KR101057393B1 - Tube type electrolytic treatment device and wastewater treatment method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐수 중에 포함되어 있는 난분해성 물질들을 효율적으로 제거하기 위한 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다. 본 발명은 원통 형상의 외관을 형성하는 하우징(10)과 외부로부터 폐수를 유입하는 유입구(20)와, 전해반응이 완료된 폐수를 배출하는 배출구(30), 상기 하우징(10)을 길이방향으로 관통하는 양극전극(50), 그리고 상기 양극전극(50)을 길이방향으로 둘러싸는 튜브형 음극전극(60)을 포함하며, 상기 튜브형 음극전극은 상기 하우징 내부의 폐수가 상기 튜브형 음극전극의 내측과 외측의 벌크 영역 사이를 이동할 수 있도록 형성된 홀을 구비한다.The present invention relates to a tubular electrolytic treatment apparatus and a wastewater treatment method using the same, and more particularly, to a tubular electrolytic treatment apparatus for efficiently removing the hardly decomposable substances contained in the wastewater and a wastewater treatment method using the same. The present invention penetrates the housing 10 and the inlet port 20 for introducing wastewater from the outside, the discharge port 30 for discharging the wastewater completed electrolytic reaction, and the housing 10 in the longitudinal direction. And a tubular cathode electrode 60 which encloses the anode electrode 50 in the longitudinal direction, wherein the tubular cathode electrode is disposed inside and outside of the tubular cathode electrode. It is provided with a hole formed to move between the bulk regions.

전해처리장치, 폐수, 전해반응, 간접산화 Electrolytic treatment equipment, wastewater, electrolytic reaction, indirect oxidation

Description

튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법{Tubular electrolysis apparatus and waste water treatment method using the apparatus}Tubular electrolysis apparatus and waste water treatment method using the apparatus

본 발명은 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐수 중에 포함되어 있는 난분해성 물질들을 효율적으로 제거하기 위한 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tubular electrolytic treatment apparatus and a wastewater treatment method using the same, and more particularly, to a tubular electrolytic treatment apparatus for efficiently removing the hardly decomposable substances contained in the wastewater and a wastewater treatment method using the same.

난분해성 유기화합물과 질소화합물, 그리고 환경에 독성을 유발하는 유해화학물질을 함유한 폐수는 종래의 생물학적 처리공정에 의하는 경우, 오염물질 제거의 효율이 낮고, 분해속도가 느린 문제점이 있었다. 그리고 미생물의 성장에 영향을 미치는 물질을 함유한 폐수는 종래의 생물학적 처리공정에 의하는 경우, 분해가 불가능한 문제점이 있어 난분해성 물질을 효과적으로 처리할 수 있는 공정에 대한 연구가 요구된다.Wastewater containing hardly degradable organic compounds, nitrogen compounds, and harmful chemicals that cause toxicity to the environment has a problem of low efficiency of pollutant removal and a slow decomposition rate by conventional biological treatment processes. In addition, the wastewater containing a substance affecting the growth of microorganisms has a problem in that it cannot be decomposed by a conventional biological treatment process.

최근에는 UV, O3, UV/O3, UV/H2O2 그리고 O3/H2O2 등의 조합기술에 의한 고급산화공정(AOP: Advanced Oxidation Process)과 막분리, 전기화학적 산화와 응집, 펜톤산화, 이온교환, 활성탄 흡착 등의 고도처리기술이 연구되어 난분해성 폐수의 처 리에 적용되고 있다.Recently, Advanced Oxidation Process (AOP), membrane separation, electrochemical oxidation and the like are combined by UV, O 3 , UV / O 3 , UV / H 2 O 2 and O 3 / H 2 O 2 . Advanced treatment technologies such as coagulation, fenton oxidation, ion exchange, and activated carbon adsorption have been studied and applied to the treatment of hardly degradable wastewater.

특히, 전기화학적 처리공정은 고분자량을 가지는 유기물질을 쉽게 파괴하여 난분해성 유기화합물의 독성을 감소시킬 수 있고, COD와 T-N 및 색도의 제거에 우수하다고 보고되고 있으며, 오염물질의 생분해성과 관계없이 높은 제거율과 처리시간이 짧은 운전특성을 나타내고 있어 난분해성 폐수의 처리에 응용 가능성이 높은 것으로 평가되고 있다.In particular, the electrochemical treatment process can easily destroy high molecular weight organic materials and reduce the toxicity of hardly decomposable organic compounds, and it is reported that they are excellent for removing COD, TN and color, regardless of the biodegradability of pollutants. It has high removal rate and short operating time, and it is considered to be highly applicable to the treatment of hardly degradable wastewater.

일반적으로 전기화학적 처리공정에는 직접양극산화공정(Direct anodic oxidation process)과 간접산화공정(Indirect oxidation process)이 있는 것으로 알려져 있다. 상기 직접양극산화공정은 전극의 표면에 흡착된 OH 라디칼과 오염물질 사이의 전자전달반응에 의해 오염물질을 분해하는 공정이다. 반면, 상기 간접산화공정은 전해반응에 의해 생성될 수 있는 차아염소산(Hypochlorous acid), 오존(Ozon), 과산화수소(Hydrogen peroxide) 또는 산화된 금속이온과 같은 강한 산화제에 의해 오염물질을 분해하는 공정이다.In general, electrochemical treatment processes are known to include a direct anodic oxidation process and an indirect oxidation process. The direct anodization process is a process of decomposing contaminants by electron transfer reaction between OH radicals and contaminants adsorbed on the surface of the electrode. On the other hand, the indirect oxidation process is a process of decomposing contaminants by strong oxidizing agents such as hypochlorous acid, ozone, hydrogen peroxide or oxidized metal ions that can be produced by electrolytic reactions. .

전기화학적 처리장치는 20세기 초에 개발된 이후, 양극과 음극의 형태가 기하학적으로 변화하면서 발전하였다. 일반적으로 가장 널리 사용되는 전극의 형태에는 판형(Plate)과 봉형(Rod)이 있다. 전극의 기하학적 형태는 전해반응기의 모양을 결정하고, 처리하고자 하는 오염물질의 제거 효율과, 운전 및 관리의 편리성과 경제성과 관련이 있으므로 전극의 기하학적 형태 및 전해반응기의 구조적 형태의 결정은 매우 중요하다.Since the development of the electrochemical treatment device in the early 20th century, the shape of the anode and cathode has evolved geometrically. In general, the most widely used types of electrodes are plate and rod. Determination of the geometry of the electrode and the structural form of the electrolytic reactor is very important because the geometry of the electrode is related to the shape of the electrolytic reactor, the removal efficiency of contaminants to be treated, and the convenience and economy of operation and management. .

전극재질의 특성은 전기촉매적으로 중요한 역할을 한다. 즉, 폐수의 종류 및 오염물질의 종류에 따라 전기화학적 처리의 특성이 서로 다르므로 오염물질의 제거율과 전극의 내구성에 따른 경제성을 개선하기 위해서는 각 폐수의 특성에 적합한 전극의 재질을 선정하는 것이 중요하다. 일반적으로, 양극전극의 재질로는 Ti/IrO2, Ti/RuO2, Ti/SnO2, Ti/IrO2-RuO2, Ti/IrO2-SnO2, Ti/PbO2, Ti/Pt 및 그라파이트 등의 불용성 전극이 사용된다.The characteristics of the electrode material play an important role as electrocatalyst. In other words, the characteristics of electrochemical treatment are different depending on the type of wastewater and the type of pollutant. Therefore, it is important to select an electrode material suitable for the characteristics of each wastewater in order to improve the economic efficiency according to the removal rate of the pollutant and the durability of the electrode. Do. In general, a material of the positive electrode is Ti / IrO 2, Ti / RuO 2, Ti / SnO 2, Ti / IrO 2 -RuO 2, Ti / IrO 2 -SnO 2, Ti / PbO 2, Ti / Pt and graphite Insoluble electrodes, such as these, are used.

한편, 난분해성 폐수의 전기화학적 반응에서 중간생성물에 의한 간접산화효과에 대한 연구에 관심이 집중되고 있다. 예컨대, NaCl이 존재하는 폐수 속에서 염소이온의 물질전달율에 따른 Cl2 및 HOCl/OCl-의 생성과 간접산화효과에 대한 연구가 진행 중에 있다. 양극에서 차아염소산이온, 즉 OCl-의 생성율은 염소이온의 물질전달율에 직접적으로 의존한다. 그리고 전기화학적 반응기 내부의 흐름을 난류(亂流)로 형성하여 물질전달율을 높이고, 간접산화효과를 상승시키는 것은 폐수 중 오염물질의 제거율을 향상시키는데 필수적인 요소이다.On the other hand, attention is focused on the study of the indirect oxidation effect by the intermediate product in the electrochemical reaction of hardly degradable wastewater. For example, studies on the formation and indirect oxidation effects of Cl 2 and HOCl / OCl − according to the mass transfer rate of chlorine ions in wastewater containing NaCl are underway. The rate of formation of hypochlorite ions, OCl − at the anode, depends directly on the mass transfer rate of chlorine ions. In addition, it is essential to improve the removal rate of contaminants in the waste water by increasing the mass transfer rate and increasing the indirect oxidation effect by forming the flow inside the electrochemical reactor into turbulent flow.

따라서 전기화학적 방법에 의한 난분해성 물질의 처리에 있어서, 전극의 기하학적 형태에 따른 전해반응기의 구조적 형태와, 전극 재질의 선정 및 전해반응기 내부의 난류 형성방법은 매우 중요하다.Therefore, in the treatment of the hardly decomposable substance by the electrochemical method, the structural form of the electrolytic reactor according to the geometry of the electrode, the selection of the electrode material and the method of forming the turbulence in the electrolytic reactor are very important.

종래에는 전기화학적 폐수처리를 위하여 반응조 내부에 판형의 양극과 음극전극을 교대로 배치하는 전해반응조와, 양극전극을 내부에 설치하고 튜브형 음극전극을 외부에 배치하는 봉과 튜브가 조합된 이중구조 형태의 튜브형 전해처리장치가 사용되었다.Conventionally, an electrolytic reaction tank in which plate-shaped anodes and cathode electrodes are alternately disposed inside a reaction tank for electrochemical wastewater treatment, and a rod and tube having a cathode electrode installed therein and a tubular cathode electrode arranged outside are combined. A tubular electrolytic apparatus was used.

도 1은 종래기술에 따른 튜브형 전해처리장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view for explaining a schematic configuration of a tubular electrolytic apparatus according to the prior art.

도 1을 참조하면, 튜브형 전해처리장치는 유입구(1), 배출구(2), 양극전극(3), 음극전극(4)으로 구성되며, 전해처리를 위한 폐수는 유입구(1)를 거쳐 양극전극(3)과 음극전극(4) 사이를 흐르게 되고 최종적으로 배출구(2)를 통하여 배출된다.Referring to FIG. 1, the tubular electrolytic treatment apparatus includes an inlet 1, an outlet 2, an anode electrode 3, and a cathode electrode 4, and wastewater for electrolytic treatment passes through the inlet 1 through the anode electrode. It flows between 3 and the cathode electrode 4, and is discharged | emitted through the discharge port 2 finally.

이때, 상기 양극전극(3)과 음극전극(4) 사이에는 직접양극산화와 간접산화 원리에 의하여 폐수의 전기화학적 분해가 일어난다. 구체적으로 살펴보면, 양극전극(3)과 음극전극(4) 사이 영역인 벌크(Bulk) 영역을 흐르는 폐수로부터 양극전극(3) 표면으로 전극 활성입자의 이동이 일어나고, 상기 전극 활성입자는 양극전극(3)의 표면에 흡착된다. 상기 양극전극(3)과 반응물 사이에는 전자 전달이 일어나게 되는데, 이때, 반응하는 입자는 탈착이 되거나 화학적 반응에 참여하거나 또는 전착이 된다. 상기 과정을 통하여 오염물질이 분해되는 반응의 원리를 '직접양극산화'라고 한다. 1차적으로 직접양극산화가 일어난 후, 다시 전해반응 과정에서 형성된 산화생성물은 양극전극(3)의 표면으로부터 양극전극(3)과 음극전극(4) 사이 영역인 벌크 영역으로 물질이동(Mass transfer)이 일어난다. 이때 생성된 강한 산화제의 분해반응에 의해 오염물질이 제거되며, 상기 과정을 통하여 오염물질이 분해되는 반응의 원리를 '간접산화'라고 한다.At this time, the electrochemical decomposition of the waste water occurs between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 by the principle of direct anodization and indirect oxidation. Specifically, the movement of the electrode active particles occurs from the wastewater flowing in the bulk region, which is the region between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4, to the surface of the anode electrode 3, and the electrode active particles are the anode electrode ( 3) is adsorbed on the surface. Electron transfer occurs between the anode electrode 3 and the reactant, wherein the reacting particles are desorbed, participate in a chemical reaction, or are electrodeposited. The principle of the reaction in which the pollutants are decomposed through the above process is called 'direct anodization'. After the first direct anodization, the oxidation product formed during the electrolytic reaction is transferred from the surface of the anode electrode 3 to the bulk region, which is the region between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4. This happens. At this time, the pollutants are removed by the decomposition reaction of the strong oxidant produced, and the principle of the reaction in which the pollutants are decomposed through the above process is called 'indirect oxidation'.

종래기술에 따른 튜브형 전해처리장치는 유지관리와 보수가 용이한 기하학적 형태로 구성되고, 처리대상이 되는 폐수가 전극 사이로 효과적으로 이송됨으로써 효율적인 전기화학적 산화가 가능한 특징이 있다.The tubular electrolytic treatment apparatus according to the prior art is composed of a geometric shape that is easy to maintain and repair, and has a feature that enables efficient electrochemical oxidation by effectively transferring wastewater to be treated between electrodes.

그러나 상기한 바와 같은 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the prior art as described above has the following problems.

즉, 종래기술에 따른 튜브형 전해처리장치에 의하는 경우, 오염물질과 산화제 간의 반응시간을 충분하게 확보하지 못한 상태에서 폐수가 배출되어 벌크 영역에서 간접산화효과에 의한 오염물질의 제거효율이 떨어지는 문제점이 있었다.That is, in the case of the tubular electrolytic treatment apparatus according to the prior art, the wastewater is discharged in a state in which the reaction time between the pollutant and the oxidant is not sufficiently secured, so that the removal efficiency of the pollutant is reduced by the indirect oxidation effect in the bulk region. There was this.

그리고 종래기술의 튜브형 전해처리장치에서는 유입구에서 배출구까지의 흐름이 층류 흐름으로 형성되어 벌크 영역에서의 물질전달계수가 낮고, 오염물질과 산화제 사이의 효율적인 물질전달에 방해요인으로 작용하여 폐수의 오염물질 제거효율 저하에 직접적인 원인이 되는 문제점이 있었다.In the tubular electrolytic treatment device of the prior art, the flow from the inlet to the outlet is formed as a laminar flow, so that the mass transfer coefficient in the bulk region is low, and it acts as an obstacle to efficient mass transfer between the pollutant and the oxidant. There was a problem that directly causes a reduction in removal efficiency.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 폐수의 전기화학적 산화처리에 있어서 간접산화효과를 일으킬 수 있는 벌크 영역의 반응공간을 충분히 확보하여 오염물질과 강한 산화제 사이의 반응시간을 늘려서 오염물질의 제거효율을 높일 수 있는 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to sufficiently secure the reaction space in the bulk region that can cause an indirect oxidation effect in the electrochemical oxidation of wastewater, It is to provide a tubular electrolytic treatment device and a wastewater treatment method using the same to increase the removal efficiency of contaminants by increasing the reaction time between strong oxidants.

본 발명의 다른 목적은, 튜브형 전해처리장치 내부의 폐수 흐름을 난류로 형성시켜 물질전달율을 높이고, 효율적인 간접산화효과를 가능하게 하여 폐수 중 오염물질의 제거율을 향상시킬 수 있는 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to form a wastewater flow inside the tubular electrolytic treatment device to increase the material transfer rate by turbulent flow, and to enable efficient indirect oxidation effect to improve the removal rate of contaminants in the waste water and the same It is to provide a wastewater treatment method.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 원통 형상의 외관을 형성하고, 폐수를 전기화학적으로 간접산화시키기 위한 벌크 영역을 구비하며, 외부로부터 폐수를 유입하는 유입구와 전해반응이 완료된 폐수를 배출하는 배출구를 가지는 하우징과, 상기 하우징을 길이방향으로 관통하는 양극전극, 그리고 상기 양극전극을 길이방향으로 둘러싸고, 상기 유입구를 통해 유입되는 폐수를 상기 양극전극과 함께 전기화학적으로 산화시키는 튜브형 음극전극을 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, the present invention has a cylindrical appearance, having a bulk region for electrochemically indirect oxidation of the waste water, and the inlet for introducing the waste water from the outside; Electrochemically with the anode electrode, the housing having a discharge port for discharging the wastewater after the electrolytic reaction, the anode electrode penetrating the housing in the longitudinal direction, and the anode electrode in the longitudinal direction, and the wastewater flowing through the inlet port together with the anode electrode It comprises a tubular cathode electrode oxidized to.

이때, 상기 유입구는 외부로부터 유입된 폐수의 흐름이 선회류가 되도록 상 기 하우징의 외주연에 대하여 접선방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.In this case, the inlet may be formed to protrude in a tangential direction with respect to the outer periphery of the housing so that the flow of wastewater introduced from the outside is a swirl flow.

그리고 상기 튜브형 음극전극은 상기 하우징 내부의 폐수가 상기 튜브형 음극전극의 내측과 외측의 벌크 영역 사이를 이동할 수 있도록 형성된 홀을 구비할 수 있다.The tubular cathode electrode may include a hole formed to allow the wastewater inside the housing to move between the bulk region of the inner side and the outer side of the tubular cathode electrode.

또한, 상기 튜브형 전해처리장치는 상기 벌크 영역에서 폐수의 흐름이 난류(亂流)가 되도록 상기 하우징의 내주연을 따라 돌출된 방해판을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the tubular electrolytic treatment apparatus may further include a baffle that protrudes along the inner circumference of the housing so that the flow of waste water in the bulk region becomes turbulent.

이때, 상기 튜브형 전해처리장치는 전해반응 과정에서 발생하는 유해가스를 배출하기 위하여 유해가스 처리시설과 연결되도록 상기 하우징의 상부에 형성되는 가스배출구를 더 포함하여 구성될 수 있다.In this case, the tubular electrolytic treatment device may further comprise a gas outlet formed in the upper portion of the housing to be connected to the harmful gas treatment facility in order to discharge the harmful gas generated in the electrolytic reaction process.

그리고 상기 하우징의 내부에서 폐수의 흐름이 상향류가 되도록 상기 유입구는 상기 하우징의 하부에 형성되고, 상기 배출구는 상기 하우징의 상부에 형성될 수 있다.In addition, the inlet may be formed at the lower portion of the housing so that the flow of the wastewater flows upward in the housing, and the outlet may be formed at the upper portion of the housing.

또한, 상기 양극전극과 튜브형 음극전극은 0.2 내지 1.0cm 간격으로 형성되고, 직류 전류를 1 내지 10A/dm2의 전류밀도 량으로 일정하게 공급받음으로써 전해처리를 수행할 수 있다.In addition, the anode electrode and the tubular cathode electrode are formed at 0.2 to 1.0cm intervals, it is possible to perform the electrolytic treatment by receiving a DC current at a constant current density amount of 1 to 10A / dm 2 .

한편, 본 발명은 외부로부터 폐수를 유입하는 단계와, 양극전극과 튜브형 음극전극 사이에서 폐수 중의 전극 활성입자가 상기 양극전극의 표면에 흡착되는 전자전달반응에 의해 오염물질을 직접적으로 분해하는 직접양극산화단계와, 상기 양 극전극과 튜브형 음극전극 사이에서 발생한 전해 산화생성물이 상기 튜브형 음극전극에 형성된 홀을 통하여 외부의 벌크 영역으로 이동하고, 상기 이동된 전해 산화생성물에 의해 오염물질을 간접적으로 분해하는 간접산화단계, 그리고 전해반응이 완료된 폐수를 배출하는 단계를 포함하여 수행된다.On the other hand, the present invention is a direct anode for directly decomposing contaminants by the step of introducing waste water from the outside, the electron transfer reaction that the electrode active particles in the waste water is adsorbed on the surface of the anode electrode between the anode electrode and the tubular cathode electrode The oxidation step and the electrolytic oxidation product generated between the anode electrode and the tubular cathode electrode move to the external bulk region through the hole formed in the tubular cathode electrode, and indirectly decompose the contaminants by the moved electrolytic oxidation product. Indirect oxidation is carried out, and including the step of draining the waste water is completed electrolytic reaction.

이때, 상기 유입단계는 상기 튜브형 전해처리장치의 외관을 구성하는 하우징의 외주연에 대하여 접선방향으로 돌출되어 형성된 유입구를 통해 폐수를 유입함으로써, 폐수의 흐름이 선회류가 되도록 수행될 수 있다.In this case, the inflow step may be performed so that the flow of the waste water flows through the inflow port formed by protruding in a tangential direction with respect to the outer periphery of the housing constituting the tubular electrolytic treatment device.

그리고 상기 간접산화단계는 폐수 중에 포함된 난분해성 오염물질이 상기 벌크 영역에서 5 내지 120분의 체류시간 동안 전해처리됨으로써 수행될 수 있다.In addition, the indirect oxidation step may be performed by electrolyzing the hardly degradable contaminants contained in the wastewater for a residence time of 5 to 120 minutes in the bulk region.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.As described in detail above, according to the tubular electrolytic treatment apparatus and the wastewater treatment method using the same, the following effects can be expected.

즉, 유입구를 튜브형 전해처리장치 외부에 접선방향으로 설치함으로써 유입 폐수의 흐름을 선회류가 되도록 하여 튜브형 전해처리장치 내부에서 물질전달율을 높여 오염물질 제거율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In other words, by installing the inlet in a tangential direction outside the tubular electrolytic treatment device, the flow of the inflow wastewater becomes a swirl flow, thereby increasing the material transfer rate inside the tubular electrolytic treatment device and improving the pollutant removal rate.

그리고 본 발명에 의하면, 튜브형 전해처리장치 내부에 양극전극과 튜브형 음극전극을 설치하고, 튜브형 음극전극 외부의 천공된 부분을 통하여 전해 생성물인 강한 산화제가 벌크 영역에서 간접산화효과를 일으킬 수 있는 체류시간을 가질 수 있도록 함으로써 난분해성 오염물질의 산화효과를 높일 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, a positive electrode and a tubular cathode electrode are installed inside the tubular electrolytic apparatus, and a residence time in which a strong oxidant, which is an electrolytic product, may cause an indirect oxidation effect in the bulk region through a perforated portion outside the tubular cathode electrode. By allowing to have an advantage that can increase the oxidation effect of the hardly degradable contaminants.

또한, 본 발명에 의하면, 튜브형 전해처리장치 내부에 폐수의 흐름을 난류로 만들어 주는 방해판을 설치함으로써, 폐수와 전해 중간 생성물 간의 물질이동에 의해 오염물질의 제거효율을 개선할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, by installing a baffle to make the flow of wastewater turbulent flow inside the tubular electrolytic treatment device, there is an advantage that can improve the removal efficiency of contaminants by moving the material between the wastewater and the electrolytic intermediate products. .

그리고 본 발명에 의하면, 튜브형 전해처리장치 상부에 전해과정에서 생성된 수소, 염소 등의 가스를 배출할 수 있는 가스배출구를 형성함으로써 유해가스의 처리 및 가스처리설비의 부착이 용이한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, by forming a gas outlet for discharging the gas, such as hydrogen, chlorine generated in the electrolytic process on the tubular electrolytic treatment device there is an advantage of easy treatment of harmful gases and attachment of gas treatment equipment.

또한, 본 발명에 의하면, 규격화된 튜브형 전해처리장치를 적용함으로써 전해처리장치의 설계 및 생산이 규격화되고, 사용의 용이성 확보가 가능한 장점이 있다.In addition, according to the present invention, the design and production of the electrolytic treatment apparatus is standardized by applying a standardized tubular electrolytic treatment apparatus, and there is an advantage that the ease of use can be ensured.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the tubular electrolytic treatment apparatus and wastewater treatment method using the same according to the present invention as described above will be described in detail.

도 2는 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 튜브형 전해처리장치를 나타내는 종단면도이다.Fig. 2 is a longitudinal sectional view showing a tubular electrolytic apparatus which constitutes a specific embodiment of the present invention.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치의 외관은 원통 형상의 하우징(10)으로 구성된다. 그리고 상기 하우징(10)의 하부에는 유입구(20)가 형성되고, 상부에는 배출구(30)가 형성된다. 상기 유입구(20)와 배출구(30)가 각각 상기 하우징(10)의 하부 및 상부에 형성되는 것은 처리하고자 하는 폐수의 흐름이 중력 방향에 대하여 상향류가 되도록 하기 위함이다.As shown in FIG. 2, the external appearance of the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention includes a cylindrical housing 10. An inlet 20 is formed at a lower portion of the housing 10, and an outlet 30 is formed at an upper portion thereof. The inlet 20 and the outlet 30 are formed in the lower and upper portions of the housing 10, respectively, so that the flow of the waste water to be treated is upflow with respect to the direction of gravity.

상기 하우징(10)의 내측벽에는 적어도 하나 이상의 방해판(40)이 형성된다. 상기 방해판(40)은 상기 하우징(10)의 내주연을 따라 돌출된 링 형상으로 형성되어 폐수의 흐름을 방해한다. 상기 방해판(40)은 상기 튜브형 음극전극(60)과 상기 하우징(10) 사이의 공간인 벌크 영역에서 폐수의 흐름이 난류가 되도록 하여 물질전달율을 향상시킨다. 즉, 상기 방해판(40)은 튜브형 전해처리장치 내부에서 폐수의 흐름을 난류로 만들어 폐수와 전해 중간 생성물 간의 물질이동에 의해 오염물질의 제거효율을 향상시킨다. 여기서, 상기 벌크 영역은 상기 튜브형 음극전극(60)과 상기 하우징(10) 사이의 공간뿐만 아니라, 후술할 양극전극(50)과 상기 튜브형 음극전극(60) 사이의 공간도 포함하는 부분이다. 상기 벌크 영역은 차아염소산, 오존, 과산화수소 또는 산화된 금속이온과 같은 강한 산화제에 의해 오염물질이 분해되는 간접산화공정이 진행되는 공간이다.At least one baffle plate 40 is formed on an inner wall of the housing 10. The baffle plate 40 is formed in a ring shape protruding along the inner circumference of the housing 10 to hinder the flow of wastewater. The baffle plate 40 improves mass transfer rate by allowing turbulent flow to become turbulent in the bulk region, which is a space between the tubular cathode electrode 60 and the housing 10. That is, the obstruction plate 40 improves the removal efficiency of contaminants by moving the waste water into the turbulent flow in the tubular electrolytic treatment device by mass transfer between the waste water and the electrolytic intermediate product. Here, the bulk region is a portion including not only a space between the tubular cathode electrode 60 and the housing 10 but also a space between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 which will be described later. The bulk region is a space where an indirect oxidation process is performed in which contaminants are decomposed by strong oxidants such as hypochlorous acid, ozone, hydrogen peroxide or oxidized metal ions.

본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치에서는 상기 방해판(40)을 링 형상으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 방해판(40)은 상기 하우징(10)의 내부에서 폐수의 흐름을 방해하여 난류를 형성하기 위한 것이므로 상기 하우징(10)의 내주연을 따라 돌출되어 형성되는 것이면 그 형상에는 관계가 없다.In the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention, the baffle plate 40 is described in a ring shape, but is not necessarily limited thereto. That is, since the obstruction plate 40 is for forming turbulence by disturbing the flow of wastewater in the housing 10, the obstruction plate 40 is protruded along the inner circumference of the housing 10, and has no relation to its shape. .

상기 하우징(10)의 내측 중심부분에는 상기 하우징(10)을 길이방향으로 관통하는 봉형의 양극전극(50)이 형성된다. 그리고 상기 하우징(10)의 내측에는 상기 양극전극(50)을 길이방향으로 둘러싸고, 상기 하우징(10)을 길이방향으로 관통하는 튜브형 음극전극(60)이 형성된다. 즉, 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60)은 상기 유입구(20)를 통해 유입된 폐수를 전기화학적으로 분해하기 위한 전극으로서, 내측에 봉형의 전극과 외측에 튜브형의 전극이 조합된 이중구조의 형태로 구성된다. 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60)에는 전원공급장치(미도시)를 통하여 일정한 전류가 1 내지 10A/dm2의 전류밀도량으로 공급된다. 그리고 상기 양극전극(50)의 재질로는 불용성 전극인 티타늄에 이산화이리듐이 2㎛ 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/IrO2 전극이 사용되고, 상기 튜브형 음극전극(60)의 재질로는 스테인리스 스틸, 하스테로이(Hastelloy), C-276 등이 사용된다.An inner central portion of the housing 10 is provided with a rod-shaped anode electrode 50 penetrating the housing 10 in the longitudinal direction. In addition, a tubular cathode electrode 60 is formed inside the housing 10 to enclose the cathode electrode 50 in the longitudinal direction and penetrate the housing 10 in the longitudinal direction. That is, the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 are electrodes for electrochemically decomposing wastewater introduced through the inlet 20, and a rod-shaped electrode on the inside and a tubular electrode on the outside are combined. It is composed of a double structure. A constant current is supplied to the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 at a current density of 1 to 10 A / dm 2 through a power supply (not shown). As the material of the anode electrode 50, a Ti / IrO 2 electrode coated by pyrolysis with titanium iridium dioxide having a thickness of 2 μm on titanium, which is an insoluble electrode, is used as the material of the tubular cathode electrode 60. Hastelloy, C-276 and the like are used.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 상기 양극전극(50)의 재질로 불용성 전극인 티타늄에 이산화이리듐이 2㎛ 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/IrO2 전극을 사용하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 전해처리에 사용하는 통상적인 불용성 전극을 모두 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 양극전극(50)으로는 티타늄에 이산화이리듐이 2 내지 3㎛ 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/IrO2 전극, 티타늄에 이산화루테늄이 2 내지 3㎛ 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/RuO2 전극, 티타늄에 이산화주석이 2 내지 3㎛ 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/SnO2 전극, 티타늄에 이산화루테늄과 이산화이리듐이 2 내지 3㎛ 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/RuO2-IrO2 전극, 티타늄에 이산화주석과 이산화이리듐이 2 내지 3㎛ 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/SnO2-IrO2 전극, 또는 티타늄에 백금이 2 내지 3㎛ 두께로 코팅된 Ti/Pt 전극 등이 사용될 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, as the material of the anode electrode 50, a Ti / IrO 2 electrode coated with iridium dioxide with a thickness of 2 μm on titanium, which is an insoluble electrode, was used, but is not necessarily limited thereto. Any conventional insoluble electrode for use can be used. For example, the anode electrode 50 is a Ti / IrO 2 electrode coated by pyrolysis with titanium iridium dioxide at a thickness of 2 to 3 µm, and a titanium coated with ruthenium at a thickness of 2 to 3 µm with titanium Ti / IrO 2. RuO 2 electrode, a tin dioxide in a thickness of 2 to 3㎛ titanium coated by pyrolysis Ti / SnO 2 electrode, a ruthenium dioxide and iridium dioxide 2 to 3㎛ thick titanium coating by a thermal decomposition Ti / RuO 2 - IrO 2 electrode, Ti / SnO 2 -IrO 2 electrode coated with titanium dioxide and iridium dioxide with pyrolysis in thickness of 2 to 3 μm, or Ti / Pt electrode coated with platinum in thickness of 2 to 3 μm on titanium This can be used.

상기 하우징(10)과 튜브형 음극전극(60)은 상기 양극전극(50)을 중심으로 하는 원통의 형상으로 형성되는데, 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60) 사이의 간격은 0.2 내지 1.0cm를 유지한다. 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60) 사이의 간격은 상기 하우징(10)의 내측 상부에 형성되는 극간조절 고정구(70)에 의해 유지된다. 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60)의 사이에 형성되는 상기 극간조절 고정구(70)는 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60) 사이의 간격을 일정하게 유지함으로써 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60)이 접선되는 것을 방지한다.The housing 10 and the tubular cathode electrode 60 are formed in a cylindrical shape with the anode electrode 50 as the center, and the interval between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 is 0.2 to 1.0. Keep cm. The gap between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 is maintained by the gap adjusting fixture 70 formed on the inner upper portion of the housing 10. The gap adjusting fixture 70 formed between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 maintains a constant gap between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 to maintain the anode electrode. 50 and the tubular cathode electrode 60 are prevented from being tangential.

상기 양극전극(50)은 상기 튜브형 음극전극(60)의 내측 하부에 형성되는 양극고정구(80)에 의해 움직이지 않도록 고정된다. 상기 양극고정구(80)는 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60) 사이의 간격을 일정하게 유지하고, 접선되는 것을 방지한다. 그리고 상기 하우징(10)의 하단에는 음극지지판(90)이 형성되고, 상기 하우징(10)의 상단에는 양극지지판(100)이 형성되어 상기 튜브형 음극전극(60)과 양극전극(50)을 각각 고정한다. 또한, 상기 튜브형 음극전극(60)을 지지하는 음극지지판(90)의 하측에는 고무 또는 실리콘 등의 재질로 형성되는 실링재(110)가 구비되어 튜브형 전해처리장치의 외부로 폐수가 누출되는 것을 방지한다.The anode electrode 50 is fixed so as not to move by the anode fixture 80 formed on the inner lower portion of the tubular cathode electrode 60. The cathode fixture 80 maintains a constant distance between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60, and prevents the contact. A cathode support plate 90 is formed at a lower end of the housing 10, and an anode support plate 100 is formed at an upper end of the housing 10 to fix the tubular cathode electrode 60 and the anode electrode 50, respectively. do. In addition, a sealing material 110 formed of a rubber or silicon material is provided under the negative electrode support plate 90 supporting the tubular cathode electrode 60 to prevent the wastewater from leaking out of the tubular electrolytic treatment device. .

상기 튜브형 음극전극(60)에는 복수 개의 홀(120)이 형성된다. 상기 유입구(20)를 통해 유입된 폐수는 상기 홀(120)을 통하여 상기 튜브형 음극전극(60) 내측의 벌크 영역으로 이동한다. 상기 튜브형 음극전극(60)에 천공된 홀(120)은 상기 하우징(10) 내부의 폐수가 내측과 외측 벌크 영역 사이를 이동할 수 있는 통로 역 할을 한다. 폐수가 상기 홀(120)을 통해 내측과 외측 벌크 영역 사이를 이동하므로 전해 생성물인 강한 산화제가 간접산화효과를 일으킬 수 있는 체류시간을 더욱 확보할 수 있고, 체류시간을 확보함으로써 난분해성 오염물질의 산화효과를 높이는 효과가 있다. 이때, 처리하고자 하는 폐수가 상기 벌크 영역에서 5 내지 120분 동안 체류하도록 유입 유량 또는 벌크 영역의 부피가 조절된다. 그리고 상기 튜브형 음극전극(60)에 천공되는 홀(120)의 개수는 상기 튜브형 음극전극(60)의 크기에 따라 다양하게 결정된다. 따라서 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치에 따르면, 폐수가 상기 홀(120)을 통해 이동하면서 벌크 영역에서의 체류시간을 확보함으로써 간접산화공정의 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.A plurality of holes 120 are formed in the tubular cathode electrode 60. Wastewater introduced through the inlet 20 moves to the bulk region inside the tubular cathode electrode 60 through the hole 120. The hole 120 bored in the tubular cathode electrode 60 serves as a passage through which wastewater inside the housing 10 can move between the inner and outer bulk regions. Since the wastewater moves between the inner and outer bulk regions through the hole 120, the retention time for the strong oxidizing agent, which is an electrolytic product, may cause an indirect oxidation effect. It has the effect of increasing the oxidation effect. At this time, the inflow flow rate or the volume of the bulk region is adjusted so that the waste water to be treated remains in the bulk region for 5 to 120 minutes. The number of holes 120 drilled in the tubular cathode electrode 60 is determined in various ways according to the size of the tubular cathode electrode 60. Therefore, according to the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention, the waste water is moved through the hole 120 has the advantage of further improving the effect of the indirect oxidation process by securing the residence time in the bulk region. .

그리고 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60) 사이의 벌크 영역에서는 전기분해 반응이 일어나면서 가스가 발생하는데, 이때 발생한 가스가 폐수 중에 혼합됨으로써 물의 밀도가 낮아진다. 따라서 상대적으로 밀도가 높은 튜브형 음극전극(60) 외부의 폐수는 주변보다 밀도가 낮은 유체가 부상함에 따른 밀도류(密度流, Density current)의 특성에 따라 상기 홀(120)을 통해 상기 튜브형 음극전극(60) 내측의 벌크 영역으로 이동한다. 상기 홀(120)을 통해 상기 튜브형 음극전극(60) 내측의 벌크 영역으로 유입된 폐수는 상기 벌크 영역의 하측으로부터 상측으로 이동하여 상기 튜브형 음극전극(60)의 상측에 형성되는 홀(120)을 통해 외측 벌크 영역으로 이동한다.In the bulk region between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60, gas is generated while an electrolysis reaction occurs. The density of water is lowered by mixing the generated gas into the wastewater. Therefore, the wastewater outside the relatively dense tubular cathode electrode 60 is discharged through the hole 120 according to the characteristics of density current due to the rise of fluid having a lower density than the surroundings. 60) Move to the inner bulk area. Wastewater introduced into the bulk region inside the tubular cathode electrode 60 through the hole 120 moves upward from the bottom of the bulk region to form a hole 120 formed above the tubular cathode electrode 60. Through to the outer bulk area.

상기 하우징(10)의 상단에는 전해반응 과정에서 발생되는 수소, 염소 등의 가스를 효율적으로 배출하기 위한 가스배출구(130)가 형성된다. 상기 가스배출 구(130)는 전해반응 과정에서 발생하는 유해가스를 배출하고, 가스처리시설을 용이하게 부착할 수 있도록 한다. 즉, 튜브형 전해처리장치 상부에 형성된 가스배출구(130)를 통해 수소, 염소 등의 가스를 배출함으로써 유해가스의 처리 및 가스처리설비의 부착이 용이한 장점이 있다.The upper end of the housing 10 is formed with a gas outlet 130 for efficiently discharging the gas, such as hydrogen, chlorine generated during the electrolytic reaction process. The gas discharge port 130 discharges harmful gases generated during the electrolytic reaction process and easily attaches a gas treatment facility. That is, by discharging gas such as hydrogen and chlorine through the gas discharge port 130 formed on the tubular electrolytic treatment device, there is an advantage in that it is easy to process harmful gas and attach gas treatment equipment.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 튜브형 전해처리장치가 하나의 하우징(10)에 의해 구성되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 설계조건에 따라서 둘 이상의 하우징(10)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 구성될 수도 있다. 이때, 둘 이상의 하우징(10)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 구성되는 경우에도 본 발명의 구체적인 실시예에서 설명한 하나의 하우징(10)으로 구성되는 튜브형 전해처리장치와 동일한 방식으로 전해처리가 수행된다.In a specific embodiment of the present invention, the tubular electrolytic treatment apparatus has been described as being configured by one housing 10, but is not necessarily limited thereto, and two or more housings 10 are connected in series or in parallel according to design conditions. May be At this time, even when two or more housings 10 are connected in series or in parallel, the electrolytic treatment is performed in the same manner as the tubular electrolytic treatment apparatus composed of one housing 10 described in the specific embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 튜브형 전해처리장치를 도 2의 A-A'선으로 자른 횡단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2 of the tubular electrolytic apparatus constituting a specific embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치를 구성하는 배출구(30)는 원통 형상의 하우징(10)의 측면방향으로 돌출되어 형성된다. 상기 하우징(10)의 하부에 형성되는 유입구(20)를 통해 유입된 폐수는 상향류를 형성하여 상기 하우징(10)의 상부에 형성되는 배출구(30)를 통해 배출된다.As shown in Figure 3, the outlet 30 constituting the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention is formed to protrude in the lateral direction of the cylindrical housing 10. Wastewater introduced through the inlet 20 formed in the lower portion of the housing 10 is discharged through the outlet 30 formed in the upper portion of the housing 10 by forming an upward flow.

원통 형상의 하우징(10) 내부 중심부분에는 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60)이 설치되어 전극반응을 일으킨다. 그리고 상기 튜브형 음극전극(60)에는 다수 개의 홀(120)이 형성된다. 상기 튜브형 음극전극(60)의 하측에 형성되는 홀(120)을 통해 내측 벌크 영역으로 이동된 폐수는 상기 튜브형 음극전극(60)의 상측에 형성되는 홀(120)을 통해 외측 벌크 영역으로 이동한다. 이때, 상기 튜브형 음극전극(60)에 형성되는 홀(120)은 폐수를 상기 벌크 영역에 체류하도록 함으로써 간접산화를 위한 체류시간을 확보하는 기능을 한다.In the central portion of the cylindrical housing 10, an anode electrode 50 and a tubular cathode electrode 60 are installed to cause an electrode reaction. In addition, a plurality of holes 120 are formed in the tubular cathode electrode 60. Wastewater moved to the inner bulk region through the hole 120 formed on the lower side of the tubular cathode electrode 60 moves to the outer bulk region through the hole 120 formed on the upper side of the tubular cathode electrode 60. . At this time, the hole 120 formed in the tubular cathode electrode 60 functions to ensure the residence time for indirect oxidation by allowing the waste water to remain in the bulk region.

그리고 상기 하우징(10)의 내측벽에는 방해판(40)이 부착되어 벌크 영역에서 폐수의 흐름이 난류가 되도록 함으로써 오염물질의 제거효율을 상승시킨다. 상기 방해판(40)은 상기 하우징(10)의 내주연을 따라 돌출된 링 형상으로 상기 하우징(10)의 내측벽에 하나 이상 구비된다. 여기서, 상기 방해판(40)을 형성함으로써 벌크 영역에서 폐수의 흐름을 난류로 형성하는 것은 물질전달율을 향상시키기 위함이다.In addition, an obstruction plate 40 is attached to the inner wall of the housing 10 to increase the efficiency of removing contaminants by allowing turbulent flow to become turbulent in the bulk region. The baffle plate 40 is provided in at least one inner wall of the housing 10 in a ring shape protruding along the inner circumference of the housing 10. Here, the formation of the wastewater flow in the bulk region by turbulence by forming the baffle plate 40 is to improve the mass transfer rate.

도 4는 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 튜브형 전해처리장치를 도 2의 B-B'선으로 자른 횡단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'of FIG. 2 of the tubular electrolytic apparatus constituting a specific embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 튜브형 전해처리장치를 구성하는 유입구(20)는 원통 형상의 하우징(10)에 대하여 일측으로 치우친 위치에 접선방향으로 돌출되도록 형성된다. 상기 유입구(20)는 유입폐수가 벌크 영역에서 선회류(旋回流, Swirl flow)의 흐름을 갖도록 한다. 즉, 상기 유입구(20)는 상기 하우징(10)에 대하여 일측방향으로 치우쳐 형성되므로 상기 벌크 영역 내에서 폐수의 흐름은 상기 하우징(10)의 내측 벽면을 따라 소용돌이 형상의 선회류가 된다.As shown in FIG. 4, the inlet 20 constituting the tubular electrolytic treatment device constituting a specific embodiment of the present invention is formed to protrude tangentially at a position biased to one side with respect to the cylindrical housing 10. . The inlet 20 allows the influent wastewater to have a flow of swirl flow in the bulk region. That is, since the inlet 20 is formed to be biased in one direction with respect to the housing 10, the flow of wastewater in the bulk region becomes a swirling swirl flow along the inner wall surface of the housing 10.

그리고 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60) 사이의 벌크 영역에서는 전기분해 반응이 일어나면서 가스가 발생하는데, 이때 발생한 가스가 폐수 중에 혼합됨으로써 물의 밀도가 낮아진다. 따라서 상대적으로 밀도가 높은 튜브형 음극전극(60) 외부의 폐수는 밀도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 밀도류의 특성에 따라 상기 홀(120)을 통해 상기 튜브형 음극전극(60) 내부의 벌크 영역으로 이동한다.In the bulk region between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60, gas is generated while an electrolysis reaction occurs. The density of water is lowered by mixing the generated gas into the wastewater. Therefore, the wastewater outside the relatively dense tubular cathode electrode 60 moves to the bulk region inside the tubular cathode electrode 60 through the hole 120 according to the characteristics of the density flow flowing from the place of high density to the place of low density. do.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명 실시예의 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter will be described in detail the operation of the embodiment of the present invention having the configuration as described above.

도 2를 참고하여, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치에서 유입되는 폐수의 오염물질 제거과정을 설명하기로 한다.Referring to Figure 2, it will be described the process of removing contaminants from the wastewater flowing in the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 튜브형 전해처리장치의 외관을 구성하는 하우징(10)의 하부에 형성되는 유입구(20)를 통해 폐수가 유입된다. 상기 튜브형 전해처리장치의 내부로 유입된 폐수는 상향류 흐름에 의하여 벌크 영역을 통과하면서 전해처리가 된다. 그리고 상기 튜브형 음극전극(60)에 천공된 홀(120)을 통해 이동된 폐수의 흐름은 상기 하우징(10)의 내측벽에 형성된 방해판(40)에 의해 상향류에서 난류로 변한다.As shown in FIG. 2, wastewater is introduced through an inlet 20 formed in the lower portion of the housing 10 constituting the tubular electrolytic treatment device. Wastewater introduced into the tubular electrolytic treatment device is subjected to electrolytic treatment while passing through the bulk region by an upstream flow. In addition, the flow of the wastewater moved through the hole 120 bored in the tubular cathode electrode 60 is changed from upstream to turbulent flow by the obstruction plate 40 formed on the inner wall of the housing 10.

전해처리과정을 구체적으로 살펴보면, 상기 양극전극(50)과 상기 튜브형 음극전극(60)에 직류 전류를 1 내지 10A/dm2의 전류밀도 량으로 일정하게 공급함으로써 전극반응이 일어나며, 상기 양극전극(50)에서 산소의 방출이 일어난다. 이때 상기 양극전극(50)의 표면에 OH 라디칼이 흡착되고, 흡착된 OH 라디칼은 폐수 중에 포함되어 있는 유기물질과 전자전달반응을 통하여 오염물질을 분해한다. Looking at the electrolytic treatment in detail, an electrode reaction occurs by constantly supplying a direct current to the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 in a current density amount of 1 to 10 A / dm 2 , the anode electrode ( 50) release of oxygen occurs. At this time, OH radicals are adsorbed on the surface of the anode electrode 50, and the adsorbed OH radicals decompose contaminants through an electron transfer reaction with organic substances contained in the wastewater.

상기 유입구(20)를 통해 유입된 폐수는 상기 튜브형 음극전극(60)에 천공된 홀(120)을 통하여 내측 벌크 영역과 외측 벌크 영역 사이를 이동한다. 이때, 처리하고자 하는 폐수가 상기 벌크 영역에서 5 내지 120분 동안 체류하도록 유입 유량 또는 벌크 영역의 부피가 조절된다.Wastewater introduced through the inlet 20 moves between the inner bulk region and the outer bulk region through the hole 120 bored in the tubular cathode electrode 60. At this time, the inflow flow rate or the volume of the bulk region is adjusted so that the waste water to be treated remains in the bulk region for 5 to 120 minutes.

예컨대 폐수 중에 염화나트륨(NaCl)이 존재하는 경우, 전기화학적 반응에 의하여 상기 양극전극(50)에서는 염소가스(Cl2)가 발생하고, 상기 튜브형 음극전극(60)에서는 수소가스(H2)가 발생한다. 상기 튜브형 음극전극(60)에 형성된 홀(120)을 통하여 상기 벌크 영역으로 이동된 폐수로부터 차아염소산(HOCl)이 생성되고, 상기 생성된 차아염소산은 온도와 pH의 변화에 따라 차아염소산이온(OCl-)으로 변하는데, pH가 7.5일 때는 HOCl과 OCl-의 분포가 같고, pH가 7.5 이하에서는 HOCl이 증가하며, 그리고 pH가 7.5 이상에서는 OCl-가 증가한다. 전해처리를 위한 체류시간이 증가할수록 염소가 포함된 폐수의 전해처리에서 HOCl/OCl-은 보다 더 강력한 산화제로 알려져 있는 아염소산이온(Chlorite, ClO2 -)으로 변하면서 상기 벌크 영역에서 유기물질과 반응하여 오염물질을 분해한다.For example, when sodium chloride (NaCl) is present in the wastewater, chlorine gas (Cl 2 ) is generated at the anode electrode 50 and hydrogen gas (H 2 ) is generated at the tubular cathode electrode 60 by an electrochemical reaction. do. Hypochlorite (HOCl) is generated from the wastewater moved to the bulk region through the hole 120 formed in the tubular cathode electrode 60, and the hypochlorous acid is produced by hypochlorite ion (OCl) according to the change of temperature and pH. At pH 7.5, the distribution of HOCl and OCl − is the same, HOCl increases at pH below 7.5, and OCl − at pH above 7.5. As the electrolysis increases the residence time for treatment in the process electrolysis of the waste water containing the chlorine HOCl / OCl - ah, known as a more powerful oxidizing agent than hypochlorite ion (Chlorite, ClO 2 -) in the organic material in the bulk region and sides and Reaction to decompose contaminants.

상기 전해처리과정은 전극 반응의 주체에 따라 전하이동과정과 물질이동과정으로 구분된다. 상기 전하이동과정은 용액과 전극상의 계면에서 진행되고, 상기 물 질이동과정은 전극과 용액의 계면 사이에서 진행된다. 그리고 상기 물질이동과정에는 전해질 용액의 벌크 운동과 관련이 있는 난류형성에 의한 대류(Convection)운동이 중요한 요소로 작용한다. 상기 벌크 영역에서 상기 방해판(40)에 의해 폐수의 흐름이 난류로 형성되는 것은 Cl- 이온에 의한 물질전달계수(Mass transfer coefficient, k L )를 높임으로써 폐수 중에 포함되어 있는 오염물질의 제거효율을 높일 수 있다.The electrolytic treatment is divided into a charge transfer process and a material transfer process according to the subject of the electrode reaction. The charge transfer process proceeds at the interface between the solution and the electrode, and the material transfer process proceeds between the interface between the electrode and the solution. In the mass transfer process, convection movement due to turbulence formation, which is related to the bulk movement of the electrolyte solution, acts as an important factor. The flow of wastewater by turbulence in the bulk region by the obstruction plate 40 increases the mass transfer coefficient ( k L ) due to Cl − ions, thereby removing contaminants contained in the wastewater. Can increase.

본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치를 거치면서 처리된 폐수는 배출구(30)를 통해 배출되고, 이때, 생성된 수소와 염소 등의 가스는 가스배출구(130)를 통해 배출됨으로써 가스 발생에 의한 저항을 최소화할 수 있다.Wastewater treated while passing through the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention is discharged through the discharge port 30, wherein the generated gas such as hydrogen and chlorine is discharged through the gas discharge port 130 to generate gas Can minimize the resistance.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치를 이용하여 폐수의 전해처리 효과를 실험한 실험예를 표 1을 참고로 하여 설명한다.Hereinafter, using the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention will be described with reference to Table 1 the experimental example of the electrolytic treatment effect of the waste water.

실험대상 시료는 착색제 제조시설로부터 발생하는 산업폐수를 물리·화학적 처리 및 생물학적 처리를 거친 후 배출되는 최종방류수이다. 상기 산업폐수의 최종방류수는 생물학적 처리를 거친 후에도 유기물질, 즉 CODCr가 352.4mg/L, 색도가 582ADMI(American Dye Manufacturers Institute)정도의 높은 농도로 남아있는 난분해성 폐수이다.The test sample is the final effluent discharged after the physical, chemical and biological treatment of industrial wastewater from the colorant manufacturing facility. The final effluent of the industrial wastewater is a non-degradable wastewater in which organic substances, that is, COD Cr is 352.4 mg / L and chromaticity remains at a high concentration of about 582 ADMI (American Dye Manufacturers Institute) even after biological treatment.

본 실험에서 사용한 양극전극(50)의 재질은 불용성 전극으로 티타늄에 이산화이리듐이 2㎛의 두께로 열분해에 의해 코팅된 Ti/IrO2이다. 그리고 튜브형 음극전극(60)의 재질은 스테인리스 스틸이다. 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60) 사이의 극간은 1cm이고, 직류 전원공급장치로부터 상기 양극전극(50) 및 튜브형 음극전극(60)에 공급되는 전류밀도는 6.7A/dm2이다. 이때, 상기 양극전극(50)과 튜브형 음극전극(60)의 사이에서 전극반응을 위해 폐수가 머무르는 전극간 체적에 대한 체류시간은 각각 1분, 3분, 5분, 10분이고, 벌크 영역에서 폐수가 머무르는 시간으로 계산하면 각각 8분, 25분, 40분, 80분이다.The material of the anode electrode 50 used in this experiment is an insoluble electrode, Ti / IrO 2 coated by titanium with iridium dioxide to a thickness of 2㎛. And the material of the tubular cathode electrode 60 is stainless steel. The gap between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 is 1 cm, and the current density supplied from the DC power supply to the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 is 6.7 A / dm 2 . . At this time, the residence time for the volume of electrodes between the anode electrode 50 and the tubular cathode electrode 60 in which the waste water stays for the electrode reaction is 1 minute, 3 minutes, 5 minutes, and 10 minutes, respectively. The time to stay is 8 minutes, 25 minutes, 40 minutes and 80 minutes respectively.

한편, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치의 전해처리 효과를 종래기술에 따른 튜브형 전해처리장치의 전해처리 효과와 비교하기 위해 착색제 제조시설에서 발생한 산업폐수의 최종방류수에 대하여 종래기술에 따라 전해처리를 실시한 비교예를 제시하였다. 이때, 양극전극 및 음극전극의 재질, 전극 사이의 극간, 공급하는 전류밀도, 전극간 체적에 대한 체류시간 등의 조건은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 경우와 종래기술에 의한 경우에 동일하게 유지하였다.On the other hand, in order to compare the electrolytic effect of the tubular electrolytic treatment apparatus according to a specific embodiment of the present invention with the electrolytic treatment effect of the tubular electrolytic treatment apparatus according to the prior art for the final discharge water of the industrial wastewater generated in the colorant manufacturing facility in the prior art In accordance with the present invention, a comparative example was performed. At this time, the conditions of the material of the positive electrode and the negative electrode, the gap between the electrodes, the current density to be supplied, the residence time for the volume between the electrodes, etc. are kept the same in the case of the specific embodiment of the present invention and the case of the prior art It was.

구분division 본 발명의 방법에 의한 처리Treatment by the method of the present invention 종래기술의 방법에 의한 처리Treatment by the method of the prior art 전극간 체적에 대한 체류시간(분)Retention time for the volume between electrodes (minutes) 00 1One 33 55 1010 00 1One 33 55 1010 CODCr COD Cr 농도(mg/L)Concentration (mg / L) 352.4352.4 302.3302.3 300.4300.4 191.3191.3 106.3106.3 352.4352.4 315.6315.6 306.0306.0 258.1258.1 223.4223.4 제거율(%)Removal rate (%) -- 14.314.3 14.814.8 45.745.7 69.869.8 -- 10.410.4 13.213.2 26.826.8 36.636.6 색도Chromaticity 농도(ADMI)Concentration (ADMI) 582582 318318 259259 4444 1010 582582 384384 261261 213213 1515 제거율(%)Removal rate (%) -- 45.445.4 55.555.5 92.492.4 98.398.3 -- 34.034.0 55.255.2 63.463.4 97.497.4

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법으로 처리한 산업폐수의 처리수는 전극간 체적에 대한 체류시간이 5분과 10분인 경우에서 CODCr 농도가 각각 191.3mg/L와 106.3mg/L, 색도가 각각 44ADMI와 10ADMI로 각각 측정되었다. 반면에, 종래기술의 방법에 의한 처리수는 CODCr 농도가 각각 258.1mg/L와 223.4mg/L, 색도가 213ADMI와 15ADMI로 각각 측정되었다. 즉, 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 튜브형 전해처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법에 따르는 경우, 종래기술에 의한 튜브형 전해처리장치에 의한 경우보다 난분해성 유기물질 및 색도의 제거 효과가 우수한 것으로 분석되었다.As shown in Table 1, the treated water of the industrial wastewater treated by the tubular electrolytic treatment apparatus and the wastewater treatment method using the same according to a specific embodiment of the present invention is COD Cr when the residence time for the volume between electrodes is 5 minutes and 10 minutes. Concentrations were measured at 191.3 mg / L and 106.3 mg / L, and chromaticity was 44 ADMI and 10 ADMI, respectively. On the other hand, the treated water according to the conventional method was measured with COD Cr concentrations of 258.1 mg / L and 223.4 mg / L, and chromaticity of 213 ADMI and 15 ADMI, respectively. That is, according to the tubular electrolytic treatment apparatus and the wastewater treatment method using the same according to a specific embodiment of the present invention, it was analyzed that the removal effect of the hardly decomposable organic substance and color than the conventional tubular electrolytic treatment apparatus. .

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.

도 1은 종래기술에 따른 튜브형 전해처리장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 종단면도.1 is a longitudinal sectional view for explaining a schematic configuration of a tubular electrolytic apparatus according to the prior art.

도 2는 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 튜브형 전해처리장치를 나타내는 종단면도.Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a tubular electrolytic apparatus that constitutes a specific embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 튜브형 전해처리장치를 도 2의 A-A'선으로 자른 횡단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2 of the tubular electrolytic apparatus constituting a specific embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 튜브형 전해처리장치를 도 2의 B-B'선으로 자른 횡단면도.Figure 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B 'of the tubular electrolytic apparatus constituting a specific embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10: 하우징 20: 유입구10: housing 20: inlet

30: 배출구 40: 방해판30: outlet 40: baffle plate

50: 양극전극 60: 튜브형 음극전극50: anode electrode 60: tubular cathode electrode

70: 극간조절 고정구 80: 양극고정구70: clearance adjustment fixture 80: anode fixing fixture

90: 음극지지판 100: 양극지지판90: cathode support plate 100: anode support plate

110: 실링재 120: 홀110: sealing material 120: hole

130: 가스배출구130: gas outlet

Claims (10)

원통 형상의 외관을 형성하고, 폐수를 전기화학적으로 간접산화시키기 위한 벌크 영역을 구비하며, 외부로부터 폐수를 유입하는 유입구와 전해반응이 완료된 폐수를 배출하는 배출구를 가지는 하우징과;A housing having a cylindrical appearance and having a bulk area for electrochemically indirectly oxidizing wastewater, the housing having an inlet for introducing wastewater from the outside and an outlet for discharging the wastewater having completed the electrolytic reaction; 상기 하우징을 길이방향으로 관통하는 양극전극; 및An anode electrode penetrating the housing in the longitudinal direction; And 상기 양극전극을 길이방향으로 둘러싸고 상기 유입구를 통해 유입되는 폐수를 상기 양극전극과 함께 전기화학적으로 산화시키는 튜브형 음극전극을 포함하며,A tubular cathode electrode which surrounds the anode electrode in a longitudinal direction and electrochemically oxidizes wastewater introduced through the inlet with the anode electrode; 상기 튜브형 음극전극은 상기 하우징 내부의 폐수가 상기 튜브형 음극전극의 내측과 외측의 벌크 영역 사이를 이동할 수 있도록 형성된 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치.The tubular cathode electrode has a tubular electrolytic apparatus, characterized in that it has a hole formed to allow the wastewater inside the housing to move between the bulk region of the inner and outer sides of the tubular cathode electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유입구는,The inlet is, 외부로부터 유입된 폐수의 흐름이 선회류가 되도록 상기 하우징의 외주연에 대하여 접선방향으로 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치.Tubular electrolytic treatment apparatus characterized in that the protruding in a tangential direction with respect to the outer periphery of the housing so that the flow of waste water introduced from the outside is a swirl flow. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 튜브형 전해처리장치는,The tubular electrolytic treatment device, 상기 벌크 영역에서 폐수의 흐름이 난류(亂流)가 되도록 상기 하우징의 내주연을 따라 돌출된 방해판을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치.And a baffle plate protruding along the inner circumference of the housing such that the flow of waste water in the bulk region becomes turbulent. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 튜브형 전해처리장치는,The tubular electrolytic treatment device, 전해반응 과정에서 발생하는 유해가스를 배출하기 위하여 유해가스 처리시설과 연결되도록 상기 하우징의 상부에 형성되는 가스배출구를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치.And a gas outlet formed at an upper portion of the housing so as to be connected to the noxious gas treatment facility in order to discharge the noxious gas generated during the electrolytic reaction. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하우징의 내부에서 폐수의 흐름이 상향류가 되도록 상기 유입구는 상기 하우징의 하부에 형성되고, 상기 배출구는 상기 하우징의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치.The inlet is formed in the lower portion of the housing, the discharge port is formed in the upper portion of the housing so that the flow of waste water in the housing upflow. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양극전극과 튜브형 음극전극은,The anode electrode and the tubular cathode electrode, 0.2 내지 1.0cm 간격으로 형성되고, 직류 전류를 1 내지 10A/dm2의 전류밀도 량으로 일정하게 공급받음으로써 전해처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치.The tubular electrolytic treatment apparatus is formed at intervals of 0.2 to 1.0 cm and performs electrolytic treatment by receiving a DC current at a constant current density amount of 1 to 10 A / dm 2 . 하우징의 유입구를 통해 외부로부터 폐수를 유입하는 유입단계;An inflow step of introducing wastewater from the outside through an inlet of the housing; 상기 하우징의 길이방향으로 관통하는 양극전극 및 상기 양극전극을 길이방향으로 둘러싸는 튜브형 음극전극 사이에서 폐수 중의 전극 활성입자가 상기 양극전극의 표면에 흡착되는 전기전달반응에 의해 오염물질을 직접적으로 분해하는 직접양극산화단계;Between the anode electrode penetrating in the longitudinal direction of the housing and the tubular cathode electrode enclosing the anode electrode in the longitudinal direction, electrode active particles in the waste water are directly decomposed to the contaminants by an electric transfer reaction in which the electrode active particles are adsorbed on the surface of the anode electrode. Direct anodization step; 상기 양극전극과 튜브형 음극전극 사이에서 발생한 전해 산화생성물에 의해 오염물질을 간접적으로 분해하는 간접산화단계; 및 An indirect oxidation step of indirectly degrading contaminants by an electrolytic oxidation product generated between the anode electrode and the tubular cathode electrode; And 상기 하우징의 배출구를 통해 전해반응이 완료된 폐수를 배출하는 배출단계; 를 포함하며,A discharge step of discharging the wastewater from which the electrolytic reaction is completed through the discharge port of the housing; Including; 상기 튜브형 음극전극은 상기 하우징 내부의 폐수가 상기 튜브형 음극전극의 내측과 외측의 벌크 영역 사이를 이동할 수 있도록 형성된 홀을 구비하고, 상기 간접산화단계는 상기 양극전극과 튜브형 음극전극 사이에서 발생한 상기 전해 산화생성물이 상기 홀을 통해 외부의 벌크 영역으로 이동한 폐수를 분해하는 것을 특징으로 하는 폐수처리방법.The tubular cathode electrode has a hole formed to allow the wastewater inside the housing to move between the bulk region of the inside and the outside of the tubular cathode electrode, and the indirect oxidation step is the electrolysis generated between the anode electrode and the tubular cathode electrode. Wastewater treatment method characterized in that the oxidation product decomposes the wastewater moved to the external bulk region through the hole. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 유입단계는,The inflow step, 상기 튜브형 전해처리장치의 외관을 구성하는 하우징의 외주연에 대하여 접선방향으로 돌출되어 형성된 유입구를 통해 폐수를 유입함으로써, 폐수의 흐름이 선회류가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치를 이용한 폐수 처리방법.Using the tubular electrolytic apparatus, characterized in that the waste water flows through the inlet formed by protruding in a tangential direction with respect to the outer periphery of the housing constituting the tubular electrolytic treatment device, so that the flow of the waste water is swirling flow. Wastewater treatment method. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 간접산화단계는,The indirect oxidation step, 폐수 중에 포함된 난분해성 오염물질이 상기 벌크 영역에서 5 내지 120분의 체류시간 동안 전해처리됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 튜브형 전해처리장치를 이용한 폐수처리방법.The wastewater treatment method using a tubular electrolytic treatment device, characterized in that the non-degradable contaminants contained in the wastewater are electrolytically treated for a residence time of 5 to 120 minutes in the bulk region.
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