KR101880154B1 - 유체 흐름 개선 구조를 가지는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재, 이를 구비한 이온교환막 여과장치, 이를 이용한 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 오염지하수 복합 정화처리장치, 및 정화처리방법 - Google Patents

유체 흐름 개선 구조를 가지는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재, 이를 구비한 이온교환막 여과장치, 이를 이용한 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 오염지하수 복합 정화처리장치, 및 정화처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온교환막을 이용하여 오염된 유체를 정화하는 이온교환막 여과장치에서, 이온교환막 사이에 구비되는 스페이서(spacer) 부재로서, 메쉬를 구비하여 유체가 흐르는 속도를 최적화시킬 수 있는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재와, 이를 구비한 "이온교환막 여과장치"와, 이러한 이온교환막 여과장치를 구비하고 있으며 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 복합 처리를 이용하여 고농도의 질산성 질소와, 비소 및 중금속 등의 오염물질을 함유하고 있는 오염수를 효율적으로 정화처리할 수 있는 "이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 오염지하수 복합 정화처리장치 및 정화처리방법"에 관한 것이다.

Description

유체 흐름 개선 구조를 가지는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재, 이를 구비한 이온교환막 여과장치, 이를 이용한 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 오염지하수 복합 정화처리장치, 및 정화처리방법{Electrodialysis Method coupled with electrolysis for polluted groundwater treatment, Apparatus therefor, and Spacer therefor}
본 발명은 이온교환막을 이용하여 오염된 유체를 정화하는 이온교환막 여과장치에서, 이온교환막 사이에 구비되는 스페이서(spacer) 부재로서, 유체가 흐르는 속도를 최적화시킬 수 있는 새로운 구성을 가지는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재에 관한 것이다.
또한 본 발명은 이와 같은 새로운 스페이서 부재를 구비한 "이온교환막 여과장치"와, 이러한 이온교환막 여과장치를 구비하고 있으며 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 복합 처리를 이용하여 오염된 지하수 등의 오염수를 효율적으로 정화처리할 수 있는 "이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 오염지하수 복합 정화처리장치 및 오염지하수 복합 정화처리방법"에 관한 것이다.
양극(anode)((+)극)판(板)과 음극(cathode)((-)극)판(板) 사이에 이온교환막을 설치하고, 양극판과 음극판에 각각 전기를 공급하여 물을 정화 처리하게 되는 종래기술에 의한 이온교환막 여과장치의 일예가 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0081274호에 개시되어 있다.
이온교환막 여과장치에서는 이온교환막을 사이에 두고 오염처리해야 할 원수(原水)와 농축수(濃縮水)가 존재하게 되며, 이온이 이온교환막을 통과하여 이동하게 되는 "이온 교환"에 의해 원수에 포함된 오염물이 제거된다. 이러한 이온교환막 여과장치에서는 이온교환막 사이에 스페이서 부재가 구비되는데, 스페이서 부재는 위와 같은 이온 교환 과정 및 그에 따른 오염물 제거 과정이 원활하게 이루어질 수 있는 상태로 유체가 흐르게 만들 수 있는 구성을 가질 필요가 있다. 그러나 종래의 스페이서 부재는 단순히 유체가 흐르게 만드는 기본적인 기능에만 치중할 뿐, 최적의 상태로 유체가 흐를 수 있게 한다는 점은 전혀 고려되어 있지 않다.
한편, 지하수의 오염형태는 다양한데, 최근에는 질산성 질소로만 오염되어 있거나 또는 질산성 질소 이외에 비소나 중금속 등이 혼재하여 오염되어 있는 지하수도 크게 문제가 되고 있다. 그런데 이와 같이 다양한 오염물에 의해 복합적으로 오염되어 있는 지하수의 경우에는 흡착이나 이온교환수지를 이용한 종래 기술로는 정화처리가 불가능하다. 오염물들을 동시에 제거하기 위하여 역삼투막 공정을 적용하는 것도 고려해볼 수 있지만, 역삼투막 공정의 경우는, 다른 공정보다 시설 설치비와 운영비가 높으며, 전처리 시설이나 회수율 제고를 위한 추가 설비 등이 필요하다는 한계가 있다. 따라서 또다른 정화방식이 필요한데, 이 때 중요한 점은 정화에 소요되는 비용을 절감할 수 있어야 하고 운전방식도 용이한 것일 필요가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0081274호(2009. 07. 28. 공개).
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 이온교환막 여과장치의 이온교환막 사이에 구비되는 스페이서 부재에 대하여, 이온 교환 과정 및 그에 따른 오염물 제거 과정이 원활하게 이루어질 수 있는 최적의 상태로 유체가 흐르게 만드는 구성을 부여하는 것을 목적으로 한다. 즉, 이온교환막에서의 정화처리의 효율을 향상시킬 수 있도록 유체가 흐르는 형태 및 속도를 최적화시킬 수 있는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이와 같은 스페이서 부재를 구비함으로써 이온 교환 처리에 의해 오염된 지하수를 효율적으로 정화 처리할 수 있는 이온교환막 여과장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가, 본 발명은 이와 같은 이온교환막 여과장치를 구비함으로써 이온 교환에 의한 지하수의 정화처리를 할 수 있을 뿐만 아니라, 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 복합 처리를 이용함으로써, 농축수에 고농도로 농축된 질산성 질소를 효과적으로 정화처리할 수 있는 정화처리장치와 정화처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 이온교환막 여과장치에 구비되는 스페이서 부재로서, 판부재로 이루어지며 아래쪽에는 원수 및 농축수의 유입구가 관통 형성되어 있으며, 위쪽에는 원수 및 농축수의 유출구가 관통 형성되어 있으며; 스페이서 부재의 중앙에는 개방구가 관통형성되어 있되; 개방구에는 메쉬가 설치되어 있어서; 두께방향으로 개방구의 양측면을 이온 교환막이 밀착하여 가로막은 상태에서, 유입구로 유입된 유체는 메쉬를 따라 개방구를 지나서 흘러서 유출구로 배출되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재가 제공된다.
또한 본 발명에서는 위와 같은 스페이서 부재를 구비한 이온교환막 여과장치가 제공되며, 더 나아가 본 발명에서는 이러한 이온교환막 여과장치와, 전해처리장치를 구비하고 있어서, 원수에 질산성 질소가 포함되어 있는 경우에는, 전기분해 공정에 의해 질산성 질소를 질소 가스로 산화시켜 질산성 질소를 제거하게 되는 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 오염지하수 복합 정화처리장치와, 이를 이용하여 오염된 원수를 정화처리하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재는, 유체가 흐르는 개방구에 메쉬가 구비되어 있되, 유출구 부근에서 이온 교환이 상대적으로 느린 것에 맞추어서 유출구 쪽에서 유체의 흐름을 느리게 만들어서 원수와 농축수 간의 이온교환막을 통한 충분한 이온 이동이 이루어지게 만드는 구성을 가지고 있으며, 그에 따라 이온교환막에 의한 여과 효율이 극대화되는 장점을 가진다.
따라서 본 발명만의 고유한 구성에 따른 메쉬를 구비한 스페이서 부재와, 이를 구비한 이온교환막 여과장치에 의하면, 유체가 흐르는 형태 및 속도를 이온교환막 여과공정의 효율을 향상시킬 수 있도록 최적화되어 있으며, 그에 따라 오염된 지하수에 대한 우수한 정화효과를 발휘하게 되는 장점이 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 정화처리장치 및 방법의 경우에는, 위와 같은 스페이서 부재를 구비한 이온교환막 여과장치 뿐만 아니라, 전해처리장치를 더 구비하고 있고, 이를 통해서 오염된 지하수 등의 정화처리해야 할 원수에 질산성 질소 외에 비소, 중금속 등의 오염물질이 함께 포함되어 있는지의 여부에 따라 이온교환막 여과장치에 의한 이온교환막 여과공정 단독으로 또는 전해처리장치에 의한 전기분해 공정의 복합 처리를 수행함으로써, 오염된 원수의 상태에 맞춘 최적의 상태의 효과적인 정화처리를 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 이온교환막 여과장치에 있어서 양극판과 음극판 사이에서 이온 교환막과 스페이서 부재가 배치되는 구성을 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 이온교환막 여과장치의 개략적인 조립 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 원수용 스페이서 부재에 대한 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원수용 스페이서 부재에 대한 개략적인 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 농축수용 스페이서 부재에 대한 개략적인 사시도이다.
도 6은 2개의 메쉬 부재를 겹쳐서 메쉬를 이루는 것을 설명하는 메쉬 부재에 대한 개략적인 정면도이다.
도 7은 본 발명의 이온교환막 여과장치에서의 이온교환 여과공정이 이루어지는 것을 설명하기 위한 도 1에 대응되는 개략적인 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명에 따른 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 복합 처리를 이용한 정화처리장치에 대한 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
이온교환막 여과공정을 위한 <이온교환막 여과장치>는 불용성 전극으로서 양극판(산화전극판)과 음극판(환원전극판)이 간격을 두고 서로 마주보도록 배치되고, 상기한 양극판과 음극판 사이에는 복수개의 양이온 교환막과 음이온 교환막이 교번하여 위치하며, 각각의 이온 교환막 사이에는 소정 두께를 가지는 판부재로 이루어진 스페이서 부재가 배치되어 이온 교환막과 스페이서 부재가 밀착된 상태로 적층되어 있는 구성을 가진다. 양극판과 음극판에는 각각 전원(power supply)을 통해서 전기가 공급된다.
도 1에는 본 발명에 따른 이온교환막 여과장치에서, 이온 교환막(M1, M2)과 스페이서 부재(S1, S2)가 양극판과 음극판 사이에서 배치되는 구성을 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 이온 교환막과 스페이서 부재가 두께방향으로 적층되어 이온교환막 여과장치를 이루고 있는 것을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 편의상 도 1 및 도 2에서 두께방향의 최외측 스페이서 부재의 외부에 설치되는 양극판과 음극판은 도시를 생략하였다. 스페이서 부재(S1, S2)는 판부재로 이루어지며 판부재의 두께는 얇은 것이 바람직한데, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 스페이서 부재(S1, S2)를 이루는 판부재의 두께를 실제보다 훨씬 두껍게 과장하여 도시하였다. 앞서 언급한 것처럼 복수개의 이온 교환막 사이에는 스페이서 부재가 위치하되, 이온 교환막과 스페이서 부재는 완전히 밀착되며, 따라서 이온교환막 여과장치에서, 이온 교환막과 스페이서 부재는 번갈아가면서 양극판에서 음극판을 향하여 가는 방향으로 적층되어 있는 구성을 가진다. 양극판에서 음극판을 향하여 가는 방향 즉, 이온 교환막과 스페이서 부재가 적층되는 방향은 스페이서 부재의 두께 방향과 동일한 바, 편의상 본 명세서에서는 스페이서 부재의 두께 방향을 간단히 "두께방향"이라고 기재한다. 스페이서 부재가 연직하게 세워진 상태에서 스페이서 부재의 위-아래를 향하는 방향을 "연직방향"이라고 기재한다. 후술하는 것처럼 스페이서 부재(S1, S2)는 원수가 연직 상(上)방향으로 흐르게 되는 것과 농축수가 연직 상(上)방향으로 흐르게 되는 것으로 구분되는 바, 원수가 흐르게 되는 스페이서 부재는 편의상 "원수용 스페이서 부재(S1)"라고 기재하고 농축수가 흐르게 되는 스페이서 부재는 편의상 "농축수용 스페이서 부재(S2)"라고 기재한다. 아울러 원수에 포함된 오염물의 이온이 이온교환막을 통과하여 농축수로 이동하게 되어 원수에 포함된 오염물이 제거되는 과정을 편의상 "이온교환막 여과공정"이라고 약칭한다.
도 3에는 본 발명에 따른 스페이서 부재 중에서 원수용 스페이서 부재(S1)에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 스페이서 부재(S1)를 도 1의 화살표 A방향으로 바라본 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 5에는 본 발명에 따른 스페이서 부재 중에서 농축수용 스페이서 부재(S2)에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼, 스페이서 부재는 두께를 가지는 판부재로 이루어지는데, 아래쪽에는 원수 및 농축수가 각각 유입되어 두께방향으로 흐르게 되는 유입구(10a, 10b)가 두께를 관통하여 형성되어 있으며, 위쪽에는 유입된 원수 및 농축수가 각각 두께방향으로 흘러서 배출되는 유출구(11a, 11b)가 두께를 관통하여 각각 형성되어 있다. 이와 같이 유입구는 스페이서 부재의 아래쪽에 형성되고 유출구는 스페이서 부재의 위쪽에 형성되므로 후술하는 것처럼 유체는 상향류 방식으로 흐르게 되며, 특히 도면에 예시된 것처럼 원수 유입구(10a)와 원수 유출구(11a)가 서로 대각선 방향에 위치하고, 농축수 유입구(10b)와 농축수 유출구(11b)도 서로 대각선 방향에 위치하게 되므로, 유체가 흐르는 유로(流路)가 최대한 길어지게 되고, 그에 따라 이온교환 여과공정이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
스페이서 부재의 중앙에는 유체가 연직 상방향으로 흐르게 되는 개방구가 형성되어 있는데, 도 3 및 도 4에 도시된 원수용 스페이서 부재(S1)의 경우, 개방구는 원수 유입구(10a) 및 원수 유출구(11a)와 연결(연통)된 형태로 스페이서 부재의 두께를 관통하여 형성되어 있다. 이 때, 제1스페이서 부재(S1)에서 개방구는 농축수 유입구(10b) 및 농축수 유출구(11b)와 전혀 연통되어 있지 않다. 따라서 원수용 스페이서 부재(S1)에서는 원수만이 개방구를 따라 원수 유입구(10a)로부터 원수 유출구(11a)를 향하여 상향으로 흐르게 되는 것이다.
도 5에 도시된 농축수용 스페이서 부재(S2)에도, 원수용 스페이서 부재(S1)와 대응되는 위치에 각각 원수 유입구(10a), 원수 유출구(11a), 농축수 유입구(10b) 및 농축수 유출구(11b)가 두께를 관통하여 형성되어 있으며, 중앙에는 유체가 연직 상방향으로 흐르게 되는 개방구가 형성되어 있다. 그러나 농축수용 스페이서 부재(S2)의 경우, 개방구는 농축수 유입구(10b) 및 농축수 유출구(11b)와 연결(연통)되어 있지만, 원수 유입구(10a) 및 원수 유출구(11a)와는 전혀 연통되어 있지 않다. 따라서 농축수용 스페이서 부재(S2)에서는 농축수만이 개방구를 따라 농축수 유입구(10b)로부터 농축수 유출구(11b)를 향하여 상향으로 흐르게 되는 것이다.
각각의 스페이서 부재(S1, S2)에 있어서 개방구에서는 원수 또는 농축수가 유입구로부터 유출구를 향하여 흐르게 된다. 즉, 개방구 내에서 유입구로부터 유출구를 향하여 유체가 흐르는 것이다. 이 때 유체의 속도를 조절하기 위하여 본 발명에서는 개방구 내에 메쉬(mesh/그물망)(12)가 설치되어 있다. 특히, 본 발명에서 개방구에 구비되는 메쉬(12)에서 그물의 망눈 크기는 유출구에 가까운 위치일수록 더 작다. 즉, 도 3 내지 도 5에 예시된 것처럼 원수 유입구(10a)와 농축수 유입구(10b)에 가까운 위치에 있는 메쉬(12)의 그물 망눈 크기보다 원수 유출구(11a)와 농축수 유출구(11b)에 가까운 위치에 있는 그물 망눈의 크기가 더 작은 것이다. 이러한 메쉬의 구성에 의하면 후술하는 것처럼 이온이 이온교환막을 통과하여 이동하는 것 즉, "이온 교환"이 상대적으로 느린 유출구 쪽에서는, 유입구 쪽의 유체 흐름보다 유체의 흐름속도도 느려지게 만들 수 있게 되고, 그에 따라 이온교환 여과공정의 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 이에 대해서는 후술한다. 참고로 도면 전체적으로 메쉬(12)의 그물 망눈은 단순히 얇은 선으로 표현하였으나, 실제 메쉬(12)를 이루는 재질은 이온교환막 여과장치의 두께방향으로 상당한 두께를 가지고 있어서, 메쉬(12)의 두께방향 양면 각각에 음이온 교환막과 양이온 교환막이 접하게 된다.
한편, 스페이서 부재의 개방구 내에 메쉬(12)를 위와 같은 구성을 가지도록 구비함에 있어서, 2개의 메쉬를 겹치게 배치함으로써 상기한 구성을 가지게 할 수도 있다. 도 6에는 2개의 메쉬 부재를 겹쳐서 상기와 같은 구성의 메쉬(12)를 이루는 것을 설명하는 메쉬 부재에 대한 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 6의 (a)에 도시된 것과 같은 제1메쉬 부재(120a)와 도 6의 (b)에 도시된 것과 같은 제2메쉬 부재(120b)를 각각 별도로 준비한다. 물론 제1, 2메쉬 부재(120a, 120b) 역시 상기한 바와 같이 원수 유입구(10a)와 농축수 유입구(10b)에 가까운 위치에 있는 그물 망눈 크기보다 원수 유출구(11a)와 농축수 유출구(11b)에 가까운 위치에 있는 그물 망눈의 크기가 더 작은 구성을 가지고 있다. 제1, 2메쉬 부재(120a, 120b)가 겹쳐져서 만들어지는 메쉬(12)의 총 두께는 스페이서 부재의 두께와 같을 수 있으며, 메쉬(12)의 양측면 즉, 제1,2 메쉬 부재(120a, 120b)의 각각에 음이온 교환막과 양이온 교환막이 접하게 된다.
스페이서 부재의 개방구 내에 상기한 제1, 2메쉬 부재(120a, 120b)를 서로 겹쳐지게 배치함으로써, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같은 메쉬(12)를 형성하게 된다. 이와 같이 2개의 메쉬 부재의 겹침에 의해 메쉬(12)가 형성될 경우, 유입구와 유출구의 중심을 이어주는 가상선(도 4에 도시된 일점쇄선)(L1)에서 양쪽으로 각각 소정 각도(약 60도)로 벌어진 가상의 부채꼴을 그렸을 때, 스페이서 부재의 윗변 부분과 만나는 두 점(P1, P2)에서 유입구까지 이어준 가상의 직선(도 4에 도시된 점선)(L2) 안쪽의 영역은, 상기 가상의 직선(L2)의 바깥 부분보다 메쉬의 그물 망눈 크기를 더 작게 되도록 만드는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면 이온 교환막의 전체 면적을 더욱 고르게 이온 교환(이온의 이동)에 사용할 수 있게 되고, 그에 따라 이온교환막 여과공정의 효율이 더욱 향상되는 효과가 발휘된다. 이에 대해서는 후술한다.
그러나 본 발명에서 메쉬(12)는 위에서 예시한 것처럼 제1, 2메쉬 부재(120a, 120b)를 서로 겹쳐지게 배치하여 형성되는 것에 한정되지 아니하며, 하나의 메쉬 부재만으로도 형성될 수 있다.
앞서 언급한 것처럼 두께방향으로 복수개의 이온 교환막(M1, M2) 사이에 스페이서 부재(S1, S2)가 위치하는 형태로 적층되므로, 스페이서 부재(S1, S2) 사이에 이온 교환막이 위치하게 되는데, 도 1에서는 설명의 편의를 위해서 이온 교환막이 스페이서 부재(S1, S2)와 마치 분리된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로 이온 교환막의 두께방향 양면은 각각 이웃하는 스페이서 부재(S1, S2)와 밀착되는 것이다.
이러한 이온 교환막은 스페이서 부재에 밀착되어 개방구를 폐쇄하게 된다. 즉, 두께방향으로 개방구의 양측면을 이온 교환막이 밀착하여 가로막게 되는 것이다. 따라서 이온 교환막은 개방구 이상의 평면 크기를 가져야 하는데, 도면에 도시된 실시예의 경우, 이온 교환막이 스페이서 부재의 크기에 대응되는 크기를 가지고 있어서, 스페이서 부재의 정면과 배면을 모두 덮도록 구성되어 있다. 그러나 이온 교환막이 스페이서 부재에 관통 형성된 원수 유입구(10a), 원수 유출구(11a), 농축수 유입구(10b) 및 농축수 유출구(11b)를 덮어서는 안 되므로, 도면에 도시된 실시예처럼 이온 교환막이 스페이서 부재의 정면 및 배면을 모두 덮는 경우, 이온 교환막에서 원수 유입구(10a), 원수 유출구(11a), 농축수 유입구(10b) 및 농축수 유출구(11b)에 대응되는 위치에는 관통공(H)이 형성되어 있다. 따라서 두께방향으로 이웃하는 스페이서 부재 사이에 이온 교환막이 배치된 상태에서, 스페이서 부재 간에 두께방향으로 개방구는 연통되지 않지만 원수 유입구(10a), 원수 유출구(11a), 농축수 유입구(10b) 및 농축수 유출구(11b)는 이온 교환막의 배치와 무관하게 두께방향으로 서로 연통된다.
한편, 스페이서 부재 사이에 이온 교환막은 양(+)이온이 통과하게 되는 양이온 교환막(M1)과 음(-)이온이 통과하게 되는 음이온 교환막(M2)의 2가지 종류이며, 이러한 양이온 교환막(M1)과 음이온 교환막(M2)은 두께방향으로 가면서 번갈아서 위치하게 된다. 즉, 도 1에서 화살표 B로 표시된 두께방향으로 가면서 원수용 스페이서 부재(S1)-양이온 교환막(M1)-농축수용 스페이서 부재(S2)-음이온 교환막(M2)-원수용 스페이서 부재(S1)-양이온 교환막(M1)-농축수용 스페이서 부재(S2)의 순서로 이온 교환막과 스페이서 부재가 위치하는 것이다.
위에서 살펴본 형태로 이온 교환막과 스페이서 부재가 적층되고, 두께방향으로 최외측에 위치하는 스페이서 부재의 외측으로는 각각 양극판과 음극판이 밀착 배치되어 있는 구조를 가지도록 본 발명에 따른 이온교환막 여과장치가 구성되는데, 정화처리가 필요한 지하수 원수와 농축수는 각각 두께방향의 일측에서 외측에 위치하는 스페이서 부재 즉, 원수용 스페이서 부재(S1)의 원수 유입구(10a)와 농축수 유입구(10b)로 공급된다.
도 7에는 본 발명의 이온교환막 여과장치에서의 이온교환 여과공정이 이루어지는 것을 설명하기 위한 도 1에 대응되는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 것처럼, 정화처리해야 할 원수가 원수용 스페이서 부재(S1)의 원수 유입구(10a)로 유입되면, 원수용 스페이서 부재(S1)의 개방구를 따라 상부로 흘러서 원수용 스페이서 부재(S1)의 원수 유출구(11a)로 배출된다. 도 7에서 부재번호 W1으로 표시된 화살표는 원수용 스페이서 부재(S1)의 개방구에서 원수가 흐르는 것을 나타낸다.
이와 병행하여 농축수도 농축수용 스페이서 부재(S2)의 농축수 유입구(10b)로 유입되고, 농축수용 스페이서 부재(S2)의 개방구를 따라 상부로 흘러서 농축수용 스페이서 부재(S2)의 농축수 유출구(11b)로 배출된다. 도 7에서 부재번호 W2으로 표시된 화살표는 농축수용 스페이서 부재(S2)의 개방구에서 농축수가 흐르는 것을 나타낸다.
원수용 스페이서 부재(S1)의 개방구와 농축수용 스페이서 부재(S2)의 개방구 사이에는 이온교환막이 존재하므로, 위와 같은 방식으로 원수용 스페이서 부재(S1)와 농축수용 스페이서 부재(S2)의 개방구 각각으로 원수와 농축수가 흐르는 동안 양극판과 음극판 각각에 전기가 가해지면 그에 따른 기전력에 의하여 원수에 포함되어 있던 오염물질의 이온이 스페이서 부재 사이에 구비된 양이온 교환막과 음이온 교환막을 통과하는 "이온 교환"이 진행되어 오염물질의 이온이 농축수로 유입되어 농축되는 이온교환막 여과공정이 이루어진다.
이온교환막 여과공정을 통해서 원수에 포함된 이온이 제거되기에 적합한 유체의 유속은 약 0.5 ∼ 14 cm/sec로 알려져 있다. 이 유속범위보다 느리면 처리시간이 지나치게 길어지고 이 유속범위보다 빠르면 지나치게 빠른 유속으로 이온교환막의 파손 우려가 있다. 앞서 설명한 것처럼 본 발명에서 개방구에는 메쉬(12)가 구비되어 있으므로, 원수와 농축수는 각각의 스페이서 부재에서 메쉬(12)가 존재하는 개방구를 따라 상향류 방식으로 흐르면서 이온교환 여과공정에 최적화된 흐름속도를 가지게 된다. 즉, 본 발명에서는 유체가 상향류 방식으로 흐르게 되는 스페이서 부재의 개방구에 메쉬(12)를 설치함으로써, 유체가 위와 같은 최적의 유속(약 0.5 ∼ 14 cm/sec)으로 흐르게 되는 것이다.
특히, 앞서 설명한 것처럼, 본 발명에서 메쉬(12)는, 유출구와 가까운 위치의 그물 망눈 크기가 유입구와 가까운 위치의 그물 망눈 크기보다 더 작도록 구성될 수 있는데, 이러한 구성에 의하면 유체가 유출구로 갈수록 메쉬(12)의 촘촘한 그물 망눈으로 인하여 유속이 저하된다. 일반적으로 유출구 부근에서 이온교환막을 통한 이온 이동이 상대적으로 느리게 되는데, 본 발명에서는 이에 맞추어서 유출구 쪽에서 유체의 흐름 역시 느리게 만들므로써, 비록 이온 교환 속도가 상대적으로 느리더라도 원수와 농축수 간의 이온교환막을 통한 충분한 이온 이동이 이루어지게 되며, 그에 따라 이온교환막에 의한 여과 효율이 극대화된다.
더 나아가, 앞서 설명한 것처럼 제1, 2메쉬 부재(120a, 120b)를 서로 겹쳐지게 배치하여 메쉬(12)를 형성하되, 메쉬(12)에서 각각의 스페이서 부재에서 유입구와 유출구의 중심을 이어주는 가상선(L1)에서 양쪽으로 각각 소정 각도로 벌어진 가상의 부채꼴을 그렸을 때, 스페이서 부재의 윗변 부분과 만나는 두 점(P1, P2)에서 유입구까지 이어준 가상의 직선(L2) 안쪽의 영역에 대해서는 그물 망눈의 크기가 상기 가상의 직선(L2)의 바깥 부분보다 더 작게 되도록 구성하는 경우, 이온 교환막의 전체 면적을 더욱 고르게 이온 이동에 사용할 수 있게 된다.
구체적으로 제1, 2메쉬 부재(120a, 120b)를 서로 겹쳐지게 배치하여 메쉬(12)가 형성된 경우, 이온교환막 여과장치(1)의 원수용 유입구(10a)로 유입된 원수 또는 농축용 유입구(10b)로 유입된 농축수는 제1메쉬 부재(120a) 또는 제2메쉬 부재(120b)를 따라 상향류 흐름을 가지는데, 이 때 제1메쉬 부재(120a) 또는 제2메쉬 부재(120b)의 장방형 단위 그물 망눈의 격자에 의해 유체 흐름이 막히면, 제1메쉬 부재(120a)로 흐르던 것이 제2메쉬 부재(120b)를 따라 흐르거나 또는 제2메쉬 부재(120b)로 흐르던 것이 제1메쉬 부재(120a)를 따라 흐르는 형태로 유체 흐름이 바뀌고, 이렇게 메쉬 부재를 바꾸어서 흐르던 유체가 또다시 장방형 단위 그물 망눈의 격자에 의해 유체 흐름이 다시 막히면 또다시 반대쪽 메쉬 부재로 유체가 흘러가는 형태로 유체 흐름이 바뀌게 되는 것을 반복하면서 제1메쉬 부재(120a)와 제2메쉬 부재(120b)를 따라 유체가 흘러가는 것이 지속되면서 스페이서 부재 상부의 원수용 유출구(11a) 또는 농축수용 유출구(11b)로 원수 또는 농축수가 배출된다. 이러한 제1메쉬 부재(120a) 또는 제2메쉬 부재(120b)에서의 유체 흐름에 있어서, 상대적으로 그물 망눈 크기가 촘촘한 구역은 망눈의 격자가 많아 유체의 흐름이 그만큼 방해를 받게 되어 상대적으로 망눈이 덜 촘촘한 구역으로 유체 흐름이 유도된다. 이와 같은 형태로 유체가 흘러가기 때문에, 상기한 바와 같이 가상의 직선(L2) 안쪽 영역의 그물 망눈 크기를 가상의 직선(L2)의 바깥 부분보다 더 작게 되도록 구성하는 경우가, 전체적으로 그물 망눈 크기를 전체적으로 동일하게 구성하는 경우에 비하여 이온교환막의 전체 면적을 이온 교환에 사용하는데 더욱 유리하게 되며, 그에 따라 이온교환막에 의한 여과공정 효율이 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명만의 고유한 구성에 따른 메쉬(12)를 구비한 스페이서 부재와, 이를 구비한 이온교환막 여과장치에 의하면, 유체가 흐르는 형태 및 속도를 이온교환막 여과공정의 효율을 향상시킬 수 있도록 최적화되어 있으며, 그에 따라 오염된 지하수에 대한 우수한 정화효과를 발휘할 수 있게 된다.
한편, 위와 같은 본 발명에 따른 이온교환막 여과장치를 이용하여 오염된 지하수 등을 정화처리함에 있어서, 이온교환막 여과공정에 더하여 전기분해 공정을 복합적으로 적용함으로써 질산성 질소에 의해 오염되거나 또는 중금속 등이 혼재된 오염된 지하수에 대해서도 오염물질을 효과적으로 정화처리할 수 있게 된다.
도 8 및 도 9에는 각각 본 발명에 따른 이온교환막 여과공정-전기분해 공정의 복합 처리를 이용한 정화처리장치(이하, "복합 정화처리장치"라고 약칭함)에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있는데, 도 8에는 이온교환막 여과장치(1)에 의한 이온교환막 여과공정 뿐만 아니라 전해처리장치(2)에 의한 전기분해 공정도 진행될 때의 구성이 도시되어 있으며, 도 9에는 이온교환막 여과장치(1)에 의한 이온교환막 여과공정만이 진행될 때의 구성이 도시되어 있다. 도면에 예시된 것처럼 본 발명에 따른 복합 정화처리장치는, 앞서 설명한 본 발명에 따른 이온교환막 여과장치(1)와 전해처리장치(2)를 포함하여 구성된다.
정화처리가 필요한 지하수 원수는 원수저류조(70)를 거쳐서 이온교환막 여과장치(1)로 공급되고, 양극판과 음극판에 전기가 가해지면서, 이온교환막 여과장치(1)에서는 앞서 설명한 바와 같이 양이온은 양이온 교환막을 통과하고 음이온은 음이온 교환막을 통과하여 농축수에 농축되는 "이온교환막 여과공정"이 진행된다. 전기의 흐름을 원활하게 하기 위한 전해질 용액(Na2SO4 용액)이 공급될 수 있다. 이 때, 도면에 도시된 것처럼 전해질 용액(Na2SO4 용액)은 전해질 용액 저장조(71)에 담겨 있다가 공급관로를 통해 공급된다. 특히, 앞서 설명한 본 발명에 따른 스페이서 부재를 구비한 이온교환막 여과장치에서, 전해질 용액은 양극판 및 음극판에 각각 접하는 두께방향 양측의 최말단 스페이서 부재의 개방구(메쉬가 구비된 개방구)에 공급된다.
이와 같은 "이온교환막 여과공정"에 의해 오염물질이 제거된 지하수 즉, 원수용 스페이서 부재(S1)의 원수용 유출구(11a)로 배출되는 처리수는 다시 이온교환막 여과장치(1)의 원수용 유입구(10a)로 반송되어 상기한 "이온교환막 여과공정"이 반복되도록 순환되며, 이러한 처리수의 순환은 처리수의 전기전도도가 미리 설정된 목표 전기전도도에 이르기까지 계속된다. 도 8 및 도 9에서 도면부호 74는 처리수를 다시 이온교환막 여과장치(1)로 반송하기 위해 거치게 되는 처리수 반송조(74)이고, 도면부호 75는 정화처리된 처리수를 모아두는 처리수조(75)이다.
한편, "이온교환막 여과공정"에서 농축된 농축수는, 농축수용 스페이서 부재(S2)의 농축수용 유출구(11b)로 배출된 후, 다시 이온교환막 여과장치(1)의 농축용 유입구(10b)로 반송되도록 순환된다. 도 8 및 도 9에서 도면부호 77은 농축수를 다시 이온교환막 여과장치(1)로 반송하기 위해 거치게 되는 농축수조(77)이다. 농축수조(77)로 모아진 농축수는 다시 이온교환막 여과장치(1)로 반송되어 순환한다. 이러한 농축수의 순환은 농축수의 전기전도도가 미리 설정된 목표 전기전도도에 이르기까지 계속된다.
오염된 지하수 등의 원수에 비소, 중금속 등의 오염물질만이 존재하고 질산성 질소가 포함되어 있지 않은 경우에는, 상기한 이온교환막 여과공정으로 충분하지만, 원수에 질산성 질소가 단독으로 함유하고 있거나 또는 상기한 비소 등의 오염물질들과 함께 존재하는 경우에는 후속하여 농축수를 전기분해 공정을 수행하기 위한 전해처리장치(2)로 보낸다.
전해처리장치(2)는 전기분해 공정을 수행하기 위한 것으로서, 전해처리조(20)와, 불용성 전극으로서 상기 전해처리조(20)에 배치되는 양극(anode)((+)극)(21) 및 음극(cathode)((-)극)(22)을 포함하여 구성된다. 전해처리조(20)에 구비된 양극(21)과 음극(22)에도 각각 전원(power supply)을 통해서 전기가 공급된다. 아울러 전해처리조(20)에는 NaCl 용액 저장조(79)로부터 전해질 용액(NaCl 등)이 공급되는데, 이 때 전해질 용액은 농축수 중의 질산성 질소를 제거하기에 충분한 량으로 공급된다. 따라서 농축수조(77)로 모인 농축수는 전해처리조(20)로 공급되고, 전해처리조(20)로 공급된 농축수는 전해처리장치(2)에 의한 전기분해 공정을 거친다.
도 8 및 도 9에서 도면부호 28은 전기분해 공정을 거친 농축수, 즉 전해처리수를 다시 전해처리장치(2)로 반송하기 위해 거치게 되는 전해처리수 반송조(28)이다. 전해처리수 반송조(28)로 들어온 전해처리수는 다시 전해처리장치(2)로 반송되어 순환될 수 있다. 이러한 전해처리수의 순환은 별도의 교반장치가 없는 전해처리조(20) 내부에서 전극판 사이의 전기적 반응에 의해 질산성 질소 이온이 빠르게 제거되면서 발생하게 되는 "폐수와 전해질 용액이 혼합되어 있는 벌크액과 전극판 계면 사이의 농도구배" 즉, 농도 분극 현상이 발생하는 것을 방지하는 효과도 발휘할 수 있게 된다. 전해처리수의 순환은 미리 설정된 전기분해 공정 처리시간 동안 계속되며, 설정된 전기분해 공정 처리시간이 경과하면 전해처리수는 폐수저장조(63)로 배출된다. 폐수저장조(63)에 담겨진 폐수는 외부에 위탁하여 폐기처리한다.
다음에서는 전해처리조(20)에서 진행되는 농축수에 대한 질산성 질소 제거를 위한 전기분해 공정을 좀더 구체적으로 설명한다, 전해처리조(20)로 질산성 질소를 함유하는 농축수가 유입되면, 전해처리조(20)에 구비된 음극(22)에서는 다음의 화학식 1 내지 5의 반응에 의해 질산성 질소가 아질산성 질소로 환원된 후, 아질산성 질소가 질소 가스로 환원된다.
[화학식 1]
NO3 - + H2O + 2e- ⇒ NO2 - + 2OH-　
[화학식 2]
NO3 - + 6H2O + 8e- ⇒ NH3 + 9OH-
[화학식 3]
NO3 - + 3H2O + 5e- ⇒ 1/2 N2(g) + 6OH-
[화학식 4]
NO2 - + 5H2O + 6e- ⇒ NH3 + 7OH-
[화학식 5]
NO2 - + 2H2O + 3e- ⇒ 1/2 N2(g) + 4OH-
한편, 아질산성 질소가 질소 가스로 환원되는 과정에서, 아질산성 질소의 일부는 암모니아성 질소로 환원된다. 이 경우, 전해처리조(20)에 구비된 양극(21)에서는 다음의 화학식 6 내지 7의 반응에 의해 암모니아성 질소가 질소 가스로 변환된다. 이 과정에서 일부 아질산성 질소가 다시 질산성 질소로 산화되는 현상이 발생하기도 한다.
[화학식 6]
2NH3 +6OH- ⇒ N2+ 6H2O + 6e-
[화학식 7]
NO2 - + 2OH- ⇒ NO3 - + H2O + 6e-
또한 양극(21)에서는 전해질 용액으로 사용되는 NaCl 용액의 염소이온으로부터 아래의 화학식 8 및 화학식 9의 반응식에 따라 강력한 산화제인 하이포아염소산(HClO)이 생성되며, 아래의 화학식 10 및 화학식 11에 따라 암모니아성 질소가 하이포아염소산에 의해 질소 가스로 산화된다.
[화학식 8]
2Cl- ⇒ Cl2 + 2e-
[화학식 9]
Cl2 + H2O ⇒ HClO + H+ + Cl-
[화학식 10]
HClO ⇒ OCl- + H+
[화학식 11]
2NH3 + 3OCl- ⇒ N2 + 3H2O + 3Cl-
상기한 화학식에 의한 반응들이 각각의 전극(양극, 음극)에서 일어날 때, 양극(21)에서는 수중으로 전자를 방출하면서 전극을 이루는 재질 자체의 성분이 수중으로 이온화되어 나오게 된다. 음극(22)의 경우에는, 전자를 받게 되므로 전극 재질 자체 성분의 수중 용출 문제가 현저히 적다. 그러나 양극과 음극을 이루는 재질은 위에서 살펴본 화학식에 의한 반응의 속도와 효율에 큰 영향을 주게 되고, 결과적으로 수중의 질산성 질소 제거 속도와 효율에도 영향을 주게 된다.
이를 감안하여 본 발명에서 양극(21)은, 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 오스미움(Os)으로 이루어진 군(群)에서 선택된 하나 또는 복수개의 금속이 혼합된 혼합물이, 티타늄(Ti)으로 이루어진 판재에 코팅된 금속복합체로 이루어진 불용성 전극판으로 구성될 수 있다. 이 때, 이리듐과 루테늄의 혼합물이 티타늄에 코팅된 전극판이 양극(21)으로서 매우 바람직하다.
특히, 본 발명에서는 전해질 용액으로서 NaCl 용액을 사용할 수 있는데, 이 경우 소독효과를 가지는 차아염소산(hypochlorous acid, HOCl)이나 차아염소산 이온(hypochlorite, OCl-)을 생성하게 된다. 전기 에너지가 양극에 공급되면, 양극에서는 물의 산화에 의한 산소와 수소 이온의 생성반응이 일어나며, 양극 표면에서의 염소이온은 염소가스로 전환된다. 이 때, 염소수율을 높이기 위해서는 산소 발생을 최소화할 필요가 있는데, 이를 위하여 티타늄으로 이루어진 판재에 촉매물질로서 이리듐과 루테늄이 혼합된 혼합물을 코팅한 양극을 사용함으로써 염소 발생에 필요한 전압을 낮춤과 동시에 반응속도를 빠르게 하여 산소 발생을 최소화하여 염소발생을 더욱 활성화시키게 되고, 질산성 질소로부터 얻어진 암모니아성 질소의 질소 가스로의 환원을 더욱 촉진시킬 수 있게 되어, 질산성 질소 제거 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에서 음극(22)은, 티타늄(Ti), 아연(Zn) 및 납(Pb)으로 이루어진 군(群)에서 선택된 하나의 금속으로 이루어진 판재 형태의 불용성 전극판으로 구성된다. 이와 달리 본 발명에서 음극(12)은, 티타늄(Ti), 아연(Zn) 및 납(Pb)으로 이루어진 군(群)에서 선택된 하나의 금속으로 이루어진 판재에, 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 오스미움(Os)으로 이루어진 군(群)에서 선택된 하나 또는 복수개의 금속이 혼합된 혼합물이 코팅된 금속복합체 형태의 불용성 전극판으로 구성될 수도 있다. 이러한 여러 재질의 전극판 중에서, 아연으로 이루어진 전극판이 음극(12)으로서 매우 바람직하다.
이와 같이 본 발명에서는 상기한 구성의 전해처리장치(2)에서의 전기화학적 질산성 질소 제거반응에 의해 질산성 질소를 매우 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 따라서 오염된 지하수 등의 정화처리해야 할 원수에 비소, 중금속 등의 오염물질 이외에도 질산성 질소가 포함되어 있는 경우에는, 이온교환막 여과장치(1)에 의한 여과공정과 전해처리장치(2)에 의한 전기분해 공정의 복합 처리에 의해 농축수에 포함되어 있는 질산성 질소에 대해서도 충분한 정화처리를 수행할 수 있게 된다.
물론 원수에 질산성 질소가 포함되어 있지 않은 경우에는, 전해처리장치(2)에 의한 전기분해 공정을 수행하지 않고 도 9에 도시된 것처럼 이온교환막 여과장치(1)에 의한 여과공정만으로 원수에 대한 정화처리를 종결할 수 있다. 즉, 전해처리장치(2)로는 농축수 및 NaCl 용액이 공급되지 않고 전해처리장치(2)가 작동하지 않는 것이다. 따라서 도 9에서는 전해처리장치(2) 및 전해처리장치(2)로 유체가 유입되는 관로 및 전해처리장치(2)로부터 유체가 유출입되는 관로는, 사용되지 않는다는 의미로 점선으로 도시하였다. 전해처리장치(2)에 의한 전기분해 공정을 수행하지 않을 경우, 농축수조(77)로 모인 농축수는 폐수저장조(63)로 보내져서 외부에 위탁하여 폐기처리된다. 기타 작동은 앞서 도 8을 참조하여 설명한 이온교환막 여과장치(1)에 의한 여과공정과 동일하다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 질산성 질소에 의해 오염되거나 또는 중금속 등이 혼재된 오염된 지하수 모두에 대해서 오염물질을 효과적으로 정화처리할 수 있게 되는 매우 유용한 장점이 발휘된다.
1: 이온교환막 여과장치
2: 전해처리장치
12: 메쉬

Claims (7)

  1. 이온교환막 여과장치의 양극판과 음극판 간의 간격에 교번하여 설치되는 복수개의 양이온 교환막과 음이온 교환막이 사이에 위치하는 스페이서 부재로서,
    판부재로 이루어지며 연직하게 세워졌을 때 아래쪽에는 원수 및 농축수가 각각 유입되어 두께방향으로 흐르게 되는 유입구(10a, 10b)가 두께를 관통하여 형성되어 있으며, 위쪽에는 원수 및 농축수가 각각 두께방향으로 흘러서 배출되는 유출구(11a, 11b)가 두께를 관통하여 형성되어 있으며;
    스페이서 부재의 중앙에는, 원수 유입구(10a)와 원수 유출구(11a) 사이를 연통시키거나, 또는 농축수 유입구(10b)와 농축수 유출구(11b) 사이를 연통시키는 개방구가 관통형성되어 있되;
    개방구에는 망눈을 가지는 메쉬(12)가 설치되어 있어서;
    두께방향으로 개방구의 양측면을 이온 교환막이 밀착하여 가로막은 상태에서, 유입구로 유입된 유체는 메쉬(12)를 따라 개방구를 지나서 흘러서 유출구로 배출되는 구성을 가지며;
    개방구에 설치된 메쉬(12)는, 정면 형상에서 유입구와 유출구의 중심을 이어주는 가상선에서부터 양쪽으로 각각 사전 설정된 각도로 벌어진 가상의 부채꼴을 그렸을 때, 스페이서 부재의 윗변 부분과 만나는 두 점(P1, P2)에서 유입구까지 이어준 가상의 직선(L2) 안쪽의 영역에서의 그물 망눈 크기가, 상기 가상의 직선(L2)의 바깥 부분의 그물 망눈 크기보다 더 작은 것을 특징으로 하는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    개방구에 설치된 메쉬(12)는, 유출구에 가까운 위치에 있는 그물 망눈 크기가, 유입구에 가까운 위치에 있는 그물 망눈의 크기 보다 더 작은 구성을 가지고 있어서, 유출구 쪽에서의 유체 흐름속도가 유입구 쪽에서의 유체 흐름속도보다 더 느린 것을 특징으로 하는 이온교환막 여과장치용 스페이서 부재.
  3. 삭제
  4. 양극판과 음극판 간의 간격에 교번하여 설치되는 복수개의 양이온 교환막과 음이온 교환막, 및 상기 이온 교환막 사이에 스페이서 부재가 위치하여 이온 교환막에서의 이온 교환에 의해 원수에 대한 이온교환막 여과공정이 진행되는 이온교환막 여과장치로서,
    상기 스페이서 부재는 청구항 제1항 또는 제2항에 의한 스페이서 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온교환막 여과장치.
  5. 이온 교환막에서의 이온 교환에 의해 원수에 대한 이온교환막 여과공정이 진행되는 이온교환막 여과장치와,
    이온교환막 여과장치에 전기를 공급하기 위한 전원과,
    이온교환막 여과장치에서의 전기흐름을 위하여 전해질 용액을 이온교환막 여과장치에 공급하기 위한 전해질 용액 저장조(71)를 포함하여,
    원수, 농축수, 및 전해질 용액이 각각 이온교환막 여과장치(1)로 공급되어 이온교환막 여과공정에 의해 원수에서 오염물질이 제거되는 구성을 가지는데;
    상기 이온교환막 여과장치는 청구항 제4항에 의한 이온교환막 여과장치인 것을 특징으로 하는 오염수의 정화처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    전해처리조(20), 불용성 전극으로서 상기 전해처리조(20)에 배치되는 양극(anode)((+)극)(21), 및 음극(cathode)((-)극)(22)을 포함하여 구성되어 전기분해 공정을 수행할 수 있는 전해처리장치(2)를 더 구비하고 있으며;
    원수에 질산성 질소가 포함되어 있는 경우에는, 이온교환막 여과장치로부터 배출되는 농축수가 전해처리조(20)로 공급되고, 전해질 용액이 전해처리조(20)로 공급되며, 양극(21)과 음극(22)에 전기가 공급되어 양극(21)과 음극(22)에서의 전기화학 작용에 의해 질산성 질소를 질소 가스로 산화시켜 질산성 질소를 제거하는 전기분해 공정이 일어나게 되는 것을 특징으로 하는 오염수의 정화처리장치.
  7. 이온 교환막에서의 이온 교환에 의해 원수에 대한 이온교환막 여과공정이 진행되는 이온교환막 여과장치와, 이온교환막 여과장치에 전기를 공급하기 위한 전원과, 이온교환막 여과장치에서의 전기흐름을 위하여 전해질 용액을 이온교환막 여과장치에 공급하기 위한 전해질 용액 저장조(71)를 포함하며, 상기 이온교환막 여과장치가 청구항 제4항에 의한 이온교환막 여과장치로 이루어지고, 전해처리조(20), 불용성 전극으로서 상기 전해처리조(20)에 배치되는 양극(anode)((+)극)(21), 및 음극(cathode)((-)극)(22)을 포함하여 구성되어 전기분해 공정을 수행할 수 있는 전해처리장치(2)를 더 구비하고 있는 구성의 정화처리장치에 의해 오염수를 정화하되;
    원수, 농축수, 및 전해질 용액이 각각 이온교환막 여과장치(1)로 공급되어 이온교환막 여과공정에 의해 원수에서 오염물질을 제거하며;
    원수에 질산성 질소가 포함되어 있는 경우에는, 이온교환막 여과장치로부터 배출되는 농축수를 전해처리조(20)로 공급하고, 전해질 용액을 전해처리조(20)로 공급하며, 양극(21)과 음극(22)에 전기를 공급하여 양극(21)과 음극(22)에서의 전기화학 작용을 일으켜서 질산성 질소를 질소 가스로 산화시킴으로써 질산성 질소를 제거하는 전기분해 공정이 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는 오염수의 정화처리방법.
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