KR100942149B1 - 악취원 및 휘발성 유기화합물을 함유한 폐가스처리를 위한 운전 중 동시재생식 자외선(또는 가시광선)/광촉매반응기 - Google Patents
악취원 및 휘발성 유기화합물을 함유한 폐가스처리를 위한 운전 중 동시재생식 자외선(또는 가시광선)/광촉매반응기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 광촉매를 담지한 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기를 통과시켜서 악취 및 VOC를 함유한 폐가스를 처리할 때에, 운전시간이 지남에 따라서 오염원의 산화에 의하여 발생하는 중간유도체의 흡착에 의한 광촉매의 비활성화 때문에 UV(또는 VIS-)/ 광촉매반응기의 오염원 제거용량이 설계기준에 점점 미달하게 되므로 UV(또는 가시광선(VIS-))/광촉매반응기의 지속적인 성공적 운전을 위하여 주기적 광촉매 재생이 필요해지는데, 광촉매반응기의 운전이 끝난 후에 광촉매를 재생시키는 기존 장치와는 다르게 UV(또는 가시광선(VIS-))/광촉매반응기의 지속적 운전 중에 초음파환경에서 광촉매 재생을 위한 세척을 동시수행하면서, 처리대상 폐가스에 포함된 오염원의 광촉매산화장치 및 흡수장치와 오염된 흡수제의 광촉매반응에 의한 정화를 위한 흡수제 재생장치로 이루어진 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기에 관한 것이다.
동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기, 광촉매 재생, 폐가스, VIS-광촉매반응기, 지속적 운전
Description
본 발명은 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 대기나 폐가스의 처리를 위한 광촉매반응기의 운전이 끝난 후에 광촉매를 재생시키는 기존 방법과는 다르게 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 지속적 운전 중에 광촉매 재생을 위한 초음파환경에서 세척을 동시수행하는 도 1과 같은 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기에 관한 것이다.
가스상의 n-C7H16과 SO2를 광촉매 산화시키는 ZnO와 TiO2 나노입자의 광촉매활성을 측정하여 n-C7H16 경우에는 ZnO만 비활성화하고 TiO2는 활성을 그대로 유지하였으나 SO2 경우에는 두 종류의 광촉매가 모두 비활성화 하였음을 관찰하였으며, 광촉매의 비활성화는 반도체 표면의 전도형태가 광촉매반응전의 N 타입에서 물, 이산화탄소 등의 산화물의 흡착으로 인한 비활성화 후의 P 타입으로 전환되기 때문이라고 제시되었다 [Liqiang et al.]. 이와같이 최근 환경촉매로서 각광받는 광촉매를 담지한 광촉매반응기를 통과시켜서 악취 및 VOC를 함유한 폐가스를 처리할 때에, 운전시간이 지남에 따라서 오염원의 산화에 의하여 발생하는 중간유도체의 흡착에 의한 광촉매의 비활성화 때문에 광촉매반응기의 오염원 제거용량이 설계기준에 점점 미달하게 되므로 UV(또는 가시광선(VIS-)) /광촉매반응기의 지속적인 성공적 운전을 위하여 주기적 광촉매 재생이 필요해진다.
기존 공기청정기나 공개특허공보 제10-2006-64928호에서와 같이 광촉매반응 종료 후에 광촉매세척을 수행하는 경우에는 광촉매반응에 의한 공기청정기능의 지속성을 제공할 수 없다.
한편 본 발명은 광촉매반응기를 켠 상태에서 광촉매세척을 수행하는 광촉매재생과 광촉매반응이 동시에 발생하는 동시재생식 광촉매반응기로서, 광촉매세척 시에도 광촉매반응에 의한 공기청정기능의 지속성을 유지한다는 점에서 공개특허공보 제10-2006-64928호와 차별성이 있다. 또한 본발명의 동시재생식 광촉매반응기는 흡수구간에서의 살수액적에 의한 처리대상 폐가스에 포함된 오염원의 고도흡수공정 및 흡수구간에서 살수된 액적이 흡수낙하 및 충전된 광촉매담체 중에서 상부의 광촉매담체 표면 위에서 응집되어 각각의 광촉매담체표면 사이로 하향 trickling되면서 비활성화된 광촉매를 재생시키고 또한 상향하는 폐가스와 접촉하여 오염원을 흡수하는 광촉매반응기를 켠 상태에서의 광촉매재생공정으로 이루어진 하이브리드공정으로서 공개특허공보 제10-2006-64928호와 차별성이 있다.
구체적으로 살펴보면 본원발명의 도1과 같은 광촉매세척 시의 폐가스처리공정으로서, 충전된 광촉매담체 위의 흡수구간 상부에서 스프레이로 살수하여 작은 액적을 발생시켜서 각각의 광촉매담체 사이를 통과한 상향 처리폐가스와 접촉하여 오염원을 흡수하고, 오염원을 흡수한 하향 액적은 광촉매 표면에서 응집하여 충전된 각각의 광촉매담체 표면을 trickling하면서 세척 및 재생시킨다. 이와 동시에 폐가스의 오염원 및 세척수에 흡수된 오염원을 광촉매반응에 의하여 산화 분해시켜서 정화시킨다. 정화된 세척수는 광촉매담체 위의 흡수구간 상부로 재순환되어 스프레이로 다시 살수된다
한편 공개특허공보 제10-2006-64928호에서는 광촉매반응을 종료한 후에, 광촉매판 사이사이 안에서 광촉매판으로 직접 살수하여 광촉매판 표면세척을 수행한다. 따라서 본 발명에서와 같이 광촉매담체 위의 흡수구간이 존재하지 않고 폐가스의 오염원 및 세척수에 흡수된 오염원을 광촉매반응에 의하여 산화분해시켜서 정화시키지 못하는 공개특허공보 제10-2006-64928호에서는 광촉매판 사이사이 안에서 액적이 살수되자마자 광촉매판과 접촉하고 응집하여 광촉매판을 타고 흘러내려서 공기와 액적의 접촉시간은 무시할 만하다. 또한 공기와 흡수제인 물의 접촉면적은 액적표면적이 아니라 광촉매판 표면적에 불과하여 본 발명의 흡수효과와 비교할 때에 오염원의 흡수효과는 아주 미미하다. 따라서 본 발명은 공개특허공보 제10-2006-64928호와 비교하였을 때에 흡수구간의 유무와 광촉매재생을 위한 세척방법에 있어서의 현저한 차이 뿐 만 아니라 광촉매반응기를 켠 상태에서 광촉매재생을 통한 지속적 운전이라는 현저한 효과의 차이 가 있다.
본 발명의 목적은 광촉매의 비활성화로 인하여 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 오염원 제거용량이 설계기준에 점점 미달함에 따라서 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 지속적 운전 중에 광촉매 재생을 위한 초음파환경에서 세척을 동시 수행하는 도 1과 같은 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기장치로, 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 대기나 폐가스의 처리를 지속적으로 효율적으로 또한 안전하게 할 수 있게 하는 것이다. 광촉매를 담지한 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기를 통과시켜서 악취 및 VOC를 함유한 폐가스를 처리할 때에, 운전시간이 지남에 따라서 오염원의 산화에 의하여 발생하는 중간유도체의 흡착에 의한 광촉매의 비활성화 때문에 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 오염원 제거용량이 설계기준에 점점 미달하게 되므로 광촉매재생을 위한 주기적 광촉매세척이 필요하다.
본 발명의 기술적 방법은 1) 광촉매가 활성화되어 있을 경우에는 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기만으로 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 대기나 폐가스를 처리한다; 2)광촉매가 비활성화된 경우에는, 기존의 광촉매반응기와 다른 차별성을 부여하여, UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 지속적 운전 중에 광촉매 재생을 위한 초음파환경에서 세척을 동시수행하는 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기장치로 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 대기나 폐가스를 처리하는 것이다.
본 발명의 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기는 광촉매반응기를 켠 상태에서 비활성화된 광촉매의 광촉매세척에 의한 광촉매재생과 광촉매반응이 동시에 발생하는 광촉매반응장치로서, 1)광촉매세척 시에도 광촉매반응에 의한 공기청정기능의 지속성을 유지한다는 점 및 2)처리대상 폐가스에 포함된 오염원의 광촉매산화공정 및 흡수공정과 오염된 흡수제의 광촉매반응에 의한 정화에 의한 흡수제 재생공정으로 이루어진 하이브리드공정장치라는 점에서 공개특허공보 제10-2006-64928호와 다른 차별성이 있다. 구체적으로 살펴보면 도 1과 같은 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기장치는 충전된 광촉매담체; 그 위의 상부에서 스프레이로 살수하여 작은 액적을 발생시키는 흡수구간; 정화된 세척수를 광촉매담체 위의 흡수구간 상부로 재순환하는 세척수재순환장치로 크게 이루어져있다.
본 발명의 효과는 광촉매의 비활성화로 인하여 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 오염원 제거용량이 설계기준에 점점 미달하게 됨에 따라서 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 지속적 운전 중에 광촉매 재생을 위한 초음파환경에서 세척을 동시수행하는 도 1과 같은 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응장치로, 악취 및 휘발성유기화합물 (VOC)을 함유하는 폐가스를 지속적으로 효율적으로 또한 안전하게 처리할 수 있는 효과이다.
본 발명의 구성은 도 1과 같이 1) 휘발성 유기화합물 및 악취오염원을 함유하는 폐가스를 처리하기 위하여 폐가스를 도입하는 폐가스 블로워(7)와 실시간 농도분석기(13)로 이루어진 도입장치; 2) 휘발성 유기화합물 및 악취오염원을 함유하는 폐가스를 처리하기 위하여 폐가스를 도입하는 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기 운전 중에 광촉매가 비활성화되어 있을 경우, 세척액탱크(8)로부터 세척액을 세척액 스프레이(3)로 광촉매반응기(1) 내부의 상부에서 살수시켜서 각각의 광촉매담체의 사이를 통과한 상향 처리폐가스와 접촉하여 오염원을 흡수하는 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기의 흡수장치; 3) 오염원을 함유한 폐가스를 산화처리하고 비 활성화된 광촉매는 초음파발생장치(2)를 활용한 초음파환경에서 광촉매세척으로 재생됨과 동시에 세척수에 흡수된 오염원을 광촉매반응에 의하여 산화 분해시켜서 세척수를 정화시키는 광촉매담체; 4) 정화된 세척수를 세척액 개폐밸브(5)를 조작하여 배출시켜서 세척액 순환펌프(6)에 의하여 광촉매담체 위의 흡수구간 상부로 재순환시키는 세척액 순환장치로 크게 이루어져 있다.
본 발명의 동시재생식 UV(또는 VIS-)/ 광촉매반응장치는 광촉매반응기를 켠 상태에서 광촉매세척에 의한 광촉매재생과 광촉매반응이 동시에 발생하는 광촉매반응기장치로서, 1)광촉매세척 시에도 광촉매반응에 의한 공기청정기능의 지속성을 유지한다는 점 및 2)처리대상 폐가스에 포함된 오염원의 광촉매산화 및 흡수공정과 오염된 흡수제의 광촉매반응에 의한 정화에 의한 흡수제 재생공정으로 이루어진 하이브리드공정장치라는 점에서 타 기술과 다른 차별성이 있다.
본 발명에서는 도 1과 같이 휘발성 유기화합물이나 악취오염원을 함유한 폐가스는 블로우어(7)에 의하여 송풍되어져서 전기화학적 실시간 농도분석기(13) 및 유량계(14)로 농도 및 유량이 각각 측정되고; 활성화된 광촉매를 충전한 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기만으로 휘발성 유기화합물 및 악취오염원을 함유하는 폐가스를 처리하고; 광촉매가 비활성화되어 있을 경우 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기 운전 중에 세척액탱크(8)로부터 세척액을 세척액 스프레이(3)로 위치에너지를 활용하거나 또는 펌프를 이용해서, 광촉매반응기(1) 내부의 흡수구간에서 충전된 광촉매담체 위의 흡수구간 상부에서 살수하여 작은 액적을 발생시켜서, 각각의 광촉매담체 사이를 통과한 상향 처리폐가스와 접촉하여 오염원을 흡수하고; 오염원을 흡수한 하향 액적은 광촉매표면에서 응집하여 충전된 각각의 비활성화된 광촉매담체 표면 사이를 trickling하면서 세척 및, 초음파발생장치(2)를 이용한 초음파환경에서 재생시키고; 동시에 폐가스에 포함된 오염원 및 세척수에 흡수된 오염원을 재생된 광촉매 반응에 의하여 산화 분해시켜서 정화시키는 동시재생식 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기(1)를 유입된 폐가스가 통과하면서 폐가스에 함유된 휘발성 유기화합물이나 악취오염원이 산화 제거된다. VIS-광원을 활용하는 동시재생식 VIS-광촉매반응기(1)의 외경은, 외부의 가시광선이나 태양광선이 VIS-광촉매반응기 내부로 도달하도록 투명한 유리, 플라스틱 또는 이와 동등한 투명한 재질로 이루어지도록 설계한다. 스프레이(3)로 살수된 세척액은 오염원을 흡수하고 광촉매반응에 의하여 정화되어 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기 하부를 채우고 세척액 개폐밸브(5)를 조작하여 UV(또는 VIS-)/광촉매반응기 밑으로 빠져나가서 세척액 순환펌프(6)에 의하여 세척액 탱크(8)로 순환된다.
도 1은 악취원 및 휘발성 유기화합물을 함유한 폐가스처리를 위한 운전 중 비활성화된 광촉매를 재생시킬 수 있게 설계된 동시 재생식 UV (또는 VIS-) 광촉매반응기를 도시한 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명
1. 동시재생식 UV (또는 VIS-) 광촉매반응기
2. 초음파발생장치
3. 세척액 스프레이
4. 동시재생식 UV (또는 VIS-) 광촉매반응기의 유입폐가스 distributor
5. 세척액 개폐밸브
6. 세척액 순환펌프
7. 폐가스 블로워
8. 세척액 탱크
9. UV(또는 Vis-) 램프
10. 광촉매 또는 광촉매를 함유하는 지지체
11. 처리폐가스
12. 흡수제(액적) 살수펌프
13. 실시간 농도분석기
14. 유량계
Claims (3)
- 휘발성 유기화합물 및 악취오염원을 함유하는 폐가스를 처리하기 위하여 폐가스를 도입하는 폐가스 블로워(7)와 실시간 농도분석기(13)로 이루어진 도입장치;휘발성 유기화합물 및 악취오염원을 함유하는 폐가스를 처리하기 위하여 폐가스를 도입하는 UV 또는 VIS-광촉매반응기 운전 중에 세척액 스프레이(3)로 세척액을 광촉매반응기(1) 내부의 상부에서 살수시켜서 각각의 광촉매담체 사이를 통과한 상향 처리폐가스와 접촉하여 오염원을 흡수하는, 스프레이(3)를 포함한 동시재생식 UV 또는 VIS-광촉매반응기(1)의 상부의 흡수장치;오염원을 함유한 폐가스를 산화처리하고 비 활성화되어 광촉매세척으로 재생됨과 동시에 세척수에 흡수된 오염원을 광촉매반응에 의하여 산화 분해시켜서 세척수를 정화시키는, 동시재생식 UV 또는 VIS-광촉매반응기(1)의 충전된 광촉매담체(10);로 구성된 것을 특징으로 하는 악취 또는 휘발성유기화합물을 함유한 대기나 폐가스를 처리하는 장치
- 제 1항에 있어서 상기 동시재생식 UV 또는 VIS-광촉매반응기에 세척액 개폐밸브, 세척액 순환펌프, 세척액 탱크로 이루어진 세척액 재순환 장치를 부가한;동시재생식 UV 또는 VIS-광촉매반응기 운전 중에 세척액순환이 가능한 것을 특징으로 하는 악취 또는 휘발성유기화합물을 함유한 대기나 폐가스를 처리하는 장치
- 제 1항에 있어서 상기 동시재생식 VIS-광촉매반응기는 외부의 가시광선이나 태양광선이 VIS-광촉매반응기 내부로 도달하도록 투명한 유리 또는 플라스틱의 투명한 재질로 이루어진, VIS-광원을 활용하는 VIS-광촉매반응기의 외경을 특징으로 하는 악취 또는 휘발성유기화합물을 함유한 대기나 폐가스를 처리하는 장치
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