KR100950729B1 - 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 pH 변화에 따른 서로 다른 용해도를 갖는 각종 철 이온을 전기석출하여 잔류 철이온을 제거하는 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

본 발명의 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치는 조의 내부에 판체 형상의 전극을 수직으로 배열하여 구성되어 수산기 복합체(hydroxy complexes)가 생성되게 하여 수산기 복합체가 불순물의 핵으로 작용하여 불순물을 수화물 형태로 응집시키는 응집 반응조와 ; 조의 내부에 망체 형상의 전극을 수직으로 배열하여 구성되어 상기 응집 반응조에서 응집반응 후 생성된 수산기복합체 및 잔류하는 각종 철 이온을 석출하는 석출 반응조를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 응집 반응조의 경우 판형의 철, 알루미늄 등의 전극이 수직으로 배열되어지고, 석출 반응조의 경우 망체형 또는 판형 불용성 전극이 수직 또는 수평으로 구성 되어진다.

철이온, 전기응집조, 전기석출조, 슬러지분리

Description

전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치{sewage and waster water treatment using the electro coagulation and electro precipitation}

본 발명은 오폐수 처리장치에 관한 것으로써, 상세하게는 pH에 따라 서로 다른 용해도를 갖는 이온들은 석출하여 잔류되는 각종 철 이온을 제거할 수 있게 한 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치에 관한 것이다.

산업이 발전함에 따라 생활이 편리해지는 반면에 오폐수에 의해 자연의 회손이 큰 문제로 대두되고 있다. 이러한 오폐수에 의한 수질 오염을 방지하기 위해 오폐수를 처리하기 위한 다양한 종류 및 방법의 오폐수 처리 장치가 개발되어 있다. 이러한 종래의 오폐수 처리 장치는 중에서도 특히 구성이 간단하고 처리효율이 높은 전기화학적 처리(Electrochemical Treatment) 공법이 각광을 받고 있다.

그러나 이러한 전기 화학적인 전해질 처리 기술을 이용한 오폐수 처리장치는 복합적으로 발생되는 철 금속 이온(Fe³⁺, Fe²⁺, Fe(OH)₂ ^-, Fe(OH)₄ ^-, Fe₂O₃ ^-)의 처리가 잘 이루어지지 않는 문제가 있었다.

즉, 이러한 다양한 종류의 철 금속이온들은 pH에 따른 용해도 범위가 각각 틀리기 때문에 중화처리를 할 경우 특정 이온만을 제거할 수 있고 나머지는 철 금속 이온은 잔류되며, 이렇게 잔류하는 철 금속 이온은 또 다른 오염원이 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로써, 철을 전기 분해하여 가수분해 된 철 금속 이온의 흡착과 전하 중화, 입자간 가교 결합, 체거름 플럭 현상에 의해 중/경금속, 콜로이드의 불안정화를 유도하여 오염물질을 응집시켜 제거하고, 남아있는 철 금속 이온은 3가 수화물 철(Fe(OH)₃)로 제거함으로서 보다 깨끗하게 오폐수를 정류할 수 있는 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 목적을 이루기 위한 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치는 조의 내부에 판체 형상의 전극을 수직으로 배열하여 구성되어 수산기 복합체(hydroxy complexes)가 생성되게 하여 수산기 복합체가 불순물의 핵으로 작용하여 불순물을 수화물로 응집시키게 하는 응집 반응조와 ; 조의 내부에 망체 형상 의 전극을 수직으로 배열하여 구성되어 상기 응집 반응조에서 불순물과 반응하고 남아 있는 수산기 복합체를 석출하는 석출 반응조를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 응집 반응조에서 철을 전기 분해하여 가수분해 된 철 금속 이온의 흡착과 전하 중화, 입자간 가교 결합, 체거름 플럭 현상에 의해 중/경금속, 콜로이드의 불안정화를 유도하여 오염물질을 응집시켜 제거하고, 남아있는 철 금속 이온을 석출 반응조에서 3가 수화물 철(Fe(OH)₃)로 제거함으로서 보다 깨끗하게 오폐수를 정류할 수 있는 효과가 있다.

또한, 각 반응조의 전극에 인가되는 전류를 바이폴라형으로 양끝 전극에만 전류를 인가함으로서 장치를 더욱 간단하게 구성될 수 있으며, 용출형 전극(철, 알루미늄 등등)을 보다 효과적으로 용출시킬 수 있으며 일정 간격으로 역전시킴으로서 전극 표면를 자동으로 세척하고 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치의 구성 도이고, 도 2는 본 발명에 따른 오폐수 처리장치를 구성하는 응집 반응기에 설치된 전극의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 오폐수 처리장치를 구성하는 석출 반응기에 설치된 전극의 사시도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 오폐수 처리장치는 조(11)의 내부에 판체 형상의 전극(12)을 수직으로 배열하여 구성되어 수산기 복합체(hydroxy complexes)가 생성되게 하여 수산기 복합체가 불순물의 핵으로 작용하여 불순물을 수화물로 응집시키게 하는 응집 반응조(1)와 ; 조(21)의 내부에 망체 형상의 전극(22)을 수직으로 배열하여 구성되어 상기 응집 반응조(1)에서 불순물과 반응하고 남아 있는 수산기 복합체를 석출하는 석출 반응조(2)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 오폐수 처리장치는 기존의 오폐수 처리 시설과 연결하여 사용되거나 독자적으로 사용될 수 있다.

상기 응집 반응조(1)는 철 또는 알루미늄을 전기 분해하여 가수분해된 수산기 복합체인 철 금속 이온(Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Fe(OH)₂ ^-, Fe(OH)₄ ^-, Fe₂O₃ ^-)이나 알류미늄 금속 이온(Al³⁺, Al(H₂O)₆ ³⁺, Al(H₂O)₅OH²⁺, Al(H₂O)₄)(OH)²⁺, Al(OH)²⁺, Al₂(OH)₂ ⁴⁺, Al(OH)⁴ⁿ, Al₆(OH)₁₅ ³⁺)이 흡착, 전하 중화, 입자간 가교 결합, 체거름 플럭 현상에 의해 중/경금속, 콜로이드 등의 이물질의 불안정화를 유도하여 오염물질을 응집시키는 역할을 한다.

이러한 수산기 복합체들은 중/경금속, 콜로이드 등의 이물질들과 친화력이 높으며, 응집시 슬러지의 핵(Counter ion)의 역할을 하여 이물질을 응집시킨다.

상기 응집 반응조(1)는 섬유강화 플라스틱스(FRP) 또는 철판에 FRP라이닝(FRP lining)하여 제작함으로서 전기적 부식을 최소화하였다.

상기 응집 반응조(1)는 도 1 에 도시한 바와 같이 입수구(1a)는 조(11)의 바닥과 인접한 부분에 형성하고, 출수구(1b)는 조(11)의 상단에 형성하여 구성되어 있다.

이렇게 응집 반응조(1)의 입수구(1a)와 출수구(1b)를 형성함으로서 오폐수가 하부로부터 상부로 이동되어 슬러지가 침전되지 않게 하였다.

상기 응집 반응조(1)에 설치된 전극(11)은 도 2에 도시한 바와 같이 판체 형상으로 구성되어 있으며, 재질은 철이나 알루미늄으로 만들어지며, 전극(11) 사이의 간격은 3mm내지 10mm로 설치될 수 있으나 오폐수의 성상에 따라 조절할 수 있다.

위와 같이 응집 반응조(1)에 전극을 철(Fe)로 구성할 경우 양극에서 산화철(Fe₂O₃)가 발생이 되며, 물의 이동 경로인 전극(11)들 사이가 좁을 경우 이 산화철에 의해 유로가 막힐 수가 있다. 따라서 산화철에 의한 막힘을 최소화하기 위해 응집 반응조(1)의 바닥에 산화철배출구(1c)를 형성하고, 이 산화철 배출구(1c)가 형성된 부분을 향해 경사지게 경사만을 형성하였다.

상기 응집 반응조(1)에서 반응하여 이물질을 응집하는 역할을 한 수산기 복합체는 분산성 콜로이드 성분과 친화력이 높으며(하전중화), 응집에서 발생되는 슬 러지의 핵(Counter ion)으로 작용하며, 대부분의 수산기 복합체는 음극에서 수화물 형태로 제거가 되지만 잔류되는 수산기 복합체는 2차 오염물질로 작용할 수 있다.

이러한 잔류하는 수산기 복합체를 제거하기 위한 수단으로 상기한 석출 반응조(2)를 구비하고 있다.

상기 석출 반응조(2)는 도 3에 도시한 바와 같이 구성된 망체 형상의 전극(21)을 구비하고 있으며, 입수구(2a)는 조(21)의 중간에 형성되고 출수구(2b)는 조(21)의 상단에 형성되어 오폐수가 수평으로 흘러 전극(22)을 구성하는 망체의 망눈 사이를 통과하게 함으로서 반응성을 높였다.

상기 석출 반응조(2)에 설치된 전극(22)은 IrO₂/Ti 등과 같은 불용성물질로 만들어지고, 잔류되는 수산기 복합체를 양극에서 산소(O₂₎에 의해 산화하고, 음극에서는 환원 반응을 유도함으로서 제거된다.

즉, 상기 석출 반응조(2)에서는 응집 반응조(1)에서 생성된 수산기 복합체인 철 금속 이온(Fe^{2 +}, Fe^{3 +}, Fe(OH)₃ ⁺, Fe(OH)₂ ^-, Fe(OH)₄ ^-, Fe₂O₃ ^-)이나, 알류미늄 금속 이온(Al³⁺, Al(H₂O)₆ ³⁺, Al(H₂O)₅OH²⁺, Al(H₂O)₄)(OH)²⁺, Al(OH)²⁺, Al₂(OH)₂ ⁴⁺, Al(OH)⁴ⁿ, Al₆(OH)₁₅ ³⁺)을 3가 수화물 철로 제거한다.

또한 유기물의 경우에는 전기 펜톤 반응에 산화되어 제거된다.

이러한 각 조(1, 2)에서의 반응은 통상적으로 잘 알려진 반응으로서 이에 대 한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 구성된 오폐수 처리장치에 있어서 전극(12, 22)에 지속적으로 전기를 공급하면, 전극에 스케일이 생겨 수명이 단축됨으로서 역전형 정류기를 사용하여 양끝 쪽의 전극에 양극과 음극 터미널을 접지하고 전류를 공급하며, 역전시간은 대략 1분~10분 간격으로 교대되어 전체적으로 양극의 역할을 수행되게 하여 부식이 되는 속도를 늦출 수 있게 하였다.

즉, 상기 응집 반응조(1)와 석출 반응조(2)에 설치된 전극들(11, 21)에는 바이폴라형으로 전류가 공급된다.

도 1은 본 발명에 따른 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치의 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 오폐수 처리장치를 구성하는 응집 반응기에 설치된 전극의 사시도이고,

도 3은 본 발명에 따른 오폐수 처리장치를 구성하는 석출 반응기에 설치된 전극의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 응집 반응조

1a : 입수구 1b : 출수구 1c : 슬러지배출구

11 : 조 12 : 전극

2 : 석출 반응조

2a : 입수구 2b : 출수구

21 : 조 22 : 전극

Claims (5)

1. 조(11)의 내부에 철(Fe) 또는 알루미늄(Al)으로 만들어진 판체 형상의 전극(12)을 수직으로 배열하여 구성되어 수산기 복합체(hydroxy complexes)가 생성되게 하여 수산기 복합체가 불순물의 핵으로 작용하여 불순물을 응집시키는 응집 반응조(1)와 ;

   조(21)의 내부에 불용성물질로 만들어진 망체 형상의 전극(22)을 수직으로 배열하여 구성되어 상기 응집 반응조(1)에서 불순물과 반응하고 남아 있는 수산기 복합체와 철 금속이온을 석출하는 석출 반응조(2)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 응집 반응조(1)의 입수구(1a)는 조(11)의 바닥과 인접한 부분에 형성되고, 출수구(1b)는 조(11)의 상단에 형성되어 있어 오폐수가 하부로부터 상부로 이동되어 슬러지가 침전되지 않게 구성되고,

   상기 석출 반응조(2)의 입수구(2a)는 조(21)의 중간에 형성되고 출수구(2b)는 조(21)의 상단에 형성되어 오폐수가 수평으로 흘러 전극(22)을 구성하는 망체를 통과되게 하여 반응성을 높임을 특징으로 하는 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 응집 반응조(1)와 석출 반응조(2)에 설치된 전극들(12, 22)에는 바이폴라형으로 전류가 공급됨을 특징으로 하는 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 응집 반응조(1)의 저면은 산화철배출구(1c)를 향하며 점차 낮아지도록 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 전기응집 및 석출을 이용한 오폐수 처리장치.

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