KR20090043496A - 연속적인 부분 유동 바이패스 경로를 갖는 수질 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

연속적인 부분 유동 바이패스 경로를 갖는 수질 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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스티븐 디 클로스
피에르 에프 스바보
케네스 제이 시이쓰
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지이 오스모닉스, 인크.
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Abstract

다수의 수질 처리 시스템은 물로부터 실질적으로 모든 미네랄 및 다른 성분을 제거하지만, 상당량의 소정의 미네랄 및 성분은 건강 및 허용 가능한 물 맛을 위해 필요하다. 따라서, 진입된 물의 일부가 주 여과 및 처리 구성요소를 우회하는 수질 처리 시스템이 제공된다. 상기 일부의 양은 건강에 유익한 정도의 미네랄이 현저히 깨끗한 처리된 물에 남아 있도록 선택적으로 제어된다. 처리된 물 내의 병원균을 감소시키기 위해 임의의 구성요소가 포함될 수 있다.

Description

연속적인 부분 유동 바이패스 경로를 갖는 수질 처리 시스템 및 방법{WATER TREATMENT SYSTEM AND METHOD WITH A CONTINUOUS PARTIAL FLOW BYPASS PATH}
본 발명은 화학적 불순물 및 다른 불순물을 제거하기 위해 물을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 막 분리 장치와 같은 이온 분리 시스템에 관한 것이다.
세계 도처에서는, 물이 오염물질을 포함하거나, 거북스러운 맛, 냄새 및 색깔을 띠거나, 또는 마셔서 몸에 이롭지 않은 매우 높은 미네랄 함량을 갖는 등 열악한 식수 공급원이 제공된다. 수질을 개선하여 깨끗하고 건강에 이로운 물을 제공하기 위해, 다양한 유형의 시스템이 사용된다. "깨끗한"이란, 물이 무색을 띠고, 거북스러운 맛 또는 냄새를 갖지 않으며, 잔류물이나 찌꺼기를 남기지 않는 미적 특성을 의미한다. "건강에 이로운"이란, 건강에 이로운 정도의 미네랄을 갖고, 염소 또는 병원균(예를 들어, 원생 동물문, 박테리아 또는 바이러스)이 거의 또는 전혀 없는 허용 가능한 수준의 유기물 및 금속을 갖는 물의 조성을 의미한다.
처리 시스템 중 일 유형은 물을 정화하기 위해 역삼투(RO)를 사용한다. 역삼투 수질 처리 시스템을 사용하는 곳은 부엌 내의 조리대 또는 싱크대 아래, 또는 정수된 물이 제공되도록 요구되는 다른 장소에 인접하여 배치된다. 전형적인 시스 템은 종래의 필터 매체를 사용하여 처리될 모든 물이 상기 매체를 통과하게 됨으로써 상대적으로 큰 입자를 제거하는 전-필터를 포함한다. 물은 전-필터를 빠져 나가 역삼투 유닛으로 진입한다.
역삼투는 삼투압보다 큰 압력의 사용에 의해 용매(예를 들어, 물)가 막을 통과하도록 함으로써, 용액으로부터 용질을 분리하는 방법이다. 물이 막을 통과하여 확산함에 따라, 염류, 미네랄 및 다른 오염물과 같은 용존 물질은 뒤에 남아 있게 되어, 막을 투과한 물이 보다 낮은 용존 물질의 농도를 갖게 된다. 나머지 용존 물질은 막의 고압측으로부터 유닛 내에 증가된 압력을 유지하는데 일조하는 제한된 배수 개구를 통해 씻겨 내려간다. 배수 개구로부터의 유체는 하수 시스템으로 보내지거나, 또는 낭비되는 물을 줄이도록 펌프에 의해 수질 처리 시스템을 통해 재생될 수 있다.
역삼투 유닛에 존재하는 처리된 물은 선택적인 후-필터를 통과하여 시스템이 장기간 사용되지 않은 경우에 영향을 받게 되는 물의 맛을 개선할 수 있다. 또한, 정화된 물을 저장하기 위해 처리 장치의 출력측에 탱크가 제공될 수 있다. 필요하다면, 정화된 물은 탱크로부터 물꼭지를 통해 인출된다.
역삼투의 결점은 너무 효과적이어서 칼슘 및 마그네슘과 같은 실질적으로 모든 미네랄을 물로부터 제거해 버릴 수 있다는 점이다. 그러나, 인간에게 있어 소정의 미네랄의 소비는 건강을 위해 필요하며, 많은 사람들은 그들이 마시는 물에 건강에 유익한 미네랄이 포함되어 있는 것이 중요하다고 믿고 있다. 또한, 많은 사람들은 적절한 미네랄 성분을 가진 물이 미네랄이 전혀 함유되어 있지 않은 물에 비해 맛이 좋다고 믿고 있다. 결과적으로, 역삼투 처리 시스템으로부터의 정화된 물은 건강에 이로울 정도의 바람직한 미네랄을 식수에 보충하기 위해 종종 미네랄 베드를 통해 공급된다. 미네랄 베드는 이러한 시스템에 대한 비용 추가를 야기하고, 그 저장 용기는 박테리아의 공급원이 될 수 있다.
따라서, 건강 및 맛을 위해 바람직한 미네랄의 양을 포함하는 깨끗하면서도 건강에 이로운 물의 공급원을 제공하는 수질 처리 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
수질 처리 시스템은 처리될 물을 수용하기 위한 물 입구 포트 및 처리된 물이 유동하는 물 출구 포트를 포함한다. 바이패스 유동 분기부가 물 입구 포트와 물 출구 포트 사이에서 유체적으로 연결되어, 이를 통해 유동하는 물로부터 입자를 제거한다. 바이패스 유동 분기부는 물 입구 포트와 물 출구 포트 사이에서 이온 분리 모듈과 병렬로 연결된다. 바이패스 유동 분기부는, 물의 유동을 제한하여 수질 처리 시스템을 통해 유동하는 물의 총량 중 바이패스 유동 분기부를 통해 이동하는 양을 결정한다.
물의 일부가 이온 분리 모듈 주위로 이동할 수 있도록 함으로써, 공급원 물 내의 미네랄 중 일부는 맛 및 건강 상의 이유로 처리된 물 내에 잔류한다. 바이패스 유동 분기부 내의 오리피스의 크기는 이들 미네랄의 양을 제어한다.
선택적으로, 전-필터가 이온 분리 모듈의 상류측에 연결되어 물 유동으로부터 상대적으로 큰 입자를 제거함으로써, 이온 분리 모듈의 작동 수명을 증가시킬 수 있다. 다른 선택 사항으로서, 후-필터가 이온 분리 모듈의 하류측에 연결되어, 시스템이 장시간 동안 사용되지 않은 경우 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 물의 맛을 개선할 수 있다. 또한, 시스템을 통해 유동하는 물은 병원균을 제거하기 위해 살균 모듈을 통과하여 유동할 수 있다.
도 1은 연속적인 부분 유동 바이패스 경로를 갖는 역삼투 유닛을 구비하는 수질 처리 시스템에 대한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 대안적인 수질 처리 시스템에 대한 개략도.
먼저, 도 1을 참조하면, 제 1 수질 처리 시스템(10)은 직렬로 연결되어 시스템의 주 유동 분기부(18)를 형성하는 전-필터(12), 이온 분리 모듈(14) 및 후-필터(16)를 포함한다. 바이패스 유동 분기부(20)는 주 유동 분기부(18)와 병렬로 연결되고, 바이패스 필터(22) 및 유동 제어 오리피스(24)를 포함한다. 2개의 유동 분기부(18, 20)는 물 입구 포트(26)와 물 출구 포트(28) 사이에 연결된다.
주 유동 분기부(18) 내의 전-필터(12)는 외측 벽에 인접한 입구(32) 및 중앙에 위치되는 전-필터 출구(34)를 갖는 제 1 용기(30)를 포함한다. 용기(30) 내에, 견방 섬유 재료의 관형체와 같은 종래의 필터 매체를 갖는 전-필터 카트리지(36)가 있으며, 이를 통해 물이 유동하여 상대적으로 큰 입자가 포착된다. 만약, 공급원 물이 상대적으로 큰 입자를 함유하고 있지 않다면, 전-필터(12)는 제거될 수 있다. 처리될 물은 입구(32)로 진입하여, 전-필터 카트리지(36)를 통해 전-필터 출구(34) 와 연통하는 중앙 보어로 유동한다. 전-필터 출구(34)는 도관(40)에 의해 이온 분리 모듈(14)의 입구(42)로 연결된다.
이온 분리 모듈(14)은 제 2 용기(44) 내에 역삼투 막 또는 나노-여과 막과 같은 표준 이온 분리 막(46)을 구비하여 막(46)에 의해 분리되는 외측 챔버(48) 및 내측 챔버(50)를 형성한다. 대안적으로, 이온 분리 모듈(14)은 전기 투석 장치, 전기 투석 반전 장치, 증류 유닛, 또는 용량성 탈이온화 장치를 포함할 수 있다. 이온 분리 모듈(14)용 입구(42)는 외측 챔버(48)의 일 단부에서 개방된다. 드레인 출구(52)가 외측 챔버(48)의 대향 단부에 위치되며, 입구(42)보다 현저하게 작다. 입구(42)와 출구(52) 사이의 크기 차이는 외측 및 내측 챔버(48, 50) 사이의 압력 차를 유발하며, 이는 물의 일부가 표준 역삼투 시스템에 있어서 잘 알려진 방법으로 이온 분리 막(46)을 통해 내측 챔버(50) 내로 강제로 유동하게 한다. 드레인 출구(52)는 하수 시스템으로 이어지거나, 또는 물 절약을 위해 앞선 역삼투 수질 처리 시스템에서 실행된 바와 같이, 펌프(도시되지 않음)를 통해 처리 시스템의 물 입구 포트(26)로 재순환될 수 있는 배수 라인(54)에 연결된다.
이온 분리 모듈(14)은 후-필터(16)의 입구(58)에 연결되는 처리된 물 출구(56)를 갖는다. 후-필터(16)는 종래의 관형 필터 매체(62)가 위치되는 제 3 용기(60)를 갖는다. 후-필터(16)용 필터 매체(62)는 전-필터(12)에 사용되는 것과 유사할 수 있으나, 보다 작은 입자 및 다른 오염물질을 포착할 수 있으며, 또는 침전물 여과 매체 또는 활성탄과 같은 다른 유형일 수 있다. 이온 분리 모듈(14)로부터의 처리된 물은 후-필터 매체(62)를 통과하여 제 1 수질 처리 시스템(10)의 물 출구 포트(28)에 연결되는 출구(64)를 통해 필터를 빠져 나간다. 따라서, 고도로 정화된 물이 주 유동 분기부(18)로부터 물 출구 포트(28)로 유동한다.
전술된 바와 같이, 이렇게 고도로 정화된 물은 사람의 건강에 유익한 미네랄이 결여되며, 상대적으로 맛이 없다. 결과적으로, 바이패스 유동 분기부(20)는 주 유동 분기부(18)에 병렬의 유동 경로를 제공하여, 공급원 물 내의 일부 미네랄이 물 출구 포트(28)에 도달하게 함으로써, 처리된 물에 개선된 맛 및 유익한 미네랄을 제공한다. 구체적으로, 제 1 수질 처리 시스템(10)용 물 입구 포트(26)는 또한 바이패스 필터(22)의 입구(66)에 연결된다. 바이패스 필터는 전-필터(12)에 사용되는 것과 유사한 필터 매체를 포함한다. 바이패스 필터(22)는 오리피스(24)에 의해 제 1 수질 처리 시스템(10)의 물 출구 포트(28)에 연결되는 출구(70)를 갖는다. 바이패스 오리피스(24)의 크기는 제 1 수질 처리 시스템(10)을 통과하는 총 물 유동 중 바이패스 유동 분기부(20)를 통과하는 부분을 결정하도록 선택된다. 예를 들어, 공급수가 건강한 것으로 간주되는 수준의 대략적으로 2배의 미네랄을 포함하는 경우에 사용될 때, 오리피스는 공급수의 대략 절반이 바이패스로 진입할 수 있도록 설정될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 제 2 수질 처리 시스템(100)을 도시한다. 여기서, 물 입구 포트(102)는 도 1의 전-필터(12)와 유사한 구조를 갖고 물 유동으로부터 상대적으로 큰 입자를 제거하는 전-필터(104)에만 연결된다. 전-필터 출구(106)는 예를 들어, 나노-여과 막 또는 역삼투와 같은 막(112)을 갖는 이온 분리 모듈(110)을 포함하는 주 유동 분기부(111)에 연결된다. 구체적으로, 전-필터 출구(106)는 이온 분리 모듈(110)의 외측 챔버(114)의 일 단부 내로 개방되는 입구(108)에 결합된다. 외측 챔버(114)의 대향 단부에 있는 제한적인 드레인 출구(116)는 외측 챔버와 내측 챔버(115) 사이의 압력 차를 생성한다. 따라서, 외측 챔버(114)로 진입하는 물의 일부는 이온 분리 막(112)을 통해 처리된 물 출구(117)로 강제 이동된다.
바이패스 유동 분기부(124)는 주 유동 분기부(111)와 병렬로 연결된다. 바이패스 유동 분기부(124)는 전-필터(104)의 출구(106)를 조절 가능한 밸브에 의해 제공되는 것과 같은 가변성 오리피스(128)에 결합하는 도관(126)을 포함한다. 가변성 오리피스(128)는 제 2 수질 처리 시스템(100)을 통과하는 전체 유동 중 바이패스 유동 분기부(124)를 통과하는 부분을 사용자가 조절할 수 있도록 한다. 이는 건강 및 맛 차원에서, 주 유동 분기부(111)를 우회하도록 허용되는 미네랄의 양을 제어한다. 바이패스 유동 분기부(124)의 종점은 이온 분리 모듈(110)의 처리된 물 출구(117)에 결합되는 도관(119)에 연결되며, 이로써 주 유동 분기부(111) 및 바이패스 유동 분기부(124)로부터 물 유동을 합친다.
합쳐진 물 유동은 살균 모듈(118)에 적용되며, 상기 살균 모듈은 자외선 공급원으로부터의 광으로 살균 모듈을 통과하는 물을 처리하거나, 병원균을 보유할 수 있는 막을 통해 물을 유동시킬 수 있다. 살균 모듈(118)은 물 유동으로부터 병원균을 제거한다. 살균 모듈(118)의 출구(120)는 제 2 수질 처리 시스템(100)의 물 출구 포트(122)에 결합된다. 대안적으로, 후-필터(16)와 유사한 후 필터가 이온 분리 모듈(110)의 처리된 물 출구(117)와 살균 모듈(118)의 입구 사이에 삽입될 수 있다.
도 2의 가변성 오리피스(128)는 도 1의 제 1 수질 처리 시스템(10) 내의 고정식 오리피스(24)의 위치에 사용될 수 있다. 유사하게, 고정식 오리피스가 제 2 수질 처리 시스템(100) 내의 가변성 오리피스(128)를 대신하여 사용될 수 있다. 다른 변형예에서, 살균 모듈(118)은 제 1 수질 처리 시스템(10) 내의 후 필터(16)의 위치를 차지할 수 있으며, 후-필터(16)는 제 2 수질 처리 시스템(100) 내의 살균 모듈(118)의 위치에 적용될 수 있다.
전술된 설명은 주로 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이었다. 비록, 본 발명의 범주 내의 여러 대안예에 대한 얼마간의 관심이 주어졌지만, 당업자는 본 발명의 실시예의 설명으로부터 명백한 추가의 대안예를 실현할 것으로 기대된다. 따라서, 본 발명의 범주는 이하의 특허청구범위로부터 결정되어야지 전술한 설명에 의해 한정되어서는 안 된다.

Claims (20)

  1. 처리될 물을 수용하기 위한 물 입구 포트(26, 102)와,
    처리된 물이 유동하는 물 출구 포트(28, 122)와,
    상기 물 입구 포트(26)와 물 출구 포트(28) 사이에 유체적으로 연결되어, 이를 통해 유동하는 물로부터 오염물질을 제거하는 이온 분리 모듈(14, 114)과,
    상기 물 입구 포트(26)와 물 출구 포트(28) 사이에서 상기 이온 분리 모듈(14)에 병렬로 연결되는 바이패스 유동 분기부(20)를 포함하며, 상기 바이패스 유동 분기부(20)는 수질 처리 시스템(10)을 통과하는 물 유동의 총량 중 상기 바이패스 유동 분기부를 통해 유동하는 양을 결정하는 오리피스(24)를 구비하는
    수질 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 분리 모듈(14)은 처리된 물로부터 제거된 오염물질이 상기 수질 처리 시스템을 빠져 나가는 농축수 출구 포트(28)를 더 포함하는
    수질 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이온 분리 모듈(14)은 역삼투 막 모듈 및 나노-여과 막 모듈로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는
    수질 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 분리 모듈(14)은 역삼투 막 모듈, 나노-여과 막 모듈, 전기투석 장치, 전기투석 반전 장치, 증류 유닛, 및 용량성 탈이온화 장치로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는
    수질 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 물 입구 포트(26)와 이온 분리 모듈(14) 사이에서 유체적으로 연결되는 전-필터(12)를 더 포함하는
    수질 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 분리 모듈(14)과 물 출구 포트(28) 사이에서 유체적으로 연결되는 후-필터(16)를 더 포함하는
    수질 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온 분리 모듈(114)과 물 출구 포트(122) 사이에서 유체적으로 연결되 어, 물 내의 상당량의 병원균을 감소시키는 살균 모듈(118)을 더 포함하는
    수질 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스 유동 분기부(20)는 상기 오리피스(24)와 직렬로 연결되는 바이패스 필터(22)를 더 포함하는
    수질 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스(128)는 가변적인
    수질 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 물 입구 포트(102)에 연결되는 입구, 및 출구(106)를 구비하는 전-필터(104)를 더 포함하며, 상기 이온 분리 모듈(114)은 상기 출구(106)와 물 출구 포트(122) 사이에서 유체적으로 연결되고, 상기 바이패스 유동 분기부(126)는 상기 출구(106)와 물 출구 포트(122) 사이에 연결되는
    수질 처리 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스(24)는 처리된 물이 건강에 유익한 것으로 간주되는 수준의 미네랄을 물 출구 포트(28)에서 함유하도록, 충분한 물이 상기 바이패스 유동 분기부(20)를 통과할 수 있게 하는
    수질 처리 시스템.
  12. 입구 포트(26, 102)에서 공급원으로부터 물을 수용하는 단계와,
    상기 공급원으로부터의 물의 제 1 부분으로부터 오염물질을 제거하는 이온 분리 모듈(14, 114)을 통해 상기 물의 제 1 부분을 유동시키는 단계와,
    상기 공급원으로부터의 물의 제 2 부분을 상기 이온 분리 모듈(14, 114)과 병렬로 연결되는 바이패스 유동 분기부(20, 126)를 통해 유동시켜, 상기 이온 분리 모듈을 통과한 상기 물의 제 1 부분에 미네랄을 추가하는 단계를 포함하며,
    상기 바이패스 유동 분기부(20)는 상기 공급원으로부터의 물의 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 정량 관계를 결정하는 오리피스(24, 128)를 구비하는
    수질 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이온 분리 모듈(14)을 통해 유동시키기 이전에, 상기 물의 제 1 부분을 전-필터(12, 104)를 통해 유동시키는 단계를 더 포함하는
    수질 처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급원으로부터 수용된 물 전체를 전-필터(104)를 통해 유동시키는 단계를 더 포함하는
    수질 처리 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 이온 분리 모듈(14)을 통해 유동시킨 이후에, 상기 물의 제 1 부분을 후-필터(16)를 통해 유동시키는 단계를 더 포함하는
    수질 처리 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 물의 제 1 및 제 2 부분을 살균 모듈(118)을 통해 유동시켜 상당량의 병원균을 감소시키는 단계를 더 포함하는
    수질 처리 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 오리피스(24)를 통해 유동시키기 이전에, 상기 물의 제 2 부분을 바이패스 필터(22)를 통해 유동시키는 단계를 더 포함하는
    수질 처리 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 오리피스(128)의 크기를 변경하는 단계를 더 포함하는
    수질 처리 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급원으로부터의 물의 제 1 부분을 이온 분리 모듈(14, 114)을 통해 유동시키는 단계는 상기 물의 제 1 부분을 역삼투 막을 통해 유동시키는 단계를 포함하는
    수질 처리 방법.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급원으로부터의 물의 제 1 부분을 이온 분리 모듈(14, 114)을 통해 유동시키는 단계는 상기 물의 제 1 부분을 나노-여과 막을 통해 유동시키는 단계를 포함하는
    수질 처리 방법.
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