KR100541573B1 - Apparatus and method for treating water using advanced oxidation process - Google Patents

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KR100541573B1 KR1020050073527A KR20050073527A KR100541573B1 KR 100541573 B1 KR100541573 B1 KR 100541573B1 KR 1020050073527 A KR1020050073527 A KR 1020050073527A KR 20050073527 A KR20050073527 A KR 20050073527A KR 100541573 B1 KR100541573 B1 KR 100541573B1
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Abstract

본 발명은 고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 그 수처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오존(O3) 기체의 용존율 및 수산화라디칼(°OH)의 생성율이 향상되도록 구조가 개선된 고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 그 수처리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고도산화공정을 이용한 수처리 장치는, 유입구와, 상기 유입구로부터 유입되는 원수가 수용되며, 상기 원수에 오존 기체가 공급되어 그 원수에 용존된 오존에 의해 상기 원수가 정화되는 반응 공간부와, 상기 반응 공간부에서 정화된 원수가 외부로 배출되는 배출구를 가지는 반응조; 및 상기 원수의 정화 효율을 향상시키도록 상기 용존 오존으로부터 수산화라디칼을 발생시키기 위한 고도산화수단;을 구비하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 고도산화수단은, 상기 원수에 용해된 용존 오존이 라디칼 연쇄반응하여 그 용존 오존이 산화력이 강한 수산화라디칼로 분해되도록, 입자상의 활성탄으로 이루어지며 상기 반응조의 반응 공간부에 10㎝ 내지 20㎝의 두께로 형성된 활성탄층을 구비하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a water treatment apparatus using an advanced oxidation process and a water treatment method thereof, and more particularly, to an advanced oxidation process having an improved structure to improve the dissolution rate of ozone (O 3 ) gas and the generation rate of radical radical (° OH). It relates to a water treatment apparatus and a water treatment method using. In the water treatment apparatus using the advanced oxidation process according to the present invention, an inlet and a raw water flowing from the inlet are accommodated, and a reaction space portion in which the raw water is purified by ozone dissolved in the raw water by supplying ozone gas to the raw water. And a reaction tank having a discharge port through which the raw water purified in the reaction space is discharged to the outside. And advanced oxidation means for generating hydroxyl radicals from the dissolved ozone to improve the purification efficiency of the raw water, wherein the advanced oxidation means comprises dissolved ozone dissolved in the raw water. This radical chain reaction is characterized in that it comprises an activated carbon layer made of particulate activated carbon and formed in the reaction space portion of the reactor in a thickness of 10 cm to 20 cm so that the dissolved ozone is decomposed into oxidative radical hydroxide having strong oxidizing power.

고도산화공정, 오존, 자외선, 수산화라디칼, 페록시 라디칼, 활성탄, 촉매 Advanced Oxidation Process, Ozone, Ultraviolet, Radical Hydroxide, Peroxy Radical, Activated Carbon, Catalyst

Description

고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 그 수처리 방법{Apparatus and method for treating water using advanced oxidation process}Apparatus and method for treating water using advanced oxidation process

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고도산화공정을 이용한 수처리 장치와 그 수처리 시스템 구성도이다. 1 is a block diagram of a water treatment apparatus and a water treatment system using the advanced oxidation process according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the water treatment apparatus shown in FIG. 1.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2.

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 2.

도 5는 도 2의 A부분의 확대도이다. 5 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2.

도 6은 도 2에 도시된 수처리 장치에 있어서 활성탄층의 두께와 발생되는 페록시 라디칼의 농도와의 상관관계를 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing a correlation between the thickness of the activated carbon layer and the concentration of peroxy radicals generated in the water treatment apparatus shown in FIG. 2.

도 7은 도 2에 도시된 수처리 장치의 정화효율을 설명하기 위한 그래프이다. 7 is a graph for explaining the purification efficiency of the water treatment device shown in FIG.

도 8은 도 2에 도시된 수처리 장치에 있어서 다공판이 오존 기체의 용존율에 영향을 미치는 정도를 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 8 is a graph for explaining the degree to which the porous plate affects the dissolution rate of ozone gas in the water treatment apparatus shown in FIG. 2.

도 9는 도 2에 도시된 수처리 장치에 있어서 수산화라디칼의 발생량을 오존 기체만 공급되는 경우와 오존 기체 및 자외선만이 공급되는 경우와 비교하기 위한 그래프이다. FIG. 9 is a graph for comparing the generation amount of radicals of radicals with the case where only ozone gas is supplied and when only ozone gas and ultraviolet light are supplied in the water treatment apparatus shown in FIG. 2.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10...반응조 11...유입구10 ... Reactor 11 ... Inlet

12...반응 공간부 13...배출구 12 Reaction space part 13 Outlet

20...산기기 21...구멍20 ... diffuser 21 ... hole

30...활성탄층 40...자외선램프30 ... Activated carbon layer 40 ... Ultraviolet lamp

50...다공판 51...램프 관통공50 ... Perforated plate 51 ... Lamp through hole

52...미세 관통공 60...광촉매층52 Fine through-hole 60 Photocatalyst layer

90...오존 기체 기포 90 ozone gas bubble

1...고도산화공정을 이용한 수처리 시스템1. Water treatment system using advanced oxidation process

100...고도산화공정을 이용한 수처리 장치 100 ... Water treatment device using advanced oxidation process

본 발명은 고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 그 수처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오존(O3) 기체의 용존율 및 수산화라디칼(°OH)의 생성율이 향상되도록 구조가 개선된 고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 그 수처리 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a water treatment apparatus using an advanced oxidation process and a water treatment method thereof, and more particularly, to an advanced oxidation process having an improved structure to improve the dissolution rate of ozone (O 3 ) gas and the generation rate of radical radical (° OH). It relates to a water treatment apparatus and a water treatment method using.

각종 산업체로부터 배출된 유기독성 화합물, 농약 등으로 인한 상수원 및 하천의 오염은 전세계적으로 커다란 문제점으로 대두되고 있으며, 이에 따라 수처리 장치 및 수처리 방법에 대한 관심이 나날이 증가하고 있는 추세에 있다. Pollution of water sources and rivers due to organic toxic compounds, pesticides, etc. emitted from various industries has emerged as a major problem around the world, and accordingly, interest in water treatment devices and water treatment methods is increasing day by day.

종래의 수처리 장치에서는, 염소소독의 부산물인 트리할로메탄(trihalomethane;THM) 생성억제의 대안으로, 맛, 응집침전 개선효과 및 생물학적 활성도 증대효과 등의 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라 강한 산화력을 가지고 있는 오존이 널리 사용되어 왔다. 그러나, 실제로 오존은 대다수의 유기물(Geosmin, MlB와 THM과 같은 포화탄화수소, 농약 등)과의 반응이 느리거나 또는 어떤 유기물과는 전혀 반응을 하지 않는 등 유기물과의 반응이 매우 선택적이며, pH, 온도 및 수중 무기염류 등과 같은 처리공정 인자들로 인해 그 산화능력에 큰 영향을 받는 등 큰 결점을 가지고 있는 것으로 지적되고 있으며, 이러한 결점을 극복하기 위한 노력의 일환으로서 고도산화공정(Advanced Oxidation Process; AOP)을 이용한 수처리 방법이 개발되었다. In the conventional water treatment apparatus, as an alternative to the inhibition of trihalomethane (THM) production, which is a byproduct of chlorine disinfection, it has not only advantages such as taste, coagulation sedimentation improvement effect and biological activity enhancement effect, but also strong oxidation power. Ozone has been widely used. In practice, however, ozone is very selective with organics (eg, Geosmin, saturated hydrocarbons such as MlB and THM, pesticides, etc.) or does not react at all with organic matters. It has been pointed out that it has a big drawback, such as being greatly affected by its oxidation ability due to treatment process factors such as temperature and inorganic salts in the water, and as an effort to overcome such a drawback, Advanced Oxidation Process; A water treatment method using AOP has been developed.

고도산화공정을 이용한 수처리 방법이란, 강력한 살균 및 산화력을 가지는 화학종인 수산화라디칼(°OH)을 중간생성물질로 생성하여 수중 오염물질인 유기물 및 독성물질을 산화 처리하는 보다 진보된 수처리 기술을 말하며, 최근 수처리에 널리 사용되고 있는 오존에 pH를 조절하거나, 과산화수소, 자외선(UV)에너지 등을 첨가하여 산화력을 증대시키는 방법을 말한다. 그리고, 이러한 고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법은 대한민국 특허 제320,604호, 제454,260호, 제349,214호 및 대한민국 실용신안 제252,172호 등에 개시되어 있다. The water treatment method using the advanced oxidation process refers to a more advanced water treatment technology that generates radical hydroxide (° OH), a chemical species having strong sterilization and oxidizing power, as an intermediate product to oxidize organic substances and toxic substances, which are pollutants in water, It refers to a method of increasing the oxidative power by adjusting the pH to ozone, which is widely used in water treatment recently, or by adding hydrogen peroxide and ultraviolet (UV) energy. The water treatment apparatus and the water treatment method using the advanced oxidation process are disclosed in Korean Patent Nos. 320,604, 454,260, 349,214 and Korean Utility Model No. 252,172.

그런데, 상기 특허 및 실용신안은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. However, the patent and utility model has the following problems.

먼저, 대한민국 특허 제320,604호는 고급산화이용 고효율 활성오니 폐수처리장치 및 그 방법을 제시하고 있고 있으나, 1차적으로 압축공기를 산소발생기에 공 급한 후에 고농도의 오존을 생성시켜 단순히 수중에 공급하기 때문에 오존의 용해율을 증대시키는데 한계가 있으며, 이에 따라 난분해성 유기물을 효과적으로 처리할 수 없게 된다. First, Korean Patent No. 320,604 proposes a high-efficiency activated sludge wastewater treatment apparatus and its method using advanced oxidation, but primarily supplies high pressure ozone after supplying compressed air to an oxygen generator and simply supplies it to water. There is a limit to increasing the dissolution rate of ozone, and thus it is impossible to effectively treat the hardly decomposable organic matter.

또한, 대한민국 특허 제454,260호와 실용신안 제252,172호는 오존처리공정과 활성탄 처리공정이 단일 반응조에서 이루어지도록 구성되어 있으나, 오존 자체의 매우 낮은 용해율에 기인하여 오존의 주입 초기에 그 용해도가 제한받게 되어 오존의 활용 효율이 낮아지게 될 뿐만 아니라 용존된 오존이 수초 이내에 순간적으로 소모되어 오존의 의한 효율적인 수처리를 기대하기가 어려운 단점이 있다. In addition, Korean Patent No. 454,260 and Utility Model No. 252,172 are designed to perform the ozone treatment process and the activated carbon treatment process in a single reactor, but due to the very low dissolution rate of ozone itself, the solubility is limited at the beginning of ozone injection. As a result, the utilization efficiency of ozone is lowered, and dissolved ozone is consumed within a few seconds, so it is difficult to expect efficient water treatment by ozone.

그리고, 대한민국 특허 제349,214호에는 오존의 용존성을 향상시키기 위해 다공판이 구비된 수처리 장치가 개시되어 있다. 그러나 다수의 작은 구멍이 천공된 다공판들이 서로 일정 간격 이격되도록 배치되어 있을 뿐 자외선램프를 중심으로 배치되어 있지 않으므로, 자외선 조사에 따른 수산화라디칼의 생성율을 극대화하지 못하게 되며, 이에 따른 폐수 중에 존재하는 유기물성분의 산화처리효율을 극대화하지 못한다는 한계가 있다.In addition, Korean Patent No. 349,214 discloses a water treatment apparatus equipped with a porous plate in order to improve the dissolvedness of ozone. However, since the perforated plates having a plurality of small holes are arranged to be spaced apart from each other by a predetermined distance, they are not arranged around the ultraviolet lamp, so that the generation rate of hydroxyl radical due to ultraviolet irradiation cannot be maximized. There is a limit that can not maximize the oxidation treatment efficiency of the organic component.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 오존 기체의 용존율 및 수산화라디칼의 생성율이 향상되도록 구조가 개선되어 원수의 정화효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 오존 기체의 공급량 및 수처리 장치의 규모를 최소화할 수 있도록 하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, the structure is improved so that the dissolved rate of ozone gas and the production rate of radical radicals can be improved to increase the purification efficiency of raw water as well as ozone gas It is to provide a water treatment apparatus using an advanced oxidation process to minimize the amount of water and the scale of the water treatment apparatus.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 오존 기체의 용존율 및 수산화라디칼의 생성율이 향상되도록 구조가 개선되어 원수의 정화효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 오존 기체의 공급량 및 수처리 장치의 규모를 최소화할 수 있도록 하는 고도 산화공정을 이용한 수처리 방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention, the structure is improved so that the dissolved rate of ozone gas and the production rate of radical radicals can be improved to increase the purification efficiency of the raw water as well as to minimize the amount of ozone gas supply and the scale of the water treatment apparatus. It is to provide a water treatment method using an advanced oxidation process.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고도산화공정을 이용한 수처리 장치는, 유입구와, 상기 유입구로부터 유입되는 원수가 수용되며, 상기 원수에 오존 기체가 공급되어 그 원수에 용존된 오존에 의해 상기 원수가 정화되는 반응 공간부와, 상기 반응 공간부에서 정화된 원수가 외부로 배출되는 배출구를 가지는 반응조; 및 상기 원수의 정화 효율을 향상시키도록 상기 용존 오존으로부터 수산화라디칼을 발생시키기 위한 고도산화수단;을 구비하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 고도산화수단은, 상기 원수에 용해된 용존 오존이 라디칼 연쇄반응하여 그 용존 오존이 산화력이 강한 수산화라디칼로 분해되도록, 입자상의 활성탄으로 이루어지며 상기 반응조의 반응 공간부에 10㎝ 내지 20㎝의 두께로 형성된 활성탄층을 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the water treatment apparatus using the advanced oxidation process according to the present invention, the inlet, and the raw water flowing from the inlet is accommodated, the ozone gas is supplied to the raw water by the ozone dissolved in the raw water A reaction tank having a reaction space portion in which raw water is purified and a discharge port through which the raw water purified in the reaction space portion is discharged to the outside; And advanced oxidation means for generating hydroxyl radicals from the dissolved ozone to improve the purification efficiency of the raw water, wherein the advanced oxidation means comprises dissolved ozone dissolved in the raw water. This radical chain reaction is characterized in that it comprises an activated carbon layer made of particulate activated carbon and formed in the reaction space portion of the reactor in a thickness of 10 cm to 20 cm so that the dissolved ozone is decomposed into oxidative radical hydroxide having strong oxidizing power.

본 발명에 따르면, 상기 고도산화수단은, 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상하방향으로 길게 배치되어 있으며, 자외선이 조사되는 자외선램프와, 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상기 활성탄층과 상하방향으로 일정 간격 이격되도록 배치되어 있으며, 상기 각 자외선 램프가 삽입되는 램프 관통공과, 상기 램프 관통공 주위에 관통 형성된 다수의 미세 관통공을 가지는 다공판을 더 구비하는 것이 바람직하다. According to the present invention, the highly oxidizing means is disposed in the vertical direction long in the upper portion of the activated carbon layer of the reaction tank, the ultraviolet lamp is irradiated with ultraviolet light, and the upper and lower portions of the activated carbon layer on the activated carbon layer of the reaction tank It is preferably arranged to be spaced apart at a predetermined interval in the direction, and further comprises a porous plate having a plurality of through holes through which the lamp is inserted, and the plurality of fine through holes formed around the lamp through holes.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 자외선 램프 및 다공판은 각각 복수 개 배치되어 있는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, it is preferable that a plurality of ultraviolet lamps and porous plates are arranged, respectively.

또한, 본 발명에 따르면 상기 다공판에는 입자상의 활성탄으로 이루어진 다공판용 활성탄층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. According to the present invention, it is preferable that the activated carbon layer for porous plates made of particulate activated carbon is formed in the porous plate.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다공판에는 광촉매로 이루어진 광촉매층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, it is preferable that the photocatalyst layer made of a photocatalyst is formed on the porous plate.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 활성탄층의 충진율이 0.5 내지 1.0인 것이 바람직하다. In addition, according to the present invention, the filling rate of the activated carbon layer is preferably 0.5 to 1.0.

한편, 상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고도산화공정을 이용한 수처리 방법은, 고도산화공정을 이용한 수처리 방법에 있어서, 유입구와, 상기 유입구로부터 유입되는 원수가 수용되며, 상기 원수에 오존 기체가 공급되어 그 원수에 용존된 오존에 의해 상기 원수가 정화되는 반응 공간부와, 상기 반응 공간부에서 정화된 원수가 외부로 배출되는 배출구를 가지는 반응조; 및 활성탄으로 이루어지며 상기 반응조의 반응 공간부에 10㎝ 내지 20㎝의 두께로 형성된 활성탄층을 구비하는 수처리 장치를 배치하는 수처리 장치 배치단계; 상기 반응조에 원수를 공급하며, 그 공급되는 원수에 오존 기체를 공급하는 원수 및 오존 기체 공급단계; 상기 반응조에 공급된 원수와, 그 원수에 용존된 용존 오존과, 상기 오존 기체가 상기 활성탄층을 통과하도록 하는 오존 기체의 활성탄층 통과단계; 및 상기 용존 오존이 상기 활성탄층을 통과하는 과정에서 유발된 라디칼 연쇄반응에 의해 상기 용존 오존을 산화력이 강한 수산화라디칼로 분해하여 그 수산화라디칼에 의해 상기 원수를 정화하는 원수 정화단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, in order to achieve the above another object, the water treatment method using the advanced oxidation process according to the present invention, in the water treatment method using the advanced oxidation process, the inlet and the raw water flowing from the inlet is accommodated, the raw water is ozone A reaction tank having a reaction space portion through which gas is supplied and purified of the raw water by ozone dissolved in the raw water, and a discharge port through which the raw water purified by the reaction space portion is discharged to the outside; And a water treatment device arrangement step of disposing a water treatment device comprising activated carbon and having an activated carbon layer having a thickness of 10 cm to 20 cm in a reaction space of the reactor. Supplying raw water to the reactor, and supplying raw water and ozone gas to supply ozone gas to the supplied raw water; Passing an activated carbon layer of raw water supplied to the reactor, dissolved ozone dissolved in the raw water, and ozone gas to allow the ozone gas to pass through the activated carbon layer; And a raw water purifying step of decomposing the dissolved ozone into radical oxidative radicals by purifying the dissolved ozone by radical radical reaction induced in the process of passing the dissolved ozone through the activated carbon layer to purify the raw water by the radicals. It features.

본 발명에 따르면, 상기 수처리 장치는, 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상하방향으로 길게 배치되어 있으며, 자외선이 조사되는 자외선램프; 및 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상기 활성탄층과 상하방향으로 일정 간격 이격되도록 배치되어 있으며, 상기 각 자외선 램프가 삽입되는 램프 관통공과, 상기 램프 관통공 주위에 관통 형성된 다수의 미세 관통공을 가지는 다공판을 더 구비하며, 상기 오존 기체의 용존 효율을 증가시키도록, 상기 활성탄층을 통과한 오존 기체를 상기 다공판에 걸리게 하여 그 오존 기체의 체류시간을 증가시키는 단계; 및 상기 용존 오존을 라디칼 연쇄반응시켜 산화력이 강한 수산화라디칼이 발생되도록, 상기 다공판의 미세 관통공들을 통과하는 용존 오존을 상기 자외선램프에서 조사되는 자외선과 반응시키는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, the water treatment device, an ultraviolet lamp which is disposed in the vertical direction long on the upper portion of the activated carbon layer of the reaction tank, the ultraviolet light is irradiated; And a lamp through hole spaced apart from the activated carbon layer in the vertical direction by a predetermined interval on an upper portion of the activated carbon layer of the reaction tank, and the plurality of minute through holes penetrated around the lamp through holes and the lamp through holes through which the ultraviolet lamps are inserted. The branch further comprises a porous plate, to increase the residence time of the ozone gas to the ozone gas passing through the activated carbon layer to the porous plate to increase the dissolved efficiency of the ozone gas; And reacting the dissolved ozone passing through the minute through holes of the porous plate with the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet lamp so as to radically react the dissolved ozone with radical oxidation. .

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고도산화공정을 이용한 수처리 장치와 그 수처리 시스템 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이며, 도 5는 도 2의 A부분의 확대도이다. 1 is a block diagram of a water treatment apparatus and a water treatment system using an advanced oxidation process according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the water treatment apparatus shown in Figure 1, Figure 3 is a III of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line III-IV of FIG. 2, and FIG. 5 is an enlarged view of part A of FIG.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 고도산화공정을 이용한 수처리 장 치(100)는 도 1에 도시된 바와 같은 수처리 시스템(1)에 설치되게 된다. 상기 수처리 시스템(1)은 오존 기체를 발생시키는 오존 기체 발생부(2)와, 상기 오존 기체 발생부(2)에서 발생된 오존 기체가 공급되는 오존 기체 공급파이프(3)와, 상기 오존 기체 공급파이프(3)와 연결되며 처리 대상인 원수가 유입되는 원수 유입파이프(4)와, 상기 원수 유입파이프(4)와 연결되며 상기 원수와 오존 기체가 공급되는 상기 수처리 장치(100)를 구비한다. 본 실시예에서, 상기 수처리 장치(100)에는 상기 원수와 오존 기체가 동시에 공급되게 되며, 그 과정에서 오존 기체의 일부는 상기 원수에 용해되게 된다. 그리고, 상기 오존 기체 공급파이프(3)를 공지의 벤츄리 형태로 구성하게 되면, 상기 원수에 공급되는 오존 기체를 작은 기포로 공급할 수 있게 되어, 그 오존 기체의 용존율을 증가시킬 수 있게 된다. 1 to 5, the water treatment device 100 using the advanced oxidation process of the present embodiment is to be installed in the water treatment system 1 as shown in FIG. The water treatment system 1 includes an ozone gas generator 2 that generates ozone gas, an ozone gas supply pipe 3 to which ozone gas generated by the ozone gas generator 2 is supplied, and the ozone gas supply. A raw water inlet pipe (4) connected to the pipe (3) and the raw water to be treated, and the water treatment device (100) connected to the raw water inflow pipe (4) and supplied with the raw water and ozone gas. In the present embodiment, the raw water and ozone gas are supplied to the water treatment device 100 at the same time, and a portion of the ozone gas is dissolved in the raw water in the process. When the ozone gas supply pipe 3 is configured in a known venturi form, the ozone gas supplied to the raw water can be supplied as a small bubble, thereby increasing the dissolved rate of the ozone gas.

상기 수처리 장치(100)는 반응조(10)와, 고도산화수단을 구비한다. The water treatment device 100 includes a reactor 10 and a highly oxidizing means.

상기 반응조(10)에는 상기 원수와 오존 기체가 공급되며, 그 공급된 오존 기체에 의해 상기 원수가 정화되게 된다. 상기 반응조(10)는 유입구(11)와, 반응 공간부(12)와, 배출구(13)를 가진다. The raw water and the ozone gas are supplied to the reactor 10, and the raw water is purified by the supplied ozone gas. The reactor 10 has an inlet 11, a reaction space 12, and an outlet 13.

상기 유입구(11)는 상기 원수 유입파이프(4)와 연결되어 있으며, 그 유입구(11)를 통해서 상기 원수와 오존 기체가 동시에 도 2의 하단부에 도시된 화살표 방향으로 유입되게 된다. 그리고, 상기 유입구(11)의 상부에는 도 3에 도시된 바와 같은 다수의 구멍(21)들을 가지는 산기기(20)가 배치되어 있다. 따라서, 상기 원수에 용해되지 않은 오존 기체의 기포(90)는 그 산기기(20)를 통과하는 과정에서 미세한 기포로 쪼개지게 되며, 이 과정에서 그 오존 기체의 기포와 상기 원수의 접 촉 면적이 증가하게 되므로, 상기 오존 기체의 용존율을 증가시킬 수 있게 된다. The inlet 11 is connected to the raw water inlet pipe 4, and through the inlet 11, the raw water and the ozone gas are simultaneously introduced in the direction of the arrow shown in the lower part of FIG. 2. In addition, the diffuser 20 having a plurality of holes 21 as illustrated in FIG. 3 is disposed above the inlet 11. Accordingly, the bubble 90 of ozone gas not dissolved in the raw water is split into fine bubbles in the course of passing through the acid generator 20, and in this process, the contact area between the bubble of the ozone gas and the raw water is reduced. Since it increases, it is possible to increase the dissolved rate of the ozone gas.

상기 반응 공간부(12)에는 상기 유입구(11)로부터 유입되는 원수 및 오존 기체가 수용된다. 상기 원수는 그 원수에 용해된 용존 오존에 의해 정화될 뿐만 아니라 그 용존 오존의 분해에 의해 발생된 수산화라디칼에 의해서도 정화된다. The reaction space 12 receives raw water and ozone gas flowing from the inlet 11. The raw water is purified not only by the dissolved ozone dissolved in the raw water, but also by the radical radicals generated by the decomposition of the dissolved ozone.

상기 배출구(13)를 통해서는, 상기 반응 공간부에서 정화된 원수가 도 2의 상단부에 도시된 화살표 방향으로 배출되게 된다. 그리고, 상기 배출구에는 상기 원수의 정화 후에 남아 있는 오존을 흡착하기 위해 활성탄으로 이루어진 흡착부(미도시)가 구비되어 있다. Through the discharge port 13, the raw water purified in the reaction space portion is discharged in the direction of the arrow shown in the upper end of FIG. In addition, the discharge port is provided with an adsorption unit (not shown) made of activated carbon to adsorb ozone remaining after the purification of the raw water.

상기 고도산화수단은 상기 용존 오존으로부터 수산화라디칼을 발생시키기 위해 마련되며, 이 수산화라디칼은 강산화제로서 상기 반응조(10)에 수용된 원수의 정화 효율을 향상시킨다. 상기 고도산화수단은 활성탄층(30)과, 자외선램프(40)와, 다공판(50)을 구비한다. The highly oxidizing means is provided to generate hydroxyl radicals from the dissolved ozone, which radicals improve the purification efficiency of raw water contained in the reactor 10 as a strong oxidant. The advanced oxidation means includes an activated carbon layer 30, an ultraviolet lamp 40, and a porous plate 50.

상기 활성탄층(30)은, 상기 원수에 용존된 용존 오존이 상기 활성탄층(30)의 촉매 하에서 라디칼 연쇄반응하여 그 용존 오존이 산화력이 강한 수산화라디칼로 잘 분해되도록 하기 위해 형성되어 있다. 상기 활성탄층(30)을 촉매로 하여 상기 용존 오존이 분해되는 과정은 다음과 같다. The activated carbon layer 30 is formed in such a manner that dissolved ozone dissolved in the raw water is radically chain-reacted under the catalyst of the activated carbon layer 30 so that the dissolved ozone is decomposed into a highly oxidative radical hydroxide. The dissolved ozone is decomposed using the activated carbon layer 30 as a catalyst as follows.

먼저 상기 용존 오존은 하기 식 (1)과 같이 상기 활성탄층(30)의 활성탄과의 표면반응에 의해 라디칼의 연쇄반응을 하게 되고, 이와 동시에 전자전달(electron transfer)이 이루어지게 되어 페록시라디칼(O2 -°)이 형성되게 된다. First, the dissolved ozone undergoes a chain reaction of radicals by surface reaction with the activated carbon of the activated carbon layer 30 as shown in Equation (1), and at the same time, electron transfer is performed to produce peroxy radical ( O 2 - °) is to be formed.

O3 + 활성탄(촉매) →→→ O2 -° ........ 식(1)O 3 + activated carbon (catalyst) →→→ O 2 - ° ........ formula (1)

그리고, 상기 식(1)에 의해 생성된 페록시라디칼은 하기 식(2) 내지 식(4)와 같이 오존과 신속하게 반응하게 되며, 이에 따라 수산화라디칼이 생성되게 된다. In addition, the peroxy radicals generated by the formula (1) reacts rapidly with ozone as shown in the following formulas (2) to (4), whereby radical hydroxides are generated.

O3 + O2 -° → O3 -° + O2 ........ 식(2)O 3 + O 2 - ° → O 3 - ° + O 2 ........ Formula (2)

O3 -° → O-° + O2 ........ 식(3)O 3 - ° → O - ° + O 2 ........ Formula (3)

O-° + H+ ↔ °OH ........ 식(4)O - ° + H + ↔ ° OH ........ Equation (4)

상기 활성탄층(30)은 입자상의 활성탄으로 이루어진다. 상기 활성탄층(30)은 상기 반응조(10)의 반응 공간부(12)의 하부에 10㎝ 내지 20㎝의 두께로 형성된다. 이와 같은 두께를 가지는 활성탄층(30)은 상기 수산화라디칼을 효과적으로 형성시킬 수 있게 되는데, 이를 정량적으로 확인하기 위해서 다음과 같은 실험을 하였다. The activated carbon layer 30 is formed of granular activated carbon. The activated carbon layer 30 is formed to a thickness of 10 cm to 20 cm in the lower portion of the reaction space 12 of the reaction tank (10). The activated carbon layer 30 having such a thickness can effectively form the radicals, and the following experiments were carried out to quantitatively confirm this.

반응조에 0 ㎝, 1 ㎝, 2.5 ㎝, 5 ㎝, 7.5 ㎝, 10 ㎝, 20 ㎝, 30 ㎝의 두께를 가지는 활성탄층을 각각 형성시킨 후, 이 각 활성탄층에 100μM의 용존 오존을 공급하여 통과시킴으로써 발생된 수산화라디칼의 양를 측정하고자 하였다. 이 때에, 발생되는 수산화라디칼의 양은 상기 식(1)에 나타난 페록시라디칼의 양을 측정함으로써 간접적으로 측정하였다. 이와 같이 수산화라디칼의 양을 간접적으로 측정해도 되는 것은, 상기 식 (1) 내지 식 (4)에 나타난 바와 같이 수산화라디칼이 형성 되기 위해서는 페록시라디칼이 먼저 생성되어야하기 때문에 그 페록시라디칼의 발생량과 수산화라디칼의 발생량이 서로 비례하기 때문이다. After forming an activated carbon layer having a thickness of 0 cm, 1 cm, 2.5 cm, 5 cm, 7.5 cm, 10 cm, 20 cm and 30 cm in the reactor, 100 μM dissolved ozone was supplied to each activated carbon layer and passed through. It was intended to measure the amount of radicals generated by the. At this time, the amount of radicals generated was indirectly measured by measuring the amount of peroxy radicals shown in the above formula (1). In this way, the amount of radicals may be indirectly measured because peroxy radicals must first be formed in order for the radicals to be formed, as shown in the above formulas (1) to (4). This is because the amount of hydroxyl radicals is proportional to each other.

그리고, 상기 페록시라디칼의 농도를 측정함에 있어서는, 오존과의 반응성이 작고 상기 페록시라디칼과 반응성이 높은 테트라니트로메탄(tetranitromethan;TNM) 40μM을 주입하였고, 그 주입된 테트라니트로메탄과 수산화라디칼과의 반응을 차단하기 위해서 터셔리 부탄올(tertiary butanol) 10 mM도 함께 주입하였다. In measuring the concentration of the peroxyradical, 40 μM of tetranitromethane (TNM) having low reactivity with ozone and high reactivity with the peroxyradical was injected, and the injected tetranitromethane and hydroxyl radical and In order to block the reaction of tertiary butanol (10 mM) was also injected.

상술한 바와 같이, 오존과, 테트라니트로메탄과, 터셔리 부탄올을 주입하여 활성탄층을 통과시키게 되면, 테트라니트로메탄은 오존의 분해시 생성된 페록시라디칼과 반응하게 되며, 이에 따라 최대흡광파장이 350㎚인 니트로폼 아니온(nitroform anion), [C(NO2)3 -]이 생성되게 된다. 따라서, 생성된 니트로폼 아니온을 상기 최대흡광파장에서의 흡광도를 측정하여 정리하면, [표 1]과 같은 결과를 얻을 수 있게 된다. As described above, when ozone, tetranitromethane, and tertiary butanol are injected and passed through the activated carbon layer, tetranitromethane reacts with the peroxy radicals generated during the decomposition of ozone, thereby increasing the maximum absorption wavelength. Nitroform anion, [C (NO 2 ) 3 − ], which is 350 nm, is produced. Therefore, if the resulting nitroform anion is arranged by measuring the absorbance at the maximum absorption wavelength, a result as shown in [Table 1] can be obtained.

활성탄층 두께(㎝)  Activated Carbon Layer Thickness (cm) 파장 350㎚에서의 흡광도 Absorbance at wavelength 350 nm 0  0 0.6 0.6 1  One 0.62 0.62 2.5  2.5 0.66 0.66 5  5 0.69 0.69 7.5  7.5 0.8 0.8 10  10 1.1 1.1 20  20 1.2 1.2 30  30 1.1 1.1

그리고, 상기 [표 1]의 데이터를 활용하여 커브 피팅하게 되면, 도 6을 얻을 수 있다. 도 6을 참조하면, 흡광도는 활성탄층의 두께가 대략 5㎝까지 증가함에 따라 완만하게 증가하다가, 활성탄층의 두께가 대략 5㎝ 내지 10㎝인 구간에서는 급격하게 증가하고, 활성탄층의 두께가 대략 10 ㎝를 넘게 되면 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 따라서, 활성탄층의 두께를 10㎝ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 활성탄층의 두께가 20㎝를 넘게 되면, 흡광도가 오히려 줄어들게 된다. 그리고, 활성탄층이 두꺼워질수록, 공급되는 원수가 그 활성탄층 내에 오랫동안 체류하게 되므로 원수의 정화 용량이 제한되게 될 뿐만 아니라, 반응조 내에 압력이 증가하게 되어 그 반응조의 제조 및 유지 관리에 보다 많은 비용이 들게 된다. 따라서, 활성탄층(30)의 두께를 20㎝ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. Then, curve fitting is performed using the data shown in Table 1, and FIG. 6 is obtained. Referring to FIG. 6, the absorbance gradually increases as the thickness of the activated carbon layer increases to about 5 cm, and then rapidly increases in a section in which the thickness of the activated carbon layer is about 5 cm to 10 cm, and the thickness of the activated carbon layer is approximately If it exceeds 10 cm, it can be seen that there is no large change. Therefore, it is preferable to set the thickness of an activated carbon layer to 10 cm or more. On the other hand, when the thickness of the activated carbon layer exceeds 20 cm, the absorbance is rather reduced. In addition, the thicker the activated carbon layer is, the longer the raw water supplied stays in the activated carbon layer, thereby limiting the purification capacity of the raw water and increasing the pressure in the reactor, thereby increasing the cost of manufacturing and maintaining the reactor. You will hear this. Therefore, it is preferable to set the thickness of the activated carbon layer 30 to 20 cm or less.

또한, 상기 활성탄층(30)의 충진율은 0.5 내지 1.0인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 활성탄층(30)의 충진율이 0.5 보다 작게 되면, 그 활성탄층(30)을 구성하는 활성탄이 원수에서 표류(floating)하게 되며, 이에 따라 충진율이 0.5 보다 작은 활성탄층은 상기 용존 오존의 분해 반응에서 촉매로서의 역할을 효과적으로 하지 못하기 때문이다. In addition, the filling rate of the activated carbon layer 30 is preferably 0.5 to 1.0. Because, when the filling rate of the activated carbon layer 30 is less than 0.5, the activated carbon constituting the activated carbon layer 30 floats in the raw water, and thus, the activated carbon layer having a filling rate of less than 0.5 is formed of the dissolved ozone. This is because it does not effectively serve as a catalyst in the decomposition reaction.

상기 자외선램프(40)는 복수 개 배치되어 있는데, 본 실시예에 있어서는 8개 배치되어 있다. 상기 각 자외선램프(40)는 상기 반응조(10)의 상기 활성탄층(30)의 상부에 상하방향으로 길게 배치되어 있다. 상기 각 자외선램프(40)는 전기를 공급하는 전원공급판넬부(5)과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 각 자외선램프(40)는 자외선을 조사하며, 그 조사된 자외선은 상기 용존 오존과 반응하여 수산화라디칼을 발생시키게 되는데, 그 과정은 다음과 같다. A plurality of ultraviolet lamps 40 are arranged, but eight are arranged in this embodiment. Each of the ultraviolet lamps 40 is disposed long in the vertical direction above the activated carbon layer 30 of the reaction tank 10. Each of the ultraviolet lamps 40 is electrically connected to a power supply panel part 5 for supplying electricity. Each of the ultraviolet lamps 40 irradiates ultraviolet rays, and the irradiated ultraviolet rays react with the dissolved ozone to generate hydroxyl radicals. The process is as follows.

자외선은 일반적으로 200㎚ 내지 400㎚의 파장을 가지는 빛의 띠이며, 오존은 254㎚의 파장에서 흡수성이 강하다. 이러한 자외선을 용존 오존에 조사하게 되면, 그 용존 오존의 광분해에 결과 하기 식(5)와 같이 과산화수소(H2O2)가 중간물질로 생성되게 된다. Ultraviolet rays are generally bands of light having a wavelength of 200 nm to 400 nm, and ozone is highly absorbent at a wavelength of 254 nm. When the ultraviolet ray is irradiated to the dissolved ozone, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is generated as an intermediate as shown in Equation (5) as a result of photolysis of the dissolved ozone.

O3 + hv → H2O2 + O2 ........ 식(5)O 3 + hv → H 2 O 2 + O 2 ........ Formula (5)

그리고, 생성된 과산화수소는 다시 자외선과 반응하며, 이에 따라 하기 식(6)과 같이 수산화라디칼이 생성되게 된다. In addition, the generated hydrogen peroxide reacts with the ultraviolet rays again, thereby generating radical hydroxide as shown in Equation (6).

H2O2 + hv → 2°OH ........ 식(6)H 2 O 2 + hv → 2 ° OH ........ Formula (6)

이때, 과산화수소는 산-염기 평형상태로 하기 식(7)과 같이 존재하게 된다. At this time, the hydrogen peroxide is present in the acid-base equilibrium state as shown in the following formula (7).

H2O2 ↔ HO2 - + H+ ........ 식(7) H 2 O 2 ↔ HO 2 - + H + ........ formula (7)

상기 다공판(50)은 상기 반응조(10)의 상기 활성탄층(30)의 상부에 상기 활성탄층(30)과 상하방향으로 일정 간격 이격되도록 복수 개 배치되어 있는데, 본 실시예에 있어서는 2개 배치되어 있다. 그리고, 상기 다공판(50)들도 상호 일정 간격 이격되도록 배치되어 있다. 이와 같이 상기 다공판(50)들이 상기 반응조(10)에 배치되어 있으므로, 상기 원수에 용해되지 않은 오존 기체의 기포(90)가 부력에 의해 상승하는 과정에서 상기 각 다공판(50)에 걸려 그 체류시간이 증가하게 됨으로써 그 오존 기체의 용해율을 증가시킬 수 있게 된다. The plurality of porous plates 50 are arranged on the upper portion of the activated carbon layer 30 of the reactor 10 so as to be spaced apart from the activated carbon layer 30 by a predetermined interval in the vertical direction. It is. The porous plates 50 are also arranged to be spaced apart from each other by a predetermined interval. Since the porous plates 50 are arranged in the reaction tank 10 as described above, the bubbles 90 of ozone gas that are not dissolved in the raw water are caught by the porous plates 50 in the process of rising by buoyancy. As the residence time increases, the dissolution rate of the ozone gas can be increased.

상기 각 다공판(50)은 램프 관통공(51)과, 미세 관통공(52)을 가진다. 상기 램프 관통공(51)에는 상기 각 자외선 램프(40)가 삽입된다. 이 때, 상기 각 자외선 램프(40)의 외주면이 상기 램프 관통공(51)의 내주면과 밀착되도록 상기 각 자외선 램프(40)를 삽입하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 각 자외선램프(40)와, 상기 램프 관통공(51) 간의 간격이 형성되게 되면, 상기 원수에 용해되지 않은 오존 기체의 기포(90)가 상기 각 다공판(50)에 걸리지 않고 상승하게 되어 그 오존 기체의 용해율을 증가시키는데 적합하지 않기 때문이다. Each of the porous plates 50 has a lamp through hole 51 and a fine through hole 52. The ultraviolet lamps 40 are inserted into the lamp through holes 51. At this time, it is preferable to insert each of the ultraviolet lamps 40 such that the outer circumferential surface of each of the ultraviolet lamps 40 is in close contact with the inner circumferential surface of the lamp through hole 51. Because, when the gap between the ultraviolet lamp 40 and the lamp through hole 51 is formed, the bubble 90 of ozone gas that is not dissolved in the raw water does not get caught by each of the porous plates 50. This is because it is not suitable for increasing the dissolution rate of the ozone gas.

상기 미세 관통공(52)은 상기 램프 관통공(51) 주위에 다수 배치되어 있다. 상기 원수에 용해되지 않은 오존 기체의 기포(90)는, 도 5에 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 상기 미세 관통공(52)들을 통과하는 과정에서 잘게 쪼개지게 되어 상기 원수와의 접촉면적이 증가하게 되므로, 그 용해되지 않은 오존 기체는 상기 원수에 더 잘 용해되게 된다. 또한, 상기 미세 관통공(52)들은 상기 각 자외선 램프(40) 주위에 배치되어 있으며, 상기 원수는 상기 미세 관통공(52)들을 통과하게 되므로, 상기 미세 관통공(52)들이 상기 다공판에 무작위적으로 배치된 경우에 비해 용존 오존과 자외선을 상기 식(5)와 같이 더 효과적으로 반응시킬 수 있게 된다. The minute through holes 52 are disposed around the lamp through holes 51. Bubble 90 of ozone gas that is not dissolved in the raw water is finely split in the course of passing through the fine through holes 52 in the direction of the arrow as shown in FIG. 5 so that the contact area with the raw water is increased. Therefore, the undissolved ozone gas is better dissolved in the raw water. In addition, the fine through holes 52 are disposed around each of the ultraviolet lamps 40, and since the raw water passes through the fine through holes 52, the fine through holes 52 are formed in the porous plate. Compared to the case of randomly arranged, dissolved ozone and ultraviolet rays can be more effectively reacted as in Equation (5).

상기 각 다공판(50)의 표면에는 광촉매층(60)이 형성되어 있다. 상기 광촉매층은 광촉매로 이루어져 있다. 상기 광촉매층(60)은 상기 원수의 정화효율을 더 높이는데 기여하게 된다. 즉, 상기 광촉매 존재하에서 자외선을 조사하게 되며, 그 원수에 존재하는 유기물이 분해되게 되는데, 이러한 사실은 대한민국 특허공보 제205,443호 등에서와 같이 이미 널리 알려져 있으므로, 그 상세한 과정은 생략하기로 한다. The photocatalyst layer 60 is formed on the surface of each of the porous plates 50. The photocatalyst layer is composed of a photocatalyst. The photocatalyst layer 60 contributes to further increase the purification efficiency of the raw water. That is, the ultraviolet light is irradiated in the presence of the photocatalyst, and the organic matter present in the raw water is decomposed. This fact is already widely known as in Korean Patent Publication No. 205,443, and so the detailed process will be omitted.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 수처리 장치(100)를 사용하여, 원수를 정화하는 과정을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a process of purifying raw water using the water treatment device 100 configured as described above will be described in detail.

도 2에 도시된 바와 같은 수처리 장치(100)의 반응조(10)에 원수와 오존 기체를 공급한다. 이 때, 오존 기체 공급파이프(3)의 일부분을 벤츄리 형태로 구성하여, 오존 기체 발생부(2)에서 발생된 오존 기체가 공급되는 원수에 더 잘 용해되도록 할 수 있다. 이와 같이 유입되는 원수와, 그 원수에 용해된 오존과, 그 원수에 용해되지 않은 오존 기체 기포는 먼저, 산기기(20)를 통과하게 되며, 그 산기기의 구멍(21)들을 통과하는 과정에서 오존 기체 기포는 잘게 쪼개지게 되고, 이에 따라 원수와의 접촉 면적 증대로 인해 그 오존 기체의 용해율이 증가하게 된다. Raw water and ozone gas are supplied to the reaction tank 10 of the water treatment device 100 as shown in FIG. 2. At this time, a portion of the ozone gas supply pipe 3 may be configured in the form of a venturi, so that ozone gas generated in the ozone gas generator 2 may be more dissolved in the raw water supplied thereto. The raw water introduced in this way, ozone dissolved in the raw water, and ozone gas bubbles not dissolved in the raw water first pass through the acid generator 20, and in the process of passing through the holes 21 of the acid generator. The ozone gas bubbles are finely divided, thereby increasing the dissolution rate of the ozone gas due to the increase in the contact area with the raw water.

이와 같이, 원수와 오존 기체를 공급하면, 반응조(10)에 수용되는 원수의 수위가 상승하게 되며, 이에 따라 그 원수가 활성탄층(30)과, 다공판(40)들과, 자외선램프(50)들을 통과하게 된다. 그리고, 그 과정에서 원수가 정화되어, 그 정화된 정화수가 배출구(13)를 통해서 배출되게 되는데, 그 과정은 다음과 같다. As such, when the raw water and the ozone gas are supplied, the water level of the raw water contained in the reaction tank 10 is increased, and thus the raw water is activated carbon layer 30, the porous plate 40, and the ultraviolet lamp 50. Will pass). And, the raw water is purified in the process, the purified water is discharged through the discharge port 13, the process is as follows.

먼저, 원수가 활성탄층(30)을 통과하게 되면, 그 과정에서 원수에 용해된 용존 오존이 활성탄층(30) 촉매하에서 앞서 살펴본 식(1) 내지 식(4)와 같이 반응하게 되어 산화력이 강한 수산화라디칼이 발생하게 된다. 또한, 원수에 함유된 각종 유기물, 무기물, 병원성미생물 및 산화부산물질은 일부가 그 활성탄층(30)에 흡착되고 나머지는 활성탄층(30)을 통과하게 되며, 이에 따라 체류시간이 증가하게 된다. 그리고, 활성탄층(30)을 통과하는 원수가 다공판(50)에 접촉할 때까지는, 특별한 화학적 반응이 발생하지 않게 되는 일종의 휴지기(relaxation period)를 가지게 된다. First, when raw water passes through the activated carbon layer 30, dissolved ozone dissolved in the raw water reacts under the activated carbon layer 30 catalyst as described above in the formulas (1) to (4). Hydroxide radicals are generated. In addition, various organic substances, inorganic substances, pathogenic microorganisms and oxidative by-products contained in raw water are partially adsorbed to the activated carbon layer 30, and the rest passes through the activated carbon layer 30, and thus the residence time increases. Then, until the raw water passing through the activated carbon layer 30 contacts the porous plate 50, there is a kind of relaxation period in which no special chemical reaction occurs.

다음으로, 활성탄층(30)을 통과한 원수는 다공판(50)들과 순차적으로 접촉하게 된다. 이 때에, 원수에 용해되지 않은 오존 기체 기포(90)가 각 다공판(50)에 걸려 상승하지 못하고 원수 내에 체류하게 됨으로써 그 체류시간이 증가하게 되며, 이에 따라 오존 기체 기포(90)의 용해율이 증가하게 된다. 또한, 오존 기체 기포(90)가 각 다공판(51)의 미세 관통공(52)을 통과하는 과정에서, 통과 전보다 더 작은 직경의 기포로 잘게 쪼개어지게 되며, 이에 따라 오존 기체 기포가 원수에 더 잘 용해되게 된다. 더불어, 각 다공판(50)에는 광촉매층(60)이 형성되어 있으므로, 자외선 램프의 조사시 원수가 더 효율적으로 정화되게 된다. Next, the raw water passing through the activated carbon layer 30 is in contact with the porous plate 50 sequentially. At this time, the ozone gas bubble 90 which is not dissolved in the raw water is not caught by each of the porous plates 50, and thus stays in the raw water, thereby increasing the residence time. Thus, the dissolution rate of the ozone gas bubble 90 is increased. Will increase. In addition, in the course of passing the ozone gas bubbles 90 through the fine through holes 52 of the respective porous plates 51, the ozone gas bubbles 90 are minutely broken into bubbles having a smaller diameter than before the passage. It will dissolve well. In addition, since the photocatalyst layer 60 is formed in each of the porous plates 50, the raw water is more efficiently purified when the ultraviolet lamp is irradiated.

마지막으로, 용존 오존은 자외선 램프(40)에서 조사된 자외선과 앞서 살펴본 식(4) 내지 식(7)와 같이 반응하게 되며, 이에 따라 수산화라디칼이 발생하게 된다. 이 때, 각 다공판(51)의 미세 관통공(52)들은 자외선램프(40)를 중심으로 형성되어 있으므로, 그렇지 않은 경우에 비해서 수산화라디칼이 더 효율적으로 발생하게 된다. 그리고, 수처리된 원수, 즉 정화수에 자외선이 조사되어 그 정화수에 포함된 각종 미생물, 세균 등이 살균되게 된다. 또한, 정화수에 용해되어 있는 용존 오존이나 용해되지 않은 오존 기체는 배출구에 설치된 공지의 흡착부(미도시)에 흡착되어 외부로 방출되지 않게 된다. Finally, the dissolved ozone reacts with the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet lamp 40 as shown in the above formulas (4) to (7), thereby generating radical hydroxide. At this time, since the minute through holes 52 of the respective porous plates 51 are formed around the ultraviolet lamp 40, the radicals of hydroxide are generated more efficiently than otherwise. Ultraviolet rays are irradiated to the raw water, that is, the purified water, to sterilize various microorganisms, bacteria, and the like contained in the purified water. In addition, dissolved ozone or undissolved ozone gas dissolved in the purified water is adsorbed by a known adsorption unit (not shown) provided at the outlet and is not released to the outside.

상술한 바와 같이 구성된 수처리 장치에 있어서는, 용해율이 매우 낮은 오존 기체를 산기기(20), 다공판(50)들을 통과하게 함으로써 그 오존 기체의 용해율을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 그 용해된 용존 오존을 활성탄층(30) 및 광촉매층(60)을 통과하게 할 뿐만 아니라 그 용존 오존에 자외선을 조사함으로써 수산화라디칼을 효율적으로 발생시킬 수 있게 된다. 따라서, 상기 수처리 장치(100)를 사용하게 되면, 종래에 비해 원수의 정화율을 극대화할 수 있게 된다. In the water treatment apparatus configured as described above, the dissolution rate of the ozone gas can be increased by passing the ozone gas having a very low dissolution rate through the acid generator 20 and the porous plates 50. In addition, the dissolved dissolved ozone not only passes through the activated carbon layer 30 and the photocatalyst layer 60, but also irradiates the dissolved ozone with ultraviolet rays to efficiently generate radicals. Therefore, when the water treatment apparatus 100 is used, it is possible to maximize the purification rate of the raw water compared to the conventional.

한편, 상기와 같은 효과를 정량적으로 확인하기 위해서 다음과 같은 실험을 하였다. On the other hand, the following experiment was performed to quantitatively confirm the effects as described above.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같은 수처리 장치(①)와, 오존 기체만 공급되도록 구성된 수처리 장치(②)와, 자외선만 조사되도록 구성된 수처리 장치(③) 각각에 원수를 공급하여 그 원수의 정화 정도를 측정하였고, 이 실험 결과는 도 7에 도시되어 있다. 도 7에는, 원수의 정화처리 전과 후의 용존유기탄소(DOC;Dissolved Organic Carbon)의 비율과 반응 시간과의 상관관계가 나타나 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 구성된 수처리 장치(①)의 정화능력이 가장 높다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 구성된 수처리장치에 있어서는, 오존 기체의 용존율 및 그 용존 오존으로부터 발생되는 수산화라디칼의 양이 다른 경우에 비해 매우 높다는 사실을 확인할 수 있다. First, raw water is supplied to each of the water treatment apparatus ① as shown in FIG. 2, the water treatment apparatus ② configured to supply only ozone gas, and the water treatment apparatus ③ configured to irradiate only ultraviolet rays, thereby purifying the raw water. Was measured and the experimental results are shown in FIG. FIG. 7 shows the correlation between the ratio of dissolved organic carbon (DOC) and the reaction time before and after the purification of raw water. As shown in Figure 7, it can be seen that the purification capacity of the water treatment device (1) constructed in accordance with the present invention is the highest. Therefore, in the water treatment apparatus constructed in accordance with the present invention, it can be confirmed that the dissolution rate of ozone gas and the amount of radicals generated from the dissolved ozone are very high compared with other cases.

다음으로, 반응조에 하나의 다공판이 설치된 경우와 그렇지 않은 경우, 그리고, 다공판이 설치되지 않은 경우도 다공판의 미세 관통공의 직경이 1㎜인 경우와 1.5㎜인 경우, 각각에 대해서 원수에 용해된 용존 오존의 농도를 측정하였다. 이와 같은 실험 결과는 도 8에 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 다공판이 설치된 경우가 그렇지 않은 경우에 비해서 용존 오존의 농도가 더 크다는 점, 그리고 다공판이 설치된 경우에도 다공판의 미세 관통공의 직경이 더 작은 경우에 용존 오존의 농도가 더 크다는 점을 확인할 수 있다. 따라서, 다공판이 설치됨으로써 원수에 용해되지 않은 오존 기체 기포가 다공판에 막혀 체류시간이 길어지게 될 뿐만 아니라 그 다공판의 미세 관통공을 통과하는 과정에서 잘게 쪼개어지게 됨으로써, 오존 기체의 용해율이 대폭 증대된다는 사실을 확인할 수 있다. Next, in the case where one porous plate is provided in the reaction tank, and when it is not, and also when the porous plate is not provided, the fine through holes of the porous plate are 1 mm and 1.5 mm, respectively. The concentration of dissolved ozone dissolved in was measured. Such experimental results are shown in FIG. 8. Referring to FIG. 8, the concentration of dissolved ozone is higher in the case where the concentration of dissolved ozone is greater than in the case where the porous plate is not installed, and when the diameter of the fine through hole of the porous plate is smaller even when the porous plate is installed. We can see that is larger. Therefore, by installing the porous plate, the ozone gas bubbles which are not dissolved in the raw water are blocked by the porous plate to increase the residence time, as well as being finely split in the process of passing through the fine through holes of the porous plate. You can see that it is greatly increased.

마지막으로, 도 2에 도시된 바와 같은 수처리 장치(①)(1mm 직경의 미세 관통공을 가짐)와, 오존 기체만 공급되도록 구성된 수처리 장치(②)와, 오존 기체가 공급되고 자외선이 조사되도록 구성된 수처리 장치(③)와, 대조군(④) 각각에 있어서, 수산화라디칼의 발생량을 알고자 실험을 하였다. 그리고, 수산화라디칼의 발생량은 널리 알려진 수산화라디칼 프로브(probe)인 RNO(N,N-Dimetyl-4-nitrosoaniline)의 분해양을 측정함으로써 간접적으로 측정하였다. 도 9을 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 수처리 장치(①)에 있어서 RNO가 가장 많이 분해되었음을 알 수 있고, 이에 따라 본 발명에 따라 구성된 수처리 장치(①)에서 수산화라디칼이 가장 많이 생성된다는 점을 알 수 있다. Finally, the water treatment apparatus ① as shown in FIG. 2 (with a 1 mm diameter fine through hole), the water treatment apparatus ② configured to supply only ozone gas, and the ozone gas supplied and irradiated with ultraviolet rays In each of the water treatment apparatus (③) and the control group (④), experiments were conducted to find out the amount of radicals produced. In addition, the amount of radicals produced was measured indirectly by measuring the amount of decomposition of RNO ( N, N- Dimetyl-4-nitrosoaniline) , a well-known radical hydroxyl probe. Referring to FIG. 9, it can be seen that the RNO was decomposed most in the water treatment apparatus (①) constructed according to the present invention, and accordingly, the radicals are most generated in the water treatment apparatus (①) constructed according to the present invention. Able to know.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.

예컨대, 본 실시예에 있어서는 고도산화수단으로서 활성탄층, 다공판 및 자외선램프 모두가 구비되어 있는 것으로 되어 있으나, 활성탄층, 다공판 및 자외선램프 중 어느 하나 또는 두 가지가 구비되도록 구성할 수도 있다. For example, in the present embodiment, all of the activated carbon layer, the porous plate, and the ultraviolet lamp are provided as advanced oxidation means. However, one or two of the activated carbon layer, the porous plate, and the ultraviolet lamp may be provided.

또한, 본 실시예에 있어서는 다공판이 2개 구비되어 있으나, 다공판이 하나 또는 3개 이상 구비되어 있으며, 마찬가지로 본 실시예에 있어서는 자외선램프가 4개 구비되어 있으나, 그 자외선램프가 3개 이하 또는 5개 이상 구비되어 있을 수도 있다. In this embodiment, two perforated plates are provided, but one or three perforated plates are provided. Similarly, in the present embodiment, four ultraviolet lamps are provided, but three ultraviolet lamps are provided. Or 5 or more may be provided.

또한, 본 실시예에 있어서는 다공판에 광촉매층이 형성되어 있으나, 입자상의 활성탄으로 이루어진 다공판용 활성탄층을 다공판에 형성하여, 수산화라디칼의 발생 효율을 더 높이도록 구성할 수도 있다. In the present embodiment, the photocatalyst layer is formed on the porous plate, but the activated carbon layer for the porous plate made of particulate activated carbon may be formed on the porous plate to further increase the generation efficiency of the radical hydroxide.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 오존 기체의 용존율 및 수산화라디칼의 생 성율을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 원수의 정화효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 오존 기체의 공급량 및 수처리 장치의 규모를 최소화할 수 있게 된다. According to the present invention having the above-described configuration, it is possible to improve the dissolution rate of ozone gas and the production rate of radicals of hydroxide, thereby increasing the purification efficiency of raw water and minimizing the amount of ozone gas supply and the size of the water treatment device. You can do it.

Claims (8)

유입구와, 상기 유입구로부터 유입되는 원수가 수용되며, 상기 원수에 오존 기체가 공급되어 그 원수에 용존된 오존에 의해 상기 원수가 정화되는 반응 공간부와, 상기 반응 공간부에서 정화된 원수가 외부로 배출되는 배출구를 가지는 반응조; 및 An inlet, a raw water flowing from the inlet, and a reaction space portion in which ozone gas is supplied to the raw water to purify the raw water by ozone dissolved in the raw water, and raw water purified in the reaction space portion to the outside. Reactor having a discharge outlet; And 상기 원수의 정화 효율을 향상시키도록 상기 용존 오존으로부터 수산화라디칼을 발생시키기 위한 고도산화수단;을 구비하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치에 있어서, In the water treatment apparatus using an advanced oxidation process comprising; advanced oxidation means for generating hydroxide radicals from the dissolved ozone to improve the purification efficiency of the raw water, 상기 고도산화수단은, The advanced oxidation means, 상기 원수에 용해된 용존 오존이 라디칼 연쇄반응하여 그 용존 오존이 산화력이 강한 수산화라디칼로 분해되도록, 입자상의 활성탄으로 이루어지며 상기 반응조의 반응 공간부에 10㎝ 내지 20㎝의 두께로 형성된 활성탄층과, Activated carbon layer formed of granular activated carbon and formed in the reaction space of the reactor with a thickness of 10 cm to 20 cm so that dissolved ozone dissolved in the raw water is radically chain-reacted and the dissolved ozone is decomposed into oxidative radical hydroxides. , 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상하방향으로 길게 배치되어 있으며, 자외선이 조사되는 자외선램프와, An ultraviolet lamp disposed on the upper portion of the activated carbon layer of the reactor in a vertical direction and irradiated with ultraviolet rays; 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상기 활성탄층과 상하방향으로 일정 간격 이격되도록 배치되어 있으며, 상기 각 자외선 램프가 삽입되는 램프 관통공과, 상기 램프 관통공 주위에 관통 형성된 다수의 미세 관통공을 가지는 다공판을 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치. The upper portion of the activated carbon layer of the reaction tank is arranged to be spaced apart from the activated carbon layer in the vertical direction by a predetermined interval, and has a lamp through hole in which each UV lamp is inserted, and a plurality of fine through holes penetrating around the lamp through hole Water treatment apparatus using an advanced oxidation process characterized in that it comprises a porous plate. 삭제delete 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 자외선 램프 및 다공판은 각각 복수 개 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치. And a plurality of ultraviolet lamps and porous plates, respectively. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 다공판에는 광촉매로 이루어진 광촉매층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치. The porous plate is a water treatment apparatus using an advanced oxidation process, characterized in that the photocatalyst layer formed of a photocatalyst is formed. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 다공판에는 입자상의 활성탄으로 이루어진 다공판용 활성탄층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치. The porous plate is a water treatment apparatus using an advanced oxidation process, characterized in that the porous plate activated carbon layer made of granular activated carbon is formed. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 활성탄층의 충진율은 0.5 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 고도산화공정을 이용한 수처리 장치. Filling rate of the activated carbon layer is a water treatment apparatus using an advanced oxidation process, characterized in that 0.5 to 1.0. 고도산화공정을 이용한 수처리 방법에 있어서,In the water treatment method using an advanced oxidation process, 유입구와, 상기 유입구로부터 유입되는 원수가 수용되며, 상기 원수에 오존 기체가 공급되어 그 원수에 용존된 오존에 의해 상기 원수가 정화되는 반응 공간부와, 상기 반응 공간부에서 정화된 원수가 외부로 배출되는 배출구를 가지는 반응조; 활성탄으로 이루어지며 상기 반응조의 반응 공간부에 10㎝ 내지 20㎝의 두께로 형성된 활성탄층; 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상하방향으로 길게 배치되어 있으며, 자외선이 조사되는 자외선램프; 및 상기 반응조의 상기 활성탄층의 상부에 상기 활성탄층과 상하방향으로 일정 간격 이격되도록 배치되어 있으며, 상기 각 자외선 램프가 삽입되는 램프 관통공과, 상기 램프 관통공 주위에 관통 형성된 다수의 관통공을 가지는 다공판을 구비하는 수처리 장치를 배치하는 수처리 장치 배치단계;An inlet, a raw water flowing from the inlet, and a reaction space portion in which ozone gas is supplied to the raw water to purify the raw water by ozone dissolved in the raw water, and raw water purified in the reaction space portion to the outside. Reactor having a discharge outlet; Activated carbon layer made of activated carbon and formed to a thickness of 10 cm to 20 cm in the reaction space of the reaction tank; An ultraviolet lamp disposed on the upper portion of the activated carbon layer of the reactor in a vertical direction and irradiated with ultraviolet rays; And a lamp through hole spaced apart from the activated carbon layer in the vertical direction by a predetermined interval on an upper side of the activated carbon layer of the reaction tank, and having a plurality of through holes formed through the lamp through holes into which the ultraviolet lamps are inserted, and through the lamp through holes. A water treatment device disposing step of disposing a water treatment device having a porous plate; 상기 반응조에 원수를 공급하며, 그 공급되는 원수에 오존 기체를 공급하는 원수 및 오존 기체 공급단계;Supplying raw water to the reactor, and supplying raw water and ozone gas to supply ozone gas to the supplied raw water; 상기 반응조에 공급된 원수와, 그 원수에 용존된 용존 오존과, 상기 오존 기체가 상기 활성탄층을 통과하도록 하는 오존 기체의 활성탄층 통과단계; Passing an activated carbon layer of raw water supplied to the reactor, dissolved ozone dissolved in the raw water, and ozone gas to allow the ozone gas to pass through the activated carbon layer; 상기 용존 오존이 상기 활성탄층을 통과하는 과정에서 유발된 라디칼 연쇄반응에 의해 상기 용존 오존을 산화력이 강한 수산화라디칼로 분해하여 그 수산화라디칼에 의해 상기 원수를 정화하는 원수 정화단계;A raw water purification step of decomposing the dissolved ozone into oxidatively strong hydroxyl radicals by the radical chain reaction induced in the course of passing the dissolved ozone through the activated carbon layer to purify the raw water by the radicals; 상기 오존 기체의 용존 효율을 증가시키도록, 상기 활성탄층을 통과한 오존 기체를 상기 다공판에 걸리게 하여 그 오존 기체의 체류시간을 증가시키는 단계; 및 Increasing the residence time of the ozone gas by trapping the ozone gas having passed through the activated carbon layer on the porous plate to increase the dissolved efficiency of the ozone gas; And 상기 용존 오존을 라디칼 연쇄반응시켜 산화력이 강한 수산화라디칼이 발생되도록, 상기 다공판의 미세 관통공들을 통과하는 용존 오존을 상기 자외선램프에서 조사되는 자외선과 반응시키는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 고도산화공정을 이용한 수처리 방법. Reacting the dissolved ozone passing through the minute through holes of the porous plate with the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet lamp so that the dissolved ozone radically reacts with radicals to generate oxidatively strong hydroxyl radicals. Water treatment method using oxidation process. 삭제delete
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