KR102003159B1 - 자외선 및 고전압 펄스 방전을 이용하는 해수 또는 담수의 녹조제거장치 - Google Patents
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Abstract
자외선 및 고전압 펄스 방전을 이용하는 해수 또는 담수의 녹조제거장치가 개시된다. 상기 녹조제거장치는 내부공간을 갖는 수용케이스; 상기 수용케이스에 수납되고, 제어부 및 전원공급부를 포함하는 중앙제어장치; 상기 수용케이스에 수납되되 상기 수용케이스의 바닥면의 일측에 지지 및 배치되도록 수납되는 처리수조; 상기 중앙제어장치의 제어에 의해 작동하고, 상기 처리수조의 내부에 구비되고, 상기 수용케이스 및 처리수조의 외부로부터 해수 또는 담수를 피처리수로서 상기 처리수조의 내부로 공급하는 피처리수공급펌프; 상기 수용케이스에 수납되고, 상기 처리수조의 상부에 배치되고, 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아서 상기 처리수조에 수용된 피처리수를 향해 자외선을 조사하는 자외선발생기; 상기 피처리수의 소통이 가능하도록 상기 처리수조의 측면부에 연결되고, 상기 자외선발생기를 통해 1차 살균처리된 피처리수가 유입되는 피처리수유입관; 상기 피처리수유입관과 유체 소통 가능한 관 형태로 구비되고, 상기 피처리수유입관의 끝단부에 결합되어 상기 피처리수유입관과 동축 상에 배치되고, 상기 피처리수유입관으로부터 공급되는 상기 1차 살균처리된 피처리수가 공급되어 그 피처리수를 고전압 아크 방전을 통해 2차 살균처리하되 상기 고전압 아크 방전은 관의 길이 방향을 따라 복수로 구획된 아크 플라즈마 가둠 공간 내에서 전개되는 고전압펄스방전기; 상기 피처리수유입관의 반대측에서 상기 고전압 펄스 방전기에 연결되어 상기 고전압 펄스 방전기와 동축 상에 배치되고, 상기 고전압 펄스 방전기에서 2차 살균처리된 피처리수를 상기 수용케이스의 외부로 배출하는 피처리수배출관; 및 상기 해수 또는 담수의 수표면에 부유되고, 상면부에 상기 수용케이스가 지지되는 부력체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 녹조제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선 및 고전압펄스 방전을 이용하여 해수 또는 담수의 녹조류를 효과적으로 제거할 수 있는 녹조제거장치에 관한 것이다.
녹조 현상은 담수의 정체수역(호수, 저수지)에 식물성 플랑크톤이 폭발적으로 증식하여 수면에 모여 물의 색이 현저하게 변색하는 물꽃(수화;waterbloom)현상의 한 형태이다. 녹조현상의 발생 원인은 폐수의 유입에 의한 질소, 인등의 영양염류의 풍부함으로 인한 부영양화현상, 충분한 일사량, 수온, pH, 철분, 구리, 망간등 미량 금속이나 유기물질의 작용을 들 수 있다. 녹조의 피해는 대부분 남조류에 의해 생긴다. 남조류는 세포밀도가 1㎖당 약 106 ~ 107에 달하며, Microcystis의 경우에는 수면에 모여 있을 때 109 이상에 달하는 두터운 매트를 형성하여 심한 경우 두께가 1m까지 근접한다. 또한 수천 수만 개의 세포가 점액성 물질에 싸여 서로 뭉쳐져 모두 대형의 군체를 만들기 때문에 조류의 섭식자인 동물성플랑크톤(zooplankton)에 의한 섭식을 피할 수 있다.
녹조현상에 의해 유발되는 문제점 중에서 최근 가장 큰 주목을 받고 있고 수자원은 이용상 큰 문제가 되고 있는 것이 바로 유독 남조류가 생산하는 독소문제이다. 1878년 Francis에 의해 처음으로 남조류 독소에 의한 동물피해가 보고된 이래 현재까지 세계 각지에서 남조류 독소에 의한 가축이나 야생동물의 피해사례가 보고되고 있고, 특히 최근에는 상수원으로 사용되는 호수나 하천에서의 유독성 남조류에 의한 녹조현상이 빈번히 발생하고 있어 인체에 대한 영향에 대해서도 많은 논란이 일어나고 있다.
대부분의 유독 남조류는 녹조현상을 일으키지만 모든 녹조현상의 원인 남조류가 독소를 생산하는 것은 아니며 독소를 생산하는 것으로 알려진 종, 예를 들어 Microcystis aeruginosa 중에서도 strain에 따라 독소를 생산하거나 하지 않는 것도 있지만 두꺼운 녹조 매트가 형성되면서 어류의 산소 공급의 차단 현상과 녹조현상이 발생하였을 경우, 유독 남조류에 속하는 지를 확인하고 유독 남조류일 가능성이 높을 경우 독성검사를 통하여 독소생산유무를 확인한다. 따라서 이러한 부영영화된 수역에서 일어나는 녹조현상을 방지하기 위하여 영양물질 유입의 억제로 하수처리장의 증설 및 고도처리 등으로 유역으로부터의 영양염 유입을 차단하고 있다.
호소내에서는 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 영양염류의 불활성화함으로써 수체내 인농도를 감소시키는 방안이다. 그러나 첨가제가 다른 생물에게 독성을 나타낼 수 있다. 따라서 생물학적인 제어방법으로 먹이 연쇄와 기생관계를 통해 다른 생물을 사용하여 제거하는 방법이다. 초어를 이용한 수초제거와 동물성 플랑크톤을 이용한 조류의 제거등이 있다. 화학적 처리방법은 수초와 조류를 죽이는 화학물질을 수체에 직접 뿌리는 방법이다. 수초를 없애기 위한 제초제 살포, 조류의 제거를 위한 황산동 살포등이 있다.
조류를 제거하기 위한 다른 방법으로는, 최근 고급 산화 공정법(Advanced Oxidation Process : AOP)이 부각되고 있다. 고급 산화 공정법이란 OH radical을 충분한 만큼 생산하여 오염된 물을 정수 할 수 있는 처리법을 말한다. 이 방법은 오래 전부터 이용되어온 오존 처리법과 과산화수소, 자외선 등을 혼합하여 사용함으로써 오존에 의한 처리를 보완하고 오존분해를 가속화함으로써 OH 라디칼의 생성을 증가시킨다. 그러나 이러한 방법은 조류 제거에 효과적이지 못한 문제가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 해수 또는 담수의 녹조류를 효과적으로 제거할 수 있도록 한 녹조제거장치를 제공하는데 있다.
다른 목적으로, 유지보수가 용이하도록 한 녹조제거장치를 제공하는데 있다.
또 다른 목적으로, 녹조류의 분포에 따른 효율적인 장치의 운용이 가능해질 수 있도록 한 녹조제거장치를 제공하는데 있다.
또 다른 목적으로, 핀 대 핀 형태의 고전압 아크 방전에서의 방전영역이 반응공간 내에 균일하게 분포되도록 하여 반응공간 내의 피처리수가 균일하게 살균 처리될 수 있도록 한 녹조제거장치를 제공하는데 있다.
또 다른 목적으로, 반응관의 내부에 복수의 아크 플라즈마 가둠공간을 구획하여, 상기 각 구획 별로 균질의 아크 플라즈마를 생성할 수 있도록 한 녹조제거장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 녹조제거장치는 내부공간을 갖는 수용케이스; 상기 수용케이스에 수납되고, 제어부 및 전원공급부를 포함하는 중앙제어장치; 상기 수용케이스에 수납되되 상기 수용케이스의 바닥면의 일측에 지지 및 배치되도록 수납되는 처리수조; 상기 중앙제어장치의 제어에 의해 작동하고, 상기 처리수조의 내부에 구비되고, 상기 수용케이스 및 처리수조의 외부로부터 해수 또는 담수를 피처리수로서 상기 처리수조의 내부로 공급하는 피처리수공급펌프; 상기 수용케이스에 수납되고, 상기 처리수조의 상부에 배치되고, 상기 중앙처리장치의 제어에 의해 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아서 상기 처리수조에 수용된 피처리수를 향해 자외선을 조사하는 자외선발생기; 상기 피처리수의 소통이 가능하도록 상기 처리수조의 측면부에 연결되고, 상기 자외선발생기를 통해 1차 살균처리된 피처리수가 유입되는 피처리수유입관; 상기 피처리수유입관과 유체 소통 가능한 관 형태로 구비되고, 상기 피처리수유입관의 끝단부에 결합되어 상기 피처리수유입관과 동축 상에 배치되고, 상기 피처리수유입관으로부터 공급되는 상기 1차 살균처리된 피처리수가 공급되어 그 피처리수를 고전압 아크 방전을 통해 2차 살균처리하되 상기 고전압 아크 방전은 관의 길이 방향을 따라 복수로 구획된 아크 플라즈마 가둠 공간 내에서 전개되는 고전압펄스방전기; 상기 피처리수유입관의 반대측에서 상기 고전압 펄스 방전기에 연결되어 상기 고전압 펄스 방전기와 동축 상에 배치되고, 상기 고전압 펄스 방전기에서 2차 살균처리된 피처리수를 상기 수용케이스의 외부로 배출하는 피처리수배출관; 및 상기 해수 또는 담수의 수표면에 부유되고, 상면부에 상기 수용케이스가 지지되는 부력체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 고전압 펄스 방전기는, 원통형의 반응관; 상기 반응관의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되게 배치되어 상기 반응관의 내부공간을 상기 복수의 아크 플라즈마 가둠 공간으로 구획하고, 상기 고전압 아크 방전에 의한 아크 플라즈마가 상기 각각의 아크 플라즈마 가둠 공간 내에 가두어지도록 하고, 상기 원통형의 반응관의 내부에서 피처리수가 이동할 수 있도록 메쉬 형태로 구비되는 복수의 아크 플라즈마 가둠부재; 상기 복수의 아크 플라즈마 가둠 공간중 적어도 하나의 아크 플라즈마 가둠 공간 내에 배치되고, 상기 전원공급부로부터 고전압 펄스를 발생시키기 위한 전원이 공급되어 상기 반응관의 내부로 공급된 상기 1차 살균처리된 피처리수의 수중에서 고전압 아크 방전을 발생시켜서 아크 플라즈마를 생성하는 제1 방전전극세트; 및 상기 복수의 아크 플라즈마 가둠 공간 중 나머지 하나 이상의 아크 플라즈마 가둠 공간 내에 배치되고, 상기 전원공급부로부터 고전압 펄스를 발생시키기 위한 전원이 공급되어 상기 반응관의 내부로 공급된 상기 1차 살균처리된 피처리수의 수중에서 고전압 아크 방전을 발생시켜서 아크 플라즈마를 생성하는 제2 방전전극세트를 포함하고, 상기 각각의 방전전극세트는, 상기 반응관의 원주방향에서 상기 반응관을 제1 각도로 관통하는 가상의 제1 축선을 따라 상기 반응관에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된 제1 전극쌍; 상기 제1 전극쌍과 상기 반응관의 길이 방향으로 일정 거리 이격되고, 상기 반응관의 원주방향에서 상기 반응관을 상기 제1 각도와 평행하지 않은 제2 각도로 관통하는 가상의 제2 축선을 따라 상기 반응관에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된 제2 전극쌍; 및 상기 제2 전극쌍과 상기 반응관의 길이 방향으로 일정 거리 이격되고, 상기 반응관의 원주방향에서 상기 반응관을 상기 제1 각도 및 제2 각도와 평행하지 않은 제3 각도로 관통하는 가상의 제3 축선을 따라 상기 반응관에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된 제3 전극쌍을 포함하고, 상기 중앙제어장치는 일정 시간 간격으로 상기 제1 방전전극세트 및 제2 방전전극세트에 교번하여 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 전극쌍은 각각의 방전전극의 상기 반응관으로 삽입된 길이가 조절 가능하게 상기 반응관에 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피처리수유입관 및 피처리수배출관의 직경은 같고, 상기 반응관의 내경은 상기 피처리수유입관 및 피처리수배출관의 외경에 대응하는 크기를 갖고, 상기 피처리수유입관 및 피처리수배출관은 상기 반응관의 내부로 삽입되게 상기 반응관과 결합되되, 상기 반응관의 내부공간의 부피를 조절할 수 있도록 상기 반응관의 내부로 삽입된 길이가 조절 가능하게 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 녹조제거장치는 상기 수용케이스의 내부 또는 외부에 설치되어 상기 중앙제어장치 및 관리자 단말기 간의 무선 통신이 가능하게 하는 무선통신모듈을 더 포함하고, 상기 중앙제어장치는 상기 관리자 단말기로부터 상기 피처리수유입관 및 피처리수배출관의 삽입된 길이를 조절하기 위한 조작신호가 상기 무선통신모듈을 통해 원격으로 입력되는 경우 상기 피처리수유입관 및 피처리수배출관의 삽입된 길이를 조절할 수 있다.
상기 녹조제거장치는 상기 피처리수배출관의 내부 통로의 일부 구간의 크기를 조절 가능하게 상기 피처리수배출관 상에 구비되는 유속조절밸브를 더 포함하고, 상기 중앙제어장치는 상기 유속조절밸브와 전기적으로 연결되어 상기 유속조절밸브의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 녹조제거장치는, 상기 수용케이스의 외면의 상면부에 설치되는 태양광 패널; 및 상기 수용케이스에 수납되고, 상용전원 또는 상기 태양광 패널에 축적된 전기에너지를 저장하는 적어도 하나의 축전지를 더 포함하고, 상기 축전지는 상기 전원공급부로 전원을 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 중앙제어장치는, 상기 전원공급부 및 상기 각각의 전극쌍에 전기적으로 연결되어 상기 전원공급부로부터 공급되는 전원을 상기 각각의 전극쌍에 인가되도록 하는 제1 내지 제6 스위칭부; 상기 제1 내지 제6 스위칭부 및 상기 제어부와 전기적으로 연결되는 제1 내지 제6 센서; 상기 제어부 및 유속조절밸브와 전기적으로 연결되는 제7 센서; 상기 제어부 및 자외선발생기와 전기적으로 연결되는 제8 센서; 및 상기 제어부 및 피처리수공급펌프와 전기적으로 연결되는 제9 센서를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제6 센서는 상기 제1 내지 제6 스위칭부의 동작을 감지하여 상기 각각의 전극쌍으로의 고전압 펄스 인가 여부를 상기 제어부로 입력하고, 상기 제7 센서는 상기 유속조절밸브의 동작을 감지하여 상기 유속조절밸브의 동작 오류 여부를 상기 제어부로 입력하고, 상기 제8 센서는 상기 자외선발생기의 동작을 감지하여 상기 자외선발생기의 동작 오류 여부를 상기 제어부로 입력하고, 상기 제9 센서는 상기 피처리수공급펌프의 동작을 감지하여 상기 피처리수공급펌프의 동작 오류 여부를 상기 제어부로 입력하고, 상기 중앙제어장치는 상기 각각의 전극쌍으로의 고전압 펄스 인가 여부에 따른 상기 각각의 전극쌍의 방전 오류, 상기 유속조절밸브의 동작 오류, 상기 자외선발생기의 동작 오류 및 상기 피처리수공급펌프의 동작 오류를 상기 관리자단말기로 송신하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 녹조제거장치에 의하면 아래와 같은 이점이 있다.
첫째, 자외선을 이용한 피처리수의 1차 살균 및 고전압 아크 방전을 통한 피처리수의 2차 살균 과정을 통해 피처리수 내의 녹조를 효과적으로 제거할 수 있다.
둘째, 제1 방전전극세트 및 제2 방전전극세트에 의해 생성되는 아크 플라즈마가 반응관의 내부에 구비되는 복수의 아크 플라즈마 가둠부재에 의한 제1 아크 플라즈마 가둠공간 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간 내에 가두어지므로 반응관의 내부를 흐르는 피처리수의 흐름에 따라 아크 플라즈마의 유동의 발생 없이 상기 각각의 공간에 유동 없이 집중되어, 반응관의 내부공간의 각 구획 별로 균질의 아크 플라즈마를 생성할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 1차 살균된 피처리수가 반응관의 내부로 유입되면 유입된 피처리수는 제1 아크 플라즈마 가둠공간 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간을 순차적으로 지나면서 각각의 제1 아크 플라즈마 가둠공간 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간 내에 가두어져서 집중되는 균질의 아크 플라즈마에 의해 피처리수가 2차 살균되므로 반응관 내부공간에서의 피처리수의 2차 살균 효율이 증대될 수 있는 이점이 있다.
넷째, 고전압 펄스 방전기에서의 피처리수의 2차 살균 과정에서 방전공간의 부피를 감소시키고 방전공간에 피처리수가 체류하는 시간을 증가 시켜서 방전공간에서의 피처리수 내의 녹조류의 제거 효율이 증대시킬 수 있고, 이에 따라 녹조류의 분포에 따른 효율적인 장치의 운용이 가능해질 수 있다.
다섯째, 고전압 펄스 방전기, 유속조절밸브, 자외선발생기 및 피처리수공급펌프의 오류를 실시간으로 관리자 단말기로 전송하여 고전압 펄스 방전기, 유속조절밸브, 자외선발생기 및 피처리수공급펌프를 즉시 보수할 수 있도록 하며, 이에 따라 유지보수가 용이해지는 이점이 있다.
여섯째, 고전압 펄스 방전기(170)에서 제1 방전전극세트 및 제2 방전전극세트의 각각의 전극쌍의 특징적이 배열 구조에 따라 핀 대 핀 형태의 고전압 아크 방전에서의 방전 영역이 방전공간 내에 균일하게 분포되도록 할 수 있는 이점이 있고, 이에 따라 상기 반응공간 내의 피처리수가 균일하게 살균 처리될 수 있는 이점이 있다.
일곱째, 고전압 펄스 방전기에서 제1 방전전극세트 및 제2 방전전극세트는 교번하여 고전압 펄스가 인가되어 방전되므로 제1 방전전극세트 및 제2 방전전극세트 각각의 지속적인 방전에 의해 발생되는 발열에 의한 고장, 즉 열화로 인한 내구성 저하의 문제를 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 방전전극세트 및 제2 방전전극세트의 수명이 연장될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 고전압 펄스 방전기를 확대 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 반응관의 원 형상의 단부를 정면으로 하여 본 반응관의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 피처리수유입관 및 피처리수배출관의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 중앙제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 고전압 펄스 방전기를 확대 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 반응관의 원 형상의 단부를 정면으로 하여 본 반응관의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 피처리수유입관 및 피처리수배출관의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 중앙제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 녹조제거장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 고전압 펄스 방전기를 확대 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 반응관의 원 형상의 단부를 정면으로 하여 본 반응관의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 피처리수유입관 및 피처리수배출관의 다른 실시예를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 중앙제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치는 수용케이스(110), 중앙제어장치(120), 처리수조(130), 피처리수공급펌프(140), 자외선발생기(150), 피처리수유입관(160), 고전압 펄스 방전기(170), 피처리수배출관(180) 및 부력체(190)를 포함한다.
상기 수용케이스(110)는 내부공간을 가지며, 상기 내부공간에 상기 중앙제어장치(120), 처리수조(130), 피처리수공급펌프(140), 자외선발생기(150), 피처리수유입관(160), 고전압 펄스 방전기(170), 피처리수배출관(180)이 수용된다. 이러한 수용케이스(110)는 사각 박스 형태일 수 있다.
상기 중앙제어장치(120)는 수용케이스(110) 내부에 수용되어 상기 피처리수공급펌프(140), 자외선발생기(150), 고전압 펄스 방전기(170)를 제어한다. 중앙제어장치(120)는 제어부(121) 및 전원공급부(122)를 포함한다. 상기 제어부(121)는 상기 피처리수공급펌프(140), 자외선발생기(150), 고전압 펄스 방전기(170)를 제어할 수 있고, 상기 전원공급부(122)의 출력을 제어하여 상기 전원공급부(122)로부터 상기 고전압 펄스 방전기(170)에 고전압 펄스가 인가되도록 한다.
상기 처리수조(130)는 피처리수를 1차 살균하기 위한 공간을 제공한다. 상기 처리수조(130)는 상기 수용케이스(110)에 수납된다. 이때, 상기 처리수조(130)는 상기 수용케이스(110)의 바닥면의 일측에 지지 및 배치된다.
상기 피처리수공급펌프(140)는 상기 처리수조(130)의 내부에 구비되어, 상기 피처리수공급펌프(140)는 상기 수용케이스(110) 및 처리수조(130)의 외부로부터 해수 또는 담수를 피처리수로서 상기 처리수조(130)의 내부로 공급한다. 일 예로, 피처리수공급펌프(140)는 취수구(141a) 및 상기 취수구(141a)의 취수 방향에 수직하게 배치되는 토출구(141b)를 구비하는 케이싱(141), 상기 케이싱(141)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 임펠러(142)를 포함할 수 있다. 이러한 피처리수공급펌프(140)는 상기 피처리수를 공급하기 위해, 상기 취수구(141a)는 상기 처리수조(130)의 바닥면 및 수용케이스의 바닥면을 관통하여 상기 해수 또는 담수의 수중으로 삽입되고, 상기 토출구(141b)는 상기 처리수조(130) 내에 위치한다. 상기 취수구(141a)를 통해 양수된 상기 피처리수는 상기 토출구(141b)를 통해 상기 처리수조(130)의 내부로 공급된다. 상기 피처리수공급펌프(140)는 상기 중앙제어장치(120)의 제어에 의해 작동한다.
상기 자외선발생기(150)는 상기 수용케이스(110)에 수납되고, 상기 처리수조(130)의 상부에 배치되고, 상기 중앙제어장치(120)의 제어에 의해 상기 전원공급부(122)로부터 전원을 공급받아서 상기 처리수조(130)에 수용된 피처리수를 향해 자외선을 조사한다. 일 예로, 상기 자외선발생기(150)는 자외선의 방출을 위해 UV램프를 포함할 수 있다.
상기 피처리수유입관(160)은 상기 피처리수의 소통이 가능하도록 상기 처리수조(130)의 측면부에 연결되고, 상기 자외선발생기(150)를 통해 1차 살균처리된 피처리수가 유입된다.
고전압 펄스 방전기(170)는 상기 피처리수유입관(160)과 유체 소통 가능한 관 형태로 구비되고, 상기 피처리수유입관(160)의 끝단부에 결합되어 상기 피처리수유입관(160)과 동축 상에 배치되고, 상기 피처리수유입관(160)으로부터 공급되는 상기 1차 살균처리된 피처리수가 공급되어 그 피처리수를 고전압 아크 방전을 통해 2차 살균처리한다.
이러한 고전압 펄스 방전기(170)는 원통형의 반응관(171), 복수의 아크 플라즈마 가둠부재(174), 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)를 포함한다.
상기 원통형의 반응관(171)은 내경이 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)의 외경에 대응되는 크기를 갖는다. 즉, 상기 원통형의 반응관(171)은 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)의 지름보다 크다.
복수의 아크 플라즈마 가둠부재(174)는 반응관(171)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되게 배치되어 상기 반응관(171)의 내부공간을 복수의 아크 플라즈마 가둠공간으로 구획한다. 일 예로, 복수의 아크 플라즈마 가둠부재(174)는 7개로 구비될 수 있고, 이러한 경우 7개의 아크 플라즈마 가둠부재(174)는 반응관(171)의 길이방향을 따라 배열되어 반응관(171)의 내부공간을 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)으로 구획할 수 있다. 7개의 아크 플라즈마 가둠부재(174) 중 피처리수유입관(160)의 위치 및 피처리수배출관(180)의 위치로부터의 배열 순서 중 4번째에 배치된 아크 플라즈마 가둠부재(174)를 기준으로 하여, 상기 4번째에 배치된 아크 플라즈마 가둠부재(174)로부터 상기 피처리수유입관(160) 방향으로 배열된 3개의 아크 플라즈마 가둠부재(174)가 배치되는 영역은 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711)이고, 상기 4번째에 배치된 아크 플라즈마 가둠부재(174)로부터 상기 피처리수배출관(180) 방향으로 배열된 3개의 아크 플라즈마 가둠부재(174)가 배치되는 영역은 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)이다. 상기 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711)은 상기 피처리수배출관(180) 방향으로 순차적으로 구획된 제1 가둠공간(1711a), 제2 가둠공간(1711b) 및 제3 가둠공간(1711c)을 포함하고, 상기 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)은 상기 제3 가둠공간(1711c)에 이어서 상기 피처리수배출관(180) 방향으로 순차적으로 구획된 제4 가둠공간(1712a), 제5 가둠공간(1712b) 및 제6 가둠공간(1712c)을 포함한다. 이러한 복수의 아크 플라즈마 가둠부재(174)는 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)에 의한 고전압 아크 방전을 통해 생성되는 아크 플라즈마를 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)에 가두어지도록 한다. 상기 각각의 아크 플라즈마 가둠공간(1711, 1712)은 고전압 아크 방전이 일어나는 반응관(171) 내의 반응공간이다.
또한 복수의 아크 플라즈마 가둠부재(174)는 반응관(171)의 내부에서 피처리수가 이동할 수 있도록 메쉬 형태로 구비된다. 일 예로, 각각의 아크 플라즈마 가둠부재(174)는 고리 형상의 고정링(1741) 및 고정링(1741)의 개구된 중심부에 구비되는 메쉬망(1742)을 포함할 수 있다. 고정링(1741)은 반응관(171)의 내면에 고정되고, 메쉬망(1742)은 반응관(171)의 길이방향, 즉 피처리수가 이동하는 방향에 마주하도록 배치될 수 있다. 상기 고정링(1741)은 합성수지재와 같은 부도체이고, 상기 메쉬망(1742)은 금속 또는 합성수지재와 같은 부도체일 수 있다.
상기 제1 방전전극세트(172)는 복수의 아크 플라즈마 가둠공간 중 적어도 하나의 아크 플라즈마 가둠공간 내에 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에 배치될 수 있다. 제1 방전전극세트(172)는 상기 전원공급부(122)로부터 고전압 펄스를 발생시키기 위한 전원이 공급되어 상기 반응관(171)의 내부로 공급된 상기 1차 살균처리된 피처리수의 수중에서 고전압 아크 방전을 발생시키고, 이에 의해 아크 플라즈마가 생성되며, 생성된 아크 플라즈마는 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711)에 배치된 아크 플라즈마 가둠부재(174)에 의해 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에 가두어져서 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에 집중된다.
상기 제2 방전전극세트(173)는 복수의 아크 플라즈마 가둠 공간 중 나머지 하나 이상의 아크 플라즈마 가둠 공간 내에 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에 배치될 수 있다. 상기 제2 방전전극세트(173)는 상기 전원공급부(122)로부터 고전압 펄스를 발생시키기 위한 전원이 공급되어 상기 반응관(171)의 내부로 공급된 상기 1차 살균처리된 피처리수의 수중에서 고전압 아크 방전을 발생시키고, 이에 의해 아크 플라즈마가 생성되며, 생성된 아크 플라즈마는 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)에 배치된 아크 플라즈마 가둠부재(174)에 의해 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에 가두어져서 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에 집중된다.
이러한 각각의 방전전극세트(172, 173)는 제1 전극쌍(1721, 1731), 제2 전극쌍(1722, 1732) 및 제3 전극쌍(1723, 1733)을 포함한다.
상기 제1 전극쌍(1721, 1731)은 상기 반응관(171)의 원주방향에서 상기 반응관(171)을 제1 각도로 관통하는 가상의 제1 축선(a1)을 따라 상기 반응관(171)에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된다. 제1 방전전극세트(172)에 속한 제1 전극쌍(1721)은 상기 제1 가둠공간(1711a) 내에 위치하고, 제2 방전전극세트(173)에 속한 제1 전극쌍(1731)은 상기 제4 가둠공간(1712a) 내에 위치한다.
상기 제2 전극쌍(1722, 1732)은 상기 제1 전극쌍(1721, 1731)과 상기 반응관(171)의 길이 방향으로 일정 거리 이격되고, 상기 반응관(171)의 원주방향에서 상기 반응관(171)을 상기 제1 각도와 평행하지 않은 제2 각도로 관통하는 가상의 제2 축선(a2)을 따라 상기 반응관(171)에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된다. 제1 방전전극세트(172)에 속한 제2 전극쌍(1722)은 상기 제2 가둠공간(1711b) 내에 위치하고, 제2 방전전극세트(173)에 속한 제2 전극쌍(1732)은 상기 제5 가둠공간(1712b) 내에 위치한다.
상기 제3 전극쌍(1723, 1733)은 상기 제2 전극쌍(1722, 1732)과 상기 반응관(171)의 길이 방향으로 일정 거리 이격되고, 상기 반응관(171)의 원주방향에서 상기 반응관(171)을 상기 제1 각도 및 제2 각도와 평행하지 않은 제3 각도로 관통하는 가상의 제3 축선(a3)을 따라 상기 반응관(171)에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된 제3 전극쌍(1723, 1733)을 포함한다. 제1 방전전극세트(172)에 속한 제3 전극쌍(1723)은 상기 제3 가둠공간(1711c) 내에 위치하고, 제2 방전전극세트(173)에 속한 제3 전극쌍(1733)은 상기 제6 가둠공간(1712c) 내에 위치한다.
이와 같이 상기 제1 전극쌍(1721, 1731), 제2 전극쌍(1722, 1732) 및 제3 전극쌍(1723, 1733)은 상기 반응관(171)의 길이 방향으로 일정 거리 이격되게 순차적으로 배치된다. 또한 서로 평행하지 않도록 배치된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 반응관(171)의 원 형상의 단부를 정면으로 하여 볼 때 상기 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)은 상기 반응관(171)의 원주 방향을 따라 등간격으로 원형 배열되도록 배치된다.
또한, 상기 제1 내지 제3 전극쌍(1723, 1733)은 각각의 방전전극의 상기 반응관(171)으로 삽입된 길이가 조절 가능하게 상기 반응관(171)에 결합될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 내지 제3 전극쌍(1723, 1733)의 각각의 방전전극은 핀 형태로 구비되고, 상기 반응관(171)에 나사결합될 수 있고, 상기 반응관(171)에 완전히 나사결합된 상태에서 핀의 하단부가 상기 반응관(171)의 내부로 일정 길이 삽입될 수 있는 길이를 갖는다. 따라서, 상기 제1 내지 제3 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)의 각각의 방전전극은 상기 반응관(171)에 조여지는 길이에 따라서 상기 반응관(171)에 삽입된 길이가 조절될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)에 전원이 공급되기 위해, 일 예로, 상기 중앙제어장치(120)는 상기 전원공급부(122) 및 상기 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)에 전기적으로 연결되어 상기 전원공급부(122)로부터 공급되는 전원을 상기 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)에 인가되도록 하는 제1 내지 제6 스위칭부를 포함할 수 있다.
상기 피처리수배출관(180)은 상기 피처리수유입관(160)의 반대측에서 상기 고전압 펄스 방전기(170)에 연결되어 상기 고전압 펄스 방전기(170)와 동축 상에 배치되고, 상기 고전압 펄스 방전기(170)에서 2차 살균처리된 피처리수를 상기 수용케이스(110)의 외부로 배출한다.
부력체(190)는 상기 수용케이스(110)의 외면 둘레에 결합되어 상기 수용케이스(110)의 하부가 침수되도록 상기 해수 또는 담수의 수표면에 부유된다. 일 예로, 상기 부력체(190)는 상기 수용케이스(110)의 크기보다 큰 상기 수용케이스(110)를 지지할 수 있는 육면체 형상으로 구비될 수 있다. 부력체(190)의 상면부에는 상기 수용케이스(110)가 지지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치는 상기 반응공간의 부피를 증가시키거나 축소시키도록 구비될 수 있다. 이를 위해, 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)은 상기 반응관(171)의 내부로 삽입되게 상기 반응관(171)과 결합되되, 상기 반응관(171)의 내부공간의 부피를 조절할 수 있도록 상기 반응관(171)의 내부로 삽입된 길이가 조절 가능하게 구비될 수 있다. 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)이 상기 반응관(171)의 내부로 삽입된 길이가 조절되기 위한 구조에는 특별한 제한은 없으며, 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)은 상기 반응관(171)에 나사결합되는 형태일 수 있다. 다른 예로, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)은 외부관(161, 181) 및 일단부는 상기 외부관(161, 181)의 내부로 삽입되고 타단부는 상기 반응관(171)의 내부로 삽입될 수 있는 내부관(162, 182)을 포함하는 이중관 형태로 구비될 수 있고, 상기 내부관(162, 182)의 축방향의 이동을 위해 상기 내부관(162, 182)에 연결되어 상기 내부관(162, 182)을 상기 반응관(171)의 길이방향을 따라 이동시키는 구동수단(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 구동수단은 공압 또는 유압의 실린더일 수 있고, 상기 중앙제어장치(120)와 전기적으로 연결되어 상기 중앙제어장치(120)의 제어에 의해 구동될 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치는 유속조절밸브(210)및 무선통신모듈(220)을 더 포함할 수 있다.
상기 유속조절밸브(210)는 상기 피처리수배출관(180)의 내부 통로의 일부 구간의 크기를 조절 가능하게 상기 피처리수배출관(180) 상에 구비될 수 있다. 구체적으로 도시하지는 않았지만, 예를 들어, 상기 유속조절밸브(210)는 상기 피처리수배출관(180)의 통로 상에 위치하는 밸브부 및 상기 밸브부에 연결되어 상기 밸브부를 상승 및 하강시키는 조정핸들을 포함하는 형태일 수 있다. 이러한 경우, 상기 조정핸들은 스테핑모터를 포함하는 구동장치와 연결되어 회전될 수 있고, 상기 구동장치는 상기 중앙제어장치(120)와 전기적으로 연결되어 제어될 수 있다.
상기 유속조절밸브(210)가 상기 피처리수배출관(180)의 내부 통로의 일부 구간의 크기를 작게 하는 정도, 즉 상기 피처리수배출관(180)의 내부 통로의 일부 구간의 크기가 작아지는 정도에 따라 상기 고전압 펄스 방전기(170)의 반응공간으로부터 상기 피처리수배출관(180) 방향으로 배출되는 유속이 감소되어, 상기 유속조절밸브(210)가 최대 개방되어 상기 피처리수배출관(180)의 내부 통로의 크기를 그대로 유지시키는 경우보다 피처리수는 천천히 상기 피처리수배출관(180)을 빠져나가게 되고, 이에 따라 상기 반응공간에 피처리수가 체류하는 시간이 길어진다.
상기 무선통신모듈(220)은 상기 수용케이스(110)의 내부 또는 외부에 설치되어 상기 중앙제어장치(120) 및 관리자 단말기(300) 간의 무선 통신이 가능하도록 한다. 상기 무선통신모듈(220)의 통신 방식에는 특별한 제한은 없으며, 일 예로, 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 등의 무선 통신 방식이 이용될 수 있다.
상기 무선통신모듈(220)을 통해 상기 관리자 단말기(300)로부터의 신호가 중앙제어장치(120)로 입력될 수 있다. 일 실시예로, 상기 중앙제어장치(120)는 상기 관리자 단말기(300)로부터 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)의 삽입된 길이를 조절하기 위한 조작신호가 상기 무선통신모듈(220)을 통해 원격으로 입력되는 경우 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)의 삽입된 길이를 조절할 수 있다.
또 다른 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치는 태양광 패널(230) 및 축전지(240)를 더 포함하고, 상기 중앙제어장치(120)는 제1 내지 제6 센서, 제7 센서, 제8 센서 및 제9 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 태양광 패널(230)은 상기 수용케이스(110)의 외면의 상면부에 설치되어 태양광으로부터 전기에너지를 수집할 수 있다.
상기 축전지(240)는 상기 수용케이스(110)에 수납되고, 상용전원 또는 상기 태양광 패널(230)에 축적된 전기에너지를 저장할 수 있다. 상기 축전지(240)는 하나 또는 2개 이상일 수 있다. 이러한 축전지(240)는 상기 전원공급부(122)에 전원을 공급할 수 있고, 상기 제어부(121)를 통해 충방전이 제어될 수 있다.
상기 제1 내지 제6 센서는 상기 제1 내지 제6 스위칭부 및 상기 제어부(121)와 전기적으로 연결되어, 상기 제1 내지 제6 스위칭부의 동작을 감지하여 상기 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)으로의 고전압 펄스 인가 여부를 상기 제어부(121)로 입력한다.
상기 제7 센서는 상기 제어부(121) 및 유속조절밸브(210)와 전기적으로 연결되어, 상기 유속조절밸브(210)의 동작을 감지하여 상기 유속조절밸브(210)의 동작 오류 여부를 상기 제어부(121)로 입력한다.
상기 제8 센서는 상기 제어부(121) 및 자외선발생기(150)와 전기적으로 연결되어, 상기 자외선발생기(150)의 동작을 감지하여 상기 자외선발생기(150)의 동작 오류 여부를 상기 제어부(121)로 입력한다.
상기 제9 센서는 상기 제어부(121) 및 피처리수공급펌프(140)와 전기적으로 연결되어, 상기 피처리수공급펌프(140)의 동작을 감지하여 상기 피처리수공급펌프(140)의 동작 오류 여부를 상기 제어부(121)로 입력한다.
이러한 각각의 센서들과 연계하여 상기 중앙제어장치(120)는 상기 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)으로의 고전압 펄스 인가 여부에 따른 상기 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)의 방전 오류, 상기 유속조절밸브(210)의 동작 오류 및 상기 자외선발생기(150)의 동작 오류를 상기 관리자단말기(300)로 송신하도록 구성된다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제저장치가 녹조를 제거하는 과정을 설명한다.
녹조를 제거하는 과정은 크게 자외선을 통한 1차 살균 및 고전압 아크 방전을 통한 2차 살균 과정으로 진행된다.
먼저, 피처리수공급펌프(140)는 해수 또는 담수의 표층수를 피처리수로서 상기 처리수조(130)의 내부로 공급한다. 이때, 상기 유속조절밸브(210)는 최초 피처리수의 공급이 이루어지는 경우 닫혀 있을 수 있고, 상기 피처리수공급펌프(140)가 소정 시간, 예를 들어, 처리수조(130) 내에 일정 수위까지 채워질 수 있는 시간 동안 작동된 후 최대 개방된 상태로 전환될 수 있다. 이는, 상기 중앙제어장치(120)의 제어부(121)를 통해 제어될 수 있다.
이어서, 상기 중앙제어장치(120)는 자외선발생기(150)를 동작시킨다. 자외선발생기(150)는 자외선을 처리수조(130) 내부에 채워진 피처리수를 향해 자외선을 조사하며, 이에 따라 처리수조(130) 내에 채워지는 피처리수 내의 녹조류는 상기 피처리수공급펌프(140)가 피처리수를 공급하는 동안 지속하여 1차 살균된다.
1차 살균되는 피처리수는 상기 고전압 펄스 방전기(170) 방향으로 처리수조(130)로부터 배출된다.
이어서, 상기 중앙제어장치(120)는 제1 내지 제6 스위칭부를 제어하여, 일정 시간 간격으로 상기 전원공급부(122)로부터 상기 고전압 펄스 방전기(170)의 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)에 교번하여 전원을 공급하고, 이에 따라 상기 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)는 교번하여 고전압 아크 방전을 일으켜서 반응관(171)의 내부로 유입된 1차 살균처리된 피처리수를 2차 살균한다.
이때, 상기 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173) 각각의 제1 전극쌍(1721, 1731), 제2 전극쌍(1722, 1732) 및 제3 전극쌍(1723, 1733)은 서로 대향하는 두 전극 중 하나에 고전압이 인가되어 고전압 아크 방전이 일어나며, 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)은 반응관(171)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 배치되고 상기 반응관(171)의 원 형상의 단부를 정면으로 하여 볼 때 상기 반응관(171)의 원주 방향을 따라 등간격으로 원형 배열되도록 배치되어 있으므로 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)이 핀 대 핀 형태로 구비되어 있더라도 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)이 상기 반응관(171)의 원주 방향의 다방향에서 상기 반응공간의 전체에 고르게 고전압 아크 방전을 발생시킬 수 있으며, 따라서 상기 반응공간 내의 피처리수가 균일하게 살균 처리될 수 있다.
이 과정에서, 제1 방전전극세트(172)는 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에서 고전압 아크 방전을 일으켜서 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에 아크 플라즈마를 생성하고, 제2 방전전극세트(173)는 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에서 고전압 아크 방전을 일으켜서 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에 아크 플라즈마를 생성하게 되는데, 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에서 생성된 아크 플라즈마 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에서 생성된 아크 플라즈마는 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)을 구획하는 아크 플라즈마 가둠부재(174)에 의해 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)에 각각 가두어진다.
구체적으로, 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에서는 제1 방전전극세트(172)에 속한 제1 전극쌍(1721), 제2 전극쌍(1722) 및 제3 전극쌍(1723)에 의해 아크 플라즈마가 생성되며, 이때 제1 전극쌍(1721)에 의해 생성되는 아크 플라즈마는 제1 가둠공간(1711a) 내에 가두어지고, 제2 전극쌍(1722)에 의해 생성되는 아크 플라즈마는 제2 가둠공간(1711b) 내에 가두어지고, 제3 전극쌍(1723)에 의해 생성되는 아크 플라즈마는 제3 가둠공간(1711c) 내에 가두어진다.
그리고 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에서는 제2 방전전극세트(173)에 속한 제1 전극쌍(1731), 제2 전극쌍(1732) 및 제3 전극쌍(1733)에 의해 아크 플라즈마가 생성되며, 이때 제1 전극쌍(1731)에 의해 생성되는 아크 플라즈마는 제4 가둠공간(1712a) 내에 가두어지고, 제2 전극쌍(1732)에 의해 생성되는 아크 플라즈마는 제5 가둠공간(1712b) 내에 가두어지고, 제3 전극쌍(1733)에 의해 생성되는 아크 플라즈마는 제6 가둠공간(1712c) 내에 가두어진다.
이와 같이, 제1 방전전극세트(172)에 의한 아크 플라즈마는 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711)의 각각의 제1 가둠공간(1711a), 제2 가둠공간(1711b) 및 제3 가둠공간(1711c) 내에 집중되고, 제2 방전전극세트(173)에 의한 아크 플라즈마는 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)의 각각의 제4 가둠공간(1712a), 제5 가둠공간(1712b) 및 제6 가둠공간(1712c) 내에 집중된다. 따라서, 반응관(171)으로 유입된 피처리수는 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711)을 지나면서 각각의 제1 가둠공간(1711a), 제2 가둠공간(1711b) 및 제3 가둠공간(1711c)에 가두어져서 집중되는 아크 플라즈마에 의해 단계적으로 집중 살균되고, 이어서 피처리수가 아크 플라즈마 가둠부재(174)의 메쉬망(1742)을 통과하여 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)을 지나면서 각각의 제4 가둠공간(1712a), 제5 가둠공간(1712b) 및 제6 가둠공간(1712c)에 가두어져서 집중되는 아크 플라즈마에 의해 단계적으로 집중 살균된다.
한편, 이러한 2차 살균시간에 상기 반응공간으로 유입된 피처리수가 반응공간에 체류하는 시간이 조절될 수 있다. 즉, 2차 살균시간에 중앙제어장치(120)는 상기 피처리수배출관(180)의 내부 통로의 일부 구간의 크기가 작아지도록 유속조절밸브(210)의 개방 정도를 제어하여, 상기 유속조절밸브(210)에 의해 상기 피처리수배출관(180)의 통로의 크기가 작아지면, 상기 고전압 펄스 방전기(170)의 반응공간으로부터 상기 피처리수배출관(180) 방향으로 배출되는 유속이 감소되어, 피처리수는 천천히 상기 피처리수배출관(180)을 빠져나가게 되고, 이에 따라 피처리수는 상기 반응공간에 더 오랫동안 체류하게 된다. 따라서, 상기 반응공간에서의 피처리수의 살균 효율이 증대된다.
또한, 이러한 피처리수의 2차 살균 과정에서 중앙제어장치(120)의 제어에 의해 상기 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)의 삽입된 길이를 조절할 수 있다. 즉, 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)의 삽입된 길이가 이전보다 길어지면 상기 반응공간의 부피를 감소시킬 수 있고, 피처리수유입관(160) 및 피처리수배출관(180)의 삽입된 길이가 이전보다 짧아지면 상기 반응공간의 부피를 증가시킬 수 있다. 상기 반응공간의 부피가 감소하면 작은 부피의 반응공간 내의 피처리수에 대하여 상기 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)의 고전압 아크 방전이 이전보다 더 높은 전력으로 전달되는 효율을 얻을 수 있고, 상기 반응공간의 부피가 증가하면 증가한 부피의 반응공간 내의 피처리수에 대하여 상기 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)의 고전압 아크 방전이 이전보다 작은 전력으로 전달될 수 있다. 따라서, 피처리수 내에 분포한 녹조류의 분포도에 따라 고전압 펄스 방전기(170)의 반응공간의 부피를 조절하여 피처리수를 살균 처리할 수 있고, 이는 녹조류의 분포도에 대응하여 피처리수의 살균력 조절이 가능하도록 한다.
이러한 피처리수가 반응공간에 체류하는 시간의 조절 및 반응공간의 부피의 조절은 관리자 단말기(300) 및 중앙제어장치(120) 간의 무선통신에 의한 관리자 단말기(300)로부터의 원격 제어를 통해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 관리자가 해수 또는 담수의 녹조류의 분포가 심한 경우 상기 피처리수가 반응공간에 체류하는 시간이 증가되도록 하는 원격 제어 및 반응공간의 부피가 감소하도록 하는 원격 제어를 실시할 수 있다.
이러한 상기 고전압 펄스 방전기(170)에서 피처리수를 2차 살균하는 과정에서 고전압 아크 방전에 의해 녹조류는 제거되며, 2차 살균 처리된 피처리수는 상기 피처리수배출관(180)을 통해 수용케이스(110)의 외부의 수중으로 배출된다.
한편, 이러한 녹조제거 과정에서 중앙제어장치(120)는 고전압 펄스 방전기(170)의 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)를 구성하는 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)으로의 고전압 펄스 인가 여부, 상기 유속조절밸브(210)의 동작 오류 여부, 상기 자외선발생기(150)의 동작 오류 여부 및 피처리수공급펌프(140)의 동작 오류 여부를 감지하여 무선통신모듈(220)을 통해 관리자 단말기(300)와 무선 통신하여 관리자 단말기(300)로 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733), 유속조절밸브(210), 자외선발생기(150) 및 피처리수공급펌프(140)의 동작 오류에 대한 정보를 전송할 수 있고, 관리자 단말기(300)는 상기 중앙제어장치(120)로부터 전송된 정보를 확인하여 즉각적인 장치의 보수를 실시할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치는 해수 또는 담수에 설치되어 녹조류를 제거할 수 있다. 바람직하게는 해수 또는 담수의 해빙시기부터 작동하여 해수 또는 담수의 온도가 상승하기 시작하여 발생하는 초기의 녹조류를 제거하도록 하여 녹조류의 증가를 억제시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 녹조제거장치를 이용하면 아래와 같은 이점이 있다.
첫째, 자외선을 이용한 피처리수의 1차 살균 및 고전압 아크 방전을 통한 피처리수의 2차 살균 과정을 통해 피처리수 내의 녹조를 효과적으로 제거할 수 있다.
둘째, 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)에 의해 생성되는 아크 플라즈마가 반응관(171)의 내부에 구비되는 복수의 아크 플라즈마 가둠부재(174)에 의한 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에 가두어지므로 반응관(171)의 내부를 흐르는 피처리수의 흐름에 따라 아크 플라즈마의 유동의 발생 없이 상기 각각의 공간에 유동 없이 집중되어, 반응관(171)의 내부공간의 각 구획 별로 균질의 아크 플라즈마를 생성할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 1차 살균된 피처리수가 반응관(171)의 내부로 유입되면 유입된 피처리수는 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712)을 순차적으로 지나면서 각각의 제1 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 및 제2 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에 가두어져서 집중되는 균질의 아크 플라즈마에 의해 피처리수가 2차 살균되므로 반응관(171) 내부공간에서의 피처리수의 2차 살균 효율이 증대될 수 있는 이점이 있다.
넷째, 고전압 펄스 방전기(170)에서의 피처리수의 2차 살균 과정에서 반응공간의 부피를 감소시키고 반응공간에 피처리수가 체류하는 시간을 증가 시켜서 반응공간에서의 피처리수 내의 녹조류의 제거 효율이 증대시킬 수 있고, 이에 따라 녹조류의 분포에 따른 효율적인 장치의 운용이 가능해질 수 있다.
다섯째, 고전압 펄스 방전기(170), 유속조절밸브(210), 자외선발생기(150) 및 피처리수공급펌프(140)의 오류를 실시간으로 관리자 단말기(300)로 전송하여 고전압 펄스 방전기(170), 유속조절밸브(210), 자외선발생기(150) 및 피처리수공급펌프(140)를 즉시 보수할 수 있도록 하며, 이에 따라 유지보수가 용이해지는 이점이 있다.
여섯째, 고전압 펄스 방전기(170)에서 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)의 각각의 전극쌍(1721, 1722, 1723, 1731, 1732, 1733)의 특징적이 배열 구조에 따라 핀 대 핀 형태의 고전압 아크 방전에서의 방전영역(10)이 반응공간 내에 균일하게 분포되도록 할 수 있는 이점이 있고, 이에 따라 상기 반응공간 내의 피처리수가 균일하게 살균 처리될 수 있는 이점이 있다.
일곱째, 고전압 펄스 방전기(170)에서 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)는 교번하여 고전압 펄스가 인가되어 방전되므로 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173) 각각의 지속적인 방전에 의해 발생되는 발열에 의한 고장, 즉 열화로 인한 내구성 저하의 문제를 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)의 수명이 연장될 수 있는 이점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
Claims (2)
- 내부공간을 갖는 수용케이스(110);
상기 수용케이스(110)에 수납되고, 제어부(121) 및 전원공급부(122)를 포함하는 중앙제어장치(120);
상기 수용케이스(110)에 수납되되 상기 수용케이스(110)의 바닥면의 일측에 지지 및 배치되도록 수납되는 처리수조(130);
상기 중앙제어장치(120)의 제어에 의해 작동하고, 상기 처리수조(130)의 내부에 구비되고, 상기 수용케이스(110) 및 처리수조(130)의 외부로부터 해수 또는 담수를 피처리수로서 상기 처리수조(130)의 내부로 공급하는 피처리수공급펌프(140);
상기 수용케이스(110)에 수납되고, 상기 처리수조(130)의 상부에 배치되고, 상기 중앙제어장치(120)의 제어에 의해 상기 전원공급부(122)로부터 전원을 공급받아서 상기 처리수조(130)에 수용된 피처리수를 향해 자외선을 조사하는 자외선발생기(150);
상기 피처리수의 소통이 가능하도록 상기 처리수조(130)의 측면부에 연결되고, 상기 자외선발생기(150)를 통해 1차 살균처리된 피처리수가 유입되는 피처리수유입관(160);
상기 피처리수유입관(160)과 유체 소통 가능한 관 형태로 구비되고, 상기 피처리수유입관(160)의 끝단부에 결합되어 상기 피처리수유입관(160)과 동축 상에 배치되고, 상기 피처리수유입관(160)으로부터 공급되는 상기 1차 살균처리된 피처리수가 공급되어 그 피처리수를 고전압 아크 방전을 통해 2차 살균처리하되 상기 고전압 아크 방전은 관의 길이 방향을 따라 복수로 구획된 아크 플라즈마 가둠 공간 내에서 전개되는 고전압 펄스 방전기(170);
상기 피처리수유입관(160)의 반대측에서 상기 고전압 펄스 방전기(170)에 연결되어 상기 고전압 펄스 방전기(170)와 동축 상에 배치되고, 상기 고전압 펄스 방전기(170)에서 2차 살균처리된 피처리수를 상기 수용케이스(110)의 외부로 배출하는 피처리수배출관(180); 및
상기 해수 또는 담수의 수표면에 부유되고, 상면부에 상기 수용케이스(110)가 지지되는 부력체(190)를 포함하고,
상기 고전압 펄스 방전기(170)는,
원통형의 반응관(171);
상기 반응관(171)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되게 배치되어 상기 반응관(171)의 내부공간을 상기 복수의 아크 플라즈마 가둠공간(1711, 1712)으로 구획하고, 상기 고전압 아크 방전에 의한 아크 플라즈마가 상기 각각의 아크 플라즈마 가둠공간(1711, 1712) 내에 가두어지도록 하고, 상기 원통형의 반응관(171)의 내부에서 피처리수가 이동할 수 있도록 메쉬 형태로 구비되는 복수의 아크 플라즈마 가둠부재(174);
상기 복수의 아크 플라즈마 가둠공간(1711, 1712) 중 적어도 하나의 아크 플라즈마 가둠공간(1711) 내에 배치되고, 상기 전원공급부(122)로부터 고전압 펄스를 발생시키기 위한 전원이 공급되어 상기 반응관(171)의 내부로 공급된 상기 1차 살균처리된 피처리수의 수중에서 고전압 아크 방전을 발생시켜서 아크 플라즈마를 생성하는 제1 방전전극세트(172); 및
상기 복수의 아크 플라즈마 가둠공간(1711, 1712) 중 나머지 하나 이상의 아크 플라즈마 가둠공간(1712) 내에 배치되고, 상기 전원공급부(122)로부터 고전압 펄스를 발생시키기 위한 전원이 공급되어 상기 반응관(171)의 내부로 공급된 상기 1차 살균처리된 피처리수의 수중에서 고전압 아크 방전을 발생시켜서 아크 플라즈마를 생성하는 제2 방전전극세트(173)를 포함하고,
상기 각각의 방전전극세트(172, 173)는,
상기 반응관(171)의 원주방향에서 상기 반응관(171)을 제1 각도로 관통하는 가상의 제1 축선(a1)을 따라 상기 반응관(171)에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된 제1 전극쌍(1721, 1731);
상기 제1 전극쌍(1721, 1731)과 상기 반응관(171)의 길이 방향으로 일정 거리 이격되고, 상기 반응관(171)의 원주방향에서 상기 반응관(171)을 상기 제1 각도와 평행하지 않은 제2 각도로 관통하는 가상의 제2 축선(a2)을 따라 상기 반응관(171)에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된 제2 전극쌍(1722, 1732); 및
상기 제2 전극쌍(1722, 1732)과 상기 반응관(171)의 길이 방향으로 일정 거리 이격되고, 상기 반응관(171)의 원주방향에서 상기 반응관(171)을 상기 제1 각도 및 제2 각도와 평행하지 않은 제3 각도로 관통하는 가상의 제3 축선(a3)을 따라 상기 반응관(171)에 관통 설치되어 서로 대향하는 한 쌍의 방전전극으로 구성된 제3 전극쌍(1723, 1733)을 포함하고,
상기 중앙제어장치(120)는 일정 시간 간격으로 상기 제1 방전전극세트(172) 및 제2 방전전극세트(173)에 교번하여 전원을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
자외선 및 고전압 펄스 방전을 이용하는 해수 또는 담수의 녹조제거장치. - 삭제
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090054483A (ko) * | 2007-11-27 | 2009-06-01 | 주식회사 에스디알앤디 | 수중 플라즈마 발생장치 및 방법 |
| KR100927413B1 (ko) * | 2009-03-06 | 2009-11-19 | 주식회사 비와이 | 밸러스트 워터 처리 장치 |
| KR20150134659A (ko) * | 2014-05-22 | 2015-12-02 | 오혁진 | 녹조 발견 및 제거 로봇 |
| KR20170075394A (ko) * | 2015-12-23 | 2017-07-03 | 한국기초과학지원연구원 | 고밀도 마이크로파 플라즈마 장치 |
-
2018
- 2018-03-09 KR KR1020180028254A patent/KR102003159B1/ko active IP Right Grant
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