KR20020035432A - 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

오염공기 처리방법은 필터를 사용하여 먼지입자를 제거하는 전처리 단계와;오존발생 UV 램프와 TiO₂계 광촉매를 사용하여 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화반응처리하는 단계와; 잔류 오존을 제거하는 후처리단계로 구성된다.

그리고, 오염공기 처리장치는 오염공기의 유입구와; 내부에 필터를 구비하여 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와; 오존발생 UV램프와 TiO₂계 광촉매를 구비하여 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화반응 처리하기 위한 광산화반응 챔버와; MnO₂를 함유한 오존반응촉매가 충진된 오존제거수단을 구비하여 잔류 오존을 제거하기 위한 후처리 챔버 및 배기구를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 오염공기 처리방법 또는 장치에 의하여 산업 및 상업시설에서 발생되는 유해물질을 함유한 오염공기를 효과적이고, 경제적으로 처리할 수 있다.

Description

오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리방법 및 장치{Method and apparatus for eliminating the stench and volatile organic compounds in the polluted air}

본 발명은 오염된 공기에서 악취를 제거하고 휘발성 유기물질을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TiO₂계 광촉매를 사용한 광산화 (photo-oxidation)반응 및 오존발생 UV-lamp에 의한 오존산화 반응을 통하여 오염된 공기를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 다양한 산업시설 또는 음식점등과 같은 상업용 시설에서 배기되는 공기는 악취가 심하고, 인체 및 자연환경에 유해한 휘발성 유기물질(VOC)을 다량 포함하고 있다. 따라서, 이러한 오염된 공기는 유해물질을 처리할 수 있는 장치를 통하여 악취를 제거하고, 유해한 휘발성 유기물질을 무해하게 처리한 후 대기중으로 배기되어야 한다.

종래의 오염공기 처리장치들은 활성탄에 의한 흡착방법이나 산화흡착방법을 사용하여 왔으나, 이러한 방법에 의하는 장치들은 규모가 대형화되고, 소요 비용이높으며, 또한 그 처리결과도 만족스럽지 못하였다.

이에, 독일의 "바이오클라이메틱(Bio Climatic)"사에서는 오존산화와 UV 광산화반응을 이용하여 오염된 공기중에서 악취를 제거하고 휘발성 유기물질을 처리하는 장치를 개발하였는데, 도 1은 상기 독일사의 오염공기 처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 그 구성을 살펴보면 오염공기의 유입구(1)와, 필터(3)를 구비하여 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버(5)와; 오존발생 UV램프(7)가 공기 흐름방향을 가로질러 설치되어 상기 전처리 챔버(5)를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화반응 처리하는 광산화반응 챔버(9)와; 탄소가 충진된 흡착수단(11)을 구비하여 상기 광산화반응 챔버(9)를 통과한 공기중에서 미처리된 물질들을 흡착처리하기 위한 흡착 챔버(13) 및 배기구(15)를 포함하고 있다.

즉, 상기한 오염공기 처리장치에서는 오염된 공기가 전처리 챔버(5)를 거치면서 먼지입자가 걸러지고, 광산화반응 챔버(9)를 거치면서 악취와 휘발성 유기화합물이 분해 및 산화되며, 흡착 챔버(13)를 거치면서 잔존유해물질이 흡착 처리된 후 배기된다.

그러나, 상기 처리장치에서와 같이 UV램프만을 사용하는 광산화반응 및 오존산화반응에 의해서는 악취나 휘발성 유기 물질의 처리 효율이 약 8 내지 9%에 지나지 않는다. 따라서, 부득이 상기 오염공기 처리장치에서도 광산화 및 오존산화반응에서 처리되지 못한 대부분의 잔존유해물질을 제거하기 위하여 흡착 챔버(13)를 구비하여 탄소흡착처리를 하도록 구성되어 있는 것이다. 이는 기존의 방법을 답습하고 있는 것으로 사용상 편리하지 못하고, 처리효율도 떨어지며, 또한 이러한 탄소흡착처리를 위한 흡착수단(11)은 2 내지 3개월 단위로 교체해 주어야 하는 등, 그 유지 및 보수 비용을 크게 상승시키는 요인이 되었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 광촉매를 사용하여 광산화 및 오존산화반응의 효율을 극대화할 수 있는 오염공기 처리방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광산화 및 오존산화반응에서의 악취와 휘발성 유기 물질 처리 효율을 향상시켜 이후의 탄소흡착처리가 요구되지 않는 오염공기 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광산화 및 오존산화반응 처리후 잔류하는 오존을 효과적으로 처리할 수 있는 오염공기 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 오염공기 중의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,

도 3은 도 2의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치의 광촉매반응 챔버의 사시도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,

도 5는 도 4의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치의 후처리 챔버의 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

51, 151: 유입구 53a,53b,153a,153b: 필터

55, 155: 전처리 챔버 57, 157: 오존발생 UV 램프

58, 158: 셀 59, 159: 광촉매반응 챔버

61, 161: 오존제거수단 63, 163: 후처리챔버

65, 165: 공기 배출구

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질를 처리하는 방법은 필터를 사용하여 오염된 공기중의 먼지 및 미세 먼지입자를 제거하는 전처리 단계와; 오존발생 UV 램프와 TiO₂계 광촉매를 사용하여 오염공기의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화반응 처리하는단계와; 상기 광산화 및 오존산화반응 처리후 잔류하는 오존을 촉매를 사용하여 제거하는 후처리 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 오염공기 처리장치는 오염공기가 유입되는 유입구와; 상기 유입구의 일단에 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지 및 미세 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와; 상기 전처리 챔버의 출구 단부에 연결되며, 그 내부에는 오존발생 UV램프가 구비되고 TiO₂계 광촉매가 도포되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하기 위한 광산화반응 챔버와; 상기 광산화반응 챔버의 출구 단부에 연결되고 오존반응촉매가 함유된 오존제거수단을 구비하여 상기 광산화반응 챔버를 통과한 공기에 함유된 잔류 오존을 제거하기 위한 후처리 챔버와; 상기 후처리 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성된다.

상기 광산화반응 챔버 내부에는 복수개의 오존발생 UV램프가 공기의 흐름방향을 따라 설치될 수 있는데, 특히 상기 광산화반응 챔버의 내부에 오염공기가 흐르는 방향으로 복수의 셀을 형성하고, 상기 각각의 셀 내부에는 상기 오존발생 UV램프가 길이방향으로 설치되며, 각각의 셀 내면에는 상기 TiO₂계 광촉매가 코팅되도록 구성되는 것이 효과적이다.

상기 후처리 챔버의 오존제거수단은 비스듬히 배열되는 하나 이상의 플레이트로 구성되는 트레이형으로 형성될 수 있으며, 또는 내부를 가로지르는 가로 또는세로 방향의 복수의 칸막이를 구비하는 하니콤형으로 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 전처리 챔버의 내부에 구비되는 상기 필터는 오염된 공기중의 먼지입자를 걸러주기 위한 제 1 필터와 미세 먼지 입자를 걸러주기 위한 제 2 필터로 구성될 수 있다.

또한, 상기 오존반응촉매는 MnO₂를 포함하는 것이 바람직하나 이에 제한을 두는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질 처리장치를 도시한 개략적 단면도이다. 그 구성을 자세히 살펴보면, 오염공기가 유입되는 유입구(51)의 일단에 전처리 챔버(55)가 연결되고, 이 전처리 챔버(55)의 내부에는 공기의 흐름방향을 가로질러 필터(53a,53b)가 구비되어 있어, 유입구(51)를 통하여 유입된 오염공기가 이 필터(53a,53b)를 거치면서 먼지입자가 걸러지게 된다. 이때 상기 필터는 도시된 바와 같이 이중구조로 형성될 수 있는데, 제 1 필터(53a)는 통상 크기의 먼지를 걸러줄 수 있는 통상의 필터 입자를 갖도록 형성되고, 제 2 필터(53b)는 이보다 미세한 먼지를 걸러줄 수 있도록 제 1 필터(53a)보다 미세한 필터입자를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 화학처리 이전에 물리적인 정화효율을 향상시키게 된다.

상기 전처리 챔버(55)의 출구 단부에는 광산화반응 챔버(59)가 연결되는데,이 광산화반응 챔버(59) 내부에는 오존발생 UV램프(57)가 구비되고 TiO₂계 광촉매(도시되지 않음)가 도포되어, 상기 전처리 챔버(55)를 통과한 오염공기 중 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화 반응처리하게 된다. 이때 UV램프에 의하여 일어나는 광산화반응은 TiO₂계 광촉매의 작용으로 그 반응효율이 10배 이상 향상된다.

즉, 이러한 광산화반응 및 오존산화 반응에 의하여 휘발성 유기물질(VOC)과 악취물질등은 산화 분해되어 유기물질이 아닌 무해한 산소,이산화탄소 또는 물로 변환 된다.

이때, 상기 오존발생 UV램프(57)는 공기의 흐름방향을 따라 설치되는 것이 바람직한데, 이러한 구조는 공기의 흐름중 자외선등의 램프에서 발생되는 반응 성분과의 접촉을 더 지속시켜 반응 효율을 향상시키고, 상대적으로 더 짧은 시간에 더 많은 양의 오염공기를 정화처리할 수 있는 잇점이 있다. 특히, 이러한 반응 효율을 향상시키기 위하여 광산화반응 챔버는 도 3에 도시된 바와 같이 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 광산화반응 챔버(59)의 내부에 오염공기가 흐르는 방향으로 복수의 셀(58)을 형성하고, 상기 각각의 셀(58)의 내부에는 상기 오존발생 UV램프(57)가 길이방향으로 설치되며, 각각의 셀(58) 내면에 상기 TiO₂계 광촉매가 코팅되도록 구성된다. 이러한 구성은 장치의 규모를 줄이면서도 처리 효율을 향상시킬 수 있어 본 발명의 장치를 산업용의 대용량 오염공기 처리과정은 물론 음식점등의 소용량 오염공기 처리과정에도 다양하게 적용할 수 있도록 해준다.

또한, 상기 광산화반응 챔버(59)에서 TiO₂계 광촉매가 코팅되는 면은 접촉면적을 넓게 할 수 있도록 엠보싱처리하거나 다양한 형상의 돌기를 형성할 수도 있다.

상기 광산화반응 챔버(59)의 출구 단부에는 후처리 챔버(63,도 2 참조)가 연결되는데, 이 후처리 챔버(63)의 내부에는 MnO₂가 함유된 오존반응촉매가 충진된 오존제거수단(61)이 구비된다. 본 실시예에서 상기 오존제거수단은 비스듬히 배열되는 하나 이상의 플레이트(61)로 구성되는 트레이형으로 형성되어 있다.

즉, 상기 광산화반응 챔버(59)를 통과한 공기에는 반응하지 않은 오존 성분이 남아있게 되는데, 이러한 잔류 오존은 이 후처리 챔버에서 오존반응 촉매와 반응하여 산소로 변환된다. 아래의 화학식은 그 예로써 오존반응촉매, 이산화 망간(MnO₂)에 의한 반응을 나타낸 것이다.

2MnO₂+5O₃→Mn₂O₇+ 6O₂

상기 후처리 챔버(63)의 출구 단부에는 공기 배출구(65)가 연결되어 정화처리된 공기를 대기중으로 배출해 주게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로, 후처리 챔버(163)의 오존제거수단(161)이 하니콤형으로 형성되어 있다. 즉, 도 5의 측단면도에 도시된 바와 같이 내부를 가로지르는 가로 또는 세로방향의 복수의 칸막이(161a)를 구비하도록 형성되는 것이다. 이러한 구성은 상기 제 1 실시예의 트레이형에 비하여 생산비용이 증가하고, 내구력이 약한 단점이 있으나, 구동중 시스템 안전성이 높고 처리효율을 향상시킬 수 있어 용도에 따라 유리할 수 있다.

다른 구성부분에 대하여는 제 1 실시예와 대응 참조부호를 사용하였으므로 그 상세한 설명을 생략한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질 처리장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 유입구(51)를 통하여 유입된 공기는 전처리 챔버(55)에서 필터(53a,53b)를 거치면서 먼지입자 및 미세 먼지입자가 물리적으로 걸러진 후, 광산화반응 챔버(59)를 거치면서 악취 및 휘발성 유기물질(VOC)이 자외선과 산소계활성종 및 산소계이온과의 광산화 및 오존산화반응에 의하여 분해되는데, 이때 각각의 셀 내부에 코팅된 TiO₂계 광촉매의 작용에 의하여 광산화반응의 효율이 향상되어 유기물질은 거의 무해한 이산화탄소와 물로 변환된다.

이와 같은 광산화반응 챔버(59)에서의 TiO₂계 광촉매를 이용한 유기물질의 무해물질로의 분해효율은 종래 기술에 의한 광산화반응 챔버(59)에서보다 상당히 향상된 것을 확인할 수 있는데, 성능 시험 결과(자동차 분체 도장 및 건조, 코팅 광택 처리에서 발생되는 배출 기류의 경우)에 의하면(광산화반응 챔버 통과후) 종래의 장치에서는 유입된 전체 휘발성 유기물질의 7~8% 정도만 처리되었으나, 본 발명에 따른 장치에서는 80% 이상이 처리되었고, 악취도 90%이상 제거된 것을 확인할수 있었다.

이와 같이 본 발명의 장치에서는 광산화반응 챔버(59)에서 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기 물질이 거의 무해한 물질로 분해되기 때문에 종래기술에 의한 장치에서 요구되었던 흡착챔버가 필요하지 않고, 따라서 유지 보수가 편리하고 비용도 감소한다.

또한, 본 발명의 장치에서는 광산화반응 챔버(59)의 출구 단부에 오존제거수단을 구비한 후처리 챔버가 연결되어 있으므로, 광산화반응 챔버(59)를 거친 공기는 상기 후처리 챔버(63)에서 오존반응촉매에 의하여 잔류 오존이 제거된 후 배기된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 오염공기 처리방법 및 장치는 오존발생 UV램프에 의한 광산화반응 및 오존산화반응 과정에서 TiO₂계 광촉매를 사용하여 유기물질의 무해한 물질로의 변환 효율을 상당량 향상시킴으로써 탄소흡착과정 없이 오염공기를 처리하게 된다. 이러한 구성은 장치의 악취 및 휘발성 유기 물질 처리 효율을 향상시킴은 물론 유지보수를 용이하게 하고 비용도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 오염공기 처리 장치는 광산화반응 챔버의 내부에 공기 흐름방향의 셀을 형성하고, 각 셀의 내부에 오존발생 UV램프를 배열하여 장치의 규모를 줄이면서도 처리 효율을 향상시킬 수 있어 산업용의 대용량 오염공기 처리과정에서부터 음식점등의 소용량 오염공기 처리과정에까지 다양하게 적용할 수 있는 잇점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위의 기재 범위 내에 있게 된다.

Claims (9)

1. 필터를 사용하여 오염공기의 먼지입자를 제거하는 전처리 단계와;

   오존발생 UV 램프와 TiO₂계 광촉매를 사용하여 오염공기의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하는 단계와;

   상기 오존을 사용한 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 산화반응 처리 후 잔류하는 오존을 오존반응촉매와 반응시켜 제거하는 후처리단계를 포함하여 구성되는 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질(VOC) 처리방법.
2. 오염공기 유입구와;

   상기 유입구의 일단에 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와;

   상기 전처리 챔버의 출구 단부에 연결되고 내부에 오존발생 UV램프와 TiO₂계 광촉매를 구비하여 상기 전처리 챔버를 통과한 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하기 위한 광산화반응 챔버와;

   상기 광산화반응 챔버의 출구 단부에 연결되고 오존반응촉매가 충진된 오존제거수단을 구비하여 상기 광산화반응 챔버를 통과한 공기에 함유된 잔류 오존을 제거하기 위한 후처리 챔버와;

   상기 후처리 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성되는것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 광산화반응 챔버 내부의 복수의 오존발생 UV램프는 공기의 흐름방향을 따라 길이로 설치되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 광산화반응 챔버는 그 내부에 오염공기가 흐르는 방향으로 복수의 셀이 형성되고, 상기 각각의 셀의 내부에는 상기 오존발생 UV램프가 길이방향으로 설치되며, 각각의 셀 내면에 상기 TiO₂계 광촉매가 도포되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
5. 제 4 항에 있어서, TiO₂계 광촉매가 도포되는 상기 각각의 셀 내면은 접촉면적을 확대할 수 있도록 엠보싱처리된 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
6. 제 2항에 있어서, 상기 후처리 챔버의 오존제거수단은 비스듬히 배열되는 하나 이상의 플레이트로 구성되는 트레이형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 후처리 챔버의 오존제거수단은 복수의 셀을 형상하도록 내부를 가로지르는 복수의 칸막이를 구비하는 하니콤형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
8. 제 2항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리 챔버의 내부에 구비되는 상기 필터는 오염공기중 먼지를 걸러주기 위한 제 1 필터와 미세 먼지를 걸러주기 위하여 미세입자를 가지는 제 2 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
9. 제 2항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오존반응촉매는 MnO₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.