KR20040088872A

KR20040088872A - 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040088872A
Application number: KR1020030023288A
Authority: KR
Inventors: 박광규; 이재봉; 윤석원; 안홍주
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-10-20
Also published as: KR100460531B1

Abstract

본 발명은 무기이온을 다량 함유하는 산업폐수, 해수, 기수 등으로부터 무기이온을 제거하는 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화장치와 방법을 제공하기 위한 것이다.

즉, 본 발명은 0.1 내지 2.0 볼트의 전압을 활성탄소전극에 인가하여 무기 이온들을 활성탄소전극에 흡착시킨 후 같은 전압을 반대로 인가하여 재생수를 각 정화반응기별로 유출시킴으로서 재생시간을 단축하고 재생효율을 향상시켜 전체공정의 운전시간을 단축시킬 수 있는 물 정화 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 종래의 타 무기물 정화방법과는 다르게 에너지소비량이 적고, 2차환경오염물이 발생되지 않으며, 유지관리가 편리하고, 물을 정화함과 아울러 재생시에도 에너지 소비량을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화장치 및 방법{Apparatus and method for purifying water through an electrical adsorption-desorption cycle having high efficiency regenerative function}

본 발명은 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화장치 및 이 장치를 이용한 물 정화방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 0.1 내지 2.0 볼트의 전압을 활성탄소전극에 인가하여 무기 이온들을 활성탄소전극에 흡착시킨 후 같은 전압을 반대로 인가하여 재생수를 각 정화반응기별로 유출시킴으로서 재생시간을 단축하고 재생효율을 향상시켜 전체공정의 운전시간을 단축시킬 수 있는 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 대용량의 물을 정화하는 방법에는 이온교환수지법, 역삼투막법, 증발법 등이 있으나, 고에너지 소비, 2차 오염물 발생, 유지관리의 곤란 등 많은 단점을 가지고 있다.

대용량의 물을 정화하기 위하여 에너지 소비량을 줄이고, 2차 환경오염을 줄이며 유지관리를 편리하게 하는 것이 과제이다. 이 문제를 해결하기 위해 전기흡탈착원리를 이용한 정화방법이 시도되고 있다.

이러한 전기흡탈착원리를 이용한 정화방법은 이온교환막을 사용하지 않을 경우 직렬 다단 반응기 사용시 재생공정중 탈착 및 흡착이 동시에 이루어져 재생효율이 저하되는 문제점을 해소하는 것이 관건이다.

이에 본 발명은 산업폐수, 해수, 기수 등의 고 무기염을 함유하고 있는 물로부터 이온탈착시간을 최소화하여 제거속도를 높이고 전극의 재생효율을 향상시킬 수 있는 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화장치와 이 장치를 이용한 물 정화방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 전기흡탈착식 물 정화장치의 전체 공정도이다.

도 2는 도 1에서 정화반응조의 평면도이다.

도 3은 도 1의 정화반응조의 정면도이다.

도 4는 도 1의 정화반응조의 측면도이다.

도 5는 도 1에서 정화반응조의 물 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정화반응조 12 : 전기흡탈착반응기

14 : 물유입관 16 : 물유출관

18 : 직류전원공급장치 20 : 양전압인가선

22 : 음전압인가선 24 : 스재생수 유출관

26 : 2통로 밸브 28 : 3통로 밸브

30 : 음극집전체 32 : 음전극

34 : 스페이서 36 : 양전극

38 : 양극집전체

본 발명의 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화장치는 0.1 내지 2.0볼트의 음전압과 양전압을 인가하기 위한 직류전원공급장치; 상기 직류전원장치와 연결되어 있으면서 물 중의 무기이온을 양이온과 음이온으로 각각 흡착한 후 탈착제거하는 하나 또는 그 이상이 병렬로 연결되어 있는 전기흡탈착반응기가 내장되어 있고 물을 공급하고 배출하기 위한 물 유입관과 물 유출관을 갖는 하나 또는 그 이상이 직렬로 배치된 정화반응조; 및 상기 정화 반응조로부터 재생수를 배출하기 위한 재생수 유출관으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 전기흡탈착반응기는 물이 흐르게 되는 스페이서, 상기 직류전원공급장치의 양전압 및 음전압 인가선과 연결되어 있는 탄소 호일로 구성된 양극 및 음극 집전체, 상기 양전압과 음전압에 의해 양이온과 음이온을 흡착 및 탈착하게 되는 양전극 및 음전극의 활성탄소전극이 각각 하나 또는 그 이상의 단위 셀로 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화방법은 직류전원공급장치로부터 0.1 내지 2.0볼트의 양전압과 음전압을 정화반응조 내에 하나 또는 그 이상이 병렬로 연결되어 있는 전기흡탈착반응기 내 단위 셀에 위치하는 하나 또는 그 이상의 양전극과 음전극에 인가하고, 상기 양전극과 음전극에서 물 유입관을통해서 유입된 물 중의 무기이온을 선택적으로 흡착시킨 후, 물 유출관을 통해서 유출시키되 직렬로 연결되어 있는 하나 또는 그 이상의 장화반응조에서 상기와 동일한 조작을 반복한 후 상기 각 전극에 흡착이 포화되면 이들에 각각 반대 전압을 인가하여 다시 탈착되도록 한 후 공급된 재생수를 각각의 정화반응조로부터 배출시켜 무기이온을 제거하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

첨부 도면 중 도 1은 본 발명의 전체 공정 및 장치를 나타낸 것으로 물 중의 무기이온을 양이온과 음이온으로 각각 흡착한 후 탈착제거하는 전기흡탈착반응기(12), 전기흡탈착반응기(12)에 물을 공급하는 정화반응조(10), 정화반응조(10)에 전압을 공급하기 위한 전원공급장치(18), 정화반응조(10)에 양전압을 인가하기 위한 양전압인가선(20), 정화반응조(10)에 음전압을 인가하기 위한 음전압인가선(22), 재생시 각 정화반응조(10)에 물을 공급하기 위한 2통로 밸브(26), 재생공정중 각 정화반응조(10)로부터 재생수를 배출시키기 위한 3통로 밸브(28), 재생수 유출관(24) 등으로 구성되어 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 정화반응조(10)의 평면도로서, 유입관(14)을 통하여 물이 유입되고, 유출관(16)을 통해서 물이 배출된다. 그리고, 음전압인가선(22)을 통하여 음전압이 정화반응조(10)에 인가되며, 양전압인가선(20)을 통하여 양전압이 정화반응조(10)에 인가된다.

도 3은 전기흡탈착반응기(12)가 내장되어 있는 도 1의 정화반응조(10)의 정면도이고, 도 4는 전기흡탈착반응기(12)가 내장된 정화반응조(10)의 측면도로서,정화반응조(10) 내의 전기흡탈착반응기(12)는 음극집전체(30), 음전극(32), 물흐름을 유지하기 위한 스페이서(34), 양전극(36), 양극집전체(38) 등으로 구성되어 있다. 물의 처리용량에 맞게 여러 단으로 자유로이 구성요소를 증가하여 설치할 수 있다.

도 5는 정화반응조(10) 내에서의 물의 흐름방향을 보여주기 위한 것으로 물 유입관(14)을 통하여 물이 유입되고 전기흡탈착반응기(12)의 스페이서(34)을 통하여 셀 가운데 구멍으로 이동한후 최종적으로 물유출관(16)을 통해서 정화반응조(10)의 외부로 유출된다. 물이 스페이서(34)내를 이동하는 도중에 물중의 양이온들은 0.1 내지 2.0볼트의 음전압이 인가된 음전극(32)에 흡착되고 음이온들은 0.1 내지 2.0볼트의 양전압이 인가된 양전극(36)에 흡착하게 된다. 이온들이 각 전극에 흡착포화되면 이 이온들을 탈착시켜 제거하는 재생공정이 이어지게 되며 이 공정에서는 흡착공정과는 반대로 음전극(32)에는 0.1 내지 2.0볼트의 양전압이 인가되고 양전극(36)에는 0.1 내지 2.0볼트의 음전압이 인가됨으로서 각 전극에 흡착된 이온들이 탈착되게 된다.

도 1에서 보는 바와 같이 처리할 물의 수질에 따라 직렬로 연결되는 정화반응조(10)의 수를 적절히 조절할 수 있다. 또한 도 3에서 보는 바와 같이 처리용량에 따라 전기흡탈착반응기(12)내의 양음극으로 구성된 단위 셀의 수를 적절히 조절할 수 있다.

전기흡탈착반응기(12)내의 양전극(36)과 음전극(32)은 활성탄소재질로 만들어진 전극으로 이루어져 있고, 양극집전체(38)와 음극집전체(30)는 탄소호일로 구성되어 있다.

도 1에서 흡착공정 중에는 2통로 밸브(26)는 닫혀 있게 되고, 3통로 밸브(28)는 재생수 유출관(24) 방향은 닫혀 있고, 정화반응조(10) 방향만 열려 있게 된다. 탈착공정(재생공정)중에는 2통로 밸브(26)는 열려 있고, 3통로 밸브(28)는 재생수 유출관(24) 방향은 열려 있고, 정화반응조(10) 방향은 닫혀 있게 된다.

본 발명의 전기흡탈착식 이온제거장치는 0.1 내지 2.0 볼트의 낮은 전기를 이용함으로서 에너지 소비량이 적고, 재생시 약품을 사용하지 않아 환경오염이 없으며 유지관리가 편리하다. 수질에 따라 여러 정화반응기를 직렬로 연결하여 사용이 가능하여 수질에 맞게 구성이 용이하고 하나의 반응기내에 구성요소들을 필요처리용량에 따라 추가설치가 용이하여 대용량화하는데도 효과적이다.

또한, 이온교환막을 사용하지 않고도 재생시 정화반응기별로 재생수 유출이 가능하여 재생효율이 극대화되고, 재생시간이 단축된다. 따라서 경제적으로 고농도 무기물을 함유하는 물로부터 각종 용수를 생산하여 각 용도로 활용할 수 있다.

Claims

0.1 내지 2.0볼트의 음전압과 양전압을 인가하기 위한 직류전원공급장치(18);

상기 직류전원장치(18)와 연결되어 있으면서 물 중의 무기이온을 양이온과 음이온으로 각각 흡착한 후 탈착제거하는 하나 또는 그 이상이 병렬로 연결되어 있는 전기흡탈착반응기(12)가 내장되어 있고 물을 공급하고 배출하기 위한 물 유입관(14)과 물 유출관(16)을 갖는 하나 또는 그 이상이 직렬로 배치된 정화반응조(10); 및

상기 정화 반응조(10)로부터 재생수를 배출하기 위한 재생수 유출관(24)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화장치.
제 1항에 있어서, 상기 전기흡탈착반응기(12)는 물이 흐르게 되는 스페이서 (34), 상기 직류전원공급장치(18)의 양전압 및 음전압 인가선(20,22)과 연결되어 있는 탄소 호일로 구성된 양극 및 음극 집전체(30,38), 상기 양전압과 음전압에 의해 양이온과 음이온을 흡착 및 탈착하게 되는 양전극 및 음전극의 활성탄소전극 (32,36)이 각각 하나 또는 그 이상의 단위 셀로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 물 정화장치.
직류전원공급장치로부터 0.1 내지 2.0볼트의 양전압과 음전압을 정화반응조내에 하나 또는 그 이상이 병렬로 연결되어 있는 전기흡탈착반응기 내 단위 셀에 위치하는 하나 또는 그 이상의 양전극과 음전극에 인가하고, 상기 양전극과 음전극에서 물 유입관을 통해서 유입된 물 중의 무기이온을 선택적으로 흡착시킨 후, 물 유출관을 통해서 유출시키되 직렬로 연결되어 있는 하나 또는 그 이상의 장화반응조에서 상기와 동일한 조작을 반복한 후 상기 각 전극에 흡착이 포화되면 이들에 각각 반대 전압을 인가하여 다시 탈착되도록 한 후 공급된 재생수를 각각의 정화반응조로부터 배출시켜 무기이온을 제거하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 재생기능형 전기흡탈착식 물 정화방법.