KR101320995B1 - 초음파를 이용한 인라인 수처리용 자외선 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파를 이용한 수처리용 반응기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 수처리용 반응기는 정화처리의 본 공정이 완료된 물을 방류하기에 앞서 난분해성 물질의 제거 처리 및 병원성 미생물 및 세균을 소독하기 위한 것으로서, 물이 유입될 수 있는 유입구와 배출될 수 있는 배출구가 형성되어 있는 중공형의 반응처리관, 반응처리관을 따라 흐르는 물을 소독처리하기 위한 제1반응모듈 및 반응처리관을 따라 흐르는 물을 향해 초음파를 발사하도록 반응처리관에 결합되는 초음파 발사체를 포함하는 제2반응모듈을 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 수처리용 반응기는 정화처리의 본 공정이 완료된 물을 방류하기에 앞서 난분해성 물질의 제거 처리 및 병원성 미생물 및 세균을 소독하기 위한 것으로서, 물이 유입될 수 있는 유입구와 배출될 수 있는 배출구가 형성되어 있는 중공형의 반응처리관, 반응처리관을 따라 흐르는 물을 소독처리하기 위한 제1반응모듈 및 반응처리관을 따라 흐르는 물을 향해 초음파를 발사하도록 반응처리관에 결합되는 초음파 발사체를 포함하는 제2반응모듈을 구비하는 것에 특징이 있다.
Description
본 발명은 상수, 하수 또는 폐수 등을 처리하기 위한 수처리 장치에 사용되는 소독장치에 관한 것으로서, 특히 초음파를 이용하여 난분해성 물질 등의 제거와 소독작용을 겸하는 자외선 반응기에 관한 것이다.
수처리 기술로서 막(membrane) 및 다양한 처리 공정을 조합한 수처리공정은 다양한 유독성 오염물질의 제거를 위한 고도처리기술 등에서 널리 활용되고 있다. 특히 이런 멤브레인 및 다양한 처리공정을 조합한 수처리 공정은 화학적 처리, 생물학적 처리 또는 물리적 처리와 조합되어 사용된다. 특히 정수처리, 난분해성의 산업폐수처리, 축산폐수처리, 매립지 침출수의 2차 처리와 오염된 지하수 처리를 위한 멤브레인 및 다양한 공정의 응용이 확대되고 있다.
상기한 바와 같이, 멤브레인을 이용한 수처리가 완료된 후에는 처리된 물을 방류하기에 앞서 최종적으로 소독뿐만 아니라 필요한 경우 추가적인 고도처리 과정을 진행한다. 즉, 수처리가 완료된 물은 파이프 라인을 따라 이동하면서 소독과정 또는 고도처리과정을 위하여 자외선을 조사하거나, 오존 또는 과산화수소를 주입하거나 하는 등 개별적인 방법이 사용되었다.
그러나 종래의 방식으로는 수처리 과정에서 처리되지 않고 수중에 남아 있는 환경호르몬 등의 난분해성 물질들이 쉽게 제거되지 않는 문제점이 있었다. 즉, 자외선 램프 또는 과산화 수소만을 사용하는 경우 난분해성 물질의 제거율이 저하되며, 오존을 사용하는 경우 난분해성 물질의 제거율이 상대적으로 상승하지만 오존의 사용은 경제적이지 않고 취급에 있어서도 주의가 필요하다는 문제점이 있었다.
이에 수처리가 종료되고 최종적으로 방류되기에 앞서 수중에 존재하는 환경호르몬 등의 난분해성 물질들까지도 제거하며 소독처리까지 겸할 수 있는 상대적으로 경제적인 자외선 반응기의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수중에 포함되어 있는 난분해성 물질을 제거하여 원하는 수준의 정화처리를 수행함과 동시에 방류중의 병원성 미생물 및 세균 등을 소독,살균할 수 있으며, 정화처리의 경제성이 보장되도록 초음파를 이용한 수처리용 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파를 이용한 수처리용 반응기는, 정화처리의 본 공정이 완료된 물을 방류하기에 앞서 소독 및 난분해성 물질의 고도처리를 하기 위한 것으로서, 물이 유입될 수 있는 유입구와 배출될 수 있는 배출구가 형성되어 있는 중공형의 반응처리관, 상기 반응처리관을 따라 흐르는 물을 소독처리하기 위한 제1반응모듈 및 상기 반응처리관을 따라 흐르는 물을 향해 초음파를 발사하도록 상기 반응처리관에 결합되는 초음파 발사체를 포함하는 제2반응모듈을 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 수처리용 반응기에서는 제1반응모듈과 제2반응모듈을 함께 사용하는 경우 반응에 따른 수처리효과가 배가되는 이점이 있다. 과산화수소 또는 자외선만을 사용하는 경우 난분해성 물질을 완벽하게 제거할 수 없지만, 초음파와 함께 오존을 사용하는 경우 난분해성 오염물의 제거율 및 살균율이 거의 100%로 향상된다.
또한 오존만을 사용하는 경우 비용이 과다하게 발생한다는 문제점이 있었으나, 초음파와 오존을 함께 사용하는 경우 난분해성 오염물 제거율과 살균율을 완벽하게 유지하면서도 오존 사용량을 50% 정도로 절감할 수 있어 경제적이라는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 초음파를 이용한 수처리용 반응기의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파를 이용한 수처리용 반응기 중 제2반응모듈의 확대 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파를 이용한 수처리용 반응기 중 제2반응모듈의 확대 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 수처리용 반응기에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 초음파를 이용한 수처리용 반응기의 개략적 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 초음파를 이용한 수처리용 반응기 중 제2반응모듈의 확대 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 수처리용 반응기는 정화처리의 본 공정이 수행되는 정화시스템(미도시)의 후단에 배치되어 정화처리가 끝난 물이 방류되기 전에 최종적으로 난분해성 물질의 고도처리 및 소독을 하기 위한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 수처리용 반응기(200)는 반응처리관(210), 제1반응모듈(220,230) 및 제2반응모듈(240)을 구비한다.
반응처리관(210)은 정화시스템으로부터 배출된 물을 유입시켜 난분해성 물질의 고도처리 및 소독처리를 수행한 후 배출시키기 위한 것이다. 반응처리관(210)은 중공형의 관으로 일측에는 정화시스템으로부터 배출된 물이 유입되는 유입구(i)가 형성되며, 타측에는 난분해성 물질의 고도처리 및 소독처리가 완료된 물이 배출되는 배출구(o)가 형성된다.
반응처리관(210)은 그 전체가 일체로 형성될 수도 있지만, 본 실시예와 같이 여러 개의 관이 결합되어 만들어지는 것이 일반적이다. 각각의 관의 양단에는 플랜지부가 형성되며, 각 관의 플랜지부를 볼트와 너트를 이용하여 관이음한다.
제1반응모듈과 제2반응모듈은 반응처리관(210)의 내부 관로를 따라 흐르는 물을 소독 및 살균하고, 수중에 존재하는 난분해성 물질을 제거하기 위한 것이다.
제1반응모듈은 반응처리관(210)을 따라 흐르는 물에 오존 또는 과산화수소와 같은 살균, 반응물질을 공급하거나, 또는 자외선을 조사하여 물에 포함되어 있는 세균, 난분해성 물질 등을 제거하기 위한 것이다.
본 실시예에서 제1반응모듈로는 반응제주입관(220) 및 자외선조사관(230)이 채용된다.
반응제주입관(220)과 자외선조사관(230)은 모두 관 형태로 제작되어 반응처리관(210)에 관이음된다. 즉, 길게 연결되어 있는 반응처리관(210)의 중간에 삽입되어, 내부의 관로로 물이 흐르도록 구성된다.
본 실시예에서 반응제주입관(220)에서는 오존 또는 과산화수소를 공급하기 위한 공급관(미도시)이 연결되어, 관로의 내부를 흐르는 물에 오존 또는 과산화수소와 같은 반응물질을 물에 공급한다.
마찬가지로 자외선조사관(230)에서는 관로 내부에 복수의 자외선 램프가 설치되며, 관로를 흐르는 물에 자외선을 조사함으로써 난분해성 물질의 분해 및 소독처리를 수행한다.
제2반응모듈은 반응처리관(210)을 따라 흐르는 물을 향해 초음파를 발사함으로써 수중의 난분해성 물질을 제거하고 살균 및 소독처리를 수행하기 위한 것이다.
본 실시예에서 제2반응모듈(240)은 관 본체(241)와 초음파발사체(245)를 구비한다. 관 본체(241)는 반응제주입관(220)과 마찬가지로 관 형상으로 반응처리관(210)에 삽입되어, 내부 관로를 따라 물이 흐르도록 구성된다.
관 본체(241)의 양단에는 플랜지부(242)가 형성되어 반응처리관(210), 반응제주입관(220) 및 자외선조사관(230)에 형성된 플랜지부에 볼트(243)로 결합된다.
본 실시예에서 제2반응모듈(240)은 반응제주입관(220)의 양측에 각각 하나씩, 그리고 자외선조사관(230)의 양측에도 각각 하나씩 배치되어 총 4개가 배치된다. 물론 배치되는 개수와 순서는 처리대상이 되는 물과 처리해야하는 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다.
본 실시예에서는 물의 흐름방향을 따라 반응제주입관(220)이 선배치되고 자외선조사관(230)이 후배치되는데, 반응제주입관(220)과 자외선조사관(230)의 양측에 각각 제2반응모듈(240)이 배치되는 구성이다.
제2반응모듈의 관 본체(241)에는 내면과 외면 사이를 관통하는 삽입구(246)가 형성되며, 이 삽입구(246)에는 초음파발사체(245, 초음파 진동자)가 끼워져 결합된다. 특히, 본 실시예에서 삽입구(246)는 관 본체(241)의 둘레방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 관 본체(241)를 흐르는 물에 대하여 4방향에서 함께 초음파를 조사할 수 있다.
또한 각 초음파 발사체는 콘트롤러(미도시)와 연결되어 초음파 발사의 순서와 진동수 등을 결정할 수 있다.
초음파발사체(245)는 물을 향해 초음파를 발사하여, 환경호르몬과 같은 난분해성 물질들을 제거하기 위한 것으로서, 이른바 공동화 현상(cavitation)과 이완현상(relaxation)을 이용하여 물을 소독 및 살균한다.
초음파를 이용한 살균 및 소독에 대하여 설명한다.
초음파란 인간의 가청 한계인 16㎑이상의 진동수를 갖는 주파수를 말한다. 주파수는 편의상 30kHz를 기점으로 하고 주파수 10배마다 구분하고 있으며, 이러한 초음파는 화학 분야, 반도체 제조분야, 재료공학 분야, 환경공학 분야 등 다양한 학문분야에서 이용되고 있다.
특히 물리적인 세척에는 초장파나 장파를 사용하고, 정밀세정이나 수중에서의 화학반응이나 각종 반응을 유도하기 위해서 사용되는 주파수 영역은 30(또는 20)~1,000 kHz 부분으로 이 영역을 초음파 화학효과 영역(sonochemical effect)이라고도 한다.
균일한 액상의 매질 내에 초음파가 전달되면 분자들은 그들의 평균위치에서 진동을 하게 된다. 분자들의 진동에 의해 분자들 사이의 거리가 감소하는 압축 주기와 거리가 증가하는 팽창 주기가 반복적으로 생기게 되며, 팽창주기에서 충분히 낮은 압력에 도달했을 때 액체 분자 간의 거리가 액체상태를 유지할 수 있는 임계분자거리보다 커지게 되면 이때 액체가 파괴되어 공동(cavity)이 형성되게 된다.
이것을 공동화 기포(cavitation bubble)라 하며 팽창주기 동안 생성된 공동은 매질 내를 이동함에 따라 팽창주기 동안 용액(bulk solution)으로부터 공동으로의 확산속도가 압축주기 동안 공동으로부터 용액으로의 확산 속도보다 크게 되어, 공동은 압축주기 동안 압축되는 비율보다 팽창주기에서 공동이 수축되는 비율보다 약간 커지기 때문에 공동은 한계크기가 될 때까지 지속적으로 성장한 후에 초음파의 강도가 음파 공동화 한계점(acoustic cavitational threshold)를 넘으면 파괴된다.
이러한 핵의 생성, 기포의 성장 및 팽창과 파괴의 3단계 현상을 공동화 현상(cavitation) 이라고 한다. 공동(cavity)이 파괴 또는 압축될 때 응축열이 발생하게 되며, 공동화현상이 아주 짧은 순간 동안 일어나기 때문에 생성된 열이 주위로 전달되기에 충분한 시간을 가지지 못하므로 그 부분은 단열과정이 된다. 공동에 인접한 부분의 온도가 순간적으로 급상승하여 과열점 (hot-spot)이 생기고 온도가 수 천도(K)에 이르게 된다. 이러한 효과로 인하여, 수중에 존재하는 호르몬과 같은 난분해성 물질이 분해 및 제거되며, 살균 및 소독효과가 발생한다.
또한 이러한 수축과 팽창 그리고 열충격 등에 의한 분자결합을 파괴하는 에너지 충격이 지속적이고 반복적으로 생김으로써 일종의 공진현상을 통한 에너지 증폭 현상을 일으킨다. 이 때 매질에 전달되는 에너지 레벨은 지수함수적으로 감쇄하므로 이러한 점을 고려하여 발사에너지의 크기와 사용주파수 그리고 반복주기 등을 조절할 수 있게 하여 사용범위와 유체의 성상에 최적화를 이룰 수 있도록 한다.
이러한 에너지 발사와 전달을 유체의 유속에 따라 반복횟수, 즉 에너지 체류시간을 보다 길게 하기 위한 방법으로 공동이 발생되는 관에 에너지 공진이 발생할 수 있도록 공명에너지 확인을 위한 감지용 수긴기를 두거나 발사용 진동자를 역으로 수신을 교대로 실시하여 전체적인 음장에너지가 최대가 되도록 조절(modulation)기법을 적용한 콘트롤러를 적용할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 반응물질 또는 자외선을 이용한 제1반응모듈(220,230)과 초음파를 이용한 소독을 수행하는 제2반응모듈(240)을 함께 사용하여 반응처리관(210)을 흐르는 물에 대한 최종 처리를 한다.
본 발명에서와 같이 제1반응모듈과 제2반응모듈을 함께 사용하는 경우 반응효과가 배가되는 이점이 있다. 즉, 과산화수소 또는 자외선만을 사용하는 경우 난분해성 물질을 완벽하게 제거할 수 없지만, 초음파와 함께 오존을 사용하는 경우 난분해성 오염물의 제거율 및 살균율이 거의 100%로 향상된다.
또한 오존만을 사용하는 경우 경제적인 문제점이 있었으나, 초음파와 오존을 함께 사용하는 경우 난분해성 오염물 제거율과 살균율을 완벽하게 유지하면서도 오존 사용량을 50% 정도로 절감할 수 있어 경제적이라는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
200 ... 초음파를 이용한 수처리용 반응기 210 ... 반응처리관
220 ... 반응제주입관 230 ... 자외선조사관
240 ... 제2반응모듈 241 ... 관본체
245 ... 초음파발사체
220 ... 반응제주입관 230 ... 자외선조사관
240 ... 제2반응모듈 241 ... 관본체
245 ... 초음파발사체
Claims (7)
- 정화처리의 본 공정이 완료된 물을 방류하기에 앞서 소독하기 위한 것으로서, 물이 유입될 수 있는 유입구와 배출될 수 있는 배출구가 형성되어 있는 중공형의 반응처리관;
상기 반응처리관을 따라 흐르는 물을 수처리하기 위한 제1반응모듈; 및
상기 반응처리관을 따라 흐르는 물을 향해 초음파를 발사하도록 상기 반응처리관에 결합되는 초음파 발사체를 포함하는 제2반응모듈;을 구비하며,
상기 제2반응모듈은,
양측에 플랜지부가 형성되어 상기 반응처리관에 관이음되며, 내면과 외면 사이를 관통하는 복수의 삽입구가 형성되어 있는 관 본체와,
상기 관 본체의 삽입구에 결합되어 물을 향해 초음파를 발사하는 복수의 초음파 발사체를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리용 반응기. - 제1항에 있어서,
상기 제2반응모듈은 초음파를 발사하여 수중에서 공동화 현상(cavitation)을 발생시켜 물을 소독하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리용 반응기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 초음파 발사체는 상기 관 본체의 원주방향을 따라 일정 각도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리용 반응기. - 제1항에 있어서,
상기 제1반응모듈은 상기 반응처리관의 중간에 관이음되어 상기 반응처리관을 따라 흐르는 물에 오존 또는 과산화수소를 공급하는 반응제주입관인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리용 반응기. - 제1항에 있어서,
상기 제1반응모듈은 상기 반응처리관의 중간에 관이음되며, 내부에 자외선 램프가 설치되어 상기 반응처리관을 따라 흐르는 물에 자외선을 조사하는 자외선조사관인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리용 반응기. - 제1항에 있어서,
상기 반응처리관에는 적어도 2개의 제1반응모듈이 설치되고,
상기 제2반응모듈은 상기 제1반응모듈 양측에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리용 반응기.
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| CN104529029A (zh) * | 2015-01-26 | 2015-04-22 | 第一动力能源香港有限公司 | 一种管道式污水处理设备 |
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| JP2007021496A (ja) | 1994-12-28 | 2007-02-01 | Benrad Ab | 流体処理方法及び流体処理装置 |
| KR100954278B1 (ko) * | 2009-10-20 | 2010-04-23 | 정주환 | 세정장치가 구비된 약수터 유수 살균 장치 |
| KR20110049279A (ko) * | 2009-11-04 | 2011-05-12 | 배경록 | 라디칼과 초음파를 이용한 수처리 장치 및 그 수처리 방법 |
-
2011
- 2011-08-22 KR KR1020110083365A patent/KR101320995B1/ko active IP Right Grant
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