KR102125264B1

KR102125264B1 - 전기-화학적 필터 장치

Info

Publication number: KR102125264B1
Application number: KR1020157033628A
Authority: KR
Inventors: 제이슨 조나단 데일
Original assignee: 퍼마스캔드 에이비
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2020-06-23
Also published as: JP2016516577A; EA201592045A1; EA032266B1; AU2014259153B2; BR112015027006B1; BR112015027006A2; EP2989057A1; US10093560B2; IL242253A; GB201307442D0; PT2989057T; DK2989057T3; CN105452174A; CN105452174B; US20160090314A1; AU2014259153A1; EP2989057B1; SG11201508762RA; WO2014174309A1; KR20160029009A

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 긴 중공 반투과성 부재, 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 포함하는 처리 장치 및 관련 방법을 제공한다. 애노드 및 캐소드는 반투과성 부재에 대하여 방사상으로 및 동심으로 배열된다.

Description

전기-화학적 필터 장치 {ELECTRO-CHEMICAL FILTER APPARATUS}

개관

본 발명은 일반적으로 원치않는 유기체 예컨대 유기 또는 비-유기 오염물로 오염되거나 공해 수준으로 오염된 액체의 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 그러나 비배타적으로, 해수, 오염된 물 또는 공해 수준으로 오염된 물의 처리에 관한 것이다.

넓은 범위의 원치않는 유기체, 유기 및 비-유기 화합물이 해수를 비롯한 천연수, 공업용수 및 도시용수에서 발견된다. 이들 오염물질 중 일부는 생분해에 대한 저항성 및/또는 독성 효과로 인한 심각한 문제를 제기하거나, 또는 추가의 공정에서 사용될 때 또는 새로운 환경 내로 방출될 경우 바람직하지 않은 효과를 야기할 수 있다. 따라서, 이러한 오염물의 제거 또는 중화가 바람직하며, 이는 가장 흔하게는 진행 전에 법에 의해 요구된다.

현재 이러한 심하게 오염된 물의 처리를 위해 수많은 1차, 2차 및 심지어 3차 방법들이 이용되어 오염물질의 제거 또는 중화에 이르도록 한다. 이들에는 물리적 및 화학적 방법들이 포함되는데, 몇 가지만 언급하면 예컨대 침전, 여과, 및 염소, 오존, 자외선 멸균을 이용한 처리가 있다.

그러나, 이들 기계적 및 화학적 방법들의 적용에는 어려움들이 있다. 예를 들어, 높은 정도로의 여과만을 하는 경우 높은 압력 손실 및 그에 따른 에너지 손실이 요구된다. 처리 화학물질의 불충분한 혼합, 주입 및 적용은 과용량의 처리를 초래하며, 이는 작동 비용에 추가되고, 부산물의 처분에 관한 추가의 문제를 야기할 수 있다. 전기화학적 방법은, 사용되는 곳에서, 일반적으로 비효율적이고, 부피가 크고, 자본 비용이 많이 들고, 많은 양의 에너지를 소비한다.

본 발명은 현재 이용가능한 방법들에 대한 대안적인 해결책을 제공하며, 구체적으로 다수의 기술적 이점을 갖는 개선된 처리 장치를 제공한다.

발명의 개요

본 발명의 측면들은 첨부된 청구범위에 개시되어 있다.

제1 측면에서 볼 때, 적어도 하나의 긴 중공 반투과성 부재, 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 포함하고, 여기서 애노드 및 캐소드가 반투과성 부재에 대하여 방사상으로 및 동심으로 배열된 처리 장치가 제공된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 애노드 및 캐소드 쌍 또는 군이 중공 반투과성 부재 주위에 위치해 있는 비통상적인 배열이 제공된다. 그러한 중공 반투과성 부재는 유리하게는 통상적인 필터로서 기능하여 그를 통해 흐르는 액체로부터 찌꺼기를 분리할 수 있다. 동심으로 및 방사상으로 위치한 애노드 및 캐소드는 반투과성 부재에 바로 인접한 물 또는 액체에 대해 전기분해를 수행하는 수단을 제공한다.

그러한 배열은 유리하게는 통상적인 여과 및 통합된 조밀한 전기분해 기능을 일체화하는 조밀한 처리 장치 배열을 제공할 수 있다.

실제로, 인접한 애노드 및 캐소드는 캐소드 및 애노드 간에 교대로 위치하여 그들 사이에 하나 또는 복수의 전기분해 구역을 한정한다.

애노드 및 캐소드의 서열은 특정 용도에 따라 선택될 수 있으며 예를 들어 목적하는 용량의 물 또는 액체 흐름에 기초하여 결정될 수 있다. 물 또는 액체의 예상 조성은 애노드 및 캐소드의 배치를 추가로 결정할 수 있다. 유리하게는, 긴 중공 반투과성 부재로부터 방사상으로 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 바라볼 때 애노드/캐소드 배열 또는 서열은 하기로부터 선택될 수 있다:

(i) 캐소드, 애노드;

(ii) 애노드, 캐소드;

(iii) 애노드, 캐소드, 애노드;

(iv) 캐소드, 애노드, 캐소드;

(v) 애노드, 캐소드, 애노드, 캐소드;

(vi) 캐소드, 애노드, 캐소드, 애노드;

(vii) 캐소드, 애노드, 캐소드, 애노드, 캐소드; 또는

(viii) 애노드, 캐소드, 애노드, 캐소드, 애노드.

추가로, 또는 대안적으로, 중공 반투과성 부재 자체가 캐소드 또는 애노드로서 형성될 수 있다. 이는 유리하게는 애노드/캐소드 중 하나에 필터 기능을 통합함으로써 장치가 훨씬 더 작게 만들어질 수 있게 한다. 대안적으로, 또 다른 방식으로 볼 때, 이는 주어진 크기 (예컨대 외부 직경 또는 긴 쪽의 길이)의 장치의 처리 용량을 증가시킬 수 있다. 처리 장치의 다수의 용도가 작은 부피 또는 크기를 가진 장비로부터 실질적으로 유익을 얻을 수 있다.

예를 들어, 중공 반투과성 부재는 중공 및 반투과성 캐소드일 수 있고, 애노드는 그에 대하여 방사상으로 및 동심으로 위치할 수 있다. 추가로 캐소드가 애노드에 대하여 방사상으로 및 동심으로 위치하여 애노드/캐소드 쌍 또는 군을 한정할 수 있다.

대안적인 배열에서 중공 반투과성 부재는 중공이고 반투과성인 애노드일 수 있고, 캐소드가 그에 대하여 방사상으로 및 동심으로 위치할 수 있다.

전기분해 구역(들)을 최대화하기 위해 애노드 및 또는 캐소드는 유리하게는 인접한 애노드 또는 캐소드의 실질적으로 전체 원주 주위로 뻗어 있을 수 있다.

예를 들어 장치를 개별 부분들로 나눔으로써 구조적 강도가 제공될 수 있다. 예를 들어, 원주상으로 애노드/캐소드가 전기 절연 스페이서에 의해 개별 구획으로 나뉠 수 있다. 이어서, 인접한 애노드 및 캐소드가 인접한 전기 절연 스페이서 사이에서 구부러진 또는 편평한 부분으로 연장될 수 있다. 실제로 애노드 및 캐소드로 이루어진 군들이 한정될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 전기 절연 스페이서가 제공되어, 장치를 2 이상의 개별 반경류 경로로 나눌 수 있다.

물 또는 액체가 장치 내로 도입되는 방식은 특정 용도에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 긴 반투과성 부재의 한쪽 또는 양쪽 말단이 개방되어 있어서 사용시 물 또는 액체가 그를 통해 흐를 수 있게 할 수 있다. 따라서, 한 가지 배열에서 물 또는 액체는 중공 부재의 반대되는 말단 둘 다로부터 도입될 수 있다. 이는 도입될 수 있는 물 또는 액체의 양을 증가시키고/거나 2개의 상이한 및 가능하게는 독립적인 물 또는 액체의 공급원이 독립적으로 또는 동시에 장치 내로 도입될 수 있게 한다.

별법으로, 반투과성 부재는 블라인드 홀의 형태일 수 있으며, 이에 의해 부재로 도입되는 물 또는 액체를 방사상으로 바깥쪽으로 배향시킨다.

별법의 형태에서, 장치는 액체가 반투과성의 긴 부재의 벽을 통해 안쪽으로 방사상으로 장치 내로 및 반투과성의 긴 부재의 긴 축을 따라 장치 밖으로 흐르도록 하는 유입구 및 출구 포트 및 적합한 하우징에 의해 제작될 수 있다. 사실상, 흐름은 역전된다.

애노드 및 캐소드는 긴 중공 반투과성 부재 주위에, 즉 부재의 바깥쪽 상에 원주상으로 및 방사상으로 위치될 수 있다. 별법으로 및 임의로 상기 논의된 역전 흐름과 조합되어, 애노드 및/또는 캐소드는 긴 중공 반투과성 부재 내에 원주상으로 및 방사상으로 배열될 수 있다. 이는 매우 조밀한 장치를 구축하는 것을 가능하게 한다.

애노드 및 캐소드는 전기분해가 수행되는 물 또는 액체 흐름에 대하여 수많은 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 애노드/캐소드는 물 또는 액체가 애노드 및 캐소드의 접촉 영역을 최적화하면서 그것을 통해 편리하게 통과할 수 있도록 메쉬 형태 또는 거즈 형태일 수 있다.

유리하게는, 애노드 및 캐소드는 주어진 적용을 위해 전기분해를 최적화하기 위해 선택된 거리만큼 분리되어야 한다. 이러한 특정 장치에서, 물에서의 전기분해를 위해 예를 들어 인접한 애노드 및 캐소드의 간격은 0.1 내지 10 mm일 수 있다는 것이 확립되었다.

애노드 및 캐소드는 유리하게는 전기분해가 발생하도록 그들에게 전기적으로 동력이 공급될 수 있도록 하는 적합한 전기적 제어기에 의해 제어된다. 따라서, 적어도 하나의 애노드 및 인접한 캐소드는 사용시 배열되는 전기 공급원에 의해 활성화되어 애노드 및 인접한 캐소드 간에 전위차 및 전류를 생성시킬 수 있다.

제어기는 쌍으로 또는 군으로 또는 별법으로 장치 주위 영역에 및/또는 장치를 따라 배열될 수 있는 애노드 및 또는 캐소드를 독립적으로 제어하도록 제작될 수 있다. 따라서, 인접한 애노드 및 캐소드의 쌍 또는 군은 전극 쌍 또는 군을 한정할 수 있고, 전극 쌍 또는 군은 독립적으로 및 선택적으로 전기적으로 활성화될 수 있다. 이는 유리하게는 지표, 예컨대 물 또는 액체 함량/오염에 응답하는 고도로 제어가능한 장치를 제공한다. 이는 또한 처리 장치의 효율적인 작동을 가능하게 한다.

제어기는 또한 하나 이상의 애노드 및/또는 캐소드에 대한 전기 공급원의 극성이 역전되어 각각의 애노드 및 캐소드 간에 반대의 전위차 및 전류를 일으킬 수 있도록 제작될 수 있다. 이는 이하 기재된 극성 역전에 의해 애노드 및 캐소드가 '세정되는' 것을 가능하게 한다.

애노드 및 캐소드는 처리 장치의 적용에 따라 맞추어진 일정 범위의 물질로부터 형성될 수 있다. 유리하게는, 애노드는 예를 들어 전도성 기재 및 외부 코팅으로 형성될 수 있다. 특별히, 애노드는 예를 들어 백금, 금, 은, 또는 앞서 언급된 금속 및 기타 금속, 예컨대 이리듐, 팔라듐, 오스뮴, 루테늄, 백금, 로듐 또는 탄탈럼을 포함하는 귀금속의 혼합 금속 산화물 용액으로부터 선택된 귀금속으로 코팅된 기재로 형성된 치수 안정성 애노드 (DSA)일 수 있다. 별법으로, 애노드는 붕소 도핑된 다이아몬드로 코팅된 기재로부터 형성된 붕소 도핑된 다이아몬드 애노드 (BDD)일 수 있다.

추가로, 캐소드는 전도성 기재 및 임의로 외부 코팅으로 형성될 수 있다.

하나의 전극 쌍 또는 군에 대한 애노드 및/또는 캐소드 기재 및/또는 코팅 물질은 또 다른 전극 쌍 또는 군의 애노드 및/또는 캐소드 기재 및/또는 코팅 물질과 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 이는 다용도의 처리 장치를 제공한다.

제어기는 유리하게는 애노드 및 캐소드를 제어하기 위해 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있는 수많은 입력을 수신하도록 제작될 수 있다. 입력은 장치 내에, 또는 별법으로 또는 추가로 장치로 들어가거나 나가는 물 또는 액체의 상류 또는 하류 유동 경로 내에 배열된 적합한 검출기로부터 나온 것일 수 있다. 이에 의해, 이는 예를 들어, 원하는 출력 특징을 달성하기 위해 장치 내에 전기분해를 연속적으로 감시 및 제어하는 제어 루프를 제공한다.

캐소드 및 애노드는 이들 검출된 입력에 응답하여 독립적으로 및 동시에 제어될 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 상기 기재된 바와 같이, 상이한 화학 반응을 달성하도록 상이한 전해질 특성을 갖는 애노드 및 캐소드의 쌍 또는 군을 상이하게 하는 것을 포함할 수 있다. 제어기는 장치를 통해 물 또는 액체 흐름을 결정하고, 미리 결정된 원하는 출력에 따라 애노드/캐소드를 제어할 수 있다. 유사하게는, 원하는 출력으로부터의 임의의 편차가 유리하게는 검출될 수 있고, 따라서 애노드/캐소드를 제어함으로써 제어기에 의해 교정 작용이 수행될 수 있다.

검출기는 수많은 특성을 검출하도록 제작될 수 있다. 유리하게는, 물 적용에서, 검출기는 물의 전도성을 검출하도록 제작될 수 있고, 이어서 제어 시스템이 상기 기재된 바와 같이 필요시 상이한 전극 쌍 또는 군 간에 전환하도록 자동으로 작동할 수 있다. 또는 별법으로, 또는 추가로, 검출기는 처리 장치 전에 또는 후에 임의의 잔류 화학 농도 또는 기타 변수를 검출하도록 제작될 수 있고, 국부 오염된 물 또는 액체 상태에 따라 가해진 전압 및 전류에 대한 조정이 자동으로 일어날 수 있다. 잔류 화학 농도는 처리 하에 있는 물 또는 액체 및 그의 내용물에 의존적이고, 미사용 산화제, 예컨대 플루오린, 히드록실 자유 라디칼, 산소 형태, 오존, 과산화수소, 하이포클로라이트, 염소 및 총 잔류 산화제의 농도일 수 있다.

처리 장치 그 자체는 고도로 조밀한 처리 장치를 제공하기 위해 단일 반투과성의 긴 부재를 구비할 수 있다. 별법으로, 복수의 긴 중공 반투과성 부재 및 그와 관련된 복수의 캐소드 및 애노드 쌍 또는 군이 장치의 용량을 증가시키기 위해 제공될 수 있다. 이들은 공통 유입구/출구를 갖는 하나의 조밀한 유닛 내에 또는 별도로 단일 유닛의 배터리로서 배열될 수 있고, 복수의 긴 중공 반투과성 부재는 물 또는 액체 흐름이 직렬로 또는 병렬로 또는 재순환되도록 배열될 수 있다.

본 발명의 측면은 본원에 기재된 바와 같은 장치를 통해 물 또는 액체가 통과하도록 함으로써 물 또는 액체를 처리하는 방법을 포함하나 이에 제한되지 않는, 상기 기재된 처리 장치의 사용 및 작동 방법으로 확장된다는 것을 인식할 것이다.

본 발명의 실시양태는 이하 첨부 도면을 참고하여 단지 예로서 이제 기술될 것이다:
도 1a 내지 1g는 전극 쌍 또는 군이 새로운 자명하지 않은 방법으로 개시된 다양한 배치를 갖는 중공 반투과성 부재로 어떻게 정렬되는지를 예시하고;
도 2a 내지 2d는 새로운 자명하지 않은 방법으로 중공 반투과성 부재로 정렬된 전극 쌍이 자동 역세척 메카니즘을 포함하는 공통 하우징에 어떻게 설치될 수 있는지를 예시하고;
도 2e 및 2f는 자동 역세척 메카니즘을 포함하지 않는 처리 장치의 단면 및 물 또는 액체의 유동 경로를 예시하고;
도 3은 처리 장치가 오염된 물 또는 액체의 처리를 위한 처리 공정에서 어떻게 배열될 수 있는지의 한 예를 제공한다.
본 발명은 다양한 변형 및 별법의 형태가 가능하나, 구체적 실시양태가 도면에서 예로서 보여지고, 본원에 상세히 기재된다. 그러나, 여기에 첨부된 도면 및 상세한 설명은 개시된 특정 형태로 본 발명을 제한하려는 것이 아니며, 오히려 본 발명은 청구된 본 발명의 취지 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 등가물 및 대체물을 포함한다는 것이 이해되어야 한다.

본원에서 논의된 바와 같이, 본 발명은 전력 요구량의 감소 및 큰 부피의 오염된 물 또는 액체의 보다 경제적인 처리에 이르게 하는 더 효율적인 조밀한 접근법을 제공한다. 특히, 처리된 물 또는 액체 내의 오염물질의 제거 또는 중화.

본 발명에서, 최초의 통합 서브-시스템은 한정된 여과 크기 사양 초과의 오염된 물 또는 액체로부터 상대적으로 더 큰 유기체, 유기 및 비-유기 오염물질을 제거하는 물리적 고체-액체 분리 단계를 포함한다. 물리적 고체-액체 분리 단계는 오염된 물 또는 액체가 들어오거나 나가는 공통 주요 유입구/출구를 갖는 공통 하우징에 배열된 여과 요소(들)로서 기능하는 적어도 하나의 그러나 유리하게는 복수의 중공 반투과성 부재를 포함한다.

여과 요소는 평면일 수 있으나, 유리하게는 공간 및 표면적 고려사항을 활용하고 더 조밀한 설계를 촉진하기 위해 중공으로 배열될 수 있다. 중공 여과 요소는 한쪽 말단이 개방되고 다른쪽이 폐쇄될 수 있거나, 또는 오염된 물 또는 액체를 받는 여과 요소 유입구를 형성하도록 양쪽 말단이 개방될 수 있다. 이 경우, 오염된 물 또는 액체의 흐름의 방향은 중공 여과 요소의 안쪽으로부터 바깥쪽으로이다. 또는 별법으로, 오염된 물 또는 액체는 중공 여과 요소의 바깥쪽으로부터 안쪽으로의 방향으로 흐르고, 중공 여과 요소의 말단은 여과 요소 출구를 형성할 수 있다.

유리하게는, 중공 여과 요소(들)의 배열은 각각의 여과 요소의 여과 요소 표면을 통해 및 그에 대해 일반적으로 수직 또는 방사상 방향으로 오염된 물 또는 액체 흐름을 전향시키는 역할을 한다. 여과 요소 표면의 면적이 바람직하게는 중공 여과 요소에 대한 여과 요소 유입구(들) 또는 출구(들)의 총 단면적보다 더 크기 때문에, 물 또는 액체의 속도는 여과 요소 표면의 부근에서 상당히 감소된다.

중공 여과 요소(들)는 다수의 금속 스크린 층이 그 자체의 중량을 지지할 수 있는 강한 여과 요소를 생성하는 지지 구조와 함께 소결되는 금속 직조-와이어 소결 스크린 방법에 의해 구축될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또는, 중공 여과 요소는 다수 금속 스크린 층이 추가 소결 또는 지지의 필요 없이 서로 지지하도록 함께 단단하게 직조되는 고급 3D 직조 기술로부터 구축될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

대안적으로, 다른 유형의 여과 요소 디자인이 포함될 수 있다. 이러한 여과 요소(들)는 비제한적으로 천연 또는 가공 섬유, 인조 유기 또는 합성 물질, 철 및 비-철 금속, 유리, 활성 또는 천연 탄소, 세라믹, 종이 및 플라스틱, 시트 또는 직조 물질, 비-직조 물질, 플리티드(pleated) 용융-방사 물질, 무기 결합 다공성 매질, 광물면, 유리 섬유, 탄소 섬유, 직조 와이어 및 스크린, 소결 와이어 메쉬, 천공판, 쐐기형 와이어 및 막 유형의 디자인 또는 이들의 임의의 조합으로부터 구축될 수 있다.

여과 요소(들)에 있어서, 여과 크기 사양은 여과될 필요가 있는 유기체, 유기물 또는 비-유기물 특성에 따라 결정된다. 따라서, 여과 크기 (이것은 여과 요소의 여과 요소 표면을 통하는 구멍 또는 유동 경로의 크기임)는 목적 여과 수준에 따라 좌우되는 임의의 적합한 크기일 수 있다. 예를 들어, 여과 요소의 여과 크기는 비제한적으로 <1, 1, 10, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 250, 500 마이크로미터이도록 선택될 수 있거나, 또는 선택되는 적용분야에 따라서는 훨씬 더 클 수도 있는데, 예컨대 1mm, 5mm, 10mm 및 그 초과일 수 있다.

오염된 물 또는 액체 흐름은 여과 요소(들)의 여과 요소 표면을 통해 및 이에 대해 일반적으로 수직 방향으로 통과하기 때문에, 여과 크기 사양보다 크기가 더 큰 임의의 유기체, 유기 또는 비-유기 오염물질은 여과 요소 표면을 통해 통과할 수 없고, 여과 요소의 여과 표면 상에 포획되어 여과된 물질의 '케이크'로 알려져 있는 것을 형성하기 시작한다. 여과된 물질의 케이크가 쌓이기 시작함에 따라 여과 요소 상의 압력 손실이 증가하므로, 여과 효율이 유지되려면 여과 요소의 여과 요소 표면으로부터 물질의 케이크가 빈번하게 세정될 필요가 있다.

여과된 물질의 케이크는 역방향 플러싱에 의해, 또는 신규 처리 장치를 해체하고 여과 요소를 수동으로 또는 기계로 세정함으로써 제거될 수 있다. 대안적으로, 상기 세정 방법은 유리하게는 장치 내에 포함 및 통합된 자동 역세척 메카니즘을 이용하여 달성될 수 있다. 따라서, 지속적인 세정을 위해 구성될 수 있는 자동 역세척 여과 방법이 구현될 수 있다. 대안적으로, 이는 압력 격차 또는 압력 손실이 특정 모니터링 수준에 도달할 때에만 작동될 수 있거나, 또는 제공 간격으로 또는 수동으로 작동될 수 있다.

여과 요소가 여과 요소 표면을 통한 역방향 고속 수류를 통해 세정되도록 하는 다양한 자동 역세척 메카니즘 및 방법이 본원에 기재된 장치 내에 포함될 수 있다. 상기 역방향 고속 수류는 물질의 케이크를 여과 요소의 여과 요소 표면으로부터 스트리핑하고, 이것을 안전하게 폐기되도록 운반해간다. 그러나, 역세척 흐름이 잔류 화학물질을 함유하는 경우에는, 역세척 흐름은 폐기 전에 적절히 중화될 수 있다. 상기 자동 역세척 방법은 여과 요소가 사용중인 동안에 수행될 수 있고, 따라서 여과 요소가 세정되는 동안 지속적으로 물을 여과하도록 할 수 있다. 이러한 자동 역세척 방법 및 메카니즘의 개시는 WO2006/008729 및 WO2011/058556을 참조하여 본원에 포함된다.

개시된 발명에서, 여과 요소는 편평할 수 있거나 또는 임의의 횡단면 형상 또는 측면상, 예컨대 타원형, 정사각형, 삼각형, 별 형상 또는 다른 형상을 가질 수 있지만, 바람직하게는 여과 요소는 바람직한 자동 역세척 메카니즘 및 제2의 통합 서브-시스템의 디자인을 최적화 및 단순화하기 위해 원형 횡단면을 갖도록 제공된다.

본 발명에서, 제2의 통합 서브-시스템은 물 또는 액체 및 남아있는 유기체 및 유기 및 비-유기 오염물이 고급 산화 공정 (AOP)의 고도 반응성 생성물, 예컨대 비제한적으로 히드록실 자유 라디칼 (OH·), 오존 (O₃) 및 과산화수소 (H₂O₂)에 노출되는 화학적 소독 단계를 포함한다.

유기체 및 유기 및 비-유기 오염물질의 AOP의 고도 반응성 생성물에의 노출은 오염물질을 산화를 통해 효과적으로 그리고 효율적으로 중화시킨다. 또한, 보다 지속성이 있지만 그만큼 반응성이지는 않은 산화성 종, 예컨대 염소 또는 총 잔류 산화제 (TRO)가 또한 생성될 수 있고, 오염된 물 또는 액체를 처리하는 데 사용될 수 있다.

이러한 관점에서, 산화는 전자 공여체 (환원제)로부터 전자에 대한 보다 높은 친화도를 갖는 전자 수용체 (산화제)로의 1개 이상의 전자의 이동으로서 정의된다. 상기 전자 이동은 산화제 및 환원제 둘 모두의 화학적 변환을 일으키며, 이는 일부 경우에 홀수개의 원자가 전자를 갖는 화학 종을 생성한다. 라디칼로 알려진 이들 화학 종은 그의 전자 중 하나가 쌍을 이루지 않기 때문에 고도로 불안정하고 이에 따라 고도로 반응성인 경향이 있다. 라디칼을 생성하는 산화 반응은 열역학적으로 안정한 산화 생성물이 형성될 때까지 라디칼 산화제와 다른 반응물 (유기물 및 무기물 둘 모두) 사이의 추가의 산화 반응으로 이어지는 경향이 있다.

AOP에 의해 생성되는 가장 강력한 산화제 중 하나는 OH· 라디칼이다. OH· 라디칼은 극도로 반응성이며, 소독제로 널리 알려져 있다. OH· 라디칼은 방대한 수의 화학물질을 중화시킬 수 있고 유기체, 박테리아 및 바이러스의 다공성 세포벽을 공격하고 더 나아가 이들을 파괴할 수 있는, 자연에서 발견되는 가장 중요한 단일 산화성 종이다. 그러나 OH· 라디칼은 너무 반응성이어서, 단지 이것이 생성된 곳으로부터 매우 가까운 거리 내에서만 유효한 것으로 명시되어 있다. 일반적으로, AOP의 유효성은 대량의 OH· 라디칼을 생성하는 그의 능력에 비례하며, 선행 기술에서 이용가능한 OH· 라디칼을 생성하는 여러 방법들이 존재하지만, 개시된 발명에서 바람직한 방법은 전기분해 방법의 이용을 통한 것이다.

전기분해 방법은 전해액 (처리 하의 물 또는 액체), 전극의 재료 및 전극에 적용되는 과전압 또는 표준 전위에 따라 다양한 산화제를 생성한다. 예를 들어, 염 (NaCl)이 물 중에 존재하는 경우에 하기 반응이 일어날 수 있다.

특히 효과적인 전기분해 방법에서, 장치는 전기분해 셀이 적어도 하나의 별개의 전극 쌍을 활용하도록 제작될 수 있고, 상기 전극 쌍은 애노드 및 캐소드를 포함한다. 단 하나의 애노드 및 캐소드가 사용되는 경우에, 전극 쌍은 처리되는 물이 먼저 애노드와 마주친 다음 후속적으로 캐소드와 마주치도록 본 발명에 따라 배열될 수 있다. 선행 기술은 이것이 애노드에서 생성된 반응 생성물들 사이의 추가의 반응을 촉진 및 증진시켜 이들이 캐소드에서 생성된 반응 생성물과 추가로 반응하도록 한다는 것을 밝혀낸 바 있다.

또한, 이것은 독성 생성물을 비-독성 생성물로 변환시키는 추가의 부반응을 촉진함으로써 염화물을 함유하는 물, 예컨대 해수 중의 트리할로메탄 (THM) 및 다른 독성 염소화 생성물의 형성을 감소시키는 데 도움을 주며, 미생물을 포함하는 물을 추가로 소독하는 데 도움을 주는 것으로 규명되어 있다.

본 발명의 한 실시양태에 따르면, 전극 쌍의 정의는 애노드 당 2개의 캐소드를 포함하여 전극 군을 형성하도록 확장될 수 있고, 여기서 애노드는 바람직하게는 2개의 캐소드 사이에 위치한다. 상기 경우에, 물은 먼저 캐소드를 마주친 다음, 애노드, 이어서 캐소드를 마주친다. 상기 배열의 이익은, 제1 캐소드에서 생성된 반응 생성물이 수류의 방향을 향하고 있는 애노드 표면에서 생성된 반응 생성물과 즉시 혼합되는 한편, 수류의 방향을 향하고 있지 않은 애노드 표면에서 생성된 반응 생성물은 제2 캐소드에서 생성된 반응 생성물과 즉시 혼합된다는 것이다. 상기 방식으로, 애노드의 전면 및 배면의 면적 둘 모두가 가장 경제적인 방식으로 활용될 수 있다.

캐소드와 애노드 사이에 있는 공간은 전기분해 구역을 형성할 것이다. 전극 쌍 또는 전극 군의 애노드와 캐소드 사이의 거리는 바람직하게는 가까우며, 10분의 1 밀리미터 내지 수 밀리미터이다. 그 주된 이유는 AOP의 고도 반응성 생성물이 서로 매우 근접해 있도록 확실히 하기 위한 것이다. 추가의 이유는 전압 및 전류 수준을 최소화하여 AOP에 필요한 전력을 최소화하기 위한 것이다.

상기 배열은 전극 쌍의 단일 층에 제한되지 않으며, 오염된 물이 직렬 다중 전극 쌍 또는 군을 만나도록 효과적으로 배열된 전극 쌍 또는 군의 다중 층을 포함하도록 추가로 확장될 수 있다. 둘 이상의 직렬 전극 쌍 또는 전극 군이 활용되는 경우에, 각각의 전극 쌍 또는 전극 군이 독립적으로 기능함을 확실히 하기 위해 각각의 후속 전극 쌍 또는 전극 군 사이의 최소 거리는 바람직하게는 선행 전극 쌍 또는 전극 군의 애노드 및 캐소드(들) 사이의 거리보다 멀다. 상기 간격은 전극을 지지하고 서로에 대해 올바른 위치를 유지하는 적합한 어셈블리 또는 마운팅에 의해 달성될 수 있다. 전기분해 구역의 올바른 치수를 유지하기 위해 애노드와 캐소드 사이에 있는 비-전도성 스페이서가 활용될 수 있다.

전기분해 셀은 또한 애노드 및 캐소드를 가로질러 전압을 적용하기 위한 수단 및 전극 쌍 또는 전극 군에 직류 (DC)를 공급하기 위한 수단을 포함한다. 전압 및 전류를 적용하는 수단은 통상의 정류기에 의해, 또는 몇몇 다른 방법에 의해 제공될 수 있다. 오염된 물 스트림의 전도성에 따라, 공급되는 전압 및 직류의 파라미터는 최적 조건을 얻기 위해 정류기로 조작될 수 있다. 전극과 전압 및 전류의 공급원 사이의 전기 접속부는 각각의 전극 쌍의 전류 부하 및 셀 전압이 개별적으로 조정될 수 있도록 단극성 (병렬로 접속됨)일 수 있거나, 또는 전류 효율 대 전압 효율 사이의 바람직한 균형에 따라 양극성 (직렬로 접속됨)일 수 있다.

전기분해 셀은 유리하게는 전극을 세정하기 위한 추가의 메카니즘을 포함할 수 있다. 특히, 이는 상기 성질의 전기분해 셀에서 전형적으로 마주치게 되는 원치않는 캐소드 침착물을 포함하는 캐소드를 세정하기 위한 것이다. 이는 극성 역전 (PR)에 의해, 또는 제자리 세정 (CIP)에 의해 달성될 수 있는 것으로 규명되어 있다. 극성 역전의 경우에는, 애노드 및 캐소드 둘 모두에 대해 동일한 재료가 사용되고, 전류는 캐소드 침착물이 전기분해 셀의 효율에 악영향을 미치기 시작했을 때 극성이 역전된다. 전류의 극성이 역전될 때, 캐소드는 애노드가 되고 깨끗한 애노드는 캐소드가 되며, 이에 따라 각각의 전극은 이중 기능을 갖는다. PR에 의한 단점은 애노드 및 캐소드 둘 모두가 적절한 보호 표면 코팅을 요구하기 때문에 전기분해 셀의 비용이 증가한다는 것이다. CIP 방법의 경우에는, 개별 애노드 및 캐소드는 단지 단일 기능만을 갖도록 활용되고, 캐소드 침착물은 예를 들어 전극과 접촉하도록 운반되어 소정의 기간 동안 남아있는 산의 도입에 의해 제거된다. 캐소드 침착물이 산에 의해 용해되고 나면, 전기분해 셀은 비워지고 정상 전기분해가 다시 시작된다. CIP 방법의 경우에는 단지 애노드만이 전형적으로 고가의 적절한 표면 코팅을 요구하므로, 비용이 감소된다.

또한, 캐소드, 이어서 애노드, 이어서 캐소드로 이루어진 상기 기재된 전극 군이 활용되는 경우에, 캐소드 표면적은 증가되고, 캐소드 전류 밀도 (이는 m²당 amp로서 기재될 수 있음)는 감소된다. 이는 캐소드 침착물의 성장 및 세정에 대한 필요를 감소시키는데, 캐소드 침착물에 있어서 성장 속도 대 전류 밀도는 공지되어 있는 정의된 상관관계를 갖기 때문이다.

티타늄, 탄탈럼, 텅스텐, 몰리브데넘 또는 니오븀, 이리듐, 루테늄, 팔라듐, 스테인레스 스틸, 니켈, 규소, 유리상 탄소, 흑연, 중합체성 탄화물, 전도성 세라믹과 같은 (그러나 이에 제한되지는 않는) 물질, 및 에보넥스(Ebonex)와 같은 복합체가 이용되는 몇몇 흔한 전극 물질이다. 애노드에 대해서, 치수 안정성 애노드 (DSA)는 상기 물질들 중 하나를 기재로서 이용하고 기재 물질을 귀금속 예컨대 백금, 금, 은 또는 앞서 언급한 금속 및 기타, 예컨대 이리듐, 팔라듐, 오스뮴, 루테늄, 백금, 로듐 또는 탄탈럼을 포함하는 귀금속의 혼합된 금속 산화물 용액으로 표면 코팅하여 제조될 수 있다. 그러나, 전극 물질 및 전극 구조에서의 최근의 발달은 OHㆍ라디칼이 AOP에 의해 훨씬 더 효율적으로 제조되는 것을 가능하게 하였다. 특히 붕소 도핑된 다이아몬드 (BDD) 애노드는 상기 물질들 중 하나가 기재로서 이용될 수 있는 유의한 이점을 제공하고 붕소 도핑된 다이아몬드 필름으로 표면 코팅된다. 캐소드에 대해서, 애노드와 비슷한 코팅이 사용될 수 있거나 또는 캐소드가 상기 기재된 세정 방법에 따라 코팅되지 않을 수 있다.

BDD 전극은 극도로 안정하고, 탁월한 부식 특성을 가지며, 다른 전극들에 비해 훨씬 더 큰 전기화학적 전위창을 가능케 하는 독특한 전기화학적 특성을 갖는다. 백금 코팅과 비교하여, 전기화학적 창이 거의 이중이다. 이 독특한 특성으로 인해 임의의 다른 화학물질을 첨가하지 않거나 또는 높은 전류 효율에서 컨디셔닝하지 않고 쉽게 규모 조정할 수 있는 공정을 사용하여 요구되는 전력을 간단히 조절하여 OHㆍ라디칼이 수중에서 바로 생성될 수 있게 한다.

본 발명에서 전극을 위한 기재의 기하학적 구조는 오염된 물이 전극 쌍 또는 전극 군을 통해 흐를 수 있게 하고 이에 따라 OHㆍ라디칼의 생성을 위한 최대 표면적 접촉을 가능케 하는 부분 개방 표면 영역을 갖는 투과성일 수 있다. 전극의 구조는 확장된 메쉬 전극, 편성 또는 제직 메쉬 전극, 소결 또는 발포 메쉬 전극, 매듭 전극, 분산 전극 및 망상 전극 유형일 수 있다.

전극의 물질 및 기하학적 구조의 신중한 선택이 전기분해 공정의 효율을 촉진하고 특정 반응 및 원치 않는 부산물의 발생을 감소/증가시키는데, 예를 들어, 수소의 생성을 감소시킨다. 또는 특정 반응의 발생을 증가시킬 수 있는데, 예를 들어 바람직한 최종 결과에 따라 염소 또는 총 잔류성 산화물(Total Residual Oxidants)의 생산을 증가시킬 수 있다. 3D 메쉬, 특히 비교적 작은 개구부를 갖는 것들, 예컨대 편성 또는 제직 메쉬 전극을 사용함으로써 오염물질이 애노드에서 빠르게 반응하는 생성물, 즉 OHㆍ라디칼에 강제로 매우 가까이 근접하게 되기 때문에 (따라서 그와 더욱 잘 반응하기 때문에) 전기분해 공정의 효율 및 그에 따라 AOP가 크게 증가될 수 있다.

상기 논의된 2개의 서브 시스템이 분리된 개별적 처리로서 자연스럽게 직렬로 놓일 수 있었지만 본 발명자들은 개별적 서브 시스템이 비자명한 방식으로 통합되는 경우에 이것이 신규 처리 장치의 모든 매우 유리한 이점을 제공한다는 것을 발견하였다. 특히, 처리되는 물의 세제곱 미터 당 전력 요구를 감소시킬 수 있게 하여 처리 공정의 효율이 증가될 수 있다. 이것은 유리하게는 더욱 환경 친화적인 처리 공정을 제공하는데, 낮은 전력이 요구됨에 따라 관련된 CO₂ 생산이 또한 감소되기 때문이다.

이러한 이점을 얻기 위하여 애노드(들) 및 캐소드(들)이 비자명한 방식으로 정렬된다. 제2 통합 서브 시스템의 전극 쌍 또는 전극 군의 애노드 및 캐소드가 종방향 및 동심으로 정렬되어 동심 전해조 구역을 형성하고 이들은 또한 제1 통합 서브 시스템의 중공 여과 요소의 여과 표면에 대해 종방향 및 동심으로 정렬된다. 평면 여과 표면의 경우에 평면 전극 쌍 또는 전극 군이 평면 여과 표면에 맞추어 정렬된다.

전극 쌍 또는 전극 군은 물이 여과 요소의 외부로부터 내부로 흐를 때 여과 요소의 내부에 위치할 수 있거나 또는 바람직하게는, 물이 여과 요소의 내부로부터 외부로 흐를 때 여과 요소의 외부에 위치할 수 있다. 이 흐름 방향은, 자동 역세척 메커니즘이 이용되는 경우 그것의 용이한 구축 및 조밀성을 가능케 한다. 전극 쌍 또는 전극 군과 여과 요소의 표면 사이의 거리는 처리 장치의 풋프린트를 최적화할 만큼 이상적으로 가깝고, 앞서 논의된 캐소드와 애노드 사이의 거리와 전형적으로 동일하다.

전극 쌍 또는 전극 군을 여과 요소의 여과 표면에 대해 종방향 및 동심으로 정렬시킴으로써 본 발명이 상기 언급된 감소된 물의 속도 및 이에 따른 여과 요소 인근에서의 오염된 물의 증가된 체류 시간의 이점을 취할 수 있게 한다. 정해진 유량에서, 오염된 물이 고정된 속도로 여과 요소의 한 또는 양 말단에서 도입되고 이어서 퍼져 나가고, 속도가 낮춰지고 각 여과 요소의 여과 표면을 통과하여 및 그에 대하여 주로 수직 방향으로 전환된다. 여과 요소의 여과 표면의 영역이 바람직하게는 여과 유입구(들) (또는 만약 오염된 물 흐름이 역전된다면 여과 출구들)의 영역보다 크기 때문에, 물의 속도는 유의하게 감소된다. 이는 캐소드 및 애노드에서 생성되는 반응 생성물에게 전기분해 구역으로부터 수송되어 나가기 전에 그들이 생성되는 위치의 인근에서 반응하는 더 긴 기간을 허용한다. 이는 반응 생성물의 증가된 처리 효율을 제공한다.

언급한 바와 같이, 상기 배열은 전극 쌍 또는 전극 군의 단일 층에 제한되지 않고, 유리하게는 직렬로 효과적으로 배열되는 전극 쌍 또는 군의 다수 층을 포함하도록 추가로 연장되어 단일 신규 처리 장치에서 화학적 소독 단계의 반복되는 용량을 효과적으로 적용할 수 있다. 개시된 본 발명에 대해 가능한 추가적인 유의한 향상은 둘 이상의 상이한 전극 쌍 또는 전극 군이 직렬로 개별적으로 포함되거나 또는 부분적으로 중첩될 수 있는 것이다. 이것의 이점은 전극 쌍 또는 전극 군 중 하나가 동력 공급받으면서 다른 하나는 그렇지 않거나, 또는 전극 쌍 또는 전극 군 중 전부 또는 일부가 동시에 동력 공급받을 수 있다는 것이다. 전극의 물질 및 기하학적 구조 및 적용되는 전압 및 전류에 따라 다양한 수준의 반응 생성물이 생성될 수 있고, 이들의 양은 당면한 용도에 맞추어진다.

예를 들어, 전극 쌍 또는 군의 조합은 캐소드, BDD 애노드, 캐소드, DSA 애노드 및 마지막으로 캐소드로 이루어질 수 있다. 이러한 부분적으로 중첩되는 구성에서 중심 캐소드는 애노드를 그의 한 측면에서 보조한다. BDD 애노드는 저 전도성 물에서 특히 잘 기능하는 반면에 DSA는 0.2% 염화나트륨 초과의 전도성을 갖는 물에서 특히 잘 기능한다. 이는 예를 들어 초 저 전도성 물을 BDD 전극에 의해 생성된 OHㆍ라디칼로 처리하는 가능성 또는 더욱 전도성인 물에서 반응 생성물 예컨대 염소 또는 총 잔류성 산화물(TRO)의 제조로부터 덜 비싼 DSA 전극으로 처리하는 가능성을 허용할 것이다. 또는, 두가지 유형의 반응 생성물이 모두 동시에 생성될 수 있다. 본 출원서 작성 시점에서, 본 발명자들은 둘 이상의 상이한 전극 유형을 단일 유닛 내에 갖는 전기분해 셀을 알지 못하며 이것이 그 자체로 신규한 발명이라고 믿는다.

여과 요소가 캐소드와 동일한 물질로 구축된다면 본 발명에 대한 더욱 유리한 확장을 성취할 수 있는데, 이는 여과 요소 자체가 단일 캐소드 애노드 쌍 또는 이(2) 캐소드 일(1) 애노드 전극 군에서 캐소드로서 역할하는 것을 가능하게 할 수 있기 때문이다. 이는 오염물질이, 만약 그렇게 요망되는 경우에, 캐소드에서 생성된 반응 생성물에 매우 가깝게 인접함 (및 그에 따라 캐소드에서 생성된 반응 생성물과 반응할 가능성이 훨씬 더 높음)을 보장하는 이점을 제공할 것이지만, 캐소드 성장이 여과 요소를 효과적으로 차단하는 역할을 할 수 있기 때문에 만약 여과 요소가 비교적 작은 여과 크기를 갖는다면 증가된 세정 간격이 요구될 수 있다. 자동 역세척 공정이 연속적으로 여과 요소를 세정하도록 작용하기 때문에 자동 역세척 공정이 적용된다면 이것이 실제로 감소될 수 있다. 이러한 조밀하게 통합된 구성에서, 통합된 서브 시스템은 작동을 위해 서로에게 완전히 의지하게 되는데, 그 이유는 여과 요소가 전기분해 유닛의 일부가 되고 전기분해 유닛이 여과 요소의 일부가 되기 때문이다. 따라서, 신규 처리 장치의 풋프린트가 감소된다.

낮은 여과 크기에 대한 적합한 표면 코팅 방법이 가능하다면 여과 요소가 애노드로서 기능할 수 있는 경우에 본 발명에 대한 더욱 유리한 확장을 성취할 수 있다. 이는 아주 유리한 효과를 제공하는데 오염물질이 효과적으로 강제로 애노드에서 고 반응성 반응 생성물, 즉 OHㆍ라디칼에 매우 가깝게 인접하게 되고 (따라서 그와 반응할 가능성이 훨씬 더 높기) 때문이다. 이런 경우에, 여과 요소가 애노드로서 작용하기 때문에 캐소드 성장은 문제가 아니다. 유사하게, 이러한 조밀하게 통합된 구성에서 통합된 서브 시스템은 작동을 위해 서로에게 완전히 의지하게 되는데, 그 이유는 여과 요소가 전기분해 유닛의 일부가 되고 전기분해 유닛이 여과 요소의 일부가 되기 때문이다. 이는 또한 신규 처리 장치의 풋프린트의 감소를 허용한다.

이러한 구성에서, 애노드가 오염물질로 막히지 않도록 주의해야 하고, 따라서 여과 요소의 여과 표면을 깨끗이 유지하기 위해서 자동 역세척 공정이 사용되는 경우에 훨씬 더 자주 필요로 될 수 있다. 또한, 더욱 효율적인 AOP가 적용된다면, 반응 생성물의 적용이 매우 표적화되고 집중됨에 따라 보다 많은 양의 잔류 반응 생성물이 남을 것이기 때문에 여과 크기 사양이 증가될 수도 있다. 남은 잔류 반응 생성물은 더 큰 오염물질을 소독하거나 또는 중화시키도록 작용할 수 있다. 이는 오염된 물 또는 액체 시스템에서 펌핑에서의 에너지 절약 및 감소된 압력 손실을 초래할 것이다. 또는, 더욱 효율적인 AOP 시스템은 적용된 전압 또는 전류를 감소시켜 감소된 전력 사용을 가져올 수 있게 할 것이다.

본 발명에 대한 이로운 변형은 전극 쌍(들) 또는 전극 군(들)의 단일 또는 다수 층 또는 심지어 여과 요소 그 자체가 그들 사이에 비전도성 절연 스페이서를 갖는 하위 구획으로 나뉠 수 있어 그에 따라 병렬로 배열된 많은 하위 전극 쌍 또는 전극 군 또는 하위 필터 요소를 효과적으로 제공할 수 있다는 것이다. 이어서 비전도성 절연 스페이서의 치수가 수동으로 또는 자동으로 조절되어 용도에 따라 전극 쌍(들) 또는 전극 군 및 필터 요소에 인접한 물 또는 액체 속도 및 활성 영역을 미세 조정할 수 있다. 이것의 추가적인 이점은 전체적인 전극에 걸쳐 전류를 더욱 고르게 분배하여 그에 따라 전극에서의 핫 스팟 (전기 저항에서의 국부적 차이에 기인)을 피하고 반응 생성물의 더욱 균일한 생성을 촉진하기 위해서 다수의 전류 분배기 (또는 전기적 버스 바)가 전극 쌍 또는 전극 군의 전체 길이를 따라 포함될 수 있다는 것이다.

따라서, 본 발명에서, 감소된 물 또는 액체 속도 및 고 반응성 반응 생성물의 증가된 체류 시간의 조합에서 기인하는 아주 이로운 효과가 성취되고, 추가로, 본 발명의 특정한 조밀하게 통합된 구성은 오염물질이 반드시 반응 생성물이 생성되는 위치에 매우 인접하도록 한다. 이러한 특징은 고 반응성 OHㆍ라디칼이 매우 짧게 생존하고 따라서 반응 생성물의 처리 효율이 증가함에 따라, 전력 소비에서의 상당한 감소를 수득할 수 있기 때문에 아주 큰 이점이다.

본 발명은 또한 유기체 및 유기 및 비-유기 오염물로 오염된 물 또는 액체의 처리를 위한 방법에 관한 것이고, 이는 처리가 적용되는 처리 장치에 걸쳐 매우 높은 체적 유량부터 매우 낮은 체적 유량까지의 넓은 범위의 유량을 아우르며, 여기서 상기 물 또는 액체 또한 거의 비전도성 내지 매우 전도성인 초 고 전도성 또는 초 저 전도성 특성의 넓은 범위를 갖는다.

기재된 바와 같이, 처리 장치는 통합된 물리적 고체-액체 분리 단계 및 화학적 소독 단계를 AOP와 함께 사용함에 의한 오염된 물 또는 액체의 처리를 제공한다. 고체-액체 분리 단계는 특정 여과 크기 초과로 보다 큰 오염물질의 대부분을 물리적으로 제거하는 반면에 AOP는 OHㆍ라디칼 및 기타 반응성 산화 종을 생성하여 오염된 물을 화학적 소독 단계로 처리한다. 유기체 및 유기 및 비-유기 오염물질을 AOP의 고 반응성 생성물에 노출시키는 것은 산화를 통해 오염물질을 효과적 및 효율적으로 중화시킨다. 또한, 더욱 지속성이지만 반응성이, 예컨대 염소 또는 총 잔류성 산화물만큼은 아닌 산화 종이 또한 생성될 수 있다.

여과 요소의 여과 표면의 제곱 미터 당 오염된 물 또는 액체 유량의 유량 범위는 크고, 선택된 여과 크기 및 시스템에서의 허용 압력 손실에 따라 다르다.

용도에 따라서, 난류가 혼합을 증가시키고 그에 따라 물질 전달을 촉진하고 개선하기 때문에, 전극의 부근에서 난류를 증가시키는 것이 유익할 수 있다.

본원에 기재된 바와 같이, 단일 또는 다중 층의 전극 쌍(들) 또는 전극 군 또는 필터 요소 자체는 그들 사이에 비-전도성의 절연 스페이서를 갖는 하위-구획으로 분할될 수 있고, 이어서 비-전도성의 절연 스페이서의 치수는 용도에 따라 전극 쌍(들) 또는 전극 군 또는 여과 요소의 (정상 유동 경로 일부를 차단함으로써) 활성 영역을 미세 조정하도록 수동으로 또는 자동으로 조절될 수 있다. 활성 전극 영역의 조절은 물 또는 액체 속도의 조절을 가능하게 함으로써 주어진 유량에 대한 난류를 증가시키거나 감소시킨다. 추가로, 전극의 표면을 (돌기를 갖는 경우) 스크래칭하거나 거칠게 양각 또는 패턴화되도록 하여 전극 근처의 국소 난류를 증가시킬 수 있지만, 속도 및 난류의 정도가 처리 장치에서 원치않는 압력의 손실 또는 공동화를 야기할 정도로 높지는 않아야 한다.

처리 장치는 제어 시스템, 예컨대 PLC에 연결될 수 있고, PC로 국소적으로 감독할 수 있거나, 바람직하게는, 예를 들어 중앙 제어실에서 원격으로 감독할 수 있다. 이는 작업 순서, 상태 메세지 및 알람을 제어, 모니터링 및 기록하는 것을 가능하게 한다. 화학물질 측정 장치, 예를 들어 염소 또는 TRO 측정 장치는 임의의 잔류 화학물질 농도 또는 처리 장치 이후의 다른 변수를 계속 모니터링하기 위해 포함될 수 있고, 국소로 오염된 물 또는 액체 상태에 따라 인가된 전압 및 전류를 자동으로 조절할 수 있다.

다양한 지역에서의 오염된 물 또는 액체의 압력, 유량, 온도, pH 및 전도성 및 다른 변수도 측정할 수 있고, 이어서 제어 시스템은 상기에 기재된 바와 같이 필요한 경우 DSA 또는 BDD 애노드 사이에서 전환되거나 필요한 경우 전압 및 전류를 조절하도록 자동으로 작동될 수 있다. 또는, 때때로, 오염된 물 또는 액체가 처리 장치에 진입하기 전, 또는 처리된 물 또는 액체를 배출할 때 첨가제 또는 중화제를 사용하여 오염된 물 또는 액체의 전도성 또는 pH 또는 다른 특성을 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 상대적으로 소량의 잔류 화학물질이 포함된 경우 자동 역세척 메카니즘으로부터의 역세척 유동으로 이것이 환경으로 배출되는 것을 발견할 수 있는데, 이 경우에 역세척 유동의 다양한 특성을 모니터링할 수 있고, 처분된 물 또는 액체가 요구에 따라 중화 또는 조절되고 처분하기에 안전한 것이 보장되도록 중화 또는 조절 유닛도 또한 포함될 수 있다.

자동 역세척 처리에 사용되는 압력 차이 및 그에 따라 그의 세정 능력을 효과적으로 상승시키는 수소 제거 (또는 다른 물질의 제거) 시스템 또는 진공 펌프를 역세척 여과 공정에 추가하는 것과 같이, 처리 공정을 조절, 제거 또는 증진시키기 위해 처리 공정에 추가의 성분을 추가할 수 있다. 상기에 언급한 바와 같이, 역세척 유동이 원치않는 잔류 화학물질을 함유한 경우, 처분 전에 역세척 유동을 중화시키기 위해 적절한 중화 성분을 포함시킬 수 있다.

특정 경우에, 펄스 전류를 갖는 AOP를 작동시켜 오염된 물 또는 액체의 처리를 추가로 개선하는 것이 바람직할 수 있다. 펄스 부하는 이산형, 삼각형, 사인곡선형 또는 단계형일 수 있고 시간 경과에 따라 달라지거나 그렇지 않을 수 있다.

따라서, 대량 및 소량의 물 또는 액체 부피 둘 다를 효과적이고 효율적으로 처리할 수 있다. 본 발명에 따르는 신규 처리 장치는 단순히 병렬로 배열된 여과 요소의 수를 조절하고 공통의 유입구/출구를 갖는 동일한 공통의 하우징 내의 여과 요소의 직경 및/또는 길이를 조절함으로써 매우 적은 유량으로부터 매우 큰 유량으로 유리하게 규모 확장될 수 있다. 동시에, 전극 쌍 또는 전극 군의 수 및 치수도 맞추어 조절할 수 있다. 그러나, 특정 경우에, 신규 처리 장치의 풋 프린트를 감소시키거나 배터리와 같은 직렬 또는 병렬인 완전히 분리된 처리 장치 유닛을 설치하기 위해 일단 처리된 오염된 물 또는 액체를 신규 처리 장치를 통해 다수회 재순환시키는 것이 바람직할 수 있다.

또한 본원에 개시된 본 발명은 특히 이에 한정되지는 않지만 자연, 가정 및 산업 공정으로부터의 물의 처리를 비롯한 급수 제조에 사용되는 물, 상류에서 사용되는 물 및 오일/기체 폭발로부터 생성되는 물, 우주선에 운반되거나 사용되는 물, 또는 운수업, 대중교통 및 개인용 차량에 운반되거나 사용되는 물, 또는 해양 설치물에 운반되거나 사용되는 물의 처리를 위한 신규 처리 장치의 사용에 관한 것이며, 본 발명은 특히 육지에서, 교통수단에서, 또는 부유하거나 영구적 유닛, 예컨대 부유하는 수경 설치물 (어류 농장) 또는 석유 굴착에서 발견될 수 있는 해수 용도, 폐수 용도 및 수경 용도에 적용시에 유용하며, 오일 및 기체의 제조와 연관된 다른 설치물에 적용할 수 있다.

또한 신규 처리 장치는 산업 분야, 예컨대 식품 및 음료 가공, 미네랄 및 슬러리 가공, 약품 가공, 화학물질 가공 및 발전 용도, 예컨대 발전소를 위한 냉각수 또는 엔진을 위한 냉각수 또는 가열/환기를 위한 냉각수 또는 냉장 또는 열 교환기를 위한 냉각수 가공에 효과적으로 적용될 수 있고, 물에 기반한 액체에만 제한되지 않고, 필요한 경우 상이한 화학적 소독 단계로 및 상이한 전극 물질 및 구성으로 산 및 알칼리를 처리하는데 사용될 수도 있다.

추가의 적용 분야는 일부만 예를 들면 살충제의 처리, 계면활성제의 제거 (예를 들어, 석유 유출), 색소 조절, 제약 전처리 (예를 들어, 무균실에서의 최종 사용을 위해), 및 내분비 교란 화학물질의 제거, 독성 유기 화합물, 원수 소독, 막 세정 순서, 소방수, 해수 흡입구에서의 성장 방지를 제공하는 물의 처리 및 흡입 케이슨에서 열 교환기까지를 들 수 있다. 본 발명은 또한 방사능으로 오염된 폐수 또는 해수의 처리, 예컨대 방사성 원소 및 입자의 탈활성화 또는 중화에 사용될 수 있다.

전극의 이전에 또는 부근에 예를 들어 다공성 전극을 통해 또는 비-전도성의 절연 스페이서를 통해 추가량의 화학물질, 첨가제 또는 기체를 도입시킬 수 있다. 우선적 화학 반응을 생성하거나 또는 유용한 부산물을 생성하도록 추가량의 화학물질, 첨가제 또는 기체를 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 방식으로 도입된 과량의 산소 기체를 캐소드에서 생성된 수소와 반응시켜 자유 수소 기체를 최소화할 수 있거나, 또는 캐소드에서 생성된 수소와 반응하는 탄소 및 다른 화학물질을 도입시켜 연료로서 사용되는 유용한 탄화수소 또는 그의 유도체를 생성시킬 수 있다. 유사하게, 추가의 화학물질 또는 첨가제 또는 기체를 전극의 부근에 도입시켜 동일한 방식으로 다른 생성된 화학물질과 반응시킬 수 있다.

이제 도면을 참고로 실시양태가 보다 상세히 설명될 것이다.

도면을 보면, 도 1a는 전극 쌍이 여과 요소에 대해 자명하지 않은 신규 방식으로 정렬될 수 있는 방법을 예시한 것이다.

여과 요소는 본원에서 반투과성 중공 부재와 상호교환적으로 기재되어 있다.

상기 도면에서 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부로부터 여과 요소 외부로 가도록 배열된 것이다. 그러나, 본원에 기재된 바와 같이 역 배열도 적용될 수 있다. 이 경우에 전극 쌍은, 일단 여과 요소 (1)을 통과한 오염된 물 또는 액체 흐름이 먼저 양극 애노드 (2)를 만난 다음, 음극 캐소드 (3)을 만나도록 배열된다. 양극 애노드 (2) 및 음극 캐소드 (3) 사이의 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았고, 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

도 1b는 전극 군이 자명하지 않은 신규 방식으로 여과 요소에 느슨한 통합 방식으로 배열될 수 있는 방법을 예시한 것이다. 상기 도면에서 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부로부터 여과 요소 외부로 가도록 배열된 것이다. 그러나, 역 배열도 적용될 수 있다. 이 경우에 전극 군은, 일단 여과 요소 (1)을 통과한 오염된 물 또는 액체 흐름이 먼저 음극 캐소드 (3)을 만난 다음, 양극 애노드 (2)에 이어서 음극 캐소드 (3)을 만나도록 배열된다. 양극 애노드 (2) 및 음극 캐소드 (3) 사이의 다중 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았고, 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

도 1c는 다중 전극 쌍 (또는 전극 군)이 자명하지 않은 신규 방식으로 여과 요소에 직렬로 정렬될 수 있는 방법을 예시한 것이다. 상기 도면에서 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부로부터 여과 요소 외부로 가도록 배열된 것이다. 그러나, 역 배열도 적용될 수 있다. 이 경우에 다중 전극 쌍 (또는 군)은, 일단 여과 요소 (1)을 통과한 오염된 물 또는 액체 흐름이 먼저 양극 애노드 (2)를 만난 다음, 제1 전극 쌍의 음극 캐소드 (3)을 만나도록 별개로 배열된다. 이어서, 제2 전극 쌍 (또는 군)에 의해 추가 처리가 적용되는데, 여기서 물 또는 액체는 제2 전극 쌍의 양극 애노드 (2)를 만난 다음, 제2 전극 쌍 (또는 군)의 음극 캐소드 (3)를 만난다. 유사한 방식으로, 다중 전극 쌍 (또는 군)을 배열할 수 있다. 전극 쌍 (또는 군) 사이의 다중 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았고, 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

도 1d는 다중 전극 군 (또는 전극 쌍)이 자명하지 않은 신규 방식으로 여과 요소에 느슨한 통합 방식으로 직렬로 정렬될 수 있는 방법을 예시한 것이다. 상기 도면에서 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부로부터 여과 요소 외부로 가도록 배열된 것이다. 그러나, 역 배열도 적용될 수 있다. 이 경우에 다중 전극 군 (또는 쌍)은 부분적으로 중복되어 배열되고, 양극 애노드는 2개 이상의 상이한 물질, 예를 들어 BDD 애노드 (2a) 및 DSA 애노드 (2b)로부터 제조된다. 음극 캐소드 (3)은 공통 물질로부터 제조되고, 중앙 음극 캐소드를 공유한다. 다중 전극 군 (또는 쌍)은, 일단 여과 요소 (1)을 통과한 오염된 물 또는 액체 흐름이 먼저 음극 캐소드 (3)을 만난 다음, 양극 애노드 (2a)에 이어서 공유 음극 캐소드의 음극 캐소드 (3)을 만나도록 배열된다. 이어서, 오염된 물 또는 액체가 제2 전극 세트의 양극 애노드 (2b)에 이어서 제2 전극 세트의 음극 캐소드 (3)을 만남에 따라 추가 처리가 적용된다. 유사한 방식으로, 다중 전극 군 (또는 쌍)을 배열할 수 있다. 전극 군 (또는 쌍) 사이의 다중 전기분해 구역 (4a 및 4b)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았고, 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

상기에 논의된 바와 같이, 도 1d (또는 1c)의 배열의 이점은 전극 군 (또는 쌍) 중 어느 하나에 동력이 공급될 수 있지만 다른 것은 그렇지 않거나, 전극 군 (또는 쌍) 둘 다에 동시에 동력이 공급될 수 있다는 것이다. 전극의 물질 및 기하학적 구조 및 인가된 전압 및 전류에 따라 다양한 수준의 반응 생성물이 발생할 수 있으며, 그 양은 당면한 용도에 맞추어진다. 이는 예를 들어 초 저 전도성 물 또는 액체를 BDD 전극에서 생성된 OH· 라디칼로 처리하는 가능성, 또는 보다 더 전도성인 물 또는 액체에서 반응 생성물, 예컨대 염소 또는 총 잔류 산화제 (TRO)의 제조를 덜 비싼 DSA 전극으로 처리하는 것을 가능하게 할 수 있다. 또는, 반응 생성물의 유형 둘 다가 동시에 발생할 수 있다.

도 1e는 전극 군이 자명하지 않은 신규 방식으로 여과 요소에 조밀하게 통합된 방식으로 배열될 수 있는 방법을 예시한 것이다. 상기 도면에서 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부로부터 여과 요소 외부로 가도록 배열된 것이다. 그러나, 역 배열도 적용될 수 있다. 이 경우에 전극 군은 여과 요소 자체가 음극 캐소드로서 작용하고, 일단 음극 여과 요소 캐소드 (1)을 통과하면, 이어서 오염된 물 또는 액체 흐름이 양극 애노드 (2)를 만난 다음, 음극 캐소드 (3)을 만나도록 배열된다. 음극 여과 요소 캐소드 (1) 및 양극 애노드 (2) 및 음극 캐소드 (3) 사이의 다중 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았고, 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

도 1f는 전극 쌍이 어떻게 신규한 비자명한 방법으로 여과 요소에 조밀하게 통합된 방식으로 정렬될 수 있는지 도시한다. 상기 도면에서, 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부에서 여과 요소 외부로 향하도록 배열된다. 그러나, 반대의 배열이 또한 가능할 수 있다. 이 경우 전극 쌍은, 여과 요소 자체가 양극 애노드로서 작용하고 양극 여과 요소 애노드 (1)을 일단 통과하면 오염된 물 또는 액체 흐름이 음극 캐소드 (3)과 만나도록 배열된다. 양극 여과 요소 애노드 (1) 및 음극 캐소드 (3) 사이의 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았으며 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

상기 논의한 바와 같이, 도 1e에 나타낸 배열은 요구될 경우 오염물질이 캐소드에서 생성된 반응 생성물에 매우 근접하게 위치하도록 (및 따라서 그와 반응할 가능성이 훨씬 높도록) 보장하는 이점을 제공한다. 또는 도 1f에 나타낸 배열은 오염물질이 애노드에서 고도로 반응성인 반응 생성물, 즉 OH· 라디칼에 매우 근접하게 위치하도록 (및 따라서 그와 반응할 가능성이 훨씬 높도록) 하는 매우 유리한 효과를 제공한다.

이러한 통합된 구성에서, 통합된 서브 시스템은 작동에 있어서 완전히 서로에게 의존하게 되는데, 그 이유는 여과 요소가 전기분해 유닛의 일부가 되고 전기분해 유닛이 여과 요소의 일부가 되기 때문이다. 따라서, 신규 처리 장치의 풋프린트는 감소된다. 또한, 보다 효율적인 AOP가 적용될 경우, 반응 생성물의 적용이 고도로 표적화되고 집중화됨에 따라 보다 많은 양의 잔여 반응 생성물이 남기 때문에 필터 크기 사양이 증가될 수 있다. 이후 남아있는 잔여 반응 생성물은 보다 큰 오염물질을 소독 또는 중화시킬 수 있다. 이는 오염된 물 또는 액체 시스템의 펌핑에 있어서 압력 손실을 감소시키고 에너지 절약을 야기한다. 또는, 보다 더 효율적인 AOP 시스템은 적용되는 전압 또는 전류를 감소시켜 감소된 전력 사용을 야기한다.

도 1g는 전극 쌍 또는 전극 군이 신규한 비자명한 방법으로 여과 요소에 정렬되어 본 발명에 유익한 변형을 제공할 수 있는 방법을 도시한다. 상기 도면에서, 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부에서 여과 요소 외부로 향하도록 배열된다. 그러나, 반대의 배열이 또한 가능할 수 있다. 이 경우 전극 군은, 일단 여과 요소 (1)을 통과한 오염된 물 또는 액체 흐름이 먼저 음극 캐소드 (3)과 만나고 이후 양극 애노드 (2) 및 이후 음극 캐소드 (3)과 만나도록 배열된다. 양극 애노드 (2) 및 음극 캐소드 (3) 사이의 다중 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았으며 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

그러나, 도 1g에서, 전극 쌍(들) 또는 전극 군(들)의 단일 또는 다중 층은 그 사이의 비-전도성 절연 스페이서 (5)에 의해 하위 구획들로 나뉨으로써 다수의 하위 전극 쌍 또는 전극 군이 병렬로 효과적으로 배열된다. 또한 여과 요소 (1) 자체가 동일한 방식으로 하위 구획으로 나뉠 수도 있지만, 나타내지는 않았다. 비-전도성 절연 스페이서 (5)의 치수는 수동으로 또는 자동으로 조정되어 용도에 따라 활성 전극 (및 필터) 면적 및 전극 쌍(들) 또는 전극 군(들)에 인접한 물 또는 액체 속도를 미세하게 조정할 수 있다. 상기의 부가적인 이점은 전극의 전체 길이에 걸쳐 전류를 보다 균일하게 분배하기 위해 다중 전류 분배기 (또는 전기 버스 바) (6)이 전극 쌍 또는 전극 군의 전체 길이를 따라 포함될 수 있으며, 그에 따라 (전기 저항의 국부 차이로 인한) 전극 내 핫 스팟을 피하고 반응 생성물의 보다 균일한 생성을 촉진한다는 것이다.

도 1g에는 개별 전극이 곡선으로 나타나 있지만, 제작의 용이함 및 전극의 비용을 줄이기 위해 전극 (및 하위 구획으로 나뉘는 경우 심지어 여과 요소 자체)은 평면 부품으로 제작될 수 있다. 동일한 측면에서 볼 때, 전극 (및 심지어 여과 요소 자체)은 다수의 불연속 평면을 갖는 다각형 모양 (또는 대략 구)으로 형성되는 것으로 보인다.

용도에 따라, 난류는 혼합을 증가시키고 그에 따라 물질 전달을 촉진 및 향상시키기 때문에 전극 근처에서 난류를 증가시키는 것이 유익할 수 있다. 이어서 비-전도성 절연 스페이서 (5)의 치수의 수동 또는 자동 조정은 물 또는 액체 속도의 조정이 가능하도록 하고 따라서 주어진 유량에 따라 난류를 증가 또는 감소시킬 수 있도록 활성 전극 영역 (및 하위 구획으로 나뉘는 경우 심지어 여과 요소 자체)을 조정할 수 있다. 또한, 전극 쌍 또는 전극 군 근처에서의 국부 난류를 거칠어지게 하고 증가시키기 위해 전극의 표면은 스크래칭되거나 또는 양각화 또는 패턴화될 수 있다.

도 2a 내지 2d는 도 1g에 기재된 통상적인 배열을 보다 자세히 도시한다. 상기의 경우 도 1g의 배열은 오염된 물 또는 액체가 들어오고 나가는 주 유입구 (8) 및 주 출구 (9)를 갖는 하우징 (7)에 설치된다. 여과 요소 (1)은 오염된 물 또는 액체 흐름이 여과 요소 내부에서 여과 요소 외부로 향하도록 배열된다. 그러나, 반대의 배열이 또한 가능할 수 있다. 이 경우 전극 군은, 일단 여과 요소 (1)을 통과한 오염된 물 또는 액체 흐름이 먼저 음극 캐소드 (3)과 만나고 이후 양극 애노드 (2) 및 이후 음극 캐소드 (3)과 만나도록 배열된다. 양극 애노드 (2) 및 음극 캐소드 (3) 사이의 다중 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았으며 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

도 2b 및 2d는 이해를 돕기 위해 오염된 물 또는 액체 흐름의 방향을 채워지지 않은 화살표로 나타낸다. 도 2d는 도 2b의 주 출구 (9)의 단면도이다. 특정 용도에는 필요하지 않지만, 도 2a 내지 2d는 일부 종류의 전기, 공기 또는 수압 모터 (12)에 의해 구동되는 자동 역세척 메카니즘 (11)을 사용한다. 역세척 유량의 방향을 도 2b 내지 2c에 채워진 화살표로 나타내었다. 나타낸 바와 같이, 역세척 흐름은 역세척 출구 (10)을 통해 안전하게 배출된다.

중공 여과 요소 (1)의 배열은 오염된 물 또는 액체 흐름을 각 여과 요소의 여과 요소 표면을 통하여 및 그에 대해 일반적으로 수직 또는 방사 방향으로 우회시키도록 작용한다. 여과 요소 표면의 면적이 바람직하게는 중공 여과 요소로의 여과 요소 유입구(들) 또는 출구(들)의 전체 단면적을 초과함에 따라, 물 또는 액체의 속도는 여과 요소 표면 근처에서 상당히 감소한다. 이는 상기 기재한 것을 포함하는 다수의 이점을 야기한다.

도 2a 내지 2d는 단일 여과 요소를 갖는 신규 처리 장치로서 설치된 본 발명을 도시한다는 것을 알아야 한다. 다중 여과 요소가 통상의 주 유입구 및 주 출구를 갖는 통상의 하우징에 용이하게 설치될 수 있다. 도 2a 내지 2d는 또한 자동 역세척 메카니즘의 설계를 최적화 및 간소화하기 위해 원형 단면을 갖는 여과 요소를 도시하지만, 그러나, 다른 필터 단면이 사용될 수 있으며 심지어 평면일 수 있다는 것을 본 발명의 교시내용으로부터 인지해야 한다.

도 2e는 도 1g에 기재된 특정 배열을 보다 자세히 도시한다. 상기의 경우, 도 1g의 배열은 오염된 물 또는 액체가 들어오고 나가는 2개의 주 유입구 (8) 및 주 출구 (9)를 갖는 하우징 (7)에 설치된다. 여과 요소 (1)은 오염된 물 흐름이 여과 요소 내부에서 여과 요소 외부로 향하도록 배열된다. 그러나, 반대의 배열이 또한 가능할 수 있다. 이 경우 전극 군은, 일단 여과 요소 (1)을 통과한 오염된 물 또는 액체 흐름이 먼저 음극 캐소드 (3)과 만나고 이후 양극 애노드 (2) 및 이후 음극 캐소드 (3)과 만나도록 배열된다. 양극 애노드 (2) 및 음극 캐소드 (3) 사이의 다중 전기분해 구역 (4)가 강조되어 있다. 전기 접속부는 나타내지 않았으며 도면의 치수는 명확성을 위해 과장되었다.

도 2f는 이해를 돕기 위해 오염된 물 또는 액체 흐름의 방향을 채워지지 않은 화살표로 나타낸다. 상기 특정한 예에서, 자동 역세척 메카니즘은 사용되지 않았으며 여과 요소의 세정을 위해 분해 및 수동 세정 또는 역류 플러싱이 사용될 수 있다.

여과 요소 (1)의 배열은 오염된 물 또는 액체 흐름을 여과 요소의 여과 요소 표면을 통하여 및 그에 대해 일반적으로 수직 또는 방사 방향으로 우회시키도록 작용한다. 여과 요소 표면의 면적이 바람직하게는 중공 여과 요소로의 여과 요소 유입구(들) 또는 출구(들)의 전체 단면적을 초과함에 따라, 물 또는 액체의 속도는 여과 요소 표면 근처에서 상당히 감소한다. 이는 상기 기재한 이점을 야기한다.

도 2e 내지 2f는 단일 여과 요소를 갖는 신규 처리 장치로서 설치된 본 발명을 도시한다는 것을 알아야 한다. 유리하게는 다중 여과 요소가 통상의 주 유입구 및 주 출구를 갖는 통상의 하우징에 용이하게 설치될 수 있다. 도 2e 내지 2f는 또한 신규 처리 장치의 설계를 최적화 및 간소화하기 위해 원형 단면을 갖는 여과 요소를 도시한다. 다른 필터 단면이 사용될 수 있으며 심지어 평면일 수 있다.

도 3은 신규 처리 장치 (13)이 매우 많은 유량 또는 매우 적은 유량의 오염된 물 또는 액체의 처리를 위한 처리 공정에서 어떻게 구성될 수 있는지의 예를 제공한다.

상기 예에서, 신규 처리 장치 (13)은 PLC 또는 PC (15)와 같은 제어 시스템에 연결된다. 이것은 작동 순서, 상태 메시지 및 알람이 제어되도록 한다. 처리 공정은 전압 (14)를 양극 애노드 및 음극 캐소드에 걸쳐 적용하는 방법 및 직류 (DC)를 전극 쌍(들) 또는 전극 군(들)에 공급하는 방법을 포함한다. 전압 및 전류를 적용하는 방법은 통상적인 정류기 또는 일부 다른 방법에 의해 제공될 수 있다.

처리 공정은 바람직하게는 신규 처리 장치의 전극을 세정하는 메카니즘을 포함할 수 있다. 특히, 상기 특징의 전기분해 셀에서 전형적으로 마주치는 원치 않는 캐소드 침전물의 캐소드를 세정하기 위한 것이다. 상기는 도 3에 이중의 +ve 및 -ve 연결로 나타낸 극성 반전 (PR) 또는 전용 CIP 유닛 (16)에 의해 달성된다.

화학적 측정 장치, 예를 들어 염소 또는 TRO 측정 장치 (21)이 임의의 잔여 화학물질 농도 또는 신규 처리 장치에 따른 다른 변수를 연속적으로 모니터링하기 위해 포함될 수 있으며 국부의 오염된 물 또는 액체 조건에 따라 적용된 전압 및 전류를 자동으로 조정할 수 있다.

다양한 위치 (20)에서의 오염된 물 또는 액체의 압력, 유량, 온도, pH 및 전도성 및 다른 변수가 또한 측정될 수 있으며 제어 시스템이 상기 기재한 바와 같이 필요한 경우 상이한 전극 쌍 또는 세트, 예를 들어 DSA 또는 BDD 애노드 간에 전환시켜 주거나 또는 필요할 때 전압 및 전류를 조정하도록 자동으로 작용할 수 있다. 또는 때때로, 오염된 물 또는 액체가 신규 처리 장치에 들어가기 전에 첨가제로 또는 중화 유닛 (19)을 이용하여 오염된 물 또는 액체의 전도성 또는 pH 또는 다른 특성을 조정하는 것이 바람직할 수 있다.

추가의 성분 (22)가 처리 공정에 추가되어 처리 공정을 조정, 제거 또는 향상시킬 수 있는데, 예컨대 자동 역세척 공정에 사용되는 압력 차이를 증대시키고 그에 따른 세척 능력을 증대시키기 위해 수소 제거 (또는 다른 물질의 제거) 시스템 또는 진공 펌프 (17)을 역세척 필터 공정에 추가할 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 역세척 흐름이 원하지 않는 잔여 화학물질을 함유할 경우, 적절한 중화 성분 (18)이 포함되어 역세척 흐름을 처분 전에 필요한 만큼 중화시킬 수 있다.

본원에 기재된 본 발명의 각 측면의 특성은 임의의 적절한 조합으로 알맞게 사용될 수 있다는 것을 본원 교시내용의 이점으로 인지하여야 한다. 따라서 하기 제시한 청구항 조합은 비제한적이다.

추가로, 장치는 상기 기재된 전기 절연 스페이서의 원주 치수가 수동으로 또는 자동으로, 균일하게 및 비-균일하게 조정될 수 있도록 제작될 수 있다. 각 전기 절연 스페이서의 치수를 증가/감소시킴으로써, 개별 반경류 경로에서의 물 또는 액체 속도 및 그에 따라 난류를 증가/감소시키는 것이 가능하다. 난류는 놀랍게도 물질 전달 및 화학 반응을 증가시킴으로써 전기분해 구역 내에서의 장치 성능을 향상시킨다.

본 발명을 그의 예시적 실시양태와 관련해서 기술하였지만, 본 발명은 상기 예시적 실시양태 또는 구성에 제한되는 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다. 반면, 본 발명은 다양한 변형 및 등가 배열을 포함하는 것으로 의도된다. 또한, 예시적 실시양태의 다양한 요소가 예시적으로 다양한 조합 및 구성으로 나타나 있지만, 보다 많은, 보다 적은 또는 단지 단일의 요소를 포함하는 다른 조합 및 구성이 또한 본 발명의 취지 및 범주내에 있다.

Claims

긴 중공 반투과성 부재인 적어도 하나의 필터 요소, 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 포함하고, 여기서 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드가 반투과성이어서, 액체가 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 통과할 수 있으며, 애노드 및 캐소드가 필터 요소에 대하여 방사상으로 및 동심으로 배열되고;
여기서:
필터 요소는 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드의 내부에 있고, 액체가 필터 요소의 한쪽 또는 양쪽 말단을 통해 처리 장치 내로, 및 필터 요소의 내부로부터 필터 요소의 외부로 필터 요소의 벽을 통해 및 추가로 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 통해 바깥쪽으로 방사상으로 흐를 수 있도록 배열되어 있거나;
필터 요소는 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드의 외부에 있고, 액체가 필터 요소의 외부로부터 필터 요소의 내부로 필터 요소의 벽을 통해 및 추가로 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 통해 안쪽으로 방사상으로, 및 필터 요소의 긴 축을 따라 처리 장치의 밖으로 흐를 수 있도록 배열되어 있고;
여기서 인접한 애노드 및 캐소드가 캐소드 및 애노드 간에 교대로 위치하여 그들 사이에 전기분해 구역을 한정하는 것인,
처리 장치.
제1항에 있어서, 필터 요소로부터 방사상으로 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 바라볼 때 애노드 및 캐소드의 서열이
(i) 캐소드, 애노드;
(ii) 애노드, 캐소드;
(iii) 애노드, 캐소드, 애노드;
(iv) 캐소드, 애노드, 캐소드;
(v) 애노드, 캐소드, 애노드, 캐소드;
(vi) 캐소드, 애노드, 캐소드, 애노드;
(vii) 캐소드, 애노드, 캐소드, 애노드, 캐소드; 또는
(viii) 애노드, 캐소드, 애노드, 캐소드, 애노드
로부터 선택되는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 필터 요소가 캐소드 또는 애노드로서 형성되는 것인 처리 장치.
제3항에 있어서, 필터 요소가 중공 및 반투과성의 캐소드이고, 애노드가 그에 대하여 방사상으로 및 동심으로 위치하는 것인 처리 장치.
제4항에 있어서, 캐소드가 애노드에 대하여 방사상으로 및 동심으로 위치하는 것인 처리 장치.
제3항에 있어서, 필터 요소가 중공 및 반투과성의 애노드이고, 캐소드가 애노드에 대하여 방사상으로 및 동심으로 위치하는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 필터 요소가 물 또는 해수 필터 요소인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 애노드 및 또는 캐소드가 인접한 애노드 또는 캐소드의 전체 원주 주위로 뻗어 있는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 원주상으로 적어도 하나의 애노드 또는 적어도 하나의 캐소드 또는 둘 모두가 전기 절연 스페이서에 의해 개별 구획으로 나뉘며;
인접한 애노드 및 캐소드가 인접한 전기 절연 스페이서들 사이에 뻗어 있는 것인 처리 장치.
제9항에 있어서, 전기 절연 스페이서가 제공되어, 장치를 2 이상의 개별 반경류 경로로 나누는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 애노드 및 상기 적어도 하나의 캐소드가 긴 애노드 및 긴 캐소드를 포함하고, 각각 필터 요소 주위에 원주상 및 방사상으로 배열되어 있는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 애노드 및 상기 적어도 하나의 캐소드가 긴 애노드 및 긴 캐소드를 포함하고, 각각 필터 요소 내에서 원주상 및 방사상으로 배열되어 있는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 인접한 애노드 및 캐소드의 간격이 0.1 내지 20 mm인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 애노드 및 인접한 캐소드가 사용시 애노드 및 인접한 캐소드 간에 전위차 및 전류를 발생시키도록 배열된 전기 공급원에 의해 활성화되는 것인 처리 장치.
제14항에 있어서, 전극 쌍 또는 군을 한정하는 인접한 애노드 및 캐소드의 쌍을 포함하며;
여기서 전극 쌍 또는 군이 독립적으로 및 선택적으로 전기적으로 활성화될 수 있는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 애노드 및 캐소드에 대한 전기 공급원의 극성이 역전되어 각각의 애노드 및 캐소드 간에 반대의 전위차 및 전류를 일으킬 수 있는 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 애노드가 전도성 기재 및 외부 코팅으로 형성되는 것인 처리 장치.
제17항에 있어서, 애노드가 백금, 금, 은 또는 혼합 금속 산화물 용액으로부터 선택되는 귀금속으로 코팅된 기재로 형성된 치수 안정성 애노드인 처리 장치.
제17항에 있어서, 애노드가 붕소 도핑된 다이아몬드로 코팅된 기재로부터 형성된 붕소 도핑된 다이아몬드 애노드인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 캐소드가 전도성 기재 및 임의로 외부 코팅으로 형성된 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 하나의 애노드 및 캐소드의 전기적 활성화를 제어하도록 배열된 제어기; 및
장치를 통해 흐르는 액체의 특성을 측정하도록 배열된 적어도 하나의 검출기
를 포함하며, 여기서 제어기가 상기 검출기로부터 수신된 신호에 응답하여 애노드 및 캐소드를 독립적으로 제어하도록 제작된 것인 처리 장치.
제21항에 있어서, 검출기가 액체의 전도성을 검출하도록 제작된 것인 처리 장치.
제21항에 있어서, 검출기가 플루오린, 히드록실 자유 라디칼, 산소 형태, 오존, 과산화수소, 하이포클로라이트, 염소 및 총 잔류 산화제를 포함하는, 물 또는 액체 중의 산화제로부터 선택된 화학물질의 잔류 농도를 검출하도록 제작된 것인 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 필터 요소 및 그와 관련된 복수의 캐소드 및 애노드 쌍을 포함하는 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
단 하나의 필터 요소 및 상기 필터 요소와 관련된 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 포함하고,
유입구 및 출구를 가지며 액체를 상기 유입구로부터 상기 필터 요소를 통하여, 적어도 하나의 애노드 및 적어도 하나의 캐소드를 통하거나 이들에 근접하게, 상기 출구로 소통시키도록 제작된 하우징을 추가로 포함하는
처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
복수의 필터 요소 및 상기 복수의 필터 요소와 관련된 애노드 및 캐소드를 포함하고,
유입구 및 출구를 가지며 액체를 상기 유입구로부터 상기 복수의 필터 요소를 통하여, 애노드 및 캐소드를 통하거나 이들에 근접하게, 상기 출구로 소통키도록 제작된 하우징을 추가로 포함하는
처리 장치.
제9항에 있어서, 개별 반경류 경로에서의 액체 속도, 난류 또는 둘 모두를 증가 또는 감소시키기 위하여 전기 절연 스페이서의 원주 치수가 수동으로 또는 자동으로 증가 또는 감소할 수 있는 것인 처리 장치.
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