KR100909209B1 - 물 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학반응에 의해서 피처리수 중의 (아) 질산이온을 환원하고, 생성된 암모니아를 질소가스로 바꾸어 피처리수로부터 제거하는 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해 실현하기 위한 장치 구성과, 환원반응이나 탈질소반응의 진척상황, 캐소드나 애노드의 처리능력의 저하 등을 자동적으로 검지하기 위한, 상기 물 처리장치를 이용한 검지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전기화학반응에 의해서 (아) 질산이온을 환원하는 캐소드(15)와, 애노드(16)와, 이들을 수용하는 전해조(10)와, 전해조(10) 내의 수소가스농도를 측정하는 수소가스 센서(30)를 구비하는 물 처리장치의 전해조(10) 내에 피처리수를 도입하여 통전하고, 수소가스 센서(30)의 측정값이나 전해조(10)의 제어전류값에 기초하여 (아) 질산이온의 환원반응의 완료나 캐소드(15)의 환원반응능력의 저하를 검지한다.

Description

물 처리장치{WATER TREATMENT DEVICE}
본 발명은 생물적 탈질처리방법을 이용하지 않고 전기화학반응에 의해서 탈질소처리를 행하기 위한 물 처리장치에 관한 것이다.
공장폐수, 생활용 배수, 지하수 등에 용존하는 질산이온, 아질산이온, 암모니아 등의 질소성분은 수질오염의 원인물질이기 때문에 상기 질소성분의 제거수단을 개발하는 것은 아주 중요하다.
상기 질소성분 중 질산이온, 아질산이온 등의 산화능 질소를 제거하는 방법으로서, 종래, 탈질소균을 이용하는 생물적 탈질법이 알려져 있지만 상기 탈질소균 등의 생체촉매는 그 활동의 정도가 온도에 따라 좌우되기 때문에 질소성분의 제거능력이 계절에 따라서 크게 변동한다는 문제가 있다.
한편, 일본 특허 공개 평11-347558호 공보에는 탈질소균 등의 생체촉매를 이용하지 않고 전기화학반응에 의해서 상기 질소성분을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
전기화학반응에 의한 질소성분의 제거처리에 있어서는 캐소드에서 하기 반응식(1)에 나타내는 질산이온의 환원반응이, 애노드에서 하기 반응식(2) 및 반응식(3)에 나타내는 반응이 생긴다. 하기 반응식(4)은 캐소드에서 발생한 암모니아와 애노드에서 발생한 차아염소산의 반응에 의해서 질소가스가 발생, 휘발되는 것을 나타내는 식이다.
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이러한 전기화학반응을 이용하여 피처리수의 탈질소처리를 행하는 장치는 생물적 탈질법과 같이 계절에 따라 질소성분의 제거능력이 변동한다는 문제가 없고, 또한, 생체촉매의 보수 관리에 수고를 들일 필요가 없다.
그러나, 상기 전기화학반응에 의한 탈질소처리에서는 전해조로의 통전량이나 피처리수 중에서의 전해질의 용존량을 엄밀하게 제어, 조정할 필요가 있다. 또한, 이들의 충분한 제어, 조정이 도모되지 않는 경우에는 질산이온의 환원반응이 진행하지 않게 되거나, 과대한 전류를 흘려서 전극쌍에 손상이 생기거나, 질산이온보다 독성이 높은 암모니아가 고농도로 함유되는 처리수가 생겨 버리는 문제를 초래한다.
그래서, 본 발명의 목적은 전기화학반응에 의해서 피처리수 중의 (아) 질산이온을 환원하고, 또한 생성된 암모니아를 질소가스로 바꾸어 피처리수로부터 제거하는 일련의 물 처리공정을, 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성을 제공하는 것이다.
(제 1 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 1 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 (아) 질산이온을 환원하는 캐소드와,
애노드와,
상기 캐소드 및 애노드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조 내의 수소가스농도를 측정하는 수소가스 센서와,
상기 수소가스 센서의 측정값 및 상기 전해조의 제어전류값에 기초하여 (아) 질산이온의 환원반응의 완료를 검지하는 환원반응완료 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 물 처리장치에는 수소가스 센서가 설치되어 있다. 그 때문에, 전기화학반응에 의해서 피처리수 중의 (아) 질산이온을 암모니아로 환원하고, 또한 상기 암모니아를 질소가스로 분해 제거하는 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에, 전해조 내에서 발생하는 수소가스의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있다. 또한, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서,(i) 제어전류값에 대해서 수소가스농도가 적을 때(전해조 내의 수소가스농도가 상기 캐소드 및 애노드에 흐르는 제어전류의 값으로부터 상정되는 농도보다 하회할 때)에는 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온의 양이 많은 것으로 판단할 수 있다. 한편,(ii) 제어전류값에 대해서 수소가스농도가 많을 때(전해조 내의 수소가스농도가 상기 제어전류값으로부터 상정되는 농도를 초과할 때)에는 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온의 함유량이 적은 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 물 처리장치에 의하면 캐소드 및 애노드에 흐르는 제어전류값, 수소가스 센서에 의해 측정된 전해조 내의 수소가스농도, 제어전류값과 수소가스농도의 상관 데이터, 및 상기 환원반응완료 검지수단에 의해서 상기(i) 또는(ii) 중 어느 하나에 해당하는지를 판단할 수 있다. 또한, 상기(i)에 해당하는 것으로 판단한 경우에는 (아) 질산이온의 환원반응이 완료한 것으로 하여 그 반응을 종료할 수 있고, 이것에 의해, 불필요한 전기화학반응의 실행과 이것에 따른 비용의 낭비를 방지할 수 있다. 한편, 상기(ii)에 해당하는 것으로 판단한 경우에는 상기 환원반응이 아직 완료되어 있지 않은 것으로 하여 상기 반응을 계속/개시할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 제 1 물 처리장치는 (아) 질산이온의 환원반응의 완료를 자동적으로 검지하고, 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행하기 위한 장치 구성으로서 바람직하다.
상기와 같이, 제 1 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 자동적으로 (아) 질산이온의 환원반응의 완료를 검지할 수 있다.
즉, 상기 환원반응의 완료의 검지방법은 상기 제 1 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 전해조 내의 수소가스농도를 측정하고, 상기 수소가스농도의 측정값과 상기 전해조의 제어전류값에 기초하여 (아) 질산이온의 환원반응의 완료를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 있어서는 전해조 내에서 발생하는 수소가스의 농도의 경시변화를 포착하기 위해, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 전해조 내의 수소가스농 도를 수소가스 센서에 의해서 측정하는 순서가 짜여져 있다. 수소가스농도의 측정값과 제어전류값에 기초하는 상기 환원반응의 완료의 검지에는 상기 제 1 물 처리장치와 마찬가지로, 제어전류값, 전해조 내의 수소가스농도, 제어전류값과 수소가스농도의 상관 데이터, 및 상기 환원반응완료 검지수단에 의해서 행하면 좋다. 이러한 검지방법은 탈질소처리를 수반하는 물 처리장치의 자동제어에 있어서 (아) 질산이온의 환원반응의 완료를 자동적으로 판단하는 방법으로서 바람직하다.
(제 2 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 2 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 (아) 질산이온을 환원하는 캐소드와,
애노드와,
상기 캐소드 및 애노드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조 내의 수소가스농도를 측정하는 수소가스 센서와,
상기 수소가스 센서의 측정값에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 환원반응능력 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 물 처리장치에는 수소가스 센서가 설치되어 있다. 그 때문에, 본 발명에 관한 제 1 물 처리장치와 마찬가지로, 상기 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에 전해조 내에서 발생하는 수소가스의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있다. 또한, 상기 제 2 물 처리장치에 의하면 수소가스 센서의 측정값 및 그 경시변화에 기초하여 캐소드에 의한 (아) 질산이온이 환원반응능력의 저하를 검지할 수 있다. 예컨대,(I) 수소가스 센서에 의해서 측정된 전해조 내의 수고가스농도가 소정의 값을 나타내었을 때의 상기 전해조에 흐르는 제어전류값을 기초로 하여 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온의 농도를 추정하고,(II) 제어전류값과, 추정 (아) 질산이온농도와, 캐소드에 의한 (아) 질산이온의 환원반응능력의 데이터를 기초로, 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온을 환원하기 위해 필요한 통전시간을 추정하고, 또한,(III) 이렇게 하여 추정된 환원반응의 소요 통전시간과, 실제로 환원반응을 완료하기 위해 필요한 통전시간의 상위에 기초하여 캐소드의 환원반응능력이 저하하고 있는 것인지의 여부를 검지할 수 있다.
상기 제 2 물 처리장치는 상기(I)~(III)의 순서를 행하는데다가,
상기 수소가스 센서의 측정값 및 상기 전해조의 제어전류값에 기초하여 피처리수의 (아) 질산이온농도를 추정하는 (아) 질산이온농도 추정수단과,
상기 (아) 질산이온농도 추정수단에 의해 추정된 (아) 질산이온농도, 상기 제어전류값 및 캐소드의 환원반응능력값에 기초하여 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온을 환원하기 위해 필요한 통전시간을 추정하는 소요 통전시간 추정수단을 추가로 구비하고, 또한,
상기 환원반응능력 검지수단이, 상기 소요 통전시간 추정수단에 의해 추정된 추정 소요 통전시간과 실제의 소요 통전시간의 상위에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 것이 바림직하다.
상기와 같이, 제 2 물 처리장치에 의하면 수소가스 센서와 환원반응능력 검지수단을 사용하여 전기화학반응에 의해서 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온을 환원하기 위해 필요한 것으로 추정되는 시간과, 실제로 환원처리에 필요한 시간의 차를 구함으로써 캐소드의 환원처리능력의 저하를 자동적으로 또한 조기에 검지할 수 있다. 또한, 캐소드의 교환의 필요성을 자동적으로 판단할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 제 2 물 처리장치 및 그 바람직한 형태는 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성으로서 바림작하다.
상기와 같이, 제 2 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 자동적으로 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지할 수 있다.
즉, 상기 반응능력저하의 검지방법은 상기 제 2 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 전해조 내의 수소가스농도를 측정하고, 그 측정값에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 있어서는 전해조 내에서 발생하는 수소가스의 농도의 경시변화를 포착하기 위해, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 전해조 내의 수소가스농도를 수소가스 센서에 의해서 측정하는 순서가 짜여져 있다. 피처리수의 (아) 질산이온농도의 추정에는, 상기 제 2 물 처리장치와 마찬가지로, 제어전류값, 전해조 내의 수소가스농도, 제어전류값과 수소가스농도의 상관 데이터, 및 (아) 질산이온농도 추정수단에 의해서 행하면 좋다.
상기 검지방법은 상기(I)~(III)의 순서를 행하는데다가, 상기 수소가스 센서의 측정값과 상기 전해조의 제어전류값에 기초하여 피처리수의 (아) 질산이온농도를 추정하고, 또한 상기 제어전류값과, 상기 추정 질산이온농도와, 캐소드의 환원 반응능력값에 기초하여 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온을 환원하기 위해 필요한 통전시간을 추정한 후, 상기 추정 소요 통전시간과 실제의 소요 통전시간의 상위에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 것이 바람직하다.
이들 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 있어서 캐소드의 환원반응능력의 저하를 자동적으로 검지하는 방법으로서 바람직하다.
(제 3 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 3 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드와,
캐소드와,
상기 애노드 및 캐소드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조에 저류되는 피처리수의 잔류염소농도를 측정하는 잔류 염소 센서와,
상기 잔류 염소 센서의 측정값에 기초하여 탈질소반응의 완료를 검지하는 탈질소반응완료 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 물 처리장치에는 잔류 염소 센서가 설치되어 있다. 그 때문에, 상기 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에 피처리수에 함유되는 잔류 염소의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있다.
상기 일련의 물 처리공정에 있어서 피처리수에는 암모니아와 반응하여 이것을 질소가스로 분해하기 위한 잔류 염소가 필요하게 된다 그래서, 종래, 예컨대, 피처리수에 염화물 이온을 도입하여 애노드 반응에 의해서 차아염소산(이온)을 생성시키거나, 피처리수 중에 직접 차아염소산(이온)을 도입하는 처리가 채용되고 있다. 여기서, 피처리수 중에 도입/생성된 차아염소산(이온)은 탈질소처리의 진행과 함께 소비되는 것이므로 그 양은 통상, 경시적으로 감소한다. 따라서,(a) 잔류 염소 센서에 의해서 측정된 차아염소산(이온) 등의 잔류염소농도에 변화가 보이지 않거나, 또는, 증가의 경향을 나타내어 소정의 값을 초과하는 농도가 측정될 때에는 피처리수 중에 탈질소처리를 필요로 하는 양의(전기화학반응에 의한 탈질소처리가 가능한 양의) 암모니아가 함유되어 있지 않은 것으로 판단할 수 있다. 반대로,(b) 잔류염소농도가 점차 감소하고, 소정의 값을 하회하는 농도가 측정될 때에는 피처리수 중에 탈질소처리를 필요로 하는 양의 암모니아가 잔존하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 물 처리장치에 의하면 잔류 염소 센서에 의해 측정된 피처리수의 잔류염소농도에 기초하여 탈질소처리해야 할 암모니아의 존재여부[즉, 상기 (a) 또는 (b) 중 어느 하나에 해당하는가]를 판단할 수 있다. 또한, 상기 (a)에 해당하는 것으로 판단한 경우에는 탈질소반응(암모니아의 분해 및 제거처리)이 완료한 것으로 판단하여 상기 반응을 종료시킬 수 있다. 즉, 탈질소반응의 종료를 검지할 수 있다. 한편, 상기(b)에 해당하는 것으로 판단한 경우에는 탄질소반응이 아직 완료되어 있지 않은 것으로 판단하여 상기 반응을 계속/실행할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 제 3 물 처리장치는 탈질소반응의 완료를 자동적으로 판단하여 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한, 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성으로서 바람직하다.
상기 제 3 물 처리장치는 상기 전해조 내의 수소가스농도를 측정하는 수소가스 센서를 추가로 구비하고, 또한, 상기 탈질소반응완료 검지수단이, 상기 잔류 염소 센서의 측정값과 상기 수소가스 센서의 측정값에 기초하여 탈질소반응의 완료를 검지하는 것이 바람직하다.
전기화학반응에 의한 (아) 질산이온의 환원반응 및 탈질소반응에 의하면 피처리수의 (아) 질산이온농도가 어느 정도 이상인 경우에 캐소드에 있어서는 주로 (아) 질산이온의 환원반응(암모니아의 생성반응)이 생긴다. 한편, (아) 질산이온농도가 저하하고, 또한, 그 환원물인 암모니아의 분해반응도 진행하여 그 농도가 저하하면 캐소드에서는 물의 전기분해에 따른 수소의 발생이 주가 된다.
따라서, 상기 제 3 물 처리장치에 있어서의 바람직한 형태에 의하면 전해조 내의 잔류염소농도의 변화와, 수소가스농도의 변화를 측정함으로써 탈질소반응이 완료한 것을 보다 한층 정확하게 검지할 수 있다.
상기와 같이, 제 3 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 자동적으로 탈질소반응의 완료를 검지할 수 있다.
즉, 상기 반응완료의 검지방법은 상기 제 3 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 잔류염소농도를 측정하고, 상기 잔류염소농도의 측정값에 기초하여 탈질소반응의 완료를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 의하면 피처리수의 잔류염소농도의 경시변화를 포착하기 위해, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 피처리수의 잔류염소농도를 잔류 염소 센서 에 의해서 측정하는 순서가 짜여져 있다. 탈질소반응의 완료의 검지에는, 상기 제 3 물 처리장치와 마찬가지로, 잔류 염소 센서에 의한 측정값의 경시변화를 이용하면 좋다.
상기 검지방법은 상기 물 처리장치의 바람직한 형태에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 잔류염소농도와 전해조 내의 수소가스농도를 측정하고, 상기 잔류염소농도 및 수소가스농도의 측정값에 기초하여 탈질소반응의 완료를 검지하는 것이 보다 바람직하다.
이들 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 있어서 탈질소반응의 완료를 자동적으로 판단하는 방법으로서 바람직하다.
(제 4 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 4 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드,와
캐소드와,
상기 애노드 및 캐소드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조에 저류되는 피처리수의 잔류염소농도를 측정하는 잔류 염소 센서와,
상기 잔류 염소 센서의 측정값에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 잔류 염소 생성능력 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 물 처리장치에는 잔류 염소 센서와 잔류 염소 생성능력 검지수단이 설치되어 있다. 그 때문에, 상기 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에 피처 리수에 함유되는 잔류 염소의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있고, 또한, 상기 농도의 측정값 및 그 경시변화에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 자동적으로 검지할 수 있다.
예컨대, 우선, 피처리수의 (아) 질산이온농도와, 잔류 염소 센서에 의해서 측정된 잔류염소농도에 기초하여, 피처리수 중의 (아) 질산이온을 암모니아로 환원하기 위해 필요한 잔류 염소의 양을 추정한다. 이어서, 상기 소요 잔류 염소량에 따른 차아염소산(이온)을 생성시킬 수 있는 염화물 이온의 양을 추정하고, 애노드의 염화물 이온 생성능력 등의 데이터를 고려하여 차아염소산(이온)의 생성에 알맞는 양의 염화물 이온원(예컨대, 식염수 등)을 전해조에 도입한다. 여기서, (아) 질산이온의 환원에 필요한 것으로 추측된 염화물 이온의 양에 비해서, 환원반응을 달성하기 위해 실제로 도입된 염화물 이온의 양이 많은 경우에는, 애노드에 있어서의 차아염소산(이온) 등의 잔류 염소를 생성하는 능력이 저하하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제 4 물 처리장치는 애노드에 의한 잔류 염소 생성능력의 저하의 판단을 보다 한층 용이하게 또한 정확하게 행하는데다가,
상기 잔류 염소 센서의 측정값 및 상기 피처리수의 (아) 질산이온량에 기초하여 상기 (아) 질산이온의 환원 생성물인 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 잔류 염소량을 추정하는 소요 잔류 염소량 추정수단을 추가로 구비하고, 또한,
상기 잔류 염소 생성능력 검지수단이, 상기 소요 잔류 염소량 추정수단에 의 해 추정된 추정 소요 잔류 염소량과 실제의 소요 잔류 염소량의 상위에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명의 제 4 물 처리장치에 있어서의 바람직한 형태에 있어서 피처리수의 (아) 질산이온량은, 예컨대, (아) 질산이온미터 등에 의해서 실측한 값이어도 좋고, 전해조로의 제어전류값과 전해조 내의 수소가스의 양으로부터 추측한 값이어도 좋다.
상기 제 4 물 처리장치 및 그 바람직한 형태는 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성으로서 바람직하다.
상기와 같이, 제 4 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 자동적으로 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지할 수 있다.
즉, 이러한 검지방법은 상기 제 4 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 잔류염소농도를 측정하고, 그 잔류염소농도의 측정값에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 있어서는 피처리수의 잔류염소농도의 경시변화를 포착하기 위하여, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 피처리수의 잔류염소농도를 잔류 염소 센서에 의해서 측정하는 순서가 짜여져 있다. 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하는, 상기 제 4 물 처리장치와 마찬가지로, 예컨대, 환원반응에 필요한 잔류 염소량을 추정하여 피처리수의 잔류 염소량의 측정값을 기초로, 환원반응의 실행에 필요한 잔류 염소량을 구하고, 이것을 추정값과 비교함으로써 검지하면 좋다.
상기 검지방법은 상기 판단을 보다 한층 용이하게 또한 확실하게 행하는데다가, 상기 잔류염소농도의 측정값과 상기 피처리수의 (아) 질산이온량에 기초하여, 상기 (아) 질산이온의 환원 생성물인 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 잔류 염소량을 추정한 후, 상기 추정 소요 잔류 염소량과 실제의 소요 잔류 염소량의 상위에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것이 바람직하다.
이들 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 있어서 애노드의 차아염소산 생성능력의 저하를 자동적으로 판단하는 방법으로서 바람직하다.
(제 5 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 5 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 (아) 질산이온을 환원하는 캐소드와,
애노드와,
상기 캐소드 및 애노드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조에 저류되는 피처리수의 질산이온농도를 측정하는 (아) 질산이온미터와,
상기 (아) 질산이온미터의 측정값에 기초하여 (아) 질산이온의 환원반응의 종료를 검지하는 환원반응종료 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 5 물 처리장치에는 질산이온미터 및/또는 아질산이온미터가 설치되어 있다. 그 때문에, 상기 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있다. 또한, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 (아) 질산이온미터에 의해서 측정된 피처리수의 (아) 질산이온농도가, 암모니아로의 환원처리와 탈질소처리를 필요로 하지 않을 정도로 낮은 경우에는 불필요한 전기분해를 행하는 일없이, 자동적으로 물처리를 종료할 수 있다. 즉, (아) 질산이온미터의 측정값에 기초하여 (아) 질산이온의 환원반응의 종료를 검지할 수 있다. 한편, (아) 질산이온농도가 환원처리를 필요로 할 정도로 높은 경우에는 전기분해의 계속/실행을 자동적으로 판단할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 제 5 물 처리장치는 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성으로서 바람직하다.
상기와 같이, 제 5 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 (아) 질산이온의 환원반응의 종료를 검지할 수 있다.
즉, 이러한 검지방법은 상기 제 5 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 (아) 질산이온농도를 측정하고, 그 (아) 질산이온농도의 측정값에 기초하여 (아) 질산이온의 환원반응의 종료를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 있어서는 피처리수의 (아) 질산이온농도의 경시변화를 포착하기 위해, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 피처리수의 (아) 질산이온농도를 (아) 질산이온미터에 의해서 측정하는 순서가 짜여져 있다. 이러한 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 의해서 물처리의 완료를 자동적으로 판단하는 방법으로서 바람직하다.
(제 6 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 6 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 (아) 질산이온을 환원하는 캐소드와,
애노드와,
상기 캐소드 및 애노드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조에 저류되는 피처리수의 (아) 질산이온농도를 측정하는 (아) 질산이온미터와,
상기 (아) 질산이온미터의 측정값에 기초하여 캐소드의 암모니아 생성능력의 저하를 검지하는 암모니아 생성능력 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 6 물 처리장치에는 질산이온미터 및/또는 아질산이온미터와, 암모니아 생성능력 검지수단이 설치되어 있다. 그 때문에, 상기 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있고, 또한, 상기 농도의 측정값 및 그 경시변화에 기초하여 캐소드의 암모니아 생성능력의 저하를 자동적으로 검지할 수 있다.
예컨대, 우선, (아) 질산이온미터의 측정값에 기초하여 피처리수 중의 (아) 질산이온을 환원하여 얻어지는 암모니아의 양과, 그 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 유효 염소[예컨대, 차아염소산(이온) 등]의 양을 추정하여, 전해조 내에 도입한다. 여기서, 차아염소산(이온) 등의 유효 염소를 도입하여도 (아) 질산이온농도가 감소하지 않을 때, 또는, 감소의 속도가 예상보다 느린 경우에는 캐소드에 있어서의 암모니아의 생성능력이 저하하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제 6 물 처리장치는 캐소드에 의한 암모니아 생성능력의 저하의 판단을 보다 한층 용이하게 또한 확실하게 행하는데다가,
상기 (아) 질산이온미터의 측정값에 기초하여, (아) 질산이온의 환원에 의해 얻어지는 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 유효 염소량을 추정하는 소요 유효 염소량 추정수단을 추가로 구비하고, 또한,
상기 암모니아 생성능력 검지수단이, 상기 소요 유효 염소량 추정수단에 의해 추정된 추정 소요 유효 염소량과 실제의 소요 유효 염소량의 상위에 기초하여 캐소드의 암모니아 생성능력의 저하를 검지하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명의 제 6 물 처리장치 및 그 바람직한 형태는 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성으로서 바람직하다.
상기와 같이, 제 6 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 자동적으로 캐소드의 암모니아 생성능력의 저하를 검지할 수 있다.
즉, 이러한 검지방법은 상기 제 6 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 (아) 질산이온농도를 측정하고, 상기 (아) 질산이온농도의 측정값에 기초하여 캐소드의 암모니아 생성능력의 저하를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 있어서는 피처리수의 (아) 질산이온농도의 경시변화를 포착하기 위해, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 피처리수의 (아) 질산이온농도를 (아) 질산이온미터에 의해서 측정하는 순서가 짜여져 있다. 캐소드의 암모니아 생성 능력의 저하는, 상기 제 6 물 처리장치와 마찬가지로, 예컨대, 피처리수의 (아) 질산이온농도의 실측값에 기초하여, 피처리수 중의 (아) 질산이온을 환원하여 얻어지는 암모니아의 양과, 그 암모니아를 분해하기 위해 필요한 유효 염소(잔류 염소)량을 구하고, 이어서, 상기 추정 소요 유효 염소량과 실제의 소요 유효 염소량과 비교함으로써 검지하면 좋다.
상기 검지방법은 상기 판단을 보다 한층 용이하게 또한 정확하게 행하는데다가, 상기 물 처리장치의 바람직한 형태에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 질산이온농도의 측정값에 기초하여, (아) 질산이온의 환원에 의해 얻어지는 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 유효 염소량을 추정한 후, 상기 추정 소요 유효 염소량과 실제의 소요 유효 염소량의 상위에 기초하여 캐소드의 암모니아 생성능력의 저하를 검지하는 것이 바람직하다.
이들 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 있어서 캐소드의 암모니아 생성능력의 저하를 자동적으로 판단하는 방법으로서 바람직하다.
상기 제 2 물 처리장치는 수소가스 센서의 측정값에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 것으로서, 그 바람직한 형태에 있어서는 수소가스농도와 제어전류값에 기초하여 피처리수의 (아) 질산이온농도를 추정하고, 또한 환원반응에 필요한 통전시간을 추정하고, 실제의 통전시간과의 상위에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하고 있다. 상기 제 6 물 처리장치는 (아) 질산이온미터의 측정값에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 것으로서, 그 바람직한 형태에 있어서 (아) 질산이온농도의 실측값에 기초하여 환원반응에 필요 한 유효 염소량을 추정하고, 실제로 필요한 유효 염소량과의 상위에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하고 있다.
한편, 캐소드의 환원반응능력의 저하는 상기 (아) 질산이온농도의 실측값과, 제어전류값과, 환원처리에 필요한 통전시간의 추정/실측값에 기초하여 검지할 수도 있다.
이러한 경우에 바람직한 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 (아) 질산이온을 환원하는 캐스드와,
애노드와,
상기 캐소드 및 애노드를 허용하는 전해조와,
상기 전해조에 저류되는 피처리수의 (아) 질산이온농도를 측정하는 (아) 질산이온미터와,
상기 (아) 질산이온미터의 측정값, 상기 제어전류값 및 캐소드의 환원반응능력값에 기초하여, 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온을 환원하기 위해 필요한 통전시간을 추정하는 소요 통전시간 추정수단과,
상기 소요 통전시간 추정수단에 의해 추정된 추정 소요 통전시간과 실제의 소요 통전시간의 상위에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 환원반응능력 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 물 처리장치에 의하면 (아) 질산이온농도의 실측값과 제어전류값에 기초하여 환원반응에 필요한 통전시간을 추정할 수 있다. 즉, 수소가스 센서를 이용하지 않아도 상기 제 2 물 처리장치의 바람직한 형태에 있어서의 (I) 및(II)의 스 텝을 실행할 수 있다.
상기 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 자동적으로 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지할 수 있다. 즉, 상기 반응능력저하의 검지방법은 상기 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 (아) 질산이온농도를 측정하고, 그 (아) 질산이온농도의 측정값과, 상기 전해조의 제어전류값과, 캐소드의 환원반응능력값에 기초하여, 피처리수에 함유되는 (아) 질산이온을 환원하기 위해 필요한 통전시간을 추정한 후, 상기 추정 소요 통전시간과 실제의 소요 통전시간의 상위에 기초하여 캐소드의 환원반응능력의 저하를 검지하는 것을 특징으로 한다. 이러한 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 있어서 캐소드의 환원반응능력의 저하를 자동적으로 검지하는 방법으로서 바람직하다.
(제 7 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 7 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드와,
캐소드와,
상기 애노드 및 캐소드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조에 저류되는 피처리수의 암모니아 농도를 측정하는 암모니아 미터와,
상기 암모니아 미터의 측정값에 기초하여 암모니아의 분해반응의 종료를 검지하는 분해반응종료 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 7 물 처리장치에는 암모니아 미터가 설치되어 있다. 그 때문에, 상기 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에 피처리수에 함유되는 암모니아의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있다.
상기 일련의 물 처리장치에 있어서 암모니아 미터에 의해서 측정된 피처리수의 암모니아 농도가 탈질소처리를 필요로 하지 않을 정도로 낮은 경우에는 불필요한 전기분해를 행하는 일없이, 자동적으로 물처리를 종료할 수 있다. 한편, 암모니아 농도가 탈질소처리를 필요로 할 정도로 높은 경우에는 전기분해의 계속/개시를 자동적으로 판단할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 제 7 물 처리장치는 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성으로서 바람직하다.
상기와 같이, 제 7 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 암모니아의 분해반응의 종료를 검지할 수 있다.
즉, 이러한 검지방법은 상기 제 7의 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 암모니아 농도를 측정하고, 그 암모니아 농도의 측정값에 기초하여 암모니아의 분해반응의 종료를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 있어서는 피처리수의 암모니아 농도의 경시변화를 포착하기 위해, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 피처리수의 암모니아 농도를 암모니아 미터에 의해서 측정하는 순서가 짜여져 있다. 이러한 검지방법은 물처리장치의 자동제어에 있어서 물처리의 완료를 자동적으로 판단하는 방법으로서 바람직하다.
(제 8 물 처리장치)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제 8 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드와,
캐소드와,
상기 애노드 및 캐소드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조에 저류되는 피처리수의 암모니아 농도를 측정하는 암모니아 미터와,
상기 암모니아 미터의 측정값에 기초하여 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 검지하는 유효 염소 생성능력 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 하다.
상기 제 8 물 처리장치에는 암모니아 미터와 유효 염소 생성능력 검지수단이 설치되어 있다. 그 때문에, 상기 일련의 물 처리공정을 행하고 있을 때에 피처리수에 함유되는 암모니아의 농도를 측정하여 그 농도의 경시변화를 포착할 수 있고, 또한, 상기 농도의 측정값 및 그 경시변화에 기초하여 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 자동적으로 검지할 수 있다.
예컨대, 우선, 암모니아 미터의 측정값에 기초하여 피처리수 중의 암모니아를 질소가스로 분해하고, 제거하기 위해 필요한 유효 염소의 양을 추정한다. 이어서, 상기 소요 유효 염소량에 알맞은 차아염소산(이온)의 양을 추정하고, 애노드에 의한 암모니아의 생성반응능력[(아) 질산이온의 환원반응능력]의 데이터를 기초로, 상기 추정 차아염소산(이온)량에 따라 필요로 되는 염화물 이온의 양을 추정하여, 전해조 내에 도입한다. 여기서, 염화물 이온을 도입하여도 차아염소산(이온) 등의 유효 염소와의 반응(탈질소반응)에 따른 암모니아 농도의 감소가 보이지 않을 때, 또는 감소의 속도가 예상보다 느린 경우에는 암모니아에 있어서의 유효 염소의 생성능력이 저하하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제 8 물 처리장치는 애노드에 의한 유효 염소 생성능력의 저하의 판단을 보다 한층 용이하게 또한 확실하게 행하는데다가,
상기 암모니아 미터의 측정값에 기초하여, 상기 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 유효 염소량을 추정하는 소요 유효 염소량 추정수단을 추가로 구비하고, 또한,
상기 유효 염소 생성능력 검지수단이, 상기 소요 유효 염소량 추정수단에 의해 추정된 추정 소요 유효 염소량과 실제의 소요 유효 염소량의 상위에 기초하여 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것이 바람직하다.
상기 제 8 물 처리장치 및 그 바람직한 형태는 상기 일련의 물 처리공정을 자동제어에 의해서 또한 효율좋게 행할 수 있는 장치 구성으로서 바람직하다.
상기와 같이, 제 8 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 자동적으로 검지할 수 있다.
즉, 상기 생성능력저하의 검지방법은 상기 제 8 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도입한 후, 상기 전해조에 통전하면서 피처리수의 암모니아 농도를 측정하고, 이어서, 상기 암모니아 농도의 측정값에 기초하여 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것을 특징으로 한다.
상기 검지방법에 있어서는 피처리수의 암모니아 농도의 경시변화를 포착하기 위해, 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 암모니아 미터에 의해서 피처리수의 암모니아 농도를 측정하는 순서가 짜여져 있다.
상기 검지방법은 애노드에 의한 유효 염소 생성능력의 저하의 판단을 보다 한층 용이하게 또한 정확하게 행하는데다가, 상기 암모니아 농도의 측정값에 기초하여, 상기 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 유효 염소량을 추정하고, 또한, 상기 추정 소요 유효 염소량과 실제의 소요 유효 염소량의 상위에 기초하여 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것이 바람직하다.
이들 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 있어서 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 자동적으로 판단하는 방법으로서 바람직하다.
상기 제 4 물 처리장치는 잔류 염소 센서의 측정값에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것으로서, 그 바람직한 형태에 있어서는 피처리수의 잔류염소농도와 (아) 질산 이온량에 기초하여 암모니아의 분해반응에 필요한 잔류 염소량을 추정하고, 실제의 소요 잔류 염소량의 상위에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하고 있다. 상기 제 8 물 처리장치는 암모니아 미터의 측정값에 기초하여 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것으로서, 그 바람직한 형태에 있어서는 피처리수의 암모니아 농도의 실측값에 기초하여 분해반응에 필요한 유효 염소량을 추정하고, 실제의 소요 유효 염소량과의 상위에 기초하여 애노드의 유효 염소 생성능력의 저하를 검지하고 있다.
한편, 애노드의 잔류 염소(유효 염소) 생성능력의 저하는 피처리수 중의 (아) 질산이온량의 실측값과, 상기 이온량으로부터 추정되는 소요 잔류 염소(유효 염소)량과, 실제의 소요 잔류 염소(유효 염소)량에 기초하여 검지할 수도 있다.
이러한 경우에 바람직한 물 처리장치는,
전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드와,
캐소드와,
상기 애노드 및 캐소드를 수용하는 전해조와,
상기 전해조에 전류되는 피처리수의 (아) 질산이온량에 기초하여, 상기 (아) 질산이온의 환원 생성물인 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 잔류 염소량을 추정하고, 또한 상기 잔류 염소를 생성시키기 위해 필요한 염화물 이온량을 추정하는 소요 염화물 이온량 추정수단과,
상기 추정수단에 의한 추정 소요 염화물 이온량과 실제로 사용한 염화물 이온량의 상위에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 잔류 염소 생성능력 검지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 물 처리장치에 의하면 잔류 염소 센서나 암모니아 미터에 의하지 않고, 애노드의 잔류 염소(유효 염소) 생성능력의 저하를 검지할 수 있다. 상기 물 처리장치에 있어서 피처리수의 (아) 질산이온량은, 예컨대, (아) 질산이온 미터에 의한 실측값이어도 좋고, 전해조로의 제어전류값과, 그 전류값에 대한 전해조 내에서의 수소가스농도의 실측값에 기초하는 추정값이어도 좋다.
상기 물 처리장치를 이용함으로써 상기 일련의 물 처리공정에 있어서 자동적으로 애노드의 잔류 염소(유효 염소) 생성능력의 저하를 검지할 수 있다. 즉, 상기 생성능력저하의 검지방법은 상기 물 처리장치에 있어서의 전해조에 피처리수를 도 입하고, 이어서, 피처리수의 (아) 질산이온량에 기초하여, 상기 (아) 질산이온의 환원 생성물인 암모니아를 질소가스로 분해하기 위해 필요한 잔류 염소량을 추정하고, 또한, 상기 잔류 염소를 생성시키기 위해 필요한 염화물 이온량을 추정한 후, 상기 추정 소요 염화물 이온량과 실제의 소요 염화물 이온량의 상위에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것을 특징으로 한다. 이러한 검지방법은 물 처리장치의 자동제어에 있어서 애노드의 잔류 염소(유효 염소) 생성능력의 저하를 자동적으로 검지하는 방법으로서 바람직하다.
본 발명의 물 처리장치는 전해조의 제한 전류가 직류전원에 의한 것이고, 공급전력의 제어수단이 전원으로의 교류입력 전류값 및/또는 직류출력 전류값에 의해서 통전시의 공급전력을 제어하는 것이 바람직하다.
이 경우, 전원의 능력이 작게 끝나고, 또한, 전해조 등의 구성재료로서, 내식성이 높으면 내열성이 낮은 것이어도 사용할 수 있다. 특히, 값싸고 가공성이 우수한 경질염화비닐 등을 사용할 수 있다. 그러므로, 물 처리장치의 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명의 물 처리장치에 있어서 피처리수의 수위 제어수단은 부표 없는 수위 센서인 것이 바람직하다. 부표 없는 타입의 수위 센서는 부표식인 것에 비해서 오동작이 생기기 어렵고, 또한 전극식 센서이면 오염물이 부착되기 어렵기 때문에 보다 한층 오동작이 생기기 어렵게 되고, 액면계의 전기적 제어가 용이하게 된다는 이점이 있다. 또한, 다점 제어가 가능하게 되는 이점도 있다.
본 발명의 물 처리장치는 추가로 오존 발생장치를 구비하는 것이 보다 바람 직하다.
오존 발생장치로부터 생긴 오존이 전해조 내의 피처리수에 도입되면, 하기 식(5)에 나타내는 바와 같이, 산소 원자를 방출하는 반응을 일으키고, 이렇게 하여 방출된 산소 원자는 피처리수 중의 암모니아와 반응한다. 그 결과, 하기 반응식(6)에 나타내는 암모니아 산화 탈질반응이 생겨서 질소가스가 생성된다. 하기 반응식(7)은 오존에 의한 암모니아 산화 탈질 반응의 반응식이다.
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따라서, 본 발명의 물 처리장치에 오존 발생장치를 구비함으로써 탈질소반응을 신속하게 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 물 처리장치의 일실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 관한 물 처리장치의 다른 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 관한 물 처리장치의 또 다른 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 관한 물 처리장치의 또 다른 실시형태를 나타내는 모식도 이다.
도 5는 본 발명의 물 처리장치를 이용한 물 처리공정의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 도 5의 연속을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 물 처리장치를 이용한 물 처리공정의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 도 7에 이어지는 부분을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 물 처리장치를 이용한 물 처리공정의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 도 9에 이어지는 부분을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명에 관한 물 처리장치에 대해서 물 처리장치를 나타내는 개략도와, 그 장치를 이용한 물 처리공정을 나타내는 흐름도를 참조하면서 상세하게 설명한다.
[물 처리장치의 실시형태]
도 1~도 4는 본 발명에 관한 물 처리장치의 일실시형태이다.
도 1 및 도 3에 나타내는 물 처리장치는 소위 무격막식의 전해조(10)를 구비하는 것으로서, 전해조(10) 내에는 캐소드(15), 애노드(16) 및 수위 센서(22)가 배치되어 있다.
도 2 및 도 4에 나타내는 물 처리장치는 소위 격막 분해식의 전해조(11)를 구비하는 것으로서, 전해조(11)는 (아) 질산이온을 투과시키지 않고, 수소이온(H+)을 투과하는 막(14)에 의해서 캐소드 반응영역(17)과 애노드 반응영역(18)으로 구획되어 있다. 캐소드 반응영역(17)에는 캐소드(15)가, 애노드 반응영역(18)에는 애노드(16)가 각각 배치된다.
도 1~도 4에는 캐소드(음극)(15)와 애노드(양극)(16)로 이루어지는 1쌍의 전극쌍을 나타내었지만, 본 발명의 물 처리장치에 있어서의 전해조는 이것에 한정되는 것은 아니고, 복수의 전극쌍을 구비하는 것이어도 좋다.
본 발명에 있어서 전기화학반응에 의해서 (아) 질산이온을 환원하는 캐소드로서는 놋쇠, 구리, 아연 등의 11족 또는 12족 원소를 함유하는 도전체, 또는, 11족 또는 12족 원소를 도전체에 피복한 것을 들 수 있다. 그 중에서도 놋쇠는 질산이온의 환원특성이 아주 우수하기 때문에 본 발명에 바람직하다. 한편, 캐소드에 (아) 질산이온의 환원능력이 요구되지 않는 경우에 있어서 캐소드의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 상기 예시의 캐소드 외에 종래 공지의 각종 전해용 전극을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드로서 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 티탄 베이스재 상에 백금, 파라듐 등의 10족 원소 또는 루테늄, 이리듐 등을 도금 또는 소결시켜 이루어지는 금속전극, 또는 탄소전극이나 페라이트 전극 등을 들 수 있다. 한편, 애노드에 염소의 생성능력이 요구되지 않는 경우에 있어서 애노드의 종류는 특별히 한정 되는 것은 아니고, 상기 예시의 애노드 외에 종래 공지의 각종 전해용 전극을 이용할 수 있다.
도 2 및 도 4에 나타내는 물 처리장치에 있어서 전해조(11)를 캐소드 반응영역(17)과 애노드 반응영역(18)으로 구획하는 격막(14)에는 (아) 질산이온을 투과시키지 않고, 수소이온(H+)을 투과하는 막이 이용된다. 암모니아 및 차아염소산(이온)을 투과시키지 않고, 전자를 투과하는 막으로서는, 예컨대, 양이온 교환막, 박막 필터(예컨대, 한외여과막 등) 등을 들 수 있다.
캐소드(15) 및 애노드(16)에는 직류전류를 공급하기 위한 직류전원(25)이 접속되고, 또한 캐소드(15)의 배선측에는 전류 센서(26)가 삽입된다. 직류전류의 전류값은 전류 센서(26)에 의해서 측정할 수 있다.
도 1~도 4에 나타내는 물 처리장치에 있어서 전해조(10,11)에는 피처리수를 도입하기 위한 주입구(20)가 배치되어 있다. 피처리수는 전자밸브(21)를 개방함으로써 주입구(20)로부터 전해조(10,11) 내에 도입된다. 피처리수의 주입구(20)는 이것에 한정되는 것은 아니지만, (아) 질산이온의 환원반응 및 암모니아의 분해 및 제거반응의 효율을 높이는데 있어서 캐소드(15) 근방에 설치하는 것이 보다 바람직하다.
도 2~도 4에 나타내는 물 처리장치에 있어서는 피처리수를 도입하기 위한 주입구(20)와 함께, 수돗물 등의 희석수를 전해조(10,11)에 도입하기 위한 배관(32)과, 희석수의 주입을 제거하는 전자밸브(31)가 설치되어 있다. 도 2 및 도 4에 나 타내는 물 처리장치와 같이, 전해조(11)가 격막분리식인 경우에는 희석수용 배관(32)(주입구)은 전해조(11)의 캐소드 반응영역(17)과 애노드 반응영역(18)의 쌍방에 설치된다.
수위 센서(22)는 무격막식의 전해조(10)의 경우에는 캐소드(15) 근방에 배치되는 것이 바람직하고, 격막분리식의 전해조(11)의 경우에는 캐소드 반응영역(17)과 애노드 반응영역(18) 각각에 배치된다. 수위 센서(22)는 부표 액면계이어도 좋지만, 도 1~도 4에 나타내는 부표 없는 액면계인 것이 바람직하다. 부표 액면계, 특히 전극식의 부표 없는 수위 센서는 상기와 같이 오염물이 부착되기 어렵고, 부표식의 것에 비해서 오동작이 생기기 어렵다는 이점이 있고, 다점 제어가 가능하게 된다는 이점도 있다. 또한, 전극식인 경우에는 액면계의 전기적 제어를 하기 쉽게 된다.
도 1~도 4에 나타내는 물 처리장치에 있어서 전해조(10,11)에는 수소가스 센서(30)가 설치되고, 전해처리 등에 의해서 발생한 수소가스의 농도가 상기 센서(30)에 의해서 측정된다. 도 2 및 도 4에 나타내는 격막분리식의 전해조(11)에 있어서 수소가스 센서(30)는 전해조(11)의 캐소드 반응영역(17)에 설치된다.
도 1 및 도 3에 나타내는 무격막식의 전해조(10)를 구비하는 물 처리장치의 경우, 상기 전해조(10) 내의 피처리수에 염화물 이온 및/또는 차아염소산(이온)을 공급하기 위한 이온공급수단으로서는, 예컨대, 식염수 탱크(50)나 차아염소산(또는, 그 염)의 탱크 등을 들 수 있다. 식염수 탱크(50)로부터 전해조(10) 내에 공급되는 식염수는 상기 반응식(4)에 나타내는 탈질소반응을 진행시키기 위한, 산화력 이 있는 유리 잔류 염소성분(유효 염소)의 원료로 된다.
도 1 및 도 3에 나타내는 경우에 있어서 식염수 탱크(50)로부터 전해조(10) 내로의 식염수의 주입은 주입 펌프(52)를 구동함으로써 행해진다. 부호 53은 역류를 방지하기 위한 역지밸브이다.
한편, 도 2 및 도 4에 나타내는 격막분리식의 전해조(11)를 구비하는 물 처리장치의 경우, 상기 전해조(11)에는 차아염소산(이온) 등의 잔류 염소성분을 직접 공급할 수 있는 이온공급수단이 설치된다. 이러한 이온공급수단에는 통상 차아염소산(염) 탱크(51)가 이용된다.
도 2 및 도 4에 나타내는 격막분리식 전해조(11)를 이용하는 경우에 있어서 차아염소산(염) 탱크(51)로부터 공급되는 차아염소산(이온)은 캐소드 반응영역(17)에서, 직접 유리 잔류 염소성분(유효 염소)으로서 작용한다. 차아염소산(염) 탱크(51) 등의 이온공급수단은 전해조(11)의 캐소드 반영영역(17)에 접속된다. 상기 탱크(51)로부터 전해조(11) 내로의 차아염소산(이온)의 주입은 주입 펌프(52)를 구동함으로써 행해진다. 부호 53은 도 1 및 도 3과 같이, 역류를 방지하기 위한 역지밸브이다.
도 1~도 4에 나타내는 물 처리장치에는 식염수 탱크(50) 또는 차아염소산(염) 탱크(51)와 함께, 또는 이들 대신에, 오존 발생장치를 설치하여도 좋다. 오존 발생장치에 의해 발생한 오존은 배관을 통해서 전해조(10) 내의 피처리수에, 또는, 캐소드 반응영역(17) 내의 피처리수에 직접 도입되도록 설정된다.
도 1에 나타내는 물 처리장치의 전해조(10)에는 피처리수(또는 처리가 끝난 물)를 잔류 염소 센서(42)에 통수(通水)하거나 또는 배수구(56)로부터 배출하기 위한 배관(36)이 설치된다.
도 2에 나타내는 물 처리장치의 전해조(11)에는 상기 캐소드 반응영역(17)과 애노드 반응영역(18)의 쌍방으로부터, 상기 양 반응영역(17,18) 내에 저류된 피처리수(또는 처리수)를 잔류 염소 센서(42)에 통수하거나 또는 배수구(56)로부터 배출하기 위한 배관(36a,38)이 설치된다. 또한, 배관(38)에는 애노드 반응영역(18)으로부터의 배수를 제어하는 전자밸브(39)가 설치된다.
도 3에 나타내는 물 처리장치의 전해조(10)에는 피처리수(또는 처리가 끝난 물)를 염화물 이온미터(44), 질산이온미터(45), 아질산이온미터(46) 및 암모니아 이온미터(47)에 통수하거나, 또는 배수구(56)로부터 배출하기 위한 배관(36)이 설치된다.
도 4에 나타내는 전해조(11)에는 상기 캐소드 반응영역(17)과 애노드 반응영역(18)의 쌍방으로부터, 상기 양 반응영역(17,18) 내에 전류된 피처리수(또는 처리수)를 상기 각 미터(44,45,46,47)에 통수하거나, 또는 배수구(56)로부터 배출하기 위한 배관(36a,38)이 설치된다. 또한, 배관(38)에는 애노드 반응영역(18)으로부터의 배수를 제어하는 전자밸브(39)가 설치된다.
도 1 및 도 2에 나타내는 물 처리장치에 있어서 배관(36,36a) 상에는 상기 센서(42) 및 배수구(56)에 피처리수(처리수)를 공급하기 위한 순환 펌프(40)와, 잔류 염소 센서(42)로의 통수를 제어하는 전자밸브(41)와, 배수구(56)로의 통수를 제어하는 전자밸브(55)가 설치된다.
배관(36,36a)을 통해서 잔류 염소 센서(42)로 공급된 피처리수는 또한 배관(37)을 통해서 전해조(10,11)에 순환된다. 도 1 및 도 2에 나타내는 물 처리장치에서는 식염수 탱크(50) 또는 차아염소산(염) 탱크(51)로부터 신장되는 식염수 또는 차아염소산(이온)의 공급로가 배관(37)에 접속되어 있고, 이것에 의해서 상기 탱크(50,51)로부터 전해조(10,11)로의 접속이 실현된다.
도 3 및 도 4에 나타내는 물 처리장치에 있어서, 배관(36,36a) 상에는 상기 각 미터(44,45,46,47) 또는 배수구(56)로 피처리수(처리수)를 공급하기 위한 순환 펌프(40)와, 상기 각 미터(44,45,46,47)로의 통수를 제어하는 전자밸브(43)와, 배수구(56)로의 통수를 제어하는 전자밸브(55)가 설치된다 도 1~도 4 중, 부호 57은 역지밸브를 나타내고, 부호 58은 조절밸브를 나타낸다.
배관(36,36a)을 통해서 상기 각 미터(44,45,46,47)에 공급된 피처리수는, 또한 배관(37)을 통해서 전해조(10,11)에 순환된다. 도 3 및 도 4에 나타내는 물 처리장치에서는 식염수 탱크(50) 또는 차아염소산(염) 탱크(51)로부터 신장되는 식염수 또는 차아염소산(이온)의 공급로가 배관(37)에 접속되어 있고, 이것에 의해서 상기 탱크(50,51)로부터 전해조(10,11)로의 접속이 실현된다.
[물 처리공정의 구체예]
(1) 전해시의 제어전류값이 가변인 경우
도 1에 나타내는 물 처리장치를 사용하고, 전해시의 제어전류값을 가변으로 한 경우에 있어서의 물 처리장치의 일례를, 도 5 및 도 6에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다.
이러한 경우의 물 처리공정에서는 우선 주입구(20)의 전자밸브(21)를 개방하고, 전해조(10)에 연결되는 다른 유로의 전자밸브[잔류 염소 센서(42)에 연결되는 전자밸브(41), 배수구(56)에 연결되는 전자밸브(55) 등]를 폐쇄한 상태에서 피처리수를 주입한다(스텝S1).
전해조(10) 내의 피처리수의 수위는 수위 센서(22)에 의해서 검지하여 만수위치에 도달하였는지의 여부를 판단한다(스텝S2). 피처리수가 만수위치(23)에 도달하고 있지 않을 때에는 스텝S1로 돌아가서 피처리수의 주입을 계속 행한다. 한편, 만수위치(23)에 도달하였을 때에는 주입구(20)의 전자밸브(21)를 폐쇄하여 피처리수의 주입을 정지하고(스텝S3), 전해조(10)의 전극쌍[캐소드(15) 및 애노드(16)]에 가변전류를 흘린다. 이것에 의해, 피처리수의 전기분해가 개시되어(스텝S4), 전해의 초기운전으로 이행된다.
전해 초기 운전시에는 있어서 계속되는 전해 정상 운전시에 있어서 전극쌍에 흐르는 제어전류값(I)을 결정하기 위한, 직류전원(25)의 전압을 점차 상승시킨다(스텝S5). 동시에, 수소가스 센서(30)에 의해서 전해조(10) 내의 수소가스의 농도(CH)의 측정을 개시한다(스텝S6).
여기서, 수소가스농도(CH)가 0.01%미만이면 스텝S5로 돌아가서 계속 전압상승을 행하고, 수소가스농도(CH)가 0.01%이상이면 전압 상승을 정지한다(스텝S7). 전압상승을 정지한 경우, 정지시의 전류값(Io)에 0.8을 곱한 값을 제어전류값(I)으로서 확정한다(스텝S8). 이후, 전극쌍에 흐르는 전류값을 제어전류값(I)으로 고정하 여 전해의 정상운전으로 이행된다.
전해 정상 운전시에는 피처리수의 (아) 질산이온농도를 질산이온농도 추정수단에 의해서 추정하고(스텝S9), 이렇게 하여 얻어진 추정 질산이온량에 기초하여 (아) 질산이온을 그 함유량이 허용값 이하로 되기까지 환원시키기 위해 필요한 통전시간[소요 통전시간(Ts)]을 소요 통전시간 추정수단에 의해서 추정한다(스텝S10). 또한, (아) 질산이온의 환원에 의해서 생긴 암모니아를 분해하여 질소가스를 생성시키기 위해 필요한 양[소요 식염수량(Qs)]을 추정한다(스텝S11).
이들 추정에는 미리 제작해 둔, 제어전류값(I)과 (아) 질산이온농도와 소요 식염수량의 상관 데이터가 이용된다. 특히, 스텝S9에 있어서의 (아) 질산이온량은 본 발명의 제 1 물 처리장치 및 제 1 검지방법에 있어서 상술한 것과 동일한 방법에 의해서 추정하면 좋다.
또한, 피처리수 중의 질산이온량에는 스텝S9에 나타내는 질산이온농도 추정수단에 의한 추정값 대신에, 질산이온미터/아질산이온미터에 의해서 측정하여 구한 실측값을 이용하여도 좋다.
스텝S11에서는 소요 식염수량(Qs)을 추정하고 있지만 이것은 도 1에 나타내는 전해조(10)에, 식염수 탱크(50)로부터 염화물 이온이 공급되기 때문이다. 식염수 탱크(50) 대신에, 도 2에 나타내는 바와 같은 차아염소산(염) 탱크(51)를 설치하는 것이면 소요 식염수량(Qs)을 소요 차아염소량으로 치환하여 추정하면 좋다. 차아염소(염) 탱크(51)의 사용은 염소를 생성하는 능력을 갖고 있지 않은 애노드를 이용하는 경우에 있어서, 보다 효과적이다.
스텝S9에서 추정 질산이온량을 구한 후, 이 추정 질산이온량에 기초하여 전해를 계속해야할지 정지해야할지를 판단한다(스텝S12). 추정 질산이온량이 많고, 환원처리 및 탈질소처리가 필요하다라고 판단한 경우에는 전해를 계속하여 (아) 질산이온의 환원반응과 암모니아의 분해 및 제거반응을 행한다.
전해를 계속하는 경우에는 동시에 타이머를 가동하여 (아) 질산이온을 환원시키기 위해 필요한 통전시간(T)의 시간 재기를 개시한다(스텝S13). 또한, 잔류 염소 센서(42)에 통수하기 위한 전자밸브(41)를 개방하고, 배수구(56)에 연결되는 전자밸브(55)를 폐쇄한 상태에서, 순환 펌프(40)에 의해 전해조(10) 내의 피처리수를 잔류 염소 센서(42)에 도수(導水)하여 피처리수의 잔류염소농도(CC10)를 측정한다(스텝S14).
상기 환원처리와 탈질소처리에 있어서는 환원처리에 의해서 생성된 암모니아가 그 생성과 동시에 질소가스로 분해되어 적절하게 탈질소가 행해지도록 조정해야만 한다. 그래서, 잔류 염소 센서(42)에 의한 잔류염소농도의 측정결과에 기초하여 환원반응완료 검지수단에 의해서 식염수의 주입의 필요 여부를 판단한다(스텝S15). 그 결과, 피처리수의 유리 잔류염소농도를 유지할 필요가 있는 경우에는 식염수 탱크(50)로부터 전해조(10) 내에 식염수를 주입한다(스텝S16). 구체적으로는 잔류염소농도가 5ppm을 하회하는 경우에는 전과 다름없이 탈질소처리를 행해야 할 암모니아가 존재하는 것으로 판단할 수 있기 때문에 피처리수의 유리 잔류염소농도를 유지하기 위해, 식염수를 주입한다. 이후, 상기 제어를 계속해서 행한다.
식염수를 주입함에 있어서는 제어전류값(I)이 변화하지 않도록, 식염수의 주입량(Q)에 따라 직류전원(25)의 출력전압을 자동조정한다. 또한, 이 때에는 식염수의 주입량(Q)을 적산한다(스텝S17).
스텝S15에 있어서 피처리수의 유리 잔류염소농도가 소요값을 초과하는 경우에는 수소가스농도(CH)의 측정을 행한다(스텝S18). 구체적으로는 잔류염소농도가 5ppm이상으로 되는 경우에는 암모니아가 충분히 분해 및 제거되어 있는 것으로 판단할 수 있기 때문에 식염수의 주입을 중지하여 수소가스농도(CH)의 측정을 행한다.
수소가스농도(CH)의 측정결과가 0.04%이상일 때에는 환원반응완료 검지수단에 의해서 피처리수의 질산이온농도 및 암모니아 농도가 환원 및 탈질소처리를 필요로 하지 않는 값까지(허용값 이하까지) 저하한 것으로 판단하여(스텝S19), 전기분해를 정지하고(스텝S20), 동시에 타이머의 시간 재기를 정지하여 소요 통전시간(T)을 확정한다(스텝S21). 한편, 수소가스농도(CH)가 0.04%미만일 때는 환원반응완료 검지수단에 의해서 피처리수 중에 제거해야 할 질산이온 및 암모니아가 잔존하고 있는 것으로 판단하여(스텝S19), 스텝S14로 돌아가서 이후의 처리를 다시 행한다.
스텝S15 및 S19에 나타내는 환원반응완료 검지수단에 의해서 환원반응의 완료를 검지하고, 전해를 정지한 후, 상기 환원처리 및 탈질소처리에 실제로 필요한 소요 통전시간(T)과, 스텝S10에서 추정한 추정 소요 통전시간(Ts)을 비교한다(스텝S22). 여기서, T≥2Ts로 된 경우에는 스텝S22에 나타내는 환원반응능력 검지수단에 의해서 캐소드의 환원반응능력이 저하하고 있는 것을 판단하여 캐소드 교환표시를 행한다(스텝S23). T〈2Ts인 경우에는 스텝S22를 건너뛰어 애노드 교환표시수단에 의한 애노드교환의 필요 여부의 판단으로 이행된다.
이어서, 상기 환원처리 및 탈질소처리시에 있어서 실제로 주입된 식염수의 적산량(실제의 주입량)(Q)과, 스텝S11에서 추정한 추정 소요 식염수량(Qs)을 비교하고(스텝S24), Q≥2Qs로 된 경우에는 애노드의 유리 잔류 염소성분의 생성능력이 저하하고 있는 것으로 판단하여 애노드 교환표시를 행한다(스텝S25). Q〈2Qs인 경우에는 스텝S25를 건너뛰어 배수처리로 이행된다.
최후에, 잔류 염소 센서(42)에 통수하는 전자밸브(41)를 폐지한 상태에서 배수구(56)의 전자밸브(55)를 개방하여 전해조(10) 내의 피처리수를 배수구(56)로부터 배출한다(스텝S27). 피처리수의 배수는 순환펌프(40)를 구동하여 행해진다.
한편, 스텝S9에 있어서 구해진 피처리수의 추정 질산이온농도가, 상기 환원처리 및 탈질소처리를 필요로 하지 않을 정도로 낮은(허용값 이하인) 것으로 판단되는 경우에는(스텝S12), 전해처리를 정지하고(스텝S26), 상기 배수처리(스텝S27)로 이행된다.
스텝S27에서 배수처리를 행한 후, 추가로 새로운 피처리수에 대해서 탈질소처리를 필요로 하는 경우에는 스텝S1로 돌아와서 일련의 처리를 반복한다. 한편, 새로운 피처리수에 대해서 탈질소처리를 필요로 하지 않는 경우는 처리를 종료한다(스텝S28).
도 5 및 도 6에 나타내는 탈질소처리공정에 있어서 소요 시간(Ts)의 추정(스 텝S10)과, 소요 식염수량(Qs)의 추정(스텝S11)과, 소요 통전시간(T)의 시간 재기 개시 및 그 정지(스텝S13,S21)는 전해정지후(스텝S20)에 캐소드 교환 및 애노드 교환의 판정(스텝S22,S24)을 행하지 않는 경우에 생략할 수 있다.
식염수 탱크(50) 또는 차아염소산(염) 탱크와 함께, 또는, 이들 대신에, 오존 발생장치를 설치하는 경우에는 스텝S16의 식염수의 주입[또는 차아염소산(염)의 주입]과 함께, 또는 이것 대신에, 피처리수로의 오존의 주입을 행하면 좋다. 이 경우, 피처리수가 지나치게 알카리성으로 되어 전기화학반응이 극단적으로 지연되거나, 정지할 우려가 있다. 그래서, 피처리수 중에, 예컨대, 염산, 황산 등의 산성수를 주입하는 것이 바람직하다.
도 1에 나타내는 물 처리장치 대신에, 도 2에 나타내는 바와 같은 격막분리식의 전해조(11)를 사용하고, 전해조(11)에 통전하는 전류값(제한전류값)을 가변으로 하는 경우에 있어서의 물 처리공정은 도 5 및 도 6에 나타내는 플로우차트와 거의 동일한 흐름을 따라 행해진다.
또한, 애노드(16)로서, 유리 잔류 염소(유효 염소)를 생성하지 않는 전극이 이용되는 경우에는 전해정지후(스텝S20)에 있어서의 애노드 교환의 판정(스텝S24)이 생략된다. 또한, 이것에 수반하여, 소요 식염수량(Qs)의 추정(스텝S11)도 생략된다.
(2) 전해시의 제어전류값을 고정하는 경우
도 2에 나타내는 물 처리장치를 사용하고, 전해시의 제어전류값을 고정한 경우에 있어서의 물 처리공정의 일례를, 도 7 및 도 8에 나타내는 흐름도를 참조하면 서 설명한다.
이러한 경우의 물 처리공정에서는 우선 주입구(20)의 전자밸브(21)를 개방하고, 전해조(11)에 연결되는 다른 유로의 전자밸브[잔류 염소 센서(42)에 연결되는 전자밸브(41), 배수구(56)에 연결되는 전자밸브(55) 등]를 폐쇄한 상태에서 피처리수의 주입을 개시한다(스텝T1).
전해조(11) 내의 피처리수의 수위는 수위 센서(22)에 의해서 검지하여 만수위치(23)에 도달하였는지의 여부를 판단한다(스텝T2). 피처리수가 만수위치(23)에 도달하지 않을 때에는 스텝T1로 돌아가서 피처리수의 주입을 계속 행한다. 한편, 만수위치(23)에 도달하였을 때에는 주입구(20)의 전자밸브(21)를 폐쇄하여 피처리수의 주입을 정지하고(스텝T3), 전해조(11)의 전극쌍[캐소드(15) 및 애노드(16)]에 전류를 흘린다. 통전시의 전류값은 고정하고, 통전의 개시에 의해 전해처리로 이행된다(스텝T4). 동시에, 타이머를 가동하여 전해조로의 통전시간(T)의 시간 재기를 개시한다(스텝T5).
또한, 잔류 염소 센서(42)에 통수하기 위한 전자밸브(41)를 개방하고, 배수구(56)에 연결되는 전자밸브(55)를 폐쇄한 상태에서, 순환 펌프(40)에 의해 전해조(11) 내의 피처리수를 잔류 염소 센서(42)에 도수하고, 피처리수의 잔류염소농도(CC10)를 측정한다(스텝T6).
상기 환원처리와 탈질소처리에 있어서는 환원반응에 의해서 생성된 암모니아가 그 생성과 동시에 질소가스로 분해되어 적절하게 탈질소가 행해지도록 조정해야 만 한다. 그래서, 잔류 염소 센서(42)에 의한 잔류염소농도의 측정결과에 기초하여(스텝T7), 피처리수의 유리 잔류염소농도를 유지하기 위해, 필요에 따라 차아염소산(염) 탱크(51)로부터 전해조(11)의 캐소드 반응영역(17) 내에 차아염소산(이온)을 주입한다(스텝T8). 구체적으로는 잔류염소농도가 5ppm을 하회하는 경우에는 전과 다름없이 탈질소처리를 행해야 할 암모니아가 존재하는 것으로 판단할 수 있기 때문에 피처리수의 유리 잔류염소농도를 유지하기 위해 차아염소산(이온)을 주입한다.
차아염소산(이온)을 주입함에 있어서는 제어전류값이 변화하지 않도록 차아염소산(이온)의 주입량(W)에 따라 직류전원(25)의 출력전압을 자동조정한다. 또한, 차아염소산(이온)의 주입량(W)을 적산한다(스텝T9).
이후, 상기 제어를 계속해서 행하고, 잔류염소농도가 5ppm 이상으로 되면 차아염소산(이온)의 주입을 중지하여 수소가스농도(CH)의 측정을 행한다(스텝T10). 그 결과, 수소가스농도(CH)가 0.04%이상이면 피처리수의 질산이온농도 및 암모니아 농도가 환원 및 탈질소처리를 필요로 하지 않는 값까지(허용값 이상까지) 저하한 것으로 판단하여(스텝T11), 전기분해를 정지하고(스텝T12), 동시에 통전시간(T)의 시간 재기를 정지한다(스텝T13). 한편, 수소가스농도(CH)가 0.04%미만이면 피처리수 중에 제거해야 할 질산이온 및 암모니아가 잔존하고 있는 것으로 판단하여(스텝T11), 스텝T7으로 돌아가서, 이후의 처리를 다시 행한다.
스텝T12에서 전해를 정지한 후, 상기 환원처리 및 탈질소처리에 실제로 필요 한 소요 통전시간(T)과, 전해처리시의 제어전류값(I)으로부터, 환원된 질산이온의 양(환원 질산이온량)을 추정하고(스텝T14), 또한 상기 환원 질산이온의 추정량으로부터, 이 환원반응에 의해 발생한 암모니아를 산화 탈질처리하기 위해 필요한 차아염소산(이온)의 양(소요 차아염소량)(Ws)을 추정한다(스텝T15).
이어서, 상기 환원처리 및 탈질소처리시에 있어서 실제로 주입된 차아염소산(이온)의 적산량(실제의 주입량)(W)과, 스텝T14에서 추정한 추정 소요 차아염소량(Ws)을 비교하고(스텝T16), W≥2Ws로 된 경우에는 캐소드의 환원반응능력이 저하하고 있는 것으로 판단하여 캐소드 전극 교환표시를 행한다(스텝T17). W〈2Ws인 경우에는 스텝T17을 건너뛰어 배수처리로 이행된다.
최후에, 잔류 염소 센서(42)에 통수하는 전자밸브(41)를 폐지한 상태에서 배수구(56)의 전자밸브(55)를 개방하여 전해조(11) 내의 피처리수를 배출구(56)로부터 배출한다(스텝T18). 피처리수의 배수는 순환 펌프(40)를 구동하여 행해진다.
스텝T18에서 배수처리를 행한 후, 추가로 새로운 피처리수에 대해서 탈질소처리를 필요로 하는 경우에는 스텝T1로 돌아가서 일련의 처리를 반복한다. 한편, 새로운 피처리수에 대해서 탈질소처리를 필요로 하지 않는 경우에는 처리를 종료한다(스텝T19).
도 7 및 도 8에 나타내는 탈질소처리공정에 있어서 소요 통전시간(T)의 시간 재기 개시 및 그 정지(스텝T5,T13)와, 환원 질산 이온량의 추정(스텝T14)과, 소요 차아염소산량(Ws)의 추정(스텝T15)은 스텝T12의 전해 정지후에 캐소드 교환의 판정(스텝T16)을 행하지 않는 경우에 생략할 수 있다.
차아염소산(염) 탱크와 함께, 또는 이것 대신에, 오존 발생장치를 설치하는 경우에는 스텝T8의 차아염소산(염)의 주입과 함께, 또는 이것 대신에, 피처리수로의 오존의 주입을 행하면 좋고, 이 경우, 피처리수가 지나치게 알카리성으로 되어 전기화학반응이 극단적으로 지연되거나, 정지할 우려가 있다. 또한, 피처리수 중에, 예컨대, 염산, 황산 등의 산성수를 주입하는 것이 바람직하다.
(3) 전해시의 제어전압을 고정하는 경우
도 3에 나타내는 물 처리장치를 사용하고, 전해시의 제어전압을 고정한 경우에 있어서의 탈질소처리공정의 일례를, 도 9 및 도 10에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다.
이러한 경우의 물 처리장치에서는 우선 주입구(20)의 전자밸브(21)를 개방하고, 전해조(10)에 연결되는 다른 유로의 전자밸브[각 미터(44~47)에 연결되는 전자밸브(43), 배수구(56)에 연결되는 전자밸브(55) 등]를 폐쇄한 상태에서 피처리수를 주입한다(스텝U1).
전해조(10) 내의 피처리수의 수위는 수위 센서(22)에 의해서 검지하여, 피처리수의 수위가 전해처리를 개시하기 위해 필요한 양에 도달하면 정전압 직류전원(25)으로부터 전해조(10)로의 전해를 개시하여 전해처리를 개시한다(스텝U2).
전해처리의 개시와 동시에, 전류 센서(26)에 의해서 전해조에 흐르는 전류값(Io)을 측정하고(스텝U3), 전류값(Io)이 전해조(10)에서 허용되는 최대 전류값(Imax)미만인지의 여부를 판단한다(스텝U4). 전류값(Io)이 최대 전류값(Imax)미만일 때에는 그 상태에서 만수위치에 도달할 때까지 피처리수의 주입을 계속한다. 한 편, 전류값(Io)이 최대 전류값(Imax)이 되면 피처리수의 주입을 정지하고, 전자밸브(31)를 개방하여 전해조(10) 내에 희석수를 주입한다(스텝U5). 그 후, 만수위치에 도달할 때까지 반복해서 스텝U4로 돌아가서 이후의 처리를 행한다.
수위 센서(22)의 검지에 의해서, 전해조(10) 내의 수위가 만수위치에 도달한 것으로 판단되면(스텝U6), 피처리수 또는 희석수의 주입을 정지하고(스텝U7), 그 때의 전류값을 제어전류값(I)으로서 확정한다(스텝U8). 이 후, 전해처리시의 전류값은 상기 제어전류값(I)으로 고정되어 전해 초기운전으로 이행된다.
전해 초기운전시에는 배수구(56)에 연결되는 전자밸브(55)를 폐쇄된 상태에서 염화물 이온미터(44), 질산이온미터(45), 아질산이온미터(46) 및 암모니아 미터(47)에 통수하는 전자밸브(43)를 개방한다. 전해조(10) 내의 피처리수는 순환펌프(40)에 의해서 상기 4개의 미터(44~47)에 도입된다.
이어서, 질산이온미터(45), 염화물 이온미터(44) 등에 의해서 피처리수의 질산이온농도(CNO), 염화물 이온농도(CC1) 등을 측정하고(스텝U9,U11), 상기 환원처리 및 탈질소처리가 불필요하게 되기[(아) 질산이온농도 및 암모니아 농도가 허용값 이하로 되기] 위해 필요한 소요 통전시간(Ts)이 추정된다(스텝U10).
또한, 추정된 질산이온농도(CNO)에 기초하여, 환원반응에 의해 생성된 암모니아를 탈질소하기 위해 필요한 소요 식염수량(Qs)을 추정한다(스텝U12).
이들 추정에는 미리 제작해 둔, 제어전류값(I), (아) 질산이온농도, 염화물 이온농도, 소요 통전시간 및 소요 식염수량의 상관 데이터가 이용된다.
또한, 식염수 탱크(50) 대신에 차아염소산(염) 탱크를 설치하는 경우에는 상기 소요 식염수량을 소요 차아염소량으로 치환하여 추정한다.
스텝U9에서 (아) 질산이온농도를 측정한 후, 그 질산이온농도에 기초하여 전해를 계속해야할지 정지해야할지를 판단한다(스텝U13). 질산이온농도가 높고, 환원처리 및 탈질소처리가 필요하다라고 판단한 경우에는 전해를 계속하여 (아) 질산이온의 환원반응과 암모니아의 분해 및 제거반응을 행한다.
전해처리를 계속한 경우에는 동시에 타이머를 가동하여 상기 환원처리 및 탈질소처리에 필요한 통전시간(T)의 시간 재기를 개시한다(스텝U14). 또한, 이것에 의해, 전해의 정상운전으로 이행된다.
상기 환원처리와 탈질소처리에 있어서는 환원반응에 의해서 생성된 암모니아가 그 생성과 동시에 질소가스로 분해되어 적절하게 탈질소가 행해지도록 조정해야만 한다. 그래서, 암모니아 미터(47)에 의한 피처리수의 암모니아 농도(CNH)의 측정결과에 기초하여(스텝U15,16), 피처리수의 유리 잔류염소농도를 적절한 정도로 조절하기 위해, 필요에 따라 식염수 탱크(50)로부터 전해조(10) 내에 식염수를 주입한다(스텝U17). 식염수의 주입에 따라 그 주입량(Q)을 적산해 둔다(스텝U18).
이후, 상기 제어를 계속해서 행하고, 암모니아 농도가 필요하게 되는 농도 이하까지 저하하면(스텝U16), 전해처리를 정지하고(스텝U19), 동시에 타이머의 시간 재기를 정지하여 소요 통전시간(T)을 확정한다(스텝U20).
스텝U19에서 전해를 정지한 후, 상기 환원처리 및 탈질소처리에 실제로 필요 한 소요 통전시간(T)과, 스텝U10에서 추정한 추정 소요 통전시간(Ts)을 비교하고(스텝U21), T≥2Ts로 된 경우에는 캐소드의 환원반응능력이 저하하고 있는 것으로 판단하여 캐소드 교환표시를 행한다(스텝U22). T〈2Ts인 경우에는 스텝U22를 건너뛰어 애노드 교환표시수단에 의한 애노드 교환의 필요 여부의 판단으로 이행된다.
또한, 스텝U19에서 전해를 정지한 후, 상기 환원처리 및 탈질소처리시에 있어서 실제로 주입된 식염수의 적산량(실제의 주입량)(Q)과, 스텝U12에서 추정한 추정 소요 식염수량(Qs)을 비교하고(스텝U23), Q≥2Qs로 된 경우는 애노드의 유리 잔류 염소성분의 생성능력이 저하하고 있는 것으로 판단되어 애노드 교환표시가 행해진다(스텝U24). Q〈2Qs인 경우에는 스텝U24를 건너뛰어 배수처리로 이행된다.
최후에, 상기 4개의 미터(44~47)에 통수하는 전자밸브(43)를 폐지한 상태에서 배수구(56)의 전자밸브(55)를 개방하여 전해조(10) 내의 피처리수가 배출구(56)로부터 배출된다(스텝U26).
한편, 스텝U9에 의해 구해진 피처리수의 질산이온농도가, 상기 환원처리 및 탈질소처리를 필요로 하지 않을 정도로 낮은 경우에는 전해처리를 정지하고(스텝U13,U25), 상기 배수처리(스텝U26)로 이행된다.
스테U26에서 배수처리를 행한 후, 추가로 새로운 피처리수에 대해서 환원 및 탈질소처리를 필요로 하는 경우에는 스텝U1로 돌아가서 일련의 처리가 반복된다. 한편, 새로운 피처리수에 대해서 환원 및 탈질소처리를 필요로 하지 않는 경우는 처리를 종료한다(스텝U27).
도 9 및 도 10에 나타내는 탈질소처리공정에 있어서 소요 통전시간(Ts)의 추 정(스텝U10)과, 소요 식염수량(Qs)의 추정(스텝U12)과, 소요 통전시간(T)의 시간 재기 개시 및 그 정지(스텝U14,U20)는 스텝U19의 전해정지 후에 캐소드 교환의 판정(스텝U22) 및 애노드 교환의 판정(스텝U24)을 행하지 않는 경우에 생략할 수 있다.
식염수 탱크(50) 또는 차아염소산(염) 탱크와 함께, 또는 이들 대신에, 오존 발생장치를 설치하는 경우에는 스텝U17의 식염수의 주입[또는 차아염소산(염)의 주입]과 함께, 또는 이것 대신에, 피처리수로의 오존의 주입을 행하면 좋다. 이 경우, 피처리수가 지나치게 알카리성으로 되어 전기화학반응이 극단적으로 지연되거나, 정지할 우려가 있다. 그래서, 피처리수 중에, 예컨대, 염산, 황산 등의 산성수를 주입하는 것이 바람직하다.
도 3에 나타내는 물 처리장치 대신에, 도 4에 나타내는 바와 같은 양이온 교환막 또는 박막 필터(14)를 갖는 전해조(11)를 사용하고, 전해조(11)에 통전하는 전류값(제한 전류값)을 고정한 경우에 있어서의 물 처리공정은 도 9 및 도 10에 나타내는 플로우차트와 거의 동일한 흐름을 따라 행해진다.
또한, 애노드(16)로서, 유리 잔류 염소(유효 염소)를 생성하지 않는 전극이 이용되는 경우에는 전해처리 정지 후(스텝U19)에 있어서의 애노드 교환의 판정(스텝U23, U24)이 생략된다. 또한, 이것에 수반하여, 소요 식염수량(Qs)의 추정(스텝U12)도 생략된다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드;
    캐소드;
    상기 애노드 및 캐소드를 수용하는 전해조;
    상기 전해조에 저류되는 피처리수의 잔류염소농도를 측정하는 잔류 염소 센서; 및
    상기 잔류 염소 센서의 측정값에 기초하여 탈질소반응의 완료를 검지하는 탈질소반응완료 검지수단을 구비하는 물 처리장치에 있어서,
    상기 잔류 염소 센서에 의해 측정된 피처리수의 잔류 염소 농도에 기초하여 탈질소처리해야 할 암모니아의 존재여부를 판단하여, (a)잔류 염소 센서에 의해서 측정된 잔류 염소 농도에 변화가 보이지 않거나, 또는 증가의 경향을 나타내는 경우에는 피처리수 중에 탈질소처리를 필요로 하는 양의 암모니아가 함유되어 있지 않은 것으로 판단하여 탈질소반응을 종료하고, (b)잔류 염소 농도가 점차 감소하는 경우에는 피처리수 중에 탈질소처리를 필요로 하는 양의 암모니아가 잔존하고 있는 것으로 판단하여 탈질소반응을 계속/실행하는 것을 특징으로 하는 물 처리장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전해조 내의 수소가스농도를 측정하는 수소가스 센서를 추가로 구비하고, 또한,
    상기 탈질소반응완료 검지수단이, 상기 잔류 염소 센서의 측정값과 상기 수소가스 센서의 측정값에 기초하여 탈질소반응의 완료를 검지하는 것임을 특징으로 하는 물 처리장치.
  6. 전기화학반응에 의해서 염화물 이온으로부터 염소를 생성하는 애노드;
    캐소드;
    상기 애노드 및 캐소드를 수용하는 전해조;
    상기 전해조에 저류되는 피처리수의 잔류염소농도를 측정하는 잔류 염소 센서; 및
    상기 잔류 염소 센서의 측정값에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 잔류 염소 생성능력 검지수단을 구비하는 물 처리장치에 있어서,
    상기 피처리수의 (아)질산이온 농도와 잔류 염소 센서에 의해서 측정된 잔류 염소 농도에 기초하여, 피처리수 중의 (아)질산이온을 암모니아로 환원하기 위해 필요한 잔류 염소의 양을 추정하고, 상기 잔류 염소량에 따른 차아염소산(이온)을 생성시킬수 있는 염화물 이온의 양을 추정하여, (아)질산이온의 환원에 필요한 것으로 추정된 염화물 이온의 양에 비해서, 환원반응을 달성하기 위해 실제로 도입된 염화물 이온의 양이 많은 경우에는, 애노드에 있어서의 잔류 염소를 생성하는 능력이 저하하고 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는 물 처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 잔류 염소 센서의 측정값 및 상기 피처리수의 (아) 질산이온량에 기초하여, 상기 (아) 질산이온의 환원 생성물인 암모니아를 질소가스로 분해하는 데에 필요한 잔류 염소량을 추정하는 소요 잔류 염소량 추정수단을 추가로 구비하고, 또한,
    상기 잔류 염소 생성능력 검지수단이, 상기 소요 잔류 염소량 추정수단에 의해 추정된 추정 소요 잔류 염소량과 실제의 소요 잔류 염소량의 상위에 기초하여 애노드의 잔류 염소 생성능력의 저하를 검지하는 것임을 특징으로 하는 물 처리장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해조의 제어전류가 직류전원에 의한 것이고, 공급전력의 제어수단이 전원으로의 교류입력 전류값 및 직류출력 전류값 중 어느 하나 이상에 의해서 통전시의 공급전력을 제어하는 것임을 특징으로 하는 물 처리장치.
  15. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 오존발생장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 물 처리장치.
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