KR20210103084A

KR20210103084A - 오존수를 oh라디칼수로 전환시켜 다단계로 분무하는 방법의 공기오염물질을 저감 시스템

Info

Publication number: KR20210103084A
Application number: KR1020200017403A
Authority: KR
Inventors: 신희종
Original assignee: 이에스티 주식회사
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2021-08-23
Also published as: KR102313141B1

Abstract

본 발명은 오존 및 OH라디칼 혼합용해수를 이용한 오염공기 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오존을 물에 용해시키고 물에 용해된 오존을 유동성 촉매를 이용하여 물과 반응시켜 OH라디칼을 생성함으로써 다량의 OH라디칼이 포함된 오존 및 OH라디칼 혼합수를 만들고, 이렇게 만들어진 오존 및 OH라디칼 혼합수를 2단계로 나누어 분무하여 오염공기와 접촉시키되, 1차 접촉단계에서는 굵은 입자의 미스트를 만들어 분무함으로써 분진 또는 물에 녹는 물질을 공기로부터 제거하고 2차 접촉단계에서는 상대적으로 가는 입자의 미스트를 만들어 분무함으로써 가스 상태의 오염물질을 분해하여 공기 중 복합적인 성분의 오염물질을 효과적으로 제거하는 오염공기 정화장치에 관한 것이다.

Description

오존수를 OH라디칼수로 전환시켜 다단계로 분무하는 방법의 공기오염물질을 저감 시스템{A system that reduces air pollutants by converting ozone water into OH radical water and spraying it in multiple stages}

본 발명은 오존 및 OH라디칼 혼합용해수를 이용한 오염공기 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오존을 물에 용해시키고 물에 용해된 오존을 유동성 촉매를 이용하여 물과 반응시켜 OH라디칼을 생성함으로써 다량의 OH라디칼이 포함된 오존 및 OH라디칼 혼합수를 만들고, 이렇게 만들어진 오존 및 OH라디칼 혼합수를 2단계로 나누어 분무하여 오염공기와 접촉시키되, 1차 접촉단계에서는 상대적으로 굵은 입자의 미스트를 만들어 분무함으로써 분진 또는 물에 녹는 물질을 공기로부터 제거하고 2차 접촉단계에서는 상대적으로 미세한 입자의 미스트를 만들어 분무함으로써 가스 상태의 오염물질 분해하여 공기 중 복합적인 성분의 오염물질을 효과적으로 제거하는 오염공기 정화장치에 관한 것이다. 또한, THC(총탄화수소) 등 난분해성 공기오염물질을 효과적이고 강력하게 분해할 수 있는 물질인 오존 및 OH라디칼 혼합용해수를 이용한 공해방지 장치로서 잦은 활성탄 교체로 인해 실용성에 한계가 있는 흡착방식, 막대한 연료 소비로 인해 경제성 낮은 RTO(Regenerated Thermal Oxidizer)방식을 대체할 수 있는 저비용 고효율의 오염공기 정화장치에 관한 발명이다.

종래에도 오존가스 또는 오존수를 분무하여 공기오염물질을 제거하려는 방법은 다양하게 시도되었다. 일반적으로 오존가스를 공기오염물질과 접촉시킬 경우 공기오염물질의 분해 효과가 매우 낮아 오존가스를 물에 용해시킨 뒤 분무하여 공기오염물질과 접촉시킴으로써 공기오염물질 분해의 효과를 강화시키는 방법을 사용한다. 또한, OH라디칼(수산기)의 산화력이 오존수에 비해 훨씬 강력하므로 오존을 물에 용해시킨 뒤 물과 반응시켜 OH라디칼을 생성키는 방법이 다양하게 시도되고 있다. 뿐만 아니라 생성된 OH라디칼은 또다시 물과 반응하여 OH라디칼을 생성시키는 연쇄반응 메커니즘을 가지고 있어 소량의 오존을 투입하여 상대적으로 많은 량의 강력한 산화물질을 생성할 수 있는 이점을 활용하고자 오존수를 OH라디칼로 전환시키기 위한 다양한 방식의 시도가 이루어지고 있다. 오존수를 이용하여 대량의 OH라디칼을 생성하기 위해 자외선을 조사하거나 백금, 산화티타늄 등의 촉매를 사용하는 방법이 가장 많이 이용되고 있으나 자외선램프 또는 촉매의 표면에 발생하는 스케일 등의 이물질로 인하여 단기간 내에 촉매의 효율이 저하되는 문제점을 안고 있으며 아직도 이러한 문제점을 제대로 해결하지 못하고 있는 실정이다.

한편, 공기오염물질은 대체로 단일성분으로 이루어진 경우가 드물고 고체입자(분진)와 가스(냄새)가 혼합된 경우가 대부분이다. 공기오염물질의 입자가 매우 큰 경우에는 분리막필터 또는 사이클론 집진기 등을 사용하여 제거하는 것이 효율적일 것이다. 하지만 백연처럼 공기오염물질의 입자가 비교적 작은 경우나 가스가 포함된 경우에는 막필터 또는 사이클론 집진기만으로 공기오염물질을 충분히 제거할 수 없다. 이 경우에 세정탑(Scrubber)을 이용한 흡수방식을 많이 이용하고 있으나 이 또한 불용성 가스가 제대로 처리되지 않은 채 배출되는 문제점을 극복하지 못하고 있다. 특히, 법적인 대기오염물질 배출허용기준이 점차 강화되면서 다단계 세정방식, 약액세정방식 등 기존 대기오염 방지시설을 개선하는 한층 강화된 대기오염물질 저감방식을 동원하고 있다. 결국 시설투자비 및 운용비 등 환경비의 부담이 크게 늘어나거나 제대로 운영하지 못하여 대기환경 오염의 원인으로 작용하고 있다.

특별히 문제가 되는 것은 총단화수소(THC, Total Hydrocarbon) 또는 휘발성유기화합물(VOC, Volatile Organic Compound) 등 기체상태이면서 물에 잘 녹지 않는 난분해성 공기오염물질이 배출되는 경우로서, 다단계 세정탑을 이용한 약액세정 흡수방식의 공기오염물질 제거방식이 이용되고 있으나 고농도로 배출되는 대기오염물질의 경우에는 대응하지 못하고 있는 실정이다. THC 또는 VOC 등이 포함된 대기오염물질을 제거하기 위한 또 다른 방식으로 고분자, 활성탄, 제올라이트 등 이용한 흡착방식 또는 오염물질을 분해하는 미생물을 이용한 바이오필터 방식 등을 동원하고 있으나 빈번한 활성탄의 교체 및 미생물의 관리에 어려움 등으로 적용에 어려움이 있다.

공기오염물질을 포집하여 연소시켜 처리하는 RTO(Regenerated Thermal Oxidizer)가 보다 확실한 방법으로 제시되고 있으나 연소에 필요한 고열을 얻는 공정에 막대한 연료비가 소요되고 열원으로 사용하는 화석연료 때문에 발생하는 질소산화물은 2차 오염물질로서 별도 저감처리를 해야 하는 문제점을 가지고 있다.

이상에서 제시한 바와 같이 지금까지 공기오염물질을 저감시키기 위해 다양한 방식이 시도되고 있으나 고농도로 배출되거나 복합적인 성분을 함유한 경우 성능이 미달되며 비용 대비 성능이 낮아 실제 적용이 어려운 상황이다. 특히, 공기오염물질의 법적 배출허용기준이 점차 까다로워지고 있어 효율적인 공기오염물질 저감장치의 개발이 시급한 상황이다.

[문헌1] 등록특허 제 10-1912595호 (2018.10.23) [문헌2] 등록특허 제 10-0930987호 (2009.12.07.) [문헌3] 등록특허 제 10-1270696호 (2013.05.28)

본 발명은 상기 [배경기술] 에서 소개한 문제점을 해소하기 위하여 개발된 것이다.

본 발명은 [배경기술] 에서 소개한 문제점을 해소하기 위하여 기본적으로 공기오염물질을 분해할 강력한 산화제의 제조와 제조된 산화재와 공기오염물질의 충돌빈도를 높이는 것으로 해결하고자 한다.

첫째, 강력한 산화제를 제조하는 방법으로 오존을 물에 녹여 OH라디칼로 전환시키기 위해 촉매를 사용하되 지속적인 기능을 발휘할 수 있도록 오존수저장탱크(4)에 저장된 오존수를 오존수순환펌프(5)를 이용하여 OH라디칼촉진기(6)로 이송한 후, 다시 오존수저장탱크(4)로 회수하는 오존수순환배관(7)을 설치하되 순환하는 오존수의 물살의 힘에 의해 OH라디칼촉진기(6) 내부에 있는 촉매가 강하게 움직이도록 하여 촉매의 표면에 이물질이 생성되는 것을 방지하는 방법을 고안하였다. 이를 통하여 촉매의 성능을 지속적으로 유지시켜 안정적인 OH라디칼을 제조한다.

둘째, 산화재와 공기오염물질의 충돌빈도를 높이기 위한 방법으로 우선, 산화재인 오존 및 OH라디칼수를 2단계로 나누어 미세하게 분사하되 1차접촉반응부(12)에는 압축공기를 이용한 이류체노즐식가습기(9)를 이용하여 제조한 상대적으로 굵은 입자의 미스트를 분사하고 2차접촉반응부(13)에는 초음파가습기(10)를 이용하여 제조한 미세한 미스트를 분사한다.

상술된 특징들을 포함하는 본 발명은 다음과 같은 장점들을 가지고 있다.

첫째, 안정적인 OH라디칼수 생성을 통하여 강력한 공기오염물질 제거성능을 확보할 수 있다.

둘째, 미세 분진을 포함하거나 복합적인 성분의 공기오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

셋째, 전기료 및 시스템 보수비 이외의 폐수 등 이차오염물질 처리비, 촉매 교체비, 연료비 등의 추가 경비가 없어 매우 경제적으로 공기오염물질을 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 오염공기 정화 시스템 예시도

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서와 같이 물공급펌프(1)를 이용하여 지하수 또는 수도수와 같은 깨끗한 물을 공급받고, 산소를 원료로 사용하여 오존을 생성하는 오존생성성부(2)로부터 오존을 공급받아 오존용해부(3)에서 물과 오존을 혼화시킨 뒤 용해시켜 오존수저장탱크(4)에 저장한다. 오존수저장탱크(4)에 저장된 오존수를 오존수순환펌프(5)를 이용하여 OH라디칼촉진기(6)로 보내어 오존수에 용해되어 있는 오존을 물과 반응시켜 OH라디칼의 생성을 촉진시킨 후 오존수순환배관(7)을 경유하여 다시 오존수저장탱크(4)에 저장하는 과정을 반복시킴으로써 다량의 OH라디칼을 생성시킨다. 이렇게 많은 량의 OH라디칼이 생성된 오존수는 오존수저장탱크(4)에 저장되며 오존수공급펌프(8)를 이용하여 이류체노즐식가습기(9)와 초음파가습기(10)로 각각 보내어 가습시킨다. 이렇게 만들어진 미스트는 각각 1차접촉반응부(12)와 2차접촉반응부(13)으로 이송시킨다. 한편, 송풍기(11)를 이용하여 오염공기 배출원에서 나온 오염된 공기를 1차접촉반응부(12)로 보내어 이류체노즐식가습기(9)에서 생성된 오존수 미스트와 서로 접촉시킨다. 1차접촉반응부(12)에서 1차 접촉, 반응한 오염된 공기는 송풍기(11)에 의해 다시 2차접촉반응부(13)로 이송되고 여기에서 초음파가습기(10)에서 이송된 미스트와 서로 접촉시킨다. 초음파가습기(10)에서 2차접촉반응부(13)로 오존수 미스트를 효과적으로 이송시키기 위해 송풍기(11)에 의해 이송되는 공기의 통로를 벤츄리 형식으로 구성하여 초음파가습기(10)에서 생성된 미스트가 음압에 의해 2차접촉반응부(13)로 배출되도록 하는 방법이 사용될 수 있다. 1차접촉반응부(12)와 2차접촉반응부(13)를 거쳐 정화된 공기는 송풍기(11)의 힘에 의해 외부로 배출시킨다.

도 1에서와 같이 오존수저장탱크(4)에 저장된 오존수를 오존수순환펌프(5)를 이용하여 OH라디칼촉진기(6)로 보내어 오존수에 용해되어 있는 오존을 물과 반응시켜 OH라디칼의 생성을 촉진시킨 후 바로 오존수저장탱크(4)로 이송시키는 대신 오존수순환배관(7A)을 추가적으로 더 경유하여 오존수저장탱크(4) 보내 것은 오존의 용해농도를 더 높이고 배오존을 줄이기 위한 방안이다.

도 1에서 압축공기를 이용한 이류체노즐 가습기(9) 대신 오존수공급펌프(8)를 고압용으로 구성하여 스프레이 노즐을 이용하여 가습하는 방식은 압축공기 없이 오염공기를 정화하는 방안이다.

도 1에서 OH라디칼촉진기(6)가 오존수순환펌프(5)가 오손수를 순환시킬 때 발생하는 물살의 힘에 의해 OH라디칼촉진기 내부에 있는 촉매가 강한 움직임(유동성)을 갖도록 구성하는 것은 촉매에 스케일 등 오염물질이 생성되지 않도록 하여 촉매의 성능을 지속적으로 유지하는 방안이다.

Claims

물을 공급하는 물공급펌프(1);
오존을 공급하는 오존생성부(2);
물공급펌프(1)에서 공급받은 물에 오존생성부(2)로부터 공급받은 오존을 용해하는 오존용해부(3);
오존용해부(3)에서 생성된 오존수를 저장하는 오존수저장탱크(4);
오존수저장탱크(4)에 저장된 오존수를 순환시키는 오존수순환펌프(5);
오존수순환펌프(5)에 의해 공급받은 용해된 오존을 물과 반응시켜 OH라디칼의 생성을 촉진시키는 OH라디칼촉진기(6);
오존수저장탱크(4)에 저장된 오존수를 오존수순환펌프(5), OH라디칼촉진기(6)를 순서대로 경유하여 다시 오존수저장탱크(4)으로 보내는 오존수순환배관(7);
오존수저장탱크(4)에 저장된 오존수를 공급하는 오존수공급펌프(8);
오존수저장탱크(4)로부터 오존수공급펌프(8)에 의해 공급받은 오존수를 압축공기를 이용하여 가습하는 이류체노즐식가습기(9):
이류체노즐식가습기(9)와는 별도의 경로로 오존수공급펌프(8)에 의해 오존수를 공급받아 초음파 진동자를 이용하여 가습하는 초음파가습기(10);
오염된 공기를 공급하는 송풍기(11);
송풍기(11)로부터 공급받은 오염된 공기와 이류체노즐식가습기(9)로부터 공급받은 오존수 미스트를 서로 접촉시키는 1차접촉반응부(12);
1차접촉반응부(12)를 경유한 오염된 공기와 초음파가습기(10)로부터 공급받은 오존수 미스트를 서로 접촉시키는 2차접촉반응부(13):
를 갖춘 오염공기 정화 장치.
상기 [청구항 1] 에 있어서,
오존수순환배관(7)이 OH라디칼촉진기(6)에서 오존수저장탱크(4)로 바로 이송되지 않고 오존용해부(3)를 추가적으로 경유하여 오존수저장탱크(4)으로 연결되는 오존수순환배관(7A);
을 더 갖춘 오염공기 정화장치.
상기 [청구항 1] 에 있어서,
이류체노즐식가습기(9)를 대신하여 오존수공급펌프(8)의 힘에 의해 작동되는 고압스프레이식가습기;
을 갖춘 오염공기 정화장치.
상기 [청구항 1] 에 있어서,
OH라디칼촉진기(6)는 오존수순환펌프(5)가 오손수를 순환시킬 때 발생하는 물살의 힘에 의해 OH라디칼촉진기 내부에 있는 촉매가 강한 움직임(유동성)을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 오염공기 정화장치.