KR20000072137A - 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한수질오염 정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난분해성 오염물질, 유해물질 및 병원성세균등이 분해되도록 한 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치에 관한 것으로, 외부면이 산화티탄 광촉매 코팅막으로 도포되고, 회전되는 오염정화수단(10)과; 상기 오염정화수단(10)에 회전동력을 전달하는 동력전달수단(20)과; 상기 동력전달수단(20)에 의한 동력전달에 따라 오염원으로 산소를 공급하는 산소공급수단(40); 그리고 상기 오염정화수단(10)의 광화학 활성을 유도하는 광조사수단(30)을 포함하여; 산화티탄 코팅막이 상기 광조사수단(30)에 의해 활성화되고, 동력전달수단(20)에 의해 회전됨에 따라 오염물질과 접촉 및 산소공급에 의해 오염물질이 정화되는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치를 제공하는데 그 기술적 요지가 있다. 그리고, 바람직 하기로는 상기 오염정화수단(10)은, 일측은 공기중에 노출되며, 타측은 액상 내부에 위치되는 반잠수식으로 이루어지도록 한다. 상기 산소공급수단(40)은 전달되는 동력에 의해 오염정화수단(10)의 회전력으로 인한 대기중에서 수중오염원으로 이동되는 자연대류를 통한 산소공급이 이루어지도록 하는 회전되는 오염정화수단(10)이 되도록 한다. 따라서 자체 광활성화되어 반잠수식으로 회전되는 오염정화수단(10)과 회전에 의해 공급되는 산소에 의해 오염물질의 분해가 보다 빠르게 이루어지는 잇점이 있다.
Description
본 발명은 수질오염 정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화티탄 광촉매가 코팅된 다수개의 회전부재가 구비되어 대기와 수질의 계면에서 회전됨에 따라 광촉매의 활성화를 유도하고 용존산소량을 증가시켜 수질속에 함유된 난분해성 오염물질, 유해물질 및 병원성세균등이 분해되도록 한 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업이 발달함에 따라 강이나 호수 등에 유입되는 유해물질의 양이 증가하고 있는 실정이며, 더욱이 난분해성 유기물은 이후의 정수공정에서도 제대로 정수되지 않아 인체에 치명적인 영향을 끼치고 있다. 한편, 상수원에 분포하는 동,식물성 플랑크톤 및 크립토스포리디움(Cryptosporidium)과 같은 원생동믈에 의한 오염으로 먹는물 소독에 대한 관심이 더욱 증대되고 있다. 또한 정수공정에서 각종 미생물의 살균을 위한 염소주입과 각종 유해 유기화합물의 산화분해를 위한 목적으로 주입되는 오존에 의해 조류체내 함유물질인 마이크로시스틴 (Microcystin)이나 아나톡신(Anatoxin) 삭시토신(Saxitoxin) 등의 독소가 조류체내에서 유출되어 먹는물의 안정성을 위협하고 있는 실정이다. 그리고, 이들을 제거하기 위하여 과량 주입되는 산화제가 수중에 잔류하는 유기물들과 반응하여 발암성물질로 알려진 트리할로메탄(THMs)과 알데히드류 등의 부산물을 생성하게 된다. 또한 악취를 유발하는 일부 남조류들이 상수원인 하천이나 호소 등을 우점하게 될 경우, 이들의 대사과정에서 생성된 지오즈민(C12H220 : 트랜스-1,10-디메틸-트랜스-9데카올)이나 2-엠아이비(2-MIB)(C11H20O : 2-메틸-이소-보르네올)가 분비되어 악취를 유발하게 된다.
상기와 같은 각종 이물질의 효과적인 제거를 위해 현재 정수처리장에서는 일반적인 정수처리공정 이외에 오존과 입상활성탄(GAC)를 이용한 고도정수처리공정이 수행되고 있다. 그러나, 이러한 고도정수처리공정은 과다한 시설투자비와 유지관리비가 소요되며, 엄청난 규모와 비용의 투자에도 불구하고 활성탄의 흡착성능을 유지하는 3-6개월 정도의 일정기간이 지나면 처리효율이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 또한, 상기 고도정수처리공정으로는 살균목적으로 주입된 염소에 의해 생성되는 발암성 물질로 알려진 트리할로메탄과 오존처리에 의해 생성된 브로메이트 등과 같은 소독부산물들은 거의 제거되지 않고 일반가정에 도달할 때까지 잔류하게 되며, 오히려 상수관로에서 반응시간이 길어지면서 증가하는 경향이 있다.
현재의 고도 정수처리공정에서는 생성된 2차오염물질을 제대로 제거할 수 없으므로 보다 효율적으로 오염물질들을 제거하기 위하여 여러가지 방법들이 제안되고 있다. 이와 같은 방법들중 하나가 광화학처리에 의한 오염물질의 분해방법이다. 상기 광화학기술은 기존의 수처리 기술에 비하여 설비가 간단하고 사용약품이 거의 없어 설비비와 운전비가 저렴할 뿐만 아니라 2차오염을 유발하지 않는 광조사 에너지를 사용하므로 상당히 효과적이다. 또한, 광화학 처리기술은 슬러지가 발생하지 않을 뿐만 아니라 대부분이 생물학적으로 난분해성 물질인 유기염소화합물에 대한 광분해효과가 높아 최근 각광받고 있다. 이러한 광화학처리를 위해 사용되는 광촉매로는 TiO2,WO3, ZnO, SiC, Cds, GaAs 등이 사용되나, 가장 일반적으로는 산화티탄(TiO2)이 널리 사용되고 있다.
그리고, 현재 상기 광촉매를 이용한 오염물질 처리 방법으로는 산화티탄의 분말상 또는 고정담체상에 코팅된 펠렛 또는 중공볼, 세라믹형태, 다공여과필터 등 형태로 사용되고 있다.
분말상 산화티탄은 물에 현탁시켜 수중의 오염물질을 처리한 후, 회수장치를거쳐 재 사용하는 방법으로 이용되고 있다. 산화티탄의 현탁액은 분말의 미립자로써 비표면적이 넓어 오염물질과의 많은 접촉기회로 인하여 처리효율이 높은 편이다. 그러나, 별도의 회수장치가 필요하므로 설치비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 상수나 하수처리와 같은 대형시설에는 회수장치의 한계로 인하여 적용이 불가능하며 소형장치에만 사용 가능한 문제점이 있다.
또한, 일정시간 사용 후, 착색이나 오염으로 재이용이 불가능할 경우 회수폐기하여야 함으로 슬러지가 발생되며 너무 많은 산화티탄을 수중에 주입하게 되면 광촉매로써 활성을 나타내는 전자정공 생성수율이 빛 투과율의 감소로 낮아지게 되는 문제점이 있다.
한편, 펠렛 또는 중공볼 형태 산화티탄은 분말상과 달리 분리회수에는 어려움이 없으나 실지 유해물질의 제거효율이 거의 이루어지지 않는 문제점이 있다. 즉, 광촉매반응에서 가장 중요한 것은 단위입자당 반응효율로써 오염물질과의 접촉기회와 직접 관계가 있다. 따라서 수중에 정체상태이거나 표층에 부유하는 형태는 빛이 도달하는 수면에만 작용되므로 빛의 도달이 어려운 수면아래 부분에는 광촉매 활성이 저하되어 오염물질의 분해효율이 낮아지는 문제점이 있다.
따라서, 비록 이러한 산화티탄 광촉매의 오염물질 분해능에 따른 유용성이 실험적으로 이미 널리 검증되었고, 일본 특개평 6-328068호뿐만 아니라 기출원된 특허가 많이 존재할지라도, 기출원된 특허의 대부분은 분말상, 펠렛, 중공볼 또는 필터형태의 산화티탄을 이용한 처리방법으로 상술한 바와 같은 문제점으로 인하여 실지로 생산현장에 적용하여 실용화하지 못하고 있으며, 또한 실지 적용하는 경우에도 소규모 시설에 국한되어 있다. 이는 상기 광촉매의 높은 오염물질 분해효율을 유지하기 위해서는 조사되는 광에너지에 의해 활성화되고, 상기 활성화된 광촉매가 수질내에서 오염물질의 분해역활을 하여야 한다. 그러나, 현재 사용되는 산화티탄 광촉매는 수질 표면에 부유되거나 또는 수중에 고정된 상태로 존재하여 조사되는 광에 의해 활성화되는 부분과 수질내부에서 실지 오염물질을 분해하는 부분과의 접촉면적이 적기 때문이다. 즉, 수면에 부유된 광촉매의 수면상부 부분이 조사되는 광에 의해 활성화되는 반면, 수면내에 잠겨있는 광촉매 부분은 조사되는 광량이 적어 덜 활성화되기 때문이다. 따라서 수면상부 및 표면 부분은 활성화된 광촉매에 의해 오염물질의 분해가 활발히 이루어지나, 수면 아래 내부의 오염물질은 제대로 분해가 이루어지지 않아 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그리고, 상기의 형태와 달리 종래에 사용되는 산화티탄 광촉매를 이용한 다른 형태로는 유리관을 나선형으로 제작하고, 상기 유리관 내벽에 산화티탄을 고정화한 장치가 있다. 그러나 이러한 장치 역시 오염물질이 유리관 내벽의 산화티탄 광촉매와 접촉하는 시간이 짧아 그 처리효과가 극히 미미하여 소규모외에 대용량처리에 적합하지 못하다는 문제점이 있다. 또한, 유리관 내부로 통과하는 오염물질에 의해 빛투과율이 감소하여 내벽에 도달하는 광량이 적어 광촉매로써의 충분한 활성이 이루어지지 못하고 부유물질이 존재하는 경우에는 관을 막히게 하여 장치의 고장을 일으키는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분리회수의 필요성이 없이 오염물질의 분해가 이루어져 경제적인 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 수질오염 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 반잠수식으로 구성되고, 회전됨에 따라 광에너지에 의해 활성화된 광촉매가 수질내부에서 오염물질을 분해함으로써 분해효율이 보다 높은 수질오염 정화장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 회전식으로 구성되어 대기중에 존재하는 산소가 수질 내부로 유입되도록 함으로써 용존산소량을 증가시켜 슈퍼라디칼(O2 .)과 수산화라디칼(OH.)이 증가되되록 함으로써 유기물의 산화능력을 보다 향상시킨 수질오염 정화장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
도 1 - 본 발명에 의한 수질오염 정화장치의 제 1 실시예를 나타낸 도.
도 2 - 본 발명에 의한 수질오염 정화장치의 제 2 실시예를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명에 의한 수질오염 정화장치의 제 3 실시예를 나타낸 도.
도 4 - 본 발명에 의한 수질오염 정화장치의 제 4 실시예를 나타낸 도.
도 5 - 광촉매 반응의 메카니즘을 도시한 개략도.
도 6 - 광조사에 따른 본 발명의 산화티탄 라디칼 생성 및 반응 경로를 나타낸 개략도.
도 7 - 본 발명 장치를 이용한 여러 가지 실험을 위한 실험장치 개략도.
도 8 - 본 발명 제 1실험예에 따른 트리할로메탄의 분해그래프를 나타낸 도.
도 9 - 본 발명 제 1실험예에 따른 이취물질의 분해그래프를 나타낸 도.
도 10 - 본 발명 제 1실험예에 따른 클로로필a 분해그래프를 나타낸 도.
도 11 - 본 발명 제 1실험예에 따른 대장균의 분해그래프를나타낸 도.
도 12 -본 발명 제 2실험예에 따른 트리할로메탄의 분해그래프를 나타낸 도.
도 13 - 본 발명 제 2실험예에 따른 클로로필a, 이취물질 분해그래프를 나타낸 도.
도 14 - 본 발명 제 3실험예에 따른 트리할로메탄의 분해그래프를 나타낸 도.
도 15 - 본 발명 제 3실험예에 따른 이취물질의 분해그래프를 나타낸 도.
도 16 - 본 발명 제 3실험예에 따른 대장균의 분해그래프를나타낸 도.
도 17 - 본 발명 제 3실험예에 따른 병원성세균의 분해그래프를 나타낸 도.
도 18 - 본 발명 제 3실험예에 따른 병원성세균의 실험전과 실험후의 모습을 나타낸 사진.
도 19 - 본 발명 제 3실험예에 따른 환경호르몬의 분해그래프를 나타낸 도
도 20 - 본 발명 제 3실험예와 오존의 비교실험에 따른 환경호르몬의 분해그래프를 나타낸 도.
도 21 - 오염물질의 분해능을 비교한 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 회전부재 10a: 플레이트
12 : 축 14 : 밸트
20,20': 동력전달수단 22 : 지지대
30,30': 광조사수단 32 : 반사판
40 : 산소공급수단 50 : 부력부재
100 : 저장조 102 ; 입수관
102a: 여과필터 104 : 배출관
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부면이 산화티탄 광촉매 코팅막으로 도포되고, 회전되는 오염정화수단과; 상기 오염정화수단에 회전동력을 전달하는 동력전달수단과; 상기 동력전달수단에 의한 동력전달에 따라 오염원으로 산소를 공급하는 산소공급수단; 그리고 상기 오염정화수단의 광화학 활성을 유도하는 광조사수단을 포함하여; 산화티탄 코팅막이 상기 광조사수단에 의해 활성화되고, 동력전달수단에 의해 회전됨에 따라 오염물질과 접촉 및 산소공급에 의해 오염물질이 정화되는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치를 제공하는데 그 기술적 요지가 있다.
그리고, 바람직 하기로는 상기 오염정화수단은, 일측은 공기중에 노출되며, 타측은 액상 내부에 위치되는 반잠수식으로 이루어지도록 한다. 상기 산소공급수단은 전달되는 동력에 의해 오염정화수단의 회전력으로 인한 대기중에서 수중오염원으로 이동되는 자연대류를 통한 산소공급이 이루어지도록 하는 회전되는 오염정화수단이 되도록 한다. 상기 오염정화수단은, 회전되는 다수개의 회전부재로 이루어지고, 상기 회전부재의 코팅막은 0.3 내지 0.5㎛ 두께로 이루어지도록 한다. 더욱 바람직 하기로는 상기 회전부재는, 구리,백금, 알루미늄, 금, 아연 및 철의 금속류와; 산화규소, 산화아연, 탄화규소, 산화텅스텐, 황화카드뮴, 비소갈륨, 일산화구리 및 이산화구리의 광활성물질; 중 어느 하나 이상을 더 포함하여 코팅막이 형성되도록 한다.
동력전달수단은, 모터로 이루어지거나, 자연바람에 의해 회전하는 회전날개로 이루어지도록 한다. 상기 광조사수단은, 태양광, 400nm 이하의 빛을 발하는 유브이(UV)램프 또는 제논램프 중의 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어지도록 하고, 조사되는 광을 오염정화수단측으로 반사하는 반사판을 더 포함하여 구성되도록 할 수도 있다.
따라서 광활성화되어 반잠수식으로 회전되는 오염정화수단과 공급되는 산소에 의해 오염물질의 분해가 보다 빠르게 이루어지는 잇점이 있다.
이하에서는, 상기와 같은 특징을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 가장 큰 특징은 오염정화수단이 반잠수식으로 구성되고, 회전에 의해 광활성 및 산소유입량의 증가로 인해 수질 내에 함유된 오염물질을 분해하는 것이다. 여러 가지 구성이 가능하겠으나, 이하의 설명에서는 크게 이동식과 고정식으로 나누어서 설명하기로 한다.
도1 과 도2는 이동식의 실시예를 나타낸 것이고, 도 3과 도4는 고정식의 경우를 나타낸 도이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 의한 수질오염 정화장치의 일실시예를 도시한 도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 수질오염을 정화하기 위한 오염정화수단(10)과 상기 오염정화수단(10)에 동력을 전달하는 동력전달수단(20) 및 광조사수단(30) 그리고 산소공급수단(40)으로 이루어진다.
오염정화수단(10)을 설명하기로 한다. 상기 오염정화수단(10)은 원형유리 디스크 표면에 산화티탄 코팅막이 도포된 다수개의 회전부재(10)로 이루어진다. 본 발명에서 사용된 코팅막을 형성하는 과정을 간략히 설명하면, 먼저 원형유리디스크를 중크롬산칼륨으로 세척하여 드라이오븐에서 건조시킨 후, 졸-겔법(Sol-Gel)으로 코팅하고 500℃에서 4시간 정도 열처리하여 제조하였다. 상기와 같은 온도 및 시간에 의해 산화티탄 코팅막은 아나타제형으로 변하여 효과적인 광활성을 수행할 수 있게 된다. 그리고, 상기 코팅에 의해 소모되는 산화티탄의 양은 극히 미미하다. 즉, 1회코팅시 사용되는 산화티탄의 양은 수마이크로그램 정도이므로 종래의 분말상 산화티탄에 비하여 수만분의 1정도의 양밖에 소모되지 않는다. 또한, 광활성을 유도하는 산화티탄의 양이 많을수록 오염물질의 분해가 보다 빨리 이루어지며, 이러한 코팅막내에 함유된 산화티탄의 양은 도포횟수를 조정함에 따라 가능하다. 코팅조건에 따라 두께가 달라지나, 1회코팅시 코팅막의 두께가 약 2 내지 2.5 나노미터(nm) 정도가 되도록 하고, 약 15회이상 도포하여 전체두께가 약 0.4 내지 0.45㎛ 정도 되도록 하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 폐수속에 존재하는 오염물질을 분해하는 부위는 산화티탄 코팅막이 입혀진 회전부재(10)의 표면이므로 상기 회전부재(10)의 표면적이 넓을수록 효과적이다. 따라서 상기 본 실시예에서는 판상부재로 나타나 있으나, 이에 한정되는 것이 아님을 알 수 있다. 즉, 산화티탄이 코팅되는 기재의 역활을 하기위한 회전부재(10)로써는 상술한 판상형태 이외에 여러 가지 형태로 가능하다. 일예를 들어 물레방아형태로 구성할 수도 있으며, 스크류형, 프로펠라형, 원통형 또는 원뿔형 등의 여러형태가 가능하며, 또한 단위 표면적을 넓히기 위하여 표면이 요철구조를 가지도록 할 수도 있다. 그리고, 이러한 회전부재(10)는 다수개로 구성하여 오염원인 폐수와의 접촉면적이 최대로 되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 전술한 실시예에서 상기 회전부재(10)는 유리재질로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아님을 알 수 있다. 즉, 회전부재(10)를 스테인레스 재질의 금속으로 이루어지도록 하거나, 또는 합성수지재로 구성되도록 하는 것도 가능하다.
또한, 상기 산화티탄 코팅막에 구리,백금, 알루미늄, 금, 아연, 철 및 산화망간 등이 금속과 SiO2, ZnO, SiC, WO3, CdS, GaAs, CuO, CuO2등과 같은 광활성물질을 첨가함으로써 산화티탄의 광학활성을 증대시키거나 또는 보조하게 함으로써 처리효율을 높이도록 할 수도 있다. 이러한 물질들의 첨가에 의한 광활성증가효과는 이미 많은 논문 및 자료에 나타나 있고 당업계에 널리 알려진 사항이므로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 상기 회전부재로 이루어지는 오염정화수단(10)는 반잠수식으로 설치되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 회전부재(10)의 일측은 대기중에 위치되도록 하고, 타측은 폐수 내부에 위치되도록 한다. 이는 폐수속에 존재하는 오염물질의 원활한 분해를 위해서 광촉매의 활성화를 유도하고, 활성화된 부분이 폐수와의 접촉기회를 증대시킴으로써 오염물질의 분해가 원활히 이루어지도록 하기 위함이다. 즉, 대기중에 노출된 회전부재의 코팅막 부분이 광에너지의 직접접촉에 의해 활성화된 후, 회전에 의해 폐수 내부로 이동됨에 따라 활성화된 부분이 폐수와 접촉됨으로서 오염물질의 분해가 이루어지도록 한다. 또한 상기와 같이 회전부재(10)가 회전됨에 따라 대기중에 존재하는 산소가 수중으로 유입되어 산화제의 역할을 수행함으로써 오존과 같은 별다른 산화제의 투입이 없어도 오염물질의 분해가 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
다음, 동력전달수단(20)을 설명하기로 한다. 상기 동력전달수단(20)은 상기 회전부재(10)에 동력을 전달하여 회전부재(10)가 회전되도록 하기 위함이다. 상기 회전에 의해 회전부재(10)는 대기중에 노출되어 활성화된 부분이 폐수속으로 전달되어 오염물질의 분해가 계속적으로 이루어지도록 한다. 상기 동력전달수단(20)은, 상기 회전부재(10)와 연결되는 지지대(22)와, 상기 지지대(22)를 회전시키는 동력전달원(20)으로 이루어진다. 상기 동력전달수단은 단순히 지지대의 일측에 설치되는 모터(20)로 구성하여 모터(20)의 동력전달에 의해 지지대(22)가 회전됨에 따라 회전부재(10)가 회전되도록 할 수 있다.
한편, 상기 동력전달수단(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 자연풍력을 이용할 수도 있을 것이다. 즉, 지지대(22')의 일측에 연결되는 회전지지대(24')를 설치하고, 상기 회전지지대(24')의 상단에 회전날개(26')가 설치된 구조를 가지도록 할 수도 있다. 그리고, 상기 지지대(22')와 회전지지대(24')의 연결부위는 기어의 치합구조를 이용하여 회전날개(26')의 회전에 따른 동력이 지지대(22')에 전달되도록 한다. 따라서 자연바람에 의해 회전날개(26')의 회전으로 회전부재(10)의 회전이 이루어지도록 함으로써 별도의 동력전달을 위한 에너지의 손실이 방지되도록 구성할 수도 있을 것이다.
다음, 광조사수단(30)을 설명하기로 한다. 상기 광조사수단(30)은 산화티탄 광촉매의 활성화를 위한 광에너지를 조사하기 위한 것으로, 산화티탄의 광활성을 위한 적합한 400nm 이하의 파장을 가지면 족하다. 이를 위해 자연광(30') 또는 유브이(UV)램프(30) 및 제논램프 등으로 구성되도록 한다. 그리고, 자연광(30') 외에 유브이(UV)램프(30) 등을 이용할 경우 에너지의 효율을 높이기 위해 별도의 알루미늄 박 등으로 이루어지는 반사판(32)을 구비하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 유브이램프(30) 등의 인공 광조사수단에서 조사되는 빛에너지는 상기 반사판(32)에 의해 회전부재(10)측으로 전달되어 사용되는 전기에너지의 손실을 최대로 막을 수 있게 된다.
다음, 산소공급수단(40)을 설명하기로 한다. 상기 산소공급수단은 오염원측으로 산화제인 산소를 공급함으로써 오염물질의 산화분해를 촉진하기 위해서이다. 오염물질의 분해촉진을 위해서 다양한 산화제의 투입이 가능하겠으나, 본 발명에서는 별도의 산화제 투입이 아니라 대기중의 산소를 이용한다. 즉, 동력전달수단(20)에 의해 오염정화수단(10)이 회전됨에 따라 상기 회전력에 의해 대기중에 존재하는 산소가 수중의 오염원측으로 유입되도록 함으로써 별도의 산화제 투입없이 충분한 오염물질의 분해를 촉진할 수 있다. 따라서 상기 회전되는 오염정화수단(10)이 바로 산소공급수단(40)의 역할을 수행하게 된다.
한편, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 수질오염 정화장치는 부력부재(50)에 의해 지지된다. 상기 부력부재(50)는 수질오염 정화장치가 수면위에 부유된 상태를 유지하도록 할 뿐만 아니라 이동을 가능하게 한다. 따라서 넓은 지역내에서 오염이 심한 지역으로 쉽게 이동될 수 있을 뿐만 아니라 자체가 넓은 상수원내에서 이동되어 오염물질의 정화작용을 효과적으로 수행할 수도 있다.
다음, 상기 이동식과는 달리 특정장소에 고정식으로 설치가 이루어지는 수질오염정화장치에 의한 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서 고정식 수질오염정화장치를 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이, 일정한 크기를 가지고 고정식으로 설치될 수 있는 저장조(100)의 일측 하부에 물이 유입되는 입수관(102)이 형성되고, 상기 입수관(102)을 통해 유입된 물로부터 고형불순물 등을 제거하기 위한 여과필터(102a)가 부착되어 있다. 상기 여과필터(102a)는 볼트 등의 매개체에 의해 입수관(102)과 분리 결합되는 구조로 이루어진다. 따라서 일정시간 사용 후, 여과필터(102a)를 분리하여 청소함으로써 재사용이 가능해진다. 그리고, 상기 여과필터(102a)는 부직포, 허니컴구조의 철망 등 수질내에 함유된 고형불순물을 거를수 있는 것이라면 어느 것이라도 좋다.
한편, 상기 저장조(100)의 일정높이에는 상술한 바와 같은 산화티탄 코팅막이 입혀진 다수개의 회전부재로 이루어지는 오염정화수단(10)이 2조로 구비되나, 상기와 달리 여러조로 구성하는 것도 가능하다. 상기 오염정화수단(10)의 축(12)은 벨트(14)에 의해 동력전달수단(20)인 모터와 연결되어 있다. 따라서 모터(20)의 구동에 의해 오염정화수단(10)의 회전이 이루어진다. 그리고, 상기 오염정화수단(10)의 중간높이에 해당하는 부위의 저장조(100) 타측에 배출관(104)이 형성되어 있다. 따라서 입수관(102)을 통과한 물은 배출관(104)을 통해 빠져 나가므로 상기 저장조(100)내에서는 오염정화수단(10)의 수직높이의 반정도에서 항상 일정수위를 이루게 된다. 따라서 상기 오염정화수단(10)은, 항상 일측은 대기와 노출된 상태이고, 타측은 수중에 잠겨 반잠수상태를 유지할 수 있게 된다.
한편, 상기 저장조(100)의 천정에는 광조사수단(30)인 유브이램프(UV Lamp) 설치되고, 그 주변에 알루미늄박으로 이루어진 반사판(32)이 설치된 구조를 이루고 있다. 따라서 광조사수단(30)에 의해 전달되는 빛은 하측 오염정화수단(10)측으로 전달효율이 보다 높아질 수 있게 된다.
그리고, 상기 오염정화수단(10)의 하측 수중에는 별도의 플레이트(10a)가 설치된다. 상기 플레이트(10a)의 표면에는 산화티탄 코팅막이 도포되어 있다. 따라서 수중으로 전달된 약한 광에너지에 의해 활성화되어 어느정도 수중에서도 오염물질의 분해가 가능하므로 잔광의 효율적인 이용뿐만 아니라 전체적인 효율을 보다 항상 시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 입수관(102)과 마주보는 저장조(100)의 일측에는 비스듬히 경사져 형성되는 역류방지판(110)이 설치되도록 할 수도 있다. 상기 역류방지판(110)은 입수관(102)을 통해 일정한 수압으로 전달되는 물이 원활하게 오염정화수단(10)측으로 전달되도록 하기 위함이다. 즉, 입수관(102)을 통해 전달되는 물은 상기 역류방지판(110)의 경사를 따라 상측으로 이동되고, 일측 플레이트(10a)의 저면에 의해 일방향으로 상승이 제한되므로 전체적으로 고르게 상측방향으로 유도하게 된다.
한편, 배출관(104)이 형성된 저장조(100)의 일측에는 별도의 공간부(120)가 형성되도록 할 수도 있다. 이는 정화된 물이 상기 배출관(104)을 통해 공간부(120)에 저장되도록 함으로써 필요할 때, 상기 공간부(120)에 저장된 정화된 물을 사용할 수 있도록 하기 위함이다. 미설명부호(a)는 안정기이다.
이상의 설명에서와 같이, 본 실시예에서는 저장조(100)를 특정장소에 고정설치하고, 오염된 물이 입수관(102)을 통해 유입되어 정화된 후, 배출관(104)을 통해 유출되도록 한다. 따라서 저장조(100)의 설계변경에 따라 정화능력을 조절할 수 있게 된다. 즉, 수영장, 정수장 등 일정용량의 물이 필요한 경우, 상기 저장조(100)의 각 부재들의 적절한 조절과, 입수관(102)을 통한 물의 전달 량 및 배출관(104)을 통한 물의 전달 량을 조절할 수가 있게 된다.
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이, 보다 엄격한 정화 및 대용량 정화를 위해서는 본 실시예와 같이 구성하는 것도 가능하다. 본 실시예에서는 입수관(102)을 통한 물이 단계적으로 거치도록 하여 보다 엄격한 정수가 이루어지도록 하기 위함이다. 즉, 입수관(102)을 통한 물이 오염정화수단(10)을 단계적으로 거치도록 하고, 오염정화수단(10) 역시 순차적으로 다수개 구비되고, 개별적인 광조사수단(30)에 의해 활성화되므로 배출관(104)을 통해 유출되는 물은 상술한 도 3의 경우보다 엄격한 정화가 이루어질 수 있게 된다.
다음은 상기와 같은 구성에 의한 본 발명에 의한 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 상술한 도 1 내지 도 4에 도시된 각 장치에서 광조사수단(30)인 자연광(30') 또는 유브이램프(30)에 의해 조사되는 광에너지는 대기중에 노출된 오염정화수단인 회전부재(10)의 일측에 전달된다. 상기 전달된 광에너지에 의해 개개의 산화티탄 광촉매의 활성화가 이루어진다. 그리고 이때, 수면 아래에 잠겨있는 회전부재(10)의 타측은 전달되는 빛에너지가 적어 활성화가 적게 이루어진 상태이다. 상기의 상태에서 모터(20) 또는 자연바람(20')에 의해 전달되는 동력에 의해 회전부재(10)는 회전하게 되고, 이에 따라 상기 활성화된 부분이 수면 아래에 도달되어 표면에 접촉된 오염물질을 분해하게 된다. 상기 분해작용에 의해 활성에너지를 잃은 후 다시 수면상부로 이동되고, 광에너지에 의해 재활성화되어 계속적인 오염물질 분해가 이루어질 수 있게 된다. 한편, 광촉매의 활성화에 따른 산화분해반응의 진행은 극히 짧은 시간(빛전달과 전자,정공 생성시간은 약 10-5초)에 이루어지므로 상기 회전부재(10)의 회전속도가 빠르면 빠를수록 분해효율은 증가한다. 그리고, 회전속도가 빨라짐에 따라 오염물질과 회전부재(10)의 접촉면적이 증대하므로 분해효율의 향상이 이루어지며, 또한 상기 회전부재(10)의 회전에 따라 대기중에 존재하는 산소의 수중공급이 원활해지므로 별도의 산화제를 투입하지 않더라도 오염물질의 산화를 촉진하게 된다.
상기 과정을 도시한 도 5와 도6을 참조하여 좀더 자세히 설명하기로 한다. 산화티탄(TiO2) 표면에 빛에너지를 조사하면 산화티탄(TiO2) 원자가띠(Valance Band)에 있는 전자가 전도띠(Conduction Band)로 전이되게 되고 원자가띠에는 전자가 비어있는 양공(Positive Hole)을 남기게 된다. 이때 전자가 전이되는데 필요한 광에너지는 밴드갭(Bandgap)에 해당하는 약 3.2전자볼트(eV) 정도의 에너지가 필요하고, 390nm이하의 파장이 이에 해당한다. 따라서 390nm이하의 자외선을 조사하면 도 5에 도시된 바와 같은 광화학 반응이 진행된다.
상기와 같은 광화학 반응에 의해 생성된 전자.양공을 표면에 노출시켜 오염물질과 반응시키면 산화환원반응을 일으키게 된다. 즉, e- CB(전도띠에 전이된 전자), h+ VB(원자가띠에 남은 포지티브 홀)은 산화티탄 표면에서 확산, 이동하게 된다. 확산된 h+ VB는 물속의 수산화이온과 반응해서 OH라디칼을 생성하고, 또 물분자와 반응해서 OH라디칼과 H+이온을 생성시키기도 하며 직접 유기물과 반응하여 산화시키기도 한다. e- CB는 수중의 산소와 반응해서 슈퍼옥사이드라디칼(O2 -.)을 만들고 다시 이수펴옥사이드라디칼은 도6과 같이 물분자와 반응해서 두 개의 OH라디칼과 수산화이온 그리고 산소 한분자를 만들거나, H+와 반응하여 HO2 .를 만든다. 그리고, 결국은 H2O2를 생성해 이 H2O2가 몇가지 반응경로를 거쳐.OH라디칼을 만들게 된다. 400nm의 광자가 갖고 있는 에너지는 30,000℃이상의 열에너지에해당되어 이와 같은 고온에서는 모든 유기물이 산화되어 CO2와 H2O로 분해된다.
따라서 오염정화수단(10)을 반잠수식으로 구성함에 따라 광조사수단(30)에 노출된 면이 광화학 반응에 의해 활성화 된 후, 회전에 의하여 수중에서 오염물질과 접촉하여 분해하여 에너지를 전달한후 다시 상승하여 광화학 활성을 얻게 된다. 그러므로 회전속도 증가에 따라 이러한 광화학 분해반응이 보다 빠르게 일어날 수 있게 된다. 또한 상기 오염정화수단(10)의 회전에 따라 대기중에 존재하는 산소가 물속으로 유입되므로 수중의 산소농도를 증가시키므로 광화학 반응을 촉진시켜 오염물질의 분해능을 증대시키게 된다.
한편, 장시간 사용에 따라 코팅막의 표면이 오염물질에 의하여 오염된 경우 장치 자체를 교환할 필요가 없다. 즉, 단순히 딱아내거나 세척함으로써 상기 오염물질을 제거할 수 있다. 이는 상기 산화티탄 코팅막이 유리 또는 스테인레스면에 단단히 밀착되어 있으므로 걸레 등으로 딱아낼 경우에도 산화티탄 코팅막의 손상이 방지될 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명에 의한 장치는 반영구적으로 사용할 수 있게된다.
다음, 본 발명의 장치를 이용하여 여러 가지 오염물질의 분해능 실험예를 설명하기로 한다. 실험항목으로는 발암성의 염소소독 부산물인 트리할로메탄과 이취물질인 지오즈민(C12H220 : 트랜스-1,10-디메틸-트랜스-9데카올)과 2-엠아이비(C11H20O : 2-메틸-이소-보르네올)과 일반세균, 대장균의 수 그리고 조류농도를 간접적으로 알 수 있는 클로로필a의 농도와 남조류 독소인 마이크로시스틴을 각각 측정하였다. 또한 여러 가지 병원성세균(살로넬라균, 쉬겔라균 등)의 사멸정도를 실험하였다. 그리고, 모든 실험은 수질오염공정시험법 과 일본상수도시험법, 스탠다드메서드 (Standard Methods)에 준하여 분석하였고, 시료에 함유된 유기물이나 생성물질에 대하여는 가스그래마토그래피 질량분석기(GC/MSD : 베어리언사 제품 제품명 스타3400CX)를 이용하여 분석,확인하였다.
실험예 1
본 발명의 실험을 위하여 도 7에 도시된 바와 같은 장치를 구현하여 여러가지 실험을 수행하였고 그 결과를 설명하기로 한다. 먼저, 도 8 내지 도 10에서는 실험을 위하여, 조용량 3L의 배치타입의 저장조(100) 내부에 다수개의 회전부재(10)가 지지대에 의해 연결되고, 상기 지지대는 동력전달수단인 모터(미도시)에 의해 연결되었다. 광조사수단(30)으로는 10W 유브이램프 1개를 사용하였다. 그리고, 본 실험에서는 약 15Cm 지름을 가지고 두께가 약 5Cm의 판상으로 이루어진 회전부재 7개가 설치된 장치를 이용하였으며, 각 회전부재의 회전속도는 기준치로서 24RPM하에서 실험된 결과를 나타낸다.
(1)트리할로메탄 제거효율 ; 현재의 오존과 입상활성탄을 이용한 고도정수처리공정에서 트리할로메탄은 거의 제거되지 않는다. 트리할로메탄중 비교적 많은 양을 차지하는 클로로프롬(CHCl3)과 디클로로브롬메탄(CHCl2Br)의 시간에 따른 분해그래프 및 이의 분석(가스그래마토그래피 질량분석기 이용)를 도 8에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 약 60분 경과시 트리할로메탄은 많은 양이 분해되었으며, 약 120후에는 거의 분해됨을 알 수 있다.
(2)이취물질 제거효율 : 최근 각종 하천수 및 정수장에서는 이취물질 조류종인 아나배나(Anabaena sp)가 다량(450cell/ml)출현하며, 실제 정수장에서 이취물질제거효율을 조사한 결과 고도정수처리공정인 입상활성탄을 거친 경우에도 제거효율은 50% 정도밖에 되지 않았다. 그러나, 도 9에 도시된 바와 같이, 정수공정중 중간단계인 침전수를 채취하여 본 발명장치를 이용하여 약 60분 후 70 내지 80%의 제거효율이 나타남을 알 수 있으며, 120분 후에는 거의 분해가 이루어짐을 알 수 있었다.
(3)클로로필a 제거효율 : 부산 강서구 녹산수문앞 하천수를 대상으로 하여 조류 농도를 간접적으로 알 수 있는 클로로필a 농도변화를 도 10에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 초기 117ppb에서 점차 감소추세를 보이며, 약 180분 후에는 58ppb로 저하되어 약 50%의 제거효율을 보임을 알 수 있다.
(4)일반세균 및 대장균 제거효율
비록 그래프상에 도시되지는 않았지만 1999년 7월 낙동강의 물금에서 채취한 하천수와 부산 사상구 감전배수지의 하수를 적당량 섞어 만든 조제수를 본 발명에 의한 장치를 이용하여 실험해 보았다. 그 결과 일반세균은 초기 2079마리에서 10분 후 모두 사멸됨을 알 수 있었으며, 도 11에 도시된 바와 같이, 대장균은 초기에 양성반응을 나타내었으나 10분 후 모두 사멸됨을 확인할 수 있었다.
상기 실험을 간략하게 요약하면, (1) 난분해성 물질인 트리할로메탄은 반응시간 60분에 95%정도 제거되었으며, 120분 후에는 거의 99% 정도가 제거되어 고도정수처리공정에서 처리되지 않는 이러한 물질이 거의 완벽하게 제거됨을 알 수 있다. 그리고, (2) 실제 정수장 공정에서의 이취물질 제거효율은 50%전후로 확인되나, 본 발명에 의한 장치를 사용하면 60분 동안 70 내지 80% 정도의 높은 제거 효율이 나타남을 알 수 있다. (3) 조류의 농도를 간접적으로 확인할 수 있는 클로로필a 농도값도 반응시간동안 점차 감소하였으며, 180분 후에는 약 50%이상 제거됨을 알 수 있다. (4)일반세균 및 대장균은 약 10분 후 모두 사멸됨을 알 수 있다.
실험예 2
다음, 전술한 바와 같이, 판상부재가 보다 빠른 속도로 회전함에 따라 광활성된 부분이 오염물질과 접촉면적이 넓어지고, 산소 공급량이 많아져 오염제거 효율이 높아짐을 알 수 있는데, 이하 실지 실험결과에 따른 결과를 살펴보기로 한다.
도 12는 트리할로메탄의 분해결과를 나타낸 도이다. 상기 결과는 상술한 실험예 1의 장치에서 판상부재의 회전속도만을 260RPM으로 상승시켜서 실험한 결과이다. 즉, 비교를 위해 UV램프만 조사된 경우와 본 장치의 판상부재 회전속도를 260RPM으로 하고 유브이램프를 조사한 경우를 비교 나타낸 결과이다.
도시된 바와 같이, (1)의 클로로프롬의 경우에는 유브이램프만 조사된 경우 약간의 분해효과를 나타내는데, 이는 유브이램프자체의 광에너지 때문으로 보여진다. 그러나, 본 발명에 의한 경우, 약 10분후에 모두 분해됨을 알 수 있다. 상술한 24RPM으로 실험된 도 8의 그래프와 비교해 보면, 회전속도의 증가에 따라 분해효과가 보다 탁월해짐을 알 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 광활성부분의 접촉증가와 보다 원활한 산소공급에 기인하기 때문인 것으로 보여진다. 그리고 (2)의 디클로로브로모메탄의 경우에도 약 10분후 모두 분해됨을 알 수 있으며, 이 역시 도 9와 비교시 보다 효과적임을 알 수 있다.
도 13은 실험에 1의 장치에서 260RPM으로 회전되는 판상부재를 이용하여 남조류 독소인 마이크로시스틴과 조류의 양을 간접적으로 확인 가능한 클로로필a의 제거효율을 나타낸 도이다.
본 실험은 동결건조시킨 남조류를 인위적으로 증류수에 투입하여 배치타입으로 실험한 결과이다. 그리고, 초기농도와 180분 후의 농도 2개만 측정하여 나타내었으므로 중간부분의 변화를 단순히 도식화시켜 직선그래프로 나타내었으나, 실지 보다 많은 시간당 결과를 체크하게 되면 포물선 형태로 나타날 수도 있다. 여하튼 결과를 살펴보면, 클로로필a의 경우 도시된 바와 같이, 초기농도 240ppb에서 180분 후 40ppb로 약 83.3%의 제거효율을 나타낸다. 이 결과를 24rpm으로 실험된 도 10과 비교해보면, 판상부재의 회전속도 증가에 따라 클로로필의 제거효율이 약 33% 정도 증가함을 알 수 있다. 그리고, 조류독소 물질인 마이크로시스틴의 한 종류인 M-RR의 경우 2.518ppb, 다른 종류인 M-LR의 경우 3.89ppb에서 반응시간 180분후에는 전혀 검출되지 않음을 알 수 있다.
실험예 3
다음, 산화티탄 코팅막의 오염물질 접촉면적을 넓히고, 보다 강한 에너지를 조사하여 광활성을 증대시켜 실험한 결과를 설명한다. 이하의 도 14 내지 도 20은 조용량 40L의 배치타입 반응기에 회전부재로서 약 35Cm × 40Cm 크기를 가지는 드럼형태 4개를 이용하였다. 그리고, 광조사수단으로는 40W 유브이램프 3개, 회전속도는 120RPM으로 조정하여 실험하였다.
(1)트리할로메탄 제거효율 ; 트리할로메탄중 클로로프롬(CHCl3)(정수공정중 수돗물에 나타나는 대표적인 오염물질)과 트리클로로에틸렌(CH3CCl3)(지하수에 나타나는 대표적인 오염물질)의 시간에 따른 분해그래프를 도 14에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 약 2분 경과시 많은 양이 분해되었으며, 약 5분후에는 거의 분해됨을 알 수 있다. 이는 상술한 도 8의 실험예 1의 경우보다 분해효율이 높으며, 또한 도 12의 실험예2의 판상부재를 이용 260RPM 회전수의 경우보다 높은 분해효율을 나타낸다. 즉, 본 실험에서 사용중인 드럼형태의 산화티탄 코팅막이 증가된 에너지에 의해 보다 많은 활성화된 산화티탄이 오염물질과의 접초면적이 넓어짐에 따른 결과인 것으로 사료된다.
(2)이취물질 제거효율 : 도 15에 도시된 바와 같이, 정수공정중 중간단계인 침전수를 채취하여 실험한 결과는 다음과 같다. 지오즈민은 약 30분경과시 50%이상 소멸되며, 약 60분 후 거의 사멸됨을 알 수 있다. 그리고 2-엠아이비(2-MIB) 역시 실시예 1에 의한 경우보다 약 2배 이상 효과가 증대됨을 알 수 있다.
(3) 대장균 제거효율
부산 사상구 감전배수지의 하수를 본 발명에 의한 장치를 이용하여 실험해 보았다. 도 16에 도시된 바와 같이, 대장균은 초기에 양성반응을 나타내었으나 2분 후 모두 사멸됨을 확인할 수 있었으며, 이 역시 실시예 1에 의한 도 11과 비교해보면 보다 높은 효율을 나타냄을 알 수 있다.
(4) 병원성 세균 제거효율
본 실시예에서는 최근 수질오염에서 중요한 문제가 되는 병원성 세균(녹농균(Enterococcus faecalis), 살모넬라(Salmonella thyphimurium), 쉬겔라(Shigella sonei), 황색포상구균(Staphylococcus aureus)의 제거효율을 실험하였다.
실험에 사용한 균주는 한국유전자은행(Korean Collection for Type Cultures KCTC)에서 분양받아 사용하였다. 그리고, 파이롯트 실험조건은 상온(25±2℃)에서2분 간격으로 시료를 채취하여 파워 플레이트 방법(pour plate method)(Standard methods for the examination of water and wastewater, 18th ed. Washington, DC, American Public Health Association)로 균수를 측정하였으며, 배지는 플레이트 카운트 아가(plate count agar(Difco))를 사용하여 실험하였다. 상기 실험결과는 다음표과 같았다.
표 : 시간에 따른 병원성 세균의 마리수(ND; Not Detect)
상기 표와 도 17에 도시된 바와 같이, 녹농균(Enterococcus faecalis), 쉬겔라(Shigella sonei), 황색포상구균(Staphylococcus aureus)은 약 2분 후에 모두 사멸되었으며, 살모넬라(Salmonella thyphimurium)는 약 4분후에 완전히 사멸됨을 알 수 있다. 그리고, 이러한 사멸정도는 도 18에 도시된 실험전과 실험후의 배지모습을 나타낸 사진에서 명확히 나타남을 알 수 있다.
(5) 환경호르몬 제거효율
최근에는 환경호르몬이 문제가 되고 있다. 이러한 환경호르몬중 수중에 흔히 존재하는 비스페놀-에이(bisphenol-A)는 극히 적은 농도의 노출에도 통증과 피부상처를 유발할 수 있으며, 세포유전학적인 관점에서 염색체변이를 유발할 뿐만 아니라 미량으로 여성호르몬처럼 작용하여 유방암세포를 증식시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 인체에 치명적인 비스페놀-에이의 제거효율을 실험하였다.
실험방법으로 비스페놀-에이는 알드리치사(Aldrich Chemical Co.)의 시약을 메탄올로 용해시켜 희석.조제하여 500㎍/L로 실험하였으며, 증류수는 밀리-큐(Milli-Q) 순수제조장치를 통과한 3차증류수를 사용하였다.
도 19에 도시된 바와 같이, 반응시간 약 10분경 50% 이상이 분해되며, 약60분 이후에는 거의 95%이상 분해되어 완전사멸됨을 알 수 있다.
한편, 현재 대표적인 산화제로 알려진 오존을 이용하여 본 발명에 따른 광촉매 산화능과 비교실험한 결과가 도 20에 나타나 있다. 오존은 2㎎/L의 농도로 오존접촉조내로 주입시켰으며, 반응기내 잔류 오존농도는 0.7㎎/L 였다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 POD 드럼이 가장 강력한 산화제인 오존보다 비스페놀-에이의 분해효율이 뛰어남을 알 수 있다.
실험예 4
도 21은 본 발명에 의한 장치와 종래 사용되는 산화티탄의 여러 형태와 오염물질의 제거효율의 비교를 나타낸 그래프이다. 본 실험은 이취물질인 지오즈민 농도를 10ppb로 조제하여 사용하였다. 본 발명에 의한 장치는, 실시예 1에 의한 24rpm 회전속도를 유지한 판상부재로 이루어진 POD 디스크와, 실시예 3에 의한 120rpm을 유지하고 드럼형태의 회전부재로 이루어진 POD 드럼의 두가지 경우를 나타낸다. 그리고, 상기 장치들과 비교하기 위하여 여러 가지 다른 조건을 가지는 경우를 비교하여 나타내었다. G는 유브이램프, Pw는 산화티탄 파우다, POD는 본 발명장치, H-Bead는 중공볼, Pellet는 유리알갱이를 각각 나타낸다.
도시된 바와 같이, 유브이램프에 의한 광조사만 이루어진 경우(G)와 유브이램프조사하에 산화티탄이 코팅된 중공볼(H-Bead)와 유리알갱이(Pellet)은 반응시간 120분 후의 제거효율이 35.98%,36.02% 및 36.57%로 미미하게 나타난 반면에, 본발명(POD)는 97%로 나타났다. 그리고, POD 디스크보다는 POD 드럼이 훨씬 효과적임을 알 수 있으며, 이는 활성화된 산화티탄이 드럼의 넓은 면적에 의하여 오염물질과의 접촉면적이 보다 많아지기 때문이다.
한편, 최종적으로 현탄액은 50PPM일 경우에는 89.1% 100PPM일 경우에는 98.8%로 나타났다. 상기 결과에 따르면, 본 발명 장치중 POD 디스크는 현탁액의 경우보다 오염물질의 분해효율이 저하되나, POD 드럼의 경우는 50PPM 현탁액 보다는 제거효율이 높게 나타나고 100PPM현탁액과는 비슷한 결과를 나타낸다. 그러나, 실지 본 발명의 장치에 사용된 디스크 및 드럼은 산화티탄이 코팅으로 도포된 경우를 나타내고, 상기 코팅시 사용된 산화티탄의 양은 현탁액의 경우보다 수백만분의 1 정도 밖에 사용되지 않는다. 또한 현탁액의 경우처럼 별도의 회수장치가 불필요하다. 따라서 보다 적은 양의 산화티탄을 사용하고 간단한 장치임에도 불구하고 높은 제거효율을 나타내므로 현탁액보다 효과적임을 알 수 있으며, 오염물질과의 접촉면적이 증가 할수록 보다 효과적이 됨을 알 수 있다. 그리고, 상술한 바와 같이, 회전속도가 높을 수록 효과적이므로 회전속도를 보다 빠르게 할 경우에는 현탁액보다 훨씬 개량된 결과를 나타냄은 자명한 이치이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 수질오염 정화장치는 오염물질 분해에 탁월함을 알 수 있으며, 오염물질과의 접촉면적 증대를 위해 코팅막의 도포회수, 크기, 개수 및 회전속도에 따라 제거효율이 달라짐을 알 수 있으나, 근본적으로 종래 현탁액, 중공볼 및 펠렛 형태보다 우수함을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 장치는 여러 분야에 적용가능함을 알 수 있다. 일예를 들어, 대형건물의 냉각탑에 서식하는 레지오넬라균의 사멸, 대형건물 저수조나 옥상탱크등 수돗물의 2차오염물질 제거와 일반세균 및 대장균의 제거, 호소나 댐의 서식 조류 성장억제 및 이취물질 조류독소 등 부산물분해, 대형수조(해산물생식)의 비브리오균 사멸, 수영장물의 살균 및 소독, 간이상수도에서의 살균 및 소독, 하수의 고도처리, 상수의 고도처리 뿐만 아니라 가정하수 처리 및 공업 용수의 연수화처리 등의 모든 수질에 적용가능하다. 또한, 회전에 따른 광활성증대 및 접촉면적의 확대에 의해 종래의 분말 및 중공볼 등은 대기오염 정화시설에 적용불가능하나, 본 발명은 소정크기의 회전부재를 사용함에 따라 일정 장소에 설치 가능하므로 대기오염 정화시설에도 적용 가능함을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 산화티탄 코팅막이 도포된 회전부재는 넓은 표면적을 가지고, 이를 저수지 및 하수처리장 등과 같은 수(水)처리에 사용될 때에는 반 잠수식으로 구성하고, 일반 대기중에도 그대로 적용 가능함에 따라 물과 공기 모두 적용가능할 뿐만 아니라 회전속도를 증대시킴으로써 처리대상물질과의 접촉면적을 극대화시켜 분해효율이 보다 향상되는 효과가 있다.
그리고, 수(水)처리에 사용시 회전에 따른 대기중 공기가 수중으로 유입되는 폭기효과가 발생되어 강한 산화력을 증대시키는 다른 효과도 있다.
또한, 분말산화티탄 회수장치 등의 부대시설이 불필요하며, 소형화가 가능할 뿐만 아니라 시설규모에 따라 제작할 수 있으므로 대용량처리에도 적합하며, 어느장소에나 설치가능한 효과가 있다.
장시간 사용에 따라 코팅막의 표면이 오염된 경우 단순히 분리 세척만으로도 제거가 가능하므로 재사용이 용이하고, 반영구적으로 사용가능한 또 다른 효과가 있다.
Claims (9)
- 외부면이 산화티탄 광촉매 코팅막으로 도포되고, 회전되는 오염정화수단과;상기 오염정화수단에 회전동력을 전달하는 동력전달수단과;상기 동력전달수단에 의한 동력전달에 따라 오염원으로 산소를 공급하는 산소공급수단; 그리고상기 오염정화수단의 광화학 활성을 유도하는 광조사수단을 포함하여;산화티탄 코팅막이 상기 광조사수단에 의해 활성화되고, 동력전달수단에 의해 회전됨에 따라 오염물질과 접촉 및 산소공급에 의해 오염물질이 정화되는 것을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 오염정화수단은, 일측은 공기중에 노출되며, 타측은 액상 내부에 위치되는 반잠수식으로 이루어짐을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 산소공급수단은, 전달되는 동력에 의해 오염정화수단의 회전력으로 인한 대기중에서 수중오염원으로 이동되는 자연대류를 통한 산소공급이 이루어지도록 하는 회전되는 오염정화수단임을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 오염정화수단은, 회전되는 다수개의 회전부재로 이루어지고, 상기 회전부재의 코팅막은 0.3 내지 0.5㎛ 두께로 이루어짐을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 회전부재는,구리,백금, 알루미늄, 금, 아연 및 철의 금속류와;산화규소, 산화아연, 탄화규소, 산화텅스텐, 황화카드뮴, 비소갈륨, 일산화구리 및 이산화구리의 광활성물질; 중 어느 하나 이상을 더 포함하여 코팅막이 형성됨을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동력전달수단은,모터로 이루어짐을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 동력전달수단은, 자연바람에 의해 회전하는 회전날개로 이루어짐을 특징으로 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광조사수단은, 태양광, 400nm 이하의 빛을 발하는 유브이(UV)램프 또는 제논램프 중의 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 광조사수단은, 조사되는 광을 오염정화수단측으로 반사하는 반사판을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 산화티탄 광촉매 코팅막이 구비된 회전부재를 이용한 수질오염 정화장치.
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