KR100658165B1 - Whirlpool reactor and a high-efficient ozone dissolved device using it - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치를 나타내는 전체구성도,1 is an overall configuration showing a high-efficiency ozone dissolving device according to the present invention,
도 2 는 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 슬라이딩 인젝터를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a sliding injector in a high efficiency ozone dissolving device according to the present invention;
도 3 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 소용돌이 믹서기를 나타내는 단면도,3 is a cross-sectional view showing a vortex mixer in a high-efficiency ozone dissolving device according to the present invention;
도 4 는 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 충돌분사노즐을 나타내는 단면도,4 is a cross-sectional view showing a collision spray nozzle in the high-efficiency ozone dissolving device according to the present invention;
도 5 는 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 난류분사노즐을 나타내는 단면도,5 is a cross-sectional view showing a turbulent jet nozzle in the high-efficiency ozone dissolving device according to the present invention,
도 6 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 소용돌이 유체 혼합 반응기 및 배오존 탈기장치를 나타내는 단면도,6 is a cross-sectional view showing a vortex fluid mixing reactor and an ozone degassing device in a high efficiency ozone dissolving device according to the present invention;
도 7 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 배오존 기수 분리장치를 나타내는 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing the ozone water separator in the high-efficiency ozone dissolving device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
1: 고효율 오존 용해장치 100: 집수조1: high efficiency ozone dissolving device 100: sump tank
200: 가압펌프 300: 오존용해수단200: pressurized pump 300: ozone dissolving means
310: 슬라이딩 인젝터 311: 통로310: sliding injector 311: passage
312: 선회노즐 313: 메인노즐312: turning nozzle 313: main nozzle
314: 오존유입구 315: 오존발생기314: ozone inlet 315: ozone generator
320: 소용돌이 믹서기 321: 나선형판 스프링320: vortex mixer 321: spiral plate spring
322: 난류유도판 322: turbulence induction plate
330: 충돌분사노즐 331: 노즐330: impingement nozzle 331: nozzle
332: 출구332: exit
400: 난류분사노즐 410: 난류분사관400: turbulent jet nozzle 410: turbulent jet
411: 노즐구멍411: nozzle hole
500: 소용돌이 유체 혼합 반응기 510: 반응조500: vortex fluid mixing reactor 510: reactor
510a: 상부경판510a: upper plate
511: 유입관 512: 오존처리수 배출관511: inlet pipe 512: ozonated water discharge pipe
512a: 삿갓 512b: 스트레이너망512a: hat 512b: strainer net
513: 배오존 배출관 520: 구획판513: ozone discharge pipe 520: partition plate
520a: 공간 521: 혼합유체 상부이송관520a: space 521: mixed fluid upper feed pipe
522: 오존/혼합유체 리턴관 525: 오존층522: ozone / mixed fluid return pipe 525: ozone layer
550: 배오존 탈기장치 551: 구슬550: ozone deaerator 551: bead
552: 타공망552: perforated network
600: 배오존 기수 분리장치 610: 탱크600: ozone separator 610: tank
611: 입구 612: 순수오존배출구611: inlet 612: pure ozone outlet
613: 드레인관 613a: 돌출부613:
614: 막음판 615: 수분임시저장부614: blocking plate 615: temporary storage of moisture
620: 기수 분리용 볼 621: 타공망620: nose separation ball 621: perforated network
630,631: 기수 분리용 판 630a,631a: 오존배출공630,631:
700: 파괴기700: destroyer
본 발명은 소용돌이 유체 혼합 반응기 및 이를 이용한 고효율 오존 용해장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 미세 기포형성 및 와류와 난류의 연속적인 상승작용에 의해 기액계면을 넓게하고 접촉횟수를 많게 함과 동시에 물 보다 오존의 체류시간을 길게하여 오존용해효율을 95% 이상으로 높이므로서, 폐,하수처리 효율이 높아지기 때문에 필요 오존 투입량이 적어져 오존발생장치에 대한 초기 투자비용 및 에너지를 절감할 수 있고, 오존용해효율이 극대화됨에 따라 기존 방식의 오존 접촉 체류시간 60분을 3분 이내로 대폭 줄일 수 있어서 대용량 폐,하수 처리에도 적용가능하여 경제적이고 배오존 발생량도 감소 할 수 있는 소용돌이 유체 혼합 반응기 및 이를 이용한 고효율 오존 용해장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vortex fluid mixing reactor and a high-efficiency ozone dissolving apparatus using the same, and more particularly, to expand the gas-liquid interface and to increase the number of contact and at the same time the water by the microbubble formation and the continuous synergy of vortex and turbulence. By increasing the residence time of ozone, the ozone dissolution efficiency is increased to 95% or more, and the waste and sewage treatment efficiency is increased, so the required ozone input amount is reduced, and the initial investment cost and energy for the ozone generator can be saved. As the ozone dissolution efficiency is maximized, the existing 60-minute ozone contact residence time can be drastically reduced to less than 3 minutes, so it can be applied to large-capacity waste and sewage treatment, and it is economical and can reduce the amount of ozone generation. A high efficiency ozone dissolving device.
일반적으로 폐수,오수 및 하수 처리시 BOD, COD 등의 고도처리 및 대장균 살균소독, 색도 제거, 냄새제거를 위해서 3차 고도 처리 장치로서 오존처리 시스템을 적용하고 있으나 1일 500∼1,000톤 이하의 폐,하수 처리장이나 1일 5,000∼10,000톤 이하의 하수 처리장에는 적용이 가능하나, 1일 10만톤 이상의 대용량 하수 처리장에는 고가의 대용량 오존발생장치 및 거대한 토목구조물이 필요하기 때문에 경제성 및 설치부지의 부족으로 오존에 의한 3차 고도처리 성능이 매우 좋음에도 불구하고 적용을 하지 못하고 있는 실정이다.In general, ozone treatment system is applied as a third advanced treatment device for advanced treatment of BOD, COD, E. coli sterilization, color removal, and odor removal in wastewater, sewage and sewage treatment. It is applicable to sewage treatment plants or sewage treatment plants with less than 5,000 ~ 10,000 tons per day, but large capacity sewage treatment plants with more than 100,000 tons per day requires expensive large-capacity ozone generators and huge civil structures. Although the third advanced treatment performance by ozone is very good, it is not applicable.
또한, 수영장 정수 처리 등에 사용해 왔던 가압인젝션 방식은 오존반응조 내의 압력을 3kg/cm2 이상으로 가압하여 사용하고 있으며 인젝터 전,후 단 압력차 (△p)가 1.5∼2kg/cm2 정도 되어야 하기 때문에 가압인젝션 펌프는 5∼6kg/cm2 의 고양정 펌프이어야만 한다. In addition, the pressurized injection method, which has been used for swimming pool water treatment, is used by pressurizing the pressure in the ozone reactor to 3kg / cm 2 or more, and the pressure difference (△ p) before and after the injector should be about 1.5 to 2kg / cm 2 . Pressurized injection pumps should be 5 to 6 kg / cm 2 high lift pumps.
따라서 이 기술을 그대로 1일 10만톤 이상의 하수 처리에 적용시 대용량 펌프 및 전기동력비를 감당할 수 없게 된다.Therefore, if this technology is applied to sewage treatment of more than 100,000 tons per day, it will not be able to afford a large capacity pump and electric power ratio.
이에 따라, 1∼2kg/cm2 의 저양정 펌프 및 상용압력하에서도 처리가 가능한 고효율 오존 용해장치의 개발이 시급한 실정이며, 또한 기존 산기관 방식의 오존용해효율이 60∼70% 이고 오존 접촉시간이 60분 이므로서 1일 10만톤 이상의 대용량 폐,하수 처리장으로의 적용이 어려운 문제가 있었다.Accordingly, it is urgent to develop a low lift pump of 1 to 2 kg / cm 2 and a high-efficiency ozone dissolving device that can be processed under a commercial pressure, and also has an ozone dissolution efficiency of 60 to 70% and an ozone contact time based on an existing diffuser type. This 60 minutes was difficult to apply to large-capacity waste, sewage treatment plants over 100,000 tons per day.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 미세 기포형성 및 와류와 난류의 연속적인 상승작용에 의해 기액계면을 넓게하고 접촉횟수를 많게 함과 동시에 물 보다 오존의 체류시간을 길게하여 오존용해효율을 95% 이상으로 높이 므로서, 폐,하수처리 효율이 높아지기 때문에 필요 오존 투입량이 적어져 오존발생장치에 대한 초기 투자비용 및 에너지를 절감할 수 있고, 오존용해효율이 극대화됨에 따라 기존 방식의 오존 접촉 체류시간 60분을 3분 이내로 대폭 줄일 수 있어서 대용량 폐,하수 처리에도 적용가능하여 경제적이고 배오존 발생량도 감소 할 수 있는 소용돌이 유체 혼합 반응기 및 이를 이용한 고효율 오존 용해장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above-mentioned problems is to widen the gas-liquid interface and to increase the number of times of contact and at the same time increase the ozone residence time than water by the formation of fine bubbles and the continuous synergy of vortex and turbulence. As the efficiency of waste and sewage treatment is increased by increasing the melting efficiency to more than 95%, the required amount of ozone input is reduced, which saves the initial investment cost and energy for the ozone generator, and the existing method as the ozone melting efficiency is maximized. It is possible to significantly reduce the 60-minute ozone contact residence time to less than 3 minutes, and to provide a large volume waste and sewage treatment, thereby providing a vortex fluid mixing reactor that can reduce the amount of ozone generation and a high-efficiency ozone dissolving device using the same. .
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소용돌이 유체 혼합 반응기는, 오존과 폐,하수가 혼합된 혼합유체가 내부로 유입되도록 하부측에 유입관이 형성된 반응조; 상기 반응조의 내부를 상하 다단으로 구획하여 다수의 공간을 형성하는 구획판; 상기 각 공간을 연통시키도록 상기 각 구획판에 복수개가 결합되어 상기 유입관으로 유입된 혼합유체를 최상부 공간으로 이동시킴과 아울러 구획판의 하측으로 일정길이 돌출되어 돌출된 길이만큼 오존층을 형성하여 물 보다 오존의 체류시간을 증가시키는 혼합유체 상부이송관; 상기 반응조의 최상부 공간으로 이동한 오존 처리된 처리수를 외부로 배출하는 오존처리수 배출관 및 상기 반응조의 상단에 형성되어 오존처리수에서 분리된 오존을 배출하는 배오존 배출관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Vortex fluid mixing reactor of the present invention for achieving the above object, the reaction tank is formed with an inlet pipe on the lower side so that the mixed fluid mixed with ozone, waste, sewage flows into the interior; Partition plates for partitioning the inside of the reaction tank in the upper and lower stages to form a plurality of spaces; A plurality of pieces are coupled to each partition plate to communicate the respective spaces, thereby moving the mixed fluid introduced into the inlet pipe to the uppermost space, and protruding a predetermined length to the lower side of the partition plate to form an ozone layer by protruding length. Mixing fluid upper transfer pipe to increase the residence time of the ozone more; And an ozone treated water discharge pipe for discharging ozonated treated water moved to the uppermost space of the reactor to the outside and an ozone discharge pipe formed at the top of the reactor to discharge ozone separated from the ozone treated water. do.
또한, 본 발명의 고효율 오존 용해장치는, 집수조에 저장된 폐,하수를 가압펌프에 의해 공급받아 폐,하수와 오존을 와류와 난류의 연속적인 기액충돌로 혼합하는 오존용해수단; 상기 오존용해수단의 일측에 연결되며 오존용해수단을 통과한 혼합유체의 난류를 다시 분리분사 시키도록 복수개의 노즐구멍이 형성된 난류분사관을 내부에 갖는 난류분사노즐; 상기 난류분사노즐의 일측에 연결되며 난류분사노즐을 통과한 혼합유체에서 물 보다 오존의 체류시간을 증가시켜 오존용해효율을 증가시키며 오존처리수와 오존을 분리 배출하는 소용돌이 유체 혼합 반응기; 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기의 배오존 배출관과 연결되며 오존과 함께 넘어온 수분을 분리하는 배오존 기수 분리장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the high-efficiency ozone dissolving device of the present invention comprises: ozone dissolving means for receiving waste and sewage stored in a sump tank by a pressure pump and mixing waste, sewage and ozone into a continuous gas-liquid collision of vortex and turbulence; A turbulent spray nozzle connected to one side of the ozone dissolving means and having a turbulent spray tube having a plurality of nozzle holes formed therein to separate and spray the turbulence of the mixed fluid passing through the ozone dissolving means; A vortex fluid mixing reactor connected to one side of the turbulent jet nozzle and increasing the residence time of ozone in the mixed fluid passing through the turbulent jet nozzle to increase ozone dissolution efficiency and separating and discharging ozone treated water and ozone; It is connected to the ozone discharge pipe of the vortex fluid mixing reactor, characterized in that it comprises a ozone radiator separation device for separating the water passed with ozone.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치를 나타내는 전체구성도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 슬라이딩 인젝터를 나타내는 단면도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 소용돌이 믹서기를 나타내는 단면도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 충돌분사노즐을 나타내는 단면도이며, 도 5 는 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 난류분사노즐을 나타내는 단면도이고, 도 6 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 소용돌이 유체 혼합 반응기 및 배오존 탈기장치를 나타내는 단면도이며, 도 7 은 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치에서 배오존 기수 분리장치를 나타내는 단면도이다.1 is an overall configuration showing a high-efficiency ozone dissolving device according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a sliding injector in the high-efficiency ozone dissolving device according to the invention, Figure 3 is a vortex in the high-efficiency ozone dissolving device according to the
먼저, 본 발명에 따른 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)는 아래에서 설명될 고효율 오존 용해장치(1)의 설명시 함께 설명하기로 한다.First, the vortex
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치(1)는 크게 오존용해수단(300)(슬라이딩 인젝터, 소용돌이 믹서기, 충돌분사노즐), 난류분사노즐 (400), 소용돌이 유체 혼합 반응기(500), 배오존 탈기장치(550), 배오존 기수 분리장치(600), 파괴기(700)로 구성된다.As shown, the high-efficiency
상기 오존용해수단(300)은 집수조(100)에 저장된 폐,하수를 가압펌프(200)에 의해 공급받아 폐,하수와 오존을 와류와 난류의 연속적인 기액충돌로 혼합하도록 이루어진다.The ozone dissolving means 300 receives waste and sewage stored in the
여기서, 상기 가압펌프(200)는 현장 여건에 따라 부스터 펌프 또는 자흡식 펌프를 사용하며 양정은 18∼22mH 정도면 된다. 종래의 가압인젝터 펌프는 50∼60mH로 고양정 펌프를 사용해야 한다.Here, the
상기 오존용해수단(300)은 슬라이딩 인젝터(310), 소용돌이 믹서기(320), 충돌분사노즐(330)로 구성된다.The ozone dissolving means 300 is composed of a
먼저, 상기 슬라이딩 인젝터(310)는 상기 가압펌프(200)로부터 공급된 폐,하수가 선회류를 일으키며 통과하도록 입구측에 복수개(도면에서는 6개)의 경사진 선회노즐(312)이 가장자리에 형성됨과 동시에 중앙에는 하나의 메인노즐(313)이 형성되고, 일측에는 오존발생기(315)로부터 오존을 공급받도록 오존유입구(314)가 형성된다.First, the
또한, 상기 슬라이딩 인젝터(310)의 내부에는 통로(311)가 형성되는데, 상기 통로(311)에서 폐,하수 및 오존이 혼합되는 부분의 통로단면적은 협소하게 형성되어, 이 부분에서 유속이 증가하여 오존유입구(314)를 통해 오존을 흡입할 수 있게 된다.In addition, a
따라서, 상기 슬라이딩 인젝터(310)에서는 흡입된 물과 오존을 빠르게 선회 류를 일으키며 안개처럼 분쇄하여 에멀젼 상태가 되어 오존용해 효율이 극대화 된다.Accordingly, in the sliding
이때, 슬라이딩 인젝터(310)의 전,후 단 압력차(△p)는 1∼1.5kg/cm2 이상이 유지되어야 하며, 물과 오존의 기액비는 10% 이하로 하는것이 바람직하다.At this time, the front and rear stage pressure difference (Δp) of the sliding
다음으로, 상기 소용돌이 믹서기(320)는 상기 슬라이딩 인젝터(310)의 일측에 연결되며 슬라이딩 인젝터(310)를 통과한 혼합유체에 와류 및 난류가 형성되도록 내부에 나선형판 스프링(321) 두 개를 한 쌍으로 하여 복수개를 설치하되 서로 회전방향을 정방향과 역방향으로 반복되게 설치되어 이루어지며, 따라서 상기 슬라이딩 인젝터(310)를 통해 들어온 물과 오존의 혼합유체가 정회전과 역회전을 반복하면서 기액이 충돌과 분쇄작용에 의해 혼합,흡수되며 이때 오존은 2n 으로 미세하게 쪼개진다.Next, the
여기서, 상기 한 쌍의 나선형판 스프링(321)은 서로 마주하는 방향으로 갈수록 직경이 작아지는 두 개의 나선형판 스프링(321)을 사용하였다.Here, the pair of helical plate springs 321 used two helical plate springs 321, the diameter of which is reduced toward the direction facing each other.
또한, 정방향 나선형판 스프링(321)과 역방향 나선형판 스프링(321)의 사이에는 혼합유체를 중앙으로 모아주는 난류유도판(322)이 형성되어 있기 때문에 혼합유체가 흩어졌다 모아졌다를 반복하게 된다. 즉, 와류와 난류의 연속적인 상호작용에 의해 기액혼합이 극대화 되는 것이다In addition, since the turbulent
그리고, 상기 충돌분사노즐(330)은 상기 소용돌이 믹서기(320)의 일측에 연결되며 소용돌이 믹서기(320)를 통과한 혼합유체를 양분하여 정면 충돌시킬 수 있 도록 양단부에 각각 내측을 향해 분사하는 노즐(331)이 결합되고, 일측에는 충돌한 혼합유체를 합치하여 상기 난류분사노즐(400)로 공급하도록 출구(332)가 형성되어 이루어진다.In addition, the
상기 각 노즐(331)의 출구는 유속을 빠르게 하여 충돌효과를 높이기 위해 직경을 작게 하는 것이 바람직하며, 혼합유체를 정면충돌시킴으로서 오존용해효율을 극대화 시키게 된다.The outlet of each
그리고, 상기 난류분사노즐(400)은 상기 오존용해수단(300)의 충돌분사노즐(330)의 일측에 연결되며 충돌분사노즐(330)을 통과하여 합치된 혼합유체의 난류를 다시 분리/분사 시키도록 복수개의 노즐구멍(411)이 형성된 난류분사관(410)이 내부에 설치되어 이루어진다.The
즉, 상기 난류분사노즐(400)은 중앙측이 확관된 관 내부에 상기 난류분사관(410)을 삽입/결합한 구조이며, 상기 난류분사관(410)의 노즐구멍(411)은 혼합유체가 상기 난류분사노즐(400)의 내부를 일측방향으로 선회하도록 하여 와류가 형성되도록 일측방향으로 경사지게 형성된다.That is, the
또한, 상기 전체 노즐구멍(411) 크기의 합은 난류분사관(410)의 입구 크기와 같거나 작게(약 80∼100%) 하는 것이 바람직하다.In addition, the sum of the size of all the nozzle holes 411 is preferably equal to or smaller than the inlet size of the turbulent injection pipe 410 (about 80 to 100%).
한편, 상기 난류분사노즐(400)은 내부에 노즐구멍(411)을 갖는 난류분사관(410)을 가짐으로서 스트레이너 기능을 겸하게 된다.On the other hand, the
그리고, 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)는 상기 난류분사노즐(400)의 일측에 연결되며 난류분사노즐(400)을 통과한 혼합유체에서 물 보다 오존의 체류시 간을 증가시켜 오존용해효율을 증가시키며 오존처리수와 오존을 분리 배출하는 장치이다.The vortex
즉, 종래의 가압용해장치 등은 오존가스의 용해효율을 높이기 위하여 반응기 내에 3∼5kg/cm2 의 압력을 가하여 기체를 강제로 녹이도록 한 헨리의 법칙(Heney's Law)에 의한 것으로 용해 효율은 좋으나 동력이 많이 들어가고 오존처리수조 및 방류수에서 잉여용존오존이 자연 탈기 되며서 주변을 오염시키는 문제점이 있었다.In other words, the conventional pressure dissolving device is based on Henry's Law for forcibly dissolving gas by applying a pressure of 3 to 5 kg / cm 2 in the reactor to increase the dissolution efficiency of ozone gas. There was a problem of polluting the surroundings due to a lot of power and natural degassed in the ozone treatment tank and effluent.
따라서, 본 발명에서는 기존의 고정관념을 깨고 역발상에 의해 액체에 기체를 녹이기 위해 미세하게 쪼개는 대신에 역으로 기체에 액체를 충돌시켜 기액계면에서 기체가 액체에 흡수되도록 하는 이중 격막설에 의한 공법을 채택하게 되었으며, 이 경우 가압을 할 필요가 없기 때문에 전기에너지가 대폭 절감되는 장점이 있으며 상압에서 자연원리에 의해 용해 되었기 때문에 오존처리수에서 잉여용존오존이 탈기되지 않아 2차적인 오존 오염 걱정이 없다.Therefore, in the present invention, instead of breaking the conventional stereotypes and dissolving the gas into the liquid by the reverse idea, instead of finely splitting, the method by the double diaphragm snow so that the gas is absorbed into the liquid at the gas-liquid interface. In this case, since there is no need to pressurize, there is an advantage that the electric energy is greatly reduced, and since it is dissolved by natural principle at normal pressure, there is no worry of secondary ozone pollution because excess dissolved ozone is not degassed in ozone treated water. none.
이러한 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)는, 상기 난류분사노즐(400)을 통과한 혼합유체가 내부로 유입되도록 하부측에 유입관(511)이 형성된 반응조(510)와,The vortex
상기 반응조(510)의 내부를 상하 다단으로 구획하여 다수의 공간(520a)을 형성하는 구획판(520);A
상기 각 공간(520a)을 연통시키도록 상기 각 구획판(520)에 복수개가 결합되어 상기 유입관(511)으로 유입된 혼합유체를 최상부 공간(520a)으로 이동시킴과 아 울러 구획판(520)의 하측으로 일정길이 돌출되어 돌출된 길이만큼 오존층(525)을 형성하여 물 보다 오존의 체류시간을 증가시키는 혼합유체 상부이송관(521)과,A plurality of partitions are coupled to each of the
상기 반응조(510)의 최상부 공간(520a)으로 이동한 오존 처리된 처리수를 외부로 배출하는 오존처리수 배출관(512) 및 상기 반응조(510)의 상단에 형성되어 오존처리수에서 분리된 오존을 상기 배오존 기수 분리장치(600)로 배출하는 배오존 배출관(513)으로 구성된다.Ozone treated
여기서, 상기 유입관(511)은 상기 반응조(510)의 일측으로 편심되게 설치되어 유입관(511)을 통해 유입된 혼합유체에 선회류를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.Here, the
상기 혼합유체 상부이송관(521)은 상기 구획판(520)에 일측방향으로 경사지게 결합되어 상기 유입관(511)을 통해 반응조(510)의 하부로 유입된 혼합유체를 최상부 공간(520a)으로 이동시 선회류를 형성시켜 와류 증가에 따른 오존용해효율을 증가시키게 된다.The mixed fluid
또한, 상기 최상측의 구획판(520)을 제외한 나머지 구획판(520)에는, 구획판(520)을 기준으로 상부측의 오존층(525)에 체류하는 오존과 일부 혼합유체를 하부측의 혼합유체속으로 리턴시키는 오존/혼합유체 리턴관(522)이 결합된다.In addition, the remaining
즉, 상기 유입관(511)을 통해 반응조(510)의 하부로 유입되어 상기 혼합유체 상부이송관(521)을 통해 최상부 공간(520a)으로 이동하는 혼합유체는 상,하 각각의 공간(520a)내에서 일시 저장되는데, 이때 혼합유체의 수면은 상기 혼합유체 상부이송관(521)의 하단부까지이며, 따라서 혼합유체의 수면 상측의 오존층(525)에는 물 에서 분리된 오존가스가 체류하게 된다.That is, the mixed fluid flowing into the lower portion of the
이에 따라, 상기 오존층(525)에 체류하는 오존가스의 일부는 물에 다시 용해되고, 나머지는 일부 혼합유체와 함께 상기 오존/혼합유체 리턴관(522)을 통해 각각 하부측 공간()에 있는 혼합유체속으로 재순환하면서 와류를 증가시키기 때문에 오존용해효율을 증가시키게 된다.Accordingly, some of the ozone gas remaining in the
이와 같이, 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)가 상압에서도 오존용해효율이 매우 뛰어난 근본적인 원리는 물과 오존가스의 체류시간을 달리 할 수 있으며 조절이 가능하다는데 있다.As such, the basic principle that the vortex
즉, 종래의 가압인젝션 반응기는 강제로 가압용해 시켜서 물과 오존이 동시에 배출되기 때문에 물과 오존의 체류시간이 같으며 조절이 불가능 하지만, 본 발명에서는 기액비에 따라서 기액비 차이만큼 물 보다 오존가스의 체류시간이 길어지기 때문에 가압용해장치 보다 10∼20배 오존용해효율이 좋아질 수 밖에 없다.That is, the conventional pressurized injection reactor is forcibly pressurized and dissolved at the same time so that water and ozone are discharged at the same time, so the residence time of water and ozone is the same and cannot be adjusted. Because of the longer residence time, the ozone dissolution efficiency is 10 to 20 times higher than that of the pressure dissolving device.
예를들어, 기액비가 10% 일 경우 물의 체류시간이 1분이라면 물의 1/10 만 주입되는 오존가스의 체류시간은 10분이 되며, 기액비가 5%일 경우에는 20분이 되는 것이다. 따라서, 서로 다른 체류 시간차이 만큼 오존용해효율이 좋아지는 것이다.For example, if the gas-liquid ratio is 10%, if the residence time of water is 1 minute, the residence time of ozone gas into which only 1/10 of the water is injected is 10 minutes, and if the gas-liquid ratio is 5%, it is 20 minutes. Therefore, the ozone dissolution efficiency is improved by the difference in residence time.
그리고, 상기 오존처리수 배출관(512)은 입구가 상기 최상부 공간(520a)에 위치하고, 출구는 상기 입구에서부터 하측방향 수직으로 연장된후 반응조(510)의 외측으로 절곡된 형태로 되어 있으며, 즉, 오존처리수 배출관(512)의 출구는 오존처리수를 하향식으로 흘러보낼수 있도록 입구측 보다 하측에 위치하는 것이 바람직 하다.In addition, the ozone treatment
또한, 상기 오존처리수 배출관(512)의 입구측에는 이물질을 제거할 수 있도록 스트레이너망(512b)이 구비되고, 상기 스트레이너망(512b)의 하단에는 혼합유체가 넘쳐 흘러서 오존처리수 배출관(512)내로 유입되도록 삿갓(512a)이 설치된다.In addition, a
한편, 상기 반응조(510)는 상기 스트레이너망(512b)에 걸린 이물질을 청소할 수 있도록 상단부에 상부경판(510a)이 탈착가능하게 결합되는 것이 바람직하다.On the other hand, the
그리고, 상기 반응조(510)의 내부에는 오존처리수에 완전히 용해되지 않은 잉여 오존을 분리시킬 수 있도록 배오존 탈기장치(550)가 설치된다.In addition, an
상기 배오존 탈기장치(550)는 상기 오존처리수 배출관(512)의 내부 일정구간에 복수개의 구슬(551)을 설치하여 이루어지며, 상기 복수개의 구슬(551) 상,하부에는 타공망(552)이 설치되어 구슬(551)을 수용하고 있게 된다.The
따라서, 상기 오존처리수 배출관(512)의 입구를 통해 오존처리수를 하향식으로 흘러 보내면, 이때 오존처리수는 상기 적층된 복수개의 둥근 구슬(551)(직경 20∼30mm)을 통과하게 되는데, 즉, 오존처리수가 둥근 구슬(551)의 표면을 감싸고 흐르면서 얇은 피막이 형성되어 완전히 용해되지 않은 잉여오존은 탈기되어 분리되는 것이다.Therefore, when the ozonated water flows downward through the inlet of the ozonated
여기서, 상기 배오존 탈기장치(550) 하류에 압이 걸리거나 물이 차면 안되며 낙차를 주어 흘러 떨어지듯 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 반응조(510)의 유입관(511) 보다 오존처리수 배출관(512)의 직경을 약 120% 정도 크게 하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the pressure should not be applied downstream of the
이렇게 상기 배오존 탈기장치(550)에 의해 분리된 오존은 상측으로 이동하여 배오존 배출관(513)를 통해 배출되게 된다.The ozone separated by the
그리고, 상기 배오존 기수 분리장치(600)는, 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)의 배오존 배출관(513)과 연결되며 오존과 함께 넘어온 수분을 분리하게 된다.In addition, the
이러한 상기 배오존 기수 분리장치(600)는, 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)의 배오존 배출관(513)과 연결되며 일측에 오존이 유입되도록 입구(611)가 형성되고, 상단에는 수분이 제거된 순수오존이 배출되는 순수오존배출구(612)가 형성되며, 하단에는 오존에서 분리된 수분이 배출되는 드레인관(613)이 형성된 탱크(610)와,The
상기 탱크(610) 내부의 상,하 타공망(621) 사이에 설치되며 오존에서 수분을 분리하는 복수개의 기수 분리용 볼(620)과,A plurality of
상기 탱크(610) 내부의 상 타공망(621) 상측에 서로 일정간격 이격되어 복수개가 설치되되 가장자리와 중앙에 오존배출공(630a)(631a)이 교번적으로 형성되어 구성되며 상기 기수 분리용 볼(620)을 통과한 오존에 대해 재차 수분을 분리하는 기수 분리용 판(630)(631)으로 이루어진다.The
또한, 상기 탱크(610)의 내부 하단에는 드레인관(613)을 내측방향으로 돌출시킨 돌출부(613a)가 형성되고, 상기 돌출부(613a)의 상측에는 오존이 드레인관(613)으로 배출되는 것을 방지할 수 있도록 가장자리가 상기 돌출부(613a) 보다 큰 직경을 가지며 돌출부(613a)의 끝단보다 하측으로 절곡/연장된 막음판(614)이 형성 된다.In addition, a protruding
즉, 상기 막음판(614)의 하단부가 수면 보다 하측에 위치하기 때문에 오존이 드레인관(613)을 통해 배출되는 것을 방지하게 되는 것이다.That is, since the lower end of the blocking
한편, 상기 기수 분리용 판(630)(631)의 상측에는 수분임시저장부(615)가 설치되어 상기 순수오존배출구(612)를 통해 배출되는 오존에 대해 재차 수분을 분리하게 된다. 상기 수분임시저장부(612)는 상기 탱크(610)의 상단을 개방한 후 저장된 수분을 배출시키게 된다.On the other hand, the water
이렇게 배오존 기수 분리장치(600)는 오존과 함께 넘어온 수분을 분리하여 배출시킴으로서 아래에서 설명될 파괴기(700)의 오존분해용 히터(미도시)의 수명을 증가시키게 된다.Thus,
그리고, 상기 배오존 기수 분리장치(600)의 일측에는 배오존 기수 분리장치(600)를 통과한 순수오존을 열파괴할 수 있도록 오존분해용 히터(미도시)가 구비된 파괴기(700)가 설치된다.In addition, a
이하, 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the high-efficiency ozone dissolving device according to the present invention will be described.
집수조(100)에 저장된 폐,하수는 가압펌프(200)에 의해 슬라이딩 인젝터(310)로 유입되고, 동시에 오존발생기(315)에서 제조된 오존가스도 슬라이딩 인젝터(310)의 오존유입구(314)로 유입된다. 이때 슬라이딩 인젝터(310)로 유입되는 물은 선회노즐(312) 및 메인노즐(313)을 통과하면서 오존과 함께 빠른 선회류를 형성 하게 되어 안개처럼 분쇄되어 에멀젼 상태가 된 후 상기 소용돌이 믹서기(320)로 이동하게 된다.Waste and sewage stored in the
상기 소용돌이 믹서기(320)로 이동한 혼합유체는 정방향/역방향 나선형판 스프링(321)을 통과하면서 정회전과 역회전을 반복하게 되어 기액이 충돌과 분쇄작용에 의해 혼합,흡수되며 이때 오존은 미세하게 쪼개지게 된다. 또한, 혼합유체가 나선형판 스프링(321)의 사이를 통과하는 과정에서 난류유도판(322)에 의해 모아졌다 흩어졌다를 반복하게 되어 와류와 난류의 연속적인 상호작용에 의해 기액혼합이 극대화 되게 된다.The mixed fluid moved to the
계속해서, 상기 소용돌이 믹서기(320)를 통과한 혼합유체는 양분되어 상기 충돌분사노즐(330)의 양단부에 구비된 노즐(331)로 유입되어 정면 충돌한 후 다시 합치되어 상기 난류분사노즐(400)로 이동하게 된다.Subsequently, the mixed fluid having passed through the
상기 충돌분사노즐(330)에서 정면충돌후 합치되어 난류분사노즐(400)의 난류분사관(410)내로 유입된 혼합유체의 난류는 난류분사관(410)의 경사진 노즐구멍(411)을 통해 다시 분리/분사 되면서 선회류를 일으키게 된다. 이 과정에서 혼합유체에 포함된 이물질은 난류분사관(410)에 의해 걸러지게 된다.The turbulence of the mixed fluid introduced into the
상기 난류분사노즐(400)을 통과한 혼합유체는 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)의 유입관(511)으로 유입된다.The mixed fluid passing through the
상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)의 하부로 유입된 혼합유체는 상,하에 걸쳐 설치된 각 구획판(520)의 혼합유체 상부이송관(521)을 통과하면서 선회류를 일으켜 최상부 공간(520a)으로 이동하게 되며, 이때 각 공간(520a)의 물에서 분리 된 오존가스는 각 구획판(520) 하측의 오존층(525)에 체류하게 되는데, 상기 오존층(525)에 체류하는 오존가스의 일부는 물에 다시 용해되고, 나머지는 일부 혼합유체와 함께 상기 오존/혼합유체 리턴관(522)을 통해 각각 하부측 공간(520a)에 있는 혼합유체속으로 재순환하면서 와류를 증가시키게 된다.The mixed fluid introduced into the lower portion of the vortex
따라서, 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)를 혼합유체가 통과하게 되면, 물 보다 오존가스의 체류시간이 상당히 길어지기 때문에 오존용해효율이 극대화 되게 된다.Therefore, when the mixed fluid passes through the vortex
계속해서, 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기(500)의 내부에서 오존 처리된 처리수는 상기 오존처리수 배출관(512)을 통해 외부로 배출하게 되고, 오존처리수에서 분리된 오존은 배오존 배출관(513)을 통해 상기 배오존 기수 분리장치(600)로 이동하게 된다.Subsequently, the ozonated treated water in the vortex
여기서, 상기 오존처리수 배출관(512)을 통과하는 오존처리수에 포함된 이물질은 스트레이너망(512b)에 의해 걸러지게 되며, 오존처리수 배출관(512)을 따라 낙하하는 오존처리수는 배오존 탈기장치(550)의 둥근 구슬(551)을 통과하게 되는데, 이때 오존처리수가 둥근 구슬(551)의 표면을 감싸고 흐르면서 얇은 피막이 형성되어 완전히 용해되지 않은 잉여오존은 탈기되어 분리된다.Here, the foreign matter contained in the ozonated water passing through the ozonated
이렇게 분리되는 오존은 상기 배오존 배출관(513)을 통해 상기 배오존 기수 분리장치(600)로 이동하게 된다.The ozone separated in this way is moved to the ozone
그리고, 상기 배오존 기수 분리장치(600)로 이동한 오존은 기수 분리용 볼(620)을 통과하면서 오존에 포함된 수분을 분리하게 되며, 이때 분리된 수분은 탱 크(610) 하단의 드레인관(613)을 통해 외부로 배출되고 오존가스는 상기 기수 분리용 판(630)(631)을 통과하면서 재차 수분이 분리되어 순수오존배출구(612)를 통해 순수오존을 배출하게 된다.In addition, the ozone moved to the
상기 배오존 기수 분리장치(600)에 배출된 순수오존은 상기 파괴기(700)로 이동하여 파괴기(700)의 오존분해용 히터에 의해 열파괴 되게 된다.The pure ozone discharged to the
실시예 1)Example 1
상기한 본 발명에 따른 고효율 오존 용해장치(1)를 이용하여 공장 자체 지하수 오존처리와 하수 오존처리를 실시하였으며, 보는 바와 같이 오존주입 농도에 따라 최저 95%에서 최대 98%까지 오존용해효율이 매우 좋게 나왔으며, 오존처리수의 용존오존농도 역시 2.72PPM에서 10.64PPM 까지 아주 높게 잘 처리 되었다.Using the high-efficiency ozone dissolving device (1) according to the present invention, the groundwater ozone treatment and sewage ozone treatment of the factory itself were carried out. It was found to be good, and the dissolved ozone concentration of ozonated water was also treated very well from 2.72PPM to 10.64PPM.
아래의 결과 값은 오존발생기(315)에서 발생된 시간당 총 오존 발생량과 처리하는 물의 량을 비교하여 오존주입농도를 PPM으로 환산하고 오존용해장치(1) 통과후의 오존처리수 등의 용존오존농도를 측정하여 오존주입농도로 나주어 백분율(%)로 표시한 것이다.The following result value compares the total amount of ozone generated per hour generated by the
1. 공장자체 지하수 오존 처리 결과1. The factory's own groundwater ozone treatment results
*결과1,*
- 오존발생량 : 2g/hr -Ozone Generation: 2g / hr
- 오존농도 : 60g/N㎥-Ozone Concentration: 60g / N㎥
- 오존가스량 : 0.56 ℓ/㎥-Ozone gas amount: 0.56 ℓ / ㎥
- 처리 수량 : 0.72 ㎥/hr-Processed Quantity: 0.72 ㎥ / hr
- 오존주입농도 : 2.78 ppm-Ozone injection concentration: 2.78 ppm
- 용존오존농도 : 2.72 ppm-Dissolved ozone concentration: 2.72 ppm
- 오존용해효율 : 2.72 ÷ 2.78 × 100 = 98%-Ozone dissolution efficiency: 2.72 ÷ 2.78 × 100 = 98%
- 기액비 : 0.56 ÷ 12 = 0.047 = 4.7%Gas-liquid ratio: 0.56 ÷ 12 = 0.047 = 4.7%
- 배오존 농도 : 1.12 g/N㎥Ozone concentration: 1.12 g / N㎥
- 배오존량 : 0.038 g/hr-Ozone amount: 0.038 g / hr
*결과2,* Result 2,
- 오존발생량 : 12g/hr -Ozone Generation: 12g / hr
- 오존농도 : 120g/N㎥-Ozone Concentration: 120g / N㎥
- 오존가스량 : 1.67 ℓ/㎥-Ozone gas amount: 1.67 ℓ / ㎥
- 처리수량 : 1.08 m³/hr-Capacity: 1.08 m³ / hr
- 오존주입농도 : 11.1 ppm-Ozone concentration: 11.1 ppm
- 용존오존농도 : 10.64 ppm-Dissolved ozone concentration: 10.64 ppm
- 오존용해효율 : 10.64ppm ÷ 11.1 ppm × 100 = 95.9 %-Ozone dissolution efficiency: 10.64ppm ÷ 11.1 ppm × 100 = 95.9%
- 기액비 : 1.67ℓ / min ÷ 18 ℓ / min × 100 = 9.28 % -Gas-liquid ratio: 1.67ℓ / min ÷ 18 ℓ / min × 100 = 9.28%
- 배오존 농도 : 4.15 g/Nm³ Ozone concentration: 4.15 g / Nm³
- 배오존량 : 0.42 g/hr-Ozone level: 0.42 g / hr
2. 하수 오존 처리 결과2. Sewage Ozone Treatment Results
- 오존발생량 : 2g/hr-Ozone Generation: 2g / hr
- 오존농도 : 60g/N㎥-Ozone Concentration: 60g / N㎥
- 오존 가스량 : 0.56 ℓ/min-Ozone gas amount: 0.56 ℓ / min
- 처리 수량 : 0.72㎥/ hr-Processed Quantity: 0.72㎥ / hr
- 배오존농도 : 3g/N㎥-Ozone Concentration: 3g / N㎥
- 배오존량 : 0.1g/hr-Ozone: 0.1g / hr
- 오존용해효율 : (2-0.1)÷2 ×100 = 95%-Ozone dissolution efficiency: (2-0.1) ÷ 2 × 100 = 95%
- 기액비 : 0.56÷12= 4.7%-Gas-liquid ratio: 0.56 ÷ 12 = 4.7%
상기한 본 발명은, 미세 기포형성 및 와류와 난류의 연속적인 상승작용에 의해 기액계면을 넓게하고 접촉횟수를 많게 함과 동시에 상기 소용돌이 유체 혼합 반응기를 통해 물 보다 오존의 체류시간을 길게하여 오존용해효율을 95% 이상으로 높이므로서, 폐,하수처리 효율이 높아지기 때문에 필요 오존 투입량이 적어져 오존발생장치에 대한 초기 투자비용 및 에너지가 절감되고, 오존용해효율이 극대화됨에 따라 기존 방식의 오존 접촉 체류시간 60분을 3분 이내로 대폭 줄일 수 있어서 1일 10만톤 이상의 대용량 폐,하수 처리에도 적용가능하여 경제적이고 배오존 발생량도 감소된다.According to the present invention, the ozone dissolves by expanding the gas-liquid interface and increasing the number of contact by the microbubble formation and the continuous synergy of the vortex and the turbulence, and the longer residence time of ozone than the water through the vortex fluid mixing reactor. By increasing the efficiency above 95%, the efficiency of waste and sewage treatment is increased, so the amount of ozone required is reduced, the initial investment cost and energy for the ozone generator is reduced, and the ozone dissolution efficiency is maximized. 60 minutes of residence time can be significantly reduced to less than 3 minutes, so it can be applied to large-capacity waste and sewage treatment of more than 100,000 tons per day.
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