KR100852757B1 - Ultraviolet disinfection system for waste-water - Google Patents

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KR100852757B1
KR100852757B1 KR1020070030230A KR20070030230A KR100852757B1 KR 100852757 B1 KR100852757 B1 KR 100852757B1 KR 1020070030230 A KR1020070030230 A KR 1020070030230A KR 20070030230 A KR20070030230 A KR 20070030230A KR 100852757 B1 KR100852757 B1 KR 100852757B1
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이석헌
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한국과학기술연구원
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Abstract

A non-contact ultraviolet sterilizing device is provided to improve the irradiation efficiency of ultraviolet rays by letting the generated ultraviolet ray pass through a vacuum space and then to be irradiated on an inflow water conduit. A non-contact ultraviolet sterilizing device includes a chamber, an ultraviolet lamp(110) and plural water treatment conduits. The chamber is maintained vacuum. The ultraviolet lamp is installed inside the chamber. The plural water treatment conduits are installed inside the chamber that is separated from the ultraviolet ray lamp. A reflection plate is installed on the inner wall of the chamber. A refrigerating waterway is installed on the outer wall of the chamber. A refrigerant floats inside the refrigerating waterway. The refrigerant is water or liquid nitrogen.

Description

비접촉식 자외선 소독장치{Ultraviolet disinfection system for waste-water}Ultraviolet disinfection system for waste-water

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치의 정면도.1 is a front view of a non-contact ultraviolet disinfection device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치의 평면도.2 is a plan view of a non-contact ultraviolet disinfection device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치의 측면도.Figure 3 is a side view of a non-contact ultraviolet disinfection device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 챔버의 정면도.4 is a front view of a non-contact ultraviolet chamber according to one embodiment of the invention.

도 5는 도 4의 A-A`선에 따른 단면도. 5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 비접촉식 자외선 소독장치와 자외선 챔버를 나타낸 사진.6a and 6b are photographs showing a non-contact ultraviolet disinfection device and an ultraviolet chamber actually manufactured according to an embodiment of the present invention, respectively.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

101 : 저류조 102 : 유량 펌프101: storage tank 102: flow pump

103 : 진공 펌프 104 : 제어 패널103: vacuum pump 104: control panel

110 : 자외선 챔버 111 : 챔버110: ultraviolet chamber 111: chamber

112 : 자외선 램프 113 : 수처리 관로112 ultraviolet lamp 113 water treatment pipe

114 : 냉각수로 115 : 온도 센서114: coolant 115: temperature sensor

116 : 자외선 센서 117 : 반사판116: ultraviolet sensor 117: reflector

본 발명은 비접촉식 자외선 소독장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 UV를 포함한 다파장의 자외선을 이용하여 미생물의 DNA 뿐만 아니라 효소 및 세포벽을 손상시키고 자외선 조사효율을 향상시킬 수 있는 비접촉식 자외선 소독장치에 관한 것이다. The present invention relates to a non-contact ultraviolet disinfection apparatus, and more particularly to a non-contact ultraviolet disinfection apparatus that can damage not only the DNA of the microorganism but also enzymes and cell walls by using multi-wavelength ultraviolet light including vacuum UV and improve the UV irradiation efficiency. It is about.

일반적으로 하수처리장에서는 여러 단계를 거쳐 오폐수를 정화하고 있으며 미생물 등 잔류 유기물을 제거하기 위해 자외선 소독장치가 이용되고 있다. 자외선 소독장치는 자외선 램프로부터 발생되는 자외선이 미생물에 흡수되도록 하여 미생물의 DNA를 파괴함으로써 미생물의 서식 및 번식을 방지하는 원리를 이용한다. In general, sewage treatment plants are used to purify wastewater through several steps, and ultraviolet disinfection equipment is used to remove residual organic matter such as microorganisms. The ultraviolet disinfection apparatus utilizes the principle of preventing the microbial habitat and propagation by destroying the microbial DNA by allowing the ultraviolet light generated from the ultraviolet lamp to be absorbed by the microorganism.

한편, 자외선 소독에 자외선(UV)은 가시광선보다 파장이 짧고, X선 보다 파장이 긴, 약 100~400 nm 범위의 광선을 의미하나, 모든 파장의 자외선이 살균력을 지니는 것은 아니다. 자외선은 파장에 따라 UVA, UVB, UVC 그리고 진공 UV(Vacuum UV)로 나눌 수 있다. UVA의 경우 315~400 nm의 빛으로 파란색 램프를 필요로 하는 실내 장식이나, 선탠을 할 때 사용되고 광촉매(TiO2), photo-ferrioxalate나 photo-fenton과 같은 고도산화공정에서 사용된다. UVB(280~315 nm)는 도노(Dorno) 선이라 불리며 피부에 홍반작용을 일으킨다. UVA와 UVB의 경우 이 파장의 빛을 DNA가 거의 흡수하지 못하기 때문에 직접적인 소독용으로는 사용할 수 없다. 100~200 nm의 빛은 진공 UV라고 하는데 파장이 짧기 때문에 투과성이 낮고 흡수성이 매우 높다. 따라서 물을 투과하는 능력이 높지 못해 미생물을 불활성화시킬 수 있는 에너지를 가지고 있음에도 불구하고 소독용으로의 적용에 한계가 있다. On the other hand, ultraviolet (UV) for ultraviolet disinfection refers to light in the range of about 100 to 400 nm, which is shorter in wavelength than visible light and longer in wavelength than X-ray, but ultraviolet rays of all wavelengths do not have bactericidal power. Ultraviolet rays can be divided into UVA, UVB, UVC and vacuum UV depending on the wavelength. In the case of UVA, it is used for interior decoration requiring a blue lamp with light of 315-400 nm, or for tanning, and in high oxidation process such as photocatalyst (TiO2), photo-ferrioxalate or photo-fenton. UVB (280-315 nm) is called the Dorno gland and causes erythema on the skin. In the case of UVA and UVB, light of this wavelength is hardly absorbed by DNA and cannot be used for direct disinfection. Light of 100-200 nm is called vacuum UV. Because of its short wavelength, its transmittance is low and its absorption is very high. Therefore, even though the ability to penetrate the water does not have high energy to inactivate the microorganisms, there is a limit to the application for disinfection.

병원성 미생물의 불활성화에 사용되어온 빛의 파장은 200~280 nm(UVC)으로 이 파장의 빛은 살균선이라고 불리며, DNA와 단백질이 잘 흡수하는 파장이다. 특히 253.7 nm의 경우 저압계열의 UVC 영역 램프 가운데 기술적으로 생산 가능한 유일한 파장이며, DNA에 흡수율이 높은 파장에 속하므로 자외선 램프의 대부분은 253.7 nm의 파장을 주로 내보내는 램프이다. The wavelength of light used for inactivation of pathogenic microorganisms is 200-280 nm (UVC), which is called germicidal line and is a wavelength that DNA and protein absorb well. Especially, in case of 253.7 nm, it is the only wavelength that can be produced technically among UVC lamps of low pressure series, and since it belongs to the wavelength with high absorption rate in DNA, most of UV lamps mainly emit 253.7 nm.

한편, 종래의 자외선 소독장치는 오폐수가 지나가는 관로 내에 자외선 램프가 위치되고 상기 자외선 램프 둘레에는 석영관이 구비되는 이른바, 접촉식 자외선 소독장치가 대부분이다. 이와 같은 접촉식 자외선 소독장치는 수질다변지역의 대상원수를 처리할 경우 자외선 램프를 보호하는 석영관 내에 스케일(scale)이 형성되는 현상이 발생되어 자외선 투과율을 현저히 저하시키는 문제점이 있다. 자외선 투과율이 저하되면 살균효과가 감소됨은 당연하다. On the other hand, the conventional ultraviolet disinfection device is a so-called contact ultraviolet disinfection device is a UV lamp is located in the pipeline through which waste water passes, and a quartz tube is provided around the ultraviolet lamp. Such a contact ultraviolet disinfection device has a problem in that a scale is formed in a quartz tube that protects an ultraviolet lamp when the target raw water is treated in a water quality variable region, thereby significantly reducing the UV transmittance. Naturally, when the UV transmittance decreases, the sterilization effect is reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 진공 UV를 포함한 다파장의 자외선을 이용하여 미생물의 DNA 뿐만 아니라 효소 및 세포벽을 손상시키고, 발생된 자외선이 진공 공간을 통과하여 유입수 관로에 조사되도록 함으로써 자외선 조사효율을 향상시킬 수 있는 비접촉식 자외선 소독장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, by using a multi-wavelength ultraviolet light containing a vacuum UV to damage not only the DNA of the microorganism but also enzymes and cell walls, the generated ultraviolet light passes through the vacuum space to the influent water pipe It is an object of the present invention to provide a non-contact ultraviolet disinfection device that can improve the irradiation efficiency by ultraviolet irradiation.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉식 자외선 소독장치는 진공 상태로 유지되는 챔버와, 상기 챔버 내에 구비되는 자외선 램프 및 상기 자외선 램프로부터 이격된 위치의 챔버 내부에 구비되는 복수개의 수처리 관로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Non-contact UV disinfection device according to the present invention for achieving the above object is a chamber maintained in a vacuum state, the ultraviolet lamp provided in the chamber and a plurality of water treatment pipes provided in the chamber at a position spaced apart from the ultraviolet lamp It is characterized by comprising.

또한, 상기 챔버의 내벽 상에 반사판이 구비되며, 상기 챔버의 외벽 상에 냉각수로가 구비된다. 상기 냉각수로 내에는 냉매가 유동되며, 상기 냉매는 물 또는 액체질소 중 어느 하나이다. 한편, 상기 자외선 램프는 다양한 파장의 자외선을 동시에 발생시키며, 상기 다양한 파장의 자외선은 150∼300nm의 파장을 갖는다. In addition, a reflection plate is provided on the inner wall of the chamber, and a cooling water passage is provided on the outer wall of the chamber. A coolant flows in the cooling water path, and the coolant is either water or liquid nitrogen. On the other hand, the ultraviolet lamp generates ultraviolet rays of various wavelengths at the same time, the ultraviolet rays of the various wavelengths have a wavelength of 150 ~ 300nm.

상기 각각의 수처리 관로는 상기 자외선 램프와 동일 거리 이격된다. 구체적으로는 4개의 수처리 관로가 구비되고, 각각의 수처리 관로는 상기 자외선 램프의 상하좌우 방향에 배치된다. 또한, 상기 수처리 관로는 투명 재질로 구성되며, 상기 수처리 관로는 석영으로 구성될 수 있다. Each water treatment line is spaced apart from the ultraviolet lamp by the same distance. Specifically, four water treatment pipes are provided, and each water treatment pipe is disposed in the vertical, vertical, left and right directions of the ultraviolet lamp. In addition, the water treatment pipe line may be made of a transparent material, and the water treatment pipe line may be made of quartz.

상기 구성요소 이외에 유입수를 저류하는 역할을 하는 저류조와, 상기 저류조 내의 유입수를 상기 수처리 관로로 공급하는 역할을 하는 유량 펌프와, 상기 챔버의 진공 상태를 유지시키는 역할을 하는 진공 펌프를 더 포함할 수 있다. In addition to the components may further include a storage tank for storing influent water, a flow pump for supplying the inlet water in the storage tank to the water treatment pipe, and a vacuum pump for maintaining the vacuum state of the chamber may be further included. have.

본 발명의 특징에 따르면, 진공 상태로 유지되는 챔버 내에 자외선 램프와 수처리 관로가 이격되어 위치됨에 따라, 자외선 램프에서 발생된 자외선이 파장의 변화 없이 수처리 관로에 조사됨과 함께 자외선 램프와 수처리 관로가 비접촉의 형태를 갖음에 따라 수처리 관로 내에 스케일이 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 다양한 파장의 자외선이 수처리 관로에 동시에 조사됨에 따라 미생물의 DNA 뿐만 아니라 효소 및 세포벽까지 파괴하여 소독 효율을 향상시킬 수 있게 된다. According to a feature of the present invention, as the ultraviolet lamp and the water treatment pipeline are spaced apart in the chamber maintained in a vacuum state, the ultraviolet rays generated from the ultraviolet lamp are irradiated to the water treatment pipeline without changing the wavelength, and the ultraviolet lamp and the water treatment pipeline are not in contact with each other. As it has the form of it is possible to prevent the formation of scale in the water treatment pipeline. In addition, as ultraviolet rays of various wavelengths are simultaneously irradiated to the water treatment pipeline, not only DNA of the microorganism but also enzymes and cell walls can be destroyed to improve disinfection efficiency.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 챔버의 정면도이며, 도 5는 도 4의 A-A`선에 따른 단면도이다. Hereinafter, a non-contact ultraviolet disinfection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail. 1 is a front view of a non-contact ultraviolet disinfection device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view of a non-contact ultraviolet disinfection device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a contactless according to an embodiment of the present invention 4 is a side view of the ultraviolet disinfection apparatus, and FIG. 4 is a front view of the non-contact ultraviolet chamber according to one embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치는 크게 저류조(101), 유량 펌프(102), 진공 펌프(103), 제어 패널(104) 및 자외선 챔버(110)의 조합으로 이루어진다. First, as shown in FIGS. 1 to 3, the non-contact UV disinfection device according to the embodiment of the present invention is largely a storage tank 101, a flow pump 102, a vacuum pump 103, a control panel 104, and an ultraviolet ray. It is made up of a combination of chambers 110.

상기 저류조(101)는 유입수를 저류하는 공간이며, 상기 유량 펌프(102)는 상기 저류조(101) 내의 유입수를 상기 자외선 챔버(110)로 공급하는 역할을 하며, 상기 진공 펌프(103)는 상기 자외선 챔버(110) 내의 공기를 배출하여 상기 자외선 챔버(110) 내부를 진공 상태로 유지시키는 역할을 한다. 또한, 상기 제어 패널(104) 은 자외선 챔버(110)의 진공도, 내부온도, 자외선 강도 등 상기 자외선 소독장치의 제반 운전 조건을 제어하는 역할을 한다. The storage tank 101 is a space for storing inflow water, the flow pump 102 serves to supply the inflow water in the storage tank 101 to the ultraviolet chamber 110, the vacuum pump 103 is the ultraviolet light By discharging air in the chamber 110 serves to maintain the interior of the ultraviolet chamber 110 in a vacuum state. In addition, the control panel 104 controls the overall operating conditions of the ultraviolet disinfection device, such as the degree of vacuum, the internal temperature, the ultraviolet intensity of the ultraviolet chamber 110.

한편, 상기 자외선 챔버(110)는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 세부 구성을 갖는다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 상기 자외선 챔버는 먼저, 챔버(111)를 구비한다. 상기 챔버(111)는 상기 자외선 챔버(110)의 내부 공간을 정의하며, 일 실시예로 원통형으로 구현될 수 있다. 상기 챔버(111) 내부는 상기 진공 펌프(103)에 의해 1∼10-3 torr의 진공 상태로 유지되며, 상기 챔버(111)의 내벽에는 자외선 조사효율을 향상시키기 위해 반사판(117)이 구비된다. Meanwhile, the ultraviolet chamber 110 has a detailed configuration as shown in FIGS. 4 and 5. As shown in FIGS. 4 and 5, the ultraviolet chamber first includes a chamber 111. The chamber 111 defines an internal space of the ultraviolet chamber 110 and may be implemented in a cylindrical shape in one embodiment. The inside of the chamber 111 is maintained in a vacuum state of 1 to 10 -3 torr by the vacuum pump 103, and an inner wall of the chamber 111 is provided with a reflecting plate 117 to improve ultraviolet irradiation efficiency. .

상기 챔버(111) 내부의 중앙 부위에는 자외선 램프(112)가 구비된다. 상기 자외선 램프(112)는 아래의 <표 1>에 나타낸 바와 같이 저압/저출력, 저압/고출력, 중압/고출력의 조건을 동작될 수 있다. 여기서, 저압 또는 중압은 수은 증기압의 상태를 일컬으며, 저출력 또는 고출력은 자외선 램프의 전기 출력을 일컫는다. 세부적으로, 저압/저출력은 0.007 torr의 수은 증기압과 0.5 W/cm2의 전기 출력 조건이고, 저압/고출력은 0.76 torr의 수은 증기압과 1.5∼10 W/cm2의 전기 출력 조건이며, 중압/고출력은 300∼30,000 torr의 수은 증기압과 50∼250 W/cm2의 전기 출력 조건을 말한다. 기타, 저압/저출력, 저압/고출력, 중압/고출력 각각의 램프 온도, 램프 효율, 아크(arc) 길이 등은 <표 1>에 나타낸 바를 따른다. An ultraviolet lamp 112 is provided at a central portion of the chamber 111. The ultraviolet lamp 112 may operate under the conditions of low pressure / low output, low pressure / high output, medium pressure / high output as shown in Table 1 below. Here, low or medium pressure refers to the state of mercury vapor pressure, low power or high power refers to the electrical output of the ultraviolet lamp. Specifically, the low pressure / low power is 0.007 torr of mercury vapor pressure and 0.5 W / cm 2 of electrical output condition, the low pressure / high power is 0.76 torr of mercury vapor pressure and 1.5 to 10 W / cm 2 of electrical output condition. Is a mercury vapor pressure of 300 to 30,000 torr and an electrical output condition of 50 to 250 W / cm 2 . In addition, the lamp temperature, lamp efficiency, arc length, etc. of each of the low pressure / low power, low pressure / high power, and medium pressure / high power are as shown in Table 1.

<표 1> 본 발명의 일 실시예에 적용된 자외선 램프의 특성<Table 1> Characteristics of the ultraviolet lamp applied to an embodiment of the present invention

구 분division 저압/저출력Low pressure / low power 저압/고출력Low pressure / high power 중압/고출력Medium pressure / high power 파장wavelength 253.7 nm 단파장253.7 nm short wavelength 253.7 nm 단파장253.7 nm short wavelength 다파장 (150~300 nm)Multi-wavelength (150-300 nm) 수은 증기압(torr)Mercury vapor pressure (torr) Optimal at 0.007Optimal at 0.007 0.760.76 300~30,000300 ~ 30,000 램프 온도(℃)Lamp temperature (℃) 4040 130~200130-200 600~900600-900 전기 출력(W/cm2)Electrical output (W / cm2) 0.50.5 1.5~101.5 to 10 50~25050-250 램프 효율(%)Lamp efficiency (%) 35~3835 ~ 38 30~4030-40 10~2510 to 25 Arc 길이(cm)Arc length (cm) 10~15010 to 150 10~15010 to 150 5~1205 to 120 필요 램프 수Number of lamps you need 많음plenty 중간middle 적음Less 램프 수명(시간)Lamp life (hours) 8,000~10,0008,000-10,000 8,000~12,0008,000-12,000 4,000~8,0004,000 ~ 8,000

상기 자외선 램프(112)로부터 이격된 위치의 챔버(111) 내부에는 투명 재질로 이루어지는 수처리 관로(113)가 구비된다. 상기 수처리 관로(113) 내부에는 상기 유량 펌프(102)를 통해 상기 저류조(101)로부터 공급된 유입수가 흐르며, 상기 수처리 관로(113) 내부를 흐르는 유입수는 상기 자외선 램프(112)로부터 조사된 자외선에 의해 소독된다. 이에 따라, 상기 수처리 관로(113)는 자외선 투과율이 높은 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 일 실시예로 석영으로 구성될 수 있다. The water treatment pipe 113 made of a transparent material is provided in the chamber 111 at a position spaced apart from the ultraviolet lamp 112. The inflow water supplied from the storage tank 101 flows through the flow pump 102 inside the water treatment pipe 113, and the inflow water flowing through the water treatment pipe 113 is irradiated with ultraviolet rays emitted from the ultraviolet lamp 112. Are disinfected by. Accordingly, the water treatment pipe 113 is preferably made of a material having a high UV transmittance, and may be made of quartz in one embodiment.

상기 수처리 관로(113)는 상기 자외선 램프(112)로부터 이격될 뿐만 아니라, 상기 챔버(111)의 내벽과도 이격되어 위치된다. 또한, 상기 수처리 관로(113)는 상기 챔버(111) 내에 복수개 구비되며 일 실시예로, 4개의 수처리 관로(113)가 상기 자외선 램프(112)의 상하좌우 방향으로 배치될 수 있다. The water treatment pipeline 113 is located not only spaced apart from the ultraviolet lamp 112 but also spaced apart from an inner wall of the chamber 111. In addition, the water treatment pipe 113 may be provided in plural in the chamber 111, and in one embodiment, four water treatment pipes 113 may be disposed in the vertical, horizontal, left and right directions of the ultraviolet lamp 112.

한편, 상기 자외선 램프(112)는 <표 1>에 나타낸 바와 같이 600∼900℃의 온도에서 동작함에 따라 상기 챔버(111) 내부 및 외벽의 온도가 상승하게 되는데, 이러한 챔버(111)의 온도 상승을 억제하기 위한 수단으로서 상기 챔버(111) 외벽에는 냉각수로(114)가 구비되며, 상기 냉각수로(114) 내에 유동되는 냉매로는 물 또는 액체질소가 이용될 수 있다. 또한, 상기 챔버(111)의 일측에는 챔버(111) 내부의 온도를 측정하는 온도 센서(115)와 상기 챔버(111) 내부에 조사되는 자외선의 강도를 측정하는 자외선 센서(116)가 더 구비될 수 있다. 참고로, 본 출원인은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치 및 자외선 챔버를 실제 제작하였으며, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같다. On the other hand, as the ultraviolet lamp 112 is operated at a temperature of 600 ~ 900 ℃ as shown in Table 1, the temperature of the inner and outer walls of the chamber 111 is increased, the temperature rise of such a chamber 111 Cooling water passage 114 is provided on the outer wall of the chamber 111 as a means for suppressing water, and water or liquid nitrogen may be used as the refrigerant flowing in the cooling water passage 114. In addition, one side of the chamber 111 is further provided with a temperature sensor 115 for measuring the temperature inside the chamber 111 and an ultraviolet sensor 116 for measuring the intensity of the ultraviolet radiation irradiated into the chamber 111. Can be. For reference, the applicant has actually manufactured a non-contact ultraviolet disinfection device and an ultraviolet chamber according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 6a and 6b.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 소독장치의 구성을 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 소독장치의 동작 즉, 자외선을 이용한 유입수 소독 과정을 설명하기로 한다. Above, the configuration of the ultraviolet disinfection device according to an embodiment of the present invention was examined. Hereinafter, the operation of the ultraviolet disinfection apparatus according to an embodiment of the present invention, that is, the influent disinfection process using ultraviolet light will be described.

먼저, 상기 저류조(101)에 유입수가 저장된 상태에서 상기 유량 펌프(102)에 의해 상기 저류조(101)의 유입수가 상기 자외선 챔버(110)의 수처리 관로(113)로 공급된다. 이 때, 상기 자외선 챔버(110)의 챔버(111) 내부는 상기 진공 펌프(103)에 의해 1∼10-3 torr의 중진공 상태를 유지하며, 상기 자외선 소독램프로부터 150∼300nm 사이의 파장을 갖는 다파장 자외선이 상기 챔버(111) 내부에 조사된다. First, the inflow of the storage tank 101 is supplied to the water treatment conduit 113 of the ultraviolet chamber 110 by the flow pump 102 in a state where the inflow water is stored in the storage tank 101. At this time, the inside of the chamber 111 of the ultraviolet chamber 110 maintains a medium vacuum state of 1 to 10 -3 torr by the vacuum pump 103, and has a wavelength of 150 to 300 nm from the ultraviolet disinfection lamp Multi-wavelength ultraviolet light is irradiated inside the chamber 111.

상기 자외선 소독램프로부터 발생된 자외선은 상기 투명 재질 일 예로 석영 재질의 수처리 관로(113)를 투과하여 유입수에 조사된다. 이에 따라, 유입수 내의 미생물은 DNA가 파괴되어 서식 및 번식이 중단되며 궁극적으로 해당 유입수가 소독된다.Ultraviolet rays generated from the ultraviolet disinfection lamp are irradiated to the inflow water by passing through the water treatment pipe 113 of the transparent material as an example. As a result, the microorganisms in the influent break down the DNA, stop their habitat and reproduction, and ultimately disinfect the influent.

한편, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 100∼200nm의 파장을 갖는 자외선은 진공 UV로 정의되며, 진공 UV는 파장이 짧기 때문에 투과성이 낮고 흡수성이 매우 높다. 종래의 접촉식 자외선 소독장치의 경우 자외선이 물을 일정 거리 통과하는 방식임에 따라, 진공 UV를 조사하더라도 물을 투과하지 못해 유입수 내의 미생물을 효과적으로 불활성화시키지 못한다. On the other hand, as described in the prior art, ultraviolet rays having a wavelength of 100 to 200 nm are defined as vacuum UV, and since the vacuum UV has a short wavelength, the transmittance is low and the absorption is very high. In the conventional contact UV disinfection apparatus, since the ultraviolet light passes through the water at a predetermined distance, the UV light does not penetrate the water even when irradiated with vacuum UV and thus does not effectively inactivate the microorganisms in the influent.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 자외선 소독장치는 자외선 램프(112)와 수처리 관로(113) 사이가 진공 상태로 유지됨에 따라, 진공 UV가 파장의 변화 없이 수처리 관로(113)에 전달되어 유입수 내의 미생물을 불활성화시킬 수 있게 된다. On the other hand, in the non-contact UV disinfection apparatus according to an embodiment of the present invention, as the vacuum is maintained between the UV lamp 112 and the water treatment conduit 113, the vacuum UV is transmitted to the water treatment conduit 113 without changing the wavelength. It is possible to inactivate the microorganisms in the influent.

참고로, 190nm 이하의 파장을 갖는 진공 UV의 조사는 OH 래디컬과 수소원자를 생성시키기 위하여 물 분자를 여기 상태가 되도록 하는 균질분해(homolysis) 반응을 촉진시키며, 물의 이온화를 통하여 적은 양의 수용 전자(aqueous electrons)가 생성된다. 이와 같은 진공 UV를 이용한 소독 방법은 통상의 AOP(Advanced Oxidation Process) 공정에 요구되는 산화종(oxidizing species)을 생성시키기 위한 추가적인 산화제가 필요치 않게 된다. 한편, 물 분자에 의하여 흡수되는 진공 UV는 아래의 수식에 의하여 수중에서 물질을 분해하는 동안 중요한 역할을 하는 OH 래디컬, 수소원자 및 수용 전자를 생성한다. For reference, irradiation of vacuum UV with a wavelength of 190 nm or less promotes a homolysis reaction in which water molecules are excited to generate OH radicals and hydrogen atoms, and a small amount of accepting electrons through ionization of water (aqueous electrons) are produced. This vacuum UV disinfection method eliminates the need for additional oxidizing agents to generate the oxidizing species required for conventional AOP (Advanced Oxidation Process) processes. On the other hand, vacuum UV absorbed by water molecules generates OH radicals, hydrogen atoms, and accepting electrons, which play an important role during the decomposition of materials in water by the following formula.

H2O(l) + (<190nm) → H + HOH 2 O ( l ) + (<190 nm) → H + HO

H2O(l) + (<190nm) → H+ + e-aq + HOH 2 O ( l ) + (<190 nm) → H + + e-aq + HO

이와 같은 진공 UV의 조사는 소독 효과 이외에 유기물질 제거 및 질산성 질소의 환원 효과까지 이룰 수 있는 것으로 알려져 있으며, 또한 여러 파장 예를 들 어, 216, 263, 273nm 의 자외선이 동시에 수처리 관로(113)에 조사됨에 따라 미생물의 DNA 뿐만 아니라 미생물의 효소 및 세포벽까지 파괴할 수 있게 된다. In addition to disinfection effect, such a vacuum UV irradiation is known to achieve the effect of removing organic substances and reducing nitrate nitrogen, and also UV treatment of several wavelengths, for example, 216, 263, 273nm at the same time water treatment pipeline 113 Irradiation of the microorganisms can destroy not only the DNA of the microorganism but also the enzyme and cell wall of the microorganism.

본 발명에 따른 비접촉식 자외선 소독장치는 다음과 같은 효과가 있다. Non-contact ultraviolet disinfection device according to the present invention has the following effects.

진공 상태로 유지되는 챔버 내에 자외선 램프와 수처리 관로가 이격되어 위치됨에 따라, 자외선 램프에서 발생된 자외선이 진공 상태의 공간을 통과하고 이로 인해 자외선이 산란되지 않고 파장의 변화 없이 수처리 관로에 조사되어 궁극적으로 자외선의 조사효율을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 자외선 램프와 수처리 관로가 비접촉의 형태를 갖음에 따라 수처리 관로 내에 스케일이 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다. As the ultraviolet lamp and the water treatment pipeline are located apart from each other in the chamber maintained in a vacuum state, the ultraviolet rays generated from the ultraviolet lamp pass through the vacuum space so that the ultraviolet rays are not scattered and irradiated to the water treatment pipeline without changing the wavelength. As a result, the irradiation efficiency of ultraviolet rays can be improved. In addition, as the ultraviolet lamp and the water treatment pipeline have a non-contact form, it is possible to prevent the formation of scale in the water treatment pipeline.

이에 부가하여, 다양한 파장의 자외선이 수처리 관로에 동시에 조사됨에 따라 미생물의 DNA 뿐만 아니라 효소 및 세포벽까지 파괴하여 소독 효율을 향상시킬 수 있게 된다. In addition, as ultraviolet rays of various wavelengths are simultaneously irradiated to the water treatment pipeline, not only DNA of the microorganism but also enzymes and cell walls can be destroyed to improve disinfection efficiency.

Claims (15)

진공 상태로 유지되는 챔버;A chamber maintained in a vacuum state; 상기 챔버 내에 구비되는 자외선 램프; 및 An ultraviolet lamp provided in the chamber; And 상기 자외선 램프로부터 이격된 위치의 챔버 내부에 구비되는 복수개의 수처리 관로를 포함하여 이루어지며, It comprises a plurality of water treatment pipes provided in the chamber at a position spaced apart from the ultraviolet lamp, 상기 챔버의 내벽 상에 반사판이 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. Non-contact ultraviolet disinfection device, characterized in that the reflection plate is provided on the inner wall of the chamber. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 외벽 상에 냉각수로가 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The apparatus of claim 1, wherein a cooling water passage is provided on the outer wall of the chamber. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각수로 내에는 냉매가 유동되며, 상기 냉매는 물 또는 액체질소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact UV disinfection device according to claim 3, wherein a coolant flows in the cooling water passage, and the coolant is either water or liquid nitrogen. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 램프는 다양한 파장의 자외선을 동시에 발생시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact ultraviolet disinfection device according to claim 1, wherein the ultraviolet lamp generates ultraviolet rays of various wavelengths simultaneously. 제 5 항에 있어서, 상기 다양한 파장의 자외선은 150∼300nm 사이의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The apparatus of claim 5, wherein the ultraviolet rays of various wavelengths have a wavelength between 150 nm and 300 nm. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 램프는 저압/저출력, 저압/고출력, 고압/고출력의 조건 중 어느 한 조건으로 동작되며, The method of claim 1, wherein the ultraviolet lamp is operated under any one of the conditions of low pressure / low power, low pressure / high power, high pressure / high power, 상기 저압/저출력은 0.007 torr의 수은 증기압과 0.5 W/cm2의 전기 출력 조건이고, 상기 저압/고출력은 0.76 torr의 수은 증기압과 1.5∼10 W/cm2의 전기 출력 조건이며, 상기 중압/고출력은 300∼30,000 torr의 수은 증기압과 50∼250 W/cm2의 전기 출력 조건인 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The low pressure / low output is a mercury vapor pressure of 0.007 torr and an electrical output condition of 0.5 W / cm 2 , and the low pressure / high power is a mercury vapor pressure of 0.76 torr and an electrical output condition of 1.5 to 10 W / cm 2 . Non-contact UV disinfection device characterized in that the mercury vapor pressure of 300 to 30,000 torr and electrical output conditions of 50 to 250 W / cm 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 챔버 내부의 압력은 1∼10-3 torr로 유지되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The apparatus of claim 1, wherein the pressure inside the chamber is maintained at 1 to 10 −3 torr. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 수처리 관로는 상기 자외선 램프와 동일 거리 이격되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact UV disinfection device according to claim 1, wherein each of the water treatment pipes is spaced at the same distance from the UV lamp. 제 1 항에 있어서, 4개의 수처리 관로가 구비되고, 각각의 수처리 관로는 상기 자외선 램프의 상하좌우 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact UV disinfection device according to claim 1, wherein four water treatment pipes are provided, and each water treatment pipe is disposed in the vertical, horizontal, left and right directions of the ultraviolet lamp. 제 1 항에 있어서, 상기 수처리 관로는 투명 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact ultraviolet disinfection device according to claim 1, wherein the water treatment line is made of a transparent material. 제 1 항에 있어서, 상기 수처리 관로는 석영으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact UV disinfection device according to claim 1, wherein the water treatment line is made of quartz. 제 1 항에 있어서, 유입수를 저류하는 역할을 하는 저류조와, 상기 저류조 내의 유입수를 상기 수처리 관로로 공급하는 역할을 하는 유량 펌프와, 상기 챔버의 진공 상태를 유지시키는 역할을 하는 진공 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. According to claim 1, further comprising a storage tank for storing influent water, a flow pump for supplying the inlet water in the storage tank to the water treatment pipe, and a vacuum pump for maintaining the vacuum state of the chamber Non-contact ultraviolet disinfection device, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 일측에 상기 챔버 내부의 온도를 측정하는 역할을 하는 온도 센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact ultraviolet disinfection device according to claim 1, further comprising a temperature sensor on one side of the chamber that measures a temperature inside the chamber. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 일측에 상기 챔버 내부에 조사되는 자외선의 강도를 측정하는 역할을 하는 자외선 센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 자외선 소독장치. The non-contact ultraviolet disinfection device according to claim 1, further comprising an ultraviolet sensor which serves to measure the intensity of ultraviolet light irradiated inside the chamber on one side of the chamber.
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