KR101587193B1 - 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기에 관한 것으로, 염소소독이 필요한 현장에 전기분해조를 설치하여 전기분해조에서 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생산하는 현장제조형 염소발생기에 있어서, 소금저장조(20)에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조(50)로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조(20)에서 공급된 포화염수에, 산 주입장치(41)를 통해 한 종류 이상의 산 용액이 주입되고, 상기 전기분해조(50)에서 생성된 차아염소산나트륨 또는 시판되는 차아염소산나트륨이 배관을 통해 주입되는 브롬이온 제거장치(40)를 더 포함하되, 상기 브롬이온 제거장치(40) 내에서 상기 산 용액과 차아염소산나트륨(NaOCl)이 반응하여 염소가스(Cl2)를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써, 소독부산물인 규제대상물질 브로메이트의 원재료인 소금속의 브롬이온을 제거하여 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기 {On-site production type Electro-Chlorinator with Pretreatment apparatus for removing Bromide ion}
본 발명은 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소독부산물인 규제대상물질 브로메이트의 원재료인 소금속의 브롬이온을 제거하여 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기에 관한 것이다.
일반적으로 현장제조형 염소발생기는 염소소독이 필요한 현장에 전기분해조를 설치하고 물에 녹인 소금을 전기분해하여 안전한 차아염소산나트륨을 생산하는 장치로 차아염소산나트륨발생기 혹은 차아염소산나트륨생성기라고 부른다. 이는 염소가 효과적인 소독제임에도 불구하고 치명적인 독성염소가스의 운반, 저장, 사용은 공공보건과 안전에 심각한 문제가 되고, 특히 복잡한 도로에서의 운반, 환경보호지역과 인구밀집 거주지역에서의 사용은 더욱 큰 사회적 문제가 되고 있어 정수장에서의 염소가스 사용이 점점 더 어려워지고 있으므로, 현장에서 염소를 제조하여 사용하기 위함이다.
이러한 현장제조형 염소발생기는 상수도, 중수도, 하수도 및 수영장 등의 소독에 사용되고 있다.
또한, 현장제조형 염소발생기는 무격막식과 격막식이 있는데, 무격막방식은 전기분해조에 양극판과 음극판이 설치되며 두 판의 사이를 구분하는 격막이 없고 공급된 소금물은 전기분해되어 양극에서는 염소가 발생하고 음극에서는 수소가스와 수산이온이 생성되며, 격막방식은 전기분해조의 양극와 음극 간에 이온교환막을 설치하여 양극 측에 소금물, 음극 측에 물을 공급하면 양극에서는 염소가 발생하고 나트륨이온이 교환막을 투과하여 음극으로 이동하며 음극에서는 수소가 발생하며 수산이온이 생성되고 양극으로 이동해 온 나트륨이온과 수산이온으로 수산화나트륨이 생성되는 방식이다.
더불어, 소금을 소금저장조에 저장하여 물에 용해하면 시간이 지나 더 이상 녹지 않는 포화염수가 만들어지는데, 무격막식인 경우는 그 포화염수를 물로 희석하여 2.8~3.0% 희석염수로 만들어 전기분해조에 공급하여 유효염소 1.0%정도 농도의 차아염소산나트륨을 생성시키며, 격막식인 경우는 포화염수를 그대로 양극부에 공급하여 염소가스를 발생시키고, 음극부에 생성된 수산화나트륨과 다시 혼합시켜 유효염소 1.0~12.0%정도 농도의 차아염소산나트륨을 생성시킨다. 이러한 차아염소산나트륨은 독성가스의 위험성을 없애 안전하게 사용할 수 있는 염소소독제인 것이다.
한편, 환경부에서 2015.01.01.부로 "수처리제 기준과 규격 및 표시기준"을 발표하여 차아염소산나트륨용액 내에 소독부산물을 규제하기 시작하였다. 국내는 1종과 2종으로 구분하여 클로레이트(ClO3 -)와 브로메이트(BrO3 -)의 발생량을 규제하고 있다. 이러한 클로레이트(ClO3 -)와 브로메이트(BrO3 -)는 인간의 호르몬을 교란시키고 갑상선암을 일으킬 수 있는 발암물질로 분류되고 있어 큰 문제가 되고 있다.
이러한 부산물인 클로레이트(ClO3 -)와 브로메이트(BrO3 -) 중 브로메이트는 주로 원재료로 사용하는 소금속에 브롬이온이 존재하는 경우 발생한다. 소금은 지구상에서 바닷물에 가장 많이 분포하며, 가능한한 브롬이온이 제거된 소금을 현장제조형 염소발생기에 사용할 것을 추천하고 있으나, 브롬이온이 제거된 소금이라도 일부 브롬이온이 남아있고 소금의 종류 및 제조시기에 따라 브롬이온 농도의 편차가 심하다. 현장에 따라 소금 입고시 소금에서 브롬이온의 량을 측정한 후 브롬이온량이 적정 이하일 때만 사용하는 현장도 있으나, 측정에 필요한 시간이 1~2주 걸리고 그동안 소금을 야적해 놓는 경우도 있어 불편하며, 브롬이온 제거 공정을 거친 소금을 저장 사용하다가 갑자기 전기분해 이후 브로메이트가 발생하는 경우도 현장에서 흔히 있다. 이런 경우 물에 젖은 모든 소금을 폐기시켜야하고 소금저장조를 세척한 후 브롬이온이 없는 소금을 사용해야하는 불편함이 종종 발생하고 소금 수급의 문제가 있을 수 있다.
한편, 차아염소산나트륨 발생장치에 관한 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1118795호(2012년03월21일 공고, 소독부산물 저감형 고효율 차아염소산나트륨 발생장치)에 개시되어 있는 바와 같이, 염화나트륨 수용액이 유입되는 양극실과 물이 유입되는 음극실 및 양극실과 음극실을 구획하는 양이온교환막이 구비된 유격막전해조; 상기 양극실의 전해반응을 통해 생성된 염소가스와 양극수를 저장하는 양극수저장탱크; 상기 음극실의 전해반응을 통해 생성된 가성소다를 저장하고 수소가스를 배출하는 음극수저장탱크; 및 차아염소산나트륨을 생성하기 위하여, 상기 양극수저장탱크에서 공급되는 염소가스와 음극수저장탱크에서 생성된 가성소다가 반응하는 기액접촉부; 를 포함하여 구성되는 차아염소산나트륨 발생장치에 있어서, 염화나트륨 수용액과 물을 이용하여 염산과 가성소다를 생산하여 각각 양극수와 음극수로 공급하는 물분해전기투석조;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고 있는데, 이 종래 기술도 위에서 서술한 문제점들을 가지고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1118795호(2012년03월21일 공고, 소독부산물 저감형 고효율 차아염소산나트륨 발생장치)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 소독부산물인 규제대상물질 브로메이트의 원재료인 소금속의 브롬이온을 제거하여 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있고, 브롬이온이 제거된 염수를 사용함에 따라 현장에 입고된 소금의 브롬이온 측정과 그에 따른 소금의 폐기여부 등 유지관리비용을 절감할 수 있는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 브롬이온의 제거시 변환된 브롬을 빠르게 휘발시켜 브롬이온 제거장치에서 일어나는 반응의 효과를 극대화시킬 수 있는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 염소소독이 필요한 현장에 전기분해조를 설치하여 전기분해조에서 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생산하는 현장제조형 염소발생기에 있어서, 소금저장조에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조에서 공급된 포화염수에, 산 주입장치를 통해 한 종류 이상의 산 용액이 주입되고, 상기 전기분해조에서 생성된 차아염소산나트륨 또는 시판되는 차아염소산나트륨이 배관을 통해 주입되는 브롬이온 제거장치를 더 포함하되, 상기 브롬이온 제거장치 내에서 상기 산 용액과 차아염소산나트륨(NaOCl)이 반응하여 염소가스(Cl2)를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 소금저장조에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조에서 공급된 포화염수에, 산 주입장치를 통해 한 종류 이상의 산 용액이 주입되고, 상기 소금저장조의 포화염수 내에 양극과 음극을 직접 배치하여 직류전원을 공급함으로써 포화염수 내에서 직접 생성된 차아염소산나트륨이 배관을 통해 주입되는 브롬이온 제거장치를 더 포함하되, 상기 브롬이온 제거장치 내에서 상기 산 용액과 차아염소산나트륨(NaOCl)이 반응하여 염소가스(Cl2)를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 소금저장조에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조에서 공급된 포화염수에, 산 주입장치를 통해 한 종류 이상의 산 용액이 주입되고, 상기 소금저장조에서 공급된 포화염수 내에 양극과 음극을 직접 배치하여 직류전원을 공급함으로써 포화염수 내에서 직접 차아염소산나트륨을 생성시키는 브롬이온 제거장치를 더 포함하되, 상기 브롬이온 제거장치 내에서 상기 산 용액과 차아염소산나트륨(NaOCl)이 반응하여 염소가스(Cl2)를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 산 용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4), 초산(CH3COOH)과 같이 차아염소산나트륨과 반응하면 염소가스를 발생시키는 일체의 산 용액이다.
또한, 본 발명은 브롬(Br2)이 가수분해되면서 브롬화수소(HBr)나 하이포아브롬산(HBrO) 형태로 염수 내에 잔존하는 것을 방지하기 위해 상기 한 종류 이상의 산 용액의 양을 조정하여 브롬이온 제거장치 내 포화염수의 pH를 3.5이하로 유지시킨다.
또한, 본 발명은 상기 브롬이온 제거장치 내의 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 폭기시켜 브롬(Br2)의 휘발성을 촉진시키기 위한 폭기장치와, 상기 브롬이온 제거장치 내의 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 브롬이온 제거장치 내에서 공간에 분사하여 브롬(Br2)을 빠르게 휘발시키기 위한, 펌프와 연계된 스프레이장치, 및 상기 브롬이온 제거장치 내의 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 브롬(Br2)의 끓는점(58.8℃) 이상으로 가열하여 수용액상태의 브롬(Br2)을 빠르게 기화시켜 제거하기 위한 가열기 중에서 적어도 하나 이상이 상기 브롬이온 제거장치에 추가 설치되어 있다.
또한, 본 발명에서 상기 브롬이온 제거장치는 소금저장조 내에 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명은 소금저장조에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조에서 공급된 포화염수에 염소가스(Cl2)가 배관을 통해 주입되는 브롬이온 제거장치를 더 포함하되, 상기 염소가스는 시판되는 염소가스이거나 격막식 현장제조형 염소발생기인 경우에는 전기분해조 내의 양극에서 생성되는 염소가스이고, 상기 브롬이온 제거장치 내에서 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 브롬(Br2)이 가수분해되면서 브롬화수소(HBr)나 하이포아브롬산(HBrO) 형태로 염수 내에 잔존하는 것을 방지하기 위해 한 종류 이상의 산 용액을 산 주입장치를 통해 주입하여 브롬이온 제거장치 내 포화염수의 pH를 3.5이하로 유지시킨다.
이상에서 살펴본, 본 발명인 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기는 소독부산물인 규제대상물질 브로메이트의 원재료인 소금속의 브롬이온을 제거하여 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있고, 브롬이온이 제거된 염수를 사용함에 따라 현장에 입고된 소금의 브롬이온 측정과 그에 따른 소금의 폐기여부 등 유지관리비용을 절감할 수 있으며, 브롬이온의 제거시 변환된 브롬을 빠르게 휘발시켜 브롬이온 제거장치에서 일어나는 반응의 효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 무격막방식의 전기분해조에서 일어나는 전기분해의 개념도.
도 2 는 격막방식의 전기분해조에서 일어나는 전기분해의 개념도.
도 3 은 본 발명에 따른 브롬이온 제거장치에서 브롬이온이 브롬으로 변환되면서 제거되는 반응을 나타낸 개념도.
도 4 는 소금의 브롬이온 농도와 브로메이트 발생량과의 관계를 나타낸 도면.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 현장제조형 염소발생기의 전체 공정도.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 현장제조형 염소발생기의 전체 공정도.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면들 및 이를 참조한 설명은 본 발명에 관하여 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시된 것이며, 본 발명의 사상 및 범위를 한정하려는 의도로 제시된 것은 아님에 유의하여야 할 것이다.
도 1은 무격막방식의 전기분해조에서 일어나는 전기분해의 개념도이고, 도 2는 격막방식의 전기분해조에서 일어나는 전기분해의 개념도이며, 도 3은 본 발명에 따른 브롬이온 제거장치에서 브롬이온이 브롬으로 변환되면서 제거되는 반응을 나타낸 개념도이고, 도 4는 소금의 브롬이온 농도와 브로메이트 발생량과의 관계를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 현장제조형 염소발생기의 전체 공정도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 현장제조형 염소발생기의 전체 공정도이다.
본 발명에서 무격막 방식을 적용하는 경우, 전해질인 소금(NaCl)이 공급된 전기분해조(50)에 전류인가시 NaCl은 Na+와 Cl-로 전기분해되고, 양극에서는 산화반응이 일어나고 음극에서는 환원반응이 일어나는데 음극 측에서는 수소(H2)가 발생하고 나트륨이온(Na+)과 수산이온(OH-)으로 수산화나트륨(NaOH)이 생성되며, 양극에서 생성된 염소(Cl2)와 음극에서 생성된 수산화나트륨이 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)이 제조된다. 여기서, 염소는 가장 범용적인 소독제로서 박테리아 및 바이러스를 불활성화시키는 효과가 높다.
주요 화학식은 다음과 같다.
(양극)
2Cl-→ Cl2 + 2e
(음극)
2H2O + 2e → H2 + 2OH-
2Na+ + 2OH- → 2NaOH
(차아염소산나트륨 생성반응)
Cl2 + 2NaOH → NaOCl + NaCl + H2O
여기서 생성된 차아염소산나트륨용액의 유효염소농도는 1.0% 전후이다.
도 1은 무격막방식의 전기분해조에서 일어나는 상기 전기분해와 차아염소산나트륨 생성의 개념을 나타낸 도면이다.
본 발명에서 격막 방식을 적용하는 경우에도, 전기분해조의 양극에서 발생된 염소가스와 음극에서 생성된 수산화나트륨이 반응탑에서 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)이 생성된다. 도 2는 격막방식의 전기분해조에서 일어나는 전기분해와 차아염소산나트륨 생성의 개념을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이하에서 본 발명인 현장제조형 염소발생기의 구성과 작용에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
우선, 소독부산물인 브로메이트(BrO3 -)는 주로 원재료로 사용하는 소금속에 브롬이온이 존재하는 경우 발생하는데, 브롬이온 제거장치(40)는 염수가 전기분해조로 공급되기 이전에 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환 제어하는 장치이다. 참고로, 도 4는 소금의 브롬이온 농도와 브로메이트 발생량과의 관계를 나타낸 도면이다.
구체적으로 브롬이온 제거장치(40)로 배관을 통해 공급된, 소금저장조(20)에서 만들어진 포화염수에 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4) 또는 초산(CH3COOH) 등의 산 용액을 산 주입장치(41)를 통해, 그리고 전기분해조(50)에서 생성된 차아염소산나트륨(NaOCl)을 배관을 통해 브롬이온 제거장치(40)에 주입하여 염소(Cl2)가스를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하면 브롬이온이 휘발성물질인 브롬(Br2)으로 변환되는데, 주요 화학식은 다음과 같다. 여기서, 상기 산 용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4), 초산(CH3COOH)에 한정되는 것은 아니고 차아염소산나트륨과 반응하면 염소가스가 발생하는 일체의 산 용액을 가리키고, 브롬이온 제거장치(40)에 상기 산 용액과 차아산나트륨을 주입시킬 때는 산 용액을 먼저 주입시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전기분해조(50)에서 생성된 차아염소산나트륨(NaOCl) 대신 시판되는 차아염소산나트륨(유효염소 5.0~12.0%, 락스)을 사용하여 브롬이온 제거장치(40)에 주입할 수도 있다.
(차아염소산나트륨과 염산을 사용하는 경우 염소가스 발생 화학식)
NaOCl + 2HCl → NaCl + H2O + Cl2
(차아염소산나트륨과 황산을 사용하는 경우 염소가스 발생 화학식)
2NaOCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HOCl
4HOCl + H2SO4 → 2Cl2 + 2H2O + O2 ;여기서, 황산(H2SO4)은 반응전후에 변하지 않고 반응속도를 촉진하는 것이다.
(브롬이온이 브롬으로 변환되는 화학식)
Cl2 + 2Br- → 2Cl- + Br2
즉, Cl2가 전자를 얻어 Cl-가 되어 염수 내에 남아 있고(Cl2 + 2e- → 2Cl-), 염수 내의 브롬이온(2Br-)은 전자를 방출하여 브롬(Br2)이 되는데(2Br- → Br2 + 2e-), 이 브롬(Br2)은 독성이 있는 휘발성 물질로 외부로 방출하여 제거시킴으로써, 결국 브롬이온을 제거하여 소독부산물인 브로메이트(BrO3 -) 발생을 최소화시킬 수 있는 것이다. 여기서 상기 브롬(Br2)은 독성이 있으므로 가스상태일 때는 배관을 통해 폐쇄된 외부공간으로 방출하여 다시 물에 용해시켜 처리하거나 탄소필터 등을 통해 제거할 수 있고 수용액상태일 때에는 브롬의 끓는점(58.8℃) 이상으로 가열하여 가스상태로 변환시켜 상기과 같은 과정(배관을 통해 폐쇄된 외부공간으로 방출하여 다시 물에 용해시켜 처리하거나 탄소필터 등을 통해 제거)을 거칠 수 있다. 도 3은 브롬이온 제거장치에서 브롬이온이 브롬으로 변환되면서 제거되는 반응의 개념을 나타낸 도면이다.
한편, 브롬이 가수분해되면서 브롬화수소(HBr)나 하이포아브롬산(HBrO) 형태로 염수 내에 잔존할 수 있으므로(Br2 + H2O → HBr + HBrO), 이를 방지하기 위해 상기 브롬이온 제거장치(40)에서 일어나는 화학식에서 사용되는 산 용액(두 종류 이상의 산 용액을 혼합하여 사용할 수도 있음)의 양을 조정하여 포화염수의 pH를 3.5이하로 유지시키는 것이 필요하며, 이에 상기 산 용액은 염소가스를 발생시키는 기능 이외에 pH를 낮추는 기능을 동시에 하는 것이다.
나아가, 브롬이온 제거장치(40)에 폭기장치(42)를 추가 설치하여 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 폭기시켜 브롬(Br2)의 휘발성을 촉진시키거나 브롬이온 제거장치(40)에 펌프와 연계된 스프레이장치(도시하지 않음)를 추가 설치하여 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 브롬이온 제거장치(40) 내에서 공간에 분사하여 브롬(Br2)을 빠르게 휘발시켜 상기 브롬이온 제거장치(40)에서 일어나는 화학식에 의한 반응의 효과를 극대화시킬 수 있다.
더불어, 상기 브롬이온 제거장치(40)에서 일어나는 화학식에 의한 반응의 효과를 극대화시키기 위해 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 브롬(Br2)의 끓는점(58.8℃) 이상으로 가열기를 통해 가열하여 수용액상태의 브롬(Br2)을 빠르게 기화시켜 제거할 수도 있다.
상술한 실시예에서는 브롬이온 제거장치(40)로 배관을 통해 공급된, 소금저장조(20)에서 만들어진 포화염수에 산 용액을 산 주입장치(41)를 통해, 그리고 전기분해조(50)에서 생성된 차아염소산나트륨(NaOCl)을 배관을 통해 브롬이온 제거장치(40)에 주입하여 염소(Cl2)가스를 발생시키는 방식이나, 본 발명의 다른 실시예로 산 용액과 차아염소산나트륨을 브롬이온 제거장치(40)에 주입하여 염소가스를 발생시키는 것이 아니라, 시판하는 염소가스를 직접 브롬이온 제거장치(40)에 주입하여 포화염수 내의 브롬이온을 브롬으로 변환할 수도 있고, 격막식 현장제조형 염소발생기인 경우에는 전기분해조(50) 내의 양극에서 생성되는 염소가스를 배관을 통해 직접 브롬이온 제거장치(40)에 주입할 수도 있으나, 무격막식인 경우에는 전기분해조(50) 내에서 발생하는 염소가스가 대부분 염수에 용해되어 적당치 않다. 여기서도 브롬이 가수분해되면서 브롬화수소(HBr)나 하이포아브롬산(HBrO) 형태로 염수 내에 잔존할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 상기 브롬이온 제거장치(40)에서 일어나는 화학식에서 사용되는 산 용액을 주입하여 포화염수의 pH를 3.5이하로 유지시키는 것이 필요하고, 이를 위해 산 주입장치(41)도 요구된다.
또 다른 실시예로, 브롬이온 제거장치(40)에 주입되는 차아염소산나트륨을 전기분해조(50)에서 기생성된 것을 사용하는 것이 아니라, 소금저장조(20)의 포화염수 내에 양극과 음극을 직접 배치하고 직류전원을 공급함으로써 상기 차아염소산나트륨 생성반응식에서처럼 포화염수 내에서 직접 차아염소산나트륨을 생성시켜 배관을 통해 브롬이온 제거장치(40)로 주입하여 포화염수 내의 브롬이온을 브롬으로 변환할 수도 있다.
또 다른 실시예로, 소금저장조(20)에서 브롬이온 제거장치(40)로 공급된 포화염수 내에 양극과 음극을 직접 배치하여 직류전원을 공급함으로써 브롬이온 제거장치(40) 내의 포화염수 내에서 직접 차아염소산나트륨을 생성시켜 포화염수 내의 브롬이온을 브롬으로 변환할 수도 있다.
상기 다양한 실시예에서는 브롬이온 제거장치(40)가 소금저장조(20)와 별도의 장치인 것으로 설명하였지만, 도 6에서와 같이 상기 브롬이온 제거장치(40)는 소금저장조(20) 내에 설치될 수도 있는데, 여기서는 당연히 변환된 브롬을 소금저장조(20) 밖으로 배출시켜야 할 것이다.
또한, 소금저장조(20)나 희석수조(30)로 배관을 통해 공급되는 물은 연수기(10)를 거치게 되는데, 이러한 연수기(10)는 양이온 교환수지를 충전한 것으로 전해에 사용시에 포함되는 경도성분을 제거한다. 연수기(10)를 거친 물은 배관을 통해 전기분해조(50)로 직접 공급될 수도 있다.
상기 소금저장조(20)는 전해에 사용하는 소금을 용해시키고 포화염수를 만들고, 상기 희석수조(30)는 포화염수를 약 2.8~3.0%로 희석하기 위한 물을 저장한다.
또한, 상술하였듯이 전기분해조(50)는 상기 포화염수와 상기 희석수조(30)의 물이 희석된 희석염수를 배관을 통해 전기분해조(50)의 유입구(도시하지 않음)로부터 공급받아 이를 전해시켜 차아염소산나트륨을 생성한다. 여기서 상기 전기분해조(50)에는 전해용의 직류전류를 공급하는 직류전원 공급장치(60)가 부착된다.
또한, 차아염소산나트륨 저장조(70)는 전기분해조(50)에서 생성된 차아염소산나트륨을 전기분해조(50)의 배출구(도시하지 않음)로부터 배관을 통해 공급받아 저장하고, 필요에 따라 차아염소산나트륨 주입장치(80)를 통해 상수도나 하수도 또는 정수장 등 필요한 곳에 차아염소산나트륨은 정량주입된다.
더불어, 상기 소금저장조(20), 희석수조(30), 차아염소산나트륨 저장조(70)와 브롬이온 제거장치(40) 등과 연결된 배관에 펌프와 조절밸브가 필요에 따라 설치되어 염수나 차아염소산나트륨을 배관을 통해 정량공급하게 된다. 필요에 따라 현장제어반을 설치하여 상기 구성기기들(펌프, 조절밸브, 연수기, 저장조, 전기분해조, 주입장치)을 보다 효율적으로 제어하고 능동적 대처가 가능하도록 할 수도 있다.
한편, 전기분해할 때에 수소가스가 발생하는데, 수소는 가연성 가스이며 희석용 팬(fan)을 추가로 설치하여 옥외로 방출하는 것이 바람직하며, 차아염소산나트륨을 차아염소산나트륨 저장조(70)로 이송하는 이송용 배관에는 수소의 혼입을 방지하는 장치를 추가로 설치하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 전기분해시 전기분해반응에 영향을 미치는 전기분해조(50) 내 영향인자로는 전해질 농도, 전류세기, 반응시간, 수온, 전류밀도, 전극 간격, 염수 교반유무 등이 있는데, 특히, 전기분해조(50) 유입수의 온도가 10℃ 이하 또는 30℃ 이상으로 올라가면, 전극에 손상이 발생하거나 유효염소 농도가 낮은 차아염소산나트륨이 발생하므로 온도 조절이 필요한 열교환기를 추가로 설치할 수도 있다.
나아가, 도 5를 참조하여 본 발명의 전체 공정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 급수되는 물은 연수기(10)를 거치면서 경도가 낮아지게 되는데, 이러한 연수기(10)는 소금저장조(20) 또는 희석수조(30) 유입구 전단에 설치되어 물을 공급하거나 전기분해조(50) 유입구 전단에 설치되어 전기분해조(50)로 직접 물을 공급하게 할 수도 있다.
다음으로, 연수기(10)를 거친 물의 일부는 소금저장조(20)로 배관을 통해 공급되는데, 이 소금저장조(20)는 전기분해조(50)에 사용되는 소금을 저장 및 일정량의 포화염수를 배관을 통해 브롬이온 제거장치(40)로 공급하게 된다. 소금저장조(20)와 브롬이온 제거장치(40)를 연결하는 배관에는 정량공급을 위해 펌프와 조절밸브가 필요에 따라 설치될 수 있다. 또한, 연수기(10)를 거친 물의 일부는 희석수조(30)로 배관을 통해 공급되거나 전기분해조(50)로 직접 공급될 수도 있으며, 희석수조(30)와 전기분해조(50)를 연결하는 배관에는 정량공급을 위해 펌프와 조절밸브가 필요에 따라 설치될 수 있다.
한편, 전기분해조(50)에서 생성되는 염소가스를 브롬이온 제거장치(40)로 공급하기 위해 전기분해조(50)와 브롬이온 제거장치(40)를 배관을 통해 연결할 수도 있고, 소금저장조(20)와 브롬이온 제거장치(40)를 배관을 통해 연결하여 소금저장조(20)에서 직접 전기분해를 통해 생성되는 차아염소산나트륨이 브롬이온 제거장치(40)로 바로 공급되도록 할 수도 있다.
그 다음으로, 브롬이온 제거장치(40)에서 브롬이온(Br-)이 제거된 염수는 배관을 통해 희석염수 또는 물과 혼합되어 전기분해조(50)로 공급된다.
그 다음으로, 전기분해조(50)에서 차아염소산나트륨을 생성하고, 이를 다시 배관을 통해 차아염소산나트륨 저장조(70)에 저장한다. 또한, 차아염소산나트륨 저장조(70)와 브롬이온 제거장치(40)를 배관을 통해 연결하여 차아염소산나트륨을 브롬이온 제거장치(40)로 공급한다.
최종적으로, 차아염소산나트륨 주입장치(80)는 차아염소산나트륨 저장조(70)로부터 차아염소산나트륨을 공급받아 상수도나 하수도 또는 정수장 등 필요한 곳에 차아염소산나트륨을 정량주입하여 수중에 존재하는 유리잔류염소로 소독살균작용을 하게 된다. 여기서도 차아염소산나트륨 저장조(70)와 차아염소산나트륨 주입장치(80)를 연결하는 배관에는 정량공급을 위해 조절밸브가 필요에 따라 설치될 수 있다.
따라서, 본 발명은 소독부산물인 규제대상물질 브로메이트의 원재료인 소금속의 브롬이온을 제거하여 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있고, 브롬이온이 제거된 염수를 사용함에 따라 현장에 입고된 소금의 브롬이온 측정과 그에 따른 소금의 폐기여부 등 유지관리비용을 절감할 수 있으며, 브롬이온의 제거시 변환된 브롬을 빠르게 휘발시켜 브롬이온 제거장치에서 일어나는 반응의 효과를 극대화시킬 수 있는 것이다.
10: 연수기 20: 소금저장조
30: 희석수조 40: 브롬이온 제거장치
41: 산 주입장치 42: 폭기장치
50: 전기분해조 60: 직류전원 공급장치
70: 차아염소산나트륨 저장조 80: 차아염소산나트륨 주입장치

Claims (10)

  1. 염소소독이 필요한 현장에 전기분해조를 설치하여 전기분해조에서 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생산하는 현장제조형 염소발생기에 있어서,
    소금저장조(20)에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조(50)로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조(20)에서 공급된 포화염수에, 산 주입장치(41)를 통해 한 종류 이상의 산 용액이 주입되고, 상기 전기분해조(50)에서 생성된 차아염소산나트륨 또는 시판되는 차아염소산나트륨이 배관을 통해 주입되는 브롬이온 제거장치(40)를 더 포함하되,
    상기 브롬이온 제거장치(40) 내에서 상기 산 용액과 차아염소산나트륨(NaOCl)이 반응하여 염소가스(Cl2)를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기.
  2. 염소소독이 필요한 현장에 전기분해조를 설치하여 전기분해조에서 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생산하는 현장제조형 염소발생기에 있어서,
    소금저장조(20)에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조(50)로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조(20)에서 공급된 포화염수에, 산 주입장치(41)를 통해 한 종류 이상의 산 용액이 주입되고, 상기 소금저장조(20)의 포화염수 내에 양극과 음극을 직접 배치하여 직류전원을 공급함으로써 포화염수 내에서 직접 생성된 차아염소산나트륨이 배관을 통해 주입되는 브롬이온 제거장치(40)를 더 포함하되,
    상기 브롬이온 제거장치(40) 내에서 상기 산 용액과 차아염소산나트륨(NaOCl)이 반응하여 염소가스(Cl2)를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기.
  3. 염소소독이 필요한 현장에 전기분해조를 설치하여 전기분해조에서 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생산하는 현장제조형 염소발생기에 있어서,
    소금저장조(20)에서 만들어진 포화염수가 상기 전기분해조(50)로 공급되기 이전에 배관을 통해 상기 소금저장조(20)에서 공급된 포화염수에, 산 주입장치(41)를 통해 한 종류 이상의 산 용액이 주입되고, 상기 소금저장조(20)에서 공급된 포화염수 내에 양극과 음극을 직접 배치하여 직류전원을 공급함으로써 포화염수 내에서 직접 차아염소산나트륨을 생성시키는 브롬이온 제거장치(40)를 더 포함하되,
    상기 브롬이온 제거장치(40) 내에서 상기 산 용액과 차아염소산나트륨(NaOCl)이 반응하여 염소가스(Cl2)를 발생시키고, 발생된 염소가스가 포화염수 내의 브롬이온(Br-)과 반응하여 브롬이온(Br-)을 브롬(Br2)으로 변환시켜 제거함으로써 수질관리의 안전성을 향상시킬 수 있는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 산 용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4), 초산(CH3COOH)과 같이 차아염소산나트륨과 반응하면 염소가스를 발생시키는 일체의 산 용액인 것을 특징으로 하는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    브롬(Br2)이 가수분해되면서 브롬화수소(HBr)나 하이포아브롬산(HBrO) 형태로 염수 내에 잔존하는 것을 방지하기 위해 상기 한 종류 이상의 산 용액의 양을 조정하여 브롬이온 제거장치(40) 내 포화염수의 pH를 3.5이하로 유지시키는 것을 특징으로 하는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 브롬이온 제거장치(40) 내의 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 폭기시켜 브롬(Br2)의 휘발성을 촉진시키기 위한 폭기장치와,
    상기 브롬이온 제거장치(40) 내의 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 브롬이온 제거장치(40) 내에서 공간에 분사하여 브롬(Br2)을 빠르게 휘발시키기 위한, 펌프와 연계된 스프레이장치, 및
    상기 브롬이온 제거장치(40) 내의 포화염수와 산 용액 및 차아염소산나트륨이 포함된 결합용액을 브롬(Br2)의 끓는점(58.8℃) 이상으로 가열하여 수용액상태의 브롬(Br2)을 빠르게 기화시켜 제거하기 위한 가열기 중에서 적어도 하나 이상이 상기 브롬이온 제거장치(40)에 추가 설치되어 있는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 브롬이온 제거장치(40)는 소금저장조(20) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는, 소금속의 브롬이온을 제거하는 전처리장치가 부착된 현장제조형 염소발생기.
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