KR101963807B1

KR101963807B1 - 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치

Info

Publication number: KR101963807B1
Application number: KR1020180110707A
Authority: KR
Inventors: 최예묵; 박승철
Original assignee: 최예묵
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2019-03-29

Abstract

본 발명은 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치에 관한 것으로, 오존과 처리대상수를 회전과 충돌에 의해 분산 혼합 및 미분화를 촉진하여 수처리 효율을 향상시키기 위한 것이다. 본 발명에 따른 수처리 장치는 이젝터와 2단 반응기를 포함한다. 이젝터는 처리대상수와 오존을 혼합하여 배출한다. 2단 반응기는 상부 반응기와 하부 반응기를 포함한다. 상부 반응기는 이젝터로로부터 공급된 오존이 혼합된 처리대상수를 회전시켜 회전류를 형성하여 하부로 배출한다. 그리고 하부 반응기는 상부 반응기의 하부에 연결되어 상부 반응기로부터 회전류를 공급받고, 공급받은 회전류를 충돌에 의해 미분화하여 오존을 처리대상수 내에 과포화 상태로 용존시키는 하부 반응기를 포함한다. 또한 2단 반응기에서의 수처리 시 발생되는 배오존은 2단 반응기 또는 원수조로 공급하여 재사용함으로써, 배오존의 사용으로 오존의 사용량을 줄이면서 수처리 후 파괴되는 배오존의 양을 최소화할 수 있다.

Description

2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치{An ozone dissolution water treatment apparatus comprising two stage reactor}

본 발명은 오존 반응을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오존과 처리대상수를 회전과 충돌에 의해 분산 혼합을 통해 오존이 처리대상수에 과포화 상태로 용존되고 미용해된 오존을 미세기포화하여 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치에 관한 것이다.

각종 산업공정에서 배출되는 폐수, 도시하수, 개인 생활오수, 공업용수, 정수시설 등 환경에 악영향을 미칠 수 있는 여러 가지 난분해성 유기물질이 함유된 폐수, 정수, 하수 등이 배출되고 있다.

이러한 난분해성 유기물질의 처리를 위해 종래에는 처리대상수에서 응집침전 방식으로 오염물을 분리하거나, 여과장치 또는 막분리 기술 등을 이용하여 고형의 난분해성 유기물질을 분리하여 왔다. 수용성 난분해성 유기물질은 과산화수소, 오존을 이용하여 산화, 분해하는 기술을 이용해 처리하여 왔다.

그런데 이러한 종래의 방식은 전처리로서 응집침전, 생물학적 처리, 여과 및 흡착처리 등을 적용하고 후처리로서 자외선조사처리, 촉매처리, 활성탄 흡착, 과산화수소수를 이용한 산화처리 등을 적용하며, 수처리를 위한 유지관리비가 높고 부산물인 슬러지가 많이 발생하며 처리효율이 낮은 문제가 있다.

수처리 효율을 높이기 위해서는 오존의 사용량을 늘려야 하는데, 이 경우 오존 사용량에 비례하게 수처리 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한 종래의 오존을 이용한 수처리 장치는 오존 사용량과 비례하게 배오존이 발생되는 문제가 있다.

한국공개특허공보 제2017-0035480호 (2017.03.31.)

따라서 본 발명의 목적은 오존의 사용량을 줄이면서 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 설비를 간소화할 수 있는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배오존의 발생을 최소화할 수 있는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수처리 장치는 이젝터와 2단 반응기를 포함한다. 상기 이젝터는 처리대상수와 오존을 혼합하여 배출한다. 그리고 상기 2단 반응기는 상부 반응기와 하부 반응기를 포함한다. 상부 반응기는 상기 이젝터로로부터 공급된 오존이 혼합된 처리대상수를 회전시켜 회전류를 형성하여 하부로 배출한다. 상기 하부 반응기는 상기 상부 반응기의 하부에 연결되어 상기 상부 반응기로부터 회전류를 공급받고, 공급받은 회전류를 충돌에 의해 분산 혼합으로 미분화하여 오존이 처리대상수에 과포화 상태로 용존시키고, 미용해된 오존은 미세기포화 한다.

상기 상부 반응기는, 제1 내부 공간을 갖는 관 형의 상부 본체; 상기 상부 본체의 외측면에 비스듬하게 오존이 혼합된 처리대상수를 상기 제1 내부 공간으로 주입하여 회전류를 형성하는 주입관; 및 상기 상부 본체의 바닥면의 중심을 관통하여 상기 하부 반응기로 연결되되, 상단은 상기 상부 본체의 천장면과 이격되도록 형성되어 오존이 혼합된 처리대상수의 회전류를 상기 하부 반응기로 배출될 수 있도록 형성된 배출관;을 포함할 수 있다.

상기 하부 반응기는, 상기 상부 본체의 하부에 설치되며, 제2 내부 공간을 갖는 하부 본체; 상기 하부 본체의 상부를 관통하여 돌출된 상기 배출관에 연결되어 회전류를 공급받고, 공급받은 회전류를 아래로 이동하도록 하면서 충돌에 의해 미분화하여 상기 제2 내부 공간으로 배출하는 관 형상의 충돌 반응부; 및 상기 제2 내부 공간 밖으로 배출하는 반응기 유출부;를 포함할 수 있다.

상기 상부 반응기는, 상기 배출관을 중심으로 적어도 하나가 상기 배출관을 둘러싸도록 형성되며, 상기 제1 내부 공간에서 오존이 혼합된 처리대상수가 상기 배출관을 향하여 회전 및 상하좌우로 이동하도록 하여 회전류를 형성하는 관 형상의 내관;을 더 포함할 수 있다.

상기 내관은, 일단이 상기 상부 본체의 천장면에 연결되지만, 상기 일단에 연결된 타단이 상기 상부 본체의 바닥면과는 이격되도록 형성될 수 있다.

상기 충돌 반응부는, 상기 배출관에 연결되며, 상부에 상기 회전류를 공급하는 입구가 형성되고, 미분화된 처리대상수와 오존을 배출하는 출구가 하부에 형성된 충돌 반응관; 및 상기 충돌 반응관의 내부에 돌출되게 형성되어 처리대상수와 오존과 충돌하여 처리대상수와 오존을 미분화하는 복수의 돌기;를 포함할 수 있다.

상기 복수의 돌기는 다양한 형상을 갖거나 충돌할 수 있는 부재로 이루어질 수 있다.

상기 충돌 반응관은 입구보다 출구가 좁거나 넓게 형성될 수 있다.

상기 2단 반응기는, 상기 하부 본체의 상부와 상기 상부 본체를 연결하며, 상기 하부 본체의 배오존을 상기 본체로 공급하는 제1 배오존 공급부;를 더 포함할 수 있다.

상기 반응기 유출부는, 상기 제2 내부 공간의 바닥면에 근접하게 형성되어 미분화된 처리대상수와 오존을 흡입하는 다공관; 및 상기 다공관과 연결되어 상기 다공관으로 흡입된 미분화된 처리대상수와 오존을 상기 제2 내부 공간 밖으로 유출하는 유출관;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 수처리 장치는, 오존을 상기 이젝터로 공급하는 오존 발생기; 및 처리대상수를 상기 이젝터로 공급하는 수조;를 더 포함할 수 있다.

상기 수조는, 내벽에 의해 분할된 원수조와 오존 접촉조를 포함할 수 있다. 상기 원수조로 원수가 유입되고, 상기 원수조에서 넘친 원수가 상기 내벽을 넘어 상기 오존 접촉조로 유입될 수 있다. 처음에는 상기 오존 접촉조의 원수가 처리대상수로 상기 이젝터로 공급되고, 상기 2단 반응기에서 미분화된 오존과 처리대상수가 상기 오존 접촉조로 공급되고, 상기 원수는 상기 오존 접촉조와 상기 2단 반응기를 순환되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 수처리 장치는, 상기 상부 반응기의 배오존을 상기 원수조로 공급하는 제2 배오존 공급부; 및 상기 원수조의 원수 내부에 설치되며, 상기 제2 배오존 공급부로부터 배오존을 공급받은 배오존을 아래로 이동시키면서 회전 및 충돌에 의해 미분화하여 상기 원수조의 원수 안으로 배출되게 하는 관 형상의 분산 반응부;를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 이젝터에 오존을 공급하는 관, 상기 제2 배오존 공급부와 연결되어 배오존을 상기 원수조에 공급하는 상기 제2 연결관을 포함하여 모든 관은 내진용 관일 수 있다.

본 발명에 따르면, 2단 반응기를 통해서 오존과 처리대상수의 회전 충돌반응에 의한 혼합 및 미분화하여 오존과 처리대상수 간의 격렬한 반응을 유도하여 처리대상수 내의 오염물을 효과적으로 처리하기 때문에, 수처리 설비를 간소화할 수 있다.

하부 반응기의 내부 압력을 어느 정도 일정하게 유지함으로써, 오존이 처리대상수 속에 과포화 상태로 용존되고, 오존 접촉조로 이송될 때 압력 저하로 과포화된 오존이 처리대상수와 분리될 때 발생되는 마이크로 또는 나노 사이즈의 오존 입자군이 처리대상수 중에 길게 체류하여 처리대상수 내의 오염물과 접촉 및 반응하여 수처리를 수행함으로써, 오존을 이용한 수처리 효율을 향상시킬 수 있다.

2단 반응기에서의 수처리 시 발생되는 배오존은 2단 반응기에서 사용된다. 2단 반응기에서 사용되고 남은 배오존은 원수조로 공급되어 재사용되기 때문에, 배오존의 사용으로 오존의 사용량을 줄이면서 수처리 후 파괴되는 배오존의 양을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 2단 반응기를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 2단 반응기의 상부 반응기를 확대하여 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 상부 반응기의 단면도이다.
도 5는 도 2의 2단 반응기의 하부 반응기에 포함된 충돌 반응부를 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 2의 하부 반응기에 포함된 반응기 유출부를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 1의 원수조에 설치된 분산 반응부를 보여주는 단면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치를 보여주는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 수처리 장치(100)는 오존을 이용하여 수처리를 수행하는 장치로서, 이젝터(30)와 2단 반응기(40)를 포함한다. 이젝터(30)는 처리대상수와 오존을 혼합하여 배출한다. 그리고 2단 반응기(40)는 상부 반응기(50)와 하부 반응기(60)를 포함한다. 상부 반응기(50)는 이젝터(30)로로부터 공급된 오존이 혼합된 처리대상수를 회전시켜 회전류를 형성하여 하부로 배출한다. 하부 반응기(60)는 상부 반응기(50)의 하부에 연결되어 상부 반응기(50)로부터 회전류를 공급받고, 공급받은 회전류를 충돌에 의해 분산 혼합으로 미분화하여 오존이 처리대상수에 과포화 상태로 용존시키고, 미용해된 오존은 미세기포화 한다.

본 실시예에 따른 수처리 장치(100)는 수조(10), 오존 발생기(20) 및 처리대상수의 순환 및 배출을 위한 다수의 펌프(91,93)를 더 포함할 수 있다.

수조(10)는 수처리할 원수가 유입되며, 유입된 원수를 처리대상수로 이젝터(30)로 공급한다. 이러한 수조(10)는 내벽(11)에 의해 분할된 원수조(12)와 오존 접촉조(13)를 포함한다. 원수조(12)로 원수가 유입된다. 오존 접촉조(13)는 원수조(12)에서 내벽(11)을 넘어 유입된 원수와, 2단 반응기(40)에 의해 오존으로 수처리된 처리수를 포함한다. 수처리 장치(100)의 수처리 초기에는 오존 접촉조(13)에 원수조(12)에서 넘어 온 원수가 유입된다. 오존 접촉조(13) 내의 원수가 오존 접촉조(13)와 2단 반응기(40)를 순환하면서 오존에 의해 수처리된다.

여기서 원수는 오존으로 처리되기 전의 물을 의미한다. 예컨대 원수는 폐수, 도시하수, 개인 생활오수, 공업용수 등이 될 수 있다. 처리대상수는 원수 또는 오존에 의해 수처리된 처리수를 포함한다. 처리대상수가 오존 접촉조(13)와 2단 반응기(40)를 복수회 순환하면서 오존에 의해 수처리되어 처리수로 된다.

오존 접촉조(13) 내의 처리대상수는 제1 펌프(91)에 의해 이젝터(30)로 공급된다. 수처리가 완료된 오존 접촉조(13) 내의 처리수는 제2 펌프(93)에 의해 오존 접촉조(13) 밖으로 배출될 수 있다. 그리고 처리수가 오존 접촉조(13) 밖으로 배출되면, 원수가 원수조(12)로부터 다시 유입되고, 원수조(12)를 넘친 원수가 오존 접촉조(13)로 공급된다. 이때 제1 펌프(91)는 가압 펌프일 수 있다.

본 실시예에서는 제2 펌프(93)에 의해 처리수가 오존 접촉조(13) 밖으로 배출되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 처리수는 오존 접촉조(13)에서 자연유하로 배출될 수 있고, 이 경우 제2 펌프가 아닌 개폐 밸브가 설치될 수 있다.

오존 발생기(20)는 오존을 이젝터(30)로 공급한다. 이때 오존 발생기(20)는 오존을 발생시켜 공급할 수 있다. 또는 오존 발생기(20)는 탱크에 저장된 오존을 공급할 수도 있다.

이젝터(30)는 공급받은 처리대상수와 오존을 혼합하여 2단 반응기(40)의 상부 반응기(50)로 주입한다. 이때 제1 펌프(91)에 의해 처리대상수가 가압되어 이젝터(30)로 공급되고, 이젝터(30)는 가압된 처리대상수와 오존을 혼합하여 상부 반응기(50)로 배출하여 회전류를 형성한다.

2단 반응기(40)에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 2단 반응기(40)를 보여주는 도면이다. 도 3은 도 2의 2단 반응기(40)의 상부 반응기(50)를 확대하여 보여주는 도면이다. 도 4는 도 3의 상부 반응기(50)의 단면도이다. 도 5는 도 2의 2단 반응기(40)의 하부 반응기(60)에 포함된 충돌 반응부(65)를 보여주는 단면도이다. 그리고 도 6은 도 2의 하부 반응기(60)에 포함된 반응기 유출부(70)를 보여주는 도면이다.

전술된 바와 같이 2단 반응기(40)는 상부 반응기(50)와, 상부 반응기(50) 아래에 직렬로 연결되는 하부 반응기(60)를 포함한다.

상부 반응기(50)는 제1 내부 공간(53)을 갖는 관 형의 상부 본체(51), 주입관(55) 및 배출관(57)을 포함하며, 관 형의 내관(59)을 더 포함할 수 있다.

상부 본체(51)는 외측면에 주입관(55)이 제1 내부 공간(53)과 연결되고, 하부에 배출관(57)이 돌출되게 형성된다. 예컨대 상부 본체(51)는 회전류를 형성할 수 있도록 제1 내부 공간(53)이 원통으로 형성될 수 있다.

주입관(55)은 상부 본체(51)의 외측면의 상부에 비스듬하게 오존이 혼합된 처리대상수를 제1 내부 공간(53)으로 주입하여 회전류를 형성한다. 즉 주입관(55)이 상부 본체(51)의 중심을 향하게 오존이 혼합된 처리대상수를 제1 내부 공간(53)으로 주입할 경우, 회전류가 잘 발생되지 않는다. 따라서 주입관(55)은 오존이 혼합된 처리대상수를 상부 본체(51)의 중심에 대해서 비스듬하게 주입함으로써, 제1 내부 공간(53)에서 효과적으로 회전류를 형성할 수 있다. 주입관(55)을 통해 주입된 오존이 혼합된 처리대상수가 회전하면서 아래로 이동할 수 있도록, 주입관(55)은 상부 본체(51)의 외측면의 상부에 형성될 수 있다.

배출관(57)은 상부 본체(51)의 바닥면의 중심을 관통하여 하부 반응기(60)로 연결되되, 상단은 상부 본체(51)의 천장면과 이격되도록 형성되어 오존이 혼합된 처리대상수의 회전류를 하부 반응기(60)로 배출될 수 있도록 형성된다.

그리고 내관(59)은 배출관(57)을 중심으로 적어도 하나가 배출관(57)을 둘러싸도록 형성된다. 내관(59)은 제1 내부 공간(53)에서 오존이 혼합된 처리대상수가 배출관(57)을 향하여 회전 및 상하좌우로 이동하도록 안내하여 회전류를 형성한다. 내관(59)의 개수에 비례하게 회전류의 속도가 증가할 수 있다. 내관(59)과 배출관(57) 간의 간격 조절을 통해서 회전류의 속도를 조절할 수 있다. 내관(59)의 개수가 증가할수도록 회전류의 이동 거리가 증가하기 때문에, 오존과 처리대상수 간의 접촉 면접을 증가시켜 처리대상수 내의 오염원을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

본 실시예에서는 배출관(57)을 둘러싸는 단일 내관(59)이 형성된 예를 개시하였다. 내관(59)은 일단이 상부 본체(51)의 천장면에 연결되고, 일단에 연결된 타단이 바닥면을 향하게 뻗어 있다. 따라서 상부 본체(51)의 외측면의 상부로 유입된 오존이 혼합된 처리대상수는 내관(59)을 타고 아래로 회전하면서 이동한 후, 다시 내관(59)과 배출관(57)의 사이의 공간을 타고 위로 상승하면서 회전하면서 이동한다. 그리고 배출관(57)을 통하여 다시 아래로 회전하면서 이동하여 하부 반응기(60)로 공급된다.

한편 본 실시예와 다르게 상부 본체(51)에 내관(59)이 설치되지 않은 경우, 주입관(55)은 상부 본체(51)의 외측면의 하부에 비스듬하게 오존이 혼합된 처리대상수를 제1 내부 공간(53)으로 주입하여 회전류를 형성할 수 있다.

이와 같이 상부 반응기(50)는 처리대상수가 흐르는 단면적을 절반이하로 줄이면서 점차 속도를 가속시키는 과정에서 회전류의 강도를 증가시킨다. 이로 인해 상부 반응기(50)는 오존이 혼합된 처리대상수를 상하로 이동시키면서 회전시킴으로써, 처리대상수 내에 오존을 균일하게 혼합시켜 오존에 의해 처리대상수의 수처리를 촉진할 수 있다.

하부 반응기(60)는 하부 본체(61), 관 형태의 충돌 반응부(65) 및 반응기 유출부(70)를 포함한다. 하부 본체(61)는 상부 본체(51)의 하부에 설치되며, 제2 내부 공간(63)을 갖는다. 충돌 반응부(65)는 하부 본체(61)의 상부를 관통하여 돌출된 배출관(57)에 연결되어 회전류를 공급받고, 공급받은 회전류를 아래로 이동시키면서 충돌에 의해 미분화하여 제2 내부 공간(63)으로 배출한다. 그리고 반응기 유출부(70)는 제2 내부 공간(63)으로 배출된 미분화된 처리대상수와 오존을 제2 내부 공간(63) 밖으로 배출한다.

여기서 충돌 반응부(65)는 배출관(57)에 수직 방향으로 연결되어 회전류를 공급받는다. 이러한 충돌 반응부(65)는 충돌 반응관(67)과 복수의 돌기(69)를 포함한다.

충돌 반응관(67)은 배출관(57)에 연결되며, 상부에 회전류를 공급하는 입구(67a)가 형성되고, 미분화된 처리대상수와 오존을 배출하는 출구(67b)가 하부에 형성된다. 충돌 반응관(67)은 입구(67a)와 출구(67b)가 수직 방향으로 직렬로 연결된다. 복수의 돌기(69)는 충돌 반응관(67)의 내부에 돌출되게 형성되어 처리대상수와 오존과 충돌하여 처리대상수와 오존을 미분화한다. 복수의 돌기(69)는 충돌 반응관(67)의 내부에 균일하게 형성될 수 있다. 복수의 돌기(69)는 원형, 타원형, 육면체 등 다양한 형상을 갖거나 충돌할 수 있는 부재로 이루어질 수 있다.

충돌 반응부(65)를 통과하여 미분화된 처리대상부와 오존은 나노 또는 마이크로 크기의 버블 형태로 제2 내부 공간(63)으로 배출된다.

이와 같이 상부 반응기(50)에서 만들어진 회전류가 빠른 속도로 하부 반응기(60)의 충돌 반응부(65)를 통과하면서 원심력과 구심력에 의해 강력한 나선류가 형성되면서, 용해되지 않은 오존이 미세하게 부서지며 처리대상수에 용해되고 마이크로 입자화 된다. 이때 충돌 반응부(65)의 출구(67b)에서의 유속을 향상시키기 위해서, 입구(67a) 보다는 출구(67b)가 좁게 형성될 수 있다.

이와 같이 하부 반응기(60)는 오존이 혼합된 처리대상수를 충돌에 의해 미분화시킴으로써, 처리대상수와 오존의 접촉 면적을 극대화하여 오존에 의해 처리대상수의 수처리를 촉진할 수 있다.

반응기 유출부(70)는 충돌 반응부(65)를 통해 미세하게 분화 혼합된 처리대상수와 오존을 하부 반응기(60) 밖으로 배출한다. 이러한 반응기 유출부(70)는 다공관(71)과 유출관(73)을 포함한다. 다공관(71)은 제2 내부 공간(63)의 바닥면에 근접하게 설치되어 미분화된 처리대상수와 오존을 흡입한다. 그리고 유출관(73)은 다공관(71)과 연결되어 다공관(71)으로 흡입된 미분화된 처리대상수와 오존을 제2 내부 공간(63) 밖으로 유출한다.

이때 다공관(71)은 미분화된 처리대상수와 오존을 안정적으로 흡입할 수 있도록, 제2 내부 공간(63)의 바닥면에 수평하게 설치될 수 있다. 다공관(71)은 하부에 다공(71a)이 균일하게 형성될 수 있다. 다공관(71)의 다공(71a)의 크기는 미분화된 처리대상수와 오존을 흡입할 수 있는 크기로 형성된다. 다공관(71)은 하부에 압력 손실이 없도록 일정 단면적을 확보할 필요가 있다. 예컨대 하부 반응기(60)는 2~4kg/cm²의 내부 압력을 견딜 수 있도록 제조되며, 반응기 유출부(70)에 설치된 제3 밸브(95)를 이용하여 하부 반응기(60)의 내부 압력을 유지한다.

반응기 유출부(70)를 통해 유출된 미분화된 처리대상수와 오존은 오존 접촉조(13)로 공급된다. 이때 하부 반응기(60)의 내부 압력을 어느 정도는 일정하게 유지함으로써, 오존이 처리대상수 속에 과포화 상태로 용존되고, 오존 접촉조로 이송될 때 압력 저하로 과포화된 오존이 처리대상수와 분리될 때 발생되는 마이크로 또는 나노 사이즈의 오존 입자군이 처리대상수 내에 길게 체류하여 처리대상수 내의 오염물과 접촉 및 반응하여 수처리를 수행함으로써, 오존을 이용한 수처리 효율을 향상시킬 수 있다.

한편 충돌 반응부(65)를 통해 미분화 또는 용해되지 않은 오존은 기포화 되어 빠르게 제2 내부 공간(63)의 상부로 상승한다. 제2 내부 공간(63)의 상부에 모여진 기포, 즉 배오존은 일정한 층을 형성한다.

2단 반응기(40)는 오존으로 수처리하는 과정에서 발생되는 배오존을 재사용하는 제1 배오존 공급부(81) 및 제2 배오존 공급부(85)를 포함한다.

제1 배오존 공급부(81)는 하부 본체(61)의 상부와 상부 본체(51)의 상부를 연결하며, 하부 본체(61)의 배오존을 상부 본체(51)로 공급한다. 제1 배오존 공급부(81)는 하부 본체(61)와 상부 본체(51)를 연결하는 제1 연결관(82)과, 제1 연결관(82)을 개폐하는 제1 밸브(83)를 포함한다. 여기서 하부 본체(61)에 연결되는 제1 연결관(82)의 위치는 배오존층이 형성되는 하부 본체(61) 외측면의 상부이다. 상부 본체(51)의 상부에 연결되는 제1 연결관(82)은 내관(59) 사이에 위치하는 배출관(57)을 향하게 상부 본체(51)의 상부에 연결될 수 있다. 제1 연결관(82)의 통하여 상부 본체(51)에 투입되는 배오존이 배출관(57)으로 투입되어 주입관(55)으로 주입된 오존이 혼합된 처리대상수와 순조롭게 혼합될 수 있도록 하기 위해서이다. 바람직하게는 제2 연결관(82)의 단부는 상부 본체(51)의 상부를 통하여 배출관(57)의 입구 안쪽으로 들어갈 수 있다.

제2 배오존 공급부(85)는 상부 반응기(50)의 배오존을 원수조(12)로 공급하다. 제2 배오존 공급부(85)는 상부 반응기(50)와 원수조(12)를 연결하는 제2 연결관(86)과, 제2 연결관(86)을 개폐하는 제2 밸브(87)를 포함한다. 이때 상부 본체(51)에 주입되는 오존 중에 일부는 제1 내부 공간(53)의 상부에 배오존층을 형성한다. 따라서 제2 연결관(86)은 배오존층이 존재하는 상부 본체(51)의 상부에 연결된다.

원수조(12)에 설치된 관 형태의 분산 반응부(14)에 대해서, 도 1 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 7은 도 1의 원수조(12)에 설치된 분산 반응부(14)를 보여주는 단면도이다.

분산 반응부(14)는 원수조(12)의 원수 내부에 설치되며, 제2 배오존 공급부(85)로부터 배오존을 공급받고, 공급받은 배오존을 아래로 이동시키면서 회전 및 충돌에 의해 미분화하여 원수조(12)의 원수 안으로 배출하여 원수를 오존 처리한다.

분산 반응부(14)는 제2 연결관(86)에 수직 방향으로 배치되어 배오존을 공급받는다. 이때 제2 연결관(86)은 분산 반응부(14)에 근접하게 설치되어 분산 반응부(14) 안으로 배오존을 주입한다.

이러한 분산 반응부(14)는 분산 반응관(15), 나선형 날개(16) 및 복수의 돌기(17)를 포함한다. 분산 반응관(15)은 제2 연결관(86)과 마주보게 설치되며, 상부에 배오존을 공급하는 입구(15a)가 형성되고, 회전 및 충돌에 의해 원수와 오존을 배출하는 출구(15b)가 하부에 형성된다. 나선형 날개(16)는 입구(15a)쪽에 형성되어 유입되는 원수와 오존을 회전시킨다. 복수의 돌기(17)는 나선형 날개(16) 하부의 분산 반응관(15)의 내부에 돌출되게 형성되어 원수 및 오존과 충돌하면서 미분하여 원수를 오존으로 수처리한다. 복수의 돌기(17)는 분산 반응관(15)의 내부에 균일하게 형성될 수 있다.

이때 분산 반응관(15)은 입구(15a)와 출구(15b)가 수직 방향으로 직렬로 연결된다. 분산 반응관(15)의 입구(15a)로 배오존이 주입되면, 주입되는 배오존에 의해 원수가 함께 입구(15a) 안으로 유입된다. 분산 반응관(15)은 입구(15a)와 출구(15b)가 동일한 내경을 갖도록 형성될 수 있다.

분산 반응관(15)으로 배오존이 주입되는 동안 원수조(12)의 원수는 분산 반응관(15)을 순환하면서 오존 처리된다.

한편 이젝터(30)에 오존을 공급하는 관, 제2 배오존 공급부(85)와 연결되어 배오존을 원수조(12)에 공급하는 제2 연결관(86)을 포함하여, 본 실시예에 따른 수처리 장치(100)에 사용되는 모든 관은 내진용 관으로 사용할 수 있다.

이와 같이 하부 반응기(60)에 축적된 배오존은 상부 반응기(50)로 올라가 재사용된다. 하지만 처리대상수의 순환을 통해 계속적으로 공급되는 오존은 매우 적은 양이지만 상부 반응기(50)에 누적될 경우, 상부 반응기(50) 내부에 오존층이 과도하게 형성될 수 밖에 없다. 여기서 배오존을 외부로 방출하면 안전을 위해 배오존 파괴기를 통해 방출할 수 밖에 없다.

따라서 본 실시예에서는 상부 반응기(50)에서 나오는 저농도이면서 고압의 배오존을 최대한 수중의 오염물 처리에 이용하기 위해서, 원수조(12) 내의 분산 반응부(14)로 공급한다. 분산 반응부(14)로 공급된 배오존은 빠른 유속에 의해 원수에 빨려들어가면서 혼합된다. 분산 반응부(14)는 나선형 날개(16)에 의해 회전과 돌기(17)에 의해 충돌을 통해서 원수에 배오존을 용해 및 마이크로 입자화하여 수중의 오염물과 반응시켜 소진한다.

이와 같이 2단 반응기(40)에서 발생되는 배오존을 2단 반응기(40)에서 재사용하거나 원수조(12)로 공급하여 사용하기 때문에, 배오존의 사용으로 오존의 사용량을 줄이면서 수처리 후 파괴되는 배오존의 양을 최소화할 수 있다.

본 실시예에 따른 수처리 장치(100)도 최종적으로 수조(10)에 일부 배오존이 발생될 수 있다. 배오존 파괴기(19)는 수조(10)의 상부에 일부 잔류하는 배오존을 수조(10) 밖으로 배출시켜 파괴한다. 기존의 수처리 장치와 비교하여 배오존의 발생량이 적기 때문에, 배오존의 파괴에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 수조 11 : 내벽
12 : 원수조 13 : 오존 접촉조
14 : 분산 반응부 15 : 분산 반응관
15a : 입구 15b : 출구
16 : 나선형 날개 17 : 돌기
19 : 배오존 파괴기 20 : 오존 발생기
30 : 이젝터 40 : 2단 반응기
50 : 상부 반응기 51 : 상부 본체
53 : 제1 내부 공간 55 : 주입관
57 : 배출관 59 : 내관
60 : 하부 반응기 61 : 하부 본체
63 : 제2 내부 공간 65 : 충돌 반응부
67 : 충돌 반응관 67a : 입구
67b : 출구 69 : 돌기
70 : 반응기 유출부 71 : 다공관
73 : 유출관 81 : 제1 배오존 공급부
82 : 제1 연결관 83 : 제1 밸브
85 : 제2 배오존 공급부 86 : 제2 연결관
87 : 제2 밸브 91 : 제1 펌프
93 : 제2 펌프 95 : 제3 밸브
100 : 수처리 장치

Claims

처리대상수와 오존을 혼합하여 배출하는 이젝터; 및
상기 이젝터로로부터 공급된 오존이 혼합된 처리대상수를 회전시켜 회전류를 형성하여 하부로 배출하는 상부 반응기, 및
상기 상부 반응기의 하부에 연결되어 상기 상부 반응기로부터 회전류를 공급받고, 공급받은 회전류를 충돌에 의해 분산 혼합으로 미분화하여 오존이 처리대상수에 과포화 상태로 용존시키고, 미용해된 오존은 미세기포화 하는 하부 반응기를 구비하는 2단 반응기;를 포함하고,
상기 상부 반응기는,
제1 내부 공간을 갖는 관 형의 상부 본체;
상기 상부 본체의 외측면에 비스듬하게 오존이 혼합된 처리대상수를 상기 제1 내부 공간으로 주입하여 회전류를 형성하는 주입관;
상기 상부 본체의 바닥면의 중심을 관통하여 상기 하부 반응기로 연결되되, 상단은 상기 상부 본체의 천장면과 이격되도록 형성되어 오존이 혼합된 처리대상수의 회전류를 상기 하부 반응기로 배출될 수 있도록 형성된 배출관; 및
상기 배출관을 중심으로 적어도 하나가 상기 배출관을 둘러싸도록 형성되며, 상기 제1 내부 공간에서 오존이 혼합된 처리대상수가 상기 배출관을 향하여 회전 및 상하좌우로 이동하도록 하여 회전류를 형성하는 관 형상의 내관;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 하부 반응기는,
상기 상부 본체의 하부에 설치되며, 제2 내부 공간을 갖는 하부 본체;
상기 하부 본체의 상부를 관통하여 돌출된 상기 배출관에 연결되어 회전류를 공급받고, 공급받은 회전류를 아래로 이동하도록 하면서 충돌에 의해 미분화하여 상기 제2 내부 공간으로 배출하는 관 형상의 충돌 반응부; 및
상기 제2 내부 공간 밖으로 배출하는 반응기 유출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
삭제
제3항에 있어서, 상기 내관은,
일단이 상기 상부 본체의 천장면에 연결되지만, 상기 일단에 연결된 타단이 상기 상부 본체의 바닥면과는 이격되도록 형성된 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제3항 또는 제5항에 있어서, 상기 충돌 반응부는,
상기 배출관에 연결되며, 상부에 상기 회전류를 공급하는 입구가 형성되고, 미분화된 처리대상수와 오존을 배출하는 출구가 하부에 형성된 충돌 반응관; 및
상기 충돌 반응관의 내부에 돌출되게 형성되어 처리대상수와 오존과 충돌하여 처리대상수와 오존을 미분화하는 복수의 돌기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제6항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 다양한 형상을 갖거나 충돌할 수 있는 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제6항에 있어서,
상기 충돌 반응관은 입구보다 출구가 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제6항에 있어서, 상기 2단 반응기는,
상기 하부 본체의 상부와 상기 상부 본체를 연결하며, 상기 하부 본체의 배오존을 상기 본체로 공급하는 제1 배오존 공급부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제6항에 있어서, 상기 반응기 유출부는,
상기 제2 내부 공간의 바닥면에 근접하게 형성되어 미분화된 처리대상수와 오존을 흡입하는 다공관; 및
상기 다공관과 연결되어 상기 다공관으로 흡입된 미분화된 처리대상수와 오존을 상기 제2 내부 공간 밖으로 유출하는 유출관;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제1항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
오존을 상기 이젝터로 공급하는 오존 발생기; 및
처리대상수를 상기 이젝터로 공급하는 수조;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제11항에 있어서, 상기 수조는,
내벽에 의해 분할된 원수조와 오존 접촉조;를 포함하고,
상기 원수조로 원수가 유입되고, 상기 원수조에서 넘친 원수가 상기 내벽을 넘어 상기 오존 접촉조로 유입되고,
처음에는 상기 오존 접촉조의 원수가 처리대상수로 상기 이젝터로 공급되고, 상기 2단 반응기에서 미분화된 오존과 처리대상수가 상기 오존 접촉조로 공급되고, 상기 원수는 상기 오존 접촉조와 상기 2단 반응기를 순환되도록 함을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제12항에 있어서,
상기 상부 반응기의 배오존을 상기 원수조로 공급하는 제2 배오존 공급부; 및
상기 원수조의 원수 내부에 설치되며, 상기 제2 배오존 공급부로부터 배오존을 공급받은 배오존을 아래로 이동시키면서 회전 및 충돌에 의해 미분화하여 상기 원수조의 원수 안으로 배출되게 하는 관 형상의 분산 반응부;
를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 이젝터에 오존을 공급하는 관, 상기 제2 배오존 공급부와 연결되어 배오존을 상기 원수조에 공급하는 제2 연결관을 포함하여 모든 관은 내진용 관인 것을 특징으로 하는 2단 반응기를 포함하는 오존용해 수처리 장치.