KR20000067737A - 물의 정화처리장치 및 그 방법 - Google Patents

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다나카데츠야
츠즈키고이치
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가나이 쓰도무
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은, 원수의 유기물질(들)을 촉매(특히 광-촉매)로 산화처리하여 정화하는 물의 정화처리장치에 관한 것으로, 상기 장치는, 무기응집제가 첨가되고, 촉매 입자가 분산된 원수를 저장하기 위한 산화처리조(1, 12); 산화처리조 내에 자외선 광을 조사하여 촉매를 활성화하는 광원(2); 무기응집제의 전기화학 작용에 의해 응집된 촉매 입자를 원수로부터 분리하기 위한 분리조(8, 12);및 산화처리조 중의 원수에 분산된 촉매 입자의 직경을 0.1 mm 이하로 유지하기 위한 pH조정장치(들)(6, 11)을 포함하여 이루어진다.

Description

물의 정화처리장치 및 그 방법{WATER PURIFICATION APPARATUS AND METHOD THEREOF}
발명이 속하는 기술분야
본 발명은 물에 함유되어 있는 유기 물질(들) 또는 화합물(들)을 산화 처리하여 물을 정화처리하는 물의 정화처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 이산화티탄 등의 광-촉매를 포함하는 촉매를 사용하여 산화 처리 함으로써 물 중의 유기 물질(들)을 정화처리하는 물의 정화처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 기술
하수, 가정 등으로부터의 배수, 하천물, 호수물, 수돗물 등의 각종 물의 처리에 있어서, 특히 부유물 등을 제거한 고도처리 배수중에 또한 함유되는 유기 물질(들), 예를 들어 계면활성제, 트리클로로에틸렌 등의 유기염소화합물, 트리할로메탄, 게다가 다이옥신이나 PCB 등의 유해 유기물을 물에서 제거하기 위한 방법으로서 광-촉매를 이용하여 피처리수(원수) 중에 함유되어 있는 유기 화합물 또는 물질을 산화 처리하는 것은 이미 알려져 있다. 이러한 광-촉매를 이용한 산화처리는 물과 같은 유체에 혼합 또는 포함되어 있는 유해 유기물의 분해나 살균 등에 대부분 사용되고, 또한 이러한 광-촉매 작용을 나타내는 물질로서는 예를 들어 이산화티탄이 잘 알려져 있다.
통상, 피처리수(원수) 중에 이산화티탄 입자를 분산시키고, 이어서, 원수 중에 자외선광을 조사하여 광-촉매에 산화반응을 일으킨다. 그러나, 이 광-촉매의 산화반응은 분산된 이산화티탄 입자의 표면에서 일어나기 때문에, 이 반응효율을 향상시키기 위해서는, 피처리 유체 중에 분산시키는 이산화티탄 입자를 될 수 있는 한 미소하게 하여 그 비표면적을 크게 함으로써, 이산화티탄 입자와 피처리 유체와의 접촉면적을 향상시키는 것이 중요하다.
이 때, 이러한 광-촉매 입자는 산화처리 후 피처리 유체로부터 분리되어 다시 이용되므로(재사용), 이 피처리 유체가 공기 등의 기체 유체인 경우에는, 해당 광-촉매 입자 크기가 미소하더라도, 그 비중의 차 때문에 처리 유체로부터 쉽게 분리 및 제거될 수 있다. 그러나, 피처리 유체가 물 등의 액체인 경우에는, 물 등의 액체중에 분산된 광-촉매 미세 입자는 그 침강성 및 침전성이 기체에서와 비교하여 매우 열등하다. 그 때문에, 물 등의 액체를 이산화티탄 등의 광-촉매를 이용하여 처리하는 경우에는, 그 반응효율을 희생하여 광-촉매 입자를 크게 한다. 선택적으로, 미소한 입자를 이용하는 경우에는, 처리 후의 유체로부터 광-촉매 입자를 분리하기 위하여, 예를 들어 막분리법이 사용된다.
그러나, 광-촉매 입자를 크게 한 경우, 반응효율의 저하에 의한 처리능력의 저하를 보상하기 위해서 장치 또는 장비가 대형화된다는 문제점이 있었다. 또, 상기 막분리법을 사용하는 경우에는, 막분리를 행하는 부분에서 특히 큰 동력이 필요하다는 문제점이 남아 있다.
따라서, 이상과 같은 배경으로부터, 종래에 예를 들어 일본국 특개 평 9-174067호(1997) 공보에 따르면, 산화 처리조중의 피처리수(원수)에 광-촉매의 미세분말과 함께 수산화철의 미립자 및/또는 수산화알루미늄의 미립자를 혼입하여 현탁시켜 자외선광을 조사하여 산화처리를 한 후, 고분자 응집제를 첨가하는 것이 제안되어 있다. 이러한 방법에 따르면, 산화 처리후의 피처리수중에 첨가된 고분자 응집제의 작용에 의해 물에 분산된 광-촉매 입자를 상기 수산화철의 미립자 및/또는 수산화알루미늄의 미립자와 함께 응집시켜 분리하고, 이 분리된 슬러지를 다시 산화처리 용기에 반송하여 재이용한다.
첨부하는 도 7은 상기 일본국 특개 평 9-174067호(1997) 공보에 의한 처리장치의 개략구성을 나타내고 있고, 이 도7에 나타내는 바와 같이, 종래 기술에 따른 물의 정화처리장치에 있어서는, 먼저 그 산화처리 용기 또는 조(1)내에서의 광-촉매에 의한 산화반응에 의해 원수중의 유기 오염물질이 분해 및/또는 제거(물 및/또는 이산화탄소 등의 성분으로 분해)된다. 즉, 산화처리조(1) 내에는 자외선 광원(2)이 설치되어 있고, 이에 따라 원수중에 미리 투입된 광-촉매의 입자에 자외선을 조사하여 아울러 광-촉매반응을 일으키게 한다. 또한, 산화처리조(1)내의 피처리수(원수)에는 미리 수산화철의 미립자 및/또는 수산화알루미늄의 미립자가 현탁되어 있다. 그리고, 산화처리조(1)로부터 유출되는 물에는 고분자 응집제 주입수단(20)에 의해 고분자 응집제가 첨가된다.
여기서, 산화처리조(1)로부터 유출되는 물에 고분자 응집제가 첨가되면, 물에 분산되어 있던 광-촉매 입자와 상기 수산화철의 미립자 및/또는 수산화알루미늄의 미립자는 상기 고분자 응집제의 응집작용에 의해 플록(flock)을 형성하고, 이 형성된 응집플록은 하류에 배치된 침강분리조(8)에서 분리슬러지(9)로서 처리수로부터 분리된다. 그 후, 이 처리수로부터 분리된 슬러지(9)는 다시 산화 처리조(1)에 되돌려져 원수중에 첨가되고, 광-촉매 입자에 의한 산화처리에 이용된다.
즉, 상기 종래기술에 따른 물의 정화처리장치 및 그 처리방법에서, 산화처리조(1)에 되돌려지고 재이용되는 플록(분리슬러지(9))은, 산화처리조(1) 내에서 고분자 응집제가 상기 광-촉매의 산화반응에 의해서 분해되기 때문에, 고분자 응집제에 의한 응집작용으로부터 벗어난다. 그 결과, 광-촉매 입자와 수산화철의 미립자 및/또는 수산화알루미늄의 미립자는 고분자 응집제에 의한 응집 작용이 없어져, 다시 단독 입자로서 물에 현탁되어 재이용된다. 이상과 같이, 상기 종래기술(일본국 특개 평 9-174067호 공보)(1997)의 물의 산화처리법에서는 광-촉매 분말을 이용하여 고효율인 산화(정화)처리를 가능하게 하고 있다.
그러나 상기 종래기술에 있어서의 물의 정화처리장치 및 그 방법에서는 또한 몇가지 문제점이 여전히 남아있다.
즉, 이 처리법에서는 광-촉매의 미세 입자를 처리수로부터 연속적으로 분리회수하므로, 예를 들어 폴리아크릴아미드 등의 고가의 고분자 응집제를 연속적으로 첨가하는 것이 필요하다. 따라서, 장치비용, 특히 유지비용이 커진다는 문제점이 있었다.
또, 상기의 종래기술에 있어서의 물의 정화처리장치 및 그 방법에서는, 피처리수가 산화처리조(1)로부터 배출될 때에 광-촉매의 미세입자를 응집하기 위해서 첨가된 고분자 응집제는 그 후, 다시 산화처리조(1)에 되돌려지고, 산화처리조(1)내에서 광-촉매의 미세입자의 광-촉매 반응에 의해 분해된다. 그러나, 이 산화처리조(1)에 되돌려진 고분자 응집제의 분해에 필요한 에너지(자외선광)는, 장치의 원래의 목적인 원수중의 유기물의 분해에 사용되는 에너지 소비의 관점에서 볼 때 과량이 소비되므로, 장치의 산화처리의 효율에 악영향을 미치게 된다.
또한, 상기 산화처리조(1) 내에서, 되돌려진 고분자 응집제가 광-촉매 반응에 의해 분해되기 까지의 기간동안 원수중에 투입된 광-촉매의 미세 입자는 고분자 응집제의 응집작용에 의해 비교적 큰 응집플록을 형성하고 있다. 따라서, 광-촉매의 실효 접촉면적이 작아지기 때문에, 산화처리조(1) 내에서의 광-촉매 반응은 효율면에서 저하된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 물의 정화처리장치나 그 방법에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여, 고가인 고분자 응집제를 사용하지 않고, 또한 촉매에의한 산화 처리반응을 높은 효율로 유지하면서 물의 정화처리를 행하는 것을 가능하게 하는 물의 정화처리장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 물의 정화처리장치의 구성을 나타내는 개략도,
도 2는 상기 도 1에 나타낸 물의 정화처리장치의 일 변형예를 나타내는 개략도,
도 3은 상기 도 1에 나타낸 물의 정화처리장치의 다른 변형예를 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 회분식의 물의 정화처리장치의 구성을 나타내는 개략도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 물의 정화처리장치의 구성을 나타내는 개략도,
도 6은 상기 본 발명의 물의 정화처리장치를 응용한 물의 정화처리 시스템의 구성을 나타내는 개략도,
도 7은 종래기술에 따른 물의 정화장치의 구성의 일예를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따르면, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 먼저 물 중의 유기물질을 촉매로 산화처리하여 정화하는 물의 정화처리장치로서,
무기 응집제가 첨가되고, 분말체 형상의 촉매 입자가 분산되어 있는 피처리수를 저장하는 산화 처리조와,
상기 산화 처리조의 내부의 상기 촉매를 활성화하는 수단과,
상기 피처리수로부터 무기응집제에 의해 응집되어 있는 상기 촉매 입자를 분리하는 분리조와,
상기 산화 처리조의 피처리수 중에 분산되어 있는 촉매 입자를 입경 O.lmm 이하로 유지하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서 상기 입경 유지수단은 상기 산화처리조중의 피처리수의 pH 값을 조정하기 위한 수단을 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서 상기 입경 유지수단은 상기 산화처리조 중의 피처리수에서 pH 값을 검출하기 위한 수단을 더욱 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서 상기 분리조중의 pH 값을 조정하기 위한 수단을 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서 상기 산화처리조와 상기 분리조가 일체로 형성되는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서 상기 촉매는 광-촉매이고, 상기 촉매활성화 수단은 발광수단을 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서 상기 산화처리조 내부의 피처리수를 폭기하는 수단을 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서, 상기 산화처리조 내부의 피처리수에 오존을 주입하기 위한 수단을 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서, 또한 상기 산화처리조내의 피처리수에 펜톤산화반응을 일으키는 물질을 첨가하는 수단을 더욱 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서, 상기 산화 처리조와 상기 분리조와의 사이에 교반장치를 더욱 구비한 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서, 상기 분리조에서 분리한 응집된 상기 촉매 입자를 함유하는 슬러지를 상기 산화처리조에 되돌리기 위한 수단을 더욱 구비하고 있는 물의 정화처리장치가 제공된다.
그리고, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리장치로서, 상기 슬러지를 되돌리기 위한 수단은 응집된 상기 촉매 입자를 함유하는 슬러지를 용해하기 위한 수단을 구비한 물의 정화처리장치가 제공된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의하면, 물 중의 유기물질을 촉매로 산화처리하여 정화하는 물의 정화처리방법으로서,
분말체 형상의 광-촉매 입자를 피처리수 중에 분산시키는 단계;
상기 피처리수중에 분산된 촉매 입자를 활성화하여 유기물질을 산화 처리하는 단계;
광조사로 산화 처리 후, 무기응집제의 작용에 의해 피처리수로부터 상기 분산된 촉매 입자를 응집시켜 분리하는 단계를 포함하고, 상기 산화 처리 단계에서 피처리수 중에 분산된 촉매입자를 입경 O.lmm 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 산화 처리 단계에서 피처리수중에 분산된 광-촉매 입자를 입경 O.lmm 이하로 유지하도록 상기 피처리수의 pH 값을 조정하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 산화처리단계의 후에 상기 무기응집제의 작용에 의해 응집된 촉매 입자를 상기 응집된 촉매입자의 침강에 의해 분리하는 단계를 더욱 포함하여 이루어지는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 산화 처리 단계에서 피처리수중에 분산된 광-촉매입자의 입경이 상기 침강분리 단계에서 분산된 촉매입자의 입경보다 작아지도록 상기 침강분리 단계에서의 피처리수의 pH 값을 조정하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 촉매는 광-촉매이고, 상기 산화처리 단계에서 광-촉매가 분산된 물에 광을 조사하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 산화 처리 단계에서 오존을 피처리수에 더욱 주입하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 산화 처리 단계에서 펜톤산화반응을 일으키는 물질을 피처리수에 더욱 첨가하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서 상기 산화처리단계에 있어서, 상기 광-촉매 입자가 분산된 피처리수를 더욱 교반하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 광-촉매 입자를 응집하여 분리하는 단계에서 분리한 광-촉매를 다시 상기 산화처리 단계에서 피처리수에 되돌리는 단계를 포함하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 물 중의 유기물질을 촉매로 정화처리하는 단계 전에 피처리수중의 현탁물질을 제거하는 전처리 단계를 더욱 포함하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 물 중의 유기물질을 촉매로 정화처리하는 단계후에 피처리수중에 잔존하는 저분자 유기물질 및/또는 미생물에 의해 분해되기 쉬운 유기물질을 제거하는 후처리 단계를 더욱 포함하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
그리고, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 물의 정화처리방법으로서, 상기 후처리 단계 후에 유출되는 처리수의 일부를, 상기 물 중의 유기물질을 촉매로 정화하는 단계의 상류에 되돌려 순환처리를 행하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법이 제공된다.
바람직한 실시 형태
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부하는 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시형태인 물의 정화처리방법을 실시하는 물의 정화처리장치가 나타나 있다. 이 도에 나타내는 물의 정화처리장치는, 하수, 가정 등으로부터의 배수, 하천물, 호수물, 수돗물 등의 각종의 물처리에 있어서, 특히 부유물 등을 제거한 고도 처리배수 중에 또한 함유되어 있는 유기 화합물, 예를 들어 계면활성제, 트리클로로에틸렌 등의 유기염소화합물, 트리할로메탄, 게다가 다이옥신이나 PCB 등의 유해 유기물을 물에서 제거한다.
이러한 물의 정화처리장치는 도 1에 나타내는 바와 같이, 유해한 유기물을 제거해야 할 원수가 예를 들어 원통형상의 산화처리 용기 또는 조(1)에 유도되어 있다. 또한, 원수중에는 도시 생략한 투입장치 등에 의해서 예를 들어 이산화티탄 등의 광-촉매의 분말체 및 무기응집제가 미리 투입되어 있고, 이 산화 처리조(1)내의 원수중에는 분말체 형상의 광-촉매가 분산되어 있다. 이 산화처리조(1)에는 도시한 바와 같이 그 일부에(도면의 예에서는 중앙부에)자외선 광원(2)이 설치되어 있고, 이 자외선 광원(2)으로부터의 자외선을 원수중의 입자형상의 광-촉매(의 표면)에 조사하고, 아울러 광-촉매 반응을 일으키게 한다. 즉, 이 광-촉매 반응에 의해, 산화처리조(1)내에 도입된 원수중의 상기 유기 오염물질을 분해하여 제거한다. 즉, 물 및/또는 이산화탄소 등의 무해한 물질로 분해한다.
이 정화처리장치에서는, 상기 산화처리조(1)에 의해서 산화처리된 원수는 상기 산화처리조(1)의 상부에 설치된 배출구에서 인출되고, 급속 교반조(5)에 보내지거나 이동되어 교반되고, 다시 완속 교반조(7)에 보내진다. 그 후, 완속교반조(7)로부터의 원수는, 침강을 통하여 광-촉매입자와 무기응집제를 분리하기 위한 침강분리조(8)에 보내지고, 이 침강분리조(8)의 위쪽의 배출구로부터 처리수로서 배출되게 된다. 또, 이 침강분리조(8)는 그 바닥부가 원뿔형상으로 되어, 조의 바닥부에 침강 및/또는 퇴적되는 슬러지가 쉽게 인출될 수 있다.
또한, 이러한 정화처리장치에서는, 상기 원수에 미리 투입되는 무기응집제로서는 예를 들어 황산알루미늄, 염화알루미늄 등의 알루미늄염이나, 황산제일철, 황산제 2철, 염화제 2철 등의 철염등이 사용된다. 이 때, 이 무기응집제를 투입한 원수는 상기 산화처리조(1)내에서는 산성(pH 값 : 5 내지 2)을 나타내고, 그 때문에 상기 산화처리조(1)내에서는 그 응집작용을 나타내지 않는다. 이 때문에 산화처리조(1)내에서는 원수에 미리 투입된 상기 분말형상의 광-촉매는 응집되지 않고, 따라서, 그 비표면적을 크게 유지하여 광-촉매와 피처리수와의 접촉면적을 향상시킬 수 있게 된다.
이어서, 상기한 바와 같이 원수를 그 산화작용에 의해 정화처리한 이산화티탄 등의 광-촉매는 상기 처리된 원수와 함께 산화처리조(1)로부터 배출되고, pH 조정장치(6)에 의해 예를 들어 알카리성 물질이 첨가된 후 급속교반조(5)에 도입되어 급속하게 교반된다. 즉, 이에 따라 원수의 pH 값이 조정된다. 또 본 실시형태에서는 알칼리용액 등의 알칼리성의 물질의 첨가에 의해 중화되어, 그 pH 값이 조정된 원수가 다시 하류쪽에 설치된 완속교반조(7)에 보내여진다.
즉, 상기 급속 교반조(5)에 있어서 급속 교반되고, 그 pH 값이 조정된 원수중의 광-촉매입자는 상기 무기응집제의 전기화학적인 응집작용에 의해, 이 무기응집제와 함께 미세한 플록을 형성한다. 그리고, 이 미세한 플록을 함유한 원수는 상기 완속 교반기(7)에 보내진다. 이 완속교반조(7)에서는, 중화된 원수를 완만하게 교반함으로써 상기 급속 교반조(5)에서 형성한 미세한 플록을 더욱 성장시키고, 아울러 침강성 또는 속도가 양호한 비교적 큰 플록을 형성한다 (최대로 2 내지 3 mm 정도의 입경).
이와 같이 하여, 광-촉매 입자를 함유하는 비교적 큰 플록을 함유한 원수가 상기 침강분리조(8)에 보내진다. 그리고, 이 침강분리조(8)에서는 상기 완속 교반조(7)에서 형성된 비교적 큰 플록입자가 침강하고, 이것이 분리슬러지(9)로서 분리된다. 즉, 이 침강분리조(8)에서는 분산된 광-촉매 입자와 첨가된 무기응집제가 원수에서 분리되어, 상부의 맑은 물만이 정화된 처리수로서 방류되게 된다.
한편, 산화 반응 후에 처리수중에서 침강분리된 플록 형태의 광-촉매 입자는 침강분리조(8)의 바닥부로부터 인출되고, 슬러지 용해조(10)에 유도된다. 그리고, 여기에서도, pH 조정장치(11)와 교반장치(12)에 의해 그 pH 값을 조정한 후에 이 광-촉매입자와 무기응집제로 이루어지는 슬러지는 다시 상기 산화처리조(1)에 유도되어 재사용된다. 즉, 광-촉매 입자는 다시 원수중에 분산된다. 또한 그 상세한 것은 후기한다.
그런데, 상기한 정화처리장치에서 사용되는 광-촉매로서 예를 들어 이산화티탄 등의 분말이 사용된다. 또, 그 분말의 크기는, 특히 입경이 예를 들어 수 nm 내지 수십μm 정도인 것이 양호이다. 또, 이러한 광-촉매 분말의 원수에 대한 첨가농도 및 밀도는 약 1OOppm 내지 1O,OOOppm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 상기한 바와 같이, 원수중에 투입되는 무기응집제로서는, 황산알루미늄, 염화알루미늄 등의 알루미늄염이나, 황산제일철, 황산제2철, 염화제2철 등의 철염 등을 들수 있으며, 이들의 무기응집제를 이용하면, 상기 광-촉매 반응의 산화작용에 의해 응집제의 성질이 변화하는 일이 없고, 무기 응집제로서의 전기화학적인 응집작용을 잃는 일이 없다 (참고로, 상기 종래기술에서 사용되는 고분자응집제는 광-촉매의 산화작용에 의해 분해되어, 그 응집작용을 잃음). 따라서, 이 무기응집제는 상기 광-촉매 분말과 함께 상기 슬러지로서 산화처리조(1)에 되돌려 재이용하는 것이 가능하여 경제적으로도 적합하다.
또한, 이러한 무기응집제의 첨가량으로서는, 예를 들어 황산알루미늄을 사용한 경우, 광-촉매 분말(1g)에 대하여 0. 01 내지 1g (Al2O3로서)정도가 적합하다.
또, 상기 산화처리조(1)내에 설치되는 자외선 광원(2)은 예를 들어 저압수은등(살균등), 블랙라이트, 중 또는 고압 수은등 등을 이용할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는 상기 자외선 광원(2)은 산화처리조(1)의 내부에 설치하는 것으로서 설명하였으나, 그러나 이 산화처리조(1)를 예를 들어 석영(실리카) 유리 등의 자외선이 투과할 수 있는 재질로 구성하고, 또한 이 산화처리조(1)를 태양광 밑에 설치하여, 광원(2)을 설치하는 대신에 태양광(햇빛)에 포함되는 자외선을 이용하는 것도 가능하다.
또, 상기 도 1에 나타내는 실시형태에서는, 상기 산화처리조(1)의 내부(바닥부)에는 산기관(aeration conduit, 3)이 설치되어 있다. 그리고, 이 산기관(3)에는 블로워(4)가 접속되어, 이 블로워(4)로부터 공기를 산화처리조(1)내에 주입한다. 즉, 산화처리조(1)내의 원수중에 공기를 주입함으로써, 광-촉매의 산화반응에 필요한 산소를 원수중에 공급하고, 또한 그 폭기교반 효과에 의해 광-촉매 입자를 원수중에 균일하게 분산시키므로 바람직한 구조가 제공된다.
또한, 상기 산기관(3)과 블로워(blower, 4)에 의한 폭기 및 교반 대신에, 또는 이들과 병용하여 예를 들어 프로펠러식의 교반기 등에 의해 산화처리조(1) 안을 교반하여도 좋다. 또는, 상기한 바와 같이 블로워(4)를 거쳐 원수중에 산소를 공급하는 대신에, 또는 이것과 병용하여 오존발생 장치를 설치하고, 이 오존발생 장치에 의해 발생시킨 오존을 원수에 주입 또는 공급하여도 좋다. 이 경우, 오존을 흡입함에 의한 오존의 산화력과 광-촉매 반응과의 상승효과에 의해서, 보다 효율적인 산화 처리를 할 수 있게 된다.
또한, 상기의 실시형태에서는 산화처리조(1)에서 처리된 물은 광-촉매 분말 또는 입자와 무기응집제를 함께 포함한 채로 급속 교반조(5)에 보내어진다. 이 때, 이 급속 교반조(5)에서 광-촉매 입자를 무기응집제로 응집시키기 위해서 알칼리 물질을 투입하여 원수의 pH 값을 중화한다. 여기서는, pH값은 예를 들어 pH 5 내지 8의 범위정도로 조정하는 것이 바람직하다. 또 이 pH 조정장치(6)에는 알칼리물질로서 예를 들어 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등의 알칼리 물질을 첨가하거나 혹은 석회를 투입함으로써 원수의 pH 값을 중화한다.
여기서, 상기한 바와 같이, 상기 침강분리조(8)에서 침강되어 분리된 광-촉매분말 또는 입자와 무기응집제로 이루어지는 분리슬러지(9)는 슬러지 용해조(10)에 반송된다. 이 슬러지 용해조(10)에서는, 조내에 반송된 슬러지의 pH 값을 그 pH 조정장치(11)에 의해 예를 들어 2 이하의 값(산성)으로 조정한다. 즉, 광-촉매입자와 함께 응집한 무기응집제인 예를 들어 알루미늄염이나 철염 등을 다시 물에 용해하여, 플록화되어 있는 광-촉매 입자를 무기응집제의 전기 화학적인 응집작용으로부터 벗어나게 한다. 즉, 플록 결합으로부터 벗어나게 하고, 다시 분산된 광-촉매 입자화하는 것이다. 또, 이 pH 조정장치(11)에는 예를 들어 염산, 황산 등의 산용액을 첨가한다.
또, 이와 같이 슬러지 용해조(10)에서 용해된 슬러지, 즉 무기응집제와 광-촉매 입자를 함유한 슬러리가 이 슬러지 용해조(10)로부터 다시 상기 산화처리조 (1)에 투입되어 재사용되는 것은 상기한 바와 같다. 또는, 이것을 대신하여, 무기응집제와 광-촉매 입자를 포함한 슬러리는 상기 산화처리조(1)의 상류에서 원수에 첨가될 수 있다.
상기의 실시형태에서는, 상기 산화처리조(1)에서의 산화처리후에 회수된 무기응집제와 광-촉매 입자는 상기 슬러지 용해조(10)에서 용해된 산성의 슬러리로서 다시 산화처리조(1)에 반송되어 원수중에 투입된다. 따라서, 상기 산화처리조(1)내에서 원수는 산성이 된다. 상기한 바와 같이, 산성(또는 알카리성)의 환경하에서는 전기 화학적인 응집작용이 작용하기 어렵고, 따라서 상기 산화처리조(1)에서는 광-촉매 입자는 응집하지 않고 분산된다. 한편, 광-촉매에 의한 산화반응은 표면반응이기 때문에, 산화처리조(1)내에서 광-촉매 입자가 응집하지 않고 분산되어 있는 것은 효율적인 산화처리에 적합하고 편리하다. 이것으로부터, 상기 산화처리조(1)내에서는 원수의 pH 값을 pH 값 2 내지 4가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 일단 원수중에 분산된 후는 분리가 곤란한 분말 또는 입자형상의 광-촉매를 고가의 고분자 응집제를 사용하지 않고 비교적 값싼 무기응집제를 이용하여 원수로부터 용이하게 분리하는 것이 가능하다. 또한, 원수중에 첨가된 광-촉매입자와 무기응집제는 상기한 바와 같이 상기 침강분리조(8)나 슬러지 용해조(10)에서, 응집·분산을 반복하면서 원수로부터 분리되어 산화처리조 (1)에 반송되고, 이론적에는 무한하게 재이용할 수 있다. 또한, 분리회수되는 광-촉매입자는 산화처리조(1)내의 원수중에서는 양호하게 분산되기 때문에, 효율적이고도 연속적인 물의 산화에 의한 정화처리를 실현할 수 있다.
그러나, 실제로는, 그 조건에 의해 광-촉매입자 및/또는 무기응집제의 일부가 원수로부터 완전히 분리되지 않아 원수와 함께 유출되는 일이 있다. 이와 같은 경우에는, 산화처리조(1)로부터 유출한 만큼의 광-촉매입자 및/또는 무기응집제의 보충 수단을 설치함으로써 양호한 산화처리성능을 유지할 수가 있는 것은 명백할 것이다.
또, 상기의 실시 형태에 있어서는, 상기 pH 조정장치(6)는 알카리성 물질을 원수중에 투입하여 산성화하여 산화처리조(1)로부터의 원수를 중화하고, 다른쪽 상기 pH 조정장치(11)는 산성물질을 침강분리조(8)로부터 회수한 슬러지중에 투입하여 산성화하여 무기응집제를 용해한 후, 이것을 산화처리조(1)내의 원수중에 되돌리는 것으로 설명하였다. 그러나, 상기 광-촉매 분말과 함께 원수중에 투입되는 무기응집제는 중성의 환경하에서는 그 전기화학적인 응집작용에 의해 광-촉매 분말과 함께 응집한다. 그러나, 이 무기응집제는 상기한 바와 같이 산성뿐만 아니라, 알카리성의 환경하(예를 들어, pH 값 9 내지 12정도)에서도 용해하는 성질을 가진다.
이 때, 상기 pH 조정장치(6)는 산성물질을 원수중에 투입하고, 다른쪽 상기 pH 조정장치(11)는 알카리성 물질을 회수한 슬러지중에 투입하도록 하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 상기 pH 조정장치(11)로부터 산화처리조(1)중의 원수에 투입되는 슬러지는 알카리성이 되어 무기응집제를 용해하여, 무기응집제의 응집작용이 저해된다. 즉 산화처리조(1)내의 광-촉매입자는 응집되지않고 분산되어 효율적인 산화 처리가 실현된다. 반면에, 다른쪽 상기 pH 조정장치(6)는 이 산화처리조(1)로부터 배출되는 알카리성의 원수에 산성물질을 투입함으로써 중화하고, 따라서 무기응집제의 응집작용을 촉진한다.
또, 상기 도 1에 점선으로 나타낸 바와 같이, 상기 pH 조정장치(11)는 상기 슬러지 용해조(10)내의 pH 값을 측정하는 pH 검출기(100)를 구비하고, 이 측정한 pH 값에 의거하여 투입하는 산성 또는 알카리성 물질의 양 또는 부피를 제어하도록 구성하는 것도 가능하다. 게다가 역시 상기 도 1에 점선으로 나타낸 바와 같이, 상기 pH 조정장치(11)는 슬러지 용해조(10)내가 아니라, 상기 산화처리조(1)내의 pH 값을 측정하는 pH 검출기(100)를 구비하고, 이 측정한 pH 값에 의거하여 투입하는 산성 또는 알카리성 물질의 양 또는 부피를 제어하도록 구성하는 것도 가능하다. 또한 상기의 설명에서도 분명한 바와 같이, 광-촉매 분말 또는 입자에 의한 산화처리를 효율적으로 하기 위해서는, 산화처리조(1)내의 원수의 pH 값을 소정치(pH 값 2 내지 4, 또는 pH 값 9 내지 12)로 유지하는 것이 중요하며, 이러한 관점에 따르면, 후자의 구성 (즉, 산화처리조(1)내의 pH 값을 측정)쪽이 보다 바람직하다.
또한, 광-촉매반응을 이용한 수중 유기물질의 산화처리에 있어서는, 원수중의 금속이온이 광-촉매의 표면에 도포 부착되어, 광-촉매반응을 저해하는 현상이 생기는 경우가 있다. 이러한 경우, 광-촉매의 표면에 부착된 스케일은 산성상태로 함으로써 다시 금속이온으로서 용해되기 때문에, 상기 pH 조정장치(6)는 산성물질을 원수중에 투입하고, 다른쪽 상기 pH 조정장치(11)는 알카리성 물질을 회수한 슬러지중에 투입하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 스케일부착을 방지하여 양호한 광-촉매반응을 유지할 수 있다.
또, 상기 도 1에 기재한 연속적인 물의 산화에 의한 정화처리장치에서는, 광-촉매입자의 응집 및/또는 분리수단을 구성하기 위하여 상기한 급속교반조(5), 완속교반조(7), 침강분리조(8)가 설치된다. 그러나, 본 발명에서는 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 상기 침강분리조(8) 대신에 여과장치나 모래 여과장치 등의 여과장치를 설치하여 응집 및/또는 분리수단을 구성해도 좋다. 또는, 원심분리기 등에 의해 구성하는 것도 가능하다. 또한 응집 및/또는 분리수단으로서 막 여과장치 등의 여과장치를 설치하여 미세한 플록을 분리할 수 있는 경우에는, 상기 완속교반조(7)를 생략하고, 급속교반조(5)만으로 형성된 미세한 플록을 직접분리하도록 구성하는 것도 가능하다. 또, 자성분말을 첨가하여, 응집 자성 플록을 형성하는 동시에 자기분리수단을 설치하여, 자기적으로 플록을 분리하는 것도 가능하다.
또, 특히 원수중에 현탁된 고체를 함유하는 경우에는, 광-촉매 입자에 의한 산화 처리에 의해서도, 광-촉매 입자의 응집 및/또는 분리과정에서 이 현탁물질이 응집플록에 섞이는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 이 현탁 고체가 산화처리조(1)내에 축적되므로 원수중의 이러한 현탁물질을 미리 제거하는 수단이나 장치를 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들어 이러한 현탁물질을 함유한 원수를 산화처리조 (1)에 유입시키는 경우에는, 이 유입한 현탁고체와 응집하기 위해서 무기응집제가 소비되기 때문에, 이 현탁고체의 농도에 따라 산화처리조(1) 또는 급속교반조(5)에 무기응집제를 첨가하는 장치를 설치하는 것이 바람직하다.
도 2에는, 본 발명의 상기 실시형태의 연속식 물의 정화처리장치의 변형예를 나타낸다. 이 도 2에 나타내는 변형예에서는, 상기 도 1과 동일한 부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 나타내고 있어 그 중복되는 설명은 생략한다.
이 도 2에서도 분명한 바와 같이, 이 변형예에서는 상기 침강분리조(8)에서 침강분리한 광-촉매입자와 무기응집제를 함유하는 슬러지를 슬러지 용해조(10)를 거치는 일 없이 직접 산화처리조(1)에 되돌리는 구성으로 하고, 또 상기 pH 조정장치(11)는 산성 또는 알칼리성 물질을 산화처리조(1)의 원수중에 투입하도록 구성한 것이다. 또, 이러한 구성의 경우, 도면에 점선으로 나타내는 바와 같이, pH 검출기(100)를 상기 산화처리조(1)중에 설치하여, 이 검출기로부터의 pH 검출치에 의거하여 상기 pH 조정장치(11)로부터의 산성 또는 알칼리성 물질의 투입량을 제어하도록 구성하는 것도 가능하다. 또한 이러한 구성의 변형예에서는, 광-촉매 입자를 분산시키고 무기응집제를 재생시키는 작용 또는 작업은 상기 도 1에 나타낸 실시형태와 동일 또는 유사하다.
그런데, 이러한 변형예의 구성에 따르면, 산화처리조(1)중의 원수의 pH 값을 최적으로 조정하는 것이 가능해지고, 따라서 특히 탄산염을 많이 함유하는 원수의 처리에 적합하다. 즉, 광-촉매 반응에서는 생성된 히드록시라디칼의 산화력이 산화작용에 강하게 영향을 미치나, 탄산염을 많이 함유하는 원수에서는 그 중탄산 이온이나 탄산이온이 히드록시라디칼과 재빠르게 반응하기 때문에, 산화처리해야 할 물질(들)과의 반응을 저해하는 일이 생긴다. 이와 같이, 원수중에 탄산염을 많이 함유하는 경우에는, 본 변형예와 같이 산화처리조(1)중의 원수의 pH 값을 적절하게 조정하는 것이 바람직하고, 특히 상기 pH 조정장치(11)로부터의 산성의 물질을 투입하여 원수를 산성으로 하고, 탄산염이 용해하기 어려운 조건 하에 광-촉매에 의한 산화반응을 행함으로써, 보다 효율적인 산화처리를 행하는 것이 가능해진다
또한, 첨부하는 도 3에는, 상기 도 1에 나타낸 실시형태가 되는 연속식 물의 정화처리장치의 다른 변형예를 나타낸다. 또한, 이 도 3에 나타내는 다른 변형예 에서도, 상기 도 1과 동일한 부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 나타내고 있어, 그 중복되는 설명은 생략한다.
이 도 3에서도 분명한 바와 같이, 이밖의 변형예에 따른 물의 정화처리장치는 그 기본적인 구성은 상기 도 1에 나타낸 정화처리장치와 거의 같으나, 도면에서도 분명한 바와 같이 상기 산화처리조(1)에 유도되는 원수중에 산화제로서 과산화수소를 연속적으로 첨가하기 위한, 소위 과산화수소 주입장치(19)를 더욱 구비하고 있다. 또한 이밖의 변형예가 되는 정화처리장치에서는, 정화처리제로서의 광-촉매 분말 또는 입자와 함께 무기응집제로서 철이온을 함유하는 철계의 무기응집제를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 원수중에 과산화수소와 철이온이 공존함으로써, 이들 양자가 공존하면 철이온이 촉매가 되어 과산화수소로부터 강력한 산화력을 가지는 히드록시 라디칼이 발생하는 현상, 즉 펜톤산화반응이 발생하기 때문이다. 그리고 이밖의 변형예에 따른 물의 정화처리장치에 의하면, 이 펜톤산화반응과 광-촉매에 의한 산화반응과의 상승 효과에 의해서, 보다 효율이 좋은 산화처리를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 이 펜톤산화반응은 산성의 환경 (예를 들어 pH 값: 2 내지 4)에서 강한 산화력를 얻을 수 있음이 알려져 있다. 따라서, 이밖의 변형예에서는, 상기 pH 조정장치(11)는 산성의 물질을 슬러지 용해조(10)내에 투입하고, 다른쪽 pH 조정장치(6)는 알칼리성 물질을 급속교반조(5)내에 투입하도록 구성한 것이다. 이러한 구성에서는, 상기 슬러지 용해조(10)로부터 상기 산화처리조(1)에 보내지는 슬러리는 상기 슬러지 용해조(10)에 있어서 분리 슬러지(9)를 용해하기 위해서 산성으로 조정되어 있다. 따라서, 이것을 산화처리조(1) 내에 첨가함으로써 원수를 용이하게 산성으로 하는 것이 가능하다.
또, 페톤 산화반응에서는 철이온이 촉매로서 작용할 때, 2가의 철이온이 산화되어 3가의 철이온으로 변화된다. 그러나 상기 산화처리조(1)내의 자외선 광원 (2)으로부터의 자외선이 이 3가의 철이온에 조사됨으로써, 이 3가의 철이온은 다시 2가의 철이온으로 복귀한다. 그 때문에 촉매로서의 철이온은 상기 산화처리조(1)내에서 반복하여 이용되기 때문에 연속적으로 첨가할 필요는 없다. 이상과 같이, 이밖의 변형예에 따른 물의 정화처리장치에서는, 원수에 과산화수소의 첨가함으로써, 또한 무기응집제로서 철계의 응집제를 사용함으로써, 상기 도 1이나 도 2에 나타내는 실시형태나 그 변형예에 한정하지 않고, 이하에 설명하는 실시형태에 있어서도 광-촉매 반응과 함께 페톤 산화반응과의 상승 효과에 의해 효율 좋은 물의 산화처리를 가능하게 한다.
다음에 첨부하는 도 4에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 물의 정화처리장치를 나타낸다. 이밖의 실시형태가 되는 정화처리장치는, 연속처리방식의 것과는 달리, 회분식 물의 정화처리장치 및 방법이다. 단, 다른 실시형태에 있어서도, 상기 도 1과 동일한 부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 나타내고 있다.
도면에 있어서, 자외선 광원(2)을 구비한 산화처리조(1)내에는, 상기의 광-촉매분말 및 무기응집제가 미리 투입되어 있다. 첫째로, 원수 유입밸브(17)를 개방하여 소정의 수위까지 원수를 산화처리조(1)내에 도입한다. 당연히, 이 때는, 상기 산화 처리조(1)의 처리수 유출밸브(18)는 폐쇄되어 있다. 또한, 이밖의 실시형태에서는, 상기 일련의 처리(즉, 광-촉매 분말 또는 입자에 의한 산화 처리, 무기응집제에 의한 원수중에 분산된 광-촉매 입자의 응집등)를 산화처리조(1)내에서 행하기 때문에, 이 산화처리조(1)내에는 역시 자외선 광원(2)(단, 도면에서는 2개)과 함께 교반기(16)가 설치되어 있고, 또 교반 장치(1)의 바닥부는 원뿔형상으로 형성되어 있다.
계속해서, 원수가 소정의 수위에 도달하였으면 원수 유입밸브(17)를 폐쇄하여 산화 처리조(1)내의 원수(피처리수)의 정화처리를 행한다. 그 때, 광-촉매 분말을 산화 처리조(1)내에 균일하게 분산되도록 상기 산화처리조(1)내에 설치한 교반기(16)를 구동하여 원수를 적절하게 교반하는 것이 바람직하다. 그 후, 소정시간, 광-촉매 반응에 의한 산화 처리를 실시한다. 즉 상기 자외선 광원(2)을 점등하여 빛을 광-촉매 입자에 조사하여 광-촉매 반응을 일으킨 후, 분산된 광-촉매 입자를 정화처리한 원수(처리수)로부터 분리하는 조작을 행한다.
이 광-촉매 분말의 분리처리에서는 먼저, pH 조정장치(6)에 의해 알칼리성 물질을 무기응집제를 함유한 원수(처리수)중에 투입하고, 그 pH 값을 무기응집제에 의한 응집작용에 최적의 값으로 조정한다. 그러면 광-촉매 입자와 무기응집제가 응집하여 플록화하나, 이 때 교반기(16)의 회전속도를 조절하는 등, 플록의 성장에 적합한 교반강도와 적절한 시간으로 교반조작을 행하는 것이 바람직하다. 예를 들어 이 교반기(16)의 회전수를 처음은 고회전으로 하고, 그 다음에 단계적으로 저회전으로 조절하는 것이 플록의 성장를 위해 바람직하다. 또 상기 산화처리조(1)내에 상기한 바와 같이 원수의 pH 값을 측정하는 pH 검출기를 설치하는 것도 가능하다.
계속해서, 이 교반기(16)의 회전에 의한 교반을 정지하면, 원수내에서 광-촉매 입자와 무기응집제가 응집하여 플록화한 입자는 용이하게 상기 산화처리조(1)의 바닥부에 침강한다. 따라서, 플록의 침강에 필요한 적절한 시간동안, 산화처리조(1)내에 원수를 정치한 후, 처리수 유출밸브(18)를 개방함으로써, 용이하게 처리수를 상기 플록화한 광-촉매 입자와 무기응집제로부터 분리할 수 있다.
그 후, 광-촉매 분말과 무기응집제가 응집한 플록으로 이루어지는 분리 퇴적 슬러지(9)는 pH 조정장치(11)로부터 투입되는 산성물질에 의해 산성이 된다. 이에 따라 산화처리조(1)의 바닥부에 퇴적한 무기응집제는 다시 용해하고, 광-촉매 분말은 무기응집제의 응집작용으로부터 개방된다. 즉, 이 상태에서 산화처리조(1)내에 원수를 도입함으로써 광-촉매 분말은 다시 분산된다. 또 이 때도 분리된 슬러지(9)를 완전히 용해시키기 위해서, 역시 상기 교반기(16)를 적절하게 회전구동하는 것이 바람직하다.
계속해서, 산화처리조(1)의 처리수 유출밸브(18)를 폐쇄하고, 한편 상기 원수유입밸브(17)를 개방하고, 이에 따라, 다시 처리해야 할 원수를 산화처리조(1)내에 도입한다. 이상의 조작을 반복함으로써 광-촉매 입자와 무기응집제는 처리수로부터 분리·재생되어 반복 이용할 수 있다. 즉 이밖의 실시형태가 되는 물의 정화처리장치에서는 회분식 정화처리(즉, 산화처리조(1)내에 일단 원수를 소정량만 주입하여 처리한다)로 함으로써 산화처리조(1)만으로 일련의 처리를 실현할 수 있고, 또 장치의 크기 및 규모를 콤팩트하게 할 수 있다.
이상으로 설명한 본 발명이 되는 물의 정화처리장치 및 그것에 의하여 실시되는 물의 정화처리방법에서는 광-촉매 입자와 무기응집제를 함유하는 피처리 유체 인 원수의 pH 값을 조정하고, 즉 산화처리조에서는 pH를 산성쪽으로 조정하여 광-촉매입자를 분산시켜 효율적인 광-촉매 반응에 의한 산화처리를 촉진하고, 다른쪽 광-촉매 입자를 처리수로부터 분리할 때는 pH 값을 중성으로 조정하여 응집 플록화시켜 분리한다. 또한 분리된 슬러지는 용해조에서 그 pH 값을 다시 산성쪽으로 조정 함으로써 광-촉매 입자와 무기응집제의 플록을 용해하고, 이 용해된 광-촉매 입자와 무기응집제를 다시 산화처리조내의 피처리수중에 투입하여 무한하게 재사용하는 것을 가능하게 한다.
즉, 광-촉매 반응을 이용한 물의 정화처리장치에 있어서 산화처리조에서는 광-촉매를 반응효율이 좋은 미세한 입자상태로 하여 사용가능하게 하고, 그 후는 광-촉매 입자를 처리수로부터 용이하게 분리하며, 또한 이 분리된 광-촉매 입자를 재사용가능하게 함으로써 실용가능한 실제 제품 수준으로 광-촉매를 응용한 물의 정화처리장치를 실현할 수 있다.
다음에, 첨부하는 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시형태가 되는 물의 정화처리장치가 나타나 있다. 또한 이밖의 실시형태에서는 도면에서도 분명한 바와 같이 산화처리조(1)로서, 소위 유동상형의 산화처리조(12)를 사용하고 있다. 이 유동상형의 산화처리조(12)는 그 처리조내에 광-촉매 입자를 무기응집제에 의해 응집하여 플록을 형성하면서, 동시에 원수를 이 플록화한 광-촉매 입자와 접촉시킴으로써 광-촉매의 산화에 의한 물의 정화처리를 실현하는 것이다.
이 또 다른 실시형태가 되는 물의 정화처리장치에서는 먼저, 정화처리되는 원수는 급속교반조(5) 및 완속교반조(7)를 거쳐, 상기 유동상형 산화처리조(12)내에 그 바닥부로부터 위를 향하여 도입된다. 이 도입된 원수는 유동상형 산화처리조(12)의 바닥부에 침강하고 있는 응집화한(즉, 입자가 플록화되어 있다) 광-촉매 입자의 사이를 지나 조의 상부로 도달하고, 그 배출구로부터 침강분리조(8)에 유도된다. 그 때, 산화처리조(12)내에 설치된 자외선 광원(2)으로부터 광-촉매 입자에 빛을 조사하여 산화반응을 일으키고, 아울러 원수중에 함유되는 유기 화합물을 정화처리 또는 산화처리하는 것이다. 그리고 이 정화처리된 원수는 상기 침강분리조(8)로부터 처리수로서 배출된다.
또한, 상기의 정화처리장치에서, 바닥부로부터 위를 향하여 도입되는 원수는, 상기 산화처리조(12)의 바닥부에 플록화하여 침강되어 있는 광-촉매 입자가 원수와 함께 유출되지 않을 정도의 유속으로 조정된다. 여기서 상기한 바와 같이 광-촉매는 플록화함으로써 그 입자가 커져 양호한 침강성을 나타내나, 그 반면 비표면적이 작아져 반응효율이 저하된다. 따라서, 이 또 다른 실시형태에서는 산화처리조(12)내의 pH 값나 무기응집제의 투입량을 제어함으로써, 플록화한 광-촉매 입자의 입경이 O.1 mm 이하, 특히 바람직하게는 O.1㎛ 내지 O.lmm의 범위내로 제어함으로써 실용적으로는 충분한 반응효율을 얻고 있다. 또 상기한 바와 같이 상기 산화 처리조(12)내에 pH 검출기를 설치하고, 그 검출한 pH 값을 이용하여 챔버내의 pH 값 및/또는 무기응집제의 투입량을 제어하는 것도 가능하다.
즉, 상기의 구성에 따르면, 상기 산화처리조(12)내를 위쪽을 향하여 상승하는 원수의 수류에 의해서, 침강성이 있는 플록화된 광-촉매 입자가 부유하여 광-촉매 입자의 층을 형성하고, 이 광-촉매 입자의 층에 상기 자외선 광원(2)으로부터의 자외선 광이 조사됨으로써 광-촉매반응을 일으킨다. 그리고 기본적으로는 무기응집제의 응집작용에 의해서 형성된 플록형상의 광-촉매 입자는 유동상형 산화처리조(12)내에 고인다. 그러나 원수와 함께 유출되는 것 같은 작은 입경의 플록형상의 광-촉매 입자가 일부에 존재하는 경우가 있다. 따라서, 이 또 다른 실시형태에서는 이 유동상형 산화처리조(12)의 상부로부터 배출되는 처리수을 일단 침강분리조(8)에 유도하고, 여기서 유출한 광-촉매 입자를 침강·분리하여 그 위의 맑은 물만을 처리수로서 방류한다.
또한 이 침강분리조(8)의 바닥부에 침강한 분리 슬러지(9)는 상기 도 1의 실시형태와 같이 그 바닥부로부터 슬러지 용해조(10)에 유도되고, pH 조정장치(11)에 의해 상기의 산성물질이 투입되고, 산성의 환경하에 의해 광-촉매 입자를 응집하고 있는 무기응집제를 용해하여 재생한다. 그리고 이 용해된 광-촉매 입자와 무기응집제는 상기 급속교반조(5)에 되돌려지고, 여기서 다시 원수에 투입하여 재사용하는 것이 가능하게 된다. 즉 pH 조정장치(6)에 의해 알카리성 물질을 투입하여 소정의 pH 값로 조정된(즉, 중성화된) 원수는 완속교반조(7)에 있어서 무기응집제의 응집작용에 의해 광-촉매입자 플록을 성장시키고, 침강성이 양호한 플록을 형성한다. 그리고 이 형성된 광-촉매입자 플록은 다시 상기 유동상형 산화처리조 (12)에 되돌려져 조내에 고인다.
또한 상기한 또 다른 실시형태가 되는 물의 정화처리장치에서는 상기 pH 조정장치(6)를 유동상형 산화처리조(12)에 설치함으로써, 상기의 급속교반조(5) 및/또는 완속교반조(7)를 생략하는 것도 가능하다. 이 경우 되돌려진 광-촉매 입자와 무기응집제는 산화처리조(12)내에서 상승수류에 의해 입자끼리 충돌하여 플록을 형성한다.
또 상기한 바와 같이 광-촉매 반응을 이용한 물 중의 유기물질의 산화처리에서는 원수중의 금속이온이 스케일로서 부착되어 광-촉매 입자의 표면을 덮어 광-촉매 입자의 산화반응을 저해하는 일이 있다. 따라서, 상기의 또 다른 실시형태가 되는 물의 정화처리장치에서는 상기 유동상형 산화처리조(12)의 일부(즉, 본 예에서는 플록화한 광-촉매입자가 체류하고 있는 부분)에 밸브(15)를 구비한 인발배관(14)을 설치하고 있다. 그리고 이 밸브(15)를 개폐 조작함으로써, 상기 유동상형 산화처리조(12)내에 체류하고 있는 광-촉매 입자의 일부 또는 전부를 연속적 혹은 간헐적으로 침강분리조(8)에 유도하여 침강시킨다. 침강된 입자를 분리 슬러지로서 슬러지 용해조(10)에 보내고, 산성의 환경하에서 스케일을 용해시키고, 아울러 광-촉매 입자의 표면에서 스케일을 제거하여 재생한다.
또 이 또 다른 실시형태가 되는 물의 정화처리장치에서, 유동상형 산화처리조(12)로부터 유출되는 광-촉매 입자 및 무기응집제는 전체의 량과 비교하여 매우 적은 양으로 제어한다면, 이들 광-촉매 분말이나 무기응집제를 연속적으로 분리·재생(응집제의 용해) ·반송하지 않고, 즉 상기 침강분리조(8)나 슬러지 용해조 (10) 등을 설치하는 일 없이 운전하는 것도 가능하다. 또 그 경우에는 예를 들어 급속교반조(5)에 광-촉매 분말 및/또는 무기응집제의 첨가장치를 설치하는 것이 바람직하다.
또, 이 또 다른 실시형태가 되는 물의 정화처리장치에서, 기본적으로 무기응집제의 응집작용에 의해서 형성된 플록형상의 광-촉매 입자는 유동상형 산화처리조(12)내에 고인다. 이것으로부터 상기 슬러지 용해조(10)에 보내져 용해되는 광-촉매 입자와 무기응집제의 슬러지의 양이 적고, 그 때문에 정화처리중에, 사용되는 산성 및 알카리성 물질이 적어 장치의 경제적인 운전이 가능하다. 또 장치의 동작원리로부터, 상기 유동상형 산화처리조(12)로부터 배출되는 처리수는 거의 중성을 나타내기 때문에 특히 그 후의 수질처리에 있어서 중성으로 되돌릴 필요가 없다는 이점을 가지고 있다.
이상으로 여러 가지 서술한 본 발명의 실시형태가 되는 물의 정화처리장치 및 정화처리방법에서는 처리해야 할 원수중에 함유되는 유기물을 산화처리하기 위한 촉매로서 분말형상의 산화티타늄을 투입하고, 이것에 자외선을 조사하여 활성화시켜 산화처리하는 것이 행하여진다. 그러나 본 발명은 이것에만 한정되는 일없이 예를 들어 상기 산화티타늄을 포함하여 산화망간, 산화텅스텐, 산화철 등의 금속산화물 반도체미립자, 황화아연, 황화카드뮴, 황화텅스텐 등의 금속황화물반도체미립자, 또한 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 동, 금, 텅스텐 등의 금속 및 이들 금속의 불용성 및/또는 난용성 화합물을 유기물을 산화처리하기 위한 상기 촉매로서 사용할 수 있다.
또 상기에 든 촉매를 활성화하여 유기물의 산화작용을 촉진하기 위해서 특히 상기의 산화티타늄의 경우에는 상기한 바와 같이 자외선의 조사에 의해 촉매의 활성화가 가능하다. 그러나 본 발명에서는 이것에만 한정되는 일 없이, 상기 자외선 의 조사대신에 산화처리조내에 오존을 주입(또는 첨가)함으로써 촉매의 활성화를 행하여도 좋다.
또한 도 6에는 상기의 본 발명에 의한 물의 정화처리장치를 조립한 물처리 시스템을 나타낸다. 본 물처리 시스템중의 산화처리장치(20)에서는 상기 도 1 내지 5에 나타낸 본 발명에 의한 광-촉매에 의한 산화작용을 이용한 물의 정화처리장치가 적용될 수 있다. 또 이 물처리 시스템에서는 상기 산화처리장치(20)의 상류에는 전처리장치(21)가 설치되어 있고, 그 하류에는 후처리장치(22)가 설치되어 있다. 시스템의 이러한 구성에 따르면, 피처리수(원수)는 먼저, 전처리장치(21)에 의해 처리된 후, 상기 산화처리장치(20)로 산화처리되고, 또한 후처리장치(22)로 처리되어 처리수로서 방류된다.
여기서 전처리장치(21)는 주로 원수중에 함유되는 진흙 또는 현탁물질을 제거하기 위한 장치이고, 예를 들어 응집침전, 응집모래 여과, 막 여과 등의 물처리법에 의한 것이다. 상기한 바와 같이 본 발명에 의한 산화처리장치(20)는 미세한 광-촉매 입자를 회수·재이용하면서 산화처리를 하고 있기 때문에 산화처리장치(20)에 광-촉매 입자 이외의 진흙 또는 현탁물질이 유입되는 것은 바람직하지 못하다. 따라서, 산화처리장치(20)의 상류에서 원수중의 진흙 또는 현탁물질을 미리 제거하기 위한 전처리장치(21)를 부가 함으로써 산화처리장치(20)에서는 보다 양호한 정화처리를 할 수 있다.
또 후처리장치(22)는 산화처리장치(20)로부터 유출되는 처리수중에 잔존하는 유기물을 제거하기 위한 장치이고, 예를 들어 활성탄 흡착처리, 미생물의 산화작용에 의한 생물처리, 활성탄을 미생물 담체로서 이용하는 생물활성탄 처리 등의 물처리법에 의한 것이다. 상기한 바와 같이 산화처리장치(20)는 처리수 중의 유기물을 광-촉매 반응에 의해 분해제거하는 것이나, 유기물의 종류에 따라서는 물과 이산화탄소까지 완전하게 분해하는 것이 곤란하였거나, 완전하게 분해하기 위해서는 장시간 걸리는 것도 존재한다. 따라서, 산화처리장치(20)의 하류에 후처리장치(22)를 부가함으로써 산화처리장치(20)에서는 분해제거할 수 없었던 유기물을 제거하여 보다 고도한 정화처리를 행할 수 있다.
특히 후처리장치(22)에서 활성탄 흡착처리를 행한 경우, 산화처리장치(20)에 있어서, 피처리수중의 유기물을 완전하게 분해할 수 없더라도 광-촉매는 유기물을 도중까지 분해함으로써 저분자화한다는 작용이 있기 때문에 물 중의 저분자 유기물을 제거하는 것이 우수한 활성탄 흡착처리에 있어서 사정이 좋다.
또, 특히 후처리장치(22)로서 생물처리를 행한 경우, 산화처리장치(20)에서 피처리수중의 유기물을 완전하게 분해할 수 없더라도 광-촉매는 유기물을 도중까지 분해한다. 즉 이 경우에도 광-촉매는 미생물로는 분해하기 어려운 유기물을 미생물이 분해하기 쉬운 유기물로 변환하는 작용을 발휘하기 때문에 미생물로 분해하기 쉬운 유기물을 제거하는 것이 우수한 생물처리에 있어서 사정이 좋다.
또한 상기 활성탄 흡착처리와 생물처리의 양쪽의 작용을 가지는 생물활성탄 처리를 행한 경우에는 상기한 양쪽의 상승적 효과를 기대할 수 있다. 또한 원수의 수질에 따라 전처리장치 또는 후처리장치의 어느 한쪽은 생략할 수도 있다.
또 본 실시예에 있어서는 도 6에 점선의 화살표로 나타내는 바와 같이 처리수의 일부를 처리수 반송배관(23)에 의해 산화처리장치(20)의 입구에 되돌리고, 또는 처리수 반송배관(24)에 의해 전처리장치(21)의 입구에 되돌리도록 하고, 아울러 순환처리를 행하는 것도 가능하다. 특히 후처리장치(22)로서 미생물의 산화작용에 의한 생물처리를 행한 경우, 후처리장치(22)에는 이 생물분해의 결과로서 생물분해하기 어려운 유기물이 잔존한다. 따라서, 처리수의 일부를 다시 상기 산화처리장치(20)로 되돌림으로써 이것을 분해하고, 또는 생물분해하기 쉬운 유기물로 변환할 수 있다. 즉 상기 전처리장치(21)에 있어서의 처리를 포함하고, 상기 산화처리장치(20)에서의 산화처리와 상기 후처리장치(22)에서의 생물처리를 교대로 반복함으로써 보다 고도로 정화된 처리수를 얻을 수 있다.
이상의 상세한 설명으로부터도 분명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고가의 고분자 응집제를 사용하지 않고 또한, 촉매에 의한 산화처리반응을 높은 효율로 유지하면서 물의 정화처리를 행하는 것이 가능한 실용적으로도 우수한 물의 정화처리장치 및 그 방법이 제공된다.

Claims (24)

  1. 물에 포함되어 있는 유기물질을 촉매로 산화 처리하여 정화시키는 물의 정화처리장치로서,
    무기 응집제가 첨가되고, 분말체 형상의 촉매 입자가 분산되어 있는, 피처리수를 저장하는 산화 처리조와,
    상기 산화 처리조의 내부의 상기 촉매를 활성화하는 수단과,
    무기응집제에 의해 응집되어 있는 상기 촉매 입자를 상기 피처리수로부터 분리하는 분리조와,
    상기 산화 처리조의 피처리수 중에 분산되어 있는 촉매 입자를 입경 O.lmm 이하로 유지하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 입경 유지수단은 상기 산화 처리조중의 피처리수의 pH 값을 조정하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 입경 유지수단은 상기 산화 처리조 중의 피처리수의 pH 값을 검출하기 위한 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분리조중의 pH 값을 조정하기 위한 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 처리조와 상기 분리조는 일체로 형성된 것임을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 촉매는 광-촉매이고, 상기 촉매 활성화 수단은 발광수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 처리조는 피처리수을 폭기하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 처리조는 피처리수에 오존을 주입하기 위한 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 산화 처리조 중의 피처리수에 펜톤산화반응을 일으키는 물질을 첨가하는 수단을 더욱 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 산화 처리조와 상기 분리조와의 사이에 교반장치를 더욱 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 분리조에서 분리한 상기 응집된 광-촉매 입자를 함유하는 슬러지를 상기 산화 처리조에 되돌리기 위한 수단을 더욱 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 슬러지를 되돌리기 위한 수단은, 상기 응집된 광-촉매 입자를 함유하는 슬러지의 용해 수단을 더욱 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리장치.
  13. 물에 포함되어 있는 유기물질을 촉매로 산화 처리하여 정화하는 물의 정화처리방법으로서,
    분말체 형상의 광-촉매 입자를 피처리수 중에 분산시키는 단계;
    상기 피처리수중에 분산된 촉매 입자를 활성화하여 유기물질을 산화 처리하는 단계;
    광조사로 산화 처리 후, 무기응집제의 작용에 의해 피처리수로부터 상기 분산된 촉매 입자를 응집시켜 분리하는 단계를 포함하고, 상기 산화 처리 단계에서 피처리수 중에 분산된 촉매입자를 입경 O.lmm 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 산화처리 단계에서 상기 피처리수 중에 분산된 촉매 입자를 입경 O.1 mm 이하로 유지하도록 상기 피처리수의 pH 값을 조정하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 산화 처리 단계 후, 상기 무기응집제의 작용에 의해 응집된 촉매 입자를 상기 응집된 광-촉매 입자의 침강에 의해 분리하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 산화 처리 단계에서 피처리수 중에 분산된 촉매입자 입경이 상기 침강분리 단계에서 분산된 촉매입자의 입경보다 작아지도록 상기 침강분리 단계에서 피처리수의 pH 값을 조정하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 촉매는 광-촉매이고, 상기 산화 처리 단계에서 광-촉매 입자가 분산되어 있는 물에 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 산화 처리 단계에서 오존을 물에 더욱 주입하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 산화 처리단계에서 펜톤산화반응을 일으키는 물질을 피처리수에 더욱 첨가하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  20. 제 13항에 있어서,
    상기 산화 처리 단계에서 상기 촉매 입자가 분산되어 있는 피처리수를 교반하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  21. 제 13항에 있어서,
    상기 광-촉매 입자를 응집하여 분리하는 단계에서 분리된 광-촉매 입자를 다시 상기 산화 처리 단계의 피처리수에 되돌리는 단계를 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 물 중의 유기물질을 촉매로 정화하는 단계 전에, 피처리수 중의 현탁물질을 제거하는 전처리 단계를 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  23. 제 13항에 있어서,
    상기 물 중의 유기물질을 촉매로 정화하는 단계 후에, 피처리수 중에 잔존하는 저분자 유기물질 및/또는 미생물에 의해 분해되기 쉬운 유기물질을 제거하는 후처리 단계를 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 후처리 단계 후에 유출되는 처리수의 일부를, 상기 물 중의 유기물질을 촉매로 정화하는 단계의 상류에 되돌려 순환처리를 행하는 것을 특징으로 하는 물의 정화처리방법.
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