KR20050055632A - 전해처리를 통한 정수기 농축수의 재활용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수기에서 낭비되는 농축수를 재활용하는 방법과 관련된 기술이다. 기존의 정수기들은 농축수를 그대로 방류하기 때문에 수자원측면에서 볼때 낭비가 극심하였다. 특히 역삼투압 정수방식의 정수기일 경우 물의 낭비가 더욱 극심하여 원수의 60-80%이상이 낭비되고 있는 실정이다.

물 부족국가로 분류되어 있는 우리나라에서 이와같은 낭비는 수자원관리측면에서도 반드시 개성되어야 할 사항이다.

이에 본 발명은 정수기 내부에 전해처리기를 내입하여 버려지는 농축수를 소독수로 전환하여 재활용하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전해처리를 통한 농축수 재활용 방법은 정수기에서 버려지는 농축수를 재활용하여 수자원을 절약하는 동시에, 각종 소독수로의 재활용을 통하여 인체에 유해한 세균이나 바이러스를 살균함으로써 위생에도 많은 도움을 주는 방안이다.

친환경적이며 최소한의 에너지 소모를 통한 최대한의 효과를 지닌 정수기농축수의 전해처리를 통한 소독수로의 재활용방안은 효율적인 수자원의 재활용방안이다. 또한 본 발명에 따라 제조된 소독수인 차아염소산은 인체에 무해하면서도, 살균 효율이 높기 때문에 다양한 용도로의 활용이 가능한 잇점을 아울러 지니고 있다.

Description

전해처리를 통한 정수기 농축수의 재활용방법{The recycling system by the electrolytic dissociation of waste water}

우리나라 정수기는 대부분 역삼투압법을 사용하는 정수시스템을 도입하고 있고, 역삼투압 정수의 단점인 과다한 농축수 방류에 따른 물낭비 문제를 해결하지 못하고 있다. 특히 가정용 정수기의 경우 수도관에 직접 연결하여 수돗물 자체 압력을 가압원으로 사용하는 역삼투압 정수기에 있어서는 농축수의 물낭비 더욱 심각하여, 원수 80%이상 또는 저압 역삼투압 경우 원수 60% 이상인 것으로 알려져 있다.

역삼투 정수기의 이런 단점을 극복하기 위해서는 가압펌프를 사용하여 산업용 정수 시스템처럼 처리수율을 80% 이상으로 올리는 방법이 있으나 가압펌프 설치에 따른 소음이나 비용 등의 문제로 인해 가정용 정수기에 도입하는 것은 불가능하다.

[폐기물관리법]에 따르면, 산업폐기물(특정폐기물) 이외의 폐기물인 일반폐기물 중 분뇨를 제외한 것을 쓰레기라고 하고 있다. 여기서 산업폐기물이란 산업활동에 수반하여 발생하는 폐기물을 말하며, 일반 폐기물은 사람의 일상생활에 수반되어 발생하는 쓰레기·분뇨 등을 지칭한다(방사성 폐기물은 <원자력법>에 별도로 규정되었다). 쓰레기는 그 크기나 모양·성질에 따라 여러 가지로 분류할 수 있는데, 냉장고·텔레비전·세탁기 등의 폐가전제품과 책상·장롱 등의 폐가구류, 폐차·폐자전거 등과 같이 비정기적으로 배출되는 대형의 쓰레기가 있는 반면 일상적으로 배출되는 폐·휴지나 음식물 찌꺼기와 같은 쓰레기도 있다. 또 불연성 쓰레기·가연성 쓰레기로 분류할 수도 있으며, 소각시 유해가스를 발생하는 쓰레기나 토양·수질을 오염시키는 유해 쓰레기로도 나눌 수 있다. 이 중 가연성 쓰레기는 소각처리하는 것이 좋으며, 불연성 쓰레기와 유해가스를 발생하는 쓰레기는 매립 처리하고 수은전지나 형광등과 같이 중금속이 든 유해 쓰레기는 재활용하거나 안전매립하여야 한다.

하지만 수자원은 쓰레기로 규정되어 있지 않다보니, 각종 버려지는 수자원에 대한 관리가 소홀한 것이 사실이다. 하지만 물부족국가로 분류되는 등 우리나라 수자원이 부족함을 국민대다수가 공감함에 따라 수자원의 효과적인 운용에 대한 중용성이 부각되어 지고 있다. 이러한 측면에서 볼 때, 정수기원수의 60-80%의 낭비 원인을 불러일으키는 농축수의 재활용방안은 시급한 현안인 것이다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 바와 같은 다양한 문제점들을 극복하여 저렴한 가격으로 양산이 가능하며, 인체에 위해성이 없으며 환경친화적이며 높은 경제성을 지닌 정수기 농축수의 자원화 방안을 제공하는데 있다.

정수기에서 버려지는 농축수를 전해처리하여 차아염소산을 포함하는 소독수로 재활용함으로써, 수자원의 절약은 물론, 위생에도 도움이 되는 잇점을 아울러 지니고 있다.

정수기란 물리적·화학적 방법으로 물을 걸러 불순물을 제거하는 기구(器具)를 말한다. 형태로 분류하면 수도꼭지에 직접 연결하는 직결형과 물을 용기에 담아서 필터를 통과하도록 하는 저장형이 있다. 정수원리나 방식에 따라 분류하면 자연여과식·직결여과식·이온교환수지식·증류식·역삼투압식 등으로 나눌 수 있다.

자연여과식은 저장된 물이 중력으로 세라믹 필터를 통과하면서 정수된다. 세라믹 필터의 기공의 크기보다 작은 바이러스·중금속·발암물질·화학오염물질 등 미세한 오염물질 제거에 한계가 있다. 청소와 필터교환을 자주 해야 한다.

직결여과식은 수도꼭지에 정수기를 직접 연결하는 방식이다. 물이 수압에 의하여 마이크로필터를 지나면서 불순물이 걸러진다. 자연여과식과 마찬가지로 미세한 오염물질을 제거하기가 힘들며, 필터를 자주 갈아주어야 하는 단점이 있다. 이온교환수지식은 이온교환수지 필터를 이용하여 물 속에 녹아 있는 금속 이온을 분리·제거하는 방식이다. 유기물질을 제거하지 못하는 단점이 있다.

증류식은 물이 끓을 때 생기는 수증기를 식혀서 정수하는 방법이다. 용존산소나 미네랄까지 파괴되는 단점이 있다.

역삼투압식은 압력으로 물이 반투막을 통과하도록 하여 불순물을 걸러주는 방식이다. 오염물질뿐 아니라 미네랄까지 제거된다는 단점이 있다.

역삼투압 정수기의 또 다른 단점중 하나는 원소의 60-80%가 농축수로 버려진다는 문제점이다.

본 발명은 역삼투압 정수기에서 버려지는 농축수를 수집한 후 전해처리하여 농축수를 소독수로 전환시키는 방법이다. 농축수에는 염소이온이 농축되어 있고 이를 전해처리할 경우 염소이온은 강력한 산화제인 차아염소산(Hypochlorous Acid)를 형성한다. 저농도 차아염소산을 포함하는 소독수는 강력한 살균력을 함유하고 있지만 인체에는 해를 끼치지 않은 무독성 살균제이다. 이와 같이 차아염소산을 형성하는 전해 시스템은 아주 장시간 사용에도 견딜 수 있고 염소 가스 생성 전위를 낮추는 특수한 촉매 양극과 음극을 사용하여야 한다.

차아염소산은 이포아염소산 [hypochlorous acid]이라고도 불려지며, 화학식은 HClO인 약한 산이다. 염소수 속에 다음 평형을 유지하면서 존재한다.

Cl₂+H₂O ↔ HCl+HClO

진한 용액은 담황색을 띠며 특유한 자극적인 냄새가 난다. 분자량 52.46이다. 강한 산화작용을 가지며 황 ·인 등을 각각 황산 ·인산으로 산화시킨다. 물에 직접 염소기체를 통과시켜도 엷은 용액으로 얻는데, 산화수은 또는 산화비스무트를 물에 현탁시켜 염소를 통과시키고 거른액을 감압 증류하여 얻는다. 수용액으로서만 존재하고 빛이나 온도에 따라서 불안정하게 되어 산소를 발생하면서 염소와 염소산으로 변화한다. 이 분해는 백금흑(白金黑)이나 코발트 ·니켈 등의 촉매에 의하여 촉진된다. 또 유기화합물을 산화시키므로 표백제 ·살균제로 그 염이 사용된다. 염으로서는 칼륨 ·칼슘염 등이 있고, 칼슘염은 표백제로 제조된다.

전해 살균수의 제조메카니즘은 다음과 같다.

차아염소산 산화 살균제를 포함하는 전해 살균수를 전기화학적으로 제조하는 방법은 염소이온 전해질을 포함하고 있는 용액을 전기분해하면 양극과 음극에는 각각 다음과 같은 반응에 의해 차아염소산이 생성된다.

양극반응: 2Cl^- → Cl₂(g) + 2e E=+1.3583V

2H₂O → 4H⁺ + O₂(g) + 4e E=+1.229V

음극반응: 2H₂O + 2e → 2OH^- + H₂(g) E=-0.8277V

수화반응: Cl₂(g) + H₂O → HClO(차아염소산) +H⁺ + Cl^-

전기분해에 의한 차아염소산 생성은 일단계로 양극반응에 의해 염소이온이 염소가스로 산화된 후에 염소가스가 물과 수화반응에 의해 차아염소산을 형성하는 이단계 반응으로 이루어진다. 그러므로 차아염소산 살균수 제조하기 위해서는 전해수중에 일정농도의 염소이온 존재가 필수적이기 때문에 농축수 중에 포함된 염소이온의 농도가 충분하지 못한 경우에는 가정에서 쉽게 구할 수 있는 식염을 일정량 첨가하여 전해한다. 산화전해수 제조에 있어서 반드시 고려해야할 핵심사항 중의 하나는 양극의 선정이다. 현재 시판중인 알칼리 전해수 제조 등에 사용되어 물을 전기분해하여 산소발생 촉매 작용을 하는 백금전극과 같은 일반 금속 재질을 양극으로 사용하는 경우 전해반응이 진행됨에 따라 양극이 산화되어 양극이 소모되기때문에 주기적으로 양극을 교체하여야하고 또한 양극에서 산화된 금속이온이 전해수로 용출되어 전해수에 또 다른 문제를 일으킬 수 있으며 양극에서 염소가스 생성효율이 낫다. 이러한 문제점으로 인해 산화전해수 제조에 사용될 전극은 염소가스 발생에 촉매작용을 가지고 안정된 불용성 전극(DSA: Dimensionally Stable Electrode)을 사용한다. 불용성전극(DSA 전극)은 티타늄 베이스에 이리디움옥사이드(Ir₂O₃), 지르코니움옥사이드(Zr₂O₃)를 일정비율로 혼합한 산화물을 코팅한 전극으로 염소발생 전위가 양극의 용출이 없어 전극 수명이 길어 십수년 이상을 전극교체없이 사용할 수 있다. 전극 표면적을 키우기 위해 망구조를 가지는 전극을 제조하는 것이 유리하다. 음극은 쉽게 부식되지 않은 재질의 스테인레스 스틸망이나 탄소전극 등 일반적인 도체를 사용하면 된다.

차아염소산 살균 전해수를 제조하기 위해서는 양극 표면 전위가 +1.3583V 이상 되어야하고 음극 표면 전위는 -0.8277V 이하가 되어야함으로 2.186V 이상의 직류 전압이 부여되어야 하고, 양극과 음극 사이에 존재하는 전해질 저항을 고려하여 전압을 부여한다. 양극과 음극 사이의 간격과 전해질의 전기전도도 등을 조절하여 5V 이하의 직류 전압을 가하여 차아염소산 산화 전해수를 제조할 수 있다. 이렇게 할 경우, 인체에 해가없고 충분한 살균력을 가지는 50ppm 전후의 차아염소산 농도를 가지는 전해수를 제조하여 다목적 살균수로 사용할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 방법으로 제조된 전해 살균수는 다음과 같은 용도로 사용될 수 있다.

㉮ 과일이나 식기, 행주, 도마 등 주방 살균제로 사용할 수 있다.

㉯ 살균수를 거실, 침대 등의 실내공기 살균제로 사용할 수 있다.

㉰ 살균수를 변기 등의 화장실 살균제로 사용할 수 있다.

㉱ 기타 다른 용도의 가정 살균제로 사용할 수 있다.

전해 살균수를 또 다른 용도로 활용할 수도 있다.

제조된 전해 살균수 일부를 멤브레인(membrane) 전단으로 흡입되도록 하여, 차아염소산에 의해 멤브레인 주위에 농축된 세균이나 유기물을 분해 제거하여 멤브레인(membrane) 표면을 청소할 수 있기 때문에 정수기 위생상태를 향상시키고, 멤브레인 유지관리를 용이하게 한다.

이산의 전해 살균수 활용방법은 용례를 든 것이며, 사용자가 다양한 용도로 응용하여 활용할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 방법으로 정수기에서 버려지는 농축수를 자원화할 경우, 저렴한 가격으로 양산이 가능하며, 인체에 위해성이 없으며 환경 친화적이며 높은 경제성을 지닌 전해살균수를 제조할 수 있다.

버려지는 수자원을 재활용함으로써 자원의 재활용이란 측면에서도 높은 실효성을 거둘 수 있다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허등록청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (1)

1. 정수기에서 버려지는 농축수를 일정용기에 모은 다음, 식염을 일부분 첨가하여 염소이온의 농도를 조절하고, 이어서 전기분해를 행하며, 전기분해시 양극 표면 전위가 +1.3583V 이상 되어야 하고, 음극 표면 전위는 -0.8277V 이하가 되어야 함으로 2.186V 이상의 직류 전압이 부여되어야 하며, 양극과 음극 사이에 존재하는 전해질 저항을 고려하여 전압을 부여하며, 양극과 음극 사이의 간격과 전해질의 전기전도도 등을 조절하여 5V 이하의 직류 전압을 가하여, 50ppm 전후의 차아염소산 농도를 가지는 전해수를 제조하는 정수기에서 버려지는 농축수을 활용한 전해수의 제조방법