KR102428355B1 - 고도산화기반의 수처리장치 - Google Patents

고도산화기반의 수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고도산화기반의 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원수의 성상에 따라 오존, 자외선, 과산화수소를 단독 또는 둘 이상을 복합적으로 처리함으로써 수처리공정을 유연하게 운용할 수 있으며 신종오염물질인 잔류의약물질, 소독부산물질, 내분비계 장애물질, 항생제 내성균, 항생제 내성 유전자 물질 등을 효과적으로 제거할 수 있는 고도산화기반의 수처리장치에 관한 것이다.
본 특허(발명)는 환경부 지정 전남녹색환경지원센터의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.

Description

고도산화기반의 수처리장치{water treating apparatus based on advanced oxidation}
본 발명은 고도산화기반의 수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원수의 성상에 따라 오존, 자외선, 과산화수소를 단독 또는 둘 이상을 복합적으로 처리함으로써 수처리공정을 유연하게 운용할 수 있으며 신종오염물질인 잔류의약물질, 소독부산물질, 내분비계 장애물질, 항생제 내성균, 항생제 내성 유전자 물질 등을 효과적으로 제거할 수 있는 고도산화기반의 수처리장치에 관한 것이다.
물은 인간의 생명유지와 직결되며 일상생활과 농업, 공업 등의 생산 활동에 있어서도 없어서는 안 될 귀중한 자원 중 하나이다. 이러한 관점에서 오염된 물의 고도처리 및 재사용 기술의 개발은 수질환경개선 뿐만 아니라 정화된 물을 재사용할 수 있음으로써 수자원의 양적 문제 보완할 수 있는 측면에서 그 중요성이 점차 커지고 있다.
산업의 발달로 다양한 종류의 화학물질이 대량생산 및 사용되어 합성화학물질에 의한 환경오염이 사회적인 문제로 대두되고 있으며, 일반적인 수처리방법으로 처리가 되지 않는 난분해성 물질들에 의한 수질환경오염은 매우 심각하다.
특히, 최근에는 잔류의약물질(Carbamazepine, Diclofenac, Erythromycin, Florfenicol, Gemfibrozil, Lincomycin, Sulfamethoxazole, Trimethoprim 등), 소독부산물질(NDMA, NDEA), 내분비계 장애물질(Bisphenol A, Nonylphenol, Benzo(a)pyrene, 2,4-Dichlorophenol 및 2,4,6-Trichlorophenol 등), 항생제 내성균(E.coli, Pseudomonas aeruginosa 등), 항생제 내성 유전자 물질(intl1(integron-intergrase gene), TetX (tetracyline resistance gene), Sul1 (Sulfonamide resistance gene)) 등과 같은 신종 오염물질이 하천수계에서 다양한 검출사례가 보고됨에 따라 유해성 저감을 위한 대응방안이 필요하다.
오염수의 처리방법 중 산화법은 염소와 같은 산화력이 강한 물질을 오염수에 투입하여 오염물질을 처리하는 방법이다. 그러나 염소 사용은 THM(Total Trihalomethane)이 발생하는 문제가 있어, 대안으로 사용된 물질이 오존이다.
오존은 산화력이 염소에 비해 뛰어나고 THM에 대한 분해능력이 있으며 용존산소를 증가시키는 효과가 있다. 다만, 오존은 산화력은 강하나 유기물과 선택적으로 반응하기 때문에 처리하지 못하는 유기물이 잔존하고 폐수 성상에 따라서는 오염물질을 이산화탄소로 완전히 분해시키지 못하고 알데히드(aldehyde)나 브롬산(bromated)과 같은 부산물을 생성하는 단점이 있다.
이를 해결하기 위한 방안으로 고도산화법(Advanced Oxidation Process: AOP)이 제시되었다.
고도산화처리(AOP) 기술은 오존이나 과산화수소와 같은 산화제를 함께 사용하거나, 산화제에 자외선을 조사하여 오염수를 처리하는 것이다. 이러한 고도산화처리 기술은 강력한 살균 및 산화력을 가지는 화학종인 OH라디칼(OHㆍ, Hydroxy radical)을 중간생성물질로 생성하여 오폐수 중의 각종 오염물질인 유기물 및 독성물질을 산화하여 분해하게 된다.
대한민국 등록특허 제10-1024805호에는 오존용존 미세기포화 축산분뇨 AOP 시스템 및 처리방법이 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제10-0576574호에는 연속 복합 오존 수처리 시스템 및 방법이 개시되어 있다.
상기와 같은 종래의 기술들은 오존과 과산화수소, 자외선을 이용하여 복합적으로 오염물질을 제거하고 있으나, 오염수의 성상에 따라 유연하게 공정을 운영하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술들은 대부분 인이나 질소 제거를 위한 고도산화처리에 역점을 두고 있으므로 신종오염물질인 잔류의약물질, 소독부산물질, 내분비계 장애물질, 항생제 내성균, 항생제 내성 유전자 물질 등을 제거하기에는 미흡한 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1024805호: 오존용존 미세기포화 축산분뇨 AOP 시스템 및 처리방법 2. 대한민국 등록특허 제10-0576574호: 연속 복합 오존 수처리 시스템 및 방법
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 원수의 성상에 따라 오존, 자외선, 과산화수소를 단독 또는 둘 이상을 복합적으로 처리함으로써 수처리공정을 유연하게 운용할 수 있으며 처리대상수와 접촉효율을 높여 신종오염물질인 잔류의약물질, 소독부산물질, 내분비계 장애물질, 항생제 내성균, 항생제 내성 유전자 물질 등까지도 효과적으로 제거할 수 있는 고도산화기반의 수처리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고도산화기반의 수처리장치는 처리대상수가 공급되는 처리대상수공급관과; 상기 처리대상수공급관으로 과산화수소를 주입하기 위한 과산화수소주입부와; 상기 처리대상수공급관과 연결되어 상기 처리대상수공급관으로부터 공급되는 처리대상수가 통과하는 라인믹서와; 상기 라인믹서로 오존기포수를 주입하기 위한 오존기포수주입부와; 상기 라인믹서와 연결되어 상기 라인믹서를 통과한 처리대상수가 유입되는 1차반응부와; 상기 1차반응부와 연결되어 상기 1차반응부로부터 배출되는 처리대상수가 유입되며 다수의 자외선램프가 설치된 2차반응부와; 상기 처리대상수공급관으로 유입되는 원수의 성상에 따라 상기 과산화수소주입부와 상기 오존기포수주입부 및 상기 자외선램프의 작동을 제어하여 오존, 자외선, 과산화수소 중 어느 하나를 원수와 접촉시켜 처리하는 단독처리모드 또는 둘 이상을 원수와 접촉시켜 처리하는 복합처리모드를 선택적으로 수행하는 제어부;를 구비한다.
상기 과산화수소주입부는 과산화수소가 저장된 과산화수소저장탱크와, 상기 과산화수소저장탱크에 저장된 과산화수소를 정량배출하기 위한 정량펌프와, 상기 정량펌프와 상기 처리대상수공급관을 연결하는 과산화수소공급관과, 상기 과산화수소공급관에 설치되어 상기 제어부에 의해 개폐되는 제 1밸브를 구비한다.
상기 오존기포수주입부는 상기 처리대상수공급관으로부터 분기되는 분기관과, 오존을 생성시키는 오존생성기와, 상기 오존생성기와 상기 분기관을 연결하여 상기 분기관을 따라 흐르는 처리대상수에 오존을 공급하는 오존공급관과, 상기 분기관과 연결되어 오존이 주입된 처리대상수 중에 미세한 오존 기포를 형성시키는 미세기포발생기와, 상기 미세기포발생기와 상기 라인믹서를 연결하여 상기 미세기포발생기로부터 배출되는 오존기포수를 상기 라인믹서로 주입하기 위한 오존기포수공급관과, 상기 오존기포수공급관에 설치되어 상기 제어부에 의해 개폐되는 제 2밸브를 구비한다.
상기 1차반응부는 1차반응조와, 상기 1차반응조의 상부에 설치되어 상기 라인믹서와 연결되는 유입관과, 상기 1차반응조의 내부에 상하로 길게 형성되며 상부가 상기 유입관과 연결되는 와류유도관과, 상기 와류유도관의 주위를 냉각시켜 상기 와류유도관을 통과하는 처리대상수 중의 오존기포를 안정화시키는 기포안정화수단을 구비한다.
상기 2차반응부는 상기 자외선램프가 내측면을 따라 일정 간격으로 다수 설치되는 원통형의 2차반응조와, 상기 1차반응부를 통과한 처리대상수가 상기 2차반응조로 유입될 수 있도록 상기 2차반응조에 연결되되 상기 2차반응조로 유입되는 처리대상수가 선회류를 형성하기 위해 상기 2차반응조에 접선 방향으로 연결되는 연결관과, 상기 2차반응조의 중앙에 설치되어 처리수가 배출되는 처리수방류관과, 상기 2차반응조에서 선회하는 처리대상수의 선회속도를 가속시키기 위한 선회가속수단을 구비한다.
상기 선회가속수단은 상기 2차반응조의 하부와 상부를 연결하는 순환관과, 상기 순환관에 설치되어 처리대상수를 순환시키는 순환펌프와, 상기 순환관과 연결되어 상기 2차반응조 내부에 설치되며 상기 2차반응조에서 선회하는 처리대상수의 선회 방향을 향하도록 분출구가 형성된 분출케이싱을 구비한다.
상기 2차반응조의 처리대상수로부터 발생되는 배오존을 상기 분출케이싱으로 유입시켜 배오존을 처리하는 배오존처리수단을 더 구비한다.
상기 과산화수소주입부는 과산화수소가 저장된 과산화수소저장탱크와, 상기 과산화수소저장탱크에 저장된 과산화수소를 정량배출하기 위한 정량펌프와, 상기 정량펌프와 연결되는 과산화수소공급관과, 상기 과산화수소공급관에 설치되어 상기 제어부에 의해 개폐되는 제 1밸브와, 상기 과산화수소공급관과 연결되는 혼합기와, 상기 처리대상수공급관과 상기 혼합기의 유입구를 연결하는 제 1우회관과, 상기 혼합기의 유출구와 상기 처리대상수공급관을 연결하는 제 2우회관을 구비하고, 상기 혼합기는 원통형으로 형성되며 상기 제 1우회관이 연결되는 유입구 및 상기 제 2우회관과 연결되는 유출구가 형성된 케이스와, 상기 케이스에 회전가능하도록 설치되고 내부에 제 1유로가 형성되며 단부가 상기 과산화수소공급관과 연결되는 회전축과, 상기 회전축에 일정 간격으로 다수가 설치되며 내부에 상기 제 1유로와 연결되는 제 2유로가 형성된 날개부재들과, 상기 날개부재들에 형성된 토출구를 구비한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 미세기포에 의한 표면접촉, 회전접촉, 라인믹서 를 통한 접촉 등 처리대상수와 산화제의 접촉방식을 다각화시킴으로써 접촉효율을 크게 높일 수 있다. 따라서 질소나 인, 색도와 같은 전통적인 수처리대상 물질뿐만아니라 최근에 문제가 되고 있는 신종오염물질인 잔류의약물질, 소독부산물질, 내분비계 장애물질, 항생제 내성균, 항생제 내성 유전자 등까지도 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 주기별, 계절별, 배출원별로 달라지는 처리대상수의 성상에 따라 오존, 자외선, 과산화수소를 단독 또는 둘 이상을 복합적으로 처리함으로써 유연한 공정변경이 가능하고 타겟물질의 처리 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 수처리장치의 구성을 나타낸 블록도이고,
도 2는 도 1에 적용된 오존기포수주입부를 나타낸 구성도이고,
도 3은 도 2에 적용된 미세기포발생기의 분리사시도이고,
도 4는 도 1에 적용된 라인믹서를 나타낸 구성도이고,
도 5는 도 1에 적용된 1차반응부를 나타낸 구성도이고,
도 6은 도 5의 요부를 발췌하여 나타낸 단면도이고,
도 7은 도 1에 적용된 2차반응부를 나타낸 구성도이고,
도 8은 도 7의 요부를 발췌한 사시도이고,
도 9는 도 8의 정면도이도,
도 10은 본 발명의 다른 예에 따른 수처리장치에 적용된 과산화수소주입부를 나타낸 구성도이고,
도 11은 도 10의 요부를 발췌한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고도산화기반의 수처리장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 고도산화기반의 수처리장치는 처리대상수가 공급되는 처리대상수공급관(1)과, 처리대상수공급관(1)으로 과산화수소를 주입하기 위한 과산화수소주입부와, 처리대상수공급관(1)과 연결되어 처리대상수공급관(1)으로부터 공급되는 처리대상수가 통과하는 라인믹서(40)와, 라인믹서(40)로 오존기포수를 주입하기 위한 오존기포수주입부와, 라인믹서(40)와 연결되어 라인믹서(40)를 통과한 처리대상수가 유입되는 1차반응부(50)와, 1차반응부(50)와 연결되어 1차반응부(50)로부터 배출되는 처리대상수가 유입되며 다수의 자외선램프가 설치된 2차반응부(70)와, 처리대상수공급관(1)으로 유입되는 원수의 성상에 따라 단독처리모드 또는 복합처리모드를 선택적으로 수행하는 제어부를 구비한다.
처리대상수공급관(1)을 통해 처리하고자 하는 처리대상수가 공급된다. 하수 또는 폐수 등의 오염수를 생물학적 공정으로 1차 처리한 물이 처리대상수일 수 있다. 따라서 통상적인 생물학적 공정으로 처리된 물은 본 발명을 통해 다시 한번 고도산화처리됨으로써 최종적으로 수계로 방류되는 방류수의 오염물질을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
처리대상수공급관(1)은 라인믹서(40)와 연결된다. 처리대상수공급관(1)에는 펌프(3)가 설치된다. 펌프(3)에 의해 처리대상수공급관(1)을 따라 흐르는 처리대상수는 라인믹서(40)로 유입된다.
과산화수소주입부는 처리대상수공급관(1)으로 과산화수소를 주입하기 위한 것이다.
과산화수소주입부는 과산화수소가 저장된 과산화수소저장탱크(10)와, 과산화수소저장탱크(10)에 저장된 과산화수소를 정량배출하기 위한 정량펌프(13)와, 정량펌프(13)와 처리대상수공급관(1)을 연결하는 과산화수소공급관(15)과, 과산화수소공급관(15)에 설치되어 제어부에 의해 개페되는 제 1밸브(17)를 구비한다.
과산화수소저장탱크(10)에는 액체 상태의 과산화수소가 저장되어 있다.
과산화수소(H2O2)는 수소와 산소가 결합된 화합물로서, 산화력이 매우 높아 상온에서도 쉽게 분해가 된다. 과산화수소의 분해에 의해 유리되는 산소원자나 수산화라디칼은 매우 활성이 강하고 반응성이 풍부하여 강력한 산화작용을 갖는다.
과산화수소는 분리액 자체에 함유된 카탈라아제(catalase) 효소에 의해 분해가 촉진된다. 카탈라아제는 거의 모든 동식물 조직에 널리 존재하는 것으로 알려져 있다. 따라서 과일, 채소, 곡물 등에 존재하는 카탈라아제는 음식물쓰레기로부터 분리된 분리액에 일정량 존재한다. 과산화수소는 초과산화 이온(superoxide ion: O2-), 수산화 라디칼(hydroxyl radical: ㆍOH)과 함께 대표적인 활성산소에 해당한다. 이러한 활성산소(active oxygen species)는 보통으로 존재하는 기저상태의 삼중항산소(3O2)보다 반응성이 크고 활성이 풍부하다.
정량펌프(13)는 과산화수소저장탱크(10)에 저장된 과산화수소를 정량배출하기 위한 것으로서, 통상적인 약품 주입용 정량펌프를 이용할 수 있다.
과산화수소공급관(15)은 정량펌프(13)와 처리대상수공급관(1)을 연결한다. 따라서 정량펌프(13)에 의해 배출되는 과산화수소는 과산화수소공급관(15)을 통해 처리대상수공급관(1)으로 유입되어 처리대상수와 접촉한다. 과산화수소공급관(15)에는 유로를 개폐하는 제 1밸브(17)가 설치된다. 제 1밸브(17)는 제어부에 의해 동작이 제어되어 과산화수소공급관(15)의 유로를 개폐한다.
라인믹서(40)는 처리대상수공급관(1)과 연결된다.
라인믹서(40)는 식품공장, 의약품공장, 화학공장 등의 원료 이송라인에 설치되어 각종 원료를 통과시키면서 혼합하는 역할의 용도로 사용되거나, 열교환기에 설치되어 유체가 연속적으로 튜브의 내벽에 접하도록 함으로써 열교환효율을 증대시키는 역할을 하는 용도로 사용된다.
본 발명은 처리대상수공급관(1)과 라인믹서(40)를 연결하여 처리대상수공급관(1)을 통해 유입되는 처리대상수와 과산화수소, 오존을 혼합시키면서 이동시키는 역할을 한다. 이러한 라인믹서(40)는 기액 또는 액액 간의 접촉효율을 높인다.
라인믹서(40)는 체류시간을 늘릴 수 있도록 지그재그 형태로 굽어지게 형성된다. 라인믹서(40)의 내부에는 혼합부재(45)가 설치되어 있다. 혼합부재는 180도로 비틀린 다수의 단위 패널이 전후로 연속되게 결합되어 유체의 유동분할, 방향전환, 재결합 등의 과정을 반복시켜 유로를 통과하는 유체를 연속적으로 혼합한다.
오존기포수주입부는 라인믹서(40)로 오존기포수를 주입한다.
오존기포수주입부는 처리대상수공급관으로부터 분기되는 분기관(31)과, 오존을 생성시키는 오존생성기(33)와, 오존생성기(33)와 분기관(31)을 연결하여 분기관(31)을 따라 흐르는 처리대상수에 오존을 공급하는 오존공급관(35)과, 분기관(31)과 연결되어 오존이 주입된 처리대상수 중에 미세한 오존 기포를 형성시키는 미세기포발생기(40)와, 미세기포발생기(40)와 라인믹서(40)를 연결하여 미세기포발생기(40)로부터 배출되는 오존기포수를 라인믹서(40)로 주입하기 위한 오존기포수공급관(37)과, 오존기포수공급관(37)에 설치되어 제어부에 의해 개폐되는 제 2밸브(39)를 구비한다.
분기관(31)은 처리대상수공급관(1)으로부터 분기되어 미세기포발생기(40)로 연결된다. 따라서 처리대상수공급관(1)을 통해 흐르는 처리대상수 중 일부는 분기관(31)을 통해 미세기포발생기(40)로 유입된다.
오존생성기(33)는 오존을 생성시켜 분기관(31)으로 오존을 유입시킨다. 산소생성기(32)를 통해 발생시킨 산소를 이용하여 오존생성기(33)는 오존을 발생시킨다.
오존(O3)은 그 산화력이 염소에 비해 약 7배 정도 강하고, 그 살균력이 우수할 뿐만 아니라 생물학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 페놀, 색소 등의 유기물 제거효과가 뛰어나다. 이러한 특성을 갖는 오존은 생물반응공정만으로 처리가 어려운 난분해성 유기물과 무기물 등과 같은 각종 오염물질을 처리함으로써 최종적으로 방류되는 처리수의 수질을 높일 수 있다.
오존공급관(35)은 오존생성기(33)와 분기관(31)을 연결하여 분기관(31)을 따라 흐르는 처리대상수에 오존을 공급한다. 오존이 혼입된 처리대상수는 미세기포발생기(40)로 유입된다.
미세기포발생기(40)는 오존이 혼입된 처리대상수 중에 미세한 오존 기포를 발생시키는 역할을 한다. 미세기포발생기(40)에서 발생된 오존 기포는 마이크로미터 또는 나노미터 크기의 미세한 기포이다. 따라서 처리대상수와 접촉효율을 높일 수 있다.
도시된 미세기포발생기(40)는 처리대상수가 유입되는 유입로(42)가 내부에 형성되고 측면에는 유입로(42)와 연결되는 분출구(43)가 형성된 센터부(41)와, 센터부(41)의 바깥에서 센터부(41)의 일측에 결합되며 분출구(43)를 통해 분출되는 처리대상수가 충돌되는 충돌커버(44)와, 충돌커버(44)를 통과한 폐수 중에 형성된 기포를 마이크로미터 또는 나노미터 크기로 형성시키는 하우징(47)을 구비한다.
도시된 미세기포발생기(40)는 등록특허 제10-1863769호에 개시된 미세기포발생기와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 미세기포발생기(40)는 기포의 크기를 마이크로미터 또는 나노미터 수준으로 조절이 가능함과 동시에 발생된 오존 기포를 액상에서 오랜 시간 동안 안정적으로 유지시킬 수 있다.
오존기포수공급관(37)은 미세기포발생기(40)와 라인믹서(40)를 연결하여 미세기포발생기(40)로부터 배출되는 오존기포수를 라인믹서(40)로 주입한다. 오존기포수공급관(37)에는 유로를 개폐하는 제 2밸브(39)가 설치된다. 제 2밸브(39)는 제어부에 의해 동작이 제어되어 오존기포수공급관(37)의 유로를 개폐한다.
1차반응부(50)는 라인믹서(40)와 연결되어 라인믹서(40)를 통과한 처리대상수가 유입된다. 1차반응부(50)에서 오존과 과산화수소에 의해 처리대상수 중의 오염물질이 1차로 분해된다.
1차반응부는 1차반응조(51)와, 1차반응조(51)의 상부에 설치되어 라인믹서(40)와 연결되는 유입관(53)과, 1차반응조(51)의 내부에 상하로 길게 형성되며 상부가 유입관(53)과 연결되는 와류유도관(55)과, 와류유도관(55)의 주위를 냉각시켜 와류유도관(55)을 통과하는 처리대상수 중의 오존기포를 안정화시키는 기포안정화수단을 구비한다.
1차반응조(51)는 내부에 처리대상수를 수용할 수 있도록 통 구조로 이루어진다.
유입관(53)은 라인믹서(40)와 연결되어 라인믹서(40)를 통과한 처리대상수가 1차반응조(51)의 내부로 유입될 수 있도록 한다.
와류유도관(55)은 1차반응조(51)의 내부에 상하로 길게 형성되며 상부가 유입관(53)과 연결된다. 와류유도관(55)의 하단부는 1차반응조(51)의 바닥으로부터 일정 거리 이격된다. 와류유도관(55)의 내주면에는 다수가 일정간격으로 돌출된 원형의 와류깃(57)이 형성된다.
와류유도관(55)으로 유입된 처리대상수는 와류유도관(55)의 내부에 형성된 유로를 따라 하방으로 이동한다. 이때 와류유도관(55)의 내주면에는 다수의 와류깃(57)이 형성되어 있으므로 처리대상수는 무수한 와류를 일으키면서 흐름이 지연된다. 이에 따라 오존 기포와 처리대상수는 접촉횟수가 증가하여 오존에 의한 유기물의 분해를 크게 향상시킬 수 있다.
기포안정화수단은 와류유도관(55)의 주위를 냉각시켜 와류유도관(55)을 통과하는 처리대상수 중의 오존기포를 안정화시키는 역할을 한다.
기포안정화수단은 와류유도관(55)을 감싸도록 1차반응조(51) 내부에 설치되며 냉각수가 흐르는 코일 형상의 열교환관(60)과, 열교환관(60)의 양단부와 연결되는 냉각수순환관(63)과, 냉각수순환관(63)과 연결되어 냉각수를 냉각시키는 냉각기(65)를 구비한다. 냉각수순환관(63)에는 순환펌프(67)가 설치된다. 냉각기(67)로 통상적인 냉동사이클이 적용될 수 있다.
상술한 기포안정화수단은 1차반응조(51)로 유입되는 처리대상수의 온도를 낮추어 처리대상수 중의 오존 기포의 유지력을 높일 수 있다.
1차반응조(51)의 처리대상수는 연결관(69)을 통해 2차반응부(70)로 유입된다.
2차반응부(70)로 유입된 처리대상수는 2차로 오염물질이 제거된다.
2차반응부(70)는 자외선램프(73)가 내측면을 따라 일정 간격으로 다수 설치되는 원통형의 2차반응조(71)와, 1차반응부(50)를 통과한 처리대상수가 2차반응조(71)로 유입될 수 있도록 2차반응조(71)에 연결되되 2차반응조(71)로 유입되는 처리대상수가 선회류를 형성하기 위해 2차반응조(71)에 접선 방향으로 연결되는 연결관(69)과, 2차반응조(71)의 중앙에 설치되어 처리수가 배출되는 처리수방류관(75)과, 2차반응조(71)에서 선회하는 처리대상수의 선회속도를 가속시키기 위한 선회가속수단을 구비한다.
2차반응조(71)는 자외선램프(73)가 내측면을 따라 일정 간격으로 다수 설치되는 원통형의 구조로 이루어진다. 2차반응조(71)의 하부는 단면적이 점차 좁아지는 원뿔형태로 이루어진다.
자외선램프(73)에 의한 자외선 살균효과는 곰팡이류를 제외한 모든 균종에 대해 유효하다. 자외선의 살균효과는 자외선의 파장에 따라 달라지는 데 250 내지 260nm의 파장이 가장 효과적이므로 250 내지 260nm의 파장의 자외선램프를 사용하는 것이 바람직하다. 다수의 자외선램프(73)는 동시에 소등되거나 동시에 점등될 수 있다. 또한, 다수의 자외선램프(73) 중 일부만 소등되거나 점등될 수 있음은 물론이다.
연결관(69)은 1차 반응조(51)와 2차반응조(71)를 연결한다. 1차반응조(71)에서 배출되는 처리대상수는 연결관(69)을 통해 2차반응조(71)로 유입된다.
연결관(69)을 통해 2차반응조(71)로 유입되는 처리대상수가 선회류를 형성할 수 있도록 연결관(69)은 2차반응조(71)에 접선 방향으로 연결된다.
처리수방류관(75)은 2차반응조(71)의 중앙에 수직하게 설치되어 최종적으로 수처리된 처리수가 외부로 배출된다.
그리고 선회가속수단은 2차반응조(71)에서 선회하는 처리대상수의 선회속도를 가속시키기 역할을 한다.
도시된 선회가속수단은 2차반응조(71)의 하부와 상부를 연결하는 순환관(81)과, 순환관(81)에 설치되어 처리대상수를 순환시키는 순환펌프(83)와, 순환관(81)과 연결되어 2차반응조(71) 내부에 설치되며 2차반응조(71)에서 선회하는 처리대상수의 선회 방향을 향하도록 분출구(85)가 형성된 분출케이싱(87)을 구비한다.
분출케이싱(87)은 수중에 잠긴 상태로 순환관(81)을 통해 유입되는 처리대상수를 2차반응조(71) 내부로 분출하는 역할을 한다.
분출케이싱(87)은 원통형 구조로 이루어지고, 일측에 개방된 분출구(85)가 형성도니다. 분출케이싱(87)의 측면에는 순환관(81)이 연결된다. 순환관(71)을 따라 흐르는 처리대상수가 분출케이싱(87)으로 유입될 수 있도록 원형의 유입구(88)가 분출케이싱(87)의 측면에 형성된다. 유입구(88)는 순환관(81)의 중심에서 일측으로 편심되도록 형성된다. 따라서 분출케이싱(87)의 내부로 유입되는 처리대상수는 분출케이싱(87) 내에서 소용돌이 모양으로 회전하면서 분출된다. 분출케이싱(87)의 분출구(88)가 2차반응조(71)에서 선회하는 처리대상수의 방향과 동일하므로 분출케이싱(87)을 통해 분출되는 처리대상수는 선회흐름을 더욱 가속시킨다.
또한, 분출케이싱(87)을 통해 분출되는 처리대상수는 소용돌이 모양으로 회전하면서 분사되므로 접촉효율을 더욱 크게 높일 수 있다.
배오존처리수단은 2차반응조(71)의 처리대상수로부터 발생되는 배오존을 분출케이싱(87)으로 유입시켜 배오존을 처리한다.
배오존처리수단으로 분출케이싱(87)의 후면에 결합되어 2차반응조(71)의 내측 상부로 연장되는 가스흡입관(89)으로 이루어질 수 있다. 처리대상수로부터 분리되어 2차반응조(71) 내측 상부의 빈 공간에는 배오존이 모인다. 분출케이싱(87) 내부로 유입된 처리대상수가 분출케이싱(87) 내에서 빠른 속도로 회전하므로 분출케이싱(87)의 중심에는 압력이 낮은 공간이 형성된다. 따라서 가스흡입관(89)에 부압이 작용하여 배오존은 가스흡입관(50)을 통해 분출케이싱(87)의 내부로 강하게 흡입되면서 처리대상수와 혼입되어 분출된다. 이에 따라 배오존을 다시 처리대상수 중으로 혼입시킬 수 있다.
도시되지 않았지만 제어부는 마이크로 프로세서와 각종 구동회로로 이루어지는 통상적인 구성을 갖는다. 이러한 제어부는 처리대상수공급관으로 유입되는 원수의 성상에 따라 과산화수소주입와 오존기포수주입부 및 자외선램프의 작동을 제어하여 오존, 자외선, 과산화수소 중 어느 하나를 처리대상수와 접촉시켜 처리하는 단독처리모드 또는 둘 이상을 처리대상수와 접촉시켜 처리하는 복합처리모드를 선택적으로 수행한다.
가령, 단독모드로서 오존만을 처리대상수와 접촉시켜 오염물질을 산화처리하는 오존단독모드, 자외선만을 처리대상수와 접촉시켜 오염물질을 산화처리하는 자외선단독모드를 예로 들 수 있다.
그리고 복합모드로소 오존과 과산화수소를 함께 처리대상수와 접촉시켜 오염물질을 산화처리하는 오존/H2O2 복합모드, 자외선과 과산화수소를 함께 처리대상수와 접촉시켜 오염물질을 산화처리하는 자외선/H2O2 복합모드, 오존과 자외선을 함께 처리대상수와 접촉시켜 오염물질을 산화처리하는 오존/자외선 복합모드, 오존과 자외선 및 과산화수소를 함께 처리대상수와 접촉시켜 오염물질을 산화처리하는 오존/자외선/ H2O2 복합모드를 예로 들 수 있다.
제어부는 주기별, 계절별, 배출원별로 달라지는 처리대상수의 성상에 따라 위의 단독모드들과 복합모드들 중 어느 하나의 모드로 장치를 운전하도록 제어한다.
오존단독모드일 경우 제어부는 제 1밸브(17)를 차단하고 제 2밸브(39)는 개방시키며, 자외선램프(73)를 소등하여 수처리공정을 진행한다. 그리고 자외선단독모드일 경우 제어부는 제 1 및 제 2밸브(17)(39)를 차단하고, 자외선램프(73)를 점등시켜 수처리공정을 진행한다.
그리고 오존/H2O2 복합모드일 경우 제 1 및 제 2밸브(17)(39)는 개방시키고 자외선램프(73)를 소등하여 수처리공정을 진행한다. 그리고 자외선/H2O2 복합모드일 경우 제 1밸브(17)는 개방시키고 제 2밸브(39)는 차단하며 자외선램프(73)를 점등시켜 수처리공정을 진행한다. 그리고 오존/자외선 복합모드일 경우 제 1밸브(17)는 차단시키고 제 2밸브(39)는 개방시키며 자외선램프(73)는 소등시켜 수처리공정을 진행한다. 그리고 오존/자외선/ H2O2 복합모드일 경우 제 1 및 제 2밸브(17)(39)를 개방시키고, 자외선램프(73)는 점등시켜 수처리공정을 진행한다.
이와 같이 본 발명은 주기별, 계절별, 배출원별로 달라지는 처리대상수의 성상에 따라 다양한 모드들 중 어느 하나를 선택함으로써 타겟물질의 처리 효괄를 높일 수 있으며, 공정변경이 매우 유연하다.
특히, 마이크로기포 또는 나노기포의 표면접촉, 회전접촉, 라인믹서 접촉 등을 통해 접촉방식을 다각화하여 접촉효율을 높일 수 있으므로 신종오염물질인 잔류의약물질, 소독부산물질, 내분비계 장애물질, 항생제 내성균, 항생제 내성 유전자 물질 등까지도 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 적용되는 과산화수소주입부를 도 10 및 도 11에 도시하고 있다. 과산화수소주입부 외에 나머지 구성요소는 상술한 실시예와 동일하다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 과산화수소주입부는 과산화수소가 저장된 과산화수소저장탱크(10)와, 과산화수소저장탱크(10)에 저장된 과산화수소를 정량배출하기 위한 정량펌프(13)와, 정량펌프(13)와 연결되는 과산화수소공급관(45)과, 과산화수소공급관(45)에 설치되어 제어부에 의해 개폐되는 제 1밸브(17)와, 과산화수소공급관(45)과 연결되는 혼합기(90)와, 처리대상수공급관(1)과 혼합기(90)의 유입구를 연결하는 제 1우회관(111)과, 혼합기(90)의 유출구와 처리대상수공급관(1)을 연결하는 제 2우회관(113)을 구비한다.
처리대상수공급관(1)을 따라 흐르는 처리대상수 중 일부는 제 1우회관(111)을 통해 혼합기(90)를 통과한 후 제 2우회관(113)을 통해 다시 처리대상수공급관(1)으로 합류한다.
혼합기(90)는 제 1우회관(111)이 연결되는 유입구 및 제 2우회관(113)과 연결되는 유출구가 형성된 케이스(91)와, 케이스(91)에 회전가능하도록 설치되고 내부에 제 1유로(96)가 형성되며 과산화수소공급관(45)과 연결되는 회전축(95)과, 회전축(95)에 일정 간격으로 다수가 설치되며 내부에 제 1유로(96)와 연결되는 제 2유로(98)가 형성된 날개부재들(97)과, 날개부재들(97)에 형성된 토출구(100)을 구비한다.
케이스(91)는 원통형으로 형성된다. 도시되지 않았지만 케이스(91)의 일 측면에는 로터리조인트가 설치된다. 케이스(91)의 내부에 설치된 회전축(95)은 로터리조인트에 의해 과산화수소공급관(45)과 연결된다. 로터리조인트에 의해 과산화수소공급관(45)을 통해 공급되는 과산화수소는 회전하는 회전축(95)의 내부로 유입될 수 있다.
케이스(91)의 내부로 처리대상수가 유입되면 처리대상수의 운동에너지에 의해 회전축(95)이 회전을 한다. 이에 따라 회전하는 날개부재들(97)의 토출구(100)를 통해 과산화수소가 케이스(91)의 내부로 토출된다. 케이스(91)의 내부로 토출된 과산화수소는 케이스(91)를 통과하는 처리대상수와 혼합된다. 따라서 별도의 전기에너지를 이용하지 않고도 회전축(95)을 회전시켜 과산화수소와 처리대상수의 접촉효율을 개선시킬 수 있다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 처리대상수공급관 3: 펌프
10: 과산화수소저장탱크 13: 정량펌프
33: 오존생성기 40: 미세기포발생기
40: 라인믹서 50: 1차반응부
70: 2차반응부

Claims (8)

  1. 처리대상수가 공급되는 처리대상수공급관과;
    상기 처리대상수공급관으로 과산화수소를 주입하기 위한 과산화수소주입부와;
    상기 처리대상수공급관과 연결되어 상기 처리대상수공급관으로부터 공급되는 처리대상수가 통과하는 라인믹서와;
    상기 라인믹서로 오존기포수를 주입하기 위한 오존기포수주입부와;
    상기 라인믹서와 연결되어 상기 라인믹서를 통과한 처리대상수가 유입되는 1차반응부와;
    상기 1차반응부와 연결되어 상기 1차반응부로부터 배출되는 처리대상수가 유입되며 다수의 자외선램프가 설치된 2차반응부와;
    상기 처리대상수공급관으로 유입되는 원수의 성상에 따라 상기 과산화수소주입부와 상기 오존기포수주입부 및 상기 자외선램프의 작동을 제어하여 오존, 자외선, 과산화수소 중 어느 하나를 처리대상수와 접촉시켜 처리하는 단독처리모드 또는 둘 이상을 처리대상수와 접촉시켜 처리하는 복합처리모드를 선택적으로 수행하는 제어부;를 구비하고,
    상기 2차반응부는 상기 자외선램프가 내측면을 따라 일정 간격으로 다수 설치되는 원통형의 2차반응조와, 상기 1차반응부를 통과한 처리대상수가 상기 2차반응조로 유입될 수 있도록 상기 2차반응조에 연결되되 상기 2차반응조로 유입되는 처리대상수가 선회류를 형성하기 위해 상기 2차반응조에 접선 방향으로 연결되는 연결관과, 상기 2차반응조의 중앙에 설치되어 처리수가 배출되는 처리수방류관과, 상기 2차반응조에서 선회하는 처리대상수의 선회속도를 가속시키기 위한 선회가속수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화기반의 수처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 과산화수소주입부는 과산화수소가 저장된 과산화수소저장탱크와, 상기 과산화수소저장탱크에 저장된 과산화수소를 정량배출하기 위한 정량펌프와, 상기 정량펌프와 상기 처리대상수공급관을 연결하는 과산화수소공급관과, 상기 과산화수소공급관에 설치되어 상기 제어부에 의해 개폐되는 제 1밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화기반의 수처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 오존기포수주입부는 상기 처리대상수공급관으로부터 분기되는 분기관과, 오존을 생성시키는 오존생성기와, 상기 오존생성기와 상기 분기관을 연결하여 상기 분기관을 따라 흐르는 처리대상수에 오존을 공급하는 오존공급관과, 상기 분기관과 연결되어 오존이 주입된 처리대상수 중에 미세한 오존 기포를 형성시키는 미세기포발생기와, 상기 미세기포발생기와 상기 라인믹서를 연결하여 상기 미세기포발생기로부터 배출되는 오존기포수를 상기 라인믹서로 주입하기 위한 오존기포수공급관과, 상기 오존기포수공급관에 설치되어 상기 제어부에 의해 개폐되는 제 2밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화기반의 수처리장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 1차반응부는 1차반응조와, 상기 1차반응조의 상부에 설치되어 상기 라인믹서와 연결되는 유입관과, 상기 1차반응조의 내부에 상하로 길게 형성되며 상부가 상기 유입관과 연결되는 와류유도관과, 상기 와류유도관의 주위를 냉각시켜 상기 와류유도관을 통과하는 처리대상수 중의 오존기포를 안정화시키는 기포안정화수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화기반의 수처리장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 선회가속수단은 상기 2차반응조의 하부와 상부를 연결하는 순환관과, 상기 순환관에 설치되어 처리대상수를 순환시키는 순환펌프와, 상기 순환관과 연결되어 상기 2차반응조 내부에 설치되며 상기 2차반응조에서 선회하는 처리대상수의 선회 방향을 향하도록 분출구가 형성된 분출케이싱을 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화기반의 수처리장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 2차반응조의 처리대상수로부터 발생되는 배오존을 상기 분출케이싱으로 유입시켜 배오존을 처리하는 배오존처리수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화기반의 수처리장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 과산화수소주입부는 과산화수소가 저장된 과산화수소저장탱크와, 상기 과산화수소저장탱크에 저장된 과산화수소를 정량배출하기 위한 정량펌프와, 상기 정량펌프와 연결되는 과산화수소공급관과, 상기 과산화수소공급관에 설치되어 상기 제어부에 의해 개폐되는 제 1밸브와, 상기 과산화수소공급관과 연결되는 혼합기와, 상기 처리대상수공급관과 상기 혼합기의 유입구를 연결하는 제 1우회관과, 상기 혼합기의 유출구와 상기 처리대상수공급관을 연결하는 제 2우회관을 구비하고,
    상기 혼합기는 원통형으로 형성되며 상기 제 1우회관이 연결되는 유입구 및 상기 제 2우회관과 연결되는 유출구가 형성된 케이스와, 상기 케이스에 회전가능하도록 설치되고 내부에 제 1유로가 형성되며 단부가 상기 과산화수소공급관과 연결되는 회전축과, 상기 회전축에 일정 간격으로 다수가 설치되며 내부에 상기 제 1유로와 연결되는 제 2유로가 형성된 날개부재들과, 상기 날개부재들에 형성된 토출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화기반의 수처리장치.

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