KR100251405B1

KR100251405B1 - 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치

Info

Publication number: KR100251405B1
Application number: KR1019970046135A
Authority: KR
Inventors: 한상범; 이형록
Original assignee: 이규철; 한국정수공업주식회사
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR19990024785A

Abstract

본 발명은 가정용 및 산업용 폐수를 전기분해와 광촉매를 이용하여 보다 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치에 관한 것이다.

종래에는 독성 및 난분해성의 오염물질을 처리하기 위해서는과산화수소와 2가 철이온이 반응하여 발생한 수산화(-OH)라디칼의 강한 산화력을 이용하여 폐수내에 존재하는 난분해성의 물질을 분해하는 펜톤(Fenton)산화법이 있으나 이 방법은 반응의 촉매로 사용되는 철로 인하여 철수산화물 형태의 슬러지가 다량 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(-OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하고, 전극을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분을 흡착 제거 할 수 있도록 하여 효율적인 폐수 처리를 하도록 한 것으로, 본 발명 반응기는 일측하단에 처리수유입구(35)가 형성되고 상단부에 처리수배출구(36)가 구비된 원통용기(37)의 내부에 동심원상으로 설치된 양극(34)과 그믈망형태의 음극(33)으로 구성된 전기분해수단과; 상기 전기분해수단의 양극(34)과 음극(33)의 사이에 설치되며, 상기 전기분해수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층(38)과; 상기 광촉매층(38)의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프(31)와; 상기 자외선램프(31)를 보호하기 위한 석영관(32)으로 구성되어 폐수 처리 효율 극대화 한 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리 장치에 관한 것임.

Description

전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치

본 발명은 가정용 및 산업용 폐수의 처리장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 전기분해와 광촉매를 이용하여 보다 효율적으로 폐수를 처리할 수 있도록 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치에 관한 것이다.

산업의 빠른 발달로 인류는 보다 풍요롭고 윤택한 생활을 누릴 수 있는 반면 산업 발달에 따른 부산물로 인해서 야기되고 있는산업폐기물은 지구의 자연환경을 극단적으로 파괴, 오염시켜 궁극적으로는 인류를 포함한 전 생태계를 위협하기에 이르고 있다.

특히 산업폐수나 가정용 오폐수는 수질오염의 주요인으로서 시급한 대책이 강구되어야 한다.

산업의 발달에 따라 다량의 유기화합물 및 무기화합물이 합성되고 있으며 그 수요는 나날이 증가추세에 있다.

하지만 이로 인해 발생되는 독성 및 난분해성의 오염물질의 정화 처리를 위한 시설의 건설은 발생하는 발생량에 비교하여 매우 적은 실정이기 때문에 이러한 독성 및 난분해성의 오염 물질을 보다 빠르고 효율적으로 처리할 수 있는 장치의 개발에 관한 많은 노력이 진행되어 오고 있다.

종래에는 위에서 설명한 바와 같은 독성 및 난분해성의 오염 물질을 처리하기 위해서는 과산화수소와 2가 철이온이 반응하여 발생한 수산화(-OH)라디칼의 강한 산화력을 이용하여 폐수내의 존재하는 난분해성의 분해하는 펜톤(Fenton)산화법이 있으나 이 방법은 반응의 촉매로 사용되는 철로 인하여 철수산화물 형태의 슬러지가 다량 발생하는 문제점이 있었다.

또한 미국등 선진국에서 실용화되고 있는 자외선(UV)/과산화수소(H₂O₂)를 이용한 광분해 산화시스템의 경우 그 효과는 이미 입증되었지만 계속적으로 약품[과산화수소(H₂O₂)]을 주입해 주어야 하는 단점과 폐수내의 함유되어 있는 중금속 이온성분(Cr⁺², Co⁺², Ni⁺²등)은 제거할 수 없는 단점을 가지고 있다.

또한 현재 실용화를 위한 연구를 계속하고 있는 자외선(UV)/이산화티탄(TiO₂)광촉매를 이용한 광촉매 산화 시스템의 경우에는 아직까지 독성 및 난분해성의 화학물질을 분해시키는데 주된 역할을 하는 수산화 라디칼(-OH Radical) 형성속도가 매우 느리기 때문에 실용화를 위해서는 많은 연구와 노력이 더 필요한 실정이다.

이와 같이 산업발달과 더불어 필수적으로 수반되는 이와 같은 폐수를 보 다 효율적으로 처리하기 위한 여러 가지 다양한 처리 방법들이 제안되고 있으나 아직 만족할 만한 수준에는 이르지 못하고 있는 실정이다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하고, 전극을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분을 흡착 제거 할 수 있도록 하여 효율적인 폐수처리를 하도록 한 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 본 발명 장치의 전체 구성도.

제2도는 본 발명 반응기의 구성을 보인 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 원수저장조 20 : 원수공급펌프

30 : 반응기 31 : 자외선램프

32 : 석영관 33 : 그물망형 음극

34 : 양극 35 : 처리수유입구

36 : 처리수배출구 37 : 원통용기

38 : 광촉매층 40 : 전원공급장치

50 : 처리수저장조

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 일측하단에 처리수유입구이 형성되고 상단부에 처리수배출구의 구비된 원통용기의 내부에 동심원상으로 설치된 양극과 그물망형태의 음극으로 구성된 전기분해수단과; 상기 전기분해수단의 양극과 음극의 사이에 설치되며 상기 전기분해수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층과; 상기 광촉매층의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프와; 상기 자외선램프를 보호하기 위한 석영관으로 구성하므로서 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Gass Fiber)상에 코팅한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(-OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하는 것과 동시에 물의 전기분해를 위해 사용하는 전극[양(+)전극 : Anode, 음(-)전극 : Cathode]을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분(Cr⁺², Co⁺², Ni⁺²등)을 음(-)전극쪽으로 이동시켜 흡착제거 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

첨부도면 제1도는 본 발명 잦치의 전체 구성도로서 원수저장조(10)의 원수를 원수공급펌프(20)에 의해 1차반응기(30)로 보내지면 별도의 전운공급장치(40)에 의한 전원공급으로 전기분해과정을 거쳐 1차 처리된 처리수는 다시 2차반응기(30')를 거쳐 처리수저장조(50)로 보내어 진다.

제2도는 본 발명의 주요부인 반응기의 구성을 보인 단면도이다.

본 발명 반응기는 일측하단에 처리수유입구(35)가 형성되고 상단부에 처리수 배출구(36)가 구비된 원통용기(37)의 내부에 동심원상으로 설치된 양극(34)과 그믈망형태의 음극(33)으로 구성된 전기분해수단과; 상기 전기분해수단의 양극(34)과 음극(33)의 사이에 설치되며, 상기 전기분해 수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층(38)과; 상기 광촉매층(38)의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프(31)와; 상기 자외선램프(31)를 보호하기 위한 석영관(32)으로 구성된다.

상기 지지체에 박막 또느 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂)광촉매의 제조방법은

제1공정 : 물 또는 에탄올(Ethanol) 100㎖용매에 티타늄테트라 아이소프로옥사이드(Titanium tetra-isopropoxide)를 10-80 부피%(Volume %)용해시킨다.

제2공정 : 상기 제1공정에 의한 용액을 교반하면서 과산화수소(H₂O₂)를 첨가하고 온도를 200℃까지 상승시켜 유기 금속 화합물을 만든다.

제3공정 : 상기 제2공정에 의한 금속 화합물을 유리판(Glass Plate), 유리비드( Glass Bead), 유리섬유(Glass Fiber) 등의 지지체에 도포하여 건조시킨다.

제4공정 : 상기의 지지체를 100℃-800℃의 온도 범위에서 대기 중에서 소성하여 아나타제(Anatase)형 이산화티탄(TiO₂)을 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)하여 광촉매를 제조한다.

본 발명에 있어 광촉매 활성을 증가시키기 위하여 제1공정의 용액에 니켈아세테이트(Nickel Acetate), 구리아세테이트(Copper Acetate) 등의 유기금속아세테이트와 염화은(AgCl), 염화니켈(NiCl), 등의 금속염화물을 0-10무게%(Weight %) 첨가시켜 광촉매활성을 증가시키도록 한다.

상기 반응기에 의한 반응기구는 다음과 같다.

[반응기구]

이와같은 본 발명은 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(-OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하고, 전극을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분을 흡착제거 할 수 있도록 하여 효율적인 폐수 처리를 하도록 하는 것으로 환경오염요소를 획기적으로 줄일 수 있는 매우 유익한 기술이다.

Claims

일측 하단에 처리수유입구(35)가 형성되고 상단부에 처리수배출구(36)가 구비된 원통용기(37)의 내부에 동심원상으로 설치된 양극(34)과 그물망 형태의 음극(33)으로 구성된 전기분해수단과; 상기 전기분해수단의 양극(34)과 음극(33)의 사이에 설치되며 상기 전기분해 수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층(38)과; 상기 광촉매층(38)의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프(31)와; 상기 자외선램프(31)를 보호하기 위한 석영관(32)으로 구성됨을 특징으로 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치.