KR100509813B1 - 오존을 물에 고효율로 용해시키는 장치 및 이를 이용한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오존을 물에 고효율로 용해시키는 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로, 오존 발생장치 및 오존을 극미세의 마이크로버블로 만들 수 있는 마이크로버블 발생장치를 조합한 장치를 이용함으로써, 오존을 극미세의 마이크로버블로 하여 물에 투입 접촉시키는 것에 의해, 고효율의 오존수를 얻을 수 있고, 오존의 특성인 강산화작용, 살균작용, 소취작용 및 탈색작용을 이용하여, 수질 정화, 녹조 제거, 유해물질의 분해, 더욱이 의료분야나 조리분야 외 여러 가지 분야에서의 효과적 살균, 살충 및 소취 등의 기능을 하도록 할 수 있다.

또한 본 발명에 있어서의 오존 발생장치는 물로부터 산소를 분리하여 오존을 발생시키는 방법을 사용하는 경우가 있는데, 이때 발생하는 수소를 추출하여 연료전지나 자동차 등의 연료로서 공급할 수 있다.

Description

오존을 물에 고효율로 용해시키는 장치 및 이를 이용한 방법{Apparatus of Dissolving Ozone in Water with High Degree of Efficiency and Method thereof}

본 발명은 오존을 물에 고효율로 용해시키는 장치 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오존 발생장치 및 오존을 극미세 마이크로버블로 만들 수 있는 마이크로버블 발생장치를 조합한 장치를 이용하여 오존을 물에 고효율로 용해시키는 방법을 개시한다.

이때 사용되는 오존은 오존을 발생시키는 방법으로서 자외선조사법, 방전법, 물분해법으로 만드는 것이다. 이들 방법 중 물로부터 산소를 분리하여 오존을 발생시키는 오존 발생방법에서는 필연적으로 발생되는 수소를 추출하여 연료전지나 자동차 등의 연료로서 공급할 수 있음을 개시한다.

일반적으로 오존은 과산화수소 보다 뛰어난 강력한 산화, 살균작용을 가지고 있지만 물에 대한 용해율이 낮다.

그러나 수질 정화를 비롯한 여러 가지의 환경 정세 및 사회 정세는 오존의 이로운 활용으로 해결하지 않으면 안 되는 상황 하에 있다.

예를 들어, 한국과 일본의 경우 수질 정화를 위해 상수도에 염소를 투입하고 있는데, 이로 인해 위암 및 대장암이 60% 이상의 높은 비율로 발생하고 있다. 이는 염소가 위의 소화 작용에 관여하여 우리들의 건강에 직/간접적으로 영향을 주고 있음을 시사한다. 또한 염소는 소각장에서의 다이옥신을 발생시키고, 하류지역에서의 트리할로메탄의 발생에도 관여한다고 알려져 있다.

공공하수도나 농업촌락 폐수시설 및 시뇨처리시설 등에 있어서는 분뇨나 가정 잡배수 등을 받아들여 정화하고 있지만, 우리들의 식사를 통하여 최강 유해물질인 다이옥신이 하루 200pg 이상 섭취될 뿐만 아니라, 그 외의 환경호르몬도 많이 섭취된다. 이들은 체외 배설되는데 현재 이들을 무해화 처리하는 시설이 없기 때문에 강에서 바다로, 그리고 음식물 연쇄를 통하여 다시 우리들의 식사에 의해 섭취되는 악순환을 일으킨다. 이 연쇄 내에서 어개류의 이변, 종의 감소, 개체수의 격감이 일어나고 있으며, 다이옥신을 필두로 하는 환경호르몬은 최기형성, 발암성 또는 남성기 위축 등 우리들의 건강을 전부 저해하여 오고 있다.

또한, O-157, 세라치아균, 노란색 포도상구균, 그 외의 병원균에 의한 의료 현장에서의 원내감염이나 조리현장에서의 발증, 감염은 일상적이 되고 있지만, 수돗물을 차아염소산으로 살균하는 방법이나 비누, 기타 약제에 의한 멸균 또는 살균방법 등으로서는 효과가 기대되지 않는다.

더욱이, 야채 등의 노지 재배 및 비닐하우스 재배에 있어서, 정식(定植) 전에 취화(臭化) 메틸을 사용하여 토양살균, 살충 및 잡초의 발아 저지를 하여 병원균 등에 의한 피해를 억제하여 왔지만, 이 취화메틸의 사용금지에 따라 이를 대체할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 그 때문에, 토양에 열탕을 주입하여 살균하는 방법이 개발되었는데, 그 방법에 의하면 토양 표면에 대해서는 효과를 기대할 수 있어도 수 ㎝ 이상의 토양 깊은 부분은 열탕이 표면토양에 접촉한 이후 온도저하를 초래하기 때문에 충분한 효과를 기대할 수 없다.

또한, 오존에 의한 살균방법도 개발되었지만, 물에 투입 접촉되는 오존의 입경이 0.2∼3㎜ 정도의 큰 버블이기 때문에, 물과의 접촉 면적이 작을 뿐만 아니라, 부상(浮上) 스피드 또한 빠르기 때문에, 물과의 접촉 시간이 짧아서 물에의 용해율이 상당히 낮다. 이러한 이유로, 접촉조의 형상을 세로 길이의 원주 형상으로 하고, 접촉조 내의 물을 회전시키는 것에 의해 조금이라도 접촉시간을 많게 하여, 오존의 물에의 용해율을 높이거나, 접촉조를 배치 간헐방식으로 하여 보다 다량의 오존을 투입할 수 있도록 하고 있지만, 설비의 거대화 및 러닝 코스트가 높아지는 것은 부정하지 않을 수 없다.

상기에서 설명하였듯이, 현재까지 여러 가지의 용도 및 목적을 위하여 오존을 수중에 접촉 투입하여 산화 촉진, 용해 촉진 또는 유해물질의 분해 등을 행하여 왔지만, 용존 산소율을 높이기 어렵고, 더구나 산소보다 용해율이 낮은 오존을 용해시키는 것이 곤란하였다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오존 발생장치와 오존을 극미세 마이크로버블로 만들 수 있는 마이크로버블 발생장치를 조합한 장치 및 이를 이용하여, 오존을 극미세 마이크로버블 오존을 만들어 물에 투입 접촉시키는 것에 의해 고효율로 용해시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 오존 발생장치; 상기 오존 발생장치로부터 오존 주입호스에 의해 공급되는 오존 및 오존 체류 반응조로부터 제3 배수관에 의해 공급되는 물을 혼합하는 혼합펌프; 상기 혼합펌프로부터 제1 배수관에 의해 공급되는 오존을 마이크로버블로 생성하는 마이크로버블 발생장치; 상기 마이크로버블 발생장치로부터 제2 배수관에 의해 공급되는 오존을 급수관으로부터 공급된 물에 용해하는 오존 체류 반응조; 상 기 오존 체류 반응조에 주입되는 물의 유량을 조정하는 유속계·조정밸브; 상기 오존 체류 반응조의 상부에 체류하는 오존가스를 상기 혼합펌프에 압송하는 송풍기; 상기 오존체류 반응조의 수면 상에 부상한 오존가스를 재순환시키는 배오존 회송호스; 상기 오존 체류 반응조 내의 물에 용해된 오존 농도를 표시하는 오존농도 표시 모니터; 상기 오존 체류 반응조로부터 제4 배수관에 의해 공급되는 오존수를 체류시키는 오존수 저류조; 상기 오존수 저류조의 상부에서 미분해 잉여 오존을 무해화시키는 폐오존장치; 상기 오존 발생장치로부터 컴프레서에 의해 공급되는 수소를 비축하는 수소 저류조; 상기 수소 저류조에 비축되는 수소량의 내압을 표시하여 나타내는 압력계; 및 과산화수소를 주입하는 주입콕을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 오존 체류 반응조는 경계판에 의한 격벽을 구비하고, 연속 급수 방식을 채택하는 것과, 상기 마이크로버블 발생장치는 강력한 수압과 4ℓ/min 정도의 오존 유량을 확보하고, 선회(旋回) 날개에 의해 맹렬한 선회류를 발생시키며, 선회 날개 뒤에 종횡으로 배치되는 돌기에 의해 1m/20min 정도로 부상하는 입경이 0.5 내지 3㎛인 극미세 마이크로버블을 발생시키는 것과, 상기 폐오존장치는 석영제 램프에 의한 253 내지 255nm, 바람직하게는 253.7nm 파장의 자외선을 이용하여 오존을 분해하여 환경 중에 방출하는 것과, 상기 장치는 실리콘, 염화비닐수지, 스테인리스 강 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

이하 첨부도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 형태를 도시하는 단면도로서, 오존 발생장치(1); 상기 오존 발생장치(1)로부터 오존 주입호스(2)에 의해 공급되는 오존 및 오존 체류 반응조(7)로부터 제3 배수관(10)에 의해 공급되는 물을 혼합하는 혼합펌프(3); 상기 혼합펌프(3)로부터 제1 배수관(4)에 의해 공급되는 오존을 마이크로버블로 생성하는 마이크로 버블 발생장치(5); 상기 마이크로버블 발생장치(5)로부터 제2 배수관(6)에 의해 공급되는 오존을 급수관(8)으로부터 공급된 물에 용해하는 오존 체류 반응조(7); 상기 오존 체류 반응조(7)에 주입되는 물의 유량을 조정하는 유속계·조정밸브(9); 상기 오존 체류 반응조(7)의 상부에 체류하는 오존가스를 상기 혼합펌프(3)에 압송하는 송풍기(11); 상기 오존 체류 반응조(7)의 수면상에 부상한 오존가스를 재순환시키는 배오존 회송호스(12); 상기 오존 체류 반응조(7)내의 물에 용해된 오존 농도를 표시하는 오존농도 표시 모니터(13); 상기 오존 체류 반응조(7)로부터 제4 배수관(14)에 의해 공급되는 오존수를 체류시키는 오존수 저류조(15); 상기 오존수 저류조(15)의 상부에서 미분해 잉여 오존을 무해화시키는 폐오존장치(16); 상기 오존 발생장치(1)로부터 컴프레서(17)에 의해 공급되는 수소를 비축하는 수소 저류조(18); 상기 수소 저류조(18)에 비축되는 수소량의 내압을 표시하여 나타내는 압력계(19); 및 과산화수소를 주입하는 주입콕(20)으로 이루어지는 장치를 나타낸다.

다음, 상기 본 발명에 따른 장치를 구성하는 각각의 요소에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

오존 발생장치(1)는 물로부터 산소를 생성 분리하여 오존을 발생시키는 장치로서, 통상적으로 사용되는 모든 오존 발생장치가 사용될 수 있다.

오존 주입호스(2)는 오존 발생장치(1)에서 생성된 오존을 혼합펌프(3)에 보내는 역할을 하는 것으로, 오존 체류 반응조(7)에서 혼합펌프(3)에 물을 보내는 제3 배수관(10)의 도중에 접속된다.

혼합펌프(3)는 오존 발생장치(1)에서 보내온 오존과 오존 체류 반응조(7)에서 보내온 물을 혼합하여, 마이크로버블 발생장치(5)에 수압을 가하는 역할을 하는 것으로, 출력이 약하면 마이크로버블의 발생률이 저하하므로, 출력이 적정능력 이상이 되도록 해야 한다.

제1 배수관(4)은 혼합펌프(3)에서 혼합된 물과 오존을 마이크로버블 발생장치(5)에 보내는 역할을 한다.

마이크로버블 발생장치(5)는 혼합펌프(3)에서 보내온 입경이 큰 오존을 미세한 마이크로버블로 생성하는 역할을 하는 것으로, 강력한 수압과 4ℓ/min 정도의 오존 유량을 확보하고, 선회날개에 의해 맹렬한 선회류를 발생시키며, 선회날개 뒤에 종횡으로 배치되는 돌기에 의해 1m/20min 정도로 부상하는 0.5 내지 3㎛ 입경의 극미세 마이크로버블을 발생시킨다.

제2 배수관(6)은 마이크로버블을 오존 체류 반응조(7)로 보내는 역할을 한다.

오존 체류 반응조(7)는 급수관(8)으로부터 주입된 물을 마이크로버블 오존의 투입에 의해, 처리 대상수에 따른 필요 농도로 용해시키는 역할을 한다. 필요 농도의 오존수를 확보하기 위해서는 급수되는 처리 대상수가 마이크로버블 오존과 한번 접촉한 오존수와는 혼합하지 않도록 하기 위해 오존 체류 반응조(7)는 경계판에 의한 격벽을 구비하고 있다.

또한, 마이크로버블 오존과 한번 접촉한 오존수가 월류하도록 제3 배수관 (10)을 통하여 혼합펌프(3), 제1 배수관(4), 마이크로버블 발생장치(5) 및 제2 배수관(6)을 지나서, 다시 오존 체류 반응조(7)로 보내어지는 과정을 되풀이하게 한다. 즉, 본 발명에서는 종래의 배치 간헐방식이 아니라, 연속 급수 방식을 채택하고 있기 때문에 고농도의 오존수 생성이 실현될 수 있다.

급수관(8)은 수돗물 또는 지하수 등의 물을 오존 체류 반응조(7)에 주입하는 역할을 하고, 유속계·조정밸브(9)는 오존 체류 반응조(7)에 주입하는 물의 유량을 조정하는 역할을 한다.

제3 배수관(10)은 오존 체류 반응조(7)에서 물에 용해하는 오존의 필요 농도를 확보하기 위해서, 오존 체류 반응조(7)와 혼합펌프(3)를 접속하고, 오존처리 대상수를 순회시키는 역할을 한다.

송풍기(11)는 오존 체류 반응조(7)의 상부에 체류하는 오존가스를 즉시 폐오존 처리하는 것이 아니라, 다시 혼합펌프(3)에 압송하여 유효하게 이용하도록 하는 역할을 한다.

배오존 회송호스(12)는 오존 체류 반응조(7)의 수면 상에 부상한 오존가스를 다시 순환시켜 유효하게 이용하기 위해서, 오존 체류 반응조(7)의 상부와 오존주입호스(2)를 접속하는 역할을 한다.이때, 상기 제 3 배수관(10) 및 혼합펌프(3), 마이크로 버블발생장치(5), 제 2 배수관(6), 오존체류 반응조(7)는 전체 장치내부에서 오존수가 리사이클되는 구조로 이루어져 있으므로 수중 오존 용해도를 효과적으로 증가시키게 되며, 상기 혼합펌프(3)는 강제 압송방식으로 상기 오존체류 반응조(7)의 저장수에 대해 리사이클된 오존수를 분출시키는 수단이므로 상기 오존체류 반응조(7)의 저장수에 대한 오존 용해도를 높힐 수 있게 된다.종래의 오존수를 이용한 오폐수 처리장치도 오존처리조 등이 구비되어져 있기는 하나, 본 발명과 같은 리사이클 구조로 이루어져 있지 않고 단순 병렬 배송방식이므로 수중 오존용해도를 높힐 수 없다는 문제점이 있었다.더불어, 본 발명은 오존가스 마저도 송풍기(11) 및 배오존 회송호스(12)를 통해 상기 오존발생장치(1)로부터 포착하여 상기 오존체류 반응조(7)로 공급하게 되므로 수중 오존용해도를 더욱 높힐 수 있다.따라서, 종래의 오폐수 처리장치와 비교하여 본 발명의 수중 오존 용해도 실험데이터를 아래와 같이 제시한다. [표 1] 본 발명을 통한 수중 오존용해농도 실험결과, 상기한 바와 같은 실험 데이터가 검출되었으나, 종래의 병렬 배치된 오존을 이용한 오폐수 처리장치를 이용한 경우에는 30% 내지 40%의 오존을 투입한다고 하여도 15㎎/ℓ정도의 수중 오존용해농도를 검출할 수 있을 뿐이다.따라서, 종래의 병렬 배치구조를 갖는 오존을 이용한 오폐수 처리장치와 본 발명의 오존을 물에 고효율로 용해시키는 장치에 동일한 오존량을 투입한다고 하여도 본 발명의 장치를 통한 수중 오존용해농도가 월등히 높다는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 오존농도 표시 모니터(13)는 오존 체류 반응조(7) 내의 물에 용해한 오존 농 도를 바로 표시하고, 처리 대상수에 필요한 오존 농도를 확보하는 역할을 한다.

제4 배수관(14)은 오존수를 오존 체류 반응조(7)로부터 오존수 저류조(15)로 송부하는 역할을 한다.

오존수 저류조(15)는 오존수를 체류시켜 오존의 강산화작용, 살균작용, 유해물질 분해작용, 소취작용 및 표백작용 등을 보다 확실하고 충분하게 함과 동시에, 오존수 중에 체류하는 마이크로버블 오존을 부상시켜 제거하는 역할을 한다.

폐오존장치(16)는 오존수 저류조(15)의 상부에 부상 체류한 미분해 잉여 오존을 무해화하는 장치로서, 석영제 램프에 의한 253 내지 255nm, 바람직하게는 253.7nm 파장의 자외선을 이용함으로써 오존을 분해하여 환경 중에 방출하는 역할을 한다.

아울러, 폐오존장치(16)는 석영제 램프를 이용하는 방법 이외에도, 열선 소각 장치를 이용하거나 활성탄을 이용함으로써, 미분해 잉여 오존을 분해하여 환경 중에 방출할 수 있다.

컴프레서(17)는 오존 발생장치(1)로부터 필연적으로 발생한 수소를 산업적으로 이용하기 위해, 수소 저류조(18)에 압송하는 역할을 한다.

수소 저류조(18)는 오존 발생장치(1)에서 보내온 수소를 비축하는 역할을 한다. 즉, 본 발명에 따른 장치에 있어서, 오존 발생장치(1)는 물로부터 산소를 생성하여 오존을 발생시키는 것으로, 필연적 부차적으로 그 한편에 수소가 발생하기 때문에 이 수소를 추출하여 금후 실용화가 기대되고 있는 연료전지나 자동차의 연료로서 공급할 수 있다.

압력계(19)는 수소 저류조(18)에 비축되는 수소량의 내압을 표시하여 나타내는 역할을 한다.

주입콕(20)은 처리 대상수에 다이옥신, PCB 및 환경호르몬 등의 유해물질이 포함되어 있는 경우, 오존보다 산화력이 강력한 OH 라디칼을 발생시켜 산화분해를 촉진하기 때문에 과산화수소를 주입하는 역할을 한다.

상기에서 설명한 구성으로 이루어지는 본 발명의 장치는 220V 전압과 50A 또는 60A의 전류의 전력; 및 110V 전압과 50A 또는 60A의 전류의 전력 중에서 선택되는 어느 하나의 전력을 사용하고, 실리콘, 염화비닐수지, 스테인리스 강 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 오존 발생장치 및 오존을 입경이 0.5 내지 3㎛인 극미세의 마이크로버블로 할 수 있는 마이크로버블 발생장치를 조합한 장치를 이용함으로써, 오존을 극미세의 마이크로버블로 하여 물에 투입 접촉시키는 것에 의해, 최대 15ppm이라는 고효율의 오존수를 얻을 수 있고, 오존의 특성인 강산화작용, 살균작용, 소취작용 및 탈색작용을 이용하여, 수질 정화, 푸른 김가루의 제거, 유해물질의 분해, 더욱이 의료분야나 조리분야 외 여러 가지 분야에서의 효과적 살균, 살충 및 소취 등의 기능을 하도록 할 수 있다.

또한 본 발명에 있어서의 오존 발생장치는 물로부터 산소를 분리하여 오존을 발생시키는 것으로, 필연적으로 수소가 생성되기 때문에 이 수소를 추출하여 연료전지나 자동차 등의 연료로서 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 형태를 도시하는 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 오존 발생장치 2 : 오존 주입호스

3 : 혼합펌프 4 : 제1 배수관

5 : 마이크로버블 발생장치 6 : 제2 배수관

7 : 오존 체류 반응조 8 : 급수관

9 : 유속계·조정밸브 10 : 제3 배수관

11 : 송풍기 12 : 배오존 회송호스

13 : 오존농도 표시 모니터 14 : 제4 배수관

15 : 오존수 저류조 16 : 폐오존장치

17 : 컴프레서 (compressor) 18 : 수소 저류조

19 : 압력계 20 : 주입콕

Claims (7)

1. 오존 발생장치; 상기 오존 발생장치로부터 오존 주입호스에 의해 공급되는 오존 및 오존 체류 반응조로부터 제3 배수관에 의해 공급되는 물을 혼합하는 혼합펌프; 상기 혼합펌프로부터 제1 배수관에 의해 공급되는 오존을 강력한 수압과 4ℓ/min 정도의 오존 유량을 확보하고, 선회(旋回) 날개에 의해 맹렬한 선회류를 발생시키며, 선회 날개 뒤에 종횡으로 배치되는 돌기에 의해 1m/20min 정도로 부상하는 입경이 0.5 내지 3㎛인 극미세 마이크로버블을 발생시키는 마이크로버블 발생장치; 상기 마이크로버블 발생장치로부터 제2 배수관에 의해 공급되는 오존을 급수관으로부터 공급된 물에 용해하며, 경계판에 의한 격벽을 구비하고, 연속 급수 방식으로 이루어진 오존 체류 반응조; 상기 오존 체류 반응조에 주입되는 물의 유량을 조정하는 유속계·조정밸브; 상기 오존 체류 반응조의 상부에 체류하는 오존가스를 상기 혼합펌프에 압송하는 송풍기; 상기 오존체류 반응조의 수면 상에 부상한 오존가스를 재순환시키는 배오존 회송호스; 상기 오존 체류 반응조 내의 물에 용해된 오존 농도를 표시하는 오존농도 표시 모니터; 상기 오존 체류 반응조로부터 제4 배수관에 의해 공급되는 오존수를 체류시키는 오존수 저류조; 상기 오존수 저류조의 상부에서 미분해 잉여 오존을 무해화시키기 위해 석영제 램프에 의한 253 내지 255nm 파장의 자외선을 이용하여 오존을 분해하여 환경 중에 방출하는 폐오존장치; 상기 오존 발생장치로부터 컴프레서(compressor)에 의해 공급되는 수소를 비축하는 수소 저류조; 상기 수소 저류조에 비축되는 수소량의 내압을 표시하여 나타내는 압력계; 및 과산화수소를 주입하는 주입콕을 포함함으로써;

   상기 혼합펌프, 마이크로 버블발생장치, 오존체류 반응조는 제 2, 3 배수관을 통해 오존수가 리사이클되는 구조로 이루어져 수중 오존용해도를 증가시키도록 한 것을 특징으로 하는 오존을 물에 고효율로 용해시키는 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 장치는 실리콘, 염화비닐수지, 스테인리스 강 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항 기재의 장치를 이용하여 오존을 물에 고효율로 용해시키는 방법.