KR101005679B1

KR101005679B1 - 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법

Info

Publication number: KR101005679B1
Application number: KR1020100027207A
Authority: KR
Inventors: 정장근; 김선호; 윤석현
Original assignee: 정장근
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-01-05

Abstract

본 발명은 수중 플라즈마를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 정화방법은, 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법에 있어서, (1)상기 정화방법은 상기 수중 플라즈마 발생장치를 통해 수중에서 고전압 방전을 발생시켜 오존 및 OH Radical, 과산화수소, 수하전자와 같은 다량의 활성종들이 수중에서 생성되어 용존되고 플라즈마 에너지에 의해 전기적으로 하전된 플라즈마 처리수를 생성하는 단계와; (2)상기 (1)단계의 플라즈마 처리수를 집진ㆍ세정처리가 가능한 FRP 타워형 세정장치를 통해 유해가스 및 복합악취 물질에 분사하여 정화하는 단계와; (3)상기 (1) 및 (2)단계에서 물에 용존되거나 흡수된 유해가스 및 복합악취 물질을 높은 에너지 밀도의 스트리머 플라즈마 에너지와 자외선(UV), 충격파(Shock Waves), 그리고 H, O, OH, H₂O₂와 같은 화학적 활성종과의 복합적인 고도 수처리 효과를 이용하여 수중에서 재처리하는 단계와; (4)상기 (3)단계에서 수중 플라즈마에 의해 발생되는 고농도의 배오존을 오염가스와 접촉산화반응 시켜 처리하는 단계와; (5)상기 (4)단계에서 미량의 배오존을 처리하여 인체에 무해한 가스를 대기중으로 배출하기 위해 흡착공정을 갖는 활성탄 공탑을 통해 후처리하는 단계를 포함하며, (6)또한, 상기 (1) 내지 (5)단계를 통해 유해가스 및 복합악취 물질의 처리가 동시 복합적으로 반복 작용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법을 제공한다.
따라서 본 발명은 습식 스크러버 형태의 세정장치에 세정액, 흡수액 등의 화학약품 사용을 배제하고 첨단 수(水)처리 공법을 적용시켜, 빠른 처리속도와 대용량의 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법을 구현함으로써, 시스템 자체의 규격과 경제성을 높이고 2차 오염의 문제점을 발생시키지 않으며, 효율적으로 대기오염물질 및 악취문제를 해결할 수 있는 친환경 플라즈마 응용 기술을 제공하는데 그 특징이 있다.

Description

수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법{Purification method for removing noxious gases and all maloder by using underwater plasma generation apparatus}

본 발명은 수중 플라즈마 기술과 습식 스크러버(Scrubber) 형태의 세정장치를 효율적으로 연계ㆍ접목시켜 대용량의 유해가스 및 복합악취를 효율적으로 정화할 수 있도록 한 수중 플라즈마를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법에 관한 것이다.

일반적으로 축산단지, 음식물처리장, 하ㆍ폐수 및 분뇨처리장, 산업단지 등의 악취 및 유해가스 발생원에서 배출되는 오염물질을 처리하기 위한 다양한 기술들이 쓰이고 있다.

현재 가장 널리 쓰이고 있는 기술로는 흡착법 및 세정법이 있으며, 특히대기 오염방지 시설로는 집진기(A Dust Collector), 흡착탑(Activated carbon tower), 스크러버(Scrubber) 등이 있다. 그 중 스크러버는 악취 및 유해가스, 분진, 액상오염물질 등을 동시에 처리할 수 있어 가장 많이 적용되고 있다.

스크러버는 가스흡수탑이라고도 하며, 일반적으로 세정에 의한 집진시설을 말한다. 스크러버는 종류 및 용도에 따라 건식, 습식, 혼합식으로 나눠지며, 건식 스크러버에 비하여 효율이 더 우수한 습식 스크러버가 많이 사용된다. 습식 스크러버는 유해가스를 액체에 접촉시켜 씻어내는 방식으로 오염물질을 정화하는 방식이며, 정화효율을 높이기 위해 통상적으로 수산화나트륨, 황산과 같은 흡수액 혹은 세정제 등 여러 가지 화학반응을 일으키는 고비용의 화학약품을 물과 함께 사용한다. 이는 화학약품을 포함한 물이 분사되었을 시, 유해가스와의 접촉율을 높이고 오염물질이 용해된 물을 정화시키는 역할을 하여 처리효율을 높이기 위함이다.

그러나 습식 스크러버는 오염가스와의 반응, 화학적 반응 등에 의해 화학약품의 소모가 급격히 일어나므로 고가의 화학약품을 주기적으로 보충하여야 하며, 화학약품과 오염가스를 반응하기 위한 추가 설비비 및 운영비용 등 상당한 비용이 소요되는 문제점이 있다.

이중 가장 큰 문제점으로 대두되는 것은 1) 고가의 화학약품을 사용하므로 연속적인 운전이 불가능하며 2) 유해가스 처리공정 후, 화학약품 및 오염물질을 함유한 폐수가 2차적으로 발생된다는 점이다. 특히, 발생된 폐수를 별도의 처리과정 없이 배출할 경우 수질오염 등 또 다른 종류의 환경오염물질을 발생시키는 것이 되기 때문에 2차 폐수처리에 대한 문제점을 해결해야하는 결정적 단점을 가지고 있다.

최근에는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 물에 오존을 주입하여 오존수를 이용하거나, 화학약품과 오존을 동시에 공급하여 정화효율을 높이기 위한 기술들이 개발되어지고 있으며, 이는 높은 산화력을 가진 오존을 이용하여 유해가스 및 악취를 처리하고, 2차적으로 발생되는 폐수를 저감시키기 위한 것이다. 그러나 오존을 공급하기 위한 오존발생기는 높은 소비전력이 요구되며, 고농도의 오존발생을 위해 순도 높은 산소를 공급해주어야 하기 때문에 고순도 산소의 발생 설비가 있는 곳으로 제한이 되거나 추가적인 설비가 필요하다. 또한, 물에 용존오존을 일정치 이상으로 발생시키거나 유지하기 위해서는 수 시간동안 오존발생기를 구동시켜야 하기 때문에 상당한 운영비용이 소요되므로 연속적인 운전이 어렵고, 스크러버의 크기와 유지비를 증대시키는 원인이 된다.

한편, 일반적인 수(水)처리 기술은 크게 물리ㆍ화학적 처리와 생물학적 처리, 다단계 처리로 대별할 수 있다. 그러나 현재 이러한 기술을 뛰어넘어 더 나은 수처리 효과를 보기 위해 많은 연구가 진행되고 있는데, 소위 첨단 수처리 기술이라 불리는 기술을 중심으로 많은 연구가 행해지고 있다. 이에 상술한 첨단 수처리 기술의 종류를 살펴보면, 1) 전기화학적 방법에 의한 기술, 2) 전기ㆍ자기를 이용한 수(水)처리 기술, 3) 자외선을 이용한 수(水)처리 기술, 4) 플라즈마를 이용한 수처리 기술이 있다.

플라즈마를 이용한 수(水)처리 기술은, 주로 저온 플라즈마공정으로서 과거 대기환경 분야에서 유해가스 제거에 사용되었지만, 종전의 수처리 기술과는 달리 약품투입이 필요 없고 처리공정도 간편하며, 2차오염도 발생시키지 않는 장점으로 최근 새로운 개념의 수(水)처리 기술로 부각되고 있으며, 저온 플라즈마를 형성하는 방전에는 펄스 스트리머방전, 무성방전, 부분방전, 연면방전 및 코로나방전 등이 있다. 수질 오염물질 처리를 위한 전기방전에 관한 연구들은 1980년대 후반부터 미국, 일본, 네덜란드, 체코, 러시아, 캐나다 등에서 활발하게 진행되어 왔다. 수중 또는 수표면에서 고전압 펄스방전을 발생시키면 다양한 물리화학적 과정들이 시작되어 자외선(UV), 충격파(shock waves), 그리고 H, O, OH, 과산화수소(H₂O₂₎ 등과 같은 화학적 활성종들을 생성시키며, 수표면에 근접하여 발생하는 기체중의 방전에서는 배경기체에 산소가 존재할 때, 고농도의 오존과 활성라디칼들이 생성되어 쉽게 물에 용해되어 오염물질 제거과정에 참여할 수 있는 것으로 알려져 있다.

특히, 플라즈마 발생기의 유입가스로 공기를 이용할 경우 플라즈마 발생기에서 예상되는 주요 반응식은 아래와 같으며, O₃을 비롯한 O, OH, H, N, HO₂ 등의 라디칼(Radical)이 생성되고 이러한 불안정한 생성물들은 2차적으로 오염물질 또는 산소 등과 반응하여 과산화물(Peroxide)이나 새로운 형태의 라디칼을 형성함으로써 연쇄적인 산화분해 반응이 진행되며, 이러한 산화반응은 난분해성 물질, 대기 중 유해가스 및 악취, 색도 및 오ㆍ폐수의 살균처리 등 오염물질 정화에 폭 넓게 응용될 수 있다.

N₂ + e → N + N + e 식 1

N₂ + e → N₂ ^- 식 2

O₂ + e → 2O + e식 3 식 3

O₂ + e → O₂ ^- 식 4

H₂O + e → H + OH + e 식 5

O + e → O^- 식 6

O₂ + H → HO₂ 식 7

H₂O + O → 2OH 식 8

O + O₂ → O₃ 식 9

N₂ + O₂ → N₂ + 2O 식 10

현재, 수(水)처리를 위한 플라즈마 방전 기법은 너무도 많이 연구되어져 왔으며, 물에 플라즈마를 투입할 경우 매우 좋은 효과가 있다는 것은 이미 많은 학술적 실험으로 증명이 되어 그 가치를 인정받고 있다.

그러나 현재까지 거의 대부분의 기술은 수중에서 플라즈마가 발생될 때 물의 도전성 때문에 플라즈마의 발생이 매우 어려울 뿐 아니라 단락 방지 기술이 필수적으로 적용되어야 하기 때문에 플라즈마를 연속적으로 발생시키기 위해서는 고가의 펄스 전원 및 고주파전원을 사용하거나 코팅 막 처리된 전극이나 수표면 방전을 위한 수면 위 전극을 사용하고 있다. 이들 장치는 큰 규격과 무거운 중량으로 설치가 곤란하며, 높은 소비전력과 비싼 가격, 그리고 운전과 유지보수의 어려움 등으로 인한 단점을 가지고 있다.

또한, 최근 다양한 유전체를 이용하여 수중에서 방전을 발생시키는 기법들이 연구되고 있지만, 수중에서 안정된 방전을 유지하지 못하여 단락이 발생하거나 급격히 방전효율의 저하되는 등의 문제가 여전히 발생되고 있는 실정이므로 상용화로의 접근이 이루어지지 못하고 있다.

한편, 상기 플라즈마 수(水)처리 기술의 문제점을 해결하여 본 출원인에 의해 실제 상용화 가능한 보급형 수중 플라즈마 기술을 최초로 개발하여 특허등록(제10-0932377호, 2009.12.08, Method of water purification using high density underwater plasma torch/제10-0924649호, 2009.10.26, Generator and method of high desity underwater plasma torch)된 바 있다.

따라서 본 발명은 본 출원인에 의해 등록된 바 있는 상기 기술들을 응용ㆍ개량 적용하여 세정장치에서 사용되는 물과 유해가스 및 복합악취를 동시에 정화 처리할 수 있는 새로운 개념의 하이브리드 정화시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 수중 플라즈마 기술과 습식 스크러버 형태의 세정장치를 효율적으로 연계ㆍ접목시켜 전기적으로 하전된 고밀도의 수중 플라즈마 처리수를 유해가스 및 복합악취 물질에 분사시켜 집진효율을 높이고, 세정 처리함과 동시에 물에 흡수되거나 용존된 유해가스 및 복합악취를 정화 처리하도록 한 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법을 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면,

수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법에 있어서,

(1)상기 정화방법은 상기 수중 플라즈마 발생장치를 통해 수중에서 고전압 방전을 발생시켜 오존 및 OH Radical, 과산화수소, 수하전자와 같은 다량의 활성종들이 수중에서 생성되어 용존되고 플라즈마 에너지에 의해 전기적으로 하전된 플라즈마 처리수를 생성하는 단계와;

(2)상기 (1)단계의 플라즈마 처리수를 집진ㆍ세정처리가 가능한 FRP 타워형 세정장치를 통해 유해가스 및 복합악취 물질에 분사하여 정화하는 단계와;

(3)상기 (1) 및 (2)단계에서 물에 용존되거나 흡수된 유해가스 및 복합악취 물질을 높은 에너지 밀도의 스트리머 플라즈마 에너지와 자외선(UV), 충격파(Shock Waves), 그리고 H, O, OH, H₂O₂와 같은 화학적 활성종과의 복합적인 고도 수처리 효과를 이용하여 수중에서 재처리하는 단계와;

(4)상기 (3)단계에서 수중 플라즈마에 의해 발생되는 고농도의 배오존을 오염가스와 접촉산화반응 시켜 처리하는 단계와;

(5)상기 (4)단계에서 미량의 배오존을 처리하여 인체에 무해한 가스를 대기중으로 배출하기 위해 흡착공정을 갖는 활성탄 공탑을 통해 후처리하는 단계를 포함하며,

(6)또한, 상기 (1) 내지 (5)단계를 통해 유해가스 및 복합악취 물질의 처리가 동시 복합적으로 반복 작용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 (4)단계의 접촉산화반응은, 하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치에서 발생되는 고밀도의 배오존과 송풍기를 통해 외부에서 유입되는 오염가스를 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (6)단계의 동시 복합적으로 작용하는 단계는,

(a)하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치와 수조탱크 내부의 수표면 사이의 공간으로 송풍기를 통해 가스 유입구로 유해가스 및 복합악취 물질이 유입되면, 유해가스 및 복합악취 물질은 플라즈마에 의해 발생된 오존과 접촉산화반응을 일으키면서 정화시스템의 본체 내로 유입되고 수방전 플라즈마에 의해 활성화된 플라즈마 처리수가 분사되어 오염가스 물질이 집진ㆍ세정되는 단계와,

(b)상기 플라즈마에 의해 생성된 오존가스와 오염가스가 제1/제2 패킹층 및 정화시스템의 본체 내에서 접촉산화반응 처리됨과 동시에 집진ㆍ세정된 유해가스 및 복합악취 물질은 수조탱크로 유입되어 다량의 활성종 및 플라즈마 에너지에 의해 수중에서 정화처리 되는 단계와,

(c)상기 (a) 및 (b)단계를 지속적으로 수처리 및 활성화된 플라즈마 처리수는 다시 순환펌프를 통해 분사되는 과정이 복합적으로 일어난 후, 제1/제2 디미스터를 거쳐 배출되기 전에 배오존을 제거할 수 있는 배오존 처리용 촉매층을 설치하여 배오존이 외부로 배출되지 않도록 하고, 송풍기를 통해 가스 배출구로 청정한 공기를 배출하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 의하여, 간단한 구조의 수중 플라즈마 발생장치와 습식 스크러버 형태의 집진ㆍ세정 및 수(水)처리 시스템을 통해 유해가스 및 복합악취 물질을 정화 처리하도록 하는 방법을 제공함으로써,

(1) 일련의 순차적인 과정이 아닌 동시 복합적인 상호작용에 의해 오염가스가 정화 처리되는 기작으로서 탁월한 처리효율을 나타낸다.

(2) 간단한 구조의 수중 플라즈마 발생장치를 고안함으로써, 운전 및 설치가 용이함은 물론 고장발생시 수리 및 보수를 편리하다.

(3) 고전압 인가 전원으로 저전력, 저가의 상용 네온트랜스를 사용함으로써 전원에 소비되는 비용을 최소화 시킨다.

(4) 높은 소비전력이 소요되고 고순도 산소공급설비가 필요한 오존 및 오존수 발생기술과 고가의 세정ㆍ흡수제 등 화학약품을 사용하는 것에 비해 설비규모가 작아지며, 유지ㆍ운영비가 매우 저렴하여 경제적이고 효율적이다.

(5) 화학약품을 일체 사용하지 않고 일반적인 수돗물 혹은 지하수만이 공급되므로 연속적인 운전이 가능하며, 사용되는 물은 플라즈마 수처리 시스템에 의해 정화되어 순환 및 재사용되거나 이후 배출되기 때문에 2차 오염에 대한 문제점이 없는 저비용 고효율의 친환경 대기오염방지 기술을 제공할 수 있는 독특한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템에 적합한 형태로 고안된 수중 플라즈마 발생장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 상기 도 1에 대한 레귤레이터 및 상용 전자식 네온트랜스를 추가여 나타낸 수중 플라즈마 발생장치 도면.
도 3은 상기 도 1 및 도 2에 대한 수중 플라즈마 발생장치의 도전성 대향전극(나선형 탭)을 구체적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템의 작용을 설명하기 위한 도면.
도 6은 상기 도 5에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템의 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법에 대한 기술적 해결 방법을 나타낸 흐름도.
도 8은 상기 도 7의 S400단계에 대한 접촉산화반응을 구체적으로 나타낸 흐름도.
도 9는 상기 도 7의 S600단계에 대한 동시 복합적으로 반복 작용하는 단계를 구체적으로 나타낸 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템은, 전술한 배경기술에서 밝힌 바와 같이, 본 출원인에 의해 특허 등록된 바 있는 수중 플라즈마 발생장치 기술을 습식 스크러버 형태의 세정장치에 연계ㆍ접목시켜 새로운 개념의 하이브리드 정화시스템으로 응용ㆍ개량하였으며, 그 핵심 기술적 해결수단은, 크게는 수중 플라즈마 발생장치(100)와 FRP 타워형 세정장치(200) 및 활성탄 공탑(300)으로 구성하여 전기적으로 하전된 고밀도의 수중 플라즈마 처리수를 유해가스 및 복합악취 물질에 분사시켜 집진ㆍ세정 효율을 높이고, 동시에 물에 흡수되거나 용존된 유해가스 및 복합악취 물질을 별도의 화학약품 사용 없이도 효율적으로 정화 처리하도록 하는데 그 특징이 있다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 수중 플라즈마 발생장치(100)는 수중 플라즈마 반응기(110), 레귤레이터(120), 상용 전자식 네온 트랜스(130), 소밀 다공성 버블장치(140)로 이루어진다.

상기 수중 플라즈마 반응기(110)는, 수중에서 플라즈마를 발생시키기 위한 수단으로, 투명 석영관(111)과, 상기 투명 석영관 내부에 삽입되어 석영관의 내경과 방전 갭(discharge gap)을 확보할 수 있는 직경을 갖는 도전성 방전극(112)과, 투명 석영관 외부표면에 직접 접촉되어 전계집중 및 수중 플라즈마 반응기(100)를 지지할 수 있도록 하여 고밀도 스트리머 플라즈마의 방전영역을 형성하고 플라즈마 반응기의 구조적인 안정성을 증대시키도록 하는 나선형 형태의 한 쌍의 전극으로 이루어진 도전성 대향전극(113)과 상기 투명 석영관(111) 상단에 조립되어 도전성 방전극(112)을 투명 석영관(111) 내부 중심축에 고정시켜, 간극거리를 유지하기 위한 전극팁(a)과, 전극 인입구(b) 및 가스 주입구(c)를 갖는 방사형 반응기 헤드(114)를 구비한다.

상기 투명 석영관(111)은, 필요한 기계적 강도를 만족시키고 고밀도 플라즈마영역(d)에서 발생되는 자외선 배출용으로 사용되며, 절연성 소재로 만들어진 관체는 모두 대체하여 사용이 가능하다. 물론 석영관을 사용하는 것이 자외선 배출용으로는 더 적합하며, 내경이 1.5 ~ 10[mm] 내외(바람직하게는 6mm)이고 외경은 3 ~ 16[mm] 내외(바람직하게는 8mm)이며 두께는 0.7 ~ 3[mm] 내외(바람직하게는 2mm)인 것을 사용하였으며, 그 길이는 환경에 따라 조절이 가능하며 길이의 제한은 없고 당연히 크기의 특별한 제한도 없다. 따라서 석영관이 더 작을 경우도 더 클 경우에도 사용이 가능하다.

상기 도전성 방전극(112)과 도전성 대향전극(113)은, 도전성 소재이면 무엇이든지 사용이 가능하다. 먼저 상기 도전성 방전극(112)은, 아크방전의 발생을 방지하여 안정적인 스트리머 플라즈마의 발생과 방전효율을 높이기 위해서 상기 투명 석영관(111) 하단부에서 3[cm] ~ 5[cm] 정도(바람직하게는 3.5[cm]) 상단에 위치시키는 것이 적합하다.

또한, 상기 도전성 방전극(112)의 직경은, 상기 투명 석영관(111)의 내경보다 작아야 하는데 상기 도전성 방전극(112)의 반지름 r과 투명 석영관(111)의 내경의 반지름 R과의 관계가 R/r ≒ 3 이상이 되도록 한다. 이는 내부 전극표면의 전계세기는 외부전극의 내반지름과 내부전극의 반지름의 크기에 따라 변화하기 때문이며, 코로나를 경유하여 스트리머 방전까지 안정적으로 발생시키기 위함이다.

상기 도전성 대향전극(113)은, 상기 투명 석영관(111) 외부에 직접 접촉되어 유입되는 악취 및 유해가스에 의한 가스압이나 공급되는 물에 의한 충격 및 흔들림에서 수중 플라즈마 반응기(110)를 지지하고 보호한다. 또한 물이 하나의 도전성 물질 역할을 하므로 수중에 직접 접촉되어 물과 함께 접지전극의 역할을 하며 상기 도전성 방전극(112)과 상기 투명 석영관(111) 사이에서 발생되는 고밀도 스트리머 플라즈마의 방전영역을 형성한다.

또한, 상기 도전성 대향전극(113)은 15[cm] 이내의 길이와 1 ~ 1.5[mm] 두께를 가진 나선형 형태의 한 쌍의 전극으로 이루어지는 탭 구조이며 나선형 탭(113a)의 간격은 1 ~ 2[mm]가 되도록 한다. 이는 안정적으로 수중 플라즈마 반응기(100)를 지지함과 동시에 구조적으로 나선형 전극과 평판전극에서 발생되는 방전형태와 같이 고밀도의 강한 방전성상을 형성하기 위함이다.

여기서 도 3의 (가),(나)를 참조하면, 먼저 도 3의 (가)와 같이 상기 나선형 탭(113a)을 1 ~ 2[mm] 간격(Pitch)을 가지고 석영관 표면에 직접 접촉할 경우, 방전극에서의 전위경도를 집중시켜 고밀도 스트리머 플라즈마를 발생시키고 플라즈마의 발생영역을 고르게 분포시킨다. 그러나 도 3의 (나)에서 보는 바와 같이, 나선형 탭(113a)의 간격(Pitch)을 2[mm]이상으로 할 경우, 최대전위경도 계수가 높아져 아크성 플라즈마가 발생되기 쉽고 플라즈마가 고르게 분포되기 어려워 안정적인 방전성상을 유지하기 힘들며, 강한 플라즈마 에너지가 지속적으로 전극 및 석영관에 가해지므로 전극의 손실 및 석영관의 파손 등의 문제점이 발생한다.

한편, 상기 도전성 방전극(112)과 도전성 대향전극(113)에 인가되는 전압은, 대략 7[kV]부터 시작해서 그 이상의 내압을 발생시킬 수 있는 전원이면 사용가능하며, 고주파 전원은 물론이고 상용 전원의 범위 안에서 자유롭게 적용될 수 있다. 또한, 상기 7[kV]는 장치의 크기를 조정하여 그 이하에서도 동작을 가능하게 할 수 있다. 때문에 전원의 용량과 요구 사항에 맞춰 맞춤형 제작이 가능하다.

상기 도전성 방전극(112)과 도전성 대향전극(113)에 인가되는 고압선은 출력전압의 손실과 단락 및 코로나손실을 방지하기 위해 최소 20[mm] 이상의 거리를 두었다.

상기 방사형 반응기 헤드(114)는, 상기 투명 석영관(111) 상단에 위치하며, 석영관의 파손을 방지하기 위하여 완충작용을 할 수 있는 절연성 재질의 것으로 사용되어야 한다. 또한, 반응기 내에서 고른 방전영역을 형성하기 위해 상기 도전성 방전극을 상기 투명 석영관(111) 내부 중심축에 고정시키고 삽입 길이를 조절할 수 있도록 하는 전극팁(a)과 상기 도전성 방전극(112) 및 도전성 대향전극(113)을 삽입할 수 있는 전극 인입구(b)와, 상기 레귤레이터(120)를 통해 도전성 방전극(112)과 투명 석영관(111) 내경 사이의 공간으로 가스나 공기를 주입하기 위한 가스 주입구(c)로 구성되어 있다.

또한, 상기 투명 석영관(111) 하단부에 설치되는 소밀 다공성 버블장치(140)는 미세한 마이크론 사이즈의 기포를 발생시켜, 물과의 접촉표면적을 넓혀 줄 수 있는 것이면 기존에 나와 있는 제품 혹은 제작하여 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 적용되는 상기 수중 플라즈마 발생장치는 물을 매개체로 하여 상기 방전극(112)과 상기 투명 석영관(111)의 공간에서 발생되는 스트리머 플라즈마와 상기 도전성 대향전극(113)이 마치 한 쌍의 전극으로 사용되는 특징이 있으며, 전극간 고전계 및 플라즈마에너지를 물에 공급함으로써 전기적으로 대전되어 집진효율을 높일 수 있는 플라즈마 처리수를 생성할 수 있다.

또한 상기 수중 플라즈마 발생장치는 고밀도 플라즈마 에너지와 다량의 활성종 및 라디칼 등을 물에 주입하여 수중 오염물질을 처리하는데 있어 매우 뛰어난 처리성능을 나타냄으로 본 발명과 같은 유해가스 및 복합악취제거 기술에 적용할 수 있음은 물론, 축산폐수, 난분해성 오염물질, 녹조제거, 색도 및 오ㆍ폐수의 살균처리 등 수질정화에 폭 넓게 응용될 수 있다.

또한 플라즈마의 방전성상을 사용 환경이나 상황에 맞추어 적용할 수 있어 사용상 유동성이 크며, 본 발명에 이용될 수 있는 가스의 종류 또한 특별한 제한이 없어 환경에 맞추어 적절히 사용이 가능하므로 그 만큼 사용상황에 따라 다양한 변화를 꾀할 수 있는 장점이 있다.

이어서, 본 발명에서 플라즈마의 주 활성 메커니즘을 살펴보면, 상기 투명 석영관(111) 내부의 도전성 방전극(112)과 상기 투명 석영관(111) 외부표면에서 직접 접촉해 있는 상기 도전성 대향전극(113)이 존재하고 이 투명 석영관(111)의 내부 즉, 투명 석영관(111) 내경과 상기 투명 석영관(111) 안에 삽입되어 상기 투명 석영관(111) 내경 중심부에 위치하고 있는 상기 도전성 방전극(112)의 외경 사이에 형성된 공간으로 상기 레귤레이터(120)를 이용하여 가스 또는 공기를 주입시켜 그것들의 압력으로 상기 투명 석영관(111) 내부와 상기 도전성 방전극(112)의 하단부로부터 물과의 사이에 공간을 만들어 전로를 차단함으로써, 상기 도전성 방전극(112)과 물과의 단락현상을 막아주면서 동시에 상기 공간에서 플라즈마를 발생시킨다.

이때 상기 투명 석영관(111)에서는 물과 접촉된 투명 석영관(111) 전체에서 고른 방전영역을 가지는 플라즈마가 생성되는데 상기 도전성 대향전극(113)이 수중에 직접 접촉되어 있기 때문에 물 자체가 하나의 도전성 전극의 역할을 하므로 대전현상이 발생하여 기(氣)중 방전의 하나인 높은 에너지 밀도의 스트리머 플라즈마(streamer plasma) 가 상기 고밀도 플라즈마영역(d)에서 발생한다.

이하, 본 발명의 고밀도 플라즈마를 수중에서 안정적으로 발생시키기 위한 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 수중 플라즈마 반응기(110)에 사용되는 전원은 상용 전자식 네온트랜스(130)로서 22.5[kHz] ~ 23[kHz]의 높은 주파수를 갖는 고전압 펄스 교류전원이다. 유전체관[투명 석영관(111)] 내로 공기나 가스를 주입한 후, 도전성 방전극(112)과 도전성 대향전극(113)에 전원을 인가하면, 공기와 유전체관[투명 석영관(111)]의 정전용량으로 인한 충전전류, 절연저항에 의한 누설전류 및 유전체손을 공급하기 위한 전류가 흐르는데 이 경우 중요한 것은 쌍극분자가 전계의 방향으로 전향하려고 하는 현상으로 인하여 생기는 쌍극자 전도전류이다. 이 전류는 직류전압에 대하여는 쌍극분자가 전계방향으로 그 방향으로 전향해버리면 흐르지 않게 되지만, 본 발명에 사용되는 전원이 인가된 경우 교번전계가 수중에 가해지므로 극성의 전환에 의하여 쌍극분자가 전원 주파수에 상당하는 주기로 그 방향으로 전향되어 유전체 내에 전류가 흐르게 되고, 또 이 쌍극분자가 진동을 하게 되므로 인접된 물 분자와의 마찰 및 전계효과 등이 발생되며, 상기 도전성 방전극(112)과 유전체관[투명 석영관(111)] 표면과 수중에 직접적으로 접촉되어 있는 상기 도전성 대향전극(113) 사이에서 도전현상이 일어나 고밀도 플라즈마가 발생됨과 동시에 수중에서 강한 전계를 형성하여 플라즈마 에너지를 효율적으로 물에 주입시킬 수 있는 것이다.

한편, 기존의 수중에서 플라즈마를 발생시키는 기술은, 전극이 물속에 잠겨 있을 경우 도전성 물에 의해 단락이 발생하거나 수표면 방전의 경우 방전공간이 한정되어 있어 매우 비효율적인 처리방법이 되며, 전극의 간극길이가 일정하지 못하여 절연파괴가 일어나기 때문에 매우 고가인 펄스전원을 사용하거나 유전체 코팅된 전극 등을 사용한다. 때문에 고가의 장비와 운전 및 설치의 어려움으로 일반화되지 못하고 있다.

그러나 본 발명의 경우는 상기 도전성 방전극(112)과 물과의 전로를 차단하여 안정적으로 고밀도 플라즈마를 발생시키고, 스트리머 방전에 의해서 생성된 전하의 양 만큼만 수중에 플라즈마 에너지를 전달시키기 때문에 단락이 발생되지 않고 스트리머 방전에서 생성된 전하의 양 만큼만 포화되어 전류가 흐르기 때문에 전원장치의 용량을 초과하지 않는 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 때문에 연속적인 플라즈마 에너지의 전달이 가능하다.

따라서 본 발명에서는 플라즈마 에너지에 의해 전기적으로 하전된 플라즈마 처리수를 유입되는 유해가스 및 복합악취물질에 분사시킴으로서 집진 및 세정(혹은 정화) 효율을 증대시키고 트랩 되어 수중에 용존되는 오염물질을 수중 플라즈마를 이용한 수처리 공법으로 처리하는 시스템이 복합적으로 적용된다.

이는 상기 수중 플라즈마 발생장치(100)에 주입된 가스 및 공기는 고밀도 플라즈마 영역을 거치면서 활성화되어 고농도의 OH, O₃, H+, H₂O₂, 수하전자 그리고 각종 라디칼 등 다량의 활성종이 생성되며, 생성된 활성라디칼은 즉시 수중에 주입되고 상기 투명 석영관에서 방사되는 자외선(UV), 충격파(Shock Wave) 등과 플라즈마 에너지를 처리 대상물에 직접 조사하는 복합적인 수처리 기작으로 플라즈마 처리수에 집진 ㆍ세정된 복합악취 물질을 정화 처리하도록 하는 정화시스템을 구현하였기 때문이다.

상기 소밀 다공성 버블장치(140)는, 산화반응을 촉진시키는 수단으로, 상기 투명 석영관(111) 하단부에 연결되며, 물과의 접촉시간 및 접촉 표면적을 높여 접촉산화반응을 증대시키기 위해 마이크론(Micron) 사이즈의 기포를 발생시킨다. 즉 고밀도 플라즈마 영역을 거쳐서 나온 다량의 고농도 활성라디칼을 포함한 기포가 뭉쳐지지 않고 잘게 쪼개어져 수중에 표류 확산된다. 따라서 물과의 접촉시간 및 표면적 등이 높아져 고농도 활성종들의 용존율과 접촉산화작용 등을 매우 증대시킬 수 있으므로 환경오염물질 처리에 있어 그 처리시간이 매우 빠르며 탁월한 효과가 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 정화시스템 기술적 구성은 크게 FRP 타워형 세정장치(200)와 활성탄 공탑(300)으로 이루어진다.

상기 FRP 타워형 세정장치(200)는 정화시스템의 본체(201), 송풍기(202) 및 가스 유입구(203), 수조탱크(204), 순환펌프(205), 플라즈마 처리수 공급라인(206), 제1/제2 분사 파이프(206a, 206b) 및 다수개의 분사노즐(207a,207b), 제1/제2 패킹층(208a,208b), 제1/제2 디미스터(209a,209b)를 구비하며, 상기 활성탄 공탑(300)은 배오존 처리용 촉매층(310), 가스 배출구(320)를 각각 구비한다.

상기 정화시스템의 본체(201) 및 수조탱크(204)는 통상적으로 내식ㆍ내산성이 있는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 및 유리섬유 소재의 재료가 사용되며, 크기, 형태, 높이 등의 제약이 없어 환경 및 적절한 상황에 맞도록 설계가 가능하다. 또한 상기 가스 유입구(203) 전단에는 유해가스 및 복합악취 처리용량에 적합한 송풍기(202) 혹은 팬(Fan) 등을 선정하여 설치할 수 있다.

또한, 상기 수조탱크(204) 내부에는, 하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치(100)가 직접 접촉해 설치되어 있으며, 정화시스템의 본체(201) 하단부와 연결되어 플라즈마 처리수에 의해 집진ㆍ세정된 오염물질이 수중 플라즈마 처리영역으로 유입된다. 또한, 수조탱크(204)는 유해가스 및 복합악취 물질이 수중 플라즈마 발생장치(100)와 수조탱크(204)내부의 수표면 사이의 공간으로 유입되어 플라즈마에 의해 발생된 고농도의 오존과 접촉산화처리함과 동시에 본체(201) 내부로 유입되도록 하기 위해 가스 유입구(203)를 포함하고 있다. 또한, 플라즈마 처리수에 의해 집진ㆍ세정된 오염물질을 보다 효과적으로 처리할 수 있도록 수조탱크(204)내에 저장되는 물의 양을 최소화하기 위해서는 수조탱크(204)의 바닥부분은 톱니 모양의 구조로 형성되어 있다. 또한 수조탱크(204)내에는 수중 플라즈마 발생을 위한 물(수돗물이나 지하수) 이외에는 어떠한 세정액 혹은 화학약품 등이 일체 주입되지 않는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수조탱크(204)내의 플라즈마 발생장치에서 플라즈마가 발생되어 전기 및 화학적으로 활성화된 플라즈마 처리수는 순환펌프(205)와 플라즈마 처리수 공급라인(206)[제1 분사 파이프(206a), 제2 분사 파이프(206b)]를 통해 정화시스템의 본체(201) 내에서 분사된다. 상기 제1/제2 분사 파이프(206a,206b)에는 다수개의 분사노즐(207a,207b)이 설치되어 있으며, 상기 제1 분사 파이프(206a)와 제2 분사 파이프(206b) 하단에는 제1/제2 패킹층(208a,208b)이 설치되어 있다. 유해가스 및 복합악취 물질은 순환펌프(205)와 플라즈마 처리수 공급라인(206)을 통해 상기 다수개의 분사노즐(207a,207b)에서 분사된 플라즈마 처리수에 의해 집진ㆍ세정되어 정화시스템의 본체(201) 하부의 수조탱크(204)로 흘러 내려와 플라즈마에 의해 수중에서 정화 처리되며, 플라즈마 처리수는 순환펌프(205)를 통해 연속적인 공급 및 순환이 이루어진다.

여기서, 상기 제1/제2 분사 파이프(206a,206b) 및 다수개의 분사노즐(207a,207b)은, 그 위치와 수량에 제한을 받지 않으며 처리용량과 환경에 적합하도록 구조변경이 가능하며 바람직하게는 상기 다수개의 분사노즐(207a,207b)을 동일한 간격의 원형으로 설치할 경우 정화효율을 더욱 증대시킬 수 있다.

상기 제1/제2 패킹층(Packed Bed)(208a,208b)은, 유해가스 및 복합악취 가스와 플라즈마 처리수 및 고농도의 오존이 접촉하는 곳을 말하며, 다량의 활성라디칼을 포함한 플라즈마 처리수와 유해가스 및 복합악취 가스의 접촉면적 및 반응시간을 증대시키고 수중 플라즈마 발생장치에서 발생되는 고농도의 배오존과 접촉산화작용의 효율을 높일 수 있도록 설치되는 것으로서, 플라즈마 처리수에 의해 집진ㆍ세정된 유해가스 및 복합악취 물질을 플라즈마 처리수 및 오존과의 반응에 의해 처리되는 영역이다.

또한, 상기 제1/제2 패킹층(208a,208b)은, 일반적인 스크러버장치에도 사용되어져 왔던 것으로, 내식성 및 내산성, 표면적, 무게 및 압력손실 등을 고려하여 선정되며, 본 발명에서는 다수개의 분사노즐(207a,207b)의 하단에 상기 제1/제2 패킹층(208a,208b)을 각각 설치함으로서 유해 가스의 처리 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

도 4 내지 도 6을 참조하여, 상기 활성탄 공탑(300)은, 상기 FRP 타워형 세정장치(200)를 거쳐 배출되는 청정가스에 포함된 플라즈마에 의해 발생된 고농도의 배오존을 처리하기 위한 수단으로, 상기 제2 디미스터(209b)의 상부를 통해 배출되는 오존을 처리하기 위한 배오존 처리용 촉매층(310)과, 상기 배오존 처리용 촉매층(310) 상부에 위치하여 정화된 공기를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구(320)를 포함한다.

여기서, 플라즈마에 의해 발생된 오존이 본 발명의 정화시스템 본체(201)의 제1/제2 디미스터(209a,209b)를 거쳐 그대로 대기에 배출되었을 경우 2차적인 대기환경오염원이 될 수 있으므로, 상기 배오존 처리용 촉매층(310)을 두어 배출되는 고농도의 오존을 제거함과 동시에 미량의 잔류오염가스와의 산화분해 반응으로 처리하도록 한다.

한편, 상기 배오존 처리용 촉매층(310)에서 오존을 제거하기 위한 공법으로는, 열분해 및 다공성 실리게이트, 제올라이트 등의 흡착제가 이용되고 있으나, 본 발명에서는 고가의 흡착제, 촉매제 등을 지양하고 경제적이고 가장 보편화되어 있는 활성탄만을 사용하였으며, 광촉매 등의 별도의 촉매제조 공정 없이 활성탄의 사용만으로도 시험결과 탁월한 효과를 나타내었다. 현실적으로 흡착공법에 의한 유해가스 및 악취제거 기술은 첫째로, 원천적인 오염물질을 제거하는 기술이 아니며, 흡착제에 악취분자가 흡착되어 짧은 시간 내에 포화되거나 흡착제로서의 기능을 제대로 수행하지 못하여 오염가스를 정화하는데 큰 한계가 있다. 따라서 본 발명에서는 첨단 수(水)처리 공법으로 유해가스 및 복합악취 물질을 정화 처리함과 동시에, 연속적인 플라즈마의 발생으로 생성된 오존과 활성탄의 반응을 지속적으로 일으키기 때문에 흡착제의 성능 및 정화효율을 유지ㆍ향상시킬 수 있다.

상기 가스 배출구(320)는, 오염물질이 제거된 청정공기를 배출하는 수단으로, 상기 배오존 처리용 촉매층(310)을 거쳐 배출되는 정화된 공기를 외부로 배출하기 때문에 상기 제1/제2 패킹층(208a,208b)을 거친 오존과, 수분을 함유한 액체성분, 미량의 잔류 유해가스 및 복합악취 물질이 상승하여 정화시스템 본체의 상ㆍ하단에 위치하고 있는 제1/제2 디미스터(209a,209b)와 접촉하게 되고 이때 상기 제1/제2 디미스터(209a,209b)에서는 상승된 수분 및 습기 등의 액체성분을 제거하게 된다.

여기서 상기 디미스터(Demister)는 Mist Eliminator, Wire, Mesh Separator 등으로 호칭되며, 작용 원리는 유체 중에 포함되어 있는 불순물(Mist 및 Dust)을 선조(線條)에 의거 보촉(補促)한 후에 이를 분리, 제거하는 일종의 과정인 동시에 반응 장치에 있어서는 반응 작용을 효과적으로 일으키게 하는 반응 촉진이기도 하다. 특히, Demister는 복잡한 관성충돌 구도를 조성하는 까닭에 기액(氣液) 접촉효과가 크며, 99.9%이상의 분리효율(Separation Efficiency)을 가지고 있다. 또한 기존의 충전율에 비하면 중량이 가벼울 뿐만 아니라 공간율이 우수하여 압력손실(Pressure Drop)도 무시할 정도로 적게 일어난다. 또한, 사용조건에 맞게끔 다양한 재질로 제작되기 때문에 반영구적이며, 충전을 할 경우 간단히 유도하여 재사용할 수 있어 유지관리가 용이하며 경제적이다. 환경오염 방지시설의 가스세정기(Gas Scrubber) 장치에 필수적인 제품이다.

도 5를 참조하여 본 발명에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템의 작용을 보다 알기 쉽게 설명한다.

도 5에서 보는 바와 같이, 수조탱크(204)내부에는 일정한 간격으로 하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치(100)가 설치되며, 수조탱크(204)내부의 수표면 사이의 공간으로 송풍기(202)를 통해 외부에서 유입되는 유해가스 및 복합악취 물질이 가스 유입구(203)로 유입되면, 유해가스 및 복합악취 물질은 상기 하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치(100)에 의해 발생된 오존과 접촉산화반응을 일으키면서 정화시스템의 본체(201)내로 유입되고 수방전 플라즈마에 의해 활성화된 플라즈마 처리수가 분사되어 오염가스 물질이 집진ㆍ세정된다. 또한 플라즈마에 의해 생성된 오존가스와 오염가스 물질이 제1/제2 패킹층(208a,208b) 및 본체(201) 내에서 접촉산화반응 처리됨과 동시에 집진ㆍ세정된 유해가스 및 복합악취 물질은 수조탱크(204)로 유입되어 다량의 활성종 및 플라즈마 에너지에 의해 수중에서 정화처리 된다. 그리고 지속적으로 수처리 및 활성화된 플라즈마 처리수는 다시 순환펌프(205)를 통해 분사되는 과정이 복합적으로 일어난다. 이후 제1/제2 디미스터(209a,209b)를 거쳐 배출되기 전 상기 배오존을 제거할 수 있는 배오존 처리용 촉매층(310)을 설치하여 오존이 외부로 배출되지 않도록 하고 송풍기(202)를 통해 가스 배출구(320)로 청정한 공기를 배출하게 되는 것이다.

한편, 도 6은 상기 도 5에 대한 본 발명에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템의 단면도이며 별도의 설명은 생략한다.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법은, 전술한 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화시스템에서 언급된 기술적 수단들에 의해 이루어지며 다음과 같은 단계들을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

먼저 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법에 있어서,

(1)상기 정화방법은 상기 수중 플라즈마 발생장치를 통해 수중에서 고전압 방전을 발생시켜 오존 및 OH Radical, 과산화수소, 수하전자와 같은 다량의 활성종들이 수중에서 생성되어 용존되고 플라즈마 에너지에 의해 전기적으로 하전된 플라즈마 처리수를 생성하는 S100단계를 갖는다.

(2)상기 (1)단계의 플라즈마 처리수를 집진ㆍ세정처리가 가능한 FRP 타워형 세정장치를 통해 유해가스 및 복합악취 물질에 분사하여 정화하는 S200단계를 갖는다.

(3)상기 (1) 및 (2)단계에서 물에 용존되거나 흡수된 유해가스 및 복합악취 물질을 높은 에너지 밀도의 스트리머 플라즈마 에너지와 자외선(UV), 충격파(Shock Waves), 그리고 H, O, OH, H₂O₂와 같은 화학적 활성종과의 복합적인 고도 수처리 효과를 이용하여 수중에서 재처리하는 S300단계를 갖는다.

(4)상기 (3)단계에서 수중 플라즈마에 의해 발생되는 고농도의 배오존을 오염가스와 접촉산화반응 시켜 처리하는 S400단계를 갖는다.

여기서 도 8을 참조하여, 상기 (4)단계의 접촉산화반응은, 하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치에서 발생되는 고밀도의 배오존과 송풍기를 통해 외부에서 유입되는 오염가스를 접촉시키는 S410단계를 포함한다.

(5)상기 (4)단계에서 미량의 배오존을 처리하여 인체에 무해한 가스를 대기중으로 배출하기 위해 흡착공정을 갖는 활성탄 공탑을 통해 후처리하는 단계를 포함한다.

(6)또한, 상기 (1) 내지 (5)단계를 통해 유해가스 및 복합악취 물질의 처리가 동시 복합적으로 반복 작용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법을 특징으로 한다.

여기서, 도 9를 참조하여, 상기 (6)단계의 동시 복합적으로 반복 작용하는 단계는 다음 단계들을 포함한다.

(a)하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치와 수조탱크 내부의 수표면 사이의 공간으로 송풍기를 통해 가스 유입구로 유해가스 및 복합악취 물질이 유입되면, 유해가스 및 복합악취 물질은 플라즈마에 의해 발생된 오존과 접촉산화반응을 일으키면서 정화시스템의 본체 내로 유입되고 수방전 플라즈마에 의해 활성화된 플라즈마 처리수가 분사되어 오염가스 물질이 집진ㆍ세정되는 S610 단계를 포함한다.

(b)상기 플라즈마에 의해 생성된 오존가스와 오염가스가 제1/제2 패킹층 및 정화시스템의 본체 내에서 접촉산화반응 처리됨과 동시에 집진ㆍ세정된 유해가스 및 복합악취 물질은 수조탱크로 재 유입되어 다량의 활성종 및 플라즈마 에너지에 의해 수중에서 정화처리 되는 S620 단계를 포함한다.

(c)상기 (a) 및 (b)단계를 지속적으로 수처리 및 활성화된 플라즈마 처리수는 다시 순환펌프를 통해 분사되는 과정이 복합적으로 일어난 후, 제1/제2 디미스터를 거쳐 배출되기 전에 배오존을 제거할 수 있는 배오존 처리용 촉매층을 설치하여 배오존이 외부로 배출되지 않도록 하고, 송풍기를 통해 가스 배출구로 청정한 공기를 배출하도록 하는 S630 단계를 포함한다.

이와 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 정화방법은, 전기적으로 하전된 고밀도의 플라즈마 처리수에 의한 집진ㆍ세정하며, 집진ㆍ세정된 유해가스 및 복합악취 물질을 수방전 플라즈마에 의해 수(水)처리하고 고농도의 오존과 오염가스와의 접촉산화 처리가 동시 복합적으로 작용하여 높은 처리효율을 나타낸다. 또한 공급되는 물은 정화되어 배출 및 재사용되므로 2차 오염에 대한 문제점이 없고 고가의 화학약품을 사용하지 않으므로 연속적인 운전이 가능한 저비용 고효율의 친환경 대기오염방지 기술을 제공하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 수중 플라즈마 발생장치
110 : 수중 플라즈마 반응기
111 : 투명 석영관 112 : 도전성 방전극
113 : 도전성 대향전극 113a : 나선형 탭
114 : 방사형 반응기 헤드 120 : 레귤레이터
130 : 상용 전자식 네온 트랜스 140 : 소밀 다공성 버블장치
200 : FRP 타워형 세정장치 201 : 정화시스템의 본체
202 : 송풍기 203 : 가스 유입구
204 : 수조탱크 205 : 순환펌프
206 : 플라즈마 처리수 공급라인 206a,206b : 제1/제2 분사 파이프
207a,207b : 다수개의 분사노즐 208a,208b : 제1/제2 패킹층
209a,209b : 제1/제2 디미스터 300 : 활성탄 공탑
310 : 배오존 처리용 촉매층 320 : 가스 배출구

Claims

수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법에 있어서,
(1)상기 정화방법은 상기 수중 플라즈마 발생장치를 통해 수중에서 고전압 방전을 발생시켜 오존 및 OH Radical, 과산화수소, 수하전자와 같은 다량의 활성종들이 수중에서 생성되어 용존되고 플라즈마 에너지에 의해 전기적으로 하전된 플라즈마 처리수를 생성하는 단계와;
(2)상기 (1)단계의 플라즈마 처리수를 집진ㆍ세정처리가 가능한 FRP 타워형 세정장치를 통해 유해가스 및 복합악취 물질에 분사하여 정화하는 단계와;
(3)상기 (1) 및 (2)단계에서 물에 용존되거나 흡수된 유해가스 및 복합악취 물질을 높은 에너지 밀도의 스트리머 플라즈마 에너지와 자외선(UV), 충격파(Shock Waves), 그리고 H, O, OH, H₂O₂와 같은 화학적 활성종과의 복합적인 고도 수처리 효과를 이용하여 수중에서 재처리하는 단계와;
(4)상기 (3)단계에서 수중 플라즈마에 의해 발생되는 고농도의 배오존을 오염가스와 접촉산화반응 시켜 처리하는 단계와;
(5)상기 (4)단계에서 미량의 배오존을 처리하여 인체에 무해한 가스를 대기중으로 배출하기 위해 흡착공정을 갖는 활성탄 공탑을 통해 후처리하는 단계를 포함하며,
(6)또한, 상기 (1) 내지 (5)단계를 통해 유해가스 및 복합악취 물질의 처리가 동시 복합적으로 반복 작용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법.
제1 항에 있어서,
상기 (4)단계의 접촉산화반응은, 상기 수중 플라즈마 발생장치에서 발생되는 고밀도의 배오존과 송풍기를 통해 외부에서 유입되는 오염가스를 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법.
제1 항에 있어서,
상기 (6)단계의 동시 복합적으로 반복 작용하는 단계는,
(a)하나 이상의 수중 플라즈마 발생장치와 수조탱크 내부의 수표면 사이의 공간으로 송풍기를 통해 가스 유입구로 유해가스 및 복합악취 가스가 유입되면, 유해가스 및 복합악취 물질은 플라즈마에 의해 발생된 오존과 접촉산화반응을 일으키면서 정화시스템의 본체 내로 유입되고 수방전 플라즈마에 의해 활성화된 플라즈마 처리수가 분사되어 오염가스 물질이 집진ㆍ세정되는 단계와,
(b)상기 플라즈마에 의해 생성된 오존가스와 오염가스가 제1/제2 패킹층 및 정화시스템의 본체 내에서 접촉산화반응 처리됨과 동시에 집진ㆍ세정된 유해가스 및 복합악취 물질은 수조탱크로 유입되어 다량의 활성종 및 플라즈마 에너지에 의해 수중에서 정화처리 되는 단계와,
(c)상기 (a) 및 (b)단계를 지속적으로 수처리 및 활성화된 플라즈마 처리수는 다시 순환펌프를 통해 분사되는 과정이 복합적으로 일어난 후, 제1/제2 디미스터를 거쳐 배출되기 전에 배오존을 제거할 수 있는 배오존 처리용 촉매층을 설치하여 배오존이 외부로 배출되지 않도록 하고 송풍기를 통해 가스 배출구로 청정한 공기를 배출하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치를 이용한 유해가스 및 복합악취 제거용 정화방법.