KR20190022739A - 오수 처리 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로 환경보호 기술분야에 속하며, 구체적으로 오수 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 고계조도의 강한 자기장의 작용을 이용하여 상자성 금속사를 특정 규격의 체인망 구조로 만들어 고계조도 자기장의 특정 위치에 안착시키는 것을 통해 자성 물질을 3차원 망홀에 빠르게 포획할 수 있고, 공압 장치를 통해 블로링, 진공 흡입, 사이클로 고체기체 분리 시스템을 통해 자성 흡착 재료를 재사용할 수 있다. 아울러, 효과적으로 흡착된 퀀텀 카본 자성 물질 및 더 넓은 스펙트럼 도메인을 구비하는 광원 작용하에서의 촉매 반응을 진행하는 광반응 물질을 제공하며, 광반응 물질은 특정 사이즈의 입자 형태를 구비하고 중력에 의해 자연적으로 떨어져 분리되기에 연속적인 고속 작업 시스템을 구현할 수 있다.

Description

오수 처리 방법 및 시스템
본 발명은 물 처리 방법 및 시스템에 관한 것으로 환경보호 기술분야에 속하며, 구체적으로 오수 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.
폐수에 함유된 중금속은 환경과 인체 건강에 대한 위해가 크고 지속 시간이 길다. 처리를 거치지 않은 폐기물이 토양에 대량으로 전이되고 자연적인 요인의 작용으로 토양 환경에 모이고 잔류하게 된다. 토양의 주요한 오염은 중금속 오염이고, 그중에서도 카드뮴, 수은, 납, 비소 오염이 심하며, 폐수 중에 함유된 크롬(Cr), 비소(As), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 니켈(Ni) 등 중금속 이온은 분해가 어렵고 비가역적이며 독성이 크고 생물에 농축되기 쉬운 등 특징이 있고, 미량으로도 독성 효과를 발생할 수 있어서 위해가 아주 크다.
오염수에 대한 기존의 처리 방법은, 화학 침전, 이온 교환, 흡착, 막분리, 산화환원, 전기분해 및 추출 등이 있으나 이러한 방법은 수온, pH값, 수질 등 요소의 영향을 크게 받고 일부 가용 물질의 제거율이 낮으며 2차 오염 가능성이 있다. 토양 유기물 및 중금속 처리 복원에 대해서는 이미 많은 기술이 있는 바, 통상적으로 물리화학적 방법, 식물 복원법, 미생물 복원법, 토양 세척 후 다시 메우기(backfill) 등 기술을 포함한다. 현재 토양의 복원 공정에서 비교적 보급된 방법으로는 토양 중의 오염물을 세척하여 세척수에 회수하고 처리 후의 토양을 다시 메우며 세척 후의 오염수에 대해 수처리를 진행하는 것이다.
자기 분리 기술을 폐수 처리에 응용하고, 특히 초전도성 고계조도 자기 분리 기술을 이용하여 중금속 페수를 처리하는 것은 독특한 우세가 있다. 폐수 중 자성이 약하거나 자성이 없는 오염물에 대해서는 다양한 특성의 자성 물질을 통해 흡착을 진행하여 자기 분리 처리를 빠르게 진행할 수 있다. 자기 분리 처리 시스템은 원가가 낮고 차지하는 공간이 작으며 효율이 높고 고속 처리가 가능한 장점이 있기에 근년래 새로운 연구 방향으로 되고 있다. 중금속 오수에 대한 자기 분리는 2가지 측면으로 진행되는데, 첫 번째는 초전도 자석이고 두번째는 자기 씨드이다. 초전도 자석 장비는 굉장히 성숙한 기술로서 상업 제품에서 용이하게 얻을 수 있다. 자기 분리의 핵심 과제는 어떻게 고품질의 자성 시드를 제조하는 것과 자기 분리의 구체적인 공법이다.
광촉매 산화법은 현재 많이 연구되고 있는 고급 산화 기술로서, 친환경적인 무공해 수처리 기술이며, 오수 중의 유기 오염물을 철저하게 산화 분해시킬수 있다. 일정량의 광복사를 결합하면, 광 조사 시 감광물질 재료의 표면이 여기되어 전자(e-)및 정공(h+)을 생성한다. 이러한 전자와 정공은 아주 강한 환원 및 산화 능력을 구비하기에 물 또는 용존 산소와 반응하여 수산기 자유기(·OH) 및 과산화물 음이온(·O)을 생성한다. 산화성이 강한 이런 자유기는 모든 유기분자를 구성한 화학적 결합을 절단 분해하여 무해화 처리가 가능하다. 그러나 현재 광촉매 산화 방법의 산화제 이용률 및 회수율이 낮기에, 산화제 효율을 향상시킬 필요가 있고 광전자 및 정공 결합 및 다른 처리 기술을 이용하여 반응 효율 등에 대한 문제를 해결해야 한다.
초전도성 고계조도 자기 분리 기술은 독특한 분리 원리 및 많은 장점을 구비하기에 가장 발전 가능성이 높은 새로운 오수 처리 기술중 하나이다. 기술적 이론 및 장치의 발전과 더불어, 그 응용 범위도 날따라 넓어지는데, 공업 폐수, 생활 오수, 오염 하수와 호수, 및 오니와 폐수 중 자성이 약하거나 없는 오염물을 처리하는 면에서 독특한 우세를 구비하고 자성 기능을 구비하는 재료 흡착의 이용은 이미 많은 연구 및 소규모 응용이 진행되고 있다. 광촉매 산화 방법 역시 극히 우수한 특징을 구비한다. 그러나 이 두 가지 기술은 여전히 보급 응용 및 대규모 공정 응용 사례가 없는데, 그 원인은 고효율, 경제적, 합리한 기술 장치가 부족한 등 문제가 있기 때문이며, 특히 장치의 자기 분리 방법 및 기능성 자성 흡착 물질의 원활한 배합 여부가 자기 분리 기술의 특징이 충분히 발휘할 수 있는지를 결정한다. 광촉매 산화는 광반응 물질이 특정 파장 광원의 조사 하에서만 촉매 작용을 발생하기에, 더 넓은 대역의 스펙트럼 작용 하에서 촉매 반응을 진행할 수 있는 광반응 물질을 개발해내는 것이 현재 해당 분야에서의 중요한 과제 중 하나이기도 하다.
이러한 과제에 대해, 본 발명자는 장기간의 시스템 개발 및 기초 물질을 연구한 기초상에서 고계조도의 강한 자기장의 작용을 이용하여 상자성 금속사를 특정 규격의 체인망 구조로 만들어 고계조도 자기장의 특정 위치에 안착시키는 것을 통해 자성 물질을 3차원 망홀에 빠르게 포획할 수 있고, 공압 장치를 통해 블로링, 진공 흡입, 사이클로 고체기체 분리 시스템을 통해 자성 흡착 재료를 재사용할 수 있는 기술을 제공한다. 또한 본 발명은 퀀텀 카본 자성 물질 및 퀀텀 카본 광반응 물질을 각각 자성 흡착 재료와 광반응 물질로 이용하여 오수 중 이온의 흡착 효율을 높이고 광원 작용하에서 반응에 대한 촉매화 스펙트럼 도메인을 확장할 수 있다.
본 발명의 주요한 목적은 선행기술에 존재하는 오수 금속 오염 처리 효과가 낮은 기술적 과제를 해결하는 것이고, 퀀텀 카본 자성 물질을 자성 흡착 재료로 이용하여 액체 중의 각종 금속이온을 빠르게 흡착할 수 있고, 강한 자기장의 작용하에서 3차원 상자성 금속 체인망에 흡착되어 금속 체인망의 기계적 회전을 통해 퀀텀 카본 자성 물질을 꺼내고 회수할 수 있는 오수 처리 방법 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 선행기술에 존재하는 유기물 오염 처리 효과가 낮은 기술적 과제를 해결하는 것이고, 퀀텀 카본 광반응 물질을 관반응 물질로 이용하여 광원 조사 하에서 대량의 활성이 강한 산화 물질을 생성할 수 있어 유기물 또는 무기물에 대해 철저한 산화 분해를 진행하여 무공해 물질을 생성할 수 있는 오수 처리 방법 및 시스템을 제공한다.
본 발명의 상기 기술적 과제는 주로 하기의 기술적 해결수단을 통해 해결될 수 있다.
오수 처리 방법은,
오수에 퀀텀 카본 자성 물질을 첨가하고 혼합하며, 강한 자기장을 이용하여 금속이온을 흡착한 퀀텀 카본 자성 물질을 오수로부터 분리하는 이온 처리 단계를 포함하고, 상기 퀀텀 카본 자성 물질은 초상자성 성질을 구비하는 퀀텀 카본 혼합물이다.
바람직하게, 상기 오수 처리 방법은,
퀀텀 카본 자성 물질이 혼합된 액체를 자기장 영역에 위치한 자기 분리 탱크 내에 흘러보내고, 자기장을 이용하여 금속이온을 흡착한 퀀텀 카본 자성 물질을 회전 가능한 금속 체인망에 흡착하여 꺼내고, 블로잉 나팔구를 이용하여 금속 체인망의 퀀텀 카본 자성 물질을 탈착하여 회수하는 단계를 포함한다.
오수 처리 시스템은,
자기장 영역 내에 위치하고 퀀텀 카본 자성 물질이 혼합된 오수를 제공받으며 피처리 액체 측으로부터 자성 물질 추출 수단 측으로 이동할 수 있는 금속 체인망이 내부에 설치된 자기 분리 탱크를 포함한다.
바람직하게, 상기 오수 처리 시스템에서, 상기 자성 물질 추출 수단은 각각 금속 체인망 양측에 설치된 블로잉 나팔구이고, 일측의 블로잉 나팔구는 양압이고 타측의 블로잉 나팔구는 음압이다.
바람직하게, 상기 오수 처리 시스템에서, 상기 금속 체인망은 상자성 금속으로 제조된 3차원 공간을 구비하는 금속망이다.
오수 처리 방법은,
오수에 퀀텀 카본 광반응 물질을 첨가하고 혼합하며, 혼합액에 대해 용존산소 반응 및 광반응을 진행하는 유기 분해 단계를 포함하고, 상기 퀀텀 카본 자성 물질은 퀀텀 카본을 포함하는 광반응 물질 혼합물이다.
바람직하게, 상기 오수 처리 방법에서, 상기 용존산소 반응에서, 혼합액을 순차적으로 배열되고 통공을 구비하는 금속편 및 직경이 상이한 다수의 챔버를 통과시키고, 각 금속편의 통공은 엇갈리게 배열된다.
오수 처리 시스템은, 하우징을 포함하고, 하우징 양단에 중부가 개공된 엔드 캡이 설치되며, 하우징 내부에는 액체 유입구로부터 배출구까지 금속편(A), 금속편(B), 금속편(C)이 순차적으로 설치되고, 상기 금속편(A)과 금속편(B)에는 형상이 같고 균일하게 분포된 통공이 엇갈리게 설치되며, 상기 금속편(C)의 가장자리에는 주변을 따라 등간격으로 다수의 통공이 설치된다.
오수 처리 방법은,
오수에 퀀텀 카본 자성 물질을 첨가하고 혼합하며, 강한 자기장을 이용하여 금속이온을 흡착한 퀀텀 카본 자성 물질을 오수로부터 분리하는 단계 - 상기 퀀텀 카본 자성 물질은 초상자성 성질을 구비하는 퀀텀 카본 혼합물임 - ;
이온 처리 단계를 거쳐 처리된 액체에 퀀텀 카본 광반응 물질을 첨가하고 혼합하며, 혼합액에 대해 용존산소 반응 및 광반응을 진행하는 유기 분해 단계 - 상기 퀀텀 카본 광반응 물질은 퀀텀 카본을 포함하는 광반응 물질 혼합물임 - 를 포함한다.
오수 처리 시스템은 이온 처리 장치, 유기 분해 장치를 포함하고,
상기 이온 처리 장치는, 자기장 영역 내에 위치하고 퀀텀 카본 자성 물질이 혼합된 오수를 제공받는 자기 분리 탱크를 포함하고, 상기 자기 분리 탱크 내부에는 피처리 액체 측으로부터 대향되게 설치되고 각각 양음압인 2개의 블로잉 나팔구 사이로 이동할 수 있는 금속 체인망이 설치되며, 상기 자기 분리 탱크에는 오버플로 포트가 설치되고,
상기 유기물 분해 장치는, 퀀텀 카본 광반응 물질을 혼합하기 위한 광반응 물질 혼합 탱크, 상기 광반응 물질 혼합 탱크와 연결된 내부에 금속편 어레이 및 직경이 상이한 다수의 챔버가 순차적으로 설치되는 용존산소 미세기포 발생기, 상기 용존산소 미세기포 발생기에 연결되고 자외선 광원을 구비하는 광반응기를 포함하며, 상기 금속편 어레이는 통공을 구비하는 다수의 금속편을 포함하고, 각 금속편의 통공은 엇갈리게 배열된다.
따라서 본 발명은 하기와 같은 장점을 구비한다.
1. 본 발명이 제공하는 자성 흡착 물질 및 퀀텀 카본 광반응 물질이 오수 정화 시스템에 배합 사용되어 물 중의 중금속, 유기 오염물을 특이적이고 효과적으로 분리 및 분해할 수 있다.
2. 본 발명은 자기장에 금속 상자성 체인망 추출 수단이 설치되고, 상자성 체인망이 고계조도 자기장에서 자화되어 물 중의 자성 물질을 흡착하며, 흡착된 자성 물질은 금속 상자성 체인망을 통해 공압 수단으로 이동하여 분리됨으로써 자기 분리 효과를 달성하고 자기 분리 효과를 현저히 향상시키며 자기 분리 원가를 감소한다.
3. 본 발명의 퀀텀 카본 광반응 물질은 특정 사이즈 및 비중으로 광반응기의 반응에 참여하고 자연적인 침전 방법을 통해 고체액체 분리를 진행하여 광반응 효과를 현저히 향상시키고, 퀀텀 카본 광반응 물질은 순환 시스템을 통해 순환 사용하여 자성 광반응 원가를 감소한다.
도 1은 오수 처리 흐름도이다.
도 2a는 오수 처리 장치 시스템의 중금속 처리 부분 설명도이다.
도 2b는 오수 처리 장치 시스템의 유기물 처리 부분 설명도이다.
도 3은 자기 분리 시스템의 구조도이다.
도 4a는 초전도 자석 외형의 정면도이다.
도 4b는 초전도 자석 외형의 평면도이다,
도 5는 자성 시드 회수 재이용 시스템이다.
도 6a는 3차원 상자성 금속 체인망의 정면도이다.
도 6b는 3차원 상자성 금속 체인망의 측면도이다.
도 7은 자성 물질 추출 수단의 블로잉 나팔구 설명도이다.
도 8a는 자성 물질 추출 수단의 블로잉 나팔구 상세도이다.
도 8b는 도 8a의 저면도이다.
도 8c는 도 8a의 좌측면도이다.
도 9는 용존산소 미세기포 발생기의 구조도이다.
도 10a는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(A1)의 구조도이다.
도 10b는 도 10a의 측면도이다.
도 10c는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(B1)의 구조도이다.
도 10d는 도 10c의 측면도이다.
도 10e는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(A2)의 구조도이다.
도 10f는 도 10e의 측면도이다.
도 10g는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(B2)의 구조도이다.
도 10h는 도 10g의 측면도이다.
도 10i는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(C)의 구조도이다.
도 10j는 도 10i의 측면도이다.
도 10k는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(D)의 구조도이다.
도 10l는 도 10k의 측면도이다.
도 10m는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(A1)와 금속편(B1)를 적층한 구조도이다.
도 10n는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(A2)와 금속편(B2)을 적층한 구조도이다.
도 10o는 용존산소 미세기포 발생기의 금속편(A)와 금속편(B)을 적층한 구조도이다.
도 11은 용존산소 미세기포 발생기의 각 금속편을 조합한 후의 구조도이다.
도 12는 미세기포 사이즈 및 밀도 설명도이다.
도 13은 미세기포 이온 형태이다.
도 14는 광반응기의 구조도이다.
도 15는 금속 섬유 소결 펠트(sintered felt) 필터의 구조도이다.
도 16은 전기 도금 유기 잉크 공장 폐수 처리 효과 및 물질 순환 통계 데이터이다.
도 17a는 모 인쇄회로기판 공장 폐수 처리 효과 설명도 1이다.
도 17b는 모 인쇄회로기판 공장 폐수 처리 효과 설명도 2이다.
아래　실시예를　통해　도면을　결부하여　본　발명의　기술적　해결수단을　더　구체적으로　설명한다.
(1) 오수 처리 공법 및 시스템 구조
도 1은 본 실시예의 오수 처리 공법이고, 상기 공법에 사용되는 오수 정화 시스템은 순차적으로 연통되는 오수 수집 탱크, 혼합 탱크, 초전도 자석 분리 시스템, 광촉매 반응 장치를 포함하며, 또한 초전도 자성 물질을 회수 재이용하기 위한 자성 물질 순환 장치 및 퀀텀 카본 광반응 물질 순환 장치를 더 포함한다.
본 실시예의 오수 정화 시스템은 중금속 처리 및 유기물 처리를 진행하는 2개의 부분으로 이루어져 병용되는 시스템이고, 오수 중 중금속 및 유기 오염물을 각각 처리하는 방법을 수행한다. 특히 2가지 연합 처리 방법에서, 본 발명이 제공하는 자성 흡착 물질 및 퀀텀 카본 광반응 물질이 오수 정화 시스템에 배합 사용되어 물 중의 중금속, 유기 오염물을 특이적이고 효과적으로 분리 및 분해할 수 있다.
본 발명의 오수 정화 시스템에 사용되는 초전도 자석 분리 수단은 초전도 자석을 포함하고, 초전도 자석은 탈착 가능하며 저온 초전도 자석 또는 고온 초전도 자석으로 변경될 수 있으며, 초전도 자석이 초전도 분리 장치 내부에 소정의 고계조도 자기장을 제공한다. 자기장에 금속 상자성 체인망 추출 수단이 설치되고, 상자성 체인망이 고계조도 자기장에서 자화되어 물 중의 자성 물질을 흡착한다. 흡착된 자성 물질은 금속 상자성 체인망을 통해 공압 수단으로 이동하여 분리됨으로써 자기 분리 효과를 달성한다. 상기 자성 물질은 본 발명이 제공하는 퀀텀 카본 자성 물질이다.
본 발명의 오수 정화 시스템에 사용되는 광반응 처리 수단은 하나 또는 다수의 그룹의 광반응기를 포함하고, 퀀텀 카본 광반응 물질은 특정 사이즈 및 비중으로 광반응기의 반응에 참여한다. 자연적인 침전 방법을 통해 고체액체 분리를 진행하고, 퀀텀 카본 광반응 물질은 순환 시스템을 통해 순환 사용한다. 상기 퀀텀 카본 광반응 물질은 본 발명에서 제조된 퀀텀 카본 광반응 물질이다. 물을 자기 분리 및 광반응 처리를 거친 후, 고정밀도 금속 섬유 소결 펠트 필터를 통과시켜 기준에 도달하는 정수를 얻는다.
도 2a 및 도 2b는 본 실시예의 오수 처리 시스템의 가능한 실시형태의 시스템 구조도이다. 여기서 도 2a 중의 A1포트는 도 2b 중의 A2포트에 연결된다.
여기서 중금속 처리 부분은 도 2a에 도시된 바와 같고 구체적으로 저부가 오수 펌프(P2)를 통해 혼합 탱크(3)에 연결되는 오수 수집 탱크(1); 탱크 내부를 교반하기 위한 교반 장치(4)가 설치되고 저부가 급수 펌프(P1)를 통해 자기 분리 탱크(7)에 연결되는 혼합 탱크(3); 자성 물질 수집 시스템(9)에 연결되는 자성 물질 추출 수단(8)이 설치되는 자기 분리 탱크(7)를 포함하고, 자성 물질 수집 시스템(9)의 회수구는 혼합 탱크(3)에 연결되며; 자성 물질 수집 시스템(9)은 공압 펌프(P3)에 연결되고 대향 설치되는 2개의 블로잉 나팔구를 포함하고, 2개의 노즐은 3차원 상자성 금속 체인망(8-6)의 양측에 대향 설치되고 하나의 노즐은 양압을 생성하고 다른 하나는 음압을 생성하여, 자성 물질은 3차원 상자성 금속 체인망(8-6)로부터 가져간다. 자기 분리 탱크(7)는 초전도체(6)의 자기장 범위 내에 위치하고 상기 초전도체(6)는 냉각기(2) 및 시스템 제어함(5)에 연결된다.
도 2b는 유기물 처리 부분이고, 구체적으로 자기 분리 탱크(7) 상측 오버플로 포트에 연결되는 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)를 포함하고, 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)의 저부는 광반응 압력 펌프(P4)를 통해 용존산소 미세기포 발생기(11)에 연결되며; 용존산소 미세기포 발생기(11)는 광반응기(12), 1차 침전지(13), 2차 침전지(14), 정수 필터(15)에 순차적으로 연결된다.
여기서, 1차 침전지(13), 2차 침전지(14)의 저부는 회수 펌프(P5) 및 회수 밸브(F4)를 통해 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)에 연결된다.
본 실시예는 자기 분리 탱크(7) 상측 오버플로 포트에 연결되는 파이프라인에 샘플링 측정 포트를 설치한다. 상기 파이프라인은 1차 리턴 밸브(F1)를 통해 오수 수집 탱크(1)에 연결되고, 1차 샘플링 밸브(F2)를 통해 샘플링 측정 포트에 연결되며, 급수 밸브(F3)를 통해 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)에 연결된다.
아래 본 실시예의 오수 처리 흐름을 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서 중금속 처리 및 유기물 처리에 대해 각각 대응되는 이온 처리 단계 및 유기물 분해 단계를 사용하였고 이에 대해 아래에서 설명한다.
여기서, 이온 처리 단계는 구체적으로 하기와 같은 서브단계를 포함한다.
단계 1: 오수를 오수 수집 탱크(1)에 진입시킨 후, 오수 펌프(P2)를 통해 혼합 탱크(3)에 정량으로 진입시키고, 혼합 탱크(3)의 상측에 자성 물질 투입구를 설치하며, 제1 사이클로 고체기체 분리기(9-1) 하측 투입구에 의해 농도 요구에 따라 퀀텀 카본 자성 물질을 정량으로 제공하며, 교반 시스템(4)에서 교반하여 충분히 혼합시킨다.
단계 2: 급수 펌프(P1)에 의해 균일하게 혼합된 액체를 파이프라인을 통해 자기 분리 탱크(7)에 직접 수송한다.
단계 3: 자기 분리 탱크(7)에 초전도 자석(6)을 연결하고, 초전도 자석(6)에 의해 자기 분리 탱크(7) 내부에 0.5 T - 5 T 강도의 자기장을 제공한다. 자기 분리 탱크(7)는 유입구에 의해 들어온 혼합액의 유체 성질 및 자기장 성질에 의해 설계된 흐름유도 패널을 형성하고, 상기 흐름유도 패널은 혼합액 유입구 하측에 45°로 설치된 플레이트이며, 자성 물질 추출 수단(8) 중의 금속 체인망의 하반부는 자기 분리 탱크(7) 내 액체 중에 위치하고, 혼합액이 흐름유도 패널을 거쳐 흐르는 흐름은 우선 자성 물질 추출 수단(8) 중의 금속 체인망을 거치며, 혼합액의 자성 물질은 강한 자기장의 흡착 하에서 도 6a에 도시된 3차원 상자성 금속 체인망에 전부 흡착되고, 자성 물질 회수 재이용 시스템에 수송되어 순환 재이용된다. 혼합액 중의 비자성 큰 과립 물질은 자기 분리 탱크(7) 하부에 침전되고 침전물을 정기적으로 배출하며(진흙 배출) 혼합액이 자기 분리된 후의 깨끗한 물체는 자기 분리 탱크 상측의 오버플로 포트를 통해 연속적으로 오버플로 배출된다. 초전도체는 냉각 제어함(2)에 연결된다. 강한 자기장의 제어를 유지한다. 시스템 제어함(5)은 시스템을 제어한다.
본 실시예에서, 유기물 분해 단계는 구체적으로 하기와 같은 서브단계를 포함한다.
단계 1: 자기 분리 후의 물은 자기 분리 탱크(7)의 오버플로 포트를 거쳐 흘러나가고, 밸브(F2)를 거쳐 샘플링 측정 포트(1)에서 샘플링되어 중금속 각종 항목의 지표를 측정하며, 기준에 도달하지 못한 물은 밸브(F1)을 통해 오수 수집 탱크(1)에 다시 리턴하여 재처리된다. 샘플링 측정 결과 기준에 도달하면 밸브(F1), 밸브(F2)를 폐쇄하고, 밸브(F3)을 개방하여 광반응 시스템에 진입한다.
단계 2: 물을 밸브(F3)을 통해 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)에 진입시키고, 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10) 상측에는 퀀텀 카본 광반응 물질 투입구가 있으며, 퀀텀 카본 광반응 물질 투입구는 농도 요구에 따라 퀀텀 카본 광반응 물질을 정량으로 투입하고, 혼합 탱크에서 충분히 혼합한 후 혼합액은 펌프(P4)를 거쳐 일정한 동력 압력의 세기를 부여받고, 용존산소 미세기포 발생기(11)를 통해 충분한 용존산소 반응을 진행한 후,밸브(F5)를 통해 광반응기(12)에 진입하며, 광반응기(12)는 적어도 하나 또는 다수의 그룹으로 이루어지며, 광반응기 반응 후의 혼합액은 밸브(F6)를 거쳐 1차 침전지(13)에 진입한다.
단계 3: 1차 침전지(13)에서 침전식 고체액체 분리를 진행하고, 퀀텀 카본 광반응 물질이 1차 침전지(13)의 저부에 침전되며, 분리된 물이 2차 침전지(14)에 오버플로되고, 침전된 퀀텀 카본 광반응 물질이 저부에서 슬러리형태로 되며, 퀀텀 카본 광반응 물질 슬러리가 밸브(F7), 펌프(P5) 및 밸브(F4)를 통해 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)에 다시 리턴하여 혼합되고 순환 재이용된다.
단계 4: 2차 혼합 탱크는 물 중에 잔류된 퀀텀 카본 광반응 물질을 계속하여 침전 분리 시키고, 저부의 퀀텀 카본 광반응 물질 슬러리는 밸브(F8), 펌프(P5) 및 밸브(F4)를 통해 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)에 다시 리턴하여 혼합되고 순환 재이용된다. 2차 혼합 탱크 상청액은 정수 필터(15), 밸브(F10), 압력계(V1) 및 펌프(P6)를 거쳐 정수를 얻고, 물은 밸브(F13)를 통해 샘플링 측정 포트(2)에서 샘플링 측정을 진행하며 기준에 도달하는 물은 밸브(F13)을 통해 직접 배출되고, 기준에 도달하지 못한 물은 밸브(F11) 및 펌프(P5), 밸브(F4)를 통해 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)에 다시 리턴하여 재처리된다.
(2) 자기 분리 및 자성 물질 회수
도 3에 도시된 바와 같이, 자기 분리 시스템은 초전도 자석(6), 자기 분리 탱크(7), 자성 물질 추출 수단(8), 흡착 수단으로 이루어지고, 초전도 자석(6)은 고온 초전도 자석 또는 저온 초전도 자석일 수 있다.
자기 분리 탱크(7)는 자기 분리 탱크를 포함하고, 자기 분리 탱크에는 액체 유입구, 오버플로 포트, 진흙 배출구가 설치되며, 여기서 오버플로 포트는 바람직하게 자기 분리 탱크의 최상부 위치에 설치된다.
액체 유입구와 오버플로 포트(7-1)는 각각 상기 금속 체인망의 양측에 위치하고, 상기 자기 분리 탱크(7)에서 액체 유입구를 설치한 일측에는 내측을 향해 단계적으로 계단 구조가 설치되고, 각 계단의 외벽은 서로 평행되며 각 계단 사이에는 45도로 경사진 이경(reducing) 구간이 설치된다.
피처리 액체는 액체 유입구로부터 자기 분리 탱크 내부에 진입한 후 처리되고, 처리가 끝난 액체는 오브플로 포트로 배출되고, 액체 중의 침전 잡질은 저부의 진흙 배출구를 통해 배출된다. 자기 분리 탱크 내부에 금속 체인망이 설치되고, 상기 금속 체인망의 일단은 자기 분리 탱크 내부의 종동 풀리에 스플라이스 연결되고, 타단은 연장되어 자성 물질 추출 수단(8) 내부의 실린더에 스플라이스 연결되며, 자기 분리 탱크 중부에는 금속 체인망과 연결되는 다수의 인장 풀리가 설치된다.
자기 분리 탱크는 초전도 자석(6)이 제공하는 자기장 영역 내에 위치하고, 초전도 자석의 외형은 도 4a, 도 4b에 도시된 바와 같다. 구체적으로, 초전도 본체를 포함하고, 초전도 본체 내부에는 진공 기체 배출구 및 전류 단자, 냉매 유입구, 냉매 배출구가 설치된다. 초전도 자석의 외형 사이즈는 자기 분리 시스템의 필요에 따라 설계될 수 있고, 초전도 자석은 고온 초전도 자석 또는 저온 초전도 자석일 수 있다. 중심 자기장 강도는 2 T - 5 T이고, 냉동기 냉매는 액체 헬륨 또는 액체 질소이다. 일례로, 저온 초전도 자석을 사용하고, 냉매는 액체 헬륨이며, 전류 단자는 초전도 본체 내에 전류 114 A를 전달하고, 온도 모니터링부는 4K로 제어하며, 진공 배기는 10 - 6 hPa이고, 자기장 중심 강도는 2T이며, 자기 분리 시스템에 고계조도 자기장을 제공한다.
자성 물질 추출 수단(8)과 자성 물질 순환 장치는 도 5에 도시된 바와 같다. 상기 자성 물질 추출 수단(8) 내부에는 구동 풀리가 설치되고, 금속 체인망의 일단은 상기 구동 풀리에 힌지 연결된다. 자성 물질 추출 수단(8)에는 2개의 대향 설치된 블로잉 나팔구가 설치되고, 금속 체인망은 2개의 블로잉 나팔구 사이에 위치하며, 그중 하나의 블로잉 나팔구는 공기 펌프(P3)의 양압단에 연결되고, 다른 하나는 다수의 고체기체 분리기에 순차적으로 연결되며 공기 펌프(P3)의 음압단과 연통된다. 본 실시예에서 바람직하게 2개의 사이클로 고체기체 분리기를 연결한다.
상기 구조를 사용한 후, 블로잉 나팔구와 공기 펌프(P3)에 의해 제공되는 순환 공압 동력은 양압 공기를 공기 유로를 통해 블로잉 나팔구에 보내고, 3차원 상자성 금속 체인망에 흡착된 자성 물질에 블로잉하여 분리시키고, 동시에 공기 펌프(P3)의 타단 파이프라인은 음압을 생성하여 3차원 상자성 금속 체인망의 흡착 물질에 대해 음압 흡수를 진행한다.
사이클로 고체기체 분리기는 2번의 고체기체 분리를 진행하여 자성 물질 회수 목적을 달성한다. 여기서, 사이클로 고체기체 분리기는 수집한 퀀텀 카본 자성 물질을 시스템 요구에 따라 혼합 탱크(3)에 정량으로 제공한다. 일례로, 바람직하게 공기 펌프(P)는 풍량이 8.0 m3/min, 정압(static pressure)이 16 KPa, 전력이 88 KW인 공기 펌프를 사용하나 이에 한정되지 않으며, 공기 유로에 의해 생성되는 정압은 10 KPa - 30 KPa 범위일 수 있다.
본 실시예 중의 금속 체인망은 도 6a, 도 6b에 도시된 바와 같다. 상기 금속 체인망은 상자성 금속으로 제조된 3차원 공간을 구비하는 금속망이고, 즉 “3차원 상자성 금속 체인망"이다. 이는 다수의 횡축을 포함하고, 인접한 횡축의 단부는 체인링을 통해 연결되고, 횡축에는 체인망면이 설치되며, 상기 체인망면은 체인사(Chain filament)가 파형을 이루면서 3차원 공간에서 감겨 이루어진다. 사용 시 상기 3차원 공간의 금속망은 고계조도 자기장에서 자화되고, 혼합액 중의 자성 물질을 금속 체인망의 3차원 공간에 흡착시키며, 체인망의 운동은 자성 물질을 자성 물질 추출 수단(8)에 수송한다. 원칙적으로, 모든 상자성 금속을 다 이용할 수 있고, 금속 체인망의 3차원 기하적 공간은 다양한 구조 형태일 수도 있다. 일례로, 바람직하게 상자성 재료는 SUS316이고, 3차원 공간망은 Ø2의 SUS316 철사가 감겨진 나선관이며, 나선관 직경은 15 mm이고, 피치는 6 mm이며, 관과 관 사이는 Ø2 철사로 연결된다.
본 실시예의 블로잉 나팔구는 도 7에 도시된 바와 같다. 이는 한 쌍의 기하적 사이즈가 동일하고 대향되는 나팔모양 블로잉 포트 및 흡기구로 이루어지고, 블로잉 포트 중간에는 대응되는 폭의 3차원 상자성 금속 체인망이 있으며, 블로잉 포트와 흡기구의 정압은 같고, 블로잉 포트는 양압이고 흡기구는 음압이며 3차원 상자성 금속 체인망의 자성 물질에 대한 흡수 및 이탈 기능을 달성한다. 블로잉 포트, 3차원 상자성 금속 체인망, 흡기구 사이의 기하적 사이즈 및 방위는 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 블로잉 포트와 흡기구 사이의 거리는 30 mm이고, 3차원 상자성 금속 체인망은 정중앙에 위치한다.
도 8a 내지 도 8c은 본 실시예의 나팔구 상세도이다. 주로 에어 튜브, 나팔구, 고정 플레이트를 포함한다. 블로잉 및 흡기를 위한 나팔구의 기하적 사이즈는 동일하고 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 본 발명은 가장 바람직한 선택은 공기 정압이 16 KPa일 경우 블로잉 및 흡기를 위한 나팔구의 기하적 사이즈는 바람직하게 7 mm × 600 mm이고 재질은 SUS304임을 발견하였다.
(3) 유기물 분해 및 퀀텀 카본 광반응 물질 회수
유기물 분해 부분은 주로 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크, 용존산소 미세기포 발생기, 광반응기 등 부분을 포함한다. 여기서, 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크는 주로 오수 및 퀀텀 카본 광반응 물질의 혼합에 사용된다. 이하 주요 부재에 대해 설명한다.
1.용존산소 미세기포 발생기
자기 분리를 거친 후의 액체는 자기 분리 탱크(7)의 오버플로 포트로 오버플로된 후 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크(10)에 진입되고, 다음 광반응 압력 펌프(P4)를 거쳐 용존산소 미세기포 발생기(11)에 진입한다.
용존산소 미세기포 발생기(11)는 도 9에 도시된 바와 같이 두 부분으로 나뉘며 각각 미세기포 챔버 및 다중경로 챔버이다.
여기서, 미세기포 챔버 내에는 다수의 용존산소 반응 유닛이 설치되고, 각각의 용존산소 반응 유닛은 다수의 통공 금속편을 포함한다.
금속편의 형상은 도 10a 내지 도 10o에 도시된 바와 같다. 도면에서 A1편과 B1편은 균일하게 배열된 육각형의 통공 금속편이고, 육각형 통공 사이즈는 동일하며, A1편과 B1편에서의 배열이 상이하고, A1편과 B1편이 합쳐질 경우 A1편 상의 각각의 육각형 통공의 원심은 B1편 상의 3개의 인접한 육각형 통공의 가장 가까운 접선 교차점이고, 도면에서 A1 - B1은 합쳐진 후의 설명도이다.
A2편과 B2편은 균일하게 배열된 원형의 통공 금속편이고, 원형 통공 사이즈는 동일하며, A2편과 B2편에서의 배열이 상이하고, A2편과 B2편이 합쳐질 경우 A2편 상의 각각의 원형 통공의 원심은 B2편 상의 3개의 인접한 원형 통공의 가장 가까운 접선 교차점이고, 즉 A2편 상의 각각의 원형 통공의 원심과 B2편 상의 3개의 인접한 원형 통공의 원심 거리는 같고, A2 - B2는 합쳐진 후의 설명도이다.
C편은 바깥 원 부분에 다수의 호형 통공이 형성된 금속판이고, 중간에는 5개의 리미트 볼트홀이 개설된다.
D편은 중간에 통공이 개설된 금속판이다. A1편과 D편이 합쳐질 경우, A1편 상의 육각형 통공은 하나의 소형 반응로(reaction kettle) 공간을 형성한다. 마찬가지로, A2편, B1편, B2편도 모두 동일한 효과를 구비한다. 도 11은 용존산소 미세기포 발생기 원리도 중 A편, B편, C편, D편으로 이루어진 구조이고, 조합 후 하나의 소형 반응로를 형성하며, 각각의 소형 반응로는 인접한 반응로와 연통되어 액체 물질이 상이한 공간, 압력, 온도, 분사 등 상태에서 연속적으로 유동하여 반응에 참여하도록 하는 다중 소형 반응로를 구성한다.
도 9의 용존산소 미세기포 발생기는 하나의 유닛 또는 다수의 유닛으로 이루어지고, 액체 물질은 미세기포 챔버를 통해 다중경로 챔버에 진입한다. 다중경로 챔버 내에는 A챔버, B챔버, C챔버, D챔버, E챔버가 설치된다. 각 챔버의 직경은 상이하고 돌변하며, 액체 물질이 유속이 상이하고 양압, 음압이 상이한 환경에서 반응에 참여하며, 액체 물질 중의 용존 산소는 격렬한 인장 및 압출 상태에서 대량의 이온화 립을 형성한다.
예를 들어, 용존산소 미세기포 발생기 선단의 유닛 반응 소자는 바람직하게 3 - 5 그룹의 유닛 반응기로 이루어진다. 후단 A챔버, B챔버, C챔버, D챔버, E챔버의 관경 비율 사이즈는 적절히 조절할 수 있고, 여기서 D챔버는 원뿔형 챔버이고, 테이퍼 비는 1:1이며, 관경은 배출구 직경이고, E챔버는 개방형 챔버이며, E챔버의 유입구 직경은 D챔버의 배출구 직경과 같고, E챔버의 관경 ≥ D챔버의 관경이다. 각 챔버의 관경의 비율은 바라직하게 3 : 1.5 : 4 : 1 : 1이다. 용존산소 미세기포 발생기 입구단은 펌프(P4)에 의해 3-5 kg/cm2를 제공한다.
상기 구조를 사용하면, 퀀텀 카본 광반응 물질과 처리수의 액체는 도 9의 용존산소 미세기포 발생기를 통과 시, 발생기 선단의 다중 소형 반응로에서 대량의 액체 중 용존산소 미세기포를 생성하고, 실험을 거쳐 도 12와 같은 미세기포 사이즈 및 밀도의 빈도를 측정하였고 도면에서 종축의 수량급은 106이며, 본 예의 결과는 빈도가 제일 큰 직경이 100 nm이고, 빈도 피크 직경은 약 20 nm(50 % 입자수)이며, 약 12 억개의 입자수/cm3가 있고, 빈도가 제일 작은 직경은 약 25 nm임을 보여준다. 대량의 용존산소 미세기포는 발생기 후단의 반응을 거친 후, 액체 물질 표면과 용존산소 미세기포 표면에서 미세기포 이온 형태를 생성하며, 도 13은 미세기포 이온 형태용 모델링을 통해 이온 전기장 상태를 보여주는 설명도이다.
2.광반응기 원리 및 구조
도 14는 본 발명의 광반응기 구조도이다. 금속 외통, 반사층, 램프, 광원 엔드 캡, 유입구, 배출구로 이루어진다. 여기서, 램프는 금속 외통 내부에 설치되고, 램프와 외통 사이에는 반사층이 설치되며, 금속 외통 하단에는 액체 유입구가 설치되고, 상단에는 배출구가 설치된다.
용존산소 미세기포 발생기를 통과한 액체는 대량의 용존산소 이온을 포함하고 퀀텀 카본 광반응 물질 표층에 부착되어 광반응기 입구를 거쳐 광반응기에 진입하여 반응을 진행한다. 이러한 현상은 자외광, 퀀텀 카본 광반응 물질, 용존산소 미세기포 및 물의 협동 관계를 구성하여 광촉매 반응 효율 향상에 아주 이롭고, 퀀텀 카본 광반응 물질이 분해하여 수산기 자유기 등 강산화제를 생성하는 속도 및 유기물이 산화 제거율을 크게 향상시킨다. 퀀텀 카본 광반응 물질은 다양한 광반응 물질을 포함하고, 주로 TiO2, ZnO, CdS, WO3, SnO2 등이 있다. 200 nm - 400 nm 파장의 광원 조사하에서, 광반응 물질은 대량의 강활성 산화 물질을 생성하는데, 예를 들면 OH-, O2, H 등 강산화제이며, 모든 유기물 또는 일부 무기물에 대해 비교적 철저한 산화 분해를 진행하여 무공해 물질 H2O, CO2 등을 생성한다. 본 발명의 일례로, 광반응기는 본 발명 시스템에서 적어도 하나의 그룹이 설치되고 바람직하게는 4개의 그룹이 설치된다. 물질은 본 발명이 제조하는 입상 퀀텀 카본 광반응 물질이고 입경은 10 um - 100 um이며 바람직하게 30 um - 60 um이고 처리수 중 투입량은 0.1 % - 1.2 %(질량비)이며 바람직하게 0.5 % - 1 %(질량비)이다. 광원은 바람직하게 6 - 8 w의 주파장이 315 nm - 400 nm인 자외선 등을 사용하고 빛의 세기는 1 mW/cm2이다. 탱크는 바람직하게 SUS316이고, 탱크 내측에는 반사층이 설치되며, 반사층은 반사 기능이 있는 재료를 선택할 수 있고, 바람직하게 아크릴 수은 도금 공법의 반사 제품을 사용할 수 있으며, 탱크 내측에 부착된다. 혼합액은 30 L/min의 유량으로 배출구를 통해 배출된다.
3.정수 필터 원리 및 구조
광반응을 거친 후의 액체를 1차 침전지(13), 2차 침전지(14)에 진입시킨다. 2차 침전지(14) 내에는 정수 필터(15)가 설치된다. 정수 필터(15)의 구조는 도 15에 도시된 바와 같다. 하우징을 포함하고 하우징에는 필터홀이 개설되며, 필터홀에는 필터가 설치되고, 하우징 내부에는 정수 배출구가 설치된다. 2번의 침전을 거친 정수에 대해 정수 필터를 거쳐 정화 처리를 진행한다. 본 발명의 구현에서 바람직하게 금속 하우징은 SUS316이고, 필터망은 여러 가지 구체적인 고정밀도 필터망을 사용할 수 있으며, 바람직하게 금속 섬유소결 펠트 필터를 사용하고 필터링 정밀도는 3 - 10 um이고 정수 필터를 거친 수질은 표준 요구에 도달한다.
(4) 자성 물질의 제조 및 활성화 방법
본 실시예에서 자기 분리 진행 시 사용하는 퀀텀 카본 자성 물질 용액 제조 방법 및 활성화 방법을 설명한다.
1.자성 물질 제조 방법
본 실시예에서, 퀀텀 카본 자성 물질의 제조 방법은 하기 2개의 실시예에 설명된 바와 같다.
실시예 1
(1)질량비가 (2.8-3.2):1인 H12Cl3FeO6와 FeC12·4H2O를 이온수에 용해시키고, 100 ml 이온수 당 첨가한 용질 중량은 6.5 - 7.5 g이다.
(2)단계 (1)의 용약에 대해 수욕 가열을 진행하고, 끊임없이 교반하면서 승온하며, 승온 과정에서 질소 기체를 넣어 보호하고, 40 ~ 60 ℃까지 승온한 후 pH가 9 정도 될 때까지 농축 암모니아수를 적가(滴加)하며, 온도를 유지하고 반응시간은 1시간 이상이다.
(3)반응이 완료된 후 플라스크 중의 액체를 비커에 옮겨담고 정치(
Figure pct00001
)하여 침전시킨다.
(4)정치하여 침전시킨 후, 혼합물의 상청액을 쏟아버리고 탈이온수를 첨가하여 세척액의 pH가 7 정도 될 때까지 3번 세척하여 나노 사산화삼철을 얻는다.
(5)자석을 이용하여 비커 저부에서 흡착하고, 물이 여과된 후 다시 탈이온수와 퀀텀 카본액을 첨가하며, 여기서 탈이온수, 나노 사산화삼철, 퀀텀 카본액의 비율은 100 ml:(3-3.6 mg):(60-70 ml)이다.
(6)견과 껍질 활성탄(Nut shell activated carbon)을 단계 (5)의 혼합물에 첨가하는 동시에 교반하고, 회전속도는 400 ~ 600 r/min이며, 교반 시간은 20 ~ 60 분이고; 여기서, 100 ml 혼합물 용액 당 1.9 - 2.1 g의 견과 껍질 활성탄을 첨가한다.
(7)자석을 이용하여 비커 저부에서 흡착하고, 물이 여과된 후 전열 오븐에 넣어 건조시킨다.
(8)건조된 물질을 머플 가마(muffle furnace)에 넣고 무산소 분위기에서 배소하여 활성화 시킨후 냉각한다.
(9)냉각 후의 산물을 80 um - 120 um 사이의 산물로 연마 체질(sieving)하면 퀀텀 카본 자성 물질을 얻는다.
여기서, H12Cl3FeO6은 삼염화철 6수화물이다.
실시예 2
(1)25.3g의 H12Cl3FeO6 및 8.6g의 FeC12·4H2O를 500ml의 탈이온수 비커에 넣고 용해시키고 완전히 용해된 후 삼목 플라스크에 옮겨 담는다.
(2)삼목 플라스크를 수욕에서 가열하고 끊임없이 교반하며 승온 과정에서 질소 기체를 넣어 보호한다.
(3)60 ℃까지 승온한 후 농축 암모니아수를 적가형 PH를 9 정도로 제어한다.
(4)온도를 유지하고 반응 시간은 1시간이다.
(5)플라스크 중의 액체를 비커에 옮겨담고 정치(
Figure pct00002
)하여 침전시킨다.
(6)상청액을 쏟아버리고 탈이온수를 첨가하여 세척액의 pH가 7 정도 될 때까지 3번 세척하여 9.8 g의 나노 사산화삼철을 얻는다.
(7)300 0Gs의 영구 자석을 이용하여 비커 저부에서 흡착하고 물이 여과된 후 다시 300 ml의 탈이온수를 첨가한다.
(8)200 ml퀀텀 카본액을 반응에 첨가하는 동시에 교반하고, 회전속도는 500 r/min이고 교반 시간은 30분이다.
(9)9.8 g의 견과 껍질 활성탄을 반응에 첨가하는 동시에 교반하고 회전속도는 500 r/min이고 교반 시간은 30분이다.
(10)3000 Gs의 영구 자석을 이용하여 비커 저부에서 흡착하고 물이 여과된 후 전열 오븐에 넣어 100 ℃로 건조한다.
(11)건조된 물질을 머플 가마에 넣고 무산소 분위기에서 550 ℃로 4시간 배소하여 활성화 시킨 후 자연 냉각 시킨다.
(12)냉각 후의 산물을 80 um - 120 um 사이의 산물로 연마 체질하면 본 발명의 퀀텀 카본 자성 물질을 얻는다.
여기서, 견과 껍질 활성탄은 입경이 50 um - 100 um인 호두 껍질의 식물성 활성탄이고, 요오드값 ≥ 1200 mg/g, 강도 ≥ 95 %이다.
본 실시예에서, 퀀텀 카본액은 퀀텀 카본을 함유하는 수용액이고, 상기 퀀텀 카본액의 ORP은 280 mv - 380 mv, 전기전도율σ은 1-5 ms/cm, 기전력은 280 mv ~ 380 mv, pH값은 1.5 - 3.2, 용질 농도는 0.1 % - 0.45 %이다. 상기 퀀텀 카본액 용질은 산화된 단층 그래핀 및 다층 그래핀(≤ 10층)의 탄소 입자(약칭: 퀀텀 카본 입자)로 이루어진다. 상기 단층 그래핀 및 다층 그래핀의 질량분수 비는 2-4 : 8-6이다. 상기 그래핀은 sp2로 하이브리드된 탄소 원자가 육각형으로 배열되어 형성된 주기적인 허니컴 형상 2차원 탄소질 재료이며, 단층 그래핀의 두께는 0.335 nm이다. 산화된 퀀텀 카본 입자표면은 다양한 산소 함유 라디칼을 구비하고, 예를 들면 수산기, 카르보닐기 및 카르복실기 등 활성 라디칼을 구비하며, 퀀텀 카본 입자의 전체적인 산소 함량의 질량분수는 40 % - 60 %이다.
오수 처리, 특히 물 중 금속이온 처리에 있어서, 중금속 이온은 생물적 방법 또는 화학적 방법으로 제거되기 어렵다. 따라서 흡착법은 현재 중금속 이온을 제거하는 가장 효과적인 방법 중 하나이며, 퀀텀 카본 입자 표면에 풍부한 고활성 산소함유 관능기를 함유하기에 퀀텀 카본 입자가 우수한 수용성 및 변화가 용이한 화학적 활성을 구비하여 금속이온과 작용을 발생할 수 있다.
퀀텀 카본 입자 표면에는 카르복실기와 카르보닐기 및 랜덤으로 분포된 수산기와 에폭시기가 분포되고, 포면의 대량의 수산기와 카르복실기는 퀀텀 카본 표면의 음전하 밀도를 증가하여, 금속이온과의 강한 복합(complexation) 작용 및 정전 작용 발생을 증가하여 금속이온 흡착을 촉진한다. 대량의 관능기의 존재로 인해 퀀텀 카본 입자에 풍분한 흡착 위치를 제공하고, 그 구조적 특징도 퀀텀 카본액이 고성능 흡착 재료를 구성하도록 한다.
본 실시예의 퀀텀 카본 자성 물질의 제조를 통해, 퀀텀 카본 자성 물질이 초상자성 특징을 구비하고, 오수에서 컨텀 카본 자성 물질은 액체 중 각종 금속이온을 빠르게 흡착하고 강한 자기장의 작용하에서 3차원 상자성 금속 체인망(도 6a)에 흡착될 수 있으며, 금속 체인망의 기계적 회전을 통해 퀀텀 카본 자성 물질 및 흡착된 금속이온을 포함하는 오염물을 블로잉하여 나팔구 위치에 블로잉할 수 있다.
2. 자성 물질 활성화 방법
퀀텀 카본 자성 물질의 중복 사용 과정에서 흡착 추세 포화로 인해 흡착 능력이 떨어지게 된다. 본 발명의 장치 시스템 중의 샘플링 측정 포트(1) 위치의 측정에서 처리수의 어느 하나의 지표가 기준선에 근접하기 전에, 퀀텀 카본 자성 물질을 모두 회수하고 새로운 물질로 교체해야 한다. 회수된 퀀텀 카본 자성 물질에 대해 활성화 처리를 진행하며 활성화 처리 단계는 하기와 같다.
(1)회수된 퀀텀 카본 자성 물질과 탈이온수를 1:3의 비율로 초음파 용기에 넣고, 교반하면서 25 KHz의 주파수의 초음파 처리를 1 시간동안 진행한다.
(2)물을 여과시키고 같은 량의 새로운 탈이온수를 첨가하여 계속하여 교반하면서 초음파 처리를 1 시간동안 진행하며, (1)과 (2)의 단계를 3번 반복하고 여과시킨 후 100 ℃의 오븐에서 건조 시킨다.
(3)건조된 물질을 머플 가마에 넣고 무산소 분위기에서 550 ℃로 4시간 배소하여 활성화 시킨 후 자연 냉각시킨다.
(4)냉각 후의 산물을 80 um - 120 um 사이의 산물로 연마 체질한다.
상기 방법을 사용하여 활성화를 진행한 후의 퀀텀 카본 자성 물질은 여전히 95 % 이상의 흡착 활성 능력을 구비한다.
(5)퀀텀 카본 광반응 물질의 제조 및 활성화 방법
본 실시예에서 유기물 분해 과정 진행 시 사용하는 퀀텀 카본 광반응 물질 제조 방법 및 활성화 방법을 설명한다.
1.퀀텀 카본 광반응 물질의 제조방법
실시예 1
본 실시예의 퀀텀 카본 광반응 물질의 제조 방법은 하기와 같다.
(1)퀀텀 카본액, TiO2, 고순도 순수 및 적당량의 N(CH3)4OH·5H2O를 교반 혼합한 후 가열하여 슬러리를 제조한다. 여기서, 퀀텀 카본액과 TiO2의 비율은 100 ml : 200 g이고, 슬러리를 오븐에 넣어 건조 고화시켜 Rh-C/TiO2 산물을 얻는다.
(2)Rh-C/TiO2 산물, 건조 제올라이트 분말 및 Pt금속 1중량 %을 함유하는 H3PtCl6·5.3H2O를 혼합하여 슬러리를 제조한다.
(3)단계 (2) 중의 슬러리를 건조 고화 하소(calcination)하여 Rh-Pt-C-M/TiO2 복합형 광촉매 산화물을 얻고, 냉각 후 200 메쉬 내지 300 메쉬 사이로 연마한 산물이 광반응 물질이다.
실시예 2
본 실시예의 퀀텀 카본 광반응 물질의 제조 방법은 하기와 같다.
(1)50g의 TiO2, 50g의 제올라이트(M)를 각각 200 ml의 고순도 순수가 담긴 비커에 분산시키고 실온에서 몇분간 교반하여(교반 회전자는 비금속을 사용함) 물을 제거하고 3번 반복한다.
(2)80 ℃의 진공 건조 오븐에서 건조한다. 각각 25 ml의 퀀텀 카본액, 50 g의 TiO2 건조 분말 및 Rh금속 5중량 %을 함유하는 Rh(NO3)3를 각각 취한다.
(3)퀀텀 카본액, TiO2, 350 ml고순도 순수 및 N(CH3)4OH·5H2O을 삼목 플라스크에 넣고 가열 혼합하여, 온도가 60 ℃인 슬러리를 제조한다(교반 과정에서 Rh(NO3)3를 매번 소량으로 플라스크에 천천히 첨가하고, 60 ℃를 유지하며, 1시간 교반한다).
(4)슬러리를 100 ℃의 오븐에 넣고 12시간 동안 건조 고화시켜 Rh-C/TiO2 산물을 얻는다.
(5)얻은 Rh-C/TiO2 산물, 50g의 건조 제올라이트 분말 및 Pt금속1중량 %을 함유하는 H3PtCl6·5.3H2O를 삼목 플라스크에 넣고 혼합하여 슬러리를 제조한다(교반 과정에서 H3PtCl6·5.3H2O를 매번 소량으로 플라스크에 천천히 첨가하고, 1시간 교반하며, 6시간 정치한다).
(6)슬러리를 100 ℃의 오븐에 넣고 12시간 동안 건조 고화시킨 후 380 ℃ 무산소 분위기 오븐에서 6시간 하소하여 Rh-Pt-C-M/TiO2 복합형 광촉매 산화물을 얻고 냉각 후 마노 원뿔 또는 유리 원뿔에서 200 메쉬 내지 300 메쉬 사이로 연마한 산물이 본 발명의 광반응 물질이다.
본 발명에 따른 TiO2는 기상 나노 티타니아 TiO2P25(시중 상품)이고 평균 입경이 25 nm인 예추석 및 레드스톤 결정체 혼합상의 티타니아이다. 본 발명에 따른 제올라이트(M)는 300 메쉬로 분쇄된 머서 가공 제올라이트이다.
여기서, N(CH3)4OH·5H2O는 수산화테트라메틸암모늄 오수화물이고, H3PtCl6·5.3H2O는 염화백금산 수화물이다.
2.퀀텀 카본 광반응 물질의 활성화 방법
본 발명에서 제조된 퀀텀 카본 광반응 물질은 중복 사용 과정에서 촉매 산화 능력과 활성도를 장시간 유지할 수 있고, 그 감쇠가 느리다. 그러나 본 발명의 장치 시스템 중의 샘플링 측정 포트(2) 위치의 측정에서 처리수의 어느 하나의 지표가 기준선에 근접하기 전에, 퀀텀 카본 광반응 물질을 모두 회수하고 새로운 물질로 교체해야 한다. 회수된 퀀텀 카본 광반응 물질에 대해 활성화 처리를 진행하며 활성화 처리 단계는 하기와 같다.
(1)회수된 퀀텀 카본 광반응 물질과 탈이온수를 1:3의 비율로 초음파 용기에 넣고, 교반하면서 25 KHz의 주파수의 초음파 처리를 1 시간동안 진행한다.
(2)물을 여과시키고 같은 량의 새로운 탈이온수를 첨가하여 계속하여 교반하면서 초음파 처리를 1 시간동안 진행한다.
(3) (1)과 (2)의 단계를 3번 반복하고 여과시킨 후 100 ℃의 오븐에서 건조 시킨다.
(4)건조된 물질을 머플 가마에 넣고 무산소 분위기에서 380 ℃로 4시간 하소한다.
(5)냉각 후 200 메쉬 - 300 메쉬 사이의 산물로 연마 체질한다.
상기 방법을 사용하여 활성화를 진행한 후의 퀀텀 카본 광반응 물질은 여전히 95 % 이상의 촉매 산화 활성 능력을 구비한다.
(6)실시 효과
본 발명의 기술적 해결수단에 대해, 2개의 공정 실례를 통해 상기 실시 효과에 대해 분석 검증을 진행하며 구체적으로 하기와 같다.
실시예 1
모 전기 도금 유기 잉크 공장에서 생산되는 폐수는 300t/일이고, 생산라인의 각 유닛이 생상하는 폐수를 집중 수집한 후 종합 처리한다. 유입수의 수질 각종 항목의 지표와 처리 효과는 하기 표와 같다.
Figure pct00003
지표 대조 결과는 도 16과 같고 구체적인 실시 방법은 하기와 같다.
공장의 폐수를 본 발명의 오염수 정화 장치 시스템에 진입시키고, 퀀텀 카본 자성 물질의 투입량은 오수의 1.2 %(중량비)이며, 퀀텀 카본 광반응 물질 투입량은 오수의 1.5 %(중량비)이고; 초전도 자석은 저온 초전도 자석(도 4a, 도 4b 초전도 자석 외형도)을 사용하며, 냉매는 액체 헬륨이며, 전류 단자는 초전도 본체 내에 전류 114 A를 전달하고, 온도 모니터링부는 4K로 제어하며, 진공 배기는 10 - 6 hPa이고, 자기장 중심 강도는 2T이며, 자기 분리 시스템에 고계조도 자기장을 제공한다. 장치 시스템의 다른 각 부분은 본 발명의 바람직한 파라미터에 따라 처리한다. 처리 결과는 완전히 기준에 도달하고 특히 중금속 처리 제거율은 96 % 이상이며 일부는 100 %에 근접한다. 처리 효과 및 물질 순환 통계 데이터를 보면, 퀀텀 카본 자성 물질과 퀀텀 카본 광반응 물질은 20번의 폐수 처리를 거친 후, 화학적 산소요구량CODcr의 제거율이 여전히 96 % - 97 % 사이를 유지하고; 암모니아성 질소의 제거율은 97 % - 98 % 사이를 유지하며; 총동의 제거율은 98 % - 99 % 사이를 유지하고; 총납의 제거율은 97 % - 99 % 사이를 유지하며; 총인의 제거율은 97 % - 99 % 사이를 유지하고; pH 값은 6 - 9 사이로 안정된다. 이는 퀀텀 카본 자성 물질과 퀀텀 카본 광반응 물질의 협동 사용 과정에서 20번의 중복 사용 후에도 여전히 아주 높은 협동 활성 능력을 유지함을 보여준다.
실시예 2
모 인쇄회로기판 공장 폐수의 중복 사용 실험을 진행하였고, 해당 공장에서 생산되는 폐수는 30t/일이고, 생산라인의 각 유닛이 생상하는 폐수를 집중 수집한 후 종합 처리한다. 유입수의 수질 각종 항목의 지표와 처리 효과, 통계 데이터는 하기 표와 같고, 모 인쇄회로기판 공장 폐수 처리 효과 및 물질 순환 통계 데이터는 하기 표와 같다.
Figure pct00004
효과 대조 결과는 도 17a, 도 17b와 같고 구체적인 실시 방법은 하기와 같다.
공장의 폐수를 본 발명의 오염수 정화 장치 시스템에 진입시키고, 퀀텀 카본 자성 물질의 투입량은 오수의 1.0 %(중량비)이며, 퀀텀 카본 광반응 물질 투입량은 오수의 1.2 %(중량비)이고; 장치 시스템의 다른 각 부분은 본 발명의 바람직한 파라미터에 따라 처리한다. 처리 결과는 완전히 기준에 도달하고 특히 COD 및 암모니아성 질소 등 지표에서 현저히 효과가 있다. 처리 효과 및 물질 순환 통계 데이터를 보면, 퀀텀 카본 자성 물질과 퀀텀 카본 광반응 물질은 10번의 폐수 처리를 거친 후, 화학적 산소요구량CODcr의 제거율이 여전히 91 % - 93 % 사이를 유지하고; 암모니아성 질소의 제거율은 94 % - 97 % 사이를 유지하며; 혼탁도는 302 - 404 사이를 유지하고; pH 값은 6 - 9 사이로 안정된다. 이는 퀀텀 카본 자성 물질과 퀀텀 카본 광반응 물질의 협동 사용 과정에서 10번의 중복 사용 후에도 여전히 아주 높은 협동 활성 능력을 유지함을 보여준다.
본 발명에 따른 오수는 전기도금 공장, 인쇄 공장, 화학품 공장, 전자공업 공장, 제지 공장, 식품 공장 등 각종 공장에서 배출되는 오수를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 도시 오수 및 일상생활에서 배추뢰는 오수를 포함한다. 하수, 지표수, 지하수 등을 더 포함한다. 상기 폐수는 폐수 처리 공장을 통해 집중 정화 처리될 수 있다.
본 발명에 따른 오수 중의 오염물은 다양한 물질을 포함하며, 예를 들면 크롬(Cr), 비소(As), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 니켈(Ni), 수은(Hg), 납(Pb) 등 중금속이온을 포함한다. 유기물질, COD(화학적 산소요구량), BOD(생물적 산소요구량) 및 TOC(전 유기탄소) 지수의 상승을 초래하는 물질을 더 포함한다. 이러한 물질은 단지 예시적인 것일 뿐 이에 한정되는 것이 아니며 세균, 바이러스 등 특수한 화학적 구조를 더 포함할 수 있다.
본문에서　설명한　구체적인　실시예는　단지　본　발명의　정신을　예를　들어　설명한　것이다.　본　발명이　속하는　기술분야의　통상의　기술자는　설명된　구체적인　실시예에　대해　여러　가지　수정　또는　보충을　진행하거나　유사한　방식으로　대체할　수　있지만,　본　발명의　정신　또는　첨부된　청구범위에　정의된　범위를　벗어나지　않는다.
오수 수집 탱크: 1, 냉각기 제어함: 2, 혼합 탱크: 3, 교반 시스템: 4, 시스템 제어함: 5, 초전도체: 6, 냉동기: 6-1, 자기장 영역: 6-2, 자기장 중심: 6-3, 초전도 본체: 6-4, 전류 단자: 6-5, 냉매 유입구: 6-6, 냉매 배출구: 6-7, 진공 기체 배출구: 6-8, 온도 모니터링부: 6-9, 자기 분리 탱크: 7, 오버플로 포트: 7-1, 자성 물질 추출 수단: 8, 구동 풀리: 8-1, 종동 풀리: 8-2, 인장 풀리: 8-3, 흡기구: 8-4, 블로잉 포트: 8-5, 3차원 상자성 금속 체인망: 8-6, 기체 유로: 8-7, 고정 플레이트: 8-8, 나팔구: 8-9, 자성 물질 수집 시스템: 9, 제1 사이클로 고체기체 분리기: 9-1, 제2 사이클로 고체기체 분리기: 9-2, 공기 유로: 9-3, 퀀텀 카본 광반응 물질 혼합 탱크: 10, 퀀텀 카본 광반응 물질 투입구: 10-1, 용존산소 미세기포 발생기: 11, 위치결정 볼트: 11-1, 용존산소 미세기포 발생기하우징: 11-2, 광반응기: 12, 광원 엔드 캡: 12-1, 배출구: 12-2, 금속 외통: 12-3, 반사층: 12-4, 광원: 12-5, 유입구: 12-6, 1차 침전지: 13, 2차 침전지: 14, 정수 필터: 15, 정수 배출구: 15-1, 정수 장치 하우징: 15-2, 필터부: 15-3, 급수 펌프: P1, 오수 펌프: P2, 공압 펌프: P3, 광반응 압력 펌프: P4, 회수 펌프: P5, 배수 펌프: P6, 1차 리턴 밸브: F1, 1차 샘플링 밸브: F2, 급수 밸브: F3, 회수 밸브: F4, 광반응 유입 밸브: F5, 광반응 배출 밸브: F6, 퀀텀 카본 광반응 물질회수 밸브: F7, 퀀텀 카본 광반응 물질 2차 회수 밸브: F8, 백플러싱 세척 밸브: F9, 백플러싱 방지 밸브: F10, 2차 리턴 밸브: F11, 배출 밸브: F12, 2차 샘플링 밸브: F13, 백플러싱 압력계: V1, 음압계: V2.

Claims (10)

  1. 오수에 퀀텀 카본 자성 물질을 첨가하고 혼합하며, 강한 자기장을 이용하여 금속이온을 흡착한 퀀텀 카본 자성 물질을 오수로부터 분리하는 이온 처리 단계를 포함하고,
    상기 퀀텀 카본 자성 물질은 초상자성 성질을 구비하는 퀀텀 카본 혼합물임을 특징으로 하는 오수 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    퀀텀 카본 자성 물질이 혼합된 액체를 자기장 영역에 위치한 자기 분리 탱크 내에 흘러보내고, 자기장을 이용하여 금속이온을 흡착한 퀀텀 카본 자성 물질을 회전 가능한 금속 체인망에 흡착하여 꺼내고, 블로잉 나팔구를 이용하여 금속 체인망의 퀀텀 카본 자성 물질을 탈착하여 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오수 처리 방법.
  3. 자기장 영역 내에 위치하고 퀀텀 카본 자성 물질이 혼합된 오수를 제공받으며 피처리 액체 측으로부터 자성 물질 추출 수단 측으로 이동할 수 있는 금속 체인망이 내부에 설치된 자기 분리 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 오수 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자성 물질 추출 수단은 각각 금속 체인망 양측에 설치된 블로잉 나팔구이고, 일측의 블로잉 나팔구는 양압이고 타측의 블로잉 나팔구는 음압인 것을 특징으로 하는 오수 처리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 금속 체인망은 상자성 금속으로 제조된 3차원 공간을 구비하는 금속망인 것을 특징으로 하는 오수 처리 시스템.
  6. 오수에 퀀텀 카본 광반응 물질을 첨가하고 혼합하며, 혼합액에 대해 용존산소 반응 및 광반응을 진행하는 유기 분해 단계를 포함하고,
    상기 퀀텀 카본 자성 물질은 초상자성 성질을 구비하는 퀀텀 카본 혼합물임을 특징으로 하는 오수 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용존산소 반응에서, 혼합액을 순차적으로 배열되고 통공을 구비하는 금속편 및 직경이 상이한 다수의 챔버를 통과시키고, 각 금속편의 통공은 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 오수 처리 방법.
  8. 하우징을 포함하고, 하우징 양단에 중부가 개공된 엔드 캡이 설치되며, 하우징 내부에는 액체 유입구로부터 배출구까지 금속편(A), 금속편(B), 금속편(C)이 순차적으로 설치되고, 상기 금속편(A)과 금속편(B)에는 형상이 같고 균일하게 분포된 통공이 엇갈리게 설치되며, 상기 금속편(C)의 가장자리에는 주변을 따라 등간격으로 다수의 통공이 설치되는 것을 특징으로 하는 오수 처리 시스템.
  9. 오수에 퀀텀 카본 자성 물질을 첨가하고 혼합하며, 강한 자기장을 이용하여 금속이온을 흡착한 퀀텀 카본 자성 물질을 오수로부터 분리하는 단계 - 상기 퀀텀 카본 자성 물질은 초상자성 성질을 구비하는 퀀텀 카본 혼합물임 - ;
    이온 처리 단계를 거쳐 처리된 액체에 퀀텀 카본 광반응 물질을 첨가하고 혼합하며, 혼합액에 대해 용존산소 반응 및 광반응을 진행하는 유기 분해 단계 - 상기 퀀텀 카본 광반응 물질은 퀀텀 카본을 포함하는 광반응 물질 혼합물임 - 를 포함하는 것을 특징으로 하는 오수 처리 방법.
  10. 이온 처리 장치, 유기 분해 장치를 포함하고,
    상기 이온 처리 장치는, 자기장 영역 내에 위치하고 퀀텀 카본 자성 물질이 혼합된 오수를 제공받는 자기 분리 탱크를 포함하고, 상기 자기 분리 탱크 내부에는 피처리 액체 측으로부터 대향되게 설치되고 각각 양음압인 2개의 블로잉 나팔구 사이로 이동할 수 있는 금속 체인망이 설치되며, 상기 자기 분리 탱크에는 오버플로 포트가 설치되고,
    상기 유기물 분해 장치는, 퀀텀 카본 광반응 물질을 혼합하기 위한 광반응 물질 혼합 탱크, 상기 광반응 물질 혼합 탱크와 연결된 내부에 금속편 어레이 및 직경이 상이한 다수의 챔버가 순차적으로 설치되는 용존산소 미세기포 발생기, 상기 용존산소 미세기포 발생기에 연결되고 자외선 광원을 구비하는 광반응기를 포함하며, 상기 금속편 어레이는 통공을 구비하는 다수의 금속편을 포함하고, 각 금속편의 통공은 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 오수 처리 장치.
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