KR101144704B1 - 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치 및 방법이 제공된다.
본 발명은 폐수에 오존가스를 주입하여 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하고, 폐수 순환처리부에 생성된 폐수를 저장하는 반응유닛; 및 반응유닛이 저장하는 폐수의 일부를 유입 받고, 유입 받은 폐수에 존재하는 난분해성 물질을 흡착한 후 배출하는 활성탄 필터(Activated Carbon Filter); 를 포함하며, 폐수 순환처리부가 유입 받은 폐수는, 반응 유닛이 저장하던 폐수의 적어도 일부를 유입 받은 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 폐수의 처리 효율을 향상시킬 수 있으며, 활성탄 필터의 교체 주기를 연장시킬 수 있다.

Description

오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR TREATING HYBRID NON-BIODEGRADABLE WASTWATER BASED ON THE CIRCULATION OF ONZONE WATER COMPRISING OZONE BUBBLES}

본 발명은 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수에 함유된 난분해성 유해 유기 물질을 효율적으로 처리할 수 있는 미세 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

산업폐수, 생활하수, 개인하수도, 정수장, 지하수,산업용수 등에 환경에 악영향을 미칠 수 있는 여러 가지의 난분해성 유기물질 등이 함유되어 배출되므로 큰 사회문제로 야기되고 있다.

이들 난분해성 유기물질이 물속에 함유되어 발생하는 오염원으로는 각종 산업공정에서 배출되는 폐수,도시하수,개인 생활오수,공업용수,정수시설 등이다.

이들 난분해성 유기물질이 함유된 폐수, 정수, 하수에 대한 처리는 일반적인 처리방법으로는 처리가 불가능하며, 종래에는 이 난분해성 유기물질을 포함한 처리 대상수로부터 응집침전, 여과장치나 막분리 기술을 이용하여 고형물질 형태의 난분해성물질을 분리하고 수용성 난분해성 유기물질은 과산화수소, 일반 오존을 이용하여 산화, 분해하는 기술이 개발되었다.

상기한 바와 같이 난분해성 유기물질을 포함한 폐수, 정수, 하수를 처리하기 위해서는 전처리로서 응집침전, 생물학적 처리, 여과 및 흡착처리 등을 적용하고 후처리로서 자외선조사처리, 촉매처리,활성탄 흡착, 과산화수를 이용한 산화처리 등이 적용되고 있다. 하지만, 종래의 방법으로 난분해성 유기물질을 처리하는 데에는 유지관리비가 높고, 부산물인 슬러지가 많이 발생하며, 처리효율이 그다지 높지 않았다.

오존가스를 이용한 종래의 폐수 처리 장치로서, 한국실용신안등록번호 20-0252172(이하, "선행기술 172"라고 함)가 개시되어 있다. 선행기술 172는 촉매 오존과 촉매매질로서의 활성탄을 이용하여 상수원수 혹은 오폐수를 고도 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 선행기술 172의 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다.

선행기술 172에서는 오존 가스, 활성탄, 폐수를 같은 공간인 반응조에 위치시킴으로써 폐수를 처리하는 기술을 개시하고 있는데, 이러한 기술은 하부에서 공급되는 오존 가스가 활성탄 내에서 포집되어 버블이 커지는 등의 문제를 가지고 있어서 폐수처리의 효율이 좋지 않다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 그 목적은, 미세 오존 버블이 함유된 버블 오존수를 이용하여 고형물 및 난분해성 유해 유기 물질을 효율적으로 제거하기 위한 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치는, 폐수를 유입 받고, 유입 받은 폐수에 오존가스를 주입하고, 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출하는 버블 오존수 기반의 폐수 순환처리부; 상기 폐수 순환처리부에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 저장하는 반응유닛; 및 상기 반응유닛이 저장하는 폐수의 일부를 유입 받고, 유입 받은 폐수에 존재하는 난분해성 물질을 흡착한 후 배출하는 활성탄 필터(Activated Carbon Filter); 를 포함하며, 상기 폐수 순환처리부가 유입 받은 폐수는, 상기 반응 유닛이 저장하던 폐수의 적어도 일부를 유입 받은 것임을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 반응 유닛으로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며, 상기 반응유닛은 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 폐수 순환처리부에 의해 배출된 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 혼합하여 저장할 수 있다.

또한, 본 발명의 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치는, 폐수 처리하고자 하는 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 폐수 순환처리부로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며, 상기 폐수 순환처리부는 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 반응유닛으로부터 유입 받은 폐수를 혼합하고, 혼합한 폐수에 오존가스를 주입하고, 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 상기 반응유닛으로 배출할 수 있다.

한편, 상기 폐수 순환처리부는, 오존 가스를 생성하는 오존 가스 생성부; 상기 반응 유닛이 저장하는 폐수의 적어도 일부를 유입 받기 위한 펌프; 상기 펌프에 의해 유입 받은 폐수에 상기 오존 가스 생성부가 생성한 오존가스를 주입하는 오존가스 주입부; 및 상기 오존가스가 주입된 폐수를 유입 받아 충돌 및 혼합시켜서 미세 오존 버블이 함유된 폐수를 생성하여 상기 반응유닛으로 배출하는 충돌 및 혼합부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 반응 유닛으로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며, 상기 반응유닛은 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 폐수 순환처리부에 의해 배출된 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 혼합하여 저장할 수 있다.

한편, 본 발명의 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 폐수 순환처리부로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며, 상기 펌프는 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 반응유닛으로부터 유입 받은 폐수를 혼합하고, 혼합한 폐수를 상기 오존가스 주입부로 배출할 수 있다.

또한, 본 발명의 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치는, 상기 활성탄 필터로 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 제공하기 위해서, 상기 반응유닛으로부터 적어도 일부의 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 유입 받아서 저장하다가 상기 활성탄 필터로 공급하는 제1 저장조; 를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 유량 조정조는 자신이 저장하던 원시 폐수의 일부는 상기 폐수 순환처리부 또는 상기 반응 유닛으로 공급하고 나머지 일부의 원시 폐수는 상기 제1저장부로 공급할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법은, 폐수에 오존가스를 주입하고, 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출하는 버블 오존수 기반의 폐수 순환 단계; 상기 폐수 순환 단계에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 저장하면서 반응시키는 반응단계; 및 상기 반응단계에 의해서 배출된 폐수를 활성탄 필터(Activated Carbon Filter)로 통과시키는 활성탄 필터링 단계; 를 포함하며, 상기 폐수 순환 단계에서 오존가스를 주입하는 대상이 되는 폐수는, 상기 반응단계에서 저장하던 폐수의 일부를 유출하고, 유출한 폐수에 대하여 오존가스를 주입하는 단계인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 반응 단계는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 공급받고, 공급받은 원시 폐수와 상기 폐수 순환 단계에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 서로 혼합시켜 저장할 수 있다.

또한, 상기 폐수 순환 단계는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 공급받고, 이 공급받은 원시 폐수와 상기 반응단계에서 일부 유출한 폐수를 혼합하고, 혼합한 폐수에 오존가스를 주입하고 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법은, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 반응 단계로 공급하는 원시 폐수 공급 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법은, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 폐수 순환 단계로 공급하는 원시 폐수 공급 단계;를 더 포함할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치 및 그 방법에 따르면, 미세 오존 버블이 함유된 버블 오존수를 이용하여 폐수 내의 유해 유기 물질을 1차적으로 산화시킨 후 활성탄 필터를 이용하여 2차적으로 산화 및 흡착시켜 폐수를 처리함으로써, 안정적으로 수질을 확보할 수 있으며, 활성탄 필터의 교체 주기를 연장시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 오존 버블이 함유된 오존수는 난분해성 물질이나 고형물을 산화시켜서, 그 크기를 작게 만들 수 있다. 이는 오존 버블 자체가 그러한 작용을 할 수 있고, 또한 오존수에 녹아있는 작용기들이 그러한 작용을 할 수 있다. 또한, 본원 발명에서는, 오존 버블이나 오존수에 의해서 폐수와 잦은 충돌이 발생하여 산화반응이 잘 일어나도록 하는 구성을 가지고 있다. 그리고, 오존 버블이 함유된 오존수에 의해 1차 처리된 폐수는 활성탄 필터에 공급되기 전이라도 그 이동 경로 중에도 지속적으로 산화반응이 일어날 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 1차 처리된 폐수에는 고형물이나 난분해성 물질의 크기가 작아져 있으므로 활성탄 필터가 막히는 문제가 거의 발생하지 않으며, 다소 큰 크기의 고형물이나 난분해성 물질이 남아서 활성탄 필터에 끼이게 되더라도, 오존 버블과 함께 상승되게 되므로, 활성탄 필터가 막히지 않게 된다. 또한, 오존 버블이나 오존수에 녹아 있는 라디칼에 의해 고형물이나 난분해성 물질이 분해되면 극성을 가지게 되는데, 극성을 가진 고형물이나 난분해성 물질은 활성탄 필터에 의해 더 잘 흡착될 수 있게 된다. 그리고, 오존 버블 속에는 오존 외에 산소와 같은 공기가 포함되어 있는데, 그러한 공기는 활성탄 필터에 존재하는 호기성 미생물의 정화 작용에 도움을 주게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 블럭도이다.
도 4는 도 3에 도시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.
도 8는 도 4에 도시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 운전 조건을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 조건에 따라서 수질을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 COD(Mn) 제거 효과를 수치로 분석한 것을 나타낸 도면이다.
도 11은 COD(Cr) 제거 효과를 수치로 분석한 것을 나타낸 도면이다.
도 12는 BOD 제거 효과를 수치로 분석한 것을 나타낸 도면이다.
도 13은 T-N 제거 효과를 수치로 분석한 것을 나타낸 도면이다.
도 14는 SS 제거 효과를 수치로 분석한 것을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 처리 효율을 종합적 수치로 분석한 것을 나타낸 도면이다.
도 16 본 발명의 일 실시예에 따른 오존가스 생성부의 상세 블럭도이다.
도 17은 도 16에 도시된 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.
도 18은 도 17에 도시된 플라즈마 반응기의 중앙부를 xy-평면으로 절단하여 도시한 단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 명세서에서, '미세 오존 버블'이란 마이크로 단위의 크기, 또는 나노 단위의 크기의 오존 버블을 의미하며, '오존 버블 함유 폐수'란 '오존가스'가 용해되어 있고 '오존 버블'이 함유된 폐수를 말한다. 본 발명에서 오존 버블의 크기는 i) 마이크로 단위의 크기이거나 또는 ii) 마이크로 단위의 크기 및 나노 단위의 크기가 혼용된 것일 수 있다. 또한, 본 명세서에서, '원시 폐수'란 폐수 순환 처리부에 의해 처리되지 않은 폐수를 의미한다. 원시 폐수의 예를 들면, 후술하는 실시예들에서, 유량 조정조(17)에서 반응 유닛(103)으로 공급하는 '폐수' 또는 유량 조정조(17)에서 펌프(9)로 공급하는 폐수가 될 수 있다.

상술한, '오존 버블 함유 폐수'와 '원시 폐수'는 그 구별 실익이 없는 경우에는 '폐수'로서 통칭하여 언급하기로 한다.

한편, '고농도 오존 버블 함유 폐수'란, '고농도-오존가스'가 용해되어 있고 고농도-오존가스로 생성한 오존 버블이 함유된 폐수를 말한다. 그리고, 오존가스는 오존이 포함되어 있는 가스를 지칭하는데, '고농도-오존가스'는 오존이 차지하는 비율이 1% 이상인 오존가스를 지칭한다.

본 발명에서의 '오존 버블 함유 폐수'는, 바람직하게는, i) 고농도-오존가스가 용해된 마이크로 크기의 오존 버블을 함유한 폐수, 또는 ii) 고농도-오존가스가 용해된 마이크로 크기의 오존 버블과 나노 크기의 오존 버블을 함유한 폐수이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치(100)는 오존 버블 오존수 기반의 폐수 순환 처리부(101)(이하, "폐수 순환 처리부"라고 함), 반응 유닛(103), 및 활성탄(Active Carbon: A/C) 필터(105)(이하, "A/C 필터"라고 함)를 포함한다.

상기 폐수 순환 처리부(101)는, 반응 유닛(103)으로부터 폐수를 유입 받고, 유입 받은 폐수를 오존 가스와 함께 혼합 및 충돌시켜서 오존 버블 함유 폐수를 생성하여 순환시킨 후, 반응 유닛(103)으로 유출한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 폐수 순환 처리부(101)는 오존 버블 함유 폐수를 혼합 및 충돌시켜서 순환시킴으로써, 폐수에 포함되는 오존 용해도를 증가시킴과 동시에, 오존과 난분해성 유기물과의 반응성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 혼합 및 충돌 과정을 거치면서 오존과 유기물이 원활하게 혼합될 수 있고 오존 버블이 폐수 속에 머무르는 시간이 증가하게 되어 폐수 처리 효율이 향상되게 된다.

상기 반응 유닛(103)은, 유량 조정조로부터 원시 폐수를 유입 받고, 그리고 폐수 순환 처리부로부터 미세 오존 버블이 함유된 폐수('미세 오존 버블 함유 폐수')를 유입 받아 이들을 혼합하여 저장하며, 이후 A/C 필터 측으로 1차 처리수를 유출한다. 반응 유닛(103)에 저장되는 폐수에는, 오존이 녹아 있거나 미세 오존 버블이 함유되어 있으므로, 이들에 의해 고형물 및 난분해성 물질(이하, '난분해성 물질'이라고 통칭함)이 산화 분해될 수 있다.

상기 반응 유닛(103)은, 또한, 폐수 순환 처리부(101) 측으로 폐수를 유출하고, 폐수 순환 처리부(101)에 의해 오존 버블 함유 폐수를 유입 받는다. 폐수 순환 처리부(101)에 의해 유입 받은 폐수에는 오존과 미세 오존 버블이 포함되어 있다.

이처럼, 반응 유닛(103)과 폐수 순환 처리부(101)는 폐수에 오존을 용해시키고 그리고 오존 버블을 함유시키면서 이들을 혼합 및 충돌시키는 순환 공정을 구성하게 된다.

상기 A/C 필터(105)는 반응 유닛(103)으로부터 제1처리수를 유입받아, 필터링, 분해 및 촉매 동작을 수행한다. A/C 필터는 다공성 필터로서 폐수에 포함된 난분해성 물질을 흡착시킬 수 있고, 오존 버블 함유 폐수에 함유된 오존의 작용을 촉진시키는 촉매작용을 하며, 나아가 A/C 필터에는 미생물이 생존하여 이들 미생물에 의해 분해작용이 이루어지게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.

도 2를 참조하면, 본 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치(이하, '하이브리드 수처리 장치'라고 함)는, 폐수 순환 처리부(101), 반응유닛(103), 및 A/C 필터(105)를 포함한다.

폐수 순환 처리부(101)는 오존가스 생성부(3) 및 미세 오존 버블 함유 폐수를 생성하는 오존수 생성부(5, 7, 9)를 포함하며, 여기서 오존수 생성부(5, 7, 9)는 오존 버블이 함유된 오존수를 생성할 때 충돌과 혼합 공정을 통해서 오존 버블과 폐수가 충분히 혼합되고 충돌될 수 있는 구성을 가지는 것이 바람직하다.

본 실시예에 따르면 오존수 생성부는, 오존 가스 주입부(5), 충돌 및 혼합부(7), 및 펌프(9)를 포함한다. 이들 오존 가스 주입부(5), 충돌 및 혼합부(7), 및 펌프(9)는 순차적으로 연결되어, 오존 버블과 폐수가 충분한 시간동안 반응할 수 있도록 한다.

도 2에 도시된 오존수 생성부는 예시적인 구성으로서, 이와 다른 구성을 택하는 것도 가능하다. 예를 들면, 오존 가스와 물을 주입받아서 미세 오존 버블을 발생하는 장치는 사용가능하다. 다만, 본원 발명에 따른 수처리 시스템에 사용되기 위한 오존 버블 발생장치는 기본적으로, 대용량의 저전력으로 많은 용량의 버블을 발생시킬 수 있어야 한다.

상기 오존 가스 주입부(5)는 폐수가 흐르는 관로에 오존 가스를 주입할 수 있는 구조를 가지고 있고, 충돌 및 혼합부는 폐수가 흐르는 관로로서 그 중앙에 폐수를 충돌 및 혼합시킬 수 있는 구조를 가지고 있다. 예를 들면, 오존 가스 주입부(5)는 인젝터일 수 있고, 충돌 및 혼합부는 믹서기일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오존가스 생성부(3)는 산소가 포함된 공기(Air)를 이용하여 오존가스를 생성하고, 생성한 오존가스를 오존수 생성부(5, 7, 9)로 공급한다. 오존수 생성부(5, 7, 9)는 오존가스를 폐수에 용해시켜 오존 버블이 함유된 폐수를 생성한다. 오존가스 생성부(3)에 대하여는, 도 16 내지 도 18을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 수처리 장치(100)는 외부로부터 유입된 상기 폐수를 집수하는 집수조(15) 및 집수조(15)를 통해 집수된 폐수를 반응 유닛(103)에 일정한 유량으로 공급하는 유량 조정조(17)를 더 포함할 수 있다. 집수조(15)와 유량 조정조(17) 사이에는 집수된 폐수를 유량 조정조로 이송시키기 위한 이송 펌프 및 유량 조정조(17)로부터 출력된 폐수를 반응유닛(103)로 공급하기 위한 급수 펌프가 더 구비될 수 있다.

유량 조정조(17)는 집수된 원시 폐수를 일정한 유량으로 반응유닛(103)로 공급하고, 반응유닛(103)으로 공급된 원시 폐수는 기존에 저장된 폐수들과 혼합된다. 그리고, 혼합된 폐수들 중 일부는 순환 펌프(9)로 제공된다. 순환 펌프(9)는 반응유닛(103)으로부터 폐수를 유입하여 오존가스 유입부(5)로 공급한다. 반응유닛(103)는 버블 오존수와 폐수를 소정의 시간(예를 들면 20분 정도)동안 반응시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응유닛(103)에는 1분에 1.0ℓ의 오존(O3)이 유입될 수 있는데 이 경우 반응유닛(103)에 저장된 폐수에서의 오존의 농도는 대략 60ppm 정도일 수 있다. 이처럼, 반응유닛(103)에 저장된 폐수에는 오존이 포함되어 있고, 폐수에 포함된 난 분해성 물질이 오존(O3)과 반응하여 산화 분해된다.

본 실시예에서처럼, 반응유닛(103)과 폐수 순환 처리부(101)의 순환 공정에서, 폐수에 용해된 오존과 오존 버블이 난분해성 물질과 충분한 시간 동안 반응됨으로써, 이후의 공정인 A/C 필터(105)에서의 흡착 및 분해 공정이 훨씬 효율적으로 일어날 수 있다. 그 이유는, 오존 버블 또는 용해된 오존이 폐수에 함유된 고분자 유기물을 저분자 유기물로 분해할 수 있고, A/C 필터(105)에서는 고분자 유기물 보다는 저분자 유기물에 대하여 흡착 공정이 훨씬 효율적으로 일어나기 때문이다. 또한, A/C 필터(105)의 수명도 연장될 수 있으며, 나아가 A/C 필터는 오존의 분해 기능을 보다 활성화시킴으로써(즉, 촉매작용을 함으로써), 오존의 반응속도는 빨라지게 된다. 즉, 본원 발명은, 단순히 A/C 필터와 오존을 사용하는 종래의 기술에 대비하여 예기치 못할 정도로 뛰어난 폐수 처리 효율을 발휘할 수 있다(표 2와 표 3 참조).

오존 나노 버블 및/또는 오존 마이크로 버블은 100% 오존 가스로만 이루어진 것은 아니며 산소도 함유한다. 그러한 산소는 A/C 필터(105)에 존재하는 호기성 미생물들에게 구석 구석 공급되어 미생물들이 활성화되며 따라서 폐수의 처리가 보다 효율적으로 이루어지게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 예시된 것처럼, 제1저장조(19)를 추가적으로 포함할 수 있으며, 반응 유닛(103)에서 오존 나노버블 또는 오존 마이크로버블이 함유된 폐수가 충분한 시간동안 반응된 이후, 다시 제1저장조(19)에서도 충분한 반응이 일어나도록 함으로써, 오존의 효과가 극대화된다.

제1 저장조(19)에 저장된 제1 처리수는 A/C 필터(105)로 공급되기 위하여 소정 시간 대기하였다가, 일정한 유량으로 A/C 필터(105)로 공급된다. 제1 저장조(19)와 A/C 필터(105) 사이에는 펌프가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 일 예로, A/C 필터(105)는 제1 및 제2 A/C 필터(11, 13)를 포함한다. 따라서, 제1 저장조(19)에 저장된 제1 처리수 중 일부는 제1 A/C 필터(11)로 공급되고, 나머지 일부는 제2 A/C 필터(13)로 공급된다. 제1 및 제2 A/C 필터(11, 13)는 제1 처리수를 공급받아 그 속에 존재하는 유기 오염 물질을 산화 및 흡착 방식으로 제거하여 제2 처리수를 출력한다. 본 실시예에서는 A/C 필터를 2개 사용하는 것으로 설명하였지만 이는 예시적인 것으로서 하나 또는 2개 이상의 A/C 필터를 사용하는 것도 가능하다.

하이브리드 수처리 장치(100)는 A/C 필터(105)를 통해 2차적으로 처리된 제2 처리수를 저장하는 제2 저장조(21)를 더 포함할 수 있다. 제2 처리수는 제2 저장조(21)에 대기하였다가, 일정한 유량으로 방류된다.

이처럼, 폐수를 A/C 필터(105)로 공급하기 이전에, 오존을 이용하여 폐수에 포함된 난분해성 유해 유기 물질을 산화시키면, 2번의 산화 처리를 통해 유기 물질의 부하가 감소한다. 따라서 본 발명을 통해 처리된 처리수의 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand: COD)이 감소하고, 그 결과 안정적으로 수질을 확보할 수 있다.

상술한 바와 같이, 오존과 같은 물질은, 활성탄의 흡착율을 2 내지 10배 정도로 증가시킬 수 있다. 따라서, 이러한 버블 오존수를 이용한 처리를 거치면, A/C 필터(105)의 처리 효율이 향상될 수 있고, A/C 필터(105)는 낮은 온도에서도 처리가 가능해질 수 있다.

또한, 버블 오존수를 이용하여 1차적으로 산화 처리된 폐수가 A/C 필터(105)로 공급되면, 수산기(OH radical)가 산화되어 수산기로 인해 A/C 필터(105)의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, A/C 필터(105)의 교체 주기를 연장할 수 있다.

이하, <표 1>은 종래의 A/C 필터만을 이용하여 폐수를 처리했을 경우 COD를 나타낸 것이고, <표 2>는 본 발명의 실험 결과를 나타낸 것으로서, 도 2에 도시된 일 실시예의 실험 결과를 나타낸 것이다.

구분	운전조건
COD	활성탄 (ℓ)	통과유량 (ℓ/hr)	처리전 (㎎/L)	처리후 (㎎/L)	제거율 (%)
1	22	180	46.7	26	44.3
2	22	200	46.0	24.5	46.7
3	22	240	46.7	24.1	48.4
4	22	369	46.7	26.2	43.9

구분	운전조건
COD	반응시간 (min)	오존주입량 (ℓ/min)	활성탄 (ℓ)	처리전 (㎎/L)	처리후 (㎎/L)
1제거율 (%)	20	1	22	45.5	9.75
278.6	20	1	22	43.5	7.95
381.7	20	1	22	50	13.2
473.6	20	1	22	46.6	8.4

<표 1>에 나타난 바와 같이, A/C 필터만을 이용하여 폐수를 처리했을 경우, COD가 대략 24(mg/L) 내지 26(mg/L)로 나타났다. 즉, 유기 오염 물질의 제거율이 대략 43(%) 내지 48(%)로 나타났다.

그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이, 마이크로 버블 및 나노 버블이 함유된 오존수로 폐수를 1차적으로 산화시킨 후 A/C 필터(105)를 이용하여 2차로 처리했을 경우, COD가 대략 7(mg/L) 내지 13(mg/L)로 감소하였고, 유기 오염 물질의 제거율도 대략 73(%) 내지 81(%)로 증가하였다. 본 발명의 일 실시예에서는, 반응유닛(103)은 20분 정도의 반응시간을 갖도록 하였다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 버블 오존수 기반의 폐수 순환 처리부(101), 반응 유닛(103) 및 활성탄(Active Carbon: A/C) 필터(105)를 포함한다. 도 1의 실시예와 비교하면, 반응유닛(103)외에 추가적으로 폐수가 폐수 순환 처리부(101)로 직접 공급된다는 점에서 차이가 있다.

즉, 폐수 순환 처리부(101)는, 반응 유닛(103)으로부터 폐수를 유입받고, 추가적으로 원시 폐수도 직접 유입 받는다. 유입된 폐수들은 폐수 순환 처리부(101)에 의해서, 오존 버블 함유 폐수로 생성되고, 생성된 오존 버블 함유 폐수들은 혼합, 충돌, 및 순환되어 다시 반응 유닛(103)으로 유입된다. 후술하겠지만, 이와 같은 도 3의 구성이, 도 1에 도시된 실시예보다 처리 효율이 더 뛰어난 것을 발견하였다. 나머지 구성요소들의 각각의 동작과 상호 동작은, 도 1의 실시예들과 동일 또는 유사하므로 그에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 도 3에 도시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.

도 4에 예시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치(200)의 폐수 순환 처리부(101)는 반응유닛(103)으로부터 폐수를 유입받고, 그리고 유량 조정조(19)로부터 원시 폐수를 유입 받는 점에서 도 2의 실시예와 차이가 있다. 이렇게 구성함으로써, 난분해성 물질을 보다 효과적으로 처리할 수 있게 된다. 나머지 구성요소들의 각각의 동작과 상호 동작은, 도 2의 실시예들과 동일 또는 유사하므로 그에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.

도 5에 예시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치(300)의 유량 조정조(17)는 원시 폐수를 반응유닛(103)으로 공급하고, 그리고 제1 저장조(10)에도 공급한다는 점에서 도 2의 실시예와 차이가 있다. 이렇게 구성함으로써, 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있게 된다. 나머지 구성요소들의 각각의 동작과 상호 동작은, 도 2의 실시예들과 동일 또는 유사하므로 그에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.

도 6에 예시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치(400)의 유량 조정조(17)는 원시 폐수를 반응유닛(103)으로 공급하고, 그리고 제1 저장조(10)에도 공급한다는 점에서 도 4의 실시예와 차이가 있다. 이렇게 구성함으로써, 짧은 시간에 많은 양의 폐수를 처리할 수 있게 된다.

나머지 구성요소들의 각각의 동작과 상호 동작은, 도 4의 실시예들과 동일 또는 유사하므로 그에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 개략적인 설계도이다.

도 7을 참조하면, 반응유닛과 폐수 순환 처리부를 각각 2개씩 포함하고 있다는 점에서, 도 4의 실시예와 차이가 있다.

즉, 펌프(9a)는 반응 유닛(103a)으로부터 폐수를 유입받고, 그리고 유량 조정조(17)로부터 원시 폐수를 유입받아서 오존가스 유입부(5a)로 공급한다. 오존가스 유입부(5a)는 오존 가스 생성부(3)로부터 오존 가스를 유입받아서 폐수와 혼합시켜 오존 버블이 함유된 폐수를 생성하며, 충돌 및 혼합부(7a)는 오존 버블이 함유된 폐수를 충돌 및 혼합시켜서 오존의 용해도를 증가시키고 버블의 크기를 줄임으로써 오존 반응이 보다 효율적으로 일어나도록 한다. 이후, 충돌 및 혼합부(7a)로부터 유출되는 폐수는 반응유닛(103a)으로 유입된다.

또한, 펌프(9b)도, 반응 유닛(103b)으로부터 폐수를 유입받고, 그리고 유량 조정조(17)로부터 원시 폐수를 유입받아서 오존가스 유입부(5b)로 공급한다. 오존가스 유입부(5b)는 오존 가스 생성부(3)로부터 오존 가스를 유입받아서 폐수와 혼합시켜 오존 버블이 함유된 폐수를 생성하며, 충돌 및 혼합부(7b)는 오존 버블이 함유된 폐수를 충돌 및 혼합시킨다. 이후, 충돌 및 혼합부(7b)로부터 유출되는 폐수는 반응유닛(103b)으로 유입된다. 본 실시예에서 오존 가스 생성부(3)를 공유하도록 구성하였으나, 이는 예시적인 것으로서 2개의 오존 가스 생성부(3)를 설치하여 각각 오존가스 유입부들(5a, 5b)에 오존 가스를 제공하는 구성도 가능하다. 나머지 구성요소들의 각각의 동작과 상호 동작은, 도 4의 실시예들과 동일 또는 유사하므로 그에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이처럼, A/C 필터(105)로 처리하기 전에, 2개의 폐수 순환 처리부와 반응 유닛을 구비함으로써, 폐수 처리 효율이 보다 향상되어 안정적으로 수질을 확보할 수 있으며, A/C 필터(105)의 교체 주기를 연장시켜 시설 및 유지 관리비를 절감할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 축산 폐수를 대상으로 실험한 결과를 설명하기로 한다.

도 8는 도 4에 도시된 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치의 운전 조건을 나타낸 것이고, 도 9는 도 8의 조건에 따라서 수질을 분석한 결과이고, 도 10은 COD(Mn) 제거 효과를 수치로 분석한 것이고, 도 11은 COD(Cr) 제거 효과를 수치로 분석한 것이고, 도 12는 BOD 제거 효과를 수치로 분석한 것이고, 도 13은 T-N 제거 효과를 수치로 분석한 것이고, 도 14는 SS 제거 효과를 수치로 분석한 것이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 처리 효율을 종합적 수치로 분석한 것이다.

도 10을 참조하면, COD(Mn) 제거 효과를 수치로 분석한 것으로서 축산폐수의 생물학적처리 및 부상처리 후의 수질이 대부분 난분해성 물질을 함유한 COD로 구성되어 있음에도, 아주 우수한 처리효율을 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 오존 직접 반응 후 수중 잔류된 오존과 OH-Radical이 활성탄에서 활성탄의 촉매기능으로 인해 COD 제거효과가 급상승되는 것으로 판단된다.

도 11을 참조하면, COD(Cr) 제거 효과를 수치로 분석한 것으로서, 축산 폐수에서 COD(Cr)값은 COD(Mn)의 약 2배의 값을 나타내고 있으며, COD(Cr)값 역시 대부분 생분해가 어려운 물질들로 구성되어 있다. 본 발명에 따른 처리효율은 COD(Mn)에 비해 10%정도 낮은 편이나 80%의 높은 제거효율을 보이고 있다. 시험시료 M-3-1과 M-4-1의 원수 수질이 비교적 낮은 값을 보이고 있는데, 이처럼 평균 COD(Cr)값 340mg/L～360mg/L보다 낮은 이유는 시료채취 과정에서의 오류로 추정된다.

도 12를 참조하면, BOD 제거 효과를 수치로 분석한 것으로서, BOD값이 비교적 낮게 측정되는 것은 실험(PILOT TEST)대상이 축산폐수의 생물학적 처리공정을 거친 후의 부상 처리수를 대상으로 하고 있으므로 이미 생분해도가 높은 BOD는 모두 제거된 상태이기 때문인 것으로 추정된다. 따라서 제거효율이 80% 정도 되며, 수질은 매우 양호한 편이다.

도 13을 참조하면, T-N 제거 효과를 수치로 분석한 것으로서, T-N의 제거는 MOB 반응조에서는 NH3-N, NO2-N는 오존(O3)에 의해 NO3-N으로 전환된다. 최종 처리수에서 평균 33% 정도의 제거효과를 보이는 것은 오존과 활성탄 촉매에 의한 NO3-N이 N2 Gas로 환원이 되어 제거되는 현상과 활성탄 흡착탑의 흡수 효과로 판단된다.

도 14를 참조하면, SS 제거 효과를 수치로 분석한 것으로서, SS는 MOB 반응조에서 MOB에 의한 Micro Bubble이 SS에 부착되어 고형물질 부상에 의한 제거효과와 A/C Filter의 여과효과에 의한 제거효과에 의한 것으로 판단된다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 처리 효율을 종합적 수치로 분석한 것으로서, 미세 오존 버블을 이용하여 1차로 유기물질을 직접산화를 유도하고 활성탄에서 오존(O3) 또는 OH-Radical 반응의 촉매 기능과 흡착효과에 의한 유기물질 산화력이 급상승하는 것으로 나타났다. 또한, 생물학적 처리 공정을 거친 축산폐수를 실험(PILOT TEST) 하였으므로 생분해도가 낮은 난분해성 유기성 오염물질로 구성되어 있음에도 불구하고 COD(Mn)과 COD(Cr)은 비교적 높은 제거효율을 보였다.

SS제거 효과는 미세 오존 버블이 고형물질에 부착 부상제거 및 활성탄에서 여과효과에 의한 감소 판단되며, T-N은 오존(O3)에 의해 NH3-N, NO2-N이 NO3-N으로 전환되고 오존과 활성탄 촉매에 의한 NO3-N이 N2로 환원되어 제거되는 현상과 활성탄 흡착탑의 흡수효과로 판단된다.

결론적으로, 이번 실험 결과 난분해성 유기물질 제거에 본 발명이 매우 탁월 한 효과를 가진 것으로 확인되었으며, 특히 MOB 반응조의 반응시간(20분)과 활성탄의 여과시간(13분), 총 33분만에 난분해성유기물 90%를 제거하는 것으로 나타났다.

이제 도면 2를 참조하여, 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법에 대하여 설명한다.

버블 오존수 기반의 폐수 순환 처리부(101)는, 폐수에 오존가스를 주입하고, 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출하는 버블 오존수 기반의 폐수 순환 단계를 수행한다.

반응유닛(100)은, 폐수 순환 단계에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 저장하면서 반응시키는 반응 단계를 수행하며, 활성탄 필터(105)는, 상기 반응단계에 의해서 배출된 폐수에 대하여 필터링 단계를 수행한다. 한편, 상기 폐수 순환 처리부(101)에 의해 수행되는 폐수 순환 단계에서 오존가스를 주입하는 대상이 되는 폐수는, 상기 반응단계에서 저장하던 폐수의 일부를 유출하고, 유출한 폐수에 대하여 오존가스를 주입하는 단계이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 반응유닛(100)이 수행하는 반응단계는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 공급받고, 공급받은 원시 폐수와 상기 폐수 순환 단계에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 서로 혼합시켜 저장하는 단계이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐수 순환 처리부(101)가 수행하는 폐수 순환 단계는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 공급받고, 이 공급받은 원시 폐수와 상기 반응단계에서 일부 유출한 폐수를 혼합하고, 혼합한 폐수에 오존가스를 주입하고 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출하는 단계이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유량 조정조(17)는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 반응 단계로 공급하는 원시 폐수 공급 단계;를 수행한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1저장조(19)는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 폐수 순환 단계로 공급하는 원시 폐수 공급 단계를 수행한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 오존가스 생성부(3)의 블럭도이다.

도 16을 참조하면, 오존가스 생성부(3)는 고전압 발생기(110), 냉각기(120), 플라즈마 반응기(Plasma Reactor)(130), 산소 발생기(140) 및 공기압축기(150)를 구비한다.

상기 공기압축기(150)는 공기를 압축하여 고압의 압축공기를 생성한다. 그리고, 공기압축기(150)는 생성한 고압의 압축공기를 후술할 산소 발생기(140)로 공급한다.

상기 산소 발생기(140)는 공기압축기(150)로부터 공급되는 고압의 압축공기에서 산소를 제외한 질소, 이산화탄소, 기타 기체 및 오염물질을 제거하여, 고압의 산소를 분리한다. 그리고, 산소 발생기(140)는 분리된 고압의 산소를 후술할 플라즈마 반응기(130)로 공급한다.

상기 고전압 발생기(110)는 사용 전원을 승압시켜 고전압의 전원을 생성한다. 그리고, 고전압 발생기(110)는 생성한 고전압의 전원을 플라즈마 반응기(130)로 인가한다.

상기 플라즈마 반응기(130)는 플라즈마를 이용하여 오존을 발생시키는 기기로, 오존 발생기의 일종이다. 구체적으로, 플라즈마 반응기(130)는, 1) 고전압 발생기(110)로부터 인가되는 고전압의 전원을 이용하여 플라즈마를 발생시키고, 2) 발생되는 플라즈마를 이용하여, 산소 발생기(140)로부터 공급되는 산소의 일부를 오존으로 변환시킨다.

이에 따라, 플라즈마 반응기(130)에서는 오존과 산소가 혼합된 가스가 배출된다. 이하에서 상세히 설명할 플라즈마 반응기(130)에서 배출되는 오존과 산소의 혼합가스에서 오존의 비율은 12 ~ 14%이다.

한편, 오존이 포함되어 있는 가스는 오존가스이고, 오존이 차지하는 비율이 1% 이상인 오존가스는 고농도-오존가스라고 정의할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 반응기(130)에서 배출되는, 오존의 비율이 12 ~ 14%인 오존과 산소의 혼합가스는 고농도-오존가스라 할 수 있다.

상기 냉각기(120)는 냉각수를 플라즈마 반응기(130)에 순환시켜, 플라즈마 반응기(130)를 냉각시킨다.

도 17은 도 16에 도시된 플라즈마 반응기의 분해 사시도이고, 도 18은 도 17에 도시된 플라즈마 반응기의 중앙부를 xy-평면으로 절단하여 도시한 단면도이다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 플라즈마 반응기(130)의 내부에는 방전극-1(135-1), 방전극-2(135-2) 및 접지극(139)이 형성되어 있다.

구체적으로, 방전극-1(135-1)은 세라믹판-1(136-1)의 두 면 중 플라즈마 반응기(130)의 바깥쪽을 바라보는 면(즉, 접지극(139)을 바라보고 있지 않은 면)에 형성되어 있다. 마찬가지로, 방전극-2(135-2)은 세라믹판-2(136-2)의 두 면 중 플라즈마 반응기(130)의 바깥쪽을 바라보는 면(즉, 접지극(139)을 바라보고 있지 않은 면)에 형성되어 있다.

방전극-1,2(135-1,2)는 예를 들면 은(Silver)으로 구현할 수 있으며 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 세라믹판-1,2(136-1,2)의 중앙부를 은-코팅하여, 방전극-1,2(135-1,2)을 형성할 수 있다.

한편, 방전극-1,2(135-1,2)은 은이 아닌 다른 금속성 재질로 구현하는 것도 가능하며, 코팅 이외의 다른 종류의 표면 처리 공정을 통해 형성하는 것도 가능함은 물론이다. 또한, 세라믹판-1,2(136-1,2)도 세라믹 재질 이외의 유전체를 이용하여 구현하는 것도 가능하다.

접지극(139)은 스테인레스, 알루미늄 등의 금속 재질로 구현하며, 비금속 재질(138)이 표면 처리되어 있다. 예를 들면, 1) 스테인레스 판을 CDM 스프레이 코팅, 2) 스테인레스 판을 DLC 코팅, 3) 알루미늄 판을 양극 산화처리(아노다이징), 또는 4) 알루미늄 판을 FCC 처리하는 코팅 방법들 중 어느 하나의 방법을 사용하여, 접지극(139)과 비금속 재질(138)을 구현할 수 있다.

이들 중, DLC 코팅은 높은 표면 경도와 낮은 표면 마찰 계수를 이룰 수 있으며, 코팅 두께(즉, 비금속 재질(138)의 두께)를 용이하게 조절하는 것이 가능하다.

하지만, 위에 열거된 것들은 접지극(139)과 비금속 재질(138)을 구현할 수 있는 예들에 해당하므로, 접지극(139)과 비금속 재질(138)을 반드시 이들 중 어느 하나로 구현할 필요는 없다. 따라서, 접지극(139)은 스테인레스, 알루미늄 이외의 다른 금속 재질로도 구현가능하며, 위에 제시된 것들과 다른 유전 물질을 표면 처리하여 비금속 재질(138)을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 비금속 재질(138)은 세라믹 판 또는 다른 종류의 유전 물질을 접지극(139)에 적층하여 구현하는 것도 가능하다.

방전극-1,2(135-1,2)는 전술한 고전압 발생기(110)로부터 고전압의 전원을 인가받는다(도시의 편의를 위해, 전원 인가 경로는 미도시하였음). 이에 따라, 방전극-1(135-1)과 접지극(139) 사이에서 플라즈마가 생성되고, 방전극-2(135-2)와 접지극(139) 사이에서도 플라즈마가 생성된다.

이때, 세라믹판-1(136-1)은 방전극-1(135-1)과 접지극(139) 사이에서 플라즈마가 균일하게 생성되도록 한다. 또한, 세라믹판-1(136-1)은 고전압으로 인해 방전극-1(135-1)로부터 가스 통로(137)로 금속성 이물질이 유출되는 것을 차단한다.

마찬가지로, 세라믹판-2(136-2)는 방전극-2(135-2)와 접지극(139) 사이에서 플라즈마가 균일하게 생성되도록 하고, 고전압으로 인해 방전극-2(135-2)로부터 가스 통로(137)로 금속성 이물질이 유출되는 것을 차단한다.

그리고, 접지극(139)의 표면 처리로 형성된 비금속 재질(138)은 접지극(139)으로부터 가스 통로(137)로 금속성 이물질이 유출되는 것을 차단한다.

한편, 플라즈마 반응기(130)의 외곽 케이스(132)에는 산소 유입공(131-1), 냉각수 유입공-1(131-2), 냉각수 유출공-1(131-3), 냉각수 유입공-2(131-4), 냉각수 유출공-2(131-5), 오존가스 배출공(131-6) 및 연결 호스(131-7)가 형성되어 있다.

외곽 케이스(132)는 테프론, 베크라이트, PP 등으로 구현가능한데, 언급된 재질들은 예시적인 것에 불과하다. 따라서, 외곽 케이스(132)는 이외의 다른 절연용 재질로 구현할 수 있음은 물론이다.

산소 유입공(131-1)은 전술한 산소 발생기(140)에서 공급되는 산소가 유입되는 곳으로, 산소 유입공(131-1)으로 유입된 산소는 가스 통로(137)로 진입하게 된다.

가스 통로(137)로 진입한 산소는 플라즈마에 의해 일부가 반응하여 오존으로 변환된다. 플라즈마는 방전극-1(135-1)과 접지극(139) 사이에서 생성됨은 물론, 방전극-2(135-2)와 접지극(139) 사이에서도 생성된다.

가스 통로(137)로 진입한 산소는 두 차례에 걸쳐 플라즈마에 노출된다. 따라서, 방전극-1(135-1)과 접지극(139) 사이에서 생성된 플라즈마에 노출되었지만 오존으로 변환되지 않은 산소는 방전극-2(135-2)와 접지극(139) 사이에서 생성된 플라즈마에 노출되어 오존으로 변할 수 있다.

물론, 방전극-1(135-1)과 접지극(139) 사이에서 생성된 플라즈마와 방전극-2(135-2)와 접지극(139) 사이에서 생성된 플라즈마에 노출되었더라도 오존으로 변하지 않는 산소는 존재한다. 실제로, 플라즈마 반응기(130)에 의해서 생성되는 오존가스의 오존 농도는 12 ~ 14%이다. 즉, 플라즈마 반응기(130)의 오존가스 배출공(131-6)에서는 오존 농도가 12 ~ 14%인 오존가스가 배출된다.

기존의 방식에 의해 생성되는 오존가스에서 오존 비율은 10% 미만이다. 플라즈마 반응기(130)에 의해서는 오존의 농도가 12 ~ 14%로 비교적 높은 이유는, 아래에서 설명할 플라즈마 반응기(130)의 냉각 메커니즘에 기인한다.

아래에서 설명할 냉각 메커니즘은, 플라즈마 방전으로 인해 온도가 높아진 방전극-1,2(135-1,2)를 냉각시킨다. 이와 같은 냉각 메커니즘은, 방전극-1,2(135-1,2)의 온도가 높아지는 경우에 오존 발생량이 줄어들어 오존가스의 오존 농도가 낮아지게 되는 현상을 배제하기 위해, 방전극-1,2(135-1,2)을 냉각시키기 때문이다.

냉각 메커니즘은 냉각수 유입공-1(131-2), 냉각수 유출공-1(131-3), 냉각수 유입공-2(131-4), 냉각수 유출공-2(131-5), 연결 호스(131-7), 냉각수 수용부-1(133-1), 냉각수 수용부-2(133-2), 절연층-1(134-1) 및 절연층-2(134-2)로 구현된다.

참고로, 연결 호스(131-7)는 도 18에만 도시하였고, 도 16과 도 17에는 도시되어 있지 않은데 이는 도시와 설명의 편의를 위해 생략한 것에 불과하다.

냉각수 유입공-1(131-2)은 전술한 냉각기(120)에 의해 공급되는 냉각수가 유입되는 곳으로, 냉각수 유입공-1(131-2)으로 유입된 냉각수는 냉각수 수용부-1(133-1)로 진입하게 된다.

냉각수 수용부-1(133-1)은 절연용 재질의 외곽 케이스(132)에 의해 형성되는 공간으로, 냉각수 유입공-1(131-2)을 통해 냉각기(120)로부터 유입되는 냉각수를 일시적으로 수용하는 공간이다.

냉각수 수용부-1(133-1)이 수용하고 있는 냉각수로 인하여 방전극-1(135-1)이 냉각된다. 한편, 방전극-1(135-1)은 절연층-1(134-1)에 의해 둘러싸여, 냉각수 수용부-1(133-1)에 직접적으로 노출되지 않는다. 이에 따라, 냉각수는 방전극-1(135-1)에 접촉되지 않는다. 방전극-1(135-1)은 절연층-1(134-1)을 통해 전달되는 냉각수의 냉기에 의해 냉각되게 되는 것이다.

절연층-1(134-1)은 방전극-1(135-1)이 냉각수 수용부-1(133-1)에 수용되어 있는 냉각수에 직접적으로 노출되는 것을 차단하여, 방전극-1(135-1)을 보호하기 위한 보호수단의 일종이다.

절연층-1(134-1)은, 예를 들면, 1) 방전극-1(135-1)을 절연 물질로 코팅, 2) 방전극-1(135-1)에 에폭시 분사 또는 3) 절연 물질의 판을 방전극-1(135-1) 위에 적층하는 방법들 중 어느 하나를 사용하여 구현할 수 있다. 다만, 어느 방법에 의하더라도, 절연층-1(134-1)은 방전극-1(135-1)이 냉각수 수용부-1(133-1)에 수용되어 있는 냉각수에 직접적으로 노출되지 않도록 방전극-1(135-1)을 둘러싸야 한다.

냉각수 유출공-1(131-3)은 냉각수 수용부-1(133-1)에 수용되어 있는 냉각수가 유출되는 곳으로, 냉각수 유출공-1(131-3)을 통해 유출된 냉각수는 연결 호스(131-7)를 통해 냉각수 유입공-2(131-4)으로 유입된다.

냉각수 유입공-2(131-4)는 냉각수 유출공-1(131-3)에서 유출되는 냉각수가 연결 호스(131-7)를 통해 유입되는 곳으로, 냉각수 유입공-2(131-4)로 유입된 냉각수는 냉각수 수용부-2(133-2)로 진입하게 된다.

냉각수 수용부-2(133-2)는 절연용 재질의 외곽 케이스(132)에 의해 형성되는 공간으로, 냉각수 유입공-2(131-4)를 통해 유입되는 냉각수를 일시적으로 수용하는 공간이다.

냉각수 수용부-2(133-2)가 수용하고 있는 냉각수로 인하여 방전극-2(135-2)가 냉각된다. 한편, 방전극-2(135-2)는 절연층-2(134-2)에 의해 둘러싸여, 냉각수 수용부-2(133-2)에 직접적으로 노출되지 않는다. 이에 따라, 냉각수는 방전극-2(135-2)에 접촉되지 않는다. 방전극-2(135-2)는 절연층-2(134-2)를 통해 전달되는 냉각수의 냉기에 의해 냉각되게 되는 것이다.

절연층-2(134-2)는 방전극-2(135-2)가 냉각수 수용부-2(133-2)에 수용되어 있는 냉각수에 직접적으로 노출되는 것을 차단하여, 방전극-2(135-2)를 보호하기 위한 보호수단의 일종이다.

절연층-2(134-2)는, 예를 들면, 1) 방전극-2(135-2)을 절연 물질로 코팅, 2) 방전극-2(135-2)에 에폭시 분사 또는 3) 절연 물질의 판을 방전극-2(135-2) 위에 적층하는 방법들 중에서 어느 하나의 방법을 사용하여 구현할 수 있다. 다만, 어느 방법에 의하더라도, 절연층-2(134-2)는 방전극-2(135-2)가 냉각수 수용부-2(133-2)에 수용되어 있는 냉각수에 직접적으로 노출되지 않도록 방전극-2(135-2)를 둘러싸야 한다.

냉각수 유출공-2(131-5)는 냉각수 수용부-2(133-2)에 수용되어 있는 냉각수가 유출되는 곳으로, 냉각수 유출공-2(131-5)을 통해 유출된 냉각수는 냉각기(120)로 회귀한다.

상술한 오존가스 생성부(3)는 공기 압축기(150)를 사용하는 구성을 설명하였지만, 이는 본 발명의 일 실시예의 하나로서 그러한 구성에만 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 오존가스 생성부는 공기 압축기와 산소 발생기를 사용하지 않고 액화된 산소를 사용하여 오존가스를 생성할 수 있다. 또 다르게는, 고압으로 저장된 산소를 이용하여 오존가스를 생성할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

01: 버블 오존수 기반의 폐수 순환처리부
103: 반응 유닛 105: A/C 필터
3: 오존 가스 생성부 5: 오존가스 주입부
7: 충돌 및 혼합부 9: 펌프
15: 집수조 17: 유량 조정조
19: 제1저장조 21: 제2저장조

Claims (13)

1. 폐수를 유입 받고, 유입 받은 폐수에 오존가스를 주입하고, 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출하는 버블 오존수 기반의 폐수 순환처리부;
   상기 폐수 순환처리부에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 저장하는 반응유닛; 및
   상기 반응유닛이 저장하는 폐수의 일부를 유입 받고, 유입 받은 폐수에 존재하는 난분해성 물질을 흡착한 후 배출하는 활성탄 필터(Activated Carbon Filter); 를 포함하며,
   상기 폐수 순환처리부가 유입 받은 폐수는, 상기 반응 유닛이 저장하던 폐수의 적어도 일부를 유입 받은 것이고,
   상기 폐수 순환처리부는, 오존 가스를 생성하는 오존 가스 생성부, 상기 반응 유닛이 저장하는 폐수의 적어도 일부를 유입 받기 위한 펌프, 상기 펌프에 의해 유입 받은 폐수에 상기 오존 가스 생성부가 생성한 오존가스를 주입하는 오존가스 주입부, 및 상기 오존가스가 주입된 폐수를 유입 받아 충돌 및 혼합시켜서 미세 오존 버블이 함유된 폐수를 생성하여 상기 반응유닛으로 배출하는 충돌 및 혼합부를 포함하는 것인, 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 반응 유닛으로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며,
   상기 반응유닛은 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 폐수 순환처리부에 의해 배출된 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 혼합하여 저장하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치.
3. 제1항에 있어서,
   폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 폐수 순환처리부로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며,
   상기 폐수 순환처리부는 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 반응유닛으로부터 유입 받은 폐수를 혼합하고, 혼합한 폐수에 오존가스를 주입하고, 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 상기 반응유닛으로 배출하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 반응 유닛으로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며,
   상기 반응유닛은 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 폐수 순환처리부에 의해 배출된 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 혼합하여 저장하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치.
6. 제1항에 있어서,
   폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 폐수 순환처리부로 공급하는 유량 조정조;를 더 포함하며,
   상기 펌프는 상기 유량 조정조로부터 공급받은 원시 폐수와 상기 반응유닛으로부터 유입 받은 폐수를 혼합하고, 혼합한 폐수를 상기 오존가스 주입부로 배출하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 활성탄 필터로 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 제공하기 위해서, 상기 반응유닛으로부터 적어도 일부의 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 유입 받아서 저장하다가 상기 활성탄 필터로 공급하는 제1 저장조; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 유량 조정조는 자신이 저장하던 원시 폐수의 일부는 상기 폐수 순환처리부 또는 상기 반응 유닛으로 공급하고 나머지 일부의 원시 폐수는 상기 제1저장조로 공급하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 장치.
9. 폐수에 오존가스를 주입하고, 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출하는 버블 오존수 기반의 폐수 순환 단계;
   상기 폐수 순환 단계에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 저장하면서 반응시키는 반응단계; 및
   상기 반응단계에 의해서 배출된 폐수를 활성탄 필터(Activated Carbon Filter)로 통과시키는 활성탄 필터링 단계; 를 포함하며,
   상기 폐수 순환 단계에서 오존가스를 주입하는 대상이 되는 폐수는, 상기 반응단계에서 저장하던 폐수의 일부를 유출하고, 유출한 폐수에 대하여 오존가스를 주입하는 단계이며,
   상기 폐수 순환 단계 또는 상기 반응단계는, 폐수 처리를 할 원시 폐수를 공급받으며, 상기 반응단계가 폐수 처리를 할 원시 폐수를 공급받는 경우, 상기 반응단계는, 공급받은 원시 폐수와 상기 폐수 순환 단계에 의해 배출되는 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 서로 혼합시켜 저장하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법.
10. 삭제
11. 제9항에 있어서,
    상기 폐수 순환 단계가 폐수 처리를 할 원시 폐수를 공급받은 경우, 상기 폐수 순환 단계는, 공급받은 원시 폐수와 상기 반응단계에서 일부 유출한 폐수를 혼합하고, 혼합한 폐수에 오존가스를 주입하고 오존 가스를 주입한 폐수를 서로 충돌시켜서, 미세 오존 버블이 함유되고 오존이 녹아 있는 폐수를 생성하여 배출하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법.
12. 제 9항에 있어서,
    폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 반응 단계로 공급하는 원시 폐수 공급 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법.
13. 제11항에 있어서,
    폐수 처리를 할 원시 폐수를 저장하며, 저장하던 원시 폐수를 상기 폐수 순환 단계로 공급하는 원시 폐수 공급 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 버블 함유 오존수 순환에 기반한 난분해성 폐수처리용 하이브리드 수처리 방법.

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