KR102293552B1 - 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치 - Google Patents

고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고도산화공정을 이용한 고도산화 수처리장치를 구현함에 있어서, 플러그 흐름 반응조내에서 반복적으로 유속변화 및 와류와 난류 형성을 통해 미반응 오존가스와 원수의 접촉효율을 증가시켜 오존용해효율 및 고도산화효율을 극대화할 수 있고, 유입 원수 변화에 따라 효과적으로 대응할 수 있도록 하여 에너지 절감과 향상된 운용 효율을 확보할 수 있으며, 부대설비 및 연계 구조물을 최소화하여 수처리장치의 구축 및 운용에 소요되는 비용을 줄이고 컴팩트하게 구성할 수 있는 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 처리할 원수가 지그재그(zigzag)의 공급 흐름을 갖도록 형성되는 플러그 플로 반응조; 상기 플러그 플로 반응조에 구비되며, 원수의 유속을 변화시키고 와류와 난류가 형성되도록 구성되는 복수의 다이나믹 용해 수단; 상기 다이나믹 용해 수단에 오존과 과산화수소를 투입하기 위한 고도산화반응물질 투입 수단; 상기 플러그 플로 반응조의 하류 측에 구성되어 수처리 과정에서 발생된 배오존 가스를 처리하여 외부로 방출하도록 하는 가스 처리 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고도산화 수처리장치가 제공된다.

Description

고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치{WATER TREATMENT APPARATUS INCLUDING VESSEL FOR ADVANCED OXIDATION OF PLUG-FLOW TYPE}
본 발명은 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고도산화공정을 이용한 고도산화 수처리장치를 구현함에 있어서, 플러그 흐름 반응조내에서 반복적으로 유속변화 및 와류와 난류 형성을 통해 미반응 오존가스와 원수의 접촉효율을 증가시켜 오존용해효율 및 고도산화효율을 극대화할 수 있고, 유입 원수 변화에 따라 효과적으로 대응할 수 있도록 하여 에너지 절감과 향상된 운용 효율을 확보할 수 있으며, 부대설비 및 연계 구조물을 최소화하여 수처리장치의 구축 및 운용에 소요되는 비용을 줄이고 컴팩트하게 구성할 수 있는 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치에 관한 것이다.
물의 수처리 방법, 즉 오염된 원수를 정화처리하는 방법으로서, 산화력이 강한 오존으로 원수에 포함되어 있는 오염물질이나 불순물을 제거하는 오존처리법이 알려져 있다. 즉, 산화력을 가지는 오존의 특성인 살균, 탈취, 탈색, 유기물-무기물과의 반응성 등을 이용하여 원수를 정화처리하는 것이다.
이러한 오존처리법은 기존의 염소 처리 등을 이용한 산화처리에 의한 수처리방법보다 정화효과가 탁월하다. 또한 오존은 철, 망간 등의 일부 중금속도 제거할 수 있는 기능을 가지고 있고, 페놀이나 기타 수중의 유기물질들에 대한 제거 효과도 탁월한 것으로 알려져 있다.
특히, 오존처리법에서 이용하는 수처리 공정으로서 대표적인 것은, 산화력에 영향을 주는 OH라디칼을 더욱 많이 생성시키기 위하여 오존과 동시에 과산화수소(H2O2)를 원수에 주입하여 산화력을 향상시킨 고도산화공정(AOP)이다.
부연하자면, 일반적으로 오존(O3)을 이용하는 수처리 방법은 오존의 강력한 산화력, 분해력, 살균력, 탈색력 및 탈취력을 이용하여 고도 정수 처리, 상하수도 처리, 오ㆍ폐수 처리, 침출수 처리 등을 실시하는 것이다.
최근에는 난분해성 유기물질 및 TOC 제거를 위해 오존보다 산화력이 우수한 OH 라디칼을 이용한 오존 AOP(Advanced Oxidation Process) 공정(오존+H2O2)이 주로 이용되고 있다. 따라서 효과적인 AOP 공정 운영을 위해서는 오존가스의 용해율 증가 및 고도산화 효율 증가가 필요적이다.
오존 가스를 용해는 오존 가스의 주입, 접촉, 용해 반응을 통해야 하며, 구체적으로 산기(散氣) 방식, 인젝터(injector) 방식, 가압 용해 방식 등이 있다.
산기방식은 적은 오존가스를 다량의 원수에 접촉시키는 방법으로 주로 정수처리에서 주로 이용되고 있고, 다량의 오존주입율이 필요한 하폐수의 경우 인젝터 방식을 주로 이용하고 있으며, 인젝터 방식에는 오존용해율을 높이기 위해 가압 오존용해조(Ozone Dissolving Tank) 또는 스태틱 믹서(static mixer)등을 함께 사용하고 있다.
도 1은 종래 오존 가압용해조를 이용한 AOP 고도산화시스템을 도식화하여 나타내는 도면이다.
오존용해율을 90-95%이상 달성하기 위해서는 오존가스를 가압용해조(Ozone dissolving tank)에서 짧은 체류시간(1분이하)동안 가압(2kg/cm2 정도)을 통해 용해시키고, 완전혼합반응조(CSTR, Continuous flow stir tank reactor) 형태의 오존접촉조(Ozone Contact tank)에서 약 20-30분정도 체류하면서 오존 및 OH라디칼의 산화력을 이용하여 오염물질을 제거한다.
그러나 이러한 경우 오존용해를 위한 부대설비(가압용해조 등)가 증가되고 대규모 토목구조물인 오존접촉조가 필수적이고, AOP 고도산화공정 운전 및 제어방식이 복잡해지며, 유입수질 변화에 따른 대응이 어려워 고도산화 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 고도산화공정을 이용한 오존처리법의 효율은 결국 오존과 원수의 접촉에 의해 좌우된다. 즉, 고도산화공정에 의한 정화처리 효율을 향상시키기 위해서는 오존과 원수의 접촉 기회를 증가시키고 접촉 시간도 증가시키는 것이 필요하다.
그러나 고도산화공정을 이용하는 종래의 고도산화 수처리장치에서는 오존과 원수의 접촉 기회 및 접촉 시간이 충분하지 못하여 패놀이나 기타 난분해성 유해물질의 제거에는 정화처리 효율이 높지 않다는 한계가 있었다.
또한, 종래의 고도산화 수처리장치에서 정화처리 효율을 높이려면 오존 가스 투입량을 증가시켜야 하는데, 오존 가스 투입량 증가는 결국 파괴처리해야 할 배오존량의 증가를 가져오게 되고, 그에 따라 수처리장치의 규모가 커지게 된다. 따라서 종래의 고도산화 수처리장치의 정화처리 효율 향상을 위해서는, 수처리장치의 구축 및 운용에 많은 비용이 소요되며, 수처리를 위해 사용되는 에너지도 증가되는 문제점이 발생하게 된다.
대한민국 등록특허공보 10-1233355(2013.02.13. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1604709(2016.03.18. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1847055(2018.05.24. 공고) 대한민국 등록실용신안공보 20-0398363(2005.10.12. 공고)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 고도산화공정을 이용한 고도산화 수처리장치를 구현함에 있어서, 플러그 흐름 반응조내에서 반복적으로 유속변화 및 와류와 난류 형성을 통해 미반응 오존가스와 원수의 접촉효율을 증가시켜 오존용해효율 및 고도산화효율을 극대화할 수 있는 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 유입 원수 변화에 따라 효과적으로 대응할 수 있도록 하여 에너지 절감과 향상된 운용 효율을 확보할 수 있으며, 부대설비 및 연계 구조물을 최소화하여 수처리장치의 구축 및 운용에 소요되는 비용을 줄이고 컴팩트하게 구성할 수 있는 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 원수를 고도산화 처리하기 위한 고도산화 수처리장치에 있어서, 처리할 원수가 지그재그(zigzag)의 공급 흐름을 갖도록 형성되는 플러그 플로 반응조; 상기 플러그 플로 반응조에 구비되며, 원수의 유속을 변화시키고 와류와 난류가 형성되도록 구성되는 복수의 다이나믹 용해 수단; 상기 다이나믹 용해 수단에 오존과 과산화수소를 투입하기 위한 고도산화반응물질 투입 수단; 상기 플러그 플로 반응조의 하류 측에 구성되어 수처리 과정에서 발생된 배오존 가스를 처리하여 외부로 방출하도록 하는 가스 처리 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고도산화 수처리장치가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 플러그 플로 반응조는, 선형 흐름을 형성하는 복수의 선형 관부, 및 상기 복수의 선형관부의 단부 간을 연결하는 "U"자형 곡관부를 포함하며, 원수의 공급 방향을 기준으로, 상기 선형 관부 중에서 시작 측 선형 관부의 유입측 단부는 원수가 공급되는 공급 관로에 연결되고, 상기 선형 관부 중에서 말단 측 선형 관부의 유출측 단부는 방류조에 연결되는 배출 관로에 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 다이나믹 용해 수단은, 상기 플러그 플로 반응조 내부에 구비되며, 유체 통과가능하게 형성되는 격벽 부재; 및 상기 격벽 부재의 일면에 구비되는 복수의 연결관;을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 격벽 부재는, 상기 플러그 플로 반응조의 곡관부 내측에 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 원수의 공급 방향을 기준으로 상기 곡관부의 선형 관로부 또는 상기 곡관부의 곡선 관로부에 구비되며, 상기 연결관은 원수의 공급방향을 기준으로 하류 측을 향하는 격벽 부재의 일면에 일단이 연통되게 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고도산화반응물질 투입 수단은, 오존과 과산화수소를 각각 공급하기 위한 고도산화반응물질 공급장치부, 및 상기 고도산화반응물질 공급장치부로부터 상기 플러그 플로 반응조 측으로 오존과 과산화수소를 공급하기 위한 공급 라인을 포함하며, 상기 고도산화반응물질 공급장치부는 오존과 과산화수소를 차등적으로 투입되게 제어하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가스 처리 수단은, 상기 배출 관로에 구비되어 처리 과정에서 생성된 배오존 가스를 기액 분리하는 기액 분리 장치, 및 상기 기액 분리 장치에서 분리된 배오존 가스를 파괴하여 대기로 방출시키는 배오존 파괴기를 포함하며, 상기 기액 분리 장치에 의해 분리된 처리수를 방류조로 회수하도록 상기 배출 관로에 연결되는 회수 관로, 및 분리된 처리수의 일부를 상기 공급 관로 측으로 반송시키도록 연결되는 반송 관로를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 단일 플러그 흐름 반응조(Plug flow reactor)를 채택하여 부대설비 및 토목구조물을 최소화하고, 고도산화반응을 촉진시켜 컴팩트하고 효율적인 고도산화 수처리장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 플러그 흐름 반응조 내에서 반복적으로 유속변화 및 와류와 난류 형성을 통해 미반응 오존가스와 원수의 접촉효율을 증가시켜 오존용해효율 및 고도산화효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 오존가스와 과산화수소(H2O2) 주입을 적절하게 분산시키고 일부 처리수를 반송시켜 유입원수 변화에 따라 고도산화 수처리장치를 효율적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 오존 가압용해조를 이용한 AOP 고도산화시스템을 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 구성하는 플러그 플로형 반응조의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 3의 "A"부를 나타내는 것으로, 플러그 플로형 반응조에 구성되는 다이나믹 용해 수단의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 구성하는 연결관의 배치 실시 형태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 구성하는 플러그 플로형 반응조의 구성을 나타내는 구성도이며, 도 4는 도 3의 "A"부를 나타내는 것으로, 플러그 플로형 반응조에 구성되는 다이나믹 용해 수단의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치를 구성하는 연결관의 배치 실시 형태를 나타내는 도면이다. 도 3에서 부분 확대도 및 도 4는 유체 흐름 방향을 기준으로 하류 측에서 상류 측을 향하여 바라본 것이다.
본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치는, 고도산화 수처리장치에 있어서, 도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 크게 플러그 플로 반응조(plug flow reaction vessel)(100); 다이나믹(dynamic) 용해 수단(200); 고도산화반응물질 투입 수단(300); 및 가스 처리 수단(400);을 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치는, 원수를 고도산화 처리하기 위한 고도산화 수처리장치에 있어서, 도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 공급되는 원수가 지그재그(zigzag)의 흐름을 갖도록 형성되는 플러그 플로 반응조(plug flow reaction vessel)(100); 상기 플러그 플로 반응조(100)에 구비되며, 원수의 유속을 변화시키고 와류와 난류가 형성되도록 구성되는 복수의 다이나믹(dynamic) 용해 수단(200); 상기 다이나믹 용해 수단(200)에 오존(O3)과 과산화수소(H2O2)를 투입하기 위한 고도산화반응물질 투입 수단(300); 상기 플러그 플로 반응조(100)의 하류 측에 구성되어 수처리 과정에서 발생된 배오존 가스를 처리하여 외부로 방출하도록 하는 가스 처리 수단(400);을 포함한다.
상기 플러그 플로 반응조(100)는, 공급되는 원수가 지그재그(zigzag)의 흐름, 즉 원수의 공급 방향을 기준으로 선형 흐름과 말단에서 방향 전환되어 다른 반대 방향으로 선형 흐름을 복수회 갖도록 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 플러그 플로 반응조(100)는, 선형 흐름을 형성하는 복수의 선형 관부(110), 및 상기 복수의 선형관부(110)의 단부 간을 연결하는 "U"자형 곡관부(120)를 포함한다.
여기에서, 원수의 유입 방향(공급 방향)을 기준으로, 상기 선형 관부(110)에서 시작 측 선형 관부(110)의 유입측 단부는 원수를 펌핑하여 공급하는 가압 펌프에 연결되는 공급 관로(11)에 연결되며, 상기 선형 관부(110)에서 말단 측 선형 관부(110)의 유출측 단부는 배출 관로(12)에 연결된다.
아래에서 설명하겠지만, 상기 배출 관로(12)에는 가스 처리 수단(400)을 구성하는 기액 분리 장치(410)에 의해 분리된 처리수를 방류조로 회수하는 회수 관로(13), 및 처리수의 일부를 공급 관로(11) 측으로 반송시키는 반송 관로(14)이 연결된다.
상기 플러그 플로 반응조(100)에서 원수 흐름 방향의 턴수, 즉 곡관부(120)의 구비 갯수는 설계에 따라 선택될 수 있다.
그리고 상기 곡관부(120)에는 아래에서 설명될 다이나믹 용해 수단(200)이 구성된다.
다음으로, 상기 다이나믹 용해 수단(200)은, 상기 플러그 플로 반응조의 곡관부(120)에 구비되어 원수의 유속을 변화시키고 와류와 난류가 형성되도록 구성된다.
구체적으로, 상기 다이나믹 용해 수단(200)은 상기 곡관부(120) 각각의 내부에 구비되며, 유체 통과가능하게 형성되는 격벽 부재(210), 및 상기 격벽 부재(210)의 일면에 간격을 갖고 구비되는 복수의 연결관(220)을 포함한다.
상기 격벽 부재(210)는 원수의 공급 방향을 기준으로 곡관부(120) 내부에서 전단부, 즉 상류 측에 구비되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 도 5에 나타낸 바와 같이, 연결관(220)이 구비되는 측에 위치되게 된다.
상기 연결관(220)은 단면 원형 또는 다각형으로 형성되며, 원수의 공급방향을 기준으로 하류 측을 향하는 격벽 부재(210)의 면에 일단이 연통되게 구비된다.
여기에서, 도 5의 (A)는 다이나믹 용해 수단(200)이 도 3의 "I" 위치에 배치되는 경우를 나타내고, 도 5의 (B)는 다이나믹 용해 수단(200)이 도 3의 "II" 위치에 배치되는 경우를 나타내는 것으로, 상기 격벽 부재(210)와 연결관(220)은 곡관부(120)의 선형 관로부(121)(도 3 참조)에 설치될 수 있으며, 및/또는 상기 곡관부(120)의 곡선 관로부(122)(도 3 참조)에 설치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 다이나믹 용해 수단(200)은 격벽 부재(210)에 의해 원수의 유속이 변화하고, 그 격벽 부재(210)와 연결관(220)에 의해 난류와 와류가 형성되어 미반응 오존가스를 다시 원수와 접촉시키고 연결관(220)을 통과할 때 믹싱 속도(Mixing velocity)를 증가시켜 오존용해 및 고도산화 반응을 단계적으로 촉진시킨다.
계속해서, 상기 고도산화반응물질 투입 수단(300)은 오존(O3)과 과산화수소(H2O2)를 각각 공급하기 위한 고도산화반응물질 공급장치부(310), 및 상기 고도산화반응물질 공급장치부(310)로부터 상기 플러그 플로 반응조(100) 측으로 오존(O3)과 과산화수소(H2O2)를 공급하기 위한 공급 라인(320)을 포함한다.
상기 고도산화반응물질 공급장치부(310)는 오존과 과산화수소 각각을 발생시키는 발생기 또는 이들을 각각 저장하고 있는 저장탱크로부터 공급하고, 그 고도산화반응물질 공급장치부(310)에 구성되는 제어부(미도시)의 제어를 통해 차등적으로 공급되게 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 가스 처리 수단(400)은, 상기 플러그 플로 반응조(100)의 하류 측에 구성되어 수처리 과정에서 발생된 배오존 가스를 처리하여 외부로 방출하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 가스 처리 수단(400)은 상기 배출 관로(12) 상에 구비되어 처리 과정에서 생성된 배오존 가스를 공급받아 기액 분리하는 기액 분리 장치(410), 및 상기 기액 분리 장치(410)에서 분리된 배오존 가스를 파괴하여 대기로 방출시키는 배오존 파괴기(VOD, Vent ozone gas destructor)(420)를 포함한다.
한편, 본 발명의 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치는, 배출 관로(12)에는 상기 기액 분리 장치(410)에 의해 분리된 처리수를 방류조로 회수하는 회수 관로(13)이 연결되며, 또한 분리된 처리수의 일부를 공급 관로(11) 측으로 반송시키는 반송 관로(14)이 연결된다. 도면 부호 15는 유량 조절 밸브 또는 유량 조절기이다.
상기와 같이 구성되는 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치에서, 플러그 플로 반응조(100)는 가압 펌프를 통해 원수를 공급받고 차등적으로 주입되는 오존 가스와 과산화수소 용액은 복수의 곡관부(120)의 다이나믹 용해 수단(200)들을 순차적으로 통과하면서, 플러그 플로 반응을 통해 오염물질을 고도산화반응시켜 제거하게 된다.
본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치의 작용 효과를 보다 구체적으로 설명한다.
오존고도산화를 위한 플러그 플로 반응(PFR: Plug flow reaction)을 살펴보면, 이론적으로 동일한 반응효율을 갖기 위한 혼합흐름반응(CSTR)과 PFR의 부피비를 산정하여 비교하면 PFR이 훨씬 작은 반응조 부피를 필요로 한다는 것을 알 수 있다. 즉, 반응속도가 빨라서 적은 반응조 용량에서도 충분한 반응이 이루어지는 것을 알 수 있다.
1차 반응을 수반하는 정상상태 공정에서 CSTR과 PFR의 물질수지식을 부피에 대해 정리하면 다음과 같다.
Figure 112020113170908-pat00001
Figure 112020113170908-pat00002
동일한 오존고도산화 반응을 통해 BOD 90% 제거(유입이 100mg/L일 때 유출이 10mg/L)하는 CSTR과 PFR의 부피비를 구해보면, 이론적으로 CSTR 부피가 PFR에 비해 3.9배 더 필요하다는 것을 알수 있다.
Figure 112020113170908-pat00003
Figure 112020113170908-pat00004
Figure 112020113170908-pat00005
또한, 곡관부(120)에서 다이나믹 용해 수단(200)의 용해 원리를 살펴보면, 주입된 오존가스(오존 농도 10w% 경우,
Figure 112020113170908-pat00006
)는 플러그 플로 반응조(100)에 투입되어 원수와 혼합, 용해, 고도산화반응을 통해 분해되고 미반응 오존가스는 곡관부(120)의 다이나믹 용해 수단(200)의 상부 측에 모이게 된다.
이때, 곡관부(120)에서는 다이나믹 용해 수단(200)에 의해 난류와 와류가 발생되고, 이러한 난류와 와류를 통해 원수와 재접촉되면서 단면 축소로 인한 유속 및 압력변화로 인해 다시 원수에 재 용해되며, 이 반응이 플로그 플로 반응조(100)의 곡관부(120)에서 반복적으로 수행하면서 오존용해도 및 오존고도산화 반응을 극대화시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고효율 플러그 플로형 오존용해 반응조를 구비한 고도산화 수처리장치에 의하면, 단일 플러그 흐름 반응조(Plug flow reactor)를 채택하여 부대설비 및 토목구조물을 최소화하고, 고도산화반응을 촉진시켜 컴팩트하고 효율적인 고도산화 수처리장치를 제공할 수 있으며, 오존가스와 과산화수소(H2O2) 주입을 적절하게 분산시키고 일부 처리수를 반송시켜 유입원수 변화에 따라 고도산화 수처리장치를 효율적으로 운용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 플러그 흐름 반응조 내에서 반복적으로 유속변화 및 와류와 난류 형성을 통해 미반응 오존가스와 원수의 접촉효율을 증가시켜 오존용해효율 및 고도산화효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 공급 관로
12: 배출 관로
13: 회수 관로
14: 반송 관로
15: 유량 조절 밸브(유량 조절기)
100: 플러그 플로 반응조
110: 선형 관부
120: 곡관부
200: 다이나믹 용해 수단
210: 격벽 부재
220: 연결관
300: 고도산화반응물질 투입 수단
310: 고도산화반응물질 공급장치부
320: 공급 라인
400: 가스 처리 수단
410: 기액 분리 장치
420: 배오존 파괴기(VOD)

Claims (7)

  1. 원수를 고도산화 처리하기 위한 고도산화 수처리장치에 있어서,
    처리할 원수가 하향 방향으로의 흐름이 되지 않고 수평 및 상향 흐름이 되는 지그재그(zigzag)의 공급 흐름을 갖도록 형성되는 플러그 플로 반응조;
    상기 플러그 플로 반응조에 구비되며, 원수의 유속을 변화시키고 와류와 난류가 형성되도록 구성되는 복수의 다이나믹 용해 수단;
    상기 다이나믹 용해 수단에 오존과 과산화수소를 투입하기 위한 고도산화반응물질 투입 수단; 및
    상기 플러그 플로 반응조의 하류 측에 구성되어 수처리 과정에서 발생된 배오존 가스를 처리하여 외부로 방출하도록 하는 가스 처리 수단;을 포함하고,
    상기 플러그 플로 반응조는, 선형 흐름을 형성하는 복수의 수평 선형 관부, 및 상기 복수의 수평 선형 관부의 단부 간을 연결하는 "U"자형 곡관부를 포함하며, 원수의 공급 방향을 기준으로 상기 수평 선형 관부 중에서 시작 측 수평 선형 관부의 유입측 단부는 원수가 공급되는 공급 관로에 연결되고, 상기 수평 선형 관부 중에서 말단 측 수평 선형 관부의 유출측 단부는 방류조에 연결되는 배출 관로에 연결되고,
    상기 다이나믹 용해 수단은, 상기 플러그 플로 반응조 내부에 구비되고 유체 통과가능하게 형성되는 격벽 부재, 및 상기 격벽 부재의 일면에 구비되는 복수의 연결관을 포함하여, 상기 곡관부의 선형 관로부 또는 상기 곡관부의 곡선 관로부에 구비되며,
    상기 격벽 부재에 의해 원수의 유속이 변화되고, 상기 격벽 부재와 상기 연결관에 의해 난류와 와류가 형성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 연결관은 원수의 공급방향을 기준으로 하류 측을 향하는 격벽 부재의 일면에 일단이 연통되게 구비되어,
    원수가 상기 플러그 플로 반응조를 상향류의 흐름으로 흐르면서 고도산화 처리되는 것을 특징으로 하고,
    상기 고도산화반응물질 투입 수단은, 오존과 과산화수소를 각각 공급하기 위한 고도산화반응물질 공급장치부, 및 상기 고도산화반응물질 공급장치부로부터 상기 플러그 플로 반응조 측으로 오존과 과산화수소를 공급하기 위한 공급 라인을 포함하며,
    상기 고도산화반응물질 공급장치부는 오존과 과산화수소를 차등적으로 투입되게 제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 하며,
    상기 가스 처리 수단은, 상기 배출 관로에 구비되어 처리 과정에서 생성된 배오존 가스를 기액 분리하는 기액 분리 장치, 및 상기 기액 분리 장치에서 분리된 배오존 가스를 파괴하여 대기로 방출시키는 배오존 파괴기를 포함하고,
    상기 기액 분리 장치에 의해 분리된 처리수를 방류조로 회수하도록 상기 배출 관로에 연결되는 회수 관로, 및 분리된 처리수의 일부를 상기 공급 관로 측으로 반송시키도록 연결되는 반송 관로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    고도산화 수처리장치.
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