KR100619229B1

KR100619229B1 - 광촉매 비드와 자외선을 이용한 난분해성 물질의 제거방법및 그 장치

Info

Publication number: KR100619229B1
Application number: KR1020050007057A
Authority: KR
Inventors: 김영규; 손종화; 홍민
Original assignee: 엔비넷 주식회사
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-09-01
Also published as: KR20060086140A

Abstract

본 발명은 광촉매 비드와 자외선 살균장치가 장착된 난분해성 물질제거 장치 및 상기 장치를 이용한 난분해성 물질을 함유하는 물의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 기존의 광촉매 분말과 단일 자외선 조사기를 이용한 폐수처리 방법을 대신하여, 광촉매 비드와 세척용 와이퍼 시스템이 장착된 모듈형의 자외선 살균장치를 설치하여, 난분해성 물질의 분해 효율을 높인 난분해성 물질제거 장치 및 상기 장치를 이용한 난분해성 물질을 함유하는 물의 처리방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른, 광촉매 비드와 자외선살균기가 장착된 난분해성 물질제거 장치는 자외선램프 세척용 와이퍼와 수로의 내측에 위치한 반사판에 의하여 광촉매 효율을 높여, 기존의 분말 광촉매를 사용한 장치보다 높은 효율로 난분해성 물질을 제거할 수 있으며, 부산물의 생성이 거의 없어, 중수나 간이 상수시스템에 적용할 수 있다.

광촉매 비드, 자외선 살균장치, 와이퍼, 반사판

Description

광촉매 비드와 자외선을 이용한 난분해성 물질의 제거방법 및 그 장치{Method For Removing Material Having Difficulty To Resolve Using Photo Catalyst Bead and Ultraviolet Ray and Device Thereof}

도 1은 본 발명에 따른 광촉매 비드와 자외선 살균장치를 구비한 난분해성 물질제거 장치의 공정도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 광촉매 비드와 자외선 살균장치를 구비한 난분해성 물질제거 장치의 단면도로서, a)는 횡단면을 나타낸 것이고, b)는 종단면을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 난분해성 물질제거 장치의 다공판을 나타낸 것으로, a)는 평면도이고, b)는 측면의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 난분해성 물질제거 장치의 바닥면을 나타낸 것으로, a)는 평면도이고, b) 및 c)는 측면의 단면도이다.

도 5는 본 발명에서 사용한 광촉매 비드의 형상을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 자외선 살균기에 사용된 와이퍼 세척장치의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 광촉매 비드와 자외선을 이용한 난분해성 물질제거 방법에 따른 난분해성 COD의 저감율을 측정한 그래프이다.

(부호의 설명)

1. 자외선 살균장치 2. 수로

3. 다공판 4. 광촉매 비드

5. 공기공급장치 6. 블로워 시스템

7. 산화촉진시스템 8. 제어판넬

9. 구조물 10. 반사판

11. 유입수 탱크 12. 플랜지

a. 완충판 b. 푸셔링

c. 와이퍼 d. O 링

e. 자외선 램프 f. 석영관

g. 와이퍼 시스템

산업의 발달로 많이 사용되는 염소계 유기화합물이 보관 및 관리 부실 등으로 대수층에 유입되어 지하수 오염과 지표수오염을 일으키는 주요 물질이 되고 있다. TCE(Trichloro-ethylene)등의 유기화합물질은 인체의 중추신경계 및 간장에 해를 끼치는 유해물질로서, 우리나라에서도 1993년부터 폐수 중의 TCE의 배출허용기준을 0.3ppm 이하로 정하고 있으며, 음용수의 수질기준은 0.03ppm 이하로 설정하여 시행하고 있다. 이러한 TCE와 같은 난분해성 물질의 처리기술로는 화학적 산화법, 생물학적 처리법, 습식공기 산화법, 역삼투압법, 소각법 등이 사용되고 있으나, 폐수의 성질과 농도에 따라 처리비용에 큰 차이가 있을 뿐만 아니라 몇몇 방식을 제외하고는 완전한 처리법이 되지 못하고 있으며, 과도한 약품 사용에 따른 2차 오염 문제의 발생과, 물리적 처리에 따른 운전비용 증가 등의 부가적인 문제도 뒤따르고 있다.

미국에서는 염소계 유기화합물의 처리법으로 GAC 흡착법을 보완한 방법으로 반응성이 높은 OH 라디칼을 생성시켜 유기물을 산화분해시켜 제거하는 고급산화법의 적용이 시도되고 있다. 지금까지 상수 및 폐수 중의 TCE 등의 유기화합물질을 제거하는 데는 담체가 효과적이라고 알려져 있으나 비용이 많이 들고 수중에 존재하는 용존 유기물질이 TCE 등과 경쟁적으로 반응하여 담체의 흡착능력을 감소시키는 단점이 있다.

이산화티탄(Titanium Dioxide: TiO₂)을 이용한 광분해 기술은 물을 광분해 하여 강력한 산화력을 지닌 수산화 라디칼 (·OH)을 수중에 생성시켜, 수중에 오염되어 있는 페놀, TCE, 염색폐수 등과 같은 독성 및 난분해성 유기화합물을 산화· 분해 시키는 기술이다. 이산화티탄을 이용한 광분해 기술은 생물학적으로 처리하기 어려운 독성 유기물질, 맛이나 냄새 유발물질, 발암성 물질인 THM(Trihalomethane) 등의 제거 및 생성방지 등에 사용되며, 침출수, 염색폐수, 제지폐수, 염료폐수, 전자/반도체폐수, 석유화학폐수, 각종 화공약품폐수 등 저농도에서 고농도의 독성 및 난분해성 유기물질 처리에 활용이 가능하다.

이산화티탄(TiO₂)과 자외선(UV)을 이용하여 OH-라디칼을 생성시켜 오염물질을 CO₂와 H₂O로 산화시키고 TiO₂는 회수하여 재사용하는 기술은 종래 발표된 바 있으나, 중수나 하수시스템에는 아직까지 적용되지 못하고 있다 (대한민국 특허공개 2000-0030260). 이것은 중수시스템의 설계인자를 파악하지 못하고 있기 때문이다. 이러한 기존의 이산화티탄은 TiO₂ 분말형태와 유리 등에 박막으로 코팅된 형태로 사용되어 왔으며, 유기염소계 화합물의 제거 후에는 분말을 회수해야 하여 많은 폐수를 처리하기에는 부적합면이 있었다.

또한, 광촉매로 피복한 비다공성 담체를 살균램프가 설치된 광촉매 반응기에 사용한 환경정화 장치(대한민국 공개특허 2003-00883972)가 알려져 있으나, 상기 장치는 석탄회, 규석광, 점토광물 등을 담체로 사용하고 있어, 수처리 과정 중에 담체가 파손되어, 광촉매를 회수하기 어렵고, 파손된 담체 찌꺼기나, 처리수 중의 이물질이 살균램프에 달라붙어, 광촉매 효율이 현저히 떨어지는 단점이 있다.

본 발명자들은 처리수 중의 이물질이 자외선 램프에 달라 붙어 자외선 조사율을 저하시키는 것을 방지하기 위한 세척용 와이퍼 시스템이 장착된 자외선 살균기에 대한 특허를 등록한 바 있다 (대한민국 특허 제0454167호).

이에, 본 발명자들은 광촉매 비드와 상기 자외선램프 세척용 와이퍼가 장착된 자외선 살균장치를 구비한 난분해성 물질제거 장치가 수처리 시 광촉매 효율을 높여 난분해성 물질의 제거효율이 뛰어나다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 광촉매 비드와 세척용 와이퍼 시스템이 장착된 자외선살균장치를 구비한 난분해성 물질제거 장치 및 상기 장치를 이용한 난분해성 물질을 함유한 물의 처리방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 자외선 램프와 상기 자외선 램프 세척용 와이퍼 시스템을 구비한 자외선 살균장치가 수로의 중앙에 장착되어 있고, 상기 수로의 내측면과 바닥면은 반사판이 설치되어 있으며, 상기 수로에는 5~50%의 광촉매 비드가 충진되어 있고, 상기 수로의 하부에는 광촉매 비드가 분산되도록 공기를 분출하는 공기공급장치가 설치되어 있는 난분해성 물질제거용 유니트를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 와이퍼 시스템은 (a) 내부에 하나 이상의 석영관이 통과하는 구멍이 설치되고, 왕복운동하는 막대형 실린더에 연결되어 있는 완충판(buffer plate); (b) 상기 완충판 구멍의 내부에 장착되고 석영관과 접촉하는 원형 와이퍼; (c) 상기 완충판에 부착되고 상기 원형 와이퍼의 외주연 양 말단을 마찰 푸싱에 의하여 상기 석영관에 부착시키는 푸셔링(pusher ring); 및 (d) 상기 와이퍼의 중앙부를 압박하여 일정한 압력을 유지시켜주는 탄성 오링을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 자외선 램프 세척용 와이퍼 시스템을 구비한 자외선 살균장치는 수로 중앙에 쌍으로 장착되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 광촉매 비드의 비중은 1.0~2인 것을 특징으로 할 수 있고, 20~80중량%의 폴리에틸렌과 80~20중량%의 이산화티탄이 혼합된 물질인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 난분해성 물질제거용 유니트가 복수개 연결되어 있고, 상기 유니트들은 다공판을 사이에 두고 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 난분해성 물질제거 장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 다공판은 반사판인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 난분해성 물질제거용 유니트의 선단에 유입수 탱크가 설치되어 있고, 상기 유입수 탱크에 산화촉진시스템이 장착되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명은 또한, 상기 광촉매 비드와 자외선살균기를 이용한 난분해성 물질제거 장치를 이용한 난분해성 물질을 함유한 물의 처리방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 난분해성 물질을 함유한 물에 산화촉진물질을 투입 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 광촉매 비드와 자외선살균장치를 장착한 난분해성 물질제거 장치는 본 발명자들이 특허등록한 세척용 와이퍼 시스템이 장착된 자외선 살균장치(대한민국 특허 제0454167호)(1)의 수로(2)의 내측면 사방이 반사판(10)으로 되어 있고, 수로 내부에 광촉매 비드(4)를 충진한 형태로서, 상기 난분해성 물질제거 장치는 다공판(3)을 사이에 두고 2 세트가 한 구간에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 2세트의 난분해성 물질제거 장치는 밀링에 의해 반사처리된 다공판(3)을 사이에 두고 복수개로 연결되는 것이 바람직하다 (도1, 도 2 및 도 3).

상기 각각 물질제거 장치의 수로 내부에는 20%~30% 광촉매 비드(4)가 충진되어 있으며, 일반적으로 사용되는 광촉매의 비중이 3.7~3.9정도인데 반하여, 본 발명에서 사용되는 광촉매비드는 비중은 1.0~2로 제작되어, 수중에서 분산이 잘되도록 하는 것이 바람직하며, 1.2~1.5의 비중을 갖는 것이 더욱 바람직하다.

상기 광촉매 비드는 폴리에틸렌과 이산화티탄이 혼합된 물에 녹지 않는 재질로써, 상기 혼합재질은 20~80중량%의 폴리에틸렌과 80~20중량%의 이산화티탄의 혼합물인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 폴리에틸렌과 이산화티탄이 각각 동량으로 혼합된 재질인 것이 바람직하다.

본 발명의 난분해성 물질제거 장치의 하부 바닥면에는 광촉매 비드를 잘 분산시키기 위하여 공기공급장치(5)가 설치되어 있다. 공기공급장치는 전면폭기 가능하도록 20~100mm간격으로 직경 1~5mm의 노즐형태의 홀이 배치되어 있으며, 상기 공기 공급장치(5)의 수로측 표면은 밀링에 의해 반사판으로 처리가 되어 있는 것이 바람직하며, 외부 공기는 블로워 시스템(6)에 의하여 공기공급장치로 공급된다 (도 4).

상기 공기공급장치의 역할은 광촉매 비드를 항상 일정한 분포로 분산시켜 자외선에 조사되는 비드의 양을 일정하게 유지시키는데 있다.

상기 수로 내측면과 공기공급장치(5)의 수로(2)측 면에 설치된 반사판(10)은 자외선램프에서 조사되는 자외선을 반사하여 수로(2) 내부의 광촉매 비드(4)로 조사되게 하여, 광촉매 효율을 높이는 역할을 한다.

본 발명에 있어서, 광촉매 효율을 높이기 위하여 과산화수소 등의 산화촉진물질을 유입수에 투입(dropping)하는 것이 바람직하며, 과산화수소의 경우 1~20ppm 농도가 되도록 유입수 탱크(11)에 투입하는 것이 바람직하며, 상기 산화촉진물질은 산화촉진시스템(7)에 의하여 투입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 와이퍼 시스템은 내부에 하나 이상의 석영관(f)이 통과하는 구멍이 설치되고, 왕복운동하는 막대형 실린더에 연결되어 있는 완충판(buffer plate)(a), 상기 완충판 구멍의 내부에 장착되고 석영관과 접촉하는 원형 와이퍼(c), 상기 완충판에 부착되고 상기 원형 와이퍼의 외주연 양 말단을 마찰 푸싱에 의하여 상기 석영관에 부착시키는 푸셔링(pusher ring)(b) 및 상기 와이퍼의 중앙부를 압박하여 일정한 압력을 유지시켜주는 탄성 오링(d)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다 (도 3). 또한, 상기 와이퍼 시스템은 2개 내지 10개 장착되는 것이 바람직하며, 상기 와이퍼의 재질은 테프론인 것이 바람직하다(도 6).

상기 자외선 살균장치에 있어서, 상기 완충판(buffer plate)(1)의 기능은 유체의 흐름을 조절하여 유체가 관로를 통과하는 데 있어서 일률적인 체류시간을 확보하는 기능을 하며, 내부에 연결된 실린더에 의해서 왕복운동 하여 와이퍼를 움직인다. 푸셔링(pusher ring)(b)은 실린더에 의해 완충판이 왕복운동 하는 동안 와이퍼와 석영관을 접촉시켜 360℃ 방향으로 일정한 압력을 가해 와이퍼를 밀어주므로 석영관의 축이 정확히 맞지 않거나 크기의 변화가 있어도 파손되지 않게 한다. 와이퍼(c)는 원형 모양에서 중간 부분이 파여져 있는 형태로 테프론 재질로 되어 있어 사용시 편마모가 없으며, 오링(d)에 의해 와이퍼의 가운데 부분을 조여 주므로 와이퍼가 닳아도 항상 일정한 스트로크로 압력을 가할 수 있어 처리수 중의 오염물질이 흡착된 자외선 램프의 원활한 세척이 가능하다.

본 발명에 있어서, 난분해성 물질을 함유한 물은 일반적인 폐수, 염색폐수, 중수, 일용수, 간이 생수, 음용수 등을 포함하는 물을 의미한다.

본 발명의 광촉매 비드와 자외선살균기를 이용한 난분해성 물질제거 장치는 염소와 같은 화학물질을 사용하지 않고, 자외선 살균기에 의하여 대장균과 일반세균을 살균하므로, 발암물질인 트리할로메탄을 형성시키지 않으며, 광촉매를 이용한 광분해로 부산물의 생성 없이하므로, 중수시스템이나 간이 상수 시스템에 적용이 용이하다. TCE 등을 포함하는 난분해성 유기물을 제거

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 게 있어서 자명할 것이다.

실시예 : 본 발명의 난분해성 물질제거 장치를 이용한 난분해성 물질의 COD 저감 효율

본 실시예에서 사용한 광촉매 비드는 비중 1.3, 직경 6mm 크기로서 폴리에틸렌과 이산화티탄을 1:1의 중량비로 혼합하여 성형가공한 것이다 (도 5).

본 발명에서 사용한 유입수는 LCD 공장의 처리전 유입수를 사용하였으며, 본 실시예에서는 난분해성 물질제거 유니트가 다공판(3)을 사이에 두고 2 세트가 한 구간에 설치되어 있으며, 상기 2세트의 난분해성 물질제거 유니트가 다공판(3)을 사이에 두고 8개 연결되어있는 난분해성 물질제거장치를 사용하였다. 사용한자외선 램프는 254nm의 파장을 내는 램프를 사용하였다.

최종 유입수는 과산화수소의 농도가 10ppm이 되도록 과산화수소를 처리한 후 장치에 유입시켰다.

유입수의 COD 값은 12.7이었으며, 본 발명의 난분해성 물질제거 장치를 이용하여, 광촉매와 자외선을 처리한 결과, 30분 처리 후에 COD 값이 5.3으로 감소하였다 (표 1 및 도 7).

본 발명에 따른 난분해성 물질제거 장치에 의한 COD 저감율

UV+TiO2
시간(min)	0	5	10	20	30
COD	12.7	8.7	7.0	5.3	5.3

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

본 발명은 광촉매 비드와 세척용 와이퍼 시스템이 장착된 자외선살균장치를 구비한 난분해성 물질제거 장치 및 상기 장치를 이용한 난분해성 물질을 함유한 물의 처리방법을 제공하는 효과가 있다.

본 발명에 따른, 광촉매 비드와 자외선 살균장치가 장착된 난분해성 물질제거 장치는 자외선램프 세척용 와이퍼와 수로의 내측에 위치한 반사판에 의하여 광촉매 효율을 높여, 기존의 분말 광촉매를 사용한 장치보다 높은 효율로 난분해성 물질을 제거할 수 있으며, 부산물의 생성이 거의 없어, 중수나 간이 상수시스템에 적용할 수 있다.

Claims

자외선 램프와 상기 자외선 램프 세척용 와이퍼 시스템을 구비한 자외선 살균장치가 수로의 중앙에 장착되어 있고, 상기 수로의 내측면과 바닥면은 반사판이 설치되어 있으며, 상기 수로에는 5~50%의 광촉매 비드가 충진되어 있고, 상기 수로의 하부에는 광촉매 비드가 분산되도록 공기를 분출하는 공기공급장치가 설치되어 있는 난분해성 물질제거용 유니트.
제1항에 있어서, 상기 와이퍼 시스템은

(a) 내부에 하나 이상의 석영관이 통과하는 구멍이 설치되고, 왕복운동하는 막대형 실린더에 연결되어 있는 완충판(buffer plate);

(b) 상기 완충판 구멍의 내부에 장착되고 석영관과 접촉하는 원형 와이퍼;

(c) 상기 완충판에 부착되고 상기 원형 와이퍼의 외주연 양 말단을 마찰 푸싱에 의하여 상기 석영관에 부착시키는 푸셔링(pusher ring); 및

(d) 상기 와이퍼의 중앙부를 압박하여 일정한 압력을 유지시켜주는 탄성 오링을 포함하는 것을 특징으로 난분해성 물질제거 유니트.
제1항에 있어서, 상기 자외선 램프 세척용 와이퍼 시스템을 구비한 자외선 살균장치는 수로 중앙에 쌍으로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 난분해성 물질제거 유니트.
제1항에 있어서, 상기 광촉매 비드의 비중은 1.0~2인 것을 특징으로 하는 난분해성 물질제거 유니트.
제1항에 있어서, 상기 광촉매 비드는 20~80중량%의 폴리에틸렌과 80~20중량%의 이산화티탄이 혼합된 물질인 것을 특징으로 하는 난분해성 물질제거 유니트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 난분해성 물질제거용 유니트가 복수개 연결되어 있고, 상기 유니트들은 다공판을 사이에 두고 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 난분해성 물질제거 장치.
제6항에 있어서, 상기 다공판은 반사판인 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서, 상기 난분해성 물질제거용 유니트의 선단에 유입수 탱크가 설치되어 있고, 상기 유입수 탱크에 산화촉진시스템이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 난분해성 물질제거 장치.
제6항의 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 난분해성 물질을 함유한 물의 처리방법.
제9항에 있어서, 난분해성 물질을 함유한 물에 산화촉진물질을 투입하는 것을 특징으로 하는 방법.