KR101147220B1 - 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치 - Google Patents

Abstract

마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치가 제공된다.
본 발명은 하천 준설토를 세수 및 진동시켜서 나오는 폐수와 토양을 분리하는 세수 및 진동유닛; 오존버블이 함유된 버블 오존수를 생성하는 오존수 생성유닛; 상기 세수 및 진동유닛으로부터 분리된 폐수를 상기 버블 오존수와 혼합하여 상기 폐수에 존재하는 유해 유기 물질을 산화시켜 제1 처리수를 출력하는 반응 유닛; 및 상기 반응 유닛으로부터 상기 제1 처리수를 공급받아 그 속에 존재하는 상기 유해 유기 물질을 산화 및 흡착하여 제2 처리수를 출력하는 하나 이상의 활성탄 필터(Activated Carbon Filter)를 포함하여 하천 준설토를 세수하고, 난분해성 유기물과 오염물이 포함된 세수 물과 버블 오존수를 혼합하여 정화시키고, 이후 세수 물에 포함된 유해 유기 물질을 산화 및 흡착하여 정화한다. 이에 의해, 안정적이고도 효율적으로 하천 준설토를 정화시킬 수 있다.

Description

마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치{PURIFYING APPARATUS FOR DREDGED SOIL USING THE MICRO BUBBLES}

본 발명은 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하천의 준설토에 함유된 난분해성 유해 유기 물질을 효율적으로 처리함으로서 하천의 준설토를 정화하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치에 관한 것이다.

도시의 팽창과 산업발달로 인하여 가정 오수와 공장폐수가 증가 됨으로써, 생활하수 및 각종 오수가 저수지 및 하천으로 유입되어 오염이 되어 저수지 및 하천의 준설작업이 필요하다.

다량의 유수가 유입되는 과정에서 생활쓰레기와 낙엽, 흙 등의 이물질이 다량으로 혼입되고 특히 난분해성 유기물이 포함된 오염 퇴적물이 형성되게 된다.

한편, 이들 난분해성 유기물질이 함유된 폐수, 정수, 하수에 대한 처리는 일반적인 처리방법으로는 처리가 불가능하며, 종래 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 개발되었기는 하지만, 난분해성 유기물이 포함된 하천 준설토를 효율적으로 처리하는 방법은 제안된 적이 없다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 난분해성 유기물이 포함된 하천 준설토를 효율적으로 처리할 수 있는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치는, 하천 준설토를 세수 및 진동시켜서 나오는 폐수와 토양을 분리하는 세수 및 진동유닛; 오존버블이 함유된 버블 오존수를 생성하는 오존수 생성유닛; 상기 세수 및 진동유닛으로부터 분리된 폐수를 상기 버블 오존수와 혼합하여 상기 폐수에 존재하는 유해 유기 물질을 산화시켜 제1 처리수를 출력하는 반응 유닛; 및 상기 반응 유닛으로부터 상기 제1 처리수를 공급받아 그 속에 존재하는 상기 유해 유기 물질을 산화 및 흡착하여 제2 처리수를 출력하는 하나 이상의 활성탄 필터(Activated Carbon Filter)를 포함한다.

한편, 상기 반응 유닛은, 상기 폐수와 상기 버블 오존수를 혼합하여 혼합수를 출력하는 N개(N은 1이상의 자연수)의 순환 펌프; 및 상기 N개의 순환 펌프로부터 상기 혼합수를 각각 공급받아 상기 폐수에 존재하는 상기 유해 유기 물질을 오존(O3)을 이용하여 산화 분해하여 상기 제1 처리수를 출력하는 N개의 반응조를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, 외부로부터 유입된 상기 폐수를 집수하는 집수조; 집수된 폐수를 상기 반응 유닛으로 일정한 유량으로 제공하는 유량 조정조; 상기 반응 유닛에 의해서 1차 처리된 상기 제1 처리수가 상기 활성탄 필터로 공급되기 위해 대기하는 제1 저장조; 및 상기 활성탄 필터에 의해서 2차 처리된 상기 제2 처리수가 방류되기 위해 대기하는 제2 저장조를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 유량 조정조는 저장된 상기 폐수를 모두 상기 반응 유닛으로 제공할 수 있다.

또한, 상기 유량 조정조는 저장된 상기 폐수 중 일부는 상기 반응 유닛으로 제공하고, 나머지 일부는 상기 제1 저장조로 바로 제공할 수 있다.

한편, 상기 유량 조정조는 상기 N개의 반응조에 각각 별도의 배관을 통해 연결되고, 상기 제1 저장조는 상기 N개의 반응조로부터 처리된 상기 제1 처리수를 저장할 수 있다.

또한, 상기 폐수는 상기 반응조를 거쳐 상기 순환 펌프로 공급되고, 상기 순환 펌프는 상기 혼합액을 다시 상기 반응조로 제공할 수 있다.

한편, 본 발명은, 플라즈마를 이용하여 오존가스를 발생시키는 오존가스 생성부; 및 상기 오존가스 생성부에서 발생된 상기 오존가스를 물에 용해시켜 오존수를 생성하고, 상기 오존가스로 생성한 상기 오존버블을 상기 오존수에 부가하여 상기 버블 오존수를 생성하는 오존수 생성부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 오존수 생성부는, 상기 오존가스 생성부에서 발생된 상기 오존가스를 물에 용해시켜 오존수를 생성하는 오존수 생성기; 및 상기 오존가스 생성부에서 발생된 오존가스로 상기 오존버블을 생성하고, 생성한 상기 오존버블을 상기 오존수에 부가하여 상기 오존버블이 함유된 상기 버블 오존수를 생성하는 버블 오존수 생성기를 포함할 수 있다.

한편, 상기 버블 오존수 생성기는, 상기 오존수와 함께 유입되는 오존가스를 상기 오존수와 서로 충돌시켜 상기 오존수의 오존가스 용해도를 증가시키는 믹서; 및 상기 믹서의 외곽에 형성되며, 상기 오존가스 생성부에서 발생된 상기 오존가스로 상기 오존버블을 발생시켜 상기 버블 오전수를 생성하는 오존버블 발생기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 난분해성 유기물이 포함된 하천 준설토로부터 토양을 분리하고, 분리하고 남은 난분해성 유기물이 포함된 하수에 대하여, 오존 나노버블 또는 오존 마이크로버블이 함유된 버블 오존수를 이용하여 폐수 내의 유해 유기 물질을 1차적으로 산화시킨 후 활성탄 필터를 이용하여 2차적으로 산화 및 흡착시켜 하수를 처리함으로써, 안정적으로 하천 준설토를 정화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치 일부의 개략적인 설계도이다.
도 3은 도 1에 도시된 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치 일부의 개략적인 설계도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치 일부의 개략적인 설계도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치 일부의 개략적인 설계도이다.
도 6은 도 3에 도시된 오존가스 생성부의 상세 블럭도이다.
도 7은 도 6에 도시된 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 플라즈마 반응기의 중앙부를 xy-평면으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시된 오존수 생성부의 상세 블럭도이다.
도 10은 도 9에 도시된 버블 오존수 생성기를 입체적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 3에 도시된 오존수 생성부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 3에 도시된 오존수 생성부의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 방법의 설명에 제공되는 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

이해의 편의를 위해서, 본 명세서에서 자주 언급되는 용어의 의미에 대하여 먼저 설명한다.

통상, 준설이란 하천이나 해안의 바닥에 쌓인 흙이나 암석 따위를 쳐내어 바닥을 깊게 하는 일(사전적 의미)을 말하는 것으로 이런 준설작업으로 인해 발생하는 흙을 준설토라고 한다. 즉, 하천바닥에 일정기간 동안 흙이 쌓이게 되면 이를 준설하는데 이때 발생 되는 준설토는 많은 오염물질들을 함유하고 있게 된다. 본 명세서에서 "준설토"라고 함은, 준설작업으로 인하여 발생 되는 준설토를 포함하며, 준설작업이 아니라도 다른 임의의 목적으로 하천이나 해안의 바닥에서 채취(획득)된 흙들도 포함하는 개념을 의미한다.

본 명세서에서, '오존 버블 함유 오존수'란 '오존가스'가 용해되어 있고 '오존버블'이 함유된 물을 말하며, '오존 버블 함유 오존수'에는 '오존 마이크로 버블 함유 오존수'와 '오존나노버블 함유 오존수'를 포함한다. 여기서, '오존 마이크로 버블 함유 오존수'는 버블의 크기가 마이크로 단위 정도의 것을 의미하고, '오존나노버블 함유 오존수'는 버블의 크기가 나노 단위 정도의 것을 의미한다.

한편, '고농도 오존나노버블 함유 오존수'란, '고농도-오존가스'가 용해되어 있고 고농도-오존가스로 생성한 오존나노버블이 함유된 물을 말한다. 그리고, 오존가스는 오존이 포함되어 있는 가스를 지칭하는데, '고농도-오존가스'는 오존이 차지하는 비율이 1% 이상인 오존가스를 지칭한다.

본 발명에서는, '오존 마이크로 버블 함유 오존수'와 '오존나노버블 함유 오존수'를 사용하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치의 기능 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(700)는, 교반유닛(1), 세수 및 진동유닛(3), 저장조(7), 버블 오존수 생성유닛(300), 반응 유닛(400) 및 활성탄(Active Carbon: A/C) 필터(500)를 포함한다.

교반유닛(1)은 하천으로부터 운반된 준설토를 섞는다. 교반유닛(1)은, 후술하는 세수 및 진동유닛(3)(이하, "세수 & 진동유닛"이라고 함)에서 흙(흙, 토양, 토, 또는 준설토 등과 같은 용어들도 병용하기로 함)에 물과 잘 섞여서 흙속에 포함된 유기물이나 오염물이 씻길 수 있도록, 준설토를 고루 섞는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

세수 및 진동유닛(3)은, 교반유닛(1)으로부터 운반되는 준설토에 물을 가하여 세수시키고 진동을 가한다. 세수에 의해 준설토에 섞인 유기물이나 오염물이 씻기며, 여기서 나오는 폐수(즉, 유기물이나 오염물이 포함된 물)는 후술하는 저장조(7)에 저장된다. 한편, 세수와 더불어 준설토가 진동됨으로써, 준설토에 포함된 유기물이나 오염물이 더 잘 씻길 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 세수 및 진동유닛(3)은, 세수와 진동을 동시에 진행하는 것이 바람직하다. 다만, 본원 발명은 이에만 한정되는 것이 아니며, 세수 및 진동을 순차적으로 또는 그 반대의 순서대로 진행하는 것도 가능하다.

본 세수 및 진동유닛(3)에 의해서, 준설토에서 유기물이나 오염물을 제거시킬 수 있으며, 유기물이나 오염물이 제거된 준설토(이하, "세정토"라고 함)는 세정토의 용도에 필요에 따라서 추가적인 정화 처리를 할 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 세정토에 오존 버블이 함유된 오존수를 가함으로써 2차적 정화처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 후술하는 버블 오존수 생성유닛(300)에서 생성되는 버블 오존수를 세정토에 공급할 수 있다.

저장조(7)는 세수 및 진동유닛(3)으로부터 운반되는 폐수를 일정 시간 저장함으로써, 물 보다 비교적 무거운 유기물이나 오염물은 침전시킨다. 이로써, 본 저장조(7)에서 폐수는 1차적으로 정화될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장조(7)에 저장된 폐수의 중상위 계층의 물은 후술하는 반응유닛(400)으로 이동되어 다시 정화된다.

버블 오존수 생성유닛(300)은 오존 가스 및 오존수를 혼합하여 오존 버블이 함유된 버블 오존수를 생성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 버블 오존수 생성 유닛(300)은 오존가스 생성부(100) 및 오존수 생성부(200)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오존가스 생성부(100)는 산소가 포함된 공기(Air)를 이용하여 오존가스를 생성하고, 생성한 오존가스를 오존수 생성부(200)로 공급한다. 오존수 생성부(200)는 오존가스를 물(Water)에 용해시켜 오존수를 생성한다. 이후, 오존가스로 미세오존버블을 생성하고, 생성된 오존수에 미세오존버블을 부가하여, 미세오존버블이 함유된 버블 오존수를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오존수 생성부(200)에서 사용되는 물은, 외부의 물 공급원(미도시)로부터 공급받거나, 또는 반응유닛(400)에서 정화된 물의 일부를 피드백 받을 수 있다. 예를 들면, 후술하는 도면 8과 도 12에서 water로 표시된 부분을 통해서, 외부의 물 공급원(미도시)로부터 물을 받거나, 또는 반응유닛(400)에서 정화된 물의 일부를 픽드백 받을 수 있다. 버블 오존수 생성유닛(300)에 대해서는 이후 도 6 내지 도 10을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치의 일부분에 대한 구성도를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 교반유닛(1), 세수 및 진동유닛(3), 저장조(7)의 예시적인 구성도가 도시되어 있으며, 교반유닛(1)은 하천으로부터 운반된 준설토를 섞는 구성을 가지며, 세수 및 진동유닛(3a, 3b)은, 교반유닛(1)으로부터 운반되는 준설토에 물을 가하여 세수시키고 진동을 가한다. 본 실시예에서는, 진동 및 세수를 먼저하고, 이후, 굵은 입자들에 대하여 다시 세수를 하는 공정으로 구성된다. 도 2에 도시된 실시예는 예시적인 것으로서 이와 다르게 교반, 세수, 및 진동 동작을 수행하도록 구성하는 것이 가능하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치의 일부분에 대한 구성도를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 버블 오존수 생성유닛(300)과 반응유닛(400) 및 A/C 필터에 대한 예시적인 구성도가 도시되어 있으며, 도 3을 참조하면, 반응 유닛(400)은 외부로부터 유입된 폐수와 버블 오존수를 혼합하여 폐수에 존재하는 고형물 및 난분해성 물질을 산화 분해하여 제1 처리수를 출력한다. 반응 유닛(400)은 순환 펌프(410) 및 반응조(420)를 포함한다. 순환 펌프(410)는 폐수와 버블 오존수가 혼합된 혼합수를 출력하고, 반응조(420)는 순환 펌프(410)로부터 혼합수를 공급받아 폐수에 존재하는 고형물 및 난분해성 물질을 오존(O3)을 이용하여 산화 분해하여 제1 처리수를 출력한다. 본 실시예에서, 순환 펌프(410)는, 반응 유닛(400)에 포함되도록 도시되었지만, 버블 오존수를 반응조(420)에 공급할 수 있는 기능을 가진 수단이라면 반드시 반응 유닛(400)에 포함되지 않더라도 무방하다. 다른 위치에 배치되어도, 버블 오존수를 반응조(420)에 공급할 수 있는 기능을 하는 수단이라면, 사용가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(700)는 외부로부터 유입된 상기 폐수를 집수하는 집수조(610) 및 집수조(610)를 통해 집수된 폐수를 반응 유닛(400)에 일정한 유량으로 공급하는 유량 조정조(620)를 더 포함할 수 있다. 집수조(610)와 유량 조정조(620) 사이에는 집수된 폐수를 유량 조정조로 이송시키기 위한 이송 펌프 및 유량 조정조(620)로부터 출력된 폐수를 반응조(420)로 공급하기 위한 급수 펌프가 더 구비될 수 있다.

유량 조정조(620)는 집수된 폐수를 일정한 유량으로 반응조(420)로 공급하고, 반응조(420)로 공급된 폐수는 순환 펌프(410)로 제공된다. 순환 펌프(410)는 버블 오존수 생성유닛(300)으로부터 버블 오존수를 공급받아서 반응조(420)로부터 공급된 폐수와 혼합하여 혼합수를 반응조(420)로 재공급한다. 반응조(420)는 버블 오존수와 폐수를 소정의 시간(예를 들면 20분 정도)동안 반응시킨다. 본 발명의 일 예로, 반응조(420)에는 1분에 1.0ℓ의 오존(O3)이 유입될 수 있고, 반응조(420)로 공급된 혼합수에 함유된 오존의 농도는 대략 60ppm 정도일 수 있다. 이처럼, 반응조(420)에서 버블 오존수와 폐수를 반응시키면, 폐수에 포함된 유해 물질이 오존(O3)과 반응하여 산화 분해된다. 따라서, 반응조(420)는 오존에 의해서 폐수를 1차적으로 처리한 제1 처리수를 배출한다.

본 실시예에서처럼, 반응조(420)에서, 오존 나노버블 또는 오존 마이크로버블이 함유된 오존수가, 폐수와 충분한 시간 동안 반응되도록 함으로써, 이후의 공정인 A/C 필터에서의 흡착 공정이 훨씬 효율적으로 일어나는 것을 발견하였다. 그 이유는, 오존 나노버블 또는 오존 마이크로버블이 함유된 오존수가 폐수에 함유된 고분자 유기물을 저분자 유기물로 분해할 수 있고, A/C 필터에서는 고분자 유기물 보다는 저분자 유기물에 대하여 훨씬 흡착 공정이 효율적으로 일어나기 때문인 것으로 추측된다. 즉, 본 실시예에서처럼, 반응조(420)에서 오존 나노버블 또는 오존 마이크로버블이 함유된 오존수가 폐수와 충분한 시간동안 반응시키고, 후술하는 반응조(420)에서도 충분한 반응이 일어나도록 함으로써, 단순히 A/C 필터와 오존을 사용하는 종래의 기술에 대비하여 예기치 못할 정도로 뛰어난 폐수 처리 효율이 발휘된다(표 2와 표 3 참조).

한편, 본 실시예에서는, 순환 펌프(410)는 버블 오존수 생성유닛(300)으로부터 버블 오존수를 공급받아서 반응조(420)로부터 공급된 폐수와 혼합하여 혼합수를 반응조(420)로 재공급하도록 구성되어 있으나, 반응조(420)로부터 폐수를 받지 않고, 버블 오존수 생성유닛(300)으로부터 공급받은 버블 오존수를 바로 반응조(420)로 공급하도록 하는 구성도 가능하다.

마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(700)는 반응조(420)로부터 배출된 제1 처리수를 저장하는 제1 저장조(630)를 더 포함할 수 있다. 제1 저장조(630)에 저장된 제1 처리수는 A/C 필터(500)로 공급하기 위하여 소정 시간 대기하였다가, 일정한 유량으로 A/C 필터(500)로 공급된다. 제1 저장조(630)와 A/C 필터(500) 사이에는 제1 저장조(630)에 저장된 제1 처리수를 A/C 필터(500)로 공급하기 위한 펌프가 더 구비될 수 있다. 한편, 도 3에는 제 1 저장조(630)가 포함된 것으로 도시되었지만, 제1 저장조(630)를 포함하지 않도록 하는 구성도 가능하다. 그러한 경우, 반응조(420)에서 보다 충분한 시간동안 반응이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 일 예로, A/C 필터(500)는 제1 및 제2 A/C 필터(510, 520)를 포함한다. 따라서, 제1 저장조(630)에 저장된 제1 처리수 중 일부는 제1 A/C 필터(510)로 공급되고, 나머지 일부는 제2 A/C 필터(520)로 공급된다. 제1 및 제2 A/C 필터(510, 520)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.

마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(700)는 A/C 필터(500)를 통해 2차적으로 처리된 제2 처리수를 저장하는 제2 저장조(640)를 더 포함할 수 있다. 제2 처리수는 제2 저장조(640)에 대기하였다가, 일정한 유량으로 방류된다.

이처럼, 폐수를 A/C 필터(500)로 공급하기 이전에, 버블 오존수를 이용하여 폐수에 포함된 고형물 및 난분해성 유해 유기 물질을 산화시키면, 2번의 산화 처리를 통해 유기 물질의 부하가 감소한다. 따라서, 오존 버블 함유 오존수를 이용한 폐수 처리 장치(700)를 통해 처리된 처리수의 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand: COD)이 감소하고, 그 결과 안정적으로 수질을 확보할 수 있다.

또한, 오존과 같은 산화제는 활성탄의 흡착율을 2 내지 10배 정도로 증가시킬 수 있다. 따라서, 이러한 버블 오존수를 이용한 처리를 거치면, A/C 필터(500)의 처리 효율이 향상될 수 있고, A/C 필터(500)는 낮은 온도에서도 처리가 가능해질 수 있다.

또한, 버블 오존수를 이용하여 1차적으로 산화 처리된 폐수가 A/C 필터(500)로 공급되면, 수산기(OH radical)가 산화되어 수산기로 인해 A/C 필터(500)의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, A/C 필터(500)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 3에 도시된 일 실시예의 실험 결과를 나타낸 것이다.

구분		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		COD
	반응시간 (min)	오존주입량 (ℓ/min)	활성탄 (ℓ)	처리전 (㎎/L)	처리후 (㎎/L)	제거율 (%)
1	20	1	22	45.5	9.75	78.6
2	20	1	22	43.5	7.95	81.7
3	20	1	22	50	13.2	73.6
4	20	1	22	46.6	8.4	81

<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, 버블 오존수로 폐수를 1차적으로 산화시킨 후 A/C 필터(500)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, 반응조(420)는 20분 정도의 반응시간을 갖도록 하였다.

아래의 <표 2>는 축산 폐수를 대상으로 한 본 발명의 또 다른 실험 결과를 나타낸 것이다.

구분	운전조건
COD(Mn)	반응시간 (min)	오존주입량 (ℓ/min)	원수 유량 (ℓ/min)	처리전 (㎎/L)	처리후 (㎎/L)	제거율 (%)
1	30	1	120	188	10	95
2	20	1	22	184	11	94
3	15	1	22	185	13.1	93
4	10	1	22	185	12.3	93

<표 3>을 참조하면, 본원 발명에 따른 COD 개선 효과가 90% 이상임을 알 수 있다.

이처럼, 본 발명에 따르면, 오존 버블이 함유된 오존수를 이용하면, 폐수의 처리 효율이 향상되어 안정적으로 수질을 확보할 수 있으며, A/C 필터(500)의 교체 주기를 연장시켜 시설 및 유지 관리비를 절감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치의 개략적인 설계도이다.

도 4를 참조하면, 본 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(750)는 외부로부터 유입된 폐수의 일부는 반응 유닛(400)을 거쳐 A/C 필터(500)로 공급되지만, 나머지 일부는 반응 유닛(400)을 거치지 않고 바로 A/C 필터(500)로 공급된다는 점에서 도 3에 도시된 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치와 차이가 있다.

본 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(750)에서, 유량 조정조(620)는 집수조(610)로부터 집수된 폐수를 공급받아서 공급된 폐수 중 일부(예를 들어, 50%)를 반응 유닛(400)으로 제공하고, 나머지 일부(예를 들어, 50%)는 제1 저장조(630)로 제공한다. 따라서, 50%의 폐수만이 반응 유닛(400)에서 버블 오존수와 반응하여 1차적으로 산화 처리되고, 처리된 제1 처리수는 제1 저장조(630)로 배출된다. 제1 저장소(630)에서 제1 처리수와 기 저장되어 있던 나머지 50%의 폐수가 혼합되어 A/C 필터(500)로 공급되기 위하여 소정시간 대기한다.

A/C 필터(501)는 제1 내지 제4 A/C 필터(510, 520, 530, 540), 즉 4개의 A/C를 필터를 포함한다는 측면에서 도 3에 도시된 A/C 필터(500)와 차이를 갖는다.

제1 내지 제4 A/C 필터(510 ~ 540)는 제1 처리수를 공급받아 필터링하여 제2 처리수를 배출한다. 제1 내지 제4 A/C 필터(510 ~ 540)를 통해 필터링된 제2 처리수는 제2 저장조(640)에 함께 저장되어 방류되기 위해 대기한다.

이처럼, 폐수의 양이 많은 경우에는 집수된 폐수 전체를 버블 오존수와 반응시키지 않고 일부만을 반응시켜, 처리 시간 및 비용을 절감할 수도 있다. 또한, 유량 조정조(620)와 제1 저장조(630) 사이에 폐수가 바로 공급되는 배관이 존재하므로, 반응 유닛(400)의 고장시에는 오존 버블 함유 오존수를 이용한 폐수 처리 장치(701)를 정지시킬 필요없이, 폐수를 A/C 필터(500)만을 이용하여 처리할 수도 있다. 또한, A/C 필터(500)의 개수를 증가시킴으로써, 전체 폐수 처리 속도를 향상시킬 수도 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치의 개략적인 설계도이다.

도 5를 참조하면, 본 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(780)는 반응 유닛(400)에 두 개의 반응조(420, 440)와 두 개의 순환 펌프(410, 430)를 구비한다는 점에서 도 3에 도시된 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(700)와 차이가 있다.

본 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(780)에서, 유량 조정조(620)는 제1 배관을 통해 제1 반응조(420)와 연결되고, 제2 배관을 통해 제2 반응조(440)와 연결된다. 따라서, 유량 조정조(620)에 공급된 폐수는 제1 반응조(420)에 의해서 폐수가 처리되는 동안 대기하지 않고, 제2 배관을 통해 제2 반응조(440)로 공급될 수 있다. 따라서, 본 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(780)는 도 3에 도시된 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(700)보다 2배의 처리 속도를 가질 수 있다.

또한, 본 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치(780)에서, 버블 오존수 생성유닛(300)은 두 개의 오존수 생성부(200, 203)를 포함한다. 두 개의 오존수 생성부(200, 203)는 반응 유닛(400)에 구비된 제1 및 제2 순환 펌프(410, 430)에 각각 연결되어 버블 오존수를 공급한다.

제1 저장조(630)는 제1 및 제2 반응조를 통해 처리된 제1 처리수를 저장하였다가 A/C 필터(501)로 공급한다. A/C 필터(501)는 제1 내지 제4 A/C 필터(510, 520, 530, 540), 즉 4개의 A/C를 필터를 포함한다는 측면에서 도 3에 도시된 A/C 필터(500)와 차이를 갖는다. 제1 내지 제4 A/C 필터(510 ~ 540)를 통해 필터링된 제2 처리수는 제2 저장조(640)에 함께 저장되어 방류되기 위해 대기한다.

이처럼, A/C 필터(500)로 처리하기 이전에 버블 오존수를 이용하여 산화 처리를 수행함으로써, 폐수의 처리 효율이 향상되어 안정적으로 수질을 확보할 수 있으며, A/C 필터(500)의 교체 주기를 연장시켜 시설 및 유지 관리비를 절감할 수 있다.

도 6은 도 3에 도시된 오존가스 생성부(100)의 블럭도이다.

도 6을 참조하면, 오존가스 생성부(100)는 고전압 발생기(110), 냉각기(120), 플라즈마 반응기(Plasma Reactor)(130), 산소 발생기(140) 및 공기압축기(150)를 구비한다.

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

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.

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

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 도 3에 도시된 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.

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

도 7은 도 6에 도시된 플라즈마 반응기의 분해 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 플라즈마 반응기의 중앙부를 xy-평면으로 절단하여 도시한 단면도이다.

도 7 및 도 8을 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)는 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)를 형성할 수 있다.

한편, 방전극-1,2(135-1,2)는 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 6에만 도시하였고, 도 4와 도 5에는 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)로 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 회기한다.

도 9는 도 3에 도시된 오존수 생성부(200)의 블럭도이다.

도 9를 참조하면, 오존수 생성부(200)는 밸브-1(210), 유량계(FlowMeter)(220), 밸브-2(230), 급수 펌프(240), 벤투리 인젝터(Venturi Injector)(250), 버블 오존수 생성기(260) 및 서지 탱크(270)를 구비한다.

밸브-1(210)은 후술할 급수 펌프(240)로 유입되는 물의 유량을 조절하기 위한 수단이다. 그리고, 유량계(220)는 급수 펌프(240)로 유입되는 물의 유량을 측정하기 위한 수단이다. 따라서, 유량계(220)에 의한 측정된 물의 유량을 참고로 밸브-1(210)를 조작하여, 급수 펌프(240)로 유입되는 물의 유량을 적정하게 유지시킬 수 있다.

급수 펌프(240)는 밸브-1(210)를 통해 유입되는 물을 일정한 압력으로 벤투리 인젝터(250)에 공급한다.

벤투리 인젝터(250)는 양 단의 단면적이 중앙의 단면적 보다 넓은 형상의 관이다. 벤투리 인젝터(250)는, 1) 일 단에는 물이 유입되고, 2) 중앙에는 전술한 고농도-오존가스 생성장치(100)에서 배출되는 고농도-오존가스가 유입된다.

벤투리 인젝터(250)의 중앙으로 유입된 고농도-오존가스는 일 단을 통해 유입된 물에 용해되어, 벤투리 인젝터(250) 내에서는 오존수가 생성된다. 따라서, 벤투리 인젝터(250)는 오존수 생성기의 일종으로 볼 수 있다.

한편, 벤투리 인젝터(250)의 중앙으로 유입되었지만 물에 용해되지 않은 고농도-오존가스는 벤투리 인젝터(250) 내에서 생성된 오존수와 함께 벤투리 인젝터(250)의 타 단으로 배출된다.

버블 오존수 생성기(260)는 벤투리 인젝터(250)에서 유출되는 오존수의 오존가스 용해도를 증가시킨다. 그리고, 오존수의 오존가스 용해도를 증가시키는 중에, 버블 오존수 생성기(260)는 고농도-오존가스 생성장치(100)에서 배출되는 고농도-오존가스로 오존나노버블을 생성하여, 오존수에 부가한다.

이와 같은 기능을 수행하는 버블 오존수 생성기(260)는, 오존나노버블 발생기(261)와 스태틱 믹서(Static Mixer)(264)를 구비한다.

오존나노버블 발생기(261)는 오존나노버블을 발생시켜 스태틱 믹서(264)로 공급한다. 이와 같은 기능을 수행하는 오존나노버블 발생기(261)는 오존가스 수용기(262)와 세라믹 다공질체(263)을 구비한다.

오존가스 수용기(262)는 고농도-오존가스 생성장치(100)에서 배출되는 고농도-오존가스를 수용하고, 수용되어 있는 고농도-오존가스를 세라믹 다공질체(Porous body)(263)로 유출시킨다.

세라믹 다공질체(263)는 오존가스 수용기(262)에서 유출되는 고농도-오존가스를 지름이 매우 작은 관들을 통해 스태틱 믹서(264)로 전달한다. 그러면, 스태틱 믹서(264) 내에서 유동하는 오존수에 의해, 세라믹 다공질체(263)로부터 유출되는 고농도-오존가스는 오존나노버블로 오존수에 유입되어 분산된다.

스태틱 믹서(264)는 오존수 통로(265), 가이드 베인(Guide Vane)(266) 및 베인 지지대(267)를 구비한다. 스태틱 믹서(264)에 형성되어 있는 오존수 통로(265)에는 1) 벤투리 인젝터(250)에서 배출되는 오존수와 오존수에 용해되지 않은 고농도-오존가스가 유입되고, 2) 오존나노버블 발생기(261)에서 발생되는 오존나노버블이 유입된다.

한편, 베인 지지대(267)는 양 단이 막혀 있으며, 스태틱 믹서(264)의 중앙에 고정 설치된다. 따라서, 벤투리 인젝터(250)에서 배출되는 오존수와 용해되지 않은 고농도-오존가스는 베인 지지대(267)의 내부를 관통할 수 없고, 오직 오존수 통로(265)를 통과하는 것만이 가능하다. 그 결과, 스태틱 믹서(264)에서 오존수의 유속은 증가하게 된다.

베인 지지대(267)의 외곽에는 가이드 베인(266)이 형성되어 있다. 가이드 베인(266)은 유입된 오존수와 용해되지 않은 고농도-오존가스의 유동을 분할하고 혼합하기를 반복하여 오존수와 고농도-오존가스의 유동 방향을 연속적으로 변화시킨다.

가이드 베인(266)에 의해, 오존수에 용해되지 않은 고농도-오존가스는 작게 분쇄되면서 오존수와 매우 빈번하게 충돌하게 된다. 이와 같은 빈번한 충돌로 인해, 가이드 베인(266) 내에서 고농도-오존가스는 오존수에 용해되어, 오존수의 오존가스 용해도는 증가하게 된다.

도 10은 버블 오존수 생성기(260)를 입체적으로 도시하였다.

도 10을 참조하면, 버블 오존수 생성기(260)의 내부에 위치하고 있는 스태틱 믹서(264)가 관찰 가능하도록, 오존나노버블 발생기(261)의 일부를 제거하여 내부에 위치하고 있는 스태틱 믹서(264)를 노출시켰다.

도 10에 도시된 바에 따르면, 버블 오존수 생성기(260)는 가이드 베인(266)이 외곽에 부착된 베인 지지대(267)를 소정 간격을 두고 오존나노버블 발생기(261)가 둘러싸는 형태로 구현되어 있음을 알 수 있다. 그리고, 베인 지지대(267)와 오존나노버블 발생기(261) 사이의 공간이 오존수 통로(265)로 기능함을, 보다 명백하게 이해할 수 있다.

또한, 오존수 통로는 오존나노버블 발생기(261)의 유입면에서 불연속적으로(갑작스럽게) 작아짐을 도 10을 통해 보다 명확히 확인가능하다. 오존수 통로의 단면적은, 적어도, 오존나노버블 발생기(261)의 유입면에서 베인 지지대(267)의 단면적 만큼은 작아지며, 이에 의해 스태틱 믹서(264) 내에서 오존수의 유속은 증가하게 된다. 또한, 가이드 베인(266)의 영향에 의해, 오존수 통로의 실제적인 단면적은 줄어들 수 있을 것이다.

버블 오존수 생성기(260)에서는 버블 오존수가 배출된다. 하지만, 버블 오존수 생성기(260)에서 버블 오존수만 배출되는 것은 아니며, 스태틱 믹서(264)에 의해서도 버블 오존수에 용해되지 않은 오존가스도 함께 배출된다.

서지 탱크(270)는 버블 오존수 생성기(260)의 배출물을 저장하는 저장기의 일종이다. 서지 탱크(270)는 버블 오존수 생성기(260)에서 배출되는 배출물이 선회할 수 있도록 하기 위해, 외곽은 원형이며 중앙에는 유출관(275)이 마련된다.

이에 따라, 버블 오존수 생성기(260)의 배출물 중 오존가스는 서지 탱크(270)에서 선회하다가 버블 오존수에 추가로 용해될 수 있다. 용해되지 않은 오존가스는 선회 중에 작용하는 부력으로 인해 서지 탱크(270)의 상부로 이동하게 된다.

서지 탱크(270)의 상부에 모인 오존가스는 급수 펌프(240)로 전달될 수 있다. 이때, 서지 탱크(270)에서 급수 펌프(240)로 전달되는 오존가스의 유량은 밸브-2(230)에 의해 조절가능하다.

급수 펌프(240)는 밸브-1(210)를 통해 유입되는 물을 일정한 압력으로 벤투리 인젝터(250)에 공급한다고 전술한 바 있다. 하지만, 서지 탱크(270)로부터 오존가스가 유입되는 경우, 급수 펌프(240)는 유입된 오존가스를 유입된 물에 용해시켜 배출한다. 이를 위해, 급수 펌프(240)는 내부에서 오존가스와 물을 충돌시킨다. 이 경우, 급수 펌프(240)에서 벤투리 인젝터(250)로 공급되는 물은 오존가스가 이미 용해된 오존수가 되기 때문에, 벤투리 인젝터(250)에서 생성되는 오존수의 오존가스 용해도는 더욱 높아지게 된다.

한편, 서지 탱크(270)에 저장되어 있는 버블 오존수는 배출관(275)을 통해 서지 탱크(270) 밖으로 배출할 수 있다.

도 11에는 도 3에 도시된 오존수 생성부(200)의 다른 예를 도시하였다. 도 11에 도시된 오존수 생성부(200)는 밸브-1(210), 유량계(220), 급수 펌프(240), 벤투리 인젝터(250), 버블 오존수 생성기(260) 및 서지 탱크(280)를 구비한다.

밸브-1(210), 유량계(220), 벤투리 인젝터(250) 및 버블 오존수 생성기(260)는 도 9에 도시된 밸브-1(210), 유량계(220), 벤투리 인젝터(250) 및 버블 오존수 생성기(260)와 기능이 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 11에 도시된 서지 탱크(280)는 버블 오존수 생성기(260)에서 생성되어 배출되는 오존나노버블 함유 오존수를 저장하는 저장기의 일종이다. 도 11에 도시된 서지 탱크(280)는 유입되는 버블 오존수를 선회시키지 않으며, 상부에 모인 오존가스는 급수 펌프(240)로 전달되지 않는다는 점에서, 도 9에 도시된 서지 탱크(270)와 차이가 있다. 이에 따라, 도 11에 도시된 급수 펌프(240)에서 벤투리 인젝터(250)로 공급되는 것은 물 뿐이다.

도 12에는 도 3에 도시된 오존수 생성부(200)의 또 다른 예를 도시하였다. 도 12에 도시된 오존수 생성부(200)는 밸브-1(210), 유량계(220), 밸브-2(230), 급수 펌프(240), 벤투리 인젝터(250), 스태틱 믹서(290), 오존나노버블 발생기(300) 및 서지 탱크(270)를 구비한다.

도 12에 도시된 밸브-1(210), 유량계(220), 밸브-2(230), 급수 펌프(240), 벤투리 인젝터(250) 및 서지 탱크(270)는, 도 9에 도시된 밸브-1(210), 유량계(220), 밸브-2(230), 급수 펌프(240), 벤투리 인젝터(250) 및 서지 탱크(270)와 기능이 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 12에 도시된 오존수 생성부(200)는, 도 9에 도시된 버블 오존수 생성기(260) 대신 스태틱 믹서(290)와 오존나노버블 발생기(300)를 서로 분리하는 구성을 채택하였다는 점에서, 도 9에 도시된 오존수 생성부(200)와 차이가 있다.

스태틱 믹서(264)는 오존수 통로(261), 가이드 베인(262) 및 베인 지지대(263)를 구비한다. 스태틱 믹서(264)에 형성되어 있는 오존수 통로(261)에는 벤투리 인젝터(250)에서 배출되는 오존수와 오존수에 용해되지 않은 고농도-오존가스가 유입된다.

한편, 베인 지지대(263)는 양 단이 막혀 있으며, 스태틱 믹서(260)의 중앙에 고정 설치된다. 따라서, 벤투리 인젝터(250)에서 배출되는 오존수와 용해되지 않은 고농도-오존가스는 베인 지지대(263)의 내부를 관통할 수 없고, 오직 오존수 통로(261)를 통과하는 것만이 가능하다. 그 결과, 스태틱 믹서(260)에서 오존수의 유속은 증가하게 된다.

베인 지지대(293)의 외곽에는 가이드 베인(262)이 형성되어 있다. 가이드 베인(262)은 유입된 오존수와 용해되지 않은 고농도-오존가스의 유동을 분할하고 혼합하기 반복하면서 유동 방향을 연속적으로 변화시킨다.

가이드 베인(262)에 의해, 오존수에 용해되지 않은 고농도-오존가스는 작게 분쇄되면서 오존수와 매우 빈번하게 충돌하게 된다. 이와 같은 빈번한 충돌로 인해, 가이드 베인(262) 내에서 고농도-오존가스는 오존수에 용해되어, 오존수의 오존가스 용해도는 증가하게 된다.

오존나노버블 발생기(300)는 오존나노버블을 발생시켜 스태틱 믹서(290)에서 배출되는 오존수에 오존나노버블을 공급한다. 이와 같은 기능을 수행하는 오존나노버블 발생기(300)는 오존가스 수용기(301), 세라믹 다공질체(302) 및 오존수 통로(303)를 구비한다.

오존가스 수용기(301)는 고농도-오존가스 생성장치(100)에서 배출되는 고농도-오존가스를 수용하고, 수용되어 있는 고농도-오존가스를 세라믹 다공질체(302)로 유출시킨다.

세라믹 다공질체(302)는 오존가스 수용기(301)에서 유출되는 고농도-오존가스를 지름이 매우 작은 관들을 통해 오존수 통로(303)로 전달한다. 그러면, 오존수 통로(303) 내에서 유동하는 오존수에 의해, 세라믹 다공질체(263)로부터 유출되는 고농도-오존가스는 오존나노버블로 오존수에 유입되어 분산된다.

이에 따라, 오존나노버블 발생기(300)에서는 오존나노버블 함유 오존수가 배출되어 서지 탱크(270)로 유입된다.

지금까지, 고농도-오존가스 생성장치(100)와 오존나노버블 함유 오존수 생성장치(200)를 구비하는 고농도 오존나노버블 함유 오존수 생성시스템에 대해, 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.

본 실시예에서 고농도-오존가스 생성장치(100)는 플라즈마를 이용하여 산소를 오존가스로 변환하는 것을 상정하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. 플라즈마를 이용하여 가스를 다른 가스로 변환하는 다른 경우도, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

그리고, 본 실시예에 따른 고농도-오존가스 생성장치(100)는 냉각수를 이용하여 방전극(135-1,2)을 냉각시키는 것으로 상정하였으나, 냉각수 이외의 다른 냉매를 이용하여 방전극(135-1,2)을 냉각시키도록 구현하는 것도 가능하다. 이때, 냉매는 액체 냉매는 물론 기체 냉매를 이용할 수도 있음은 물론이다.

뿐만 아니라, 본 실시예에서 제시한 냉각 메커니즘에 의해 방전극(135-1,2)이 아닌 접지극(139)을 냉각시키도록 구현하는 것도 가능하며, 방전극(135-1,2)과 접지극(139) 모두를 냉각시키도록 구현하는 것도 가능하다.

그리고, 본 실시예에서 방전극(135-1,2)은 2개이고, 접지극(139)은 1개인 것으로 상정하였으나, 이 역시 설명의 편의를 위한 예시에 불과한 것이다. 방전극의 개수와 접지극의 개수를 본 실시예와 달리 구현하는 것도 가능하다.

그리고, 가이드 베인(260)은 도시된 형상과 다른 형상으로 구현하는 것도 가능하며, 베인 지지대(267) 역시 생략가능하다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 방법의 설명에 제공되는 도면이다.

도 13을 참조하면, 교반유닛(1)은 하천으로부터 채취된 준설토를 제공받아서 고르게 섞으며(S10), 세수&진동 유닛(3)은 교반된 준설토에 대하여 세수 및 진동 작용을 수행하여 토양과 세수한 물(폐수)를 분리시킨다(S13, S15). 분리된 토양(세정토)는 경우에 따라서 2차적 정화처리(예를 들면 물리적, 화학적, 또는 생물학적 처리)를 수행할 수 있다(S19).

한편, 반응유닛(400)은, 오존버블이 함유된 오존수를 버블 오존수 생성유닛(300)으로부터 제공받아서 폐수와 혼합하여 배출하며(S21), A/C 필터(500)는 배출되는 폐수에 대하여 필터링 동작을 수행한다(S23).

본 발명은, 또한, 오존나노버블이 아닌 오존마이크로버블인 경우에도 본 발명의 기술적 사상은 적용된다.

또한, 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.

1 : 교반유닛 3 : 세수 및 진동유닛
7 : 저장조
100 : 오존가스 생성부 110 : 고전압 발생기
120 : 냉각기 130 : 플라즈마 반응기
140 : 산소 발생기 150 : 공기압축기
200 : 오존수 생성부 210, 230 : 밸브
220 : 유량계 240 : 급수 펌프
250 : 벤투리 인젝터 260 : 버블 오존수 생성기
300 : 버블 오존수 발생유닛 400 : 반응 유닛
410 : 순환 펌프 420 : 반응조
500 : A/C 필터 610 : 집수조
620 : 유량 조정조 630 : 제1 저장조
640 : 제2 저장조 700 : 페수 처리 장치

Claims (10)

1. 하천 준설토를 세수 및 진동시켜서 나오는 폐수와 토양을 분리하는 세수 및 진동유닛;
   오존버블이 함유된 버블 오존수를 생성하는 오존수 생성유닛;
   상기 세수 및 진동유닛으로부터 분리된 폐수를 상기 버블 오존수와 혼합하여 상기 폐수에 존재하는 유해 유기 물질을 산화시켜 제1 처리수를 출력하는 반응 유닛;
   상기 반응 유닛으로부터 상기 제1 처리수를 공급받아 그 속에 존재하는 상기 유해 유기 물질을 산화 및 흡착하여 제2 처리수를 출력하는 하나 이상의 활성탄 필터(Activated Carbon Filter);
   외부로부터 유입된 상기 폐수를 집수하는 집수조;
   집수된 폐수를 상기 반응 유닛으로 일정한 유량으로 제공하는 유량 조정조;
   상기 반응 유닛에 의해서 1차 처리된 상기 제1 처리수가 상기 활성탄 필터로 공급되기 위해 대기하는 제1 저장조; 및
   상기 활성탄 필터에 의해서 2차 처리된 상기 제2 처리수가 방류되기 위해 대기하는 제2 저장조;를 포함하며,
   상기 반응 유닛은, 상기 폐수와 상기 버블 오존수를 혼합하여 혼합수를 출력하는 N개(N은 1이상의 자연수)의 순환 펌프, 및 상기 N개의 순환 펌프로부터 상기 혼합수를 각각 공급받아 상기 폐수에 존재하는 상기 유해 유기 물질을 오존을 이용하여 산화 분해하여 상기 제1 처리수를 출력하는 N개의 반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조정조는 저장된 상기 폐수를 모두 상기 반응 유닛으로 제공하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조정조는 저장된 상기 폐수 중 일부는 상기 반응 유닛으로 제공하고, 나머지 일부는 상기 제1 저장조로 바로 제공하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조정조는 상기 N개의 반응조에 각각 별도의 배관을 통해 연결되고, 상기 제1 저장조는 상기 N개의 반응조로부터 처리된 상기 제1 처리수를 저장하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 폐수는 상기 반응조를 거쳐 상기 순환 펌프로 공급되고, 상기 순환 펌프는 상기 혼합수를 다시 상기 반응조로 제공하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.
8. 제1항에 있어서,
   플라즈마를 이용하여 오존가스를 발생시키는 오존가스 생성부; 및
   상기 오존가스 생성부에서 발생된 상기 오존가스를 물에 용해시켜 오존수를 생성하고, 상기 오존가스로 생성한 상기 오존버블을 상기 오존수에 부가하여 상기 버블 오존수를 생성하는 오존수 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 오존수 생성부는,
   상기 오존가스 생성부에서 발생된 상기 오존가스를 물에 용해시켜 오존수를 생성하는 오존수 생성기; 및
   상기 오존가스 생성부에서 발생된 오존가스로 상기 오존버블을 생성하고, 생성한 상기 오존버블을 상기 오존수에 부가하여 상기 오존버블이 함유된 상기 버블 오존수를 생성하는 버블 오존수 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 버블 오존수 생성기는,
    상기 오존수와 함께 유입되는 오존가스를 상기 오존수와 서로 충돌시켜 상기 오존수의 오존가스 용해도를 증가시키는 믹서; 및
    상기 믹서의 외곽에 형성되며, 상기 오존가스 생성부에서 발생된 상기 오존가스로 상기 오존버블을 발생시켜 상기 버블 오전수를 생성하는 오존버블 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 하천 준설토 정화 장치.

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