WO2023282470A1 - 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 iot 제어 고도 산화 공정 시스템 - Google Patents

저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 iot 제어 고도 산화 공정 시스템 Download PDF

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WO2023282470A1
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ozone
water
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tank
process system
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김민환
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주식회사 캐스트
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G16Y20/10—Information sensed or collected by the things relating to the environment, e.g. temperature; relating to location

Definitions

  • the present invention enables stable plasma discharge, high energy efficiency, and miniaturization / slimming of the device itself, but has advanced nano / micro bubble injecting splatter dissolution technology and IoT control technology to apply smart eco-friendly water treatment sterilization technology It relates to advanced oxidation process systems.
  • AOP advanced oxidation process
  • UV ultraviolet
  • hydrochloric acid to generate highly reactive hydroxyl radicals (OH-Radical ) and a chemical oxidation process that removes organic contaminants by generating various active species.
  • this advanced oxidation process sterilizes pathogenic microorganisms in water and various organic substances (chlorine, recalcitrant organic substances, industrial chemicals, toxic chemicals, persistent organic substances, endocrine disruptors). substances, etc.), heavy metals and carcinogenic substances such as THM (trihalomethane).
  • organic substances chlorine, recalcitrant organic substances, industrial chemicals, toxic chemicals, persistent organic substances, endocrine disruptors). substances, etc.
  • heavy metals and carcinogenic substances such as THM (trihalomethane).
  • Figure 4 is a graph showing the average and standard deviation of THM using various disinfection methods.
  • "a” indicates that chlorination, EGMO, UV irradiation, UV / chlorine and ozone / chlorine are not significantly different from each other.
  • "b” indicates that EGMO is significantly different from UV irradiation and ozone/chlorine.
  • ozone is first pressurized with a compressor to pressurize wastewater into high-pressure wastewater.
  • a nano/micro bubble method that reacts pollutants and fine ozone while discharging it into wastewater under normal pressure to form fine ozone bubbles and floating them, and a method using an injection splatter that effectively dissolves them in water have been tried. It became.
  • the above nano/micro bubble method and injecting splatter have a smaller bubble size and a larger surface area than when bubbles are generated by a conventional ejector, so that an increase in the decomposition reaction efficiency can be expected by increasing the contact efficiency of ozone. way.
  • UV ultraviolet rays
  • a perforated plate is installed around the lamp to allow ozone to pass around the lamp.
  • a method of inducing the decomposition reaction of ozone and a photocatalyst coated on the perforated plate were expected to improve the decomposition reaction efficiency by OH radicals generated by the photocatalyst irradiated with ultraviolet rays decomposing ozone.
  • a water treatment device and method using such an advanced oxidation process are disclosed in Korean Patent Publication No. 109288, Registration No. 289275, and No. 541573.
  • the present invention makes it possible to apply a plasma device capable of implementing stable plasma discharge, high energy efficiency and miniaturization to water treatment for the generation of ozone used in the advanced oxidation process, and applies nano/micro bubble and injecting splatter technology. Therefore, the purpose is to improve ozone dissolution and reactivity, and to build usage environment data through the grafting of IoT control technology to realize a smart eco-friendly ozone sterilization control solution.
  • the smart IoT controlled advanced oxidation process system using low-temperature microplasma-based ozone is an advanced oxidation process system that uses ozone to sterilize raw water and then resupplies it to the raw water tank.
  • An ozone generator 100 that produces and provides ozone by supplied oxygen, and a nano/micro bubble and injecting splatter device in which the ozone generated in the ozone generator 100 and raw water for water quality improvement are mixed and dissolved ( 430), an ozone dissolution tank 200 including an ozone dissolution tank 200, and ozone decomposition provided to accommodate the sludge and residual ozone discharged from the ozone dissolution tank 200 and treat the residual ozone by an ozone treatment device provided outside
  • the water quality information preferably includes at least one of ozonated water concentration, oxidation-reduction potential (ORP), and turbidity.
  • ORP oxidation-reduction potential
  • the advanced oxidation process system preferably further includes an ozone meter 500 for measuring the concentration and flow rate of ozone produced by the ozone generator 100.
  • the ozone generator 100 is based on a low-temperature micro-plasma generating cell with a micro-discharge of less than 100 ⁇ m, but preferably has an ozone production rate of 1 g/hr to 100 g/hr.
  • the injection splatter technology is applied to the nano/micro bubble method required for the advancement of ozone dissolution differently from the prior art, thereby improving the efficiency of ozone dissolution and reaction, and possessing IoT control technology in the process of water quality treatment. It is possible to realize the effect of applying smart eco-friendly water treatment and sterilization technology.
  • FIG. 1 is a diagram showing a smart IoT controlled advanced oxidation process system using low-temperature microplasma-based ozone according to the present invention.
  • Fig. 2 is a plan view of Fig. 1;
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a smart IoT controlled advanced oxidation process system using low-temperature microplasma-based ozone according to the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the average and standard deviation of THM using various conventional disinfection methods.
  • 5 is a graph showing the experimental measurement and calculation results of the decrease of the L. pneumophila population (N) over time and the concentration of dissolved ozone.
  • the smart IoT controlled advanced oxidation process system using low-temperature microplasma-based ozone according to the present invention (hereinafter, simply referred to as a 'process system') is largely an ozone generator 100 , a nano/micro bubble and injecting splatter device 430, an ozone dissolution tank 200, an ozone decomposition tank 300, a sensor 400, and an ozone meter 500.
  • the ozone generator 100 generates ozone for sterilizing raw water supplied from the raw water tank 10, and the ozone generated in the ozone generator 100 using oxygen in the air is nano/micro
  • the solubility is increased through the bubble and injecting splatter device 430, and is transferred to the ozone dissolution tank 200, and sterilization is performed as water flowing into the ozone dissolution tank 200 and ozone are mixed.
  • the ozone generator 100 uses a technique of micro-discharging plasma (less than 100 ⁇ m) to minimize power consumption while maximizing plasma efficiency.
  • the ozone generator 100 is an eco-friendly technology that can be used by applying a customized cell/modular type of various sizes, but uses an acid furnace in the air to produce ozone and OH Radical that are effective for sterilization, and can be reduced back to oxygen after sterilization.
  • the ozone generator 100 is based on ozone production of 1 g / hr to 5 g / hr, but improves energy efficiency by using an air-cooled device having an ozone generation capacity of up to 100 g / hr depending on whether a modular type is applied. Use what can be promoted.
  • the process system 1 in the present invention may further include an ozone meter 500 for measuring the concentration and flow rate of ozone generated by the ozone generator 100 described above.
  • the nano/micro bubble and injecting splatter device 430 expands the gas reaction surface area for increasing the ozone reactivity between the ozone generated by the ozone generator 100 and the raw water to be sterilized, thereby improving the reaction efficiency is a composition for
  • the ozone generated in the ozone generator 100 generates negative pressure through a spinner generated from high-pressure rotation of raw water, and is injected into water using this, and the gas bubble size is reduced to nano/micro size by the physical pressure generated at this time.
  • the dissolved ozone gas activates the agitation cycle again through the injecting splatter and maintains a uniform concentration, thereby constructing a state optimized for the progress of the sterilization reaction in the final dissolution tank.
  • the ozone supplied to the ozone dissolution tank 200 is finely mixed with the raw water like a fog phenomenon to suppress the ozone gas from floating on the water, and to maximize the contact efficiency between the raw water and ozone while the ozone stays in the raw water.
  • the ozone dissolution tank 200 is configured to mix and dissolve the ozone generated by the above-described ozone generator 100 and raw water to be sterilized.
  • ozone and raw water flowing into the ozone dissolution tank 200 are supplied through a pump connected through a pipe, and a stirring facility may be additionally disposed inside to improve the dissolution rate.
  • the ozone supplied to the ozone dissolution tank 200 is finely mixed with the raw water like a fog phenomenon to suppress the ozone gas from floating on the water, and to maximize the contact efficiency between the raw water and ozone while the ozone stays in the raw water.
  • the injected ozone is dissolved until it reaches a set value (for example, ozone dissolves more than 95% to 98% with raw water), and it is oxidatively decomposed to return to water (H2O) and carbon dioxide (CO2), some of which is in water After remaining as oxidized sludge, it is transferred to a filter not shown.
  • a set value for example, ozone dissolves more than 95% to 98% with raw water
  • waste ozone which is undissolved surplus ozone gas, is removed from the ozone decomposition tank 300 together with the sludge, oxygenated and discharged to the atmosphere (air), and the treated water improved by ozone is separated through a separate independent pipe It has a structure that is re-supplied to the raw water tank through.
  • the dissolution rate of ozone is measured by the first sensor 410 constituting the sensor 400 of the present invention, and the first sensor 400 measures the concentration of ozone water dissolved in the ozone dissolution tank 200, Oxidation-reduction potential (ORP: Oxidation-Reduction Potential) and at least one of water quality information among turbidity can be analyzed, and the treatment water resupplied to the raw water tank also measures water collection information through a separate UV generator 420. Thus, whether or not to supply treated water can be determined according to the degree of purification.
  • ORP Oxidation-Reduction Potential
  • the information analyzed through the first sensor and the UV generators 410 and 420 is converted into data and stored/managed based on IoT control technology (hereinafter referred to as 'control technology') so that it can be used as information for water quality treatment, , Excess ozone gas, exhaust ozone, is supplied to the exhaust ozone remover through the control of the corresponding control technology so that it can be treated.
  • IoT control technology hereinafter referred to as 'control technology'
  • ICT Information and Communications Technology
  • the ozone decomposition tank 300 is configured to allow waste ozone, which is an excess of ozone used to improve the water quality of raw water in the above-described ozone dissolution tank 200, to be introduced together with the sludge to be decomposed.
  • the ozone decomposition tank 300 is pipe-connected to the output end of the ozone dissolution tank 200 and has a structure in which exhausted ozone can be supplied and received together with the sludge into the ozone decomposition tank 300 by the pressure of the pump, etc. , and includes an ozone treatment device to decompose waste ozone on the outside.
  • the ozone treatment device enables effective treatment of waste ozone using STCOD (Stackable Thermo-Catalyst Ozone Destruction) technology, and it is also possible to improve the efficiency of decomposition by connecting in series or parallel.
  • STCOD Stackable Thermo-Catalyst Ozone Destruction
  • the process system 1 uses the ozone generator 100 to which low-temperature micro-plasma technology is grafted, unlike the prior art, to achieve stable plasma discharge, high energy efficiency, and miniaturization/slimming of the device itself. effect that is possible.
  • the injection splatter technology is applied to the nano/micro bubble method required for the advancement of ozone dissolution differently from the prior art, thereby improving the efficiency of ozone dissolution and reaction, and possessing IoT control technology in the process of water quality treatment. It is possible to realize the effect of applying smart eco-friendly water treatment and sterilization technology.

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Abstract

본 발명은 안정적인 플라즈마 방전과 높은 에너지 효율 및 기기 자체의 소형/슬림화가 가능하되 IoT 제어기술을 보유하여 스마트화된 친환경 수처리 살균기술을 적용할 수 있는 고도 산화 공정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오존을 이용하여 원수를 살균 처리 후, 원수조에 재공급하는 고도 산화 공정 시스템에 있어서, 공급된 산소에 의해 오존을 생산 및 제공하는 오존 발생기와, 상기 오존 발생기에서 생성된 오존과 수질개선을 위한 원수가 서로 혼합 용해되는 오존 용해 탱크와, 상기 오존 용해 탱크에서 배출되는 슬러지와 배오존을 수용하되 외부에 구비된 오존처리장치에 의해 배오존이 처리될 수 있도록 구비되는 오존 분해 탱크와, 상기 오존 용해 탱크나 상기 오존 분해 탱크의 오존수 농도, 산화환원전위(ORP:Oxidation-Reduction Potential), 탁도 중 적어도 어느 하나의 수질정보를 분석하는 센서 및 상기 센서를 통해 분석된 정보를 저장 관리할 수 있게 데이터화하여 수질처리를 위한 정보로 활용할 수 있는 IoT 제어기술을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IOT 제어 고도 산화 공정 시스템
본 발명은 안정적인 플라즈마 방전과 높은 에너지 효율 및 기기 자체의 소형/슬림화가 가능하되 고도 나노/마이크로 버블 인젝팅 스플레터 용해기술과 IoT 제어기술을 보유하여 스마트화된 친환경 수처리 살균기술을 적용할 수 있는 고도 산화 공정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 고도 산화 공정(AOP)은 수처리 또는 폐수 처리에 이용되는 화학 공정으로 기존에 입증된 수처리 기술인 오존, 자외선(UV), 하이드로프록사이드 등을 복합적으로 적용하여 반응성이 좋은 수산기 라디칼(OH-Radical)과 각종 활성종을 생성시켜 유기 오염 물질들을 제거하는 화학적 산화 공정을 의미한다.
이러한 고도 산화 공정은 특히, 도 4 및 도 5에 도시한 그래프와 같이, 수중의 병원성 미생물을 살균하고 각종 유기물질(염소, 난분해성 유기물, 산업용 화학물질, 독성 화학물, 잔류성 유기물질, 내분비 교란 물질 등)과 중금속 및 발암성 물질인 THM(트리할로메탄) 등의 제거력이 탁월하다.
여기서, 도 4는 다양한 소독 방법을 사용한 THM의 평균 및 표준 편차를 나타낸 그래프로써, 참고적으로 "a"는 염소화, EGMO, UV 조사, UV/염소 및 오존/염소가 서로 크게 다르지 않음을 알 수 있으며, "b"는 EGMO가 UV 조사 및 오존/염소와 상당히 다르다는 것을 알 수 있다.
아울러, "c"는 UV 조사, UV/염소 및 오존/염소가 서로 크게 다르지 않음. "d"는 오존/UV/염소가 α = 0.05(p < 0.05)에서 염소화, EGMO, UV 조사, UV/염소 및 오존/염소와 크게 다름을 확인할 수 있다.
여기서, UV/과산화수소, UV/과산화수소/염소 및 오존/UV의 경우 평균을 비교하는 통계 분석은 데이터 포인트가 적어 수행하지 않은 자료이다.
또한, 도 5는 L. pneumophila 개체군(N)의 시간에 따른 감소 및 용존 오존 농도의 실험적 측정(개방 데이터 포인트) 및 계산(적색, 녹색 및 파란색 곡선)결과는 33μg l-1의 초기(t = 0) 오존 부하와 0.8mg l-1, 2.4mg l-1 및 3.1mg l-1의 세 가지 유기물(WOM) 부하 값에 대해 제공되며, 오차 막대는 세 번의 시도(반복)에 대한 하나의 표준 편차를 나타내며 모든 실험은 22°C(295K)에서 수행되었고, 빨간색, 녹색 및 파란색 곡선은 0.8 mg l-1, 2.4 mg l-1 및 3.1 mg l-1의 Wastewater Organic Matter(WOM) 로딩에 대해에 설명된 모델에 의해 예측된 용존 오존 농도에 대한 시간적 프로파일을 나타낸 그래프이다.
최근에는 고도산화공정의 분해효율을 향상하기 위한 다양한 시도가 있었는데, 오존의 접촉면적을 향상시키기 위해 다중의 반응조를 설치하거나, 용해도를 향상시키기 위해 먼저 오존을 압축기로 가압하여 고압으로 가압시킨 오폐수에 투입한 후 상압의 오폐수에 배출하여 미세한 오존 기포를 형성시켜 부상시키면서 오염물질과 미세 오존을 반응시키는 나노/마이크로 버블공법과 이를 효과적으로 물에 용해하는 인젝팅 스플레터 (Injecting Splatter)를 이용하는 방법이 시도되었다.
상기의 나노/마이크로 버블공법 및 인젝팅 스플레터 (Injecting Splatter)은 기존의 이젝터 등에 의한 기포 발생시보다 기포 크기는 작고 표면적은 크게 하는 방식으로 오존의 접촉효율 증가로 분해반응 효율의 증가를 기대할 수 있는 방법이다.
또한, 오존의 분해 효율을 높이기 위해 자외선(UV)를 조사시키고, 자외선램프 주변에 다공판을 설치하여 램프주변으로 오존이 통과하여 수중침투력이 낮은 자외선(254nm)의 특성을 고려하여 램프 가까운 지역에서 오존의 분해반응을 유도하는 방법과, 상기의 다공판에 광촉매를 코팅하여 자외선이 조사된 광촉매가 오존을 분해하여 생성된 OH라디칼에 의한 분해반응 효율 향상을 기대하였다. 그리고 이러한 고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법은 대한민국 특허 공개 제109288호, 등록 제289275호, 제541573호 등에 개시되어 있다.
본 발명은 고도 산화 공정에 사용되는 오존의 생성을 위해 안정적인 플라즈마 방전과 높은 에너지 효율 및 소형화를 구현할 수 있는 플라즈마 장치를 수처리에 적용할 수 있도록 하며, 나노/마이크로 버블과 인젝팅 스플레터 기술을 적용하므로서 오존 용해 및 반응성을 향상시키며, IoT 제어기술의 접목을 통해 사용 환경 데이터를 구축하여 스마트 친환경 오존 살균 제어솔루션을 실현할 수 있도록 하고자 하는데 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템은 오존을 이용하여 원수를 살균 처리 후, 원수조에 재공급하는 고도 산화 공정 시스템에 있어서, 공급된 산소에 의해 오존을 생산 및 제공하는 오존 발생기(100)와, 상기 오존 발생기(100)에서 생성된 오존과 수질개선을 위한 원수가 서로 혼합 용해되는 나노/마이크로 버블 및 인젝팅 스플레터 장치(430)를 포함하는 오존 용해 탱크(200)와, 상기 오존 용해 탱크(200)에서 배출되는 슬러지와 배오존을 수용하되 외부에 구비된 오존처리장치에 의해 배오존이 처리될 수 있도록 구비되는 오존 분해 탱크(300)와, 상기 오존 용해 탱크(200)나 상기 오존 분해 탱크(300)의 오존수 농도, 산화환원전위(ORP:Oxidation-Reduction Potential), 탁도 중 적어도 어느 하나의 수질정보를 분석하는 센서(400) 및 상기 센서(400)를 통해 분석된 정보를 저장 관리할 수 있게 데이터화하여 수질처리를 위한 정보로 활용할 수 있는 IoT 제어기술을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 수질정보는 오존수 농도, 산화환원전위(ORP:Oxidation-Reduction Potential), 탁도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고도 산화 공정 시스템은 상기 오존 발생기(100)에서 생산되는 오존의 농도와 유량을 측정하는 오존측정기(500)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 오존 발생기(100)는 마이크로 방전 100㎛ 미만의 저온 마이크로 플라즈마 발생셀을 기반으로 하되 1g/hr 내지 100g/hr의 오존생산량을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 종래와는 차별적으로 저온 마이크로 플라즈마 기술을 접목된 오존 발생기를 이용하여 안정적인 플라즈마 방전과 높은 에너지 효율 및 기기 자체의 소형/슬림화가 가능해지는 효과를 갖게 된다.
또한, 종래와는 차별적으로 오존 용해의 고도화에 필요한 나노/마이크로 버블 방식에 인젝팅 스플레터기술을 적용하므로서 오존 용해 및 반응의 효율을 향상시키며, 수질처리를 실행하는 과정에서 IoT 제어기술을 보유하여 스마트화된 친환경 수처리 살균기술을 적용할 수 있는 효과를 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 대한 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템에 대한 개념도.
도 4는 종래의 다양한 소독 방법을 사용한 THM의 평균 및 표준 편차를 나타낸 그래프.
도 5는 L. pneumophila 개체군(N)의 시간에 따른 감소 및 용존 오존 농도의 실험적 측정 및 계산결과를 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템(이하, 간략하게 '공정 시스템'이라 한다)은 크게 오존 발생기(100), 나노/마이크로 버블 및 인젝팅 스플레터 장치(430), 오존 용해 탱크(200), 오존 분해 탱크(300), 센서(400) 및 오존측정기(500)를 포함한다.
더욱 상세하게 설명하면 상기 오존 발생기(100)는 원수조(10)에서 공급되는 원수를 살균하기 위한 오존을 생성하는 것으로서, 공기 중의 산소를 이용하여 오존 발생기(100)에서 생성된 오존은 나노/마이크로 버블 및 인젝팅 스플레터 장치(430)를 통해 용해성을 높이고, 오존 용해 탱크(200)로 전달이 되며, 상기 오존 용해 탱크(200)로 유입되는 물과 오존이 혼합이 되면서 살균이 이루어지게 된다.
예컨대 오존 발생기(100)는 플라즈마를 마이크로 방전(100㎛ 미만)시키는 기술을 이용하여 전력사용을 최소화하되 플라즈마 효율은 극대화할 수 있는 것을 사용한다.
오존 발생기(100)는 다양한 규모의 맞춤형 셀/모듈러 타입을 적용하여 사용가능한 것을 하되 공기 중 산로를 사용하여 살균에 효과적인 오존과 OH Radical을 생산하며, 살균 이후에 다시 산소로 환원할 수 있는 친환경 기술을 이용한다.
이를 위해, 오존 발생기(100)는 1g/hr 내지 5g/hr의 오존생산량을 기본으로 하되 모듈러 타입의 적용 여부에 따라 최대 100g/hr 오존 발생 능력을 보유한 공랭식의 장치를 이용하여 에너지 효율의 향상이 도모될 수 있는 것을 사용한다.
한편, 본 발명에서의 공정 시스템(1)에서는 상술한 오존 발생기(100)에서 생성된 오존의 농도와 유량 등을 측정하기 위한 오존측정기(500)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 나노/마이크로 버블 및 인젝팅 스플레터 장치(430)는 오존 발생기(100)에 의해 생성된 오존과 살균 처리하고자 하는 원수에 오존 반응성을 높이기 위한 가스 반응 표면적을 확장시켜 반응 효율을 고도화 시키기 위한 구성이다.
예컨대 오존발생기(100)에서 발생된 오존은 원수의 고압회전에서 발생하는 스피너를 통해 음압을 발생시키고 이를 이용하여 용수에 주입되게 되며, 이때 발생되는 물리적 압력에 의해 가스 버블 크기를 나노/마이크로 크기로 변환하여 물에 용해성을 높이는 기술을 적용한다. 특히 용해된 오존 가스는 인젝팅 스플레터를 통해 다시한번 교반 사이클을 활성화하고 균일한 농도를 유지하게 되어 최종 용해 탱크에서 살균 반응 진행에 최적화된 상태를 구성하게 된다.
오존 용해 탱크(200)에 공급된 오존은 안개현상처럼 미세하게 원수와 혼합하여 오존기체가 물위로 부상하는 것을 억제 하고, 오존이 원수 속에 머물면서 원수와 오존접촉 효율이 극대화될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 오존 용해 탱크(200)는 상술한 오존 발생기(100)에 의해 생성된 오존과 살균 처리하고자 하는 원수가 서로 혼합 용해될 수 있도록 하기 위한 구성이다.
예컨대 오존 용해 탱크(200)에 유입되는 오존과 원수는 파이프를 통해 관 연결되는 펌프 등을 통해 공급되며, 내부에는 용해율의 향상을 위해 교반설비가 추가적으로 배치되는 것도 가능하다.
오존 용해 탱크(200)에 공급된 오존은 안개현상처럼 미세하게 원수와 혼합하여 오존기체가 물위로 부상하는 것을 억제 하고, 오존이 원수 속에 머물면서 원수와 오존접촉 효율이 극대화될 수 있도록 한다.
주입된 오존이 설정값(예를 들어, 오존이 원수와 95% 내지 98% 이상 용해)에 도달되기까지 용해되고, 이를 산화분해 하여 물(H2O)과 탄산가스(CO2)로 되돌리고, 일부는 물속에 산화 슬러지로 머물다가 도시되지 않은 여과기로 이송한다.
여기서 미 용해된 잉여 오존 가스인 배오존은 슬러지와 함께 오존 분해 탱크(300)에서 제거를 하고, 대기(공기)로 산소화되어 배출하게 되며, 오존에 의해 쉴이 개선된 처리수는 별도의 독립파이프를 통해 원수조에 재공급되는 구조를 갖는다.
이 과정에서 오존의 용해율은 본 발명의 센서(400)를 구성하는 제1센서(410)의 측정을 통하여 실행되며, 상기 제1센서(400)는 오존 용해 탱크(200)에서 용해되는 오존수 농도, 산화환원전위(ORP:Oxidation-Reduction Potential), 탁도 중 적어도 어느 하나의 수질정보를 분석할 수 있도록 하며, 원수조에 재공급되는 처리수 역시, 별도의 UV 발생기(420)를 통해 수징정보를 측정하여 정화 정도의 여부에 따라 처리수의 공급 여부가 결정될 수 있도록 한다.
아울러, 제1센서 및 UV 발생기(410,420)를 통해 분석된 정보는 데이터화하여 IoT 제어기술(이하, '제어기술'이라 한다)을 기반으로 저장/관리함에 따라 수질처리를 위한 정보로 활용할 수 있도록 하며, 잉여 오존 가스인 배오존은 해당 제어기술의 제어를 통해 배오존 제거기로 공급되어 처리될 수 있도록 한다.
나아가 제어기술의 도입을 통하여 수영장과 같은 수질관리에 필요한 수질데이터(예를 들어, PH, 탁도, ORP 유리, 잔류염소 등)를 수집하기 용이하고, 여기에 사용인원수 및 계정 들에 따른 환경 데이터를 산출하여 가장 효율적이고 안전성을 지향할 수 있는 AI 기반의 스마트 친환경 오존 살균 제어 솔루션을 제공할 수 있는 장점을 갖게 된다.
더 나아가, 제어기술을 통한 정보통신기술(ICT:Information and Communications Technology)을 기반으로 오존을 발생하는 과정을 전반적으로 모니터링 및 제어가 용이한 장점도 구현할 수 있게 된다.
그리고, 상기 오존 분해 탱크(300)는 상술한 오존 용해 탱크(200)에서 원수의 수질개선을 위해 사용된 오존의 잉여물인 배오존이 슬러지와 함께 유입되어 분해 처리될 수 있도록 하기 위한 구성이다.
이를 위해, 오존 분해 탱크(300)는 오존 용해 탱크(200)의 출력단과 관 연결되어 펌프의 압력 등에 의해 배오존이 슬러지와 함께 상기 오존 분해 탱크(300)로 공급 및 수용될 수 있는 구조를 가지며, 외부에는 배오존을 분해하기 위한 오존처리장치를 포함한다.
일예로 오존처리장치는 STCOD(Stackable Thermo-Catalyst Ozone Destruction) 기술을 이용하여 효과적인 배오존의 처리를 가능하게 하며, 직렬 또는 병렬로 연결하여 분해의 효율을 향상시키는 것도 가능하다.
여기서, 오존제거장치에 의해 처리된 배오존은 정화된 산소로 처리되어 별도의 처리시설을 통해 외부로 배기되는 구조를 갖는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 공정 시스템(1)은 종래와는 차별적으로 저온 마이크로 플라즈마 기술을 접목된 오존 발생기(100)를 이용하여 안정적인 플라즈마 방전과 높은 에너지 효율 및 기기 자체의 소형/슬림화가 가능해지는 효과를 갖게 된다.
또한, 종래와는 차별적으로 오존 용해의 고도화에 필요한 나노/마이크로 버블 방식에 인젝팅 스플레터기술을 적용하므로서 오존 용해 및 반응의 효율을 향상시키며, 수질처리를 실행하는 과정에서 IoT 제어기술을 보유하여 스마트화된 친환경 수처리 살균기술을 적용할 수 있는 효과를 구현할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

  1. 오존을 이용하여 원수를 살균 처리 후, 원수조에 재공급하는 고도 산화 공정 시스템에 있어서,
    공급된 산소에 의해 오존을 생산 및 제공하는 오존 발생기(100);
    상기 오존 발생기(100)에서 생성된 오존과 수질개선을 위한 원수가 서로 혼합 용해되는 나노/마이크로 버블 및 인젝팅 스플레터 장치(430)를 포함하는 오존 용해 탱크(200);
    상기 오존 용해 탱크(200)에서 배출되는 슬러지와 배오존을 수용하되 외부에 구비된 오존처리장치에 의해 배오존이 처리될 수 있도록 구비되는 오존 분해 탱크(300);
    상기 오존 용해 탱크(200)나 상기 오존 분해 탱크(300)의 오존수 농도, 산화환원전위(ORP:Oxidation-Reduction Potential), 탁도 중 적어도 어느 하나의 수질정보를 분석하는 센서(400); 및
    상기 센서(400)를 통해 분석된 정보를 저장 관리할 수 있게 데이터화하여 수질처리를 위한 정보로 활용할 수 있는 IoT 제어기술;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    수질정보는 오존수 농도, 산화환원전위(ORP:Oxidation-Reduction Potential), 탁도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고도 산화 공정 시스템은
    상기 오존 발생기(100)에서 생산되는 오존의 농도와 유량을 측정하는 오존측정기(500);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오존 발생기(100)는
    마이크로 방전 100㎛ 미만의 저온 마이크로 플라즈마 발생셀을 기반으로 하되 1g/hr 내지 100g/hr의 오존생산량을 갖는 것을 특징으로 하는 저온 마이크로 플라즈마 기반 오존을 이용한 스마트 IoT 제어 고도 산화 공정 시스템.
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