KR102380261B1 - 폐 오존수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 폐 오존수 내의 오존을 기체 상태로 안정적으로 분리한 후, 열 분해 방식으로 오존을 분해함으로써 어떠한 조건에서도 성능이 안정적이고 우수하며, 반영구적인 수명, 그리고 저렴한 제작단가 및 저렴한 유지보수비용을 구현할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예는, 특히 기체부와 기액 분리막으로 분리된 폐 오존수 수집부로 폐 오존수가 수집되는 폐 오존수 수집단계(S10); 기액 분리막 사이의 압력 차이에 기반하여 폐 오존수 수집부로부터 기체부로 오존이 분리되는 오존 분리단계(S20); 분리된 오존이 기체부에서 진공 영역을 통해 히팅부로 전달되는 오존 전달단계(S30); 및 전달된 오존을 히팅하여 열분해하는 열분해단계(S40)를 포함하는 폐 오존수 처리방법을 포함한다.

Description

폐 오존수 처리방법{WASTE OZONE WATER TREATMENT METHOD}

본 발명은 폐 오존수 처리방법에 관한 것이다.

현재 오존은 여러 분야에서 활용되고 있다. 작게는 공기와 물의 살균에서부터 크게는 각종 산업용에 적용되며, 최근에는 반도체, 디스플레이 및 태양전지 제조공정에도 폭넓게 적용되고 있다. 오존수는 황산, 염산 등 산성 케미컬을 대신하여 반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 세정장치에서 대상물 표면의 유기물질 및 금속성분 제거를 위하여 사용되어진다. 오존수는 케미컬 대비 사용이 편리하며 사용량이 상대적으로 작아 적용 공정이 늘어나는 추세이다.

오존수는 제조가 용이하고 세정능력이 우수하여, 기존의 케미컬세정(산 세정)을 빠르게 대체해나가고 있다. 그러나 목적된 용도로 사용된 후 배출되는 오존수에 포 함된 잔류오존은 자연 상태에서도 산소로 분해되지만, 산소로 분해될 때까지 수 시간에서 수 일간의 분해시간을 요구하며, 산소로 분해되기 전에 대기 중으로 방출된 오존은 환경을 해치는 주범이 되기도 한다. 특히 인체 흡입 시 인체에 치명적인 손상을 초래하며, 배관에서 누출될 수 있는 오존가스는 강력한 산화력으로 주변의 금속물질 및 수지류 등을 부식시켜 장비의 성능과 수명에 악영향을 끼칠 수 있다.

이에 사용목적을 달성 후 배출되는 세정액에 남아있는 잔류오존을 제거하여 환경 및 공장시설에 피해가 가지 않도록 하는 기술이 요구되고 있으며, 그 규제가 강화되고 있다. 예를 들어 한국에서는 2019년 6월 법령을 개정하여 8시간 평균 0.06ppm이하, 1시간 평균 0.1ppm 이하로 배출기준을 높인 바 있다. 현재 한국에서는 오존 및 오존수를 제조하는 기술이 잘 발달되어있지만, 잔류오존의 제거기술은 선진국의 수준을 넘지 못하고 있는 실정이며, 자외선으로 수중 잔류오존을 분해하는 일본제품들이 주로 수입되어 사용되고 있는 실정이다.

종래 오존제거시스템은 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 반도체 세정기의 챔버(Chamber)에서 사용되어진 오존수를 세정기의 드레인 배관을 통하여 저장 탱크에 저장하고, 펌프를 통하여 오존수 분해장치로 보내 UV 조사방식으로 오존수 내의 잔류오존을 제거하게 된다.

그간 자외선 방식의 일본제품 성능은 만족스럽지 못하지만 물 속에 용존 되어있는 오존을 제거하는 방법은 현재로서 자외선방식이 유일한 상황이었다. 그러나 자외선 제거방식의 종래 기술은 물의 온도가 낮을 경우와 불산(HF)등이 포함되어 pH농도가 낮을 경우(산성)에 분해능력이 50%이상 현저히 저하(일본 메이커자료)되는 문제가 있었으며, 그마저도 대안의 부재로 온도 및 pH농도 문제에 의한 성능저하문제를 감안하면서 실제 처리유량보다 4배의 용량을 가진 제품을 사용하고 있는 문제점이 있었다.

예를 들어 일본 T사에서 출시되는 제품은 Pure Ozone Water의 경우 20L/min, 20ppm의 조건에서 90%의 오존을 제거하는 것으로 표기되어 있으나, 반도체 공정에서 사용되는 Hydrofluoric Ozone Water (HF, BOE 등 불산, 불산화합 물이 포함)인 경우 5L/min, 20ppm 처리용량으로 성능이 크게 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 적은 용량으로도 각 세정기에서 발생되는 폐 오존수내의 오존을 제거하며 저비용으로 온존 제거가 가능한 폐 오존수 처리방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 제2 목적은, 온도와 pH농도에 영향을 받지 않는 새로운 방식의 폐 오존수 처리방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 제3 목적은, 폐 오존수 내의 오존을 기체 상태로 안정적으로 분리한 후, 열 분해 방식으로 오존을 분해함으로써 어떠한 조건에서도 성능이 안정적이고 우수하며, 반영구적인 수명, 그리고 저렴한 제작단가 및 저렴한 유지보수비용을 구현할 수 있는 폐 오존수 처리방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 기체부와 기액 분리막으로 분리된 폐 오존수 수집부로 폐 오존수가 수집되는 폐 오존수 수집단계(S10); 기액 분리막 사이의 압력 차이에 기반하여 폐 오존수 수집부로부터 기체부로 오존이 분리되는 오존 분리단계(S20); 분리된 오존이 기체부에서 진공 영역을 통해 히팅부로 전달되는 오존 전달단계(S30); 및 전달된 오존을 히팅하여 열분해하는 열분해단계(S40)를 포함하는 폐 오존수 처리방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

폐 오존수 수집단계(S10) 및 오존 분리단계(S20)에서, 기액 분리막은 나노 사이즈의 다수의 구멍을 갖는 다공성막일 수 있다. 그리고 다공성막은 테프론 소재로 형성된 것일 수 있다.

아울러 오존 전달단계(S30)에서, 진공 영역은 10 ~ 500 torr 상태인 것일 수 있으며, 오존 전달단계(S30)에서, 히팅부는 오존이 통과하는 배관과 배관 내부에 배치된 발열체를 포함하는 것일 수 있다.

한편 열분해 단계(S40)에서, 열분해를 위한 히팅 온도는 300 ~ 400 ℃인 것일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 적은 용량으로도 각 세정기에서 발생되는 폐 오존수내의 오존을 제거하며 저비용으로 온존 제거가 가능하다.

또한 폐 오존수 처리방법에 있어서 온도와 pH농도에 영향을 받지 않는 효과가 있다.

그리고 폐 오존수 내의 오존을 기체 상태로 안정적으로 분리한 후, 열 분해 방식으로 오존을 분해함으로써 어떠한 조건에서도 성능이 안정적이고 우수하며, 반영구적인 수명, 그리고 저렴한 제작단가 및 저렴한 유지보수비용을 구현할 수 있다.

아울러 폐 오존수에 HF(불산)등 케미컬이 포함되어도 장치나 부품수명에 영향이 없으며, 소형으로 제작이 가능하여 설치공간의 문제점이 해결될 수 있다.

도 1은 반도체 폐오존수의 오존 제거시스템(a)과 종래 UV 오존수 분해장치 구조(b)를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명인 폐 오존수 처리방법의 일 실시예를 간략하게 나타낸 개념도이고,
도 3은 본 발명인 폐 오존수 처리방법의 일 실시예를 순차적으로 나타낸 순서도이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

폐 오존수 처리방법

도 2는 본 발명인 폐 오존수 처리방법의 일 실시예를 간략하게 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명인 폐 오존수 처리방법의 일 실시예를 순차적으로 나타낸 순서도이다. 도 2 및 3을 참조하여 본 실시예에 대하여 상술한다.

본 실시예의 방법에 의하면 반도체 세정 등으로 드레인되는 폐 오존수로부터 오존을 분리하여 열분해를 제거함으로써 환경적인 제한없이 오존수를 처리할 수 있도록 작용한다.

본 실시예를 위한 기액 분리장치는, 는 도 2에 도시된 바와 같이, 폐 오존수 수집부(100)와, 기체부(110)와, 이들 사이에 배치되는 기액 분리막(120)을 포함하여 구성된다. 폐 오존수 수집부(100)는 반도체, 디스플레이 및 태양전지 제조공정에 이용된 오존수가 수집되는 탱크 등으로 구성될 수 있으나 본 실시예를 적용한 장치의 소형화를 위해 탱크로부터 배관 등을 통해 별도 연장된 오존수 탱크 또는 오존수 파이프로 구성하는 것이 바람직하다.

기체부(110)는 오존이 분리되어 수집되는 공간으로서, 도 2에서는 상호 대향하여 배치되는 형태로 개시되어 있으나 폐 오존수 수집부(100)가 오존수 파이프로 구성되는 경우 오존수 파이프의 외곽을 일정 거리 이격되어 감싸는 형태의 기체부 파이프로 구성될 수 있다.

기액 분리막(120)은 물 등의 액체는 통과시키지 않고 압력차이에 의해 오존만을 통과시킬 수 있도록 나노 사이즈의 다수의 구멍을 갖는 다공성막으로 구성될 수 있으며, 이러한 다공성막은 테프론 소재로 형성된 것일 수 있다.

이러한 기액 분리막(120)은 압력 차이(P1, P2)에 기반하여 폐 오존수 수집부(100)로부터 기체부(110)로 오존이 분리되도록 작용한다.

아울러 진공부(130)는 10 ~ 500 torr 상태의 진공 영역을 형성함으로써 분리된 오존이 일 방향으로 전달되고, 기체부(130)는 일정한 압력이 유지되도록 함으로써 또 다른 오존이 폐 오존수로부터 분리되어 수집될 수 있도록 작용한다.

전달된 오존은 히팅부(140)에서 히팅되어 열분해된다. 열분해 과정은 300 ℃이상의 고온에서 오존이 불안정화되어 급속히 분해되고 이러한 열분해가 1~3 초 사이에 오존을 완전히 파괴하는 것으로서 종래 수중 오존 분해의 어려움을 극복할 수 있다.

히팅부(140)는 오존이 통과하는 배관과 배관 내부에 배치된 발열체(142)를 포함하는 것일 수 있다. 발열체(142)는 일반적인 코일 열선에 온도 제어장치를 부가하는 방식이거나 PTC 정온 발열체를 활용할 수도 있다. 오존 파괴시 폐열이 발생하므로 이러한 열을 이용하는 경우 온도 제어장치 또는 PTC 정온 발열체를 이용하면 소비전력을 아낄 수 있는 장점이 있다.

이러한 열분해 과정은 히팅 온도가 300 ~ 400 ℃인 것이 바람직하다. 이러한 열분해 과정으로 통해 오존은 완전히 파괴되어 산소로 배출된다.

본 실시예의 폐 오존수 처리방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 우선 기체부와 기액 분리막으로 분리된 폐 오존수 수집부로 폐 오존수가 수집되고(S10), 다음 기액 분리막 사이의 압력 차이에 기반하여 폐 오존수 수집부로부터 기체부로 오존이 분리되며(S20), 다음 분리된 오존이 기체부에서 진공 영역을 통해 히팅부로 전달되고(S30), 다음 전달된 오존을 히팅하여 열분해함으로써(S40) 수행될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 폐 오존수 수집부
110: 기체부
120: 기액 분리막
130: 진공부
140: 히팅부
142: 발열체

Claims (6)

1. 반도체, 디스플레이 및 태양전지 제조공정에서 발생하는 폐 오존수 처리방법에 있어서,
   기체부와 기액 분리막으로 분리된 폐 오존수 수집부로 폐 오존수가 수집되는 폐 오존수 수집단계(S10);
   상기 기액 분리막 외면 및 내면 사이의 압력 차이에 기반하여 상기 폐 오존수 수집부로부터 상기 기체부로 오존이 분리되는 오존 분리단계(S20);
   상기 분리된 오존이 상기 기체부에서 진공 영역을 통해 히팅부로 전달되는 오존 전달단계(S30); 및
   상기 전달된 오존을 히팅하여 열분해하는 열분해단계(S40)를 포함하되,
   상기 폐 오존수 수집단계(S10) 및 상기 오존 분리단계(S20)에서,
   상기 기액 분리막은 나노 사이즈의 다수의 구멍을 갖는 다공성막인 것이고,
   상기 다공성막은 테프론 소재로 형성된 것이며,
   상기 오존 전달단계(S30)에서,
   상기 진공 영역은 10 ~ 500 torr 상태인 것이고,
   상기 오존 전달단계(S30)에서,
   상기 히팅부는 상기 오존이 통과하는 배관과 상기 배관 내부에 배치된 발열체를 포함하고 상기 발열체는 PTC 정온 발열체인 폐 오존수 처리방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1 항에 있어서,
   상기 열분해 단계(S40)에서,
   상기 열분해를 위한 히팅 온도는 300 ~ 400 ℃인 것을 특징으로 하는 폐 오존수 처리방법.

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