KR101210558B1 - 플라즈마 수처리장치 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 반응을 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리하기 위한 플라즈마 수처리장치는, 피처리 대상물이 유입되는 대상물 유입구 및 피처리 대상물이 배출되는 대상물 배출구가 형성되는 수용 챔버부; 수용 챔버부 내측에 수용되는 피처리 대상물을 가로질러 배치되며, 피처리 대상물과 분리되는 기체 유입구 및 기체 배출구를 포함하는 유전체관; 피처리 대상물로부터 격리되게 유전체관 내측에 배치되는 코어전극; 피처리 대상물에 침지된 상태에서 유전체관을 외부에서 수용하는 광촉매 다공망; 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부; 기체 공급부에 의해서 유전체관 내측으로 공급되는 기체는 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 반응에 노출되며, 플라즈마 반응에 의해서 생성된 기체 활성종을 포함하는 기체를 기체 배출구를 통해서 공급받아 피처리 대상물을 일차적으로 처리하며, 일차적으로 처리된 피처리 대상물을 수용 챔버부의 대상물 유입구로 제공하는 기액 반응기; 및 수용 챔버부의 대상물 배출구로부터 피처리 대상물이 유입되며, 상부에 포집된 미반응 기체 활성종을 기체 유입구로 재순환시키기 위한 방류수조를 포함하며, 피처리 대상물을 기액 반응기에서 일차적으로 처리하여 수용 챔버부로 제공하고, 수용 챔버부에 수용된 피처리 대상물을 플라즈마 방전에 의해서 생성된 자외선으로 이차적으로 처리할 수 있다.
Description
본 발명은 액상의 피처리 대상물을 처리하기 위한 플라즈마 수처리장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 플라즈마 방전에 의해서 생성된 플라즈마 생성물로 액상의 피처리 대상물을 처리하는 플라즈마 수처리장치에 관한 것이다.
유기물이 많은 오염된 물에서는 미생물이 함께 서식할 수 있다. 오수가 하천이나 해수로 그대로 유입되면, 유기물의 부패로 산소 농도가 줄어들고, 유해한 미생물로 인한 산소 농도의 결핍이나 독소로 인하여 어류 및 다양한 수중 생물들이 집단으로 폐사할 수 있다. 또한, 오수가 부패되는 과정에서 악취를 발생시킬 수 있다. 따라서, 축사, 양식장 혹은 공장에서 사용한 오수의 미생물의 사멸이나 유기물의 처리를 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.
오수를 처리하기 위하여 현재 널리 사용하는 방법으로는 여과(filtration), 염소 처리(chlorination), 자외선 처리(UV irradiation), 및 오존 처리(ozonation) 등이 있다.
다만, 여과를 통한 처리 방법은 미생물 및 유기물을 함께 제거할 수 있으나, 미생물을 살균하는 데는 적합하지 못하며, 필터의 주기적인 교체가 필요하여 유지 및 관리에 있어서 번잡하고 비용이 증가하는 문제가 있다.
염소 처리 방법은 미생물의 살균 효과가 우수하나, 모든 미생물에 대해서 살균 효과가 있는 것은 아니며, 염소의 독성이 어류 및 다른 수중 생물에도 직접적인 영향을 주는 문제가 있다.
자외선 처리 방법은 자외선의 침투 깊이에 한계가 있어 대량의 오수 처리에 부적합하고, 미생물 별로 적정 에너지밀도와 파장이 달라 살균 효과가 좋지 못하며, 자외선 램프의 수명이 짧아 유지 비용이 적지 않은 단점이 있다.
또한, 오존의 주입 방법은 미생물을 사멸하는 효과가 우수하나 오존은 고온에서 빠르게 분해되어 오수를 낮은 수온으로 유지해야 하며, 초기 설비 투자 비용 및 유지 비용이 높다.
본 발명은 오수 내의 유기물을 제거하고, 동시에 미생물까지 사멸시킬 수 있는 플라즈마 수처리장치를 제공한다.
본 발명은 즉각적인 오수의 유기물 제거 및 미생물의 사멸 효과가 있는 플라즈마 수처리장치를 제공한다.
본 발명은 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않고, 오수 처리가 가능하며, 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 용이한 플라즈마 수처리장치를 제공한다.
본 발명은 플라즈마 방전에 의해서 생성된 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 플라즈마 방전에 다시 노출시켜, 이를 재사용함으로써, 피처리 대상물의 처리 효과를 향상시킬 수 있는 플라즈마 수처리장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 플라즈마 반응을 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리하기 위한 플라즈마 수처리장치는, 피처리 대상물이 유입되는 대상물 유입구 및 피처리 대상물이 배출되는 대상물 배출구가 형성되는 수용 챔버부; 수용 챔버부 내측에 수용되는 피처리 대상물을 가로질러 배치되며, 피처리 대상물과 분리되는 기체 유입구 및 기체 배출구를 포함하는 유전체관; 피처리 대상물로부터 격리되게 유전체관 내측에 배치되는 코어전극; 피처리 대상물에 침지된 상태에서 유전체관을 외부에서 수용하는 광촉매 다공망; 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부; 기체 공급부에 의해서 유전체관 내측으로 공급되는 기체는 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 반응에 노출되며, 플라즈마 반응에 의해서 생성된 기체 활성종을 포함하는 기체를 기체 배출구를 통해서 공급받아 피처리 대상물을 일차적으로 처리하며, 일차적으로 처리된 피처리 대상물을 수용 챔버부의 대상물 유입구로 제공하는 기액 반응기; 및 수용 챔버부의 대상물 배출구로부터 피처리 대상물이 유입되며, 상부에 포집된 미반응 기체 활성종을 기체 유입구로 재순환시키기 위한 방류수조를 포함하며, 피처리 대상물을 기액 반응기에서 일차적으로 처리하여 수용 챔버부로 제공하고, 수용 챔버부에 수용된 피처리 대상물을 플라즈마 방전에 의해서 생성된 자외선으로 이차적으로 처리할 수 있다. 또한, 방류수조 상부에 포집된 미반응 기체 활성종을 다시 기체 유입구로 재순환시킴으로써, 피처리 대상물의 살균 효과를 향상시킬 수 있다.
특히, 기체 활성종 내에 포함된 오존의 경우 배오존처리시설에서 처리하여 2차 오염을 방지하여야 하나, 본 발명에 따른 처리장치에서는 미반응 기체 활성종을 재순환시켜 사용하기 때문에 별도의 오존 처리 설비가 필요하지 않다.
일정 전압 이상의 고전압이 인가된 코어전극 및 유전체관 사이로 기체가 통과하게 되면, 유전체관 내부의 절연 상태가 파괴되면서 플라즈마 상태가 발생하는데, 이때 오존, 라디칼(radical), 이온, 전자, 및 여기(excitation) 상태의 분자와 같은 기체 활성종 및 플라즈마 상태에서 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선과 같은 플라즈마 생성물이 방출된다.
유전체관의 개수는 피처리 대상물의 처리 효과를 향상시키기 위하여 복수개가 사용될 수 있고, 유전체관 주변에서 유전체관을 둘러싸 수용하는 중공의 원기둥 형태로 제공되는 광촉매 다공망은 유전체관에 개별적으로 배치될 수 있다. 상기와 같이 다수로 배열된 각 유전체관 외측으로 광촉매 다공망을 제공함으로써, 자외선에 의한 살균 효과를 극대화할 수 있으며, 광촉매로는 TiO2 및 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 광촉매 다공망은 그물망(mesh) 형태로 제공되는 틀에 상기 광촉매를 코팅하여 제공할 수 있다.
기액 반응기는 플라즈마 방전에 의해서 생성된 기체 활성종을 포함하는 기체를 유전체관의 기체 배출구를 통해서 공급받아 피처리 대상물을 일차적으로 처리한 후에, 일차적으로 처리된 피처리 대상물을 수용 챔버부로 공급할 수 있다. 즉, 피처리 대상물은 기액 반응기에서 플라즈마 생성물 중 기체 활성종에 의해서 일차적으로 처리된 후에, 수용 챔버부에서 플라즈마 생성물 중 자외선에 의해서 이차적으로 처리되기 때문에, 피처리 대상물의 처리 효과가 매우 높다.
특히, 기액 반응기는 기체 활성종을 미세기포 형태로 피처리 대상물에 접촉시켜 용해되게 할 수 있고, 피처리 대상물과 기체 활성종의 접촉면적을 극대화시키면서 이를 수용 챔버부로 공급할 수 있다. 이처럼 기액 반응기에서 수용 챔버부로 공급되는 피처리 대상물은 기포 상태로 분산되거나 용해된 기체 활성종을 포함할 수 있는데, 이때, 기체 활성종은 광촉매 다공망에 의해서 매우 높은 수준의 활성도를 갖게 되어, 피처리 대상물의 유기물 분해 효과나 살균 효과가 매우 높아진다. 참고로, 기체 활성종은 활발한 운동성을 갖는 전자, 분자 형태로 발생되어 피처리 대상물과 충돌하면서 미생물 DNA를 파괴하여 미생물의 활성도를 저하시킬 수 있다.
만약, 플라즈마 방전이 일어나는 유전체관이 피처리 대상물의 외부에 배치된다면, 기체 활성종을 피처리 대상물로 끌어와 피처리 대상물의 처리 사용될 수 있겠으나, 자외선은 외부에서 끌어와 피처리 대상물에 사용할 수 없는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치의 플라즈마 방전이 일어나는 절연성의 유전체관을 피처리 대상물에 침지된 상태로 제공하기 때문에, 플라즈마 방전에 의해서 생성된 자외선은 유전체관을 통해서 직접 피처리 대상물로 공급될 수 있고, 동시에, 유전체관 내부에 생성되는 기체 활성종은 기액 반응기를 통해서 피처리 대상물로 공급되어 피처리 대상물을 처리하는데 사용할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치에서 유전체관은 피처리 대상물을 가로질러 침지된 상태로 제공되지만, 유전체관 내부에는 피처리 대상물이 유입되지 않기 때문에, 고압의 전류가 걸리는 코어전극은 액상의 피처리 대상물에 의해서 산화/부식이 쉽게 일어나지 않으며, 코어전극은 액상의 피처리 대상물과 직접 접촉하지 않아, 액상의 피처리 대상물의 전기 전도로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있다. 참고로, 코어전극은 피처리 대상물과는 분리되지만, 플라즈마 발생 시 활성종 가스에 의한 부식이 발생할 수 있다. 코어전극의 부식을 방지하기 위해서 코어전극 외면에 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene) 또는 세라믹을 이용한 코팅층을 제공할 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치는 별도의 자외선 발생장치를 사용할 필요가 없고, 플라즈마 방전에 의해서 생성되는 자외선이나 기체 활성종을 한번에 생성하고, 이를 모두 피처리 대상물 처리에 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 유전체관은 석영, 유리, 세라믹과 같은 절연성 재질을 이용하여 제공하되, 석영과 같이 자외선이 바로 투과할 수 있는 재질을 선택하는 경우, 자외선을 바로 피처리 대상물에 공급하면서, 동시에 광촉매 다공망에서 활성도가 극대화되어 피처리 대상물로 조사됨으로써, 살균 효과 효율을 향상시킬 수 있다. 경우에 따라서 유전체관은 다양한 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 석영(quartz), 유리, 유리 적층물(laminate)과 같은 세라믹 재료를 사용할 수도 있고, 경우에 따라서, 전기 절연성이 좋아 전기 부품으로 많이 사용되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 합성수지를 사용할 수도 있으며, 에폭시(epoxy)로 충전된 유리 적층물을 사용할 수도 있다. 물론, 유전체관의 재료는 상술한 재료에 제한되지 않으며, 유전체관은 절연성과 내열성이 좋은 임의의 유전체로 만들어질 수 있다.
코어전극은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있다.
본 명세서에서 피처리 대상물이라 함은, 소정의 전기 전도성을 갖는 액체로 이해될 수 있으며, 피처리 대상물의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 피처리 대상물은 축사, 양식장 혹은 공장에서 사용한 다양한 유기물이나 미생물이 포함된 오수일 수 있으며, 경우에 따라서, 순수한 물일 수도 있다. 마찬가지로, 기체 역시 산소, 수소, 및 아르곤(argon) 등을 포함하는 일반적인 대기 중의 공기일 수도 있으며, 산소와 같은 한 종류의 기체일 수도 있다.
유전체관으로 공급되는 기체의 종류에 따라서 생성되는 플라즈마 생성물의 종류가 다소 달라질 수 있고, 플라즈마 생성물에 의해서 처리되는 피처리 대상물의 성질도 달라질 수 있다.
구체적으로, 상술한 피처리 대상물이 오수이며, 유전체관으로 공급되는 기체가 일반적인 공기인 경우, 플라즈마 방전에 의해서 기체는 오존, O, H2O2, OH 등과 같은 기체 활성종 및 자외선 등을 발생시켜, 오수 내의 유기물이나 미생물을 처리할 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 미생물이라 함은, 주로 단일세포 또는 균사로써 몸을 이루는 생물로서, 조류(algae), 세균류(bacteria), 원생동물류(protozoa), 사상균류(fungi), 효모류(yeast), 및 바이러스(virus) 등을 두루 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 피처리 대상물이 순수한 물이며, 기체가 순수한 산소인 경우에는 산소로부터 오존이 발생하며, 오존으로 처리된 피처리 대상물로부터 오존수를 생산할 수도 있다.
한편, 액상의 피처리 대상물은 그라운드 전극과 연결될 수 있으며, 액상의 피처리 대상물이 그라운드 전극의 역할을 함으로써, 금속 전극을 사용할 때와 다르게 부식 문제를 해결할 수 있다.
또한, 유전체관의 상기 기체 유입구 및 상기 기체 배출구에는 피처리 대상물이 유입되는 것을 방지하기 위한 차단부재를 포함할 수 있으며, 차단부재는 절연성으로 제공되는 것이 바람직하다. 특히, 유전체관의 기체 배출구에는 기체 배출구를 통해서 피처리 대상물이 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하며, 단순하게 유전체관 내측에서 외측으로 기체만을 배출할 수 있는 밸브일 수 있으며, 이는 절연성으로 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 유전체관은 피처리 대상물의 표면에 수직으로 침지되고, 유전체관의 상부에 형성된 기체 유입구는 피처리 대상물의 외측에 배치될 수 있으며, 광촉매 다공망 역시 피처리 대상물의 표면에 수직으로 침지되는 것이 바람직하다. 다만, 유전체관의 기체 유입구나 기체 배출구로 피처리 대상물이 유입되지 않도록 하는 조건하에서 상기 유전체관은 수평이나 비스듬하게 기울어져 침지되는 것도 가능하다.
또한, 코어전극은 코어전극 고정부재에 의해서 유전체관 내측 중심에 배치 고정될 수 있으며, 코어전극 고정부재에는 유전체관으로 유입되는 기체가 통과할 수 있도록 삼각 지지형의 코어전극 고정부재를 배치하여 기체 통과성을 확보할 수 있다.
코어전극 고정부재는 테프론(Teflon)으로 제조할 수 있으며, 테프론은 약품에 침식되지 않으며, 내열성이 좋은 불연성 소재이고, 전기 절연성이 양호하여 코어전극과 직접 접촉하여도 성질이 변화되지 않기 때문에 코어전극 유전체관을 고정할 수 있는 유용한 재료로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치는, 앞서 설명한 바와 같이, 유전체관 및 코어전극을 포함하는 간단한 구성으로 플라즈마 생성물을 제조하고, 이를 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리할 수 있으며, 기액 반응기 및 광촉매 다공망을 사용하여, 자외선 및 기체 활성종과 같은 플라즈마 생성물로 피처리 대상물의 처리 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 유전체관과 광촉매 다공망을 직접 피처리 대상물에 침지시킨 상태에서, 유전체관 내측으로 기체를 공급하고, 코어전극에 전압만 인가함으로써, 즉각적인 미생물의 살균 처리 및 유기물의 분해가 가능하며, 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않기 때문에, 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 매우 용이하다.
경우에 따라서, 플라즈마 수처리장치는 피처리 대상물을 수용하는 수용 챔버부를 적어도 2 이상 연속으로 배치할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 챔버부를 서로 독립적으로 오수를 처리하도록 병렬로 연결함으로써, 오수의 처리 효율을 높이고, 대용량의 피처리 대상물을 처리하도록 할 수 있으며, 다른 예로, 일 수용 챔버부에 인접한 다른 수용 챔버부는 일 수용 챔버부에서 처리된 피처리 대상물을 공급 받아 재처리 할 수 있도록 직렬로 연결함으로써, 오수를 반복 처리할 수 있으며, 이에, 고농도 피처리 대상물과 같은 난분해성 또는 고농도 병원성 처리대상물을 갖는 피처리 대상물의 효과적인 처리가 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 수처리장치는 유전체관 및 코어전극을 포함하는 간단한 구성으로 플라즈마 생성물을 제조하고, 이를 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리할 수 있으며, 특히, 기액 반응기 및 광촉매 다공망을 사용하여, 자외선 및 기체 활성종과 같은 플라즈마 생성물로 피처리 대상물의 처리 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 수처리장치는 유전체관과 광촉매 다공망을 직접 피처리 대상물에 침지시킨 상태에서, 유전체관 내측으로 기체를 공급하고, 코어전극에 전압만 인가함으로써, 생성된 자외선이나 기액 공급부로부터 공급되는 피처리 대상물 내에 포함된 활성화 기체의 활성도를 극대화시킬 수 있으며, 이에, 보다 효과적인 미생물의 살균 처리 및 유기물의 분해가 가능하다.
본 발명의 플라즈마 수처리장치는 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않기 때문에, 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 매우 용이하다.
본 발명의 플라즈마 수처리장치는 피처리 대상물 및 유전체관으로 공급되는 기체의 종류를 변경함으로써, 플라즈마 생성물에 의해서 처리되는 피처리 대상물의 성질을 용이하게 변경할 수 있다. 예를 들면, 피처리 대상물이 순수한 물이며, 기체가 순수한 산소인 경우에는 산소로부터 오존을 생성시킬 수 있고, 오존으로 처리된 피처리 대상물로부터 오존수를 생산할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 수처리장치에서 기액 반응기에서 수용 챔버부로 공급되는 피처리 대상물은 기포 상태로 분산되거나 용해된 기체 활성종을 포함하고 있는데, 이러한 기체 활성종은 광촉매 다공망에 의해서 매우 높은 수준의 활성도를 갖게 되어, 피처리 대상물의 유기물 분해 효과나 살균 효과가 매우 높아진다.
플라즈마 반응에 의해서 생성된 오존의 경우 배오존처리시설에서 처리하여 2차 오염을 방지하여야 하나, 본 발명의 플라즈마 수처리장치에서는 미반응 기체 활성종을 재순환시켜 사용하기 때문에 별도의 오존 처리 설비가 필요하지 않다.
본 발명의 플라즈마 수처리장치는 적어도 2 이상의 수용 챔버부를 서로 병렬로 연결하여, 피처리 대상물의 대량 처리가 가능하고, 경우에 따라서, 일 수용 챔버부에 인접한 다른 수용 챔버부는 상기 일 수용 챔버부에서 처리된 피처리 대상물을 공급 받아 반복 처리하도록 직렬로 연결함으로써, 고농도 피처리 대상물과 같은 난분해성 또는 고농도 병원성 처리대상물을 갖는 피처리 대상물의 처리 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치 중 수용 챔버부 및 그 내부에 배치되는 구성요소를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2를 A-A방향으로 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2를 A-A방향으로 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치를 도시한 구성도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치 중 수용 챔버부 및 그 내부에 배치되는 구성요소를 도시한 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치를 도시한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 피처리 대상물은 양식장이나 축사로부터 발생된 오수일 수 있으며, 플라즈마 수처리장치(100)에서 플라즈마를 발생시키기 위한 유전체관(120)은 피처리 대상물에 직접 침지되어 있다.
일반적인 종래의 오수 처리시설에서는 항생제와 같은 약품을 오수에 직접 투입하거나, 염소 가스나 오존을 주입하거나, 혹은 자외선 처리 등의 방법들을 이용하여 오수의 유기물을 분해하거나 미생물을 제거하고 있다. 그러나, 종래의 오수 처리시설은 가스를 보관하는 탱크를 별도로 마련해야 하며, 유지 및 보수 비용이 만만치 않고 살균 효과도 미미한 많은 단점들이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치(100)는 오수 내에 유전체관(120) 및 광촉매 다공망(150)을 침지시킨 상태에서, 유전체관(120) 내부로 공기를 제공하고, 코어전극(130)에 전원만을 공급함으로써, 오수의 처리가 가능하기 때문에, 염소나 오존과 같은 가스를 보관하기 위한 별도의 저장 탱크가 필요 없으며, 가스 누출의 위험이 원천적으로 제거되며, 공기 및 전력 공급 만으로 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 매우 용이하며, 유지 비용이 크게 절감된다.
또한, 오수 처리가 필요할 때마다 즉각적으로 플라즈마 생성물을 발생시켜 오수를 처리할 수 있으며, 광촉매 다공망(150)에 의해 플라즈마 생성물의 활성도를 높일 수 있어 오수 처리 효과가 높다.
이하 오수를 처리할 수 있는 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치를 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 수처리장치(100)는 수용 챔버부(110), 유전체관(120), 코어전극(130), 기체 공급부(140), 광촉매 다공망(150), 기액 반응기(160), 및 방류수조(170)를 포함한다.
수용 챔버부(110)는 피처리 대상물 즉, 오수를 수용하는데 사용되며, 대상물 유입구(112)를 통해서 오수가 저장된다.
유전체관(120)은 수용 챔버부(110) 내측에서 피처리 대상물에 직접 침지된 상태로 제공되며, 이는 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 유리, 석영, 혹은 유리 적층물과 같은 투명한 성질을 갖는 세라믹 재료를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 석영을 이용하여 제조된 유전체관(120) 내측에서 플라즈마 방전에 의해서 생성되는 자외선이 그대로 유전체관(120)을 투과하여 피처리 대상물로 공급될 수 있도록 하며, 동시에, 유전체관(120) 외측에 배치되는 광촉매 다공망(150)에 의해서 자외선 및 기체 활성종의 활성도를 극대화시켜 처리효율을 높일 수 있다.
유전체관은 한 개만 제공될 수도 있으나, 본 실시예에서 유전체관(120)의 개수는 피처리 대상물의 처리 효과를 향상시키기 위하여 복수개가 사용되며, 유전체관(120) 주변에서 유전체관(120)을 둘러싸 수용하는 원통형 광촉매 다공망(150)은 유전체관(120)에 개별적으로 배치된다. 다수로 배열된 각 유전체관(120) 외측으로 광촉매 다공망(150)을 제공함으로써, 플라즈마 발생시 생성되는 자외선에 의한 살균 효과를 극대화할 수 있으며, 광촉매로는 TiO2 혹은 Al2O3를 사용할 수 있다.
코어전극(130)은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체관(120) 내측에 배치되어 피처리 대상물로부터 격리된다.
또한, 코어전극(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 코어전극(130)의 곳곳에 배치되는 삼각 지지형태의 코어전극 고정부재(134, 135)에 의해서 코어전극(130)의 안전성 및 변형을 방지하도록 하며, 코어전극(130)을 보다 안정되게 유전체관(120) 내측에 배치할 수 있도록 그 수는 변경될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는 기체 유입구(122) 주변에서 코어전극(130)을 유전체관(120) 내측에 고정시키는 상부 코어전극 고정부재(134)가 배치되며, 코어전극(130)의 아래 측 단부에 인접하게 하부 코어전극 고정부재(135)가 배치된다. 또한, 코어전극 고정부재(134, 135)는 기체 유입구(122)로부터 유입되는 기체가 유전체관(120) 내부를 거쳐 기체 배출구(124)로 배출되는데 문제가 없도록 통공(136)이 형성된다. 참고로, 코어전극 고정부재(134, 135)는 폴리테트라플루오르에틸렌로 제조할 수 있으며, 폴리테트라플루오르에틸렌은 용융 알칼리 금속, 고온의 불소 가스 이외의 모든 약품에 침식되지 않으며, 내열성이 좋은 불연성 소재인데다, 전기 절연성도 양호하여, 코어전극(130)과 직접 접촉되어도 성질이 변화하지 않기 때문에 코어전극(130)을 유전체관(120)에 고정할 수 있는 유용한 재료이다.
상술한 바와 같이, 코어전극 고정부재(134, 135)에 의해서 유전체관(120) 내측에 고정된 코어전극(130)으로 전원 공급부(180)로부터 제공되는 교류 고전압 즉, 전원을 공급하고, 동시에 기체를 압축해 제공하는 블로워(blower)와 같은 기체 공급부(140)로부터 유전체관(120) 내부로 공기를 공급하면, 유전체관(120) 내부는 절연이 깨지면서 방전 즉 플라즈마 상태에 놓이게 된다. 이때, 유전체관(120)의 내부로 강제로 공급되는 기체로부터 오존, 라디칼(radical), 이온, 전자, 및 여기된 분자와 같은 기체 활성종 및 플라즈마 상태에서 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선과 같은 플라즈마 생성물이 방출된다.
상술한 플라즈마 생성물 중 자외선은 유전체관(120)이 오수 내에 직접 침지되어 있어서 바로 공급이 가능하며, 유전체관(120) 외측에 배치된 광촉매 다공망(150)에 의해서 보다 활성화되어 오수로 전달될 수 있다.
또한, 플라즈마 방전에 의해서 생성된 기체 활성종을 포함하는 기체는 기체 배출구(124)를 통해서 기액 반응기(160)로 공급되는데, 기액 반응기(160)는 기체 활성종을 이용하여 오수를 일차적으로 처리할 수 있고, 이렇게 처리된 오수는 수용 챔버부(110)의 대상물 유입구(112)를 통해서 수용 챔버부(110)로 다시 공급됨으로써, 유전체관(120)에서 나오는 자외선을 이용하여 이차적으로 오수를 처리할 수 있다.
특히, 기액 반응기(160)에서 수용 챔버부(110)로 공급되는 피처리 대상물은 기포 상태로 분산되거나 용해된 기체 활성종을 포함하고 있는데, 이러한 기체 활성종은 광촉매 다공망(150)에 의해서 매우 높은 수준의 활성도를 갖게 되어, 피처리 대상물의 유기물 분해 효과나 살균 효과가 매우 높아진다.
한편, 수용 챔버부(110)의 상부에는 기체 공급부(140)로부터 공기를 공급받아 유전체관(120)의 기체 유입구(122)로 공기를 공급할 수 있는 상부 통로(116)가 마련되어 있으며, 수용 챔버부(110)의 하부에는 유전체관(120) 내측을 지나 유전체관(120)의 기체 배출구(124)로 배출되는 공기를 기액 반응기(160)로 전달할 수 있는 하부 통로(118)가 마련되어 있다. 즉, 유전체관(120)의 기체 유입구(122) 및 기체 배출구(124)는 피처리 대상물과 분리된 상태로 제공되어, 피처리 대상물이 유전체관(120) 내측으로 유입되는 것이 방지된다.
만약, 플라즈마 방전이 일어나는 유전체관이 피처리 대상물의 외부에 배치된다면, 기체 활성종을 피처리 대상물로 끌어와 피처리 대상물의 처리 사용될 수 있겠으나, 자외선은 외부에서 끌어와 피처리 대상물에 사용할 수 없는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치(100)의 플라즈마 방전이 일어나는 유전체관(120)을 피처리 대상물에 침지된 상태로 제공하기 때문에, 플라즈마 방전에 의해서 생성된 자외선은 유전체관(120)을 통해서 직접 피처리 대상물로 공급될 수 있고, 동시에, 유전체관(120) 내부에 생성되는 기체 활성종은 기액 반응기(160)를 통해서 피처리 대상물로 공급되어 피처리 대상물을 처리하는데 사용할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치에서 유전체관(120)은 피처리 대상물에 침지되지만, 유전체관(120) 내부에는 피처리 대상물이 유입되지 않기 때문에, 고압의 전류가 걸리는 코어전극은 액상의 피처리 대상물에 의해서 산화/부식이 쉽게 일어나지 않으며, 코어전극은 액상의 피처리 대상물과 직접 접촉하지 않아, 액상의 피처리 대상물의 전기 전도로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치는 별도의 자외선 발생장치를 사용할 필요가 없고, 플라즈마 방전에 의해서 생성되는 자외선이나 기체 활성종을 한번에 생성하고, 이를 모두 피처리 대상물 처리에 사용할 수 있는 장점이 있다.
한편, 액상의 피처리 대상물은 그라운드 전극과 연결될 수 있으며, 액상의 피처리 대상물이 그라운드 전극의 역할을 함으로써, 금속 전극을 사용할 때와 다르게 부식 문제를 해결할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 수용 챔버부(110)의 대상물 배출구(114)에 연결되는 방류수조(170)의 상부에는 기체 활성종을 포함하는 기체 즉, 미반응 기체 활성종이 포집되는데, 이러한 미반응 기체 활성종을 포함하는 기체는 기체 공급부(140)에 의해서 다시 유전체관(120)으로 재순환되도록 공급되고, 유전체관(120) 내에서 플라즈마 방전에 다시 노출되는 재사용 과정을 거침으로써, 기체 활성종이 보다 풍부해져 피처리 대상물의 처리 효과를 향상시킬 수 있다.
특히, 기체 활성종 내에 포함된 오존의 경우 배오존처리시설에서 처리하여 2차 오염을 방지하여야 하나, 본 발명에 따른 처리장치에서는 미반응 기체 활성종을 재순환시켜 사용하기 때문에 별도의 오존 처리 설비가 필요하지 않다.
한편, 방류수조(170) 상부에 포집된 기체는 기체 공급부(140)를 통해서 수용 챔버부(110)의 상부 통로(116)로 공급되는데, 기체 공급부(140)는 미반응 기체 활성종을 상기 유전체관 내부로 재순환 시키기 위한 블로워(blower)를 사용할 수 있고, 이러한 블로워는 방류수조(170)로부터만 기체를 공급받는 것이 아니고, 외부 공기를 추가로 상부 통로(116)로 제공할 수 있도록 별도의 공기 흡입 배관을 갖추어 상부 통로(116)로 공급되는 공기의 양이 부족하지 않도록 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치(100)는, 앞서 설명한 바와 같이, 유전체관(120)과 코어전극(130)을 포함하는 간단한 구성으로 플라즈마 생성물을 제조하고, 이를 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리할 수 있다.
특히, 유전체관(120) 외측에 배치되는 광촉매 다공망(150)에 의해서 자외선의 활성도를 높이고, 기액 반응기(160)를 통해서 공급되는 오수 내의 기체 활성종이 더욱 활성도가 높아져 오수 내의 효과적인 미생물의 살균 처리 및 유기물의 분해가 가능하다.
한편, 본 실시예에서 피처리 대상물은 오수로 한정하고, 기체는 일반적인 대기 중의 공기로 특정하여 설명하고 있으나, 경우에 따라서, 피처리 대상물은 축사, 양식장 혹은 공장에서 사용한 다양한 유기물이나 미생물이 포함된 오수 외에도 순수한 물일 수도 있다. 마찬가지로, 기체 역시 일반적인 대기 중의 공기일 수도 있으며, 산소와 같은 한 종류의 기체일 수도 있다.
유전체관(120)으로 공급되는 기체의 종류에 따라서 생성되는 플라즈마 생성물의 종류가 다소 달라질 수 있고, 플라즈마 생성물에 의해서 처리되는 피처리 대상물의 성질도 달라질 수 있다.
구체적으로, 상술한 피처리 대상물이 오수이며, 유전체관(120)으로 공급되는 기체가 일반적인 공기인 경우, 플라즈마 방전에 의해서 기체는 오존, O, H2O2, OH 등과 같은 산화성 활성종 및 자외선 등이 발생시켜, 오수 내의 유기물이나 미생물을 처리할 수 있다.
또한, 피처리 대상물이 순수한 물이며, 유전체관(120)으로 공급되는 기체가 순수한 산소인 경우에는 산소로부터 오존을 생성할 수 있으며, 오존으로 처리된 피처리 대상물로부터 오존수를 생산할 수도 있다.
참고로, 도면상에 액체의 흐름은 내부가 채워진 검은색 화살표로 표시하였으며, 기체의 흐름은 내부가 빈 흰색 화살표로 표시하였다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치를 도시한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 수처리장치(200)는 피처리 대상물을 수용하는 수용 챔버부가 2개가 나란히 배치되어 있다. 도 4에 도시된 플라즈마 수처리장치(200)는 사실상 앞선 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치(100)와 동일하다. 이에, 본 실시예에서는 앞서 실시예에서 추가되는 구성요소 및 차이가 있는 부분을 중심으로 설명하며, 앞선 실시예에서 이미 설명한 구성요소에 대해서는 설명을 생략할 수 있다.
또한, 플라즈마 수처리장치(200)는 제1 수용 챔버부(210) 및 제2 수용 챔버부(310)에는 앞선 실시예에서 설명한 유전체관, 코어전극, 광촉매 다공망이 배치되어 있으며, 이에 대한 설명은 앞선 실시예를 참고할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 수용 챔버부(210) 및 제2 수용 챔버부(310)는 서로 다른 제1 및 제2 기액 공급기(260, 360)를 통해서 오수를 공급받으며, 기액 공급기(260, 360)는 도 4에서 좌측에 도시되는 유량조정조(205)로부터 오수를 받는다. 여기서 유량조정조(205)는 특정한 형태가 정해진 통 외에도 축사, 양식장, 저수지 혹은 공장이 오수가 저장된 장소일 수 있다.
제1 및 제2 기액 공급기(260, 360)의 오수는 제1 및 제2 수용 챔버부(210, 310)로 전달되어 제1 및 제2 수용 챔버부 내부에 배치된 유전체관에서 방출되는 자외선을 통해서 처리될 수 있으며, 처리된 오수는 제1 및 제2 수용 챔버부(210, 310)의 대상물 배출구를 통해서 방류수조(270)로 공급될 수 있다. 그리고, 방류수조(270)에서는 다시 방류수조(270) 내부에 수용된 오수의 수면 위로 포집되는 기체 활성종을 기체 공급부(240)를 통해서 제1 및 제2 수용 챔버부(210, 310) 내측에 마련된 유전체관의 기체 유입구로 제공할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 기액 공급기(260, 360)로는 유전체관의 기체 배출구를 통해서 기체 활성종이 유입되어 일차적으로 기액 공급기(260, 360) 내에서 오수가 처리될 수 있다.
상술한 바와 같이, 자외선 및 기체 활성종과 같은 플라즈마 생성물을 통해서 오수를 두 차례에 걸쳐서 처리하되, 유전체관 외측으로는 자외선이나 기체 활성종의 활성도를 극대화시킬 수 있는 광촉매 다공망을 배치함으로써, 오수의 처리 효과를 높일 수 있다.
또한, 방류수조(270) 내에 수용되는 오수의 수면위로 포집되는 미반응 기체 활성종을 다시 유전체관 내부로 재순환시킬 수 있는 시스템을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 처리된 오수는 결국 제1 수용 챔버부(210) 및 제2 수용 챔버부(310)의 대상물 배출구를 통해서 방류수조(270)로 전달된 후에, 방류수조(270)에서 외부로 배출될 수 있다.
이렇게 여러 개의 수용 챔버부 각각을 독립적으로 연결하여, 오수를 처리함으로써, 대용량의 피처리 대상물을 효과적으로 처리할 수 있으며, 피처리 대상물 처리량에 따라 단시간 내 빠른 효율을 갖도록 수용 챔버부를 더 채용한 병렬 운전으로 처리용량을 대폭 증가 시킬 수도 있다.
한편, 이미 제1 및 제2 수용 챔버부에서 처리되어 방류수조로 전달된 오수를 다시 처리할 수 있도록 다른 수용 챔버부를 방류수조에 직렬로 연결함으로써, 다른 수용 챔버부에서 오수를 재 처리할 수 있다. 이는 수용 챔버부를 여러 개 연결하면 할수록 오수의 처리 효율이 증가할 수 있고, 여러 개의 수용 챔버부를 직렬 연결하여 처리용량을 증가시킴과 동시에, 고농도 피처리 대상물과 같은 난분해성 또는 고농도 병원성 처리대상물을 갖는 피처리 대상물의 효과적인 처리가 가능하다.
본 발명의 피처리 대상물에 대한 뛰어난 살균효과로 아래의 표에 표시된 바와 같이, 개별 유닛 병렬 연결 형태로도 처리용량을 증가시키면서 뛰어난 살균효과를 나타낼 수 있다. 아래의 표를 보면, 처리 대상인 오수는 1㎖ 당 얼만큼의 콜로니(세균수)가 존재하는지를 표시할 수 있는colony forming unit/㎖을 단위로 하여 표시하였으며, 표를 살펴보면 일반세균(저온) 및 일반세군(중온)의 세균수가 각 7300 CFU/㎖ 및 4,600 CFU/㎖의 고농도 오염수인 경우, 10분 이내의 체류시간을 거치면 대부분의 세균이 제거되는 것으로 나타난다. 그리고, 이는 체류시간을 더욱 단축하여도 충분한 살균효과를 나타낸다고 볼 수 있으며 대장균군 역시 처리과정을 통해서 제거됨을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100：플라즈마 수처리장치 110：수용 챔버부
112：대상물 유입구 114：대상물 배출구
116：상부 통로 118：하부 통로
120：유전체관 122：기체 유입구
114：기체 배출구 130：코어전극
134, 135：코어전극 고정부재 140：기체 공급부
150：광촉매 다공망 160：기액 반응기
170：방류수조 180：전원 공급부
112：대상물 유입구 114：대상물 배출구
116：상부 통로 118：하부 통로
120：유전체관 122：기체 유입구
114：기체 배출구 130：코어전극
134, 135：코어전극 고정부재 140：기체 공급부
150：광촉매 다공망 160：기액 반응기
170：방류수조 180：전원 공급부
Claims (14)
- 플라즈마 반응을 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리하기 위한 플라즈마 수처리장치에 있어서,
상기 피처리 대상물이 유입되는 대상물 유입구 및 상기 피처리 대상물이 배출되는 대상물 배출구가 형성되는 수용 챔버부;
상기 수용 챔버부 내측에 수용되는 상기 피처리 대상물을 가로질러 배치되며, 상기 피처리 대상물과 분리되는 기체 유입구 및 기체 배출구를 포함하는 유전체관;
상기 피처리 대상물로부터 격리되게 상기 유전체관 내측에 배치되는 코어전극;
상기 피처리 대상물에 침지된 상태에서 상기 유전체관을 외부에서 수용하는 광촉매 다공망;
상기 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부;
상기 기체 공급부에 의해서 상기 유전체관 내측으로 공급되는 상기 기체는 상기 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 반응에 노출되며, 상기 플라즈마 반응에 의해서 생성된 기체 활성종을 포함하는 상기 기체를 상기 기체 배출구를 통해서 공급받아 상기 피처리 대상물을 일차적으로 처리하며, 상기 일차적으로 처리된 상기 피처리 대상물을 상기 수용 챔버부의 상기 대상물 유입구로 제공하는 기액 반응기; 및
상기 수용 챔버부의 상기 대상물 배출구로부터 상기 피처리 대상물이 유입되며, 상부에 포집된 미반응 기체 활성종을 상기 기체 유입구로 재순환시키기 위한 방류수조;
를 포함하며, 상기 피처리 대상물을 상기 기액 반응기에서 일차적으로 처리하여 상기 수용 챔버부로 제공하고, 상기 수용 챔버부에 수용된 상기 피처리 대상물을 상기 플라즈마 방전에 의해서 생성된 자외선으로 이차적으로 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 기체 공급부는 상기 방류수조 상부에 포집된 상기 미반응 기체 활성종을 상기 유전체관의 상기 기체 유입구로 공급하여, 상기 미반응 기체 활성종을 상기 유전체관 내부로 재순환 시키기 위한 블로워(blower)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 유전체관의 상기 기체 유입구 및 상기 기체 배출구에는 상기 피처리 대상물이 유입되는 것을 방지하기 위한 차단부재를 포함하며,
상기 차단부재는 절연성으로 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 기액 반응기는 상기 기체 활성종을 포함하는 상기 기체를 기포 상태로 상기 피처리 대상물과 접촉 용해시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 피처리 대상물은 그라운드 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 유전체관 및 광촉매 다공망은 상기 피처리 대상물의 표면에 수직으로 침지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매 다공망은 각각의 유전체관을 외부에서 수용하는 중공의 원기둥 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치 - 제1항에 있어서,
상기 광촉매 다공망에 사용되는 광촉매는 TiO2 및 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 유전체관은 유리, 석영, 및 세라믹 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 유전체관은 석영을 포함하며, 상기 유전체관을 통과한 상기 자외선은 상기 광촉매 다공망을 통과하면서 활성도가 커진 상기 기체 활성종을 포함하는 상기 피처리 대상물을 이차적으로 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 코어전극을 상기 유전체관 내측에 고정하며,
상기 유전체관으로 유입되는 상기 기체의 원활한 통과성을 위해 삼각지지 형상의 코어전극 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제11항에 있어서,
상기 코어전극 고정부재는 테프론을 이용하는 것을 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
동일한 상기 수용 챔버부가 적어도 하나 이상 연속으로 배치될 수 있으며,
일 수용 챔버부에 인접한 다른 수용 챔버부는 상기 일 수용 챔버부에서 처리된 피처리 대상물을 공급 받아 재처리 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 코어전극 외면에 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene) 또는 세라믹을 이용한 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 수처리장치.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014185616A1 (ko) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 제주대학교 산학협력단 | 유전체 배리어 방전 플라즈마를 이용한 폐수처리 장치 및 방법 |
| KR20160036273A (ko) * | 2014-09-25 | 2016-04-04 | 미륭이씨오 주식회사 | 순환형 대기처리장치 |
| CN106277177A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-01-04 | 浙江富春江环保热电股份有限公司 | 等离子体协同光催化处理垃圾渗滤液的装置及方法 |
| KR102229965B1 (ko) * | 2020-10-29 | 2021-03-22 | 주식회사 경동냉열산업 | 플라즈마를 이용한 미세먼지 포집 및 공기살균 장치 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104150566A (zh) * | 2014-08-05 | 2014-11-19 | 中山大学 | 一种微等离子体净水厂出水杀菌的方法 |
| WO2016191696A1 (en) | 2015-05-28 | 2016-12-01 | The Regents Of The University Of Michigan | Plasma water purifier having packed bed discharges with water dielectric barriers |
| CN105271464A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-01-27 | 江苏金鹏环境科技集团有限公司 | 一种低温等离子体废水处理装置 |
| JP7047246B2 (ja) * | 2016-11-25 | 2022-04-05 | 株式会社Ihi | 触媒装置 |
| KR102266934B1 (ko) * | 2019-11-15 | 2021-06-18 | 에프엔에스 주식회사 | 해수 부상 장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100797027B1 (ko) | 2006-09-29 | 2008-01-22 | 제주대학교 산학협력단 | 유전체장벽 방전관에서 발생되는 자외선 및 산화성 물질을이용한 폐수처리 장치 및 이를 이용한 폐수처리 방법 |
| KR100808935B1 (ko) | 2006-11-22 | 2008-03-03 | 김영규 | 플라즈마 및 광촉매를 이용한 폐수 처리장치 |
| KR101057453B1 (ko) | 2010-12-23 | 2011-08-17 | 미륭이씨오 주식회사 | 플라즈마 처리장치 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04247294A (ja) * | 1991-02-01 | 1992-09-03 | Toshiba Corp | 紫外線酸化水処理装置 |
| JPH084784B2 (ja) * | 1993-03-24 | 1996-01-24 | 千代田工販株式会社 | 水処理装置 |
| KR100223884B1 (ko) * | 1997-07-10 | 1999-10-15 | 이종수 | 플라즈마 리액터와 이를 이용한 수처리 방법 및 장치 |
| JP4355315B2 (ja) * | 2005-12-26 | 2009-10-28 | 東洋バルヴ株式会社 | 流体浄化装置 |
| JP4915436B2 (ja) * | 2009-07-02 | 2012-04-11 | 富士通株式会社 | 液体の浄化方法および液体の浄化装置 |
| KR100993623B1 (ko) * | 2010-05-03 | 2010-11-11 | 주식회사 비와이 | 피처리수 처리장치 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100797027B1 (ko) | 2006-09-29 | 2008-01-22 | 제주대학교 산학협력단 | 유전체장벽 방전관에서 발생되는 자외선 및 산화성 물질을이용한 폐수처리 장치 및 이를 이용한 폐수처리 방법 |
| KR100808935B1 (ko) | 2006-11-22 | 2008-03-03 | 김영규 | 플라즈마 및 광촉매를 이용한 폐수 처리장치 |
| KR101057453B1 (ko) | 2010-12-23 | 2011-08-17 | 미륭이씨오 주식회사 | 플라즈마 처리장치 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014185616A1 (ko) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 제주대학교 산학협력단 | 유전체 배리어 방전 플라즈마를 이용한 폐수처리 장치 및 방법 |
| KR20160036273A (ko) * | 2014-09-25 | 2016-04-04 | 미륭이씨오 주식회사 | 순환형 대기처리장치 |
| KR101636421B1 (ko) * | 2014-09-25 | 2016-07-05 | 미륭이씨오 주식회사 | 순환형 대기처리장치 |
| CN106277177A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-01-04 | 浙江富春江环保热电股份有限公司 | 等离子体协同光催化处理垃圾渗滤液的装置及方法 |
| KR102229965B1 (ko) * | 2020-10-29 | 2021-03-22 | 주식회사 경동냉열산업 | 플라즈마를 이용한 미세먼지 포집 및 공기살균 장치 |
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