KR101070827B1 - 물 처리 방법 및 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 종래와 같이는 오니(슬러지)가 발생하지 않는 물 처리 방법 및 기구를 제공하고자 한다. 이 물 처리 방법은 유격막 전류 인가조(5)에서 염소가 용존하는 물에 전류를 흐르게 하여서 그 양극측으로부터 염소가스를 발생시키고, 상기 염소가스를 회수하여서 직접적 또는 간접적으로 피처리수로 이르게 하여 오염 평가 지표를 저감시키도록 하였다. 이 물 처리 기구는 염소가 용존하는 물에 전류를 흘려서 그 양극측에서 염소가스를 발생시키는 유격막 전류 인가조(5)를 구비하고, 상기 염소가스를 회수하여서 직접적 또는 간접적으로 피처리수에 이르게 하여 오염 평가 지표를 저감시키도록 하였다. 유격막 전류 인가조의 양극측에서 발생하는 염소가스를 대기중에 개방시키지 않고 회수하여 피처리수로 미치게 하여서 오염 성분의 결합을 화학적으로 절단하여 감으로써 오염 평가 지표가 저감되기 때문에 생물 처리의 경우와 같은 오니(미생물의 사해 등)는 발생하지 않는다.

Description

물 처리 방법 및 기구 {Method and apparatus for water treatment}

본 발명은 생물 처리에 의하지 않으며 오니(슬러지)가 거의 나오지 않는 유용한 물 처리방법 및 기구에 관한 것이다.

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

즉 지역 펌프장에서 공업 용수로 지하수가 액정 제조 공장으로 송수되어 온다. 이 중 반 이상이 공장내의 공수 처리 설비로 공급되어 실리카나 칼슘·마그네슘 등의 성분이 제거된다. 그리고 순수 제조·공급 설비로 보내어져 초순수가 제조된다. 공장으로 공급된 용수 중 반이 좀 못되게는 공조용 냉각탑으로 공급되어 대기로의 증발에 의해 냉방용 냉수를 만드는 장치에서 발생하는 열을 방산하고, 그 잔여분은 활성탄 여과를 하고,그리고 순수로 희석하여서 강으로 방류된다.

상기 초순수는 액정 제조 공정에서의 유리기판의 세정, 스크러버 배기의 세정, 냉각수 제조 장치 등에 사용된다. 초순수의 배수는 배수 회수 설비로 회수되며, 상기 순수 제조·공급 설비 사이에서 순환·재이용된다.

여기서 본 발명은 종래와 같이는 오니(슬러지)가 발생하지 않는 물 처리 방법 및 기구를 제공하고자 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 특징을 강구하였다.

(1) 이 물 처리 방법은, 유격막 전류 인가조에서 염소가 용존하는 물에 전류를 흐르게 하여서 그 양극측으로부터 염소가스를 발생시키고(염소가스 발생 공정), 상기 염소가스를 회수하여서 직접적 또는 간접적으로 피처리수로 이르게 하여 오염 평가 지표를 저감시키도록(오염 평가 지표 저감 공정) 한 것을 특징으로 한다.

이 물 처리 기구는 염소가 용존하는 물에 전류를 흘려서 그 양극측에서 염소 가스를 발생시키는 유격막 전류 인가조를 구비하고, 상기 염소 가스를 회수하여서 직접적 또는 간접적으로 피처리수로 이르게 하여 오염 평가 지표를 저감시키도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 염소가 용존하는 물로서 식염수나 차아염소산나트륨이 용존하는 물을 예시할 수 있다. 여기서 유격막 전류 인가조에서 염소가 용존하는 물(피처리수 등)로 전류를 흐르게 하면 양극측이 산성분위기가 되어 염소가스를 발생시킬 수 있다. 상기 염소가스를 회수하여서 직접적 또는 간접적으로 피처리수에 이르게 하여, 그 산화 작용에 의해 피처리수의 오염 평가 지표를 저감시킬 수 있다.

이 물 처리 방법 및 기구는 유격막 전류 인가조의 양극측에서 발생하는 염소가스를 대기중으로 개방시키지 않고 회수하여 피처리수로 미치게 하여서 오염 성분의 결합을 화학적으로 절단하여 감으로써 오염 평가 지표가 저감되기 때문에, 생물 처리의 경우와 같은 오니(미생물의 사해 등)는 발생하지 않는다. 또한 음극측의 피처리수 중의 염소 이온 등의 음 이온은 격막을 통하여 양극측에 전기적으로 흡인되어 분리 저감할 수 있다(음이온 저감 작용).

여기서 상기 유격막 전류 인가조의 음극측에 오염 평가 지표의 저감후의 피처리수를 공급하도록 하면, 그 잔류 염소 농도를 염기성 분위기하에서 저감시킬 수 있으며, 피처리수 중의 여분의 이온(염소 이온 등)을 후공정에서 막에 의해 분리 제거할 때에 막이 상하기 어렵게 하여서 그 수명을 연장할 수 있다.

상기 피처리수로서 공장계 배수, 음식점계 배수, 일반 가정계 배수, PCB 그 밖의 오염 토양계 배수, 도장 공장 그 밖의 VOC 가스를 스크러버(scrubber, 배기 가스 세정 장치)에 의해 수중으로 치환한 배수, 수영장 물, 목욕탕 물 등을 예시할 수 있으며, 어떠한 정화가 요구되는 물은 모두 포함되는 것으로, 반드시 버리는 물에 한정되는 것은 아니며, 공장계 배수 등과 같이 정화하여서 재이용하는 것이나 수영장 물이나 목욕탕 물과 같이 정화하면서 순환 이용하는 것 등도 포함되는 것으로 한다.

또한 피처리수 중의 오염 성분으로서 통상의 유기성분(포름알데히드 등)이나 벤젠, 톨루엔, 다이옥신류, PCB 등의 난분해성 유기 화합물, 인체의 피부 표면 등에서 용출한 오염 성분, 또 암모니아성 질소 그 밖의 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) 회수한 상기 염소가스를 피처리수에 직접 미치도록 하여도 좋다(염소 가스에 의한 직접적인 처리 양태). 예를 들어 회수한 염소가스를 피처리수에 집적 불어 넣을 수 있다. 불어 넣어진 염소가스는 오염 성분과 만나서 직접적으로 분해하거나 피처리수 중의 물이나 수산이온과 화합하여서 차아염소산이 되어 오염 성분인 유기화합물 등을 산화하여서 그 결합을 절단하여 감으로써 오염 평가 지표를 저감시킬 수 있다.

(3) 회수한 상기 염소가스에 의해 생성시킨 차아염소산 또는/및 차아염소산 나트륨을 피처리수로 이르게 하여도 좋다(염소가스에 의한 간접적인 처리 양태). 예를 들면, 염소가스와 물이나 수산 이온에 의해 차아염소산이 생성한 산화능력을 갖는 물을 생성시켜서 이를 피처리수에 작용시킬 수 있다. 또한 회수한 염소가스와 수산화나트륨을 합쳐서 차아염소산나트륨을 생성시키고, 이 차아염소산나트륨을 피처리수에 이르게 할 수 있다.

(4) 상기 피처리수를 전기 분해하여 양극 산화하여서 유격막 전류 인가조의 음극측으로 보내도록 하여도 좋다. 이와 같이 구성하면 전기 분해에 의해 피처리수를 직접 양극 산화하여서 오염 평가 지표를 저감시킬 수 있으면서, 양극 산화에 의해 피처리수 중에 생성한 잔류 염소를 유격막 전류 인가조의 음극측에서 저감할 수 있다.

(5) 상기 유격막 전류 인가조의 음극측의 피처리수로부터 RO막 그 밖의 분리막에 의해 이온을 분리하도록 구성하면, 공업용수나 음료수 등으로서 재이용할 수 있다.

(6) 상기 전기 분해를 할 때에 브롬이 용존하도록 하여도 좋다. 이와 같이 구성하면 전기 분해시의 차아염소산에 의한 산화능력의 작용영역을 차아브롬산에 의해 넓은 pH범위로 확대할 수 있다. 즉 차아염소산의 산화능력은 pH5.5로 최대가 되며, 이를 정점으로 양측을 향하여 감소해 가지만, 브롬이 공존하면 차아브롬산이 생성되어서 산화능력의 정점을 pH5.5에서 pH8정도까지 끌어올려 사다리꼴 형상으로 확장할 수 있다.

즉, 브롬화나트륨, 브롬화칼륨, 차아브롬산 등과 같이 브롬을 공존시켜두면, 유효 염소의 활성 영역을 유효 브롬에 의해 중성 영역에서 알칼리성 영역으로까지 확대시킬 수 있다.

(7) 상기 피처리수는 물과 프로톤성의 양친매성 용매와 비프로톤성의 양친매성 용매와 소수성 유기성분을 상용시킨 것으로 하여도 좋다.

이와 같이 구성하면 오염 성분이 소수성 유기성분으로서 물에 용해되기 어려운 경우라도 수중에 상용시켜서 정화처리를 수행할 수 있다. 즉 양친매성 용매로서 프로톤성의 것과 비프로톤성의 것을 함께 상용시키도록 하면, 프로톤성의 양친매성 용매(IPA등)는 소수성 유기성분(벤젠 등)쪽에 소수기가 배위하고 물쪽에 프로톤성의 친수기(수산기 등)가 배위하게 되며, 비프로톤성의 양친매성 용매(DMSO 등)는 소수성 유기성분(벤젠 등)쪽에 소수기가 배위하고 물쪽에 비프로톤성의 친수기(카르보닐 산소 등)이 배위하게 되며, 물쪽에 배위하는 친수기는 프로톤성이나 비프로톤성 어느 한쪽에만 치우치는 것은 아니므로 상호간의 친화성이 증대하게 되어 소수성 유기 성분과 물의 상용성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로는 물과 프로톤성의 양친매성 용매(IPA 등)만으로(비프로톤성은 배합하지 않는다) 소수성 유기성분(벤젠 등)을 상용시키려고 하면, 좀처럼 상용되지 않으며 상당한 양의 용매를 필요로 하게 되며, 물과 비프로톤성의 양친매성 용매(DMSO등)만으로(프로톤성은 배합하지 않는다) 소수성 유기성분(벤젠 등)을 상용시키려고 하면, 좀처럼 상용되지 않고 상당한 양의 용매가 요구되었지만, 양친매성 용매로서 프로톤성의 것과 비프로톤성의 것을 함께 상용시킴으로써 이들 용매의 양이 단독의 경우보다 상대적으로 적은 경우에도 소수성 유기 성분을 상용시킬 수 있게 되었다. 이 양친매성 용매는 소수성 유기성분을 전기 분해하므로 수중에 도입한다는 의의 이외에 정화되어야 할 유기성분으로서의 일면을 가지고 있으며, 그 양을 적게 할 수 있으면 최종적인 정화도(예를 들면 COD량 등)의 향상에 기여할 수 있다.

또한 분자간 힘 등에 의해 회합되어 있던 소수성 유기성분(벤젠 등) 상호간에 양친매성 용매(IPA,DMSO 등)와 물이 개재하여 상용시킨 상태로 전기 분해하게 되며, 회합되어 있던 소수성 유기성분의 분자 상호간은 분리·이반되어 원래의 집합이 세분화되게 되며, 소수성 유기 성분의 분자는 산화 작용을 주위로부터 다이렉트로 받아서 분자내의 결합이 분단되어 가게 된다. 양친매성 용매는 전기 분해시에 물과 소수성 유기성분 사이에 개재하는 조제로서 작용하고, 소수성 유기 성분은 산화 작용을 유효하게 미칠 수 있다.

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

상기 소수성 유기성분으로서 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌 등을 예시할 수 있다. 또한 토양 오염이 문제가 되고 있는 다이옥신류, PCB 등의 난분해성 유기 화합물, 인체의 피부 표면 등에서 용출한 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 상술한 바와 같은 구성으로 다음과 같은 효과를 갖는다.

피처리수 중의 오염 성분의 결합을 화학적으로 절단해 감으로써 오염 평가 지표가 저감되므로, 종래의 생물 처리와 같은 오니(미생물의 사해 등)는 발생하지 않은 물 처리 방법 및 기구를 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 물 처리 기구의 실시형태를 설명하는 시스템·흐름도

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여서 설명한다.

도1에서와 같이, 이 실시형태에서는 피처리수(N, N-디메틸아세트아미드와 모노에탄올아민을 함유하는 유기배수)는 원수조(1)에 저류시켜지고, 이 원수조(1)에서 펌프P에 의해 제1반응조(2)로 보내어진다(유량140cc/분). 상기 원수조(1)와 제1반응조(2) 사이의 배관에는 식염수(3)가 펌프P에 의해 합류시켜진다. 제1반응조(2)의 COD는 약 300ppm이었다. 여기서 식염수 대신에 차아염소산 나트륨수를 이용하여도 좋다. 또한 도면중 S는 수위 센서, V는 밸브를 나타낸다.

이 물 처리기구는 식염이 용존하는 물(식염 농도 약1~30%)에 전류(전류밀도 약1~80A/d㎡)를 흘려서 그 양극측에서 염소가스(4)를 발생시키는 유격막 전류 인가조(5)를 구비한다. 이 유격막 전류 인가조(5)에서 식염이 용존하는 물에 전류를 흘리면, 양극측이 산성 분위기(pH1~3정도)가 되어 염소가스(4)가 발생한다. 한편, 음극측은 염기성 분위기가 된다(pH12~14정도). 이 양극측 물은 순화시키지 않으며, 유입된 것은 일방통행으로 조(槽)내에서 멈추게 한다.

그리고 음극측에서 발생한 상기 염소가스(4)는 기밀성을 담보하여서 회수하여 직접적, 간접적으로 피처리수로 이르게 하고, 그 산화작용에 의해 피처리수의 COD를 저감시키도록 한다.

즉 첫째, 회수한 상기 염소가스(4)를 피처리수에 직접 이르게 한다. 구체적으로는 유격막 전류 인가조(5)의 양극측에서 발생한 염소가스(4)를 에어펌프AP에 의해 배관을 통하여 피처리수로 빨아 들이고, 제1반응조(2)에서 잘 혼합시키도록 한다(피처리수는 일정 시간 체류된다). 흡입된 염소가스는 오염 성분(유기화합물)에 조우하여서 직접 분해시키고, 또한 피처리수 중의 물이나 수산 이온과 화합하여서 차아염소산(HOCI)이 되어 오염 성분을 공격하여서 그 결합을 절단하여 감으로써 COD를 저감시킨다.

둘째, 회수한 상기 염소가스(4)에 의해 차아염소산나트륨(NaOCl)이나 차아염소산을 생성시키고 이 차아염소산나트륨 등을 처리수에 미치게 한다. 즉 회수한 염소가스를 차아염소산 생성조(6)(수산화나트륨 수용액을 저류하여 둔다)에 도입함으로써 차아염소산나트륨을 생성시키고, 이 차아염소산나트륨을 펌프P에 의해 배관을 통하여 피처리수로 미치게 하여, 제1반응조(2)에서 잘 혼합시키도록 한다(피처리수는 일정 시간 체류된다). 여기서 상기 차아염소산 생성조(6)로는 유격막 전류 인가조(5)의 음극측의 처리수 일부를 보충할 수 있도록 한다. 이 차아염소산 생성조(6)에서, 보충된 음극측의 알칼리수와 염소가스가 화합하여 차아염소산이 생성되게 된다.

그리고 상기 제1반응조(2)에서 염소가스에 의해 적접적, 간접적으로 분해된 피처리수를 무격막의 전해조(7)로 보내고, 이 전해조(7)에서 전기분해(양극 산화)하여서 COD를 저감시키고(전류밀도 약1~80A/d㎡), 유격막 전류 인가조(5)로 보내도록 한다. 즉 피처리수의 COD는 염소가스 자체, 염소가스에 기인하는 차아염소산, 전해 양극 산화 각각에 의해 저감시켜진다.

그런데 전해조(7)에서의 전기분해에 의해 피처리수 중에 잔류염소(Cl₂, HOCl)가 생성되어 COD가 저감되는데, 이 잔류 염소를 전술한 유격막 전류 인가조(5)의 음극측에서 저감하도록 한다. 즉 상기 유격막 전류 인가조(5)의 음극측에 피처리수를 공급하면, 그 잔류 염소 농도를 염기성 분위기하에서 저감시킬 수 있다. 또한 피처리수의 일부는 양극측으로 환류하도록 한다.

상기 유격막 전류 인가조(5)의 음극측을 통과한 처리후의 피처리수는 환원제(중아류산나트륨)(8)를 펌프P로 주입하여 제2반응조(9)(피처리수는 일정시간 체류된다)에서 잘 혼합시켜서 잔류 염소 농도를 보다 저감시키고, 다음의 활성탄 촉매조(10)에서 한층 더 잔류 염소를 제거하여 제3반응조(11)(피처리수는 일정시간 체류된다)를 거쳐 RO막 그 밖의 탈염막(12)에 의해 이온을 분리한다. 최종적으로 COD는 5ppm이하가 된다. 그 최종 처리수의 일부는 배관을 통하여 제1반응조(2)의 전으로 피드백하여서 순환시켜지도록 한다. 즉 최종 처리수의 피드백 경로(13)는 그대로 원수조(1)로 보내어지도록 하고, 피드백 경로(14)는 전술한 염소가스(4)를 혼합시켜서 제1반응조(2)로 보내어지도록 한다.

또한 피처리수에 암모니아성 질소도 함유되어 있는 경우, 차아염소산에 의해 최종적으로 질소 가스로 분해되는 것으로 추측되었다.

이어서 이 실시형태의 물 처리기구의 사용상태를 설명한다.

이 물 처리방법은 유격막 전류 인가조(5)에서 식염이 용존하는 물에 전류를 흘리고 그 양극측에서 염소가스(4)를 발생시키고, 상기 염소가스(4)를 회수하여서 직접적, 간접적으로 피처리수에 미치게 하여 COD를 저감시키면서, 상기 유격막 전류 인가조(5)의 음극측으로 COD의 저감후의 피처리수를 공급하여서 그 잔류 염소 농도를 저감시키도록 한다.

이 물 처리방법 및 기구는 유격막 전류 인가조(5)의 양극측에서 발생하는 염소가스를 대기중에 개방하지 않고 회수하여 피처리수에 미치게 하여서 오염 성분의 결합을 화학적으로 절단하여 감으로써 COD가 저감되기 때문에, 생물 처리의 경우와 같은 오니(미생물의 사해 등)는 발생하지 않는 이점이 있다.

또한 유격막 전류 인가조(5)의 음극측에 COD의 저감후 피처리수를 공급하여서 그 잔류 염소 농도를 저감시키도록 하였기 때문에, 피처리수 중의 여분의 이온(염소 이온이나 나트륨 이온 등)을 막 등에 의해 분리 제거할 때에 막이 상하기 힘들도록 하여 그 수명을 연장할 수 있다는 이점이 있다.

그리고 또한 COD 저감후의 피처리수를 상기 유격막 전류 인가조(5)의 음극측에 공급하고, 음극측의 피처리수 중의 염소 이온 등의 음이온은 격막을 통하여 양극측에 전기적으로 흡인되어 이행하여 가서 분리·저감될 수 있는 이점이 있다.

게다가 유격막 전류 인가조(5)의 양극측에서 염소가스(4)를 발생시키고, COD 저감후의 피처리수를 음극측에 공급하여서 음이온을 분리·저감시키도록 하였기 때문에, 유격막 전류 인가조(5)의 양극측과 음극측을 교묘하게 활용할 수 있는 이점이 있다.

그런데, 생물처리에서는 피처리수의 COD의 농도가 기준 농도보다도 높은 경우는 영양 과다가 되어 사실상 미생물에 의한 처리는 불가능해지지만, 이 발명에 따르면 전해조(7)에서의 인가 전류를 증대시킴으로써 농도 변화에 쉽게 대응할 수 있어서 광범위한 퍼처리수에 적응할 수 있다.

또한 피처리수의 처리량이 증대한 경우, 생물 처리에서는 피트를 증설할 필요가 있으며 그 공사를 위해서는 다액의 비용이 요구되지만, 본 발명에 따르면 유격막 전류 인가조나 전해조의 추가 등 생물 처리보다도 저렴한 비용으로 대응할 수 있다.

종래의 생물처리와 같이는 오니(슬러지)가 발생하지 않아서 여러 가지 공장용수, 음료수뿐만 아니라 수영장의 수질관리, 매실·우동 기타 식품 가공장의 배수, 지하수 그 밖의 모든 산업분야에 걸친 보편적인 용도에 적용할 수 있다.

4: 염소가스
5: 유격막 전류 인가조

Claims (7)

1. 정화가 필요한 물 처리 방법에 있어서,
   유격막 전류 인가조에서 염소가 용존하는 물로 전류를 흘려서 그 양극측으로부터 염소가스를 발생시키고,
   상기 염소가스를 회수하여서 직접적 또는 간접적으로 상기 유격막 전류 인가조의 경로 이전에 위치하는 피처리수로 이르게 하여 오염 평가 지표를 저감시키도록 한 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   회수한 상기 염소가스를 피처리수로 직접 이르게 한 물 처리 방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   회수한 상기 염소가스에 의해 생성시킨 차아염소산 또는 차아염소산나트륨을 피처리수로 이르게 한 물 처리방법.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   전해조에서 상기 피처리수를 전기 분해하여 양극 산화하여서 상기 유격막 전류 인가조의 음극측으로 보내도록 한 물 처리방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 전기 분해를 할 때에 브롬(臭素)이 용존하도록 한 물 처리방법.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 피처리수는 물과 프로톤성의 양친매성 용매와 비프로톤성의 양친매성 용매와 소수성 유기성분을 상용(相溶)시킨 것인 물 처리방법.
   
7. 정화가 필요한 물을 처리하는 물 처리 기구에 있어서,
   염소가 용존하는 물에 전류를 흘려서 그 양극측에서 염소가스를 발생시키는 유격막 전류 인가조를 구비하고, 상기 염소가스를 회수하여서 직접적 또는 간접적으로 상기 유격막 전류 인가조의 경로 이전에 위치하는 피처리수에 이르게 하여 오염 평가 지표를 저감시키도록 한 것을 특징으로 하는 물 처리 기구.

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