KR20030079077A - Apparatus for sterilization and purification using UV Lamp Module and Potocatalyst - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자외선과 광촉매를 이용한 살균 및 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 처리수가 흐르는 수로(水路)상에 탈착가능하게 설치되는 하나 이상의 자외선램프 모듈(UV LampModule)을 설치하고 상기 수로 및 석영관을 제외한 모듈의 부속과 장치에는 광촉매인 산화티타늄을 피복하여 처리수에 포함된 세균과 유기물질을 살균 및 정화시킬 뿐만 아니라 상기 자외선램프 모듈의 자외선램프를 연속적으로 세척할 수 있는 세척수단이 구비되어 유지관리가 용이하고 처리 효율이 향상되는 광촉매가 피복된 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for sterilization and purification using ultraviolet rays and photocatalysts, and more particularly, one or more ultraviolet lamp modules (UV LampModules) detachably installed on a channel through which treated water flows. Modules and devices other than pipes are provided with cleaning means for coating and disinfecting bacteria and organic substances in the treated water by coating titanium oxide, a photocatalyst, as well as continuously cleaning the ultraviolet lamps of the ultraviolet lamp module. The present invention relates to a sterilization and purification apparatus using an ultraviolet lamp module coated with a photocatalyst, which is easy to maintain and improves treatment efficiency.
산업사회의 급속한 발전과 생활수준의 향상으로 물 사용이 급속히 증가함에 따라 많은 양의 오폐수가 발생하고 있으며, 최근에는 제대로 소독되지 않은 오폐수가 강과 지하수 및 호수로 유입되어 수돗물에 바이러스가 검출되고 오염 지하수를 음용한 사람이 수인성 전염병에 걸리는 등 오폐수의 소독과 정화가 사회적인 문제로 대두되고 있다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 수처리 기술로는 미생물을 이용한 생물학적 처리기술과 여과, 응집, 침전 또는 흡착 등의 물리·화학적 처리기술이 있으나 생물학적 처리기술은 건설비가 비싸고 난분해성 오염물질을 제거하기 어렵다는 단점이 있고 물리·화학적 처리기술은 운영비가 고가일 뿐만 아니라 다량의 슬러지를 유발한다는 단점이 있다.Due to the rapid development of the industrial society and the improvement of living standards, a large amount of waste water is generated due to the rapid increase in the use of water.In recent years, undisinfected waste water enters rivers, groundwater and lakes, and viruses are detected in tap water and contaminated groundwater Disinfection and purification of wastewater has become a social problem, for example, people who drink alcohol from water-borne infectious diseases. Currently, water treatment technologies generally used include biological treatment techniques using microorganisms and physical and chemical treatment techniques such as filtration, flocculation, sedimentation or adsorption. Physical and chemical treatment technology has the disadvantage of not only expensive operation cost but also a large amount of sludge.
그리고 정수처리장에서 많이 사용되었던 염소소독은 처리수 중에 인체에 해로운 THM(Trihalomethanes) 물질을 생성하며 각종 산업체에서 배출되는 염소계 유기화합물을 제거하지 못하는 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 난분해성 물질을 제거하기 위해서 일부 처리장에서는 활성탄 흡착, 오존산화법 등을 사용하고 있으나 활성탄 흡착법은 물리적 흡착에 의한 오염가능성이 있으며 오존 산화법은 난분해성 유기물의 산화시 부산물을 생성하기 쉽고, 브롬(Br) 화합물을 생성하는 문제점이 있다.In addition, chlorine disinfection, which has been widely used in water treatment plants, produces THM (Trihalomethanes) substances that are harmful to humans in treated water, and has a disadvantage in that chlorine organic compounds emitted from various industries cannot be removed. Therefore, in order to remove such hardly decomposable substances, some treatment plants use activated carbon adsorption and ozone oxidation. However, activated carbon adsorption may be contaminated by physical adsorption. Br) there is a problem of producing compounds.
이에 따라 최근에는 2차 오염을 유발하지 않고 병원성 세균 및 유해 미생물을 살균할 수 있는 자외선 소독이 주목받고 있다. 이러한 자외선의 소독작용은 주된 파장이 253.7nm인 자외선을 미생물에 주사하여 미생물의 DNA를 파괴하거나 증식작용을 막음으로써 방류수에 생존할 가능성이 있는 세균 또는 미생물을 살균하는 것이다. 그러나 자외선 소독기술은 수중에서 자외선의 유효 도달거리가 짧기 때문에 적정량을 처리를 위해서 다수의 자외선램프가 구비되어야 하고, 수명이 끝난 램프는 신속히 새 램프로 교환하여 자외선의 출력이 감소되는 것을 막아야 하며 자외선램프의 표면에 묻은 오염물은 정기적으로 세척하여야 하는 등 설치 및 유지관리상에 많은 문제가 있었다. 또한 자외선을 이용한 살균으로는 병원성 미생물을 사멸시킬 수는 있으나 유기성물질을 완전히 분해 시키지 못하는 한계가 있다.Accordingly, in recent years, ultraviolet disinfection that can sterilize pathogenic bacteria and harmful microorganisms without causing secondary pollution has attracted attention. This ultraviolet disinfection action is to sterilize bacteria or microorganisms that are likely to survive in the effluent by injecting ultraviolet rays having a main wavelength of 253.7 nm into the microorganisms and destroying the DNA of the microorganisms or preventing the proliferative action. However, since UV disinfection technology has a short range of effective UV rays in the water, a large number of UV lamps should be provided to handle the appropriate amount, and lamps that have reached their end of life must be replaced with new ones to prevent the output of UV rays from decreasing. Contaminants on the surface of the lamp have a lot of problems in installation and maintenance, such as cleaning regularly. In addition, the sterilization using ultraviolet rays can kill pathogenic microorganisms, but there is a limit that does not completely decompose organic substances.
이에 따라 자외선램프의 설치 및 관리가 용이하면서도 유기성물질을 분해시킬 수 있는 새로운 형태의 살균 및 정화장치의 개발이 요구되고 있다. 예를 들어 추가적인 살균을 위하여 다중 자외선램프와 보조적인 오존을 이용한 자외선 처리를 결합한 기술, 또는 처리수를 자외선 처리하기에 앞서서 활성탄 필터로 여과하는 방법, 산화티타늄(TiO2)과 같은 반도체 금속화합물과 자외선을 함께 이용하는 방법이 개발되고 있다. 이중에서도 TiO2와 같은 반도체 금속화합물을 광촉매로 이용한 산화시스템은 표준 활성 슬러지법으로는 처리가 곤란한 폐수를 처리할 수 있기 때문에 수중에 함유된 난분해성 유기화합물의 효율적인 제거방법이다.Accordingly, there is a demand for the development of a new type of sterilization and purification device capable of decomposing organic materials while being easy to install and manage ultraviolet lamps. For example, a combination of multiple UV lamps and UV treatment with assisted ozone for further sterilization, or a method of filtering the treated water with an activated carbon filter prior to UV treatment, semiconductor metal compounds such as titanium oxide (TiO 2 ) and A method of using ultraviolet light together has been developed. In particular, an oxidation system using a semiconductor metal compound such as TiO 2 as a photocatalyst is an efficient method for removing hardly decomposable organic compounds contained in water since it can treat wastewater which is difficult to treat with a standard activated sludge method.
광촉매 산화반응(Photocatalytic oxidation)이란 자외선이 조사된 반도체 표면에서 생성된 OH 라디칼의 강한 산화력에 의해 표면에 흡착된 물질을 분해하는 반응을 말하는 것으로서 수용액상에서 TiO2와 UV에 의한 광촉매 산화반응 메카니즘에 대해 살펴보면, UV 램프에서 방출된 광에너지가 촉매인 TiO2의 결합에너지(Band gap energy) 보다 같거나 그 이상이 되면 전자가 채워져 있던 TiO2의 가전자대(Valence band)에서 전자가 방출되어 conduction band로 이동하게 되며, 동시에 TiO2의 가전자대에는 정공이 생성된다. 이렇게 여기된 전자는 촉매의 표면에 흡착되어 있는 전자수용체인 산소와 물분자 등과 반응하여 높은 산화력을 가진 OH 라디칼을 생성한다. 이와 동시에 TiO2의 표면에서 생성된 정공은 촉매에 흡착되어 있는 물을 산화시키거나, 입자표면의 수산화 이온과 반응하여 OH 라디칼을 형성하거나 유기화합물과 직접 반응하여 유기화합물을 분해하기도 한다.Photocatalytic oxidation refers to the reaction of decomposing substances adsorbed on the surface by the strong oxidizing power of OH radicals generated on the surface of ultraviolet-irradiated semiconductor, and the photocatalytic oxidation mechanism by TiO 2 and UV in aqueous solution. When the light energy emitted from the UV lamp is equal to or greater than the band gap energy of the TiO 2 catalyst, the electrons are emitted from the valence band of the TiO 2 filled with electrons to the conduction band. At the same time, holes are generated in the valence band of TiO 2 . The excited electrons react with oxygen and water molecules, which are electron acceptors adsorbed on the surface of the catalyst, to generate OH radicals having high oxidation power. At the same time, holes generated on the surface of TiO 2 oxidize water adsorbed on the catalyst, react with hydroxide ions on the surface of the particles to form OH radicals, or directly react with organic compounds to decompose organic compounds.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 처리수가 균일한 수위를 유지하며 흐를 수 있도록 형성된 수로 상에 탈착이 용이한 자외선램프 모듈을 설치함으로써 유지관리를 편리하게 하고 처리수량에 따라 자외선램프 모듈이나 상기 모듈에 설치된 자외선램프의 수를 적절히 증감시킴으로써 설치변경이 자유로운 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the main object of the present invention is to provide easy maintenance by installing an easy-to-detach UV lamp module on the waterway formed so that the treated water can flow while maintaining a uniform water level. The present invention provides a sterilizing and purifying apparatus using an ultraviolet lamp module that can be freely changed in installation by appropriately increasing or decreasing the number of ultraviolet lamp modules or ultraviolet lamps installed in the module according to the amount of processing.
또한 본 발명은 작업자 1∼2인이 들거나 이동시킬 수 있도록 콤팩트한 크기를 갖는 자외선램프 모듈을 제공하고 각 모듈에는 모든 자외선램프를 세척할 수 있는 물리적 세척장치를 구비함으로써 자외선램프를 수리하거나 교체하기가 편리하고 연속적으로 자외선램프의 표면을 세척함으로써 자외선의 출력이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치를 제공하는 것이다.In another aspect, the present invention provides a UV lamp module having a compact size so that one or two workers can lift or move, and each module is provided with a physical cleaning device that can wash all UV lamps to repair or replace the UV lamp It is to provide a sterilization and purification apparatus using an ultraviolet lamp module that can prevent the output of the ultraviolet light to fall by washing the surface of the ultraviolet lamp conveniently and continuously.
또한 본 발명은 자외선의 유효 도달거리를 증대시키고 광촉매 산화반응을 이용하여 유기성 미생물을 광분해 시킬 수 있도록 수로의 표면 및 석영관을 제외한 모듈의 부속과 장치에 양질의 산화티타늄을 코팅함과 아울러 상기 수로와 자외선램프 모듈의 표면에 자외선을 반사시킬 수 있는 반사면을 형성한 광촉매 및 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치를 제공하는 것이다.In addition, the present invention is to improve the effective reach of ultraviolet light and photocatalytic oxidation of microorganisms using photocatalytic oxidation reaction to the surface of the channel and the components of the module except the quartz tube and the coating of high quality titanium oxide as well as the channel And to provide a sterilization and purification apparatus using a photocatalyst and a UV lamp module having a reflective surface capable of reflecting ultraviolet rays on the surface of the UV lamp module.
도1은 본 발명에 따른 자외선램프 모듈과 수로장치가 분리된 분해사시도이고,1 is an exploded perspective view of a UV lamp module and a waterway device separated according to the present invention;
도2는 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 보여주는 사시도이고,2 is a perspective view showing an ultraviolet lamp module according to the present invention,
도3은 본 발명에 따른 자외선램프 모듈이 수로장치에 안착되어 있는 모습을 보여주는 사시도이며,3 is a perspective view showing a state in which the ultraviolet lamp module according to the present invention is seated on the waterway device,
도4는 본 발명에 따른 자외선램프의 설치구조를 보여주는 부분절단 단면도이고,4 is a partial cut cross-sectional view showing the installation structure of the ultraviolet lamp according to the invention,
도5 및 도6은 본 발명에 따른 자외선램프 세척장치를 보여주는 사시도이고,5 and 6 are perspective views showing the ultraviolet lamp cleaning apparatus according to the present invention,
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 하나의 지지대에 두 개의 자외선램프를 상하로 설치된 경우를 보여주는 측면도이며,7 is a side view illustrating a case in which two ultraviolet lamps are installed on a support stand in accordance with another embodiment of the present invention.
도8은 본 발명에 따라 수로에 설치된 수위 조절용 수문을 보여주는 부분 절단 사시도이고,Figure 8 is a partially cut perspective view showing the water level control gate installed in the waterway according to the present invention,
도9는 본 발명에 따라 다수의 자외선램프 모듈이 설치된 또 다른 실시예를 보여주는 사시도이고,9 is a perspective view showing another embodiment in which a plurality of ultraviolet lamp modules are installed according to the present invention;
도10은 본 발명에 따른 세척장치에 설치되는 브러시의 일예를 보여주는 정면도이다.10 is a front view showing an example of a brush installed in the washing apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1: 살균 및 정화장치 10: 자외선램프 모듈1: Sterilization and Purification System 10: UV Lamp Module
13: 상판 14: 개방부13: top 14: opening
15: 지지대 17,19: 홀더15: support 17,19: holder
20: 자외선램프 21: 석영관20: ultraviolet lamp 21: quartz tube
26: 보호캡 28: 지지캡26: protective cap 28: support cap
30: 수로장치 34: 유입수조30: channel 34: inlet tank
35: 유출수조 40: 수로35: outflow tank 40: waterway
53: 브러시 54,55,56,57: 고정대53: Brush 54,55,56,57: Fixture
59: 볼나사 63: 스크류 축59: ball screw 63: screw shaft
65: 모터 80: 산화티타늄층65: motor 80: titanium oxide layer
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 광촉매 및 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치는 처리수가 일정한 수위를 유지하면서 흐르는 수로가 구비된 수로장치와 상기 수로 상에 안착되는 자외선램프 모듈로 구성된다. 상기 수로장치는 양단에 유입수조와 유출수조가 각각 형성되며 수로는 이 유입수조와 유출수조의 바닥보다 높게 형성된다. 그리고 상기 유입수조에는 처리수유입관이 형성되고 상기 유출수조에는 처리수유출관이 구비되어 병원성 미생물 또는 유기성 물질이 포함된 처리수가 상기 처리수유입관과 유입수조를 통해 수로로 공급되어 상기 유출수조와 처리수유출관을 통해 배출되게 된다. 이때 상기 유입수조 및 유출수조의 하부에는 슬러지 침전부가 구비되고, 상기 유출수조의 전방에는 높이 조절이 가능한 수문이 설치되어 수로를 지나는 처리수의 수위를 조절한다.In order to achieve the above object, the sterilization and purification apparatus using the photocatalyst and the ultraviolet lamp module according to the present invention is composed of a water channel device having a water channel flowing while maintaining a constant water level and an ultraviolet lamp module seated on the water channel. . The waterway device is formed at both ends of the inflow water tank and the outflow water tank respectively, and the water channel is formed higher than the bottom of the inflow water tank and the outflow water tank. The treated water inlet pipe is formed in the inlet tank, and the treated water outlet pipe is provided in the outlet water tank so that the treated water containing pathogenic microorganisms or organic substances is supplied to the channel through the treated water inlet pipe and the inlet water tank. It will be discharged through the exit. At this time, the sludge sedimentation unit is provided in the lower part of the inflow tank and the outflow tank, and the front door of the outflow tank is installed to adjust the water level of the treated water passing through the water channel.
그리고 본 발명에 따른 상기 자외선램프 모듈은 비교적 작은 크기이어서 작업자 1인 또는 2인이 쉽게 설치하거나 분리하여 이동시킬 수 있으며 별도의 고정수단 없이 그대로 상기 수로장치에 안치시킬 수 있으므로 설치 및 유지관리가 편리하다. 또한 자외선램프 모듈은 상기 수로를 따라 흐르는 처리수의 흐름방향으로 길게 설치되는 하나 이상의 자외선램프와 상기 자외선램프가 고정되는 동시에 그 상부의 설치된 상판을 지지하는 다수의 지지대를 포함하여 구성된다. 상기 자외선램프는 수로의 길이방향으로 설치되며 두 개의 대응하는 지지대사이에 설치된다. 이때 상기 지지대에는 자외선램프를 고정시키기 위한 홀더가 고정되고 상기 자외선램프의 외측에는 자외선램프를 밀봉하여 단단히 고정시키기 위한 보호캡과 자외선램프의 착탈을 용이하게 하는 지지캡이 설치된다.In addition, the ultraviolet lamp module according to the present invention is relatively small in size, so that one or two workers can be easily installed or separated, and can be placed in the waterway device without additional fixing means. Do. In addition, the ultraviolet lamp module comprises one or more ultraviolet lamps installed in the flow direction of the treated water flowing along the waterway and a plurality of supports to support the upper plate installed at the same time the ultraviolet lamp is fixed. The ultraviolet lamp is installed in the longitudinal direction of the channel and is installed between two corresponding supports. In this case, a holder for fixing the ultraviolet lamp is fixed to the support, and a protective cap and a support cap for easily attaching and detaching the ultraviolet lamp are installed on the outside of the ultraviolet lamp to seal and fix the ultraviolet lamp.
상기 자외선램프는 수로 바닥으로부터 일정 높이 이격되어 설치되며 수로로 유입되는 처리수의 수위에 따라 다층 구조로 설치될 수 있다. 그리고 두 개 이상의 자외선램프가 동일 평면상에서 배열될 수 있다. 즉, 상기 자외선램프의 크기나 수 또는 배열방법 등은 처리수의 특성 및 수량에 따라 적적하게 선택될 수 있다.The UV lamp is installed spaced apart from the bottom of the channel by a predetermined height and may be installed in a multi-layer structure according to the level of the treated water flowing into the channel. And two or more ultraviolet lamps can be arranged on the same plane. That is, the size, number or arrangement of the ultraviolet lamp may be appropriately selected according to the characteristics and the quantity of the treated water.
또한 상기 자외선램프 모듈에는 물리적 세척수단이 설치되어 석영관의 외부에 부착된 오염물질을 정기적 또는 연속적으로 닦아준다. 상기 세척수단은 상기 자외선램프의 외주면에 접촉되게 설치되는 브러시와, 다수의 브러시가 일체로 움직이도록 각각의 브러시를 결합시키는 고정대와, 상기 고정대의 상단에 고정되어 스크류 축의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 볼나사(ball screw 또는 ball thread)와, 상기 스크류 축을 구동시키기 위한 모터를 포함하여 구성된다. 그리고상기 상판에는 스크류 축을 회전가능하게 지지하는 두 개의 축받침이 구비되고 상기 상판의 중앙부에는 상기 고정대가 좌우로 자유롭게 이동할 수 있도록 슬릿형상의 개방구가 형성되어 있다.In addition, the ultraviolet lamp module is provided with a physical cleaning means to wipe the pollutants attached to the outside of the quartz tube regularly or continuously. The washing means includes a brush installed in contact with the outer circumferential surface of the ultraviolet lamp, a stator for coupling the respective brushes to move the plurality of brushes integrally, and fixed to the top of the stator to convert the rotational movement of the screw shaft into a linear motion. It comprises a ball screw (ball screw or ball thread), and a motor for driving the screw shaft. The upper plate is provided with two bearings rotatably supporting the screw shaft, and a slit-shaped opening is formed at the central portion of the upper plate so that the holder can move freely from side to side.
그리고 상기 자외선램프에서 방사되는 자외선에 의해 광촉매 산화반응이 일어나도록 상기 수로의 표면 및 석영관을 제외한 모듈의 부속과 장치에는 산화티타늄(TiO2)층이 형성된다. 또는 상기 수로의 내측 면에는 자외선램프에 의해 발생된 빛이 수로내로 원활히 조사될 수 있게끔 반사면을 형성하는 것이 바람직하다.A layer of titanium oxide (TiO 2 ) is formed on the surface of the channel and on the parts and accessories of the module except for the quartz tube so that photocatalytic oxidation occurs by ultraviolet rays emitted from the ultraviolet lamp. Alternatively, a reflective surface may be formed on the inner surface of the channel so that light generated by the ultraviolet lamp can be smoothly irradiated into the channel.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 먼저 도1 내지 도3은 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치를 보여주는 것으로서, 도1은 상기 자외선램프 모듈(10)과 수로장치(30)가 분리된 분해사시도이고, 도2는 상기 자외선램프 모듈(10)을 보여주는 사시도이고, 도3은 상기 자외선램프 모듈(10)이 수로장치(30)에 안착된 모습을 보여주는 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 살균 및 정화장치는 크게 자외선램프 모듈(10)과 수로장치(30)로 구성된다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the sterilization and purification apparatus using the ultraviolet lamp module according to the present invention. 1 to 3 show the sterilization and purification apparatus using the ultraviolet lamp module according to the present invention, Figure 1 is an exploded perspective view of the ultraviolet lamp module 10 and the waterway device 30 is separated, Figure 2 3 is a perspective view showing the ultraviolet lamp module 10, Figure 3 is a perspective view showing the ultraviolet lamp module 10 is seated in the waterway device (30). As shown, the sterilization and purification apparatus according to the present invention is largely composed of the ultraviolet lamp module 10 and the water channel device (30).
먼저 상기 수로장치(30)는 도1에서 보는 바와 같이, 양측에 유입수조(33)와 유출수조(35)가 설치되고 그 사이에 소정의 폭과 길이를 갖는 수로(40)가 일체로 형성되어 있다. 이때 상기 수로(40)의 바닥은 유입수조(33)와 유출수조(35)의 바닥보다 높게 설치되며 수로(40)의 상부는 자외선램프 모듈(10)의 출입이 가능하도록개방되어 있다. 상기 유수입조(33) 및 유출수조(35)의 하부에는 각각 슬러지 침전부(44)가 구비되고 상기 유입수조(33) 및 유출수조(35)에는 처리수유입관(34)과 처리수유출관(36)이 각각 설치된다. 따라서 병원성 세균이나 유기화합물이 포함된 처리수는 상기 처리수유입관(34)과 유입수조(33)를 통해 수로(40)로 공급된다. 이어 상기 수로(40)에서 살균처리 된 처리수는 유출수조(35)와 처리수유출관(36)을 통해 외부로 배출되게 된다. 이때 상기 유출수조(35) 전방의 수로(40)에는 수문(90; 도8 참조)이 설치되어 수로(40)의 수위를 일정하게 유지시켜 준다. 또한 대용량의 경우 수위계를 유입 수조내에 설치하고 자동수문을 유출수조 전면에 설치하여 일정한 수위를 유지 시켜준다. 그리고 상기 유입수조와 유출수조 바닥면에는 항균 및 자정작용을 할 수 있는 비드(Bead)(예; TiO2와 Ceramic 또는 Glass, 게르마늄 등을 합성한 비드)를 깔아 세균의 활성화 억제 및 살균을 유도하는 것이 바람직하다.First, as shown in FIG. 1, the waterway device 30 has an inflow water tank 33 and an outflow water tank 35 on both sides, and a waterway 40 having a predetermined width and length is integrally formed therebetween. have. In this case, the bottom of the water channel 40 is installed higher than the bottom of the inflow water tank 33 and the outflow water tank 35, and the upper portion of the water channel 40 is opened to allow entry and exit of the ultraviolet lamp module 10. The sludge settling portion 44 is provided at the lower portion of the inflow water tank 33 and the outflow water tank 35, respectively, and the inflow water tank 33 and the outflow water tank 35 are treated water inflow pipe 34 and treated water outlet pipe 36. Are installed respectively. Therefore, the treated water containing pathogenic bacteria or organic compounds is supplied to the water channel 40 through the treated water inlet pipe 34 and the inlet water tank 33. Subsequently, the treated water sterilized in the water channel 40 is discharged to the outside through the outflow water tank 35 and the treated water outlet pipe 36. At this time, the waterway 40 in front of the outflow water tank 35 is provided with a water gate 90 (refer to FIG. 8) to maintain a constant level of the waterway 40. In addition, in case of large capacity, water level gauge is installed in the inflow tank and automatic water gate is installed in front of the outflow tank to maintain a constant level. In addition, the bottom surface of the inflow and outflow tanks is coated with a bead (eg, TiO 2 and ceramic or glass, germanium, etc.) capable of antibacterial and self-cleaning to induce bacterium activation and sterilization. It is preferable.
이와 같이 처리수가 흐르는 수로(40)에 상기 자외선램프 모듈(10)이 안착되게 된다. 상기 자외선램프 모듈(10)의 하부에는 하나 이상의 자외선램프(20)가 설치되어 처리수에 포함되어 있는 병원성 세균을 사멸시킬 수 있다. 이때 상기 자외선램프 모듈(10)은 상기 수로(40)에 그대로 안착되는 것이므로 별도로 고정시키거나 결합시킬 필요가 없다. 또한 도9에 도시된 바와 같이, 상기 자외선램프 모듈(10)은 처리수의 용량에 따라 하나 이상의 자외선램프 모듈(10)을 직렬 또는 병렬로 설치할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치(1)는 복잡한 구조변경 없이 다양한 처리용량에 쉽게 적용될 수 있다.아울러 본 발명에 따른 자외선램프 모듈(10)은 한 두 명의 작업자가 쉽게 들어 올려 이동시킬 수 있는 크기로 제작되기 때문에 설치와 유지관리가 편리하다.In this way, the ultraviolet lamp module 10 is seated in the channel 40 through which the treated water flows. One or more ultraviolet lamps 20 may be installed below the ultraviolet lamp module 10 to kill pathogenic bacteria included in the treated water. At this time, since the ultraviolet lamp module 10 is to be seated in the water channel 40 as it is, there is no need to fix or couple separately. In addition, as shown in FIG. 9, the ultraviolet lamp module 10 may install one or more ultraviolet lamp modules 10 in series or in parallel according to the capacity of the treated water. Therefore, the sterilizing and purifying apparatus 1 using the ultraviolet lamp module according to the present invention can be easily applied to various processing capacities without complicated structural changes. In addition, the ultraviolet lamp module 10 according to the present invention is easily lifted by one or two operators. It is easy to install and maintain because it is manufactured to a size that can be lifted and moved.
다시 도1에서 보는 바와 같이, 상기 자외선램프 모듈(10)은 전기장치(도시되지 않음)와 모터(65) 등이 설치된 상판(13)과 이 상판(13)을 지지하는 동시에 자외선램프(20)를 고정시키는 지지대(15)로 구성된다. 일반적으로 상기 자외선램프 모듈(10)은 도시된 바와 같이 직사각형을 이루게 될 것이나 다른 형태의 자외선램프 모듈을 설치하는 것도 가능하다.As shown in FIG. 1 again, the ultraviolet lamp module 10 supports the upper plate 13 and the upper plate 13 on which an electric device (not shown) and a motor 65 and the like are installed, and at the same time, the ultraviolet lamp 20. It consists of a support (15) for fixing. In general, the UV lamp module 10 will be rectangular as shown, but it is also possible to install other types of UV lamp module.
일반적으로 자외선램프(20)는 유리관에 불활성가스가 충전되고 그 양단에는 필라멘트 코일이 설치된 것이다. 그리고 상기 코일에는 에미터가 도포되어 있어 전극에 전류를 흘려 예열하면 에미터에서 열전자가 방출되어 관내에서 방전이 일어난다. 그리고 방전에 의해 유리관 내에 흐르는 전자는 포화상태의 수은열기와 급격히 충돌하여 자외선을 발생하게 된다. 이러한 자외선은 파장에 따라 서로 다른 성질을 나타내는데, 일반적으로 파장이 짧은 것부터 순차적으로 오존생성, 살균, 홍반, 광화학작용 등을 나타낸다. 따라서 살균작용을 주로 이용하는 본 발명에 따른 상기 자외선램프(20)는 253.7nm파장을 주로 방출하는 것이다.In general, the ultraviolet lamp 20 is filled with an inert gas in the glass tube and the filament coil is installed at both ends thereof. The coil is coated with an emitter, and when preheated by flowing a current through the electrode, hot electrons are emitted from the emitter and discharge occurs in the tube. The electrons flowing in the glass tube by the discharge rapidly collide with the mercury heater in a saturated state to generate ultraviolet rays. These ultraviolet rays exhibit different properties depending on the wavelength, and in general, ozone generation, sterilization, erythema, and photochemical action are sequentially performed from shorter wavelengths. Therefore, the ultraviolet lamp 20 according to the present invention using the sterilization action mainly to emit a 253.7nm wavelength.
그리고 본 발명에 따른 자외선램프(20)는 처리수에 잠겨 있게 되므로 2중관 구조를 갖는 수중 점등용 자외선램프가 바람직하다. 수중 점등용 자외선램프는 살균램프가 자외선 투과율이 높은 석영관(21) 내에 내장되므로 살균능을 크게 손상하지 않으면서 살균램프를 보호한다. 그리고 상기 수중 점등용 자외선램프는 일측에만 전극이 형성되어 있어 탈착이 편리하다. 따라서 이하에서는 수중 점등용 자외선램프를 예를 들어 설명하게 되나 본 발명의 자외선램프가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, since the ultraviolet lamp 20 according to the present invention is immersed in the treated water, the ultraviolet lamp for underwater lighting having a double tube structure is preferable. Underwater lighting ultraviolet lamp is a germicidal lamp is embedded in the quartz tube 21 with high UV transmittance, thus protecting the sterilizing lamp without significantly impairing the sterilizing ability. In addition, since the electrode is formed only on one side of the underwater lighting ultraviolet lamp, the detachable is convenient. Therefore, hereinafter, an ultraviolet lamp for underwater lighting will be described as an example, but the ultraviolet lamp of the present invention is not necessarily limited thereto.
도1과 도4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 자외선램프(20)가 내장된 석영관(21)은 두 개의 지지대(15) 사이에 설치되고 상기 지지대(15)에는 석영관(21)의 양단을 지지하기 위한 홀더(17,19)가 고정되어 있다. 상기 석영관(21)의 설치구조를 보다 상세히 설명하면, 전극(23)이 설치된 쪽의 석영관(21)의 단부를 지지하는 홀더(17)는 전극(23)을 보호하는 동시에 전기적으로 접속시키기 위한 소켓부(18)가 구비되고, 석영관(21) 외면과 접촉되는 홀더(17)의 내주면에는 요철홈에 2개의 오링(25)을 설치하여 석영관(21)을 밀착되게 결합시켜 이물질 및 처리수가 석영관 내부로 유입되는 것을 방지하고 결합력을 강화시킨다. 이어 상기 홀더(17)의 외주면에는 나사식으로 결합되는 보호캡(26)을 체결시켜 석영관(21)을 단단히 고정시킨다. 한편 석영관(21)의 다른 측은 지지대(15)에 고정된 홀더(19)에 나사식으로 체결되는 지지캡(28)에 의해 지지되고 있다. 상기 석영관(21)을 탈착시킬 때는 상기 지지캡(28)을 좌우로 이송시킬 수 있으므로 탈착을 용이하게 된다.As shown in Figures 1 and 4, according to the present invention, the quartz tube 21 in which the ultraviolet lamp 20 is built is installed between two supports 15 and the support 15 of the quartz tube 21 is provided. Holders 17 and 19 for supporting both ends are fixed. The installation structure of the quartz tube 21 will be described in more detail. The holder 17 supporting the end of the quartz tube 21 on the side where the electrode 23 is installed can protect the electrode 23 and electrically connect it. The socket portion 18 is provided, and two O-rings 25 are provided in the uneven groove on the inner circumferential surface of the holder 17 which is in contact with the outer surface of the quartz tube 21 so that the quartz tube 21 is closely attached to the foreign material and Treated water is prevented from entering the quartz tube and strengthens the bonding force. Subsequently, the protection cap 26 coupled to the outer circumferential surface of the holder 17 is screwed to securely fix the quartz tube 21. The other side of the quartz tube 21 is supported by a support cap 28 screwed to a holder 19 fixed to the support 15. When the quartz tube 21 is detached, the support cap 28 may be transferred from side to side, thereby facilitating detachment.
이어 도2와 도5는 상기 자외선램프 모듈(10)에 설치된 석영관 세척장치를 보여주는 사시도이다. 도시된 바와 같이 상기 세척장치는 크게 상판(13)에 설치되는 구동부(60)와 상기 상판(13)의 하부에 설치되는 이송부(50)로 구성된다. 먼저, 이송부(50)는 석영관(21)의 외주면에 끼워진 다수의 브러시(53)와, 상기 다수의 브러시(53)를 동시에 이송시킬 수 있도록 고정시켜 주는 고정대(54,55,56,57)와, 상기고정대의 상단에 설치되어 구동부(60)의 회전력을 왕복운동으로 전환시켜주는 볼나사(59)로 구성되어 있다. 이때 상기 브러시(53)는 도10에 도시된 바와 같이, 사각형상의 틀에 섬유 또는 고무로 이루어진 링 형상의 브러시 부재(52)를 끼워서 만들어진다. 그리고 상기 브러시 부재(52)는 석영관(21) 표면이 손상 받지 않을 정도의 탄성력을 갖는 것이 바람직하다.2 and 5 are perspective views showing the quartz tube cleaning device installed in the ultraviolet lamp module 10. As shown in the drawing, the washing device is composed of a driving unit 60 installed on the upper plate 13 and a transfer unit 50 installed on the lower portion of the upper plate 13. First, the transfer unit 50 is a plurality of brushes (53) fitted on the outer circumferential surface of the quartz tube 21, and the holder (54, 55, 56, 57) for fixing so as to transport the plurality of brushes 53 at the same time And a ball screw 59 installed at the upper end of the fixing unit to convert the rotational force of the driving unit 60 into the reciprocating motion. At this time, the brush 53 is made by inserting a ring-shaped brush member 52 made of fiber or rubber in a rectangular frame. In addition, the brush member 52 preferably has an elastic force such that the surface of the quartz tube 21 is not damaged.
한편 상기 구동부(60)는 상기 볼나사(59)가 결합되어 있는 스크류 축(63)을 구동시키기 위한 모터(65)와, 상기 스크류 축(63)을 회전가능하게 지지하는 두 개의 축 받침(67)이 구비되어 있으며, 상기 모터(65)의 회전축은 상기 스크류 축(63)에 연결되어 있다. 한편, 상기 상판(13)의 중앙부에는 상기 고정대(57)가 좌우로 자유롭게 이동할 수 있도록 슬릿형상의 개방구(14)가 형성되어 있다. 그리고 미설명 부호 12는 손잡이 이다. 따라서 상기 모터(65)가 상기 스크류 축(63)을 일측 방향으로 회전시키면 상기 볼나사(59)가 상기 스크류 축(63)을 따라 일측 방향으로 이동된다. 이에 따라 상기 볼나사(59)에 결합되어 있는 고정대(54,55,56,57)도 함께 이송되게 된다. 따라서 고정대의 단부에 설치되어 있는 브러시(53)가 석영관(21)의 외주면에 접촉된 상태로 이송되면서 그 표면을 세척하게 된다. 그리고 상기 모터(65)가 상기 스크류 축(63)을 반대 방향으로 회전시키면 상기 볼나사(59), 고정대 및 브러시(53)가 반대 방향으로 이송되면서 석영관(21)을 세척하게 된다.Meanwhile, the driving unit 60 includes a motor 65 for driving the screw shaft 63 to which the ball screw 59 is coupled, and two shaft supports 67 for rotatably supporting the screw shaft 63. ) Is provided, the rotation shaft of the motor 65 is connected to the screw shaft (63). On the other hand, the center portion of the upper plate 13 is formed with a slit-shaped opening 14 so that the holder 57 can move freely from side to side. And description code 12 is the handle. Accordingly, when the motor 65 rotates the screw shaft 63 in one direction, the ball screw 59 is moved in one direction along the screw shaft 63. Accordingly, the fixing rods 54, 55, 56, 57 coupled to the ball screw 59 are also transferred. Therefore, the brush 53 installed at the end of the fixing stand is transported in contact with the outer circumferential surface of the quartz tube 21 to clean the surface thereof. In addition, when the motor 65 rotates the screw shaft 63 in the opposite direction, the ball screw 59, the fixed base, and the brush 53 are transferred in the opposite direction, thereby cleaning the quartz tube 21.
한편, 도7에 도시된 바와 같이, 하나의 지지대(15)에 두 개의 자외선램프(20)가 상하로 설치되어 전체적으로 4개의 자외선램프(20)가 설치되어있는 경우는 도6에 도시된 바와 같이, 하나의 수직 고정대(55)에 두 개의 수평 고정대(54)를 설치하고 그 단부에 각각 브러시(53)를 설치하여 모든 석영관(21)을 세척할 수 있게 한다. 이어, 참조번호 85는 본 발명에 따른 세척장치의 다른 실시예로서 기포발생장치를 수로 하면 또는 측면에서 설치하여 미세공기방울이 석영관 주위에 흐르도록 유도하여 석영관을 세척하는 것이다.On the other hand, as shown in Figure 7, in the case where two ultraviolet lamps 20 are installed up and down on one support 15, four UV lamps 20 are installed as a whole, as shown in FIG. , Install two horizontal holders 54 on one vertical holder 55, and install the brush 53 at each end thereof, so that all the quartz tubes 21 can be cleaned. Subsequently, reference numeral 85 is another embodiment of the washing apparatus according to the present invention, in which the bubble generator is installed at the bottom or the side of the washing apparatus to induce micro air bubbles to flow around the quartz tube to clean the quartz tube.
그리고 도7에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선램프 모듈(10)이 안치되는 수로(40)의 바닥과 측벽의 표면 그리고 석영관을 제외한 모듈의 부속과 장치에는 광촉매 산화반응을 촉진시키기 위해 일정 두께의 산화티타늄층(80)이 도포되어 있다. 일반적으로 광촉매인 산화티타늄은 분말 상태로 이용하는 경우와 졸-겔법(sol-gel method)을 이용하여 박막을 코팅하는 방법이 사용되고 있다. 그러나 분말 산화티타늄은 처리수에 현탁시켜 수중의 오염물질을 처리한 후, 회수장치를 거쳐 재사용하여야 하므로 별도의 회수장치가 필요하여 설치비용이 많이 소요되므로 본 발명에서는 산화티타늄 박막을 코팅하는 방법을 사용한다. 그리고 상기 산화티타늄은 광촉매로써 뛰어난 성능을 나타내는 아나타제형이 바람직하다. 특히 상기 산화티타늄 박막이 처리수의 흐름에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해 치밀한 박막구조를 형성하는 것이 필요하다.As shown in FIG. 7, the components and devices of the module except for the quartz tube and the surface of the bottom and sidewalls of the channel 40 in which the ultraviolet lamp module 10 according to the present invention is placed are fixed to promote photocatalytic oxidation. Titanium oxide layer 80 is applied. In general, titanium oxide as a photocatalyst is used in the form of a powder and a method of coating a thin film using a sol-gel method. However, since the powdered titanium oxide is suspended in treated water and treated with contaminants in the water, it must be reused through a recovery device, so a separate recovery device is required, which requires a lot of installation cost. use. The titanium oxide is preferably an anatase type that exhibits excellent performance as a photocatalyst. In particular, in order to prevent the titanium oxide thin film from being corroded by the flow of treated water, it is necessary to form a dense thin film structure.
한편, 본 발명에 따른 자외선램프 모듈(10)과 상기 수로(40)의 바닥과 측벽 그리고 석영관을 제외한 모듈의 부속과 장치는 자외선램프(20)에서 방사되는 자외선을 반사시킬 수 있도록 반사면을 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 자외선램프 모듈(10)의 지지대(15), 고정대(54,55,56) 및 수로(40)는 반사면의 형성에 유리한 스테인레스 스틸 등으로 만들어진다. 이때 상기 수조장치(30)가 콘크리트로 형성된 경우에는 산화티타늄(TiO2)이 피복되고 자외선조사가 원활이 이루어지도록 반사면을 형성 할 수 있는 재질(예; 스테인레스 스틸)로 일정규격의 판을 제작하여 콘크리트 수로 면에 부착하는 것이 바람직하다.On the other hand, the UV lamp module 10 according to the present invention, the bottom and sidewalls of the water channel 40 and the accessories and devices of the module, except for the quartz tube, the reflective surface to reflect the ultraviolet radiation emitted from the ultraviolet lamp 20 It is preferable to form. For example, the support 15, the support 54, 55, 56 and the channel 40 of the ultraviolet lamp module 10 are made of stainless steel or the like which is advantageous for the formation of the reflective surface. In this case, when the water tank device 30 is formed of concrete, a plate of a predetermined standard is made of a material (eg, stainless steel) which is coated with titanium oxide (TiO 2 ) and can form a reflective surface to facilitate ultraviolet irradiation. Is preferably attached to the surface of the concrete channel.
한편, 도8은 유출수조(35) 전방의 수로(40)에 설치된 수문(90)을 보여주는 부분 단면 사시도이다. 도시된 바와 같이, 수로(40)의 측벽에 수문 지지부(93)를 고정시키고 수문(90)을 상하로 슬라이드 가능하게 설치한 다음 일측에 수문(90) 높이 조절 나사(95)를 설치한 것이다.8 is a partial cross-sectional perspective view showing the water gate 90 installed in the waterway 40 in front of the outflow water tank 35. As shown in the figure, the hydrologic support 93 is fixed to the side wall of the waterway 40, and the water gate 90 is slidably installed up and down, and then the water gate 90 height adjustment screw 95 is installed at one side.
그리고 도9는 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치의 다른 실시예를 보여주는 것으로서, 하나의 수로장치(30)에 다수의 자외선램프 모듈(10)을 설치하여 대용량의 처리수를 처리할 수 있도록 한 것이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 자외선램프 모듈(10)은 이동 및 설치가 용이하기 때문에 어떠한 처리용량의 살균 및 정화시설에도 쉽게 적용할 수가 있으며 각각의 모듈이 별도로 작동되기 때문에 유지관리가 편리하다.And Figure 9 shows another embodiment of the sterilization and purification device using the ultraviolet lamp module according to the present invention, by installing a plurality of ultraviolet lamp module 10 in one waterway device 30 to treat a large amount of treated water It is to be done. Thus, since the ultraviolet lamp module 10 according to the present invention is easy to move and install, it can be easily applied to the sterilization and purification facilities of any treatment capacity, and the maintenance is convenient because each module is operated separately.
이하에서는 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치의 작용을 간단히 설명한다. 먼저 병원성 세균과 유기성물질이 포함된 처리수는 처리수유입관을 통해 유입수조로 유입된다. 이때 처리수 중에 포함된 슬러지의 일부는 슬러지 침전부에서 침전된다. 이어 안전한 살균용량을 초과하지 않는 범위에서 일정한 유량으로 처리수가 수로에 공급된다. 그러면 수로에 설치된 자외선램프에서방출된 자외선과 수로에 도포된 산화티타늄이 반응하여 광촉매 산화반응을 일으켜 병원성 세균를 사멸시키고 유기성물질을 분해 시킨다. 그리고 수문에 의해 수위가 조절된 처리수는 유출수조와 처리수배출관을 통해 외부로 배출된다. 한편, 상기 자외선램프에는 브러시가 일정한 간격으로 왕복운동하기 때문에 그 표면에 있는 오염물질이 깨끗하게 세척된다.Hereinafter, the operation of the sterilization and purification device using the ultraviolet lamp module according to the present invention will be described briefly. First, the treated water containing pathogenic bacteria and organic substances is introduced into the inlet tank through the treated water inlet pipe. At this time, part of the sludge contained in the treated water is precipitated in the sludge settling portion. Subsequently, the treated water is supplied to the channel at a constant flow rate without exceeding the safe sterilization capacity. Then, the ultraviolet rays emitted from the UV lamp installed in the channel react with the titanium oxide coated on the channel, causing photocatalytic oxidation to kill pathogenic bacteria and decompose organic substances. The treated water whose water level is adjusted by the hydrology is discharged to the outside through the outflow tank and the treated water discharge pipe. On the other hand, since the brush reciprocates at regular intervals in the ultraviolet lamp, the contaminants on the surface of the ultraviolet lamp are cleaned cleanly.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치는 자외선과 산화티타늄에 의한 광분해반응을 이용하여 인체에 유해한 각종 세균뿐만 아니라 다양한 종류의 유기화합물을 분해 시킬 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치는 기존의 수처리 장치에 비해 설비가 간단하고 사용약품이 거의 없어 설비비와 운전비가 저렴할 뿐만 아니라 2차 오염을 유발하지 않고 슬러지가 발생하지 않는 효과가 있다. 본 발명은 또한 처리수가 균일한 수위를 유지하며 흐르는 수로 상에 탈착이 용이한 자외선램프 모듈을 설치함으로써 설치 및 유지관리가 편리하고 처리수량에 따라 자외선램프 모듈이나 상기 모듈에 설치된 자외선램프의 수를 증감시킴으로써 설치변경을 자유롭게 할 수 있다.As described above, the sterilization and purification apparatus using the ultraviolet lamp module according to the present invention is capable of decomposing various kinds of organic compounds as well as various bacteria harmful to the human body by using photolysis reaction by ultraviolet rays and titanium oxide. There is. Sterilization and purification device using the ultraviolet lamp module according to the present invention is simple compared to the existing water treatment device, there is almost no chemicals, and the equipment cost and operating cost is low, and does not cause the secondary pollution and does not produce sludge have. The present invention is also easy to install and maintain by installing a UV lamp module that is easy to be detached on the flowing water while maintaining a uniform water level, the number of UV lamp module or the number of UV lamps installed in the module can be The installation change can be made free by increasing or decreasing.
또한 본 발명은 작업자 1∼2인이 들거나 이동시킬 수 있도록 콤팩트한 크기를 갖는 자외선램프 모듈을 제공하고 각 모듈에는 모든 자외선램프를 세척할 수 있는 물리적 세척장치를 구비함으로써 자외선램프를 수리하거나 교체하기가 편리하고 연속적으로 자외선램프의 표면을 세척시킴으로써 자외선의 출력이 떨어지는 것을방지할 수 있다.In another aspect, the present invention provides a UV lamp module having a compact size so that one or two workers can lift or move, and each module is provided with a physical cleaning device that can wash all UV lamps to repair or replace the UV lamp It is convenient and can continuously prevent the fall of the ultraviolet light by cleaning the surface of the ultraviolet light lamp.
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