WO2017111314A1 - 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템 - Google Patents

저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an ozone water treatment system using low energy, and more particularly, to an ozone water treatment system using low energy, which consumes low energy and can reduce treatment costs and has excellent treatment efficiency.
  • the water treatment method using ozone (O 3) is to using a strong oxidizing power, bunhaeryeok, sterilizing, and bleaching power of the ozone talchwiryeok perform advanced water treatment, sewage treatment, O and waste water treatment, leachate treatment and the like.
  • the polluted water is purified through reactions such as the injection, contact, and dissolution of the ozone gas, and specifically, an acid method, an injector method, a pressure pump method, a turbine mixer method, U tube type.
  • the acid method is a method in which ozone gas is diffused into fine bubbles by using a diffuser in contaminated water, and fine water is generated at a deep acid depth to perform water treatment.
  • the diffuser method has disadvantages such as blockage of microbubbles, difficulty in controlling bubble size, occurrence of disconnection and channeling, and contact with gas-liquid only through vertical rise due to buoyancy of microbubbles. Because of this, contact and dissolution reactions are poor, ozone utilization is very low due to a decrease in ozone absorption rate and expansion of self-decomposition, and high exhaust ozone concentration causes environmental pollution. Rarely used.
  • the injector method is excessive energy loss when inhaling ozone gas in the injector, can not inhale more than a predetermined amount of ozone gas, and also after inhalation in the injector to the subsequent process
  • a static mixer is used for the contact reaction.
  • the static mixer causes a large energy loss, thus consuming a large amount of energy in water treatment, resulting in low energy efficiency and low processing efficiency.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and reduces the use of energy when injecting ozone gas into raw water to be treated and when reacting raw water and ozone gas after injection, thereby reducing treatment costs and improving practicality.
  • the object is to provide an ozone water treatment system using low energy that can be improved.
  • the object of the present invention is to provide an ozone water treatment system that uses low energy to maximize the contact reaction between raw water and ozone gas, thereby improving ozone utilization efficiency and providing a perfect water treatment.
  • the ozone gas is dispersed in an ultrafine bubble form in a water supply pipe to which the raw water to be treated has energy and is supplied and transported, and the raw water supplied and transported from the water supply pipe.
  • the water flow channel retention tank is characterized by including the up-down, left-right or up-down flow walls which can form a vortex in order to promote reaction.
  • the low energy use gas-liquid contact reactor may be made of any one or more combinations selected from a plate-shaped mixing reactor, multiple injection reactor, split shear reactor.
  • the raw water supplied through the water pipe may be pressurized by the potential energy caused by the free fall.
  • it may further include a water pump for supplying energy and water to the raw water.
  • the ozone generator for generating and supplying the ozone gas to be supplied to the gas injector may further include an ozone supply pipe for transporting and supplying the ozone gas supplied from the ozone generator to the gas injector.
  • ozone gas to be supplied to the gas injector may further include a gas supply pipe for generating and supplying oxygen gas, chlorine gas.
  • the type of the gas injector is STS304, STS316, STS316L, astellui, which can be directly and uniformly directly injected into the entire inner pipe area of the main pipeline such as membrane type gas injector, microbubble type gas injector, perforated injector, etc. It may include a gas injector made of a material such as PP, PE.
  • ultrasonic cavitation occurs through the ultrasonic generator, and the contact reaction is further promoted.
  • the secondary acceleration reaction of the raw water and the water treatment effect by the ultrasonic wave can be simultaneously obtained.
  • the discharge tank for storing the treated water discharged from the discharge pipe, and the discharging means is provided at the end of the discharge pipe for injecting the treated water into the water in the discharge tank.
  • a main reactor for promoting a contact reaction of the raw water and the ozone gas in the ozone mixed water supplied from the low-energy used gas-liquid contact reactor and for supplying the treated water treated with reaction to the discharge pipe.
  • the low energy use gas-liquid contact reactor may be provided in the order of the plate-shaped mixing reactor, the multiple injection reactor, the split shear reactor, and the multiple injection reactor.
  • the irrigation canister may be a closed irrigation canister that can continuously react with the fluid without an external outflow of gas.
  • the main reactor accommodates the injection reverse mixing reactor for injecting and countercurrently mixing the ozone mixed water and causing the contact reaction, and the treated water discharged from the injection reverse mixing reactor with the injection reverse mixing reactor. And then discharged into the reaction tank.
  • the method may further include a low energy usage type gas-liquid contacting reactor embedded in the reaction tank and contacting the ozone mixed water and then discharged to the spray reverse mixing reactor.
  • the injection reverse mixing reactor the front end of the ozone mixed water flows in and the rear end of the outflow is reduced in cross-section injection pipe is formed in the center, and the ozone mixed water injected from the injection pipe
  • a concave reflector is formed at the rear end so as to be counter-flowed back and may have a rear pipe having a discharge port for discharging the treated water on one side.
  • the gas injector may include a main pipe configured to internally transfer the raw water supplied from the water supply pipe, and the ozone gas provided in the main pipe to be supplied through a plurality of injection holes in the form of ultra-bubble. It may be made of a porous tube spraying into the water.
  • the plate-shaped mixing reactor the inlet reduction tube is provided in a form that is gradually reduced in diameter to change the flow path and the flow rate of the ozone mixed water supplied from the gas injector, the ozone supplied from the inlet reduction tube
  • a plurality of rear pipes for internally transporting the mixed water and a plurality of protruding members may be provided to protrude on the inner side of the rear pipe to change the direction and the flow rate of the ozone mixed water, and to divide and shear and contact the mixed water.
  • the multi-injection reactor may include: a main pipe for internally transferring the ozone mixed water; and a plurality of through holes provided in the main pipe in a direction orthogonal to the flow direction of the ozone mixed water and passing through the ozone mixed water. It may be made of a blocking porous plate having a.
  • the split shear reactor may include a main pipe for transferring the ozone mixed water therein, and a spiral blade in a curved plate shape that is repeatedly provided in the main pipe in the longitudinal direction.
  • a circulation pipe branched in the middle of the discharge pipe to transfer a part of the treated water to the raw water tank side for reprocessing, and the treated water supplied through the circulation pipe and the raw water tank supplied from the circulation pipe. It may further include a mixing feeder for mixing the raw water to supply to the water pipe.
  • the mixing feeder may include a mixing pipe for mixing the treated water and the raw water while mixing and a strainer provided in the mixing pipe to filter foreign matter.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ozone water treatment system using a low energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of an ozone water treatment system using a low energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of an ozone water treatment system using a low energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an ozone water treatment system using low energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a gas injector of an ozone water treatment system using low energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cutaway cross-sectional view of a plate-shaped mixing reactor of an ozone water treatment system using low energy in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a multiple injection reactor of an ozone water treatment system using low energy in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a split shear reactor of an ozone water treatment system using low energy in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a spray reverse mixing reactor of an ozone water treatment system using low energy in accordance with a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of an ozone water treatment system using a low energy according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a mixed feeder of an ozone water treatment system using low energy according to another embodiment of the present invention.
  • the gas injector for dispersing and injecting ozone gas in the form of ultra fine bubbles into the raw water supplied from the water supply pipe, and in the ozone mixed water supplied and transported from the gas injector
  • a low-energy used gas-liquid contact reactor for promoting a contact reaction between the raw water and the ozone gas
  • a water passage-type retention tank for continuously transporting the treated water to promote reaction
  • a discharge pipe for discharging.
  • the mold holding tank is provided with an ozone water treatment system using low energy, characterized by including up, down, left, and right or up and down flow walls capable of forming a vortex to promote the reaction.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ozone water treatment system using a low energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the gas injector 140 for the injection of ozone gas into the raw water to be treated, while reducing the use of energy during ozone gas injection, plate mixing reactor 170, multiple injection reactor 180
  • the energy use in the contact reaction is also reduced, thereby making it possible to reduce energy compared with the conventional injector and static mixer combination methods.
  • the use will be reduced by 50-60%.
  • the water supply pump 130 for supplying energy to the raw water can be omitted or used with a low capacity, and the water treatment is performed using only the stored potential energy of the raw water without using the water supply pump 130. May be performed.
  • the plate-type mixing reactor 170, the multi-injection reactor 180, the split shear reactor 190, the injection reverse mixing reactor 200 with low energy use and high efficiency
  • the amount of residual ozone can be reduced, and ozone usage can also be reduced by 20-30% compared to the past, thereby reducing the cost of ozone generation.
  • the ozone water treatment system includes a raw water tank 110 for storing and supplying raw water to be treated, a water pipe 120 for transferring raw water supplied from the raw water tank 110, and energy required for water treatment to the raw water.
  • the water supply pump 130 to supply and pressurize the raw water, the ozone generator 160 for generating and supplying ozone gas of a suitable concentration to be injected into the raw water to be transferred, and the ozone gas supplied from the ozone generator 160 is transferred.
  • a low-energy-use gas-liquid contact reactor that promotes a gas-liquid contact reaction between raw water and ozone gas in the ozone mixed water being transferred, and subsequently a contact reaction of raw water and ozone gas.
  • the main reactor 230 to nearly complete the reaction, and includes a discharge pipe 240 to discharge to the transfer of the reaction process can be treated discharged from the main reactor 230.
  • the raw water tank 110 is to supply raw water to be treated and temporarily store and supply the raw water.
  • the raw water tank 110 overcomes fluctuations in raw water inflow and selects the capacity to operate the system stably.
  • One side of the raw water tank 110 is provided with a discharge port for discharging the raw water, the discharge port is connected in communication with one end of the water pipe (120).
  • the raw water may be supplied directly through the water supply pipe 120 without the raw water tank 110, it is preferable that the raw water tank 110 is provided for stable supply of raw water.
  • Water supply pipe 120 is a pipe for internally transporting the raw water supplied from the raw water tank 110, one end is connected to the outlet of the raw water tank 110, the other end is connected to the tip of the gas injector 140 to feed the raw water Supply to the injector 140.
  • the water pipe 120 is designed and provided to minimize the energy loss of the raw water being delivered.
  • the water pump 130 supplies energy required for water treatment to the raw water so that the raw water is sucked and pressurized at a constant pressure and flow rate, and selects and uses an excellent operating efficiency at the flow rate and the head.
  • the water pump 130 for supplying energy to the raw water can be omitted or used with a small capacity, without using the water pump 130.
  • the raw water may be supplied with only potential energy due to the drop, and in this case, the provision of the drop energy may be implemented by providing the water pipe 120 to be vertical.
  • the ozone generator 160 generates and supplies ozone gas having an appropriate concentration and capacity to be injected into the raw water to be transported, and receives ozone from a separate source gas tank 150 to generate ozone.
  • the ozone generator 160 passes the source gas supplied at a predetermined pressure state through an electric field, where some of the oxygen molecules are separated into oxygen atoms, and the separated oxygen atoms are separated from other oxygen molecules. Ozone can be generated by being combined with.
  • the source gas tank 150 supplies the source gas necessary for ozone generation to the ozone generator 160, and the source gas may be oxygen or dry air.
  • the ozone supply pipe 165 internally transfers the ozone gas supplied from the ozone generator 160 to supply the gas injector 140, one end of which is connected to the ozone generator 160, and the other end of which is connected to the gas injector 140.
  • the ozone supply pipe 165 may be appropriately designed to protect the ozone generator 160 by preventing backflow of raw water from the gas injector 140 due to a temporary mismatch of raw water supply pressure.
  • a separate backflow prevention means such as a check valve may be provided on the ozone supply pipe 165 to more completely block backflow of raw water.
  • ozone gas to be supplied to the gas injector 140 may be configured to further include a gas supply pipe (not shown) for generating and supplying oxygen gas, chlorine gas.
  • Figure 2 shows another configuration of the ozone water treatment system according to an embodiment of the present invention, consisting of a gas injector 140, a plate-shaped mixing reactor 170, multiple injection reactor 180 shown in the description of FIG. It adds side stream configuration to the part.
  • the injection method may vary depending on the type of the gas injector 140, but the injection method also varies depending on the configuration of the pipe, so that the full stream injection ( In addition to the full stream injection method, a side stream injection method is added as shown in FIG. 2.
  • the side stream injection minimizes the side stream ratio to minimize the power ratio and has good mixing.
  • the side stream is a method of adding a secondary conduit 300 to the gas injector 140, sending a part of the inflow flow rate to the auxiliary conduit 300 using a pump, and injecting gas using the ejector 310. .
  • the contact reaction may be promoted by using one or more of the plate mixing reactor 170 and the multiple injection reactor 180, and the promoted gas-liquid water is moved back into the gas injector 140. It is made to mix.
  • 3 and 4 show another configuration of the ozone water treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are also similar to those shown in the description of FIG. 1, and are shown by adding one or more ultrasonic generators 330 and ultrasonic vibrators 320 to the rear end of the split shear reactor 190.
  • 4 shows the addition of the ultrasonic generator 330 to the front end of the discharge pipe 240 in addition to the configuration of FIG. 3, and the addition of the irrigation channel type retention tank 340 to the front end of the discharge water tank 270.
  • the installed ultrasonic generator 330 further promotes the reaction of the reactor.
  • the ultrasonic vibration device 320 at the rear end of the ultrasonic generator 330, it is possible to maximize the reaction of the residual ozone to minimize the damage caused by the rear ozone smell.
  • the water channel-type retention tank 340 of FIG. 4 is required to further promote the reaction of the treated water during gas injection and contact reaction with the gas.
  • the water pipe-type retention tank 340 in which the entire structure is sealed in front of the existing discharge tank 270 is installed, and inside the water-pipe retention tank 340 can form a vortex to promote the reaction up, down, left and right Install a ditch wall.
  • the irrigation channel type retention tank 340 is characterized in that it is sealed to allow the reaction with the fluid to continue without the outflow of gas.
  • the ultrasonic generator 330 and the ultrasonic vibrator 320 are installed at a rear end of a full stream injection method and a side stream injection method in common. After the ozone injected into the fine bubbles promotes the contact reaction by using the plate-shaped mixing reactor 170 and the multi-injection reactor 180 in combination, the ultrasonic cavity 330 and the ultrasonic vibrator 320 are used for the ultrasonic cavity. The phenomenon occurs, the contact reaction is further promoted, and the effect of promoting the reaction with ozone and the water treatment effect by ultrasonic waves can be obtained.
  • the gas injector 140 disperses the ozone gas into the water of the raw water to be transported internally using its own pressure of the ozone gas supplied through the ozone supply pipe 165.
  • the type of the gas injector is a material such as STS304, STS316, astellui, PP, PE, which can be directly and uniformly directly injected into the entire inner pipeline area such as a membrane gas injector, a microbubble gas injector, a perforated injector, etc. It may include a gas injector.
  • the gas injector 140 includes a main pipe 144 for internally transferring raw water supplied from the water pipe 120, and a small diameter pipe in the main pipe 144.
  • the porous pipe 146 and the external ozone supply pipe 165 and the inner porous pipe 146 which inject the ozone gas underwater in the form of ultra-fine bubbles through the numerous ultra-fine injection holes 146a formed on the outer surface in general. It is made of a gas connection pipe 142 for supplying ozone gas.
  • the main pipe 144 is open at both ends, the both ends are formed with a flange portion (144a) for pipe connection.
  • porous tube 146 is sprayed to make the ozone gas in the form of ultra-fine bubbles to be dispersed, it is provided long along the longitudinal direction as shown, a plurality can be provided to be evenly arranged.
  • the porous pipe 146 is provided to be closed except for a portion connected to the gas connection pipe 142, and the ultra-fine injection holes 146a are disposed on the outer surface of the porous pipe 146 so as to be uniformly disposed throughout.
  • the ozone gas is injected to be dispersed in the form of ultra-fine bubbles through the numerous ultra-fine injection holes 146a, the ultra-fine bubbles of ozone gas can be quickly and uniformly mixed and dissolved in the raw water to be transported therein. Contact reaction between raw water and ozone gas can be maximized.
  • the pressure loss of the injected ozone gas can be realized at 200 mbar or less, and above all, it is possible to minimize the energy use of the raw water according to the ozone gas injection, that is, using the conventional injector Compared with the case, the energy use of raw water can be reduced by 1/20.
  • each ultra-fine injection hole (146a) formed on the porous tube 146 to minimize energy use and maximize the mixing and contact reaction may be implemented to 10 ⁇ m or less.
  • the low energy use gas-liquid contact reactor promotes the contact reaction between the raw water and the ozone gas while minimizing the energy use of the ozone mixed water to be transported.
  • the plate mixing reactor 170 changes the flow path of the ozone mixed water, accelerates the flow rate, and splits and shears the ozone mixed water to promote the contact reaction.
  • the plate-shaped mixing reactor 170 is provided in the form of a tube which gradually decreases in diameter to change the flow path of the ozone mixed water supplied and transported from the gas injector 140 and accelerate the flow rate.
  • 172 a rear pipe 174 for continuously transporting the ozone mixed water after the inflow reduction tube 172, and a plurality of the rear pipes 174 so as to protrude on the inner side of the rear pipe 174.
  • It is composed of a protruding member 176 that changes the flow rate to cause turbulence and partially divides and shears the ozone mixed water.
  • flanges 172a and 174a for pipe connection are formed at the front end of the inlet reduction tube 172 constituting both ends of the plate-shaped mixing reactor 170 and the rear end of the rear pipe 174.
  • the inflow reduction tube 172 is formed to gradually decrease in diameter from the front end to the rear end to accelerate the flow rate of the ozone mixed water to be transported and change the flow path to promote the contact reaction between the raw water and the ozone gas.
  • Protruding member 176 is provided so that a plurality of evenly disposed on the inner surface of the rear pipe 174, the ozone mixed water to be transported impacts the plurality of protruding members 176, the direction and flow rate is changed and turbulent phenomenon In addition to this, part of the separation and shearing, the contact reaction between the raw water and the ozone gas is promoted again.
  • the protruding member 176 may be implemented in the form of an inclined small plate, as shown.
  • the multiple injection reactor 180 accelerates, splits, shears, vortices, turbulences, and flows back while continuously conveying the ozone mixed water treated in the plate mixing reactor 170 to promote the contact reaction again.
  • the multi-injection reactor 180 has a main pipe 182 for internally transferring ozone mixed water supplied from the plate-shaped mixing reactor 170 and a flow direction of ozone mixed water in the main pipe 182. It is formed in the form of a plate that is repeatedly provided in a direction orthogonal to the blocking porous plate 184 having a plurality of through holes (184a).
  • both ends of the main pipe 182 is open, and both ends are formed with a flange portion 182a for pipe connection.
  • the blocking porous plate 184 is repeatedly provided to be spaced apart along the longitudinal direction of the main pipe 182.
  • the ozone mixed water to be transported sequentially hits the blocking porous plate 184 and the flow is changed or reversed, or the flow rate is changed, and the flow rate is accelerated and partly divided while passing through the through hole 184a.
  • the action and the vortex, turbulence and countercurrent action can promote the contact reaction between the raw water and the ozone gas.
  • the multiple injection reactor 180 is about 10 times better reaction efficiency than the existing static mixer, etc., the energy consumption is very low to 83% level can significantly reduce the energy use.
  • the distribution of ozone gas in the raw water is very uniform while passing through the gas injector 140 and the plate-shaped mixing reactor 170, and the contact reaction between the raw water and the ozone gas is in full swing through the multiple injection reactor 180.
  • the split shear reactor 190 promotes the contact reaction again by splitting, shearing, inverting, and turbulizing while continuously transporting the ozone mixed water treated in the multiple injection reactor 180.
  • the split shear reactor 190 includes a main pipe 192 for internally transferring ozone mixed water supplied from the multiple injection reactor 180 and a vertical direction along a length direction in the main pipe 192. It consists of a spiral blade 194 of the curved plate shape that is provided to repeat the horizontal direction of the dividing ozone mixed water by dividing.
  • both ends of the main pipe 192 is open, the flanges 192a for pipe connection are formed at both ends thereof.
  • the ozone mixed water transported inside is continuously divided so as to pass through each spiral blade 194, and its direction and flow rate vary according to the curved shape of the spiral blade 194, and each spiral blade 194. ) Is reversed and converted as the direction of the sequential changes, thereby promoting the contact reaction between the raw water and the ozone gas by the strong shear and turbulent action.
  • the number by which ozone mixed water is divided is 2 n .
  • This split shear reactor 190 causes rather large energy usage but is good in terms of reaction efficiency.
  • the plate-type mixing reactor 170, the multi-injection reactor 180, and the split shear reactor 190 as described above are all low-energy type gas-liquid contact reactors that can significantly reduce the energy use of the ozone mixed water as compared to the existing static mixers. Whether the three kinds of reactors 170, 180, 190 are adopted, the order of placement, and the number of units provided may be optional.
  • the main reactor 230 facilitates the contact reaction between the raw water and the ozone gas which has not yet been reacted through the plate mixing reactor 170, the multiple injection reactor 180, and the split shear reactor 190 to almost complete the reaction.
  • the main reactor 230 essentially includes the injection reverse mixing reactor 200, and optionally includes the low-energy used gas-liquid contact reactor in front of the injection reverse mixing reactor 200.
  • the drawing shows the case where the split shear reactor 190 is employed as a low energy use gas-liquid contact reactor embedded therein.
  • the main reactor 230 has a relatively large diameter and a reaction tank 210 for accommodating and then discharging the treated water discharged from the injection reverse mixing reactor 200, and a split shear reactor embedded in the reaction tank 210 ( 190, and a jet reverse mixing reactor 200, and gas-liquid separation means 220 for separating and discharging exhaust gas such as oxygen gas remaining in the ozone mixed water accommodated in the reaction tank 210.
  • injection reverse mixing reactor 200 again promotes the contact reaction through injection and countercurrent mixing.
  • the injection reverse mixing reactor 200 has a front end side into which the ozone mixed water is introduced and a rear end side from which the outflow side is gradually reduced in cross section so that the injection hole 222b is formed at the center thereof. And a concave concave reflector plate 224a for backflowing the ozone mixed water injected from the spray pipe 222, and a rear pipe having a discharge port 224b for discharging the treated water reacted on one side wall. Consisting of 224.
  • the tip of the injection pipe 222 is open, the flange portion 222a for pipe connection is formed at the tip.
  • the ozone mixed water supplied from the split shear reactor 190 is injected from the injection hole 222b through the inside of the injection pipe 222, the direction and flow rate of the ozone mixed water are changed to generate turbulent action.
  • the injected ozone mixed water passes through the inside of the rear pipe 224 and hits the concave reflector 224a, turbulent flow, vortex flow, and backflow action are generated, and the contact reaction is promoted. It is discharged through the outlet 224b formed at one side wall of the 224 and is received into the reaction tank 210.
  • This injection reverse mixing reactor 200 is also a low-energy used gas-liquid contact reactor that can reduce the energy loss of ozone mixed water as compared to conventional static mixers.
  • the gas-liquid separating means 220 maintains the pressure in the reaction tank 210 by discharging exhaust gas such as oxygen gas generated according to the gas-liquid contact reaction and remaining in the treated water from the treated water in the reaction tank 210. .
  • the gas-liquid separating means 220 may be implemented as a check valve that can selectively discharge the exhaust gas collected in the upper space in the reaction tank 210.
  • the discharge pipe 240 continuously discharges the treated water discharged from the reaction tank 210 of the main reactor 230 and extends from the reaction tank 210.
  • the discharge pipe 240 is designed and provided to minimize the energy loss of the treated water to be transferred.
  • the treated water may be discharged by being transported to the desired location through the discharge pipe 240, and preferably, the discharge tank to finally collect and store the treated water discharged through the discharge pipe 240. 270 may be further provided.
  • Discharge tank 270 is to collect the final treated water to be safely discharged, it is selected as the capacity to overcome the inflow and outflow fluctuations of the treated water and operate the system stably.
  • a pressure maintaining means 250 may be provided on the discharge pipe 240 in order to minimize the pressure drop in the main reactor 230 as the treated water is discharged through the discharge pipe 240.
  • the pressure maintaining means 250 may be implemented through a structure to reduce the internal flow path of the discharge pipe 240.
  • the configuration that continues in one line form from the raw water tank 110 to the discharge tank 270 is for a method of processing once while continuously transferring the raw water.
  • a circulation pipe 280 is branched in the middle of the discharge pipe 240 for transferring the treated water from the main reactor 230 to the discharge water tank 270 to circulate a portion of the treated water to the raw water tank 110. This is further provided.
  • the treated water transferred after the reaction treatment in the main reactor 230 is divided into the discharge pipe 240 and the circulation pipe 280 on the way, and is supplied to the discharge water tank 270 and the raw water tank 110, respectively.
  • the raw water tank 110 is mixed feeder so that the treated water supplied through the circulation pipe 280 and the raw water supplied from the raw water tank 110 for reprocessing may be supplied together to the water supply pipe 120. 290 is further provided.
  • the mixing feeder 290 includes a mixing pipe 292 in which the leading end side is formed of a large diameter portion having a large diameter, and the outflow side is formed of a small diameter portion having a relatively small diameter. It is composed of a strainer (294) is provided in the central portion in the large diameter portion to cover the inlet side to filter the foreign matter contained in the treated water and the raw water transported inside.
  • the end of the circulation pipe 280 is inserted into the large diameter portion of the mixing pipe 292 and contacts the strainer 294 to supply the treated water directly to the strainer 294, and the large diameter portion and the strainer of the mixing pipe 292.
  • the raw water in the raw water tank 110 is supplied through the space between the 294 to be mixed with the treated water and the raw water and then supplied to the water pipe 120.
  • the ozone water treatment system may further include a control panel for performing overall operation control to enable automatic operation, and the water supply pipe 120, the ozone supply pipe 165, the raw material gas supply pipe 155, the discharge pipe 240 and the circulation pipe 280, valve means (V) for opening and closing the supply of the fluid, the hydraulic system (P) and flow meter (F) for measuring the pressure and flow rate of the fluid It may be provided.
  • a control panel for performing overall operation control to enable automatic operation
  • the water supply pipe 120, the ozone supply pipe 165, the raw material gas supply pipe 155, the discharge pipe 240 and the circulation pipe 280, valve means (V) for opening and closing the supply of the fluid, the hydraulic system (P) and flow meter (F) for measuring the pressure and flow rate of the fluid It may be provided.
  • each element and its associated elements may be appropriately determined in consideration of raw water quality and quantity, target water quality, ozone gas injection amount, and the like.
  • the raw water of the treatment object stored in the raw water tank 110 is sucked and transported through the water supply pipe 120 and then supplied to the gas injector 140.
  • the raw water is given energy required for water treatment by the water pump 130.
  • the raw water may be given potential energy due to a drop and supplied through the water pipe 120.
  • the raw water supplied to the gas injector 140 flows inside the gas injector 140, and at this time, the ozone gas generated through the ozone generator 160 and then supplied through the ozone supply pipe 165 with the proper pressure is supplied. It is injected to be dispersed in the form of ultra-fine bubbles through the porous tube 146 in the gas injector 140 is injected into the raw water flowing inside and mixed.
  • the ozone mixed water is continuously supplied to the plate-shaped mixing reactor 170 and accelerated, turbulent, split, and sheared in the plate-shaped mixing reactor 170 to perform a contact reaction between the raw water and the ozone gas.
  • ozone mixed water is continuously supplied to the multi-jet reactor 180 to accelerate, split, shear, vortex, turbulence, and backflow the multi-jet reactor 180 so that contact reaction between the raw water and the ozone gas is performed again.
  • the ozone mixed water is continuously supplied to the split shear reactor 190 to be split, sheared, inverted, and turbulized in the split shear reactor 190, whereby the contact reaction is performed again.
  • the ozone mixed water is once again promoted while passing through the multiple injection reactor 180 and then supplied to the main reactor 230.
  • the ozone mixed water supplied to the main reactor 230 is passed through the split shear reactor 190 embedded in the main reactor 230 to promote the reaction again, and then is supplied to the injection reverse mixing reactor 200 to supply the injection reverse mixing.
  • the reaction is accelerated, turbulent, vortex, and countercurrent again.
  • the ozone mixed water discharged from the injection reverse mixing reactor 200 is discharged into and received in the reaction tank 210 of the main reactor 230, and the exhaust gas remaining in the treated water while staying in the reaction tank 210.
  • the gas is separated and discharged by the gas-liquid separating means 220 and removed.
  • the treated water almost completed by the main reactor 230 is discharged from the reaction tank 210 of the main reactor 230 and then transferred through the discharge pipe 240, and then It is discharged into the water in the discharge tank 270 through the injection means 260 provided at the end, and then finish reaction using residual energy and residual ozone in the discharge tank 270.
  • part of the treated water transferred through the discharge pipe 240 is divided into a circulation pipe 280 branched on the way, and is supplied to the raw water tank 110, and the treated water circulated for reprocessing. Is sucked with the raw water in the mixing feeder 290, mixed and then fed back through the water pipe 120.
  • the gas injector 140 can be used to significantly reduce the energy use during ozone gas injection, and also the energy use during the contact reaction can be significantly reduced by using the low-energy-use gas-liquid contact reactors. As a result, processing costs can be reduced.
  • low energy loss type reactors such as plate mixing reactor 170, multiple injection reactor 180, split shear reactor 190 and injection reverse mixing reactor 200 may be used in combination, and a portion of the treated water may be By recirculating and reprocessing, perfect water treatment can be achieved.
  • the processing time required to go through the entire process can also be shortened by about 1/10 compared to the conventional diffuser method, it can also be excellent in the processing productivity.
  • injection hole 150 raw material gas tank
  • source gas supply pipe 160 ozone generator
  • ozone supply pipe 170 plate mixing reactor
  • inflow reduction tube 172a flange portion
  • protrusion member 180 multiple injection reactor
  • split shear reactor 192 main piping
  • flange 194 spiral blade
  • injection reverse mixing reactor 222 injection piping
  • 222a flange portion 222b: injection hole
  • auxiliary pipe 310 ejector

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Abstract

본 발명은 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 처리 대상의 원수가 에너지를 갖고 이송 공급되는 송수관, 상기 송수관으로부터 공급되어 이송되는 원수에 오존 가스를 초미세 기포 형태로 분산 주입하는 기체 주입기, 상기 기체 주입기로부터 공급되어 이송되는 오존 혼합수 내의 상기 원수와 상기 오존 가스의 접촉 반응을 촉진시키는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기, 및 반응 처리된 처리수를 계속 이송하여 방류하는 방류관을 포함한다. 따라서, 오존 가스 주입 시 및 접촉 반응 시의 에너지 사용을 대폭 줄일 수 있음에 따라 처리 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템
본 발명은 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저에너지를 소비하여 처리 비용을 절감할 수 있고, 처리 효율도 우수한 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 오존(O3)을 이용하는 수처리 방법은 오존의 강력한 산화력, 분해력, 살균력, 탈색력 및 탈취력을 이용하여 고도 정수 처리, 상하수도 처리, 오ㆍ폐수 처리, 침출수 처리 등을 실시하는 것이다.
이러한 오존 가스를 이용하는 수처리 분야에서는 오존 가스의 주입, 접촉, 용해와 같은 반응을 통해 오염수를 정화하며, 구체적으로 산기(散氣) 방식, 인젝터(injector) 방식, 가압 펌프 방식, 터빈 믹서 방식, 유(U) 튜브방식 등이 있다.
이 중, 산기 방식은 오존 가스를 오염수의 수중에 디퓨져(diffuser)를 이용하여 미세 기포로 산기하는 방식으로, 깊은 산기 수심에서 미세 기포를 발생하여 수처리가 이루어진다.
그러나, 산기 방식은 미세 기포구의 막힘, 기포 크기의 조절 곤란, 단로(斷路) 현상 발생, 채널링(channeling) 현상 발생 등의 단점이 있을 뿐만 아니라, 미세 기포의 부력으로 인한 수직 상승을 통해서만 기액 접촉이 일어나므로 접촉 및 용해 반응이 잘 되지 않고, 오존 흡수율 저하 및 자체 분해 확대 등으로 오존 이용률이 매우 낮으며, 배기 오존 농도도 높아 환경 오염을 유발하는 등의 여러 문제점이 있어, 최근에는 상수도 처리 이외에는 거의 이용하지 않는다.
또한, 최근에는 인젝터 방식을 다용하는 경향이 있는데, 인젝터 방식은 인젝터에서 오존 가스를 흡입할 때 에너지 손실이 과다하게 발생되고, 소정량 이상의 오존 가스를 흡입하지 못하며, 또한 인젝터에서 흡입 후 후속 공정으로 접촉 반응을 위해 스태틱 믹서(static mixer)를 이용하는데, 스태틱 믹서는 큰 에너지 손실을 야기하므로 수처리에 많은 에너지를 소비하여 에너지 효율 및 처리 효율이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 처리 대상의 원수에 오존 가스를 주입하는 때와 주입 후 원수와 오존 가스를 반응시키는 때의 에너지 사용을 줄여 처리 비용을 절감하고 실용성을 향상시킬 수 있는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응을 극대화시켜 오존 이용 효율을 제고시키고 완벽한 수처리를 기할 수 있는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템은, 처리 대상의 원수가 에너지를 갖고 이송 공급되는 송수관, 상기 송수관으로부터 공급되어 이송되는 원수에 오존 가스를 초미세 기포 형태로 분산 주입하는 기체 주입기, 상기 기체 주입기로부터 공급되어 이송되는 오존 혼합수 내의 상기 원수와 상기 오존 가스의 접촉 반응을 촉진시키는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기, 및 반응 처리된 처리수를 계속 이송하여 반응 촉진을 시키는 관수로형 체류조와 방류하는 방류관을 포함하고, 상기 관수로형 체류조는, 반응을 촉진시키기 위해 와류를 형성할 수 있는 상하 좌우 또는 상하 도류벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기는, 판형 혼합 반응기, 다중 분사 반응기, 분할 전단 반응기 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 조합으로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 송수관을 통해 공급되는 상기 원수는, 낙차에 의한 위치 에너지에 의해 가압 이송될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 원수에 에너지를 부여하고 송수되도록 하는 송수 펌프를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 원수를 저수하고 상기 송수관으로 공급하는 원수 수조를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 기체 주입기로 공급될 상기 오존 가스를 발생하여 공급하는 오존 발생기, 및 상기 오존 발생기로부터 공급되는 상기 오존 가스를 상기 기체 주입기로 이송하여 공급하는 오존 공급관을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 기체 주입기로 공급될 오존 가스 이외에 산소가스, 염소가스 또한 발생하여 공급하는 가스 공급관을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 기체 주입기의 종류는 멤브레인형 기체 주입기, 마이크로버블형 기체 주입기, 타공형 주입기 등의 주관로 내부 관로 면적 전체에 균일하게 직접 주입할 수 있는 STS304, STS316, STS316L, 아스텔루이, PP, PE 등의 재질의 기체 주입기를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 미세기포로 주입된 오존가스가 판형 혼합 반응기, 다중 분사 반응기를 복합적으로 이용하는 것에 의해 접촉 반응을 촉진시킨 후, 초음파 발생장치를 통해 초음파 공동현상이 일어나고, 더욱 접촉반응이 촉진되어져, 오존과 원수의 2차 촉진 반응 및 초음파에 의한 수처리 효과를 동시에 얻을 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 방류관에서 방류되는 상기 처리수를 저수하는 방류 수조, 및 상기 방류관의 끝단에 구비되어 상기 방류 수조 내의 수중으로 상기 처리수를 분사하는 분사 수단을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기로부터 공급되는 상기 오존 혼합수 내의 상기 원수와 상기 오존 가스의 접촉 반응을 촉진하며 반응 처리된 상기 처리수를 상기 방류관으로 공급하는 주반응기를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기는, 상기 판형 혼합 반응기, 상기 다중 분사 반응기, 상기 분할 전단 반응기, 상기 다중 분사 반응기의 순서로 구비될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 주반응기 후단과, 방류관 전단에 선택적으로 초음파 발생장치를 설치하여, 전처리 과정에서 반응되지 않은 오존의 반응을 극대화 및 잔류 오존을 제로화하여, 오존에 의한 냄새피해를 최소화할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 관수로형 체류조는, 기체의 외부 유출 없이, 유체와의 반응을 지속적으로 시킬 수 있는 밀폐된 관수로형으로 할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 주반응기는, 상기 오존 혼합수를 분사 및 역류 혼합하여 접촉 반응을 일으키는 분사 역방향 혼합 반응기, 및 상기 분사 역방향 혼합 반응기를 내장하며 상기 분사 역방향 혼합 반응기로부터 배출되는 상기 처리수를 수용한 다음 배출하는 반응 탱크로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 반응 탱크에 내장되며 상기 오존 혼합수를 접촉 반응시킨 다음 상기 분사 역방향 혼합 반응기로 배출하는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 분사 역방향 혼합 반응기는, 상기 오존 혼합수가 유입되는 선단은 개방되고 유출되는 후단은 단면이 축소되어 중심부에 분사공이 형성되는 분사 배관, 및 상기 분사 배관에서 분사되는 상기 오존 혼합수를 부딪혀 역류시키도록 후단에 오목 반사판이 형성되고 일측에 상기 처리수를 배출하는 배출구를 갖는 후방 배관으로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 기체 주입기는, 상기 송수관으로부터 공급되는 상기 원수를 내부 이송하는 메인 배관, 및 상기 메인 배관 내에 구비되며 다수개의 분사공을 통해 공급되는 상기 오존 가스를 초미세 기포 형태로 상기 원수의 수중으로 분사하는 다공관으로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 판형 혼합 반응기는, 상기 기체 주입기로부터 공급되는 상기 오존 혼합수의 유로 및 유속을 변경시키도록 직경이 점차 축소되는 형태로 구비되는 유입 축소관, 상기 유입 축소관으로부터 공급되는 상기 오존 혼합수를 내부 이송하는 후방 배관, 및 상기 후방 배관의 내측면 상에 돌출되도록 다수개 구비되어 상기 오존 혼합수의 방향 및 유속을 변경시키고 분할 및 전단하여 접촉시키는 돌출 부재로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 다중 분사 반응기는, 상기 오존 혼합수를 내부 이송하는 메인 배관, 및 상기 메인 배관 내에 상기 오존 혼합수의 흐름 방향과 직교되는 방향으로 구비되며 상기 오존 혼합수가 통과되는 다수개의 관통공을 갖는 차단 다공판으로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 분할 전단 반응기는, 상기 오존 혼합수를 내부 이송하는 메인 배관, 및 상기 메인 배관 내에 길이 방향을 따라 반복되게 구비되는 만곡된 판 형태의 나선형 블레이드로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 방류관의 도중에서 분기되어 상기 처리수의 일부를 재처리를 위해 상기 원수 수조 측으로 이송하는 순환관, 및 상기 순환관을 통해 공급되는 상기 처리수와 상기 원수 수조로부터 공급되는 상기 원수를 혼합하여 상기 송수관으로 공급하는 혼합 공급기를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 혼합 공급기는, 상기 처리수와 상기 원수를 내부 이송하면서 혼합하는 혼합 배관, 및 상기 혼합 배관 내에 구비되어 이물질을 걸러내는 스트레이너로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 오존 가스 주입 시 및 접촉 반응 시의 에너지 사용을 대폭 줄일 수 있음에 따라 처리 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
또한, 저에너지 사용형이면서 효율이 우수한 반응기들을 복합적으로 사용하고 반응 처리된 처리수의 일부를 재처리시킴에 따라 적은 양의 오존을 사용하여 완벽한 수처리를 기할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
그리고, 신속한 처리도 가능함에 따라 처리 생산성도 향상시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 대한 구성도이다.
도 4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 대한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템의 기체 주입기에 대한 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템의 판형 혼합 반응기에 대한 일부 절개 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템의 다중 분사 반응기에 대한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템의 분할 전단 반응기에 대한 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템의 분사 역방향 혼합 반응기에 대한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 대한 구성도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템의 혼합 공급기에 대한 개략 단면도이다.
처리 대상의 원수가 에너지를 갖고 이송 공급되는 송수관과, 상기 송수관으로부터 공급되어 이송되는 원수에 오존 가스를 초미세 기포 형태로 분산 주입하는 기체 주입기와, 상기 기체 주입기로부터 공급되어 이송되는 오존 혼합수 내의 상기 원수와 상기 오존 가스의 접촉 반응을 촉진시키는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기, 및 반응 처리된 처리수를 계속 이송하여 반응촉진을 시키는 관수로형 체류조와, 방류하는 방류관을 포함하고, 상기 관수로형 체류조는, 반응을 촉진시키기 위해 와류를 형성할 수 있는 상하 좌우 또는 상하 도류벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템에 대한 구성도이다.
본 발명에 따르면, 처리 대상의 원수에 대한 오존 가스의 주입을 위해 기체 주입기(140)를 사용함으로써 오존 가스 주입 시의 에너지 사용을 줄임과 아울러, 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180), 분할 전단 반응기(190), 분사 역방향 혼합 반응기(200)와 같은 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기들을 복합적으로 이용하는 것에 의해 접촉 반응 시의 에너지 사용도 줄임으로써, 종래의 인젝터, 스태틱 믹서 조합 방식에 비해 에너지 사용을 50~60% 정도 줄이게 된다.
그에 따라, 최소한의 에너지만을 사용하므로, 원수에 에너지를 부여하는 송수 펌프(130)를 생략하거나 저용량의 것으로 이용할 수 있고, 굳이 송수 펌프(130)를 사용하지 않고 원수의 보유 위치 에너지만을 이용하여 수처리를 실시할 수도 있다.
또한, 기체 주입기(140)에서 일부 접촉 반응이 이루어진 후, 저에너지 사용형이면서 효율이 우수한 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180), 분할 전단 반응기(190), 분사 역방향 혼합 반응기(200)를 복합적으로 사용하여 접촉 반응을 촉진시키므로, 오존 이용 효율을 99% 이상으로 향상시킬 수 있고 완벽한 정화 처리가 가능함으로써, 종래 방법으로 잘 처리되지 않던 난분해성 물질이 포함된 원수도 처리할 수 있음과 더불어, 잔류 오존량을 줄일 수 있고, 오존 사용량도 종전에 비해 20~30% 감소시켜 오존 발생 비용을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 오존 수처리 시스템은, 처리 대상의 원수를 저수하여 공급하는 원수 수조(110)와, 원수 수조(110)로부터 공급되는 원수를 이송하는 송수관(120)과, 수처리에 필요한 에너지를 원수에 부여하여 원수가 가압 이송되도록 하는 송수 펌프(130)와, 이송되는 원수에 주입될 적정 농도의 오존 가스를 발생하여 공급하는 오존 발생기(160)와, 오존 발생기(160)로부터 공급되는 오존 가스를 이송하여 공급하는 오존 공급관(165)과, 오존 공급관(165)을 통해 공급되는 오존 가스를 내부 이송되는 원수에 초미세 기포 형태로 분산 주입하는 기체 주입기(140)와, 기체 주입기(140)로부터 공급되어 이송되는 오존 혼합수 내의 원수와 오존 가스 간의 기액 접촉 반응을 촉진시키는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기와, 후속하여 원수와 오존 가스의 접촉 반응을 촉진하여 반응을 거의 완료하는 주반응기(230)와, 주반응기(230)로부터 배출되는 반응 처리된 처리수를 이송하여 방류하는 방류관(240)을 포함한다.
원수 수조(110)는 처리 대상의 원수를 유입하여 일시적으로 저수했다가 공급하는 것으로, 원수의 유입량 변동을 극복하고 시스템이 안정적으로 운전될 수 있는 용량으로 선정한다.
이러한 원수 수조(110)의 일측에는 원수가 배출되는 배출구가 구비되며, 해당 배출구는 송수관(120)의 일단과 연통되게 연결된다.
여기서, 원수 수조(110) 없이 바로 송수관(120)을 통해 원수가 공급되도록 할 수도 있으나, 원수의 안정적인 공급을 위해서는 원수 수조(110)가 구비되는 것이 바람직하다.
송수관(120)은 원수 수조(110)로부터 공급되는 원수를 내부 이송하여 공급하는 배관으로, 일단은 원수 수조(110)의 배출구에 연결되고 타단은 기체 주입기(140)의 선단에 연결되어 원수를 기체 주입기(140)로 공급한다.
이러한 송수관(120)은 송수되는 원수의 에너지 손실이 최소화될 수 있도록 설계되어 구비된다.
송수 펌프(130)는 원수에 수처리에 필요한 에너지를 부여하여 원수가 일정 압력 및 유량으로 흡인, 가압 송수되도록 하는 것으로, 유량과 양정에서 운전 효율이 우수한 것을 선정하여 사용한다.
본 발명에 따르면, 원수에 적은 에너지만을 부여하여도 원활히 수처리 가능하므로, 원수에 에너지를 부여하는 송수 펌프(130)를 생략하거나 작은 용량의 것으로 이용할 수 있으며, 굳이 송수 펌프(130)를 사용하지 않고 원수가 낙차에 의한 위치 에너지만을 갖고 공급되도록 할 수도 있고, 이때 낙차 에너지의 부여는 송수관(120)을 수직되도록 구비시키는 것 등에 의해 구현할 수 있다.
오존 발생기(160)는 이송되는 원수에 주입될 적정 농도 및 용량의 오존 가스를 발생하여 공급하는 것으로, 별도의 원료 가스 탱크(150)로부터 원료 가스를 공급받아 오존을 발생시킨다.
이러한 오존 발생기(160)는 원료 가스가 산소 또는 건조 공기인 경우 소정의 압력 상태로 공급되는 원료 가스를 전장(電場)에 통과시켜 산소 분자의 일부가 산소 원자로 분리된 후 분리된 산소 원자가 다른 산소 분자와 결합되도록 하는 것에 의해 오존을 발생시킬 수 있다.
원료 가스 탱크(150)는 오존 발생에 필요한 원료 가스를 오존 발생기(160)로 공급하는 것으로, 해당 원료 가스는 산소 또는 건조 공기일 수 있다.
오존 공급관(165)은 오존 발생기(160)로부터 공급되는 오존 가스를 내부 이송하여 기체 주입기(140)로 공급하며, 일단은 오존 발생기(160)에 연결되고 타단은 기체 주입기(140)에 연결된다.
이러한 오존 공급관(165)은 원수 송수압의 일시적인 부조화에 따른 기체 주입기(140)로부터의 원수의 역류를 방지하여 오존 발생기(160)를 보호할 수 있도록 적절히 설계될 수 있다.
물론, 원수의 역류를 보다 완벽하게 차단하기 위해 오존 공급관(165) 상에는 체크 밸브와 같은 별도의 역류 방지 수단(미도시)이 구비될 수도 있다.
또한, 상기 기체 주입기(140)로 공급될 오존 가스 이외에 산소가스, 염소가스 또한 발생하여 공급하는 가스 공급관(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 원료 가스 탱크(150)와 오존 공급관(165) 간을 직접적으로 연결하여 필요 시점에서 고압 상태의 원료 가스를 바로 기체 주입기(140)로 공급하여 기체 주입기(140)의 오염, 막힘 등을 해결하고 정비하기 위한 원료 가스 공급관(155)이 구비된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오존 수처리 시스템에 대한 다른 구성도를 나타낸 것으로서, 상기 도 1의 설명에서 나타낸 기체 주입기(140), 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180)로 이루어지는 부분에 사이드 스트림(Side stream)의 구성을 추가한 것이다.
이는 기체 주입 방식의 다양한 방법을 추가하기 위하여 이루어진 것이며, 기체 주입기(140)의 종류에 의해 주입 방식이 달라지기도 하지만, 배관의 구성에 의해서도 주입 방식이 달라지기 때문에, 도 1과 같은 풀 스트림 인젝션(Full stream injection) 방식 이외에도 도 2와 같이 사이드 스트림 인젝션(Side stream injection) 방식을 추가하여 나타낸 것이다.
사이드 스트림 인젝션의 경우 기존 방식과는 다르게 사이드 스트림 비율을 최소화하여 동력비를 최소화하고, 혼합이 잘 이루어지는 특징이 있다.
사이드 스트림은 상기 기체 주입기(140)에 보조 관로(300)를 추가하고, 유입 유량의 일부를 펌프를 이용하여 보조 관로(300)로 흘려 보내고, 이젝터(310)를 이용하여 기체를 주입하는 방식이다.
보조 관로(300)의 후단에는 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180)를 하나 이상 복합적으로 이용하는 것에 의해 접촉 반응을 촉진시킬 수 있으며, 촉진된 기액수는 다시 기체 주입기(140) 내로 이동되어 혼합되도록 이루어져 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오존 수처리 시스템에 대한 또 다른 구성도를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4에 도시된 구성 또한 상기 도 1의 설명에서 나타낸 구성과 유사하며, 분할 전단 반응기(190) 후단에 초음파 발생장치(330) 및 초음파 진동장치(320)를 하나 이상 추가하여 나타내었고, 도 4는 도 3의 구성에 덧붙여 방류관(240) 전단에 초음파 발생장치(330)를 연결하고, 방류 수조(270) 전단에 관수로형 체류조(340)를 부가하여 나타낸 것이다.
상기 설치되는 초음파 발생장치(330)는 반응기의 촉진반응을 좀 더 촉진시킨다. 또한, 상기 초음파 발생장치(330) 후단에 초음파 진동장치(320)를 설치하여, 잔류 오존의 반응을 극대화하여 후단 오존 냄새에 의한 피해를 최소화할 수 있다.
도 4의 관수로형 체류조(340)는 기체주입, 접촉 반응중인 처리수를 기체와의 반응을 더욱 촉진시키기 위해 필요하다.
기존 방류 수조(270) 전단에 전체 구조물이 밀폐된 관수로형 체류조(340)를 설치하고, 상기 관수로형 체류조(340) 내부에는 반응을 촉진시키기 위한 와류를 형성할 수 있는 상하, 좌우 도류벽을 설치한다. 관수로형 체류조(340)는 기체의 외부 유출 없이, 유체와의 반응을 지속적으로 시킬 수 있도록 밀폐되는 것을 특징으로 한다.
도 3 및 도 4의 구성에는 공통적으로, 풀 스트림 인젝션(Full stream injection) 방식 및 사이드 스트림 인젝션(Side stream injection) 방식의 후단에 초음파 발생장치(330) 및 초음파 진동장치(320)를 설치하여, 미세 기포로 주입된 오존이 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180)를 복합적으로 이용하는 것에 의해 접촉 반응을 촉진시킨 후, 초음파 발생장치(330) 및 초음파 진동장치(320)를 통해 초음파 공동 현상이 일어나고, 더욱 접촉 반응이 촉진되어져, 오존과의 반응 촉진 및 초음파에 의한 수처리 효과를 얻을 수 있다.
또한, 방류관(240) 전단에 초음파 발생장치(330)를 추가 설치하여, 전단에서 반응되지 않은 오존의 반응을 극대화하여, 방류 수조(270) 처리 후에도 오존에 의한 냄새 피해를 최소화할 수 있다.
기체 주입기(140)는 오존 공급관(165)을 통해 공급되는 오존 가스의 자체 압력을 이용하여 내부 이송되는 원수의 수중으로 오존 가스를 분산되게 주입한다.
상기 기체 주입기의 종류는 멤브레인형 기체 주입기, 마이크로버블형 기체 주입기, 타공형 주입기 등의 주관로 내부 관로 면적 전체에 균일하게 직접 주입할 수 있는 STS304, STS316, 아스텔루이, PP, PE 등의 재질의 기체 주입기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 기체 주입기(140)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 송수관(120)으로부터 공급되는 원수를 내부 이송하는 메인 배관(144)과, 메인 배관(144) 내에 소 직경의 관 형태로 구비되고 그 외측면 상에 전반적으로 형성된 수많은 초미세 분사공(146a)을 통해 오존 가스를 초미세 기포 형태로 수중 분사하는 다공관(146) 및 외부의 오존 공급관(165)과 내부의 다공관(146)을 연결하여 오존 가스를 공급하는 가스 연결관(142)으로 이루어진다.
여기서, 메인 배관(144)은 양단이 개방되며, 그 양단에는 배관 연결을 위한 플랜지부(144a)가 형성된다.
그리고, 다공관(146)은 오존 가스를 초미세 기포 형태로 만들어 분산되게 분사하는 것으로, 도시된 바와 같이 길이 방향을 따라 길게 구비되며, 다수개가 균등하게 배치되도록 구비될 수 있다.
이러한 다공관(146)은 가스 연결관(142)과 연결되는 부분을 제외하고는 폐쇄되도록 구비되며, 그 외측면 상에 초미세 분사공(146a)들이 전반적으로 균일하게 배치되도록 구비된다.
따라서, 수많은 초미세 분사공(146a)을 통해 오존 가스를 초미세 기포 형태로 분산되게 주입하므로, 오존 가스의 초미세 기포가 내부 이송되는 원수 내에 신속하면서 균일하게 혼합, 용해될 수 있고, 그 결과 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응을 극대화시킬 수 있다.
이러한 기체 주입기(140)를 이용하면, 주입되는 오존 가스의 압력 손실을 200mbar 이하로 실현할 수 있음과 더불어, 무엇보다도 오존 가스 주입에 따른 원수의 에너지 사용을 최소화할 수 있고, 즉 기존의 인젝터를 이용하는 경우와 비교하여 원수의 에너지 사용을 1/20 정도로 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 에너지 사용을 최소화시키고 혼합 및 접촉 반응을 최대화시키기 위해 다공관(146) 상에 형성되는 각 초미세 분사공(146a)의 크기는 10㎛ 이하로 구현될 수 있다.
저에너지 사용형 기액 접촉 반응기는 이송되는 오존 혼합수의 에너지 사용을 최소화하면서 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응을 촉진시키는 것으로, 구체적으로 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180) 및 분할 전단 반응기(190)를 사용한다.
판형 혼합 반응기(170)는 오존 혼합수의 유로를 변경시키고 유속을 가속시키며, 오존 혼합수를 분할 및 전단시켜 접촉 반응을 촉진시킨다.
이러한 판형 혼합 반응기(170)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 점차 직경이 축소되는 관 형태로 구비되어 기체 주입기(140)로부터 공급되어 이송되는 오존 혼합수의 유로를 변경시키고 유속을 가속시키는 유입 축소관(172)과, 유입 축소관(172) 다음에서 오존 혼합수를 계속하여 이송시키는 후방 배관(174)과, 후방 배관(174)의 내측면 상에 돌출되도록 다수개 구비되어 오존 혼합수의 방향 및 유속을 변경시켜 난류 현상을 일으키고 오존 혼합수를 일부 분할 및 전단시키는 돌출 부재(176)로 이루어진다.
여기서, 판형 혼합 반응기(170)의 양단을 이루는 유입 축소관(172)의 선단과 후방 배관(174)의 후단에는 배관 연결을 위한 플랜지부(172a, 174a)가 형성된다.
유입 축소관(172)은 선단으로부터 후단으로 갈수록 점차 직경이 축소되도록 형성되어 이송되는 오존 혼합수의 유속을 가속시키고 유로를 변경시켜 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응을 촉진시킨다.
돌출 부재(176)는 후방 배관(174)의 내측면 상에 다수개가 균등하게 배치되도록 구비되는 것으로, 이송되는 오존 혼합수가 다수개의 돌출 부재(176)에 충돌되어 그 방향 및 유속이 변경되고 난류 현상이 발생되도록 함과 아울러, 그 일부가 분할 및 전단되도록 함으로써, 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응이 재차 촉진되도록 한다.
이러한 돌출 부재(176)는 도시된 바와 같이, 경사진 작은 판 형태로 구현될 수 있다.
다중 분사 반응기(180)는 판형 혼합 반응기(170)에서 반응 처리된 오존 혼합수를 계속 이송하면서 가속, 분할, 전단, 와류, 난류 및 역류시켜 접촉 반응을 재차 촉진시킨다.
이러한 다중 분사 반응기(180)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 판형 혼합 반응기(170)로부터 공급되는 오존 혼합수를 내부 이송하는 메인 배관(182)과, 메인 배관(182) 내에 오존 혼합수의 흐름 방향과 직교되는 방향으로 반복되게 구비되는 판 형태의 것으로 다수개의 관통공(184a)을 갖는 차단 다공판(184)으로 이루어진다.
여기서, 메인 배관(182)의 양단은 개방되며, 그 양단에는 배관 연결을 위한 플랜지부(182a)가 형성된다.
차단 다공판(184)은 메인 배관(182)의 길이 방향을 따라 이격되도록 다수개가 반복되게 구비된다.
따라서, 이송되는 오존 혼합수는 차단 다공판(184)에 순차적으로 부딪혀 흐름이 변경 또는 역류되거나 유속이 변화되고, 관통공(184a)을 통과하면서 유속이 가속됨과 아울러 일부 분할되며, 그에 따른 강력한 전단 작용 및 와류, 난류, 역류 작용에 의해 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응이 촉진될 수 있다.
이러한 다중 분사 반응기(180)는 기존의 스태틱 믹서 등에 비해 10배 정도 반응 효율이 우수한 반면, 에너지 소비는 83% 수준으로 매우 낮아 에너지 사용을 대폭 줄일 수 있다.
정리하면, 기체 주입기(140)와 판형 혼합 반응기(170)를 통과하면서 원수 내의 오존 가스의 분포가 매우 균일해지며, 다중 분사 반응기(180)를 통과하면서 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응이 본격화된다.
분할 전단 반응기(190)는 다중 분사 반응기(180)에서 반응 처리된 오존 혼합수를 계속 이송하면서 분할, 전단, 반전, 난류화시켜 접촉 반응을 재차 촉진시킨다.
이러한 분할 전단 반응기(190)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 다중 분사 반응기(180)로부터 공급되는 오존 혼합수를 내부 이송하는 메인 배관(192)과, 메인 배관(192) 내에 길이 방향을 따라 수직 방향의 것과 수평 방향의 것이 반복되도록 구비되어 오존 혼합수를 계속 양분하여 분할하는 만곡된 판 형태의 나선형 블레이드(194)로 이루어진다.
여기서, 메인 배관(192)의 양단은 개방되며, 그 양단에는 배관 연결을 위한 플랜지부(192a)가 형성된다.
따라서, 내부 이송되는 오존 혼합수는 각 나선형 블레이드(194)를 통과할 때마다 양분되도록 계속 분할되며, 나선형 블레이드(194)의 만곡된 형태에 따라 그 방향 및 유속이 가변되고, 각 나선형 블레이드(194)의 방향이 순차적으로 변경됨에 따라 반전 및 변환되어, 강력한 전단 및 난류 작용에 의해 원수와 오존 가스의 접촉 반응이 촉진될 수 있다.
여기서, 나선형 블레이드(194)의 개수를 n이라고 하면, 오존 혼합수가 분할되는 수는 2n이 된다.
이러한 분할 전단 반응기(190)는 다소 큰 에너지 사용을 유발하나 반응 효율 면에서 양호하다.
이상과 같은 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180) 및 분할 전단 반응기(190)는 모두 기존의 스태틱 믹서 등과 비교하여 오존 혼합수의 에너지 사용을 대폭 줄일 수 있는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기로서, 세 종류 반응기(170, 180, 190)의 채택 여부, 배치 순서 및 구비 대수는 선택적일 수 있다.
주반응기(230)는 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180) 및 분할 전단 반응기(190)를 거치면서도 아직 미처 반응되지 않은 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응을 촉진시켜 반응을 거의 완료시킨다.
이러한 주반응기(230)는 분사 역방향 혼합 반응기(200)를 필수적으로 내장하며, 해당 분사 역방향 혼합 반응기(200)의 전방에 상기한 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기를 선택적으로 내장한다.
도면 상에는 내장되는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기로서 분할 전단 반응기(190)를 채택한 경우를 나타낸다.
주반응기(230)는 상대적으로 큰 직경을 가지며 분사 역방향 혼합 반응기(200)로부터 배출되는 처리수를 내부 수용한 다음 배출하는 반응 탱크(210)와, 반응 탱크(210) 내에 내장되는 분할 전단 반응기(190) 및 분사 역방향 혼합 반응기(200)와, 반응 탱크(210) 내에 수용된 오존 혼합수 내에 잔존하는 산소 가스와 같은 배가스를 분리하여 배출하는 기액 분리 수단(220)으로 이루어진다.
여기서, 분사 역방향 혼합 반응기(200)는 분사 및 역류 혼합을 통해 접촉 반응을 재차 촉진시킨다.
이러한 분사 역방향 혼합 반응기(200)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 오존 혼합수가 유입되는 선단 측이 개방되고 유출되는 후단 측은 단면이 점차 축소되어 중심부에 분사공(222b)이 형성되는 분사 배관(222)과, 분사 배관(222)으로부터 분사되는 오존 혼합수를 역류시키는 오목 형태의 오목 반사판(224a)이 후단 측에 구비되고 일측 측벽에 반응 처리된 처리수의 배출을 위한 배출구(224b)를 갖는 후방 배관(224)으로 이루어진다.
여기서, 분사 배관(222)의 선단은 개방되며, 그 선단에는 배관 연결을 위한 플랜지부(222a)가 형성된다.
따라서, 분할 전단 반응기(190)로부터 공급되는 오존 혼합수는 분사 배관(222) 내부를 통과하여 분사공(222b)에서 분사되는 때에 오존 혼합수의 방향 및 유속이 변경되어 난류 작용이 발생되고, 또한 분사된 오존 혼합수가 후방 배관(224)의 내부를 통과하여 오목 반사판(224a)에 부딪히는 때에 난류, 와류 및 역류 작용이 발생되어 접촉 반응이 촉진된 다음, 접촉 반응이 거의 완료된 처리수는 후방 배관(224)의 일측 측벽에 형성된 배출구(224b)를 통해 배출되어 반응 탱크(210) 내로 수용된다.
이와 같은 분사 역방향 혼합 반응기(200)도 기존의 스태틱 믹서 등과 비교하여 오존 혼합수의 에너지 손실을 줄일 수 있는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기이다.
기액 분리 수단(220)은 기액 접촉 반응에 따라 발생되어 처리수 내에 잔존하는 산소 가스와 같은 배가스를 반응 탱크(210) 내의 처리수로부터 분리하여 배출시키는 것으로, 반응 탱크(210) 내의 압력을 유지시킨다.
이러한 기액 분리 수단(220)으로는 반응 탱크(210) 내의 상부 공간에 모이는 배가스를 선택적으로 방출시킬 수 있는 체크 밸브로 구현될 수 있다.
방류관(240)은 주반응기(230)의 반응 탱크(210)로부터 배출되는 처리수를 계속 이송하여 방류시키는 것으로, 반응 탱크(210)로부터 길게 연장된다.
이러한 방류관(240)은 이송되는 처리수의 에너지 손실이 최소화될 수 있도록 설계되어 구비된다.
나아가, 본 발명에 따르면, 처리수가 방류관(240)을 통해 목적하는 개소까지 이송되어 방류될 수 있으나, 바람직하게는 방류관(240)을 통해 방류되는 처리수를 최종적으로 수집하여 저수하도록 방류 수조(270)가 더 구비될 수 있다.
방류 수조(270)는 처리수를 최종 수집하여 안전하게 배출되도록 하는 것으로, 처리수의 유입량 및 유출량 변동을 극복하고 시스템이 안정적으로 운전될 수 있는 용량으로 선정된다.
그리고, 방류관(240)을 통한 처리수의 방류에 따라 주반응기(230) 내의 압력이 저하되는 것을 최소화시키기 위해 방류관(240) 상에는 압력 유지 수단(250)이 구비될 수 있다.
이러한 압력 유지 수단(250)은 방류관(240)의 내부 유로를 축소시키는 구조를 통해 구현될 수 있다.
또한, 방류 수조(270) 내의 수중으로 처리수를 분사하여 방류함으로써 처리수가 잔류 에너지 및 오존을 이용하여 방류 수조(270) 내부에서 마무리 반응될 수 있도록 하기 위해 방류관(240)의 끝단에는 분사 수단(260)이 구비될 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이 원수 수조(110)로부터 방류 수조(270)까지 하나의 라인 형태로 이어지는 구성은 원수를 계속적으로 이송하면서 1회 처리하는 방식에 대한 것이다.
한편, 본 발명에 따르면, 원수 수질 및 처리 목표 등에 따라 2회 이상 반복 처리하는 방식을 구현할 수도 있으며, 이러한 반복 처리 방식의 구성을 도 10에 나타낸다.
반복 처리 방식에서는 주반응기(230)로부터 방류 수조(270)로 처리수를 이송하는 방류관(240)의 도중에서 분기되어 처리수의 일부를 원수 수조(110) 측으로 순환시키기 위한 순환관(280)이 더 구비된다.
즉, 주반응기(230)에서 반응 처리된 후 이송되는 처리수는 도중에서 방류관(240)과 순환관(280)으로 나누어져 각각 방류 수조(270)와 원수 수조(110) 측으로 공급된다.
그리고, 재처리를 위해 순환관(280)을 통해 공급되는 처리수와 원수 수조(110)로부터 공급되는 원수를 함께 흡입, 혼합하여 송수관(120)으로 공급할 수 있도록 원수 수조(110) 내에는 혼합 공급기(290)가 더 구비된다.
혼합 공급기(290)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 유입되는 선단 측이 직경이 큰 대경부로 형성되고 유출되는 측이 상대적으로 직경이 작은 소경부로 일체화되게 형성되는 혼합 배관(292)과, 소경부의 입구 측을 덮도록 대경부 내에 중심부에 구비되어 내부 이송되는 처리수와 원수에 함유된 이물질을 걸러내는 스트레이너(294)로 이루어진다.
따라서, 순환관(280)의 끝단은 혼합 배관(292)의 대경부 내로 삽입되어 스트레이너(294)에 접촉됨으로써 스트레이너(294)로 직접 처리수를 공급하며, 혼합 배관(292)의 대경부와 스트레이너(294)의 사이 공간을 통해 원수 수조(110) 내의 원수가 공급되어 처리수와 원수가 혼합된 다음 송수관(120)으로 공급된다.
덧붙여, 미도시하였으나, 본 발명에 따른 오존 수처리 시스템은 자동 운전이 가능하도록 전반적인 작동 제어를 실시하는 제어 패널을 더 구비할 수 있고, 상기한 송수관(120), 오존 공급관(165), 원료 가스 공급관(155), 방류관(240) 및 순환관(280) 상에는 유체의 공급을 개폐하기 위한 밸브 수단(V)과, 유체의 압력 및 유량을 측정하기 위한 유압계(P) 및 유량계(F)들이 구비될 수 있다.
또한 덧붙여, 각 엘레먼트 및 그에 부속되는 부속 엘레먼트의 크기, 개수, 구조 등은 처리 대상의 원수 수질 및 수량, 목표 수질, 오존 가스 주입량 등을 고려하여 적절히 결정될 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템의 작용에 대해 이하 설명한다.
먼저, 송수 펌프(130)가 작동되면, 원수 수조(110) 내에 저수된 처리 대상의 원수가 흡입되어 송수관(120)을 통해 이송된 다음 기체 주입기(140)로 공급된다.
이때, 원수는 송수 펌프(130)에 의해 수처리에 필요한 에너지를 부여받는다.
물론, 송수 펌프(130)를 사용하지 않고 원수가 낙차에 의한 위치 에너지를 부여받고 송수관(120)을 통해 공급되도록 할 수도 있다.
이어서, 기체 주입기(140)로 공급된 원수는 기체 주입기(140)의 내부를 흐르며, 이때 오존 발생기(160)에서 발생된 다음 적정 압력을 갖은 상태로 오존 공급관(165)을 통해 공급되는 오존 가스가 해당 기체 주입기(140) 내의 다공관(146)을 통해 초미세 기포 형태로 분산되게 분사되어 내부를 흐르는 원수에 주입되어 혼합된다.
그 후, 오존 혼합수는 계속하여 판형 혼합 반응기(170)로 공급되어 판형 혼합 반응기(170)에서 가속, 난류, 분할, 전단되어 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응이 이루어진다.
그 다음, 계속하여 오존 혼합수는 다중 분사 반응기(180)로 공급되어 다중 분사 반응기(180)에서 가속, 분할, 전단, 와류, 난류, 역류되어 원수와 오존 가스 간의 접촉 반응이 재차 이루어진다.
이어서, 오존 혼합수는 계속하여 분할 전단 반응기(190)로 공급되어 분할 전단 반응기(190)에서 분할, 전단, 반전, 난류화되어 접촉 반응이 재차 이루어진다.
그 후, 오존 혼합수는 다시 한번 다중 분사 반응기(180)를 통과하면서 반응이 촉진된 다음, 주반응기(230)로 공급된다.
주반응기(230)로 공급된 오존 혼합수는 해당 주반응기(230)에 내장된 분할 전단 반응기(190)를 통과하여 재차 반응이 촉진된 후, 분사 역방향 혼합 반응기(200)로 공급되어 분사 역방향 혼합 반응기(200)에서 가속, 난류, 와류, 역류되어 재차 반응이 이루어진다.
그 다음, 분사 역방향 혼합 반응기(200)로부터 배출되는 오존 혼합수는 주반응기(230)의 반응 탱크(210) 내로 배출되어 수용되며, 반응 탱크(210) 내에서 체재하는 동안 처리수 내에 잔존하는 배가스가 기액 분리 수단(220)에 의해 분리 배출되어 제거된다.
그 후, 주반응기(230)까지 거쳐 거의 수처리가 완료된 처리수는 이후 주반응기(230)의 반응 탱크(210)로부터 배출되어 방류관(240)을 통해 이송된 다음, 해당 방류관(240)의 끝단에 구비되어 있는 분사 수단(260)을 통해 방류 수조(270) 내의 수중으로 방류되며, 이어서 방류 수조(270) 내에서 잔류 에너지 및 잔류 오존을 이용하여 마무리 반응된다.
그리고, 반복 처리 방식의 경우에는 방류관(240)을 통해 이송되는 처리수 중의 일부가 도중에서 분기되는 순환관(280)으로 나뉘어져 원수 수조(110) 측으로 공급되며, 재처리를 위해 순환된 처리수는 혼합 공급기(290)에서 원수와 함께 흡입, 혼합된 다음 다시 송수관(120)을 통해 송수된다.
이로써, 본 발명에 의하면, 기체 주입기(140)를 이용하여 오존 가스 주입 시의 에너지 사용을 대폭 줄일 수 있고, 또한 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기들을 사용하여 접촉 반응 시의 에너지 사용도 대폭 줄일 수 있으므로, 결과적으로 처리 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 판형 혼합 반응기(170), 다중 분사 반응기(180), 분할 전단 반응기(190) 및 분사 역방향 혼합 반응기(200)와 같은 저에너지 손실형 반응기들을 복합적으로 사용하고, 필요에 따라 처리수의 일부를 순환시켜 재처리하므로, 완벽한 수처리를 기할 수 있다.
그리고, 전 과정을 거치는데 소요되는 처리 시간도 종래의 산기 방식에 비해 약 1/10 정도로 단축될 수 있어, 처리 생산성도 우수할 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
[부호의 설명]
110 : 원수 수조 120 : 송수관
130 : 송수 펌프 140 : 기체 주입기
142 : 가스 연결관 144 : 메인 배관
144a : 플랜지부 146 : 다공관
146a : 분사공 150 : 원료 가스 탱크
155 : 원료 가스 공급관 160 : 오존 발생기
165 : 오존 공급관 170 : 판형 혼합 반응기
172 : 유입 축소관 172a : 플랜지부
174 : 후방 배관 174a : 플랜지부
176 : 돌출 부재 180 : 다중 분사 반응기
182 : 메인 배관 182a : 플랜지부
184 : 차단 다공판 184a : 관통공
190 : 분할 전단 반응기 192 : 메인 배관
192a : 플랜지부 194 : 나선형 블레이드
200 : 분사 역방향 혼합 반응기 222 : 분사 배관
222a : 플랜지부 222b : 분사공
224 : 후방 배관 224a : 오목 반사판
224b : 배출구 210 : 반응 탱크
220 : 기액 분리 수단 230 : 주반응기
240 : 방류관 250 : 압력 유지 수단
260 : 분사 수단 270 : 방류 수조
280 : 순환관 290 : 혼합 공급기
292 : 혼합 배관 294 : 스트레이너
300 : 보조 관로 310 : 이젝터
320 : 초음파 진동장치 330 : 초음파 발생장치
340 : 관수로형 체류조
F : 유량계 P : 압력계
V : 밸브 수단

Claims (25)

  1. 처리 대상의 원수가 에너지를 갖고 이송 공급되는 송수관과,
    상기 송수관으로부터 공급되어 이송되는 원수에 오존 가스를 초미세 기포 형태로 분산 주입하는 기체 주입기와,
    상기 기체 주입기로부터 공급되어 이송되는 오존 혼합수 내의 상기 원수와 상기 오존 가스의 접촉 반응을 촉진시키는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기, 및 반응 처리된 처리수를 계속 이송하여 반응촉진을 시키는 관수로형 체류조와, 방류하는 방류관을 포함하고,
    상기 관수로형 체류조는, 반응을 촉진시키기 위해 와류를 형성할 수 있는 상하 좌우 또는 상하 도류벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기는,
    판형 혼합 반응기, 다중 분사 반응기, 분할 전단 반응기 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 송수관을 통해 공급되는 상기 원수는,
    낙차에 의한 위치 에너지에 의해 가압 이송되는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 원수에 에너지를 부여하고 송수되도록 하는 송수 펌프를 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 원수를 저수하고 상기 송수관으로 공급하는 원수 수조를 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기체 주입기로 공급될 상기 오존 가스를 발생하여 공급하는 오존 발생기, 및 상기 오존 발생기로부터 공급되는 상기 오존 가스를 상기 기체 주입기로 이송하여 공급하는 오존 공급관을 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기체 주입기로 공급될 오존 가스 이외에 산소가스, 염소가스 또한 발생하여 공급하는 가스 공급관을 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기체 주입기의 종류는 멤브레인형 기체 주입기, 마이크로버블형 기체 주입기, 타공형 주입기의 주관로 내부 관로 면적 전체에 균일하게 직접 주입할 수 있는 STS304, STS316, STS316L, 아스텔루이, PP, PE 재질의 기체 주입기를 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    미세기포로 주입된 오존가스가 판형 혼합 반응기, 다중 분사 반응기를 복합적으로 이용하는 것에 의해 접촉 반응을 촉진시킨 후, 초음파 발생장치를 통해 초음파 공동현상이 일어나고, 더욱 접촉반응이 촉진되어져, 오존과 원수의 2차 촉진 반응 및 초음파에 의한 수처리 효과를 동시에 얻을 수 있는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기체 주입기에 보조 관로를 추가하고, 유입 유량의 일부를 펌프를 이용하여 보조 관로로 흘려 보내고, 이젝터를 이용하여 기체를 주입시키는 사이드 스트림 구성을 더 포함하고,
    보조 관로의 후단에는 판형 혼합 반응기, 다중 분사 반응기를 하나 이상 복합적으로 이용하는 것에 의해 접촉 반응을 촉진시킬 수 있으며, 촉진된 기액수는 다시 기체 주입기 내로 이동되어 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는 오존 수처리 시스템.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 방류관에서 방류되는 상기 처리수를 저수하는 방류 수조, 및 상기 방류관의 끝단에 구비되어 상기 방류 수조 내의 수중으로 상기 처리수를 분사하는 분사 수단을 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기로부터 공급되는 상기 오존 혼합수 내의 상기 원수와 상기 오존 가스의 접촉 반응을 촉진하며 반응 처리된 상기 처리수를 상기 방류관으로 공급하는 주반응기를 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 주반응기 후단과 방류관 전단에 선택적으로 초음파 발생장치를 설치하여, 전처리 과정에서 반응되지 않은 오존의 반응을 극대화 및 잔류 오존을 제로화하여, 오존에 의한 냄새피해를 최소화할 수 있도록 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  14. 제 2항에 있어서,
    상기 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기는,
    상기 판형 혼합 반응기, 상기 다중 분사 반응기, 상기 분할 전단 반응기, 상기 다중 분사 반응기의 순서로 구비되는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 관수로형 체류조는, 기체의 외부 유출 없이, 유체와의 반응을 지속적으로 시킬 수 있는 밀폐된 관수로형으로 하는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 주반응기는,
    상기 오존 혼합수를 분사 및 역류 혼합하여 접촉 반응을 일으키는 분사 역방향 혼합 반응기, 및 상기 분사 역방향 혼합 반응기를 내장하며 상기 분사 역방향 혼합 반응기로부터 배출되는 상기 처리수를 수용한 다음 배출하는 반응 탱크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 반응 탱크에 내장되며 상기 오존 혼합수를 접촉 반응시킨 다음 상기 분사 역방향 혼합 반응기로 배출하는 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기를 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 저에너지 사용형 기액 접촉 반응기는,
    판형 혼합 반응기, 다중 분사 반응기, 분할 전단 반응기 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 분사 역방향 혼합 반응기는,
    상기 오존 혼합수가 유입되는 선단은 개방되고 유출되는 후단은 단면이 축소되어 중심부에 분사공이 형성되는 분사 배관, 및 상기 분사 배관에서 분사되는 상기 오존 혼합수를 부딪혀 역류시키도록 후단에 오목 반사판이 형성되고 일측에 상기 처리수를 배출하는 배출구를 갖는 후방 배관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 기체 주입기는,
    상기 송수관으로부터 공급되는 상기 원수를 내부 이송하는 메인 배관, 및 상기 메인 배관 내에 구비되며 다수개의 분사공을 통해 공급되는 상기 오존 가스를 초미세 기포 형태로 상기 원수의 수중으로 분사하는 다공관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  21. 제 2항에 있어서,
    상기 판형 혼합 반응기는,
    상기 기체 주입기로부터 공급되는 상기 오존 혼합수의 유로 및 유속을 변경시키도록 직경이 점차 축소되는 형태로 구비되는 유입 축소관,
    상기 유입 축소관으로부터 공급되는 상기 오존 혼합수를 내부 이송하는 후방 배관, 및 상기 후방 배관의 내측면 상에 돌출되도록 다수개 구비되어 상기 오존 혼합수의 방향 및 유속을 변경시키고 분할 및 전단하여 접촉시키는 돌출 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  22. 제 2항에 있어서,
    상기 다중 분사 반응기는,
    상기 오존 혼합수를 내부 이송하는 메인 배관, 및 상기 메인 배관 내에 상기 오존 혼합수의 흐름 방향과 직교되는 방향으로 구비되며 상기 오존 혼합수가 통과되는 다수개의 관통공을 갖는 차단 다공판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  23. 제 2항에 있어서,
    상기 분할 전단 반응기는,
    상기 오존 혼합수를 내부 이송하는 메인 배관, 및 상기 메인 배관 내에 길이 방향을 따라 반복되게 구비되는 만곡된 판 형태의 나선형 블레이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 방류관의 도중에서 분기되어 상기 처리수의 일부를 재처리를 위해 상기 원수 수조 측으로 이송하는 순환관, 및 상기 순환관을 통해 공급되는 상기 처리수와 상기 원수 수조로부터 공급되는 상기 원수를 혼합하여 상기 송수관으로 공급하는 혼합 공급기를 더 포함하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 혼합 공급기는,
    상기 처리수와 상기 원수를 내부 이송하면서 혼합하는 혼합 배관, 및 상기 혼합 배관 내에 구비되어 이물질을 걸러내는 스트레이너로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저에너지를 사용하는 오존 수처리 시스템.
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