KR101987067B1 - UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템 및 제거방법 - Google Patents

UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템 및 제거방법 Download PDF

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Abstract

외부로부터 공급된 VOCs 함유 가스가 통과하면서 산화제가 포함된 흡수액에 의해 흡수되도록 하고, 일부 VOCs를 산화시키는 세정탑유닛과, 세정탑유닛 내부에서 분사되는 흡수액의 산화제를 활성화시켜 생성된 radical과 VOCs가 반응하여 흡수액에 흡수되도록 자외선을 조사하는 UV 램프와, 세정탑유닛에서 흡수액에 흡수된 VOCs를 전기화학적으로 산화제거함과 동시에 흡수액에 포함된 산화제를 재생하여 흡수액을 재생시키는 전기분해장치와, 세정탑유닛의 농축흡수액을 전기분해장치로 공급하는 흡수액 이송유닛과, 전기분해장치에서 재생된 흡수액을 세정탑유닛으로 이송시켜 분사하는 흡수액 분사유닛과, 세정탑유닛과 전기분해장치에서 발생되는 미량의 VOCs를 흡착제거하는 흡착제가 충진된 흡착장치 및 세정탑유닛 및 전기분해장치에서 배출되는 가스를 상기 흡착장치로 이송시키는 가스 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템 및 이를 이용한 VOCs 제거방법이 개시된다.

Description

UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템 및 제거방법{AN APPARATUS FOR REMOVING VOCs USING DUST SCRUBBER WITH UV LAMP AND ELECTROLYSIS DEVICE}
본 발명은 VOCs 물질을 함유한 폐수를 처리하는 폐수처리장 또는 저장시설 등에서 대기 중으로 배출되는 VOCs를 제거하기 위한 하이브리드형 VOCs 제거시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 UV부착세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템 및 제거방법에 관한 것이다.
UV가 부착된 세정탑에 산화제가 포함된 흡수액을 분사시키면서 UV로 산화제의 활성을 촉진시켜 radical을 생성토록 하여 VOCs와 반응하여 흡수액에 VOCs가 용이하게 흡수되도록 유도시킴과 동시에 일부 VOCs를 산화시킬 수 있도록 하고, 전기분해장치에 그 흡수액을 통과시켜 전기화학적으로 잔여 VOCs를 산화시킴과 동시에 산화제를 재생토록 하여 세정탑에서 다시 흡수액을 재사용할 수 있도록 하는 VOCs 제거 시스템으로, 보다 자세하게는 폐수처리장, 하수처리장 등 Open base 폐수처리시설에서 대기 중으로 배출되는 VOCs를 포집하여 VOCs 처리에 있어서 기존의 저효율적인 습식스크러버 기술을 개량하고 고비용의 처리기술(RTO 등)보다 훨씬 운영비가 저렴하게 처리하고자 하는 UV부착세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템에 관한 것이다.
VOCs란 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 비균질 탄화수소 및 지방족과 비균질이 혼합되어 있는 탄화수소 중 레이드 증기압이 10.3kPa 이상인 물질로 환경 및 건강에 직접 유해하거나 지방족 탄화수소와 같이 주로 대기 중의 광화학반응에 참여하여 광화학 산화물 등의 2차적 유해를 초래할 수도 있다. 이러한 문제들로 인해 현재 국내, 외적으로 엄격한 규제들이 시행되고 있으며, 시급히 해결해야 할 국가적 최우선 과제로 남아있다.
현재 국내에서는 VOCs의 배출억제 및 방지시설 설치대상 기준을 대분류 배출원별 제조시설, 저장시설, 출하시설, 반응시설, 혼합시설 등으로 한정하고 있다. 그러나 국내외 연구결과에 따르면 생산 공정 중에서 발생하는 폐수 내에도 다량의 VOCs가 함유되어 있으며, 이 용존성 VOCs가 폐수처리시설에서 완벽히 처리되어 방출되지 않고 폐수처리 설비 각 공정 특성에 따라 대기 중으로 방출되고 있는 것으로 나타났다.
한편, 미국에서도 폐수처리 단위 공정별 대기로 배출되는 VOCs에 대한 연구를 진행하였으며, 그 배출량을 총탄화수소(THC, Total Hydrocarbon)를 기준으로 표현하였다. 폐수처리공정별 THC변화를 살펴보면, 폐수처리장 유입 THC 100% 기준 전처리 공정 및 폭기조에서 방출되는 THC는 3% 정도이며 슬러지 형태의 폐기물에 흡착되어 후속 공정(소화공정, 탈수공정)으로 배출되는 THC는 87%로 나타났고, 방류수 중에 포함되어 배출되는 THC는 10% 정도라고 하였다.
상기 내용과 같이 배출되는 VOCs를 처리하기 위하여 현재까지 상용화되었거나 개발 중인 제어기술로는 크게 연소기술, 흡착 및 농축기술, 생물학적 처리기술 등이 있다.
상기 처리기술 중 연소기술은 외부 에너지원을 연소시켜 열을 발생시키고, 그 열로 VOCs 물질을 산화시키는 기술로써 에너지비용이 과다하게 소요되는 단점이 있다. 생물학적 처리기술은 운영비용은 저렴하나 VOCs물질을 완전 산화시키는데 소요되는 시간이 길어 설비규모가 상당히 커져야 하는 단점이 있다.
종래의 흡착 및 농축기술은 약액세정방식으로 기체와 액체가 향류 또는 병류로 접촉해서 VOCs 함유기체로부터 VOCs가 액상 흡수제로 전달되는 공정이다. 이 공정에서 물질 전달의 구동력은 기체와 액체 간의 VOCs 농도 구배이다. 보통 흡수제로는 물, 가성소다, 황산용액 및 차아염소산나트륨 등을 사용한다. 흡착 및 농축기술은 앞서 기술한 기술 대비 초기투자비용 및 운영비가 상당히 낮아 대부분의 악취제거설비로 적용되고 있다. 그러나 흡착 및 농축기술은 일부 악취물질 및 VOCs 물질에 대해 흡수가 가능할 뿐, 유해한 성분의 VOCs 물질에 대해서는 흡수가 거의 되지 않아 VOCs 처리 기술로서는 그 한계성이 있는 것이 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1566808호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 용존성 VOCs가 함유된 폐수에서 대기 중으로 휘발되어 배출되는 VOCs를 포집, 농축 및 전기분해하여 효과적으로 제거할 수 있는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템 및 이를 이용한 VOCs 제거방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템은, 외부로부터 공급된 VOCs 함유 가스가 통과하면서 산화제가 포함된 흡수액에 의해 흡수되도록 하고, 일부 VOCs를 산화시키는 세정탑유닛; 상기 세정탑유닛 내부에서 분사되는 흡수액의 산화제를 활성시켜 생성된 radical과 상기 VOCs가 반응하여 흡수액에 흡수되도록 자외선을 조사하는 UV 램프; 상기 세정탑유닛에서 흡수액에 흡수된 VOCs를 전기화학적으로 산화제거함과 동시에 흡수액에 포함된 산화제를 재생하여 흡수액을 재생시키는 전기분해장치; 상기 세정탑유닛의 농축흡수액을 상기 전기분해장치로 공급하는 흡수액 이송유닛; 상기 전기분해장치에서 재생된 흡수액을 상기 세정탑유닛으로 이송시켜 분사하는 흡수액 분사유닛; 상기 세정탑유닛과 상기 전기분해장치에서 발생되는 미량의 VOCs를 흡착제거하는 흡착제가 충진된 흡착장치; 및 상기 세정탑유닛 및 상기 전기분해장치에서 배출되는 가스를 상기 흡착장치로 이송시키는 가스 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 본 발명은 UV 램프가 부착된 세정탑유닛, 전기분해장치 및 흡착장치를 이용하여 3단계에 걸쳐서 가스에 포함된 VOCs를 완벽하게 제거할 수 있게 된다.
여기서, 상기 UV 램프는 상기 세정탑유닛의 세정탑 외부에 설치되며, 상기 세정탑의 상기 UV램프 부착부위는 강화유리 또는 석영 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, UV 램프를 세정탑 내부에 설치할 경우에 오염되는 것을 방지할 수 있고, 오염된 UV 램프를 분리하여 닦아주는 등의 문제를 해결할 수 있게 되어 유지 관리비용을 절감하고, 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 UV 램프는 UV조사 파장범위가 185~254nm인 저주파형 UV 램프로서, 산화제를 효과적으로 촉진시킬 수 있으며, 유해가스의 산화가 효과적으로 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 흡수액에 포함되는 산화제가 과황산류(과황산나트륨, 과황산칼륨)와 차아염소산나트륨을 포함하고, 상기 산화제의 농도가 W/W%로 1~10%인 것이 좋다.
또한, 상기 전기분해장치에서 산화제가 재생된 흡수액을 저장하도록 상기 전기분해장치에 연결되는 밀폐형 저장탱크를 더 포함하는 것이 좋다. 이로써, 전기분해단계 이후에도 남아 있을 수 있는 VOCs가 대기 중으로 배출되는 것을 방지하고, 흡착장치로 이송하여 처리하도록 할 수 있다.
또한, 상기 흡수액 분사유닛은, 상기 세정탑유닛의 내부의 상부에서 흡수액을 분사하는 분사노즐; 상기 분사노즐과 상기 밀폐형 저장탱크를 연결하는 흡수액 공급경로; 및 상기 흡수액 공급경로에 설치되는 분사펌프;를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 세정탑유닛 내부로 산화제가 포함된 흡수액을 분사하여 가스에 포함된 VOCs를 효과적으로 제거하여 처리할 수 있다.
또한, 상기 가스 이송부는, 상기 세정탑유닛의 가스 배출구와 상기 흡착장치를 연결하는 제1가스 이송경로; 상기 밀폐형 저장탱크의 가스 배출구와 상기 제1가스 이송경로를 연결하는 제2가스 이송경로; 및 상기 제1가스 이송경로에 설치되는 송풍기;를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 세정탑유닛과 전기분해장치 각각에서 배출되는 가스를 흡착장치로 보내어 유해물질을 완벽하게 제거할 수 있다.
또한, 상기 흡착장치의 내부에는 점토광물질을 기반으로 하는 흡착제가 충진되며, 상기 흡착제는 점토(clay), 제올라이트(Zeolite), 벤토나이트(Bentonite), 카올린(Kaolin), 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 하나 이상으로 구성된 점토광물질을 개질화하여 다공성을 높인 흡착제를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 흡착장치를 통과하는 가스에 미량 포함될 수 있는 VOCs를 완벽하게 제거할 수 있게 된다.
또한, 상기 전기분해장치에서 사용되는 전극의 양극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD) 중에서 선택된 하나 이상을 전도성 모체에 코팅하여 구성하고, 음극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD), 티타늄(Ti), 스테인레스강(STS) 중에서 선택된 하나 이상으로 전극을 구성하되, 양극 또는 음극 면의 형태는 메쉬(Mesh)형 또는 판형(Plate) 형태의 전극을 사용한 것이 좋다.
또한, 상기 세정탑유닛은, 가스 유입구를 가지는 상류단 세정탑; 가스 배출구를 가지며, 상기 상류단 세정탑과 이웃하여 설치되는 하류단 세정탑; 및 상기 상류단 세정탑과 하류단 세정탑 사이의 유체 경로 상에 배치되며, 흡수액 배출구를 가지는 농축흡수액 저장탱크;를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 이중구조의 세정탑과 그 사이의 농축흡수액 저장탱크를 이용하여 가스를 통과시키면서 유해물질을 효과적으로 제거하고, 흡수액을 회수할 수 있다.
또한, 상기 상류단 세정탑과 하류단 세정탑은 서로 이웃하여 나란하게 직립(상하방향으로) 설치되며, 상기 가스 유입구는 상기 상류단 세정탑의 상부에 설치되고, 상기 가스 배출구는 상기 하류단 세정탑의 상부에 설치되는 것이 좋다.
이로써, 가스의 이동경로를 최대한 길게 확보하여 흡수액에 의한 VOCs 제거효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 UV 램프는 복수 구비되어, 상기 상류단 세정탑과 하류단 세정탑의 외측에 부착되어 설치되는 것이 좋다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 방법은, VOCs 함유 가스를 세정탑유닛을 통과시키면서 산화제가 포함된 흡수액을 분사하면서 UV로 산화제의 활성을 촉진시켜 radical을 생성토록 하여 상기 흡수액에 VOCs가 흡수되도록 하고, 일부 VOCs를 산화 처리하는 흡수산화단계; 상기 흡수산화단계에서 사용된 흡수액을 전기분해하여 전기화학적으로 잔여 VOCs를 산화시키고, 상기 산화제를 재생하는 전기분해단계; 상기 흡수산화단계 및 상기 전기분해단계에서 처리되지 못하는 미량의 VOCs를 흡착제로 흡착하여 제거하는 흡착단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전기분해단계에서 재생된 흡수액을 상기 세정탑유닛으로 공급하여 재사용하도록 분사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전기분해단계를 거친 흡수액을 밀폐된 저장탱크로 이송시켜 저장하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 흡착단계에서는, 내부에 점토광물질을 기반으로 하는 흡착제가 충진된 흡착장치로 미량의 VOSc가 함유될 수 있는 가스를 통과시키는 것이 좋다.
또한, 상기 흡착제는 점토(clay), 제올라이트(Zeolite), 벤토나이트(Bentonite), 카올린(Kaolin), 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 하나 이상으로 구성된 점토광물질을 개질화하여 다공성을 높인 흡착제를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 전기분해단계에서 사용되는 전기분해장치에 설치되는 전극의 양극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD) 중에서 선택된 하나 이상을 전도성 모체에 코팅하여 구성하고, 음극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD), 티타늄(Ti), 스테인레스강(STS) 중에서 선택된 하나 이상으로 전극을 구성하되, 양극 또는 음극 면의 형태는 메쉬(Mesh)형 또는 판형(Plate) 형태의 전극을 사용한 것이 좋다.
또한, 상기 세정탑유닛은, 가스 유입구를 가지는 상류단 세정탑; 가스 배출구를 가지며, 상기 상류단 세정탑과 이웃하여 설치되는 하류단 세정탑; 및 상기 상류단 세정탑과 하류단 세정탑 사이의 유체 경로 상에 배치되며, 흡수액 배출구를 가지는 농축흡수액 저장탱크;를 포함하고, 상기 상류단 세정탑과 상기 하류단 세정탑 각각에는 UV 램프가 설치되는 것이 좋다.
상기와 같은 본 발명은 기존의 습식세정탑이 적용된 사업체에 습식세정탑은 그대로 활용하고 추가로 전기분해장치와 흡수장치만 설치가 가능하여 초기설치비용을 절감할 수 있다.
흡수액에 첨가하는 산화제가 전기분해장치를 통해 재생되어 지속적으로 산화제를 첨가할 필요 없어 운영비용이 절감되는 장점을 얻을 수 있다.
또한, VOCs를 처리하기 위해 별도의 연소설비가 필요 없어 에너지사용량이 절감될 수 있는 장점이 있어 다각적으로 비용이 절감된다는 장점이 있는 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템을 나타내 보인 개략적인 구성도이다.
도 2 및 도 3 각각은 도 1의 세정탑의 요부를 설명하기 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템 및 제거방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템(100)은, 세정탑유닛(110)과, 세정탑유닛(110)에 설치되는 UV 램프(120), 흡수액 이송유닛(130), 전기분해장치(140), 밀폐형 저장탱크(150), 흡수액 분사유닛(160) 및 흡수장치(170)를 구비한다.
상기 세정탑유닛(110)은 상류단 세정탑(111)과, 하류단 세정탑(113), 상기 각 세정탑(111,113) 사이의 유체 경로 상에 배치되는 농축흡수액 저장탱크(115)를 구비한다. 상류단 세정탑(111)과 하류단 세정탑(113)은 서로 이웃하여 나란하게 배치될 수 있으며, 각각의 하부에는 농축흡수액 저장탱크(115)가 연결되어 서로 연통될 수 있다. 상류단 세정탑(111)의 상부에는 가스 유입구(111a)가 형성되고, 하류단 세정탑(113)의 상부에는 가스 배출구(113a)가 형성된다. 각 세정탑(111,113)의 외측에는 상기 UV 램프(120)가 배치되며, UV 램프(120)에서 조사된 자외선이 내부로 통과할 수 있도록 적어도 UV 램프 장착부위는 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 각 세정탑(111,113)에서 즉, UV 램프(120)가 부착되는 부분은 석영 또는 강화유리로 구성되는 것이 좋다.
상기 농축흡수액 저장탱크(115)는 상기 각 세정탑(111,113) 사이의 가스 이동경로 상에 배치되며, 더욱 바람직하게는 각 세정탑(111,113)의 하단에 서로 연통되게 배치되는 것이 좋다. 이 농축흡수액 저장탱크(115)에는 상기 흡수액 분사유닛(160)에서 분사된 세정액에 의해 유해물질이 포함되어 흡수 및 농축된 농축흡수액이 수용된다. 농축흡수액 저장탱크(115)에 수용된 농축흡수액의 수위를 감지할 수 있도록 수위센서(115a)가 농축흡수액 저장탱크(115)에 설치된다.
상기 구성을 가지는 세정탑유닛(110)에 의하면, 상류측 세정탑(111)의 가스유입구(111a)로 VOCs가 유입되어 하부의 농축흡수액 저장탱크(115) 내부를 경유하여 하류측 세정탑(113)의 하부로 유입되어 상승하여 가스 배출구(113a)로 배출된다.
즉, VOCs 가스가 상류단 세정탑(111) 상부로 유입이 되며 하류단 세정탑(113)의 하부를 거쳐 하류단 세정탑(113) 상부로 배출된다. 유입된 VOCs 가스는 세정탑(111,113) 상부에서 분사되는 세정액에 흡수되고, 흡수된 농축흡수액은 농축흡수액 저장탱크(115)에 저장된다. 그와 동시에 세정탑(111,113) 내부는 UV 램프(120)에 의해 자외선이 조사가 되며, 조사된 자외선에 의해 세정액에 포함된 산화제가 radical을 생성한다. 이때 생성된 radical은 세정액에 흡수된 VOCs를 산화시켜 세정액에 완전 흡수가 될 수 있는 물질로 전환시키거나 직접적으로 CO2로 산화시켜 VOCs를 제거하게 된다.
여기서, 상기 UV 램프(120)는 복수가 구비되며, 상기 상류단 세정탑(111)과 하류단 세정탑(113) 각각의 외측에 설치되며, 구동시 자외선을 세정탑(111,113) 내부로 조사한다. 여기서 사용되는 UV 램프(120)의 파장영역은 185~254nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 상류단 세정탑(111)의 상부와 하류단 세정탑(113)의 하부 각각에는 가스의 흐름을 나선형으로 유도하기 위한 가이드부재(111b,113b)가 설치되는 것이 좋다. 상기 가이드부재(111b,113b)는 각 세정탑(111,113)의 내측에 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작되어 결합될 수도 있다. 가이드부재(111b,113b)는 가스의 흐름을 나선형으로 유도하여 줌으로써, 각 세정탑(111,113)의 진입하여 통과하는 가스가 오랜 시간 머물면서 흡수액과 효과적으로 혼합되도록 하여, VOCs 제거효율을 높일 수 있도록 한다.
상기 흡수액 이송유닛(130)은 농축흡수액 저장탱크(115)에 저장된 농축흡수액을 전기분해장치(140)로 이송하기 위한 것이다. 이러한 흡수액 이송유닛(130)은 흡수액 이송경로(131)와, 흡수액 이송경로(131) 상에 설치되는 이송펌프(133)를 구비한다.
상기 전기분해장치(140)는 흡수액 이송유닛(130)에 의해 이송된 농축흡수액을 전기 분해한다. 이러한 전기분해장치(140)는 전기분해반응 중 가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여 밀폐형 반응조로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 전기분해장치(140)에 공급되는 농축흡수액은 반응조 하부로 유입되어 상부로 유출되는 상향류식인 것이 좋다.
또한, 전기분해장치(140)는 하나 이상을 단독 또는 복합 병렬로 구성하여 흐르도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 전기분해장치(140)에 설치되는 전극은 양극(141), 음극(143)을 교차하여 설치를 하되 전류를 인가하는 방식은 각 전극에 인가하는 병렬연결방식(monopolar) 또는 양 끝단의 전극에 전류를 인가하고 중간 전극은 서로 대전되는 직렬연결(bipolar)방식으로 구성되어질 수 있다.
이러한 전기분해장치(140)에서는 VOCs가 전류인가에 의해 직접적으로 산화되어 CO2로 전환되거나, 흡수액에 존재하는 산화제가 전기적 영향에 의해 산화력이 강한 radical 물질로 전환되어 VOCs를 간접적으로 산화시키게 된다.
또한, 전기분해장치(140)에서는 세정탑(111,113)에서 반응한 산화제가 전기분해에 의해 다시 산화력이 회복된 산화제로 재생되어지는 반응이 일어난다.
이때 전기분해장치(140)에 인가되는 전류밀도는 25~100mA/cm2으로 인가되는 것이 바람직하며, 전기분해장치(140)에서 흡수액이 체류하는 시간은 30분 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 전기분해장치(140)에서 사용되는 전극의 양극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD) 중에서 선택된 하나 이상을 전도성 모체에 코팅하여 구성하고, 음극은 상기 양극용 전극 또는 티타늄(Ti), 스테인레스강(STS) 중에서 선택된 하나 이상으로 전극을 구성하되, 양극 또는 음극 면의 형태는 메쉬(Mesh)형 또는 판형(Plate) 형태의 전극을 사용할 수 있다.
전기분해장치(140)를 통과한 흡수액은 밀폐형 저장탱크(150)로 이송되어 저장된다. 전기분해장치(140)에서 밀폐형 저장탱크(150)로의 흡수액 이송방법은 자연낙하 내지 자연적인 흐름에 의해 이송되는 것이 바람직하다. 이를 위해 밀폐형 저장탱크(150)의 상부 일측에 전기분해장치(140)의 배출구가 연결되도록 배치되는 것이 좋다. 밀폐형 저장탱크(150)에 저장된 흡수액은 흡수액 배출구(151)를 통해 흡수액 분사유닛(160)에 연결되어 이송된다. 그리고 밀폐형 저장탱크(150)의 상부에는 가스 배출구(153)가 형성되며, 배출가스는 가스 이송부(180)에 연결된다.
상기 흡수액 분사유닛(160)은 상기 세정탑(111,113)의 상부에 설치되어 내부로 흡수액을 분사하는 분사노즐(161)과, 분사노즐(161)과 상기 밀폐형 저장탱크(150)를 연결하는 흡수액 공급경로(163) 및 흡수액 공급경로(163)에 설치되는 분사펌프(165)를 구비한다. 이러한 구성에 의하면, 분사펌프(165)의 구동시 밀폐형 저장탱크(150) 내의 흡수액은 흡수액 공급경로(163)를 통해서 분사노즐(161)로 공급되어, 세정탑(111,113)의 내부의 상부에서 분사될 수 있다.
상기 흡착장치(170)는 점토광물질을 기반으로 하는 흡착제가 내부에 충진된다. 상기 흡착제는 일정크기의 알갱이 형태 또는 메쉬형 소재, 플라스틱 또는 금속체에 코팅되어 있는 형태가 바람직하다. 또한, 상기 흡착제는 점토(clay), 제올라이트(Zeolite), 벤토나이트(Bentonite), 카올린(Kaolin), 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 하나 이상으로 구성된 점토광물질을 개질화하여 다공성을 높인 흡착제를 포함하는 것이 좋다. 이러한 흡착장치(170)는 상기 세정탑유닛(110)과 전기분해장치(140)를 통해 완전히 처리되지 못하고 극미량으로 잔류하는 VOCs를 흡착하여 처리한다. 그리고 VOCs가 완전히 제거된 안전한 가스는 대기 중으로 배출된다.
상기 흡착장치(170)로 처리된 가스를 이송하기 위한 가스는 처리가스 송풍기에 의해 흡착장치로 이송되어지게 된다.
상기 가스 이송부(180)는 하류단 세정탑(113)의 가스 배출구(113a)와 상기 흡착장치(170)를 연결하는 제1가스 이송경로(181)와, 밀폐형 저장탱크(150)의 가스 배출구(153)와 제1가스 이송경로(181)를 연결하는 제2가스 이송경로(183)와, 제1가스 이송경로(181)에 설치되는 송풍기(185)를 구비한다. 송풍기(185)는 제2가스 이송경로(183)가 연결되는 부분보다 하류에 배치된다.
이하 상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템을 이용한 VOCs 제거방법에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, VOCs가 함유된 가스가 세정탑유닛(110)으로 공급된다. 즉, 상류단 세정탑(111)의 가스 유입구(111a)을 통해 가스가 유입된다.
유입된 가스는 세정탑유닛(110)을 통과하면서 가스에 포함된 VOCs의 대부분이 흡수액에 흡수되고 UV에 의해 산화되어 제거된다(S10). 즉, 상기 단계(S10)에서는 가스가 공급될 때 각 세정탑(111,113)의 상부에서 흡수액을 분사하고(S11), 이와 동시에 UV 램프(120)를 구동하여 세정탑 내부(111,113)에 자외선을 조사한다(S12). 그러면 산화제가 포함된 흡수액이 분사되면서 UV로 산화제의 활성을 촉진시켜 radical을 생성토록 하여 VOCs와 반응하여 흡수액에 VOCs가 용이하게 흡수되도록 유도시킴과 동시에 일부 VOCs를 산화시킬 수 있다. 그리고 사용된 흡수액은 농축흡수액 저장탱크(115)로 흘러내려 저장된다. 여기서, UV 램프(120)는 UV조사 파장범위 185~254nm가 되도록 UV 광을 조사한다.
농축흡수액 저장탱크(115)에 저장된 농축 흡수액은 흡수액 이송유닛(130)에 의해 전기분해장치(140)로 이송되어 전기분해과정을 거치게 된다(S20). 즉, 상기 단계(S20)에서는 전기분해장치(140)에 흡수액을 통과시켜 전기화학적으로 잔여 VOCs를 산화시킴과 동시에 산화제를 재생한다.
상기 단계(S20)에서 전기분해장치(140)에 인가되는 전류밀도는 25 내지 100mA/cm2로 제거되는 것이 바람직하며, 전기분해장치(140)에서 흡수액이 체류하는 시간은 30분 이상으로 제어하여, 충분히 전기분해작용이 이루어지도록 하는 것이 좋다.
상기 단계(S20)에서 재생된 흡수액은 전기분해장치(140)에 연결된 밀폐형 저장탱크(150)에 저장된다(S30).
밀폐형 저장탱크(150)에 저장된 흡수액은 흡수액 분사유닛(160)에 의해 상기 단계(S10)를 위해 세정탑 유닛(110)으로 재공급되어 분사된다(S11).
한편, 상기 단계(S10)를 거치고 배출되는 가스에는 미량의 VOCs가 남아 있을 수 있으며, 상기 전기분해단계(S20)를 통해 발생되는 가스에도 미량의 VOCs가 남아 있을 수 있다. 이와 같이 상기 단계(S10, S20) 각각에서 가스에 미량 존재할 수 있는 VOCs는 가스 이송부(180)에 의해 흡착장치(170)로 공급되고(S50), 공급된 가스는 흡착장치(170) 내부에 충진된 흡착제에 흡착되도록 하여 완전하게 제거된다(S40). 즉, 흡착장치(170)의 내부에 충진된 흡착제에 미량 존재할 수 있는 VOCs가 흡착됨으로써, 흡착장치(170)를 통과하여 나가는 가스에는 VOCs가 존재하지 않게 되고, 유해하지 않은 가스는 대기 중으로 배출된다.
이상에서 설명한 바에 따르면, 본 발명의 VOCs 제거시스템 및 제거 방법은, 기존의 세정스크러버의 VOCs 흡수율 저하를 개선하고 VOCs 제거를 위해 사용되던 VOCs 제거기술(RTO 등)의 취약점인 고비용 공정시스템을 개선할 수 있게 된다.
따라서 간단한 구성을 가지면서도 저비용으로 고효율의 VOCs 제거시스템을 제공할 수 있으며, VOCs를 완전하게 제거하여 안전한 상태로 처리가스를 배출할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100..VOCs 제거 시스템 110..세정탑유닛
111..상류단 세정탑 113..하류단 세정탑
115.농축흡수액 저장탱크 120..UV 램프
130..흡수액 이송유닛 140..전기분해장치
150..밀폐형 저장탱크 160..흡수액 분사부
170..흡착장치 180..가스 이송부

Claims (22)

  1. 외부로부터 공급된 VOCs 함유 가스가 통과하면서 산화제가 포함된 흡수액에 의해 흡수되도록 하고, 일부 VOCs를 산화시키는 세정탑유닛;
    상기 세정탑유닛 내부에서 분사되는 흡수액의 산화제를 활성화시켜 생성된 radical과 상기 VOCs가 반응하여 흡수액에 흡수되도록 자외선을 조사하는 UV 램프;
    상기 세정탑유닛에서 흡수액에 흡수된 VOCs를 전기화학적으로 산화제거함과 동시에 흡수액에 포함된 산화제를 재생하여 흡수액을 재생시키는 전기분해장치;
    상기 세정탑유닛의 농축흡수액을 상기 전기분해장치로 공급하는 흡수액 이송유닛;
    상기 전기분해장치에서 재생된 흡수액을 상기 세정탑유닛으로 이송시켜 분사하는 흡수액 분사유닛;
    상기 세정탑유닛과 상기 전기분해장치에서 발생되는 미량의 VOCs를 흡착제거하는 흡착제가 충진된 흡착장치;
    상기 세정탑유닛 및 상기 전기분해장치 각각에서 배출되는 가스를 상기 흡착장치로 이송시키는 가스 이송부; 및
    상기 전기분해장치에서 산화제가 재생된 흡수액을 저장하도록 상기 전기분해장치에 연결되는 밀폐형 저장탱크;를 포함하고,
    상기 세정탑유닛은,
    가스 유입구를 가지는 상류단 세정탑;
    가스 배출구를 가지며, 상기 상류단 세정탑과 이격되고 나란하게 설치되며, 하부에서 상부로 가스를 이송시키는 하류단 세정탑; 및
    상기 상류단 세정탑의 하류단과 상기 하류단 세정탑의 상류단에 서로 이격되게 연결되어, 상기 상류단 세정탑과 상기 하류단 세정탑 사이의 유체 경로를 제공하며, 농축흡수액이 수용되고, 흡수액 배출구를 가지는 농축흡수액 저장탱크;를 포함하고,
    상기 상류단 세정탑의 상부의 내측과 상기 상류단 세정탑의 하부의 내측 각각에는 유입가스의 흐름을 나선형으로 유도하기 위한 가이드부재가 각각 설치되며,
    상기 UV램프는 상기 상류단 세정탑과 하류단 세정탑 각각의 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 UV 램프는 상기 세정탑유닛의 세정탑 외부에 설치되며, 상기 세정탑의 상기 UV 램프 부착부위는 강화유리 또는 석영 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 UV 램프는 UV조사 파장범위가 185~254nm인 저주파형 UV 램프인 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수액에 포함되는 산화제가 과황산나트륨, 과황산칼륨과 차아염소산나트륨 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산화제의 농도가 W/W%로 1~10%인 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 흡수액 분사유닛은,
    상기 세정탑유닛의 내부의 상부에서 흡수액을 분사하는 분사노즐;
    상기 분사노즐과 상기 밀폐형 저장탱크를 연결하는 흡수액 공급경로; 및
    상기 흡수액 공급경로에 설치되는 분사펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡착장치의 내부에는 점토광물질을 기반으로 하는 흡착제가 충진된 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흡착제는 점토(clay), 제올라이트(Zeolite), 벤토나이트(Bentonite), 카올린(Kaolin), 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 하나 이상으로 구성된 점토광물질을 개질화하여 다공성을 높인 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기분해장치에서 사용되는 전극의 양극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD) 중에서 선택된 하나 이상을 전도성 모체에 코팅하여 구성하고, 음극은 백금(Pt), 티타늄(Ti), 스테인레스강(STS) 중에서 선택된 하나 이상으로 전극을 구성하되, 양극 또는 음극 면의 형태는 메쉬(Mesh)형 또는 판형(Plate) 형태의 전극을 사용한 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  11. 제1항, 제2항 내지 제4항, 제6항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 이송부는,
    상기 세정탑유닛의 가스 배출구와 상기 흡착장치를 연결하는 제1가스 이송경로;
    상기 밀폐형 저장탱크의 가스 배출구와 상기 제1가스 이송경로를 연결하는 제2가스 이송경로; 및
    상기 제1가스 이송경로에 설치되는 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 UV 램프는 복수 구비되어, 상기 상류단 세정탑과 하류단 세정탑의 외측에 부착되어 설치되는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 시스템.
  14. VOCs 함유 가스를 세정탑유닛을 통과시키면서 산화제가 포함된 흡수액을 분사하면서 UV로 산화제의 활성을 촉진시켜 radical을 생성토록 하여 상기 흡수액에 VOCs가 흡수되도록 하고, 일부 VOCs를 산화 처리하는 흡수산화단계;
    상기 흡수산화단계에서 사용된 흡수액을 전기분해하여 전기화학적으로 잔여 VOCs를 산화시키고, 상기 산화제를 재생하는 전기분해단계;
    상기 흡수산화단계 및 상기 전기분해단계 각각에서 처리되지 못하는 미량의 VOCs를 흡착제로 흡착하여 제거하는 흡착단계;
    상기 전기분해단계를 거친 흡수액을 밀폐된 저장탱크로 이송시켜 저장하는 단계;를 포함하고,
    상기 밀폐된 저장탱크 내의 가스를 상기 세정탑유닛으로 이송하여 처리하며,
    상기 세정탑유닛은,
    가스 유입구를 가지는 상류단 세정탑;
    가스 배출구를 가지며, 상기 상류단 세정탑과 이격되고 나란하게 설치되며, 하부에서 상부로 가스를 이송시키는 하류단 세정탑; 및
    상기 상류단 세정탑의 하류단과 상기 하류단 세정탑의 상류단에 서로 이격되게 연결되어, 상기 상류단 세정탑과 상기 하류단 세정탑 사이의 유체 경로를 제공하며, 농축흡수액이 수용되고, 흡수액 배출구를 가지는 농축흡수액 저장탱크;를 포함하고,
    상기 상류단 세정탑의 상부의 내측과 상기 상류단 세정탑의 하부의 내측 각각에는 유입가스의 흐름을 나선형으로 유도하기 위한 가이드부재가 각각 설치되며,
    UV램프는 상기 상류단 세정탑과 하류단 세정탑 각각의 외측에 설치되는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전기분해단계에서 재생된 흡수액을 상기 세정탑유닛으로 공급하여 재사용하도록 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거방법.
  16. 삭제
  17. 제14항에 있어서, 상기 흡착단계에서는,
    내부에 점토광물질을 기반으로 하는 흡착제가 충진된 흡착장치로 미량의 VOSc가 함유될 수 있는 가스를 통과시키는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 흡착제는 점토(clay), 제올라이트(Zeolite), 벤토나이트(Bentonite), 카올린(Kaolin), 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 하나 이상으로 구성된 점토광물질을 개질화하여 다공성을 높인 흡착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 전기분해단계에서 사용되는 전기분해장치에 설치되는 전극의 양극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD) 중에서 선택된 하나 이상을 전도성 모체에 코팅하여 구성하고,
    음극은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta), 주석(Sn), 붕소도핑다이아몬드(BDD), 티타늄(Ti), 스테인레스강(STS) 중에서 선택된 하나 이상으로 전극을 구성하되,
    양극 또는 음극 면의 형태는 메쉬(Mesh)형 또는 판형(Plate) 형태의 전극을 사용한 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 방법.
  20. 삭제
  21. 제14항에 있어서,
    상기 UV 램프는 UV조사 파장범위가 185~254nm인 저주파형 UV 램프인 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 방법.
  22. 제14항, 제15항, 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수액에 포함되는 산화제가 과황산나트륨, 과황산칼륨과 차아염소산나트륨 중에서 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산화제의 농도가 W/W%로 1~10%인 것을 특징으로 하는 UV 부착 세정탑과 전기분해 장치를 이용한 하이브리드형 VOCs 제거 방법.
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