KR101393028B1 - 플라즈마 수중방전을 이용한 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 수중방전을 이용하여 대상수 중의 오염물질을 침전 또는 부상시켜 제거하는 수처리 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 본 발명의 수처리 장치는 대상수에 응집제를 투여하는 응집제투여부(100), 상기 응집제가 투여된 대상수를, 제1 교반하여 상기 응집제와 상기 오염물질이 응집(coagulation)된 응집물을 생성하고, 플라즈마 수중방전하여 기포를 발생시키는 방전부(200), 및 상기 응집물이 성장하여 침전된 플록(floc) 및 상기 플록과 상기 기포가 결합하여 부상된 상기 기포결합플록을 제거하는 플록수거부(300)를 포함한다.

Description

플라즈마 수중방전을 이용한 수처리 장치{WATER PURIFY SYSTEM USING PLASMA UNDERWATER DISCHARGE}

본 발명은 플라즈마 수중방전을 이용한 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마 수중방전을 이용하여 기포를 생성함으로써 대상수 중의 오염물질을 침전시키거나 기포와 결합된 오염물질을 부상시켜 제거하는 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적인 하폐수 처리방법으로 오염물질의 침전을 위해 넓은 공간을 확보하여 오염물질을 서서히 침전시킨 후 침전된 오염물질과 대상수를 분리하는 침전 방식이 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 침전방식은 시간이 많이 걸리고 넓은 부지를 확보하여야 하는 단점이 있으며, 침전물의 부패와 악취 발생 등의 부작용이 있다.

이에 따라 좁은 공간에서도 하폐수를 오염물질과 분리하여 정수하기 위한 여러 수처리 장치가 개발되어 왔으며, 현재 사용되고 있는 방식으로는 하폐수에 기포를 발생시킴으로써 기포에 미세한 오염물질이 흡착되어 하폐수 표면으로 떠오르게 한 후 제거하는 가압부상법이 있다. 한국등록특허 제174364호는 기존의 침전법 대신에 가압부상법을 이용한 정수 처리 장치를 제안하였다. 또한, 한국 등록실용신안 제212210호는 응집 약품에 의한 응집과 가압공기 부상법을 이용한 하여 수처리 장치를 제안하였다.

가압부상법 중에서 가장 빈번하게 쓰이는 수처리 방법으로는 폐수 처리장에서 많이 사용되고 있는 용존공기 부상법(Dissolved Air Flatation)이 있으며, 이는 대기압 이상으로 포화된 물을 노즐이나 니들밸브를 통해 부상조에 주입함으로써 미세한 기포(100um 이하)를 발생시키는 방법이다. 용존공기 부상법에서 생성되는 기포는 일반적으로 10 ~ 120 um의 크기를 가지며, 오염물질을 제거하기 위한 가장 효과적인 평균 기포 크기는 40 ~ 60 um로 보고되고 있다.

그러나, 기존의 용존공기 부상법은 일정 면적에서 처리할 수 있는 유량이 적어 소규모 공정에만 적용 가능하고, 노즐의 구조로 버블 사이즈를 제어하므로 한번 설치되면 사이즈 제어가 불가한 단점이 있었다. 또한, 대기압 이상으로 포화된 물을 만들기 위한 가압탱크가 고전력을 요구하므로 가압탱크의 동력비용이 수처리 장치 운용 비용의 큰 비중을 차지하는 단점이 존재하였다. 또한, 조류와 같은 유기물의 경우 응집 플록에 잘 부착되지 못하고 부유하는 경우가 많으므로 침전 및 부상 공정으로 처리하기 어려운 단점이 있었다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 플라즈마 전극을 사용하여 수중방전을 행함으로써 기포를 발생시키고, 기포에 흡착된 오염물질을 수면으로 부상시켜 용존공기 부상법과 동일한 효과를 얻는 동시에, 장치 운용 비용을 감소시키고 유기물의 처리가 가능한 수처리 장치를 제안하기로 한다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 플라즈마 수중방전을 이용하여 기포를 발생시킴으로써 대상수 중의 오염물질을 제거할 수 있는 수처리 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 플라즈마 수중방전을 이용하여 부상 또는 침전되지 않는 유기물을 처리할 수 있는 수처리 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 플라즈마 수중방전을 이용하여 대상수 중의 오염물질을 침전 또는 부상시켜 제거하는 수처리 장치는, 대상수에 응집제를 투여하는 응집제투여부, 상기 응집제가 투여된 대상수를, 제1 교반하여 상기 응집제와 상기 오염물질이 응집(coagulation)된 응집물을 생성하고, 플라즈마 수중방전하여 기포를 발생시키는 방전부, 및 상기 응집물이 성장하여 침전된 플록(floc) 및 상기 플록과 상기 기포가 결합하여 부상된 상기 기포결합플록을 제거하는 플록수거부를 포함한다.

본 발명의 다른 일 태양에 따르면, 플라즈마 수중방전을 이용하여 대상수 중의 오염물질을 침전 또는 부상시켜 제거하는 수처리 장치는, 대상수에 응집제를 투여하는 응집제투여부, 상기 응집제가 투여된 대상수를 제1 교반하여 상기 응집제와 상기 오염물질이 응집(coagulation)된 응집물을 생성하는 제1 혼화부, 상기 제1 교반한 대상수를 제2 교반하는 제2 혼화부, 상기 제2 교반한 대상수를 플라즈마 수중방전하여 기포를 발생시키는 방전부, 및 상기 응집물이 성장하여 침전된 플록(floc) 및 상기 플록과 상기 기포가 결합하여 부상된 상기 기포결합플록을 제거하는 플록수거부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 일 태양에 따르면, 플라즈마 수중방전을 이용하여 대상수 중의 오염물질을 침전 또는 부상시켜 제거하는 수처리 장치는, 상기 대상수를 플라즈마 수중방전하여 기포를 발생시키는 방전부, 상기 기포가 발생한 대상수에 응집제를 투여하는 응집제투여부, 상기 응집제가 투여된 대상수를 제1 교반하여 상기 응집제와 상기 오염물질이 응집(coagulation)된 응집물을 생성하는 제1 혼화부, 상기 제1 교반한 대상수를 제2 교반하여 상기 응집물이 성장한 플록을 생성하는 제2 혼화부, 및 상기 응집물이 성장하여 침전된 플록(floc)을 제거하는 플록수거부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 수중방전을 이용하여 기포를 발생시킴으로써 대상수 중의 오염물질을 제거하는 수처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마 수중방전을 이용하여 부상 또는 침전되지 않는 유기물을 처리할 수 있는 수처리 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 일반적인 침전 공정과 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 수처리 효율을 비교한 그래프 및 표이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[본 발명의 바람직한 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수처리 장치는 원수 저장 탱크(10), 응집제 투여부(100), 방전부(200) 및 플록 수거부(300) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 원수 저장 탱크(10)는 처리 전의 대상수를 저장하는 구성이다. 원수 저장 탱크(10)로부터 밸브(21)를 사용하거나 또는 자연유하를 통하여 방전부(200)에 구비된 수조(210)에 대상수를 공급할 수 있다.

도 1을 더 참조하면, 응집제 투여부(100)는 대상수 중에 응집제를 투여하기 위한 구성이다. 응집제 투여부(100)는 밸브(22)를 사용하여 응집제를 방전부(200)에 구비된 수조(210)에 투여할 수 있으며, 응집제는 대상수 중의 오염물질과 응집(coagulation)하여 응집물을 형성할 수 있다. 응집제로는 알럼(alum)이나 가성소다 및 소석회, 염화제이철, 황산제이철, 포리황산제이철본 등이 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에서 투여되는 응집제는 10g/L의 알럼일 수 있다. 응집제는 10g/L의 알럼을 대상수와 1:1의 비로 혼합한 양만큼 투여될 수 있다.

도 1을 더 참조하면, 방전부(200)는 수조(210), 제1 교반기(220) 및 플라즈마 전극(230) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 방전부(200)는 응집제가 투여된 대상수를 제1 교반하고, 플라즈마 수중방전 하는 역할을 수행할 수 있다.

제1 교반기(220)는 응집제가 투여된 대상수를 제1 교반하여 대상수 중의 오염물질과 응집제가 응집된 응집물을 생성할 수 있다. 응집물을 생성하는 공정은 대상수 중에 포함된 음전하를 띤 콜로이드 입자 및 유기물, 무기물, 입자성 물질 등의 오염물질을 크게 만들기 위하여 응집제 투여부(100)에 의해 투여된 응집제에 콜로이드를 결합시키는 공정이다. 제1 교반에 의해 생성된 응집물은 응집물끼리 재차 결합하여 후술할 플록 제거부(300)에서 효율적으로 제거될 수 있는 크기의 플록(floc)을 형성(flocculation)할 수 있다.

제1 교반기(220)는 모터의 동력으로 회전하는 임펠러(221)를 구비할 수 있으며, 임펠러(221)의 구동을 통해 대상수를 제1 교반함으로써 대상수 중에 함유되어 있는 오염물질과 응집제를 응집시키게 된다. 제1 교반기(220)가 수행하는 응집물을 생성하는 공정은 본 발명의 제2 실시예에서 후술할 제2 교반기(320)가 수행하는 응집물끼리의 재결합을 촉진시키는 공정보다 임펠러(221)를 빨리 회전시키는 공정일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 교반은 대상수를 200rpm으로 1분간 교반하는 것일 수 있다.

도 1을 더 참조하면, 수조(210)의 하단에는 플라즈마 전극(230)이 구비될 수 있다. 플라즈마 전극(230)은 대상수를 플라즈마 방전시킴으로써 기포를 생성할 수 있다. 플라즈마 전극(230)은 제1 교반기(220)에 의해 제1 교반이 이루어진 대상수에 수중방전을 행할 수도 있고, 제1 교반이 이루어짐과 동시에 수중방전을 행할 수도 있다.

플라즈마 전극(230)에 의하여 플라즈마 수중방전으로 생성된 기포는 종래의 용존공기 부상법이 오폐수를 처리하기 위해 발생시키는 기포와 동일한 역할을 할 수 있다. 즉, 대상수의 수중방전으로 생성된 기포는 플록과 결합하여 기포결합플록을 생성함으로써 대상수 중의 오염물질을 부상 분리시키는 역할을 할 수 있다. 방전부(200)에서 플라즈마 전극(230)에서 생성되는 기포의 평균 크기는 바람직하게는 40 um일 수 있으며, 기포의 평균 크기를 조절하기 위하여 플라즈마 전극(230)을 구성하는 후술하는 플라즈마 이중전극(231)의 직경을 변경할 수 있다.

한편, 방전부(200)에서 대상수를 플라즈마 수중방전하는 경우 기포뿐만 아니라 OH 라디칼 등의 산화제가 발생하여 대상수 중의 유기물과 같은 난분해성 물질을 분해할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전극(230)의 구성을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 플라즈마 전극(230)은 복수개의 플라즈마 이중 전극(231)으로 구성될 수 있다. 다만, 도 5에서는 플라즈마 이중전극(231)이 복수 개 구성된 경우를 도시하고 있지만, 플라즈마 이중전극(231)은 하나만 구비될 수도 있고 복수개 구비된 경우에도 일부의 플라즈마 이중전극(231)에만 전압이 인가되어 사용될 수도 있다. 플라즈마 이중전극(231)은 외측은 세라믹으로 구성되고, 내측은 텅스텐으로 구성되는 이중전극일 수 있다. 각각의 플라즈마 이중 전극(231)의 직경은 바람직하게는 1 mm일 수 있다. 또한, 플라즈마 이중전극(231)은 일정 시간 동안 일정한 전원을 발생시킬 수 있음은 물론, 일정한 주기로 온/오프(on/off)를 반복하는 펄스 전원을 발생시킬 수도 있다.

마지막으로, 도 1을 다시 참조하면, 플록 수거부(300)는 침전된 플록 또는 부상 분리된 기포결합플록을 대상수로부터 수거하는 구성이다. 플록 수거부(300)는 플록 수거부(300)에 구비된 수조(310), 스키머(330), 침전물 제거기(340), 기포결합플록 제거기(350), 정수 수집기(360) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

수조(310)는 제1 내벽(311), 제2 내벽(312), 기포결합플록 수거 공간(313) 및 기포결합플록 수거 파이프(314) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 제1 내벽(311) 및 제2 내벽(312)은 수조(310)로 유입된 대상수가 차례로 제1 내벽(311) 아래를 통과하고, 제2 내벽(312) 위를 통과하도록 함으로써, 후술하는 침전물 제거기(340) 및 정수 수집기(360)가 효율적으로 동작할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 기포결합플록 수거 공간(313)은 후술하는 스키머(330)가 수집한 기포결합플록을 수거하는 공간을 제공할 수 있다. 기포결합플록 수거 파이프(314)는 기포결합플록 수거 공간(313)과 후술하는 기포결합플록 제거부(350)를 연결하여 대상수로부터 기포결합플록을 제거하는 역할을 수행할 수 있다.

스키머(330)는 대상수에서 부상 분리되어 수면에 떠오른 기포결합플록을 제거함으로써 대상수 내의 오염물질을 제거하는 구성이다. 스키머(330)에 의해 제거된 기포결합플록은 기포결합플록 수집 공간(313)으로 이동될 수 있다.

침전물 제거기(340)는 응집물이 성장하여 침전된 플록을 제거하는 구성이다. 수조(310) 내에서 대상수는 제1 내벽(311) 및 제2 내벽(312)을 따라 S자로 이동하며, 침전물 제거기(340)는 제1 내벽(311)과 제2 내벽(312) 사이의 수조(310) 하단에 설치됨으로써 제1 내벽(311) 밑을 통과하는 대상수에서 침전된 플록을 제거할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 내벽(311) 밑을 통과한 대상수는 제2 내벽(312)을 따라 상승하게 되는데, 이때 플록은 무거워서 상승하지 못하고 제1 내벽(311)과 제2 내벽(312) 사이의 공간에 침전되어, 침전물 제거기(340)에 의해 제거될 수 있다.

기포결합플록 제거기(350)는 기포결합플록 수거 파이프(314)와 연결되어 기포결합플록을 제거하는 구성이다. 기포결합플록 제거기(350)는 기포결합플록을 효율적으로 제거하기 위해 흡입 장치를 포함할 수 있다.

정수 수집기(360)는 침전된 플록 및 부상 분리된 플록이 제거된 대상수를 수집하는 구성이다. 정수 수집기(360)는 수조(310) 내에서 제1 내벽(311) 및 제2 내벽(312)을 통과한 대상수를 수집할 수 있도록 설치될 수 있다. 정수 수집기(360)에 의해 수집되는 대상수는 침전물 제거기(340) 및 기포결합플록 제거기(350)에 의해 오염물질이 제거된 정수일 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.

본 발명의 제2 실시예는 본 발명의 제1 실시예에 대한 변형예로서, 본 발명의 제1 실시예와 동일하거나 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 하고 부가되거나 변형되는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 수처리 장치가 제1 교반 및 플라즈마 수중방전, 오염물질 제거의 순서로 대상수를 수처리 하는 것과 달리, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수처리 장치는 제1 교반 및 플라즈마 수중방전, 제2 교반, 오염물질 제거의 순서로 대상수를 수처리 할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수처리 장치는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수처리 장치의 구성에서 플록 제거부(300)에 제2 교반기(320)가 추가된 것이다.

제2 교반기(320)는 제1 교반에 의해 생성된 응집물을 재차 결합하여 플록 제거부(300)에서 효율적으로 제거될 수 있는 크기의 플록(floc)을 생성하는 공정을 촉진할 수 있다. 또한, 플록과 플라즈마 방전에 의해 생성된 기포의 결합 공정을 촉진하는 역할을 수행할 수도 있다. 즉, 상술한 본 발명의 제1 실시예와 비교할 때, 본 발명의 제2 실시예의 제2 교반기(320)는 플록 제거부(300)에서 대상수를 재차 교반함으로써 플록의 성장 및 기포결합플록의 생성 공정을 촉진하여 오염물질 처리 효율을 높일 수 있다. 제2 교반기(320)는 제1 교반기(220)와 마찬가지로 모터의 동력으로 회전하는 임펠러(321)를 구비할 수 있으며, 임펠러(321)의 구동을 통해 대상수를 제2 교반할 수 있다. 제2 교반은 임펠러(321)의 회전 속도를 제1 교반의 임펠러(221)의 회전 속도보다 작게 할 수 있으며, 바람직하게는 제2 교반은 대상수를 30rpm으로 20분간 교반하는 것일 수 있다.

본 발명의 제2 실시예는 본 발명의 제1 실시예에서 제2 교반을 추가적으로 실시함으로써, 응집물이 플록 제거부(300)에서 재차 결합하여 보다 효율적으로 제거될 수 있도록 플록의 크기를 증대시키고 기포결합플록의 형성을 촉진시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.

본 발명의 제3 실시예는 본 발명의 제2 실시예에 대한 변형예로서, 본 발명의 제2 실시예와 동일하거나 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 하고 부가되거나 변형되는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 수처리 장치가 제1 교반 및 플라즈마 수중방전, 제2 교반, 오염물질 제거의 순서로 대상수를 수처리 하는 것과 달리, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수처리 장치는 제1 교반, 제2 교반, 플라즈마 수중방전, 오염물질 제거의 순서로 대상수를 수처리 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수처리 장치는 응집제 투여부(100), 방전부(200), 플록 제거부(300), 제1 혼화부(400) 및 제2 혼화부(500) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 수처리 장치에서 대상수는 제1 혼화부(400), 제2 혼화부(500), 방전부(200), 플록 제거부(300) 순으로 이동한다.

제1 혼화부(400)는 수조(410) 및 제1 교반기(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 교반기(220)는 전술한 본 발명의 제1 실시예의 제1 교반기(220)와 동일한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제1 교반기(220)는 임펠러(221)를 회전시켜 응집제가 투여된 대상수를 교반함으로써 오염물질을 응집제와 결합하여 응집물이 생성되게 하는 구성이다.

제2 혼화부(500)는 수조(510) 및 제2 교반기(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 제2 교반기(320)는 전술한 본 발명의 제2 실시예의 제2 교반기(320)와 동일한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제2 교반기(320)는 제1 교반을 거친 대상수의 응집물들이 플록 수거부(300)에서 용이하게 침전 및 부상 분리되어 제거될 수 있도록 응집물이 재차 결합하여 플록의 크기를 증대시키는 역할을 수행할 수 있다. 제2 교반기(320)는 제1 교반기(220)보다 임펠러(321)의 회전속도가 작을 수 있다.

방전부(200)는 수조(210), 제1 교반기(220) 및 플라즈마 전극(230)을 포함할 수 있다. 본 발명의 제3 실시예에서는 제1 혼화부(400)에서 제1 교반을 실시했으므로, 방전부(200)의 제1 교반기(220)는 본 발명의 제1 실시예의 제1 교반기(220)와 달리 작동하지 않는 경우도 상정할 수 있다. 방전부(200)의 제1 교반기(220)가 작동하는 경우 응집제와 오염물질을 한번 더 응집시키는 기능을 수행하여 수처리 공정의 효율을 높일 수 있다.

마찬가지로, 플록 제거부(300)는 제2 교반기(320)를 포함하고 있으며, 제2 교반기(320)가 작동 또는 미작동하는 경우를 모두 상정할 수 있다. 플록 제거부(300)의 제2 교반기(320)가 작동하는 경우에는 응집물이 플록 제거부(300)에서 재차 결합하여 보다 효율적으로 제거될 수 있도록 플록의 크기를 증대시키고 기포결합플록의 형성을 촉진시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.

본 발명의 제4 실시예는 본 발명의 제3 실시예에 대한 변형예로서, 본 발명의 제3 실시예와 동일하거나 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 하고 부가되거나 변형되는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 수처리 장치는 제1 교반, 제2 교반, 플라즈마 수중방전, 오염물질 제거의 순서로 대상수를 수처리 하는 것과 달리, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 수처리 장치는 플라즈마 수중방전, 제1 교반, 제2 교반, 오염물질 제거의 순서로 대상수를 수처리 할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 수처리 장치에서 대상수는 방전부(200), 제1 혼화부(400), 제2 혼화부(500), 플록 수거부(300) 순으로 이동한다.

본 발명의 제4 실시예에서는 대상수를 방전부(200)에서 방전한 후 제1 교반하므로 대상수 내에 생성된 플록 또는 기포결합플록이 깨지게 될 위험성이 존재한다. 따라서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 수처리 장치에서는 공정의 효율을 위해 대상수를 방전한 후 교반하기 전에 응집제를 투여할 수 있으며, 응집제 투여부(100)가 응집제를 투여하는 시기는 대상수가 방전부(200)에 유입되고 난 후, 제1 혼화부(400)에 유입되기 전일 수 있다.

방전부(200)는 수조(210), 제1 교반기(220) 및 플라즈마 전극(230)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 제1 내지 제3 실시예와 달리 본 발명의 제4 실시예의 방전부(200)는 응집제가 투여되기 전의 대상수를 방전하므로, 방전부(200)는 대상수를 플라즈마 수중방전하는 역할만을 행하고 응집물을 생성하지 못할 수 있다. 방전부(200)에 포함된 제1 교반기(220)는 작동하지 않는 경우를 상정할 수 있다.

방전부(200)에서 플라즈마 수중방전된 대상수는 제1 혼화부(400) 및 제2 혼화부(500)를 거치며 대상수 중에 응집물이 생성되고, 응집물이 성장하여 플록을 생성하게 된다.

본 발명의 제1 실시예 내지 제3 실시예와 달리, 본 발명의 제4 실시예는 제1 교반 및 제2 교반 전에 대상수를 플라즈마 수중방전하므로, 플라즈마 수중방전에 의해 생성된 기포는 교반 공정에 의해 깨지게 되어 기포결합플록을 생성하지 못할 수 있다. 다만, 플라즈마 수중방전에 의해 대상수 중의 콜로이드 입자의 표면 거칠기를 증가시켜 플라즈마 수중방전 이후의 제1 및 제2 교반 공정에서 응집물 및 플록이 용이하게 생성되도록 할 수 있다.

플록 수거부(300)는 제2 혼화부(500)에 의해 제2 교반을 마친 대상수로부터 침전물을 제거하고, 정수를 수집하는 구성이다. 플록 수거부(300)는 수조(310), 침전물 제거기(340) 및 정수 수집기(350)를 포함하여 구성될 수 있다. 수조(310)의 하단에 위치한 침전물 제거기(340)는 대상수로부터 침전물을 제거하고, 정수 수집기(350)는 침전물이 제거되어 제2 내벽(312) 위를 넘어온 대상수로부터 정수를 수집할 수 있다.

이하에서는 본 발명을 실험예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실험예에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.

도 6은 일반적인 침전 공정과 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 수처리 공정 효율을 비교한 그래프 및 표이다.

본 실험예에서는 일반적인 침전 공정을 이용해서 오염물질을 제거하는 경우와 본 발명의 제2 실시예에 따른 수처리 장치를 이용해서 대상수에 포함된 오염물질을 제거하는 경우를 비교, 관찰하였다.

일반적인 침전 공정 실험과 본 발명의 제2 실시예에 따른 실험은 공통적으로 휴믹산 100 ppm을 첨가한 3.5% 소금물 3L를 대상수로 사용하였고, 10g/L의 알럼을 응집제로서 투여하였다. 또한, 제1 교반은 200rpm으로 1분간 행하였고, 제2 교반은 30rpm으로 30분간 행하였다.

일반적인 침전 공정을 이용해서 오염물질을 제거하는 경우는 대상수를 제1 교반한 후, 제2 교반하여 휴믹산의 흡광도를 기준으로 수처리 공정의 효율을 관찰하였다. 일반적인 침전 공정과 대비하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수처리 장치를 사용하는 공정은 응집제를 투입한 후, 1분간 방전부가(200)가 대상수에 대해 제1 교반을 행함과 동시에 대상수를 플라즈마 수중방전하고, 그 후 30분간 제2 교반을 행한 후 역시 휴믹산의 흡광도를 기준으로 수처리 공정의 효율을 관찰하였다. 방전부(200)의 플라즈마 전극(230)은 2.88 kW의 전력을 사용하여 대상수를 플라즈마 수중방전하였다.

도 6을 참조하면, 좌측의 그래프 및 표는 일반적인 침전 공정의 수처리 효율을 나타낸 것이고, 우측의 그래프는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공정의 수처리 효율을 나타낸 것이다.

그래프를 참조하면, 제2 교반 과정 중(-30분에서 0분 사이의 시간)에 좌측의 그래프는 완만하게 하락하는 반면에, 우측의 그래프는 급격한 하락이 있는 것을 알 수 있다. 이것은 제1 교반만을 실시한 일반적인 침전 공정보다 제1 교반과 방전을 동시에 행한 본 발명의 제2 실시예에 따른 공정이 제2 교반 과정 중에 대상수 내의 오염물질을 상대적으로 빠르게 처리하며, 이는 수처리 효율이 뛰어남을 의미한다. 그 결과로, 제2 교반까지 완료된 수치를 확인하면 제2 교반 완료 후 일반적인 침전 공정의 수처리 효율은 평균 45%, 본 발명의 제2 실시예에 따른 공정의 수처리 효율은 87%로 본 발명의 제2 실시예에 따른 공정의 효율이 뛰어난 것을 알 수 있다.

또한, 표를 참조하면, 제2 교반이 완료되고 60분이 지난 후의 최종 처리율은 각각 98.3%와 97.7%로 양 공정이 비슷한 것을 알 수 있지만, 적정 처리율(90%)에 도달하는 시간은 본 발명의 제2 실시예에 따른 공정이 빠른 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 수처리 장치에 있어 플라즈마 방전을 사용하는 경우 일반적인 침전 방식을 사용하는 경우보다 수처리 시간을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

10: 원수 저장 탱크
21, 22: 펌프
100: 응집제 투여부
200: 방전부
210: 수조
220: 제1 교반기
221: 임펠러
230: 플라즈마 전극
300: 플록 수거부
310: 수조
311: 제1 내벽
312: 제2 내벽
313: 기포결합플록 수거 공간
314: 기포결합플록 수거 파이프
320: 제2 교반기
330: 스키마
340: 침전물 제거기
350: 기포결합플록 제거기
360: 정수 수집기
400: 제1 혼화부
410: 수조
500: 제2 혼화부
510: 수조

Claims (12)

1. 플라즈마 수중방전을 이용하여 대상수 중의 오염물질을 침전 또는 부상시켜 제거하는 수처리 장치로서,
   대상수에 응집제를 투여하는 응집제투여부,
   상기 응집제가 투여된 대상수를, 제1 교반하여 상기 응집제와 상기 오염물질이 응집(coagulation)된 응집물을 생성하고, 플라즈마 수중방전하여 기포를 발생시키는 방전부, 및
   상기 응집물이 성장하여 침전된 플록(floc) 및 상기 플록과 상기 기포가 결합하여 부상된 기포결합플록을 제거하는 플록수거부를 포함하고, 상기 플록수거부에서 상기 제1 교반한 대상수를 제2 교반하며, 상기 제1 교반은 상기 대상수를 200rpm으로 1분간 교반하고, 상기 제2 교반은 상기 대상수를 30rpm으로 20분간 교반하며, 상기 방전부는 플라즈마 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 전극에 의하여 방전된 대상수에 OH 라디칼이 생성되고, 상기 플라즈마 전극은 외측은 세라믹으로 구성되고, 내측은 텅스텐으로 구성되며, 상기 플라즈마 전극의 직경은 1 mm이고, 상기 플라즈마 전극은 복수개의 개별 전극을 포함하며, 상기 기포의 직경은 평균값이 40 um 내지 60 um 범위 내이고, 상기 응집제는 10g/L의 알럼(alum)인, 수처리 장치.
   
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3. 플라즈마 수중방전을 이용하여 대상수 중의 오염물질을 침전 또는 부상시켜 제거하는 수처리 장치로서,
   상기 대상수를 플라즈마 수중방전하여 기포를 발생시키는 방전부,
   상기 기포가 발생한 대상수에 응집제를 투여하는 응집제투여부,
   상기 응집제가 투여된 대상수를 제1 교반하여 상기 응집제와 상기 오염물질이 응집(coagulation)된 응집물을 생성하는 제1 혼화부,
   상기 제1 교반한 대상수를 제2 교반하여 상기 응집물이 성장한 플록을 생성하는 제2 혼화부, 및
   상기 응집물이 성장하여 침전된 플록(floc)을 제거하는 플록수거부
   를 포함하고,
   상기 제1 교반은 상기 대상수를 200rpm으로 1분간 교반하며,
   상기 제2 교반은 상기 대상수를 30rpm으로 20분간 교반하고,
   상기 방전부는 플라즈마 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 전극에 의하여 방전된 대상수에 OH 라디칼이 생성되며,
   상기 플라즈마 전극은 외측은 세라믹으로 구성되고, 내측은 텅스텐으로 구성되며, 상기 플라즈마 전극의 직경은 1 mm이며,
   상기 플라즈마 전극은 복수개의 개별 전극을 포함하고,
   상기 기포의 직경은 평균값이 40 um 내지 60 um 범위 내이며,
   상기 응집제는 10g/L의 알럼(alum)인, 수처리 장치.
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