KR20190016731A - 수처리 장치 및 수처리 방법 그리고 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

[과제] 염가의 전극 재료를 사용하고, 유기물의 분해에 따른 COD값의 저하, 색도 저하, 게다가 살균 효과가 크고, 효율적인 수처리가 가능하다.
[해결 수단] 수처리 장치(1)는, 물을 전기 분해에 의해 처리하는 장치로서, 고체 고분자 전해질(2)에 의해 나누어진 양극실(3)과 음극실(4)에, 통전을 위해 양극(5)과 음극(6)을 상기 고체 고분자 전해질(2)에 접하도록 배치하고, 양극(5)은 백금을 주성분으로 한 장척 모양이고, 음극(6)은 도전성을 가지는 금속의 중공의 기둥 모양인 전해 유닛(A)을 구비한다.

Description

수처리 장치 및 수처리 방법 그리고 수처리 시스템{APPARATUS, METHOD AND SYSTEM FOR TREATING WATER}

본 발명은, 공장 폐수(廢水) 및 순환 쿨런트수(coolant水)나 순환 세정수 등의 물을 처리하는 수처리 시스템에 관한 것이다.

예를 들면, 공장으로부터 배출되는 폐수나 순환 이용되는 냉각수나 세정수 등의 수중(水中)에는, 작업 등에 사용되는 용제(溶劑) 등의 유기물이 포함되고, 이 때문에, 폐수 또는 순환수는 유색인 것이 많아, 화학적 산소 요구량(COD)의 값도 높다. COD는, 수중의 피(被)산화성 물질량을 산화하기 위해서 필요로 하는 산소의 양을 수치화한 것이며, COD의 값은 배수 기준에 이용되고, 해역과 호수 및 늪의 환경 기준에 이용되고 있다. COD의 값이 높을수록 함유 유기물량이 많아, 오염이 진행되고 있는 것을 나타낸다. 게다가, 함유 유기물이 유색인 비율이 많다. 또, 시간 경과에 따라 폐수 또는 순환수 중에 박테리아가 발생하여 가속도적으로 증식하고, 그 대사(代謝) 산물(産物)은 악취의 원인도 된다. 그래서, 폐수 및 순환수 중의 함유 유기물을 분해하여, COD의 값을 저하시켜, 무색 투명화하여, 박테리아를 살균하는 기술이 요구되고 있다.

종래의 방지 기술로서는, 오존 가스를 순환수와 접촉시키고, 악취 물질을 산화 분해하여 소취(消臭)하는 처리 장치가 알려져 있다(특허 문헌 1, 2). 그러나, 이 방법에서는, 오존 발생 장치를 설치하고, 이것을 물에 용해시켜 오존수로 하여, 부스(booth) 순환수와 접촉 혼합하기 때문에, 오존 발생 장치나, 오존을 물에 용해시키기 위한 오존수 제조 장치나, 그들을 연결하는 배관 등이 필요하기 때문에, 설비가 대규모가 되어, 설비 투자가 방대하고, 런닝(running) 코스트도 높다고 하는 문제가 있었다.

한편, 최근에, 도전성 다이아몬드 전극을 이용한 폐수 처리 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 3, 4). 도전성 다이아몬드 전극은, 붕소 등의 이원소(異元素)를 도핑(dopping)하는 것에 의해서 전기 전도성을 부여한 다이아몬드 전극이다. 도전성 다이아몬드 전극은, 그 화학적 안정성 때문에, 종래부터 사용되고 있던 이산화납, 백금 전극 등의 전극에서는 얻을 수 없었던 넓은 전위 영역, 특히 높은 전위역에서 안정적으로 전해 반응을 행할 수 있다. 또, 산소 과전압이 크기 때문에, 전극­용액 계면(界面)에 큰 전위차가 형성된다. 이 때문에, 도전성 다이아몬드 전극의 표면에서 여러가지 유기물을 산화 분해할 수 있다.

예를 들면, 상기 특허 문헌 3에서는, 피처리수를 한외(限外, 한계 밖) 여과막으로 여과하여 농축액으로 하고, 이 농축액을 도전성 다이아몬드 전극으로 전기 분해하여, 암모니아성 질소의 분해 제거를 행하고 있다. 또, 상기 특허 문헌 4에서는, 폴리비닐 알코올을 포함하는 폐수를 증발시켜 농축한 후, 농축액을 도전성 다이아몬드 전극으로 전기 분해하여, 폴리비닐 알코올의 분해 제거를 행하고 있다. 그러나, 상기 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4의 폐수 처리 방법에서는, 피처리수를 농축하고 나서 전기 분해를 행하기 때문에, 한외 여과 장치나 증발 농축 장치 등의 농축 장치가 필요하게 된다. 이 때문에, 결국 설비가 대규모가 되어, 설비 투자가 방대하고, 런닝 코스트도 높다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 이 배수 처리 장치를 순환수의 처리 장치로서 적용할 수는 없다.

그래서 또, 상기 과제를 해결하기 위해, 순환수 중에 포함되어 있는 악취 물질을 도전성 다이아몬드 전극의 표면에서 직접 산화할 뿐만 아니라, 도전성 다이아몬드의 표면에서 발생하는 오존이나 과산화 수소나 히드록시 라디칼(radical) 등의 산화성 물질을 이용하여, 간접적으로 악취 물질을 무취화할 수 없는지 검토되었다. 그 결과, 순환수의 소취에 대해서는, 도전성 다이아몬드 전극에 의해서 전기 분해를 행하면, 특히 피처리수를 농축하지 않아도, 단시간에 소취할 수 있는 것이 나타내어졌다(특허 문헌 5). 그렇지만, 상기 종래 기술에서는, 양호한 결과를 얻기 위해서는, 도전성 다이아몬드 전극을 사용할 필요가 있었다. 이 도전성 다이아몬드 전극의 제조 방법은, 특허 문헌 6에 나타내어진다.

그러나, 양질의 도전성 다이아몬드를 얻기 위해서는 베이스 금속과의 상성(相性)도 있고, 게다가, 박막이기 때문에, 내구성에도 문제가 있다. 일반적으로, 진공 중에서, 또한 고온에서 제조하기 때문에, 그 제조 스피드는 매우 느리다. 이때문에, 도전성 다이아몬드의 제조 코스트는 매우 높고, 또, 큰 전극을 만드는 것은 곤란하다. 그래서, 특허 문헌 7에서는, 고가의 도전성 다이아몬드 전극을 사용하지 않으며, COD의 값의 저하 효과가 크고, 설비비 코스트가 저렴한 수처리 장치 및 수처리 방법을 제공하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 평8－323255호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평8－182948호 공보 특허 문헌 3 : 일본특허공개 제2005－334822호 공보 특허 문헌 4 : 일본특허공개 제2003－326263호 공보 특허 문헌 5 : 일본특허공개 제2008－136996호 공보 특허 문헌 6 : 일본특허공개 제2007－39720호 공보 특허 문헌 7 : 일본특허공개 제2010－179283호 공보

COD값의 저하는, 폐수 또는 순환수 중의 함유 유기물을 산화 분해하는 것에 의해서 달성되지만, 전기 분해를 이용하여 폐수 또는 순환수를 처리할 때에는, 산화 반응과 환원 반응이 동시에 진행하기 때문에, 환원 반응이 유기물의 산화 분해를 저해하고, 고효율적인 COD의 저하는 곤란하다. 또, 유색 원인 물질도 전기 분해를 이용하여 산화 분해를 행함으로써 무색화하는 것은 가능하지만, 식품 공장의 폐수 중에 많이 포함되는 환원당(還元糖)과 아미노 화합물로 이루어지는 멜라노이딘(melanoidin) 등은, 산화 반응에 의해 색도(色度)가 증가하는 문제가 있다. 따라서, 폐수 또는 순환수를 처리할 때에는 필요에 따라, 산화 반응과 환원 반응을 선택적으로 행하여, 효율적인 처리를 행하는 것이 요구되어진다.

본 발명은, 상기 종래의 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 염가의 전극 재료를 사용하고, 고효율인, COD값의 저하, 색도 저하, 또는 살균 처리를 행하는 수처리 시스템을 제공하는 것을 해결해야 할 과제로 하고 있다.

본 발명자들은, 특히 산화 반응과 환원 반응을 선택적으로 행할 수 있는 효율적인 전해 유닛을 고안하여, 이 과제에 임하는 것으로 했다.

청구항 1에 기재된 발명은, 물을 전기 분해에 의해 처리하는 장치로서,

고체 고분자 전해질에 의해 나누어진 양극실과 음극실에, 통전을 위해 양극과 음극을 상기 고체 고분자 전해질에 접하도록 배치하고,

상기 양극은 백금을 주성분으로 하고, 상기 음극은 도전성을 가지는 금속인 전해 유닛을 구비하는 수처리 장치를 구비하며,

상기 수처리 장치에 의해, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때에는, 폐수조(廢水措)로부터 채수(採水)한 처리 대상수(對象水)를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수(通水)시키고,

상기 양극실로부터 배출된 물을 처리수로 하고,

상기 음극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 상기 폐수조로 되돌려, 재차 처리를 행하며,

또는,

상기 수처리 장치에 의해, 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때에는, 폐수조로부터 채수한 처리 대상수를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고,

상기 음극실로부터 배출된 물을 처리수로 하고,

상기 양극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 상기 폐수조로 되돌려, 재차 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 물을 전기 분해에 의해 처리하는 장치로서,

고체 고분자 전해질에 의해 나누어진 양극실과 음극실에, 통전을 위해 양극과 음극을 상기 고체 고분자 전해질에 접하도록 배치하고,

상기 양극은 백금을 주성분으로 하고, 상기 음극은 도전성을 가지는 금속인 전해 유닛을 구비하는 수처리 장치를 구비하며,

상기 수처리 장치에 의해, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때에는, 순환수조(槽)로부터 채수한 처리 대상수를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고,

상기 양극실로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하고, 상기 순환수조로 배출하여 순환시키고,

상기 음극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하고, 상기 수처리 장치의 유입 전으로 되돌려, 재차 처리를 행하며,

또는,

상기 수처리 장치에 의해, 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때에는, 순환수조로부터 채수한 처리 대상수를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고,

상기 음극실로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하고, 상기 순환수조로 배출하여 순환시키며,

상기 양극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하고, 상기 수처리 장치의 유입 전으로 되돌려, 재차 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템이다.

청구항 3에 기재된 발명은, 상기 수처리 장치는,

상기의 백금을 주성분으로 한 양극은, 장척 모양이고,

상기 음극의 금속은, 중공의 기둥 모양이고,

상기 고체 고분자 전해질은, 박막 모양이며,

상기 고체 고분자 전해질에 의해 나누어진 상기 양극실과 상기 음극실에, 통전을 위해 상기 양극과 상기 음극을 상기 고체 고분자 전해질에 접하도록 배치한 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 수처리 시스템이다.

상기의 백금을 주성분으로 한 양극은, 장척 모양인 것이 바람직하고, 선 모양, 띠 모양으로 한 것이 이용된다. 백금을 주성분으로 한 재료는, 백금 또는 그 합금이며, 이들은, 티탄, 니오브, 탄탈 등의 모재(母材)에 피막 또는 도금한 것이라도 좋고, 불순물이 포함되어 있어도, 주성분이 백금이라면 상관없다.

상기 음극은, 중공의 기둥 모양인 것이 바람직하고, 중공 원기둥 모양, 중공 다각 기둥 모양으로 한 것이 이용된다. 게다가, 중공의 기둥 모양 표면이 다공질 모양인 것이 바람직하다. 음극에 이용하는 금속은 철, 동, 알루미늄 등, 도전성을 가지는 것이면 상관없다. 게다가, 도전성을 가지는 것이면 스테인리스 등의 합금이라도 상관없다.

상기 고체 고분자 전해질은 박막 모양인 것이 바람직하고, 고체 고분자 전해질은 일반적으로 이온 교환 수지를 막 모양으로 성형한 것이 바람직하다. 이온 교환 수지는 물리적·화학적 안정성의 면에서, 소수성(疏水性) 수지(樹脂) 골격과 술폰산기(sulfon酸基)를 가지는 퍼플루오르(perfluoro)측쇄(側鎖)로 구성되는 퍼플루오르 카본 재료가 바람직하다. 특히, DuPont사제의 Nafion(상표)가 유효하고, Nafion115, Nafion117, Nafion NRE－212, Nafion324, Nafion424, Nafion551 등의 막 모양의 것이 바람직하다. 그러나, 박막 모양의 도전성 고분자 재료이면 무엇을 사용해도 상관없다.

상기 구성에 의해, 본 발명은, 이하와 같은 효과를 가진다.

청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 발명에서는, 전해 유닛 중에 폐수 및 순환수를 통수시키고, 전극 사이에 전압을 인가하여, 물 또는 유기물을 분해함으로써 COD값을 저하시키고, 또한 색도를 저하시킨다. 또는, 동일 조건에서 박테리아의 살균 처리를 행한다. 필요에 따라, 처리 후의 물은 양극실 또는 음극실만으로부터 배출시키고, 타방의 극실(極室)로부터의 배수는 미처리수로서 취급한다. 전해 유닛 중의 전극에, 외부의 직류 전원으로부터 전압을 인가하고, 직류 전류를 통전시키는 것에 의해, 양극실 안의 백금을 주성분으로 한 양극 상에서는, 수중의 유기물을 직접 산화 분해하고, 물을 전기 분해하여 오존이나 히드록실 라디칼이나 과산화물 음이온(superoxide anion) 라디칼 등의 높은 산화력을 가지는 활성 산소가 발생하고, 이들에 의해, 수중의 유기물을 간접적으로 산화 분해한다. 한편, 음극실 안의 도전성을 가지는 금속으로 이루어지는 음극 상에서는, 수중의 유기물의 직접 환원 반응이 일어나, 물의 전기 분해에 의해 발생한 수소에 의해 환원 반응이 행하여진다. 양극에서 개개의 반응이 진행되어, COD값을 저하시켜, 색도를 저하시킬 수 있다. 게다가, 양극실 안의 백금을 주성분으로 한 양극 상에서는, 상기 동일한 과정을 거쳐 박테리아의 세포막이 산화 분해되어, 살균 처리가 행하여진다.

전해 유닛은, 원기둥 모양이나 다각 기둥 모양의 용기 내에 삽입하는 것이 바람직하고, 용기는 양극실에 접속한 유입 경로와 배출 경로를 가지며, 음극실에 접속한 유입 경로와 배출 경로를 가진다. 필요에 따라, 각 배출 경로로부터 처리 후의 물을 배출시킬 수 있다. 이것에 의해, COD 저하 처리시에는, 산화 분해가 행하여지는 양극실 안의 처리수만을 선택적으로 배출할 수 있다. 또, 색도 저하를 겨냥한 처리시, 수중의 유기 성분의 종류에 의해, 처리수만을 선택적으로 배출할 수 있다. 즉, 유색 원인 물질이 산화 반응에 의해 색도 저하가 되는 성분일 때에는, 양극실로부터 처리수를 배출시키고, 유색 원인 물질이 환원 반응에 의해 색도 저하가 되는 성분일 때에는, 음극실로부터 처리수를 배출시킬 수 있다. 한편으로, 살균 처리시에는, 양극실로부터 처리수를 배출시키는 것이 바람직하지만, 그 제한은 없다.

또, 전해 유닛을 삽입한 원기둥 모양이나 다각 기둥 모양의 용기 내에는 항상 피처리수가 통수(通水)하고 있는 것이 바람직하고, 이것에 의해 전기 분해시에 발생하는 줄열(Joule熱)에 의해서 전해 유닛이나 그 주위가 고온이 되는 것을 방지할 수 있다.

또, 전해 유닛을 삽입한 원기둥 모양이나 다각 기둥 모양의 용기는, 전기 분해 처리에 의해서 발생하는 가스 성분을 외부로 배출시키기 위한 가스 빼냄 수단이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 전기 분해 처리시에는, 물의 전기 분해에 의한 수소 가스나 산소 가스, 오존 가스, 유기물의 분해에 따른 이산화탄소 가스 등이 발생하여, 상기 용기 내의 압력이 상승한다. 가스 빼냄 수단을 마련하는 것에 의해라, 이러한 압력의 상승을 방지할 수 있음과 아울러, 용기의 파손, 폭발의 위험성도, 회피할 수 있다.

또, 전기 분해 처리시에, 전류의 방향을 시시각각, 순간적으로, 교번(交番)시키면서 처리를 행하는 것이 바람직하다. 다만, 음극에 백금을 주성분으로 한 금속을 이용하지 않을 때에는, 10초 이내, 가능하면 1초 이내로 하는 것이 바람직하다. 피처리수에 포함되는 성분에 따라서는, 음극 상에 스케일(scale)로 불리는 고체 성분이 부착되는 경우가 있다. 예를 들면, 칼슘 이온 등은 전기 분해 처리에 의해 음극 상에 스케일이 되어 부착되어, 전해 유닛의 성능을 현저하게 저하시킨다. 전류의 방향을 교번시키면서 처리를 행하면, 이러한 스케일의 부착이 방지되어, 전해 유닛의 성능 저하를 막을 수 있다.

청구항 1에 기재된 발명에서는, 수처리 장치에 의해, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때에는, 폐수조로부터 채수(採水)한 처리 대상수를 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고, 양극실로부터 배출된 물을 처리수로 하고, 음극실로부터 배출된 물은 미처리수로 하여, 폐수조로 되돌리고, 재차 처리를 행함으로써, 양극실에서 처리된 물만을 처리수로서 얻는 것이 가능하며, 또 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때도 동일한 수법에 의해 음극실로부터 배출된 물만을 처리수로서 취급할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에서는, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때에는, 순환수조로부터 채수한 처리 대상수를 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고, 양극실로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하여, 순환수조로 배출하여, 순환시키고, 음극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 수처리 장치의 유입 전으로 되돌려, 재차 처리를 행함으로써, 양극실에서 처리된 물만을 처리수로서 순환수조로 되돌리고, 경시적으로 오염되는 순환수조 중의 수질을 안정시키는 것이 가능하다. 또, 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때도 동일한 수법에 의해 음극실로부터 배출된 물만을 처리수로서 취급할 수 있다.

도 1은 전해 유닛의 구성도이다.
도 2는 전해 유닛의 구성의 단면도이다.
도 3은 양극을 길게 한 전해 유닛의 구성도이다.
도 4는 양극을 길게 한 전해 유닛의 구성의 단면도이다.
도 5는 양극을 복수 배치한 전해 유닛의 구성도이다.
도 6은 양극을 복수 배치한 전해 유닛의 구성의 단면도이다.
도 7은 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때, 폐수조로부터 채수한 처리 대상수를 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키며, 양극실로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하는 수처리 시스템의 구성도이다.
도 8은 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때, 순환수조로부터 채수한 처리 대상수를 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키며, 양극실로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하여, 순환수조에 배출하고, 순환시키는 수처리 시스템의 구성도이다.
도 9는 전해 유닛을 복수 병렬로 접속한 수처리 시스템의 구성도이다.
도 10은 전해 유닛을 복수 직렬로 접속한 수처리 시스템의 구성도이다.
도 11은 복수의 전해 유닛을 병렬 접속과 직렬 접속을 조합시켜 접속한 수처리 시스템의 구성도이다.
도 12는 전해 유닛을 용기에 넣는 경우의 실시 장치의 형태를 나타내는 도면이다.
도 13은 전기 분해 처리에 따른 흡광도(吸光度)의 변화를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 수처리 시스템의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 형태는, 발명의 가장 바람직한 형태를 나타내는 것이며, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.

이 수처리 장치 및 수처리 방법의 구성을, 도 1, 도 2에 근거하여 설명한다. 이 수처리 장치(1)는, 물을 전기 분해에 의해 처리하는 장치이며, 고체 고분자 전해질(2)에 의해 나누어진 양극실(3)과 음극실(4)에, 통전을 위해 양극(5)과 음극(6)을 고체 고분자 전해질(2)에 접하도록 배치하고, 양극(5)은 백금을 주성분으로 하고, 음극(6)은 도전성을 가지는 금속인 전해 유닛(A)을 구비한다.

이 전극 유닛(A)은, 고체 고분자 전해질(2)은 박막 모양이고, 양극(5)은 백금을 주성분으로 한 장척(長尺) 모양이고, 음극(6)은 도전성을 가지는 금속의 중공(中空)의 기둥 모양이며, 고체 고분자 전해질(2)에 의해 나누어진 양극실(3)과 음극실(4)에, 양극(5)과 음극(6)을 고체 고분자 전해질(2)에 접하도록 배치함으로써, 직류 전원(7)으로부터 전압을 인가하고, 양극(5)과 음극(6)의 사이를 흐를 수 있도록 되어 있다.

이 수처리 장치(1)를 이용하여, 예를 들면, 공장으로부터 배출되는 폐수나 순환 이용되는 냉각수나 세정수의 COD값의 저하나 색도 저하, 또는 살균 처리를 행할 수 있다.

또, 이 수처리 장치(1)에서, 처리 대상의 오염도가 높을 때, 예를 들면 COD값이 높을 때, 색도가 높을 때, 함유 세균수가 많을 때에는, 구동 전류값을 늘림으로써 처리 능력이 상승되어, 양호한 처리를 행할 수 있다. 한편으로, 처리 대상의 오염도가 낮을 때, 예를 들면 COD값이 낮을 때, 색도가 낮을 때, 함유 세균수가 적을 때에는, 구동 전류값을 줄임으로써 소비 전력을 억제할 수 있다.

이 수처리 장치(1)는 각 전극 상에서 국소적으로 처리 대상물의 분해 반응이 진행하기 때문에, 수처리 장치(1) 내에서 난류를 일으킴으로써, 처리 대상물과 각 전극이 접촉하는 확률이 올라, 보다 양호한 처리로 이어진다.

도 1 및 도 2에서는 양극(5)이 고체 고분자 전해질(2)에 접하도록 1주(周)하여 배치되어 있지만, 이 수처리 장치(1)를 스케일 업할 때에는, 도 3과 같이 양극(5)을 길게 하고, 고체 고분자 전해질(2)에 접하도록 2주(周)하여 배치함으로써 가능하다. 또, 도 4는 도 3의 단면도이다. 게다가, 양극(5)을 길게 하고, 고체 고분자 전해질(2)에 접하도록 2주 이상으로 하여 배치하는 것도 가능하다.

또, 도 1에 나타내어지는 수처리 장치(1)를 스케일 업할 때, 고체 고분자 전해질(2)에 접하도록 1주하여 배치한 양극(5)을 도 5와 같이 복수 배치함으로써도 달성할 수 있다. 이 때에 각 양극(5)을 각 직류 전원에 접속함으로써, 스케일 업한 장치 중의 복수의 전극으로의 통전의 ON/OFF가 개별로 가능하게 됨으로써, 처리 능력·소비 전력의 컨트롤이 가능하다. 또, 도 6은 도 5의 단면도이다.

게다가, 수처리 시스템에 수처리 장치(1)를 구비하며, 이 수처리 장치(1)에의해, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때에는, 도 7과 같이 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 폐수조(13)로부터 채수한 처리 대상수를 수처리 장치(1)의 양극실(3)과 음극실(4)에 통수시키고, 양극실(3)로부터 배출된 물을 처리수로서 취급한다. 음극실(4)로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 폐수조(13)로 되돌려, 재차 처리를 행한다. 이것에 의해, 양극실(3)에서 처리된 물만을 처리수로서 얻는 것이 가능하다. 또, 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때도 동일한 수법에 의해 음극실(4)로부터 배출한 물만을 처리수로서 취급한다.

한편, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때에는, 도 8과 같이 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 순환수조(130)로부터 채수한 처리 대상수를 수처리 장치(1)의 양극실(3)과 음극실(4)에 통수시키고, 양극실(3)로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하여, 순환수조(130)로 배출하고, 순환시킨다. 음극실(4)로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 수처리 장치(1)의 유입 전으로 되돌려, 재차 처리를 행한다. 이것에 의해, 양극실(3)에서 처리된 물만을 처리수로서 순환수조(130)로 되돌려, 경시적으로 오염되는 순환수조 중의 수질을 안정시키는 것이 가능하다. 또, 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때도 동일한 수법에 의해 음극실(4)로부터 배출된 물만을 처리수로서 취급한다.

이 수처리 장치(1)에 의해 대량의 물을 처리할 때에는, 도 9 및 도 10과 같이 전해 유닛(A)을 복수 병렬 또는 직렬 접속함으로써 달성된다. 또, 도 11과 같이 복수의 전해 유닛(A)을 병렬 접속과 직렬 접속을 조합시켜 접속하여 처리하는 것도 가능하다.

이 수처리 장치(1)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 원기둥 모양이나 다각 기둥 모양의 용기 내에 삽입하고, 폐수의 통수 경로, 또는 순환수의 순환 경로에 구비할 수 있다. 이 실시 형태에서는, 전해 유닛(A)을 원기둥 모양의 전해 유닛 용기(8) 내에 삽입하고, 전해 유닛 용기(8)는 양극실 유입 경로(9)를 가지고, 음극실 유입 경로(10)를 가지며, 양극실 배출 경로(11)를 가지고, 음극실 배출 경로(12)를 가진다.

고체 고분자 전해질(2)은 박막 모양의 것을 통 모양으로 한 것이 이용되고, 백금을 주성분으로 한 양극(5)은, 선 모양의 것이 이용되며, 음극(6)의 도전성을 가지는 금속은 중공 원기둥 모양의 것이 이용되고, 음극(6)의 금속을 고체 고분자 전해질(2)에서 접하도록 덮으며, 이 통 모양의 고체 고분자 전해질(2)에 백금을 주성분으로 한 양극(5)을 접하도록 주회시키고, 이 백금을 주성분으로 한 양극(5)과 음극(3)의 금속에 직류 전원(7)을 접속하고, 전압을 인가하여 직류 전류를 흐르게 한다.

전해 유닛(A)을 원기둥 모양의 전해 유닛 용기(8) 내에 삽입하고, 피처리수를 통수시키고, 물 또는 유기물을 분해하여, COD값의 저하, 색도 저하, 또는 박테리아를 살균시킨다. 즉, 양극실 유입 경로(9)와 음극실 유입 경로(10)로부터 피처리수를 주수(注水, 물을 흘려넣음)하고, 백금을 주성분으로 한 양극(5)과 음극(3)의 금속에 직류 전원(7)을 접속하고, 전압을 인가하여 직류 전류를 통전하는 것에 의해, 양극실(3) 안의 백금을 주성분으로 한 양극(5) 상에서는, 수중의 유기물을 직접 산화 분해하고, 물을 전기 분해하여 오존이나 히드록실 라디칼이나 과산화물 음이온 라디칼 등의 높은 산화력을 가지는 활성 산소가 발생하며, 이들에 의해, 수중의 유기물을 간접적으로 산화 분해함으로써, COD값을 저하할 수 있고, 색도를 저하할 수 있으며, 이것은 양극실 배출 경로(11)로부터 배출할 수 있다. 게다가, 양극실(3) 안의 백금을 주성분으로 한 양극(5) 상에서는, 상기 동일한 과정을 거쳐 박테리아의 세포막이 산화 분해되고, 살균 처리를 행할 수 있으며, 이것은 양극실 배출 경로(11)로부터 배출할 수 있다.

한편, 음극실(4) 안의 도전성을 가지는 금속으로 이루어지는 음극(6) 상에서는, 수중의 유기물의 직접 환원 반응이 일어나고, 물의 전기 분해에 의해 발생한 수소에 의해 환원 반응이 행하여짐으로써, 색도를 저하할 수 있고, 이것은 음극실 배출 경로(12)로부터 배출할 수 있다. 양극실 배출 경로(11)와 음극실 배출 경로(12)로부터 배출되는 물은, 처리가 목적에 따라, 일방의 배출 경로 또는 양쪽 모두의 배출 경로로부터 채취한 것을 처리수로 할 수 있다.

[실시예]

황색 식품 첨가물을 물에 용해시킨 것을 모의(模擬) 폐수로서 이용하여, 본 발명의 효과에 대해 실시 테스트를 행했다. 실험 장치는 도 3에 나타내는 전해 유닛을 용기에 넣은 실시 장치와 동일하다.

[실시예 1]

실시 장치에 상기 모의 폐수를 1L 순환 통수시키고, 고체 고분자 전해질에 DuPont사제의 Nafion324를, 양극에 직경 0.4mm인 15cm의 백금선을, 음극에 티탄 모재에 백금을 피막한 금속을 이용하고, 전해 유닛에 전류 1A에 의해 정전류(定電流) 구동하고, 전해 처리를 행했다. 양극 배출 경로와 음극 배출 경로의 양실(兩室) 배출 경로로부터 채취한 것을 처리수로 했다.

구동 시간을 바꾸고, 효과를 확인하기 위해, 색도의 변화는 모의 폐수의 최대 흡수 파장인 426nm의 흡광도를 측정하고, 그 변화를 도 13에 나타냈다. 또, 전해 유닛의 소비 전력을 고려한 색도 저하 처리능을 비교한 것을 표 1에 나타냈다.

[비교예 1]

실시예 1에서, 양극 배출 경로로부터 채취한 것을 처리수로 했다. 다른 조건은 모두 동일하다. 상기 실험 결과를 하기에 나타낸다.

(표 1)

여기서의 단위 차분(差分) 1000ABS/W·min는, 1분간 1W 구동시켰을 때의 426nm의 흡광도의 감소값에 1000을 곱한 것이다.

상기 결과로부터, 황색 식품 첨가물의 색도 저하 처리시에는, 양극실 배출 경로로부터 배출되는 것을 선택적으로 채취하는 것에 의해, 보다 효율적으로 처리를 행할 수 있는 것이 명백하다. 이것은 양극실로부터 동시에 배출되는 것에 비해, 2배 이상의 효과를 가져왔었다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 공장 폐수 및 순환 쿨런트수나 순환 세정수 등의 물을 처리하는 수처리 시스템에 적용할 수 있고, 염가의 전극 재료를 사용하며, 유기물의 분해에 따른 COD값의 저하, 색도 저하, 또한 살균 효과가 크고, 효율적인 수처리가 가능하다. 게다가, 필요에 따라서 양극실, 음극실로부터 선택적으로 처리수를 채취하는 것이 가능하다.

1 : 수처리 장치 2 : 고체 고분자 전해질
3 : 양극실 4 : 음극실
5 : 양극 6 : 음극
7 : 직류 전원 8 : 전해 유닛 용기
9 : 양극실 유입 경로 10 : 음극실 유입 경로
11 : 양극실 배출 경로 12 : 음극실 배출 경로
13 : 폐수조 130 : 순환수조
A : 전해 유닛

Claims (3)

1. 물을 전기 분해에 의해 처리하는 장치로서,
   고체 고분자 전해질에 의해 나누어진 양극실과 음극실에, 통전을 위해 양극과 음극을 상기 고체 고분자 전해질에 접하도록 배치하고,
   상기 양극은 백금을 주성분으로 하고, 상기 음극은 도전성을 가지는 금속인 전해 유닛을 구비하는 수처리(水處理) 장치를 구비하며,
   상기 수처리 장치에 의해, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때에는, 폐수조(廢水措)로부터 채수(採水)한 처리 대상수(對象水)를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수(通水)시키고,
   상기 양극실로부터 배출된 물을 처리수로 하고,
   상기 음극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 상기 폐수조로 되돌려, 재차 처리를 행하며,
   또는,
   상기 수처리 장치에 의해, 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 폐수를 처리할 때에는, 폐수조로부터 채수한 처리 대상수를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고,
   상기 음극실로부터 배출된 물을 처리수로 하고,
   상기 양극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 상기 폐수조로 되돌려, 재차 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
2. 물을 전기 분해에 의해 처리하는 장치로서,
   고체 고분자 전해질에 의해 나누어진 양극실과 음극실에, 통전을 위해 양극과 음극을 상기 고체 고분자 전해질에 접하도록 배치하고,
   상기 양극은 백금을 주성분으로 하고, 상기 음극은 도전성을 가지는 금속인 전해 유닛을 구비하는 수처리 장치를 구비하며,
   상기 수처리 장치에 의해, 양극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때에는, 순환수조(槽)로부터 채수한 처리 대상수를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고,
   상기 양극실로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하고, 상기 순환수조로 배출하여 순환시키고,
   상기 음극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하고, 상기 수처리 장치의 유입 전으로 되돌려, 재차 처리를 행하며,
   또는,
   상기 수처리 장치에 의해, 음극실 안에서 양호하게 분해 가능한 순환수를 처리할 때에는, 순환수조로부터 채수한 처리 대상수를 상기 수처리 장치의 양극실과 음극실에 통수시키고,
   상기 음극실로부터 배출된 물을 처리수로서 취급하여, 상기 순환수조로 배출하여 순환시키며,
   상기 양극실로부터 배출된 물은 미처리수로서 취급하여, 상기 수처리 장치의 유입 전으로 되돌려, 재차 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 수처리 장치는,
   상기의 백금을 주성분으로 한 양극은, 장척 모양이고,
   상기 음극의 금속은, 중공의 기둥 모양이고,
   상기 고체 고분자 전해질은, 박막 모양이며,
   상기 고체 고분자 전해질에 의해 나누어진 상기 양극실과 상기 음극실에, 통전을 위해 상기 양극과 상기 음극을 상기 고체 고분자 전해질에 접하도록 배치한 것을 특징으로 하는 수처리 시스템.

Images