KR20150097378A

KR20150097378A - 대형 수공간을 위한 국소 소독 시스템

Info

Publication number: KR20150097378A
Application number: KR1020147000734A
Authority: KR
Inventors: 페르난도 벤자민 피쉬만
Original assignee: 크리스탈 라군스 (큐라소) 비.브이.
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2015-08-26
Also published as: PT107341A; EP2746227A1; PL2746227T3; AU2012385928A1; KR101967939B1; ES2548193T3; MA35606B1; GB2509605B; EA024711B1; TWI511933B; MX358738B; SI2746227T1; EP2746227B1; ZA201400200B; PH12014500111B1; GR1008456B; PT107341B; WO2014094844A1; IL230377A0; GB2509605A

Abstract

본 개시내용은 대형 수공간 내 물 일부를 대형 수공간 내 물의 온도, 물의 염도, 물의 희석력 및 화학물질의 확산에 따라 화학적 작용제로 처리함으로써, 이러한 대역의 미생물 특성을 제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

대형 수공간을 위한 국소 소독 시스템 {LOCALIZED DISINFECTION SYSTEM FOR LARGE WATER BODIES}

본 개시내용은 대형 수공간 내 물의 일부를 처리하는 것에 중점을 두고 이러한 물 일부의 미생물 특성을 제어하는 방법에 관한 것으로, 대형 수공간의 상기 일부는 특정 미생물 위생 조건에 부합한다. 본 개시내용은 전체 수공간을 처리하지 않으면서도 대형 수공간을 사람들이 레크리에이션 목적을 위해 안전한 방식으로 사용할 수 있게 한다. 또한, 상기 방법은 ORP, 온도, 염도, 및 임의로 화학물질의 확산 및 또한 물의 희석력을 기초로 하는 파라미터 결정 방법에 따라 화학물질을 분배하는 것을 포함한다. 이로 인해, 물 처리에 몇배 더 적은 화학물질을 사용하게 되고 에너지 소모가 낮아진다. 따라서, 본 개시내용은 대형 인공 또는 천연 수공간, 예컨대 대형 호수, 석호, 저수지, 댐, 온천, 연못 또는 바다 내 특정 대역을 사람들이 레크리에이션 목적을 위해 안전한 방식으로 사용할 수 있게 하여 전체 수공간 처리의 한계 또는 불가능을 극복한다.

전 세계에 걸친 여러 연구는 여러 대형 수공간, 예컨대 호수, 저수지, 댐 및 바다의 수질이 안전성 기준 및/또는 레크리에이션 목적에 요구되는 수질에 부합하지 않는 세균학적 및 물리적 특징을 갖는다는 것을 보여준다. 따라서, 이러한 대형 수공간을 레크리에이션 목적을 위해 사용하는 것은 사람들의 건강 위협 문제를 제기하고, 주위의 지역사회 및 지형에 해로운 영향을 미칠 수 있다.

수질 오염은 인간 활동으로 인한 수공간의 화학적, 물리적 및 생물학적 특징의 변화와 관련이 있을 수 있다. 세계 인구가 수년에 걸쳐 기하급수적으로 성장함에 따라 더 많은 생활 및 레크리에이션 공간이 요구되며, 이에 따라 천연 또는 인공 수공간을 여러가지 목적으로 사용한다. 증가하는 인구는 대도시의 변두리를 차지하고 있고, 토지 수요 및 관련 공익시설을 증가시킨다. 추가로, 산업의 수가 크게 증가해왔으며, 이는 또한 이러한 대형 수공간의 품질에 악영향을 미치는 여러 환경적 결과를 초래해왔다.

불량한 수질에 대한 한 기여인자는 수질 오염이다. 물은 하수오물 폐기, 산업적 오염, 수공간 주변의 과도한 개발, 탈농업화 및 도시화, 공기 오염 등에 의해 오염될 수 있다. 또한, 더 높은 온도는 물의 미생물 특성 및 물리적 특성에 해로운 영향을 미치고, 인간 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 미생물의 급속한 증식을 허용할 수 있다. 이러한 예는 수질을 레크리에이션 물에 대해 요구되는 기준 미만으로 악화시킬 수 있다.

수질 오염의 효과는 수공간 내 살아있는 유기체의 건강, 및 결국에는 이러한 물을 직접적 또는 간접적 목적을 위해 사용할 수 있는 인간의 건강에 대한 영향을 포함한다.

또한, 대형 수공간으로 유입되는 영양물질의 양은 주로 증가된 도시화 및 농업으로 인해 수년에 걸쳐 크게 증가되어 미생물 성장의 증가 또는 수공간의 부영양화를 야기하였다. 부영양 조건 하에, 다량의 영양물질은 수중 식물의 대사율 증가를 초래하여 생화학적 산소 요구량을 증가시키고 물의 용존 산소량 수준을 감소시킨다. 추가로, 따뜻한 물은 용존 산소량을 유지하는 능력이 낮기 때문에, 온도 또한 물의 용존 산소량 수준에 악영향을 미친다. 따라서, 산소 감소 효과, 예컨대 더 많은 양의 영양물질 및 더 높은 온도의 조합은, 유기체가 질환, 기생충 및 다른 오염원에 더욱 민감해지기 때문에 유기체의 약화를 야기한다. 모든 이러한 문제는 수질에 대해 부정적인 영향을 생성하여 조류(algae) 및 다른 미생물의 증식을 초래하고, 이것들은 더 늦게 사멸하고 사람들에게 안전하지 못한 레크리에이션 환경을 조성한다. 또한, 지구 온난화는 전 세계에 걸쳐 이러한 종류의 문제를 증가시키는 경향이 있다.

레크리에이션 목적을 위해 사용되는 대형 수공간에 대해 많은 연구 및 분석이 수행되어 왔다. 대형 수공간은 수영, 수상스키, 윈드서핑, 보팅(boating) 및 많은 다른 활동을 포함하는 광범위하게 다양한 레크리에이션 목적을 위해 사용된다. 그러나, 이러한 레크리에이션 목적을 위해 사용되는 여러 수공간은 수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하지 않는다. 예를 들어, 이러한 호수를 직접 접촉 레크리에이션 목적을 위해 사용하는 것에 대한 잠재적 위험을 분석하기 위해 미국 전역에 걸쳐 1,000개 초과의 호수에 대해 EPA 연구가 수행되었으며, 모든 호수의 30％ 초과는 인간 건강에 잠재적으로 광범위한 영향을 미치고, 41％ 초과의 호수는 조류 독소에 대한 높은 또는 중간 정도의 노출 잠재성 문제를 제기하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 미생물 수 및 독소 농도는 개방 수역에서보다 연안 부근에서 더 높은 것으로 밝혀졌다.

전 세계에 걸쳐 많은 나라들이 안전하고 위생적인 조건에서 수공간을 직접 접촉 레크리에이션 목적, 예컨대 수영을 위해 사용하는 것에 대한 규정을 가지며, 일반적으로는 이러한 수공간의 레크리에이션 용도에 대해 2가지 유형의 규정이 있다. 첫번째 유형의 규정은 수영장에 관한 것이고, 본질적으로 낮은 미생물 수준을 유지하고 또한 새로운 이용자가 수영장에 들어갈 때 물의 오염을 방지하기 위해 높은 영구적 염소 완충제를 유지하는 것을 요구한다. 염소 완충제는 오염물질을 중화시키고, 많은 다른 오염원 중에서도 이용자에 의해 수영장 물로 유입되는 미생물을 사멸시키고, 이에 따라 레크리에이션 목적에 적합한 높은 수질을 유지시킨다. 두번째 유형의 규정은 천연 또는 인공 대형 수공간, 예컨대 다른 대형 수공간 중에서도 호수, 바다, 석호, 저수지 또는 댐에 적용되고, 레크리에이션 물에 전신 접촉되는 수영을 위한 기준으로 지칭된다. 이 규정은 물의 희석력을 기초로 한다. 물의 미생물 수준이 허용가능하고 새로운 이용자가 수공간에 들어오는 경우, 오염물질은 수공간 내에서 오염물질이 유의한 효과를 초래하는 농도에 이르지 않도록 하는 방식으로 희석된다. 따라서, 대형 수공간에서는, 다량의 물 부피가 갖는 높은 희석력 및 위생 조건을 유지하는 그의 천연 능력 때문에 소독 완충제가 필요하지 않다.

직접 접촉 레크리에이션 물 규정, 예컨대 호수, 바다, 석호 또는 댐에 적용되는 규정은, 수질이 이러한 수공간의 안전한 사용을 허용하는 여러 기준에 부합할 것을 요구한다. 직접 접촉 레크리에이션 목적에 대한 대형 수공간의 적합성을 평가하는데 있어서 가장 중요한 기준은 물의 미생물 파라미터이다. 예를 들어, 레크리에이션 물에서 전신이 접촉되는 수영에 대한 EPA (Environmental Protection Agency, 환경보호국) 기준은, 담수의 경우에는 이. 콜라이(E. Coli)는 물 100 mL 당 126 CFU를 초과해서는 안되고 장내구균(Enterococci)은 물 100 mL 당 33 CFU를 초과해서는 안된다는데 중점을 둔다. 해수의 경우, EPA는 장내구균이 물 100 mL 당 35 CFU를 초과해서는 안된다고 규정한다. 또 다른 예로서, 칠레에서 직접 접촉 레크리에이션 물에 대한 규범(Norm) NCh1333은 물이 물 100 mL 당 1000 CFU 초과의 분변 대장균 (예를 들어, 특히 이. 콜라이 포함)을 함유해서는 안된다고 정하고 있다. 따라서, 이러한 대형 수공간이 직접 접촉 레크리에이션 목적으로 사용되는 경우에는 엄격한 규범이 적용된다.

따라서, 현재 레크리에이션 목적에 부적합한 대형 수공간에서 이와 같이 요구되는 특정 미생물 조건을 달성하는 것은 중요한 과제이고, 이는 특정 미생물 위생 조건에 부합시키기 위해 전체 대형 수공간에 걸쳐 다량의 화학적 작용제 및 소독제를 적용하는 것은 기술적, 경제적 및 환경적으로 실행불가능하기 때문이다. 따라서, 수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합시키기 위한 전체 수공간의 처리는 대부분 불가능하다.

또한, 일부 수공간이 직접 접촉 레크리에이션 물에 대한 미생물 규정 또는 수공간에 적용되는 더 엄격한 규정에 부합할 수는 있지만, 특히 저염도 물 또는 고온 물에서는 이러한 수공간에 병원성 유기체, 예컨대 원생동물, 및 구체적으로는 특히 아메바가 존재할 수 있다. 따라서, 직접 접촉 레크리에이션 물에 대한 세균 규정을 유지하는 것이 안전한 수영 조건을 영구적으로 허용할 수 있다는 보장이 없다.

현재, 수영장에 적용되는 물 처리 기술은, 화학적 작용제를 첨가하여 영구적 염소 완충제를 1.5 ppm 이상으로 유지하거나 영구적 ORP를 750 mV 이상으로 유지할 것을 요구한다. 대형 수공간에는 현행 방법이 기술적, 경제적 및 환경적으로 실행불가능하기 때문에, 미생물에 의해 오염된 대형 수공간, 예컨대 호수, 바다, 석호, 저수지 또는 댐을 처리하기 위한 현실적인 방법으로 공지된 것은 현재 존재하지 않는다. 점점 더, ORP가 물 소독 파라미터를 표준화하는 1차 접근법이 되고 있다. 미생물의 대사 및 후속적으로 생존하고 증식하는 그의 능력은 미생물이 서식하고 있는 매질의 ORP (산화 환원 전위)에 의해 영향을 받는다. 세균학적 관점에서, 산화성 화합물은 세포 막으로부터 전자를 제거 및 수용하여 (환원-산화 반응), 세포를 불안정하게 만들고 급속한 사멸에 이르게 한다.

산화 환원 전위 (ORP), 즉 화학적 화합물이 또 다른 종으로부터 전자를 획득하는 경향은, 물을 처리하고 레크리에이션 목적에 안전하지 못한 환경을 생성할 수 있는 위험한 미생물을 사멸시킬 수 있는 여러가지 소독제를 첨가함으로써 제어될 수 있다. 또한, 물의 온도는 그의 세균학적 특징 및 미생물 증식에 있어서 중요한 역할을 수행하며, 미생물 증식은 더 높은 온도에서 증가하는 경향이 있다. 추가로, 물의 염도 또한 그의 세균학적 특성에 있어서 중요한 역할을 수행하는데, 이는 일부 미생물은 증식을 위해 특정 염도 수준을 필요로 하고 다른 염도를 갖는 매질은 견뎌 내지 못하기 때문이다. 예를 들어, 일부 병원성 원생동물은 2 중량％ 미만의 염도를 갖는 물에서만 성장하기 때문에 더 높은 염도의 경우에 이러한 미생물은 성장하지도 증식하지도 못할 것이다.

수영장 물 처리 기술은 적합한 소독 파라미터를 유지하기 위해 다량의 화학적 작용제의 첨가를 요구한다. 대형 수공간의 경우에, 현행 수영장 소독 기술을 적용하는 것은, 다량의 화학물질을 필요로 하고 이로 인해 중요한 환경적 손상을 초래할 수 있기 때문에 기술적 및 경제적으로 실행불가능하다.

현재, 호수, 바다, 석호, 저수지 또는 댐과 같은 대형 수공간을 소독하고 이러한 대형 수공간을 처리하는 현실적인 방법으로 공지된 것은 존재하지 않는다. 전통적인 소독 기술을 이용하는 경우, 적당한 처리 및 소독이 기술적, 경제적 및 환경적으로 실행불가능할 것이다. 따라서, 대형 수공간, 및 바람직하게는 그의 한정된 일부를 처리하여 특정 미생물 위생 조건에 부합하는 대역을 제공하고, 이를 레크리에이션 목적을 위해 안전한 방식으로 사용하는 방법을 제공하는 것이 요망된다.

따라서, 불량한 수질을 갖는 천연 또는 인공 대형 수공간, 예컨대 호수, 석호, 바다 또는 댐에 대한 레크리에이션 용도와 관련하여 해결되지 않은 문제점이 있다. 이러한 대형 수공간의 미생물 특징은, 수공간 내 레크리에이션 목적의 안전한 실행을 허용하고 또한 지역사회 또는 인근 지역에 대한 임의의 건강 위협을 피하도록 직접 접촉 물 규정 또는 특정 수공간에 적용되는 더욱 엄격한 규정에 부합해야 하는데, 이는 전 세계에 걸쳐 많은 대형 수공간에서 현재 지켜지지 않고 있다.

선행기술

미국 특허 제6231268호는 지정 순환에 의한 대형 수공간의 처리 방법 및 이를 위한 장치를 개시하는데, 상기 미국 특허 제6231268호의 장치 및 방법은 산소 부족, 정체 지역, 동결 및 다른 비균일한 조건을 피하도록 대형 수공간 내 물 순환을 유지시키는 것과 관련이 있다. 상기 미국 특허 제6231268호는 대형 수공간 내 물의 일부를 특정 마이크로-세균학적 위생 조건에 부합하도록 처리하는 방법에 대하여는 언급하지도 개시하지도 않고, 대형 수공간 내에서 순환을 유지시키는 방법만을 개시한다. 미국 특허 제6231268호의 방법은 위생-부합 대역을 생성하기 위해 확산기 수단을 통해 화학물질을 적용하는 것이 아니라 수공간 내에서 순환을 유지시켜서 수공간 전체에 걸쳐 화학물질을 분산시키는 것이고, 위생-부합 대역이 생성되지 않는다.

미국 특허 제6317901호는 물은 통과시키지만 오염물질은 통과시키지 않는 물리적 장벽에 의해 대형 수공간에 함유된 토양 또는 다른 퇴적물질로 인한 오염을 피하면서 이러한 수공간의 물을 사용할 수 있게 하는, 천연 또는 인공 수공간에 생성되는 담수 또는 염수 수영장을 개시하며, 대형 수공간 내 물리적 함유 수단의 설치가 필요하다.

중국 특허 제102092824호는 연못, 호수, 도시형 탱크(municipal tank), 및 기타 수공간을 위한 물 순환 시스템을 개시하며, 여기서의 물 순환 시스템은 바닥 물로부터 표면 물까지의 흐름이 생성되도록 하여 수공간의 부영양화를 피할 수 있다. 상기 중국 특허 제102092824호는 대형 수공간 내 물 일부의 미생물 특성을 제어하여 레크리에이션 목적에 맞는 위생-부합 대역을 생성할 수 있는 방법에 대하여는 언급하지도 개시하지도 않는다.

발명의 요약

놀랍게도, 본 개시내용은 대형 수공간의 일부를 처리하여 대형 수공간 내 미생물 특성을 제어하고, 여기서 전체 수공간을 처리하지 않고도 상기 대형 수공간의 일부가 특정 미생물 위생 조건에 부합하며, 이에 따라 레크리에이션 목적을 위해 사용되는 구역을 포함하도록 위치된 위생-부합 대역을 제공하여 그 수질이 특정 미생물 위생 조건에 부합되도록 한다.

상기 방법은 전체 물 부피 중 적은 일부를 처리할 수 있게 한다. 따라서, 상기 방법에는 전체 수공간을 처리할 필요 없이 안전한 위생-부합 대역을 생성할 수 있는 디스펜서 수단의 사용에 의해서 단지 소량의 화학물질 및 또한 낮은 에너지 소모만이 필요하다. 따라서, 본 개시내용은 대형 수공간 내 특정 대역을 사람들이 레크리에이션 목적을 위해 안전한 방식으로 사용할 수 있게 하여 전체 수공간 처리의 한계 또는 불가능을 극복하면서 이러한 목적으로 사용될 대역만을 처리하게 하고, 또한 수많은 호수, 해변, 석호, 및 현재로서는 안전성 또는 위생 문제로 인해 사용할 수 없는 많은 수공간을 이용가능하게 하여, 전세계 사람들의 생활방식을 변화시킬 수 있는 전례 없는 레크리에이션 및 관광 기회를 창출한다.

상기 방법은 천연 또는 인공 대형 수공간, 예컨대 호수, 바다, 강의 하구(estuary), 저수지, 댐, 및 석호에 수행될 수 있다. 또한, 이러한 대형 수공간 내 함유된 물은 담수, 기수(brackish water), 염수, 또는 해수일 수 있다.

따라서, 일부 실시양태에서, 본 개시내용은 물의 일부를 확인하여 물의 미생물 특성을 제어하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 물의 염도 및 온도에 따라 적어도 최소 기간의 시간 동안 물 내에서 적어도 최소 ORP를 유지하고, 화학적 작용제를 분배하여 적어도 최소 기간의 시간 동안 적어도 최소 ORP를 유지하는 것을 추가로 포함한다. 화학적 작용제의 분배는 바람직하게는 안전한 위생-부합 대역을 생성할 수 있게 하는 디스펜서 수단을 통해 수행될 수 있다. 화학적 작용제의 분배는 추가로 물 중 화학물질의 확산 및 물 중 희석력을 기초로 할 수 있다.

한 실시양태에서, 본 개시내용의 방법은

a. 대형 수공간 내 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부를 확인하고 디스펜서 수단을 규정하는 단계,

b. 이러한 물 일부에서 적어도 최소 기간의 시간 동안 적어도 최소 ORP 수준을 유지시키는 단계로서, 여기서의 최소 ORP 수준 및 최소 기간의 시간은 하기에 의해 계산되는 값보다 낮아서는 안되고:

i. 물의 일부 내 가장 불량한 상태의 대역을 결정하고,

ii. 가장 불량한 상태의 대역에서의 물의 염도를 결정하고,

iii. 물의 염도를 기초로 하여 최소 ORP 값을 결정하고, 여기서

- 물의 염도가 0％ 내지 1.5％ 이하인 경우,

최소 ORP 수준은 550 mV이고,

- 물의 염도가 1.5％ 초과 내지 2.5％ 이하인 경우,

최소 ORP 수준은 하기 식에 따라 계산되고:

[최소 ORP, mV] = 625 - 50*[물의 염도, ％ (중량％)],

- 물의 염도가 2.5％ 초과인 경우,

최소 ORP 수준은 500 mV이며,

iv. 가장 불량한 상태의 대역에서의 물의 온도를 결정하며,

v. 물 온도를 기초로 하여 최소 기간의 시간을 결정하고, 여기서

- 물 온도가 5℃ 내지 35℃인 경우,

최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산되고:

[최소 기간의 시간, 분] = 80 - 2*[물의 온도, ℃],

- 물 온도가 35℃ 내지 45℃ 이하인 경우,

최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산되고:

[최소 기간의 시간, 분] = 5*[물의 온도, ℃] - 165이며,

c. 유효량의 화학적 작용제를 분배하여 가장 불량한 상태의 대역에서 적어도 상기 최소 기간의 시간 동안 적어도 상기 최소 ORP 수준을 유지하는 단계, 및

d. 상기 단계 c를 반복하여 가장 불량한 상태의 대역에서의 ORP가 최소 ORP 값의 20％ 초과만큼 감소되지 않도록 하는 단계

를 포함한다.

첨부된 도면은 본원에 포함되고 본 개시내용의 일부를 구성하며, 본 발명의 다양한 실시양태를 예시한다. 도면에서,
도 1은 대형 수공간 (2)의 일부 영역 및 위생-부합 대역 (1)의 상면도를 보여준다.
도 2는 대형 수공간의 훨씬 더 적은 일부 영역, 및 특히 위생-부합 대역 (1), 디스펜서 수단 (3) 및 한정 대역 (4)의 상면도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 방법의 실시양태로 인한, 물의 염도에 따른 물의 최소 ORP 값의 변동을 표시하는 차트를 보여준다.
도 4는 본 발명의 방법의 실시양태로 인한, 물의 온도에 따라 최소 ORP 값이 유지되는 최소 기간의 시간의 변동을 표시하는 차트를 보여준다.
통상적 관행에 따라, 기재된 다양한 특징을 크기에 맞게 도시하지 않고 특정 특징을 확대하여 도시하였다. 참고 번호는 도면 전체에 걸쳐서 유사한 특징을 나타낸다.

상세한 설명

하기 상세한 설명은 첨부된 도면을 언급한다. 일부 실시양태가 기재될 수 있으나, 변형, 개조, 및 다른 구현이 가능하다. 예를 들어, 도면에 도시된 요소에 대해 대체, 부가, 또는 변형을 가할 수 있으며, 본원에 기재된 방법의 단계를 대체하거나 순서를 바꾸거나 또는 개시된 방법에 단계를 부가함으로써 상기 방법을 변형시킬 수 있다. 따라서, 하기 상세한 설명은 본 개시내용의 범위를 제한하는 것이 아니다. 시스템 및 방법이 다양한 장치 또는 단계를 "포함"하는 것으로 기재되지만, 달리 정의되지 않는다면 상기 시스템 및 방법은 또한 다양한 장치 또는 단계로 "본질적으로 이루어"지거나 이것으로 "이루어"질 수 있다.

정의

본 개시내용에 비추어, 하기 용어 또는 어구는 하기 기재되는 일반적 의미로 이해되어야 한다:

본원에서 사용된 바와 같이, 물의 일반적 유형 및 이것들 각각의 전체 용존 고형물 (TDS) 농도 (mg/L)는 다음과 같다: 담수, TDS ≤ 1,500; 기수, 1,500 < TDS ≤ 10,000; 염수, 10,000 < TDS ≤ 30,000; 및 해수, TDS > 30,000. TDS는 예를 들어 전도성 계측기를 이용하거나 용매를 증발시키고 남아있는 잔류물의 질량을 측량하는 중량계측 방법을 적용하여 측정될 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, "위생-부합 대역"은 레크리에이션 목적을 위해 수립되고 레크리에이션 목적을 위해 사용되거나 필요한 경우에는 특정 미생물 위생 조건에 부합할 것이 요구되는, 대형 수공간 내 물의 일부를 지칭한다. 위생-부합 대역은 영구적으로 동일한 물리적 대역이 아니라 사람들의 레크리에이션 목적상의 필요에 따라 변경될 수 있다는 것을 주지해야 한다.

본원에서 사용된 바와 같이, "특정 미생물 위생 조건"은 레크리에이션 목적을 가능하게 하기 위해 위생-부합 대역 내에서 달성될 필요가 있는 미생물 특성/조건을 지칭한다. 이러한 조건은 일부 특정 유기체를 감소시키는 것과 관련한 특정 지역, 주, 연방 규정, 또는 상이한 소정의 특정 조건에 의해 결정될 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, "최소 ORP 수준"은 가장 불량한 상태의 대역에서 이러한 대역에서의 미생물 특성을 적당하게 제어하도록 허용될 수 있는 최소 ORP를 지칭한다.

본원에서 사용된 바와 같이, "최소 기간의 시간"은 요구되는 위생 조건을 가능하게 하기 위해 가장 불량한 상태의 대역에서 물의 최소 ORP 수준이 유지되어야 하는 최소의 시간을 지칭한다.

본원에서 사용된 바와 같이, "한정 대역"은 위생-부합 대역을 한정하는 실제 대역에 상응하며, 물리적 장벽을 필요로 하지 않는다.

본원에서 사용된 바와 같이, "가장 불량한 상태의 대역"은 특히 정해진 양의 화학적 작용제 적용 후에 물의 확인된 일부 내에서 최저 ORP 값을 나타내는 대역에 상응한다. 가장 불량한 상태의 대역은 종종 물의 확인된 일부의 한정 대역 및 화학적 디스펜서로부터 가장 먼 곳에서 발견되지만, 언제나 반드시 그러한 것은 아니다.

본원에서 사용된 바와 같이, "디스펜서 수단"은 1종 이상의 화학적 작용제를 물에 적용하기 위한 임의의 수단을 지칭하고, 주입기, 확산기, 스프링클러, 중량 디스펜서, 파이핑, 수동 적용, 및 이것들의 조합; 파이프; 밸브; 및 처리될 물의 수립된 일부에 화학물질을 적당히 적용할 수 있게 하는 연결 요소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, 수공간에 적용되는 "화학적 작용제"는 물 내에서 원하는 ORP 수준을 달성할 수 있게 하는 임의의 화학적 작용제를 지칭한다. "화학적 작용제의 유효량"은 가장 불량한 상태의 대역에서 적어도 상기 최소 기간의 시간 동안 적어도 상기 최소 ORP 수준이 유지되도록 하기 위해 물에 적용될 수 있는 화학물질의 최소량에 상응한다.

본 개시내용의 방법

본 개시내용은 필요시에 대형 수공간의 일부가 특정 미생물 위생 조건에 부합하도록 상기 대형 수공간의 일부를 처리하여 대형 수공간 내에서 미생물 특성을 제어할 수 있게 하며, 그에 따라 전체 수공간 처리의 한계 또는 불가능을 극복한다. 위생-부합 대역은 레크리에이션 목적을 위해 사용되는 구역을 광범위하게 포함하도록 전략적으로 위치되어 생성된다.

개시된 특정 방법을 이용하면 전체 수공간의 처리가 필요하지 않기 때문에 (수공간에 본원에 개시된 방법과는 상이한 다른 처리를 적용할 수 있음), 이러한 방법에서는 화학물질이 더 적은 양으로 필요하고 에너지 소모가 감소된다. 따라서, 본 개시내용은 대형 수공간 내 특정 대역을 사람들이 레크리에이션 목적을 위해 안전한 방식으로 사용할 수 있게 하고, 전체 수공간 처리의 경제적, 기술적 및 환경적 한계 또는 불가능을 극복하고, 또한 수많은 호수, 해변, 석호, 및 현재로서는 안전성 또는 위생 문제로 인해 사용할 수 없는 많은 수공간을 이용가능하게 하여, 전세계 사람들의 생활방식을 변화시킬 수 있는 전례 없는 레크리에이션 및 관광 기회를 창출한다.

개시된 방법은 천연 또는 인공 대형 수공간, 예컨대 호수, 바다, 강의 하구, 저수지, 댐, 및 석호에 수행될 수 있다. 개시된 방법은 담수, 기수, 염수 및 해수를 비롯한 여러가지 물 유형에 이용될 수 있다. 한 실시양태에서, 대형 수공간 내 물의 일부의 미생물 특성을 제어하는 방법은,

i. 물의 일부 내 가장 불량한 상태의 대역을 결정하고,

ii. 가장 불량한 상태의 대역에서의 물의 염도를 결정하고,

- 물의 염도가 0％ 내지 1.5％ 이하인 경우,

최소 ORP 수준은 550 mV이고,

- 물의 염도가 1.5％ 초과 내지 2.5％ 이하인 경우,

최소 ORP 수준은 하기 식에 따라 계산되고:

[최소 ORP, mV] = 625 - 50*[물의 염도, ％ (중량％)],

- 물의 염도가 2.5％ 초과인 경우,

최소 ORP 수준은 500 mV이며,

iv. 가장 불량한 상태의 대역에서의 물의 온도를 결정하며,

- 물 온도가 5℃ 내지 35℃인 경우,

최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산되고:

[최소 기간의 시간, 분] = 80 - 2*[물의 온도, ℃],

- 물 온도가 35℃ 내지 45℃ 이하인 경우,

최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산되고:

[최소 기간의 시간, 분] = 5*[물의 온도, ℃] - 165이며,

를 포함한다.

가장 불량한 상태의 대역의 위치, 물의 염도 및 물의 온도는 외부 조건에 따라 서로 독립적으로 달라질 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 방법은 단계 b, c 및 d를 1회 다시 수행하거나 반복적으로 수행하는 추가의 단계 e를 임의로 포함할 수 있다.

수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합해야 하는 대역을 결정하기 위해서, 안전한 레크리에이션 목적을 허용할 수 있는 접근가능한 대역을 제공하기 위한 전략적 분석을 실시할 수 있다.

화학적 작용제의 분배, 바람직하게는 디스펜서 수단을 통한 분배는 물의 ORP, 물의 염도 및 물의 온도의 영향을 조합한 파라미터 결정 방법으로 제어된다. 임의로는, 화학물질의 확산, 및 물의 희석력이 상기 파라미터 결정 방법에서 추가로 고려될 수 있다. 물의 소독 특성 (ORP), 물의 염도, 물의 온도, 및 임의로는 물의 희석력에 따른 특정 미생물의 내성의 조합 효과로 인해, 본 개시내용은 수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하도록 수영장에 대해 요구되는 것보다 훨씬 더 적은 화학적 작용제를 사용하는 것을 가능하게 하며, 이는 광범위한 연구의 결과였다. 당업계 현상태에서는, 수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하는 수질을 유지하기 위한 2가지 방법이 현재 존재하는데, 이것들은 다량의 소독제를 첨가하거나, 또는 그 대신에 물의 희석력에 의존하는 것과 관련이 있다. 본 개시내용은 상기 2가지 효과를 조합하여 이것들의 상승작용이 최대로 이루어지도록 하기 때문에 특정 미생물 위생 조건에 부합하는 대역을 위한 효과적이고 지속가능한 방법을 제공한다.

처리할 물의 일부의 확인

본 발명의 방법을 적용한 이후에는 위생-부합 대역이라 지칭될, 처리할 물의 일부의 위치는 레크리에이션 목적을 위해 사용될 가능성이 가장 높은 물의 일부를 전략적으로 확인하여 결정할 수 있다. 이러한 위치는 이용자가 물에 들어갈 가능성이 높은 장소, 물의 깊이, 물의 목적 (예를 들어, 수영, 헤엄, 스키, 보트타기, 낚시 등), 물의 온도 등을 조사하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 수공간이 호텔 옆에 위치하는 경우, 위생-부합 대역은 사용자가 물에 들어갈 가능성이 가장 높은, 호텔 옆에 있는 물의 일부일 가능성이 높다. 이는 도 1 및 도 2에 제시되어 있고, 이들 도면은 대형 수공간 (2)의 가장자리에 위치하는 위생-부합 대역 (1)을 보여준다. 다른 경우에는, 위생-부합 대역이 수공간의 중앙에 존재하여 대형 수공간에 둘러싸여 있을 수 있다. 일부 경우에, 위생-부합 대역은 나머지 물로부터 가시적으로 로프로 차단되거나 또는 다른 방식으로 물리적으로 분리된 (예를 들어, 울타리로 차단, 벽으로 구분) 레크리에이션 구역에 상응할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조할 때, 대역 (1)은 소정의 위생 조건에 부합한다. 논의된 바와 같이, 위생 조건은 지역, 주 또는 연방 규정 또는 상이한 소정의 특정 조건에 의해 결정될 수 있다. 레크리에이션 물에 대한 예시적인 규정은 이. 콜라이는 물 100 mL 당 126 CFU를 초과해서는 안되고 장내구균은 물 100 mL 당 33 CFU를 초과해서는 안된다고 정하고 있다. 해수의 경우, EPA 규정은 장내구균이 물 100 mL 당 35 CFU를 초과해서는 안된다고 정하고 있다. 칠레에서, 직접 접촉 레크리에이션 물에 대한 규범 NCh1333은 물이 물 100 mL 당 1000 CFU 초과의 분변 대장균 (예를 들어, 특히 이. 콜라이 포함)을 함유해서는 안된다고 정하고 있다. 대안적으로, 위생 조건 또는 미생물 특성은 특정 미생물의 농도를 참조함으로써 결정될 수 있다. 임의의 경우에, 위생-부합 대역 (1)은 위생 조건을 충족시키지만, 나머지 물 부피 (2)는 위생-부합 대역에 적용되는 특정 위생 조건에 부합하지 않을 수 있다.

추가로, 위생-부합 대역은 화학적 작용제를 분배하기 위한 1종 이상의 디스펜서 (3)를 포함할 수 있으며, 여기서 나머지 수공간 (2)은 디스펜서 (3)를 포함하지 않을 수 있다.

위생-부합 대역은 사실상 한정 대역 (4)에 의해 경계지어 진다. 한정 대역 (4)는 물리적 장벽을 포함할 수 있으나 이를 요구하지는 않는 가상의 장벽이다.

본 개시내용은 다양한 대역 - 위생-부합 대역, 한정 대역 및 가장 불량한 상태의 대역에 걸쳐 물을 순환시키는 것을 요구하지 않는다. 사실, 일부 실시양태에서, 물은 구체적으로 순환하지 않는다. 본원에 기재된 대형 수공간의 경우, 대형 수공간 내에서 물을 순환시키는 것은 경제적, 기술적 및 환경적으로 실행불가능할 수 있다. 본 개시내용은 물을 물의 확인된 부분에서 화학적 작용제로 처리하여 이러한 대역이 이러한 구역을 위한 특정 미생물 위생 조건에 부합하도록 한다. 위생-부합 대역으로부터 다른 대역으로의 화학적 작용제의 분산이 수공간 내에서 자연적으로 일어날 수는 있으나, 본 개시내용에 의해 요구되지는 않는다. 따라서, 일부 실시양태에서, 개시된 방법을 이용할 때 전체 수공간에 걸쳐 물 순환을 유지시키는 것은 역효과를 초래할 수 있다.

레크리에이션 목적을 위해 사용될 대형 수공간 내 일부를 확인 또는 수립한 후에, 물의 ORP, 물의 염도, 물의 온도, 및 임의로는 화학물질의 확산 및 또한 물의 희석력을 기초로 하는 파라미터 결정 방법으로 제어되는 디스펜서 수단을 규정할 수 있다.

디스펜서 수단 (3)은 1종 이상의 확산기, 주입기, 스프링클러, 중량 디스펜서, 파이핑, 수동 적용, 또는 이것들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 디스펜서 수단은 유효량의 화학물질을 수공간으로 방출시키는데 적합한 것이고, 또한 이것이 적절하게 작동되도록 하는데 필요한 장비, 예컨대 파이프, 밸브, 및 연결 요소를 포함할 수 있다.

수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하는 대역을 생성하기 위해, 화학적 농도는 ORP, 염도, 온도, 및 임의로는 화학물질의 확산 및 또한 물의 희석력을 기초로 하는 파라미터 결정 방법에 따라 적용되어야 한다. 화학물질은 바람직하게는 레크리에이션 목적을 위해 사용되는 물 부피를 포함하도록 규정되는 디스펜서 수단 (3)에 의해 적용될 수 있다.

본 개시내용은 처리될 물의 일부를 함유하기 위한 물리적 장벽을 요구하지 않으며, 대신에 이러한 구역 수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하도록 하는 화학적 농도가 물의 일부에 적용된다는 것에 주목해야 한다.

디스펜서 수단은 물의 ORP, 물의 염도, 물의 온도, 및 또한 임의로는 화학물질의 확산 및 물의 희석력을 기초로 하는 파라미터 결정 방법에 의해 제어된다. 디스펜서 수단은 수공간 내 적절한 확산 조건을 허용하고 수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하도록 화학물질을 물에 적용한다. 디스펜서 수단은 위생-부합 대역에서 요구되는 화학적 농도를 제공하기 위해 전략적으로 구성될 수 있고 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부에 대해 상대적으로 및/또는 그와 함께 위치할 수 있다.

디스펜서의 수 및 위치

한 실시양태에서, 디스펜서는 위생-부합 대역 내 물 부피를 포함하도록 위치되거나 사용된다. 화학적 작용제를 분배하기 위한 디스펜서의 수 및 위치는 처리될 물의 각각의 일부의 특정 조건에 의해 결정될 수 있다. 디스펜서의 전체 양은 수공간에 적용되는 화학적 흐름에 따라 계산될 수 있으며, 이러한 화학적 흐름은 처리될 물의 일부 전체에 걸쳐 균일하게 적용될 수 있도록 일련의 디스펜서로 나뉠 수 있다.

예를 들어, 수공간의 동일한 일부를 처리하기 위해 첨가될 화학물질의 유효량이 있다. 유효량은 바람직하게는, 여러 변수, 예를 들어 바람, 물의 흐름, 및 수공간 내 화학적 적용의 균일성에 영향을 줄 수 있는 많은 다른 변수에 따라 여러개의 작은-흐름 디스펜서, 또는 단지 몇개의 큰-흐름 디스펜서를 통해 첨가될 수 있다.

일반적으로, 디스펜서는 처리될 물의 일부의 주변에 위치하여 이러한 일부를 완전히 포함할 수 있으나, 이들은 또한 화학적 적용의 균일성을 유지하고 물의 일부 전체에 걸쳐 화학적 확산이 가능하도록 물의 일부의 특정 요건과 관련된 다른 구성을 가질 수도 있다.

디스펜서의 유형

개시된 방법에 사용될 수 있는 디스펜서의 유형은 화학적 적용을 위한 요건에 따라 달라질 수 있으며, 희석기, 주입기, 중량 디스펜서, 수동 적용, 매니폴드, 파이핑, 스프링클러, 노즐, 또는 이것들의 조합을 포함할 수 있다. 개시된 방법에 사용될 수 있는 디스펜서는 바람직하게는 노즐, 더욱 바람직하게는 주입기이다.

유효량의 화학적 작용제의 방출

화학적 작용제를 사용하여 위생-부합 대역 내 미생물의 수를 소정량 미만으로 감소시킴으로써 위생-부합 대역을 생성한다. 위생-부합 대역 내 화학적 작용제의 농도는 단일 디스펜서 뿐만 아니라 디스펜서의 총수로부터 분배되는 화학적 작용제의 양에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 단일 디스펜서로부터 보다 적은 양의 화학적 작용제를 분배하지만, 위생-부합 대역 내 디스펜서의 수는 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 다수의 디스펜서를 사용하는 예를 도 2에 나타냈으며, 여기서 복수개의 디스펜서 (3)는 위생-부합 대역의 주변 주위에 위치한다. 한 실시양태에서, 화학적 작용제를 분배하기 위한 디스펜서의 수 및 위치는 위생-부합 대역 내 물 부피를 포함하도록 결정된다.

디스펜서 (3)는 확산기, 주입기, 스프링클러, 중량 디스펜서, 파이핑, 수동 적용, 또는 이것들의 조합일 수 있다. 디스펜서는 유효량의 화학적 작용제를 수공간으로 방출시킨다. 디스펜서는 또한 디스펜서가 작동되도록 하는데 필요한 임의의 장비, 예컨대 파이프, 밸브, 및 연결 요소를 포함한다.

예시적인 화학적 작용제는 항-미생물 작용제, 예컨대 오존, 염소, 및 염소 화합물, 비구아니드 생성물, 할로겐-기재 화합물, 브로민-기재 화합물, 및 이것들의 조합물을 포함한다.

물 내 특정 ORP 수준을 달성하기 위해 첨가되는 화학물질의 총량은 여러 변수, 예를 들어 많은 다른 인자 중에서도 특히 pH, 기상 조건, 비, 사용 수준, 유기물질 부하, 염도, 온도, 알칼리도, 소독제 농도, 및/또는 금속 및 오염물질의 농도에 따라 달라진다. ORP는 수공간 내 존재하는 특정 종을 산화 또는 환원시키는 경향을 측정하는 것이며, 따라서 물 내에 함유된 화학적 작용제의 양을 나타내는 것이 아니다. ORP 측정은 살균제의 농도 뿐만 아니라 물 내에서의 그의 활성 및 세균 및 박테리아를 사멸시키는데 있어서의 그의 효과를 측정하는 이점을 제공한다.

물의 온도, 물의 염도, 및 물에서의 화학물질의 확산에 따라 최소 기간의 시간 동안 물의 특정 일부 내의 최소 ORP를 유지하기 위한 희석력과 관련시킬 수 있는 공지된 식은 상기 변수 및 이것들의 상호 영향의 복잡성으로 인해 존재하지 않기 때문에 광범위한 연구가 수행되었다. 수공간 내에 적용될 화학물질의 양을 추정하기 위해서는 복잡한 모델이 설정되어야 한다. 물의 일부가 대형 수공간 내에 함유되어 있기 때문에, 화학물질이 적용되는 경우에 이것이 물의 일부 전체에 걸쳐 확산되어 디스펜서 근처에서 보다 높고 가장 불량한 상태의 대역 근처에서 보다 낮은 화학적 구배를 생성할 것이다.

화학물질의 적용이 시작될 때, 화학물질은 물 내의 여러 다른 화합물을 산화시킬 것이기 때문에 처음에는 물의 ORP에 있어서 유의한 변화는 없을 것이라는 점에 주목해야 한다. 그러나, 일부 시점에서는, 상기 적용은 ORP가 원하는 수준까지 상승되도록 돕는 화학물질의 잔류 농도를 발생시킬 것이며, 따라서 원하는 소독 능력을 제공할 것이다. 따라서, 화학적 소모는 하기 2개의 군으로 나뉜다는 점에 주목해야 한다:

- 적용된 화학물질에서 ORP에 유의하게 영향을 미치지 않는 다양한 화합물을 산화시키는 것을 돕는 양. 이러한 화학적 소모는 본래 물의 수질에 따라 전적으로 달라지므로 현장에서 결정되어야 한다. 또한, 이러한 농도는 수질 물리화학적 파라미터를 기초로 하는 복잡한 모델에 의해 결정될 수 있다.

- 적용된 화학물질에서 물 내에 잔류 농도를 발생시켜 물 내 ORP를 증가시키는 양. 이러한 화학적 농도는 현장에서 또는 수질 및 물리화학적 조건 또는 파라미터에 따라 달라지는 다양한 방법에 따라 추정될 수 있다.

상기에도 불구하고 본 발명을 제한함 없이, 상이한 산화제에 대한 산화제 적용 범위는 물의 특성에 따라 달라진다. 일부 산화제의 통상적으로 이용되는 범위는 다음과 같다:

본 출원인은 물 중 잔류 화학물질의 양을 추정하기 위한 일부 실시양태를 제공할 것이다:

a. 당업자는 물의 일부가 폐쇄된 공간으로서 거동한다고 가정하고 처리할 물의 일부 전체에서 특정 ORP를 달성하기 위해 물에 적용되어야 하는 산화제의 최소량을 추정할 수 있다. 예를 들어, 물의 일부의 전체 부피에서 특정 ORP를 달성하기 위한 화학물질의 최소량을 추정할 수 있다. 예를 들어, 물의 일부의 부피가 1,000 m³이고, 물의 일부가 폐쇄된 수공간이라고 간주되는 경우, 물에서 550 mV의 ORP를 달성하기 위해서는 차아염소산나트륨의 잔류 농도가 0.07 ppm으로 유지되어야 하는 것이 추정될 수 있다. 0.07 ppm의 잔류 농도를 달성하기 위해서는, 물의 염소 요건을 충족시키기 위해 제1 용량의 1.2 ppm 차아염소산나트륨을 첨가하고 임의의 잔류 농도를 발생시키지 않는다. 그 후, 0.07 ppm의 용량을 첨가하여 필요한 잔류 농도를 달성하고 550 mV의 원하는 ORP 수준을 달성한다. 따라서, 물에 첨가되는 차아염소산나트륨의 양은 수공간 중의 그의 농도에 따라 다음과 같이 계산될 수 있다:

제1 용량:

잔류 농도:

따라서, 물 중 차아염소산나트륨의 균일한 잔류 농도 0.07 ppm를 달성하고 이에 따라 이러한 대역에서 550 mV의 ORP를 달성하기 위해서는 총량 1270 kg의 차아염소산나트륨을 첨가해야 한다. 현실적으로는 물의 일부가 대형 수공간 내 존재하기 때문에 농도가 균일하지 않을 것이고, 이 경우 앞서 계산된 용량은 흐름에 의한 화학물질의 확산으로 인해 이러한 ORP를 달성하기 위한 최소량으로서 간주될 수 있다.

b. 당업자는 또한 유리 염소 방법을 이용하여 물의 pH 및 물 중 유리 염소 농도를 기초로 물의 ORP를 계산할 수 있다. pH가 일정한 값으로 유지되는 경우, ORP와 유리 염소 사이에는 선형 관계가 있다. 따라서, 특정량의 유리 염소를 달성하는데 필요한 화학물질의 양은 ORP 수준에 따라 다음과 같이 계산될 수 있다:

c. 주기적으로 모니터링하면서 화학물질을 첨가하고 특정 ORP가 도달될 때 첨가를 중지하는 것은 추가의 선택 사항이다. 이러한 방법은 시행착오 방법으로서, ORP를 주기적으로 모니터링하여 화학물질을 첨가할 수 있고 원하는 ORP에 도달될 때 화학물질 첨가를 멈추어야 한다.

d. 화학물질의 양을 결정하기 위해 이용되는 또 다른 방법은, 소량의 물 샘플을 취하고 특정 ORP 수준을 달성하기 위해 적용되어야 하는 화학물질의 양을 결정하는 소규모 시험을 수행하는 것으로 이루어진다. 이러한 방법은 통상적으로 사용되며 화학물질의 양을 추정할 수 있으나, 확산 또는 다른 변수를 고려하지는 않는다. 따라서, 이러한 방법으로부터의 결과는 필요한 화학물질의 최소량으로서 간주되어야 한다.

일부 실시양태에서, 가장 불량한 상태의 대역에서의 ORP 수준이 약 0.1％, 1％, 5％, 10％, 15％, 20％, 25％, 50％, 75％ 또는 100％ 만큼 감소하기 전에 추가의 화학적 작용제를 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 특정 실시양태에서, 많은 사람들 때문에 위생-부합 대역이 집중 사용되는 경우, 또는 위생-부합 대역의 소독 특징에 영향을 미치는 많은 흐름이 존재하는 경우, 또는 안전성 또는 다른 이유 때문에, 특정 기간 동안 위생-부합 대역 내에서 ORP를 영구적으로 유지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 특정 실시양태에서, 이용자가 위생-부합 대역에 존재할 때만 물 처리가 이용되기 때문에 처리를 하루 종일 또는 영구적으로 작동시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 물 처리를 낮 동안에만 작동시키고, 위생-부합 대역에 이용자가 존재하지 않는 밤에는 중지시킬 수 있다. 따라서, 위생-부합이 레크리에이션 목적에 효과적으로 사용되는 경우 상기 물 처리 방법이 적용된다.

일부 실시양태에서, 담수 또는 대형 수공간 내 상이한 부분으로부터의 물을 공급함으로써 위생-부합 대역에서의 수질을 개선시키는 것이 바람직할 수 있다. 이는 예를 들어 사용자로부터의 오염물질의 효과를 약화시키는데 유익할 수 있으나 화학물질의 원치않는 확산 효과를 생성할 수도 있다.

살균제 조성물의 최소 유효량을 하기 식으로 계산할 수 있다: ([Boyce ＆ Hamblin, 1975], [Boyce ＆ Hamblin, 1975])

상기 식은 깊이 Z [m], 수평 거리 x [m] 및 수직 거리 y [m]의 유체 중 공급원을 일정한 부피측정 속도 Q_i [m³/s] 및 농도 C_i [μM]로 연속 방출시키는 점 공급원을 위한 용액이다. D [cm²/s]는 물에서의 특정 화학물질의 확산 계수이고, K₀는 제2 유형의 변형된 베셀 함수(Bessel function)이다. U [cm/s]는 x 축을 통한 수공간의 균일한 흐름이고, γ[-]는 시간 규모의 화학물질의 분해 공정(decay process)이다.

가장 불량한 상태의 대역

수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하도록 하기 위해서는, 물의 수립된 일부의 가장 불량한 상태의 대역이 결정되어야 한다. 가장 불량한 상태의 대역은 특히 물의 수립된 일부에서 디스펜서 수단을 통해 소정량의 화학물질을 적용한 후에 최저 ORP 값을 갖는 대역에 상응하고, 이는 한정 대역에서 또는 디스펜서 수단으로부터 가장 먼 곳에서 발견될 수 있다. 화학물질의 소정량은 현장에서 결정할 수 있고, 이의 유일한 목적은 처리할 물의 일부 내에서 최저 ORP 값을 갖는 대역을 결정하는 것이다.

수공간의 표면적이 5 헥타르 미만인 경우, 가장 불량한 상태의 대역은 통상적으로 수공간의 중앙 대역이다.

파라미터 결정 방법은 시스템의 상이한 작동 조건을 고려하여 정해진다. 수공간에 대한 지속적인 측정을 수행하는 것은 실행불가능하고, 따라서 본 개시내용은 지속적인 측정을 필요로 하지 않으면서 특정 미생물 위생 조건에 부합하는 수질을 제공한다는 점에 주목해야 한다.

파라미터 결정 방법은 물의 ORP, 물의 염도, 물의 온도, 및 임의로는 화학물질의 확산 및 물의 확인된 일부 내에서의 물의 희석력을 기초로 한다. 물의 ORP, 염도 및 온도는 경험적인 방법, 예컨대 가시적 검사, 경험을 기초로 하는 방법, 및 분석 방법에 의해 결정될 수 있다. 본 개시내용은 이러한 변수와 관련이 있고 매우 광범위한 연구 후에 수질에 관한 매우 복잡한 상호작용 문제를 해결하였다.

염도는 경험적인 방법 또는 분석 방법, 예컨대 가시적 시험, 물에서의 전기 전도성을 기초로 하는 염분계, 물의 비중을 기초로 하는 비중계, 또는 물의 굴절률을 기초로 하는 굴절계에 의해 결정될 수도 있고, 또는 공개적으로 공지되어 있거나 특히 다른 출처로부터의 정보일 수도 있다.

물의 온도는 경험적인 방법 또는 분석 방법, 예컨대 가시적 시험, 온도계, 열전대, 저항 온도 검출계, 고온계, 또는 적외선 장치에 의해 결정될 수도 있고, 또는 공개적으로 공지되어 있거나 특히 다른 출처로부터의 정보일 수도 있다.

물의 ORP는 경험적인 방법 또는 분석 방법에 의해, 예컨대 물 내의 회로에서의 전압을 측정하기 위한 전극을 갖는 ORP 측정기를 사용하여 결정될 수 있다.

물의 ORP, 물의 온도, 물의 염도, 및 희석력은 이전에 공지되어 있거나 경험적으로 결정될 수 있고, 따라서 본 개시내용으로부터의 방법이 이들 변수에 대한 지식 내에서 물의 미리규정된 일부에 적용될 수 있음에 주목해야 한다.

파라미터 결정 방법은 대형 수공간 내 물의 수립된 일부 전체에 걸쳐 필요한 위생 조건을 보장하기 위해 가장 불량한 상태의 대역에서 적어도 최소 기간 동안 적어도 최소 ORP 수준을 유지시키는 단계를 포함한다.

특정 유형의 미생물, 예컨대 일부 병원성 원생동물은 최대 염도 2 중량％의 수공간 내에서만 성장 및 생존할 수 있기 때문에, 최소 ORP 수준은 물의 염도에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 최소 ORP 수준은 물의 염도 특성에 따라 달라질 수 있고, 특정 염도 농도에서 물은 일부 미생물이 성장하여 건강 위협 문제 및 비위생적인 조건을 제기하는 매질로서 작용하지 않을 것이다.

한편, 최소 기간의 시간 또한 물의 온도에 따라 달라질 수 있다. 물의 온도는 여러 미생물의 증식에 있어서 매우 중요한 인자이다. 물이 저온인 경우에는 미생물이 물 온도가 보다 높은 경우만큼 신속하게 증식하지 않을 것이기 때문에, 이러한 효과는 본 파라미터 결정 방법에서 고려된다. 현재까지, 물의 온도, 물의 염도, 및 물에서의 화학물질의 확산에 따라 적어도 최소 기간의 시간 동안 물의 특정 일부 내의 최소 ORP를 유지하기 위한 희석력과 관련시킬 수 있는 공지된 식은 상기 변수 및 이것들의 상호 영향의 복잡성으로 인해 존재하지 않는다. 이러한 관계는 광범위한 연구의 결과이고, 바람직한 실시양태에서 본 발명의 방법에 사용되는 최소 ORP 수준 및 최소 기간의 시간은 하기와 같이 정의되는 값보다 낮아서는 안된다.

최소 ORP 수준:

가장 불량한 상태의 대역의 염도가 일단 공지되면, 최소 ORP 수준은 하기 식으로 계산할 수 있다:

i. 염도가 0％ 내지 1.5％ 이하인 경우, 물의 최소 ORP는 550 mV 이상,

ii. 염도가 1.5％ 초과 내지 2.5％ 이하인 경우, 물의 최소 ORP는 하기 식에 따라 계산됨:

[최소 ORP, mV] = 625 - 50*[물의 염도, ％ (중량％)], 및

iii. 염도가 2.5％ 초과인 경우, 물의 최소 ORP는 500 mV 이상.

상기 언급된 파라미터 결정 방법은 도 3에 나타낸 바와 같은 그래프로 표시된다.

예를 들어, 물의 염도가 1 중량％ (또는 10,000 ppm)인 경우, 이러한 실시양태에 따라 유지되어야 하는 물의 최소 ORP는 550 mV일 것이다.

한편, 물의 염도가 예를 들어 2 중량％ (또는 20,000 ppm)인 경우, 이러한 실시양태에 따라 유지되어야 하는 물의 최소 ORP는 525 mV이고, 이것은 하기 식을 이용하여 계산된다:

[최소 ORP, mV] = 625 - 50*[2] = 525 mV.

마지막으로, 물의 염도가 2.5 중량％ 초과, 예를 들어 3 중량％인 경우, 유지되어야 하는 최소 ORP는 500 mV이다.

최소 기간의 시간:

최소 기간의 시간은 물의 온도에 따라 결정되고, 이것은 하기 식으로 계산할 수 있다:

i. 물 온도가 5℃ 내지 35℃ 이하인 경우, 최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산됨:

[최소 기간의 시간, 분] = 80 - 2*[물의 온도, ℃]; 및

ii. 물 온도가 35℃ 초과 내지 45℃ 이하인 경우, 최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산됨:

[최소 기간의 시간, 분] = 5*[물의 온도, ℃] - 165.

최소 기간의 시간이 거동하는 방식을 보여주는 곡선을 도 4에 나타냈다.

예를 들어, 물의 온도가 20℃인 경우, 최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 40분이다:

[최소 기간의 시간, 분] = 80 - 2*[20] = 40분.

한편, 물의 온도가 35℃ 내지 45℃, 예를 들어 40℃인 경우, 최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 35분이다:

[최소 기간의 시간, 분] = 5*[40] - 165 = 35분.

상기 실시양태의 파라미터 결정 방법은 5℃ 내지 45℃의 물 온도에 대해서만 사용되는 것으로 기재되었고, 이는 임의의 다른 온도는 레크리에이션 목적에 적합하지 않을 수 있기 때문이다.

파라미터 결정 방법은 또한 디스펜서 수단을 통해 화학물질 작용제를 적용하여 가장 불량한 상태의 대역의 ORP가 최소 ORP 수준보다 낮아지지 않도록 하는 것을 포함할 수 있다.

위생-부합 대역에 이용자가 있는 경우의 물의 ORP는, 물에 이용자가 없는 경우보다 더 신속하게 감소할 것이다. 따라서, 본 발명의 파라미터 결정 방법은 위생-부합 대역에서의 이용자 수의 효과를 포함할 수 있고, 이는 물의 희석력에 의해 제어된다. 최소 ORP 수준에 도달하는데 걸리는 시간은 위생-부합 대역의 이용 및 이용자에 따른 희석에 따라 달라질 것이다. 따라서, ORP 감소율은 물의 이용자 수 및 이에 따른 물의 희석력에 따라 달라질 것이다.

물의 염도 및 온도, ORP, 및 화학적 농도의 변수는 변동될 수 있고 외부 인자에 의해 영향을 받을 수 있다. 개시된 방법은 이러한 인자에서의 약간의 변동을 허용하여 물 염도, 물 온도의 지속적인 모니터링 및 최소 ORP 및 화학적 농도의 재계산이 필요하지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일부 실시양태에서는 물의 염도 및 물의 온도를 지연 시간을 두고 또는 실시간으로 지속적으로 모니터링할 수 있고, 최소 ORP, 최소 시간의 기간, 및 이에 따른 화학적 작용제의 농도를 자동적으로 재계산하는 제어기에 피드백을 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 디스펜서는 최소 ORP에서의 감소에 대한 반응으로 디스펜서가 자동적으로 추가의 화학적 작용제를 분배하는 자동 피드백 루프의 일부일 수 있다. 일부 실시양태에서, 주기적으로 물의 염도 및 온도를 측정하고 최소 ORP, 최소 시간의 기간, 및 화학적 농도를 재계산하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 주기적 측정 및 계산을 매 15분, 매 30분, 매 1시간, 매 2시간, 1일 6회, 1일 4회, 1일 2회, 1일 1회, 1주 1회, 또는 필요에 따라 수행할 수 있다.

본 개시내용은 처리될 물의 일부를 함유하기 위한 물리적 장벽을 요구하지 않는다는 점에 주목해야 한다. 대신, 수공간에 적용되는 특정 미생물 위생 조건에 부합하도록 하는 화학적 농도가 물의 일부에 적용된다.

적어도 최소 기간의 시간 동안 적어도 최소 ORP 수준을 유지하기 위해서는, 가장 불량한 상태의 대역에서 ORP 수준이 최소 ORP 값의 20％ 초과만큼 감소되기 전에 화학물질의 적용을 반복할 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 가장 불량한 상태의 대역의 위치, 물의 염도 및 물의 온도는 외부 조건에 따라 서로 독립적으로 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 단계 b, c 및 d를 1회 다시 수행하거나 반복적으로 수행하는 추가의 단계 e를 임의로 포함할 수 있다.

화학적 작용제는 디스펜서 수단을 통해 대형 수공간 내 물의 수립된 일부에 첨가될 수 있고, 여기서 상기 디스펜서 수단은 물의 ORP, 물의 염도, 물의 온도, 화학물질의 확산, 및 물의 희석력의 효과를 조합한 파라미터 결정 방법에 의해 구동된다.

화학적 작용제는 오존, 염소 및 염소 화합물, 비구아니드 생성물, 할로겐-기재 화합물, 브로민-기재 화합물, 또는 이것들의 조합물로부터 선택된다.

담수 또는 대형 수공간 내의 상이한 부분으로부터의 물을 이러한 부분에 공급함으로써 이용자에 의한 오염물질 부하에 대한 희석 효과를 허용하여 위생-부합 대역에서의 수질을 개선시키는 것도 가능하다.

하기 실시예는 본 발명의 청구범위를 제한하고자 하는 것이 아니라 특정 실시양태를 예시하기 위한 것이다. 당업자에게 명백한 예시된 방법에서의 임의의 변화는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 한다.

실시예

개시된 방법을 칠레의 나비다드에 위치한 라펠(Rapel) 호수에 적용했다. 상기 호수는 표면적이 8,000 헥타르 초과이고, 695×10⁶ m³ 초과의 담수를 갖는다. 상기 호수는 레크리에이션 목적을 위해 일반적으로 사용된다.

상기 호수의 일반적인 레크리에이션 용도에 따라 대형 수공간 내 물의 일부를 수립하였고, 이것은 대략 650 m² (전체 호수 면적의 약 0.0008％에 상응함)를 포함하였다. 상기 일부는 호수의 가장자리에 위치하였다. 이러한 특정 실험에 요구되는 특정 미생물 조건은 EPA에 의해 결정된 직접 접촉 레크리에이션 물에 대한 미생물 규정에 상응했다.

호수의 북쪽 주변에 대략 20개의 주입기를 설치했다. 각각의 주입기는 최대 유량이 1시간 당 1.8 리터였다. 사용한 화학적 작용제는 차아염소산나트륨이었고, 이것을 주입기 유량에 비례하여 희석시켰다. 물 중 염소 용액을 1 m³용량의 플라스틱 빈에 준비했다. 1분 당 18 리터 용량의 이와키(IWAKI) 자성 펌프로 차아염소산나트륨의 펌핑을 수행했다.

실험 동안, 상기 물의 수립된 일부에서 1시간 당 평균 이용자는 60명이었다.

가장 불량한 상태의 대역의 결정은, 10％ 차아염소산나트륨 용액의 대략 1.5 리터 소정량을 물의 수립된 일부에 방출한 후 한나(HANNA) ORP HI 98201 ORP 시험 장비를 사용하여 물의 수립된 일부 내 여러 장소에서 ORP를 측정하여 수행하였다. 가장 불량한 상태의 대역은 물의 수립된 일부의 한정 대역의 중앙에 위치했다. 물의 염도를 한나 HI 931100N 전도성 시험으로 측정하였다. 물의 염도는 0.07 중량％였고, 평균 물 온도는 온도계로 측정할 때 21℃였다.

최소 ORP 수준은, 염도가 0％ 내지 1.5％ 이하인 경우에는 물의 최소 ORP 수준이 550 mV 이상인 것으로 하여 결정하였다. 따라서, 염도 0.07％인 물의 최소 ORP 수준은 550 mV이어야 한다.

최소 기간의 시간을 결정하였고, 여기서 물 온도가 5℃ 내지 35℃ 이하인 경우에는 최소 기간의 시간을 하기 식에 따라 계산하였다:

[최소 기간의 시간, 분] = 80 - 2*[물의 온도, ℃]

최소 기간의 시간 (분) = 80 - 2*[21]

최소 기간의 시간 = 38분.

차아염소산나트륨을 주입기를 통해 첨가하여 가장 불량한 상태의 대역에서 최소 기간 38분 동안 550 mV 이상의 ORP 수준을 유지하였다. 먼저, 1 ppm의 차아염소산나트륨을 첨가하여 물을 처리하였다. 이후, 잔류 농도가 0.10 ppm으로 유지되도록 차아염소산나트륨을 첨가하여 가장 불량한 상태의 대역에서의 ORP 수준이 550 mV 이상으로 유지되도록 하였다.

일단 차아염소산나트륨의 전체 양이 방출된 후, 가장 불량한 상태의 대역의 ORP를 측정하여 555 mV인 것으로 결정되었다. 이후의 측정은 매 60분마다 수행하였다. 약 30분 후에 ORP는 490 mV (결정된 최소 ORP로부터 약 11％만큼 감소된 것)로 감소되었고, 이 시점에 새로운 차아염소산나트륨을 분배하였다.

물의 희석력은 위생-부합 대역 내 1시간 당 이용자의 평균 수에서 반영된다: 이용자 밀도가 낮은 경우에는 물의 ORP가 이용자 밀도가 높은 경우보다 더 느리게 감소할 것이다. 또한, ORP의 감소는 태양 및 다른 변수에 의해서도 영향을 받는다.

본 실시예를 통해, 위생-부합 대역이 직접 접촉 레크리에이션 물에 대한 EPA의 특정 미생물 규정 및 훨씬 더욱 엄격한 위생 규정에 부합하는 것을 확인하였고, 물의 확인된 일부를 처리하여 위생-부합 대역을 생성함으로써 전체 대형 수공간을 처리하지 않고 소량의 화학물질을 적용할 수 있게 하였음을 확인하였다.

본 실시예에서 적용된 화학물질은 전체 수공간 처리에 필요한 화학물질의 양과 비교하여 100배 이상 더 적었다. 695×10⁶ m³ 초과의 담수를 보유하는 라펠 호수의 전체 수공간을 처리하고 레크리에이션 목적에 사용되도록 하기 위해서는 이용자의 안전성을 보장할 수 있는 특정 양의 화학물질이 첨가되어야 한다. 실시예와 동일한 ORP 수준을 유지 (0.10 ppm의 차아염소산나트륨 농도. 물 처리 전에 추가로 1 ppm을 첨가함)하기 위해서 적용되어야 하는 차아염소산나트륨 총량은 대략 764.5 톤으로, 이는 상기 실시예에서의 물의 일부 처리에 필요했던 차아염소산나트륨의 양의 100,000배 초과이며, 이는 경제적 및 환경적으로 실행불가능하다.

Claims

a. 대형 수공간 내 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부를 확인하고 디스펜서 수단을 규정하는 단계,
b. 이러한 물 일부에서 적어도 최소 기간의 시간 동안 적어도 최소 ORP 수준을 유지시키는 단계로서, 여기서의 최소 ORP 수준 및 최소 기간의 시간은 하기에 의해 계산되는 값보다 낮아서는 안되고:
i. 물의 일부 내 가장 불량한 상태의 대역을 결정하고,
ii. 가장 불량한 상태의 대역에서의 물의 염도를 결정하고,
iii. 물의 염도를 기초로 하여 최소 ORP 값을 결정하고, 여기서
- 물의 염도가 0％ 내지 1.5％ 이하인 경우,
최소 ORP 수준은 550 mV이고,
- 물의 염도가 1.5％ 초과 내지 2.5％ 이하인 경우,
최소 ORP 수준은 하기 식에 따라 계산되고:
[최소 ORP, mV] = 625 - 50*[물의 염도, ％ (중량％)],
- 물의 염도가 2.5％ 초과인 경우,
최소 ORP 수준은 500 mV이며,
iv. 가장 불량한 상태의 대역에서의 물의 온도를 결정하며,
v. 물 온도를 기초로 하여 최소 기간의 시간을 결정하고, 여기서
- 물 온도가 5℃ 내지 35℃인 경우,
최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산되고:
[최소 기간의 시간, 분] = 80 - 2*[물의 온도, ℃],
- 물 온도가 35℃ 내지 45℃ 이하인 경우,
최소 기간의 시간은 하기 식에 따라 계산되고:
[최소 기간의 시간, 분] = 5*[물의 온도, ℃] - 165이며,
c. 유효량의 화학적 작용제를 분배하여 가장 불량한 상태의 대역에서 적어도 상기 최소 기간의 시간 동안 적어도 상기 최소 ORP 수준을 유지하는 단계, 및
d. 상기 단계 c를 반복하여 가장 불량한 상태의 대역에서의 ORP가 최소 ORP 값의 20％ 초과만큼 감소되지 않도록 하는 단계
를 포함하는, 대형 수공간 내 일부 수공간의 미생물 특성을 제어하는 방법.
제1항에 있어서, 단계 b를 반복하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 수공간이 천연 또는 인공 수공간인 방법.
제1항에 있어서, 수공간이 호수, 바다, 강의 하구(estuary), 댐, 석호, 온천, 풀, 연못 및 저수지로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
제1항에 있어서, 물이 담수, 기수(brackish water), 염수, 또는 해수인 방법.
제1항에 있어서, 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부가 한정 대역에 의해 규정된 것인 방법.
제1항에 있어서, 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부가 대형 수공간의 가장자리에 위치한 것인 방법.
제1항에 있어서, 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부가 대형 수공간의 내부에 위치한 것인 방법.
제1항에 있어서, 가장 불량한 상태의 대역이, 화학적 작용제의 분배 후에 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부 내에서 최저 ORP 값을 나타내는 것인 방법.
제1항에 있어서, 수공간의 표면적이 5 헥타르 미만인 경우에는 가장 불량한 상태의 대역이 수공간의 중앙 대역인 방법.
제1항에 있어서, 화학적 작용제가 오존, 염소 및 염소 화합물, 비구아니드 생성물, 할로겐-기재 화합물, 브로민-기재 화합물, 및 이것들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
제1항에 있어서, 화학적 작용제가 주입기, 확산기, 스프링클러, 중량 디스펜서, 파이핑, 수동 적용, 및 이것들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 디스펜서를 사용하여 분배되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 물의 ORP, 염도 및 온도가 경험적인 방법에 의해 결정되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 희석 효과를 위해서 수공간 내 상이한 부분으로부터의 물이 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부에 공급될 수 있는 것인 방법.
제1항에 있어서, 이용자에 의한 오염물질 부하에 대한 희석 효과를 위해서 수공간 내 상이한 부분으로부터의 물이 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부에 공급될 수 있는 것인 방법.
제1항에 있어서, 레크리에이션 목적으로 의도된 물의 일부에서 이러한 대역의 요건에 따른 특정 기간의 시간 동안 ORP가 영구적으로 유지되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 물의 일부가 레크리에이션 목적을 위해 실제로 사용되는 경우에 적용되는 것인 방법.