KR102122007B1 - 무 필터방식의 정수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필터를 이용한 여과방식이나 미생물 또는 화학적 정화 방식을 탈피하며 전처리과정 없이 반복적인 순환과정을 통해 피정수유체 내의 이물질 및 고형물을 침전과 응집시키고 원심분리기능을 이용하여 이물질 및 고형물을 응집 분리하는 반 영구적으로 사용가능한 무 필터방식의 정수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원수관을 통해 피정수유체가 필터링된 후 공급받아 여러 개로 분할된 챔버부를 순차적으로 오버플로우(Over-flow)시켜 상부를 통해 정수된 정수유체를 배출하는 동시에 하부에 침전 및 응집되는 고형물과 슬러지를 펌프의 작동으로 상향류(up-flow) 작용으로 분리 및 농축하는 사이클론 처리부로 유동시켜 이물질은 농축 분리 및 용존산소량(Dissolved oxygen)을 증대시킨 후 챔버부로 분리된 정수유체를 재 공급하는 반복적인 순환구조를 통해 무필터 방식으로 피정수유체를 정수하도록 구성하여; 막투과 방식이나 삽투압 방식의 필터 및 미생물을 이용하지 않고 순수한 순환에 의해 정수유체와 이물질 및 고형물, 슬러지를 분리하여 정수하도록 하는 효과가 있다.

Description

무 필터방식의 정수장치{Filterless water purification system}

본 발명은 정수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 순환 및 원심분리 작용을 이용해 오염된 다양한 물, 오일을 필터의 사용 없이 상수 및 하수 관리업종, 산업기계 운영업종, 우수처리 업종, 식품가공 업종, 양식업종, 냉각수를 이용하는 산업시설, 골프장, 정수가 요구되는 도서산간지역에 적용하여 사용가능한 무 필터방식의 정수장치에 관한 것이다.

일반적으로 정수설비(정수여과장치)의 필터를 거치지 않은 원수에는 여러가지 불순물이 함유되어 있는데, 불순물을 정수하지 않은 원수를 가정용 및 산업용, 예를 들어, 가정용에 수돗물 사용자 52%만 직접섭취 하고, 수돗물에 대한 불신대단히 크다, 수도계량기를 통해 각 가정 세대에 공급된 수돗물은 각 건물의 노후 배관에 의해 녹물과 이물질이 수돗물 속에 혼합되어 함께 흘러나와 수돗물을 직접마시기 어렵다 그러므로 실제로 마시는 물만 생수 및 정수기물로 섭취하고 있다 위와 같은 여러 부분을 해결할 방법이 요구되어왔습니다 또한 플라스틱 제품을 제조할 때 냉각수로 사용할 경우 열교환기 등에 불순물이 퇴적하여 열교환기의 성능에 막대한 지장을 초래하게 될 뿐만 아니라 측정오차 등으로 산업생산과 생야채를 생산하는 관개용수로 사용할 경우 농작물의 피해가 발생하게 된다

이와 같은 산업용 정수설비(정수여과장치)는 산업용 혹은 공업용 용수를 공급하는 설비로, 각종 제품을 가공 또는 제조할 때 냉각 또는 세척 등을 위해 지하수 원수에 포함되어 있는 유기 및 무기 오염물질, 각종 세균이나 바이러스, 중금속을 포함한 이온성 물질 등을 제거하여 정수된 물을 공급하기 위한 설비인데, 현재 광범위한 분야에서 사용되고 있으며 점차 그 사용범위가 확대되고 있는 설비이다

산업용 정수설비(정수여과장치)에 관하여 특허등록 제876548호 "산업용 정수장치", 공개실용신안 제1998-69008호 "산업용 정수기" 등 많은 기술이 출현했다 그런데, 산업용 정수기는 주로 지하수를 많이 사용하는 산업현장에서 주로 사용되는데, 지하수 또는 이물질 및 불순물이 섞인 오염수는 지역마다 수질의 차이가 많으므로 수질이 좋지 않은 곳에서는 정수기의 하우징 내부에 장착된 필터와, 이 필터를 장착하게 되는 정수설비의 구조가 복잡하고 산업용 정수설비(정수여과장치)에 설비된 필터 이외에 다른 구조로 지하수 또는 오염수에서 이물질을 제거하지 못하는 문제점이 있었다

이러한, 수처리공정에는 여러 종류가 있으나, 최근 정수, 하수, 폐수, 재이용, 해수담수화, 초순수 등의 처리에서 여과막(membrane)을 이용한 막여과장치의 사용이 증대되고 있다, 여과막은 입경의 크기 즉 공칭 공경(pore size)에 따라 정밀여과막(MF, microfiltration membrane), 한외여과막(UF, ultrafiltration membrane), 나노여과막(NF,nanofiltration membrane), 역삼투막(RO, reverse osmosis membrane)으로 나눌 수 있다.

막여과장치를 비롯한 수처리장치에 있어서, 회수율이란 유입된 원수인 피처리수 대비 최종 처리수의 양을 의미한다. 많은 피처리수가 투입되었음에도 처리수의 양이 적다면, 동일한 처리수량을 확보하기 위하여 그만큼 더 많은 공정 가동이 필요하여 비경제적이므로, 회수율을 높이기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

한편, 막여과공정에서 막오염(membrane fouling)을 제어하기 위해 여과모드(filtration mode)와 세정모드(cleaning mode), 특히 역세척(backwashing)을 일정 주기로서 연속적으로 가동하게 된다.

그런데 일반적으로 하나의 막여과부만 사용할 경우 그 회수율은 약 85% 내지 95%에 불과하다. 따라서 고회수율을 달성하기 위해서는 두 개 이상의 막여과부를 함께 사용하는 것이 일반적이다. 특히, 그 효율을 위하여 약85~95%의 높은 회수율을 갖는 1단의 막여과부와, 약 80~90%의 회수율을 가지며 역세척 농축수를 처리하는 2단의 막여과부를 함께 사용하는 것이 일반적이다. 이 경우 총 회수율은 98% 내지 99%인 것으로 알려져 있다.

이러한 종래기술에 따른 막여과공정 및 그 세정모드를는 전처리부에서 처리된 전처리수는 주처리부의 전처리 처리수 저류부에 저류되며, 제 1 막여과부에서 여과된 처리수는 막여과 처리수 저류부에 저류되어 후처리부로 이송되고, 제 1 막여과부에서 여과되지 못하고 미처리된 막여과 농축수는 제 1 역세척 농축수 저류부로 이송되고, 제 2 막여과부에서 재처리된 처리수는 막여과 처리수 저류부로 합쳐져서 저장되고, 미처리되어 배제된 제 2 농축수는 농축수 처리부로 이송된다.

상기 약품주입부를 통해 응집제, 산화제, 미생물방지제 등의 약품이 제 1 막여과부와 제 2 막여과부의 전단에 주입되고, 차아염소산나트륨(NaOCl) 과 같은 산화제는 막오염을 제어하기 위해 역세척 세정모드시 제1 막여과 역세척 펌프부와 제 2 막여과 역세척 펌프부의 전단에 주입된다.

여과공정 이후의 막오염 제어를 위한 세정공정을 위해 제 1 막여과부는 제 1 막여과 역세척 펌프부와 제 1 막여과 스크러빙 세정부에 의하여 물리세정되고, 제 2 막여과부는 제 2 막여과 역세척 펌프부와 제 2 막여과 스크러빙 세정부에 의하여 물리세정된다.

또한, 일반적으로 막여과공정에서 장시간의 운영에 의하여 막오염이 발생하여 여과막 본연의 성능이 저하되기 때문에 소정 시간의 여과공정 이후 역세척 (backwashing of water or air), 공기세척(air scrubbing), 플러싱(flushing) 등의 "물리세정(physical cleaning)"과 같은 세정공정을 실시하고, 물리세정으로 회복이 되지 않을 경우 화학약품을 사용하여 "화학세정(CIP, chemical in place)"을 실시한다.

먼저, 전처리 처리수 저류조의 전처리수는 제 1 막유입펌프를 거쳐 제 1 막여과모듈에서 여과되어 막여과 처리수 저류조에 저장된다. 또한, 2단 막여과공정의 여과모드로서 제 1 역세척 농축수 저류조에 저류된 1단 막여과공정의 미처리된 농축수가 제 2 막유입펌프로 제 2 막여과 침지조 내 제 2 막여과모듈에서 여과되어 막여과 처리수 저류조에 저장되고 여과되지 못한 더 농축된 슬러지는 농축수 처리부로 이송된다.

다음, 세정 모드(cleaning mode)는 제 1 막여과부의 제 1 막여과모듈(202A) 내에서 농축된 여과모드 직후 발생된 막여과 농축수는 하향류로서 제 1 역세척 농축수 저류조로 배수되고, 세정모드 시 제 1 막여과 스크러빙 공급기를 통한 제 1 막여과 스크러빙 세정부의 공기 세정(air scrubbing) 직후 공기세정 농축수가 제 1 역세척 농축수 저류조에 하향류로서 배출 및 이송되고, 막여과 처리수 저류조의 여과모드에서 생산된 처리수를 제 1 막여과 역세척 펌프를 통해 이용하여 역세척하며 직후 역세척 농축수는 제 1 역세척 농축수 저류조에 하향류로서 배출 및 이송된다.

또한, 제 2 막여과부의 세정모드시, 제 2 막여과 스크러빙 공급기를 통한 제 2 막여과 스크러빙 세정부의 공기 세정 직후 발생하게 되는 제 2 막여과 침지조 하부의 슬러지가 농축수 처리부로 하향류로 배출 및 이송되고, 막여과 처리수 저류조의 여과모드에서 생산된 처리수를 제 2 막여과 역세척펌프를 통해 이용하여 역세척하며, 직후 발생한 제 2 막여과 침지조하부의 슬러지는 농축수 처리부로 하향류 흐름으로 배출 및 이송된다.

이렇게, 상기에서 전술한 바와 같이 종래기술인 막여과공정의 물리세정 방법으로서 부상분리 방법의 적용은 버려지는 공기세정 농축수와 역세척 농축수의 흐름 방향이 하향류이고 부상분리 방법은 상향류이기 때문에 어려운 문제점이 있었다.

아울러, 상기에서 전술한 바와 같이 종래기술인 막여과공정의 물리세정 방법은 주기적으로 여과막이나 필터의 세척이나 교환이 필요하여 많은 유지비용이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 상기에서 전술한 바와 같이 종래기술인 막여과공정의 물리세정 방법은 대부분 세정대상이 물에 대하여 국한되어 유류나 냉각수의 정수를 원하는 산업현장에는 적용하지 못하는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-1660168호 등록특허 제10-1614651호 등록특허 제10-0363386호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 여과막투과 방식이나 삽투압 방식의 필터 및 미생물을 이용하지 않고 순수한 침전 및 순환에 의해 정수유체와 이물질 및 고형물, 슬러지를 분리하여 정수하도록 하는 무 필터방식의 정수장치를 제공하는데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 원심분리장치를 이용하여 유체와 이물질 및 고형물을 분리시켜 별도의 생물학적, 화학적 처리를 거치지 않는 순수한 침전 및 순환 정수 기능을 제공하는 데 있다.

더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 피정수유체가 정수챔버를 순환하면서 함유된 고형물이나 슬러지가 침전되어 별도로 배출하지 않고 재 순환시켜 응집 배출 수집하도록 하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 정수챔버의 바닥에 수집되는 고형물이나 슬러지는 별도의 동력을 이용하지 않고 높이 차를 이용한 자연적인 이동력에 의해 유동하도록 하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 피정수유체의 표면에 존재하는 유해 미생물이나 병원균을 살균하도록 하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 용도나 정수용량, 설치지점에 따라 순환식정수장치의 크기를 다양하게 조절가능하도록 하는 데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 무 필터방식의 정수장치는 정수장치에 있어서, 원수관에서 배출되는 피정수유체가 필터링된 후 공급받아 여러 개로 분할된 챔버부에 가득찬 후 순차적으로 오버플로우(Over-flow)시켜 상부를 통해 정수된 정수유체를 배출하는 동시에 하부에 침전 및 응집되는 고형물과 슬러지를 펌프의 작동으로 상향류(up-flow) 작용으로 분리 및 농축하는 사이클론 처리부로 유동시켜 이물질은 농축 분리 및 용존산소량(Dissolved oxygen)을 증대시킨 후 챔버부로 분리된 정수유체를 재 공급하는 반복적인 순환구조를 통해 무필터 방식으로 피정수유체를 정수하는 순환식정수장치에 있어서, 상기 순환식정수장치는 원수관의 하부에 피정수유체 및 사이클론 처리부에서 유체와 분리된 이물질 및 고형물을 제거하기 위한 순환식 필터부, 상기 필터부의 하부에 형성하는 챔버부는; 필터부에서 걸러진 이물질 및 고형물이 수집되는 수집챔버, 상기 수집챔버와 분할되며 필터부를 통과한 유체가 동시적으로 가득찬 후 순차적으로 오버플로우 방식으로 유동하도록 분할판으로 분할되는 제1정수챔버~제n정수챔버를 형성하는 단면이 'Y' 형태인 정수챔버, 상기 정수챔버의 하부에 침전되어 모아진 침전물 및 슬러지를 싸이클론 처리부로 공급하여 농축 이물질 및 고형물이 분리된 정수유체를 정수챔버로 재 공급하도록 구성하며, 상기 필터부는 컨베이어벨트 방식으로 작동하는 것으로 이물질 및 고형물은 걸러내고 유체를 통과시키는 메쉬(Mesh) 컨베이어벨트 형태로 이루어지는 벨트필터, 상기 벨트필터가 감겨져 구동하는 종동풀리와 구동풀리를 구성하고, 상기 정수챔버는 분할판이 설치되어 나눠지며 이물질 및 고형물, 슬러리가 침전되어 흘러 유동하도록 중앙을 향하며 하부로 경사진 제1경사바닥판을 형성한 역 오각형의 정수부, 상기 정수부의 제1경사바닥판과 하향 계단 형태로 연결되며 이물질 및 고형물, 슬러리가 모아져 펌핑을 위해 일측으로 이동하도록 경사지게 형성하는 상부가 개방된 디귿자 형태의 침전물수집부를 구성하고, 상기 침전물수집부는 바닥을 형성하는 제2경사바닥판은 이물질 및 고형물, 슬러지가 펌프를 통해 유동하도록 일 끝단이 기울어지게 형성하여 자연적으로 유동하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 무 필터방식의 정수장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 막투과 방식이나 삽투압 방식의 필터 및 미생물을 이용하지 않고 순수한 침전 및 순환에 의해 정수유체와 이물질 및 고형물, 슬러지를 분리하여 정수하도록 하는 효과가 있다.

그리고, 원심분리장치를 이용하여 유체와 이물질 및 고형물을 분리시켜 별도의 생물학적, 화학적 처리를 거치지 않는 순수한 침전 및 순환 정수 기능을 제공하는 효과가 있다.

더불어, 피정수유체가 정수챔버를 순환하면서 함유된 고형물이나 슬러지가 침전되어 별도로 배출하지 않고 재 순환시켜 응집 배출 수집하도록 하는 효과가 있다.

아울러, 정수챔버의 바닥에 수집되는 고형물이나 슬러지는 별도의 동력을 이용하지 않고 높낮이 차를 이용한 자연적인 이동력에 의해 유동하도록 하는 효과가 있다.

또한, 피정수유체의 표면에 존재하는 유해 미생물이나 병원균을 살균하도록 하는 효과가 있다.

그리고, 용도나 정수용량, 설치지점에 따라 순환식정수장치의 크기를 다양하게 조절가능하여 다양한 정수장치로 사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무 필터방식의 정수장치의 전체적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 챔버부의 종 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 챔버부의 일부분 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 무 필터방식의 정수장치에 적용하는 사이클론의 단면도,
도 5는 다른 실시 예에 따른 무 필터방식의 정수장치에 적용하는 사이클론의 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 무 필터방식의 정수장치의 정수상태를 나타낸 예시도,
도 7은 도 4에 따른 사이클론 처리부에 의한 정수 예시도,
도 8은 도 5에 따른 사이클론 처리부에 의한 정수 예시도,
도 9는 본 발명에 따른 무 필터방식의 정수장치의 정수 과정을 나타낸 처리순서도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구성을 첨부되는 도면을 참조로 설명하면, 정수장치에 관한 것으로, 원수관(10)에서 배출되는 피정수유체가 필터링된 후 공급받아 여러 개로 분할된 챔버부(20)에 가득찬 후 순차적으로 오버플로우(Over-flow)시켜 상부를 통해 정수된 정수유체를 배출하는 동시에 하부에 침전 및 응집되는 고형물과 슬러지를 펌프(30)의 작동으로 상향류(up-flow) 작용으로 분리 및 농축하는 사이클론 처리부(40)로 유동시켜 이물질은 농축 분리 및 용존산소량(Dissolved oxygen)을 증대시킨 후 챔버부(20)로 분리된 정수유체를 재 공급하는 반복적인 순환구조를 통해 무필터 방식으로 피정수유체를 정수하는 순환식정수장치(100)를 구성한다.

이러한, 상기 순환식정수장치(100)는 원수관(10)의 하부에 피정수유체 및 사이클론 처리부(40)에서 유체와 분리된 이물질 및 고형물을 제거하기 위한 순환식 필터부(50)를 형성한다.

상기 필터부(50)는 컨베이어벨트 방식으로 작동하는 것으로 이물질 및 고형물은 걸러내고 유체를 통과시키는 메쉬(Mesh) 컨베이어벨트 형태로 이루어지는 벨트필터(51)를 형성하는데, 벨트필터(51)는 피정수유체에 특성에 따라 단위 메쉬의 크기는 다르게 형성하며 원수관(10)과 사이클론 처리부(40)의 하부에 위치하도록 설치한다.

상기 벨트필터(51)가 감겨져 구동하는 종동풀리(52)와 구동풀리(53)를 구성하여, 상기 벨트필터(51)는 회전작동을 하여 원수관(10)과 사이클론 처리부(40)에서 배출되는 피정수유체에 포함된 이물질이 걸러지면 이송시켜 수집챔버(21)에 수집하는 작동을 한다.

한편, 상기 필터부(50)의 하부에 형성하는 챔버부(20)는 필터부(50)에서 걸러진 이물질 및 고형물이 수집되는 수집챔버(21)를 형성하며, 수집챔버(21)의 하부 일측에는 수집된 이물질 배출을 위한 문과 같은 배출구를 형성할 수 있다.

상기 수집챔버(21)와 분할되며 필터부(50)를 통과한 유체가 동시적으로 가득찬 후 순차적으로 오버플로우 방식으로 유동하도록 분할판(22)으로 분할되는 제1정수챔버(23a)~제n정수챔버(23n)를 형성하는 단면이 'Y' 형태인 정수챔버(23)를 형성한다.

여기서, 상기 제n정수챔버(23n)의 상부측에는 깨끗하게 정수된 청수가 배출되는 청수출구단(23n')을 형성한다.

이때, 상기 정수챔버(23)는 배열은 수집챔버(21)를 기준으로 순차적인 일렬 배치로 제1정수챔버(23a)~제n정수챔버(23n)를 설치하며, 각 챔버의 면적과 분할판(22)의 높이는 정수 용량 및 오버프로우 용량을 계산하여 산출하여 제작한다.

상기 분할판(22)의 높이는 제1정수챔버(23a)와 제2정수챔버(23b)의 사이에 위치하는 제1분할판(22b), 제2정수챔버(23b)와 제3정수챔버(23c)의 사이에 위치하는 제2분할판(22c), 제3정수챔버(23c)와 제n정수챔버(23n)의 사이에 위치하는 제3분할판(22d)을 설치하는데, 높이는 동일하게 형성한다.

상기 정수챔버(23)의 하부에 침전되어 모아진 침전물 및 슬러지를 싸이클론 처리부(40)로 공급하여 농축 이물질 및 고형물이 분리된 정수유체를 정수챔버(23)로 재 공급하도록 구성하는 것이다.

이러한, 상기 정수챔버(23)는 분할판(22)이 설치되어 나눠지며 이물질 및 고형물, 슬러리가 침전되어 흘러 유동하도록 중앙을 향하며 하부로 경사진 제1경사바닥판(24)을 형성한 역 오각형의 정수부(27)를 형성한다.

상기 정수부(27)의 제1경사바닥판(24)과 하향 계단 형태로 연결되며 이물질 및 고형물, 슬러리가 모아져 펌핑을 위해 일측으로 이동하도록 경사지게 형성하는 상부가 개방된 디귿자 형태의 침전물수집부(28)를 형성한다.

즉, 상기 정수챔버(23)를 단면을 투영하여 설명하면 정수부(27)와 침전물수집부(28)는 'Y'자 형태로 분할판(22)은 정수부(27)의 내부 공간에 설치되는 것으로 정수부(27)과 침전물수집부(28)는 서로 통하도록 구성한 것이다.

그리고, 상기 침전물수집부(28)는 바닥을 형성하는 제2경사바닥판(25)은 이물질 및 고형물, 슬러지가 펌프(30)를 통해 유동하도록 일 끝단이 기울어지게 형성하여 자연적으로 유동하도록 구성하는 것이다.

즉, 상기 정수챔버(23)의 바닥은 제1정수챔버(23a)를 기준으로 제n정수챔버(23n)의 방향으로 진행할수록 낮아지도록 제2경사바닥판(25)을 형성한다.

자세히 설명하면, 상기 정수챔버(23)에 피정수유체가 가득차면 이물질 및 고형물, 침전물이 제1경사바닥판(24)에 가라 앉으면 경사에 의해 이동하여 침전물수집부(28)로 이동된 후 침전물수집부(28)의 경사를 이동하여 이동한다.

여기서, 상기 정수챔버(23)에는 자외선살균램프(26)를 설치하여 수면에 존재하는 박테리아나 병원균, 세균 등을 살균하도록 구성하는데 본 발명에서는 제3정수챔버(23)의 상부에 별도의 프레임을 이용하여 설치하는 것을 예로 들어 설명하며 위치는 필요에 따라 변동가능할 것이다.

한편, 상기 사이클론 처리부(40)는 펌프(30)로부터 공급받는 공급단(41)이 일측에 형성되고 원심분리에 의해 응결 및 응집된 이물질 및 고형물이 배출되는 배출단(42)을 형성한 하부의 직경이 작은 테이퍼관 형태의 몸체(43)를 형성한다.

상기 몸체(43)의 상부에는 이물질 및 고형물이 분리된 정수유체를 상승시켜 정수챔버(23)로 배출시키도록 정수통로(44)가 중앙에 형성된 덮개(45)를 구성한다.

다른 실시 예로, 상기 덮개(45)의 정수통로(44)에는 몸체(43)에서 상승하는 유체의 배출을 안내하는 정수관(46)을 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 몸체(43)는 원통부(cylindrical section)와 원추부(conical section)가 결합된 통 형상의 실린더 형태로 구성한다.

상기 사이클론 처리부(40)는 원심력집진장치(CYCLONE) 원리를 이용하는 것으로 여과재, 물, 전기등의 다른 장치 사용 없이 가스와 먼지의 원심력과 관성력의 차이를 이용하여 직접적으로 분리 및 제거하는 장치로 입자가 크고 비중이 큰 먼지의 경우에는 단독으로 사용가능하도록 구성한 것이다.

이러한, 사이클론 처리부(40)의 적용 종류로 접선유입 방식은 피정수유체를 원통의 측면으로 유입시켜 처리하는 방식으로, 입구유속은 7~15m/s이며, 압력손실은 100mmAq 정도가 되도록 구성할 수 있다.

그리고, 축류 방식은 피정수유체를 움직이는 축 방향으로 유입시켜 처리하는 방식으로 나선형 유도깃을 설치하여 선회류를 생성시키는 것으로 입구유속은 10m/s이며, 압력손실은 80mmAq 정도로 멀티싸이클론으로 적용하여 구성할 수도 있다.

아울러, 상기 순환식정수장치(100)의 작동에 필요한 전력을 공급하기 위한 발전기(60)를 구성할 수 있는데, 발전기(60)는 실시간으로 정수 과정이 요구되는 장소에서 갑작스러운 단전이나 전력 공급이 원활하지 못할 경우에 대비하여 설치하며 필터부(50)를 작동시키 위한 모터 및 펌프(30), 자외선살균램프(26)에 전력을 공급하도록 별도로 설치한다.

더불어, 상기 순환식정수장치(100)는 발전기(60), 필터부(50), 펌프(30), 자외선살균램프(26)의 작동 제어를 위하여 별도의 제어부(70)를 설치하여 구성할 수 있다.

아울러, 상기 순환식정수장치(100)를 이용하여 정수 가능한 피정수유체는 상수, 하수, 우수, 양식장용 물, 오일류, 절삭유, 냉각수, 염수를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 순환식정수장치(100)의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(70)를 조작을 통해 필터부(50)의 벨트필터(51)가 회전하도록 작동시키는 동시에 원수관(10)을 통해 피정수유체를 필터부(50)의 벨트필터(51)로 배수시킨다.

이때, 상기 피정수유체에서 유체는 벨트필터(51)를 통과하고 이물질은 걸리지게 되며 회전하는 벨트필터(51)에 의해 수집챔버(21)로 모아진 이물질은 주기적으로 배출 처리 한다.

이후, 상기 필터부(50)에서 이물질이 제거된 피정수유체는 정수챔버(23) 제1정수챔버(23)의 내부로 유입되어 정수챔버(23)의 침전물수집부(28)부터 차올라 제1정수챔버(23a)~제n정수챔버(23n)으로 골고루 분산되어 차오른다.

다음으로, 상기 정수챔버(23)에 피정수유체가 가득찬 상태에서 원수관(10)을 통해 지속적으로 피정수가유체가 공급되면 설정된 정량으로 공급되면 제1정수챔버(23a)에 제1분할판(22b)을 오버플로우되어 제2정수챔버(23b)로 유동하고, 제2정수챔버(23b)에 피정수유체가 가득차면 제2분할판(22c)을 오버플로우되어 제3정수챔버(23c)로 유동하며, 제3정수챔버(23c)에 피정수유체가 가득차면 제3분할판(22d)을 오버플로우되어 제n정수챔버(23n)로 유동한다.

이때, 상기 제1정수챔버(23a)~제n정수챔버(23n)를 오버플로우되는 과정을 통해 유동할 때 벨트필터(51)의 의해 걸러지지 않으며 유체보다 비중이 큰 이물질 및 고형물, 슬러지는 제1경사바닥판(24)에 침전된다.

이렇게, 상기 제1정수챔버(23a)~제n정수챔버(23n)에 가득차거나 오버플로우되는 피정수유체의 이물질 및 고형물, 슬러지는 제1경사바닥판(24)에 침전된 후 경사를 따라 흘러 침전물수집부(28)로 이동하면 제2경사바닥판(25)의 경사를 따라 다시 일측으로 유동한다.

아울러, 상기 자외선살균램프(26)에서 자외선을 조사하여 유동하는 피정수유체의 박테리아나 병원균, 세균 등을 살균한다.

그리고, 상기 제2경사바닥판(25)에 의해 유동된 이물질 및 고형물, 슬러지는 경사를 따라 유동하여 이물질배출구(25a)를 통해 펌프(30)의 펌핑력으로 사이클론 처리부(40)로 공급된다.

즉, 상기 펌프(30)가 작동하면 제2경사바닥판(25)에 모아진 이물질 및 고형물, 슬러지를 함유한 피정수유체는 사이클론 처리부(40)의 공급단(41)을 통해 몸체(43)의 내벽면에 따라 회전하도록 분사한다.

자세히 설명하면, 피정수유체가 공급단(41)을 통해 몸체(43)의 내부로 유입되면 내벽면 접선방향으로 유입으로 몸체(43)의 내부에서 강한 회전력이 시작되고, 이로 인해 강력한 소용돌이 움직임이 내부에서 일어나며, 외측을 향한 이물질의 이동을 가속시키는 원심력이 발생하여 입자들은 원통부와 원추부를 통해서 나선형태로 하향 이동하게 된다.

그리고, 몸체(43) 내부의 강력한 와류운동(vortex motion) 내에 있는 입자는 중력(gravity), 원심력(centrifugal force), 항력(drag force)의 영향을 받는데, 중력의 영향은 다른 두 힘에 비해 작다. 미세한 입자(fine fraction)를 포함한 유체는 항력의 영향을 받아 몸체(43)의 중심부로 이동하고, 여기서 발생하는 강한 상승 흐름을 형성하여 중앙 상부의 정수통로(44)을 통해 배출되어 제2정수챔버(23)로 배수된다.

이때, 상기 사이클론 처리부(40)를 통해 정수되어 제2정수챔버(23b)로 유입된 유체는 제2정수챔버(23b)~제n정수챔버(23n)를 따라 순차적으로 유동하면서 추가 정수과정을 거치게 된다.

반면, 큰 입자(coarse fraction)는 원주 방향으로 작용하는 원심력의 지배를 받아 입자가 안쪽으로 흐르는 것을 방해받고, 이로 인해 몸체(43)의 내벽면으로 이동한 입자들은 내벽과 부딪치며 관성력(inertia force)을 잃고 원추부의 벽을 따라 흘러 슬러지 또는 죽 상태로서 하부 배출단(42)을 통해 분리되어 필터부(50)의 벨트필터(51)로 배출된 후 수집챔버(21)로 배출한다.

아울러, 상기 사이클론 처리부(40)에 정수관(46)이 형성된 경우에는 청수가 정수관(46)을 통해 정수통로(44)를 통해 제2정수챔버(23b)로 배수된다.

이때, 상기 제n정수챔버(23n)로 이동되어 정수가 완료되어 가득찬 청수는 청수출구단(23n')을 통해 배수된다.

즉, 상기 순환식정수장치(100)는 정수챔버(23)를 유동하면서 이물질을 침전시키는 정수방식과 사이클론 처리부(40)를 이용하여 이물질을 분리하는 정수방식을 이용하여 연속적이면서 반 영구적으로 정수처리가 가능한 특징이 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본원발명인 순환식정수장치를 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 원수관 20 : 챔버부
21 : 수집챔버 22 : 분할판
22b : 제1분할판
22c : 제2분할판 22d : 제3분할판
23 : 정수챔버 23a : 제1정수챔버
23b : 제2정수챔버 23c : 제3정수챔버
23n : 제n정수챔버 23n' : 청수출구단
24 : 제1경사바닥판 25 : 제2경사바닥판
25a : 이물질배출구 26 : 자외선살균램프
30 : 펌프 40 : 사이클론 처리부
41 : 공급단 42 : 배출단
43 : 몸체 44 : 정수통로
45 : 덮개 46 : 정수관
50 : 필터부 51 : 벨트필터
52 : 종동풀리 53 : 구동풀리
60 : 발전기 70 : 제어부
100 : 순환식정수장치

Claims (10)

1. 정수장치에 있어서,
   원수관(10)에서 배출되는 피정수유체가 필터링된 후 공급받아 여러 개로 분할된 챔버부(20)에 가득찬 후 순차적으로 오버플로우(Over-flow)시켜 상부를 통해 정수된 정수유체를 배출하는 동시에 하부에 침전 및 응집되는 고형물과 슬러지를 펌프(30)의 작동으로 상향류(up-flow) 작용으로 분리 및 농축하는 사이클론 처리부(40)로 유동시켜 이물질은 농축 분리 및 용존산소량(Dissolved oxygen)을 증대시킨 후 챔버부(20)로 분리된 정수유체를 재 공급하는 반복적인 순환구조를 통해 무필터 방식으로 피정수유체를 정수하는 순환식정수장치(100)에 있어서,
   상기 순환식정수장치(100)는 원수관(10)의 하부에 피정수유체 및 사이클론 처리부(40)에서 유체와 분리된 이물질 및 고형물을 제거하기 위한 순환식 필터부(50), 상기 필터부(50)의 하부에 형성하는 챔버부(20)는; 필터부(50)에서 걸러진 이물질 및 고형물이 수집되는 수집챔버(21), 상기 수집챔버(21)와 분할되며 필터부(50)를 통과한 유체가 동시적으로 가득찬 후 순차적으로 오버플로우 방식으로 유동하도록 분할판(22)으로 분할되는 제1정수챔버(23a)~제n정수챔버(23n)를 형성하는 단면이 'Y' 형태인 정수챔버(23), 상기 정수챔버(23)의 하부에 침전되어 모아진 침전물 및 슬러지를 싸이클론 처리부(40)로 공급하여 농축 이물질 및 고형물이 분리된 정수유체를 정수챔버(23)로 재 공급하도록 구성하며,
   상기 필터부(50)는 컨베이어벨트 방식으로 작동하는 것으로 이물질 및 고형물은 걸러내고 유체를 통과시키는 메쉬(Mesh) 컨베이어벨트 형태로 이루어지는 벨트필터(51), 상기 벨트필터(51)가 감겨져 구동하는 종동풀리(52)와 구동풀리(53)를 구성하고, 상기 정수챔버(23)는 분할판(22)이 설치되어 나눠지며 이물질 및 고형물, 슬러리가 침전되어 흘러 유동하도록 중앙을 향하며 하부로 경사진 제1경사바닥판(24)을 형성한 역 오각형의 정수부(27), 상기 정수부(27)의 제1경사바닥판(24)과 하향 계단 형태로 연결되며 이물질 및 고형물, 슬러리가 모아져 펌핑을 위해 일측으로 이동하도록 경사지게 형성하는 상부가 개방된 디귿자 형태의 침전물수집부(28)를 구성하고,
   상기 침전물수집부(28)는 바닥을 형성하는 제2경사바닥판(25)은 이물질 및 고형물, 슬러지가 펌프(30)를 통해 유동하도록 일 끝단이 기울어지게 형성하여 자연적으로 유동하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 무 필터방식의 정수장치.
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