KR20030019128A - 오존 위생처리를 위한 인라인 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순도가 90부피% 이상인 산소로부터 기체 오존 스트림을 제조하고, 이것을 pH가 6.5 내지 7.5인 물 스트림에 직접 주입하므로써 표면을 위생처리하는 방법으로서, 상기 용액 상에 오존을 포함하는 기체 분위기를 유지시키는 탱크에 오존 수용액을 공급하고, 이 탱크로부터 오존 수용액을 위생처리하려는 표면 상에 가하고, 상기 표면으로부터 물을 회수하여 이것을 공급원으로 재순환시키는 방법에 관한 것이다.

Description

오존 위생처리를 위한 인라인 시스템 {IN-LINE SYSTEM FOR OZONE SANITATION}

본 발명은 오존 용액으로 고체 물품의 표면을 위생처리하는 것과 관련된다.

미생물 오염에 의한 손상에 민감한 제품을 제조하는 모든 가공 산업은 때때로 사용되는 설비를 위생처리해야 한다. 이러한 산업의 예로는 식품, 약품, 양조 및 와인 산업이 포함된다. 위생처리되어야 하는 설비의 예로는 저장 탱크, 펌프, 혼합 탱크, 냉각기, 카보네이터(carbonator), 충전기, 충전 라인 등 뿐만 아니라 병 및 캔과 같은 용기가 포함된다.

이러한 산업에서는 종래의 위생처리 활동 중에 여러 가지 문제점을 직면하고 있다. 이들 문제점 중 일부는 하기와 같다.

위생처리 시간이 생산을 중단시킨다. 이에 따라, 업자들은 가능한한 최대로 위생처리 주기를 감소시킬 것을 강력히 필요로 한다.

위생처리는 자본 및 작업 비용이 들게 한다. 여기에는 항상 비용 절감이 요망된다. 두가지 종래 위생처리 공정이 있다. 첫번째는 고온 공정(hot process)이라 일컬어지며, 위생처리제로서 고온수 또는 물 스팀(water steam)을 사용한다. 이러한 공정은 다르게는 보일러를 구비하는 것과 관련된 자본 비용 및 전력 또는 연료 소비와 관련된 작업 비용이 들게 한다. 두번째는 저온 공정(cold process)으로 일컬어지고, 위생처리제로서 과아세트산, 가성소다, 염소 기재 생성물 또는 과산화수소 기재 생성물과 같은 화학약품을 사용한다. 이러한 공정은 다르게는 설비 사용과 관련된 자본 비용 및 화학약품과 관련된 작업 비용이 들게 한다.

위생 처리는 유지관리 비용이 든다. 고온수 및 종래의 화학약품은 가스켓(gasket), o-링(o-ring), 금속 부재 등과 같은 설비 부품을 상당히, 그리고 빈번하게 손상시켜, 결과적으로 유지관리가 자주 필요하다.

과아세트산 또는 과산화물 기재 생성물과 같은 화학제는 다른 대체 약품과 비교할 때 상당히 고가이며, 또한 음료 가공설비에 흔히 사용되는 물질(실런트와 같은)에 부식성이다.

염소를 기재로 하는 화학제는 일반적으로 다수의 위생처리 주기 후에 스테인레스강을 부식(피트(pit) 부식)시켜, 결과적으로 오물이 쉽게 축적되어 미생물을 증식시킨다. 이것은 음료 및 식품 산업에서의 모든 충전 라인 및 그 밖의 가공 설비가 스테인레스강으로 이루어져 있음을 상기하여 보면 중요한 것이다. 염소 기재 생성물은 보통 저렴하여, 이들의 사용에 관심이 끌리지만, 다른 위생처리 화학약품보다 오랜 접촉 시간을 필요로 하여 부식 성향을 증가시킨다.

고온 위생처리는 위생처리제로서 고온을 사용한다. 고온은 항상 설비의 손상을 가속화시켜, 보다 빈번한 예방적 및 보정적 유지관리 서비스를 요구하고, 이에 따라 유지관리 비용을 증가시키는 것으로 알려져 있다.

위생처리는 안전성에 주시하게 한다. 고온 위생처리 공정과 관련하여 특히 큰 관심은 가능한 기계적 또는 작동상의 고장과 관련된 폭발 위험에 있다. 대부분의 음료 제품은 가공 동안에 냉각되며, 바람직한 냉각제는 비용 효율성 및 기술적 이점을 고려하여 볼 때 암모니아인 것이 일반적이다. 드물지 않게, 작동상 또는 기계적 고장으로 인해, 고온수가 암모니아와 접촉할 수 있고, 이는 예기치않은 가열을 일으켜 결과적으로 폭발 위험이 있는 위험한 상태가 되게 한다. 또한, 고온 위생처리 공정의 매우 중요한 일면은 고온과 관련된 위험성이다. 예기치 않은 누수, 피부, 눈 등으로 고온수가 직접 접촉하는 것이 항상 주시된다.

저온 공정에서, 화학약품(휘발물질, 농축물, 용액 등)의 취급 및 흡입과 관련된 안전성 측면이 항상 주시된다.

위생처리는 물을 소비한다. 모든 종래의 위생처리 공정은 다량의 물을 필요로 한다. 참고로서, 음료 산업은 일반적으로 제품 1리터당 평균 2.5리터의 물을 소비한다. 이것은 충분한 물을 항상 입수할 수 있는 것은 아닌 지리적 구역에서는 작업 가능성에 비용과 부담을 지게 한다.

위생처리 공정은 항상 충분한 미생물 억제를 달성하도록 시도된다. 음료 및 식료품에 특징이 되는 유기 물질 함량으로 인해, 저장 탱크 및 가공 설비내 상당한 미생물의 성장이 있다는 완전히 당연하다. 따라서, 위생처리 활동은 제품의 질을 유지시키는 것이 필요하다.

모든 위생처리 공정의 목적은 미생물의 존재를 가공 설비내 또는 음료 또는 식품 용기내 허용가능한 수준으로 감소시키거나 심지어 미생물을 제거하여 예상되는 제품의 질을 보장할 수 있는 것이다. 미생물 오염의 허용가능한 수준은 일반적으로 회사 기준 또는 지역 규정에 의해 결정된다.

종래의 위생처리 공정은 고온 위생처리, 화학약품에 기초한 저온 위생처리 및 오존 위생처리의 세가지 실시 유형과 관련되어 있다.

고온 위생처리는 위생처리제로서 고온수 또는 물 스팀의 온도에 기초한다. 90 내지 100℃의 온도 범위에서 작업하고, 최소 접촉 시간을 유지시키는 경우, 미생물의 존재를 상당히 감소시킬 수 있다. 활성제로서 온도를 사용하는 모든 위생처리는, 물을 가열하거나 물 스팀을 생성하기 위해 열교환 시스템 및 열원을 필요로 한다. 이러한 류의 적용에 사용되는 가장 일반적인 시스템은 일반적으로 연료 또는 전력을 소비하는 보일러이다. 고온 위생처리 공정은 일반적으로 미생물 문제를 해결하는데 효력을 잘 발휘한다.

고온과 관련된 안전성 위험에 있어서, 신뢰성있는 모니터링 및 제어 시스템이 이러한 위험을 피하거나 최소화하는데 요구된다. 고온과 관련된 위험을 최소화시키기 위해 가장 일반적인 대안은, 카르보냉각기(암모니아가 배치되는)를 위생처리하기 위해서는 저온 공정만을 적용하고 계속해서 나머지 라인에 대해서는 고온 공정을 적용하는 조합 시스템을 사용하는 것이다. 이러한 해결책은 완전한 위생처리 주기에 요구되는 시간을 현저히 증가시킨다. 또한, 두 공정을 부분적으로 병행하여 적용할 수 있다. 그러나, 이것은 비용이 많이 드는 해결책이고, 위생처리 시간이 화학약품 또는 심지어 오존을 기초로 하는 저온 공정보다 훨씬 더 오래 걸린다. 고온 위생처리에서는 항상 유지관리 비용이 문제가 된다.

대안적으로, 고온 위생처리 공정 동안에 냉각기로부터 모든 암모니아를 제거하는 시스템을 고려해볼 수 있으나, 이것은 매우 고가이고, 냉각기 용적으로부터 암모니아를 제거하기에 충분한 시간이 필요하다. 그러나, 위생처리 시간은 생산 중단을 의미하므로, 결과적으로 생산성을 낮춘다.

고온 위생처리와 관련된 작업 비용은 일반적으로 과아세트산에 기초로 하는 저온 공정(저온 위생처리 참조)보다 저가이고, 염소를 기초로 하는 공정 뿐만 아니라 오존을 기초로 하는 대안보다는 고가이다.

저온 위생처리는 미생물을 제거하거나 감소시키기 위해 화학제를 기초로 한다. 유용한 화학제로는 과아세트산, 염소 기재 생성물 및 과산화물(덜 일반적임) 기재 생성물이 포함된다. 이러한 대안 모두에 있어서, 전체 공정이 주위 온도에서 이루어지기 때문에 폭발과 관련된 위험은 더 이상 존재하지 않는다.

과아세트산 또는 과산화물 기재 생성물과 같은 화학제는 다른 대안과 비교할 때 상당히 고가이다. 또한, 이러한 생성물은 음료 공정 설비에 사용되는 매우 일반적인 물질(실런트 등)에 부식성이다. 과아세트산은 미생물 억제에 효력을 잘 발휘한다. 과아세트산과 접촉하는 접촉 시간은 종래 다른 것들 중에서 가장 짧다. 취급시에는 항상 매우 조심한다.

위생처리제로서 오존을 사용하는 기존의 오존 위생처리 공정은 통상적으로 공정 라인의 우회로와 오존화 물 재순환 탱크를 통해 오존을 물에 용해시키고, 탱크로부터 물을 다시 탱크로 재순환시키는 시스템에 기초하였다[참조: 미국 특허 제 5,368,815]. 이러한 방식으로, 상기 공정으로 펌핑된 물의 일부는 이후 우회 라인으로 방향 전환된 후, 오존화된 물 재순환 탱크로 반송된다. 통상적 설계인 벤튜리(Venturi)는 벤튜리에 의해 부분적으로 용해되고, 탱크내 수칼럼에 의해 부분적으로 용해되는 오존을 동반한다. 종래의 오존 공정의 수행이 미생물학 및 물 소비와 관련된 문제점은 해결하고 있으나, 안전성, 유지관리 및 위생처리 비용과 관련된 문제점은 만족스럽게 해결하고 있지 않다.

본 발명의 일면은

(A) (A.1) 순도가 90부피% 이상인 산소로부터 기체 오존 스트림을 생성시키고,

(A.2) 공급원으로부터 pH가 6.5 내지 7.5인 물의 스트림을 공급하여 물의 pH를 모니터링하고 상기 범위내의 pH를 유지하도록 필요에 따라 pH를 조절하고,

(A.3) 기체 오존 스트림을 물의 스트림에 직접 주입하므로써 오존 수용액을 제조하는 단계;

(B) 오존 수용액을, 이러한 수용액을 보존하며, 이 용액 상에 오존을 포함하는 기체 분위기를 함유하는 탱크에 공급하는 단계;

(C) 탱크로부터의 오존 수용액을 위생처리하려는 표면에 가하는 단계 및

(D) 표면으로부터 물을 회수하고 공급원에 재순환시키는 단계를 포함하여 위생처리하는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 구체예를 보여주는 흐름도이다.

도 1은 본 발명의 구체예의 구성 요소를 도시한 것이다. 이들 구성 요소는 편리하게는 품목 또는 장치를 위생처리하는데 즉시 이용할 수 있는 형태로 사용자에게 현장 구성 요소를 제공하기 위해 스키드(skid) 또는 그 밖의 수단 상에 구비될 수 있다.

장치는 프레임 스키드(frame skid) 상에 조립되며, 하기의 주요 구성 요소로 이루어진다:

- 물저장 탱크(1)

- pH 시스템 펌프(2)

- O₃이젝터(3)

- 충전 및 O₃용해용 펌프(4)

- 필터(5)

- 프랙스에어 이젝터(6)

- 오존 발생기(7)

- 기체-액체 상분리기(8)

- 오존 제거기(9)

- 프로세스 펌프(process pump)(10)

- 용해 오존 센서(11)

- 용해 오존 모니터(22)

- 용해 오존 센서(12)

- 용해 오존 모니터(23)

물탱크(1)는 위생처리를 위해 사용되는 물을 저장한다. 물의 부피는 적어도 의도하는 대상을 위생처리하기에 충분하여야 한다. 일반적으로, 탱크 용적은 1 내지 5m³이다. 필요에 따라, 구성되는 물의 양은 밸브(13)를 개방하므로써 공급된다.

탱크(1)에서 물의 pH는 지속적으로 모니터링되고 자동으로 조절되어 pH는 6.5 내지 7.5의 범위가 되도록 한다. 예를 들어, 탱크(1)내에 있는 pH 센서(14)가 7.5초과의 pH를 지시하고 있는 경우, 모니터는 펌프(2)를 작동하도록 신호를 전달하여, 밸브(15)를 개방시키므로써 이젝터를 통해 소정량의 이산화탄소(또는 황산과 같은 다른 산성 물질)를 운반하여 pH를 6.5 내지 7.5의 범위내(7.0과 같은)로 충분히 낮아지도록 한다. 이후, 센서는 펌프(2)의 작동을 멈추도록 신호를 보내, 밸브(14)가 닫히게 된다. 반대로, 탱크(1)내 물의 pH가 6.5 미만으로 떨어지면, pH 센서가 작동하여 pH가 6.5 내지 7.5사이의 값으로 상승할 때까지 수산화나트륨 용액과 같은 알칼리성 물질을 첨가하도록 한 후, 밸브를 닫아 알칼리성 물질의 첨가를 중단시킨다.

펌프(4)는 탱크(1)로부터 물을 라인(101)을 거쳐 라인(102)을 따라 필터(5)를 통과한 후, 라인(103)을 거쳐 이젝터(6)를 통과한다. 필터를 통해 통과하므로써, 물 중에 존재하는 고형물이 물로부터 제거되어 필터에 잔류한다.

이젝터(6)를 통해 오존을 물에 주입한다. 오존은, 고순도의, 바람직하게는거의 순수한, 산소 공급원에 의해 공급되는 오존 발생기(7)에서 형성된다. 산소의 순도는 90부피% 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 99부피% 이상이다 . 만족스러운 공급원으로는 액체 산소, 패키지된 기체 또는 VPSA 또는 PSA의 실린더 또는 다른 공급원이 포함된다.

이젝터(6)에 의해 주입되는 오존의 양은 라인(104)을 거쳐 이젝터에 존재하는 스트림 중에 1%(w/w) 내지 15%(w/w)를 포함하는 용액을 형성하기에 충분하여야 한다. 용해 장치와 기체-액체 상분리기 장치의 또 다른 조합이 라인내에 사용될 수 있다. 예를 들어, 종래의 벤튜리(Venturi), 관형 반응기, 기포 접촉 칼럼(bubble contact column) 또는 스테이지 접촉 챔버가 오존을 용해시키기 위해 선택적으로 사용될 수 있다. 또한, 팬(프로펠러) 기재 장치와 같은 강제 분리기 뿐만 아니라 불활성 기체 버블링(bubbling)에 기초하는 스트리핑(stripping) 시스템 또는 분리기 탱크 상부공간에 진공(음압) 형성에 기초한 시스템이 비용해 기체(주로, 산소, 질소 및 잔류 오존)의 분리를 위해 대안적으로 사용될 수 있다. 대부분의 오존 기체는 상분리기 탱크(8)에 도달하기 전에 스트림(104)내 물에 용해된다.

탱크(8)에서, 용해되지 않은 기체는 용기의 상부공간에 전달되나, 액상은 용기의 하부에 보유된다. 통풍공(vent)이 구비되어 이를 통해 과잉의 기체가 대기로 조절가능하게 배출될 수 있다. 상부공간내 바람직한 압력은 대기압이다. 약 1.01 기압이하의 약간 더 높은 압력은 허용될 수 있다.

대기로 배출되기 전에, 배출되는 기체내 함유되는 잔류 오존은 오존제거기(9)에 의해 완전히 제거되며, 오존 제거기(9)는 바람직하게는 열제거기이나, 이 대신 화학계 시스템일 수도 있다. 또한, 잔류 오존은 시스템에 재도입될 수 있으며, 이러한 방식은 오존 사용을 최적화한다.

탱크(8)내 용액의 잔류 시간은 비교적 짧지만, 기체(오존) 및 액체(용액) 상이 분리되기에 충분하게 길어야 한다. 라인(105)을 거쳐 나가는 용액 중 용해된 오존의 농도는 일반적으로 약 1ppm 내지 약 10ppm으로 상당히 높다.

라인(105)은 펌프(10) 및 밸브(21)를 통과하고 라인(110)에서 종료하여 밸브로 봉합되거나 캡핑(capping)되거나, 오존화 용액이 위생처리되는 제품 또는 서비스에 쉽게 가해지도록 하는 그 밖의 피팅(fitting)으로 봉합될 수 있다. 펌프(10)는 탱크(8)로부터 오존화된 물을 공정 라인으로 펌핑한다. 이후, 물은 오존화 용액이 가해지는 제품으로부터 재포획되고, 재순환 펌프(20)에 의해 반송 라인(111)을 통해 물 탱크(1)로 반송된다.

위생처리가 개시되면, 펌프(4)가 작동을 개시하고, 이에 따라 오존 발생기(7), 펌프(10), 및 밸브(17, 16 및 21)가 작동한다. 탱크(1)내 수위는 수위 센서(18)에 의해 조절되고, 탱크(8)내 수위는 수위 센서(19)에 의해 모니터링되고 조절된다.

위생처리 공정은 용해 오존 센서(11)와 용해 오존 모니터(22)에 의해 제어되며, 이들 센서와 모니터는 탱크(1)에 보내지는 라인(111)에 위치한다. 이들 센서와 모니터로부터의 데이타는 얼마나 많은 양의 오존이 밸브(16)를 통해 스트림으로 이젝터(6)에 이송되는 지를 제어하는 제어기(미도시됨)에 의해 사용된다.

작동은 바람직하게는 시간에 따른 오존 농도의 지속적인 모니터링에 의해 유지된다. 즉, 소정의 작동 기간 동안, 바람직한 목표 총계값(오존 농도 배율 처리 시간)이 정해진다. 이후, 위생처리 작업 동안에 주기적으로, 오존 농도 배율 시간(보통 초)의 값을 표로 작성한다. 이러한 주기적으로 측정된 값의 총계가 목표값에 도달하거나 초과하면, 작업은 완료된 것으로 간주되어 중단된다.

농도-시간의 바람직한 통합값은, 시간(분) 및 농도(ppm)으로 측정하여 4.0 이상이다.

상기 언급된 고온 위생처리 공정과 비교하면, 본 발명은 하기의 이점을 포함하는 많은 이점을 제공한다:

시간이 절약되고, 이에 따라 생산성이 증가한다. 음료 제조 작업의 고온 위생처리를 수행하기 위해, 나머지 설비(저장 탱크, 배관, 충전제, 혼합기, 밸브 등)가 고온 공정에 의해 위생처리되는 경우에라도 저온 공정에 의해 처리되어야 하는 카보냉각기가 존재한다. 현장 시험에서는, 위생처리 시간 절감이 고온 위생처리 공정이 본 발명의 공정으로 대체되는 경우의 75% 정도로 높은 것으로 나타났다.

고온수 및 스팀의 취급과 관련된 안전성 위험이 제거된다. 본 발명은 주위 온도에서 오존수를 사용하여 이러한 위험이 제거되는 것이다.

유지관리 비용이 절감된다. 오존수는 고온수보다 덜 부식성이기 때문에 결과적으로 유지관리 요건을 감소시킨다.

폭발 위험이 제거된다. 음료는 일반적으로 음료가 병에 충전되는 동안인 충전 작업 동안에 암모니아에 의해 냉각된다. 위생처리 공정 동안의 작동상 또는 기계적 고장의 경우에, 고온수 또는 물 스팀이 암모니아와 직접 또는 간접적으로 접촉하게 되어, 급속 가열되는 경우에 암모니아의 급속 팽창으로 인해 심각한 폭발 위험성을 부여한다. 본 발명에 사용되는 오존수는 이러한 위험성을 제거한다.

작업 비용이 감소된다. 고온수 또는 스팀의 사용은 물을 가열시키거나 물 스팀을 생성시키는 사용되는 보일러 및 연소에 요구되는 연료로 인해 비용이 들게 된다. 본 발명은 연료 또는 보일러를 필요로 하지 않아, 자본 비용 및 작업 비용이 절감된다.

화학약품에 기초하는 저온 냉각과 비교하면, 본 발명은 하기의 많은 이점을 제공한다.

화학약품의 취급과 관련된 안전성 위험이 제거된다. 위생처리에 사용되는 화학약품의 취급은, 이것들이 심각한 피부 자극과, 고농도, 또는 심지어 저농도에서의 직접적인 접촉은 화상을 유발할 수 있기 때문에 항상 주시되는 문제이다. 휘발성 화합물의 호흡 또한 주시된다. 기계적 또는 작동상 고장 위험은 작업자의 건강에 심각한 해를 입힐 수 있다. 본 발명의 시스템에서는, 오존이 발생되어 용해되고, 잔류 오존이 자동으로 작동되고 모니터링되고 제어되는 특이적인 스키드내에서 파괴된다. 따라서, 오존 기체 또는 용액이 작업자에게 직접 접촉할 위험이 제거되거나, 적어도 다른 종래 화학약품 공정과 관련된 위험에 비해 훨씬 위험이 적다.

시간이 절감되고 생산성이 증가한다. 위생처리를 위해 통상적으로 사용되는화학약품은 일반적으로 0.15 내지 2%의 농도로 사용되어야 한다. 보다 낮거나 보다 높은 농도 수준은 실질적으로 위생처리 능력을 감소시키거나 부가 효과를 전혀 제공하지 않는다. 화학약품의 농도를 변화시키는 것이 가능하지 않기 때문에, 각 특정 제품에 대해 최저 권장 시간 미만으로 접촉시간을 감소시키는 것이 가능하지 않다. 본 발명에서는, 오존 농도가 광범위한 농도 범위에서 변화할 수 있기 때문에, 접촉 시간 또한 수행되는 특정 위생처리 작업에 대해 변화될 수 있다. 오존 농도가 높을수록 접촉시간을 단축시키기 때문에, 전체 CIP(cleaning-in-place) 공정 시간의 50%까지 절감할 수 있다(본원에서 CIP는 세척 및 위생처리 단계를 의미한다).

작업 비용이 절감된다. 본 발명의 시스템의 작업 비용은 화학약품에 기초하는 대안의 저온 위생처리보다 상당히 적다. 대표적인 비용 비교 수치가 실시예에 제공된다.

유지관리 비용이 절감된다. 위생처리 용도로 사용되는 화학제 대부분은 반복적으로 사용되는 경우, 실링물질에 심각한 손상을 입혀 빈번한 유지관리 서비스를 필요로 한다. 비톤(Viton), 테플론(teflon), 부나-N(buna-N) 및 네오프렌(neoprene)이 가장 일반적으로 사용되는 실링 물질이다. 오존수는 통상적인 화학약품에 비해 덜 부식성이고, 이에 따라 유지관리 요건을 감소시킨다.

폐수처리의 필요성이 감소된다. 위생처리 목적으로 사용되는 화학약품은 공정으로부터 폐수처리 처리소에 운반되어 폐수 처리 공정을 방해할 수 있다. 이러한 특정 단계에서, 화학약품은 사실상 새로운 오염물질로서 작용한다. 위생처리 공정 동안에 소비되지 않는 오존은 그 자체로 산소로 안전하게 분해되기 때문에 처리소에 도달하지 않을 것이다.

오존을 사용하는 종래 시스템과 비교하면, 본 발명은 하기를 포함하는 이점을 제공한다.

본 발명의 특히 바람직한 형태를 나타내는 장치인 특히, 미국 특허 제 4,743,405호(본원의 참고 문헌으로 인용됨)의 장치로 수행되는 경우에 오존의 물로의 직접 주입은 기체 오존을 용액으로 보다 높고, 보다 신속한 전달 효율을 제공한다.

보다 높은 오존 전달 효율은 물과 합쳐져 오존 용액을 형성하는 기체 스트림 중의 높은 오존 부분압에 의해 제공된다. 본 발명은 오존 발생기의 공급원으로서 고순도 산소(90부피% 이상, 바람직하게는 99부피% 이상의 산소)를 이용한다. 이러한 방식에서, 오존 기체 생성율은 공기(21% 산소)가 공급원인 경우일 때보다 높다. 종래의 공정들은 오존 발생기에 대한 공급원으로서 공기를 사용하여 왔다. 공기를 이용하는 경우 5% 오존 w/w(중량)을 생성하는 오존 발생기는, 순수한 산소를 사용할 경우 15% 오존 w/w을 생성시킬 것이다. 이것은 오존 부분압에서의 현저한 증가를 의미하고, 결과적으로 종래 기술과 비교하여 볼 때, 본 발명이 보다 높은 용해율을 달성하게 할뿐만 아니라 보다 높은 오존 용해 수준을 달성하게 한다.

예정되는 보다 높은 오존 이용은 오존의 인라인 직접 주입에 의해 제공된다. 본 발명은 스트림을 운반하는 라인내측에서 오존을 직접 용해시킨다. 이젝터가 종래 기술보다 용해율을 보다 높게 하기 때문에, 위생처리될 필요가 있는 동일 라인에서 직접 오존을 용해시킨다. 즉, 모든 용해된 오존이 위생처리되어야 하는 대상의 표면에 즉각적으로 직접 접촉한다. 종래의 공정은 종래 기술의 시스템이 위생처리되어야 하는 물품에 오존수를 펌핑하기 시작하면 목적하는 오존 농도가 달성될 때까지 물이 탱크내 유지되도록 하는 오존수 탱크를 포함하는 우회 라인을 통해 오존을 물에 용해시키고, 우회 라인을 통해 재순환되도록 한다.

오존은 불안정하여, 결과적으로 소정의 오존은 위생처리되어야 하는 표면과 접촉하게 되기 전에 자연적으로 분해되는데, 이것은 제안된 시스템에서는 일어나지 않는다. 결과적으로, 제안된 시스템은 보다 높은 오존 이용율을 갖는다.

높은 오존 이용율은 또한 pH 조절로 인해 달성된다. 본 발명은 가능한한 중성 pH에 근접하도록, 즉, 오존이 수중에서 최고 수명을 갖는 범위인 것으로 밝혀진 6.5 내지 7.5가 되도록 오존 용액을 구성하는 물의 pH를 유지시키므로써 pH를 조절하는 것을 포함한다.

유지관리 및 자본 비용이 감소한다. 산소원으로서 공기를 사용하는 오존 발생기는 발생기에 공급된 공기를 제조하고 처리하기 위한 압축기, 필터 및 건조기를 구비해야 한다. 이러한 설비의 부가적 부재는 상대적으로 고가이며, 빈번한 유지관리 서비스를 필요로 한다. 고순도 산소를 기초로 하는 오존 발생기는, 산소가 이미 건조, 압축 및 세정된 상태이기 때문에 상기와 같은 추가의 설비를 필요로 하지 않는다. 이러한 점은 유지관리 비용이 상당히 절감되도록 한다.

오존 발생기에 공급되는 고순도 산소는 질소 및 다르게는 운반 및 압축되는 것을 필요로 하는 "사중량(dead weight)"인 그 밖의 기체들을 상당히 덜 포함하기 때문에 에너지 절감이 실현된다.

잔류하는 용해되지 않은 산소는 시스템을 이탈하기 전에 파괴되어, 안전성 및 환경 청결에 기여한다. 기체-액체 분리 탱크의 상부공간의 출구에 배치된 오존 제거기는, 모든 잔류하는 용해되지 않은 오존이 대기로 배출되지 않고 완전히 분해되도록 한다. 장치 주변의 대기로 나오는 오존은 작업자에게 매우 해롭다.

또한, 충분한 위생처리는, 오존 용액과의 접촉 시간이 종래 기술의 실시에서와 같이 특정 최소 농도를 기초로 하는 것이 아니라 농도(C)와 접촉 시간(t)에 대한 설정된 결과치를 기초로 한다.

종래의 조절 형태는 오존 농도가 기지의 최소 농도 미만으로 떨어지는 경우의 작업 도중 시간을 고려하지 않았다. 예를 들어, 종래의 조절 실시에서, 설정된 "C"가 0.5mg/l 이고, 설정된 "t"가 10분인 경우, 시스템은 오존 농도가 상기 최소 농도 미만인 경우의 중간 시기가 있다고 하더라도, 0.5m/l 이상의 오존 농도에서 총 1분의 작업 시간을 필요로 할 것이다.

본 발명의 작업에 바람직한 조절안을 사용하면, 오존 용액과의 모든 접촉 시간이 고려된다. 예를 들어, 설정된 C*t=5.0(상기 언급된 0.5m/l과 10분을 곱하여 얻어짐)인 것으로 전제한 경우, 완전한 주기는 10분 미만이하로 간주할 수 있으며, 종래의 조절안에 의해 무시된 낮은 오존 농도 구간이 농도 곱하기 시간 길이(오존 농도가 상기 보다 낮은 농도임)를 주기적으로 합산하므로써 포함된다.

실시예

실시예 1

본 실시예는 본 발명에 의해, 그리고 일반적인 고온 위생처리 공정에 의해소프트 드링크 음료 생산자가 사용하는 시럽 저장 탱크를 위생처리한 일반적인 전체 비용을 비교하는 것이다.

	고온 위생처리 공정	본 발명
위생처리 시간	10분	5분
실행당 작업 비용	US$ 13.82	US$ 1.58
안전성 위험도	높음	낮음
유지관리 비용	보다 높음	보다 낮음

이들 결론은 하기 사항을 전제로 한다:

1) 본 발명에서 위생처리 시간 5분은 C*t가 2.0인 것에 기초한다. 즉, 오존 평균 농도가 0.4ppm이고, 접촉 시간이 5분이다.

2) 고온 공정에서 위생처리 시간 10분은 수온이 90℃인 것에 기초한다.

3) 고온 공정에서 작업 비용은 천연 가스(US$ 0.18/m³)에 의해 구동하는 보일러에 기초한다.

4) 본 발명의 작업 비용은 산소 비용(US$ 300/톤)에 기초한다.

실시예 2

본 실시예는 본 발명의 상기 동일한 적용과 과아세트산을 기초로 하는 종래의 화학약품 위생처리 공정에 의해 위생처리한 것을 비교한 것이다.

	화학약품(과아세트산) 위생처리 공정	본 발명
위생처리 시간	10분	5분
실행당 작업 비용	US$ 22.12	US$ 1.58
안전성 위험도	높음	낮음
유지관리 비용	보다 높음	보다 낮음

이들 결론은 하기 사항을 전제로 한다:

1) 본 발명에서 위생처리 시간 5분은 C*t가 2.0인 것에 기초한다. 즉, 오존 평균 농도가 0.4ppm이고, 접촉 시간이 5분이다.

2) 화학약품 공정에서 위생처리 시간 10분은 0.15% 농도의 과아세트산에 기초한다.

3) 화학약품 공정에서 작업 비용은 15% 농도로 공급되는 과아세트산(US$ 4.00/kg)에 기초한다.

4) 본 발명의 작업 비용은 산소 비용(US$ 300/톤)에 기초한다.

실시예 3

본 실시예는 본 발명의 상기 동일한 적용과 염소를 기초로 하는 종래의 화학약품 위생처리 공정에 의해 위생처리한 것을 비교한 것이다.

	화학약품(과아세트산) 위생처리 공정	본 발명
위생처리 시간	20분	5분
실행당 작업 비용	실행당 US$ 0.13	US$ 1.58
안전성 위험도	낮음	낮음
유지관리 비용	중간	보다 낮음

이들 결론은 하기 사항을 전제로 한다:

1) 본 발명에서 위생처리 시간 5분은 C*t가 2.0인 것에 기초한다. 즉, 오존 평균 농도가 0.4ppm이고, 접촉 시간이 5분이다.

2) 화학약품 공정에서 위생처리 시간 20분은 50ppm 농도로 사용되는 염소에 기초한다.

3) 화학약품 공정에서 작업 비용은 9% 농도로 공급되는 염소(US$ 0.23ℓ)에 기초한다.

4) 본 발명의 작업 비용은 산소 비용(US$ 300/톤)에 기초한다.

5) 염소에 기초한 공정의 유지관리 비용은 스테인레스강 AISI-304(음료 및식품 산업에서 배관 및 그 밖의 금속 성분의 가장 일반적인 물질)에 피트 부식 형성과 관련된다.

본 발명은 오존 용액을 사용하여 종래의 위생처리 공정에 비해 보다 효과적인 위생처리 방법을 제공한다.

Claims (7)

1. (A) (A.1) 순도가 90부피% 이상인 산소로부터 기체 오존 스트림을 생성시키고,

   (A.2) 공급원으로부터 pH가 6.5 내지 7.5인 물의 스트림을 공급하여 물의 pH를 모니터링하고 상기 범위내의 pH를 유지하도록 필요에 따라 pH를 조절하고,

   (A.3) 기체 오존 스트림을 물의 스트림에 직접 주입하므로써 오존 수용액을 제조하는 단계;

   (B) 오존 수용액을, 이러한 수용액을 보존하며, 이 용액 상에 오존을 포함하는 기체 분위기를 함유하는 탱크에 공급하는 단계;

   (C) 탱크로부터의 오존 수용액을 위생처리하려는 표면에 가하는 단계 및

   (D) 표면으로부터 물을 회수하고, 이 물을 공급원에 재순환시키는 단계를 포함하는 위생처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 물 공급원이 저장 용기임을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 저장 용기가 용기내 물의 pH를 감지하는 수단 및 7.5 초과 또는 6.5 미만의 감지된 pH에 반응하여 산성 또는 알칼리성 물질을 물에 첨가하므로써 물의 pH를 조절하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 기체 오존 스트림을 물 스트림에 직접 주입하는 단계에 의해 제조된 용액이 1% 내지 15%(w/w) 오존을 포함함을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 오존 용액을 보유하는 탱크가 용액 상의 기체 분위기로부터 기체를 배출시키기 위한 통풍공을 포함함을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 오존 제거기를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 탱크내 용액 중의 오존 농도가 1 내지 10ppm임을 특징으로 하는 방법.