KR101636421B1 - 순환형 대기처리장치 - Google Patents
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Abstract
축사에 설치된 복수개의 배기 팬을 통해서 배출되는 공기의 악취원인물질을 제거하기 위한 순환형 대기처리장치는, 축사 외측에서 각각의 배기 팬에 장착되며, 배기 팬 전방에 습식세척공간을 제공하는 배기 덕트, 습식세척공간 상부에서 배치되어 습식세척공간으로 유입되는 공기를 액체로 처리하는 습식 분무노즐, 습식 분무노즐 상부에 배치되어 습식세척공간에서 처리된 공기를 플라즈마로 처리하는 플라즈마 처리부, 배기 덕트에 연결되는 배출배관을 통해서 습식 분무노즐로부터 분사되는 액체를 습식세척공간 하부에서 회수하는 세척수 저수조, 및 세척수 저수조에 수용되는 액체를 처리하는 액체 처리부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 소나 돼지와 같은 가축을 키우는 축사의 악취원인물질을 제거할 수 있는 순환형 대기처리장치에 관한 것이다.
축사 악취의 주 원인물질인 암모니아, 황화수소, 메르캅탄, 아민류 등은 낮은 농도에서도 불쾌감과 혐오감을 줄 수 있고, 주변 영업에 큰 피해를 줄 수 있다.
종래 악취를 제거하기 위한 처리방식으로서는 산화, 흡착, 생물학적 분해, 및 플라즈마 분해법 등이 알려져 있다. 종래 악취처리방식 중 하나인 화학적 산화방법은 화학약품 산화제(이산화염소, 차아염소산소다, 이산화염소산염)를 이용하여 악취물질을 산화 및 분해시키는 방법으로서, 여러 종류의 악취가 효과적으로 제거될 수는 있으나 화학약품이 인간의 건강에 영향을 줄 수 있고 산화제 자체가 환경오염의 원인이 되는 문제점이 있다.
또한, 종래 악취처리방식 중 다른 하나로서 대한민국 등록실용신안공보 20-2005-0033847(출원번호)에서 축사의 암모니아 가스 및 부탄 가스를 활성탄을 이용하여 제거하고 있다. 흡착방법은 활성탄과 같이 비표면적이 큰 흡착제를 이용하여 악취물질을 흡착시켜 제거하는 방법이다. 그러나, 흡착방법에서는 악취원인물질이 흡착제에 반영구적으로 흡착되므로 주기적으로 흡착제를 교체해주어야 하는 불편함이 있고, 이에 따라 유지 및 보수 비용이 증가한다.
이와 같이 종래 대부분의 악취처리방식은 인간의 건강에 좋지 않은 영향을 주거나 유지관리비용이 증가하는 등의 여러 가지 문제점이 있다.
또한, 종래 악취처리방식에 의하면 악취의 제거 효율이 낮고, 설치가 되더라도 시설물 운영 및 관리가 어려워 실용성이 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 축산 악취는 악취원인물질 농도가 높아 처리가 용이치 않다.
본 발명은 축사의 배기가 원활하지 못하여 축사 내 가축의 집단 질식사를 방지할 수 있는 순환형 대기처리장치를 제공한다.
본 발명은 각각의 배기 팬에서 배출되는 악취원인물질을 독립적으로 처리할 수 있는 순환형 대기처리장치를 제공한다.
본 발명은 악취원인물질의 처리에 필요한 유지 관리 비용을 절감할 수 있는 순환형 대기처리장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 축사에 설치된 복수개의 배기 팬을 통해서 배출되는 공기의 악취원인물질을 제거하기 위한 순환형 대기처리장치는, 축사 외측에서 각각의 배기 팬에 장착되며, 배기 팬 전방에 습식세척공간을 제공하고, 습식세척공간 상부로 연장되어 단부에 배출구를 갖는 배기 덕트; 습식세척공간 상부에서 배치되어 습식세척공간으로 유입되는 공기를 액체로 처리하는 습식 분무노즐; 습식 분무노즐 상부에 배치되어 습식세척공간에서 처리된 공기를 플라즈마로 처리하는 플라즈마 처리부; 배기 덕트에 연결되는 배출배관을 통해서 습식 분무노즐로부터 분사되는 액체를 습식세척공간 하부에서 회수하는 세척수 저수조; 및 세척수 저수조에 수용되는 액체를 처리하는 액체 처리부를 포함할 수 있다.
일반적인 기존 축사에서는 외부에 악취저감장치를 1개소 설치하고, 축사에 연결되는 배기 덕트를 통해서 기체를 통합 이송시켜 처리하고 있다. 다만, 배기 덕트가 하나로 연결되면 기체 이송에 따른 정압 발생으로 축사의 배기가 원활하지 못할 수 있고, 가축의 집단 질식사를 야기할 수 있다. 따라서, 각각의 배기 팬을 일체로 연결하는 경우에는 반드시 배기 덕트 중간에 별도의 배기 팬을 설치하고, 악취가 취합되는 악취저감장치 전/후에 배기 팬을 설치하여야 한다. 또한, 축산 악취의 부식성 성분이 악취저감장치까지 전송되는 동안 그대로 배기 덕트 내에 노출되기 때문에, 내식성 배기 덕트의 사용에 따른 비용 증가가 상당하다.
하지만, 본 발명에서는 배기 팬마다 독립적으로 배기 덕트를 설치하고, 배기 덕트 내측에 습식 분무노즐 및 플라즈마 처리부를 배치하여 악취를 바로 처리할 수 있기 때문에 배기 덕트의 부식 문제도 줄일 수 있다. 또한, 각각의 배기 팬에 개별적으로 배기 덕트가 배치되기 때문에 배기 덕트 내부에서 정압이 발생하지 않는다.
이물질을 필터로 처리하면 지속적인 교체가 필요하고, 특히 유지성분이 많은 축산 악취는 처리의 한계가 있고, 잦은 교환으로 인한 유지 비용의 부담이 컸다. 하지만, 본 발명에 따른 순환형 대기처리장치에서는 습식 분무노즐 및 플라즈마를 통해 다각도로 악취원인물질을 제거하여 처리 효과가 클 뿐만 아니라, 습식 분무노즐에서 액체를 분사하거나 플라즈마 처리장치로 전기를 공급하여 악취 처리가 즉각적으로 가능하며, 고장을 제외하고는 습식 분무노즐이나 플라즈마 처리장치의 교체가 필요하지 않기 때문에 유지 비용도 줄어든다.
또한, 세척수 저수조에서는 습식 분무노즐에서 분사된 액체를 회수하여 재 사용할 수 있는데, 습식 분무노즐에서 분사되어 더러워진 액체는 세척수 저수조에 일시 저장되어 있다가 액체 처리부로 이송되어 깨끗하게 처리된 후에 사용될 수 있다. 액체 처리부에서 처리된 액체는 바로 습식 분무노즐로 재 공급될 수도 있지만, 경우에 따라서는 액체 처리부에서 처리된 액체는 세척수 저수조를 순환하면서 액체 처리부에서 반복 처리될 수 있고, 액체 처리부를 거쳐 깨끗하게 처리된 액체는 세척수 저수조에서 습식 분무노즐로 재 공급될 수도 있다.
또한, 세척수 저수조의 액체는 액체 처리부에서 처리되기는 하지만, 주기적으로 교환해줄 수 있고, 경우에 따라서는 별도의 약 처리를 할 수 있다.
또한, 습식 분무노즐 및 플라즈마 처리부 사이에 기액분리필터를 배치할 수 있다. 배기 팬의 송풍에 의해서 습식세척공간에서 플라즈마 처리부를 거쳐 배기 덕트의 배출구로 배출되는 공기는 습식세척공간을 거치면서 다량의 액체를 내포할 수 밖에 없는데, 기액분리필터는 이를 제거할 수 있다.
기액분리필터에서 걸러진 액체는 습식 분무노즐에서 분사된 액체와 함께 하부에 습식세척공간으로 낙하하고, 배기 덕트 하부에 고인 액체는 배출배관을 통해서 세척수 저수조로 이동한다. 따라서, 세척수 저수조의 액체를 재 사용하여 액체를 추가로 공급할 필요가 없다. 또한, 기액분리필터는 전원이 연결되는 플라즈마 처리부로 다량의 액체가 유입되는 것을 방지하는 역할도 하며, 기액분리필터로는 액체를 효과적으로 제거할 수 있는 데미스터 필터(demister filter)를 사용할 수 있다.
또한, 기액분리필터 상부에서 고압의 공기 또는 액체를 분사하는 고압 분사노즐을 배치할 수 있고, 고압 분사노즐을 이용하여 기액분리필터에 걸러진 이물질을 털어낼 수 있다.
플라즈마 처리부는 배기 덕트로 유입되는 공기의 유동방향을 따라서 연장되는 접지전극 및 접지전극 사이에 배치되는 방전전극을 포함하는 기본적 구성을 구비할 수 있고, 악취원인물질은 접지전극 및 방전전극의 가장자리에서 발생하는 플라즈마 방전에 의해 제거될 수 있다. 다만, 플라즈마 처리부는 플라즈마를 발생하는 이미 공지된 여러 장비를 적용할 수 있고, 예를 들어, 출원번호 10-2013-0037584에 개시되는 플라즈마 처리 방법을 채택할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리부 상부에 고압의 공기 또는 액체를 분사하는 고압 세척노즐을 배치할 수 있고, 고압 세척노즐을 이용하여 플라즈마 처리부의 접지전극 및 방전전극에 집진된 먼지를 고압의 공기 또는 액체로 제거할 수 있다.
앞서 언급한 고압 분사노즐이나 고압 세척노즐에서는 고압의 공기를 분사할 수도 있지만, 고압의 액체를 분사하는 것도 가능하며, 고압 분사노즐이나 고압 세척노즐로 공급되는 압축 공기는 외부에 마련된 공기압축기에 의해서 공급될 수 있고, 고압 액체는 압력 펌프에 의해서 공급될 수 있다.
또한, 배기 덕트의 배출구에는 이물질 유입 방지 그물망을 배치하여, 배기 팬이 정지될 경우 배기 팬을 통해서 곤충이나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 액체 처리부는 세척수 저수조에 수용되는 액체가 유입되었다가 다시 배출되는 수용 챔버부, 수용 챔버부 내측에 수용되는 액체를 가로질러 배치되며, 액체와 분리되는 기체 유입구 및 기체 배출구를 포함하는 유전체관, 액체로부터 격리되게 유전체관 내측에 배치되는 코어전극, 및 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부를 포함할 수 있다. 다만, 액체 처리부는 플라즈마를 이용한 방법 외에도 약물이나 필터 등을 이용한 시설을 채택할 수도 있으며, 액체를 깨끗하게 정화하는 기능 내에서 다른 시설로 교체될 수 있다.
유전체관은 수용 챔버부 내에 수용된 액체에 침지되지만, 유전체관 내부에는 액체가 유입되지 않기 때문에, 고압의 전류가 걸리는 코어전극은 액체에 의해서 산화/부식이 쉽게 일어나지 않는다.
또한, 유전체관은 석영, 유리, 세라믹과 같은 절연성 재질을 이용하여 제공하되, 석영과 같이 자외선이 바로 투과할 수 있는 재질을 선택하는 경우, 방전 시 발생하는 자외선이 유전체관 외부의 액체를 살균이나 악취물질을 분해 처리할 수 있다.
유전체관은 다양한 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 석영, 유리, 유리 적층물과 같은 세라믹 재료를 사용할 수 있고, 유전체관의 재료는 상술한 재료에 제한되지 않으며, 절연성과 내열성이 좋은 임의의 재료로 만들어질 수 있다.
코어전극은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있다.
또한, 기체 유입구로 공급되어 유전체관 내측을 지나면서 플라즈마 방전에 의해 기체 활성종을 갖는 기체는 기체 배출구로 배출되고, 다시 수용 챔버부 내측으로 유입되어 수용 챔버부 내측으로 수용되는 액체를 처리할 수 있다.
또한, 세척수 저수조에서 액체 처리부로 액체를 이송하는 제1 순환배관 및 액체 처리부에서 세척수 저수조로 액체를 이송하는 제2 순환배관을 배치할 수 있으며, 수용 챔버부와 제1 순환배관을 연결하는 바이패스관을 포함할 수 있다. 이때, 기체 배출구로 배출되는 기체는 기체 배출구와 바이패스관을 연결하는 기체 배출배관을 통해서 바이패스관으로 다시 유입될 수 있다.
바이패스관에는 수용 챔버부를 향하여 유속을 증가시키는 이젝터(ejector)가 배치될 수 있고, 기체 배출배관은 이젝터에 연결되어 기체 배출구로부터 배출되는 기체는 기체 배출배관 및 이젝터를 순차적으로 거쳐 바이패스관으로 유입될 수 있다. 이때, 바이패스관으로 유입되는 기체는 이젝터를 지나면서 유속이 증가하면서 수용 챔버부로 이송되는 액체를 따라서 용이하게 수용 챔버부로 유입되게 된다. 기본적으로는 제1 순환배관에서 바이패스관으로 액체가 유입되며 유입되는 액체와 함께 기체가 혼합되어 수용 챔버부로 이송되지만, 경우에 따라서는 이젝터를 사이에 두고 양쪽에 배치되는 밸브를 조절하여 바이패스관에서 제1 순환배관을 향하여 기체를 이송하는 것도 가능하다.
또한, 기체 배출배관 및 바이패스관 사이에서 기체 배출배관 및 바이패스관을 연결하는 활성기체 유입관이 배치되며, 기체 배출배관 및 활성기체 유입관이 한쪽 단부에 연결되는 U자형 배수배관이 배치되며, 바이패스관에서 활성기체 유입관으로 역류하는 액체는 배수배관의 다른쪽 단부를 거쳐 배출될 수 있다.
기존의 축사에서는 외부에 악취저감장치를 1개소 설치하고, 축사에 연결되는 배기 덕트를 통해서 기체를 통합 이송시켜 처리하여, 배기 덕트 내의 정압 발생으로 배기가 원활하지 못한 경우가 발생할 수 있으나, 본 발명에 따른 순환형 대기처리장치에서는 각각의 배기 팬에 배기 덕트를 설치하고, 각각의 배기 덕트에 악취를 처리하여 정압 발생을 방지한다.
또한, 축사로부터 외부 악취저감장치까지 하나의 배기 덕트로 취합하여 배기시키는 경우, 배기 덕트가 악취원인물질에 의한 부식에 취약했으나, 본 발명에 따른 순환형 대기처리장치는, 습식 분무노즐 및 플라즈마 처리부를 갖는 독립형 처리세트가 배기 팬 바로 후방에 배치되어 악취원인물질이 바로 처리될 수 있고, 배기 덕트의 부식 문제가 크게 줄어든다.
필터나 약물을 이용하여 악취를 처리하는 경우, 필터의 교체 및 약물 보충 등의 유지 비용이 증가하고, 특히 유지성분이 많은 축산 악취는 처리의 한계가 있다. 하지만, 본 발명에 따른 순환형 대기처리장치에서는 습식 분무노즐 및 플라즈마를 통해 다각도로 악취원인물질을 제거하여 처리 효과가 클 뿐만 아니라, 습식 분무노즐에서 액체를 분사하거나 플라즈마 처리장치로 전기를 공급하여 악취 처리가 즉각적으로 가능하여 유지 비용도 줄어든다.
또한, 본 발명에 따른 순환형 대기처리장치에서는 세척수 저수조로 습식 분무노즐에서 분사되는 액체를 회수하고, 이를 액체 처리부에서 플라즈마로 재 처리하여 사용함으로써, 비용 절감과 환경 보존이라는 효과를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치가 설치되는 축사의 정면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치의 배기 덕트의 측면도 및 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치 중 플라즈마 처리부의 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치 중 액체 처리부의 도면들이다.
도 7은 도 6의 A부분의 부분 확대도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치의 배기 덕트의 측면도 및 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치 중 플라즈마 처리부의 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치 중 액체 처리부의 도면들이다.
도 7은 도 6의 A부분의 부분 확대도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명에 따른 순환형 대기처리장치는 축산 악취나 생활쓰레기, 및 산업 폐기물장치에도 두루 설치될 수 있으며, 여타의 유기질비료 공장, 무균동물 사육실, 동물실험실, 화학제품제조 시설, 스포츠센터, 지하철역사, 항온 항습 창고, 클린룸 시설 등에 설치되어 공기 중에 포함된 악취원인물질을 제거하도록 사용될 수 있으며, 적용분야 및 설치장소에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환형 대기처리장치가 설치되는 축사의 정면도이며, 도 2 및 도 3은 배기 덕트의 측면도 및 정면도이고, 도 4는 플라즈마 처리부의 도면이다. 도 5는 액체 처리부의 측면도, 도 6은 평면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 순환형 대기처리장치는 배기 덕트(110), 습식 분무노즐(120), 플라즈마 처리부(130), 세척수 저수조(140), 및 액체 처리부(150)를 포함한다.
축사(10) 측벽을 따라서 배치되는 복수개의 배기 팬(12)을 통해서 축사(10) 내부의 공기가 강제로 배출될 수 있으며, 배기 덕트(110)의 배출구(114)에는 이물질 유입 방지 그물망(116)을 배치하여, 배기 팬이 정지될 경우 배기 팬(12)을 통해서 곤충이나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
각각의 배기 팬(12)에는 축사의 외부 쪽에서 배기 덕트(110)가 장착된다. 본 실시예에서 배기 덕트(110)는 대략 ㄱ-자의 굴절된 형상으로 제공되며, 배기 팬(12) 바로 전방에 습식세척공간(112)을 제공하며, 상부로 연장되어 그 단부에는 배출구(114)가 형성된다.
배기 덕트(110) 내부에는 배기 덕트(110)로 유입되는 공기를 습식으로 처리하기 위한 습식 분무노즐(120) 및 플라즈마로 처리하는 플라즈마 처리부(130)가 순차적으로 배치된다.
먼저, 배기 팬(12)을 통해서 축사의 공기가 배기 덕트(110) 내의 습식세척공간(112)으로 유입되면, 습식 분무노즐(120)에서 분사되는 액체를 이용하여 공기 내의 악취원인물질을 제거할 수 있다. 상기 액체로는 물을 사용할 수도 있고, 악취제거를 위한 약품(염소, 차아염소산나트륨, 가성소다, 과산화수소수, 이산화수소수, 암모니아수 등)을 첨가할 수도 있다.
한편, 습식 분무노즐(120) 및 플라즈마 처리부(130) 사이에는 기액분리필터(123)가 배치되어 있다. 배기 팬(12)의 송풍에 의해서 습식세척공간(112)에서 플라즈마 처리부(130)를 거쳐 배기 덕트(110)의 배출구(114)로 배출되는 공기는 습식세척공간(112)을 거치면서 다량의 액체를 내포하는데, 기액분리필터(123)는 이를 제거할 수 있다.
기액분리필터(123)에서 습기가 제거된 공기는 습식세척공간(112) 상부에 배치된 플라즈마 처리부(130)에서 플라즈마에 의해서 처리되어 배기 덕트(110)의 배출구(114)로 배출될 수 있다.
종래의 축사에서는 축사에 연결되는 배기 덕트를 통해서 외부의 악취저감장치로 기체를 통합 이송시켜 처리하는 바, 기체 이송에 따른 정압 발생으로 축사의 배기가 멈추는 경우가 종종 발생할 수 있지만, 본 발명에서는 각각의 배기 팬(12)에 개별적으로 배기 덕트(110)가 배치되기 때문에 배기 덕트(110) 내부에 정압 발생을 방지할 수 있고, 배기 팬(12)마다 독립적인 배기 덕트(110)를 설치하고, 배기 덕트(110) 내측에 습식 분무노즐(120) 및 플라즈마 처리부(130)를 배치하여 악취를 바로 처리할 수 있기 때문에 배기 덕트(110)의 부식 문제도 줄일 수 있다.
또한, 습식 및 플라즈마를 통해 다각도로 악취원인물질을 제거하여 처리 효과가 클 뿐만 아니라, 습식 분무노즐(120)에서 액체를 분사하거나 플라즈마 처리부(130)로 전기를 공급하여 악취 처리가 즉각적으로 가능하며, 고장을 제외하고는 노즐이나 플라즈마 시설의 교체가 필요하지 않기 때문에 유지 비용도 줄어든다.
한편, 기액분리필터(123)에서 걸러진 액체는 습식 분무노즐(120)에서 분사된 액체와 함께 하부에 습식세척공간(112)으로 낙하하고, 배기 덕트(110) 하부에 고인 액체는 배출배관(118)을 통해서 세척수 저수조(140)로 이송된다. 따라서, 세척수 저수조(140)의 액체를 재 사용할 경우, 액체의 손실이 없어 추가로 액체를 공급할 필요가 없다. 또한, 기액분리필터(123)는 전원이 연결되는 플라즈마 처리부(130)로 다량의 액체가 유입되는 것을 방지하는 역할도 하며, 기액분리필터(123)로는 액체를 효과적으로 제거할 수 있는 데미스터 필터를 사용할 수 있다.
또한, 기액분리필터(123) 상부에 고압의 공기 또는 액체를 분사하는 고압 분사노즐(125)을 배치할 수 있고, 고압 분사노즐(125)을 이용하여 기액분리필터(123)에서 걸러진 이물질을 털어낼 수 있으며, 이물질이 섞여 있는 액체 역시 배기 덕트(110)에 연결되는 배출배관(118)을 통해서 세척수 저수조(140)로 이동할 수 있다.
세척수 저수조(140)에서는 습식세척공간(112) 내의 공기를 처리하여 발생한 오염된 액체 및 기액분리필터(123)에서 걸러지거나 청소 시 발생하는 더러운 이물질을 일시적으로 회수할 수 있으며, 이는 액체 처리부(150)로 이송되어 깨끗하게 처리된 후에 사용될 수 있다.
액체 처리부(150)에서 처리된 액체는 바로 습식 분무노즐(120)로 재 공급될 수도 있지만, 본 실시예에서는 액체 처리부(150)에서 처리된 액체는 세척수 저수조(140) 및 액체 처리부(150) 간을 연결하는 제1 및 제2 순환배관(156, 158)을 통해서 세척수 저수조(140)를 순환하면서 액체 처리부(150)에서 반복 처리되며, 액체 처리부(150)를 거쳐 깨끗하게 처리된 액체는 세척수 저수조(140)에서 습식 분무노즐(120)로 재 공급될 수도 있다.
또한, 세척수 저수조(140)의 액체는 액체 처리부(150)에서 처리되기는 하지만, 주기적으로 교환해줄 수 있고, 경우에 따라서는 별도의 약 처리를 할 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리부(130)는 접지 전극(132) 및 방전 전극(134)을 포함하고, 접지 전극(132)은 공기의 이동경로에 나란하게 배치되는 판으로 제공되며, 접지 전극(132) 사이에는 봉 상으로 제공되는 복수개의 방전 전극(134)들이 배치된다.
접지 전극(132) 및 방전 전극(134)은 배기 덕트(110) 내부에 직접 고정될 수도 있지만, 내열성이 높은 재료의 고정대에 의해서 고정될 수도 있으며, 전원 공급부에 의해서 접지 전극(132)과 방전 전극(134)에는 고압의 전류가 전달되는 관계로 고정대는 같이 내열성 및 절연성이 좋은 테플론과 같은 에틸렌 수지를 사용할 수 있다.
전원 공급부는 접지 전극(132)과 방전 전극(134) 어느 한쪽 또는 양쪽에 서로 다른 전압으로 방전을 위한 전원을 인가하도록 제공되며, 전원 공급부를 통해 접지 전극(132)과 방전 전극(134)에 전원이 공급될 시 접지 전극(132)과 방전 전극(134)의 사이에서 코로나 방전이 발생된다.
접지 전극(132)과 방전 전극(134) 사이에 코로나 방전이 발생하면 접지 전극(132)과 방전 전극(134) 사이에는 각종 화학적 활성종(chemically active specie)이 생성될 수 있다. 예를 들어, 산화성 활성종이 형성될 수 있으며, 코로나 방전공간을 통과하는 악취원인물질은 산화성 활성종에 의해 제거될 수 있다.
한편, 플라즈마 처리부(130) 바로 상부에 배치되는 고압 세척노즐(135)은 압축 공기나 액체를 분사하여 플라즈마 처리부의 접지 전극 및 방전 전극에 집진된 먼지를 고압의 공기 또는 액체로 제거할 수 있다. 고압 세척노즐(135)에서는 기본적으로 고압의 기체를 분사할 수 있으나, 플라즈마 처리부(130)가 일시적으로 정지되었을 때에는 압축 액체를 분사하여 플라즈마 고압 방전 시 액체에 의한 방전 전극과 접지 전극 간의 전기적 숏트 및 합선과 같은 연결로 인한 피해를 방지할 수 있다.
본 실시예에서 고압 분사노즐(125)이나 고압 세척노즐(135)은 각각 외부에 마련된 공기압축기(126) 및 압력 펌프(136)에 의해서 압축 공기와 고압의 액체를 공급받을 수 있게 설치되어 있으나, 고압 분사노즐이나 고압 세척노즐은 모두 액체 또는 고압의 공기를 공급받아 분사할 수 있다.
앞에서 언급했듯이, 축사의 공기를 처리하여 발생한 더러운 액체는 각각의 배기 덕트(110)에 연결되는 배출배관(118)을 통해서 세척수 저수조(140)에서 수집되고, 액체 처리부(150)는 세척수 저수조(140)로부터 상기 액체를 받아 깨끗하게 처리한다.
본 실시예의 액체 처리부(150)는 수용 챔버부(151), 유전체관(152), 및 코어전극(153)을 포함한다.
수용 챔버부(151)는 제1 순환배관(156)을 통해서 세척수 저수조(140)에 수용된 액체를 공급받아 수용한다. 제2 순환배관(158)을 통해서 수용 챔버부(151)의 액체는 다시 세척수 저수조(140)로 보내진다.
유전체관(152)은 수용 챔버부(151) 내측에서 액체에 침지된 상태로 제공되며, 유리, 석영, 혹은 유리 적층물과 같은 투명한 성질을 갖는 세라믹 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 유전체관(152) 내측에서 플라즈마 방전에 의해서 생성되는 자외선이 그대로 유전체관(152)을 투과하여 수용 챔버부(151) 내측에 수용된 액체로 조사되어 액체의 자외선 처리효율을 높일 수 있다. 본 실시예에서 유전체관(152)의 개수는 액체의 처리 효과를 향상시키기 위하여 변경될 수 있다.
코어전극(153)은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐, 티타늄, 스테인리스, 탄소강 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있으며, 유전체관(152) 내측에 배치되어 수용액체로부터 격리된다.
고정부재에 의해서 유전체관(152) 내측에 고정된 코어전극(153)으로 전원 공급부로부터 제공되는 교류 고전압 즉, 전원을 공급하고, 동시에 기체를 압축해 제공하는 블로워(blower)와 같은 기체 공급부로부터 유전체관(152) 내부로 공기를 공급하면, 유전체관(152) 내부는 절연이 깨지면서 방전 즉 플라즈마 상태에 놓이게 된다. 이때, 유전체관(152)의 내부로 강제로 공급되는 기체로부터 오존, 라디칼(radical), 이온, 전자, 및 여기된 분자와 같은 기체 활성종 및 플라즈마 상태에서 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선과 같은 플라즈마 생성물이 방출된다. 한편, 공기는 수용 챔버부(151) 상부로 노출되는 유전체관 상부 개구로 유입될 수 있고, 수용 챔버부(151) 하부로 노출되는 유전체관 하부 개구로는 공기가 배출될 수 있다.
상술한 액체 처리부(150)는 베리어 방전을 이용한 기본적인 플라즈마 처리 설비로 등록특허 10-1210558의 플라즈마 수처리장치를 참고할 수 있으며, 이하에서는 상기 처리설비보다 개선된 부분을 중심으로 설명한다.
특히, 유전체관(152)은 수용액체에 침지되지만, 유전체관(152) 내부로 액체가 유입되지 않기 때문에, 고압의 전류가 걸리는 코어전극은 액상의 수용액체에 의해서 산화/부식이 쉽게 일어나지 않으며, 코어전극은 액체와 직접 접촉하지 않아 전력 손실을 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같이 처리된 액체는 수용 챔버부(151)에서 직접 노즐로 공급되거나 일단 세척수 저수조(140)로 보내진 후에 노즐로 공급될 수도 있다.
위 표는 본 발명에 따른 순환형 대기처리장치를 실지로 돈사에 적용한 세척수 살균처리 분석표이며, 화학적산소요구량(COD)외 4가지 항목을 분석하였다. 세척수는 1,000리터(1톤)/PE 물탱크/유효저수량 900리터의 실제 세척수 저수조에서 채취한 것이며, 시료체취시간은 12:40~17:38(30분 간격)으로, 맑은 날 기온은 약 29~30도였다. 부유물질 및 질소나 인의 처리로 인한 화학적산소요구량이 불과 3시간 만에 53.9%로 출어든 것을 확인할 수 있었으며, 대장균은 거의 박멸된 것으로 확인된다.
세척수 저수조(140)에 수용된 더러운 액체는 액체 처리부(150)에서 처리되는데, 이하 액체의 처리과정을 설명한다.
먼저, 세척수 저수조(140)의 오염수는 제1 순환배관(156)을 지나 수용 챔버부(151)로 유입되며, 오염수 유입 중에 이젝터(160)를 통과하는 플라즈마활성기체가 벤츄리 흡입작용으로 함께 유입된다.
유입된 유체와 벤츄리관을 통과한 플라즈마 기체가 용해된 유체는 수용 챔버부(151) 공간에서 교반되여 살균 처리되며, 수용 챔버부(151) 내부에서는 유전체관(152)에서 조사되는 자외선으로 살균이 병행된다.
또한, 수용 챔버부(151) 하부에서 유입된 오염수는 수용 챔버부(151) 내부를 선회하면서 상부로 이동하여 제2 순환배관(158)을 따라서 다시 세척수 저수조(140)로 이송된다.
수용 챔버부(151)의 내부 구조는 유체의 흐름을 난류를 형성하기에 충분한 구조로 설계되며, 제1 순환배관(156)의 배출압력과 내부 경계인 수용 챔버부(151)의 압력 차가 크므로 두 유체의 압력차이로 혼합작용이 원활히 발생한다.
이하에서는 플라즈마 활성화 기체의 유입 및 유출 반응 절차를 상세하게 설명한다.
먼저, 외부에서 공급되는 기체는 이젝터(160)의 벤츄리 작용으로 흡입되며 이때, 기체를 공급하는 장치는 별도로 필요 없다. 다만, 유전체관으로 기체를 공급하기 위한 기체 공급장치는 필요하며, 구체적으로 외부 기체는 블로워와 같은 기체 공급부와 연결된 기체 공급배관(172)으로부터 상부 하우징캡(154)으로 유입되고, 그 후 상부 하우징캡(154) 내의 기체는 유전체관(152)의 기체 유입구를 통해서 그 내부 중공으로 유입된다. 유입되는 기체는 플라즈마 활성기체의 특성을 파악하여 공기, 산소, 질소, 아르곤 등 다양한 기체를 선택하여 공급할 수 있고, 전원 공급부를 통해서 전원을 공급하면 유전체관(152) 및 코어전극(153)에 의해서 방전을 통한 플라즈마가 발생되며, 유전체관(152) 내부의 방전 현상으로 유입된 기체는 플라즈마활성기체로 전환되며, 플라즈마 활성기체는 유전체관(152)의 기체 배출구를 통해서 그 내부에서 빠져 나와 하부 하우징캡(155)으로 유입되고, 그 후 하부 하우징캡(155)에 연결된 기체 배출배관(174)을 통하여 다시 수용 챔버부(151)로 이송되어 수용 챔버부 내측에 수용되는 액체를 활성기체로 처리한다.
한편, 제1 순환배관(156)을 통해서 액체 처리부(150)의 수용 챔버부(151)로 이송되는 액체 일부는 바이패스관(170)으로 이송되도록 수용 챔버부(151)와 제1 순환배관(156)을 연결하는 바이패스관(170)이 배치되는데, 기체 배출배관(174)을 빠져 나온 기체는 상기 바이패스관(170)으로 유입되어 수용 챔버부(151)로 이송될 수 있다. 즉, 제1 순환배관(156)의 일부 액체가 바이패스관(170)을 통해서 수용 챔버부(151)로 이송되는 과정에서 바이패스관(170)에 연결되는 기체 배출배관(174)으로부터 배출되는 기체가 함께 이송되는 것이다.
한편, 바이패스관(170)에는 이젝터(160)가 배치되며, 기체 배출배관(174)은 상기 이젝터(160)에 연결된다. 다만, 본 실시예에서는 기체 배출배관(174)이 이젝터(160)에 바로 연결되는 것은 아니고, 기체 배출배관(174)과 연결되는 활성기체 유입관(176)을 통해서 기체 배출배관(174)과 이젝터(160)가 연결된다.
즉, 바이패스관(170)에는 도 6을 기준으로 하방 즉, 바이패스관에서 수용 챔버부를 향하여 유속을 증가시키는 이젝터(160)가 배치될 수 있고, 활성기체 유입관(176)은 이젝터(160)에 연결되어 유전체관(152)의 기체 배출구로부터 배출되는 기체는 기체 배출배관(174), 활성기체 유입관(176), 및 이젝터(160)를 순차적으로 거쳐 수용 챔버부(151)로 유입될 수 있다. 이때, 바이패스관(170)으로 유입되는 기체는 이젝터(160)를 지나면서 유속이 증가하는 액체를 따라서 용이하게 제1 순환배관(156)으로 유입되게 된다.
이젝터(160)는 제1 순환배관(156)에서 수용 챔버부(151) 쪽으로 유속이 빨라지도록 제공된다. 벤츄리관의 흡입작용을 하기 위해서는 벤츄리관 통과 유속 압력차가 0.5kg/cm2 이상이 되어야 하며, 유체 통과 배관인 제1 순환배관(156)과 기체유입 배관인 벤츄리관의 압력차가 클수록 기체 유입이 활발히 유입된다.
한편, 기체 배출배관(174)이 이젝터(160)까지 바로 연결될 수도 있지만, 이미 설명했듯이, 기체 배출배관(174)은 활성기체 유입관(176)을 통해서 이젝터(160)에 연결되며, 기체 배출배관(174)과 활성기체 유입관(176) 사이에는 U자 트랩배관(180)이 더 배치된다.
U자 트랩배관(180)의 양쪽 상부(또는 단부) 중 어느 한쪽은 상대적으로 다른 한쪽보다 낮게 위치하며, 상대적으로 높은 U자 트랩배관(180)의 한쪽 상부에 기체 배출배관(174)의 배출구(175)와 활성기체 유입관(176)의 유입구(177)가 연결된다. 그리고, U자 트랩배관(180)의 양쪽 상부 중 상대적으로 낮게 위치하는 상부에는 배수배관(182)이 연결된다. 그리고, U자 트랩배관(180)에는 배관수(184)가 배치되며, 배관수(184)의 최초 수위는 배수배관(182)이 연결되는 U자 트랩배관(180)의 위치보다는 낮게 배치된다.
따라서, 활성기체 유입관(176)을 통해서 역류 유입된 유체는 트랩 작용으로 배수배관(182)을 통해서 외부로 유출된다. 구체적으로, 제1 순환배관(156)과 연결된 이젝터(160)를 통해서 액체가 역류하는 경우, 이를 배출시키고, 역류된 액체가 기체 배출배관(174)을 통해서 하부 하우징캡(155)까지 흘러 들어가는 것을 방지하도록 한다.
기체를 공급하기 위한 공기압축기(에어펌프)는 급수펌프 운전에 따른 압력불일치 및 장치운전의 불 균일 운전이 발생하는 경우, 플라즈마 장치 내부로 물이 역류하여 문제를 발생시킬 수 있지만, 본 실시예에서는 바이패스관 중간에 베르누이 원리를 응용한 이젝터(160)를 설치하여 배관 내 흐르는 물의 유속으로 연결된 이젝터(160)를 통해서 공기가 유입되어 수용 챔버부(151)에 공급되므로 물 역류 문제를 해결한다.
U자 트랩배관(180)의 하부에 차 있는 배관수(184)로는 물 및 비 휘발성 유체를 사용할 수 있고, U자 트랩배관(180)의 상부에 기체 공간을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 세척수 저수조(140)에서 수용 챔버부(151)로 유입되는 유체 흐름을 조절하는 주 배관밸브(159) 및 이젝터 배관밸브(179)의 열림/닫힘 정도를 조절하여 벤추리관의 흡입압력 및 유체흐름을 조절할 수 있으며, 기체 유량계(178)를 설치하여 밴츄리관을 통해서 유체에 투입되는 플라즈마활성기체의 유량을 측정하고, 이를 통해서 밸브 조절이 가능하다.
또한, 수용 챔버부(151)로 유체를 공급하는 제1 순환배관(156)은 수용 챔버부(151) 내측까지 일부 연장되는데 이는 도 6의 A부분 및 도 7에서 확인할 수 있다.
제1 순환배관(156)의 단부에서 수용 챔버부(151)로 유입된 유체의 압력이 높고 유체내의 이물질이 포함된 경우, 전단에 설치된 유전체관(152)에 직접적으로 유체의 충격이 전달되면 유전체관(152)이 파손되므로, 유전체관(152)을 보호하기 위하여 수용 챔버부(151) 내측의 제1 순환배관(156)의 단부는 유체의 흐름이 수용 챔버부(151) 내부의 벽면을 향하도록 굴절되어 있다.
경우에 따라서는 제1 순환배관(156)의 단부에 별도의 안내판(157)을 설치하여 단부를 굴절시키고, 유체의 흐름 방향을 수용 챔버부(151) 내부의 벽면으로 향하여 상기 액체가 상기 유전체관으로 바로 향하여 파손시키는 것을 방지하여 유전체관(152)을 보호하고, 수용 챔버부 내측에서 반응유체의 흐름을 난류로 형성할 수도 있다.
그리고, 바이패스배관(170)의 플라즈마활성화기체 배관 연결 구조는 이젝터에 유입되는 순환액체와 흡입된 기체 혼합작용으로 액체/기체가 혼합반응하며, 수용 챔버부로 이송 유입된 혼합유체(유체+플라즈마활성화 기체)는 제1 순환배관(156)에서 유입된 유체와 혼합반응을 하면서 살균 처리된다.
외부에서 유입된 유체는 제1 순환배관(156)과 바이패스배관(170)으로 분배되어 이송되며, 제1 순환배관(156)과 바이패스배관(170)의 배관 내에 흐르는 유체의 양을 각각의 밸브(159, 179)를 조절하여 분배할 수 있으며, 특히 수처리작용의 주요인자인 플라즈마활성화기체 유입량을 변화시키기 위하여 밸브(159, 179)를 조절하여 수용챔버부(151)로 유입되는 플라즈마활성화기체를 조절할 수 있다. 바이패스배관(170)에서 유입된 활성기체를 포함한 유체는 수용 챔버부(151)에서 확산되며 제1 순환배관(156)에서 유입된 유체와 격렬히 반응하여 플라즈마활성화기체와 반응을 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10：축사 12：배기 팬
110：배기 덕트 112：습식세척공간
120：습식 분무노즐 123：기액분리필터
125：고압 분사노즐 130：플라즈마 처리부
135：고압 세척노즐 140：세척수 저수조
150：액체 처리부 160：이젝터
170：바이패스관 180：트랩배관
182：배수배관
110：배기 덕트 112：습식세척공간
120：습식 분무노즐 123：기액분리필터
125：고압 분사노즐 130：플라즈마 처리부
135：고압 세척노즐 140：세척수 저수조
150：액체 처리부 160：이젝터
170：바이패스관 180：트랩배관
182：배수배관
Claims (13)
- 축사에 설치된 복수개의 배기 팬을 통해서 배출되는 공기의 악취원인물질을 제거하기 위한 순환형 대기처리장치에 있어서,
축사 외측에서 각각의 상기 배기 팬에 장착되며, 상기 배기 팬 전방에 습식세척공간을 제공하고, 상기 습식세척공간 상부로 연장되어 단부에 배출구를 갖는 배기 덕트;
상기 습식세척공간 상부에서 배치되어 상기 습식세척공간으로 유입되는 공기를 액체로 처리하는 습식 분무노즐;
상기 습식 분무노즐 상부에 배치되어 상기 습식세척공간에서 처리된 공기를 플라즈마로 처리하는 플라즈마 처리부;
상기 배기 덕트에 연결되는 배출배관을 통해서 상기 습식 분무노즐로부터 분사되는 액체를 상기 습식세척공간 하부에서 회수하는 세척수 저수조; 및
상기 세척수 저수조에 수용되는 액체를 처리하는 액체 처리부;
를 포함하며, 상기 습식 분무노즐 및 상기 플라즈마 처리부 사이에 배치되는 기액분리필터를 포함하며, 상기 습식세척공간 내의 공기는 상기 기액분리필터에 의해서 상기 공기 중에 내포된 액체가 걸러져 상기 플라즈마 처리부로 유입되고, 상기 기액분리필터 상부에 배치되어 고압의 공기 또는 액체를 분사하는 고압 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 액체 처리부에서 처리된 액체는 상기 세척수 저수조로 순환하면서 상기 액체 처리부에서 반복 처리되는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 액체 처리부에서 처리된 액체는 상기 습식 분무노즐로 재 공급되는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리부는 상기 배기 덕트로 유입되는 공기의 유동방향을 따라서 연장되는 접지전극 및 상기 접지전극 사이에 배치되는 방전전극을 포함하며,
상기 악취원인물질은 상기 접지전극 및 상기 방전전극의 가장자리에서 발생하는 플라즈마 방전에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제6항에 있어서,
상기 플라즈마 처리부 상부에 배치되어 상기 플라즈마 처리부의 상기 접지전극 및 상기 방전전극에 집진된 먼지를 고압의 공기 또는 액체를 분사하여 제거하는 고압 세척노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 액체 처리부는,
상기 세척수 저수조에 수용되는 액체가 유입 및 배출되는 수용 챔버부;
상기 수용 챔버부 내측에 수용되는 액체를 가로질러 배치되며, 상기 액체와 분리되는 기체 유입구 및 기체 배출구를 포함하는 유전체관;
상기 액체로부터 격리되게 상기 유전체관 내측에 배치되는 코어전극; 및
상기 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제8항에 있어서,
상기 기체 유입구로 공급되어 상기 유전체관 내측을 지나면서 플라즈마 방전에 의해 기체 활성종을 갖는 기체는 상기 기체 배출구로 배출되고,
다시 상기 수용 챔버부 내측으로 유입되어 상기 수용 챔버부 내측으로 수용되는 액체를 처리하는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제9항에 있어서,
상기 세척수 저수조에서 상기 액체 처리부로 상기 액체를 이송하는 제1 순환배관 및 상기 액체 처리부에서 상기 세척수 저수조로 상기 액체를 이송하는 제2 순환배관을 포함하며,
상기 수용 챔버부와 상기 제1 순환배관을 연결하는 바이패스관을 포함하며, 상기 기체 배출구로 배출되는 상기 기체는 상기 기체 배출구와 상기 바이패스관을 연결하는 기체 배출배관을 통해서 상기 바이패스관으로 다시 유입되는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제10항에 있어서,
상기 바이패스관에는 이젝터(ejector)가 배치되며, 상기 기체 배출배관은 상기 이젝터에 연결되어 상기 기체 배출구로부터 배출되는 상기 기체는 상기 기체 배출배관 및 상기 이젝터를 순차적으로 거쳐 상기 바이패스관으로 유입되며, 상기 수용 챔버부에 연결된 상기 제1 순환배관의 액체와 혼합되어 처리하는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제10항에 있어서,
상기 기체 배출배관 및 상기 바이패스관 사이에서 상기 기체 배출배관 및 상기 바이패스관을 연결하는 활성기체 유입관이 배치되며,
상기 기체 배출배관 및 상기 활성기체 유입관이 한쪽 단부에 연결되는 U자형 배수배관이 배치되며, 상기 바이패스관에서 상기 활성기체 유입관으로 역류하는 액체는 상기 배수배관의 다른쪽 단부를 거쳐 배출되는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치. - 제8항에 있어서,
상기 세척수 저수조에서 상기 액체 처리부로 상기 액체를 이송하는 제1 순환배관의 단부는 상기 액체 처리부의 상기 수용 챔버부 내측까지 연장되며,
상기 내측까지 연장되는 단부는 상기 제1 순환배관에서 상기 수용 챔버부로 유입되는 액체의 경로를 상기 유전체관에서 상기 수용 챔버부 내측으로 전환하도록 굴절되어 상기 액체가 상기 유전체관으로 바로 향하여 파손시키는 것을 방지하고, 상기 수용 챔버부 내측에서 난류를 유도하는 것을 특징으로 하는 순환형 대기처리장치.
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2014
- 2014-09-25 KR KR1020140128250A patent/KR101636421B1/ko active IP Right Grant
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