KR102149764B1 - 광촉매를 이용한 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광촉매를 이용한 수처리 장치를 제공하며, 본 발명에 따른 광촉매 입자가 코팅된 나노 필터를 포함하는 이중 튜브막 구조의 광촉매 장치를 이용하는 경우, 발암성 2차 유기 오염물 생성 등의 문제를 방지할 수 있고, 광촉매를 회수 및 재사용하기 위한 별도의 장치가 추가적으로 요구되지 않아 비용 절감의 효과가 있다.

Description

광촉매를 이용한 수처리 장치{A WASTEWATER TREATMENT SYSTEM BY USING PHOTOCATALYSIS}

본 발명은 광촉매가 포함된 필터를 이용한 폐수 처리 장치에 관한 것이다.

최근 급격한 산업발전으로 인해 환경오염이 큰 문제로 대두되기 시작하였다. 이러한 환경오염 문제를 해결하기 위하여 각종 대안들이 제안된바 있고, 특히 생활폐기물 및 산업 폐수의 증가로 난분해성 유기물질들이 오염수에 유입되어 점차 수자원 오염이 심화됨에 따라 점점 공급이 어려워지고 있다.

따라서, 수자원 오염을 효과적으로 처리할 수 있는 수처리 장치에 대한 요구가 나날이 높아지고 있는 실정이다. 현재까지 개발된 수처리 방법 중 미생물을 이용한 방법들은 친환경적이기 때문에 2차 오염을 유발하지 않고, 생태계를 파괴하지 않는 등의 장점이 존재하나 수계에 존재하는 오염물질들을 분해하는데 한계가 있고, 갈수록 요구되는 방류수 수질기준을 충족하기 위해서 처리비용이나 유지관리 비용 등 막대한 재정이 요구되고 있다는 문제점들이 존재한다.

한편 염소계 약품을 사용하는 수처리 방법은 탈색 혹은 살균목적은 달성할 수는 있으나, 수중에서 유기물질과 반응하여 발암물질 등의 2차 오염을 발생시킬 수 있고, 염소 처리 후 처리수가 하천으로 방류되는 경우 처리수 내에 잔류하고 있는 염소성분으로 인해 하천 유역에 서식하는 각종 미생물에 치명적으로 작용하여 생태계를 파괴하는 등의 다양한 문제점을 나타낸다.

따라서 상술한 수처리 방법들의 한계를 극복하며 폐수, 오수, 하수 등을 효율적으로 처리할 수 있는 수처리 장치가 요구되는 실정이다.

이에 본 발명의 한 측면은, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 광촉매가 코팅된 나노 필터를 이용하여 수계 내에 존재하는 각종 유기 오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 광촉매를 포함하는 수처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 따르면,

소정의 공간을 포함하는 반응기(1);

원수가 상기 반응기 내부로 유입하는 유입관(2);

상기 반응기 내부에 위치하되, 단면이 도넛 형태이고, 내벽(9)과 외벽(8)으로 이루어진 이중벽 구조의 튜브막이며, 다공성 지지체 상에 광촉매 입자가 코팅된 나노 필터층(7)을 포함하는 것으로써 원수와 적어도 일부가 접촉하도록 설치된 적어도 하나의 광촉매 장치(3);

상기 반응기 내부에 위치하고, 상기 광촉매 입자의 적어도 일부에 자외선을 조사하는 적어도 하나의 제1 자외선 조사 장치(4);

상기 유입관(2)과 마주보는 방향에 위치하고, 공기를 주입하여 유입된 원수를 상기 반응기(1) 내에서 유동시키는 에어블로워(5); 및

상기 반응기(1)로부터 처리수를 송출하고, 상기 유입관(2)과 마주보는 방향에 위치하되, 상기 내벽의 통로와 연결된 송출관(6)을 포함하는 광촉매를 이용한 수처리 장치를 제공한다.

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본 발명에 따른 광촉매를 이용한 수처리 장치는 2차 오염 가능성을 줄일 수 있어 친환경적일 뿐 아니라, 수처리의 효율성을 높일 수 있다. 나아가 광촉매의 유입 및 회수 장치와 같은 부가적인 장치를 필요로 하지 않아 처리비용이나 유지관리 비용적 측면에서 재정적인 문제점을 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 광촉매가 포함된 수처리 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 광촉매 장치 내벽으로 형성된 소정의 공간에 제 2 자외선 조사 장치(4-1)가 포함된 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매를 이용하는 수처리 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 도 1과 같이 소정의 공간을 포함하는 반응기(1), 원수가 상기 반응기 내부로 유입하는 유입관(2), 상기 반응기 내부에 위치하되, 단면이 도넛 형태이고, 내벽과 외벽으로 이루어진 이중벽 구조의 튜브막이며, 다공성 지지체 상에 광촉매 입자가 코팅된 나노 필터층을 포함하는 것으로써 원수와 적어도 일부가 접촉하도록 설치된 적어도 하나의 광촉매 장치(3), 상기 반응기 내부에 위치하고, 상기 광촉매 입자의 적어도 일부에 자외선을 조사하는 적어도 하나의 제1 자외선 조사 장치(4), 상기 유입관과 마주보는 방향에 위치하고, 공기를 주입하여 유입된 원수를 상기 반응기 내에서 유동시키는 에어블로워(5) 및 상기 반응기로부터 처리수를 송출하고, 상기 유입관과 마주보는 방향에 위치하되, 상기 내벽의 통로와 연결된 송출관(6)을 포함하는 구조일 수 있다.

보다 상세하게, 본 발명에 따른 수처리 장치는 외부의 원수가 반응기 내부로 유입되는 유입관(2)을 포함할 수 있다. 상기 유입관(2)은 원수가 유동할 수 있는 것이면 유량에 따라 관의 사이즈는 적절히 조절할 수 있다.

상기 반응기(1) 내부에 포함된 광촉매 장치(3)는 도 1의 확대도와 같이 그 단면이 도넛 형태이고, 내벽(9)과 외벽(8)으로 이루어진 이중벽 구조의 튜브막 형태일 수 있다.

구체적으로 상기 광촉매 장치는 내벽(9)과 외벽(8)으로 이루어진 튜브막 구조를 가지고, 상기 이중벽 구조는 다공성 지지체로 형성될 수 있다. 나아가 상기 다공성 지지체 상에 광촉매 입자가 코팅된 것으로써 상기 이중벽은 나노 필터(7)로 이루어질 수 있다. 이때 광촉매 장치의 사이즈는 반응기의 용량 및 유입되는 원수의 양에 따라 적절히 선택할 수 있다.

한편 상기 다공성 지지체 상에 광촉매 입자를 코팅하는 방법은 특히 제한하지 않으며, 예를 들어 박막 형태로 코팅할 수 있다. 이때 광촉매 성분은 분말상으로 공급하는 것이 아니고, 박막 형태로 다공성 지지체 상에 코팅되어 막을 형성하기 때문에 수처리 공정 중 부착 안정성이 저해되거나 손실 등의 문제가 발생하지 않고, 광촉매를 별도로 회수하거나 후처리하는 공정 또는 장치가 필요하지 않아 공정의 효율성을 극대화시키는 효과가 있다.

상기 광촉매 장치(3)는 반응기(1) 내부에 위치하는 것이며, 예를 들어 광촉매 장치(3)의 적어도 일부가 유입된 원수와 접촉할 수 있도록 반응기 내측면에 밀착되어 위치하거나 내측면과 일정한 이격 거리를 두고 위치할 수 있다. 이때 내측면과 일정한 이격 거리는 특히 제한하지는 않고 반응기 크기에 따라 적절히 선택할 수 있다.

상기와 같이 광촉매 장치가 적어도 하나 이상 존재하는 경우에는 처리하는 원수의 양과 이를 수용하는 반응기 내의 공간에 따라 그 수 및 사이즈를 조절할 수 있고, 이를 특히 제한하지 않는다.

한편 반응기(1) 내부에 포함된 제1 자외선 조사 장치(4)는 광촉매 장치에 코팅된 광촉매 입자에 자외선을 조사할 수 있도록 설치된 것으로써, 광조사가 가능한 램프이면 특히 제한하지 않는다. 예를 들어, 고압수은램프를 사용할 수 있다.

상기 제1 자외선 조사 장치(4)는 반응기(1) 내부에 위치할 수 있고, 그 위치는 광촉매 장치의 적어도 일부에 광조사를 할 수 있는 위치이면 특히 제한하지 않으며, 그 수는 유량 및 광촉매 장치의 수에 따라 적절히 선택할 수 있다.

이때 상기 광촉매 장치에 200 내지 400nm 파장 범위의 자외선이 조사될 수 있고, 상기 범위 파장의 자외선을 조사하여 하이드록시 라디칼이 형성됨으로써 폐수 등의 오수가 처리될 수 있다.

상기와 같이 자외선의 조사에 의해 광촉매 입자가 반응하고, 상기 광촉매 입자가 코팅된 나노 필터를 통과한 폐수 등의 오수가 정화 처리될 수 있다. 보다 상세하게 유입관을 통해 유입된 원수는 상기 광촉매 장치의 외벽을 이루는 나노 필터를 통과하여 1차적으로 수처리가 이루어질 수 있다.

한편 제2 자외선 조사 장치(4-1)는 도 2와 같이 내벽으로 형성되는 공간에 추가로 위치할 수 있다. 따라서 상기 외벽(8)의 나노필터층(7)을 통과한 1차 처리수가 상기 내벽(9)의 나노 필터층(7)을 통과할 때 내벽의 나노필터층에 코팅된 광촉매 입자가 내벽으로 형성된 공간상에 위치하는 제2 자외선 조사 장치(4-1)에 의해 반응하여 2차 수처리가 추가로 이루어질 수 있고, 이로 인해 수처리의 효율을 극대화할 수 있다.

상기 내벽을 통과한 처리수는 광촉매 장치의 내벽 통로와 연결된 송출관(6)으로 송출될 수 있다.

한편 상기 원수를 유입하여 광촉매 장치와 접촉시키기 위해 반응기 내부에 에어블로워를 포함할 수 있다. 상기 에어블로워(5)는 원수가 유입되는 유입관과 마주보는 방향에 위치할 수 있고, 이로 인해 반응기 내부에 유입되는 원수의 유동성을 확보하여 고효율의 수처리를 수행할 수 있다.

나아가 상기 에어블로워는 광촉매 반응에 의해 처리되지 않은 잔부의 원수를 반응기 내부에서 재순환시키는 역할을 할 수 있고, 상기 재순환에 의해 상기 나노 필터(7)를 재통과한 상기 잔부의 원수가 추가로 수처리됨으로써 수처리 시 에너지 및 압력 손실을 절감시키는 효율성을 확보할 수 있다.

1: 반응기
2: 유입관
3: 광촉매 장치
4: 제1 자외선 조사 장치
4-1: 제2 자외선 조사 장치
5: 에어블로워
6: 송출관
7: 나노필터층
8: 외벽
9: 내벽

Claims (3)

1. 소정의 공간을 포함하는 반응기(1);
   원수가 상기 반응기 내부로 유입하는 유입관(2);
   상기 반응기 내부에 위치하되, 단면이 도넛 형태이고, 내벽(9)과 외벽(8)으로 이루어진 이중벽 구조의 튜브막이며, 다공성 지지체 상에 광촉매 입자가 코팅된 나노 필터층(7)을 포함하는 것으로써 원수와 적어도 일부가 접촉하도록 설치된 적어도 하나의 광촉매 장치(3);
   상기 반응기 내부에 위치하고, 상기 광촉매 입자의 적어도 일부에 자외선을 조사하는 적어도 하나의 제1 자외선 조사 장치(4);
   상기 내벽(9)으로 둘러싸인 공간의 중심에 위치되어 상기 외벽(8)의 나노필터층(7)을 통과한 처리수가 상기 내벽(9)의 나노필터층(7)을 통과할 때 상기 내벽의 나노필터층에 코팅된 광촉매 입자가 자외선에 의해 조사될 수 있도록 하는 제2 자외선 조사 장치(4-1);
   상기 유입관(2)과 마주보는 방향에 위치하고, 공기를 주입하여 유입된 원수를 상기 반응기(1) 내에서 유동시키는 에어블로워(5); 및
   상기 반응기(1)로부터 처리수를 송출하고, 상기 유입관(2)과 마주보는 방향에 위치하되, 상기 내벽의 통로와 연결된 송출관(6);을 포함하는 광촉매를 이용한 수처리 장치.
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