KR20060029669A - 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적 폐수처리장치의 일종인 펜톤(Fenton)산화 처리장치에 있어서, 전극이 내장된 환원조와 반응조를 연결하여 이들 간에 처리수를 순환시킴으로써, 펜톤산화반응에 의하여 발생되는 3가철(Fe3+)의 2가철(Fe2+)로의 환원을 촉진하여 처리효율을 향상시키고 약품투입량 및 슬러지(sludge) 발생량을 감소시킨 것이다.
본 발명을 통하여 펜톤(Fenton)산화 처리장치의 처리효율을 제고함을 물론, 약품투입량 및 슬러지발생량을 저감함으로써, 처리시설의 운영비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
폐수처리, 펜톤(Fenton), 환원, 양극, 음극

Description

전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치{Wastewater treatment apparatus using electrolytic reduction type Fenton process}
도 1은 본 발명의 일 실시예 사시도
도 2는 도 1의 실시예 부분절단 사시도
도 3은 본 발명의 처리상태 대표단면도
도 4는 다수의 전극이 설치된 본 발명의 환원조 부분절단 사시도
도 5는 이형단면의 전극이 적용된 본 발명의 환원조 부분절단 사시도
도 6은 망체형 전극이 적용된 본 발명의 환원조 부분절단 사시도
도 7은 순환관을 이용한 본 발명의 일 실시예 부분절단 사시도
도 8은 도 7의 실시예의 처리상태 대표단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
100 : 반응조
101 : 유입구
109 : 교반기
110 : 순환관
111 : 상부연결관
112 : 하부연결관
121 : 순환펌프
122 : 약품주입구
123 : 주입구밸브
200 : 환원조
202 : 방류구
212 : 분출관
301 : 양극(anode)
302 : 음극(cathode)
409 : 슬러지(sludge)배출구
본 발명은 화학적 폐수처리장치의 일종인 펜톤(Fenton)산화 처리장치에 있어서, 전극이 내장된 환원조와 반응조를 연결하여 이들 간에 처리수를 순환시킴으로써, 펜톤산화반응에 의하여 발생되는 3가철(Fe3+)의 2가철(Fe2+)로의 환원을 촉진하여 처리효율을 향상시키고 약품투입량 및 슬러지(sludge) 발생량을 감소시킨 것이 다.
펜톤산화를 이용한 폐수처리는 과산화수소(H2O2)와 황산철(FeSO4) 또는 염화철(FeCl2) 등의 철염을 이용하여 수산화라디칼(·OH:hydroxyl Radical)을 발생시킴으로서 유기화합물을 분해하는 것으로, 크게 철염과 수산화라디칼에 의한 산화공정, 처리수 중화공정 및 철염을 제거하기 위한 응집공정의 3단계를 거치게 된다.
즉, 처리대상 폐수에 과산화수소(H2O2)와 철염을 주입하게 되면, 철염의 2가철(Fe2+)이 과산화수소로부터 수산화라디칼(·OH)을 발생시키면서 자신은 3가철(Fe3+)로 산화되고, 이때 발생된 수산화라디칼(·OH)이 유기물을 분해하게 된다.
유기물은 산화 분해됨으로써 폐수처리가 완료되는데, 3가철이 2가철로 원활히 환원되지 않을 경우, 2가철을 보충하지 않으면 산화반응이 중단될 뿐 아니라, 3가철에 의한 슬러지발생 또한 증가하게 되는 것이다.
이러한 펜톤산화방식의 폐수처리는 여타의 화학적 고도처리방법에 비하여 설비가 간소하고 운영이 간편하나, 유기물의 라디칼에 의한 3가철의 환원반응에 있어서, 오염원에 따라 반응성이 변할 뿐 아니라, 환원반응 자체가 원활하지도 않으므로, 반응의 부산물인 3가철(Fe3+)로 인한 슬러지 발생량이 크고, 2가철염을 지속적으로 다량 투입하여야 하는 문제점이 있었다.
이는, 약품비용은 물론 슬러지의 처리비용이 증가함을 의미하므로, 전체 처리시설 운영비용이 증대되는 심각한 문제점이라 할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 펜톤산화를 이용한 폐수처리장치에 있어서, 원통형의 음극과 이에 내장된 봉상(棒狀)의 양극이 설치된 환원조와 반응조를 연결하고, 이들간에 처리수를 순환시킴으로써 환원조의 양극에서는 산화반응을 촉진하고, 음극에서는 3가철(Fe3+)의 2가철(Fe2+)로의 환원을 촉진하여 처리효율을 제고함과 동시에, 약품투입량은 물론 슬러지발생량 또한 획기적으로 절감할 수 있도록 한 것이다.
또한, 양극과 음극이 이형(異形)단면을 가지도록 성형하거나 음극을 망체로 구성함으로써, 처리수와 전극간의 접촉면적을 늘려 처리효율을 극대화할 수 있도록 하였고, 환원조의 상부와 하부를 연결하는 순환관을 통하여 별도의 반응조 없이 환원조만으로도 처리가 가능하도록 하였다.
본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 1 내지 도 3은 본 발명의 외형, 내부구조 및 작동상태를 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 유입구(101), 약품주입구(122) 및 교반기(109) 등이 설치된 반응조(100)와, 양극(anode)(301)과 음극 (cathode)(302) 및 방류구(202) 등이 설치된 환원조(200)로 구성되며, 이들 반응조(100) 및 환원조(200)는 상부연결관(111)과 하부연결관(112)을 통하여 연결된다.
반응조(100) 및 환원조(200)의 하단부에는 폐슬러지의 처리를 위한 슬러지배출구(409)가 형성되고, 하부연결관(112)에는 처리조간 처리수의 강제순환을 위한 순환펌프(121)가 설치되며, 약품주입구(122)에는 약품의 주입량을 조절하기 위한 주입구밸브(123)가 설치된다.
환원조(200)에 내장된 양극(301)과 음극(302)은 각각 봉상 및 원통형으로 형성되고, 양극(301)이 음극(302) 내부에 설치되며, 이들 전극에는 각각 외부로부터 전류가 인가된다.
반응조(100)의 유입구(101)로 처리대상 폐수가 공급된 후, 약품주입구(122)로부터 과산화수소(H2O2)와 황산철(FeSO4) 또는 염화철(FeCl2) 등의 철염이 주입되고, 교반기(109)가 처리수와 약품을 혼합하게 되면 펜톤(Fenton)산화반응이 시작되며, 철염의 2가철(Fe2+)이 3가철(Fe3+)로 산화된다.
이때, 처리조간 처리수의 순환과 함께 전극에 전류가 공급되면, 양극(301)에서는 산화반응이 촉진되고, 음극(302)에서는 3가철(Fe3+)에 전자를 공급하여 2가철(Fe2+)로의 환원반응을 촉진하게 되어, 결과적으로 3가철(Fe3+)로 인한 슬러지발생을 억제할 뿐 아니라, 2가철(Fe2+)의 추가공급량도 절감할 수 있게 된다.
이러한 폐수처리과정은 상부연결관(111) 및 하부연결관(112)에 의하여 반응 조(100)와 환원조(200) 내의 처리수가 순환하면서 지속적으로 진행되고, 정화처리가 완료된 처리수는 환원조(200) 상부의 방류구(202)를 통하여 외부로 방류되며, 발생된 슬러지는 반응조(100) 및 환원조(200) 하부의 슬러지배출구(409)를 통하여 정기적으로 배출된다.
환원조(200)의 내부에는 말단부가 음극(302) 하부로 개방된 노즐형태의 분출관(212)이 설치되는데, 처리수가 음극(302)의 외곽으로 유입될경우 음극(302) 내부의 양극(301)을 비롯한 전극과 처리수 간의 접촉이 원활하게 이루어질 수 없어 처리효율이 저하될 수 있으므로, 분출관(212)이 음극(302) 내부로 처리수를 강제 분출함으로써 유입된 처리수가 음극(302)의 외곽이 아닌 내부로 유입되도록 한다.
한편, 도 4 및 도 5는 각각 다수의 전극이 설치된 실시예와 이형단면의 전극이 적용된 실시예를 도시한 것으로서, 처리용량에 따라 하나의 환원조(200)에 다수의 전극을 설치할 수 있으며, 이형단면의 전극을 통하여 전극과 처리수간 접촉면적을 늘릴 수도 있다.
즉, 도 5에서와 같이, 전극과 처리수간의 접촉면적을 확보함으로써, 처리시간을 단축하고 및 처리효율을 향상시킬 수 있으며, 동 도면에 도시된 전극은 표면에 굴곡이 형성된 형태이나, 이 밖에도 요철이나 리브(rib)를 형성하는 등 다양한 형태가 가능하다.
도 4에서와 같이, 하나의 환원조(200) 내에 다수의 전극을 설치하는 경우에는 분출관(212) 역시 분배관 형태로 구성하여 각 음극(302) 내부로 개별적인 분출이 이루어질 수 있도록 구성한다.
또한, 전극과 처리수간의 접촉면적을 확보하는 다른 방법으로서, 도 6에서와 같이, 망체(網體)로 구성된 음극(302) 적용할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8은 환원조(200)의 상, 하부를 연결하는 순환관(110)를 설치하여 별도의 반응조(100) 없이도 환원조(200)가 반응조(100)의 역할을 겸할 수 있도록 한 것으로, 이 순환관(110)에는 처리수의 강제순환을 위한 순환펌프(121)와 함께, 약품주입구(122) 등이 설치되고, 환원조(200)의 상부와 하부에는 각각, 방류구(202)와 유입구(101)가 설치된다.
즉, 환원조(200) 하부에 설치된 유입구(101)로 처리대상 폐수가 공급되고, 약품주입구(122)로부터 철염과 과산화수소가 주입되면 펜톤(Fenton)산화반응이 시작되며, 순환관(110)에 의하여 환원조(200) 상, 하부의 처리수가 순환되고, 정화처리가 완료된 처리수는 환원조(200) 상부의 방류구(202)를 통하여 외부로 방류되는 것이다.
이렇듯 환원조(200) 단일구성의 경우에도 전술한 반응조(100)와 환원조(200)가 분리된 경우에서와 같이, 순환관(110)의 유출단에는 분출관(212)이 연결되어, 음극(302) 내부로의 처리수 분출이 이루어지게 된다.
이러한, 순환관(110)식 환원조(200)를 통하여, 본 발명의 처리장치를 소형화 할 수 있게 된다.
결국 본 발명의 기술요지는 펜톤(Fenton)산화를 이용한 폐수처리장치에 있어서, 펜톤산화반응이 이루어지는 반응조(100)에는 유입구(101) 및 약품주입구(122)가 설치되며, 방류구(202)가 형성되고 원통형의 음극(302)과 이에 내장된 봉상의 양극(301)이 설치된 환원조(200)가 상부연결관(111) 및 순환펌프(121)가 설치된 하부연결관(112)을 통하여 상기 반응조(100)와 연결됨을 특징으로 하는 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치 또는 유입구(101) 및 방류구(202)가 형성되고 펜톤산화반응이 이루어지는 환원조(200)에는 상부와 하부를 연결하는 순환관(110)이 설치되고, 환원조(200) 내부에는 원통형의 음극(302)과 이에 내장된 봉상(棒狀)의 양극(301)이 설치되며, 순환관(110)에는 처리수를 강제 순환시키는 순환펌프(121)와 약품주입구(122)가 설치됨을 특징으로 하는 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치이며, 상기 음극(302)은 이형(異形)단면 또는 망체(網體)로 구성됨을 특징으로 하는 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치이다.
본 발명을 통하여 펜톤(Fenton)산화 처리장치의 처리효율을 제고함을 물론, 약품투입량 및 슬러지발생량을 저감함으로써, 처리시설의 운영비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 펜톤(Fenton)산화를 이용한 폐수처리장치에 있어서,
    펜톤산화반응이 이루어지는 반응조(100)에는 유입구(101) 및 약품주입구(122)가 설치되며;
    방류구(202)가 형성되고 원통형의 음극(302)과 이에 내장된 봉상의 양극(301)이 설치된 환원조(200)가 상부연결관(111) 및 순환펌프(121)가 설치된 하부연결관(112)을 통하여 상기 반응조(100)와 연결됨을 특징으로 하는 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치.
  2. 펜톤(Fenton)산화를 이용한 폐수처리장치에 있어서,
    유입구(101) 및 방류구(202)가 형성되고 펜톤산화반응이 이루어지는 환원조(200)에는 상부와 하부를 연결하는 순환관(110)이 설치되고;
    환원조(200) 내부에는 원통형의 음극(302)과 이에 내장된 봉상(棒狀)의 양극(301)이 설치되며;
    순환관(110)에는 처리수를 강제 순환시키는 순환펌프(121)와 약품주입구(122)가 설치됨을 특징으로 하는 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 음극(302)은 이형(異形)단면을 가짐을 특징으로 하는 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 음극(302)은 망체(網體)로 구성됨을 특징으로 하는 전해환원식 펜톤산화 폐수처리장치.
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