KR20010107236A - 자외선을 이용한 수처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선을 이용한 수처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 기존의 수처리 장치에 비해 공정이 간단하고 설치비가 저렴하며 상용화가 용이한 동시에 수처리 효율이 매우 우수한 성능을 지닌 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명은 오염수에 산소, 오존 또는 기타 산화물 및 이들의 혼합물을 기포 상태로 주입하고, 기포 및 오염수에 자외선을 조사하여 활성종을 생성한 후 이를 이용하여 오염수에 함유된 오염 물질을 처리하며, 이 때 생성되는 기체 오염 물질은 이차적으로 수거한 후 자외선을 이용하여 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 자외선을 이용한 수처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀더 상세히는 자외선을 산소, 오존, 과산화수소 등과 같은 산화물 및 이들을 포함하는 산화물 혼합물에 조사하여 생성한 활성종으로 오염수에 함유된 오염 물질을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
오염수중의 오염 물질은 고형 물질, 부유 물질 및 액상 물질 등으로 나눌 수 있다. 일반적으로, 상용화된 수처리 장치는 다수의 상이한 공정을 거쳐 상기 오염물질을 순차적으로 제거한다. 기존 수처리 공정의 한 단계인 산화 처리 방법은 오염수에 포함된 다양한 종류 및 형태의 유기물 또는 탄화수소(hydrocarbon) 등을 산화, 분해 처리하며, 난분해성 유기 성분이 다량 함유된 오염수의 유기 물질을 이산화탄소나 수분으로 분해하거나, 난분해성 물질을 생물 분해가 가능한 유기 물질로 전환시키는 데 이용된다. 예를 들면, 산화제를 직접 주입하여 오염수를 처리하기도 하고, 오존을 주입하기도 하는 데, 철촉매 존재하에 과산화수소의 활성라디칼에 따른 산화력을 이용하는 펜톤 산화 방법이 가장 널리 사용되고 있다.
하지만, 기존의 수처리 방법들은 상기 오염 물질의 처리를 위하여 다단계 공정들이 필요하거나, 상용화가 힘들거나, 무기 오염 물질을 처리하지 못한다는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 즉, 공정이 간단하며, 설치비가 저렴하고, 상용화가 용이한 동시에 각종 유기 및 무기 오염 물질을 고효율로 처리할 수 있는 수처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수처리 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100 : 수처리 장치 110 : 일차 반응기
120 : 일차 자외선 생성기 130 : 이차 반응기
140 : 이차 자외선 생성기
본 발명은 자외선을 산화물 혼합물에 조사하여 활성종을 생성한 후, 이들 활성종으로 오염수에 함유된 오염 물질을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 오염수에 산소, 오존 또는 과산화수소 등의 산화물 및 이들을 함유한 산화물 혼합물을 기포 상태로 주입하고, 기포에 자외선을 조사하여 활성종을 생성한 후 이를 이용하여 오염 물질을 산화시키며, 또한 이 때 생성될 수 있는 오존과 같은 기체 오염 물질을 이차적으로 수거한 후 자외선을 이용하여 처리하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명에서 "오염수" 또는 "유체"는 본 발명의 수처리 장치에 의하여 처리되는 액상의 폐수를 의미한다. "오염수" 또는 "유체"는 어느 정도의 고형물 또는 부유물 등을 포함할 수도 있다. "산화물 혼합물"이란 산화물을 함유한 혼합물이며, 주로 기체상 혼합물을 의미한다. 산화물의 예로는 산소, 오존, 과산화수소, 공기 및 이들로부터 생성되는 활성종 등을 들 수 있다. 자외선 투과도(T) 는 자외선 광원으로부터 일정 거리에 위치한 물체에 입사되는 자외선 세기 (I) 에 대한 자외선 광원으로부터 출사되는 자외선 세기 (Io) 의 비율, 즉 T 는 I/Io를 나타낸다. 출사 자외선 세기 (Io) 는 일반적으로 자외선 생성기의 표면에서 측정되며, 자외선 투과도는 항상 1 이하이다. 이하, 본 발명의 수처리 장치 및 방법에 대해 첨부된 도면에 의거 구체적으로 기술한다.
본 발명의 수처리 장치는 2개 이상의 반응기, 예를 들면 일차 반응기 및 이차 반응기로 구성된다. 일차 반응기는 오염수를 처리하는 장치로서, 오염수가 주입되는 유체 주입기, 처리된 오염수를 배출하는 유체 배출기, 반응기 내부에 구성되는 유체 관로 (fluid channel), 산화물 혼합물이 주입되는 기체 주입기 및 일차 반응기 내부 또는 상부의 각종 기체를 일차 반응기로부터 배출하는 기체 배출기를 갖는다. 일차 자외선 생성기는 일차 반응기의 유체 관로 내부에 자외선을 조사할수 있도록 구성, 배치된다. 이차 반응기는 일차 반응기의 기체 배출기로 배출되는 기체가 주입되는 기체 주입기 및 반응기 내부의 기체 관로 (gas channel) 등으로 구성되며, 이차 자외선 생성기는 이차 반응기의 기체 관로 내부에 자외선을 조사할 수 있도록 구성, 배치된다. 이러한 반응기의 갯수는 특별히 제한되지 않으나, 수처리 효율 및 제작 코스트 등을 고려해 선정하는 것이 좋다.
도 1은 본 발명의 수처리 장치 및 방법의 한가지 실시예를 나타내는 개략도로서, 상기 수처리 장치(100)는 일차 반응기(110), 일차 자외선 생성기(120), 이차 반응기(130) 및 이차 자외선 생성기(140) 등으로 구성된다.
일차 반응기(110)는 상부 한 편에 오염수가 주입되는 유체 주입기(111)가 설치되며, 대략 반대편 하단부에 처리된 오염수를 배출하는 유체 배출기(112)가 설치된다. 일차 반응기(110) 내부에는 오염수를 저장하는 유체 관로(113)가 설치되는 데, 오염수는 유체 관로(113)를 따라 일차 반응기(110) 내부에 주입되거나, 유체 관로(113) 내부에 저장된다. 도 1의 장치에는 직육면체 또는 원통 형태의 일차 반응기(110) 내부에 상응한 형태의 유체 관로(113)가 형성되어 있다. 일차 반응기 (110) 및 그 구성 요소(111,112,113) 등의 구조 및 크기는 상기 오염수의 양 및 오염 물질의 농도 등에 따라 변경될 수도 있으며, 내식성 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 일차 반응기(110) 하단부에는 기체상의 산화물 혼합물이 기포 형태로 주입되는 노즐형태의 기체 주입기(114)가 설치되며, 그 상단부에는 미반응 잔여 산화물 혼합물 및 수처리 과정 중 생성될 수 있는 오존 등과 같은 배출 기체를 일차 반응기(110)로 부터 배출하는 기체 배출기(115)도 설치된다. 기체 주입기(114) 및배출기(115)의 구조 및 크기는 산화물 혼합물의 유량, 오염 물질의 농도 및 종류, 산화 반응 완결 정도 등에 따라 결정되며, 내식성 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 일차 자외선 생성기(120)는 일차 반응기(110) 내부의 중앙에 설치되어, 유체 관로(113) 내부에 여러 파장을 갖는 UV 라인들을 조사하여 산화물 혼합물 기포 내에서 화학 반응 (또는 광화학 반응) 이 진행될 수 있도록 구성되며, 기존의 자외선관이 사용될 수도 있다. 또는, 모양 또는 출력이 다른 다수의 자외선관을 일차 반응기(110) 내부에 적절히 배치함으로써 일차 자외선 생성기(120)를 구성할 수도 있는 데, 이 경우 자외선관의 배치는 일차 반응기(110) 또는 유체 관로(113) 의 크기 및 형태, 자외선관의 크기, 모양, 출력 등에 의하여 결정된다. 또한, 오염수의 고형 또는 부유물질의 농도, 탁도 등에 따라 자외선관의 배치가 달라질 수도 있다.
상술한 바와 같이, 일차 반응기(110)는 그 내부의 유체 관로(113)에 주입되는 산화물 혼합물 기포내에 활성종을 생성하고, 활성종이 오염 물질과 특정 화학 반응 또는 광화학 반응 등을 일으킬 수 있도록 제작된다. 일차 반응기(110) 및 유체 관로(113)의 상세한 구조 및 크기는 여러 변수에 의하여 결정된다. 예를 들면, 그 크기는 오염수의 농도 및 유량 등에 의하여 결정되기도 하며, 그 구조는 일차 자외선 생성기(120)의 위치, 모양, 수량 또는 출력 등에 의하여 결정될 수도 있다. 일차 반응기(110) 및 유체 관로(113)는 자외선을 투과할 수 있는 투과성 내식성 재료로 제작되는 것이 바람직하나, 상술한 화학 반응이 적절히 진행될 경우 반투과성, 불투과성 또는 비내식성 재료로 제작되어도 무난하다.
이차 반응기(130)의 하부에는 일차 반응기(110)로부터 배출되는 기체가 주입되는 기체 주입기(131)가 설치되고, 그 상부에는 자외선에 의하여 처리된 기체를 배출하는 기체 배출기(132)가 설치되며, 그 내부에는 기체가 저장 또는 이동되는 기체 관로(133)가 설치된다. 도 1의 장치는 직육면체 또는 원통 형태의 이차 반응기(130) 내부에 상응한 형태의 기체 관로(133)가 형성되어 있으며, 기체 관로(133) 를 따라 다수의 배플(baffle)(134)이 설치된다. 이차 반응기(130) 및 그 구성 요소(131,132,133,134) 등의 구조 및 크기는 상기 배출 기체의 유량 및 배출 물질의 농도 등에 따라 변경될 수도 있으며, 내식성 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 이차 자외선 생성기(140)는 이차 반응기(130) 내부에 설치되며, 기체 관로(133) 내부에 여러 파장을 갖는 UV 라인들을 조사하여 화학 반응 (또는 광화학 반응) 이 진행될 수 있도록 구성된다. 이차 자외선 생성기(140) 또한 모양 또는 출력이 다른 다수의 자외선관이 이차 반응기(130) 내부에 적절히 배치되는 구성을 가질 수 있으며, 이 경우 자외선관의 배치는 이차 반응기(130) 또는 기체 관로(133)의 크기 및 형태, 자외선관의 크기, 모양, 출력 등에 의하여 결정된다. 또한, 배출 기체의 농도, 탁도 등에 따라 자외선관의 배치가 달라질 수도 있다.
상술한 본 발명의 수처리 장치의 각 구성 요소는 아래와 같이 구현될 수도 있다. 일차 반응기의 크기는 오염원으로부터 배출되는 오염수의 유량, 수처리 장치의 용량 및 성능, 오염 물질 처리 기준 등에 의하여 결정되며, 다양한 구조 및 모양을 가질 수 있다. 도 1에 예시된 주입기(111,114,131) 및 배출기(112,115, 132) 역시 다양한 구조 및 크기를 갖도록 제작되어 상기 오염수, 처리된 오염수 및 기체 등을 주입 또는 배출하도록 제작될 수도 있으며, 그 설치 위치 또한 필요에따라 변경될 수 있다. 이 때 적당한 유체용 또는 .기체용 펌프를 이용하여 유체 또는 기체를 유동시킬 수 있으며, 필요에 따라 필터 또는 집진기 등이 설치될 수도 있다. 유체 및 기체 관로(113,133) 역시 다양한 형태로 제작될 수 있다. 일 예로, 이차 반응기(140) 내부에 설치된 배플(134) 을 일차 반응기(110) 내부에 설치할 수도 있다. 일반적으로, 배플 또는 이에 상응하는 상이한 형태의 칸막이 등은 유체 및 기체의 반응기 내부 평균 체류 시간에 영향을 주지는 않지만, 반응기 내부의 유체 및 기체의 흐름 및 분포를 결정함으로써 반응기 내부의 유체 및 기체의 체류 시간을 균일화하여 균일한 양의 자외선이 조사되고 균일한 정도의 반응이 일어나도록 한다. 따라서, 액상 또는 기체상의 오염 물질이 미반응된 상태로 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 또한 상기 배플 또는 칸막이 등을 투명하거나 반투명한 재료로 제작하여 유관(113,133) 내의 자외선 조사 효율을 제고할 수 있다. 일차 및 이차 반응기의 예로는 반응기 내부에 프로펠러 등의 교반기(stirrer)가 설치된 혼합 반응기 (mixed flow reactor), 유체 및 기체가 일정 방향으로 순차적으로 이동되는 플러그 플로우 반응기 (plug flow reactor), 또는 그 혼합형 등이 이용될 수도 있으며, 단일의 일차 또는 이차 반응기 대신 다수의 일차 또는 이차 반응기를 병렬, 직렬 또는 혼합형으로 구성하여 사용할 수도 있다. 기존의 자외선 생성기 대신 특수 고안된 자외선 생성기를 제작하여 일차 및 이차 자외선 조사 효율을 제고할 수 있다. 예를 들면, 판형의 자외선 생성기의 한 면 또는 양면으로 자외선을 조사하거나, 원통형의 자외선 생성기를 제작한 후 원통 내부로 상기 물질들을 통과시킬 수도 있다. 특수 자외선 생성기의 경우에도 기존의 전극을 장착하여 자외선을 생성시키거나, 전극 없이 전자기장을 이용하여 자외선을 생성시킬 수도 있다. 또한, 필요에 따라 일차 및 이차 자외선 생성기는 출사되는 자외선의 파장 또는 파장 분포가 서로 차이가 나도록 제작될 수도 있다.
상기 수처리 장치 작동 방법의 한가지 실시예는 다음과 같다. 일차 반응기 (110)의 유체 배출기(112)를 차단한 후, 유체 주입기(111)를 통하여 오염수를 일차 반응기(110) 내부의 유체 관로(113)로 주입한다. 일정량의 오염수가 주입된 후 유체 주입기(111)를 닫고, 일차 자외선 생성기(120)를 작동한 후, 일차 반응기(110) 하단부에 설치된 기체 주입기(114)로 기체상의 산화물 혼합물을 기포 형태로 오염수에 주입한다. 기포 중의 산화물 혼합물은 오염수의 하부로부터 상부로 유체 관로(113)를 따라 이동하며 일차 자외선 생성기(120)의 자외선에 조사된다. 기체 주입기(114)로 주입되는 산화물 혼합물의 예로는 산소, 오존, 과산화수소, 이들 물질로부터 생성되는 활성종 또는 이들 물질 또는 활성종을 함유한 공기 또는 다른 기체와의 혼합물 등이 있다.
자외선은 그 파장 영역에 따라 대략 UV-A 라인 (365 nm 이상), UV-B 라인 (280에서 365 nm) 및 UV-C 라인 (280 nm 이하) 등으로 나누어진다. 자외선이 조사되는 상기 산화물 혼합물은 자외선의 에너지를 흡수하여 활성화되며, 충분한 에너지가 공급될 경우 특정 분자 결합이 변형 또는 파괴되거나, 활성종을 생성할 수도 있다. 일반적으로 자외선 에너지는 그 파장에 대략 반비례하므로, 상기 UV 라인의 에너지는 UV-A 라인, UV-B 라인, UV-C 라인의 순서로 증가한다. 따라서, UV-A 라인 및 UV-B 라인이 조사되는 상기 산화물 혼합물은 주로 활성화될 수 있으며 일부는 특정 결합이 파괴되어 활성종을 생성할 수도 있다. 파장이 가장 짧은 UV-C 라인이 조사되는 상기 산화물 혼합물은 주로 특정 화학 결합이 파괴되어 활성종을 생성할 수 있으며, 일부는 활성화될 수도 있다. 일 예로, 상기 산화물 혼합물에 상기 UV 라인들이 조사되면 산소 (O) 라디칼, 하이드록실 (OH) 라디칼, 오존 (O3), 과산화수소 (H2O2), 하이드록실 이온 (OH-), HO2등의 활성종 및 활성 분자 등이 생성된다. 따라서, 일차 자외선 생성기(120)는 상대적으로 많은 양의 UV-B 라인 및 UV-C 라인을 출사할 수 있도록 제작하여 기포내에 산화력이 강한 활성종의 농도를 증가시키는 것이 바람직하다. 자외선이 조사된 오염수 중의 물분자 또는 오염 물질 또한 활성화되거나 상기의 활성종을 생성할 수도 있다.
일차 반응기(110) 내부에서 상기 UV 라인에 의하여 생성된 상기 활성종 및 상기 UV 라인에 의하여 활성화된 물질들은 오염수와 접촉하거나 오염수에 용해된 후 여러 종류의 화학 반응을 거쳐 오염 물질을 산화시킨다. 상기 산소 라디칼, 하이드록실 라디칼, 오존, 과산화수소, 하이드록실 이온, HO2등의 활성종은 오염 물질을 산화하여 다른 오염성이 적은 물질로 변형시키거나 작은 분자들로 분해시키며, 이 때 고형상의 물질이 침전되거나 산소, 오존, 이산화탄소 등과 같은 기체상의 물질을 방출할 수도 있다. 일차 반응기(110) 내부에서 적정 수준의 오염 물질이 처리되면 처리수는 유체 배출기(112)를 통하여 방류되거나 후속 수처리 공정 장치로 공급된다.
일차 반응기(110) 내부에서 부산물로 생성된 기체 및 미반응 잔여 산화물 혼합물은 일차 반응기(110)의 기체 배출기(115) 및 이차 반응기(130)의 기체 주입기 (131)을 통하여 이차 반응기(130)로 주입된 후, 그 내부에 설치된 이차 자외선 생성기(140)의 자외선에 의하여 조사된다. 이차 자외선 생성기(140) 역시 UV-A 라인, UV-B 라인 및 UV-C 라인을 출사하여 산화물 혼합물 또는 물분자들로부터 상술한 활성종을 생성한다. 일차 반응기(110)로부터 배출된 미반응 잔여 활성종, 상기 UV 라인에 의하여 이차 반응기(130) 내부에 생성된 활성종은 여러 종류의 화학 반응 또는 광화학반응을 통하여 오염성이 적은 최종 물질로 변환 또는 파괴된 후 대기로 방출되거나 후속 배기가스 처리장치로 공급된다. 최종물질의 예로는 이산화탄소, 산소, 수분 등이 있다.
상술한 본 발명의 수처리 장치 작동 방법은 아래와 같이 구현될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 상기 반응기들은 일정량의 오염수 또는 배출 기체가 주입된 후 일정 기간의 자외선 처리 후 배출하는 단일 공정 (batch mode) 식으로 조작될 수 있으며, 이와는 달리 일정량의 오염수 또는 배출 기체가 주입되는 만큼 이에 상응하는 양의 처리수 또는 처리 기체가 배출되는 연속 공정 (continuous mode) 식으로 조작될 수도 있다. 또한 일차 반응기에서 배출되는 배출 기체는 일차 반응기의 기체 배출기를 통하여 이차 반응기로 연속적으로 배출되거나, 일차 반응기 내부의 기체가 일정 압력에 도달할 경우에만 기체 배출기를 통하여 배출되거나, 일정한 시간 간격으로 배출될 수도 있다. 이차 반응기의 처리 기체 역시 상응하는 방법으로 배출할 수 있다. 필요에 따라, 이차 반응기 내부의 오염 물질을 제거하기 위하여 첨가 물질을 주입할 수도 있다. 예를 들어, 기체상의 오염 물질이 산성 (또는 염기성) 이면 염기성 (산성) 의 첨가물을 주입하여 염을 생성할 수 있으며, 수분 또는 기타 산화물을 추가로 주입하여 산화 반응을 촉진시키거나 활성종을 생성할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 목적은 오염수에 포함된 각종 오염물질을 활성종으로 산화시켜 오염성이 적은 물질로 변환시키는 것이다. 따라서, 반응기 내부의 각종 반응 조건을 적절히 조절하여 가능한 한 많은 양의 액상 및 기체상 오염 물질을 변환시키는 것이 바람직하다.
일반적으로 오염수에 주입되는 산화물 혼합물은 그로부터 생성되는 활성종의 양이 오염수의 오염 물질의 양에 해당할 만큼 적당한 양을 주입하여 화학 반응 또는 광화학 반응이 최적의 속도로 진행될 수 있는 여건을 조성한다. 일 예로, 오염수의 BOD 및 COD 를 만족할 수 있는 활성종을 생성할 수 있는 만큼의 산화물 혼합물이 주입될 수 있다. 산화물 혼합물의 양은 일차 반응기 또는 유체 관로의 부피, 오염수의 유량 및 오염 물질의 농도, 자외선 생성량 및 자외선 생성기의 제반 특징, 유체 관로와 자외선 생성기의 구조, 그 사이의 거리 및 배치 등에 따라 결정될 수도 있다. 경우에 따라 과량의 산화물 혼합물을 첨가하여 산화물 혼합물의 농도를 증가시킴으로써 오염 물질의 산화 반응이 가속, 완결되도록 할 수도 있다. 예를 들면, 오염수의 BOD 와 COD 의 합보다 많은 양의 활성종이 생성될 수 있는 만큼의 산화물 혼합물을 주입할 수도 있다. 하지만 이 경우에는 반응 조건을 세밀히 조절, 제어하여 일차 반응기로부터 배출되는 잉여 활성종의 양을 최소화함으로써 이차 반응기에서 처리하여야할 배출 기체의 부피를 최소화하는 것도 바람직하다.또한, 오염수 자체에 산화물이 용존되어 있을 경우에는 상술한 양보다 적은 양의 산화물 혼합물을 첨가하는 것도 가능하다.
기포 내부에 생성된 상기 활성종은 오염수와 접촉하거나 오염수에 용해됨으로써 오염수의 오염 물질을 산화시킨다. 따라서, 활성종이 함유된 기포와 오염수간의 접촉 면적을 증가시키거나, 활성종의 용해가 증가되도록 반응 장치 및 조건을 조절할 수도 있다. 일 예로, 기체 발생기의 노즐의 크기 또는 형태를 조절하여 생성되는 기포의 크기를 줄임으로써 단위 기체 부피 당 오염수 접촉 면적을 증가시키거나, 일차 반응기의 유관(113) 에 교반기를 장착함으로써 기포와 오염수의 이상적인 혼합을 도모할 수도 있다. 이 외에도, 초음파 발생기를 이용하여 미세한 기포를 발생하여 접촉 면적을 증가시키는 동시에 오염수와의 혼합 효율을 증가시킬 수도 있다. 유체 관로 또는 배플의 크기, 구조 및 배치 방법 역시 활성종의 용해가 증가되도록 구성될 수 있다.
산화물 혼합물로는 농축 산소, 오존 또는 과산화수소, 또는 이들과 공기의 혼합물이 사용될 수도 있다. 산화물 혼합물에 공기가 첨가되는 경우에는, 공기 중에 내재하는 산소도 자외선의 의하여 활성종으로 변환될 수 있으므로, 산화물 혼합물의 공급양은 그에 상응하는 범위 내에서 감량될 수도 있다. 경우에 따라서는, 공기 중에 함유된 산소의 양만으로도 오염수의 오염 물질을 충분히 산화할 수 있는 양의 활성종을 생성할 수도 있다. 하지만 산화물 혼합물의 산화물 농도가 낮아 많은 양의 기체를 주입하는 경우에는 일차 반응기로부터 배출되는 기체의 양이 증가된다. 따라서, 이차 반응기에서 처리되어야 할 기체의 양 또한 증가하여 이차 반응기의 부피가 증가될 수도 있다. 따라서, 상기 산화물 혼합물 내의 산화제 농도를 적절한 수준으로 유지하여 전체 배출 기체 양을 최소화하는 것이 바람직하다.
일차 반응기 내부의 온도, 압력 및 기타 반응 조건 또한 본 발명의 목적인 활성종 생성 및 오염 물질의 산화를 촉진할 수 있도록 설정된다. 반응 온도는 상온으로 유지하는 것이 바람직하지만, 오염수의 온도에 따라 대략 0oC - 50oC 정도로 유지될 수도 있다. 일반적으로 최적 반응 온도는 자외선 생성기의 재질 및 자외선 조사 특성 및 활성종의 용해 특성에 의하여 결정될 수도 있다. 예를 들면, 열교환기를 이용하거나 외부 온도와의 차이를 이용하여 오염수의 온도를 낮게 유지함으로써 기체의 용해도를 증가시킬 수도 있다. 일차 반응기 내부 압력은 일반적으로 대기압이며, 일차 자외선 생성기의 출력은 일차 반응기 또는 유체 관로의 크기 및 구조, 오염수의 양 및 오염 물질의 농도, 반응기 내부 체류 시간 등에 의하여 결정되는 데, 반응기 내부 체류 시간은 오염 물질의 변환율에 따라 결정될 수도 있다.
이차 반응기 내부의 온도, 압력 및 기타 반응 조건 또한 본 발명의 목적인 활성종 생성 및 기상 오염 물질의 분해를 촉진할 수 있도록 설정된다. 반응 온도는 상온으로 유지하는 것이 바람직하지만, 일차 반응기로부터 배출되는 기체 및 잔여 산화물 혼합물의 온도에 따라 대략 0oC - 50oC 정도 사이에서 유지될 수 있다. 일반적으로 최적 반응 온도는 자외선 생성기의 재질 및 자외선 조사 특성에 의하여 결정될 수도 있으며, 열교환기 등을 이용하거나 외부 온도와의 차이를 이용하여 이차 반응기 내부 온도를 조절할 수도 있다. 이차 반응기 내부 압력은 일반적으로대기압이며, 이차 자외선 생성기의 출력은 이차 반응기 또는 기체 관로의 크기 및 구조, 오염 기체의 양 및 농도, 이차 반응기 내부 체류 시간 등에 의하여 결정되는 데, 반응기 내부 체류 시간은 오염 기체의 변환율에 따라 결정될 수도 있다.
상술한 본 발명의 수처리 장치 및 방법은 아래와 같이 구현될 수도 있다. 일차 반응기의 기체 배출구로 배출되는 배출 기체의 일부 또는 전부를 일차 반응기의 기체 주입기로 재순환하여 산화물 혼합물과 혼합함으로써 미반응 잔여 활성종을 재활용할 수 있다. 예를 들면, 도 1의 기체 배출기(115)와 기체 주입기(114) 상류 사이에 바이 패스(by-pass)를 설치하면, 기체 주입기에서 발생하는 기포에 잔여 활성종이 포함되어 오염 물질의 산화에 재이용될 수 있다. 상기 구성은 미반응 잔여 활성종의 소모를 방지하여 산화 활성종의 소모량을 줄이고 산화물 혼합물의 공급량을 줄일 수 있다는 장점 외에도, 이차 반응기의 기체 처리량을 감소시킴으로써 장치의 규모를 줄이고 오염 물질 처리 단가를 낮춘다.
상술한 본 발명의 수처리 장치 및 방법의 반응기 및 자외선 생성기는 오염수 또는 배출 기체의 농도 및 탁도에 따라 그 구조 또는 위치가 변경되는 가변식 구조로 구현될 수도 있다. 즉, 오염수 또는 배출 기체의 농도 및 탁도에 따라 자외선 생성기의 위치, 자외선 생성기간의 간격, 자외선 생성기의 출사 각도 등을 수동 또는 자동으로 변경하여, 단위 오염 물질 당 조사되는 자외선의 양을 일정한 범위 내에서 유지할 수 있다. 예를 들면, 오염수의 농도가 증가되는 경우에는, 적은 양의 오염수를 주입하여 일차 반응기의 유체 관로 내부의 오염수 수면을 낮춘 후 일차 자외선 생성기의 위치를 이에 상응하여 낮춤으로써 자외선이 오염수에 균일하게 조사되도록 할 수 있다. 또는, 오염수의 농도가 증가되는 경우에도, 일차 반응기에 같은 양의 오염수를 주입한 후, 기존 일차 자외선 생성기의 출력을 증가시키거나, 자외선관을 추가하여 전체 출력을 증가시킬 수도 있다. 또는, 여분의 자외선관을 설치한 후 오염수의 농도 변화에 따라 필요한 숫자의 자외선관만을 작동시킬 수도 있다. 이와는 달리, 오염수 또는 배출 기체의 농도 및 탁도에 따라 반응기 벽, 유체나 기체 관로의 벽, 또는 배플 등의 모양, 위치, 간격 또는 각도 등을 수동 또는 자동으로 변경하여 자외선 생성기 당 처리되는 오염수의 양을 감소시킴으로써, 단위 오염 물질 당 조사되는 자외선의 양을 일정한 범위 내에서 유지하는 동일한 효과를 얻을 수도 있다. 또한 상기 두 가지 방법을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
상술한 본 발명의 수처리 장치 및 방법은 일차 및 이차 반응기 내벽이나 내부, 또는 유체 관로 및 기체 관로 벽이나 내부에 반사기를 장치함으로써 구현될 수도 있다. 일반적으로 자외선 생성기는 충분한 양의 자외선을 유체 및 기체 관로 내부에 조사하도록 구성된다. 자외선 생성기의 출력이 최적치 보다 적은 경우 자외선 생성기로부터 먼 거리에 위치한 부분의 오염 물질들은 충분한 양의 자외선이 조사되지 않으므로 충분히 산화되지 않은 채로 배출된다. 따라서, 최적 출력치 보다 높은 출력을 갖는 자외선 생성기를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 이 경우 반응기나 관로 벽 또는 이외의 먼 부분에 조사된 잉여 자외선은 반응기나 관로 내벽에 흡수되어 더 이상 산화 반응에 기여하지 못하고 소실된다. 따라서, 반응기 내벽이나 내부, 또는 유체 및 기체 관로 벽이나 내부를 자외선이 반사될 수 있도록처리하면, 자외선의 소실을 방지하여 액상, 기상의 오염 물질의 산화 효율을 높일 수 있다. 일 예로, 도 1의 수처리 장치 및 방법의 경우, 일차 및 이차 반응기 (110,130) 또는 유체 및 기체 관로(113,133)의 일부 또는 상당한 부분을 자외선 반사 물질로 제작하여 잉여 자외선이 다시 유체 및 기체 관로(113,133) 내부로 조사될 수 있다. 또한, 자외선 생성기(120,140)의 위치, 모양, 수량 또는 출력 등에 따라 반응기(110,130) 내부 또는 유관(113,133) 내부에 반사기를 설치하여, 자외선 조사량이 상대적으로 미약한 부분에 잉여 자외선을 조사할 수도 있다. 상기 반사기는 기존의 여러 가지 방법에 의하여 제작될 수 있다. 예를 들면, 반응기 내벽, 관로 벽 또는 반사기를 반사성이 강한 금속, 세라믹, 거울 등의 물질로 제작하거나, 반사성이 강한 금속 또는 세라믹 분말 등을 반응기 내벽, 관로 벽 또는 반사기에 도포할 수도 있다.
상술한 본 발명의 다양한 수처리 장치들의 각 구성 요소의 표면에 예를 들어산화티타늄(TiO2) 을 함유시킬 수도 있다. 산화티타늄은 광촉매로서, 자외선 생성기에서 생성되는 자외선이 조사될 경우 활성화되어 활성종을 생성하므로, 산화티타늄이 주입기, 배출기, 반응기, 관로 또는 배플 등에 함유될 경우 산화물 혼합물 또는 물 분자로부터 활성종을 생성하여 그 표면에 부착된 물질을 산화시킨다. 따라서, 상술한 본 발명의 다양한 수처리 장치들의 각 구성 요소에 산화티타늄을 도포하거나, 각 구성 요소들을 산화티타늄을 포함하는 물질로 제작하여 오염 물질의 산화 효율을 증대시킬 수도 있다. 일 예로, 반응기 내벽 또는 관로의 외벽이 산화티타늄을 함유하면, 오염 물질을 산화하여 그 축적 및 부착을 방지할 수 있다. 반사기가 산화티타늄을 함유하면 반사기의 표면에 침전물, 부착물, 수분 (이차 반응기의 경우) 등이 응집 또는 부착되더라도 특정 자외선 반사각을 유지하여 극대화된 자외선 반사 효율을 유지할 수 있다. 또한, 산화티타늄을 상기 다양한 주입기, 배출기, 반응기, 관로 또는 배플 등의 표면에 함유시킬 수도 있다.
본 발명의 자외선을 이용한 수처리 장치는 유체가 주입되는 관로와 기체를 기포 상태로 상기 관로 내부에 주입할 수 있는 기체 주입기를 갖는 반응기와, 상기 관로 내부에 자외선을 조사할 수 있는 자외선 생성기를 포함하되, 상기 기체 주입기는 상기 관로에 유체가 유입되었을 경우 상당한 부분의 상기 기포에 대한 자외선 투과도가 최소한 3% 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 상기 장치를 이용하여, 유체를 상기 반응기의 상기 유체 관로 내부에 주입하는 유체 주입 단계와, 상기 유체에 산화제 혼합물을 기포 상태로 주입하는 기포 주입 단계와, 상기 산화제 혼합물 기포의 상당한 부분의 자외선 투과도가 최소한 3 % 이상이 되도록 자외선을 조사하는 자외선 조사 단계로 구성되는 방법도 포함한다.
또한 본 발명의 자외선을 이용한 수처리 장치는 고형 물질 또는 부유 물질을 유체로부터 분리하는 분리기와, 상기 유체가 주입되는 관로 및 기체를 기포 상태로 상기 관로 내부에 주입할 수 있는 기체 주입기를 갖는 반응기와, 상기 관로 내부에 자외선을 조사할 수 있는 자외선 생성기를 포함하되, 상기 기체 주입기는 상기 관로에 유체가 유입되었을 경우 상당한 부분의 상기 기포에 대한 자외선 투과도가 최소한 3% 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 상기 장치를 이용하여 혼합물로부터 고형 물질 또는 부유 물질을 제거하여 유체를 분리하는 분리 단계와, 상기 유체에 산화물 혼합물을 기포 상태로 주입하는 주입 단계와, 상기 산화물 혼합물 기포에 자외선을 조사하여 활성종을 생성하여 상기 유체를 산화 처리하는 자외선 처리 단계로 구성되는 방법도 포함한다. 상기 방법에서, 오존을 산화물 혼합물로 이용하여, 산소 라디칼 및 하이드록실 라디칼 등의 활성종을 생성할 수도 있다.
또한, 본 발명의 자외선을 이용한 수처리 장치는 기존의 수처리 장치에 유체가 주입되는 관로 및 기체를 기포 상태로 상기 관로 내부에 주입할 수 있는 기체 주입기를 갖는 반응기와, 상기 관로 내부에 자외선을 조사할 수 있는 자외선 생성기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 상기 장치를 이용하여 상기 유체에 산화물 혼합물을 기포 상태로 주입하는 주입 단계와, 상기 산화물 혼합물 기포에 자외선을 조사하여 활성종을 생성하여 상기 유체를 산화 처리하는 자외선 처리 단계로 구성되는 방법도 포함한다. 상기 방법에서, 오존을 산화물 혼합물로 이용하여 산소 라디칼 및 하이드록실 라디칼 등의 활성종을 생성할 수도 있으며, 기존의 수처리 장치 및 방법으로는 혼합물로부터 고형물을 제거하여 유체를 분리하는 장치 및 방법, 혼합물로부터 부유 물질을 제거하여 유체를 분리하는 장치 및 방법, 혼합물로부터 고형물 및 부유 물질의 농도가 상대적으로 낮은 유체를 생성하는 장치 및 방법 등이 있다.
본 발명의 방법은 액상의 오염수를 그 종류에 관계없이 처리할 수 있으며 단독으로 사용될 수 있지만, 경우에 따라서 또는 필요에 따라서 기존의 다른 수처리장치 및 방법과 조합하여 사용할 수도 있다. 또한 본 발명의 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 장치 및 방법을 변형 또는 변경할 수 있으며, 이들 또한 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 상술한 본 발명의 장치 및 방법에 대한 실시예는 본 발명의 하나의 예일 뿐이며, 이에 의하여 본 발명의 장치 및 방법이 한정되지 않는다.
본 발명의 수처리 장치 및 방법을 사용할 경우 하술하는 다양한 이점을 구현할 수 있다. 본 발명의 특징중의 하나는 자외선 조사에 의하여 액상 및 기상의 오염 물질을 동시에 거의 완전 산화 및 분해시킬 수 있다는 것이다. 일 예로 일차 반응기에는 최적량 이상의 산화물 혼합물을 주입하여 충분한 양의 활성종을 생성함으로써 액상 오염물질을 거의 완전 산화시키고, 여기서 배출되는 기체상의 배출 물질 및 미반응 잔여 활성종을 높은 전환율을 가진 이차 반응기에서 자외선을 이용하여 산화 분해 처리한다. 따라서, 전체 처리 장치의 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 산화 효율이 극대화되어 오염 물질의 농도가 극히 낮은 유체 및 기체를 배출하게 된다. 따라서, 별도의 후속 처리 공정을 필요로 하지 않으므로, 기존의 수처리 기술에 비하여 경제적이다.
Claims (11)
- 유체 주입기, 유체 배출기, 유체 관로, 기체 주입기 및 기체 배출기를 갖는 일차 반응기와, 상기 일차 반응기의 상기 유체 관로 내부에 자외선을 조사할 수 있는 일차 자외선 생성기와, 상기 일차 반응기의 상기 기체 배출기를 통하여 배출되는 기체가 주입되며 기체 관로를 갖는 이차 반응기와, 상기 기체 관로 내부에 자외선을 조사할 수 있는 이차 자외선 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 일차 자외선 생성기와 상기 이차 자외선 생성기에서 출사되는 자외선의 파장 분포도가 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기체 주입기가 기포를 형성할 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 산화물 혼합물이 상기 기체 주입기에 주입되는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 산화물 혼합물이 산소, 오존과 과산화수소 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 일차 반응기는 상기 기체 배출구와 상기 기체 주입구를 연결하는 연결관이 포함된 구조인 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유체 관로의 구조, 상기 일차 자외선 생성기의 위치, 상기 기체 관로와 상기 이차 자외선 생성기의 위치 중 적어도 하나가 가변적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 장치.
- 자외선 및 두 개 이상의 반응기를 이용하는 수처리 방법에서, 유체를 일차 반응기에 주입하는 유체 주입 단계와, 상기 유체에 자외선을 조사하여 활성종을 생성함으로써 상기 유체를 산화 처리하는 유체 처리 단계와, 일차 반응기 내부의 기체를 이차 반응기에 주입하는 기체 주입 단계와, 상기 기체에 자외선을 조사하여 활성종을 생성함으로써 상기 기체를 산화 처리하는 기체 처리 단계로 구성됨을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 유체 처리 단계와 상기 기체 처리 단계에 동일하지 않은 파장 분포도를 갖는 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 방법.
- 제 8 항에 있어서, 산화물 혼합물을 기포의 형태로 상기 유체에 주입하는 산화물 주입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 기체 주입 단계에서 상기 일차 반응기 내부의 상기 기체의 적어도 일부분을 상기 산화물 혼합물과 혼합하는 것을 특징으로 하는 자외선을 이용한 수처리 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020000028579A KR20010107236A (ko) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 자외선을 이용한 수처리 장치 및 방법 |
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|---|---|
| KR20010107236A true KR20010107236A (ko) | 2001-12-07 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180064007A (ko) | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 주식회사 네오텍 | 하이브리드 수처리 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS55147192A (en) * | 1979-05-07 | 1980-11-15 | Mitsubishi Electric Corp | Treating method for water |
| JPH0957279A (ja) * | 1995-08-29 | 1997-03-04 | Iwasaki Electric Co Ltd | 水処理装置 |
| JPH11179349A (ja) * | 1997-12-24 | 1999-07-06 | Masamichi Kikuchi | 殺菌方法及び海水の殺菌製氷装置 |
| KR20010038517A (ko) * | 1999-10-26 | 2001-05-15 | 소덕순 | 오존과 자외선에 의한 살균 정수방법 및 살균 정수장치 |
-
2000
- 2000-05-26 KR KR1020000028579A patent/KR20010107236A/ko not_active Application Discontinuation
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