KR20120111544A - 플라즈마 고도수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 고도수처리 장치에 관한 것으로서, 내부관(11)과 외부관(13)으로 구성되어 있고 내부관(11)에는 제1 소통로(11A)가 형성되어 있는 이중관체(10); 기체가 유입되는 기체유입구(30a)와 오염수가 유입되는 오염수유입구(30b)와 상기 이중관체(10)와 연결되는 오염수배출구(30c)가 구비되고 있고, 상기 오염수유입구(30b)를 통해서 유입된 오염수와 상기 기체유입구(30a)를 통해서 유입된 기체를 교반하여 상기 오염수배출구(30c)를 통해서 상기 이중관체(10)의 제1 소통로(11A)로 강제투입하는 교반펌프(30); 이중관체(10)의 내부관(11)과 외부관(13)에 각각 배열된 전극(23, 25)과, 상기 전극(23, 25)과 연결된 전원부(21)를 포함하는 플라즈마 발생수단(20)을 포함하여 구성되고, 이에 의하면 전기충격으로 인한 살균력을 높일 수 있고 수산기와 같은 라디칼을 잘 발생시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

플라즈마 고도수처리 장치{ADVANCED WATER TREATMENT APPARATUS USING PLASMA}

본 발명은 플라즈마 고도수처리 장치에 관한 것으로서, 특히 처리대상인 오염수에 오존, 산소 또는 공기 등의 기체를 주입하여 오염수 내에 다량의 미세버블을 만들고, 이러한 다량의 미세버블이 포함된 오염수에 고전압 고전계를 인가하여 플라즈마 수방전을 발생시켜, 수중에서 전기충격으로 살균력을 높이고 수산기와 같은 라디칼이 잘 발생할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 플라즈마 고도수처리 장치에 관한 것이다.

플라즈마 또는 오존을 이용한 수처리와 관련된 기술로는 실용신안등록 제0288954호(2002년08월31일) [오존발생장치]가 있다.

상기 등록고안은 하나의 오존 발생부에서 유전체 장벽방전을 이용한 오존 발생 방법과 자외선 원을 사용한 자외선 오존 발생 방법을 동시에 수행하는 오존 발생장치를 제공하여, 오존 발생률을 향상시킴과 동시에 높은 전력효율을 가지는 오존 발생기를 제시하고 있다.

그러나 상기 등록고안을 현실성과 관련하여 수처리 분야에 적용하기에는 난관이 큰 데, 특히 상온 이상의 온도에서 오존의 수율이 현격히 떨어지는 문제에 대한 해결책(고압 무선 방전 방식 및 자외선 방식 모두 열을 일으킨다)을 제시하고 있지 않다.

또 특허등록 제0572514호(2006년04월13일) [습식 플라즈마를 이용한 수중 용존 오존 및 과산화수소의동시 생성장치]가 있는데,

상기 등록특허는 고주파 전원을 사용하여 기체, 액체 및 고체가 공존하는 영역에 습식 플라즈마를 발생시켜 수중에서 산화반응의 주요한 인자로 작용하는 용존 오존량을 증가시키고 수중 용존 오존의 자기분해 속도를 증가시킬 수 있는 과산화수소를 동시에 생성하는 장치를 제시하고 있다.

그러나 상기 등록특허 역시 상온 이상의 온도에서 오존의 수율이 현격히 떨어지는 문제에 대한 해결책을 제시하고 있지 못하며, 가정용 정수시설 등의 소단위 수처리에는 적합할 수는 있으나 대단위 수처리 용도로는 부적합하다.

나아가 특허등록 제0797027호(2008년01월16일) [유전체장벽 방전관에서 발생되는 자외선 및 산화성 물질을 이용한 폐수처리 장치 및 이를 이용한 폐수처리방법]이 있는데,

상기 등록특허는 금속봉 및 이를 둘러싸는 석영관으로 이루어진 유전체방벽 방전관, 상기 방전관의 상단에 고전압 발생기 및 상기 방전관의 주변과 폐수처리 장치의 내부에 원통형의 광촉매망을 포함하는 폐수처리 장치를 제시하고 있다.

이 등록특허는 폐수에 담겨진 유전체장벽 방전관 내부에서 전기적인 방전을 일으켜 각종 산화성 성분들과 자외선을 발생시키고, 이들 산화성 성분들을 미세한 기포형태로 폐수 내에 분산시켜 폐수 내의 유기물이 산화되어 제거되도록 하고, 동시에 유전체장벽 방전관에서 방출되는 자외선을 이용하여 광촉매를 활성화시키거나 폐수를 직접 조사하여 유기물이 제거되도록 함으로써 본 발명은 두 가지 이상의 메커니즘에 의해 유기물을 처리할 수 있는 처리장치와 방법을 제공하여 궁극적으로 간단한 반응장치에서 적은 전력으로 유기물이 고효율로 제거하는 효과가 있는 것으로 언급되어 있다.

그러나 상기 등록특허는 처리 용량이 기본적으로 유전체장벽 방전관의 크기에 의존하는 점에서 불리하며, 체류시간을 보장하여야 하므로 흐르는 물에 대한 수처리 용도로는 부적합해 보인다.

또 특허등록 제0833814호(2008년05월26일) [정수 처리 장치]가 있는데,

상기 등록특허는 페록시라디칼과 오존 조합 공정을 이용하여 고도의 정수 능력을 갖는 정수 처리 장치를 제공하여, 정수 처리 능력을 향상시킬 수 있고, 페록시라디칼의 생성과 정수 처리를 같은 공간에서 동시에 수행함으로써 종래의 오존 단독 공정에 의한 정수 처리 장치에 비해 정수 처리 비용을 줄일 수 있는 장점을 제공하는 것으로 기술되어 있다.

그러나 상기 등록특허는 역시 오존의 수율 보장이라든가 다용량 수처리 기술과는 무관하다.

이에 본 발명은 이중관체에 플라즈마 방전용 전극을 구성하고, 오염수에 오존, 산소 또는 공기 등의 기체를 주입하여 오염수 내에 다량의 미세버블을 만들고 이러한 다량의 미세버블이 포함된 오염수를 이중관체의 제1 소통로로 강제투입 후에 플라즈마 방전시킴으로써 전반적으로는 안정적이나 각 부분에 있어서는 불일정하고 불안정한 전계로 인한 전기충격으로 오염수내 세균 살균력을 높이고 수산기와 같은 라디칼이 보다 잘 발생할 수 있도록 하고,

또한, 이중관체의 제2 소통로로 예컨대 산소와 같은 라디칼 반응용 기체를 강제투입하고 이렇게 투입된 라디칼 반응용 기체를 플라즈마 방전에 의해서 예컨대 오존 등의 라디칼 발생원을 생성할 수 있도록 하여 본원발명 특유의 플라즈마 방전구조에 의해서 효율적으로 라디칼 발생원을 생성할 수 있도록 하며,

또한, 이중관체 내부에서 플라즈마 방전에 의해서 생성된 예컨대 오존과 같은 라디칼 발생원을 교반펌프로 피드백(feed back)시켜서 오염수에 라디칼 발생원을 교반 및 혼합시키고 이와 같이 라디칼 발생원이 혼합된 오염수를 이중관체의 제1 소통로로 강제투입하여 플라즈마 방전시킴으로써, 외부의 수조에서 반응시키는 경우보다 오염수와 오존 등의 라디칼 발생원의 접촉효율을 높이고 라디칼 발생원의 용존효율 또한 높여서 각종 난분해성 유기물, 세균, 유해물질, 독성물질 및 바이러스 등의 제거 효율을 획기적으로 높일 수 있도록 하며,

또한, 방전 플라즈마 구간을 거친 처리수를 수조에 머무르게 하고 수조의 상부에는 일정한 공간부를 형성되도록 하여 배오존이 모일 수 있도록 하고, 수조의 상측에 모인 배오존을 다시 오염수에 투입시킴으로써 배오존의 외부 유출을 예방할 수 있도록 함과 배오존을 재활용할 수 있도록 하며,

또한, 기체공급원으로부터 교반펌프로 직접 흡입되는 기체에는 예컨대 오존, 불소, 염소와 같은 라디칼 발생원이 포함되도록 함으로써, 이중관체로부터 생성된 라디칼 발생원을 피드백시키는 구성을 채용하지 않는 경우에도 직접 라디칼 발생원을 오염수와 교반 및 혼합할 수 있도록 하며,

또한, 이중관체의 제1 소통로는 내부관에 의하여 감싸인 내부통로이고 제2 소통로는 내부관과 외부관 사이에 형성하고 제2 소통로에 배열된 전극은 내부관을 권취하도록 코일 형태로서 형성함으로써 플라즈마 방전 효율을 높일 수 있는 플라즈마 고도수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는, 내부관과 외부관으로 구성되어 있고 내부관에는 제1 소통로가 형성되어 있는 이중관체; 기체가 유입되는 기체유입구와 오염수가 유입되는 오염수유입구와 상기 이중관체와 연결되는 오염수배출구가 구비되고 있고, 상기 오염수유입구를 통해서 유입된 오염수와 상기 기체유입구를 통해서 유입된 기체를 교반하여 상기 오염수배출구를 통해서 상기 이중관체의 제1 소통로로 강제투입하는 교반펌프; 및 상기 이중관체의 내부관과 외부관에 각각 배열된 전극과 상기 전극과 연결된 전원부를 포함하는 플라즈마 발생수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는 상기 기체유입구로 유입되는 기체에는 라디칼 발생원이 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는, 상기 이중관체와 연결되어서 이중관체를 통과한 처리수를 수용하는 수조; 및 일단이 상기 수조의 상측에 위치하고 타단이 상기 기체유입구에 연결되어서, 상기 수조에서 기화되는 라디칼 발생원을 상기 교반펌프로 궤환시키는 라디칼 발생원 궤환관이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는, 상기 이중관체의 외부관에는 상기 제1 소통로와 구획되어서 제2 소통로가 형성되어 있고, 상기 제2 소통로에 연결되어서 상기 제2 소통로로 라디칼 반응용 기체를 강제투입하는 라디칼 반응용 기체 공급원; 상기 제2 소통로의 토출구로부터 토출되는 라디칼 발생원을 상기 교반펌프로 피드백(feed back)시키기 위해서 상기 제2 소통로의 토출구와 상기 기체유입구를 연결하는 피드백관이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는, 상기 이중관체를 통과한 처리수를 수용하는 수조; 및 일단이 상기 수조의 상측에 위치하고 타단이 상기 기체유입구에 연결되어서 상기 수조에서 기화되는 라디칼 발생원을 상기 교반펌프로 궤환시키는 라디칼 발생원 궤환관이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는, 상기 외부관에 배열된 전극은 상기 내부관을 감싸도록 코일 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제 해결 수단을 갖는 본 발명에 의한 플라즈마 고도수처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 오염수에 기체를 주입하여 오염수 내에 다량의 미세버블을 만들고 이러한 다량의 미세버블이 포함된 오염수를 이중관체의 제1 소통로로 강제투입 후에 고전압 고전계 발생용 전원을 이용하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 수중에 발생되는 전기적 충격파 또는 에너지로 오염수 내의 세균을 살균할 수 있고, 수산기와 같은 라디칼을 잘 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

둘째, 상기와 같은 간단한 구성만으로도 오염수 내의 각종 세균을 살균할 수 있으므로 관련 제품의 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 이중관체의 제2 소통로로 산소와 같은 라디칼 반응용 기체를 강제투입하여 라디칼 반응용 기체를 플라즈마 방전구역 내에서 오존 등의 라디칼 발생원을 생성할 수 있어서 라디칼 발생원을 효율적으로 생성할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 이중관체 내부에서 플라즈마 방전에 의해서 생성된 오존과 같은 라디칼 발생원을 교반펌프로 피드백(feed back)시켜서 오염수에 라디칼 발생원을 교반 및 혼합시키고 이와 같이 라디칼 발생원이 혼합된 오염수를 이중관체의 제1 소통로로 강제투입하여 방전 플라즈마 구간을 통과시킴으로써, 외부의 수조에서 반응시키는 경우보다 오염수와 오존 등의 라디칼 발생원의 접촉효율을 높일 수 있고 라디칼 발생원의 용존효율 또한 높일 수 있어서 각종 세균과 난분해성 유기물 및 수중 용해된 독성물질, 유해물질, 바이러스 등의 제거 효율을 획기적으로 높일 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 방전 플라즈마를 거친 처리수를 수조에 머무르게 하고 수조의 상측에는 일정한 공간부를 형성시켜서 배오존이 모일 수 있도록 하고 수조의 상측에 모인 배오존을 다시 오염수에 투입시킴으로써 배오존의 외부 유출을 방지할 수 있음과 동시에 배오존을 오염수 처리에 재활용할 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 기체공급원으로부터 교반펌프로 직접 흡입되는 기체에는 예컨대 오존, 불소, 염소와 같은 라디칼 발생원이 포함되도록 함으로써, 이중관체로부터 생성된 라디칼 발생원을 피드백시키는 구성을 채용하지 않는 경우에도 직접 라디칼 발생원을 오염수와 교반 및 혼합할 수 있는 효과가 있다.

일곱째, 이중관체의 제1 소통로는 내부관에 의하여 감싸인 내부통로이고 제2 소통로는 내부관과 외부관 사이에 형성하고 제2 소통로에 배열된 전극은 내부관을 권취하도록 코일 또는 망사 형태로써 형성함으로써 방전 플라즈마 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 플라즈마 고도수처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 플라즈마 고도수처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 고도수처리 장치를 중?대단위 수처리에 적합한 형태로 배열한 개략 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는 내부관(11)과 외부관(13)으로 구성되어 있고 내부관(11)에는 제1 소통로(11A)가 형성되어 있는 이중관체(10), 플라즈마발생수단(20) 및 교반펌프(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 교반펌프(30)에는 기체를 공급하는 기체공급원(A-1)에 연결되는 기체유입구(30a)와 오염수가 유입되는 오염수유입구(30b)와 상기 이중관체(10)와 연결되는 오염수배출구(30c)가 구비되고 있다.

상기 교반펌프(30)의 내부에는 모터(미도시)와 임펠러(미도시)가 구비되어 있어서 모터의 구동에 따라서 오염수유입구(30b)를 통해서 오염수를 강제 흡입하고 기체유입구(30a)를 통해서 기체공급원(A-1)에 있는 기체를 강제 흡입하며, 이와 같이 강제 흡입된 오염수와 기체를 교반 및 혼합하여 오염수배출구(30c)를 통해서 이중관체(10)의 제1 소통로(11A)로 강제투입한다.

여기서 상기 기체공급원(A-1)은 특정 기체 또는 대기를 저장한 탱크일 수도 있고 또는 단순히 대기 자체일 수도 있다.

그리고, 본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치에 있어서 상기 기체공급원(A-1)으로부터 공급되는 기체에는 예컨대 오존과 같은 라디칼 발생원이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하면 오존과 같은 라디칼 발생원이 교반펌프(30)로 흡입되어서 오염수와 교반 및 혼합되는 과정에서 오염수와의 접촉효율을 높이고 라디칼 발생원의 용존율을 높여서 각종 난분해성 유기물, 세균, 유해물질, 독성물질 및 바이러스 등의 제거 효율을 높일 수 있는 이점이 있기 때문이다.

그리고, 본 발명의 제1 실시예에 의한 플라즈마 고도수처리 장치는 상기 이중관체(10)와 연결되어서 이중관체(10)를 통과하면서 방전 플라즈마에 의한 멸균과정과 오존 등의 라디칼 발생원에 의한 유기물 제거과정을 거친 처리수가 머무는 수조(40)가 더 포함되어서 구성된다.

그리고, 도시된 바와 같이 처리수가 유입되는 처리수 입수관(41)을 수조(40)의 하측에 연결 구성하고 처리수가 나가는 처리수 공급관(42)을 수조(40)의 상측에 연결 구성함으로써, 수조(40)의 상부에는 배오존이 모일 수 있도록 하는 공간부를 형성할 수 있게 된다.

그리고, 처리수가 수조(40)에 머무는 동안에도 오존 등의 라디칼 발생원에 의한 각종 난분해성 유기물, 세균, 유해물질, 독성물질 및 바이러스 등의 제거과정이 계속 진행됨은 물론이다.

그리고, 본 발명의 제1 실시예에 의한 플라즈마 고도수처리 장치는 일단이 상기 수조(40)의 상단에 연결하고 타단이 상기 기체유입구(30a)에 연결되어서, 상기 수조(40)에서 기화되는 라디칼 발생원(예컨대 배오존)을 상기 교반펌프(30)로 궤환시키는 라디칼 발생원 궤환관(52)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 라디칼 발생원 궤환관(52)을 설치하면 교반펌프(30)의 구동에 의해서 교반펌프(30) 내의 유체가 오염수배출구(30c) 쪽으로 빠르게 흐름을 형성하므로 라디칼 발생원 궤환관(52) 내부에 별도의 흡입구동원이 없더라도 수조(40)에서 기화되는 라디칼 발생원은 압력차에 의해서 자연스레 교반펌프(30)로 빨려들어가게 된다.

그리고, 라디칼 발생원을 원활하게 교반펌프(30)을 궤환시키기 위해서 수조(40)의 일측에는 에어홀(air hole)(미도시)이 형성될 수도 있을 것이다.

상기와 같은 라디칼 발생원 궤환관(52)의 구성에 의하면 수조의 상측에 모인 배오존이 외부로 유출을 막아서 인체 유해성을 미연에 차단할 수 있고 배오존을 다시 오염수로 궤환시켜서 재활용할 수 있으며, 배오존 제거를 위한 별도의 처리 시설을 필요로 하지 않아서 배오존 처리 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 배오존과 같은 기체를 오염수원으로 최종 배출하기 위하여 수조(40)의 상측에 구비되는 미소 배오존 배출관(53)이 구성되어 있다.

상기 미소 배오존 배출관(53)의 구성에 의하면, 플라즈마 방전 처리 과정에서 생성되고 피드백되면서 계속적으로 증가하는 내부 압력을 적절하게 조절하고, 일부 오존을 오염수가 펌프로 유입되기 전의 최초 오염수원으로 투입하여 전처리 공정으로 사용함으로써 배오존의 화학적 에너지를 가능한 모두 오염수 처리에 이용할 수 있는 이점이 있다.

제1 실시예에 있어서, 상기 이중관체(10)는 내부관(11)과 외부관(13), 두 관(11)(13)을 이격 고정하는 양단 캡(15)으로 이루어진다.

내부관(11)은 각 캡(15)의 끼움부(15A)에 외접하고, 끼움부(15A)와 나사결합하는 고정마개(15B)를 돌리면 끼움부가 내부관을 조여 내부관의 고정과 밀폐성이 동시에 보장된다. 필요에 따라 다양한 형태의 패킹링이 도입될 수 있고, 고정마개의 조임에 따라 내부관에 끼움부(15A)가 조임-밀착되는 방식은 다양한 공지의 배관 연결용 조인트 구조를 채용하여 다양하게 변형될 수 있다.

상기 외부관(13)은 각 캡(15)에 내접하는 형태이고, 실리콘 수지와 같은 다양한 밀봉체(S)를 통하여 밀폐성을 보장할 수 있다. 그러나 필요에 따라 캡을 변형하여 내부관 고정 구조와 같은 고정 및 밀폐구조를 도입할 수 있다.

상기 캡(15)에는 교반펌프(30)의 오염수유입구(30b)와 배관에 의해서 연결되는 유입구(11a)와 방전 플라즈마에 의해서 멸균 처리된 처리수가 토출되는 토출구(11b)가 형성되어 있다.

그리고, 제1 실시예에서는 방전 플라즈마를 위해서 외부관(13)에 적정량의 기체가 투입될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치에서 플라즈마 발생수단(20)은 전원부(21)(예: 4kV 제공)와, 이와 연결된 제1 및 제2 전극(23)(25)을 포함한다.

제1 전극(23)은 제1 소통로(11A)에 배열된 직선형이고, 제2 전극(25)은 외부관(13)의 내부에서 내부관(11)의 외주면에 권취되어서 배열된 코일형이다. 그러나 필요에 따라 메쉬형 전극이나 이중 코일형 전극 등 다양한 전극을 선택 도입할 수 있다.

제1 전극(23) 일단은 전원부(21)와 연결되어 일측 캡(15)은 관통한 후 내부관(11) 중앙에 배열되고, 제1 전극(23) 타단은 타측 캡(15)에 끼워져 지지되는 구조를 취하고 있다.

또 제2 전극(25) 일단은 전원부(21)와 연결되어 타측 캡(15)과 외부관(13) 사이를 통과한 후, 내부관(11)에 외접하면서 코일 형태로 권취되어 있는 구조인데, 각 전극(23)(25)과 다른 구성요소 사이에는 적절한 밀봉체(S)를 도입하여 감전이나 누전 등의 각종 전기 안전사고 및 유체 누설 문제가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

캡(15)과 내외관(11)(13)의 결합구조나 밀봉체의 구조는 성능, 안전성, 생산성 등을 고려하여 다양하게 변형될 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치에서 플라즈마 발생수단은 대장균이나 각종 세균, 기타 다양한 병원성 세균의 박멸을 주목적으로 하고, 오존과 같은 라디칼 발생원은 각종 난분해성 유기물, 다양한 세균, 유해물질, 독성물질 및 바이러스 등의 분해 처리를 주목적으로 한다.

특히, 본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는 다량의 미세버블을 오염수와 함께 이중관체에 투입되므로 오염수와 버블의 비유전율이 상이함에 따른 전기충격에 의한 살균력을 향상시키고 수산기와 같은 라디칼을 더욱더 많이 생성시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는 상수원, 수돗물, 오폐수처리시설 등의 오염수원과 연계되어 있으므로 외부에서 새로 지속적으로 공급되는 오염수로 인하여 방전 플라즈마로 인한 열발생에도 불구하고 이중관체(10)가 수온에 맞게 냉각되므로 온도에 취약한 오존 등의 라디칼 발생원의 열적 안전성이 확보되어 수율이 향상된다.

도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 플라즈마 고도수처리 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 고도수처리 장치에 있어서는, 외부관(13)으로 라디컬 반응용 기체를 투입하고 투입된 기체가 방전 플라즈마에 의해서 생성된 라디칼 발생원이 토출될 수 있도록 유입구(13a)와 토출구(13b)를 형성하여 외부관(13) 내부에 제2 소통로(13A)가 형성되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 있어서 캡(15)에는 오존과 같은 라디칼 발생원 형성을 위한 라디칼 반응용 기체를 제공하는 라디칼 반응용 기체 공급원(A-2)(순수 산소 또는 공기 등 공급)과 연결된 기체유입구(13a)와 토출구(11b)가 형성되어 있다.

제2 실시예에 있어서, 제1 소통로(11A)와 제2 소통로(13A)를 흐르는 유체는 임의로 선택할 수 있으나, 방전 플라즈마 효율 및 오염수 내의 세균 등의 멸균효율을 고려하여 내부관(11)의 제1 소통로(11A)를 오염수가 통과하는 용도로 선택하였다.

그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 고도수처리 장치에 있어서는, 상기 제2 소통로(13A)에 연결되어서 상기 제2 소통로(13A)로 예컨대 산소와 같은 라디칼 반응용 기체를 강제투입하는 라디컬 반응용 기체 공급원(A-2)과, 상기 이중관체(10)를 통과한 처리수를 수용하는 수조(40)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하고, 제2 소통로(13A)의 토출구(13b)로부터 토출되는 라디칼 발생원을 상기 교반펌프(30)로 피드백(feed back)시키기 위해서 상기 제2 소통로(13A)의 토출구(13b)와 상기 기체유입구(30a)를 연결하는 피드백관(51)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하면, 오존과 같은 라디칼 발생원을 본원 발명 특유의 방전 플라즈마 구조를 이용하여 효율적으로 생성할 수 있다.

또한 상기와 같이 제2 소통로(13A)에서 생성된 오존과 같은 라디칼 발생원을 교반펌프(30)의 구동에 의해서 피드백(feed back)시켜서 오염수에 라디칼 발생원을 교반 및 혼합시키고 이와 같이 라디칼 발생원이 혼합된 오염수를 이중관체(10)의 제1 소통로(11A)로 강제투입하여 방전 플라즈마를 발생시킴으로써, 통상적인 수조에서 반응시키는 경우보다 오염수와 오존 등의 라디칼 발생원의 접촉효율을 높이고 라디칼 발생원의 용존효율 또한 높여서 각종 난분해성 유기물, 세균, 유해물질, 독성물질 및 바이러스 등의 제거 효율을 높일 수 있는 이점이 발생한다.

상기와 같은 구성으로 피드백관(51)을 설치하면 교반펌프(30)의 구동에 의해서 교반펌프(30) 내의 유체가 오염수배출구(30c) 쪽으로 빠르게 흐름을 형성하므로 피드백관(51) 내부에 별도의 흡입구동원이 없더라도 제2 소통로(13A) 내부의 라디칼 발생원은 압력차에 의해서 자발적으로 교반펌프(30)로 빨려들어가게 된다.

제2 실시예에 있어서도 라디칼 발생원 궤환관(52)이 구성됨은 제1 실시예의 경우와 같다.

도 3에는 본 발명에 의한 플라즈마 고도수처리 장치를 중?대단위 수처리에 적합한 형태로 배열한 개략 구성도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 고도수처리 장치는 가정용 정수시설과 같은 최소단위 수처리 장치나, 하폐수 처리장의 후단 설비에 맞는 중?대규모 수처리장치, 마을단위 취수정과 연계된 수돗물 공급이나 대도시 수돗물 공급을 위한 정수시설과 같은 다양한 소중대규모 상수 처리시설을 위하여 다양하게 접목될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 수조(40)는 1, 2개의 이중관체(10)와 연결된 것이 아니라 수처리 규모에 따라 수십, 수백 개의 이중관체와 연결될 수 있으며(도면에서는 편의상 6개의 이중관체 도시), 이러한 수조가 또한 다수 개 도입되어 플라즈마 수처리 시스템을 구성하여, 본 발명의 개념을 가정용 소단위 수처리부터 상수도용 대단위 수처리에 이르기까지 폭 넓게 적용하도록 확장하는 것이 바람직하다.

필요에 따라 이중관체(10) 및 플라즈마 발생수단(20)은 도 1 및 도 2에서 1열 배열된 것으로 되어 있으나, 2열 이상 배열하여 다중 처리를 도모할 수 있고, 수조 역시 2열 이상 다중 배열할 수 있다.

나아가 라디칼 반응용 기체 공급원(A-2)과 이중관체(10)를 연결하는 배관이나, 기타 배관 상의 필요 부위에는 밸브(V)가 더 도입되는 것이 바람직하다.

또 전원부(21), 교반펌프(30), 밸브(V) 등의 제어는 각종 마이컴, PLC(Programmable Logic controller) 등으로 제어부를 구성하여 반자동 또는 자동 운전 제어하는 것이 바람직하다.

한편, 수조(40)에서 발생하는 배오존을 포집하여 재활용하지 않고 제거할 수도 있는데, 예컨대 유도가열장치 또는 그 밖의 공지된 다양한 가열수단, 활성탄 등을 이용하여 배오존을 열적으로 반응시키거나 활성탄과의 반응 또는 정체구간을 부여하여 제거할 수 있을 것이다.

또한, 플라즈마 방전 처리를 거쳐서 수조(40)에 모여있는 처리수에 대하여 재차 플라즈마 방전 처리가 필요한 경우, 수조(40)에 있는 처리수를 오염수 처리용 펌프(30)의 오염수유입구(31b)로 순환시키기 위한 순환배관(55)과 상기 순환배관(55)에 연결되는 순환펌프(미도시)가 더 포함되어서 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 제2 전극(25)을 코일 형태의 구조로 기술하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 망사 구조와 같이 내부관(11)을 권취하는 구조라면 그 형태에 관계없이 본원발명의 기술적 범위에 속함은 물론이다.

이상의 설명에서 플라즈마 발생 방법 및 그 메커니즘, 전원부의 구체 사양, 전극의 구체 사양, 펌프들의 사양, 처리 용량, 제어방법 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 플라즈마 수처리장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

A-1: 기체공급원 A-2: 라디칼 반응용 기체 공급원
S: 밀봉체 10: 이중관체
11: 내부관 11A: 제1 소통로
11a, 13a: 유입구 11b, 13b: 토출구
13: 외부관 13A: 제2 소통로
15: 캡 15A: 끼움부
15B: 고정마개 20: 플라즈마 발생수단
21: 전원부 23,25: 전극
30: 교반펌프 30a: 기체유입구
30b: 오염수유입구 30c: 오염수배출구
40: 수조 41: 처리수 입수관
42: 처리수 공급관 51: 피드백관
52: 라디칼 발생원 궤환관 53 : 미소 배오존 배출관
55: 순환배관

Claims (6)

1. 내부관(11)과 외부관(13)으로 구성되어 있고 내부관(11)에는 제1 소통로(11A)가 형성되어 있는 이중관체(10);
   기체가 유입되는 기체유입구(30a)와 오염수가 유입되는 오염수유입구(30b)와 상기 이중관체(10)와 연결되는 오염수배출구(30c)가 구비되고 있고, 상기 오염수유입구(30b)를 통해서 유입된 오염수와 상기 기체유입구(30a)를 통해서 유입된 기체를 교반하여 상기 오염수배출구(30c)를 통해서 상기 이중관체(10)의 제1 소통로(11A)로 강제투입하는 교반펌프(30); 및
   상기 이중관체(10)의 내부관(11)과 외부관(13)에 각각 배열된 전극(23, 25)과, 상기 전극(23, 25)과 연결된 전원부(21)를 포함하는 플라즈마 발생수단(20)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 고도수처리 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기체유입구(30a)로부터 유입되는 기체에는 라디칼 발생원이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 고도수처리 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 이중관체(10)와 연결되어서 이중관체(10)를 통과한 처리수를 수용하는 수조(40); 및
   일단이 상기 수조(40)의 상측에 위치하고 타단이 상기 기체유입구(30a)에 연결되어서, 상기 수조(40)에서 기화되는 라디칼 발생원을 상기 교반펌프(30)로 궤환시키는 라디칼 발생원 궤환관(52)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 고도수처리 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 이중관체(10)의 외부관(13)에는 상기 제1 소통로(11A)와 구획되어서 제2 소통로(13A)가 형성되어 있고,
   상기 제2 소통로(13A)에 연결되어서 상기 제2 소통로(13A)로 라디칼 반응용 기체를 강제투입하는 라디컬 반응용 기체 공급원(A-2);
   상기 제2 소통로(13A)의 토출구(13b)로부터 토출되는 라디칼 발생원을 상기 교반펌프(30)로 피드백(feed back)시키기 위해서, 상기 제2 소통로(13A)의 토출구(13b)와 상기 기체유입구(30a)를 연결하는 피드백관(51)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 고도수처리 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 이중관체(10)를 통과한 처리수를 수용하는 수조(40); 및
   일단이 상기 수조(40)의 상측에 위치하고 타단이 상기 기체유입구(30a)에 연결되어서, 상기 수조(40)에서 기화되는 라디칼 발생원을 상기 교반펌프(30)로 궤환시키는 라디칼 발생원 궤환관(52)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 고도수처리 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부관(13)에 배열된 전극(25)은 상기 내부관(11)을 감싸도록 코일 또는 망사 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 플라즈마 고도수처리 장치.

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