KR20200105142A

KR20200105142A - 광전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치

Info

Publication number: KR20200105142A
Application number: KR1020190023875A
Authority: KR
Inventors: 박병호
Original assignee: 비앤비코포레이션 주식회사
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-07

Abstract

본 발명은 침출수, 축산 폐수, 산업 오.폐수 등의 오염물질을 제거하고 정화시키기 위한 수질개선장치에 관한 것으로, 공급되는 원수에 공급할 나노버블을 가변적으로 발생시키는 나노버블발생기(3), 상기 나노버블발생기(3)에 함께 복합적으로 형성되어 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 원수에 공급하기 위한 플라즈마발생기(4), 상기 나노버블발생기에서 발생된 나노버블과 플라즈마발생기에서 생성된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 적절하게 혼합하는 혼합조절장치(5)를 포함하여 버블 크기와 종류, 수량, 그리고 강력한 산화력과 속도를 갖는 프리라디칼 수산기와 이온들들을 오폐수처리 적용 분야에 따라 선택적으로 혼합.조정 할 수 있도록 구성됨으로써, 종래에 사용하던 버블장치와는 달리, (a) 버블의 크기가 극소화되어 용존 산소의 량을 증가시키고, (b) 용존산소 물속 체류시간을 최대한 길게하여 정화시간을 늘리며, (c) 버블 크기의 적정선택 및 혼합비 조정에 따른 적용성.효율성을 극대화하기 위한 가변형 장치를 발명 사용하며, (d)프리 라디칼 수산 이온의 강력한 산화력을 형성하고, 산화 속도를 높여 고농도 오폐수 처리를 하며, (f) 자외선 발생을 통하여 오염된 물의 자연상태로의 수질로 회복시키고, (g) 처리되고 방류된 물은 지속적으로 주변의 오염된 물을 정화시켜 자연생태계를 회복시킬 수 있게 되어 효율적이고 향상된 효과가 있다.

Description

광전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치{Plasma Nano Micro Bubble Fusion Apparatus by Photo Electro Chemistry for improving a contaminated water}

본 발명은 수질.환경 처리 목적에 따라 선택적으로 최적화 하도록 버블 크기와 버블 수량을 혼합조절하고, 광전기화학과 플라즈마 기술에 의해 발생된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기, 자외선등 강한 산화력과 빠른 산화속도 반응력을 가진 플라즈마 나노마이크로버블 집합체를 생성하하여 침출수, 축산 폐수, 산업 오.폐수 등의 오염물질을 제거하고 정화시키기도록 개선된 플라즈마 나노버블 융합 장치에 관한 것이다.

인간이 만들어 놓은 과학.기술.산업의 발달로 일상의 생활은 편리해지고 생산적이며 윤택한 삶을 살아가며 모든 분야에서 효율이 뛰어난 문명의 혜택 속에 살고 있으나, 이로인해 발생된 지구 환경파괴와 온난화, 식수의 오염 및 부족 등 자연생태계의 파괴는 산업사회뿐 아니라 인간의 삶의 질의 저하, 더우기 건강에 대한 위협으로 급속히 다가오고 있다.

더욱이, 미래는 “물의 전쟁”이라는 단어를 통하여 위기 의식 속에서 깨끗한 물, 좋은 물, 건강한 물을 통하여 인간의 삶과 산업사회의 질적인 향상을 만들어 가야하며, 깨끗한 지구, 건강 지구를 통한 삶의 질 향상에 무엇보다 좋은 물의 확보가 요구되는 시대의 흐름에 도달하게 되었다. 종래에는 황토, 제올라이트, 적운모 등의 물질이 혼합된 흙이 갖고 있는 고유의 물성과, 물속에 공기 주입을 통해 마이크로통한 마이크로.나노 버블 생성기술을 사용하여 녹조제거, 호수.강 정화, 오폐수정화 처리에 활용되어오고 있다.

이러한 종래 기술의 예로서, 국내 특허등록 제10-1044357호에는 마이크로버블 발생장치, 오토펜스, 용출선을 이용하여 오염된 호소에서 수중 및 바닥퇴적물에 존재하는 부유물질, 유기오염물질, 영양염류, 조류 등의 각종 오염물질을 응집부상 제거함으로써, 호소의 수질을 복원, 개선시키는 마이크로버블을 이용한 호소 수질정화장치가 개시되어 있다.

마이크로 버블 기술은 도쿠야마 고등전문학교의 대성 히로후미교수등에의해1980 년경부터 개발되어온 기술로 1990 년대 후반에 여러분야에서 효과를 볼 수 있게 되었으며, 마이크로버블은 직경이 10μm(1/100mm)에서 50μm 의 초미세기포를 통칭하며 인간 머리카락 직경의 1/2 정도의 크기로, 마이크로버블은 내부 수축 작용으로 직경이 10 ㎛이하인 나노버블로 축소된 후 고온 고압 초음파와 프리라디칼을 발생하고 압괴 소멸하며, 고밀도의 음전하를 가진 나노버블은 안정화되어 수 개월간 수중에서 체류한다.

또한 마이크로버블은 기포의 상태에서 지속성이 아주 높고, 표면적이 넓어 반응성이나 반응속도가 빠르므로 여러분야에서 유용하게 사용할 수 있으며, 기포의 강한 표면 장력 때문에 미세기포가 고압으로 파열 할때 프라즈마 상태의 고온과 UV 발생으로 세균 및 바이러스가 사멸하며 오염물질이 파괴된다. 마이크로버블은 기포가 아주 작기 때문에 물체의 아주 미세한 부분까지 침투성이 높아, 물체의 정화작용에 아주 효과적이며, 미세기포가 파열할때 세균이나 오염물질을 공격하여 파괴 시키며, 오존에 의한 산화로 인해 살균 기능이　매우 높아　오염수 (폐수, 침출수) 정화, 호수정화, 방류수의　탁도 향상　및　총질소(T-N),　총인(T-P),　SS,　BOD등 현재 다양한 수질환경 분야에 활용되고 있다.

또한, 국내 실용신안등록 제20-0252172호에는 촉매 오존과 촉매매질로서의 활성탄을 이용하여 상수원수 혹은 오폐수를 고도 처리하기 위한 오존가스를 이용한 폐수 처리 장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래 기술의 폐수 처리장치는 물리화학적인 과학기술의 한계로 인하여 어느 정도의 성과에도 불구하고 기술의 적용성과 적정성 등 기반 기술의 학문적인 한계와 필요 목적에 정확히 부합되는 기술의 선택적인 한계에 직면하여, 이러한 기술적 한계를 극복하여 보다 효율적인 개선책이 요구되고 있다.

국내 특허등록 제10-1044357호 국내 실용신안등록 제20-0252172호

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 침출수, 농축산 배출수, 산업폐수 등 오염된 수질 환경을 개선시키도록 유체역학 기술을 활용한 마이크로버블 및 나노버블 발생장치에 광 전기화학(Photo Electro-Chemistry)과 플라즈마(Plasma) 기술, 그리고 이들 광전기화학과 플라즈마 기술을 융합하여 수질 개선을 위해 최적화한 광전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 광전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치는, 공급되는 원수에 공급할 나노버블을 가변적으로 발생시키는 나노버블발생기, 상기 나노버블발생기에 함께 복합적으로 형성되어 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 원수에 공급하기 위한 플라즈마발생기, 상기 나노버블발생기에서 발생된 나노버블과 플라즈마발생기에서 생성된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 적절하게 혼합하는 혼합조절장치를 포함하여 버블 크기와 종류, 수량, 그리고 강력한 산화력과 속도를 갖는 프리라디칼 수산기와 이온들들을 오폐수처리 적용 분야에 따라 선택적으로 혼합.조정 할 수 있도록 구성된다.

상기 혼합조절장치에서 혼합된 나노버블과 플라즈마발생기에서 생성된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 원수에 공급하되, 상기 혼합조절장치에 결합되어 원수의 pH를 조절하고 에너지를 활성화시키기 위한 pH 조절 및 에너지활성화장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 광전기화학 플라즈마 융복합 수질환경 개선장치는, 종래에 사용하던 버블장치와는 달리, 첨단 물리화학 기술인 광전기화학(Photo-Electro-Chemistry), 플라즈마 기술 및 유체역학적인 원리를 이용한 융합기술로 (a) 버블의 크기가 극소화되어 용존 산소의 량을 증가시키고, (b) 용존산소 물속 체류시간을 최대한 길게하여 정화시간을 늘리며, (c) 버블 크기의 적정선택 및 혼합비 조정에 따른 적용성.효율성을 극대화하기 위한 가변형 장치를 발명 사용하며, (d)프리 라디칼 수산 이온의 강력한 산화력을 형성하고, 산화 속도를 높여 고농도 오폐수 처리를 하며, (f) 자외선 발생을 통하여 오염된 물의 자연상태로의 수질로 회복시키고, (g) 처리되고 방류된 물은 지속적으로 주변의 오염된 물을 정화시켜 자연생태계를 회복시킬 수 있게 되어 효율적이고 향상된 효과가 있다.

도 1은 기존의 수처리설비에 결합하여 본 발명에 의한 전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치를 이용한 수처리 개념을 보여주는 개략적인 블럭도.
도 2는 도 1의 전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치의 개략적인 구성도.

이하에서는 본 발명에 의한 전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치에 적용되는 기술은 수질환경 개선에 중요한 요소로 작용하는 버블의 종류(Sort), 버블의 크기(Size), 전도성(Conductivity), 점도(Viscosity), 버블의 수량(Quantity), 이온화(Ionization), 에너지 활성화(Energy Activation) 등 유체역학 기술을 활용한 마이크로버블 기술에 광전기화학 및 플라즈마 기술을 더하여, 기존에 사용되고 있는 장치들의 기술적 문제점과 기술의 한계성을 개선하고 보다.발전시킬 수 있게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 수처리설비, 예를들어 침전조에서 응집제를 이용하여 오염물질을 응집 침전시키고, 오염물질이 침전된 폐수를 여과조에서 상층수만을 배출한 다음, 폭기조에서 산소농도를 증가시키도록 폭기장치로 압축공기를 공급하는 수처리설비에서 처리된 폐수를 방류하기 앞서 최종적으로 본 발명에 의한 전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치를 통해 기존의 수처리설비에서 처리되지 않은 난분해성 유기물질과 같은 오염물질을 분해처리하여 방류함으로써 수처리 효율성과 효과를 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에 의한 전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(11)과, 상기 케이싱(11)내에 형성된 관로(20)를 통해 입수관(1)으로 부터 케이싱(11)으로 유입되는 원수(기존의 수처리설비에 의한 정화된 폐수)에서 이물질을 여과시키는 필터(2), 상기 필터(2)를 후측에 설치된 유량조절기(8), 상기 유량조절기를 통해 원수를 유입하여 순환시키는 순환펌프(9), 상기 순환펌프에 의해 공급되는 원수에 공급할 나노버블을 가변적으로 발생시키는 나노버블발생기(3), 상기 나노버블발생기(3)에 함께 복합적으로 형성되어 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 원수에 공급하기 위한 플라즈마발생기(4), 상기 나노버블발생기에서 발생된 나노버블과 플라즈마발생기에서 생성된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 적절하게 혼합하는 혼합조절장치(5), 상기 혼합조절장치(5)에서 혼합된 나노버블과 플라즈마발생기에서 생성된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 원수에 공급하되 상기 혼합조절장치(5)에 결합되어 원수의 pH를 조절하고 에너지를 활성화시키기 위한 pH 조절 및 에너지활성화장치(6), 상기 혼합조절장치(5)를 통해 정화처리된 물은 배수관(12)을 통해 배출된다. 상기 케이싱(11)에는 전원공급장치(7)와 제어분전반(10)이 제공되어 있다.

본 발명의 융합장치는 1)광.전기화학적(Photo-electro-chemistry)원리를 이용한 이온화. 전기장. 자외선 방사. 입자의 미세화, PH (7~8), 2)플라즈마(Plasma) 원리를 이용한 프리라디칼 수산기 생성, 분자구조 파괴. 오존 등 플라즈마 및 융합 상태 형성, 3) 유체 동역학(Turblance in Fluid Dynamic): Nano Bubble 과 Micro Bubble 발생, 4) 시스템엔지니어링(System Engineering): Nano Bubble 과 Micro Bubble 혼합 비(Ratio) 조정 및 강력한 산화력을 가진 물질들의 융합(Fusion)기술을 사용하여 수질.환경을 하게 된다.

본 발명의 수질개선 플라즈마나노버블 융합장치에서는 (1) 버블의 크기 및 버블의 수량을 혼합.조절하고, (2) 광.전기화학(photo-electro-chemistry)과 플라즈마 (Plasma) 원리를 활용하여 프리라디칼 수산기(Free Radical Hydroxyl OH-), 오존(O₃), H₂O₂, 이온화(Ionization), 60nm~300nm자외선(Ultraviolate) 등 강한 산화력과 빠른 산화속도 반응력을 가진 플라즈마 나노 마이크로버블 집합체(Clustering)에 의해 침출수, 축산 폐수, 산업 오.폐수 등에 함유된 오염물질을 효율적으로 제거하여 방류되는 물을 정화시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 융합장치는 나노버블발생장치에서 발생되는 마이크로버블, 나노버블의 크기, 종류, 수량, 그리고 플라즈마발생장치에서 발생된 프리라디칼 수산기의 량, 산화력과 속도, pH 조절 및 활성화장치에서의 이온활성화 정도 등을 원수의 오염물질과 그 함유 정도에 따라 최적으로 적절히 조절하여 환경수질 개선에 효과를 최대화하여 난분해성의 오염물질을 제거하여 오폐수를 정화처리할 수 있게 된다.

본 발명은 침출수, 축산 폐수, 산업 오.폐수 등에 함유된 오염물질을 효율적으로 제거하여 수처리를 하도록 이용될 수 있다.

1 : 입수관 2 : 필터
3 ; 나노버블발생기 4 : 플라즈마발생기
5 : 혼합조절장치 6 : pH 조절 및 에너지활성화장치
7 ; 전원공급장치 8 : 유량조절장치
9 : 순환펌프 10 : 제어분전반
11 : 케이싱 12 : 배수관
20 : 관로

Claims

공급되는 원수에 공급할 나노버블을 가변적으로 발생시키는 나노버블발생기(3), 상기 나노버블발생기(3)에 함께 복합적으로 형성되어 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 원수에 공급하기 위한 플라즈마발생기(4), 상기 나노버블발생기에서 발생된 나노버블과 플라즈마발생기에서 생성된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 적절하게 혼합하는 혼합조절장치(5)를 포함하여 버블 크기와 종류, 수량, 그리고 강력한 산화력과 속도를 갖는 프리라디칼 수산기와 이온들들을 오폐수처리 적용 분야에 따라 선택적으로 혼합.조정 할 수 있도록 된 광전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마 나노버블 융합장치.
제 1항에 있어서,
상기 혼합조절장치(5)에서 혼합된 나노버블과 플라즈마발생기에서 생성된 이온, 오존, 프리라디칼 수산기를 원수에 공급하되 상기 혼합조절장치(5)에 결합되어 원수의 pH를 조절하고 에너지를 활성화시키기 위한 pH 조절 및 에너지활성화장치(6)를 더 포함하는 광전기화학 기술을 이용한 수질개선 플라즈마 나노버블 융합장치.