KR101206901B1

KR101206901B1 - 플라즈마 방전 반응식 수처리 장치

Info

Publication number: KR101206901B1
Application number: KR20120069523A
Authority: KR
Inventors: 김상민; 강균석
Original assignee: 주식회사 동신이엔텍
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-11-30

Abstract

본 발명은, 원수가 유입되며 처리수가 배출되는 원수유입조 ; 상기 원수유입조의 내부 중앙에 마련되되 상기 원수유입조의 바닥측에 인접하게 위치되어 수직방향으로 마련되며 상하 방향이 개구된 파이프 형태의 유동 유도용 관체 ; 상기 유동 유도용 관체가 상기 원수유입조의 바닥으로부터 상부로 이격되도록 상기 유동 유도용 관체와 상기 원수유입조 사이에 마련되는 유동 유도용 관체 지지대 ; 상기 유동 유도용 관체의 주면을 수평방향으로 관통하며 마련되는 수평상 공기도입부와, 상기 유동 유도용 관체의 내부에 위치한 상기 수평상 공기도입부의 일단으로부터 상부로 연장되면서 상단이 상기 유동 유도용 관체의 내부 중앙에 위치하여 상방향으로 개구된 수직상 공기도입부를 포함하여 이루어지는 공기 도입관 ; 상기 유동 유도용 관체의 내부에 마련되되 상기 공기 도입관의 상부에 마련되어 유체의 나선상 유동을 유도하는 나선유동 안내부재 ; 송풍기 ; 상기 송풍기와 상기 공기 도입관의 수평상 공기도입부의 타단을 연결하는 공기 공급 배관 ; 수직방향으로 세워지는 관 형태로서 내부를 따라 처리 대상인 물이 유동하는 접지관과, 상기 접지관의 상단부를 밀폐하면서 상기 접지관에 결합되는 상부 밀폐커버와, 상기 상부 밀폐커버에 장착되어 상기 접지관의 내부 중앙을 따라 마련되되 상기 접지관과 이격 위치되어 상기 접지관과 플라즈마 방전 반응을 일으키는 봉 형태의 방전극과, 상기 접지관과 상기 방전극에 전원을 인가하는 전원인가부와, 상단이 상기 접지관의 하단에 연통되게 결합되는 공기 혼합관과, 상기 공기 혼합관의 하단부를 밀폐하는 하부 밀폐커버와, 상기 공기 혼합관의 내부에 마련되어 상기 공기 혼합관의 중앙을 따라 배치되며 주면에 다수의 혼합용 구멍이 형성되며 하단부가 상기 하부 밀폐커버의 상면에 고정되는 다공관과, 상기 공기 혼합관의 하단부 주면에 마련되어 상기 공기 혼합관으로 유입되는 물이 나선 유동하도록 안내하는 나선 유동 형성용 노즐을 포함하여 이루어지며, 상기 공기 혼합관은 상기 다공관에 의하여 상기 다공관의 외주면과 상기 공기 혼합관의 내주면 사이의 제1유동 영역과 상기 다공관의 내부로서 정의되는 제2유동영역으로 구분되며, 상기 접지관의 상부는 상기 원수유입조의 상단부와 연통되는 플라즈마 처리조 ; 상기 원수유입조의 물을 상기 플라즈마 처리조의 하부로 가압 이송하는 순환펌프 ; 상기 순환펌프로부터 상기 플라즈마 처리조로 물이 유동하도록 일단이 상기 순환펌프에 연결되며 타단이 상기 나선 유동 형성용 노즐에 연결되는 순환수 유동 배관 ; 상기 순환수 유동 배관에 마련되는 공기 주입 라인 ; 상기 공기 주입 라인에 마련되는 공기 주입 수단 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 방전 반응식 수처리 장치{WATER TREATMENT APPARATUS BASED ON PLASMA DISCHARGING}

본 발명은 수중 플라즈마 방전을 이용하여 수중의 난분해성 유기물 내지 무기물을 분해하고 각종 세균을 사멸 처리하는 수처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 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 수처리 기술, 3) 자외선을 이용한 수처리 기술, 4) 플라즈마를 이용한 수처리 기술이 있는데 본 발명은 플라즈마를 이용한 수처리 기술에 속한다.

한편, 기존의 수(水)처리 기술로는 응집처리, 오존을 이용한 오존산화처리, 용해성 유기물과 화합물을 흡착하는 활성탄 흡착, 미생물들에 의한 생물학처리, 펜톤산화공정 등이 많이 이용되고 있다. 이 중 가장 일반적으로 사용되는 것은 오존이며, 산업폐수, 매립지 침출수 등의 사업장내 환경개선과 질병예방에 오존을 응용하려는 노력을 하고 있다. 이는 오존이 강력한 산화력을 가지고 있어 이론적으로 유기물을 CO2 및 H2O로 완전 분해할 수 있는 잠재력이 있고 부산물을 생성하지 않는 장점이 부각되고 있기 때문이지만, 차츰 오존의 화학적 특성과 분해메커니즘이 밝혀지면서 오존과 일부 유기물과의 반응이 선택적으로 나타나거나 반응속도가 느리다는 단점이 알려지고 있다.

최근 이러한 오존처리의 단점과 재래식 산화처리 공정의 한계를 극복하기 위한 방안으로 수중에서 일반 산화제보다 훨씬 강력한 산화력을 지닌 OH라디칼의 생성을 촉진시켜 오염된 물을 정수할 수 있는 처리법인 고급산화처리법(AOP: Advanced Oxidation Process)이 수처리에 매우 효과적인 것으로 평가받고 있다.

고급산화공정이란 오존, 과산화수소, 자외선 등 직접 주입한 산화제로부터 직접적으로 유기물을 분해하는 기존 처리법의 한계를 넘어 몇 가지 단위공정을 조합하여 상호 복합적인 반응에 의해 인위적으로 산화력이 강한 OH라디칼을 수중에서 생성시켜 수처리 효과를 기대하는 진보된 산화처리방법이다. OH Radical은 오존이 분해되는 과정에서 중간물질로 생성된 것으로서 오존 그 자체보다 높은 산화 환원 전위차(2.80[V])를 가지며, 불포화 탄화수소, 방향족 화합물을 쉽게 공략하고 할로겐족 화합물의 경우는 할로겐 원소를 치환하는 경로를 통하여 분해에 관여하기도 한다. 결국 AOP의 최종목표는 이러한 OH Radical의 생성 농도를 극대화하는 것이다.

또한, 복합공정으로 수처리에 응용될 수 있는 AOP의 종류로는 O3/high pH, O3/H2O2(Peroxone), O3/UV, H2O2/UV 등이 있으며, 이러한 고급산화법의 분야 중 하나로 수중 고전압 플라즈마 방전이 활발히 연구되고 있다.

또한, 첨단 수처리 기술 중 플라즈마를 이용한 수처리 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 수처리 기술로 부각되고 있으며, 저온 플라즈마를 형성하는 방전에는 펄스 스트리머방전, 무성방전, 부분방전, 연면방전 및 코로나방전 등이 있다. 수질 오염물질처리를 위한 전기방전에 관한 연구들은 1980년대 후반부터 미국, 일본, 네덜란드, 체코, 러시아, 캐나다 등에서 활발하게 진행되어 왔다. 수중 또는 수표면에서 고전압 펄스방전을 발생시키면 다양한 물리ㆍ화학적 과정들이 시작되어 UV, shock waves, 그리고 H, O, OH, 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.

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.

이와 관련된 종래의 기술로서 국내 공개특허 제10-2006-0124864호 "수중 플라즈마 방전장치 및 그것을 이용한 수중 방전방법"(2006.12.6. 공개), 국내 등록특허 제10-0924649호 "고밀도 수중 플라즈마 토치의 발생장치 및 방법"(2009.10.26. 등록) 등이 제안된 바 있으며, 상기의 종래 기술들은 본 명세서에 일체화된 것으로 본다.

국내 공개특허 제10-2006-0124864호 "수중 플라즈마 방전장치 및 그것을 이용한 수중 방전방법"(2006.12.6. 공개), 국내 등록특허 제10-0924649호 "고밀도 수중 플라즈마 토치의 발생장치 및 방법"(2009.10.26. 등록)

본 발명은 상기와 같은 수중 플라즈마 방전을 이용하는 물을 정화하는 새로운 구조의 수처리 장치를 제안하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 원수가 유입되며 처리수가 배출되는 원수유입조 ; 상기 원수유입조의 내부 중앙에 마련되되 상기 원수유입조의 바닥측에 인접하게 위치되어 수직방향으로 마련되며 상하 방향이 개구된 파이프 형태의 유동 유도용 관체 ; 상기 유동 유도용 관체가 상기 원수유입조의 바닥으로부터 상부로 이격되도록 상기 유동 유도용 관체와 상기 원수유입조 사이에 마련되는 유동 유도용 관체 지지대 ; 상기 유동 유도용 관체의 주면을 수평방향으로 관통하며 마련되는 수평상 공기도입부와, 상기 유동 유도용 관체의 내부에 위치한 상기 수평상 공기도입부의 일단으로부터 상부로 연장되면서 상단이 상기 유동 유도용 관체의 내부 중앙에 위치하여 상방향으로 개구된 수직상 공기도입부를 포함하여 이루어지는 공기 도입관 ; 상기 유동 유도용 관체의 내부에 마련되되 상기 공기 도입관의 상부에 마련되어 유체의 나선상 유동을 유도하는 나선유동 안내부재 ; 송풍기 ; 상기 송풍기와 상기 공기 도입관의 수평상 공기도입부의 타단을 연결하는 공기 공급 배관 ; 수직방향으로 세워지는 관 형태로서 내부를 따라 처리 대상인 물이 유동하는 접지관과, 상기 접지관의 상단부를 밀폐하면서 상기 접지관에 결합되는 상부 밀폐커버와, 상기 상부 밀폐커버에 장착되어 상기 접지관의 내부 중앙을 따라 마련되되 상기 접지관과 이격 위치되어 상기 접지관과 플라즈마 방전 반응을 일으키는 봉 형태의 방전극과, 상기 접지관과 상기 방전극에 전원을 인가하는 전원인가부와, 상단이 상기 접지관의 하단에 연통되게 결합되는 공기 혼합관과, 상기 공기 혼합관의 하단부를 밀폐하는 하부 밀폐커버와, 상기 공기 혼합관의 내부에 마련되어 상기 공기 혼합관의 중앙을 따라 배치되며 주면에 다수의 혼합용 구멍이 형성되며 하단부가 상기 하부 밀폐커버의 상면에 고정되는 다공관과, 상기 공기 혼합관의 하단부 주면에 마련되어 상기 공기 혼합관으로 유입되는 물이 나선 유동하도록 안내하는 나선 유동 형성용 노즐을 포함하여 이루어지며, 상기 공기 혼합관은 상기 다공관에 의하여 상기 다공관의 외주면과 상기 공기 혼합관의 내주면 사이의 제1유동 영역과 상기 다공관의 내부로서 정의되는 제2유동영역으로 구분되며, 상기 접지관의 상부는 상기 원수유입조의 상단부와 연통되는 플라즈마 처리조 ; 상기 원수유입조의 물을 상기 플라즈마 처리조의 하부로 가압 이송하는 순환펌프 ; 상기 순환펌프로부터 상기 플라즈마 처리조로 물이 유동하도록 일단이 상기 순환펌프에 연결되며 타단이 상기 나선 유동 형성용 노즐에 연결되는 순환수 유동 배관 ; 상기 순환수 유동 배관에 마련되는 공기 주입 라인 ; 상기 공기 주입 라인에 마련되는 공기 주입 수단 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 방전극과 상기 다공관 사이에 하부를 향하는 원뿔대 형태의 유도몸체와 상기 유도몸체의 주면에 형성된 복수의 날개들로 이루어진 나선 유동 보조 수단이 더 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 나선유동 안내부재는 하부로 뾰족한 원뿔형 몸체와, 상기 원뿔형 몸체의 주면에 형성된 유도날개로 이루어지며 ; 상기 나선유동 안내부재의 상부에 상기 원뿔형 몸체의 상단 직경과 동일한 직경을 가진 원통형 몸체와 상기 원통형 몸체의 주면으로부터 방사상 방향으로 돌출되는 복수의 돌기형 기둥으로 이루어지는 복수의 단위 적층체가 적층 조립되는 것 ; 이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은 플라즈마 방전 반응을 이용하여 효과적으로 난분해성 유기물/무기물을 분해하고 각종 세균들을 사멸시키게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 개념도,
도 2는 유동 유도용 관체 및 공기 도입관 등의 구조를 보이기 위한 도면,
도 3은 나선유동 안내부재와 단위 적층체들이 조립된 상태를 보이기 위한 부분 단면 조립도,
도 4는 나선유동 안내부재와 복수의 단위 적층체들의 조립 과정을 보여주기 위한 분해 사시도,
도 5는 나선 유동 보조 수단을 하부에서 바라본 사시도,
도 6은 다공관의 사시도,
도 7은 도 1의 A-A 기준 단면도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 개념도이며, 도 2는 유동 유도용 관체 및 공기 도입관 등의 구조를 보이기 위한 도면이며, 도 3은 나선유동 안내부재와 단위 적층체들이 조립된 상태를 보이기 위한 부분 단면 조립도이며, 도 4는 나선유동 안내부재와 복수의 단위 적층체들의 조립 과정을 보여주기 위한 분해 사시도이며, 도 5는 나선 유동 보조 수단을 하부에서 바라본 사시도이며, 도 6은 다공관의 사시도이며, 도 7은 도 1의 A-A 기준 단면도이다.

본 실시예는 크게 원수유입조(100)와, 복수의 플라즈마 처리조(200)로 이루어진다.

원수유입조(100)에는 처리대상인 원수가 유입되며, 아울러 각종 유기물/무기물이 분해되었을 뿐만 아니라 세균이 사멸된 처리수가 외부로 배출된다.

이를 위하여 원수유입조(100)의 상부에 처리 대상인 원수가 유입되는 원수 유입관(101)이 마련되며, 아울러 원수유입조(100)의 하부에 처리수가 외부로 배출되는 처리수 배출관(102)이 마련된다.

원수유입조(100)의 내부 중앙에 유동 유도용 관체(310)가 마련된다.

유동 유도용 관체(310)는 원수유입조(100)의 내부 중앙에 마련된다.

유동 유도용 관체(310)는 원수유입조(100)의 바닥측에 인접하여 위치되나 원수유입조(100)의 바닥과는 이격되어 마련된다.

유동 유도용 관체(310)는 파이프 형태로서 수직방향으로 마련되며, 아울러 상하 방향이 개구된 형태이다.

상기와 같이 유동 유도용 관체(310)가 원수유입조(100)의 바닥으로부터 상부로 이격되기 위하여 유동 유도용 관체(310)와 원수유입조(100) 사이에 유동 유도용 관체 지지대(110)가 마련된다.

한편 유동 유도용 관체(310)에는 공기 도입관(320)이 마련된다.

공기 도입관(320)은 수평상 공기도입부(321)와 수직상 공기도입부(322)로 이루어진다.

수평상 공기도입부(321)는 수직으로 세워진 유동 유도용 관체(310)의 주면을 수평방향으로 관통하는 형태로 마련된다. 즉 수평상 공기도입부(321)의 일단은 유동 유도용 관체(310)의 내측에 위치되며 수평상 공기도입부(321)의 타단은 유동 유도용 관체(310)의 외측에 위치된다.

수평상 공기도입부(321)는 송풍기(120)로부터 공급되는 공기를 유동 유도용 관체(310)로 받아들이기 위하여 마련되는 것이다.

수평상 공기도입부(321)의 일단으로부터 상부로 연장되면서 수직상 공기도입부(322)가 형성된다. 수직상 공기도입부(322)는 그 상단이 유동 유도용 관체(310)의 내부 중앙에 위치하여 상방향으로 개구되어 있다. 즉 수평상 공기도입부(321)를 따라 들어온 공기는 수직상 공기도입부(322)의 상단에서 상부를 향하여 빠져나간다.

상기와 같은 공기 도입관(320)의 구조는 공기 도입관(320)이 유동 유도용 관체(310)로 유입되려는 물의 흐름에 대하여 최소한의 저항을 가지게끔 설계된 것이다.

이와 같은 공기 도입관(320)은 유동 유도용 관체(310)의 하부에 마련된다.

한편, 도 2에서 확인되는 바와 같이 유동 유도용 관체(310)의 내부 상부에는 나선유동 안내부재(330)와, 복수의 단위 적층체(340)가 마련된다.

나선유동 안내부재(330)는 복수의 단위 적층체(340)와 공기 도입관(320) 사이에 마련되어 유체의 나선상 유동을 유도하게 된다.

나선유동 안내부재(330)는 하부로 뾰족한 원뿔형 몸체(331)와, 원뿔형 몸체(331)의 주면으로부터 돌출 형성된 복수의 유도날개(332)로 이루어진다.

각각의 유도날개(332)는 수직하게 배치되는 하부 수직 날개부(332a)와 하부 수직 날개부(332a)로부터 상부로 연장되면서 경사지게 배치되는 상부 경사 날개부(332b)로 이루어진다.

단위 적층체(340)는 복수로 마련되며, 나선유동 안내부재(330)의 상부에 적층 조립된다.

각각의 단위 적층체(340)는 원통형 몸체(341)와, 원통형 몸체(341)의 주면으로부터 방사상 방향으로 돌출되는 복수의 돌기형 기둥(342)을 포함하여 이루어진다.

아울러 각각의 단위 적층체(340)는 서로 용이하게 조립되도록 상부에 조립용 돌기부가 형성되며 아울러 하부에 조립용 홈부가 형성되는 구조를 가진다.

아울러 서로 이웃하게 적층된 단위 적층체(340)의 돌기형 기둥(342)은 평면상 서로 겹쳐지지 않도록 배치된다.

한편 상기와 같은 나선유동 안내부재(330)와 단위 적층체(340)가 유동 유도용 관체(310)의 내부에 위치될 수 있도록 고정바(350)와 고정 볼트(360)가 마련된다.

고정바(350)는 유동 유도용 관체(310)의 상부에 결합되며, 바 형태로서 그 양단이 유동 유도용 관체(310)에 고정 결합된다.

고정 볼트(360)는 나선 유동 안내부재(330), 복수의 단위 적층체(340), 고정바(350)를 관통하면서 마련되며, 상부에 고정 너트(370)가 체결되면서 나선 유동 안내부재(330) 및 복수의 단위 적층체(340)가 고정된다.

상기와 같이 내부에 단위 적층체(340) 및 나선유동 안내부재(330)가 마련된 유동 유도용 관체(310)에 공기를 공급하기 위하여 송풍기(120) 및 공기 공급 배관(121)이 마련된다.

공기 공급 배관(121)은 공기 도입관(320)의 수평상 공기도입부(321)의 타단과 송풍기(120)를 연결하게 된다.

따라서 송풍기(120)에서 송풍되는 공기는 공기 공급 배관(121), 공기 도입관(320)을 거쳐 유동 유도용 관체(310)의 내부에서 상방향으로 방출된다.

이와 같이 유동 유도용 관체(310)을 따라 상방향으로 방출되는 공기는 나선유동 안내부재(330)에 의하여 나선 형태의 유동이 안내되며, 아울러 복수의 단위 적층체(340)의 원통형 몸체(341)와 유동 유도용 관체(310) 사이를 따라 유동하면서 돌기형 기둥(342)에 의하여 그 기포가 매우 미세화된다.

따라서 유동 유도용 관체(310)로부터 방출되는 공기 및 유체의 유동은 나선상의 유동을 가지게 되면서 원수유입조(100) 전체를 혼합시키며, 아울러 미세화된 기포에 의하여 원수 전체에 충분한 산소를 공급하게 된다.

또한 유동 유도용 관체(310) 내부의 공기 도입관(320)에서 방출되는 공기 흐름에 의하여 유동 유도용 관체(310)내부에서 상향류의 물의 유동이 발생하게 되며, 이는 원수유입조(100) 전체를 유동시키는 역할을 한다.

즉 유동 유도용 관체(310)로부터 수면까지는 상방향의 흐름과 나선 유동이 공존하면서 나선 유동의 직경은 확장되며, 원수유입조(100)의 내부 가장자리에서는 하방향의 유동이 형성되며, 원수유입조(100)의 바닥에서는 유동 유도용 관체(310)를 향하여 유동하는 흐름이 형성된다.

다음으로 플라즈마 처리조(200)를 설명한다.

본 실시예에서 원수유입조(100)의 주변에 복수의 플라즈마 처리조(200)가 마련된다.

평면도상 플라즈마 처리조(200)는 원수유입조(100)에 대하여 위성 형태로 배치된다.

본 실시예에서 각각의 플라즈마 처리조(200)는 접지관(210)과, 방전극(220)과, 전원인가부(미도시)와, 공기 혼합관(230)과, 하부 밀폐커버(240)와, 상부 밀폐커버(250)와, 다공관(260)과, 나선 유동 보조 수단(270) 등을 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서 접지관(210)과 공기 혼합관(230)은 처리 대상인 물이 지나가는 유동 경로를 형성한다.

접지관(210)은 수직방향으로 세워지는 관 형태이며, 그 상단에 상부 밀폐커버(250)가 볼트 결합된다.

공기 혼합관(230) 또한 수직방향으로 세워지는 관 형태로서, 그 상단이 접지관(210)의 하단에 연통되도록 결합되며, 공기 혼합관(230)의 하단에 하부 밀폐커버(240)가 용접 결합되어 밀폐된다.

상기와 같은 접지관(210)과 플라즈마 방전 반응을 일으키도록 봉 형태의 방전극(220)이 마련된다.

방전극(220)은 상부 밀폐커버(250)에 장착되어 접지관(210)의 내부 중앙을 따라 배치된다.

아울러 접지관(210)과 방전극(220) 사이에는 처리 대상인 물이 지나가며, 접지관(210)과 방전극(220) 사이를 지나는 물은 접지관(210)과 방전극(220) 사이에서 발생하는 플라즈마 방전 반응에 의하여 미생물 내지 유기물이 사멸 내지 분해된다.

아울러 접지관(210)과 방전극(220)에 전원을 인가하는 전원인가부(미도시)가 더 마련된다. 전원인가부(미도시)는 접지관(210)과 방전극(220) 사이에 전원을 인가하게 되며, 이때 접지관(210)과 방전극(220) 사이에는 20 ~ 40 KV범위의 전압이 인가된다.

한편 방전극(220)과 접지관(210)은 플라즈마의 생성을 위하여 서로 절연된 상태를 유지할 수 있어야 한다. 본 실시예에서 방전극(220)과 접지관(210)은 절연재질로 이루어진 상부 밀폐커버(250)에 의하여 서로 절연 상태를 유지하도록 하였다. 실시예에 따라서 상부 밀폐커버(250)와 접지관(210)은 서로 전기적으로 접속되도록 하고(즉 일반적인 커버의 플랜지 결합 방식이 채택되며), 방전극(220)이 상부 밀폐커버(250)에 절연 상태로 체결되도록 구성할 수도 있을 것이다. 즉 방전극(220)은 그 상단부가 상부 밀폐커버(250)와 절연되는 상태를 형성할 수도 있다. 이때 방전극(220)은 그 상단부가 상부 밀폐커버(250)와 결합되는 결합부를 이루며, 결합부와 방전극 사이에 절연을 위한 절연부가 형성될 수 있다.

방전극(220)의 하부에 나선 유동 보조 수단(270)과 다공관(260)이 마련된다.

나선 유동 보조 수단(270)은 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 하부를 향하는 원뿔대 형태의 유도몸체(271)와 유도몸체(271)의 주면에 형성된 복수의 날개들(272)로 이루어진다.

한편 원수유입조(100)의 물을 플라즈마 처리조(200)의 하부로 가압 이송하기 위하여 순환펌프(130)가 마련된다.

순환펌프(130)는 원수유입조(100)의 물을 플라즈마 처리조(200), 구체적으로는 공기 혼합관(230)으로 가압 이송하며, 순환펌프(130)와 공기 혼합관(230) 사이에는 순환수 유동 배관(131)이 마련된다.

공기 혼합관(230)의 하단부 주면에는 나선 유동 형성용 노즐(280)이 마련되며, 순환수 유동 배관(131)는 나선 유동 형성용 노즐(280)에 그 단부가 연결된다.

나선 유동 형성용 노즐(280)은 나선 유동 형성 수단의 하나의 실시예로서 제시되는 것이다.

아울러 순환수 유동 배관(131)에는 공기 주입 라인(132)이 연결되며, 공기 주입 라인에는 공기 주입 수단(미도시)이 연결될 수 있다.

따라서 순환펌프(130)에 의하여 가압 이송되는 순환수 유동 배관(131)의 순환수에는 공기 주입 수단(미도시)에 의하여 공기 주입 라인(132)을 통하여 주입되는 공기가 혼합된 후 나선 유동 형성용 노즐(280)을 통하여 공기 혼합관(230) 내부로 유입된다.

아울러 공기 혼합관(230) 내부에 공기 혼합관(230)의 길이 방향을 따라, 즉 공기 혼합관(230)의 중앙을 따라 다공관(260)이 마련되며, 다공관(260)의 하측 단부는 하부 밀폐커버(240)에 고정되어 있다.

다공관(260)은 관 형태로서 양단이 개방되어 있으며, 아울러 그 주면에는 다수의 혼합용 구멍(261)이 형성되어 있다.

아울러 다공관(260)의 일측 단부는 하부 밀폐커버(240)에 고정되면서 밀폐되며, 다공관(260)의 타측 단부는 개방되어 있는 상태이다.

이러한 구조에 의하여 공기 혼합관(230) 내부로 유입된 물의 유동은 대부분이 다공관(260)과 공기 혼합관(230) 사이에서 발생하게 되며, 다공관(260)은 물의 유동을 위한 유로를 좁히는 한편 물의 회전 유동을 위한 가이드 역할을 하게 된다.

즉 다공관(260)에 의하여 다공관(260)의 외주면과 공기 혼합관(230) 사이의 제1유동 영역과, 다공관(260)의 내부로서 정의되는 제2유동 영역으로 구분되며, 공기 혼합관(230) 내부로 유입된 물의 유동은 대부분 제1유동 영역에서 발생한다.

결과적으로 다공관(260)에 의하여 물은 제1유동영역을 따라 유동이 발생하며, 아울러 그 유로 단면적이 좁아지며(즉 공기 혼합관(230) 내부 전체가 아닌 제1유동 영역으로의 유로 단면적의 감소) 또한 회전 유동이 안내되어, 물의 회전속도는 매우 긴 길이에 걸쳐 유지될 수 있다.

이와 같이 공기 혼합관(230) 내부에서 물의 회전이 지속적으로 이루어지게 되면 물과 공기의 충분한 혼합이 가능하게 된다.

아울러 다공관(260)에 형성된 혼합용 구멍(261)은 회전되는 물의 기포를 더욱 잘게 쪼개는 역할을 한다.

아울러 다공관(260)과 공기 혼합관(230) 사이에서 충분히 공기가 용해된 물은 혼합용 구멍(261)을 통하여 다공관(260) 내부(제2유동 영역)로 흘러들어가게 되며, 아울러 다공관(260) 내부의 공기용해도가 낮은 물은 혼합용 구멍(311)을 통하여 다공관(260) 외부로 흘러나가게 되어 전체적으로 균질한 상태의 공기 혼합수를 생성할 수 있게 된다.

상기와 같이 나선 유동 형성용 노즐(280)로 유입되는 공기 혼합 순환수는 다공관(260)을 지나면서 공기와 순환수가 충분히 혼합되면 아울러 순환수의 나선상 유동은 유지된다.

이후 나선 유동 보조 수단(270)을 지나면서 유체는 다시 한번 나선 유동이 유도되며, 이러한 상태에서 방전극(220)과 접지관(210) 사이의 공간으로 유입된다.

즉 방전극(220)과 접지관(210) 사이의 공간으로 유입되는 순환수에는 매우 미세 기포화된 다량의 공기를 함유하고 있으며, 아울러 미세 기포화된 공기를 함유한 순환수는 나선 유동을 형성하고 있다.

이때 순환수 내부에서 미세 기포화된 공기는 방전극(220)과 접지관(210)의 사이에서 발생 가능한 절연 파괴 현상을 억제함으로써 안정적인 플라즈마 방전 반응을 유도하게 되며, 아울러 순환수에 형성된 나선 유동은 순환수가 플라즈마 방전 반응에 의하여 충분한 시간동안 반응하도록 한다.

방전극(220)과 접지관(210) 사이에서 플라즈마 방전 반응에 의하여 유기물/무기물의 분해, 미생물의 사멸 등으로 처리가 완료된 순환수는 접지관(210)의 상부를 통하여 원수유입조(100)의 상단부로 흘러나간다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 원수유입조 101 : 원수 유입관
102 : 처리수 배출관 110 : 유동 유도용 관체 지지대
120 : 송풍기 121 : 공기 공급 배관
130 : 순환펌프 131 : 순환수 유동 배관
132 : 공기 주입 라인
200 : 플라즈마 처리조 210 : 접지관
220 : 방전극 230 : 공기 혼합관
240 : 하부 밀폐커버 250 : 상부 밀폐커버
260 : 다공관 261 : 혼합용 구멍
270 : 나선 유동 보조 수단 271 : 유도몸체
272 : 날개들
280 : 나선 유동 형성용 노즐
310 : 유동 유도용 관체 320 : 공기 도입관
321 : 수평상 공기도입부 322 : 수직상 공기도입부
330 : 나선유동 안내부재 331 : 원뿔형 몸체
332 : 유도날개 332a : 하부 수직 날개부
332b : 상부 경사 날개부 340 : 단위 적층체
341 : 원통형 몸체 342 : 돌기형 기둥
350 : 고정바 360 : 고정 볼트

Claims

원수가 유입되며 처리수가 배출되는 원수유입조 ;
상기 원수유입조의 내부 중앙에 마련되되 상기 원수유입조의 바닥측에 인접하게 위치되어 수직방향으로 마련되며 상하 방향이 개구된 파이프 형태의 유동 유도용 관체 ;
상기 유동 유도용 관체가 상기 원수유입조의 바닥으로부터 상부로 이격되도록 상기 유동 유도용 관체와 상기 원수유입조 사이에 마련되는 유동 유도용 관체 지지대 ;
상기 유동 유도용 관체의 주면을 수평방향으로 관통하며 마련되는 수평상 공기도입부와, 상기 유동 유도용 관체의 내부에 위치한 상기 수평상 공기도입부의 일단으로부터 상부로 연장되면서 상단이 상기 유동 유도용 관체의 내부 중앙에 위치하여 상방향으로 개구된 수직상 공기도입부를 포함하여 이루어지는 공기 도입관 ;
상기 유동 유도용 관체의 내부에 마련되되 상기 공기 도입관의 상부에 마련되어 유체의 나선상 유동을 유도하는 나선유동 안내부재 ;
송풍기 ;
상기 송풍기와 상기 공기 도입관의 수평상 공기도입부의 타단을 연결하는 공기 공급 배관 ;
수직방향으로 세워지는 관 형태로서 내부를 따라 처리 대상인 물이 유동하는 접지관과, 상기 접지관의 상단부를 밀폐하면서 상기 접지관에 결합되는 상부 밀폐커버와, 상기 상부 밀폐커버에 장착되어 상기 접지관의 내부 중앙을 따라 마련되되 상기 접지관과 이격 위치되어 상기 접지관과 플라즈마 방전 반응을 일으키는 봉 형태의 방전극과, 상기 접지관과 상기 방전극에 전원을 인가하는 전원인가부와, 상단이 상기 접지관의 하단에 연통되게 결합되는 공기 혼합관과, 상기 공기 혼합관의 하단부를 밀폐하는 하부 밀폐커버와, 상기 공기 혼합관의 내부에 마련되어 상기 공기 혼합관의 중앙을 따라 배치되며 주면에 다수의 혼합용 구멍이 형성되며 하단부가 상기 하부 밀폐커버의 상면에 고정되는 다공관과, 상기 공기 혼합관의 하단부 주면에 마련되어 상기 공기 혼합관으로 유입되는 물이 나선 유동하도록 안내하는 나선 유동 형성용 노즐을 포함하여 이루어지며, 상기 공기 혼합관은 상기 다공관에 의하여 상기 다공관의 외주면과 상기 공기 혼합관의 내주면 사이의 제1유동 영역과 상기 다공관의 내부로서 정의되는 제2유동영역으로 구분되며, 상기 접지관의 상부는 상기 원수유입조의 상단부와 연통되는 플라즈마 처리조 ;
상기 원수유입조의 물을 상기 플라즈마 처리조의 하부로 가압 이송하는 순환펌프 ;
상기 순환펌프로부터 상기 플라즈마 처리조로 물이 유동하도록 일단이 상기 순환펌프에 연결되며 타단이 상기 나선 유동 형성용 노즐에 연결되는 순환수 유동 배관 ;
상기 순환수 유동 배관에 마련되는 공기 주입 라인 ;
상기 공기 주입 라인에 마련되는 공기 주입 수단 ;
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전 반응식 수처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 방전극과 상기 다공관 사이에 하부를 향하는 원뿔대 형태의 유도몸체와 상기 유도몸체의 주면에 형성된 복수의 날개들로 이루어진 나선 유동 보조 수단이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전 반응식 수처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 나선유동 안내부재는 하부로 뾰족한 원뿔형 몸체와, 상기 원뿔형 몸체의 주면에 형성된 유도날개로 이루어지며 ;
상기 나선유동 안내부재의 상부에 상기 원뿔형 몸체의 상단 직경과 동일한 직경을 가진 원통형 몸체와 상기 원통형 몸체의 주면으로부터 방사상 방향으로 돌출되는 복수의 돌기형 기둥으로 이루어지는 복수의 단위 적층체가 적층 조립되는 것 ;
을 특징으로 하는 플라즈마 방전 반응식 수처리 장치.