KR100438668B1 - 광촉매반응식 수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수(水) 중의 오염물질을 광촉매반응에 의하여 정화하는 수처리장치에 관한 것으로서, 분말상 및 입자상의 광촉매물질을 이용한 광화학반응 수행 시 광촉매물질 회수의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 세라믹, 유리, 실리케이드 구슬 및 허니컴 등의 지지체(담체)에 광촉매를 코팅하여 망형의 광촉매케이스에 고정시키며, 광촉매반응의 효율을 향상시키기 위해 산화처리부의 상·하류 측에 각각 침전부를 설치하여 원수 또는 처리수 중에 포함된 각종 오염물질과 광화학반응에 수반하는 부산물 및 담체에서 박리된 광촉매물질을 완전히 제거할 수 있도록 한 광촉매반응식 수처리장치에 관한 것이다.

Description

광촉매반응식 수처리장치{WATER TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 광촉매물질의 산화/환원 반응을 이용하여 수(水)중에 내포된 각종 오염물질을 고효율로 제거할 수 있는 광촉매반응식 수처리장치에 관한 것이다.수(水)중의 오염물질을 제거하는 방법으로는 ⅰ) 활성탄을 이용한 흡착제거법과, ⅱ) 응집법과, ⅲ) 펜톤등의 화학적 산화처리법 및 ⅳ) 미생물을 이용한 생물학적 처리법 등이 널리 알려져 있다.그러나, 상기의 수처리방법들은 각기 근본적인 문제점을 지니고 있는 게 현실이다. 즉, 흡착제거법과 응집법의 경우에는 오염물질이 완전히 분해되지 않으며, 응집된 오염물질을 제거하기 위한 2차처리 과정이 필요하다는 단점이 있다.이에 반해, 산화처리법은 유기물질이 완전히 분해되지 않으며 많은 양의 침전 슬러지가 생성·배출됨으로써 2차오염이 유발되는 단점이 있다.한편, 생물학적 처리방법은 처리 시간이 길고 운전이 까다로운 문제를 가지고 있다.이에 종래의 수처리방법을 대체할 수 있는 새로운 수처리방법으로서 광촉매의 산화/환원 특성을 이용한 수처리방법이 최근 소개되어 각광을 받고 있다.주지하다시피, 광촉매를 이용한 수처리방법은 수온이나 오염물질의 농도 변화에 그다지 큰 영향을 받지 않으며, 또한 수 중에 내포된 유기계/무기계 오염물질을 산화/환원시킬 뿐만 아니라 살균이 동시에 수반되는 장점을 갖고 있다.

그러나, 광화학반응(또는 광촉매반응)을 이용한 종래 수처리방법(장치)에서는 분말상 및 입자상의 광촉매물질을 이용함으로써, 침전성이 좋지 않은 광촉매 분말 입자(약 0.2㎛)를 회수하기 위해 정밀여과막이나 한외여과막 등 고가의 여과 설비가 갖춰져야 하는 단점이 있었다.

이러한 문제의 해결방안으로, 소정의 담체표면에 광촉매 졸(sol)을 코팅한 후 사용하는 고정화방법이 이용되어 왔으나, 이 경우에는 담체에 코팅된 광촉매량이 크게 부족할 뿐만 아니라 담체와 광촉매 졸간의 박리 현상에 의해 광촉매 물질이 떨어져 나감으로써 장기간 운전 시 효율이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 기존의 광촉매반응식 수처리방법이 갖고 있는 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 ⅰ) 세라믹, 유리, 실리케이드 구슬, 허니컴(honeycomb) 등의 지지체에 광촉매물질을 견고하게 코팅한 후, 이 담체를 망형의 광촉매케이스에 고정시켜 수처리 과정 중에 발생되는 광촉매물질의 박리 또는 담체의 손상을 최소화하고, ⅱ) 광촉매반응이 일어나는 산화처리부의 상·하류측에 각각 침전부를 설치하여 부유물질에 의한 광촉매반응의 효율저하를 방지하고 동시에 광촉매반응 과정에서 발생할 수 있거나 광촉매가 탈리됨으로서 생길 수 있는 부유물질의 외부유출을 억제하며, ⅲ) 광촉매반응의 효율향상을 위해 산화보조제로 과산화수소와 산소를 공급함으로서 장기간 운전 시에도 고효율로 오염물질을 제거할 수 있는 광촉매반응식 수처리장치를 제공하는데 있다.본 발명의 다른 목적은 광촉매케이스의 양면을 스텐레스 철망과 같은 망형상으로 구성하여, 처리수가 하류로 흘러나갈 때 처리수 중에 포함된 입자성 오염물질이 상기 철망을 의해 물리적으로 1차 제거되고, 상기 광촉매케이스 내에 장입된 광촉매 담체 사이의 공극에 입자성 오염물질이 끼거나 흡착되어 물리적으로 2차 제거됨으로써, 처리효율을 극대화시킬 수 있도록 한 광촉매반응식 수처리장치를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명에 따른 광촉매반응식 수처리장치의 단면도이다.

도2는 도1에 도시된 광촉매반응식 수처리장치의 평면도이다.

도3은 본 발명의 광촉매반응식 수처리장치에서 사용되는 UV램프(자외선램프)의 입면도이다.

도4는 본 발명의 광촉매반응식 수처리장치에서 사용되는 망형의 광촉매케이스를 나타낸 입면도이다.

[도면 부호의 설명]

10: 원수펌프 11: 원수저장탱크

12: 처리수 출구

18: 자외선램프지지판연결나사 19:자외선램프지지판

20: 자외선램프 21: 석영관

22: 전선 23: 광촉매케이스

24: 광촉매케이스연결나사 25: 스텐레스 철망

26: 담체 27: 광촉매케이스지지판

30: 공기펌프 31: 산기관

40: 과산화수소펌프 41: 과산화수소저장탱크

50: 컨트롤러

60: 상부덮개판 61: 상부덮개판나사

70: 배기덕트 71: 배기팬

80,83: 침전물질배출구 81,84: 침전물질배출밸브

82,85: 정류판

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광촉매반응식 수처리장치는 처리수 입구와 처리수 출구가 형성되고 상단에 배기수단이 설치된 반응조와, 상기 반응조의 상·하류측에 각각 형성되되 상기 상류측에는 과산화수소를 공급하기 위한 과산화수소저장탱크와 과산화수소펌프가 설치되고 상기 상·하류측의 내부 각각에는 정류판이 설치된 상·하류측 침전부와, 상기 반응조의 상류측 침전부와 하류측 침전부 사이에 형성된 산화처리부와, 상기 산화처리부의 바닥에 설치된 산기관을 구비하는 광촉매반응식 수처리장치에 있어서,상기 산화처리부는, 복수의 자외선램프를 구비하고, 상기 반응조의 내부로 유입되는 처리수의 유체흐름 방향과 수직한 방향으로 설치되는 다수의 자외선램프세트; 각각의 자외선램프세트를 사이에 하나씩 설치되는 다수의 망(網)형 광촉매 케이스; 및 상기 광촉매 케이스의 내부에 장입되며, 세라믹, 유리, 실리케이드 구슬 또는 허니컴으로부터 선택된 지지체에 광촉매를 코팅하여 형성된 광촉매 담체; 를 포함한다.이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 광촉매반응식 수처리장치에 대해 상세히 설명한다.도 1에서, 수처리 대상이 되는 원수는 원수펌프(10)에 의해 원수저장탱크(11)에서 반응조 상류측의 침전부로 유입된다. 이 때, 과산화수소펌프(40)에 의하여 과산화수소저장탱크(41)로부터 펌핑된 과산화수소가 상기 원수와 함께 상류측 침전부(S1)로 유입된다.상기 반응조(R)의 상류측 침전부(S1)로 유입된 원수(또는 처리수)는 상기 침전부 내에 설치된 정류판(82)에 의하여 그 흐름상태가 정숙한 상태로 변모되고, 이 과정에서 중력이 작용하여 상기 원수 중에 포함된 침전 가능한 부유물질이 상기 침전부의 바닥에 가라앉게 된다.이어서, 상기 상류측 침전부(S1)의 바닥에 가라앉은 침전물은 상기 바닥과 연통된 침전물질배출구(80)와 침전물질배출밸브(81)를 통하여 주기적으로 또는 간헐적으로 외부로 배출되고, 상기 침전부에 저류된 상등수는 상기 반응조의 중류측에 설치된 본 발명의 산화처리부(T)로 유입된다.도 1 및 도 2에서 보듯이, 본 발명의 산화처리부(T)에는 원수 또는 처리수의 흐름방향에 수직한 방향으로 다수 개의 자외선램프세트(29)가 설치되는데, 상기 자외선램프세트(29)는 복수의 자외선램프(20)를 구비하고 있다. 상기 자외선램프(20)들은 물과 직접적으로 접촉되지 않도록 석영관(21) 내부에 설치되어 있으며(도 3참조), 상기 자외선램프세트(29)는 자외선램프지지판(19)과 자외선램프지지판 연결나사(18)에 의해 상기 반응조의 상단에 고정된다.또한, 상기 광촉매반응매체(K)는 도 4에 도시된 것처럼, 양면이 스텐레스 철망(25)과 같이 망(網)형으로 제작된 광촉매케이스(23)와, 그 내부에 장입되며 세라믹, 유리, 실리케이드 구슬 및 허니컴으로부터 선택된 지지체에 광촉매를 코팅하여 형성된 다수 개의 광촉매 담체(26)로 구성되어 있으며, 상기 광촉매케이스(23)는 상기 각각의 자외선램프세트(29)들 사이에 하나씩 위치하여 광촉매케이스지지판(27)과 광촉매케이스 연결나사(24)에 의해 산화처리부(T)의 상단에 고정설치된다.또한, 상기 산화처리부(T)의 바닥에는 공기펌프(30)와 연결된 다수 개의 산기관(31)이 설치되어 있다.따라서, 본 발명의 산화처리부(T)로 흘러 들어온 원수 또는 처리수가 광촉매반응매체(K)를 거쳐 하류로 흘러 나갈 때, 상기 광촉매케이스(23)의 양면을 형성하는 스텐레스 철망에 의해서 처리수 중에 포함된 입자성 오염물질이 물리적으로 1차 제거되고, 상기 광촉매케이스 내에 장입된 담체 사이의 공극에 입자성 오염물질이 끼거나 흡착되어 물리적으로 2차 제거된다.또한, 상기 자외선램프(20)에서 자외선이 조사되어 상기 담체 표면의 광촉매물질이 광여기 되면, 상기 담체의 주변에서 광화학반응이 일어나, 처리수 중에 내포된 유기계/무기계 오염물질이 광화학적으로 제거된다. 이 때, 원수와 함께 유입된 과산화수소가 담체 주변에서 쉽게 라디칼로 변성되어, 처리수 중의 오염물질을 빠른 시간 내에 제거하게 된다. 또한, 산기관(31)을 통해 공급된 공기나 산소는 처리수 내에서 기포를 형성하는데, 이 기포가 수면으로 상승하는 도중에 붕괴되어 버리면 그 주변으로 파동이 전파되면서 전기적으로 불안정한 영역이 형성되게 된다.따라서, 상기 광촉매반응매체의 표면에 달라붙은 스케일 등의 오염물질을 별도로 제거하지 않더라도 수처리하는 중에 상기 광촉매반응매체로부터 저절로 제거된다.한편, 본 발명에서는 광촉매반응(광화학반응)시 발생된 이산화탄소(CO₂)가 처리수에 용해되어 상기 처리수의 pH 값이 증가되는 것을 방지하기 위하여, 산화처리부(T) 또는 반응조(R)의 상단에 배기덕트(70)와 배기팬(71)을 설치하였다.이 후, 본 발명의 산화처리부에서 광화학적 및 물리적으로 수처리된 처리수는 반응조의 하류측 침전부(S2)로 배출된다.이와 같이 하여, 상기 하류측 침전부(S2)로 유입된 처리수는 침전부 내에 설치된 정류판(85)에 의해 그 흐름상태가 재차 정숙한 상태로 변하게 되며, 이 과정에서 광화학반응의 부산물과 미처 처리되지 못한 부유성/입자성 오염물질과 전처리 과정에서 박리된 광촉매물질 등이 바닥에 침전되어 침전물질배출구(83)와 침전물질배출밸브(84)를 통해 제거되고, 청정한 상태의 상등수(최종 처리수)는 상기 하류측 침전부의 상단 부근에 형성된 처리수 출구(12)를 통해 배출 또는 방류된다.여기서, 미설명부호 22는 자외선램프에 전류를 공급하는 전선이고, 50은 산기관을 통해 공급되는 산소와 과산화수소펌프가 펌핑하는 과산화수소의 양을 조절하는 컨트롤러이며, 60은 반응조의 상부를 덮는 상부덮개판이며, 61은 상부덮개판을 반응조에 고정하는 상부덮개판나사이다.

이상과 같이, 본 발명은 수 중의 오염물질을 광촉매반응에 의하여 정화하는 광촉매반응식 수처리장치에 관한 것으로서, 기존의 분말상 및 입자상의 광촉매물질을 이용한 광화학반응 수행 시 광촉매물질을 회수해야 하는 문제점을 해결하기 위한 방안으로 세라믹, 유리, 실리케이드 구슬, 또는 허니컴 등의 담체(지지체)에 광촉매물질을 견고하게 코팅하여 내부식성 재료로 만든 망형의 광촉매케이스 내부에 위치시켜 오염물질을 처리하는 과정 중에 광촉매물질이 박리되는 것을 최소화하였으며, 반응조의 상·하류측에 침전부를 설치하여 부유물질에 의한 광촉매반응의 효율저하 및 광화학반응 과정에서 담체로부터 탈리된 광촉매물질의 외부유출을 억제하고, 광촉매반응의 효율 향상을 위해 산화보조제로 과산화수소와 산소를 공급함으로서 종래보다 고효율로 수 중의 오염물질을 제거할 수 있게 되었다.

Claims (5)

1. 처리수 입구와 처리수 출구가 형성되고 상단에 배기수단이 설치된 반응조와,상기 반응조의 상·하류측에 각각 형성되되 상기 상류측에는 과산화수소를 공급하기 위한 과산화수소저장탱크와 과산화수소펌프가 설치되고 상기 상·하류측의 내부 각각에는 정류판이 설치된 상·하류측 침전부와, 상기 반응조의 상류측 침전부와 하류측 침전부 사이에 형성된 산화처리부와, 상기 산화처리부의 바닥에 설치된 산기관을 구비하는 광촉매반응식 수처리장치에 있어서,

   상기 산화처리부는,

   복수의 자외선램프를 구비하고, 상기 반응조의 내부로 유입되는 처리수의 유체흐름 방향과 수직한 방향으로 설치되는 다수의 자외선램프세트;

   각각의 자외선램프세트를 사이에 하나씩 설치되는 다수의 망(網)형 광촉매 케이스; 및

   상기 광촉매 케이스의 내부에 장입되며, 세라믹, 유리, 실리케이드 구슬 및 허니컴으로부터 선택된 지지체에 광촉매를 코팅하여 형성된 다수 개의 광촉매 담체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매반응식 수처리장치.
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