KR101006780B1 - 고도산화법에 의한 오폐수 처리장치 - Google Patents

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Abstract

고도산화처리공정에 의한 오폐수 처리장치는 광촉매가 함유된 오폐수가 저장되는 오폐수 저장조; 상기 오폐수 저장조로부터 공급된 오폐수가 내측벽면을 따라 분사되어 하향으로 선회운동을 함으로써 내측벽면에 광촉매층을 형성하는 싸이클론 분리기; 상기 싸이클론 분리기의 내측에 배치되어 방전을 일으킴으로써 오존을 발생시키는 방전극; 상기 싸이클론 분리기의 내부에 구비되어 자외선을 상기 광촉매에 조사함으로써 광촉매반응에 의하여 라디칼을 발생시키는 자외선 발생부; 상기 오폐수 저장조와 싸이클론 분리기의 사이에 배치되어, 상기 광촉매를 오폐수 저장조에서 싸이클론 분리기로 순환시키는 순환부; 상기 싸이클론 분리기의 내부로 공기를 공급하는 폭기부; 그리고 상기 싸이클론 분리기에 연결되어 과산화수소를 상기 싸이클론 분리기에 공급함으로써 하이드록실 라디칼을 발생시키는 과산화수소 공급부를 포함하며, 상기 싸이클론 분리기의 내부에 분사된 광촉매 및 과산화수소와, 고압방전에 의하여 발생된 상기 오존과 상기 자외선이 서로 반응함으로써 고도산화반응이 복합적으로 진행됨으로써 하이드록실 라디칼이 발생될 수 있다.
Figure R1020080088257
고도, 산화, 광촉매, 과산화수소, 이산화티탄, 자외선, 오존

Description

고도산화법에 의한 오폐수 처리장치{APPARATUS FOR GENERATING RADICAL BY ADVANCED OXIDATION PROCESS}
본 발명은 오폐수 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 싸이클론 분리기의 내부에 이산화티탄 광촉매 및 과산화수소를 공급하고, 자외선 및 오존과 반응시킴으로써 복합적인 고도산화처리공정에 의하여 라디칼을 발생시켜서 난분해성 오폐수를 정화처리할 수 있는 오폐수 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 오폐수 처리장치는 공장이나 가정 등에서 배출되는 오폐수에 함유된 유해물질이나 오염물질을 제거하는 장치이다.
이러한 오폐수 처리장치는 공장 폐수, 생활폐수 등 다양한 오폐수를 물리적 처리 (스크리닝, 침사, 응결, 침강분리, 부상분리, 흡착 등), 화학적 처리(중화, 폭기, 산화, 환원, 이온교환 등), 생물학적 처리 (살수여상법, 활성슬러지법, 혐기성 소화법, 호기성 소화법 등)등의 공정을 통하여 정화처리한다.
특히, 최근에는 다양한 유기화합물들이 합성되고 있으며, 이러한 유기화합물의 다수는 자연환경에서 잘 분해되지 않고 활성슬러지 등의 생물학적 처리과정 중에서도 분해되기 어려운 난분해성 유기물이다.
이러한 난분해성 유기물은 재래식 생물학적 처리공정이나, 자연환경에서 미생물에 의한 분해가 잘되지 않는 물질이며, BOD / CODCr비가 낮은 물질일수록 난분해성이다.
상기 난분해성 유기물은 구체적으로는 방향족 벤젠고리 화합물과, 할로겐화 유기화합물로 구분되며, 방향족 벤젠고리 화합물은 클로로 벤젠, 니트로벤젠, 데카하이드로 나프탈렌, 벤젠, 크레졸 등을 포함한다. 그리고, 할로겐화 유기화합물은 트리클로로 에틸렌(TCE)과, 퍼클롤로 에틸렌(PCE) 등을 포함한다.
그리고, 이러한 난분해성 유기물들은 기존의 하수처리장 시설로는 처리하기가 쉽지 않으며, 보다 개량된 생물학적 처리공정 혹은 물리학적 처리공정에 의하여 정화처리될 수 있다.
즉, 생물학적 처리공정은 활성탄 흡착, 펜턴산화법, 오존처리(O3), 광촉매 및 UV 조사, 고활성 미생물 균주를 이용한 공정등을 포함하며, 물리학적 공정은 2단 폭기 방식, 회분식 활성오니법, 혐기성 여상 등의 공정을 포함한다.
이러한 처리공정에 있어서, 상기 생물학적 처리공정은 설비 투자비가 높지 않고 운전비가 저렴하여 가장 보편적으로 산업폐수 및 오수, 하수의 처리에 적용되고 있으나, 대상 폐수가 생물학적으로 난분해성을 갖거나 독성을 보이는 경우에는 적용이 불가능하다.
그리고, 물리학적 처리공정은 생물학적으로 처리되지 않는 난분해성물질을 제거할 수 있으나, 슬러지 발생량이 많고, 처리효율을 일정수준으로 올리기 위하여 약품의 투입을 크게 증가시켜야 하는 문제점이 있다.
따라서, 기존의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 난분해성 유해 오염 물질에 대한 고도처리의 일환으로 고도 산화 공정(Advanced Oxidation Process:AOP)이 제안되고 있다.
상기 고도 산화공정이란 보통의 산화공정에서 사용하는 산화제보다 강력한 산화력을 가지는 하이드록실 라디칼을 반응기 중에 생성시켜 이 하이드록실 라디칼이 오폐수에 함유되어 있는 유기화합물을 CO2나 H2O 등의 무해한 화합물로 분해시키는 공정을 의미한다.
이러한 고도 산화공정은 다양한 오폐수 처리장치, 즉, 광촉매를 이용하거나, 오존(O3)에 pH를 조절하거나, 과산화수소(H2O2), 자외선 (UV) 등으로 처리하여 산화력을 증대시키는 오폐수 처리장치에 의하여 진행될 수 있다.
특히, 광촉매를 이용하는 오폐수 처리장치는 탱크형상의 반응기에 광촉매와 자외선 램프(UV Ramp)를 동시에 적용함으로써 자외선이 오폐수중에 함유된 광촉매에 조사되어 화학반응에 의하여 하이드록실 라디칼을 발생시키고, 이 하이드록실 라디칼을 오폐수에 공급하여 정화처리한다.
그러나, 이러한 오폐수 처리장치는 자외선이 조사되는 경우, 탱크형상의 반응기에 저장된 오폐수중에 함유된 광촉매에 자외선이 충분히 도달하기 어려워 하이드록실 라디칼의 발생율이 낮음으로써 오폐수 처리효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 자외선램프로부터 조사된 자외선이 사방으로 퍼짐으로써 효율적으로 광촉매에 도달하기 어려운 문제점이 있다.
그리고, 슬러리 형태의 광촉매는 별도의 순환수단이 구비되지 않음으로써 사용된 광촉매를 다시 회수하여 재사용하는 것이 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래의 고도산화처리공정은 광촉매에 자외선을 조사하여 라디칼을 발생시키거나, 오존에 pH를 조절하여 라디칼을 발생시키거나, 과산화수소에 자외선을 조사하여 라디칼을 발생시키는 공정이 각각 이루어짐으로써 라디칼을 다량으로 발생시키는 것이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광촉매가 함유된 오폐수를 싸이클론 분리기에 공급하여 원심력에 의하여 광촉매가 얇은층을 형성하도록 함으로써 자외선이 용이하게 광촉매에 도달되어 라디칼의 생성량이 증가될 수 있는 오폐수 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 싸이클론 분리기의 내부에 이산화티탄 광촉매 및 과산화수소를 공급하고, 자외선 및 오존과 반응시킴으로써 복합적인 산화처리공정에 의하여 라디칼을 발생시켜서 난분해성 오폐수를 효율적으로 정화처리할 수 있는 오폐수 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 싸이클론 분리기에 순환수단을 구비하여, 광촉매를 재사용할 수 있는 오폐수 처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 자외선을 반사시키는 반사판을 구비함으로써 자외 선이 보다 효율적으로 조사될 수 있는 오폐수 처리장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치는 광촉매가 함유된 오폐수가 저장되는 오폐수 저장조; 상기 오폐수 저장조로부터 공급된 광촉매가 함유된 오폐수가 내측벽면을 따라 분사되어 하향으로 선회운동을 함으로써 원심력에 의하여 내측벽면에 광촉매층을 얇게 형성하고, 상기 오폐수가 상기 오폐수 저장조로 복귀되는 싸이클론 분리기; 상기 싸이클론 분리기의 내측에 배치되어 방전을 일으킴으로써 오존을 발생시키는 방전극; 상기 싸이클론 분리기의 내부에 구비되어 자외선을 상기 광촉매에 조사함으로써 광촉매반응에 의하여 라디칼을 발생시키는 자외선 발생부; 상기 오폐수 저장조와 싸이클론 분리기의 사이에 배치되어, 상기 광촉매를 오폐수 저장조에서 싸이클론 분리기로 순환시키는 순환부; 상기 싸이클론 분리기의 내부로 공기를 공급하는 폭기부; 그리고 상기 싸이클론 분리기에 연결되어 과산화수소를 상기 싸이클론 분리기에 공급함으로써 상기 과산화수소와 자외선 및 오존의 반응에 의하여 하이드록실 라디칼을 발생시키는 과산화수소 공급부를 포함하며, 상기 싸이클론 분리기의 내부에 분사된 광촉매 및 과산화수소와, 고압방전에 의하여 발생된 상기 오존과 상기 자외선이 서로 반응함으로써 오존/과산화수소반응과, 오존/UV 반응과, 과산화수소/UV 반응과, 광촉매를 이용한 고도산화반응이 복합적으로 진행됨으로써 하이드록실 라디칼이 발생될 수 있는 오폐수 처리장치를 제공한다.
본 발명에 따른 오폐수 처리장치는 싸이클론 분리기의 내부에 이산화티탄 광촉매 및 과산화수소를 공급하고, 자외선 및 오존과 반응시킴으로써 복합적인 산화처리공정에 의하여 라디칼을 효율적으로 발생시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 광촉매가 함유된 오폐수를 싸이클론 분리기에 공급하여 원심력에 의하여 광촉매가 얇은층을 형성하도록 함으로써 자외선이 용이하게 광촉매에 도달되어 라디칼의 생성량이 증가될 수 있는 장점이 있다.
또한, 싸이클론 분리기에 순환수단을 구비하여, 광촉매를 재사용할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 자외선 램프의 인접위치에 반사판을 설치함으로써 자외선의 반사효율을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 오폐수 처리장치의 구조를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 오폐수 처리장치의 구조를 도시하는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 오폐수 처리장치는 오폐수 저장조(1)와; 상기 오폐수 저장조(1)로부터 공급된 광촉매가 내측벽면을 따라 분사되어 하향으로 선회운동을 함으로써 상기 오폐수 저장조(1)로 복귀되는 싸이클론 분리기(3)와; 상기 싸이클론 분리기(3)의 내부에 구비되어 자외선을 상기 광촉매에 조사함으로써 광촉매반응에 의하여 라디칼을 발생시키는 자외선 발생부(5)와; 상기 오폐수 저장조(1)와 싸이클론 분리기(3)의 사이에 배치되어, 상기 광촉매를 오폐수 저장조(1)에서 싸이클론 분리기(3)로 순환시키는 순환부(7)와; 상기 싸이클론 분리기(3)의 내부로 공기를 공급하는 폭기부(9)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 오폐수 처리장치에 있어서, 상기 오폐수 저장조(1)는 일정 용적을 갖음으로써 광촉매가 혼합된 오폐수가 슬러리 상태로 저장될 수 있다. 이때, 상기 광촉매는 다양한 광촉매가 포함될 수 있지만, 바람직하게는 이산화티탄(TiO2)이 포함된다.
상기 이산화티탄은 빛을 흡수하여 활성화되며, 특히, 자외선 영역중 약 380-385nm 파장 이하의 빛을 흡수하여 활성화됨으로써 OH라디칼이 발생된다.
또한, 이러한 오폐수는 광촉매가 슬러리(Slurry) 상태, 즉, TiO2와 같은 고체 입자가 오폐수와 같은 액체 속에 현탁되어 있는 진흙상태의 혼합물이다.
그리고, 상기 광촉매가 혼합된 오폐수(이하, 오폐수)는 순환부(7)에 의하여 오폐수 저장조(1)와 싸이클론 분리기(3) 사이를 순환하게 된다.
즉, 상기 순환부(7)는 오폐수를 오폐수 저장조(1)로부터 흡입하여 배출하는 순환펌프(11)와, 상기 순환펌프(11)로부터 공급된 광촉매를 상기 폭기부(9)로부터 공급된 공기와 혼합하여 싸이클론 분리기(3)에 분사하는 이젝터(13)를 포함한다.
상기 이젝터(13)는 도 2에 도시된 바와 같이, 폭기부(9)로부터 공급된 공기가 노즐(15)의 일측에 구비된 유입홀(21)을 통하여 노즐(15)의 내부로 공급된다. 공기가 노즐(15)을 고속으로 통과하는 경우, 순환펌프(11)로부터 공급된 오폐수가 압력차에 의하여 흡입구(19)를 통하여 흡입될 수 있다. 그리고, 공기와 오폐수가 혼합된 상태에서 디퓨저(17)를 통하여 분사될 수 있다.
따라서, 상기 오폐수는 이젝터(13)에 의하여 싸이클론 분리기(3)의 내부에 분사되며, 분사된 오폐수는 싸이클론 분리기(3)의 내측벽면(33;도4)을 따라 하방으로 선회한다.
이러한 싸이클론 분리기(3)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 광촉매가 혼합된 슬러리 상태인 오폐수가 공급되는 케이스(23)와, 상기 케이스(23)의 일측에 연결되어 오폐수가 분사되는 분사구(25)와, 상기 케이스(23)의 타측에 연결되어 케이스(23) 내부에서 발생된 라디칼이 배출되는 배출구(27)와, 상기 케이스(23)의 하부에 구비되어 하부로 흘러내린 오폐수가 배출되는 유출구(29)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 싸이클론 분리기(3)에 있어서, 상기 분사구(25)를 통하여 오폐수가 케이스(23)의 내부에 유입되면, 오폐수가 케이스(23)의 내측벽면(33)을 따라 하방으로 선회운동을 하게 된다.
상기 오폐수는 원심력에 의하여 싸이클론 분리기(3)의 내측벽면(33)에 집중됨으로써 얇은 두께의 층을 형성함으로써 오폐수중에 함유된 광촉매도 얇은 광촉매층을 형성한다. 이때, 상기 광촉매층의 두께는 자외선이 완전히 투과되어 광촉매와 자외선이 충분히 반응할 수 있을 정도의 두께가 바람직하다.
따라서, 상기 자외선 발생부(5)로부터 조사된 자외선이 얇은 두께로 균일하게 퍼진 상태의 광촉매층에 용이하게 도달될 수 있다.
그리고, 상기 자외선 발생부(5)은 UV램프(Ultraviolet Lamp)를 포함하며, 이 러한 UV램프는 지지대(30)에 의하여 케이스(23)의 내부에 고정될 수 있다.
또한, 상기 UV램프는 바람직하게는 메탈할라이드 램프(Metal Halide Lamp)를 포함할 수 있다. 상기 메탈 할라이드 램프는 수은증기 및 할로겐화물(halogenide)에 의하여 아크 방전을 일으킴으로써 265 ~ 420 nm 파장대의 범위에서 연속적인 자외선을 방사하는 램프이다. 이 메탈 할라이드 램프는 수은 UV 램프에 비하여, 자외선 및 적외선 발생효율이 매우 높은 램프이다.
따라서, 이러한 UV램프로부터 자외선이 조사되며, 조사된 자외선은 광촉매층에 조사됨으로써 하이드록실 라디칼을 생성시킨다.
이러한 하이드록실 라디칼 생성과정을 보다 상세하게 설명하면, UV램프에 의한 자외선이 촉매인 TiO2에 에너지를 공급하면 TiO2의 전도대에 전자를 방출시키고 TiO2의 표면에는 정공을 생성시킨다.
그리고, 방출된 전자는 물속의 전자수용체(electron acceptor)인 용존산소 혹은 과산화수소 등과 반응하여 과산화이온을 형성하게 된다.
e- + O2 → O2-
이 과산화이온은 물분자와 반응하여 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical)을 생성한다.
2O2- + 2H2O → 2·OH + 2OH- + O2
상기 자외선 발생부(5)는 상기한 형상에 한정되는 것은 아니고, 도 5에 도시된 바와 같이 배치될 수도 있다. 즉, UV램프(50)가 다수개가 배치되고, UV 램 프(50)가 배치된 위치의 내측에 반사판(54)이 구비될 수 있다. 이때, UV램프(50)는 다수개가 원형으로 배치되고, 반사판(54)이 일정 각도로 절곡된 형상을 갖는다. 그리고, 반사판(54)의 내측에 방전극(52)이 배치될 수 있다.
따라서, UV램프(50)가 발광되는 경우, 자외선이 이 반사판(50)에 의하여 반사됨으로써 보다 효율적으로 자외선을 광촉매에 조사할 수 있다.
다시, 도 1 내지 도 4를 참조하면, TiO2의 표면에 생성된 정공(h)에서는 아래와 같은 반응과정에 의하여 물분자 또는 용존된 하이드록실 라디칼을 형성하거나 직접 유기화합물과 반응하여 분해한다.
h+ + H2O → ·OH + H+
h+ + OH- → ·OH
따라서 방출된 전자 및 정공 모두 각각 환원 및 산화작용에 의하여 하이드록실 라디칼을 생성하며, 이 하이드록실 라디칼이 아주 강력한 산화제로서 난분해성 화합물과, NOx, SOx, 휘발성 유기화합물, 축산폐수, 오수등의 유기화합물을 CO2와 H2O로 분해하게 된다.
Organic compounds + ·OH → H2O + CO2
이러한 하이드록실 라디칼은 싸이클론 분리기(3)의 배출구(27)를 통하여 외부로 배출되며, 반응조(r)에 공급되어 난분해성 화합물, 혹은 오폐수를 정화처리한다.
그리고, 싸이클론 분리기(3)의 하부로 낙하한 오폐수는 오폐수 저장조(1)로 복귀되며, 순환부(7)에 의하여 다시 싸이클론 분리기(3)로 공급될 수 있음으로 재사용이 가능하다.
한편, 상기 싸이클론 분리기(3)의 내부에는 방전극(31)이 배치됨으로써 고전압 인가시 방전이 발생된다. 이러한 방전극(31)은 싸이클론 분리기(3)의 내부에 배치되며, 접지극 역활을 하는 케이스(23)의 내측벽면(33)과 일정 거리 떨어진다.
따라서, 상기 방전극(31)에 고전압이 인가되는 경우, 방전극(31)과 케이스(23)의 내측벽면(33) 사이 공간에 방전이 발생된다. 이때, 펄스폭이 짧은 고전압이 인가되므로 질량이 가벼운 전자가 가속되어 이온상태로 변형되고, 다시 불완전 전자의 형태인 라디칼 및 오존이 생성된다.
결과적으로, 1차적으로 광촉매와 자외선의 반응에 의하여 하이드록실 라디칼이 발생되고, 2차적으로 방전극(31)에 의한 방전에 의하여 라디칼 및 오존이 발생된다.
그리고, 오존은 자외선을 흡수하여 광분해되는 오존/UV AOP (Photolysis)반응반응에 의하여 OH 라디칼이 발생된다. 즉,
O3 +hυ→ O + O2
O + H2O → 2HO
또한, 상기한 바와 같은 오존의 광분해 반응 과정에서 과산화수소가 아래의 반응에 의하여 중간물질로 생성된다.
O₃+ hυH₂0 →H2O2+ O₂
그리고, 상기 폭기부(9)는 바람직하게는 루츠 브로어를 포함하며, 상기 이젝터(13)로 산소를 공급한다.
따라서, 상기 폭기부(9)로부터 공급된 산소는 상기한 바와 같이, 이젝터(13)의 노즐(15) 및 디퓨저(17)를 고속으로 통과하고, 이때, 순환펌프(11)에 의하여 공급된 오폐수가 압력차이에 의하여 흡입구(19)를 통하여 이젝터(13)의 내부로 흡입될 수 있다.
한편, 상기 싸이클론 분리기(3)에는 과산화수소 공급부(36)가 추가적으로 연결됨으로써 과산화수소와 물을 싸이클론 분리기(3)에 공급할 수 있다.
즉, 상기 과산화수소 공급부(36)는 물과 과산화수소를 저장하는 저장조(38)와, 상기 저장조(38)에 연결되어 물과 과산화수소를 상기 싸이클론 분리기(3)에 정량씩 공급하는 정량펌프(40)와, 상기 슬러리 저장조(1)에 구비되어 슬러리의 수위를 감지하여, 증발되는 슬러리의 양만큼 정량펌프(40)를 구동시켜 물과 과산화수소를 싸이클론 분리기(3)에 공급하는 수위 조절기(42)를 포함한다.
이러한 구조를 갖는 과산화수소 공급부에 있어서, 상기 저장조(38)의 내부에는 물과 과산화수소가 혼합된 상태로 저장된다. 그리고, 저장조(38) 일측에는 밸브(44)가 구비됨으로써 필요한 물과 과산화수소를 충전시킬 수 있다.
또한, 저장조(38)의 내부에는 교반부재(45)가 구비됨으로써 물과 과산화수소를 효율적으로 혼합시킬 수 있다. 이러한 교반부재(45)는 저장조(38)의 상부에 구 비된 모터(46)와, 상기 모터(46)에 연결되어 회전가능한 블레이드(48)를 포함한다.
따라서, 상기 모터(46)가 구동되는 경우, 블레이드(48)가 회전함으로써 물과 과산화수소가 혼합될 수 있다.
또한, 상기 수위 조절기(42)는 슬러리의 수위를 감지하는 감지센서를 포함하며, 슬러리의 수위를 감지하여 상기 정량펌프(40)에 신호를 송출한다.
이와 같이, 혼합된 물과 과산화수소의 혼합유체가 정량펌프(40)에 의하여 싸이클론 분리기(3)의 내부로 공급된다.
그리고, 상기 과산화수소는 싸이클론 분리기(3)의 내부에서 활성화됨으로써 하이드록실 라디칼이 생성된다.
즉, 과산화수소가 자외선에 의해 광분해되는 과산화수소/UV AOP (Photolysis)반응에 의하여 하이드록실 라디칼이 생성될 수 있다. 즉,
H2O2 + HO2- → H2O + O2 + HO·
이때, 과산화수소의 광분해속도는 pH가 높을수록 증가한다.
또한, 과산화수소는 UV램프의 점등시 발생된 열과, 폭기부(9)로 부터 공급된 산소에 의한 압축열에 의하여 가열된 싸이클론 분리기(3)의 내부를 냉각시킨다.
그리고, 상기 과산화수소는 고압방전에 의하여 발생된 오존과 반응하는 오존/과산화수소(Peroxone AOP) 반응에 의하여 하이드록실 라디칼을 발생시킨다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 싸이클론 분리기(3)의 내부에는 고압방전에 의하여 오존(O3)이 발생되고, 이 오존과 과산화수소 (H2O2)는 아래와 같은 반응이 일어난다.
즉, H2O2 + O3 → HO + HO2 + O2
HO + O3 → HO2 + O2
HO2 + O3 → HO + 2O2
따라서, 오폐수에 과산화수소가 첨가되고, 오존처리 하면 하이드록실 라디칼이 발생됨으로써 난분해성 화합물과의 반응이 가능해진다.
이와 같이, 과산화수소가 싸이클론 분리기로 공급되어 OH라디칼 생성과정이 진행되면 슬러리상태의 오폐수가 증발된다.
따라서, 상기 수위조절기(42)가 상기 슬러리 저장조(1)에 구비되어 오폐수의 수위를 감지하여, 증발되는 오폐수의 양만큼 정량펌프(40)를 구동시켜 물과 과산화수소를 싸이클론 분리기(3)에 공급한다.
상기한 바와 같이, 싸이클론 분리기(3)의 내부에 산화력을 증대시키는 복합산화과정, 즉, 오존/과산화수소(Peroxone AOP) 반응과, 오존/UV AOP (Photolysis)반응과, 과산화수소/UV AOP (Photolysis)반응과, 광촉매를 이용한 AOP 반응이 복합적으로 진행됨으로써 하이드록실 라디칼이 효율적으로 발생될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치의 작동과정이 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명된다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 싸이클론 분리기(3)에 의하여 라디칼을 발생시키는 경우, 먼저 폭기부(9)를 구동시킨다.
폭기부(9)가 구동되는 경우, 폭기부(9)로부터 공급된 산소가 이젝터(13)를 통과하며, 이 과정에서 산소가 이젝터(13)를 고속으로 통과함으로서 압력차이에 의하여 슬러리 저장조에 저장된 이산화티탄 광촉매가 혼합된 오폐수를 흡입한다.
따라서, 이산화티탄 광촉매가 혼합된 오폐수가 싸이크론 분리기(3)의 내부에 분사된다.
그리고, 분사된 오폐수는 싸이클론 분리기(3)의 내측벽면(33)을 따라 하방으로 선회운동을 하게 된다.
하방으로 선회운동을 하는 오폐수는 싸이클론 분리기(3)의 내측벽면(33)에 얇은 두께의 층을 형성함으로써 광촉매도 얇은층을 형성한다.
이때, 상기 싸이클론 분리기(3)의 내부에 구비된 자외선 발생부(5)으로부터 자외선이 조사되고 있는 상태이다.
따라서, UV램프로부터 조사된 자외선은 얇은 두께의 광촉매층에 보다 효율적으로 도달되어 광촉매 반응을 보다 활성화시킴으로써 다량의 하이드록실 라디칼이 발생된다.
이러한 광촉매 반응을 보다 상세하게 설명하면, UV램프에 의한 자외선이 촉매인 이산화티탄에 에너지를 공급하면 이산화티탄의 전도대에 전자가 방출되고, 이산화티탄의 표면에는 정공이 생성된다.
그리고, 방출된 전자는 오폐수중의 전자수용체(electron acceptor)인 용존산소 혹은 과산화수소 등과 반응하여 과산화이온을 형성하게 된다. 이 과산화이온은 물분자와 반응하여 하이드록실 라디칼을 생성한다.
또한, 이산화티탄의 표면에 생성된 정공에서는 물분자 또는 용존된 하이드록실 라디칼을 형성하거나 유기 화합물과 반응하여 분해된다.
따라서, 방출된 전자 및 정공 모두 각각 환원 및 산화작용에 의하여 하이드록실 라디칼을 생성하며, 이 하이드록실 라디칼이 아주 강력한 산화제로서 난분해성 화합물과, NOx, SOx, 휘발성 유기화합물, 축산폐수, 오수등의 유기화합물을 CO2와 H2O로 분해하게 된다.
상기와 같이 광촉매 반응이 완료된 후, 광촉매는 싸이클론 분리기(3)의 내측벽면(33)을 따라 하부로 낙하하여 오폐수 저장조(1)로 복귀된다.
그리고, 오폐수 저장조(1)로 순환펌프(11)에 의하여 다시 싸이클론 분리기(3)로 공급됨으로써 상기의 하이드록실 라디칼 생성과정을 반복하게 된다.
한편, 상기 싸이클론 분리기(3)의 내부에는 방전극(31)이 배치됨으로써 고전압 인가시 방전이 발생된다. 이러한 방전극(31)은 싸이클론 분리기(3)의 내부에 배치되며, 접지극 역활을 하는 케이스(23)의 내측벽면(33)과 일정 거리 떨어진다.
따라서, 상기 방전극(31)에 고전압이 인가되는 경우, 방전극(31)과 케이스(23)의 내측벽면(33) 사이 공간에 방전이 발생된다. 이때, 펄스폭이 짧은 고전압이 인가되므로 질량이 가벼운 전자가 가속되어 이온상태로 변형되고, 다시 불완전 전자의 형태인 라디칼 및 오존이 생성된다.
결과적으로, 1차적으로 광촉매와 자외선의 반응에 의하여 하이드록실 라디칼이 발생되고, 2차적으로 방전극(31)에 의한 방전에 의하여 라디칼 및 오존이 발생 된다. 그리고, 오존은 자외선을 흡수하여 광분해됨으로써 OH 라디컬이 발생된다.
한편, 상기 정량펌프(40)가 구동됨으로써 과산화수소 저장조로부터 과산화수소와 물이 싸이클론 분리기(3)로 공급된다. 이때, 상기 싸이클론 분리기(3)는 방전극(31)에 의하여 방전이 발생됨으로써 오존이 발생된 상태이다.
따라서, 오존과 과산화수소가 서로 반응함으로써 과산화수소가 활성화되어 OH, HO2 라디칼이 생성된다.
그리고, 싸이클론 분리기(3)의 내부에서 오존과 자외선이 서로 반응함으로써 오존이 자외선 에너지에 의하여 광분해되어 과산화수소가 중간물질로 생성된다.
생성된 과산화수소는 상기한 바와 같이 활성화됨으로써 하이드록실 라디칼을 생성하게 된다.
상기한 바와 같이, 싸이클론 분리기(3)의 내부에서는 산화티타늄과 자외선의 반응, 오존과 과산화수소의 반응, 오존과 자외선의 반응 등이 복합적으로 진행됨으로써 하이드록실 라디칼이 다량으로 발생될 수 있다.
따라서, 이러한 하이드록실 라디칼을 반응조(r)에 공급하여 오폐수중에 함유된 난분해성 유기물을 산화반응에 의하여 분해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고도산화법에 의한 오폐수 처리장치의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 이젝터의 내부구조를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 싸이클론 분리기의 내부구조를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 "A-A" 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 싸이클론 분리기의 내부 구조의 다른 실시예를 보여주는 단면도이다.

Claims (5)

  1. 광촉매가 함유된 오폐수가 저장되는 오폐수 저장조;
    상기 오폐수 저장조로부터 공급된 광촉매가 함유된 오폐수가 내측벽면을 따라 분사되어 하향으로 선회운동을 함으로써 원심력에 의하여 내측벽면에 광촉매층을 형성하고, 상기 오폐수가 상기 오폐수 저장조로 복귀되는 싸이클론 분리기;
    상기 싸이클론 분리기의 내측에 배치되어 방전을 일으킴으로써 오존을 발생시키는 방전극;
    상기 싸이클론 분리기의 내부에 구비되어 자외선을 상기 광촉매층에 조사함으로써 광촉매반응에 의하여 라디칼을 발생시키는 자외선 발생부;
    상기 오폐수 저장조와 싸이클론 분리기의 사이에 배치되어, 상기 광촉매를 오폐수 저장조에서 싸이클론 분리기로 순환시키는 순환부;
    상기 싸이클론 분리기의 내부로 공기를 공급하는 폭기부; 그리고
    상기 싸이클론 분리기에 연결되어 과산화수소를 상기 싸이클론 분리기에 공급함으로써 상기 과산화수소와 자외선 및 오존의 반응에 의하여 하이드록실 라디칼을 발생시키는 과산화수소 공급부를 포함하며,
    상기 과산화수소 공급부는 물과 과산화수소를 저장하는 저장조와;
    상기 저장조의 내부에 구비되며, 상기 저장조의 상부에 구비된 모터와, 상기 모터에 연결되어 회전가능한 블레이드로 이루어짐으로써 상기 물과 과산화수소를 교반시키는 교반부재와;
    상기 저장조에 연결되어 상기 물과 과산화수소를 상기 싸이클론 분리기에 정량씩 공급하는 정량펌프와; 그리고
    상기 오폐수 저장조에 구비되어 상기 오폐수의 수위를 감지하여, 증발되는 상기 오폐수의 양만큼 상기 정량펌프를 구동시켜 상기 물과 과산화수소를 상기 싸이클론 분리기에 공급하는 수위 조절기를 포함하며,
    상기 싸이클론 분리기의 내부에 분사된 광촉매 및 과산화수소와, 고압방전에 의하여 발생된 상기 오존과 상기 자외선이 서로 반응함으로써 오존/과산화수소반응과, 오존/UV 반응과, 과산화수소/UV 반응과, 광촉매를 이용한 고도산화반응이 복합적으로 진행됨으로써 하이드록실 라디칼이 발생되어 오폐수를 정화처리할 수 있는 오폐수 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 싸이클론 분리기는 슬러리 상태의 오폐수가 공급되는 케이스와;
    상기 케이스의 일측에 연결되어 오폐수가 분사되는 분사구와;
    상기 케이스의 타측에 연결되어 케이스의 내부에서 발생된 라디칼이 배출되는 배출구와; 그리고
    상기 케이스의 하부에 구비되어 하부로 흘러내린 오폐수가 배출되어 상기 오폐수 저장조로 공급되는 유출구를 포함하는 오폐수 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 순환부는 상기 광촉매를 오폐수 저장조로부터 흡입하여 배출하는 순환펌프와; 그리고
    상기 순환펌프로부터 공급된 오폐수를 상기 폭기부로부터 공급된 공기와 혼합하여 상기 싸이클론 분리기에 분사하는 이젝터를 포함하는 오폐수 처리장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 발생부는 UV램프와, 상기 UV램프의 내측에 구비되어 자외선을 반사키는 반사판을 포함하는 오폐수 처리장치.
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