KR102339425B1 - Electrode plate for wastewater treatment and Nitrogen-based wastewater treatment system using the same, and Operation method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode plate for wastewater treatment, a nitrogen-based wastewater treatment system using the same, and a method for operating the same, and more specifically, to an electrode plate, a wastewater treatment system using the same, and a method for operating the same, wherein the electrode plate uses an electrolysis device to remove nitrogen-based components from wastewater containing a large amount of nitrogen-based components such as ammonia nitrogen, nitrate nitrogen or nitrite nitrogen and can provide best nitrogen decomposition efficiency by controlling the coating ratio of two metal elements coated on the electrode plate of the electrolysis device.

Description

폐수처리용 전극판 및 이를 이용한 질소계 폐수처리 시스템 및 그 운전방법{Electrode plate for wastewater treatment and Nitrogen-based wastewater treatment system using the same, and Operation method thereof}Electrode plate for wastewater treatment, nitrogen-based wastewater treatment system using same, and operation method thereof

본 발명은 폐수처리용 전극판 및 이를 이용한 질소계 폐수처리 시스템 및 그 운전방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 암모니아성 질소, 질산성 질소 또는 아질산성 질소 등의 질소계 성분이 다량 포함된 폐수로부터 질소계 성분을 제거하기 위해 전기분해장치를 이용하되 전기분해장치의 전극판에 코팅된 2종의 금속원소 코팅비율을 조절하여 최상의 질소분해 효율을 제공할 수 있는 전극판 및 이를 이용한 폐수처리시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode plate for wastewater treatment, a nitrogen-based wastewater treatment system using the same, and an operating method thereof, and more particularly, from wastewater containing a large amount of nitrogen-based components such as ammonia nitrogen, nitrate nitrogen or nitrite nitrogen. An electrode plate capable of providing the best nitrogen decomposition efficiency by controlling the coating ratio of two types of metal elements coated on the electrode plate of the electrolysis device by using an electrolysis device to remove nitrogen-based components, and a wastewater treatment system using the same; It's about driving.

반도체를 제조하는 공정에는 에칭공정에서 삼불화질소와 암모니아가스를 사용하여 세척하는 공정이 있어 발생된 폐수에는 삼불화질소와 암모니아가 혼합되어 암모니아성 질소와 불산의 형태로 고농도로 포함되어 있다. In the process of manufacturing semiconductors, there is a process of washing using nitrogen trifluoride and ammonia gas in the etching process, and the generated wastewater contains nitrogen trifluoride and ammonia mixed with ammonia nitrogen and hydrofluoric acid in high concentrations.

상기 에칭공정에 사용된 불산을 함유하는 혼합폐수는 별도의 처리업체로 이송한 다음 폐수 처리 공정을 거치게 되며, 불소의 이온농도가 대개 10,000 내지 25,000 ppm 이상으로 고농도를 갖기 때문에 먼저 불소성분의 농도를 낮추는 공정을 수행한 다음 암모니아성 질소의 제거공정을 수행하거나 암모니아성 질소의 농도를 낮춘 다음 불소성분을 제거하는 공정을 수행하게 된다. The mixed wastewater containing hydrofluoric acid used in the etching process is transferred to a separate treatment company and then undergoes a wastewater treatment process. Since the ion concentration of fluorine is usually 10,000 to 25,000 ppm or more, the concentration of fluorine component is first determined After performing the lowering process, the ammonia nitrogen removal process is performed or the ammonia nitrogen concentration is lowered and then the fluorine component is removed.

일반적으로는 불산 등 다른 유해물질들이 함께 포함된 혼합폐수를 소석회 등으로 중화하고 슬러지(Sludge)를 여과하는 과정을 수회 반복하는 물리화학적 방식으로서 1차 처리를 수회 반복수행한 다음, 암모니아설 질소 성분을 제거하기 위해 생물화학적처리 내지는 전기분해 처리 등과 같은 2차, 3차처리를 실시하고 있다.In general, it is a physicochemical method that neutralizes mixed wastewater containing other harmful substances such as hydrofluoric acid with slaked lime, etc. and repeats the process of filtering sludge several times. Secondary and tertiary treatments such as biochemical treatment or electrolysis treatment are being carried out to remove them.

그러나 상기 생물학적 처리방식은 유기물이 많은 폐수처리에 적합하여 하수처리용으로 많이 사용되지만 넓은 부지를 필요로 하고 시공비용이 많이 소요되고 슬러지가 다량 발생되는 단점이 있으므로 전기분해 처리방식으로 진행하는 것이 바람직하다. However, the biological treatment method is suitable for wastewater treatment with a lot of organic matter and is widely used for sewage treatment, but it requires a large site, requires a lot of construction cost, and has the disadvantages of generating a large amount of sludge, so it is preferable to proceed with the electrolysis treatment method do.

따라서, 반도체 산업장의 혼합폐수에 포함된 암모니아성 질소를 제거하기 위해서는 전기분해 처리방식이 적합하나, 고농도의 암모니아성 질소성분을 효율적으로 분해제거할 수 있는 시스템이 필요하다. Therefore, although the electrolysis treatment method is suitable to remove ammonia nitrogen contained in the mixed wastewater of the semiconductor industry, a system capable of efficiently decomposing and removing the high concentration ammonia nitrogen component is required.

한국등록특허 제10-1112560호(2012.01.30.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)은 다층행렬식 구조의 전극을 구비한 전해장치를 이용하는 에너지 저소비형 2단계 전해방식의 유기슬러지 감량장치를 제시하였다. 상기 선행문헌1은 유기물이 다량 포함된 폐수를 침전조에서 슬러지를 분리한 처리수를 전해조로 투입하여 처리수에 포함된 유기물 세포막을 파괴하여 슬러지 제거율을 높이게 한 것이다. 또한, 전해조의 전극으로서 다양한 금속원소를 코팅한 것을 기재하였으나 유기물의 세포막을 파괴하는 용도로 사용되는 것만 기재되어 있다.Korean Patent No. 10-1112560 (registration on Jan. 30, 2012; hereinafter referred to as 'Prior Document 1') proposes an organic sludge reduction device with a low energy consumption type two-stage electrolysis method using an electrolytic device having a multi-layer matrix structure electrode. did In Prior Document 1, treated water obtained by separating sludge from a settling tank from wastewater containing a large amount of organic matter is introduced into the electrolytic cell to destroy the organic cell membrane contained in the treated water to increase the sludge removal rate. In addition, the electrode of the electrolytic cell coated with various metal elements has been described, but only those used for the purpose of destroying cell membranes of organic substances are described.

한국공개특허 제10-2021-0003026호(2021.01.11.공개; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 착색물질이 함유된 폐수의 중수도 시스템을 제시하였다. 상기 선행문헌2는 상수도와 하수도의 중간단계인 중수도를 살균처리하고 내포된 암모니아성 질소를 산화제거하는 것이다. Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2021-0003026 (published on 11/11/2021; hereinafter referred to as 'Prior Document 2') proposes a gray water system for wastewater containing colored substances. The prior document 2 is to sterilize heavy water, which is an intermediate step between waterworks and sewage, and to oxidize and remove ammonia nitrogen contained therein.

이와같이 기존의 전해장치는 전극으로서 이리듐이나 백금을 코팅하여 사용하고 있으나 사용대상이 유기물 분해 또는 저농도의 암모니아성 질소를 분해제거하는 용도로만 적합할 뿐 암모니아성 질소가 고농도로 포함되어 있는 반도체 제조공장의 폐수 처리용으로는 처리효율성에서 적합하지 않았다. As described above, the conventional electrolytic device uses iridium or platinum coated as an electrode, but it is suitable only for decomposing organic matter or decomposing and removing low concentration ammonia nitrogen. It was not suitable for wastewater treatment in terms of treatment efficiency.

따라서, 고반도체 제조공장에서 배출되는 고농도 암모니아성 질소가 포함된 폐수도 전기분해에 의해 처리할 수 있도록 효율성을 증대시킬 수 있는 전극판 및 시스템에 대한 필요성이 대두되었다. Accordingly, there is a need for an electrode plate and a system capable of increasing the efficiency so that wastewater containing high concentration ammonia nitrogen discharged from a high semiconductor manufacturing plant can be treated by electrolysis.

한국등록특허 제10-1112560호(2012.01.30.등록) : 다층행렬식 구조의 전극을 구비한 전해장치를 이용하는 에너지 저소비형 2단계 전해방식의 유기슬러지 감량장치Korean Patent Registration No. 10-1112560 (Registered on January 30, 2012): Low energy consumption type two-stage electrolytic organic sludge reduction device using an electrolytic device with electrodes of a multi-layer matrix structure 한국공개특허 제10-2021-0003026호(2021.01.11.공개) : 착색물질이 함유된 폐수의 중수도 시스템Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2021-0003026 (published on 11/11/2021): Gray water system for wastewater containing colored substances

이에 본 발명의 폐수처리용 전극판 및 이를 이용한 질소계 폐수처리 시스템 및 그 운전방법은,Accordingly, the electrode plate for wastewater treatment of the present invention, a nitrogen-based wastewater treatment system using the same, and a method for operating the same,

전기분해장치의 전극판을 고농도의 질소계 폐수처리에 최적화되도록 코팅비율을 변경시켜 효율적인 질소계 성분의 분해제거가 가능하게 하는 전극판 및 이를 이용한 시스템 및 그 운전방법의 제공을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an electrode plate that enables efficient decomposition and removal of nitrogen-based components by changing the coating ratio of the electrode plate of the electrolysis device to be optimized for high-concentration nitrogen-based wastewater treatment, a system using the same, and an operating method thereof.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 폐수처리용 전극판 및 이를 이용한 질소계 폐수처리 시스템 및 그 운전방법는,The electrode plate for wastewater treatment of the present invention for achieving the above object, a nitrogen-based wastewater treatment system using the same, and a method for operating the same,

질소계 성분이 다량 함유된 폐수를 전기분해하여 제거하는 폐수처리용 전극판에 있어서, 티타늄 기판에 (이리듐 : 백금) 비율을 (60:40) 내지 (80:20) 의 비율로 복합코팅하여 이루어진다.In the electrode plate for wastewater treatment that electrolyzes and removes wastewater containing a large amount of nitrogen-based components, it is made by complex coating on a titanium substrate with a (iridium: platinum) ratio of (60:40) to (80:20). .

바람직하게는 상기 티타늄 기판에 이리듐과 백금의 코팅비율은 68 : 32의 비율로 코팅이 이루어지는 것이다. Preferably, the coating ratio of iridium and platinum on the titanium substrate is 68:32.

아울러 질소계 성분이 다량 함유된 폐수를 전기분해하여 제거하는 폐수처리 시스템에 있어서, 질소계성분이 다량 함유된 폐수를 유입해 저장하는 집수조와; 상기 집수조로부터 유입된 폐수에 산화촉진제를 혼합하여 교반시켜 폐수의 전기분해반응을 촉진시키도록 전도도를 조절하는 전처리조와; 상기 전처리조로 공급되는 산화촉진제를 저장하는 산화촉진제저장조와; 전처리조로부터 전도도가 조절된 폐수를 공급받아 임시저장하고, 전도도측정센서가 장착된 체류조와; 상기 체류조로부터 전도도가 조절된 폐수를 공급받는 폐수전해공급관과, 상기 폐수전해공급관을 통해 폐수를 유입하여 내장된 다수의 전극판에 의해 질소계성분을 전기분해하여 제거하되 전극판은 티타늄 기판에 (이리듐:백금) 비율을 (60:40) 내지 (80:20) 의 비율로 복합코팅하여 이루어진 전해조와, 상기 전해조에서 전기분해가 완료된 폐수를 배출시키는 폐수전해배출관으로 구성된 전기분해장치와; 각 장치를 연결하는 배관의 밸브를 단속하거나, 각종 센서값을 전송받아 각 장치를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.In addition, there is provided a wastewater treatment system for electrolyzing and removing wastewater containing a large amount of nitrogen-based components, the wastewater treatment system comprising: a water collecting tank for introducing and storing wastewater containing a large amount of nitrogen-based components; a pretreatment tank for mixing and stirring an oxidation promoter with the wastewater introduced from the water collecting tank to adjust the conductivity to promote the electrolysis reaction of the wastewater; an oxidation promoter storage tank for storing the oxidation promoter supplied to the pretreatment tank; a retention tank that receives and temporarily stores wastewater whose conductivity is controlled from the pretreatment tank, and is equipped with a conductivity sensor; A wastewater electrolysis supply pipe receiving wastewater with controlled conductivity from the retention tank, and a wastewater electrolysis supply pipe introducing wastewater through the wastewater electrolysis supply pipe to electrolyze and remove nitrogen-based components by a plurality of built-in electrode plates, but the electrode plate is on a titanium substrate An electrolysis device comprising: an electrolyzer formed by complex coating with a (iridium:platinum) ratio of (60:40) to (80:20); and a control unit that controls valves of pipes connecting each device or receives various sensor values to control each device.

상기 전기분해장치의 전해조는, 내부에 상하 방향으로 판형태의 분해반응실이 형성되고, 하부 후면에는 폐수가 유입되는 유입구가 형성되고, 상부 후면에는 전기분해가 이루어진 폐수를 배출시키는 배출구가 형성된 수직으로 배치된 판상의 전해몸체와; 상기 전해몸체 내부의 분해반응실에 설치되되 하부 유입구와 상부 배출구 사이의 공간에 전후방향으로 다층으로 설치되되 일정간격 이격배치되고, 음극과 양극이 교차되도록 연결되는 다수의 전극판;으로 구성된다. The electrolyzer of the electrolysis device has a plate-shaped decomposition reaction chamber formed in the vertical direction, an inlet through which wastewater is introduced is formed on the lower rear surface, and an outlet port for discharging the electrolyzed wastewater is formed on the upper rear surface. And a plate-shaped electrolytic body arranged as; A plurality of electrode plates installed in the decomposition reaction chamber inside the electrolyte body in a space between the lower inlet and the upper outlet in multi-layered front and rear directions, spaced apart from each other, and connected so that the anode and the cathode cross each other; it is composed of.

상기 전기분해장치는, 다수개의 전해조를 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 직렬과 병렬 연결하여 전기분해로 질소계 성분의 분해처리율을 증가시키거나 처리량을 증가시키도록 구성할 수 있다.The electrolysis apparatus may be configured to increase the decomposition treatment rate of nitrogen-based components by electrolysis or increase the throughput by connecting a plurality of electrolyzers in series or in parallel or in series and in parallel.

본 발명의 질소계 폐수처리 시스템의 운전방법은, 질소계 성분이 다량 함유된 폐수를 집수조에 저장하는 폐수저장단계; 전처리조로 집수조의 폐수를 공급하고, 추가로 산화촉진제 저장탱크의 산화촉진제를 투입하여 교반하는 산화촉진제 혼합단계; 전처리조의 산화촉진제가 혼합된 폐수를 체류조로 이송시키고, 체류조의 전도도측정센서에서 측정한 전도도가 제어부에 설정된 전도도와 대비하여 낮을 경우 산화촉진제를 더 투입하고, 설정된 정도도와 대비하여 높을 경우 집수조의 폐수를 더 유입하여 전도도를 일치시키고, 후술공정으로 투입되기 이전에 임시저장하여 전도도를 균일화시키는 전도도일치 및 균일화단계; 체류조의 폐수를 수직판인 전극판이 다열로 배열된 전해조의 하부로 유입하여 전극판 사이를 통과하여 상부로 이동하면서 전기분해반응이 이루어져 폐수내 질소계성분을 분해시켜 배출하는 질소계성분 전기분해단계;를 포함하여 이루어진다. The operating method of the nitrogen-based wastewater treatment system of the present invention comprises: a wastewater storage step of storing wastewater containing a large amount of nitrogen-based components in a water collecting tank; an oxidation promoter mixing step of supplying wastewater from the water collection tank to the pretreatment tank, and further adding an oxidation promoter in the oxidation promoter storage tank and stirring; The wastewater mixed with the oxidation promoter in the pretreatment tank is transferred to the retention tank, and if the conductivity measured by the conductivity measuring sensor of the retention tank is low compared to the conductivity set in the control unit, more oxidation promoter is added. Conductivity matching and equalization step of adding more to match the conductivity, and temporarily storing it before input to the process to be described later to equalize the conductivity; Nitrogen-based component electrolysis step in which wastewater from the retention tank is introduced into the lower part of the electrolytic cell in which the electrode plates, which are vertical plates, are arranged in multiple rows, passes between the electrode plates and moves to the upper part, where an electrolysis reaction occurs, decomposing and discharging nitrogen-based components in the wastewater including ;.

상기 질소계성분 전기분해단계에는, 전해조를 다수 직렬연결하여 질소계 폐수의 처리율을 높이는 전해조다단통과단계; 또는 전해조를 다수 병렬연결하여 질소계 폐수의 처리량을 증가시키는 폐수분산처리단계; 중 어느 하나 또는 둘 모두가 이루어지게 할 수 있다. In the nitrogen-based component electrolysis step, a plurality of electrolyzers are connected in series to increase the treatment rate of nitrogen-based wastewater; or a wastewater dispersion treatment step of increasing the amount of nitrogen-based wastewater treated by connecting a plurality of electrolyzers in parallel; Either or both can be made.

여기서, 상기 산화촉진제 혼합단계에는, 교반시간을 10~30분으로 설정하고; 상기 전도도일치 및 균일화단계에서는, 폐수의 전도도를 4~8(S/m)로 형성하고, 30~60분 체류시켜 균일화하고; 상기 질소계성분 전기분해단계에는, 전해조 1개당 1~5분의 체류시간을 갖도록 폐수를 이동시켜 전기분해가 이루어지게 할 수 있다. Here, in the oxidation promoter mixing step, the stirring time is set to 10 to 30 minutes; In the conductivity matching and homogenization step, the conductivity of the wastewater is formed at 4 to 8 (S/m), and is homogenized by staying for 30 to 60 minutes; In the nitrogen-based component electrolysis step, the electrolysis may be performed by moving the wastewater to have a residence time of 1 to 5 minutes per one electrolyzer.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 폐수처리용 전극판 및 이를 이용한 질소계 폐수처리 시스템 및 그 운전방법은,The electrode plate for wastewater treatment of the present invention according to the above solution, a nitrogen-based wastewater treatment system using the same, and an operating method thereof,

전극판의 구성을 티타늄기판에 이리듐 대 백금의 코팅비율을 60:40 내지 80:20의 비율로 코팅하여 반도체 제조공장에서 발생된 고농도 질소계 폐수 속의 질소계 성분의 분해제거율을 증가시켜 폐수처리 효율성을 향상시킨 전기분해장치를 포함하는 시스템 및 그 운전방법의 제공이 가능하게 되었다. By coating the electrode plate with a coating ratio of iridium to platinum on a titanium substrate in a ratio of 60:40 to 80:20, the efficiency of wastewater treatment by increasing the decomposition and removal rate of nitrogen-based components in high-concentration nitrogen-based wastewater generated in semiconductor manufacturing plants It has become possible to provide a system including an improved electrolysis device and a method for operating the same.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소계 폐수처리시스템을 도시한 개략도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 전해조를 개략도시한 사시도 및 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 전기분해장치의 전해조 배열예를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 질소계 폐수처리 시스템의 운전방법을 도시한 공정도.
1A and 1B are schematic views showing a nitrogen-based wastewater treatment system according to a preferred embodiment of the present invention.
2A to 2C are a perspective view and a cross-sectional view schematically illustrating an electrolytic cell according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are schematic views showing an example of an electrolytic cell arrangement of an electrolysis device according to an embodiment of the present invention.
4 is a process diagram illustrating a method of operating a nitrogen-based wastewater treatment system according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "연통되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 연통되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is referred to as being “connected” or “in communication with” another element, it should be understood that the element may be directly connected to the other element, but another element may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected to" another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 전극판은 반도체 제조공정을 포함하는 질소계성분이 고농도로 포함된 폐수의 총질소(TN)를 전기분해반응에 의해 낮추게 한 것이다. 특히 암모니아성 질소(NH3-N)나, 질산성 질소(NO3-N), 아질산성 질소(NO2-N)등을 효율적으로 분해할 수 있는 코팅구조를 제공한다.According to the electrode plate according to the present invention, the total nitrogen (TN) of wastewater containing a nitrogen-based component including a semiconductor manufacturing process in a high concentration is lowered by an electrolysis reaction. In particular, it provides a coating structure that can efficiently decompose ammonia nitrogen (NH 3 -N), nitrate nitrogen (NO 3 -N), nitrite nitrogen (NO 2 -N), and the like.

본 발명의 전극판은 모노폴라형으로 다수개를 근접 배치하고 전극을 지그재그 형태로 서로 다른 극을 연결하여 전극판 사이로 폐수가 통과하면서 전기분해가 이루어지게 한 것이다.Electrolysis of the electrode plate of the present invention is made by disposing a plurality of electrode plates close to each other in a monopolar shape and connecting different poles in a zigzag form to allow wastewater to pass between the electrode plates.

대표적으로는 수직으로 기립설치되어 내부의 분해반응실이 판형태로 상하 길게 형성된 전해조를 구비하고 내부 분해반응실에 전후 방향으로 일정간격 이격하여 다수개의 전극판을 배치하고, 각 전극판은 양측면을 통해 지그재그로 서로 다른 극을 연결하여 전후판 사이에서 전기분해가 이루어지게 한 것이다. Typically, it is installed vertically to have an electrolytic cell in which the decomposition reaction chamber is formed vertically in the form of a plate, and a plurality of electrode plates are placed in the inner decomposition reaction chamber at regular intervals in the front and rear directions, and each electrode plate has both sides. Electrolysis is made between the front and rear plates by connecting different poles in a zigzag through the

상기 전극판은 넓은 판체이거나, 내부에 다수의 통공이 형성된 메쉬형태 또는 타공형태 등 다양한 형태로 제공될 수 있다. The electrode plate may be provided in various forms such as a wide plate body, a mesh form having a plurality of through holes therein, or a perforated form.

상기 전극판은 티타늄판을 기본베이스로 형성하고, 그 외면에 이리듐과 백금을 이용하여 코팅이 이루어지게 한 것이다. The electrode plate is made of a titanium plate as a basic base, and the outer surface is coated with iridium and platinum.

상기 이리듐과 백금의 코팅비율은 60:40 내지 80:20의 범위에서 코팅하여 전기분해용도로 사용하는 것이 바람직하다, 상기 이리듐 60중량% 이하로 코팅 및 백금 40중량% 이상으로 코팅과, 이리듐 80중량% 이상으로 코팅 및 백금 20중량% 이하로 코팅될 경우 총질소의 처리효율이 낮아지므로 상기 범위 내로 코팅하여 사용하는 것이 바람직하다. The coating ratio of iridium and platinum is preferably used for electrolysis by coating in the range of 60:40 to 80:20, coating with 60 wt% or less of iridium and coating with 40 wt% or more of platinum, and iridium 80 When the amount of coating is more than 20% by weight and the amount of platinum is less than 20% by weight, the treatment efficiency of total nitrogen is lowered, so it is preferable to use the coating within the above range.

또한 더 바람직하게는 이리듐과 백금은 68:32의 비율로 코팅하여 동일한 조건에서 질소처리효율을 증대시킬 수 있다. Also, more preferably, iridium and platinum are coated in a ratio of 68:32 to increase nitrogen treatment efficiency under the same conditions.

또한, 상기 전극판의 기판으로는 티타늄판 이외에 스테인레스 스틸을 기판으로 사용하여 이리듐과 백금 코팅이 이루어지게 할 수 있으며, 공지된 다양한 방법에 의해 코팅이 이루어질 수 있다.In addition, the electrode plate may be coated with iridium and platinum by using stainless steel as a substrate other than a titanium plate, and may be coated by various known methods.

상기 비율로 티타늄판에 이리듐과 백금을 코팅한 전극판은 폐수처리 시스템에 적용하여 사용할 수 있다. An electrode plate in which iridium and platinum are coated on a titanium plate in the above ratio can be applied and used in a wastewater treatment system.

도 1a를 참조한 바와같이 본 발명에 따른 질소계 폐수처리 시스템(10)은, 폐수를 유입하여 저장하는 집수조(20)를 구비한다. 상기 집수조(20)는 산업단지에서 배출되는 질소계성분이 다량 함유된 폐수를 직접 저장하거나, 다른 폐수처리공정을 수행한 다음 질소계성분을 제거하기 위해 공급받은 폐수를 저장한다. As shown in FIG. 1A , the nitrogen-based wastewater treatment system 10 according to the present invention includes a water collecting tank 20 for introducing and storing wastewater. The water collecting tank 20 directly stores wastewater containing a large amount of nitrogen-based components discharged from the industrial complex, or stores wastewater supplied to remove nitrogen-based components after performing another wastewater treatment process.

상기 집수조에 저장된 폐수는 전처리조(30)로 공급된다. The wastewater stored in the water collecting tank is supplied to the pretreatment tank 30 .

상기 전처리조(30)는 폐수에 대한 전기분해반응을 촉진시키기 위해 산화촉진제를 혼합하여 폐수의 전도도를 조절하는 조이다. 상기 설정되는 전도도는 질소계 성분의 전기분해가 용이하게 이루어질 수 있는 전도도이다. The pretreatment tank 30 is a tank for controlling the conductivity of wastewater by mixing an oxidation promoter to promote an electrolysis reaction for wastewater. The set conductivity is a conductivity at which the electrolysis of the nitrogen-based component can be easily achieved.

이러한 기준 전도도는 제어부(70)를 통해서 미리 설정할 수 있으며, 전기분해대상에 따라 전도도를 가변시킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 전처리조로 공급되는 산화촉진제와 집수조의 폐수의 공급량을 조절하여 설정된 전도도를 갖도록 조성할 수 있다. This reference conductivity can be preset through the control unit 70, and the conductivity can be varied according to the electrolysis target. Therefore, in the present invention, it can be formulated to have a set conductivity by controlling the supply amount of the oxidation promoter supplied to the pretreatment tank and the wastewater of the water collecting tank.

또한 전처리조(30)에는 교반기가 설치되어 교반에 의해 산화촉진제를 균일하게 교반시키게 할 수 있다. 이때 상기 전처리조(30)는 하부가 개구된 격벽(33)에 의해 전단의 산화촉진제와 집수조 폐수가 유입되는 유입부(31)와, 격벽의 하부를 통해 산화촉진제와 폐수가 이동되어 교반이 이루어지는 교반부(32)로 구성되며, 교반부(32)의 상부 폐수를 다음 처리조로 이송시키는 방식으로 유체흐름을 발생시켜 유입된 폐수가 산화촉진제와 충분히 교반되지 않고 다음 처리조로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 전처리조 내부에서 구획된 교반부(32)에는 교반장치가 설치되며 유입된 폐수와 산화촉진제를 최대한 균일하게 교반시킨다. 상기 교반장치는 전처리조에 하나 또는 다수개가 설치되어 균일한 혼합이 이루어지게 할 수 있다.In addition, a stirrer is installed in the pretreatment tank 30 to uniformly stir the oxidation promoter by stirring. At this time, the pretreatment tank 30 has an inlet 31 through which the oxidation promoter and wastewater from the collection tank are introduced by the partition wall 33 with an open lower part, and the oxidation promoter and the wastewater are moved through the lower part of the partition wall and stirred. It is composed of a stirring unit 32, and a fluid flow is generated in such a way that the upper wastewater of the stirring unit 32 is transferred to the next treatment tank, thereby preventing the inflowing wastewater from being sufficiently stirred with the oxidation accelerator and discharged to the next treatment tank. have. A stirring device is installed in the stirring unit 32 partitioned inside the pretreatment tank, and the introduced wastewater and the oxidation promoter are stirred as uniformly as possible. One or more stirring devices may be installed in the pretreatment tank to achieve uniform mixing.

여기서 상기 전처리조(30)에 공급되는 산화촉진제는 산화촉진제저장조(40)를 통해서 공급된다.Here, the oxidation promoter supplied to the pretreatment tank 30 is supplied through the oxidation promoter storage tank 40 .

상기 산화촉진제저장조(40)는, NaCl 과 공업용수를 혼합한 것으로, 교반기에 의해 균일한 농도를 갖도록 한다. 상기 산화촉진제저장조의 산화촉진제는 펌프에 의해 전처리조로 공급되어 펌프의 작동은 제어부에 의해 제어되도록 한다. The oxidation promoter storage tank 40 is a mixture of NaCl and industrial water, and has a uniform concentration by means of a stirrer. The oxidation promoter of the oxidation promoter storage tank is supplied to the pretreatment tank by a pump so that the operation of the pump is controlled by the control unit.

다음으로 상기 체류조(50)는, 전처리조(30)로부터 산화촉진제가 혼합된 폐수를 유입하여 임시저장하고 균일화가 이루어지게 한다.Next, the retention tank 50 introduces wastewater mixed with the oxidation promoter from the pretreatment tank 30, temporarily stores it, and uniformizes it.

상기 체류조(50)는 도 1a에 도시된 바와같이 전처리조(30)와 분리구성하여 전처리조의 교반이 완료된 폐수를 배관을 통해서 체류조로 공급하게 할 수 있으며, 도 1b에 도시된 바와같이 전처리조(30)와 일체로 구성되어 전처리조로부터 교반된 폐수가 월류하여 체류조로 공급되게 할 수 있다.The retention tank 50 is configured to be separated from the pretreatment tank 30 as shown in FIG. 1A so that wastewater after stirring in the pretreatment tank is completed can be supplied to the retention tank through a pipe, and as shown in FIG. 1B , the retention tank 50 It is integrally configured with (30) so that the stirred wastewater from the pretreatment tank overflows and is supplied to the retention tank.

상기 체류조(50)에는 추가적으로 전도도측정센서를 장착하여 내포된 폐수의 전도도를 측정하고, 측정된 값은 제어부로 전송하여 제어부를 통해서 폐수의 전도도 조절이 이루어지게 할 수 있다.The retention tank 50 may additionally be equipped with a conductivity measuring sensor to measure the conductivity of the contained wastewater, and transmit the measured value to the control unit to control the conductivity of the wastewater through the control unit.

또한, 상기 전처리조(30)와 체류조(50)는 덮개를 추가적으로 설치하고, 배기라인(51)을 설치하여 내부의 발생가스를 외부로 배출되게 할 수 있다. 상기 배기라인(51)은 라인상에 팬을 장착하여 전처리조 및/또는 체류조 내의 가스유입이 용이하게 이루어지게 하고, 단속밸브를 장착하여 제어부에서 배기라인 개폐를 조절하게 할 수 있고, 라인상에 또는 라인 끝단부에 필터장치를 설치하거나, 별도의 후속공정을 설치하여 배기가스를 정화시키게 할 수 있다. In addition, the pretreatment tank 30 and the retention tank 50 may additionally install a cover and an exhaust line 51 to discharge the generated gas to the outside. In the exhaust line 51, a fan is mounted on the line to facilitate gas inflow into the pretreatment tank and/or the retention tank, and a shut-off valve can be installed to control the opening and closing of the exhaust line by the control unit, It is possible to purify the exhaust gas by installing a filter device at or at the end of the line, or by installing a separate follow-up process.

상기 전도도가 조절된 체류조(50)의 폐수는 전기분해장치(60)로 공급되어 전기분해에 의해 질소계 성분의 분해제거가 이루어진다.The wastewater of the retention tank 50 whose conductivity is controlled is supplied to the electrolysis device 60 to decompose and remove nitrogen-based components by electrolysis.

상기 전기분해장치(60)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와같이, 체류조(50)의 폐수를 공급받는 폐수전해공급관(61)과, 상기 공급받은 폐수를 전기분해하는 전해조(62)와, 전기분해가 완료된 폐수를 배출시키는 폐수전해배출관(63)으로 구성된다.As shown in Figs. 2a to 2c, the electrolysis device 60 includes a wastewater electrolysis supply pipe 61 receiving the wastewater from the retention tank 50, and an electrolyzing tank 62 for electrolyzing the supplied wastewater; , is composed of a wastewater electrolysis discharge pipe 63 for discharging the electrolysis-completed wastewater.

상기 전해조(62)는, 한국등록 10-1031906호에서 언급된 모노폴라용 전해조와 유사한 조를 갖는 것으로, 내부에 상하방향으로 판형태의 공간부를 갖는 분해반응실(641)이 형성되고, 분해반응실의 하부측 후면에는 폐수전해공급관(61)이 연통설치되는 유입구(642)가 형성되고, 분해반응실의 상부측 후면에는 폐수전해배출관(63)이 연통설치되는 배출구(643)가 형성된 전해몸체(64)를 구비한다. 상기 전해몸체(64)는 투명재질로 형성하여 내부 상태를 확인할 수 있게 해 부품교체파손여부를 외부에서 쉽게 파악하여 신속한 교체가 이루어지게 할 수 있는 것으로, 대표적으로는 아크릴을 포함하는 투명 플라스틱이 사용될 수 있다. The electrolytic cell 62 has a tank similar to the monopolar electrolyzer mentioned in Korean Registration No. 10-1031906, and a decomposition reaction chamber 641 having a plate-shaped space in the vertical direction is formed therein, and the decomposition reaction chamber An inlet 642 through which the wastewater electrolysis supply pipe 61 is communicated is formed on the rear side of the lower side of the electrolysis body, and an outlet 643 through which the wastewater electrolysis discharge pipe 63 is communicated is formed on the rear side of the upper side of the decomposition reaction chamber ( 64) is provided. The electrolytic body 64 is formed of a transparent material so that the internal state can be checked, so that replacement of parts can be easily identified from the outside and rapid replacement can be made. Typically, transparent plastic containing acrylic will be used can

상기 전해몸체(64)는 전면판과 후면판으로 분리구성하여 다수개의 볼트체결에 의해 수밀가능하게 결합되며, 전면판은 내측이 전방으로 돌출되어 내부에 전기분해실을 형성하고, 후면판은 유입구와 배출구가 형성된 폐수전해공급관과 폐수전해배출관을 각각 연통설치한다.The electrolytic body 64 is composed of a front plate and a rear plate, and is coupled to be watertight by fastening a plurality of bolts, and the front plate has an inner side protruding forward to form an electrolysis chamber therein, and the rear plate is an inlet port A wastewater electrolysis supply pipe and a wastewater electrolysis discharge pipe having a discharge port are installed in communication with each other.

상기 전해몸체(64) 내부의 분해반응실(641)에는 유입구(642)와 배출구(643) 사이에 다수의 전극판(65)이 전후방향으로 일정간격 이격되어 배치된다. 상기 전극판(65)은 다수개가 전후방향으로 일정간격 이격되고, 지그재그 형태로 양측으로 배치하고, 양측으로 돌출된 부분을 통해서 전극연결이 이루어지게 해 전체 전극판은 음극과 양측이 번갈아서 배치되도록 한다. In the decomposition reaction chamber 641 inside the electrolysis body 64, a plurality of electrode plates 65 are disposed between the inlet 642 and the outlet 643, spaced apart from each other by a predetermined distance in the front-rear direction. A plurality of the electrode plates 65 are spaced apart in the front and rear directions at regular intervals, are arranged on both sides in a zigzag form, and the electrodes are connected through the protruding portions on both sides, so that the entire electrode plate is alternately arranged on both sides of the cathode. .

본 발명에 따른 전극판(65)은 질소계성분의 전기분해율을 높이기 위해서 티타늄 기판에 이리듐과 백금을 혼합코팅하며, 코팅 비율로는 이리듐과 백금을 60:40 내지 80:20의 중량% 비율로 코팅한 것을 제공한다. In the electrode plate 65 according to the present invention, iridium and platinum are mixed and coated on a titanium substrate to increase the electrolysis rate of nitrogen-based components, and as a coating ratio, iridium and platinum are used in a weight % ratio of 60:40 to 80:20. coating is provided.

이러한 구조의 전해조(62)는 하부의 유입구를 통해서 체류조의 폐수가 유입되고, 유입된 폐수는 다수의 전극판(65) 사이를 통과하면서 상측으로 이동하고, 이동과정에서 전극판 사이에서 전기분해가 이루어져 질소계 성분의 분해가 이루어지고, 질소계 성분의 분해가 완료된 폐수를 상부의 배출구(643)를 통해서 폐수전해배출관(63)으로 유입되어 후술공정을 더 수행하기 위해 배출된다 .In the electrolytic cell 62 having this structure, the wastewater of the retention tank flows in through the inlet at the bottom, and the inflow wastewater moves upward while passing between the plurality of electrode plates 65, and electrolysis occurs between the electrode plates during the movement process. The nitrogen-based components are decomposed, and the wastewater on which the nitrogen-based components have been decomposed is introduced into the wastewater electrolysis discharge pipe 63 through the upper outlet 643 and discharged to further perform a process to be described later.

다음으로 상기 제어부(70)는, 각종 밸브의 단속이나 각 공정의 장치구동을 제어한다. 즉, 체류조의 전도도측정센서로부터 측정값을 전송받아 이미 설정된 전도도와 대비하고 그 상태에 따라 전처리조로 공급되는 폐수 유입량을 증가시키거나 전차리조로 산화촉진제 유입량을 증가시켜 전도도를 증가 또는 감소시켜 설정된 전도도를 갖는 폐수를 형성하게 할 수 있다. Next, the control unit 70 controls the intermittent operation of various valves and device driving of each process. That is, the conductivity is set by increasing or decreasing the conductivity by receiving the measured value from the conductivity measuring sensor of the retention tank, comparing it with the previously set conductivity, and increasing the inflow of wastewater supplied to the pretreatment tank or increasing the inflow of the oxidizing agent into the tank according to the condition It can form wastewater with

또한, 전처리조와 체류조의 배기라인에 설치된 단속밸브나 팬의 작동을 단속하고, 전처리조의 교반기 작동 등을 제어하게 할 수 있다. In addition, the operation of the shut-off valve or fan installed in the exhaust line of the pretreatment tank and the retention tank may be intermittent, and the operation of the agitator of the pretreatment tank may be controlled.

아울러 도 3a를 참조한 바와같이 본 발명에 따른 전기분해장치(60)는 전해조(62)를 다수개 직렬연결하여 체류조의 폐수가 각 전해조를 순차적으로 통과하면서 잔유하는 질소계 성분의 분해율을 증가시키게 할 수 있다. In addition, as shown in Fig. 3a, the electrolysis device 60 according to the present invention connects a plurality of electrolytic cells 62 in series to increase the decomposition rate of the remaining nitrogen-based components while the wastewater of the retention tank sequentially passes through each electrolytic cell. can

또한, 도 3b를 참조한 바와같이 본 발명의 전기분해장치(60)는 전해조(62)를 다수 병렬연결하여 체류조의 폐수를 각 전해조로 분기제공하여 질소계 성분의 처리량을 증가시키게 할 수 있다. In addition, as shown in Fig. 3b, the electrolysis device 60 of the present invention connects a plurality of electrolytic cells 62 in parallel to branch the wastewater of the retention tank to each electrolyzer, thereby increasing the amount of nitrogen-based components treated.

또한, 도 3c를 참조한 바와같이 본 발명의 전기분해장치(60)는 체류조(50)와 다수의 전해조(62)를 병렬연결하고, 체류조와 연결된 각 전해조에는 다수개의 전해조를 직렬연결하여 동시처리량을 증가시키면서 질소계성분의 분해율을 증가시키는 구조로 제공할 수 있다.In addition, as shown in Fig. 3c, in the electrolysis device 60 of the present invention, the retention tank 50 and a plurality of electrolyzers 62 are connected in parallel, and a plurality of electrolyzers are connected in series to each electrolyzer connected to the retention tank, so that the simultaneous throughput It can be provided in a structure to increase the decomposition rate of nitrogen-based components while increasing the.

또한 상기 전해조는 다수의 전해조 중 마지막 전해조와 처음 전해조를 바이패스관으로 연결하여 수회 반복하여 폐수를 순환시켜 전기분해가 이루어지게 할 수 있다. In addition, the electrolysis cell may be repeated several times by connecting the last electrolyzer and the first electrolyzer among the plurality of electrolyzers with a bypass pipe to circulate the wastewater to effect electrolysis.

도 4를 참조하여 본 발명에 따른 질소계 폐수처리 시스템의 운전방법을 설명한다.A method of operating a nitrogen-based wastewater treatment system according to the present invention will be described with reference to FIG. 4 .

본 발명의 운전방법은 먼저 폐수저장단계를 수행한다.The operating method of the present invention performs a wastewater storage step first.

상기 폐수저장단계는, 질소계성분이 다량 함유된 폐수를 집수조로 포집 저장하는 단계이다. 상기 집수조는 폐수를 배출하는 공장에 설치된 집수조이거나, 다수의 폐수배출공장에서 이송하여 포집한 처리업체의 집수조일 수 있다. The wastewater storage step is a step of collecting and storing wastewater containing a large amount of nitrogen-based components in a water collecting tank. The water collecting tank may be a water collecting tank installed in a factory that discharges wastewater, or may be a water collecting tank of a treatment company transferred and collected from a plurality of wastewater discharge plants.

다음으로 산화촉진제 혼합단계가 수행된다. 상기 산화촉진제 혼합단계는, 산화촉진제 저장탱크에 저장된 산화촉진제를 폐수가 저장된 전처리조로 투입하여 전도도 조절이 이루어지게 하는 단계이다. 이때 산화촉진제 혼합단계에는 교반에 의해 전처리조에 포집된 폐수와 산화촉진제가 균일하게 혼합되도록 한다. Next, the oxidation promoter mixing step is performed. The oxidation promoter mixing step is a step of controlling the conductivity by introducing the oxidation promoter stored in the oxidation promoter storage tank into the pretreatment tank in which the wastewater is stored. At this time, in the oxidation promoter mixing step, the wastewater collected in the pretreatment tank and the oxidation promoter are uniformly mixed by stirring.

이때 상기 전처리조의 교반시간은 10~30분으로 이루어지도록 하여, 교반이 충분하게 이루어져 균일화한 다음 체류조로의 이송되게 하는 것이 바람직하다. 상기 교반시간을 10분 이내로 제공하면 균일화가 충분하게 이루어지지 않고, 30분 이상으로 구동하면 균일화증진 정도가 미비함으로 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 집수조로부터 폐수공급은 연속공급보다는 교반시간 간격만큼 지연시킨 다음 공급이 이루어지는 불연속 공급방식으로 진행하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the stirring time of the pretreatment tank is made to be 10 to 30 minutes, so that the stirring is sufficiently made to be uniform and then transferred to the retention tank. If the stirring time is provided within 10 minutes, uniformity is not sufficiently achieved, and if driven for more than 30 minutes, the degree of uniformity enhancement is insufficient, so it is preferable to form within the above range. In addition, it is preferable to delay the supply of wastewater from the water collecting tank by the stirring time interval rather than continuous supply and then proceed with the discontinuous supply method.

이어서 전도도일치 및 균일화단계가 수행된다.Conductivity matching and equalization steps are then performed.

상기 전처리조의 산화촉진제가 혼합된 폐수를 체류조로 이송시키고, 체류조의 전도도측정센서에서 측정한 값인 전도도를 제어부로 전송하고, 제어부는 이미 설정된 전도도와, 측정된 전도도를 대비하여 전도도가 낮을 경우 산화촉진제를 더 투입하고, 설정 전도도보다 측정된 전도도가 더 높을 경우 집수조의 폐수를 전처리조로 투입하는 량을 증가시키는 방법으로 체류조 내의 전도도를 제어부에 설정된 정도도와 일치시키는 작업이 이루어진다. The wastewater mixed with the oxidation promoter in the pretreatment tank is transferred to the retention tank, and the conductivity, which is a value measured by the conductivity measuring sensor of the retention tank, is transmitted to the control unit. If the measured conductivity is higher than the set conductivity, the amount of wastewater input from the water collecting tank to the pretreatment tank is increased to match the conductivity in the retention tank with the degree set in the control unit.

본 발명은 질소계 성분이 포함된 폐수에서 질소 성분을 분해제거하기 위한 것이므로 전도도는 4~8(S/m)로 형성하여 질소성분의 전기분해가 용이하게 이루어지는 전도도를 갖게 할 수 있다. 여기서 상기 전도도는 6(S/m)에서 가장 효율성이 높으며, 6이상에서는 처리효율의 증진이 미비하고, 6 이하에서는 처리효율이 낮아지므로 전도도를 6(S/m)로 유지하는 것이 바람직하다. Since the present invention is to decompose and remove nitrogen components from wastewater containing nitrogen-based components, the conductivity can be formed to be 4 to 8 (S/m) so that the electrolysis of the nitrogen component can be easily performed. Here, the conductivity is the highest at 6 (S/m), and at 6 or more, the improvement of treatment efficiency is insufficient, and at 6 or less, the treatment efficiency is lowered, so it is preferable to maintain the conductivity at 6 (S/m).

또한 체류조에 머무는 시간은 30~60분 체류가 이루어지도록 해 충분하게 균일화가 이루어지게 할 수 있다. 30분 이하에서는 균일화가 잘 이루어지지 않았으며, 60분 이상에서는 균일화 증진속도가 미비함으로 상기 범위로 체류시간을 설정하는 것이 바람직하다.In addition, the residence time in the residence tank can be sufficiently homogenized by allowing the residence to be made for 30 to 60 minutes. At 30 minutes or less, homogenization was not performed well, and in 60 minutes or more, the uniformity promotion rate was insufficient, so it is preferable to set the residence time in the above range.

다음으로는 전기분해단계가 수행된다.Next, an electrolysis step is performed.

상기 전기분해단계에는 체류조에 저장된 폐수를 전해조로 유입하여 전해조 내의 전극판 사이를 통과하면서 전기분해가 이루어져 폐수에 다량 포함되어 있는 질소계성분을 분해하여 제거시킨다.In the electrolysis step, the wastewater stored in the retention tank is introduced into the electrolyzer and passed between the electrode plates in the electrolyzer to undergo electrolysis to decompose and remove nitrogen-based components contained in a large amount in the wastewater.

상기 전기분해단계에는 전해조는 다수개를 직렬로 연결하여 질소계성분의 처리효율을 높이는 전해조다단통과단계; 또는 전해조를 다수 병렬연결하여 질소계성분의 폐수 처리량을 증가시키는 폐수분산처리단계; 중 어느 하나 또는 둘 모두를 수행하게 할 수 있다. In the electrolysis step, a plurality of electrolyzers are connected in series to increase the processing efficiency of nitrogen-based components; or a wastewater dispersion treatment step of increasing the amount of nitrogen-based wastewater treatment by connecting a plurality of electrolyzers in parallel; Either or both may be performed.

상기 전해조는 각 전해조 1개의 통과 체류시간을 1~5분으로 성정하여 전기분해가 이루어지게 할 수 있다. 상기 1분 미만의 속도로 폐수를 공급할 경우 전해조 내의 질소계성분의 전기분해효율이 낮아지는 문제점이있고, 5분 이상의 속도로 폐수공급이 이루어질 경우 전해조 내의 전기분해율의 증진정도가 미비함으로 설정된 범위의 시간안에서 전해조를 통과하여 전기분해가 이루어지게 하는 것이 바람직하다. The electrolysis cell may be subjected to electrolysis by setting the passage and residence time of each electrolytic cell to 1 to 5 minutes. When wastewater is supplied at a rate of less than 1 minute, there is a problem in that the electrolysis efficiency of nitrogen-based components in the electrolyzer is lowered, and when wastewater is supplied at a rate of 5 minutes or more, the degree of improvement of the electrolysis rate in the electrolyzer is insufficient. It is desirable to allow the electrolysis to pass through the electrolyzer in time.

산화촉진제로 NaCl을 투입하였을 때 전해조에서의 반응은 다음과 같이 발생된다.When NaCl is added as an oxidation promoter, the reaction in the electrolyzer occurs as follows.

NaCl + H2O + 2e- → NaOCl + H2NaCl + H 2 O + 2e - → NaOCl + H 2

NaOCl → Na+ + OCl- NaOCl → Na + + OCl -

OCl- + H2O ↔ HOCl + OH- OCl - + H 2 O ↔ HOCl + OH -

폐수에 포함된 암모니아의 직접산화는 다음과 같이 이루어지면서 질소는 가스로 배출된다. Direct oxidation of ammonia contained in wastewater is performed as follows, and nitrogen is discharged as a gas.

NH3 + 3OH- → 0.5N2 + 3H2O + 3e- NH 3 + 3OH - → 0.5N 2 + 3H 2 O + 3e -

또한 암모니아의 간접산화는 다음과 같이 이루어진다. In addition, the indirect oxidation of ammonia is performed as follows.

2NH+ + 3HOCl → N2 + 3H2O + 5H+ + 3Cl- 2NH + + 3HOCl → N 2 + 3H 2 O + 5H + + 3Cl -

2NH3 + 6Cl- → N2 + 6HCl + 6e- 2NH 3 + 6Cl - → N 2 + 6HCl + 6e -

또한, 암모니아성 질소의 반응은 다음과 같이 발생된다.In addition, the reaction of ammonia nitrogen is generated as follows.

NH4+ + HOCl → NH2Cl + 5H2O + H+ NH4 + + HOCl → NH 2 Cl + 5H 2 O + H +

NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2ONH 2 Cl + HOCl → NHCl 2 + H 2 O

2NH2Cl + HOCl → N2 ↑ + 3HCl + H2O2NH 2 Cl + HOCl → N 2 ↑ + 3HCl + H 2 O

NHCl2 + H2O → NCl3 + H2ONHCl 2 + H 2 O → NCl 3 + H 2 O

상기한 바와같이 암모니아성 질소는 직접 또는 간접 산화반응에 의해 질소를 가스로 배출시키고, 오존과 수산기를 발생시켜 살균을 병행하여 수행한다.As described above, ammonia nitrogen releases nitrogen as a gas by direct or indirect oxidation reaction, and generates ozone and hydroxyl groups to perform sterilization in parallel.

이하 본 발명의 실시예를 통해서 그 성능을 확인하였다. Hereinafter, the performance was confirmed through the Examples of the present invention.

실시예Example

A사의 HF폐수를 제공받아 본 발명의 시스템에 공급하여 처리하였다.Company A's HF wastewater was provided and treated by supplying it to the system of the present invention.

전기분해장치의 전해조는 1개만 사용하여 폐수에 포함된 질소성분 분해실험을 하였다. Only one electrolyzer of the electrolysis device was used to decompose nitrogen contained in wastewater.

[실험예1][Experimental Example 1]

전해조 내에 설치된 전극판의 코팅비율을 변경하여 총질소에 대한 처리효율을 측정하였다. The treatment efficiency with respect to total nitrogen was measured by changing the coating ratio of the electrode plate installed in the electrolytic cell.

전기분해 반응 이전 폐수의 총질소(TN) 농도와 전도도는 아래 [표 1]과 같다. [Table 1] shows the total nitrogen (TN) concentration and conductivity of wastewater before the electrolysis reaction.

[표 1][Table 1]

Figure 112021053939321-pat00001
Figure 112021053939321-pat00001

전극판은 티타늄을 기판으로 하여 이리듐 : 백금 의 코팅비율을 변화시킨 후 2분동안 전기분해반응을 실시하였다. 코팅비율은 10 중량%로 변환시켜 폐수내의 TN농도변화를 측정하여 하기 [표 2]에 나타내었다.Electrolysis was performed for 2 minutes after changing the coating ratio of iridium:platinum using titanium as a substrate for the electrode plate. The coating ratio was converted to 10% by weight and the change in TN concentration in the wastewater was measured and shown in [Table 2] below.

[표 2][Table 2]

Figure 112021053939321-pat00002
Figure 112021053939321-pat00002

상기 [표 2]에 나타난 바와같이 (60:40) ~ (80:20)의 비율로 이리듐과 백금을 코팅한 전극판을 이용하여 전기분해반응을 실시한 폐수에서 TN농도가 92% 이상의 처리효율이 나타났다.As shown in [Table 2], in the wastewater subjected to the electrolysis reaction using an electrode plate coated with iridium and platinum in a ratio of (60:40) to (80:20), the treatment efficiency of TN concentration is 92% or more appear.

[실험예2][Experimental Example 2]

실험예1과 동일한 조건에서 전극판의 이리듐과 백금의 코팅비율을 세분화하여 2분동안 전기분해반응을 실시하였다.Under the same conditions as in Experimental Example 1, the electrolysis reaction was performed for 2 minutes by subdividing the coating ratio of iridium and platinum of the electrode plate.

폐수내의 TN농도변화를 측정하여 하기 [표 3]에 나타내었다.Changes in TN concentration in wastewater were measured and shown in [Table 3] below.

[표 3][Table 3]

Figure 112021053939321-pat00003
Figure 112021053939321-pat00003

상기 표 3에 나타난 바와같이 68 : 32의 비율로 이리듐과 백금을 코팅한 전극판에서 가장 좋은 처리효율이 나타났다. As shown in Table 3, the best treatment efficiency was shown in the electrode plate coated with iridium and platinum in a ratio of 68:32.

따라서, 전극판은 티타늄 기판에 이리듐과 백금의 코팅비율을 60:40 내지 80:20의 범위로 이루어지는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 68:32의 비율에 근접하여 복합코팅이 이루어지게 하는 것이 폐수내의 질소성 물질의 분해 효율을 증대시킬 수 있다.Therefore, for the electrode plate, it is preferable that the coating ratio of iridium and platinum on the titanium substrate is in the range of 60:40 to 80:20, and most preferably, it is wastewater to make the composite coating close to the ratio of 68:32. It is possible to increase the decomposition efficiency of nitrogenous substances in the interior.

[실험예3][Experimental Example 3]

실험예2에서 처리효율이 높게 나타난 68 : 32의 비율로 티타늄기판에 이리륨과 백금을 코팅한 전극판을 사용하여 실험예1과 동일하게 운전하였다.In Experimental Example 2, an electrode plate coated with iryrium and platinum on a titanium substrate at a ratio of 68:32, which showed high processing efficiency, was operated in the same manner as in Experimental Example 1.

폐수의 전도도와 처리시간을 변화시켜 TN농도와 암모니아성 질소농도 및 질산성 질소 농도의 처리효율을 측정하였다. By changing the conductivity and treatment time of the wastewater, the treatment efficiency of TN concentration, ammonia nitrogen concentration and nitrate nitrogen concentration were measured.

초기 폐수 원수의 측정값은 하기 [표 4]에 나타내었다. The measured values of the initial wastewater raw water are shown in [Table 4] below.

[표 4][Table 4]

Figure 112021053939321-pat00004
Figure 112021053939321-pat00004

산화촉진제로서 NaCl을 투입하여 전도도를 변화시켰으며, 전해조의 체류시간은 2분과 4분으로 구분하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 5와 표 6에 나타내었다. The conductivity was changed by adding NaCl as an oxidation promoter, and the residence time of the electrolyzer was measured by dividing it into 2 minutes and 4 minutes, and the results are shown in Tables 5 and 6 below.

[표 5][Table 5]

Figure 112021053939321-pat00005
Figure 112021053939321-pat00005

[표 6][Table 6]

Figure 112021053939321-pat00006
Figure 112021053939321-pat00006

상기 표5와 표6의 결과를 본 바와같이 참조한 바와같이, 전도도를 6으로 설정하여 전기분해반응을 수행했을 때 처리효율이 더 높게 나타났다. 표시하지 않았지만 전도도 7로 설정할 경우 전도도 6에 비해 처리효율의 증대가 미비하였으므로, 질소계 성분을 포함한 폐수의 전기분해시에는 전도도를 6으로 설정하여 전기분해반응을 실시하는 것이 효율을 극대화시킬 수 있다. As can be seen from the results of Tables 5 and 6, when the electrolysis reaction was performed with the conductivity set to 6, the treatment efficiency was higher. Although not indicated, if the conductivity is set to 7, the increase in treatment efficiency was insufficient compared to the conductivity 6 .

또한 상기 체류시간에서는 2분보다는 4분에서 처리효율이 더 높게 나타났으며, 이외의 실험데이터에서는 5분까지는 처리효율이 증가하였으나 그 이상의 시간에서는 처리효율의 증대효과가 미비하였다. 따라서 전력소모량 대비 효율성을 본다면 전기분해는 3~5분 동안 수행하여 분해반응이 이루어지게 하는 것이 바람직하다. In addition, in the residence time, the treatment efficiency was higher at 4 minutes than at 2 minutes, and in the other experimental data, the treatment efficiency increased up to 5 minutes, but the effect of increasing the treatment efficiency was insignificant at a time longer than that. Therefore, in terms of efficiency compared to power consumption, it is desirable to conduct the electrolysis for 3 to 5 minutes to achieve the decomposition reaction.

10 : 폐수처리 시스템
20 : 집수조
30 : 전처리조
31 : 유입부 32 : 교반부
33 : 격벽
40 : 산화촉진제 저장조
50 : 체류조
51 : 배기라인
60 : 전기분해장치
61 : 폐수전해공급관 62 : 전해조
63 : 폐수전해배출관 64 : 전해몸체
65 : 전극판
641 : 분해반응실 642 : 유입구
643 : 배출구
70 : 제어부
* 미도시부호 : 70
10: wastewater treatment system
20: catchment tank
30: pretreatment tank
31: inlet part 32: stirring part
33: bulkhead
40: oxidation promoter storage tank
50: stay group
51: exhaust line
60: electrolysis device
61: wastewater electrolysis supply pipe 62: electrolyzer
63: wastewater electrolysis discharge pipe 64: electrolyte body
65: electrode plate
641: decomposition reaction chamber 642: inlet
643: outlet
70: control unit
* Non-city code: 70

Claims (8)

질소계 성분이 다량 함유된 폐수를 전기분해하여 제거하는 폐수처리용 전극판에 있어서,
티타늄 기판에 (이리듐 : 백금) 비율을 (60:40) 내지 (80:20) 의 비율로 복합코팅하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 전극판.
In the electrode plate for wastewater treatment that electrolyzes and removes wastewater containing a large amount of nitrogen-based components,
An electrode plate for wastewater treatment, characterized in that it is made by complex coating a titanium substrate with a (iridium:platinum) ratio of (60:40) to (80:20).
제1항에 있어서,
상기 티타늄 기판에 이리듐과 백금의 코팅비율은 68 : 32의 비율로 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수처리용 전극판.
According to claim 1,
The electrode plate for wastewater treatment, wherein the coating ratio of iridium and platinum on the titanium substrate is 68:32.
질소계 성분이 다량 함유된 폐수를 전기분해하여 제거하는 폐수처리 시스템에 있어서,
질소계성분이 다량 함유된 폐수를 유입해 저장하는 집수조(20)와;
상기 집수조로부터 유입된 폐수에 산화촉진제를 혼합하여 교반시켜 폐수의 전기분해반응을 촉진시키도록 전도도를 조절하는 전처리조(30)와;
상기 전처리조로 공급되는 산화촉진제를 저장하는 산화촉진제저장조(40)와;
전처리조로부터 전도도가 조절된 폐수를 공급받아 임시저장하고, 전도도측정센서가 장착된 체류조(50)와;
상기 체류조로부터 전도도가 조절된 폐수를 공급받는 폐수전해공급관(61)과, 상기 폐수전해공급관을 통해 폐수를 유입하여 내장된 다수의 전극판(65)에 의해 질소계성분을 전기분해하여 제거하되 전극판은 티타늄 기판에 (이리듐:백금) 비율을 (60:40) 내지 (80:20) 의 비율로 복합코팅하여 이루어진 전해조(62)와, 상기 전해조에서 전기분해가 완료된 폐수를 배출시키는 폐수전해배출관(63)으로 구성된 전기분해장치(60)와;
제어흐름을 단속하는 제어부(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질소계 폐수처리 시스템.
In the wastewater treatment system for electrolysis and removal of wastewater containing a large amount of nitrogen-based components,
a water collecting tank 20 for introducing and storing wastewater containing a large amount of nitrogen-based components;
a pretreatment tank 30 for mixing and stirring an oxidation promoter into the wastewater introduced from the water collecting tank to adjust the conductivity to promote the electrolysis reaction of the wastewater;
an oxidation promoter storage tank 40 for storing the oxidation promoter supplied to the pretreatment tank;
a retention tank 50 that receives and temporarily stores wastewater with conductivity adjusted from the pretreatment tank, and is equipped with a conductivity sensor;
The wastewater electrolysis supply pipe 61 that receives the wastewater whose conductivity is controlled from the retention tank, and the wastewater is introduced through the wastewater electrolysis supply pipe, and the nitrogen-based component is electrolyzed and removed by a plurality of built-in electrode plates 65. The electrode plate includes an electrolytic cell 62 formed by complex coating a titanium substrate with a (iridium:platinum) ratio of (60:40) to (80:20), and wastewater electrolysis for discharging the electrolyzed wastewater from the electrolyzer. an electrolysis device 60 composed of a discharge pipe 63;
A nitrogen-based wastewater treatment system comprising a; a control unit 70 for intermittent control flow.
제3항에 있어서,
상기 전기분해장치(60)의 전해조(62)는,
내부에 상하 방향으로 판형태의 분해반응실(641)이 형성되고, 하부 후면에는 폐수가 유입되는 유입구(642)가 형성되고, 상부 후면에는 전기분해가 이루어진 폐수를 배출시키는 배출구(643)가 형성된 수직으로 배치된 판상의 전해몸체(64)와;
상기 전해몸체 내부의 분해반응실에 설치되되 하부 유입구와 상부 배출구 사이의 공간에 전후방향으로 다층으로 설치되되 일정간격 이격배치되고, 음극과 양극이 교차되도록 연결되는 다수의 전극판(65);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 질소계 폐수처리 시스템.
4. The method of claim 3,
The electrolyzer 62 of the electrolysis device 60 is,
A plate-shaped decomposition reaction chamber 641 is formed inside in the vertical direction, an inlet 642 through which wastewater is introduced is formed on the lower rear surface, and an outlet 643 for discharging the electrolyzed wastewater is formed on the upper rear surface. a plate-shaped electrolytic body 64 disposed vertically;
A plurality of electrode plates 65 installed in the decomposition reaction chamber inside the electrolytic body and installed in multiple layers in the front and rear directions in the space between the lower inlet and the upper outlet, spaced apart from each other, and connected so that the anode and the cathode cross each other; A nitrogen-based wastewater treatment system, characterized in that it is configured.
제4항에 있어서,
상기 전기분해장치(60)는,
다수개의 전해조(62)를 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 직렬과 병렬 연결하여 전기분해로 질소계 성분의 분해처리율을 증가시키거나 처리량을 증가시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 질소계 폐수처리 시스템.
5. The method of claim 4,
The electrolysis device 60,
A nitrogen-based wastewater treatment system, characterized in that a plurality of electrolyzers 62 are connected in series or parallel or series and parallel to increase the decomposition treatment rate of nitrogen-based components by electrolysis or increase the treatment amount.
제3항에 기재된 질소계 폐수처리 시스템의 운전방법에 있어서,
질소계 성분이 다량 함유된 폐수를 집수조에 저장하는 폐수저장단계;
전처리조로 집수조의 폐수를 공급하고, 추가로 산화촉진제 저장탱크의 산화촉진제를 투입하여 교반하는 산화촉진제 혼합단계;
전처리조의 산화촉진제가 혼합된 폐수를 체류조로 이송시키고, 체류조의 전도도측정센서에서 측정한 전도도가 제어부에 설정된 전도도와 대비하여 낮을 경우 산화촉진제를 더 투입하고, 설정된 전도도와 대비하여 높을 경우 집수조의 폐수를 더 유입하여 전도도를 일치시키고, 후술공정으로 투입되기 이전에 임시저장하여 전도도를 균일화시키는 전도도일치 및 균일화단계;
체류조의 폐수를 수직판인 전극판이 다열로 배열된 전해조의 하부로 유입하여 전극판 사이를 통과하여 상부로 이동하면서 전기분해반응이 이루어져 폐수내 질소계성분을 분해시켜 배출하는 질소계성분 전기분해단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 질소계 폐수처리 시스템 운전방법.
In the operating method of the nitrogen-based wastewater treatment system according to claim 3,
a wastewater storage step of storing wastewater containing a large amount of nitrogen-based components in a water collecting tank;
an oxidation promoter mixing step of supplying wastewater from the water collection tank to the pretreatment tank, and further adding an oxidation promoter in the oxidation promoter storage tank and stirring;
The wastewater mixed with the oxidation promoter in the pretreatment tank is transferred to the retention tank, and if the conductivity measured by the conductivity sensor of the retention tank is low compared to the conductivity set in the control unit, an oxidation promoter is added. Conductivity matching and equalization step of adding more to match the conductivity, and temporarily storing before input to the process to be described later to equalize the conductivity;
The nitrogen-based component electrolysis step in which the wastewater of the retention tank is introduced into the lower part of the electrolytic cell in which the electrode plates, which are vertical plates, are arranged in multiple rows, passes between the electrode plates, and moves to the upper part, where an electrolysis reaction occurs, decomposing and discharging nitrogen-based components in the wastewater ; Nitrogen-based wastewater treatment system operating method comprising the.
제6항에 있어서,
상기 질소계성분 전기분해단계에는,
전해조를 다수 직렬연결하여 질소계 폐수의 처리율을 높이는 전해조다단통과단계; 또는 전해조를 다수 병렬연결하여 질소계 폐수의 처리량을 증가시키는 폐수분산처리단계; 중 어느 하나 또는 둘 모두가 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 질소계 폐수처리 시스템 운전방법.
7. The method of claim 6,
In the nitrogen-based component electrolysis step,
Multi-stage passing through an electrolyzer to increase the treatment rate of nitrogen-based wastewater by connecting a plurality of electrolyzers in series; or a wastewater dispersion treatment step of increasing the amount of nitrogen-based wastewater treated by connecting a plurality of electrolyzers in parallel; Nitrogen-based wastewater treatment system operating method, characterized in that either one or both are made.
제6항에 있어서,
상기 산화촉진제 혼합단계에는, 교반시간을 10~30분으로 설정하고,
상기 전도도일치 및 균일화단계에서는, 폐수의 전도도를 4~8(S/m)로 형성하고, 30~60분 체류시켜 균일화하고,
상기 질소계성분 전기분해단계에는, 전해조 1개당 1~5분의 체류시간을 갖도록 폐수를 이동시켜 전기분해가 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 질소계 폐수처리 시스템 운전방법.

7. The method of claim 6,
In the oxidation promoter mixing step, the stirring time is set to 10 to 30 minutes,
In the conductivity matching and homogenization step, the conductivity of the wastewater is formed at 4 to 8 (S/m), and is homogenized by staying for 30 to 60 minutes,
In the nitrogen-based component electrolysis step, a nitrogen-based wastewater treatment system operating method, characterized in that the electrolysis is performed by moving the wastewater so that the residence time is 1 to 5 minutes per one electrolyzer.

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