[논문]하이브리드 수중 플라즈마 토치를 이용한 수처리 특성연구

권순걸; 이수호; 조만철

doi:10.5207/jieie.2006.20.1.138

초록
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본 연구는 상용화에 관점에서 수처리용 플라즈마리액터를 제작하여 수처리 특성을 연구한 것으로, 본 연구에 사용된 하이브리드 수중 플라즈마 토치는 기존의 네온트랜스라는 저가의 전원을 사용한다는 측면에서 경제적으로 매우 우수하며 더불어 저전력용으로 제작되어 에너지 효율적 측면에서도 매우 우수하다. 특히 연구에 사용된 하이브리드 수중 플라즈마 토치는 두 종류의 플라즈마영역을 가지고 있어 각각의 영역의 장점을 물에 투입 할 수 있다는 특수한 장점을 가지고 있다. 이러한 하이브리드 수중 플라즈마 토치를 사용한 결과 얻은 다음과 같은 데이터(용존 오존(2.8[ppm]), 과산화수소(100[ppm]), 2[PH])는 살균에 매우 유용할만한 가치 있는 수치로서 실제 대장균 처리에 적용해본 결과 최대 10분 안에 대장균 완전 박멸이라는 매우 우수한 결과를 가질 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research emphasis the commercialize and experiment in the quality of water treatment by making water treatment reactor. The hybrid water plasma torch used this research is excellent in tans of economical efficiency because of using existent neon transformer. Further more, It has excellent energ...

This research emphasis the commercialize and experiment in the quality of water treatment by making water treatment reactor. The hybrid water plasma torch used this research is excellent in tans of economical efficiency because of using existent neon transformer. Further more, It has excellent energy efficiency because it is manufactured by low electric power. Especially hybrid water plasma torch used this research has two filed of water plasma and inputs each strong point into the water. Following The data such as dissolved ozone(2.8[ppm]), hydrogen peroxide(100[ppm]), 2[PH], are very affordable data and immensely useful in sterilization. Those data have excellent result: perfect eradication of a colon bacillus within maximum 10 minute applying to sterilization processing of a colon bacillus.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에선 앞서 언급한 여러 문제점을 해결하고 실용화를 가능하게 하기 위해 저가의 상용제품인 네온트랜스의 용량에 맞춘 하이브리드 수중 플라즈마 토치를 제작하여 이의 효율을 검증하고 수중플라즈 마에 의한 수질특성분석에 대해 연구하였다.

제안 방법

이 이유는 현재 기성제품인 네온트랜스의 용량이 전자식의 경우 80[W]를 상회한다. 때문에 네온트랜스의 안정적인 사용을 위해 전원공급기의 약 60[%]정도인 50[W]급으로 제작하였다.
때문에 본 논문에서의 소비전력은 네온트랜스에서 소비되는 전력과 플라즈마토치에서 소비되는 전력의 총합을 의미한다. 본 실험에 사용된 물의 량은 10[l]이며 하이브리드 수중 플라즈마 토치의 소비 전력은 네온트랜스의 소비전력과 합하여 50[W]가 소비되도록 하여 하이브리드 수중 플라즈마 토치2 본을 투입하였다. 이 이유는 현재 기성제품인 네온트랜스의 용량이 전자식의 경우 80[W]를 상회한다.
플라즈마는 공기량과 압력에 따라 형상이 달라지는데 본 논문에선 최상의 플라즈마가 발생히는 3[l/min]의 유량으로 고정하였다. 소비전력의 측정은 플라즈마토치의 소비전력을 측정한 것이 아니라 실험에 이용된 네온트랜스와 플라즈마토치의 소비전력의 전체를 측정하기 위해 네온트랜스 입력단에서 측정하였다.
연구의 데이터는 일반 수돗물을 이용하여 용존오존과 과산화수소, 배오존 그리고 [PH] 변화를 조사 하였으며 이러한 결과를 바탕으로 실제 살균효과를 보기 위하여 하수종말처리장의 유입수를 직접 투입하여 대장균의 살균효과를 살펴보았다.
실험에 사용된 전원은 시중에 판매되는 전자식 네온트랜스(출력전압 15[kV], 20[kHz]), 주입된 공기는 일반 대기공기를 사용하였다. 플라즈마는 공기량과 압력에 따라 형상이 달라지는데 본 논문에선 최상의 플라즈마가 발생히는 3[l/min]의 유량으로 고정하였다. 소비전력의 측정은 플라즈마토치의 소비전력을 측정한 것이 아니라 실험에 이용된 네온트랜스와 플라즈마토치의 소비전력의 전체를 측정하기 위해 네온트랜스 입력단에서 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 실험장치의 개략도는 그림 1에 나타내었다. 실험에 사용된 전원은 시중에 판매되는 전자식 네온트랜스(출력전압 15[kV], 20[kHz]), 주입된 공기는 일반 대기공기를 사용하였다. 플라즈마는 공기량과 압력에 따라 형상이 달라지는데 본 논문에선 최상의 플라즈마가 발생히는 3[l/min]의 유량으로 고정하였다.

성능/효과

(1) 플라즈마 처리시간이 증가됨에 따라 과산화수 용존오존의량은 증가하지만 배오존과 [FH]는 감소됨을 알 수 있었다.
(2) 과산화수소와 용존오존의 변화곡선은 배오존과 [PH] 변화곡선과 반비례함을 알 수 있었다.
(3) [PH] 2이하에서 용존오존의 경우 과산화수소의 분자와 반응하여 용존오존의 분해속도를 매우 느리게 하기 때문에 [PH] 2가 되는 25분 이후부터 포화곡선이 됨을 알 수 있었다.
(4) 하이브리드 수중 플라즈마 토치를 대장균처리에 사용해본 결과 매우 우수한 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에 사용된 하이브리드 수중 플라즈마 토치는 경제적인 측면과 운전 및 설치적 측면에서 기존 의 수중플라즈마발생 장치에 비해 우수한 점이 매우 많다. 실용화에 입각해 제작된 하이브리드 수중 플라즈마 토치를 이용한 수질특성 변화에 대하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에 사용된 하이브리드 수중 플라즈마 토치를 이용하여 실제 종말처리장 유입수의 대장균 테스트의 결과를 표 1에 나타내었다. 하이브리드 수중 플라즈마 토치를 1본 사용했을 경우에도 상당한 살균 효과를 볼 수 있었지만 40분 이후 완전박멸이 이루어졌으나, 하이브리드 수중 플라즈마 토치 2본을 사용했을 경우 10분 만에 대장균 완전박멸을 볼 수 있 었다.

후속연구

본 논문을 작성하면서 실용화적 측면과 성능적 측면 모두에서 더욱 구체적인 연구가 필요하다는 것을 절실히 느낄 수 있었다. 앞으로 더 많은 연구 자료를 축적한다면 수처리 분야에 유용한 연구자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문을 작성하면서 실용화적 측면과 성능적 측면 모두에서 더욱 구체적인 연구가 필요하다는 것을 절실히 느낄 수 있었다. 앞으로 더 많은 연구 자료를 축적한다면 수처리 분야에 유용한 연구자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

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P. Lukes, A. T. Appleton, B. R. Lock, 'Hydrogen Peroxide and Ozone Formation in Hybrid Gas-Liquid Electrical Discharge Reactors', IEEE Trans. Vol. 40, No 1, Jan/Feb. 2004

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