KR101061810B1 - 오존가스 용해 최적화방법 및 그 방법을 이용한 오존접촉장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수장 또는 하/폐수처리장의 고도처리공정에 사용하고 있는 오존 가스 용해 최적화 방법과 그 방법을 이용한 오존 접촉장치 및 오존 접촉지에 관한 기술이다.

이를 위하여 본 발명은 ,

오존 접촉조 입구에 오존 확산관(80)을 설치하고, 오존 확산관의 끝에는 원수관(가)을 연장하여 설치하여 오존 접촉조(90)의 하부로 유입되게 하고;

원수관(가)의 입구 부에 원수유량계(10)을 설치하고, 원수관(가)에서 분기관(20)을 분기하여, 가압펌프(30)에 연결하고 ;

가압펌프 토출관에는 분기유량계(35)를 설치하고, 분기유량계의 출구 쪽 배관에는 인젝터(40)을 설치하고;

오존 발생기(도시하지 않음)에서 공급하는 오존화가스는 오존화가스유량계(50)와 오존 농도계(60)을 거쳐서 배관을 통하여 인젝터(40)에 공급하고;

인젝터에서는 흡입된 오존화 가스가 가압펌프에서 이송된 원수와 함께 혼합된 다음, 오존 용해조(70)에서 오존화가스의 오존이 원수에 완전하게 혼합되고;

원수와 완전하게 혼합된 오존 수는 원수관에 직렬로 설치한 오존 확산관(80)에 공급되어, 원수와 오존 수가 균등한 농도로 혼합되어, 수온계(95) 및 잔류오존 농도계(110)가 설치된 오존 접촉지(90)로 이송되고;

오존 접촉지(90)로 이송된 원수는 분산 판(90-1)에 충돌하여 분 산판의 주위 로 확산 되면서, 오존 수와 원수가 균등하게 접촉 되도록 하고, 도류벽이 설치된 오존 접촉지를 통과하면서, 맛, 냄새물질 및 유기물과 반응하여 제거하고;

극히 일부 용해되지 않은 오존가스와 발생가스, 잉여 산소가스는 오존 접촉지의 상부에 설치한 배 오존 배관을 통하여, 기액 분리기(130)에 이송되어 배 오존 가스 중에 포함된 수분을 제거하고, 배 오존 가스 농도계(120)와 배 오존가스 유량계(140)을 통과하여, 배 오존 휀(150)에 의하여 배오존 제거기(160)로 이송되어, 배 오존가스는 산소로 분해되어 대기중으로 배출하고;

상기 각종 계측기에서 측정된 신호는 통신선(190)을 통하여, 자동제어반(170)으로 전송되고, 자동 제어반에서는 수신된 각종 계측 값을 비교분석하여, 오존 용해율을 연산하고, 원수유량 변화, 수온 변화, 오존화 가스 주입량 변화에 대하여, 가압펌프의 회전수제어 신호를 발생하여, 가압펌프의 유량을 변화시킴으로써, 오존화 가스의 용해율이 최고상태로 유지되도록 자동적으로 제어하고, 소비동력을 최소화하고, 원수량 변화에 대하여, 오존 접촉지의 위어의 월류 수두 변화가 최적값이 되게 월류길이를 설정함으로써, 배오존 제거기의 운전을 안정시키고, 외부로 미처리된 배오존 가스가 배출되는 것을 방지하도록 구성한 오존 가스 용해 최적화 방법 및 그 방법을 이용한 오존 접촉지를 제공한다.

오존 접촉지, 오존가스 용해 최적화, 가압펌프 자동제어.배 오존 가스량 안 정화.

Description

오존가스 용해 최적화방법 및 그 방법을 이용한 오존접촉장치{Opt method of ozon gas dissolve and the equipment thereof}

본 발명은 오존을 이용한 상수도 정수장의 고도처리, 하/폐수 처리장의 고도처리에 관한 기술로서, 더욱 자세하게는 원수량 변화, 수온변화, 수질변화에 대하여, 오존가스의 용해율을 항상 최적으로 유지하도록 자동제어하고, 배오존 제거기의 운전의 안정성을 높이기 위한 오존가스 용해 최적화방법 및 그 방법을 이용한 오존 접촉장치와 오존 접촉지에 관한 것이다.

오존을 이용한 물 처리기술은 상수도 정수장의 고도처리, 하수/폐수 등의 고도처리에 널리 사용되고 있다.

상수도 정수장의 고도처리에서는 맛, 냄새 원인물질 및 미량 유해물질을 제거하는데 널리 사용되고 있고, 하수/폐수 등에서는 난분해성 유기물, 색도, 냄새 등의 제거에 널리 사용하고 있다.

오존은 반응 후 특별한 유해화합물을 형성하지 않고,반응시간이 짧고, 분해능력이 우수하고, 물에 잔류하지 않아서, 널리 사용되고 있지만, 오존은 그 자체로서 맹독성을 지니고 있어서, 대기중에 일정한 농도 이상이 되면, 냄새, 두통을 느 끼는 것은 물론 장시간 노출시 건강에 위협을 주기도 하고, 심한 경우는 주변의 식물을 고사시키기도 하는 취급이 어려운 물질이기도 하다.

또한 오존은 물에 비교적 잘 녹지만, 용해되는 물의 압력, 온도, 수질에 민감하게 반응하며, 수온이 높을수록 용해도가 낮아지고, 압력이 높으면 잘 녹는 성질이 있다.

과거에는 오존을 물에 용해시키는 방법으로 미세한 기포를 발생하는 산기판을 많이 사용하였으나, 현재에는 순산소식이나 액화산소를 이용하여 농도가 높은 오존을 발생시키고 있어서, 발생된 오존화 가스 중의 오존 농도가 높게 됨에 따라서, 오존의 용해율이 높고, 유지관리가 편리한 사이드 스트림 (side stream) 방식을 많이 사용하고 있다.

그러나 가압펌프와 인젝터 및 오존 용해탱크등으로 구성한 기존의 사이드 스트림 방식은 상기와 같이 편리한 장점도 있지만, 오존을 물에 용해시키기 위해서 많은 동력이 필요하다는 단점이 있으며, 오존용해율을 확실하게 확인할 수 없는 문제가 있었다.

오존은 수온이 낮으면 용해가 잘되고 수온이 높으면 용해가 잘 안되며, 기액비(오존화 가스 부피와 용해 수의 비율)가 낮으면 용해가 잘되고, 기액비가 높으면 용해가 잘 안되고, 용해율은 수압에 비례하여 높아지는 성질이 있으나 기존의 오존 용해장치는 최대 주입량 및 최고수온 시를 기준으로 정한 조건에서 운전함으로써, 동력의 낭비가 많았다.

또한 기존의 오존 접촉지는, 원수유량의 변화에 대하여, 오존 접촉지 출구부 의 월류수두 변화가 커서, 밀폐된 구조인 오존 접촉조 상부의 공간에 있던 배 오존 가스가 압축될 때 , 다량의 배 오존 가스가 배출되어서, 배 오존 제거기의 운전이 불안정하고, 심한 경우는 안전밸브가 작동하여, 건물 내나 대기중으로 배 오존 가스가 누출되어서, 근무자의 건강을 위협하고, 주변 식물을 고사시키기도 하는 문제가 발생하였다.

또한 오존 확산관은 원수 주관의 외부에 분사노즐을 설치하여 오존 수를 분사하거나, 원수 주관 내에 대형의 스테틱 믹서를 설치하여 오존 수와 원수가 혼합, 확산되도록 하였으나, 전자의 경우는 원수관이 대형관 일 경우 혼합과 확산 작용이 미흡하고, 후자의 경우는 효과에 비하여 너무 복잡하고 고가인 결점이 있었다.

따라서, 오존 접촉지의 오존 용해율을 측정하고, 오존 용해율을 최적의 상태로 유지하면서도, 오존 용해에 필요한 소비동력을 줄이고, 효율적이고 저렴한 오존 확산관 및 , 오존 접촉지의 수위 변화를 작게하여 배 오존 제거기의 안정성을 높이고, 배 오존 가스 누출을 방지할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.

본 발명은 오존 접촉지에 공급하는 오존화 가스(오존 발생기에서 생산된 산소가스와 오존가스의 혼합기체)의 용해율을 측정하고, 용해율을 높이고, 오존 용해에 필요한 소비동력을 최소화하고, 저렴하고 효율적인 오존 확산관을 제공하며, 배 오존 제거기의 운전의 안정성을 높이고, 오존 접촉지에서 배 오존 가스가 대기중으로 누출되는 것을 방지하기 위한 오존가스 용해 최적화 방법과 그 방법을 이용한 오존 접촉장치 및 오존 접촉지를 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명은 ,

오존 접촉조의 입구 쪽 원수배관에 오존 확산관(80)을 설치하고, 오존 확산관의 끝에는 원수관(가)를 연장하여 설치하여 오존 접촉조(90)의 하부로 유입되게 하고;

원수관(가)의 입구 부에 원수유량계(10)를 설치하고, 원수관(가)에서 분기관(20)을 분기하여, 가압펌프(30)에 연결하고 ;

가압펌프 토출관에는 분기유량계(35)를 설치하고, 분기유량계의 출구 쪽 배관에는 인젝터(40) 또는 T형관을 설치하고;

오존 발생기(도시하지 않음)에서 공급하는 오존화가스는 오존화가스유량계(50)와 오존 농도계(60)을 거쳐서 배관을 통하여 인젝터(40) 또는 T형관(46)에 공급하고;

인젝터 또는 T형관에서 공급된 오존화 가스가 가압펌프에서 이송된 원수와 함께 혼합된 다음, 오존 용해조(70)에서 오존화가스의 오존이 원수에 완전하게 용해되고;

원수 중에 완전하게 용해된 오존 수(오존화 가스가 원수에 용해된 물)는 원수관에 직렬로 설치한 오존 확산관(80)에 공급되어, 원수와 오존 수가 혼합되면서 균등한 농도로 희석되어, 수온계(95)와 잔류오존 농도계(110)가 설치된 오존 접촉지(90)로 이송되고;

오존 접촉지(90)로 이송된 원수는 분산 판(90-1)에 충돌하여 분 산판의 주위로 확산 되면서, 오존 수가 원수와 재차 혼합, 확산되면서, 더욱더 균등한 농도가 되도록 하고, 도류 벽이 설치된 오존 접촉지를 통과하면서, 맛, 냄새물질 및 유기물과 반응하여 분해, 제거하고;

극히 일부 용해되지 않은 오존가스와 반응과정에서 발생한 가스, 잉여 산소가스는 오존 접촉지의 상부에 설치한 배 오존 배관을 통하여, 기액 분리기(130)에 이송되어 배 오존 가스 중에 포함된 수분을 제거하고, 배 오존 가스 농도계(120)와 배 오존가스 유량계(140)를 통과하여, 배 오존 홴 (150)에 의하여 배 오존 제거기(160)로 이송되어, 배 오존가스는 산소로 분해되어 대기중으로 배출하고;

월류위어 길이와 오존 접촉지의 상부 여유공간 높이를 최적화하여, 원수량 변동시에도 배 오존가스 량이 크게 증가하거나 누출되지 않도록 오존 접촉조를 구성하고;

상기 각각의 계측기에서 측정된 계측값 신호는 통신선(190)을 통하여, 자동제어반(170)으로 전송되고, 자동 제어반에서는 수신된 각종 계측 값을 비교, 분석하여, 오존 용해율을 연산하고, 원수유량 변화, 수온 변화, 오존화 가스 주입량 변화에 대하여, 가압펌프의 회전수제어 신호를 인버터(180)에 전송하여, 가압펌프의 회전수 변화를 통하여, 유량을 변화시킴으로써, 오존화 가스의 용해율이 최고상태로 유지되도록 자동적으로 제어하고, 소비동력을 최소화하고, 원수량 변화에 대하여, 오존 접촉지의 위어의 월류 수두 변화가 최적값이 되게 설정함으로써, 배 오존 제거기의 운전을 안정시키고, 외부로 미처리된 배 오존 가스가 배출되는 것을 방지 하는 오존가스 용해 최적화 방법 및 그 방법을 이용한 오존 접촉장치 및 오존 접촉지를 제공한다.

본 발명은 원수량 변화, 수온변화, 수질변화에 따른 오존 주입률 변화에 대응하여, 가압펌프의 토출량을 자동적으로 제어함으로써, 높은 오존화가스 용해율을 유지함과 동시에 오존 용해에 필요한 동력소비를 최소화 함으로서, 경제성을 높이고, 오존 접촉지의 월류수두 변화를 적정 값 이내로 제한함으로써, 배 오존 제거기의 운전을 안정화하고, 배 오존 가스의 누출을 방지하여 쾌적한 근무환경을 조성하고 주변 환경을 보호하는 효과가 있다.

도1과 같이 구성한 오존 주입 및 오존 접촉장치에서, 원수관(가)에 원수가 유입되면, 원수유량계(10)에서 측정된 유량신호가 자동제어반(170)으로 전송되고, 자동제어반에서는, 원수량에 대하여 미리 설정한 오존 농도(예를 들면 2.0mg/L)가 되는데 필요한 오존화 가스량을 생산하도록 오존 발생기에 신호를 보낸다(여기서는 권리 범위가 아니라서 도시하지 않음)

오존 발생기(도시하지 않음)에서 특정 농도를 가진 오존화가스(예를 들면 11％ 오존화 가스농도)를 생산하면, 그 생산량과 오존 농도는 각각 오존화가스 유량계(50) 및 오존 농도계(60)에서 측정되어 자동제어반으로 전송된다.

자동제어반에서는 이 신호를 받아서 오존 발생기의 생산량과 농도를 피드백제어하여 설정된 농도에 필요한 오존 발생량을 유지하게 된다.

원수관(가)에서 분기관(20)을 분기하여 가압펌프(30)에 연결하고, 가압펌프 토출측 배관에 인젝터(40)를 연결하여 설치하고 인젝터에서 오존화 가스를 흡입하도록 오존화 가스배관을 연결하고, 인젝터 후단에 오존 용해조(70)을 연결하고 오존 용해조 후단에서, 원수관에 직렬로 설치한 오존 확산관(80)을 연결한 방법을 사이드 스트림(Side steam)방식이라고 하며, 고농도 오존화 가스를 사용할 경우 오존화 가스의 용해율이 높고, 용해에 필요한 유량이 비교적 적기 때문에, 대용량정수장이나 하수처리장의 오존을 이용하는 고도처리시설에서, 오존화 가스의 용해 장치로 널리 사용되고 있다.

바람직한 실시 예를 든다면, 11％농도의 오존화 가스를 용해시키는 사이드 스트림 방식에 있어서, 가압 펌프의 토출량은 원수 유입량의 5∼25, 기액비(오존화 가스의 체적과 가압펌프에서 송수하는 원수량의 비율)는 8∼25％범위 정도이며, 이때 오존 용해율은 95％이상이며, 이 값들은 수질조건, 시설 규모에 따라 변동이 있을 수 있다.

가압펌프에서 원수의 일부를 퍼서 인젝터 (40)로 이송하면, 유속에 의하여 인젝터의 지름이 작은 부분에서는 압력이 떨어지므로, 이것을 이용하여 오존 발생기에서 발생한 오존화 가스를 흡입한다.

다른 실시 예는 인젝터를 사용하지 않고 가스 압축기를 이용하여 오존화 가스를 오존 용해조에 공급하는 방법도 있다.(도 2참조)

본 실시 예에서는 펌프 토출측 배관에 T형관(45)을 설치하여, 가스 압축기(45)로 오존화 가스를 T형관에 압입하고, 스테틱믹서(47)에서 오존화 가스와 원수 를 급속히 혼합 한 다음 오존 용해조(70)로 이송하거나, 바로 오존 확산관(80)으로 이송한다.

인젝터 또는 T형관에 공급된 오존화 가스는 원수와 격렬하게 혼합되면서 용해 작용이 일어나고, 다음에 설치한 오존 용해조(70)에서 0.5∼2분간 체류하면서, 싸이크론 원리에 의하여 와류를 형성하면서, 오존화 가스 중의 오존가스가 원수에 완전히 용해된다.

오존 용해조의 압력은 1.5∼2kg/㎠가 바람직하다.

11％농도의 오존화 가스 중 89％는 산소가스이며, 상수도 원수의 경우는 원수가 이미 산소의 포화상태인 경우가 많으므로, 압력에 의한 과포화 분 이외의 산소가스의 대부분은 용해되지 않으므로, 용해탱크 상부에 설치한 배기변(76)을 통하여 배 오존 제거기로 이송되어 분해처리된다.

오존 용해탱크(70)에서 완전히 용해된 오존 수(오존가스와 원수가 혼합되어 용해된 물)는 오존수 확산관(80)으로 이송되어서, 원수와 오존 수가 균등하게 혼합되고, 오존 접촉지(90)의 하부를 통하여 유입되면서, 분산판(90-1)에 충돌하면서 더욱 균등하게 되면서, 원수 중의 유기물, 맛 .냄새원인 물질과 오존수가 접촉하면서 반응하여, 오존에 의하여 상기 물질들이 분해, 제거된다.

만일 오존 접촉지에 유입된 원수의 수질에 유기물등 오염물질량이 많아서, 오존이 다 소비되어 잔류오존 농도가 부족하면( 잔류오존 농도는 통상적으로 0.05∼0.1mg/L 범위를 표준으로 한다) 오존 접촉지의 후단에 설치한 잔류오존 농도계(110)의 잔류오존 농도 값이 자동제어반(170)으로 전송되면, 자동제어반에서는 오 존 발생기에 부족한 양의 오존을 더 생산하도록 피드백제어를 하여, 오존 생산량을 증가시키고, 이로 인하여 오존 접촉지의 잔류오존 농도는 적정한 값을 유지한다.

잔류오존 농도가 높아지는 경우는 반대로 오존 발생량을 줄임으로써, 잔류오존 농도를 적정한 값으로 유지한다.

오존 접촉지에서 반응을 마친 원수는 다음 공정으로 이송되며 통상적으로 활성탄 흡착지로 이송된다.

순산소를 이용하거나 액체산소를 이용하는 오존 발생기에서는 오존 농도를 일정하게 유지하고, 오존 발생기에 공급되는 산소가스의 양을 변경하여서, 오존 발생량을 조절하는 방식을 사용하고 있기 때문에, 오존 주입량이 감소하면, 거기 비례하여 오존화 가스량도 감소한다.

또한 원수량이 감소하면 오존 주입량이 감소하고, 오존화 가스 발생량도 감소한다.

또한 원수의 온도가 낮아지면, 오존 용해도는 도8과 같이 변하여 오존 용해도가 커진다.

기존의 사이트 스트림 방식에서는 원수의 온도가 가장 높을 때와 오존 주입량이 최대일 때를 기준으로 가압 펌프의 용량을 정하고, 운전하고 있기 때문에, 원수의 온도가 낮아지거나, 원수 취수량이 감소하거나, 원수의 수질이 깨끗해서 오존 주입량이 감소하는 경우에는, 오존 용해에 필요한 용해수의 양도 함께 감소하기 때문에, 가압펌프를 동일하게 운전하면, 불필요하게 많은 용해수를 공급하여 동력이 낭비된다.

본 발명에서는 자동제어반과 계측기를 이용하여, 오존화 가스 공급량이 감소할 때는 그에 비례하여 가압펌프의 토출량도 감소시키고, 수온이 낮아질 때는 그 높아진 용해도에 대응하여, 가압펌프의 토출량을 감소시키도록 자동운전이 되도록 하였다.

오존화가스의 물에 대한 용해도는 다음의 계산식 1과 같다.

{계산식 1}

여기서, C : 물속의 오존 농도(mg/L)

t : 물의 온도 ℃

Y : 오존화가스 중의 오존 농도(mg/L)

예를 들어서, 어느 정수장에서 최고 수온을 30℃로 설정하였다면, 그 온도에서의 오존 용해도는 계산식 1에 대입하여 계산하면, 0.232Y이다.

만약 최고 설정수온의 용해도를 Co 라고 하고, 임의온도 t에서의 용해도를 Ct라고 한다면, 임의 온도에서 동일한 오존 용해농도를 얻을 수 있는 용해수의 양은 계산식 2와 같이 된다.

{계산식 2}

Qt= Qo × Co / Ct

여기서, Qt : 임의의 수온에서 필요한 용해수의 양.

Qo : 설정수온(여기서는 30℃)에서 필요한 설정 용해수의 양.

Co : 설정수온(여기서는 30℃)에서 물속의 오존의 최대 용해농도.

Ct : 임의 수온에서의 물속의 오존의 최대 용해농도.

이 경우 설정 용해수의 양은 오존화 가스의 부피량에 대하여, 필요한 최대 기액비를 유지하기 위하여, 오존화 가스부피량의 최소한 4배 이상이어야 한다.

동일한 수온에서 오존 주입량이 감소하는 경우에, 동일한 기액비를 유지하여, 같은 농도로 오존을 물속에 용해시키는데 필요한 용해수의 양은 계산식 3과 같다.

{계산식 3}

Qn= Qo ×On/ Oo

여기서, Qn : 임의의 오존화가스 주입량 일 때에 필요한 용해수의 양.

Qo : 최대의 오존화가스 주입량 일 때에 필요한 설정 용해수의 양.

On : 임의의 오존화 가스 주입량

Oo : 최대 오존화 가스 주입량

임의의 수온과 임의의 오존 주입량일 때의 필요한 용해수의 양은 다음의 계산식 4와 같다.

{계산식 4}

Qn= Qo ×On/ Oo ×Co / Ct

자동제어반에서는, 현장에 설치된 각각의 계측기로부터 수신된 계측신호를 이용하여, 계산식 4의 연산을 통하여, 오존화가스 용해에 필요한 적정한 값의 용해 용수를 공급하도록 가압펌프(30)의 회전수를 자동적으로 제어하여 토출량을 조절한 다.

이렇게 함으로써, 오존화가스의 용해율을 저하시키지 않고도, 오존화 가스 용해에 소비되는 동력을 최소화할 수 있다.

오존 용해조(70)에서 오존을 용해시킬 때, 중요한 것은 오존 용해조 내에서, 강력한 교반이나 와류가 발생하여야 하고, 오존이 용해되는데 충분한 체류시간과 압력이 확보되어야 한다는 것이다.

본 발명에서는 오존화가스 용해수의 양이 감소하는 경우에도, 용해조 내의 압력이 필요한 압력(1.5∼2kg/㎠)을 유지하기 위하여,오존 용해조의 출구에 필요한 압력으로 설정한 배압밸브(78)를 설치하였고, 오존화 가스 용해수의 양이 감소하는 경우에 오존 용해조내에서 교반력이 감소하는 것을 방지하기 위하여, 순환펌프(73)를 설치하고 순환펌프의 토출측에 분사관(75)을 설치하여, 순환수를 분사함으로써, 오존화가스의 용해를 촉진하고, 배출되는 오존화 가스 중의 오존 농도를 감소하도록 하였으며, 순환펌프는 오존 용해수량이 일정치 이하로 감소하였을 때 선택적으로 자동 운전하도록 구성하였다.

오존 용해조에서 오존이 완전하게 용해된 오존 수는 원수와 잘 혼합, 확산되어 균등한 농도로 희석되어야 오존 반응의 효과가 극대화되는데, 오존 수와 원수의 혼합, 확산을 효과적으로 일으키기 위하여 본 발명에서는 오존 확산관(80) 내에 복수 개의 원형 또는 4각형 모양의 수직 와류 봉(80-1)을 수직 방향으로 설치하고, 이 수직 와류봉에 여러 개의 오존 수 분사구멍(80-1a)을 설치하여, 오존 수가 원수 중에 균등하게 주입되도록 하였고, 수직 와류봉에 의하여 발생한 와류에 의하여 오 존 수와 원수가 급속하게 혼합되고 확산 되도록 하였다.

수직 와류봉에 의하여 발생하는 와류의 빈도는 다음의 계산식 5와 같다.

{계산식 5}

여기서, Fhz : 와류의 발생주파수(회/초)

S : Strouhal 수 ( 1.67)

V : 관내의 유속(m/s)

Hf : 와류봉의 폭(m)

계산식 5에 따르면, 관내 유속이 빠를수록, 와류봉 폭이 작을수록 와류발생주파수는 높아진다.

따라서 하나의 폭이 큰 와류봉을 설치하는 것보다 폭이 작은 와류봉을 여러 개 설치하는 것이 더 많은 와류를 발생하는 것을 알 수 있다.

와류발생의 전형적인 기본적인 모양을 도 7에 표시하였다.

또한 오존 확산관(80)의 뒤쪽에 수평방향으로 수평 와류봉(80-2)을 복수 개 설치하여, 여기서 발생하는 수평 단면의 와류에 의하여, 오존 수와 원수가 완전하게 혼합, 확산되게 함과 동시에, 오존 확산관(80)에 의한 수두 손실을 최소화하도록 구성하였다.

상기 수평 와류봉(80-2)의 다른 실시 예는 , 수평 와류봉에 다수의 분사구멍을 설치하고 , 수평 와류봉에 상기 오존 용해조 상부에 설치한 배기변으로부터 배 출된 오존화 가스(주로 산소가스가 대부분임) 를 공급하여, 원수 중에 분사구멍을 통하여 분산시켜서, 이 가스의 부상력을 이용하여 오존 확산관내의 혼합을 촉진하고, 오존화 가스중에 포함된 일부 오존 가스를 원수 중에 용해시킴으로써, 오존 용해율을 높이고, 배 오존 가스 중의 오존 농도를 낮게 하는 것이다.(도 6참조)

정수장이나 하수처리장에서는 시간대에 따라 오존 접촉지에 유입되는 원수의 양이 변화하게 되며, 이 원수유입량의 변화시에 오존 접촉지의 후단에 설치한 월류위어(100)를 넘어가는 월류수두가 변하게 되며, 이 수두 변화에 의하여, 상부슬라브 까지 밀폐구조로 되어 있는 오존 접촉지의 수면과 상부 슬라브 사이에 있던 배 오존 가스( 공기 중에 오존 가스가 미량 들어 있기 때문에 배 오존 가스라 칭한다)가 압축을 받거나 팽창을 하게 되는데, 압축을 받을 경우는 배 오존 가스의 압력이 높아져서, 배 오존가스량이 증가하여, 열분해 방식이나 촉매 분해 방식의 분해능력을 초과하여, 배 오존 제거기에서 배 오존이 일부 제거되지 않고 대기중으로 배출되거나, 심한 경우에는 배 오존가스가 안전밸브를 통하여 대기중에 다량 누출되기도 한다.

따라서 이런 부적절한 현상을 방지하기 위하여서는 , 월류수두 변화를 어느 범위내로 제한하여야 한다.

오존 접촉지는 배 오존 가스의 누출을 방지하기 위하여 통상 -50mm 수주의 부압으로 유지하므로, 예상되는 원수유입량 변화에 대하여 오존 접촉지내의 압력이 대기압보다 높아지지 않도록 제한할 필요가 있다.

오존 접촉지 내의 최대 수면에서 상부 슬라브의 하면까지의 높이를 H라하고, 원수유입량 변화에 의한 월류수두 변화높이를 h라 하면, 평상시 오존 접촉지 내의 압력이 -50mm 수주라 하면, 963밀리 바이고, 대기압은 1013밀리 바이므로 다음의 계산식6과 같은 관계가 성립되어야 배 오존 가스 누출이 방지된다.

{계산식 6}

여기서, H : 오존 접촉지 수면부터 상부 슬라브 하면까지의 높이.

h : 원수유입량 변화에 의한 월류수두의 허용 변화 높이.

pa : 오존 접촉조 내의 오존화 가스 압력( 밀리 바)

실시 예를 든다면, 오존 접촉조 내의 압력을 963 밀리 바라 하면, 배 오존 누출이 없는 월류수두의 허용 변화 높이는 다음과 같다.

계산식 6에서 알 수 있는 바와 같이 월류수두 허용변화 높이를 크게 허용하려면, 다음과 같은 2가지 방법이 사용될 수 있다.

한가지 방법은 오존 접촉지 내의 압력을 -100mm수주로 더 낮게 유지하는 방안이 있으며 다른 한가지 방법은 오존 접촉지 내의 수면상부부터 상부 슬라브 천정까지의 높이를 높게 하는 방법이 있으며, 이들 2가지 방법을 병행하여 사용할 수도 있다.

월류수두 변화 높이를 허용 값 이내로 유지하기 위해서는 월류위어의 길이를 길게 하여야 하며, 오존 접촉지의 월류위어는 상등수질에는 영향이 없으므로, 월류위어를, 좁은 면적에 인접하여, 여러 개를 설치함으로써,필요한 위어 길이를 용이하게 확보할 수 있다.

오존 용해율을 연산하는 방법은 다음의 계산식 7 및 8과 같다.

{계산식 7}

{계산식 8}

여기서, Yo : 오존 용해율

Qo : 공급한 오존량(g/분)

Qw : 원수 유입량(㎥/분)

Orc : 오존 접촉지의 잔류 오존농도(g/㎥)

Qd : 배 오존 가스량(㎥/분)

Od : 배 오존 가스 중의 오존농도(g/㎥)

Qa : 공급한 오존화 가스량(㎥/분)

Oc : 오존화 가스 중의 오존농도(g/㎥)

자동제어반(170)에서는 각각 해당 계측기로부터 전송된 계측 값을 받아서, 상기 계산식 7 및 계산식 8의 계산을 수행하여, 오존 용해율을 연산하고, 오존 용 해율이 설정한 값보다 작으면, 가압펌프의 회전수를 증가시키고, 설정한 값보다 높으면, 가압 펌프의 회전수를 감소시켜서, 오존 용해율이 항상 설정한 값의 범위내에 있도록 자동적으로 제어한다.

본 발명은 도면을 기준으로 설명하여, 특정한 구조의 실시 예에 대하여 주로 설명하였으나, 이는 당업자에 의하여 무수한 변형 및 변경이 가능하며, 이 모든 변경과 변형은 본 발명의 보호범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 구성도.

도 2 는 본 발명의 오존화 가스 공급의 한 실시 예를 나타낸 구성도,

도 3 은 본 발명의 오존 용해조의 구성도.

도 4 는 본 발명의 오존 확산관의 구성을 나타낸 종 단면도.

도 5 는 본 발명의 오존 확산관의 수직 와류봉의 구성을 나타낸 횡단면도.

도 6 은 본 발명의 오존 확산관의 수평 와류봉에서 배 오존가스를 분사하는 것을 나타낸 횡단면도.

도 7 은 본 발명의 와류봉에 의한 와류발생을 설명하는 개념도.

도 8 은 본 발명의 오존의 수온변화에 대한 용해농도의 변화를 나타낸 그래프.

Claims (7)

1. 오존 접촉조의 입구 쪽 원수배관에 오존 확산관(80)을 설치하고, 오존 확산관의 끝에는 원수관(가)를 연장하여 설치하여 오존 접촉조(90)의 하부로 유입되게 하는 단계;

   원수관(가)의 입구부에 원수유량계(10)를 설치하고, 원수관(가)에서 분기관(20)을 분기하여, 가압 펌프(30)에 연결하는 단계;

   가압 펌프 토출관에는 분기유량계(35)를 설치하고, 분기 유량계의 출구 쪽 배관에는 인젝터(40) 또는 T형관을 설치하는 단계;

   오존 발생기에서 공급하는 오존화 가스는 오존화 가스 유량계(50)와 오존 농도계(60)을 거쳐서, 배관을 통하여 인젝터(40) 또는 T형관에 공급하는 단계;

   인젝터 또는 T형관에서 공급된 오존화 가스가 가압 펌프에서 이송된 원수와 함께 혼합된 다음, 오존 용해조(70)에서 오존화 가스 중의 오존이 원수에 완전히 용해되는 단계;

   원수 중에 완전하게 용해된 오존수(오존화 가스가 원수에 용해된 물)는 원수관에 직렬로 설치한 오존 확산관(80)에 공급되어, 원수와 오존수가 혼합되면서 균등한 농도로 희석되어, 수온계(95)와 잔류 오존 농도계(110)가 설치된 오존 접촉지(90)로 이송되는 단계;

   오존 접촉지(90)로 이송된 원수는 분산 판(90-1)에 충돌하여 분산 판의 주위로 확산되면서, 오존 수가 원수와 재차 혼합, 확산되면서, 더욱 더 균등한 농도가 되도록 하고, 도류벽이 설치된 오존 접촉지를 통과하면서, 맛, 냄새물질 및 유기물과 반응하여 분해, 제거하는 단계;

   극히 일부 용해되지 않은 오존 가스와 반응 과정에서 발생한 가스, 잉여산소가스는 오존 접촉지의 상부에 설치한 배 오존 배관을 통하여, 기액 분리기(130)에 이송되어 배 오존 가스 중에 포함된 수분을 제거하고, 배 오존 가스 농도계(120)와 배 오존 가스 유량계(140)를 통과하여, 배 오존 팬(150)에 의하여 배 오존 제거기(160)로 이송되어 배 오존 가스는 산소로 분해되어 대기 중으로 배출하는 단계;

   원수유량 변동 시에도 배 오존 가스유량이 크게 변동하거나 누출되지 않도록 월류 위어 길이와 오존 접촉지의 상부 여유 공간 높이를 가지는 오존 접촉조를 구성하는 단계; 및

   상기의 유량, 오존 농도, 수온을 측정하는 모든 계측기에서 측정된 계측 값 신호는 통신선(190)을 통하여, 자동제어반(170)으로 전송되고, 자동제어반에서는 수신된 각종 계측 값을 비교, 분석하여, 오존 용해율을 연산하고, 원수 유량 변화, 수온 변화, 오존화 가스 주입량 변화에 대하여, 가압 펌프의 회전수 제어 신호를 인버터(180)에 전송하여, 가압펌프의 회전수 변화를 통하여, 유량을 변화시킴으로써, 오존화 가스의 용해율이 최고 상태로 유지되도록 자동적으로 제어하여, 소비 동력을 최소화하고, 원수량 변화에 대하여, 오존 접촉지의 위어의 월류 수두 변화를 설정범위 내로 제어하여, 배 오존 제거기의 운전을 안정시키고, 외부로 미처리된 배 오존 가스가 배출되는 것을 방지하는 단계로 구성한 것을 특징으로 하는 오존화 가스 용해 최적화 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 오존 용해율은 자동제어반에서 각각의 해당 계측기로부터 전송된 신호를 받아서, 하기의 식과 같은 연산을 하여 오존 용해율을 연산하고, 오존 용해율이 설정한 범위 내의 값이 되도록 가압펌프(80)의 회전수를 증가시키거나 감소시켜서 자동제어함을 특징으로 하는 오존가스 용해 최적화 방법.

   

   ( 여기서, Yo 는 오존 용해율, Qo는 공급한 오존량(g/분), Qw는 원수유입량(㎥/분), Orc 는 오존 접촉지의 잔류 오존농도(g/㎥), Qd 는 배 오존 가스량(㎥/분), Od 는 배 오존 가스 중의 오존농도(g/㎥), Qa 는 공급한 오존화 가스량(㎥/분), Oc 는 오존화 가스 중의 오존농도(g/㎥))
3. 청구항 1에 있어서, 가압 펌프는 오존화 가스 주입량 변화, 원수 온도의 변화에 대하여 하기의 식과 같은 연산을 하여, 필요한 용해수를 공급하여, 오존 용해율을 설정범위내로 제어하고 소비동력을 절감하도록 자동제어 운전을 하도록 구성한 오존가스 용해 최적화 방법.

   Qn= Qo ×On/ Oo ×Co / Ct

   (여기서, Qn 는 임의의 오존화가스 주입량 일 때에 필요한 용해수의 양, Qo 는 최대의 오존화가스 주입량 일 때에 필요한 설정 용해수의 양, On 은 임의의 오존화 가스 주입량 , Oo 는 최대 오존화 가스 주입량, Co 는 설정수온에서의 물속의 오존의 최대 용해농도, Ct 는 임의 수온에서의 물속의 오존의 최대 용해농도.)
4. 하기식을 이용하여 구한 수면위에서 슬라브 천정까지의 높이와, 유입 원수량의 변화에 대하여, 월류수두의 허용 변화범위 내로 월류수두를 형성하는 길이의 월류위어와, 분산판과 도류벽을 포함하여, 오존 접촉지에서 오존 반응효율을 높이고, 배 오존 가스가 대기중에 누출되지 않고, 배 오존 가스량의 변화도 적게 구성한 오존 접촉지.

   

   (여기서, H 는 오존 접촉지 수면부터 상부 슬라브 하면까지의 높이, h는 원수유입량 변화에 의한 월류수두의 허용 변화 높이,pa 는 오존 접촉조 내의 오존화 가스 압력( 밀리 바)).
5. 원수관(가)에 설치하여, 유입되는 원수량을 측정하는 원수 유량계(10);

   원수관에서 분기한 분기관(20)에 연결하여, 분기관을 통과하는 유량을 측정하는 분기 유량계(35);

   원수관에서 오존 용해에 필요한 양의 원수를 취수하여 이송하는 가압펌프(30);

   가압펌프의 토출측 배관에 설치하여, 오존화 가스를 흡입하고, 순간적으로 혼합하는 인젝터(40) 또는 T형관46)과 스테틱믹서(47);

   오존 발생기 후단에 설치한 오존화 가스 유량계(50)과 오존 농도계(60);

   내부에서 오존화 가스와 원수를 급격하게 혼합과 용해를 일으키고, 순환펌프(73)와 분사관(75)을 구비하고, 배압밸브(78)를 설치하여 일정한 압력을 유지하는 용해도를 촉진하는 오존 용해조;

   오존 수와 원수를 혼합하여, 균등한 오존 농도가 되게 하고, 원수관(가)와 직렬로 설치하는 오존 확산관(80);

   입구에 원수를 확산시키는 분산 판(90-1), 수온을 측정하는 수온계(95), 잔류오존 농도를 측정하는 잔류 오존농도계(110)을 설치하고, 도류벽(90-2)과 월류위어(100)를 설치한 오존 접촉지(90);

   오존 접촉지 상부에 설치하여, 배 오존 가스의 수분을 제거하는 기액분리기(130)와 배 오존을 열분해 또는 촉매로 분해하여 배출하는 배 오존 제거기(160);

   배 오존 가스 량을 측정하는 배 오존 가스유량계(140)과 배 오존 가스 중의 오존 농도를 측정하는 배 오존 가스 농도계(120); 및

   상기 각종의 계측기의 계측신호를 수신하여, 오존 용해율을 연산하고, 수온 변화, 오존화 가스 공급량 변화, 수량,수질 변화에 대응하여, 오존 용해율을 설정범위내로 유지하도록, 가압펌프의 회전수를 자동제어하는 자동제어반(170)으로 구성한 오존 접촉장치.
6. 청구항 5에 있어서, 오존 확산관(80)은 내부 앞쪽에는 다수의 오존 수 분사구멍을 가진 수직 와류봉을 한 개 이상 설치하고, 뒤쪽에는 수평방향으로 설치한 수평 와류봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 접촉장치.
7. 청구항 5에 있어서, 오존 확산관(80)은 내부 앞쪽에는 다수의 오존 수 분사구멍을 가진 수직 와류봉을 한 개 이상 설치하고, 뒤쪽에는 수평방향으로 다수의 배 오존 가스 분사구멍을 가진 수평 와류봉을 통하여 오존 용해조에서 발생한 배 오존 가스를 통과시켜서, 원수에 용해시키는 수평 와류봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 접촉장치.

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