KR102176110B1 - Advanced oxidation treatment apparatus including electrolysis device for molecular destruction and advanced oxidation treatment method using same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기분해장치를 포함하는 고도산화처리장치 및 이를 이용한 고도산화처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an advanced oxidation treatment device including an electrolysis device and an advanced oxidation treatment method using the same.
산화법(Oxidation Process)은 염소나 오존과 같은 산화력이 강한 물질을 투입하여 오염물질을 처리하는 방법으로 수처리 분야에서 상수나 폐수 처리에 많이 사용되어 왔다. 특히, 염소(Cl)를 사용한 상수 처리는 다른 산화제를 사용하는 것보다 경제적이고 살균력에서 매우 우수한 산화법이라고 할 수 있지만, 1974년에 염소를 사용한 상수 처리과정에서 트리할로메탄(Trihalomethanes, THMs)이라는 발암물질이 생성된다는 것을 발견한 이후에 염소의 사용을 지양하고 오존을 사용하게 되었다. 오존(Ozone, O₃)은 산화력이 염소에 비해 뛰어나고, THM에 대한 분해 능력이 있으며, 용존산소를 증가시키는 효과가 있는 장점을 가졌으나, 유기물과 선택적으로 반응하기 때문에 반응하지 못한 유기물이 잔존하고, 성상에 따라서는 오염물질을 이산화탄소로 완전히 분해시키지 못하고, 알데히드(Aldehyde)나 브로메이트(Bromate, BrO3)와 같은 부산물을 생성하는 단점이 있었다.Oxidation Process is a method of treating pollutants by introducing substances with strong oxidizing power such as chlorine or ozone, and has been widely used in water treatment or wastewater treatment. In particular, water treatment with chlorine (Cl) can be said to be an oxidation method that is more economical and sterilizing than other oxidizing agents, but in the process of water treatment using chlorine in 1974, trihalomethanes (THMs) After the discovery of the formation of carcinogens, the use of chlorine was avoided and ozone was used. Ozone (O3) has the advantage of being superior to chlorine in oxidizing power, decomposing to THM, and increasing dissolved oxygen, but because it selectively reacts with organic matter, unreacted organic matter remains. Depending on the properties, contaminants cannot be completely decomposed into carbon dioxide, and by-products such as aldehyde or bromate (Bromate, BrO3) are produced.
그래서, 염소나 오존처리와 같은 화학 산화법의 단점을 극복하고 대안으로 나온 기술이 AOP(Advanced Oxidation Process, 고도산화처리방법)공정이다. 이 공정은 인위적으로 OH 라디칼(OH radical)을 생성시켜 오염물질을 분해 및 제거하고, 세균의 살균 및 바이러스의 불활성화를 하는데, OH 라디칼은 산화력이 다른 산화제에 비해 월등히 뛰어나고 비선택적으로 반응하기 때문에 유기염소화합물과 같은 난분해성 물질도 매우 신속히 분해하는 장점이 있다.So, a technology that overcomes the shortcomings of chemical oxidation methods such as chlorine and ozone treatment and came out as an alternative is the AOP (Advanced Oxidation Process) process. This process artificially generates OH radicals to decompose and remove pollutants, sterilize bacteria, and inactivate viruses. Because OH radicals are far superior to other oxidizing agents and react non-selectively. Even hardly decomposable substances such as organic chlorine compounds have the advantage of very rapidly decomposing.
하지만 기존의 AOP 공정은 폐수의 종류에 따라 제한적으로 적용 가능한 점, 고농도에 적용이 불가한 점, 이온결합 물질과 공유결합 물질을 동시에 해리하지 못한다는 한계가 있었다.However, the existing AOP process has limitations in that it can be applied limitedly depending on the type of wastewater, cannot be applied to high concentrations, and cannot dissociate both ionic and covalently bonded materials at the same time.
상기한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 폐수의 종류와 농도에 관계없이 이온결합 물질과 공유결합 물질을 동시에 해리하는 것이 가능한 순환식 고도산화처리장치 및 이를 이용한 순환식 고도산화처리방법을 제공하는 것에 있다.In order to solve the above problem, an object of the present invention is to provide a circulation type advanced oxidation treatment device capable of simultaneously dissociating an ion-bound material and a covalently bonded material regardless of the type and concentration of wastewater, and a circulation-type advanced oxidation treatment method using the same. It is in offering.
본 발명의 일 측면은 순환식 고도산화처리장치에 있어서, 폐수가 투입되는 폐수조;An aspect of the present invention is a circulation type advanced oxidation treatment apparatus, the wastewater tank into which wastewater is introduced;
상기 폐수조의 일 측과 연결된 오존 산화반응장치와 상기 오존 산화반응장치의 일 측에 연결된 관과 상기 관의 타 측에 연결된 자외선 산화반응장치와 일 측은 자외선 산화반응장치와 연결되고 타 측은 폐수조와 연결된 전기분해장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환식 고도산화처리장치를 제공한다.An ozone oxidation reaction device connected to one side of the wastewater tank, a tube connected to one side of the ozone oxidation reaction device, an ultraviolet oxidation reaction device connected to the other side of the tube, and one side connected to the ultraviolet oxidation reaction device, and the other side connected to the wastewater tank. It provides a circulation type advanced oxidation treatment device, characterized in that it comprises an electrolysis device.
상기 폐수조는 내부 일 측에 초음파 처리장치가 설치된 것일 수 있다.The wastewater tank may have an ultrasonic treatment device installed on one side thereof.
상기 오존 산화반응장치는 내부 일 측에 미세기포와 오존을 함께 발생시키는 장치가 설치된 것일 수 있다.The ozone oxidation reaction apparatus may be provided with an apparatus for generating microbubbles and ozone at one side thereof.
상기 관은 일 측에 관로형 초음파 처리장치 및 관로형 영구자석이 연결된 것일 수 있다.The pipe may be a pipe-type ultrasonic treatment device and a pipe-type permanent magnet connected to one side.
상기 전기분해장치는 양극과 음극의 극성을 상호 변환하는 제어부를 포함하는 것일 수 있다.The electrolysis device may include a control unit for converting polarities of an anode and a cathode to each other.
본 발명의 다른 측면은 순환식 고도산화처리방법에 있어서 폐수조에서 폐수에 초음파 처리하는 단계, 오존 산화반응장치를 이용한 폐수의 1차 산화단계, 상기 1차 산화된 폐수를 초음파 처리 및 자기장 처리하는 단계, 자외선 산화반응장치를 이용한 폐수의 2차 산화단계, 전기분해장치를 이용한 폐수의 3차 산화단계, 및 상기 3차 산화단계를 마친 폐수를 다시 폐수조에 유입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환식 고도산화처리방법을 제공한다.Another aspect of the present invention is a step of ultrasonically treating wastewater in a wastewater tank in a circulating advanced oxidation treatment method, a first oxidation step of wastewater using an ozone oxidation reactor, ultrasonic treatment and magnetic field treatment of the first oxidized wastewater. Step, a secondary oxidation step of wastewater using an ultraviolet oxidation reaction device, a third oxidation step of wastewater using an electrolysis device, and introducing the wastewater after the third oxidation step back into the wastewater tank. It provides a circulation type advanced oxidation treatment method.
본 발명의 순환식 고도산화처리장치 및 이를 이용한 순환식 고도산화처리방법은 폐수의 성상과 종류에 관계없이, 고농도의 폐수에도 적용할 수 있다. 또한 이온결합 물질과 공유결합 물질을 동시에 해리할 수 있는 강력한 산화력이 있어 단시간 내 폐수를 처리할 수 있다.The circulating advanced oxidation treatment apparatus and the circulating advanced oxidation treatment method using the same of the present invention can be applied to high concentration wastewater regardless of the characteristics and types of wastewater. In addition, it has a strong oxidizing power that can dissociate ionic and covalently bonded materials at the same time, so that wastewater can be treated in a short time.
도 1은 본 발명에 따른 장치 및 방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치 및 방법을 이용한 폐수처리 과정을 나타낸 사진이다.
도 3는 본 발명의 장치 및 방법을 이용하여 분자 해리한 결과를 보여주는 사진이다.1 is a schematic diagram showing an apparatus and method according to the present invention.
2 is a photograph showing a wastewater treatment process using the apparatus and method according to the present invention.
3 is a photograph showing the result of molecular dissociation using the apparatus and method of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing refer to the same components.
도 1을 참조하면, 본 발명은 폐수조(100), 오존 산화반응장치(200), 관로형 초음파처리장치(300), 관로형 영구자석(400), 자외선 산화반응장치(500), 전기분해장치(600)를 포함한다.Referring to Figure 1, the present invention is a
상기 폐수조(100)는 폐수가 수집되는 저장조로서, 공장 등에서 발생한 폐수가 유입되거나 본 발명의 고도산화처리된 폐수가 다시 유입되어 재순환한다. The
상기 폐수조(100)는 초음파 처리장치(110)을 일 측에 구비할 수 있다. 초음파 처리장치는 폐수에 초음파 처리를 하여 수질을 균질화하고, 폐수 내 존재하는 슬러지가 폐수조 벽에 들러붙는 것을 방지하며 폐수 내 존재하는 전자에 에너지를 공급하여 오염물질의 분해 효율을 높인다.The
상기 오존 산화반응장치(200)는 오염물질을 산화시키는 산화제인 OH 라디칼을 발생시키는 장치이다. 상기 오존 산화반응장치(200)의 일 측에는 미세기포와 오존을 함께 발생시키는 장치를 포함한다. 직경이 5 ~ 50㎛인 미세기포 오존을 공급하여 폐수의 유해물질을 제거 또는 친수성 물질로 전환시킨다. 직경이 5~ 50㎛인 미세기포 오존은 재래식 오존공정(Bubble 직경 100~200㎛)에 비해 비표면적이 크고, 상승속도가 늦기 때문에 고도산화처리단계의 효율을 증가시키고, 오존의 이용효율을 향상시켜 일반 AOP 공정에 비해 오존 투입량을 절감할 수 있다. 또한, 상기 미세기포는 기포 계면에 표면장력이 작용하게 된다. 이 표면장력은 표면이 작게 형성되도록 작용하기 때문에 구형의 계면을 가지는 기포의 표면장력은 내부를 압축하는 힘으로 작용하게 된다. 이는 Young-Laplace 식의 이론상 직경이 작으면 작을수록 높게 형성된다. 상기한 힘으로 상기 미세고포가 소멸될 때 고온, 고압의 초음파와 프리라디칼을 발생하게 되면서 폐수 내의 유기물질을 분해시키고 바이러스를 살균하는 효과를 얻을 수 있다.The ozone
상기 관로형 초음파처리장치(300)는 폐수가 지나가는 관로에 연결한 초음파 발생장치이다. 관로를 통과하는 폐수에 초음파 처리하여 전자를 가속하고, 다량의 라디칼을 생성하여 오염물질 분해의 효율을 높인다.The pipe-type
상기 관로형 영구자석(400)은 폐수가 지나가는 관로에 연결한 영구자석이다. 관로를 통과하는 폐수에 자기장을 제공하여 초음파에 의해 가속된 전자를 여러 각도로 휘어지는 움직임을 만들어 라디칼 생성 효율을 높인다.The pipe type
상기 자외선 산화반응장치(500)는 폐수에 자외선을 가하여 산화제인 OH 라디칼을 생성하는 장치이다.The ultraviolet
상기 자외선 산화반응장치(500)는 이산화티탄(TiO2)을 포함할 수 있다. 이산화티탄은 광촉매로서, 이산화티탄 입자에 UV가 조사되면 전자가 에너지를 받아 높은 에너지 준위로 올라가면서 전자-정공쌍이 형성된다. 형성된 전자-정공쌍은 각각 전자와 정공으로 분리되어 표면에 확산되고, 확산된 정공과 전자는 각각 라디칼을 형성하여 오염물질을 분해한다.The ultraviolet
상기 전기분해장치(600)는 내부에 일정간격으로 유지되어 연결된 다수의 전극판에 전원을 인가하여 유입되는 폐수중의 오염물질인 COD(Chemical Oxygen demand, COD), 질소 화합물, 인계 화합물 등을 전기분해에 의해 분해할 수 있도록 한 전기분해에 의한 폐수처리장치이다. 상세하게는 오염물질의 분해는 불용성 전극 표면에 흡착된 수산화 라디칼과 오염물질 사이의 전자 전달에 의해 분해되는 직접 양극산화와 전해반응에 의해 생성될 수 있는 차아염소산, 오존, 과산화수소 또는 산화된 금속 이온과 같은 강한 산화제에 의해서 분해되는 간접산화에 의해 일어날 수 있다. 상기 전기분해장치를 사용 시 이온결합 물질과 상대적으로 결합력이 강한 공유결합 물질까지 분해할 수 있는 효과가 있다.The
상기 전기분해장치(600)은 양극과 음극을 포함하고, 양극과 음극의 극성을 일정 주기로 상호변환시키는 제어부(610)를 포함할 수 있다. 제어부(610)에 의해 양극과 음극의 극성을 상호 변화시켜, 양극과 음극에서 전기분해 산물로 전극표면에 석출되는 물질들을 전극으로부터 떼어 낼 수 있다. 전압 변화를 주어 전극의 별도 세척과정을 거칠 필요가 없어 공정을 단순화 할 수 있고, 공정을 중단하지 않고 폐수를 순환시켜 고도산화처리를 할 수 있다.The
본 발명의 다른 측면에서 순환식 고도산화처리방법은 다음의 단계로 이루어진다.In another aspect of the present invention, the circulating advanced oxidation treatment method consists of the following steps.
(a) 폐수조(100)에서 폐수에 초음파 처리하는 단계;(a) ultrasonically treating wastewater in the
(b) 오존 산화반응장치(200)를 이용한 폐수의 1차 산화단계;(b) the primary oxidation step of wastewater using the
(c) 상기 1차 산화된 폐수를 관로에서 관로형 초음파처리장치(300)와 관로형 영구자석(400)을 이용하여 초음파 및 자기장 처리하는 단계;(c) treating the primary oxidized wastewater with ultrasonic and magnetic fields in a pipeline using a pipeline type
(d) 자외선 산화반응장치(500)를 이용한 폐수의 2차 산화단계;(d) a secondary oxidation step of wastewater using an ultraviolet
(e) 전기분해장치(600)를 이용한 폐수의 3차 산화단계; 및(e) the third oxidation step of wastewater using the
(f) 상기 3차 산화단계를 마친 폐수를 다시 폐수조(100)에 유입하는 단계.(f) Inflowing the wastewater from the third oxidation step into the
이상 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above specification, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention, but these are only exemplary, and those skilled in the art can perform various modifications and equivalent other implementations from the embodiments of the present invention. You will understand that an example is possible. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined by the claims.
100 : 폐수조
110 : 초음파 처리장치
200 : 오존 산화반응장치
300 : 관로형 초음파장치
400 : 관로형 영구자석
500 : 자외선 산화반응장치
600 : 전기분해장치
610 : 제어부100: wastewater tank
110: ultrasonic treatment device
200: ozone oxidation reaction device
300: pipeline type ultrasonic device
400: pipe type permanent magnet
500: UV oxidation reaction device
600: electrolysis device
610: control unit
Claims (6)
폐수가 투입되는 폐수조(100);
상기 폐수조의 일 측과 연결된 오존 산화반응장치(200);
상기 오존 산화반응장치의 일 측에 연결된 관;
상기 관의 타 측에 연결된 자외선 산화반응장치(500); 및
상기 자외선 산화반응장치와 폐수조 사이에 설치되는 전기분해장치(600)를 포함하고,
상기 관은 일 측에 관로형 초음파 처리장치(300) 및 관로형 영구자석(400)이 연결되어 있으며,
상기 자외선 산화반응장치(500)는 이산화티탄을 광촉매로 포함하여 전자-정공쌍의 형성으로 라디칼을 형성하여 오염물질을 분해한 폐수를 상기 전기분해장치(600)로 투입하며,
상기 전기분해장치(600)는,
상기 자외선 산화반응장치(500)로 인해 형성된 라디칼이 불용성 전극 표면에 흡착되어 발생되는 직접 양극산화와, 전해반응에 의해 생성되는 산화제에 의해 분해되는 간접산화에 의한 폐수처리를 진행하여 처리된 폐수가 재차 폐수조(100)에 투입되어 순환적인 폐수처리가 가능하고,
상기 폐수조의 내부 일 측에 초음파처리장치(110)가 설치되어 수질을 균질화하고, 폐수 내 존재하는 슬러지가 폐수조 벽에 들러붙는 것을 방지하며,
상기 관로형 초음파 처리장치(300)는 상기 오존 산화반응장치(200)와 상기 자외선 산화반응장치(500)를 연결하는 관로에 마련되어 관로를 통과하는 폐수에 초음파 처리를 통해 전자를 가속하고 라디칼을 생성하며,
상기 관로형 영구자석(400)은 상기 오존 산화반응장치(200)와 상기 자외선 산화반응장치(500)를 연결하는 관로에 자기장을 형성하여 상기 관로형 초음파 처리장치(300)에 의해 가속된 전자를 여러 각도로 휘도록 움직임을 만드는 것을 특징으로 하는 순환식 고도산화처리장치.In the circulation type advanced oxidation treatment device,
Wastewater tank 100 into which wastewater is injected;
An ozone oxidation reaction device 200 connected to one side of the wastewater tank;
A pipe connected to one side of the ozone oxidation reaction device;
An ultraviolet oxidation reaction device 500 connected to the other side of the tube; And
Including an electrolysis device 600 installed between the ultraviolet oxidation reaction device and the wastewater tank,
The pipe has a pipe-type ultrasonic treatment device 300 and a pipe-type permanent magnet 400 connected to one side,
The ultraviolet oxidation reaction device 500 includes titanium dioxide as a photocatalyst, and introduces wastewater obtained by decomposing pollutants by forming radicals by forming electron-hole pairs to the electrolysis device 600,
The electrolysis device 600,
Wastewater treated by direct anodic oxidation generated by adsorption of radicals formed by the ultraviolet oxidation reaction device 500 to the surface of insoluble electrodes and wastewater treatment by indirect oxidation decomposed by an oxidizing agent generated by electrolytic reaction It is put into the wastewater tank 100 again to enable cyclic wastewater treatment,
An ultrasonic treatment device 110 is installed on one side of the wastewater tank to homogenize water quality, and prevents sludge present in the wastewater from sticking to the wall of the wastewater tank,
The pipe-type ultrasonic treatment device 300 is provided in a pipe connecting the ozone oxidation reaction device 200 and the ultraviolet oxidation reaction device 500 to accelerate electrons and generate radicals through ultrasonic treatment in wastewater passing through the pipe. And
The pipe-type permanent magnet 400 forms a magnetic field in a pipe connecting the ozone oxidation reaction device 200 and the ultraviolet oxidation reaction device 500 to generate electrons accelerated by the pipe-type ultrasonic treatment device 300. Circulation type advanced oxidation treatment device, characterized in that it makes movement to bend at various angles.
상기 오존 산화반응장치는 내부 일 측에 미세기포와 오존을 함께 발생시키는 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 순환식 고도산화처리장치.
The method of claim 1,
The ozone oxidation reaction apparatus is a circulation type advanced oxidation treatment apparatus, characterized in that a device for generating both fine bubbles and ozone is installed on one side of the inside.
상기 전기분해장치는
양극과 음극의 극성을 상호 변환하는 제어부(610)를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환식 고도산화처리장치.
The method of claim 1,
The electrolysis device
Cyclic advanced oxidation treatment apparatus comprising a control unit (610) for mutually converting the polarities of the anode and the cathode.
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