KR101214824B1 - 전기화학적 산화를 위한 개선된 ｃｏｄ 저하방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전류를 적합하게 배분하면서 2개의 상이한 유형의 양극을 조합 사용하는 양극 산화에 의한 유출물 COD 처리방법에 관한 것이다. 제1형 양극은 바람직하게는 다이아몬드 도핑된 합성 다이아몬드를 기본으로 하고, 제2형 양극은 바람직하게는 주석과 안티몬 산화물을 함유하고 산소 과전압이 높은 양극이다.

유출물 COD 처리방법, 양극 산화, 산소 과전압, 전해장치.

Description

전기화학적 산화를 위한 개선된 ＣＯＤ 저하방법{Improved COD abatement process for electrochemical oxidation}

생물학적 정화 장치의 업스트림에서 COD(화학적 산소 요구량)가 매우 높은 유출물의 처리는 매우 도전적이다. 이러한 이유로, 몇몇 전기화학적 COD 전처리 기술이 개발되었다. COD 산화는 높은 산소 방출 과전압을 특징으로 하는 양극에서의 전기 분해에 의해 수행되거나 유사한 특정 전기촉매 특성을 사용하여 수행될 수 있다. 주석과 안티몬 산화물로 피복된 전극이 이들에 포함되며, 높은 산소 과전압 양극의 비제한적 예로서 이후 언급될 것이다. 이러한 전극은 당해 분야에 공지된 통상적인 전해장치에서, 예를 들면, 수직 유동형 전해장치에서 사용되어 왔다. 이러한 전해장치에서, 처리될 용액은 메쉬와 스폰지로 이루어진 양극과 음극을 교대로 통과한다. 당해 기술에 의한 몇몇 유출물의 COD 감소가 실제로 관찰되지만, COD 감소가 약 50%로 낮음에도 불구하고 매우 낮은 감응전류 수율(faradic yield)이 이러한 시스템과 연관된다.

주석과 안티몬 산화물로 피복된 양극보다 산소 과전압이 더 높은 또 다른 종류의 전극, 즉 전도성 지지체 상에 침착된 붕소 도핑된 다이아몬드층으로 이루어진 붕소 도핑된 다이아몬드 전극(BDD)이 공지되어 있다. 이러한 유형의 전극의 단점은 두 가지이다. 즉, 사용시 특수한 고가의 전해장치를 필요로 하는 가격과 상대 취성이다. 다른 한편으로, 산소 방출하에서 훨씬 더 높은 전위가 보다 우수한 감응전류 수율로 훨씬 더 큰 COD 감소율을 유도한다. 보다 높은 전위로 인해, COD에 기여하는 다수의 분자는 주쇄의 해체에 의해 분해된다는 점이 추정될 수 있다.

본 발명은 두 가지 이상의 유형의 전극을 직렬 또는 병렬로 동시에 사용하는 것으로 이루어진다. 이에 대한 이론적 근거는, 보다 편리하고 보다 저렴한 부재, 즉 통상적인 전기화학적 판형 또는 관형 반응기에 설치된 주석과 안티몬 산화물계 양극 또는 기타 등가물 전극을 최대한 이용하고 주석과 안티몬 산화물계 양극 또는 이의 등가물 전극에서 수행될 수 없는 반응 부분을 성취하기 위해 적절한 전해장치에 설치된 BDD 전극을 덜 사용하는 것이다. COD를 구성하는 분자가 BDD 양극에 의해 부분적으로 분해되면, 실험 관찰에 의해 확인된 바와 같이, 주석과 안티몬 산화물계 양극에서의 산화를 완결하기가 보다 용이해진다. 유출물의 각각의 유형에 대해, 2가지 산화방법, 즉 BDD 상에서의 산화와 주석과 안티몬 산화물계 전극 상에서의 산화에 대한 가장 편리한 전류 배분을 결정해야 한다. 이상적인 전류 배분은 유출물 형태에 따라 통상 55:45 내지 95:5이다. 이러한 배분은 각각의 전해장치의 전체 양극 표면에 작용하는 것과 매우 유사한 방식으로(예를 들면, 주석과 안티몬 산화물계 양극의 전체 양극 표면 대 BDD의 전체 양극 표면의 비를 55:45 내지 95:5의 비로 고정함으로써) 수득될 수 있지만, 다른 방안도 가능하다. 수종의 유출물을 처리해야 하는 플랜트의 경우, 설비에 대해, 이러한 전류 배분이 당해 분야에 공지된 시스템에 의해 조절될 수 있는 것이 바람직하다.

주석과 안티몬 산화물계 전극은 다양한 유형학(topology)에 따라 제작될 수 있다. 예를 들면, 이는 세라믹 전극(예: 기타 성분들과 임의로 혼합된 2개의 산화물의 분말로부터 소결된 것)으로서 수득될 수 있거나, 전위를 조절하기 위해 바람직한 전기화학적 특성을 갖는 원소(예: 이리듐) 또는 전도성 원소(예: 구리)를 임의로 소량 혼합시킨 주석과 안티몬 산화물로 피복된 금속 기재(예: 티탄 또는 기타 밸브 금속)로 이루어질 수 있다. 원칙적으로, 산소 방출 촉매(예: 산화이리듐과 산화탄탈륨과의 혼합물)로 피복된 티탄 양극이 사용될 수 있으나, 이 경우 산소 과전압이 너무 낮은 것으로 판명되었으며 본 발명의 전해장치 커플링은 그다지 바람직하지 못한 결과를 제공한다.

통상의 탈지욕의 COD 처리와 비교한 결과를 아래에서 보고하고자 한다. RETEC^R형 전해장치에 설치된 주석과 안티몬 산화물로 피복된 전극을 사용하여, 100시간 동안 COD를 절반으로 감소시켰고, 평균 감응전류 수율은 약 7%였다. 일단 당해 전해장치를 BDD 전극이 내장된 제2 전해장치와 커플링시키고 RETEC 전해장치에 대해 전류 90%를 그리고 BDD 구비된 전해장치에 대해 전류 10%를 설정하면, 약 100시간 동안 COD가 80% 감소되었고, 평균 감응전류 수율은 24%보다 높았다. 본 발명의 방법은 보다 우수한 감응전류 수율(보다 낮은 전기 에너지 비용)로 COD 감소율을 크게 개선시킴과 동시에, BDD의 용도를 제한하는 BDD의 사용으로부터 유발되는 자본 투자를 낮은 처리 비율(%)로 한정시킨다.

Claims (8)

1. 산소 방출을 위한 제1형 양극이 장착된 제1 전해장치와 당해 제1 전해장치에 직렬 또는 병렬 연결되어 있는 산소 방출을 위한 제2형 양극이 장착된 하나 이상의 제2 전해장치를 포함하며, 산소 방출을 위한 제2형 양극의 산소 방출에 대한 과전압이 산소 방출을 위한 제1형 양극의 산소 방출에 대한 과전압보다 더 높은, 양극 산화에 의한 유출물의 COD 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 제2 전해장치의 전체 양극 표면이 제1 전해장치의 전체 양극 표면보다 작음을 특징으로 하는, 양극 산화에 의한 유출물의 COD 처리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 제2 전해장치의 산소 방출을 위한 제2형 양극이 붕소 도핑된 다이아몬드 양극임을 특징으로 하는, 양극 산화에 의한 유출물의 COD 처리 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 전해장치의 산소 방출을 위한 제1형 양극이 주석과 안티몬 산화물을 포함함을 특징으로 하는, 양극 산화에 의한 유출물의 COD 처리 장치.
5. 제2항에 있어서, 제1 전해장치의 활성 표면과 하나 이상의 제2 전해장치의 활성 표면 사이의 비가 55:45 내지 95:5임을 특징으로 하는, 양극 산화에 의한 유출물의 COD 처리 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 전해장치에 공급되는 전류와 하나 이상의 제2 전해장치에 공급되는 전류의 비가 조절 가능함을 특징으로 하는, 양극 산화에 의한 유출물의 COD 처리 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 따르는 COD 처리 장치에서 양극 산화공정을 수행함을 포함하는, 유출물 COD 처리방법.
8. 제7항에 있어서, 제1 전해장치에 공급되는 전류와 하나 이상의 제2 전해장치에 공급되는 전류의 비가 55:45 내지 95:5임을 특징으로 하는, 유출물 COD 처리방법.