KR20160000539A - 음수용 소독장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구조를 가지고 별도의 전원공급장치 없이도 안정적이고 효율적으로 물을 정수하며, 나아가 염소의 농도를 일정하게 유지할 수 있도록 구조가 개선된 음수용 소독장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음수용 소독장치는 외부로부터 물을 공급받아 저장하며, 상기 저장된 물을 일정한 유량으로 배출되는 배수관을 가지는 유량조절수조와, 상기 유량조절수조에서 배출된 물을 공급받으며, 상기 물에 포함된 미생물을 살균하는 살균액을 일정한 유량으로 공급하며, 상기 살균액과 상기 물을 균일하게 혼합시킨 후 배출하는 살균수조와, 상기 살균수조에서 배출된 물을 공급받으며, 상기 공급된 물을 여과하는 여과수조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

음수용 소독장치{Drinking water purifier}

본 발명은 음수용 소독장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 약수터와 같이 공공 음수 시설에 설치되어 약수에서 부적합의 원인이 되는 미생물 살균과 토사로부터 유입되는 부유물질 제거하여 탁도를 개선하고 중금속을 흡착하여 수질을 적합수준으로 개선하는 음수용 소독장치에 관한 것이다.

산업의 발달과 인구의 도시 및 수도권 집중화에 따른 환경의 오염으로 안심하고 먹을 수 있는 물을 찾아 약수터를 찾는 사람들이 많아지고 있다.

약수터를 비롯한 소규모 공공 음수 시설(수도시설)에 있어서의 효과적인 미생물학적 수질관리방안의 필요는 환경관련 유관기관에서 인지하고 있을 정도로 적정한 대책이 시급한 실정이다. 소규모 수도시설에 많이 적용하고 있는 소독시설의 형태로는, 고체염소투입방식과 자동액체염소투입 방식이 있으며, 최근 자외선을 이용한 미생물살균장치가 이용되고 있다.

고체염소투입방식은 차아염소산칼륨(클로로칼퀴) 등 고체염소를 저수조에 투입하는 방식으로, 이 방식은 고체상의 염소가 용해되면서 염소의 농도가 변화되며, 소독부산물 생성이 우려되며, 잔류염소 농도를 원하는 농도만큼 일정하게 유지하는 것은 매우 힘든 단점이 있다.

액체투입방식은 고체투입법에 비해 양호한 효과를 나타내는 것으로 알려져 있으나, 투입장치를 위한 부가장비와 전원설비 등의 시설이 필요하다. 또한 시간과 유량을 동시에 고려할 수 없는 단점이 있다. 자동액체염소투입 방식은 액체염소를 적용하는 방법으로, 유량에 따라 액체염소의 투입량이 결정되는 방식과, 유량과는 상관없이 시간에 따라 일정한 시간 간격으로 액체염소가 투입되는 방식으로 구분된다. 하지만, 이와 같은 액체투입방식은 유량 또는 시간에 따라 일정량의 액체염소 투입하기 위하여 반드시 유량과 시간을 측정해야 하며, 또한 일정간격으로 액체염소가 주입되므로 고체염소투입방식에 비해서는 안정적이긴 하지마, 액체염수가 투입되는 순간 염소의 농도가 급격하게 변화(농도 증가)된다는 문제점이 있다.

한편, 최근 보급이 확대되고 있는 자외선을 이용한 살균장치는 살균 효과가 염소 방식의 30%정도에 지나지 않는 것에 반해, 고가의 설치비용과 유지관리 비용이 소요되며, 별도의 전원장치가 필요한 단점이 있다. 특히, 약수와 같이 지속적으로 흐름이 이루어지는 곳의 경우에는 자외선 살균장치의 효과가 저감된다.

대한민국 등록특허 10-0861685호(발명의 명칭 : 무동력 계곡수 정수처리장치)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조를 가지고 별도의 전원공급장치 없이도 안정적이고 효율적으로 물을 정수하며, 나아가 염소의 농도를 일정하게 유지할 수 있도록 구조가 개선된 음수용 소독장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 음수용 소독장치는 외부로부터 물을 공급받아 저장하며, 상기 저장된 물을 일정한 유량으로 배출되는 배수관을 가지는 유량조절수조와, 상기 유량조절수조에서 배출된 물을 공급받으며, 상기 물에 포함된 미생물을 살균하는 살균액을 일정한 유량으로 공급하며, 상기 살균액과 상기 물을 균일하게 혼합시킨 후 배출하는 살균수조와, 상기 살균수조에서 배출된 물을 공급받으며, 상기 공급된 물을 여과하는 여과수조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 유량조절수조는, 내부에 저장된 물의 수위가 기준수위 이상이 되면 월류됨으로써 상기 저장된 물의 수위가 상기 기준수위로 유지되며, 상기 배수관은 상기 기준수위 보다 낮은 위치에 설치되어 상기 배수관을 통해 일정한 유량으로 물이 배출되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 살균수조는, 내부에 공간부가 형성되어 있으며, 일측면에 상기 배수관이 연결되고, 타측면에는 상기 배수관을 통해 공급된 물이 배출되는 배출관이 연결되어 있는 수조본체와, 상기 수조본체의 내부에 설치되며, 상기 수조본체의 내부로 상기 살균액을 공급하는 살균액 공급유닛을 포함하며, 상기 살균액 공급유닛은, 상기 살균액이 저장된 저장용기와, 상기 저장용기의 하단부에 결합되며, 상기 저장용기에 저장되 살균액이 일정한 유량으로 토출되도록 내부가 다공성 매질로 채워져 있는 필터부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 수조본체에는 상기 수조본체의 공간부를 상기 배수관이 연결된 제1공간부와, 상기 배출관이 연결된 제2공간부로 구획하는 구획판이 설치되어 있으며, 상기 배수관을 통해 상기 제1공간부로 유입된 물은 상기 구획판의 상단부를 월류하거나 또는 상기 구획판에 관통 형성된 유동공을 통해 상기 제2공간부로 유동하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 제1공간부에는 상기 제1공간부를 2개의 공간으로 구획하는 보조 구획판이 더 설치되며, 상기 보조 구획판에 의해 구획되는 2개의 공간 중 어느 하나의 공간에는 상기 살균액 공급유닛이 배치되고 상기 배수관이 연결되며, 상기 보조 구획판의 하단부에는 유동홀이 관통 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 약수의 유량 및 살균액의 유량을 일정하게 함으로써, 약수에서의 염소 농도를 항상 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 약수를 효율적으로 살균할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음수용 소독장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 살균수조의 개략적인 사시도이다.
도 3은 살균수조의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선의 개략적인 단면도이다.
도 5는 살균액 공급유닛의 개략적인 사시도 및 분리사시도이다.
도 6은 살균액 공급유닛의 개략적인 모식도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음수용 소독장치에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음수용 소독장치의 개략적인 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 살균수조의 개략적인 사시도이며, 도 3은 살균수조의 개략적인 평면도이며, 도 4는 도 3의 A-A선의 개략적인 단면도이며, 도 5는 살균액 공급유닛의 개략적인 사시도 및 분리사시도이며, 도 6은 살균액 공급유닛의 개략적인 모식도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 음수용 소독장치(1000)는 약수터와 같은 공공 음수 시설에 설치되어 물을 살균 및 여과하기 위한 것으로, 유량조절수조(100)와, 살균수조(200)와, 여과수조(300)를 포함한다.

유량조절수조(100)는 약수 또는 지하수와 같이 외부로부터 공급되는 물(이하, 설명의 편의를 돕기 위하여 약수라고 함)을 일정한 유량으로 배출하기 위한 것으로, 이와 같이 약수를 일정한 유량으로 배출하는 것은 약수를 살균할 때 일정량의 염소 농도로 살균처리하기 위함이다.

본 실시예에 따른 유량조절수조(100)는 본체(10)와, 격벽(20)을 가진다. 본체는 외부로부터 이물질이 유입되는 것이 방지되도록 사방이 차단된 함체 형상으로 형성되며, 내부에는 빈 공간이 형성되어 있다. 본체(10)의 일측(우측)면의 상단부에는 약수가 공급되는 공급관(30)이 연결되며, 이 공급관(30)을 통해 본체의 내부로 약수가 공급된다. 그리고, 본체(10)의 좌측면에는 약수가 배출되는 배수관(50)이 연결되어 있다. 이때, 배수관(50)은 공급관(30) 보다 낮은 위치에 연결된다. 또한, 본체의 우측 하단부에는 토출관(40)이 연결되어 있다.

격벽(20)은 판 형상으로 형성되며, 본체(10)의 내부에 설치되어 본체 내부의 공간을 2개의 공간, 즉 좌측 공간과 우측 공간으로 구획한다. 이때, 좌측 공간은 배수관(50)과 연통되며, 우측 공간은 토출관(40)과 연통된다. 그리고, 격벽(20)의 하단부는 본체(10)의 바닥면에 결합되지만, 격벽(20)의 상단부는 본체의 천장과 일정 간격으로 이격된다. 특히, 격벽(20)의 상단부는 배수관(50) 보다 높은 위치까지 연장 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 유량조절수조(100)에 있어서, 약수는 공급관(30)을 통해서 본체의 내부로 공급되는데, 이때 약수는 격벽의 좌측 공간으로 공급되어 저장된다. 그리고, 이와 같이 약수가 유입되어 저장되면, 저장된 약수의 수위가 상승하다가 배수관(50)을 통해 일부의 약수가 배출되는데, 이때 공급관(30)을 통해 유입되는 약수의 유량이 배수관(50)을 통해 배출되는 약수의 유량보다 많은 경우에는 약수의 수위가 지속적으로 상승하게 된다. 그리고, 이와 같이 약수의 수위가 상승하다가 격벽의 상단부(즉, 기준수위)까지 도달하게 되면, 이후로는 약수의 수위가 더 높아지지 않고 약수가 격벽(20)을 넘어서 월류하게 되고, 월류된 약수는 토출관(40)을 통해 외부로 배출된다. 따라서, 본체 내부의 약수 수위가 일정한 수위(즉, 기준수위)로 유지되게 된다.

한편, 배수관(50)을 통해 배출되는 약수의 유량은 본체에 저장된 약수의 수위와 배수관(50)의 높이 차이인 h에 비례하게 되는데, 이때 약수의 수위가 기준수위로 일정하게 유지되므로, 배수관(50)을 통해서는 일정한 유량으로 약수가 배출되게 된다.

살균수조(200)는 유량조절수조(100)로부터 공급된 약수를 살균하기 위한 것으로, 본 실시예의 경우 살균수조(200)는 수조본체(210)와, 구획판(220,240)과, 보조 구획판(230)과, 살균액 공급유닛(400)을 포함한다.

수조본체(210)는 직육면체 형상으로 형성되며, 수조본체(210)에는 상단부를 개폐하는 덮개(211)가 회전 가능하게 설치된다. 수조본체(210)의 내부에는 빈 공간부가 형성되며, 수조본체의 우측면에는 배수관(50)이 연결되고 좌측면에는 배출관(250)이 연결된다.

구획판(220,240)은 수조본체(210)의 공간부를 구획하기 위한 것으로, 본 실시예의 경우 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 구획판(220,240)이 설치된다. 2개의 구획판(220,240)은 판 형상으로 형성되며, 수조본체의 내부에 설치되어 도 3에 도시된 바와 같이 수조본체의 공간부를 3개의 공간부 즉 배수관(50)과 연통되는 제1공간부(D1)과, 배출관(250)과 연통되는 제2공간부(D2)와, 제1공간부와 제2공간부 사이의 제3공간부(D3)로 구획한다. 그리고, 각 구획판(220,240)의 상단부에는 약수가 월류될 수 있도록 V 자 형성의 유동공(221,241)이 관통 형성된다.

보조 구획판(230)은 판상으로 형성되며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1공간부(D1)에 설치되어 제1공간부(D1)를 2개의 공간으로 구획한다. 2개의 공간 중 하나의 공간에는 후술하는 살균액 공급유닛(400)이 설치되고, 이 공간에 배수관(50)이 연결된다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 보조 구획판(230)의 하단부에는 유동홀(231)이 관통 형성된다.

살균액 공급유닛(400)은 살균액을 일정 유량으로 공급하기 위한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이 제1공간부(D1)의 내부에 설치된다. 본 실시예의 경우 살균액 공급유닛(400)은 저장용기(410)와, 필터부(420)를 포함한다. 저장용기(410)의 내부에는 수용공간(411)이 형성되어 있으며, 이 수용공간(411)에 살균액이 저장된다. 그리고, 저장용기의 바닥면에는 삽입구(412)가 관통 형성되며, 이 삽입구(412)에는 필터부(420)가 나사결합되도록 나사산이 형성된다.

참고로, 살균액은 약수에 포함된 미생물을 살균하기 위한 것으로, 차아염소산나트륨(Sodium Hypochlorite) 용액이나, 차아염소산수수(Hypochlorous Acid Water, 분자식 HOCl)와 같이 살균력을 가지는 액체를 의미한다.

필터부(420)는 중공의 형상으로 형성되며, 필터부의 상단부(421)는 저장용기의 삽입구(412)에 나사 결합된다. 필터부의 바닥면(422)에는 살균액이 배출되도록 다수의 미세홀이 형성되어 있다. 그리고, 필터부의 내부에는 저장용기에 저장된 살균액이 일정한 유량으로 토출되도록 다공성 매질이 채워져 있다.

이와 관련하여, Darcy의 이론(Darcy's law)에 의하면, 주어진 특성을 갖는 층을 통과하는 액체의 유동률은 필터 끝단 사이의 액체의 높이 차이에 비례하며 유동 경로 길이에 반비례함을 제시하였고, 유동량은 다공질 매질의 특성에 의존하는 계수 K에 비례하는 것으로 알려져 있다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

Q = -KA(Δh / Δl)

여기에서 Q는 유량, Δh/Δl은 수리경사이며, Δh는 가까운 두 점 사이의 수두변화를 의미하며, Δl은 두 점 사이의 거리를 나타낸다. 식에서 K는 길이/시간, 즉 속도의 차원을 갖는 계수에 해당하며, 이를 수리전도도(hydraulic conductivity) 또는 투수계수(coefficent of permeability)라고 하고 다음과 같이 정리된다.

K = -Q / [A(Δh / Δl)]

Darcy의 비례상수 K는 매질과 유체 모두의 함수이며, 유량은 유체의 비중(τ)에 비례하며, 동점성도(μ)에 반비례한다. 또한 유량은 매질을 구성하는 입자의 직경(d)의 제곱에 비례한다. 이러한 관계에서 Darcy의 법칙은 다음과 같이 표현된다.

Q = -(Cd²τA/μ)(Δh / Δl)

여기에서 C와 d²은 다공질 매질의 특성이며, τ, μ는 유체의 특성이며, 다공성 매질의 특성만을 나타내는 K를 고유투수계수(intrinsic permeability)라고 하며, 투수계수 K의 관계는 다음과 같다.

K_i=Cd², K=K_i[τ/μ]

고유투수계수는 공극 크기의 함수이며 통과 매질의 입자 크기가 작아질수록 물과 접촉하는 표면적이 증가에 비례하여 유동에 대한 마찰 저항을 증가시켜 고유투수계수가 감소한다. 분급이 양호한 매질에서 고유투수계수는 매질의 입경에 비례한다.

상기 식에 따르면, 액체(살균액)의 토출량은 입경의 제곱에 비례하고 거리에 반비례하므로, 이를 활용하여 다공성 매질을 선정(즉, 분말이 소재 및 입자 크기)을 선정하면, 원하는 유량으로 살균액을 토출하는 필터부를 제작할 수 있다. 참고로, 다공성 매질은 살균액과 반응하지 않는 고내구성의 물질로 선정되는 것이 바람직하며, 본 실시예의 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 조립규석, 미분말규석, 미분말장석, 미분말규석, 조립규석을 순차적으로 적층하여 필터부(차염필터)를 제작하였다.

보다 구체적으로 설명하면, 살균액(염소)를 공급하는 필터부는 차아염소산나트륨에 반응하지 않는 99.5 %이상의 순도를 가지는 규암을 70um , 20um로 분쇄하고, 2층 구조로 제작한다. 또한, 입자의 크기별 단위 시간당 일정한 액상의 염소를 공급하기 위해, 입도와 투수계수의 상관성을 실험을 통한 경험식으로 산출하고, 입자별 누적두께를 산출한다. 예시적으로 1분당 2리터의 약수가 유입될 경우 10%농도의 차아염소산나트륨 용액은 시간당 0.5ml가 공급되며, 약수의 유입량 대비 0.4 ppm의 농도를 일정하게 유지되도록 한다. 또한, 규암 미분말의 층간에 40um 크기의 활성장석 분발을 1cm 두께로 구성하여, 약수로부터 유입되는 중금속을 흡착하도록 하였다. 차아염소산나트륨의 공급필터는 15cm 정도의 수직 원통형으로 구성되며, 하루로부터 상부로 갈수록 세립질에서 조립질로 변화되도록 구성한다. 원통형 필터의 하부는 항상 수조본체 내부로 유입된 약수에 충분히 잠겨있도록 하여 지속적으로 염소가 공급되도록 한다.

상술한 바와 같이 구성된 살균수조(200)에 있어서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 배수관(50)을 통해 일정한 유량으로 살균수조로 약수가 공급되며, 이때 살균액 공급유닛(400)에서는 일정한 유량으로 살균액이 공급된다. 이후, 약수 및 살균액은 유동홀(231)을 통해 유동하여, 제1공간부의 타측 공간으로 유동한다, 이후, 제1공간부에서 약수의 수위가 높아지면, 첫 번째 구획판(220)에 형성된 유동공(221)을 통해 약수가 월류하여 제3공간부(D3)로 유동한다. 그리고, 제3공간부(D3)에서 약수의 수위가 높아지면, 다시 두 번째 구획판(240)의 유동공(241)을 통해 약수가 월류하여 제2공간부(D2)로 유동하고, 이후 배출관(250)을 통해 배출된다. 그리고, 이와 같이 약수와 살균액이 일정한 유량으로 공급되고, 약수가 월류하면서 유동하는 동안에 약수와 살균액이 서로 균일하게 혼합되므로, 약수는 항상 일정한 농도(염소 농도)를 유지하게 된다.

여과장치(300)는 배출관(250)과 연결되며, 배출관(250)을 통해 약수를 공급받는다. 여과장치의 내부에는 일반여과를 위한 규질모래층(320)과 장석질 모래층(330)이 마련되어 있으며, 약수에 포함된 이물질을 여과한 후, 토수관(350)을 통해 일정한 유량으로 약수를 토출한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 약수의 유량 및 살균액의 유량을 일정하게 함으로써, 약수에 포함된 염소의 농도를 항상 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 약수를 효율적으로 살균할 수 있다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 유량측정계나 전자밸브 등을 전혀 사용하지 않고 약수의 유량 및 살균액의 유량을 일정하게 제어하고 동시에 약수와 살균액을 균일하게 혼합할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 정수장치에는 별도의 전원공급장치가 필요하지 않으며, 이에 전력이 공급되지 않은 외진 장소에서도 정수장치를 설치 및 가동할 수 있다. 특히, 약수터는 주로 외진 산속에 위치한다는 점을 고려할 때, 본 발명에 따른 정수장치의 이점은 매우 크다고 할 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1000...음수용 소독장치 100...유량조절수조
10...본체 20...격벽
30...공급관 40...토출관
50...배수관 200...살균수조
220,240...구획판 230...보조 구획판
250...배출관 300...여과수조

Claims (5)

1. 외부로부터 물을 공급받아 저장하며, 상기 저장된 물을 일정한 유량으로 배출되는 배수관을 가지는 유량조절수조;
   상기 유량조절수조에서 배출된 물을 공급받으며, 상기 물에 포함된 미생물을 살균하는 살균액을 일정한 유량으로 공급하며, 상기 살균액과 상기 물을 균일하게 혼합시킨 후 배출하는 살균수조; 및
   상기 살균수조에서 배출된 물을 공급받으며, 상기 공급된 물을 여과하는 여과수조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음수용 소독장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유량조절수조는, 내부에 저장된 물의 수위가 기준수위 이상이 되면 월류됨으로써 상기 저장된 물의 수위가 상기 기준수위로 유지되며, 상기 배수관은 상기 기준수위 보다 낮은 위치에 설치되어 상기 배수관을 통해 일정한 유량으로 물이 배출되는 것을 특징으로 하는 음수용 소독장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 살균수조는,
   내부에 공간부가 형성되어 있으며, 일측면에 상기 배수관이 연결되고, 타측면에는 상기 배수관을 통해 공급된 물이 배출되는 배출관이 연결되어 있는 수조본체와,
   상기 수조본체의 내부에 설치되며, 상기 수조본체의 내부로 상기 살균액을 공급하는 살균액 공급유닛을 포함하며,
   상기 살균액 공급유닛은,
   상기 살균액이 저장된 저장용기와,
   상기 저장용기의 하단부에 결합되며, 상기 저장용기에 저장된 살균액이 일정한 유량으로 토출되도록 내부가 다공성 매질로 채워져 있는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음수용 소독장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 수조본체에는 상기 수조본체의 공간부를 상기 배수관이 연결된 제1공간부와, 상기 배출관이 연결된 제2공간부로 구획하는 구획판이 설치되어 있으며,
   상기 배수관을 통해 상기 제1공간부로 유입된 물은 상기 구획판의 상단부를 월류하거나 또는 상기 구획판에 관통 형성된 유동공을 통해 상기 제2공간부로 유동하는 것을 특징으로 하는 음수용 소독장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1공간부에는 상기 제1공간부를 2개의 공간으로 구획하는 보조 구획판이 더 설치되며,
   상기 보조 구획판에 의해 구획되는 2개의 공간 중 어느 하나의 공간에는 상기 살균액 공급유닛이 배치되고, 상기 배수관이 연결되며,
   상기 보조 구획판의 하단부에는 유동홀이 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 음수용 소독장치.

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