KR100286850B1 - 공기 오존 혼합기 및 오존 포그 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본체(16)의 한단면으로부터 본체 타단측으로 연장되는 공기 유로(17)와, 공기 유로(17)의 하류단으로부터 본체 타단측으로 향하여 연장되는 슬롯(18)과, 슬롯(l8)의 하류단으로부터 본체(16)의 타단면으로 관통하는 가늘고 긴 혼합기 유로(19)와, 본체(16)의 외측면으로부터 혼합기 유로(19)의 상류단 근방으로 향하여 연장되는 오존 유로(20)와, 오존 유로(20)의 하류단에서 혼합기 유로(19)의 상류단 근방으로 연통하는 오존 주입구(21)를 구비하며, 슬롯(18)에 대한 혼합기 유로(19)의 유로 단면적비를 약 2 정도로 설정하여, 공기와 오존과의 혼합류 압력을 크게 저하시키지 않고서, 혼합류를 혼합기 유로(19)의 외부로 토출시켜, 분무화 노즐에 대한 분무 압력을 확보한다.

Description

공기 오존 혼합기 및 오존 포그 발생 장치
가정에서 배출되는 생활 배수나 사업소에서 배출되는 산업 배수는 하수도를 통하여 배수 처리 시설에 모여 여러가지 처리가 행하여져 정화된 후, 강이나 바다로 방류된다.
한편, 배수 처리 시설에 모여진 오수의 악취 확산을 억제하기 위해서 여러가지의 탈취 장치가 사용되고 있다.
도 1은 일본 실용 신안 공보 제3002318호에 개시된 오존 탈취 장치를 적용한 배수 처리 시설의 일례를 나타내는 것으로, 이 배수 처리 시설은, 상부가 개구된 형상의 처리조 구성체(1)와, 해당 처리조 구성체(1) 상부에 설치된 덮개(2)와, 해당 덮개(2)를 상하방향에 관통하며 또한 중간 부분에 배기팬(3)를 갖는 배기통(4)을 구비하고 있다.
처리조 구성체(1)는, 덮개(2)가 지표 근방에 위치하도록, 땅속에 매립되어 있으며, 처리조 구성체(1)의 내부에는, 사전 처리조(5), 조정조(6), 통기조(7)가 형성되어 있다.
사전 처리조(5)에는, 외부에서의 처리해야 할 오수가 비교적 큰 먼지를 제거하기 위해서 스크린(8)을 통하여 유입하도록 이루어져 있다.
사전 처리조(5)에서 처리가 행하여진 오수는, 해당 사전 처리조(5)에 하수 처리 시설의 외부로부터 새롭게 오수가 유입함에 따라, 사전 처리조(5)와 조정조(6) 사이의 댐부를 넘어서 조정조(6)로 흘러 들어 오며, 또한, 조정조(6)에서 처리가 행하여진 오수는, 사전 처리조(5)로부터 해당 조정조(6)로 새롭게 오수가 유입함에 따라, 조정조(6)와 통기조(7) 사이의 댐부를 넘어 통기조(7)로 흘러 들어오도록 이루어져 있다.
또한, 사전 처리조(5), 조정조(6), 통기조(7)에서 여러가지 처리가 행하여지며, BOD(생물 화학적 산소 요구량)등의 값이 법률, 조령등으로 규정되는 기준치이하로 정화된 오수는, 펌프(도시 생략)에 의해 통기조(7)로 퍼 올려져, 강이나 바다로 방류되도록 이루어져 있다.
오존 탈취 장치는, 공기를 여과하여 공기중에 혼재하는 가루 먼지등을 제거하는 필터 박스(9)와, 해당 필터 박스(9)에 의해 여과된 공기를 가압 및 감압하여 산소(02)를 추출하는 산소 발생기(10)와, 해당 산소 발생기(10)에서 송출되는 산소에 고전압을 인가하여 오존(03)를 생성하는 오존 발생기(ll)와, 공기를 흡인하여 토출하는 송풍기(12)와, 상류단 근처 부분이 덮개(2)의 윗쪽에 위치하며 또한 하류단 근처 부분이 덮개(2)의 하측에 위치하도록 상기의 덮개(2)를 관통하는 토출관(13)과, 해당 토출관(13)의 하류단 근처 부분에 접속되어 덮개(2)와 처리조 구성체(1)에 의해 둘러싸이는 공간(l4)에 연이어 통하는 복수의 분기관(15)을 구비하고 있다.
상기의 필터 박스(9), 산소 발생기(10), 오존 발생기(11), 송풍기(12)는, 처리조 구성체(1)의 외부에 배치되어 있으며, 오존 발생기(11)의 오존 토출구 및 송풍기(12)의 공기 토출구는, 토출관(13)의 상류단 근처 부분에 접속되어 있다.
도 1에 도시되는 배수 처리 시설에서는, 산소 발생기(10), 오존 발생기(11), 송풍기(12)를 작동시키면, 오존 발생기(11)에 의해 생성되는 오존 및 송풍기(12)로부터 토출되는 공기의 혼합류가, 토출관(13), 분기관(15)을 경유하여 덮개(2)와 처리조 구성체(1)로 둘러싸인 공간(14)에 유입된다.
이러한 혼합류에 포함되어 있는 오존에 의해서, 사전 처리조(5), 조정조(6), 통기조(7)에 있어서 처리해야 할 오수로부터 발산되는 황화수소(H2S), 암모니아(NH3)등의 악취 성분이 산화하면, 악취의 저감이 고려된다.
그런데, 대기중에서의 오존의 반감기는 약 13 시간 정도이고, 배수 처리 시설의 내부에서 먼저 상술한 바와 같이 오수로부터 발산되는 악취 성분이 오존에 의해서 산화되는 반응 속도는 그다지 빠르지 않고, 또한, 암모니아는 오존과의 반응에 필요한 시간이 길어, 한정된 시간내에서는 반응이 충분히 행하여지지 않는다.
이것들의 사유에 의해, 도 1에 도시되는 배수 처리 시설에서는, 오수로부터 발산되는 악취 성분이 오존에 의해서 충분히 산화되지 않고서, 미반응 오존과 함께 배기통(4)으로부터 외부로 방출되어, 배수 처리 시설 외부로 악취가 확산할 때가 있다.
또한, 오존과 물을 분무화 노즐에 의해 혼합 분무하여, 오존보다도 고활성인 하이드록시 라디칼(OH radical)을 생성시켜, 이 하이드록시 라디칼로 악취 성분을 산화시키도록 한 악취 제거가 제안되어 있지만, 오존 발생기(11)와 같은 오존 발생 수단으로 토출되는 오존류의 압력은, 1kg/cm2보다도 낮고, 오존 발생 수단으로 토출되는 오존류만으로서는 분무화 노즐로 물을 분무할 수 없기 때문에, 하이드록시 라디칼이 생성되지 않는다.
본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 오존과 물을 혼합 분무하는 분무화 노즐에 대한 분무 압력을 확보할 수 있도록 하여, 악취를 높은 효율로 제거하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 배수 처리시설의 오존 탈취에 이용되는 공기 오존 혼합기 및 오존 포그 발생 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 오존 탈취 장치의 일례를 적용한 배수 처리 시설을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 공기 오존 혼합기의 실시형태의 일례를 도시하는 단면도,
도 3은 본 발명의 오존 포그 발생 장치의 실시형태의 일례를 도시하는 도면,
도 4는 도 3에서의 분무화 노즐을 도시하는 단면도.
본 발명의 공기 오존 혼합기에 있어서는, 초음속 흐름이 유통하는 혼합기 유로를 가늘고 길게 형성하여, 혼합기 유로의 하류측 근처 부분에서 초음속 흐름에 발생하는 충격파나 초음속 흐름의 팽창파에 기인한 혼합기 유로의 상류단 근방부분의 압력 상승을 억지하며, 또한, 오존 주입구를 혼합기 유로의 상류단 근방부분에 연이어 통하게 하여, 혼합기 유로의 하류 근처 부분의 기류 유통상태의 영향을 받지 않고, 고압의 압축 공기류에 저압의 오존류를 혼입시켜, 공기와 오존과의 혼합류의 압력을 크게 저하시키지 않고서, 해당 혼합류를 혼합기 유로의 외부로 토출 한다.
본 발명의 오존 포그 발생 장치에 있어서는, 오존 발생기로부터 송출되는 저압의 오존류와 공기 압축기로부터 송출되는 고압의 압축 공기류를 공기 오존 혼합기에 의해서 혼합하며, 해당 공기 오존 혼합기로부터 송출되는 공기와 오존과의 혼합류, 및 물 공급 수단으로 송출되는 수류를 분무화 노즐에 의해서 혼합 분무하여, 오존과 미세물입자의 수분자로부터 고활성인 하이드록시 라디칼을 생성한다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 공기 오존 혼합기의 실시형태의 일례를 도시하는 것으로, 이 공기 오존 혼합기의 본체(16)에는, 본체(16)의 한단면으로부터 본체 타단측으로 향하여 연장되며 또한 하류단 근처 부분에서 서서히 유로 단면이 축소되는 공기 유로(17)와, 해당 공기 유로(17)의 하류단에서 본체 타단측으로 향하여 연장되며 또한 공기 유로(17)의 하류단에 거의 같은 유로 단면을 갖는 슬롯(18; slot)과, 상기 공기 유로(17) 및 슬롯(18)보다도 긴 전체 길이를 가져 슬롯(18)의 하류단에서 본체(16)의 타단면으로 관통하며 또한 슬롯(18)보다도 거의 큰 유로단면을 갖는 혼합기 유로(19)와, 본체(16)의 외측면에서 혼합기 유로(19)의 상류단 근방으로 향하여 연장되며 또한 본체 중심 근처 부분에서 유로단면이 작게되는 오존 유로(20)와, 해당 오존 유로(20)의 하류단에서 혼합기 유로(19)의 상류단 근방으로 연이어 통하는 오존 주입구(21)가 뚫혀 설치되어 있으며, 본체(16)는 금속 소재의 기계 가공, 또는 정밀 금속 주조에 의해서 형성되어 있다.
도 2에 도시되는 공기 오존 혼합기에 의해서 공기와 오존을 혼합할 때에는, 공기 유로(17)에 대하여, 공기 압축기로부터 토출되는 압력이 3∼5kg/cm2정도의 압축 공기류를 공급하며, 오존 유로(20)에 대하여, 오존 발생 수단으로 토출되는 압력이 lkg/cm2보다도 낮은 오존류를 공급한다.
공기 유로(17)에 공급한 압축 공기류는, 공기 유로(17)로부터 슬롯(18)에 유입할 때에 압축되며, 슬롯(18)을 경유하여 혼합기 유로(19)를 유통할 때에 팽창하여, 해당 혼합기 유로(19)를 하류측으로 향하여 초음속으로 유통하고자 한다.
오존 유로(20)에 공급한 오존류는, 혼합기 유로(19)를 유통하는 압축 공기류의 팽창에 기인하는 압력 저하에 따라, 오존 유로(20)로부터 오존 주입구(21)를 경유하여 혼합기 유로(19)의 상류단 근방부분에 흡인되어, 공기와 오존과의 혼합류가 혼합기 유로(19)를 하류측으로 향하여 유통하게 된다.
이와 같이, 도 2에 도시되는 공기 오존 혼합기로서는, 초음속 흐름이 유통하는 혼합기 유로(19)의 전체 길이를, 혼합기 유로(19)를 일반적인 라벨 노즐과 비교하여 가늘고 길게 형성되어 있기 때문에, 혼합기 유로(19)의 하류측 근처 부분에서 초음속 흐름에 발생하는 충격파나 초음속 흐름의 팽창파에 기인한 혼합기 유로(19)의 상류단 근방부분의 압력 상승이 억지된다.
또한, 오존 주입구(21)를 혼합기 유로(19)의 상류단 근방부분에 연이어 통과시키고 있기 때문에, 혼합기 유로(19)의 하류 근처 부분의 기류 유통상태의 영향을 받지 않고, 압력이 3∼5kg/cm2정도의 압축 공기류에 압력이 lkg/cm2보다도 낮은 오존류가 혼입되어, 공기와 오존과의 혼합류의 압력을 크게 저하시키지 않고서, 해당 혼합류를 혼합기 유로(19)로부터 공기 오존 혼합기의 외부로 토출시킬 수 있기 때문에 오존과 물을 혼합 분무하는 분무화 노즐에 대한 분무 압력을 확보하는 것이 가능하게 된다.
표 1은, 슬롯(18)의 유로 단면적(A0)에 대한 혼합기 유로(19)의 유로 단면적(A3)의 면적비(A3/A0)와, 공기 유로(17)의 상류단에서의 압축 공기류의 압력(Pl), 오존 유로(20)에서의 오존류의 압력(P2), 혼합기 유로(19)의 하류단에서의 공기와 오존과의 혼합류의 압력(P3), 혼합기 유로(19)의 하류단에서의 공기와 오존과의 혼합류의 마하수 M과의 관계를 계측에 의해서 구한 것이다.
면적비A3/A0 압축 공기류의 압력P1 오존류의 압력P2 혼합류의 압력P3 마하수M
4.4 4 0.75 1.5 3.0
3.4 4 0.55 1.5 2.2
2.0 4 0.45 1.5 2.2
일반적으로, 오존 발생기로 오존을 연속 토출시킬 때의 토출압은, 밀봉부의 성능등에 의해서 0.5kg/cm2이하로 제한되며, 또한, 분무화 노즐로 물을 분무시킬 때는, 1.5kg/cm2정도의 분무화 토출압력의 기류를 필요로 하기 때문에, 슬롯(18)에 대한 혼합기 유로(19)의 유로 단면적비 A3/A0는, 약 2 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
도 3, 4는 본 발명의 오존 포그 발생 장치의 실시형태의 일례를 도시하는 것으로, 도면 중, 부호(25)로 나타내는 공기 오존 혼합기는, 도 2에 도시하는 것과 동일하게 구성되어 있다.
이러한 오존 포그 발생 장치는, 공기를 가압 및 감압하여 산소(O2)를 추출하는 산소 발생기(22)와, 해당 산소 발생기(22)에서 송출되는 산소로부터 오존(03)을 생성하여 오존류를 토출하는 오존 발생기(23)와, 공기를 압축하여 압축 공기류를 토출하는 공기 압축기(24)와, 해당 공기 압축기(24)로부터 송출되는 압축 공기류와 오존 발생기(23)로부터 송출되는 오존류를 혼합하여 공기와 오존과의 혼합류를 토출하는 공기 오존 혼합기(25)와, 수저장조(도시 생략)에 저장되어 있는 물을 흡인하여 토출하는 급수 펌프(26)와, 공기 오존 혼합기(25)로부터 송출되는 공기와 오존과의 혼합류 및 급수 펌프(26)로부터 송출되는 물을 혼합하여 분무하는 복수의 분무화 노즐(2유체 노즐)(27)을 구비하고 있다.
상기의 산소 발생기(22), 오존 발생기(23), 공기 압축기(24), 공기 오존 혼합기(25), 급수 펌프(26)는, 배수 처리조(28)의 외부에 배치되며, 또한, 분무화 노즐(27)은, 배수 처리조(28)의 내부상측에 배치되어 있다.
분무화 노즐(27)은, 도 4에 도시되는 바와 같이, 기체 유로(29)를 갖는 기체 유통부(30)와, 해당 기체 유통부(30)의 하류단 근처 부분의 외주면 주위에 와류실(31)을 형성하도록 기체 유통부(30)에 대하여 일체적으로 형성되며 또한 하류단 근처 부분에 분무구(32)를 갖는 와류실 형성부(33)와, 해당 와류실 형성부(33)에 대하여 일체적으로 형성되며 또한 와류실(31)에 연이어 통하는 액체 유로(34)를 갖는 액체 유통부(35)로 구성되어 있다.
오존 발생기(23)의 오존 토출구에는, 오존 공급관(36)을 통하여 공기 오존 혼합기(25)의 오존 유로(20)(도 2 참조)가 접속되며, 공기 압축기(24)의 압축 공기 토출구에는, 공기 공급관(37)을 통하여 공기 오존 혼합기(25)의 공기 유로(17)(도 2 참조)가 접속되어 있다.
또한, 공기 오존 혼합기(25)의 혼합기 유로(19)(도 2 참조)에는, 공기 오존 공급관(38)을 통하여 각각의 분무화 노즐(27)의 기체 유로(29)(도 4 참조)가 접속되며, 급수 펌프(26)의 수토출구에는, 급수관(39)을 통하여 각각의 분무화 노즐(27)의 액체 유로(34)(도 4 참조)가 접속되어 있다.
또한, 오존 발생기(23)에는, 산소에 대한 무성방전에 의한 오존을 생성하는 것, 산소에 대한 연면(沿面)방전에 의한 오존을 생성하는 것, 산소에 대한 자외선 조사에 의해 오존을 생성하는 것 어느 것이라도 적용할 수 있다.
이하, 도 3, 4에 도시되는 오존 포그 발생 장치의 작동을 설명한다.
배수 처리조(28)에서의 오수의 정화 처리에 대응하여, 배수 처리조(28) 내부의 오수로부터 발산되는 황화수소(H2S), 암모니아(NH3)등의 악취 성분을 제거할 때에는, 산소 발생기(22), 오존 발생기(23), 공기 압축기(24), 급수 펌프(26)를 작동시킨다.
오존 발생기(23)는, 산소 발생기(22)가 추출한 산소로부터 오존을 생성하여, 압력이 0.5kg/cm2정도의 오존류를 토출하고, 공기 압축기(24)는, 공기를 압축하여 압력이 4kg/cm2정도의 압축 공기류를 토출하며, 급수 펌프(26)는 수저장조에서 흡인하여 수류를 토출한다.
공기 압축기(24)로부터 토출되는 압축 공기류는, 공기 공급관(37)을 경유하여 공기 오존 혼합기(25)의 공기 유로(17)(도 2 참조)에 유입하며, 또한, 오존 발생기(23)로부터 토출되는 오존류는, 오존 공급관(36)을 경유하여 공기 오존 혼합기(25)의 오존 유로(20)(도 2 참조)에 유입하고, 먼저 상술한 바와 같이, 공기 오존 혼합기(25)의 혼합기 유로(19)(도 2 참조)로부터 압력이 1.5kg/cm2정도의 공기와 오존과의 혼합류가 토출된다.
이러한 공기와 오존의 혼합류는, 공기 오존 공급관(38)을 경유하여 분무화 노즐(27)의 기체 유로(29)에 유입하며, 또한, 급수 펌프(26)가 토출하는 수류는, 분무화 노즐(27)의 액체 유로(34)에 유입하고, 해당 액체 유로(34)로부터 와류실(3l)로 흘러들어와 선회력이 부여된 수류에 대하여, 기체 유로(29)로부터의 공기와 오존과의 혼합류가 내뿜어지고, 분무화 노즐(27)의 분무구(32)에서 배수 처리조(28)의 내부로 오존과 미세물입자가 혼합된 오존 포그가 분무되고, 해당 오존 포그에 의해서 배수 처리조(28)에 저장되어 있는 오수의 액면이 덮어진다.
이 때, 분무화 노즐(27)의 와류실(31)의 내부에서 오존과 물이 접촉함에 의해, 고활성인 하이드록시 라디칼(OH radical)이 생성됨과 동시에, 분무화 노즐(27)로부터 분무되며 또한 배수 처리조(28)의 내부를 부유하는 오존과 미세물입자의 물분자가 반응하여, 하이드록시 라디칼이 계속적으로 생성되며, 이것에 의해 얻어진 하이드록시 라디칼 및 오존 포그에 포함되어 있는 오존에 의해서, 배수 처리조(28)에서 처리해야 할 오수로부터 발산되는 황화수소, 암모니아등이 산화되며, 또한, 오존 포그에 포함되어 있는 미세물입자에 암모니아등이 용해되어 배수 처리조(28)에 적하되어, 배수 처리조(28)의 탈취가 행하여진다.
상기의 하이드록시 라디칼은, 고활성이기 때문에, 하이드록시 라디칼에 의해서 악취 성분이 산화하는 속도는, 오존에 의해서 악취 성분이 산화하는 속도보다도 빠르고, 또한, 오존이 하이드록시 라디칼의 생성 원료가 되기 때문에, 배수 처리조(28)의 외부에 방출되는 공기에 악취 성분이나 미반응 오존이 포함되지 않고, 배수 처리조(28)의 외부에 악취가 확산되지 않는다.
또한, 본 발명의 공기 오존 혼합기 및 오존 포그 발생 장치는 상술한 실시형태만으로 한정되지 않고, 산소 발생기를 사용하지 않고서 물 전해에 의해 오존을 생성하는 오존 발생기등을 적용하는 것, 급수 펌프를 사용하지 않고서 수도관을 정지 밸브를 통하여 송수관에 접속한 구성으로 하는 것, 기타, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경을 행할 수 있는 것은 물론이다.
고압의 압축 공기류와 저압의 오존류를 혼합류의 압력을 크게 저하시키지 않고 토출하여, 오존과 물을 혼합하는 분무화 노즐에 대한 분무 압력을 확보하며, 분무화 노즐에서 혼합 분무되는 오존과 미세물입자의 물분자로 고활성인 하이드록시 라디칼를 생성하여 탈취를 도모하는데 적합하다.

Claims (3)

  1. 본체의 한단면으로부터 본체 타단측으로 향하여 연장되며 또한 하류단 근처 부분에서 서서히 유로 단면이 축소되는 공기 유로와, 해당 공기 유로의 하류단으로부터 본체 타단측으로 향하여 연장되며 또한 공기 유로의 하류단에 거의 같은 유로 단면을 갖는 슬롯과, 상기의 공기 유로 및 슬롯보다도 긴 전장을 갖고서 슬롯의 하류단으로부터 본체의 타단면으로 관통하며 또한 슬롯보다 약간 큰 유로 단면을 갖는 혼합기 유로와, 본체의 외측면으로부터 혼합기 유로의 상류단 근방으로 향하여 연장되는 오존 유로와, 해당 오존 유로의 하류단으로부터 혼합기 유로의 상류단 근방으로 관통하는 오존 주입구를 구비하며, 상기의 공기 유로, 슬롯, 혼합기 유로가 동축으로 위치하도록 구성한 것을 특징으로 하는 공기 오존 혼합기.
  2. 제 1 항에 있어서, 슬롯에 대한 혼합기 유로의 유로 단면적비를 약 2 정도로 설정한 공기 오존 혼합기.
  3. 본체의 일단면으로부터 본체 타단측으로 향하여 연장되며 또한 하류단 근처 부분으로부터 서서히 유로 단면이 축소되는 공기 유로와, 해당 공기 유로의 하류단으로부터 본체 타단측으로 향하여 연장되며 또한 공기 유로의 하류단에 거의 같은 유로 단면을 갖는 슬롯과, 상기의 공기 유로 및 슬롯보다도 긴 전장을 구비하여 슬롯의 하류단으로부터 본체의 타단면으로 관통하며 또한 슬롯보다 약간 큰 유로 단면을 갖는 혼합기 유로와, 본체의 외측면으로부터 혼합기 유로의 상류단 근방으로 향하여 연장되는 오존 유로와, 해당 오존 유로의 하류단으로부터 혼합기 유로의 상류단 근방으로 연통하는 오존 주입구를 구비하며, 상기의 공기 유로, 슬롯, 혼합기 유로가 동축으로 위치하도록 구성한 공기 오존 혼합기를 가지며, 공기 오존 혼합기의 공기 유로에 압축 공기류를 토출하는 공기 압축기를 접속하여, 공기 오존 혼합기의 오존유로에 오존류를 토출하는 오존 발생기를 접속하여, 기체와 물을 혼합하여 분무하는 분무화 노즐에, 공기 오존 혼합기의 혼합기 유로 및 물공급 수단을 접속한 것을 특징으로 하는 오존 포그 발생 장치.
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