KR101360998B1

KR101360998B1 - 전해 처리 방법

Info

Publication number: KR101360998B1
Application number: KR1020120012129A
Authority: KR
Inventors: 신이치 나카무라
Original assignee: 가부시키가이샤 오메가
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2014-02-10
Also published as: KR20120098418A; JP2012179512A; TW201241238A

Abstract

본 발명의 목적은 전기 분해 시에 발생하는 가스의 보다 충분한 유효 이용을 할 수 있는 전해 처리 방법을 제공하려고 하는 것이다.
피전해수를 전기 분해할 때, 양극에서 휘발하는 염소 가스와 수소 가스를 반응시켜 염화수소 가스(염산 가스)를 생성하게 하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비해, 상기 염화수소 가스의 반응 생성열을 에너지로서 이용하도록 했다. 염화수소 가스의 반응 생성열(92.3 kJ/몰)을 에너지로서 이용하도록 했으므로, 종래에는 의식되지 않았던 휘발 가스(염소 가스, 수소 가스)를 반응시키는 공정(염화수소 가스가 생성되는 공정)을 새롭게 마련하는 것에 의해서, 이 염화수소 가스 생성 공정에 있어서 방출되는 열량을 에너지로서 활용할 수 있다.

Description

전해 처리 방법{The method of electrolytic treatment}

이 발명은, 공장폐수, 가정 배수, 음식점 배수, 그 외의 각종의 배수의 정화 처리 및 기타의 전해 처리 방법에 관한 것이다.

종래, 전기 분해를 이용한 배수 처리 방법에 관한 제안이 있었다(특허 문헌 1).

이 배수 처리 방법은, 배수와 산화제 함유수를 혼합해 오염 평가 지표를 대략 0ppm으로 처리하는 혼합 공정과 처리수의 적어도 일부를 전기 분해해 잔류 염소를 생성시키는 전해 공정을 포함하고, 상기 잔류 염소를 생성시킨 처리수를 산화제 함유수로 하여 배수와 혼합하도록 한 것이다.

이 배수 처리 방법은, 배수와 산화제 함유수를 혼합해 오염 평가 지표를 약 0 ppm으로 처리하는“혼합 공정”을 포함하고, 배수의 오염 성분과 산화제를 혼합·충돌·반응시켜 오염 평가 지표가 약 0 ppm이 되도록 산화 분해하는 것에 의해, 처리계 내에 오염 성분이 축적되어 가는 것을 억제할 수 있고, 종래보다 처리를 안정시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.

그러나, 상기 분해 시에 액상으로부터 기상으로 휘발하는 가스의 보다 충분한 유효한 이용은 불가능한 것인가라는 의문이 발생했다

일본 특허공개 2011-11167호 공보

그러므로 본 발명은, 전기 분해 시에 발생하는 가스의 보다 충분한 유효 이용을 할 수 있는 전해 처리 방법을 제공하려고 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구하고 있다.

(1) 본 발명의 전해 처리 방법은, 피전해수를 전기 분해할 때, 양극에서 휘발하는 염소 가스와 수소 가스를 반응시켜 염화수소 가스(염산 가스)를 생성하게 하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비해, 상기 염화수소 가스의 반응 생성열을 에너지로서 이용하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 수소 가스로서 음극에서 휘발하는 수소 가스나, 수소 봄베에 의해 공급하는 수소 가스를 예시할 수 있다.

(a) 전해 처리 방법으로서 예를 들면 배수 처리 방법, 차아염소산의 생성 방법, 용존염소의 생성 방법 등을 예시할 수 있다.

피전해수를 전기 분해하면, 다음과 같은 반응이 생긴다. 즉, 양극에서 염소 이온 2Cl^-로부터 염소 Cl₂가 발생하고, 그 다음에 상기 염소가 물 H₂O와 반응해 차아염소산 HOCl이 생성된다.

　 양극：2Cl^-→Cl₂+2e

　　　　Cl₂+H₂O→HOCl+HCl

전해 처리가 배수의 정화 처리의 경우, 이 차아염소산에 의해, 피전해수(배수) 중의 더러운 성분(예를 들면 유기 화합물)이 산화되어 분해되는 것으로 정화되어 가게 된다. 여기서, 양극에서 생성한 염소 Cl₂는, 차아염소산 HOCl로 변화하는 부분과 휘발(배수 자체에서는 이탈하게 된다) 해 염소 가스 Cl₂가 되는 부분이 있다.

(b) 이 전해 처리 방법에서는, 양극에서 휘발하는 염소 가스(앞에서 본 것 중 후자)와 음극에서 휘발하는 수소 가스를 반응시켜 염화수소 가스를 생성하게 하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비하도록 하고 있는데, 음극에서 수소 H₂가 생성하는 화학반응식은 다음과 같다.

음극：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

그리고, 피전해수(배수)로부터 휘발한 염소 가스와 수소 가스에 의한 기상에 있어서의 염화수소 가스의 반응식은 다음과 같다.

1/2 Cl₂(가스)+1/2 H₂(가스)→HCl(가스)+92.3 kJ/몰

(c) 상기 염화수소 가스의 반응 생성열(92.3 kJ/몰)을 에너지로서 이용하도록 했으므로, 종래에는 의식되지 않았던 휘발 가스(염소 가스, 수소 가스)를 반응시키는 공정(염화수소 가스가 생성하는 공정)을 새롭게 마련하는 것에 의해서, 이 염화수소 가스 생성 공정에 있어서 방출되는 열량을 에너지로서 활용할 수 있다.

상기 반응 생성열 92.3 kJ/몰은, 줄을 칼로리로 환산하면 21976cal≒22 kcal /몰에 상당한다. 상기 열량 22 kcal=22000 cal는, 물 100 cc=0.1리터를, "물의 증발을 무시한 단순 계산”에서는 220℃만큼 온도 상승시키는 열량에 상당한다. 열량 22 kcal=22000 cal는, 물 1000 cc=1리터를, 마찬가지로“물의 증발을 무시한 단순 계산”에서는 22℃만큼 온도 상승시키는 열량에 상당한다.

(d) 그런데, 양극 측에서 휘발하는 염소 가스와 음극 측에서 휘발하는 수소 가스는, 연속적으로 혼합하여 반응시켜 염화수소 가스를 생성하도록 하면, 지속적으로 열에너지를 꺼낼 수 있게 된다.

(2) 상기 피전해수로서 배수를 전기 분해해 정화하도록 해도 좋다.

(a) 전기피전해수로서 배수를 선택해, 전해 처리 방법을 배수 처리로 하도록 했다. 구체적으로는, 이 배수 처리 방법은, 배수를 전기 분해해 정화할 때, 양극에서 휘발하는 염소 가스와 음극에서 휘발하는 수소 가스를 반응시켜 염화수소 가스를 생성하게 하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비해, 상기 염화수소 가스의 반응 생성열을 에너지로서 이용하도록 했다.

(b) 배수를 전기 분해하면, 다음과 같이 하여 정화된다. 즉, 양극에서 염소 이온 2Cl^-로부터 염소 Cl₂가 발생하고, 그 다음에 상기 염소가 물 H₂O와 반응해 차아염소산 HOCl가 생성한다.

양극：：2Cl^-→Cl₂+2e

　　　　Cl₂+H₂O→HOCl+HCl

이 차아염소산에 의해, 배수중의 더러운 성분(예를 들면 유기 화합물)이 산화되어 분해되는 것으로 정화되어 가게 된다. 여기서, 양극에서 생성된 염소 Cl₂는, 차아염소산 HOCl로 변화되는 부분과 휘발(배수 자체에서는 이탈하게 된다) 해 염소 가스 Cl₂가 되는 부분이 있다.

(c) 이 배수 처리 방법에서는, 양극에서 휘발하는 염소 가스(앞에서 본 것 중 후자)와 음극에서 휘발하는 수소 가스를 반응시켜 염화수소 가스를 생성하게 하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비하도록 하고 있는데, 음극에서 수소 H₂가 생성하는 화학반응식은 다음과 같다.

음극：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

그리고, 배수로부터 휘발한 염소 가스와 수소 가스에 의한 기상에 있어서의 염화수소 가스의 반응식은 다음과 같다.

1/2 Cl₂(가스)+1/2 H₂(가스)→HCl(가스)+92.3 kJ/몰

(3) 상기 염화수소 가스를 피전해수에 용해시켜 전기 분해 하도록 해도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 염화수소 가스가 물에 용해하면 염소 이온과 수소이온에 전리하는 데, 휘발 한 염소 가스와 수소 가스를 순환 사이클로 재이용할 수 있다.

HCl(가스)+H₂O(액체)→H⁺+Cl^-+H₂O(액체)

즉, 피전해수(예를 들면, 배수)를 전기 분해할 때의 염소 이온 Cl^-를 재이용하는 것에 의해, 전해질(염소 이온 Cl^-의 공급원인 식염 NaCl이나 차아염소산 소다 NaOCl 등의 약제)의 보충량을 삭감해 비용을 절감할 수 있다.

구체적으로는, 염화수소 가스 HCl가 물에 용해해 전리한 염소 이온 Cl^-에 의해 양극에서 염소 Cl₂가 생성하게 되어, 염소 이온 Cl^-생성→양극에서 염소 Cl₂ 생성→수소 가스 H₂와 반응해 염화수소 가스 HCl 생성→물에 용해·전리해 염소 이온 Cl^-생성→양극에서 염소 Cl₂ 생성→...이런 식으로 염소(Cl^-, Cl₂, HCl)를 순환 사이클로 반복해 리사이클하면서 유효하게 활용할 수 있다.

(4) 상기 반응 생성열을 에너지로서 수증기의 발생에 이용하도록 해도 좋다. 이와 같이 구성하면, 전해 처리(예를 들면, 배수 처리)에 부수하여 수증기를 얻을 수 있다.

(5) 발생한 상기 수증기를 가압하고 터빈을 돌려 발전하도록 해도 좋다. 이와 같이 구성하면, 전해 처리(예를 들면, 배수 처리)에 부수하여 발전을 행할 수 있다.

(6) 상기 반응 생성열을 에너지로서 온수의 온도 상승에 이용하도록 해도 좋다. 이와 같이 구성하면, 전해 처리(예를 들면, 배수 처리)에 부수하여 온수를 얻을 수 있다.

종래 의식되지 않았던 휘발 가스를 에너지로서 활용할 수 있으므로, 전기 분해 시에 발생하는 가스의 보다 충분한 유효 이용을 할 수 있는 전해 처리 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전해 처리 방법의 실시 형태 1을 설명하는 시스템 흐름도.
도 2는 본 발명의 전해 처리 방법의 실시 형태 2를 설명하는 시스템 흐름도.
도 3은 본 발명의 전해 처리 방법의 실시 형태 3을 설명하는 시스템 흐름도.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면을 참조해 설명한다.

[실시 형태 1]

도 1에 나타낸 바와 같이, 이 실시 형태의 전해 처리 방법은, 피전해수(1)을 전기 분해할 때, 양극(2)으로 휘발하는 염소 가스(3)로 음극(4)에서 휘발하는 수소 가스(5)를 반응시켜 염화수소 가스(6)을 생성하게 하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비해, 상기 염화수소 가스(6)의 반응 생성열을 에너지로서 이용하도록 하고 있다.

전해 처리 방법으로서 본 실시 형태와 같은 배수 처리 방법 외에, 차아염소산의 생성 방법, 용존 염소의 생성 방법을 예시할 수 있다.그리고, 상기 피전해수(1) 자체를 배수로 하는 직접 처리법(본 실시 형태)과 염화수소 가스(6)의 반응 생성열을 에너지로서 발생시킨 열에 의해 배수를 정화하는 간접 처리법(실시 형태 2 참조)이 있다.

피전해수(1)(배수)을 전기 분해하면, 다음과 같은 반응이 생긴다. 즉, 양극(2)에서 염소 이온 2Cl^-로부터 염소 Cl₂가 발생하고, 그 다음에 상기 염소가 물 H₂O와 반응해 차아염소산 HOCl가 생성한다.

양극：：2Cl^-→Cl₂+2e

　　　　Cl₂+H₂O→HOCl+HCl

이 차아염소산에 의해, 피전해수(1)(배수) 중의 더러운 성분(예를 들면 유기 화합물)이 산화되어 분해되는 것으로 정화되어 가게 된다. 여기서, 양극(2)에서 생성된 염소 Cl₂는, 차아염소산 HOCl로 변화되는 부분과 휘발(배수 자체에서는 이탈하게 된다) 해 염소 가스 Cl₂가 되는 부분이 있다.

양극(2) 측에서 휘발하는 염소 가스(3)과 음극(4) 측에서 휘발하는 수소 가스(5)는, 연속적으로 혼합해 반응시켜 염화수소 가스(6)을 생성하도록 하고 있어, 지속적으로 열에너지를 방출하도록 하고 있다.

이 장치에서는, 양극(2)와 음극(4)의 사이에 격막(7)을 배치하고 있어, 유격막으로 전기 분해를 실시하도록 하고 있다. 염소 가스(3)과 수소 가스(5)와의 결합 반응을 개시하기 위한 기동 열원으로서 13A 도시가스, 전기 히터, 등유·중유 버너 등을 이용할 수 있다. 그리고, 일단 반응이 개시하면 계속적으로 연쇄 반응이 일어나게 된다. 반응은 금속제 파이프 모양의 반응조(8)에서 실시하는 것으로 하고, 이 관 모양 반응조(8)의 주위를 통수(通水) 쟈켓(9)으로 둘러싸는 것으로 반응열 보일러(10)를 형성하도록 하고 있다.

그리고, 상기 반응열 보일러(10)로 생성한 증기를 증기 저장조(11)로 유도하도록 하여, 이 증기를 가압해 증기 터빈 발전기(12)에 보내 전력을 발생시키도록 하고 있다. 이 전력을 외부 기기나 설비(도시하지 않음)에 공급해 소비하도록 한다.상기 증기 터빈 발전기(12)로 냉각되어 액화한 수증기는 기화 냉각저장조(13)로 보내지고, 이 기화 냉각수(14)를 상기 반응열 보일러(10)로 순환시키도록 하고 있다.이와 같이 하여, 증기 발생 발전 시스템을 구성하고 있다.

즉, 상기 염화수소의 반응 생성열을 에너지로서 수증기의 발생에 이용하도록 하고 있어, 전해 처리(배수 처리)에 부수하여 수증기를 얻을 수 있다. 그리고, 발생한 전기 수증기를 가압하고 터빈을 돌려 발전하도록 하고 있어, 전해 처리에 부수하여 발전을 할 수 있다.

다음으로, 이 실시 형태의 전해 처리 방법의 사용 상태를 설명한다.

이 전해 처리 방법에서는, 양극(2)에서 휘발하는 염소 가스(3)과 음극(4)에서 휘발하는 수소 가스(5)를 반응시켜 염화수소 가스(6)을 생성하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비하도록 하고, 음극(4)에서 수소 H₂가 생성하는 화학반응식은 다음과 같다. 또, 음극(4)에서 수소 가스(5)를 휘발시키는 대신에 수소 봄베를 사용하거나 음극(4)에서 수소 가스(5)를 휘발시키는 보조로서 수소 봄베의 수소 가스(5)를 추가하거나 할 수 있다.

음극：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

그리고, 피전해수(1)(배수)로부터 휘발한 염소 가스(3)과 수소 가스(5)에 의한 기상에 있어서의 염화수소 가스(6)의 반응식은 다음과 같다.

1/2 Cl₂(가스)+1/2 H₂(가스)→HCl(가스)+92.3 kJ/몰

상기 염화수소 가스(6)의 반응 생성열(92.3 kJ/몰)을 에너지로서 이용하도록 했으므로, 종래에는 의식되지 않았던 휘발 가스(염소 가스(3), 수소 가스(5))를 반응시키는 공정(염화수소 가스(6)이 생성하는 공정)을 새롭게 마련하는 것에 의해서, 이 염화수소 가스 생성 공정에 있어서 방출되는 열량을 에너지로서 활용할 수 있다.

또, 상기 염화수소 가스(6)을 피전해수(1)에 용해시켜 전기 분해 하도록 하고 있어, 염화수소 가스(6)이 물에 용해하면 염소 이온과 수소 이온으로 전리하는데, 휘발한 염소 가스(3)과 수소 가스(5)를 순환 사이클로 재이용할 수 있다.

HCl(가스)+H₂O(액체)→H⁺+Cl^-+H₂O(액체)

즉, 피전해수(1)(예를 들면, 배수)를 전기 분해할 때의 염소 이온 Cl^-를 재이용하는 것에 의해, 전해질(염소 이온 Cl^-의 공급원인 식염 NaCl이나 차아염소산 소다 NaOCl 등의 약제)의 보충량을 삭감해 비용을 절감할 수 있다.

구체적으로는, 염화수소 가스 HCl가 물에 용해해 전리한 염소 이온 Cl^-에 의해 양극에서 염소 Cl₂가 생성하게 되어, 염소 이온 Cl^-생성→양극(2)에서 염소 Cl₂ 생성→수소 가스 H₂와 반응해 염화수소 가스 HCl 생성→물에 용해·전리해 염소 이온 Cl^-생성→양극(2)에서 염소 Cl₂ 생성→...이런 식으로 염소(Cl^-, Cl₂, HCl)를 순환 사이클로 반복해 리사이클하면서 유효하게 활용할 수 있다.

이 실시 형태에서는, 상기 피전해수(1)로서 배수를 전기 분해해 정화하도록 했다. 즉, 상기 피전해수(1)로서 배수를 선택해, 전해 처리 방법을 배수 처리로 하도록 하고 있다.

환언하면, 이 배수 처리 방법은, 배수를 전기 분해하여 정화할 때, 양극(2)에서 휘발하는 염소 가스(3)과 음극(4)에서 휘발하는 수소 가스(5)를 반응시켜 염화수소 가스(6)을 생성하게 하는 염화수소 가스 생성 공정을 구비해, 상기 염화수소 가스(6)의 반응 생성열을 에너지로서 이용하도록 하고 있다.

이 실시 예에 의하면, 배수를 정화할 수 있음과 동시에, 발전을 할 수 있다고 하는 이점을 가진다.

[실시 형태 2]

이 실시 형태에서는 폐수 기화 처리 시스템을 구성하고 있어, 상기 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 반응열 보일러(10)에서 생성한 증기를 열교환 보일러(15)로 보내도록 하고 있다. 열교환 보일러(15)의 주위에는 공장 폐수를 공급하는 폐수 가열조(16)를 마련하고 있어 고온의 증기로 공장 폐수를 고온으로 가열해, 폐수 중의 유기계의 더러운 성분을 열분해 시키도록 하고 있다.

상기 폐수 가열조(16)로 생성한 폐수로부터의 증기는 스크러버(scrubber)(17)로 정화해 대기 개방하도록 하고 있다. 이 스크러버의 물은, 스크러버 저수조(18)와 전해 직접 산화 장치(19) 사이에서 순환해 전해 정화하도록 하고 있다.

이 실시 형태에서는, 염화수소 가스(6)의 반응 생성열을 에너지로서 발생시킨 열에 의해 배수(공장 폐수)를 가열·온도 상승시켜 열분해 하여 정화하는 간접 처리법으로 하고 있어, 피처리수로서 배수는 아니고 청정한 물을 이용해 전해하게 되고, 전극(양극(2), 음극(4)) 기타가 오염되지 않는 깨끗한 상태를 유지하여 처리를 행할 수 있다고 하는 이점이 있다.

그리고, 이 실시 형태에서는, 염화수소 가스(6)의 반응 생성열을 에너지로서 온수(배수)의 온도 상승(고온으로 증발시켜 더러운 성분의 열분해)에 이용하도록 하고 있어, 전해 처리(염소 가스(3)의 생성)에 부수하여 배수를 온수(열수)→증기로서 열분해 해 정화할 수 있다고 하는 이점이 있다.

[실시 형태 3]

이 실시 형태에서는 폐수·폐기물 탄화 처리 시스템을 구성하고 있어, 상기 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 염소 가스(3)과 수소 가스(5)의 염화수소 가스(6)으로의 반응은 금속제의 파이프 모양의 반응조(8)에서 실시하는 것으로 하고, 이 관 모양 반응조(8)의 주위를 반응열 탄화 장치(20)로 둘러싸도록 하고 있다. 상기 반응조(8)의 주위에는 전열·교반 핀(F)를 복수 개 마련하고 있어 이 파이프 모양의 반응조(8) 자체를 모터(M)에 의해 회전 구동할 수 있도록 하고 있다.

그리고, 염화수소 가스(6)의 반응 생성열에 의해 고온으로 온도상승 되는 상기 반응열 탄화 장치(20)에, 공업 폐수나 유기성 폐기물을 공급하도록 하고 있다. 예를 들면, 상기 반응열 탄화 장치(20)는 100~600℃정도로 온도상승 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 공업 폐수나 유기성 폐기물은 열분해 하고, 증발해, 탄화하게 된다.

상기 반응열 탄화 장치(20)로 생성한 증기는 스크러버(17)로 정화해 대기 개방하도록 하고 있다. 이 스크러버의 물은, 스크러버 저수조(18)과 전해 직접 산화 장치(19)의 사이를 순환해 전해 정화하도록 하고 있다.

전기 분해 시에 발생하는 가스의 보다 충분한 유효 이용을 할 수 있는 것에 의해서, 여러 가지의 전해 처리 방법의 용도에 적용할 수 있다.

1 : 피전해수
2 : 양극
3 : 염소 가스
5 : 수소 가스
6 : 염화수소 가스

Claims

배수정화장치의 피전해수(1)를 전기 분해할 때, 양극(2)에서 휘발하는 염소 가스(3)와 수소 가스(5)를 반응시켜 염화수소 가스(6)를 생성시키는 염화수소 가스 생성 공정을 구비하여, 상기 염화수소 가스(6)의 반응 생성열을 수증기 발생에 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 전해 처리 방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 염화수소 가스(6)를 피전해수(1)에 용해시켜 전기 분해하도록 한 것을 특징으로 하는 전해 처리 방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 발생한 상기 수증기를 가압하고 터빈을 돌려 발전하도록 한 것을 특징으로 하는 전해 처리 방법.
삭제