KR19990045889A - 수질개선용이동형오존발생장치 - Google Patents

Abstract

오존발생장치는 전기분야이고, 생산되는 오존가스는 화학, 용도는 환경산업 분야이다.

발명의 목적은 상수원이나 강 또는 저수지의 수질오염을 오존가스의 특성을 이용하여 수질을 개선하는 것이다.

발명의 구성은 오존을 생산하는 오존발생장치와 발생기에 공기를 공급해 주는 장치, 만들어진 오존을 물에 용해 시키는 장치와 용해된 오존수를 필요한 곳 까지 보내는 장치, 또 잔여가스를 회수하는 장치와 모든장치를 제어해 주는 전기부분으로 되어 있으며 이러한 장치를 설치하여 이동하기위한 운반선으로 구성되어 있다. 발명의 효과는 저렴한 가격으로 쉽게 오염된 수질을 개선할 수가 있고, 생활용수는 물론 농업, 공업용수의 정화로 환경산업 분야의 발전에 크게 이바지 하게 될 것이다.

Description

수질개선용 이동형 오존발생장치{WATER QUALITY CONTROL REMOVE OZONE GENERATOR SYSTEM}

산업의 발달로 수질의 오염배출량은 급속히 나빠지고 있지만 오염을 줄일 수있는 방법이나 수질을 개선할 수 있는 방법의 부재로 1급수의 수질이 2급수, 3급수로 변해가고 있다.

이러한 수질의 심각한 오염을 오존으로 개선할 수는 없을까 하고 연구하던중 골프장의 저수지에서 오존으로 수질을 개선할 수가 있었다.

그렇다면, 대용량의 저수지에서도 같은 원리로 수질을 개선할 수 있다는 이론에서 시작하여 고농도 대용량의 오존발생기를 개발하게 되었으며 이렇게 개발 된 오존발생장치를 이동형 운반기에 설치하여 수질을 개선할 수 있는 방법을 발명하게 된 것이다.

이렇게 개발된 수질개선용 이동형오존발생장치는 저렴한 가격으로 쉽게 수질을 개선할 수가 있어 환경산업에 획기적인 발전을 이룩할 수가 있을 것이다.

오존은 산소의 동위원소로써 불소 다음으로 강력한 산화력을 갖고있어 이렇게 강력한 산화력으로 지금까지 상수원의 고도정수처리에 많이 이용되어 왔고 오수나 폐수의 정화작용이 뛰어나 각종 산업현장에서도 수요가 증가되고 있다. 지금까지 알려진 오존의 기술분야 및 종래의 기술을 오존의 생산과정과 산업현장에 이용되고 있는 용도별로 구분하여 종래의 기술을 검토해 보면.

첫째. 오존의 생산과정은 그 방식에 따라 자외선조사법, 방사선법, 고주파전개법, 전기분해법, 무성방전법등이 있다.

여기에서 대표적인 자외선 조사법과 무성방전법을 검토해 보면 자외선조사법은 태양의 에너지가 지구의 산소에 130-240mm의 자외선을 조사 할때 발생되고 있으며 저압식으로써 수영장에 설치된 소용량의 오존발생기는 이 방법을 이용하고 있다.

또 무성방전법은 번개가 칠때 주위의 산소가 방전 에너지에 의해서 만들어지는 원리를 이용하여 현재 산업현장에 이용되고 있는 오존발생기는 대부분 무성방전법으로 오존을 생산하고 있다.

여기서 무성방전법으로 오존을 발생시키는 현재 까지의 기술 수준은 유럽과미국이 선도하고 있는 것이다.

이러한 무성방전법을 원리적인 면에서 보면 고압(7000v-15000v)의 +,-의 전극사이에 공기 또는 산소를 통과시켜 오존을 만들고 있으며 단극형이고 최근에는 +전극을 세라믹으로 개발 하여 전극의 수명 및 효율을 높이고 있다. 또, 오존의 생산 효율을 높이기 위하여 부수적으로 필요한 각종 시스템도 유럽이나 미국에서는 오존발생기의 냉각을 위하여 수냉식 냉각 시스템을 이용하고 있고, 유입되는 산소 또는 공기의 질을 높이기 위하여 휠터 및 제습 건조장치를 추가 하였으며, 사용되는 주파수를 주파수 변환장치로 높혀 전압을 낮추고 효율을 증가 시키고 있는 것이다.

이것을 공정별로 도표를 만들어 보면 표1과 같다.

이렇게 만들어진 오존가스를 물과 접촉 시키는 방법도 산기관 또는 터어빈교반식, 인젝터 등을 이용하여 반응조를 거쳐 마지막으로 오존수를 배출하는 것이 종래의 기술수준인 것이다.

참고로 이러한 무성방전법의 공정은 표1과 같다.

둘째. 산업현장에 이용되고 있는 용도별로 종래의 기술을 구분하여 보면. 오존의 이용 용도는 용수 및 폐수의 살균과 정화, 분뇨 및 오수의 정화, 그리고 산업공정의 표백, 의약품, 고무노화의 실험등에 이용되고 있다.

이러한 오존의 생산 과정과 특성 및 용도는 앞으로도 계속 계발되고 연구 되겠지만 지금까지 당 발명가가 개발한 수질개선용 고농도 대용량의 오존발생기는 새로운 방법이며 더욱이 저수량이 많은 강이나 저수지의 수질을 개선 하겠다고 운반선에 오존장치를 설치하여 이동형으로 개발한 것은 종래에는 없는 방법이다.

이렇게 수질을 개선하기 위한 이동형 오존발생장치는 반드시 저렴하고 획기적인 대용량의 오존발생장치 시스템이 개발 되어야 하고 생산되는 오존이 고농 도의 오존을 유지해야하며 모든장치를 설치한 운반선이 24시간 이동하면서 가동할 수 있는 시스템으로 구성되어야 한다.

그러나, 지금까지 이러한 콤팩트형의 대용량 오존발생기는 개발되지 못 하였으며 생산되는 오존의 농도도 액화산소를 사용할 때는 6-14%밖에 되지 못하였으며 전극의 구성도 관으로 되어 있는 +,-의 단극형의 구조로 대용량에는 적합하지 못 하였다.

이러한 종래의 기술과 문제점을 표2에서 요약 하였으며 대표적인 종래의 오존발생기는 (그림2)와 같다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 기술적인 과제를 검토해 보면.

1. 오존발생기를 대용량화 하기 위하여.

1)전극의 구조를 소구경의 관형에서 대용량의 판형으로 제작하는 문제.

2)단극형 전극의 구조에서 다극형으로 하는 문제.

3)밀폐형의 전극구조에서 개방형으로 하는 문제.

4)전극과 본체를 알곤용접으로 고정 시키는 것을 용접없는 조립식으로 구성하는 문제.

5)전극의 교체를 용이하게 하는 문제.

6)고농도의 오존을 얻기위한 회로의 구성 문제.

7)냉각장치를 제거하는 문제.

8)본체 및 시스템 자체를 옥외용으로 제작하는 문제.

9)개, 보수가 용이하고 설치비가 저렴한 문제.

10)제작 원가를 줄이는 문제.

2. 오존 접촉기의 용해효율을 높이고 반응조를 제거하기 위하여.

1)터어빈 교반식이나 레디알방식 또는 산기관을 필요로 하는 반응조를 없애는 문제.

2)용해효율을 높이는 문제.

3)용해시간을 줄이는 문제.

4)소요동력이 적고 경제적인 문제.

3. 이동형 운반선에 오존발생장치를 설치하기에 적합한 조건과 접촉된 오존수를 강의 저부에 쉽게 공급하기 좋은조건.

등으로 요약 할 수가 있다.

도1은 수질개선용 이동형 오존발생장치 평면도.

도2는 다겹형 오존발생기의 조립도.

도3은 다겹형 오존발생기의 횡단면도.

도4는 수질개선용 이동형 오존발생장치 측면도.

종래의 기술에 대한 문제점과 이를 해결하기 위하여 강구된 수단을 정리하여 표2에서 제시 하였다.

표2를 요약해 보면 오존발생기의 기존의 제작 방식은 +전극은 스테인레스 파이프 또는 세라믹으로 되어 있고 -전극은 전극관과 발생기의 본체와는 알곤용접으로 제작이 되어 개,보수 및 유지관리가 어렵고 제작 공임이 높으며 대용량으로 만들기 위해서는 발생기의 크기가 한없이 커야하고 (그림1 참조)뿐만 아니라 고농도의 오존은 생산할 수가 없다. 도3에서 처럼 다겹형 판형 오존발생기는 용량에 따라 크기를 쉽게 조정할 수가 있으며, 방전면적의 효율이 높고, 수냉식이 아닌 공냉식의 회로구성으로 오존의 생산 농도를 마음데로 조정할 수가 있을 뿐만 아니라 제작원가 에서도 10배 이상 절감이 된다.

특히 강이나 저수지의 수질을 개선하기 위해서는 단위 전력당 오존생산량을 높일수 있는 고효율의 대용량 오존발생기를 만드는 것이 필수적이며 반드시 고농도의 오존을 만들어 내야 한다.

또 이렇게 만들어진 오존을 초미세기포발생기를 통하여 순간적으로 물과 접촉시켜 쉽게 용해시켜야 하며 용해된 오존수를 운반선 뒷 부분에 있는 자동권선기로 즉시 강의 바닥으로 보내져야 한다.

발명의 구성 및 작용을 알기 쉽게 도1의 운반선에 설치된 순으로 기술해 보면.

1.공기유입 부분의 구성은 송풍장치와 제습장치, 건조장치 그리고 휠터로 구성 되어 있다.

송풍장치는 콤프레샤를 이용한 고압송풍 보다는 대용량의 공기가 필요하므로 FAN으로 처리 하였다.

공기유입은 오존발생기의 원료를 공급하는 것이므로 청정의 공기를 보내는 것이 대단히 중요한 부분이 되며 또 냉각효율을 높이기 위하여 20℃이하의 온도를 유지해 주어야 한다.

2.오존발생기 부분은 (도3)에서 처럼 절연체로는 2mm의 강화경질유리를 64매사용 하였으며 방전극은 STS316C 0.6mm판을 64매 사용 하였고, 외함은 세라믹으로 조립 하였으며 전극간에 충분한 이격거리를 유지시켜 직접 방전을 배제 하였다.

전극간의 거리는 3.4mm로써 12,000v의 고압을 표준으로 설정 하였으며 유니트별 오존생산량을 시간당 1kg으로 설정하였다.

64매의 전극에 방전효과를 일정하게 하기 위하여 유리를 고정시키는 세라믹의 공간홈을 0.1mm 이하의 오차로 가공 하였고 한대의 무게는 220kg이하로 제작 하였다.

이러한 오존발생기 부분의 작용은 바로 오존을 생산하는 부분으로써 시스템 중 제일 중요한 부분이된다.

3.운전실 및 제어판

운전실은 그림2에서 처럼 모든 시스템의 기능을 한곳에서 제어할 수 있도록 하였으며 자동으로 운행이 되도록 하였고 운행코스 및 속도를 기록 유지하도록 하였다.

4.고압 변압기는 입력전압이 220v, 출력전압이 12,000v로 설정되어 있으며 단상150kw 2대를 설치 하였다.

5.MAD (Micro Air Diffuser)

이 부분은 인젝터의 원리를 이용한 초미세기포발생장치로써 만들어진 오존가스를 물과 혼합하는 작용을 하며 기포의 크기는 0.2-0.3m로써 기존 산기관의 기포보다 1000배 이상 작기 때문에 물과의 접촉 면적이 그 만큼 크고 접촉시간이 짧다.

6.배출펌프

바로 수면에서 흡입하여 8번의 용해 확장 배관을 지나 권선기를 거처 강의 바닥으로 오존수를 보내는 일을한다

흡입구의 양정 거리는 무시 되지만 토출구의 수압을 고려 하여야 하고 토출량 보다는 압력이 커야하기 때문에 이에 맞는 펌프의 선정이 중요하다.

7.발전기

출력전압 220v 단극형 디젤발전기로 용량은 150KVA 2대이다.

8.확장용해 배관

MAD로 유입된 오존가스는 150φ의 확장 배관에서 0.2-0.3mm의 기포로 물에 용해가 되며 용해속도는 30초 내로써 ㅁ자형의 배관을 지나는 동안 90%이상 용해가 된다.

9.잔류오존 파괴장치

확장배관의 상부에 설치된 잔류오존 파괴장치는 용해되지 못하고 배관의 상부에 고여 있는 가스를 300-350℃의 열처리로 오존을 파괴시켜 대기로 방출하게 된다.

10.자동 권선기

강의 하부는 운행중에 수시로 높이가 변하게 된다.

물에 용해된 오존수를 가능한 강의 저부에 보내야 효율을 높일 수 있기 때문에 배관의 끝이 바닥에 닿도록 자동감지장치를 부착하여 노즐이 지면에 자동으로 닿도록 제어 하였다.

기타 부대설비로는 오일탱크, 고정용앵카, 자동권선용윈치, 부속실 및 휴게실로 구성 되어 있다. 이상의 구성 및 작용을 표4에서 요약 했다.

[그림2]

이상에서 발명의 구성 및 작용을 세부적으로 기술하였으나 당 발명가가 개발한 이동형 오존발생장치로 얼마만큼의 수질을 어떻게 개선할 수 있는지 예를들어 계산해 보기로 하자.

먼저 상기 이동형 오존발생장치의 사양을 보면.

1. 오존발생용량 1kg/h ×20조 =20kg/h.

2. 사용전압 및 주파수 12,000v / 60Hz.

3. 이동형 오존발생기 시스템의 총중량 34TON.

4. 발전용량 150kVA × 2대.

5. 1일 운행시간 24시간 (3개조)기준.

위에서 하루에 생산할 수 있는 오존가스의 총용량은 20×24=480kg/D이다.

우리나라는 BOD기준으로 보면 1급수는 1PPM이하, 2급수는 3PPM이하, 3급수는6PPM이하이다 .

10TON의 오염된 물을 6PPM의 3급수에서 3PPM의 2급수로 만들려면 시간당 25g의 오존이 필요하다.(이 수치는 국제적인 오존메이커 OZONIA에서 제공한 수치임)

즉 1TON의 오염원 6PPM의 수질을 3PPM으로 낮추는데 필요한 오존의 양은 2.5g/h 이다.

그렇다면 1일 480kg의 오존 으로는 192,000톤의 물의 수질을 3급수에서 2급수로 바꿀 수가 있고 1개월 연속운행시 에는 5,760,000톤의 수질이 3급수에서 2급수로 개선이 된다. 이 만큼의 수량은 2,400m×2,400m×1m의 수량으로써 새로운 오염이 발생 되거나 유입되지 않는다고 가정을 하면 여의도 면적에 깊이 1m의 수 심을 1달 만에 3급수에서 2급수로 바꿀 수가 있다는 계산이 된다.

이와같이 수질개선용 이동형 오존발생장치는 댐으로 막혀있는 전국의 대부분의 강이나 저수지에 오염된 수질을 개선하기 위한 목적으로 개발 되었기 때문에 강이나 저수지의 수심이 1m이상이면 운행에는 문제가 없고, 특히 저수량이 10만톤 이상의 대용량 저수지에 적합하며 저수량과 오염도에 따라 오존발생기의 용량을 결정하여 수질을 개선 할 수가 있다.

참고로 1987년 환경청에서 조사한 전국 강들의 오염도를 보면 표5와 같다.

이러한 강들의 수질을 개선하기 위하여 정부가 투자하고 있는 비용은 천문학적인 수치 이지만 시간이 지날수록 강들의 오염은 더해 가고 있는 것이다.

그렇다면 이러한 획기적인 발명을 왜 지금까지 세계적으로 아무도 개발을 하지 못하였을까 하는 의문이 남는다.

그 대답은 대용량의 오존발생기를 지금까지 획기적인 방법으로 저렴하게 만들지 못 하였기 때문이며, 최근에 상수원의 고도정수처리에 이용하는 정도의 인식부족과 관련산업의 발달이 최근에 급진전되고 있기 때문일 것이다.

모든 발명의 근원은 먼곳에 있는 것이 아니고 가까이 있으며 통상의 일방적인 관념에서 접근하는 것이 아니라 180°의 획기적인 사고에서 시작이 된다는 사실에서 출발하여 골프장의 저수지에 수질을 개선할 수 있다면 수억톤의 강이나 저수지 수질도 개선할 수가 있을 것이며, 오존발생장치가 고정 설치되고 물이 순환하는방식에서 물은 그데로 있고 발생장치가 움직이면 같은 이치라는 단순한 원리에서 출발 하였지만 이러한,발명의 효과에는 놀라지 않을 수가 없었다.

Claims (1)

1. 수질개선을 위하여 오존을 생산하는 시스템을 하천이나 강 또는 저수지의 댐 가까이 설치하거나 배 또는 이와 유사한 운반선에 설치하여 수질을 개선하는 방법을 특허 청구 범위로 한다.