KR100205443B1 - 광촉매를 이용한 폐수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수처리에 있어서 색도제거, 냄새제거, 살균 또는 미량화학 오염 물질등의 난분해성물질을 효과적으로 분해하기 위한 하이브리드형 처리 프로세스중 전처리단계에서의 광촉매에 의한 폐수처리를 수행하기 위한 장치에 관 한 것으로 특히 비표면적이 높은 분말 및 입자상 광촉매를 이용한 반응조로 부터 촉매의 분리회수의 문제를 해결할 수 있으며, 조작이 간단하고 광촉매의 연속적인 이용이 가능하도록 한 폐수처리장치에 관한 것이다.

Description

광촉매를 이용한 폐수처리 장치

본 발명은 폐수처리에 있어서 색도제거, 냄새제거, 살균 또는 미량화학 오염 물질등의 난분해성물질을 효과적으로 분해하기 위한 하이브리드형 처리 프로세스중 전처리단계에서의 광촉매에 의한 폐수처리를 수행하기 위한 장치에 관 한 것으로 특히 비표면적이 높은 분말 및 입자상 광촉매를 이용한 반응조로 부터 촉매의 분리회수의 문제를 해결할 수 있으며, 조작이 간단하고 광촉매의 연속적인 이용이 가능하도록 한 폐수처리장치에 관한 것이다.

광촉매의 존재하에서 광을 조사(照射)하여 그 폐수중에 포함되어 있는 유해물질을 분해, 제거하는 방법은 이미 알려져 있으며 이경우에 이용되는 광촉매로서는 TiO₂, WO₃, ZnO, SiC, CdS 등의 반도체가 이용되어진다.

이러한 광촉매에 광촉매로서의 성능을 높이기 위하여 활성금속 예를 들면 Pt, Cu, Fe, Ru, Rh 등의 금속성분을 담지시켜 광촉매를 제조하는 방법이 최근에 연구되고 있다.

그러나, 이와 같은 광촉매를 이용하는 폐수처리에 있어서 광촉매는 분말 또는 고정담체화 상태로 이용된다.

분말은 고정담체화보다 비표면적이 크고, 처리효율도 높으나, 광촉매를 폐수로부터 분리회수하는데 문제가 있어 실용화하기에는 문제가 있고, 고정화하여 이용하는 경우에는 유해물질의 분해 제거율이 낮다는 점등이 해결해야 할 과제로 남아있다.

광촉매를 이용한 폐수처리장치에 대한 몇 건의 특허가 있지만 아직까지 처리효율, 유지관리가 어려운점(예를 들면, 카나다특허 95-704921, 일본특허 特開平 6-328068은 전량여과방식)등 실용화하기에 난점으로 작용되고 있다.

본 발명은 유지관리가 간편하고 처리효율의 향상을 위해 광촉매를 분말로 이용하는 경우에 반응조에서 사용되는 분말입자성 촉매를 분리회수하는 문제를 해결한 폐수처리장치를 제안함을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 내부에 광조사램프를 가지고, 외부에 순환펌프로 광촉매를 순환시켜 접촉시간을 늘려 처리 효율을 향상시키는 반응조, 해당 반응조로부터 광조사처리수를 모으는 집수조, 또한 폐수펌프, 폐수만 여과되는 크로스-플로우(cross-flow) 방식의 분리막장치, 여과되지 않은 광촉매현탁폐수를 다시금 반응조로 순환하게 하여 광촉매를 재이용할수 있게 만든 장치를 특징으로 한 광촉매를 이용한 폐수처리 장치를 말한다.

도 1은 본 발명의 폐수처리 장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 효율증대를 위해 별도의 구조를 추가하여 구성한 상태를 보이는 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반응조 2 : 폐수 유입관

3 : 광조사램프 4 : 전원

5 : 교반펌프 6 : 저수조

7 : 유량조절센서 8 : 처리수 유출관

9 : 분리막 장치 10 : 세척관

11 : 순환펌프

본 발명의 장치에 관해 도면을 참고로 해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 장치를 이용한 실시예에 관한 구성도를 나타낸다.

폐수 유입관(2)에 의해 외부의 폐수가 유입되는 반응조(1)와; 상기 반응조(1)의 내부에 설치되어 전원(4)에 의해 광을 조사시키기 위한 광조사램프(3)와; 상기 반응조(1)에 연결되어 광촉매현탁폐수를 균일하게 유지시키기 위한 교반펌프(5)와; 상기 반응조(1)에서 처리된 처리수를 저류시키는 저수조(6)와; 상기 반응조(1)의 내부에 설치되어 수위에 따라 폐수의 공급수량을 일정하게 조절하기 위한 유량조절센서(7)와; 상기 저수조(6)의 처리수를 유입시켜 반응된 폐수는 여과시켜 처리수 유출관(8)을 통해 외부로 배출시키고 광촉매현탁폐수는 농축시켜 재차 반응조(1)로 흘러보내는 cross-flow 방식의 분리막 장치(0.1∼1㎛의 정밀 여과막 또는 0.002∼0.2㎛의 한외여과막장치)(9)와; 상기 처리수 유출관(8)에 연결되며 반응조(1)의 세척을 위해 역방향의 세척수를 유입시켜 주기 위한 세척관(10)과; 상기 저수조(6)와 분리막 장치(9)사이에 연결되며 저수조(6)의 처리수를 분리막 장치(9)로 공급시켜 주기 위한 순환펌프(11)를 각각 연결 구비하여서 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 효율증대를 위해 별도의 구조를 추가하여 구성한 상태를 보이는 것으로 폐수 유입관(2)의 중간에 연결 설치되어 내부에 광촉매가 담지되는 보조 반응조(12)와; 상기 보조 반응조(12)의 내부에 설치되어 광을 조사시켜 주기 위한 보조 광조사램프(13)로 구성되는 전처리 장치(14)를 구비하여서 된 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 있어 분리막 장치(9)는 광촉매의 입자크기보다 작은 사이즈를 선정함이 원칙이나 크기가 클 경우 처리되지 않은 폐수가 유출되어 처리효율이 낮아지고, 분리막이 너무 작을때에는 막의 흐름이 가로막힐 우려가 있으므로 적절한 크기의 분리막을 선정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 장치를 이용해서 폐수처리를 할 때에는 반응조(1)에는 광촉매를 충진함과 동시에 폐수 유입관(2)을 통해 폐수를 반응조(1)내에 충진한다.

광촉매는 분해활성이 높고, 독성, 코스트의 면에서 적합한 TiO₂의 사용이 바람직하다.

반응조(1)에서 사용되는 광촉매의 입경은 반응조에서의 각반을 정지한 후 광촉매가 쉽게 침강할 수 있도록 평균입경은 0.3㎛∼5㎜의 분말·입자상의 광촉매범위내에서 정하는 것이 좋다.

본 발명에서 이용한 광촉매는 1㎛의 아나다제형 티타늄이다.

반응조(1)에 투입되는 광촉매의 충진 비율은 처리조 폐수의 1000 중량에 대해 1∼5 중량의 비율이다.

광촉매의 양이 적으면 광촉매의 효과가 적고, 많으면 폐수중의 광의 투과율이 떨어져 처리효율이 떨어진다.

또 반응조의 처리효율을 높이기 위해 도 2에 표시된 것처럼 전처리장치(14)를 이용하여 광촉매를 보조 반응조(12) 내벽에 담지시켜 보조 광조사램프(13)에 의해 광이 조사되는 공간을 통해 오염된 폐수를 통과시켜 본 발명장치의 반응조(1)로 유입시키면 처리효율이 높아진다.

원폐수를 폭기하여 산소의 농도를 높여주거나 전처리로서 오존처리, 과산화수소 또는 산소의 주입에 의해서도 처리효율이 상승된다.

상기와 같이 광촉매로 충진된 반응조(1)내에 교반펌프(5)를 작동시켜 반응조(1)내의 폐수를 교반하므로써 광촉매를 폐수중에 균일하게 분산, 현탁시킨다.

또한 분산과 동시에 광조사램프(3)를 작동시켜 폐수에 광을 조사한다.

이 경우 광조사램프(3)의 파장은 250∼400㎜의 광을 방사하는 램프, 예를들어, 고압·중압·저압수은등, 블랙램프를 이용할 수 있다.

광조사램프(3)의 외표면과 반응조(1) 내벽과의 거리는 강한 광조사강도를 얻을 수 있는 측면에서 가능한 한 짧은 거리, 즉 5∼20㎜의 범위로 유지하는 것이 좋다.

상기와 같이 구비해서 폐수처리를 할 경우 반응조(1)내에서 반응의 활성을 높이기 위해 도 2에서처럼 광촉매가 담지된 보조 반응조(12)내벽과 보조광조사램프(13)를 가진 전처리장치(14), 또는 산소를 공급하는 폭기장치를 이용하여 전처리 반응조로 폐수를 유입시키거나 전처리조대신에 오존, 과산화수소로 처리하면 폐수의 처리의 효율을 향상시킬수 있다.

상기와 같이 연속해서 일정량의 광조사처리를 한후 광촉매현탁폐수가 순환펌프(11)에 의해 분리막 장치(9)를 통과하면 여과된 폐수는 처리수 유출관(8)을 통해 외부로 유출되고 나머지 광촉매현탁폐수는 농축되어 반응조(1)로 재투입되어 연속적으로 재이용 할 수 있다.

이때, 줄어든 유출수량은 유량조절센서(7)에 의해 감지되어 폐수유입관(2)을 통해 일정량의 새로운 폐수가 자동보충 공급되며 연속적으로 처리된다.

특히, 본 발명의 장치는 상기에서 서술한 것과 같이 간단한 조작으로 자동적인 연속처리가 가능하며, 사용하는 광촉매의 손실이 없으므로 처리비용도 적은 이점이 있다.

본 발명 장치는 유해물질을 포함한 각종폐수 즉 상·하수도, 산업폐수등에 널리 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다.

단 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

〈실시예 1〉

도 2에 나타난 장치의 반응조에 이산화티타늄을 반응조내벽에 고정시키고, 폐수 5L 와 1㎛의 이산화티타늄 10g을 반응조에 충전시킨 후, 벤젠 100㎎/L를 포함한 폐수를 흘러보내 폐수처리를 했다.

폐수처리의 조건은 광조사시간을 60분으로 하였다. 이렇게 하여 얻어진 처리수의 벤젠농도는 10㎎/L로 처리율 90%를 나타냈다.

이 수치는 도 1의 장치만으로 처리하는 경우에 비해 도 2에서는 동일조건에서 처리효율이 약 15%상승한 효과를 보여, 전처리조는 반응조에서의 반응을 촉진시키는 효과가 있음이 판명되었다.

〈실시예 2〉

실시예 1처럼, 도 1, 2에서의 처리수를 cross-flow 방식의 분리막 장치(size: 0.2㎛d의 정밀여과막)를 사용하여 분리막의 막힘이나 응집현상을 검토하기 위하여 검토한 결과, TiO₂현탄액은 농축되어 반응조로 연속적으로 회수되어 재이용되고, 또한 응집이나 분리막의 막힘현상도 1년에 걸친 실험에서 문제발생없이 대상물질을 연속적으로 처리가능한 점을 입증하였다.

〈실시예 3〉

실시예 1처럼, 대상물질을 벤젠 대신에 다이옥신의 탄소기본골격 물질인 디벤죠퓨란 4㎎/L을 포함한 폐수를 이용하여 광조사시간 90분 이외에는 같은 방법으로 실험을 했다.

얻어진 처리수중의 디벤죠퓨란농도는 검출한계이하로써, 검출되지 않은 점으로 보아 난분해성물질처리에 효과적인 사실이 입증되었다.

본 발명은 폐수처리시 광촉매와 광조사램프로 발생되는 높은 산화력을 이용하는 폐수정화방법으로 광촉매의 높은 산화력을 효율적으로 이용하기 위해 광촉매를 고정화하여 처리의 효율을 높이고 또한 분말·입자상의 광촉매를 재회수하여 재활용이 가능하게 함으로써 유기물을 H₂O, CO₂로 완전 변화시키거나 고분자 물질을 저분자물질로, 난분해성물질을 이분해성물질로 유기물의 조성을 변화시켜 생분해성을 향상시켜 수질의 향상을 기대할 수 있다.

Claims (7)

1. 폐수 유입관(2)에 의해 외부의 폐수가 유입되는 반응조(1)와; 상기 반응조(1)의 내부에 설치되어 전원(4)에 의해 광을 조사시키기 위한 광조사램프(3)와; 상기 반응조(1)에 연결되어 광촉매현탁폐수를 균일하게 산포시키기 위한 교반펌프(5)와; 상기 반응조(1)에서 처리된 처리수를 저류시키는 저수조(6)와; 상기 반응조(1)의 내부에 설치되어 수위에 따라 폐수의 공급수량을 일정하게 조절하기 위한 유량조절센서(7)와; 상기 저수조(6)의 처리수를 유입시켜 반응된 폐수는 여과시켜 처리수 유출관(8)을 통해 외부로 배출시키고 광촉매현탁폐수는 농축시켜 재차 반응조(1)로 흘러보내는 cross-flow 방식의 분리막 장치(0.1∼1㎛의 정밀 여과막 또는 0.002∼0.2㎛의 한외여과막장치)(9)와; 상기 처리수 유출관(8)에 연결되며 반응조(1)의 세척을 위해 역방향의 세척수를 유입시켜 주기 위한 세척관(10)과; 상기 저수조(6)와 분리막 장치(9)사이에 연결되며 저수조(6)의 처리수를 분리막 장치(9)로 공급시켜 주기 위한 순환펌프(11)를 각각 연결 구비하여서 됨을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 폐수처리 장치.
2. 제 1항에 있어서; 분리막 장치(9)는 cross-flow 방식인 0.1∼1㎛의 정밀여과막 또는 0.002∼0.2㎛의 한외여과막장치로 구성함을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 폐수처리 장치.
3. 제 1항에 있어서; 광촉매를 이용한 폐수처리 분해를 촉진시키기 위하여 반응조(1)로 유입되기 이전에 마련되는 폐수의 전처리공정을 위한 것으로 내부에 광촉매가 담지되는 보조 반응조(12)와; 상기 보조 반응조(12)의 내부에 설치되어 광을 조사시켜 주기 위한 보조 광조사램프(13)로 구성되는 전처리 장치(14)를 폐수 유입관(2)에 연결 구비함을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 폐수처리 장치.
4. 제 1항에 있어서; 광촉매로서 평균입경 0.3㎛∼5㎜의 분말·입자상태인 활성금속 Pt, Cu, Fe, Ru, Rh의 금속성분을 담지시킨 복합촉매를 이용함을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 폐수처리 장치.
5. 제 3항에 있어서; 상기 폐수의 전처리 공정은 폐수를 오존처리하는 것임을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 폐수처리 장치.
6. 제 3항에 있어서; 상기 폐수의 전처리 공정은 폐수를 과산화수소 처리하는 것임을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 폐수처리 장치.
7. 제 3항에 있어서; 상기 폐수의 전처리 공정은 폭기장치를 이용하여 폐수에 산소를 공급시키는 것임을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 폐수처리 장치.