KR101373522B1 - 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고염도 폐수처리시 문제가 되는 고농도의 염분을 효율적으로 제거하고, 수산화나트륨을 에폭시 제조시 사용되는 촉매제로 재활용할 수 있는 등 폐수 처리비용을 대폭 절감시킬 수 있는 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치에 관한 것이으로서, 중간에 설치되는 이온교환막에 의해 양극이 구비되는 양극실, 음극이 구비되는 음극실로 구분되는 전해수조와; 상기 양극실에 고염도 폐수를 공급하는 고염도 폐수 공급부와; 상기 음극실로 물을 공급하는 물 공급부와; 상기 음극실과 관으로 연결되고, 상기 고염도 폐수가 전기분해되어 상기 이온교환막을 통과하여 이동한 소듐이온과 상기 물이 전기분해되어 생성된 수산화이온이 결합되어 형성된 수산화나트륨이 상기 관을 통하여 배출되어 저장 및 농축되는 수산화나트륨 농축조와; 상기 양극실에서 상기 고염도 폐수가 전기분해되어 생성되는 염소가스를 저장하는 염소가스 저장탱크와; 상기 음극실에서 상기 물이 전기분해되어 생성되는 수소가스를 저장하는 수소가스 저장탱크;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

고염도 폐수의 전기화학적 처리장치{Apparatus for treating high salinity waste water}

본 발명은 고염도 폐수처리시 문제가 되는 고농도의 염분을 효율적으로 제거하고, 수산화나트륨을 에폭시 제조시 사용되는 촉매제로 재활용할 수 있는 등 폐수 처리비용을 대폭 절감시킬 수 있는 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치에 관한 것이다.

일반적인 에폭시수지 제품을 제조하는 공정에서 발생되는 폐수에는 약 20%이상의 NaCl을 함유하고 있다. 이는 원료인 에피클로로히드린(E.C.H)에 의하여 발생되는 염화이온과 공정 중 촉매제로 사용되는 NaOH에 의해 생성된다. 따라서 폐수 처리 시 고 염도의 원 폐수를 공업용수를 이용 희석하여 처리하고 있으며 처리효율 및 비용 등의 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

에폭시수지 제조공정 등에서 생성되는 고염도 폐수는 폐수처리 시 원 폐수를 공업용수로 희석하는 비교적 처리비용이 큰 방법을 이용하고 있다. 이러한 처리법은 유기부산물의 분해미생물의 활성이 감소되고 처리효율의 급감, 사상균발생 등의 여러 가지 문제점을 야기한다.

현재 국내 액상 에폭시 제조공정 중 폐기물로 NaCl 과 폴리머 및 기타 COD 물질들이 발생하게 된다. 이들 폐기물을 처리하는 방법으로 대부분 폐수처리 공정에서 회수하여 폐기하거나 희석하여 처리 후 방류하는 방법을 사용하고 있다. 따라서 폐기물의 배출을 줄이기 위해서는 후처리에 의해 자원을 회수 재활용 하거나 근본적으로 제조공정 중에서 폐기물의 발생을 감소시키는 방법 개발이 바람직하다. 대부분 에폭시 제조업체에서는 현재 공정 개선을 통한 생산원가 및 폐기물 발생량을 감소시키기 위한 기술 개발에 힘쓰고 있다. 금호 피엔피 화학에서는 2005년 자사 에폭시 생산공정의 청정생산 진단 지도란 연구 과제를 수행하고 이를 통해 생산 공정 중 개선안을 도출하여 적용하고 있다. 하지만 공정개선을 통한 방법에는 근본적인 한계가 존재한다.

국외 에폭시 산업체에서도 공정개선을 통해 폐기물 발생을 감소시키기 위한 기술 개발이 많이 이루어지고 있으며 대표적으로 Dow는 재생가능한 원료를 사용하고 폐수발생량을 70%이상 줄일 수 있는 새로운 에폭시 수지 생산 공정을 개발하였다.

본 발명은 고염도 폐수처리시 문제가 되는 고농도의 염분을 효율적으로 제거하고, 수산화나트륨을 에폭시 제조시 사용되는 촉매제로 재활용할 수 있는 등 폐수 처리비용이 저렴하고 폐수처리시 발생되는 부산물을 재활용할 수 있는 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중간에 설치되는 이온교환막에 의해 양극이 구비되는 양극실, 음극이 구비되는 음극실로 구분되는 전해수조와;

상기 양극실에 고염도 폐수를 공급하는 고염도 폐수 공급부와;

상기 음극실로 물을 공급하는 물 공급부와;

상기 음극실과 관으로 연결되고, 상기 고염도 폐수가 전기분해되어 상기 이온교환막을 통과하여 이동한 소듐이온과 상기 물이 전기분해되어 생성된 수산화이온이 결합되어 형성된 수산화나트륨이 상기 관을 통하여 배출되어 저장 및 농축되는 수산화나트륨 농축조와;

상기 양극실에서 상기 고염도 폐수가 전기분해되어 생성되는 염소가스를 저장하는 염소가스 저장탱크와;

상기 음극실에서 상기 물이 전기분해되어 생성되는 수소가스를 저장하는 수소가스 저장탱크;를 포함하여 이루어진다.

특히, 상기 고염도 폐수는 에폭시 수지 제조공정에서 발생한 고염도 폐수인 것이 바람직하고, 상기 수산화나트륨 농축조에 저장된 수산화나트륨 수용액은 에폭시 수지의 반응조로 공급되어 재활용되는 것이 좋다.

본 발명의 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치는 고염도 폐수처리시 문제가 되는 고농도의 염분을 효율적으로 제거하고, 폐수처리시 발생되는 부산물인 수산화나트륨 등을 에폭시 제조시 사용되는 촉매제로 재활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치를 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치는 도 1과 같이 크게 전해수조(10), 고염도 폐수 공급부(20), 물 공급부(40), 수산화나트륨 농축조(60), 염소가스 저장탱크(30) 및 수소가스 저장탱크(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 전해수조(10)는 도 1과 같이 중간에 설치되는 이온교환막(150)에 의해 양극(115)이 구비되는 양극실(110)과 음극(135)이 구비되는 음극실(130)로 구분된다.

상기 양극(115) 및 음극(135)의 전극은 C/Ni, C/Pt, Pt망, Ti/IrO2 등의 다양한 재료로 이루어질 수 있다.

상기 이온교환막(150)은 양이온을 통과시키는 양이온교환막(150)으로 이루어진다. 상기 양극실(110)로 유입되는 고염도 폐수는 소듐이온과 염소가스로 분해되고, 양이온인 소듐이온은 상기 이온교환막(150)을 통과하여 상기 음극실(130)로 이동된다.

상기 고염도 폐수 공급부(20)는 에폭시 수지의 제조공정시 발생한 고염도 폐수를 상기 전해수조(10)의 양극실(110)로 공급한다.

이때 상기 고염도 폐수를 고염도 폐수 저장탱크에 체류시켜 침전된 슬러지를 제거한 후 상기 전해수조(10)의 양극실(110)로 공급하거나, 필터를 이용하여 상기 고염도 폐수로부터 슬러지를 분리시킨 후 상기 전해수조(10)의 양극실(110)로 공급할 수도 있다.

상기 전해수조(10)의 양극실(110)로 공급된 고염도 폐수에 포함된 염화나트륨은 하기의 반응식 1과 같이 소듐이온과 염소가스로 분해된다.

[반응식 1]

2NaCl → 2Na⁺ + 2Cl^-

2Cl^- → Cl₂ + 2e^-

그리고 상기 소듐이온은 이온교환막(150)을 통과하여 상기 전해수조(10)의 음극실(130)로 이동한다.

상기 전해수조(10)의 양극실(110)에서 발생되는 염소가스는 상기 염소가스 저장탱크(30)에 저장된다. 상기 염소가스 저장탱크(30) 내에 저장된 염소가스를 상기 양극실(110)의 고염도 폐수에 공급하여 상기 고염도 폐수에 함유된 유기물질의 산화 및 분해하는데 사용하는 것이 바람직하다.

상기 물 공급부(40)는 상기 전해수조(10)의 음극실(130)에 물을 공급한다. 상기 음극실(130)에 공급되는 물은 상기 이온교환막(150)을 통과하여 유입된 소듐이온과 하기의 반응식 2와 같이 반응하여 수산화나트륨과 수소가스가 생성된다.

[반응식 2]

2Na⁺ + 2e^- → 2Na

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

상기 음극실(130)에서 발생되는 수소가스는 수소가스 저장탱크(50)에 저장된다. 상기 수소가스 저장탱크(50)에 저장된 수소가스는 연료전지의 원료로 활용될 수 있고, 상기 연료전지에 의해 발생되는 전원을 상기 전해수조의 예비전력으로 사용할 수 있다.

나아가 상기 수소가스 저장탱크(50)에 저장된 수소를 소각로 등의 연료로 재활용할 수 있다.

그리고 상기 음극실(130)에서 생성된 수산화나트륨 수용액은 상기 음극실(130)과 연결관으로 연결된 수산화나트륨 농축조(60)로 배출되어 저장 및 농축된다.

상기 수산화나트륨 농축조(60)에 저장된 수산화나트륨 수용액은 희석 등이 공정을 거친 후 에폭시 수지를 제조하기 위한 에폭시 수지의 반응조(70)로 공급된다.

그리고 상기 양극실(110)에서 염화나트륨이 제거된 폐수는 폐수처리부(80)로 배출되고, 폐수처리부(80)에서 폐수를 처리한 후 방류하게 된다.

이때 상기 폐수처리부(80)에는 염분(염화나트륨)이 제거된 상태의 폐수가 유입되기 때문에, 종래와 같이 상기 폐수처리부(80)에서 폐수를 공업용 용수를 이용하여 희석할 필요가 없어 폐수 공정이 단순화되고 폐수 처리비용이 크게 감소하는 이점이 있다.

10: 전해수조,
110: 양극실,
115: 양극,
130: 음극실,
135: 음극,
150: 이온교환막,
20: 고염도 폐수 공급부
30: 염소가스 저장탱크,
40: 물공급부,
50: 수소가스 저장탱크,
60: 수산화나트륨 농축조,
70: 에폭시 수지의 반응조,
80: 폐수처리부

Claims (5)

1. 중간에 설치되는 이온교환막에 의해 양극이 구비되는 양극실, 음극이 구비되는 음극실로 구분되는 전해수조와;
   상기 양극실에 에폭시 수지 제조공정에서 발생한 고염도 폐수를 공급하는 고염도 폐수 공급부와;
   상기 음극실로 물을 공급하는 물 공급부와;
   상기 음극실과 관으로 연결되고, 상기 고염도 폐수가 전기분해되어 상기 이온교환막을 통과하여 이동한 소듐이온과 상기 물이 전기분해되어 생성된 수산화이온이 결합되어 형성된 수산화나트륨이 상기 관을 통하여 배출되어 저장 및 농축되는 수산화나트륨 농축조와;
   상기 양극실에서 상기 고염도 폐수가 전기분해되어 생성되는 염소가스를 저장하는 염소가스 저장탱크와;
   상기 음극실에서 상기 물이 전기분해되어 생성되는 수소가스를 저장하는 수소가스 저장탱크;를 포함하여 이루어지고,
   상기 수산화나트륨 농축조에 저장된 수산화나트륨 수용액은 에폭시 수지의 반응조로 공급되어 재활용되고,
   상기 염소가스 저장탱크에 저장된 염소가스를 상기 전해수조의 양극실에 수용된 고염도 폐수 내로 공급하여 상기 고염도 폐수에 함유된 유기물질의 산화 및 분해시키는 것을 특징으로 하는 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수소가스 저장탱크에 저장된 수소가스를 공급받아 전기에너지를 발생시키는 연료전지부가 구비되고, 상기 연료전지부에 의해 발생된 전기에너지를 이용하여 상기 전해수조의 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 고염도 폐수의 전기화학적 처리장치.
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