KR20090009493A - 오존을 이용한 폐수 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템에 관한 것으로, 전압을 공급하는 전원부와; 산소(O2)를 발생하는 산소 발생부와; 폐수를 저장 및 공급하는 수조와; 상기 전원부로부터 전압을 수신하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와; 상기 수조로부터 공급된 폐수와 오존(O3)의 혼합물과 오존 발생기에서 발생된 오존(O3)을 혼합하여 배출하는 순환 펌프부와; 상기 순환펌프로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출하는 분사 펌프부와; 상기 순환 펌프부 또는 상기 분사 펌프부로부터 배출되는 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 순환시켜 배출하는 용존부; 및 상기 산소 발생부로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시키고 상기 용존부로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조로 배출하는 오존 발생기;를 포함하며, 상기 오존(O3)과 폐수의 혼합물이 상기 순환 펌프부, 상기 분사 펌프부, 상기 용존부, 상기 오존 발생기 및 상기 수조를 순환하면서 상기 오존(O3)에 의해 상기 폐수를 정화 처리하는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020070072806
오존발생장치, 오존, 산소, 방전, 전극, 냉각, 히트싱크

Description

오존을 이용한 폐수 정화 시스템{System For Purifying Waste Water Using Ozone}
본 발명은 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템에 관한 것으로, 특히 하수나 오수 등의 각종 폐수를 오존(O3)을 이용하여 정화 처리시킬 수 있는 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템에 관한 것이다.
오늘날, 산업사회의 급속한 발전과 생활수준의 향상으로 물 사용이 급증하면서 많은 양의 오폐수가 발생하고 있고, 최근에는 제대로 소독되지 않은 오폐수가 강과 지하수로 유입되어 수돗물에 바이러스가 검출되고 오염 지하수를 음용한 사람이 수인성 전염병에 걸리는 등 오폐수의 소독과 정화가 사회적인 문제로 대두 되고 있다.
현재 일반적으로 사용되고 있는 수처리 기술로는 미생물을 이용한 생물학적 처리기술과 여과, 응집, 침전 또는 흡착 등의 물리 화학적 처리기술이 있으나 생물 학적 처리기술은 건설비가 비싸고 난분해성 오염물질을 제거하기 어렵다는 단점이 있고 물리 화학적 처리기술은 운영비가 많이 소요될 뿐만 아니라 다량의 슬러지를 유발한다는 단점이 있다.
한편, 정수 처리장에서 많이 사용되었던 염소소독은 처리수 중에 인체에 해로운 THM(Trihalomethanes)물질을 생성하며 각종 산업체에서 배출되는 염소계 유기화합물을 제거하지 못하는 단점이 있다. 따라서 이러한 난분해성 물질을 제거하기 위해 일부 처리장에서는 활성탄 흡착, 오존산화법 등을 사용하고 있으나 활성탄 흡착법은 물리적 흡착에 의한 오염가능성이 있으며 오존 산화법은 난분해성 유기물의 산화시 부산물을 생성하기 쉽고 브롬(Br) 화합물을 생성하는 문제점이 있다.
이에 따라 최근에는 2차 오염을 유발하지 않고 병원성 세균 및 유해 미생물을 살균할 수 있는 자외선 소독이 주목받고 있다. 이러한 자외선 소독작용은 주된 파장이 253.7㎚인 자외선을 미생물에 조사하여 미생물의 DNA를 파괴하거나 증식작용을 억제함으로써 방류수에 생존할 가능성이 있는 세균 또는 미생물을 살균하는 것이다. 그러나 자외선 소독기술은 수중에서 자외선의 도달거리가 짧기 때문에 적정량을 처리하기 위한 자외선 램프의 수 및 자외선 램프의 표면에 묻은 오염물의 주기적인 세척이 필요하기 때문에 유지 관리상의 문제점이 있다. 또한, 자외선을 이용한 살균으로는 병원성 미생물을 사멸시킬 수는 있으나 유기성 물질을 완전히 분해하지 못하는 한계가 있다. 이러한 유기성 물질의 분해를 촉진시키기 위해 자외선에 반응하는 광 촉매물질을 이용하고 있으나, 이 역시 시간 경과에 따라 슬러지 또는 오염물질이 자외선램프의 표면에 부착되면 광 투과율이 저하되어 분해효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 다음과 같이 이온 발생 장치를 이용하여 하수 및 폐수를 정화하는 방법이 있다.
먼저, (+) 전극 및 (-) 전극 사이에 고압의 전압을 인가하면 두 전극 사이에서 방전이 일어나 전기장을 형성한다. 이때 (-) 전극 내에서 자유롭게 움직이던 자유전자가 방출되어 반대 전극으로 이동하며, 방출된 자유전자는 높은 에너지 상태에 있음으로 두 전극 사이에 존재하는 공기의 여러 가지 기체 성분 등을 활성화시켜 이온 물질, 오존(O3), 산소 음이온(O2 -) 등이 생성되고, 생성된 전자들이 기체의 분자와 충돌하면서 기체 분자의 최외각 전자가 변화를 일으켜 반응성이 높은 라디컬, 여기전자 및 이온을 생성하여 새로운 화학반응을 일으킨다.
이러한 성질을 이용하여 유체 내에 오염을 일으키는 성분을 분해하는 데 적용할 수 있다. 즉, 오염물질을 포함한 폐수에 이온화 가스를 주입하면 라디컬, 여기 전자 및 이온 등 활성 물질이 폐수에 포함된 오염물질과 반응하여 산화분해시킴으로써 오염물질이 제거되는 데, 이를 크래킹(탄소 고리를 끊는 것)이라 한다.
도 1은 국내공개특허 제2000-0027032호에 개시된 이온발생장치의 구성도이다. 개시된 이온발생장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 고압의 전류가 인가되는 원추 형상의 마이너스 전극(20)과, 상기 원추 형상의 마이너스 전극(20)의 수직 방향에 대하여 직각인 수평 방향으로 설치되어 마이너스 전극(20)의 정상부(21)로부터 소정 간격 떨어져 설치되고, 정상부(21)를 지나는 수직선을 중심으로 하는 원형구 멍이 형성된 판 상의 플러스 전극(22)을 포함하여 구성하고 있다. 그러나, 이러한 구성을 갖는 종래의 이온 발생 장치는 두 전극의 형상이 평평한 판 형상의 넓은 면적으로 구성되어 있기 때문에 고압의 전류를 인가할 경우 방전을 위한 전력소비가 많고, 평평한 판 형상의 (-) 전극에 인가되는 단위 면적당 전력소비량에 비하여 이온 발생량은 적어 비효율적인 문제점이 있었다. 그리고, 고전류 및 고전압에서는 쇼트가 발생 되는 등의 문제점도 있었다.
도 2는 국내공개특허 제2001-47773호에 개시된 플라즈마를 이용한 폐수정화장치를 도시한 구성도이다. 개시된 플라즈마를 이용한 폐수정화장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 파이프 형상의 유전체(11), 유전체의 외면에 도금되어 있는 외부전극(13), 유전체 내에 배치된 코일스프링 형상의 내부전극(14) 및 외부전극(13)과 내부전극(14) 간에 고전류를 인가하여 유전체 내에 플라즈마를 발생시키는 전원공급장치(15)를 포함하는 방전관(10)이 기재되어 있으나, 유전체로서 파인세라믹을 사용하여야 하고, 이온 발생 효율이 만족스럽지 못하고, 청결한 압축공기를 사용하여야 하므로 전반 설비가 필요하고 비용이 과다하게 소요되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 하수나 오수 등의 각종 폐수를 오존(O3)을 이용하여 정화 처리시킬 수 있는 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 고농도의 축산폐수 및 인 분뇨 폐수 등을 오존(O3)을 이용하여 정화 처리시킬 수 있는 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 3 목적은 오존(O3)이 용존된 폐수를 순환시켜 용존율을 증가시킬 수 있는 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제 4 목적은 방전 시 발생하는 방전열을 효율적으로 냉각시켜 오존(O3) 발생에 소모되는 전력을 극소화하고, 오존(O3)의 생성 효율을 극대화하면서 오존발생장치의 수명을 최대화하여 반영구적으로 사용할 수 있는 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시 스템은, 전압을 공급하는 전원부와; 산소(O2)를 발생하는 산소 발생부와; 폐수를 저장 및 공급하는 수조와; 상기 전원부로부터 전압을 수신하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와; 상기 수조로부터 공급된 폐수와 오존(O3)의 혼합물과 오존 발생기에서 발생된 오존(O3)을 혼합하여 배출하는 순환 펌프부와; 상기 순환펌프로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출하는 분사 펌프부와; 상기 순환 펌프부 또는 상기 분사 펌프부로부터 배출되는 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 순환시켜 배출하는 용존부; 및 상기 산소 발생부로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시키고 상기 용존부로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조로 배출하는 오존 발생기;를 포함하며, 상기 오존(O3)과 폐수의 혼합물이 상기 순환 펌프부, 상기 분사 펌프부, 상기 용존부, 상기 오존 발생기 및 상기 수조를 순환하면서 상기 오존(O3)에 의해 상기 폐수를 정화 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템은, 전압을 공급하는 전원부와; 산소(O2)를 발생하는 산소 발생부와; 폐 수를 저장 및 공급하는 수조와; 상기 전원부로부터 전압을 수신하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와; 상기 수조로부터 공급된 폐수와 오존 발생기에서 발생된 오존(O3)을 혼합하여 배출하는 순환 펌프부와; 상기 산소 발생부로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시키고 상기 순환 펌프부로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)을 이용하여 폐수를 정화함과 동시에 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조로 배출하는 오존 발생기와; 상기 오존 발생기로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출하는 분사 펌프부; 및 상기 오존 발생기 또는 상기 분사 펌프부로부터 배출되는 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 순환시켜 상기 수조로 배출하는 용존부;를 포함하며, 상기 오존(O3)과 폐수의 혼합물이 상기 순환 펌프부, 상기 오존 발생기, 상기 분사 펌프부, 상기 용존부 및 상기 수조를 순환하면서 상기 오존(O3)에 의해 상기 폐수를 정화 처리하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 오존 발생기는, 제 1 전극을 형성하며 내부 공간으로 폐수 또는 냉각물질이 흐르는 제 1 전극관(110)과; 상기 제 1 전극관(110)과 소정의 간격으로 이격되어 방전 공간을 형성하며 상기 방전 공간에서의 오존발생을 유도하기 위한 유전체관(120)과; 상기 유전체관(120)의 외부에 위치하며 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극관(131)을 일체로 형성하고 있으며 상기 방전 공간에서 발생되는 열을 방열시키는 히트싱크(130)와; 상기 제 2 전극관(131)의 일 측에 체결되어 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)의 일 측을 고정 설치하며, 상기 방전 공간으로 산소(O2) 또는 공기를 유입하는 기류 유입구(142a)와 상기 제 1 전극관(110)의 내부 공간으로 폐수 또는 냉각물질을 유입하는 폐수 유입구(141a)가 형성된 비전도성 물질의 제 1 마개(140a); 및 상기 제 2 전극관(131)의 타 측에 체결되어 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)의 타 측을 고정 설치하며, 상기 방전 공간으로부터 오존(O3) 또는 공기를 배출하는 기류 배출구(142b)와 상기 제 1 전극관(110)의 내부 공간으로부터 폐수 또는 냉각물질을 배출하는 폐수 배출구(141b)가 형성된 비전도성 물질의 제 2 마개(140b);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 유전체관은 석영관, 유리관, 세라믹관 중 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 마개는 테프론 재질 또는 폴리머 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 마개는 상기 폐수 유입구 또는 상기 폐수 배출구가 일 측에 형성되어 있고, 상기 제 1 전극관과 상기 유전체관을 각각 고정하기 위한 고정홈과 암나사부가 타 측의 내부에 형성되어 있으며, 상기 기류 유입구 또는 상기 기류 배출구가 외주면의 한쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 마개는 상기 제 1 전극관과 상기 유전체관을 고정할 때 기밀 유지를 위해 오링 또는 패킹을 각각 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 히트싱크는 상기 방전 공간에서 발생되는 열을 방열시키기 위해 복수 개의 냉각팬이 상기 제 2 전극관의 외주면에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 전극관과 상기 히트싱크 및 제 2 전극관은 금, 은, 동, 알루미늄, 주석, 아연 중 어느 하나이거나 적어도 2개 이상의 합금물인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템에 의하면, 하수나 오수 등의 각종 폐수뿐만 아니라 고농도의 축산폐수 및 인 분뇨 폐수 등을 오존(O3)을 이용하여 정화 처리시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 오존(O3)이 용존된 폐수를 순환시켜 용존율을 증가시킬 수 있으며, 무성 방전 방식으로 오존을 발생하여 폐수를 정화 처리하는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 무성 방전이 생성되는 과정 중 발생하는 고열을 냉각수 또는 냉매를 이용하여 획기적으로 줄일 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 의한 폐수 정화 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
제 1 실시 예
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 의한 폐수 정화 시스템의 구성도이다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 의한 폐수 정화 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 오존 발생기(100), 수조(200), 순환 펌프부(300), 분사 펌프부(400), 용존부(500), 전원부(600), 고압 발생부(610), 산소 발생부(700) 등을 포함하여 구성한다.
상기 오존 발생기(100)는 상기 산소 발생부(700)로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부(610)로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시키고 상기 순환 펌프부(300) 또는 상기 분사 펌프부(400)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)을 이용하여 폐수를 정화함과 동시에 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조(200)로 배출한다.
상기 수조(200)는 상기 오존 발생기(100)의 방전 공간을 통해 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 담수하여 저장한다. 그리고, 상기 수조(200)는 외부로부터 정화 처리할 폐수를 유입하여 담수하여 저장한다.
상기 순환 펌프부(300)는 상기 수조(200)로부터 폐수를 공급받고 상기 오존 발생기(100)로부터 오존(O3)을 공급받아 이를 혼합한 후 배출한다. 이때, 상기 수조(200)로부터 배출되는 폐수에는 상기 오존 발생기(100)에서 배출된 혼합물로 인 해 오존(O3)이 포함될 수도 있다.
상기 분사 펌프부(400)는 상기 순환 펌프부(300)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물 또는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출한다.
상기 전원부(600)는 상기 고압 발생부(610)로 전압을 공급하며, 상기 고압 발생부(610)는 상기 전원부(600)로부터 수신된 전압을 승압시켜 상기 오존 발생기(100)로 고압을 발생시킨다.
상기 산소 발생부(700)는 상기 오존 발생기(100)로 산소(O2)를 발생(또는 공급)한다.
한편, 상기 용존부(500)는 상기 순환 펌프부(300) 및/또는 상기 분사 펌프부(400)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 순환시켜 상기 오존 발생기(100)로 배출한다. 이러한 기능을 갖는 상기 용존부(500)는 상기 순환 펌프부(300) 및/또는 상기 분사 펌프부(400)의 출력단과 상기 오존 발생기(100) 사이에 접속되어 구성된다. 하지만, 상기 용존부(500)는 필요에 따라 구성하지 않을 수도 있다.
상기 구성에 의한 폐수 정화 시스템은, 먼저 상기 산소 발생부(700)에서 상기 오존 발생기(100)로 산소(O2) 또는 공기를 공급하고, 상기 고압 발생부(610)에서 상기 오존 발생기(100)로 고압을 공급한다.
그 다음, 상기 오존 발생기(100)에서는 상기 산소 발생부(700)로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부(610)로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시킨다. 이때, 상기 오존 발생기(100)는 상기 순환 펌프부(300) 또는 상기 분사 펌프부(400)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)을 이용하여 폐수를 정화함과 동시에 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조(200)로 배출한다.
그 다음, 상기 순환 펌프부(300)에서는 상기 수조(200)로부터의 폐수와 상기 오존 발생기(100)로부터의 오존(O3)을 공급받아 이를 혼합한 후 배출하고, 상기 분사 펌프부(400)는 상기 순환 펌프부(300)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출한다.
그 다음, 상기 용존부(500)에서는 상기 순환 펌프부(300) 및/또는 상기 분사 펌프부(400)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 내부에서 순환시켜 상기 오존 발생기(100)로 배출한다.
상기 용존부(500)를 통해 상기 오존 발생기(100)로 배출된 오존(O3)과 폐수의 혼합물은 상기 오존(O3)이 폐수에 포함된 오염물질과 반응하여 산화분해시킴으로써 오염물질이 제거함으로써 상기 폐수를 정화 처리한 후 상기 수조(200)로 다시 배출된다. 이때, 상기 오존 발생기(100)의 방전 공간에서 발생된 고열은 상기 오존 발생기(100)를 통과하는 폐수에 의해 냉각되게 되는데, 이에 대한 구성 및 원리에 대해서는 도 5 및 도 6에 도시된 오존 발생기(100)를 설명할 때 더 자세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명에 의한 폐수 정화 시스템에서 폐수를 정화하는 방법은 오염물질을 포함한 폐수에 상기 오존(O3)을 주입하면 라디컬, 여기 전자 및 이온 등 활성 물질이 폐수에 포함된 오염물질과 반응하여 산화분해시킴으로써 오염물질이 제거되게 된다.
제 2 실시 예
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 의한 폐수 정화 시스템의 구성도이다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 의한 폐수 정화 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, 오존 발생기(1100), 수조(1200), 순환 펌프부(1300), 분사 펌프부(1400), 용존부(1500), 전원부(1600), 고압 발생부(1610), 산소 발생부(1700) 등을 포함하여 구성한다.
상기 오존 발생기(1100)는 상기 산소 발생부(1700)로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부(1610)로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시키고 상기 순환 펌프부(1300)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)을 이용하여 폐수를 정화함과 동시에 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조(1200)로 배출한다.
이때, 상기 전원부(1600)는 상기 고압 발생부(1610)로 전압을 공급하며, 상기 고압 발생부(1610)는 상기 전원부(1600)로부터 수신된 전압을 승압시켜 상기 오존 발생기(1100)로 고압을 발생시킨다. 그리고, 상기 산소 발생부(1700)는 상기 오존 발생기(1100)로 산소(O2)를 발생(또는 공급)한다.
상기 분사 펌프부(1400)는 상기 오존 발생기로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출한다.
상기 수조(1200)는 상기 오존 발생기(100)의 방전 공간을 통해 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 저장하고 상기 순환 펌프부(1300)로 저장된 혼합물을 공급한다.
상기 순환 펌프부(1300)는 상기 수조(1200)로부터 공급된 오존(O3)과 폐수의 혼합물과 상기 오존 발생기(100)로부터의 오존(O3)을 공급받아 이를 혼합한 후 상기 오존 발생기(1100)로 공급한다.
한편, 상기 용존부(1500)는 상기 오존 발생기(1100) 및/또는 상기 분사 펌프부(1400)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 순환시켜 상기 수조(1200)로 배출한다. 이러한 기능을 갖는 상기 용존부(1500)는 상기 오존 발생기(1100) 및/또는 상기 분사 펌프 부(1400)의 출력단과 상기 수조(1200) 사이에 접속되어 구성된다. 하지만, 상기 용존부(1500)는 필요에 따라 구성하지 않을 수도 있다.
상기 구성에 의한 폐수 정화 시스템은, 먼저 상기 산소 발생부(1700)에서 상기 오존 발생기(1100)로 산소(O2) 또는 공기를 공급하고, 상기 고압 발생부(1610)에서 상기 오존 발생기(1100)로 고압을 공급한다.
그 다음, 상기 오존 발생기(1100)에서는 상기 산소 발생부(1700)로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부(1610)로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시킨다. 이때, 상기 오존 발생기(1100)는 상기 순환 펌프부(1300)로부터 배출되는 오존(O3)과 냉각수(H2O)의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)을 이용하여 폐수를 정화함과 동시에 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조(1200)로 배출한다.
그 다음, 상기 분사 펌프부(1400)는 상기 오존 발생기(1100)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출한다.
그 다음, 상기 용존부(1500)에서는 상기 오존 발생기(1100) 및/또는 상기 분사 펌프부(1400)로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 내부에서 순환시켜 상기 수조(1200)로 배출한다.
그 다음, 상기 수조(1200)에서는 상기 용존부(1500)로부터 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 저장하고, 저장된 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 상기 순환 펌프부(1300)로 배출한다.
그 다음, 상기 순환 펌프부(1300)에서는 상기 수조(1200)로부터 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받고 상기 오존 발생기(1100)로부터 오존(O3)을 공급받아 이를 혼합한 후 상기 오존 발생기(1100)로 배출된다. 이때, 상기 오존 발생기(1100)로 공급되는 혼합물(H2O+O3)은 상기 오존 발생기(100)의 방전 공간에서 발생된 오존(O3)을 이용하여 폐수를 정화 처리함과 동시에 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조(1200)로 배출한다.
본 발명에 의한 폐수 정화 시스템에서 폐수를 정화하는 방법은 앞에서와 마찬가지로, 오염물질을 포함한 폐수에 상기 오존(O3)을 주입하면 라디컬, 여기 전자 및 이온 등 활성 물질이 폐수에 포함된 오염물질과 반응하여 산화분해시킴으로써 오염물질이 제거되게 된다.
오존 발생기
도 5 및 도 6은 본 발명에서 사용된 오존 발생기의 분해 사시도 및 단면도이다.
상기 오존 발생기(100 또는 1100)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 전극관(110), 유전체관(120), 히트싱크(130), 제 1 및 제 2 테플론마개(140a,140b) 등으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 제 1 전극관(110)은 제 1 전극을 형성하는 금속 재질의 파이프로 구성되어 있으며, 상기 파이프의 내부 공간으로 냉각물질(냉각수 또는 냉매)이 흐르도록 구성되어 있다.
상기 유전체관(120)은 상기 방전 공간에서의 오존발생을 유도하기 위해 석영, 유리, 세라믹을 포함한 유리 및 세라믹 재질 중에서 하나의 재질로 된 파이프로 구성되며, 상기 제 1 전극관(110)과 소정의 간격으로 이격되어 방전 공간을 형성하고 있다.
상기 히트싱크(130)는 상기 유전체관(120)의 외부에 위치하며 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극관(131)과 상기 제 2 전극관(131)의 외주면에 형성된 복수 개의 냉각팬(132)을 일체로 형성하고 있으며 상기 방전 공간에서 발생되는 열을 방열시키는 역할을 한다.
상기 제 1 마개(140a)는 상기 제 2 전극관(131)의 일 측에 체결되어 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)의 일 측을 고정 설치하며, 상기 방전 공간으로 산소(O2) 또는 공기를 유입하는 기류 유입구(142a)와 상기 제 1 전극관(110)의 내부 공간으로 폐수(또는 냉각물질)를 유입하는 폐수 유입구(141a)가 형성된 비전도성 물질로 구성된다. 또한, 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)을 각각 고정하기 위한 고정홈과 암나사부(143a)가 타 측의 내부에 형성되어 있다.
상기 제 2 마개(140b)는 상기 제 2 전극관(131)의 타 측에 체결되어 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)의 타 측을 고정 설치하며, 상기 방전 공간으로부터 오존(O3) 또는 공기를 배출하는 기류 배출구(142b)와 상기 제 1 전극관(110)의 내부 공간으로부터 폐수(또는 냉각물질)를 배출하는 폐수 배출구(141b)가 형성된 비전도성 물질로 구성된다. 또한, 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)을 각각 고정하기 위한 고정홈과 암나사부(143b)가 타 측의 내부에 형성되어 있다.
상기 제 1 및 제 2 마개(140a)(140b)는 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)을 고정할 때 기밀 유지를 위해 오링(151)(152)을 각각 사용하여 고정한다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 마개(140a)(140b)는 기밀 유지를 위해 상기 오링(151)(152) 대신에 패킹을 사용하여 형성할 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 마개(140a)(140b)는 테플론 재질 또는 폴리머 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 전극관(110)과 상기 히트싱크(130) 및 제 2 전극관(131)은 금, 은, 동, 알루미늄, 주석, 아연 중 어느 하나이거나 적어도 2개 이상의 합금물로 구성할 수 있다.
여기서, 상기 유전체관(120)은 상기 히트싱크(130)의 내경을 따라 유리재 및 세라믹 소재의 오존가스 발생 유도체를 사용하여 파우더로 도포 및 코팅하여 형성할 수도 있다.
또한, 상기 히트싱크(130)는 상기 히트싱크(130)의 외부에 쿨링팬(미도시)을 추가로 설치하여 상기 제 2 전극관(131)을 통해 상기 냉각팬(132)으로 전달되는 열을 강제로 식히도록 구성할 수도 있다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 오존 발생기(100)는, 상기 제 1 마개(140a)의 기류 유입구(142a)를 통해 상기 방전 공간으로 산소(O2) 또는 공기를 주입한 후 상기 제 1 전극관(110)으로 제 1 전극을 인가하고 상기 히트싱크(130)의 제 2 전극관(131)으로 제 2 전극을 인가하면, 방전을 유도하는 상기 유전체관(120)을 매개로 하여 상기 방전 공간에서 무성 방전이 일어나면서 오존(O3)이 발생한다.
예를 들어, 산소 공급 방법이 공기인 경우에는 실용 오존농도 범위는 13～15g/㎥이며, 소비전력은 약 15～18kW/kg-O3 이다. 그리고 산소 공급 방법이 순 산소(O2)인 경우에는 실용 오존농도 범위는 100～200g/㎥이며, 소비전력은 약 7～13kW/kg-O3 이다.
상기 무성방전에 의해 오존(O3)이 발생되는 원리를 반응식으로 나타내면 다음의 반응식 1 및 2와 같다.
O2 + e- ⇒ O + O + e-
O + O2 + M ⇒ O3 + M
즉, 반응식 1과 같은 반응에 의해 가속된 전자들에 의해 충돌 해리된 산소원자들이 산소원자들과 결합한 후, 생성된 오존(O3)의 열분해 작용으로 반응식 2의 역반응과 같이 해리되는 반응이 일어나게 된다. 따라서 효율적인 오존(O3) 발생을 위해서는 생성된 오존(O3)의 열분해 작용이 최소화되어야 한다.
본 발명에서는 상기 방전 공간에서 무성 방전 시 발생되는 고열을 효율적으로 냉각시키기 위해, 상기 제 1 전극관(110)의 파이프 내부로 폐수(냉매)를 주입하여 흐르도록 하였다. 이때, 방전 공간에서 발생된 고열은 제 2 전극을 갖는 히트싱크(130) 쪽에 설치된 유전체관(120)보다 열전도율이 더 높은 도전체로 구성된 상기 제 1 전극관(110)을 통해 대부분 전달되기 때문에, 상기 제 1 전극관(110) 내부에 흐르는 폐수(냉매)에 의해 상기 방전 공간에서 발생되는 고열을 빠르게 냉각시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템은, 방전 공간에서 발생되는 고열을 냉매(폐수)를 이용하여 빠르게 냉각시킬 수 있기 때문에 오존 발생 효율을 더 향상시킬 수가 있다.
또한, 본 발명에 의한 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템은, 하수나 오수 등의 각종 폐수뿐만 아니라 고농도의 축산폐수 및 인 분뇨 폐수, 오물을 포함한 슬러지, 산업용 공장폐수 등을 정화 처리하는 데 사용할 수 있다.
다음은, 본 발명에 의한 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템을 이용하여 축산 폐수 및 인 분뇨의 정화 처리를 한 실험 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112007052748524-PAT00001
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 국내공개특허 제2000-0027032호에 개시된 이온발생장치를 도시한 구성도
도 2는 국내공개특허 제2001-47773호에 개시된 플라즈마를 이용한 폐수정화장치를 도시한 구성도
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 의한 폐수 정화 시스템의 구성도
도 4는 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 의한 폐수 정화 시스템의 구성도
도 5 및 도 6은 본 발명에서 사용된 오존 발생기의 분해 사시도 및 단면도
[ 도면의 주요 부호에 대한 설명 ]
100, 1100 : 오존 발생기 110 : 제 1 전극관
111a, 111b : 끼움부 120 : 유전체관
130 : 히트싱크 131 : 제 2 전극관
132 : 냉각팬
140a, 140b : 제 1 및 제 2 마개
141a : 폐수 유입구 142a : 기류 유입구
143a : 나사부 141b : 폐수 배출구
142b : 기류 배출구 143b : 암나사
151, 152 : 오링 200, 1200 : 수조
300, 1300 : 순환 펌프부
400, 1400 : 분사 펌프부
500, 1500 : 용존부 600, 1600 : 전원부
610, 1610 : 고압 발생부
700, 1700 : 산소 발생부

Claims (9)

  1. 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템에 있어서,
    전압을 공급하는 전원부와;
    산소(O2)를 발생하는 산소 발생부와;
    폐수를 저장 및 공급하는 수조와;
    상기 전원부로부터 전압을 수신하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와;
    상기 수조로부터 공급된 폐수와 오존(O3)의 혼합물과 오존 발생기에서 발생된 오존(O3)을 혼합하여 배출하는 순환 펌프부와;
    상기 순환펌프로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출하는 분사 펌프부와;
    상기 순환 펌프부 또는 상기 분사 펌프부로부터 배출되는 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 순환시켜 배출하는 용존부; 및
    상기 산소 발생부로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시키고 상기 용존부로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조로 배출하는 오존 발생기;를 포 함하며,
    상기 오존(O3)과 폐수의 혼합물이 상기 순환 펌프부, 상기 분사 펌프부, 상기 용존부, 상기 오존 발생기 및 상기 수조를 순환하면서 상기 오존(O3)에 의해 상기 폐수를 정화 처리하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  2. 오존(O3)을 이용한 폐수 정화 시스템에 있어서,
    전압을 공급하는 전원부와;
    산소(O2)를 발생하는 산소 발생부와;
    폐수를 저장 및 공급하는 수조와;
    상기 전원부로부터 전압을 수신하여 고압을 발생시키는 고압 발생부와;
    상기 수조로부터 공급된 폐수와 오존 발생기에서 발생된 오존(O3)을 혼합하여 배출하는 순환 펌프부와;
    상기 산소 발생부로부터 발생된 산소(O2) 또는 공기를 방전 공간에 공급하고 상기 고압 발생부로부터 수신된 고압을 상기 방전 공간에 방전하여 오존(O3)을 발생시키고 상기 순환 펌프부로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수의 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)을 이용하여 폐수를 정화함과 동시에 상기 방전 공간에서 발생된 고열을 냉각시킨 후 상기 수조로 배출하는 오존 발생기와;
    상기 오존 발생기로부터 배출되는 오존(O3)과 폐수를 정화 처리한 물(H2O)의 혼합물을 공급받아 분사하여 배출하는 분사 펌프부; 및
    상기 오존 발생기 또는 상기 분사 펌프부로부터 배출되는 혼합물을 공급받아 상기 오존(O3)과 폐수의 용존율을 높이기 위해 순환시켜 상기 수조로 배출하는 용존부;를 포함하며,
    상기 오존(O3)과 폐수의 혼합물이 상기 순환 펌프부, 상기 오존 발생기, 상기 분사 펌프부, 상기 용존부 및 상기 수조를 순환하면서 상기 오존(O3)에 의해 상기 폐수를 정화 처리하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 오존 발생기는:
    제 1 전극을 형성하며 내부 공간으로 폐수 또는 냉각물질이 흐르는 제 1 전극관(110)과;
    상기 제 1 전극관(110)과 소정의 간격으로 이격되어 방전 공간을 형성하며 상기 방전 공간에서의 오존발생을 유도하기 위한 유전체관(120)과;
    상기 유전체관(120)의 외부에 위치하며 제 2 전극을 형성하는 제 2 전극관(131)을 일체로 형성하고 있으며 상기 방전 공간에서 발생되는 열을 방열시키는 히트싱크(130)와;
    상기 제 2 전극관(131)의 일 측에 체결되어 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)의 일 측을 고정 설치하며, 상기 방전 공간으로 산소(O2) 또는 공기를 유입하는 기류 유입구(142a)와 상기 제 1 전극관(110)의 내부 공간으로 폐수 또는 냉각물질을 유입하는 폐수 유입구(141a)가 형성된 비전도성 물질의 제 1 마개(140a); 및
    상기 제 2 전극관(131)의 타 측에 체결되어 상기 제 1 전극관(110)과 상기 유전체관(120)의 타 측을 고정 설치하며, 상기 방전 공간으로부터 오존(O3) 또는 공기를 배출하는 기류 배출구(142b)와 상기 제 1 전극관(110)의 내부 공간으로부터 폐수 또는 냉각물질을 배출하는 폐수 배출구(141b)가 형성된 비전도성 물질의 제 2 마개(140b);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유전체관은 석영관, 유리관, 세라믹관 중 하나인 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 마개는:
    테프론 재질 또는 폴리머 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 마개는:
    상기 폐수 유입구 또는 상기 폐수 배출구가 일 측에 형성되어 있고,
    상기 제 1 전극관과 상기 유전체관을 각각 고정하기 위한 고정홈과 암나사부가 타 측의 내부에 형성되어 있으며,
    상기 기류 유입구 또는 상기 기류 배출구가 외주면의 한쪽에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 마개는:
    상기 제 1 전극관과 상기 유전체관을 고정할 때 기밀 유지를 위해 오링 또는 패킹을 각각 사용하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 히트싱크는:
    상기 방전 공간에서 발생되는 열을 방열시키기 위해 복수 개의 냉각팬이 상기 제 2 전극관의 외주면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전극관과 상기 히트싱크 및 제 2 전극관은:
    금, 은, 동, 알루미늄, 주석, 아연 중 어느 하나이거나 적어도 2개 이상의 합금물인 것을 특징으로 하는 폐수 정화 시스템.
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