KR100626793B1

KR100626793B1 - 탈황 폐수의 총질소 제거 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100626793B1
Application number: KR1020040074958A
Authority: KR
Inventors: 전치중; 김종성; 이남희; 권병기; 김광수; 김부한; 주효영
Original assignee: 한국전력기술 주식회사; (주)에이엠티기술
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2006-09-21
Also published as: KR20060026510A

Abstract

본 발명은 화력발전소의 배연가스에 포함된 황성분을 제거하기 위하여 사용된 탈황폐수로부터 난분해성 N-S계 화합물의 결합을 제거함과 동시에 질산성 질소(NO₃ ^--N), 아질산성 질소(NO₂ ^--N), 암모니아성 질소(NH ₃-N, NH₄ ⁺-N), 시안(CN^-) 상태로 포함된 질소 성분을 제거하기 위하여 사용되는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 탈황 폐수 내의 슬러지를 제거하는 슬러지 제거 수단; 상기 슬러지 제거 수단에서 배출되는 탈황 폐수를 유입받아 배출시키는 반응기 하우징, 상기 하우징의 내부에 설치되어 탈황 폐수를 전기 분해시키는 다수의 전극판, 상기 다수의 전극판 중 양최측단에 설치된 전극판에 전류를 인가시켜 주는 전원 공급 수단으로 이루어진 전기 분해 수단으로 구성된다.

탈황 폐수, 전기 분해, 총질소, 시안, N-S 화합물, COD

Description

탈황 폐수의 총질소 제거 장치 및 그 방법{Apparatus for Removing Total Nitrogenous Compound from Desulfurization Waste Water And Method Thereof}

도 1은 본 발명에 따른 전기 분해조의 구조를 설명하기 위한 사시도.

도 2는 도 1의 절단면 A-A'를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에서 전극판의 대전 상태를 설명하기 위한 예시도.

도 4는 본 발명에서 폭기용 공기 공급 과정을 설명하기 위한 단면도.

도 5는 본 발명에서 공기 공급 과정을 설명하기 위한 블록도.

도 6은 본 발명에서 전기 분해와 전기 분해 및 폭기 조건에서의 분해율을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

20 : 전기 분해조 30 : 전극판

40 : 반응기 하부판 41 : 그루브

42 : 노즐판 43 : 노즐

44 : 어댑터 45 : 연결부

본 발명은 탈황 폐수의 총질소 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화력발전소에서의 배연가스에 포함된 황성분을 제거하기 위하여 사용된 탈황수로부터 난분해성 N-S계 화합물(질소와 황 화합물)의 결합을 제거함과 동시에 질산성 질소(NO₃ ^--N), 아질산성 질소(NO₂ ^--N), 암모니아성 질소(NH ₃-N, NH₄ ⁺-N) 상태로 포함된 질소 성분을 제거하기 위하여 사용되는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 최근 산업이 발전하고 생활이 윤택해지면서 전력사용량이 매년 크게 늘어남에 따라 전기를 생산하는데 필요한 화석 연료도 그에 따라 더욱 많이 소모되고 있다.

화석 연료인 석탄이 연소될 때에 발생하는 주요 오염 물질의 하나는 SO₂이며, 배연 가스 중 SO₂의 전형적인 함량은 500~2,000ppmv 이다. SO₂는 산성비의 원인 물질로 인체에 직접적인 해를 줄뿐만 아니라 동식물에도 막대한 영향을 끼친다.

따라서, 상기 SO₂ 성분은 수처리를 통하여 제거하는데, 이 과정에서 탈황폐수가 발생되는 것이다.

탈황폐수의 성분 중에서 N-S계 화합물은 배기 가스 중의 NO₂와 SO₂가 반응하여 생성되며, NOx 성분 중에는 NO가 약 95%를 차지하고 NO₂가 약 5% 정도를 차지한다. 이 중에서 수용성 NO₂가 N-S 화합물로 일부 전환된다.

상기와 같은 탈황폐수를 처리하기 위한 종래 기술은 다음과 같은 과정을 통하여 이루어진다.

1. 1차 처리과정

(1) 1차 응집조

응집보조제(PAA)를 이용하여 폐수 내의 부유 물질을 응집시킨다.

(2) 1차 침전조

상기 1차 응집조에서 응집된 침전물을 침강 분리한다.

(3) 1차 반응조

N-S 화합물을 20%의 NaNO₂을 이용하여 제거한다.

6가 크롬을 10%의 FeSO₄를 이용하여 3차 크롬으로 환원시켜 준다

(4) 1차 pH 조정조

20%의 NaOH를 이용하여 pH 2에서 pH 5로 조정한다.

(5) 분배조

각 공정별로 발생되는 폐수의 임시 집수조이다.

2. 2차 처리 과정

(1)일시/일상 폐수조

1차 처리된 폐수 및 일시 폐수를 저장하여 수질을 균일화시키고, 폭기에 의한 COD 산화처리를 한다.

(2) 냉각기/냉각탑

1차 반응에서 상승된 폐수의 온도를 냉각 처리한다.

(3) 2차 반응조

20%의 NaOH를 이용하여 pH 7의 반응 조건을 형성한다.

25%의 CaCl₂를 이용하여 불소를 제거한다.

10%의 킬레이트 화합물(Chelate Reagent)를 이용하여 중금속을 제거한다.

금속이온(Al³⁺, Fe³⁺)과 수산화 침전물을 형성한다.

(4) 2차 응집조

응집 보조제를 이용하여 폐수 내 부유 물질을 응집시킨다.

(5) 2차 침전조

부유물질을 침강시켜 분리한다.

3. 3차 처리 과정

(1) 3차 반응조

20% NaOH를 이용하여 pH 10.5의 반응 조건을 형성한다.

5%의 Na₂CO₃을 주입하여 칼슘 성분을 제거한다.

주입된 20%의 NaOH에 의해 마그네슘이온은 침전물을 형성하여 잔존불소를 제거한다.

금속이온(Mn²⁺, Cr³⁺)을 수화물과 반응시켜 응집시킨다.

(2) 3차 응집조

응집 보조제를 주입하여 폐수 내의 부유 물질을 응집시킨다.

(3) 3차 침전조

응집된 부유 물질을 침강 분리한다.

(4) 2차 pH 조정조

압력 여과기 및 활성탄 여과기 등을 보호하기 위하여 35%의 HCl을 주입하여 pH 3으로 유지한다.

12%의 NaOCl을 주입하여 잔류 환원제를 산화시킨다.

4. 여과 및 흡착 처리 과정

(1) 균등수조

유입된 폐수의 집수조이다.

(2) 압력여과기

무연탄(Anthracite) - 모래 - 자갈로 구성되어, 잔류하는 부유 물질을 여과 처리한다.

(3) 활성탄여과기

2차 여과 및 유분, COD, 잔류 염소를 제거한다.

(4) 3차 pH 조정조

pH 3으로 유지한다.

12%의 NaOCl을 주입하여 세륨 방출을 방지하고, 환원 물질을 최종적으로 산화시킨다.

(5) 여과수조

여과 처리된 폐수의 집수조이다.

여과 처리된 폐수는 상기 여과기들의 역세수로 이용된다.

(6) 불소 흡착탑

불소를 흡착 제거하여, 불소 농도를 리터당 10mg에서 2mg으로 감소시켜 준다.

(7) 4차 pH 조정조

20%의 NaOH를 이용하여 pH 3에서 pH 7로 조정한다.

(8) 감시조

처리수의 수질 감시를 위한 샘플링을 한다.

상기와 같이 이루어지는 종래의 탈황 폐수 처리 방법은 상기 1차 처리 과정의 1차 반응조에서 이루어지는 N-S 화합물의 제거 과정에서 N-S 화합물의 제거를 위해 또 다른 질소 성분인 NO₂ ^-를 주입하기 때문에 결과적으로 총질소량을 증가시키고 있다.

그리고, NO₂ ^- 제거를 위해 NaOCl을 주입하고 있으나, 질소 성분의 완전 분해가 아닌 단순히 NO₂ ^-를 NO₃ ^-로 전환시키는데 그치고 있어, 탈황 폐수 내 총질소 성분이 오히려 증가되는 문제점을 안고 있다.

특히, N-S 화합물을 제거하기 위해 산화제로 과량의 차아염소산 나트륨이 사용되고, 여분의 산화제를 환원시키기 위한 환원제로 아황산수소나트륨이 다시 주입 되고 있어 약품 비를 가중시키고, 다량의 화학 약품 사용으로 인한 2차 공해의 발생 우려가 있다.

한편, 질소 성분이 제거 되지 않은 폐수가 강이나 호수에 배출될 경우 부영양화가 초래되어 녹조가 발생할 수 있으며, 바다로 유입될 경우 적조가 발생하여 생태계를 파괴하는 문제를 일으킬 수 있으며, 또한 지하수로 흘러들어 질소 성분이 포함되어 있는 지하수를 사람이 장기적으로 음용할 경우 암이나 유아의 청색증(blue baby syndrome)을 유발할 수 있다.

이에 따라 총질소 배출 허용 기준을 강화시켜 모든 폐수 배출 시설에 대하여 규제하고 있으나, 현재까지 일반적인 폐수 내의 질소 성분을 제거하는 기술은 생물학적 처리 방법만이 상용화되었을 뿐, 탈황 폐수와 같이 다량의 중금속을 함유하고 있는 폐수에 대해 총질소를 저감하는 기술은 전무한 상태이며, 처리기술 개발이 시급한 실정이다.

또한, 현재 폐수 내의 질소 성분의 분해를 위해 일반적으로 사용하고 있는 기술은 생물학적인 분해 방법이나 운전에 필요한 탄소원이 추가 투입되어야 하기 때문에 많은 운전비가 필요하며, 반응시간이 길기 때문에 설비를 갖추기 위한 대규모의 부지가 필요하다.

그리고, 운전조건(pH조절, 온도, 폐수성분)이 까다롭고, 폐수에 중금속과 같은 독성물질이 포함되어 있을 경우 적용이 곤란하다는 단점(미생물 사멸)이 있으며, 탈황 폐수에는 고농도의 염소이온이 존재하므로 생물학적 처리 방법을 적용하기 어렵다.

그 외의 질소 제거 기술로는 여과, 역삼투압법, 이온교환수지, 증발응축법 등 물리적인 방법이 시도되고 있으나, 이들 기술의 경우 질소 성분을 원천적으로 분해하는 것이 아니고 단지 분리하여 농축하기 때문에 이 농축된 질소 성분을 재처리해야 하는 문제점을 가지고 있다.

또 다른 방법인 여과(Filtration), 탄소 흡착(Carbon Adsorption), 전기 투석(Electro Dialysis), 역 삼투압(Reverse Osmosis), 선택적 이온 교환(Selective Ion Exchange) 및 증발 (Evaporation)법과 같은 물리화학적 방법도 사용되고 있으나, 이 기술들은 질소를 분해하는 것이 아니고 단지 질소를 분리하여 농축 처리하는 방법이기 때문에 사후 재처리해야 하는 문제점을 가지고 있다.

그리고, 최근 몇 가지 시도되고 있는 기술로 미국에서 개발한 금속 분말과 술팜산(Sulfamic acid)을 이용하여 질소를 제거하는 방법과 폐 금속 칩(chip)을 이용해 질소를 제거하는 기술이 안출되어 사용되고 있으나, 전자의 경우 질소를 제거하기 위해 투입되는 유기물의 일종인 술팜산이 총 질소를 증가시킬 우려와 함께 투입된 금속 분말을 다시 회수하여야 하는 문제가 있으며, 후자의 폐 금속 칩을 이용하는 경우에는 전처리 단계에서 반드시 산 세척을 해야 하는데 따른 2차 오염을 유발시키게 되는 문제와 함께 폐 금속 칩으로부터 해리(解離)되어 나오는 중금속을 회수하여야 하는 문제점이 있다. 시안의 제거에는 알칼리염소법을 비롯하여 오존산화법, 전해산화법, 폭기법, 미생물분해법, 산성탈기법, 순치활성슬러지법 등이 사용된다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 황성분이 포함된 연료의 배기 가스로부터 황성분을 제거하기 위해 사용된 탈황 폐수 내에 존재하는 난분해성 N-S계 화합물의 결합을 제거하여 분해하기 쉬운 상태로 만들고, 동시에 질소 성분이 포함된 폐수를 전기 분해하여 질소 성분을 신속하게 분리하여 공기 중으로 방출함으로 폐수 처리 능력을 최대화시키고, 저렴한 처리 비용으로 운용할 수 있으면서 2차 오염 물질을 파생시키지 않는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명은 기존의 질소 성분 제거를 위한 수처리 기술인 생물학적 처리 기술 또는 물리화학적 처리 기술(진공 농축법, 이온 교환법, 약품투입법 등)을 대체할 수 있는 기술이며, 다양한 형태로 존재하는 질소 성분을 전기화학적 산화 및 환원 반응의 제어를 통해 최종적으로 질소 가스 형태로 전환하여 총질소를 제거할 수 있는 기술인 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탈황 폐수 내의 슬러지를 제거하는 슬러지 제거 수단; 상기 슬러지 제거 수단에서 배출되는 탈황 폐수를 유입받아 배출시키는 반응기 하우징, 상기 하우징의 내부에 설치되어 탈황 폐수를 전기 분해시키는 다수의 전극판, 상기 다수의 전극판 중 양최측단에 설치된 전극판에 전류를 인가시켜 주는 전원 공급 수단으로 이루어진 전기 분해 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치를 제공한다.

상기 슬러지 제거 수단은 탈황 폐수에 포함된 불소 성분, 중금속 성분, 금속 이온 중 적어도 어느 하나를 화학적으로 침전 분리시켜 배출하는 기능을 가지고 있다.

그리고, 본 발명은 상기 전기 분해 수단의 상기 하우징의 내부 하단에 설치되어 상기 다수의 전극판 사이로 폭기용 공기를 공급하는 폭기 수단, 상기 폭기 수단에 공기를 공급해 주는 공기 공급 수단을 더 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명은 (a) 탈황 폐수 내의 슬러지를 화학적으로 침전 분리하여 제거하는 단계; (b) 슬러지가 제거된 탈황 폐수를 음양극의 직류가 대전된 전극판을 통과시켜서, N-S 화합물, NO₃ ^-, NH₃, 시안(CN^-), COD 중에서 탈황 폐수에 포함된 적어도 어느 하나의 성분을 전기 분해하여 제거하는 단계로 이루어지는 탈황 폐수의 총질소 제거 방법을 아울러 제공한다.

상기 (a) 단계는 슬러지를 제거한 후에 탈황 폐수의 전기 전도도를 높이기 위한 전기 전도도 조정제를 투입하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 탈황 폐수의 총질소 제거 장치 및 그 방법에 따라 처리되는 탈황 폐수에는 불소, 다종의 중금속, 다종의 금속 이온, 황성분, 질소 성분, CN, COD 등과 같은 성분이 포함되어 있다.

본 발명에 따라 상기와 같은 성분들이 포함된 탈황 폐수를 처리하는 과정은 다음과 같이 이루어진다.

1. 1차 처리과정

(1) 응집조

응집 보조제(PAA)를 이용하여 폐수 내의 부유 물질을 응집시킨다.

(2) 침전조

응집된 부유 물질을 침강 분리 제거한다.

2. 2차 처리과정

(1) 폐수조

상기 1차 처리 과정에서 처리된 폐수의 수질을 균질화시킨 후에, 폭기를 이용하여 COD를 산화 처리한다.

(2) 반응조(반응 조건 : pH 7(20%의 NaOH 이용)

(가) 불소 제거((25%의 CaCl₂ 이용)

CaCl₂ + 2F^- → CaF₂↓ + 2Cl^-

CaCl₂ 중화 : CaCl₂ + 2NaOH → Ca(OH)₂ + 2NaCl

(나) 중금속의 제거(10%의 Chelate Reagent 이용)

구리, 납, 수은 등을 제거

(다) 금속이온과 수산화 침전물 형성

Al³⁺ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3Na⁺

Fe³⁺ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3Na⁺

(3) 응집조

응집 보조제(PAA)를 이용하여 폐수 내의 부유 물질을 침전시킨다.

(4) 침전조

침전된 부유 물질을 침강 분리시켜 제거한다.

3. 3차 처리과정

(1) 반응조

(가) 칼슘성분 제거(5%의 Na₂CO₃을 주입)

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl

(나) 잔존 불소 제거(20%의 NaOH를 주입하여 pH를 10.5로 조정)

Mg²⁺ + 2NaOH + F^- → Mg(OH)₂·F↓ + 2Na⁺

(다) 금속이온과 수화물 형성

Mn²⁺ + 2NaOH → Mn(OH)₂↓ + 2Na⁺

Cr³⁺ + 3NaOH → Cr(OH)₃↓ + 3Na⁺

(2) 응집조

(3) 침전조

침전물을 침강시켜 분리한다.

(4) 전기분해조

(가) N-S 화합물 결합 해제

(나) NO₃ ^- 및 NH₃ 제거

(다) CN^- 제거

(라) COD 제거

(마) pH 자동 변화(11 → 7)

4. 4차 처리 과정

(1) 압력여과기(Anthracite - 모래 - 자갈로 구성)

잔류하는 부유물질 처리(SS의 제거 : 30㎎/ℓ → 2㎎/ℓ)

상기와 같이 이루어지는 처리 과정에 있어서 pH의 변화 과정을 요약하면 다음과 같다.

1. 2차 처리 과정의 반응조 : 5 → 7(적정 pH 유지)

2. 3차 처리 과정의 반응조 : 7 → 11(불소 제거 및 Mg(OH)₂의 용해도 유지)

3. 3차 처리 과정의 전기 분해조 : 11 → 7(N-S COD, 총질소(TN), CN, COD 성분 제거 반응 조건, 방류 pH 조건 자동 유지)

또한, 상기 3차 처리 과정에 있어서 전기 분해 반응에 의하여 처리된 질소성분, N-S 화합물, COD, 시안(CN^-)의 제거 반응 과정은 다음과 같다.

1. 질산성 및 아질산성질소 제거 반응 기구

(1) 직접 산화 반응

(가) 산성 폐수

NO₃ ^- + 10H⁺ + 8e^- = NH₄ ⁺ + 3H ₂O

2NO₃ ^- + 12H⁺ + 10e^- = N₂(g) + 6H₂O

(나) 중성 & 알칼리성

NO₃ ^- + 3H₂O + 5e^- = 1/2N₂(g) + 6OH^-(식 1+2)

NO₃ ^- + 6H₂O + 8e^- = NH₃ + 9OH^-(식 1+4)

NO₃ ^- + H₂O + 2e^- = NO₂ ^- + 2OH ^-(식 1)

NO₂ ^- + 2H₂O + 3e^- = 1/2N₂(g) + 4OH^-(식 2)

2NO₂ ^- + 3H₂O + 4e^- = N₂O + 6OH^-(식 3)

NO₂ ^- + 5H₂O + 6e^- = NH₃ + 7OH^-(식 4)

(2) 간접산화 반응

Cl- → Cl₂(gas) →　OCl^-

Cl₂ ＋ OH^- = OCl^- ＋ H⁺ ＋ Cl^-

2NH₃ ＋ 2OCl^- = N₂ ＋ 2HCl ＋ 2H₂O

2. N-S계 화합물 제거 반응 기구

2NH(SO₃)₂ + 2H₂O + 4e^- = N₂ ＋ 2SO₄ ^2- + 4 H⁺

3. COD 제거 반응 기구(OCl^-를 이용한 간접 산화방식으로 제거)

유기 오염물질(Organic Pollutant) + OCl^- = CO₂ + H₂O + 중간물질(Intermediate)

유기물(Organic) + HOCl = 유기산화물(Organic Oxidized) + Cl₂

4. 시안(CN^-) 제거 반응 기구(OCl^-를 이용한 간접 산화방식으로 제거)

CN^- + OCl^- = CNO^- + Cl^-

2CNO^- + 3OCl^- + H₂O = 2CO₂ + N₂ + 2OH^- + 3Cl^-　　　

한편, 상기와 같이 3차 처리 과정에서 사용되는 전기 분해조에 대하여 첨부한 도면 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저, 상기 3차 처리 과정에서의 반응조에 저장된 폐수의 양은 항상 일정 수위를 유지하고 있어야 한다. 즉, 폐수의 처리는 연속적으로 처리되는 것이기 때문 에 폐수의 전기 전도도와 pH를 일정치로 유지하기 위해서는 상기 전해질 및 pH 조정제도 유입되는 폐수의 양에 대응하여 일정한 양으로 투입되어야 하기 때문이다.

상기와 같이 상기 3차 처리 과정의 반응조로부터 탈황 폐수를 공급받아 각종 물질들을 전기 분해하는 전기 분해조(20)는 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 일측에 상기 3차 처리 과정의 반응조로부터 폐수를 유입받아 타측으로 배출하도록 탱크 구조로 되어 있으며, 상기 전기 분해조(20) 내부에는 다수의 전극판(30)이 설치되어 있다.

상기 다수의 전극판(30)은 다수 중에서 일측단에 설치되어 양극 전압이 인가되는 양극판(31), 타측단에 설치되어 음극 전압이 인가되는 음극판(33), 상기 양극판(31)과 음극판(33) 사이에 배치되는 다수의 제 1대전판(32) 및 제 2대전판(34), 상기 양극판(31)에 직류 양극을 부가하는 양극 단자(35), 상기 음극판(33)에 직류 음극을 부가하는 음극 단자(36)로 구성된다.

상기 양극판(31) 및 음극판(33)과 제 1대전판(32)의 일단부는 상기 전기 분해조(20)의 배면 내측면에 밀착되고, 상기 제 2대전판(34)은 반대로 상기 전기 분해조(20)의 전면 내측면에 밀착되어 있다.

상기와 같이 다수의 전극판의 일단부가 각각 전기 분해조(20)의 전면과 배면의 내측면에 밀착되면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 유입구(21)와 유출구(22) 사이에 수로가 지그재그 형태로 형성되어, 수로의 길이가 늘어나는 이점이 있다.

따라서, 상기 유입구(21)를 통하여 유입되는 폐수는 양극판(31)과 제 2대전판(34)의 첫 번째의 제 2대전판(34) 사이로 유입되어 순차적으로 제 1대전판(32)과 제 2대전판(34)에 의하여 형성된 지그재그 형태의 수로를 따라 이동하면서 유출구(22)로 배출된다.

상기와 같은 구조로 이루어지는 전극판(30)에 공급되는 전원은 정전압 전원부로부터 전압을 인가받는 것이 바람직한데, 그 이유는 운전이 시작됨에 따라 상기 전기 분해조(20)에 폐수가 유입되어 수위가 정상수위까지 높아질 때와 운전이 종료되면서 전기 분해조(20)의 수위가 낮아질 경우에 전기 분해조(20) 내부에 존재하는 폐수의 양에 맞춰 전류가 인가되도록 하여 폐수의 분해율을 일정하게 유지하기 위한 것이다.

그리고, 상기와 같이 양단에 양극판(31)과 음극판(33)을 배치하고, 그 중간에는 제 1대전판(32) 및 제 2대전판(34)을 배치한 상태에서 상기 양극판(31)과 음극판(33)에만 직류 양극 및 음극을 인가하면 양극판(31)에 인접해 있는 첫 번째의 제 2대전판(34)의 대응면에는 음전하가 대전되고, 그 반대면에는 양전하가 대전되며, 이에 인접해 있는 첫 번째의 제 1대전판(32)의 대응면에는 다시 음전하가 대전되고, 그 반대면에는 양전하가 대전되며, 이와 같은 식으로 상기 음극판(33)에 인접한 마지막 제 2대전판(34)의 대응면에는 양전하가 대전된다.

따라서, 상기 양극판(31) 및 음극판(33)과 제 1대전판(32) 및 제 2대전판(34) 사이에는 교대로 양전하 또는 음전하가 대전된 상태이기 때문에 이들에 의하여 형성된 수로를 통과하는 폐수는 전기 분해될 수 있는 것이다.

한편, 상기 전기 분해조(20)의 하단에 있는 전기 분해조 하부면(40)에는 공기가 공급될 수 있는 그루브(41)가 형성되어 있으며, 상기 그루브(41)가 형성된 전 기 분해조의 하부면(40) 위에는 다수의 노즐(43)이 형성된 노즐판(42)이 장착되어 있다.

그리고, 상기 전기 분해조의 하부면(40)의 일측에는 공기 유로가 그 내부에 형성된 어댑터(44)가 장착되며, 상기 어댑터(44)의 일측에 형성된 연결부(45)에는 공기 펌프(50)로부터 공급되는 압축 공기가 유량 조절기(52)에 의하여 일정 유량으로 공급된다.

상기 노즐(43)을 통하여 상기 전기 분해조(20) 내에 공급되는 공기는 상기 전기 분해조(20)에 수용되어 있는 폐수의 양에 맞게 일정한 양으로 공급되어야 하며, 배출되는 기포의 크기가 일정하면서 균일하게 배출되어야 한다.

이를 위해서 본 발명에서는 상기 공기 펌프에서 배출되는 공기의 압력과, 상기 전기 분해조(20)에 수용되는 폐수의 양을 감안하여 상기 유량 조절기(52)의 유량을 제어부(60)를 통하여 제어하도록 하였다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 공기를 전기 분해조(20) 내부에 공급하는 구조를 그루브(41)가 형성된 전기 분해조의 하부면(40), 노즐(43)이 형성된 상기 노즐판(42)을 통하여 구현하였지만, 경우에 따라서는 노즐이 형성된 파이프를 상기 전극판(30)에 의하여 형성된 수로와 같은 지그재그 형태로 적어도 하나로 가공하여 상기 전기 분해조(20) 내부 하단에 설치하여 사용할 수도 있다.

상기 노즐(43)의 직경은 배출되는 공기 방울의 크기를 결정하는 요인이므로 최적의 폭기를 위하여 0.1∼1.0mm로 하는 것이 바람직하다. 왜냐 하면, 0.1mm보다 작게 하면 전체 기포의 표면적이 너무 커져서 폐수와 전극간의 접촉을 방해하는 요 인으로 작용하고, 1.0mm보다 크면 전체 기포의 표면적이 너무 작어서 충분한 교반 효과를 얻을 수 없기 때문이다. 따라서, 약 0.5mm 정도의 직경으로 노즐(43)을 형성하는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기 노즐(43)을 통하여 공급되는 공기의 양이 폐수의 양에 대하여 1 내지 3정도의 비율로 공급되는 것이 바람직한데, 상기와 같이 노즐(43)의 직경이 0.5mm 정도로 이루어진 상태에서 폐수의 양에 대하여 1배보다 적은 양으로 공급되면 충분한 교반 효과를 얻을 수 없고, 3배보다 많은 양으로 공급되면 기포의 양이 너무 많아져 폐수와 전극간의 접촉이 방해되어 전기 분해 효율이 떨어지는 요인으로 작용하기 때문이다.

상기와 같이 폭기를 위하여 전기 분해조(20) 내부에 설치된 공기 공급 수단에 의한 폐수의 전기 분해 성능을 살펴보면 아래와 같다.

본 발명에 따른 폭기 장치를 구비한 폐수의 총질소 제거용 전기 분해 장치를 이용하여 전기 분해할 때에 폭기 여부에 따른 분해 효율을 살펴보면 표 1과 같다.

번호	조건	시작 pH 값	초기TN 농도(ppm)	10분 (ppm)	20분 (ppm)	30분 (ppm)	최종 분해율
1	전기분해	8.12	545.4	368.8	247.26	151.2	72.3%
2	전기분해 + 폭기	8.12	525.4	359.65	173.31	76.28	85.5%
3	전기분해 + 폭기	8.12 -> 8~9	525.4	376.65	157.56	58.04	89.0%
4	전기분해 + 폭기	8.12 -> 9~10	525.4	294.5	132.66	51.98	90.1%
5	전기분해 + 폭기	8.12 -> 10~11	525.4	331.1	165.66	60.12	88.6%

표 1 및 도 6에서 보는 바와 같이, 1번의 전기분해 조건에서만 처리할 경우 보다 2~4번의 전기 분해 및 폭기하는 경우의 총질소(TN) 분해율이 높다는 것을 알 수 있으며, 물론 폐수의 pH에 따라서 분해율이 달라지기 때문에 분해율을 높이기 위해서는 폐수의 종류에 따라 최적의 pH를 유지할 필요가 있다.

상기와 같은 결과를 통하여, 전기 분해기에 공기를 공급하는 것은 전기 분해 중인 폐수를 교반시키기 때문에 전기 전도도와 pH를 균일하게 유지하도록 하여 전기 분해율을 높이는 것으로 판단할 수 있으며, 폐수 중에서 발생되어 전극판(30)에 부착된 기포를 제거하여 전극판의 유효 면적을 확대시켜 주는 작용을 한다는 것을 알 수 있다.

또한, 폐수 중에 함유된 질산성질소는 아질산성질소를 거쳐 암모니아로 전환되고, 음극판에서 발생한 염소에 의하여 만들어진 차염소이온과 반응하여 질소가스로 전환되어 대기 중으로 방출된다.

이 과정에서 암모니아가 차염소이온과 만나기 전에 폭기에 의해서 공기 중으로 날아가기 때문에 효율이 향상되는 것이다.

그리고, 상기 설명과 같이 pH가 높을 때 전기 분해 효율이 향상되는 것을 관찰할 수 있는데, 이 결과는 바로 폭기에 의하여 암모니아가 제거된다는 사실을 뒷받침한다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 전기 분해조(20) 내에서는 상기 3차 처리 과정에서 설명한 바와 같이, N-S 화합물, NO₃ ^-, NH₃, 시안(CN^-), COD를 전기 분해하여 제거한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 탈황 폐수 내에 포함된 불소 성분, 중금속, 금속 이온이 포함된 슬러지와 총질소, N-S 화합물, 시안, COD를 효율적으로 제거한다.

그리고, 상기와 같은 성분들을 제거하면서 추가적인 2차 오염물질을 생성하지 않아 처리 비용을 절감시켜 준다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

탈황 폐수 내의 슬러지를 제거하는 슬러지 제거 수단;

상기 슬러지 제거 수단에서 배출되는 탈황 폐수를 유입받아 저장하는 폐수조;

상기 폐수조로부터 공급받은 탈황폐수의 pH와 전기전도도를 조정하기 위한 반응조;

양극전류가 인가되는 양극판, 음극전류가 인가되는 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 배치되는 다수의 대전판으로 구성되는 전기분해기를 포함하며, 상기 양극판, 다수의 대전판 및 음극판의 각 일단이 그 내측의 일면에 교대로 서로의 반대편에 밀착되어 지그재그 형태의 수로가 형성되도록 함으로써 상기 반응조로부터 공급되는 탈황 폐수를 상기 수로를 통과시키면서 전기분해하는 전기분해조; 및

상기 전기분해기에 전원을 공급하는 전원공급수단;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 슬러지 제거 수단은 탈황 폐수에 포함된 불소 성분, 중금속 성분, 금속 이온 중 적어도 어느 하나를 화학적으로 침전 분리시켜 배출하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 전기 분해 수단의 상기 하우징의 내부 하단에 설치되어 상기 다수의 전극판 사이로 폭기용 공기를 공급하는 폭기 수단, 상기 폭기 수단에 공기를 공급해 주는 공기 공급 수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치.
(a) 탈황 폐수 내의 슬러지를 화학적으로 침전 분리하여 제거하는 단계;

(b) 슬러지가 제거된 상기 탈황 폐수의 전기전도도를 높이기 위하여 전기전도도 조정제를 투입하는 단계;

(c) 슬러지가 제거된 탈황 폐수를 양극전류가 인가되는 양극판, 음극전류가 인가되는 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 배치되는 다수의 대전판으로 구성되는 전기분해기를 포함하며, 상기 양극판, 다수의 대전판 및 음극판의 각 일단이 그 내측의 일면에 교대로 서로의 반대편에 밀착되어 지그재그 형태의 수로가 형성되도록 함으로써 상기 반응조로부터 공급되는 탈황 폐수를 상기 수로를 통과시키면서 전기분해하는 전기분해조를 통과시켜서, N-S 화합물, NO₃ ^-, NH₃, 시안(CN^-), COD 중에서 탈황 폐수에 포함된 적어도 어느 하나의 성분을 전기 분해하여 제거하는 단계로 이루어지는 탈황 폐수의 총질소 제거 방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 반응조내의 탈황 폐수의 전기전도도를 조정하기 위하여 전해질을 공급하기 위한 전해질 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 반응조내의 탈황 폐수의 pH를 조정하기 위한 pH조정제 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈황 폐수의 총질소 제거 장치.