KR20130135325A - 박테리아 및 미세조류에 의해 영향을 받는 수역을 저비용으로 처리하는 지속가능한 방법 및 시스템 - Google Patents

박테리아 및 미세조류에 의해 영향을 받는 수역을 저비용으로 처리하는 지속가능한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

저밀도 레크리에이션용 수역을 처리 및 유지하는 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은 일반적으로 컨테이닝 수단, 조정 수단, 화학물질 적용 수단, 비침해적 이동식 흡입 수단, 및 여과 수단을 포함한다. 조정 수단은 제어된 물 품질 파라미터에 관한 정보를 수용할 수 있으며, 물 품질 파라미터를 그 개별적인 한계 내에 조절하기 위하여 필요한 공정을 적시에 활성화시킬 수 있다. 개시된 시스템은 통상적인 수영장 여과 시스템에 의해 여과되는 흐름보다 1일에 200배까지 적은, 전체 물의 양의 작은 부분만을 여과한다. 개시된 방법 및 시스템은 또한 통상적인 수영장 수처리 시스템보다 더 적은 화학물질을 사용한다. 본 발명의 시스템은 레크리에이션용 수역을 처리하는데 이용될 수 있으며, 전신 접촉을 하는 수영에 있어서, 레크리에이션용 물에 대한 미국환경보건국 (EPA) 조건을 충족하는 물을 생산하는 지속가능한 방법을 제공할 수 있다.

Description

박테리아 및 미세조류에 의해 영향을 받는 수역을 저비용으로 처리하는 지속가능한 방법 및 시스템{SUSTAINABLE METHOD AND SYSTEM FOR TREATING WATER BODIES AFFECTED BY BACTERIA AND MICROALGAE AT LOW COST}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 미국을 제외한 모든 국가에 출원인으로 지정된, 미국 기업인 Crystal Lagoons Corporation LLC, 및 칠레 국민인 Fernando Fischmann T. 이름의 PCT 국제출원으로서 2011년 9월 12일에 출원된 것으로, 참조로 본 명세서에 포함되는 2011년 3월 30일에 출원된 미국 가출원 제61/469,548호, 및 2011년 8월 1일에 출원된 미국 실용신안출원 제13/136,458호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 저밀도 레크리에이션 용도(low density recreational use)를 위하여 저비용으로 수역(bodies of water)을 처리 및 유지하는 지속가능한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 전형적으로, 사용 밀도(density of usage)는 수량 1 ㎥당 0.05명 이하의 수영자(bathers)이다. 전체 수량이 1일에 6회까지 여과되는 통상적인 수영장 여과 시스템과 달리, 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 통상적인 수영장 여과 시스템에 의해 여과되는 흐름보다 1일에 200배까지 더 작은, 전체 수량의 작은 부분만을 여과한다. 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 또한 통상적인 수영장 수처리 시스템보다 100배까지 더 작은, 더 적은 화학물질을 이용한다. 본 발명의 방법 및 시스템은 박테리아 및 미세조류에 의해 영향을 받는 레크리에이션용 수역(recreational water bodies)을 처리하고, 전신 접촉을 하는 수영에 있어서, 미국환경보건국 (Environmental Protection Agency, "EPA")과 같은 정부 규제기관에 의해 설정된 바와 같이, 레크리에이션용 물에 대한 세균학적 및 물리화학적 조건에 부합하는 물을 생산하는 지속가능한 방법을 제공하는데 이용될 수 있다.
다양한 레크리에이션용 수역은 박테리아 및 미세조류 증식에 의해 영향을 받기 쉽다. 수영장과 같이 물의 품질이 매우 중요한 경우, 수영에 적합한 고품질의 물은 다량의 화학 제제의 첨가에 의해 달성된다. 수영장에서, 예를 들어, 물 중의 염소 제제의 상시 농도(permanent concentration)를 적어도 1.5 ppm으로 유지하기 위하여, 화학 제제가 수영장의 물에 첨가된다. 이 농도는 물의 세균학적 및 물리화학적 특성에 관한 엄격한 수영장 규제에 의해 요구되며, 물에서 상시적인 산화환원전위(permanent ORP)를 지속적으로 적어도 650 ㎷로 유지함으로써 얻어진다.
전세계적으로 많은 국가들이 레크리에이션용 물에 관한 규제를 가지며, 일반적으로 그러한 수역의 레크리에이션용 이용에 관한 두 가지 형태의 규제가 있다. 첫 번째 형태의 규제는 수영장에 관한 것으로, 새로운 수영자가 수영장에 들어올 때 물의 오염을 방지하기 위하여 높은 상시 염소 버퍼(permanent chlorine buffer)를 유지하는 것을 본질적으로 요구한다. 염소 버퍼는 오염물을 중화시키고, 수영자에 의해 수영장 물에 들어온 미생물을 죽임으로써, 레크리에이션용 목적에 적합한 높은 물 품질을 유지시킨다.
두 번째 형태의 규제는 호수 및 바다에 적용되며, 레크리에이션 물에 있어서 전신 접촉을 하는 수영에 대한 기준을 나타낸다. 이 규제는 물의 희석력(diluting power)에 기초한다. 새로운 수영자가 수역에 들어오는 경우, 오염물이 큰 영향을 야기하는 수역 내의 농도에 도달하지 않도록 오염물이 희석된다. 따라서, 호수 또는 바다와 같은 큰 수역에서, 많은 수량(water volume)의 높은 희석력에 기인하여 소독제 버퍼(disinfectant buffer)는 필요하지 않다.
가장 작은 발자국을 남기면서 환경과 공존할 수 있는, 삶의 모든 측면에서 더욱 지속가능하며, 환경적인 의식이 있는 시스템에 대한 전세계적인 트렌드가 존재한다. 그럼에도 불구하고, 레크리에이션용 수역의 처리에 이르게 되는 경우, 환경적으로 책임있는 방법 및 시스템에 대한 실질적인 발전은 없었다. 수영장에서 박테리아 및 미세조류의 증식에 관한 일반적인 처리는 다량의 화학물질 및 에너지를 필요로 하여, 오늘날의 지속가능한 필요성을 만족시키지 못한다.
첫 번째 규제를 충족하기 위하여, 새로운 수영자에 의해 수영장으로 들어오는 오염물을 중화시키도록 수영장의 염소 버퍼는 지속적으로 유지되어야 한다. 전통적인 수영장 처리에서 상시적인 염소 버퍼의 유지는 지속적으로 적어도 650 ㎷의 ORP 수준을 유지하는 것에 관련된다. 염소 소독에 대한 요구가 만족되면, 물에 잔류하는 유리 염소 농도, 즉 잔류 염소는 새로운 유기물 또는 미생물이 수역에 들어오는 경우, 예를 들어 새로운 수영자가 물에 들어오는 경우 소독을 제공하기 위하여 버퍼로서 작용한다. 적어도 650 ㎷의 ORP 수준을 상시적으로 유지하기 위하여 이용되는 화학물질의 양은 매우 높으며, 수영장의 작동 비용을 크게 증가시키고, 환경친화적이지 않은 화학물질의 이용을 수반하며, 클로라민과 같은 바람직하지 않은 소독 부산물(disinfection by-products, "DBP's")을 생성시킬 수 있다.
또한, 전형적으로 구성된 수영장은 일반적으로 1일에 1 내지 6회 전체량의 물을 여과하는 것이 요구된다. 이는 전통적으로 구성된 집중형 여과 단위(centralized filtration unit)를 이용함으로써 달성된다. 따라서, 전통적인 수영장의 여과 시스템은 다량의 에너지를 소비하고, 설치, 작동 및 유지 비용 측면에서 높은 요구를 부여한다.
요컨대, 전통적인 수영장은 수역에 들어오는 오염물을 중화시키기 위하여 염소 버퍼를 유지하도록 하는 다량의 화학물질, 및 일반적으로 1일에 1 내지 6회 전체량의 물을 여과하는 집중형 여과 시스템에 의존한다. 따라서, 전통적인 수영장 기술은 지속적으로 유지되어야 하는 높은 소독제 농도, 및 요구되는 집중형 여과 시스템에 기인하여 높은 동작 및 유지 비용을 갖는다. 소량의 화학물질을 이용하여 레크리에이션 목적을 위한 다량의 물을 처리하고 유지하는 지속가능한 저에너지 방법 및 시스템에 대한 큰 요구가 존재한다.
수영장
호기성 미생물에 의한 물 중의 영양분 소비는 높은 산소 요구량을 야기한다. 이는 결국 물의 용존 산소 수준을 낮추어, 혐기성 미생물을 성장시키게 된다. 혐기성 미생물의 성장은 유기화합물의 축적을 일으킨다. 이러한 사건의 연쇄는 물에서 특정 미생물에 대한 배양 브로스로 작용할 수 있는 영양분의 축적을 일으킨다. 이러한 조건에서 성장한 미생물 중에서, 박테리아 및 미세조류는 레크리에이션용 수역에 가장 관련이 있다.
레크리에이션용 수역의 탁도(turbidity)는 물에 존재하는 미세조류에 의해 주로 생긴다. 이러한 미생물은 소정 농도의 영양분에 의해 물에서 성장한다. 광원 및 영양분의 농도의 이용가능성(availability)에 따라, 조류가 전체량의 물에 살게 되어 수역 전체를 바이오매스의 거대 근원으로 바꾸고 물의 탁도를 증가시키는 부영양화(eutrophication)로 칭해지는 과정으로 조류 대증식(algal blooms)이 발생될 수 있다. 상이한 규제는 50 네펠로메트릭 탁도 단위 (nephelometric turbidity units, "NTU") 이하의 값이 인간 건강에 안전한 것으로 표시한다. 브리티시컬럼비아주에서, 예를 들어, 레크리에이션용 수역에 대한 환경부(Ministry of Environment)의 환경보호국(Environmental Protection Division)에 의해 결정된 물의 탁도는 50 NTU의 상한을 수립한 반면 (Section 2(e) of the Environment Management Act, 1981 of British Columbia, Canada), 사우스오스트레일리아주 정부는 상한을 25 NTU로 여긴다. 미세조류의 유지를 위하여 요구되는 용존 영양분이 소비될 때, 미세조류는 죽어서 수역 하부에 침전된다. 수역 하부의 이 침전된 층에서 이용가능한 유기물은 물에서 혐기성 미생물의 성장을 위한 기반으로 다시 작용할 수 있으며, 이는 일반적으로 사람에게 건강상의 위해를 가한다. 인공 수역에서, 미세조류 및 박테리아 성장의 결과로 물의 품질은 계속해서 악화된다. 수영자의 밀도가 높은 수영장의 수처리를 위한 전형적인 방법 또는 공정에서, 전체량의 물의 여과와 함께, 염소와 같은 다량의 소독제가 박테리아 및 미세조류의 증식을 제어하기 위하여 이용된다. 예를 들어, 염소가 이용되는 경우, 이는 유기물뿐 아니라 황화수소, 제일철 이온(ferrous ions), 망간 이온(manganous ions), 및 나이트라이트 이온(nitrite ions)과 같은 환원제와도 반응할 것이다. 이러한 반응에서 소비된 염소는 염소 요구량(chlorine demand)으로 정의된다. 염소 요구량을 충족하기 위하여, 적어도 650 ㎷의 상시적인 ORP 수준이 물에서 유지되어야 한다.
염소와 물에 존재하는 유기화합물의 반응은 몇몇 독성 부산물 또는 소독 부산물 (DBP)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 염소와 암모니아의 반응에 의해 바람직하지 않은 부산물로 클로라민이 생성될 수 있다. 염소 또는 클로라민과 유기물의 추가적인 반응에 의해 잠재적인 발암물질로 관련된 트리할로메탄을 생성할 수 있다. 또한, 소독 방법에 따라, 요오드화 트리할로메탄, 할로아세토니트릴, 할로니트로메탄, 할로아세트알데히드 및 니트로스아민과 같은 새로운 DBPs가 확인되었다. 또한, 염소 및 유기물에 대한 수영자의 노출은 천식을 포함하는 호흡기 문제, 및 몇몇 다른 건강 문제의 원인이 되는 것으로 제시되었다.
화학 제제의 이용은 또한 환경에서의 이러한 화학물질 및 DBPs의 축적 및 폐기에 관련된 환경 문제를 일으킨다. 따라서, 그러한 화학물질 및 결과적으로 DBPs의 이용 감소가 유익하다.
높은 비용 및 화학적 처리와 관련된 건강 및 환경적 문제에 더하여, 통상적인 여과 시스템은 높은 자본 비용 및 에너지 소비를 갖는다. 표준 크기의 수영장의 전통적인 처리는 전통적으로 구성된 집중형 여과 단위를 이용하여 일반적으로 1일에 1 내지 6회 전체량의 물을 여과하는 것을 필요로 한다. 이 형태의 시스템은 에너지 공급에 대한 높은 요구량, 및 특히 파이핑(piping), 펌프, 필터, 및 설비와 같은 여과 시스템과 관련된 높은 자본 비용을 부과한다.
최신기술
미국특허 제5,143,623호는 영양분 제거 방법을 서술하며, 이 방법에서, 수역에서 하강하는 동안, 하강하는 입자는 깔때기형 수집기를 갖는 구조에 의해 수집되며, 이 구조는 1 에이커 (4,046 제곱미터)의 크기를 가질 수 있다. 상기 구조는 하강하는 입자를 수용하기 위하여 적어도 "몇 시간"의 시간인 연장된 기간 동안 제자리에 유지되어야 하며, 또한 구조를 함유하는 수역과 동일한 표면을 포함한다. 미국특허 제5,143,623호에 개시된 구조는 수생 활동의 정상적인 발달을 불가능하게 하고, 구조 하부를 청소하는 것도 불가능하여, 바람직한 색 특성을 제공할 수 없으므로, 침해적(intrusive)이다. 또한, 이 방법은 소독제 또는 여과 시스템의 이용을 포함하지 않는다.
다른 문헌 WO2009114206은 침전지(settling pond)의 이용 및 상이한 응고제(coagulants)의 투입에 의해 부영양화된 물로부터 조류를 제거하는 방법을 서술한다. 이 방법은 적어도 1개의 침전지, 우선적으로는 적어도 2개의 침전지의 건설을 필요로 하며, 이용된 양이온성 응고제의 양은 150 ppm 이하이다. WO2009114206는 이 방법이 적절하게 수행되도록 하기 위하여 1개를 넘는 연못의 건설을 필요로 하며, 이는 더 넓은 토지를 필요로 하고 더 높은 비용을 나타낸다. WO2009114206에 의해 개시된 방법은 시스템의 조정된 작동(coordinated operation)을 개시하고 있지 않으며, 환경비친화적인 방식으로 다량의 응고제를 적용한다.
FR2785898은 여과, 살균 및 pH 제어를 포함하는 수영장 물을 위한 정화 시스템을 서술한다. 전통적으로 구성된 집중형 여과 시스템 및 이온화 공정에 공급된 화학 제제 및 에너지의 양은 표준 수영장 기술에 이용되는 양 및 여과와 유사하다. FR2785898는 물 중의 화학물질의 지속적인 농도를 유지하기 위하여 다량의 화학물질을 이용한다. 또한, FR2785898의 방법은 전체 수량에 대한 여과를 포함하기 때문에 다량의 에너지를 요구하고, 과도한 여과 설비를 필요로 한다.
미국특허 제7,820,055호는 레크리에이션용 대형 수역을 얻는 것에 관하며, 수영장 또는 열대 바다와 유사한 우수한 색채, 높은 투명도 및 맑기를 갖는 호수 또는 인공 라군과 같은 레크리에이션용 목적을 위한 큰 수량의 물 또는 대형 수역, 특히 15,000 ㎥ 보다 큰 수역을 저비용으로 설치 및 유지하는 것에 관한다. 미국특허 제7,820.055호는 오일 제거를 위한 스키머, 물 수집 시스템, 빌딩 세부사항, 라이너의 형태 및 색, 순환 시스템 및 첨가제 주입, 공급수에 대한 조건, pH 측정, 염의 첨가, 응집제의 이용, 담수의 속도 변화, 첨가제 및 산화 공정 및 보트에 의해 구동되는 흡입 비히클과 같은 구조적 특징을 정의한다. 미국특허 제7,820,055호는 물 순환을 위한 개방 시스템을 서술하며, 여과, 또는 실제 요구에 따라 물 품질을 유지하기 위하여 수온에 따라 달라지는 알고리즘을 적용하는 조정된 방법을 채용하지 않는다.
WO2010/074770A1은 레크리에이션용 및 장식용 수역을 유지하기 위한 효율적인 여과 공정을 서술한다. WO2010/074770A1은 물에 대한 초음파의 적용 및 응집제의 적용을 필요로 한다. WO2010/074770A1은 방법 작동을 조정하는 조정 수단을 개시하고 있지 않으며, 따라서 높은 에너지 요구량을 부과한다.
본 요약은 상세한 설명에서 더욱 상세하게 서술되는 개념의 선택을 단순한 형태로 도입하기 위하여 제공된다. 본 요약은 청구된 요지의 요구되는, 또는 본질적 특징을 확인하기 위하여 의도되지 않는다. 본 요약은 청구된 요지의 범위를 제한하기 위하여 이용되는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 레크리에이션 용도의 수영자 밀도가 낮은 대형 수역(bodies of water)을 처리 및 유지하는 지속가능한(sustainable) 방법 및 시스템을 제공한다. 수역에서 수영자의 밀도는 ㎥ 당 0.05명 이하의 수영자이며, 이는 전통적인 수영장의 설계에서 고려되는 밀도보다 약 10배 낮다. 수영자의 밀도를 낮춤으로써, 상시 염소 버퍼(permanent chlorine buffer)를 통상적인 수영장에서와 같이 유지할 필요 없이, 전신 접촉 수용에 적합한 고품질의 물을 유지하기 위하여 물의 희석력(diluting power)을 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법 및 시스템은 통상적인 수영장의 크기 장벽을 깨고, 통상적인 수영장과 관련되는 높은 물 품질을 갖는, 매우 맑은 호수와 유사한, 매우 큰 크기의 에콜로직 풀(ecologic pools)을 제공한다. 이러한 에콜로직 풀은 통상적인 수영장 여과 기술을 이용해서는 경제적으로 실현가능하지 않다.
본 명세서에 서술된 방법 및 시스템은 통상적인 수영장 여과 시스템에서 이용되는 염소 버퍼를 없앤다. 따라서, 이용된 화학물질의 양은 통상적인 수영장 수처리 시스템에 비하여 매우 낮다. 현재의 수영장 수처리와 달리, 본 발명의 방법 및 시스템은 항시 유지되는 ORP 수준을 필요로 하지 않는다. 본 명세서에 서술된 방법 및 시스템에서, 수역의 온도에 따라 달라지는 알고리즘에 의해 결정된 시간 동안 적어도 500 ㎷의 ORP 수준이 유지된다. 따라서, 본 발명은 수온과 같은 환경적 요인에 대응하여 화학물질의 양 및 주입(dosing)을 조절할 수 있는 방법 및 시스템을 제공한다.
또한, 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 통상적인 수영장에 대한 것보다 200배까지 더 작은, 전체 수량(entire volume of water)의 작은 부분만을 여과하도록 하는 저비용 여과 수단을 포함한다. 전통적인 집중형 여과 단위(centralized filtration unit)가 채용되지 않으므로, 에너지 소비 및 설비 비용은 전통적으로 구성된 수영장 여과 시스템에서보다 본 발명에서 50배까지 더 작을 수 있다.
따라서, 본 발명은 전통적인 수영장 여과 기술에 비하여 몇몇 이점을 제공할 수 있다. 본 발명은 수온에 따라 달라지는 시간 동안 적어도 500 ㎷의 ORP 수준을 유지하기 위하여, 소독제의 용량 및 적용을 수역에 대하여 조절하는 알고리즘을 채용하여, 이용된 화학물질의 양을 전통적인 수영장 여과 시스템에 비해 적어도 10배(one order of magnitude) 감소시킬 수 있다. 화학물질의 양을 감소시키는 것과 관련된 이점은 감소된 작동 비용, 및 환경 및 수영자에게 해가 될 수 있는 DBPs 생성의 감소를 포함한다. 또한, 전체 수량의 작은 부분만을 여과하는 저비용 여과 시스템의 이용에 의해, 통상적인 수영장 여과 시스템에 비해, 설치 비용, 작동 비용, 및 에너지 이용이 감소된다.
본 발명은 박테리아 및 미세조류에 의하여 영향받는 물을 처리하기 위한 공정에 발생되는 다양한 환경 문제를 다룬다. 본 명세서에 개시된 새로운 기술의 발명자인 Mr. Fernando Fischmann는 전세계에 걸쳐 급속하게 채용되고 있는 수처리 기술에서 많은 새로운 발전을 이루었다. 단시간 내에, 레크리에이션용 크리스탈 라군(recreational crystalline lagoons)에 관한 본 발명자의 기술은 전세계에 걸쳐 180개가 넘는 프로젝트에 포함되었다. 본 발명자 및 수처리 기술에 있어서 그의 발전은 http://press.crystal-lagoons.com/에서 보여질 수 있는 바와 같이, 2,000개가 넘는 기사의 주제가 되었다. 본 발명자는 또한 수처리 기술에 있어서 이러한 진보와 관련된 혁신 및 기업가 정신에 대하여 중요한 국제적인 상을 수여하였으며, CNN, BBC, FUJI, 및 Bloomberg's Businessweek를 포함하는 주요 매체에 의한 인터뷰의 주인공이 되었다.
전술한 요약 및 후술하는 상세한 설명은 모두 예를 제공하는 것이며, 설명을 위한 것이다. 따라서, 전술한 요약 및 후술하는 상세한 설명은 제한적인 것으로 여겨져서는 안된다. 또한, 본 명세서에 설명된 것에 대한 특징 또는 변형도 제공될 수 있다. 예를 들어, 어떤 실시형태는 상세한 설명에 기재된 다양한 특징의 컴비네이션 또는 서브컴비네이션에 관한 것일 수 있다.
본 개시에 포함되고 본 개시의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 다양한 실시형태를 설명한다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시형태에서 물을 처리하는 시스템을 설명하는 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서 컨테이닝 구조의 상면도를 나타낸다.
하기 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조로 한다. 본 발명의 실시형태들이 기재되지만, 변형, 적응 및 다른 실시가 가능하다. 예를 들어, 치환, 부가 또는 변형이 도면에 설명된 구성요소에 대하여 이루어질 수 있으며, 본 명세서에 기재된 방법은 개시된 방법에 대한 치환, 순서 바꿈 또는 단계 부가에 의하여 변형될 수 있다. 따라서, 하기 상세한 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 시스템 및 방법이 다양한 장치 또는 단계를 "포함하는" 것으로 기재되는 경우, 다르게 언급되지 않으면, 시스템 및 방법은 다양한 장치 또는 단계로 "본질적으로 이루어지는" 또는 "이루어지는"일 수 있다.
정의
본 개시를 고려하여, 하기 용어 또는 문구는 하기 기재된 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다:
본 명세서에 사용된 용어 "수영장 규제"는 새로운 수영자가 수영장에 들어올 때 물의 오염을 방지하기 위하여, 상시 염소 버퍼(permanent chlorine buffer)의 유지를 요구하는 수영장에 대한 규제를 의미한다. 이 염소 버퍼는 오염물을 중화하고, 수영자에 의해 수영장 물에 들어온 미생물을 죽여, 레크리에이션용 목적에 적합한 높은 물 품질을 유지한다. 이러한 형태의 규제는 정부 조직 또는 기관에 의해 일반적으로 수립된다.
본 명세서에 사용된 용어 "염소 버퍼(chlorine buffer)"는 수영장 규제에 의해 요구되는, 수영장 또는 다른 수역의 잔류 염소 농도를 의미한다. 새로운 미생물 또는 유기물이 물에 들어오는 경우 활성 염소의 양은 버퍼링 메커니즘(buffering mechanism)으로 작용하여, 유기물이 다른 미생물이 소비하는 영양분으로서 더 이상 이용되지 못하도록, 유기물을 중화하고 미생물을 죽인다. 염소 버퍼는 물에서의 ORP 수준과 관련될 수 있으며, 이는 본 발명에 따라 제어된다. 요구되는 소독제 수준을 유지하기 위하여, 브롬과 같은 다른 소독제가 염소 대신에 이용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 "전통적으로 구성된 집중형 여과 시스템(traditionally configured centralized filtration system)"은 수영장 규제에 부합하기 위하여, 일반적으로 1일에 1 내지 6회 수영장 물의 전체량을 여과하도록 설계된 용량을 갖는 집중형 여과 단위 또는 시스템(centralized filtration unit or system)의 의미로 이해되어야 한다. 집중형 여과 시스템에 보내진 물은 특히, 드레인(drains), 스키머(skimmers)와 같은 다른 근원으로부터, 또는 넘쳐흐름(overflow)에 의해 수집된다.
용어 "컨테이너(container)" 또는 "컨테이닝 수단(containing means)"은 큰 면적을 갖는, 인공 라군, 인공 호수, 인공 연못, 풀 등과 같은 용어를 포함하는, 임의의 큰 인공 수역을 서술하기 위하여 본 명세서에서 총칭적으로 이용된다.
본 명세서에 사용된 용어 "비침해적 클리닝 시스템(non-intrusive cleaning system)"은 물에서 레크리에이션 활동의 정상적인 전개를 방해하지 않는 흡입 수단(suction means)을 포함한다. 일반적으로, 흡입 수단은 컨테이닝 수단의 하부면을 가로질러 이동하고, 침전된 물질을 흡입할 수 있다. 예를 들어, 이 시스템의 지속성(permanence)이 수역의 구역(zone)에서 일시적임을 고려하면, 보트 풀링 흡입 카트(boat pulling a suctioning cart)는 비침해적 시스템이다. 자가-추진 흡입 카트(self-propelled suctioning cart)도 또한 비침해적이다. 그럼에도 불구하고, 고정된 설비 또는 고정된 파이핑(piping)을 필요로 하는 시스템은 수상 스포츠 또는 다른 활동의 정상적인 전개에 대하여 침해적일 것이다.
용어 "조정 수단(coordination means)"은 정보를 수용하고, 이를 처리하고, 이에 따라 결정할 수 있는 자동화 시스템을 서술하기 위하여 본 명세서에서 총칭적으로 이용된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 이는 사람에 의해 행해질 수 있으나, 더욱 바람직하게는 센서에 연결된 컴퓨터에 의해 행해질 수 있다.
용어 "화학물질 적용 수단(chemical application means)"은 물에 화학물질의 적용 또는 분산을 가능케 하는 시스템을 서술하기 위하여 본 명세서에서 총칭적으로 이용된다.
용어 "이동식 흡입 수단(mobile suction means)"은 컨테이닝 수단의 하부면을 가로질러 이동하고 침전된 물질을 흡입할 수 있는 흡입 장치를 서술하기 위하여 본 명세서에서 일반적으로 이용된다.
용어 "추진 수단(propelling means)"은 다른 장치를 밀거나 또는 당김으로써 움직임을 제공하는 추진 장치를 서술하기 위하여 본 명세서에서 총칭적으로 이용된다.
용어 "여과 수단(filtration means)"은 필터, 스트레이너(strainer), 세퍼레이터 등과 같은 용어를 포함하는 여과 시스템을 서술하기 위하여 본 명세서에서 총칭적으로 이용된다.
본 명세서에 이용된 바와 같이, 여과된 수량에 해당하는 용어 "작은 부분(small fraction)"은 전통적으로 구성된 수영장 여과 시스템에서 여과되는 흐름보다 200배까지 더 작은 흐름을 의미한다.
본 발명을 실시하기 위한 유형
전통적인 수영장 여과 방법 및 시스템은 오염물을 중화하고 수역에 들어온 미생물을 죽이기 위하여 염소 버퍼의 이용에 의존한다. 이 방법 및 시스템은 물의 실제 요구조건과 무관한 상시 버퍼를 유지하기 위하여 다량의 화학물질 적용을 필요로 한다. 또한, 이 방법 및 시스템은 일반적으로 1일에 1 내지 6회, 물의 전체량을 여과하는 전통적으로 구성된 집중형 여과 시스템을 필요로 한다. 따라서, 전통적인 수영장 기술은 다량의 화학물질을 이용하고, 집중형 여과 시스템과 관련되는 높은 자본 비용 및 작동 비용을 갖는다.
본 발명은 저밀도 레크리에션용 용도를 위하여, 박테리아 및 미세조류에 의해 박테리아 및 미세조류에 의해 영향받은 수역을 처리 및 유지하는 저비용의 지속가능한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 사용 밀도는 ㎥ 당 0.05명 이하의 수영자이다. 1일에 1회 이상 전체량의 물이 여과되는 통상적인 수영장 여과 시스템과 달이, 본 발명의 방법 및 시스템은 통상적인 여과 시스템에 비하여 1일에 200배까지 더 적은, 전체량의 물의 작은 부분만을 여과하여, 전신 접촉하는 레크리에이션용 물에 대한 세균학적 및 물리화학적 규제에 부합하는 처리된 물을 제공한다.
본 발명이 전통적인 수영장 수처리 시스템보다 더 적은 화학물질을 이용하고 더 적은 에너지를 소비한다는 사실에 기인하여, 이 지속가능한 수처리 방법은 전통적인 수처리 시스템에 비해 저비용으로 수행될 수 있다. 본 발명의 방법 및 시스템은 통상적인 수영장 수처리 시스템에서와 같이 적어도 650 ㎷의 ORP 수준이 상시적으로 유지되어야 할 필요가 없다. 통상적인 여과 시스템과 달리, 본 명세서에 서술된 방법 및 시스템은 물의 온도에 좌우되는 일정 시간 동안 적어도 500 ㎷의 ORP 수준을 유지하는 알고리즘을 적용한다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법은 통상적인 수영장 수처리에 비하여 100배까지 더 적게 화학물질 양의 감소를 제공하여, 작동 및 유지 비용을 감소시킨다.
또한, 본 발명의 방법 및 시스템은 일반적으로 1일에 1 내지 6회 전체량의 물을 여과하는 집중형 여과 단위를 필요로 하는 통상적인 수영장에 비하여 1일에 200배까지 더 적게, 전체량의 물의 작은 부분만을 여과한다. 본 발명의 방법 및 시스템의 여과 수단은 집중형 여과 단위에 비하여 더 작은, 더 짧은 시간 동안 작동하는 여과 수단을 포함하여, 전통적인 수영장 시스템에 비하여 50배까지 적은 에너지 소비 및 설비 비용에 이른다.
본 발명의 시스템은 일반적으로 적어도 하나의 컨테이닝 수단, 적어도 하나의 조정 수단, 적어도 하나의 화학물질 적용 수단, 적어도 하나의 이동식 흡입 수단, 및 적어도 하나의 여과 수단을 포함한다. 도 1은 본 발명의 시스템의 일 실시형태를 나타낸다. 본 시스템은 컨테이닝 수단 (12)을 포함한다. 컨테이닝 수단의 크기는 특히 제한되지는 않으나, 많은 실시형태에서, 컨테이닝 수단은 적어도 15,000 ㎥, 또는 대신에, 적어도 50,000 ㎥의 부피를 가질 수 있다. 컨테이너 또는 컨테이닝 수단은 100만 ㎥, 5천만 ㎥, 5억 ㎥, 또는 이상의 부피를 가질 수 있는 것으로 생각된다.
컨테이닝 수단 (12)은 물로부터 침전된 박테리아, 조류, 부유하는 고체, 금속, 및 다른 입자를 수용할 수 있는 하부(bottom)를 갖는다.. 일 실시형태에서, 컨테이닝 수단 (12)은 처리되는 물로부터 침전된 입자 또는 물질을 수용하는 수용 수단 (2)을 포함한다. 수용 수단 (2)은 컨테이닝 수단 (12)의 하부에 부착되며, 청소가능한 비다공성 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 컨테이닝 수단 (12)의 하부는 이동식 흡입 수단 (3)이 컨테이닝 수단 (12)의 전체 하면(inferior surface)을 가로질러 이동하여, 본 명세서에 개시된 임의의 공정에 의해 생성된 침전된 입자를 흡입하도록 하는 비다공성 재료로 덮여지는 것이 일반적이다. 비다공성 재료는 막, 지질막(geo-membranes), 토목섬유 막(geotextile membranes), 플라스틱 라이너(plastic liners), 콘크리트, 또는 코팅된 콘크리트(coated concrete), 또는 그 조합일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 컨테이닝 수단 (8)의 하부는 플라스틱 라이너로 덮여진다. 컨테이닝 수단 (12)은 컨테이닝 수단 (12)에 물을 공급하는 유입 라인(inlet line)(13)을 포함할 수 있다. 유입 라인 (13)은 증발, 산업 공정에서의 사용에 의한 물의 소비, 및 다른 물 손실 때문에, 컨테이닝 수단 (12)을 다시 채우도록 한다.
시스템은 시스템 요구 (예를 들어, 물 품질)에 따라 달라지는 필요한 공정을 제어할 수 있는 적어도 하나의 조정 수단 (1)을 포함한다. 그러한 공정은 비침해적 이동식 흡입 수단 (3)의 작동 (9)을 포함할 수 있다. 조정 수단 (1)은 제어되는 물 품질 파라미터에 대한 정보 (8)를 수용할 수 있으며, 상기 품질 파라미터를 그 개별적인 한계 내에 조절하기 위하여 필요한 공정을 적시에 활성화시킬 수 있다. 조정 수단 (1)에 의해 수용된 정보 (8)는 육안 검사, 경험적 방법, 경험에 근거한 알고리즘, 전자 검출기에 의하여, 또는 그 조합에 의해 얻어질 수 있다. 조정 수단 (1)은 정보를 수용하고, 그 정보를 처리하고, 다른 공정을 활성화시킬 수 있는 일 이상의 사람, 전자 장치, 임의의 수단을 포함할 수 있으며, 이는 이러한 조합을 포함한다. 조정 수단의 하나의 예는 퍼스널 컴퓨터와 같은 컴퓨터 장치이다. 조정 수단 (1)은 또한 물 품질 파라미터에 관한 정보 (8)를 수용하는데 이용되는 센서를 포함한다.
공정은, 제어된 파라미터를 그 한계 내에 조절하기 위하여 조정 수단 (1)에 의해 적시에 활성화된다. 공정은 시스템의 요구에 따라 활성화되어, 1일에 전체량의 물의 작은 부분만을 여과할 수 있도록 하여, 1일에 6회 이하로 전체 수량의 물을 여과하는 통상적인 수영장 여과 시스템을 대체한다. 이 공정은 이동식 흡입 수단 (3)의 적시 활성화 (9)에 해당하며, 이는 동시에 이동식 흡입 수단에 의해 흡입된 흐름을 여과하기 위하여 여과 수단 (7)을 활성화하여, 통상적인 수영장 여과 시스템보다 200배까지 더 작은, 전체 수량의 작은 부분만을 여과하게 된다.
화학물질 적용 수단 (6)은 물에 화학물질을 적용 또는 분배한다. 화학물질 적용 수단 (6)은 인젝터(injectors), 스프링클러(sprinklers), 수동 적용(manual application), 중량에 의한 디스펜서(dispensers by weight), 파이프, 또는 그 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
비침해적 이동식 흡입 수단 (3)은 컨테이닝 수단 (12의 하부를 따라 이동하여, 본 명세서에 개시된 임의의 공정에 의해 생성된 침전된 입자 및 물질을 함유하는 물을 흡입한다. 추진 수단 (4)은 커플링 수단(coupling means)(3)에 의해 이동식 흡입 수단 (3)에 결합되어, 이동식 흡입 수단 (3)이 컨테이닝 수단 (12)의 하부를 가로질러 이동할 수 있도록 한다. 커플링 수단 (5)은 플렉서블(flexible) 또는 리지드(rigid)할 수 있다. 커플링 수단의 예는 코드(cords), 로프(ropes), 라인(lines), 케이블(cables), 스트링(strings), 막대(rods), 바(bars), 장대(poles), 샤프트(shafts), 및 그 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
이동식 흡입 수단은 침해적이지 않아야 하며, 수영 또는 수상 스포츠의 전개와 같은 물에서의 레크리에이션 활동의 정상적인 전개를 바꾸어서는 안된다. 바람직하게, 흡입 수단의 지속성(permanence)은 수역의 구역(zone) 내에서 일시적이다. 고정된 설비 또는 고정된 파이핑을 필요로 하는 시스템은 수상 스포츠 또는 다른 활동의 정상적인 전개에 대하여 침해적일 것이다. 이동식 흡입 수단은 컨테이닝 수단의 하부를 가로질러 이동하여, 침전된 입자를 갖는 물 흐름을 완벽히 흡입하고 하부의 색을 가시화할 수 있다. 추진 수단 (4)은 레일 시스템(rail system), 케이블 시스템(cable system), 자가-추진 시스템(self-propelled system), 수동 추진 시스템(manually propelled system), 로봇 시스템(robotic system), 멀리서 가이드되는 시스템(system guided from a distance), 엔진을 구비한 보트(boat with an engine), 엔진을 구비한 부동 장치(floating device with an engine), 또는 그 조합과 같은 시스템을 이용함으로써 이동식 흡입 수단 (3)을 구동한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 추진 수단은 엔진을 구비한 보트이다.
이동식 흡입 수단 (3)에 의해 흡입된 물은 여과 수단 (7)으로 보내진다. 여과 수단 (7)은 이동식 흡입 수단 (3)에 의해 흡입된 물 흐름을 수용하고, 침전된 입자 및 물질을 함유하는 흡입된 물을 여과하여, 전체 수량을 여과할 필요가 없게다(예를 들어, 작은 부분만을 여과함). 여과 수단 (7)은 카트리지 필터(cartridge filters), 샌드 필터(sand filters), 마이크로필터(micro-filters), 울트라필터(ultra-filters), 나노필터(nano-filters), 또는 그 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 흡입된 물은 이동식 흡입 수단 (3)에 연결된 수집 라인 (10)에 의해 여과 수단(7)으로 보내질 수 있다. 수집 라인 (10)은 플렉서블 호스(flexible hose), 리지드 호스(flexible hose), 임의의 재료의 파이프, 또는 그 조합으로부터 선택될 수 있다. 본 시스템은 여과된 물을 되돌리기 위하여 여과 수단 (7)으로부터 컨테이닝 수단 (12)으로의 회수 라인 (11)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 시스템의 상면도를 나타낸다. 증발, 산업 공정에서 물의 소비, 또는 컨테이닝 수단 (12)으로부터 물의 다른 손실 때문에, 컨테이닝 수단 (12)은, 컨테이닝 수단 (12)을 다시 채우도록 하는 공급 파이프 시스템 (7)을 포함할 수 있다. 컨테이닝 수단 (12)은 화학물질을 물에 적용 또는 분배하는, 컨테이닝 수단 (12)의 주위를 따라 배열된 인젝터 (14)를 포함할 수 있다. 컨테이닝 수단 (12)은 표면 오일 및 입자를 제거하는 스키머(skimmers)(15)를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 본 발명의 시스템은 하기 구성요소를 포함한다:
- 적어도 하나의 컨테이닝 수단 (12)에 물을 공급하기 위한 적어도 하나의 유입 라인(inlet line)(13);
- 컨테이닝 수단의 하부에 고정된, 본 명세서에 개시된 임의의 공정에 의해 생성된 침전된 입자를 위한 수용 수단(receiving means)(2)을 포함하는, 적어도 하나의 컨테이닝 수단 (12);
- 파라미터를 한계 내에 조절하기 위하여 필요한 공정을 적시에 활성화시키는 적어도 하나의 조정 수단 (1);
- 소독제를 물에 첨가시키는 적어도 하나의 화학물질 적용 수단 (6);
- 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단의 하부를 가로질러 이동하여, 본 방법의 공정에 의해 생성된 침전된 입자를 함유하는 물 흐름을 흡입하는 적어도 하나의 비침해적 이동식 흡입 수단 (3);
- 상기 적어도 하나의 비침해적 이동식 흡입 수단에 움직임을 제공하여 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단의 하부를 가로질러 이동할 수 있도록 하는 적어도 하나의 추진 수단 (4);
- 상기 적어도 하나의 추진 수단과 상기 적어도 하나의 흡입 수단을 결합하는 적어도 하나의 커플링 수단(coupling means)(5);
- 침전된 입자를 함유하는 물 흐름을 여과하는 적어도 하나의 여과 수단 (7);
- 상기 적어도 하나의 이동식 흡입 수단과 상기 적어도 하나의 여과 수단 사이에 결합된 적어도 하나의 수집 라인(collecting line)(10); 및
- 상기 적어도 하나의 여과 수단으로부터 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단으로의 적어도 하나의 회수 라인(return line)(11);
본 발명의 방법은 전통적인 수영장 처리 방법에 비하여 더 적은 화학물질을 이용하고, 더 적은 에너지를 소비하므로, 전통적인 처리 방법에 비해 저비용으로 수행될 수 있다. 일 측면에서, 본 방법은 수온에 의존하는 일정 시간 동안 적어도 500 ㎷의 ORP를 유지하도록 하는 알고리즘을 적용하기 때문에, 화학물질은 매우 덜 사용한다. 따라서, 전통적인 수영장 수처리 시스템보다 100배까지 더 작은, 화학물질 양에 있어서 상당한 감소가 있으며, 이에 의하여 작동 및 유지 비용이 낮아진다.
다른 측면에서, 본 발명의 방법은 동일한 시간 프레임 내에 매우 더 큰 양의 물을 여과하는 통상적인 수영장 여과 시스템에 비하여 특정 시간 프레임 내에 전체량의 물의 작은 부분만을 여과한다. 일 실시형태에서, 전체량의 물의 작은 부분은 1일에 6회까지 전체량의 물을 여과하는 전통적으로 구성된 집중형 여과 시스템에서 처리되는 흐름 보다 200배까지 작다. 본 발명의 방법 및 시스템에서 여과 수단은 조정 수단으로부터 수용된 명령에 기인하여 더 짧은 시간 동안 작동한다. 따라서, 본 발명의 방법 및 시스템에서 여과 수단은 매우 작은 용량, 및 전통적인 방법에 의한 수처리에 요구되는 집중형 여과 단위에 비하여 50배까지 작은 자본비용 및 에너지 소비를 갖는다.
일 실시형태에서, 본 발명의 방법은 하기 단계를 포함한다:
a. 50,000 ppm 이하의 총용존 고형물 (TDS) 농도를 갖는 물을 수집하는 단계;
b. 상기 물을, 비침해적 이동식 수단에 의해 완벽히 청소될 수 있는 하부를 갖는 적어도 하나의 컨테이닝 수단 (12)에 저장하는 단계;
c. 수영자의 밀도를, 상기 컨테이닝 수단에 담긴 물 부피의 ㎥ 당 0.05명 이하의 수영자가 되도록 제한하는 단계;
d. 7일의 기간 내에, 45℃ 이하의 수온에 있어서, 소독제를 물에 첨가함으로써, 수온 각 1℃에 대하여, 1시간의 최소 시간 동안 적어도 500 ㎷의 상기 물의 ORP를 유지하는 단계;
e. 조정 수단 (1)을 통하여, 전체 수량의 작은 부분만을 여과함으로써 물을 정화하고 부유하는 고체를 제거하는 하기 공정을 활성화하는 단계:
ⅰ. 침전된 물질의 두께가 평균 3 ㎜를 넘는 것을 방지하기 위하여, 이전 공정에 의해 생성된, 침전된 입자를 함유하는 물 흐름을 비침해적 이동식 흡입 수단 (3)에 의해 흡입하는 공정;
ⅱ. 이동식 흡입 수단에 의해 흡입된 흐름을 적어도 하나의 여과 수단 (7)에 의하여 여과하는 공정; 및
ⅲ. 여과된 물을 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단으로 되돌려, 전체량의 물을 여과하지 않고 침전된 입자를 함유하는 흐름만을 여과하는 공정.
소독제는 7일의 기간 내에, 수온에 따라 최소 시간 동안 적어도 500 ㎷의 ORP 수준을 유지하기 위하여, 화학물질 적용 수단 (6)에 의해 물에 적용될 수 있다. 소독제는 오존, 비구아니드 제품(biguanide products), 구리 제품(copper products); 철염; 알코올; 염소 및 염소 화합물; 과산화물; 페놀 화합물; 요오드포(iodophors); 벤즈알코늄 클로라이드 및 S-트리아진과 같은 일반적인 4급 아민(폴리쿼트); 퍼아세트산; 할로겐계 화합물; 브롬계 화합물, 염소계 화합물과 같은 살조제 및 살균제, 및 그 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 소독제는 염소계 화합물, 오존, 비구아니드 제품, 브롬계 화합물, 할로겐계 화합물, 또는 그 조합을 포함한다.
수역에서 박테리아 및 미세조류의 제어는 소독제를 수역에 적용하는 화학물질 적용 수단에 의해 이루어진다. 본 발명에서 이용된 소독제의 양은 전통적인 수영장 기술에 의해 요구되는 일반적인 양보다 적어도 10배 더 낮다. 소독제의 적용에 의해 컨테이닝 수단의 하부를 따라 수층에 수집 또는 침전된 박테리아 및 다른 미생물이 죽게된다. 전통적인 수영장 기술과 달리, 본 발명에서 소독제는 물의 양에서 상시 농도(permanent concentration)를 유지할 필요없이 적용된다. 이 지속가능한 방법은 수온에 따라 결정되는 일정 시간 동안만 ORP 수준을 유지시키는 알고리즘을 적용한다. 수온이 45℃ 이하인 경우, 적어도 500 ㎷의 ORP 수준은 수온 각 1℃에 대하여 1시간의 최소 시간 동안 유지된다. 예를 들어, 수온이 25℃이면, 적어도 500 ㎷의 ORP 수준은 25시간의 최소 시간 동안 유지되며, 이는 7일의 기간에 걸쳐 분배될 수 있다. 45℃보다 높은 온도는 수영자의 안전을 해칠 수 있기 때문에, 45℃보다 높은 온도를 갖는 물은 본 발명의 레크리에이션용 용도에 적합하지 않다.
조정 수단 (1)은 그 개별적인 한계 내에서 물 품질 파라미터에 관한 정보 (8)를 수용할 수 있다. 조정 수단에 의해 수용된 정보는 경험적 방법에 의해 얻어질 수 있다. 조정 수단 (1)은 또한 정보를 수용하고, 그 정보를 처리하고, 그 정보에 따라 요구되는 공정을 활성화시킬 수 있으며, 이들 조합을 포함할 수 있다. 조정 수단의 하나의 예는 파라미터를 측정하고 그러한 정보에 따라 공정을 활성화시키는, 센서에 연결된 퍼스널 컴퓨너와 같은 컴퓨터 장치이다.
이동식 흡입 수단은 수용 수단의 표면 색이 보임으로써 매력적인 색을 갖는 수역을 제공하기 위하여, 수용 수단의 완전한 표면 클리닝을 수행하도록 설계된다. 조정 수단 (1)은 이동식 흡입 수단을 작동시키기 위하여 정보 (9)를 이동식 흡입 수단 (3)에 제공한다. 여과 수단 (7)은 이동식 흡입 수단 (3)에 의해 흡입된 흐름을 여과하기 위하여 동시에 작동되어, 전체 수량의 작은 부분만 여과한다. 이어서, 여과된 물은 회수 라인 (11)에 의해 컨테이닝 수단 (12)으로 되돌려진다. 침전된 물질의 두께가 평균 3 ㎜를 넘는 것을 방지하기 위하여 이동식 흡입 수단 (3)은 조정 수단 (1)에 의해 작동된다 (9). 매일 연속적으로 작동하는 통상적인 여과 시스템과 달리, 여과 수단 (7) 및 이동식 흡입 수단 (3)은 물의 파라미터를 그 한계 내에 유지하기 위하여 필요에 따라, 예를 들어, 단지 1일에 몇 시간만 작동한다.
본 발명의 방법에 의해 처리된 물은 대양, 지하수, 호수, 강, 처리된 물, 또는 그 조합과 같은 자연적인 수원에 의해 공급될 수 있다. 수집된 물은 50,000 ppm 이하의 총용존 고형물 (TDS) 농도를 가질 수 있다. TDS의 농도가 10,000 ppm 이하이면, 물의 랑게리아 포화 지수(Langelier Saturation Index)는 3보다 작아야 한다. 본 발명에 있어서, 랑게리아 포화 지수는 pH 조정, 스케일링 방지제(Antiscalants)의 첨가 또는 물의 연화 공정에 의하여 2보다 작게 유지될 수 있다. TDS의 농도가 10,000 ppm보다 높은 경우, 물의 스티프 & 데이비스 포화 지수(Stiff & Davis Saturation Index)는 3보다 작아야 한다. 본 발명에 있어서, 스티프 & 데이비스 포화 지수는 pH 조정, 스케일링 방지제의 첨가 또는 물의 연화 과정에 의하여 2보다 작게 유지될 수 있다. 랑게리아 포화 지수 또는 스티프 & 데이비스 포화 지수를 유지하기 위하여 이용될 수 있는 스케일링 방지제는 포스폰산(phosphonic acid), PBTC (포스포부탄-트리카르복실산), 크로메이트(chromates), 징크 폴리포스페이트(zinc polyphosphates), 나이트라이트(nitrites), 실리케이트(silicates), 유기물질(organic substances), 가성소다(caustic soda), 말산계 폴리머(malic acid-based polymers), 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 에틸렌 디아민 테트라아세트산 소듐염(ethylene diamine tetracetic acid sodium salts), 벤조트리아졸(benzotriazole)과 같은 부식 억제제, 또는 그 조합을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
실시예
하기 실시예에 있어서, 용어 "a/an/the"는 복수의 대안(적어도 하나의)를 포함한다. 개시된 정보는 설명을 위한 것이며 다른 실시형태가 본 발명의 범위 내에 존재한다.
실시예 1
하기 표는 A) 본 발명에 따른 시스템 및 B) 전통적인 수영장 구성에서, ㎥ 당 0.05명 이하의 수영자인 수영자 밀도를 고려하여, 이용된 화학물질의 양, 에너지 소비 및 관련된 비용을 요약한다. A) 및 B)에서의 물의 부피는 90,000 ㎥이었다.
A의 경우 B의 경우
총 부피 (㎥) 90,000 90,000
24시간 동안 여과된 흐름 (㎥) 2.7 540
화학 제제 (kg) 1.5 135
매월 여과에 이용된 에너지 (USD) USD 806 USD 43000
상기 표에 설명된 바와 같이, 본 발명의 시스템에 의해 구성된 풀의 작동 비용은 전통적인 구성보다 적어도 10배 더 낮다.
실시예 2
125,000 ㎥의 수역이 본 발명에 따른 방법 및 시스템에 의해 처리되었다. 수역의 평균 깊이는 3.125 m이었다. 시스템은 수영장의 경계 및 구조의 하부에 화학물질 적용 수단으로서 간격을 둔(spaced) 인젝터를 포함하였다. 클리닝 시스템은 수역의 크기를 고려하여 주기적으로 작동하였다. ORP 수준은 하기와 같이 결정되었다: 45℃ 이하의 수온에 있어서, 적어도 500 ㎷의 ORP 수준은 수온 각 1℃에 대하여 1시간의 최소 시간 동안 유지되었다. 수온은 20℃이었기 때문에, 적어도 500 ㎷의 ORP 수준은 1주일 동안 20시간 유지되었다. 처리 첫째 날, 화학물질 적용 수단은 0.15 ppm의 염소 농도를 유지하기 위하여 오전 9시부터 오후 7시까지 주입되어, 그 날 10시간을 완료하였다. 동일한 과정이 처리 넷째 날 오전 9시부터 오후 7시까지 반복되어, 7일의 처리 사이클 중에 요구되는 20시간을 완료하였다.
침전된 물질 층의 평균 두께가 3 ㎜를 넘기 전에, 흡입 장치를 구조의 구역(zone) 내에서 구조의 바닥을 따라 이동시키기 위하여 추진 수단으로서 엔진을 갖는 소형 보트를 이용하여 침전된 죽은 미세조류 및 미생물 잔해의 흡입이 시작되었다. 다른 구역은 연속적으로 활성화되어 4시간 동안 죽은 미세조류 및 미생물 잔해를 완전히 제거하였다.
흡입된 부피가 1일 당 전체 수량의 매우 작은 퍼센티지 (2.5%)이므로, 흡입된 흐름은 소형 카트리지 필터에 보내졌다. 필터링 카트리지는 수영장 밖에 위치하였으며, 여과된 물은 플렉서블 호스에 의해 수영장으로 되돌려졌다.
이 구성을 이용하여 1주일 동안의 에너지 소비는 2,436 ㎾이었다. 전통적인 수영장 구성에서, 1주일 동안 계산된 에너지 소비량은 124,306 ㎾이었다. 따라서, 본 발명은 2%의 에너지만을 소비하고, 전통적인 수처리 기술에 의한 동등한 수영장보다 100배까지 작은 양의 화학 제제를 이용한다.
본 발명의 특정 실시형태가 서술되었으나, 다른 실시형태도 존재할 수 있다. 또한, 임의의 개시된 방법 단계 및 국면은 본 발명으로부터 벗어나지 않고, 단계를 재정리하거나, 및/또는 단계를 삽입 또는 삭제하는 것을 포함하는, 임의의 방식으로 변경될 수 있다. 본 명세서는 상세한 설명 및 관련된 도면을 포함하고 있으나, 본 발명의 범위는 하기 청구항에 의해 표시된다. 또한, 본 명세서는 구조적 특징 및/또는 방법적 행위에 특유한 언어로 서술되었으나, 청구항은 전술한 특징 또는 행위에 제한되는 것은 아니다. 오히려, 전술한 특정한 특징 및 행위는 본 발명의 설명적 측면 및 실시형태로 개시된 것이다. 본 명세서의 서술을 읽은 후에, 그의 다양한 다른 측면, 실시형태, 변형 및 균등물은 본 발명의 정신 또는 청구된 요지의 범위로부터 벗어나지 않고 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 제안될 수 있다.

Claims (19)

  1. a. 50,000 ppm 이하의 총용존 고형물 (TDS) 농도를 갖는 물을 수집하는 단계;
    b. 상기 물을, 비침해적 이동식 수단(non-intrusive mobile suction means)에 의해 완벽히 청소될 수 있는 하부를 갖는 적어도 하나의 컨테이닝 수단(containing means)에 저장하는 단계;
    c. 수영자의 밀도를, 상기 컨테이닝 수단에 담긴 물 부피의 ㎥ 당 0.05명 이하의 수영자가 되도록 제한하는 단계;
    d. 7일의 기간 내에, 45℃ 이하의 수온에 있어서, 소독제를 물에 첨가함으로써, 수온 각 1℃에 대하여, 1시간의 최소 시간 동안 적어도 500 ㎷의 상기 물의 ORP를 유지하는 단계;
    e. 조정 수단(coordination means)을 통하여, 전체 수량의 작은 부분만을 여과함으로써 물을 정화하고 부유하는 고체를 제거하는 하기 공정을 활성화하는 단계:
    ⅰ. 침전된 물질의 두께가 평균 3 ㎜를 넘는 것을 방지하기 위하여, 이전 공정에 의해 생성된, 침전된 입자를 함유하는 물 흐름을 비침해적 이동식 흡입 수단 (3)에 의해 흡입하는 공정;
    ⅱ. 이동식 흡입 수단에 의해 흡입된 물의 부분을 여과하는 공정; 및
    ⅲ. 여과된 물을 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단으로 되돌리는 공정
    을 포함하는,
    수역의 전체 부피의 작은 부분을 여과함으로써 박테리아 및 미세조류에 의해 영향받는 수역(body of water)을 저비용으로 처리 및 유지하는 지속가능한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    a. 단계 a)에서 수집된 물이 10,000 ppm 이하의 총용존 고형물 농도를 갖는 경우, 랑게리아 포화 지수(Langelier Saturation Index)는 3보다 작아야 하며; 또는
    b) 단계 a)에서 수집된 물이 10,000 ppm보다 큰 총용존 고형물 농도를 갖는 경우, 스티프 & 데이비스 포화 지수(Stiff & Davis Saturation Index)는 3보다 낮아야 하는
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    랑게리아 포화 지수는 pH 조정, 스케일링 방지제(antiscalants)의 첨가, 또는 물 연화 공정으로부터 선택된 공정에 의하여 2보다 낮게 유지되는
    방법.
  4. 제2항에 있어서,
    스티프 & 데이비스 포화 지수는 pH 조정, 스케일링 방지제(antiscalants)의 첨가, 또는 물 연화 공정으로부터 선택된 공정에 의하여 2보다 낮게 유지되는
    방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스케일링 방지제는 포스폰산(phosphonic acid), PBTC (포스포부탄-트리카르복실산), 크로메이트(chromates), 징크 폴리포스페이트(zinc polyphosphates), 나이트라이트(nitrites), 실리케이트(silicates), 유기물질(organic substances), 가성소다(caustic soda), 말산계 폴리머(malic acid-based polymers), 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 에틸렌 디아민 테트라아세트산 소듐염(ethylene diamine tetracetic acid sodium salts), 벤조트리아졸(benzotriazole), 또는 그 조합을 포함하는
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조정 수단은 제어되는 파라미터에 관한 정보를 수용하고, 상기 파라미터를 한계 내에 조절하기 위하여 단계 e)의 공정을 적시에 활성화시키는
    방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조정 수단에 의해 수용된 정보는 경험적 방법에 의해 얻어지는
    방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소독제는 염소 및 염소 화합물; 오존; 비구아니드 제품(biguanide products); 할로겐계 화합물(halogen based compounds); 브롬계 화합물(bromine based compounds), 또는 그 조합을 포함하는
    방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이동식 흡입 수단은 상기 컨테이닝 수단의 하부를 가로질러 이동하고, 침전된 입자를 함유하는 물의 부분을 흡입하는
    방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소독제는 물 부피에서 상시 농도(permanent concentration)를 유지할 필요없이 적용되는
    방법.
  11. - 적어도 하나의 컨테이닝 수단(containing means)에 풍부하게 흐르는(affluent) 물을 공급하기 위한 적어도 하나의 공급 라인(feeding line);
    - 컨테이닝 수단의 하부에 고정된, 침전된 입자를 위한 수용 수단(receiving means)을 포함하는, 적어도 하나의 컨테이닝 수단(containing means);
    - 파라미터를 소정 한계 내에 조절하기 위하여 필요한 공정을 적시에 활성화시키는 적어도 하나의 조정 수단(coordination means);
    - 적어도 하나의 화학물질 적용 수단(chemical application means);
    - 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단의 하부를 따라 이동하여, 침전된 입자를 함유하는 물 흐름을 흡입하는 적어도 하나의 비침해적 이동식 흡입 수단(non-intrusive mobile suction means);
    - 상기 적어도 하나의 비침해적 이동식 흡입 수단에 움직임을 제공하여 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단의 하부를 따라 이동할 수 있도록 하는 적어도 하나의 추진 수단(propelling means);
    - 상기 적어도 하나의 추진 수단과 상기 적어도 하나의 흡입 수단을 결합하는 적어도 하나의 커플링 수단(coupling means);
    - 침전된 입자를 함유하는 물 흐름을 여과하는 적어도 하나의 여과 수단(filtration means);
    - 상기 적어도 하나의 이동식 흡입 수단과 상기 적어도 하나의 여과 수단 사이에 결합된 적어도 하나의 수집 라인(collecting line); 및
    - 상기 적어도 하나의 여과 수단으로부터 상기 적어도 하나의 컨테이닝 수단으로의 적어도 하나의 회수 라인(return line)을 포함하는,
    수역의 전체 부피의 작은 부분을 여과함으로써 박테리아 및 미세조류에 의해 영향받는 수역(body of water)을 저비용으로 처리 및 유지하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    컨테이너의 하부를 덮는 상기 수용 수단은 막, 지질막(geo-membranes), 토목섬유 막(geotextile membranes), 플라스틱 라이너(plastic liners), 콘크리트, 또는 코팅된 콘크리트(coated concrete), 또는 그 조합을 포함하는
    시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 조정 수단은 정보를 수용하고, 그 정보를 처리하고, 다른 공정을 활성화시킬 수 있는
    시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 화학물질 적용 수단은 인젝터(injectors), 스프링클러(sprinklers), 수동 적용(manual application), 중량에 의한 디스펜서(dispensers by weight), 파이프, 또는 그 조합을 포함하는
    시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 추진 수단은 레일 시스템(rail system), 케이블 시스템(cable system), 자가-추진 시스템(self-propelled system), 수동 추진 시스템(manually propelled system), 로봇 시스템(robotic system), 멀리서 가이드되는 시스템(system guided from a distance), 엔진을 구비한 보트(boat with an engine), 엔진을 구비한 부동 장치(floating device with an engine), 또는 그 조합을 포함하는
    시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 비침해적 흡입 수단은 상기 커플링 수단에 의해 상기 추진 수단에 결합되는
    시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 커플링 수단은 플렉서블(flexible)한, 코드(cord), 로프(rope), 라인(line), 케이블(cable), 스트링(string), 또는 그 조합을 포함하는
    시스템.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 커플링 수단은 리지드(rigid)한, 막대기(rod), 바(bar), 장대(pole), 샤프트(shaft), 또는 그 조합을 포함하는
    시스템.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 여과 수단은 카트리지 필터(cartridge filters), 샌드 필터(sand filters), 마이크로필터(micro-filters), 울트라필터(ultra-filters), 나노필터(nano-filters), 또는 그 조합을 포함하는
    시스템.
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