KR20170031836A - 수질정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질정화장치에 관한 것으로, 제1 정화수단; 제2 정화수단; 및 펌프; 를 포함하여, 정화 효율이 좋고, 수질정화에 화학물질을 사용하지 않아 인체에 무해할 뿐만 아니라 장치를 소형화하여 가정이나 개인 사업장 등에서도 쉽게 사용이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

수질정화장치{APPARATUS FOR PURIFYING WATER}

본 발명은 수질정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정화 효율이 좋고, 수질정화에 화학물질을 사용하지 않아 인체에 무해할 뿐만 아니라 장치를 소형화하여 가정이나 개인 사업장 등에서도 쉽게 사용이 가능한 수질정화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 물속에는 다량의 산소가 포함되어 수생식물이나 동물이 서식할 수 있는데, 만약 물속에 산소가 부족하게 되면, 물에 부영양화가 진행되므로, 물이 오염될 수 있다.

즉, 물속에 산소가 많이 포함될 경우, 물속에 포함된 영양분이 산소에 의해 분해되는 과정이 진행되어 청정한 물로 정화될 수 있는데, 물에 포함될 수 있는 용존 산소량은 그 한계가 있으므로 물에 오염물질이 다량으로 유입되는 경우 자체 정화는 어려워진다.

물속에 포함된 산소의 양인 용존 산소량이 높은 물은 과산화수소와 같은 살균작용도 겸하여 물속에서 나쁜 세균의 발생을 억제할 수 있다.

한편, 상기와 같이 물속에 산소를 포함시켜 이용하는 기술은 종래에는 수질 정화시설이나 양식장 및 세탁기 등에 주로 사용되고 있었는데, 정화시설에서는 산소 기포를 정화조의 내부에서 폭기하여 산소에 의해 오폐수의 분해를 활성화한다.

그러나, 이러한 정화시설은 통상 대형의 시설로 이루어져 유지비용도 많이 소요될 뿐 아니라 정화 효율도 심각하게 떨어진다.

게다가 현재 정화시설에서 사용하고 있는 방법 중 하나인 염소(Cl2)를 이용하는 것은 암을 유발하는 것을 알려진 트리할로메탄(Trihalomethane)을 생성할 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점이 보완된 수질정화장치의 필요성이 대두되고 있다.

대한민국 실용신안 등록 제20-0320333호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 정화 효율이 좋은 수질정화장치를 제공함에 있다.

또, 수질정화에 화학물질을 사용하지 않아 인체에 무해한 수질정화장치를 제공함에 있다.

또한, 장치를 소형화하여 가정이나 개인 사업장 등에서도 쉽게 사용이 가능한 수질정화장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 수질정화장치에 있어서, 오염수를 전기분해하여 정화하는 제1 정화수단; 상기 제1 정화수단을 통과한 오염수에 캐비테이션을 발생시켜 정화하는 제2 정화수단; 및 제1 정화수단과 제2 정화수단 사이에 배치되어 오염수를 상기 제1 정화수단을 통해 흡입하고, 상기 제2 정화수단을 통해 배출시키는 펌프; 를 포함하는 수질정화장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1 정화수단은, 양측이 개방되고, 개방된 양측 중 일측을 통해 상기 펌프에 연결되는 몸체; 양측이 개방되어 상기 몸체 내에 배치되고, 내측에 전원을 공급받아 오염수를 전기분해하는 다수의 전극판이 마련되는 정화부; 및 상기 몸체의 내면과 상기 정화부 사이에 형성되어 상기 정화부가 상기 몸체의 내면으로부터 떨어져 배치되도록 지지하는 지지부; 를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제2 정화수단은 벤튜리관인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 정화 효율이 좋은 수질정화장치가 제공된다.

또, 수질정화에 화학물질을 사용하지 않아 인체에 무해하다.

또한, 장치를 소형화하여 가정이나 개인 사업장 등에서도 쉽게 사용이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 분해도,
도 2는 도 1에 도시된 수질정화장치의 결합도,
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에서 사용되는 제1 정화수단의 단면도 및 일측면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 사용상태를 나타낸 사용상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 분해도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수질정화장치의 결합도이며, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에서 사용되는 제1 정화수단의 단면도 및 일측면도이다.

도 1 내지 도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치는 크게 제1 정화수단(100)과 제2 정화수단(200) 및 펌프(300)를 포함하여 구성된다.

제1 정화수단(100)은 오염수를 전기분해하여 정화하는 부분으로, 본 발명에서는 오염수를 1차로 정화하게 되는 부분이다. 이러한 제1 정화수단(100)은 몸체(110)와 정화부(120) 및 지지부(130)를 포함하여 이루어진다. 몸체(110)는 제1 정화수단(100)의 전체적인 외관을 구성하는 부분으로, 양측이 개방된 원통 형상으로 형성되며, 개방된 양측 중 일측을 통해 하기에 서술하는 펌프(300)의 유입구(310)에 연결된다. 물론, 몸체(110)의 형상은 도시된 것처럼 원통 형상으로 형성될 수도 있고, 이외에 단면이 삼각이나 사각 등 다각형 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수도 있다. 한편, 개방되어 있는 몸체(110)의 양측의 직경은 서로 다르게 구성될 수 있다. 즉, 도시된 것과 같이 몸체(110)의 개방된 양측 중 펌프(300)의 유입구(310)에 연결되는 일측의 직경이 더 작게 형성될 수 있는 것이다. 그리고, 정화부(120)는 실질적으로 오염수를 전기분해하는 부분으로, 양측이 개방되고 단면이 사각형인 사각관의 형상으로 형성되어 몸체(110)의 내측에, 몸체(110)의 길이방향을 따라 배치되며, 몸체(110)보다는 짧은 길이를 갖는다. 이는 사용상황에 따라 도면에 도시된 것보다 더 짧은 길이를 갖거나 몸체(110)와 같은 길이를 갖도록 형성할 수도 있다. 한편, 정화부(120)의 형상 또한 몸체(110)와 마찬가지로 사각관의 형상 외에 원통형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 정화부(120)의 내측에는 몸체(110)의 길이방향, 즉 오염수가 제1 정화수단(100)으로 유입되어 펌프(300)측으로 배출되는 방향을 따라 다수의 홈(120a)이 형성된다. 이러한 다수의 홈(120a)에는 전원을 공급받아 오염수를 전기분해하는 다수의 전극판(122)이 끼워진다. 전극판(122)은 서로 다른 극끼리 마주보도록 배치되는데, 본 발명에서는 5개의 전극이 +, -, +, -, + 순으로 배열된다. 전극판(122)은 다양한 재질로 형성될 수 있는데, 본 발명에서는 티타늄-루테늄(Ti-Ru) 재질로 된 전극판(122)을 사용하게 된다. 한편, 몸체(110)에는 통공(112)이 형성되어 전극판에 전원을 공급하기 위한 와이어(W)가 관통 설치될 수 있도록 하게 되며, 와이어(W)는 외부의 콘센트 등과 같은 전원공급장치(PS)에 연결되어 전원을 공급받을 수 있게 된다. 마지막으로 지지부(130)는, 몸체(110)의 내면과 정화부(120) 사이에 형성되어 정화부(120)가 몸체(110)의 내면으로부터 떨어져 배치되도록 지지하는 일종의 기둥 역할을 하게 된다.

제2 정화수단(200)은 제1 정화수단(100)을 통과한 오염수에 캐비테이션(Cavitation)을 발생시켜 정화, 즉 제1 정화수단(100)에서 1차로 정화된 오염수를 2차로 정화하는 구성요소이다. 이러한 제2 정화수단(200)으로 본 발명에서는 입구와 출구의 직경은 크고 중간 부분에는 직경이 작은 목이 형성되는 벤튜리관(Venturi tube)을 사용한다. 이처럼 캐비테이션에 의하여 수질을 정화하는 장치는 간단한 물리처리적 장치로서 경제적이면서도 2차적인 환경문제를 일으키지 않는 효과를 기대할 수 있다. 예를 들어, 알칼리 오존처리에 비해 훨씬 저렴하게 처리가 가능하고, 고온 가수분해 시설에서 발생하는 시설물의 고온부식이나 악취문제, 열교환기의 파울링 등의 문제가 전혀 없다는 장점이 있다. 한편, 본 발명에서는 하나의 제2 정화수단(200), 즉 하나의 벤튜리관을 사용하게 되나, 정화 효율을 높일 수 있도록 2개 이상의 벤튜리관을 서로 연결하여 사용할 수도 있다. 또한, 제2 정화수단(200)에 오존(Ozone)을 발생시켜 공급하는 오존공급장치(도시하지 않음) 등을 연결하여 수질정화효율을 더 높이도록 구성할 수도 있다.

펌프(300)는 제1 정화수단(100)과 제2 정화수단(200) 사이에 배치되어 오염수를 제1 정화수단(100)을 통해 흡입하고, 제2 정화수단(200)을 통해 배출시키는 구성요소이다. 이러한 펌프(300)에는 물이 흡입되는 유입구(310)와 물이 배출되는 유출구(320)가 형성되며, 유입구(310)에는 제1 정화수단(100)이 연결되고, 유출구(320)에는 제2 정화수단(200)이 연결된다. 펌프(300)는 시중에 출시되어 있는 통상의 펌프를 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 출력 17W의 펌프(300)를 사용하게 된다. 여기서, 도시된 도면에서는 펌프(300)의 유출구(320)에 연결되는 제2 정화수단(200)이 제1 정화수단(100)을 통해 펌프(300)측으로 유입되는 오염수의 흐름방향에 대해 거의 직각으로 교차하도록 설치되나, 이는 펌프(300)의 유출구(320)가 펌프(300)의 상부에 위치하기 때문이며, 유출구(320)가 펌프(300)의 측면이나 하부에 위치하는 경우 그에 따라 제2 정화수단(200)의 위치나 설치방향이 변경될 수 있다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 사용상태에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 사용상태를 나타낸 사용상태도이다. 여기서, 도 4에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 제1 정화수단을 간략하게 도시하였다.

도 4에서 나타나는 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치를 오염수가 저장되어 있는 저수조나 어항 등에 투입한 후 펌프(300)를 동작시키게 된다.

펌프(300)의 동작에 따라 펌프(300)의 유입구(310)를 통해 흡입력이 발생하게 되며, 이에 따라 유입구(310)에 연결되어 있는 제1 정화수단(100)의 내측으로 오염수가 유입된다. 이러한 오염수는 몸체(110)의 내측과 정화부(120) 사이, 즉 지지부(130)가 위치하는 부분을 통해 펌프(300)측으로 유입되기도 하나, 정화부(120)측으로 유입되는 오염수는 다수의 전극판(122)을 거쳐 펌프(300)측으로 흘러가면서 전기분해가 이루어져 OH 라디칼에 의한 1차 정화가 수행된다.

다음, 펌프(300)의 동작에 의해 제1 정화수단을 통과하면서 1차로 정화된 오염수는 펌프(300)의 유출구를 통해 배출되며, 유출구(320)에 연결되어 있는 제2 정화수단(200), 즉 벤튜리관으로 유입된다.

베르누이의 정리에 따르면 직경이 같은 유관에서 유체의 속도가 증가하면 압력이 감소한다. 따라서, 단면적이 작은 벤튜리관의 목 부분을 유체가 통과할 때 유체의 속도(유속)는 최대로 빨라지고, 그에 따라 유체의 압력은 최소로 감소하게 된다. 이때, 유체가 벤튜리관의 목 부분을 고속으로 통과할 때 그 후단부에서 발생하는 압력강하에 의해 유체 속의 용존 상태의 기체가 유체로부터 이탈하거나 물의 상변화가 일어나 미세기포가 생성된다.

즉, 펌프(300)의 동작에 의해 제1 정화수단(100)을 통과하면서 전기분해되어 기포가 발생한 오염수는 빠르게 제2 정화수단(200)을 통과하게 되고, 제2 정화수단(200), 즉 벤튜리관의 목 부분을 지나면서 미세기포가 발생하게 된다. 그리고, 오염수가 벤튜리관의 출구측으로 이동하면서 오염수의 속도가 느려지고 압력이 회복되어 미세기포가 파열되는 캐비테이션이 발생된다. 이러한 미세기포의 파열에 따라 OH 라디컬과 오존 등이 생성되며, 또한 기포의 파열에 따라 순간적으로 주변에 압력변화를 유발하여 오염수에 포함된 오염물을 파쇄함으로서 오염수를 2차로 정화하게 되는 것이다.

이처럼 전기분해를 통한 1차 정화와 캐비테이션을 통한 2차 정화를 통해 오염수가 정화되며, 이러한 과정은 펌프(300)의 동작이 유지되는 동안 계속해서 반복적으로 수행된다.

[실시예]

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 정화 효율을 비교해보기 위해 1차 정화, 즉 전기분해만 수행했을 때와 1차 및 2차 정화, 즉 전기분해와 캐비테이션을 이용한 정화를 수행했을 때를 실험하였다.

실험에 사용한 오염수로는 6L의 수돗물에 타겟(Target) 유기물로 p-니트로소디메틸아닐린(RNO; p-nitrosodimethylaniline)를 18mg 용해시켜 사용하였으며, 시간에 따라 용액을 추출하여 큐벳에 담고 분광기(Spectrometer)로 분석하여 정량적인 양을 분석 할 수 있었다.

제거율은

을 나타내어 전기분해만으로 수질정화를 수행했을 때와 전기분해와 캐비테이션을 사용하여 수질정화를 수행했을 때의 두 값을 비교해본 결과, 전기분해만 수행한 경우 약 40분 만에 80%가 정화되는 결과를 나타내었고, 전기분해와 캐비테이션을 사용한 경우 약 25분 만에 80%가 정화되는 결과를 나타내어 전기분해와 캐비테이션을 모두 사용하는 것이 높은 정화 효율을 나타내는 것을 파악할 수 있었다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치를 이용한 녹조제거 실험에서도 녹조를 제거하는데 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 점을 볼 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치는 정화 효율이 좋으면서도 수질정화에 화학물질을 사용하지 않아 인체에 무해하며, 게다가 크기가 작아 가정이나 개인 사업장 등에서도 쉽게 사용이 가능한 유용한 발명이라 할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100: 제1 정화수단 110: 몸체
112: 통공 120: 정화부
120a: 홈 122: 전극판
130: 지지부 200: 제2 정화수단
300: 펌프 310: 유입구
320: 유출구 W: 와이어
PS: 전원공급장치

Claims (3)

1. 수질정화장치에 있어서,
   오염수를 전기분해하여 정화하는 제1 정화수단;
   상기 제1 정화수단을 통과한 오염수에 캐비테이션을 발생시켜 정화하는 제2 정화수단; 및
   제1 정화수단과 제2 정화수단 사이에 배치되어 오염수를 상기 제1 정화수단을 통해 흡입하고, 상기 제2 정화수단을 통해 배출시키는 펌프;
   를 포함하는 수질정화장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 정화수단은,
   양측이 개방되고, 개방된 양측 중 일측을 통해 상기 펌프에 연결되는 몸체;
   양측이 개방되어 상기 몸체 내에 배치되고, 내측에 전원을 공급받아 오염수를 전기분해하는 다수의 전극판이 마련되는 정화부; 및
   상기 몸체의 내면과 상기 정화부 사이에 형성되어 상기 정화부가 상기 몸체의 내면으로부터 떨어져 배치되도록 지지하는 지지부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 정화수단은 벤튜리관인 것을 특징으로 하는 수질정화장치.

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