KR20050051062A - 정수처리 된 산소수 제조방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 활성탄소섬유필터(ACF Filter) 및 이산화티타늄(TiO2) 유동상광촉매/자외선(UV) 시스템을 이용한 정수처리방법과, 동시에 정수처리 된 음용수에 용존산소량을 증가시킴으로써 인체에 산소를 충분하게 공급하여 각종 신진대사를 활성화시키며 이에 따라 건강증진은 물론 피로회복, 두뇌활동 활성화 및 신체의 영양 흡수능력을 증진시킬 수 있는 정수처리 된 산소수 제조방법과 그에 따른 장치에 관한 것이다.
활성탄소섬유필터는 대상원수에 잔류하는 염소와 같은 오염원을 흡착제거하여 정수처리와 동시에 최종 용존산소량을 증대시키며, THM(trihalomethane)과 같은 질환요인성 물질/악취/미생물과 같은 난분해성 오염원은 광촉매/UV 시스템으로부터 완전 분해·제거된다. 이와 같이 정수처리 된 물은 산소/정수/광촉매의 삼상 가압기포탑의 운전으로 과포화 상태의 산소분자를 함유하는 산소수로 제조된다.
본 발명은 일반적으로 7-9ppm인 물 속의 산소농도를 순식간에 500% 내지 700%에 달하는 살균/정수처리 된 산소수의 제조방법과 그에 따른 제조장치를 제공하며, 삼상 가압기포탑 시스템으로 물 속의 산소분자들을 안정화시켜 인체에 유해할 수 있는 활성산소의 생성을 억제하였고 상온상압 하에서도 산소분자의 탈기를 최소화 하는 것을 특징으로 한다.
최근에 오염된 환경과 장시간 실내거주로 인하여 대두되고 있는 저산소증을 예방하는 차원에서, 호흡을 통하여 산소가 혈액으로 전달되는 속도보다 산소수를 섭취하여 산소가 혈중으로 전달되는 속도를 10여배 이상 빠르게 함에 있어서, 본 발명은 효과적이라 사료된다.
Description
본 발명은 기능성 음용수 제조공정에서 원수 속에 포함되어 있는 오염물질과 유해세균을 분해처리하고 건강한 체내 산소농도를 유지시키도록 하는 산소수를 제조하는 방법 및 그에 따른 장치에 관한 것으로서,
보다 상세하게는 원수 속에 포함되어 있는 잔류염소와 같은 피흡착성 오염원은 활성탄소섬유필터(Activated Carbon Fiber Filter)에 의해 흡착되어 제거되며, THM 발암물질/악취/미생물과 같은 난분해성 오염원은 본인이 고안자로 속한 실용신안 등록 제 0249122호가 효율적으로 개선된 광촉매/UV 시스템으로부터 완전 분해처리 된다. 또한, 정수처리와 동시에 삼상 가압기포탑(Three-phase Pressurized Bubble Column) 시스템의 운전으로 물속에 7-9ppm 정도 존재하는 용존산소량을 50ppm 이상의 과포화상태의 산소를 함유하는 산소수로 제조하는 방법과 그에 따른 장치에 관한 것이다.
산소수를 제조하는 종래기술로는, 미세기포를 이용하는 산기방식으로 기체-액체 계면적을 증대시켜 용해율을 높이는 브로워 방식과, 압력을 높이는 가압방식, 이젝터 원리를 이용한 분산방식 등이 있는데, 압력을 높이는 가압방식의 경우는 과포화 개념에서 용해효율을 높일 수는 있으나 일반 사람에게는 고압을 적용하여 운전해야 하는 어려움이 있으며, 브로워 방식과 이젝터 방식 등은 산소의 용해효율이 낮아 고농도 과포화 용존 산소수를 제조하기 위해서는 미흡한 면이 있다. 특히, 미세기포를 이용한 상기 방식에 있어서는 일시적으로는 물속에 고농도의 산소를 용해시킬 수는 있으나 산소분자들이 안정화 되지 못하여 빠른 시간에 탈기되는 문제점이 있다.
또한, 정수처리장에서 살균소독을 위하여 염소투입이 필수불가결한데 물속에 염소이온이 존재하게 되면 염소농도에 따라 물의 포화 용존산소 농도는 감소할 뿐만 아니라 THM과 같은 발암물질이 생성되므로 산소수 제조공정에서 잔류염소의 제거는 긴요하다 하겠다.
본 발명은 상기에 열거한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 대상원수에 포함되어 있는 오염물질은 활성탄소섬유필터(Activated Carbon Fiber Filter)와 이산화티타늄(TiO2)이 도포된 유동상 광촉매담체/자외선 시스템으로부터 정수처리 및 살균되어지며, 정수되어진 물은 삼상 가압기포탑의 운전으로 50ppm이상의 산소분자가 용존 되어진 산소수로 제조되어지는 산소수 제조방법 및 그에 따른 장치를 제공하여 인간의 생명유지에 필수요소인 혈중산소를 보다 빠르게 확보하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정수처리 된 산소수 제조장치의 기술적 방법의 특징은, 고기능성 활성탄소섬유 흡착제와 광촉매/자외선의 광화학적 반응에 의해 살균 및 정수처리 된 물속에 순간적으로 고농도의 산소를 용해시키고 용존되어진 산소분자를 안정화시켜 개방 후에도 산소분자의 탈기현상을 최소화 하고자 산소수 제조 방법에서 가압방식에 미세 산소기포를 산기시키는 방식이 도입된 삼상 가압기포탑 반응기를 도입하여 구성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 같은 산소량으로 산소분자를 물속에 최대한 많이 용해시키고자 즉, 잉여산소량을 최소로 하고자 기체-액체의 접촉시간을 최대로 할 수 있는 내부순환형 또는 외부순환형 가압기포탑 반응기 방식으로 설계 구성되어야 한다. 그리고 가압방식에서 문제시 되었던 운전상의 어려움을 해결하고자 자동화 개념을 도입하여 최대한 간편하게 구성되어 누구나 운전가능한 산소수 제조방법과 이에 따른 장치를 제공하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 정수처리 된 산소수 제조방법 및 그 장치의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 정수처리 된 산소수 제조방법 및 그 장치의 바람직한 실시 예를 나타내는 구성도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 산소수 제조장치(1)는 10기압 이상의 고압에서도 견딜 수 있는 스테인레스 스틸 재질의 가압기포탑 반응기로, 반응기 하부에는 고기능성 흡착제가 충진된 활성탄소섬유 필터조(4)와 상부에는 유동상 광촉매(9)/자외선램프(3)의 광화학 반응기가 각각 구비된다. 산소수 제조방법에 대하여 상세히 기술하면, 우선 산소수 원수로 사용되어지는 수돗물, 지하수, 약수, 정수기 물 등의 대상원수는 원수 공급수단(18,19)으로부터 수위센서(21)가 구비된 원수 저장조(20)에 저장된 후 원수 유입수단인 고압액상펌프(22)와 전자식 벨브(16")의 상호작용에 의해 반응기 내측의 하부에 구비된 활성탄소섬유 필터조(4)에 일정유량으로 유입된다. 반응기에 유입된 원수는 활성탄소섬유 필터조(4)에서 염소를 비롯한 흡착성 오염물질은 흡착 제거된 후 기체-액체 동시 분배기(7)를 통해 광촉매 광화학 반응조로 균일하게 유입된다. 광화학 반응조는 유동상 광촉매(9)에 활성화 에너지를 부여하는 자외선 램프(3)가 구비되어 자외선 광원으로 제공되며, 광촉매의 반응기로부터의 유출을 방지하기 위한 광촉매 크기보다 조밀한 스텐망(8)과 반응기 내부의 광화학 반응을 관찰할 수 있는 투시창(6)이 각각 제공된다.
물 속에 용해되어질 산소는 산소 공급수단인 고압산소봄베(11), 고순도 고압산소 발생장치(12), 컴프레샤(13) 등에 의해 발생되어 레귤레이터/에어필터(15)와 전자식 벨브(16)에 의해 일정압력과 일정유량으로 광촉매 광화학 반응조로 유입된다. 유입되어지는 산소는 기체-액체 동시 분배기(7)에 의해 미세한 기포(10)로 쪼개져 광촉매 반응조로 유입된다.
반응기 내부로 유입되어지는 물과 미세 산소기포(10)의 유체역학적인 힘에 의해 이산화티타늄(TiO2)이 도포된 광촉매 담체(9)는 유동화 되어지면서 광화학적인 화학작용에 의해 OH 라디칼(radical)이 생성되어 수중에 포함된 악취, 세균, THM 등의 질환 요인성 오염물질을 무해한 가스로 흡착 분해하는데 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
[수학식 1]
유기 화합물(Organic Compound) + OH 라디칼 → H
2
O + CO
2
그리고 상기 광촉매에 활성화 에너지를 부여하고 수중에 존재하는 세균의 살균작용을 하는 자외선 램프(3)는 반응기 내측에 수직으로 구비되어 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 담체(9)의 띠(band gap) 에너지(3.2eV) 보다 높은 빛 에너지(λ〈387.5nm)를 조사하여 상기 담체(9)의 광반응 효율을 극대화시켜 수중에 포함된 난분해성 오염물질을 빠르게 분해시킨다. 여기서, 자외선 램프(3)는 살균선인 253.7nm의 파장(광에너지 E=hc/λ=hυ=478mol/kJ)만을 방출하는 램프가 사용되어질 수 있을 뿐만 아니라, 자외선의 조사만으로도 C-C 결합 및 C=C 결합의 유기 오염물질을 분해할 수 있는 고출력 단파장 자외선인 184.9nm의 파장 (E=hυ=647mol/kJ) 까지도 방출시길 수 있는 고순도 고압용 석영재질의 이중관 램프가 사용되어지는 것이 바람직하다.
상기 자외선으로부터 활성을 띄어 광화학적인 반응에서 촉매로 사용되어지는 이산화티타늄(TiO2) 광촉매(9)는 도 2에서 보는 바와 같이, 수중의 오염원과 활발히 접촉할 수 있도록 그리고 고가인 광촉매의 분리회수 문제점을 해결할 수 있도록, 액상과 산소기포(10)의 유체역학적인 흐름만으로도 용이하게 유동화(fluidization) 되어질 수 있는 ABS, 폴리카보네이트, 아세탈 수지 등, 즉 밀도가 1.0-2.0 g/cm3 이고 크기가 1.0-10.0mm의 고분자 물질(9')에 졸(sol) 상태의 광촉매 액상과 액상 무기계 바인더를 적당히 혼합하여 코팅하여 소성하거나, 상기 밀도와 크기의 무기계 물질에 화학적 증착법(Chemical Vapor Deposition)으로 담체(9')의 표면에 다층으로 증착(9")시켜 제조하는 것이 바람직하다.
여기서, 미설명 부호 2는 자외선 램프(3)에 안정적으로 전원을 공급하는 전자식 안정기이며, 부호 5는 전체 산소수 제조 시스템(1)의 압력을 나타내는 압력계이며, 부호 17은 액상과 기상의 시스템으로부터의 역류를 방지하는 첵 벨브(check valve)이며, 부호 25는 액상의 드레인 라인이다.
이에 따라 본 발명은 미세기포의 산기방식와 가압방식이 결합된 기체(산소)/액체(물)/고체(광촉매) 삼상 가압기포탑(Three-phase Pressurized Bubble Column Reactor) 산소수 제조방식이라 할 수 있다.
요약하여 설명하면, 산소수의 대상원수로 사용되어지는 물은 일차적으로 활성탄소섬유필터(4)에서 흡착성 오염물질은 흡착 제거되고, 이차적으로 유동상 광촉매(9)/자외선의 광화학적 반응으로 살균/정수되어 최종적으로 삼상 가압기포탑의 운전으로 산소수가 제조되어 산소수 유출수단(23)에서 유출된다.
도 3은 본 발명에서 최고 조업조건인 가압기포탑의 운전압력에 따른 산소수에 용존된 산소농도를 나타내는 그래프로서, 시스템 압력의 증가에 따라 용존산소농도의 선형적인 증가를 볼 수 있다. 도 3에서 나타나듯이, 대기압하의 용존산소농도보다 7기압 하에서는 600%이상의 산소농도로 이론적인 수치의 90% 효율을 달성할 수 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 산소분자 탈기속도를 나타내는 그래프로서, 밀폐용기에서는 산소수의 산소농도는 그대로 유지되는 바, 20시간 개방 후에는 초기 산소농도의 13% 정도 탈기되는 것을 알 수 있다. 단일방식으로 산소수가 제조되었을 경우 개방 1시간 후에는 50% 정도 산소분자가 탈기되는 것으로 보고 되어지고 있는바, 본 발명에 따른 산기방식이 결합된 광촉매 삼상 가압기포탑 방식은 산소수 제조방법에서 문제시 되었던 산소분자 탈기현상을 해결하는데 효과적이다.
한편, 같은 산소량으로 산소분자를 물속에 최대한 많이 용해시키고자 즉, 배기되는 산소량을 최소로 하고자 기체-액체의 접촉시간을 최대로 할 수 있는 내부순환형 또는 외부순환형 가압기포탑 반응기방식으로도 설계 구성되어야 하는데, 본 발명에 따른 내부순환형과 외부순환형의 산소수 제조방법 및 장치의 바람직한 실시예를 각각 도 5와 도 6에 도시하였다. 도 5와 도 6을 구성하는 각각의 작용은 도 1에서 설명한 바와 같다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 대상원수에 포함되어 있는 오염물질은 활성탄소섬유필터와 이산화티타늄(TiO2) 광촉매/자외선 시스템으로부터 정수처리 및 살균되어지며, 정수되어진 물은 삼상가압기포탑의 운전으로 50ppm이상의 산소가 용존되어진 산소수로 제조되어지는 산소수 제조방법 및 그에 따른 장치를 제공하여 인간의 생명유지에 필수요소인 혈중산소를 호흡에서 보다 10배 이상 빠르게 확보하여 환경오염에 따른 국민건강을 증진하는데 효과가 있다.
본 발명에 따른 정수처리 된 산소수 제조방법 및 장치는, 고기능성 ACF 흡착제와 광촉매/자외선의 광화학적 반응에 의해 살균 및 정수처리 된 물속에 순간적으로 고농도의 산소를 용해시키고 용존되어진 산소분자를 안정화시켜 종래기술에서 문제시 되었던 개방 후 산소분자의 탈기현상을 최소화하는 효과가 있을 뿐만 아니라 같은 산소량으로 기체-액체의 접촉시간을 최대로 하여 잉여산소량을 최소로 하는, 즉 에너지를 절약하면서 산소수 내지 음료/주류/식품 등의 액상을 제조하는 방법과 장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정수처리 된 산소수 제조방법 및 장치를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 TiO2가 표면에 도포된 유동화 광촉매 담체의 단면도,
도 3은 본 발명에서 조업조건에 따른 산소수 제조방법을 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 산소분자 탈기속도를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 내부순환형 산소수 제조방법 및 장치를 나타낸 제2 실시예의 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 외부순환형 산소수 제조방법 및 장치를 나타낸 제3 실시예의 구성도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1. 산소수 제조장치 3. 자외선 램프
4. 활성탄소섬유필터 5. 압력계
6. 투시창 7. 분배기
9. 유동화 광촉매 10. 기포
11-15. 산소공급부 16. 전자식 벨브
17. 첵 벨브 18-22. 대상원수 유입부
23-24. 산소수 유출부
Claims (1)
- 정수처리 된 산소수 제조방법에 있어서,대상원수 속에 포함되어 있는 피흡착성 오염물질은 일차적으로 고기능성 활성탄소섬유필터(4)에 의해 흡착 제거되며, 질환 요인성 물질/악취/미생물의 난분해성 오염원은 광촉매/자외선의 광화학적인 반응작용에 의해 완전 살균 정수처리 되되,광원으로 사용되는 자외선 램프(3)는 고순도 고압용 석영재질의 이중관 램프로서 시스템 내부에 구비되어 광촉매에 활성화 에너지를 조사하고,광화학적인 반응에서 촉매로 사용되어지는 이산화티타늄(TiO2) 유동상 광촉매 담체(9)는 밀도가 1.0-2.0 g/cm3 이고 크기가 1.0-10.0mm인 지지체(9')의 표면에 다층으로 증착되어 제조된 것으로 액상과 산소기포(10)의 유체역학적인 흐름으로 용이하게 유동되어지면서 수중의 오염원과 활발히 접촉하여 오염원을 분해하며,정수처리와 동시에 미세 산소기포(10)의 산기방식이 도입된 에너지 절약형 기체(산소)/액체(물)/고체(광촉매) 삼상 가압기포탑 시스템(1)의 물리화학적인 반응을 특징으로 하여,일반수보다 500% 이상의 과포화 상태의 안정화된 산소분자를 함유하는 산소수 내지 액상을 제조하는 방법.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100858278B1 (ko) * | 2007-02-26 | 2008-09-11 | 오승환 | 마이크로나노버블 처리된 주조용수를 이용한 주류의제조방법 |
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-
2003
- 2003-11-26 KR KR1020030084750A patent/KR20050051062A/ko not_active Application Discontinuation
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