KR101843661B1 - 플라즈마를 이용한 하이브리드 수처리 장치 및 방법 - Google Patents

플라즈마를 이용한 하이브리드 수처리 장치 및 방법 Download PDF

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한국기초과학지원연구원
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Abstract

본 발명의 일실시예인 하이브리드 수처리 장치는 피처리수를 수용하는 처리조, 상기 처리조에 수용된 피처리수의 수표면 및 수중으로 이동가능하도록 설치되고, 플라즈마를 생성하여 상기 수표면 및 수중으로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 공급부, 상기 피처리수의 수중으로 일부분이 삽입되어, 상기 피처리수의 전도도를 측정하는 전도도 센서, 상기 전도도 센서와 전기적으로 연결되고,　상기 전도도 센서의 결과를 바탕으로 상기 플라즈마 공급부를 구동시키는 제어부, 및　상기 플라즈마 공급부와 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마 공급부에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함한다.

Description

플라즈마를 이용한 하이브리드 수처리 장치 및 방법{Hybrid apparatus and method for water treatment using plasma}
본 발명은 플라즈마를 이용한 수처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 수표면 및 수중에 공급하는 하이브리드 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
수처리 기술로서, 종래에는 크게 물리, 화학적 처리와 생물학적 처리, 다단계 처리로 구별할 수 있었다. 그러나, 이러한 기술보다 우수한 첨단 수처리 기술들이 제안되었으며, 그 중 하나로서, 오존을 이용한 수처리 기술이 제안되었다. 오존은 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 분해 메커니즘이 밝혀지면서 오존과 일부 유기물과의 반응이 선택적으로 나타나거나 반응속도가 느리다는 단점이 있었다.
최근 이러한 오존처리의 단점을 극복하기 위한 방안으로 수중에서 일반 산화제 보다 훨씬 강력한 산화력을 지닌 OH 라디칼의 생성을 촉진시켜, 오염된 물을 정수할 수 있는 처리법인 고급산화처리법(Advanced Oxidation Process, AOP)이 수처리에 매우 효과적인 것으로 평가받고 있다
AOP란 일반적인 산화공정에서 사용하는 산화제보다 강력한 산화력을 가지는 OH, O, 라디칼 등을 이용하여 수중의 오염원을 산화, 분해하는 기술로써, 일반적으로는 오존을 사용하거나 자외선을 사용하였다. 오존의 경우, 강력한 산화력을 가지고 있으며 이론상으로도 유기물을 CO2, H2O 형태로 완전분해가 가능하나, 최근들어 일부 물질에만 선택적으로 반응하거나 반응속도가 느리고 스크러버 등의 배기시설이 필요한 문제로 인한 단점이 있었다. 자외선의 경우에는 UV 방사선의 침투깊이가 짧으며 경우에 따라 자외선 램프의 수명이 단축되는 단점이 있다.
이러한 종래의 수처리 기술의 단점을 보완하기 위해 최근에는 수처리의 기술로서 플라즈마를 이용한 수처리 기술이 제안되었다. 플라즈마를 이용한 수처리 기술은 앞서 언급된 종래의 일반적인 기술과 달리 약품투입이 필요 없고, 처리공정도 간편하며, 2차 오염을 발생시키지 않는 장점이 있다. 다만, 수중 플라즈마는 처리수의 전도도가 일정 수준 이하일 경우 절연파괴전압이 매우 큰 문제점이 있다.
본 발명의 일실시예는, 전도도가 낮은 피처리수를 처리하기 위한 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예인 하이브리드 수처리 장치는 피처리수를 수용하는 처리조, 상기 처리조에 수용된 피처리수의 수표면 및 수중으로 이동가능하도록 설치되고, 플라즈마를 생성하여 상기 수표면 및 수중으로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 공급부, 상기 피처리수의 수중으로 일부분이 삽입되어, 상기 피처리수의 전도도를 측정하는 전도도 센서, 상기 전도도 센서와 전기적으로 연결되고,　상기 전도도 센서의 결과를 바탕으로 상기 플라즈마 공급부를 구동시키는 제어부, 및　상기 플라즈마 공급부와 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마 공급부에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 플라즈마 공급부는 적어도 하나 이상의 플라즈마 소스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 플라즈마 소스는, 금속 팁 및 상기 금속 팁을 둘러싸며, 상기 금속 팁의 일단부 보다 일정 거리만큼 돌출된 유전체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 처리조는, 상부가 개방될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는, 상기 처리조의 내측에 전극이 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는, 상기 처리조의 일측에 피처리수 주입구가 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는, 상기 처리조의 일측에 피처리수 배출구가 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 하이브리드 수처리 방법은 피처리수의 수표면에서, 플라즈마 방전을 통해 형성된 이온을, 상기 피처리수의 수중으로 공급하여, 상기 피처리수의 전도도를 향상시키는 제1 단계, 및 상기 피처리수의 전도도가 상승하면, 상기 피처리수의 수중에서, 플라즈마 방전을 통해 상기 피처리수를 처리하는 제2 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제1 단계는, 상기 피처리수의 전도도를 측정하여, 상기 측정된 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 낮은 경우, 피처리수의 수표면에서, 플라즈마 방전을 통해 형성된 이온을, 상기 피처리수의 수중으로 공급하여, 상기 피처리수의 전도도를 향상시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 단계에서, 상기 플라즈마 방전을 통해 라디칼이 추가로 형성되고, 상기 피처리수 수중으로 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 단계는, 상기 피처리수의 전도도를 측정하여, 상기 측정된 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우, 상기 피처리수의 수중에서, 플라즈마 방전을 통해 상기 피처리수를 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 단계는, 플라즈마 방전을 통하여, 라디칼, UV, 초음파 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예인 하이브리드 수처리 장치는 피처리수를 수용하는 처리조; 상기 피처리수의 수중으로 일부분이 삽입되어, 상기 피처리수의 전도도를 측정하는 전도도 센서; 상기 피처리수를 상기 처리조로부터 공급받도록 상기 처리조와 연결되고, 상기 처리조로부터 공급된 피처리수의 수표면으로 플라즈마를 공급하는 수표면 플라즈마 방전부 및 상기 수표면 플라즈마 방전부의 아래에 위치하고 상기 수표면 플라즈마 방전부를 통과한 피처리수의 수중으로 플라즈마를 공급하는 수중 플라즈마 방전부를 포함하는 플라즈마 공급부; 상기 플라즈마 공급부와 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마 공급부에 전원을 공급하는 전원공급장치; 및 상기 전도도 센서 및 전원공급장치와 전기적으로 연결되고, 상기 전도도 센서의 결과를 바탕으로 상기 수표면 플라즈마 방전부로 인가되는 전원을 온(On)/오프(Off)시키는 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 수표면 플라즈마 방전부는 상기 처리조로부터 공급되는 피처리수를 중력 방향에 평행하게 흐르도록 하는 실린더 형태의 피처리수 이송실린더 및 상기 피처리수 이송실린더와 일정 거리 이격되어 대향하는 수표면 방전전극을 포함하고, 상기 수중 플라즈마 방전부는 상기 수표면 플라즈마 방전부를 통과한 피처리수를 내부로 수용하도록 상기 수표면 플라즈마 방전부 아래에 배치되는 중공관 및 상기 중공관의 측면 방향에서 관통되어 일부분이 상기 중공관의 내부로 삽입되어 있는 수중 방전전극들을 포함하고, 상기 처리조로부터 상기 수표면 플라즈마 방전부로 공급되는 피처리수는 상기 피처리수 이송실린더의 표면을 따라 얇은 층으로 흐르도록 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도도 센서를 통해 측정된 상기 처리조 내의 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 낮은 경우 상기 제어부는 상기 수표면 플라즈마 방전부로 인가되는 전원을 온 시켜서, 상기 피처리수의 수표면에서 플라즈마 방전을 통해 형성된 이온을 피처리수에 공급하여 전도도가 향상된 피처리수가 상기 수중 플라즈마 방전부로 이동하도록 하고, 상기 전도도 센서를 통해 측정된 상기 처리조 내의 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우 상기 제어부는 상기 수표면 플라즈마 방전부로 인가되는 전원을 오프 시켜서, 상기 수표면 플라즈마 방전부로 공급된 피처리수가 플라즈마 방전을 통한 이온의 공급 없이 통과하여 상기 수중 플라즈마 방전부로 이동하도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예인 하이브리드 수처리 장치를 통하여, 수표면 플라즈마를 이용하여, 피처리수의 전도도를 향상시키고, 수중 플라즈마를 이용하여 라디칼, UV, 초음파 등으로 피처리수를 처리하여, 피처리수의 오염물 및 유기물의 분해효과를 증대하고, 증류수와 같이 전도도가 낮은 물에서 많은 에너지가 사용되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 수처리 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 수처리 장치의 모식도이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
본 출원에서 사용되는, "플라즈마"는 본 발명이 속하는 기술분야에서 의미하는 플라즈마를 의미하며, "플라즈마 상태"를 포함하는 의미일 뿐만 아니라, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 플라즈마를 통하여 생성된, 아크 또는 제트 등을 모두 포함하는 의미로도 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 "제1" 및 "제2" 등은, 본 발명의 구성요소를 한정하는 것은 아니며, 단지 구성요소를 구분하기 위하여 설정된 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 피처리수의 전도도가 낮을 때, 수표면 위에서 플라즈마 방전을 통하여 수중으로 이온, 라디칼 등을 공급하여, 피처리수의 전도도를 향상시킨다. 반면에, 피처리수의 전도도가 높을 때는, 피처리수 수중에서, 플라즈마 방전을 통하여, 피처리수를 처리한다. 이를 위하여, 전도도를 측정하기 위한 센서를 포함하며, 플라즈마 공급부가 피처리수의 수표면과 수중 사이를 이동하여, 목표하고자 하는 위치에서 플라즈마를 방출할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예인 하이브리드 수처리 장치는 피처리수를 수용하는 처리조, 상기 처리조에 수용된 피처리수의 수표면 및 수중으로 이동가능하도록 설치되고, 플라즈마를 생성하여 상기 수표면 및 수중으로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 공급부, 상기 피처리수의 수중으로 일부분이 삽입되어, 상기 피처리수의 전도도를 측정하는 전도도 센서, 상기 전도도 센서와 전기적으로 연결되고,　상기 전도도 센서의 결과를 바탕으로 상기 플라즈마 공급부를 구동시키는 제어부, 및　상기 플라즈마 공급부와 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마 공급부에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함한다. 이러한 수처리 장치의 모식도를 도 1에 나타내었다.
이하, 본 발명을 도 1를 통하여, 상세히 설명한다.
상기 피처리수(80)는 탈이온수, 지하수, 수돗물 등 다양한 종류의 물이 적용될 수 있으며, 오염물질이나 유기물이 존재하는 경우, 본 발명의 다양한 실시예들에 의하여, 정화될 수 있다.
상기 처리조(10)는 다양한 형태, 크기, 재질 등의 수조가 적용될 수 있으며, 다만, 상기 피처리수(80)를 저장하거나, 상기 피처리수(80)가 통과되어, 추후 설명할 플라즈마 방전에 의하여 수처리될 수 있는 구조체에 적용될 수 있는 것이라면, 어떠한 것도 적용될 수 있다. 또한, 상기 처리조(10)의 상면은 개방형일 수 있다. 이를 통하여, 추후 설명할 플라즈마 방전을 위한 구조체의 적용이 용이하다.
상기 플라즈마 공급부(20)는 상기 피처리수(80)의 수표면 위(기체) 또는 수중(액체)에서 플라즈마를 형성하여 공급한다. 상기 플라즈마 공급부(80)는 적어도 하나 이상의 플라즈마 소스(30)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 플라즈마 소스(30)는 플라즈마를 발생시키는 하나의 구조체를 의미하며, 상기 플라즈마 공급부(20)는 상기 플라즈마 소스(30) 하나로 이루어지거나, 복수의 플라즈마 소스(30)로 이루어지는 것을 의미한다.
상기 플라즈마 소스(30)의 일실시예로서, 그 구조는, 금속 팁과 상기 금속 팁을 둘러싸며, 상기 금속 팁의 일단부 보다 일정 거리만큼 돌출된 유전체를 포함할 수 있다. 상기 금속 팁은 후술할 전원 공급장치(60)의 출력단과 전기적으로 연결되며, 금속 재질, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄 또는 스테인레스(SUS) 중 하나의 재질로 구성될 수 있다. 이러한 금속 팁을 구성하는 재질은 금속 팁의 형태, 크기, 금속 재료의 가공성 또는 가격 등을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 금속 팁을 가공성이 좋은 스테인레스로 구성하고, 플라즈마가 발생되는 끝 부분은 내마모성이 큰 텅스텐 등으로 형성할 수 있다. 상기 유전체 튜브는 금속 팁을 둘러싸는 원통형으로 구성되며, 금속 팁의 끝 단 보다 일정 길이(d)만큼 돌출된다. 즉, 금속 팁의 끝 부분은 유전체 튜브의 안쪽으로 d 만큼 들어간 상태로 형성된다. 상기 d는 유전체 튜브 내부에 형성되는 미세 거품 및 상기 미세 거품에서 발생하는 방전 효과를 고려하여 적절하게 정해질 수 있으며, 2mm 내지 4mm 정도의 값을 가질 수 있다. 이와 같은 유전체 튜브는 예를 들어, 알루미나 또는 석영(Quartz) 등으로 구성될 수 있다. 유전체 튜브의 지름은 약 2mm 내지 4mm 정도로 형성될 수 있다.
상기 전도도 센서(40)는 상기 피처리수(80)의 수중으로 일부분이 삽입되어, 상기 피처리수(80)의 전도도를 측정할 수 있다. 상기 전도도 센서(40)는 상기 피처리수(80)의 전도도를 측정할 수 있는 센서라면, 어떠한 형태, 크기, 용량 등에 제한을 두지 않는다.
상기 제어부(50)는 상기 전도도 센서(40)와 전기적으로 연결되고,　상기 전도도 센서(40)의 측정 결과를 바탕으로 상기 플라즈마 공급부(20)를 구동시킬 수 있다. 상기 전도도 센서(40)에 의하여 측정된 상기 피처리수(80)의 전도도가 미리 설정된 전도도 이하인 경우, 절연파괴 전압이 매우 크기 때문에, 상기 피처리수(80)의 전도도를 증대시켜야 한다. 따라서, 상기 플라즈마 공급부(20)를 상기 피처리수(80)의 수표면 위로 이동시켜, 플라즈마의 기체방전으로 라디칼 및/또는 이온을 형성시켜, 생성된 라디칼 및/또는 이온을 상기 피처리수(80) 수중으로 공급하고, 이를 통하여, 상기 피처리수(80) 내에 이온이 형성시켜 상기 피처리수(80)의 전도도를 향상시킬 수 있다. 반면에, 상기 전도도 센서(40)에 의하여 측정된 상기 피처리수(80)의 전도도가 미리 설정된 전도도를 초과하는 경우, 상기 플라즈마 공급부(20)를 상기 피처리수(80) 수중으로 이동시킨다. 수중 플라즈마 방전을 통하여 라디칼, UV, 초음파 등이 형성되어, 상기 피처리수를 처리할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 전도도 값은 본 발명의 목적에 맞게 적절하게 제어할 수 있는 것이며, 반드시 하나의 값으로 한정되는 것은 아니다.
상기 전원공급장치(60)는 상기 플라즈마 공급부(20)와 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마 공급부(20)에 전원을 공급할 수 있다. 상기 전원 공급장치(60)는 외부 전원(예를 들어 상용 AC 전원)을 인가받아 이를 소정 크기의 전압을 가지는 직류 또는 교류 전원으로 변환하여 출력한다. 상기 전원 공급장치(60)는 입력되는 전원의 전압을 증폭하는 트랜스포머 및 정류기 등을 포함하여 구성될 수 있다. 그러나 이는 하나의 예시일 뿐이며, 입력되는 전원의 종류 및 전압, 출력되는 전원의 종류 등에 따라 적절한 형태의 전원 공급장치(60)를 구성할 수 있다
또한, 상기 처리조(10)의 내측에 전극(70)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 장치는, 상기 처리조의 일측에 피처리수 주입구(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 피처리수 주입구가 구비된 장치의 경우, 상기 피처리수(80)가 지속적으로 공급되어, 연속적으로 상기 피처리수(80)를 정화할 수 있다. 더불어, 상기 장치는, 상기 처리조의 일측에 피처리수 배출구(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 피처리수 주입구로부터 공급되는 피처리수가 플라즈마에 의하여 오염물질이 제거되고, 상기 피처리수 배출구를 통하여 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예인 하이브리드 수처리 방법은, 피처리수의 수표면에서, 플라즈마 방전을 통해 형성된 이온을, 상기 피처리수의 수중으로 공급하여, 상기 피처리수의 전도도를 향상시키는 제1 단계, 및 상기 피처리수의 전도도가 상승하면, 상기 피처리수의 수중에서, 플라즈마 방전을 통해 상기 피처리수를 처리하는 제2 단계를 포함한다.
상기 제1 단계는, 전도도 센서를 이용하여, 상기 피처리수의 전도도를 측정하고, 상기 측정된 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 낮은 경우, 피처리수의 수표면에서, 플라즈마의 기체방전을 실시하고, 라디칼 및/또는 이온을 형성시키고, 이렇게 형성된 라디칼 및/또는 이온을 상기 피처리수의 수중으로 공급하여, 상기 피처리수의 전도도를 향상시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 단계는, 전도도 센서를 이용하여, 상기 피처리수의 전도도를 측정하고, 상기 측정된 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우, 상기 피처리수의 수중에서, 플라즈마 방전을 통해, 상기 피처리수를 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 측정된 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우, 수중 플라즈마 방전을 실시하여 피처리수를 처리하고, 측정된 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 작은 경우, 기체 플라즈마 방전을 실시하여 피처리수의 전도도를 증가시킨다. 이를 통하여, 피처리수의 전도도를 이용함으로서, 플라즈마의 기체 방전과 액체 방전을 적절히 결합한 하이브리드 수처리 방법을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 수처리 장치의 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 수처리 장치는 처리조(110), 전도도 센서(140), 플라즈마 공급부(120), 전원공급장치(150), 제어부(160)을 포함한다.
처리조(110), 전도도 센서(140), 전원공급장치(150)의 형태는 도 1을 참조한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 수처리 장치의 처리조(10), 전도도 센서(40), 전원공급장치(50)과 유사 또는 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
플라즈마 공급부(120)은 처리조(110)의 상부에서 중력방향에 평행하게 배치된다. 플라즈마 공급부(120)은 피처리수를 처리조(110)로부터 공급받도록 처리조와 연결될 수 있다. 예를 들면, 처리조(110) 및 플라즈마 공급부(120) 사이에 배관을 설치하고, 처리조(110) 내의 피처리수가 플라즈마 공급부(120)로 순환할 수 있도록 배관 상에 펌프를 구비할 수 있다. 플라즈마 공급부(120)은 처리조(110)로부터 공급된 피처리수의 수표면으로 플라즈마를 공급하는 수표면 플라즈마 방전부(121) 및 상기 수표면 플라즈마 방전부(121)의 아래에 위치하고 수표면 플라즈마 방전부(121)을 통과한 피처리수의 수중으로 플라즈마를 공급하는 수중 플라즈마 방전부(122)를 포함할 수 있다.
일 예로, 수표면 플라즈마 방전부(121)은 원통형 실린더 형태의 피처리수 이송실린더(1211) 및 피처리수 이송실린더(1211)과 일정 거리 이격되어 대향하는 수표면 방전전극(1212)를 포함할 수 있다. 여기서, 수표면 방전전극은 피처리수의 수표면에서 플라즈마 방전이 실행되는 전극을 의미한다. 수표면 방전전극(1212)의 형태에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 피처리수 이송실린더(1211)보다 큰 직경을 갖는 원통형 실린더 형태일 수도 있고, 막대 또는 봉 형태일 수도 있다. 피처리수 이송실린더(1211)은 전극으로서 사용될 수 있다.
이러한 수표면 플라즈마 발생부(121)로 공급되는 피처리수는 피처리수 이송실린더(1211)의 표면을 따라 얇은 층으로 흐르도록 피처리수 이송실린더(1211)의 상부 또는 측면 방향을 향해 공급될 수 있다.
일 예로, 수중 플라즈마 방전부(122)는 중공관(1221) 및 수중 방전전극(1222)들을 포함할 수 있다. 중공관(1221)은 수표면 플라즈마 방전부(121)의 피처리수 이송실린더(1211)을 통과한 피처리수를 내부로 수용하도록 피처리수 이송실린더(1211)의 아래에 배치될 수 있다. 수중 방전전극(1222)들은 중공관(1221)의 측면 방향에서 관통되어 일부분이 중공관(1221)의 내부로 삽입되는 형태로 구비될 수 있다. 여기서, 수중 방전전극은 피처리수의 수중에서 플라즈마 방전이 실행되는 전극을 의미한다. 수중 방전전극(1222)의 형태에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 핀 형태의 전극일 수 있다.
제어부(160)은 전도도 센서(140) 및 전원공급장치(150)과 전기적으로 연결되고, 전도도 센서(140)의 결과를 바탕으로 수표면 플라즈마 방전부(121)로 인가되는 전원을 온/오프 시킬 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 수처리 장치를 통해 피처리수가 플라즈마 처리되는 과정을 설명한다.
처리조(110) 내의 피처리수는 처리조(110) 및 플라즈마 공급부(120) 사이를 순환한다. 이때, 처리조(110)로부터 이송된 피처리수는 플라즈마 공급부(120)의 수표면 플라즈마 방전부(121)의 피처리수 이송실린더(1211)의 표면을 따라 얇은 층을 이루어 중력 방향에 평행하게 흘러서 수중 플라즈마 방전부(122)를 향해 이동하고, 피처리수 이송실린더(1211)를 통과한 피처리수는 수중 플라즈마 방전부(122)의 중공관(1221)의 내부로 유입된 후 중공관(1221)의 내부를 통과하여 처리조(110)로 이동한다.
이와 같이 피처리수가 순환하는 상태에서 전도도 센서(140)은 피처리수의 전도도를 측정한다. 측정된 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 낮은 경우, 제어부(160)은 수표면 플라즈마 방전부(121)로 인가되는 전원을 온 시킨다. 전원이 온되면 수표면 플라즈마 방전부(121)은 플라즈마 방전을 시작하여 피처리수 이송실린더(1211)을 따라 흐르는 피처리수의 수표면에서 플라즈마를 형성하며, 이에 따라 피처리수에는 플라즈마에 의해 생성된 이온이 공급되어 피처리수의 전도도는 향상된다.
수표면 플라즈마 방전부(121)에서 전도도가 향상된 상태로 수중 플라즈마 방전부(122) 방향으로 공급되는 피처리수는 중공관(1221)의 내부로 유입되어 중공관(1221) 내부에 수용되며, 이때 수중 방전전극(1222)들에 의해 형성된 플라즈마를 통해 피처리수가 처리된다.
한편, 피처리수가 순환하는 상태에서 전도도 센서(140)이 측정한 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우 제어부(160)은 수표면 플라즈마 방전부(121)로 인가되는 전원을 오프 시켜서, 수표면 플라즈마 방전부(121)로 공급된 피처리수가 방전을 통한 이온의 공급 없이 수중 플라즈마 방전부(122) 방향으로 흐르도록 한다. 이때, 피처리수는 수중 플라즈마 방전부(122)의 중공관(1221)의 내부로 유입되어 중공관(1221) 내부에 수용되며, 이때 수중 방전전극(1222)들에 의해 형성된 플라즈마를 통해 피처리수가 처리된다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 수처리 장치는 측정된 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우, 수중 플라즈마 방전을 실시하여 피처리수를 처리하고, 측정된 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 작은 경우, 기체 플라즈마 방전을 실시하여 피처리수의 전도도를 증가시킨다. 이를 통하여, 피처리수의 전도도를 이용함으로서, 플라즈마의 기체 방전과 액체 방전을 적절히 결합한 하이브리드 수처리 방법을 제공할 수 있다.
또한, 플라즈마 방전을 위한 플라즈마 공급부(120)의 이동 없이 전원의 공급 여부를 제어하는 과정만으로 수표면 플라즈마 방전을 통한 피처리수의 전도도 향상 및 수중 플라즈마 방전을 통한 피처리수의 처리가 간단히 이루어질 수 있고, 수표면 플라즈마 방전 및 수중 플라즈마 방전의 제어가 용이해지는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 피처리수를 수용하는 처리조;　
    상기 처리조에 수용된 피처리수의 수표면 및 수중으로 이동가능하도록 설치되고, 플라즈마를 생성하여 상기 수표면 및 수중으로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 공급부;
    상기 피처리수의 수중으로 일부분이 삽입되어, 상기 피처리수의 전도도를 측정하는 전도도 센서;　
    상기 전도도 센서와 전기적으로 연결되고,　상기 전도도 센서의 결과를 바탕으로 상기 플라즈마 공급부를 상기 수표면 및 수중으로 이동하도록 구동시키는 제어부; 및　
    상기 플라즈마 공급부와 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마 공급부에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 하이브리드 수처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 공급부는 적어도 하나 이상의 플라즈마 소스를 포함하는, 하이브리드 수처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는, 금속 팁 및 상기 금속 팁을 둘러싸며, 상기 금속 팁의 일단부 보다 일정 거리만큼 돌출된 유전체를 포함하는, 하이브리드 수처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리조는, 상부가 개방된, 하이브리드 수처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 처리조의 내측에 전극이 구비된, 하이브리드 수처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 처리조의 일측에 피처리수 주입구가 구비된, 하이브리드 수처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 처리조의 일측에 피처리수 배출구가 구비된, 하이브리드 수처리 장치.
  8. 플라즈마 공급부가, 피처리수의 수표면에서, 플라즈마 방전을 통해 형성된 이온을, 상기 피처리수의 수중으로 공급하여, 상기 피처리수의 전도도를 향상시키는 제1 단계, 및
    상기 피처리수의 전도도가 상승하면, 상기 플라즈마 공급부가 상기 피처리수의 수중으로 이동하여, 상기 피처리수의 수중에서, 플라즈마 방전을 통해 상기 피처리수를 처리하는 제2 단계를 포함하는, 하이브리드 수처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단계는, 상기 피처리수의 전도도를 측정하여, 상기 측정된 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 낮은 경우, 피처리수의 수표면에서, 플라즈마 방전을 통해 형성된 이온을, 상기 피처리수의 수중으로 공급하여, 상기 피처리수의 전도도를 향상시키는 단계를 포함하는, 하이브리드 수처리 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단계에서, 상기 플라즈마 방전을 통해 라디칼이 추가로 형성되고, 상기 피처리수 수중으로 공급되는, 하이브리드 수처리 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 상기 피처리수의 전도도를 측정하여, 상기 측정된 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우, 상기 피처리수의 수중에서, 플라즈마 방전을 통해 상기 피처리수를 처리하는 단계를 포함하는, 하이브리드 수처리 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 플라즈마 방전을 통하여, 라디칼, UV, 초음파 중 적어도 하나가 형성되는, 하이브리드 수처리 방법.
  13. 피처리수를 수용하는 처리조;
    상기 피처리수의 수중으로 일부분이 삽입되어, 상기 피처리수의 전도도를 측정하는 전도도 센서;
    상기 피처리수를 상기 처리조로부터 공급받도록 상기 처리조와 연결되고, 상기 처리조로부터 공급된 피처리수의 수표면으로 플라즈마를 공급하는 수표면 플라즈마 방전부 및 상기 수표면 플라즈마 방전부의 아래에 상기 수표면 플라즈마 방전부와 유체 소통 가능하게 위치하고 상기 수표면 플라즈마 방전부를 통과한 피처리수의 수중으로 플라즈마를 공급하는 수중 플라즈마 방전부를 포함하는 플라즈마 공급부;
    상기 플라즈마 공급부와 전기적으로 연결되어 상기 플라즈마 공급부에 전원을 공급하는 전원공급장치; 및
    상기 전도도 센서 및 전원공급장치와 전기적으로 연결되고, 상기 전도도 센서의 결과를 바탕으로 상기 수표면 플라즈마 방전부로 인가되는 전원을 온(On)/오프(Off)시키는 제어부를 포함하는, 하이브리드 수처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수표면 플라즈마 방전부는 상기 처리조로부터 공급되는 피처리수를 중력 방향에 평행하게 흐르도록 하는 실린더 형태의 피처리수 이송실린더 및 상기 피처리수 이송실린더와 일정 거리 이격되어 대향하는 수표면 방전전극을 포함하고,
    상기 수중 플라즈마 방전부는 상기 수표면 플라즈마 방전부를 통과한 피처리수를 내부로 수용하도록 상기 수표면 플라즈마 방전부 아래에 배치되는 중공관 및 상기 중공관의 측면 방향에서 관통되어 일부분이 상기 중공관의 내부로 삽입되어 있는 수중 방전전극들을 포함하고,
    상기 처리조로부터 상기 수표면 플라즈마 방전부로 공급되는 피처리수는 상기 피처리수 이송실린더의 표면을 따라 얇은 층으로 흐르도록 공급되는, 하이브리드 수처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전도도 센서를 통해 측정된 상기 처리조 내의 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 낮은 경우 상기 제어부는 상기 수표면 플라즈마 방전부로 인가되는 전원을 온 시켜서, 상기 피처리수의 수표면에서 플라즈마 방전을 통해 형성된 이온을 피처리수에 공급하여 전도도가 향상된 피처리수가 상기 수중 플라즈마 방전부로 이동하도록 하고,
    상기 전도도 센서를 통해 측정된 상기 처리조 내의 피처리수의 전도도가 미리 설정된 전도도 값보다 큰 경우 상기 제어부는 상기 수표면 플라즈마 방전부로 인가되는 전원을 오프 시켜서, 상기 수표면 플라즈마 방전부로 공급된 피처리수가 플라즈마 방전을 통한 이온의 공급 없이 통과하여 상기 수중 플라즈마 방전부로 이동하도록 하는, 하이브리드 수처리 장치.
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