KR20140066073A

KR20140066073A - 가압형 오존 용해 처리 장치

Info

Publication number: KR20140066073A
Application number: KR1020130016919A
Authority: KR
Inventors: 마사오 가츠베; 카즈히로 아유카와; 쇼고 스가하라; 야스히데 미카미
Original assignee: 씨앤에치아이앤씨(주)
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-05-30
Also published as: JP2014104373A; JP5331238B1

Abstract

[과제] 간소한 장치 구성에 의해, 높은 용존 농도의 오존수를 조제할 수 있고, 폐오존이 적고, 수질 정화 처리 등에서 높은 처리 효율이 얻어지는 가압형 오존 용해 처리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 밀폐형의 오존 용해 처리조(1)와, 오존 발생기(2)와 피처리수(W)를 가압 송급하는 펌프(3)를 구비하고, 펌프(3)의 흡입측에 오존 주입관로(4)가 접속되고, 펌프(3)의 토출측 관로(32)가 오존 용해 처리조(1) 내에 연장 설치되고, 오존 용해 처리조(1) 내에 주위가 격리되고 1개소에 유통구(12)를 갖는 압력용해실(11)을 구비하고, 유통구(12)의 중앙부에 면하여 토출측 관로(32)의 선단의 분사 노즐(5)이 개구되고, 펌프(3)의 흡입력에 의해 오존 주입관로(4)로부터 오존이 혼입된 피처리수(W)가 분사 노즐(5)로부터 유통구(12)를 통하여 압력용해실(11) 내에 분입되고, 이 분입으로 가압된 압력용해실(11) 내에서 오존이 수중에 용해되고, 생성된 오존 용해수가 유통구(12)의 주변부로부터 유출되도록 구성되어 이루어진다.

Description

가압형 오존 용해 처리 장치{AN EFFICIENT, HIGH PRESSURE CHAMBER DISSOLVED OZONE DEVICE}

본 발명은 고농도 오존 용해수의 생성 및 오존에 의한 수질 정화에 사용하는 가압형 오존 용해 처리 장치에 관한 것이다.

오존에는 강한 산화력에 기초한 살균, 탈색, 탈취 작용이 있는 것이 일반적으로 알려져 있어, 이미 클리닝이나 상하수도의 정화 처리, 공업 폐수 처리, 호소 하천의 수질 정화 등에 오존이 이용되고 있다. 또한 오존을 나노 버블이나 마이크로 버블과 같은 미세 기포로 하여 수중에 함유시킨 세정액도 여러 분야에서 사용되고 있다. 그런데, 오존의 상기 작용은 실제로는 수중에 용해한 상태에서 발휘되며, 기포 형태에서 생기는 것이 아니므로, 이 작용을 증대하기 위해 용존 농도를 높이는 것이 중요하게 된다.

종래, 오존수의 생성에는, 송수관로의 도중 또는 말단에 벤투리관을 설치하고, 스로틀 부분에서 발생하는 부압을 이용하여, 오존 발생기에서 발생한 오존 함유 가스를 수중에 주입하여 미세 기포를 생성시키는 벤투리관 방식이 많이 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼3 등). 한편, 오존 등의 기체 용해 장치로서 기체와 액체와의 혼합물을 펌프에 의해 밀폐 탱크 내에 가압 송급하고, 이 밀폐 탱크 내의 가압하에서 기체의 용해를 촉진하도록 한 것도 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 4∼6).

일본 특개 평05-23682호 공보 일본 특개 평06-285344호 공보 일본 특개 평08-281281호 공보 일본 특개 2005-880호 공보 일본 특개 2005-270885호 공보 일본 특개 2009-160589호 공보

그런데, 상기 종래의 벤투리관 방식에서는, 오존을 미세 기포로서 수중에 다량으로 보류할 수 있어도, 1차측의 주입부에 대하여 2차측을 가압상태로 할 수 없기 때문에, 오존의 용해율 자체는 20% 정도로 낮아, 고농도의 오존 용해수가 얻어지지 않는데다, 미용해분으로서 다량으로 발생하는 폐오존의 무해화에 요하는 설비 및 처리 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다. 또한 상기 종래의 기체 용해 장치를 오존의 용해에 적용한 경우, 밀폐 탱크 내의 가압하에서 오존의 용해가 어느 정도는 촉진되지만 충분하다고는 할 수 없어, 수질 정화 등의 처리 효율을 높임과 아울러 오존 용존 농도를 더 높게 하는 것이 요망되고 있다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여, 간소한 장치 구성에 의해, 극히 높은 용존 농도의 오존수를 조제할 수 있음과 아울러, 폐오존의 생성이 적고, 수질 정화 처리나 폐수 처리 등에 적용한 경우에 높은 처리 효율을 달성할 수 있는 가압형 오존 용해 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단을 도면의 참조부호를 붙여 나타내면, 청구항 1의 발명에 따른 가압형 오존 용해 처리 장치는 내부를 밀폐공간(10)으로 하는 오존 용해 처리조(1)와, 오존 발생원(오존 발생기(2))과, 이 오존 용해 처리조(1) 내에 피처리수(W)를 가압 송급하는 펌프(3)를 구비하고, 펌프(3)의 흡입측에 오존 발생원에 연결되는 오존 주입관로(4)가 접속됨과 아울러, 이 펌프(3)의 토출측 관로(32)가 오존 용해 처리조(1) 내에 연장 설치되고, 오존 용해 처리조(1) 내에 주위가 격리된 압력용해실(11)을 구비하고, 이 압력용해실(11)의 1개소에 유통구(12)가 형성되고, 이 유통구(12)의 중앙부에 면하여 토출측 관로(32)의 선단의 분사 노즐(5)이 개구되고, 펌프(3)의 흡입력에 의해 오존 주입관로(4)로부터 오존이 피처리수(W)에 혼입되고, 이 오존 기포를 포함하는 피처리수(W)가 분사 노즐(5)로부터 유통구(12)를 통하여 압력용해실(11) 내에 분입(噴入)되고, 이 분입에 의해 주위보다도 가압된 이 압력용해실(11) 내에서 오존이 수중에 용해됨과 아울러, 이 압력용해실(11) 내에서 생성된 오존 용해수가 유통구(12)의 주변부로부터 유출되도록 구성되어 이루어진다.

청구항 2의 발명은, 상기 청구항 1의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 압력용해실(11)은 한쪽의 중앙에 유통구(12)를 가지고 대향하는 사각형의 양 끝벽(하벽(11a), 상벽(11b))과 주위 측벽(11c)으로 각상자형을 이루는 구성으로 하고 있다.

청구항 3의 발명은, 상기 청구항 1 또는 2의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 압력용해실(11)의 유통구(12)는 일단측(12a)이 이 압력용해실(11) 내로 돌출한 짧은 통 형상을 이루는 구성으로 하고 있다.

청구항 4 발명은, 상기 청구항 1∼3 중 어느 하나의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 오존 용해 처리조(1) 내에, 일단측을 유통구(12)를 통하여 압력용해실(11)에 연통하고, 타단측에 유출구(13a)를 갖는 통 형상의 교반실(13)이 주위를 격리하여 배치됨과 아울러, 이 교반실(13) 내에 분사 노즐(5)의 기부 근처 위치에서 토출측 관로(32)의 주위에 고착된 방해판(14)을 갖고, 압력용해실(11)로부터 유출되는 오존 용해수가 이 방해판(14)의 주연부와 교반실(14)의 내주면 사이를 통과하여 유출구(13a)로부터 당해 교반실(13)의 외측(거품분리실(15))으로 유출되도록 구성되어 이루어진다.

청구항 5의 발명은, 상기 청구항 4의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 압력용해실(11)이 유통구(12)를 하향으로 하여 오존 용해 처리조(1) 내의 상부에 배치되고, 이 압력용해실(11)의 아래에 세로의 원통 형상의 교반실(13)이 연이어 설치되고, 이 교반실(13)의 주위에 상방으로 개방된 환상의 거품분리실(15)이 형성됨과 아울러, 이 거품분리실(15)의 외주와 오존 용해 처리조(1)의 내주 사이에, 오존 용해 처리조(1) 내의 최상부측 공간(10a)과 바닥부측 공간(10b)을 연통하는 환상 하강 유로(16)가 형성되고, 오존 용해 처리조(1)의 최상부에 탈기구(17)를 구비하고, 이 오존 용해 처리조(1)의 바닥부측에 스로틀 밸브(V1) 부착된 도출구(18)를 가지고 이루어지는 구성으로 하고 있다.

청구항 6의 발명은, 상기 청구항 5의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 교반실(13)의 하부 둘레면에 복수의 유출구(13a)를 구비하고, 이들 유출구(13a)의 유출방향이 반경방향에 대하여 기울어짐으로써 유출액이 거품분리실(15) 내에서 선회 상승류를 생성하도록 구성되어 이루어진다.

청구항 7의 발명은 상기 청구항 6의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 환상 하강 유로(16) 내의 복수 개소에, 상하방향을 따르는 방해판(19)이 설치되어 이루어지는 구성으로 하고 있다.

청구항 8의 발명은, 상기 청구항 5∼7 중 어느 하나의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 펌프(3)의 공급관로(토출측 관로(32)) 내와 거품분리실(15) 내의 한쪽 또는 양쪽에 약액(M)을 주입하는 약액 주입관로(60)를 구비하여 이루어지는 구성으로 하고 있다.

다음에 본 발명의 효과에 대하여, 도면의 참조부호를 첨부하여 설명한다. 우선, 청구항 1의 발명에 따른 가압형 오존 용해 처리 장치에 의하면, 펌프(3)의 흡입력에 의해 오존 주입관로(4)로부터 오존이 피처리수(W)에 혼입되고, 이 오존 기포를 포함하는 피처리수(W)가 이 펌프(3)에 의해 오존 용해 처리조(1) 내에 가압 송급되기 때문에, 이 오존 용해 처리조(1) 내는 가압상태가 된다. 그리고, 오존 기포를 포함하는 피처리수(W)는 펌프(3)의 토출측 관로(32)의 선단의 분사 노즐(5)로부터 오존 용해 처리조(1) 내의 압력용해실(11) 내로 분입되지만, 이 압력용해실(11)의 유통구(12)가 1개소이며, 그 중앙부로부터 분입한 피처리수(W) 고속류가 압력용해실(11) 내의 대향 벽면(상벽(11b))에 부딪혀 주변측으로 방사상으로 확산되고, 또한 이 유통구(12)측으로 수속되어 합류하고, 이 유통구(12)의 주변부로부터 유출되게 된다. 따라서, 압력용해실(11) 내에서는, 분사 노즐(5)로부터 분입되는 고속류의 압력과, 유출측이 이 고속류가 유입되는 동일한 유통구(12)로 되어 조여짐으로써 주위보다도 현격하게 높은 가압상태로 되고, 이 높은 가압상태하에서 상기의 확산으로부터 수속에 이르는 심한 흐름에 의해 강한 요란 작용을 받기 때문에, 수중에 미세 기포로서 존재하고 있던 오존의 수중으로의 용해가 현저하게 촉진되어, 고농도의 오존 용해수가 생성된다.

그리고, 펌프(3)로부터 송급하는 피처리수(W)가 정화 대상으로 하는 유기물이나 중금속 성분 등을 포함하는 물인 경우, 압력용해실(11)을 나와 오존 용해 처리조(1)의 도출구(18)에 이르는 과정에서, 고농도로 용해되어 있는 오존에 의한 강한 산화력이 작용하므로, 유기물이 효율적으로 분해되어, 확실한 살균효과가 얻어지고, 또한 오존 용해 처리조(1) 내가 가압상태임으로써 유기물의 응집도 촉진됨과 아울러, 그 응집 침전물에 중금속 성분이 함유되기 때문에, 고능률로 고도의 정화 처리를 행할 수 있다. 특히, 유기물이 동식물 플랑크톤인 경우, 압력용해실(11)의 유통구(12)로부터 유출된 순간에, 감압 작용으로 세포가 내부로부터 파괴된다. 또한 피처리수(W)가 수돗물이나 정제수인 경우, 압력용해실(11)에서 생성한 고농도의 오존 용해수를 오존 용해 처리조(1)의 도출구로부터 취출하여, 살균, 탈색, 탈취 등을 필요로 하는 여러 용도에 적합하게 사용할 수 있다.

청구항 2의 발명에 의하면, 압력용해실(11)이 일방의 끝벽(하벽(11a))의 중앙에 유통구(12)를 갖는 각상자형을 이루기 때문에, 유통구(12)의 중앙부로부터 분입하여 타방의 끝벽(상벽(11b))에 부딪혀 주변측으로 방사상으로 확산하는 피처리수(W)의 흐름이 각상자로서 공간적으로 퍼진 각 코너부를 향하여 분류하고, 그 각 코너부에서 양측으로부터의 분류가 충돌함으로써 더욱 강한 요란 작용을 받고, 이로써 오존의 수중으로의 용해가 보다 촉진된다.

청구항 3의 발명에 의하면, 압력용해실(11)의 유통구(12)가 일단측(12a)을 당해 압력용해실(11) 내로 돌출한 짧은 통 형상을 이루기 때문에, 이 압력용해실(11) 내로부터 외부로의 유출 저항이 증대하고, 이로써 이 압력용해실(11) 내가 보다 높은 가압상태로 된다.

청구항 4의 발명에 의하면, 압력용해실(11)의 유통구(12)로부터 교반실(13) 내로 들어간 오존 용해수는 방해판(14)에 부딪혀 주변측으로 방사상으로 확산되고, 이 방해판(14)의 주연부와 교반실(13)의 내주면 사이가 좁아진 환상 유통부를 통과하여 유출구(13a)로 향하기 때문에, 이 교반실(13) 내에서 강한 교반작용을 받는다. 따라서, 피처리수(W)가 유기물을 포함하는 물인 경우, 교반실(13)에서 유기물이나 중금속 성분 등과 오존과의 접촉에 의한 반응이 촉진되어, 유기물의 분해와 그것에 수반되는 살균작용이 효율적으로 진행되어, 높은 정화능률이 얻어진다. 또한, 피처리수(W)가 수돗물이나 정제수인 경우, 교반실(13)에서 더욱 오존의 용해가 계속되어, 보다 고농도의 오존 용해수가 생성된다.

청구항 5의 발명에 의하면, 압력용해실(11)의 유통구(12)로부터 하향으로 방출된 오존 용해수가 교반실(13) 내를 하강하여 하단측의 유출구(13a)로부터 거품분리실(15)로 들어가고, 이 거품분리실(15) 내를 상승하는 과정에서, 녹다 남은 미세 기포가 합체해서 큰 거품으로 되어 부상 분리되어, 용해 처리조(1) 내의 최상부측 공간(10a)의 최상부에 집적되는데, 그 집적한 가스 성분을 탈기구(17)로부터 배출함으로써, 용해 처리조(1) 내를 물로 채울 수 있다. 한편, 가스 성분을 이탈한 처리수는 최상부측 공간(10a)으로부터 환상 하강 유로(16)를 하강하여 바닥부측 공간(10b)에 들어가고, 도출구(18)로부터 외부로 도출된다. 그리고, 도출구(18)에는 스로틀 밸브(V1)가 개재해 있기 때문에, 그 조임 정도에 의해 용해 처리조(1) 내의 압력을 임의로 설정할 수 있다.

청구항 6의 발명에 의하면, 교반실(13)의 하부 둘레면에 설치한 복수의 유출구(13a)의 유출방향이 반경방향에 대하여 기울어지고, 그 유출액이 거품분리실(15) 내에서 선회 상승류를 생성하므로, 거품분리실(15) 내의 상부에서 분리된 거품이 중앙으로 모이고, 이로써 탈기구(17)로부터의 가스 성분의 배출이 용이하게 된다.

청구항 7의 발명에 의하면, 거품분리실(15)로부터 선회 상승류로서 최상부측 공간(10a)에 이른 처리수가 선회하면서 환상 하강 유로(16)를 하강하는 과정에서, 상하방향을 따르는 방해판(19)에 의해 흐름이 흐트러지기 때문에, 이 환상 하강 유로(16) 내에서 잔존하는 기포의 분리가 더 진행되어, 도출구(18)로부터 거의 미세 기포를 포함하지 않는 처리수를 도출할 수 있다.

청구항 8의 발명에 의하면, 가압형 오존 용해 처리 장치를 유기물이나 중금속 성분 등을 포함하는 물의 정화 처리에 적용할 때, 그 피처리수(W)의 함유 성분에 대응하여 정화를 촉진시키는 약액(M)을 약액 주입관로(60)로부터 주입함으로써, 정화효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 가압형 오존 용해 처리 장치의 유로 구성도.
도 2는 동 가압형 오존 용해 처리 장치의 주요부의 횡단 평면도.
도 3은 동 가압형 오존 용해 처리 장치의 주요부의 종단 측면도.

이하에, 본 발명에 따른 가압형 오존 용해 처리 장치에 대하여, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1에서 도시하는 1실시형태의 가압형 오존 용해 처리 장치에 있어서, 1은 최상부가 볼록 곡면을 이루는 세로의 원통형이고 내부를 밀폐공간(10)으로 하는 오존 용해 처리조, 2는 오존 발생기, 3은 저류조(7) 내의 피처리수(W)를 흡입측 관로(31)를 통하여 흡입하여 토출측 관로(32)로부터 오존 용해 처리조(1) 내로 가압 송급하는 펌프, 3a는 이 펌프(3)의 구동 모터, 4는 이 펌프(3)의 흡입측에 접속된 오존 주입관로, 6은 약액 탱크, 60은 이 약액 탱크(6)에 연결되는 약액 주입관로, 11은 오존 용해 처리조에 설치된 압력용해실, 13은 이 압력용해실(11)의 하방에 연이어 설치된 세로의 원통 형상의 교반실, 15는 이 교반실(13)의 외측에 설치된 환상의 거품분리실, 16은 거품분리실(15)의 외주면과 오존 용해 처리조(1)의 내주면 사이에 구성되는 환상 하강 유로, 17은 오존 용해 처리조(1)의 최상부 중앙에 설치한 탈기구, 18은 오존 용해 처리조(1)의 바닥부 측방에 설치한 도출구이다.

도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 오존 용해 처리조(1)는 그 내부의 최상부측 공간(10a)과 바닥부측 공간(10b) 사이가, 내외의 원통 형상 격벽(1a, 1b)으로 격리되고, 중앙의 교반실(13)과 중간의 거품분리실(15)과 외측의 환상 하강 유로(16)로 이루어지는 동심의 3중 통 구조를 이룸과 아울러, 교반실(13) 및 거품분리실(15)의 바닥부가 수평 격벽(1c)에 의해 바닥부측 공간(10b)으로부터 격리되어 있다. 또한 압력용해실(11)은 중앙에 유통구(12)를 설치한 정방형 하벽(11a)과, 이것에 대향하는 정방형 상벽(11b)과, 주위의 둘레벽(11c)으로 각상자형으로 되어 있다. 그리고, 유통구(12)는 짧은 원통 형상을 이루고, 그 일단측(12a)이 압력용해실(11) 내에 돌출해 있다.

교반실(13)은 상단측에서 유통구(12)를 통하여 압력용해실(11)에 연통함과 아울러, 하단측에서 복수(도면에서는 2개)의 유출구(13a)를 통하여 거품분리실(15) 하부에 연통해 있다. 또한, 각 유출구(13a)는 이 교반실(13)의 하부 둘레면으로부터 외측으로 반경방향에 대하여 각도를 가지고 돌출한 통부로 구성되고, 이것에 의해 유출방향이 반경방향에 대하여 기울어지도록 설정되어 있다. 또한 거품분리실(15)은 상방으로 개방되어 오존 용해 처리조(1) 내의 최상부측 공간(10a)에 연통해 있다.

펌프(3)의 토출측 관로(32)는 오존 용해 처리조(1) 내 바닥부측 공간(10b)에 수평으로 돌입하고, 이 바닥부측 공간(10b)의 중심 위치에서 상방으로 꺾여 수평 격벽(1c)을 관통하고, 교반실(13) 내에서 축선방향을 따라 기립함과 아울러, 그 상단의 직경 축소된 분사 노즐(5)이 유통구(12)의 하방에서 이 유통구(12)의 중심에 면하여 개방되어 있다. 그리고, 이 분사 노즐(5)의 기부측의 주위에는 원판 형상의 방해판(14)이 고착되어 있고, 이 방해판(14)의 주연과 교반실(13)의 내주면 사이가 좁아진 환상 유통부를 형성하고 있다.

한편, 오존 용해 처리조(1)의 바닥부측의 도출구(18)에는 스로틀 밸브(V1)가 개재되어 있고, 이 스로틀 밸브(V1)의 조임 정도에 의해 내압을 임의로 설정할 수 있게 되어 있다. 또한, 이 오존 용해 처리조(1)의 최상부에는 내압을 표시하는 압력계(8)가 부설되어, 또한 탈기구(17)에는 개폐 밸브(V2)가 개재되어 있다. 또한 오존 용해 처리조(1)의 내주면의 직경방향 양측에는, 상하방향을 따르는 띠판 형상의 방해판(19)이 고착되고, 각 방해판(19)의 위치에서 환상 하강 유로(16)의 폭이 대략 1/2로 좁혀져 있다.

약액 주입관로(60)는 하류측이 각각 개폐 밸브(V3, V4)를 개재한 2유로(61, 62)로 분기되어 있고, 유로(61)가 펌프(3)의 토출측 관로(32)에 접속됨과 아울러, 유로(62)가 오존 용해 처리조(1) 내에 돌입하여 거품분리실(15)에 접속되어 있다. 또한 오존 주입관로(4)에는 오존 주입방향을 토출측 관로(32)측으로 규제하는 체크 밸브(CV)가 개재되어 있다.

상기 구성의 가압형 오존 용해 처리 장치에서는, 펌프(3)의 흡입력에 의해 오존 주입관로(4)로부터 오존 가스가 피처리수(W)에 혼입되고, 이 오존 기포를 포함하는 피처리수(W)가 이 펌프(3)에 의해 오존 용해 처리조(1) 내에 연속적으로 가압 송급되기 때문에, 이 오존 용해 처리조(1) 내는 가압상태가 된다. 또한, 이 가압상태는, 예를 들면, 펌프(3)의 양력을 0.5MPa 정도로 하고, 도출구(18)의 스로틀 밸브(V1)의 개방도 조절에 의해, 압력계(8)에서 계측되는 내압이 0.1∼0.4MPa가 되도록 조정된다.

그리고, 가압 공급되는 오존 기포를 포함하는 피처리수(W)는 토출측 관로(32)의 선단의 분사 노즐(5)로부터 유통구(12)의 중심을 향하여 분사되고, 고속류로서 압력용해실(11) 내에 분입된다. 그런데, 이 유통구(12)가 1개소이고 압력용해실(11)의 입구와 출구를 겸용하고 있기 때문에, 도 3의 화살표로 나타내는 바와 같이, 그 중앙부로부터 분입한 고속류는 압력용해실(11) 내의 상벽(11b)에 부딪혀 주변측으로 방사상으로 확산되고, 또한 이 유통구(12)측에 결속되어 합류하고, 이 유통구(12)의 주변부로부터 유출되게 된다. 아울러, 압력용해실(11)이 하벽(11a)의 중앙에 유통구(12)를 갖는 각상자형을 이루기 때문에, 이 유통구(12)로부터 분입하여 상벽(11b)에 부딪혀 주변측으로 확산되는 피처리수(W) 흐름은, 도 2의 화살표로 나타내는 바와 같이, 공간적으로 퍼진 각 코너부를 향하여 분류되고, 그 각 코너부에서 양측으로부터의 분류가 충돌하고, 이어서 대각선 방향을 따라 유통구(12)로 향하는 모양이 된다.

따라서, 압력용해실(11) 내에서는, 분입되는 고속류의 압력에 더하여, 유출측이 동일한 유통구(12)에서 조여지고, 또한 이 유통구(12)가 짧은 원통 형상이고 일단측(12a)를 당해 압력용해실(11) 내로 돌출하고 있기 때문에 큰 유출 저항을 발생시키므로, 주위보다도 현격하게 높은 가압상태로 되는데다, 분입된 피처리수(W)가 높은 가압상태하에서 상기의 확산으로부터 유통구(12)로의 수속에 이르는 심한 흐름에 의해 강한 요란 작용을 받게 되고, 이로써 수중에 미세 기포로서 존재하고 있던 오존의 수중으로의 용해가 현저하게 촉진되어, 고농도의 오존 용해수가 생성된다. 또한, 분사 노즐(5)로부터 분사되는 피처리수(W)의 유속은 통상 8∼15m/초 정도로 설정된다.

이렇게 하여 압력용해실(11) 내에서 생성한 고농도의 오존 용해수는 유통구(12)로부터 교반실(13)로 유입되고, 이 교반실(13) 내를 하강하여 유출구(13a)로부터 거품분리실(15)로 유입되고, 이 거품분리실(15) 내를 상승하여 최상부측 공간(10a)에 이르고, 또한 최상부측 공간(10a)으로부터 환상 하강 유로(16)를 통과하여 바닥부측 공간(10b)으로 유입되고, 도출구(18)로부터 외부로 도출된다.

여기에서, 피처리수(W)가 정화 대상으로 하는 유기물이나 중금속 성분 등을 포함하는 물인 경우, 압력용해실(11)로부터 교반실(13) 내로 유입했을 때에, 방해판(14)에 부딪혀 주변측으로 방사상으로 확산되고, 이 방해판(14)의 주연부와 교반실(13)의 내주면 사이가 좁아진 환상 유통부를 통과하기 때문에, 이 교반실(13) 내에서 강한 교반작용을 받는다. 따라서, 이 교반실(13)을 통과하는 과정에서, 고농도로 용해해 있는 오존과 유기물과의 접촉에 의한 반응이 급속하게 진행되고, 오존의 강한 산화력에 의해 유기물이 능률 좋게 분해된다. 그리고, 분해된 유기물은 플록 형상으로 응집, 침전된다.

또한, 유기물이 동식물 플랑크톤인 경우, 압력용해실(11)의 유통구(12)로부터 교반실(13)로 유출한 순간에, 감압작용으로 세포가 내부로부터 파괴된다. 예를 들면, 피처리수(W)가 연못이나 호소 등의 남조류로 오탁된 물일 때, 우선 압력용해실(11) 내에서 강한 요란 작용을 받아 남조류를 형성하고 있던 군체가 개개의 식물 플랑크톤(시아노박테리아)로 분리되고, 이어서 유통구(12)로부터 교반실(13)로 유출했을 때, 이 식물 플랑크톤의 세포가 압력용해실(11) 내에서의 가압 후의 급격한 감압에 의해 파열되는 형태로 사멸하게 된다.

다음에 이 교반실(13)의 유출구(13a)로부터 거품분리실(15) 내로 유출할 때, 유출방향이 반경방향에 대하여 기울어져 있기 때문에 선회류로 된다. 그리고, 이 거품분리실(15) 내를 선회하면서 상승하는 과정에서, 녹다 남은 미세 기포가 합체하여 큰 거품으로 되어 부상 분리되고, 그 기포가 용해 처리조(1) 내의 최상부측 공간(10a)의 중앙의 최상부에 집적되고, 또 유기물이 잔존하는 경우에는 그 분해반응도 진행된다. 최상부측 공간(10a)의 최상부에 집적되는 가스 성분은 탈기구(17)로부터 배출할 수 있고, 이로써 용해 처리조(1) 내를 물로 채울 수 있다.

또한 최상부측 공간(10a)으로부터 환상 하강 유로(16)를 하강하는 과정에서는 거품분리실(15)로부터 계속되는 선회류가 상하방향을 따르는 방해판(19)에 의해 흐트러지기 때문에, 잔존하는 기포의 분리와 잔존 유기물의 분해가 더욱 진행된다. 또한 오존 용해 처리조(1) 내가 전체적으로 가압상태임으로써 유기물의 응집도 촉진됨과 아울러, 그 응집 침전물에 중금속 성분이 함유된다. 따라서, 환상 하강 유로(16)를 통과하여 바닥부측 공간(10b)에 이른 처리수는 거의 미세 기포를 포함하지 않고, 또한 유기물의 분해에 수반되는 살균, 소취, 탈색 작용을 받은 상태로 도출구(18)로부터 도출된다. 이 처리수의 오존 용존 농도는 오존이 유기물의 분해에서 소비되므로 제로 혹은 근소해져 있다. 또한, 피처리수(W)의 유기물 농도가 높은 경우에는, 도출구(18)로부터 저류조(7)에 이르는 환류 관로를 설치하고, 이 도출구(18)를 나온 처리수를 저류조(7)로 되돌리는 순환방식으로 연속적으로 오존 용해 처리조(1)를 통과시킴으로써 고도의 정화 처리를 행할 수 있다.

그래서, 이 가압형 오존 용해 처리 장치에서는, 전술한 바와 같이, 물의 정화 처리에 적용하는 경우에, 그 피처리수(W)의 함유 성분에 대응하여 정화를 촉진시키는 약액(M)을, 다이어프램식 등의 송액 펌프(P)에 의해, 약액 탱크(6)로부터 약액 주입관로(60) 및 분기 유로(61, 62)의 한쪽 또는 양쪽을 통하여, 펌프(3)의 토출측 관로(32) 내와 거품분리실(15) 내의 한쪽 또는 양쪽에 주입할 수 있다. 이러한 약액으로서는 특별히 한정되지 않지만, 과산화수소수, 염화제1철과 같은 2가 철염의 수용액, 폴리염화알루미늄 수용액 등을 들 수 있다. 즉, 이 과산화수소는 용존 오존과 협동하여 산화력을 높이기 때문에, 피처리수(W)에 과산화수소를 주입함으로써, 유기물의 분해능률이 더욱 향상되게 된다. 또한 피처리수(W)에 2가의 철(II)이 포함되는 경우, 용존 오존에 의해 철(III) 산화물의 침전이 생성되는데, 비소 등의 중금속이 철의 일부와 치환되는 형태로 산화물 침전에 함유되고, 이로써 처리수(W) 중의 중금속이 제거된다. 또한 폴리염화알루미늄은 응집제로서 작용한다.

한편, 피처리수(W)가 수돗물이나 정제수인 경우, 압력용해실(11)에서 생성한 고농도의 오존 용해수가 교반실(13)을 통과하는 과정에서, 오존의 용해가 더 계속되어, 보다 고농도의 오존 용해수가 생성된다. 그리고, 이 교반실(13)로부터 거품분리실(15)로 유입되면, 상기와 마찬가지로 선회 상승류로서 최상부측 공간(10a)으로 이동하는 과정에서, 녹다 남은 미세 기포가 합체하여 부상 분리되고, 또한 환상 하강 유로(16)를 하강할 때에도 잔존하는 기포의 분리가 진행된다. 따라서, 최종적으로 바닥부측 공간(10b)에 이른 처리수는, 거의 미세 기포를 포함하지 않는 대단히 고농도의 오존 용해수로 되기 때문에, 도출구(18)로부터 도출하여 살균, 탈색, 탈취 등을 필요로 하는 여러 용도에 적합하게 사용할 수 있다.

상기의 피처리수(W)가 수돗물이나 정제수인 경우의 최종적으로 얻어지는 오존 용해수는 오존 농도를 평균적으로 3mg/L 이상, 최고 5mg/L 정도라고 하는 고농도로 하는 것이 가능하다. 또한 이 가압형 오존 용해 처리 장치에 의하면, 환경 수중 생태계에 영향이 없는 자연계방출시 3%까지의 오존 투입량이라고 하는 전제에서, 오존 주입관로(4)로부터의 공급 오존량에 대하여 85% 이상, 최고 90%의 오존을 처리수(W) 속에 용해할 수 있고, 이로써 폐오존의 생성이 대단히 적어져, 그 분해 처리에 요하는 설비 및 비용이 저감된다고 하는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 가압형 오존 용해 처리 장치는, 기본적으로는, 밀폐형의 오존 용해 처리조(1)와, 오존 발생기(2)와, 피처리수(W)를 가압 송급하는 펌프(3)를 구비하고, 펌프(3)의 흡입측에 오존 주입관로(4)가 접속되고, 오존 용해 처리조(1) 내에 주위가 격리된 압력용해실(11)을 구비하고, 이 펌프(3)의 토출측 관로(32)의 선단의 분사 노즐(5)이 압력용해실(11)의 1개소에 설치한 유통구(12)의 중앙부에 면하여 개구된 구조를 구비하는 것이면 된다. 특히 당해 처리 장치를 고농도 오존 용해수의 생성에만 이용하는 경우, 실시형태에 있어서의 오존 용해 처리조(1) 내의 교반실(13) 및 거품분리실(15)을 생략한 구성이나, 거품분리실(15)만을 생략한 구성이어도 지장이 없고, 이들 생략 구성에서는 오존 용해 처리조(1)를 횡형으로 하는 것도 가능하다. 또한 교반실(13) 내에는, 예시한 상부의 방해판(14)과 함께, 중앙부나 하부에도 방해판을 형성해도 된다. 또한 환상 하강 유로(16) 내의 방해판(19)은 그 설치 수를 여러가지로 변경할 수 있음과 아울러, 내주측에 고착해도 되고, 또한 당해 처리 장치를 고농도 오존 용해수의 생성만 사용하는 경우에는 생략할 수 있다. 그 밖에, 세부 구성에 대해서는 실시형태 이외에 여러 가지로 설계 변경 가능하다.

[수질 정화 시험]

남조류가 번식한 호수를 피처리수(W)로서 채취하고, 그 160L(수온 24.77℃)를 저류조에 수용하고, 전술한 실시형태의 가압형 오존 용해 처리 장치를 사용하여, 오존 용해 처리조의 도출구를 나온 처리수를 저류조로 되돌리는 사이클의 연속순환 방식으로 수질 정화 처리를 행했다. 또한, 장치 구성과 처리 조건은 다음과 같다.

<장치구성>

저류조 : 용량 24L

오존 용해 처리조 : 높이 60cm, 직경 20cm, 조 용량 18.8L

압력용해실 : 종횡 12cm, 높이 5cm의 각상자형, 유통구 직경 30mm

교반실 : 상하길이 45cm, 내경 10cm, 유출구(2개)의 직경 16mm, 방해판의 직경 8cm

거품분리실 : 상하길이 50cm, 내경 15cm

환상 하강 유로 : 환상 유로 폭 5cm, 방해판의 폭 2.5cm

오존 발생기 : 이시모리세사쿠쇼사제 플라즈마 방전관식 오존 발생기 CO-101

펌프 : 니쿠니사제 와류형 펌프 20NPD-04(양정 0.35MPa)

분사 노즐 : 구경 8mm

<처리 조건>

오존 용해 처리조의 내압 : 0.3MPa

펌프의 송액 속도 : 27L/분

피처리수의 수온 : 24.77℃

피처리수로의 오존 주입량 : O₃로서 5g/시

분사 노즐의 토출 유속 : 10m/초

상기 연속순환 방식의 수질 정 화처리에 있어서의 처리전과 소정의 처리 경과시간마다, 저류조 내의 피처리액을 채취하고, 시아노박테리아(난조류의 남색 세균) 수, 클로로필α(엽록소의 일종) 농도, pH, 용존 산소를 측정했다. 그 결과를 다음의 표 1에 나타낸다. 또한, 시아노박테리아 및 클로로필α의 계측에는 미국 Hach사제의 수질계(상품명 HYDROLAB Datasonde5X)를 사용했다. 또한, 처리조 통과회수는 오존 용해 처리조의 통과수량이 처리수 160L분에 달한 단계에서 1회로 하고 있다.

처리 경과 시간 (분)	0	6	12	24	48
처리조 통과 회수 (회)	0.0	1.0	2.1	4.2	8.4
시아노박테리아 (cell/L)	101,329	31,033	21,679	13,407	6,133
클로로필α (mg/L)	28.27	7.31	7.30	5.57	2.04
pH	8.26	8.83	8.71	8.55	8.12
용존 산소 (mg/L)	7.41	12.56	13.49	14.53	21.74

상기 표의 결과로부터, 본 발명의 가압형 오존 용해 처리 장치에 의하면, 남조류가 번식한 호수를 처리 대상으로 하여, 오존 용해 처리조를 1회 통과시킨 것만으로 시아노박테리아의 약 70% 및 클로로필α의 약 75%가 제거되고, 통과를 더 속행함으로써 제거가 진행됨과 아울러, 용존 산소가 증가하여, 8.4회 통과로 시아노박테리아의 약 94% 및 클로로필α의 약 93%가 제거되어 있어, 고능률로 고도의 정화 처리를 행할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 처리 전의 피처리수는 탁한 진한 녹색을 보이고 있었지만, 8.4회 통과 시점에서는 무색 투명으로 되었다. 또한 처리수의 pH는 약알칼리 영역에서 거의 안정되어 있다.

1 오존 용해 처리조
10 밀폐공간
10a 최상부측 공간
10b 바닥부측 공간
11 압력용해실
11a 하벽(끝벽)
11b 상벽(끝벽)
11c 주위 측벽
12 유통구
12a 일단측
13 교반실
13a 유출구
14 방해판
15 거품분리실
16 환상 하강 유로
17 탈기구
18 도출구
19 방해판
2 오존 발생기(오존 발생원)
3 펌프
31 흡입측 관로
32 토출측 관로
4 오존 주입관로
5 분사 노즐
M 약액
V1 스로틀 밸브
W 피처리수

Claims

내부를 밀폐공간으로 하는 오존 용해 처리조와, 오존 발생원과, 이 오존 용해 처리조 내에 피처리수를 가압 송급하는 펌프를 구비하고,
상기 펌프의 흡입측에 오존 발생원에 연결되는 오존 주입관로가 접속됨과 아울러, 이 펌프의 토출측 관로가 상기 오존 용해 처리조 내에 연장 설치되고,
상기 오존 용해 처리조 내에 주위가 격리된 압력용해실을 구비하고, 이 압력용해실의 1개소에 유통구가 형성되고, 이 유통구의 중앙부에 면하여 상기 토출측 관로의 선단의 분사 노즐이 개구되고,
상기 펌프의 흡입력에 의해 상기 오존 주입관로로부터 오존이 피처리수에 혼입되고, 이 오존 기포를 포함하는 피처리수가 상기 분사 노즐로부터 상기 유통구를 통하여 압력용해실 내에 분입되고, 이 분입에 의해 주위보다도 가압된 이 압력용해실 내에서 오존이 수중에 용해됨과 아울러, 이 압력용해실 내에서 생성된 오존 용해수가 상기 유통구의 주변부로부터 유출되도록 구성되어 이루어지는 가압형 오존 용해 처리 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 압력용해실은 일방의 중앙에 상기 유통구를 가지고 대향하는 사각형의 양 끝벽과 주위 측벽으로 각상자형을 이루는 것을 특징으로 하는 가압형 오존 용해 처리 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압력용해실의 유통구는 일단측이 이 압력용해실 내로 돌출한 짧은 통 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 가압형 오존 용해 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오존 용해 처리조 내에, 일단측을 상기 유통구를 통하여 상기 압력용해실에 연통하고, 타단측에 유출구를 갖는 통 형상의 교반실이 주위를 격리하여 배치됨과 아울러, 이 교반실 내에 상기 분사 노즐의 기부 근처 위치에서 상기 토출측 관로의 주위에 설치된 방해판을 갖고,
압력용해실로부터 유출하는 오존 용해수가 이 방해판의 주연부와 교반실의 내주면 사이를 통과하여 상기 유출구로부터 당해 교반실의 외측으로 유출하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압형 오존 용해 처리 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 압력용해실이 상기 유통구를 하향으로 하여 오존 용해 처리조 내의 상부에 배치되고, 이 압력용해실 밑에 세로의 원통 형상의 상기 교반실이 연이어 설치되고, 이 교반실의 주위에 상방으로 개방된 환상의 거품분리실이 형성됨과 아울러, 이 거품분리실의 외주와 오존 용해 처리조의 내주 사이에, 오존 용해 처리조 내의 최상부측 공간과 바닥부측 공간을 연통하는 환상 하강 유로가 형성되고, 오존 용해 처리조의 최상부에 탈기구를 구비하고, 이 오존 용해 처리조의 바닥부측에 스로틀 밸브 부착된 도출구를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압형 오존 용해 처리 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 교반실의 하부 둘레면에 복수의 상기 유출구를 구비하고, 이들 유출구의 유출방향이 반경방향에 대하여 기울어짐으로써 유출액이 상기 거품분리실 내에서 선회 상승류를 생성하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압형 오존 용해 처리 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 환상 하강 유로 내의 복수 개소에, 상하방향을 따르는 방해판이 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압형 오존 용해 처리 장치.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프의 공급관로 내와 상기 거품분리실 내의 한쪽 또는 양쪽에 약액을 주입하는 약액 주입관로를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압형 오존 용해 처리 장치.