KR102657253B1 - 폐수 처리를 위한 바이폴라 전극을 구비한 전해조 - Google Patents
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Abstract
폐수를 처리하기 위한 전해조는 아노드 어셈블리, 캐소드 어셈블리, 및 상기 아노드 어셈블리와 캐소드 어셈블리 사이에 위치된 적어도 하나의 바이폴라 전극 어셈블리를 포함하므로, 상기 애노드 어셈블리의 아노드와 상기 캐소드 어셈블리의 캐소드는 상기 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 플레이트와 인터리빙된다. 각각의 바이폴라 전극 어셈블리는 애노드로서 또는 캐소드로서 동작하고 도전성 재료로 제조된 나사형 볼트를 따라 수직한 방향으로 적층되는 일련의 바이폴라 전극을 포함하므로, 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극은 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극과는 대향 방향으로 배향되고, 또한 소정의 부분 위에 중첩되고 그리고 도전성 스페이서에 의해 분리되는 그 단부를 갖는다. 바람직한 실시예에 있어서, 애노드, 및 상기 애노드로서 동작 바이폴라 전극만 촉매로 코팅되고, 이러한 촉매는 비용을 절감하고 제조 공정을 단순화시킨다.
Description
본 발명은 다수의 바이폴라 전극 어셈블리를 포함하는, 폐수를 처리하기 위한 전해조(electrolytic cell)에 관한 것이다.
폐수 처리 시스템은 엄격한 폐수 제거 규정으로 인해 수요가 높으며, 이에 의해 산업 시설은 현재 전 세계적으로 청정수의 부족으로 인해 배출 전에는 그 재오염성 수질 오염물을 제거할 것이 요구되고 있다. 이에 따라, 화학 물질의 첨가를 요구하지 않고, 2차 오염을 일으키지도 않으며, 운영 및 유지보수 요구 사항이 최소인, 비용 효율적이고 지속 가능한 폐수 처리 시스템에 대한 수요가 증가하고 있다.
난분해성 폐수(recalcitrant wastewater)를 처리하기 위한 바람직한 접근법은 전기화학적 산화에 의한 것이며, 이러한 전기화학적 산화는 잔류성(persistent) 유기 오염물, 다이옥신, 질소 종(nitrogen species)(예를 들어, 암모니아), 조제약(pharmaceuticals), 병원체(pathogens), 미생물 등과 같은 광범위한 오염물을 제거하기에 매우 효율적인 처리 해결책이다. 폐수를 처리하기 위한 하나의 접근법으로는 유기 및/또는 무기 오염물의 직접적인 전기화학적 산화에 의한 것이며, 이에 의해 이러한 오염물은 애노드 표면 상에서 직접적으로 산화된다. 또 다른 방법으로는 화학적 산화 종(하이드록실, 염소, 산소, 또는 과염소산 라디칼 또는 차아염소산염, 오존 또는 과산화수소와 같은 화합물)의 인-시튜(in-situ) 생성을 통한 유기 및/또는 무기 오염물의 간접적인 전기화학적 산화이다. 이들 화학적 산화 종은 애노드 표면 상에서 직접적으로 생성되고, 이어서 폐수 용액 내의 오염물을 산화시킨다.
폐수 처리를 위해 전기화학적 산화를 사용하는 시스템에 있어서, 애노드 촉매는 백금, 주석 산화물, 안티몬 주석 산화물, 루테늄 산화물, 이리듐 산화물, 니오븀 도핑된 안티몬 주석 산화물, 흑연, 망간을 포함하는 집단으로부터 선택될 수 있으며, 또는 이는 보다 값비쌀 수 있지만, 그러나 다이아몬드 또는 붕소-도핑된 다이아몬드처럼 매우 효율적인 촉매일 수 있다. 상기 애노드 촉매는 철, 불소, 백금, 및 니켈을 포함하는 그룹으로부터 선택된 도펀트를 추가로 포함하는 니오븀 도핑된 안티몬 주석 산화물, 또는 몰리브덴, 크롬, 비스무트, 텅스텐, 코발트, 니켈, 팔라듐, 니오븀, 탄탈륨, 백금, 팔라듐, 바나듐, 레늄(rhenium), 및 이러한 도펀트의 혼합물로 도핑된 주석 산화물, 또는 니오븀, 팔라듐, 탄화물, 질화물, 붕화물, 내식성 금속, 합금, 및 니오븀, 니오븀 5산화물, 아연 산화물, 또는 니오븀 탄화물과 같은 금속 산화물 상에 분산된 안티몬 주석 산화물일 수도 있다. 캐소드 촉매는 백금, 망간 산화물, 흑연, 탄소, 팔라듐, 로듐, 니켈 및 그 산화물일 수 있지만, 그러나 상기 캐소드는 니켈, 스테인리스 스틸, 티타늄, 니켈-코발트-란탄 산화물(NiColaOx) 등으로 제조된 코팅되지 않은 기질이 바람직하다. 이는 폐수 처리를 위해 캐소드 상에 이러한 촉매가 요구되지 않을 때, 고가의 촉매로 코팅된 애노드와 캐소드 모두를 사용하는 것보다 더욱 경제적인 대안을 나타낸다.
바이폴라 전극은 옥시 할로겐 용액의 생산을 위해 또는 다른 전해 공정을 위한 전해조에 사용되어 왔다. 바이폴라 셀(cell)은 모노폴라 셀(동일한 반응 영역을 가지며 또한 동일한 전류 밀도로 동작하는)보다 높은 전압에서 그리고 낮은 전류에서 동작하며, 이는 셀에 전기 에너지를 공급하기 위한 전원 공급부의 비용 및 도전체의 크기를 감소시키는 것을 돕는다.
옥시할로겐의 생산에 사용되는 바이폴라 전해조의 예로는, 예를 들어 미국 특허 제3,819,503호에 개시되어 있으며, 상기 미국 특허 제3,819,503호는 전해조를 개시하고 있고, 상기 전해조는 일부 바이폴라 캐소드 부분들이 한쪽 터미널 격벽에서 치수적으로 안정적인 애노들 사이의 공간으로 연장되도록, 또한 일부 바이폴라 애노드 부분들이 다른 쪽 터미널 격벽에서 캐소드들 사이로 연장되도록, 그리고 단부 격벽들 사이에 위치된 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 애노드 부분은 그 다음에 있는 상기 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 캐소드 부분과 인터리빙되도록, 터미널 격벽에서 이격된 관계로 위치되는 치수적으로 안정된 다수의 애노드, 또 다른 터미널 격벽에서 이격된 관계로 위치되는 다수의 캐소드, 및 상기 두 터미널 격벽들 사이로 연장되는 다수의 바이폴라 전극 어셈블리를 포함한다. 이런 전해조에 있어서, 각각의 바이폴라 플레이트 어셈블리의 바이폴라 플레이트는, 애노드로서 동작하는 절반 부분 및 캐소드로서 작용하는 다른 절반 부분을 가지며, 그리고 단열 칸막이들 사이에서 밀접하게 이격된 면 대 면(face-to-face) 관계로 배치된다. 결과적으로, 전극은 실질적으로 서로 가능한 한 가깝게 이격되어, 전극의 개구를 통해 직조되거나 또는 그 내부에 위치된 비도전성 분리기(separator)에 의해 전기적 접촉이 없도록 유지된다. 이런 특허에 있어서, 각각의 바이폴라 전극은 그 절반 부분이 애노드로서 작용하고 그리고 또 다른 절반이 캐소드로서 작용하는 플레이트이다. 이러한 바이폴라 배치는, 그 절반만 애노드로서 기능하고 또한 촉매층 코팅을 필요로 하더라도, 전극의 전체 표면 상에 촉매가 코팅될 필요가 있다는 단점을 갖게 되는데, 그 이유는 바이폴라 전극의 절반을 촉매로 코팅되지 않은 상태로 두면 애노드로서 동작하는 전극 부분 상에서 촉매층의 박리로 이어져서 그 조기 고장을 초래하기 때문이다. 이는 빈약한 촉매 이용률로 나타나며, 그리고 보다 고가의 촉매인 경우에는, 예를 들어 다이아몬드의 경우에는 이러한 해결책은 매우 값비쌀 수 있다.
미국 특허 제3,759,815호에 개시된 또 다른 예에 있어서, 염화나트륨의 전기 분해를 위한 셀에 사용되는 바이폴라 전극 어셈블리는, 베이스 플레이트의 티타늄측으로부터 연장되는 다수의 애노드 플레이트 및 상기 베이스 플레이트의 철측(iron side)으로부터 연장되는 다수의 캐소드 플레이트를 구비한 양면 베이스 플레이트를 포함하며, 상기 애노드 및 캐소드 플레이트는 그 대응하는 베이스 플레이트와 동일한 재료로 형성된다. 대안적으로, 상기 바이폴라 전극 어셈블리는 전극 유닛으로 구성되며, 각각의 전극 유닛은 이중 플랜지(이 특허의 도 5에 도시된 바와 같은)에 의해 함께 결합되는 예를 들어 티타늄 애노드 및 철 캐소드를 포함하며, 상기 전극 유닛은 셀 박스의 측벽에 연결된 일부 측부 부재에 의해 전기 접속부 내로 가압된다. 애노드 및 캐소드의 외부 말단은 절연 재료로 제조된 스페이서에 의해 서로의 사이에 거리를 두고 고정된다. 양면 베이스 플레이트 또는 이중 플랜지를 포함하는 이러한 바이폴라 전극 어셈블리는, 제조하기가 어렵다.
이에 따라, 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극에만 다이아몬드 또는 백금과 같은 촉매를 사용하고, 그리고 이러한 바이폴라 전극을 더 낮은 전류에서 전해조의 효율적인 동작을 달성하는 데 간단한 방식으로 연결함으로써, 전체 비용을 절감하면서 제조가 용이한 요소를 포함하는, 조립이 간단하고 용이한 전해조를 달성하기 위해, 폐수 처리를 위한 바이폴라 전극을 구비한 전해조의 설계를 추가로 개선할 필요가 있다.
본 발명은 이하의 요소를 포함하는, 즉
a. 그 단부들이 소정 부분 위에 중첩되고, 또한 애노드들을 소정 거리(B)로 서로 이격시키는 도전성 재료로 제조된 스페이서에 의해 이격되는, 도전성 재료로 제조된 나사형 볼트를 따라 이격된 면 대 면 관계로 적층되는 다수의 애노드를 포함하는 애노드 어셈블리;
b. 그 단부들이 소정 부분 위에 중첩되고, 또한 캐소드들을 소정 거리(A)로 서로 이격시키는 도전성 재료로 제조된 스페이서에 의해 이격되는, 도전성 재료로 제조된 나사형 볼트를 따라 이격된 면 대 면 관계로 적층되는 다수의 캐소드를 포함하는 캐소드 어셈블리;
c. 애노드로서 동작하는 일련의 바이폴라 전극 및 캐소드로서 동작하는 일련의 바이폴라 전극을 포함하는 적어도 하나의 바이폴라 전극 어셈블리로서, 그 단부들이 소정 부분 위에 중첩되고, 또한 애노드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극을 소정 거리(C)로 서로 이격시키고 또한 캐소드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극을 소정 거리(D)로 서로 이격시키는 도전성 재료로 제조된 스페이서에 의해 이격되는, 도전성 재료로 제조된 나사형 볼트를 따라 교대로 적층되는, 적어도 하나의 바이폴라 전극 어셈블리를 포함하며,
각각의 바이폴라 전극 어셈블리에 있어서, 애노드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극은, 애노드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극이, 캐소드로서 동작하는 인접한 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극과 인터리빙되거나, 또는 상기 캐소드 어셈블리의 전극과 인터리빙되고, 또한 캐소드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극이, 상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드와 인터리빙되거나, 또는 애노드로서 동작하는 인접한 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극과 인터리빙되도록, 캐소드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극과 대향 방향으로 배향되는, 폐수 처리를 위한 전해조를 개시하고 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 애노드들 사이의 거리(B)는 캐소드들 사이의 거리(A)와 동일하고, 또한 이는 상기 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극들 사이의 거리(C) 및 상기 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극들 사이의 거리(D)와 동일할 수 있다.
애노드 어셈블리의 애노드, 캐소드 어셈블리의 캐소드, 및 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극은 고체 플레이트, 다공성 플레이트, 오리피스 또는 메시(mesh)를 구비한 플레이트의 형상일 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 애노드 어셈블리의 애노드 및 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극은, 촉매로 코팅되는 유일한 전극이다. 다른 실시예에 있어서, 캐소드 어셈블리의 캐소드 및 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극은, 촉매로 코팅될 수도 있다.
애노드 어셈블리의 애노드, 캐소드 어셈블리의 캐소드, 및 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극은 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 또한 나사형 볼트의 통과를 허용하기 위해 적어도 하나의 오리피스가 제공된다.
일부 실시예에 있어서, 애노드 어셈블리의 애노드, 캐소드 어셈블리의 캐소드, 및 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극은 직사각형 활성 영역 및 상기 직사각형 활성 영역의 다각형 연장부를 포함하는 다각형 형상을 가지며, 이는 어셈블리 영역을 형성하며 또한 상기 나사형 볼트의 통과를 허용하기 위한 오리피스가 제공된다. 바람직한 실시예에 있어서, 애노드의, 그리고 애노드로서 동작하고 다각형 형상(직사각형 활성 영역 및 어셈블리 영역을 포함하는)을 갖는 바이폴라 전극의, 전체 표면은 촉매 박리를 방지하기 위해 촉매로 코팅된다.
상기 애노드 전극 어셈블리는 전원 공급부의 애노드측에 연결된 도전성 플레이트에 상기 나사형 볼트를 통해 연결되며, 상기 캐소드 전극 어셈블리는 전원 공급부의 캐소드측에 연결된 또 다른 도전성 플레이트에 상기 나사형 볼트를 통해 연결된다.
애노드 어셈블리의 애노드의, 캐소드 어셈블리의 캐소드의, 그리고 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극의 자유단부들은, 애노드, 캐소드, 또는 바이폴라 전극으로부터 소정 거리로 유지되며, 이들은 전극들 사이에 위치된 비도전성 재료의 스페이서에 의해, 그리고 비도전성 재료로 제조된 나사형 볼트 및 너트 어셈블리에 의해 나사형 볼트와 인터리빙되며, 상기 나사형 볼트는 스페이서에 제공되고 또한 상기 애노드, 캐소드, 바이폴라 전극에 제공된 구멍들을 통해 돌출된다.
상기 애노드 어셈블리의 애노드 또는 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극은, 상기 캐소드 어셈블리의 캐소드와, 또는 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극과 인터리빙되므로, 각각의 애노드의 또는 애노드로서 동작하는 각각의 바이폴라 전극의 양 측부는, 캐소드와 대면하거나 또는 캐소드로서 작용하는 바이폴라 전극과 대면한다. 이는 상기 캐소드 어셈블리의 캐소드 개수 또는 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극의 개수를, 애노드의 개수 또는 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극의 개수보다 하나 더 갖게 함으로써 달성될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극들 사이에 위치된 도전성 스페이서는, 상기 애노드 어셈블리의 애노드들 사이에 위치된 도전성 스페이서보다, 또는 상기 캐소드 어셈블리의 캐소드들 사이에 위치된 도전성 스페이서보다, 크기(예를 들어, 표면적, 두께)가 더 작다.
본 발명은 각각의 단부에서 엔드 플레이트(end plate) 어셈블리에 연결되는 관형 케이싱을 포함하는 반응기(reactor)를 추가로 개시하고 있으며, 각각의 엔드 플레이트 어셈블리는 2개의 커버 플레이트 및 상기 2개의 커버 플레이트 사이에 개재된 도전성 플레이트를 포함하며, 제1 엔드 플레이트 어셈블리의 도전성 플레이트는 애노드 어셈블리에 그리고 전원 공급부의 포지티브측에 연결되고, 제2 엔드 플레이트 어셈블리의 도전성 플레이트는 상기 캐소드 어셈블리에 그리고 상기 전원 공급부의 네거티브측에 연결된다. 상기 반응기는 본 발명에 기재된 전해조를 둘러싼다.
각각의 엔드 플레이트 어셈블리의 커버 플레이트는, 처리될 폐수를 상기 반응기에서 둘러싸인 전해조에 공급하기 위한 개구를 포함한다. 상기 반응기는 비도전성 재료로 제조된 배플(baffle)을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 배플은 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극의 포지셔닝을 고정하는 나사형 볼트 및 너트 어셈블리에 근접하여 상기 반응기의 관형 케이싱 내에 위치되며, 상기 배플에는 바이폴라 전극이 관통하고 또한 상기 반응기를 통해 순환하는 폐수의 흐름을 허용하는 개구가 제공된다. 상기 배플은 전극의 포지셔닝을 반응기 내에 고정하기 위해, 반응기 케이싱의 내부 치수를 적절한 공차로 매칭시키는 크기로 되어 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 반응기는 애노드 어셈블리, 캐소드 어셈블리 중 적어도 하나의, 그리고 바이폴라 전극 어셈블리들 중 적어도 하나의, 각각의 측부 상에 이격 플레이트(spacing plate)를 추가로 포함하며, 상기 이격 플레이트는 각각의 어셈블리와 반응기의 내벽 사이에 위치되며, 또한 애노드의, 캐소드의, 또는 각각의 어셈블리의 각각의 바이폴라 전극의 단부가 그들 사이에 일정한 거리를 유지하도록 장착되는 채널이 제공된다.
도면은 본 발명의 특정한 바람직한 실시예를 도시하고 있지만, 그러나 결코 본 발명의 정신 또는 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리를 위한 전해조의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 2는 처리 반응기 내에 위치된 본 발명의 전해조의 3차원 모습을 도시하고 있다.
도 3은 바이폴라 및 모노폴라 전극의 상대 위치를 유지하기 위해 스페이서가 제공된 나사형 볼트/너트 어셈블리를 포함하는, 전해조의 실시예의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 4는 바이폴라 및 모노폴라 전극의 자유단부의 상대 위치를 유지하기 위한 스페이서, 및 바이폴라 플레이트 어셈블리를 반응기 내에 위치시키기 위한 배플이 제공된 나사형 볼트/너트 어셈블리를 포함하는, 전해조의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 5는 도 4에 도시된 실시예의 섹션의 3차원 모습을 도시하고 있다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서 전극으로서 사용될 수 있는 플레이트를 도시하고 있다.
도 7은 그 전체 길이를 따라 전극들 사이의 거리를 유지하기 위해, 전극 어셈블리의 각각의 측부 상에서 반응기 내에 위치된 이격 플레이트를 보다 상세히 도시하는, 도 4에 도시된 전해조의 횡단면 모습(A-A)을 개념화된 형태로 도시하고 있다.
도 2는 처리 반응기 내에 위치된 본 발명의 전해조의 3차원 모습을 도시하고 있다.
도 3은 바이폴라 및 모노폴라 전극의 상대 위치를 유지하기 위해 스페이서가 제공된 나사형 볼트/너트 어셈블리를 포함하는, 전해조의 실시예의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 4는 바이폴라 및 모노폴라 전극의 자유단부의 상대 위치를 유지하기 위한 스페이서, 및 바이폴라 플레이트 어셈블리를 반응기 내에 위치시키기 위한 배플이 제공된 나사형 볼트/너트 어셈블리를 포함하는, 전해조의 횡단면도를 도시하고 있다.
도 5는 도 4에 도시된 실시예의 섹션의 3차원 모습을 도시하고 있다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에서 전극으로서 사용될 수 있는 플레이트를 도시하고 있다.
도 7은 그 전체 길이를 따라 전극들 사이의 거리를 유지하기 위해, 전극 어셈블리의 각각의 측부 상에서 반응기 내에 위치된 이격 플레이트를 보다 상세히 도시하는, 도 4에 도시된 전해조의 횡단면 모습(A-A)을 개념화된 형태로 도시하고 있다.
특정 용어가 본 설명에 사용되었으며, 이는 이하에 제공된 정의에 따라 해석되도록 의도되었다. 또한, "하나의(a)" 및 "포함하다(comprises)"와 같은 용어는 제약이 없는 것으로 간주된다. 또한 여기에 인용된 모든 미국 특허공보 및 다른 참조 문헌은 그 전체가 참조 인용되었다.
본 발명에 따른 예시적인 전해조가 도 1에 도시되어 있다.
상기 전해조(100)는 캐소드 어셈블리(102), 애노드 어셈블리(104), 및 상기 애노드 어셈블리와 캐소드 어셈블리 사이에 위치된 여러 개의 바이폴라 전극 어셈블리(106A, 106B)를 포함한다.
캐소드 어셈블리(102)는 면 대 면 관계로 나사형 볼트(110)를 따라 적층된 여러 개의 캐소드(108)를 포함한다. 도전성 재료로 제조된 스페이서(112)는, 조립된 전해조에서 도 1에 도시된 바와 같이 그리고 아래에 추가로 기재되는 바와 같이 일부 바이폴라 전극이 캐소드와 인터리빙될 수 있도록, 캐소드들 사이의 거리 "A"를 유지하기 위해 상기 나사형 볼트(110)를 따라 캐소드들(108) 사이에 삽입된다. 캐소드(108) 및 스페이서 (112)에 의해 형성된 어셈블리는 나사형 볼트(110)에 의해 함께 조립된 상태로 유지되고, 또한 전원 공급부의 네거티브측에 연결된 도전성 플레이트(117)에 상기 나사형 볼트를 통해 연결된다.
유사하게, 애노드 어셈블리(104)는, 면 대 면 관계로 나사형 볼트(118)를 따라 적층되고 또한 상기 나사형 볼트(118) 및 너트(115)를 통해 서로 연결되는, 여러 개의 애노드(116)를 포함한다. 애노드들(116) 사이에 거리 "B"를 유지하여 일부 바이폴라 전극이 애노드와 인터리빙될 수 있도록, 상기 나사형 볼트(118)를 따라 스페이서(120)가 애노드들(116) 사이에 삽입된다. 애노드(116) 및 스페이서(120)에 의해 형성된 어셈블리는, 나사형 볼트(118)를 통해 전원 공급부의 포지티브측에 연결된 도전성 플레이트(119)에 연결된 상태로 유지된다. 상기 스페이서(120) 및 나사형 볼트(118)는 도전성 재료로 제조된다. 캐소드 어셈블리(102)의 캐소드(108) 및 애노드 어셈블리(104)의 애노드(116)는 모노폴라 전극이다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 전술한 바와 같이 각각의 전극들 사이에 적절한 거리를 유지하기 위해, 인접한 캐소드들(108) 사이와 그리고 각각의 인접한 애노들(116) 사이에는, 여러 개의 스페이서(112)가 각각 위치된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 거리(A) 및 거리(B)와 각각 동일한 소정 두께를 갖는 하나의 스페이서만 각각의 인접한 전극들 사이에 배치될 수 있다.
바이폴라 전극 어셈블리(106A, 106B)는, 스페이서(126)에 의해 분리되고 또한 나사형 볼트(128)에 의해 연결되는 여러 개의 바이폴라 전극(122) 및 여러 개의 바이폴라 전극(124)을 포함한다. 각각의 바이폴라 전극 어셈블리(106A, 106B)에 있어서, 바이폴라 전극(122) 및 바이폴라 전극(124)은 나사형 볼트(128)를 따라 교대로 적층되며, 바이폴라 전극(122)은 이들을 연결하는 나사형 볼트(128)에 대해 바이폴라 전극(124)으로부터 반대 방향으로 배향된다. 상기 나사형 볼트(128)와 함께 너트(130)에 의해 형성된 어셈블리(131)는, 전체 바이폴라 전극 어셈블리를 함께 유지시키며, 상기 스페이서(126)는 전극들 사이에 필요한 거리를 보장한다. 스페이서(126) 및 나사형 볼트(128)는 도전성 재료로 제조된다.
캐소드 어셈블리(102)의 다음에 위치되는 바이폴라 전극 어셈블리(106A)의 바이폴라 전극(122)은 캐소드들(108) 사이에 인터리빙되어 애노드로서 동작하며, 동일한 어셈블리(106A)의 다른 바이폴라 전극(124)은 캐소드로서 동작하고 그리고 바이폴라 전극 어셈블리(106B)의 바이폴라 전극(122)과 인터리빙된다. 유사하게, 애노드 어셈블리(104)의 옆에 위치되는 바이폴라 전극 어셈블리(106B)의 바이폴라 전극(124)은 애노드들(116) 사이에 인터리빙되어 캐소드로서 동작하며, 동일한 어셈블리(106B)의 다른 바이폴라 전극(122)은 애노드로서 동작한다.
각각의 바이폴라 전극 어셈블리(106A, 106B)에 있어서, 바이폴라 전극(122)의 단부는 바이폴라 전극(124)의 단부와 중첩되도록 위치되며, 스페이서(126)는 바이폴라 전극의 중첩된 단부를 연결한다. 나사형 볼트(128)를 따라 각각의 바이폴라 전극 어셈블리의 전극들 사이에 위치된 스페이서(126)는, 바이폴라 전극들(122) 사이의 특정 거리 "C", 및 바이폴라 전극들(124) 사이의 거리 "D"를 각각 유지한다. 일반적으로, 보다 균일한 전류 밀도 분포를 위해, 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극들(122) 사이의 거리 "C"는 애노드들(116) 사이의 거리 "E"와 동일하며, 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극들(124) 사이의 거리 "D"는 캐소드들(108) 사이의 거리 "A"와 동일한 것이 바람직하다. 또한, 캐소드들 사이의 거리 "A"는 애노드들 사이의 거리 "B"와 동일한 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 전극들 사이의 거리 "A", "B", "C", 및 "D"의 값은 전극들 사이의 전기 저항을 최소화하도록 계산되므로, 전극들 사이를 흐르는 유체(폐수)의 속도는 오염물을 제거하기 위해 전극 표면에서의 전기화학적 반응을 강화시키고, 전극 표면에 충분한 난류를 발생시켜 이러한 반응을 가속화시킨다. 전극들 사이의 거리가 더 작으면, 도전율이 낮은 폐수에 대해 우수한 오염물 제거 결과가 얻어질 수 있으며, 이는 전기화학적 반응을 돕기 위해 전해질을 더 적게 첨가해야 한다는 것을 의미한다.
스페이서(112, 120, 126)는 크기(예를 들어, 표면적, 두께)가 동일할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 바이폴라 전극들 사이에 위치된 스페이서는 상기 애노드 어셈블리의 애노드들 사이에 위치된 스페이서보다 더 작고, 또한 상기 캐소드 어셈블리의 캐소드들 사이에 위치된 스페이서보다 더 작은데, 그 이유는 바이폴라 플레이트 어셈블리의 스페이서가 전류를 더 적게 전송하기 때문이다. 각각의 타입의 스페이서의 크기, 보다 구체적으로 스페이서의 표면적은 스페이서를 통해 전달될 필요가 있는 전류에 기초하여, 그리고 그 재료의 도전율에 기초하여 계산된다. 바이폴라 전극들 사이에 위치된 스페이서를, 애노드들 사이에 또는 애노드의 그리고 각각의 캐소드 어셈블리의 캐소드들 사이에 위치된 스페이서보다 더 작게 하면, 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극(122) 및 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극(124)의 중첩 영역을 절대적으로 감소시킨다. 이는 촉매로 코팅된 바이폴라 전극(122)의 더 많은 영역이 활성 영역으로서 사용되는 것을 허용한다. "활성 영역"이라 함은, 전해조를 통해 순환하는 폐수와 접촉하여, 상기 폐수를 처리하기 위해 전기화학적 산화 반응을 발생시키는 촉매로 코팅된 전극의 영역을 의미한다. 이에 따라, 바이폴라 전극들 사이의 스페이서(126)의 표면적은, 소정의 전류값 및 소정의 재료 도전율에 요구되는 최소 표면적으로 계산된다.
본 발명에 있어서, 애노드(116), 및 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극(122)은 애노드 촉매에 의해 코팅된 플레이트이다. 예를 들어, 상기 플레이트는 티타늄, 니오븀, 탄탈륨 등으로 제조될 수 있으며, 상기 애노드 촉매는 바람직하게는 붕소 도핑된 다이아몬드이지만, 그러나 다이아몬드, 백금, 이리듐 산화물, 이리듐-루테늄 산화물, 이리듐-탄탈륨 산화물, 이리듐- 티타늄 산화물, 루테늄 산화물, 주석/안티몬 산화물, 금, 인듐, 팔라듐, 탄소, 흑연 등일 수 있다. 캐소드(108), 및 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극(124)은 스테인리스 스틸, 니켈, 티타늄, 흑연, 유리상 탄소(glassy carbon), 붕소 도핑된 다이아몬드, 니켈-코발트-란트바늄(lantbanum) 산화물(NiColaOx), 또는 스틸로 제조되는 것이 바람직하며, 촉매로 코팅되는 것은 바람직하지 않다. 일부 실시예에 있어서, 전해조가 역전 모드(reversed mod)로 동작되도록 의도되었을 때, 애노드와 캐소드 모두 그리고 각각의 모든 바이폴라 전극(122, 124)은 애노드 및 캐소드 동작 모드 모두를 유지할 수 있는 촉매로, 예를 들어 이리듐 산화물, 루테늄 산화물, 이리듐-탄탈륨 산화물, 이리듐-루테늄-탄탈륨 산화물 등으로 코팅된다. 본 발명의 모든 모노폴라 또는 바이폴라 전극에 대해, 전극 기질을 위한 고체 플레이트 대신에 메시, 천공형 플레이트, 또는 다공성 플레이트가 사용될 수 있다.
일반적으로 애노드가 그 촉매로 인해 캐소드보다 더 비싸기 때문에, 상기 바이폴라 전극 어셈블리 및 애노드 및 캐소드 어셈블리는 애노드의 모든 표면이 전해조의 근처에서 순환하는 폐수를 처리하기 위해 완전히 이용되도록 설계된다. 전극(108, 116, 122, 124)의 개수는, 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극(122) 및 상기 애노드 어셈블리(104)의 각각의 애노드(116)가 캐소드 어셈블리로부터 2개의 캐소드(108) 사이에, 또는 캐소드로서 동작하는 인접한 바이폴라 전극 어셈블리의 2개의 바이폴라 전극(124) 사이에 위치되도록 선택된다. 이에 따라, 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극의 개수 "n" 및 각각의 캐소드의 개수는, 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극의 개수 "m" 및 각각의 애노드의 개수보다 1만큼 더 크다(n = m + 1).
도 1은 애노드 어셈블리(104)와 캐소드 어셈블리(102) 사이에 직렬로 배치된 2개의 바이폴라 전극 어셈블리(106A, 106B)를 도시하고 있다. 본 기술분야의 숙련자라면, 상기 전해조는 애노드 어셈블리(104)와 캐소드 어셈블리(102) 사이에 오직 하나의 바이폴라 전극 어셈블리만 포함할 수 있으며, 또는 바람직한 실시예에서는 2개 이상의 바이폴라 전극 어셈블리를 포함할 수 있음을 인식할 것이다.
도 2는 관류형(flow-through) 반응기(210)에 위치된 본 발명의 전해조(200)를 도시하고 있다. 상기 전해조는 애노드 어셈블리(204)와 캐소드 어셈블리(202) 사이에 위치된 여러 개의 바이폴라 전극 어셈블리(206)를 포함한다. 도 2에 도시된 관류형 반응기는 전해조를 둘러싸는 관형 케이싱(230), 및 2개의 엔드 플레이트 어셈블리(232A, 232B)를 갖는다. 상기 관류형 반응기의 관형 케이싱(230)은 단지 예시를 위한 시스루(see-through) 구성요소로서 도시되어 있다. 제1 엔드 플레이트 어셈블리(232A)는 전원 공급부의 네거티브측에 연결된 도전성 플레이트(217)를 포함하고, 제2 엔드 플레이트 어셈블리(232B)는 전원 공급부의 포지티브측에 연결된 도전성 플레이트(219)를 포함하며, 상기 2개의 엔드 플레이트 어셈블리의 각각은 도전성 플레이트의 각각의 측부 상에 하나씩 2개의 커버 플레이트(236, 238)를 추가로 포함한다. 도 2에 있어서, 상기 도전성 플레이트(217)를 포함하는 엔드 플레이트 어셈블리(232A)를 위한 커버 플레이트 중 하나는, 예시를 위해 제거되었다. 상기 도전성 플레이트(217, 219)는 유사한 구조를 가지며, 각각의 도전성 플레이트는 애노드 또는 각각의 캐소드 어셈블리의 나사형 볼트가 돌출되는 약간의 구멍(240), 및 상기 애노드 및 각각의 캐소드 어셈블리를 수용할 수 있고 그리고 폐수가 상기 반응기에 유입되고 방출되는 것을 허용하는 약간의 개구(242)를 갖는다. 또한, 캐소드 어셈블리(202)의 전극 및 각각의 애노드 어셈블리(204)를 함께 유지하는 나사형 볼트 및 너트 어셈블리는 전해조를, 상기 반응기(210) 내의 엔드 플레이트 어셈블리(232A, 232B)에 대해 고정된 위치에 보유한다. 각각의 도전성 플레이트(217, 219)는 도전성 플레이트 및 각각의 전해조를 전원 공급부/전하(도시되지 않음)에 연결하는 터미널 부분(244)을 포함한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해조(300)의 일부의 횡단면도를 도시하고 있다. 이런 실시예에 있어서, 애노드 어셈블리(304)의 애노드(316)의 자유단부는, 전극들 사이에 개재된 스페이서(356)를 구비하는 나사형 볼트/너트 어셈블리(350)에 의해, 상기 바이폴라 전극 어셈블리(306)의 바이폴라 전극(324)으로부터 거리 "E"로 유지되며, 상기 나사형 볼트는 애노드의 자유단부에 제공된 구멍을 통해 돌출된다. 유사하게, 바이폴라 플레이트 어셈블리(306)의 바이폴라 전극(324)의 자유단부는, 또 다른 나사형 볼트/너트 어셈블리(350)의 스페이서에 의해 상기 애노드 어셈블리(304)의 애노드(316)로부터 거리 "E"로 유지된다. 유사한 나사형 볼트/너트 어셈블리(350)는, 임의의 단락을 방지하고 또한 전극 표면 상에 균일한 전류 밀도를 허용하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 인접한 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극(324)의 자유단부 근처에, 또한 상기 바이폴라 전극(322)의 자유단부 근처에, 그리고 캐소드 어셈블리(도시되지 않음)의 캐소드의 각각의 자유단부 근처에 위치된다.
각각의 나사형 볼트 너트 어셈블리(350)는 전극들 사이에 위치된 나사형 볼트(352), 너트(354), 및 비도전성 스페이서(356)를 포함한다. 상기 나사형 볼트(352) 및 너트(354) 또한 비도전성 재료로 제조된다.
도 1에 도시된 실시예와 유사하게, 전해조(300)는 또한 바이폴라 전극 어셈블리(306)의 바이폴라 전극을 함께 유지하는 나사형 볼트/너트 어셈블리(331), 및 상기 애노드 어셈블리(304)를 도전성 플레이트(319)에 연결하는 나사형 볼트(318) 및 너트(315)를 포함한다.
도 4 및 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 전해조(300)는 애노드 어셈블리(304), 캐소드 어셈블리(이 횡단면도에는 도시되지 않음), 및 상기 애노드와 캐소드 어셈블리 사이에 개재된 적어도 하나의 바이폴라 전극 어셈블리(306)를 포함하는, 도 3에 도시된 바와 동일한 구성을 갖는다. 전해조(300)는 2개의 엔드 플레이트 어셈블리(332)를 갖는 반응기(310)에 위치된다. 도 4에는 애노드 어셈블리에 연결된 엔드 플레이트 어셈블리(332)만 도시되어 있다. 엔드 플레이트 어셈블리(332)는 도전성 플레이트(319), 및 상기 도전성 플레이트(319)의 각각의 측부 상에 하나씩 2개의 커버 플레이트(336, 338)를 포함한다. 이런 실시예에 있어서, 바이폴라 전극의 위치 및 상기 반응기의 케이싱(330)에 대한 전해조(300)의 위치는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 절대적으로 바이폴라 전극 어셈블리(306)의 바이폴라 전극(322)의 침투를 허용하고 또한 상기 배플의 일 측부로부터 대향 측부로 반응기를 통한 폐수의 흐름을 허용하는 개구(362)가 제공된 배플(360)에 의해 유지되므로, 상기 폐수는 전해조의 전극의 표면 위로 흐를 수 있다. 배플(360)은 상기 반응기 케이싱(330)의 내부 치수를, 반응기 내에서의 설치를 허용하는 동시에 상기 반응기 내에서 전극 및 각각의 전해조의 원하는 포지셔닝을 허용하는 적절한 공차로 매칭시키는 크기를 갖는다. 배플(360)은 비도전성 재료로 제조되며, 이에 따라 인접한 전극 어셈블리들 사이의 션트 전류(shunt current)를 방지한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 배플(360)은 반응기 및 그 케이싱(330)의 관형 형상과 매칭되는 원형 형상을 가지며, 그리고 그 개구(362)를 통해 전극(322)의 용이한 설치를 허용하는 2개의 부분(360A, 360B)으로 이루어진다. 도 4 및 5에 도시된 배플(360)은 상기 바이폴라 전극 어셈블리(306)와 인접하는 전극 어셈블리 사이에, 보다 구체적으로는 상기 나사형 볼트/너트 어셈블리(331)와 인접하는 전극 어셈블리의 전극(324)의 자유단부 사이의 공간에 제공된다.
바람직한 실시예에 있어서, 케이싱(330)에 대한 전해조(300)의 위치를 유지하기 위해, 바람직하게는 바이폴라 전극 어셈블리를 유지하는 각각의 나사형 볼트/너트 어셈블리와 인접하는 바이폴라 전극 어셈블리의 전극의 단부, 또는 상기 애노드 어셈블리의 애노드의 단부 및 각각의 캐소드 어셈블리의 캐소드의 단부 사이에, 하나 이상의 배플이 제공된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전해조에는 보다 구체적으로는 단락을 피하고 또한 전극 표면 상에 균일한 전류 밀도를 유지하기 위해, 도 1의 나사형 볼트/너트 어셈블리(131)와 구성이 유사하고 또한 상기 바이폴라 전극(322, 324)을 함께 유지하기 위한 목적으로 작용하는 2개의 나사형 볼트/너트 어셈블리(331), 및 도 3에 도시된 나사형 볼트/너트 어셈블리(350)와 구성이 유사하고 이와 동일한 목적으로 작용하는, 보다 구체적으로 전극의 자유단부를 인접한 전극으로부터 소정의 거리로 유지시키는, 나사형 볼트/너트 어셈블리(350)가 제공될 수 있다. 그 전체 표면에 걸쳐 인접한 전극들 사이의 균일한 이격은, 전극의 표면 상에 균일한 전류 밀도를 허용한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 인접한 전극들 사이의 거리는, 도 7에 보다 상세히 도시되어 있고 이하에 추가로 기재되는 일부 이격 플레이트(370, 371)를 사용함으로써, 전극의 전체 길이를 따라 더욱 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명의 애노드, 캐소드, 및 바이폴라 전극은 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 직사각형 형상, 또는 다른 실시예에서 원형 형상을 가질 수 있으며, 이들은 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같은 다각형 형상을 가질 수 있다. 바이폴라 전극으로서, 애노드로서, 또는 캐소드로서 동작할 수 있는 전극(422)은 2개의 영역, 즉 처리될 폐수에 노출되는 전극의 활성 영역을 나타내는 직사각형 영역(F), 및 조립된 셀에서 이것이 속해 있는 전극 어셈블리의 인접한 전극의 어셈블리 영역과 중첩될, 전극의 어셈블리 영역인 영역(G)으로 표시되는 다각형 연장부를 형성하는 다각형 형상을 갖는다. 상기 어셈블리 영역(G)에는 전극 어셈블리를 함께 유지시키는 나사형 볼트의 관통을 허용하기 위한 구멍(423)이 제공된다. 이런 실시예에서는, 전극이 완전한 직사각형 형상을 갖는 실시예에 비해 전극의 어셈블리 영역이 감소된다. 바람직한 실시예에서는 상기 애노드 또는 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극을 형성하는 전체 플레이트가 임의의 촉매 박리 문제를 방지하기 위해 촉매로 코팅되기 때문에, 사용되지 않는 촉매층의 영역[어셈블리 영역(G)]은 전극이 완전한 직사각형 형상을 갖는 이전의 실시예보다 더 작으며, 이는 전해조의 비용을 감소시키는 것을 돕는다.
도 7은, 하나의 이격 플레이트(370)가 애노드 어셈블리의 애노드(318) 및 인접하는 바이폴라 전극 어셈블리의 캐소드(324)로서 동작하는 바이폴라 전극의 각각의 대향 측부 상에서 반응기(330) 내에 위치되고, 이들을 그 전체 길이를 따라 소정의 거리에서 고정된 상대 위치로 유지하는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예에 있어서, 전극들 사이의 거리는 전극들 사이의 전류 흐름을 강화시키도록 최소화될 수 있으며, 또한 상기 이격 플레이트는 더 나은 전기화학적 반응을 위해 폐수의 흐름을 상기 전극 표면을 따라 지향시키는 것을 돕는다. 전극들 사이의 이러한 감소된 이격은 폐수 유속을 강화시키고, 전극들 사이의 전기 저항을 최소화하며, 폐수 도전율 요건을 감소시키는 것과 관련하여 전술한 바와 같은 이점을 갖는다. 상기 이격 플레이트(370)는 관류형 반응기의 내부에 의해 지지되고, 또한 전극에 대해 그리고 반응기에 대해 이들을 고정된 위치에 유지시키는 공차로 구성된다. 이러한 이격 플레이트는 인접한 바이폴라 어셈블리[예를 들어, 도 4에 도시된 이격 플레이트(371)]의 전극 및 상기 캐소드 어셈블리의 캐소드를, 상기 인접한 바이폴라 전극(도시되지 않음)에 대해 위치시키는 데 사용될 수도 있다.
본 기술분야의 숙련자라면, 대안적인 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전해조는 관류형 반응기에 위치되는 대신에, 처리될 폐수를 함유한 탱크에 침지될 수도 있음을 인식할 것이다.
본 기술분야의 숙련자라면, 본 발명의 전해조의 애노드, 캐소드, 및 바이폴라 전극은 고체 플레이트 기질, 메시 기질을 가질 수 있으며, 또는 다공성 플레이트 또는 오리피스를 구비한 플레이트일 수 있음을 인식할 것이다.
본 발명의 특정 요소, 실시예, 및 어플리케이션이 도시되고 설명되었지만, 물론 본 발명은 본 발명의 정신 및 범주로부터의 일탈 없이, 특히 전술한 교시를 감안하여 본 기술분야의 숙련자에 의해 변형될 수 있기 때문에, 본 발명이 이에 제한되지 않음을 인식해야 한다. 이러한 변형은 여기에 첨부된 청구범위의 영역 및 범주 내에서 고려되어야만 한다.
2018년 3월 21일자로 출원된 미국 가특허출원 62/646,168호의 발명은 그 전체가 여기에 참조 인용되었다.
전술한 다양한 실시예는 추가 실시예를 제공하도록 조합될 수 있다. 본 명세서에 언급된 및/또는 출원 데이터 시트에 열거된 미국 특허, 미국 특허출원 공보, 미국 특허출원, 외국 특허, 외국 특허출원 및 비특허공보의 전부는 그 전체가 여기에 참조 인용되었다.
Claims (16)
- 폐수 처리를 위한 전해조로서:
a. 그 단부들이 소정 부분 위에 중첩되고, 또한 애노드들을 소정 거리(B)로 서로 이격시키는 도전성 재료로 제조된 스페이서에 의해 이격되는, 도전성 재료로 제조된 나사형 볼트를 따라 이격된 면 대 면 관계로 적층되는 다수의 애노드를 포함하는 애노드 어셈블리;
b. 그 단부들이 소정 부분 위에 중첩되고, 또한 캐소드들을 소정 거리(A)로 서로 이격시키는 도전성 재료로 제조된 스페이서에 의해 이격되는, 도전성 재료로 제조된 나사형 볼트를 따라 이격된 면 대 면 관계로 적층되는 다수의 캐소드를 포함하는 캐소드 어셈블리;
c. 애노드로서 동작하는 일련의 바이폴라 전극 및 별도의 플레이트로 만들어진 캐소드로서 동작하는 일련의 바이폴라 전극을 포함하는 적어도 하나의 바이폴라 전극 어셈블리로서, 그 단부들이 소정 부분 위에 중첩되고, 또한 애노드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극을 소정 거리(C)로 서로 이격시키고 또한 캐소드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극을 소정 거리(D)로 서로 이격시키는 도전성 재료로 제조된 스페이서에 의해 이격되는, 도전성 재료로 제조된 나사형 볼트를 따라 교대로 적층되는, 적어도 하나의 바이폴라 전극 어셈블리를 포함하며,
애노드로서 동작하는 각각의 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극은, 애노드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극이, 캐소드로서 동작하는 인접한 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극과 인터리빙되거나, 또는 상기 캐소드 어셈블리의 전극과 인터리빙되고, 또한 캐소드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극이, 상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드와 인터리빙되거나, 또는 애노드로서 동작하는 인접한 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극과 인터리빙되도록, 캐소드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극과 대향 방향으로 배향되고,
상기 캐소드 어셈블리의 캐소드의 개수 및 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극의 개수는, 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극의 개수 또는 애노드의 개수보다 각각 하나 더 많고, 상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드 또는 애노드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극은, 각각의 애노드 또는 애노드로서 동작하는 바이폴라 전극의 양 측부가 캐소드 또는 캐소드로서 동작하는 바이폴라 전극과 대면하도록, 상기 캐소드 어셈블리의 상기 캐소드에, 또는 캐소드로서 동작하는 상기 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극과 인터리빙되고,
상기 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극들 사이에 배치된 도전성 스페이서들 각각이 상기 바이폴라 전극들과 접촉하는 표면적은,
상기 애노드 어셈블리의 애노드들 사이에 배치된 도전성 스페이서들 각각이 상기 애노드들과 접촉하는 표면적보다 크기가 더 작고, 상기 캐소드 어셈블리의 상기 캐소드들 사이에 배치된 도전성 스페이서들 각각이 상기 캐소드들과 접촉하는 표면적보다 작고,
상기 애노드의, 그리고 애노드로서 작용하는 상기 바이폴라 전극의 전체 표면은 촉매로 코팅되는, 전해조. - 청구항 1에 있어서,
상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드, 상기 캐소드 어셈블리의 상기 캐소드, 또는 상기 바이폴라 전극은 고체 플레이트, 다공성 플레이트, 오리피스 또는 메시를 구비한 플레이트의 형상인, 전해조. - 청구항 1에 있어서,
상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드, 및 애노드로서 작용하는 상기 바이폴라 전극만 촉매로 코팅되는, 전해조. - 청구항 1에 있어서,
상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드, 상기 캐소드 어셈블리의 상기 캐소드, 또는 상기 바이폴라 전극은 직사각형 형상을 가지며, 또한 상기 나사형 볼트의 통과를 허용하기 위해 적어도 하나의 오리피스가 제공되는, 전해조. - 청구항 1에 있어서,
상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드, 상기 캐소드 어셈블리의 상기 캐소드, 또는 상기 바이폴라 전극은 다각형 형상을 가지며, 또한 직사각형 활성 영역, 및 어셈블리 영역을 형성하고 또한 상기 나사형 볼트의 통과를 허용하기 위한 오리피스가 제공되는, 상기 직사각형 활성 영역의 다각형 연장부를 포함하는, 전해조. - 청구항 1에 있어서,
상기 애노드 어셈블리는 상기 나사형 볼트를 통해 전원 공급부의 포지티브측에 연결된 도전성 플레이트에 연결되고, 상기 캐소드 어셈블리는 상기 나사형 볼트를 통해 상기 전원 공급부의 네거티브측에 연결된 도전성 플레이트에 연결되는, 전해조. - 청구항 1에 있어서,
상기 애노드 어셈블리의 상기 애노드의, 상기 캐소드 어셈블리의 상기 캐소드의, 그리고 상기 바이폴라 전극 어셈블리의 상기 바이폴라 전극의, 자유단부들은, 상기 애노드, 상기 캐소드, 또는 바이폴라 전극으로부터 소정 거리에 유지되며, 상기 애노드와 캐소드 및 바이폴라 전극은 전극들 사이에 위치된 비도전성 재료의 스페이서에 의해, 그리고 비도전성 재료로 제조된 나사형 볼트 및 너트 어셈블리에 의해 나사형 볼트와 인터리빙되며, 상기 나사형 볼트는 상기 스페이서에 그리고 상기 애노드, 캐소드, 및 바이폴라 전극의 자유단부에 제공된 구멍을 통해 돌출되는, 전해조. - 청구항 1에 있어서,
거리(A, B, C, D)는 서로 동일한, 전해조. - 각각의 단부에서 엔드 플레이트 어셈블리와 연결되는 관형 케이싱을 포함하는 청구항 1의 전해조를 둘러싸는 반응기로서, 각각의 엔드 플레이트 어셈블리는 2개의 커버 플레이트 및 상기 2개의 커버 플레이트들 사이에 개재되는 도전성 플레이트를 포함하고, 제1 엔드 플레이트 어셈블리의 상기 도전성 플레이트는 애노드 어셈블리에 그리고 전원 공급부의 포지티브측에 연결되며, 제2 엔드 플레이트 어셈블리의 상기 도전성 플레이트는 상기 캐소드 어셈블리에 그리고 상기 전원 공급부의 네거티브측에 연결되는, 반응기.
- 청구항 9에 있어서,
각각의 엔드 플레이트 어셈블리의 상기 커버 플레이트는 처리될 폐수를 상기 전해조에 공급하기 위한 개구를 포함하는, 반응기. - 청구항 9에 있어서,
비도전성 재료로 제조되고 또한 바이폴라 전극 어셈블리의 바이폴라 전극의 포지셔닝을 고정시키는 나사형 볼트 및 너트 어셈블리의 근처에 상기 반응기의 상기 관형 케이싱 내에 위치되는 배플을 더 포함하며, 상기 배플은 상기 반응기 케이싱의 내부 치수를 적절한 공차로 매칭시키는 크기를 가지며, 상기 배플에는 상기 바이폴라 전극이 관통하고 또한 상기 반응기를 통해 순환하는 폐수의 흐름을 허용하는 개구가 제공되는, 반응기. - 청구항 9에 있어서,
상기 애노드 어셈블리, 상기 캐소드 어셈블리, 및 상기 적어도 하나의 바이폴라 전극 어셈블리 중 적어도 하나의 각각의 측부 상에 이격 플레이트를 더 포함하며, 상기 이격 플레이트는 상기 각각의 어셈블리와 상기 반응기의 내벽 사이에 위치되고, 상기 이격 플레이트에는 상기 각각의 어셈블리의 상기 애노드의, 상기 캐소드의, 또는 상기 각각의 바이폴라 전극의 단부들이 이들 사이에 일정한 거리를 유지하도록 장착되는 채널이 제공되는, 반응기. - 삭제
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