KR101206527B1 - 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치 - Google Patents

오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치에 관한 것이다.
본 발명의 전기분해장치는, 일측에 오폐수가 유입되는 유입구가 형성되어 있고, 타측에 배출구가 형성되어 있는 수조와; 상부가 상기 수조 상부로 돌출되어 있고, 하부는 수조 내의 오폐수에 잠기도록 구성되어 있되, 하단은 수조 바닥으로부터 이격되어 있고, 하단에 오폐수가 내부로 유입되는 흡입개구부가 형성되어 있으며, 측벽면에 다수 개의 배출홀이 형성되어 있고, 수조 내부에 다수 개가 이격되어 설치되어 있는 음전극관과; 상기 음전극관 내부 중앙에 수직하게 삽입되어 있고, 음전극관 내주면과 5 ~ 25mm 이격되어 있는 양전극봉과; 상기 음전극관과 양전극봉으로 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 수조 내부에 음전극관과 양전극봉을 다수 설치하되, 음전극관 내부에 양전극봉이 이격되어 설치되는 한편, 음전극관의 하부에 흡입개구부를 형성하고, 음전극관의 외주면에는 배출홀을 형성함으로써 음전극관과 양전극봉 사이의 전기분해 반응에서 발생하는 기체 및 액체가 배출홀을 통해 외부로 배출되도록 유도하고, 이처럼 배출홀을 통해 기체가 배출됨에 따라 음전극관 하부의 흡입개구부를 통해 오폐수가 음전극관과 양전극봉의 사이로 유입되도록 함으로써 별도의 교반장치를 구비하지 않고도 전기 분해 반응에 따라 발생되는 기체와 물의 흐름을 이용하여 교반이 이루어지며, 음전극관 내주면과 양전극봉 사이의 간격, 배출홀 전체 면적, 배출홀의 직경을 한정하여 좁은 공간을 형성함으로써 전기분해 과정에서 발생하는 기체의 배출 압력을 높여 교반이 보다 활발히 이루어지게 하고, 이를 통해 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인의 제거 효율이 향상되고, 음전극관을 스텐레스 스틸 재질로 형성하고, 양전극봉에 산화철등 산화물을 포함시켜 초저항으로 제조함으로써산소 과전압은 올리고 양전극의 산화 작용시 양전극의 손실를 최소화 하고 철함유재질를 사용 함으로 인제게 전기 분해 반응이 보다 촉진되는 전기분해장치가 제공된다.

Description

오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치{Electrolysis apparatus for nitrate nitrogen or ammonia nitrogen or phosphorus comprised in waste water or polluted water}
본 발명은 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 별도의 교반 장치 없이 수조 내의 교반을 활성화시켜 전기분해가 활발히 이루어지도록 하고 상부에 미립자의 수소와 산소를 강력히 배출하여 상부층을 에멀젼화시켜 환원과 산화를 촉진시켜 한 전해조내에 이중적으로 처리 되게 하여 오폐수 처리에 소요되는 경비를 획기적으로 줄이도록 한, 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치에 관한 것이다.
일반적으로, 오폐수 중에 잔류하는 질소는 하천, 호수와 늪, 폐쇄지역, 폐쇄해역 등에 방류될 경우 부영양화를 초래하고 해양에 유입될 경우 조류(藻類)를 대량 발생시킬 수 있다.
보다 구체적으로 질소는 수중에서 요소 또는 아미노산과 같은 유기질소, 암모니아성 질소, 아질산성 질소 및 질산성 질소와 같이 네 가지 형태로 존재하며, 보통 생활폐수, 산업폐수, 축산폐수 등과 같은 물에 포함된 상태로 배출되어 어폐류에게 독소로 작용하거나 부양영화를 초래하는 원인이 된다.
따라서, 오폐수 처리시 함유된 질소의 제거는 필수 불가결한 것으로, 종래에는 이러한 질소의 처리를 위해 화학적 처리 방법과 생물학적 처리 방법이 주로 사용되었다.
예컨대, 화학적 처리 방법으로는 대부분 약품을 이용한 것으로 화학반응을 통한 응집 침전방식이 대표적이며, 생물학적 처리방법으로는 환원효소를 가지고 있는 독립영양계 유황 산화 탈질세균 혹은 종속영양계 탈질세균을 이용하는 기체상의 질소로 환원 처리하는 방식이 대표적이며, 그 외에도 이온 교환법, 암모니아 탈기법, 염소 주입법 및 촉매 암모니아 산화법 등 다양한 방식이 연구 활용되고 있다.
그러나, 전자의 경우에는 약품이 많이 소요되고, 또 암모니아성 질소 이외에 질산성 질소는 처리되지 않을 뿐만 아니라, 투입된 약품에 의한 부수적인 오염이 유발되는 단점이 있었고 인의 경우는 다량투입되는 약품에 따른 2차환경 오염 문제로정책 과제로 심각하게 검토 중이고, 후자의 경우에는 미생물 처리를 위한 복잡한 설비를 구축해야 하므로 설비비가 급증되며 처리효율이 낮아지는 단점이 있었다.
뿐만 아니라, 이들 방법을 사용한다고 하여도 질산성 질소와 암모니아성 질소를 모두 한꺼번에 분해 제거할 수 없기 때문에 장시간에 걸쳐 다수의 공정을 거쳐야 하는 시간상, 비용상 부담도 상당하였다.
한편, 다른 방법으로 전기분해 방식을 들 수 있는데, 이는 설비가 단순하고 가격이 저렴하며 대용량 처리가 가능한 장점을 가진다.
하지만, 이러한 전기분해 방식은 오수 혹은 폐수 중에 존재하는 질소가 미량이고 질소의 분해 전압이 물과 비슷한 위치에 있으므로 통상적인 방식으로 전기 분해할 경우 물만 전기분해되고 질소는 분해되지 않는 문제점이 있었다.
오폐수 처리를 위한 전기분해 장치의 일 예를 살펴보면, "전기분해를 이용한 정수 및 하수처리시설용 질산성질소 제거장치"(한국 등록특허공보 제10-0980636호, 특허문헌 1)에는 음극 주위에 파라듐/니켈 및 파라듐/구리 도금된 촉매판을 설치하여 촉매 존재 하에서 질산 및 아질산성 질소의 제거 효율을 높이는 장치가 공개되어 있다.
상기 특허문헌 1의 도면을 살펴보면, 음극과 양극을 메쉬 형태로 형성하였는데, 이는 전극과 수조 내의 오폐수와의 접촉 면적을 증가시켜 전기 분해를 촉진시키려는 것이다.
아울러, 상기 특허문헌 1은 분리막을 이용하여 음극측과 양극측을 서로 분리시켜 전기분해를 일으키게 되며, 이에 따라 전기분해에 의해 발생되는 기체는 배출되거나 수중에 존재하는 상태가 된다.
이러한 특허문헌 1의 기술은 촉매 반응을 위한 촉매판이 소요되는 바, 대용량의 오폐수를 처리하기에 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해소할 만한 기술로, "회전 전극을 이용한 총인 제거용 전기분해장치"(한국 공개특허공보 제10-2011-0128991, 특허문헌 2)가 공개되기도 하였다.
상기와 같은 기술은 전기분해조 내에서 전극모듈이 회전가능하도록 구성함으로써 인의 제거 효율을 높이도록 하였다.
상기와 같이 회전하는 전극을 구비한 것은 오폐수와 전극의 접근을 활발히 하여 반응을 촉진시킨 것이다.
그러나, 특허문헌 2와 같이 전극을 회전하게 구성하거나, 수조 내부를 교반하는 교반장치를 구성하는 경우 이의 작동에 필요한 구성요소가 소요되므로 전체 시설비가 증가하게 되는 문제점이 있으며, 질소 제거를 위해 별도의 설비를 갖추어야 하는 문제점이 있다.
즉, 상기와 같은 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 경우 음전극이나 양전극을 메쉬 형태로 형성하여 오폐수와의 접촉 면적을 증가시키거나, 전극을 교반시켜 반응율을 높이려는 것이나 이에 따른 촉매판이 소요되고, 교반장치나 회전장치가 구비되어야 하므로 대용량의 수처리에 적용할 경우 설비비 및 유지 관리비가 많이 소요되는 문제점이 발생하는 것이다.
KR 10-0980636 (2010.09.01) KR 10-2011-0128991 (2011.12.01)
본 발명의 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치는 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 별도의 교반장치나 혼합장치를 구비하지 않고도 전기분해 반응에 따른 기체 및 액체의 흐름을 이용하여 교반을 일으켜 대용량 오폐수 중의 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인을 용이하게 제거할 수 있는 전기분해장치를 제공하려는 것이다.
보다 구체적으로, 수조 내부에 음전극관과 양전극봉을 다수 설치하되, 음전극관 내부에 양전극봉이 이격되어 설치되는 한편, 음전극관의 하부에 흡입개구부를 형성하고, 음전극관의 외주면에는 배출홀을 형성함으로써 음전극관과 양전극봉 사이의 전기분해 반응에서 발생하는 기체 및 액체가 배출홀을 통해 외부로 배출되도록 유도하고, 이처럼 배출홀을 통해 기체가 배출됨에 따라 음전극관 하부의 흡입개구부를 통해 오폐수가 음전극관과 양전극봉의 사이로 유입되도록 함으로써 별도의 교반장치를 구비하지 않고도 전기 분해 반응에 따라 발생되는 기체와 물의 흐름을 이용하여 교반이 이루어지게 하려는 것이다.
특히, 음전극관 내주면과 양전극봉 사이의 간격, 배출홀 전체 면적, 배출홀의 직경을 한정하여 좁은 공간을 형성함으로써 전기분해 과정에서 발생하는 기체의 배출 압력을 높여 교반이 보다 활발히 이루어지게 하고, 이를 통해 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인의 제거 효율을 향상시키려는 것이다.
이때, 음전극관을 스텐레스 스틸 재질로 형성하고, 양전극봉에 산화철등 산화물을 포함시켜 초저항으로 제조함으로써 양전극의 산소 과전압은 올리고 산화물을 사용하여 양전극의 산화 작용에 따른 전극 손실를 최소화 하고 철 성분을 포함한 재질을 사용하므로 인 제거에 전기 분해 반응을 보다 촉진시키려는 것이다.
본 발명의 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치는 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 일측에 오폐수가 유입되는 유입구가 형성되어 있고, 타측에 배출구가 형성되어 있는 수조와; 상부가 상기 수조 상부로 돌출되어 있고, 하부는 수조 내의 오폐수에 잠기도록 구성되어 있되, 하단은 수조 바닥으로부터 이격되어 있고, 하단에 오폐수가 내부로 유입되는 흡입개구부가 형성되어 있으며, 측벽면에 다수 개의 배출홀이 형성되어 있고, 수조 내부에 다수 개가 이격되어 설치되어 있는 음전극관과; 상기 음전극관 내부 중앙에 수직하게 삽입되어 있고, 음전극관 내주면과 5 ~ 25mm 이격되어 있는 양전극봉과; 상기 음전극관과 양전극봉으로 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 배출홀은 직경이 6 ~ 15 mm인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 배출홀 전체 면적은 음전극관 외주면 전체 면적의 0.01 ~ 0.2배인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음전극관은 스텐레스 스틸 재질로 이루어져 있고, 상기 양전극봉은 음전극관 내부 중앙에 수직으로 설치되어 있는 동봉과, 동봉 외주면을 감싸며 Mol%로 산화철 50 ~ 59%, 산화아연 25 ~30%, 산화망간 15 ~ 18%, 이산화구리 1 ~ 2%로 조성된 도전성 페라이트부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 양전극봉의 상부와 하부에 동봉과 페라이트부재 사이를 밀폐시키는 상부패킹과 하부패킹이 설치되어 있으며, 상기 하부패킹은 페라이트부재 외측으로 돌출되어 음전극관 내주면과의 거리가 1 ~ 21 mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 별도의 교반장치나 혼합장치를 구비하지 않고도 전기분해 반응에 따른 기체 및 액체의 흐름을 이용하여 교반을 일으켜 대용량 오폐수 중의 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인을 용이하게 제거할 수 있는 전기분해장치가 제공된다.
보다 구체적으로, 수조 내부에 음전극관과 양전극봉을 다수 설치하되, 음전극관 내부에 양전극봉이 이격되어 설치되는 한편, 음전극관의 하부에 흡입개구부를 형성하고, 음전극관의 외주면에는 배출홀을 형성함으로써 음전극관과 양전극봉 사이의 전기분해 반응에서 발생하는 기체 및 액체가 배출홀을 통해 외부로 배출되도록 유도하고, 이처럼 배출홀을 통해 기체가 배출됨에 따라 음전극관 하부의 흡입개구부를 통해 오폐수가 음전극관과 양전극봉의 사이로 유입되도록 함으로써 별도의 교반장치를 구비하지 않고도 전기 분해 반응에 따라 발생되는 기체와 물의 흐름을 이용하여 교반이 이루어지게 된다.
특히, 음전극관 내주면과 양전극봉 사이의 간격, 배출홀 전체 면적, 배출홀의 직경을 한정하여 좁은 공간을 형성함으로써 전기분해 과정에서 발생하는 기체의 배출 압력을 높여 교반이 보다 활발히 이루어지게 하고, 이를 통해 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인의 제거 효율이 향상된다.
이때, 음전극관을 스텐레스 스틸 재질로 형성하고, 양전극봉에 산화철등을 포함시켜초저항으로 제조함으로써 양전극의 산소 과전압을 올리고 산화물을 사용하여 제조 하므로 양전극의 산화 작용에 따른 전극 손실를 최소화하고 철포함 재질를 사용 하므로 인의전기 분해 반응이 보다 촉진된다.
도 1은 본 발명의 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에서 음전극관 및 양전극봉, 전원공급장치의 연결 상태를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에서 음전극관 및 양전극봉의 설치 상태를 나타낸 분해도.
도 4는 본 발명에서 음전극관 및 양전극봉의 설치 상태를 나타낸 측면도.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 전기분해장치의 작동 상태를 나타낸 사진.
이하, 본 발명의 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치에 대하여 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 전기분해장치는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 수조(10), 음전극관(20), 양전극봉(30), 전원공급장치(40)를 포함하여 구성되어 있다.
수조(10)는 도시된 바와 같이 일측에 오폐수가 유입되는 유입구(11)가 형성되어 있고, 타측에 배출구(12)가 형성되어 있으며, 상부가 개방되어 있는 형상을 취한다.
음전극관(20)은 도시된 바와 같이 상부가 상기 수조(10) 상부로 돌출되어 있고, 하부는 수조(10) 내의 오폐수에 잠기도록 구성되어 있으며, 수조(10) 내에 다수 개가 서로 이격되어 설치되어 있다.
이때, 음전극관(20)의 하단은 수조(10) 바닥으로부터 이격되어 있고, 하단에 오폐수가 내부로 유입되는 흡입개구부(21)가 형성되어 있다.
또, 음전극관(20)의 측벽면에는 다수 개의 배출홀(22)이 형성되어 있다.
양전극봉(30)은 도시된 바와 같이 관 형태로 이루어진 상기 음전극관(20) 내부 중앙에 수직하게 삽입되어 있고, 음전극관(20) 내주면과 5 ~ 25mm 이격되어 있다.
전원공급장치(40)는 상기 음전극관(20)과 양전극봉(30)으로 전원을 공급하도록 구성되어 있다.
이러한 구성은 무격막식 전기분해장치로 격막 또는 분리막을 구비한 전기분해장치와 구별된다 할 것이다.
도면을 살펴보면, 수조(10)의 양측 측벽 상단에 두 개의 부스바(41)가 평행하게 나란히 이격되어 설치되어 각 부스바(41)에 전원이 공급되도록 구성되어 있는 것을 알 수 있다.
아울러, 각각의 부스바(41)에는 서로 마주보는 방향을 향해 동플레이트(42)가 설치되어 있되, 각각의 동플레이트(42)에는 지지플레이트(43)가 서로 연결되어 있음을 알 수 있다.
아울러, 일측의 동플레이트(42)는 음전극관(20)에 연결되고, 타측의 동플레이트(42)는 양전극봉(30)에 연결되어 있음을 알 수 있다.
이때, 수조(10) 내부의 오폐수의 순환을 위한 순환관(50) 및 순환펌프(51)가 도시된 바와 같이 일측에 추가로 설치될 수도 있다.
도 2에는 전원공급장치(40)와 음전극관(20) 및 양전극봉(30)의 연결 상태가 보다 상세히 도시되어 있다.
도면을 보면 알 수 있듯이 양측 부스바(41)에 동플레이트(42)에 의해 연결된 지지플레이트(43)가 상하로 이격되어 설치되어 있고, 각 지지플레이트(43)에 동플레이트(42)가 고정되어 있음을 알 수 있다.
지지플레이트(43)와 동플레이트(42)간의 연결은 도시된 바와 같이 지지플레이트(43)에 홈을 형성하여 끼워 고정하거나, 미도시된 볼트와 너트 등을 이용해 고정될 수도 있다.
아울러, 양측에 각각 형성된 동플레이트(42)에 각각 음전극관(20)의 상부 및 양전극봉(30)의 상부가 서로 접촉되지 않은 상태로 연결되어 있음을 알 수 있다.
이를 위해 음전극관(20)의 상부에는 음전극관(20)에 끼워 결합되고, 상단에 동플레이트(42)에 연결되기 위한 돌출부가 구비된 음극연결구(23)가 설치되어 음극연결구(23)와 동플레이트(42)가 한 쌍의 볼트와 너트 또는 핀에 의해 결합되어 있음을 알 수 있다.
또, 양전극봉(30)의 상단에 양극연결구(33)가 돌출되어 음전극관(20)과 연결되지 않은 반대편의 동플레이트(42)에 볼트,너트 또는 핀에 의해 결합되어 있음을 알 수 있다.
이처럼 음전극관(20) 상부가 동플레이트(42)에 연결됨에 의해 별도의 지지부재 없이 은전극관은 하부가 수조(10) 바닥으로부터 이격되어 흡입개구부(21)를 형성하고, 이 흡입개구부(21)를 통해 오폐수가 음전극관(20) 내부로 유입될 수 있게 된다.
아울러, 음전극관(20)의 외주면에는 배출홀(22)이 형성되어 있어 이 배출홀(22)을 통해 전기분해 과정에서 발생하는 기체가 외부로 배출될 수 있게 되어 있다.
이때, 배출홀(22)의 직경은 6 ~ 15 mm로 한정되는 것이 바람직하며, 특히 배출홀(22) 전체 면적은 음전극관(20) 외주면 전체 면적의 0.01 ~ 0.2배가 되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이는 종래의 전기분해 장치에서 전극을 메쉬 형태로 형성하는 것과 구별되는데, 메쉬 형태로 형성될 경우 홀의 전체 면적이 통상적으로 판 전체 면적의 50% 이상 되기 때문이다.
이처럼 배출홀(22)의 크기 및 배출홀(22)이 음전극관(20) 전체에서 차지하는 면적을 제한하는 것은 본 발명에서 종래의 전기분해장치와 구별되는 작용을 발생시키기 위함이다.
즉, 종래의 전기분해장치는 앞서 설명한 바와 같이 단순히 전극과 오폐수 간의 접촉면적을 증가시키기 위한 용도에 불과한 반면, 본원발명에서는 음전극관(20) 내부에 양전극봉(30)을 설치하고 여기서 전기분해가 이루어지면서 발생하는 기체가 배출홀(22)을 통해 외부로 배출되는 한편, 오폐수가 하부로부터 유입되도록 함으로써 활발한 교반 반응이 일어날 수 있게 하려는 것이기 때문이다.
본 발명의 발명자는 이러한 목적 하에 여러 실험을 실시해 본 결과 상기와 같이 배출홀(22)의 크기 및 배출홀(22)이 음전극관(20) 전체에서 차지하는 면적에 따라 교반 효율 및 이러한 교반의 정도에 따라 오폐수의 처리 속도가 달라짐을 알게 되어 상기와 같은 한정을 실시한 것이다.
아울러, 이러한 반응이 활발히 이루어지도록 하기 위하여 음전극관(20) 및 양전극봉(30)의 재질이 매우 중요하다.
본 발명의 발명자는 다수의 실험을 거친 결과 음전극관(20)을 스텐레스 스틸 재질로 형성하고, 양전극봉(30)은 음전극관(20) 내부 중앙에 수직으로 설치되어 있는 동봉(31)과, 동봉(31) 외주면을 감싸는 페라이트부재(32)로 형성하는 것이 바람직함을 알게 되었다.
특히, 이 페라이트부재(32)는 특히 Mol%로 산화철 50 ~ 59%, 산화아연 25 ~30%, 산화망간 15 ~ 18%, 이산화구리 1 ~ 2%로 조성되며, 상기 조성으로 혼합한 재료를 1,300 ~ 1,500℃의 온도로 질소 분위기로 유지되는 로 속에서 2 ~ 4 시간 정도 소성하여 제조하여 준비하는 것이 바람직하다.
이렇게 준비된 페라이트부재(32)는 저항율이 0.1 ~ 0.352Ω/㎠로 도전율이 높아 전력비를 줄일 수 있음과 동시에 산소 과전압을 올리고 산화물로 제조되어 양전극의 산화작용에 따른 전극 손실을 최소화 할 수 있게 된다.
아울러, 음전극관(20)을 스텐레스 스틸 재질로 사용하는 것은, 수소 과전압이 높은 재질을 선택하는 점과 더불어 납 등과 같이 2차 환경오염을 유발하는 제품을 배재하고, 표면에 다수 개의 배출홀(22)을 형성하도록 작업성 및 유지 관리 면에서 고려한 것이다.
한편, 상기와 같은 구성에 있어서도 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 양전극봉(30)의 상부와 하부에 동봉(31)과 페라이트부재(32) 사이를 밀폐시키는 상부패킹(60)과 하부패킹(70)이 설치되어 동봉(31)과 페라이트부재(32) 사이로 이물질이나 물이 들어가지 않도록 하는 것이 바람직하다.
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또한, 하부패킹(70)은 도시된 바와 같이 상부에 양전극봉(30)이 삽입되는 홈이 형성되어 있어 양전극봉(30) 하단이 끼워지도록 구성되어 있고, 하부는 수조(10) 바닥면에 닿아 양전극봉(30)을 지지하는 역할을 겸하게 된다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 전기분해장치는 전기분해중 생성되는 암모니아성 질소를 오폐수 중에 포함되어 있는 염소 가스를 이용하여 전기분해가 되면서 진행된다.
보다 구체적으로 오폐수중 질산성 질소는 음극관의 반응에서 질산성 질소가 전기분해에 의하여 질소로 직접 환원되거나 암모니아성 질소로 환원되게 된다.
또, 양극봉에서는 음극관의 환원작용에 의해 생성된 암모니아성 질소가 산화작용에 의해 생성된 OCl과 반응하여 질소 가스로 배출되어 제거 처리되게 된다.
또한, 상기와 같은 반응과 더불어 양전극과 음전극에서 각각 과전압에 따른 산소와 수소가 발생하게 되는데, 이러한 반응에 의해 발생된 기체는 배출홀(22)을 통한 배출 압력을 높여주는 역할을 하게 된다.
더불어, 오폐수 중의 인은 유기인 또는 인산이온 상태로 존재할 수 있는데, 이는 오폐수중에 함유된 칼슘 또는 철분과 반응하여 인산칼슘이나 인산철로써 침전되게 된다.
이는 음전극관이 스텐레스 스틸 재질로 형성되어 있고, 양전극봉에 산화철을 포함시켜 제조됨으로써 인의 제거 효율이 보다 향상되는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기분해장치의 실제 작동 상태를 나타낸 사진이다.
도면의 화살표에 나타난 바와 같이 별다른 교반장치를 구동하지 않음에도 불구하고, 수조(10) 밖에 위치한 배출홀(22)에서도 가스 및 액체가 함께 배출되고 있는 것을 알 수 있다.
도 6 및 도 7은 수조(10) 일측을 투명하게 형성하여 배출홀(22)을 통해 기체가 배출되고 있는 상태를 동영상을 찍은 후 캡쳐하여 나타낸 것이다.
도면에 나타난 바와 같이 음전극관(20)이 오폐수에 잠겨 있는 상태에서 배출홀(22)을 통해 가스가 배출되고 있는 상태를 볼 수 있다.
도 8은 수조(10)의 상부에서 찍은 사진으로, 전기분해에 따라 발생하는 가스가 수조(10) 상부로 차 오르면서 미세 기포 또는 에멀젼 상태로 차 오르는 것을 볼 수 있다.
이처럼 본 발명에서는 별도의 교반장치나 혼합장치를 구비하지 않고도 전기분해 반응에 따른 기체 및 액체의 흐름을 이용하여 교반을 일으켜 대용량 오폐수 중의 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인을 용이하게 제거할 수 있게 되는 것이다.
보다 구체적으로, 수조(10) 내부에 설치된 음전극관(20)의 하단 흡입개구부(21)를 통해 오폐수가 음전극관(20) 내부로 유입되고, 음전극관(20)과 양전극봉(30) 사이에서 이루어지는 전기분해 반응에 따라 발생된 질소 가스 및 소량의 수소와 산소 가스가 배출홀(22)을 통해 배출되는 현상이 반복되고, 이에 따라 수조(10) 내부의 오폐수가 자연스럽게 교반하는 현상이 발생하는 것이다. 또한 배출된 미립자의 수소와산소는 에멀젼화 되어 산화와 환원 작용에 의해 처리를 촉진 시키는 한전해조내에서 이중적 처리 시스템이 된다
상기와 같이 구성된 본 발명의 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치는 수조(10) 내에 적은 수의 전극봉을 설치함에도 불구하고 대용량의 오폐수를 신속하게 정화 처리할 수 있게 되므로 배출기준강화에 따라 기폐수처리 설비에 추가설비를 하여야 하고 대량의 수 처리를 필요로 하는 고속도로 휴게소 등에 적은 면적에 간단히 설치 할 수 있고 하수종말 처리장등 해양투기 금지후 처리에 심각한 축산폐수등 앞으로 진행될 마을별 생활 폐수등 의 처리등이 전부 질소,인의 처리가 문제인데. 경제적인 방법으로 유용하게 사용 되어 질수있다
상기와 같은 구성에서 배출홀(22) 중 하부에 있는 것들은 경우에 따라 가스가 배출되지 않고 외부의 오폐수가 음전극관(20) 내부로 유입되는 통로 역할을 할 수도 있다 할 것이다.
10 : 수조 11 : 유입구
12 : 배출구 20 : 음전극관
21 : 흡입개구부 22 : 배출홀
23 : 음극연결구 30 : 양전극봉
31 : 동봉 32 : 페라이트부재
33 : 양극연결구 40 : 전원공급장치
41 : 부스바 42 : 동플레이트
43 : 지지플레이트 50 : 순환관
51 : 순환펌프 60 : 상부패킹
70 : 하부패킹

Claims (5)

  1. 오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치에 있어서,
    일측에 오폐수가 유입되는 유입구(11)가 형성되어 있고, 타측에 배출구(12)가 형성되어 있는 수조(10)와;
    상부가 상기 수조(10) 상부로 돌출되어 있고, 하부는 수조(10) 내의 오폐수에 잠기도록 구성되어 있되, 하단은 수조(10) 바닥으로부터 이격되어 있고, 하단에 오폐수가 내부로 유입되는 흡입개구부(21)가 형성되어 있으며, 측벽면에 직경이 6 ~ 15 mm인 다수 개의 배출홀(22)이 형성되어 있고, 수조(10) 내부에 다수 개가 이격되어 설치되어 있는 음전극관(20)과;
    상기 음전극관(20) 내부 중앙에 수직하게 삽입되어 있고, 음전극관(20) 내주면과 5 ~ 25mm 이격되어 있는 양전극봉(30)과;
    상기 음전극관(20)과 양전극봉(30)으로 전원을 공급하는 전원공급장치(40);를 포함하여 구성되어 있고,
    상기 배출홀(22) 전체 면적은 음전극관(20) 외주면 전체 면적의 0.01 ~ 0.2배인 것을 특징으로 하는,
    오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 음전극관(20)은 스텐레스 스틸 재질로 이루어져 있고,
    상기 양전극봉(30)은 음전극관(20) 내부 중앙에 수직으로 설치되어 있는 동봉(31)과, 동봉(31) 외주면을 감싸며 Mol%로 산화철 50 ~ 59%, 산화아연 25 ~30%, 산화망간 15 ~ 18%, 이산화구리 1 ~ 2%로 조성된 도전성 페라이트부재(32)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    오폐수 중 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인 제거용 전기분해장치.
  5. 삭제
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