KR20120045571A - 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용해수조내부의 유도관으로 주입되는 오존이 원심 임펠러의 교반에 의하여 원수에 용해되도록 하고 미처 용해되지 않은 오존은 다시 유도관으로 흡입되어 용해되도록 연속적인 순환 과 교반을 하므로 효율적으로 용해되도록 함으로써 잉여 오존의 양을 줄일 수 있으며 오존발생기의 용량도 줄일 수 있도록 한 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치에 관한 것이다.
상기의 본 발명은,
용해수조의 내부 중앙에 수중펌프에 의해 회전하는 원심 임펠러를 설치하면서 그 위쪽에는 유도관의 하단 개구부가 위치하도록 하고,
상기 유도관의 상단 개구부에는 오존주입관의 일부가 잠기도록 설치하여 오존발생기로부터의 오존이 오존주입관을 통해 유도관으로 유입되도록 하고,
상기 용해수조에는 원수유입관을 통하여 외부로부터의 원수가 유입되도록 하여 원심 임펠러를 경유하는 중에 오존이 원수에 용해되어 용해수조의 내부로 분사되도록 하고,
상기의 오존이 용해된 오존수는 용해수조의 하단 오존수 배출관을 통해 외부로 배출되면서 미처 용해되지 않은 오존은 수면 위로 떠올라 입펠러의 회전에 의한 자흡력에 의해 유도관(4)으로 다시 흡입되어 원수에 용해되도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

배오존이 적은 고효율 오존 용해장치{System to decrease residual ozone gas and to increase dissolved ozone in the water}

본 발명은 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치에 관한 것으로, 상세하게는 밀폐된 용해수조에서 원심 임펠러를 구비한 유도관으로 주입되는 오존 과 원수가 원심임펠의 회전에 의하여 함께 유도관으로 흡입 교반되어 용해되도록 하고 미처 용해되지 않은 오존은 다시 유도관 주위의 수면으로 부상되어 원심 임펠러의 회전에 의한 자흡으로 유도관으로 재흡입되어 용해되도록 하여 오존 및 원수가 용해수조 내에서 계속 순환과 교반에 의하여 효율적으로 용해되도록 함으로써 배(잉여) 오존의 양을 줄일 수 있으며 오존발생기의 용량도 줄일 수 있도록 한 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치에 관한 것이다.

일반적으로 오존은 불소 다음으로 강력한 산화력을 가지므로 살균작용에서 염소보다 강력하며 많은 유기/무기화합물을 산화분해 할 수 있으며 불쾌한 맛이나 냄새 등도 제거된다.

오존처리공정 중 가장 중요하고 많이 사용하는 공정은 오존가스와 물의 접촉 공정이다. 오존 발생기에 의해서 생성된 오존/공기(또는 순산소)의 합성물은 어떤 온도/압력 하에서 물과 접촉하여 용해시켜 준다.

이 공정은 오존처리 효율 문제 및 설비/운전경비에 큰 영향을 줄 수 있으며 그 성능을 잘 파악하여 결정하여야 한다.

오존은 물에 대한 용해도가 낮은 난용성 기체로 물에 대한 용해도는 헨리의 법칙에 따라,

P=H*Cs .................................. (1)

여기서, H는 헨리상수, P는 오존 분압, Cs는 수중의 포화농도를 각각 나타낸다.

의 식과 같이 용해되며, 상압에서 온도에 대한 영향은 일반적으로 다음 식으로 나타난다.

Cw=0.604*(1+T/273)/(1+0.063*T) .......... (2)

여기서, Cw는 수중의 오존농도[mg/l], T는 수온(℃), Y는 기체 중의 오존농도[mg/l]를 나타낸다.

예를 들면 수온 20℃ 물에 20mg/l(오존 가스 발생농도가 가스 중에서 약 1% 정도)의 오존가스를 투입시키면 상압에서 평형상태에 대한 수중 오존 농도는 5.7mg/l(5.7ppm) 정도이고 원수의 수질에 따라서 실질적인 오존농도는 차이가 있다.

공기 중의 산소농도가 약20% 정도이므로 식(2)에서 Y가 20배가 되나 평형상태에 대한 산소의 물에 대한 용해도는 약 9mg/l(9ppm)으로 1.5배에 불과하므로 오존의 물에 대한 용해도는 산소나 공기보다 수배?수십배 높다.(Venosa와 Opatken은 오존의 물에 대한 용해도는 0?30℃ 까지 산소의 13배라고 하였다) 바로 이점이 용수처리에 있어서 오존의 활용을 용이하게 하는 점다.

그러나 실제 오존과 물의 접촉 시간은 매우 짧아 평형상태에 도달하는 것은 매우 힘든 일이므로 오존이 물에서 얼마나 빨리 용해하느냐가 매우 중요하다.

오존의 수중농도 Cw는, 시간 T의 함수로서 용해속도는 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.

dCw/dt=K*a*(C-Cw)

여기서, C는 용해가 평형에 달한 오존농도

K는 총 이동(전달)계수

a는 물과 기포가 접촉하는 경계면의 총 표면적을 각각 나타낸다.

용해가 평형에 달한 경우 오존농도 C는 포화농도 Cs와 같게 되는데, Cs는 기체농도 Cg와 다음의 식과 같은 관계이다.

Cs=m*Cg(P/Po)

여기서, m는 분배계수, Po는 기체압, P는 오존 분압을 각각 나타낸다.

따라서 오존이 물에 용해하는 최대속도는 다음 식으로 주어지므로

dCw/dt=Ka*{m*(P/Po)*Cg-Cw}.......... (3)

오존이 물에 용해하는 속도(dCw/dt)는 기포 중에 오존농도(Cg)를 높이고, 물과 기포가 접촉하는 경계면의 표면적을 증가시키는 것, 즉, 기포의 직경을 가능한 적게 하여 기체에 대한 총 표면적(a)을 증가시키는 것이며, 오존 분압(P)을 증가시키거나 주입속도가 높을 때, 또는 주입점이 깊을 때 용해속도는 증가하게 된다. 따라서 오존가스를 물 깊숙이 주입함으로써 기포와 물의 접촉시간이 길게 되고, 오존가스의 분압도 증가되므로 용해율이 증가된다.

또한 분배계수(m)는 온도의 함수로 10℃에서 0.37, 20℃에서 0.21, 30℃에서 0.14로 급속하게 저하하고, 저온일 때 용해속도는 빠르다.

더 나아가 기체와 액체의 흐름 공정에서 기체-액체 계면을 통한 용해성이 낮은 기체의 물질전달 현상은 기체는 점성 액체에서 기포가 기체-액체 계면으로의 확산, 기체-액체 계면에서 액체로의 물질전달 등 물질전달 과정에서 연속된 전달저항을 받는다.

따라서 기체의 물질전달은 이들의 저항과 기포의 수력학적 특성, 온도, 용액의 조성 및 성질, 계면현상 등 여러 인자들에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 교반되는 액체의 자유표면에서 정체된 경계막은 유지되기 어렵고, 기체-액체 흐름 공정에서 난류에 의한 층류의 경계층(bound layer)이 존재하지 않아 에디-셀(eddy-cell)은 난류에 의해 기포는 에너지가 큰 작은 기포로 분쇄되고 작은 기포-에디들은 기체-액체 흐름공정에서 물질전달에 크게 기여하게 된다.

따라서 용해시스템의 방식. 접촉시간 등이 중요변수로 작용하므로 용해도를 높이기 위하여 여러 형태의 오존 용해 장치가 개발되고 있으나 장치의 구조가 너무 복잡하고 비용 또한 높아 일반적으로 간단히 사용할 수 있는 인젝터(Injector) 방식과 디퓨셔(Diffuser) 방식 등이 많이 쓰이고 있다. 그러나 오존농도 1?2%정도의 오존가스의 용해도는 상온, 상압에서 약 6?12mg/l(6?12ppm)정도이나 상기 기존 방식으로 용해평형상태에 도달하려면 오존과 물의 접촉시간이 20?30분은 필요하나 용해조에 상기 특별한 순환설비를 사용한다 하여도 오존가스 기포가 체류하는 시간은 10-60초 정도로 너무 짧아 대부분 용해율 50%을 넘지 못하여 필요 이상의 대용량의 오존발생기가 필요하게 되어 비효율적이며 또한 대부분의 용해되지 못한 오존가스는 외부로 방출되어 잉여오존 문제가 발생한다.

즉, 일반 오존용해 방식은 용해율이 50%이하이며 특히 가장 간단한 디퓨셔(Diffuser) 방식을 널리 사용하고 있으나 수심이 얕으면 10-30%에 불과하다. 따라서 보다 용량이 큰 오존발생기가 필요하게 되어 많은 사람들이 오존정수장치는 고가의 장비로 인식되어 있다.

그러나 오존 용해율을 60-80% 이상의 오존 용해 장치를 만들 수 있으면 오존발생기 2-3대가 필요한 곳에 1대로 충분하기 때문에 오존정수장치는 고가의 장비가 아니므로 살균, 탈취 및 BOD, COD제거, 녹조류 제거, 독성물질의 무독성화 등 여러 가지의 장점을 갖는 오존정수장치를 보다 많은 사람들이 사용하도록 하게 할 수 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 밀폐된 용해수조 내에 원심 임펠러를 구비한 유도관으로 주입되는 오존과 원수가 원심임펠의 회전에 의하여 함께 유도관으로 흡입 교반되어 용해되도록 하고 미처 용해되지 않은 오존은 다시 유도관 주위의 수면으로 부상되어 원심 임펠러의 회전에 의한 자흡으로 유도관으로 재흡입되어 용해되도록 하여 오존 및 원수가 용해수조 내에서 연속적인 순환과 교반에 의하여 용해되도록 하여 오존 및 원수가 용해수조 내에서 계속 순환과 교반에 의하여 효율적으로 용해되도록 함으로써 잉여 오존의 양을 줄일 수 있으며 오존발생기의 용량도 줄일 수 있도록 도록 한 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치는,

밀폐된 용해수조 상단의 원수유입관으로 외부 원수가 유입되도록 하고,

상기 밀폐된 용해수조의 내부 중앙에 수중펌프에 의해 회전하는 원심 임펠러를 설치하고,

상기 원심임펠러의 위쪽에는 유도관의 하단 개구부가 위치하며 상단 개구부에는 오존주입관의 일부가 유도관 내부로 잠기도록 설치하여 오존발생기로부터의 오존이 오존주입관을 통해 유도관으로 주입되도록 하고,

상기 원심 임펠러의 회전에 의하여 오존과 원수가 함께 유도관으로 흡입 교반되면서 원수에 오존이 용해되어 원심 임펠러를 통해 용해수조의 내부로 분사되어 용해수조의 하단 오존수 배출관을 통해 외부로 배출되도록 하면서 미처 용해되지 않은 오존은 다시 유도관 주위의 수면으로 부상되어 원심임펠러의 회전에 의한 자흡으로 유도관으로 재흡입되어, 연속적인 순환 과 교반에 의하여 원수에 용해되도록 구성함을 특징으로 한다.

상기의 본 발명에 따른 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치에 의하여서는, 원심 임펠러의 회전에 의하여 원수와 오존가스 그리고 용해수조 상단 수면 위의 기체도 함께 유도관을 통해 흡입되게 되고, 원심 임펠러는 래디얼(radial: 임펠러 회전축과 수직) 방향으로 원수와 오존가스를 혼합하여 분사해주므로 원수와 오존가스가 효과적으로 혼합되면서 용해효율도 극대화된다.

그리고 용해되지 못한 오존 가스는 유도관 주위의 수면에 모이게 되어 다시 유도관으로 흡입되므로 순환과 교반이 연속적으로 이루어져 용해율은 극대화되고 잉여 오존은 감소되어 오존발생기의 용량을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

더 나아가 본 발명의 구조가 간단하여 소모동력 및 점유공간이 적으며 관리 또한 간편하여 성능 및 경제성에 있어 모두 탁월하다.

또한 소독제인 오존의 잔류문제로 또 다른 오염에 대한 논란이 되어왔으나 오존은 산소 이외의 유해한 2차 부산물이 전혀 남지 않으므로 잔류 물질의 유해성 논란의 여지를 없애도록 하는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 오존 용해장치의 개념을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 수중모터를 이용한 상태를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 용해수조를 수조의 내부에 설치한 상태의 개략도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 일반모터를 이용한 상태를 도시한 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치의 구성을 도시한 것으로서,

밀폐된 용해수조(1)의 내부 중앙에 수중펌프(2)에 의해 회전하는 원심 임펠러(3)를 설치하고,

상기 원심 임펠러(3)의 위쪽에는 유도관(4)의 하단 개구부가 위치하도록 하여 상기 유도관(4)을 통하여 유입되는 원수가 원심 임펠러(3)를 통해 밀폐된 용해수조(1)의 내부로 분사되도록 하고,

상기 유도관(4)의 상단 개구부에는 오존주입관(6)의 일부가 잠기도록 설치하여 오존발생기(5)에서 발생된 오존이 오존주입관(6)을 통해 유도관(4)으로 주입되도록 하고,

상기 용해수조(1)에는 원수유입관(7)을 통하여 외부로부터의 원수가 유입되도록 하고,

상기의 원심임펠러(3)에 의해 원수에 오존이 용해된 오존수는 밀폐된 용해수조(1)의 하단 오존수 배출관(8)을 통해 외부로 배출되도록 하면서 미처 용해되지 않은 오존은 수면 위로 떠올라 원심입펠러(3)의 회전에 의한 자흡력에 의해 원수와 함께 유도관(4)으로 다시 흡입되어 원수에 용해되도록 구성한 것이다.

상기와 같이 구성한 본 발명의 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치는,

밀폐된 용해수조(1)의 내부 중앙에 수중펌프(2)에 의해 회전하는 원심 임펠러(3)를 설치하면서 상기 원심 임펠러(3)의 위쪽에는 유도관(4)의 하단 개구부가 위치하도록 하여 상기 유도관(4)을 통하여 흡입되는 원수가 원심 임펠러(3)를 통해 밀폐된 용해수조(1)의 내부로 분사되도록 한다.

그리고 상기 유도관(4)의 상단 개구부에는 오존주입관(6)의 일부가 잠기도록 설치하여 오존발생기(5)에서 발생된 오존이 오존주입관(6)을 통해 유도관(4)으로 주입되도록 한다.

또한 상기의 용해수조(1)에는 원수유입관(7)을 통하여 외부로부터의 원수가 유입되도록 한다.

그러므로 오존발생기(5)를 작동시켜 발생된 오존이 오존주입관(6)을 통해 유도관(4)으로 주입되도록 하면서 원수유입관(7)을 통해 외부로부터의 원수가 유입되도록 한 상태에서 수중모터(2)를 작동하면 원심 임펠러(3)가 회전하게 된다.

상기의 원심 임펠러(3)의 회전에 의해 오존과 원수가 유도관(4)으로 동시에 유입되면서 원수에 오존이 용해된 오존수는 밀폐된 용해수조(1)의 하단 오존수 배출관(8)을 통해 외부로 배출되도록 한다.

그리고 밀폐된 용해수조(1)의 내부에서 미처 용해되지 않은 오존은 수면 위로 떠올라 원심입펠러(3)의 회전에 의한 자흡력에 의해 원수와 함께 유도관(4)으로 다시 흡입되어 원수에 용해되도록 함으로써 용해율이 극대화되어 잉여오존의 양은 감소하도록 한다.

그러므로 오존발생기의 용량을 획기적으로 줄일 수 있으며 동일한 오존수의 생성을 위한 소모동력이 줄어들게 됨은 물론 오존발생기가 설치되는 점유공간도 현저히 줄일 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 용해수조를 수조의 내부에 설치한 상태의 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치의 구성을 도시한 것으로서,

하부는 밀폐되지 않은 용해수조(1)의 내부 중앙에 수중펌프(2)에 의해 회전하는 원심 임펠러(3)를 설치하면서 상기 원심 임펠러(3)의 위쪽에는 유도관(4)의 하단 개구부가 위치하도록 하여 상기 유도관(4)을 통하여 유입되는 원수가 원심 임펠러(3)를 통해 용해수조(1)의 내부로 분사되도록 한다.

그리고 상기 유도관(4)은 용해수조(1)의 상단에서 수조(10)와 연결되면서 오존주입관(6)의 일부가 잠기도록 설치하여 오존발생기(5)에서 발생된 오존이 오존주입관(6)을 통해 유도관(4)으로 주입되도록 한다.

그러므로 수중모터(2)를 작동시켜 원심 임펠러(3)가 회전하게 되면 수조(10)의 원수와 오존주입관(6)을 통해 주입된 오존이 동시에 유도관(4)으로 유입되어 원심 임펠러(3)에 의하여 교반이 되면서 원수에 오존이 용해되어 용해수조(1)의 내부로 분사되도록 하고, 수조(10)에서 흡입된 원수만큼 오존용해수를 용해수조(1)의 하부 개구부를 통해 수조(10)로 보내고 다시 유도관(4)으로 흡입하므로 연속적으로 순환과 교반이 이루어진다.

또한 용해수조(1)의 상단 내부에 위치하는 상기 유도관(4)에 형성한 구멍(hole)(9)을 통해 미처 용해되지 않은 오존이 용해수조(1)의 내부 상단으로 부상되어 유도관(4)의 구멍으로 다시 흡입되면서 재차 용해되도록 하여 고효율적으로 오존을 원수에 용해시켜 용해된 오존수를 수조(10)의 오존수 배출구(11)를 통해 배출되도록 한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치의 구성을 도시한 것으로서,

밀폐된 용해수조(1)의 내부 중앙에 외부에 설치한 일반펌프(21)에 축(22)으로 연결되어 회전하는 원심 임펠러(3)를 위치하도록 하고,

상기 원심 임펠러(3)의 위쪽에는 유도관(4)의 하단 개구부가 위치하도록 하여 상기 유도관(4)을 통하여 유입되는 원수가 원심 임펠러(3)를 통해 밀폐된 용해수조(1)의 내부로 분사되도록 하고,

상기 유도관(4)의 상단 개구부에는 오존주입관(6)의 일부가 잠기도록 설치하여 오존발생기(5)에서 발생된 오존이 오존주입관(6)을 통해 유도관(4)으로 유입되도록 하고,

상기 용해수조(1)에는 원수유입관(7)을 통하여 외부로부터의 원수가 유입되도록 한다.

상기의 원심 임펠러(3)에 의해 원수에 오존이 용해된 오존수는 밀폐된 용해수조(1)의 하단 오존수 배출관(8)을 통해 외부로 배출되도록 하면서 미처 용해되지 않은 오존은 수면 위로 떠올라 입펠러(3)의 회전에 의한 자흡력에 의해 원수와 함께 유도관(4)으로 다시 유입되어 원수에 용해되도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

1 : 용해수조 2: 수중펌프
3 : 원심 임펠러 4 : 유도관
5 : 오존발생기 7 : 원수유입관
8 : 오존수 배출관

Claims (3)

1. 밀폐된 용해수조(1)의 내부 중앙에 수중펌프(2)에 의해 회전하는 원심 임펠러(3)를 설치하고,
   상기 원심 임펠러(3)의 위쪽에는 유도관(4)의 하단 개구부가 위치하도록 하고,
   상기 유도관(4)의 상단 개구부에는 오존발생기(5)에 결합된 오존주입관(6)의 일부가 잠기도록 설치하고,
   상기의 원심 임펠러(3)에 의해 원수에 오존이 용해된 오존수는 밀폐된 용해수조(1)의 하단 오존수 배출관(8)을 통해 외부로 배출되도록 하면서 미처 용해되지 않은 오존은 수면 위로 떠올라 입펠러(3)의 회전에 의한 자흡력에 의해 원수유입관(7)을 통해 유입되는 원수와 함께 유도관(4)으로 다시 흡입되어 원수에 용해되도록 구성한 것을 특징으로 하는 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기의 하부가 밀폐되지 않은 용해수조(1)를 수조(10)의 내부에 설치하면서 상기 유도관(4)가 수조(10) 과 연결이 되어 오존주입관(6)의 일부가 잠기도록 설치하고,
   상기 유도관(4)의 상단 개구부에는 수조(10)에서 원수가 유입되도록 하고,
   상기 용해수조(1)에서 원수에 오존이 용해된 오존수는 하부가 밀폐되지 않은 개구부(8)를 통해 수조(10)로 보내도록 하고, 미처 용해되지 않은 오존은 용해수조(1)의 내부 상단으로 부상되어 유도관(4)의 구멍으로 다시 흡입되도록 하면서 용해된 오존수가 수조(10)의 오존수 배출구(11)를 통해 배출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 밀폐된 용해수조(1)의 내부 중앙에 위치하는 원심 임펠러(3)가 외부에 설치한 일반펌프(21)에 축(22)으로 연결되어 같이 회전하도록 구성한 것을 특징으로 하는 배오존이 적은 고효율 오존 용해장치.

Images