KR20230039974A - 플라스마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취제거 처리 방법 - Google Patents

플라스마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취제거 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 방전 및 자외선 기술을 적용하여 박테리아, 바이러스, 코로나 바이러스 등을 멸균하고 음식물처리시설, 매립시설, 축산·분뇨처리시설, 하수·폐수·오수처리시설에서의 악취 외 각종 공장에서의 공정상에 발생하는 악취, 즉, 암모니아, 황화수소, 아세트알데하이드 등의 VOCs(휘발성 유기화합물) 성분들을 오존직접 산화로 분해시키고, 분해되지 않은 일부 악취는 플라즈마를 발생시킬 때 생성되는 다량의 플라즈마 활성 입자(Radicals, 원자, 분자, 이온 등)를 오염 물질(악취, 세균을 포함하는 미생물)에 출동시켜 강력한 산화작용으로 멸균 및 악취 발생의 원인을 제거한다.
또한 UV램프에 의해 생성되는 자외선으로 수산기(OH Radical)의 짧은 수명을 광분해 방법을 활용하여 보완하고, 수산기의 주 특성을 활용가능하게 한다. 플라즈마 설비 전단에 UV-C 254nm 자외선 발생기를 이용하여 수산기를 생성하고, 수산기가 공기 중 유해세균[코로나바이러스 (델타, 람다 변이 등 포함)]의 세포막에 있는 수소기와 결합하여 다시 물로 전환되고, 이에 수소를 빼앗겨 세포막이 파괴된 유해세균은 사멸한다.
유기화합물을 산화 분해시켜 무해한 물질로 바꾸고, 잔존하는 나머지 오존을 포함한 미량의 악취성 물질에 대해서 활성탄 및 오존파괴촉매를 이용하여 악취를 제거시키고, 마지막으로 UV-C 320nm 자외선 발생기를 이용하여 수산기를 생성시켜 살수함으로써 최종적으로 악취를 산화 분해하여 완벽하게 제거하고자 함이며, 이를 위해 상부 측에 형성된 악취가스 유입구로 유입된 악취에 대해 먼지가 많은 경우 먼지제거용 프리 필터를 통해 전처리 후, 오존가스를 발생시키는 오존 발생기, 오존 발생기에서 발생된 오존을 주입하기 위해 설치되는 노즐, 주입된 오존을 악취와 잘 반응하게 하고 오존을 골고루 분산하기 위한 오존분배필터, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 방전부, 광분해를 활성화시키는 UV램프, 악취를 일정한 유속과 유량으로 유지시키는 송풍기로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

플라스마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취제거 처리 방법 {Sterilization and Odor removal using plasma and UV light}
본 발명은 플라즈마 방전 및 자외선 기술을 적용하여 박테리아, 바이러스, 코로나 바이러스(델타, 람다 변이 등 포함) 등을 멸균하고, 음식물처리시설, 매립시설, 축산·분뇨처리시설, 하수·폐수·오수처리시설에서의 악취 외 각종 공장에서의 공정상에 발생하는 악취, 즉, 암모니아, 황화수소, 아세트알데하이드 등의 VOCs(휘발성 유기화합물) 성분들을 오존직접산화로 분해시키고, 분해되지 않은 일부 악취는 플라즈마를 발생시킬 때 생성되는 다량의 플라즈마 활성 입자(Radicals, 원자, 분자, 이온 등)를 오염 물질(악취, 세균을 포함하는 미생물)에 출동시켜 강력한 산화작용으로 멸균 및 악취 발생의 원인을 제거한다.
또한 UV램프에 의해 생성되는 자외선으로 수산기(OH Radical)의 짧은 수명을 광분해 방법을 활용하여 보완하고, 수산기의 주 특성을 활용가능하게 한다.
플라즈마 방전부 전단에 UV-C 254nm 자외선 발생기를 이용하여 수산기를 생성하고, 수산기가 공기 중 유해세균[코로나바이러스 (델타, 람다 변이 등 포함)]의 세포막에 있는 수소기와 결합하여 다시 물로 전환되고, 이에 수소를 빼앗겨 세포 막이 파괴된 유해세균은 사멸한다.
유기화합물을 산화 분해시켜 무해한 물질로 바꾸고, 잔존하는 나머지 오존을 포함한 미량의 악취성 물질에 대해서 활성탄 및 오존파괴촉매를 이용하여 악취를 제거시키고, 마지막으로 UV-C 320nm 자외선 발생기를 이용하여 수산기를 생성시켜 살수함으로써 최종적으로 악취를 산화 분해하여 완벽하게 제거하고자 함이며, 이를 위해 상부 측에 형성된 악취가스 유입구로 유입된 악취에 대해 먼지가 많은 경우 먼지제거용 프리 필터를 통해 전처리 후, 오존가스를 발생시키는 오존 발생기, 오존 발생기에서 발생된 오존을 주입하기 위해 설치되는 노즐, 주입된 오존을 악취와 잘 반응하게 하고 오존을 골고루 분산하기 위한 오존분배필터, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 방전부, 광분해를 활성화시키는 UV램프, 악취를 일정한 유속과 유량으로 유지시키는 송풍기로 구성된 것을 특징으로 한다.
일반적으로 음식물처리시설, 매립시설, 축산·분뇨처리시설, 하수·폐수·오수처리시설에서의 악취 외 각종 공장에서의 공정상에 불가피하게 악취가 발생하는데 이것은 통상적인 대기오염물질과는 달리 주민들의 생활에 직접적인 영향을 주고 있는 실정이다.
때문에 이러한 시설은 대표적인 혐오시설로 인식되고 있으며, 최근 들어서는 주민들이 끊임없이 민원을 제기하고 있다.
악취를 유발하는 물질을 살펴보면 대부분이 가축 분뇨 등에 포함된 VOCs(휘발성유기화합물)인데, 주로 휘발성 지방산, 알콜, 황함유 화합물, 암모니아 아민, 인돌 화합물, 페놀 화합물 등 이다.
상기 악취 물질은 고농도로 존재하며 단독으로 악취를 유발하는 경우도 있으나, 대부분의 경우 악취를 유발하는 다른 물질과 함께 존재함으로써 복합적으로 악취를 발생시키는 경향이 있다.
종래 악취를 제거하는데 흔히 사용되는 일반적인 방법으로는 다음과 같은 방법을 들 수 있다.
(1) 수세법: 악취 유발 물질을 물에 용해시켜 탈취하는데 이 방법은 암모니아와 같이 물에 잘 녹는 악취가스를 제거하는데 적합하지만 악취 유발 물질이 제거된 후, 오염된 물을 처리하는 방법이 문제가 된다.
(2) 생물학적 탈취법: 담체에 미생물을 고정하여 악취 유발 물질을 미생물에 흡착시켜 이를 먹이로 사용하면서 동시에 악취를 제거하는 방법이다. 이 방법은 저농도의 가스 처리에 적합하고, 복합적인 가스 처리가 가능하지만 고농도의 가스 처리에는 부적합하다.
(3) 산화법: 이산화염소(두오존), 차아염소산소다(락스), 이산화염소산염, 오존 등의 산화제를 사용하여 악취 유발 물질을 산화 분해시키고, 박테리아, 곰팡이, 바이러스를 광범위하게 살균시켜 악취의 근원을 제거하는 방법이다.
(4) 효소분해법: 식물 엑기스를 추출하여 만든 탈취제를 사용하는 방법이다.
(5) 흡착법: 활성탄 등 표면적이 큰 흡착제를 이용하여 악취 유발 물질을 흡착시켜 제거하는 방법이다. 이 방법은 저농도의 VOCs(휘발성 유기화합물) 처리에 적합하고, 장비가 단순하며, 초기 처리 효율이 우수한 장점이 있다. 그러나 활성탄의 흡착능력을 넘어서면 악취가 흡착되지 않아 주기적으로 활성탄을 교체가 필요하다.
(6) 마스킹법: 천연 또는 인공 향을 메틸알콜 등 휘발성이 강한 용제에 녹인 후, 대기 중으로 휘산시키는 방법이다. 이 방법은 악취가 발생되는 주변의 대기 환경을 일시적으로 정화시키는 것에 효과는 있으나, 근본적으로 악취 유발 물질을 제거하는데 한계가 있다.
(7) 연소법: 고온에서 악취 유발 물질을 열적으로 산화 분해하는 방법이다. 이 방법은 고농도의 가스 처리에 적합하고, 복합적인 성분의 악취 유발 물질을 제거하는데 효과적인 장점이 있다.
(8) 공기희석법: 냄새가 없는 공기를 이용하여 악취가스의 농도를 희석시키는 방법이다.
(9) 약액처리법: 악취 유발 물질을 산성 또는 알칼리성 용액과 접촉 반응시켜 제거하는 방법을 말한다.
(10) 오존산화처리법: 플라즈마 방전으로 생성된 강한 산화성 Radical (0, O3, OH- 등) 이나 환원성 Radical (H, N, NH, NH2 등) 에 의해 악취 물질을 산화 또는 환원으로 제거하는 방법을 말한다.
상기와 같은 다양한 악취 제거 방법 중에서 적절한 방법을 채택하는 기준은 악취 유발 물질의 종류와 특성을 고려하는 것이 최우선이다.
그러나 상기 기술한 바와 같이 악취는 통상적으로 여러 물질들이 복합적으로 혼합되어 발생되므로, 특정한 한 가지 방법만으로 제거가 불가능하다.
단일 방법으로 처리되지 않을 경우, 여러 방법들을 복합적으로 사용하는 경우도 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 플라즈마(Plasma)를 이용한 VOCs를 제거하는 장치와 방법에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다.
한국특허 등록번호: 10-2010-0019609 한국등록실용번호: 20-0434060
본 발명에서는 최근에 악취로 인하여 많은 민원이 대두됨으로써 본 고안은 상기와 같은 종래의 개별적인 악취제거장치 방식으로써 완전히 악취를 제거하기 어렵기 때문에 이러한 장치들의 단점을 해소하기 위하여 주요 악취원인 음식물처리시설, 매립시설, 축산·분뇨처리시설, 하수·폐수·오수처리시설에서의 악취 외 각종 공장에서의 공정상에 발생하는 악취, 즉, VOCs(휘발성 유기화합물) 성분들을 악취농도가 높거나 낮은 것, 염기성 또는 산성 악취가스, 수용성 또는 난용성 악취가스와 관계없이 고효율로 악취제거가 가능한 악취제거장치에 관한 것으로 본 고안은 오존직접산화로 분해시키고, 분해되지 않은 일부 악취는 고주파 방전을 이용하여 활성 입자와 공기 중의 수분에 의해 수산기(OH Radical)를 발생시킬 수 있는 플라즈마에 의해 악취를 제거 또는 완화시키고, UV-C 320nm 자외선 발생기에 의해 생성되는 자외선을 조사함으로써 수산기를 생성시켜 유기화합물을 산화 분해시켜 무해한 물질로 바꾸고 잔존하는 나머지 오존을 포함한 미량의 악취성 물질에 대해서 활성탄 및 오존파괴촉매를 이용하여 악취를 완전하게 산화 분해시켜 인체에 무해한 공기로 전환함과 동시에 UV-C 254nm 자외선 발생기를 이용하여 수산기를 생성하고, 수산기가 공기 중의 유해세균[코로나바이러스 (델타, 람다 변이 등 포함)]의 세포막에 있는 수소기와 결합하여 물로 전환되고, 이에 수소를 빼앗겨 세포막이 파괴된 유해세균은 사멸하게 되어 인간과 동-식물, 환경에 기여하고자 한다.
기존의 플라즈마를 이용한 악취제거 방법은 플라즈마에 의해 생성된 활성이 강한 산화성 Radical (0, O3, OH- 등) 이나 환원성 Radical (H, N, NH, NH2 등) 에 의해 악취물질이 산화 또는 환원으로 제거하는 방법을 사용하나 수산기(OH Radical)의 수명이 짧은 관계로 주로 오존(O3) 산화 방식이 사용되고 있다.
이는 세균 멸균 등에는 효과가 있었지만 악취(특히 암모니아, 황화수소) 제거에는 어려움이 있고, 특히 암모니아는 오존과 즉각적인 반응에 의해 생성된 부식성 아질산암모니움, 질산암모니움을 형성하여 오존 발생기의 오작동을 유발시키는 문제점이 있다.
또한 밀폐된 공간에서 고농도의 오존을 사용하는 경우, 잔류 오존 문제, 고가의 오존 발생 장치 비용 문제 및 부분 산화되어 새로운 유해 탄화수소물질이 발생되는 문제가 야기되므로 강력한 산화력을 가지고 있는 OH Radical을 이용하여 난분해성 유기화합물을 산화시켜 빠르게 제거한다.
수산기는 대표적인 활성 산소로, 물과 플라즈마의 반응에서 가장 중요한 역할을 하는 물질이다.
수산기는 산화력이 매우 커 여러 목적으로 활용이 시도되고 있으며, 박테이라 멸균의 경우, 기존의 멸균법인 과산화수소나 오존을 사용할 때보다 효율이 훨씬 높다.
수산기는 멸균뿐만 아니라, 수질 정화·폐수 처리·세척 등 환경 분야와 멸균·소독·암세포제거 등 의료기술 분야에서도 잠재력을 가지고 있다.
그러나 수산기는 대량으로 생성하기가 어렵고, 생존 기간이 짧아 플라즈마 기술을 적극적으로 활용하는데 한계가 있다.
해결방법으로는 플라즈마 내에서 기존에 알려진 수산기의 생성 방식 외에 산화질소의 광분해에 의한 생성 원리를 응용, 플라즈마 및 자외선 발생기를 이용해 OH의 수명기간을 연장(수산기의 생성 위치를 국한하지 않고 자외선 노출 위치에 따라 제어할 수 있어 생존 기간을 연장)하는 것이다.
광분해 방법이란 플라즈마로 생성된 산화질소가 존재하는 물과 플라즈마에 자외선을 추가로 노출해 산화질소가 수산기로 분해되어 수산기의 생성 위치를 국한하지 않고 자외선 노출 위치에 따라 제어할 수 있어 생존 기간이 짧다는 단점 극복한다.
수산기(OH Radical)는 세균의 세포막에 있는 수소이온(H+)을 빼앗아 물(H2O)로 환원되려는 성질이 강한 프리라디컬 상태의 물질이며, 세균의 세포막에 있는 수소이온(H+)을 빼앗아 물(H2O)로 환원될 때, 세포막이 파괴된 세균은 멸균되어 무해한 물질로 환원된다.
수산기는 불소, 염소, 오존과 달리 독성이 없는 인체에 무해한 천연물질이며, 멸균력 또한 염소나 오존보다 2배 이상 강하다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
(1) UV-C 254nm 자외선 발생기: 코로나바이러스 멸균
(2)플라즈마 탈취장치: 오염 가스 속에 함유된 분진을 제거하는 프리 필터와 과잉의 유수분을 제거하는 디미스트(유수분 제거제), 오존 발생기, 오존 발생기에서 발생되는 오존과 오염공기를 혼합하는 혼합기, 외부로부터 공급된 전원에 의해 강력한 산화/환원력을 가지는 다양한 활성 원자, 분자, 전자, 이온, Radical을 발생시키는 플라즈마 발생 장치
(3) UV-C 320nm 자외선 발생기: OH Radical 추가 생성
(4) 오염물 흡착 필터
(5) 송풍기
본 고안에 의한 UV-C 254nm 자외선 발생기, 플라즈마 발생기, UV-C 320nm 자외선 발생기에 의한 멸균 및 악취제거장치는 도 1 순서도에 의하면 악취에는 통상적으로 먼지가 많기 때문에 이를 제거하기 위하여 먼지제거용 필터를 사용한다.
이는 일반적으로 많이 보급되어 있는 것으로써 흡입유량 및 압력손실을 고려하여 사용하면 된다.
최근에는 오존 발생기(503)의 오존 농도를 높이기 위해 산소발생기를 사용하여 오존 발생기에 산소를 주입하고, 이에 코로나 방전에 의해 오존이 생성되어 악취와 빠르게 산화되고, 배관 상에 골고루 오존을 주입하고 분사하기 위해 오존 주입구에 노즐(502)을 연결하여 분사하게 된다.
노즐(502)은 오존에 부식되지 않는 스테인리스 스틸 재질을 사용하고 유량 및 분사각에 맞게 노즐을 선택하면 된다.
오존과 악취 성분이 혼합된 가스는 혼합되면서 악취와 산화반응하게 되고, 오존분배필터(504)를 거치게 된다.
주로 사용되는 것은 오존에 부식성이 없는 스테인리스 스틸 재질의 디미스트를 사용한다.
이는 시중에 많이 보급되어있는 것으로써 압력손실이나 혼합률이 좋은 것으로 선택하면 된다.
오존과 반응할 수 있는 체류시간을 길게 하고, 잘 반응할 수 있도록 이외에도 세라믹, P.P, P.E을 용도와 오존 농도에 따라 선택한다.
오존과 반응한 악취는 플라즈마 방전부(505)로 유입하게 된다.
플라즈마 발생기를 통과하면서 처리된 가스는 외부 유도 송풍기를 통해 배출된다.
플라즈마 발생 장치
플라즈마 방전 장치는 일반적으로 구매 가능한 판형플라즈마 방전 장치로써 사각형의 절연체인 세라믹 담체의 양쪽에 망상형의 스테인리스 스틸 전극이 있어 이 전극 양쪽에 서로 다른 +전극, -전극에 고전압과 저전류를 부과하면 세라믹이 절연체이므로 두 전극사이에 방전이 일어나게 되어 플라즈마 불꽃이 생성된다.
세라믹 담체는 중간에 공극이 많이 있으므로 이 공극사이에서 플라즈마 방전이 생성되고, 악취는 공극사이로 통과하면서 분해된다.
광촉매
플라즈마에 의해 오존은 활성 산소와 악취 속에 있는 습기에 의해 Radical로 변화되고 이 Radical에 의해 악취 물질은 산화 분해된다.
미반응 악취와 오존은 UV램프(506)를 지나 촉매(507) 필터를 지나가게 된다.
촉매(507)는 광촉매와 활성탄, 제오라이트, 오존파괴촉매 등 여러 가지의 촉매를 사용할 수 있으며, 경우에 따라 혼합하여 사용할 수 있다.
먼저 광촉매는 여러 가지 형태로 사용할 수 있으며, 세라믹 담체 자체에 광촉매(TiO2)를 일정부문으로 혼합하여 조성한 것, 세라믹 담체 내부 벽에 광촉매 코팅한 것 등을 사용한다.
광촉매(507)는 자외선을 받으면 -전기를 가진 (e-)와 +전기를 가진 정공(h+)이 형성되고, 그 중에서 정공(h+)은 특히 강력한 산화 작용을 하는 Radical(OH)을 형성하여 염소나 오존보다 강한 산화력을 갖게 되고, 유기 화합물을 산화 분해시켜 물과 탄산가스로 변화시킨다.
다량의 오존 주입과 플라즈마에 의해 생성된 오존이 UV램프(506)를 거치면서 파괴되지만 미량의 잔류 오존은 불쾌한 냄새를 발생함으로 제거하는 것이 좋다.
따라서 아주 저농도의 오존 및 제거되지 않은 악취 물질은 다공성의 활성탄으로 흡착시켜 제거할 수가 있으며 오존도 분해가 가능하다.
처리된 악취를 오존수 장치로 연결하는 연결구(508)를 통하여 유입되게 되고, 메디아층 하부에 설치되어 있는 오존분무노즐(510)에 의하여 분무된 오존수는 잔류 악취를 흡수 또는 OH Radical과 반응함으로서 악취가 제거되게 된다.
분무된 오존수 알갱이는 큰 입자를 흡착할 수 있게 하는 메디아 충진물(511)과 충돌하여 큰 물방을로 변화되어 하부의 오존수를 저장할 수 있는 오존수 저장탱크(509)에 저장되게 된다.
그리고 메디아 충진물(511)은 여러 형태의 메디아를 사용할 수 있으며, 악취와 오존수를 접촉하는 체류시간이 긴 메디아일수록 좋다.
제어부(517)에는 플라즈마에 대한 전류계 및 전압계를 설치하고 컨트롤 할 수 있는 조절스위치와 비상시 비상스위치를 차단할 수 있는 차단계를 설치한다.
또한 송풍기를 제어할 수 있도록 한다.
본 고안은 특히 오존을 직접 주입 산화반응하고 플라즈마를 방전하여 악취를 분해하며, UV램프를 이용한 광촉매를 활성화시켜 악취를 제거하고 잔류되는 오존 및 악취는 촉매에 의해 파괴시킨다.
잔존하는 미량의 성분을 오존수로 최종 산화 분해할 수 있는 오존수 스크라바로 구성되어진 일체형의 고효율의 악취제거장치로써 여러 가지 기능이 복합되어 있다.
거의 모든 산화분해반응은 강력한 OH Radical이 거의 반응의 주가 되며 OH Radical을 얼마나 많이 생산하는 것이 기술의 핵심이다.
따라서 각각의 공정에서 Radical의 생성원리를 간략하게 살펴보면 아래와 같다.
(1) 오존 및 오존수 산화: O3 +H2O = OH
(2) 플라즈마: O3 +플라즈마 = O* + O2, O* + H2O = OH
(3) 광분해: O3 + UV = O*, O* +H2O = OH-
대류권에서 일어나는 주요 광분해 현상은 다음의 두 가지가 있다.
(1) O3 + hv → O2 + O(1D) λ < 320 nm
이 반응으로 생성된 발생기 산소가 물과 반응하여 하이드록실라디컬을 만든다.
(1) O(1D) + H2O → 2OH
세제로도 작용하는 하이드록실라디컬은 탄화수소를 산화시키는 물질로, 대기화학에서 중요하게 다루어진다.
이상과 같이 본 고안인 UV-C 254nm, 플라즈마, UV-C 320nm를 이용한 멸균 및 악취 제거 방법은 유해균[코로나바이러스(델타 및 람다 변이 등 포함)]을 멸균시키고 악취원에서 발생되는 악취를 첫째, 오존으로써 악취 물질을 직접 산화시키고, 둘째, 잉여의 오존을 플라즈마를 통해 OH Radical을 생성할 수 있도록 하면서 악취를 직접 플라즈마에 의해 형성된 전자나 이온으로 분해하여 악취를 제거하고, 셋째, UV-C 320nm에 의해 광분해를 통하여 OH Radical을 생성하여 악취 성분을 제거한다.
따라서 본 고안은 악취를 제거할 수 있는 여러 공정을 통하여 OH Radical 반응을 극대화시켜 보다 확실하게 악취를 제거할 수 있도록 고안된 것으로서 그 효과를 살펴보면, 아래와 같다.
(1) 활성탄 악취 제거 방법처럼 부피가 크지 않고, 폐활성탄 처리 문제가 없다.
(2) 오존산화법에 의해 제거되지 않는 암모니아 같은 수용성 악취 물질을 완벽하게 제거할 수 있다.
(3) 광촉매산화법은 저농도 악취에서 가능하나, 본 고안은 고농도 악취에서도 가능하며, 부가적인 방법으로 광촉매를 최소한으로 사용할 수 있다.
(4) 스크라바 세정법은 높이가 높아야 되나 전단의 공정에서 많은 악취를 제거하고 오존수로 분무 분사하기 때문에 악취 처리가 매우 빠르고 체류시간이 짧기 때문에 높이가 높지 않아도 된다.
(5) 생물학적 필터에 의한 탈취법처럼 미생물이 아닌 화학적 방법으로 처리하기 때문에 영양염류의 주입이 필요하지 않고, 미생물의 사멸에 따라 문제가 없다.
(6) 따라서 악취성상이 고농도, 저농도, VOCs에 관계없으며, 악취 성분이 단일물질이든 복합물질이든 상관없고, 염기성, 산성, 수용성 및 난용성 물질에 관계없이 본 고안으로 모든 악취를 완벽하게 제거할 수가 있으며, 이러한 여러 개의 공정은 악취 농도와 성분에 따라서 일부 공정을 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취 제거 처리 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취 제거 처리 방법을 도시한 다른 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 처리시스템의 운영방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마에 의한 오존생성 방법을 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 오존(수), 플라즈마, 촉매를 이용한 악취제거장치 단면도이다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시 예에 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하 도면과 실시 예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 도면과 실시 예에 나타낸 플라즈마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취 제거 처리 방법은 본 발명을 상세히 설명하기 위하여 채택된 것이지 본 발명의 권리범위가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
대기압 상태에서 전극에 고전압을 인가했을 경우, 전극 주변에 생성된 코로나에 의해 높은 전기장이 형성되고 코로나 방전으로 생성된 전자들은 전기장에 의해 가속되어 높은 에너지를 가지고, 질량이 큰 이온과 분자들은 가속되지 않아 낮은 에너지를 가지게 되며, 높은 운동에너지의 전자와 낮은 온도의 이온을 지닌 플라즈마가 발생한다.
이때, 높은 에너지의 전자가 무거운 분자형태의 VOC와 충돌해서 연결고리를 끊어 버리는 역할을 해서 냄새를 제거하는 것이다.
플라즈마의 발생으로 인해 양극과 접지 전극 사이에 전기 저항(electrical resistance)이 감소하여 전압의 감소와 전류의 증가가 일어난다.
코로나 방전에 있어 스트리머(streamer)에서 아크(arc)로의 전이는 플라즈마 채널이 하나로 집중되는 현상을 가져온다.
이 경우 코로나 방전을 이용한 아세트산 및 축산 분뇨의 악취 제거에 있어 반응 공간이 줄어들게 되어 처리 효율을 감소시킨다.
코로나 방전의 에너지 효율성을 높이기 위해서는 펄스 상승 시간이 극히 빠르고, 펄스폭(Pulse Duration Time)이 좁은 고전압을 두 전극에 인가해서, 전자가 내부전극에서 외부전극에 닫기 전에 VOC를 분해하고, 전력소모를 줄여야 한다.
만일 펄스 상승 시간이 길어져서 아크가 형성되면, VOCs 분해는 가능하지만 전력소모가 증가되고 쉽게 전극이 손상되어 장치의 수명이 단축될 수 있다.
본 반응기는 금속 양극(anode)에 고전압을 인가, 이를 둘러싸고 있는 금속의 접지 전극(Grounded Electrode)과의 방전을 통해 플라즈마를 발생시킨다.
양극과 음극 사이의 간격은 1mm이다.
상기 전극은 바람직하게는 원형의 디스크 플레이트(disc plate) 10개 정도로 구성되어있고, 상기 디스크 플레이트를 통해 코로나 방전이 발생된다.
한편 이러한 전극은 실린더의 상하에 2~3대씩 장착되기 때문에 하나의 장치에 40~60개의 디스크가 배열된다.
각 디스크는 실린더 내부에 일정 각도의 구배를 가지고 배열되어 있기 때문에 악취 물질이 원통의 왼쪽에서 오른쪽으로 통과할 때 코로나 방전을 피할 수 없는 cyclone 형태를 유지하므로 처리효율이 증대된다.
또한 설비운영에 소모되는 전력은 낮은 편이다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취제거 처리 공정을 나타내는 도면이다.
또한 전술한 바와 같이 각 디스크는 악취 유발 물질의 처리효율을 증대시키기 위해 실린더 내부에 일정한 구배를 형성하도록 배치된다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취 제거 처리 방법을 도시한 다른 도면이다.
플라즈마 탈취 멸균기의 작용
(1) 오염 가스 속에 존재하는 다량의 분진은 프리 필터, 디미스트를 통과하면서 큰 입자의 분진이 제거되고, 분진이 제거된 오염 가스가 UV-C 254nm를 통과하면서 가스 또는 공기 중의 코로나바이러스가 강력한 산화작용으로 사멸
(2) 일부의 분진이 제거된 오염 가스는 오존 혼합기에 투입되어 고농도의 오존과 혼합되면서 일부 멸균 및 탈취가 이루어짐
(3) 오존 혼합기를 나온 오염 가스는 플라즈마 반응로에 투입
(4) 오염 가스가 플라즈마 아크 발생 영역을 직접 통과하면서 연소
(5) 플라즈마는 노염가스 속의 질소, 산소, 수분, 오존 및 오염 가스의 탄화수소 성분을 분해 전리시키면서 수명이 매우 짧고(0.1ms 이하) 산화력이 매우 강력한 활성 질소, 산소, OH Radical 같은 플라즈마 활성 입자를 다량 발생하고 이 수명이 짧은 플라즈마 활성 입자들은 오염 가스 속의 오염 물질과 직접 접촉하면서 순간적으로 오염 물질을 산화 내지 환원시킴
(6) 플라즈마 반응로 후단에 설치되 UV-C Lamp(파장 320nm 이하)에 의해 활성 산소 및 OH Radical이 형성되어 오염 가스 속의 오염 물질과 직접 접촉하면서 추가로 오염 물질을 산화 내지 환원시킴
(7) 오존 혼합기에서 미사용된 고농도의 오존은 플라즈마 아크 발생기의 열에 의해 순간적으로 쉽게 파괴되면서 활성 산소로 전환되어 오염 물질 산화 속도를 증가시킴
(8) 반응로를 거친 처리된 가스는 외부 유도 송풍기를 통해 배출
501: 프리 필터
502: 노즐(오존 주입구)
503: 오존 발생기
504: 오존분배필터
505: 플라즈마 방전기
506: UV-C 254nm 자외선 발생기
507: UV-C 320nm 자외선 발생기
508: 촉매부
509: 연결구(오존수 장치)
510: 오존수 저장탱크
511: 오존분무노즐
512: 메디아 충진물
513: 제어부

Claims (1)

  1. 플라즈마 및 자외선을 이용한 멸균처리 및 악취 제거 처리 방법에 의해 공기 중의 코로나바이러스 등의 유해균을 멸균시키고 악취 등을 제거하는 공정 시스템 방법으로,
    UV-C 254nm를 통해 유해균[코로나바이러스(델타 및 람다 변이 등 포함)]을 멸균하는 멸균기를 거친 후 플라즈마를 이용하여 오염 가스 속의 질소, 산소, 수분, 오존 및 오염 가스의 탄화수소 성분을 분해 전리시키면서 수명이 매우 짧고(0.1ms 이하) 산화력이 매우 강력한 활성 질소, 산소, OH Radical 같은 플라즈마 활성 입자를 다량 발생시키는 플라즈마 생성기를 통해 플라즈마 반응로 후단에 설치된 UV-C Lamp(파장 320nm 이하)에 의해 활성 산소 및 OH Radical이 형성되어 오염 가스 속의 오염 물질과 직접 접촉하면서 추가로 오염 물질을 산화 내지 환원시키는 OH Radical 생성기로 이루어지는
    이 모든 장치들로 구성되는 공정 시스템에 대하여 청구한다.
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KR20100019609A (ko) 2008-08-11 2010-02-19 강원대학교산학협력단 코로나 방전을 이용한 축산분뇨의 악취 제거 시스템 및 제거 방법

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