KR20000065318A

KR20000065318A - 자외선을 이용한 대기오염 방지 방법

Info

Publication number: KR20000065318A
Application number: KR1019990011461A
Authority: KR
Inventors: 김창국
Original assignee: 박종규; 주식회사 건종하이텍
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-11-15
Also published as: AU3681200A; WO2000069477A1

Abstract

본 발명은 UV-C 영역의 UV를 이용하여 오존을 발생시키는 과정에서 발생하는 O·및/또는 2차적인 기타 라디칼 활성종에 의해 VOC, 황산화물 및/또는 질소산화물과 같은 오염물질을 제거하는 1차 처리 단계, 및 임의의 잔류 오존을, 예를들어 200 nm 이상, 바람직하게는 254 nm 부근의 UV를 이용하여 분해하는 2차 처리 단계로 구성됨을 특징으로 하는 대기오염 방지 방법에 관한 것이다.

Description

자외선을 이용한 대기오염 방지 방법 {Process for preventing air pollution by using ultraviolet ray}

본 발명은 UV-C 영역의 자외선(UV)을 이용하여 오존을 발생시키는 과정에서 오염물질을 제거함을 특징으로 하는 대기오염 방지 방법에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 본 발명은, 200 nm 이하의 UV를 이용하여 오존을 발생시키는 과정 및 200 nm 이상, 바람직하게는 254 nm 부근의 UV를 이용하여 오존을 분해하는 과정에서 발생하는 O·라디칼 및 물과 같은 다른 물질과 반응하여 발생하는 HO·라디칼과 같은 다른 라디칼 활성종에 의해 오염물질을 제거하고, 임의의 잔존 오존을 제거하는 것으로 구성된 오염 방지 방법에 관한 것이다.

자외선은 그 파장 영역에 따라서 UV-A 라인(365 nm 이상), UV-B 라인, UV-C 라인 (280 nm 이하)로 나누어지며, 이중 UV-C 라인은 대기중 오존층에 의하여 대부분 제거된다. UV-C 라인은 분자 결합을 끊을 정도로 그 에너지가 높으며, 따라서 인체에 직접 조사할 경우 상당히 위험하므로 조심해야 한다.

자외선에 의한 분자의 광분해는 상술한 바와 같은 UV의 고에너지 특성을 사용하는 것으로, 석유화학, 고분자합성 및 신물질 개발 등의 화학공정분야에서 널리 이용되고 있다. 그러나 이러한 광분해 기술은 다른 방법에 비해 주어진 반응을 선택적으로 그리고 매우 고효율로 제어할 수 있는 특징을 갖추고 있음에도 불구하고 이러한 장점들이 가장 잘 구현될 수 있는 환경오염물질 처리분야에서는 오히려 그 응용이 아직까지 미미한 실정이다.

전기분해나 촉매 반응 등 기존 기술의 경우 반응의 핵심요소 (전극면 또는 촉매 표면)에서 일어나는 촉매독화 (poisoning) 현상 때문에 장기간에 걸쳐 다량의 오염물질을 지속적으로 처리하는 것이 거의 불가능한 실정이며, 그 결과 기존의 환경오염물질 처리 기술은 수질 오염 등의 경우와 같은 액체 상태의 오염물을 정화하는 데에는 어느 정도 성과를 거두고 있으나 다량의 오염물을 단시간 안에 효율적으로 처리해야 하는 대기 환경 분야에서는 거의 이용되지 못하고 있는 실정이다.

자외선을 이용한 본 발명의 방법은 자외선 유발 광분해 반응에 의한 활성 화학종의 생성, 이를 이용한 연속적 분해반응, 및 순수한 기체상 반응원리를 기반으로 하고 있기 때문에, 기존의 환경오염 물질 처리기술이 가지고 있던 응축계에서의 제한점들을 극복할 수 있다. 본 발명의 방법에 따르면 장기간에 걸쳐 대용량의 오염 물질을 지속적이고 연속적으로 처리할 수 있기 때문에, 대규모 산업시설 등의 환경오염원에서 방출되는 다량의 유해물질을 효율적으로 분해, 제거하는 것이 가능하며, 특히 대기환경 정화사업에 매우 적합한 특성들을 가지고 있다.

최근 들어, 환경오염에 대한 관심이 높아지고 이에 대한 규제가 강화되면서 이러한 환경오염을 감소 또는 방지하기 위한 방법에 대한 연구가 증대되고 있다.

환경오염 방지 대책으로는, 오염물질의 생성을 억제하는 오염원 관리 대책, 형성된 오염물질의 제거 대책, 또는 이의 환경으로의 방출을 억제하는 대책이 주로 다루어지고 있다. 그러나 오염물질의 생성을 원천적으로 억제 또는 방지하는 방법은 비용이 상대적으로 많이 들며 그 효과도 크지 않기 때문에 그 사용이 제한적이며, 어느 정도의 오염물질의 생성을 피할 수 없기 때문에, 생성된 오염물질을 환경 내로의 방출을 억제하는 방법에 대해 여전히 필요하다.

대기오염물질은 기체상 물질과 미립상 물질 등으로 나눌 수 있다.

기체상 대기오염물질은 주로 황산화물, 질소산화물, 및 유해가스 (VOC, volatile organic compound)이며, 이중 황산화물 및 질소산화물은 가장 피해가 크고 또한 광범한 발생원에서 막대한 양을 발생시켜 대기오염의 최대요인이 되고 있다. 또한 최근 들어서는 생활환경의 측면에서, 악취, 유기 물질 또는 디옥신과 같은 유해가스 (VOC)에 의한 환경오염에 대해서도 많은 관심이 주어지고 있다.

이러한 대기 오염 물질을 제거하는데 기존의 기술로는 흡착 (adsorption), 흡수 (absorption), 세정 (scrubbing) 및 연소 등의 방법이 주로 사용되며, 대부분의 경우 이들을 혼합하여 오염물질을 처리한다. 전형적으로는, 황산화물 또는 질소산화물 계통의 오염물질은 산화 또는 연소법으로 처리하여 최종 산화 생성물로 전환시킨 다음, 흡착, 흡수 또는 세정법 등에 의해 회수 및 제거한다.

최근들어 황산화물 또는 질소산화물의 처리를 위해 촉매 또는 무촉매 환원법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 촉매환원법은 황산화물의 촉매 피독 때문에 사용에 제한을 받고, 무촉매 환원법은 대기 중으로 암모니아 등의 또다른 유해가스를 방출한다는 단점이 있다.

유해가스 (VOC)는 액상으로 존재할 때에는 흡착, 탈기(aeration), 역삼투막을 이용한 분리, 이온 교환기 등으로 제거하고 기상으로 존재할 경우 소각로나 촉매 산화법이 제안되고 있다. 최근들어, 쓰레기 소각로 등에서 배출되는 배기 가스에 포함된 디옥신을 효과적으로 제거하는 방법에 대해 집중적으로 연구되고 있다.

그러나 이러한 산화, 환원 또는 연소법에 의해서도 황산화물, 질소산화물 및 유해가스 등의 완전한 처리가 어렵고 완전한 처리를 위해서는 추가의 여러 공정을 거쳐야 한다. 이는 최종 산화 생성물을 제거하는 것은 비교적 용이하지만 중간 산화 생성물들은 제거 및/또는 회수가 어렵기 때문인데, 이들 중간 산화 생성물들은 불안정하므로, 대기중으로 방출될 경우 공기중의 산소와 반응하여 산성의 최종 산화 생성물로 변환되는데, 이들이 스모그나 산성비의 원인이 되고 있다.

이처럼, 기존의 방식들은 2차오염물질이 생성될 수 있으며, 복합처리공정이 필요하며, 설치비가 비싸며, 많은 에너지를 사용해야 된다는 단점이 있을 뿐만 아니라, 만족스러운 정도의 오염제거를 달성하기 위해서는 많은 비용이 요구된다.

최근 들어, 대기오염물질을 제거하는 방법으로서, 전자선 가속기를 이용한 동시 탈황,탈질 기술이 제안되었는데, 여기서 고에너지 전자선은 배가스 중의 산소나 수분으로부터 화학반응성이 좋은 O·, HO·, HO2·라디칼 등의 활성종을 발생시키고, 이들이 황산화물, 질소산화물 및/또는 유해가스와 반응하여 제거하기 용이하거나 무해한 물질로 변환시킨다. 이러한 전자선 처리기술은 기존기술에 비하여 공정이 간단하고 운전이 간편하나, 고에너지 전자선을 생성하기 위한 높은 전력 요구, 인체에 해로운 X-선 발생, 높은 전자가속기 가격 및 가속기 자체의 운전 신뢰성 등의 문제점이 있다.

또한, 전기 방전 또는 전자빔에 의한 비열 저온 플라즈마법 (low- temperature, non-thermal plasma)은, 에너지를 절약하고 효율성이 높은 대기오염 방지방법으로 많은 관심을 끌고 있는데, 플라즈마에서 발생된 전자들은 기체 중의 산소, 수분 및 질소와 반응해서 강력한 산화력을 갖는 O·, HO·등의 라디칼을 형성시키고, 이들은 다양한 황산화물, 질소산화물 및 유해가스를 산화시키게 된다. 이때 암모니아를 주입할 경우, 형성된 산화물들은 암모니아와 반응하여 염으로 회수될 수 있다. 이러한 비열 저온 플라즈마법을 사용할 경우, 건식 공정이므로 폐수 발생이 없다는 장점외에도 기존의 주로 사용되는 습식 공정과 유사한 비용으로도 유사한 탈황율 및 탈질율을 얻을 수 있다. 그러나 저온플라즈마 탈황탈질법은 아직 95% 수준의 탈황율과 85% 수준의 탈질율의 달성에 그치고 있을 뿐만 아니라 그 장치의 설치 및 유지에 여전히 상당한 비용을 필요로 한다는 단점이 있다.

본 출원인은, UV-C 라인을 이용한 광반응으로 오존을 발생시키는 과정에서 생성되는 O·라디칼이 강력한 산화제이므로, 이를 대기오염물질의 처리에 직접 이용할 경우 각종 오염물질을 동시에 효율적으로 제거할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. 더나아가서, 본 발명자들은 200 nm 이상, 특히 254 nm 부근의 UV를 조사할 때 오존이 분해되며 이를 이용하여 과생성된 오존을 제거함으로써 상기 방법을 안전하고 경제적으로 운전할 수 있는 방법을 개발하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 UV-C 영역의 UV를 이용하여 오존을 발생시키는 과정에서 오염물질을 제거하고, 임의의 잔류 오존을 제거함을 특징으로 하는 대기 오염방지 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 전술한 UV-C 영역의 UV는, 200 nm 이하의 UV 및 200 nm 이상, 바람직하게는 254 nm 부근의 UV로 구성될 수 있다.

본 발명의 방법에서 사용되는 UV-C 영역의 UV는 일반적으로 UV 램프로부터 얻어진 것이며, 예를들면 200 nm 이하의 UV를 주로 방출하고 200 nm 이상, 바람직하게는 254 nm 부근의 UV를 일부 방출하는 하나 또는 다수의 UV 램프를 사용할 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 전술한 임의의 잔류 오존은 200 nm 이상, 바람직하게는 254 nm 부근의 UV를 이용하여 파괴되어 제거될 수 있다.

하나의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 대기오염 방지방법은, 예를들면, 200 nm 이하, 바람직하게는 185 nm 부근 또는 그 이하의 파장의 UV를 이용하여 오존을 생성시키고 200 nm 이상, 바람직하게는 245 nm 부근의 UV를 이용하여 오존을 파괴하고, 이 과정에서 생성된 라디칼 활성종을 이용하여 오염물질을 제거하는 1차 UV 처리단계, 및 254 nm 부근의 UV를 이용하여 임의의 잔류 오존을 제거하는 2차 UV 처리단계로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 1차 UV 처리 단계에서 오염물질들은 UV에 의해 직접 파괴 또는 분해되는 것보다는 오존의 형성/분해 과정에서 생성되는 라디칼 활성종에 의해 파괴 또는 분해되는 것으로 믿어지는 이유는, 본 발명의 방법에 따르면 다른 오존처리법에서보다 월등히 신속하고 완전하게 오염물질들이 제거되기 때문이다.

본 발명의 방법을 수행하는 상기 1차 및 2차 UV 처리 단계는 기존의 다른 오염처리방법과 결합하여 운영될 수도 있다.

본 발명의 방법에 따라 처리할 수 있는 오염물질은, 예를들면, 황산화물, 질소산화물, 유해가스 (VOC)와 같이 주로 기체상 오염물질 또는 기체화될 수 있는 오염물질이 바람직하지만, 이들로 한정되지 않는다. 특히 본발명의 방법은 배기가스 배출 라인에 간편하게 설치하여 유해가스를 거의 완전하게 제거할 수 있기 때문에, 쓰레기 소각로 등에서 배출되는 배기가스에 포함된 디옥신을 제거하는데 유용하게 사용될 수 있다.

이하에, 본 발명의 처리 단계에 대해 구체적으로 기술한다.

본 발명은 1차 UV 처리단계 (오존 발생 및 분해과정을 이용한 UV 처리 단계), 및 임의의 2차 UV 처리 단계 (과잉 오존 제거 단계)를 거친다.

이러한 1차 처리 단계 및 2차 처리 단계에서의 반응은 다음과 같다:

(A) 과정 1: 200 nm 이하의 UV에 의한 산소 분자로부터 O·라디칼의 생성,

(B) 과정 2: 생성된 O·라디칼과 다른 산소분자의 반응에 의한 오존의 형성,

(C) 과정 3: 200 nm 이상의 UV에 의한 오존의 광분해에 의한 2차 O·라디칼 및/또는 HO·라디칼 (수분의 존재 시에)의 생성,

(D) 과정 4: 상기 과정 1 및 3에서 생성된 O·/ HO·라디칼과 다른 물질, 예를들면 오염물질과의 반응.

상기 과정 1 ~ 4를 기초로 1차 및 2차 처리단계 및 후속 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다:

(1) 1차 처리 단계

(A) 과정 1 : 산소분자로부터 O·라디칼의 생성

오존은 흔히 대기 중에서는 산소 분자의 광분해 산물인 산소 라디칼이 다시 산소 분자와 반응하여 형성된다. 산소 분자는 200 nm 이하의 VUV 파장에서 광분해 효율이 높은데, 200 nm 이하의 VUV 영역은 다시 175 ~ 195 nm의 Schumann-Runge 밴드 및 130 ~ 170 nm 의 Schumann-Runge continuum으로 나누어지며, 후자의 영역에서 산소 분자의 광흡수율이 더욱 크다 (140 nm에서 약 500 atm-1cm-1 임).

200 nm 이하, 특히 185 nm 부근식 1에 따라 상이한 전자상태를 갖는 두 개의 라디칼로 분해된다.

P) + O·( D)

(B) 과정 2 : 생성된 O·라디칼과 다른 산소의 반응에 의한 오존의 형성

이렇게 생성된 두 개의 O·라디칼 중에서 (1D) 전자 상태를 갖는 것이 다른 산소분자와 결합하여 오존을 형성한다.

D) → O₃( B₂)

이때, 두 개의 O·라디칼은 제3의 충돌 상대가 없는 한, 이들끼리 다시 결합하여 산소분자를 형성할 수 없기 때문에, 상기 단계에서 만들어진 모든 O·(D) 라디칼은 오존으로 만들어지거나 제3의 물질 (즉, 오염물질)과 반응하게 된다.

(3) 과정 3 : 오존의 광분해에 의한 2차 O·라디칼의 생성

반응식 2에 따라 생성된 오존은 그 자체로서도 다양한 산화성 분해반응을 위해 사용될 수 있지만, 이를 다시 광분해할 경우, 오존보다 더욱 강력한 산화제인 O·라디칼을 재생성시킴으로써 반응속도를 상승시킨다.

이러한 오존의 광분해를 위해서는, 오존의 광흡수가 강하게 일어나는 200 nm이상의 자외선 영역 (최대 흡수율 130 atmcm)의 UV가 유리하며, 바람직하게는 254 nm 부근의 UV이다. 상기 파장 영역에서의 오존의 광분해는 Hartley band에서 일어나는 것으로 알려져 있는데, 그 주된 반응기작은 하기 반응식 3과 같이 알려져 있으며, 그외에도 매우 다양한 부차적인 반응이 일어나게 되고, 이 과정에서 많은 양의 활성화된 화학종이 생성된다. 예를들어 물이 존재할 경우 반응식 4를 거쳐 HO·라디칼이 생성되는데, 이에 의해 추가적인 분해반응 경로를 개시할 수 있다. 뿐만 아니라, 이것은 처리하고자 하는 기체가 수분을 함유하고 있어도 유리하게 적용될 수 있게 해준다.

B₂) → O₂( △) + O·( D)

D) + H₂O → 2 HO·

이때, 오염물질이 많은 경우, 반응식 1에서 생성된 O·(D) 는 오염물질과 신속히 반응하므로 오존은 형성되기 어려우며, 생성된 오존도 200 nm 이상의 UV에 의해 반응식 3를 거쳐 신속히 O·(D)로 변환되므로 오존은 반응계 내에 거의 축적되지 않는다.

따라서, 오존은 이러한 활성 라디칼에 비해 그 반응 속도가 비교적 느리므로, 본 발명의 방법에서 오염물질을 처리하는 주요 활성종은 1차 또는 2차적으로 생성된 O·(D) 및 2차적으로 생성된 HO·라디칼인 것으로 보인다.

(D) 과정 4 : O·/ HO·라디칼에 의한 후반응 (오염물질과의 반응)

위의 과정에서 다시 만들어진 O·(D) 라디칼 및/또는 HO·라디칼은 상술한 바처럼 매우 반응성이 높아 대부분의 기체 분자들과 추가의 활성화 에너지 (예. 가열)가 필요없이 매우 쉽게 반응하게 된다.

예를들면, 물과의 반응시, 즉 반응식 4의 속도상수 k는 k = 2.2 x 10^-10cm³mol^-1s^-1의 값을 가지며, 다른 유기화합물과의 반응에서도 유사하게 빠른 반응속도를 나타낸다.

이처럼 O·/ HO·라디칼들은 매우 강력한 산화력을 가지므로, 처리 가스 내의 모든 오염물질은 신속하고 완전하게 처리되고, 처리된 가스는 후속 단계로 넘어 가게 된다.

이때의 반응기작은 매우 복잡하고 다양하게 전개되므로 상기의 반응식과 같이 일괄적으로 규정할 수는 없다.

(2) 2차 처리 단계

2차 처리 단계는 과생성된 오존 또는 다른 활성종의 분해 또는 제거 단계이다. 오존은 산화제로서 오염물질의 처리에 사용되고 있지만, 오존 자체는 독성물질로서 규제되고 있다. 처리할 오염물질이 많을 경우 잉여 오존이 발생할 기회가 적고, 오존 발생량 및 폐가스 처리량을 적절하게 조절함으로써 처리된 폐가스 중에 오존이 잔존하지 않도록 통제할 수도 있지만, 처리할 오염물질이 소량일 경우 잉여 오존이 발생할 가능성이 있으며, 이러한 조절은 또다른 불편을 줄수 있다.

이러한 과잉 오존은 추가의 후속공정, 예를들면 활성탄에 의한 흡착 또는 전기열선 처리 등으로 제거할 수도 있으나 완전히 제거하는 것은 힘들며, 또한, 오존과는 달리, O·라디칼은 활성탄이나 전기열선 방법에 의해서도 제거하기가 곤란하며, O·라디칼 또는 이에 의한 다른 라디칼 활성종을 함유하는 물질을 대기중으로 방출할 경우 2차 오염의 발생이 우려된다.

따라서, 이러한 과잉 오존 및 임의의 O·라디칼의 제거를 위해, 오존을 분해하는 특정 파장의 UV를 이용하는 2차 처리 단계를 도입한다.

이러한 2차 처리 단계는, 200 nm 이상, 바람직하게는 254 nm 부근의 UV를 이용하여 행하며, 상기 1차 처리단계의 반응식 2와 경우에 따라서는 반응식 3 및 반응식 4의 과정들이 일어날 수 있다. 2차 처리 단계에서는 오존을 발생하는 UV의 양보다 오존을 분해하는 UV의 양이 필연적으로 많아야 하며, 이 단계에서 일부 미처리된 오염물질들이 최종적으로 제거될 수 일다.

(3) 후처리 과정

본 발명에 따른 방법에 있어서, 오염물질은 분해되어 무해하거나 제거하기 용이한 최종 생성물로 전환되는데, 이들은 산성을 나타내는 경우가 많고, 따라서 필요에 따라 이들의 제거 단계를 도입한다.

산성을 나타내는 최종 생성물들은 적절한 중화단계를 통해 제거하는데, 예를들면, Ca(OH)₂와 NaOH를 적절한 비율로 혼합한 과립 형태의 중화제를 사용한 흡착법, NH₃를 이용하는 방법이 있으며, 또는 단순히 세정(scrubbing) 공정을 첨가함으로써 염이나 산을 회수할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은, 상기 1차 및 2차 UV 처리 단계와 함께 또는 독립적으로, 특정 산업에서 발생하는 특정 오염물질의 제거 방법, 예를들면 집진, 여과, 흡착, 흡수 등의 방법을 사용할 수 있다.

이제 본 발명에서 사용할 수 있는 UV 램프 및 또다른 특징에 대해 설명한다.

상술한 바처럼, UV, 특히 UV-C 라인은 매우 유해하기 때문에, 본 발명의 방법을 사용할 경우, UV의 차폐에 주의가 필요하다.

본 발명에 따른 방법에 있어서, 1차 처리단계에서는 오존의 형성/분해의 과정에서 라디칼 활성종의 발생량을 최대화시켜주는 것이 바람직함에 반하여, 2차 처리단계에서는 오존의 추가 형성이 없이 임의의 과잉 오존의 분해를 확실시하는 것이 바람직하다. 따라서, 사용하는 UV를 고려할 때, 1차 처리단계와 2차 처리단계의 차이점은, 1차 처리단계가 오존을 발생하는 200 nm 이하의 UV 및 오존을 분해하는 200 nm 이상의 UV를 함께 사용하는 반면, 2차 처리 단계는 200 nm 이상의 UV 만을 이용한다는 것이다.

이때, 1차 처리단계에서 200 nm 이하의 UV의 양이 200 nm 이하의 UV보다 적게 사용될 수도 있으며, 2차 처리단계에서 오존을 형성하지 않는 200 nm 이상의 UV만을 사용하는 것이 바람직하나 200 nm 이하의 UV를 오존이 축적되지 않을 정도의 양으로 사용될 수도 있다.

일반적으로 UV 램프는 여러 가지 파장의 UV를 연속적으로 방출하기때문에, 200 nm 이하의 UV를 방출하는 UV 램프는 200 nm 이상의 UV도 어느 정도 방출하며, 마찬가지로 200 nm 이상의 UV를 방출하는 UV 램프의 경우에도 200 nm 이하의 UV를 어느 정도 방출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 1차 처리 단계에서는 200 nm 이하의 UV를 방출하는 UV 램프 및 200 nm 이상의 UV를 방출하는 UV 램프를 별도로 구입해야 하는 경우는 드물며, 2차 처리 단계에서 UV 램프가 200 nm 이하의 UV를 방출하더라도 오존을 발생하여 축적시키지 않는다면 이를 사용할 수도 있다.

일반적으로 시판되는 UV 램프들은 오존의 발생 여부에 대해 구체적으로 지시되어 있기 때문에 그 선택에 어려움은 업다. 본 발명에서 사용되는 1차 및 2차 처리 단계에서 사용될 수 있는 UV 램프들은 처리하고자 하는 대기오염물질의 농도, 양 및 종류에 따라, 그리고 이들을 함유하는 가스의 상태 (압력, 온도) 및 발생원 등을 고려하여, 그리고 운전 안정성, UV 발생 출력, 내구성 등을 고려하여, 당업자의 수준에서 용이하게 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

1차 및 2차 단계에서 사용될 수 있는 UV 램프들은, 하나의 처리 챔버에 복수개 설치할 수도 있으며, 각기 하나의 램프를 갖는 여러개의 챔버를 병렬 또는 직렬로 연결하여 사용할 수도 있으며, 이러한 것들의 조합도 가능하다.

상술한 바와 같은, 특정 파장을 갖는 UV를 이용한 오존의 발생 및 이를 이용한 오염물질의 처리과정은, 기존의 오존발생기로부터 발생된 오존을 산화제로서 사용하는 오존처리법과는 그 작용 및 효과에서 차이가 있다.

오존 발생장치로부터 생성된 오존을 사용하는 기존의 오존산화법에 의한 탈취는 주로 취기를 산화시키거나 오존 자체의 냄새에 의한 은폐효과에 의해 행해지며, 만족스런 탈취효과를 얻기 위해서는 충분한 접촉시간 (최소 약 5초 내지 최대 약 10분)동안 반응시키는 것이 필요하며, 그럼에도 오염물질의 완전한 제거는 어려우며 적용물질이 한정되어 황산화물 또는 질소산화물에는 적용하기 어렵다.

또한, 오존 발생용 1차 UV 램프를 사용하지 않고, 오존발생기에서 유래하는 오존을 이용하였을 경우, 오존 분해용 2차 UV 램프에 의한 2차 처리를 제 2 처리 챔버로 처리할 경우, 오염물질들은 거의 분해되지 않았다. 그러나, 필요에 따라, 1차 UV 램프를 갖는 제 1 챔버에 오존발생기에서 발생된 오존을 추가로 첨가하는 것은 가능하다.

또한, 처리할 오염물질을 1차 처리 단계를 거치지 않고 2차 처리 단계만을 거치게 한 경우 및 처리할 오염물질을 오존 발생기에서 발생된 오존과 혼합하여 2차 처리 단계를 거치게 한 경우에는 본 발명에 따른 효과가 나타나지 않았다. 뿐만 아니라, 본 발명의 방법의 1차 처리 단계와 같은 방식으로 오존을 발생시키지만 이들을 다른 챔버에 옮기고 오염물질을 도입한 경우에도 본 발명에 따른 효과는 나타나지 않았다.

이러한 차이점은, 상세한 반응기작 및 작용효과에 대해서는 검토중이지만, 발생원에 따른 오존 및 O·라디칼의 전자상태의 차이에 기인하는 것으로 보여진다.

본 발명의 방법은, 전자선 가속기를 이용한 방법 및 전기적 방전 또는 전자 빔에 의한 비열 저온 플라즈마 (nonthermal low-temperature plasma)법에 비하여, 교류를 그대로 사용할 수 있으므로 추가의 직류 전환 장치 등이 필요하지 않을 뿐만 아니라 장치 구성에 있어서도 더욱 간단하므로, 더욱 경제적인 방법이다.

본 발명의 방법은 대기오염물질을 그 종류에 상관없이 처리 제거할 수 있으므로 단독으로 사용될 수 있지만, 경우에 따라서, 또는 필요에 따라서 기존의 다른 오염방지 방법과 조합하여 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명의 정신을 해치지 않는 범위 내에서의 본 발명의 방법을 변형 또는 변경할 수 있으며, 이들 또한 본 발명의 범주에 포함된다.

이하에, 본 발명의 제조방법을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명되나, 이에 의해 본 발명을 한정하지 아니한다.

시험 방법

공기 주입장치 (펌프), 측정대상시료 주입장치, 1차 UV 처리 챔버 [1차 UV 램프 (일본 포토사이언스사 제품, 모델명 AZ-31)를 장착], 및 2차 UV 처리 챔버 [2차 UV 램프 (일본 포토사이언스사 제품, 모델명 AZ-32)를 장착] 및 배출구를 관으로 연결하고, 펌프를 통해 오염되지 않은 깨끗한 공기를 흘린다.

측정대상시료 주입장치를 통해 측정시료를 일정한 농도로 주입하고, 1차 UV 처리 챔버에서의 체류시간은 10초 이내로 유지되도록 공기 흐름을 조정하고, 배출구에서 나오는 공기에 함유된 측정시료의 농도를 측정한다. 측정대상시료를 일정한 농도로 주입하는 방법으로서는, 측정대상시료 주입기를 이용하는 방법, 또는 측정대상시료를 장치계에 연결된 플라스크에 담고 펌프 속도로 공기 흐름 속도를 조절함으로써 농도를 조절하는 방법이 있다.

시료가스 중의 측정대상시료의 농도는 일본 가스텍(GASTEC) 사에서 시판되는 직독식 검지관 (예들들어 벤젠에 대해서, 모델명 121S, 측정범위 2 ~ 312 ppm, 눈금범위 5 ~ 120 ppm, 측정시 흡인회수 2회, 유효기간 3년; SO2에 대해서, 모델명 5M, 측정범위 20 ~ 3600 ppm, 눈금범위 100 ~ 1800 ppm, 측정시 흡인회수 1회, 유효기간 3년) 및 GV-100S 형 가스채취기를 사용하여 측정하였다.

상기 직독식 검지관은 양끝이 밀봉된 유리관이므로 이의 양단의 지정 위치를 절단하여 GV-100S형 가스채취기에 끼우고, 상기 장치의 배출구에서 나오는 시료가스를 지시된 회수만큼 흡인하였다. 시료가스 중의 측정대상시료는 검지제와 바로 반응하여 입구부터 변색하며, 변색된 높이까지의 눈금을 읽음으로써 농도를 산출하도록 되어 있다.

상기 기술된 측정 장치를 가동하고, 배출구에서 나오는 공기에 함유된 측정대상시료의 농도를 상기 기술한 검지관 및 가스채취기로 일정시간 간격으로 수회 측정하였다.

실시예 1 ~ 4

상기 기술된 시험 방법에 따라, 벤젠, 톨루엔, 헥산, 시클로헥산, 이산화황 (SO2)을 측정대상시료로 하여 시험하였다. 이들의 초기시료농도, 장치 가동후 배출 시료 농도 및 가스검지관 유형을 하기 표 1에 기재한다.

실시예	시료 종류	주입 시료 농도 (ppm)	가동후 배출 시료 농도 (ppm)	가스 검지관^*1)(검출한계)
1	벤젠	120	〈10	121S (2.5ppm)
2	톨루엔	110	검출안됨^*2)	122 (5ppm)
3	헥산	150	검출안됨^*2)	102L (10ppm)
4	SO₂	〉 2000	검출안됨^*2)	5M (20ppm)
5	시클로헥산	100	검출안됨^*3)	102L (60ppm)
1) 벤젠용 121S는 2회 흡인, 나머지는 1회 흡인후 판정함.2) 10회 흡인 후에도 검출되지 않음, 따라서 실시예 2~4에서 각시료의 농도는 가스검지관의 검출한계를 고려하면 각각 〈〈0.5ppm, 〈〈1ppm 및 〈〈2ppm 으로 추정됨.*3) 20회 흡인 후에도 검출되지 않음, 따라서 〈〈3ppm 으로 추정됨.

실시예 6 ~ 8 실시예 1에서와 동일하게 행하였지만, 측정대상 시료를 표 2에 기재된 비율로 혼합한 시료를 사용하였다. 결과는 하기 표 2에 기재한다.

실시예	시료 종류	주입 시료 농도 (ppm)	가동후 배출 시료 농도 (ppm)	가스 검지관^*1)
6	톨루엔/헥산	150/140	검출안됨	122/102L
7	톨루엔/SO₂	260/2500	검출안됨	122/5M
8	SO₂/헥산	2500/170	검출안됨	102L/5M
*1) 1회 흡인후 판정.

실시예 9

실시예 1에서와 동일한 방식으로 질소산화물의 처리 효과를 실험하였지만, 가스 검지관을 사용하지 않고 관능테스트로 그 효과를 측정하였다. 본 발명의 방법을 가동하면, 처리된 가스에서는 질소산화물에서 유래하는 악취가 느껴지지 않았다.

비교예 1

시험방법에서와 마찬가지로 각종 시료를 처리하였지만, 시료주입기를 1차 UV 처리챔버 및 2차 UV 처리챔버 사이에 위치하도록 장치를 변경하였다. 이에 따라 1차 UV 처리챔버는 시료를 함유하지 않고 단순히 오존발생기로서 이용되었다. 이러한 방식으로 처리한 배출 시료 농도를 측정한 결과, 주입 시료 농도와 거의 차이가 없고, 따라서 시료가 거의 분해되지 않았음을 보여주었다.

비교예 2

1차 UV 처리챔버에서 UV 램프를 작동하지 않고, 오존발생기에서 유래하는 오존을 공급하였다. 2차 UV 처리 챔버를 거친 후 배출 시료 농도를 측정한 결과, 비교예 1에서처럼 주입 시료 농도와 거의 차이가 없고, 따라서 시료가 거의 분해되지 않았음을 보여주었다.

본 발명의 방법에 따르면, 각종 오염물질, 예를들면 유해가스 (VOC), 황산화물 및 질소산화물 등과 같은 대기오염물질을, 발생원, 농도, 상태 및 양 등에 관계없이 매우 신속하고 간편한 방식으로 처리할 수 있으므로, 경제적이고 효율적인 대기오염 방지방법을 제공한다.

Claims

200 nm 이하의 UV 및 200 nm 이상의 UV를 이용하여 오존을 발생 및 분해시키는 과정에서 오염물질을 처리하는 1차 처리 단계, 및 200nm 이상의 UV를 이용하여 임의의 잔류 오존을 분해시키는 2차 처리 단계로 구성됨을 특징으로 하는 대기 오염방지 방법.
제 1 항에 있어서, 전술한 1차 처리 단계에서 200 nm 이하의 UV 및 254 nm 부근의 UV를 이용함을 특징으로 하는 방법.
제 1 또는 2 항에 있어서, 전술한 2차 처리 단계에서 254 nm 부근의 UV를 이용함을 특징으로 하는 방법.
제 1 또는 2 항에 있어서, 오염물질이 유해가스 (VOC), 황산화물, 질소산화물 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 방법.
제 1 또는 2 항에 있어서, 세정 및/또는 중화 단계를 또한 포함함을 특징으로 하는 방법.