KR101062249B1

KR101062249B1 - 물 처리 시스템

Info

Publication number: KR101062249B1
Application number: KR1020090024454A
Authority: KR
Inventors: 신이치 나카무라
Original assignee: 가부시키가이샤 오메가
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2011-09-05
Also published as: KR20110028328A; JP5137259B2; KR101070829B1; JP2009255068A; KR20090102656A

Abstract

본 발명은 종래의 같이는 오니(슬러지)가 발생되지 않는 물 처리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

염소가스를 혼합하여서 차아염소산을 생성시키는 기액 혼합 기구(6)와 유격막 전해조(5)를 구비하여, 상기 기액 혼합 기구(6)에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 피처리수로 이르게 하여서 그 COD를 저감하면서 동시에 상기 피처리수의 적어도 일부를 유격막 전해조(5)에 공급하여서 그 양극 측에서 가스화한 염소가스를 기액 혼합 기구(6)에 공급하도록 하였다. 생물처리가 아닌 차아염소산에 의해 화학적으로 COD를 저감할 수 있다. 기액 혼합 기구(염소가스의 차아염소산으로의 변환)⇒피처리수의 COD 저감(차아염소산의 산화 작용의 발현)⇒유격막 전해조(염소가스의 가스화의 촉진)⇒기액 혼합 기구(염소가스의 차아염소산으로의 변환)와 같이 기액 혼합 기구를 통하여 염소를 순환하여 유효 이용할 수 있다.

차아염소산, COD, 유격막 전해조, 기액 혼합 기구

Description

물 처리 시스템 {Water Treatment System}

본 발명은 공장 용수 이외의 각종 물 처리 시스템에 관한 것이다.

종래부터 배수 처리 기술에 관하여 각종 제안이 이루어지고 있는 바(예를 들면, 특허문헌1, 특개2006-281194호 공보), 한 액정 제조 공장에서는 다음과 같은 물 처리가 이루어지고 있다.

즉 지역 펌프장에서 공업용수로서 지하수가 액정 제조 공장으로 송수되어 온다. 이 중 반 이상이 공장 내의 공수 처리 설비로 공급되어 실리카나 칼슘·마그네슘 등의 성분이 제거된다. 그리고 순수 제조·공급 설비로 보내어져 초순수가 제조된다. 공장으로 공급된 용수 중 반이 좀 못 되게는 공조용 냉각탑으로 공급되어 대기로 증발됨에 따라 냉방용 냉수를 만드는 장치에서 발생되는 열을 방산하고, 그 나머지는 활성탄 여과되고, 순수로 한층 더 희석하여서 강으로 방류된다.

상기 초순수는 액정 제조 공정에서의 유리 기판의 세정, 스크러버 배기의 세정, 냉각수 제조 장치 등에 사용된다. 초순수의 배수는 배수 회수 설비로 회수되어상기 순수 제조·공급 설비 사이에서 순환·재이용이 이루어진다.

이 액정 제조 공장에서는 대량의 초순수가 사용되고 있으며, 그 배수 중에는 현상 폐액 이외의 유기화합물이 함유되어 있다. 이들 유기 배수는 생물처리에 의해 정화되고 있는데, 응집 오니(슬러지)가 많이 발생되는 문제가 있었다.

이와 같은 물 처리에 관한 문제는 상기 액정 공장뿐만 아니라 수영장의 수질 관리나 식품 가공장의 배수 그 밖의 각종 물에 공통되는 과제이며, 모든 산업 분에 걸친 보편적인 문제이다.

여기서 본 발명은 종래와 같이는 오니(슬러지)가 발생되지 않는 물 처리 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구하였다.

(1)본 발명의 물 처리 시스템은 염소 가스를 혼합하여서 차아염소산을 생성시키는 기액(氣液) 혼합 기구와 유격막 전해조를 구비하며, 상기 기액 혼합 기구에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 피처리수로 이르게 하여서 그 COD를 저감하면서 동시에 상기 피처리수의 적어도 일부를 유격막 전해조에 공급하여 그 양극(陽極) 측에서 가스화한 염소 가스를 기액 혼합 기구에 공급하도록 한 것을 특징으로 한다.

여기서 염소가스(Cl₂)를 혼합하여서 차아염소산(HClO)을 생성시키는 기액 혼합 기구 내에서는 (Cl₂+H₂O → HClO+HCl)의 반응이 일어나고 있는 것으로 생각할 수 있다. 이렇게 생성된 차아염소산은 (HClO→HCl(O))와 같이 분해되어서 활성 산소(O)를 발생하고, 이 활성 산소가 피처리수의 COD를 저감하여 가는 것으로 생각할 수 있다.

이 물 처리 시스템은 상기와 같이 구성하였기 때문에 생물 처리가 아닌 차아 염소산에 의해 화학적으로 COD를 저감할 수 있다.

또한 염소 가스를 혼합하여서 차아염소산을 생성시키는 기액 혼합 기구를 이용하는 것으로 하여, 상기 기액 혼합 기구에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 피처리수로 이르게 하여서 그 COD를 저감하면서 동시에 상기 피처리수의 적어도 일부를 유격막 전해조에 공급하여 그 양극(陽極) 측에서 가스화한 염소 가스를 기액 혼합 기구에 공급하도록 하였기 때문에, 기액 혼합 기구(염소가스의 차아염소산으로의 변환)⇒피처리수의 COD 저감(차아염소산의 산화 작용의 발현)⇒유격막 전해조(염소가스의 가스화 촉진)⇒기액 혼합 기구(염소가스의 차아염소산으로의 변환)와 같이 기액 혼합 기구를 통하여 염소를 순환하여 유효하게 이용할 수 있다.

그리고 또한, 유격막 전해조에서 피처리수로 전류를 흐르게 함에 따라 양극 측이 산성으로 기울어져 피처리수로부터 염소 가스가 가스화되기 쉬운 상황이 되며, 이 가스화된 염소 가스를 기액 혼합 기구에 공급하여서 보다 고농도의 차아염소산 함유 물을 생성시킬 수 있다.

상기 피처리수로서 공장계 배수, 음식점계 배수, 일반 가정계 배수, PCB 이외의 오염 토양계 배수, 도장 공장 이외의 VOC 가스를 스크러버(scrubber, 배기가스 세정장치)에 의해 수중 치환한 배수, 수영장 물, 목욕탕 물 등을 예시할 수 있으며, 어떠한 정화를 필요로 하는 물은 전부 포함되는 것으로서 반드시 버리는 물에만 한정되는 것은 아니며 공장계 배수 등과 같이 정화하여서 재이용하는 것이나 수영장 물이나 목욕탕 물과 같이 정화하면서 순환 이용하는 것도 포함될 수 있다.

또한 피처리수 중의 오염 성분으로서 통상의 유기 성분(포름알데히드 등)이 나 벤젠, 톨루엔, 다이옥신류, PCB 등의 난분해성 유기화합물, 인체의 피부 표면 등에서 용출된 오염 성분, 또한 암모니아성 질소 이외의 무기성분을 예시할 수 있다. 상기 유격막 전류 인가조에는 식염과 같은 염화물이나 차아염소산을 공존시켜서 전기 분해할 수 있다. 상기 오염 평가 지표로서 COD(화학적 산소 요구량)나 TOC 등을 예시할 수 있다.

(2)상기 기액 혼합 기구에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 전기 분해한 후 피처리수로 이르게 하여서 그 COD를 저감하도록 하여도 좋다. 이와 같이 구성하면 기액 혼합 기구에서 생성한 차아염소산이 전기 분해됨에 따라 활성화된 상태가 되어서 피처리수로 이르게 되므로 COD의 저감 효과가 향상되는 것으로 할 수 있다.

(3)상기 피처리수를 전기 분해하는 전해기구를 구비하여, 상기 전해기구에서의 처리후의 피처리수를 유격막 전해조에 공급하여서 가스화한 염소 가스를 기액 혼합 기구에 공급하도록 하여도 좋다. 이와 같이 구성하면, 상기와 같이 차아염소산의 산화 작용에 의해 피처리수의 COD를 저감한 후에 전해기구에서의 피처리액에 대한 양극 산화(양극에서 생성된 OH라디컬에 따른 산화)에 의해 COD가 저감되면서 상기 양극에서 생성한 염소 가스(2Cl^- → Cl₂+2e^-)를 유격막 전해조에서 가스화시켜 기액 혼합 기구에서 효과적으로 차아염소산으로 변환할 수 있다. 전해기구에서는 식염을 첨가하여 전기 전도도를 높여서 전해하면 좋다.

(4) 상기 피처리수는 프로톤성의 양친매성 용매 또는/ 및 비프로톤성의 양친 매성 용매를 함유하도록 한 것으로 해도 좋다.

이와 같이 구성하면, 오염 성분이 소수성 유기성분으로서 물에 용해되기 어려운 경우라도 수중에 상용시켜서 정화 처리를 수행할 수 있다. 즉 양친매성 용매로서 프로톤성의 것과 비프로톤성의 것을 함께 상용시키도록 하면, 프로톤성의 양친매성 용매(IPA 등)는 소수성 유기 성분(벤젠 등) 쪽에 소수기가 배위하고 물쪽에 프로톤성의 친수기(수산기 등)가 배위하게 되며, 비프로톤성의 양친매성 용매(DMSO등)는 소수성 유기성분(벤젠 등) 쪽에 소수기가 배위하고 물쪽에 비프로톤성의 친수기(카르보닐산소 등)가 배위하게 되며, 물쪽에 배위하는 친수기는 프로톤성이거나 비프로톤성 어느 쪽에만 치우치는 일은 없기 때문에 상호간의 친화성이 증대하게 되어, 소수성 유기 성분과 물의 상용성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로는 물과 프로톤성의 양친매성 용매((IPA 등)만으로(비프로톤성은 배합하지 않음) 소수성 유기성분(벤젠 등)을 상용시키려고 하면 어느 정도 양의 용매가 필요하게 되며, 물과 비프로톤성의 양친매성 용매(DMSO 등)만으로(프로톤성은 배합하지 않음) 소수성 유기성분(벤젠 등)을 상용시키려고 하면 어느 정도 양의 용매가 요구되는데, 양친매성 용매로서 프로톤성의 것과 비프로톤성의 것을 함께 상용시킴에 따라 이들 용매의 양이 단독의 경우보다 상대적으로 적은 경우라도 소수성 유기 성분을 상용시킬 수 있게 되었다. 이 양친매성 용매는 소수성 유기성분을 수중에 도입한다고 하는 적극적인 의의 이외에 정화되어야 할 유기성분으로서의 소극적인 일면을 가지고 있어서 그 양을 적게 할 수 있으면 최종적인 정화도(예를 들면 COD량 등)의 향상에 기여할 수 있다.

또한 분자간력 등에 의해 회합되어 있던 소수성 유기성분(벤젠 등) 상호간에 양친매성 용매(IPA, DMSO 등)와 물이 개재하여 상용시킨 상태에서 처리(예를 들면, 차아염소산 등의 산화제의 부여나 전기분해)되게 되어, 회합되어 있던 소수성 유기 성분의 분자 상호간은 분리·이반되어 원래의 집합이 세분화되게 되며, 소수성 유기성분의 분자는 산화작용을 주위에서 직접 받아서 분자 내의 결합이 분단되어 가게 된다. 양친매성 용매는 처리시에 물과 소수성 유기성분 사이에 개재되는 조제로서 작용하고, 소수성 유기성분은 산화작용을 유효하게 미칠 수 있게 한다.

상기 프로톤성의 양친매성 용매로서 IPA(이소프로필알콜), 에탄올, 메탄올, MEA(모노에탄올아민), 비프로톤성의 양친매성 용매로서 DMSO(디메틸설폭시드), DMAc(디메틸아세트아민) 등을 예시할 수 있으며, 이들 프로톤성과 비프로톤성을 조합시켜서 사용할 수 있다.

여기서 양친매성 용매로서 프로톤성의 것과 비프로톤성의 것을 함께 상용시키도록 하면, 프로톤성의 양친매성 용매(IPA 등)는 소수성 유기성분(벤젠 등) 쪽에 소수기가 배위하고 물 쪽에 프로톤성의 친수기(수산기 등)가 배위하게 되며, 비프로톤성의 양친매성 용매(DMSO 등)는 소수성 유기성분(벤젠 등) 쪽에 소수기가 배위하고 물 쪽에 비프로톤성의 친수기(카르보닐산소 등)가 배위하게 되며, 물 쪽에 배위하는 친수기는 프로톤성이거나 비프로톤성 어느 쪽에만 치우치는 것은 아니므로 상호간의 친화성이 증대하게 되며, 소수성 유기성분과 물의 상용성을 향상시킬 수 있다.

상기 소수성 유기 성분으로서, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스틸렌 등을 예시할 수 있다. 또한 토양 오염이 문제가 되고 있는 다이옥신류, PCB 등의 난분해성 유기 화합물, 인체의 피부 표면 등에서 용출된 오염 성분 등을 예시할 수 있다. 상기 오염된 토양을 물과 프로톤성의 양친매성 용매와 비프로톤성의 양친매성 용매로 세정하고, 이 세정수를 상기와 같이 하여서 정화할 수 있다.

본 발명은 상술과 같은 구성이며, 다음과 같은 효과를 갖는다.

생물 처리가 아닌 차아염소산에 의해 화학적으로 COD를 저감할 수 있기 때문에 종래와 같이는 오니(슬러지)가 발생되지 않는 물 처리 시스템을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도1에서와 같이, 이 실시형태의 물 처리 시스템은 유기배수(1)가 저류되는 원수조(2)와, 피처리수(유기배수)를 전기 분해하는 전해기구(3)와, 이에 이어지는 반응조1(4)와, 유격막 전해조(5)와, 염소가스를 혼합하여서 차아염소산을 생성시키는 기액 혼합 기구(6)(최초로 수산화나트륨을 저류하여 둔다), 반응조2(7)와, 활성탄조(8)와, 처리수 수조(9) 등을 구비한다.

처리의 흐름은 대략 다음과 같다. 원수조(2)에 저류된 유기배수(1)(COD는 780ppm이었다)는, 펌프(P1)에 의해 전해기구(3)로 공급된다. 이때에 식염수(10)가 펌프(P6)에 의해 동시에 주입·첨가되어 전기 전도도가 높아질 수 있다. 유기배수(1)는 전해기구(3)에서 전기 분해 처리를 받아 양극 산화에 의해 COD가 저 감된 후에 반응조1(4)로 보내어지며, 여기서 반응을 위하여 일정 시간 담아 두어진다(상기 전해기구(3)에서의 전기 분해에 의해 잔류 염소가 생성되고, 이 염소에 의해 COD가 점차 저감되어 간다). 그 후, 유격막 전해조(5)로 펌프(P4)에 의해 보내진다. 유격막 전해조(5)의 양극 측은 산성이 되며, 가스화하여 발생한 염소가스를 기액 혼합 기구(6)로 공급한다. 유격막 전해조(5)의 음극 측의 처리수는 잔류 염소가 저감되어 있으며, 환원제(11)(아황산나트륨)를 펌프(P7)로 주입하여 한층 더 잔류 염소를 저감한 후에 반응조2(7)로 보낸다. 여기서 일정시간 담아 두어지고, 활성탄조(8)로 펌프(P2)에 의해 보내어진다. 이어서 처리수 수조(9)로 보내어져 일정시간을 담아 두어져, 펌프(P3)로 최종적으로 하천으로 방류된다. 이 방류 시점에서는 COD가 최종적으로 5ppm이하였다.

그런데, 상기 기액 혼합 기구(6)에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 펌프(P5)로 원수조(2)와 전해기구(3) 사이에 보내서 이를 피처리수로 이르게 하여 그 COD를 저감하면서 동시에 상기 피처리수를 전해기구(3)를 통하여 유격막 전해조(5)로 공급하고 그 양극 측에서 가스화한 염소가스를 기액 혼합 기구(6)로 공급하도록 한다. 상기 기액 혼합 기구(6)에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물은 전기 분해하여서 피처리수로 이르게 하여 그 COD를 저감하는 것이 바람직하다(미도시).

염소가스(Cl₂)를 혼합하여서 차아염소산(HClO)을 생성시키는 기액 혼합 기구(6) 내에서는 (Cl₂ + H₂O → HClO + HCl)의 반응이 일어나고 있는 것으로 생각할 수 있다. 이렇게 하여서 생성된 차아염소산은 (HClO → HCl(O))와 같이 분해되 어서 활성 산소(O)를 발생하고, 이 활성 산소가 피처리수의 COD를 저감하여 가는 것으로 생각할 수 있다.

이어서 이 실시 형태의 물 처리 시스템의 사용상태를 설명한다.

이 물 처리 시스템은 상기와 같이 구성하였기 때문에 생물 처리가 아닌 차아염소산에 의해 화학적으로 COD를 저감할 수 있으며, 종래와 같이는 슬러지가 발생되지 않는 이점이 있다. 또한 염소 가스를 혼합하여서 차아염소산을 생성시키는 기액 혼합 기구(6)를 이용하는 것으로 상기 기액 혼합 기구(6)에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 피처리수로 이르게 하여서 그 COD를 저감하면서 동시에 상기 피처리수의 적어도 일부를 유격막 전해조(5)에 공급하여, 그 양극 측에서 가스화한 염소가스를 기액 혼합 기구에 공급하도록 하였기 때문에, 기액 혼합 기구(6)(염소가스의 차아염소산으로의 변환)⇒피처리수의 COD의 저감(차아염소산의 산화 작용의 발현)⇒유격막 전해조(5)(염소가스의 가스화 촉진)⇒기액 혼합 기구(6)(염소가스의 차아염소산으로의 변환)와 같이 기액 혼합 기구(6)를 통하여 염소를 순환하여 유효하게 이용할 수 있다. 그리고 또한 유격막 전해조(5)에서 피처리수에 전류를 흐르게 함에 따라 양극 측이 산성으로 기울어져 피처리수로부터 염소가스가 가스화되기 쉬운 상황이 되며, 이 가스화된 염소가스를 기액 혼합 기구(6)에 공급하여서 보다 고농도의 차아염소산 함유 물을 생성시킬 수 있다.

또한 상기 피처리수를 전기 분해하는 전해기구(3)를 구비하고, 상기 전해기구(3)에서의 처리후의 피처리수를 유격막 전해조(5)로 공급하여서 가스화한 염소 가스를 기액 혼합 기구(6)에 공급하도록 하였기 때문에, 상기와 같이 차아염소산의 산화 작용에 의해 피처리수의 COD를 저감하고 전해기구(3)에서의 피처리액에 대한 양극 산화(양극에서 생성된 OH라디컬 등에 따른 산화)에 의해 COD가 저감되면서 상기 양극에서 생성된 염소가스(2Cl^-→ Cl₂ + 2e^-)를 유격막 전해조(5)에서 가스화시켜 기액 혼합 기구에서 유효하게 차아염소산으로 변환할 수 있는 이점이 있다.

그리고 또한 상기 기액 혼합 기구(6)에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 전기분해한 뒤에 피처리수에 이르게 하여서 그 COD를 저감하면 기액 혼합 기구(6)에서 생성한 차아염소산이 전기 분해됨에 따라 활성화된 상태가 되어 피처리수로 이르게 되므로 COD의 저감 효과가 향상된 것으로 할 수 있는 이점이 있다.

생물 처리가 아닌 차아염소산에 의해 화학적으로 COD를 저감할 수 있어서 여러 가지의 물 처리 시스템의 용도에 적용할 수 있다.

도1은 본 발명의 물 처리 시스템의 실시형태를 설명하는 시스템·흐름도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

3; 전해기구

5; 유격막 전해조

6; 기액 혼합 기구

Claims

염소 가스를 혼합하여서 차아염소산을 생성시키는 기액(氣液) 혼합 기구와 유격막 전해조를 구비하며, 상기 기액 혼합 기구에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 피처리수에 이르게 하여서 그 COD를 저감하면서 동시에 상기 피처리수의 적어도 일부를 유격막 전해조로 공급하여 그 양극(陽極) 측에서 가스화한 염소가스를 기액 혼합 기구에 공급하도록 하되,

상기 기액 혼합 기구에서 생성한 차아염소산을 함유하는 물을 전기 분해한 뒤 피처리수로 이르게 하여서 그 COD를 저감하도록 한 물 처리 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 피처리수를 전기 분해하는 전해기구를 구비하여, 상기 전해기구에서의 처리후의 피처리수를 유격막 전해조에 공급하여서 가스화한 염소 가스를 기액 혼합 기구에 공급하도록 한 물 처리 시스템.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 피처리수는 프로톤성의 양친매성 용매 또는 비프로톤성의 양친매성 용매를 함유하도록 한 물 처리 시스템.