KR102571157B1 - Water treatment apparatus for decomposing perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances with vacuum ultraviolet - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 자외선 램프가 구비된 복수의 수처리관들을 직렬로 연결하고, 상기 수처리관들에서 산화, 환원 및 산화 처리가 순차적으로 이루어지도록 함으로써, 과불화화합물의 분해 및 탈불화를 달성할 수 있는 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a vacuum ultraviolet-based perfluorinated compound decomposition water treatment device, and more particularly, to a plurality of water treatment tubes equipped with vacuum ultraviolet lamps are connected in series, and oxidation, reduction, and oxidation are sequentially performed in the water treatment tubes. The present invention relates to a vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment device that can achieve decomposition and defluorination of perfluorinated compounds.
일반적으로 수처리 장치는 수중 오염물질들을 제거하기 위한 설비이다. 수중 오염물질들 중의 하나인 과불화화합물은 탄화수소의 기본 골격 중 수소가 불소로 치환된 형태의 물질군이고, 화학적으로 매우 안정적이어서 쉽게 분해되지 않고 생물체에 축적되어 독성을 나타낸다. In general, a water treatment device is a facility for removing contaminants from water. Perfluorinated compounds, one of the aquatic contaminants, are a group of substances in which hydrogen in the basic skeleton of hydrocarbons is replaced with fluorine, and are chemically very stable, so they are not easily decomposed and accumulate in living organisms to show toxicity.
종래의 수처리 장치는 주로 흡착이나 여과 등의 물리적 처리 방법으로 과불화화합물을 제거해왔으나 한계가 있기 때문에, 화학적 처리를 통한 분해에 대한 관심도 증가하고 있다. 그러나, 화학적 처리를 통해 분해하는 경우에도 탄소(C)와 불소(F)의 결합이 잔존한 분해 산물은 생태 독성이 남게 되는 문제점이 있다.Conventional water treatment devices have mainly removed perfluorinated compounds by physical treatment methods such as adsorption or filtration, but there are limitations, so interest in decomposition through chemical treatment is also increasing. However, even when decomposed through chemical treatment, there is a problem in that decomposition products in which the bond between carbon (C) and fluorine (F) remains remain ecologically toxic.
본 발명의 목적은, 과불화화합물의 분해 및 탈불화가 가능한 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment device capable of decomposing and defluorinating perfluorinated compounds.
본 발명에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치는, 알킬기의 탄소(C)가 불소(F)로 포화된 퍼플루오르알킬 물질(PFAS, Perfluoroalkyl substances)과 알킬기의 탄소(C) 중 일부가 불소(F)로 치환되지 않고 수소(H)로 남아있는 플루오로텔로머 물질(Fluorotelomer substances)를 포함하는 과불화화합물이 포함된 피처리수를 유입하는 피처리수 유입관과; 상기 피처리수 유입관에 연결되고, 내부에 제1진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선을 이용하여 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 산화 처리 반응이 이루어지는 제1산화 처리관과; 상기 제1산화 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제2진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 환원제를 이용하여 상기 제1산화 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 환원 처리 반응이 이루어지는 제2환원 처리관과; 상기 제2환원 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제3진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 산화제를 이용하여 상기 제2환원 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 제3산화 처리관을 포함한다.In the vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment device according to the present invention, a perfluoroalkyl substance (PFAS) in which carbon (C) of an alkyl group is saturated with fluorine (F) and a part of carbon (C) of an alkyl group is fluorine an untreated water inlet pipe through which water to be treated containing perfluorinated compounds including fluorotelomer substances remaining as hydrogen (H) without being substituted with (F) is introduced; It is connected to the water to be treated inlet pipe, and a first vacuum ultraviolet lamp is provided therein to break and decompose the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound using vacuum ultraviolet rays. Advanced oxidation treatment reaction a first oxidation treatment tube in which this is made; It is connected in series to the first oxidation treatment tube, and a second vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and a reducing agent to obtain carbon (C) and A second reduction treatment tube in which a high-level reduction treatment reaction is performed to break and decompose the bond of fluorine (F); It is connected in series to the second reduction treatment tube, and a third vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and an oxidizing agent to obtain carbon (C) and It includes a third oxidation treatment tube that breaks the bond of hydrogen (H) and decomposes it.
상기 제1산화 처리관에서는, 상기 제1진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 물을 광분해하여 OH 라디칼을 생성하고, 상기 OH 라디칼은 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시킨다. In the first oxidation treatment tube, the vacuum ultraviolet rays generated from the first vacuum ultraviolet lamp photodecompose water to generate OH radicals, and the OH radicals form a bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound. break and disassemble
상기 환원제는, 아황산염(Sulfite)을 포함하고, 상기 제2환원 처리관에서는, 상기 제2진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 상기 아황산염을 광분해시켜 수화 전자를 발생시키고, 상기 수화 전자는 상기 제1산화 처리관의 고도 산화 처리 반응에서 분해되지 않은 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합과, 상기 고도 산화 처리 반응에서 추가 생성된 제1분해 산물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시킨다. The reducing agent includes sulfite, and in the second reduction treatment tube, vacuum ultraviolet rays generated from the second vacuum ultraviolet lamp photodecompose the sulfite to generate hydration electrons, and the hydration electrons are generated in the first vacuum ultraviolet ray lamp. The combination of carbon (C) and fluorine (F) in the perfluorinated compound not decomposed in the advanced oxidation treatment reaction of the oxidation treatment tube, and carbon (C) and fluorine (in the first decomposition product additionally generated in the advanced oxidation treatment reaction) F) is cleaved and defluorinated.
상기 산화제는, 과산화수소를 포함하고, 상기 제3산화 처리관에서는, 상기 제3진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 과산화수소를 분해하여 OH 라디칼을 생성하고, 상기 OH 라디칼은 상기 제2환원 처리관의 고도 환원 처리 반응에서 불소(F)가 수소(H)로 치환되어 추가 생성된 제2분해 산물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시킨다. The oxidizing agent includes hydrogen peroxide, and in the third oxidation treatment tube, vacuum ultraviolet rays generated from the third vacuum ultraviolet lamp decompose hydrogen peroxide to generate OH radicals, and the OH radicals are generated in the second reduction treatment tube. In the advanced reduction treatment reaction, fluorine (F) is replaced with hydrogen (H) to break the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the additionally generated second decomposition product to decompose.
상기 제1산화 처리관과 상기 제2환원 처리관 사이를 연결하는 제1연결관과, 상기 제1연결관에 상기 환원제를 주입하기 위한 환원제 주입부를 더 포함한다.The apparatus may further include a first connection pipe connecting the first oxidation treatment tube and the second reduction treatment pipe, and a reducing agent injection unit for injecting the reducing agent into the first connection pipe.
상기 제1연결관에는 피처리수의 pH를 조절하기 위한 pH 조정제와, 피처리수의 용존 산소를 제거하기 위한 질소를 주입된다.A pH adjuster for adjusting the pH of the water to be treated and nitrogen for removing dissolved oxygen in the water to be treated are injected into the first connection pipe.
상기 제2환원 처리관과 상기 제3산화 처리관 사이를 연결하는 제2연결관과, 상기 제2연결관에 상기 산화제를 주입하기 위한 산화제 주입부를 더 포함한다.It further includes a second connection pipe connecting the second reduction treatment tube and the third oxidation treatment tube, and an oxidizing agent injection unit for injecting the oxidizing agent into the second connection pipe.
상기 제3산화 처리관의 배출구에 연결되어, 상기 제3산화 처리관에서 수처리되고 나온 처리수를 외부로 방류하기 위한 방류관과, 상기 방류관에 구비되어 처리수의 수질을 측정하는 수질 측정기를 더 포함한다.A discharge pipe connected to the outlet of the third oxidation treatment pipe and discharging the treated water from the third oxidation treatment pipe to the outside, and a water quality meter provided in the discharge pipe to measure the water quality of the treated water. contains more
상기 방류관에서 분기되어 상기 피처리수 유입관에 연결되어, 상기 수질 측정기에서 측정된 수질이 미리 설정된 기준을 초과하면 상기 방류관으로 배출되는 처리수 중 일부를 상기 피처리수 유입관으로 회수하기 위한 환수관과, 상기 환수관을 개폐하는 환수관 밸브를 더 포함한다.Branched from the discharge pipe and connected to the WTBT inlet pipe, to recover some of the treated water discharged to the WTBT inlet pipe when the water quality measured by the water quality measuring device exceeds a preset standard and a return pipe valve for opening and closing the return pipe.
상기 환원제는, 아황산염(Sulfite)을 포함하고, 상기 산화제는, 과산화수소를 포함하고, 상기 수질 측정기는, 상기 처리수 내 불소 이온, 과산화수소 농도, 아황산 이온 농도를 측정한다.The reducing agent includes sulfite, the oxidizing agent includes hydrogen peroxide, and the water quality meter measures fluorine ions, hydrogen peroxide concentrations, and sulfite ion concentrations in the treated water.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치는, 알킬기의 탄소(C)가 불소(F)로 포화된 퍼플루오르알킬 물질(PFAS, Perfluoroalkyl substances)과 알킬기의 탄소(C) 중 일부가 불소(F)로 치환되지 않고 수소(H)로 남아있는 플루오로텔로머(Fluorotelomer) 중 적어도 하나를 포함하는 과불화화합물이 포함된 피처리수를 유입하는 피처리수 유입관과; 상기 피처리수 유입관에 연결되고, 내부에 제1진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선을 이용하여 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 산화 처리 반응이 이루어지는 제1산화 처리관과; 상기 제1산화 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제2진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 환원제를 이용하여 상기 제1산화 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시키는 고도 환원 처리 반응이 이루어지는 제2환원 처리관과; 상기 제2환원 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제3진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 산화제를 이용하여 상기 제2환원 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 제3산화 처리관과; 상기 제1산화 처리관과 상기 제2환원 처리관 사이를 연결하는 제1연결관과, 상기 제1연결관에 상기 환원제를 주입하는 환원제 주입부와; 상기 제2환원 처리관과 상기 제3산화 처리관 사이를 연결하는 제2연결관과; 상기 제2연결관에 상기 산화제를 주입하는 산화제 주입부를 포함하고, 상기 환원제는, 아황산염(Sulfite)을 포함하고, 상기 산화제는, 과산화수소를 포함하고, 상기 제1산화 처리관에서는, 상기 제1진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 물을 광분해하여 OH 라디칼을 생성하고, 상기 OH 라디칼은 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키고, 상기 제2환원 처리관에서는, 상기 제2진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 상기 아황산염을 광분해시켜 수화 전자를 발생시키고, 상기 수화 전자는 상기 제1산화 처리관의 고도 산화 처리 반응에서 분해되지 않은 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합과, 상기 고도 산화 처리 반응에서 추가 생성된 제1분해 산물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시키고, 상기 제3산화 처리관에서는, 상기 제3진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 과산화수소를 분해하여 OH 라디칼을 생성하고, 상기 OH 라디칼은 상기 고도 환원 처리 반응에서 불소(F)가 수소(H)로 치환되어 추가 생성된 제2분해 산물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시킨다.According to another embodiment of the present invention, a vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device includes perfluoroalkyl substances (PFAS) in which carbon (C) of an alkyl group is saturated with fluorine (F) and carbon (C) of an alkyl group an untreated water inlet pipe through which water to be treated containing perfluorinated compounds including at least one of fluorotelomers in which some of the fluorotelomers remain as hydrogen (H) without being substituted with fluorine (F) is introduced; It is connected to the water to be treated inlet pipe, and a first vacuum ultraviolet lamp is provided therein to break and decompose the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound using vacuum ultraviolet rays. Advanced oxidation treatment reaction a first oxidation treatment tube in which this is made; It is connected in series to the first oxidation treatment tube, and a second vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and a reducing agent to obtain carbon (C) and A second reduction treatment tube in which a high-level reduction treatment reaction of defluorination by breaking the bond of fluorine (F) is performed; It is connected in series to the second reduction treatment tube, and a third vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and an oxidizing agent to obtain carbon (C) and A third oxidation treatment tube for breaking and decomposing hydrogen (H) bonds; a first connection tube connecting the first oxidation processing tube and the second reduction processing tube, and a reducing agent injection unit injecting the reducing agent into the first connection tube; a second connection pipe connecting the second reduction treatment pipe and the third oxidation treatment pipe; An oxidizing agent injection unit for injecting the oxidizing agent into the second connection pipe, wherein the reducing agent includes sulfite, the oxidizing agent includes hydrogen peroxide, and in the first oxidation treatment tube, the first vacuum Vacuum ultraviolet rays generated from an ultraviolet lamp photodecompose water to generate OH radicals, and the OH radicals break and decompose the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound, and in the second reduction treatment tube , The vacuum ultraviolet light generated from the second vacuum ultraviolet lamp photodecomposes the sulfite to generate hydration electrons, and the hydration electrons generate carbon (C ) and fluorine (F) and defluorination by breaking the bond between carbon (C) and fluorine (F) in the first decomposition product additionally generated in the advanced oxidation treatment reaction, and in the third oxidation treatment tube, The vacuum ultraviolet rays generated from the third vacuum ultraviolet lamp decompose hydrogen peroxide to generate OH radicals, and the OH radicals are second decomposition products additionally generated by replacing fluorine (F) with hydrogen (H) in the advanced reduction treatment reaction. It decomposes by breaking the bond between carbon (C) and hydrogen (H).
본 발명에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치는, 진공 자외선 램프가 각각 구비된 복수의 수처리관들이 직렬로 연결되어, 피처리수가 수처리관들을 순차적으로 통과하면서 산화 처리, 환원 처리 및 산화 처리가 순차적으로 이루어짐으로써, 피처리수의 과불화화합물 중 탄소(C)와 불소(F)가 결합된 퍼플루오르알킬 뿐만 아니라 탄소(C)와 수소(H)가 결합된 플로오로텔로머의 분해까지 가능하며, 산화 또는 환원 처리 반응 중에 추가적으로 생성되는 분해 산물 내에 탄소(C)와 수소(H)의 결합, 탄소(C)와 불소(F)의 결합도 모두 분해시킬 수 있으므로, 일련의 공정을 통해 수처리 효율이 보다 향상될 수 있다. In the vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment apparatus according to the present invention, a plurality of water treatment tubes each equipped with a vacuum ultraviolet ray lamp are connected in series, and the water to be treated sequentially passes through the water treatment tubes while undergoing oxidation treatment, reduction treatment, and oxidation treatment. is carried out in sequence, leading to decomposition of not only carbon (C) and fluorine (F) bonded perfluoroalkyl but also carbon (C) and hydrogen (H) bonded fluorotelomer among the perfluorinated compounds in the water to be treated. It is possible to decompose both carbon (C) and hydrogen (H) bonds and carbon (C) and fluorine (F) bonds in decomposition products additionally generated during the oxidation or reduction reaction, so through a series of processes Water treatment efficiency can be further improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 수처리 장치에서 수처리 단계를 순차적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram schematically illustrating a vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view sequentially illustrating water treatment steps in the water treatment apparatus shown in FIG. 1 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치는, 피처리수에 포함된 과불화화합물을 분해하여 수처리하기 위한 장치이다. A vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposing water treatment device according to an embodiment of the present invention is a device for water treatment by decomposing a perfluorinated compound included in water to be treated.
상기 과불화화합물은, 알킬기의 탄소(C)가 불소(F)로 포화된 퍼플루오르알킬 물질(PFAS, Perfluoroalkyl substances)과, 알킬기의 탄소(C) 중 일부가 불소(F)로 치환되지 않고 수소(H)로 남아있는 플루오로텔로머 물질(Fluorotelomer substances)를 포함한다.The perfluoroalkyl compounds include perfluoroalkyl substances (PFAS) in which the carbon (C) of the alkyl group is saturated with fluorine (F), and some of the carbon (C) of the alkyl group is not substituted with fluorine (F) and hydrogen Includes Fluorotelomer substances that remain as (H).
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치는, 피처리수 유입관(1), 제1산화 처리관(10), 제2환원 처리관(20), 제3산화 처리관(30), 제1연결관(15), 제2연결관(25), 방류관(40), 환수관(50), 환원제 주입부(100), 산화제 주입부(200)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the apparatus for decomposing perfluorinated compounds based on vacuum ultraviolet rays according to an embodiment of the present invention includes a water inlet pipe 1, a first oxidation treatment pipe 10, and a second reduction treatment pipe 20. , third oxidation treatment pipe 30, first connection pipe 15, second connection pipe 25, discharge pipe 40, return pipe 50, reducing agent injection unit 100, oxidizing agent injection unit 200 ).
상기 피처리수 유입관(1)은, 상기 과불화화합물이 포함된 피처리수가 유입되는 관이다. The water to be treated inlet pipe 1 is a pipe through which the water to be treated containing the perfluorinated compound flows.
상기 제1산화 처리관(10)은, 상기 피처리수 유입관(1)에 직렬로 연결되고, 내부에 제1진공 자외선 램프(12)가 구비된 수처리관이다. 상기 제1산화 처리관(10)은, 자외선에 변형되지 않도록 스테인리스 소재의 관으로 형성된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 자외선에 변형되지 않는 소재라면 다양하게 변경하여 적용가능하다. The first oxidation treatment pipe 10 is a water treatment pipe connected in series to the water to be treated inlet pipe 1 and equipped with a first vacuum ultraviolet lamp 12 therein. The first oxidation treatment tube 10 is described as being formed of a tube made of stainless material so as not to be deformed by ultraviolet rays.
상기 제1산화 처리관(10)에서는 상기 제1진공 자외선 램프(12)에서 발생한 진공 자외선(VUV, Vacuum Ultraviolet)에 의해 오염물질이 광분해되며, 광분해시 생성된 OH 라디칼을 이용하여 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 산화 처리 반응이 이루어진다. In the first oxidation treatment tube 10, contaminants are photodegraded by vacuum ultraviolet (VUV) generated from the first vacuum ultraviolet lamp 12, and the perfluorinated compound is decomposed using OH radicals generated during photolysis. An advanced oxidation treatment reaction is performed to break the bond between carbon (C) and hydrogen (H) inside.
상기 제1진공 자외선 램프(12)는, 상기 제1산화 처리관(10)의 중앙에 길이방향으로 길게 배치된다.The first vacuum ultraviolet lamp 12 is longitudinally disposed at the center of the first oxidation treatment tube 10 .
상기 제2환원 처리관(20)은, 상기 제1산화 처리관(10)에 직렬로 연결되어 상기 제1산화 처리관(10)에서 나온 피처리수가 유입되도록 형성된 수처리관이다. 상기 제2환원 처리관(20)은, 내부에 제2진공 자외선 램프(22)가 구비된다. 상기 제2환원 처리관(20)은, 자외선에 변형되지 않도록 스테인리스 소재의 관으로 형성된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 자외선에 변형되지 않는 소재라면 다양하게 변경하여 적용가능하다. The second reduction treatment pipe 20 is a water treatment pipe connected to the first oxidation treatment pipe 10 in series so that the water to be treated from the first oxidation treatment pipe 10 flows in. The second reduction processing tube 20 has a second vacuum ultraviolet lamp 22 inside. The second reduction treatment tube 20 is described as being formed of a tube made of stainless material so as not to be deformed by ultraviolet rays, but it is not limited thereto, and various changes can be applied as long as the material is not deformed by ultraviolet rays.
상기 제2환원 처리관(20)에서는 상기 제2진공 자외선 램프(22)에서 발생한 진공 자외선이 후술하는 환원제인 아황산염을 광분해시켜 수화 전자를 발생시킨다. 상기 수화 전자는 상기 제1산화 처리관(10)에서 분해되지 않은 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 분해시키고, 상기 제1산화 처리관(10)의 상기 고도 산화 처리 반응에서 분해 후 추가 생성된 제1분해 산물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시켜, 상기 제2환원 처리관(20)에서는 고도 환원 처리 반응이 일어난다. In the second reduction treatment tube 20, vacuum ultraviolet rays generated from the second vacuum ultraviolet lamp 22 photodecompose sulfite, which is a reducing agent described later, to generate hydration electrons. The hydration electrons break and decompose the bond between carbon (C) and fluorine (F) in the perfluorinated compound that has not been decomposed in the first oxidation treatment tube 10, and the advanced oxidation of the first oxidation treatment tube 10 In the treatment reaction, a bond between carbon (C) and fluorine (F) in the first decomposition product additionally generated after decomposition is defluorinated to defluorinate, and an advanced reduction treatment reaction occurs in the second reduction treatment tube 20.
상기 제2진공 자외선 램프(22)는, 상기 제2환원 처리관(20)의 중앙에 길이방향으로 길게 배치된다. The second vacuum ultraviolet lamp 22 is disposed longitudinally at the center of the second reduction processing tube 20 .
상기 제3산화 처리관(30)은, 상기 제2환원 처리관(20)에 직렬로 연결되어, 상기 제2환원 처리관(20)에서 나온 피처리수가 유입되도록 형성된 수처리관이다. 상기 제3산화 처리관(30)은, 내부에 제3진공 자외선 램프(33)가 구비된다. 상기 제3산화 처리관(30)은, 자외선에 변형되지 않도록 스테인리스 소재의 관으로 형성된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 자외선에 변형되지 않는 소재라면 다양하게 변경하여 적용가능하다. The third oxidation treatment pipe 30 is a water treatment pipe connected in series to the second reduction treatment pipe 20 so that the water to be treated from the second reduction treatment pipe 20 flows into it. The third oxidation treatment tube 30 has a third vacuum ultraviolet lamp 33 inside. The third oxidation treatment tube 30 is described as being formed of a tube made of stainless material so as not to be deformed by ultraviolet rays.
상기 제3산화 처리관(30)에서는 상기 제3진공 자외선 램프(32)에서 발생한 진공 자외선이 후술하는 산화제인 과산화수소를 분해하여 OH 라디칼을 생성한다. 상기 제3산화 처리관(30)에서 생성된 상기 OH 라디칼은 상기 제2환원 처리관(20)에서 분해되지 않은 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합과, 상기 고도 환원 처리 반응에서 불소(F)가 수소(H)로 치환되어 추가 생성된 제2분해 산물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 탈불화시켜, 상기 제3산화 처리관(30)에서는 고도 산화 처리 반응이 일어난다. In the third oxidation treatment tube 30, vacuum ultraviolet rays generated from the third vacuum ultraviolet lamp 32 decompose hydrogen peroxide, which is an oxidizing agent described later, to generate OH radicals. The OH radicals generated in the third oxidation treatment tube 30 are combined with carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound not decomposed in the second reduction treatment tube 20, and the advanced reduction treatment In the reaction, fluorine (F) is substituted with hydrogen (H) to defluoride by breaking the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the second decomposition product additionally generated, and in the third oxidation treatment tube 30 An oxidation treatment reaction takes place.
상기 제3진공 자외선 램프(32)는, 상기 제3산화 처리관(30)의 중앙에 길이 방향으로 길게 배치된다. The third vacuum ultraviolet lamp 32 is disposed lengthwise in the center of the third oxidation treatment tube 30 in the longitudinal direction.
한편, 상기 제1산화 처리관(10)과 상기 제2환원 처리관(20)은 상기 제1연결관(15)에 의해 연결된다. Meanwhile, the first oxidation treatment tube 10 and the second reduction treatment tube 20 are connected by the first connection tube 15 .
상기 제1연결관(15)은, 상기 제1산화 처리관(10)의 배출구와 상기 제2환원 처리관(20)의 유입구 사이를 직렬로 연결하는 유로이다. The first connection pipe 15 is a flow path connecting the outlet of the first oxidation treatment pipe 10 and the inlet of the second reduction treatment pipe 20 in series.
상기 제1연결관(15)에는, 상기 환원제를 주입하기 위한 환원제 주입부(100)가 구비된다.The first connection pipe 15 is provided with a reducing agent injection unit 100 for injecting the reducing agent.
상기 환원제는 아황산염(Sulfite)인 것으로 예를 들어 설명한다. 아황산염은 SO3 2-를 갖는 아황산의 무기염이다. 본 실시예에서는, 상기 환원제로 아황산나트륨(Na2SO3)을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고,아황산이온 외에 아이오딘 이온, 인돌(indoel), 아이티온산염(dithionite)를 첨가하는 것도 가능하다. The reducing agent will be described as an example of sulfite. Sulfites are inorganic salts of sulfurous acid with SO 3 2- . In this embodiment, it will be described as an example using sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) as the reducing agent. However, it is not limited thereto, and it is also possible to add iodine ions, indole, and dithionite in addition to sulfite ions.
또한, 상기 제1연결관(15)에는 상기 제1산화 처리관(10)에서 나온 피처리수의 pH를 조절하기 위한 pH 조정제가 주입된다. pH 조정제는 수산화나트륨(NaOH)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 본 실시예에서는, 상기 pH 조정제는 상기 환원제 주입부(100)를 통해 주입되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 pH 조정제는 상기 환원제 주입부(100)와 별도로 구비된 주입부를 통해 주입되거나 상기 제2환원 처리관(20)으로 직접 주입하는 것도 물론 가능하다. In addition, a pH adjuster for adjusting the pH of the water to be treated from the first oxidation treatment pipe 10 is injected into the first connection pipe 15 . The pH adjuster will be described using sodium hydroxide (NaOH) as an example. In this embodiment, the pH adjusting agent will be described as being injected through the reducing agent injection unit 100 as an example. However, it is not limited thereto, and the pH adjusting agent may be injected through an injection unit provided separately from the reducing agent injection unit 100 or directly injected into the second reduction treatment tube 20 .
또한, 상기 제1연결관(15)에는 질소 주입부(101)가 구비된다. In addition, a nitrogen injection unit 101 is provided in the first connection pipe 15 .
상기 질소 주입부(101)는, 상기 제1산화 처리관(10)에서 나온 피처리수의 용존 산소를 제거하기 위한 질소(N2)를 주입한다. 본 실시예에서는, 질소(N2)는 상기 환원제 주입부(100)와 별도로 구비된 질소 주입부(101)를 통해 주입되는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 질소(N2)는 상기 환원제 주입부(100)를 통해 함께 주입되는 것도 가능하고, 상기 제2환원 처리관(20)으로 직접 주입하는 것도 물론 가능하다. The nitrogen injection unit 101 injects nitrogen (N 2 ) to remove dissolved oxygen in the water to be treated from the first oxidation treatment tube 10 . In this embodiment, nitrogen (N 2 ) is described as being injected through a nitrogen injection unit 101 provided separately from the reducing agent injection unit 100, but is not limited thereto, and nitrogen (N 2 ) It is also possible to inject together through the reducing agent injection unit 100, and it is also possible to directly inject into the second reducing treatment pipe 20.
한편, 상기 제2환원 처리관(20)과 상기 제3산화 처리관(30)은 상기 제2연결관(25)에 의해 연결된다. Meanwhile, the second reduction treatment pipe 20 and the third oxidation treatment pipe 30 are connected by the second connection pipe 25 .
상기 제2연결관(25)은, 상기 제2환원 처리관(20)의 배출구와 상기 제3산화 처리관(30)의 유입구 사이를 직렬로 연결하는 유로이다.The second connection pipe 25 is a flow path connecting the outlet of the second reduction treatment pipe 20 and the inlet of the third oxidation treatment pipe 30 in series.
상기 제2연결관(25)에는 상기 산화제를 주입하기 위한 산화제 주입부(20))가 구비된다. The second connection pipe 25 is provided with an oxidizing agent injection unit 20 for injecting the oxidizing agent.
상기 산화제는 과산화수소(H2O2)인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 과산화수소 외에 차아염소산(HOCl), 과황산염(persulfate) 등을 첨가하는 것도 물론 가능하다. The oxidizing agent is described as an example of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). However, it is not limited thereto, and it is of course possible to add hypochlorous acid (HOCl), persulfate, etc. in addition to hydrogen peroxide.
한편, 상기 제3산화 처리관(30)의 배출구에는 상기 방류관(40)이 연결된다.Meanwhile, the discharge pipe 40 is connected to the outlet of the third oxidation treatment pipe 30 .
상기 방류관(40)은, 상기 제3산화 처리관(30)에서 수처리되고 나온 처리수를 외부로 방류하기 위한 유로이다. The discharge pipe 40 is a flow path for discharging treated water discharged from the third oxidation treatment pipe 30 to the outside.
상기 방류관(40)에는 외부로 방류되기 이전의 처리수의 수질을 측정하기 위한 수질 측정기(300)가 구비된다. The discharge pipe 40 is provided with a water quality measuring device 300 for measuring the quality of treated water before being discharged to the outside.
상기 수질 측정기(300)는, 상기 처리수 내 불소 이온, 과산화수소 농도 및 아황산 이온 농도를 각각 측정한다. The water quality meter 300 measures the concentration of fluorine ions, hydrogen peroxide, and sulfite ions in the treated water, respectively.
상기 환수관(50)은, 상기 방류관(40)에서 상기 수질 측정기(300)가 설치된 지점 또는 상기 수질 측정기(300)보다 하류측 지점에서 분기되어 상기 피처리수 유입관(1)으로 연결되는 유로이다. 상기 환수관(50)은, 상기 수질 측정기(300)에서 측정된 수질이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 방류관으로 배출되는 처리수 중 일부를 상기 피처리수 유입관(1)으로 회수하기 위한 유로이다. The return pipe 50 is branched from the discharge pipe 40 at a point where the water quality measuring device 300 is installed or at a point downstream of the water quality measuring device 300 and connected to the water to be treated inlet pipe 1 it is euro The return pipe 50 is for recovering some of the treated water discharged to the discharge pipe to the water-to-be-treated inlet pipe 1 when the water quality measured by the water quality measuring device 300 exceeds a preset standard. it is euro
상기 환수관(50)에는 상기 수질 측정기(300)에서 측정된 수질에 따라 상기 환수관(50)을 개폐시키기 위한 환수관 밸브(미도시)가 구비된다. The return pipe 50 is provided with a return pipe valve (not shown) for opening and closing the return pipe 50 according to the water quality measured by the water quality measuring device 300 .
상기 수처리 장치는, 상기 수질 측정기(300)에서 측정된 수질에 따라 상기 환수관 밸브(미도시)의 작동을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함한다. The water treatment device further includes a control unit (not shown) for controlling the operation of the return pipe valve (not shown) according to the water quality measured by the water quality measuring device 300 .
상기 제어부(미도시)는, 상기 수질 측정기(300)에서 측정된 수질에 따라 상기 환원제 주입부(100), 상기 질소 주입부(101) 및 상기 산화제 주입부(200)에서 각각 주입되는 양을 조절하는 것도 물론 가능하다. The control unit (not shown) controls the amounts respectively injected from the reducing agent injection unit 100, the nitrogen injection unit 101, and the oxidizing agent injection unit 200 according to the water quality measured by the water quality meter 300. It is of course also possible to do
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치의 작용을 설명하면, 다음과 같다. The operation of the vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment device according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described as follows.
도 2는 도 1에 도시된 수처리 장치에서 수처리 단계를 순차적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view sequentially illustrating water treatment steps in the water treatment apparatus shown in FIG. 1 .
본 발명의 실시예에 따른 진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치는 제1산화 처리 단계(STEP 1), 제2환원 처리 단계(STEP 2), 제3산화 처리 단계(STEP3)가 차례대로 수행된다. In the vacuum ultraviolet ray-based perfluorinated compound decomposition water treatment device according to an embodiment of the present invention, a first oxidation treatment step (STEP 1), a second reduction treatment step (STEP 2), and a third oxidation treatment step (STEP3) are sequentially performed. .
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 피처리수 유입관(1)으로 유입된 피처리수는 상기 제1산화 처리관(10)을 통과한다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the untreated water flowing into the untreated water inlet pipe 1 passes through the first oxidation treatment pipe 10 .
상기 제1산화 처리관(10)에서는 상기 제1산화 처리 단계(STEP 1)가 수행된다. In the first oxidation treatment tube 10, the first oxidation treatment step (STEP 1) is performed.
상기 제1산화 처리 단계(STEP 1)는, 상기 제1산화 처리관(10)에서 상기 제1진공 자외선 램프(12)에서 발생된 진공 자외선이 물을 광분해하여 OH 라디칼을 발생시키고, 상기 OH 라디칼은 상기 피처리수에 포함된 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 산화 처리 반응이 이루어지는 단계이다. In the first oxidation treatment step (STEP 1), the vacuum ultraviolet rays generated from the first vacuum ultraviolet lamp 12 in the first oxidation treatment tube 10 photolyze water to generate OH radicals, and the OH radicals is a step in which an advanced oxidation treatment reaction is performed in which a bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound contained in the water to be treated is broken and decomposed.
화학식 1과 화학식 2는 진공 자외선 반응을 나타내는 반응식이다.Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2 are reaction formulas representing the vacuum ultraviolet reaction.
표 1은 과불화화합물에 따라 수처리 단계에서 분해되는 물질과 분해 산물을 개략적으로 나타낸다. Table 1 outlines the substances and decomposition products degraded in the water treatment step depending on the perfluorinated compound.
표 1을 참조하면, 피처리수에 포함된 과불화화합물은, 구조에 따라 알킬기의 모든 탄소(C)가 불소(F)로 포화된 퍼플루오르알킬 물질(PFAS, Perfluoroalkyl substances)과, 탄소(C) 중 일부가 불소(F)로 치환되지 않고 수소(H)로 남아있는 플루오로텔로머(Fluorotelomer)를 포함한다. Referring to Table 1, the perfluorinated compounds included in the water to be treated are perfluoroalkyl substances (PFAS, perfluoroalkyl substances) in which all carbon (C) of the alkyl group is saturated with fluorine (F) depending on the structure, and carbon (C ) includes fluorotelomers in which some of them are not substituted with fluorine (F) and remain as hydrogen (H).
상기 제1산화 처리 단계(STEP1)에서 일어나는 고도 산화 처리 반응에서는 플루오로텔로머의 탄소(C)와 수소(H)의 결합만이 분해될 수 있으며, 탄소(C)가 불소(F)로 포화된 퍼플루오르알킬 물질은 분해되지 않는다.In the advanced oxidation treatment reaction occurring in the first oxidation treatment step (STEP1), only the bond between carbon (C) and hydrogen (H) of the fluorotelomer can be decomposed, and carbon (C) is saturated with fluorine (F). Perfluoroalkyl substances do not decompose.
상기 제1산화 처리 단계(STEP1)에서는 제1분해 산물이 생성된다.In the first oxidation treatment step (STEP1), a first decomposition product is generated.
상기 제1분해 산물은, 탄소(C)와 불소(F)가 결합된 물질인 바, 상기 고도 산화 처리 반응에서 플루오텔로머의 탄소(C)와 수소(H)의 결합이 분해되고 탄소(C)와 불소(F)의 결합이 남아서 생성된 퍼플루오르알킬 물질이다. 즉, 상기 플루오로텔로머는 알킬기의 탄소(C) 중 일부가 불소(F)로 치환되지 않고 수소(H)로 남아있어 탄소(C)와 수소(H)의 결합, 탄소(C)와 불소(F)의 결합이 존재하는 물질인 바, 상기 제1산화 처리 단계(STEP1)에서 산화 처리 반응에 의해 탄소(C)와 수소(H)의 결합은 분해되고 탄소(C)와 불소(F)의 결합이 남아있는 퍼플루오르알킬 물질이 생성된다. The first decomposition product is a material in which carbon (C) and fluorine (F) are combined. In the advanced oxidation treatment reaction, the bond between carbon (C) and hydrogen (H) of the fluorotelomer is decomposed, ) and fluorine (F) is a perfluoroalkyl substance produced by remaining. That is, in the fluorotelomer, some of the carbon (C) of the alkyl group is not replaced with fluorine (F) and remains as hydrogen (H), so that the bond between carbon (C) and hydrogen (H), carbon (C) and fluorine ( Since it is a material in which a bond of F) exists, the bond between carbon (C) and hydrogen (H) is decomposed by the oxidation treatment reaction in the first oxidation treatment step (STEP1), and the carbon (C) and fluorine (F) A perfluoroalkyl material with remaining bonds is produced.
따라서, 상기 제1산화 처리관(10)을 통과하면서 산화 처리된 피처리수 내에는 과불화화합물이 남아있으며, 상기 제1산화 처리 단계(STEP1)의 산화 처리 반응에서 분해되지 않는 탄소(C)와 불소(F)가 결합된 퍼플루오르알킬 물질과, 산화처리 과정 중에 추가로 생성된 탄소(C)와 불소(F)가 결합된 제1분해 산물이 포함된다.Therefore, perfluorinated compounds remain in the water to be treated that has been oxidized while passing through the first oxidation treatment tube 10, and carbon (C) that is not decomposed in the oxidation treatment reaction of the first oxidation treatment step (STEP1) and fluorine (F) are combined, and a first decomposition product in which carbon (C) and fluorine (F) are additionally generated during the oxidation treatment process.
한편, 상기 제1산화 처리관(10)에서 산화 처리된 피처리수는 상기 제2환원 처리관(20)으로 유입된다.Meanwhile, the water to be treated oxidized in the first oxidation treatment tube 10 flows into the second reduction treatment tube 20 .
상기 제1산화 처리관(10)과 상기 제2환원 처리관(20)사이에는 상기 환원제, 상기 pH 조정제 및 질소(N2)가 주입된다. 본 실시예에서는, 상기 환원제는 아황산나트륨(Na2SO3)을 사용하고, 상기 pH 조정제는 수산화나트륨(NaOH)를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. The reducing agent, the pH adjusting agent, and nitrogen (N 2 ) are injected between the first oxidation treatment tube 10 and the second reduction treatment tube 20 . In the present embodiment, the reducing agent is described as using sodium sulfite (Na 2 SO 3 ), and the pH adjusting agent using sodium hydroxide (NaOH) as an example.
상기 제2환원 처리관(20)에서는 상기 제2환원 처리 단계(STEP 2)가 수행된다. The second reduction treatment step (STEP 2) is performed in the second reduction treatment tube 20 .
상기 제2환원 처리관(20)에서는 상기 pH 조정제에 의해 피처리수의 pH가 염기성으로 조절되며, 상기 질소에 의해 용존 산소가 제거된다. In the second reduction treatment pipe 20, the pH of the water to be treated is adjusted to be basic by the pH adjuster, and dissolved oxygen is removed by the nitrogen.
화학식 3을 참조하면, 상기 제2환원 처리 단계(STEP 2)는, 상기 제2환원 처리관(20)에서 상기 제2진공 자외선 램프(22)에서 발생된 진공 자외선이 아황산염(SO3 2-)을 광분해시켜 수화 전자(eaq-)를 발생시키고, 상기 수화 전자에 의해 오염 물질이 분해되는 고도 환원 처리 반응이 이루어지는 단계이다. Referring to Chemical Formula 3, in the second reduction treatment step (STEP 2), the vacuum ultraviolet ray generated from the second vacuum ultraviolet ray lamp 22 in the second reduction treatment tube 20 is sulfite (SO 3 2- ) This is a step in which hydration electrons (e aq − ) are generated by photolysis, and an advanced reduction treatment reaction in which contaminants are decomposed by the hydration electrons is performed.
상기 제2환원 처리관(20)에서 발생된 상기 수화 전자는 상기 피처리수에 포함된 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시킨다. The hydration electrons generated in the second reduction treatment tube 20 break the bond between carbon (C) and fluorine (F) in the perfluorinated compound included in the water to be treated to defluorinate it.
표 1을 참조하면, 상기 제2환원 처리 단계(STEP 2)에서 일어나는 고도 환원 처리 반응에서는 탄소(C)와 불소(F)의 결합은 분해할 수 있으나, 탄소(C)와 수소(H)의 결합은 분해되지 않는다. 즉, 고도 환원 처리 반응에서는 탄소(C)와 불소(F)가 결합된 퍼플루오르알킬 물질의 분해는 가능하나, 탄소(C)와 수소(H)가 결합된 플루오로텔로머 물질은 분해되지 않는다. Referring to Table 1, in the advanced reduction treatment reaction occurring in the second reduction treatment step (STEP 2), the bond between carbon (C) and fluorine (F) can be decomposed, but the bond between carbon (C) and hydrogen (H) Bonds do not break. That is, in the advanced reduction treatment reaction, perfluoroalkyl substances in which carbon (C) and fluorine (F) are bonded can be decomposed, but fluorotelomer substances in which carbon (C) and hydrogen (H) are bonded are not decomposed.
상기 고도 환원 처리 반응에서는 상기 제1산화 처리 단계(STEP 1)에서 생성된 상기 제1분해 산물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊고, 상기 제1산화 처리 단계(STEP 1)에서 분해되지 않고 남은 퍼플루오르알킬의 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어, 탈불화시킬 수 있다. In the advanced reduction treatment reaction, the bond between carbon (C) and fluorine (F) in the first decomposition product generated in the first oxidation treatment step (STEP 1) is broken, and in the first oxidation treatment step (STEP 1) Defluorination can be achieved by breaking the bond between carbon (C) and fluorine (F) of the undecomposed perfluoroalkyl.
이 때, 상기 제2환원 처리 단계(STEP 2)에서는 제2분해 산물이 생성된다. At this time, in the second reduction treatment step (STEP 2), a second decomposition product is generated.
상기 제2분해 산물은, 탄소(C)와 수소(H)가 결합된 물질이다. 상기 제2분해 산물은, 상기 고도 환원 처리 반응에서 탄소(C)와 불소(F)의 결합이 분해될 때 불소(F) 중 일부가 수소(H)로 치환되어 탄소(C)와 수소(H)가 결합된 플루오로텔로머 물질이다. 상기 플루오로텔로머 물질은 환원 처리 반응에서는 분해되지 않으므로, 후술하는 제3산화 처리 단계(STEP 3)가 필요하다.The second decomposition product is a material in which carbon (C) and hydrogen (H) are combined. In the second decomposition product, when the bond between carbon (C) and fluorine (F) is decomposed in the advanced reduction treatment reaction, some of the fluorine (F) is substituted with hydrogen (H), resulting in carbon (C) and hydrogen (H ) is a bonded fluorotelomeric material. Since the fluorotelomer material is not decomposed in the reduction treatment reaction, a third oxidation treatment step (STEP 3) described later is required.
즉, 상기 제2환원 처리 단계(STEP 2)에서는 탄소(C)와 불소(F)의 결합이 끊어져 탈불화시킬 수 있으나, 탄소(C)와 수소(H)가 결합된 플루오로텔로머 형태의 상기 제2분해 산물이 추가적으로 생성된다. That is, in the second reduction treatment step (STEP 2), the bond between carbon (C) and fluorine (F) is broken and defluorination can be performed, but the fluorotelomer form in which carbon (C) and hydrogen (H) are bonded A second degradation product is additionally produced.
따라서, 상기 제2환원 처리관(20)을 통과하면서 환원 처리된 피처리수 내에는 과불화화합물이 남아있으며, 상기 제2환원 처리 단계(STEP2)의 환원 처리 반응에서 추가로 생성된 탄소(C)와 수소(H)가 결합된 제2분해 산물이 포함된다.Therefore, perfluorinated compounds remain in the reduced-treated water to be treated while passing through the second reduction treatment pipe 20, and carbon (C ) and a second decomposition product in which hydrogen (H) is combined.
한편, 상기 제2환원 처리관(20)에서 환원 처리된 피처리수는 상기 제3산화 처리관(30)으로 유입된다. Meanwhile, the water to be treated reduced in the second reduction treatment tube 20 flows into the third oxidation treatment tube 30 .
상기 제2환원 처리관(20)과 상기 제3산화 처리관(30)사이에는 상기 산화제가 주입된다. 본 실시예에서는, 상기 산화제는 과산화수소(H2O2)인 것으로 예를 들어 설명한다. The oxidizing agent is injected between the second reduction treatment tube 20 and the third oxidation treatment tube 30 . In this embodiment, the oxidizing agent is described as an example of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).
상기 제3산화 처리관(30)에서는 상기 제3산화 처리 단계(STEP 3)가 수행된다. In the third oxidation treatment tube 30, the third oxidation treatment step (STEP 3) is performed.
상기 제3산화 처리 단계(STEP 3)는, 상기 제3산화 처리관(30)에서 상기 제3진공 자외선 램프(32)에서 발생된 진공 자외선이 상기 과산화수소(H2O2)를 광분해하여 OH 라디칼을 발생시키고, 잔류 아황산염(SO3 2-)을 제거하고, 상기 피처리수에 포함된 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 산화 처리 반응이 이루어지는 단계이다. In the third oxidation treatment step (STEP 3), the vacuum ultraviolet rays generated from the third vacuum ultraviolet lamp 32 in the third oxidation treatment tube 30 photodecompose the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to generate OH radicals is generated, residual sulfite (SO 3 2- ) is removed, and the advanced oxidation treatment reaction is performed to break and decompose the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound contained in the water to be treated. .
표 1을 참조하면, 상기 제3산화 처리 단계(STEP 3)에서 일어나는 고도 산화 처리 반응에서는 탄소(C)와 수소(H)의 결합이 분해될 수 있다. 즉, 상기 제3산화 처리관(30)에서는 상기 제2환원 처리관(20)에서 생성된 제2분해 산물인 플루오로텔로머 물질이 분해될 수 있다. Referring to Table 1, in the advanced oxidation treatment reaction occurring in the third oxidation treatment step (STEP 3), a bond between carbon (C) and hydrogen (H) may be broken. That is, in the third oxidation treatment tube 30, the second decomposition product, fluorotelomeric material, generated in the second reduction treatment tube 20 may be decomposed.
상기와 같이, 본 발명의 실시예에서는 피처리수가 상기 제1산화 처리관(10), 상기 제2환원 처리관(20) 및 상기 제3산화 처리관(30)을 순차적으로 통과하면서, 산화 처리, 환원 처리, 산화 처리가 순차적으로 이루어짐으로써, 탄소(C)와 수소(H)의 결합 뿐만 아니라, 탄소(C)와 불소(F)의 결합도 모두 분해시킬 수 있다. 즉, 과불화화합물 중 탄소(C)와 불소(F)가 결합된 퍼플루오르알킬 뿐만 아니라 탄소(C)와 수소(H)가 결합된 플로오로텔로머의 분해까지 가능하며, 산화 또는 환원 처리 반응 중에 추가적으로 생성되는 분해 산물 내에 탄소(C)와 수소(H)의 결합, 탄소(C)와 불소(F)의 결합도 모두 분해시킬 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, the water to be treated is oxidized while sequentially passing through the first oxidation treatment tube 10, the second reduction treatment tube 20, and the third oxidation treatment tube 30. , reduction treatment, and oxidation treatment are performed sequentially, so that not only the bond between carbon (C) and hydrogen (H) but also the bond between carbon (C) and fluorine (F) can be decomposed. That is, it is possible to decompose not only perfluoroalkyl in which carbon (C) and fluorine (F) are combined, but also fluorotelomer in which carbon (C) and hydrogen (H) are bonded, among perfluorinated compounds. The bond between carbon (C) and hydrogen (H) and the bond between carbon (C) and fluorine (F) can all be decomposed in the decomposition products additionally generated during the process.
한편, 상기 제3산화 처리관(30)에서 나온 처리수는 상기 방류관(40)으로 유입된다.Meanwhile, treated water from the third oxidation treatment pipe 30 flows into the discharge pipe 40 .
상기 수질 측정기(300)는, 상기 방류관(40)으로 유입된 처리수의 수질을 측정한다. 상기 수질 측정기(300)는 처리수의 불소 이온 농도, 과산화수소 농도 및 아황산염 농도를 각각 측정한다. The water quality measuring device 300 measures the quality of the treated water flowing into the discharge pipe 40 . The water quality meter 300 measures the fluorine ion concentration, the hydrogen peroxide concentration, and the sulfite concentration of the treated water, respectively.
상기 수질 측정기(300)에서 측정된 상기 불소 이온의 농도, 상기 과산화수소 농도 및 상기 아황산염 농도 중 적어도 하나가 각각에 대해 미리 설정된 기준 농도를 초과하면, 처리수를 다시 상기 환수관(50)을 통해 상기 피처리수 유입관(1)으로 환수시킨다.When at least one of the fluorine ion concentration, the hydrogen peroxide concentration, and the sulfite concentration measured by the water quality meter 300 exceeds a preset reference concentration, the treated water is returned to the water return pipe 50. The water is returned to the inlet pipe (1) for the treated water.
따라서, 상기 불소 이온의 농도, 상기 과산화수소 농도 및 상기 아황산염 농도 중 적어도 하나가 기준 농도를 초과한 처리수는 상기 제1산화 처리관(10), 상기 제2환원 처리관(20) 및 상기 제3산화 처리관(30)를 순차적으로 다시 통과하면서, 추가적으로 산화 처리 및 환원 처리될 수 있다. Therefore, the treated water in which at least one of the fluorine ion concentration, the hydrogen peroxide concentration, and the sulfite concentration exceeds the reference concentration is treated by the first oxidation treatment pipe 10, the second reduction treatment pipe 20, and the third While passing through the oxidation treatment tube 30 again in sequence, additional oxidation treatment and reduction treatment may be performed.
상기 불소 이온의 농도, 상기 과산화수소 농도 및 상기 아황산염 농도 중 적어도 하나가 각각에 대해 미리 설정된 기준 농도 이하이면, 외부로 방류될 수 있다. When at least one of the fluorine ion concentration, the hydrogen peroxide concentration, and the sulfite concentration is less than or equal to a preset reference concentration for each, it may be discharged to the outside.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical scope of protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
10: 제1산화 처리관 12: 제1진공 자외선 램프
15: 제1연결관 20: 제2환원 처리관
22: 제2진공 자외선 램프 25: 제2연결관
30: 제3산화 처리관 32: 제3진공 자외선 램프
40: 방류관 50: 환수관10: first oxidation treatment tube 12: first vacuum ultraviolet lamp
15: first connection pipe 20: second reduction treatment pipe
22: second vacuum ultraviolet lamp 25: second connector
30: third oxidation treatment tube 32: third vacuum ultraviolet lamp
40: discharge pipe 50: return pipe
Claims (11)
상기 피처리수 유입관에 연결되고, 내부에 제1진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선을 이용하여 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 산화 처리 반응이 이루어지는 제1산화 처리관과;
상기 제1산화 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제2진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 환원제를 이용하여 상기 제1산화 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 환원 처리 반응이 이루어지는 제2환원 처리관과;
상기 제2환원 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제3진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 산화제를 이용하여 상기 제2환원 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 제3산화 처리관을 포함하는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.PFAS (Perfluoroalkyl substances) in which the carbon (C) of the alkyl group is saturated with fluorine (F) and fluorine in which some of the carbon (C) of the alkyl group is not replaced by fluorine (F) and remains as hydrogen (H) An untreated water inlet pipe through which water to be treated containing perfluorinated compounds including rotelotelomer substances is introduced;
It is connected to the water to be treated inlet pipe, and a first vacuum ultraviolet lamp is provided therein to break and decompose the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound using vacuum ultraviolet rays. Advanced oxidation treatment reaction a first oxidation treatment tube in which this is made;
It is connected in series to the first oxidation treatment tube, and a second vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and a reducing agent to obtain carbon (C) and A second reduction treatment tube in which a high-level reduction treatment reaction is performed to break and decompose the bond of fluorine (F);
It is connected in series to the second reduction treatment tube, and a third vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and an oxidizing agent to obtain carbon (C) and Including a third oxidation treatment tube that breaks the bond of hydrogen (H) and decomposes it,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 제1산화 처리관에서는,
상기 제1진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 물을 광분해하여 OH 라디칼을 생성하고,
상기 OH 라디칼은 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 1,
In the first oxidation treatment tube,
The vacuum ultraviolet light generated from the first vacuum ultraviolet lamp photodecomposes water to generate OH radicals,
The OH radical breaks and decomposes the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 환원제는, 아황산염(Sulfite)을 포함하고,
상기 제2환원 처리관에서는,
상기 제2진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 상기 아황산염을 광분해시켜 수화 전자를 발생시키고,
상기 수화 전자는 상기 제1산화 처리관의 고도 산화 처리 반응에서 분해되지 않은 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합과, 상기 고도 산화 처리 반응에서 추가 생성된 제1분해 산물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시키는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 1,
The reducing agent includes sulfite,
In the second reduction treatment pipe,
The vacuum ultraviolet rays generated from the second vacuum ultraviolet lamp photodecompose the sulfite to generate hydration electrons,
The hydration electrons are generated from the combination of carbon (C) and fluorine (F) in the perfluorinated compound not decomposed in the advanced oxidation treatment reaction of the first oxidation treatment tube and in the first decomposition product additionally generated in the advanced oxidation treatment reaction. Defluorination by breaking the bond between carbon (C) and fluorine (F),
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 산화제는, 과산화수소를 포함하고,
상기 제3산화 처리관에서는,
상기 제3진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 과산화수소를 분해하여 OH 라디칼을 생성하고,
상기 OH 라디칼은 상기 제2환원 처리관의 고도 환원 처리 반응에서 불소(F)가 수소(H)로 치환되어 추가 생성된 제2분해 산물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 1,
The oxidizing agent includes hydrogen peroxide,
In the third oxidation treatment tube,
The vacuum ultraviolet rays generated from the third vacuum ultraviolet lamp decompose hydrogen peroxide to generate OH radicals,
The OH radical is decomposed by breaking the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the second decomposition product additionally generated by replacing fluorine (F) with hydrogen (H) in the advanced reduction treatment reaction of the second reduction treatment tube. letting,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 제1산화 처리관과 상기 제2환원 처리관 사이를 연결하는 제1연결관과,
상기 제1연결관에 상기 환원제를 주입하기 위한 환원제 주입부를 더 포함하는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 1,
A first connection pipe connecting the first oxidation treatment pipe and the second reduction treatment pipe;
Further comprising a reducing agent injection unit for injecting the reducing agent into the first connection pipe,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 제1연결관에는 피처리수의 pH를 조절하기 위한 pH 조정제와, 피처리수의 용존 산소를 제거하기 위한 질소를 주입되는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 5,
A pH adjuster for adjusting the pH of the water to be treated and nitrogen for removing dissolved oxygen in the water to be treated are injected into the first connection pipe.
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 제2환원 처리관과 상기 제3산화 처리관 사이를 연결하는 제2연결관과,
상기 제2연결관에 상기 산화제를 주입하기 위한 산화제 주입부를 더 포함하는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 1,
A second connection pipe connecting the second reduction treatment pipe and the third oxidation treatment pipe;
Further comprising an oxidizing agent injection unit for injecting the oxidizing agent into the second connection pipe,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 제3산화 처리관의 배출구에 연결되어, 상기 제3산화 처리관에서 수처리되고 나온 처리수를 외부로 방류하기 위한 방류관과,
상기 방류관에 구비되어 처리수의 수질을 측정하는 수질 측정기를 더 포함하는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 1,
A discharge pipe connected to the outlet of the third oxidation treatment pipe and discharging the treated water discharged from the third oxidation treatment pipe to the outside;
Further comprising a water quality measuring device provided in the discharge pipe to measure the quality of the treated water,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 방류관에서 분기되어 상기 피처리수 유입관에 연결되어, 상기 수질 측정기에서 측정된 수질이 미리 설정된 기준을 초과하면 상기 방류관으로 배출되는 처리수 중 일부를 상기 피처리수 유입관으로 회수하기 위한 환수관과,
상기 환수관을 개폐하는 환수관 밸브를 더 포함하는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 8,
Branched from the discharge pipe and connected to the WTBT inlet pipe, to recover some of the treated water discharged to the WTBT inlet pipe when the water quality measured by the water quality measuring device exceeds a preset standard return pipe for
Further comprising a return pipe valve for opening and closing the return pipe,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 환원제는, 아황산염(Sulfite)을 포함하고,
상기 산화제는, 과산화수소를 포함하고,
상기 수질 측정기는, 상기 처리수 내 불소 이온, 과산화수소 농도, 아황산 이온 농도를 측정하는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.The method of claim 9,
The reducing agent includes sulfite,
The oxidizing agent includes hydrogen peroxide,
The water quality measuring device measures fluorine ions, hydrogen peroxide concentration, and sulfite ion concentration in the treated water,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
상기 피처리수 유입관에 연결되고, 내부에 제1진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선을 이용하여 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 고도 산화 처리 반응이 이루어지는 제1산화 처리관과;
상기 제1산화 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제2진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 환원제를 이용하여 상기 제1산화 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시키는 고도 환원 처리 반응이 이루어지는 제2환원 처리관과;
상기 제2환원 처리관에 직렬로 연결되고, 내부에 제3진공 자외선 램프가 구비되어, 진공 자외선과 산화제를 이용하여 상기 제2환원 처리관에서 분해되지 않고 나온 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는 제3산화 처리관과;
상기 제1산화 처리관과 상기 제2환원 처리관 사이를 연결하는 제1연결관과,
상기 제1연결관에 상기 환원제를 주입하는 환원제 주입부와;
상기 제2환원 처리관과 상기 제3산화 처리관 사이를 연결하는 제2연결관과;
상기 제2연결관에 상기 산화제를 주입하는 산화제 주입부를 포함하고,
상기 환원제는, 아황산염(Sulfite)을 포함하고,
상기 산화제는, 과산화수소를 포함하고,
상기 제1산화 처리관에서는, 상기 제1진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 물을 광분해하여 OH 라디칼을 생성하고, 상기 OH 라디칼은 상기 과불화화합물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키고,
상기 제2환원 처리관에서는, 상기 제2진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 상기 아황산염을 광분해시켜 수화 전자를 발생시키고, 상기 수화 전자는 상기 제1산화 처리관의 고도 산화 처리 반응에서 분해되지 않은 과불화화합물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합과, 상기 고도 산화 처리 반응에서 추가 생성된 제1분해 산물 내 탄소(C)와 불소(F)의 결합을 끊어 탈불화시키고,
상기 제3산화 처리관에서는, 상기 제3진공 자외선 램프에서 발생된 진공 자외선이 과산화수소를 분해하여 OH 라디칼을 생성하고, 상기 OH 라디칼은 상기 고도 환원 처리 반응에서 불소(F)가 수소(H)로 치환되어 추가 생성된 제2분해 산물 내 탄소(C)와 수소(H)의 결합을 끊어 분해시키는,
진공 자외선 기반 과불화화합물 분해 수처리 장치.PFAS (Perfluoroalkyl substances) in which the carbon (C) of the alkyl group is saturated with fluorine (F) and fluorine in which some of the carbon (C) of the alkyl group is not replaced by fluorine (F) and remains as hydrogen (H) an untreated water inlet pipe through which water to be treated containing a perfluorinated compound containing at least one of fluorotelomers is introduced;
It is connected to the water to be treated inlet pipe, and a first vacuum ultraviolet lamp is provided therein to break and decompose the bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound using vacuum ultraviolet rays. Advanced oxidation treatment reaction a first oxidation treatment tube in which this is made;
It is connected in series to the first oxidation treatment tube, and a second vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and a reducing agent to obtain carbon (C) and A second reduction treatment tube in which a high-level reduction treatment reaction of defluorination by breaking the bond of fluorine (F) is performed;
It is connected in series to the second reduction treatment tube, and a third vacuum ultraviolet lamp is provided therein, using vacuum ultraviolet rays and an oxidizing agent to obtain carbon (C) and A third oxidation treatment tube for breaking and decomposing hydrogen (H) bonds;
A first connection pipe connecting the first oxidation treatment pipe and the second reduction treatment pipe;
a reducing agent injection unit for injecting the reducing agent into the first connection pipe;
a second connection pipe connecting the second reduction treatment pipe and the third oxidation treatment pipe;
An oxidizing agent injection unit for injecting the oxidizing agent into the second connection pipe;
The reducing agent includes sulfite,
The oxidizing agent includes hydrogen peroxide,
In the first oxidation treatment tube, the vacuum ultraviolet rays generated from the first vacuum ultraviolet lamp photodecompose water to generate OH radicals, and the OH radicals form a bond between carbon (C) and hydrogen (H) in the perfluorinated compound. to break apart,
In the second reduction treatment tube, vacuum ultraviolet rays generated from the second vacuum ultraviolet lamp photodecompose the sulfite to generate hydration electrons, and the hydration electrons are not decomposed in the advanced oxidation treatment reaction of the first oxidation treatment tube. Defluorination by breaking the bond between carbon (C) and fluorine (F) in the perfluorinated compound and the bond between carbon (C) and fluorine (F) in the first decomposition product additionally generated in the advanced oxidation treatment reaction,
In the third oxidation treatment tube, vacuum ultraviolet rays generated from the third vacuum ultraviolet lamp decompose hydrogen peroxide to generate OH radicals, and the OH radicals convert fluorine (F) into hydrogen (H) in the advanced reduction treatment reaction. Decomposing by breaking the bond of carbon (C) and hydrogen (H) in the second decomposition product additionally generated by substitution,
A vacuum ultraviolet-based perfluorochemical decomposition water treatment device.
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| KR20030008073A (en) * | 2001-07-16 | 2003-01-24 | 현대중공업 주식회사 | Multi-tubular photo-oxidatic reactor |
| US20210107816A1 (en) * | 2018-02-06 | 2021-04-15 | Oxytec Llc | Soil and water remediation method and apparatus for treatment of recalcitrant halogenated substances |
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2023
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Zekun Liu, et al. "Near-quantitative defluorination of perfluorinated and fluorotelomer carboxylates and sulfonates with integrated oxidation and reduction." Environmental science &technology 55.10 (2 * |
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