KR20020050428A - 광촉매 코팅 소재를 이용한 하천 및 호소에서의조류제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광촉매 코팅 소재를 이용한 하천 및 호소에서의 조류제거방법에 관한 것으로, 그 구성은

각종 판형 소재를 이산화티탄 졸에 침적시킨 다음 200∼400℃에서 1∼2시간동안 열처리하여 0.1∼0.2㎛의 이산화티탄 박막을 코팅시키고, 코팅된 판형소재 하부에는 부유체를 지지시켜 비중이 대략 1이 되도록 광촉매 코팅 소재를 제조한 다음, 제조된 판형소재를 조류를 제거하려는 하천이나 호소의 수면으로부터 50cm이내에 설치하여 조류를 제거하는 것을 특징으로 하는 하천 및 호소내 조류를 제거하는 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 이산화티탄 광촉매를 이용하여 하천이나 호소내에서 조류를 사멸시킴으로써 조류가 다량 번식하여 음용수 정수장 피해를 줄일 수 있으며, 각 가정에 보다 깨끗한 수돗물을 공급할 수 있다.

Description

광촉매 코팅 소재를 이용한 하천 및 호소에서의 조류제거방법{A REMOVAL METHOD OF ALGAE BY USING PHOTOCATALYST COATED PLATES IN RIVER AND LAKE}

본 발명은 광촉매 코팅 소재를 이용한 하천 및 호소에서의 조류제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하천이나 호소중에서 증식하는 조류를 효과적으로 사멸하기 위하여 이산화티탄 광촉매를 코팅한 판형 소재를 제조하고 이를 이용하여 하천 및 호소내의 조류를 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이산화티탄 광촉매는 도 1에 도시한 바와 같이 400nm 이하의 자외선을 조사하면 유기물을 분해할 수 있는 기능을 가지게 된다. 광촉매, 특히 이산화티탄 광촉매는 400nm이하의 짧은 파장을 가지는 햇빛 또는 자외선을 받으면 광촉매의 표면에 강력한 산화력을 가지는 OH 라디칼이 생성된다.

이들 라디칼은 산화력이 매우 강하여 물 혹은 공기 중의 유기물을 분해할 수 있다. 그 원리를 도 1을 참고로 하여 살펴보면, 이산화티탄의 밴드 갭 에너지보다 큰 에너지를 가지는 빛을 이산화티탄에 쬐어 주면 원자가띠(valence band)의 전자(e^-)가 전도띠(conduction band)로 여기되며 원자가띠에는 전자가 부족한 양공(hole)이 생성된다.

즉, 이산화티탄의 입자 표면에 있는 물이나 OH^-등과 양공이 반응하여 OH 라디칼을 생성하고, 이 라디칼이 흡착되어 있는 유기물을 산화시켜 CO₂와 HCl등의 무해 물질로 분해하게 된다.

한편, 호소나 하천에 발생하는 조류(algae)는 주로 봄, 가을에 대량 번식하여 강물을 이용하여 음용수를 정수시 여과지를 막히게 하거나 혹은 응집 및 침전효율을 저하시키고 냄새를 유발시킬 뿐만 아니라 염소살균처리단계에서 발암물질인 트리할로메탄을 생성하는 등 문제를 일으키게 된다.

즉, 녹조류가 수돗물을 만드는 원수에 발생하면 지오스민(Geosmin, 화학명:Trans-1,10-dimethyl-trans-9-decanol, 분자식 C₁₁H₂₀O)이 물질이 필연적으로 생기게 되며 이는 진흙 혹은 곰팡이 냄새가 나는 반휘발성 화학물질로서 수중 농도가 10ppt(참고로 1ppt는 1조분의 일이다)이상이면 인간의 후각으로 인식할 수 있으며 40ppt이상 존재시 사람으로 하여금 불쾌감을 일으키게 한다.

비록 이들 물질들의 인체에 대한 위해성의 증거는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만 일반인들로 하여금 맛과 냄새로 인한 고통을 주게되는 것은 사실이다. 또한 이들 물질들은 용존 상태에서 물고기나 수중 생물로의 흡수가 매우 빠르게 일어나기 때문에 생물조직에 있어서 무게비로 대략 0.6㎍/㎏보다 높게 존재하면 맛과 냄새에 있어서 문제점을 야기시킨다.

현재까지 공지기술로서 사용되고 있는 조류의 제거방법으로는 황산구리에 의한 살균방법이 대표적이나 약품비가 많이 들고 구리에 의한 수질오염이 야기되며 특히 약품 투입시점에서만 효과를 나타내는 단점이 있다.

이방법이외에 정수장에서는 응집제나 염소를 다량 투입하기도 하나 근본적인 대책이 되지는 못한다.

한편 조류의 성장에 필요한 영양물질의 공급을 차단하기 위하여 준설을 하거나 하천이나 호소의 바닥에 플라이 애쉬(fly ash)등으로 피복을 하기도 하고, 호소의 물을 대형 펌프를 사용하여 상하 강제 순환시키는 방법등도 사용될 수는 있으나 비용이 매우 적게 들며 상시적으로 적용가능한 방법이라고는 볼 수 없다. 따라서 비용이 적게 들고 단순 공정으로 조류를 효과적으로 사멸시킬 수 있는 기술의 개발이 매우 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 상기의 목적에 부합하도록 특별한 약품투입없이 햇빛만으로 하천이나 호소에서 조류의 대량 번식을 상기 예방할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 광촉매의 분해 반응을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명의 방법에 의해 제조된 광촉매를 이용하여 하천이나 호소에서의 조류제거를 위한 공정모식도, 및

도 3은 본 발명의 방법에 의해 광촉매가 코팅된 스테인레스강판을 사용한 경우의 조류 사멸효율을 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명*

1... 스티로폼 2... 광촉매 박막 3... 조류

본 발명에 의하면,

각종 판형 소재를 이산화티탄 졸에 침적시킨 다음 200∼400℃에서 1∼2시간동안 열처리하여 0.1∼0.2㎛의 이산화티탄 박막을 코팅시키고, 코팅된 판형소재 하부에는 부유체를 지지시켜 비중이 대략 1이 되도록 광촉매 코팅 소재를 제조한 다음, 제조된 판형소재를 조류를 제거하려는 하천이나 호소의 수면으로부터 50cm이내에 설치하여 조류를 제거하는 것을 특징으로 하는 하천 및 호소내 조류를 제거하는 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자는 특정 약품을 사용할 필요없이 햇빛 내지는 자외선만으로 조류를 효과적으로 사멸시킬 수 있는 광촉매를 코팅한 소재 제조 방법을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 도 2에서와 같이 하천이나 호소에 광촉매가 코팅된 판형 소재를 처리수에 띄우며, 이때 설치 깊이가 50cm보다 깊이 설치하면 햇빛의 투과가 줄어들어 조류를 효과적으로 사멸시키기가 어렵기 때문에 수면으로부터 50cm이내에 적재시키는 것이 좋다. 즉, 일반적으로 조류는 보통 수면아래 수십cm∼1m정도에서 떠다니며 살기 때문에 강판의 표면이 수면위에 있으면 조류를 사멸시키기가 어렵기 때문이다.

또한 이같이 특정 깊이범위내에 위치시키기 위해서는 이산화티탄 광촉매를 코팅하는 판형 소재 하부에 부유체를 장착하여 그 비중이 대략 1이 되도록 하는 것이 바람직하다.

이때 사용하는 판형 소재로는 이산화티탄 광촉매가 부착할 수 있다면 어떠한 소재라도 한정하는 것이 아니나 스테인레스 강판, 아연도금강판, 유리, 타일등이 보다 바람직하다.

그리고 상기 부유체로는 물에 뜰 수 있는 소재를 사용하면 특별히 한정하는 것은 아니며, 그 구체적인 예로는 스티로폼등 비중을 조절가능한 물질은 어떤 것이든 사용할 수 있다.

이같은 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판형소재를 적정 깊이에 대상위를 물이 순환하도록 함으로써 조류가 충분히 사멸되도록 한다. 또한 본 발명에서 처리하려는 조류는 특히 날씨가 맑은 날 많이 발생하므로 강우시나 흐릴 때 별도로 자외선을 조사할 필요는 없다는 특징이 있다.

상기 코팅방법은 졸-겔 방법에 의해 제조한다. 이들 졸-겔 방법을 이용하여 제조하는 방법에 대하여 예를 들어보면, 즉 이산화티탄 졸에 광촉매를 코팅할 소재를 침지후 꺼내어 상온에서 약1시간동안 건조한 후 200^oC∼400℃범위의 온도에서 1∼2시간 열처리하여 각종 소재를 제조하게 된다.

상기 건조시간은 상온에서 수분이 어느정도 증발된 후 열처리를 하여야 광촉매 코팅층의 균열이 발생하지 않게 되기 때문에 적용하는 것으로 대략 1시간정도 건조시키면 충분하다.

또한 상기 열처리 온도 200℃이하에서는 열처리공정에 장시간이 소요되므로 바람직하지 않으며, 400℃를 초과하면 불필요하게 에너지가 과량 소비될 뿐만 아니라 이산화티탄의 결정구조가 변하여 광촉매 기능이 떨어지게 되므로 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서, 광촉매의 판형 소재로의 코팅 두께는 0.1㎛∼0.2㎛ 정도인 것이 좋다. 즉, 0.1㎛이하로 얇게 코팅하기는 매우 어려우며, 0.2㎛이상이면 지오스민 처리효율이 비슷하기 때문에 상기 범위내인 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 이산화티탄 광촉매 코팅 소재를 조류를 사멸시키고자 하는 하천이나 호소에 특정 깊이내로 적재하고 햇빛을 투여함으로써 조류를 소멸시켜 번식을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한 날씨가 맑은 날 조류가 많이 번식한다는 생장 특성상 별도의 자외선을 조사할 필요는 없다는 것도 잇점이다.

또한 이같이 조류를 햇빛하에 광촉매시킴으로써 사멸시키며 결과적으로 살균 및 유기물 분해가 일어나게 되는 것으로, 따라서 살균을 위한 별도의 약품처리공정은 필요로 하지 않는다는 것또한 잇점인 것이다.

이하, 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하고자 한다.

<실시예 1>

본 실시예에서는 광촉매가 일정두께로 코팅된 강판을 제조하였다. 이같은 강판을 제조하기 위하여 졸-겔 방법을 사용하였다.

즉, 이산화티탄 졸에 광촉매를 코팅할 스테인레스 강판을 침지후 꺼내어 상온에서 약1시간동안 건조한 후 200^oC∼400^oC 범위의 온도에서 1∼2시간동안 열처리하여 0.1∼0.2㎛두께로 코팅된 소재를 제조하였다.

스티로폼을 강판의 면적과 동일한 크기로 절단한 다음 제조된 판형 소재의 하부에 부착시켜 조류 소멸용 시편을 제조하였다.

<실시예 2>

실시예 1에서 제조한 광촉매를 코팅한 스테인레스강판 100cm²를 사용하여 물속의 조류를 소멸하는 모의실험을 수행하였다.

취수장 인근에서 채취한 시료를 반응조에 담아 교반하면서 조류의 양을 나타내는 클로로필-α의 양을 일별로 측정하였다.

또한 일정기간동안 햇빛에 의해 조류가 성장하는 것과 동일한 조건을 유지하도록 광촉매를 코팅한 스테인레스 판형 소재를 첨가하지 않고 상온에서 자외선 램프를 조사하였다. 상기 자외선 램프는 햇빛 조사를 대체한 것으로 365nm의 자외선을 방출하는 램프를 사용하였으며, 그 자외선 세기는 여름철의 맑은 날 평균세기 수준인 1.0㎼정도로 조절하였다.

결과 측정된 클로로필-a의 양은 초기에는 매우 미량만이 존재하였으나, 9일후 25ppb까지 증가하였다.

9일째에 이산화티탄 광촉매가 코팅된 스테인레스 판형 소재를 수면으로부터 50cm깊이에 적재시킨 다음 조류의 농도변화를 일별로 분석하고, 그 결과를 도 3에 도시하였다.

도 3에서 보듯이, 9일후 25ppb까지 증가했던 클로로필-a의 양은 이산화티탄 광촉매로 코팅된 스테인레스 시편을 넣은지 4일만에 완전히 사멸됨을 확인할 수 있었다.

결과적으로 본 발명의 방법은 폐기물인 스테인레스 강판이나 아연도금강판에 적정 두께의 이산화티탄 광촉매를 접촉시키고, 적절 위치에 이들을 적재함으로써 조류의 다량 번식을 효과적으로 방지할 수 있어 결과적으로 정수조에서의 정수처리를 줄일 수 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 조류가 다량으로 번식하는 경우에 매우 경제적인 방법으로 조류를 취수지에서 미리 소멸시킴으로써 정수처리 효율을 개선시킬 뿐만 아니라 각 가정에 보다 깨끗한 수돗물을 공급할 수 있다.

Claims (3)

1. 각종 판형 소재를 이산화티탄 졸에 침적시킨 다음 200∼400℃에서 1∼2시간동안 열처리하여 0.1∼0.2㎛의 이산화티탄 박막을 코팅시키고, 코팅된 판형소재 하부에는 부유체를 지지시켜 비중이 대략 1이 되도록 광촉매 코팅 소재를 제조한 다음, 제조된 판형소재를 조류를 제거하려는 하천이나 호소의 수면으로부터 50cm이내에 설치하여 조류를 제거하는 것을 특징으로 하는 하천 및 호소내 조류제거방법
2. 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄 광촉매를 코팅할 판형 소재로는 스테인레스 강판, 아연도금강판, 유리, 타일로부터 선택된 판형 소재를 사용함을 특징으로 하는 방법
3. 제1항에 있어서, 상기 부유체로는 스티로폼을 사용함을 특징으로 하는 방법