KR200381675Y1 - 오존등과 광촉매를 이용한 수처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은, 광촉매(이산화티타늄)가 지지체에 코팅된 고정화 광촉매를 수중에서 순환시켜 고정화 광촉매 표면에 담지된 광촉매가 수중에서 광원(오존 등)과 접촉하여 생물학적으로 분해하기 어려운 유기물질을 분해시키는 수처리장치에 관한 것으로써, 기존 분말형 광촉매를 이용하는 반응기의 문제점인 광촉매 회수가 필요 없고, 반응기를 2 부분으로 나누어 상승부 하부에 설치된 산기관에서 분출되는 공기 기포에 의해 부상된 고정화 광촉매가 하강부로 하강하면서 하강부에 설치된 광원(오존 등)과 접촉시 공기 기포에 의한 광과의 접촉 방해현상을 일으키지 않아 처리율을 높일 수 있다.
또한 광원으로는 살균선(253.7 nm)의 출력은 일반 살균용 UV-C 등과 동일하나 UV-C 등과는 달리 오존을 발생시키는 184.9 nm의 자외선도 방출하는 오존발생 UV 등(오존 등)을 이용하기 때문에 오존발생장치를 사용하지 않고도 오존 등에 의해 발생하는 오존에 의한 유기물질 처리율을 높일 수 있는 장치에 관한 것이다.
Description
본 고안은, 광촉매(이산화티타늄)가 지지체에 코팅된 고정화 광촉매를 수중에서 공기에 의하여 순환시켜 수중의 오존 등에서 발생하는 오존과 UV-C광에 의해 수중의 오염물질을 정화하는 오존 등과 광촉매를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.
최근에 많이 연구되고 있는 고급산화법(Advanced Oxidation Process: AOP)은 기존 공정에서 주로 산화제로 이용되는 염소, 이산화염소, 과망간산칼륨 등과는 달리 유기물과의 반응속도 상수가 빠르며 거의 모든 유기물과 반응하는 OH 라디칼을 수중에서 발생하여 유기오염물질을 이산화탄소와 물 등의 무기물로 산화처리하는 수처리 기술이다.
이런 고급산화법은 기존 공정에 비하여 처리에 따른 2차 오염이 없으며 넓은 범위의 유기화합물을 처리할 수 있는 장점이 있어 기존 유기물 처리 공정의 대안으로서 많은 연구가 이루어지고 있다.
현재 수처리에 이용되고 있는 고급산화법에는 오존이나 과산화수소수에 UV를 조사하는 방법, 철염(Ⅱ)과 과산화수소를 사용하는 fenton 산화법 그리고 TiO2 등 반도체 금속산화물과 UV를 이용하는 광촉매산화 기술 등이 있다.
고급산화법 중에서 UV/TiO2 공정은 광촉매로서 반도체인 TiO2에 가시광선영역과 근접한 자외선(near UV)의 조사로 높은 산화력을 얻을 수 있고, 독성이 없고, 가격이 저렴하기 때문에 안료를 포함하는 폐수의 산화기술로 연구되고 있다.
또한 UV/광촉매(TiO2) 공정의 반응속도를 증가시키기 위한 방법으로서 UV/광촉매(TiO2) 공정에 강한 산화제인 오존을 첨가하는 공정이 수질과 대기분야에서 연구되고 있다. 그러나 이들 연구는 모두 오존 발생장치를 통해 발생하는 오존을 UV/광촉매(TiO2) 공정에 추가 첨가하여 처리율을 증가시키고 있어 처리율은 증가되지만 실제 공정에 적용시 오존발생장치와 유지비가 추가되어야 하는 문제점이 발생한다.
또한 UV/광촉매(TiO2) 공정 중 광촉매를 지지체에 고정한 고정화 광촉매 반응기의 성능을 높이기 위하여 고정화 광촉매를 공기를 이용하여 유동 및 순환시키는 유동화 수처리장치가 연구되었다. 이러한 유동층 반응기는 반응기 내부의 고정화 광촉매를 유동시키기 위하여 UV광원이 있는 부분에 산기관을 이용하여 공기를 유입시켜 유동시키거나(대한민국 등록실용신안공보 20-0249122 참조), 상승부와 하강부 2부분으로 나누고 상승부에 UV광원을 위치시켜 고정화 광촉매를 순환시키는 방법을 사용하고 있다.(대한민국 등록실용신안공보 20-0307163 참조)
이러한 유동층 반응기들은 고정화 광촉매의 유동과 순환에 필요한 공기 기포가 UV광원의 UV광과 직접 접촉하기 때문에 처리율을 높이고자 공기 유량을 다량 주입하여 고정화 광촉매의 유동이나 순환속도를 높일 경우 공기 기포가 UV광과 고정화 광촉매와의 접촉을 방해하여 처리율이 더 이상 증가하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 고안의 목적은 상기의 문제점들을 해결하고자, 오존발생장치를 이용하지 않고 살균선 (253.7 nm)의 출력은 일반 살균용 UV-C 등과 동일하나 UV-C 등과는 달리 오존을 발생시키는 184.9 nm의 자외선도 발생되는 오존 등(살균선 253.7nm 출력을 100%로 보았을 때 184.9 nm 출력이 17 - 18% 발생)을 광원으로 사용하고, 광촉매 반응기를 칸막이에 의해 상승부와 하강부 2 단계로 나누고 상승부에 산기관을 설치하여 산기관을 통하여 분출되는 공기 기포에 의해 고정화 광촉매를 상승시키고 공기 기포에 의해 상승한 고정화 광촉매가 오존 등이 설치된 하강부로 하강하면서 오존 등에서 발생하는 UV광과 오존에 의해 수중의 오염물질이 분해되어 수중의 오염물질 처리효율을 증대시킬 수 있고, 광촉매 반응기 상부를 밀폐하고 광촉매 반응기를 밀폐하여 공기 중으로 배출되는 미량의 오존함유 공기를 순환시켜 폐수저장조에 유입시켜 배오존을 처리함과 동시에 폐수저장조에 유입된 배오존이 폐수 중의 오염물질을 산화시키도록 하는 배오존을 활용한 오존 등과 광촉매를 이용한 수처리장치를 제공하는 데 있다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 오존 등과 광촉매를 이용한 수처리 장치의 개요도이다.
도 1에 도시된 바와 같이,
오존 등과 광촉매를 이용한 수처리 장치는 크게, 광촉매 반응기(1), 고정화 광촉매(11), 오존 등(31), 칸막이(5), 폐수저장조(29), 공기순환용 에어펌프(25), 덮개(13) 등으로 구성되어 있다.
광촉매(이산화티탄)가 지지체에 코팅된 고정화 광촉매(11)를 광촉매 반응기(1)에 적당량, 바람직하게는 5 - 30% 충전하고, 광촉매 반응기(1) 하부에 폐수저장조(29)에 저장된 폐수를 정량펌프(23)로 일정하게 유입시킨다. 고정화 광촉매(11)의 순환은 폐수저장조(29) 수면 위의 공기 층에서 공기공급용 에어펌프(17)을 통하여 운송된 공기를 공기 유량조절기(19)로 유량을 조절한 뒤, 산기관(21)을 통하여 광촉매 반응기(1) 내부에 칸막이(5)에 의하여 두 부분으로 나누어진 상승부(3)와 하강부(7) 중 상승부(3) 하부에서 공급한다. 공급된 공기에 의하여 고정화 광촉매(1)는 물과 함께 상승부(3) 하부에서 상승하여 하강부(7)로 넘어가서 고정화 광촉매와 물 순환흐름(33) 방향으로 순환하지만, 공기 기포(35)는 상승부(5) 상부로 방출되고 하강부(7)로 유입되지 않으며, 하강부(7)로 순환된 수중의 오염물질은 오존 등(31)에 의해 방출되는 살균선 (253.7 nm)과 오존을 발생시키는 184.9 nm의 출력에 의해 발생되는 오존에 의해 처리되며, 하강부(7) 하부 측면의 망(9)에서 고정화 광촉매를 배제한 처리수가 유출구(15)를 통하여 유출된다. 이때 칸막이(5)의 높이는 유출구(15)보다 1 - 2 cm 낮게 설치한다.
하강부(7)에 존재하는 오존 등(31)에 의하여 발생한 오존이 수중의 오염물질과 반응하고 미반응한 수중의 오존은 고정화 광촉매와 물의 순환에 의하여 상승부(3)으로 유입되어 상승부(3)에서 오염물질이 부수적으로 처리된다.
또한 하강부(7)에서 발생하여 공기 기포(35)와 함께 광촉매 반응기(1) 수면 위로 상승한 미량의 오존함유 공기는 광촉매 반응기(1)의 밀폐를 위해 설치한 덮개(13)에 장착된 공기 반송용 관(27)과 공기순환용 에어펌프(25)를 통하여 폐수저장조 덮개(37)로 밀폐된 페수저장조(29)에 부착된 오존함유 공기용 산기관(39)를 통하여 오존함유 공기가 폐수저장조(29)내의 폐수에 폭기되며, 소량의 오존이 함유된 공기로 폭기된 폐수는 정량펌프(23)를 통하여 광촉매 반응기(1) 하부로 다시 유입된다. 이때 광촉매 반응기(1)와 폐수저장조(29) 내의 공기압은 밸브(41)와 압력계(43)을 설치하여 광촉매 반응기(1)와 페수저장조(29) 내부의 압력이 0.95기압 이하이거나 1.05기압 이상일 때 밸브(41)를 조작하여 압력을 조절한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 고안은 광촉매 반응기를 두 부분으로 나누어 상승부는 산기관을 설치하여 고정화 광촉매의 순환에 필요한 공기를 유입시켜 고정화 광촉매가 상승하고 오존 등을 장착한 하강부에서는 고정화 광촉매가 하강하면서 오존 등에서 발생하는 살균선과 오존에 의해 오염물질이 처리되며, 공기 기포가 하강부에 유입되지 않아 공기 기포가 오존 등에서 방출된 살균선 및 오존과 고정화 광촉매와의 접촉을 방해하지 않기 때문에 처리율 저하가 일어나지 않는다. 또한 종래의 살균선(253.7 nm)만 출력하는 UV-C 등 대신 살균선과 오존을 발생시키는 184.9 nm의 출력도 동시에 발생시키는 오존 등을 사용하여 살균선과 오존의 동시 처리에 의해 처리율을 높일 수 있다.
또한 광촉매 반응기 내부에서 발생하는 미량의 배오존은 밀폐된 반응기 시스템을 통하여 재순환하여 배오존 처리장치가 필요 없다.
도 1은 오존등과 광촉매를 이용한 수처리 장치의 개요도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광촉매 반응기 3 : 상승부
5 : 칸막이 7 : 하강부
9 : 망 11 : 고정화 광촉매
13 : 덮개 15 : 유출구
17 : 공기공급용 에어펌프 19 : 공기 유량조절기
21 : 산기관 23 : 정량펌프
25 : 공기순환용 에어펌프 27 : 공기 반송용 관
29 : 폐수저장조 31 : 오존 등
33 : 고정화 광촉매와 물 순환흐름 35 : 공기 기포
37 : 폐수저장조 덮개 39 : 오존함유 공기용 산기관
41 : 밸브 43 : 압력계
Claims (2)
- 고정화 광촉매를 순환시켜 오염물질을 처리하는 광촉매 수처리 장치에 있어서,밀폐된 폐수저장조에서 정량펌프로 오염물질이 함유된 물을, 공기공급용 에어펌프로 폐수저장조 수면 위 공기 층의 공기를 고정화 광촉매가 충전된 광촉매 반응기 하부로 유입시켜 광촉매 반응기 내부의 오존 등과 고정화 광촉매에 의하여 수중의 오염물질이 제거되고, 밀폐된 광촉매 반응기의 상승부에서 상승한 오존함유 공기를 공기 반송용 관과 공기순환용 에어펌프를 통하여 폐수저장조 덮개에 의해 밀폐된 폐수저장조로 유입시켜 오존함유 공기를 폐수저장조 내의 폐수에 재폭기시키는 것을 특징으로 하는 광촉매 반응기.
- 제 1항에 있어서,고정화 광촉매를 충전한 광촉매 반응기 중간에 칸막이를 설치하여 고정화 광촉매 순환을 위한 산기관을 설치한 상승부와 오존 등을 설치한 하강부의 2 부분으로 나누고 상승부에서는 산기관에서 배출되는 공기 기포에 의해 고정화 광촉매와 물이 상승하여 공기 기포는 상승부 위의 광촉매 반응기 공기 층으로 배출되고 하강부에서는 고정화 광촉매와 물만 하강하여 오존 등에서 발생하는 살균선과 오존에 의해 수중의 오염물질이 제거되며 상승부에서 발생한 공기 기포가 하강부로 유입되지 않아 오존 등의 살균선과 오존과 공기 기포의 접촉을 막은 것을 특징으로 하는 광촉매 반응기.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| REGI | Registration of establishment | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |