KR100242666B1 - Water purifying plant - Google Patents
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- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
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Abstract
본 발명은 자외선과 슬립캐스팅법으로 제조된 TiO2촉매제로 구성된 광촉매 산화반응조에 오존과 공기를 공급하면서 산업폐수와 침출수를 정수처리 할 수 있는 정수처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment system capable of purifying industrial wastewater and leachate while supplying ozone and air to a photocatalytic oxidation reaction tank composed of a TiO 2 catalyst prepared by UV and slipcasting.
본 발명의 정수처리 시스템은 오염물질을 함유하는 침출수가 유입되는 저류조와, 상기 저류조내의 오염물질을 함유하는 침출수를 펌핑하는 펌프와, 상기 저류조내의 오염물질을 함유하는 침출수를 상기 펌프의 구동에 의해 받아서 상기 침출수를 정화시키는 반응조와, 광촉매 산화반응시 정화를 촉진시키도록 상기 반응조내에 공기를 주입하는 공기공급수단과, 공기를 펌핑하는 공기펌프와, 상기 공기펌프의 구동에 따라서 공급되는 공기를 건조시키는 건조챔버와, 상기 건조챔버내에서 건조된 공기를 받아서 오존을 발생시켜 상기 반응조내에 오존을 공급하는 오존발생기와, 상기 공기펌프의 구동에 의해 도입되는 공기에 대해 상기 오존발생기에서 발생된 오존의 농도를 산출함과 동시에 표시하는 오존농도산출/표시기와, 전체 동작을 제어하는 제어수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The purified water treatment system of the present invention includes a pump for pumping a leachate containing contaminants into a reservoir, a pump for pumping leachate containing contaminants in the reservoir, and a leachate containing contaminants in the storage tank by driving the pump. A reaction tank for purifying the leachate, an air supply means for injecting air into the reaction tank to promote purification during a photocatalytic oxidation reaction, an air pump for pumping air, and air supplied according to the operation of the air pump. The ozone generated by the ozone generator with respect to a drying chamber to receive, the ozone generator for receiving the air dried in the drying chamber to generate ozone to supply ozone to the reaction tank, and the air introduced by the operation of the air pump The ozone concentration calculation / indicator that calculates and displays the concentration at the same time, and controls the overall operation. It is characterized by being a control means.
Description
본 발명은 수용액상에 존재하는 다양한 유기오염물질을 분해시키는 정수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게 자외선(10)과 슬립캐스팅법으로 제조된 TiO2촉매(20)제로 구성된 광촉매 산화반응조에 오존과 공기를 공급하면서 산업폐수와 침출수를 정수처리 할 수 있는 정수처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water purification system for decomposing various organic contaminants present in an aqueous solution. More specifically, the present invention relates to ozone and a photocatalytic oxidation tank composed of an ultraviolet (10) and a TiO 2 catalyst (20) prepared by a slip casting method. The present invention relates to a water treatment system capable of purifying industrial wastewater and leachate while supplying air.
자연계에서 일어나는 다양한 유기 오염물질의 정화과정은 햇빛에 의해서 유기 오염물질이 분해되면서 시작되어 궁극적으로 이산화탄소(CO2)와 무기물질을 생성시키는 반응으로 진행될 수 있다. 이 과정에서 자연적인 증감제(sensitizer)가 이러한 유기오염물질의 분해과정을 가속화시키는 역할을 수행하게 된다. 1970년대에 금속산화물 반도체가 햇빛에 의한 자연정화 과정을 가속화 시킨다는 사실이 입증된 이후 수용액상에 존재하는 다양한 유기 오염물질을 분해시키기 위하여 ZnO 혹은 TiO2와 같은 반도체에 자외선(UV light)을 조사하는 광촉매 산화반응의 중요성이 대두되고 있다.The purification process of various organic pollutants occurring in nature can be started by the decomposition of organic pollutants by sunlight and proceed to the reaction that ultimately produces carbon dioxide (CO 2 ) and inorganic substances. In this process, natural sensitizers play a role in accelerating the decomposition of these organic pollutants. In the 1970s, since metal oxide semiconductors proved to accelerate the process of natural purification by sunlight, UV light was applied to semiconductors such as ZnO or TiO 2 to decompose various organic contaminants in aqueous solutions. The importance of photocatalytic oxidation is emerging.
광촉매(TiO2) 산화반응에서 반도체 촉매를 이용한 수용액상에서의 오염물질 산화반응 메카니즘을 설명하기 위하여 일반적으로 band-gap 에너지 모형이 이용된다. Band-gap 에너지 이상의 빛에너지를 흡수한 반도체 내에서는 가전자대와 전도대 사이의 전하분리에 의해서 각각 정공과 전자가 생성되며(식 1), 두종류의 산화반응이 진행된다. 첫번째 산화반응은 흡착된 물질의 전자전이반응(식 2)이며, 두 번째 산화반응은 식 (3)과 (4)에서와 같은 흡착된 수용물질(H2O와 HO-)의 전자전이반응이다. 촉매(10)입자 표면에 흡착되는 대부분의 물질은 수용액상에서 H2O와 HO-의 농도가 높기 때문에 오염물질의 두번째 산화반응 공정이 중요한 역할을 수행하게 된다. 또한 모든 산화반응 공정에서 나타나는 산소(O2)는 전도대로부터 전자전이 반응(식 5)을 일으키는 전자수용체로서 작용한다.A band-gap energy model is generally used to explain the mechanism of contaminant oxidation in aqueous solutions using semiconductor catalysts in photocatalytic (TiO 2 ) oxidation. In semiconductors absorbing light energy above the band-gap energy, holes and electrons are generated by charge separation between the valence band and the conduction band (Equation 1), and two kinds of oxidation reactions proceed. The first oxidation reaction is an electron transfer reaction (Equation 2) of the adsorbent material, the second oxidation reaction formula (3) and (4) the receiving material absorption, such as in-the electron transfer reaction of (H 2 O and HO) . Since most of the substances adsorbed on the surface of the
TiO2→TiO2(e-+h+) ⑴ TiO 2 → TiO 2 (e - + h +) ⑴
TiO2(h+)+RXad→TiO2+RX+· ad⑵ TiO 2 (h +) + RX ad → TiO 2 + RX + · ad ⑵
TiO2(h+)+H2Oad→TiO2+HO· ad+H+⑶TiO 2 (h + ) + H 2 O ad → TiO 2 + HO , ad + H + ⑶
TiO2(h+)+HO- ad→TiO2+HO· ad⑷ TiO 2 (h +) + HO - ad → TiO 2 + HO · ad ⑷
TiO2(e-)+O2→TiO2+O2 -·⑸ TiO 2 (e -) + O 2 → TiO 2 + O 2 - · ⑸
오존과 H2O2의 산화반응에서 오존(O3)은 수처리장에서 일반적으로 사용되는 산화제보다 그 성능이 매우 강력하여 1907년 프랑스에서 정수의 살균처리를 위해 처음으로 사용된 이후 유럽과 미국에서 폭넓게 이용되고 있다. 최근에는 재래식 처리공정으로 처리되지 않는 난분해성 유기오염물질의 처리방안으로 주목받고 있다. 오존분자는 수용액상에 존재하는 오염물질과 직접적인 반응을 일으키는 강력한 산화제로서의 역할과 부가적인 산화반응에 기여하는 반응성이 매우 큰 하이드록실 라디칼(OH˙), 수퍼옥사이드 라디칼 안이온(O2 -˙), 오존 라디칼 안이온(O3 -˙), 퍼하이드록실 라디칼 안이온(HO2 -˙), 하이드로겐 퍼옥사이드(H2O2)를 생성시킨다. 표 1에 오존의 분해반응 메커니즘을 나타내었다.In the oxidation of ozone and H 2 O 2 , ozone (O 3 ) is much more powerful than the oxidizing agent commonly used in water treatment plants, and was first used in France in 1907 for sterilization of purified water in Europe and the United States. It is widely used. Recently, attention has been paid to the treatment of hardly degradable organic pollutants that are not treated by conventional treatment processes. Ozone molecules and additional role is very reactive hydroxyl radicals that contribute to the oxidation reaction (OH˙), superoxide radical ion as a strong oxidizing agent should not cause contamination to the direct reaction present in the aqueous phase (O 2 - ˙) ozone radical not ion to produce a - - (˙ HO 2), hydrogen peroxide (H 2 O 2) (O 3 ˙), buffer hydroxyl radical not ions. Table 1 shows the decomposition mechanism of ozone.
수용액상에 존재하는 일반적인 이니테이터(initator)는 OH-이고 OH˙을 증가시키는 역할을 하는 H2O2와 자외선(10)을 프로모터(promotor)라고 하며, OH˙과 반응하여 다른 형태의 물질을 형성시키는 것을 저해제(inhibitor)라고 한다. 일반적으로 HCO3와 CO3 2-같은 물질들이 OH˙과 반응하여 오존의 분해를 저해한다.Common initiators in aqueous solution are OH - and H 2 O 2 and ultraviolet light (10), which serves to increase OH˙, are called promoters, and react with OH˙ to form other types of substances. Formation is called an inhibitor. In general, substances such as HCO 3 and CO 3 2- react with OH˙ to inhibit the decomposition of ozone.
광촉매와 오존 및 H2O2를 이용하여 수용액에 있는 오염물질을 분해시키는 산화반응 공정은 다음과 같은 수처리 분야에 적용할 수 있다. 첫째, 초순수(ultrapure water) 제조분야를 들수 있다. 이전에는 수처리에 광촉매 산화반응을 적용한다는 것은 지하수의 독성물질 또는 폐수의 오염물질 제거를 의미하는 것이었다. 그러나 몇몇 산업분야 특히 반도체 제조, 제약, 발전소 등에서 필요로 하는 초순수를 제조하기 위한 공정에 적용할 수 있을 것이다. 둘째, 광촉매 산화반응을 손쉽게 적용할 수 있는 분야는 하루에 가정에서 음료수로 필요로 하는 10-20L정도의 양을 생산할 수 있는 규모의 가정정수 분야이다. 이와같은 방법을 활성탄 여과 또는 역삼투압 장치와 비교했을때 충분한 경제성이 있는 것으로 검토되었으며, 특히 가정에 공급되는 물에 THMs(trihalomethanes), PCBs(polychlorinated biphenyls), 농약류, 제초제 성분들이 있다면 광촉매 산화반응에 의하여 이들 오염물질의 농도를 감소 시킬 수 있을 것이다. 셋째, 산업페수처리 분야로 산업폐수를 처리하기 위한 경제적인 공정들이 개발되어 있지만 기존의 공정을 개선하여 보다 적은 동력비와 화학적 산화제의 첨가 없이 보다 빠른 산화반응을 진행시킨다면 대체공정으로서의 가치가 충분할 것이다.Oxidation processes that decompose contaminants in aqueous solutions using photocatalysts, ozone and H 2 O 2 can be applied to the following water treatment applications: First, the field of ultrapure water production may be mentioned. Previously, the application of photocatalytic oxidation to water treatment meant the removal of toxic or groundwater contaminants from groundwater. However, it may be applied to a process for producing ultrapure water required in some industrial fields, especially semiconductor manufacturing, pharmaceuticals, and power plants. Second, the field where the photocatalytic oxidation reaction can be easily applied is the domestic water purification field that can produce the amount of 10-20L needed for drinking water at home per day. This method has been considered to be sufficiently economical when compared to activated carbon filtration or reverse osmosis systems, especially for photocatalytic oxidation of trihalomethanes (PCMs), polychlorinated biphenyls (PCBs), pesticides, and herbicides in household water. This will reduce the concentration of these pollutants. Third, although economical processes have been developed to treat industrial wastewater in the industrial wastewater treatment field, it would be sufficient as an alternative process if the existing processes were improved to proceed with faster oxidation without the addition of lower power costs and chemical oxidants.
반도체에 자외선을 조사하여 유기 오염물질을 분해시키는 광촉매 산화반응에 있어서 반도체 재질로서 TiO2가 많이 이용되는 이유는 TiO2가 무독성(non-toxicity)이고 불용성(insolubility)을 가지고 있기 때문이다. 그러나 이와같은 불용성 반도체 입자를 수용액에 있는 오염물질 제거에 직접적으로 이용한다면 몇가지 문제점이 발생할 수 있다. 특히 유입 오염물질을 연속적으로 처리하고자 할 경우에는 수용액내의 반도체 입자를 재부상시키기 위한 에너지가 추가로 필요하다는 점과, 후속 수처리 공정으로서 반도체 입자를 분리하는 새로운 공정이 요망되고 있다.The reason why TiO 2 is widely used as a semiconductor material in photocatalytic oxidation that decomposes organic pollutants by irradiating ultraviolet rays to semiconductors is because TiO 2 is non-toxic and has insolubility. However, some problems may arise if such insoluble semiconductor particles are used directly to remove contaminants in aqueous solutions. In particular, in order to continuously treat the incoming contaminants, additional energy is required for resuspension of the semiconductor particles in the aqueous solution, and a new process for separating semiconductor particles as a subsequent water treatment process is desired.
또한 광촉매 산화반응을 실용화 시키기 위해서는 고정상 촉매를 같은 무게의 현탁부상 촉매와 비교했을 때 광촉매 산화반응이 일어나는 활성점의 감소로 처리 대상물질의 분해효율이 떨어지며, 처리대상 수용액에 하이드록실 라디칼(OH˙)담체로 알려진 음이온 또는 양이온이 존재하면 광촉매 산화반응을 방해한다는 문제점이 있었다.In addition, in order to make the photocatalytic oxidation practical, when the fixed bed catalyst is compared with the suspended bed catalyst of the same weight, the decomposition efficiency of the material to be treated decreases due to the decrease of the active point at which the photocatalytic oxidation occurs, and the hydroxyl radical (OH˙) The presence of anions or cations known as carriers interferes with photocatalytic oxidation.
특히 수중에 있는 다량의 금속성분들이 광촉매 표면에 흡착되어 빛을 차단시키는 역할을 한다. 광촉매 산화반응을 일으키는 에너지원으로서의 빛의 파장이 대부분 300nm 이상의 영역에서 일어나기 때문에 에너지원으로 햇빛을 이용한다면 햇빛의 5% 정도만 이용할 수 있으므로 자외선을 발생시키는 효율적인 시스템이 요망되고 있다.In particular, a large amount of metal components in the water is adsorbed on the surface of the photocatalyst serves to block the light. Since most of the wavelength of light as an energy source for photocatalytic oxidation occurs in the region of 300 nm or more, when using sunlight as an energy source, only about 5% of sunlight is available, so an efficient system for generating ultraviolet rays is desired.
따라서, 본 발명은 상기의 여러가지 문제점을 해결하고, 또한 상기 여러 가지 사정을 감안해서 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 자외선(10) 조사와 TiO2반도체 촉매(20)에 의한 광촉매(20) 산화반응시켜 산업폐수와 침출수를 용이하게 정수할 수 있는 정수처리 시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the various problems described above, and in view of the various circumstances described above, and an object of the present invention is to oxidize the
본 발명의 다른 목적은 난분해성 오염물질을 분해시켜서 산업폐수와 침출수를 정화시킬 수 있는 정수처리 시스템을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a water treatment system capable of decomposing hardly degradable contaminants to purify industrial wastewater and leachate.
본 발명의 또다른 목적은 산업폐수와 침출수를 효율적으로 정화시킬 수 있는 정수처리 시스템을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a water treatment system capable of efficiently purifying industrial wastewater and leachate.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 정수처리 시스템은 오염물질을 함유하는 침출수가 유입되는 저류조(60)와, 상기 저류조(60)내의 오염물질을 함유하는 침출수를 펌핑하는 펌프(50)와, 상기 저류조(60)내의 오염물질을 함유하는 침출수를 상기 펌프(50)의 구동에 의해 받아서 상기 침출수를 정화시키는 반응조(30)와, 광촉매 산화반응시 정화를 촉진시키도록 상기 반응조내에 공기를 주입하는 공기공급수단(96)과, 공기를 펌핑하는 공기펌프(6)와, 상기 공기펌프(6)의 구동에 따라서 공급되는 공기를 건조시키는 건조챔버(43)와, 상기 건조챔버(43)내에서 건조된 공기를 받아서 오존을 발생시켜 상기 반응조내에 오존을 공급하는 오존발생기(40)와, 상기 공기펌프(6)의 구동에 의해 도입되는 공기에 대해 상기 오존발생기(40)에서 발생된 오존의 농도를 산출함과 동시에 표시하는 오존농도산출/표시기(100)와, 전체 동작을 제어하는 제어수단(59)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the water treatment system according to an embodiment of the present invention includes a
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 오존 및 H2O2와 광촉매(TiO2) 산화반응의 병합공정을 이용한 정수처리 시스템의 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a water treatment system using a combination process of ozone and H 2 O 2 and a photocatalyst (TiO 2 ) oxidation according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 광촉매 산화 반응조의 단면도,2 is a cross-sectional view of the photocatalytic oxidation tank of FIG.
도 3은 본 발명의 정수처리 시스템을 사용해서 증류수를 처리하였을 경우의 처리시간 경과에 대한 TCE 잔류율(%)을 나타낸 그래프,Figure 3 is a graph showing the TCE residual rate (%) with respect to the elapsed treatment time when the distilled water is treated using the water treatment system of the present invention,
도 4는 본 발명의 정수처리 시스템을 사용해서 팔당원수를 처리하였을 경우의 처리시간 경과에 대한 TCE 잔류율(%)을 나타낸 그래프,Figure 4 is a graph showing the TCE residual rate (%) with respect to the time elapsed when the raw water per arm using the purified water treatment system of the present invention,
도 5는 본 발명의 정수처리 시스템을 사용해서 팔당원수를 처리하였을 경우의 처리시간 경과에 대한 TOC 잔류율(%)을 나타낸 그래프,5 is a graph showing the TOC residual rate (%) with respect to the elapse of the treatment time when the raw water per arm using the purified water treatment system of the present invention,
도 6은 본 발명의 정수처리 시스템을 사용해서 팔당원수를 처리하였을 경우에 254nm의 파장에서 흡광도를 나타낸 그래프,6 is a graph showing absorbance at a wavelength of 254 nm when raw water per arm was treated using the water treatment system of the present invention.
도 7은 본 발명의 정수처리 시스템을 사용해서 H2O2농도가 50mg/L일 때 TCE 잔류율(%)을 나타낸 그래프,7 is a graph showing the percent TCE retention (%) when the H 2 O 2 concentration is 50 mg / L using the water treatment system of the present invention.
도 8은 본 발명의 정수처리 시스템을 사용해서 H2O2농도가 100mg/L일 때 TCE 잔류율(%)을 나타낸 그래프,8 is a graph showing the percent residual TCE (%) when the H 2 O 2 concentration is 100mg / L using the water treatment system of the present invention,
도 9는 본 발명의 정수처리 시스템을 사용해서 H2O2농도가 500mg/L일 때 TCE 잔류율(%)을 나타낸 그래프.9 is a graph showing the percent TCE retention (%) when the H 2 O 2 concentration is 500 mg / L using the water treatment system of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
6: 공기펌프 10: 자외선램프6: air pump 10: UV lamp
20: TiO2촉매제 30: 반응조20: TiO 2 catalyst 30: reactor
31: 파이렉스 43: 건조챔버31: Pyrex 43: drying chamber
40: 오존발생기 50: 펌프40: ozone generator 50: pump
59: 제어수단 60:저류조59: control means 60: storage tank
83: KI용액 96: 공기공급수단83: KI solution 96: air supply means
100: 오존농도산출/표시기100: ozone concentration calculation / indicator
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 정수처리 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참고해서 설명한다.Hereinafter, a water treatment system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 오존 및 H2O2와 광촉매(20)(TiO2) 산화반응의 병합공정을 이용한 정수처리 시스템의 대략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 광촉매 산화반응조의 단면도이다.1 is a schematic diagram of a water treatment system using a combination of ozone, H 2 O 2, and a photocatalyst 20 (TiO 2 ) oxidation reaction according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a photocatalyst of FIG. 1. It is sectional drawing of an oxidation tank.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 정수처리 시스템은 오염물질을 함유하는 침출수가 유입되는 저류조(60)와, 상기 저류조(60)내의 오염물질을 함유하는 침출수를 펌핑하는 펌프(50)와, 상기 저류조(60)내의 오염물질을 함유하는 침출수를 상기 펌프(50)의 구동에 의해 받아서 상기 침출수를 정화시키는 반응조(30)와, 광촉매(20) 산화반응시 정화를 촉진시키도록 상기 반응조내에 공기를 주입하는 공기공급수단(96)과, 공기를 펌핑하는 공기펌프(6)와, 상기 공기펌프(6)의 구동에 따라서 공급되는 공기를 건조시키는 건조챔버(43)와, 상기 건조챔버(43)내에서 건조된 공기를 받아서 오존을 발생시켜 상기 반응조내에 오존을 공급하는 오존발생기(40)와, 상기 공기펌프(6)의 구동에 의해 도입되는 공기에 대해 상기 오존발생기(40)에서 발생된 오존의 농도를 산출함과 동시에 표시하는 오존농도산출/표시기(100)와, 전체 동작을 제어하는 제어수단(59)으로 이루어진 것이다.As shown in Figure 1 and 2, the water treatment system according to an embodiment of the present invention is a
상기 설명에 있어서, 상기 반응조는(30) 원통형상의 파이렉스(31)와, 상기 파이렉스(31)의 내주면에 그 길이방향을 따라 설치되어 침출수의 정수를 촉진시키는 다수개의 촉매제(20)와, 상기 파이렉스(31)의 중앙 및 외측에 각각 설치되어 상기 침출수에 자외선(10)을 인가하는 자외선램프(10)와, 상기 파이렉스(31)의 중앙에 설치된 자외선램프(10)와 원통형상의 파이렉스(31) 내주면사이에 의해 형성되어 침출수를 통과시키면서 촉매(20)반응시켜서 침출수를 정수시키는 반응공간으로 구성되어 있고, 본 발명에 사용하는 촉매제(20)는 TiO2를 사용하고 있으며, 상기 반응조(30)에는 오염물질을 함유하는 침출수와, 오존 및 H2O2와 광촉매제(20)(TiO2)가 공급되도록 구성되어 있다.In the above description, the
다음에, 이와같이 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 정수처리 장치의 동작 및 효과에 대하여 설명한다.Next, operations and effects of the water purification apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 오염물질을 함유하는 침출수는 저류조(60)로 유입되고, 저류조(60)내에 유입된 침출수는 펌프(50)의 구동에 따라 저류조(60)내의 오염물질을 함유한 침출수를 반응조(30)내로 펌핑시킨다. 상기 반응조(30)내에 도입된 침출수는 광촉매(10) 산화반응시 정화를 촉진시키도록 공기공급수단(96)으로부터 공기를 공급한다.First, the leachate containing contaminants is introduced into the
건조챔버(43)에서는 공기펌프(6)의 구동에 따라 도입되는 공기를 받아 건조시켜서 오존 발생기(40)에 공급하여 오존을 발생하여 반응조(30)내에 공급함과 동시에 상기 공기펌프(6)의 구동에 의해 오존농도산출/표시기(100)에 공급한다.In the drying
오존농도산출/표시기(100)에서는 상기 오존발생기(40)로부터 발생된 오존을 받아서 상기 공기펌프(6)의 구동에 의해 공급되는 공기와 함께 비교되어 오존의 농도를 산출하여 표시한다.The ozone concentration calculation /
상기 펌프(50), 공기펌프(6), 오존농도산출/표시기(100) 및 오존발생기(40)의 구동은 시스템의 전체 동작을 제어하는 상기 제어수단(59)에 의해서 제어된다. 도 2는 본 발명에 사용된 광촉매(20) 산화반응에 사용된 반응조(30)를 개략적으로 도시한 단면도로써, 상기 반응조(30)내에는 TiO2촉매제(20)가 수직으로 장착되어 있는 것으로, 상기 반응조(30)내에 도입된 침출수는 공기공급수단(96)으로부터 도입되는 공기와, 상기 오존발생기(40)로부터 오존을 받아서 자외선(10) 램프(10)에서 조사되는 자외선(10)과 TiO2촉매(20)제와 함께 광촉매(20) 산화반응에 의해 침출수를 정수시킨다.The driving of the
도 3은 촉매는 0.98mL/cm2를 함유하고 1mg O3/L공기의 오존 농도에서 공기를 1L/분의 속도로 흐르게 하여, 증류수에서 촉매(TiO2)와 오존 및 자외선을 가했을 경우 시간경과에 따른 TCE(트리클로로에틸렌, 이하 TCE라 한다) 잔류율(곡선a), 증류수에 오존만 가했을 경우 시간경과에 따른 TCE 잔류율(곡선b), 증류수에 자외선과 촉매(TiO2)에 의해 반응시켰을 경우에 TCE 잔류율(곡선c) 및 제어하지 않았을 경우의 TCE 잔류율(곡선d)을 나타낸다. 도 4는 촉매(10)는 0.98mL/cm2를 함유하고 1mg O3/L공기의 오존 농도에서 공기를 1L/분의 속도로 흐르게 하여 팔당원수에서 촉매(TiO2)와 오존 및 자외선을 가했을 경우 시간경과에 따른 TCE 잔류율(곡선a), 팔당원수에 오존만 가했을 경우 시간경과에 따른 TCE 잔류율(곡선b), 팔당원수에 자외선과 촉매(TiO2)에 의해 반응시켰을 경우에 TCE 잔류율(곡선c)을 나타낸다.3 is a time when the catalyst was applied 0.98mL / cm 2 and containing 1mg O 3 / L to flow the air in the ozone concentration in the air in a 1L / min, the catalyst in distilled water (TiO 2) with ozone and ultraviolet radiation TCE (trichloroethylene, hereinafter referred to as TCE) according to the residual rate (curve a), when ozone is added to distilled water only, the residual TCE (curve b) with time, reaction with ultraviolet (TiO 2 ) The TCE residual ratio (curve c) when it is made and the TCE residual ratio (curve d) when not controlled are shown. 4 shows that the catalyst (10) contained 0.98 mL / cm 2 and flowed at a rate of 1 L / min of air at an ozone concentration of 1 mg O 3 / L air, and the catalyst (TiO 2 ), ozone, and ultraviolet light were added to the raw water. TCE residual ratio (curve a) over time, TCE residual ratio (curve b) over time when ozone was added only to Paldang, and TCE residue when reacted with ultraviolet rays and catalyst (TiO 2 ) The rate (curve c) is shown.
도 5는 촉매(10)는 0.98mL/cm2를 함유하고 1mg O3/L공기의 오존 농도에서 공기를 1L/분의 속도로 흐르게 하여 팔당원수에서 촉매(TiO2)와 오존 및 자외선을 가했을 경우 시간경과에 따른 TOC(총유기탄소,이하 TOC라 한다.) 잔류율(곡선a), 팔당원수에 오존만 가했을 경우 시간경과에 따른 TOC 잔류율(곡선b), 팔당원수에 자외선과 촉매(TiO2)에 의해 반응시켰을 경우에 TOC 잔류율(곡선c)을 나타낸다.FIG. 5 shows that the
도6은 촉매는 0.98mL/cm2를 함유하고 1mg O3/L공기의 오존 농도에서 공기를 1L/분의 속도로 흐르게 하여 팔당원수에 촉매(TiO2)와 오존 및 자외선을 가했을 경우 6.254nm에서 시간경과에 따른 흡광도(곡선a), 팔당원수에 오존만 가했을 경우 6.254nm에서 시간경과에 따른 흡광도(곡선b), 팔당원수에 자외선과 촉매(TiO2)에 의해 반응시켰을 경우 6.254nm에서 시간경과에 따른 흡광도(곡선c)을 나타낸다.6 is a catalyst, if applied and 0.98mL / cm 2 and containing 1mg O 3 / L in an ozone concentration in the air flow the air into a 1L / min to the catalyst in raw water Paldang (TiO 2) with ozone and ultraviolet radiation 6.254nm Absorption (curve a) over time, 6.254 nm when ozone was added only to Paldang, and absorbance (curve b) over time, when reacted with ultraviolet light and catalyst (TiO 2 ) at Paldang The absorbance (curve c) with progress is shown.
도 7은 미리 10분간 공기를 공급하고 H2O2의 농도가 50mg/L이며 촉매 0.98mL/cm2를 함유하면서 H2O2와 자외선과 촉매를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TCE 잔류율(곡선a), 자외선만 사용하였을 때 H2O2에 대한 TCE 잔류율(곡선b), 자외선과 촉매를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TCE 잔류율(곡선c)을 나타낸다.7 is pre-fed for 10 minutes and air to the H 2 O 2 when the concentration of H 2 O 2 was used to 50mg / L, and while the catalyst containing 0.98mL / cm 2 H 2 O 2 and UV light and residual catalyst TCE The ratio (curve a), TCE residual ratio (curve b) for H 2 O 2 when only ultraviolet light is used, and TCE residual ratio (curve c) for H 2 O 2 when ultraviolet light and catalyst are used are shown.
도 8은 미리 10분간 공기를 공급하고 H2O2의 농도가 100mg/L이며 촉매 0.98mL/cm2를 함유하면서 H2O2와 자외선과 촉매를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TOC 잔류율(곡선a), 자외선과 H2O2를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TOC 잔류율(곡선b), 자외선과 촉매를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TOC 잔류율(곡선c)을 나타낸다.8 is previously supplied air for 10 minutes and the concentration of H 2 O 2 100mg / L and TOC Residual H 2 O 2 for containing the catalyst, while when 0.98mL / cm 2 using H 2 O 2 and UV light and catalyst rate (curve a), UV and H 2 O when using 2 TOC residual rate of the H 2 O 2 (curve b), when using an ultraviolet and catalyst TOC residual rate of the H 2 O 2 (curve c) Indicates.
도 9는 미리 10분간 공기를 공급하고 H2O2의 농도가 500mg/L이며 촉매 0.98mL/cm2를 함유하면서 H2O2와 자외선과 촉매를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TCE 잔류율(곡선a), 자외선과 H2O2를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TCE 잔류율(곡선b), 자외선과 촉매를 사용하였을 때 H2O2에 대한 TCE 잔류율(곡선c)을 나타낸다.FIG. 9 shows TCE residual for H 2 O 2 when H 2 O 2 and UV and a catalyst were used while supplying air for 10 minutes in advance, the concentration of H 2 O 2 was 500 mg / L, and the catalyst contained 0.98 mL / cm 2 . rate (curve a), UV and H 2 O when using 2 TCE residual ratio of the H 2 O 2 (curve b), when using an ultraviolet and catalyst TCE residual ratio of the H 2 O 2 (curve c) Indicates.
본 발명의 정수처리 시스템에 사용하는 TiO2촉매(20)제는 표 2에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 TiO2슬립캐스팅법으로 제조한 촉매(20)를 사용하였으며, 여기에 TiO2촉매제(20)의 표면적을 증가시킬수 있는 TiO2sol을 코팅하였다. TiO2광촉매(20)로서 적합한 강도와 기공율 및 미세구조를 얻기 위하여 성형한 TiO2슬립을 24시간동안 상온에서 건조시킨후 500℃까지는 1℃/min의 속도로 승온 시키고 1000℃까지는 2℃/min의 속도로 승온 시킨후 2시간 동안 예비 소결하였다. 제조된 TiO2촉매제(20)의 겉보기 기공율은 42.3%이었고 비표면적은 79m2/g 이었다. 또한 TiO2슬립의 표면 코팅에 사용된 TiO2sol은 티타니움 이소프로폭사이드[Ti(OC3H7)] 90㎖에 2차 증류수 1080㎖ 및 질산 7㎖를 첨가하여 pH 1로 조정한 후 이를 3일간 교반시켜 제조하였다. 코팅에 적합한 pH를 얻기 위하여 암모니아수를 첨가하여 sol의 최종 pH를 1.45로 하였다.The TiO 2 catalyst 20 used in the water treatment system of the present invention used a
또한 본 연구는 광촉매(20) 산화반응을 난분해성 오염물질의 처리에 효율적으로 이용하기 위하여 오존과 H2O2를 선정하여 실험을 진행하였다. 광촉매(20) 산화반응과 오존의 병합처리 공정 실험은 크게 증류수와 팔당원수를 용매로 사용하여 실시하였으며, 여기에 TCE를 주입하여 오존에 의한 산화반응, 광촉매(20)를 이용한 광화학반응 그리고 이 두가지를 병용한 경우를 대상으로 TCE 분해효율을 각각 비교하였다. 또한 H2O2와의 병합처리 공정 실험에서는 H2O2의 농도를 50, 100, 500 ㎎/L로 변화시켜 각각의 농도에 따른 TCE의 분해정도와 광촉매(20)를 장착하였을 때의 분해정도를 비교 실험하였다.In addition, this study conducted the experiment by selecting ozone and H 2 O 2 to efficiently use photocatalyst (20) oxidation reaction for the treatment of hardly degradable pollutants. The photocatalyst (20) oxidation reaction and ozone combined process experiment was largely carried out using distilled water and Paldang raw water as solvents, and by injecting TCE into this, oxidation reaction by ozone, photochemical reaction using photocatalyst (20) and both In the case of using a combination of the TCE decomposition efficiency was compared. In addition, the degree decomposition at the time when the combined process experiment with H 2 O 2 by varying the concentration of H 2 O 2 to 50, 100, 500 ㎎ / L equipped with a degradation degree and the
이하 본 발명의 구성과 작용을 실시예를 들어 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail by way of examples.
실시예 1. 광촉매(10)와 오존의 병합처리 공정Example 1 Combined Process of
본 실험은 증류수에 TCE를 주입한 실험과 팔당원수에 주입한 실험으로 나누어 오존 산화반응 실험 및 광촉매(20) 산화반응 실험과 오존과 광촉매(20) 산화반응을 병용한 실험을 수행하여 비교 분석하였다. 이때 팔당원수의 성상을 표 3에 나타내었다.This experiment was divided into experiments in which TCE was injected into distilled water and experiments injected in Paldang raw water. . At this time, the characteristics of the number of eight members are shown in Table 3.
상기 도 3에 도시한 바와같이 증류수에 TCE를 주입하여 오존과 광촉매(20)를 함께 병용한 실험에서 30분 동안의 분해효율은 99.5%에 달하였으며, 약 20분 까지는 오존과 광촉매(20) 단독으로 실험한 결과를 합한 것보다 10-20% 정도의 상승효과를 가져왔다. 이는 오존 주입시 함께 들어가는 공기중의 산소와 미량이지만 오존 분해시 발생되는 산소와 H2O2등이 복합적으로 작용하여 광촉매(20) 산화반응에 의해 발생하는 전자와 정공의 재결합을 방지하여 OH˙의 생성을 촉진시켰기 때문으로 추정된다. 그 결과는 하기 표 4와 같다.In the experiment in which TCE was injected into distilled water and ozone and
상기 도 4에 도시한 바와같이 팔당원수를 사용한 실험에서도 분해효율이 약간 저하되기는 하였으나 위의 실험과 비슷한 결과를 얻었다. 다만 광촉매(20) 산화반응 실험에서 약 8% 정도의 효율저하를 보인 것은 원수의 탁도 때문에 자외선(10)이 촉매(20)에 미치는 영향이 감소하고 원수내의 이물질이 촉매(20)에 흡착되어 TCE의 분해를 방해한 것으로 추정된다. 그 결과는 하기 표 5와 같다.As shown in FIG. 4, the decomposition efficiency was slightly lowered even in the experiment using raw sugar, but similar results to the above experiment were obtained. However, in the
또한 상기 도 5에 도시한 바와같이 TOC(총유기탄소) 분해효율도 TCE 분해효율과 마찬가지로 오존과 광촉매(20) 산화반응의 별용실험에서 약간의 상승효과를 보였고 시간이 지날수록 분해효율이 상승하는 것으로 보아 다른 부산물의 생성이 억제됨을 간접적으로 알 수 있었다. 다만 원수의 탁도등으로 인하여 광촉매(20) 산화반응 실험에서의 분해효율은 약 7% 정도로 광촉매(20)의 실제 정수 처리시 원수를 여과하는 전처리가 필요할 것으로 사료된다. 상기 도 6에 도시한 바와같이 원수중의 난분해성 유기물질의 제거를 간접적으로 알아보기 위하여 254nm의 파장의 UV 스펙트로포토메터를 이용하여 분석하였다. 이 또한 오존과 광촉매(20) 산화반응의 병용실험에서 8% 내외의 상승 효과를 보였고 시간이 지날수록 상승효과는 서서히 증가하였다.In addition, as shown in FIG. 5, TOC (total organic carbon) decomposition efficiency also showed a slight synergistic effect in a separate experiment of ozone and
이는 유기 오염물질을 실제 처리장에서 제거할 때 생기는 부산물의 문제가 오존 혹은 광촉매(20)로 단독 처리할때보다 병용처리시 감소함을 나타내며 단순히 한가지 대상물질의 농도 감소 차원이 아니라 유해 분산물의 제거 차원에서 오존과 광촉매(20) 산화반응의 병용처리가 효과적인 대안이 될 수 있을 것이라고 판단된다.This indicates that the problem of by-products from the removal of organic pollutants from the actual treatment plant is reduced in combination treatment than with ozone or
실시예 2. 광촉매(10)와 H2O2의 병합처리 공정Example 2 Process of Merging
H2O2는 산소분자에 비해 더 효율적인 전자수용체로서 촉매(20)표면에 있는 전자를 제거함으로써 전자와 정공의 재결합 속도를 낮추어 정공의 이용효율을 높인다. 즉, 정공은 수산화이온(OH-)과 결합하여 광촉매(20) 산화반응을 촉진시키는 OH˙을 생성시키며, 직접 광분해되어 OH˙을 생성시키기도 한다. 또한 산소가 소비되었거나 산소 전달이 느릴 경우 반응용액의 산소가 고갈될 수 있으며, 이때 H2O2를 첨가하면 산소공급이 충분했을때의 반응속도로 증가된다. 따라서 H2O2의 첨가로 대상물질의 분해효율을 증가시킬 수 있다. 표 6은 H2O2+UV+TiO2에서 H2O2에 관한 TCE 잔류량(%)이고 표 7은 H2O2+UV에서 H2O2에 관한 TCE 잔류량을 나타내는데 H2O2+UV+TiO2가 H2O2+UV보다 분해효율이 높았다. 즉, 상기 도 7, 8, 9에 도시한 바와같이 UV+H2O2+O2, UV+TiO2, UV+H2O2+O2+TiO2시스템을 비교해 보았을때의 분해효율은 광촉매(10)와 H2O2의 병합처리 공정인 UV+ H2O2+O2+TiO2일 때 가장 높았다.H 2 O 2 is a more efficient electron acceptor than oxygen molecules, and by removing the electrons on the surface of the
앞에서 설명한 바와같이 본 발명의 정수처리 시스템에 의하면, 오염물질을 함유하는 침출수가 유입되는 저류조(60)와, 상기 저류조내(60)의 오염물질을 함유하는 침출수를 펌핑하는 펌프(50)와, 상기 저류조내(60)의 오염물질을 함유하는 침출수를 상기 펌프(50)의 구동에 의해 받아서 상기 침출수를 정화시키는 반응조(30)와, 광촉매(20) 산화반응시 정화를 촉진시키도록 상기 반응조내에 공기를 주입하는 공기공급수단(96)과, 공기를 펌핑하는 공기펌프(6)와, 상기 공기펌프(6)의 구동에 따라서 공급되는 공기를 건조시키는 건조챔버(43)와, 상기 건조챔버(43)내에서 건조된 공기를 받아서 오존을 발생시켜 상기 반응조내에 오존을 공급하는 오존발생기(40)와, 상기 공기펌프(6)의 구동에 의해 도입되는 공기에 대해 상기 오존발생기(40)에서 발생된 오존의 농도를 산출함과 동시에 표시하는 오존농도산출/표시기(100)와, 전체 동작을 제어하는 제어수단(59)을 구비하고 있으므로, 자외선(10) 조사와 TiO2반도체 촉매(20)제에 의한 광촉매 산화반응에 의해 산업폐수와 침출수를 용이하게 정수할 수 있고, 난분해성 오염물질을 분해시켜서 산업폐수와 침출수를 효율적으로 정화시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.As described above, according to the purified water treatment system of the present invention, the
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