KR100353137B1

KR100353137B1 - 수 처리장치

Info

Publication number: KR100353137B1
Application number: KR1019990051860A
Authority: KR
Inventors: 문승수; 문익순
Original assignee: 주식회사 아쿠아플랜츠
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2002-09-19
Also published as: KR20010047572A; KR200179894Y1

Abstract

본 발명은, 수 처리장치에 관한 것으로서, 일측에 원수 유입구가 형성되어 원수가 저장되는 외통(12)과, 내부에 연소가스가 통과하며 상기 외통을 관통하여 설치된 연소관(14)과, 상기 외통의 내부에서 연소관의 외측에 연소관의 길이방향을 따라 설치된 1차관(16)과, 상기 외통의 내부에서 상기 1차관의 외측에 상기 1차관의 길이방향을 따라 설치된 2차관(18)을 포함하되; 상기 1차관의 길이방향 일측면은 막히고 길이방향 타측면은 트이며, 상기 외통에 저장된 원수가 상기 1차관의 내부로 유동하도록 연결관(28)이 상기 1차관의 막힌 일측면과 상기 외통의 외주면을 연통/연결하며, 상기 2차관에는 상기 1차관의 내부 길이방향과 상기 2차관의 내부 길이방향을 지나면서 형성된 정화수가 유출하도록 정화수 유출구가 형성되어 있으므로, 지하수, 하천수, 오염수등의 원수를 정화수로 간단히 변환시켜 정제할 수 있게 하므로써 깨끗한 물을 효율적으로 얻을 수 있게 한다.

Description

수 처리장치{apparatus for treatment of water}

물은 생명의 원천으로서 생명체의 건강에 가장 큰 영향을 끼친다. 그러나 현대 산업사회를 거치면서 물의 오염은 심각한 상태에 이르러, 지표수나 지하수를 막론하고 단지 물을 끓여 먹는다고 해도 물속에 함유된 유해물질은 그대로 없어지지 않고 생명체의 건강을 위협하게 되었다.

깨끗한 물을 얻기 위해 필터를 사용하여 정수를 하거나, 수증기를 만든 다음액화하여 증류수를 얻는 방법이 개발되어 있으나, 필터를 이용한 정수는 필터링되는 물질에 한계가 있고, 증류수를 얻는 방법은 물속에 포함된 유기물질이 증기 속에 함께 섞어 액화되므로 완전한 정화 방법이 되지 못하고 있다.

최근에는 슬러지의 열처리 방법으로 제조된 짐프로(zimpro)법을 모체로 고온에서 습-공기(wet-air)산화법으로 대개 온도를 175⁰C ~ 315⁰C에 근접시켜 유기물을 산화시키는 공법이 있고, 초임계 습식산화(super critical wet oxidation)법으로 물의 임계온도보다 높게 하여 유기물을 산화시키는 방법이 개발되고 있으며, 또한, 임계온도보다 낮은 온도에서 촉매를 사용하여 유기물질을 산화시키는 방법도 개발되고 있다.

그런데, 이와같이 물속에 함유된 유기물질을 산화시켜 제거하는 수처리 방법에서 물을 가열하여 증기로 만드는 부분은 수처리 장치의 핵심 부분이지만, 현재까지 개발된 장치는 여러 부분으로 분리되어 효과적으로 전열이 이루어지지 못하고 그 효율이 낮아 유기물을 산화처리하는 초임계 습식산화법의 우수함에도 불구하고 실험적으로만 오염수를 처리하는 초임계 산화방법이 알려져 있고, 오염된 물등의원수를 처리하는 상용화 방법으로 초임계 습식산화법이 채택되지 못하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어 진 것으로서, 본 발명의 목적은, 구조가 콤팩트하고, 유기물질을 중심으로 형성된 물 클러스터(cluster)를 효율적으로 파괴하여 정화수를 발생시키므로써 원수를 효과적으로 처리하여 깨끗한 물을 얻을 수 있게 하는 수 처리장치를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 수 처리장치의 길이방향 단면도,

도2는 도1의 좌측면도,

도3은 본 발명의 제2실시예에 의한 수 처리장치의 길이방향 단면도,

도4는 도3에서 화살표 A-A선에 따른 단면도,

도5은 본 발명의 제3실시예에 의한 수 처리장치의 길이방향 단면도,

도6은 본 발명의 수 처리장치에서 정화수가 발생되는 과정을 나타내는 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 외통 14 : 연소관

16 : 1차관 18 : 2차관

28 : 연결관 32 : 디미스터

S1, S2, S3 : 제1, 제2, 제3공간 S4 : 사이 공간

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명에 의한 수 처리장치는, 일측에 원수 유입구가 형성되어 원수가 저장되는 외통과, 내부에 연소가스를 통과하며 상기 외통을 관통하여 설치된 연소관과, 상기 외통의 내부에서 연소관의 외측에 연소관의 길이방향을 따라 설치된 1차관과, 상기 외통의 내부에서 상기 1차관의 외측에 상기 1차관의 길이방향을 따라 설치된 제2차관을 포함하되; 상기 1차관의 길이방향 일측면은 막히고 길이방향 타측면은 트이며, 상기 외통에 저장된 원수가 상기 1차관의 내부로 유동하도록 연결관이 상기 1차관의 막힌 일측면과 상기 외통의 외주면을 연통/연결하며, 상기 2차관에는 상기 1차관의 내부 길이방향과 상기 2차관의 내부 길이방향을 지나면서 형성된 정화수가 유출하도록 정화수 유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 연결관에는 상기 1차관으로 유입하는 원수에 산소 또는 공기를 혼합시키도록 산소 또는 공기주입관이 결합되어 있는 것이 바람직하다.

상기 1차관은 상기 연소관의 연소가스 입구측으로 갈수록 직경이 크게 되어있는 것이 바람직하다. 이때, 상기 1차관은 이중벽으로 되어 있는 것이 바람직하고, 이 이중벽의 사이 공간은 진공으로 되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 이중벽의 사이 공간은 상기 연소관의 연소가스 입구측으로 갈수록 넓어지게 되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연소관에서 1차관의 내부로 전달되는 열의 전열면적을 넓게 하도록 상기 연소관의 외주면에는 상기 1차관의 내주면을 향하여 다수의 제1전열핀이 부착되어 있는 것이 바람직하며, 상기 제1전열핀의 높이는 상기 연소관의 연소가스 입구측으로 갈수록 높게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 2차관에서 외통의 내부로 전달되는 열의 전열면적을 넓게 하도록 상기 2차관의 외주면에는 상기 외통의 내주면을 향하여 다수의 제2전열핀이 결합되어 있는 것이 바람직하다.

상기 연결관의 입구측에는 상기 외통에 저장된 원수중의 증기만을 통과시키도록 디미스터가 결합되어 있는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1 및 도2는 본 발명의 제1실시예를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 받침대(10)상에는 원통형으로 된 외통(12)이 설치되어 있고, 상기 외통(12)의 중간부에는 길이방향으로 연소관(14)이 설치되어 있으며, 상기 외통(12)의 내부에서 상기 연소관(14)의 외측에는 연소관(14)의 길이방향을 따라 1차관(16)이 설치되어 있고, 상기 외통(12)의 내부에서 1차관(16)의 외측에는 1차관의 길이방향을 따라 2차관(18)이 설치되어 있다.

상기 외통(12)의 외주면 일측에는 원수가 유입하도록 원수 유입관(20)이 설치되어 있고, 외통(12)의 저면에는 외통(12)의 저장된 원수에서 농축되어 저류하는 찌꺼기를 외부로 빼내도록 트랩관(30)이 설치되어 있다.

상기 연소관(14)의 중간부, 즉 도시하지 않은 버너에 연결된 연소공기 입구(22)와 도시하지 않은 배기관에 연결된 연소공기 출구(24)사이에는 전열면적을 높이도록 굴곡면(26)이 형성되어 있다.

상기 외통(12)의 외주면 상측과 상기 1차관(16)의 막힌 부위는 연결관(28)에 의해 연통/연결되어 있다. 상기 외통(12)과 상기 연결관(28)이 연결된 부위에는 외통(12)에서 증발된 증기만이 상기 연결관(28)으로 유입되도록 디미스터(32)가 결합되어 있다. 상기 디미스터(32)는 한겹 또는 다수겹의 스테인레스 철망등으로 되어 있다.

상기 1차관(16)은, 상기 연소관(14)의 연소공기 출구측이 상기 연소관(14)의 외주면에 용착되어 막혀 있고, 상기 연소관의 연소공기 입구측이 트여 있다. 그리고, 상기 1차관(16)의 트인 부분을 지지하도록 상기 1차관(16)의 내측에는 도시하지 않은 지지리브가 결합되어 있다. 이 지지리브는 상기 1차관의 내주면과 상기 연소관의 외주면에 그 양단이 각각 고정되어 있다.

상기 2차관(18)에는 2차관(18)의 내부에서 발생된 정화수가 유출하도록 정화수 유출관(34)이 연결/설치되어 있으며, 2차관(18)의 주면에는 전열면적을 높이도록 굴곡면(36)이 형성되어 있다.

도2에 도시한 바와 같이, 상기 연결관(28)은 1차관(16)의 가장자리 측으로 소정거리(C1) 치우쳐져 상기 1차관(16)의 내부로 관통되어 있고, 상기 연소관(14)과, 1차관(16) 및 2차관(18)의 중심은 상기 외통(12)의 중심에서 소정거리(C2) 하측으로 치우쳐져 있다.

이와 같이 구성된 수 처리장치에서, 상기 외통(12)의 내주면과 2차관(18)의 외면 사이에는 원수가 저장되는 제1공간(S1)이 형성되고, 상기 연소관(14)의 외주면과 1차관(16)의 내주면 사이에는 증발된 원수가 유입하는 제2공간(S2)이 형성되어 있고, 상기 1차관(16)의 외주면과 2차관(18)의 내주면 사이에는 상기 제2공간(S2)를 통과하면서 발생된 정화수가 상기 제1공간(S1)에 있는 원수를 데우고 유출하도록 제3공간(S3)이 형성되어 있다. 상기 1차관(16)의 트인부(38)는 연소관에 연소가스가 유입되는 쪽에 형성되어 있고, 이 트인부(38)는 상기 제3공간(S3)으로 통하게 되어 있다.

또한, 상기 1차관(16)은, 1차관의 내측의 제1공간(S1)에서 1차관의 외측의 제2공간(S2)으로 열전도가 일어나지 않도록 소정의 단열성을 가진 재질로 되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 의한 수 처리장치에서, 지하수, 하천수, 축산 폐기수, 폐수등의 원수가 도시하지 않은 필터를 거쳐 원수 유입관(20)을 통해 외통(12) 내부의 제1공간(S1)에 유입된다. 이때, 제1공간(S1)에 유입되는 원수에는 산소 또는 공기가 주입되어 있다.

상기 제1공간(S1)에 유입된 원수는 후술하는 제3공간(S3)을 지나가는 정화수에서 전달되는 열에 의해 증발되어, 연결관(28)을 통해 제2공간(S2)의 우측(도1에서 본 방향)에 유입된다. 이때, 연결관(28)은 1차관(16)의 중심선에서 가장자리측으로 이격되어 있으므로, 증발된 원수는 1차관의 내부로 회전하면서 유입된다. 상기 제2공간(S2)에 유입되는 증기 온도는 100⁰C ~ 140⁰C 이다. 이때, 상기 디미스터(32)는 끓는 버블(bubble)이 연결관(28)으로 유입되는 것을 방지한다.

한편, 도시하지 않은 버너에서 연소된 연소가스는 도1에서 화살표로 지시하는 바와 같이, 연소관(14)의 내부 좌측에서 우측으로 이동한다. 따라서, 제2공간(S2)의 우측에 유입된 증기는 좌측으로 이동하면서 연소공기에서 전달되는 열에 의해 증기내에 포함된 휘발성 유기 용매가 산소와 같이 산화되어 CO_2,N₂, H₂O로 변환되어 정화수로 변하여, 1차관(16)의 트인부(38)에 도달하였을 때 증기의 온도는 600⁰C ~ 1200⁰C로 된다.

이와 같이 원수내의 유기용매가 산화되어 정화수가 되는 과정이 도6에 도시되어 있다. 정화수는 물분자가 유기물과 완전히 분리된 상태의 물을 말한다. 물 분자의 작은 덩어리(water cluster)는 미세하면 할수록 물의 특성이 향상되는데, 순수한 물은 물분자 내에 어떠한 불순물도 개재되어 있지 않고 분자별로 서로 수소이온 결합의 강약을 조절하여 미세한 분자 클러스터(cluster)를 구성하고 있는 상태이다.

만약 물분자 속에 어떤 오염물이 존재하면 이 오염물을 핵으로 하여 큰 물 클러스터(cluster)를 구성하며, 이러한 오염 물질이 과다하면 물 전체가 클러스터로 존재하게 된다. 물의 클러스터를 깨기 위해서 물분자의 고유진동과 비슷한 파장을 가진 원적외선을 조사하면 동일 파장대에서 공진효과가 일어나 분자의 결합력을잃게 되어 미세한 분자 클러스터로 된다. 이 원적외선은 물의 초임계온도인 600⁰C ~ 1200⁰C에서 발산되는 원적외선이 가장 효과적이게 된다.

도6에 나타낸 바와 같이, 600⁰C ~ 1200⁰C 이상의 온도에서 증기가 가열되면, 다량의 원적외선에 의해 클러스터가 완전히 조각나서 물분자의 단체로서 분자간의 틈새를 최대로 확대하여 분자속에 개재된 유기물등 어떠한 환원성 불순물도 산소와 결합하여 CO_2,N₂, H₂O로 변하여 물속에 용해된다.

상기 트인부(38)에서 미세한 클러스터로 된 증기는 제3공간(S3)을 통과하면서 제1공간(S1)에 저장된 원수를 가열하면서 우측으로 이동하여 정화수 유출관(34)을 통하여 유출한다. 이때 정화수의 온도는 200⁰C ~ 400⁰C로 되며 일부의 정화수는 100⁰C의 물로 응축된다.

이와같이 유출된 정화수는 도시하지 않은 열교환기를 거치면서 상기 외통에 공급되는 원수에 열을 공급하는 한편 난방을 하게 된다. 그리고, 완전히 응축된 태고수는 후처리단계에서 순수한 산소 또는 공기를 폭기 공급함으로써 물속에 용존산소를 최대로 하고 기타 CO_2,N₂등을 배출수의 높은 온도를 이용하여 진공으로 흡인 제거하면 깨끗한 물이 얻어 진다.

도3 및 도4는 본 발명의 제2실시예에 의한 수 처리장치를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 연결관(128)에는 1차관(116)으로 유입하는 원수에 산소 또는 공기를 혼합시키도록 산소 또는 공기주입관(140)이 결합되어 있고, 상기 1차관(116)은 연소관(114)의 연소가스 입구측으로 갈수록 직경이 크게 되어 있다.

그리고, 상기 연소관(114)는 외주면이 평탄한 관으로 되어 있으며, 상기 1차관(116)의 내부로 전달되는 열의 전열면적을 넓게 하도록 상기 연소관(114)의 외주면에는 상기 1차관(116)의 내주면을 향하여 다수의 제1전열핀(142)이 부착되어 있다. 상기 제1전열핀(142)의 높이는 상기 연소관(114)의 연소가스 입구측으로 갈수록 높게 되어 있다.

또한, 2차관(118)은, 외주면이 평탄한 관으로 되어 있으며, 외통(112)의 의 내부로 전달되는 열의 전열면적을 넓게 하도록 상기 2차관(118)의 외주면에는 상기 외통의 내주면을 향하여 다수의 제2전열핀(144)이 결합되어 있다.

상기 제1, 제2전열핀(142)(144)은 스크류형상 등 다양한 형상으로 이루어 질 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제2실시예에 의하면, 산소 또는 공기주입관(140)을 통하여 제1공간(S1)에서 증발한 증기에 산소 또는 공기가 주입되어, 제2공간(S2)에서 정화수가 형성되므로 더욱 효과적으로 유기물질을 산화시킬 수 있다. 또한, 제2공간(S2)의 좌측으로 갈수록 공간이 넓어지므로, 증기의 온도가 높아짐에 따라 팽창되는 증기를 효과적으로 수용하게 된다. 그리고, 연소관(114) 및 2차관(118)의 외주면에 제1전열핀(142) 및 제2전열핀(144)이 각각 부착되어 있으므로, 열교환이 효율적으로 이루어 진다.

종래에는 열전달면적이 적어 기체와 증기 간의 총괄 열전달계수가 13.9kcal/m^{2 0}C hr이고 증기와 물 간의 총괄 열전달계수는 695kcal/m^{2 0}C hr 이었으나, 본 발명의 제3실시예에서는 기체와 증기 간의 총괄 열전달계수가 100~130kcal/m^{2 0}C hr이고 증기와 물 간의 총괄 열전달계수는 1000~2000kcal/m^{2 0}C hr로 증가되었다.

도5는 본 고안의 제3실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 제2실시예와 유사하지만, 1차관(216)이 이중벽으로 되어 있고, 이중벽의 사이 공간(S4)에는 공기가 들어 있거나 진공으로 되어 있다. 또한, 상기 이중벽의 사이 공간(S4)은 연소관(114)의 연소가스 입구측으로 갈수록 넓어지게 되어 있다.

이러한 제3실시예의 구성은 사이 공간(S4)의 공기 또는 진공에 의해, 제2공간(S2)의 열이 좌측으로 이동하기 전에 제3공간(S4)로 전달되는 것을 효과적으로 방지하므로, 정화수의 발생 효율을 높인다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

특히, 본원 발명의 수 처리장치는 이동차량에 탑재된 이동 탑재형으로 하여, 군 작전지역 또는 오염지역 및 음용수의 취수가 가능하지 않은 해안가 등에서 사용하게 할 수 있다. 이러한 이동 탑재형은, 차량에 고정시키거나, 차량에 분리가능케 고정시켜 필요에 따라 수 처리장치만 떼어 원하는 장소에 설치하게 할 수도 있다.

본 발명에 의한 수 처리장치에 의하면, 콤팩트한 구조로서 유기물질을 중심으로 형성된 물 클러스터(cluster)를 효율적으로 파괴하여 정화수를 발생시키므로써 원수를 효과적으로 처리하여 깨끗한 물을 얻을 수 있게 한다.

즉, 지하수, 하천수, 오염수등의 원수를 정화수로 간단히 변환시켜 정제할 수 있게 하므로써 깨끗한 물을 효율적으로 얻을 수 있게 한다.

Claims

일측에 원수유입구가 형성되어 원수가 저장되는 외통(12, 112)과,

내부에 연소가스가 통과하며 상기 외통(12, 112)을 관통하여 설치된 연소관(14, 114)과,

상기 외통(12, 112)의 내부에서 연소관(14, 114)의 외측에 연소관(14, 114)의 길이방향을 따라 설치된 1차관(16, 116)과,

상기 외통(12, 112)의 내부에서 상기 1차관(16, 116)의 외측에 상기 1차관(16, 116)의 길이방향을 따라 설치된 2차관(18, 118)을 포함하되;

상기 1차관(16, 116)의 길이방향 일측면은 막히고 길이방향 타측면은 트이며,

상기 외통(12, 112)에 저장된 원수가 상기 1차관(16, 116)의 내부로 유동하도록 연결관(28, 128)이 상기 1차관(16, 116)의 막힌 일측면과 상기 외통(12, 112)의 외주면을 연통/연결하며,

상기 2차관(18, 118)에는 상기 1차관(16, 116)의 내부 길이방향과 상기 2차관(18, 118)의 내부 길이방향을 지나면서 형성된 정화수가 유출하도록 정화수 유출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 연결관(128)에는 상기 1차관(116)으로 유입하는 원수에 산소 또는 공기를 혼합시키도록 산소 또는 공기주입관(140)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 수 처리장치.
제1항에 있어서,

상기 1차관(116)은 상기 연소관(114)의 연소가스 입구측으로 갈수록 직경이 크게 되어 있고,

상기 연소관(114)에서 1차관(116)의 내부로 전달되는 열의 열전달 면적을 넓게 하도록 상기 연소관(114)의 외주면에는 상기 1차관(116)의 내주면을 향하여 다수의 제1전열핀(142)이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 수 처리장치.
제1항 내지 제3항중의 어느 한 항에 있어서,

상기 1차관(16, 116)은 이중벽으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 수 처리장치.