KR20240063228A - 농업 및 산업용 용수 정제 시스템 - Google Patents

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KR20240063228A
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이길세
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이정철
이길세
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Abstract

본 발명은 급수부; 상기 급수부에 의해 급수된 용수를 여과하기 위한 제1필터유닛; 상기 급수부와 상기 제1필터유닛을 상호 연결하는 급수라인 상에 배치되어 용수에 포함된 칼슘 성분의 스케일을 제거하기 위한 스케일제거부; 및 상기 제1필터유닛을 거친 용수를 여과하기 위한 제2필터유닛;을 포함하도록 구현함으로써, 제2필터유닛의 멤브레인 필터부재에 대한 손상을 방지하기 위한 스케일 제거제 공급 구조를 통해 시스템 전체에 대한 크기를 컴팩트화 할 수 있고, 필터 성능을 상시적으로 최적화하여 퇴수량을 최대한 줄일 수 있도록 한 농업 및 산업용 용수 정제 시스템에 관한 것이다.

Description

농업 및 산업용 용수 정제 시스템{WATER PURIFICATION SYSTEM FOR AGRICULTURAL AND INDUSTRIAL}
본 발명은 지하수 등의 용수를 농업이나 산업용 적합한 수질의 용수로 정제 하여 공급하기 위한 정제 시스템에 관한 것으로, 특히 용수에 함유된 칼슘 등의 미네랄 이온이 역삼투압 필터를 거치면서 멤브레인 필터부재에 가해지는 손상을 방지하기 위해 스케일 제거제를 이용하여 연수화(軟水化)를 진행함으로써, 시스템 자체의 크기를 컴팩트화 할 수 있으면서 퇴수량을 최대한 줄일 수 있도록 한 농업 및 산업용 용수 정제 시스템에 관한 기술이다.
농업이나 산업용, 가정용 등으로 급수하는 용수를 정제(정화) 하기 위한 기술로는,
대한민국 특허등록 제10-1417303호 (2014.07.01.등록, 이하에서는 '문헌 1'이라고 함) 『금속이온을 함유한 용수의 정화방법』이 제시되어 있는 바,
문헌 1은 일측면인 금속이온을 함유한 용수의 금속이온을 함유한 용수를 준비하는 단계; 상기 준비된 용수에 오존을 투입하여 금속산화물을 형성하는 단계, 상기 금속산화물을 함유한 용수를 제 1 여과유닛에 투입하여 여과하는 제 1 여과단계, 상기 제 1 여과된 용수를 제 2 여과유닛에 투입하여 재여과하는 제 2 여과단계, 및 상기 제 2 여과된 용수를 배출하는 단계를 포함함으로써, 산화제나 응집제 등의 추가적인 첨가제를 이용할 필요가 없이 높은 효율로 금속이온을 제거할 수 있고, 주기적으로 여과장치를 세척하거나 여과장치의 필터를 교체해 주어 정화 효율을 높일 수 있는 금속이온을 함유한 용수의 정화방법에 관한 기술이다.
다른 기술로는, 대한민국 특허공개 제10-2018-0016436호 (2018.02.14.공개, 이하에서는 '문헌 2'라고 함) 『가정용 또는 산업용 용수를 정화하는 방법 및 디바이스』가 제시되어 있는 바,
문헌 2는 4와 12 g/l 사이의 건조 고체(MS)를 포함하는 슬러지를 획득할 수 있게 하는 생물학적 반응기를 통과한 이후, 방법은 유량 q로 규제부에 의해 분리된 일련의 챔버에 급송하는 단계, 유량 Q > q로 제2 챔버에 공기를 주입하여 에멀전을 획득하는 단계, 제3 챔버에 응집제를 주입하는 단계 및 드레인 팬에서 탈기된 에멀전을 회수하는 단계를 포함하고, 응집되고 포기된 슬러지는 팬의 상단 부분에 부유하고, 그래서, 잔여 액체 센트레이트는 100 mg/l 미만의 건조 고체 농도를 가지고, 50 mV 보다 큰 양성 레독스 전위를 가지며, 챔버의 입구에서의 슬러지의 레독스 전위에 비해 100 mV를 초과하는 값을 가지고, 생물학적 반응기로부터 상류에서 또는 생물학적 반응기 내로 재주입됨으로써, 생성된 유기 슬러지를 농축 및 탈수할 수 있는 생물학적 반응기를 이용하여 가정용 또는 산업용 용수를 연속적으로 정화하는 방법에 관한 기술이다.
문헌 1. 대한민국 특허등록 제10-1417303호 (2014.07.01.등록) 문헌 2. 대한민국 특허공개 제10-2018-0016436호 (2018.02.14.공개)
본 발명은 스케일 제거제를 이용하여 용수에 포함된 칼슘 등을 제거해 멤브레인 필터부재에 대한 손상을 방지할 수 있도록 한 농업 및 산업용 용수 정제 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가 본 발명은 마이크로 필터에 대한 자동 세정 기능을 마련한 농업 및 산업용 용수 정제 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 농업 및 산업용 용수 정제 시스템은,
급수부;
상기 급수부에 의해 급수된 용수를 여과하기 위한 제1필터유닛;
상기 급수부와 상기 제1필터유닛을 상호 연결하는 급수라인 상에 배치되어 용수에 포함된 칼슘 성분의 스케일을 제거하기 위한 스케일제거부; 및
상기 제1필터유닛을 거친 용수를 여과하기 위한 제2필터유닛;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 농업 및 산업용 용수 정제 시스템은,
멤브레인 필터부재에 대한 손상을 방지하기 위한 별도의 규모가 있는 장치를 스케일 제거제 공급 구조로 대체함으로써, 시스템 전체에 대한 크기를 컴팩트화 할 수 있고, 필터 성능을 상시적으로 최적화하여 퇴수량을 최대한 줄일 수 있도록 한 가장 큰 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 농업 및 산업용 용수 정제 시스템을 나타낸 블록 구성도,
도 3은 제1필터유닛의 마이크로필터에 대한 단면 구성도,
도 4는 도 3의 평면 구성도,
도 5는 제2필터유닛에 대한 단면 구성도.
이하 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 농업 및 산업용 용수 정제 시스템은,
크게 급수부(10), 제1필터유닛(20), 스케일제거부(40), 제2필터유닛(50)으로 이루어진다.
각 구성에 대해 살펴보면,
상기 급수부(10)는
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,
용수를 급수하기 위한 것으로,
집수된 장소나 집수되어 있는 탱크 등으로부터 펌프 등을 이용해 펌핑하여 급수하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제1필터유닛(20)은
제 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이,
상기 급수부(10)에 의해 급수된 용수를 여과하기 위한 것으로,
크게 마이크로필터(20A)와 카본필터(20B)로 구성된다.
이때 상기 마이크로필터(20A)가 1차 필터 기능을 하고, 상기 카본필터(20B)가 2차 필터 기능을 한다.
여기서 도 3에서와 같이, 상기 마이크로필터(20A)는 내부에 상하로 긴 원형의 공간부(211)를 갖는 필터하우징(21)과, 상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 중심에 상하로 배치되면서 상단이 상기 급수라인(30)의 출구와 연결되고 하단이 상기 카본필터(20B)의 입구와 연결되는 필터링 통로(22)와, 상기 통로(22)를 감싸면서 상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 내주면으로부터 이격되게 배치되는 마이크로 필터부재(23)와, 상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 상부 측을 차단하는 필터커버(24)와, 상기 필터부재(23)를 세정하기 위한 세정수단(25)으로 이루어진다.
특히 상기 세정수단(25)은 상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 바닥에 하단이 회전케 세워지며 상단이 상기 필터커버(24)를 지나 상방으로 노출되고 상기 통로(22)를 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치되는 둘 이상의 로드(251)와, 상기 로드(251) 내의 유로와 서로 연결되면서 상기 로드(251)의 상하 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되는 다수의 노즐(252)과, 상기 각 로드(251) 내로 세정수를 공급하기 위한 세정수 피더(253)와, 상기 각 로드(251)에 회전 동력을 전달하는 로드구동부(254)로 이루어진다.
나아가 상기 로드구동부(254)는 상기 각 로드(251)의 상단에 축 결합되는 종동기어(254a)와, 상기 각 로드(251)의 종동기어(254a)와 상호 맞물리는 기어튜스가 내주면을 따라 형성되는 환형(環形)의 구동기어(254b)와, 상기 구동기어(254b)가 축 결합되는 구동축을 갖는 구동모터(254c)와, 상기 종동기어(254a), 구동기어(254b), 구동모터(254c)를 감싸 보호하면서 내부 중앙 영역에 상하로 관통되어 상기 통로(22)와 대응되게 형성되는 대응통로(254d)를 갖고 상기 필터커버(24)에 장착되는 보호커버(254e)로 이루어진다.
결국 상기 세정수 피더(253)에 의해 공급된 세정수는 상기 각 로드(251) 내로 유입되어 이동한 후 상기 각 노즐(252)을 통해 토출되고, 이렇게 토출된 세정수는 상기 필터부재(23)에 대한 세정은 물론, 상기 필터하우징(21)의 내주면에 대한 세정을 실시함으로써, 상기 필터부재(23)에 대한 여과 성능을 유지 및 최적화 시킬 수 있도록 하는 데에 큰 도움을 준다.
그리고 상기 대응통로(254d)를 거쳐 상기 통로(22)로 유입된 용수는 상기 필터부재(23)에 의해 필터링 된 후 상기 카본필터(20B) 측으로 이송된다.
상기 스케일제거부(40)는
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이,
상기 급수부(10)와 상기 제1필터유닛(20)을 상호 연결하는 급수라인(30) 상에 배치되어 용수에 포함된 칼슘 성분의 스케일을 제거하기 위한 것으로, 다시 말해 순도가 높고 중금속 및 세균까지 걸러내는 RO(Reverse Osmosis) 필터 구조의 제2필터유닛(50)에서 용수에 포함된 칼슘이나 마그네슘 등이 통과되는 경우 필터를 위한 멤브레인 필터부재가 손상되기에 이를 방지하고자 상기 급수부(10)에서 공급된 용수에 포함된 칼슘을 제거하기 위한 것으로,
용수에 포함된 칼슘을 제거하는데 사용하는 스케일제거제 및 이를 수용한 탱크, 그리고 탱크의 출구와 상기 급수라인(30)을 상호 연결하는 보조라인을 갖는 구조로 이루어진다.
결국 용수는 스케일제거제와의 화학 반응으로 인해 용수에 함유된 칼슘이온이나 마그네슘이온 등이 나트륨이온으로 치환되어 제거되고, 이를 통해 연수화(軟水化, 칼슘 및 마그네슘과 같은 미네랄 이온이 들어 있지 않도록 성분을 없애는 일)된 후 상기 제2필터유닛(50) 측으로 공급된다.
상기 제2필터유닛(50)은
도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이,
상기 제1필터유닛(20)을 거친 용수를 최종적으로 여과하기 위한 것으로, 특히 순도가 높고 중금속 및 세균까지 걸러내며 이가원소, 미량원소, 박테리아 및 바이러스 등을 필터링하기 위한 것으로,
원통형의 하우징(51),
상기 하우징(51) 내부에 수직으로 세워지되 상단과 하단이 상기 하우징(51)의 내벽으로부터 이격되게 배치되는 속이 빈 외통(52),
상기 외통(52) 중심에 세워지는 속이 빈 내통(53), 그리고
상기 외통(52)과 내통(53) 사이에 배치되는 멤브레인 필터부재(54)
를 포함하는 RO(Reverse Osmosis, 역삼투압)필터 구조로 이루어진다.
결국 용수가 상기 하우징(51)의 내벽을 따라 상승한 후 상기 멤브레인 필터부재(54)를 하방으로 통과하고 다시 상기 내통(53) 내부를 지나 배수된다.
이때 상기 하우징(51)의 상단과 하단은 중단부 보다 단면 공간이 확장된 구조이기에 상기 외통(52)의 상단과 하단이 상기 하우징(51)의 상단과 하단으로부터 이격 됨에 따라 사이 공간이 확보되고, 이러한 사이 공간으로 용수가 유입되어 상승한 후 상기 하우징(51)의 상단 측 공간을 거쳐 상기 멤브레인 필터부재(54)를 지나면서 필터링 되며, 필터링 된 용수는 상기 하우징(51)의 하단 측 공간을 거쳐 상기 내통(53) 내부를 지나 배수된다.
한편, 본 발명에 따른 농업 및 산업용 용수 정제 시스템은
상기 제1필터유닛(20)과 상기 제2필터유닛(50)을 상호 연결하는 이송라인(60)과, 상기 제2필터유닛(50)과 상기 이송라인(60)을 상호 연결하는 중계라인(70)과, 상기 중계라인(70) 상에 배치되어 상기 제2필터유닛(50) 측으로 약품을 공급하여 상기 제2필터유닛(50)을 리싸이클링 하기 위한 약품 피더(80)를 더 포함한다.
특히 상기 중계라인(70) 상에는 고압펌프(71)와, 개폐밸브(72)가 더 구비됨으로써, 상기 고압펌프(71)는 용수 및 이에 포함되는 약품에 대한 이송 흐름을 유도하고, 상기 개폐밸브(72)는 중계라인(70)의 흐름을 개방하거나 차단하는 역할을 수행한다.
이때 첨가되는 약품은 상기 멤브레인 필터부재(54)를 약품 처리하여 대략 80~90% 수준으로 리싸이클링 하는 데에 도움을 준다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "농업 및 산업용 용수 정제 시스템"을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 급수부
20 : 제1필터유닛
20A : 마이크로필터
20B : 카본필터
21 : 필터하우징
22 : 통로
23 : 필터부재
24 : 필터커버
25 : 세정수단
251 : 로드
252 : 노즐
253 : 세정수 피더
254 : 로드구동부
254a : 종동기어
254b : 구동기어
254c : 구동모터
254d : 대응통로
254e : 보호커버
30 : 급수라인
40 : 스케일제거부
50 : 제2필터유닛
51 : 하우징
52 : 외통
53 : 내통
54 : 멤브레인 필터부재
60 : 이송라인
70 : 중계라인
71 : 고압펌프
72 : 개폐밸브
80 : 약품 피더

Claims (6)

  1. 급수부(10);
    상기 급수부(10)에 의해 급수된 용수를 여과하기 위한 제1필터유닛(20);
    상기 급수부(10)와 상기 제1필터유닛(20)을 상호 연결하는 급수라인(30) 상에 배치되어 용수에 포함된 칼슘 성분의 스케일을 제거하기 위한 스케일제거부(40); 및
    상기 제1필터유닛(20)을 거친 용수를 여과하기 위한 제2필터유닛(50);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 농업 및 산업용 용수 정제 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1필터유닛(20)은 마이크로필터(20A)와 카본필터(20B)로 구성되고,
    상기 제2필터유닛(50)은 RO(Reverse Osmosis, 역삼투압)필터 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 농업 및 산업용 용수 정제 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1필터유닛(20)과 상기 제2필터유닛(50)을 상호 연결하는 이송라인(60)과,
    상기 제2필터유닛(50)과 상기 이송라인(60)을 상호 연결하는 중계라인(70)과,
    상기 중계라인(70) 상에 배치되어 상기 제2필터유닛(50) 측으로 약품을 공급하여 상기 제2필터유닛(50)을 리싸이클링 하기 위한 약품 피더(80)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 농업 및 산업용 용수 정제 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로필터(20A)는
    내부에 상하로 긴 원형의 공간부(211)를 갖는 필터하우징(21)과,
    상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 중심에 상하로 배치되면서 상단이 상기 급수라인(30)의 출구와 연결되고 하단이 상기 카본필터(20B)의 입구와 연결되는 필터링 통로(22)와,
    상기 통로(22)를 감싸면서 상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 내주면으로부터 이격되게 배치되는 마이크로 필터부재(23)와,
    상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 상부 측을 차단하는 필터커버(24)와,
    상기 필터부재(23)를 세정하기 위한 세정수단(25)
    으로 이루어진 것을 특징으로 하는 농업 및 산업용 용수 정제 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세정수단(25)은
    상기 필터하우징(21)의 공간부(211) 바닥에 하단이 회전케 세워지며 상단이 상기 필터커버(24)를 지나 상방으로 노출되고 상기 통로(22)를 중심으로 방사상(放射狀)으로 배치되는 둘 이상의 로드(251)와,
    상기 로드(251) 내의 유로와 서로 연결되면서 상기 로드(251)의 상하 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되는 다수의 노즐(252)과,
    상기 각 로드(251) 내로 세정수를 공급하기 위한 세정수 피더(253)와,
    상기 각 로드(251)에 회전 동력을 전달하는 로드구동부(254)
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 농업 및 산업용 용수 정제 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 로드구동부(254)는
    상기 각 로드(251)의 상단에 축 결합되는 종동기어(254a)와,
    상기 각 로드(251)의 종동기어(254a)와 상호 맞물리는 기어튜스가 내주면을 따라 형성되는 환형(環形)의 구동기어(254b)와,
    상기 구동기어(254b)가 축 결합되는 구동축을 갖는 구동모터(254c)와,
    상기 종동기어(254a), 구동기어(254b), 구동모터(254c)를 감싸 보호하면서 내부 중앙 영역에 상하로 관통되어 상기 통로(22)와 대응되게 형성되는 대응통로(254d)를 갖고 상기 필터커버(24)에 장착되는 보호커버(254e)
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 농업 및 산업용 용수 정제 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101417303B1 (ko) 2012-07-19 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 금속이온을 함유한 용수의 정화방법
KR20180016436A (ko) 2015-05-29 2018-02-14 오레쥐 가정용 또는 산업용 용수를 정화하는 방법 및 디바이스

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