KR20040057008A - Electrolytic waste treatment system - Google Patents

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KR20040057008A
KR20040057008A KR1020020083782A KR20020083782A KR20040057008A KR 20040057008 A KR20040057008 A KR 20040057008A KR 1020020083782 A KR1020020083782 A KR 1020020083782A KR 20020083782 A KR20020083782 A KR 20020083782A KR 20040057008 A KR20040057008 A KR 20040057008A
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cathode chamber
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KR1020020083782A
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문상봉
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(주)엘켐텍
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Abstract

PURPOSE: Provided is an electrochemical wastewater treating device which efficiently induces an oxidation and reduction reaction at low temperature under atmospheric pressure. CONSTITUTION: The device comprises a plurality of unit electrolytic cell(3) consisting of an anode chamber where a highly concentrated organic compound is oxidized to be completely decomposed, a cathode chamber where wastewater is reduced to harmless gases and a cation exchange membrane(90) separating the anode chamber and the cathode chamber.

Description

전기화학적 폐수처리장치{Electrolytic waste treatment system}Electrochemical waste treatment system

일반적으로 각종 산업폐수의 처리방법으로는 프라즈마, 침전, 여과 등을 이용한 물리적 처리방법, 화학약품을 투입하여 화학반응에 의한 처리 방법 및 임계점 근처의 고온, 고압에서의 폐수를 처리하는 화학적 처리방법, 미생물을 이용하여 유기물을 분해하는 생물학적 처리방법 방법이 있다.In general, various industrial wastewater treatment methods include physical treatment using plasma, sedimentation and filtration, chemical treatment by adding chemicals, chemical treatment to treat wastewater at high temperature and high pressure near a critical point, There is a biological treatment method for decomposing organic matter using microorganisms.

이와 같은 종래의 폐수처리장치는 고농도의 악성 폐수의 경우 처리가 수질 기준을 만족시키지 못하고, 처리가 가능하더라도 설치비용이 고가일 뿐만 아니라,설치규모가 커서 설치면적이 대규모로 필요하고, 운전 시스템이 매우 복잡한 특성을 가지고 있다. 이에 폐수처리 장치를 설치하려고 하는 업체의 경우, 운전 및 설비비용에 대한 부담과 설치한 경우에 복잡한 설치구조 때문에 전문성의 결여에서 오는 운전 미숙으로 인하여 처리장치를 정상적으로 가동할 수 없는 문제점이 있었다.Such a conventional wastewater treatment device does not meet the water quality standards in the case of high concentration of malignant wastewater, and even if the treatment is possible, the installation cost is expensive, and the installation scale is large, requiring a large installation area, and operating system. It is a very complex feature. In the case of a company trying to install the wastewater treatment device, there was a problem that the treatment device cannot operate normally due to the inexperienced operation due to the lack of expertise due to the burden on the operation and installation cost and the complicated installation structure.

이러한 점들을 감안하여 전기를 이용한 전기분해방법이 사용 시도되고 있다. 전기분해방법은 음극과 양극의 전극판이 설치된 전해조에서 전극의 산화 환원 반응을 이용하여 폐수를 처리하는 것으로 유분, 무기성오염물질, 유기성오염물질 및 콜로이드성 오염물질 제거에 효과적이며, 장치의 크기에 비하여 고농도의 오염폐수를 처리할 수 있는 장점이 있는 것으로 알려져 왔다. 이 같은 전기화학 관련 기술은 크게 세가지로 구별할 수 있다.In view of these points, an electrolysis method using electricity has been attempted. The electrolysis method treats wastewater by using redox reaction of electrode in electrolytic cell equipped with electrode plate of cathode and anode. It is effective to remove oil, inorganic pollutants, organic pollutants and colloidal pollutants. It has been known that there is an advantage that can treat a high concentration of contaminated wastewater. Such electrochemical technology can be classified into three categories.

그중 하나는 전해응집을 이용한 방법으로 양극에 전류가 가해지면 전극의 성분이 용출되면서 그 용출물과 폐수중의 성분이 응집이 일어나 폐수를 처리하는 방법이다. 이같은 방법으로는 대한민국 특허 출원번호 2020020017901(미래환경기술(주) 전기응집처리부와 살균수공급유니트를 갖는 폐수처리장치), 1020020009601 ( (주) 일류기술 전해부상방법을 이용한 수처리 장치 및 그 운전방법) , 1020010025398 (권영대 전기부상 반응조 폐수처리장치), 1020000071373 ((주)엔아이워터솔루션 이중구조 전극을 가진 전기화학 응집기 및 이 응집기가구비된 전해처리 시스템), 1020000071371 ((주)엔아이워터솔루션 이중구조 전극을 가진 전기화학 응집기 및 이 응집기가구비된 전해처리 시스템), 1020000064037 (금성이엔씨 (주) .전기응집부상법을 이용한 폐수처리 장치), 1020000057146 (유병로 응집 및 전해원리를 이용한 고도 폐수처리방법), 1020000049758 1020020341818 (포항산업과학연구원 전하응집을 이용한 전도성 용액 내의 폐유분 분리장치), 1019990058754 ((주)지지이앤텍 폐수의 전해응집장치),1019990052468((주)성구환경 전기분해 응집 시스템)등이 있다,One of them is the method of using electrolytic coagulation. When current is applied to the anode, the components of the electrode are eluted, and the components of the eluate and the waste water are aggregated to treat the waste water. Such methods include Korean Patent Application No. 2020020017901 (Waste water treatment apparatus having an electric condensation treatment unit and a sterilizing water supply unit), 1020020009601 (Water treatment apparatus using first-class technology electrolytic flotation method and its operating method) , 1020010025398 (Kwon, Youngdae Univ. Electric Waste Reactor, Wastewater Treatment System), 1020000071373 (ENI Water Solution Co., Ltd. Electrochemical Aggregator with Dual Structure Electrode and Electrolytic Treatment System with Coagulator), 1020000071371 Electrochemical agglomerator with dual structure electrode and electrolytic treatment system equipped with this agglomerate, 1020000064037 (Veumseong NC Co.,. Disposal Method), 1020000049758 1020020341818 (Waste Oil Separation Device in Conductive Solution Using Charge Aggregation, Pohang Institute of Industrial Science and Technology), 1019990058754 And the like if electrolytic yiaentek wastewater flocculation unit), 1019990052468 (Co. passages environment electrolytic coagulation system),

다른 하나는 전극이 용출되지 않는 전극 불용성 전극을 사용한 방법으로 불용성 전극의 산화반응을 이용하여 폐수를 처리하는 방법으로는 대한민국 특허 출원번호 020020023947((주) 테크윈 오,폐수의 고도처리 및 살균처리를 위한 카운터 플로우형전기분해/부상 일체형 복합 전기분해 반응조) 2020020015636 (이천열 전기분해를 이용한 오폐수처리장치), 1019940005599(산업자원부기술표준원 전해식 폐수처리 장치 및 방법 ), 1019940004217 (아남환경(주) 난분해성 산업폐수의 전기산화분해방법), 2020020007808(이천열 전기분해를 이용한 오폐수처리장치), 2020010022697(이천열 오폐수 정화용 전기분해장치), 1020010021258 (나가라 쿠니타케 폐수 처리장치), 1020010015490 (조용덕 전기분해법을 이용한 폐수의 처리방법), 2020010007140 ((주) 아이수 전기분해에 의한 오폐수처리설비), 2020010003493(양재춘 폐수처리 시스템), 1020010001766 (금성이엔씨(주)..전기분해를 이용한 폐수 처리 방법)등이 있으며 또다른 방법으로는 전기화학 장치와 다른 산화 장치를 결합시켜 처리하는 방법이 있다. 1020010001743 (박덕영 전기분해 및 생물막을 이용한 난분해성 수처리시스템), 2020010000806 (박덕영 전기분해 및 생물막을 이용한 난분해성 수처리장치), 1020000057146 (유병로 응집 및 전해원리를이용한 고도 폐수처리방법)등이 있다.The other method is an electrode using an electrode insoluble electrode that does not elute the electrode. The method of treating wastewater using an oxidation reaction of an insoluble electrode includes Korean Patent Application No. 020020023947 (Techwin O, advanced treatment and sterilization treatment). 2020020015636 (Wastewater Treatment System Using Icheon Thermal Electrolysis), 1019940005599 (Electrolytic Wastewater Treatment System and Method), 1019940004217 (Annam Environment Co., Ltd.) Electrolytic Oxidation of Degradable Industrial Wastewater), 2020020007808 (Wastewater Treatment System Using Icheon Thermal Electrolysis), 2020010022697 (Electrolysis System for Icheon Thermal Wastewater Treatment), 1020010021258 (Nagara Kunitake Wastewater Treatment System), 1020010015490 (Cho Yongdeok Electrolysis Method) Wastewater Treatment Method), 2020010007140 (Wastewater Treatment Facility by i-Su Electrolysis), 2020010 003493 (Yang Jae-chun wastewater treatment system), 1020010001766 (Veumseong NC Co., Ltd .. wastewater treatment method using electrolysis), etc. Another method is to combine the electrochemical device and other oxidizer treatment. 1020010001743 (degradable water treatment system using electrolysis and biofilm), 2020010000806 (degradable water treatment system using electrolysis and biofilm), 1020000057146 (high-grade wastewater treatment method using flocculation and electrolytic principle).

그러나, 양극과 음극사이에 격막이 없는 무격막 전기분해방법은 전해조내에서 양극과 음극에서 산화, 환원 반응이 동시에 일어나 폐수가 산화 반응에의해 분해되었더라도 다시 음극에서 환원 반응에의해 폐수가 전 물질로 환원되어 효율이 감소되며, 이에 폐수처리 효율이 낮고, 또한 폐수처리의 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.However, the non-diaphragm electrolysis without a diaphragm between the anode and the cathode causes oxidation and reduction reactions at the anode and cathode simultaneously in the electrolyzer, so that the wastewater is recovered from the cathode by the reduction reaction even if the wastewater is decomposed by the oxidation reaction. Reduced efficiency is reduced, and thus there is a problem that the wastewater treatment efficiency is low, and the wastewater treatment takes a long time.

따라서, 폭약, 농약, 병원 폐기물등과 같은 악성 고농도 폐기물 및 총질소를 포함한 폐수는 무격막 전기화학적 기존방법을 포함 효율이 낮아 장치가 크고, 구성이 복잡하며, 운전비용 및 설비비용이 고가인 문제점을 가지고 있으며 처리 효율이 높은 시스템의 경우는 장치의 운전조건이 고온, 고압의 까다로운 운전조건으로 인해 설비의 구성재료가 특수하게되어 역시 설비 비용이 매우 비싼 단점이 있다.Therefore, wastewater containing malignant high concentration waste and total nitrogen such as explosives, pesticides, hospital waste, etc. has a problem that the device is large, complicated in composition, expensive in operation cost and equipment cost due to low efficiency including non-diaphragm electrochemical conventional method. In the case of a system with high processing efficiency, the device's operating conditions are high temperature and high pressure, so that the components of the equipment are special, so the equipment cost is very expensive.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기위해, 저온 및 상압에서 산화 및 환원반응을 효율적으로 유도하기 위한 전기화학적 반응셀을 안출한 것으로, 저렴한 운전 비용과 설비비용, 그리고 매우 콤팩트한 폐수처리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention devised an electrochemical reaction cell for efficiently inducing oxidation and reduction reactions at low temperature and atmospheric pressure, and low operating cost and equipment cost, and very compact wastewater treatment system. The purpose is to provide.

제1도 단위 전기화학적 폐수처리 셀FIG. 1 Unit Electrochemical Wastewater Treatment Cell

제2도 전기화학적 폐수처리 원리2. Principle of Electrochemical Wastewater Treatment

제3도 양극실의 도면Fig. 3 Drawing of the anode chamber

제4도 대용량의 폐수를 처리하기 위한 전해스택 조립도FIG. 4 Assembly Diagram of Electrolytic Stack for Treating Large Capacity Wastewater

제5도 고농도의 악성 유기성 폐수의 처리 방법How to treat malignant organic wastewater of high concentration

제6도 1,000ppm 이상의 고농도의 질산성질소농도 폐수의 처리 방법6 is a method for treating high concentration nitrate concentration wastewater of 1,000 ppm or more

제7도 고농도의 질산성질소와 암모니아성 질소 폐수의 처리 방법FIG. 7 Treatment of High Concentration Nitrogen Nitrogen and Ammonia Nitrogen Wastewater

본 발명은 전극을 이용하여 폐수를 연속적으로 처리하기 위한 폐수처리장치로서, 본 발명의 전기분해장치는 격막을 사이에 두고 양극반응실과 음극반응실로 구성되는 전기화학적 셀을 기본 단위 공정으로 한다.The present invention is a wastewater treatment apparatus for continuously treating wastewater using an electrode. The electrolysis apparatus of the present invention uses an electrochemical cell composed of an anode reaction chamber and a cathode reaction chamber with a diaphragm interposed therebetween as a basic unit process.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 제1도는 본 고안에 따른 단위 전기화학적 폐수처리 셀를 도시한 사시도이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a perspective view showing a unit electrochemical wastewater treatment cell according to the present invention.

그리고 셀(3)은 도시한 바와 같은 구조를 나타내는 데, 이온교환막(90)을 사이에 양측에 양극실과 음극실로 나누어 지며, 이들 양극실, 음극실, 이온교환막이 단위 전기화학적 폐수 셀의 기본이 된다.The cell 3 has a structure as shown in the drawing, in which the ion exchange membrane 90 is divided into an anode chamber and a cathode chamber on both sides, and the anode chamber, the cathode chamber, and the ion exchange membrane are the basis of the unit electrochemical wastewater cell. do.

양극실은 도1-가를 기준으로 막(90)의 우측에 위치하고, 이 막(90)의 우측으로 티타늄(Ti)으로 된 다수의 전극전도체(122)가 배치되며, 이들 전극전도체(122)의 끝단에는 그물망 형태로 된 양극(20)이 용접된다. 그리고 양극실의 하부에는 양극액 공급관(120)이 연통되고, 상부에는 양극액 및 반응가스가 혼합된 상태로 배출되는 양극액 배출관(128)이 연통된다.The anode chamber is located on the right side of the membrane 90 based on Fig. 1-A, and a plurality of electrode conductors 122 made of titanium (Ti) are disposed on the right side of the membrane 90, and ends of these electrode conductors 122 are disposed. The anode 20 in the form of a mesh is welded. In addition, the anolyte supply pipe 120 communicates with the lower part of the anode chamber, and the anolyte discharge pipe 128 is discharged with the anolyte solution and the reaction gas mixed therein.

가해준 전기에너지는 양극실 외벽(130)으로부터 전기전도체(122)를 지나 양극(20)으로 공급된다. 전기전도체(122)는 양극실 외벽에 용접된 플레이트로서 플레이트에는 일정크기 원형의 전해질 통로(124)가 있어 전해질의 혼합 기능과 동시에 전류 전도체 역할을 한다.The applied electric energy is supplied from the outer wall 130 of the anode chamber to the anode 20 through the electric conductor 122. The electric conductor 122 is a plate welded to the outer wall of the anode chamber, and the plate has a circular electrolyte passage 124 of a predetermined size, and serves as a current conductor at the same time as the electrolyte mixing function.

본 발명의 양극(20)은 상기한 양극실의 반응이 원활히 일어날 수 있도록 이에 적합한 촉매를 사용한다. 양극(20)은 티타늄(Ti) 기재(substrate)위에 백금도금 또는 산소발생 촉매인 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등의 산화물을 사용한 수치안정성 전극(DSA)을 주로 사용한다.The anode 20 of the present invention uses a catalyst suitable for this so that the reaction of the anode chamber can occur smoothly. The anode 20 mainly uses a numerically stable electrode (DSA) using an oxide such as iridium (Ir) or ruthenium (Ru), which is a platinum plating or oxygen generating catalyst, on a titanium (Ti) substrate.

전기전도체(122) 재질은 티타늄이나 양극(20)과 같이 티타늄(Ti)기재(substrate)위에 백금도금 또는 산소발생 촉매인 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등의 산화물을 코팅하여 사용한다.The electrical conductor 122 is formed by coating an oxide such as iridium (Ir) or ruthenium (Ru), which is a platinum plating or an oxygen generating catalyst, on a titanium (Ti) substrate such as titanium or the anode 20.

음극실은 도1을 기준으로 막(90)의 좌측에 위치하고, 스틸 또는 니켈로 된 다수의 전극전도체(102)가 설치되며, 그 다수의 전극전도체(102)의 끝단에는 그물망으로 된 음극(10)이 용접된다. 그리고 음극실의 하부에는 음극액 공급관(110)이 연통되고, 음극실의 상부에는 음극액을 배출하기 위한 음극액 배출관(118)이 연통된다.The cathode chamber is located on the left side of the membrane 90 with reference to FIG. 1, and a plurality of electrode conductors 102 made of steel or nickel are installed, and a net cathode 10 is formed at the ends of the plurality of electrode conductors 102. This is welded. The catholyte supply pipe 110 communicates with the lower portion of the cathode chamber, and the catholyte discharge pipe 118 for discharging the catholyte is communicated with the upper portion of the cathode chamber.

가한 전기에너지는 양극(10)으로부터, 양이온교환막(90), 음극(10), 전기전도체(102)를 통과하여 음극실 외벽(230)으로 이동한다.The added electrical energy moves from the anode 10 to the cathode chamber outer wall 230 through the cation exchange membrane 90, the cathode 10, and the electrical conductor 102.

전기전도체(102)는 음극실 외벽에 용접된 플레이트이며, 플레이트에는 일정크기 원형의 전해질 통로(112)가 있어 양극실의 경우와 동일하게 전해질의 혼합 기능을 가지며, 또한 동시에 전류 전도체 역할을 한다.The electrical conductor 102 is a plate welded to the outer wall of the cathode chamber, and the plate has a predetermined size circular electrolyte passage 112 to have a mixing function of the electrolyte as in the case of the anode chamber, and at the same time serves as a current conductor.

음극(10)은 스테인레스 스틸, 니켈, 마일드 스틸, 티타늄 기재외에 수소 발생촉매 백금 및 그의 산화물을 주로 사용한다. 전기전도체(102) 재질은 음극의 구성 재료와 동일 한 것이 바람직하다.The negative electrode 10 mainly uses hydrogen generating catalyst platinum and oxides thereof in addition to stainless steel, nickel, mild steel, and titanium substrates. The material of the electrical conductor 102 is preferably the same as the material of the cathode.

본 발명의 단위셀(3)은 제1도-나와 같이 볼트 및 너트(192)를 이용하여 압차 결합된다. 본 발명의 전해셀에서의 폐수처리 원리는 제2도와 같다.The unit cell 3 of the present invention is pressure-coupled using the bolt and nut 192 as shown in FIG. Wastewater treatment principle in the electrolytic cell of the present invention is shown in FIG.

즉, 양극(20)으로 흐르는 전류에 의해 양극실로 공급된 양극액의 이온이 분리되고, 이온은 이온교환막(90)을 통과하여 음극반응실의 내부로 이동한다. 이동된 이온은 음극(10)으로 흐르는 전류에 의해 환원이 된다. 이때 양극실에서는 산화 반응(78)이 일어나고, 반응에의해 발생한 가스는 양극액 배출관(4)을 통해 양극실을 빠져 나가고, 음극실의 환원물과 수소가스는 음극액 배출관(3)을 통해 음극실을 빠져 나간다. 제3도는 양극실의 도면으로서 도면의 기호와 도면1도의 기호는 일치하며 동일한 기능을 갖는다. 양극실의 내부와 양극실의 플랜지면(27)과 이온교환막(90)에 밀착된 양극 가스켓(37)은 양극실을, 음극실의 내부와 음극실의 플랜지면과 이온교환막(90)에 밀착된 음극가스켓(39)은 음극실을 실(seal)하게 된다. 양극가스켓(37) 및 음극가스켓(39) 모두 셀 유닛(3)의 크기와 거의 유사한 정도의 크기로 형성된다.That is, ions of the anolyte supplied to the anode chamber are separated by the current flowing through the anode 20, and ions pass through the ion exchange membrane 90 to move into the cathode reaction chamber. The migrated ions are reduced by the current flowing to the cathode 10. In this case, the oxidation reaction (7 8) occurs, the gas generated by the reaction exits the anode chamber through the anolyte discharge pipe (4), the reducing material and hydrogen gas of the cathode chamber exits the cathode chamber through the catholyte discharge pipe (3). 3 is a drawing of the anode chamber, in which the symbols in the drawings and the symbols in FIG. 1 coincide and have the same function. The anode gasket 37 in close contact with the inside of the anode chamber and the flange face 27 of the anode chamber and the ion exchange membrane 90 adheres closely to the inside of the cathode chamber and the flange face of the cathode chamber and the ion exchange membrane 90. The cathode gasket 39 seals the cathode chamber. Both the anode gasket 37 and the cathode gasket 39 are formed to a size almost similar to that of the cell unit 3.

제4도는 대용량의 폐수를 처리하기 위해서 단위 전기화학적 셀(제1도의 나)을 복수개로 설치한 전기분해 스택(100)의 한 예로서 대량의 폐수처리를 위해 단위셀(3)이 밀착해서 배치되며, 다수의 셀(3)의 양끝에는 다수의 셀을 밀착시키기 위한 플레이트(5)가 배치되는 구조이다. 여기서 플레이트(5)는 가이드 로드 또는 압착 스프링(97)등에 의해 지지된다.4 is an example of the electrolysis stack 100 in which a plurality of unit electrochemical cells (b in FIG. 1) are installed to treat a large amount of wastewater, and the unit cells 3 are arranged in close contact for a large amount of wastewater treatment. At both ends of the plurality of cells 3, plates 5 for closely contacting the plurality of cells are arranged. The plate 5 is here supported by a guide rod or a pressing spring 97 or the like.

양극액 공급관(21)과 음극액 공급관(33)을 통해 각각의 단위셀 양극실과 음극실의 내부로 공급한다. 공급된 폐수는 양극실과 음극실 사이에 배치된 이온교환막을 사이에 두고 양극실에서는 산화반응이 음극실에서는 환원반응의 전기분해반응이 일어나 폐수를 처리하며 처리된 폐수와 양극실과 음극실에서 발생한 산소와 수소는 양극액통로(500)와 음극액통로(400)으로 모아 다음공정으로 이송된다.Through the anolyte supply pipe 21 and the catholyte supply pipe 33, the unit cells are supplied into the anode cell and the cathode chamber of each unit cell. The supplied waste water is interposed between the anode chamber and the cathode chamber with an ion exchange membrane disposed between the anode chamber and the oxidation chamber in the anode chamber and the electrolysis reaction of the reduction reaction in the cathode chamber to treat the wastewater. And hydrogen are collected in the anolyte passage 500 and the catholyte passage 400 and then transferred to the next process.

제5도는 고농도의 악성 유기성 폐수의 처리 방법에 관한 것이다. 여기서 처리가능한 폐수로는 일반 산업폐수, 농약, 의약품, 핵발전소 폐기물, 군사목적의 폐수, 폭약, 엔진오일등을 칭한다.5 relates to a method for treating high concentrations of malignant organic wastewater. Here, the treatable wastewater refers to general industrial wastewater, pesticides, pharmaceuticals, nuclear power plant waste, military waste water, explosives, and engine oil.

외부에서 일정하게 공급된 악성 유기성 폐수(1)는 폐수 저장조(400)에 모아두었다가 일정량으로 펌프(600)를 거쳐 전해스택의 양극실로 공급한다. 폐수종류에따라 촉매(5)를 이용하여 전기화학적 반응을 촉진할 수도 있다. 주로 사용하는 촉매는 은이온등이 바람직하다.The malignant organic wastewater 1 constantly supplied from the outside is collected in the wastewater storage tank 400 and supplied to the anode chamber of the electrolytic stack through the pump 600 in a predetermined amount. Depending on the wastewater type, the catalyst 5 may be used to promote the electrochemical reaction. As the catalyst mainly used, silver ions and the like are preferable.

이때 양극실에 직류전원장치(900)에서 전류를 인가하면 전기화학적 산화반응에의해 폐수가 완전 산화되며 이산화탄소(2)로 전환되며 전해스택 외부의 계외로 배출된다. 미반응된 전해질은 상분리기(200)에서 분리하여 일부는 폐수저장조(400)으로 순환시키며, 일부는 방류(7)를 한다. 예를들어 고농도의 벤젠(중량 10%)이 함유된 폐수를 양극실로 공급하면 양극실에서는 다음식1과같이 완전히 분해된다.At this time, when a current is applied from the DC power supply unit 900 to the anode chamber, the wastewater is completely oxidized by the electrochemical oxidation reaction, converted into carbon dioxide (2), and discharged to the outside of the electrolytic stack. The unreacted electrolyte is separated from the phase separator 200, and partly circulated to the wastewater storage tank 400, and partly discharged. For example, when wastewater containing high concentration of benzene (10% by weight) is supplied to the anode chamber, it is completely decomposed in the anode chamber as shown in Equation 1 below.

C6H6 + 12H2O6CO2 + 3OH- +3Oe 식 1C6H6 + 12H2O 6CO2 + 3OH- + 3Oe Equation 1

이때, 양극실의 양극으로는 백금이 코팅된 티타늄 전극이 바람직하다.At this time, the anode of the anode chamber is preferably a titanium electrode coated with platinum.

음극실에는 전도도가 우수한 전해질(산 또는 알카리)를 공급하여 전해스택의 전압을 조절하며, 음극에서 환원 반응에의해 생긴 수소(4)등을 상분리기(300)에서 제거한후 공정외부로 배출하며 전해질은 다시 전해질 탱크(500)으로 순환 시킨다.Supplying electrolyte (acid or alkali) with excellent conductivity to the cathode chamber controls the voltage of the electrolytic stack, removes hydrogen (4) produced by the reduction reaction from the cathode in the phase separator 300 and discharges it out of the process. Circulates back to the electrolyte tank 500.

이때, 적합한 음극실의 음극으로는 티타늄 전극이 바람직하다.At this time, a titanium electrode is preferable as a cathode of a suitable cathode chamber.

양극실과 음극실의 분리막으로는 미국의 듀폰사 나피온 324등이 사용될 수 있다.As the separator of the anode chamber and the cathode chamber, Dupont's Nafion 324, etc. of the United States may be used.

전해스택의 전류밀도 운전조건은 0.5A/cm2이 압력은 상압, 온도는 40C이상이 바람직하다.The operating condition of the current density of the electrolytic stack is 0.5 A / cm 2, the pressure is normal pressure, and the temperature is preferably 40 C or higher.

제6도는 1,000ppm 이상의 고농도의 질산성질소농도 폐수의 처리 방법에 관한 것이다. 외부에서 일정하게 공급된 질산성 질소를 포함하고 잇는 폐수(15)는 폐수 저장조(500)에 모아두었다가 일정량으로 펌프(700)를 거쳐 전해스택의 음극실로 공급한다. 이때 음극실에 직류전원장치(900)에서 전류를 인가하면 전기화학적 환원반응에의해 질산성 질소가 완전 환원되며 질소(14)로 전환되며 전해스택(100) 외부의 계외로 배출된다. 미반응된 전해질은 상분리기(300)에서 분리하여 일부는 폐수저장조(500)으로 순환시키며, 방류조건을 만족하는 일부는 방류(13)를 한다. 음극실에서 질산성 질소는 다음 식2와 식3과 같이 완전히 분해된다.6 relates to a method for treating high concentration of nitrate nitrogen wastewater of 1,000 ppm or more. Wastewater 15 containing nitrate nitrogen constantly supplied from the outside is collected in the wastewater storage tank 500 and supplied to the cathode chamber of the electrolytic stack via a pump 700 in a predetermined amount. In this case, when a current is applied from the DC power supply unit 900 to the cathode chamber, nitrate nitrogen is completely reduced by the electrochemical reduction reaction, converted to nitrogen 14, and discharged to the outside of the electrolytic stack 100. The unreacted electrolyte is separated from the phase separator 300 to circulate a part of the waste water storage tank 500, and part of the discharge condition 13 is discharged. In the cathode chamber, nitrate nitrogen is completely decomposed as shown in Equations 2 and 3 below.

NO3- + H2O + 2eNO2- + 3OH- 식 2NO3- + H2O + 2e NO2- + 3OH- Formula 2

NO2- + 2H2O + 3e1/2N2 + 4OH- 식 3NO2- + 2H2O + 3e 1 / 2N2 + 4OH- Formula 3

이때, 음극실의 음극으로는 백금이 코팅된 티타늄 전극이 바람직하다.At this time, the cathode of the cathode chamber is preferably a titanium electrode coated with platinum.

양극실에는 전도도가 우수한 전해질(산 또는 알카리)를 공급하여 전해스택의 전압을 조절하며, 양극에서 산화 반응에의해 생긴 산소(12)등을 상분리기(200)에서 제거한후 공정외부로 배출하며 전해질은 다시 전해질 탱크(400)으로 순환 시킨다. 이때, 전해질의 농도가 떨어지면, 외부에서 전해질(11)을 공급한다. 이때, 양극실의 음극으로는 백금-이리듐이 코팅된 티타늄 전극이 바람직하다.Supplying electrolyte (acid or alkali) with excellent conductivity to the anode chamber controls the voltage of the electrolytic stack, removes oxygen (12) produced by the oxidation reaction at the anode from the phase separator 200 and discharges it out of the process. Circulates back to the electrolyte tank 400. At this time, when the concentration of the electrolyte drops, the electrolyte 11 is supplied from the outside. At this time, the cathode of the anode chamber is preferably a titanium electrode coated with platinum-iridium.

양극실과 음극실의 분리막으로는 미국의 듀폰사 나피온 324등이 사용될 수 있다.As the separator of the anode chamber and the cathode chamber, Dupont's Nafion 324, etc. of the United States may be used.

전해스택의 전류밀도 운전조건은 0.4A/cm2이 압력은 상압, 온도는 40C이상이 바람직하다.The operating conditions of the current density of the electrolytic stack are 0.4 A / cm < 2 >

제7도는 고농도의 질산성질소와 암모니아성 질소 폐수의 처리 방법에 관한 것이다.7 relates to a method for treating high concentrations of nitrate and ammonia nitrogen wastewater.

외부에서 일정하게 공급된 질산성 질소와 암모니아성 질소를 포함하고 있는 폐수(21)를 폐수 저장조(500)에 모아두었다가 일정량으로 펌프(700)를 거쳐 전해스택의 음극 실로 공급한다. 이때 음극실에 직류전원장치(900)에서 전류를 인가하면 전기화학적 환원반응에의해 질산성 질소가 완전 환원되며 질소(14)로 전환되며 전해스택(100) 외부의 계외로 배출된다. 미반응된 전해질은 상분리기(300)에서 분리하여 일부는 폐수저장조(500)와 양극액 저장조(400)로 순환시킨다. 음극실에서 질산성 질소는 다음 식4와 같이 완전히 분해된다.The wastewater 21 containing nitrate nitrogen and ammonia nitrogen, which are constantly supplied from the outside, is collected in the wastewater storage tank 500 and supplied to the cathode chamber of the electrolytic stack via a pump 700 in a predetermined amount. In this case, when a current is applied from the DC power supply unit 900 to the cathode chamber, nitrate nitrogen is completely reduced by the electrochemical reduction reaction, converted to nitrogen 14, and discharged to the outside of the electrolytic stack 100. The unreacted electrolyte is separated from the phase separator 300 and circulated in part to the wastewater storage tank 500 and the anolyte storage tank 400. In the cathode chamber, nitrate nitrogen is completely decomposed as shown in Equation 4.

NO3- + 2H2O +5e1/2N2 + 7OH- 식 4NO3- + 2H2O + 5e 1 / 2N2 + 7OH- Equation 4

일부 질산성 질소는 다음식5와 같이 암모니아성 질소로 전환된다.Some nitrate nitrogen is converted to ammonia nitrogen as shown in Equation 5 below.

NO3-+6H2O+8e-→NH3+9OH-식 5 NO3 - + 6H 2 O + 8e - → NH 3 + 9OH - formula 5

이때, 음극실의 음극으로는 백금이 코팅된 티타늄 전극이 바람직하다.At this time, the cathode of the cathode chamber is preferably a titanium electrode coated with platinum.

양극실에는 암모니아의 산화를 촉진시키기위한 소금(22)을 양극액탱크의 소금농도가 0.1wt% 유지되도록 소금을 첨가하여 양극액 펌프(600)으로 전해스택의 양극으로 공급한다. 양극실의 양극에서 식6, 식7과 같이 염소이온의 산화 반응과 물에 용해반응에의해 염소산이온이 생성되며 반응식8과 같이 염소산이온과 암모니아이온의 반응에의해 암모니아가 제거 된다.In the anode chamber, salt 22 for promoting oxidation of ammonia is added to the anode of the electrolytic stack by adding salt to maintain a salt concentration of the anolyte tank of 0.1 wt%. At the anode of the anode chamber, chlorine ions are generated by oxidation of chlorine ions and dissolution in water as shown in Equations 6 and 7, and ammonia is removed by the reaction of chlorine and ammonia ions as shown in Equation 8.

2Cl-→Cl2+2e-식 62Cl - → Cl 2 + 2e - Formula 6

Cl2+H2O →HClO+HCl 식 7Cl 2 + H 2 O → HClO + HCl

2NH3+3HClO →N2↑+3HCl+3H2O 식 82NH 3 + 3HClO → N 2 ↑ + 3HCl + 3H 2 O Equation 8

이때 생긴 질소(23)등을 상분리기(200)에서 제거한후 공정외부로 배출하며 양극액은 다시 전해질 탱크(400)으로 순환 시킨다. 이때, 양극 및 음극으로는 백금-이리듐이 코팅된 티타늄 전극이 바람직하다. 양극실과 음극실의 분리막으로는 미국의 듀폰사나피온 324등이 사용될 수 있다. 전해스택의 전륜밀도 운전조건은 0.1A/cm2이 압력은 상압, 온도는 40C이상이 바람직하다.The nitrogen (23) generated at this time is removed from the phase separator 200 and then discharged to the outside of the process, and the anolyte is circulated back to the electrolyte tank 400. At this time, a titanium electrode coated with platinum-iridium is preferable as the anode and the cathode. As the separator of the anode chamber and the cathode chamber, DuPont Sanafion 324 of the United States may be used. The front wheel density operation condition of the electrolytic stack is preferably 0.1 A / cm < 2 >

종래의 기술로 처리가 원할하지 못했던 고농도 유기폐수, 질소함유 폐수를 효과적으로 처리가 가능하여, 저비용의 설비비 및 운전비용으로 인해 환경산업에 기여.It is possible to effectively treat high concentration organic wastewater and nitrogen containing wastewater which was not desired by the conventional technology, contributing to the environmental industry due to low cost of equipment and operation cost.

Claims (1)

양극을 포함하는 양극실과 음극을 포함하는 음극실, 이들을 분리하는 양이온교환막으로 구성되는 전기화학적 단위셀을 연속 설치하여 대량의 폐수를 처리하며, 양극실에서는 고농도 유기화합물의 산화반응을 유도하여 완전 분해하며, 음극실에서는 환원이 필요한 폐수를 환원하여 무해한 가스로 전환하는 전기화학 시스템An electrochemical unit cell consisting of a cathode chamber containing an anode, a cathode chamber containing a cathode, and a cation exchange membrane separating them is installed continuously to treat a large amount of wastewater, and the anode chamber induces an oxidation reaction of a high concentration of organic compounds to completely decompose it. In the cathode chamber, an electrochemical system that converts wastewater that needs to be reduced to a harmless gas
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