KR100918758B1 - 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치 및 그 성능향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 물(공정원수)을 살균 및 정화 처리하는 AOP 챔버 전에 공정원수와 오존을 접촉시키는 오존믹서를 설치하되, 상기 오존믹서로 유입되는 공정원수의 순환배관에 냉각기(chiller)를 연결 설치하여 공정원수의 온도를 일정 온도 이하로 낮출 수 있도록 구성함으로써, 공정원수의 온도와 오존 용해율의 상관 관계를 고려하여, 오존의 용해도를 높이고, 그 결과 오존의 손실을 억제하여 경제성을 향상시키며 산화 작용에 의한 정수 효율을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 기술실현수단을 도입한 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치 및 그 성능향상방법을 제안한다.

오존, AOP, 오존믹서, 냉각기, 온도, 용해율, 용해도, 저장조

Description

자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치 및 그 성능향상방법{PROGRESS APPARATUS OF WATER TREATMENT SYSTEM USED IN ADVANCED ULTRAVIOLET AND OXIDATION, AND METHOD FOR PROGRESSING THE SAME}

본 발명은 자외선 및 오존을 이용하여 상수, 중수 및 빗물의 유해 미생물을 살균하고 유기물을 분해하여 정화 처리한 후 다목적으로 이용할 수 있도록 함에 있어서, 특히 처리 전 공정원수의 온도를 낮추어 오존의 용해도를 향상시키는 새로운 기술실현수단을 도입함으로써, 그 결과 오존의 손실을 억제하고 산화 작용에 의한 정수 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치 및 그 성능향상방법에 관한 것이다.

최근에는 세계적으로 수자원의 부족 현상이 심각한 정도에 직면해 있다. 이에 따라 국내에서는 물부족 현상을 해결하기 위하여, 효율적인 물의 관리와 확보 및 재활용 방안이 적극 요구되고 있으며, 그 방안의 하나로서 물을 효율적으로 정화 처리하여 재활용하는 방법들이 다각적으로 연구 및 개발되고 있다.

예를 들어, 자외선을 이용하여 물 속의 미생물을 살균, 정화 처리하고 악취를 발생시키는 유기물을 분해 처리하는 방법이 알려져 있다. 자외선은 대략 0.1nm 로부터 400nm에 이르는 영역의 파장을 가지는 빛으로서 비교적 높은 에너지를 가지며 미생물의 세포막에 직접 조사하는 경우 미생물의 세포벽 또는 세포막을 파괴하여 그것의 DNA를 파괴하거나 그것의 증식을 방해함으로써 미생물을 살균 처리하는 효과를 가진다.

예를 들어, 국내 특허등록공보 제 348413호(2002. 07. 29)에는 자외선 및 오존 발생 에이오피 챔버(AOP Chamber: Advanced Oxidation Process Chamber) 및 그를 이용한 새로운 수처리장치가 개시되어 있다.

상기한 AOP 챔버는, 밀폐된 길쭉한 통 형태의 하우징과, 상기 하우징의 길이 방향을 따라 그 중앙을 관통하도록 끼워져 내부로 물이 통과하기 위한 석영관과, 상기 하우징의 일측 벽 가까이에 하우징의 길이 방향을 따라 설치된 자외선 램프, 및 상기 하우징 내로 공기가 유입 및 유출될 수 있도록 하는 공기 유입구 및 유출구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 예로서, 국내 특허등록공보 제 348414호(2002. 07. 29)에는 용해기 및 상기 용해기를 구비하는 수처리 장치가 개시되어 있다.

상기 용해기는 제 1 액체를 공급하기 위한 액체 공급용 관과, 상기 제 1 액체에 용해될 제 2 의 액체, 또는 기체, 또는 파우더 상 고체(제 2 물질)를 공급하기 위한 제 2 물질 공급용 부재로서, 적어도 그 말단부가 상기 액체 공급용 관 말단부의 축을 따라 함께 연장하는 관로를 구비하는 제 2 물질 공급용 부재와, 상기 액체 공급용 관 및 제 2 물질 공급용 부재의 말단과 연결되며 그 측벽에 다수의 구멍이 형성된 제 1 용해조, 및 상기 제 1 용해조를 둘러싸되 그것의 길이 방향으로 더 연장된 형태를 가지며 하부에 배출구를 구비하는 제 2 용해조를 포함하여 구성된다.

상술한 종래의 AOP 챔버 및 용해기는 자외선과 오존을 이용하여 물을 살균 처리하고 있기는 하지만, 정수 처리 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

더욱 구체적으로, 종래의 AOP 챔버와 용해기는 협소한 범위에서만 물(원수)과 자외선 및 오존을 접촉시키므로 살균 및 정화 처리 효율이 낮을 뿐 아니라, 특히 상온에서 물과 오존을 접촉시키므로 오존의 용해율이 낮고, 그 결과 오존 주입농도를 높이기 위해 오존발생기의 오존의 양을 증대시키게 되므로 고비용이 발생하고 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

예를 들어, 오존의 물에 대한 용해도는 상온, 상압에서 저조한 실정이며, 접촉시스템의 압력이 높고 온도가 낮을수록 용해도가 더 커지는 연구 결과 및 다수의 실험 결과가 공지되어 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고, 아울러 온도가 오존의 용해도에 미치는 영향을 고려하여, 오존과 공정원수의 접촉 전에 상기 공정원수의 온도를 일정 이하로 낮추는 새로운 개념을 도입함으로써, 오존의 용해율을 향상시키고, 그 결과 오존의 손실을 억제하여 경제성을 향상시키며 산화 작용에 의한 정수 효율을 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

아울러, 본 발명에서는 상수, 중수 및 빗물의 정수 효율을 향상시키고, 수자원의 관리, 확보 및 다목적 재활용성을 향상시킬 수 있도록 함에 다른 목적을 두고 있다.

상기 목적에 따라, 본 발명에서는 물(공정원수)을 살균 및 정화 처리하기 위한 AOP 챔버 전에 공정원수와 오존을 접촉시키는 오존믹서를 설치하되, 상기 오존믹서로 유입되는 공정원수의 온도를 일정 온도 이하로 낮추기 위하여 공정원수의 순환배관에 냉각기(chiller)를 설치하여 이루어짐을 특징으로 하는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치 및 그 성능향상방법을 제안한다.

더욱 구체적으로, 본 발명의 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치는 상수, 중수 또는 빗물과 같은 공정원수가 유입 보관되는 저장조를 설치하고, 상기 저장조로부터 순환 공급되는 공정원수를 살균 및 정화 처리하는 AOP 챔버를 설치하되, AOP 챔버와 저장조를 연결하는 순환배관과 순환펌프를 설치하며, 상기 AOP 챔버로 유입되는 순환배관의 공정원수에 오존을 투입 용해시키는 오존믹서를 설치하고, 상기 오존믹서로 유입되는 순환배관에 공정원수의 온도를 일정 온도 이하로 낮추는 냉각기를 설치함을 특징으로 한다.

여기서, 상기한 저장조는 제1저장조와 제2저장조로 분리 구성하여 서로 연통되게 하고, 상기 오존믹서로 오존을 공급하는 오존발생기와, 상기 저장조에 담긴 원수의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서의 시그널에 의해 냉각기의 온도를 컨트롤하는 제어부를 더 포함하도록 구성한다.

또한, 본 발명에서는 상기 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능을 향상시키는 방법으로서, 저장조에 보관된 상수, 중수 또는 빗물과 같은 공정원수를 AOP 챔버로 순환시켜 정수 처리되도록 하는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템을 구성함 에 있어서, 순환되는 공정원수를 냉각기를 이용하여 0~12℃의 온도로 낮추는 제1단계; 오존발생기로부터 공급된 오존과 냉각된 공정원수를 오존믹서에서 접촉시키고 용해되도록 하는 제2단계; 오존이 용해된 공정원수를 AOP 챔버로 유입시켜 살균 및 정화 처리하는 제3단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 과제 해결 수단에 의거하여, 본 발명은 물(공정원수)의 온도가 오존의 용해도에 미치는 영향을 고려하여, 오존 용해과정 전에 공정원수의 온도를 일정 이하로 낮춤으로써, 오존의 용해율을 2배까지 향상시킬 수 있으며, 그 결과 오존의 발생 및 주입 농도를 낮추고 오존의 손실을 억제하므로 경제성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 본 발명에 의하면 상수, 중수 및 빗물의 정수 효율을 향상시키고, 이를 반복적으로 순환 처리하므로 살균 및 정화 처리 효율을 높일 수 있으며, 그 결과 수자원의 관리, 확보 및 다목적 재활용성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 오존 용해율의 향상으로 살균 효과가 극대화 되므로, 순환배관의 스케일 발생과 부패를 방지하는 효과도 아울러 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 특징적인 구성인 성능향상장치를 포함하는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 전체 구조를 보여주고 있다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 자외선과 오존 혼합 수처리시스템은 상수, 중수 및 빗물 등의 원수를 살균 및 정화 처리하기 위한 장치로서 유입된 상기 원수를 보관하는 저장조(1)를 포함하여 이루어진다.

저장조(1)는 공급배관을 통해 유입되는 상수, 중수 및 빗물 등의 원수를 효율적으로 보관하기 위해, 제1저장조(1a)와 제2저장조(1b)로 분리하여 구성하고 사이에 연결 통로(3)를 설치하여 서로 연통되도록 한다. 원수(이하, 공정원수)는 제1저장조(1a)로 유입되고 연결 통로(3)를 통해 제2저장조(1b)로 보내지며, 순환배관(5)을 통해 AOP 챔버(7)로 보내져 살균 및 정화 처리된 후 다시 제1저장조(1a)로 리턴 저장되는 것이며, 이러한 과정은 순환펌프(5a)에 의해 반복적으로 압송되어 이루어진다.

반복적으로 정수 처리된 공정원수는 제2저장조(1b)에 연결된 배출배관(9)을 통해 다목적 재활용수로 공급된다. 재활용수는 화장실용수, 조경용수, 청소용수, 냉각용수 등의 허드렛물 또는 상수로 사용할 수 있다.

AOP 챔버(7)로 유입되는 공정원수는 처리 전에 오존믹서(11)를 거치게 되며, 여기에서 공정원수와 오존발생기(13)로부터 생성 투입된 오존의 접촉 및 용해가 이루어진다.

앞서 설명한 바와 같이, 오존의 물에 대한 용해도는 접촉시 온도가 낮을수록 커지게 된다. 본 발명은 이러한 연구 결과 및 다수의 실험 결과에 의거하여 상기 오존믹서(11)로 공급되는 공정원수의 온도를 0~12℃의 범위로 냉각하여 공급함을 특징으로 한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 오존믹서(11)와 제2저장조(1b)를 연결하는 순환배관(5)에 냉각기(15)를 추가 설치하여 이루어짐을 특징으로 한다.

통상적으로 공정원수의 온도는 상수의 경우 15℃, 중수의 경우 25℃, 빗물의 경우 20℃를 유지하게 된다. 이러한 공정원수를 상온, 상압에서 오존과 접촉시켜 실험한 결과 1-6mg/ℓ의 용해율을 얻을 수 있었다.

반면, 본 발명에 의한 냉각기(15)를 적용하여, 공정원수의 온도를 0~12℃의 범위로 냉각시키고, 이를 오존과 접촉시켜 실험한 결과 6-13mg/ℓ의 용해율을 얻을 수 있었다.

상기 실험 결과를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면 최대 2배 이상으로 용해도가 향상됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 냉각기(15)의 운전을 보다 효율적으로 실시하기 위하여, 먼저 저장조(1) 특히, 제2저장조(1b)의 온도를 온도센서(17)를 이용하여 측정하고, 그 센서의 시그널을 제어부(19)로 보내 연산 처리하고, 그 정보를 이용하여 상기 제어부(19)는 냉각기(15)의 온도를 자동으로 컨트롤할 수 있다. 제어부(19)는 냉각기(15)를 통해 오존믹서(11)로 유입되는 공정원수의 온도는 0~12℃의 범위 내에서 원하는 설정값으로 세팅하여 유지 관리하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치에 의거하여, 공정원수를 정수 처리하는 과정을 단계별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1저장조(1a)와 제2저장조(1b)에 보관된 상수, 중수 또는 빗물과 같은 공정원수는 순환배관(5)을 통하여 AOP 챔버(7)로 공급되어 정수 처리되며, 이러 한 과정은 반복적으로 이루어진다.

여기서 본 발명은 제1단계로 제2저장조(1b)로부터 보내져 순환되는 공정원수를 냉각기(15)로 보내 그 온도를 일정 하게 0~12℃의 범위로 냉각한다.

제1단계에서 냉각기(15)는 앞서 설명한 바와 같이, 온도센서(17)와 제어부(19)에 의해 자동으로 그리고 일정한 온도로 컨트롤된다.

제2단계에서 상기 냉각된 공정원수는 오존발생기(13)로부터 공급된 오존과 접촉되며, 이는 오존믹서(11)에서 이루어지고, 오존이 용해된 공정원수는 다시 AOP 챔버(7)로 보내진다.

제3단계에서 오존이 용해된 공정원수는 AOP 챔버(7)로 유입되어 살균 및 정화 처리된 후, 제1저장조(1a)로 리턴되며, 이러한 과정은 반복적으로 실시되어 정수 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 성능향상장치를 포함하는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 전체 구조를 도시한 단면 구성도.

Claims (3)

1. 상수, 중수 또는 빗물과 같은 원수가 유입 보관되는 것으로, 제1저장조와 제2저장조로 분리되어 서로 연통 구성된 저장조;

   상기 저장조로부터 순환 공급되는 공정원수를 살균 및 정화 처리하는 AOP 챔버;

   상기 공정원수를 AOP 챔버로 공급하고 다시 상기 저장조로 리턴하기 위해 연결 설치되는 순환배관과 순환펌프;

   상기 AOP 챔버로 유입되는 순환배관에 연결 설치되어 공정원수에 오존을 투입 용해시키는 오존믹서;

   상기 오존믹서로 유입되는 순환배관에 연결 설치되어 공정원수의 온도를 일정 온도 이하로 낮추는 냉각기를 포함하여 이루어지는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오존믹서로 오존을 공급하는 오존발생기와, 상기 저장조에 담긴 원수의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서의 시그널에 의해 냉각기의 온도를 컨트롤하는 제어부를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상장치.
3. 저장조에 보관된 상수, 중수 또는 빗물과 같은 원수를 AOP 챔버로 순환시켜 정수 처리되도록 하는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템에 있어서,

   순환되는 공정원수를 냉각기를 이용하여 0~12℃의 온도로 낮추는 제1단계;

   오존발생기로부터 공급된 오존과 냉각된 공정원수를 오존믹서에서 접촉시키고 용해되도록 하는 제2단계;

   오존이 용해된 공정원수를 AOP 챔버로 유입시켜 살균 및 정화 처리하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 자외선과 오존 혼합 수처리시스템의 성능향상방법.

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