KR101914027B1 - Method for electrochemical water treatment using carbon electrodes and system thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상기 전기화학적 수처리 방법은 (a) 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원을 인가하여 수중 질소화합물을 상기 탄소전극쌍의 표면에 흡착 및 농축하는 단계; 및 (b) 상기 탄소전극쌍에 직류전원의 극성을 역전시키는 동시에 상기 직류전원을 1.4V이상으로 상승시켜 상기 전극에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method and system for electrochemical water treatment using a carbon electrode. (A) adsorbing and concentrating a nitrogen compound in water on the surface of the pair of carbon electrodes by applying a direct current power of 1.4 V or less to the pair of carbon electrodes; And (b) reversing the polarity of the DC power source to the carbon electrode pair and raising the DC power source to 1.4 V or more to convert the nitrogen compound adsorbed and concentrated on the electrode to nitrogen gas form .

Description

탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법 및 시스템 {METHOD FOR ELECTROCHEMICAL WATER TREATMENT USING CARBON ELECTRODES AND SYSTEM THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electrochemical water treatment method and system using a carbon electrode,

본 발명은 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 탄소전극을 사용하고, 전처리공정인 질소화합물의 흡착 및 농축공정과 질소화합물을 질소가스 형태로 변환하여 처리하는 전기화학적 산화, 환원반응의 공정을 동일한 반응조에서 수행할 수 있는 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and system for electrochemical water treatment using a carbon electrode. More particularly, the present invention relates to a process for producing a carbon electrode which can be carried out in the same reaction tank by using a carbon electrode, a pretreatment process for adsorbing and concentrating a nitrogen compound, and an electrochemical oxidation and reduction process for converting a nitrogen compound into a nitrogen gas, And an electrochemical water treatment method and system using the same.

폐수, 음용수 등 수중에 존재하는 질소화합물은 부영양화 등 여러 가지 환경 문제를 야기시킬 뿐만 아니라, 질소화합물이 다량 함유하고 있는 물을 음용할 경우 청색증 등 사람의 건강에도 나쁜 영향을 주는 것으로 알려져 있다.Nitrogen compounds present in water such as wastewater and drinking water not only cause various environmental problems such as eutrophication but also have a bad influence on human health such as cyanosis when drinking water containing a large amount of nitrogen compounds.

이를 제거하기 위해 다양한 처리방법이 연구되고 개발되었다. 현재 수중 질소화합물의 제거에 사용되고 있는 일반적인 기술로는 생물학적 처리기술, 암모니아 탈기법과 같은 물리적 처리기술, 촉매 습식공기산화법과 같은 화학적 처리기술, 이온교환공정을 이용한 처리법, RO, MF 등 막을 이용한 막 처리법 및 전해전극을 이용한 전기분해에 의한 전기화학적 처리기술 등 다양한 기술이 알려져 있다.Various treatment methods have been studied and developed in order to eliminate them. General techniques that are currently used for the removal of nitrogen compounds in the water include biological treatment techniques, physical treatment techniques such as ammonia removal, chemical treatment techniques such as catalytic wet air oxidation, treatment using ion exchange processes, RO membranes And various electrochemical treatment techniques such as electrolysis using an electrolytic electrode are known.

생물학적 처리기술의 경우 온도, 수중 독성물질의 유무 등 외부환경에 영향을 많이 받고, 처리시스템의 경우 설치부지를 많이 차지하며, 운전에 상당한 기술이 필요하다. 암모니아 탈기법은 처리비용은 적으나 처리효과가 미미하여 요구되는 수질기준을 맞추기가 힘든 단점이 있다. 이온교환공정을 이용한 처리법의 경우 처리방법 및 운전이 간단하나 이온교환수지의 재생을 위한 유해한 화학약품을 사용하고, 이에 따른 고농도의 질소화합물을 포함한 재생폐액을 발생시키는 문제점이 있다. 막을 이용한 처리법은 막의 관리 및 운전에 상당한 기술이 필요하며, 또한 이온교환공정과 같이 고농도의 질소화합물이 포함된 농축수를 배출시키는 문제점이 있으며 막의 스케일 및 파울링 방지를 위해 화학 약품을 사용해야 하는 단점과 펌프 운전 등에 동력비가 많이 들어가 운전비용이 높은 문제점이 있다. 이와 같은 처리공법의 단점을 보완하기 위하여 최근에는 전기화학적 반응을 이용한 처리방법이 많이 개발되어 있다. 전기화학적인 처리법은 오염물질의 생분해성과 관계없이 높은 제거율과 짧은 처리시간의 특징을 나타내어 산업폐수의 처리에 효과적인 방법으로 알려져 있다. 일반적인 전기화학적 처리방법은 양극 산화반응을 통하여 암모니아성 질소를 처리하고, 동시에 음극 환원반응을 통하여 질산성 질소를 처리하는 방법이다. 암모니아성 질소 및 질산성 질소의 전기화학적 산화환원 반응을 통한 제거 반응 메커니즘은 하기와 같다.In the case of biological treatment technology, it is affected by external environment such as temperature and presence of toxic substances in water. In case of treatment system, it takes up a lot of installation site and requires considerable skill in operation. The ammonia removal method has a disadvantage that it is difficult to meet the required water quality standards because the treatment cost is low but the treatment effect is small. In the case of the treatment method using the ion exchange process, there is a problem that the treatment method and operation are simple, but harmful chemicals for regeneration of the ion exchange resin are used and a regenerated waste liquid containing a high concentration of nitrogen compounds is generated. Membrane treatment requires considerable skill in the management and operation of membranes. In addition, there is a problem of discharging concentrated water containing a high concentration of nitrogen compounds as in the case of ion exchange processes, and disadvantages of using chemicals in order to prevent scaling and fouling of membranes And the operation cost is high due to a large power ratio in the pump operation. In order to overcome the disadvantages of such a treatment method, recently, many treatment methods using an electrochemical reaction have been developed. Electrochemical treatments are characterized by high removal rate and short treatment time regardless of biodegradation of pollutants and are known to be an effective method for the treatment of industrial wastewater. A general electrochemical treatment method is a method of treating ammonia nitrogen through an anodic oxidation reaction and simultaneously treating nitrate nitrogen through a cathodic reduction reaction. The mechanism of elimination reaction through the electrochemical oxidation-reduction reaction of ammonia nitrogen and nitrate nitrogen is as follows.

- 양극 산화반응- Anodic oxidation reaction

Figure 112012068518375-pat00001
Figure 112012068518375-pat00001

- 음극 환원반응- Cathodic reduction reaction

Figure 112012068518375-pat00002
Figure 112012068518375-pat00002

이러한 반응의 원리를 이용한 기존의 전해전극을 이용한 전기화학적 처리기술은 연속적 또는 간헐적으로 전해전극을 사용하여 전기분해를 이용하여 수중의 질소화합물을 전기화학적으로 질소가스 등으로 변환하여 처리하는 기술로 운전방법이 간단한 수중 질소화합물 처리 기술이나, 고가의 전해전극을 사용하고, 에너지 소비량이 매우 커 운전비용이 매우 높은 단점이 있었다.The electrochemical treatment technology using the conventional electrolytic electrode based on the principle of this reaction is a technology for electrochemically converting nitrogen compounds in water into nitrogen gas or the like by electrolysis using an electrolytic electrode continuously or intermittently, There is a disadvantage in that a high-cost electrolytic electrode is used and the energy consumption is very large and the operation cost is very high.

이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 창안된 것으로, 폐수, 음용수 등에 함유되어 있는 수중 질소화합물의 제거효율을 높이고, 처리시스템의 설치면적이 적고 에너지 소비량을 크게 낮출 수 있는 경제적인 수중 질소화합물 처리방법인 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and it is an object of the present invention to provide an economical underwater nitrogen compound which can reduce removal efficiency of nitrogen compounds contained in wastewater, drinking water and the like, And a method and system for electrochemical water treatment using a carbon electrode as a treatment method.

본 발명의 목적은 수중 질소화합물의 효율적이고 경제적으로 제거할 수 있는 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrochemical water treatment method using a carbon electrode capable of efficiently and economically removing nitrogen compounds in water.

본 발명의 다른 목적은 처리시스템의 설치면적이 적고 에너지 소비량을 크게 낮춘 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrochemical water treatment method using a carbon electrode with a small installation area of the treatment system and a greatly reduced energy consumption.

본 발명의 또 다른 목적은 동일한 반응조에서 질소화합물의 흡착 및 농축 공정과 질소화합물의 전기화학적 산화, 환원반응의 공정을 수행할 수 있는 상기 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법에 대한 시스템을 제공하는 것이다.
Yet another object of the present invention is to provide a system for an electrochemical water treatment method using the carbon electrode capable of performing a process of adsorption and concentration of a nitrogen compound in the same reaction tank and a process of electrochemical oxidation and reduction of a nitrogen compound .

본 발명의 하나의 관점은 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법에 관한 것이다. 상기 전기화학적 수처리 방법은 (a) 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원을 인가하여 수중 질소화합물을 상기 탄소전극쌍의 표면에 흡착 및 농축하는 단계; 및 (b) 상기 탄소전극쌍에 직류전원의 극성을 역전시키는 동시에 상기 직류전원을 1.4V이상으로 상승시켜 상기 전극에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.One aspect of the present invention relates to a method of electrochemical water treatment using a carbon electrode. (A) adsorbing and concentrating a nitrogen compound in water on the surface of the pair of carbon electrodes by applying a direct current power of 1.4 V or less to the pair of carbon electrodes; And (b) reversing the polarity of the DC power source to the carbon electrode pair and raising the DC power source to 1.4 V or more to convert the nitrogen compound adsorbed and concentrated on the electrode to nitrogen gas form .

상기 전기화학적 수처리 방법은 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 상기 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고; 상기 처리수의 질소화합물의 농도가 설정값을 초과하면 상기 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수의 투입 및 배출을 중지하고; 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제2 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고; 상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에서 흡착 및 농축되는 동안 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 인가되는 직류전원을 1.4V 이상으로 상승시켜 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는;단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the electrochemical water treatment method, raw water containing a nitrogen compound is introduced into a first reaction tank in which a direct current power of 1.4 V or less is applied to a pair of carbon electrodes, the nitrogen compound is adsorbed and concentrated on the carbon electrode pair, The treated water is discharged; If the concentration of the nitrogen compound in the treated water exceeds a set value, stopping the introduction and discharge of the raw water containing the nitrogen compound into the first reaction tank; Raw water containing a nitrogen compound is introduced into a second reaction tank to which a direct current power of 1.4 V or less is applied to the carbon electrode pair and the nitrogen compound is adsorbed and concentrated on the carbon electrode pair of the second reaction tank, / RTI > The DC power applied to the carbon electrode pair of the first reaction tank is increased to 1.4 V or higher while the carbon electrode pair of the second reaction tank is adsorbed and concentrated to adsorb and concentrate the nitrogen compound in the carbon electrode pair of the first reaction tank And converting into a form of nitrogen gas.

본 발명의 다른 관점은 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템에 관한 것이다. 상기 전기화학적 수처리 시스템은 원수가 유입되는 원수유입부와 처리수를 외부로 배출하는 처리수배출부가 구비되고, 유입된 원수의 질소화합물을 흡착, 농축 및 제거하며, 하나 이상의 탄소전극쌍을 포함하는 제1 반응조; 상기 탄소전극쌍과 연결되어 직류전원을 인가하는 직류전원 공급부; 및 상기 탄소전극쌍에 인가된 직류전원값 및 전류값을 측정하고, 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 탄소전극쌍은 상기 직류전원 공급부로부터 1.4V 이하의 직류전원이 인가된 것을 특징으로 한다.Another aspect of the present invention relates to an electrochemical water treatment system using a carbon electrode. The electrochemical water treatment system includes a raw water inflow portion into which raw water flows and a treated water discharge portion that discharges treated water to the outside, and is configured to adsorb, concentrate, and remove nitrogen compounds in the raw raw water, A first reaction tank; A DC power supply connected to the pair of carbon electrodes to apply DC power; And a control unit for measuring and controlling a DC power supply value and a current value applied to the pair of carbon electrodes, wherein DC power of 1.4 V or less is applied to the carbon electrode pair from the DC power supply unit.

상기 제1 반응조에 전해질 공급조가 연결되어 전해질 농도를 유지하는 것을 특징으로 한다.And the electrolyte supply tank is connected to the first reaction tank to maintain the electrolyte concentration.

상기 제1 반응조의 처리수배출부에 질소화합물 농도를 측정하는 이온선택성 전극센서가 구비되는 것을 특징으로 한다.And an ion selective electrode sensor for measuring a nitrogen compound concentration in the treated water discharge portion of the first reaction tank.

상기 탄소전극은 카본클로스, 활성탄소, 카본에어로졸, 탄소나노튜브 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.Wherein the carbon electrode is selected from the group consisting of carbon cloth, activated carbon, carbon aerosol, carbon nanotube, and mixtures thereof.

상기 탄소전극의 양극 및 음극이 대칭형 또는 비대칭형인 것을 특징으로 한다.And the anode and the cathode of the carbon electrode are symmetrical or asymmetric.

상기 탄소전극에 팔라듐, 아연, 주석, 철 및 금속산화물 중에서 선택된 하나 이상이 함침되는 것을 특징으로 한다.Wherein the carbon electrode is impregnated with at least one selected from the group consisting of palladium, zinc, tin, iron and metal oxides.

상기 전기화학적 수처리 시스템은 제2 반응조를 더 구비하여 원수가 제1반응조 또는 제2 반응조로 교대로 투입되고, 상기 제2반응조는 원수가 유입되는 원수유입부와 처리수를 외부로 배출하는 처리수배출부가 구비되고, 유입된 원수의 질소화합물을 흡착, 농축 및 제거하며, 하나 이상의 탄소전극쌍을 포함하고, 상기 제2반응조의 탄소전극쌍은 직류전원 공급부과 연결되어 직류전원이 인가되고, 상기 제2반응조의 탄소전극쌍에 인가된 직류전원값 및 전류값은 제어부에 의해 측정 및 제어되며, 상기 제2반응조의 탄소전극쌍은 상기 직류전원 공급부로부터 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 것을 특징으로 한다.The electrochemical water treatment system further includes a second reaction tank in which raw water is inputted to the first reaction tank or the second reaction tank alternately and the second reaction tank includes a raw water inflow portion into which raw water flows, Wherein the carbon electrode pair of the second reaction tank is connected to a DC power supply unit to apply a DC power thereto, The DC power supply value and the current value applied to the carbon electrode pair of the second reaction tank are measured and controlled by the control unit and the carbon electrode pair of the second reaction tank is supplied with DC power of 1.4 V or less from the DC power supply unit .

상기 전기화학적 수처리 시스템은 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고; 상기 처리수의 질소화합물의 농도가 설정값을 초과하면 상기 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수의 투입 및 배출을 중지하고; 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제2 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고; 상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에서 흡착 및 농축되는 동안 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 인가되는 직류전원을 1.4V 이상으로 상승시켜 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the electrochemical water treatment system, raw water containing a nitrogen compound is introduced into a first reaction tank in which a direct current power of 1.4 V or less is applied to a pair of carbon electrodes, and the nitrogen compound is adsorbed and concentrated on a pair of carbon electrodes, Water is discharged; If the concentration of the nitrogen compound in the treated water exceeds a set value, stopping the introduction and discharge of the raw water containing the nitrogen compound into the first reaction tank; Raw water containing a nitrogen compound is introduced into a second reaction tank to which a direct current power of 1.4 V or less is applied to the carbon electrode pair and the nitrogen compound is adsorbed and concentrated on the carbon electrode pair of the second reaction tank, / RTI > The DC power applied to the carbon electrode pair of the first reaction tank is increased to 1.4 V or higher while the carbon electrode pair of the second reaction tank is adsorbed and concentrated to adsorb and concentrate the nitrogen compound in the carbon electrode pair of the first reaction tank And converting into a form of nitrogen gas.

본 발명에 따른 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법을 이용하면, 질소화합물의 흡착 및 농축공정과 질소화합물을 질소가스 형태로 변환하여 처리하는 전기화학적 산화, 환원 반응공정을 동일한 반응조에서 수행할 수 있어 기존 방법보다 수중 질소화합물의 제거효율이 높으며, 고가의 소모성 전해전극 대신에 상대적으로 저가이며 수명이 반영구적인 탄소전극을 사용하여 수중 질소화합물을 제거할 수 있어 시스템비 및 운영비를 대폭적으로 절감할 수 있어 경제적이며, 처리시스템의 설치면적과 처리시 에너지 소비량을 크게 낮출 수 있다.
Using the electrochemical water treatment method using the carbon electrode according to the present invention, an adsorption and concentration process of a nitrogen compound and an electrochemical oxidation and reduction process of converting a nitrogen compound into a nitrogen gas form can be performed in the same reaction tank It is possible to remove nitrogen compounds in the water by using a carbon electrode which has a high efficiency of removal of nitrogen compounds in the water than the conventional method and has a relatively low cost and a semi-permanent lifetime instead of an expensive consumable electrolytic electrode, It is economical and can greatly reduce the installation area of the treatment system and energy consumption during treatment.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 탄소전극쌍의 구조를 도시한다.
1 illustrates an electrochemical water treatment system using a carbon electrode according to one embodiment of the present invention.
2 illustrates an electrochemical water treatment system using a carbon electrode according to another embodiment of the present invention.
3 illustrates the structure of a pair of carbon electrodes according to one embodiment of the present invention.

본 발명의 하나의 관점은 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템(200)에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to an electrochemical water treatment system 200 using a carbon electrode.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템(200)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템(200)은, 원수가 유입되는 원수유입부(10)와 처리수를 외부로 배출하는 처리수배출부(70a)가 구비되고, 유입된 원수의 질소화합물을 흡착, 농축 및 제거하며, 하나 이상의 탄소전극쌍(100a)을 포함하는 제1 반응조(40a); 상기 탄소전극쌍(100a)과 연결되어 직류전원을 인가하는 직류전원 공급부(80); 및 상기 탄소전극쌍(100a)에 인가된 직류전원값 및 전류값을 측정하고, 제어하는 제어부(90);를 포함하며, 상기 탄소전극쌍(100a)은 상기 직류전원 공급부(80)로부터 1.4V 이하의 직류전원이 인가될 수 있다.1 is a configuration diagram of an electrochemical water treatment system 200 using a carbon electrode according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an electrochemical water treatment system 200 using a carbon electrode according to the present invention includes a raw water inflow portion 10 into which raw water flows and a treated water discharge portion 70a that discharges treated water to the outside A first reaction tank 40a that adsorbs, concentrates, and removes nitrogen compounds in the raw water, and includes at least one pair of carbon electrodes 100a; A DC power supply unit 80 connected to the pair of carbon electrodes 100a to apply DC power; And a control unit 90 for measuring and controlling a DC power supply value and a current value applied to the carbon electrode pair 100a and the carbon electrode pair 100a is connected to the DC power supply unit 80 at a voltage of 1.4 V Or less can be applied.

상기 원수유입부(10)는 질소화합물이 포함된 원수가 유입된다. 여기서 상기 질소화합물은 수중 암모니아(NH4+)이온, 질산(NO3-)이온을 포함할 수 있다.In the raw water inflow section 10, raw water containing a nitrogen compound flows. The nitrogen compound may include ammonia (NH4 +) ions or nitric acid (NO3-) ions in water.

상기 제1 반응조(40a)는 하나 이상의 탄소전극쌍(100a)을 포함할 수 있으며, 질소화합물의 흡착 및 농축 공정과 아울러 질소화합물의 전기화학적인 제거 공정을 수행할 수 있다.The first reaction tank 40a may include at least one pair of carbon electrodes 100a, and may perform an adsorption and concentration process of a nitrogen compound and an electrochemical removal process of a nitrogen compound.

도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 상기 제1 반응조(40a)를 구성하는 탄소전극쌍(100)의 구조를 도시한다. 도 3을 참조하면, 상기 탄소전극쌍(100)은 양극 및 음극의 탄소전극(101)을 한 쌍 이상 포함할 수 있다. 또한 상기 탄소전극(101)은 집전체(102)를 포함할 수 있다. 상기 탄소전극(101)의 재료로는 카본클로스, 활성탄소, 카본에어로졸, 탄소나노튜브 등을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.3 shows the structure of the carbon electrode pair 100 constituting the first reaction tank 40a according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the pair of carbon electrodes 100 may include at least one pair of carbon electrodes 101 of an anode and a cathode. The carbon electrode 101 may include a current collector 102. As the material of the carbon electrode 101, carbon cloth, activated carbon, carbon aerosol, carbon nanotube, or the like can be used, but it is not necessarily limited thereto. These may be used alone or in combination of two or more.

상기 집전체(102)는 전도성이 우수한 것을 사용하며, 통상적으로 사용되는 것일 수 있다. 예를 들면, 티타늄, 그라파이트 호일(graphite foil), 스테인레스 등을 사용할 수 있다. 상기 탄소전극(101)의 양극 및 음극은 동형인 대칭형 또는 비대칭형일 수 있다. 또한 상기 탄소전극(101)에는 팔라듐, 아연, 주석, 철 및 금속산화물 중에서 선택된 하나 이상이 함침될 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 물질들은 양극 및 음극의 탄소전극(101)쌍 모두에 함침하거나, 또는 양극 및 음극의 탄소전극(101)쌍 중 어느 한 쌍의 탄소전극(101) 표면에 함침하여 사용될 수 있다. 상기와 같은 물질을 탄소전극(101)에 함침하면, 수중 질소화합물의 전기화학적 산화환원 반응을 더욱 촉진할 수 있어 본 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있다.The current collector 102 has excellent conductivity and may be used conventionally. For example, titanium, graphite foil, stainless steel, or the like can be used. The anode and the cathode of the carbon electrode 101 may be symmetrical or asymmetric. The carbon electrode 101 may be impregnated with at least one selected from palladium, zinc, tin, iron, and metal oxides. 3, the materials may be impregnated into both the pair of carbon electrodes 101 of the positive electrode and the negative electrode, or may be impregnated on the surface of the pair of the carbon electrodes 101 of the pair of the positive electrode and the negative electrode. . If the carbon electrode 101 is impregnated with the above-mentioned material, the electrochemical oxidation-reduction reaction of the nitrogen compound in water can be further promoted, and the object of the present invention can be easily achieved.

상기 탄소전극(100)의 표면에는 1.4V 이하의 직류전원을 인가할 수 있다. 상기 범위에서 탄소전극(100)의 표면에 상기 범위의 직류전원을 인가시 수중의 질소화합물을 구성하는 이온을 전기이중층의 원리를 이용하여 전극 표면에 흡착 및 농축할 수 있어 본 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있으며, 1.4V를 초과하는 직류전원을 인가하게 되면 흡착반응이 발생하지 않고 전기화학적 산화환원반응이 발생하게 되어 상기 탄소전극(100)에 흡착이 진행되지 않고 산소 및 수소 기포가 상기 탄소전극(100)의 표면에 덮여 흡착효율이 현저하게 저하되며, 상기 탄소전극(100)의 열화를 촉진하게 된다.A direct current power of 1.4 V or less can be applied to the surface of the carbon electrode 100. When the direct current power of the above range is applied to the surface of the carbon electrode 100 in the above range, the ions constituting the nitrogen compound in the water can be adsorbed and concentrated on the surface of the electrode using the principle of the electric double layer. When a direct current power of more than 1.4 V is applied, an adsorption reaction does not occur and an electrochemical oxidation-reduction reaction occurs, so that the adsorption does not proceed on the carbon electrode 100, The surface of the carbon electrode 100 is covered with the surface of the carbon electrode 100, thereby remarkably lowering the adsorption efficiency and accelerating the deterioration of the carbon electrode 100.

또한, 상기 흡착 및 농축된 수중 질소화합물이 포화되면, 상기 탄소전극(100)의 전압을 반대로 인가하여 극성을 역전시킴과 아울러 1.4V이상의 전압을 인가하여 상기 포화된 수중 질소화합물을 질소가스의 형태로 바꾸어 제거할 수 있다. 이때 1.4V 미만의 직류전원을 인가하게 되면 수중 질소화합물이 질소가스 형태로 전환되는 전기화학적 산화 및 환원반응을 일으킬 조건이 충분치 않아 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.When the adsorbed and concentrated nitrogen compound in the water is saturated, the voltage of the carbon electrode 100 is reversely applied to reverse the polarity, and a voltage of 1.4 V or more is applied to the saturated nitrogen compound in the form of nitrogen gas And can be removed. At this time, when the DC power source of less than 1.4 V is applied, the conditions for causing an electrochemical oxidation and reduction reaction in which the nitrogen compound in the water is converted into the nitrogen gas are not enough and the object of the present invention can not be achieved.

상기 제1 반응조(40a)의 처리수배출부(70a)에는 질소화합물 농도를 측정하는 이온선택성 전극센서(50a)가 구비될 수 있다. 상기 이온선택성 전극센서(50a)는 제어부(90)와 연결되어 상기 제1 반응조(40a)에서 배출된 수중 질소화합물이 제거된 처리수의 질소화합물 농도를 측정하기 위해 설치될 수 있다. 또한 상기 이온선택성 전극센서(50a)는 일정시간간격으로 질소화합물 농도를 측정할 수 있다.The treated water discharging portion 70a of the first reaction tank 40a may be provided with an ion selective electrode sensor 50a for measuring the nitrogen compound concentration. The ion selective electrode sensor 50a may be connected to the controller 90 to measure the concentration of nitrogen compounds in the treated water from which nitrogen compounds released from the first reaction tank 40a have been removed. In addition, the ion selective electrode sensor 50a can measure the nitrogen compound concentration at predetermined time intervals.

상기 직류전원 공급부(80)는 상기 탄소전극쌍(100a)에 직류전원을 공급하기 위해 상기 제1 반응조(40a) 외부에 설치되며, 또한 상기 탄소전극쌍(100a)에 직류전원의 극성을 역전하여 공급할 수 있다.The DC power supply unit 80 is provided outside the first reaction tank 40a to supply DC power to the pair of carbon electrodes 100a and reverses the polarity of the DC power supply to the pair of carbon electrodes 100a Can supply.

상기 제어부(90)는 상기 직류전원 공급부(80)와 연결되어 설치될 수 있다. 상기 제어부(90)는 상기 탄소전극쌍(100a)에 인가되는 전압 및 전류값을 측정하고 제어할 수 있으며, 유입수측의 3-way 밸브(30) 및 처리수 배출관측의 2-way 밸브(60a)를 제어할 수 있다.The control unit 90 may be connected to the DC power supply unit 80. The control unit 90 can measure and control the voltage and current value applied to the carbon electrode pair 100a. The controller 90 controls the three-way valve 30 on the inflow side and the two-way valve 60a Can be controlled.

도 1을 참조하면, 상기 전해질 공급조(120)가 상기 제1 반응조(40a) 외부에 설치되어 상기 제1 반응조(40a)와 연결되어 상기 제1 반응조(40a)에 전해질을 공급할 수 있다. 또한, 상기 제1 반응조(40a)내의 전해질의 전기전도도를 측정하기 위해 전기전도도 센서(110a)가 상기 제1 반응조(40a)내에 장치될 수 있다.Referring to FIG. 1, the electrolyte supply tank 120 may be installed outside the first reaction tank 40a and may be connected to the first reaction tank 40a to supply the electrolyte to the first reaction tank 40a. In addition, an electric conductivity sensor 110a may be installed in the first reaction tank 40a to measure an electric conductivity of the electrolyte in the first reaction tank 40a.

본 발명에서, 상기 전해질은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, KOH 또는 NaCl을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 전기전도도 센서(110a)로 측정한 상기 전해질의 전기전도도가 예를 들면, 2 mS/cm 보다 낮을 때, 상기 전해질 공급조(120)에서 상기 제1 반응조(40a)에 전해질을 공급하여 일정한 전해질 농도를 유지할 수 있다.In the present invention, a conventional electrolyte may be used. For example, KOH or NaCl may be used, but is not limited thereto. When the electric conductivity of the electrolyte measured by the electric conductivity sensor 110a is lower than 2 mS / cm, the electrolyte is supplied to the first reaction tank 40a from the electrolyte supply tank 120, The concentration can be maintained.

상기와 같이 전해질 공급조(120)을 포함시, 전해질 농도가 일정하게 유지되어 상기 제1 반응조(40a)내 탄소전극쌍(100a)에서 흡착, 농축된 질소화합물의 전기화학적 산화환원반응이 원활하게 일어날 수 있어 본 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있다.When the electrolyte supply vessel 120 is included as described above, the electrochemical oxidation-reduction reaction of the nitrogen compound adsorbed and concentrated in the pair of carbon electrodes 100a in the first reaction vessel 40a is maintained smoothly while the electrolyte concentration is maintained constant So that the object of the present invention can be easily achieved.

또한, 본 발명의 수처리 시스템(200)은 제2 반응조(40b)를 더 구비하여 원수가 상기 제1반응조(40a) 또는 제2 반응조(40b)로 교대로 투입될 수 있다.The water treatment system 200 of the present invention may further include a second reaction tank 40b so that raw water may be alternately introduced into the first reaction tank 40a or the second reaction tank 40b.

상기 제2반응조는 원수가 유입되는 원수유입부(10)와 처리수를 외부로 배출하는 처리수배출부(70b)가 구비되고, 유입된 원수의 질소화합물을 흡착, 농축 및 제거하며, 하나 이상의 탄소전극쌍(100b)을 포함하고, 상기 제2반응조의 탄소전극쌍(100b)은 직류전원 공급부(80)과 연결되어 직류전원이 인가되고, 상기 제2반응조의 탄소전극쌍(100b)에 인가된 직류전원값 및 전류값은 제어부(90)에 의해 측정 및 제어되며, 상기 제2반응조의 탄소전극쌍(100b)은 상기 직류전원 공급부(80)로부터 1.4V 이하의 직류전원이 인가되어 질소화합물의 흡착 및 농축 공정과 아울러 질소화합물의 전기화학적인 제거 공정을 수행할 수 있다.The second reaction tank is provided with a raw water inflow portion 10 for introducing raw water and a treated water discharge portion 70b for discharging treated water to the outside, and adsorbs, concentrates, and removes nitrogen compounds in the raw raw water, And the carbon electrode pair 100b of the second reaction tank is connected to the DC power supply unit 80 so that the DC power is applied to the pair of carbon electrodes 100b of the second reaction tank, The direct current power supply and the current value are measured and controlled by the controller 90. The carbon electrode pair 100b of the second reactor is supplied with DC power of 1.4 V or less from the DC power supply unit 80, And the electrochemical removal process of the nitrogen compound can be performed.

상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 인가되는 전류값이 예를 들면, 0 내지 0.05 A가 되고, 상기 이온선택성 전극센서(50a)로 측정된 처리수의 질소화합물 농도가 미리 설정된 값 이상으로 측정되면, 상기 제어부(90)의 제어에 의해 원수유입수(10)측의 3-way 밸브(30)와 처리수 배출부(70a)측의 2-way 밸브(60a)가 조작되어 질소화합물을 포함하는 원수를, 이전에 원수가 유입되지 않은 상기 제2 반응조(40b)에 유입시켜 상기 제1 반응조(40a)와 교대로 상기 수중 질소화합물의 흡착농축 과정을 진행시킬 수 있다.The current value applied to the carbon electrode pair 100a of the first reaction tank 40a becomes, for example, 0 to 0.05 A and the nitrogen compound concentration of the treated water measured by the ion selective electrode sensor 50a The 3-way valve 30 on the raw water inflow water 10 side and the 2-way valve 60a on the process water discharge portion 70a side are operated by the control of the controller 90 The raw water including the nitrogen compound may be introduced into the second reaction tank 40b to which the raw water has not previously been introduced so that the adsorption and concentration process of the nitrogen compound in the water alternately with the first reaction tank 40a can be advanced.

상기 제2 반응조(40b)가 설치되면, 더욱 효율적으로 수중 질소화합물을 처리할 수 있어 본 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있다.
When the second reaction tank 40b is installed, the nitrogen compound in the water can be treated more efficiently, and the object of the present invention can be achieved easily.

본 발명의 다른 관점은 전술한 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템(200)을 이용한 수처리 방법에 관한 것이다. 상기 수처리 방법은 (a) 탄소전극쌍(100a)에 1.4V 이하의 직류전원을 인가하여 수중 질소화합물을 상기 탄소전극쌍(100a)의 표면에 흡착 및 농축하는 단계; 및 (b) 상기 탄소전극쌍(100a)에 직류전원의 극성을 역전시키는 동시에 상기 직류전원을 1.4V이상으로 상승시켜 상기 전극에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는 단계;를 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention relates to a water treatment method using the above-described electrochemical water treatment system 200 using a carbon electrode. (A) adsorbing and concentrating a nitrogen compound in the water on the surface of the carbon electrode pair 100a by applying a direct current power of 1.4 V or less to the carbon electrode pair 100a; And (b) reversing the polarity of the DC power source to the carbon electrode pair 100a and increasing the DC power source to 1.4V or more to convert the nitrogen compound adsorbed and concentrated to the electrode into a form of nitrogen gas .

도 1을 참조하면, 직류전원 공급부(80)는 탄소전극쌍(100a)와 연결되어 상기 탄소전극쌍(100a)에 1.4V 이하의 직류전원을 인가하고, 원수유입부(10)을 통해 암모니아(NH4+)이온, 질산(NO3-)이온 등의 질소화합물을 포함하는 원수가 유입되어 원수 유입용 펌프(20)를 작동하여 3-way 밸브(30) 조작을 통해 상기 제1 반응조(40a)내로 유입된다. 상기 유입된 원수의 질소화합물은 상기 제1 반응조(40a)에서 1.4V 이하의 직류전원이 인가된 탄소전극쌍(100a)의 표면에 흡착농축되면서 질소화합물이 제거된 처리수는 상기 처리수 배출부(70a)을 통해 배출시킨다.1, the direct current power supply unit 80 is connected to the pair of carbon electrodes 100a to apply a direct current power of 1.4 V or less to the pair of carbon electrodes 100a, Raw water including nitrogen compounds such as NH4 + ions and nitric acid (NO3-) ions flows into the first reaction tank 40a through the operation of the 3-way valve 30 by operating the raw water inflow pump 20 do. The nitrogen compound of the introduced raw water is adsorbed and concentrated on the surface of the carbon electrode pair 100a to which the direct current power of 1.4 V or less is applied in the first reaction tank 40a, (70a).

제어부(90)에서 측정한 상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 인가된 전류값이 예를 들면, 0 내지 0.05 A가 되고, 이온선택성 전극센서(50a)로 측정된 상기 제1 반응조(40a)에서 배출된 처리수의 질소화합물 농도의 측정값이 사전에 설정된 값 이상이 되면, 상기 제어부(90)는 상기 3-way 밸브(30)를 조작하고 상기 제1 반응조(40a)의 처리수 배출부(70a) 측 2-way 밸브(60a)를 차단하여 원수의 투입 및 배출을 중지한다. 그 다음에 상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 인가되는 직류전원의 극성을 역전시킴과 아울러 인가되는 직류전원을 1.4V 이상으로 상승시켜 상기 탄소전극쌍(100a)에 흡착농축된 질소화합물을 전기화학적 산화환원 반응에 의해 질소가스의 형태로 바꾸어 수중 질소화합물을 처리한다.The current value applied to the carbon electrode pair 100a of the first reaction vessel 40a measured by the control unit 90 becomes 0 to 0.05 A and the current value applied to the carbon electrode pair 100a measured by the ion selective electrode sensor 50a is, Way valve 30 to the first reaction tank 40a when the measured value of the nitrogen compound concentration of the treated water discharged from the first reaction tank 40a becomes equal to or greater than a preset value, Way valve 60a on the side of the process water discharging portion 70a of the process water supply port 60a to stop the introduction and discharge of the raw water. Next, the polarity of the DC power source applied to the carbon electrode pair 100a of the first reaction tank 40a is reversed, and the applied DC power is raised to 1.4V or higher, The nitrogen compound is converted into a nitrogen gas form by an electrochemical redox reaction to treat the nitrogen compound in the water.

또한 본 발명의 수처리 시스템(200)이 제2 반응조(40b)를 더 구비하는 경우, 상기 원수 유입부(10)를 통해 상기 제1 반응조(40a)의 1.4V 이하의 직류전원이 인가된 탄소전극쌍(100a)의 표면에 흡착농축되고, 배출수는 상기 처리수 배출부(70a)를 통해 배출시킨다.When the water treatment system 200 of the present invention further includes a second reaction tank 40b, the first reaction tank 40a is connected to the carbon electrode Is adsorbed and concentrated on the surface of the pair (100a), and the drain water is discharged through the treated water discharge portion (70a).

제어부(90)에서 측정한 상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 인가된 전류값이 예를 들면, 0 내지 0.05 A가 되고, 이온선택성 전극센서(50a)로 측정된 상기 제1 반응조(40a)에서 배출된 처리수의 질소화합물 농도의 측정값이 설정값 이상이 되면, 상기 제어부(90)의 제어에 의해 3-way 밸브(30)를 조작하고 상기 제1 반응조(40a)의 처리수 배출부(70a)측 2-way 밸브(60a)를 차단하여 상기 제1 반응조에 대한(40a) 원수의 투입 및 배출을 중지한다. 그 다음에, 상기 탄소전극쌍(100b)에 1.4V 이하의 직류전원이 인가된 제2 반응조(40b)에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 상기 제2 반응조(40b)의 탄소전극쌍(100b)에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 상기 제2 반응조(40b)의 처리수 배출부(70b)로 배출한다.The current value applied to the carbon electrode pair 100a of the first reaction vessel 40a measured by the control unit 90 becomes 0 to 0.05 A and the current value applied to the carbon electrode pair 100a measured by the ion selective electrode sensor 50a is, When the measured value of the nitrogen compound concentration of the treated water discharged from the one reaction tank 40a becomes equal to or greater than the set value, the control unit 90 controls the 3-way valve 30 to operate the first reaction tank 40a, Way valve 60a on the side of the process water outlet 70a of the first reaction tank 40a to stop the introduction and discharge of the raw water 40a into the first reaction tank. Then, raw water including a nitrogen compound is injected into the second reaction tank 40b to which the direct current power of 1.4 V or less is applied to the carbon electrode pair 100b, and the nitrogen compound is injected into the second reaction tank 40b The treated water having the nitrogen compound removed while being adsorbed and concentrated on the electrode pair 100b is discharged to the treated water discharge portion 70b of the second reaction tank 40b.

상기 제2 반응조(40b)의 탄소전극쌍(100b)에서 흡착 및 농축되는 동안 상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 인가되는 직류전원을 1.4V 이상으로 상승시켜 상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 흡착 및 농축된 질소화합물을 전기화학적 산화환원 반응에 의해 질소가스의 형태로 바꾸어 수중 질소화합물을 처리한다.
The DC power applied to the carbon electrode pair 100a of the first reaction tank 40a is increased to 1.4V or higher while being adsorbed and concentrated in the carbon electrode pair 100b of the second reaction tank 40b, The nitrogen compound adsorbed and concentrated in the carbon electrode pair 100a of the electrode 40a is converted into a nitrogen gas form by an electrochemical redox reaction to treat the nitrogen compound in the water.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. However, the following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

실시예Example 1 One

도 2와 같은 본 발명의 전기화학적 시스템(200)을 제조하였다.The electrochemical system 200 of the present invention as shown in Fig. 2 was manufactured.

이때 탄소전극(101)은 활성탄소(고다공성 활성탄)를 사용하고 표면을 팔라듐으로 함침하여 제조하였으며, 집전체로는 그라파이트 호일을 사용하였다. 양극과 음극의 탄소전극(101)을 한 쌍으로 하여, 제1 반응조(40a)와 제2 반응조(40b) 내부에 탄소전극쌍(100a, 100b)을 각각 4쌍씩 장치하였다.At this time, the carbon electrode 101 was produced by using activated carbon (highly porous activated carbon) and impregnating the surface with palladium, and graphite foil was used as the current collector. The pair of carbon electrodes 101 of the positive electrode and the pair of the negative electrode were provided in pairs so that four pairs of carbon electrodes 100a and 100b were provided in the first reaction chamber 40a and the second reaction chamber 40b, respectively.

전해질은 NaCl을 사용하였으며, 전해질 공급조(120)로부터 상기 전해질의 전기전도도를 2 mS/cm로 유지하였다. 제어부(90)가 연결된 직류전원공급부(80)에서 1.4V의 직류전원을 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(110a)에 인가하였다.The electrolyte used was NaCl, and the electrolyte conductivity of the electrolyte was maintained at 2 mS / cm from the electrolyte supply tank 120. A DC power source of 1.4 V was applied to the carbon electrode pair 110a of the first reaction tank 40a by the DC power supply unit 80 connected to the control unit 90. [

이때 이온선택성 전극센서(50a, 50b)의 처리수의 질소화합물 값을 각각 5mg/L로 설정하였다.
At this time, the nitrogen compound values of the treated water of the ion selective electrode sensors 50a and 50b were set to 5 mg / L, respectively.

비교예Comparative Example 1 One

직류전원을 2.5V로 인가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전기화학적 시스템(200)을 제조하였다.
The electrochemical system 200 was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the direct current power source was applied at 2.5V.

실험예Experimental Example : (질소를 포함하는 합성폐수의 정수처리 실험): (Experimental Study on the Treatment of Synthetic Wastewater Containing Nitrogen)

T-N(Total Nitrogen)는 유기성질소(단백질, 펩타이드 부뇨 및 고장폐수)와 무기성질소(암모니아성질소, 아질산성질소와 질산성질소)의 합이다.Total Nitrogen (T-N) is the sum of organic nitrogen (protein, peptide urine and fault wastewater) and inorganic nitrogen (ammonia nitrogen, nitrite nitrogen and nitrate nitrogen).

본 발명에 따른 전기화학적 수처리 시스템(200)의 T-N 제거효율을 실험하기 위해 상기 T-N 농도가 100mg/L인 합성폐수를 순환시켜 상기 실시예 1과 비교예 1의 전기화학적 수처리 시스템(200)으로 정수처리 하였다.In order to test the TN removal efficiency of the electrochemical water treatment system 200 according to the present invention, the synthetic wastewater having the TN concentration of 100 mg / L was circulated, and the electrochemical water treatment system 200 of Example 1 and Comparative Example 1 Respectively.

제어부(90)에서 측정된 실시예 1과 비교예 1의 제1 반응조(40a)의 전류값이 0 A가 되고, 상기 직류전압이 인가된 제1 반응조(40a)에서 처리되어 배출된 처리수를 상기 이온선택성 전극센서(50a)로 측정하였을 때 질소화합물의 농도가 5mg/L 이상으로 측정되면, 상기 제어부(90)의 제어에 의해 원수유입수(10)측의 3-way 밸브(30)와 처리수 배출부(70a)측의 2-way 밸브(60a)가 조작되어 질소화합물을 포함하는 원수의 상기 제1 반응조(40a)로의 유입을 중지시키고, 이전에 원수가 유입되지 않은 상기 제2 반응조(40b)에 유입시켜 교대로 상기 폐수중 질소화합물의 흡착농축 과정을 진행하였다. 이때 상기 제2 반응조(40b)의 탄소전극쌍(100b)에서 흡착 및 농축이 진행되는 동안 상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 인가되는 직류전원을 10V로 상승시켜 상기 제1 반응조(40a)의 탄소전극쌍(100a)에 흡착 및 농축된 질소화합물을 전기화학적 산화환원 반응에 의해 질소가스의 형태로 바꾸어 수중 질소를 처리하였다.The current value of the first reaction tank 40a of Example 1 and Comparative Example 1 measured by the control unit 90 becomes 0 A and the treated water discharged from the first reaction tank 40a to which the DC voltage is applied is discharged When the concentration of the nitrogen compound is measured to be not less than 5 mg / L as measured by the ion selective electrode sensor 50a, the 3-way valve 30 on the raw water inflow water 10 side and the treatment The 2-way valve 60a on the water discharging portion 70a side is operated to stop the introduction of the raw water containing the nitrogen compound into the first reaction tank 40a and to stop the flow of the raw water containing the nitrogen compound into the second reaction tank 40b to sequentially carry out the adsorption and concentration process of the nitrogen compound in the wastewater. At this time, the DC power applied to the carbon electrode pair 100a of the first reaction tank 40a is raised to 10 V while the adsorption and concentration of the carbon electrode pair 100b of the second reaction tank 40b proceeds, Nitrogen compounds adsorbed and concentrated in the carbon electrode pair 100a of the reaction tank 40a were converted into nitrogen gas form by an electrochemical oxidation-reduction reaction and treated with nitrogen in the water.

상기 실시예 1 및 비교예 1에서, 두 개의 처리수 배출부(70a, 70b)에서 얻은 최종 처리수의 T-N 농도를 각각 측정하여 평균하고, 이로부터 T-N 제거효율을 계산하였다. 상기 실험을 30회 반복하여 그 평균값을 계산하였다.In Example 1 and Comparative Example 1, the T-N concentrations of the final treated water obtained from the two treated water discharge portions 70a and 70b were respectively measured and averaged, and the T-N removal efficiency was calculated therefrom. The above experiment was repeated 30 times and the average value thereof was calculated.

또한, 상기 T-N 농도가 200mg/L, 300mg/L인 합성폐수에 대해서도 상기와 동일한 방법으로 실험을 실시하였다. 단, 이온선택성 전극센서(50a, 50b)의 처리수의 질소화합물 값은 각각 10mg/L, 15mg/L로 설정하였다. 상기와 같이 측정한 합성폐수의 처리수 T-N의 평균값 및 T-N 제거효율을 계산하여 하기 표 1에 기재하였다.
Further, experiments were also conducted on synthetic wastewater having TN concentrations of 200 mg / L and 300 mg / L in the same manner as described above. However, the nitrogen compound values of the treated water of the ion selective electrode sensors 50a and 50b were set to 10 mg / L and 15 mg / L, respectively. The average value of the treated water TN of the synthetic wastewater thus measured and the TN removal efficiency were calculated and are shown in Table 1 below.

실험 Experiment 유입수T-N
(mg/L)
Influent TN
(mg / L)
처리수 T-N
(mg/L)
Treated TN
(mg / L)
T-N 제거효율(%)T-N Removal Efficiency (%)
1One 실시예 1Example 1 100100 3.93.9 96.196.1 비교예 1Comparative Example 1 100100 67.367.3 32.732.7 22 실시예 1Example 1 200200 6.36.3 96.996.9 비교예 1Comparative Example 1 200200 139.9139.9 30.130.1 33 실시예 1Example 1 300300 12.712.7 95.895.8 비교예 1Comparative Example 1 300300 204.5204.5 31.931.9

상기 표 1을 참조하면, 상기 실시예 1의 T-N 제거효율이 비교예 1과 비교하였을 때 유의성 있게 높게 측정되었으며, 상기 결과로부터 본 발명의 전기화학적 수처리 시스템(200)에 1.4V를 초과하는 직류전원을 탄소전극쌍(100a, 100b)에 인가하였을 때, 질소화합물의 흡착효율이 크게 감소하는 것을 알 수 있었다.
Referring to Table 1, the TN removal efficiency of Example 1 was significantly higher than that of Comparative Example 1. From the results, the electrochemical water treatment system 200 of the present invention was applied with DC power exceeding 1.4 V Is applied to the pair of carbon electrodes 100a and 100b, the adsorption efficiency of the nitrogen compound is greatly reduced.

10: 원수유입부 20: 원수 유입용 펌프
30: 3-way 밸브 40a: 제1 반응조
40b: 제2 반응조 50a, 50b: 이온선택성 전극센서
60a, 60b: 2-way 밸브 70a, 70b: 처리수배출부
80: 직류전원 공급부 90: 제어부
100, 100a, 100b: 탄소전극쌍 101: 탄소전극
102: 집전체 110a, 110b: 전기전도도 센서
120: 전해질 공급조 200: 수처리 시스템
10: raw water inflow part 20: raw water inflow pump
30: 3-way valve 40a: first reaction tank
40b: second reaction tank 50a, 50b: ion selective electrode sensor
60a, 60b: two-way valves 70a, 70b:
80: DC power supply unit 90:
100, 100a, 100b: carbon electrode pair 101: carbon electrode
102: current collector 110a, 110b: electric conductivity sensor
120: Electrolyte supply tank 200: Water treatment system

Claims (10)

(a) 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원을 인가하여 수중 질소화합물을 상기 탄소전극쌍의 표면에 흡착 및 농축하는 단계; 및
(b) 상기 탄소전극쌍에 직류전원의 극성을 역전시키는 동시에 상기 직류전원을 1.4V이상으로 상승시켜 상기 탄소전극쌍에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는 단계;를 포함하는 전기화학적 수처리 방법이며,
상기 전기화학적 수처리 방법은,
탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 상기 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고;
상기 처리수의 질소화합물의 농도가 설정값을 초과하면 상기 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수의 투입 및 배출을 중지하고;
탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제2 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고; 그리고
상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에서 흡착 및 농축되는 동안 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 인가되는 직류전원을 1.4V 이상으로 상승시켜 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는; 단계를 포함하며,
상기 제1 반응조에 구비되어 상기 처리수를 외부로 배출하는 처리수배출부에는 상기 질소화합물 농도를 측정하는 이온선택성 전극센서가 구비되며,
상기 제1 반응조에는 전해질 공급조가 연결되어 전해질 농도를 유지하는 것을 특징으로 하는 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 방법.
(a) applying a direct current power of 1.4 V or less to a pair of carbon electrodes to adsorb and concentrate a nitrogen compound in the water on the surface of the pair of carbon electrodes; And
(b) reversing the polarity of the DC power source to the carbon electrode pair and raising the DC power source to 1.4 V or more to convert the nitrogen compound adsorbed and concentrated into the carbon electrode pair into a form of nitrogen gas An electrochemical water treatment method comprising:
In the electrochemical water treatment method,
The raw water containing a nitrogen compound is introduced into a first reaction tank in which a direct current power of 1.4 V or less is applied to a pair of carbon electrodes to adsorb and concentrate the nitrogen compound on the pair of carbon electrodes to discharge the treated water from which the nitrogen compound has been removed;
If the concentration of the nitrogen compound in the treated water exceeds a set value, stopping the introduction and discharge of the raw water containing the nitrogen compound into the first reaction tank;
Raw water containing a nitrogen compound is introduced into a second reaction tank to which a direct current power of 1.4 V or less is applied to the carbon electrode pair and the nitrogen compound is adsorbed and concentrated on the carbon electrode pair of the second reaction tank, / RTI > And
The DC power applied to the carbon electrode pair of the first reaction tank is increased to 1.4 V or higher while the carbon electrode pair of the second reaction tank is adsorbed and concentrated to adsorb and concentrate the nitrogen compound in the carbon electrode pair of the first reaction tank To convert into the form of nitrogen gas; ≪ / RTI >
An ion selective electrode sensor provided in the first reaction tank for measuring the concentration of the nitrogen compound is provided in the treated water discharge portion for discharging the treated water to the outside,
Wherein the first reaction tank is connected to an electrolyte supply tank to maintain an electrolyte concentration.
삭제delete 원수가 유입되는 원수유입부와 처리수를 외부로 배출하는 처리수배출부가 구비되고, 유입된 원수의 질소화합물을 흡착, 농축 및 제거하며, 하나 이상의 탄소전극쌍을 포함하는 제1 반응조;
원수가 유입되는 원수유입부와 처리수를 외부로 배출하는 처리수배출부가 구비되고, 유입된 원수의 질소화합물을 흡착, 농축 및 제거하며, 하나 이상의 탄소전극쌍을 포함하는 제2 반응조;
상기 제1 반응조 및 제2 반응조의 탄소전극쌍과 연결되어 직류전원을 인가하는 직류전원 공급부; 및
상기 제1 반응조 및 제2 반응조의 탄소전극쌍에 인가된 직류전원값 및 전류값을 측정하고, 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제1 반응조의 처리수배출부에 질소화합물 농도를 측정하는 이온선택성 전극센서가 구비되며,
상기 제1 반응조에 전해질 공급조가 연결되어 전해질 농도를 유지하는 것이며,
상기 원수는 제1반응조 또는 제2 반응조로 교대로 투입되고,
상기 제1반응조 및 제2 반응조의 탄소전극쌍은, 각각 상기 직류전원 공급부로부터 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 것이며,
상기 탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고;
상기 처리수의 질소화합물의 농도가 설정값을 초과하면 상기 제1 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수의 투입 및 배출을 중지하고;
탄소전극쌍에 1.4V 이하의 직류전원이 인가되는 제2 반응조에 질소화합물을 포함하는 원수를 투입하여 상기 질소화합물을 상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축시키면서 질소화합물이 제거된 처리수는 배출시키고;
상기 제2 반응조의 탄소전극쌍에서 흡착 및 농축되는 동안 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 인가되는 직류전원을 1.4V 이상으로 상승시켜 상기 제1 반응조의 탄소전극쌍에 흡착 및 농축된 질소화합물을 질소가스의 형태로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템.
A first reaction tank having a raw water inflow portion into which raw water flows and a process water discharge portion that discharges treated water to the outside, and which adsorbs, concentrates, and removes nitrogen compounds in the raw water, and includes at least one pair of carbon electrodes;
A second reaction tank having a raw water inflow portion into which raw water flows and a process water discharge portion that discharges treated water to the outside, and which adsorbs, concentrates, and removes nitrogen compounds in the raw raw water, and includes at least one pair of carbon electrodes;
A DC power supply connected to the pair of carbon electrodes of the first reaction tank and the second reaction tank to apply DC power; And
And a control unit for measuring and controlling a DC power value and a current value applied to the carbon electrodes of the first reaction tank and the second reaction tank,
An ion selective electrode sensor for measuring a nitrogen compound concentration in the treated water discharge portion of the first reaction tank is provided,
The electrolyte supply tank is connected to the first reaction tank to maintain the electrolyte concentration,
The raw water is put into the first reaction tank or the second reaction tank alternately,
The carbon electrodes of the first reaction tank and the second reaction tank are each supplied with DC power of 1.4 V or less from the DC power supply unit,
The raw water containing a nitrogen compound is injected into the first reaction tank to which a direct current power of 1.4 V or less is applied to the carbon electrode pair to adsorb and concentrate the nitrogen compound on the carbon electrode pair to discharge the treated water from which the nitrogen compound has been removed;
If the concentration of the nitrogen compound in the treated water exceeds a set value, stopping the introduction and discharge of the raw water containing the nitrogen compound into the first reaction tank;
Raw water containing a nitrogen compound is introduced into a second reaction tank to which a direct current power of 1.4 V or less is applied to the carbon electrode pair and the nitrogen compound is adsorbed and concentrated on the carbon electrode pair of the second reaction tank, / RTI >
The DC power applied to the carbon electrode pair of the first reaction tank is increased to 1.4 V or higher while the carbon electrode pair of the second reaction tank is adsorbed and concentrated to adsorb and concentrate the nitrogen compound in the carbon electrode pair of the first reaction tank And converting the carbon nanotubes into a nitrogen gas.
삭제delete 삭제delete 제3항에 있어서,
상기 탄소전극은 카본클로스, 활성탄소, 카본에어로졸, 탄소나노튜브 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the carbon electrode is selected from the group consisting of carbon cloth, activated carbon, carbon aerosol, carbon nanotube, and mixtures thereof.
제3항에 있어서,
상기 탄소전극의 양극 및 음극이 대칭형 또는 비대칭형인 것을 특징으로 하는 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the anode and the cathode of the carbon electrode are symmetrical or asymmetric.
제3항에 있어서,
상기 탄소전극에 팔라듐, 아연, 주석, 철 및 금속산화물 중에서 선택된 하나 이상이 함침되는 것을 특징으로 하는 탄소전극을 이용한 전기화학적 수처리 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the carbon electrode is impregnated with at least one selected from the group consisting of palladium, zinc, tin, iron, and metal oxides.
삭제delete 삭제delete
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