WO2011115335A1 - 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치 - Google Patents

가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a gas trapping gas-liquid reaction device, a water treatment device, and a gas purification device using the same, wherein gas and liquid materials are introduced into an upper inlet of the gas-liquid reaction device, and a relatively light gas is supplied to the gas-liquid.
  • the reaction efficiency is improved by increasing the contact time between the gas and the liquid by allowing it to react with the liquid injected into the upper part for a predetermined time until it is collected from the upper space of the reaction device and discharged to the lower outlet of the gas-liquid reaction device.
  • the present invention relates to a gas collection type gas-liquid reaction device capable of reducing costs such as installation costs and operating costs of a water treatment device and a gas cleaning device, and a water treatment device and a gas purification device using the same.
  • Conventional gas-liquid reaction devices mostly contain light gaseous materials under the gaseous-liquid reaction device, and relatively heavy liquids are injected into the upper part and dispersed in contact with the rising gaseous materials as they descend, or contain contaminants.
  • the gas is injected into the lower part of the reaction device filled with water, and the injected gas is discharged to the upper part of the reaction device.
  • Existing ozone oxidation unit uses ozone through gas mixer such as diffuser or venturi under the contaminated water-filled reactor, or pressurizes ozone to pressurize ozone to increase the solubility and contact efficiency of ozone. After dissolving a large amount in water, pressurized contaminated water is introduced into the lower part of the reaction device to generate a micro or nanometer-sized ozone bubble, and the atmospheric pressure combined with the dissolved dissolved ozone (DOF) process to react while floating. Oxidation reactors were the mainstream.
  • gas mixer such as diffuser or venturizes ozone to pressurize ozone to increase the solubility and contact efficiency of ozone.
  • pressurized contaminated water is introduced into the lower part of the reaction device to generate a micro or nanometer-sized ozone bubble, and the atmospheric pressure combined with the dissolved dissolved ozone (DOF) process to react while floating.
  • DOF dissolved dissolved ozone
  • Figure 1 shows an example of the use of the conventional ozone oxidation device ozone gas is introduced into the bottom of the reaction device containing contaminants by the acid engine, venturi, etc. in the form of fine bubbles in the water while the ozone gas is floating in the bubble form
  • the unreacted ozone gas that comes out of the water after reacting with the pollutant in the air is no longer reacting with the pollutant and is discharged to the upper part. Therefore, a large amount of ozone gas is added to dissolve the ozone gas close to the saturation concentration.
  • Many typical ozone reactors are typical ozone reactors.
  • ozone gas is present in the form of bubble droplets due to the low solubility of ozone in the existing ozone oxidation device.
  • the shorter residence time in water the shorter contact time with contaminants.
  • an oxidation reaction apparatus has been developed using a DOF process that increases the reaction time by reducing the floating rate by making an ozone bubble a micro or nanometer sized bubble.
  • the size of the ozone bubble is one of the important factors that determine the oxidation efficiency.
  • ozone injected into the oxidation reaction device can only react with contaminants while staying in water, so in the case of adding ozone gas into the water, the ozone bubble is reduced to the size of the ozone bubble to reduce the speed of injuries.
  • the DOF process which increased the height of the oxidation reactor and increased the height of the oxidation reaction device, was more successful than the ozone oxidation method using the diffuser, the venturi, etc., but the size of the oxidizer is also increased due to the increase in size as the ozone bubble rises. .
  • DOF dissolved
  • ozone process, or pressurize the ozone and contaminated water into a tubular reaction device, and attach a stirring device to remix with contaminated water to solve the problem that gaseous ozone separates while flowing with ozone and contaminated water.
  • the pressurized oxidation reaction device to react was the most efficient technology.
  • the contact time increases as the distance of the fine bubble rises, that is, the height of the reaction device increases.
  • the speed of flotation increases, there is a limit to increase the contact time by increasing the size of the oxidation reaction device infinitely, and the method of injecting the unreacted ozone discharged again requires a separate pump system and a reaction device to pressurize the ozone. It is difficult to reuse because of increased cost and hassle, and high consumption of ozone gas was consumed because high concentration of unreacted ozone was dismantled to below environmental standard.
  • the solubility increases in proportion to the pressure, but the injected ozone and contaminated water are separated from the contaminated water because gaseous ozone is separated as it flows through the reactor.
  • the ozone introduced by attaching a stirring device such as a line mixer to be mixed in the middle of the pipeline type reaction device was intended to be reused
  • the ozone gas inside the reaction device has a relatively large bubble shape because there is a limit in making the ozone gas into microbubble.
  • Existing and discharged with contaminated water there was a limit in reducing the generation of unreacted ozone, such as increasing the length of the reaction device to increase the contact time.
  • the existing ozone oxidation device has a low efficiency of using ozone gas for the oxidation reaction, and thus, an expensive ozone generator capacity is required to input much more ozone than the amount of ozone required for the actual oxidation reaction in order to obtain a predetermined oxidation reaction efficiency. Since this has to be increased, there was a problem that installation costs and maintenance costs are increased.
  • the present invention was conceived by recognizing the above point, and an object of the present invention is to solve the structural problem of the oxidation reaction apparatus in which ozone injected from the gas-liquid reaction value used in the existing ozone oxidation apparatus is not sufficiently used and disposed of.
  • an object of the present invention is to solve the structural problem of the oxidation reaction apparatus in which ozone injected from the gas-liquid reaction value used in the existing ozone oxidation apparatus is not sufficiently used and disposed of.
  • it is possible to reduce the amount of unreacted ozone and maximize the efficiency of removing pollutants by repeatedly conducting contact reactions with contaminants, and to provide a gas trapping gas-liquid reaction device, a water treatment device, and a gas purification device using the same. It is to.
  • the collection space is formed in the vertical direction long in the inside, the upper inlet and the lower outlet in communication with the collection space, respectively, the upper and lower In the gas-liquid reaction device provided, the gas and the liquid is pressurized to a pressure of 1 to 15 atm by a pressure pump to flow into the upper inlet, the gas is collected from the upper portion of the collecting space and sequentially filled in the downward direction It is discharged to the lower outlet, the liquid is sprayed from the upper inlet is characterized in that it is configured to be in contact with the gas in the gas layer collected in the upper portion of the collecting space and discharged to the lower outlet.
  • the gas-collecting gas-liquid reaction device is characterized in that the plurality is connected in series or in parallel.
  • the collection space is formed in the vertical direction in the upper and lower and the upper inlet and the lower outlet is in communication with the collection space, respectively, A gas-liquid reaction device, and a gas-liquid separation device connected to the lower outlet of the gas-liquid reaction device, wherein the gas-liquid reaction device includes a gas and a liquid at a pressure of 1 to 15 atm by a pressure pump.
  • the gas is collected from the upper portion of the collecting space is sequentially filled in the downward direction and discharged to the lower outlet, the liquid is injected from the upper inlet and collected in the upper portion of the collecting space In contact with the gas and discharged to the lower outlet, the gas is ozone gas, the liquid
  • the sieve is composed of contaminated water containing contaminants so that the treated water is discharged to the lower outlet, and the gas-liquid separator removes the unreacted ozone gas from the treated water while removing the pressure of the pressurized treated water. It is characterized by separating.
  • the water treatment apparatus using a gas trapping gas-liquid reaction device characterized in that the collecting space is filled with a filler made of any one or more of metal, ceramic, polymer resin material.
  • waste ozone connected to the outlet of the gas-liquid separation device to reduce the unreacted ozone discharged from the gas-liquid separation device
  • the waste ozone decomposing device further includes a cylindrical reaction device having an inlet and an outlet, and includes a quartz tube having an ultraviolet lamp inserted therein, and converts unreacted ozone into OH radicals to react with contaminants. It is characterized in that it comprises a photocatalyst mainly composed of ultraviolet light and titanium dioxide filled around the outside of the quartz tube to treat the unreacted ozone and unreacted contaminants by the advanced oxidation process to remove.
  • the gas purification apparatus using a gas trapping gas-liquid reaction device the trapping space is formed long in the vertical direction therein, the upper and lower gas inlet and the upper inlet and lower outlet communicating with the collection space respectively-
  • the gas-liquid reaction device by pressurizing the gas and liquid at a pressure of 1 to 15 atm by a pressure pump to the upper inlet port gas is collected from the upper portion of the collecting space Sequentially filled in a downward direction and discharged to the lower outlet, and the liquid is injected from the upper inlet to react with the gas in the gas layer collected on the upper portion of the collecting space and to be discharged to the lower outlet, the gas being contaminated
  • a contaminated gas containing a substance, and the liquid consists of a purifying liquid, and the contaminated gas is It is collected from the upper part of the house space and filled to the lower outlet in the downward direction, and the purifying liquid is dispersed and lowered in the contaminated gas layer collected in the collecting space, and the contaminated
  • the gas trapping gas-liquid reaction device According to the above configuration, the gas trapping gas-liquid reaction device according to the present invention, the water treatment device and the gas purification device using the same are discharged together with the treated water when a gas such as ozone gas or polluted gas is introduced into the gas-liquid reaction device.
  • a gas such as ozone gas or polluted gas
  • light gases are gas-liquid reaction devices that utilize the property of gathering on top of the gas-liquid reaction device.
  • ozone gas and contaminated water are introduced into the upper part of the gas-liquid reaction device and discharged to the lower part.
  • lighter ozone gas is collected and injected into the gas-liquid reaction device.
  • the contaminated water is discharged after continuously reacting with the collected gas for a certain time, so that the gas introduced into the gas-liquid reaction device is dissolved in the contaminated water by the amount saturated with the set reaction pressure, and the remaining gas is consumed as the reaction progresses.
  • the gas cleaning device also has the advantage of reducing the cost of installation and operating costs by improving the cleaning capacity according to the increase in the contact time between the polluting gas and the cleaning liquid.
  • the gas-collecting gas-liquid reaction apparatus of the present invention is a gas-liquid structure because it is a structure that continues to react with the contaminated water until the gaseous ozone is collected above the gas-liquid reaction apparatus and exits the lower outlet.
  • the residence time of ozone that is, the contact time, can be adjusted according to the capacity of the reactor and the amount of ozone added, and the reaction can be carried out as the normal pressure by increasing the dissolved ozone concentration by pressurizing the reactor, thereby minimizing the generation of unreacted ozone while oxidizing the reaction.
  • There is an advantage that can greatly improve the efficiency can solve the problems of low efficiency and low ozone use efficiency of the existing ozone oxidation reaction device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a water treatment apparatus using a conventional ozone oxidation apparatus of the light ozone is introduced into the lower portion of the oxidation reaction device and discharged to the upper portion.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a gas trapping gas-liquid reaction device and a water treatment device using the same according to the present invention
  • FIG. 3 is a schematic view showing a gas-liquid reaction device and a water treatment device using the gas-collecting gas-liquid reaction device installed in multiple;
  • waste ozone decomposing device 200 treated water storage tank
  • FIG. 2 is a block diagram showing a gas trapping gas-liquid reaction device and a water treatment device using the same according to the present invention
  • Figure 3 is a gas-liquid reaction device and a water treatment using the gas trapping gas-liquid reaction device is installed in multiple A schematic showing the device.
  • the gas-liquid reaction device 110 has a long collection space formed in the vertical direction in the upper, the upper and lower inlet 111 and the lower outlet 112 is in communication with the collection space, respectively,
  • the gas and liquid are pressurized by the pressure pump 50 to 1 to 15 atm, and the inlet 111 is at the top and the outlet 112 is at the top of the tower gas-liquid reaction device 110, the upper inlet 111 Furnace gas and the liquid is introduced into the light gas is collected from the upper portion of the gas-liquid reaction device 110 and filled to the lower outlet 112 and discharged to the outlet 112, the liquid is injected from the inlet 111
  • the gas-liquid reaction device 110 is characterized in that it is discharged to the lower outlet 112 of the gas-liquid reaction device 110 after reacting with the gas while contacting the gas layer collected in the upper collecting space.
  • the gas trapping gas-liquid reaction device having the above characteristics is used as a water treatment device and a gas purification device. That is, when the gas is ozone gas and the liquid is contaminated water containing contaminants, the gas is used as the gas trapping gas-liquid reaction device, and the gas is a contaminant gas containing contaminants, and the liquid Is a purifying liquid, the gas collecting type gas-liquid reaction device is used as a gas purifying device.
  • the figure shows an example in which the gas trapping gas-liquid reaction device according to the present invention is used as a water treatment device.
  • gaseous ozone dissolves in contaminated water rather than directly reacting with contaminants dissolved in water, resulting in dissolved ozone and reacting with contaminants dissolved in water.
  • the amount of dissolved ozone in the contaminated water is increased, and secondly, the reaction apparatus structure that can easily dissolve gaseous gaseous ozone in water when the dissolved ozone is consumed by the contaminants increases the ozone oxidation efficiency. Since it can be said to be an important factor in the present invention to provide an ozone oxidation reaction apparatus that can satisfy the two conditions mentioned above.
  • the present invention provides a means by which the ozone introduced into the reaction apparatus is dissolved by a saturated concentration at a set reaction temperature and pressure, and the remaining gaseous ozone can be easily re-dissolved in water by the amount consumed as the reaction proceeds.
  • Ozone does not flow with contaminated water and is collected inside the reaction device and continuously reacts with contaminated water for a certain period of time before being discharged with contaminated water, thereby increasing the efficiency of ozone oxidation by increasing the amount of dissolved ozone.
  • the present invention relates to an ozone gas trapping gas-liquid reaction device that can reduce costs by dramatically reducing the capacity of an expensive ozone generating device and a waste ozone decomposing device.
  • Conventional ozone oxidation device and gas cleaning device have the same gaseous substance as lighter than liquid substance, so gaseous substance is mainly injected into the lower part and discharged to the upper part of the reactor, and heavy liquid substance is injected into the upper part and discharged into the lower part.
  • the amount of gas injected is relatively higher than that of the liquid material, and the liquid material is circulated by a simple pump operation and repeatedly used to purify the gaseous material.
  • the amount of ozone gas injected is relatively smaller than that of contaminated water, and the ozone gas is injected into the contaminated water and then reacted to purify the liquid and discharge the unreacted ozone to the top, or collect and decompose and dispose. .
  • the present invention can continuously use the ozone introduced into the gas-liquid reaction device 110 in the same concept as removing the contaminants contained in the gas phase while the liquid material is repeatedly circulated in the gas scrubber.
  • a method of introducing ozone gas and contaminated water into the upper inlet 111 of the gas-liquid reaction device 110 and discharging the condensed water to the lower outlet 112 of the gas-liquid reaction device 110 may be adopted. Only the contaminated water is discharged to the outlet 112 and when the ozone gas is filled to the outlet 112 of the lower portion of the gas-liquid reaction device 110, the gas-liquid reaction device 110 is configured to discharge the contaminated water and ozone gas. It was.
  • the relatively light ozone gas is trapped from the upper inlet 111 of the gas-liquid reaction device 110, and gradually collects gaseous ozone as the reaction time elapses from the lower outlet 112, and the ozone gas is a gas-liquid reaction.
  • a gas-liquid reaction device 110 is constructed in which only contaminated water is discharged to the bottom outlet 112.
  • contaminated water introduced into the upper inlet 111 together with ozone is in the form of droplets in the ozone gas layer collected on the gas-liquid reaction device 110, or lightly formed on the surface of the filler 114 filled in the collection space inside the oxidation reaction device.
  • the ozone gas is repeatedly discharged by the contaminated water until it exits the gas-liquid reaction device 110 while flowing down the water film and reacting with the ozone gas and being discharged to the lower outlet 112 of the gas-liquid reaction device 110.
  • the ozone gas introduced into the gas-liquid reaction device 110 is contaminated with contaminants in the contaminated water collected and introduced into the reaction device until discharged through the outlet 112 located below the gas-liquid reaction device 110. Since the reaction continues, the lower the gas-liquid reaction apparatus 110, the higher the contact frequency with the contaminants and the higher the consumption of ozone is located at a relatively low concentration.
  • the present invention is the ozone gas trapping gas-liquid reaction device 110 is designed to repeatedly react the introduced ozone with contaminants to maximize the oxidation reaction efficiency, minimize the amount of unreacted ozone generated ozone generator capacity And a gas trapping gas-liquid reaction device 110 capable of reducing installation and maintenance costs by compactly configuring the ozone oxidation reaction system through an increased oxidation efficiency by reducing the capacity of the waste ozone decomposing device 180. It relates to the water treatment method used.
  • a relatively small amount and light ozone of ozone gas and contaminated water introduced into the gas collecting type gas-liquid reaction device 110 and the upper inlet 111 is collected on the gas-liquid reaction device 110, and ozone is first introduced. Is pushed to the bottom, the new high concentration of ozone is always placed on the top, and the contaminated water reacts while passing through the collected ozone gas layer to consume ozone and exceed the capacity of the gas-liquid reaction device 110. Bay is discharged through the lower outlet 112.
  • the contact frequency with the contaminated water is low in the upper portion, and a high concentration of ozone is located, and as the lower portion is lowered, the reaction frequency is relatively high.
  • the lower the gas-liquid reaction device 110 the higher the frequency of contact with ozone and contaminants, so the larger the size of the gas-liquid reaction device 110, the longer the ozone stays inside the gas-liquid reaction device 110.
  • the ozone residence time that is, the reaction participation time, is determined by the arrangement method or the capacity and the ozone input amount of the gas-liquid reaction device 110. There is an advantage to adjust.
  • the ozone gas introduced into the gas-liquid reaction device 110 is lowered into the lower portion of the gas-liquid reaction device 110, and is repeatedly consumed while being reacted with contaminants and discharged to the lower outlet 112.
  • the concentration is lowered.
  • the gas-liquid reaction apparatus 110 of the present invention repeatedly contacts the ozone gas with contaminated water, such as to purify the contaminated gas by repeatedly removing the contaminants by introducing a cleaning liquid into the contaminated gas in the gas washing apparatus. It is an ozone oxidation reaction device used with high efficiency to minimize unreacted ozone gas.
  • the gas-liquid reaction device 110 was named an ozone gas trapping type gas-liquid reaction device 110 in the sense that the ozone gas was collected inside the reaction device to perform an oxidation reaction.
  • the ozone gas introduced into the gas collecting type gas-liquid reaction device 110 is filled from the upper part of the gas-liquid reaction device 110 to the lower part and discharged to the lower outlet 112 until the gas-liquid reaction device 110 is discharged. ), While the contaminated water reacts with the ozone gas from the upper portion of the gas-liquid reaction device 110 to the lower portion thereof and flows out to the lower outlet 112, or is collected again by the contaminated water transfer pump.
  • Type gas-liquid reaction device (120, 130) can be configured to be circulated to the upper inlet (121, 131), and back to the gas-liquid oxidation reaction device of the previous stage it can be circulated reaction in the contaminated water Since the pollutant and the ozone gas collected in the gas-liquid reaction apparatus 110, 120, and 130 may be repeatedly reacted, there is an advantage in that the reaction efficiency is remarkably improved to reduce unreacted ozone.
  • the reactor volume is increased by adjusting the height and diameter of the reactor to increase the residence time of the ozone gas to increase the number of contact reactions.
  • the reactor volume is increased by connecting multiple reactors in series as shown in Figure 3 it can increase the ozone oxidation efficiency.
  • the contaminated water flows down from the top to the bottom while forming a water film on the surface of the filling, ozone gas sufficiently reacts with the contaminated water in the form of a water film
  • the reaction efficiency can be increased as a result.
  • the amount of ozone collected by occupying the internal space of the gas-liquid reaction device 110 is due to the volume of the charge 114 itself. Less time to participate in the reaction, i.e. less residence time, is discharged through the discharge port, so the purpose of increasing the oxidation reaction efficiency is achieved rather than the effect of the filling material to improve the reaction surface area and dispersibility of ozone and pollutants. You can't do it.
  • the filling 114 filled in the gas-liquid reaction device 110 disperses the contaminated water flowing into the gas-liquid reaction device 110 in a biased manner, and forms a thin film on the surface of the filling 114.
  • the reaction surface area is increased by the outer surface area of the filler 114, so that the reaction surface can easily react with the surrounding ozone gas.
  • the larger the outer surface area of the filler 114, the larger the reaction surface area, and thus, the outer surface area may vary according to the type and shape of the filler 114 and thus the oxidation reaction efficiency may also vary.
  • the material of the filler material 114 filled in the gas-liquid reaction device 110 is titanium, stainless steel, or the like, which is not corroded to contaminated water and ozone gas, or a ceramic material, and the polymer resin is a general gas.
  • Teflon-based fluorine resin material which is widely used in a cleaning device, is known to be relatively stable to ozone gas because it may age when exposed to ozone gas having a strong oxidizing power for a long time.
  • the amount of ozone gas that can be trapped in the gas-liquid reaction device 110 that is, the amount of space between the filler 114 and the charge 114, can be collected. Since the porosity of the filler 114 is high, the amount of ozone gas collected in the gas-liquid reaction apparatus 110 may be increased.
  • the outer surface area varies depending on the shape of the filler 114, it is preferable to use a shape having a large surface area.
  • the filler is very high, the porosity of more than 80% and a high reaction surface area when the filler 114 is a cylindrical spring-shaped wire of titanium or stainless steel of 10mm or less in diameter.
  • the filling 114 processed into the cylindrical spring shape is filled into the gas-liquid reaction device 110, the filling 114 is held by the spring elasticity of the individual filling 114. It also has a firm fixing effect.
  • the contaminated water discharged to the outlet 112 of the lower gas-liquid reaction device 110 is transferred by a transfer pump 150a.
  • the secondary gas-liquid reaction device 120 is transferred to the inlet 121 and then reacted with the ozone gas, and in the same manner, the oxidizing reaction is continuously performed in the third gas-liquid reaction device 130 to perform multiple oxidation reactions.
  • the amount of unreacted ozone can be minimized.
  • the pressure is applied to the gas-liquid reaction device 110 by using the pressure pump 50 connected to the ozone gas trapping oxidation apparatus inlet 111 and the valve 160 of the outlet 112, which is higher than the normal pressure.
  • the reaction can be carried out under pressure, and the oxidation reaction effect is much better because the reaction can proceed in the pressurized state in the same manner as at normal pressure while the dissolved ozone amount is increased.
  • the first ozone introduced into the gas inlet type gas-liquid reaction device 110, the upper inlet 111 of the present invention is gradually pushed down while coming into contact with more of the contaminated water to be injected into the lower outlet because the ozone concentration is lowered downward
  • the concentration of ozone discharged to 112 is relatively lower than the concentration of ozone located above, and if the concentration of ozone discharged through the lower outlet 112 is high, the height of the gas-liquid reaction device 110 and
  • the volume of the gas-liquid reaction device 110 is increased to increase the contact time of ozone gas with contaminated water in the gas-liquid reaction device 110, or the ozone gas trapping gas-liquid reaction device ( 110) can be installed in multiple in series to increase the contact time of ozone gas and contaminated water to increase the efficiency of ozone oxidation reaction and reduce the amount of unreacted ozone.
  • the gas-liquid reaction device 110 can adjust the contact time between ozone and contaminated water according to the capacity and the amount of ozone input. Unreacted ozone generation problem can be solved.
  • the exhaust gas ozone discharged to the lower portion of the primary reaction device is contaminated water moved by the contaminated water pressurized pump 50.
  • the secondary gas-liquid reaction device 120 can be naturally transferred to the upper inlet 121, pressurized without a separate transfer pump (150a, 150b) between each gas-liquid reaction device (110, 120, 130) Ozone gas may also be transferred by the contaminated water that is transferred to the pump 50.
  • the oxidation reaction system can be naturally pressurized and operated, and also the ozone gas collecting type gas-liquid reaction device.
  • the lower outlet 112 can be operated by adjusting the discharge valve to set the oxidation reaction system to an arbitrary pressure, that is, the reaction can be performed by increasing the dissolved ozone concentration in the contaminated water, thereby increasing the oxidation reaction efficiency.
  • the waste ozone decomposing device 180 for decomposing separate unreacted ozone is not installed or has an advantage of minimizing its size.
  • the introduced ozone gas is dissolved in proportion to the pressure, and after completion of the reaction, the treated water is subjected to the gas-liquid separator under normal pressure ( 170)
  • the DOF process can be applied to re-react with unreacted contaminants in the treated water while the unreacted ozone gas, which is injected into the lower part and dissolved in the water due to the pressure difference, rises as micro bubbles in micro or nanometer size.
  • the gas-liquid reaction device 110 to reduce the amount of unreacted ozone and unreacted pollutants discharged to the outlet 171 of the gas-liquid separator 170 or to increase the decomposition efficiency of the pollutants. It is installed on the conduit connecting the outlet 112 and the gas-liquid separator 170, the inlet 172, the short-wavelength ultraviolet (UV-C) inside the tubular reaction device having the inlet and outlet (UV-C) or ultraviolet light of the full wavelength region In the space between the quartz tube and the tubular reaction device in which the UV lamp which emits light is inserted, a tubular reaction device filled with a photocatalyst containing titanium dioxide as a main component is installed, and the treated water passes between the photocatalysts.
  • UV-C short-wavelength ultraviolet
  • the OH radical has a characteristic of effectively decomposing hardly decomposable pollutants which are not easily decomposed by ozone since the oxidation power is much stronger than ozone.
  • the ozone gas trapping gas-liquid reaction device 110 of the present invention has an inlet 111 through which waste water containing ozone and pollutants enter, and unreacted with treated water discharged after the oxidation reaction with ozone. It is in the form of a cylindrical reactor with an outlet 112 through which ozone-containing gas is discharged, and the inside of the gas-liquid reaction device 110 is emptied or the filling 114 is discharged under the gas-liquid reaction device 110.
  • the filler 114 is a ceramic, a metal such as stainless steel or titanium, and a fluorine resin material that is not oxidized by ozone gas and is not corroded by contaminants. The porosity is large and the surface area can be maintained.
  • the filling 114 is formed by laminating one or more layers of mesh nets having an eyeball of 1 mm or more, or by using a spring form made of a cylindrical wire having a diameter of 1 to 10 mm to maintain a very high porosity and wide surface area.
  • the intrinsic elasticity supported by the mesh or the spring form makes it easy to fix the filling 114 inside the gas-liquid reaction device.
  • the pressurized pump 50 connected to the upper portion of the gas-liquid reaction device 110 may be a piston pump or a procon pump, or a centrifugal pump or a wesco pump, but ozone gas may be suctioned and pressurized together with the contaminated water.
  • a pump having a suction force to be able to inject the ozone gas into the suction stage (50a) with water there is an advantage that does not need to pressurize ozone separately, it is convenient to configure the gas-liquid reaction device (110).
  • a small amount of ozone can be introduced into the suction stage 50a together with the contaminated water, but when the ozone input amount is large, there is a problem in operating the pump, so that the ozone pressure pump 31 is connected to the rear end 50b of the pressure pump 50.
  • a piston pump or a procon pump having a suction capacity with a capacity smaller than that of the pressure pump 50, and a method of introducing ozone gas to the rear end of the pressure pump together with the contaminated water.
  • the gas-liquid reaction device 110 may be installed on the side of the liquid column system 113 to check the amount of ozone gas collected in the gas-liquid reaction device 110, thereby helping to confirm the progress of the oxidation reaction.
  • the gas gas-liquid reaction device 110 is provided with a flow rate control valve 160 for adjusting the discharge flow rate in the lower outlet 112, the flow rate can be adjusted, pressurizing the pressure of the gas-liquid reaction device 110
  • the pump 50 is set in the inverter for controlling the motor speed, the reaction is maintained while the pressure of the gas-liquid reaction device 110 is kept constant by adjusting the pump speed even if the discharge is changed by the flow control valve 160. You can proceed.
  • inline pumps 150a and 150b are installed between the respective gas-liquid reaction devices 110 to the individual gas-liquid reaction devices 110. It is possible to operate while constantly adjusting the pressure applied, and when operating a single pressure pump 50, it is possible to operate in a tendency to increase the pressure toward the rear end of each gas-liquid reaction device (110).
  • the flow control valve 160 at the far end of the gas-liquid reaction device 110 is connected to the lower inlet 172 of the gas-liquid separator 170 so that the treated water is unreacted ozone through the gas-liquid separator 170.
  • the waste gas containing the gas and the treated water are separated and transferred to a storage container, or refluxed by the circulation pump 150 to the inlet 111 of the gas-liquid reaction device 110 to adjust the concentration of contaminants in the contaminated water. do.
  • unreacted ozone is formed by a dissolved ozone flotation (DOF) process in which unreacted ozone becomes a microbubble and floats in the treated water. Can react once more with residual contaminants.
  • DOF dissolved ozone flotation
  • the gas-liquid separation device so that only the pressurized treated water in which unreacted ozone is dissolved may be introduced into the contaminated water storage tank 10 or a separate pretreatment reactor.
  • a separate gas-liquid separation device is installed at the front end so that the unreacted gaseous ozone is introduced into a large bubble form so that the ozone gas is excessively injected so as to rise faster than the microbubble float rate and cause the problem of reducing the DOF process efficiency.
  • DOF Dissolved ozone flotation
  • the gaseous unreacted ozone is introduced into the DOF reactor in the form of large bubbles to fine It is possible to separate unreacted ozone gas and treated water so that it does not float faster than the bubble float rate and cause a problem of deteriorating the DOF process efficiency.
  • Pressurized treated water in which unreacted ozone is dissolved may be introduced into the contaminated water storage tank 10 located at the front of the pressure pump 50 or a separate pretreatment reactor, so as to generate micro or nanometer-sized bubbles.
  • the dissolved ozone flotation (DOF) method can be efficiently applied for the purpose of reacting with contaminants in contaminated water or removing floating matters.
  • the gas-liquid separator 170 is provided with a treatment water inlet 111 through which unreacted ozone gas and treated water are introduced, and a treatment water flows out to a side portion close to the upper portion of the gas-liquid separator 170.
  • a water outlet (173) the waste ozone outlet 171 for discharging unreacted ozone is installed on the gas-liquid separator 170, the waste ozone outlet (171) is a waste for decomposing unreacted ozone
  • the ozone decomposition reaction unit 180 is installed.
  • the waste ozone decomposition reaction device 180 is a cylindrical reaction device having an inlet and an outlet, and has an ultraviolet lamp protected by a quartz tube at its center, and is filled with a photocatalyst coated carrier mainly composed of titanium dioxide around the outside of the quartz tube.
  • a photocatalyst coated carrier mainly composed of titanium dioxide around the outside of the quartz tube.
  • ozone is generated by short wavelength ultraviolet rays of 200 nm or less, but can be effectively decomposed when ozone is decomposed in 254 nm ultraviolet rays and decomposed by a photocatalyst irradiated with ultraviolet rays.
  • the second gas-liquid reaction is performed in the same manner as in the first gas-liquid reaction apparatus 110 after ozone and contaminants which have undergone the first reaction.
  • the concentration of ozone flowing through the device 120 and the third gas-liquid reaction device 130 passes through the respective gas-liquid reaction devices 110, 120, and 130, the concentration of ozone is passed. Except that it reacts in a lowered state, and ozone gas is repeatedly reacted through multiple gas-liquid reaction devices, which significantly reduces the amount of unreacted ozone, thereby increasing the use efficiency of ozone. And contaminant removal reaction efficiency is also increased.
  • the pressurized treated water discharged from the gas-liquid reaction device 110 is introduced into the lower portion of the gas-liquid separator 170 at atmospheric pressure to float ozone bubbles, which are micronized or nanometer-sized, into the treated water. You can also apply a DOF process where the unreacted ozone is reacted once more with contaminants in the treated water.
  • the waste ozone decomposition reaction device 180 connected to the gas-liquid separation device 170 and the outlet 171 is a cylindrical reaction device having an inlet and an outlet, and has an ultraviolet lamp protected by a quartz tube at the center thereof.
  • the photocatalyst mainly composed of titanium dioxide, is filled.
  • the unreacted ozone passes through the photocatalyst layer irradiated with ultraviolet light, which is photooxidized and released into the atmosphere as harmless oxygen.
  • a cylindrical reaction device having an inlet and an outlet, and an ultraviolet lamp protected by a quartz tube at the center, and a highly oxidation reaction apparatus filled with a titanium dioxide-based photocatalyst around the outside of the quartz tube.
  • a highly oxidation reaction apparatus filled with a titanium dioxide-based photocatalyst around the outside of the quartz tube.
  • the effluent from the sewage treatment plant or wastewater treatment plant which is purified by biological treatment method and purged to below the environmental standard value, is removed using the ozone gas trapping gas-liquid reaction device of the present invention to remove odors, colors, and bacteria.
  • a method of purifying sewage effluent that is reused as water, agricultural water, factory industrial water, or building heavy water.
  • the contaminated gas is introduced from the lower side, and the washing liquid is introduced into the upper portion.
  • the ozone gas trapping type gas-liquid reaction apparatus of the present invention is used instead of the contaminated water. How to purify the polluted gas by using a method.
  • the method of using the ozone gas trapping type gas-liquid reaction device of the present invention at the front end to increase the efficiency of the membrane purification process In the process of purifying contaminated water using a separation membrane, such as a reverse osmosis membrane, the method of using the ozone gas trapping type gas-liquid reaction device of the present invention at the front end to increase the efficiency of the membrane purification process.
  • the present invention having the same configuration as described above is a gas collection type gas-liquid reaction apparatus that can reduce the cost of installation and operation costs of the water treatment device and gas cleaning device by increasing the contact time between the gas and the liquid to improve the reaction efficiency and the same Provided are a water treatment device and a gas purification device.

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Abstract

본 발명은 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치 장치에 관한 것으로, 가스 및 액상물질이 상기 기체-액체 반응 장치 상부 유입구로 투입되고 상대적으로 가벼운 가스는 상기 기체-액체 반응 장치 상부 공간부터 포집되어 기체-액체 반응 장치 하부 배출구로 배출될 때까지 일정시간 동안 상부로 유입되어 분사되는 액체와 반응할 수 있게 하여 기체와 액체와의 접촉시간을 증대시킴으로 반응효율이 향상되어 수처리 장치 및 가스세정장치의 설치비 및 운전비 등의 원가절감이 가능한 가스 포집형 기체-액체 반응 장치 및 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치에 관한 것이다.

Description

가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치
본 발명은 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치 장치에 관한 것으로, 가스 및 액상물질이 상기 기체-액체 반응 장치 상부 유입구로 투입되고 상대적으로 가벼운 가스는 상기 기체-액체 반응 장치 상부 공간부터 포집되어 기체-액체 반응 장치 하부 배출구로 배출될 때까지 일정시간 동안 상부로 유입되어 분사되는 액체와 반응할 수 있게 하여 기체와 액체와의 접촉시간을 증대시킴으로 반응효율이 향상되어 수처리 장치 및 가스세정장치의 설치비 및 운전비 등의 원가절감이 가능한 가스 포집형 기체-액체 반응 장치 및 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치에 관한 것이다.
기존의 기체-액체 반응 장치는 대부분이 가벼운 가스물질은 기체-액체 반응 장치 하부로 투입되고, 상대적으로 무거운 액체는 상부로 투입 분산시켜 하강하면서 상승하는 가스물질과 접촉 반응이거나, 오염물질이 함유된 물 등으로 채워진 반응 장치 하부로 가스를 투입하고 투입된 가스는 반응 장치 상부로 배출되는 구조이다.
기존의 오존 산화반응 장치는 오염수 채워진 반응기 하부로 산기관 또는 벤추리 등의 기체 혼합장치를 사용하여 오존을 투입하거나, 오존의 용해도 증가 및 접촉 효율을 증대시키기 위해 산화반응 장치에 오존을 가압하여 투입하여 수중에 다량 용해시킨 후 가압된 오염수를 반응 장치 하부로 투입시켜 마이크로 또는 나노미터 크기로 미세화된 오존 기포를 생성시켜 부상하면서 반응시키는 DOF(용존오존부상, Dissolved Ozon Floatation) 공정을 접목시킨 상압 산화반응 장치가 주류를 이루고 있었다.
도 1은 기존의 오존 산화반응 장치의 사용 예를 나타낸 것으로 오존가스는 산기관이나, 벤추리 등에 의해 오염물질이 들어있는 반응 장치 하부로 미세 기포 형태로 투입하여 오존 가스가 기포형태로 부상되는 동안 수중의 오염물질과 반응한 후 수면 위로 나오는 미반응 오존가스는 더 이상 오염물질과 반응하지 못하고 상부로 배출되기 때문에 오존가스를 포화농도에 가깝게 용해시키기 위해 다량의 오존가스를 투입하게 되어 오존가스 소모가 많은 전형적인 오존 반응 장치이다.
기존의 오존 산화반응 장치에서 오존가스를 오염수가 채워진 산화반응 장치 하부로 오존을 투입하면 오존의 낮은 수중 용해도로 인해 대부분이 기포 방울 형태로 존재하고, 오존 기포의 부상속도는 크기와 비례하여 크면 클수록 수중에서 머무르는 시간이 짧아지기 때문에 오염물질과 접촉시간이 짧아진다. 이러한 이유에서 오존 기포의 크기를 마이크로 또는 나노미터 크기의 기포로 만들어 부상되는 속도를 감소시켜 반응시간을 증대하는 DOF 공정을 적용한 산화반응 장치가 개발되었으며, 상기 DOF 공정과 같이 오염수 중으로 오존가스를 투입하는 오존 산화 반응 장치는 오존 기포의 크기가 산화반응 효율을 결정하는 중요 인자 중 하나이다.
일반적으로 산화반응 장치로 투입된 오존은 수중에 머무르는 동안만 오염물질과 접촉하여 반응할 수 있기 때문에 수중으로 오존가스를 투입하는 반응의 경우 오존 기포의 크기로 작게 하여 부상 속도를 줄여 수중에서 머무름 시간을 증가시키고 산화반응 장치 높이를 크게 한 DOF 공정은 산기관이나, 벤추리 등을 사용하는 오존 산화방법에 비해 많은 성과가 있었으나, 오존 기포가 부상하면서 크기가 증대되어 산화장치 크기를 증대하는 것도 제한이 있다.
가압하에서 연속적으로 진행하는 관형 산화반응 장치의 경우 압력에 비례하여 다량의 오존을 수중에 용해하여 산화반응을 진행하여 기존의 오존 산화반응에 비해 효율 향상을 가져왔으나, 산화반응 중 소모되는 오존을 보충하기 위해 오존을 용존량 이상으로 투입해야하는 반응 특성상 과잉으로 투입된 가스상 오존이 관형 산화반응 장치 상부로 층 분리되어 이동하기 때문에 재사용되지 못하고 처리수와 함께 배출되기 때문에 투입된 오존이 수층과 분리되지 않도록 가스상의 오존을 라인믹서 (Line Mixer)등과 같은 혼합장치를 관형 산화반응 장치 중간 중간에 설치하여 반응경과에 따라 관형 산화반응 장치 상부의 가스상의 오존을 수중으로 용해시켜 산화반응 효율을 증대시키고자 하였으나, 관형 산화반응 장치 내부에서 오존을 미세 기포 형태로 만드는 것에는 한계가 있으며, 더구나 투입된 오존이 관형 산화반응 장치를 따라 오염수와 함께 흘러가면서 반응 후 함께 배출되어 버리는 특성상 미반응 오존 발생량이 많았다.
기존의 오존 산화반응 기술의 효율 증대를 위해 사용하는 기술을 정리하면 오존가스를 가압하여 오염수와 반응한 후 가압된 오염수의 압력을 제거하는 과정에서 미세기포 오존을 발생시켜 반응시키는 DOF(용존오존부상) 공정을 이용하는 기술이거나, 오존과 오염수을 가압하여 관형 반응 장치로 투입하여 오존과 오염수와 같이 흘러가면서 가스상의 오존이 분리되는 문제점을 해결하기 위해 오염수과 다시 혼합되도록 교반장치를 부착하여 반응시키는 가압 산화반응 장치가 가장 효율이 우수한 기술이었다.
기존 오존 산화반응 장치의 효율 증대를 위해서는 미세기포가 부상되는 거리 즉 반응 장치의 높이가 클수록 접촉시간이 증가하나, 마이크로 또는 나노미터 크기로 투입된 오존이라 할지라도 부상하면서 서로 합해져서 기포의 크기가 커져 부상속도가 빨라지기 때문에 산화반응 장치의 크기를 무한히 크게 하여 접촉시간을 증대시키는 것은 한계가 있고, 배출되는 미반응 오존을 다시 투입하는 방식은 오존을 가압하는 별도의 펌프시스템과 반응 장치가 필요하여 비용증가 및 번거로움으로 재사용하기 어려워 고농도의 미반응 오존을 환경 기준치 이하로 분해하여 폐기시기 때문에 오존가스 소모량이 많았다.
또한 오존과 오염수 가압하여 용존 오존량을 증대시킨 관로형 반응 장치의 경우에는 압력에 비례하여 용해도가 증대되지만, 투입된 오존과 오염수는 반응 장치를 흘러가면서 가스상의 오존이 분리되기 때문에 오염수와 다시 혼합되도록 하는 라인믹서 등의 교반장치를 관로형 반응 장치 중간 중간에 부착하여 투입한 오존을 재사용하고자 하였지만 오존가스를 미세기포화 시키기에는 한계가 있어 반응 장치 내부의 오존가스는 비교적 크기가 큰 기포 형태로 존재하고, 오염수와 함께 배출되기 때문에 접촉시간 증대를 위해서는 반응 장치의 길이를 증대시켜야 하는 등 미반응 오존 발생을 줄이는데 한계가 있었다.
상기의 경우 가압 상태의 오염수는 오존가스와 혼합된 상태로 배출되기 때문에 후공정으로 용존오존부상(DOF) 공정을 적용하는 경우 가스상의 오존은 큰 기포를 형성하여 빠르게 부상하기 때문에 생성된 미세기포들이 자신의 부상 속도로 부상하지 못하고 큰 기포들에 의해 동반 상승하는 등 DOF 공정 효율이 급격히 저하되는 문제점으로 기액 분리장치를 거친 후 DOF 공정을 적용하는 문제점도 있다.
이러한 이유에서 기존의 오존 산화반응 장치는 오존가스가 산화반응에 사용되는 효율이 낮아 정해진 산화반응 효율을 얻기 위해서 실제 산화반응에 필요한 오존량보다 훨씬 많은 양의 오존을 투입해야함에 따른 고가의 오존 발생기 용량이 증대되어야 하기 때문에 설치비 및 유지관리 비용이 증가 되는 문제점이 있었다.
또한 폐기되는 미반응 오존량이 많기 때문에 오존 산화장치 설치시에 그만큼 고가의 오존 발생장치 용량을 크게 설계해야하고, 폐기되는 미반응 오존을 분해시키기 위한 폐오존 분해 장치 용량을 크게 설치하는 등 비용증가의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 기존의 오존 산화반응 장치에 이용되는 기체-액체 반응치에서 투입된 오존이 충분히 사용되지 못하고 폐기되는 산화반응 장치의 구조적인 문제점을 해결하기 위해 오염물질과의 접촉반응을 반복적으로 진행하여 미반응 오존 발생량을 감소시키고, 오염물질 제거 효율을 극대화시킬 수 있는 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치는, 내부에 상하방향으로 길게 포집공간이 형성되고, 상부 및 하부에 각각 상기 포집공간과 연통되는 상부 유입구 및 하부 유출구가 구비된 기체-액체 반응 장치에 있어서, 가스와 액체를 가압펌프에 의해 1 내지 15기압으로 가압하여 상기 상부 유입구로 유입시켜, 가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 순차적으로 하부방향으로 채워지며 상기 하부 유출구로 배출되고, 액체는 상기 상부 유입구에서 분사되어 상기 포집공간의 상부에 포집된 가스층에서 가스와 접촉 반응하며 상기 하부 유출구로 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치는, 상기 기체-액체 반응 장치는, 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용한 수처리 장치는, 내부에 상하방향으로 길게 포집공간이 형성되고 상부 및 하부에 각각 상기 포집공간과 연통되는 상부 유입구 및 하부 유출구가 구비된 기체-액체 반응 장치와, 상기 기체-액체 반응 장치의 상기 하부 유출구에 연결되는 기체-액체 분리 장치를 포함하되, 상기 기체-액체 반응 장치는, 가스와 액체를 가압펌프에 의해 1 내지 15기압으로 가압하여 상기 상부 유입구로 유입시켜, 가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 순차적으로 하부방향으로 채워지며 상기 하부 유출구로 배출되고, 액체는 상기 상부 유입구에서 분사되어 상기 포집공간의 상부에 포집된 가스층에서 가스와 접촉 반응하며 상기 하부 유출구로 배출되도록 구성되되, 상기 가스는 오존가스이고, 상기 액체는 오염물질이 함유된 오염수로 이루어져 상기 하부 유출구로 처리수가 배출되도록 구성되고, 상기 기체-액체 분리장치는, 가압된 상기 처리수의 압력을 제거하면서 상기 처리수에서 미반응된 오존가스를 분리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용한 수처리 장치는, 상기 포집공간에는 금속, 세라믹, 고분자 수지 재질 중 어느 하나 이상으로 이루어진 충전물이 충진된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용한 수처리 장치는, 상기 기체-액체 분리 장치에서 배출 폐기되는 미반응 오존을 줄일 수 있도록 상기 기체-액체 분리 장치의 유출구에 연결되는 폐오존 분해 장치를 더 포함하되, 상기 폐오존 분해 장치는, 유입구 및 유출구가 있는 원통형 반응 장치로, 내부에 자외선램프가 삽입 보호되는 석영관과, 미반응 오존을 OH라디칼로 전환하여 오염물질과 반응시켜 제거하는 고도산화공정반응에 의해 미반응 오존과 미반응 오염물질을 처리할 수 있도록 상기 석영관의 외부 주위에 충진된 자외선과 이산화티탄을 주성분으로 하는 광촉매를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용한 가스 정화 장치는, 내부에 상하방향으로 길게 포집공간이 형성되고, 상부 및 하부에 각각 상기 포집공간과 연통되는 상부 유입구 및 하부 유출구가 구비된 기체-액체 반응 장치를 이용한 가스 정화 장치에 있어서, 상기 기체-액체 반응 장치는, 가스와 액체를 가압펌프에 의해 1 내지 15기압으로 가압하여 상기 상부 유입구로 유입시켜 가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 순차적으로 하부방향으로 채워지며 상기 하부 유출구로 배출되고, 액체는 상기 상부 유입구에서 분사되어 상기 포집공간의 상부에 포집된 가스층에서 가스와 접촉 반응하며 상기 하부 유출구로 배출되도록 구성되되, 상기 가스는 오염물질이 함유된 오염가스이고, 상기 액체는 정화액으로 이루어져, 상기 오염가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 하부방향으로 상기 하부 유출구까지 채워지고, 상기 정화액은 상기 포집공간에 포집된 오염가스층에 분산되어 내려감과 동시에 상기 오염가스와 상기 정화액이 반응하면서 상기 하부 유출구로 정화처리된 정화가스와 함께 배출되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치는 오존가스나 오염가스와 같은 가스가 기체-액체 반응 장치 투입되면 처리수와 함께 배출되는 기존 산화반응 장치와 달리 밀도차로 인해 가벼운 가스는 기체-액체 반응 장치 상부로 모이는 특성을 이용한 가스-액체 반응 장치이다.
투입되는 가스가 오존가스인 수처리 장치인 경우 오존가스와 오염수를 기체-액체 반응 장치 상부로 투입하여 하부로 배출시키는 형태로서 기체-액체 반응 장치 내부에 상대적으로 가벼운 오존가스가 포집되고, 투입되는 오염수는 포집된 가스와 일정시간 동안 지속적으로 반응한 후 배출됨으로 기체-액체 반응 장치로 투입된 가스가 설정된 반응 압력에 포화 되는 양만큼 오염수에 용해되고 남은 가스상태의 가스가 반응 경과에 따라 소모되는 양만큼 수중으로 쉽게 재용해될 수 있는 수단을 제공하고, 더블어 투입된 가스가 오염수와 함께 흘러가지 않고 반응 장치 내부에 포집되어 오염수와 지속적으로 반응 사용된 후 처리수와 함께 배출되기 때문에 가스 및 오염수의 접촉시간 증대에 따른 반응 효율 증대는 물론 미반응 가스를 획기적으로 줄여 고가의 오존가스 발생장치 및 폐 오존가스 분해 장치 용량을 감소로 설치비 및 운전비 등의 원가절감이 가능한 장점을 갖는다. 동일한 방법으로 가스세정장치의 경우도 오염가스와 세정액의 접촉시간 증대에 따라 세정능력 향상으로 설치비 및 운전비 등의 원가절감이 가능한 장점을 갖는다.
기존의 오존 산화반응 장치의 경우 투입된 오존의 일부만 산화반응에 사용되어 지고 대부분의 미반응 오존으로 폐기되어 지는 문제점이 있지만 본 발명에서는 오존 산화반응 공정의 효율을 증대시켜 반응 종료 후에 대기로 대출되는 폐가스 중에 함유된 미반응 오존량을 줄이는 것은 투입된 오존의 사용 효율이 증대하는 것과 같기 때문에 고가의 오존발생기 용량을 줄여 비용 절감효과가 매우 크다.
또한, 본 발명의 가스 포집형 기체-액체 반응 장치는 가스상의 오존을 기체-액체 반응 장치 상부로 포집되여 하부 유출구를 빠져나올 때까지 지속적으로 오염수와 반응을 진행하는 구조이기 때문에 상기 기체-액체 반응 장치 용량과 오존 투입량에 따라 오존의 체류시간 즉 접촉시간의 조절이 가능하고, 반응 장치를 가압하여 용존 오존 농도를 높여 상압에서와 같이 반응을 진행할 수 있기 때문에 미반응 오존 발생을 극소화시키면서도 산화반응 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있어 기존 오존 산화반응 장치의 고질적인 문제점인 반응 효율 및 오존 사용 효율이 낮다는 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 가벼운 오존은 산화반응 장치 하부로 투입되고 상부로 배출되는 방식의 기존 오존 산화반응 장치를 이용한 수처리 장치를 보여주는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치를 보여주는 구성도
도 3은 가스 포집형 기체-액체 반응 장치가 다중으로 설치된 기체-액체 반응 장치와 이를 이용하는 수처리 장치를 보여주는 구성도
<주요 도면부호에 대한 간단한 설명>
10 : 오염수 저장조 30 : 오존발생장치
31 : 오존가스 가압펌프 50 : 가압펌프
110 : 1차 가스 포집형 기체-액체 반응 장치
120 : 2차 가스 포집형 기체-액체 반응 장치
130 : 3차 가스 포집형 기체-액체 반응 장치
111, 121, 131 : 가스 포집형 기체-액체 반응 장치 유입구
112, 122, 132 : 가스 포집형 기체-액체 반응 장치 유출구
113 : 레벨게이지 114 : 충전물
140 : 광산화반응 장치 150 : 순환펌프
160 : 유량조절밸브 170 :기체-액체 분리장치
180 : 폐오존 분해 장치 200 : 처리수 저장조
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치 및 가스 정화 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 포집형 기체-액체 반응 장치와 이를 이용한 수처리 장치를 보여주는 구성도이고, 도 3은 가스 포집형 기체-액체 반응 장치가 다중으로 설치된 기체-액체 반응 장치와 이를 이용하는 수처리 장치를 보여주는 구성도이다.
본 발명에 따른 기체-액체 반응 장치(110)는 내부에 상하방향으로 길게 포집공간이 형성되고, 상부 및 하부에 각각 상기 포집공간과 연통되는 상부 유입구(111) 및 하부 유출구(112)가 구비되어 있는데, 가스와 액체를 가압펌프(50)에 의해 1~15기압으로 가압하여 상부에 유입구(111)가 있고 하부에 유출구(112)가 있는 타워형 기체-액체 반응 장치(110) 상부 유입구(111)로 가스와 액체를 유입시켜 가벼운 가스는 상기 기체-액체 반응 장치(110)의 상부부터 포집되어 하부 유출구(112)까지 채워진 후 상기 유출구(112)로 배출되고, 액체는 유입구(111)에서 분사되어 상기 기체-액체 반응 장치(110) 상부 포집공간에 포집된 가스층을 접촉하면서 가스와 반응한 후 기체-액체 반응 장치(110)의 하부 유출구(112)로 배출되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 기체 포집형 기체-액체 반응 장치는 수처리 장치 및 가스 정화 장치로 이용된다. 즉, 상기 가스가 오존가스이고, 상기 액체는 오염물질이 함유된 오염수인 경우에는 상기 기체 포집형 기체-액체 반응 장치로 이용되는 것이며, 상기 가스는 오염물질이 함유된 오염가스이고, 상기 액체는 정화액인 경우 기체 포집형 기체-액체 반응 장치는 가스 정화 장치로 이용되는 것이다. 도면은 본 발명에 따른 기체 포집형 기체-액체 반응 장치가 수처리 장치로 이용되는 예를 도시한 것이다.
일반적으로 기체상태의 오존이 수중에 용존 상태로 있는 오염물질과 직접반응하기보다는 기체상태의 오존이 오염수 중에 용해되어 용존 오존 형태로 되어, 수중에 용해되어 있는 오염물질과 반응하기 때문에 산화반응 효율을 증가시키기 위해서는 첫째 오염수 중의 용존 오존량을 증가시키는 것과, 둘째 용존된 오존이 오염물질과 반응하여 소모되면 가스상태의 가스상 오존이 쉽게 수중으로 다시 용해될 수 있는 반응 장치 구조가 오존 산화반응 효율증대에 있어 중요한 인자라고 할 수 있기 때문에 본 발명에서는 상기에 언급한 두 가지의 조건을 충족할 수 있는 오존 산화반응 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 반응 장치로 투입된 오존이 설정된 반응 온도 및 압력에서의 포화 농도만큼 용해되고 남은 가스상태의 오존이 반응 경과에 따라 소모되는 양만큼 수중으로 쉽게 재 용해될 수 있는 수단을 제공하고, 더블어 투입된 오존이 오염수와 함께 흘러가지 않고 반응 장치 내부에 포집되어 일정시간 동안 오염수와 지속적으로 반응 사용된 후 오염수와 함께 배출되도록 하여 용존 오존량 증대에 따른 오존 산화반응 효율 증대는 물론 미반응 오존을 획기적으로 줄여 고가의 오존발생장치와 폐오존 분해 장치의 용량을 줄여 원가절감을 기할 수 있는 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치에 관한 것이다.
기존 오존 산화반응 장치와 가스세정장치는 투입하는 가스상 물질이 액상 물질보다 가벼워 가스상 물질을 주로 하부로 투입하여 반응 장치 상부로 배출되고, 무거운 액상물질은 상부로 투입하여 하부로 배출되는 점은 동일하지만, 가스 세정장치에서는 투입하는 가스량이 액상물질에 비해 상대적으로 많고, 주로 액상물질을 간단한 펌프 조작에 의해 순환시켜 반복적으로 사용하여 가스상 물질을 정화처리 하는 반면, 오존 산화반응 장치에서는 가스세정장치에서와 반대로 투입하는 오존가스량이 상대적으로 오염수보다 적다는 점과 오염수 내부로 오존가스를 투입 부상 반응시킨 후 액상 물질을 정화처리하고 미반응 오존을 상부로 배출되거나, 포집하여 분해시켜 폐기하는 점이 다르다.
오존가스를 오존 산화반응 장치 하부로 기포 형태로 투입하여 오염수 중에서 부상하면서 반응한 후 상부로 배출되는 형태는 오염물질과 접촉빈도를 조절하기 어렵고, 산화반응 장치 상부에 포집된 오존을 재사용하기 어려워 오존의 사용효율이 극히 낮았다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 가스 세정장치에서 액상물질이 반복적으로 순환하면서 가스상 중에 함유된 오염물질을 제거하는 것과 동일한 개념으로 기체-액체 반응 장치(110)로 투입된 오존을 지속적으로 사용할 수 있는 방법을 구현하기 위해, 기체-액체 반응 장치(110) 상부 유입구(111)로 오존가스와 오염수를 같이 투입하여 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112)로 배출시키는 방법을 채택하여 초기에는 오염수만 유출구(112)로 배출되다가 오존가스가 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112)까지 채워지게 되면 오염수와 오존가스가 배출되는 구조의 기체-액체 반응 장치(110)를 구성하였다.
상대적으로 가벼운 오존가스는 기체-액체 반응 장치(110) 상부 유입구(111)로부터 갇히게 되어 하부 유출구(112)까지 반응시간 경과에 따라 점진적으로 가스상의 오존이 포집되어지고, 오존가스는 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112)까지 채워지기 전에는 오염수만이 하부 유출구(112)로 배출이 되는 기체-액체 반응 장치(110)가 구성되어 진다.
반면 상부 유입구(111)로 오존과 함께 투입된 오염수는 기체-액체 반응 장치(110) 상부에 포집된 오존가스층에서 액적 형태나, 산화 반응 장치 내부 포집공간에 충전된 충전물(114) 표면에 형성된 엷은 수막 형태로 흘러내리면서 오존가스와 반응을 하면서 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112)로 배출되기 때문에 오존가스는 기체-액체 반응 장치(110)를 빠져나갈 때까지 오염수에 의해 반복적으로 접촉 반응을 하게 된다.
상기 기체-액체 반응 장치(110)로 투입된 오존가스는 기체-액체 반응 장치(110) 하부에 위치한 유출구(112)를 통해 배출될 때까지는 상기 반응 장치 내부에 포집되어 유입되는 오염수 중의 오염물질과 지속적으로 반응을 하게 되므로 상기 기체-액체 반응 장치(110) 아래로 내려올수록 오염물질과 접촉빈도가 높아 상부에 위치한 오존보다 많이 소모되어 상대적으로 낮은 농도가 된다.
본 발명은 상기의 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110)는 투입된 오존을 반복적으로 오염물질과 반응을 할 수 있도록 고안하여 산화반응 효율을 극대화하고, 미반응 오존 발생량을 최소화하여 오존발생기 용량 및 폐 오존 분해 장치(180)의 용량을 줄여 증대된 산화반응 효율을 통해 오존 산화반응시스템을 콤팩트하게 구성하여 설치비 및 유지관리비를 절감할 수 있는 가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110)와 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.
상기 가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110) 상부 유입구(111)로 투입되는 오존가스와 오염수 중 상대적으로 양이 적고 가벼운 오존은 상기 기체-액체 반응 장치(110) 상부에 포집되어 먼저 투입된 오존을 하부로 밀려나고, 상부에는 항상 새로 투입된 고농도의 오존이 위치하게 되고, 오염수는 포집된 오존가스층을 통과하면서 반응하여 오존을 소모하고 상기 기체-액체 반응 장치(110) 용량을 초과 되는 오존가스만이 하부 유출구(112)를 통해 배출된다.
즉 상부에는 오염수와 접촉빈도가 낮아 고농도의 오존이 위치하고 하부로 내려갈수록 상대적으로 반응 빈도가 높아 오존 소모량이 많아 저농도의 오존이 위치하게 된다. 결국 기체-액체 반응 장치(110) 하부로 갈수록 오존과 오염물질과 접촉 빈도가 높아지기 때문에 기체-액체 반응 장치(110) 크기가 클수록 오존이 기체-액체 반응 장치(110) 내부에서 체류하는 시간이 많아지고, 체류시간이 많아지면 오염물질과 접촉빈도가 높아져 투입된 오존을 전량까지 반응시킬 수 있으며, 기체-액체 반응 장치(110)의 배치방법이나 용량과 오존 투입량으로 오존의 체류시간 즉 반응 참여시간을 조정할 수 있는 장점이 있다.
다시 말해 상기의 기체-액체 반응 장치(110) 상부로 투입된 오존가스는 기체-액체 반응 장치(110) 하부로 내려가면서 오염물질과 반복적으로 반응하면서 소모되어 하부 유출구(112)로 배출되는 오존가스의 농도가 낮아진다. 이러한 특징을 이용하여 산화반응 장치 용량과 오염수의 투입량 등을 조절하여 산화반응 장치에서 반응 후 배출되는 오존가스를 100% 가깝게 반응에 활용할 수 있어 기존 오존 산화반응 장치의 10~30% 이하의 활용도에 비해 월등히 높은 효율을 달성할 수 있어 미반응 오존배출량을 현저히 줄일 수 있다.
본 발명의 기체-액체 반응 장치(110)는 가스세정장치에서 오염된 가스 중에 세정액을 반복적으로 투입하여 오염물질을 제거하여 오염된 가스를 정화처리하는 것과 같이 오존가스를 오염수와 반복하여 접촉시켜 미반응 상태의 오존가스를 최소화할 수 있는 고효율로 이용하는 오존 산화반응 장치이다.
이러한 기체-액체 반응 장치(110)를 오존가스를 반응 장치 내부에 포집하여 산화반응을 진행한다는 의미에서 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110)로 명명하였다.
상기 가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110) 상부로 유입된 오존가스는 기체-액체 반응 장치(110) 상부로부터 채워져 하부까지 채워져 하부 유출구(112)로 배출될 때까지 기체-액체 반응 장치(110) 내부에 머무르는 반면, 오염수는 기체-액체 반응 장치(110) 상부에서 하부로 오존가스와 반응하면서 하부 유출구(112)로 유출되거나, 오염수 이송펌프에 의해 다시 2차, 3차 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치(120, 130) 상부 유입구(121, 131)로 순환되는 형태로 구성할 수 있고, 다시 전단계의 기체-액체 산화반응 장치로 환류하여 순환반응을 할 수 있기 때문에 오염수 중의 오염물질과 상기 기체-액체 반응 장치(110, 120, 130) 내부에 포집된 오존가스를 반복적으로 반응시킬 수 있기 때문에 획기적으로 반응효율을 향상시켜 미반응 오존을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112)를 통하여 배출되는 오존의 농도가 높다면 반응기의 높이 및 지름을 조정하여 반응기 용적을 증대시켜 오존가스의 체류시간 크게 하여 접촉 반응 횟수를 증대시키거나, 도 3처럼 반응기를 직렬로 연결하여 다중 반응시켜 오존 산화반응 효율을 증대할 수 있다.
상기 기체-액체 반응 장치(110, 120, 130) 내부 포집공간에 충전물(114)을 충전하여 오염수가 상부에서 하부로 충전물 표면에 수막을 형성하면서 흘러내려 오존가스는 수막 형태의 오염수와 충분히 반응을 할 수 있는 접촉면적을 제공하여 결과적으로 반응 효율증대가 가능하다.
만약 상기의 기체-액체 반응 장치 내부에 공극이 작은 충전물(114)을 충전하였을 경우는 충전물(114) 자신이 가지는 체적으로 인해 기체-액체 반응 장치(110) 내부 공간을 차지하게 되어 포집되는 오존량이 적어 반응에 참여하는 시간 즉 체류시간이 적어, 배출구를 통해 배출되기 때문에 오존과 오염물질과의 반응 표면적과 분산성을 향상을 위해 충진하는 충전물의 효과보다 산화반응효율을 증대시키고자하는 목적을 달성하지 못하고 오히려 반감시킬 수 있다.
상기 기체-액체 반응 장치(110)에서 충전되는 충전물(114)은 상부로 투입되는 오염수가 기체-액체 반응 장치(110) 내부를 편중되어 흐르는 것을 분산시키고, 충전물(114)의 표면에 엷은 막을 형성하여 충전물(114)의 외표면적 만큼 반응 표면적을 증가시키는 효과가 있어 주위의 오존가스와 쉽게 반응을 할 수 있게 한다. 결과적으로 충전물(114)의 외표면적이 클수록 반응 표면적이 커지게 되므로 충전물(114)의 종류와 모양에 따라 외표면적이 달라져 산화반응 효율도 달라질 수 있다.
상기 기체-액체 반응 장치(110)에 충전되는 충전물(114)의 재질은 오염수와 오존가스에 부식이 되지 않는 금속재질의 티타늄, 스텐레스 스틸 등이거나, 세라믹 재질이 적합하고, 고분자 수지는 일반적인 가스세정장치에서 많이 사용되나, 장기간 산화력이 강한 오존가스에 노출될 경우 노화될 수 있어 비교적 오존가스에 안정한 것으로 알려진 테프론 계열의 불소수지 재질이 적합하다.
상기 충전물(114)을 기체-액체 반응 장치(110) 내부에 충전할 경우 충전물(114)과 충전물(114) 사이의 공간 즉 공극량이 기체-액체 반응 장치(110) 내부에 포집할 수 있는 오존가스량과 같기 때문에 충전물(114)의 공극율이 높은 것을 사용하여야 기체-액체 반응 장치(110) 내부에 오존가스 포집량을 증대할 수 있다.
또한 충전물(114)의 형상에 따라 외표면적이 달라지기 때문에 표면적이 큰 형상을 사용하는 것이 좋다. 상기 충전물은 직경이 10mm이하의 티타늄 또는 스텐레스스틸 재질의 와이어를 원통형 스프링 형태로 가공한 충전물(114)을 사용하면 공극율이 80%이상으로 매우 높고 반응 표면적도 높다.
상기 원통형 스프링 형상으로 가공한 충전물(114)을 기체-액체 반응 장치(110) 내부에 충전할 경우에는 개별 충전물(114)이 가지고 있는 스프링 탄성에 의해 서로 붙들 고 있는 효과가 있어서 충전물(114)을 단단히 고정하는 효과도 있다.
도 3처럼 가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110)를 직렬로 다수 개 설치한 경우, 상기 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112)로 배출되는 오염수를 이송펌프(150a)에 의해 오존가스와 함께 다음 2차 기체-액체 반응 장치(120) 상부로 유입구(121)로 이송하여 반응되고, 같은 방법으로 3차 기체-액체 반응 장치(130)로 계속하여 산화반응을 다중으로 수행하여 미반응 오존량을 최소화할 수 있다.
본 발명에서는 오존가스 포집형 산화반응 장치 유입구(111)에 연결된 가압펌프(50)와 유출구(112)의 밸브(160)를 이용하여 상기 기체-액체 반응 장치(110)에 압력을 가해 상압 보다 높은 압력에서 반응을 진행할 수 있어 헨리의 법칙에 의거 압력이 높아진 만큼 용존 오존량이 증대된 상태에서 상압에서와 동일한 방법으로 가압된 상태에서 반응을 진행할 수 있기 때문에 산화반응 효과가 훨씬 더 우수하다.
본 발명의 가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110) 상부 유입구(111)로 먼저 투입된 오존은 점진적으로 아래로 밀려나면서 투입되는 오염수와 더 많이 접촉하게 되어 하부로 갈수록 오존 농도가 낮아지기 때문에 하부 유출구(112)로 배출되는 오존의 농도는 상대적으로 상부에 위치한 오존의 농도보다 낮아지고, 만약 하부 유출구(112)를 통하여 배출되는 오존의 농도가 높다면 상기 기체-액체 반응 장치(110)의 높이 및 지름을 조정하여 기체-액체 반응 장치(110)의 용적을 증대시켜 오존가스가 기체-액체 반응 장치(110) 내부에서 오염수와 접촉시간을 크게 하거나, 상기 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110)를 직렬형태로 다중으로 설치하여 오존가스와 오염수의 접촉시간 증대로 오존 산화반응 효율을 증대하 미반응 오존 발생량을 줄일 수 있다.
이러한 관점에서, 기체-액체 반응 장치(110) 용량과 오존 투입량에 따라 오존과 오염수와의 접촉시간을 조절할 수 있는 특징으로 투입된 오존 전량을 반응시킬 수 있는 장점으로 기존의 오존 산화반응 장치에서 과다한 미반응 오존 발생문제를 해결할 수 있다.
본 발명에 있어서, 도 3처럼 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110)를 다중으로 설치한 경우 1차 반응 장치 하부로 배출되는 배가스 오존은 오염수 가압펌프(50)에 의해 이동되는 오염수와 함께 자연스럽게 2차 기체-액체 반응 장치(120) 상부 유입구(121)로 이송이 가능하며, 각 기체-액체 반응 장치(110, 120, 130) 사이에 별도의 이송펌프(150a, 150b) 없이도 가압펌프(50)로 이송되는 오염수에 의해 오존가스도 이송이 가능하다. 이 경우 기체-액체 반응 장치(110)에는 자연스럽게 압력이 걸리게 되어 오존가스가 오염수 중으로 더 많이 용해되어 오존량이 증가된 상태로 기체-액체 반응 장치(110) 내부에 가압된 상태로 포집된 오존가스와 반복적으로 반응할 수 있으므로 오염물질의 산화반응 효율을 한층더 증대시킬 수 있어 오염물질의 제거효율이 현저하게 증가 되어 오존 산화반응 시스템을 컴팩트화 할 수 있고, 설치비 및 운전비 절감을 이룰 수 있다.
상기의 경우처럼 오존 기체-액체 반응 장치(110)를 직렬로 다중으로 설치하여 가압펌프(50)만으로 운전하는 경우 산화반응 시스템이 자연스럽게 가압 되어 운전할 수 있고, 또한 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112) 배출밸브를 조정하여 산화반응 시스템을 임의 압력으로 설정하여 운전이 가능하여 즉 오염수 중의 용존오존 농도를 높게 하여 반응을 시킬 수 있어 산화반응 효율을 증대시킬 수 있다,
또한 미반응 오존가스의 발생량이 적어 별도의 미반응 오존을 분해시키기 위한 폐오존 분해 장치(180)를 설치하지 않거나, 설치하더라도 그 규모를 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 오존가스와 오염수를 기체-액체 반응 장치(110)에서 1~15기압으로 가압하여 반응시킬 경우 투입된 오존가스가 압력에 비례하여 용해되어 반응 종료 후 처리수를 상압하의 기체-액체 분리장치(170) 하부로 투입하여 압력차이로 수중에 용존되어 있던 미반응 오존가스가 마이크로 또는 나노미터 크기로 미세기포로 부상하면서 처리수 중에 미반응 오염물질과 재반응시키는 DOF 공정을 적용할 수 있다.
또한, 상기 기체-액체 분리장치(170)의 유출구(171)로 배출 폐기되는 미반응 오존과 미반응 오염물질의 양을 줄이거나, 오염물질의 분해효율을 높이기 위해 기체-액체 반응 장치(110)의 유출구(112)와 기체-액체 분리장치(170) 유입구(172)를 연결하는 관로 상에 설치되되, 유입구 및 유출구가 있는 관형반응 장치 내부에 단파장자외선(UV-C) 또는 전 파장영역의 자외선을 방출하는 자외선램프가 삽입 보호되는 석영관과 관형반응 장치 사이 공간에 이산화티탄을 주성분으로 하는 광촉매가 충진된 관형반응 장치를 설치하여 처리수가 광촉매 사이를 통과하면서 미반응 오존과 자외선 및 광촉매에 의해 생성된 OH라디칼(Hydroxy radical)에 의해 오염물질을 분해하는 고도산화공정반응을 접목할 수 있다. 상기의 OH라디칼은 산화력이 오존보다 훨씬 강력하여 오존에 의해서 잘 분해되지 않는 난분해성 오염물질을 효과적으로 분해하는 특성이 있다.
본 발명의 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치(110)는 상부에 오존 및 오염물질이 함유된 오폐수가 유입되는 유입구(111)가 있고, 하부에는 오존과 산화반응 후에 배출되는 처리수와 미반응 오존이 함유된 가스가 배출되는 유출구(112)가 있는 원통형 반응기 형태이고, 상기 기체-액체 반응 장치(110) 내부는 비워져 있거나, 상기 기체-액체 반응 장치(110) 하부에 충전물(114)을 유출되지 않도록 하는 충전물 지지대 위에 충전시키고, 상기 충전물(114)은 오존가스에 의해 산화되지 않고 오염물질 등에 의해 부식되지않는 세라믹, 스텐레스 스틸이나 티타늄과 같은 금속, 불소수지 재질로서 압력손실을 최소할 수 있도록 공극율은 크면서도 표면적이 크게 유지될 수 있는 것으로 한다.
상기 충전물(114)의 형태는 눈목이 1 mm 이상인 메쉬망을 한층 이상 적층시킨 형태이거나, 직경이 1~10mm의 와이어를 원통형으로 만든 스프링 형태를 충진하여 사용하는 경우 공극율이 매우 높고 표면적을 넓게 유지할 수 있으며, 메쉬 또는 스프링 형태가 지지고 있는 고유 탄성에 의해 충전물(114)을 기체-액체 반응 장치 내부에 고정하기가 쉬운 장점이 있다.
상기 기체-액체 반응 장치(110) 상부로 연결되는 가압펌프(50)는 피스톤 펌프 또는 프로콘 펌프 형태이거나, 원심펌프 또는 웨스코 펌프형태도 무방하나, 오존가스가 오염수와 함께 흡입 및 가압 되어 이송될 수 있도록 흡입력이 있는 펌프류를 사용하여 오존가스를 흡입단(50a)에 물과 함께 투입할 수 있어 별도로 오존을 가압하지 않아도 되는 이점이 있어 기체-액체 반응 장치(110)를 구성하는데 편리하다.
흡입력이 없는 펌프류는 소량의 오존은 흡입단(50a)으로 오염수와 함께 투입 가능하지만 오존 투입량이 많은 경우에는 펌프 가동에 문제가 있어 오존 가압펌프(31)에 의해 가압펌프(50) 후단(50b)으로 투입시키거나, 상기 가압펌프(50)보다 적은 용량으로 흡입력이 있는 피스톤 펌프 또는 프로콘 펌프 등으로 오존가스를 오염수와 함께 가압펌프 후단으로 투입하는 방법도 가능하다.
상기 기체-액체 반응 장치(110) 측면부에는 액주계(113)를 설치하여 기체-액체 반응 장치(110) 내부의 오존가스 포집량을 확인할 수 있어 산화반응 진행 결과를 확인하는데 도움이 된다.
상기 가스 기체-액체 반응 장치(110) 하부 유출구(112)에는 배출되는 유량을 조절하는 유량조절밸브(160)를 설치하여 유량 조절이 가능하고, 상기 기체-액체 반응 장치(110)의 압력을 가압펌프(50) 모터 회전수 조절용 인버터에 설정해놓으면, 유량조절밸브(160) 조작에 의해 배출량이 변하여도 기체-액체 반응 장치(110)의 압력을 펌프 회전수에 조절에 의해 일정하게 유지하면서 반응을 진행할 수 있다.
또한 상기 기체-액체 반응 장치(110)를 한개 이상 직렬로 설치하는 경우 각각의 기체-액체 반응 장치(110) 사이에 인라인 펌프(150a, 150b)를 설치하여 개별 기체-액체 반응 장치(110)에 걸리는 압력을 일정하게 조절하면서 운전이 가능하고, 가압펌프(50) 하나로 운전하는 경우 각 기체-액체 반응 장치(110) 후단으로 갈수록 압력이 증가되는 추세로 운전이 가능하다.
상기 기체-액체 반응 장치(110) 맨 후단의 유량조절밸브(160)에는 기체-액체 분리장치(170) 하부 유입구(172)로 연결되어 처리수가 기체-액체분리장치(170)를 통해 미반응 오존가스가 포함된 폐가스와 처리수가 분리되어 저장용기로 이송되거나, 순환펌프(150)에 의해 상기 기체-액체 반응 장치(110) 유입구(111)로 환류되어 오염수 중의 오염물질의 농도를 조절할 수 있도록 한다.
상기의 기체-액체 분리장치에서는 기체-액체 반응 장치(110)에 상압 이상의 압력하에 반응한 경우에는 미반응 오존이 미세기포로 되어 부상되는 용존오존부상(DOF) 공정에 의해 미반응 오존이 처리수 중 잔여 오염물질과 한번 더 반응을 할 수 있다.
또한, 오염수 중의 부유물질을 제거할 필요성이 있는 경우 미반응 오존이 용존된 가압된 상태의 처리수 만을 오염수 저장조(10) 또는 별도의 전처리 반응조 하부로 투입될 수 있도록 상기 기체-액체 분리장치(170) 전단에 별도의 기체-액체 분리장치를 설치하여 가스상 미반응 오존이 큰기포 형태로 투입되어 미세기포부상속도보다 빨리 부상되어 DOF공정 효율을 떨어뜨리는 문제를 야기하지 않도록 과잉으로 투입된 오존가스를 분리하여 오염수 중에 함유된 부유물질을 제거하는 목적으로 하는 전처리 반응조 등으로 가압된 처리수 일부를 투입하여 용존오존부상(DOF) 공법을 효율적으로 적용할 수 있다.
또한, 오염수 중의 부유물질을 제거할 필요성이 있는 경우 상기 기체-액체 분리장치(170) 전단에 별도의 기체-액체 분리장치를 설치하여 가스상 미반응 오존이 큰기포 형태로 DOF 반응조로 투입되어 미세기포부상속도보다 빨리 부상되어 DOF공정 효율을 떨어뜨리는 문제를 야기하지 않도록 미반응 오존가스와 처리수를 분리할 수 있도록 한다. 미반응 오존이 용존된 가압된 상태의 처리수를 가압펌프(50) 전단에 위치한 오염수 저장조(10) 또는 별도의 전처리 반응조 하부로 투입될 수 있도록 하여 생성된 마이크로 또는 나노미터 크기의 미세기포에 의해 오염수 중의 오염물질과 반응시키거나, 부유물질을 부착 부상제거하는 목적으로 용존오존부상(DOF) 공법을 효율적으로 적용할 수 있다.
상기 기체-액체 분리장치(170)는 하부에 미반응 오존가스와 처리수가 유입되는 처리수 유입구(111)가 설치되고, 상기 기체-액체분리장치(170) 상부에서 가까운 측면부에 처리수가 유출되는 처리수 유출구(173)가 있으며, 상기 기체-액체분리장치(170) 상부에는 미반응 오존이 배출되는 폐오존 유출구(171)가 설치되고, 상기 폐오존 유출구(171)에는 미반응 오존을 분해하는 폐오존 분해반응 장치(180)가 설치된다.
상기 폐오존 분해반응 장치(180)는 유입구 및 유출구가 있는 원통형 반응 장치로 중심부에 석영관으로 보호된 자외선램프가 있고, 석영관 외부 주위에 이산화티탄을 주성분으로한 광촉매 코팅된 담체가 충진되어 있으며, 자외선이 조사되는 광촉매 층을 미반응 오존이 통과하면서 산소로 광산화 분해되어 대기로 배출된다.
일반적으로 오존은 200nm이하의 단파장 자외선에 의해 생성되지만, 254nm 자외선에서 분해되고, 자외선이 조사되는 광촉매에 의해서도 분해되는 특성을 이용하면 효과적으로 오존을 분해처리할 수 있다.
본 발명은 도 3처럼 기체-액체 반응 장치(110)가 직렬로 연결된 경우에는 1차 반응을 거친 오존과 오염물질이 1차 기체-액체 반응 장치(110)에서와 같은 방법으로 두번째 기체-액체 반응 장치(120), 세번째 기체-액체 반응 장치(130)를 거치면서 동일한 반응을 진행함으로 유입되는 오존의 농도가 상기 각 기체-액체 반응 장치(110, 120, 130)를 통과할 때마다 오존의 농도가 낮아진 상태로 반응을 하게 된다는 점 외에는 다른 점이 없으며, 오존가스가 다중의 기체-액체 반응 장치를 거치면서 반복적으로 반응하게 되어 미반응 오존량을 현저하게 줄일 수 있으며, 이로 인해 오존의 사용효율이 증가 되고, 오염물질 제거 반응 효율도 증가 된다.
또한 기체-액체 반응 장치(110)에서 배출되는 가압된 상태의 처리수를 상압 상태인 기체-액체분리장치(170) 하부로 투입하여 마이크로 또는 나노미터 크기로 미세화된 오존 기포를 처리수에 부상시켜 미반응 오존이 처리수 중의 오염물질과 한번 더 반응시키는 DOF 공정도 적용할 수 있으며,
기체-액체분리장치(170) 유출구(171)에 연결된 상기 폐오존분해반응 장치(180)는 유입구 및 유출구가 있는 원통형 반응 장치로 중심부에 석영관으로 보호된 자외선램프가 있고, 석영관 외부 주위에 이산화티탄을 주성분으로 한 광촉매가 충진되어 있으며, 자외선이 조사되는 광촉매 층을 미반응 오존이 통과하면서 광산화 분해되어 무해한 산소로 대기 중으로 배출된다.
또한 유입구 및 유출구가 있는 원통형 반응 장치로 중심부에 석영관으로 보호된 자외선램프가 있고, 석영관 외부 주위에 이산화티탄을 주성분으로 한 광촉매가 충진되어 있는 고도산화반응 장치를 상기 기체-액체분리장치 유입구(172) 전단에 부착하여 자외선이 조사되는 광촉매 층을 처리수가 통과하면서 미반응 오존과 자외선 및 자외선과 광촉매 반응에 의해 생성된 수산기 라디칼(OH-Radical, Hydroxy radical)에 의해 오존의 산화력에 의해 잘 분해되지 않는 난분해성 오염물질을 분해하는 고도산화공정(AOP, Advance Oxidation Process) 반응을 접목하여 오염물질의 제거효율을 향상하여 추가적으로 미반응 오존과 오염물질을 제거할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 적용하여 정화처리할 수 있는 수처리 방법들에 대한 실시예를 설명하기로 한다.
(실시예 1)
오염수를 생물학적 처리방법으로 정화시켜 환경기준치 이하로 정화시켜 방류하는 하수처리장 또는 폐수처리장의 방류수를 본 발명의 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 사용하여 냄새, 색상, 세균을 제거하여 도심 하천용수, 농업용수, 공장 공업용수, 건물 중수 등으로 재사용하는 하수 방류수를 정화처리하여 중수로 물을 재사용하는 방법.
(실시예 2)
하천수를 상수원으로 하는 정수장의 경우 신물질 사용량 증대와 산업의 고도화에 따른 수질오염 증가에 따라 정수장으로 유입되는 기존의 정수방법으로 잘 정화되지 않는 1,4-Dioxane 등의 다양한 난분해성 유기물질들을 상기 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치로 정화처리하는 방법.
(실시예 3)
오염된 가스를 하부에서 투입하고, 세정액을 상부로 투입하여는 기존의 오염가스 세정장치 대신에 본 발명의 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치에 오존대신에 오염된 가스를, 오염수 대신에 세정액을 사용하는 방법으로 오염된 가스를 정화처리하는 방법.
(실시예 4)
생물학적 처리방법으로 잘 분해되지않는 난분해성 오염물질을 본 발명의 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용하여 상기 오염수를 환류비를 높게 하거나, 고농도의 오존을 투입하는 방법으로 정화처리하는 방법.
(실시예 5)
역삼투막과 같은 분리막을 이용하여 오염수를 정화처리하는 공정에서 전단에 본 발명의 오존가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 설치하여 분리막 정수 공정의 효율 증대에 사용하는 방법.
상기와 같은 구성을 같는 본 발명은 기체와 액체와의 접촉시간이 증대되어 반응효율이 향상됨으로써 수처리 장치 및 가스 세정 장치의 설치비 및 운전비 등의 원가절감이 가능한 가스 포집형 기체-액체 반응 장치 및 이를 이용한 수처리 장치, 가스 정화 장치를 제공한다.

Claims (6)

  1. 내부에 상하방향으로 길게 포집공간이 형성되고, 상부 및 하부에 각각 상기 포집공간과 연통되는 상부 유입구 및 하부 유출구가 구비된 기체-액체 반응 장치에 있어서,
    가스와 액체를 가압펌프에 의해 1 내지 15기압으로 가압하여 상기 상부 유입구로 유입시켜, 가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 순차적으로 하부방향으로 채워지며 상기 하부 유출구로 배출되고, 액체는 상기 상부 유입구에서 분사되어 상기 포집공간의 상부에 포집된 가스층에서 가스와 접촉 반응하며 상기 하부 유출구로 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 포집형 기체-액체 반응 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기체-액체 반응 장치는, 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 포집형 기체-액체 반응 장치.
  3. 내부에 상하방향으로 길게 포집공간이 형성되고 상부 및 하부에 각각 상기 포집공간과 연통되는 상부 유입구 및 하부 유출구가 구비된 기체-액체 반응 장치와, 상기 기체-액체 반응 장치의 상기 하부 유출구에 연결되는 기체-액체 분리 장치를 포함하되,
    상기 기체-액체 반응 장치는, 가스와 액체를 가압펌프에 의해 1 내지 15기압으로 가압하여 상기 상부 유입구로 유입시켜, 가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 순차적으로 하부방향으로 채워지며 상기 하부 유출구로 배출되고, 액체는 상기 상부 유입구에서 분사되어 상기 포집공간의 상부에 포집된 가스층에서 가스와 접촉 반응하며 상기 하부 유출구로 배출되도록 구성되되,
    상기 가스는 오존가스이고, 상기 액체는 오염물질이 함유된 오염수로 이루어져 상기 하부 유출구로 처리수가 배출되도록 구성되고,
    상기 기체-액체 분리장치는, 가압된 상기 처리수의 압력을 제거하면서 상기 처리수에서 미반응된 오존가스를 분리하는 것을 특징으로 하는 가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용한 수처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포집공간에는 금속, 세라믹, 고분자 수지 재질 중 어느 하나 이상으로 이루어진 충전물이 충진된 것을 특징으로 하는 가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용한 수처리 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 기체-액체 분리 장치에서 배출 폐기되는 미반응 오존을 줄일 수 있도록 상기 기체-액체 분리 장치의 유출구에 연결되는 폐오존 분해 장치를 더 포함하되,
    상기 폐오존 분해 장치는, 유입구 및 유출구가 있는 원통형 반응 장치로, 내부에 자외선램프가 삽입 보호되는 석영관과, 미반응 오존을 OH라디칼로 전환하여 오염물질과 반응시켜 제거하는 고도산화공정반응에 의해 미반응 오존과 미반응 오염물질을 처리할 수 있도록 상기 석영관의 외부 주위에 충진된 자외선과 이산화티탄을 주성분으로 하는 광촉매를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기체-액체 반응 장치를 이용한 수처리 장치.
  6. 내부에 상하방향으로 길게 포집공간이 형성되고, 상부 및 하부에 각각 상기 포집공간과 연통되는 상부 유입구 및 하부 유출구가 구비된 기체-액체 반응 장치를 이용한 가스 정화 장치에 있어서,
    상기 기체-액체 반응 장치는, 가스와 액체를 가압펌프에 의해 1 내지 15기압으로 가압하여 상기 상부 유입구로 유입시켜 가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 순차적으로 하부방향으로 채워지며 상기 하부 유출구로 배출되고, 액체는 상기 상부 유입구에서 분사되어 상기 포집공간의 상부에 포집된 가스층에서 가스와 접촉 반응하며 상기 하부 유출구로 배출되도록 구성되되,
    상기 가스는 오염물질이 함유된 오염가스이고, 상기 액체는 정화액으로 이루어져,
    상기 오염가스는 상기 포집공간의 상부로부터 포집되어 하부방향으로 상기 하부 유출구까지 채워지고,
    상기 정화액은 상기 포집공간에 포집된 오염가스층에 분산되어 내려감과 동시에 상기 오염가스와 상기 정화액이 반응하면서 상기 하부 유출구로 정화처리된 정화가스와 함께 배출되는 것을 특징으로 하는 가스 포집형 기체-액체 반응 장치를 이용한 가스 정화 장치.
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