KR100814357B1 - 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법 - Google Patents
미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 오존과 광촉매와 자외선의 광산화반응을 이용한 고압 고도산화공정 오폐수 처리장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 상압 고도산화공정에서 낮은 수중 용해도로 인한 기포 형태로 존재하는 오존은 오염물질과 접촉효율이 낮아 미반응 오존 발생량이 많았던 문제점을 해결하기 위해 기존 상압하에서 진행하던 고도산화공정을 고압으로 전환하여 많은 양의 오존을 용해시키면, 오염물질과 오존의 접촉효율이 좋아지고, 자외선과 오존의 광산화반응에 의한 산화력이 강력한 OH라디칼 생성이 증가로 오염물질 분해속도가 획기적으로 증가하고, 또한 기존에는 대부분 대기중으로 배출시키던 미반응 오존을 전처리 부상조 및 기체-액체분리부상조에서 용존오존/공기부상분리법에 의한 오폐수 중의 부유물질의 부상제거와 오염물질을 제거하는 미반응 오존 재사용 공정으로 오존의 사용 효율을 증가로 인한 고도산화공정 오폐수 처리장치 규모와 고가의 오존발생장치 용량을 줄여 설치비 및 운전비용을 획기적으로 줄일 수 있는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법에 관한 것이다.
고압 고도산화공정, 광산화분해반응, 용존오존, 광촉매, 자외선램프
Description
도 1은 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법에 이용되는 미반응 오존 재사용 시스템이 구비된 고압 고도산화공정 오폐수 처리시스템을 개략적으로 설명한 그림
도 2는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법에 이용되는 고압 광산화반응장치를 개괄적으로 설명한 그림
도 3은 광촉매가 코팅되는 코일스프링형 담체와 코일스프링 표면에 코팅된 광촉매와 와이어 표면을 형상화하여 설명하는 그림
도 4는 고압 및 상압 고도산화반응에 의한 배추 절임 염수 COD 분해율 비교그림
도 5는 고압 및 상압 고도산화반응에 의한 배추 절임 염수 탁도 제거율 비교그림
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 오폐수 저장조 11: 부상조 오폐수 유입라인
12: 부상조 가압펌프 오폐수 유입라인
20: 처리된 오폐수 저장조
30: 전처리부상조 31: 1차전처리부상조 32: 2차전처리부상조
31d, 32d: 스컴제거부
35: 부상조 가압펌프 36: 부상조 미반응 오존 반송라인
39: 광산화 오폐수 공급관
40: 기체-액체분리부상조
45: 미반응 오존 반송라인
50: 배가스 오존 제거장치
60: 고압 광산화반응장치
63; 처리수 순환라인 63a: 순환펌프
65: 광산화 가압펌프
69: 처리수 반송라인
70: 오존발생기 80: 광산화반응장치 제어부
100: 미반응 오존 재사용 시스템이 구비된 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수처리 장치의 개괄적인 도면
고도산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process)을 이용한 수처리 방법이란, 오존이나 과산화수소와 같은 산화제를 사용하거나, 상기의 산화제에 자외선을 조사하여 강력한 살균 및 산화력을 가지는 화학종인 OH라디칼(OH°, Hydroxy radical) 을 중간생성물질로 생성하여 오폐수 중의 유기오염물질을 산화하여 분해하는 기술로서 일반적인 처리방법에 의해 잘 분해가 되지 않는 합성세제, 농약 등의 난분해성 물질을 분해하거나, 고농도의 오염물질을 단시간에 처리하기 위해 개발된 보다 진보된 수처리 기술을 말하며, 최근 환경오염이 심화되고 기존의 처리방법으로 처리할 수 없는 새로운 물질의 출현과 이러한 난분해성 물질이 오폐수에 유입되는 양의 증가로 보다 처리효율이 우수한 오폐수 처리방법에 대한 기술개발에 대한 수요가 있었다. 또한, 개정된 법률에 의해 일정규모 이상의 건축물에 중수도 시설이 의무화됨에 따라 생물학적 처리방법을 적용하기 어려운 도심건물의 중수처리시설과, 또는 오폐수처리 용량 증설이 어려운 기존 공장의 경우 한정된 처리공간에서 처리대상이 증가한 오폐수를 처리해야하는 경우, 오폐수의 처리효율이 높고, 적은 부지에서 악취발생 없이 단시간에 많은 양을 처리할 수 있는 고도산화공정 기술을 이용한 수처리 방법에 대한 수요가 확대되고 있다.
최근에는 고도산화공정의 분해효율을 향상하기 위한 다양한 시도가 있었는데, 오존의 접촉면적을 향상시키기 위해 다중의 반응조를 설치하거나, 용해도를 향상시키기 위해 먼저 오존을 압축기로 가압하여 고압으로 가압시킨 오폐수에 투입한 후 상압의 오폐수에 배출하여 미세한 오존 기포를 형성시켜 부상시키면서 오염물질과 미세 오존을 반응시키는 용존오존부상(DOF, Dissolved Ozone Flotation)법을 이용하는 방법이 시도되었다. 상기의 용존오존부상법은 기존의 이젝터 등에 의한 기포 발생시보다 기포 크기는 작고 표면적은 크게 하는 방식으로 오존의 접촉효율 증가로 분해반응 효율의 증가를 기대할 수 있는 방법이다.
또한, 오존의 분해 효율을 높이기 위해 자외선(UV)를 조사시키고, 자외선램프 주변에 다공판을 설치하여 램프주변으로 오존이 통과하여 수중침투력이 낮은 자외선(254nm)의 특성을 고려하여 램프 가까운 지역에서 오존의 분해반응을 유도하는 방법과, 상기의 다공판에 광촉매를 코팅하여 자외선이 조사된 광촉매가 오존을 분해하여 생성된 OH라디칼에 의한 분해반응 효율 향상을 기대하였다. 그리고 이러한 고도산화공정을 이용한 수처리 장치 및 수처리 방법은 대한민국 특허 공개 제109288호, 등록 제289275호, 제541573호 등에 개시되어 있다.
그런데 상기 특허는 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 대한민국 공개 제109288호 및 등록 제289275호는 오폐수를 정화시키기 위해 오존을 압축기를 이용해 가압시키고, 펌프로 가압시킨 오폐수에 가압된 오존을 투입하여 용해시킨 다음, 상압하의 오폐수에 투입하여 초미세 기포 오존을 발생시켜 접촉면적을 크게 하는 용존오존부상법은 오존 기포 방울이 상대적으로 컸던 이젝터 등에 의한 부상법보다 오존 기포가 작아 오염물질에 접촉효율 증가로 분해반응 효율을 증가시킬 수 있지만, 상기의 반응은 상압하에서 오존이 수중에 용해할 수 있는 양이 한계가 있어, 투입된 오존의 대부분이 기포형태로 존재하여 기체-액체 형태의 계면을 통해 오존과 오염물질의 분해반응이 진행되는 특성으로 인해 반응속도가 느리다. 이처럼 오포 기포 크기를 감소로 접촉면적이 증가되어 분해반응이 다소 증가되는 효과는 있지만, 투입된 오존이 물 위로 금방 부상되면서 빠져나가기 때문에 기체 상태의 오존이 분해반응에 참여하는 것은 상대적으로 작아 반응효율을 증가시키는 데는 한계가 있다.
기존의 고도산화공정은 기포 크기를 작게 하는 기술과 관련이 있으며, 대부분이 기체-액체 계면에서 반응을 주도하는 용존오존부상법에 의한 오폐수를 처리방법은 오존과 오염물질 간의 접촉효율을 향상시켜 대부분의 유기오염물을 산화하여 분해할 수 있는 오존의 고유한 산화력을 이용하는 방법으로 생물학적 분해방법보다 빠르고 효율적이지만, 실제 많은 오염물질에 있어서는 분해반응 속도가 느려 반응장치의 부피가 커지게 되는 문제점과, 전혀 반응하지않는 물질이 존재하고, 하수 또는 오폐수 중에 농약, 합성세제 등의 난분해성 물질의 유입량 증가 등 하여 오존으로만 처리하는 데는 한계가 있었다.
이러한 오존의 단점을 보완하기 위해 과산화수소 등의 산화제와 자외선을 동시에 반응시켜 오존을 분해하여 산화력이 강력한 OH라디칼 생성시키고, 생성된 OH라디칼에 의한 오염물질을 분해하는 방법으로 오존+과산화수소(H2O2), 오존+자외선, 오존+광촉매+자외선, 오존+초음파 등의 고도산화공정이 있다.
대한민국 특허 제541573호는 오존+광촉매+자외선을 이용한 고도산화공정에 대한 방법이나, 오존은 반응기 하부로 투입되어 자외선램프 주위에 뚫린 다공판으로 분산되어 통과하면서 분해되거나, 다공판 표면에 코팅된 광촉매에 의해 분해반응이 진행되도록 구성되어 있으나, 투입된 오존이 대부분 기포 형태로 존재함에 따라 오존 투입량을 증가시키면 시킬수록 기포량이 많아져 자외선의 조사를 방해하게 되고, 오존의 기포 크기가 커지게 되어 오히려 오염물질과 접촉효율을 떨어트려 오존에 의한 산화반응 감소와 자외선의 반응에 의해 생성되는 OH라디칼의 생성량은 오히려 감소할 수 있다. 상기 특허에는 오존과 자외선의 반응을 향상시키기 위해 자외선램프가 관통하는 광촉매가 코팅된 다공판이 구비된 수처리 장치가 설치되어 있으나, 설치할 수 있는 다공판의 수가 압력손실 등의 이유로 인해 한계가 있고, 오존 기포로 인한 자외선 조사의 방해로 자외선 분해반응과 광촉매 반응에 따른 OH라디칼의 생성을 증대할 수 없다. 결과적으로 설치한 다공판에 의한 압력손실 증대로 광촉매 코팅 표면적을 증대할 수 없어 처리 용량이 한계가 있고, 기포 형태로 투입된 오존의 용해도가 낮고 자외선의 투과를 방해하여 분해반응 효율을 향상시키는 것에는 한계가 있다는 문제점이 있다.
또한, 기존의 용존오존부상법을 이용한 고도산화공정에서는 오존을 압축기로 높은 압력으로 가압시키고, 오폐수를 가압펌프로 가압시킨 다음 상기의 고압의 오존을 고압의 오폐수에 투입하여 용해시킨 다음 상압으로 방출하여 초미세 크기의 오존 기포를 형성하여 상부로 부상되면서 부유물질을 부상시키거나, 오염물질과 반응하여 오염물질을 제거하는 방법으로, 용존공기부상법(DAF, Dissolved Air Flotation)과 용존오존부상법(DOF, Dissolved Ozone Flotation)이라는 명칭의 수처리방법은 대한민국 특허 공개 제10-2006-0026698호, 제10-2005-0109288호와 등록 제 0321800호, 제 0420561호에 소개되어 있으나, 종래의 상기와 같은 미세 기포 형태의 공기 또는 오존의 부상법을 이용한 부유물질과 오염물질 제거 방법은, 압력펌프에 의해 오폐수가 흡입되어 압축되고, 공기와 오존발생기에서 발생된 오존을 압축기로 압축하여 강제로 고압의 오폐수에 투입하여 용해시키는 방법이 사용되거나, DAF 펌프라는 전용 펌프를 사용하는 방법이 검토되었다.
공기 부상법은 부유물질을 미세 기포와 접촉시켜 상부로 부상시켜 제거하는 것으로 알려져 있는데, 공기 부상법의 효율을 향상시키기 위해 많은 양의 공기를 고압으로 용해시켜 상압의 오폐수로 투입하여 초미세 기포를 형성하여 부유물질 부상제거 효율을 향상시키는 방법으로 특별히 고안된 용존공기부상(DAF) 전용 펌프를 사용하거나, 가압펌프로 가압된 고압의 오폐수에, 압축기로 압축된 고압의 공기를 혼합하여 용해시킨 다음 부상조에 투입하는 방법은 공기 압축용 압축기나, 전용 DAF 펌프를 사용하는 번거로움이 있었다.
본 발명에서는 오존이나 공기를 투입시키는 별도의 고압 압축기와 DAF 펌프와 같은 전용펌프를 사용하지않고 횡형 또는 입형 다단펌프, 기어펌프, 로브(Lobe) 펌프 등 일반적인 가압펌프를 사용할 수 있는 장점이 있어 응용 범위가 넓고 편리하다.
기존의 고도산화공정에서 미반응 오존을 마땅히 활용하지 못하고 대기중으로 방출하거나, 분해장치에서 분해하여 방출하기 때문에 오존의 사용효율이 대단히 낮아 고가의 오존발생장치와 미반응 오존 분해장치의 용량 증대로 인한 비용 증가와 오염물질의 분해반응 효율을 높이고자 접촉면적을 크게 하기 위한 고도산화공정의 장치크기를 크게 함에 따른 설치 및 운전비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고도산화공정의 분해효율 극대화와 미반응 오존 재이용 기술개발을 통한 오염물질 분해효율 증가와 미반응 오존 배출량 최소화로 고가의 오존발생장치 및 고도산화공정 오폐수 처리장치 규모 축소로 설치비용 및 운전비용을 절감할 수 있는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법을 제공하는 것이다.
기존의 고도산화공정을 이용한 오염물질 제거공정과 관련된 기술들은 미반응 오존에 대한 처리방법을 소홀이 하여 대부부의 오존을 제대로 이용하지 못하고, 대기로 방출하거나, 배가스 오존 분해장치에서 단순히 분해하는 방법에 대한 기술들로서 고가의 오존발생기에서 생산된 오존에 대한 활용성이 낮고, 환경오염을 유발하는 문제점 외에 이로 인한 설치비용과 운전비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명에 따르면, 오존발생장치(70)에서 발생시킨 다량의 오존을 오폐수와 함께 고압으로 가압하여 기포 없이 용해된 상태로 고압 광산화분해장치(60)에 투입되면, 다량의 용존된 오존이 오염물질과 접촉하여 산화분해시키거나, 오존 기포가 없어 원활하게 조사되는 자외선에 의한 오존 분해반응과, 광촉매 반응에 의해 오존이 분해하는 광산화분해반응에 의해 생성된 OH라디칼에 의해 오염물질 분해되는 반응이 경쟁적으로 진행되어 오염물질의 분해반응속도가 빨라짐으로 오존의 반응 참여율이 높아지고, 반응에 참여하지 못하고 남은 미반응 오존은 2차 전처리부상조(32)와 기체-액체분리부상조(40)에 고압 반응물을 투입하여 오존이 초미세 기포 오존 방울로 변하여 부상조 상부로 부상하면서 부유물질을 흡착하여 물 위로 부상시켜 배출되는 가스와 함께 스컴제거부(31d)로 보내져 스컴과 분리되는 것과, 오염물질과 반응하여 잔여 오존 제거되는 일차 용존오존/공기부상분리법으로 재사용하고, 상기 2차 전처리부상조(32)와 기체-액체분리부상조(40) 상부로 포집된 미반응 오존은 부상조 가압펌프(35)에서 오폐수 함께 고압으로 가압시켜 1차 전처리부상조(31)로 투입하는 이차 용존오존/공기부상분리법으로 오폐수의 부유물질과 오염물질을 제거하는 일련의 미반응 오존 재사용 공정을 수행하면서 대부분 제거되고, 남은 미반응 오존을 환경기준에 맞게 배가스 오존제거장치(50)에서 제거한 후 대기로 방출하기 때문에, 배가스 오존 분해장치(50)의 규모를 줄일 수 있고, 미반응 오존을 이용한 고압 광산화분해장치(60)로 유입되는 오염물질 부하량 감소와, 상기 고압 광산화분해장치(60)의 오염물질 처리속도 증가 등으로 인해 오폐수 처리능력이 향상되는 복합적인 효과로 고가의 오존발생장치(50) 용량을 줄이고, 오폐수 처리 장치의 설치비용 및 운전비용이 절감되고, 고도산화공정 오폐수 처리장치(100)를 콤팩트하게 할 수 있는 미반응 오존 재사용 시스템이 구비된 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서 미반응 오존 재사용하는 공정은 일반 보일러에서 폐열을 회수하기 위해 배가스와 유입수를 접촉시켜 예비 가열하고, 배가스의 열을 제거하는 것과 동일한 개념으로, 전처리부상조(30)와 기체-액체분리부상조(40)에서는 미반응 오존에 의한 용존오존/공기부상분리법에 의해 오폐수 중에 함유된 부유물질 및 오염물질을 사전에 제거하는 특징이 있고, 상기의 목적 달성을 위해, 전처리 부상조(30)는 미반응 오존이 오폐수 저장조(10)의 오폐수를 대상으로 용존오존/공기부상공정을 수행하여 최종적으로 제거되는 1차 전처리부상조(31)와; 고압 광산화반응장치(60) 배출구(60b)의 고압 반응물을 처리수 반송라인(69)을 통해 상기 1차 전처리부상조(31)에서 용존오존/공기부상분리법으로 일차 처리된 오폐수가 들어있는 2차 전처리부상조(32) 투입하여 이차로 용존오존/공기부상공정을 수행하는 2차 전처리부상조(32)로 구성되는 되고, 같은 방법으로 기체-액체분리부상조(40)에서는 고압 광산화반응장치(60) 배출구(60b)에 연결된 기체-액체분리부상조(40) 하부투입구(40a)로 고압 반응물을 투입하여 처리된 오폐수를 대상으로 용존오존/공기부상공정을 수행하여 미반응 오존을 처리수 중에 잔여 오염물질과 반응시켜 제거한다.
본 발명에 따르면, 상기의 2차전처리부상조(32)는 고압 광산화분해장치 배출구(60b)와 유량계(69a)와 유량조절밸브(69b)가 설치된 처리수 반송라인(69)으로 연결되고, 상기 처리수 반송라인(69)을 통해 2차전처리부상조(32) 하부투입구(32c)로 미반응 오존이 용해된 고압 반응물의 일부 또는 전부를 반송시켜 투입하여 용존오존/공기부상분리법에 의한 미반응 오존제거와 오염물질 제거 기능 외에, 고압 광산화분해장치(60)의 반응물을 2차전처리부상조(32) 및 고압 광산화반응장치(60) 하부로 반송처리하는 시스템 구축으로 유입되는 오폐수의 오염물질의 농도의 변동에 따른 2차전처리부상조(32)와 고압 광산화반응장치(60) 충격을 최소화할 수 있도록 부하량을 조절할 수 있으며, 고압 고도산화공정 초기 운전을 손쉽게 할 수 있는 일거양득의 효과를 있다.
본 발명의 고압 고도산화공정 오폐수처리 시스템(100)에 투입된 오존은 4단계 과정을 거치면서 대부분 오염물질과 반응에 의해 소모되고, 최종적으로 남은 미반응 오존은 배가스 오존제거장치(50)에서 환경기준에 맞게 분해되어 대기로 방출된다. 첫째, 광산화 가압펌프(65) 흡입구(65a)로 오존발생장치(70)에서 공급된 오존과, 2차전처리부상조(32) 하부배출구(39)를 통하여 공급된 2번 처리된 오폐수를 3기압 이상으로 가압하여 상기의 고압 광산화반응장치(60) 유입구(60a)로 투입된 오폐수가 오존의 광산화분해반응에 의한 OH라디칼 생성반응으로 오염물질을 분해하거나, 용해된 오존의 산화반응에 의해 오염물질을 분해하는 과정 통해 제거되어 상기 고압 광산화반응장치(60) 유출구(60b)를 통해 배출되는 고압의 반응물 중 일부가 2차전처리부상조(32)하부투입구(32c)까지 처리수 반송라인(69)으로 연결되되는데, 상기 처리수 반송라인(69) 중간에 연결된 순환라인(63)은 상기 고압 광산화반응장치(60) 유입구(60a)로 순환펌프(63a) 및 유량계(63b), 유량조절밸브(63c)를 통해 연결되어 상기의 순환펌프(63a)에 이해 일차반응이 끝난 고압반응물을 고압 광산화분해장치(60)를 순환하게 함으로써 일련의 광산화분해반응을 반복적으로 진행하게 하여 오염물질 분해반응을 추가로 진행하는 과정에서 오존이 소모되는 단계와;
둘째, 고압 광산화반응장치(60) 배출구(60b) 통해 고압의 미반응 용존 오존이 함유된 처리수를 기체-액체분리부상조(40) 하부투입구(40a)로 유량계(64a)와 유량조절 밸브(64b)를 통해 투입되면 초미세 미반응 오존 기포 방울로 생성되어, 상기의 기체-액체분리부상조(40)에 채워진 처리된 오폐수와 접촉하면서 상부로 부상하면서 잔여 오염물질과 반응하여 소모되는 용존오존/공기부상공정 수행 단계와;
셋째, 고압 광산화반응장치(60) 배출구(60b) 통해 고압의 미반응 용존 오존이 함유된 처리수가 유량계(69a)와 유량조절밸브(69b)가 설치된 처리수 반송라인(69)을 통해 2차전처리부상조(32) 하부투입구(32c)로 처리수를 반송시키면, 초미세 크기의 오존 기포를 부상시켜 1차 처리된 오폐수 중에 함유된 오염물질과 미반응 오존이 제거되는 용존부상공정을 수행하는 단계와;
넷째, 상기 기체-액체분리부상조(40) 상부로 포집된 미반응 오존은 미반응 오존 재활용라인(45)을 통하여 전처리 부상조 가압펌프(35) 흡입구(35a)로 공급되는 것과, 상기 2차 전처리부상조(32) 상부로 포집된 미반응 오존은 부상조 미반응 오존 반송라인(36)을 통하여 전처리 부상조 가압펌프(35) 흡입구(35a)로 공급되는 미반응 오존을 오폐수 저장조(10)에서 공급된 오폐수와 함께 3기압 이상으로 가압하여 미반응 오존을 용해시켜 상기 1차전처리부상조(31) 하부투입구(31a)로 투입하여 용존부상공정을 수행하면서 소모되게 된다.
본 발명에 있어서, 상기와 같이 고압 고도산화공정 오폐수 처리시스템에 투입된 오존은 4단계 반응을 거치면서 오존의 분해반응 참여 효율이 증대되어, 미반응 오존량을 극소화로 오염물질 분해반응에 필요한 오존만을 투입하여 반응할 수 있어, 기존에 대부분의 오존을 대기로 방출하여 대용량의 오존발생기를 사용하였던 고도산화공정에 비해 고가의 오존발생장치의 규모를 줄이고, 대기 중으로 배출되는 배가스 오존을 제거하기 위한 배가스 오존 제거장치 부하를 줄일 수 있는 특징이 있다.
상기의 고압 광산화반응장치(60)는 오존발생장치(70)에서 공급받은 오존과 1차 및 2차전처리부상조(31, 32)에서 2번 처리한 오폐수를 광산화 가압펌프(65)로 투입되는 오존이 기포 형태로 존재하는 양이 최소가 되는 압력으로 가압하고, 상기 고압 광산화반응장치(60)의 압력과 유량은 상기 고압 광산화반응장치(60)의 배출구(60b)에는 압력계(64b) 및 유량계(64a)와 유량조절밸브(64c)에 의해 정해진 유량에서 광산화 가압펌프(65)의 회전수를 조절하는 방법으로 조절하는 것이 바람직하고, 상기 고압 광산화반응장치(60)의 부하량 조절과, 전처리 부상조(30) 운전효율을 고려하여, 상기 고압 광산화반응장치(60) 배출구(60b)에 연결된 처리수 반송라인(69)을 통하여 처리수 일부 또는 전부를 전처리 2차 전처리부상조(32)로 반송시키는 반송시스템 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한 고압 광산화반응장치(60)의 배출구(60b)에 연결된 처리수 반송라인(69)에는 광산화 순환펌프(63)와, 유량계(63b)와, 유량조절밸브(63c)가 설치된 순환라인(63a)을 통해 광산화반응장치(60) 하부 유입구(60a)로 연결되어 고압 반응물의 일부 또는 전부를 환류시키면서 광산화반응정도와 미반응 오존의 양을 조절하며 고압 광산화반응을 진행할 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 있어서, 고압 광산화반응장치(60)에 충전되는 광촉매 코팅 담체(67)는 코일스프링(67a) 형태로 가공함에 있어서, 와이어(67b)의 지름은 0.1 ~ 5mm 이고, 재질은 스테인리스스틸, 티타늄, 알루미늄 등의 금속소재이고, 코일스프링(67a) 지름은 5~70mm 으로 하고, 코일스프링(67a) 모양을 장구형으로 하고, 상기 코일스프링(67a)의 피치가 와이어(67b)의 지름보다 작게 하고, 스프링의 시작 지점 및 끝 부분의 피치가 인접하는 피치에 근접하게 가공함으로써, 코일스프링(67a)형 광촉매 코팅 담체(67)가 고압 광산화반응장치(60)에 충전시 서로 겹치지 않도록 하여 충전밀도를 높이는 것과 와이어표면(67c)을 금강사 등으로 샌딩처리 하거나, 산 등의 약품에 의해 부식시켜 와이어표면(67c)을 거칠게 처리하여 광촉매의 부착력을 향상시키고, 코팅된 광촉매의 표면적을 크게 할 수 있다.
상기의 광촉매 코팅 담체(67)는 와이어(67b)를 감아 코일스프링(67a) 형으로 가공하여 넓은 표면적을 보유하도록 와이어표면(67c)을 거칠게 가공한후 티타늄 알콕사이드를 용매에 희석하여 코팅하여 800℃ 이하의 온도로 열처리하여 광촉매(67d)를 와이어표면(67c)에 견고히 부착시킨 광촉매 코팅 담체(67)는 코일스프링(67a)의 와이어(67b)와 와이어(67b) 사이 공간, 즉, 피치 사이의 공간과 코일스프링(67a) 담체 간의 사이의 공간으로 자외선 조사가 원활하게 되어, 자외선램프(62)가 삽입된 석영관(61)에서 비교적 먼거리에 위치한 광촉매(67d)에도 자외선이 도달될 수 있고, 오염물질이 함유된 오폐수가 쉽게 통과할 수 있어 압력손실을 줄일 수 있고, 다공판에 광촉매를 코팅하여 사용하는 경우보다 월등히 넓은 표면적과 압력손실이 현저하게 작아 오폐수를 처리함에 있어서 분해반응 효율이 높고, 처리용량을 크게 할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기의 코일스프링(67a)형 광촉매 코팅 담체(67)를 고압 광산화반응장치에 충전시에, 상기의 코일스프링(67a)형 광촉매 코팅 담체(67)을 스프링 담체의 탄성을 이용하여 압축하여 충전함으로써, 금속재질의 광촉매 코팅 담체(67)와 자외선램프(62)를 보호하는 유리재질의 석영관(61) 사이에 빈 공간이 생기게 되면 광촉매 코팅 담체(67)가 물이 흐름에 의해 유동하게 되어 상호 충돌에 의해 석영관(61)이 파손되는 문제점을 코일스프링(67a)의 장력에 의해 광촉매 코팅 담체(67) 상호간에 견고히 고정함으로 물의 흐름에도 움직이지 않도록 고정되어 석영관(61) 파손 문제를 해결할 수 있다.
자외선램프(62)에서 방출되는 자외선은 파장에 의해 산소와 반응하여 오존을 생성시키는 진공 UV와, 살균작용 및 오존을 분해하는 UV-C(200~280nm)와, 광촉매 반응에 주로 활용되는 UV-A,B(280~400nm)로 구분하는데, 이 중에서 UV-C(200~280nm) 자외선을 용해된 오존에 조사하면 오존이 자외선을 흡수하여 광분해하여 중간생성물로 과산화수소(H2O2)가 생성되고, 과산화수소가 분해하면서 생성된 OH라디칼에 의해 오염물질을 분해하는 반응에 활용하고 있다.
본 발명에 있어서, 자외선을 이용한 광촉매 반응은 고도산화공정에서 오존을 분해하여 OH라디칼을 생성시키는 반응에 사용되는 자외선은 오존을 분해하는 주로 254nm 파장을 발산하는 저압 또는 고압 수은 자외선램프와 UV-C 부터 UV-A까지 다양한 파장대의 자외선을 방출하는 중압램프를 사용할 수 있으나, 파장이 짧은 254nm 자외선은 수중 침투력이 2~3mm에 불과하여 자외선램프(62)가 삽입되는 석영관(61) 주위의 오존만 반응하기 때문에, 기존(등록특허 제0541573호)의 광산화반응기에 자외선램프가 삽입된 석영관 주위로 오존 기포가 통과할 수 있는 구멍을 형성하여 자외선램프 가까이 오존이 통과하면서 자외선에 의해 오존을 분해하여 OH라디칼의 생성량을 증대하여 오염물질의 분해반응효율을 높이고자 시도하였다.
이러한 관점에서, 광촉매 코팅 담체(67)가 충전된 고압 광산화반응장치(60)로 구성된 고압 고도산화공정에 사용하는 자외선램프(62)가 자외선부터 가시광선 영역까지 다양한 파장대의 빛을 발산하는 중압 자외선램프를 사용하게 되면, 석영관(61) 가까운 곳에서는 투과력이 약한 UV-C(254nm) 파장대 자외선에 의한 광산화분해반응에 의한 OH라디칼을 생성시키는 반응과, 석영관(61)에 비교적 먼 거리에 위치한 광촉매 코팅 담체(67)는 UV-C 보다 장파장으로 수중 침투력이 상대적으로 좋아 비교적 멀리 도달할 수 있는 UV-A와 B(280~400nm) 파장대 자외선에 의한 광산화반응으로 오존을 분해하여 OH라디칼을 생성시켜 오염물질을 분해하는데 활용할 수 있으므로, 증가된 용존 오존에 의한 오염물질 산화반응과, 자외선에 의한 오존의 분해반응과 자외선과 광촉매에 의한 오존 분해반응에 의해 생성된 OH라디칼이 오염물질을 분해하는 것과, 자외선과 광촉매가 물을 분해하여 생성된 OH라디칼이 오염물질을 분해하는 반응이 동시에 진행되어 오염물질의 분해속도를 획기적으로 증가시킬 수 있으며, 특히 난분해성 물질의 분해효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
상기의 고압 광산화반응장치(60)에서 오존에 대한 반응을 4단계로 구분하여 설명할 수 있다. 1)오존이 오염물질과 직접반응하는 단계와, 2)오존이 254nm 파장의 빛을 흡수하여 OH라디칼을 생성하여 오염물질과 반응하는 단계와, 3)오존이 자외선과 광촉매 반응에 의해 분해되어 OH라디칼을 생성하여 오염물질과 반응하는 단계와, 4)자외선과 광촉매가 반응하여 물을 분해하여 OH라디칼을 생성하여 오염물질과 반응하는 단계로 4단계의 반응이 동시에 진행될 수 있다. 상기의 2, 3, 4단계 반응에 필요한 자외선은 254nm 파장을 선택적으로 방사하는 저압 및 고압 수은램프 사용이 가능하지만, 3단계 및 4단계 광촉매반응에 있어서는 자외선 방출 파장의 폭이 넓은 중압수은램프가 바람직하다. 왜냐하면, 파장이 짧은 254nm 자외선은 수중 침투력이 수 mm에 불과하여 침투력을 크게 하기 위해 고출력 램프를 사용해야 하는 문제점과, 자외선램프(62)를 보호하는 석영관(61) 가까운 영역만 반응에 참여할 수 있으므로 자외선램프 배치를 촘촘하게 많이 사용해야하는 단점이 있다.
상기의 전처리 공정에서 배출된 배가스는 미량의 오존이 함유될 수 있다. 성층 권의 오존은 유해한 자외선을 흡수하기 때문에 유익하나 지상에 가까운 곳에서의 오존은 호흡기 질환을 야기하고 VOC와 질소산화물과의 반응을 통하여 광화학 스모그 발생을 향상시킨다. OSHA(Occupational Safety and Health Adminstration)에 의하면 8시간 동안 허용 가능한 노출량은 약 0.1ppm이다. 0.1-1 ppm의 범위에서 오존은 두통, 목 건조를 야기하고 mucous membrane에 해를 끼친다.
기상 오존 분해에 관한 대부분은 촉매와 관련되어 있다. TiO2 위에서 오존의 광촉매 분해와 활성탄, natural and iron sand, 실리카겔, 알루미나, NaCl, calcite, Saharan Sand, wood ash, MnO2, Fe2O3, CuO 등을 이용한 분해반응이 알려져 있다. 촉매를 이용한 분해반응의 활성 성분은 주로 Pt, Pd, Rh 등의 금속과 Mn, Co, Cu, Fe, Ni, Ag 등을 포함한 금속산화물이고 사용된 촉매담체는γ-Al2O3, SiO2, TiO2, 활성탄 등이다. 귀금속의 높은 가격은 금속 산화물의 사용을 선호하게 하였다. 오존은 비교적 낮은 온도에서 분해되기 때문에 석영이 충전된 반응기를 가열하여 미반응 오존을 통과시켜 분해하는 방법을 사용하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 미반응 오존 재사용 공정이 구비된 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수처리 장치(100)는 오폐수를 저장하는 오폐수 저장조(10)와, 미반응 오존으로 오폐수 중의 부유물질과 오염물질을 제거하기 위한 전처리 부상조(30)와, 상기의 전처리부상조(30)은 1차 및 2차 전처리부상조(31, 32)로 구성되어 있고, 상기 전처리부상조(30)에서 처리된 오폐수를 오존발생장치(70)로 공급된 오존과 함께 광산화 가압펌프(65)로 고압으로 가압하여 광산화반응으로 오염물질을 분해하는 고압 광산화반응장치(60)로 보내고, 상기 고압 광산화반응장치(60)의 고압의 반응물의 일부를 2차전처리부상조(32)로반송시키는 처리수 반송라인(69)과, 상기 처리수 반송라인(69) 중간에는 고압의 반응물을 고압 광산화반응장치(60)로 순환시키는 순환펌프(63a)와 유량계(63b) 및 유량조절밸브(63c)가 설치된 처리수 순환라인(63)으로 연결되어 있고, 상기 고압 광산화반응장치(60)의 고압 반응물의 압력을 제거하며 처리수 중의 잔여 오염물질을 용존오존/공기부상분리법으로 제거하는 기체-액체분리부상조(40)와, 상기 기체-액체분리부상조(40) 상부로 포집된 미반응 오존을 전처리부상조 가압펌프(35) 보내 오폐수와 함께 가압하여 1차전처리부상조(31)로 투입하여 용존오존/공기부상분리법에 의한 미반응 오존을 최종적으로 제거하고, 상기 1차전처리부상조(31) 부상조 배출구(31c)을 통해 배가스 오존 제거장치(50)로 보내 대기로 배출하기 전에 환경기준치 이하로 미반응 오존을 제거하는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기의 고압 광산화분해반응장치(60)을 이용한 고도산화공정 오폐수 처리장치(100)에 있어서, 미반응 오존을 재이용하는 공정은 오존과 1차 처리한 오폐수를 광산화 가압펌프(65)로 함께 고압으로 가압시켜 고압 광산화분해장치(60)에서 광산화반응에 의해 분해한 후 고압 반응물에 함유된 미반응 오존을 용존오존/공기부상분리법으로 오폐수 중의 부유물질을 부상분리하고, 오염물질과 반응시켜 제거하는 2차전처리부상조(32)와 기체-액체분리부상조(40)의 1단계 미반응 오존 재사용 공정과, 오폐수 저장조(10)의 오폐수와 상기 2차전처리부상조(32)와 기체-액체분리부상조(40) 상부로 포집된 미반응 오존을 부상조 가압펌프(35)로 함께 가압시켜 용존오존/공기부상분리법으로 오폐수 중에 함유된 부유물질과 오염물질을 제거하는 1차전처리부상조(31)의 2단계 미반응 오존 재사용공정으로 구성되고, 상기 1단계 및 2단계 미반응 오존을 재이용하는 공정은 1차 및 2차 전처리 부상조(31, 32) 및 기체-액체분리부상조(40) 상부는 부상된 거품을 제거하는 스컴제거장치(미도시)와, 제거된 스컴을 저장 및 배출하는 스컴제거부(31d, 32d, 40d)을 포함하여 구성된다.
상기 2차 전처리 부상조(32) 하부배출구(39b)는 유량조절밸브(39b)가 설치된 광산화 오폐수 공급관(39)을 통하여 광산화 가압펌프(65)와 연결되고, 상기 광산화 오폐수 공급관(39)에는 첵밸브(71c)와 유량계(71b), 유량조절밸브(71a)가 설치된 오존공급라인(71)을 통하여 오존발생장치(70)와 연결되고, 상기 광산화 가압펌프(65)는 오폐수와 오존을 3기압 이상으로 가압하여 오존이 용해된 오폐수를 고압 광산화반응장치(60)로 공급하고, 상기의 고압 광산화반응장치(60)는 단면이 원형 또는 사각형인 관형 하우징(66)에 유입구(60a)와 유출구(69b)가 있고, 상기 하우징(66) 상부에는 자외선램프(62)를 내부에 수용하는 한쪽 끝이 막힌 "U"자형 석영관(61)을 고정하는 석영관 고정부(68)와, 상기 석영관 고정부(68)는 "U"자형 석영관(61)의 열린부위 외경을 고압 광산화반응장치(60)에 기밀성을 유지하면서 고정함에 있어서 자외선의 조사에 노화되지 않는 불소수지 또는 실리콘 계통의 오링(O-ring)이나 가스켓을 사용하여 반응압력을 견딜 수 있도록 석영관 고정부(68) 내벽 과 기밀을 유지하며 고정되고, 상기 석영관(61)은 고압 광산화반응장치(60) 중심부에 길이 방향으로 설치되고, 상기 석영관(61)이 고압 광산화반응 압력을 견딜 수 있도록 두께가 2mm 이상의 것이 바람직하고, 한개 이상 설치되는 경우는 고압 광산화반응장치(60) 내부에 석영관(61)이 최대한 균등한 간격을 유지할 수 있도록 배치하여 자외선이 조사량이 균등하도록 하는 것이 바람직하다. 상기의 석영관(61) 외벽과 고압 광산화반응장치(60) 내부 공간에는 광촉매 코팅 담체(67)가 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 고압 광산화반응장치(60)의 오염물질 부하량 조절과, 상기 고압 광산화반응장치(60) 오폐수의 반응시간 조절을 위하여, 고압 광산화반응장치(60) 배출구(60b)의 고압의 반응물을 상기 2차전처리 부상조(32) 하부투입구(32c)로 반송시키는 처리수 반송라인(69)과, 상기 처리수 반송라인(69) 중간부에서 고압 광산화반응장치(60) 하부유입구(60a)로 고압 반응물을 순환시키는 처리수 순환라인(63)이 설치되고, 상기의 처리수 반송라인(69)과 순환라인(63)에는 각각의 유량계(63b, 69a)와 유량조절밸브(63c, 69b)가 설치되고, 2차 전처리 부상조(32)로 고압 반응물의 자체 압력에 의해 투입되고, 고압광산화반응장치(60) 하부유입구(60a)로의 순환은 순환펌프(63a)에 의해 투입된다.
본 발명에 있어서, 일차 고압 광산화반응장치(60)에서 반응이 끝난 고압 반응물을 전처리 부상조 및 기체-액체분리부상조에서 고압 반응물을 반송시켜 용존오존/공기부상법으로 부유물질 과 오염물질을 제거하는 기능으로 고압 광산화반응장치(60)로 유입되는 오폐수에 함유된 오염물질을 사전 제거하고, 고압반응물을 광산 화분해장치(60)로 순환시킴에 따른 광산화분해장치(60)의 오폐수의 체류시간을 조절하여 오염물질 분해효율을 조절할 수 있으므로 유입되는 오폐수의 오염물질 농도, 처리량 등의 변동에 대해 고압 광산화분해장치(60)을 이용한 고압 고도산화공정 오폐수 처리장치(100)의 가동을 정상적으로 운전할 수 있는 장점을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기의 기체-액체분리부상조(40)에서 미반응 오존을 제거하는 과정은, 상기의 고압 광산화반응장치(60)의 배출구(60b)를 통하여 배출되는 고압의 반응물은 기체-액체분리부상조(40) 하부유입구(40a)로 방출시키는 단계와; 압력차이에 의해 용해도 급감으로 생성된 초미세 크기의 미반응 오존 기포 방울이 기체-액체분리부상조(40) 채워진 처리수 상층부로 부상하면서 남아있는 오염물질과 반응하여 제거되는 용존오존/공기부상공정 수행으로 오염물질 및 미반응 오존 제거반응 진행되고, 또한 용존오존/공기부상공정 수행 후 남은 미반응 오존은 기체-액체분리부상조(40) 상부에서 포집하여 부상조 가압펌프(35)로 보내져 1차 전처리 부상조(31)에서 다시한번 더 용존오존/공기부상공정을 수행 한 후 남아있는 미반응 오존을 최소화하여 배가스 오존제거장치로 보내 환경기준에 맞는 농도로 대기로 배출시킨다.
또한 본 발명에 따르면, 오폐수에 미반응 오존이나, 오존을 혼합하여 용해시키기 위한 상기 부상조 가압펌프(35)와 고압 광산화 가압펌프(65)는 전용 용존공기부상(DAF) 펌프를 사용하거나, 압축된 오폐수에 압축기로 오존을 가압하여 오존을 투입하는 방법을 사용하지 않고, 횡형 또는 다단펌프, 기어펌프, 피스톤 펌프, 로더펌프, 프로콘펌프 등 일반적으로 사용하는 가압펌프로 오폐수와 함께 가압하는 것을 특징으로 하고, 또한, 오존의 용해량 조절은 투입되는 오존량과 가압시키는 압력에 의해 조절 가능하며, 공급되는 오존의 용해도는 반응 압력이 높아질수록 커지는 것을 면적식 유량계의 투시창을 통해 오폐수 중의 기포량 변화를 쉽게 확인이 가능하다.
본 발명에 따르면, 고압 광산화반응장치(60)에 투입된 오존은 용해도의 증가로 기포 형태의 오존량의 감소로 광산화반응에 필요한 자외선 조사가 원활하여 자외선 , 광촉매, 오존의 광산화분해반응이 활발하게 진행되어 OH라디칼 생성량 증대되고, 상기 광산화반응장치(60) 내부 공간에 충전된 광촉매 코팅 담체(67)는 코일스프링(67a) 형태로 코일스프링(67a) 담체(67)로 코일스프링(67a) 피치 사이의 공간으로 자외선의 조사와 오염물질이 함유된 물이 쉽게 통과할 수 있어 압력손실이 적고, 또한, 코일스프링(67a) 담체(67)를 고압 광산화반응장치(60)에 충전시 상기의 코일스프링(67a) 담체(67)를 압축하여 충전하면, 충전된 광촉매 코팅 담체(67)의 스프링 장력에 의해 견고히 고정되는 효과가 있어 물의 흐름저항에 의해 충전된 담체의 유동에 의해 석영관(61)을 파손시키는 위험성을 방지할 수 있는 탄성이 있는 금속재질의 코일형 스프링 담체가 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 코일스프링(67a) 담체는 와이어(67b) 선경이 0.1 ~ 5mm 이고, 코일스프링(67a) 지름은 5~70mm 이고, 피치는 가공에 사용된 와이어(67b) 지름보다 작아 코일스프링(67a)을 고압 광산화반응장치(60)에 충전시 코일스프링(67a)이 서로 끼워져 충진율을 떨어뜨리는 문제점을 예방하는 것이 바람직하다.
상기 고압 고도산화공정 오폐수 처리 시스템(100)에서는 오폐수에 함유된 오염물질이 다량으로 용해된 오존에 의해 분해될 뿐만 아니라, 용존 상태의 오존이 자외선과 광촉매(67d)의 광산화반응으로 생성된 산화력이 강력한 OH라디칼에 의해 오염물질과 반응하여 분해되기 때문에 높은 반응효율을 가질 수 있다
본 발명에 따르면, 상기 자외선램프(62)는 고압 광산화반응장치(60)의 처리 용량에 따라 복수 개 설치가 가능하며 상기 자외선램프(62)는 오폐수와 직접적인 접촉을 피하기 위해 석영관(61) 내부에 보호되어 있고, 상기 고압 광산화반응장치(60)의 내부에 상하방향으로 길게 배치되어 있다. 상기 자외선램프(62)는 전기를 공급하는 전원공급판넬부(80)과 전기적으로 연결되고, 상기 자외선램프(62)를 가동하는 안정기 시스템은 작동상태를 외부에서 확인 가능한 수단을 구비하고, 오폐수 처리유량에 따라 가변적으로 자외선 램프의 출력을 5~120%까지 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 실시예에 한정된 것이 아니고, 본 발명의 사상 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허 청구범위에 속한다 할 것이다. 이하, 본 발명에 따른 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
김치공장 배추 절임 염수를 본 발명의 고압 광산화분해장치(60)를 이용한 고압 고도산화공정으로 처리한 것과 상압 고도산화공정으로 차리한 염수의 탁도 및 COD 제거 효과를 비교하였다.
(실시예)
필터로 협잡물을 제거한 염수를 20리터를 저장조에 채우고, 프로콘펌프로 오존발생기(5g/hour)에서 발생된 오존함유 기체 100ml/min와 염수 5L/min를 흡입하여 5기압으로 가압하여 75W 자외선 램프와 광촉매가 충진된 광산화분해장치로 보내어 광산화분해반응을 시키고, 배출된 고압반응물은 염수저장조 하부로 100% 순환시켜 용존오존/공기부상분리법으로 미반응 오존을 재사용하고, 부상된 스컴은 저장조 상부 공기 유출구와 공기와 함께 빠져나가면서 제거되도록 하고, 상압 고도산화반응의 경우에도 압력만 상압으로 하고 다른 조건을 동일하게 하여 시간별로 염수를 채취하여 COD 와 탁도를 측정하여 그림4와 그림5에 나타냈다. 초기COD가 410ppm이고, 탁도는 21이였던 염수 폐수를 정화시킨 결과, 고압 광산화반응을 이용한 고도산화공정과 기존의 상압 고도산화공정의 그림4와 같이 확연한 차이를 보여준다.
상기 1차전처리부상조(31) 및 고압 광산화반응장치(60)의 후단에는 아날로그 또는 디지탈 신호를 송출 가능한 압력센서 내장 디지탈 압력계(36a, 64b)와, 회전수 조절이 가능한 부상조 가압펌프(35) 및 광산화 가압펌프(65)와, 공압 또는 전동모터에 의해 작동되는 유량조절밸브(34c, 64c)가 설치되어 기체 오존의 용해량과 용존오존/공기부상분리법의 부상능력과 직접적인 영향을 미치는 부상조 가압펌프(35) 및 고압 광산화반응장치(60)을 압력을 조절함에 있어 배출유량을 일정하게 고정하고 상기 부상조 가압펌프(35) 및 광산화 가압펌프(65)의 회전속도를 설정 압력과 연동시키는 방법으로 조절하는 것이 바람직하다. 또한 유체 중에 포함된 기체량을 관찰가능한 면적식 유량계(34a, 64a)의 설치로 오존의 용해정도를 직접확인 할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 고압 광산화반응장치(60) 내부에 자외선 램프(62)를 내장하는 석영관(61)과 광산화반응장치 하우징(66) 사이 공간에 충전되는 광촉매 코팅 담체(67)는 내부가 비어 있고 스프링 피치 사이 공간으로 자외선의 조사와 반응물이 압력손실없이 유동할 수 있는 계란형의 코일스프링(67a) 형상이고, 고압 광산화반응장치(60) 내부에 충전시 코일스프링(67a) 장력을 이용하여 압축하여 충전하면 광촉매 코팅 담체(67)가 유체의 흐림에 흔들리지 않고 고정되어 광촉매 코팅 담체(67)간에 충돌에 의한 석영관(61)의 파손을 막을 수 있고 코팅된 광촉매(67d)의 유실을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한 코일스프링(67a) 형상의 광촉매 코팅 담체(67)를 충전한 고압 광산화반응장치(60)는 광촉매 담체가 3차원 입체구조로 배치되어 자외선이 조사되는 유효 반응표면적이 크다.
그러나 대한민국 특허 제541573호에 언급된 광촉매가 다공판에 코팅된 경우에는 판에 뚫어진 구멍이 작으면 표면적이 넓어져 활성은 증가하나 압력손실 증가로 처리용량을 크게 할 수 없고 반대로 구멍이 많거나 크면 압력손실은 적으나 반응 표면적이 적어 활성이 낮은 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 광촉매 코팅 담체(67)는 고압 광산화반응장치(60) 내부에 입체적으로 고르게 충전할 수 있어, 압력손실은 적으면서 충전밀도를 높혀 많은 광촉매 코팅 담체(67)를 충전함에 따른 표면적 증가와, 상기 코일스프링(67a)표면을 샌딩처리 또는 산 등의 약품에 의해 거칠게 처리된 외표면(67c)에 광촉매(67d) 전구물질을 코팅하여 열처리하여 부착으로 거칠게 가공된 외표면(67c)과 광촉매(67d)간의 부착력 향상과, 거칠은 외표면(67c)에 의한 표면적 증대효과로 용해된 오존과 오폐수 중의 오염물질과 광산화반응 빈도를 증대시켜 반응에 참여할 수 있는 기회를 제공함으로서 광산화분해반응 효율을 증대시켜 오폐수 분해반응 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
본 발명은 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 상압 고도산화공정에서 낮은 수중 용해도로 인한 기포 형태로 존재하는 오존은 오염물질과 접촉효율이 낮아 미반응 오존 발생량이 많았던 문제점을 해결하기 위해 기존 상압하에서 진행하던 고도산화공정을 고압으로 전환하여 많은 양의 오존을 용해시키면, 오염물질과 오존의 접촉효율이 좋아지고, 자외선과 오존의 광산화반응에 의한 산화력이 강력한 OH라디칼 생성이 증가로 오염물질 분해속도가 증가하고, 또한 기존에는 대부분 대기중으로 배출시키던 미반응 오존을 전처리 부상조 및 기체-액체분리부상조에서 용존오존/공기부상분리법에 의한 오폐수 중의 부유물질의 부상제거와 오염물질을 제거하는 미반응 오존 재사용 공정으로 오존의 사용 효율을 증가시켜 고도산화공정 오폐수 처리장치 규모와 고가의 오존발생장치 규모를 줄여 설치비 및 운전비용을 획기적으로 줄일 수 있고, 고도산화공정 오폐수 처리장치를 콤팩트하게 할 수 있어, 도심 건축물, 공장, 아파트, 공공시설 등 오폐수처리시설 확장에 필요한 장소 확보가 어려운 지역이나, 냄새 및 미관 문제로 기존의 생물학적 처리방법을 사용할 수 없는 장소의 중수도처리 시스템과, 환경오염과 생활수준 향상으로 세제, 농약, 독성물질 등의 난분해성 물질 유입량이 증가하는 정수장, 골프장, 매립지 침출수 등을 효과적으로 처리할 수 있는 장점을 갖는다.
Claims (8)
- 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법에 있어서,처리하고자 하는 오폐수를 오존발생장치(70)에서 발생시킨 오존과 함께 광산화 가압펌프(65)로 고압으로 가압하는 가압공정과,가압된 오폐수의 오염물질을 고압 광산화반응장치(60)를 이용하여 광산화반응으로 분해하는 광산화분해공정과,상기 고압 광산화반응장치(60)의 고압 반응물이 2차전처리부상조(32)의 1차 처리 오폐수 및 기체-액체분리부상조(40)의 처리수로 투입시켜 부유물질과 오염물질을 용존오존/공기부상법(DOF, Dissolved Ozone/Air Flotation)으로 제거하는 미반응 오존 1차재사용공정과,상기 2차전처리부상조(32)와 기체-액체분리부상조(40) 상부로 포집된 미반응 오존이 포함된 가스를 부상조 가압펌프(35)에서 오폐수 저장조(10)에서 공급된 오폐수와 함께 고압으로 가압시켜 오폐수 저장조(10)에서 유입된 1차전처리부상조(31)의 오폐수를 용존오존/공기부상법 처리하여 부유물질과 오염물질을 제거하는 미반응 오존 2차재사용공정과,상기 1차전처리부상조(31)를 빠져나가는 잔여 미반응 오존을 배가스 오존 제거장치(50)로 분해하는 오존분해공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
- 제1항에 있어서,미반응 오존을 재사용하는 미반응 오존 1차재사용공정 및 2차재사용공정은 상기 미반응 오존과 공기 혼합기체를 이용한 용존오존/공기부상분리법으로 오폐수 중의 부유물질과 오염물질을 제거하는 미반응 오존을 재사용하도록 1차 및 2차전처리부상조(31, 32)와 기체-액체분리부상조(40)에서 진행되고,상기 미반응 오존 1차재사용공정은 상기의 2차 전처리부상조(32) 및 기체-액체분리부상조(40)의 용존오존/공기부상분리법은 상기 광산화 가압펌프(65)로 가압된 오존과 오폐수가 고압 광산화반응장치(60)에서 반응 후 배출구(60b)로 배출되는 고압 반응물을 오폐수가 들어있는 2차 전처리부상조(32) 및 처리수가 들어있는 기체-액체분리부상조(40)에 투입하여 용존오존/공기부상분리법으로 오염물질을 제거하며,상기 미반응 오존 2차재사용공정은 상기 2차 전처리부상조(32) 및 기체-액체분리부상조(40)에서 배출되는 남은 미반응 오존을 포집하여 부상조 가압펌프(35)로 오폐수 저장조(10)로 부터 공급된 오폐수와 함께 3기압 이상으로 가압시켜 1차전처리부상조(31)의 오폐수를 용존오존/공기부상분리법으로 부유물질과 오염물질 제거하고,상기 미반응 오존 1차재사용공정 및 2차재사용공정에 이용되는 1차 및 2차전처리부상조(31, 32)와 기체-액체분리부상조(40)에는 수면으로 부상되는 스컴을 분리하여 배출하는 스컴제거부(31d, 32d, 40d)가 구비되는 것을 특징으로 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
- 제1항에 있어서,상기의 2차전처리부상조(32) 및 기체-액체분리부상조(40)에서 포집된 미반응 오존을 용존오존/공기부상분리법으로 재사용하기 위해 오폐수와 함께 가압시키는 부상조 가압펌프(35)와, 상기 오존발생장치(70)로부터 공급받은 오존과 2차전처리부상조(32)에서 처리된 오폐수를 가압시키는 광산화 가압펌프(65)는 미반응 오존이나 오존을 오폐수와 함께 흡입하여 가압시키는 횡형 또는 입형 다단펌프, 로브(Lobe)펌프, 기어펌프, 프로콘펌프 중 어느 하나이고,상기 부상조 가압펌프(35)및 광산화 가압펌프(65)의 압력조절은 유량을 고정하고, 설정된 압력을 가압펌프의 회전수를 조절하여 조절하는 것을 특징으로 하는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
- 제 1항에 있어서,고압으로 광산화분해반응을 수행하는 고압 광산화분해장치(60)는 단면 형상이 사각 또는 원형인 관형 하우징(66)으로, 상기 하우징(66)은 스텐레스스틸 또는 티타늄 재질이고, 광산화 가압펌프(65)와 연결되는 하부유입구(60a)와 처리수 반송라인(69) 및 기체-액체분리부상조(40)으로 연결되는 상부 배출구(60b)와, 상기 하우징(66) 상부에 자외선램프(62)를 내부에 수용하여 보호하는 "U"자형 석영관(61)을 고정하는 석영관 고정부(68)로 구성되고, 상기 하우징(66)에는 석영관(61)이 하우징(66)의 길이 방향으로 한개 이상 설치되는 것과, 상기 석영관(61)과 하우징(66) 내부 공간에는 광촉매 코팅 담체(67)가 충전된 고압 광산화분해장치(60)가 설치되는 것을 특징으로 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 고압 광산화반응장치(60) 상부 배출구(60b)를 통해 고압 반응물을 2차전처리조까지 반송하는 처리수 반송라인(69)에는 유량계(63b)와 유량조절밸브(69c)와 순환펌프(63a)가 설치된 순환라인(63)을 통해 광산화반응장치(60) 하부 유입구(60a)로 연결되고, 상기의 처리수 반송라인(69)을 통해 반송되는 처리수의 일부 또는 전부를 다시 고압 광산화반응장치(60)로 순환시키는 방법으로 오폐수의 광산화분해반응 효율을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
- 제4항에 있어서,자외선 램프(62)는 UV-C(254nm) 파장대을 주로 방출하는 저압 또는 고압 수은 자외선램프이거나 UV-A, B, C 파장대의 자외선을 방출하는 중압 자외선램프이고, 상기의 자외선램프(62)를 단일 출력으로 점등하거나, 자외선램프(62)의 출력을 5~120%로 가변적으로 조절할 수 있는 안정기 시스템이 설치된 것을 특징으로 하는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
- 제4항 또는 제6항에 있어서,광촉매 코팅 담체(67)는 지름이 0.1 ~ 5mm 인 스텐레스 스틸 또는 티타늄 재질의 와이어(67b)를 코일스프링(67a) 형태로 가공함에 있어서, 코일스프링(67a) 형상을 장구형으로 하고, 스프링의 피치가 와이어(67b)의 지름보다 작게 하고, 스프링의 시작 지점 및 끝 부분의 피치가 인접하는 피치에 근접하여 코일스프링(67a) 담체가 충전시에 서로 겹치지 않도록 가공하는 것과, 상기의 와이어(67b)를 모래 또는 금강사로 고압의 공기와 함께 충돌시켜 와이어 표면(67c)을 거칠게 하는 샌딩공정과, 티타늄 알콕사이드를 코팅하여 800℃이하의 온도로 열처리하는 공정을 포함하여 제조된 광촉매 코팅 담체(67)를 사용하는 것을 특징으로 하는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
- 제1항에 있어서,상기 배오존 제거장치(50)는 미반응 오존이 통과하는 스테인리스스틸 재질의 관 중심부에 설치된 자외선램프 주위로 광촉매가 코팅된 활성탄, 금속망, 금속 코일스프링 중 어느 하나를 충전하고, 광촉매에 자외선을 조사하여 광산화분해반응으로 미반응 오존을 분해 제거하는 광촉매분해방식이거나, 미반응 오존이 통과하는 석영 또는 스테인리스스틸 재질의 관 내부에는 지름 5~20mm 이고, 길이가 5~30mm이고, 두께가 1~3mm 인 속이 빈 원통형 석영 또는 스테인리스스틸의 관을 충전하거나, 지름이 2mm이하의 스테인리스스틸 와이어로 가공한 메쉬를 적층 하여 충전하고, 온도 제어가 가능한 전열선에 의해 200℃ 이상의 온도로 가열하여 열분해 시키는 배오존 오존 제거장치가 설치된 것을 특징으로 하는 미반응 오존을 재사용하는 고압 고도산화공정을 이용한 오폐수 처리 방법.
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