KR100894851B1 - 산성 오존수의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산성 오존수의 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 오존감소 시간상수의 증가폭이 큰 산성도에서 오존을 장시간 보존함으로서 오존에 의한 미생물 제거를 더욱 효율적으로 실시하는 것이다. 오존은 생물무기에 사용되는 미생물을 포함한 대부분의 미생물들을 제거한다. 그러나 이러한 미생물들은 지구상의 풍부한 유기물질과 함께 공존하기 때문에 오존수속의 오존 대부분은 미생물 제거보다는 다른 유기물질과 반응하여 없어진다. 그런데 산성오존수에서는 높은 산성도에 의하여 오존이 오래 지속하면서 제거할 미생물과 오래 반응할 수 있게 되어 미생물을 효율적으로 제거하게 되는 것이다. 산성수에 오존을 주입하여 산성오존수를 만들고, 산성오존수가 가지고 있는 시너지효과를 이용하여 미생물을 제거하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

산성오존수, 산성도, 오존감소 시간상수, 농수축산물세척, 살균, 방역

Description

산성 오존수의 제조방법 { Method For Fabricating Acidic Ozone WaterThe Same }

도1은 중성수에 염산을 섞어 만든 산성수의 pH값을 염산의 농도로 표시한 것이다.

도2는 물의 산성도 또는 pH값에 따른 오존농도 감소시간상수를 표시한 것이다.

도3은 본 발명에 따른 산성오존수 발생장치를 설명하기 위한 블록 다이아그람이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 설명 ***

20 : 산성수 발생장치

40 : 오존 발생기

50 : 오존 혼합기

60 : 냉각 및 냉동장치

본 발명은 산성 오존수의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 물건의 표면을 세척하고 표면에 붙어있거나 기생하는 미생물 살균을 위한 산성 오존수의 제조방법에 관한 것이다.

산성오존수를 이용하여 농수·축산물을 세척 및 소독하고 농작물에 기생하는 미생물을 살균하고, 가축과 가금의 병원성 세균이나 바이러스에 의해 오염된 지역 및 축사와 같이 오염이 예상되는 시설물 등에 산성오존수를 이용하여 방역을 하며 축산 농가에서 배출되는 축산 폐수의 악취 처리를 하고, 농수·축산물과 제반 시설물의 세척, 살균 및 방역에 관한 것이다.

산성오존수를 이용하여 각종질병을 유발하는 병원균이나 바이러스를 소독하기도 하고 살균하여 질병의 펴짐을 미연에 방지할 수도 있고 표면에 기생하는 병원균이나 바이러스를 살균하여 병이 악화되는 것을 방지하는 것에 관한 것이다.

생물무기에 사용될 수 있는 미생물로서는 탄저균과 같은 박테리아포자, 콜레라균과 같은 박테리아 균, 천연두와 같은 바이러스 등이 있다. 최근에는 DNA를 적당히 섞어 새로운 생물무기의 미생물을 만들어 내기도 한다. 이와 같은 생물무기에 사용되는 미생물이 퍼지면 인류에 엄청난 재앙을 일으킨다. 산성오존수를 이용하여 생물무기의 미생물을 효과적으로 소독하기도 하고 살균하여 생물무기 미생물이 인류에 끼칠 재앙을 미연에 방지한다.

2006년 6월 16일에 등록된 대한민국 특허 제10-0592909 는 본 발명자중 엄환섭과 이한용에 의하여 제안된 것으로 전리오존수를 이용하여 농수산물을 세척하고 살균하는 방법에 관한 것이다. 2006년 5월 25일에 등록된 대한민국 특허 제10- 0585960은 본 발명자중 이한용, 엄환섭과 백연수에 의하여 제안된 것으로 전리오존수를 이용하여 축산 방역 및 축산폐수 악취제거 방법에 관한 것이다. 언급한 특허들에서 제시한 바와 같이 전리오존수는 전리수나 오존수에 비하여 아주 탁월한 세정력과 살균력이 있다.

그러나 위에 언급한 특허는 전리수를 발생하는 고가의 발생장치가 있어야 하고 전리에 의하여 전리수를 발생할 때에 많은 양의 전기 에너지를 사용하여야 하는 단점이 있다. 본 발명은 산성 오존수를 이용하여 이러한 단점을 해소하는 것을 목적으로 한다.
또한, 생물무기를 제독하기 위한 산성 오존수는 생물무기에 감염된 인체나 가축 및 건물 등에 살포되기 때문에, 산성 오존수의 안전성 및 환경 오염 방지 등의 요구도 만족되어야 한다.

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본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 산성오존수의 높은 산성도에 의하여 오존이 서서히 파괴되는 시너지효과를 이용하 여 생물무기에 사용되는 미생물을 포함한 제반 미생물을 제거하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 세정력과 살균력이 뛰어난 전리오존수가 가지고 있는 단점, 즉 전리수를 발생할 때에 고가의 발생장치가 있어야 하고 전리에 의하여 전리수를 발생할 때에 많은 양의 전기 에너지를 사용하여야 하는 단점을 산성수로 해소하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 세정력과 살균력이 뛰어난 산성오존수가 가지고 있는 단점, 즉 빨리 특성을 상실하는 것을 보완하는 것으로 산성오존냉각수나 산성오존얼음을 만들어 산성오존수가 가진 특성을 오래토록 지속하게 하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 산성오존수가 가진 뛰어난 살균력을 이용하여 산성오존수로 농수·축산물을 세척 및 살균하는 것이며, 농산물 재배할 때 병충해 예방과 축산 방역에 있어 환경을 오염하는 화학약품을 최소로 사용하는 친환경적 방법인 산성오존수를 이용한 살균 및 소독에 관한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 운반이 용이한 산성오존냉각수나 산성오존얼음을 이용하여 각종 질병을 유발하는 전염성 병균이나 바이러스를 살균하고 농수축산물을 산성오존얼음에 보관 운반함으로서 제반 감염과 부패 등을 미연에 방지할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 살균, 제독, 소독, 방역, 세척 및 냄새 제거를 위하여 살포되는 산성 오존수의 제조방법에 있어서, (A) 산성수 생성장치를 이용하여 물에 산을 섞어, 오존감소 시간상수의 증가폭이 큰 pH 3.8 ~ 5인 산성수를 생성하는 단계와, (B) 오존 발생기를 통해 오존 가스를 생성하는 단계와, (C) 상기 생성된 산성수를 오존 혼합기로 유입하고, 상기 생성한 오존 가스를 상기 유입된 산성수에 녹아들어가도록 상기 오존 혼합기로 주입하여 산성 오존수를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 (C) 단계에서, 산성 오존수의 오존 농도가 0.1∼40ppm이 되도록 상기 오존 가스를 주입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (C) 단계 이후에, 냉각 장치를 사용하여 상기 산성 오존수를 주위의 온도보다 낮은 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (C) 단계 이후에, 냉동 장치를 사용하여 상기 산성 오존수를 냉동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

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위에 언급한 것처럼 세정력과 살균력이 뛰어난 산성오존수는 생성 즉시 사용해야 최대 효과를 볼 수 있다는 단점이 있으나, 산성오존냉각수나 산성오존얼음은 산성오존수가 가지고 있는 특성을 오래토록 유지하며 운반이 가능하기 때문에 물질 및 물체보관 공정에 사용한다.
일반적으로 오존수의 살균 효과를 이용하여 미생물을 제거하는 대부분의 기술은 오존수를 지속적으로 제어할 수 있는 조건하에서 이루어지는 것으로, 다시 말하면 오존을 외부에서 지속적으로 공급하여 오존의 농도가 일정하게 유지되는 오존수로 살균 내지 소독하는 기술에 관한 것이다.
그러나, 오존의 농도를 일정하게 유지할 수 없는 환경의 경우 즉, 오존수를 살포하여 살균 내지 소독하는 경우에는 오존수가 일단 살포되면 시간이 흐름에 따라 오존의 농도가 지속적으로 감소하게 되는데, 이때 오존수의 살균 효과를 오랜 시간 동안 유지하여 살균의 효과를 높이는 것이 중요하다.
따라서, 본 발명에서는 오존의 농도를 일정하게 제어할 수 없는 환경에서 오존의 살균 효과를 극대화하기 위해, 오존감소 시간상수를 높여 오존 농도가 오랜 시간동안 유지되도록 하는 방안에 주목하였다.
박테리아나 바이러스 등 대부분의 미생물은 주위의 풍부한 유기물질 속에 묻혀있다. 산성오존수속에 들어있는 오존분자들 대부분은 유기물질과 반응하여 없어지고 극히 일부의 오존분자들만 제거하고자 하는 미생물과 반응하게 된다. 이러한 이유로 유기물질로 오염된 물속에서 오존은 대단히 빨리 사라지게 된다. 예를 들어 에탄올 농도가 0.154 mole/L인 물속에 30mg/L의 농도의 오존이 섞여있다고 하자. 많은 에탄올에 의하여 오염된 물속에 들어있는 이 오존은 대단히 빨리 분해되며 상온 (섭씨 20도)에서 오존감소 시간상수 (Decay Time)가 30초 이하인 것을 관찰할 수 있다. 그러나 에탄올로 오염되지 않은 물속에서의 오존감소 시간상수는 25분 이상이 되는 것을 볼 수 있다. 지구는 탄화수소 화합물을 포함한 유기물질로 충분히 오염되어 있다. 그래서 산성오존수속의 대부분의 오존분자들은 유기물질에 의하여 사라지고 극히 일부만 미생물 소독에 사용되기 때문에 완벽한 소독을 하려면 더 높은 농도의 오존과 높은 산성도의 산성오존수가 필요하다.
산성수는 중성수에 산을 섞어서 만들어진다. 예를 들어 중성수에 염산 (HCl), 질산 (HNO₃), 탄산 (H₂CO₃) 또는 황산 (H₂SO₄) 등을 미량 섞으면 산성수가 만들어 진다. 산성수의 산성도는 pH 값으로 나타내며 pH가 7이면 중성수이고 7 이상은 알칼리수이며 7 이하는 산성수라한다. pH값이 낮으면 낮을수록 산성도는 높아진다. 도1는 중성수에 염산 (Hydrochloric Acid)을 타서 산성수를 만든 것으로 산성수의 pH값을 염산의 농도로 표시한 것이다. 사각점들은 증류수에 염산을 타서 산성수를 만든 것이고 원점들은 수돗물에 염산을 타서 산성수를 만든 것이다. 염산농도의 단위는 millimole/L이며 산성수의 산성도는 pH값으로 표기되었다. 염산의 농도가 증가하면 산성수의 pH값이 감소하여 산성도가 증가하는 것을 도1에서 볼 수 있다. 수돗물로 만든 산성수에서는 pH값이 예상하지 않은 형태로 감소하는데 이는 수돗물 속에 들어있는 여러 종류의 이온들의 영향 때문에 일어나는 현상으로 여겨진다. 예를 들어 염산을 수돗물에 타서 산성수를 만든다면 pH값이 4인 산성수 1톤을 만드는데 염산 0.6몰이 필요한 것을 도1에서 볼 수 있다. 다시 말해서 pH값이 4인 산성수 1톤을 만드는데 약 22그램의 염산이 필요한 것이다
물속에 들어있는 오존 (O₃)은 OH^-이온을 만나 복잡한 과정을 거쳐 과산화수소나 다른 물질을 생성하면서 사라진다. 다시 말해서 오존 분자는 물속의 OH^-이온에 의하여 파괴된다는 것이다. 물속에 OH^-이온의 농도가 높으면 오존 분자가 OH^-이온을 만날 가능성이 증가한다. 물의 pH값이 크면 OH^-이온에 의하여 오존이 빨리 파괴된다는 것이다. 따라서 오존은 산성수에 비하여 알칼리수에서 대단히 빨리 분해한다. 또한 물의 온도가 상승하면 오존 분자도 OH^-이온도 더욱 활발하게 운동을 하게 되어 서로 만날 확률이 커지게 된다. 온도가 올라가면 오존이 OH^-이온에 의하여 더욱 빨리 파괴된다는 것이다.
산성오존수속의 오존농도의 감소는 다음과 같은 식으로 기술될 수 있다.

식1에서 n _{O 3}는 오존의 초기농도이며 n(t)는 시간 t에서 오존의 농도이다. 오존은 자연지수함수로 감소한다. 식1의 오존감소 시간상수 τ 는 측정하려는 물을 오염하고 있는 유기물질의 농도에 민감하다. 오염물질의 농도가 증가하면 시간상수가 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다. 다시 말해서, 유기물질로 오염된 산성오존수속에서는 오존이 한층 잘 분해한다. 산성오존수속에 들어있는 오존감소 시간상수 (τ)를 측정하여 보았다. 도2는 물의 산성도 또는 pH값에 따른 오존감소 시간상수를 표시한 것이다. 도2에서 오존감소에 대한 시간상수 측정실험은 에탄올로 오염된 물에서 실시되었다. 에탄올 오염 농도가 0.034 mole/L (사각점), 0.068 mole/L (원점), 그리고 0.136 mole/L (삼각점)의 세 경우에 대해서 실험이 실시되었다. 일반적으로 pH값이 pH = 8에서 pH = 3으로 감소할 때 오존감소 시간상수가 증가하는 것을 볼 수 있다. 예를 들어 에탄올이 0.136 mole/L로 오염된 물의 온도가 섭씨 25도에서 오존감소 시간상수는 pH값이 7일때 τ = 5.3초이며 pH값이 4일때는 τ = 14.6초로 측정된 것을 볼 수 있다. 특히 pH값이 6에서 4로 감소할 때, 오존감소 시간상수가 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 도2는 에탄올 오염농도가 증가함에 따라서 오존감소 시간상수가 빨리 감소하는 것을 보여주고 있다. 오존감소 시간상수는 또한 물의온도에 민감한 것을 볼 수 있으며 물의 온도가 올라가면 시간상수는 온도에 따라 빨리 감소한다.
또한, 에탄올의 오염 농도가 낮은 물에서 오존감소 시간상수가 산성도가 증가함에 따라 더욱 뚜렷하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 그리고 대부분의 오존감소 시간상수의 증가는 pH값 6에서 3.8사이에 일어나는 것을 확인할 수 있으며, pH값이 3.8이하로 내려가면 오존감소 시간상수의 증가는 매우 미미하다는 것을 알 수있다.
즉, pH값이 3.8이하에서는 오존감소 시간상수의 증가 효과가 미약할 뿐 아니라, 산성도가 높음으로 인해 인체나 가축 또는 환경에 피해를 주게 될 염려가 있다. 따라서, 산성오존수의 pH는 3.8 ~ 6으로 하는 것이 바람직하다.
산성오존수는 강한 살균력이 있다. N이 물 1mL 안에 살아있는 미생물 수라면, 산성오존수에 의하여 단위시간 단위부피당 죽는 미생물수 (dN/dt)는

로 표시된다. 식2에서 α는 오존의 살균상수이며 단위로는 L/(mg·s)이며 β는 산성수의 살균속력이며 단위로는 s^-1이다. 식2를 시간 t에 대하여 적분하면

여기서 N ₀는 미생물의 초기농도이다. 산성수의 살균력은 오존에 비하여 아주 약하다. 그래서 t ＞＞ τ 를 만족하는 충분한 시간 후에는 식3은 다음과 같이 단순화 된다

식4는 오존의 살균력이 산성수의 살균력보다 월등히 강할 때, 즉 αn _{O 3}＞＞ β이 만족할 때에 성립한다. 조건 αn _{O 3} ＞＞ β은 일반적으로 오존농도가 충분히 높을 때 잘 맞는다.
식4는 사사하는 바가 크다. 식4의 우변이 음수인 것은 살균에 의하여 미생물의 수가 감소한다는 것을 의미한다. 식4의 좌변은 생존한 미생물의 초기농도에 대한 비율의 상용대수값을 나타내고 있으며 우변의 오존 초기농도 n _{O 3}와 오존감소 시간상수 τ에 비례하는 것을 볼 수 있다. 도2에서 에탄올이 0.136 mole/L로 오염된 물의 온도가 섭씨 25도에서 오존감소 시간상수는 pH값이 7일때 τ = 5.3초이며 pH값이 4일때는 τ = 14.6초로 측정된 것을 관찰하였다. 다시 말해서 pH값을 7에서 4로 감소함에 따라 오존감소 시간상수가 2.76배 증가한 것이다. 감소시간상수의 증가는 더욱더 강한 살균효과를 나타내며 같은 살균효과를 유지한다면 오존의 농도를 그만큼 줄일 수도 있는 것이다. 식4에서 보는 것처럼 산성오존수의 주된 시너지효과(Synergic Effect)는 낮은 pH값에서 오존감소 시간상수의 증가이다. 낮은 pH값에서 오존감소 시간상수의 증가는 바로 오존의 강력한 살균효과로 나타나게 된다. pH값이 낮다는 것은 산성도가 높다는 것을 의미한다.
물의 온도가 내려가면 식 (1)에 있는 오존감소 시간상수 τ 값이 커져서 오존이 서서히 파괴되는 것을 볼 수 있다. 따라서 산성오존냉각수는 그 특유의 산성오존수의 특성을 오래 지속할 수 있는 것이다. 이러한 맥락에서 산성오존수를 만드는 즉시 냉각하여 산성오존냉각수를 만들어 산성오존수가 가지는 특성을 더욱 오래 지속하게 할 수 있다는 것이다. 특히 온도가 높은 지역에서 산성 오존수를 냉각하여 온도를 적정선으로 유지함으로서 상황에 맞는 한도 내에서 오존감소 시간상수를 최대로 하는 것은 대단히 중요하다.
물을 냉동하여 얼음을 만들면 물분자들이 얼음 결정체를 형성한다. 물이 얼음이 되어 결정체를 형성하면 그 속에 들어있던 OH^-이온, H⁺이온 그리고 오존분자들은 자유롭게 운동할 수 없게 되고 결정체 속에 구속되어진다. 다시 말해서 산성수의 특성을 나타내는 OH^-이온과 H⁺이온들은 얼음 속에서 완전 구속을 받게 되어 얼음이 되는 순간부터 그 특성이 변화하지 않으며, 물속의 오존분자역시 얼음이 되는 순간부터 구속되어 분해하지 않는다. 이들 이온들이나 오존분자들은 서로 만날 수도 없게 되어 더 이상 파괴될 수도 없어, 산성오존수가 얼음이 되는 순간 그 본연의 특성도 함께 보존된다. 예컨대 식 (1)에서 오존감소 시간상수 τ값이 얼음에서는 무한대가 된다, 즉 얼음 속에서는 τ = ∞ 이다. 이러한 관점에서 산성오존수를 만드는 즉시 냉동하여 산성오존얼음을 생성한다. 생성된 산성오존얼음은 다시 녹을 때까지 그 고유의 특성을 보존하게 된다. 2003년 1월 14일에 등록된 미국특허 제 6,506,428 B1호는 오존얼음을 만들어 오존수의 특성을 보존하여 사용하는 것에 관한 것이었으나, 본 발명은 산성오존얼음을 만들어 산성수와 오존수의 특성을 동시에 보존하는 것에 관한 것이다. 위에서도 언급한 것처럼 산성오존수는 산성수나 오존수에 비하여 산성도에 의한 오존의 시너지 효과에 의하여 살균력이 월등히 좋다. 따라서 산성오존얼음은 다시 녹을 때 산성얼음이나 오존얼음이 녹을 때보다도 더욱 향상된 살균력을 발휘하게 되는 것이다.
상기 설명한 내용과 식 4를 통해 알 수 있는 것은, 오존감소 시간상수를 극대화하여 물속에서 오존이 오래 존재할 수 있도록 함으로서 미생물이 오존과 접촉하는 시간을 길게하여 미생물 사멸효과를 최대로 할 수 있다는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 살균 및 세척을 위한 산성오존수 및 산성오존냉동장치에 대한 설명은 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 산성오존수와 산성오존얼음 발생장치를 설명하기 위한 블록 다이아그람이다.

첨부 도면 도 3에 도시된 바와 같이, 물공급 장치 (10)를 통하여 물이 공급되고, 산성수 발생장치(20)는 외부부터 들어오는 산을 공급되는 물에 유입되어 잘 섞이도록 하여 산성수가 발생되고 이송되도록 한다.

산소 탱크 (30)로부터 산소가 오존발생기 (40)에 공급되면 고 농도 오존가스가 발생되며 이 오존가스가 오존혼합기 (50)에서 이미 공급되고 있는 산성수에 주입되어 산성오존수가 생성되며 생성된 산성오존수는 냉각 및 냉동장치 (60)에서 산성오존냉각수나 산성오존얼음으로 변하여 살균이나 세정에 사용할 수 있게 된다.

산성수 생성공정

먼저 산성수 생성장치(20)를 이용하여 산성수를 생성한다. 산성수는 공급되는 중성수에 외부로부터 필요한 량의 산이 유입되도록 한 것으로 산이 중성수에 고르게 섞이도록 하여 필요한 산성수를 만든다. 이때 사용되는 산으로는 염산, 황산, 질산 등이 있으며 산의 가격 면에서 보면 황산이 가장 유리하다. 이때, 산성수는 산성도가 pH 3.8 ~ 6으로 하는 것이 오존감소 시간상수를 최대로 할 수 있고, 산성 오존수의 안전성을 확보할 수 있으며, 환경 오염을 방지할 수 있게 된다. pH값이 낮은 고 산성도 산성오존수가 살균 소독제로 사용되면 산성오존수가 살포된 토양이 산성화 될 수 있어 알칼리수를 중화제로 뿌려줄 필요가 있다. 만일 산성수가 염산이나 황산으로 만들어 졌다면 수산화칼리 (KOH) 등으로 된 알칼리수를 살포한다. 산성수와 알칼리수의 중화로 만들어지는 염, 예를 들어 황산칼리나 염산칼리 등은 칼리비료로 사용되기도 한다.

오존 생성공정

한편, 오존은 통상 산소 속에서 전기방전에 의하여 생성된다. 오존생성장치 는 이미 잘 개발이 되어 시중에서 쉽게 구할 수 있으며, 상기와 같이 전기 방전에 의하여 만들어진 오존을 물에 투입하면 물속에 녹아 들어가는데, 이처럼 오존이 녹아들어간 물을 오존수라고 한다. 이러한 오존은 자연에서 산소로 분해되기 때문에 환경에 큰 피해를 끼치지 않는다.

오존혼합공정

그리고 오존혼합공정은 고농도의 오존가스를 산성수에 주입하는 공정으로 오존가스를 아주 작은 기체방울로 만들어 빠르게 흐르는 산성수에 주입하여 효율적으로 오존이 산성수에 녹아 들어가게 하는 오존혼합공정이다. 베르누이효과를 이용한 오존혼합기는 오존을 아주 효율적으로 물에 녹아들어가도록 한다. 이때, 산성 오존수의 오존 농도가 0.01 ~ 50ppm이 되도록 오존 가스를 주입한다. 산성 오존수의 오존 농도를 50ppm 이상으로 하게 되면, 인체에 해를 가하거나 환경 오염 등의 문제가 있기 때문에, 오존 농도는 50ppm 이하로 하는 것이 바람직하다.

냉각 및 냉동공정

생성된 산성오존수를 냉각장치를 지나도록 하여 온도를 급강하함으로서 산성오존냉각수를 생성한다. 예를 들어, 주변의 온도가 25℃인 경우, 냉각장치를 이용하여 산성오존수의 온도를 20℃ 이하로 냉각시킨다. 이와 같이, 산성오존수의 온도를 주위의 온도보다 낮게 냉각시키면, 오존감소 시간상수가 증가하여 오존 농도를 오랜 시간 유지할 수 있게 된다.
즉, 오존 분자는 물 속의 OH^- 이온에 의하여 파괴되는데, 온도가 내려가면 산성 오존수 내의 OH^- 이온 및 오존 분자의 운동이 둔화되어, 오존 분자가 OH^- 이온과 만날 기회가 줄어들고, 그로 인해 오존 분자가 파괴되는 기회가 줄어되는데, 이는 오존감소 시간상수가 늘어남을 의미한다.
또한, 생성된 산성오존수를 냉동장치를 통과시키어 산성오존얼음을 생성할 수 있다. 즉, 냉동장치를 이용하여 산성오존수를 0℃ 이하의 온도로 냉동시켜 산성 오존얼음을 생성할 수 있다.
이와 같이, 산성오존수를 냉각시키거나 냉동시켜 사용하는 경우, 살균 또는 소독을 해야하는 장소가 먼거리라 하더라도 산성오존수의 오존 농도를 유지한 상태에서 운반할 수 있게된다.

세척, 살균, 방역 및 악취 제거 공정

상기 세척, 살균 공정은 상기 생성한 산성오존수나 산성오존냉각수를 세척작업이 필요한 농수·축산물에 분사하여 농수·축산물에 존재하는 잔류오염물질을 세척하는 공정이며 세척 중에 농수·축산물에 붙어있는 세균이나 바이러스를 살균 한다.

즉, 상기 생산한 산성오존수나 산성오존냉각수를 분사장치를 이용하여 농수 ·축산물에 분사하여 잔류오염물을 세척하는 공정이다. 또한, 농수·축산물 세척을 별도로 구비된 농수·축산물 세척장치에 의해 실시할 수도 있다. 즉 농수·축산물 세척장치는 초음파발생장치가 부착되어 있어 세척에 사용되는 산성오존수나 산성오존냉각수 속에 초음파를 인가하고 진동을 부여하는 것이다. 진동이 가해지면 산성오존수나 산성오존냉각수는 강력한 cavitation과 진동가속도를 가지게 되어 농수·축산물 표면에 부착되어있는 오염물질을 제거할 수 있도록 한다. 이때, 농수·축산물에 붙어 있는 미세한 유기물 및 무기물과 오존의 합성을 활성화시키기 위하여 조사되는 초음파의 진동수는 5㎑ 내지 100㎑ 로 조절된다.

그리고 산성오존수나 산성오존냉각수를 농약을 대치할 수 있는 농작물 살균제로 사용할 때에는 산성오존수나 산성오존냉각수에 적당한 압력을 인가하여 여러 개의 홀이 장착된 분사노즐을 통하여 산성오존수나 산성오존냉각수가 농작물에 분사되도록 한다.

상기 방역 및 악취 제거 공정은 상기 산성오존수나 산성오존냉각수를 방역이 필요한 축사나 인근 지역, 오염기구 등에 분사하여 전염성 세균이나 바이러스를 살균 소독 한다. 또한 축산 폐수의 처리 과정에 산성오존얼음을 주입하여 악취를 제거 한다.

상기 산성오존얼음은 운반이 용이하며 산성오존수의 특성을 계속 유지하는 이점을 이용하여 산성오존수가 필요한 곳에 산성오존얼음을 운송하여 녹여 산성오존수를 만들고 이를 이용하여 살균, 소독, 방역 그리고 악취제거 등에 사용한다.

또한 상기 산성오존얼음은 농수축산물을 보관하고 운반할 때에 냉동제로서 사용하여 농수축산물의 신선도를 유지시켜줌과 더불어 제반 미생물의 감염으로부터 방어하게 한다.

＜최상의 실시 예＞

물을 산성수 발생장치 (20)에 공급하여 산성수를 발생한다. 발생된 산성수는 오존혼합기 (50)로 유입된다. 산소를 오존 발생기 (40)에 공급하여 오존가스를 발생한다. 발생된 오존가스를 오존혼합기로 보내서 이미 공급된 산성수에 오존이 잘 녹아들어가도록 오존 혼합기를 작동한다. 오존이 산성수에 잘 녹아들도록 하기 위하여 오존가스를 최소한의 작은 기체방울이 되도록 한다. 필요한 양의 오존이 녹아있는 산성수는 산성오존수가 되며 이를 필요에 따라 살균에도 사용하고 세정에도 사용한다. 상기 산성오존수를 냉각 및 냉동장치로 보내서 온도를 내린다. 필요한 온도로 냉각된 산성오존수는 산성오존냉각수가 되며 이를 필요에 따라 살균에도 사용하고 세정에도 사용한다. 또한, 냉각 및 냉동장치 (60)로 유입된 산성오존수의 온도를 충분히 낮추어 얼도록 하면 산성오존얼음이 된다. 냉동된 산성오존얼음은 운반이 간편하여 여러 가지 물건을 보관할 때에 냉동제로 사용된다. 상기 산성오존얼음을 필요에 따라 살균에도 사용하고 세정에도 사용한다.

산성오존수를 이용하여 살균을 실시하였다. 가장 살균하기 어려운 미생물이 박테리아포자이다. 그래서 우리는 박테리아포자 살균실험을 실시하였다. 탄저균포자는 생물무기에 사용되는 대표적인 독성포자이며 인간의 몸에 들어오면 포자가 다시 발화하여 병을 유발하게 된다. 이러한 포자의 겉껍질은 불용성 단백질 층으로 되어있어 열적 또는 기계적인 충격에 잘 견딘다. 그러나 오존에서 나오는 산소 라디칼이나 산성수속에 있는 라디칼은 이 견고한 껍질을 파괴할 수 있다. 탄저균은 안전상의 문제로 일반실험실에서 실험할 수 없고, 그 대용으로 바실러스 아트로파우스 (Bacillus atrophaeus)라는 유사 탄저균 포자를 이용하여 모의실험을 하였다.
균주위의 유기물질이 살균에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 포자를 고농도 에탄올과 섞은 용액에서 살균실험을 하였다. 포자의 초기농도는 1mL의 용액에 약 1백만포자였다. 바실러스포자 살균실험에 이용된 살균제는 산성수 (AW), 오존수 (OW) 그리고 산성오존수 (AOW)이며 산성수와 산성오존수의 pH값은 3.8이며 오존수와 산성오존수의 오존농도는 30mg/L이었다. pH 3.8은 갓난아이의 피부를 씻을 때 사용되는 농도이다. 바실러스 포자가 있는 용액 0.2mL와 살균액 10mL를 주어진 살균시간동안 섞어 놓는다. 이 섞은 용액 1mL와 증류수 9mL를 혼합하고 실험조건에 따라 다시 한두 차례 희석하여 배지 넣어 섭씨 37도에서 24시간 배양한 다음 배양된 균 집단을 센다. 위에 언급한 살균제로 살균 후, 생존곡선을 살균시간의 함수로 측정하였다. 이 열 번 실시한 실험의 평균치를 얻었으며 초기포자 농도의 평균값은 N ₀ = 3.1 × 10⁵ 이다. 이값은 log(1/N ₀) = -5.49와 같다. 초기 바실러스포자는 고농도의 에탄올이 함유된 용액에 들어 있었다. 여기서 오존수나 산성오존수에 들어있는 오존은 이 에탄올에 의하여 대단히 빨리 없어지고 만다. 이 용액에서의 오존 분해 시간상수는 30초이다. 그래서 산성오존수나 오존수의 살균은 1 또는 2분 내에 끝나야 한다. 산성수의 살균력은 아주 미약하고 오존수는 log(N/N ₀) = -2.24로 무시할 수 없는 살균력이 있으나 산성오존수는 log(N/N ₀) = -5.3으로 거의 모든 포자가 3분 이내에 다 죽었다. 산성오존수의 강한 살균력은 산성수와 오존의 상승 작용에 의한 것이다. 이 경우 오존수의 오존감소 시간상수는 10초였으며, pH값이 3.8인 산성오존수의 오존감소 시간상수는 23초로 측정되었다. 오존수의 log 값이 -2.24로 측정되면 산성오존수의 log 값은 -2.24×23/10 = -5.2로서 살균실험에서 관찰된 -5.3과 아주 비슷하다. 관찰된 값과 계산치 사이의 적은 차이는 포자가 산성수에 의해서도 조금은 살균되기도 한다는 것이다. 살아있는 박테리아균이나 바이러스 등은 포자살균에 비하여 아주 쉽게 소독되는 것을 볼 수 있었다.

본 발명에서 만들어진 산성오존수나 산성오존얼음은 농수·축산물 개개 품목에서 요구되는 pH 및 산화환원력을 가지는 세척수로 변신할 수 있으며, 특히, 산성수(AW)의 분자들 중에 H₃O⁺ 는 통상의 물에 비해 작기 때문에 표면장력이 작아서 미세 틈에도 침입이 쉬워 종래의 기술보다 미세 부분까지 세척, 살균시킬 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한 오존의 살균력이 기존의 오존수보다 오래 지속되기 때문에 살균효과가 증대된다.
즉, 본 발명에서는 산성오존수의 pH값을 3.8 ~ 6으로 하여 사용하기 때문에, 오존감소 시간상수를 주어진 환경에서 최대로 할 수 있어서 오존의 살균력을 오래 지속할 수 있게 된다.
이러한 산성도의 산성오존수는 인체나 가축에 해를 가하지 않아 산성 오존수의 안전성을 확보할 수 있고, 환경 오염 등의 문제를 일으키지 않아 친환경적인 살균 및 소독을 할 수 있게 된다.

상기와 같이 강한 살균력 특성을 가지고 있는 산성오존수나 산성오존얼음을 농약대신에 이용할 경우 여러 가지 병충해를 효과적으로 예방하여 농작물을 보호할 수 있을 뿐만 아니라 농약에 의해 주위환경이 파괴되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 산성오존수나 산성오존얼음은 강한 살균력이 있기 때문에 축산업에 나타나는 각종 전염병을 미연에 방지할 수 있다.

특히, 산성오존수는 생물무기에 사용되고 있는 여러 종류의 미생물을 살균하고 바이러스를 제거하는 데에 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims (11)

1. 살균, 제독, 소독, 방역, 세척 및 냄새 제거를 위하여 살포되는 산성 오존수의 제조방법에 있어서,

   (A) 산성수 생성장치를 이용하여 물에 산을 섞어, 오존감소 시간상수의 증가폭이 큰 pH 3.8 ~ 5인 산성수를 생성하는 단계;

   (B) 오존 발생기를 통해 오존 가스를 생성하는 단계; 및

   (C) 상기 생성된 산성수를 오존 혼합기로 유입하고, 상기 생성한 오존 가스를 상기 유입된 산성수에 녹아들어가도록 상기 오존 혼합기로 주입하여 산성 오존수를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지며,

   상기 (C) 단계에서, 산성 오존수의 오존 농도가 0.1∼40ppm이 되도록 상기 오존 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 산성 오존수의 제조방법.
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9. 제1항에 있어서,

   상기 (C) 단계 이후에,

   냉각 장치를 사용하여 상기 산성 오존수를 주위의 온도보다 낮은 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산성 오존수의 제조방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 (C) 단계 이후에,

    냉동 장치를 사용하여 상기 산성 오존수를 냉동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산성 오존수의 제조방법.
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