 물리적 세정의 강도를 조정하기 위하여, 예를 들면, 외부 송풍기로 공기를 투입할 수도 있다. 다시 말하면, 상기 가압형 분리막 모듈(160)의 필터 내부의 오염물질로 인하여 압력 상승시 상기 유출배관(152) 일측에 사이폰 원리를 유도하여 내부 오염물질을 주기적으로 배출시키는 물리적 세정기능을 수행하거나, 또는 필요시 외부 블로워를 통해 오염물질을 강제 배출하는 강화형 세정기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)에서, 상기 가압형 분리막 모듈(160)은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 구동하는 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브(190)를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에서 가압형 분리막 모듈이 병렬 구성되어 분리막 운전모드 및 물리적 세정모드를 교대로 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에서, 상기 가압형 분리막 모듈은 2개 이상의 병렬형 구조(160a, 160b)로 구성하되 서로 여과와 세정이 교대로 운영될 수 있다.
구체적으로, 비상급수 처리조(150) 내에 제1 및 제2 가압형 분리막 모듈(160a, 160b)가 병렬 구조로 설치되고, 이때, 상기 비상급수 처리조(150)에 제1 및 제2 유입배관(151a, 151b), 제1 및 제2 유출배관(152a, 152b) 및 제1 및 제2 자외선 소독장치(153a, 153b)가 각각 설치되고, 상기 제1 및 제2 유입배관(151a, 151b) 상에 제1 및 제2 유속조절 밸브(142a, 142b)가 설치될 수 있다.
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또한, 제1 및 제2 물리적 세정밸브(190a, 190b) 및 제1 및 제2 세정수 이송관로(191a, 191b)가 설치되며, 이때, 상기 제1 및 제2 유속조절 밸브(142a, 142b) 및 상기 물리적 세정밸브(190a, 190b)은 상기 관리 모듈(200)에 의해 개폐가 제어되고,
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또한, 상기 제1 및 제2 자외선 소독장치(153a, 153b)의 구동 및 상기 제1 및 제2 가압형 분리막 모듈(160a, 160b)의 운전은 상기 관리 모듈(200)에 의해 제어될 수 있다.
예를 들면, 도 6의 a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 가압형 분리막 모듈(160a)은 분리막 운전모드를 수행하고, 제2 가압형 분리막 모듈(160b)은 물리적 세정모드를 수행할 수 있다.
즉, 상기 제1 가압형 분리막 모듈(160a)이 분리막 운전모드에 따라 여과하는 경우, 중력구동으로 상기 제1 가압형 분리막 모듈(160a)에 의해 수처리된 처리수는 제1 유출배관(152a)를 통해 상기 하단 저류조(170)로 유출하고, 동시에, 도면부호 C로 도시된 바와 같이, 제2 가압형 분리막 모듈(160b) 내부로 처리수를 공급하여 사이펀 현상을 이용한 물리적 세정이 이루어질 수 있다.
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이와는 반대로, 도 6의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 가압형 분리막 모듈(160a)은 물리적 세정모드를 수행하고, 상기 제2 가압형 분리막 모듈(160b)은 분리막 운전모드를 수행할 수 있다.
즉, 상기 제2 가압형 분리막 모듈(160b)이 분리막 모드에 따라 여과하는 경우, 중력구동으로 제2 가압형 분리막 모듈(160b)에 의해 수처리된 처리수는 상기 제1 가압형 분리막 모듈(160a)로 직접 투입되어 외부 송풍기와 함께 일정시간 물리적 세정을 실시할 수 있고, 이때, 상기 하단 저류조(170)에 처리수가 저장한다. 이러한 물리적 세정 과정에서 상기 제1 및 제2 가압형 분리막 모듈(160a, 160b)은 처리수의 유속을 조절하여 물리적 세정수의 유속을 조절할 수 있다.
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결국, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에 따르면, 도서지역 가뭄에 대처하기 위하여 해안 등으로 버려지는 계곡수, 빗물 등을 상단 저류조(110) 등에 집수한 수자원을 중력구동 여과가 가능한 높이에서 유속조절 밸브가 연결된 가압형 분리막 모듈(160)을 하단 저류조(170) 외부에 설치하여 무동력으로 정수 기능을 갖도록 하되, 상기 가압형 분리막 모듈(160)이 2개 이상의 병렬 구조로 설치되어 여과와 세정을 교대로 수행할 수 있고, 이때, 물리적 세정관로를 이용한 물리적 세정시 사이폰 원리를 이용하여 역세척을 유도함으로 안정적으로 처리수를 생산할 수 있다.
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[제2 실시예: 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(300)]
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템이 저류조 일체형으로 형성되는 것을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(300)은, 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 시스템으로서, 상단 저류조(310), 상단 저류조 수위계(320), 이송관로(330), 유입량 조절 모듈(340), 비상급수 처리조(350), 가압형 분리막 모듈(360), 하단 저류조(370), 하단 저류조 수위계(380), 물리적 세정밸브(390) 및 관리 모듈(200)을 포함하여 구성된다.
상단 저류조(310)는 지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로(330)를 통해 상기 대상원수를 공급하며, 하단 저류조(370)는 상기 상단 저류조(310)와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조(310)와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치된다.
가압형 분리막 모듈(360)은 비상급수를 위해 가동되고, 상기 상단 저류조(310)의 이송관로(330)와 연결되어 가압형 분리막을 통해 상기 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리한다. 여기서, 상기 가압형 분리막 모듈(360)은 상기 하단 저류조(370)의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치된다.
비상급수 처리조(350)는 유입배관(351), 유출배관(352) 및 자외선 소독장치를 구비하고 지하에 설치되는 저류조로서, 상기 가압형 분리막 모듈(360)이 내부에 설치되고, 유입배관(351)이 상기 이송관로(330)와 연결되어 상기 대상원수를 유입하고, 유출배관(352)이 상기 가압형 분리막 모듈(360)에서 처리된 처리수를 상기 하단 저류조(370)로 유출한다.
유입량 조절 모듈(340)은 상기 유입배관(351) 상에 설치되고, 상기 가압형 분리막 모듈(360)의 처리수 생산량을 조절하도록 상기 대상원수가 유입되는 유속을 조절한다. 여기서, 상기 유입량 조절 모듈(340)은, 상기 이송관로(330)와 연결된 유입배관(351) 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력계(341); 및 상기 유입배관(351)을 통해 상기 가압형 분리막 모듈(360)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브(342)를 포함한다.
물리적 세정 밸브(390)는 상기 하단 저류조(370)와 상기 가압형 분리막 모듈(360) 사이를 연결하는 세정수 배관(371) 상에 설치되어, 상기 가압형 분리막 모듈(360)을 물리적으로 세정한다. 이때, 상기 가압형 분리막 모듈(360)은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈(360)을 구동하는 분리막 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브(390)를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영될 수 있다.
관리 모듈(200)은 상기 상단 저류조(310)와 상기 하단 저류조(370) 사이의 수위 차이를 통해 상기 이송관로(330)의 유속을 산출하고, 상기 유입량 조절 모듈(340)의 구동을 제어하여 상기 가압형 분리막 모듈(360)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(300)의 경우, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)과 비교하면, 비상급수 처리조(350) 및 가압형 분리막 모듈(360)이 상기 하단 저류조(370)의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치되는 점을 제외하면 실질적으로 동일하다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(100)은, 도면부호 A로 도시된 하단 시설에서 비상급수 처리조(150) 및 가압형 분리막 모듈(160)이 상기 하단 저류조(170)의 인근 상부 지상에 저류조 분리형으로 설치된다.
이에 반해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템(300)은, 도면부호 B로 도시된 하단 시설에서 비상급수 처리조(350) 및 가압형 분리막 모듈(360)이 상기 하단 저류조(370)의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치된다. 이에 따라, 배관 등이 상이하게 설치될 수 있지만, 그 기능은 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템의 운영결과를 예시하는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에서 운영시간에 따른 대상원수와 처리수의 혼탁도 분석결과를 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템은, 비상급수장치의 유입배관에 설치되는 유속조절 밸브를 통해 상기 가압형 분리막 모듈의 허용가능한 내부압력 이하로 운전하되, 도 8에 도시된 바와 같이, 생산 플럭스를 조절할 수 있고, 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 대상원수의 혼탁도에 비해 처리수의 혼탁도가 안정적인 것을 나타낸다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에 따르면, 도서지역의 가뭄대응으로 해안으로 버려지는 빗물 또는 계곡수 등을 중력구동 방식의 가압형 분리막 모듈로 안정적이고 안전한 생활용수를 공급할 수 있다. 또한, 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템에 따라 비상급수함으로써 비용을 최소화하면서 현장 특성에 맞춤형으로 안전하고 안정적인 생활용수를 공급할 수 있다.
[도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법의 동작흐름도이고, 도 11a 내지 도 11e는 각각 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 10, 도 11a 내지 도 11e를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법은, 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 방법으로서, 먼저, 소정의 수위 차이로 설치된 상단 저류조(110) 및 하단 저류조(170)의 수위를 측정하여 비상급수 상황 발생 여부를 확인한다(S110). 구체적으로, 도 11a에 도시된 바와 같이, 상기 상단 저류조(110)는 지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로(130)를 통해 상기 대상원수를 공급하고, 상기 하단 저류조(170)는 상기 상단 저류조(110)와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조(310)와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치된다. 또한, 상기 상단 저류조(110)가 중력구동 방식의 무동력으로 상기 대상원수를 공급할 수 있도록 상기 상단 저류조(110)와 상기 하단 저류조(170)의 수위 차이는 적어도 5m 이상인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 11b에 도시된 바와 같이, 비상급수 상황 발생시, 관리 모듈(200)이 유입량 조절 모듈(140)의 압력계(141)로부터 측정된 압력에 따라 상기 상단 저류조(110)로부터 공급되는 이송관로(130) 내의 대상원수 유입 유속을 산출한다(S120).
다음으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 상기 관리 모듈(200)이 상기 유입량 조절 모듈(140)의 유속조절 밸브(142)의 개폐를 제어한다(S130). 여기서, 상기 가압형 분리막 모듈은 상기 하단 저류조의 인근 상부 지상에 저류조 분리형으로 설치되거나 상기 하단 저류조의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치될 수 있다.
다음으로, 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 가동하여 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리하고, 생산된 처리수를 유출배관(152)를 통해 상기 하단 저류조(170)에 저장한다(S140). 구체적으로, 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 관리 모듈(200)은 수위 차이에 비례하여 방류속도가 결정되는
Figure 112020115806388-pat00021
에 의해 상기 이송관로(130)를 통해 공급되는 대상원수의 유입 유속을 산출하되, 여기서,
Figure 112020115806388-pat00022
는 하단 저류조의 유입배관 지점에서의 속도로서 수위 차 구동력에 의한 유속을 나타내고,
Figure 112020115806388-pat00023
은 저수지 수면 높이를 나타내며,
Figure 112020115806388-pat00024
은 방류 위치 높이(
Figure 112020115806388-pat00025
)를 나타내고, 상기 수위 차(
Figure 112020115806388-pat00026
-
Figure 112020115806388-pat00027
)에 의해 방류가 결정될 수 있다.
다음으로, 도 11d에 도시된 바와 같이, 상기 하단 저류조(170)에 저장된 처리수가 상기 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되도록 상기 관리 모듈(200)이 물리적 세정밸브(190)를 개방(On)한다(S150). 여기서, 상기 물리적 세정 밸브(190)는 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 물리적으로 세정하기 위해 상기 하단 저류조(170) 일측의 세정수 배관(171) 상에 설치되고, 상기 관리 모듈(200)에 의해 개폐가 제어되며, 상기 물리적 세정 밸브(190)의 일측에 세정수 이송관로(191)가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈(160)에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치될 수 있다. 또한, 상기 가압형 분리막 모듈(160)의 물리적 세정의 강도를 조정하기 위하여 외부 송풍기로 공기를 투입할 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 상기 가압형 분리막 모듈(160)은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 구동하는 분리막 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브(190)를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영될 수 있다.
다음으로, 도 11e에 도시된 바와 같이, 상기 하단 저류조(170)의 수위에 따라 비상급수 상황 해제시, 상기 관리 모듈(200)이 중력구동 방식의 비상급수 시스템을 대기모드로 전환시킨다(S160).
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 도서지역 주민들에게 가뭄 및 지진 등 재난으로 인하여 정상적인 용수 공급이 어려운 비상상황에 대비하여 지하 저류시설이 연계된 중력구동 분리막 모듈을 사용함으로써 별도의 외부 펌프가 없이도 구동할 수 있고, 유입량 조절 모듈을 통해 대상원수의 공급을 조절함으로써 안정적으로 대상원수를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 가압형 분리막 모듈을 2개 이상의 병렬 구조로 형성하고, 가압형 분리막 모듈을 구동하는 분리막 운전모드와 물리적 세정 밸브를 이용한 물리적 세정모드를 교대로 운영함에 따라 안정적으로 용수를 생산할 수 있으며, 또한, 하단 저류조의 일측에 세정 이송관로를 사이펀 배관 형태로 설치하고, 물리적 세정밸브의 개폐를 제어하여 가압형 분리막 모듈을 세정할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 중력구동 방식의 비상급수 시스템(저류조 분리형)
110: 상단 저류조(또는 저수지) 120: 상단 저류조 수위계
130: 이송관로 140: 유입량 조절 모듈
150: 비상급수 처리조 160: 가압형 분리막 모듈
170: 하단 저류조 180: 하단 저류조 수위계
190: 물리적 세정 밸브
141: 압력계 142: 유속조절 밸브
151: 유입배관 152: 유출배관
153: 자외선(UV) 소독장치
171: 세정수 배관 191: 세정수 이송관로
200: 관리 모듈
300: 중력구동 방식의 비상급수 시스템(저류조 일체형)

Claims (21)

  1. 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 시스템으로서,
    지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로(130)를 통해 상기 대상원수를 공급하는 상단 저류조(110);
    상기 상단 저류조(110)와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조(110)와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치되는 하단 저류조(170);
    상기 하단 저류조(170) 인근에 설치되어 비상급수를 위해 가동되고, 상기 상단 저류조(110)의 이송관로(130)와 연결되어 가압형 분리막을 통해 상기 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리하는 가압형 분리막 모듈(160);
    유입배관(151), 유출배관(152) 및 자외선 소독장치(153)를 구비하는 저류조로서, 상기 가압형 분리막 모듈(160)이 내부에 설치되고, 유입배관(151)이 상기 이송관로(130)와 연결되어 상기 대상원수를 유입하고, 유출배관(152)이 상기 가압형 분리막 모듈(160)에서 처리된 처리수를 상기 하단 저류조(170)로 유출하는 비상급수 처리조(150);
    상기 유입배관(151) 상에 설치되고, 상기 가압형 분리막 모듈(160)의 처리수 생산량을 조절하도록 상기 대상원수가 유입되는 유속을 조절하는 유입량 조절 모듈(140);
    상기 가압형 분리막 모듈(160)을 물리적으로 세정하기 위해 상기 하단 저류조(170) 일측의 세정수 배관(171) 상에 설치되고, 관리 모듈(200)에 의해 개폐가 제어되는 물리적 세정 밸브(190); 및
    상기 상단 저류조(110)와 상기 하단 저류조(170) 사이의 수위 차이를 통해 상기 이송관로(130)의 유속을 산출하고, 상기 유입량 조절 모듈(140)의 구동을 제어하여 상기 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하는 관리 모듈(200)을 포함하되,
    상기 유입량 조절 모듈(140)은, 상기 이송관로(130)와 연결된 유입배관(151) 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력계(141); 및 상기 유입배관(151)을 통해 상기 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브(142)를 포함하고;
    상기 물리적 세정 밸브(190)의 일측에 세정수 이송관로(191)가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈(160)에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치되며;
    상기 상단 저류조(110)가 중력구동 방식의 무동력으로 상기 대상원수를 공급할 수 있도록 상기 상단 저류조(110)와 상기 하단 저류조(170)의 수위 차이는 적어도 5m 이상이며; 상기 가압형 분리막 모듈(160)은 상기 하단 저류조(170)의 인근 상부 지상에 저류조 분리형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관리 모듈(200)은 수위 차이에 비례하여 방류속도가 결정되는 다음 수학식에 의해 상기 이송관로(130)를 통해 공급되는 대상원수의 유입 유속을 산출하되,
    Figure 112020115806388-pat00028

    여기서,
    Figure 112020115806388-pat00029
    는 하단 저류조의 유입배관 지점에서의 속도로서 수위 차 구동력에 의한 유속을 나타내고,
    Figure 112020115806388-pat00030
    은 저수지 수면 높이를 나타내며,
    Figure 112020115806388-pat00031
    은 방류 위치 높이(
    Figure 112020115806388-pat00032
    )를 나타내고, 상기 수위 차(
    Figure 112020115806388-pat00033
    -
    Figure 112020115806388-pat00034
    )에 의해 방류가 결정되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가압형 분리막 모듈(160)의 가압형 분리막(162)은 1㎛ 이하의 공칭공경을 갖는 대공경 중공사 분리막이거나 0.1㎛의 공칭공경을 갖는 정밀여과 중공사 분리막인 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가압형 분리막 모듈(160)의 물리적 세정의 강도를 조정하기 위하여 외부 송풍기로 공기를 투입할 수 있는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가압형 분리막 모듈(160)은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 구동하는 분리막 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브(190)를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템.
  10. 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 시스템으로서,
    지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로(330)를 통해 상기 대상원수를 공급하는 상단 저류조(310);
    상기 상단 저류조(310)와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조(310)와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치되는 하단 저류조(370);
    비상급수를 위해 가동되고, 상기 상단 저류조(310)의 이송관로(330)와 연결되어 가압형 분리막을 통해 상기 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리하는 가압형 분리막 모듈(360);
    유입배관(351), 유출배관(352) 및 자외선 소독장치를 구비하고 지하에 설치되는 저류조로서, 상기 가압형 분리막 모듈(360)이 내부에 설치되고, 유입배관(351)이 상기 이송관로(330)와 연결되어 상기 대상원수를 유입하고, 유출배관(352)이 상기 가압형 분리막 모듈(360)에서 처리된 처리수를 상기 하단 저류조(370)로 유출하는 비상급수 처리조(350);
    상기 유입배관(351) 상에 설치되고, 상기 가압형 분리막 모듈(360)의 처리수 생산량을 조절하도록 상기 대상원수가 유입되는 유속을 조절하는 유입량 조절 모듈(340);
    상기 가압형 분리막 모듈(360)을 물리적으로 세정하기 위해 상기 하단 저류조(370) 일측의 세정수 배관(371) 상에 설치되고, 관리 모듈(200)에 의해 개폐가 제어되는 물리적 세정 밸브(390); 및
    상기 상단 저류조(310)와 상기 하단 저류조(370) 사이의 수위 차이를 통해 상기 이송관로(330)의 유속을 산출하고, 상기 유입량 조절 모듈(340)의 구동을 제어하여 상기 가압형 분리막 모듈(360)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하는 관리 모듈(200)을 포함하되,
    상기 유입량 조절 모듈(340)은, 상기 이송관로(330)와 연결된 유입배관(351) 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력계(341); 및 상기 유입배관(351)을 통해 상기 가압형 분리막 모듈(360)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브(342)를 포함하고;
    상기 물리적 세정 밸브(390)의 일측에 세정수 이송관로(391)가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈(360)에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치되고;
    상기 가압형 분리막 모듈(360)은 상기 하단 저류조(370)의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 가압형 분리막 모듈(160)은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈(360)을 구동하는 분리막 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브(390)를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 시스템.
  15. 도서지역 가뭄에 대응하는 비상급수를 위해 상단 저류조와 하단 저류조의 지하 저류시설을 연계시키는 중력구동 방식의 비상급수 방법으로서,
    a) 소정의 수위 차이로 설치된 상단 저류조(110) 및 하단 저류조(170)의 수위를 측정하여 비상급수 상황 발생 여부를 확인하는 단계;
    b) 비상급수 상황 발생시, 관리 모듈(200)이 유입량 조절 모듈(140)의 압력계(141)로부터 측정된 압력에 따라 상기 상단 저류조(110)로부터 공급되는 이송관로(130) 내의 대상원수 유입 유속을 산출하는 단계;
    c) 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 상기 관리 모듈(200)이 상기 유입량 조절 모듈(140)의 유속조절 밸브(142)의 개폐를 제어하는 단계;
    d) 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 가동하여 대상원수를 중력구동 방식으로 수처리하고, 생산된 처리수를 유출배관(152)를 통해 상기 하단 저류조(170)에 저장하는 단계;
    e) 상기 하단 저류조(170)에 저장된 처리수가 상기 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되도록 상기 관리 모듈(200)이 물리적 세정밸브(190)를 개방(On)하는 단계; 및
    f) 상기 하단 저류조(170)의 수위에 따라 비상급수 상황 해제시, 상기 관리 모듈(200)이 중력구동 방식의 비상급수 시스템을 대기모드로 전환시키는 단계를 포함하되,
    상기 유입량 조절 모듈(140)은, 상기 이송관로(130)와 연결된 유입배관(151) 상에 설치되어 상기 대상원수의 압력을 측정하는 압력계(141); 및 상기 유입배관(351)을 통해 상기 가압형 분리막 모듈(160)로 공급되는 대상원수의 유입 유속을 조절하도록 개폐가 제어되는 유속조절 밸브(342)를 포함하고;
    상기 물리적 세정 밸브(190)의 일측에 세정수 이송관로(191)가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈(160)에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치되고;
    상기 상단 저류조(110)가 무동력으로 상기 대상원수를 공급할 수 있도록 상기 상단 저류조(110)와 상기 하단 저류조(170)의 수위 차이는 적어도 5m 이상이며;
    상기 상단 저류조(110)는 지하 저류시설로서, 계곡수 또는 지표수의 대상원수를 저장하고, 이송관로(130)를 통해 상기 대상원수를 공급하고, 상기 하단 저류조(170)는 상기 상단 저류조(110)와 연계되는 저류시설로서, 상기 상단 저류조(110)와 지형적으로 수위 차이가 있는 하단에 설치되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 가압형 분리막 모듈은 상기 하단 저류조의 인근 상부 지상에 저류조 분리형으로 설치되거나 상기 하단 저류조의 일측 지하에 저류조 일체형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 b) 단계에서 관리 모듈(200)은 수위 차이에 비례하여 방류속도가 결정되는 다음 수학식에 의해 상기 이송관로(130)를 통해 공급되는 대상원수의 유입 유속을 산출하되,
    Figure 112020115806388-pat00035

    여기서,
    Figure 112020115806388-pat00036
    는 하단 저류조의 유입배관 지점에서의 속도로서 수위 차 구동력에 의한 유속을 나타내고,
    Figure 112020115806388-pat00037
    은 저수지 수면 높이를 나타내며,
    Figure 112020115806388-pat00038
    은 방류 위치 높이(
    Figure 112020115806388-pat00039
    )를 나타내고, 상기 수위 차(
    Figure 112020115806388-pat00040
    -
    Figure 112020115806388-pat00041
    )에 의해 방류가 결정되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 물리적 세정 밸브(190)는 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 물리적으로 세정하기 위해 상기 하단 저류조(170) 일측의 세정수 배관(171) 상에 설치되고, 상기 관리 모듈(200)에 의해 개폐가 제어되며, 상기 물리적 세정 밸브(190)의 일측에 세정수 이송관로(191)가 사이펀 원리를 이용하여 상기 가압형 분리막 모듈(160)에 세정수를 공급하도록 사이펀 배관 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 가압형 분리막 모듈(160)의 물리적 세정의 강도를 조정하기 위하여 외부 송풍기로 공기를 투입할 수 있는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 가압형 분리막 모듈(160)은 2개 이상의 병렬 구조로 형성되며, 상기 가압형 분리막 모듈(160)을 구동하는 분리막 운전모드와 상기 물리적 세정 밸브(190)를 이용한 물리적 세정모드가 교대로 운영되는 것을 특징으로 하는 도서지역 가뭄대응 지하 저류시설 연계형 중력구동 방식의 비상급수 방법.
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