KR20030070720A - 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치에 관한 것으로, 그 구성은 폐수저장조와, 상기 폐수저장조 내의 폐수를 상부로 토출시키기 위한 펌프와, 토출 폐수를 강제 선회시킴과 아울러 그 유입 폐수 내에 함유된 성분을 전기분해하여 각각의 성분을 분리 추출한 후 재 순환시키기 위한 사이클론 전해조와, 상기 사이클론 전해조에 설치된 양쪽 전극에 전압을 인가하기 위한 전원공급유닛이 구비된 사이클론 전해장치에 있어서, 상기 사이클론 전해조에는 그 전해조 본체 전체에 걸쳐 폐수가 신속하고 고르게 유입되어 전해 환원반응이 원활히 이루어질 수 있도록 다수개의 폐수인입구가 형성되고, 상기 각 폐수인입구에는 상기 펌프로부터 분기되어 각각 연결되는 매니폴드형의 폐수유입도관이 결합된 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 장치에 의하면, 폐수가 유입되는 인입구를 다수개로 개량하여 유입 폐수의 유속 및 물질전달 속도가 증가하게 됨으로써 전기분해 효율성을 극대화하여 유가금속을 신속하게 분리 회수해낼 수 있고, 사이클론 전해조를 조립 가능한 이중 밀봉 형태의 다수 부품으로 제작하여 내압 밀봉성을 향상시킴으로써 전기분해 효율성의 향상은 물론, 사용 후 세척이 용이하게 되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치에 관한 것으로, 특히, 폐수가 유입되는 인입구를 매니폴드형으로 개량하여 유입 폐수의 유속 및 물질전달 속도가 증가하게 됨으로써 전기분해 효율성을 극대화하여 유가금속을 신속하게 분리 회수해낼 수 있고, 사이클론 전해조를 조립 가능한 이중 밀봉 형태의 다수 부품으로 제작하여 내압 밀봉성을 향상시킴으로써 전기분해 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 사용 후 세척이 용이하며, 제품 수명을 향상시킬 수 있게 한 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치에 관한 것이다.
최근 자원의 재활용이나 환경오염이 중요한 문제로 대두되고 있다. 예를 들면 각종 전자제품에 사용되는 회로기판(Printed Circuit Board) 등을 포함하는 전자부품 스크랩(scrap)이나, 화학공장에서 많이 나오는 폐 촉매 등으로부터 유가금속을 재활용하거나, 또는 도금공장이나 섬유공장 외 기타공장의 폐수와 사진현상시 발생하는 폐수 등에는 다량의 중금속이 함유되어 있으므로, 이러한 폐수들의 재활용 및 상기 폐수들로부터 회수 가치가 있는 유가금속의 효율적인 회수는, 폐자원의 가치 창출 및 환경오염 방지 차원에서 매우 중요하게 다뤄지고 있는 현안중의 하나이다.
기존에 적용되고 있는 일반적인 폐수처리방법으로는, 폐자원을 파쇄한 후 주로 산이나 알칼리 등을 용매로 하여 침출해내고, 화학적 침전 또는 전기분해를 이용하여 유가금속을 회수하는 것이다.
상기 전기분해방식은 폐수내에 함유된 유가금속이나 중금속의 회수뿐만 아니라 일반적인 무기화합물 또는 유기화합물의 처리 및 생산에서 부분적으로 사용되고 있으나, 기존의 전기분해장치에 의해서는 처리시간이 오래 걸리거나 효율이 낮았으며 장치 자체가 많은 공간을 차지하게 되는 등의 단점이 있었다.
즉, 폐수내의 반응물을 전기분해하여 최종산물을 얻기 위한 기존의 전해장치로는 사각의 전해조 내에 평행판형의 양극과 음극이 교대로 배열되어 있는 구조를 갖는 것이 가장 일반적이며, 그 이외에도 유동층 형태(fluidized-bed type), 충진 형태(packed-bed type) 및 회전원주 형태(rotating cylinder type)의 전해장치 등이 있다.
그러나, 상기 평행판 형태의 전극을 사용하는 전해장치는, 물질이동이 확산에만 의존하므로 교반이나 기체 주입 등의 방법으로 용액을 강제 대류시켜 물질이동 속도를 높일 수 있으나, 고 전류밀도로 작업하기에는 한계가 있었다.
또한, 상기 유동층이나 충진층 형태의 전해장치는, 전극면적이 넓어짐으로써 반응속도를 증가시킬 수는 있으나, 기술적으로 아직 개발단계에 있어 광범위한 물질을 대상으로 하기에는 문제점이 있는 것이다.
그리고, 회전원주형 전해장치의 경우에는, 작업 자체가 주로 회분식(batch-type)인 관계로 작업을 연속적으로 수행할 수 없는 단점이 있었다.
따라서, 최근, 상기한 기존의 전해장치들이 갖는 문제점들을 감안하여, 한국자원연구소에서는, 1995년 7월 10일자 특허 출원서에서, 전기화학적 방법으로 용액중의 반응물을 산화·환원하기 위한 사이클론 전해장치를 이미 제안한 바 있었다.
상기한 종래의 사이클론 전해장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 전해할 폐수(10)를 저장하는 폐수저장조(10)와, 상기 폐수저장조(10) 내에 담긴 폐수(11)를 상부로 토출시키기 위한 펌프(20)와, 상기 펌프(20)에 의해 토출되는 폐수(11)를 원심력의 작용에 의해 나선상으로 강제 선회시킴과 아울러 유입된 폐수(11) 내에 함유된 성분을 전기분해하여 각각의 성분을 분리 추출한 후 재 순환시키기 위한 사이클론 전해조(C)로 이루어져 있다.
상기 사이클론 전해조(C)는, 원통형상의 전해조 본체(140) 내주면 측에 통상적으로 구리 등의 유가금속이 전착(電着)될 수 있는 음극을 이루는 외측원통전극(44)이 밀착 형성되어 그 전극팁(145)이 상기 전해조 본체(140)의 외부로 노출된 상태를 이루고, 상기 전해조 본체(140)의 하부는 분리 추출된 일부 전해수가 하향 배출될 수 있도록 일체로 된 깔때기 형상을 이루어 상기 폐수저장조(10) 내부로 신장되어 있으며, 상기 전해조 본체(140)의 상부 일측에는 유입구(도면부호 미도시)가 형성되어 상기 펌프(20)의 토출측과 연결되는 폐수유입도관(141)에 의해 연통되고, 상기 전해조 본체(140)의 상측 개구부에는 별도의 덮개(170)가 씌워져 밀폐됨과 아울러, 상기 덮개(170)의 중앙을 관통하여 상기 전해조 본체(140)의 중공부 중심선상에 설치된 양극으로서의 내측 관체전극(150)가 구비되어 그 일측에 전극팁(153)이 외부로 노출된 상태를 이루며, 다른 전극의 상기 각 전극팁(145)(153)간에는 전압을 인가하기 위한 전원공급유닛(30)이 결합된 구조로 되어 있다.
여기서, 상기 내측 관체전극(150)에는 반응물과 접촉되는 전극면적을 증대시킬 수 있도록 방사상으로 관통된 다수의 통공(152)이 형성되어 있고, 전해수 유출로를 형성하는 상기 내측 관체전극(150)의 노출단부에는 분리 추출된 일부 전해수가 상향 배출될 수 있도록 전해수 유출도관(도면부호 미도시)이 연결되어 상기 폐수저장조(10) 내부로 신장되어 있다.
이러한 구성에 의하여 상기 사이클론 전해장치는 그 사이클론 전해조(C) 내에 양극과 음극을 마련한 후 각각의 전극에 전압을 인가함과 아울러, 전해조 본체(140)의 유입구를 통해 상기 외측 원통전극(44)과 내측 관체전극(150)의 접선방향으로 폐수(11)를 주입하여 반응시킴으로써, 분리된 양극성의 전해수들을 상기외측 원통전극(44) 및 내측 관체전극(150)쪽의 각 유출로를 통해 한쪽은 위로, 다른 쪽은 아래로 추출하는 흐름을 갖는 것이다.
그러나, 이러한 종래의 사이클론 전해장치는 몇 가지 문제점이 발생하였다.
첫째, 사이클론 전해조(C)로 폐수(11)를 유입하기 위한 유입구가 전해조 본체(140)의 상부에만 마련되어 있어 상기 전해조 본체(140)의 하부로 갈수록 원심력이 약화됨으로써 폐수의 전해시 상기 전해조 본체(140)의 전체에 걸쳐 고르게 활성화되지 못하여 그 전해 효율성이 저조하다는 문제점이 있었다.
둘째, 상기 사이클론 전해조(C) 내에 상당한 압력이 부하되는데 비해 덮개(170)의 구조가 취약하여 밀봉성이 좋지 못함으로써 누수의 염려가 있고, 이로 인해 전해 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.
셋째, 상기 전해조 본체(140)의 구조가 일체형으로 되어 있으므로 환원된 유가금속의 추출이 용이하지 못할 뿐 아니라, 사용 후 세척이 불편하다는 문제점이 있었다.
넷째, 양극으로 사용되는 상기 내측 관체전극(150)은 가용성의 카본(Carbon) 재질로 되어 있어 일정 운전시간이 경과한 후에는 열화현상을 일으키게 됨으로써 제품 수명이 단축되고, 또한, 음극으로 사용되는 상기 외측 원통전극(44)은 그 도금 표면으로 인하여 전착된 유가금속을 쉽게 떼어낼 수 없으므로 유가금속을 용이하게 추출할 수 없을 뿐만 아니라 그 작업시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,그 목적은, 폐수가 유입되는 구조를 매니폴드형으로 개량하여 전해조 내부전체에 걸쳐 사이클론 효과가 원활하고도 고르게 이루어지도록 함으로써 유입 폐수의 유속 및 물질전달 속도가 증가함에 따라 전기분해 효율성을 극대화하여 유가금속을 포함하는 무기물 또는 유기화합물 등의 최종산물을 신속하게 분리 회수해낼 수 있도록 된 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 사이클론 전해조를 조립 가능한 다수의 부품으로 제작하고 각 부품간에 오링(O-ring)을 개재함과 아울러 이중 밀봉 구조를 이룸으로써 내압 밀봉성을 향상시켜 전기분해 효율을 극대화할 수 있으며, 일정 운전시간이 경화한 후에도 전극의 열화현상을 일으키지 않을 뿐만 아니라 어느 한쪽을 불용성 전극으로 형성함으로써 제품 수명을 향상시키고, 분해 및 조립이 가능하므로 전극 표면에 전착된 유가금속의 추출 및 사용 후 세척이 용이하도록 된 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치는, 전해할 폐수를 저장하는 폐수저장조와, 상기 폐수저장조 내에 담긴 폐수를 상부로 토출시키기 위한 펌프와, 상기 펌프에 의해 토출되는 폐수를 강제 선회시킴과 아울러 유입된 폐수 내에 함유된 성분을 전기분해하여 각각의 성분을 분리 추출한 후 재 순환시키기 위한 사이클론 전해조와, 상기 사이클론 전해조에 설치된 양쪽 전극에 전압을 인가하기 위한 전원공급유닛이 구비된 사이클론 전해장치에 있어서, 상기 사이클론 전해조에는 그 전해조 본체 전체에 걸쳐 폐수가 신속하고 고르게 유입되어 전해 환원반응이 원활히 이루어질 수 있도록 다수개의폐수인입구가 형성되고, 상기 각 폐수인입구에는 상기 펌프로부터 분기되어 각각 연결되는 매니폴드형의 폐수유입도관이 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 사이클론 전해조는, 일측에 다수의 폐수유입도관이 연통되도록 형성되고 그 내주면상에 외측 원통전극이 밀착 설치된 전해조 본체와, 상기 전해조 본체의 길이방향을 따라 그 중공부 내에 배치되고 그 길이방향을 따라 상향의 전해수 유출로를 형성하며 방사상 방향으로 다수의 통공이 형성된 내측 관체전극과, 상기 내측 관체전극을 고정함과 아울러 상기 전해조 본체의 상부쪽이 누설되지 않도록 밀폐시켜주는 상부밀봉유닛과, 상기 전해조 본체의 하부쪽에 밀폐 결합되어 하향의 전해수 유출로를 형성하는 하부 분리캡으로 분할 형성되고, 상기 각 부품간에 상호 나사결합되며, 각각의 결합부에는 밀봉용의 오링이 각각 개재되도록 구성함이 바람직하다.
여기서, 상기 외측 원통전극은, 상기 유입 폐수내에 함유된 구리 등의 유가금속을 전착시킬 수 있는 음극으로 설정하여, 전해시 부착된 유가금속의 착탈이 용이하도록 스테인레스스틸로 제작함이 바람직하다.
또한, 상기 내측 관체전극은, 상기 상부밀봉유닛의 중앙을 관통하여 상기 전해조 본체의 중공부 중심선상에 설치된 양극으로 설정하여, 전해시 전극의 열화현상을 일으키지 않도록 촉매물질로 표면 처리한 티타늄 재질의 불용성 전극으로 형성함이 바람직하다.
또한, 상기 상부밀봉유닛은, 상기 내측 관체전극을 삽입 고정함과 아울러 상기 전해조 본체에 결합되는 전극고정니플과, 상기 전극고정니플의 상부에 씌워지는상부 분리캡과, 상기 내측 관체전극의 외주면과 상기 전극고정니플의 내주면 사이에서 전해수가 누설되는 것을 방지할 수 있도록 상기 전극고정니플과 상부 분리캡의 사이에 개재되어 상기 내측 관체전극 외주면에 밀착되는 밀착링을 포함하여 구성함이 바람직하다.
또한, 상기 하부 분리캡은, 분리 추출된 일부 전해수가 하향 배출될 수 있도록 깔때기 형상을 이루고, 그 하부에는 전해 분리된 일부 전해수를 상기 폐수저장조 내부로 유출시킬 수 있도록 전해수 유출로를 갖는 전해수 유출도관이 형성되어 있으며, 상기 전해조 본체의 하단부에 나사결합되도록 구성함이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치의 전체 구성 및 유입 폐수의 처리 순환구조를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치에 적용되는 사이클론 전해조의 분해상태 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 사이클론 전해조의 폐수 유입 및 처리 상태를 도시한 개략적인 평면도.
도 4는 본 발명의 사이클론 전해장치에 의한 특정 폐수의 처리 과정을 예시한 흐름도.
도 5는 종래 기술에 따른 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치의 전체 구성 및 유입 폐수의 처리 순환구조를 도시한 개략도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
C ; 사이클론 전해조 10 ; 폐수저장조
11 ; 폐수 20 ; 펌프
21 ; 폐수유입도관 30 ; 전원공급유닛
40, 140 ; 전해조 본체 41, 141 ; 폐수유입도관
42 ; 중공부 43 ; 폐수인입구
44 ; 외측 원통전극 45, 145 ; 전극팁
50, 150 ; 내측 관체전극 51 ; 전해수 유출로
52, 152 ; 통공 53, 153 ; 전극팁
55 ; 전해수 유출도관 60 ; 하부 분리캡
61 ; 전해수 유출도관 62 ; 전해수 유출로
63 ; 오링(O-ring) 70 ; 상부밀봉유닛
71 ; 전극고정 니플 72 ; 플랜지부
73 ; 단턱 74, 75, 78 ; 오링(O-ring)
76 ; 밀착링 77 ; 상부 분리캡
170 ; 덮개
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치의 구조를 도시한 것으로, 도 1은 상기 사이클론 전해장치의 전체 구성 및 유입 폐수(11)의 처리 순환구조를 도시한 개략도, 도 2는 상기 사이클론 전해장치에 적용되는 사이클론 전해조(C)의 분해상태 단면도, 도 3은 상기 사이클론 전해조의 폐수(11) 유입 및 처리 상태를 도시한 개략적인 평면도를 각각 나타낸 것이다.
본 발명은 폐수내의 반응물을 전기·화학적으로 산화·환원하여 목적하는 최종산물(유가금속)을 고전류 밀도하에서 신속하고 효율적으로 생산해내기 위한 사이클론 전해장치의 구조를 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 전해할 폐수(11)를 저장하는 폐수저장조(10)와, 상기 폐수저장조(10) 내에 담긴 폐수(11)를 상부로 토출시키기 위한 펌프(20)와, 상기 펌프(20)에 의해 토출되는 폐수(11)를 강제 선회시킴과 아울러 유입된 폐수(11) 내에 함유된 성분을 전기분해하여 각각의 성분을 분리 추출한 후 재 순환시키기 위한 사이클론 전해조(C)와, 상기 사이클론 전해조(C)에 설치된 양쪽 전극에 전압을 인가하기 위한 전원공급유닛(30)이 구비된 사이클론 전해장치에 있어서, 상기 사이클론 전해조(C)에는 그 전해조 본체(40) 전체에 걸쳐 폐수(11)가 신속하고 고르게 유입되어 전해 환원반응이 원활히 이루어질 수 있도록 다수개의 폐수인입구(43)(도 2 참조)가 형성되고, 상기 각 폐수인입구(43)에는 상기 펌프(20)로부터 분기되어 각각 연결되는 매니폴드형의 폐수유입도관(41)이 결합된 구조를 이루는 것이다.
본 발명에 적용되는 상기 사이클론 전해조(C)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일측에 다수의 폐수유입도관(41)이 연통되도록 형성되고 그 내주면상에 외측 원통전극(44)이 밀착 설치된 전해조 본체(40)와, 상기 전해조 본체(40)의 길이방향을 따라 그 중공부(42) 내에 배치되고 그 길이방향을 따라 상향의 전해수 유출로(51)를 형성하며 방사상 방향으로 다수의 통공(52)이 형성된 내측 관체전극(50)과, 상기 내측 관체전극(50)을 고정함과 아울러 상기 전해조 본체(40)의 상부쪽이 누설되지 않도록 밀폐시켜주는 상부밀봉유닛(70)과, 상기 전해조 본체(40)의 하부쪽에 밀폐 결합되어 하향의 전해수 유출로(62)를 형성하는 하부 분리캡(60)으로 분할 형성되고, 상기 각 부품간에 상호 나사결합되며, 각각의 결합부에는 밀봉용의 오링(O-ring)(63)(74)(75)(78)이 각각 개재된 구조로 되어 있다.
다시 말해, 원통형상의 전해조 본체(40) 내주면 측에 통상적으로 구리 등의 유가금속이 전착(電着)될 수 있는 음극을 이루는 외측 원통전극(44)이 밀착 형성되어 그 전극팁(45)이 상기 전해조 본체(40)의 외부로 노출된 상태를 이루고, 상기 전해조 본체(40)의 일측에는 다수의 폐수인입구(43)가 형성되어 상기 펌프(20)의 토출측과 연결되는 매니폴드형의 폐수유입도관(41)에 의해 각각 연통되며, 상기 상부밀봉유닛(70)의 중앙을 관통하여 상기 전해조 본체(40)의 중공부(42) 중심선상에 설치된 내측 관체전극(50)의 일측에 전극팁(53)이 외부로 노출되어 있어 다른 전극의 상기 각 전극팁(45)(53)간에는 전압을 인가하기 위한 전원공급유닛(30)이 결합된 것이다. 그리고, 상기 사이클론 전해조(C)는 복수개를 직렬 또는 병렬로 연결하여서도 사용 가능하다.
각 전극(44)(50)의 재질은 반응물질에 따라 임의로 제작 가능하며, 한쪽 극은 외측 원통전극(44)으로서, 전해조 본체(40)의 내벽에 절연체(미도시)로 절연 밀착되어 설치되고, 이 외측 원통형전극(44) 내에 내측 관체전극(50)을 설치함으로써 상기 외측 원통전극(44)의 극과 반대 극성을 가지는 다른 극을 형성한다.
상기 각 전극(44)(50)은 전원의 극성을 반대로 연결함에 따라 상호 극성을 바꿔 형성할 수도 있다.
여기서, 상기 외측 원통전극(44)은, 상기 유입 폐수(11)내에 함유된 구리 등의 유가금속을 전착시킬 수 있는 음극으로 설정하여, 전해시 환원된 유가금속의 착탈 및 분리 추출이 용이하도록 스테인레스스틸(SUS316)로 제작된 것이다.
상기 내측 관체전극(50)은, 상기 상부밀봉유닛(70)의 중앙을 관통하여 상기전해조 본체(40)의 중공부(42) 중심선상에 설치된 양극으로 설정하여, 전해시 상기 전극(50)의 열화현상을 일으키지 않도록 촉매물질로 표면 처리한 티타늄 재질의 불용성 전극으로 형성된다. 상기 재질에 의해 전극의 수명을 현저히 연장시킬 수 있으며, 상기 사이클론 전해조(C)의 외부는 아크릴 재질로 이루어져 있다.
그리고, 전해수 유출로(51)를 형성하는 상기 내측 관체전극(50)의 노출단부에는 분리 추출된 일부 전해수가 상향 배출될 수 있도록 전해수 유출도관(55)이 연결되어 상기 폐수저장조(10) 내부로 신장되어 있다.
또한, 상기 상부밀봉유닛(70)은, 상기 내측 관체전극(50)을 삽입 고정함과 아울러 상기 전해조 본체(40)에 결합되는 전극고정니플(71)과, 상기 전극고정니플(71)의 상부에 씌워지는 상부 분리캡(77)과, 상기 내측 관체전극(50)의 외주면과 상기 전극고정니플(71)의 내주면 사이에서 전해수가 누설되는 것을 방지할 수 있도록 상기 전극고정니플(71)과 상부 분리캡(77)의 사이에 개재되어 상기 내측 관체전극(50) 외주면에 밀착되는 밀착링(76)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 하부 분리캡(60)은, 분리 추출된 일부 전해수가 하향 배출될 수 있도록 깔때기 형상을 이루고, 그 하부에는 전해 분리된 일부 전해수를 상기 폐수저장조(10) 내부로 유출시킬 수 있도록 전해수 유출로(62)를 갖는 전해수 유출도관(61)이 형성되어 있으며, 상기 전해조 본체(40)의 하단부에 나사결합된다.
이러한 구성에 의하여 상기 사이클론 전해장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 사이클론 전해조(C) 내에 양극과 음극을 마련한 후 각각의 전극(50)(44)에 전압을 인가한 상태에서, 전해조 본체(40)에 형성된 다수의 폐수인입구(43)를 통해 상기외측 원통전극(44)과 내측 관체전극(50)의 접선방향으로 폐수(11)를 신속하게 주입하여 원활히 반응시킴으로써, 분리된 양극성의 전해수들을 상기 외측 원통전극(44) 및 내측 관체전극(50)쪽의 각 유출로(62)(51)를 통해 한쪽은 아래로, 다른 쪽은 위로 추출하는 흐름을 갖는 것이다.
이와 같이 폐수유입도관(41) 및 폐수인입구(43)를 통해 유입된 폐수(11)는 전기분해에 의해 양극화 분리된 이종의 전해수로 환원됨과 동시에 상기 외측 원통전극(44)에 구리 등의 유가금속이 전착되면서 각각의 전해수 유출로(51)(62)를 통해 상향 및 하향 유출된 후 상기 폐수저장조(10)의 내부로 순환하게 되는데, 이러한 순환 과정은 폐수(11)내에 잔존하는 유가금속이 완전히 추출될 때가지 반복적으로 재 순환되며, 상기 유입 폐수(11)가 점차 희석되어 반응이 완전히 끝나면 별도 추출하여 정화된 전해수로 재 사용할 수 있게 된다.
한편, 상기 전해조 본체(40)내에서 양극과 음극의 분리가 필요한 경우에는 각 전극(44)(50)간에 별도의 분리막(separator)(미도시)을 설치할 수도 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 전기투석(Electrodialysis)에 의하여 구리이온 등과 같은 유가금속을 분리회수 및 농축하기 위해서는 상기 분리막을 설치하는 것이 바람직하다.
주지하는 바와 같이, 전기투석이란, 전해질에 부착되어 있는 고상(固相) 물질에서 전해질을 제거하기 위해 이것을 분리막으로 싼 후, 바깥쪽으로 물을 흘려서 전해질만 상기 분리막을 통과시켜 밖으로 끌어내는 것을 말한다. 통상적으로, 전해조를 2장의 격막으로 하여 3실로 칸을 막고 바깥쪽 방에 각각 양·음 전극을 준 다음, 이 사이에 전원을 가하여 중앙실로 공급한 폐수의 양·음이온 영동(泳動)에 의해 각 분리막을 통과시킴으로써 두 개의 바깥쪽 방으로 분리 제거하는 방법으로, 이것에 의하면 폐수로부터 필요한 물질을 회수할 수 있다.
도 4는 본 발명의 사이클론 전해장치에 의한 특정 폐수(에칭 폐액)의 처리 과정을 예시한 흐름도이다. 상기 도면에 도시된 일례에서와 같이, 먼저, 상기 에칭 폐액을 전해조 내에 투입하고 전기투석하여 1차적으로 구리이온을 분리회수 및 농축시킨다. 이 과정에서 재사용이 가능한 염산을 추출할 수 있으며, 2차적으로 본 발명의 사이클론 전해장치를 이용하면 양극에서는 염소(Cl2)를, 음극에서는 구리가 전착되어 회수할 수 있게 되고, 환원된 전해수는 상기의 과정을 수회 반복 순환시키면서 정화하여 추출함으로써 재 사용할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치는, 폐수가 유입되는 폐수인입구를 다수개로 개량하여 전해조 내부전체에 걸쳐 사이클론 효과가 원활하고도 고르게 이루어지도록 함으로써 유입 폐수의 유속 및 물질전달 속도가 증가함에 따라 전기분해 효율성을 극대화하여 유가금속을 포함하는 무기물 또는 유기화합물 등의 최종산물을 신속하게 분리 회수해낼 수 있게 되는 효과가 있다.
이는, 종래의 사이클론 전해장치와 본 발명의 사이클론 전해장치에 대하여 동일 조건하에서 실시한 유가금속 회수실험을 통해, 거의 2배 이상의 속도로 유가금속을 회수 처리할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 따라서, 같은 크기의 장치로 중금속이 함유된 폐수를 2배 이상 처리할 수 있게 되어 현저한 전해 효율성의 향상을 도모할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 장치에 의하면, 사이클론 전해조를 조립 가능한 다수의 부품으로 제작하고 각 부품간에 오링(O-ring)을 개재함과 아울러 이중 밀봉 구조를 이룸으로써 내압 밀봉성을 향상시켜 전기분해 효율을 극대화할 수 있으며, 각 전극의 재질을 개선하여 일정 운전시간이 경화한 후에도 전극의 열화현상을 일으키지 않을 뿐만 아니라 어느 한쪽을 불용성 전극으로 형성함으로써 제품 수명을 향상시킬 수 있고, 분해 및 조립이 가능하므로 전극 표면에 전착된 유가금속의 추출 및 사용 후 세척이 용이하게 되는 이점이 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.
Claims (6)
- 전해할 폐수를 저장하는 폐수저장조와, 상기 폐수저장조 내에 담긴 폐수를 상부로 토출시키기 위한 펌프와, 상기 펌프에 의해 토출되는 폐수를 강제 선회시킴과 아울러 유입된 폐수 내에 함유된 성분을 전기분해하여 각각의 성분을 분리 추출한 후 재 순환시키기 위한 사이클론 전해조와, 상기 사이클론 전해조에 설치된 양쪽 전극에 전압을 인가하기 위한 전원공급유닛이 구비된 사이클론 전해장치에 있어서,상기 사이클론 전해조에는 그 전해조 본체 전체에 걸쳐 폐수가 신속하고 고르게 유입되어 전해 환원반응이 원활히 이루어질 수 있도록 다수개의 폐수인입구가 형성되고, 상기 각 폐수인입구에는 상기 펌프로부터 분기되어 각각 연결되는 매니폴드형의 폐수유입도관이 결합된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 사이클론 전해조는,일측에 다수의 폐수유입도관이 연통되도록 형성되고 그 내주면상에 외측 원통전극이 밀착 설치된 전해조 본체와, 상기 전해조 본체의 길이방향을 따라 그 중공부 내에 배치되고 그 길이방향을 따라 상향의 전해수 유출로를 형성하며 방사상 방향으로 다수의 통공이 형성된 내측 관체전극과, 상기 내측 관체전극을 고정함과아울러 상기 전해조 본체의 상부쪽이 누설되지 않도록 밀폐시켜주는 상부밀봉유닛과, 상기 전해조 본체의 하부쪽에 밀폐 결합되어 하향의 전해수 유출로를 형성하는 하부 분리캡으로 분할 형성되고, 상기 각 부품간에 상호 나사결합되며, 각각의 결합부에는 밀봉용의 오링이 각각 개재된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 외측 원통전극은,상기 유입 폐수내에 함유된 구리 등의 유가금속을 전착시킬 수 있는 음극으로 설정하여, 전해시 부착된 유가금속의 착탈이 용이하도록 스테인레스스틸로 제작된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 내측 관체전극은,상기 상부밀봉유닛의 중앙을 관통하여 상기 전해조 본체의 중공부 중심선상에 설치된 양극으로 설정하여, 전해시 전극의 열화현상을 일으키지 않도록 촉매물질로 표면 처리한 티타늄 재질의 불용성 전극으로 형성된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 상부밀봉유닛은,상기 내측 관체전극을 삽입 고정함과 아울러 상기 전해조 본체에 결합되는 전극고정니플과, 상기 전극고정니플의 상부에 씌워지는 상부 분리캡과, 상기 내측 관체전극의 외주면과 상기 전극고정니플의 내주면 사이에서 전해수가 누설되는 것을 방지할 수 있도록 상기 전극고정니플과 상부 분리캡의 사이에 개재되어 상기 내측 관체전극 외주면에 밀착되는 밀착링을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 하부 분리캡은,분리 추출된 일부 전해수가 하향 배출될 수 있도록 깔때기 형상을 이루고, 그 하부에는 전해 분리된 일부 전해수를 상기 폐수저장조 내부로 유출시킬 수 있도록 전해수 유출로를 갖는 전해수 유출도관이 형성되어 있으며, 상기 전해조 본체의 하단부에 나사결합된 것을 특징으로 하는 폐수내 유가금속 회수처리용 사이클론 전해장치.
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