KR20210138212A - Underwater plasma discharge apparatus and seawater desalination system comprising the same - Google Patents

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Abstract

An underwater plasma discharge device of the present invention includes: a plasma reaction tank which is formed in the form of a circular pipe with open both sides and has flange units extended to the outer circumferential surface of both ends; a plurality of discharge electrodes mounted on the outer circumferential surface of the reaction tank and discharging plasma to the inner surface of the reaction tank; a ground electrode installed at the center of the reaction tank; and a high voltage power supply device for supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes.

Description

수중 플라즈마 방전장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템{Underwater plasma discharge apparatus and seawater desalination system comprising the same}Underwater plasma discharge apparatus and seawater desalination system including the same

본 발명은 수중 플라즈마 방전장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater plasma discharge device and a seawater desalination system including the same.

일반적인 하폐수 처리방법으로 오염물질의 침전을 위해 넓은 공간을 확보하여 오염물질을 서서히 침전시킨 후 침전된 오염물질과 대상수를 분리하는 침전 방식이 주로 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 침전방식은 시간이 많이 걸리고 넓은 부지를 확보하여야 하는 단점이 있으며, 침전물의 부패와 악취 발생 등의 부작용이 있다.As a general wastewater treatment method, a sedimentation method in which a large space is secured for the precipitation of contaminants and the contaminants are gradually precipitated, and then the sedimented contaminants and target water have been mainly used. However, this precipitation method has the disadvantages of taking a lot of time and having to secure a large site, and has side effects such as sediment decay and odor generation.

이에 따라 좁은 공간에서도 하폐수를 오염물질과 분리하여 정수하기 위한 여러 수처리 장치가 개발되어 왔으며, 현재 사용되고 있는 방식으로는 하폐수에 기포를 발생시킴으로써 기포에 미세한 오염물질이 흡착되어 하폐수 표면으로 떠오르게 한 후 제거하는 가압부상법이 있다.Accordingly, various water treatment devices have been developed to separate wastewater from contaminants and purify it even in a narrow space, and the currently used method is to generate bubbles in the wastewater, so that fine pollutants are adsorbed to the bubbles and floated to the surface of the wastewater before removal. There is a pressurized levitation method.

가압부상법 중에서 가장 빈번하게 쓰이는 수처리 방법으로는 폐수 처리장에서 많이 사용되고 있는 용존공기 부상법(Dissolved Air Flatation)이 있으며, 이는 대기압 이상으로 포화된 물을 노즐이나 니들밸브를 통해 부상조에 주입함으로써 미세한 기포(100㎛ 이하)를 발생시키는 방법이다.Among the pressurized flotation methods, the most frequently used water treatment method is the dissolved air flatation method, which is widely used in wastewater treatment plants. (100 μm or less) is a method of generating.

그러나 기존의 용존공기 부상법은 일정 면적에서 처리할 수 있는 유량이 적어 소규모 공정에만 적용 가능하고, 노즐의 구조로 버블 사이즈를 제어하므로 한번 설치되면 사이즈 제어가 불가한 단점이 있었다. 또한, 대기압 이상으로 포화된 물을 만들기 위한 가압탱크가 고전력을 요구하므로 가압탱크의 동력비용이 수처리 장치 운용비용의 큰 비중을 차지하는 단점이 존재하였다. 또한, 조류와 같은 유기물의 경우 응집 플록에 잘 부착되지 못하고 부유하는 경우가 많으므로 침전 및 부상 공정으로 처리하기 어려운 단점도 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 염소를 주입하는 방법 등이 개량되기도 하였으나, 염소의 과량 주입으로 인하여 부식 문제 등과 같은 새로운 문제점이 발생되었다.However, the existing dissolved air flotation method is applicable only to small-scale processes because the flow rate that can be treated in a certain area is small. Since the bubble size is controlled by the structure of the nozzle, the size control is impossible once installed. In addition, since the pressurized tank for making water saturated above atmospheric pressure requires high power, there was a disadvantage that the power cost of the pressurized tank occupies a large proportion of the operating cost of the water treatment device. In addition, in the case of organic matter such as algae, it is difficult to treat with sedimentation and flotation processes because it does not adhere well to the flocculation and floats in many cases. Although the method of injecting chlorine has been improved in order to solve these disadvantages, new problems such as corrosion problems have occurred due to the excessive injection of chlorine.

그래서 상기한 단점을 배제하면서도 피처리수에 존재하는 유기물 및 미생물을 효과적으로 제거할 수 있는 수처리 장치에 대한 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for development of a water treatment device capable of effectively removing organic matter and microorganisms present in the water to be treated while excluding the above disadvantages.

본 출원인에 의해 출원된 공개특허공보 제10-2019-0127645호에는 수처리용 플라즈마 전극 모듈을 포함하는 수처리 시스템이 개시되어 있다. 수처리 장치는 피처리수가 유입되는 유입구와 정화된 피처리수가 배출되는 배출구를 구비하는 반응기; 반응기 일측에 구비된 접지전극; 및 반응기 일측에 구비되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 노즐;을 포함한다.Publication No. 10-2019-0127645 filed by the present applicant discloses a water treatment system including a plasma electrode module for water treatment. The water treatment device includes: a reactor having an inlet through which the water to be treated is introduced and an outlet through which the purified water to be treated is discharged; a ground electrode provided on one side of the reactor; and a plasma nozzle provided on one side of the reactor and generating plasma.

그런데, 상기 공지된 종래기술의 경우에도 대용량의 해수를 처리할 수 있도록 설계할 때 미래의 이윤창출을 위한 비용(CAPEX)이 많이 드는 문제점이 있었다. 또한, 반응기 하부에 설치되는 복수의 방전전극을 교체하기가 매우 어려웠다.However, even in the case of the known prior art, there is a problem that the cost for future profit creation (CAPEX) is high when designing to process a large amount of seawater. In addition, it was very difficult to replace the plurality of discharge electrodes installed under the reactor.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0127645호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0127645

본 발명은 저에너지로 수중에 플라즈마를 방전하여 해수 중의 유기물과 바이오파울링(biofouling)을 저감함으로써 여과막의 수명을 연장하고 약품 비용을 절감할 수 있는 대용량 수중 플라즈마 방전장치와 이를 포함하는 해수 담수화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a large-capacity underwater plasma discharge device capable of discharging plasma in water with low energy to reduce organic matter and biofouling in seawater, thereby extending the life of a filtration membrane and reducing chemical costs, and a seawater desalination system including the same. intended to provide

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 플라즈마 방전장치는, 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어지고 양단 외주면에 플랜지부가 연장형성된 플라즈마 반응조; 상기 반응조의 외주면에 장착되고 반응조의 내면으로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극; 상기 반응조의 중심에 설치되는 접지전극; 및 상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치를 포함한다.The underwater plasma discharge device of the present invention for achieving the above object, is made of a circular tube shape with both sides open and a plasma reactor in which flange portions are extended on both ends of the outer peripheral surface; a plurality of discharge electrodes mounted on the outer circumferential surface of the reaction tank and configured to discharge plasma to the inner surface of the reaction tank; a ground electrode installed at the center of the reactor; and a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes.

상기 플라즈마 반응조는 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어진 본체부와, 본체부의 양단에 일체로 형성된 한 쌍의 플랜지부를 포함할 수 있다.The plasma reactor may include a main body in the form of a circular tube having both sides open, and a pair of flanges integrally formed at both ends of the main body.

상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 원주면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다.The plurality of discharge electrodes may be arranged to form a plurality of rows and columns on a circumferential surface of the reaction tank.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉 형태로 이루어질 수 있다.The ground electrode may be formed in the form of a rod disposed at the center of the reactor.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 수평하게 배치되는 평판 형태로 이루어질 수 있다.The ground electrode may be formed in the form of a flat plate disposed horizontally in the center of the reactor.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되고 두 평판이 만나 +자 모양을 이루도록 일체로 형성될 수 있다.The ground electrode may be disposed at the center of the reactor and may be integrally formed so that two flat plates meet to form a +-shape.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉의 외주면에 곡면 판재가 나선 형태로 연장되어 이루어질 수 있다.The ground electrode may be formed by extending a curved plate in a spiral form on an outer circumferential surface of a rod disposed at the center of the reactor.

본 발명의 해수 담수화 시스템은, 해수를 취수하는 취수장치; 해수에 함유된 불순물을 여과 처리하는 전처리장치; 전처리된 해수를 고압으로 공급하는 고압펌프; 및 고압의 해수로부터 역삼투에 의해 담수를 생산하는 역삼투장치를 포함하고, 상기 전처리장치는 해수에 플라즈마 방전하는 수중 플라즈마 방전장치와, 해수를 여과하는 여과장치를 포함하며, 상기 수중 플라즈마 방전장치는, 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어지고 양단 외주면에 플랜지부가 연장형성된 플라즈마 반응조; 상기 반응조의 외주면에 장착되고 반응조의 내면으로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극; 상기 반응조의 중심에 설치되는 접지전극; 및 상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치를 포함한다.The seawater desalination system of the present invention includes: a water intake device for water intake; a pretreatment device for filtering impurities contained in seawater; a high-pressure pump for supplying pretreated seawater at high pressure; and a reverse osmosis device for producing fresh water by reverse osmosis from high-pressure seawater, wherein the pretreatment device includes an underwater plasma discharge device for plasma-discharging seawater and a filtration device for filtering seawater, wherein the underwater plasma discharge device is made in the form of a circular tube with both sides open and a plasma reactor in which flange portions are extended on the outer peripheral surfaces of both ends; a plurality of discharge electrodes mounted on the outer circumferential surface of the reaction tank and configured to discharge plasma to the inner surface of the reaction tank; a ground electrode installed at the center of the reactor; and a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes.

상기 플라즈마 반응조는 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어진 본체부와, 본체부의 양단에 일체로 형성된 한 쌍의 플랜지부를 포함할 수 있다.The plasma reactor may include a main body in the form of a circular tube having both sides open, and a pair of flanges integrally formed at both ends of the main body.

상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 원주면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다.The plurality of discharge electrodes may be arranged to form a plurality of rows and columns on a circumferential surface of the reaction tank.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉 형태로 이루어질 수 있다.The ground electrode may be formed in the form of a rod disposed at the center of the reactor.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 수평하게 배치되는 평판 형태로 이루어질 수 있다.The ground electrode may be formed in the form of a flat plate disposed horizontally in the center of the reactor.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되고 두 평판이 만나 +자 모양을 이루도록 일체로 형성될 수 있다.The ground electrode may be disposed at the center of the reactor and may be integrally formed so that two flat plates meet to form a +-shape.

상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉의 외주면에 곡면 판재가 나선 형태로 연장되어 이루어질 수 있다.The ground electrode may be formed by extending a curved plate in a spiral form on an outer circumferential surface of a rod disposed at the center of the reactor.

상기한 본 발명의 수중 플라즈마 방전장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템에 의하면, 저에너지로 수중에 플라즈마를 방전하여 해수 중의 유기물과 바이오파울링을 저감함으로써 여과막의 수명을 연장하고 약품 비용을 절감할 수 있다.According to the underwater plasma discharge device of the present invention and the seawater desalination system including the same, by discharging plasma in water with low energy to reduce organic matter and biofouling in seawater, it is possible to extend the life of the filtration membrane and reduce drug costs. .

또한, 접지전극의 형태에 따라 복수의 방전전극을 다양한 형태로 배열할 수 있으므로, 동일한 반응조의 부피에 대하여 상대적으로 더 큰 용량의 해수를 전처리할 수 있다.In addition, since a plurality of discharge electrodes can be arranged in various shapes according to the shape of the ground electrode, seawater having a relatively larger capacity can be pretreated with respect to the volume of the same reaction tank.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치의 플라즈마 반응조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치의 접지전극을 나타내는 사시도이다.1 is a schematic diagram showing a seawater desalination system according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a plasma reactor of an underwater plasma discharge device according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to a first embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to a second embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to a third embodiment of the present invention.
7 is a perspective view illustrating a ground electrode of an underwater plasma discharge device according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 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 발명에서, '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.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprising' or 'having' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a seawater desalination system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 해수 담수화 시스템은, 취수장치(10), 전처리장치(20), 고압펌프(30), 역삼투장치(40), 후처리장치(50)를 포함할 수 있다.The seawater desalination system of the present invention may include a water intake device 10 , a pre-treatment device 20 , a high-pressure pump 30 , a reverse osmosis device 40 , and a post-treatment device 50 .

취수장치(10)는 해수를 취수하는 인테이크(intake)장치로서, 바다에서 해수를 소정 유량과 압력으로 끌어올린다.The water intake device 10 is an intake device that takes in seawater, and draws seawater from the sea to a predetermined flow rate and pressure.

전처리장치(20)는 해수를 취수하여 유입된 용수 내에 함유된 불순물을 여과 처리한다.The pretreatment device 20 takes in seawater and filters impurities contained in the introduced water.

전처리장치(20)의 전처리에는 침전처리, 여과처리, 약품처리가 있다. 침전처리와 여과처리는 원수에 포함된 부유물질 등을 제거하여 막의 오염을 방지하기 위해서 실시한다. 약품처리는 공급수의 수질을 조절하여 역삼투막의 성능을 최대한으로 유지하기 위하여 실시한다. 또한, 이와 같은 전처리는 역삼투막의 오염을 방지하고 높은 성능을 발휘하기 위해서 반드시 필요하다.The pretreatment of the pretreatment device 20 includes precipitation treatment, filtration treatment, and chemical treatment. Precipitation treatment and filtration treatment are carried out to prevent contamination of the membrane by removing suspended substances contained in the raw water. Chemical treatment is performed to maintain the performance of the reverse osmosis membrane to the maximum by controlling the quality of the feed water. In addition, such pretreatment is absolutely necessary in order to prevent contamination of the reverse osmosis membrane and to exhibit high performance.

특히, 전처리로서 여과막을 포함하는 여과장치(25)가 사용될 수 있다. 이때, 막여과 공정을 지속함에 따라 막표면에 이물질이 부착되게 되므로, 주기적으로 역세척 등에 의해 여과막을 세척할 필요가 있다. 본 발명에서는 수중 플라즈마 발전장치(100)를 이용하여 수중에 플라즈마를 방전함으로써 오존 및 OH라디칼 등을 발생하여 유기물을 제거하고 바이오파울링을 저감할 수 있다.In particular, a filtration device 25 including a filtration membrane as a pretreatment may be used. At this time, since foreign substances are attached to the membrane surface as the membrane filtration process is continued, it is necessary to periodically wash the filtration membrane by backwashing or the like. In the present invention, by discharging plasma in water using the underwater plasma generator 100, ozone and OH radicals are generated to remove organic matter and reduce biofouling.

고압펌프(30)는 전처리된 해수를 역삼투장치(40)로 고압으로 유입시킨다.The high-pressure pump 30 introduces the pretreated seawater into the reverse osmosis device 40 at a high pressure.

역삼투장치(40)는 카트리지필터(30)에서 여과된 용수를 고압펌프(30)에 의해 공급하여 역삼투에 의해 담수를 생산한다. 역삼투(RO: Reverse Osmosis)는 삼투압보다 높은 압력을 가할 때, 용액으로부터 순수한 용매가 반투막을 통해 빠져 나오는 현상이다. 역삼투 현상을 이용하여 해수를 담수화할 수 있다. 역삼투가 일어나도록 하기 위해 역삼투장치(40)의 전에 해수의 삼투압보다 높은 압력으로 여과된 용수를 공급하는 고압펌프(30)가 배치되는 것이다.The reverse osmosis device 40 supplies the water filtered by the cartridge filter 30 by the high-pressure pump 30 to produce fresh water by reverse osmosis. Reverse osmosis (RO) is a phenomenon in which a pure solvent escapes from a solution through a semipermeable membrane when a pressure higher than the osmotic pressure is applied. Reverse osmosis can be used to desalinate seawater. In order to cause reverse osmosis to occur, a high-pressure pump 30 for supplying filtered water at a pressure higher than the osmotic pressure of seawater before the reverse osmosis device 40 is disposed.

역삼투장치(40)를 통과하면 공급된 해수는 고염수(농축수)가 되고, 역삼투막을 통과한 물이 처리수로 된다.When passing through the reverse osmosis device 40, the supplied seawater becomes high salt water (concentrated water), and the water that has passed through the reverse osmosis membrane becomes treated water.

역삼투장치(40)의 뒤에는 여과된 처리수를 다시 처리하는 후처리장치(50)가 배치될 수 있다. 후처리장치(50)는 pH 조정, 미네랄 주입, 염소 소독 등을 실시할 수 있다.A post-treatment device 50 for re-treating the filtered treated water may be disposed behind the reverse osmosis device 40 . The post-treatment device 50 may perform pH adjustment, mineral injection, chlorine disinfection, and the like.

아울러, 역삼투장치(40)에서 발생하는 고염수를 처리하여 폐수하는 장치(미도시)가 더 구비될 수 있다.In addition, a device (not shown) for treating the high salt water generated in the reverse osmosis device 40 to waste water may be further provided.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치의 플라즈마 반응조를 나타내는 사시도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a perspective view showing a plasma reactor of the underwater plasma discharge device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수중 플라즈마 방전장치(100)는, 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어지고 양단 외주면에 플랜지부가 연장형성된 플라즈마 반응조(110), 반응조의 외주면에 장착되고 반응조의 내면으로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극(120), 반응조의 중심에 설치되는 접지전극(130), 및 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치(150)를 포함할 수 있다.As shown in Fig. 2, the underwater plasma discharge device 100 of the present invention is a plasma reactor 110 in which both sides are in the form of a circular tube with openings and flanges are extended on the outer peripheral surfaces of both ends, and is mounted on the outer peripheral surface of the reactor and is mounted on the reactor. It may include a plurality of discharge electrodes 120 for discharging plasma to the inner surface of the reactor, a ground electrode 130 installed at the center of the reaction tank, and a high voltage power supply 150 for supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes.

도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응조(110)는 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어진 본체부(112)와, 본체부의 양단에 일체로 형성된 한 쌍의 플랜지부(114)를 포함할 수 있다. 본체부(112)의 원주면에는 복수의 방전전극(120)이 설치되는 복수의 전극홀(113)이 형성될 수 있다. 복수의 전극홀(113)은 적어도 본체부(112)의 상반부와 하반부에 한 세트 이상이 배치될 수 있다. 한 쌍의 플랜지부(114)에는 이웃하는 장치의 프레임과 볼트 및 너트 등에 의해 결합할 수 있는 복수의 결합홀(115)이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3 , the plasma reactor 110 may include a main body 112 in the form of a circular tube having both sides open, and a pair of flanges 114 integrally formed at both ends of the main body. . A plurality of electrode holes 113 in which a plurality of discharge electrodes 120 are installed may be formed on a circumferential surface of the main body 112 . One or more sets of the plurality of electrode holes 113 may be disposed in at least the upper and lower halves of the main body 112 . A plurality of coupling holes 115 may be formed in the pair of flange portions 114 to be coupled to a frame of a neighboring device by a bolt, a nut, or the like.

복수의 방전전극(120)은 플라즈마 반응조(110)의 본체부(112)의 원주면에 관통 형성된 복수의 전극홀(113)을 통과하여 그 단부가 본체부(112)의 내부에 배치되도록 장착된다. 복수의 방전전극(120)은 반응조(110)의 원주면에, 적어도 상반부와 하반부에 복수의 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다. 복수의 방전전극(120)에는 고전압 전원장치(150)로부터 전선이 병렬로 연결되어 고전압 펄스 전원이 공급될 수 있다.The plurality of discharge electrodes 120 pass through the plurality of electrode holes 113 formed through the circumferential surface of the main body 112 of the plasma reactor 110 and are mounted so that their ends are disposed inside the main body 112 . . The plurality of discharge electrodes 120 may be arranged on the circumferential surface of the reactor 110 to form a plurality of rows and columns at least in the upper and lower halves. Wires from the high voltage power supply 150 are connected in parallel to the plurality of discharge electrodes 120 to supply high voltage pulse power.

접지전극(130)은 플라즈마 반응조(110)의 중심에 하나가 설치될 수 있다. 복수의 방전전극(120)에 고전압 전원이 공급되면, 반응조(110) 내부로 흐르는 해수 내에 복수의 방전전극(120)으로부터 접지전극(130)으로 플라즈마가 발생한다.One ground electrode 130 may be installed at the center of the plasma reactor 110 . When high voltage power is supplied to the plurality of discharge electrodes 120 , plasma is generated from the plurality of discharge electrodes 120 to the ground electrode 130 in seawater flowing into the reaction tank 110 .

고전압 전원장치(150)는 복수의 방전전극(120)에 각각 연결되어 고전압 펄스 전원을 공급한다. 고전압 전원장치(150)는 파워 미터(155, Power Meter)를 구비하여 전원장치에서 공급하는 전력을 감지할 수 있다.The high voltage power supply 150 is respectively connected to the plurality of discharge electrodes 120 to supply high voltage pulse power. The high voltage power supply 150 may include a power meter 155 to detect power supplied from the power supply.

도 2에 도시된 바와 같이, 해수가 유동하는 반응조(110)에 배열된 복수의 방전전극(120)에 고전압 펄스 전원이 공급되면, 플라즈마 방전에 의해 수중에 오존과 OH라디칼 등이 발생하고 이들 생성물질에 의해 유기물이 제거되고 바이오파울링이 발생되는 것을 저감할 수 있다.As shown in FIG. 2 , when high voltage pulse power is supplied to the plurality of discharge electrodes 120 arranged in the reactor 110 through which seawater flows, ozone and OH radicals are generated in water by plasma discharge, and these are generated It is possible to reduce the organic matter being removed by the material and the occurrence of biofouling.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이다.4 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to a first embodiment of the present invention.

제1실시예에서 접지전극(130)은 반응조(110)의 중심에 배치되는 봉 형태로 이루어질 수 있다. 도 4에 도시하지 않았으나, 접지전극(130)은 적어도 양측이 절연체로 이루어진 지지리브에 의해 본체부(112) 또는 플랜지부(114)에 결합되어 고정될 수 있다. 이때, 복수의 방전전극(120)은 본체부(112)의 원주면에 복수의 방전전극(120)으로 이루어진 단위 행이 복수의 열을 구성하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 방전전극(120)은 3~20개의 방전전극(120)으로 구성된 단위 행이 4~12개의 열을 구성하도록 배열될 수 있다. 이때, 복수의 방전전극(120)은 모두 반응조(110)의 중심에 있는 접지전극(130)을 향하도록 배치된다.In the first embodiment, the ground electrode 130 may be formed in the form of a rod disposed at the center of the reactor 110 . Although not shown in FIG. 4 , at least both sides of the ground electrode 130 may be coupled to and fixed to the body part 112 or the flange part 114 by support ribs made of an insulator. In this case, the plurality of discharge electrodes 120 may be disposed on the circumferential surface of the main body 112 such that a unit row including the plurality of discharge electrodes 120 constitutes a plurality of columns. For example, the plurality of discharge electrodes 120 may be arranged such that a unit row composed of 3 to 20 discharge electrodes 120 constitutes 4 to 12 columns. At this time, the plurality of discharge electrodes 120 are all arranged to face the ground electrode 130 at the center of the reaction tank 110 .

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이다.5 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to a second embodiment of the present invention.

제2실시예에서 접지전극(130)은 반응조(110)의 중심에 수평하게 배치되는 평판 형태로 이루어질 수 있다. 반응조(110)가 원형관 형태이므로, 평판 형태의 접지전극(130)은 직사각형 판재 형태로 이루어질 수 있다. 제2실시예의 접지전극(130)은 제1실시예와 달리, 반응조(110)의 내부면에 직접 결합될 수 있다. 물론, 접지전극(130)의 폭이 반응조(110)의 내경보다 작게 형성되어 별도의 지지리브에 의해 고정될 수도 있다. 제2실시예의 경우, 복수의 방전전극(120)은 반응조(110)의 원주면 상단부에 길이방향으로 하나의 세트가 설치되고, 반응조(110)의 원주면 하단부에 길이방향으로 하나의 세트가 설치될 수 있다. 이 경우, 복수의 방전전극(120)은 모두 평판 형태의 접지전극(130)에 수직인 방향으로 플라즈마를 방전하도록 설치된다.In the second embodiment, the ground electrode 130 may be formed in the form of a flat plate disposed horizontally in the center of the reactor 110 . Since the reactor 110 has a circular tube shape, the flat ground electrode 130 may have a rectangular plate shape. Unlike the first embodiment, the ground electrode 130 of the second embodiment may be directly coupled to the inner surface of the reactor 110 . Of course, the width of the ground electrode 130 may be formed smaller than the inner diameter of the reaction tank 110 and fixed by a separate support rib. In the case of the second embodiment, one set of the plurality of discharge electrodes 120 is installed at the upper end of the circumferential surface of the reactor 110 in the longitudinal direction, and one set is installed at the lower end of the circumferential surface of the reactor 110 in the longitudinal direction. can be In this case, all of the plurality of discharge electrodes 120 are installed to discharge plasma in a direction perpendicular to the flat ground electrode 130 .

한편, 반응조(110)의 원주면에는 한 쌍의 세트의 방전전극(120) 외에도 여러 세트의 방전전극(120)이 더 설치될 수도 있다. 이 경우, 반응조(110)의 상하단에 설치된 방전전극(120) 이외의 방전전극(120)은 반응조(110)의 중심으로 향하도록 설치될 수도 있으나, 평판 형태의 접지전극(130)에 수직인 방향으로 플라즈마를 방전하도록 설치될 수도 있다.Meanwhile, in addition to the pair of discharge electrodes 120 , several sets of discharge electrodes 120 may be further installed on the circumferential surface of the reaction tank 110 . In this case, the discharge electrodes 120 other than the discharge electrodes 120 installed at the upper and lower ends of the reaction tank 110 may be installed to face the center of the reaction tank 110 , but in a direction perpendicular to the flat ground electrode 130 . It may also be installed to discharge the plasma.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치를 나타내는 개략도이다.6 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge device according to a third embodiment of the present invention.

제3실시예에서 접지전극(130)은 반응조(110)의 중심에 배치되고 두 평판이 만나 단면이 +자 모양을 이루도록 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 접지전극(130)은 반응조(110)의 내주면에 직접 결합될 수 있다. 또한, 4세트 이상의 방전전극(120)이 접지전극(130)의 각 평판에 수직인 방향으로 플라즈마를 방전하도록 설치될 수 있다. 이때, 복수의 방전전극(120)은 +자 모양의 접지전극(130)이 반응조(110)의 내주면에 결합되는 위치에서 소정 거리 이격되어 어긋나도록 배치될 수 있다.In the third embodiment, the ground electrode 130 is disposed at the center of the reaction tank 110 and may be integrally formed so that two flat plates meet to form a +-shaped cross section. In this case, the ground electrode 130 may be directly coupled to the inner circumferential surface of the reactor 110 . In addition, four or more sets of discharge electrodes 120 may be installed to discharge plasma in a direction perpendicular to each flat plate of the ground electrode 130 . In this case, the plurality of discharge electrodes 120 may be disposed to be shifted apart from each other by a predetermined distance from a position where the +-shaped ground electrode 130 is coupled to the inner circumferential surface of the reaction tank 110 .

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 수중 플라즈마 방전장치의 접지전극을 나타내는 사시도이다.7 is a perspective view illustrating a ground electrode of an underwater plasma discharge device according to a fourth embodiment of the present invention.

제4실시예에서 접지전극(130)은 반응조(110)의 중심에 배치되는 봉의 외주면에 곡면 판재가 나선 형태로 연장되어 이루어질 수 있다. 이 경우, 접지전극(130)은 평판이 그 길이방향 중심을 축으로 180도 이상 회전되어 윤곽이 사인 곡선을 형성할 수 있다. 즉, 접지전극(130)의 단면을 보면 그 길이방향에 수직인 선분이 중심을 축으로 회전되는 형태로 형성될 수 있다.In the fourth embodiment, the ground electrode 130 may be formed by extending a curved plate material in a spiral form on the outer circumferential surface of a rod disposed at the center of the reaction tank 110 . In this case, the ground electrode 130 may have a flat plate rotated 180 degrees or more about its longitudinal center to form a sinusoidal outline. That is, when looking at the cross section of the ground electrode 130 , a line segment perpendicular to the longitudinal direction may be formed in a shape that is rotated about the center.

도 7에 도시된 실시예는 그 단면이 하나의 선분 형태로 형성되어 있는데, 이와 달리 접지전극(130)의 단면이 +자 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 중심에서 서로 수직으로 연결된 두 판이 각각 중심을 축으로 회전되는 형태로 형성될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 7 , the cross section is formed in the form of a single line segment. Alternatively, the cross section of the ground electrode 130 may be formed in a + shape. That is, two plates vertically connected to each other at the center may be formed in a form that is rotated about the center, respectively.

제4실시예의 경우, 반응조(110) 내부로 유동하는 해수는 접지전극(130)에 의해 회전하며 유동하도록 안내될 수 있다. 또한, 복수의 방전전극(120)은 +자 모양의 접지전극(130)이 반응조(110)의 내주면에 결합되는 위치에서 소정 거리 이격되어 어긋나도록 배치되어, 접지전극(130)의 곡면에 수직인 방향으로 플라즈마를 방전하도록 배열될 수 있다. 그래서, 복수의 방전전극(120)은 길이방향으로 한 세트가 나선을 따라 배열될 수 있다.In the case of the fourth embodiment, the seawater flowing into the reaction tank 110 may be guided to rotate and flow by the ground electrode 130 . In addition, the plurality of discharge electrodes 120 are arranged to be deviated by a predetermined distance from a position where the +-shaped ground electrode 130 is coupled to the inner circumferential surface of the reaction tank 110 , and is perpendicular to the curved surface of the ground electrode 130 . may be arranged to discharge the plasma in a direction. Thus, one set of the plurality of discharge electrodes 120 may be arranged along a spiral in the longitudinal direction.

본 발명의 수중 플라즈마 방전장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템에 의하면, 저에너지로 수중에 플라즈마를 방전하여 해수 중의 유기물과 바이오파울링을 저감함으로써 여과막의 수명을 연장하고 약품 비용을 절감할 수 있다.According to the underwater plasma discharge device of the present invention and the seawater desalination system including the same, it is possible to extend the life of the filtration membrane and reduce the chemical cost by discharging plasma in water with low energy to reduce organic matter and biofouling in seawater.

또한, 접지전극의 형태에 따라 복수의 방전전극을 다양한 형태로 배열할 수 있으므로, 동일한 반응조의 부피에 대하여 상대적으로 더 큰 용량의 해수를 전처리할 수 있다.In addition, since a plurality of discharge electrodes can be arranged in various shapes according to the shape of the ground electrode, seawater having a relatively larger capacity can be pretreated with respect to the volume of the same reaction tank.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, an embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes of the present invention will be possible by this, and this will also be included within the scope of the present invention.

10: 취수장치 20: 전처리장치
25: 여과장치 30: 고압펌프
40: 역삼투장치 50: 후처리장치
100: 수중 플라즈마 방전장치
110: 플라즈마 반응조 112: 본체부
113: 전극홀 114: 플랜지부
115: 결합홀 120: 방전전극
130: 접지전극
150: 고전압 전원장치10: water intake device 20: pretreatment device
25: filtration device 30: high pressure pump
40: reverse osmosis device 50: post-processing device
100: underwater plasma discharge device
110: plasma reactor 112: body part
113: electrode hole 114: flange portion
115: coupling hole 120: discharge electrode
130: ground electrode
150: high voltage power supply

Claims (14)

양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어지고 양단 외주면에 플랜지부가 연장형성된 플라즈마 반응조;
상기 반응조의 외주면에 장착되고 반응조의 내면으로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극;
상기 반응조의 중심에 설치되는 접지전극; 및
상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치를 포함하는 수중 플라즈마 방전장치.Plasma reactor made in the form of a circular tube with both sides open and flange portions are extended on both ends of the outer peripheral surface;
a plurality of discharge electrodes mounted on the outer circumferential surface of the reaction tank and configured to discharge plasma to the inner surface of the reaction tank;
a ground electrode installed at the center of the reactor; and
An underwater plasma discharge device comprising a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes. 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 반응조는 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어진 본체부와, 본체부의 양단에 일체로 형성된 한 쌍의 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전장치.According to claim 1,
The plasma reactor is an underwater plasma discharge device, characterized in that it comprises a body portion made of a circular tube shape with both sides open, and a pair of flange portions integrally formed on both ends of the body portion. 제2항에 있어서,
상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 원주면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전장치.3. The method of claim 2,
The plurality of discharge electrodes are underwater plasma discharge device, characterized in that arranged to form a plurality of rows and columns on the circumferential surface of the reaction tank. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The ground electrode is an underwater plasma discharge device, characterized in that made in the form of a rod disposed in the center of the reaction tank. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 수평하게 배치되는 평판 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The ground electrode is an underwater plasma discharge device, characterized in that made in the form of a flat plate disposed in the center of the reaction tank. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되고 두 평판이 만나 +자 모양을 이루도록 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The ground electrode is disposed in the center of the reaction tank, the underwater plasma discharge device, characterized in that the two flat plates meet to form a + shape integrally formed. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉의 외주면에 곡면 판재가 나선 형태로 연장되어 이루어진 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The ground electrode is an underwater plasma discharge device, characterized in that the curved plate is extended in a spiral form on the outer peripheral surface of the rod disposed in the center of the reactor. 해수를 취수하는 취수장치;
해수에 함유된 불순물을 여과 처리하는 전처리장치;
전처리된 해수를 고압으로 공급하는 고압펌프; 및
고압의 해수로부터 역삼투에 의해 담수를 생산하는 역삼투장치를 포함하고,
상기 전처리장치는 해수에 플라즈마 방전하는 수중 플라즈마 방전장치와, 해수를 여과하는 여과장치를 포함하며,
상기 수중 플라즈마 방전장치는,
양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어지고 양단 외주면에 플랜지부가 연장형성된 플라즈마 반응조;
상기 반응조의 외주면에 장착되고 반응조의 내면으로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극;
상기 반응조의 중심에 설치되는 접지전극; 및
상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치를 포함하는 해수 담수화 시스템.water intake device for water intake;
a pretreatment device for filtering impurities contained in seawater;
a high-pressure pump for supplying pretreated seawater at high pressure; and
A reverse osmosis device for producing fresh water by reverse osmosis from high-pressure seawater,
The pretreatment device includes an underwater plasma discharge device for plasma-discharging seawater, and a filtration device for filtering seawater,
The underwater plasma discharge device,
Plasma reactor made in the form of a circular tube with both sides open and flange portions are extended on both ends of the outer peripheral surface;
a plurality of discharge electrodes mounted on the outer circumferential surface of the reaction tank and configured to discharge plasma to the inner surface of the reaction tank;
a ground electrode installed at the center of the reactor; and
Seawater desalination system including a high voltage power supply for supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes. 제8항에 있어서,
상기 플라즈마 반응조는 양측면이 개구된 원형관 형태로 이루어진 본체부와, 본체부의 양단에 일체로 형성된 한 쌍의 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.9. The method of claim 8,
The plasma reactor is a seawater desalination system, characterized in that it comprises a body portion made of a circular tube shape with both sides open, and a pair of flanges integrally formed at both ends of the body portion. 제9항에 있어서,
상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 원주면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.10. The method of claim 9,
The plurality of discharge electrodes are seawater desalination system, characterized in that arranged to form a plurality of rows and columns on the circumferential surface of the reaction tank. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
The seawater desalination system, characterized in that the ground electrode is formed in the form of a rod disposed at the center of the reaction tank. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 수평하게 배치되는 평판 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
The seawater desalination system, characterized in that the ground electrode is in the form of a flat plate disposed horizontally in the center of the reaction tank. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되고 두 평판이 만나 +자 모양을 이루도록 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
The seawater desalination system, characterized in that the ground electrode is disposed in the center of the reaction tank and is integrally formed so that two flat plates meet to form a + shape. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접지전극은 상기 반응조의 중심에 배치되는 봉의 외주면에 곡면 판재가 나선 형태로 연장되어 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.11. The method according to any one of claims 8 to 10,
The seawater desalination system, characterized in that the ground electrode is made of a curved plate extending in a spiral form on the outer peripheral surface of the rod disposed in the center of the reaction tank.
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