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(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.
C02F 1/72 (2006.01)
C02F 1/74 (2006.01)
C02F 1/78 (2006.01)
C02F 1/32 (2006.01)
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2006년08월02일
10-0606503
2006년07월21일
(21) 출원번호 10-2004-0090332 (65) 공개번호 10-2006-0041336
(22) 출원일자 2004년11월08일 (43) 공개일자 2006년05월11일
(73) 특허권자 주식회사 젠트로
서울 강동구 성내동 556-2 청일베르네 3층
(72) 발명자 변무원
서울특별시 송파구 풍납동 400번지5호 (21/5) 연지토성아파트 801호
(74) 대리인 특허법인씨엔에스
(56) 선행기술조사문헌
KR02299030000 Y1
* 심사관에 의하여 인용된 문헌
심사관 : 김대영
(54) 광촉매 폭기장치
요약
광촉매 폭기장치가 제공된다.
상기 광촉매 폭기장치는, 오폐수가 유입되어 폭기된 순환수를 수면위로 토출시키면서 오폐수가 유입,저장 배출되는 수조
에 적어도 하나 이상 배치되고 플랜지형태로 연결되는 다중관으로 구성된 폭기관 과, 상기 폭기관의 내부 하측에 배치되고
에어를 산기시키어 관내부의 오폐수를 폭기와 순환시키는 산기노즐 및, 상기 폭기관의 내측에 배치되고 자외선램프로 구
성된 자외선발생기와 이와 협력하여 유기화합물을 분해 제거하도록 상기 폭기관 내주면에 코팅된 광촉매로 구성된 유기화
합물 제거수단으로 구성되고, 상기 유기화합물 제거수단의 자외선발생기와 광촉매는 상기 다중 폭기관중 상부관의 내측
및 내주면에 각각 배치 및 코팅된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 오폐수가 살균 처리되는 것은 물론, 특히 오폐수에 포함된 유기화합물(휘발성 유기화합
물,VOC 등)가 효과적으로 분해 제거되어 전체적으로 오폐수의 정화는 물론, 전체적인 수처리 효율도 향상시키는 개선된
효과를 얻을 수 있다.
대표도
도 1
등록특허 10-0606503
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색인어
광촉매, 자외선, 오존, 폭기, 용존산소, 폭기장치
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 광촉매 폭기장치의 제 1 실시예를 도시한 구성도
도 2는 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 2 실시예를 도시한 구성도
도 3은 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 3 실시예를 도시한 구성도
도 4는 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 4 실시예를 도시한 구성도
도 5는 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 5 실시예를 도시한 구성도
도 6은 본 발명인 광폭매 폭기장치를 이용한 수처리 장치의 일예로 연속흐름식 수처리 장치를 도시한 개략도
도 7은 본 발명인 광폭매 폭기장치를 이용한 수처리 장치의 다른 예로 연속회분식 단일반응조(SBR)의 수처리 장치를 도시
한 개략도
도 8은 본 발명인 광폭매 폭기장치를 이용한 수처리 장치의 또 다른 일예로서 수계(호수,하천)에 제공된 수처리 장치를 도
시한 개략도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1.... 광촉매 폭기장치 10.... 폭기관
30.... 산기노즐 50.... 자외선발생기
60.... 광촉매 70.... 유기화합물 제거수단
90.... 오존발생기 110.... 광촉매 코팅 부유체
130.... 침전관 150.... 수처리 장치의 유입저류조
152.... 연속흐름식 수처리설비 154.... 연속회분식 단일반응조
156.... 수계
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 자외선,광촉매와 폭기작용 및, 추가로 오존을 이용하여 유기화합물(VOC)을 함유한 오폐수를 처리하는 광촉매
폭기장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 지속적으로 공기를 관내의 오폐수에 폭기시킴과 동시에, 용존산소가 증가된 오폐
수를 자외선램프(UV램프)와 광촉매가 설치된 관내를 통과시키고, 추가로 오존을 포함하는 공기를 폭기시킴으로서, 오폐
수가 살균 처리되는 것은 물론, 특히 오폐수에 포함된 유기화합물이 효과적으로 분해 제거되어 전체적으로 오폐수의 정화
는 물론, 이를 이용한 수처리 효율도 향상시키는 한편, 세척수로의 사용도 유용한 광촉매 폭기장치에 관한 것이다.
등록특허 10-0606503
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현대에는 산업사회의 급속한 발전과 생활수준의 향상으로 물사용이 급격히 증가하지만 그 만큼 더 많은 양의 오폐수(오폐
수)가 발생되고 있으며,특히 산업의 발달로 공장폐수가 수계환경 오염의 주요인으로 대두되면서, 오폐수나 오폐수 및 하폐
수의 완전한 정화를 통한 환경문제의 해결에 관심이 집중되고 있는 실정이다.
그런데, 이와 같은 오폐수를 처리하는 통상의 수처리 장치는 미생물을 이용한 생물학적 수처리 설비와 여과, 응집, 침전 또
는 흡착등의 물리, 화학적 처리를 통한 수처리 장치 등의 여러 기술들이 알려져 있다.
그러나, 이와 같이 지금까지 알려진 대부분의 수처리 장치는 그 규모가 상당히 크고 설치 운용하는 데에 상당한 비용이 발
생되면서 실질적으로 오폐수를 완전하게 처리하는 것은 어려운 실정이다.
또한, 생물학적인 수처리 장치에서는 질소나 인의 제거는 어느 정도 가능하지만 난분해성 오염물질 예를 들어, 대부분의
산업체에서 사용하는 휘발성 유기화합물(이하, 'VOC'(Volatile Organic Compounds)이라함)의 완전 제거는 불가능한 것
이고, 이와 같은 장치는 다량의 슬러지를 유발시키게 되어 이 슬러지의 처리 또한 큰 문제가 되고 있다.
또한, 정수처리장에서는 주로 염소를 이용한 소독처리를 하고 있으나, 이와 같은 염소소독은 처리중에 THMs
(Trihalomethanes), HANs(Haloacetonitriles) ,HKs(Haloketones), Halopocrin, HAAs(Haloacetic acids) 및
Chlorophenol 등의 여러 발암성 부산물을 발생시키는 것으로 알려져 있고, 특히 각종 산업체에서 배출되는 VOC의 제거
효율은 거의 없는 실정이다.
한편, 이와 같은 난분해성 VOC의 제거를 위한 오존산화법이나 광촉매와 자외선(UV) 등을 이용하는 기술이 알려져 있다.
그러나, 오폐수를 폭기시키면서 이들 기술을 이용하는 광촉매 폭기장치가 제안된 바는 없는 것이다.
이에 따라서, 오폐수에 공기(산소)를 지속적으로 폭기시키어 용존산소량을 증대시킴으로서, 오폐수의 정화효율을 높이기
동시에, 광촉매와 자외선을 이용하여 VOC의 제거효율을 높이어 전체적인 배열을 효과적으로 하여 오폐수의 살균 및 VOC
제거효율을 극대화한 광촉매 폭기장치가 요구되어 왔다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 지속적으로 공기를 관내에 산기시키
어 용존산소량이 증가된 오폐수를 자외선램프와 광촉매가 설치된 관내를 통과시키고, 추가로 산기되는 공기에 오존을 포
함시킴으로서, 오폐수가 살균 처리되는 것은 물론, 특히 오폐수에 포함된 VOC 등의 유기화합물이 효과적으로 분해 제거되
어 전체적으로 오폐수의 정화효율을 높이고, 필요시 세척수로도 사용되는 것을 가능하게 하는 광촉매 폭기장치를 제공하
는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 지속적인 폭기작용으로 오폐수의 용존산소량이 높이면서, 유기화합물이 제거되고 살균처리
된 처리수를 수처리 장치로 보냄으로서, 수처리 장치를 통한 전체적인 정화효율을 보다 향상시킨 광폭매 폭기장치를 이용
하는 수처리 장치를 제공하는 데에 있다.
발명의 구성 및 작용
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 오폐수가 유입되어 폭기된 순환수를 수면위로 토출시
키면서 오폐수가 유입,저장 배출되는 수조에 적어도 하나 이상 배치되고 플랜지형태로 연결되는 다중관으로 구성된 폭기
관;
상기 폭기관의 내부 하측에 배치되고 에어를 산기시키어 관내부의 오폐수를 폭기와 순환시키는 산기노즐; 및,
상기 폭기관의 내측에 배치되고 자외선램프로 구성된 자외선발생기와 이와 협력하여 유기화합물을 분해 제거하도록 상기
폭기관 내주면에 코팅된 광촉매로 구성된 유기화합물 제거수단;
으로 구성되고,
상기 유기화합물 제거수단의 자외선발생기와 광촉매는 상기 다중 폭기관중 상부관의 내측 및 내주면에 각각 배치 및 코팅
된 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 폭기관의 상부관은 광촉매 코팅면적을 증대토록 주름관으로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광촉매는 이산화티탄 (TiO2, Titanuim Dioxide)이 바람직하다.
그리고, 상기 산기노즐과 폭기관을 통하여 연결되는 공기공급관에 연결되어 폭기관내의 산소와 오존 산기를 통하여 오폐
수의 유기화합물 분해와 살균 기능을 제공하는 오존발생기를 추가로 포함할 수 있다.
이와 같은 오존발생기는 오존램프(ozone lamp)일 수 있다.
또한, 상기 오존발생기가 연결된 공기공급관에는 수조에 설치된 커버의 오존 배출관과 연결되는 오존순환관이 연결되어
오존농도를 증대시키도록 구성되는 것이 보다 바람직할 것이다.
그리고, 상기 폭기관 상부관의 내부에 제공되어 유기화합물 제거효율을 높이는 광촉매가 코팅된 부유체가 포집체로서 부
유상태로 추가로 제공될 수 있다.
이때, 바람직하기는 상기 부유체는 뮬에 부유되는 합성수지체 또는 부석중 하나로 구성되고, 상기 포집체는 내부에 광촉매
코팅 부유체를 다수개 내재시킨 망으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 폭기관의 내부에는 유기화합물 제거효율을 추가로 높이도록 폭기 순환되는 오폐수에 내재된 광촉매 성형체가
추가로 제공되는 것이 가능하고, 이때 상기 폭기관의 내부 상,하측에는 광촉매 성형체의 관 이탈을 방지하는 메쉬망이 설
치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 부유체에 코팅되고 성형체로 제공되는 광촉매도 이산화티탄을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 폭기관의 외곽으로 분출된 처리수가 유입되어 침전되면서 유기화합물 제거시 발생되는 부산물을 침전시키는
침전관이 추가로 제공될 수 있다.
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이하, 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 여러 실시예들을 도면에 따라 순차로 설명하되, 앞에서 설
명한 동일한 구성과 작용은 생략하며, 실시예들에서 동일한 구성은 동일부호로 나타낸다.
먼저, 도 1에서는 본 발명에 따른 광촉매 폭기장치의 제 1 실시예를 도시하고 있다.
즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 광촉매 폭기장치(1)는 오폐수가 유입되는 폭기된 순환수를 수면위로 토출
시키는 폭기관(10)과, 상기 폭기관(10)의 내부 하측에 배치되고 에어를 산기시키어 관내부의 오폐수를 폭기와 순환시키는
산기노즐(30) 및, 상기 폭기관(10)의 내측에 제공되는 자외선발생기 (50)과 이와 협력하여 유기화합물을 분해 제거하도록
폭기관(10) 내주면에 코팅된 광촉매(60)로 구성된 유기화합물 제거수단(70)으로 구성되어 있다.
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따라서, 상기 폭기관(10)의 하부에서 유입된 오폐수는 폭기관(10) 내부의 산기노즐(30)에서 블로어나 에어펌프(A)로서 공
급되는 고압의 공기로서 폭기관 (10)을 통하여 위로 강제로 순환되고, 이때 고압의 공기중에 포함된 산소가 오폐수에 녹으
면서 오폐수의 용존산소량이 증대되고, 이와 같은 용존산소량의 증대는 오폐수의 pH를 높이면서 오폐수의 정화효율을 향
상시키게 되고, 증대된 pH는 다음에 설명하는 오존과의 반응으로 VOC의 분해속도를 증가시키는 다른 유용한 기능도 제공
하게 된다.
그리고, 상기 유기화합물 제거수단(70)인 자외선발생기(50)와 광촉매(60)는 오폐수에 포함된 VOC 등의 유기화합물을 분
해 제거하기 위한 것인데, 이를 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 오폐수에 포함된 VOC는 휘발성 유기화합물로서, 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기중에서 질소산화물
과 공존시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 PAN 등 광화학 산화성물질을 생성시켜 광화학스모그를 유
발하는 것으로, 고정배출원에서의 유기용제 사용과 액체연료의 사용, 수송, 저장 및 자동차 등 이동배출원에서 사용되는
연료에 의해 대기중으로 배출되거나, 또는 산업체에 사용되는 용매나 기타 화학공장, 제약공장, 플라스틱의 건조과정에서
배출되는 유기가스 등까지 그 종류가 매우 다양하며, 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물등 우리 생활주변에서 흔하
게 사용되는 유기화합물질들은 거의 VOC이다.
그런데, 이와 같은 VOC는 NOx 존재하에서 OH 라디칼(radicals) 연쇄반응에 관여하여 오존을 시발로 하는 산화성물질을
생성하면서 광화학스모그를 유발하고, 이중 대류권 오존생성에 영향을 미치는 VOC는 광화학반응성이 높은 물질이 문제
가 되고, 또한 대기중 수명이 길어 오존층 파괴, 지구온난화 유발물질로 알려져 있는 한편, 인체에 대한 직접적인 발암의
원인이 되기도 하는 것으로 알려져 있다.
이에, 현재 VOC의 사용을 규제하고 있는데, 예를 들어 대략 37종의 VOC 물질이 규제대상인데, 아세트알데히드, 아세틸
렌, 아세틸렌 디클로라이드, 아크롤레인, 아크릴로니트릴, 벤젠 등이다.
따라서, 이와 같은 VOC는 대기는 물론, 산업체의 오폐수에 포함되기 때문에, 이와 같은 VOC를 포함하는 오폐수 처리시
VOC의 분해 제거가 필요한 것이다.
한편, 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 광촉매 폭기장치(1)에서 유기화합물 제거수단(70)의 자외선발생기(50)
는 통상 UV램프를 사용하는데, 저압수은 방전관의 일종으로서 저압수은증기에 의한 방전관형태의 램프이고, 이와 협력하
여 VOC를 분해 제거하는 상기 광촉매(60)는 여러 종류가 있지만 이산화티타늄(TiO2)을 사용한다.
이때, 자외선은 특정한 파장을 중심으로 하여 고유의 특수한 작용을 하고, 200 ∼ 280nm 파장의 범위내에서 살균작용이
발생되고 253.7nm 파장에서 가장 강하게 작용되는 특징을 가지며, 이에 상기 자외선발생기(50)인 UV램프는 방사에너지
의 90% 이상을 수은의 공진선인 254nm선이 차지하는 저압수은 방전관을 사용하며, 자외선이 조사되면 핵산의 성분이 화
학변화를 일으켜 대사장해를 가져와 증식능력을 잃는 불활성상태에 이르게 되고, 결국 오폐수의 살균이 수행되게 된다.
그리고, 상기 광촉매(60)는 빛에 의해 강력한 산화반응을 일으키는 물질로써 활성산소를 발생하며 산화분해 작용을 촉진
시키는 물질인데, 현재 광촉매로 가장 많이 쓰이는 물질은 이산화티탄(TiO2)이며, 공기중의 유해물질을 분해하는 공기정
화와 특히 VOC의 분해작용이 뛰어나 항균성 및 악취제거에도 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
또한, 이와 같은 광촉매(60)는 스프레이 형태로 코팅하는 것이 가능한데, 예를 들어 국내에서 스프레이 코팅용 이산화티탄
의 광촉매를 판매하고 있으며, 따라서 본 발명의 광촉매 폭기장치(1)에서는 합성수지 예를 들어, 부식이 없는 폴리에틸렌
(PE)으로 형성된 합성수지 폭기관(10)의 내주면에 간단하게 코팅 사용할 수 있다.
이와 같은 광촉매는 이산화티탄(Tio2) 의 함유량이 3% 이상이면 효과를 발휘하는 것으로 알려져 있고, 광촉매의 작용에
필요한 광(光)은 자외선으로, 이와 같은 자외선은 대략 1uW/㎠ 이상이면 효과를 낼 수 있는 것으로 알려져 있다.
한편, 이와 같은 이산화티탄 광촉매는 자외선을 받으면 전자(Electron), 전공대(Electron Hole)가 형성되어 강한 산화력을
가진 하이드록시 라티칼(-OH)과 슈퍼 옥사이드을 생성하고, 이 하이드록시 라디칼과 슈퍼 옥사이드가 VOC를 산화 분해
시켜 물과 탄산가스로 변화시키어 오폐수중의 유기화합물(VOC)을 무해한 물과 탄산가스로 변화시키고, 예를 들어 세균
(박테리아)도 유기화합물이므로 광촉매의 강한 산화작용에 의해 산화분해 되어 살균되게 된다.
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즉, 자외선발생기(50)에서 자외선이 폭기관(10)에 코팅된 광촉매(60)의 이산화티탄 (TiO2)에 조사되면 그 표면에서 OH
라디칼이 생성되고, 이 OH 라디칼의 강한 산화력에 의하여 표면에 흡착된 물질을 분해하게 되는데, 예를 들어 자외선발생
기 (50)인 램프에서 방출된 광에너지가 이산화티탄의 결합에너지(Band gap energy)보다 같거나 그 이상이 되면 전자가
채워져 있던 이산화티탄의 가전자대(Valence band)에서 전자가 방출되어 전도대(Conduction band)로 이동하게 되며, 동
시에 이산화티탄의 가전자대에는 정공이 생성되고, 상기 전자는 촉매의 표면에 흡착되어 있는 전자수용체인 산소와 물분
자등과 반응하여 높은 산화력을 가지는 OH 라디칼을 생성하는 것이다.
그리고, 이와 동시에 이산화티타늄의 표면에서 생성된 정공은 촉매에 흡착되어 있는 물을 산화시키거나, 입자표면의 수산
화이온과 반응하여 OH 라디칼을 형성하거나 유기화합물과 직접 반응하여 VOC 등의 유기화합물을 분해 제거하는 것이다.
이때, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 광촉매 폭기장치(1)에서 상기 폭기관(10)은 오폐수가 유입 저장되고, 배
출되는 수조(2)내에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.
그리고, 이와 같은 본 발명의 폭기관(10)은 플랜지형태로 연결되는 다중관 (10a (10b)(10c)으로 구성되는데, 이와 같은 다
중관(10a)(10b)(10c)으로 구성하는 이유는 산기노즐(30)의 설치와 상기 유기화합물 제거수단(70)의 자외선발생기(50)와
광촉매(60)를 제공하기 위한 조립작업과 분해 및 부분적인 교체를 용이하게 하기 위한 것이다.
따라서, 상기 유기화합물 제거수단(70)의 자외선발생기(50)와 광촉매(60)는 다중관중 상부관(10c)의 내측 및 내주면에 각
각 배치 및 코팅되는 것이 오폐수 처리를 위하여 가장 바람직하다.
그리고, 상부관(10c)은 원통체로서 내부를 통하여 오폐수가 강제로 폭기되면서 순환 배출되고, 폭기관의 하부관(10a)은
수조(2)의 하부에 고정되면서 그 위로 원주면을 따라 오폐수의 유입을 위한 유입공(10a')들이 형성되어 있고, 따라서 오폐
수는 하부 폭기관(10a')을 통하여 유입되면 산기노즐(30)에서 분사되는 고압에 공기로서 산소가 용존되면서 폭기관(10)의
내부에서 위로 순환되면서 상부관(10c)의 배출구(10c')을 통하여 수조(2)내의 수면상으로 배출되고, 이와 같은 오폐수의
반복적인 순환을 통하여 자외선과 광촉매에 의하여 살균되면서 함유된 VOC 등의 유기화합물이 분해 제거되면서 오폐수
의 정화가 지속적으로 수행되는 것이다.
이때, 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 폭기관(10)의 다중관중 상부관 (10c)은 광촉매(60)의 코팅면적을 증대시키기 위하
여 합성수지 예를 들어, 폴리에틸렌(PE)으로 성형된 주름관으로 구성되는 것이 바람직하고, 이와 같은 주름 상부관은 실제
수조(2)내에 본 발명의 광촉매 폭기장치(1)가 배치될때, 주름부분이 펴지거나 좁혀지면서 수위에 따라 그 길이가 가변되는
다른 기능도 제공하게 된다.
한편, 앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명인 제 1 광촉매 폭기장치(1)에서 상기 자외선발생기(50)는 UV램프이며, 상기 광촉
매는 이산화티탄(TiO2)을 사용하는데, 이 광촉매는 반드시 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
이때, 상기 자외선발생기(50)는 UV램프 유니트(52)와 이에 덮여지면서 물과 차단시키면서 폭기관(10)의 내부에 고정되는
케이스(54)로 이루어 지는데, 상기 케이스(54)는 도면에서는 별도의 부호로 도시하지 않은 커버를 통하여 개폐되면서 상
기 램프유니트(52)의 교체를 가능하게 하고, 물론 전원 케이블이 방수상태로 연결됨은 물론이다.
다음, 도 2에서는 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 2 실시예를 도시하고 있다.
즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 광촉매 폭기장치(1)는, 상기 산기노즐(30)과 폭기관(10)을 통하여 연결되
면서 고압의 공기를 블로어나 에어펌프(A)로서 공급하는 공기공급관(32)에 폭기관내의 산소와 오존 산기를 통하여 오폐
수의 유기화합물 분해와 살균 기능을 제공하는 오존발생기(90)를 추가로 연결한 것이고, 이와 같은 본 발명의 상기 오존발
생기(90)는 오존램프(ozone lamp)로 구성될 수 있다.
따라서, 도 2에서 도시한 본 발명의 제 2 광촉매 폭기장치(1)는 도 1에서 도시한 제 1 광촉매 폭기장치(1)에 추가로 오존발
생기(90)를 구비시키어, 오존에 의한 오폐수의 살균이나 유기화합물 제거효율을 보다 증대시키도록 한 것이다.
한편, 오존(ozone)은 산소의 동소체로서 O₃로 표기되고, 상온에서는 약간 청색을 띠는 기체이나, 액체가 될 때는 흑청색,
고체가 될 때는 암자색을 띠고, 특이한 냄새가 나며, 공기 속에 0.0002 부피 %만 존재해도 냄새를 감지할 수 있다.
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그리고, 이와 같은 오존은 공기를 정화시키고, 살균작용으로 음료수 소독이나 표백 또는 유기화합물의 구조 결정 등에 사
용되는 것으로 알려져 있다.
한편, 오존산화법(ozonization process)에 의하면, 오존이 가진 강한 산화 분해작용에 의해 오폐수를 정화하는데, 수중에
포함된 오존이 유기화합물과 반응할 경우에는 두가지 경로 즉, 오존에 의하여 직접 산화되는 경우가 있고, 오존 분해과정
에서 생성되는 OH라디칼에 의한 산화의 경우가 있다.
한편, 오존의 분해과정에서 생성되는 상기 OH 라디칼은 특히, 그 대부분이 유기화합물과 고르게 반응하기 때문에, 유기화
합물 산화제거에 큰 효과가 있고, 이와 같은 OH라디칼 생성량을 늘려 산화력을 증가하기 위한 방법으로 앞에서 설명한 바
와 같이, 자외선과 광촉매를 같이 사용하는 것이다.
즉,도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 광촉매 폭기장치(1)에서 추가로 구비되는 오존발생기(90)에 의하여 공기공
급관(32)에 공급된 오존이 공기와 함께 폭기관내부에서 산기노즐(30)로서 고압으로 분사된 오존은 오폐수(물)에서 분해되
어 중간 생성물질로 오존자체보다 산화력이 강한 OH 라디칼을 생성하고, 이 OH 라디칼은 오존 그 자체보다 높은 전위차
를 가지며, 거의 모든 VOC 등의 유기화합물과 매우 빠른 속도로 반응하여 그 분해 제거 및 오폐수를 살균시킨다.
예를 들어, 오존이 폭기관(10)내에서 폭기되면서 순환되는 오폐수에 유입되면, 오존은 수용액상태에서 수산화기에 의하여
분해가 시작되어 중간생성물질로 hydroperoxy radical(HO2- ㆍ)과 superoxide radical(O2- ㆍ)를 생성시키고, 이때 pH
가 증가하면 할수록 오존의 분해속도가 빨라지게 되고, 오존과 빠른 속도로 직접 반응하는 오염물질이 없는 경우에는 주로
이 경로에 의해 먼저 분해된다.
그리고, 이 두 라디칼들은 다시 오존과 반응하여 Ozonide radical(O3- ㆍ)를 형성하고 결국 OH라디칼을 생성하게 되는
것이다.
따라서, 오존이 폭기관(10)내에서 폭기되면서 순환되는 오폐수에 혼합될 경우 포함된 유기화합물은 오존분자에 직접적으
로 제거될 수 있는 직접경로(Direct reaction pathway)와 OH radical에 의하여 분해되는 간접경로의 이 두 가지 경로에
의해 제거된다.
그리고, 앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 산기노즐(30)을 통하여 분사되는 공기에 의하여 용존산소량이 높아지면
서 오폐수의 pH가 높이지고, 이는 결국 오존의 분해속도를 증가시키고, 이와 같은 오존의 분해속도 증대는 유기화합물의
제거와 살균효율을 그만큼 높이는 것이다.
이에 따라서, 도 1 및 도 2에서 도시한 본 발명의 제 1,2 광촉매 폭기장치 (1)들에 의하면, 폭기관(10)의 내부에서 폭기되
어 용존산소량이 증대되면서 순환되는 오폐수는 자외선발생기(50)에서 조사되는 자외선과 오존발생기(90)에 의하여 제공
되는 오존에 의해 직접 살균될 뿐만아니라, 오폐수에 포함된 VOC 등의 유기화합물이 자외선과 광촉매의 작용과 오존에 의
하여 효과적으로 분해 제거되게 한다.
다음, 도 3에서는 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 3 실시예를 도시하고 있다.
즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 광촉매 폭기장치(1)는, 상기 오존발생기(90)가 연결된 공기공급관(32)에
상기 수조(2)에 설치된 커버(2a)와 연결되는 오존순환관(2b)이 연결되도록 함으로서, 오존의 순환 공급으로 보다 농도가
증대되는 오존을 투입시키는 것을 가능하게 하는 것이다.
예를 들어, 오존은 물에 쉽게 녹지는 않기 때문에, 폭기관(10)내의 산기노즐 (30)에서 공기와 함께 오존이 분사되면, 앞에
서 설명한 오존의 분해과정이 이루어 지면서 분해되지 않은 오존은 상기 오존순환관(2b)을 통하여 다시 공기공급관(32)으
로 순환되고, 이때 순환된 오존은 공기와 함께 오존발생기를 통과하여 다시 폭기관내에서 분사되기 때문에, 오존의 순환이
반복되면 그 만큼 오존 농도가 높아지고, 이는 오폐수에서 분해되는 오존의 량을 증대시키어 유기화합물 제거효율을 높이
는 것이다.
다음, 도 4에서는 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 4 실시예를 도시하고 있다.
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이와 같은 본 발명의 제 4 광촉매 폭기장치(1)는, 상기 폭기관 상부관 (10c)의 내부에 제공되어 유기화합물 제거효율을 높
이는 광촉매(60)가 코팅된 부유체(110)가 포집체(112)로서 부유상태로 추가로 제공된 것이다.
이때. 상기 부유체(110)는 뮬에 부유되는 합성수지체 또는 부석중 하나로 구성되고, 상기 포집체(112)는 내부에 광촉매 코
팅 부유체(110)를 다수개 내재시킨 망으로 구성될 수 있다.
따라서, 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 4 광촉매 폭기장치(1)에서는 폭기관중 상부관(10c)의 내측으로 광촉매
예를 들어, 이산화티탄이 코팅된 합성수지체나 부삭등의 광초매 코팅 부유체(110)가 망등의 포집체(112)를 통하여 여러개
가 배치됨으로서, 자외선과 협력하여 유기화합물(VOC)를 분해 제거시키는 광촉매의 영역을 보다 증대시킨 것이고, 이는
오폐수의 유기화합물 제거나 처리효율을 보다 향상시킬 것이다.
이때, 부유체는 폭기되어 순환되는 폭기관(10)내의 순환수에 의하여 상부 폭기관(10c)내부에서 지속적으로 유동하면서 광
촉매에 유기화합물의 부착과 이를 통한 분해 제거효율을 가일층 향상시키게 된다.
한편, 도 4에서는 제 4 광촉매 포기장치(1)의 변형예를 같이 도시하고 있는데, 구체적으로는 상기 폭기관(10)의 내부에는
유기화합물 제거효율을 추가로 높이도록 폭기 순환되는 오폐수에 내재된 광촉매 성형체(120)가 추가로 제공하는 것이고,
이때 상기 폭기관(10)의 내부 상,하측에는 광촉매 성형체의 관 이탈을 방지하는 메쉬망(122)이 설치된 것이 바람직하다.
즉, 이산화티탄의 분말(파우더)를 성형시키어 작은 입도의 알갱이들로 제조한후, 이를 폭기관(10)중 상부관(10c)의 상,하
측에 상기 이산화티탄의 광촉매 알갱이인 광촉매 성형체(120)보다 메쉬가 작은 메쉬망(122)을 설치하고, 그 내부에 광촉
매 성형체(120)를 넣으면, 도 4에서 도시한 바와 같이, 폭기관(10)을 통하여 오폐수가 폭기 순환될 때, 그 내부에서 메쉬망
(122)으로서 관 이탈은 방지되는 광촉매 성형체(120) 즉, 이산화티탄 알갱이들이 순환되는 오폐수에 추가로 포함되고, 이
는 자외선발생기(50)를 통한 오폐수에 포함된 VCO등의 유기화합물의 분해 제거효율이 추가로 향상되게 된다.
이때, 도면에서는 별도의 부호로 도시하지 않았지만, 상기 메쉬망(122)은 폭기관(10)의 상부관(10c) 내부에 배치되는 자
외선발생기(50)인 UV램프 케이스를 고정하는 고정대 또는 상부관을 관통하는 장폭의 고정볼트에 연결 지지되면 된다.
그리고, 상기 메쉬망(122)의 메쉬 크기는 적어도 상기 광촉매 성형체(120) (이산화티탄 알갱이)보다는 작아야 함은 물론
이다.
다음, 도 5에서는 본 발명인 광촉매 폭기장치의 제 5 실시예를 도시하고 있다.
즉, 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 5 광촉매 폭기장치(1)는, 상기 폭기관(10)의 외곽으로 분출된 처리수(W')가
바로 수조(2)내에서 확산되지 않고 유입되어 침전되면서 유기화합물 제거시 발생되는 부산물을 침전시키는 침전관(130)
이 추가로 제공된 것이다.
따라서, 미생물과 유기화합물 등을 함유하는 오폐수(W)가 앞에서 설명한 바와 같이, 폭기관(10)을 통과 순환되면서 살균
이나 유기화합물 분해 제거가 수행되면, OH 라디칼에 의해 산화된 유기화합물의 침전물이나 부산물이 발생되고, 이와 같
은 부산물을 포함하는 처리수(W')는 폭기관(10)을 통하여 배출되는 즉시, 외곽의 침전관(130)으로 투입되면서 여기에서
다시 수압으로 하부로 흐르고, 상기 부산물의 침전을 유도하는 것이다.
이때, 상기 침전관(130)은 도 5에서 도시한 바와 같이, 상부관(10c)과 하부관(10a)에 각각 연결되면서 상부는 주름침전관
(130a)으로 하고, 하부는 평탄관 (130b)으로 하여 플랜지형태로 연결시키면서 폭기관(10)에 고정된다.
한편, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 침전관(130)의 하부 침전관 (130b)의 배출구(130b')위에는 침전물을 침전관 내부
에 쌓이도록 하고, 필요시 이를 청소하여 침전물의 수조 배출을 차단하는 다층 필터체인 멤브레인(132)을 설치하는 것도
가능할 것이다.
다음, 도 6 내지 도 8에서는 지금까지 설명한 본 발명의 광촉매 폭기장치(1)를 이용하는 수처리 장치의 실시예들을 도시하
고 있다.
즉, 도 6에서는 하수를 생물학적으로 처리하는 통상의 연속흐름식 수처리 장치(152)를 도시하고 있는데, 이와 같은 연속흐
름식 수처리 장치(152)는 혐기조 (152a)와 무산소조(152b) 및 호기조(152c)의 반응조들과 침전조(154)로 구성되어 있고,
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본 발명의 광촉매 폭기장치(1)는 수조를 유입 저류조(150)로 구성하여 그 내부에 배치시키면, 최초 유입된 하,폐수는 1 차
적으로 유입저류조 (150)에서 본 발명의 광촉매 폭기장치(1)를 통하여 살균 및 유기화합물이 분해 제거된 다음, 수처리 장
치로 공급되어 전체적인 수처리 효율을 높이게 할 것이다.
다음, 도 7에서는 하수를 생물학적으로 처리하는 통상의 연속회분식 단일반응조(SBR)(156)을 이용한 수처리 장치를 도시
하고 있는데, 이와 같은 단일반응조에서는 무산소, 혐기, 호기의 반응단계와 유입, 침전, 방류의 단계들을 하나의 반응조에
서 시간차를 두고 하,폐수를 처리하는 것이다,
이때, 본 발명의 광촉매 폭기장치(1)는 수조를 유입 저류조(150)로 구성하여 그 내부에 배치되면, 최초 유입된 하,폐수는 1
차적으로 유입저류조(150)에서 본 발명의 광촉매 폭기장치(1)를 통하여 살균 및 유기화합물이 분해 제거된 다음, 수처리
장치로 공급되어 전체적인 수처리 효율을 높이게 할 것이다.
다음, 도 8에서는 본 발명인 광폭매 폭기장치(1)를 이용한 수처리 장치의 또 다른 실시예로서 수계(호수,하천)에 제공된 수
처리 장치를 도시하고 있다.
즉, 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 광촉매 폭기장치(1)를 호수나 하천 등의 수계(158)에 배치 이용하면, 1차적으로
물이 반복적으로 바닥에서 수면상으로 강제 순환되기 때문에, 흐르지 않는 호수등의 물이 정화되고, 더하여 앞에서 설명한
바와 같이, 수계의 물에 포함된 미생물이나 유기화합물이 살균, 분해 제거되기 때문에, 수계의 물 정화성을 향상시키는 것
이다.
이때, 도 8에서와 같이 수계에 이용되는 광촉매 폭기장치(1)의 하부관에는 장치의 수계배치를 위한 웨이트(T)가 와이어로
연결되어 있다.
발명의 효과
이와 같은 본 발명인 광촉매 폭기장치에 의하면, 지속적으로 공기를 일정 관내에 폭기시킴과 동시에, 용존산소가 증가된
오폐수를 자외선램프와 광촉매가 설치된 관내를 통과시키고, 추가로 오존을 포함하는 공기를 폭기시킴으로서, 오폐수가
살균 처리되는 것은 물론, 특히 오폐수에 포함된 VOC 등의 유기화합물이 효과적으로 분해 제거되어 전체적으로 오폐수의
정화는 물론, 필요시 물에 포함된 미생물과 유기화합물이 제거되기 때문에, 세척수로도 사용되는 것을 가능하게 하고, 수
처리 설비에서도 정화효율을 향상시키도록 사용되는 우수한 효과를 제공하는 것이다.
삭제
본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의
정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을
가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
오폐수가 유입되어 폭기된 순환수를 수면위로 토출시키면서 오폐수가 유입,저장 배출되는 수조에 적어도 하나 이상 배치
되고 플랜지형태로 연결되는 다중관으로 구성된 폭기관;
상기 폭기관의 내부 하측에 배치되고 에어를 산기시키어 관내부의 오폐수를 폭기와 순환시키는 산기노즐; 및,
상기 폭기관의 내측에 배치되고 자외선램프로 구성된 자외선발생기와 이와 협력하여 유기화합물을 분해 제거하도록 상기
폭기관 내주면에 코팅된 광촉매로 구성된 유기화합물 제거수단;
으로 구성되고,
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상기 유기화합물 제거수단의 자외선발생기와 광촉매는 상기 다중 폭기관중 상부관의 내측 및 내주면에 각각 배치 및 코팅
된 것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 2.
삭제
청구항 3.
삭제
청구항 4.
제 1항에 있어서, 상기 폭기관의 상부관은 광촉매 코팅면적을 증대시키면서 수위에 대응하여 가변되는 주름관으로 구성된
것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 5.
제 1항에 있어서, 상기 광촉매는 이산화티탄(TiO2)인 것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 6.
제 1항에 있어서, 상기 산기노즐과 폭기관을 통하여 연결되는 공기공급관에 연결되어 폭기관내의 산소와 오존 산기를 통
하여 오폐수의 유기화합물 분해와 살균 기능을 제공하는 오존램프(ozone lamp)로 구성된 오존발생기를 추가로 포함하는
것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 7.
삭제
청구항 8.
제 6항에 있어서, 상기 오존발생기가 연결된 공기공급관에는 수조와 연결된 오존순환관이 연결되어 오존농도를 증대시키
도록 구성된 것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 9.
제 1항에 있어서, 상기 폭기관의 내부에는 유기화합물 제거효율을 추가로 높이도록 광촉매가 코팅된 부유체가 포집체로서
부유상태로 추가로 제공된 것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 10.
제 9항에 있어서, 상기 부유체는 뮬에 부유되는 합성수지체 또는 부석중 하나로 구성되고, 상기 포집체는 내부에 광촉매
코팅 부유체를 다수개 내재시킨 망으로 구성된 것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 11.
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제 1항에 있어서, 상기 폭기관의 내부에는 유기화합물 제거효율을 추가로 높이도록 폭기 순환되는 오폐수에 내재된 광촉
매 성형체가 추가로 제공되고,
상기 폭기관의 내부 상,하측에는 광촉매 성형체의 관 이탈을 방지하는 메쉬망이 설치된 것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장
치.
청구항 12.
제 9항 또는 제 11항에 있어서, 상기 부유체에 코팅되고 성형체로 제공되는 광촉매는 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 광
촉매 폭기장치.
청구항 13.
제 1항에 있어서, 상기 폭기관의 외곽에는 분출된 처리수가 유입되어 침전되면서 유기화합물 제거시 발생되는 부산물을
침전시키는 침전관이 추가로 제공된 것을 특징으로 하는 광촉매 폭기장치.
청구항 14.
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청구항 15.
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청구항 16.
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청구항 17.
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도면
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도면1
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도면2
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도면3
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도면4
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도면5
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도면6
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도면7
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도면8
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