WO2011065805A2 - 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치 및 이를 구비한 오존이용 시스템 - Google Patents

오존처리설비용 배기산소 재활용 장치 및 이를 구비한 오존이용 시스템 Download PDF

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    • Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust oxygen recycling apparatus, and more particularly, after reaction in an ozone treatment facility used for disinfection, removal of taste and odorous substances and colors, reduction of organic compounds, oxidation of metals such as iron and manganese, and the like.
  • the present invention relates to an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment facility that purifies exhaust oxygen discharged to the atmosphere and recycles it to generate ozone.
  • the present invention also relates to an ozone utilization system having the exhaust oxygen recycling apparatus for the ozone treatment facility as described above.
  • Ozone treatment facilities are used in various fields such as water treatment, digestion tanks, bleaching, sterilization, sterilization, and semiconductor equipment systems for the purpose of removing odors and colors, improving coagulation efficiency, reducing the generation of organic chlorine compounds, and improving cleanliness.
  • organic sludge such as sewage sludge and manure sludge is increasing year by year.
  • sludge incineration and landfill facilities are not installed due to local nimbies.
  • anaerobic disposal is generally used as a method for reducing sludge.
  • sludge reduction is performed using an anaerobic digester.
  • FIG. 1 is a block diagram of a sludge reduction apparatus using a general anaerobic digester. As shown in FIG. 1, when the wastewater is introduced into the primary sedimentation basin 110, sludge in the wastewater is submerged by gravity and concentrated to form primary sludge. In addition, some of the wastewater introduced into the primary sedimentation basin 110 is introduced into the secondary sedimentation basin 120 through the biological reaction tank 115 and concentrated to form secondary sludge.
  • the first sludge is introduced into the anaerobic digestion tank 170 through the transfer line 135 through the concentration tank 130, and the second sludge is passed through the transfer line 145 to the anaerobic digestion tank 170 through the centrifugal concentrator 140. After entering, it is mixed with primary sludge.
  • the anaerobic digester 170 is provided with a circulation line 160 whose one end is connected to the lower side of the anaerobic digester 170 and the other end is connected to the upper side of the anaerobic digester 170, where the mixed sludge inside the anaerobic digester 170 is circulated. Circulated through line 160. And, the steam line 155 is connected to the upper portion of the anaerobic digester 170 to move the high temperature steam generated by the boiler 150, the high temperature steam of the anaerobic digester 170 through the steam line 155 It is supplied inward.
  • the sludge reduction apparatus has a limitation in reducing sludge since the mixed sludge formed by mixing the first sludge and the second sludge is digested only by the anaerobic digestion process in the anaerobic digester 170.
  • FIG. 2 is a facility process diagram of a general digester system having a solubilizer (using ozone), and
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an ozone treatment facility used in the digester system.
  • the digester system solubilizes the sludge discharged from the anaerobic digester 210 in which the digestion process of the sludge is made, such as ozone (O 3 ), and then circulates into the anaerobic digester 210.
  • O 3 ozone
  • the ozone is produced by purchasing a predetermined amount of oxygen (O 2 ) of approximately 99.9% purity from the oxygen manufacturer and supplying it to the ozone generator, or generated in the ozone generator 320 installed at one side of the digester system as shown in FIG. 3. Supply to the solubilizer 220.
  • a general ozone generator generates ozone through several stages when high purity oxygen is supplied with a purity of 90 to 95% or more, wherein ozone is generated about 10% of the oxygen supply amount. Therefore, the ozone discharged through the ozone generator includes oxygen of approximately 80 to 85% or higher purity and is supplied to the solubilizer 220 together with the ozone.
  • ozone supplied to the solubilizer 220 solubilizes the sludge discharged from the anaerobic digestion tank 210, and is discharged to the atmosphere through the ozone apparatus.
  • the exhaust gas exhausted to the atmosphere have the like CO 2, CH 4, H 2 purity of at least 80-85%, including the S such as O 2.
  • O 2 having a purity of 80 to 85% or more is discharged to the atmosphere as it is.
  • the oxygen of about 99.9% purity purchased from an oxygen manufacturer is about 170 to 200 won per 1KG, and about 90 to 95% of oxygen is obtained by using the oxygen generator 310 of the ozone treatment facility as shown in FIG.
  • production costs are high, including the maintenance cost of machinery.
  • the oxygen generator 310 of FIG. 3 after compressing air in the atmosphere to 8 bar and generating oxygen having a purity of about 90 to 95% or more through several steps, the oxygen is compressed to about 2.5 to 3 bar. Is supplied to the ozone generator 320.
  • the resources are not recycled, such as using oxygen purchased or produced at high cost and then directly discharged to the atmosphere.
  • the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, the exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment facility to recycle to generate ozone by purifying the exhaust oxygen discharged to the atmosphere after the reaction in the ozone treatment facility.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention is to install the oxygen recycling apparatus for ozone treatment equipment in the water treatment, digestion tank, bleaching, sterilization, sterilization or semiconductor equipment system using ozone, oxygen provided through the exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment equipment.
  • Another object is to provide an ozone-using system that uses ozone to generate and recycle ozone.
  • Exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment equipment of the present invention is to recycle the exhaust gas containing oxygen discharged to the atmosphere after the reaction in the ozone treatment equipment to generate ozone.
  • the impurity removing means of the present invention can remove moisture, CO 2 , CH 4 and N 2 recognized as impurities in the ozone generator. That is, the impurity removing means is activated alumina and is composed of zeolite to remove water to remove the adsorbed moisture in the exhaust gas means, it is composed of activated charcoal CO 2 and CH 4 removal of removing by adsorption of CO 2 and CH 4 in the exhaust gas Means, and a zeolite comprising N 2 removal means for adsorbing and removing N 2 in the exhaust gas.
  • the impurity removing means of the present invention includes at least one column-type adsorption column, the adsorption column is activated alumina and zeolite constituting the water removal means from the bottom toward the upper portion, CO 2 and CH 4 removal Activated carbon constituting the means and zeolite constituting the N 2 removal means may be sequentially stacked.
  • the impurity removing means of the present invention may further include H 2 S removal means for removing H 2 S in the exhaust gas by spraying water.
  • the ozone utilization system of the present invention includes an ozone treatment facility for performing a specific purpose using ozone, and in an ozone generating device that generates ozone among components contained in exhaust gas discharged to the atmosphere after reaction in the ozone treatment facility. It is characterized in that it comprises an exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment equipment configured as described above to remove impurities recognized as impurities and supply them to the ozone generator at a desired pressure.
  • the ozone utilization system of this invention may be a water treatment, digester, bleach, sterilization, sterilization or semiconductor equipment system.
  • the ozone treatment apparatus of the present invention is provided with an ozone contact device for contacting the incoming raw water with ozone provided by the ozone generator, or after solubilizing the sludge discharged from the anaerobic digester with ozone provided by the ozone generator, anaerobic digestion tank And a solubilizing device for circulating in a furnace.
  • the present invention has the effect of recycling to produce ozone by purifying the exhaust oxygen discharged to the atmosphere after the reaction in the ozone treatment facility.
  • the present invention is to install the oxygen recycling apparatus for ozone treatment equipment in the water treatment, digestion tank, bleaching, sterilization, sterilization or semiconductor equipment system using ozone, oxygen provided through the exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment equipment. Produces ozone and recycles itself.
  • the present invention when the present invention is applied to the digester system, it contributes to improving the sludge reduction efficiency, and when it is applied to the water treatment system, it contributes to improving the water taste, and when applied to the semiconductor equipment system, It works.
  • 1 is a block diagram of a sludge reduction device using a common anaerobic digester
  • FIG. 2 is a facility process diagram of a general digester system with solubilization device (using ozone),
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an ozone treatment facility used in a digester system
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of an exhaust gas recycling apparatus for an ozone treatment facility according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a detailed view of an exhaust gas recycling apparatus for ozone treatment facilities according to the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a process of removing impurities in an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment facility shown in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of a digester system having an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment facility according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a facility process diagram of a digester system equipped with an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment system according to the present invention
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of a water treatment system including an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment facility according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of an exhaust gas recycling apparatus for an ozone treatment facility according to an embodiment of the present invention.
  • Ozone treatment facilities are installed in water treatment, digestion, bleaching, sterilization, sterilization or semiconductor equipment systems for the purpose of removing odors and colors, improving coagulation efficiency, reducing the generation of organic chlorine compounds, sterilization, bleaching or improving cleanliness.
  • the exhaust oxygen recycling apparatus 400 for the ozone treatment facility of this embodiment is intended to purify and recycle oxygen of high purity contained in the exhaust gas discharged after the reaction from the ozone treatment facility.
  • a compressor 420 for compressing the exhaust gas to a pressure that can be supplied to the apparatus, and impurity removing means for removing impurities (including impurity gas) including moisture in the exhaust gas.
  • the exhaust gas is different depending on the application field (for example, water treatment system and digester system) in which the ozone treatment facility is installed. For example, when it is applied to the digester system, remaining O 3 , O 2 , N 2 , CO 2 , CH 4 , H 2 S and the like.
  • the impurity removal means is to remove moisture, N 2 , CO 2 , CH 4 , H 2 S, etc., except for O 3 and O 2 , which are not recognized as impurities by a later ozone generator, among the components contained in the exhaust gas.
  • H 2 S is removed by spraying water, water is adsorbed and removed with activated alumina or zeolite, N 2 is adsorbed and removed with zeolite and the like, and CO 2 and CH 4 are adsorbed and removed with activated carbon and the like.
  • the impurity removing means is the water removal means for removing is composed of the jets of water H 2 S removal unit 410 to remove the H 2 S in the exhaust gas, active alumina and zeolite to adsorb moisture in the exhaust gas ( 430), and is composed of active carbon and so on is composed of CO 2 and CH 4 removal means 440, and a zeolite to remove adsorbed CO 2 and CH 4 in the exhaust gas N to remove by suction the N 2 in the exhaust gas 2 removal means 450 and the like.
  • Exhaust oxygen recycling apparatus 400 for the ozone treatment facility of this embodiment each component performs the same function as above, the H 2 S removal means 410 is installed at the tip, H 2 S removal means 410
  • the compressor 420, the water removal means 430, CO 2 and CH 4 removal means 440, and the N 2 removal means 450 in order to have a subsequent stage.
  • the water removal means 430, CO 2 and CH 4 removal means 440, and N 2 removal means 450 may be installed in one column (column) can be configured to perform each function.
  • the compressor 420 is installed at the tip of the CO 2 and CH 4 removal means 440, and the N 2 removal means 450, the removal efficiency of CO 2 , CH 4 and N 2 in the compressed state is more Because it is high.
  • the exhaust gas when applied to the water treatment system, may include N 2 , CO 2 , CH 4 , chlorine, and the like, which are recognized as impurities, including O 3 and O 2 , which are not recognized as impurities by the ozone generator. Accordingly, it is configured such that when the impurity removing means to remove N 2, CO 2, CH 4 , chlorine and the like. That is, the impurity removing means of this embodiment may be configured to remove all impurities contained in the exhaust gas, depending on the application field where the ozone treatment facility is installed.
  • the water removal means 430 serves to remove water contained in the exhaust gas or water contained in the exhaust gas itself by spraying water to remove H 2 S, and the compressor 420 may have a rear end. It is used to compress the exhaust gases under conditions that can be supplied by the ozone generator.
  • the general ozone generator generates ozone by receiving compressed oxygen at about 2.5 ⁇ 3 bar. Therefore, the compressor 420 of this embodiment is 3.5 in view of the loss in the removal means 430, 440, 450 in front of the ozone generator, so that the purified gas is supplied to the ozone generator in a compressed state of about 2.5 to 3 bar.
  • the compression may be performed at about 4 bar, but the purified gas may be supplied at a pressure of less than 2.5 bar or over 3 bar, depending on the specification of the ozone generator.
  • FIG. 5 is a detailed view of the exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment facility according to the present invention
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a process of removing impurities in the exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment facility shown in FIG. 5.
  • the exhaust oxygen recycling apparatus 500 for the ozone treatment facility of this embodiment includes exhaust gases (remaining O 3 , O 2 , N 2 , CO 2 , CH 4 ) that are discharged after the reaction in the ozone treatment facility.
  • a plurality of impurity removing means 520 a production tank 530 for storing residual O 3 and O 2 from which moisture and impurities have been removed by the plurality of impurity removing means 520, and control for controlling the respective components. Means (not shown) or the like.
  • the impurity removing means 520 of this embodiment is configured to have a column-type adsorption tower 521 and a plurality of control valves.
  • the adsorption tower 521 adsorbs moisture, CO 2 , CH 4, and N 2 into the adsorption tower 521. Ingredients are removed.
  • alumina and zeolite 4A for adsorbing and removing water from the lower part to the upper part, activated carbon for adsorbing and removing CO 2 and CH 4 , zeolite 13X for adsorbing and removing N 2 , etc. This can be filled sequentially.
  • the amount of each component may be determined in consideration of the components of the exhaust gas emitted after the reaction in the ozone treatment facility.
  • the types of components filled in the adsorption tower 521 may also be determined in consideration of the components of the exhaust gas discharged after the reaction from the ozone treatment facility. That is, the type and amount of components to be filled in the adsorption tower 521 may be differentiated according to the ozone utilization system in which the ozone treatment facility is installed.
  • each adsorption tower may be performed in three stages, but in the first stage, four adsorption processes are performed, in the second stage, a pressure equalization process, a pressure reduction process, and two low pressure cleaning processes are performed.
  • FIGS. 4 and 7 are conceptual diagram of a digester system having an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment facility according to an embodiment of the present invention.
  • the digester system of this embodiment ozones the anaerobic digester 620 and the sludge discharged from the anaerobic digester 620 in which the digestion process of the sludge concentrated and introduced from the sedimentation basin 610 is performed.
  • FIG. 8 is a facility process diagram of a digester system equipped with an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment facility according to the present invention.
  • the digester system according to this embodiment recovers the exhaust gas discharged from the solubilizer 640 and discharged to the atmosphere through the ozone apparatus 650 at the rear end of the ozone apparatus 650 to recycle the exhaust oxygen for the ozone treatment facility.
  • the device 400 removes impurities such as moisture, CO 2 , CH 4 , H 2 S and N 2 , and supplies high-purity O 2 including O 3 to the ozone generator 630 for recycling to generate ozone. It has the advantage of efficiently recycling it.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of a water treatment system including an exhaust oxygen recycling apparatus for an ozone treatment facility according to another embodiment of the present invention.
  • the water treatment system of this embodiment is purified water treatment device 710 for treating the incoming raw water, and purified water in the purified water treatment device 710 after the first purified flow to the stored water
  • the ozone contact device 730 for removing green algae and the like by contacting ozone provided from the ozone generator 720 and improving the water taste, and the remaining O 3 and O constituting the exhaust gas discharged from the ozone contact device 730.
  • the present invention can be applied to water treatment, digestion tank, bleaching, sterilization, sterilization or semiconductor equipment system using ozone, and ozone can be generated and recycled on its own using oxygen provided through the exhaust oxygen recycling apparatus for ozone treatment equipment.

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Abstract

이 발명은, 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 산소를 함유한 배기가스를 정제하여 오존을 생성하는데 재활용하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(400)로서, 배기가스 내에 포함된 성분들 중에서 오존을 생성하는 오존발생장치에서 불순물로 인식하는 불순물을 제거하는 불순물 제거수단과, 오존발생장치에 공급될 수 있는 압력으로 배기가스 또는 불순물 제거수단에 의해 불순물이 제거된 정제가스를 압축하는 압축기(420)로 구성된다. 이 발명은 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 배기산소를 정제하여 오존을 생성하는데 재활용하는 효과가 있다.

Description

오존처리설비용 배기산소 재활용 장치 및 이를 구비한 오존이용 시스템
이 발명은 배기산소 재활용 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 소독, 맛·냄새물질 및 색도의 제거, 유기화합물의 저감, 철·망간 등 금속류의 산화 등을 목적으로 사용되는 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 배기산소를 정제하여 오존을 생성하는데 재활용하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 상기와 같은 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 구비한 오존이용 시스템에 관한 것이기도 하다.
오존처리설비는 냄새 및 색도제거, 응집효율의 개선, 유기 염소화합물의 생성저감, 청정도 향상 등을 목적으로, 정수처리, 소화조, 표백, 멸균, 살균, 반도체 설비 시스템 등 다방면에 사용되고 있다.
한편, 하수 슬러지, 분뇨 슬러지 등 유기성 슬러지는 해마다 증가하고 있는 실정이다. 그런데, 슬러지를 처리하는 시설은 지역 님비 현상 등으로 인하여 슬러지 소각, 매립시설이 설치되지 않고 있다. 또한, 국제적으로 해양 투기가 금지되고 있어 증가되는 슬러지의 적당한 처분방법이 없는 상태이다.
현재, 슬러지를 감량하기 위한 방법으로는 혐기성 처분을 일반적으로 사용하고 있다. 즉, 대형 하수처리장의 경우에는 혐기성 소화조를 이용하여 슬러지 감량을 실시하고 있다.
도 1은 일반적인 혐기성 소화조를 이용한 슬러지 감량장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 침전지(110)로 오·폐수가 유입되면, 오·폐수 속의 슬러지가 중력에 의해 가라앉아 농축되어 1차 슬러지가 형성된다. 그리고, 1차 침전지(110)에 유입된 오·폐수 중 일부는 생물 반응조(115)를 거쳐 2차 침전지(120)로 유입되고 농축되어 2차 슬러지가 형성된다.
1차 슬러지는 농축조(130)를 거쳐 이동라인(135)을 통해 혐기성 소화조(170)로 유입되고, 2차 슬러지도 원심농축기(140)를 거쳐 이동라인(145)을 통해 혐기성 소화조(170)로 유입된 후 1차 슬러지와 혼합된다.
혐기성 소화조(170)에는 일단부가 혐기성 소화조(170)의 하측에 연결되고 타단부가 혐기성 소화조(170)의 상측에 연결된 순환라인(160)이 구비되어, 혐기성 소화조(170) 내측의 혼합 슬러지는 순환라인(160)을 통하여 순환된다. 그리고, 혐기성 소화조(170)의 상부에는 보일러(150)에 의해 발생된 고온의 스팀이 이동되도록 스팀라인(155)이 연결되고, 고온의 스팀은 스팀라인(155)을 통해 혐기성 소화조(170)의 내측으로 공급된다.
그런데, 상기 슬러지 감량장치는 1차 슬러지와 2차 슬러지가 혼합되어 형성된 혼합 슬러지를 혐기성 소화조(170)에서 혐기성 소화과정만으로 소화시키기 때문에 슬러지를 감량하는데 한계가 있다.
따라서, 종래에는 슬러지 감량효율을 높이기 위해, 슬러지에 포함된 유기물을 가용화시켜 혐기성 소화조에서 쉽게 분해될 수 있도록 초음파, 오존, 열처리 등의 방법을 이용하고 있다.
도 2는 가용화 장치(오존 이용)를 갖는 일반적인 소화조 시스템의 시설 공정도이고, 도 3은 소화조 시스템에 사용되는 오존처리설비의 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 소화조 시스템은 슬러지의 소화공정이 이루어지는 혐기성 소화조(210)로부터 배출되는 슬러지를 오존(O3) 등으로 가용화시킨 후 혐기성 소화조(210)로 순환시키는 가용화 장치(220)를 구비함으로써, 슬러지의 감량효율을 높이고 있다. 여기서, 오존은 산소 제조업체로부터 대략 순도 99.9%의 산소(O2)를 일정 용량씩 구입해 오존발생장치에 공급해 생성하거나, 도 3과 같이 소화조 시스템의 일측에 설치되는 오존발생장치(320)에서 생성해 가용화 장치(220)에 공급하고 있다.
일반적인 오존발생장치는 순도 90~95% 이상의 고순도의 산소가 공급되면, 여러 단계를 거쳐 오존을 생성하게 되는데, 이때 오존은 산소 공급량의 대략 10% 정도 생성된다. 따라서, 오존발생장치를 거쳐 배출되는 오존에는 대략 순도 80~85% 이상의 산소가 포함되어, 오존과 함께 가용화 장치(220)에 공급된다. 한편, 가용화 장치(220)에 공급된 오존은 혐기성 소화조(210)로부터 배출되는 슬러지를 가용화시킨 후, 배오존장치를 거쳐 대기로 배출된다. 이때, 대기로 배출되는 배기가스에는 CO2, CH4, H2S 등을 비롯한 순도 80~85% 이상의 O2 등이 포함되어 있다. 즉, 종래에는 순도 80~85% 이상의 O2가 그대로 대기로 배출되고 있다.
한편, 정수처리, 표백, 멸균, 살균 또는 반도체 설비 시스템의 경우에도 오존으로 살균된 후 순도 80~85% 이상의 O2가 다른 불순물(불순가스)과 함께 정제된 후 대기로 배출되고 있다.
그런데, 산소 제조업체로부터 구입하는 대략 순도 99.9%의 산소는 1KG당 대략 170~200원 정도이고, 도 3과 같이 오존처리설비의 산소발생장치(310)를 이용하여 대략 90~95% 정도의 산소를 생성할 경우에도 기계설비 유지비를 비롯하여 생산비가 많이 소요되고 있다. 한편, 도 3의 산소발생장치(310)를 이용해 산소를 생성함에 있어서는 대기 중의 공기를 8bar로 압축한 후 여러 단계를 거쳐 대략 순도 90~95% 이상의 산소를 생성한 후, 대략 2.5~3bar로 압축된 상태로 오존발생장치(320)에 공급하고 있다.
상기와 같이 종래에는 고비용으로 구입하거나 생성한 산소를 사용한 후 그대로 대기로 배출하는 등 자원을 재활용하고 있지 않는 상태이다.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 배기산소를 정제하여 오존을 생성하는데 재활용하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 오존을 이용하는 정수처리, 소화조, 표백, 멸균, 살균 또는 반도체 설비 시스템에 상기와 같은 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 설치해, 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 통해 제공되는 산소를 이용해 오존을 생성해 자체적으로 재활용하는 오존이용 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
이 발명의 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치는, 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 산소를 함유한 배기가스를 정제하여 오존을 생성하는데 재활용하는 것으로서, 배기가스 내에 포함된 성분들 중에서 오존을 생성하는 오존발생장치에서 불순물로 인식하는 불순물을 제거하는 불순물 제거수단과, 오존발생장치에 공급될 수 있는 압력으로 배기가스 또는 불순물 제거수단에 의해 불순물이 제거된 정제가스를 압축하는 압축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명의 불순물 제거수단은 오존발생장치에서 불순물로 인식하는 수분, CO2, CH4 및 N2를 제거할 수 있다. 즉, 불순물 제거수단은 활성 알루미나 및 제올라이트로 구성되어 배기가스 내의 수분을 흡착하여 제거하는 수분 제거수단과, 활성탄으로 구성되어 배기가스 내의 CO2 및 CH4를 흡착하여 제거하는 CO2 및 CH4 제거수단, 및 제올라이트로 구성되어 배기가스 내의 N2를 흡착하여 제거하는 N2 제거수단을 포함할 수 있다.
한편, 이 발명의 불순물 제거수단은 1개 이상의 칼럼(column) 형태의 흡착탑을 포함하며, 흡착탑에는 그 하부에서 상부쪽을 향해 수분 제거수단을 구성하는 활성 알루미나 및 제올라이트와, CO2 및 CH4 제거수단을 구성하는 활성탄, 및 N2 제거수단을 구성하는 제올라이트가 순차적으로 적층될 수 있다.
또한, 이 발명의 불순물 제거수단은 물을 분사해 배기가스 내의 H2S를 제거하는 H2S 제거수단을 더 포함할 수도 있다.
이 발명의 오존이용 시스템은 오존을 이용해 특정 목적을 수행하기 위해 오존처리설비를 구비하는 것으로서, 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 배기가스 내에 포함된 성분들 중에서 오존을 생성하는 오존발생장치에서 불순물로 인식하는 불순물을 제거하고 원하는 압력으로 오존발생장치에 공급하는 상기와 같이 구성된 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명의 오존이용 시스템은 정수처리, 소화조, 표백, 멸균, 살균 또는 반도체 설비 시스템일 수 있다.
한편, 이 발명의 오존처리설비는 유입되는 원수에 오존발생장치에서 제공되는 오존을 접촉시키는 오존접촉장치를 구비하거나, 혐기성 소화조로부터 배출되는 슬러지를 오존발생장치에서 제공되는 오존으로 가용화시킨 후 혐기성 소화조로 순환시키는 가용화 장치를 구비할 수 있다.
이 발명은 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 배기산소를 정제하여 오존을 생성하는데 재활용하는 효과가 있다.
또한, 이 발명은 오존을 이용하는 정수처리, 소화조, 표백, 멸균, 살균 또는 반도체 설비 시스템에 상기와 같은 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 설치해, 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 통해 제공되는 산소를 이용해 오존을 생성해 자체적으로 재활용하는 효과가 있다. 즉, 이 발명을 소화조 시스템에 적용할 경우에는 슬러지 감량효율을 향상시키는데 기여하고, 정수처리 시스템에 적용할 경우에는 물맛을 향상시키는데 기여하며, 반도체 설비 시스템에 적용할 경우에는 청정도를 향상시키는데 기여하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 혐기성 소화조를 이용한 슬러지 감량장치의 구성도이고,
도 2는 가용화 장치(오존 이용)를 갖는 일반적인 소화조 시스템의 시설 공정도이고,
도 3은 소화조 시스템에 사용되는 오존처리설비의 개념도이고,
도 4는 이 발명의 한 실시예에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치의 개념도이고,
도 5는 이 발명에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치의 상세도이고,
도 6은 도 5에 도시된 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치에서의 불순물 제거과정을 나타낸 블록도이고,
도 7은 이 발명의 한 실시예에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 구비한 소화조 시스템의 개념도이고,
도 8은 이 발명에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 구비한 소화조 시스템의 시설 공정도이며,
도 9는 이 발명의 다른 실시예에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 구비한 정수처리 시스템의 개념도이다.
아래에서, 이 발명에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치 및 이를 구비한 오존이용 시스템의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 이 발명의 한 실시예에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치의 개념도이다. 정수처리, 소화조, 표백, 멸균, 살균 또는 반도체 설비 시스템 등에는 냄새 및 색도제거, 응집효율의 개선, 유기 염소화합물의 생성저감, 살균, 표백 또는 청정도 향상 등을 목적으로, 오존처리설비가 설치되어 오존으로 상기와 같은 기능 등을 수행하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(400)는, 오존처리설비에서 반응후 배출되는 배기가스 내에 포함된 고순도의 산소를 정제하여 재활용하고자 하는 것으로서, 오존발생장치에 공급될 수 있는 압력으로 배기가스를 압축하는 압축기(420)와, 배기가스 내의 수분을 포함한 불순물(불순가스 포함)을 제거하는 불순물 제거수단으로 구성된다.
여기서, 배기가스 내에는 오존처리설비가 설치되는 적용분야(예를 들어, 정수처리 시스템, 소화조 시스템)에 따라 차이가 있는데, 예를 들어 소화조 시스템에 적용할 경우에는 잔존 O3, O2, N2, CO2, CH4, H2S 등이 존재한다.
불순물 제거수단은 배기가스 내에 포함된 성분들 중에서 후단의 오존발생장치에서 불순물로 인식하지 않는 O3, O2를 제외한 수분, N2, CO2, CH4, H2S 등을 제거하는 것으로서, H2S는 물을 분사하여 제거하고, 수분은 활성 알루미나 또는 제올라이트 등으로 흡착하여 제거하며, N2는 제올라이트 등으로 흡착하여 제거하고, CO2 및 CH4는 활성탄 등으로 흡착하여 제거한다.
따라서, 불순물 제거수단은 물을 분사해 배기가스 내의 H2S를 제거하는 H2S 제거수단(410)과, 활성 알루미나 및 제올라이트 등으로 구성되어 배기가스 내의 수분을 흡착하여 제거하는 수분 제거수단(430)과, 활성탄 등으로 구성되어 배기가스 내의 CO2 및 CH4를 흡착하여 제거하는 CO2 및 CH4 제거수단(440), 및 제올라이트 등으로 구성되어 배기가스 내의 N2를 흡착하여 제거하는 N2 제거수단(450) 등으로 구성된다.
이 실시예의 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(400)는 각 구성요소들이 상기와 같은 기능을 각각 수행하되, 선단에 H2S 제거수단(410)이 설치되고, H2S 제거수단(410)의 후단으로 압축기(420), 수분제거수단(430), CO2 및 CH4 제거수단(440), 및 N2 제거수단(450)을 순차적으로 갖도록 구성된다. 한편, 수분제거수단(430), CO2 및 CH4 제거수단(440), 및 N2 제거수단(450)은 1개의 칼럼(column) 내에 설치되어 각각의 기능을 수행하도록 구성할 수 있다. 여기서, 압축기(420)를 CO2 및 CH4 제거수단(440), 및 N2 제거수단(450)의 선단에 설치한 것은 압축된 상태에서의 CO2, CH4 및 N2의 제거효율이 더 높기 때문이다.
한편, 정수처리 시스템에 적용할 경우에는 오존발생장치에서 불순물로 인식하지 않는 O3, O2를 비롯하여 불순물로 인식하는 N2, CO2, CH4, 염소 성분 등이 배기가스 내에 포함될 수 있다. 따라서, 불순물 제거수단을 N2, CO2, CH4, 염소 성분 등을 제거할 수 있도록 구성하면 된다. 즉, 이 실시예의 불순물 제거수단은 오존처리설비가 설치되는 적용분야에 따라, 즉 배기가스 내에 포함되는 불순물을 모두 제거할 수 있도록 구성하면 된다.
수분제거수단(430)은 H2S를 제거하기 위해 물을 분사함에 따라 배기가스 내에 포함된 수분 또는 적용분야에 따라 자체적으로 함유하고 있는 수분을 제거하는 역할을 하고, 압축기(420)는 후단의 오존발생장치에서 공급받을 수 있는 조건으로 배기가스를 압축하는데 사용된다. 일반적인 오존발생장치는 2.5~3bar 정도로 압축된 상태의 산소를 공급받아 오존을 생성하고 있다. 따라서, 이 실시예의 압축기(420)는 정제된 가스가 대략 2.5~3bar 정도로 압축된 상태로 오존발생장치에 공급되도록, 오존발생장치 전단의 제거수단(430, 440, 450)에서의 손실을 감안해 3.5~4bar 정도로 압축하면 되지만, 오존발생장치의 사양에 따라 정제된 가스를 2.5bar 미만 또는 3bar초과 압력으로 압축하여 공급할 수도 있다.
도 5는 이 발명에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치의 상세도이고, 도 6은 도 5에 도시된 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치에서의 불순물 제거과정을 나타낸 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(500)는, 오존처리설비에서 반응후 배출되는 배기가스(잔존 O3, O2, N2, CO2, CH4, 수분 포함)를 오존발생장치에 공급될 수 있는 압력으로 압축하여 저장하는 공급탱크(510)와, 공급탱크(510)에서 공급되는 배기가스 내의 수분을 포함한 불순물(불순가스 포함)을 흡착하여 제거하는 다수의 불순물 제거수단(520)과, 다수의 불순물 제거수단(520)에 의해 수분 및 불순물이 제거된 잔존 O3, O2를 저장하는 생산탱크(530), 및 각 구성요소들을 제어하는 제어수단(도시안됨) 등으로 구성된다.
이 실시예의 불순물 제거수단(520)은 칼럼(column) 형태의 흡착탑(521) 및 다수의 제어밸브 등을 갖도록 구성된 것으로서, 흡착탑(521) 내에는 수분, CO2, CH4 및 N2 등을 흡착하여 제거하는 성분들이 채워져 있다. 예를 들어, 흡착탑(521) 내에는 그 하부에서 상부쪽으로 수분을 흡착하여 제거하는 알루미나 및 제올라이트 4A와, CO2 및 CH4를 흡착하여 제거하는 활성탄과, N2를 흡착하여 제거하는 제올라이트 13X 등이 순차적으로 채워질 수 있다. 여기서, 각 성분들의 양은 오존처리설비에서 반응후 배출되는 배기가스의 성분을 고려해 결정하면 된다. 또한, 흡착탑(521) 내에 채워지는 성분들의 종류들 또한 오존처리설비에서 반응후 배출되는 배기가스의 성분을 고려해 결정하면 된다. 즉, 흡착탑(521) 내에 채워지는 성분들의 종류 및 양은 오존처리설비가 설치되는 오존이용 시스템에 따라 차별화하면 된다.
상기와 같이 구성된 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(500)를 이용해 불순물을 흡착하여 제거함에 있어서는, 도 6에 나타낸 바와 같이 각각의 흡착탑에서 12개의 공정을 수행하도록 구성할 수 있다. 즉, 각각의 흡착탑에서는 크게 3개의 단계를 수행하되, 제1 단계에서는 4개의 흡착공정을 수행하고, 제2 단계에서는 균압공정, 감압공정 및 2개의 저압세정공정을 수행하며, 제3 단계에서는 균압공정 및 3개의 축압공정을 수행하되, 각각의 흡착탑에서 서로 다른 단계를 동시에 수행함으로써, 불순물을 흡착하여 제거하도록 구성할 수 있다.
도 7은 이 발명의 한 실시예에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 구비한 소화조 시스템의 개념도이다. 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 소화조 시스템은 침전지(610)로부터 농축되어 유입되는 슬러지의 소화공정이 이루어지는 혐기성 소화조(620)와, 혐기성 소화조(620)로부터 배출되는 슬러지를 오존발생장치(630)에서 제공되는 오존으로 가용화시킨 후 혐기성 소화조(620)로 순환시키는 가용화 장치(640), 및 가용화 장치(640)에서 배출되는 배기가스를 구성하는 잔존 O3, O2, N2, CO2, CH4, H2S 및 수분 중에서 오존발생장치(630)에서 불순물로 인식하지 않는 O3, O2를 제외한 수분, CO2, CH4, H2S 및 N2 등을 제거하고 원하는 압력으로 오존발생장치(630)에 공급하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(400)로 구성된다.
도 8은 이 발명에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 구비한 소화조 시스템의 시설 공정도이다. 이 실시예에 따른 소화조 시스템은 가용화 장치(640)에서 배출되어 배오존장치(650)를 거쳐 대기로 배출되던 배기가스를 배오존장치(650)의 후단에서 회수해, 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(400)에서 수분, CO2, CH4, H2S 및 N2 등의 불순물은 제거하고 O3을 비롯한 고순도의 O2는 오존발생장치(630)에 공급해 오존을 생성하는데 재활용함으로써, 자원을 효율적으로 재활용하는 장점이 있다.
도 9는 이 발명의 다른 실시예에 따른 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 구비한 정수처리 시스템의 개념도이다. 도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 정수처리 시스템은 유입되는 원수를 정수 처리하는 정수처리장치(710)와, 정수처리장치(710)에서 1차 정제된 후 유동하여 저장된 정수에 오존발생장치(720)에서 제공되는 오존과 접촉시켜 녹조류 등을 제거함과 더불어 물맛을 향상시키는 오존접촉장치(730), 및 오존접촉장치(730)에서 배출되는 배기가스를 구성하는 잔존 O3, O2, N2, CO2, CH4, H2S 및 수분 중에서 오존발생장치(720)에서 불순물로 인식하지 않는 O3, O2를 제외한 수분, CO2, CH4, H2S 및 N2 등을 제거하고 원하는 압력으로 오존발생장치(720)에 공급하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치(400)로 구성된다.
이상에서 이 발명의 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치 및 이를 구비한 오존이용 시스템에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이 발명은 오존을 이용하는 정수처리, 소화조, 표백, 멸균, 살균 또는 반도체 설비 시스템에 적용해, 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 통해 제공되는 산소를 이용해 오존을 생성해 자체적으로 재활용할 수가 있다.

Claims (9)

  1. 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 산소를 함유한 배기가스를 정제하여 오존을 생성하는데 재활용하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치로서,
    상기 배기가스 내에 포함된 성분들 중에서 오존을 생성하는 오존발생장치에서 불순물로 인식하는 불순물을 제거하는 불순물 제거수단과,
    상기 오존발생장치에 공급될 수 있는 압력으로 상기 배기가스 또는 상기 불순물 제거수단에 의해 불순물이 제거된 정제가스를 압축하는 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 불순물 제거수단은 상기 오존발생장치에서 불순물로 인식하는 수분, CO2, CH4 및 N2를 제거하는 것을 특징으로 하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 불순물 제거수단은 활성 알루미나 및 제올라이트로 구성되어 상기 배기가스 내의 수분을 흡착하여 제거하는 수분 제거수단과, 활성탄으로 구성되어 상기 배기가스 내의 CO2 및 CH4를 흡착하여 제거하는 CO2 및 CH4 제거수단, 및 제올라이트로 구성되어 상기 배기가스 내의 N2를 흡착하여 제거하는 N2 제거수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 불순물 제거수단은 1개 이상의 칼럼(column) 형태의 흡착탑을 포함하며,
    상기 흡착탑에는 그 하부에서 상부쪽을 향해 상기 수분 제거수단을 구성하는 활성 알루미나 및 제올라이트와, 상기 CO2 및 CH4 제거수단을 구성하는 활성탄, 및 상기 N2 제거수단을 구성하는 제올라이트가 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 불순물 제거수단은 물을 분사해 상기 배기가스 내의 H2S를 제거하는 H2S 제거수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치.
  6. 오존을 이용해 특정 목적을 수행하기 위해 오존처리설비를 구비하는 오존이용 시스템에 있어서,
    상기 오존처리설비에서 반응후 대기로 배출되는 배기가스 내에 포함된 성분들 중에서 오존을 생성하는 오존발생장치에서 불순물로 인식하는 불순물을 제거하고 원하는 압력으로 상기 오존발생장치에 공급하는 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 오존처리설비용 배기산소 재활용 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존이용 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 오존이용 시스템은 정수처리, 소화조, 표백, 멸균, 살균 또는 반도체 설비 시스템인 것을 특징으로 하는 오존이용 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 오존처리설비는 유입되는 원수에 상기 오존발생장치에서 제공되는 오존을 접촉시키는 오존접촉장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 오존이용 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 오존처리설비는 혐기성 소화조로부터 배출되는 슬러지를 상기 오존발생장치에서 제공되는 오존으로 가용화시킨 후 상기 혐기성 소화조로 순환시키는 가용화 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 오존이용 시스템.
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