KR20130101056A

KR20130101056A - 수처리 장치 및 수처리 방법

Info

Publication number: KR20130101056A
Application number: KR1020137009396A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 모리야; 겐이치 가타오카; 시게루 센자키; 요우이치 시마누키; 가즈히코 가노
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-09-12
Also published as: CN103153878A; JP2012081453A; CN103153878B; US20130193087A1; SG189361A1; JP5568433B2; WO2012050215A1

Abstract

본 발명은, 피처리수에 포함되는 유기물을 분해함으로써, 후류의 여과 장치에서의 부하를 경감시킬 수 있고, 게다가 배관 등의 부식을 회피할 수 있는 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 수처리 장치(12)는, 유기물을 함유하는 피처리수(15a)를 소정의 압력으로 가압하는 대구경 유로(22), 소구경 유로(23) 및 가압 펌프(24)와, 가압된 피처리수(15a)에 레이저광(27)을 조사하여 소정 온도로 가열하는 레이저 광원(25) 및 집광 렌즈(26)를 가지며, 레이저 광원(25)으로부터 조사된 레이저광(27)을, 가압된 피처리수(15a)가 유통되는 소구경 유로(23)에 있어서 해당 유로 내의 유로벽으로부터 이격된 영역(29)에 집광 렌즈(26)에 의해 집광시켜, 이 영역(29) 내의 피처리수(15a)를 가열하며 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 피처리수(15a) 중의 유기물을 분해한다.

Description

수처리 장치 및 수처리 방법{WATER TREATMENT DEVICE AND WATER TREATMENT METHOD}

본 발명은, 폐수나 오염수 등 유기물 함유수에 포함되는 유기물을 초임계수 또는 아임계수로 분해하는 수처리 장치 및 수처리 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공장을 비롯하여 각종 제조 공장, 사업소, 집합 주택 등으로부터 배출되어 여러 가지 유기물이나 기타 이물을 포함한 폐수는, 일반적으로, 빗물과 함께 대형 하수처리 시설에서 정화되어 음료수 등으로 이용 가능한 상수로 조수(造水)되어 재이용되지만, 예컨대 도시권에서 멀리 떨어진 일부 지역, 발전도상국의 내륙부 등에 있어서는 필요한 정화를 위한 설비가 정비되어 있지 않은 지방도 있고, 폐수의 유입에 의해 혹은 그 밖의 이유에 의해 오염된 하천 등의 오염수의 사용을 부득이하게 하고 있는 경우도 있다.

또한, 도시권이나 선진국에 있어서도, 지진 등의 재해 직후의 일정 기간에 있어서는, 음료수를 확보할 수 없는 상황에 빠질 우려도 있다. 따라서, 공장 또는 가정의 배수, 빗물, 기타 오염수 등으로부터 상수를 효율적으로 제조하고 또한 번잡하지 않은 설비에 의해 실시할 수 있는 조수 기술의 확립이 요구되고 있다.

그런데, 종래의 하수처리 시설에 있어서는, 예컨대 물리적 처리와 생물적 처리를 병용하여, 대규모의 저수조에 있어서 오물 등의 비교적 큰 고형물을 침전 제거한 후(물리적 처리), 활성 오니 처리(생물적 처리)를 행하고, 그 후, 예컨대 완만 여과, 응집제를 적용한 급속 여과 등에 의해 고형물을 제거하며, 계속해서, 색 또는 냄새를 제거하기 위한 에어레이션(aeration), 분말 활성탄 처리 등의 고도 처리를 행하고, 필요에 따라 오존 산화, 활성탄 흡착 처리 등을 행하며, 최종적으로 염소에 의한 멸균 처리를 행하여 상수를 조수하고 있었다.

또한, 최근에 와서, 하수 중의 유기 폐기물을 분해하는 기술로서, 초임계수 또는 아임계수를 이용하여 유기물을 분해 처리하는 유기 폐기물의 분해 처리 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평성11-165142호 공보

그러나, 종래의 하수처리 시설을 적용한 조수 기술에 있어서는, 생물 처리 후의 피처리수에 유기물 등의 고형물이 상당량 포함되어 있기 때문에 여과 장치의 부하가 너무 높아 처리할 수 없어 폐기되는 물이, 예컨대 전체의 60% 정도를 차지한다고 하는 문제가 있다. 또한, 초임계수 또는 아임계수에 의해 유기물을 분해하는 유기 폐기물의 분해 처리 기술에 있어서는, 초임계수 또는 아임계수와의 접촉에 기인하는 배관을 비롯한 설비의 부식을 회피하기 위한 특별한 조치가 필요하게 되어, 장치 구성이 복잡해지거나 또는 처리 공정이 번잡해진다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 폐수나 오염수 등의 유기물 함유수에 포함되는 유기물을 보다 효율적으로 분해함으로써 후류(後流)의 여과 장치에서의 부하를 경감시킬 수 있고, 게다가 배관을 비롯한 설비의 부식을 회피할 수 있는 수처리 장치 및 수처리 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 양태에 따르면, 유기물을 함유하는 피처리수를 소정의 압력으로 가압하는 가압 장치와, 상기 가압 장치에 의해 가압된 상기 피처리수를 소정 온도로 가열함으로써 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수로 상기 피처리수에 함유되어 있는 상기 유기물을 분해하는 가열 장치를 가지며, 상기 가열 장치는, 상기 가압 장치에 의해 가압된 상기 피처리수를 향해 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치와, 이 레이저광 조사 장치로부터 조사된 레이저광을 상기 가압된 피처리수가 유통되는 유로에 있어서 해당 유로 내의 유로벽으로부터 이격된 영역에 집광시키는 집광 렌즈를 구비하는 수처리 장치가 제공된다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 가압 장치는, 상기 피처리수를 대구경 유로로부터 이 대구경 유로보다도 유로 단면적이 작은 소구경 유로로 도입함으로써 상기 피처리수를 가압하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소구경 유로의 유로벽의 적어도 일부는 투명하며, 상기 레이저광 조사 장치는 상기 투명한 유로벽을 통해 상기 소구경 유로 내의 영역에 상기 레이저광을 조사하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 진공 단열층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 열회수용 기체가 유통되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 공극을 갖는 충전재가 충전되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소구경 유로에 있어서 상기 레이저광이 조사되는 유로벽과 대향하는 유로벽의, 상기 유로 내측의 유로 벽면에 열반사판이 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소정의 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 소정의 온도는 200℃ 내지 500℃인 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소정의 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 소정의 온도는 200℃ 내지 374℃이고, 상기 피처리수가 액체의 상태인 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 있어서, 상기 소정의 압력은 22 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 소정의 온도는 374℃ 내지 500℃인 것이 바람직하다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제2 양태에 따르면, 유기물을 함유하는 피처리수를 소정의 압력으로 가압하는 가압 단계와, 상기 가압 단계에 의해 가압된 피처리수를 소정 온도로 가열하여 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수로 상기 유기물을 분해하는 가열 단계를 포함하며, 상기 가열 단계는, 상기 가압 단계에 의해 가압된 상기 피처리수를 향해 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 단계와, 이 레이저광 조사 단계에서 조사된 레이저광을 상기 가압된 피처리수가 유통되는 유로에 있어서의 해당 유로 내의 유로벽으로부터 이격된 영역에 집광시키는 집광 단계를 포함하는 것인 수처리 방법이 제공된다.

본 발명의 제2 양태에 있어서, 상기 가압 단계는, 상기 피처리수를 대구경 유로로부터 이 대구경 유로보다도 유로 단면적이 작은 소구경 유로로 도입함으로써 상기 피처리수를 가압하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 양태에 있어서, 상기 소구경 유로의 유로벽의 일부는 투명하며, 상기 레이저광 조사 단계는 상기 투명한 유로벽을 통해 상기 유로 내의 영역에 상기 레이저광을 조사하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 양태에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 기체를 유통시켜 상기 내부관으로부터 방출되는 열을 회수하는 열회수 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 양태에 있어서, 상기 소정의 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 소정의 온도는 200℃ 내지 500℃인 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 양태에 있어서, 상기 소정의 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 소정의 온도는 200℃ 내지 374℃이고, 상기 피처리수가 액체의 상태인 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 양태에 있어서, 상기 소정의 압력은 22 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 소정의 온도는 374℃ 내지 500℃인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 폐수나 오염수 등의 유기물 함유수에 포함되는 유기물을 보다 효율적으로 분해함으로써 후류의 여과 장치에서의 부하를 경감시킬 수 있고, 게다가 배관을 비롯한 설비의 부식을 회피할 수 있다.

도 1은 조수 시스템의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 주요부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 주요부의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 2a의 B-B선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 방법을 나타낸 플로차트이다.
도 4는 초임계수 및 아임계수의 생성 조건을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 변형례의 주요부인 피처리수 유로의 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 도입시의 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 가압시의 단면도이다.
도 6c는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 가열(레이저광 조사)시의 단면도이다.
도 6d는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 배출시의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

본 발명의 수처리 장치는, 폐수나 오염수 등의 유기물을 함유하는 피처리수를 소정의 압력으로 가압하는 가압 장치와, 가압 장치에 의해 가압된 피처리수를 소정 온도로 가열하여 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수로 피처리수 중의 유기물을 분해하는 가열 장치를 갖는 것으로서, 하수, 공장 배수, 생활 배수, 빗물 등 혹은 이들이 혼합된 폐수, 혹은 이들 물이 혼입 또는 다른 원인에 의해 오염된 하천 등의 오염수로부터 상수를 제조하는 조수 시스템의 일부를 구성한다.

도 1은 조수 시스템의 일례를 나타낸 블록도이다.

도 1에 있어서, 이 조수 시스템(10)은, 피처리수(15) 중의 큰 고형물을 분해 또는 분리하여 처리 부하가 균등해지도록 조정하는 오수 확산조(11)와, 이 오수 확산조(11)의 출구액을 가열 가압하여 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수로 피처리수 중의 유기물을 분해하는 수처리 장치(12)와, 이 수처리 장치(12)의 출구액에 포함되며, 상기 수처리 장치(12)로 분해된 분해 잔류물을 여과 분별하는 역침투막 장치(13)와, 이 역침투막 장치(13)의 출구액에, 예컨대 플라즈마 처리를 행하여 상수(16)를 제조하는 음료수 처리 장치(14)로 주로 구성되어 있다. 분해 잔류물에는, 배수 처리 장치(12)로 분해되어 미세한 고형물의 상태가 된 것 이외에, 분자 레벨까지 분해된 것이 클러스터 형상으로 모인 것, 혹은 큰 사이즈의 분자도 포함된다.

도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 주요부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2b는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 주요부를 나타낸 설명도로서, 도 2a의 B-B선을 따라 취한 단면도이다.

도 2a에 있어서, 이 수처리 장치(12)는, 처리 대상인 유기물 함유 피처리수(이하, 간단히 「피처리수」라고 함)(15a)를 대구경 유로(22)로부터 소구경 유로(23)에 도입하여 가압하는 가압 펌프(24)를 갖는다. 소구경 유로(23)는, 투명하면서 내열성이 우수한 예컨대 석영 유리로 구성되어 있다.

대구경 유로(22)로부터 소구경 유로(23)에 도입된 피처리수(15a)는 가압 펌프(24)에 의해 예컨대 25 ㎫ 내지 40 ㎫로 가압된다. 가압된 피처리수(15a)가 유통되는 소구경 유로(23)와는 공간을 사이에 둔 위치에 레이저광 조사 장치로서의 레이저 광원(25)이 배치되어 있다. 레이저 광원(25)은 소구경 유로(23)를 유통하는 피처리수(15a)를 향해 레이저광(27)을 조사한다. 레이저 광원(25)과 소구경 유로(23) 사이에는 집광 렌즈(26)가 배치되어 있다. 집광 렌즈(26)는 레이저 광원(25)으로부터 조사된 레이저광(27)을 집광하여 소구경 유로(23)의 유로벽으로부터 이격된 유로(23) 내의 영역(29)(도 2b 참조)에 조사한다.

레이저광이 조사된 고압의 피처리수(15a)는, 고온 고압, 예컨대 300℃ 내지 400℃, 25 ㎫ 내지 40 ㎫가 되고, 피처리수(15a) 중의 수성분으로부터 초임계수 또는 아임계수가 생성된다. 이와 같이 하여 초임계수 또는 아임계수가 된 피처리수(15a)는, 피처리수(15a)에 함유되어 있는 유기물을 분해한다. 소구경 유로(23)의 후류에는 감압 장치(28)가 마련되어 있고, 유기물이 분해된 처리 후의 피처리수(15b)는, 소구경 유로(23)로부터 감압 장치(28)로 유입되며, 여기서 처리 후의 피처리수(15b)의 압력이 회수된다.

이하에, 이러한 구성의 수처리 장치를 이용하여 실행되는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 방법에 대해서 설명한다. 본 수처리는, 조수 시스템(도 1)에 있어서 역침투막 장치(13)에 의한 여과 처리의 전처리로서 위치 부여되는 것으로서, 도시를 생략한 조수 시스템(10)의 제어부에서의 메모리에 저장된 수처리용 프로그램에 따라 이 제어부에서의 CPU에 실행시킬 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 방법을 나타낸 플로차트이다.

도 3에 있어서, 피처리수를 처리할 때에는, 우선 오수 확산조(11)(도 1 참조)에서 확산시켜, 처리 부하가 균등해지도록 조정한 피처리수(15a)를 수처리 장치(12)(도 2a)에 도입하고(단계 S1), 가압 펌프(24)를 이용하여 대구경 유로(22)를 거쳐 소구경 유로(23)에 유입시키며, 이것에 의해 피처리수(15a)를 소정 압력, 예컨대 25 ㎫ 내지 40 ㎫로 가압한다(단계 S2).

계속해서, 소구경 유로(23)를 유통하는 가압된 피처리수(15a)를 향해 레이저 광원(25)으로부터 레이저광(27)을 조사하고(단계 S3), 이 레이저광(27)을 집광 렌즈(26)에 의해 집광시키며, 투명한 유로벽을 통해, 예컨대 도 2b에 도시된 바와 같이 소구경 유로(23)의 유로벽으로부터 이격된 유로(23) 내의 영역(29)에 조사하여 300℃ 내지 400℃로 가열하고, 이것에 의해 피처리수(15a) 중의 수성분으로부터 초임계수 또는 아임계수를 생성하며(단계 S4), 초임계수 또는 아임계수가 된 피처리수(15a)를 이용하여 피처리수(15a) 중의 유기물을 분해한다(단계 S5).

이때, 초임계수는 유기물을 CO₂로 분해하고, 아임계수는 유기물을 메탄(CH₄) 가스와 미소한 아미노산으로 분해한다.

계속해서, 유기물이 분해된 처리 후의 피처리수(15b)를 감압 장치(28)에 도입하고, 여기서 피처리수(15b)의 압력을 저감하여 유기물의 분해에 의해 생성된 CO₂, 메탄(CH₄) 등의 가스 성분을 분리하며(단계 S6), 그 후, 처리 후의 피처리수(15b)를 후류의 역침투막 장치(13)(도 1 참조)에 도입하여 처리 후의 피처리수(15b) 중에 잔류하는 분해 잔류물을 분리한다(단계 S7). 계속해서, 분해 잔류물이 분리된 처리 후의 피처리수(15b)를 더 후류의 음료수 처리 장치(14)(도 1)에 도입하고, 여기서, 예컨대 플라즈마를 이용한 음료수 처리를 행하여 음료수로서의 상수를 조제하며(단계 S8), 일련의 수처리를 종료한다.

도 3의 수처리에 따르면, 유기물을 함유하는 피처리수(15a)를 가압, 가열하여 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수에 의해 피처리수(15a)에 포함되는 유기물을 분해하도록 하였기 때문에, 후류의 역침투막 장치(13)에서의 부하가 경감되어, 결과적으로 상수의 정제 효율이 높아지며, 폐수나 오수 등의 피처리수(15a)를 거의 완전히 상수(16)로서 리사이클할 수 있다.

또한, 초임계수 또는 아임계수는 산화력이 강하여 피처리수(15a) 중의 유기물을 강력하게 분해하는 한편, 이것에 접촉하는 용기, 배관, 시일부 등의 설비를 부식시키는 원인이 되기도 하지만, 본 실시형태에 따르면, 레이저 광원(25)으로부터 조사된 레이저광(27)을 집광 렌즈(26)에 의해 집광시키고, 소구경 유로(23)의 유로벽으로부터 이격된 유로(23) 내의 영역(29)에 국소적으로 조사하여 유로벽으로부터 이격된 유로(23) 내의 영역(29) 내에서 초임계수 또는 아임계수를 생성하여 유기물을 분해하며, 그 후, 즉시 감압 장치(28)에 도입하여 감압하도록 하였기 때문에, 발생된 초임계수 또는 아임계수가 유로(23)의 벽면을 비롯한 설비 부재에 접촉하는 일이 없다. 이 때문에, 배관을 비롯한 설비의 부식을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따르면, 피처리수(15a)를 연속적으로 대구경 유로(22)로부터 소구경 유로(23)에 도입하여 가압하고, 레이저광(27)을 연속적으로 조사하여 유기물을 연속적으로 분해할 수 있어, 대용량의 처리 장치로의 스케일-업도 용이하다.

도 4는 초임계수 및 아임계수의 생성 조건을 나타낸 도면이다. 초임계수란 압력 22 ㎫ 이상이며 온도가 374℃ 이상인 물의 상태를 가리키며, 아임계수란 초임계 상태 이하의 압력 또는 온도의 액체의 물을 가리킨다.

본 실시형태에 있어서는, 유기물을 함유하는 피처리수(15a)를 22 ㎫ 이상의 압력을 가하면서 374℃ 이상으로 가열하거나, 또는 액체 상태를 유지하는 적절한 압력을 가하면서 200℃ 이상으로 가열한다. 이것에 의해, 피처리수(15a) 중의 수성분으로부터 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 초임계수 또는 아임계수가 된 피처리수(15a)를 이용하여 피처리수(15a)에 포함되는 유기물을 분해 제거할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 피처리수는 초임계 상태 이하의 압력에 있어서 아임계수가 될 수 있지만, 실효적으로 아임계수가 되기 위해서는 200℃ 이상의 온도에서 액체일 필요가 있고, 이 때문에, 아임계수이기 위해서는 1.5 ㎫ 이상의 압력으로 할 필요가 있다. 또한, 초임계 상태이기 위해서는 원리적으로는 압력 및 온도의 상한은 없다. 그러나, 실용상의 관점에서, 본원 기술의 효과를 얻기 위해서는 100 ㎫ 이하의 압력 및 500℃ 이하의 온도이면 된다.

본 실시형태에 있어서, 수처리 장치(12)의 출구액을 역침투막 장치(13)로 처리했을 때에 여과 분별된 분해 잔류물의 농도가 높은 피처리수(15b)를 재차 수처리 장치(12)의 입구로 되돌려 순환 처리할 수도 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 유기물이 분해된 처리 후의 피처리수(15b)가 갖는 압력은 감압 장치(28)에 의해 회수된다. 압력 회수 장치로는, 예컨대 터보차저가 적용된다. 본 실시형태에서, 터보차저는, 감압 장치(28) 내에 배치된 한쪽의 임펠러와, 이 임펠러의 회전축에 대하여 동축으로 연결되면서 가압 펌프(24) 내에 배치된 다른 쪽 임펠러를 포함하며, 예컨대 감압 장치(28)에 있어서 유체를 고압에서 저압으로 감압할 때, 압력차를 이용하여 유체의 흐름을 형성시키고, 이 흐름에 의해 한쪽 임펠러를 회전시키며, 다른 쪽 임펠러를 회전시킴으로써, 피처리수(15a)를 유로(22)에서 유로(23)로 유입시킨다.

본 실시형태에 있어서, 감압 장치(28)에 의해 압력이 회수되며, 압력이 저하된 피처리수(15b)로부터 가스 성분이 방출된다. 가스 성분에는, 가압시에 피처리수(15a)에 용융된 대기 성분 이외에, 고형물을 분해했을 때에 발생한 분해 생성물로서의 가스도 포함된다. 가스 성분을 방출한 처리 후의 피처리수(15b)는, 유기물이 분해된 미소한 아미노산을 포함하는 물이며, 예컨대 비료로서 적합한 이용 가치를 갖는다.

본 실시형태에 있어서, 소구경 유로(23)의 길이는, 예컨대 1 m 정도이며, 소구경 유로(23)에 있어서 레이저광(27)이 조사되는 유로벽과 대향하는 유로벽의, 유로 내측의 유로 벽면에 열반사판을 배치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 소구경 유로(23)로부터의 열의 방산(放散)을 방지할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 수처리 장치(12)의 출구액인 처리 후의 피처리수(15b)는, 후류의 역침투막 장치(13)에 유입되어 분해 잔류물이 분리되지만, 초임계수 또는 아임계수에 의해 유기물의 대부분이 분해되어 있기 때문에, 역침투막 장치(13)에서의 부하가 저감되고, 막힘 등의 트러블이 발생하는 일은 없다.

다음에 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 변형례에 대해서 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 변형례의 주요부인 피처리수 유로의 단면도이다. 이 피처리수 유로는 도 2a의 대구경의 피처리수 유로(22)와, 이 대구경의 피처리수 유로(22)에 연결된 소구경의 피처리수 유로(23)에 상당하는 가압 장치이다.

도 5에 있어서, 이 피처리수 유로(50)는 내경이 대구경에서 소구경으로 순차적으로 축소되는 테이퍼형의 내부관(51)과, 이 내부관(51)을 덮도록 동심원형으로 마련된 외부관(52)으로 주로 구성된 이중관 구조를 띠고 있다.

테이퍼형의 내부관(51)의 내벽면에는, 복수의 배플판(54)이, 예컨대 등간격으로 마련되어 있다. 따라서, 피처리수(15a)는, 배플판(54)에 의해 신속한 유통이 저해되고, 내부관(51) 안을 사행하도록 유통한다. 이것에 의해, 내부관(51)에서의 피처리수(15a)의 체류 시간이 길어지고, 유기물의 분해가 촉진된다.

이러한 구성의 피처리수 유로(50)를 구비한 수처리 장치에 있어서, 내부관(51)의 대구경측으로부터 피처리수(15a)를 도입하고, 도시를 생략한 가압 펌프에 의해 소구경측으로 압출함으로써 가압하며, 이하, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 가압된 피처리수(15a)가 유통되는 내부관(51)의 소구경측에서의 유로벽으로부터 이격된 유로(51) 내의 영역(도 2b 참조)에 레이저광을 조사하여 그 영역에만 초임계수 또는 아임계수를 생성하고, 이하 마찬가지로 하여 피처리수(15a)에 포함되는 유기물을 분해한다.

본 실시형태의 변형례에 따르면, 가압된 피처리수(15a)가 유통되는 내부관(51)의 소구경측에서의 유로 내의 유로벽으로부터 이격된 영역에만 레이저광을 조사하여 초임계수 또는 아임계수를 생성하고, 이 초임계수 또는 아임계수에 의해 피처리수(15a)에 포함되는 유기물을 분해하도록 하였기 때문에, 상기 실시형태와 마찬가지로, 후류의 여과 장치에서의 부하를 경감시킬 수 있고, 배관을 비롯한 설비의 부식을 방지할 수 있다.

본 실시형태의 변형례에 있어서, 이중관 구조를 형성하는 내부관(51)과 외부관(52) 사이의 공간(53)을, 1.33×10^-2 Pa(1×10^-4 Torr) 내지 1.33×10² Pa(1 Torr) 정도로 감압된 진공 단열층으로 하는 것이 바람직하다, 이것에 의해 내부관(51)으로부터의 열의 방산에 의한 에너지 손실을 저감할 수 있다. 또한, 내부관(51)과 외부관(52) 사이의 공간(53)을 진공 단열층으로 하는 대신에, 공간(53)에 공극률이 큰 충전재를 충전할 수도 있다. 이것에 의해, 테이퍼형의 내부관(51)으로부터 열의 복사를 방지하여 단열 효과를 향상시킬 수 있다.

본 실시형태의 변형례에 있어서, 내부관(51) 및 외부관(52)에서의 적어도 레이저광 조사 부분을 각각 투명하고 강도가 높은 재료, 예컨대 석영 유리로 구성하는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 레이저 광원으로부터 피처리수(15a)를 향해 조사되는 레이저광의 감쇠를 회피할 수 있다.

본 실시형태의 변형례에 있어서, 내부관(51)과 외부관(52) 사이의 공간(53)에 열회수용 가스를 유통시키고, 내부관(51)으로부터 방산되는 열을 회수할 수도 있다. 이때, 열회수용 가스로는, 예컨대 질소(N₂), 대체 프론, CO₂ 등을 이용할 수 있고, 그 압력은 0.1 ㎫ 내지 5 ㎫ 정도로 유지된다.

본 실시형태의 변형례에 있어서, 내부관(52)의 내벽면에, 예컨대 금속으로 이루어진 열반사판을 배치하고, 이것에 의해 열손실을 저감할 수도 있다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례에 대해서 설명한다.

도 6a는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 도입시의 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 가압시의 단면도이며, 도 6c는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 가열(레이저광 조사)시의 단면도이고, 도 6d는 본 발명의 실시형태에 따른 수처리 장치의 다른 변형례의 주요부인 피처리수 유로에 있어서 피처리수 배출시의 단면도이다. 이 피처리수 유로는, 도 2a의 대구경의 피처리수 유로(22)와, 이 대구경의 피처리수 유로(22)에 연결된 소구경의 피처리수 유로(23)와 마찬가지로, 피처리수(15a)를 소정의 압력으로 가압하는 가압 장치이다.

도 6a 내지 도 6d에 있어서, 이 피처리수 유로(60)는, 자동차의 로터리 엔진의 원리를 적용한 것으로서, 한가운데가 잘록한 타원형의 케이스(61)와, 이 타원형의 케이스(61) 내에서 회전하는 대략 삼각형 모양의 로터(62)로 주로 구성되어 있다.

이러한 구성의 피처리수 유로(60)를 갖는 수처리 장치에 있어서, 로터(62)를 회전시켜 케이스(61) 내로 피처리수(15a)를 도입하고(도 6a), 로터(62) 및 케이스(61) 사이에서 피처리수(15a)를 압축하여 가압하며(도 6b), 그 후, 케이스(61)로부터 이격된 케이스(61) 내의 영역에 있어서만 가압된 피처리수(15a)에 레이저광(27)을 조사함으로써 피처리수(15a)를 가열하여 고온 고압 상태로 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수에 의해 피처리수(15a) 중의 유기물을 분해한다(도 6c). 그 후, 유기물이 분해된 처리 후의 피처리수(15b)를 케이스(61)로부터 배출한다(도 6d). 도 6a 내지 도 6d의 일련의 처리는 로터(62)를 1 회전시키는 동안에 행해진다.

본 실시형태의 다른 변형례에 따르면, 피처리수(15a)를 가압하기 위해서 로터리 엔진의 원리를 채용하였기 때문에, 전술한 실시형태의 효과에 덧붙여, 피처리수(15a)를 효율적으로 가압할 수 있고, 최종적으로, 피처리수(15a)에 포함되는 유기물을 연속적으로, 또한 효율적으로 분해 처리할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 다른 변형례에 따르면, 로터(62)가 대략 삼각형이기 때문에 1회전하는 동안에 피처리수(15a)를 3회 가압할 수 있고, 레이저광을 3회 조사하여 초임계수 또는 아임계수를 3회 생성할 수 있으므로, 피처리수(15a) 중의 유기물을 고효율로 분해, 처리할 수 있다.

본 실시형태의 다른 변형례에 있어서, 케이스(61)에 있어서 적어도 레이저광 조사 부분을 투명한 재료, 예컨대 석영 유리로 구성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 레이저 광원(25)으로부터 조사되고, 집광 렌즈(26)에 의해 집광된 레이저광(27)을 감쇠시키지 않고 케이스(61)의 벽면으로부터 이격된 케이스 내의 영역에 집광시켜 그 영역 내에 초임계수 또는 아임계수를 생성할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 다른 변형례에 있어서, 롤러(62)의 회전수를 높임으로써 피처리수(15a)의 처리 속도를 용이하게 더 높일 수 있다.

이상, 본 발명을 실시형태를 이용하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기 각 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

12 : 수처리 장치
15, 15a : 유기물 함유 피처리수
15b : 처리 후의 피처리수
22 : 대구경 유로
23 : 소구경 유로
24 : 가압 펌프
25 : 레이저 광원
26 : 집광 렌즈
27 : 레이저광
28 : 감압 장치
29 : 유로벽으로부터 이격된 유로 내의 영역

Claims

유기물을 함유하는 피처리수를 정해진 압력으로 가압하는 가압 장치와,
상기 가압 장치에 의해 가압된 상기 피처리수를 정해진 온도로 가열함으로써 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수로 상기 피처리수에 함유되어 있는 상기 유기물을 분해하는 가열 장치
를 포함하며, 상기 가열 장치는, 상기 가압 장치에 의해 가압된 상기 피처리수를 향해 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 장치와, 이 레이저광 조사 장치로부터 조사된 레이저광을 상기 가압된 피처리수가 유통되는 유로에 있어서 해당 유로 내의 유로벽으로부터 이격된 영역에 집광시키는 집광 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 가압 장치는, 상기 피처리수를 대구경 유로로부터 이 대구경 유로보다도 유로 단면적이 작은 소구경 유로로 도입함으로써 상기 피처리수를 가압하는 것인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 소구경 유로의 유로벽의 적어도 일부는 투명하며, 상기 레이저광 조사 장치는 상기 투명한 유로벽을 통해 상기 소구경 유로 내의 영역에 상기 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 진공 단열층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 열회수용 기체가 유통되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 공극을 갖는 충전재가 충전되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 레이저광이 조사되는 상기 소구경 유로의 유로벽과 대향하는 유로벽에 있어서, 상기 유로 내측의 유로 벽면에 열반사판이 배치되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 정해진 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 정해진 온도는 200℃ 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제8항에 있어서, 상기 정해진 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 정해진 온도는 200℃ 내지 374℃이고, 상기 피처리수는 액체의 상태인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
제8항에 있어서, 상기 정해진 압력은 22 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 정해진 온도는 374℃ 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
유기물을 함유하는 피처리수를 정해진 압력으로 가압하는 가압 단계와,
상기 가압 단계에 의해 가압된 피처리수를 정해진 온도로 가열하여 초임계수 또는 아임계수를 생성시키고, 이 초임계수 또는 아임계수로 상기 유기물을 분해하는 가열 단계
를 포함하며, 상기 가열 단계는, 상기 가압 단계에 의해 가압된 상기 피처리수를 향해 레이저광을 조사하는 레이저광 조사 단계와, 이 레이저광 조사 단계에서 조사된 레이저광을 상기 가압된 피처리수가 유통되는 유로에 있어서 해당 유로 내의 유로벽으로부터 이격된 영역에 집광시키는 집광 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제11항에 있어서, 상기 가압 단계는, 상기 피처리수를 대구경 유로로부터 이 대구경 유로보다도 유로 단면적이 작은 소구경 유로로 도입함으로써 상기 피처리수를 가압하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제12항에 있어서, 상기 소구경 유로의 유로벽의 일부는 투명하며, 상기 레이저광 조사 단계는 상기 투명한 유로벽을 통해 상기 유로 내의 영역에 상기 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제12항에 있어서, 상기 소구경 유로는 이중관 구조를 갖고 있고, 내부관과 외부관 사이의 공간부에 기체를 유통시켜 상기 내부관으로부터 방출되는 열을 회수하는 열회수 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제11항에 있어서, 상기 정해진 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 정해진 온도는 200℃ 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 정해진 압력은 1.5 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 정해진 온도는 200℃ 내지 374℃이고, 상기 피처리수는 액체의 상태인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제15항에 있어서, 상기 정해진 압력은 22 ㎫ 내지 100 ㎫이며, 상기 정해진 온도는 374℃ 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.