KR20070007811A - 유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 및/또는오염된 공기를 산소 이온으로 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents

유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 및/또는오염된 공기를 산소 이온으로 처리하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 내지 오염된 공기를 이온화기에서 생성된 산화제로서의 산소 양이온들 및 음이온들로 집중 처리함으로써 그 오염된 물 또는 오염된 공기를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 그것은 공기를 팬/압축기에 의해 필터를 경유하여 흡인하고, 흡인된 공기를 관 모양으로 구성된 이온 발생기에서 와동시키며, 4,000 내지 16,000 ㎐의 펄스 주파수에서 2,300 V 내지 6,400 V의 전압과 25 ㎐ 내지 580 ㎐의 주파수로 산소 분자들을 이온화시키고, 정전 하전된 입자들을 갖는 공기를 배출 시스템을 경유하여 넓은 면적에 걸쳐 처리할 매질로 도입하는 동시에 분배하되, 이온 측정 프로브 및 그에 적합하게 맞춰진 제어 시스템에 의해 이온 강도를 측정함으로써, 최적의 작업 범위를 제어함으로써 달성되게 된다.
오염, 물, 공기, 산소 이온, 팬/압축기, 이온 발생기, 배출 시스템, 이온 강도, 이온 측정 프로브

Description

유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 및/또는 오염된 공기를 산소 이온으로 처리하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE TREATMENT OF ORGANICALLY AND/OR BIOLOGICALLY CONTAMINATED AND/OR AIR CONTAMINATED WITH OXYGEN IONS}
본 발명은 유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 내지 오염된 공기를 이온화기에서 생성된 산화제로서의 산소 양이온들 및 음이온들로 집중 처리함으로써 그 오염된 물 또는 오염된 공기를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재, 다수의 수처리 방법들이 실무적으로 적용되고 있다. 그러한 수처리 방법들은 예컨대 특히 자외선(UV) 대역과 감마선 대역의 방사 에너지에 의한 방식, 전기 분해를 위해 염소 또는 염소 가스, 과산화수소, 및 염화나트륨을 첨가하는 방식, 그리고 매우 다양한 다른 화학 보조제에 의한 방식과 같은 매우 상이한 방식을 그 기반으로 하고 있다.
하지만, 종래의 모든 적용 방식들은 화학 물질 또는 상당한 양의 전기 에너지나 방사 에너지를 투여한다는 한 가지 공통점을 갖는다. 과학적으로 및 기술적으로, 부식성 화학 약품(여기서 특히 거명할 수 있는 것은 염소, 산화염소, 오존, 과산화수소, 은, 구리 등임)의 어떠한 첨가도 위험 및 악영향을 내포한다는 점에서 일치한다.
DE 100 14 833 내지 WO 01/72637에 따르면, 공정들이 아주 최소의 에너지 소비를 수반하는 전기 화학적 기반의 특성을 따르도록 하는 것을 달성하고 있다. 공기 중에 존재하는 산소 분자들을 하전함으로써, 양과 음으로 하전된 산소 이온들을 생성한다. 하전된 산소 분자들은 수중에서 산화시킬 반응 짝(유기물 및 무기물)과 그 전하를 신속하게 교환하는 특성이 있다.
본 발명은 DE 100 14 833 내지 WO 01/72637에 따른 방법 및 장치를 한층 더 개선한 것이다. 그것은 특히 이온화시킬 공기의 공급, 방법 조건들, 이온 발생기의 제어와 구조, 및 다양한 적용 분야에 맞춰진 배출 시스템과 관련되어 있다.
본 발명의 목적은 자연적 산화의 방식을 유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 내지 공기의 처리에 최적으로 활용하는 방법 및 수처리 시스템을 개발하는 것이다.
그러한 목적은 본 발명에 따라
- 공기를 팬/압축기에 의해 필터를 경유하여 흡인하는 단계,
- 흡인된 공기를 관 모양으로 구성된 이온 발생기에서 와동시키는 단계,
- 4,000 내지 16,000 ㎐의 펄스 주파수에서 2,300 V 내지 6,400 V의 전압과 25 ㎐ 내지 580 ㎐의 주파수로 산소 분자들을 이온화시키는 단계, 및
- 정전 하전된 입자들을 갖는 공기를 배출 시스템을 경유하여 넓은 면적에 걸쳐 처리할 매질로 도입하는 동시에 분배하는 단계를 포함하되,
- 이온 측정 프로브(probe) 및 그에 적합하게 맞춰진 제어 시스템에 의해 이온 강도를 측정함으로써, 최적의 작업 범위를 제어하는 방법에 의해 달성되게 된다.
전극의 펄스 주파수 또는 극성 반전 주파수(pole reversal frequency)를 사용되는 교류의 주파수와는 무관하게 펄스 발생기에 의해 설정한다.
그럼으로써, 산소 양이온들과 음이온들의 수가 제어되게 된다.
공기를 0.2 내지 0.6 바의 압력으로 이온 발생기에 도입하는 것이 바람직하다.
이온 발생기에서는, 4,000 내지 6,000 ㎐의 펄스 주파수에서 전압을 200 V 내지 250 V(예컨대, 공급 전압)로, 그리고 주파수를 50 ㎐ 내지 150 ㎐로 하는 것이 바람직하다.
이온 발생기에서는, 정전 하전에 의해 비활성 산소 분자들로부터 O2 + 및 O2 -의 산소 이온들이 생성된다. 하전된 산소 이온들을 공기와 함께 배출 시스템으로 인도한다.
작업 범위를 상대적으로 작은 화학 반응 에너지 범위로 한정한다. 개선의 요점은 활성 산소 이온들의 높은 산화 전위에 입각하여 비활성 산소와 오존 사이의 그러한 작은 범위를 자연 산화에 활용한다는 것이었다.
실제로, 높은 에너지량의 작용 하에서 단지 활성 산소 이온들로부터 오존으로의 전이만이 신속하게 이뤄진다. 오존에 의한 분해 효과가 이온화에 의한 것보다 훨씬 더 작기 때문에, 방법에 대한 개선에 있어 산소 이온들만을 전적으로 생성하여 오존 쪽으로의 증대된 생성 및 과도 반응을 배제시키도록 의도하였다.
아주 작은 양으로 생성된 어떠한 오존이라도, 실제로 그것은 생성되는 활성 산소 이온들의 손실을 의미하게 된다. 주로 주위 공기 중에서 제공되는 산소 분을 산소 이온들의 생성에 최상으로 사용하여야 최적의 산화 거동이 얻어지게 된다. 그것을 전압 유형 및 전압 크기와 같은 다양한 기술적 파라미터들에 의해 구현하였다.
그럼으로써, 탄화수소 및 화학적으로 유사한 그 화합물들이 신속하게 효과적으로 산화된다. 하전된 산화 이온들의 높은 산화 전위로 인해, 박테리아 외피들이 쪼개져 영구적으로 파괴된다.
수중에 용해된 휴믹 물질(humic substance)은 음용수 처리에 있어 난분해성 물질에 속한다. 그에 대해서도 역시 양호한 결과가 얻어진다. 산소 양이온들과 음이온들을 의도된 대로 사용함으로써, 화학적으로 산화시키기 어려운 물질들의 분해에 정량적으로 영향을 미칠 수 있다.
오존 생성과는 대조적으로, 산소 이온 생성에는 에너지량이 훨씬 덜 필요하다. 총 에너지 수요는 중간 정도 오염된 원수 1리터당 약 0.8 와트이다.
그와 같이 이온화된 공기를 가능 한 한 넓은 면적에 걸쳐 처리할 매질(오염된 물 및/또는 오염된 공기)로 인도하는 것이 중요하다.
공기 배출 채널에 있는 이온 측정 프로브는 이온 발생기의 작업 범위를 감시하고, 오염도에 따라 이온 발생기 중의 전압과 주파수를 제어한다.
본 발명에 따른 장치 또는 시스템은
- F7 필터(2)가 상류에 연결된 공기 흡인/압축용 측면 채널 팬/압축기(1),
- 분리된(2개의 유리 관들 중의 하나(11)에 의해) 특수강제 음극 망(12)과 양극 망(13)을 구비한 서로 끼워지는 2개의 유리 관들(10, 11)의 형태로 된 이온 발생기,
- 넓은 면적에 걸쳐 배치되고, 처리할 매질에서 이온화된 공기의 와동을 일으키는 배출 시스템, 및
- 이온 측정 프로브(6)에 의해 제어되는 제어 시스템(3)으로 이뤄진다.
소위 F7 필터란 흡인된 외기를 필터링하는 < 50 ㎛의 미세 필터를 말한다.
배출 시스템을 제외한 모든 장치 구성 요소가 밀폐된 이송 가능 시스템에 콤팩트하게 배치되는 것이 매우 바람직하다(도 1).
원통형의 이온 발생기(도 2를 참조)는 2개의 단부 캡들(9)을 구비한 유리 관(10)으로 이뤄지는데, 그 유리 관(10)에는 제2 유리 관(11)이 단부 캡들(9) 위아래에 매설된다. 제2 유리 관(11)은 음극 망(12)과 양극 망(13) 사이의 절연체로서의 역할을 한다. 하나의 단부 캡(9)에서 공기를 취입하여 음극 망(12) 및 양극 망(13)과 더불어 내부 유리 관(11)을 통해 흐르게 한다.
그와 같이 통과하여 흐를 때에, 음극 망과 양극 망(12, 13)에서 와동이 발생하는 동시에 공기 중에 있는 산소 분자들의 정전 하전이 발생하게 된다. 이제, 그렇게 활성화된 산소 양이온들과 음이온들은 다른 단부 캡(9)을 경유하여 배출 시스템으로 인도된다.
최적의 와동을 구현하기 위해, 공기는 0.2 내지 0.6 바의 압력으로 이온 발생기로 도입된다. 음극 망(12)은 특수강으로 제작되고, 그 메쉬 폭은 바람직하게는 0.6 ㎜ 내지 1.5 ㎜이며, 그 재료 두께는 바람직하게는 0.2 ㎜ 내지 0.5 ㎜이다. 양극 망(13)도 역시 특수강으로 제작되지만, 그 메쉬 폭은 바람직하게는 1.4 ㎜ 내지 2.6 ㎜이고, 그 재료 두께는 0.5 ㎜ 내지 1.2 ㎜이다.
작업 범위는 2,300 V 내지 6,400 V의 전압과 25 ㎐ 내지 580 ㎐의 주파수로 한다. 200 V 내지 250 V(공급 전압)의 교류 전류와 50 ㎐ 이상의 주파수를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배출 시스템은 넓은 면적으로 구성되지만, 처리할 매질에 의존하여 상이하게 형성된다. 그 중에서도 특히,
- 공기를 처리할 경우에는 배출 노즐로서 형성되고(도 3을 참조),
- 물을 처리할 경우에는 배출 판으로서 형성되며(도 4를 참조),
- 물과 공기를 동시에 처리할 경우에는 파이프형 시스템으로 형성된다(도 5를 참조).
공기 안내 시스템들에서는, 지름 30 ㎜ 내지 80 ㎜의 원형 입구(14), 80 ㎜ 내지 250 ㎜의 타원형 출구(15), 및 100 ㎜ 내지 150 ㎜ 이격된 와동 날개(16)로 구성된 배출 노즐을 통해 공기 안내가 이뤄진다. 그럼으로써, 산소 이온들의 최적의 분배, 최적의 와동, 및 처리할 공기와의 최적의 혼합이 보장되게 된다.
음용수, 공정수, 및 폐수를 처리할 경우에는, 배출 판을 통해 분배가 이뤄진다. 그러한 배출 판은 폐쇄된 하부 판, 그 위에 고정된 높이 8 ㎜ 내지 14 ㎜의 공기 분배 코일(17), 0.6 ㎜ 내지 1.3 ㎜의 구멍들(5)이 달린 커버 판으로 이뤄지는데, 0.3 ㎜ 내지 1.6 ㎜의 기포 크기를 갖는 이온화된 공기가 구멍들(5)을 통해 수중으로 새어나와 그를 통해 흐를 수 있게 된다.
바람직하게는 통기 및 공조 기술 시스템에서 물과 공기를 동시에 처리할 경우에는, 파이프형 배출 시스템을 통해 분배가 이뤄진다. 이온화된 산소는 공기 분배기(7)로 안내된다. 공기 분배기에 접속되고 서로 연결된 천공 파이프 시스템(8)은 각각 8 ㎜ 내지 48 ㎜의 지름을 갖고, 파이프에 마련된 0.8 ㎜ 내지 2.9 ㎜의 공기 배출 개구부들(5)은 물을 통해 최적으로 흐르고 나서 정화할 공기에 의해 최적으로 와동하도록 하는 1 ㎜ 내지 3.2 ㎜의 기포 크기를 보장한다.
첨부 도면들에는 본 발명에 따른 장치가 그 변형 구성들과 함께 예시적으로 도시되어 있다. 그러한 첨부 도면들 중에서,
도 1은 배출 시스템 없는 콤팩트 시스템을 나타낸 도면이고,
도 2는 이온 발생기를 나타낸 도면이며,
도 3은 공기 처리용 배출 노즐을 나타낸 도면이고,
도 4는 물 처리용 배출 판을 나타낸 도면이며,
도 5는 물과 공기를 처리하기 위한 파이프형 배출 시스템을 나타낸 도면이다.
첨부 도면들에서, 도면 부호들은 다음의 것들을 지시하고 있다:
1: 팬/압축기(도 1), 2: F7 필터(도 1), 3: 제어 시스템(도 1), 4: 이온 발 생기(도 1), 5: 배출 개구부(도 4 및 도 5), 6: 이온 측정 프로브, 7: 공기 분배기(도 5), 8: 천공 파이프 시스템(도 5), 9: 이온 발생기의 단부 캡들(도 2), 10: 이온 발생기의 외부 유리 관(도 2), 11: 이온 발생기의 내부 유리 관(도 2), 12: 이온 발생기의 음극 망(도 2), 13: 이온 발생기의 양극 망(도 2), 14: 원형 입구(도 3), 15: 타원형 출구(도 3), 16: 와동 날개(도 3), 17: 공기 분배 코일(도 4).
이온 강도를 측정하기 위해, 채널 내에 이온 측정 프로브가 내장된다. 특히, 이온 발생기에서의 전압과 펄스 주파수가 제어 시스템에 의해 제어된다. 미처리된 물의 유입량도 역시 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 에너지 소비는 물 1리터당 0.1 내지 1.5 와트로서, 종래 공지의 방법에서 평균 0.8 와트/리터인 것보다 더 낮다.
그러한 개선된 신규의 이온화 방법에 의해, 매우 높은 산화 강도가 얻어지게 된다. 종래에는, 오존이 최상의 산화제로서 여겨졌다. 즉, 현재 모든 방면에서 실용화되어 있는 종래의 오존 처리보다 효과가 더 높다는 것이 명백하다.
공기를 처리할 경우, 공기는 공기 팬 유닛을 통해 흡인되어 이온 발생기로 인도된다. 공기는 전기 하전에 의해 이온화되고, 최단 거리를 거쳐 이온 유도부로 이송된다. 전기 하전된 이온들은 이온 유도부를 경유하여 공기 안내 시스템의 채널에 도달하여 살균할 오염 공기와 마주치고, 공기 중에 존재하는 병원체들과 반응하여 그 병원체들을 제거한다.
산화 공정들의 결과로서, 발생한 악취로 인한 괴로움도 누그러진다.
공기 안내 시스템 전체의 살균이 이뤄지게 된다. 처리된 오염 공기는 병원체 및 박테리아와 같은 공해 물질과 악취 발산이 없어져 대기중으로 염려 없이 방출될 수 있게 된다.
유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물을 처리하는 예로서, 다음의 적용 분야들을 들 수 있다:
- 식염수의 살균, 허드렛물의 살균, 및 육류 가공 시의 가공실 살균,
- 음료수 산업에서의 병 세척용 물의 살균,
- 양어장 내 물의 살균,
- 생산 공정으로 되돌리거나 공용 하천으로 되돌리기 위한 공정수의 살균.
음용수 처리의 실제의 주관심사는 살충제 잔류물(농약으로부터 나온)인데, 그 이유는 근년에 들어 원수(raw water) 중의 제초제와 다른 살충제의 분율이 증가하고 있기 때문이다. 식물 병충해 방제 약품과 살충제는 1970년 이래로 광범위하게 사용되어 왔다. 그러한 물질의 특성은 대부분 어주 어렵게만 분해될 수 있거나 전혀 분해될 수 없다는 것이기 때문에, 그들은 토양을 통해 대수층까지 도달한다. 제초제의 주된 대표 주자 중의 하나로서 아트라진을 들 수 있다. 그것은 트리아진 제초제의 가장 현저한 대표 주자이다. 자연 중에서의 분해능이 사실상 0이다. 그에 반해, 본 발명에 따른 결과는 산소 이온들의 높은 활성을 입증하고 있다.
살균의 효과를 검증하기 위해, 본 발명에 따른 장치를 일정량의 레지오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila) 박테리아가 접종된 물을 처리하는데 적용하였다. 그를 위해, 대수계에서의 격심한(예외적인 경우에 생기는) 오염에 해당하는 출발 농도를 선택하였다.
현존 박테리아 농도를 결정하기 위한 1차 샘플링이 이뤄진 후에(영점 치), 장치를 가동시키기 시작하였고, 미리 정해진 시간 간격으로 물 샘플을 추출하여 현미경으로 검사하였다.
제1 샘플은 140,000 KBE/ml의 레지오넬라 초기 농도(영점 치)를 보였다. 샘플링 후에, 장치를 켰다. 1시간의 경과 시간 후에 벌써, 사용된 레지오넬라 뉴모필라 박테리아 균주가 140,000 KBE/ml로부터 더 이상 검출할 수 없는 농도로 감소하는 것이 나타났다. 여기서, KBE(= colony formin unit)는 콜로니 형성 단위이다.

Claims (9)

  1. 유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 내지 오염된 공기를 이온화기에서 생성된 산화제로서의 산소 양이온들 및 음이온들로 집중 처리함으로써 그 오염된 물 또는 오염된 공기를 처리하는 방법에 있어서,
    - 공기를 팬/압축기에 의해 필터를 경유하여 흡인하는 단계,
    - 흡인된 공기를 관 모양으로 구성된 이온 발생기에서 와동시키는 단계,
    - 4,000 내지 16,000 ㎐의 펄스 주파수에서 2,300 V 내지 6,400 V의 전압과 25 ㎐ 내지 580 ㎐의 주파수로 산소 분자들을 이온화시키는 단계, 및
    - 정전 하전된 입자들을 갖는 공기를 배출 시스템을 경유하여 넓은 면적에 걸쳐 처리할 매질로 도입하는 동시에 분배하는 단계를 포함하되,
    - 이온 측정 프로브 및 그에 적합하게 맞춰진 제어 시스템에 의해 이온 강도를 측정함으로써, 최적의 작업 범위를 제어하는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공기를 0.2 내지 0.6 바의 압력으로 이온 발생기에 도입하는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이온 발생기에서는, 4,000 내지 6,000 ㎐의 펄스 주파수에서 전압을 200 V 내지 250 V(예컨대, 공급 전압)로, 그리고 주파수를 50 ㎐ 내지 150 ㎐로 하는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 방법.
  4. 유기적으로 및/또는 생물학적으로 오염된 물 내지 오염된 공기를 이온화기에서 생성된 산화제로서의 산소 양이온들 및 음이온들로 집중 처리함으로써 그 오염된 물 또는 오염된 공기를 처리하는 장치에 있어서,
    - F7 필터(2)가 상류에 연결된 공기 흡인/압축용 측면 채널 팬/압축기(1),
    - 분리된(2개의 유리 관들 중의 하나(11)에 의해) 특수강제 음극 망(12)과 양극 망(13)을 구비한 서로 끼워지는 2개의 유리 관들(10, 11)의 형태로 된 이온 발생기,
    - 넓은 면적에 걸쳐 배치되고, 처리할 매질에서 이온화된 공기의 와동을 일으키는 배출 시스템, 및
    - 이온 측정 프로브(6)에 의해 제어되는 제어 시스템(3)으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 파이프라인 또는 호스를 거쳐 접속되는 배출 시스템을 제외한 모든 장치 구성 요소가 밀폐된 시스템에 콤팩트하게 배치되는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 이온 발생기에서, 음극 망(12)은 0.6 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 메쉬 폭 및 0.2 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 재료 두께를 갖고, 양극 망은 1.4 ㎜ 내지 2.6 ㎜의 메쉬 폭 및 0.5 ㎜ 내지 1.2 ㎜의 재료 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 공기를 처리하기 위한 배출 시스템은 배출 노즐이고, 그 배출 노즐은 지름 30 ㎜ 내지 80 ㎜의 원형 입구(14), 80 ㎜ 내지 250 ㎜의 타원형 출구(15), 및 100 ㎜ 내지 150 ㎜ 이격된 와동 날개(16)로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 장치.
  8. 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 물을 처리하기 위한 배출 시스템은 배출 판이고, 그 배출 판은 폐쇄된 하부 판, 그 위에 고정된 높이 8 ㎜ 내지 14 ㎜의 공기 분배 코일(17), 0.6 ㎜ 내지 1.3 ㎜의 구멍들(5)이 달린 커버 판으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 장치.
  9. 제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 물과 공기를 처리하기 위한 배출 시스템은 파이프형 배출 시스템이고, 그 파이프형 배출 시스템은 공기 분배기(7) 및 공기 분배기에 접속되고 서로 연결된 천공 파이프 시스템(8)을 구비하며, 천공 파이프 시스템은 8 ㎜ 내지 48 ㎜의 지름을 갖고, 파이프에 마련된 0.8 ㎜ 내지 2.9 ㎜의 공기 배출 개구부들(5)을 구비하는 것을 특징으로 하는 오염된 물 내지 오염된 공기 처리 장치.
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