KR20190136839A - 활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템은, 외부의 모래여과지나 오존접촉지의 전처리 후 유입수로를 통해 유입되는 처리수에 포함된 오염물질을 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성된 활성탄흡착지의 오존가스 제거를 위한 환기시스템으로서, 상기 활성탄흡착지에 설치되어, 활성탄흡착지의 오존가스를 상기 유입수로로 모으는 흡기구; 상기 유입수로의 상부에 설치되어 유입수로로 모인 오존가스를 배기팬으로 전달하는 연결배관; 상기 연결배관으로 전달된 오존가스를 외부로 배출하는 배기팬을 포함할 수 있다.

Description

활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템{VENTILATION SYSTEM FOR REMOVING OZONE GAS OF ACTIVATED CARBON ADSORBER}

본 발명은 활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템에 관한 것으로, 특히 활성탄흡착지의 유입수로를 덕트로 활용하여 오존가스를 포집하는 덕트리스 방식으로 활성탄흡착지 내부의 오존가스를 제거하는 환기시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 오존처리공정은 정수처리분야에서도 고도의 정수처리분야에 속한다. 정수처리에서 있어서, 오존(ozone;O3)은 강력한 산화력으로 맛 및/또는 냄새물질, THM(trihalomathane) 전구물질을 분해·제거, 색도 제거, 철 및 망간의 불용화, 각종 미량의 유해물질의 산화제거할 수 있어 정수처리에서 그 활용도가 매우 광범위하다. 이러한 효과로 인하여, 국내·외에서 설치된 다수의 정수장에서 오존공정을 도입하여 운영하고 있다.

오존은 주입지점에 따라 전오존처리(Pre-ozonation)와 중오존처리(Intermediate-ozonation) 및 후오존처리(Post-ozonation)으로 구분되는데, 전오존처리는 취수단계에서 오존처리하는 것을 말하며, 중오존처리는 침전지 다음, 더욱 구체적으로 모래여과지 전단에 주입하는 것을 말한다. 또한, 후오존처리는 모래여과지 후단에 오존을 주입하는 것을 말한다. 통상적으로, 국내에서는 후오존 이후에 입상활성탄공정이 연결되어 생물활성탄공정으로 운영되고 있다.

정수처리시스템에서 오존은 공기나 산소를 원료가스로 하여 오존발생기를 통해 생산되며 기체상태의 오존을 산기관(혹은 이젝터)를 통해 수중에 용해시켜 사용하게 된다. 하지만, 오존은 완전하게 100% 물에 용해되지 않으며, 물과 접촉되고 남은 배오존은 밀폐형 오존접촉조 상부에서 배오존파괴기로 이송되어 처리되도록 되어 있다.

한편, 국내 오존도입 정수장 대부분 공정구성은 후오존공정(여과수에 오존주입) 이후에 입상활성탄공정을 두는 방식으로 오존접촉조의 유출수에 잔류오존이 있어 후단공정(활성탄흡착지)에서 시설부식을 일으키고 잔류오존이 오존가스로 휘산하여 근무환경이 열악해지는 문제가 있다. 정수장 근무자가 오랫동안 오존가스를 흡입하는 경우에는 두통 및 호흡곤란 현상이 발생되며, 폐기종과 같은 만성 기관지 질환으로 발전될 수 있어 별도의 대책이 강구되어야 한다. 그간 국내에서는 오존공정에서의 유출 잔류 오존 대책으로 입상활성탄지에 덮개(커버)를 설치하거나 활성탄지내 후드 등 배기장치를 설치하고 있다. 그러나 커버를 설치하더라도 넓은 공간을 모두 완전밀폐하기가 어려워 입상활성탄지 커버 상부에서 오존가스가 누출되는 경우가 많으며, 특히 역세척 중에 커버 하부의 고농도 오존가스가 누출되어 실내 작업장 환경기준을 초과할 수 있다. 또한, 후드나 덕트시설을 하는 경우에도 활성탄흡착지 전체 표면에서 휘산되는 오존가스를 배기하기에는 한계가 있으며, 후드나 덕트 등의 연결 수단의 설치에 따른 공간적, 비용적 제약이 따를 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

이에, 활성탄흡착지 내부의 오존가스를 제거할 방안이 시급히 마련될 필요가 있다.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 "고급산화공정을 이용한 수처리장치"인 한국등록특허 제10-1099889호가 존재한다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 활성탄흡착지 유입수로를 덕트로 활용하여 오존가스를 포집하는 덕트리스 방식으로 활성탄흡착지 내부의 오존가스를 제거하는 환기시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템은, 외부의 모래여과지나 오존접촉지의 전처리 후 유입수로를 통해 유입되는 처리수에 포함된 오염물질을 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성된 활성탄흡착지의 오존가스 제거를 위한 환기시스템으로서, 상기 활성탄흡착지에 설치되어, 활성탄흡착지의 오존가스를 상기 유입수로로 모으는 흡기구; 상기 유입수로의 상부에 설치되어 유입수로로 모인 오존가스를 배기팬으로 전달하는 연결배관; 상기 연결배관으로 전달된 오존가스를 외부로 배출하는 배기팬을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 배기팬은 루프팬인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배기팬으로 인해, 상기 연결배관과 상기 활성탄흡착지 및 상기 유입수로는 음압으로 유지되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배기팬으로 인해, 상기 연결배관에는 연돌효과가 유도되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 활성탄흡착지 내부에 덕트시설을 설치하지 않은 덕트리스 시설로 환기시스템을 구축함으로써, 미관을 향상시킬 수 있고, 활성탄흡착지 수로에 고농도의 오존가스 제거로 활성탄흡착지 실내 환경을 개선할 수 있다.

또한, 무덕트 방식으로 종래 덕트방식에 비해 정압손실이 없어 동력비가 절감되는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 오존 제거를 위한 수처리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄흡착지의 배오존 제거를 위한 환기시스템을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 처리 공정은 응집 및 침전 방식으로 처리 대상수에서 오염물을 분리하고, 여과지 또는 막여과 기술 등을 이용하여 고형의 난분해성 유기물질을 분리한 후, 오존 접촉조 및 활성탄 흡착지를 통해 오존을 제거한다. 오존이 제거된 처리수는 정수지로 유입된다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 오존 제거를 위한 수처리 시스템을 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄흡착지의 배오존 제거를 위한 환기시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잔류 오존 제거를 위한 수처리 시스템은, AOP(Advance Oxidation Process) 장치(100), 용해주관(200), 오존접촉조(300), 활성탄흡착지(400)를 포함한다.

AOP 장치(100)는 오존 및 과산화수소를 용해주관(200)에 공급하는 장치로, 오존발생기(110)와 과산화수소 공급기(120)를 포함한다.

오존발생기(110)는 액체산소와 질소를 원료로 하여 오존을 발생시시킨다. 즉, 오존발생기(110)는 처리수 내에 오존(O3) 기포를 발생시킨다. 오존 가스는 처리수 내에 산화제 역할을 하여 다이옥신, 폴리염화 바이페닐(PCB: polychlorinated biphenyl), 등의 환경호르몬을 분해하고, 살모넬라, 대장균, 캄필로박터 등의 미생물을 살균한다. 오존 가스는 기포로서 부력에 의해 위로 상승하지만, 오존접촉조(300) 내의 처리수는 선회하며 아래로 유동하고 선회하는 중에 와류가 형성되므로, 처리수가 오존가스와 보다 많이 접촉할 수 있고, 이로써 수처리의 효율이 증가된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 오존발생기(110)는 오존 가스를 미세기포의 형태로 발생시킬 수 있다. 오존기포의 크기가 크면 부력도 크고 따라서 빨리 상승한다. 그러나 오존 가스를 미세기포로 생성하면, 상대적으로 부력이 적고 상승하는 속도도 느리므로 오존 미세기포가 처리수와 접촉하는 시간이 길어진다. 입자의 크기가 3㎛ 이하인 미세기포는 물 속에서 20분에 걸쳐 약 1 m 상승하는 것으로 알려져 있다.

한편, AOP 장치(100)는 여과수의 일부를 흡입하는 모티브 펌프(130)와 모티브 펌프(130)에서 흡입되는 여과수와 오존발생기(110)에서 발생된 오존을 혼합하는 인젝터(140), 인젝터(140)에서 혼합된 오존수를 용해주관(200)으로 공급하는 믹싱노즐(150)을 더 포함할 수 있다.

믹싱노즐(150)은 원수가 통과되는 용해주관(200)의 외주면에서 용해주관(200)을 관통하도록 배치되는 것으로, 용해주관(200)의 동일 원주면 상에 다수 개 배치된다. 이때, 믹싱노즐(150)은 공급관과 노즐을 포함하고, 공급관은 용해주관(200)의 외주면에서 일정 간격 이격되어 용해주관(200)의 외주면을 감싸는 튜브 형상의 관으로, 노즐은 튜브 형상의 공급관 내측면에 결합된다.

과산화수소 공급기(120)는 용해주단(200) 후단에 설치되어, 처리수에 과산화수소를 주입한다. 여기서, 과산화수소의 주입량은 하수의 성질에 따라 달라질 수 있으며, 발생되는 오존의 양에 따라서도 달라질 수 있다. 과산화수소 공급기(120)는 오존과 과산화수소를 병용할 수 있는 것으로써, 강력한 산화제인 HO 라디칼을 발생시켜, 수중의 오염물질을 분해 제거할 수 있다.

과산화수소 공급기(120)는 오존 접촉조(300) 전단에서 고도산화처리(Advanced Oxidation Process, AOP)를 목적으로 사용된다. 과산화수소를 AOP처리목적으로 사용시 오존접촉조(300) 앞단에서 오존공정에 과산화수소를 주입하면 OH라디칼(OH.)의 생성을 높게 하여 산화효과를 높일 수 있으며, 이때 오존과 과산화수소의 적정비율은 무게비로 예컨대, 약 3:1 정도일 수 있다.

AOP 공정은 상온, 상압하에서 인위적으로 오존의 분해를 유발시키는 방법으로, 반응성이 높은 OH라디칼을 생성하여 유기물을 산화하는 고도정수처리공법이다.

[반응식 1]

과산화수소 공급기(120)는 과산화수소가 저장된 과산화수소 저장 탱크(미도시), 과산화수소 저장 탱크는 저장된 과산화수소를 용해주관(200)에 주입하는 주입펌프(미도시)를 포함한다. 이때 과산화수소 공급기(120)는 용해주관(200) 내 처리 대상수에 포함된 오염물의 농도에 따라 적정량의 과산화수소를 주입할 수 있다.

과산화수소 공급기(120)에 의해 주입된 과산화수소는 오존과 반응하여 강력한 산화력을 가진 OH- 라디칼을 생성함으로써, 오염물과의 반응시간을 단축하고 난분해성 오염물의 산화를 촉진한다. 또한 과산화수소는 유기물과 직접 반응하여 산화 반응을 통해 오염물을 제거할 수도 있다.

용해주관(200)은 여과지에서 이송되는 원수에 AOP 장치(100)로부터 공급받은 오존 및 과산화수소를 용해시켜 오존수를 생성하고, 생성된 오존수를 오존접촉조(300)로 배출한다. 이러한 용해주관(200)의 외주면에는 믹싱노즐(150)을 결합하기 위한 관통공이 미리 형성되어야 하며, 믹싱노즐은 노즐의 외주면에 돌출 형성된 플랜지와 용해주관(200)의 외주면을 볼트 등의 연결철물을 이용하여 용해주관(200)에 결합할 수 있다.

오존접촉조(300)는 용해주관(200)에서 배출되는 오존수를 상향, 하향으로 유동시켜 오존을 반응시킴으로서 오존의 산화력으로 오존수에 함유된 유기물을 산화하여 분해시킨 후 배출한다. 즉, 오존접촉조(300)는 잔류오존과 원수가 반응할 수 있는 공간을 제공하는 구성으로, 용해주관(200)을 통해 유출수가 유입되면 오존을 이용한 산화 반응 및 OH- 라디칼을 이용한 산화 반응 처리한다.

오존접촉조(300)에서 배출된 원수는 활성탄흡착지(400)로 유입된다.

활성탄흡착지(400)는 유입된 원수를 활성탄에 의해 맛과 냄새의 유발물질, 소독부산물을 흡착시킨다. 즉, 활성탄흡착지(400)는 내부에 활성탄이 충진된 흡착지가 구비되어 오존접촉조(300)에서 처리된 원수가 통과되어 원수 내의 맛과 냄새의 유발물질, 소독부산물이 활성탄에 흡착되어 제거된다.

활성탄 흡착지(400)는 오존접촉조(300)에서 배출된 처리수를 활성탄을 이용하여 여과하고, 사용된 활성탄은 자동으로 재생하여 사용할 수 있도록 한다. 이때, 활성탄흡착지(400)의 하부로 역세수와 역세공기가 활성탄흡착지(400)에 유입되어 역세시킴으로서 활성탄에 흡착된 이물질을 활성탄흡착지(400)에 부유토록한다.

활성탄처리공정은 활성탄의 내부에 무수한 세공을 이용하여 흡착가능한 유해물질들은 제거하는 것으로서, 과망간산칼륨을 소비하는 물질 등의 용해성 유기물질, THM 전구물질, 맛·냄새물질, 농약성분 등의 미량 유해물질을 제거할 목적으로 사용된다.

활성탄흡착지(400)에서 활성탄에 통과되어 처리된 원수가 배출되어 정수지로 유입된다.

한편, 활성탄흡착지(400)에는 오존접촉조(300) 내 수중의 오염물질과 반응이 이루어지지 않은 잉여 오존가스(배오존)가 유입될 수 있다.

이에, 활성탄흡착지(400)에는 배오존을 제거하기 위한 환기 시설이 구비되어야 한다. 이를 위해, 활성탄흡착지 유입수로를 덕트로 활용하여 배오존을 포집하는 덕트리스 방식을 이용한다. 덕트리스 공법은 공조용 덕트를 생략하고, 천장이나 바닥아래 공간을 환기 통로로 사용하는 공법이다.

이처럼, 덕트리스 공법을 이용한 환기시스템에 대해 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4를 참조하면, 활성탄 흡착지 배오존 제거를 위한 환기시스템은 활성탄흡착지에 설치된 흡기구(510), 연결배관(520), 배기팬(530)을 포함한다.

흡기구(510)는 활성탄흡착지(400)와 유입수로(450)를 슬리브 배관으로 연결하여 활성탄 흡착지(400)의 오존가스가 유입수로(450)의 상부로 모이도록 하는 기능을 한다. 연결배관(520)은 유입수로(450)의 상부에 모인 오존가스를 루프팬 형태로 설치된 배기팬(530)을 통해서 외부로 유출하는 기능을 한다.

배기팬(530)을 통해서 유입수로(450)의 오존가스를 외부로 지속적으로 배출하기 때문에 배기팬(530)과 연결배관(520)은 음압을 유지하게 된다. 그렇기 때문에 도 4에 화살표로 표시한 것처럼 활성탄흡착지(400)와 유입수로(450)는 음압을 유지하게 되어 오존가스가 확산되지 않고 연결배관(520)의 하부로 모이게 된다.

이를 통해서 오존가스를 배출하기 위해서 별도의 덕트를 설치하지 않더라도 연결배관(520)이 덕트의 역할을 대신하여 오존가스를 취합해서 외부로 배출할 수 있다. 또한 활성탄흡착지(400)와 유입수로(450)를 음압으로 유지시켜 오존가스로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

배기팬(530)은 루프팬의 형태일 수 있으며 배기팬(530)을 통해서 흡입된 배오존을 강제로 배기하고 연돌효과를 유도할 수 있다. 연돌효과란 건물의 실내와 외부의 공기 상태(온도 및 습도, 공기의 밀도)차이에 의해 건물 내외부의 압력차이가 발생하게 되면서 일어나는 현상을 말한다.

한편, 본 실시예에서는 오존접촉조(300) 후단에 활성탄 흡착지가 구성된 것으로 설명하였으나, 오존접촉조(300) 후단에 친환경오존접촉조가 구비되고, 친환경오존접촉조 후단에 활성탄 흡작지가 구성된 경우에도 본 발명에 따른 환기 시스템을 적용할 수 있다.

친환경오존접촉조는 별도의 조작장치가 필요 없고, 수두차에 의한 무동력 운전 공법이므로 운영 및 유지관리의 편리성과 오존접촉조 후단공정인 활성탄흡착지에 따로 배오존시설을 설치할 필요도 없으며, 오존접촉조 이후 단위공정부터는 잔류오존으로 인한 내식성 자재를 쓰지 않아도 되는 이점이 있어 경제적으로도 매우 유리하다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: AOP 장치
200 : 용해주관
300 : 오존접촉조
400 : 활성탄흡착지
450 : 유입수로
510 : 흡입구
520 : 연결배관
530 : 배기팬

Claims (4)

1. 외부의 모래여과지나 오존접촉지의 전처리 후 유입수로를 통해 유입되는 처리수에 포함된 오염물질을 흡착하도록 그 내부에 활성탄층이 형성된 활성탄흡착지의 오존가스 제거를 위한 환기시스템에 있어서,
   상기 활성탄흡착지에 설치되어, 활성탄흡착지의 오존가스를 상기 유입수로로 모으는 흡기구;
   상기 유입수로의 상부에 설치되어 유입수로로 모인 오존가스를 배기팬으로 전달하는 연결배관;
   상기 연결배관으로 전달된 오존가스를 외부로 배출하는 배기팬을 포함하는,
   활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배기팬은 루프팬인 것을 특징으로 하는,
   활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 배기팬으로 인해, 상기 연결배관과 상기 활성탄흡착지 및 상기 유입수로는 음압으로 유지되는 것을 특징으로 하는,
   활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 배기팬으로 인해, 상기 연결배관에는 연돌효과가 유도되는 것을 특징으로 하는,
   활성탄흡착지 오존가스 제거를 위한 환기시스템.
   

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