KR200229903Y1 - 광촉매 살균기를 이용한 공동 정수 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 아파트, 학교 및 군대와 같이 다수인 이 사용하는 지하수(복류수 포함), 상수, 호소수 및 기타 지표수의 정수 처리기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공급되는 물이 마이크로필터를 통과하면서 1차 정수 되고, 1차 정수된 물은 광촉매 살균기를 통과하면서 2차 여과되고, 2차 여과된 물은 활성탄필터를 통과하면서 3차 여과되고, 3차 여과된 물은 재차 한외여과막을 통과하면서 4차로 정수된 상태로 물을 공급하여 시음자가 안심하고 시음할 수 있는 정수기를 제공하고자 고안한 것이다.

본 고안의 광촉매 살균기는 필라멘트(1), 석영관(2), 램프(3), 콘덴서(4), 자외선 팩킹(5), 자외선 연결(6) 등으로 구성된 UV/03 램프(3)를 사용하고; UV/03 램프(3)를 중심으로 외각 스크린(6)에 충진된 광촉매 층(7)을 실린더 모양으로 구성하고; 하부 스크린(9)에 장착된 폭기구멍(10)을 통하여 공기, 산소, 또는 오존을 투입하는 것을 특징하고 있다.

Description

광촉매 살균기를 이용한 공동 정수 장치{Central Purification unit using Photo-catalytic sterilizer}

본 고안은 아파트, 학교 및 군대와 같이 다수인 이 사용하는 지하수(복류수포함), 상수, 호소수 및 기타 지표수의 정수 처리기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공급되는 물이 마이크로필터를 통과하면서 1차 정수 되고, 1차 정수된 물은 광촉매살균기를 통과하면서 2차 여과되고, 2차 여과된 물은 활성탄필터를 통과하면서 3차 여과되고, 3차 여과된 물은 재차 한외여과막을 통과하면서 4차로 정수된 상태로 물을 공급하여 시음자가 안심하고 시음할 수 있는 정수기를 제공하고자 고안한 것이다.

정상기(등록번호 특0149049)는 오존/자외선에 의한 살균과 중금속과 같은 화학물의 산화처리를 위한 제1차 정수처리부, 미제거된 오염물을 제거하기 위한 흡착 처리하는 제2정수처리부, 역세정 작용을 하는 역세정부, 마지막 오존처리로 구성된 제3차 정수처리부로 구성된 고도정수처리장치 및 그 방법에 관하여 기술하고 있다.

이명환(특허권자, 등록번호 10-0207095)는 오존과 자외선을 사용하는 고급산화법에 의한 살균 및 유기물제거 효과를 갖는 정수처리시스템에 관하여 기술하고 있다.

남승엽(특1999-0045850)은 전처리방법으로 경도가 높은 원수의 경우, 오존산화-후연속여과식 활성탄흡착-여과공정을 두고, 경도가 높지 않을 때는 중공사막여과공정을 두어 전처리하며, 전처리된 처리수는 이온교환공정과 클로로칼키 소독공정으로 구성된 지하수 수처리방법을 기술하고 있다.

이상의 관련 등록 또는 공개특허공보에서 언급되고 있는 고급산화공정(Advanced Oxidation Processes, AOPs)은 오존/자외선, 오존/과산화수소, 오존/알카리 등의 시스템에 의해 오존으로부터 하이드록실 라디칼(OH 라디칼)을 생성하여 오염물을 산화 분해하는 고도수처리기술로 잘 알려져 있다. AOP 산화법이란 OH라디칼(전위차 : + 3.06V)을 중간생성물질로 생성하여 수중 오염물질인 유기물을 산화처리하는 보다 진보된 수처리 기술로, 최근 수처리에 널리 사용되고 있는 오존(O₃)에 과산화수소, UV에너지 등을 첨가하여 산화력을 증대시킨 방법을 말한다. 이런 방법에 대한 학술적 연구결과는 이미 Peleg, M(Water res. 1976,10, 361-65), Forni, L. et al.(J. Phys. Chem. 1982, 86, 255-59), Staehelin, J. et al(J. Environ. Sci. Technol. 1982,16, 676-81), Bueler, R. et al(J. Phys. Chem.1984,88, 2560-64), Staehelin, J. et al(Vom Wasser, 1983,61, 337-48), Tomyasu et al(Inorg. Chem. 1985,24, 2962-66) 등에 의하여 보고되었으며, W. H. Glaze et al(Ozone Sci. & Eng. 1987,9, 335-352) 에 의하여 고급산화공정이 정의되었다. 이후 많은 연구자들에 의하여 이 AOPs가 계속적으로 연구되고 있다. 오존은 매우 강력한 산화력(전위차 : + 2.07V)을 갖고 있어 THM 생성 억제, 맛, 응집침전 개선효과 및 생물학적 활성도 증대효과, 뛰어난 살균효과 등의 잇점이 있다. 그러나 실제로 오존의 반응은 매우 선택적이어서 불포화탄화수소 화합물 등과는 매우 빠르게 반응하나, 대다수 포화탄화수소 및 방향족화합물인 유기물과의 반응은 느리거나(예, 맛·냄새 유발물질인 Geosmin 및 MIB, THM과 같은 포화탄화수소, 농약 등) 또는 전혀 반응을 하지 않는 것이 결점이다. AOP산화법에 관한 연구가 시작된 것은 수처리분야에서 오존 분자반응이 갖는 선택성의 한계를 극복하고자 하는데 기인한다. 오존이 분해되는 과정에서 중간물질로 생성된 OH 라디칼이 수처리에서 매우 중요한 역할을 할 수 있음을 알게 된 이후, 기존의 오존산화 방식의 단점을 보완하여 과산화수소, UV 등을 혼합 사용함으로써 오존만 사용하였을 경우보다 높은 효과를 얻을 수 있었다. 반면, OH 라디칼은 매우 강력한 비선택적 산화제이므로, 수중의 존재하는 OH 라디칼 소모화합물(scavenger)인 중탄산이온(bicarbonate), 탄산이온(carbonate) 등의 농도가 높을 경우 이와 반응하여 과잉 소모된다. 따라서, 때때로는 처리대상인 오염물과 그 외의 공존물질과의 경쟁반응관계를 세밀히 검토하여 오존 처리전에 lime softening 등의 방법으로 이들 소모화합물을 제거하여야 하므로 전체적으로 비용이 증가될 수밖에 없다. 실제적으로 이런 이유에서 처리대상인 화합물의 농도가 낮거나 OH 라디칼 소모화합물의 농도가 높은 물의 처리에는 사용되지 않고 있다. 현재 AOP 산화법은 종래 개발활용의 목적분야인 산업폐수처리뿐만 아니라 상수 또는 정수처리에도 활용이 점차 확대되고 있다. 즉, 지하수의 TCE와 PCE 같은 미량 유기물 제거, 지표수에 맛·냄새제거 유발물질인 지오스민(geosmin)과 2-MIB의 제거, 그리고 산화부산물의 생성억제 방안 등으로 활용되고 있다. 또한 처리규모(대규모, 중규모, 소규모) 및 처리목적에 따라 다양한 공정배열로 활용되고 있다. 따라서 처리대상 원수의 특성을 고려하여, 오존분자에 의한 직접산화경로와 OH 라디칼을 이용하는 간접적 처리경로 즉, 고급산화공정을 적절히 활용하는 것이 요구되고 있다.

그 밖에 활성탄소 등의 탄소재료에 의한 흡착, 이온교환, 여과, 소독 등에 관한 단위조작 및 공정에 대한 일반적인 원리는 마찬가지로 일반화되어 있다.

일반적으로 지하수를 음용수로 사용하는데 있어서 문제가 되고 있는 대부분의 사항은 1) 일반세균, 2) 철과 망간, 3) 질산성 질소 등이 먹는 물 수질기준을 초과하는 것이다. 그밖에 지하수를 음용수로 사용할 경우에 중요하게 고려되어야할 사항으로는 1) 농약, TCE 또는 PCE 등의 미량 독성 유기물의 지하수 유입 가능성, 2) 지역의 지질특성에 따른 우라늄 등의 방사성 동위원소의 검출 등이다.

상수의 경우, 전반적으로 안전한 상태이다. 그러나 관로의 부식으로 인한 철성분 검출과 현재 침전, 응집, 여과 및 염소소독으로 구성된 상수처리과정에서 잔류할 수 있는 바이러스와 크립토스포리디움 등의 미생물, THMs, 조류에 의한 맛·냄새 발생물질 및 농약 등의 미량 맹독성 유기물의 존재가능성을 배제할 수 없다.

호소수 및 기타 지표수를 처리하여 음용수로 하려고 할 경우, 일반적으로 지하수나 상수보다 부유물질과 유기물의 농도가 높으며, 바이러스와 크립토스포리디움 등의 미생물을 비롯한 일반 세균, 대장균군 및 수인성 전염병균 등의 미생물종이 다양하게 검출되고 있고 그 농도 역시 높은 상태이다. 조류에 의한 맛·냄새 발생물질 및 농약 등의 미량 맹독성 유기물의 존재가능성을 배제할 수 없다. 또한 암모니아성 질소나 인 등의 영양염류의 농도 역시 높은 상태이며, 기타 각종 오염물의 유입가능성이 매우 높다.

그러나 물이 갖는 이런 다양한 오염물질에도 불구하고, 오염물질을 제거하기 위한 기존의 방법들이 오염물의 제거 특성을 고려하고 있지 못하고 있어, 안전하고 맛이 있으며 무기질이 보존된 먹는 물을 생산하지 못하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광촉매살균기를 이용한 공동 정수처리시스템을 구성하여, 보다 저렴한 장치 및 운전비용으로, 보다 안전하고 맛있는, 무기질이 보존된 먹는 물을 제공하려는데 있다.

도 1은 본 고안의 광촉매 살균장치

도 2은 본 고안의 공동 정수처리장치

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

(1) : 필라멘트 (2) : 석영관

(3) : UV/03 램프 (4) : 콘덴서

(5) : 자외선 팩킹 (6) : 자외선 연결

(7) : 광촉매 코팅된 유리 (8) : 스크린

(9) : 스크린 하단부 (10) : 폭기구멍

(11) : 광촉매 살균기 셀 (12) : 제어판 및 산소 공급기

(13) : 마이크로 필터 (14) : 활성탄필터 및 철망간필터

(15) : 한외여과막 (16) : 저수조

본 고안은 아파트, 학교 및 군대와 같이 다수인 이 사용하는 지하수(복류수 포함), 상수, 호소수 및 기타 지표수의 정수 처리기에 관한 것으로서, 목적은 저렴한 장치 및 운전비용으로 미생물를 살균시키고, 유기물 및 금속이온을 산화시키는 광촉매 살균장치와 자동으로 원격 조정토록 하는 공동 정수장치를 제공하는데 있다. 고안의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부 도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 광촉매 살균장치의 개략도이다. 광촉매 살균장치는 필라멘트(1), 석영관(2), 램프(3), 콘덴서(4), 자외선 팩킹(5), 자외선 연결(6) 등으로 구성된 UV/03 램프(3)를 사용하고; UV/03 램프(3)를 중심으로 외각 스크린(6)에 충전된 광촉매 층(7)을 실린더 모양으로 구성하고; 하부 스크린(9)에 장착된 폭기구멍(10)을 통하여 공기, 산소, 또는 오존을 투입하는 것을 특징으로 하고 있다. 상기에서 광촉매층은 구상 또는 실린더상 유리에 광촉매를 코팅한 것을 사용하고 있다.

도2는 광촉매 살균장치를 사용하는 공동 정수처리장치의 개략도이다. 광촉매 살균장치는 제어판을 통하여 무인작동이 가능하도록 하였으며, 제어판과 함께 설치하여 공기, 산소 또는 오존을 공급할 수 있도록 하였다. 마이크로필터(11), 광촉매 살균 셀(11), 제어판 및 산소공급장치(12), 마이크로필터(13), 활성탄 및 철망간필터(14), 한외여과막(15) 및 저수조(16)으로 구성된 것을 특징으로 하고 있다.

도 3의 공동 정수처리장치에 있어서, 활성탄필터(14) 및 한외여과막(16)의 역세와 저수조(17)의 살균하기 위하여 광촉매 살균기(3)로부터 발생한 오존 및 OH 라디칼을 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기와 같은 처리원리에 의하여 구성된 (중소규모형) 음용수 제조 시스템은 지하수(복류수 포함), 상수, 호소수 및 기타 지표수를 대상원수로 하여 음용수를 생산하기 위한 선택적 정수처리방법에 관한 것으로서, 보다 경제적이며 안전하고 맛있는, 무기질이 보존된 먹는 물을 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 공동 정수처리장치에 있어서, 광촉매를 사용하면서 보수가 용이하도록 간결한 기계적 구조를 갖는 광촉매 살균장치를 구성하기 위하여,

   필라멘트(1), 석영관(2), 램프(3), 콘덴서(4), 자외선 팩킹(5), 자외선 연결(6) 등으로 구성된 UV/03 램프(3)를 사용하고; UV/03 램프(3)를 중심으로 외각 스크린(6)에 충진된 광촉매 층(7)을 실린더 모양으로 구성하고; 하부 스크린(9)에 장착된 폭기구멍(10)을 통하여 공기, 산소, 또는 오존을 투입하는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균장치 및 이를 이용한 공동 정수처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기에서 구상 또는 실린더상 유리에 광촉매를 코팅한 광촉매 살균장치를 저수조 또는 일정한 셀에 장착하여 사용하는 것을 특징으로 하는 공동 정수처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기에서 마이크로필터(11), 광촉매 살균장치(12), 공기, 산소 또는 오존의 공급장치(13), 제어판(14), 활성탄필터(15), 철망간필터(16) 및 한외여과막(17) 등을 단독 또는 혼성으로 구성하는 것을 특징으로 하는 공동 정수처리장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기에서 광촉매 살균기(3)로부터 발생한 오존 및 OH 라디칼을 저수조(17)의 살균 및 활성탄필터(14) 및 한외여과막(16)을 역세하기 사용하는 것을 특징으로 하는 공동 정수처리장치.