KR100460225B1 - 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식물 정화장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기이온을 다량 함유하는 산업폐수, 해수, 기수 등으로부터 무기이온을 제거하는 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 0.1 내지 2.0 볼트의 전압을 활성탄소전극에 인가하여 이온교환막을 통하여 산업폐수, 해수, 기수 등으로부터 무기이온을 빠르게 활성탄소전극에 흡착시킨후 같은 전압을 반대로 인가하여 이온교환막의 역할에 따라 흡착은 방지하고, 흡착된 이온만을 빠르게 탈착시켜 물 중의 무기이온을 제거하여 물을 정화하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 종래의 타 무기물 정화방법과는 다르게 에너지소비량이 적고, 2차환경오염물이 발생되지 않으며, 유지관리가 편리한 효과가 있다.

Description

양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치 및 방법{Apparatus and method for purifying water through an electrical adsorption-desorption cycle using an activated carbon electrode with both positive and negative}

본 발명은 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 전기흡탈착식 물 정화장치 및 이 장치를 이용한 물 정화방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 전기화학적 방법에 의한 물 정화장치 및 방법으로서, 0.1 내지 2.0 볼트의 전압을 활성탄소전극에 인가하여 이온교환막을 통하여 산업폐수, 해수, 기수 등으로부터 무기이온을 빠르게 활성탄소전극에 흡착시킨 후, 같은 전압을 반대로 인가하여 이온교환막의 역할에 따라 흡착은 방지하고, 흡착된 이온만을 빠르게 탈착시켜 물 중의 무기이온을 제거할 수 있는 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 전기흡탈착식 물 정화장치 및 이 장치를 이용한 물 정화방법에 관한 것이다.

일반적으로 대용량의 물을 정화하는 방법에는 이온교환수지법, 역삼투막법, 증발법 등이 있으나 고에너지소비, 2차 오염물 발생, 유지관리의 곤란 등 많은 단점을 가지고 있다.

대용량의 물을 정화하기 위하여 에너지소비량을 줄이고 2차 환경오염을 줄이며 유지관리를 편리하게 하는 것이 과제이다. 이러한 문제해결을 위해 전기흡탈착 원리를 이용한 정화방법이 시도되고 있다.

그러나, 전기흡탈착 원리를 이용한 정화방법도 직렬 다단 반응기를 이용할 경우 빠른 흡탈착속도와 탈착과정의 고효율이 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 산업폐수, 해수, 기수 등의 고 무기염을 함유하고 있는 물로부터 무기이온의 제거속도를 높이고, 전극의 재생효율을 높일 수 있는 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치와 이 장치를 이용한 물 정화방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치의 전체 공정도이다.

도 2는 도 1에서의 정화반응기의 입체 사시도이다.

도 3은 도 1의 정화반응기의 평면도이다.

도 4는 도 1의 정화반응기의 정면도이다.

도 5는 도 1의 정화반응기의 측면도이다.

도 6은 도 1의 정화반응기에서의 유체흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정화반응기 12 : 직류전원공급장치

14 : 음전압인가선 16 : 양전압인가선

18 : 유체관 20 :음극집전체

22 : 음전극 24 : 양이온교환막

26 : 스페이서 28 : 음이온교환막

30 : 양전극 32 : 양극집전체

본 발명의 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치는 0.1 내지 2.0볼트의 음전압과 양전압을 인가하기 위한 전원공급장치; 상기 전원공급장치와 연결되어 있으면서 물 중의 무기이온을 양이온과 음이온으로 각각 흡착한 후 탈착시켜 제거하는 활성탄소전극을 갖는 정화반응기가 하나 또는 그 이상으로 연결되어 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 정화반응기는 물이 흐르게 되는 스페이서, 상기 양전압 및 음전압 인가선과 연결되어 있으면서 양이온과 음이온을 흡착하게 되는 양전극 및 음전극의 활성탄소전극, 물 중의 양이온과 음이온 만을 선택적으로 통과시키게 되는 양이온 및 음이온 교환막, 탄소 호일로 구성된 양극 및 음극 집전체로 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화방법은 전원공급장치로부터 0.1 내지 2.0볼트의 양전압과 음전압을 무기이온을 함유하는 물이 흐르는 정화반응기에 인가하고, 상기 정화반응기에서 전압이 인가된 양전극과 음전극에서 물 중의 무기이온을 선택적으로 흡착하도록 한 후, 무기이온이 각 전극에 흡착포화되면 이들에 반대 전압을 인가하여 다시 탈착되도록하여 무기이온을 제거하는 공정을 직렬로 연결된 정화반응기를 이용하여 다단계로 반복해서 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에서, 상기 양전극 및 음전극에 대한 무기이온의 흡착은 양이온 교환막 및 음이온교환막을 매개로 하여 이루어지도록 하고, 탈착은 반대 전압의 인가로 인해 이들 이온교환막을 통과하지 못하도록 하여서 실시하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

첨부 도면 중 도 1은 본 발명의 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치의 배치상태를 보여주기 위한 개략도로서, 도 1에 의하면, 본 발명의 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치는 물 중의 무기이온을 양이온과 음이온으로 각각 흡착한 후 탈착제거하는 정화반응기(10), 해당 정화반응기(10)에 전압을 공급하기 위한 전원공급장치 (12), 그리고, 상기 정화반응기(10)에 음전압을 인가하기 위한 음전압 인가선(14), 상기 정화반응기(10)에 양전압을 인가하기 위한 양전압 인가선(16) 등으로 구성되어 있다.

도 2는 도 1에서 전기흡탈착 반응에 의하여 무기이온을 정화하게 되는 정화반응기(10)의 입체 사시도를 나타낸 것으로, 아래쪽 유체관(18)을 통해서 물이 정화반응기 내부로 유입되고, 위쪽 유체관(18)을 통해서 물이 유출되게 되어 있으며, 이에 따라 도 1에서 점선으로 나타낸 화살표 방향과 같이 물이 직렬로 연결된 여러 개의 정화반응기(10)를 반복해서 흐르게 된다.

도 3은 도 1의 정화반응기(10)의 평면도를 나타낸 것으로, 유체관(18)을 통해서는 물이 흐르게 되고, 음전압 인가선(14)을 통해서는 음전압이 전압공급장치 (12)로부터 정화반응기(10)에 인가되고, 양전압 인가선(16)을 통해서는 양전압이 인가된다.

도 4는 도 1의 정화반응기(10)의 정면도를 나타낸 것으로, 도 5는 측면도를 나타낸 것이다. 본 발명의 정화반응기(10)는 음극집전체(20), 음전극(22), 양이온교환막(24), 물흐름을 유지하기 위한 스페이서(26), 음이온교환막(28), 양전극(30), 양극집전체(32)로 구성되어 있다. 물의 처리용량에 맞게 여러 단으로 자유로이 구성요소를 증가하여 설치할 수 있다.

도 6은 정화반응기(10)내의 물의 흐름방향을 보여주기 위한 것으로 아래쪽 유체관(18)을 통해서 물이 반응기내로 유입되고 스페이서(26)을 통해서 가운데 구멍으로 이동한 후 최종 위쪽 유체관(18)을 통해서 정화반응기(10) 외부로 유출된다. 물이 스페이서(26) 내를 이동하는 중에 물 중의 양이온들은 양이온 교환막(24)을 통과하여 0.5 내지 2.0볼트의 음전압이 인가된 음전극(22)에 흡착되고 음이온들은 음이온교환막(28)을 통과하여 0.1 내지 2.0볼트의 양전압이 인가된 양전극(30)에 흡착하게 된다.

이온들이 각 전극에 흡착포화되면 이 이온들을 탈착시켜 제거하는 재생공정이 이어지게 되며 이 공정에서는 흡착공정에서와는 반대로 음전극(22)에는 0.1 내지 2.0볼트의 양전압이 인가되고 양전극(30)에는 0.1 내지 2.0볼트의 음전압이 인가됨으로써 각 전극에 흡착된 이온들이 탈착되게 된다. 이 때 음이온은 양이온교환막을, 그리고 양이온은 음이온교환막을 통과할 수 없기 때문에 각 전극으로의 흡착반응은 전혀 발생하지 않게 된다. 따라서 재생효율을 극대화할 수 있다.

본 발명의 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치 및 방법은 0.1 내지 2.0 볼트의 낮은 전기를 이용함으로서 에너지 소비량이 적고 재생시 약품을 사용하지 않아 환경오염이 없으며 유지관리가 편리하다. 수질에 따라 여러 정화반응기를 직렬로 연결하여 사용이 가능하여 수질에 맞게 구성이 용이하고 하나의 반응기내에 구성요소들을 필요처리용량에 따라 추가설치가 용이하여 대용량화하는데도 효과적이다.

또한, 이온교환막을 부가하여 사용함으로서 재생효율을 극대화할 수 있다. 따라서 경제적으로 고농도 무기물을 함유하는 물로부터 각종 용수를 생산하여 각 용도로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 0.1 내지 2.0볼트의 음전압과 양전압을 인가하기 위한 전원공급장치(12);

   상기 전원공급장치(12)와 연결되어 있으면서 물 중의 무기이온을 양이온과 음이온으로 각각 흡착한 후 탈착시켜 제거하는 활성탄소전극(20,30)을 갖는 정화반응기(10)가 하나 또는 그 이상으로 연결되어 설치된 것을 특징으로 하는 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 정화반응기(10)는 물이 흐르게 되는 스페이서(26), 상기 전원공급장치(12)의 양전압 및 음전압 인가선(14,16)과 연결되어 있으면서 양이온과 음이온을 흡착하게 되는 양전극 및 음전극의 활성탄소전극(22.30), 물 중의 양이온과 음이온 만을 선택적으로 통과시키게 되는 양이온 및 음이온 교환막(24,28) 및 탄소 호일로 구성된 양극 및 음극 집전체(20,32)가 여러개의 단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 물 정화장치.
3. 전원공급장치로부터 0.1 내지 2.0볼트의 양전압과 음전압을 무기이온을 함유하는 물이 흐르는 정화반응기에 인가하고, 상기 정화반응기에서 전압이 인가된 양전극과 음전극에서 물 중의 무기이온을 선택적으로 흡착하도록 한 후, 무기이온이 각 전극에 흡착포화되면 이들에 반대 전압을 인가하여 다시 탈착되도록 하여 무기이온을 제거하는 공정을 직렬로 연결된 정화반응기를 이용하여 다단계로 반복해서실시하는 것을 특징으로 하는 양음극 동형 활성탄소전극을 이용한 대용량 전기흡탈착식 물 정화방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 양전극 및 음전극에 대한 무기이온의 흡착은 양이온 교환막 및 음이온교환막을 매개로 하여 이루어지도록 하고, 탈착은 반대 전압의 인가로 인해 이들 이온교환막을 통과하지 못하도록 하여서 실시하는 것을 특징으로 하는 물 정화방법.