KR101928905B1 - 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설 - Google Patents
오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설은 a) 오염수에 함유된 거대 입자를 제거하는 스크린여과 단계; b) 상기 스크린여과된 오염수를 중공사막의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 미세 물질을 여과하는 한외여과 단계; 및 c) 상기 한외여과된 오염수 내의 오염 물질을, 오염수 분사부, 반응 흡착 촉매부, 자외선 조사부 및 오존생성부를 포함하는 산화반응부를 통해 분해하는 단계;를 포함하는 오염수 정화 방법을 이용함으로써, 오염수의 처리 시 소요되는 비용 및 시간을 최소화할 수 있으면서, 오염수 내 유기 화합물의 분해 반응, 시간 및 처리량을 증대시켜 효율적이고 효과적으로 오염수를 처리할 수 있는 이점이 있으며, 한외여과 시 장기간의 사용에 의해 중공사막의 외면에 이물질이 부착되어 여과 효율이 현저히 저하되는 문제를 방지하여, 여과막의 교체 없이 반영구적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설에 관한 것이다.
최근 들어, 산업의 급속한 발달과 더불어 산업 형태가 더욱 다각화되고 규모가 비대해짐에 따라, 각종 산업체에서 배출되는 산업폐수는 그 양이 더욱 방대하고 그 구성 성분이 훨씬 복잡해짐으로써 심각한 환경오염을 유발하고 있다.
특히 고도의 산업 사회에 들어서면서 물에 대한 문제는 가장 심각하게 대두되고 있다. 국내의 경우, 수자원 수요 현황은 인구증가와 생활수준의 향상, 공업용수의 증가 및 평균 급수량의 증가 등으로 인해, 1998년에는 331억 ton, 2006년에는 351억 ton, 2011년에는 374억 ton 이상으로 해를 거듭할수록 지속적으로 요구되는 수자원 규모가 증가되고 있다. 또한 국제연합(United nations, UN)의 국제 인구행동연구소는 한국을 1 인당 물활용 가능량이 1,470 m3 정도 밖에 안 되는 물부족 국가로 분류하고 있다. 이중 공업용수의 수요량은 2001년 33억 ton에서 2011년 41억 ton으로 급격히 증가하고 있으나, 공업용수는 그 수요량에 비해 공급량이 한정되어 있어 대책이 필요하다.
따라서 수자원의 보전 및 확보를 위하여 경제적이며 환경 친화적인 산업폐수처리 및 재이용 분야에 대한 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.
폐수의 재이용 공정은 생산 공정 및 부대 설비에서 발생되는 폐수를 재이용 목적에 부합되는 용수로 전환하는 시스템을 말하며, 재이용 기술은 정수, 폐수 처리에 적용되는 각 요소 기술들을 대상수의 수질 특성과 경제성을 고려하여 최적의 시스템을 구성하는 기술을 의미한다. 이러한 기술은 공급수 및 배출수의 양이 감소되어 댐 개발 등과 같은 수자원 확보의 효과를 가지며, 수자원의 효율적인 이용에 이바지함과 동시에 하천 등의 수계로 방류되는 오염물질의 양을 감소시켜 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
최근 OH 라디칼의 높은 산화력을 이용하는 고도 산화처리 기술(Advanced Oxidation Process, AOP)은 수중의 유기 오염물질을 CO2와 H2O로 분해하여 2차 오염을 유발하지 않고, 난분해성 물질을 처리할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 고도 산화처리 기술은 효율의 증대를 위해 산화력이 큰 OH 라디칼을 오존, 과산화수소, 자외선, 철염, 이산화티탄 등과 같은 물질을 단독 또는 조합하여 폐수 속의 분자성 유기화합물을 좀 더 효과적으로 분해시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 오염수의 처리 시 소요되는 비용 및 시간을 최소화할 수 있으면서, 오염수 내 유기 화합물의 분해 반응, 시간 및 처리량을 증대시켜 효율적이고 효과적으로 오염수를 처리할 수 있는 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 오염수 내 오염물질 중 난분해성 유기 화합물도 이산화탄소 및 물 등으로까지 효율적으로 분해시킬 수 있는 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 오염수 처리 시 장기간의 사용에 의해 중공사막의 외면에 이물질이 부착되어 여과 효율이 현저히 저하되는 문제를 방지하여, 중공사막의 교체 없이 반영구적으로 운용할 수 있는 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유지, 보수, 설비 등에 필요한 비용을 최소화할 수 있으며, 처리의 대량화 및 상용화에 적합한 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 오염수의 처리 시 처리 약품을 사용하지 않거나 사용하더라도 그 함량을 최소화 할 수 있어 친환경적인 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 오염수 정화 방법은, a) 오염수에 함유된 거대 입자를 제거하는 스크린여과 단계; b) 상기 스크린여과된 오염수를 중공사막의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 미세 물질을 여과하는 한외여과 단계; 및 c) 상기 한외여과된 오염수 내의 오염 물질을 산화반응부를 통해 분해하는 단계;를 포함하며,
상기 c) 단계의 산화반응부는, 상기 b) 단계에서 한외여과된 오염수를 대기 중에 분무하는 오염수 분사부; 상기 분무되는 오염수를 흡착하여 오염 물질을 분해하는 반응 흡착 촉매부; 상기 오염수에 자외선을 조사하는 자외선 조사부; 및 상기 오염수에 오존이 접촉되도록 상기 산화반응부에 오존을 공급하는 오존 공급부;를 포함한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계는, b1) 상기 스크린여과된 오염수를 중공사막의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 미세 물질의 여과를 통해 처리수로 전환하는 여과 단계; 및 b2) 상기 중공사막의 내부에서 외면으로 상기 처리수를 가압 배출하여 중공사막의 외면에 부착된 이물질을 탈착하는 역세정 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 b1) 단계 및 상기 b2) 단계가 교번 반복 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계의 여과는 상기 중공사막이 하나 이상 구비되는 한외여과 모듈을 통해 수행될 수 있으며, 상기 b) 단계는, b3) 상기 한외여과 모듈의 하측에 위치하는 미세기포 공급 모듈을 통해 상기 중공사막의 외면에 미세기포를 공급하는 공기 세정 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 오존 공급부는 무성 방전 단위 셀을 포함하는 오존 생성부와 연결될 수 있으며, 상기 무성 방전 단위 셀은, 전원의 일단과 연결되는 제1전극; 상기 전원의 타단에 연결되고, 망목 구조를 갖는 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성되는 유전체; 및 상기 전극에 상기 전원에 의해 전압이 인가될 시, 상기 유전체에서 상기 제2전극 방향으로 형성되는 방전 영역;을 포함할 수 있으며, 주변 공기의 흐름에 의해 상기 방전 영역에 산소가 공급되어 오존이 생성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 유전체는 기둥 형상일 수 있으며, 상기 유전체는 상기 제1전극의 외주면에 형성되고, 상기 제2전극은 상기 유전체의 외주면에 형성될 수 있으며, 상기 방전 영역은 상기 유전체의 외주면측 및 상기 제2전극의 외주면측으로 형성될 수 있으며, 상기 제1전극은 알루미늄 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 유전체는 상기 제1전극의 외주면부가 양극산화되어 형성되는 알루미늄계 다공성 양극산화막일 수 있으며, 0.45 내지 1.2 kV 사이의 전압을 가지는 1,000 내지 20,000 Hz 사이의 주파수의 교류 전원을 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가하여 오존이 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설은 오염수의 처리 시 소요되는 비용 및 시간을 최소화할 수 있으면서, 오염수 내 유기 화합물의 분해 반응, 시간 및 처리량을 증대시켜 효율적이고 효과적으로 오염수를 처리할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설은 오염수 내 오염물질 중 난분해성 유기 화합물도 이산화탄소 및 물 등으로까지 효율적으로 분해시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설은 오염수 처리 시 장기간의 사용에 의해 중공사막의 외면에 이물질이 부착되어 여과 효율이 현저히 저하되는 문제를 방지하여, 중공사막의 교체 없이 반영구적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설은 유지, 보수, 설비 등에 필요한 비용을 최소화할 수 있으며, 처리의 대량화 및 상용화에 적합한 장점이 있다.
본 발명에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설은 오염수의 처리 시 처리 약품을 사용하지 않거나 사용하더라도 그 함량을 최소화 할 수 있어 친환경적인 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설을 모식화하여 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 오존 생성용 무성 방전 단위 셀의 절개 사시도로, 제1전극, 유전체 및 제2전극의 일면을 각각 절개하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 오존 생성용 무성 방전 단위 셀의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 오존 생성용 무성 방전 단위 셀의 절개 사시도로, 제1전극, 유전체 및 제2전극의 일면을 각각 절개하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 오존 생성용 무성 방전 단위 셀의 전체 사시도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설을 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘오염수’는 정화가 요구되는, 즉, 수처리가 필요한 수자원을 의미하며, 예를 들어 오수, 폐수, 하수, 산업폐수, 생활하수, 등이 있으나, 이에 제한되지 않고 넓은 의미로서 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 오염수 정화 방법은, a) 오염수에 함유된 거대 입자를 제거하는 스크린여과 단계; b) 상기 스크린여과된 오염수를 중공사막(211)의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 미세 물질을 여과하는 한외여과 단계; 및 c) 상기 한외여과된 오염수 내의 오염 물질을 산화반응부(300)를 통해 분해하는 단계;를 포함한다.
본 발명에서는 상기 a) 단계 및 b) 단계를 통하여 거대 입자 및 미세 물질을 포함하는 불순물을 물리적으로 제거하는 물리 여과 공정과, 상기 c) 단계의 산화반응부(300)를 통하여 유기 화합물 등을 포함하는 오염물을 화학적으로 산화 반응시켜 제거하는 화학 산화 공정을 조합하여 오염수를 효과적이고 효율적으로 정화할 수 있다. 이때 상기 c) 단계의 산화반응부(300)는, 상기 b) 단계에서 한외여과된 오염수를 대기 중에 분무하는 오염수 분사부(310); 상기 분무되는 오염수를 흡착하여 오염 물질을 분해하는 반응 흡착 촉매부(320); 상기 오염수에 자외선을 조사하는 자외선 조사부(330); 및 상기 오염수에 오존이 접촉되도록 상기 산화반응부(300)에 오존을 공급하는 오존 공급부(340);를 포함한다.
상기 a) 단계는 이후 b) 단계의 한외여과 효율을 극도로 저하시키고 이후 c) 단계의 산화 반응 효율을 극도로 저하시키거나 산화가 불가능한 거대 입자, 예를 들어 조대(粗大) 고형물, 협잡물 등을 사전에 제거하는 단계이다. a) 단계의 스크린여과에 사용되는 여과막은 b) 단계의 한외여과 효율과 c) 단계의 산화 반응 효율을 상대적으로 크게 저하시킬 정도의 입경을 가지는 거대 입자를 필터할 수 있는 세목(細目) 크기를 가지는 것이라면 무방하다. 따라서 상기 세목 크기는 b) 단계의 한외여과 효율과 c) 단계의 산화 반응 효율을 상대적으로 크게 저하시킬 정도의 입경을 가지는 거대 입자를 여과할 수 있는 정도라면 무방하며, 예컨대 2 mm 이하, 바람직하게는 1 mm 이하, 구체적으로 0.2 내지 1 mm를 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 a) 단계의 스크린여과에 사용되는 장치, 이의 구조 및 규격 등의 구체적 사항은 수처리 분야에서 널리 공지되어 있으므로, 공지된 문헌을 참고하여 적절히 구성하여 본 발명에 적용할 수 있다.
상기 b) 단계는 a) 단계를 거쳐 조대 고형물, 협잡물 등이 제거된 오염수를 한외여과부(200)를 통하여, 상기 오염수 내의 콜로이드 상태의 물질, 부유성 고형물(Suspended solid, SS), 세균, 크립토스포리디움, 지아디아 등의 포낭, 바이러스 등을 포함하는 미세 물질을 여과하여 제거하는 단계이다. b) 단계의 한외여과에 사용되는 여과막은 이후 c) 단계의 산화 반응 효율을 상대적으로 크게 저하시킬 정도의 크기를 가지는 미세 물질을 필터할 수 있는 공극 크기를 가지는 것이라면 무방하다. 따라서 상기 공극 크기는 c) 단계의 산화 반응 효율을 상대적으로 크게 저하시킬 정도의 입경을 가지는 미세 물질을 여과할 수 있는 정도라면 무방하며, 예컨대 500 nm 이하, 바람직하게는 100 nm 이하, 구체적으로 5 내지 100 nm를 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
이러한 조건을 만족하는 바람직한 여과막으로, 내구성이 우수하고 막오염(Fouling)을 최소화할 수 있는 측면에서 중공사막(211)을 예시할 수 있다. 중공사막(211)은 일 예로, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에테르술폰(PES), 폴리술폰(PSf), 폴리이써케톤(PEK), 폴리이써이써케톤(PEEK), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐라이덴 클로라이드(PVDC), 클로린네이트 폴리비닐클로라이드(CPVC), 폴리비닐라이덴플로라이드-헥사플로로프로필렌(PVDF-HFP), 에틸렌클로로트리플로로에틸렌(ECTFE), 이들을 친수화 개질한 것 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자로 제조된 것일 수 있으나, 중공사막(211)은 수처리 분야에서 널리 공지된 것이므로 공지된 문헌을 참고해도 무방하므로, 이에 제한되지 않음은 물론이다.
한외여과에 사용되는 여과막은 하나 또는 둘 이상이 직렬 또는 병렬로 모듈 내에 연결되어 사용될 수 있으며, 이때 바람직하게는 감압 흡수 방법을 통해 여과가 수행될 수 있다. 구체적으로, 오염수를 여과막의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 오염수 내의 미세 물질은 여과막의 외면으로 분리시키며, 미세 물질로부터 분리된 오염수는 여과막의 내부를 통해 집수되어 처리수로 전환될 수 있다.
그러나 중공사막(211) 등을 포함하여, 한외여과에 사용되는 여과막은 스크린여과에 사용되는 것과 비교하여 매우 작은 공극 크기를 가지므로, 유기 화합물, 미생물 등의 미세 물질의 부착 등으로 인하여, 장기간 사용할 경우 공극 막힘에 의한 여과 효율이 현저히 저하되는 유지, 보수가 어렵고 이에 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
따라서 본 발명에서 바람직한 일 예로, 상기 b) 단계는, b1) 상기 스크린여과된 오염수를 여과막의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 미세 물질의 여과를 통해 처리수로 전환하는 여과 단계; 및 b2) 상기 여과막의 내부에서 외면으로 상기 처리수를 가압 배출하여 여과막의 외면에 부착된 이물질을 탈착하는 역세정 단계;를 포함할 수 있다. 구체적으로 도 1을 들어 설명하면, b1) 단계에서 오염수는 정화 흐름 방향(C1)의 경로를 통해 산화반응부(300)로 유입되며, b2) 단계에서 처리수는 역세정 흐름 방향(c2)의 경로를 통해 한외여과부(200)로 재유입되어 역세정이 수행된다.
보다 바람직하게는, 상기 b1) 단계 및 상기 b2) 단계가 교번 반복 수행되는 것이 더 좋을 수 있다. 상기 b2) 단계에서 역세정에 사용되는 세정수는 별도의 세정액이 아닌 상기 b1) 단계에서 여과된 처리수임에 따라, b1) 단계 및 b2) 단계의 교번 반복을 수행하기 위한 별도의 제어 시스템 및 이에 사용되는 장치들을 최소화 할 수 있으며, 이에 따른 설비, 유지, 보수에 소요되는 비용을 최소화할 수 있다. 이를 위해 상기 산화반응부(300)를 거치기 전에 탱크가 더 구비되어, b1) 단계를 거쳐 여과된 처리수를 일정 시간 보관하여 이 처리수를 b2) 단계의 역세정에 바로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 각 흐름이 서로 혼재되지 않도록 다양한 흐름 구조를 구성할 수 있으며, 일 예로 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 b1) 단계의 오염수 흐름과 상기 b2) 단계의 처리수 흐름을 제어하기 위해, 한외여과부(200)와 탱크(500) 사이에 제1 유량 제어부 및 제2 유량 제어부가 설치될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
구체적인 일 예에 있어서, 상기 b1) 단계와 상기 b2) 단계의 여과 및 역세정 시간은 크게 제한되는 것은 아니나, 그 시간의 비가 15~50:1인 것이 바람직할 수 있으며, 일 실시예로 30:1을 들 수 있다. 보다 구체적으로, b1) 단계의 여과시간은 5 내지 25 분, b2) 단계의 역세정 시간은 15 내지 50 초인 것이 바람직할 수 있으며, 일 실시예로, B1) 단계의 여과시간은 15 분, b2) 단계의 역세정 시간은 15 내지 50 초일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
구체적인 일 예에 있어서, 상기 b1) 단계와 상기 b2) 단계의 여과 및 역세정 시의 유량은 크게 제한되는 것은 아니나, 그 유량의 비가 10:12~20인 것이 바람직할 수 있으며, 일 실시예로 10:15를 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
전술한 바와 같이, b1) 단계의 여과 공정 및 b2) 단계의 역세정 공정을 수행함으로써, 미세 물질의 부착, 특히 미세 물질이 장시간 부착되어 고화됨으로써 이후에 탈착이 매우 어려워지는 문제를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
보다 바람직한 일 예에 있어서, 상기 b) 단계의 한외여과 시, 여과막의 하측에 미세기포 공급 모듈(220)이 구비되어 여과막 측으로 미세기포가 공급될 수 있다. 이를 만족할 경우, b2) 단계가 수행되지 않는 b1) 단계에서 미세 물질이 견고히 부착되어 b2) 단계에서도 미세 물질이 탈착되지 않는 경우조차도 발생하지 않도록 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다. 보다 바람직한 일 예로, 상기 b) 단계의 여과는 상기 여과막이 하나 이상 구비되는 한외여과 모듈(210)을 통해 수행될 수 있으며, 상기 b) 단계는, b3) 상기 한외여과 모듈(210)의 하측에 위치하는 미세기포 공급 모듈(220)을 통해 상기 여과막의 외면에 미세기포를 공급하는 공기 세정 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한 미세기포가 여과막의 전체 외면에 접촉될 수 있도록 미세 공기를 넓은 범위로 분산시켜 공급하는 산기관이 구비된 미세기포 공급 모듈(220)이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 한외여과 모듈(210)이 다수일 경우, 상기 b3) 단계는 공기 세정에 소요되는 동력을 절감하기 위하여, 제1 한외여과 모듈(210)에 미세기포를 공급할 시 제2 한외여과 모듈(210)은 미세기포의 공급을 차단하고, 제2 한외여과 모듈(210)에 미세기포를 공급할 시 제1 한외여과 모듈(210)은 미세기포의 공급을 차단하는 사이클릭 공기 세정(Cyclic aeration) 방식으로 운용할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계는, b4) 여과막의 내부에서 외면으로 약품 세정액을 가압 배출하여 여과막의 외면에 형성될 수 있는 유기물 퇴적, 미생물 증식 등에 의한 파울링을 방지하기 위한 유지세정(Maintenance cleaning) 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 b4) 단계는 간헐적으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 여과 또는 역세정 시 특정 운전 압력 값을 벗어났을 때 수행될 수 있으며, 일 예로 70 kPa 이상을 들 수 있다. 또한 유지세정 이후에는 약품이 잔류하지 않도록 세척하는 단계가 더 수행될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 b4) 단계에서, 약숨 세정액은 구연산, 차아염소산나트륨 등의 세정 약품을 포함하는 수용액일 수 있으며, 이는 수처리 분야에서 널리 공지된 것이므로 이를 참고해도 무방하다.
바람직한 일 예로, 상기 산화반응부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스크린여과부(100) 또는 탱크로부터 배출되는 오염수가 유입되어 오염수를 대기 중에 분무하는 오염수 분사부(310); 상기 오염수 분사부(310)의 하측에 위치하되, 오염수를 흡착하여 오염 물질을 분해하고 미반응물 또는 반응물을 탈착하는 반응 흡착 촉매부(320); 및 상기 반응 흡착 촉매부(320)의 하측에 위치하되, 오염수, 미반응물 또는 반응물에 자외선을 조사하는 자외선 조사부(330); 및 상기 오염수에 오존을 공급하는 오존 공급부(340)를 포함할 수 있다. 자외선 조사부(330)는 오염수 분사부(310) 및 반응 흡착 촉매부(320) 사이에 위치할 수 있음에 따라 단위 면적당 조사 광량이 일정하게 유지되어 오염물질의 산화 반응을 통한 분해가 효과적으로 일어나도록 한다.
이렇게 산화반응부(300)를 거침으로써, 오존, 촉매 및 자외선 등이 상호작용으로 생성된 OH 라디칼로 인한 산화 반응을 극대화할 수 있어, 생성되는 중간 생성물 및 나아가 하나 이상의 산화 반응이 단계적으로 더 진행됨에 따라 최종적으로 물, 이산화탄소 등으로 분해되어 오염수를 효과적이고 효율적으로 정화함에도 이에 소요되는 에너지 및 비용을 최소화할 수 있다. 따라서 경제적인 것은 물론 친환경적인 공정이 가능한 효과가 있다.
전술한 반응 및 분해는 발열 과정으로 반응 흡착 촉매부(320)의 온도를 상승시키는 원인이 되며, 이는 촉매의 탈착 과정을 증가시키는 요인이 된다. 따라서 반응 흡착 촉매부(320)의 상측에 위치하는 오염수 분사부(310)로부터 하측으로 분사되는 오염수에 의해 촉매를 냉각하는 효과가 구현된다.
상기 오염수 분사부(310)은 액상 매질을 분무할 수 있는 것이라면 공지된 다양한 것들이 사용되어도 무방하며, 예를 들어 하나 또는 복수의 스프레이 노즐을 포함하는 스크러버 장치를 들 수 있다. 분무되는 오염수의 입자 크기, 분무량 등의 구체적 조건은 적절히 조절될 수 있으며, 이를 위한 수단 및 장치 또한 공지된 문헌을 참고하여도 무방하다.
상기 자외선 조사부(330)는 자외선을 조사할 수 있는 것이라면 무방하며, UV 램프로 검색하면 다양한 것들이 시판되는 것을 확인할 수 있으므로, 이들을 사용하여도 무방하다. 자외선량, 자외선 파장 범위 등의 구체적 조건은 적절히 조절될 수 있으며, 이를 위한 수단 및 장치 또한 공지된 문헌을 참고하여도 무방하다.
상기 반응 흡착 촉매부(320)는 오염수 내의 오염물질을 흡착할 수 있는 것이라면 무방하며, 예컨대 활성탄, 제올라이트, 점토 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 흡착제가 사용될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 활성탄은 분말활성탄(Pulverized Activated Carbon, PAC), 입상활성탄(Granular Activated Carbon, GAC), 섬유상활성탄(Activated Carbon Fiber, ACF) 또는 이들의 혼합 활성탄 등이 사용될 수 있다. 이때 상기 흡착제는 산화 반응을 촉진하는 촉매가 도포, 침지 또는 담지된 것일 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 촉매는 산화 반응을 더욱 촉진하기 위한 측면에서 광촉매가 일 수 있으며, 예컨대 티타늄, 망간, 텅스텐, 은, 아연, 주석, 철, 백금, 팔라듐, 몰리브덴, 붕소, 니오븀, 이들의 산화물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
바람직한 일 예로, 상기 반응 흡착 촉매부(320)는, 상기 흡착제를 포함하는 촉매층 및 상기 촉매층의 하측으로 적층되는 활성탄층을 포함할 수 있다. 활성단층이 실제 산화 반응이 일어나는 촉매층의 하측에 위치함으로써, 오존 및 OH 라디칼을 포함할 수 있는 오염수가 반응 흡착 촉매부(320)의 하측으로 배출될때까지의 걸리는 시간을 증대시킬 수 있어, 미반응되는 경우를 최소화할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘촉매층’ 및 ‘활성탄층’의 두께, 규격, 구성 등의 구체적 조건은 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어 촉매 또는 흡착제를 포함하는 단위 흡착부재가 다수 배열되거나, 다수 이격 배열된 것일 수 있으며, 이는 공지된 문헌을 참고해도 무방하다.
전술한 바와 같이, 오염수는 자외선 조사부(330)의 자외선이 조사되고 오존 공급부(340)를 통해 오존이 공급되는 상태에서 산화반응부(300) 내의 오염수 분사부(310) 및 반응 흡착 촉매부(320)를 순차적으로 거쳐 산화반응부(300)의 하부로 정화된다. 이렇게 정화된 정화수는 산화반응부(300)의 하부에 위치할 수 있는, 구체적으로 반응 흡착 촉매부(320)의 하측에 위치할 수 있는 정화수 배출부를 통해 배출된다. 이때 오염수의 정화가 더 필요한 경우에, 상기 배출되는 정화수를 상기 오염수 분사부(310)로 순환시킬 수 있다. 상기 정화수는 도 1의 순환 흐름 방향(C3)의 경로를 통해 오염수 분사부(310)으로 재유입되며, 이러한 순환 구조를 가지는 반응산화부를 통해 보다 효과적이로 효율적으로 오염수를 정화할 수 있다.
본 발명에서 오염수, 처리수, 정화수 등의 흐름을 강제하기 위해 펌프가 더 사용될 수 있으며, 펌프의 설치 위치, 펌프의 종류, 규격 등은 수처리 분야에서 널리 공지된 것이므로, 이를 참고하여도 무방하다.
상기 오존 공급부(340)는 후술하는 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)을 포함하는 오존 생성부(400)와 연결되는 것이 바람직하다. 오존 생성부(400)에서 생성된 오존은 도 1에서와 같이 오존 흐름 방향(C4)의 경로를 통해 산화반응부(300)로 공급된다.
이하 무성 방전 단위 셀(341) 및 이를 포함하는 오존 생성부(400)를 상세히 설명한다.
종래의 오존 생성 장치는 공기가 장치의 내부 또는 내측으로 유입되어, 장치의 내부 또는 내측에서 방전 영역을 형성하는 구조를 가졌다. 따라서 협소할 수밖에 없는 장치의 내부 또는 내측에서 공기가 분해되는 반응을 거쳐 오존이 생성됨에 따라, 방전 효율이 높더라도 그에 필요한 만큼의 양의 공기가 지속적으로 유입되기가 어려워 오존 생성 효율이 저하되는 문제가 있었다. 따라서 별도의 유체 가속 장치 등이 더 구비되어야 하고 이에 따른 에너지가 더 소요되므로, 비용의 증가는 물론 시설 부피 및 중량이 증가하는 문제가 있었다.
또한 전압을 인가하는 특성상 장치에 발열이 필연적으로 발생하게 되며, 장치의 내부 또는 내측으로 방전 영역이 형성되므로, 방열 효율이 떨어져 별도의 방열 장치 및 냉각 장치가 더 구비되어야 하는 문제가 있었다. 이 또한 비용의 증가는 물론 시설 부피 및 중량이 증가하는 문제를 일으킨다.
전술한 바와 같이, 종래의 오존 생성 장치는 장치의 내부 또는 내측으로 공기가 유입되는 구조를 가짐에 따라, 공기 유제 역학적 흐름 특성 및 방열 특성이 현저히 떨어지는 한계가 있다.
그러나 상기 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341) 및 이를 포함하는 오존 생성 장치는 오존이 생성되는 방전 영역이 셀의 외부 노출면 방향으로 형성되어 주변 공기의 흐름에 의해 산소가 자동 공급될 수 있음에 따라, 별도의 유체 가속 장치 없이도 공기 유입 속도가 높은 방전 효율에 따른 필요 공기 유량을 만족할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라 방전 영역이 셀 및 장치의 외부 및 외측에서 형성되므로, 별도의 방열 장치 없이도 주위의 자유 공기 흐름에 의해 방열 특성이 우수한 효과가 있다.
상기 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)은, 전원의 일단과 연결되는 제1전극(341a); 상기 전원의 타단에 연결되고, 망목 구조를 갖는 제2전극(341c); 상기 제1전극(341a)과 상기 제2전극(341c) 사이에 형성되는 유전체(341b); 및 상기 전극에 전압이 인가될 시, 상기 유전체(341b)에서 상기 제2전극(341c) 방향으로 형성되는 방전 영역;을 포함한다. 이때 주변 공기의 흐름에 의해 상기 방전 영역에 산소가 공급되어 오존이 생성될 수 있다.
바람직한 일 예에 있어서, 상기 제1전극(341a), 상기 제2전극(341c) 및/또는 상기 유전체(341b)는 기둥 형상인 것이 좋다. 이때 상기 유전체(341b)는 상기 제1전극(341a)의 외주면에 형성될 수 있고, 상기 제2전극(341c)은 상기 유전체(341b)의 외주면에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 방전 영역은 상기 유전체(341b)의 외주면측 및 상기 제2전극(341c)의 외주면측으로 형성되게 된다. 이를 만족할 경우, 제1전극(341a)이 판형의 경우와 비교하여 공기의 흐름에 대한 저항을 최소화 할 수 있어, 보다 높은 효율로 방전 영역에 공기가 유입되도록 유도될 수 있다. 유전체(341b)는 제1전극(341a)의 외주면의 전체에 형성될 수도 있고, 외주면의 일부 영역에 형성될 수도 있으므로, 제한되지 않으나, 방전 효율 측면에서 제1전극(341a)의 외주면 전체에 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 제2전극(341c)은 유전체(341b)의 외주면의 전체에 형성될 수도 있고, 외주면의 일부 영역에 형성될 수도 있으므로, 제한되지 않으나, 방전 효율 측면에서 유전체(341b)의 외주면 전체에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 기둥 형상의 단면 형태, 즉, 기둥 형상의 테두리 모양은 제한되지 않으며, 예컨대 원형, 타원형, n각형(n은 2 이상), 완곡도가 서로 다른 복수의 호가 서로 연결된 형태, 하나 이상의 선과 하나 이상의 호가 서로 연결된 형태 등의 다양한 것들을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다. 또한 상기 기둥 형상의 단면 형태는 일반적인 닫힌 모양이 아닌 열린 형태, 예를 들어 일단에서 타단 방향, 즉, 기둥 형상의 길이 방향으로 연속 또는 비연속한 홈이 형성될 수도 있음은 물론이다.
상기 제1전극(341a)은 기둥 형상일 수 있으며, 이때 일단과 타단이 관통된 관형 형상일 수도 있고, 일단과 타단이 막히거나, 관형 형상과 같은 내부 공간이 없는 기둥 형상일 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 제1전극(341a)이 기둥 형상일 경우, 일단과 타단이 관통된 관형 형상인 것이 좋다. 여기서 ‘관형’은 기둥의 길이 방향으로 일단과 타단이 관통된 기둥 형태, 즉, 사전적 의미를 가지며, 이때 기둥의 단면, 즉, 기둥의 테두리 모양은 상기와 같이 제한되지 않는다. 이를 만족할 경우, 공기의 흐름 저항을 더 최소화할 수 있는 것은 물론, 주위 공기 흐름에 의한 공랭을 더 유도하여 방열 특성이 보다 향상될 수 있다. 이때 상기 제1전극(341a)은 평균 내부직경이 1 내지 5 mm, 일 실시예로 22 mm일 수 있으나, 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
또한 상기 제1전극(341a)이 일단과 타단이 폐쇄된 상태이거나, 관형 형상과 같은 내부 공간이 애초에 없는 기둥 형상일 경우에, 셀의 외측으로 노출되는 방전 영역으로 주위 공기 흐름을 보다 원활히 할 수 있어 오존 생성 효율을 더 높일 수 있다.
바람직한 일 예에 있어서, 상기 유전체(341b)는 알루미늄계 다공성 양극산화막인 것이 좋다. 이를 만족할 경우, 유전체(341b)의 유전상수 및 유전율이 높아 방전 효율이 보다 향상된다. 구체적으로, 상기 유전체(341b)는 유전상수가 20 내지 70일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
따라서 상기 제1전극(341a)은 알루미늄 금속으로 형성되는 것이 좋다. 제1전극(341a)이 알루미늄 금속일 경우, 제1전극(341a)인 알루미늄 금속의 표면부를 유전체(341b)인 알루미늄계 다공성 양극산화막으로 전환할 수 있으므로, 제1전극(341a)과 유전체(341b) 간의 계면 결합력을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 제1전극(341a)의 외측에 형성되는 유전체(341b)를 알루미늄계 다공성 양극산화막으로 쉽게 제조할 수 있다.
즉, 보다 바람직한 일 예에 있어서, 상기 유전체(341b)는 알루미늄 금속인 상기 제1전극(341a)의 표면부(외주면부)가 양극산화되어 형성되는 알루미늄계 다공성 양극산화막인 것이 좋다.
알루미늄계 다공성 양극산화막(Porous anodic oxide film, PAOF)은 금속의 표면 처리 기술 중 하나인 양극산화 기술(Anodization)에 해당하며, 이를 이용하여 금속 표면에 다양하고 규칙적인 나노구조를 형성할 수 있다. 특히 상기 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)의 제1전극(341a)인 알루미늄 금속에 적용될 경우, 전술한 바와 같이, 알루미늄 금속의 표면부에 형성되는 알루미늄계 다공성 양극산화막이 유전체(341b)로 작용하여 높은 효율로 오존을 생성할 수 있다.
상기 알루미늄계 다공성 양극산화막은 중심부가 빈 기둥(통상 6각 기둥) 형태의 셀들이 촘촘히 모인 벌집 구조를 이루는 다공 구조를 가진다. 유전체(341b)인 알루미늄계 다공성 양극산화막은 제1전극(341a)과 접하여 존재하므로 이 사이에 별도의 이격 공간은 없고, 상기 유전체(341b)와 제2전극(341c) 사이에 이격 공간 없을 수 있더라도, 상기 양극산화막이 다공 구조를 가짐에 따라 오존이 생성되는 방전 영역이 유전체(341b)의 외측 및 상기 제2전극(341c)의 외측으로 셀의 외부 노출면 방향으로 형성이 가능하도록 한다. 따라서 제1전극(341a)과 유전체(341b)와의 이격거리가 존재하지 않고 제2전극(341c)과 유전체(341b)와의 이격거리가 존재하지 않을 수 있더라도 방전 효율에 전혀 문제가 되지 않는다. 따라서 셀 및 장치의 단위 부피당 오존 생성량을 더 증대시킬 수 있는 것은 물론, 특히 셀 및 장치의 외부 노출면으로 방전 영역이 형성되도록 할 수 있다. 이러한 구조에 의해 종래에서 방전 영역을 장치의 외부로 할 수 없었던 문제의 극복이 가능한 특징이 있다.
상기 알루미늄계 다공성 양극산화막의 빈 기둥 형태의 셀의 직경은 크게 제한되지 않으나, 50 내지 300 ㎚일 수 있다. 상기 셀의 중심부의 세공의 직경은 크게 제한되지 않으나 상기 셀의 직경이 1/3 내지 1/2일 수 있다. 상기 셀의 높이(양극산화막의 두께)와 상기 세공 직경의 비는 약 500 내지 1,500일 수 있다. 그러나 이러한 수치는 알루미늄계 다공성 양극산화막의 제조 방법, 구체적으로 상기 제조 방법에서 후술하는 용액의 조성, 온도, 전압 등의 변수에 따라 제어할 수 있으므로, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다. 구체적인 일 예로, 묽은 황산을 포함하는 양극산화용 용액에서 성장한 20 내지 50 ㎛ 두께의 알루미늄계 다공성 양극산화막의 경우 세공의 직경은 20 ㎚ 일 수 있다.
상기 알루미늄계 다공성 양극산화막은 공지된 양극산화 기술을 이용하면 무방하므로, 그 제조 방법에 제한을 두지 않으며, 이의 구체적인 방법을 이후에 후술한다.
본 발명에서 유전체(341b)가 알루미늄계 다공성 양극산화막일 경우, 그 두께를 nm 단위로 제조할 수 있음에도 단위 부피당 두께가 균일하도록 제조할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1전극(341a)이 알루미늄 금속일 경우에 제1전극(341a) 및 유전체(341b) 간 계면의 치밀성을 극단적으로 확보할 수 있으므로, 내마모성, 내충격성 등의 기계적 강도 및 화학 안정성이 우수한 효과가 있다. 따라서 두께를 nm 단위로 매우 작게 하여 방전 효율을 증가시킬 수 있음에도 지속적으로 오존을 생성할 수 있는 구조 안정성을 유지할 수 있다.
상기 유전체(341b)가 알루미늄계 다공성 양극산화막이면서 상기 제1전극(341a)이 일단과 타단이 관통된 관형 형상의 알루미늄 금속일 때, 제1전극(341a)의 일단과 타단을 폐쇄한 후 이를 양극산화 용액에 침지하고 양극산화할 경우, 제1전극(341a)의 내면의 표면부가 알루미늄계 다공성 양극산화막으로 전환되는 것을 방지하므로, 제1전극(341a)의 내면을 알루미늄 금속 상태로서 유지할 수 있다. 이후 제1전극(341a)의 일단과 타단을 개방함으로써, 제1전극(341a)의 내면인 알루미늄 금속에 쉽게 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유전체(341b)의 평균 두께는 크게 제한되지 않지만, 예컨대 0.3 내지 5 ㎛, 구체적으로 0.5 내지 3 ㎛인 것이 적절한 기계적 강도 및 방전 효율 측면에서 좋을 수 있다. 구체적인 일 실시예로 유전체(341b)의 평균 두께는 1.2 ㎛일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 제2전극(341c)은 상기 유전체(341b)의 외측에 형성되면 무방하며, 일 예로 유전체(341b)의 외측을 감싸 형성될 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 제1전극(341a)이 기둥 형상일 경우에, 상기 유전체(341b) 또한 기둥 형상으로 제1전극(341a)의 외주면부에 형성되므로, 제2전극(341c)은 유전체(341b)의 외주면을 감싸 형성될 수 있다.
상기 제2전극(341c)의 형상은 일반적으로 알려진 그물 형상, 네트워크 형상을 의미하며, 구체적으로 제2전극(341c)은 전도성 재질의 선 및 상기 선들의 교차에 의해 형성되는 망목을 포함하는 망목 구조의 망형 전극일 수 있다. 여기서 ‘망목’은 폭이 존재하는 선과 선이 서로 교차하여 상기 선을 테두리로 함과 동시에 상기 선의 폭을 측벽으로 하여 형성되는 홈을 의미한다. 망목의 장폭은 전극에 인가되는 전압, 요구 오존 생성량 등에 따라 적절히 조절될 수 있으므로 크게 제한되지 않으나, 예컨대 0.05 내지 5 mm, 구체적으로 0.1 내지 5 mm를 들 수 있다. 상기 제2전극(341c)이 이러한 망목 구조를 가질 경우, 오존이 생성되는 방전 영역이 유전체(341b)의 표면의 외측, 유전체(341b)와 제2전극(341c) 사이 또는 제2전극(341c)의 망목을 포함함으로써, 공기 흐름 저항을 최소화할 수 있고, 방열 특성을 보다 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 방전 영역을 셀 및 장치의 외측으로 형성되도록 하는 구조를 가질 수 있도록 한다.
또한 상기 제2전극(341c)은 유전체(341b)와 접하여 존재할 수도 있지만, 이격하여 존재할 수도 있고, 일부분이 접하고 일부분이 이격하여 존재할 수도 있다. 이때 제2전극(341c)과 유전체(341b)가 이격할 경우에 이 이격공간의 폭은 0.1 내지 3 mm, 구체적으로 0.18 내지 1.7 mm일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 제2전극(341c)의 재질은 전기가 잘 통하는 전도성 물질이라면 무방하고, 예를 들어, 구리, 철, 크롬, 니켈 또는 이들의 합금(스테인리스 등) 등에서 선택될 수 있으며, 부식에 강한 스테인리스인 것이 바람직할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 전원은 다양한 교류 전원이 사용될 수 있으나, 효율 측면에서 0.45 내지 1.2 kV 사이의 전압을 가지는 교류 전원일 수 있으며, 1,000 내지 20,000 Hz 사이의 주파수를 가질 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
종래 오존 생성 장치는 전술한 다양한 문제들로 인해 6 내지 15 kV 사이의 고전압의 전원이 사용될 수밖에 없었으나, 전술한 구조를 만족할 경우, 바람직한 일 예로, 상기 제1전극(341a)이 기둥 형상의 알루미늄 금속으로 형성되고, 상기 유전체(341b)가 상기 제1전극(341a)의 외주면에 형성되며, 상기 제2전극(341c)이 상기 유전체(341b)의 외주면에 형성되고, 상기 유전체(341b)가 알루미늄계 다공성 양극산화막일 경우, 0.45 내지 1.2 kV 사이의 저전압의 전원이 사용될 수 있음에도 요구되는 오존 생성 효율을 만족할 수 있다. 따라서 고전압의 경우와 비교하여 고주파 전원 공급 장치의 최대 전압 사양, 사이즈, 규격, 중량, 부피 및 가격을 현저히 감소시킬 수 있어, 유지, 보수, 설비 등에 필요한 비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 여기서 요구되는 오존 생성 효율이라 함은 현실적으로 대량화하여 장치를 구동하여 이익을 실현할 수 있는 통상의 정도를 의미한다.
상술한 바와 같이, 상기 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341) 및 이를 포함하는 오존 생성 장치는 전술한 특징적 구성을 가짐에 따라, 주변 공기의 흐름에 의해 냉각될 수 있는 자유 공랭 방식을 채택할 수 있으며, 인가되는 전원 또한 저전압임에 따라 발생하는 코로나 방전에 의해 셀의 온도 자체가 크게 증가하지 않는 효과가 있다.
상기 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)은 하나로서 단독으로 사용될 수도 있지만, 다수가 직렬 또는 병렬로 배치되어 사용될 수 있다. 따라서 대량화 및 상용화에 유리한 큰 이점이 있다. 특히 협소한 공간에 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)을 다수 배치하더라도, 각 셀들의 방열 특성이 우수하고 셀과 셀 사이의 공간에서 방전 영역이 형성되므로, 이를 통해 자유롭게 공기가 흐름으로써 높은 방열 효과 및 높은 방전 효율을 기대할 수 있다. 구체적인 일 예로, 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)을 다수 이격 배치할 수 있으며, 이때 상기 셀의 길이방향을 기준으로 이들을 2차원적으로 병렬 배치할 수 있으며, 3차원적으로 적층하여 배치할 수도 있다. 셀의 배치 시 별도의 지지부재 위에 다수의 상기 셀들을 고정할 수 있으며, 다수의 지지부재를 높이 방향으로 이격하여 위치시킨 후 이들 위에 상기 셀들을 배열하여 고정할 수 있다.
또한 상기 오존 생성 장치는 상기 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 더 포함할 수 있다. 하지만 이 외에 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)을 구동하기 위하여 필요한 것들은 기 공지된 것들이므로, 상기 셀을 포함하는 오존 생성 장치에 이들이 더 포함될 수 있으며, 이는 공지된 문헌을 참고하면 된다.
상기 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)의 사용 방법은 종래의 오존 생성 장치의 사용 방법을 이용할 수 있으나, 0.45 내지 1.2 kV 사이의 저전압의 전원으로 구동 가능한 점에서 큰 차이가 있다. 즉, 본 발명의 일 예에 따른 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)의 사용 방법은, 0.45 내지 1.2 kV 사이의 전압을 가지는 교류 전원을 상기 제1전극(341a) 및 상기 제2전극(341c)에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 교류 전원의 주파수는 크게 제한되는 것은 아니나, 1,000 내지 20,000 Hz일 수 있다. 일반적으로 1,000 내지 20,000 Hz의 고주파수를 가지는 교류 전원이 적용될 경우, 6 내지 15 kV의 고전압에서 사용될 수밖에 없는 종래의 오존 생성 장치는 상기 고주파수의 교류 전원을 이용하기 위해서 전압 사양, 중량, 크기 및 가격이 매우 높은 고주파 전원 공급 장치가 사용될 수밖에 없다. 따라서 비용적인 측면에서도 효율적이지 못하며, 수처리 공정의 대량화 및 상용화가 현실적으로 어려운 한계가 있다. 하지만 본 발명에서는 전술한 바와 같이 0.45 내지 1.2 kV 사이의 저전압에서도 높은 오존 생성 효율로 구동할 수 있음에 따라 비용적인 측면에서 매우 유리하고 대량화 및 상용화가 용이한 장점이 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 유전체(341b)가 알루미늄계 다공성 양극산화막이면서 상기 제1전극(341a)이 관형 형상의 알루미늄 금속일 경우에, 제1전극(341a)의 내주면이 알루미늄 금속이면서, 제1전극(341a)의 외주면이 알루미늄계 다공성 양극산화막이 되도록 쉽게 제조할 수 있으며, 이의 구체적 방법은 다음과 같다.
바람직한 본 발명의 일 예에 따른 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)의 제조 방법은, s1) 관형의 알루미늄 제1전극(341a)의 일단 및 타단의 개구부를 폐쇄하는 단계, s2) 개구부가 폐쇄된 관형의 알루미늄 제1전극(341a)을 양극산화 용액에 침지하고 양극산화하여 상기 제1전극(341a)의 외주면부를 알루미늄계 다공성 양극산화막으로 전환하여 제1전극-양극산화막 복합체를 제조하는 단계 및 s3) 상기 제1전극-양극산화막 복합체의 외주면의 적어도 일부와 관형의 제2전극(341c)의 내주면의 적어도 일부가 접하도록 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 관형의 제2전극(341c)은 상기 제1전극-양극산화막 복합체의 외주면을 덮도록 하는 금속선이 교차 형성된 망형 구조를 가지는 망상 전극일 수 있다. 상기 오존 생성용 무성 방전 단위 셀(341)은 개구부가 페쇄된 상태에서 사용될 수도 있지만, 전술한 바와 같이 개방된 상태에서도 사용될 수 있으므로, s4) 상기 s2) 단계와 상기 s3) 단계 사이 또는 상기 s3) 단계 이후에, 상기 관형의 알루미늄 제1전극(341a)의 일단 및 타단의 개구부를 개방하는 단계를 더 거칠 수 있다.
상기 s1) 단계에서 관형의 제1전극(341a)의 개구부를 폐쇄하는 구체적 방법은, 용액이 상기 개구부를 통해 제1전극(341a)의 내부로 흐르지 않을 정도로 개폐 수단을 이용하여 폐쇄하는 방법이라면 무방하며, 구체적인 일 예로 플라스틱, 고무 등의 재질의 마개를 이용하여 제1전극(341a)의 개구부를 폐쇄할 수 있다.
상기 s2) 단계의 양극산화 방법은, 구체적인 일 예로서 다음과 같으나 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다. 구체적인 일 실시예에 따르면, 0.1~5M H2SO4 등의 양극산화 용액에 알루미늄 금속을 침지하고 아르곤 등의 비활성 분위기에서 양극산화하며, 상기 용액은 기준전극과 보조전극을 각각 칸막이로 세 부분으로 구획될 수 있다. 이때 기준전극으로 포화 Ag, AgCl 등이 사용될 수 있고 보조전극으로 Pt 등이 사용될 수 있다. 양극산화 시간 및 전압은 양극산화막의 요구 두께를 만족할 정도로 적절히 조절될 수 있다. 상기 용액의 조성, 조성비, pH, 온도, 전압 등의 변수는 기 공지된 알루미늄 금속의 양극 산화 방법을 참고하면 되며, 금속 표면 처리 분야에서 알루미늄 금속을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 방법은 널리 알려진 기술에 해당하므로, 이를 사용해도 무방하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 무성 방전 단위 셀은, 요구 이상의 오존 생성 효율을 만족하면서도 저전압에서 운전이 가능한 효과가 있으며, 기계적 강도 및 화학적 안정성이 우수하여 운전 시 유전체에 온도 편차가 심하게 유발되더라도 전극과 유전체 간 팽창률 차이에 의한 유전체의 박리, 크랙, 홀 생성 등의 변형 및 파손에 대한 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한 기계적 강도 및 화학적 안정성을 유지하면서도 유전체의 두께를 nm 단위의 수준으로 매우 얇게 형성 가능하며, 그 두께의 균일성 또한 우수한 효과가 있다. 아울러 산소, 공기 등의 유체의 유량을 가속하기 위한 별도의 수단 및 냉각 장치가 수반되지 않으면서도 요구 이상의 오존 생성 효율을 만족하는 효과가 있다. 뿐만 아니라 유지, 보수, 설비 등에 필요한 비용을 최소화할 수 있으며, 오염수의 처리를 위한 대량화 및 상용화에 적합한 효과가 있다.
100 : 스크린여과부, 200 : 한외여과부,
210 : 한외여과 모듈, 211 : 중공사막,
220 : 미세기포 공급 모듈, 300 : 산화반응부,
310 : 오염수 분사부, 320 : 반응 흡착 촉매부,
330 : 자외선 조사부, 340 : 오존 공급부,
341 : 무성 방전 단위 셀, 341a : 제1전극,
341b : 유전체, 341c : 제2전극,
400 : 오존 생성부, 500 : 탱크,
610 : 제1 유량 제어부, 620 : 제2 유량 제어부,
630 : 제3 유량 제어부,
C1 : 정화 흐름 방향, C2 : 역세정 흐름 방향,
C3 : 순환 흐름 방향, C4 : 오존 흐름 방향
210 : 한외여과 모듈, 211 : 중공사막,
220 : 미세기포 공급 모듈, 300 : 산화반응부,
310 : 오염수 분사부, 320 : 반응 흡착 촉매부,
330 : 자외선 조사부, 340 : 오존 공급부,
341 : 무성 방전 단위 셀, 341a : 제1전극,
341b : 유전체, 341c : 제2전극,
400 : 오존 생성부, 500 : 탱크,
610 : 제1 유량 제어부, 620 : 제2 유량 제어부,
630 : 제3 유량 제어부,
C1 : 정화 흐름 방향, C2 : 역세정 흐름 방향,
C3 : 순환 흐름 방향, C4 : 오존 흐름 방향
Claims (5)
- a) 오염수에 함유된 거대 입자를 제거하는 스크린여과 단계;
b) 상기 스크린여과된 오염수를 중공사막의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 미세 물질을 여과하는 한외여과 단계; 및
c) 상기 한외여과된 오염수 내의 오염 물질을 산화반응부를 통해 분해하는 단계;
를 포함하는 오염수 정화 방법으로서,
상기 c) 단계의 산화반응부는,
상기 b) 단계에서 한외여과된 오염수를 대기 중에 분무하는 오염수 분사부;
상기 분무되는 오염수를 흡착하여 오염 물질을 분해하는 반응 흡착 촉매부;
상기 오염수에 자외선을 조사하는 자외선 조사부; 및
상기 오염수에 오존이 접촉되도록 상기 산화반응부에 오존을 공급하는 오존 공급부;
를 포함하며,
상기 b) 단계는,
b1) 상기 스크린여과된 오염수를 중공사막의 외면에서 내부로 감압 흡수하여 미세 물질의 여과를 통해 처리수로 전환하는 여과 단계;
b2) 상기 중공사막의 내부에서 외면으로 상기 처리수를 가압 배출하여 중공사막의 외면에 부착된 이물질을 탈착하는 역세정 단계; 및
b3) 상기 한외여과 모듈의 하측에 위치하는 미세기포 공급 모듈을 통해 상기 중공사막의 외면에 미세기포를 공급하는 공기 세정 단계;
를 포함하며,
상기 b1) 단계 및 상기 b2) 단계가 교번 반복 수행되며,
상기 b) 단계의 여과는 상기 중공사막이 하나 이상 구비되는 한외여과 모듈을 통해 수행되며,
상기 오존 공급부는 무성 방전 단위 셀을 포함하는 오존 생성부와 연결되며,
상기 무성 방전 단위 셀은,
전원의 일단과 연결되되, 알루미늄 금속으로 형성되는 제1전극;
상기 전원의 타단에 연결되고, 망목 구조를 갖는 제2전극;
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성되는 유전체; 및
상기 전극에 상기 전원에 의해 전압이 인가될 시, 상기 유전체에서 상기 제2전극 방향으로 형성되는 방전 영역;
을 포함하며,
주변 공기의 흐름에 의해 상기 방전 영역에 산소가 공급되어 오존이 생성되며,
상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 유전체는 기둥 형상이며,
상기 유전체는 상기 제1전극의 외주면에 형성되고, 상기 제2전극은 상기 유전체의 외주면에 형성되며,
상기 방전 영역은 상기 유전체의 외주면측 및 상기 제2전극의 외주면측으로 형성되며,
상기 유전체는 상기 제1전극의 외주면부가 양극산화되어 형성되는 알루미늄계 다공성 양극산화막이며,
0.45 내지 1.2 kV 사이의 전압을 가지는 1,000 내지 20,000 Hz 사이의 주파수의 교류 전원을 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 인가하여 오존이 공급되는 것을 특징으로 하는 오염수 정화 방법. - 삭제
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| KR1020180085124A KR101928905B1 (ko) | 2018-07-23 | 2018-07-23 | 오염수의 정화 방법 및 이를 이용한 정화 시설 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102001834B1 (ko) * | 2019-03-26 | 2019-07-22 | (주) 테크윈 | 휘발성 유기화합물 분해용 전극 및 이를 이용하는 휘발성 유기화합물 제거 시스템 |
| KR102036263B1 (ko) * | 2019-03-04 | 2019-10-25 | (주)테크윈 | 휘발성 유기화합물의 제거 장치 |
| CN111977858A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-11-24 | 广东工业大学 | 一种用于污水处理的净化装置 |
| CN112456632A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-09 | 江苏治水有数环保科技有限公司 | 一种臭氧催化氧化废水处理装置及处理方法 |
| CN112897676A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-04 | 山东建筑大学 | 一种基于雾化高级氧化处理废水装置和方法 |
| CN112897784A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-04 | 山东建筑大学 | 一种雾化联合紫外催化氧化净水方法与装置 |
| KR20220100140A (ko) * | 2021-01-07 | 2022-07-15 | 한국건설기술연구원 | 자외선 및 오존 미세기포를 이용한 기포부상식 수처리시스템 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000195645A (ja) * | 1998-12-24 | 2000-07-14 | Hideo Kameyama | 放電用電極及びそれを用いたオゾン発生装置 |
| JP2010247120A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Japan Organo Co Ltd | 浸漬型膜分離装置の運転方法 |
-
2018
- 2018-07-23 KR KR1020180085124A patent/KR101928905B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000195645A (ja) * | 1998-12-24 | 2000-07-14 | Hideo Kameyama | 放電用電極及びそれを用いたオゾン発生装置 |
| JP2010247120A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Japan Organo Co Ltd | 浸漬型膜分離装置の運転方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102036263B1 (ko) * | 2019-03-04 | 2019-10-25 | (주)테크윈 | 휘발성 유기화합물의 제거 장치 |
| KR102001834B1 (ko) * | 2019-03-26 | 2019-07-22 | (주) 테크윈 | 휘발성 유기화합물 분해용 전극 및 이를 이용하는 휘발성 유기화합물 제거 시스템 |
| CN111977858A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-11-24 | 广东工业大学 | 一种用于污水处理的净化装置 |
| CN112456632A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-09 | 江苏治水有数环保科技有限公司 | 一种臭氧催化氧化废水处理装置及处理方法 |
| CN112456632B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-10-31 | 江苏治水有数环保科技有限公司 | 一种臭氧催化氧化废水处理装置及处理方法 |
| KR20220100140A (ko) * | 2021-01-07 | 2022-07-15 | 한국건설기술연구원 | 자외선 및 오존 미세기포를 이용한 기포부상식 수처리시스템 |
| KR102512015B1 (ko) * | 2021-01-07 | 2023-03-21 | 한국건설기술연구원 | 자외선 및 오존 미세기포를 이용한 기포부상식 수처리시스템 |
| CN112897676A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-04 | 山东建筑大学 | 一种基于雾化高级氧化处理废水装置和方法 |
| CN112897784A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-04 | 山东建筑大学 | 一种雾化联合紫外催化氧化净水方法与装置 |
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