KR100472884B1 - 배수 처리 방법 및 배수 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저비용으로 효율적으로 질소 화합물 및 인 화합물을 포함하는 피처리수의 처리를 행할 수 있는 배수 처리 방법 및 배수 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 전기 화학적 방법으로서의 전해에 의해 피처리수 중의 질소 화합물 (질산 형태의 질소) 및 인 화합물 (인산 이온)을 처리하는 배수 처리 방법으로서 피처리수 중에 한쌍의 전극을 적어도 일부 침지하고, 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하여 전해에 의해 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계, 및 제1 처리 단계의 종료 후, 피처리수를 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소로 처리하는 제2 처리 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 인 화합물, 예를 들면 인산이나 인산 이온 및 질소 화합물, 예를 들면 유기물 형태의 질소, 아질산 형태의 질소, 질산 형태의 질소, 암모니아 형태의 질소를 포함하는 배수의 배수 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터 강이나 호수의 부영양화의 원인 중 하나로 질소 화합물 및 인 화합물의 존재는 주지된 것이다. 또한, 이 인 화합물이나 질소 화합물은 일반 가정의 생활 배수 중이나 공장 배수 중에 많이 존재하지만 정화 처리가 곤란한 것으로 유효한 대책을 취할 수 없는 것이 현실이다. 일반적으로 질소 화합물을 함유하는 배수 처리에는 생물적 처리가 행하여지고 있고, 우선 암모니아 형태의 질소를 질산 형태의 질소로 변환하는 질산화 공정과 질산 형태의 질소를 질소 가스로 변환하는 탈질 공정의 2개의 공정에 의해 행하여지고 있다.
한편, 인 화합물의 처리 방법에는 여러가지가 제안되고 있지만 가정 배수에 대해서는 석회 응집 침전법이 알려져 있다. 이 기술은 피처리수 중의 인산 이온을 칼슘 이온과 반응시켜 수불용성의 염, 칼슘히드록시아파타이트로서 응집 침전시켜 제거하는 기술이다.
그러나, 종래의 생물적 처리의 질소 화합물 및 인 화합물의 처리 장치로는 2개의 반응조가 필요하며 동시에 처리 시간이 느리기 때문에 처리 효율이 저하하는 문제가 있었다. 또한, 종래의 방법으로는 질소 화합물 및 인 화합물을 포함하는 피처리수를 동시에 처리할 수 없기 때문에 장치가 대형화되는 문제가 있었다.
또한, 상기 생물적 처리로는 질산균 및 탈질소 세균을 보유하기 위해서 대용량의 호기조 및 혐기조가 필요하고 설비 건설 비용의 증가, 장치 설치 면적의 증대를 초래하는 문제가 있었다. 또한, 상기 탈질소 세균은 주위의 온도 환경, 기타 피처리수중에 포함되는 성분 등에 의해 크게 영향받기 때문에 특히 온도가 낮아지는 겨울철이 되면 세균의 활동 저하 및 탈질소 작용의 저하를 초래하여 처리 효율이 불안정해진다는 문제가 있었다.
상기 인 화합물의 처리 방법으로는 응집 침전 생성에 있어서의 pH가 높기 때문에 인 화합물의 처리 후에 피처리수를 알칼리성으로부터 중성으로 처리할 필요가 있었다. 또한, 사용하는 석회의 양이 대량이고, 유지가 곤란하다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 종래의 기술적 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로 저비용으로 효율적으로 질소 화합물 및 인 화합물을 포함하는 피처리수의 처리를 행할 수 있는 배수 처리 방법 및 배수 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 방법으로서 피처리수 중에 한쌍의 전극을 적어도 일부 침지하고, 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하여 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계, 및 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 피처리수를 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소로 처리하는 제2 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 피처리수 중에 한쌍의 전극을 적어도 일부 침지하고, 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하여 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계를 행함으로써 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시켜, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여, 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중에서, 또는 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 피처리수를 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소로 처리하는 제2 처리 단계를 행하기 때문에, 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 방법은 상기 발명에 더하여 제2 처리 단계에서 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 피처리수 중에 첨가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 상기 제2 처리 단계에서, 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 피처리수 중에 첨가하기 때문에 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 방법은 상기 각 발명에 더하여 제1 처리 단계에서, 한쌍의 전극 재료를 철로 하여 각 전극의 극성을 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 상기 제1 처리 단계에서, 한쌍의 전극 재료를 철로 하여 각 전극의 극성을 전환하기 때문에, 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있다.
또한, 본 발명의 배수 처리 방법은 상기 발명에 더하여 제2 처리 단계에서 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 전기 화학적 방법에 의해 피처리수 중에 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 상기 제2 처리 단계에서, 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 전기 화학적 방법에 의해 피처리수 중에 발생시키기 때문에 각별한 장치로써 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시키는 일 없이, 피처리수 중의 암모니아 또는 암모늄 이온을 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소와 반응시킬 수 있고, 보다 효율적으로 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 질소 가스로 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 해당 암모니아 또는 암모늄 이온을 함유하는 피처리수 중에서 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시키기 위해서 비교적 존재 시간이 짧은 오존, 또는 활성 산소가 효과적으로 암모니아 또는 암모늄 이온의 탈질 처리에 공헌할 수가 있고, 처리 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 방법은 상기 발명에 더하여, 캐소드를 구성하는 전극 재료를 전기 화학적 방법에 의해 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있는 귀금속 또는 해당 귀금속을 피복한 도전체에 의해 구성하며, 또한 한쌍의 전극의 극성을 전환함으로써 제2 처리 단계를 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 상기 캐소드를 구성하는 전극 재료를 전기 화학적 방법에 의해 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있는 귀금속 또는 해당 귀금속을 피복한 도전체에 의해 구성하며, 또한 한쌍의 전극의 극성을 전환함으로써 제2 단계를 실행하기 때문에, 쉽게 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있고 효과적으로 암모니아 또는 암모늄 이온의 탈질 처리를 행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 질소 처리 방법은 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 방법으로서 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 철 전극에 의해, 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계, 및 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극에 의해, 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제2 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 방법으로서 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 철 전극에 의해, 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계, 및 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극에 의해, 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제2 처리 단계를 포함하기 때문에, 제1 처리 단계에서 한쌍의 철 전극 중 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시켜 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여, 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중의 철 (Ⅱ) 이온으로부터 철 (Ⅲ) 이온으로의 산화력에 의해서 한쌍의 철 전극 중의 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 제2 처리 단계에서, 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극에 의해 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리함으로써, 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있으므로 제1 처리 단계에서 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 방법은 상기 발명에 덧붙여, 각 처리 단계에서 한쌍의 전극의 극성을 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 상기 각 처리 단계에서, 한쌍의 전극의 극성을 전환하기 때문에 제1 처리 단계에서 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다. 또한, 제2 처리 단계에서 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 캐소드를 구성하는 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극의 표면에 생기는 피막 형성 (스케일)을 방지하여 캐소드의 유효 면적의 감소를 미연에 회피할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 장치는 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 것으로서, 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 차아염소산을 생성하는 차아염소산 발생 수단을 구비하고 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하며, 또한 차아염소산 발생 수단에 의해 생성된 차아염소산을 피처리수 중에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 장치에서, 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 차아염소산을 생성하는 차아염소산 발생 수단을 구비하고, 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하기 때문에 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시켜, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여, 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중에서 또는 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 차아염소산 발생 수단에 의해 생성된 차아염소산을 피처리수 중에 공급하기 때문에, 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 장치는 상기 발명에 더하여 한쌍의 전극 재료를 철로 하며, 또한 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 상기 발명에 더하여 한쌍의 전극 재료를 철로 하며, 또한 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 설치하였기 때문에 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 장치는 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 것으로서, 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하고, 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 귀금속 또는 귀금속을 피복한 도전체로 하며, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 것으로서 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하고 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 귀금속 또는 귀금속을 피복한 도전체로 하며 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하였기 때문에, 쉽게 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있게 되고 효과적으로 암모니아 또는 암모늄 이온의 탈질 처리를 행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 장치는 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 것으로서 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 철 전극과, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 장치에서, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 철 전극과, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극을 구비하기 때문에, 한쌍의 철 전극 중 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시키고 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여, 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중의 철(Ⅱ) 이온으로부터 철 (Ⅲ) 이온으로의 산화력에 의해 한쌍의 철 전극 중의 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극에 의해 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리함으로써 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있으므로 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 배수 처리 장치는 상기 발명에 더하여 각 한쌍의 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 상기 발명에 더하여 각 한쌍의 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하기 때문에, 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 철 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다. 또한, 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 캐소드를 구성하는 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극의 표면에 생기는 피막 형성 (스케일)을 방지하여 캐소드의 유효 면적의 감소를 미연에 회피할 수 있게 된다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 상술한다. 도 1은 본 발명의 질소 및 인 처리 방법을 실현하기 위한 배수 처리 장치 (1)의 개요를 나타내는 설명도이다. 본 실시예에서 배수 처리 장치 (1)은 내부에 나타내지 않은 배수의 유입구와 유출구를 갖는 처리실 (4)를 구성하는 처리조 (2)와, 상기 처리실 (4)내의 피처리수 중에 적어도 일부가 침지하도록 대향하여 배치되는 한쌍의 전극, 캐소드를 구성하는 전극 (5)와 애노드를 구성하는 전극 (6)과 해당 전극 (5, 6)에 통전하기 위한 전원 (7)과, 상기 전원 (7)을 제어하기 위한 제어 장치 (11)로 구성되어 있다.
상기 애노드를 구성하는 전극 (6)은 철 재료에 의해 구성되어 있고, 상기 캐소드를 구성하는 전극 (5)는 도전체이고, 본 실시예에서는 애노드를 구성하는 전극 (6)과 같이 철 재료에 의해 구성되어 있다.
또한, 도면에서 13은 차아염소산을 처리실 (4) 내의 피처리수 중에 공급하는 차아염소산 공급 수단으로서의 차아염소산 발생 장치이다. 이 차아염소산 발생 장치 (13)은 상기 처리조 (2)와는 별도 설치된 차아염소산 생성조 (14)에 의해 구성되고, 이 차아염소산 생성조 (14) 내에는 생성실 (15)이 형성되어 있다. 이 생성실 (15) 내에는, 예를 들면 30 ppm의 염화물 이온을 함유하고 있는 일반적인 수도물 등의 전해수가 저류되어 있고, 이 전해수 중에 적어도 일부가 침지하도록 대향하여 배치되는 한쌍의 전극, 캐소드를 구성하는 전극 (16)과, 애노드를 구성하는 전극 (17)과 해당 전극 (16, 17)에 통전하기 위한 전원 (18)로 구성되어 있다. 또한, 전해수 중에는 염화물 이온 조정제로서 식염 등이 첨가될 수 있다. 상기 전극 (16, 17)은, 예를 들면 백금 또는 백금과 이리듐의 혼합물 등의 귀금속 전극 또는 이들을 피복한 도전체 전극 등에 의해 구성된다.
그리고, 전원 (18)에 의해 전극 (16, 17)에 통전되면 애노드를 구성하는 전극 (17)에서는 전해수 중에 함유되는 염화물 이온이 전자를 방출하여 염소를 생성한다. 그리고, 이 염소는 물에 용해되어 차아염소산을 생성한다. 이 때, 동시에 미량의 오존 등의 활성 산소도 생성된다.
따라서, 차아염소산 발생 장치 (13)에서는 전해수 중에 차아염소산, 오존 및 활성 산소가 생성되고, 이 전해수를 상기 처리조 (2) 내의 처리실 (4) 내에 공급함으로써 처리실 (4) 내의 피처리수 중에는 차아염소산, 오존 및 활성 산소가 공급된다.
이상의 구성에 의해, 제1 처리 단계로서 처리조 (2) 내의 처리실 (4)에 질산 형태의 질소로서의 질산 이온 및 인 화합물로서의 인산 이온을 함유하는 피처리수를 저류하고, 상기 제어 장치 (11)에 의해 전원 (7)을 ON으로 하여, 전극 (5, 6)에 통전한다. 이에 따라 피처리수는 전기 화학적 방법으로서의 전해 처리가 행하여지고, 애노드를 구성하는 전극 (6)은 전술한 바와 같이 철 재료로서 구성되어 있으므로 전극 (6)으로부터 철 (Ⅱ) 이온이 피처리수 중에 용출되어, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된다.
생성된 철 (Ⅲ)이온은 반응식 1에 나타내는 바와 같이 탈인 반응에 의해 피처리수 중의 인산 이온과 응집 침전하여, 수난용성 인산철을 생성한다.
이에 따라, 피처리수 중에 함유된 인 화합물로서의 인산 이온을 인산철로서 침전 처리할 수 있다.
한편, 피처리수 중에 함유되는 질산 형태의 질소로서의 질산 이온이 아질산 이온으로 환원된다 (반응식 2).
또한, 아질산 이온으로 환원된 질산 형태의 질소는 암모니아 (암모늄 이온)으로 환원된다 (반응식 3).
또한, 전자의 공급을 위해 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온의 상태로 용출하여 전극상 또는 피처리수 중에서 산화된 철 (Ⅲ) 이온의 일부는 캐소드를 구성하는 전극 (5)측에서 재차 전자가 공급되어 철 (Ⅱ) 이온으로 환원되며, 또한 애노드를 구성하는 전극 (6) 측에서 산화된다.
또한, 철 (Ⅱ) 이온을 함유한 피처리수를 전해함으로써 피처리수 중에 함유되는 질산 이온을 암모늄 이온으로 환원 처리하는 기술은 이미 1999년 3월 16일부터 3월 18일에 걸쳐 개최된 제33회 일본 물 환경 학회에서 배포된 일본 물 환경 학회 연회 강연집의 「전기 화학 반응을 사용한 무기 질소 화합물 처리 기술의 개발」에 개시되어 있다.
그리고, 제1 처리 단계의 종료 후, 제2 처리 단계로서 피처리수 중에 전술한 바와 같이 차아염소산 발생 장치 (13)에 의해 생성된 차아염소산 및 오존 또는 활성 산소를 제1 처리 단계에서 처리된 후의 피처리수에 공급 (첨가)한다. 이에 따라 제1 처리 단계의 반응식 3에서 생성되고, 피처리수 중에 용해된 암모니아는 피처리수 중의 차아염소산과 반응식 4에 나타낸 바와 같이 반응하여, 질소 가스로 탈질 처리된다. 또한, 피처리수 중의 암모니아 (암모늄 이온)은 오존 등의 활성 산소와 반응식 5에 나타내는 바와 같이 반응하여, 이것에 의해서도 질소 가스로 탈질 처리된다.
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O
NH2Cl+NHCl2→N2↑+3HCl
이에 따라, 피처리수 중에 생성된 암모니아를 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다. 따라서, 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 동일 처리조에서 처리할 수 있고 종래와 같이 대형의 생물적 처리조를 설치할 필요가 없게 되고, 설비 건설 비용의 증가 및 장치 설치 면적의 증대를 회피할 수 있게 된다.
또한, 생물적 처리에 있어서 필요로 하는 탈질소 세균의 번잡한 유지 작업이 필요없으며, 또한 안정된 높은 질소 처리 효율을 제공할 수가 있게 된다.
또한, 본 실시예에서 캐소드를 구성하는 전극 (5)는 애노드를 구성하는 전극 (6)과 마찬가지로 철 재료에 의해 구성되어 있기 때문에 상기 제어 장치 (11)에 의해, 예를 들면 하루에 한번, 전극 (5) 및 (6)에 인가하는 극성을 전환할 수 있다.
이에 따라, 전해에 의해서 애노드를 구성하는 한쪽의 전극 (6)만이 용출되는 것을 방지할 수 있고, 교대로 균등하게 전극 (5) 및 (6)을 용출시킴으로써 사용 기간의 연장을 도모할 수 있게 된다. 또한, 애노드를 구성하는 전극 (5) (극성을 전환한 경우에는 전극(6))의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지할 수 있어 애노드를 구성하는 전극 (5) (또는 전극 (6))의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는 차아염소산의 공급을 차아염소산 발생 장치 (13)에 의해 생성된 차아염소산을 함유하는 전해수의 공급에 의해 행하고 있지만, 이에 한하지 않고 차아염소산나트륨 등의 차아염소산염 (약제)을 피처리수 중에 첨가함으로써 행할 수도 있다.
다음으로 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 질소 및 인 처리 방법을 실현하기 위한 다른 실시예로서의 배수 처리 장치 (20)에 관해서 설명한다. 도 2 및 도 3은 배수 처리 장치 (20)의 개요를 나타내는 설명도이다. 또한, 도면 중에서 도 1과 동일 부호로 표시하는 것은 동일 또는 동일한 기능을 발휘하는 것이다. 또한, 이 실시예에서 한쪽의 전극 (6)은 철 재료에 의해 구성되어 있으며, 또한 다른 쪽의 전극 (5)은 전기 화학적 방법에 의해 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있는 귀금속, 예를 들면 백금, 이리듐, 팔라듐 또는 그의 산화물을 포함하는 불용성 전극 등의 도전체에 의해 구성되어 있다. 또한, 이 실시예에서 전극 (5)은 백금에 의해 구성되어 있다.
여기서, 도 4를 참조하여 실시예에 관한 실험을 행한 결과를 나타낸다. 이러한 실험에서 사용된 피처리수는 100 mM의 KCl, 1O mM의 KNO3, 2 mM의 K2HPO4
에 의해 구성되어 있다. 또한, 각 전극 (5, 6)에는 정전류 0.5 A로 통전한다. 제어 장치 (11)에 의해 각 전극 (5, 6)은, 예를 들면 30 분 마다 극성이 전환된다.
처리 개시시, 제1 처리 단계로서 상기 제어 장치 (11)는 전원 (7)을 ON으로 하고, 철로 구성된 전극 (6)을 애노드로 하고, 백금으로 구성된 전극 (5)를 캐소드로서 통전한다. 이에 따라, 상기 피처리수는 전기 화학적 방법으로서의 전해 처리가 행하여지고, 애노드를 구성하는 전극 (6)은 전술한 바와 같이 철로 구성되어 있으므로 전극 (6)으로부터 철 (Ⅱ) 이온이 피처리수 중에 용출되어, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된다.
생성된 철 (Ⅲ) 이온은 반응식 1에 나타낸 바와 같이 탈인 반응에 의해 피처리수 중의 인산 이온과 응집 침전하여 수난용성 인산철을 생성한다.
<반응식 1>
Fe3++PO4
3-→FePO4↓
이에 따라, 피처리수 중에 함유된 인 화합물로서의 인산 이온을 인산철로서 침전 처리할 수 있다.
한편, 캐소드를 구성하는 전극 (5) 측에서는 애노드를 구성하는 전극 (6)측에서 생성된 전자가 공급되고, 피처리수 중에 함유되는 질산 형태의 질소로서의 질산 이온이 아질산 이온으로 환원된다. (반응식 2).
<반응식 2>
NO3
-+H2O+2e-→NO2
-+2OH-
또한, 아질산 이온으로 환원된 질산 형태의 질소는 캐소드를 구성하는 전극 (5)측에서 전자가 공급되어 암모니아 (암모늄 이온)으로 환원된다. (반응식 3).
<반응식 3>
NO2
-+5H2O+6e-→NH3(aq)+7OH-
또한, 전자의 공급을 위해 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온의 상태로 용출하여 전극상 또는 피처리수 중에서 산화된 철 (Ⅲ) 이온의 일부는 캐소드를 구성하는 전극 (5) 측에서 재차 전자가 공급되어, 철 (Ⅱ) 이온으로 환원되고 다시 애노드를 구성하는 전극 (6) 측에서 산화된다.
다음으로 제어 장치 (11)는 처리 개시시부터 30 분 후에 제1 처리 단계를 일단 종료시키고 제2 처리 단계로서 각 전극 (5, 6)의 극성을 전환하여 도 3에 나타내는 바와 같이 백금으로 구성된 전극 (5)을 애노드로 하고 철로 구성된 전극 (6)을 캐소드로 하여 통전한다.
이에 따라, 애노드를 구성하는 전극 (5)에서는 피처리수 중에 함유되는 염화물 이온이 전자를 방출하여 염소를 생성한다. 그리고, 이 염소는 물에 용해되어 차아염소산을 생성한다. 여기서, 애노드를 구성하는 전극 (5)은 전술한 바와 같이 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있는 귀금속으로서 백금 등의 귀금속 전극에 의해 구성되어 있으며, 또한 피처리수 중 (실제로 처리 대상이 되는 수도물 중)에는 염화물 이온이 존재하고 있기 때문에 쉽게 차아염소산 및 오존 등의 활성 산소가 생성될 수 있게 된다. 또한, 다른 쪽 캐소드를 구성하는 전극 (6)에서는 피처리수 중에 함유되는 수소 이온이 전자를 취입하여 수소 가스를 생성한다.
이에 따라, 피처리수 중에 생성된 (발생된) 차아염소산 및 오존 또는 활성 산소는 전술한 바와 같이 반응식 3에서 생성되어 피처리수 중에 용해된 암모니아와 반응식 4에 나타내는 바와 같이 반응하여 질소 가스로 탈질 처리된다. 또한, 피처리수 중의 암모니아 (암모늄 이온)은 오존 등의 활성 산소와 반응식 5에 나타내는 바와 같이 반응하여, 이에 따라서도 질소 가스로 탈질 처리된다.
<반응식 4>
NH3+HClO→NH2Cl+H2O
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O
NH2Cl+NHCl2→N2↑+3HCl
<반응식 5>
NH3(aq)+3(O)→N2↑+3H2O
이에 따라, 피처리수 중에 생성된 암모니아를 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다. 또한, 피처리수 중에 함유된 질산 형태의 질소 및 인 화합물이 전술한 바와 같은 처리에 의해 피처리수 중에서 제거되는 효과는 도 4에 나타낸 바와 같은 실험 결과에 의해서도 나타난다. 도 4는 피처리수 중에 함유된 질산 형태의 질소 중에서 피처리수 중의 질소의 총량 및 인의 총량을 처리 개시 시점, 처리 개시시부터 1 시간 경과 후 (즉, 극성 전환을 2 번 행하고, 제1 처리 단계 및 제2 처리 단계를 한번 씩 행한 시점), 2 시간 경과 후, 3 시간 경과 후, 4 시간 경과 후에 각각 1 ㎖를 샘플링하고 HACH사 제조 비색 분석 장치 DR4000을 사용하여 해당 샘플링 액을 각 분석 대상마다 다른 비율로 희석한 후, 정량한 것이다.
즉, 처리 개시 시점에서의 피처리수 중의 질소의 총량은 140 mg/L, 질산 형태의 질소량은 140 mg/L, 인의 총량은 62 mg/L이었다. 처리 개시시로부터 1 시간 경과후에서의 피처리수 중의 질소의 총량은 144 mg/L, 질산 형태의 질소량은 119 mg/L, 인의 총량은 13 mg/L이었다. 또한, 처리 개시시부터 2 시간 경과 후에서의 피처리수 중의 질소의 총량은 111 mg/L, 질산 형태의 질소량은 96 mg/L, 인의 총량은 2 mg/L이었다. 처리 개시시부터 3 시간 경과 후에서의 피처리수 중의 질소의 총량은 91 mg/L, 질산 형태의 질소량은 81 mg/L, 인의 총량은 1.5 mg/L이었다. 처리 개시시부터 4 시간 경과 후에서의 피처리수 중의 질소의 총량은 84 mg/L, 질산 형태의 질소량은 75 mg/L, 인의 총량은 0.5 mg/L이었다.
이에 따라, 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물은 전술한 바와 같은 전기 화학적 처리를 행함으로써 효과적으로 처리할 수가 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 동일 처리조에서 처리할 수 있고 종래와 같이 대형의 생물적 처리조를 설치할 필요가 없게 되어 설비 건설 비용의 증가 및 장치 설치 면적의 증대를 회피할 수 있게 된다.
또한, 생물적 처리에 있어서 필요로 하는 탈질소 세균의 번잡한 유지 작업이 필요없으며, 또한 안정된 높은 질소 및 인의 처리 효율을 제공할 수 있게 된다.
다음으로 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 질소 및 인 처리 방법을 실현하기 위한 또 하나의 다른 실시예로서의 배수 처리 장치 (21)에 대해서 설명한다. 도 5 및 도 6은 배수 처리 장치 (21)의 개요를 나타내는 설명도이다. 또한, 도면 중에서 도 1과 동일 부호로 표시하는 것은 동일 또는 동일한 기능을 발휘하는 것이다.
이 실시예의 배수 처리 장치 (21)는 처리실 (4) 내의 피처리수 중에 적어도 일부가 침지하도록 대향 배치되는 한쌍의 전극 (22, 23)과 해당 전극 (22, 23)에 통전하기 위한 전원 (24)와, 마찬가지로 처리실 (4) 내의 피처리수 중에 적어도 일부가 침지하도록 대향하여 배치되는 한쌍의 전극 (25, 26)과, 해당 전극 (25, 26)에 통전하기 위한 전원 (27)과, 이들 전원 (24), (27)을 제어하기 위한 제어 장치 (28)로 구성되어 있다.
한쪽의 한쌍의 전극 (22, 23)은 철 재료에 의해 구성되어 있으며, 또한 다른 쪽의 한쌍의 전극 (25, 26)은 귀금속, 예를 들면 백금, 이리듐, 팔라듐 또는 그의 산화물을 포함하는 불용성 전극 등의 도전체에 의해 구성되어 있다. 또한, 이 실시예에서 전극 (25, 26)은 백금에 의해 구성된다.
여기서, 도 7을 참조하여 이러한 실시예에 관한 실험을 행한 결과를 나타낸다. 이 실험에서 사용된 피처리수는 1OO mM의 KCl, 1O mM의 KNO3, 2 mM의 K2HPO4
에 의해 구성되어 있다. 또한, 각 전극 (22, 23) 또는 (25, 26)은 정전류 0.5 A로 통전한다.
처리 개시시, 제1 처리 단계로서 제어 장치 (28)는 전원 (24)을 ON으로 하고, 전원 (27)은 OFF로 한다. 그리고, 양 전극이 철로 구성된 전극 (22, 23)에 통전한다. 이에 따라, 상기 피처리수는 전기 화학적 방법으로서의 전해 처리가 행하여지고 애노드를 구성하는 전극 (23)은 전술한 바와 같이 철로 구성되어 있으므로 전극 (23)으로부터 철 (Ⅱ) 이온이 피처리수 중에 용출되어, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된다.
생성된 철 (Ⅲ) 이온은 반응식 1에 나타내는 바와 같이 탈인 반응에 의해 피처리수 중의 인산 이온과 응집 침전하여 수난용성 인산철을 생성한다.
<반응식 1>
Fe3++PO4
3-→FePO4↓
이에 따라, 피처리수 중에 함유된 인 화합물로서의 인산 이온을 인산철로서 침전 처리할 수 있다.
한편, 캐소드를 구성하는 전극 (22) 측에서는 애노드를 구성하는 전극 (23) 측에서 생성된 전자가 공급되어 피처리수 중에 함유되는 질산 형태의 질소로서의 질산 이온이 아질산 이온으로 환원된다 (반응식 2).
<반응식 2>
NO3
-+H2O+2e-→NO2
-+2OH-
또한, 아질산 이온으로 환원된 질산 형태의 질소는 캐소드를 구성하는 전극 (22)측에서 전자가 공급되어, 암모니아 (암모늄 이온)으로 환원된다 (반응식 3).
<반응식 3>
NO2
-+5H2O+6e-→NH3(aq)+7OH-
또한, 전자의 공급을 위해 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온의 상태로 용출되어 전극상 또는 피처리수 중에서 산화된 철 (Ⅲ) 이온의 일부는 캐소드를 구성하는 전극 (22) 측에서 재차 전자가 공급되어, 철 (Ⅱ) 이온으로 환원되고 다시 애노드를 구성하는 전극 (23)측에서 산화된다.
다음으로 제어 장치 (11)는 제1 처리 단계 종료 후, 제2 처리 단계로서 처리 개시시로부터, 예를 들면 약 4 시간 후에 전원 (24)을 OFF로 하고, 전원 (27)을 ON으로 한다. 그리고, 양 전극이 백금으로 구성된 전극 (25, 26)에 통전한다. 이에 따라, 애노드를 구성하는 전극 (26)에서는 피처리수 중에 함유되는 염화물 이온이 전자를 방출하여 염소를 생성한다. 그리고, 이 염소는 물에 용해되어 차아염소산을 생성한다. 이 때 동시에 미량의 오존 등의 활성 산소도 생성된다. 또한, 다른 쪽 캐소드를 구성하는 전극 (25)에서는 피처리수 중에 함유되는 수소 이온이 전자를 취득하여 수소 가스를 생성한다.
이에 따라, 피처리수 중에 생성된 (발생된) 차아염소산 및 오존 또는 활성 산소는 전술한 바와 같이 반응식 3에서 생성되고, 피처리수 중에 용해된 암모니아와 반응식 4에 표시하는 바와 같이 반응하여, 질소 가스로 탈질 처리된다. 또한, 피처리수 중의 암모니아 (암모늄 이온)는 오존 등의 활성 산소와 반응식 5에 나타낸 바와 같이 반응하여, 이에 의해서도 질소 가스로 탈질 처리된다.
<반응식 4>
NH3+HClO→NH2Cl+H2O
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O
NH2Cl+NHCl2→N2↑+3HCl
<반응식 5>
NH3(aq)+3(O)→N2↑+3H2O
이에 따라, 피처리수 중에 생성된 암모니아를 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다. 또한, 피처리수 중에 함유된 질산 형태의 질소 및 인 화합물이 전술한 바와 같은 처리에 의해 피처리수 중에서 제거되는 효과는 도 7에 나타낸 바와 같은 실험 결과에 의해서도 표시된다. 도 7은 피처리수 중에 함유된 질소의 총량, 피처리수 중에서의 질산 형태의 질소량, 피처리수 중에서의 암모니아 형태의 질소량 및 피처리수 중에서의 인의 총량을 처리 개시 시점, 처리 개시시부터 8 시간 경과 후까지 1 시간 경과마다 각각 1 ㎖를 샘플링하고, HACH사 제조 비색 분석 장치 DR4000을 사용하여 해당 샘플링 액을 각 분석 대상 마다 다른 비율로 희석한 후, 정량한 것이다.
처리 개시 시점부터 4 시간 경과 후까지는 제1 처리 단계로서 철 전극 (22, 23)에 의해 피처리수의 전해 처리가 행하여 진다. 제1 처리 단계를 행하는 개시 시점에서의 피처리수 중의 질소의 총량은 154 mg/L, 질산 형태의 질소량은 137 mg/L, 암모니아 형태의 질소량은 0, 인의 총량은 62 mg/ℓ이었다. 이에 대하여 처리 개시 시점으로부터 4 시간 후, 즉 제1 처리 단계 종료시에서의 피처리수 중의 질소의 총량은 106 mg/L, 질산 형태의 질소량은 12 mg/L, 암모니아 형태의 질소량은 101.7 mg/L, 인의 총량은 1 mg/L이었다.
이에 따라, 제1 처리 단계에서 철 전극 (22, 23)에 의해서 피처리수 중의 전해 처리를 행하면 피처리수 중의 질산 형태의 질소가 전술한 바와 같이 반응하여, 암모니아 형태의 질소를 생성함을 알 수 있다. 또한, 피처리수 중의 인의 총량은 처리 개시 시점과 4 시간 경과 후를 비교함으로써, 거의 모두가 처리됨을 알 수 있다.
또한, 처리를 개시한 후 4 시간 경과 후에서 8 시간 경과 후까지는 제2 처리 단계로서 백금 전극 (25, 26)에 의해 피처리수의 전해 처리가 행하여 진다. 이에 의하면 각 값은 전술한 바와 같은 제1 처리 단계 종료 후의 값으로부터, 제2 처리 단계 종료 후의 피처리수 중의 질소의 총량은 18 mg/L, 질산 형태의 질소량은 18 mg/L, 암모니아 형태의 질소량은 1 mg/L으로 변화한 것을 알 수 있다.
이에 따라, 제2 처리 단계로서 백금 전극 (25, 26)에 의해서 피처리수 중의 전해 처리를 행하면 상기 철 전극 (22, 23)에 의한 전해 처리에 의해 피처리수 중에 생성된 암모니아 형태의 질소가 전술한 바와 같이 반응하여 질소 가스로 탈질 처리됨을 알 수 있다.
이상으로부터 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물은 전술한 바와 같은 전기 화학적 처리를 행함으로써 효과적으로 처리할 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 동일 처리조에서 처리할 수 있고 종래와 같이 대형의 생물적 처리조를 설치할 필요가 없게 되고, 설비 건설 비용의 증가 및 장치 설치 면적의 증대를 회피할 수 있게 된다.
또한, 생물적 처리에 있어서 필요한 탈질소 세균의 번잡한 유지 작업이 필요없으며, 또한 안정된 높은 질소 및 인의 처리 효율을 제공할 수 있게 된다.
또한, 상기 철 전극 (22, 23)은 전해 처리시 제어 장치 (28)에 의해 적시에 극성을 전환한다. 이에 따라, 전해에 의해서 애노드를 구성하는 한쪽의 전극 (23)만이 용출되는 것을 방지할 수가 있고, 교대로 균등하게 전극 (22, 23)을 용출시킴으로써 사용 기간의 연장을 도모할 수 있게 된다. 또한, 애노드를 구성하는 전극 (22) (극성을 전환한 경우에는 전극 (23))의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지할 수 있어, 애노드를 구성하는 전극 (22) (또는 전극 (23))의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다.
또한, 상기 백금 전극 (25, 26)도 전해 처리시에 있어 제어 장치 (28)에 의해 적시에 극성을 전환한다. 이에 따라, 전술한 바와 같이 캐소드를 구성하는 전극 (25) (또는 전극 (26))의 표면에 생기는 피막 형성 (스케일)을 방지할 수 있어, 유효 면적의 감소를 미연에 회피할 수 있게 된다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 피처리수 중에 한쌍의 전극을 적어도 일부 침지하고, 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하여 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계를 행함으로써 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시키고 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중에서 또는 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 피처리수를 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소로 처리하는 제2 처리 단계를 행하기 때문에 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 제2 처리 단계에서 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 피처리수 중에 첨가하기 때문에, 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 제1 처리 단계에서 한쌍의 전극 재료를 철로 하여 각 전극의 극성을 전환하기 때문에 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 제2 처리 단계에서, 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 전기 화학적 방법에 의해 피처리수 중에 발생시키기 때문에, 각별한 장치로써 차아염소산, 오존 또는 활성 산소를 발생시키는 일 없이, 피처리수 중의 암모니아 또는 암모늄 이온을 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소와 반응시킬 수 있고, 보다 한층 효율적으로 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 해당 암모니아 또는 암모늄 이온을 함유하는 피처리수 중에서 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시키기 때문에 비교적 존재 시간이 짧은 오존, 또는 활성 산소가 효과적으로 암모니아 또는 암모늄 이온의 탈질 처리에 공헌할 수 있고, 처리 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 캐소드를 구성하는 전극 재료를 전기 화학적 방법에 의해 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시키는 것이 가능한 귀금속 또는 귀금속을 피복한 도전체에 의해 구성하며, 또한 한쌍의 전극의 극성을 전환함으로써 제2 단계를 실행하기 때문에 쉽게 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있고, 효과적으로 암모니아 또는 암모늄 이온의 탈질 처리를 행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 방법으로서, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 철 전극에 의해 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계, 및 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극에 의해, 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제2 처리 단계를 포함하기 때문에, 제1 처리 단계에서 한쌍의 철 전극 중 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시켜, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여, 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중의 철 (Ⅱ) 이온으로부터 철 (Ⅲ) 이온으로의 산화력에 의해 한쌍의 철 전극 중의 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 처리 단계의 종료 후, 제2 처리 단계에서 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극에 의해 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리함으로써 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있으므로 제1 처리 단계에서 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 각 처리 단계에서 한쌍의 전극의 극성을 전환하기 때문에, 제1 처리 단계에서 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수가 있게 된다. 또한, 제2 처리 단계에서, 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 캐소드를 구성하는 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극의 표면에 생기는 피막 형성 (스케일)을 방지하여 캐소드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 장치에서, 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 차아염소산을 생성하는 차아염소산 발생 수단을 구비하고 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 도전체로 하고 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하기 때문에 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시켜, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중에서 또는 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 차아염소산 발생 수단에 의해 생성된 차아염소산을 피처리수 중에 공급하기 때문에 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 한쌍의 전극 재료를 철로 하며, 또한 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 설치하였기 때문에 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 것으로써 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하고 캐소드를 구성하는 한쪽의 전극 재료를 귀금속 또는 귀금속을 피복한 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 전극 재료를 철로 하였기 때문에 쉽게 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시키는 것이 가능해지고, 효과적으로 암모니아 또는 암모늄 이온의 탈질 처리를 행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 장치에서, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 철 전극과, 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 귀금속 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극을 구비하기 때문에, 한쌍의 철 전극 중 애노드를 구성하는 전극으로부터 피처리수 중에 철 (Ⅱ) 이온을 용출시켜, 피처리수 중에서 철 (Ⅲ) 이온으로 산화된 해당 철 (Ⅲ) 이온과 피처리수 중의 인 화합물로서의 인산 이온이 화학적으로 반응하여, 피처리수 중의 인 화합물을 인산철로서 침전 처리할 수 있게 된다.
또한, 피처리수 중에서, 또는 한쌍의 철 전극 중의 캐소드에서 피처리수 중의 질소 화합물로서의 질산 이온을 아질산 이온 및 암모니아 또는 암모늄 이온으로 환원 처리할 수 있게 된다.
또한, 한쌍의 귀금속 전극에 의해 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리함으로써 피처리수 중에 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있고, 이에 따라 피처리수 중에 생성된 암모니아 또는 암모늄 이온을 효율적으로 질소 가스로서 탈질 처리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 각 한쌍의 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하기 때문에 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 애노드를 구성하는 철 전극의 표면에 생기는 산화철 등의 피막 형성을 방지하여 애노드의 부동태화를 미연에 회피할 수 있게 된다. 또한, 전기 화학적 방법 (전해)에 의해 캐소드를 구성하는 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극의 표면에 생기는 피막 형성 (스케일)을 방지하여 유효 면적의 감소를 미연에 회피할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 배수 처리 장치의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 2는 다른 실시예의 배수 처리 장치의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 3은 또다른 실시예의 배수 처리 장치의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 4는 다른 실시예의 배수 처리 장치에 관한 실험을 행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 또다른 실시예의 배수 처리 장치의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 6은 또다른 실시예의 배수 처리 장치의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 7은 또다른 실시예의 배수 처리 장치에 관한 실험을 행한 결과를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간략한 설명>
1, 20, 21: 배수 처리 장치
2: 처리조
4: 처리실
5, 16, 22, 25: 캐소드 전극
6, 17, 23, 26: 애노드 전극
7, 18, 24, 27: 전원
11, 28: 제어 장치
13: 차아염소산 발생 장치
14: 차아염소산 생성조
15: 생성실
Claims (12)
- 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 방법으로서,상기 피처리수 중에 한쌍의 전극을 적어도 일부 침지하고, 캐소드를 구성하는 한쪽의 상기 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 상기 전극 재료를 철로 하여 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계, 및상기 제1 처리 단계의 종료 후, 상기 피처리수를 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소로 처리하는 제2 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 처리 단계에서 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 상기 피처리수 중에 첨가하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 처리 단계에서 상기 한쌍의 전극 재료를 철로 하여 각 전극의 극성을 전환하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 처리 단계에서 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 전기 화학적 방법에 의해 상기 피처리수 중에 발생시키는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
- 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 캐소드를 구성하는 전극 재료를 전기 화학적 방법에 의해 차아염소산, 오존, 또는 활성 산소를 발생시킬 수 있는 귀금속 또는 해당 귀금속을 피복한 도전체에 의해 구성하고, 또한상기 한쌍의 전극의 극성을 전환함으로써 제2 처리 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
- 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 방법으로서,상기 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 철 전극에 의해, 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제1 처리 단계, 및상기 제1 처리 단계의 종료 후, 상기 피처리수 중에 적어도 일부가 침지된 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극에 의해, 전기 화학적 방법으로 해당 피처리수를 처리하는 제2 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 각 처리 단계에서 상기 한쌍의 전극의 극성을 전환하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 방법.
- 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 장치로서,상기 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 상기 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 차아염소산을 생성하는 차아염소산 발생 수단을 구비하고,캐소드를 구성하는 한쪽의 상기 전극 재료를 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 상기 전극 재료를 철로 하며, 또한상기 차아염소산 발생 수단에 의해 생성된 차아염소산을 상기 피처리수 중에 공급하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 한쌍의 전극 재료를 철로 하며, 또한 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 장치.
- 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 장치로서,상기 피처리수에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 전극과, 각 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하고,캐소드를 구성하는 한쪽의 상기 전극 재료를 귀금속 또는 귀금속을 피복한 도전체로 하고, 애노드를 구성하는 다른 쪽의 상기 전극 재료를 철로 한 것을 특징으로 하는 배수 처리 장치.
- 피처리수 중의 질소 화합물 및 인 화합물을 처리하는 배수 처리 장치로서,상기 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 철 전극, 및상기 피처리수 중에 적어도 일부가 침지되어, 전기 화학적 방법에 의해 해당 피처리수를 처리하기 위한 한쌍의 귀금속 전극 또는 귀금속을 피복한 도전체 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 각 한쌍의 전극의 극성을 전환하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배수 처리 장치.
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