KR20030034590A - 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질을 처리하는 방법은 필터를 사용하여 오염공기의 먼지입자를 제거하는 전처리 단계와; 오존발생 UV 램프와 TiO2계 광촉매를 사용하여 오염공기의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하는 단계를 포함하여 구성된다.
그리고, 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질을 처리하는 장치는 오염공기 유입구와; 유입구의 일단에 연통하도록 연결되고 내부에 필터를 구비하여 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와; 전처리 챔버의 출구 단부에 연통하도록 연결되고, 내부에는 TiO2계 광촉매가 도포된 복수의 가이드 플레이트가 공기흐름방향과 일정한 각도를 가지도록 기울어진 채 가로 및 세로 방향의 복수열로 배열되며, 상기 가이드 플레이트의 복수의 세로열을 수직으로 관통하도록 UV램프가 설치되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하기 위한 광촉매반응 챔버와; 광촉매반응 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성되고, 상기 복수의 가이드 플레이트를 수직으로 관통하도록 설치되는 UV램프중 일부는 오존을 발생하는 UV램프이고, 나머지는 오존을 발생하지 않는 UV램프인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 오염공기 처리장치에 의하여 산업 및 상업시설에서 발생되는 유해물질을 함유한 오염공기를 효과적이고, 경제적으로 처리할 수 있다.
Description
본 발명은 오염된 공기에서 악취를 제거하고 휘발성 유기물질을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TiO2계 광촉매를 사용한 광산화 (photo-oxidation)반응 및 오존발생 UV-램프에 의한 오존산화반응 통하여 오염된 공기를 처리하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 다양한 산업시설 또는 음식점등과 같은 상업용 시설에서 배기되는 공기는 악취가 심하고, 인체 및 자연환경에 유해한 휘발성 유기물질(VOC)을 다량 포함하고 있다. 따라서, 이러한 오염된 공기는 유해물질을 처리할 수 있는 장치를 통하여 악취를 제거하고, 유해한 휘발성 유기물질을 무해하게 처리한 후 대기중으로 배기되어야 한다.
종래의 오염공기 처리장치들은 활성탄에 의한 흡착방법이나 산화흡착방법을 사용하여 왔으나, 이러한 방법에 의하는 장치들은 규모가 대형화되고, 소요 비용이 높으며, 또한 그 처리결과도 만족스럽지 못하였다.
이에, 독일의 "바이오클라이메틱(Bio Climatic)"사에서는 UV 광산화 및 오존산화반응을 이용하여 오염된 공기중에서 악취를 제거하고 휘발성 유기물질을 처리하는 장치를 개발하였는데, 도 1은 상기 독일사의 오염공기 처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 그 구성을 살펴보면 오염공기의 유입구(1)와, 필터(3)를구비하여 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버(5)와; 오존발생 UV램프(7)가 공기 흐름방향을 가로질러 설치되어 상기 전처리 챔버(5)를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화반응 처리하는 산화반응 챔버(9)와; 탄소가 충진된 흡착수단(11)을 구비하여 상기 광촉매반응 챔버(9)를 통과한 공기중에서 미처리된 물질들을 흡착처리하기 위한 흡착 챔버(13) 및 배기구(15)를 포함하고 있다.
즉, 상기한 오염공기 처리장치에서는 오염된 공기가 전처리 챔버(5)를 거치면서 먼지입자가 걸러지고, 광촉매반응 챔버(9)를 거치면서 악취와 휘발성 유기화합물이 분해 및 산화되며, 흡착 챔버(13)를 거치면서 잔존유해물질이 흡착 처리된 후 배기된다.
그러나, 상기 처리장치에서와 같이 UV램프만을 사용하는 광산화 및 오존산화반응에 의해서는 악취나 휘발성 유기 물질의 처리 효율이 약 8 내지 9%에 지나지 않는다. 따라서, 부득이 상기 오염공기 처리장치에서도 광산화반응과 오존산화반응에서 처리되지 못한 대부분의 잔존유해물질을 제거하기 위하여 흡착 챔버(13)를 구비하여 탄소흡착처리를 하도록 구성되어 있는 것이다. 이는 기존의 방법을 답습하고 있는 것으로 사용상 편리하지 못하고, 처리효율도 떨어지며, 또한 이러한 탄소흡착처리를 위한 흡착수단(11)은 2 내지 3개월 단위로 교체해 주어야 하는 등, 그 유지 및 보수 비용을 크게 상승시키는 요인이 되었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 광촉매를 사용하여 광산화반응 및 오존산화반응의 효율을 극대화할 수 있는 오염공기 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광산화 및 오존산화 반응에서의 악취와 휘발성 유기 물질 처리 효율을 향상시켜 이후 탄소흡착처리는 물론 별도의 처리단계가 요구되지 않는 오염공기 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 오존을 사용한 산화반응 처리후에도 오존이 잔류하지 않도록 처리할 수 있는 오염공기 처리방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 오염공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,
도 3은 도 2의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치의 광촉매반응 챔버의 평단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
51: 유입구 53a,53b: 필터
55: 전처리 챔버 57: 광촉매반응 챔버
59,63: 오존발생 UV 램프 61: 가이드 플레이트
67: 배출구
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질를 처리하는 방법은 필터를 사용하여 오염공기의 먼지입자를 제거하는 전처리 단계와, 오존발생 UV 램프와 TiO2계 광촉매를 사용하여 오염공기의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하는 단계를 포함하여 구성된다. 즉, 광산화반응 및 오존산화반응 처리하는 단계에서 TiO2계 광촉매를 사용하여 오염공기의 처리효율을 향상시켜, 이후 별도의 처리단계가 요구되지 않는 것을 그 특징으로 한다.
또한, 이러한 처리 방법을 실행하기 위한 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질를 처리하는 장치는 오염공기 유입구와, 상기 유입구의 일단에 연통하도록 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와, 상기 전처리 챔버의 출구 단부에 연통하도록 연결되고, 내부에는 TiO2계 광촉매가 도포된 복수의 가이드 플레이트가 공기흐름방향과 일정한 각도를 가지도록 기울어진 채 가로 및 세로 방향의 복수열로 배열되며, 상기 가이드 플레이트의 복수의 세로열을 수직으로 관통하도록 UV램프가 설치되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하기 위한 광촉매반응 챔버와, 상기 광촉매반응 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성된다.
이때 상기 복수의 가이드 플레이트를 수직으로 관통하도록 설치되는 UV램프는 그중 일부는 오존을 발생하는 UV램프이고, 나머지는 오존을 발생하지 않는 UV램프인 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 UV램프는 공기 흐름을 따라 챔버의 전반부에는 오존발생 UV램프가 설치되고, 챔버의 후반부에는 오존을 발생하지 않는 UV램프가 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 광촉매반응 챔버의 TiO2계 광촉매가 도포된 복수의 가이드 플레이트는 접촉면적을 확대할 수 있도록 엠보싱처리될 수 있다.
또한, 상기 전처리 챔버의 내부에 구비되는 상기 필터는 오염공기중 먼지를 걸러주기 위한 제 1 필터와 미세 먼지를 걸러주기 위하여 미세입자를 가지는 제 2 필터로 구성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질 처리장치를 도시한 개략적 단면도이다. 그 구성을 자세히 살펴보면, 오염공기가 유입되는 유입구(51)의 일단에 전처리 챔버(55)가 연결되고, 이 전처리 챔버(55)의 내부에는 공기의 흐름방향을 가로질러 필터(53a,53b)가 구비되어 있어, 유입구(51)를 통하여 유입된 오염공기가 이 필터(53a,53b)를 거치면서 먼지입자가 걸러지게 된다. 이때 상기 필터는 도시된 바와 같이 이중구조로 형성될 수 있는데, 제 1 필터(53a)는 통상 크기의 먼지를 걸러줄 수 있는 통상의 필터 입자를 갖도록 형성되고, 제 2 필터(53b)는 이보다 미세한 먼지를 걸러줄 수 있도록 제 1 필터(53a)보다 미세한 필터입자를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 화학처리 이전에 물리적인 정화효율을 향상시키게 된다.
상기 전처리 챔버(55)의 출구 단부에는 광촉매반응 챔버(57)가 연결되는데, 이 광촉매반응 챔버(57) 내부에는 TiO2계 광촉매(도시되지 않음)가 도포된 복수의 가이드 플레이트(61)가 공기흐름방향과 일정한 각도를 가지도록 기울어진 채 가로 및 세로 방향의 복수열로 배열되는데, 이에 의하여 오염된 공기의 혼합효과와 체류시간을 연장하고 광촉매와의 접촉면적을 확대하여 처리효율을 향상시킬 수 있다. 도 3은 이러한 광촉매반응 챔버(59)의 평면의 단면을 도시한 것이다.
상기 가이드 플레이트(61)의 세로열에는 수직으로 관통하도록 복수의 UV램프(59,63)가 설치된다. 이때 그중 일부의 UV램프(59)는 오존을 발생하는 것이 설치되고, 나머지 UV램프(63)는 오존을 발생시키지 않는 램프가 설치된다. 즉, 바람직하게는 공기 흐름을 따라 챔버의 전반부에는 오존발생 UV램프(59)가 설치되고, 챔버의 후반부에는 오존을 발생시키지 않는 UV램프(63)가 설치되는 등의 배열을 가질 수 있다.
즉, 상기 전처리 챔버(55)를 통과한 오염공기는 광촉매반응 챔버(57)를 거치면서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)이 광산화 및 오존산화반응 처리되는데, 이때 UV램프에 의하여 일어나는 광산화반응은 TiO2계 광촉매의 작용으로 그 반응효율이 10배 이상 향상되며, 또한 상기 가이드 플레이트(61)에 의하여 공기의 유로가 연장되므로 반응 시간 또한 연장되어, 설치면적을 줄이면서도 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 광촉매반응 챔버(57)의 UV램프의 배열 즉, 일부는 오존을 발생시키는 UV램프, 나머지는 오존을 발생시키 않는 UV램프를 사용하는 구조는 광산화반응과 오존산화반응이 일어나는 과정에서 잔류 오존을 남기기 않고 처리할 수 있도록 해준다.
즉, 챔버의 전반부에서는 오존발생 UV램프(59)에서 공급된 오존에 의하여 산화반응이 일어나게 되며, 후반부에서는 오존을 발생시키지 않는 UV램프(63)를 설치하여 오존을 공급하지 않고, 전반부에서 공급된 오존중 산화반응에 의하여 소모되지 아니한 잔류하는 오존을 사용하여 산화반응이 일어나게 된다. 이렇게 하여 산화반응 과정에서 공급된 오존을 광촉매반응 챔버의 오존산화과정에서 모두 소모되도록 하는 것이다. 이는 만일 광촉매반응 챔버(57)에서 오존발생 UV램프(59)만을 사용하여 광산화 및 오존산화반응을 실행할 경우, 처리된 공기에 잔류하는 오존이 남아있게 되므로 이 잔류하는 오존을 별도로 처리하는 수단을 구비하여야 하는 바, 이러한 별도 수단을 사용하지 않고도 산화과정에서 오존을 모두 소모하게 되므로 장치의 구성을 단순화하면서도 처리효율을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.
이러한 광산화반응 및 오존산화반응에 의하여 악취와 휘발성 유기물질(VOC)등은 산화 분해되어 유기물질이 아닌 무해한 산소, 이산화탄소 또는 물로 변환된다.
본 실시예에서는 가이드 플레이트열이 가로로 5개의 열이 배열되어 있는데, 이는 필요에 따라 더 적은 또는 더 많은 열이 배열되도록 할 수 있으며, 또한 각각의 플레이트열의 세로 또는 가로 너비도 필요에 따라 달리 결정될 수 있다.
또한, 상기 광촉매반응 챔버(59)에서 TiO2계 광촉매가 도포된 코팅면은 접촉면적을 넓게 할 수 있도록 엠보싱 처리하거나 다양한 형상의 돌기를 형성할 수 있다.
상기 광촉매반응 챔버(63)의 출구 단부에는 공기 배출구(67)가 연결되어 정화처리된 공기를 대기중으로 배출해 주게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기 물질 처리장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 유입구(51)를 통하여 유입된 공기는 전처리 챔버(55)에서 필터(53a,53b)를 거치면서 먼지입자 및 미세 먼지입자가 물리적으로 걸러진 후, 광촉매반응 챔버(57)를 거치면서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)이 자외선과 산소계활성종 및 산소계이온과 광산화반응 및 오존산화반응하여 분해되는데, 이때 각각의 가이드 플레이트에 코팅된 TiO2계 광촉매의 작용에 의하여 광산화반응의 효율이 향상되어 유기물질은 거의 무해한 이산화탄소나 산소, 또는 물로 변환된다.
이와같은 광촉매반응 챔버(57)에서의 TiO2계 광촉매를 이용한 유기물질의 무해한 물질로의 분해효율은 종래 기술에 의한 광촉매반응 챔버(59)에서보다 상당히 향상된 것을 확인할 수 있는데, 성능 시험 결과(자동차 분체 도장 및 건조, 코팅 광택 처리에서 발생되는 배출 기류의 경우)에 의하면(광촉매반응 챔버 통과후) 종래의 장치에서는 유입된 전체 휘발성 유기물질의 7~8% 정도만 처리되었으나, 본 발명에 따른 장치에서는 80% 이상이 처리되었고, 악취도 90%이상 제거된 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 본 발명의 장치에서는 광촉매반응 챔버(57)에서 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기 물질이 거의 무해한 물질로 분해되기 때문에 종래기술에 의한 장치에서 요구되었던 흡착챔버가 필요하지 않고, 따라서 유지 보수가 편리하고 비용도 감소한다.
또한, 본 발명의 장치에서는 광촉매반응 챔버(57)에서 UV램프를 일부는 오존발생 UV램프(59)를 사용하고, 나머지는 오존을 발생시키지 않는 UV램프(63)를 사용하므로 광촉매반응 챔버(57) 내에서 공급된 오존을 모두 소모하여 잔류 오존을 남기지 않게되고, 따라서 별도의 잔류오존 처리수단도이 필요하지 않다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 오염공기 처리방법 및 장치는 광산화 및 오존산화반응 과정에서 TiO2계 광촉매를 사용함과 동시에 광촉매반응 챔버의 내부에 복수의 가이드 플레이트와 UV램프를 설치하고 UV램프 중 일부는 오존이 발생하는 것을 나머지는 오존을 발생시키지 않는 램프를 사용하고 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하여 유기물질의 무해물질로의 변환 효율을 상당량 향상시켰으며, 처리과정에서 오존등 잔류유해물질을 남기지 아니하므로, 따라서 탄소흡착과정을 비롯한 다른 처리과정 없이 오염공기를 처리할 수 있다. 또한, 장치의 규모를 줄이면서도 처리 효율을 향상시킬 수 있어 산업용의 대용량 오염공기 처리과정에서부터 음식점등의 소용량 오염공기 처리과정에까지 다양하게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 유지보수를 용이하게 하고 비용도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위의 기재 범위 내에 있게 된다.
Claims (5)
- 필터를 사용하여 오염공기의 먼지입자를 제거하는 전처리 단계와;오존발생 UV 램프와 TiO2계 광촉매를 사용하여 오염공기의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하는 단계를 포함하여 구성되는 오염된 공기의 악취와 휘발성 유기물질(VOC) 처리방법.
- 오염공기 유입구와;상기 유입구의 일단에 연통하도록 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와;상기 전처리 챔버의 출구 단부에 연통하도록 연결되고, 내부에는 TiO2계 광촉매가 도포된 복수의 가이드 플레이트가 공기흐름방향과 일정한 각도를 가지도록 기울어진 채 가로 및 세로 방향의 복수열로 배열되며, 상기 가이드 플레이트의 복수의 세로열을 수직으로 관통하도록 UV램프가 설치되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하기 위한 광촉매반응 챔버와;상기 광촉매반응 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성되고,상기 복수의 가이드 플레이트를 수직으로 관통하도록 설치되는 UV램프중 일부는 오존을 발생하는 UV램프이고, 나머지는 오존을 발생하지 않는 UV램프인 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 광촉매반응 챔버 내의 복수의 가이드 플레이트를 관통하도록 설치되는 UV램프는 공기 흐름을 따라 챔버의 전반부에는 오존발생 UV램프가 설치되고, 챔버의 후반부에는 오존을 발생시키지 않는 UV램프가 설치되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
- 제 2 항 또는 3항에 있어서, 상기 광촉매반응 챔버의 TiO2계 광촉매가 도포된 복수의 가이드 플레이트는 접촉면적을 확대할 수 있도록 엠보싱처리되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
- 제 2항 또는 3항에 있어서, 상기 전처리 챔버의 내부에 구비되는 상기 필터는 오염공기중 먼지를 걸러주기 위한 제 1 필터와 미세 먼지를 걸러주기 위하여 미세입자를 가지는 제 2 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 중의 악취와 휘발성 유기물질(VOC)의 처리장치.
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