KR20190133596A - Photo-electro-dialysis water treatment apparatus and water treatment method for simultaneous desalination and pollutants oxidation - Google Patents

Photo-electro-dialysis water treatment apparatus and water treatment method for simultaneous desalination and pollutants oxidation Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a photo-electrodialysis water treating device and a water treating method using the same capable of stably performing electrodialysis water treating, electrochemical advanced oxidation water treating, and photochemical water treating. The present invention removes an ion pollutant by using an ion exchanging film in an electric field generated through applied voltage applied to a positive pole and a negative pole by using the photo-electrodialysis water treating device. The present invention performs oxidative removal of a nonionic pollutant by using an action of free chlorine species produced through oxidation of chlorine ions and radical species produced through an additional reaction with ultraviolet light. The water treating method facilitates a stable operation of the photo-electrodialysis water treating device, minimizes damage to an ion exchanging film of an electrooxidation-dialysis module, and economically performs desalination and advanced oxidation at the same time without injecting an external oxidant from the outside.

Description

광전기투석 수처리 장치 및 이를 이용한 탈염 및 오염물 산화가 동시에 이루어지는 수처리 방법{Photo-electro-dialysis water treatment apparatus and water treatment method for simultaneous desalination and pollutants oxidation}Photo-electro-dialysis water treatment apparatus and water treatment method for simultaneous desalination and pollutants oxidation}

본 발명은 광전기투석 수처리 장치 및 이를 이용한 탈염 및 오염물 산화가 동시에 이루어지는 수처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기투석 탈염과정에서 발생하는 농축수 내 염소이온을 산화전극(양극)을 통해 산화시켜 자유염소종을 생성하고 이를 자외선 램프가 설치된 처리수조에 주입함으로써 강력한 산화제인 염소계 라디칼과 수산화 라디칼을 발생시켜 이온 제거뿐만 아니라 수중 유무기 오염물질의 고도 산화가 가능한 광전기투석 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photoelectrodialysis water treatment apparatus and a water treatment method in which desalination and contaminant oxidation are simultaneously performed, and more particularly, chlorine ions in concentrated water generated during electrodialysis desalination are oxidized through an anode (anode). By generating chlorine species and injecting them into a treatment tank equipped with an ultraviolet lamp, it is possible to generate chlorine-based radicals and hydroxide radicals, which are powerful oxidants, to remove ions and to highly oxidize organic and inorganic pollutants in water, and to a water treatment method using the same. It is about.

최근 ‘물 관리’는 국제 사회의 중요한 이슈로 등장하고 있다. 이러한 배경에는 급격한 변동을 수반하는 ‘기후변화’와 ‘지속적인 인구증가’로 인한 세계적인 물 부족 현상이 있다. 2004년 기준 세계 인구 약 65억 명 중 물 부족 인구는 약 7억 명이었으나 2025년에는 세계 인구 약 80억 명 중 물 부족 인구는 약 28억 명으로 예상하고 있다. 이러한 물 부족 현상의 대안으로써 수자원 보존, 친환경적이고 안정적인 용수확보, 적절한 수자원 관리의 필요성이 더욱 절실해 지고 있다. 국토해양부에서 수립한 <수자원 장기 종합계획 보고서>에 의하면 2020년에는 연간 4.4억 톤의 물이 부족하게 될 것으로 전망하고 있을 정도로 국내의 수자원 부족문제는 심각하다. 이런 물 부족 문제에 대처하기 위해 정부에서는 지하수 및 하수방류수 재이용 등의 대체수자원 공급을 포함한 중·장기 대책을 수립·추진하면서 수자원 관리 정책을 수요관리 중심으로 전환코자 하고 있다.Recently, water management has emerged as an important issue in the international community. The background is the global water shortage caused by 'climate change' and 'continuous population growth' accompanied by rapid changes. As of 2004, the water shortage was about 700 million of the world's population of about 6.5 billion, but by 2025, the water shortage is expected to be about 2.8 billion. As an alternative to such water shortages, the need for water conservation, environment-friendly and stable water supply, and proper water resource management are urgently needed. According to the <Long-term Long-term Comprehensive Plan Report> established by the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, the water shortage problem in Korea is serious enough that the annual water shortage is expected to be 400 million tons by 2020. To cope with this water shortage problem, the government intends to shift the water resource management policy to demand management by establishing and promoting mid- and long-term measures, including supplying alternative water resources such as groundwater and sewage reuse.

하·폐수처리장 등 환경기초시설에서 처리된 방류수는 수질 및 수량 측면에서 매우 안정적인 대체수자원이다. 깨끗하게 처리된 방류수는 갈수기간 중 상류에서 오염된 하천의 희석수 역할을 할 수 있고, 양질의 공업용수로도 사용 가능하며, 도시화로 건천화된 도심하천에 생태유량으로 공급할 수도 있다. 하·폐수 처리수를 대체수 자원으로 확보하는 것은 궁극적으로 수돗물 사용량과 댐 건설 수요를 줄여 사회 전체의 비용을 감소시키는 효과가 있다고 보고된 바 있다. 때문에 환경부는 2001년 하수도법 개정으로 하수처리장 방류수 재이용계획을 수립 시행하여 하수처리장 방류수의 재이용율을 꾸준히 높여오고 있으며 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률을 제정(2010.6) 하고, 「물 재이용 기본계획」을 수립(2011.9) 하는 등 물 자원의 재이용 기반을 확립하였다. 특히, 2017년 환경부에서 수립한 「제2차 물환경관리 기본계획」에서는 하·폐수처리장 방류수를 공업용수의 수준의 처리하여 재활용하는 기술의 필요성을 강조하고 있다. Effluents treated in environmental basic facilities such as sewage and wastewater treatment plants are very stable alternative water resources in terms of water quality and quantity. Clean treated effluent can serve as dilution water of contaminated streams upstream during the drainage period, can also be used as high quality industrial water, and can be supplied as ecological flow to urban streams, which are dry due to urbanization. It has been reported that securing sewage / wastewater as an alternative water resource ultimately reduces the cost of society as a result of reducing tap water usage and dam construction demand. Therefore, the Ministry of Environment has established and implemented a sewage treatment plant effluent reuse plan by revising the sewage law in 2001, and has been steadily increasing the reuse rate of sewage treatment plant effluents. The foundation for reuse of water resources was established. In particular, the 2nd Basic Plan for Water Environment Management, established by the Ministry of Environment in 2017, emphasizes the need for technology to treat and recycle wastewater treatment plant effluents at the level of industrial water.

담수화에 사용되는 역삼투(Reverse osmosis), 나노여과(Nano-filtration), 전기투석(Electrodialysis)등의 기술이 지속적으로 개발되고 개선되면서 공업용수, 폐수, 하수의 재이용에 적용되고 있으며 세계적으로 공업용수 재이용, 하수 재이용에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 나노여과와 역삼투는 고농도의 염을 포함한 처리 대상수에 압력을 주어 물속에 녹아있는 염분이 막을 통과하면서 제거되면서 저농도 담수를 얻는 방법이다. 역삼투의 경우 1가 이온과 2가 이온을 동시에 저감할 수 있는 반면 나노여과의 경우 2가 이상의 이온만 제거할 수 있다. 전기투석은 양이온과 음이온을 선택적으로 통과시키는 이온 교환막을 교대 배치 후 직류전압을 걸어 이온 교환막을 통한 이온 분리(탈염) 속도를 상승시켜 순수한 담수를 처리수로 생산하는 기술이며 모든 종류의 이온을 제거할 수 있다. 분리막을 사용한다는 점에서 세 가지 기술은 동일하지만 역삼투법과 나노여과의 경우 구동력이 압력인 반면 전기투석법에서는 정전기적 인력을 사용한다. 폐수 방류수와 같은 저농도 염수를 처리하는 경우, 에너지 소비 측면에서 전기투석이 비교적 경제적이며 상온 및 상압에서 운전이 가능하여 역삼투와 나노여과에 비해 부식문제가 비교적 적다. 더하여, 공정이 간단하며 폐기물 등의 부산물을 생산하지 않는 환경 친화적 공정이기 때문에 최근 들어 발효 배지 중의 염 제거나 단백질의 농축, 분리 정제, 유기산의 정제, 산업폐수 처리, 하수 재이용 공정 등 여러 분야에서 중요성을 더해가고 있다. 그러나 전기투석공정의 공정효율은 막 성능에 크게 좌우되며 나노여과와 역삼투 처리에서는 제거 가능한 미량유기물과 소독부산물의 제거가 불가능하다는 단점이 있다.As reverse osmosis, nano-filtration, and electrodialysis are continuously developed and improved for desalination, they are applied to industrial water, wastewater, and sewage. Much research is being conducted on reuse and sewage reuse. Nanofiltration and reverse osmosis is a method of obtaining low concentration fresh water by applying pressure to the treated water containing high concentration of salt and removing salt dissolved in the water as it passes through the membrane. Reverse osmosis can reduce monovalent and divalent ions simultaneously, whereas nanofiltration can only remove bivalent or more ions. Electrodialysis is a technology that produces pure fresh water as treated water by increasing the rate of ion separation (desalting) through the ion exchange membrane by alternately arranging ion exchange membranes that selectively pass cations and anions, and removing all kinds of ions. can do. The three techniques are the same in the use of membranes, but the driving force is pressure in reverse osmosis and nanofiltration, while electrodialysis uses electrostatic attraction. When treating low-concentration brine such as wastewater effluent, electrodialysis is relatively economical in terms of energy consumption and can be operated at room temperature and atmospheric pressure, resulting in less corrosion problems than reverse osmosis and nanofiltration. In addition, since it is an environmentally friendly process that is simple and does not produce by-products such as waste, it is recently used in various fields such as salt removal in fermentation media, protein concentration, separation and purification, organic acid purification, industrial wastewater treatment, and sewage reuse processes. Is adding. However, the process efficiency of the electrodialysis process greatly depends on the membrane performance, and nanofiltration and reverse osmosis have the disadvantage that the removal of trace organic matter and disinfection by-products is impossible.

재이용수를 공업용수로 재활용할 수 있는 수준으로 처리하기 위해서는 부유고형물(SS), 생화학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 영양염류 외에 수중에 용해되어 있는 이온 성분까지 제거되어야 한다. 전기투석은 높은 이온제거율과 동시에 운전용이성을 갖추고 있으나 미량유기물 및 소독부산물이 제거되지 못하기 때문에 처리수의 재이용 시 추가적인 처리가 요구된다. 기존 폐수 재이용 시설에서는 잔존 유기물 및 영양염류를 활성탄·응집침전 등의 물리화학적 처리를 통해 제거한다. 그러나 다량의 산화제 사용에 따른 경제적 부담감, 미생물의 활성 저하, 흡착제에 대한 2차 처리 등 문제점이 지적되어 왔으며 그 대안으로 고도산화처리공정이 주목받고 있다.In order to recycle recycled water to industrial water, suspended solids (SS), biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), and nutrients must be removed. . Electrodialysis has high ion removal rate and ease of operation, but trace organic matter and disinfection by-products cannot be removed, so additional treatment is required when reused treated water. Existing wastewater recycling facilities remove residual organic matter and nutrients through physicochemical treatment such as activated carbon and flocculation sedimentation. However, problems such as economic burden due to the use of a large amount of oxidant, deactivation of microorganisms, secondary treatment of the adsorbent, and the like have been pointed out.

더하여 최근 의약품, 개인위생용품, 내분비계 장애물질이 전 세계의 수계에서 미량의 농도로 검출되고 있으며 심지어, 일부 미량오염물질들은 하수처리장 및 사람들이 매일 섭취하는 정수처리장 유출수에서 검출되고 있다. 이러한 물질들은 미량의 농도로 존재하지만, 지속적으로 노출된다면 환경과 생태계에 부정적인 영향을 초래할 수 있다. 이러한 배경에서, 강력한 산화 라디칼을 생성하는 고도산화처리는 난분해성 유기물질의 제거에 해결책이 될 수 있다. 고도산화공정은 강력한 산화력을 가지는 수산화라디칼(·OH)을 이용하여 처리대상 물질을 산화시켜 최종적으로 CO2나 H2O 등의 형태로 무기화 시키는 것으로 수산화 라디칼을 생성시키는 방법에 따라서 여러 가지로 나뉜다. AOPs의 종류로는 전기화학적 고도산화, UV/Chlorine, UV/H2O2, UV/TiO2, Fenton, Photo-Fenton, 광촉매, 초음파 등이 있다. In addition, pharmaceuticals, personal hygiene products, and endocrine disruptors have recently been detected in trace concentrations in water systems around the world, and even some trace contaminants have been detected in sewage treatment plants and in drinking water treatment plants that people consume daily. These substances are present in trace concentrations, but continuous exposure can have adverse effects on the environment and ecosystems. Against this background, advanced oxidation treatments that produce strong oxidizing radicals can be a solution to the removal of hardly degradable organics. Advanced oxidation process is divided into various kinds according to the method of generating hydroxyl radical by oxidizing the material to be treated by using radical hydroxide (· OH) which has strong oxidizing power and finally inorganicizing it into the form of CO 2 or H 2 O. . Types of AOPs include electrochemical advanced oxidation, UV / Chlorine, UV / H 2 O 2 , UV / TiO 2 , Fenton, Photo-Fenton, photocatalyst, and ultrasonic.

전기투석을 통해 폐수를 처리하는 기존의 방법들은 막 분리 과정에서 유기물 및 침전을 유발하는 무기이온 물질에 의한 농도 분극 현상과 막 오염을 해결함으로써 폐수처리의 효율을 높이는 목적으로 고안되었다. 구체적으로는 막 저항을 실시간으로 측정하고 그에 따라 적정한 화학세정을 자동적으로 실시하여 연속하여 폐수를 처리하는 방법(한국등록특허공보 제10-1046776호)과 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이의 스페이서 관통홀이 처리수의 유출영역으로 갈수록 영역이 감소되는 것으로 이온 교환막의 주변에 형성되는 농도 분극 현상을 완화하여 처리수에서 이온의 회수율을 높이는 방법(한국등록특허공보 제10-1235887호)이 있다. 그러나 선행 연구들에서는 탈염(이온제거) 수준에서 수처리하는 데에 그치기 때문에 유기물질 및 기타 비이온성 오염물질의 제거가 일어나지 못하고 처리수에 잔존하는 문제가 있다. 전기투석처리에서 제거되지 못한 유기물을 후처리 공정을 두어 제거하는 방법(한국등록특허공보 제10-0687095호)도 보고되었는데, 이 경우에는 외부에서 추가적인 약품의 주입이 필요하다는 단점이 있다.Existing methods for treating wastewater through electrodialysis have been designed to improve the efficiency of wastewater treatment by solving concentration polarization and membrane contamination caused by organic matter and inorganic ions that cause precipitation during membrane separation. Specifically, the membrane resistance is measured in real time, and accordingly, appropriate chemical cleaning is automatically performed to continuously treat wastewater (Korean Patent Publication No. 10-1046776), and a spacer through hole between a cation exchange membrane and an anion exchange membrane is provided. As the area decreases toward the outflow area of the treated water, there is a method of increasing the recovery rate of ions in the treated water by alleviating the concentration polarization formed around the ion exchange membrane (Korean Patent Publication No. 10-1235887). However, previous studies have only dealt with water at the desalination (deionization) level, so that organic and other nonionic contaminants cannot be removed and remain in the treated water. There has also been reported a method of removing the organic matter that has not been removed in the electrodialysis treatment by the post-treatment process (Korean Patent Publication No. 10-0687095), in which case there is a disadvantage in that additional injection of an external drug is required.

한국등록특허 100687095Korea Patent Registration 100687095 한국등록특허 101046776Korea Patent Registration 101046776 한국등록특허 101235887Korea Patent Registration 101235887

Kyeong-Ho Yeon 외, Integrating electrochemical processes with electrodialysis reversal and electro-oxidation to minimize COD and T-N at wastewater treatment facilities of power plants, Desalination, 202, 400-410쪽. Kyeong-Ho Yeon et al., Integrating electrochemical processes with electrodialysis reversal and electro-oxidation to minimize COD and T-N at wastewater treatment facilities of power plants, Desalination, 202, 400-410.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단일 수처리 장치에서 폐수에 포함되어 있는 이온성 오염물질의 제거와 산화 가능한 비이온성 오염물질의 제거가 동시에 가능하게 하고, 추가적인 약품(산화제) 첨가나 별도의 후처리 공정을 생략하여 공정과 에너지의 효율성을 높이는 광전기투석 수처리 장치를 제공하는데에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 광전기투석 수처리 장치를 이용하여 탈염 및 오염물 산화가 동시에 이루어지는 수처리 방법을 제공하는데에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to enable the simultaneous removal of ionic contaminants and oxidizable nonionic contaminants contained in the waste water in a single water treatment device, It is to provide an opto-dialysis water treatment apparatus that increases the efficiency of the process and energy by eliminating the addition of additional chemicals (oxidants) or a separate post-treatment process. It is also an object of the present invention to provide a water treatment method in which desalination and contaminant oxidation are simultaneously performed using a photoelectrodialysis water treatment apparatus.

전기투석 수처리 방법의 한계점은 근본적으로 직류전원 인가의 목적이 전기장의 생성을 통한 이온 분리능 향상에만 국한된다는 점에 있는데, 그 과정에서 양극과 음극에서 발생하는 물 분해(산소와 수소 발생) 반응은 수처리에 활용되지 못하게 된다. 한편, 전기화학적 고도산화 수처리 방법은 전기 전도도가 높은 하폐수 내에 산화전극(양극)과 환원전극(음극)을 설치하여 전류를 흐르게 한 뒤 일어나는 산화 반응을 이용하여 폐수 내 유기물 등 오염물질의 산화가 가능한데, 일례로 하폐수 중에 존재하는 염소이온은 양극 표면에서의 산화 반응을 통해 외부에서 약품주입 없이 산화제인 자유염소종을 생성할 수 있고 이러한 원리는 기존의 전기투석장치에 적용이 가능하다. 또한, 상기 기술한 전기화학적 고도산화 수처리 방법은 원수 중 염소이온의 농도가 낮을 경우 효율이 좋지 않은데 전기투석 과정에서 염소이온의 농도를 높임으로써 전기화학적 고도산화 수처리의 효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 전기투석 수처리 방법과 전기화학적 고도산화 수처리 방법을 조합할 경우 상호 보완적인 관계에 있다. 한편, 전기화학적 고도산화 수처리에 활용되는 자유염소종은 트리할로메탄 등 독성이 높은 소독부산물을 생성할 수 있는데, 자외선과 조합할 경우 더욱 강력한 산화제인 염소계 라디칼과 수산화 라디칼을 생성하여 오염물질의 산화효율을 높일 뿐만 아니라 소독부산물의 발생을 억제할 수 있다.The limitation of electrodialysis water treatment method is that the purpose of applying DC power is basically limited to the improvement of ion resolution through the generation of electric field. In the process, the water decomposition (oxygen and hydrogen generation) reaction occurring at the anode and cathode is treated with water. It will not be used for. On the other hand, the electrochemical highly oxidized water treatment method is capable of oxidizing contaminants such as organic matter in wastewater by using an oxidation reaction occurring after flowing an electric current by installing an anode (anode) and a cathode (cathode) in the sewage water having high electrical conductivity. For example, chlorine ions present in sewage water can generate free chlorine species as oxidants without chemical injection from the outside through oxidation reaction on the anode surface, and this principle can be applied to existing electrodialysis equipment. In addition, the electrochemical highly oxidized water treatment method described above is not efficient when the concentration of chlorine ions in the raw water is low, but the efficiency of the electrochemical highly oxidized water treatment can be increased by increasing the concentration of chlorine ions in the electrodialysis process. In other words, the combination of electrodialysis and electrochemical highly oxidized water treatment is complementary. On the other hand, free chlorine species used in electrochemical highly oxidized water treatment can produce highly toxic disinfection by-products such as trihalomethane, which, when combined with ultraviolet light, generates chlorine-based radicals and hydroxide radicals, which are more powerful oxidants, In addition to improving oxidation efficiency, it is possible to suppress the generation of disinfection by-products.

본 발명의 발명자들은 하수, 폐수 또는 폐수처리 방류수의 재이용을 위해, 전기투석과 광/전기화학적 고도산화 원리를 동시에 적용하였으며, 그 결과 단일 수처리 장치에서 폐수에 포함되어 있는 이온성 오염물질의 제거와 산화 가능한 비이온성 오염물질의 제거가 동시에 가능하고, 추가적인 약품(산화제) 첨가나 별도의 후처리 공정이 생략되어 공정과 에너지의 효율성이 높아지는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention simultaneously applied electrodialysis and photo / electrochemical advanced oxidation principles for the reuse of sewage, wastewater or wastewater treatment effluents, resulting in the removal of ionic contaminants contained in the wastewater in a single water treatment device. The present invention was completed by confirming that oxidizable nonionic contaminants can be removed at the same time, and additional chemicals (oxidizing agents) added or separate post-treatment steps are omitted, thereby increasing the efficiency of the process and energy.

본 발명에서는 전기투석 탈염과정에서 발생하는 농축수 중의 고농도 염소이온을 동일 장치 내의 양극으로 산화시켜 자유염소종을 자체적으로 생성한다. 그 다음, 자외선 조사와 함께 처리수 반응조에 생성된 자유염소종을 주입함으로서 염소계 라디칼 (Cl2 -·/Cl· 등)과 수산화 라디칼을 생성하여 기존 전기투석 수처리 방법에서 처리가 불가능한 난분해성 유기물의 제거가 가능하다. 염소계 라디칼과 수산화 라디칼은 차아염소산 등 자유염소종 보다 높은 산화력과 반응속도를 가지고 있고 소독부산물의 생성이 적은 바, 라디칼의 발생이 가능한 수처리 장치를 통해 동일한 에너지 공급으로 더 높은 수처리 효율을 달성할 수 있다.In the present invention, high chlorine ions in the concentrated water generated during electrodialysis desalination are oxidized to the anode in the same apparatus to generate free chlorine species by itself. Of generating the hydroxide radicals that can not be processed in conventional electrodialysis water treatment recalcitrant organic matter - then, by injecting a free-chlorine species generated in the process water tank with UV irradiation chlorine radical (· / Cl · such as Cl 2) It can be removed. Since chlorine radicals and hydroxyl radicals have higher oxidizing power and reaction rate than free chlorine species such as hypochlorous acid and less generation of disinfection by-products, higher water treatment efficiency can be achieved with the same energy supply through a water treatment device capable of generating radicals. have.

본 발명은 전기투석 수처리 방법, 전기화학적 고도산화 수처리 방법, 광화학적 수처리 방법의 단순한 조합에 머무르지 않으며 상기 원리를 단일 장치에서 안정적으로 구현하기 위한 장치 및 방법을 포함한다.The present invention includes an apparatus and method for stably implementing the above principles in a single device without remaining in a simple combination of an electrodialysis water treatment method, an electrochemical advanced oxidation water treatment method, and a photochemical water treatment method.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치는 전기산화-투석 모듈, 전원공급장치, 농축수조, 전해질조, 자외선 램프가 구비된 처리수조 및 제어부를 포함한다.Photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention includes an electrooxidation-dialysis module, a power supply, a concentrated water tank, an electrolyte tank, a treatment tank equipped with an ultraviolet lamp and a control unit.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 전기산화-투석 모듈은 서로 대향되게 설치된 양극(산화전극) 및 음극(환원전극); 상기 양극과 음극 사이에 교대로 설치된 복수의 양이온 교환막 및 복수의 음이온 교환막; 및 양극과 이온 교환막 사이, 음극과 이온 교환막 사이 및 이온 교환막 사이에 개재된 스페이서를 포함한다. 상기 전기산화-투석모듈은 양극, 음극, 그리고 복수의 양이온 교환막과 복수의 음이온 교환막이 교대로 배치되고 막 사이 그리고 막과 전극 사이에는 일정한 두께의 스페이서가 설치되기 때문에 처리수와 농축수가 흐를 수 있는 공간을 제공한다. 상기 양극(Anode)은 전류 인가에 따라 폐수에 존재하는 음이온을 끌어당기는 인력을 제공하고 동시에 농축수에 함유된 염소이온(Cl-)을 자유염소종으로 산화시키는 역할을 한다. 또한, 상기 음극(Cathode)은 전류 인가에 따라 폐수의 양이온을 끌어당기는 인력을 제공하고 물을 환원시키는 역할을 한다.In the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the electrooxidation-dialysis module includes an anode (electrode) and a cathode (reduction electrode) installed to face each other; A plurality of cation exchange membranes and a plurality of anion exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode; And a spacer interposed between the anode and the ion exchange membrane, between the cathode and the ion exchange membrane, and between the ion exchange membrane. The electrooxidation-dialysis module has a positive electrode, a negative electrode, and a plurality of cation exchange membranes and a plurality of anion exchange membranes are alternately arranged, and a spacer having a predetermined thickness is installed between the membranes and between the membranes and the electrodes. Provide space. The anode provides a attraction force for attracting anions present in the wastewater according to the application of current and at the same time serves to oxidize chlorine ions (Cl ) contained in the concentrated water to free chlorine species. In addition, the cathode serves to reduce the water by providing a attraction force to attract the cation of the waste water according to the application of the current.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 전원공급장치는 상기 전기산화-투석 모듈의 양극 및 음극에 일정한 전원을 인가하는 역할을 하며 직류전원 공급장치인 것이 바람직하다.In the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the power supply device serves to apply a constant power to the positive electrode and the negative electrode of the electrooxidation-dialysis module and is preferably a DC power supply device.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 농축수조는 전기산화-투석모듈을 순환하는 농축수가 저류되는 공간을 제공하는 역할을 하며, 구체적으로는 전기산화-투석 모듈의 양극에 농축수를 공급하고 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 농축수를 수용하는 농축수 저류 공간을 제공한다.In the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the concentrated water tank serves to provide a space in which the concentrated water circulating the electrooxidation-dialysis module is stored. Provide a brine reservoir for supplying brine and for the brine exiting the electrooxidation-dialysis module.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 전해질조는 양극 및 음극과 접촉하며 전기산화-투석모듈을 순환하는 전해질이 저류되는 공간을 제공하는 역할을 하며, 구체적으로 전기산화-투석 모듈의 양극 및 음극에 전해질을 공급하고 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 전해질을 수용하는 전해질 저류 공간을 제공한다.In the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the electrolyte tank serves to provide a space in which the electrolyte circulating in the electrooxidation-dialysis module is stored in contact with the positive electrode and the negative electrode, and specifically, the anode of the electrooxidation-dialysis module And an electrolyte storage space for supplying an electrolyte to the cathode and containing an electrolyte flowing out of the electrooxidation-dialysis module.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 처리수조는 전기산화-투석모듈을 순환하는 처리수가 저류되며, 자유염소종이 유입되면 침지되어있는 자외선 램프로 인해 자유염소종의 광산화가 일어나 염소 라디칼 및 수산화 라디칼 생성 및 처리수의 고도산화가 진행되는 공간을 제공하는 역할을 하며, 구체적으로 전기산화-투석 모듈의 음극에 처리수를 공급하고 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 처리수를 수용하는 처리수 저류 공간을 제공함과 동시에 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 산화 농축수를 수용하고 자외선 램프에 의해 산화 농축수에 함유된 자유염소종으로부터 염소계 라디칼 및 수산화 라디칼이 생성되며 처리수의 고도산화가 진행되는 공간을 제공한다.In the photovoltaic dialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the treated water is stored in the treated water circulating the electrooxidation-dialysis module, and when free chlorine species are introduced, chlorine radicals are caused by photooxidation of free chlorine species due to the immersed UV lamp. And it serves to provide a space for the generation of hydroxide radicals and advanced oxidation of the treated water, specifically the treatment to supply the treated water to the cathode of the electrooxidation-dialysis module and to receive the treated water flowing out of the electrooxidation-dialysis module At the same time, it provides a water storage space, accommodates oxidized concentrated water flowing out of the electrooxidation-dialysis module, and generates chlorine-based radicals and hydroxyl radicals from free chlorine species contained in the oxidized concentrated water by ultraviolet lamps, and advances the oxidation of the treated water. Provide space to become.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 제어부는 농축수, 전해질, 처리수 또는 산화 농축수의 유량, 공급 시점 또는 공급의 차단 여부를 제어한다. 이를 위해, 상기 제어부는 후술하는 광전기투석 수처리 장치에 구비된 펌프, 밸브, 센서류와 연결된다.In the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the controller controls the flow rate of the concentrated water, the electrolyte, the treated water, or the oxidized concentrated water, the supply timing, or the blocking of the supply. To this end, the control unit is connected to the pump, valve, sensors provided in the opto-dialysis water treatment apparatus to be described later.

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 산화 농축수는 전기산화-투석 모듈의 양극과 이온 교환막 사이에 공급된 염소이온 함유 농축수가 양극 표면에서 산화반응을 거친 후 유출된 것으로서 상기 산화반응에 의해 염소이온에서 전환된 자유염소종을 포함하며 전기산화-투석 모듈과 처리수조를 유체적으로 연통되게 연결하는 산화 농축수 유출구 및 산화 농축수 유출관을 통해 처리수조로 유입된다.In the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the oxidized concentrated water is chlorine ion-containing concentrated water supplied between the anode and the ion exchange membrane of the electrooxidation-dialysis module, and the oxidized reaction is discharged after the oxidation reaction on the surface of the anode. It includes free chlorine species converted from chlorine ions by means of the oxidized brine outlet and the oxidized brine outlet pipe which fluidly connects the electrooxidation-dialysis module with the treatment tank.

본 발명에서 사용되는 용어인 '농축수'는 농축수조에 수용된 원수; 및 전기산화-투석 모듈에 공급하고 이온 교환막 간의 사이로 교대로 순환시킨 후 농축수조로 회수한 용액으로서 전기산화-투석 모듈 처리에 의해 염소이온 농도가 증가한 용액을 포함하는 개념이다.The term 'concentrated water' used in the present invention is raw water contained in a concentrated tank; And a solution in which the chlorine ion concentration is increased by the electrooxidation-dialysis module treatment as a solution supplied to the electrooxidation-dialysis module and alternately circulated between the ion exchange membranes and then recovered by the concentration bath.

본 발명에서 사용되는 용어인 '처리수'는 처리수조에 수용된 원수; 및 전기산화-투석 모듈에 공급하고 이온 교환막 간의 사이로 교대로 순환시킨 후 처리수조로 회수한 용액으로서 전기산화-투석 모듈 처리에 의해 염소이온 농도가 감소하거나 염소이온이 제거된 용액을 포함하는 개념이다.The term 'treated water' used in the present invention refers to raw water contained in a treated water tank; And a solution that is supplied to the electrooxidation-dialysis module and alternately circulated between the ion exchange membranes, and then recovered to the treatment tank, and includes a solution in which the chlorine ion concentration is reduced or the chlorine ion is removed by the electrooxidation-dialysis module treatment. .

본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 전기산화-투석 모듈의 양극은 바람직하게는 농축수 유입관, 농축수 유입구, 농축수 유출구 및 농축수 유출관을 통해 농축수조와 유체적으로 연통되게 연결되고, 상기 전기산화-투석 모듈의 음극은 바람직하게는 처리수 유입관, 처리수 유입구, 처리수 유출구 및 처리수 유출관을 통해 처리수조와 유체적으로 연통되게 연결되고, 상기 전기산화-투석 모듈의 양극 및 음극은 바람직하게는 전해질 유입관, 전해질 유입구, 전해질 유출구 및 전해질 유출관을 통해 전해질조와 유체적으로 연통되게 연결된다.In the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the anode of the electrooxidation-dialysis module is preferably in fluid communication with the brine tank through a brine inlet, a brine inlet, a brine outlet and a brine outlet. The cathode of the electrooxidation-dialysis module is preferably in fluid communication with the treatment tank through the treatment water inlet tube, the treatment water inlet, the treatment water outlet, and the treatment water outlet tube. The positive electrode and the negative electrode of the dialysis module are preferably in fluid communication with the electrolyte bath through the electrolyte inlet tube, the electrolyte inlet, the electrolyte outlet and the electrolyte outlet tube.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 전기산화-투석 모듈은 바람직하게는 서로 대향되게 배치된 제1 본체 플레이트 및 제2 본체 플레이트를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 본체 플레이트의 내측에 양극이 부착되고 제2 본체 플레이트의 내측에 음극이 부착된다. 상기 제1 본체 플레이트는 농축수 유입구, 농축수 유출구, 전해질 유입구 및 전해질 유출구를 통해 양극과 유체적으로 연통되게 연결된다. 또한, 상기 제2 본체 플레이트는 처리수 유입구, 처리수 유출구, 전해질 유입구 및 전해질 유출구를 통해 음극과 유체적으로 연통되게 연결된다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the electrooxidation-dialysis module may further include a first body plate and a second body plate disposed to face each other. An anode is attached to the inside of the first body plate and a cathode is attached to the inside of the second body plate. The first body plate is connected in fluid communication with the anode through the brine inlet, the brine outlet, the electrolyte inlet and the electrolyte outlet. In addition, the second body plate is connected in fluid communication with the negative electrode through the treatment water inlet, the treatment water outlet, the electrolyte inlet, and the electrolyte outlet.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 농축수조에는 바람직하게는 농축수의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 센서가 구비된다. 상기 전기전도도 센서는 바람직하게는 농축수조에 침지되어 농축수의 전기전도도를 측정한다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the concentrated tank is preferably provided with an electrical conductivity sensor for measuring the electrical conductivity of the concentrated water. The electrical conductivity sensor is preferably immersed in a concentrated tank to measure the electrical conductivity of the concentrated water.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 산화 농축수 유출관에는 바람직하게는 산화 농축수의 자유염소종 농도를 측정하는 자유염소 센서가 구비된다. 상기 자유염소 센서는 산화 처리된 농축수의 유출관에 구비되며, 산화 처리된 농축수의 자유염소종 농도를 측정하여 양극 산화의 추가 진행 여부, 산화 처리된 농축수의 처리수조로의 유입 여부를 결정하는 기준 데이터를 제공한다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the oxidized concentrated water outlet pipe is preferably provided with a free chlorine sensor for measuring the concentration of free chlorine species of the oxidized concentrated water. The free chlorine sensor is provided in the outlet pipe of the oxidation-treated concentrated water, and measures the free chlorine species concentration of the oxidation-treated concentrated water to determine whether anodization is further progressed and whether the oxidation-treated concentrated water flows into the treatment tank. Provide the baseline data to determine.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 농축수 유입관, 전해질 유입관 및 처리수 유입관에는 바람직하게는 각각 농축수, 전해질 및 처리수의 유량을 제어하거나 유입을 차단하는 펌프 또는 밸브가 구비된다. 상기 밸브로는 구체적으로 농축수조에 침지되어 있는 전기전도도 센서에 의해 측정된 농축수의 전기전도도가 미리 설정된 기준치(전해질의 전기전도도)에 도달하면, 양극 주변으로 유입하는 전해질 및 농축수의 유량을 제어하는 밸브; 자유염소 센서에 의해 측정된 농축수 내의 자유염소종 농도가 미리 설정된 기준치를 초과하면, 양극 주변으로 유입하는 농축수의 유량을 차단하는 밸브 등이 있다.In addition, in the photovoltaic dialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the concentrated water inflow pipe, the electrolyte inflow pipe and the treated water inflow pipe are preferably pumps for controlling the flow rate of the concentrated water, the electrolyte and the treated water or blocking the inflow. Or a valve is provided. Specifically, when the electrical conductivity of the concentrated water measured by the electrical conductivity sensor immersed in the concentrated water tank reaches a preset reference value (the electrical conductivity of the electrolyte), the flow rate of the electrolyte and the concentrated water flowing around the anode is measured. A valve to control; When the free chlorine species concentration in the concentrated water measured by the free chlorine sensor exceeds a predetermined reference value, there is a valve for blocking the flow rate of the concentrated water flowing around the anode.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서, 상기 전기산화-투석 모듈의 양극과 농축수조 간에는 바람직하게는 제1 농축수 유입관 및 제2 농축수 유입관이 설치되고, 전기산화-투석 모듈에는 바람직하게는 제1 농축수 유입구 및 제2 농축수 유입구가 형성된다. 상기 제1 농축수 유입관 및 제2 농축수 유입관은 후술하는 탈염 단계에서 농축수를 농축수조에서 전기산화-투석 모듈에 공급하는데에 사용되며, 상기 제2 농축수 유입관 및 제2 농축수 유입구는 후술하는 자유염소종 발생 단계에서 농축수를 농축수조에서 전기산화-투석 모듈에 공급하여 산화 농축수를 제조하는데에 사용된다. 구체적으로, 제2 농축수 유입관 및 제2 농축수 유입구를 통해 농축수조로부터 전기산화-투석 모듈에 공급되는 농축수는 전기산화-투석 모듈의 양극과 이온 교환막 사이를 유동하면서 양극 표면에서 산화반응을 거친 후 산화 농축수 유출구를 통해 전기산화-투석 모듈로부터 유출된다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, preferably between the anode and the concentrated tank of the electrooxidation-dialysis module, a first concentrated water inlet pipe and a second concentrated water inlet pipe are installed, and electrooxidation- The dialysis module is preferably formed with a first brine inlet and a second brine inlet. The first concentrated water inlet pipe and the second concentrated water inlet pipe are used to supply the concentrated water to the electrooxidation-dialysis module in the concentrated tank in the desalting step described later, and the second concentrated water inlet pipe and the second concentrated water The inlet is used to prepare the oxidized concentrated water by supplying the concentrated water to the electrooxidation-dialysis module in the concentrated tank in the free chlorine generation step described below. Specifically, the concentrated water supplied from the thickening tank through the second concentrated water inlet tube and the second concentrated water inlet to the electrooxidation-dialysis module is oxidized at the surface of the anode while flowing between the anode and the ion exchange membrane of the electrooxidation-dialysis module. After passing through the oxidized concentrated water outlet, it is discharged from the electrooxidation-dialysis module.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 양극은 전도성 금속 재질로 이루어지며, 바람직하게는 IrO2, RuO2, SnO2, Ta2O5 또는 TiO2에서 선택되는 1종 이상의 재료로 이루어진다. 또한, 상기 음극은 전도성 금속 재질로 이루어지며 바람직하게는 Ti 또는 스테인리스 강에서 선택되는 재료로 이루어진다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the anode is made of a conductive metal material, preferably at least one material selected from IrO 2 , RuO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 5, or TiO 2 . Is made of. In addition, the cathode is made of a conductive metal material, preferably made of a material selected from Ti or stainless steel.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 이온 교환막은 공지의 이혼교환수지로 이루어지며, 바람직하게는 상용화된 이온 교환 수지로 이루어진다. 상기 상용화된 이온 교환 수지로는 가교 폴리스티렌이 있으며, 구체적으로 스티렌(styrene)과 약간의 다이비닐벤젠(divinylbenzene)을 공중합시켜 제조한 Styrene-divinylbenzene 기반의 이온 교환 수지가 있다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the ion exchange membrane is made of a known divorce exchange resin, preferably made of a commercially available ion exchange resin. The commercialized ion exchange resin is crosslinked polystyrene, and specifically, there is a styrene-divinylbenzene-based ion exchange resin prepared by copolymerizing styrene and some divinylbenzene.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 자외선 램프는 자유염소종이 흡수가능한 파장의 자외선을 방출할 수 있는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 UV-B 램프 또는 UV-C 램프에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the type of ultraviolet lamp is not particularly limited as long as the free chlorine species can emit ultraviolet rays of an absorbable wavelength, and preferably, UV-B lamp or UV-C It may be at least one selected from the lamps.

또한, 본 발명의 일 예에 따른 광전기투석 수처리 장치에서 상기 자유염소종은 바람직하게는 차염소산(HOCl) 또는 일산화염소(OCl-)에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고, 염소계 라디칼은 바람직하게는 이염소라디칼이온(Cl2 -·), 염소라디칼(Cl·) 또는 일산화염소 라디칼(ClO˙)에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다.In addition, in the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the free chlorine species is preferably composed of one or more selected from hypochlorous acid (HOCl) or chlorine monoxide (OCl ), and the chlorine-based radical is preferably dihydrochloride bovine radical ion (Cl 2 - ·), chlorine radical (Cl ·) or may be composed of at least one element selected from among chlorine monoxide radicals (ClO˙).

본 발명의 일 예에 따른 수처리 방법은 전술한 광전기투석 수처리 장치를 이용한다. 본 발명의 일 예에 따른 수처리 방법은 (a) 농축수조에 염소 이온을 함유하는 원수를 공급하여 농축수를 준비하고, 처리수조에 염소 이온을 함유하는 원수를 공급하여 처리수를 준비하고, 전해질조에는 전해질을 공급하여 전해질을 준비하는 것으로 구성되는 운전 준비 단계; (b) 운전 준비 단계 후, 전기산화-투석 모듈에 일정 크기의 전압을 인가하고, 전해질조로부터 전해질을 전기산화-투석 모듈에 공급하고 양극(산화전극)과 이온 교환막 사이 및 음극과 이온 교환막 사이로 순환시키고, 농축수조 및 처리수조로부터 각각 농축수 및 처리수를 전기산화-투석 모듈에 공급하고 이온 교환막 간의 사이로 교대로 순환시켜, 염소 이온 농도가 증가한 농축수를 농축수조로 회수하고 염소 이온 농도가 감소하거나 염소 이온을 포함하지 않는 처리수를 처리수조로 회수하는 것으로 구성되는 원수의 탈염 단계; (c) 탈염 단계 후, 농축수조로부터 염소 이온 농도가 증가한 농축수 일부를 전기산화-투석 모듈에 공급하고 전해질조로부터 전해질을 전기산화-투석 모듈에 공급하여 농축수와 전해질을 양극(산화전극)과 이온 교환막 사이로 순환시켜 양극 표면의 산화반응에 의해 염소 이온에서 전환된 자유염소종을 포함하는 산화 농축수를 수득하고, 산화 농축수를 처리수조로 공급하는 것으로 구성되는 자유염소종 발생 단계; 및 (d) 자유염소종 발생 단계 후, 처리수조에 구비된 자외선 램프를 구동시켜 산화 농축수에 함유된 자유염소종으로부터 염소계 라디칼 및 수산화 라디칼을 생성시키고 비이온 오염물질과 반응시켜 비이온 오염물질을 산화시키는 것으로 구성되는 고도산화 처리 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 수처리 방법은 바람직하게는 (e) 고도산화 처리 단계 후, 처리수조 내의 잔류 비이온 오염물질의 함량이 소정의 기준치 이하가 되었을 때 처리수조 내의 용액을 비우고 원수를 유입하는 것으로 구성되는 수처리 종료 단계를 더 포함할 수 있다.The water treatment method according to an embodiment of the present invention uses the above-mentioned photoelectrodialysis water treatment apparatus. Water treatment method according to an embodiment of the present invention (a) to supply the raw water containing chlorine ions to the concentrated tank to prepare the concentrated water, the raw water containing chlorine ions to the treated tank to prepare the treated water, the electrolyte The tank comprises an operation preparation step consisting of supplying the electrolyte to prepare the electrolyte; (b) After the operation preparation step, a predetermined voltage is applied to the electrooxidation-dialysis module, and the electrolyte is supplied from the electrolytic bath to the electrooxidation-dialysis module, between the anode (anode) and the ion exchange membrane, and between the cathode and the ion exchange membrane. Circulating and supplying the concentrated water and the treated water from the concentrated tank and the treated tank to the electrooxidation-dialysis module, and circulating alternately between the ion exchange membranes, to recover the concentrated water having an increased chlorine ion concentration into the concentrated tank, and Desalination of raw water, comprising reducing or recovering the treated water without chlorine ions to the treated water tank; (c) After the desalting step, a portion of the concentrated water having an increased chlorine ion concentration from the concentrated bath is supplied to the electrooxidation-dialysis module, and the electrolyte is supplied from the electrolyte bath to the electrooxidation-dialysis module to supply the concentrated water and the electrolyte to the anode (oxide electrode). Free chlorine generation step comprising circulating between the ion exchange membrane and oxidized concentrated water containing free chlorine species converted from chlorine ions by oxidation reaction on the surface of the anode, and supplying the oxidized concentrated water to the treatment tank; And (d) after generating the free chlorine species, driving an ultraviolet lamp provided in the treatment tank to generate chlorine-based radicals and hydroxide radicals from the free chlorine species contained in the oxidized concentrated water and reacting with the non-ionic contaminants. And a highly oxidized treatment step consisting in oxidizing. In addition, the water treatment method according to an embodiment of the present invention preferably (e) after the advanced oxidation treatment step, when the content of residual non-ionic contaminants in the treatment tank is less than a predetermined reference value to empty the solution in the treatment tank and the raw water It may further comprise the step of ending the water treatment consisting of the inflow.

본 발명의 일 예에 따른 수처리 방법에서 탈염 단계는 원수 또는 최소 1회 탈염 처리된 농축수를 전기산화-투석 모듈에 공급하고 통상적인 전기투석 모드로 처리하여 염소이온이 상대적으로 풍부한 농축수와 염소이온이 상대적으로 낮거나 제거된 처리수로 분리하고 이를 각각 농축수조와 처리수로로 회수하는 단계이다. 상기 탈염 단계에서 전기산화-투석 모듈에 인가되는 전압은 바람직하게는 1~2.5 V/㎝이고, 전해질, 농축수 및 처리수의 순환속도는 바람직하게는 70~100 ㎝/h이다. 또한, 상기 전해질은 전기산화-투석 모듈에 전압 인가시 전류의 발생을 용이하게 하는 역할을 하며, 전기화학 분야에서 사용되는 공지의 전해질에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 1M 농도 이하의 질산나트륨 용액 또는 1M 농도 이하의 과염소산나트륨 용액에서 선택된다. 또한, 상기 탈염 단계에서 농축수조에 구비된 전기전도도 센서를 통해 농축수의 전기전도도를 실시간으로 측정하고 전해질의 전기전도도와 비교한 후 소정의 기준에 도달했을 때 자유염소종 발생 단계를 실시하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 자유염소종 발생 단계는 농축수의 전기전도도가 전해질의 전기전도도와 유사하거나 동일해지는 시점에 실시하는 것이 바람직하다.In the water treatment method according to an embodiment of the present invention, the desalting step supplies raw water or at least one desalted brine to an electrooxidation-dialysis module and is treated in a conventional electrodialysis mode, where the concentrated water and chlorine are relatively rich in chlorine ions. The ions are separated into treated water with relatively low or removed ions and recovered into concentrated tanks and treated water, respectively. The voltage applied to the electrooxidation-dialysis module in the desalting step is preferably 1 to 2.5 V / cm, and the circulation rates of the electrolyte, concentrated water and treated water are preferably 70 to 100 cm / h. In addition, the electrolyte serves to facilitate the generation of a current when the voltage is applied to the electrooxidation-dialysis module, it may be selected from known electrolytes used in the electrochemical field, preferably sodium nitrate solution of 1M concentration or less Or sodium perchlorate solution at a concentration of up to 1 M. In addition, in the desalting step, the electrical conductivity sensor of the concentrated water tank is measured in real time and compared with the electrical conductivity of the electrolyte in real time, and when a predetermined standard is reached, a free chlorine generation step is performed. desirable. Specifically, the free chlorine species generation step is preferably carried out when the electrical conductivity of the concentrated water is similar to or the same as the electrical conductivity of the electrolyte.

본 발명의 일 예에 따른 수처리 방법에서 자유염소종 발생 단계는 탈염 단계를 통해 염소 이온 농도가 증가한 농축수를 전기산화-투석 모듈의 양극 표면에 공급하고 산화 반응시켜 염소 이온을 자유염소종으로 전환시키는 단계이다. 상기 자유염소종 발생 단계에서 산화 농축수 유출관에 구비된 자유염소 센서를 통해 산화 농축수의 자유염소종 농도를 실시간으로 측정하고 산화 농축수의 자유염소종 농도가 10 mg/L를 초과하는 경우 제어부를 통해 농축수의 양극(산화전극)으로의 유입을 차단하는 것이 바람직하다. 상기 자유염소종 발생 단계에서 처리수의 흐름은 탈염 단계와 동일하다.In the water treatment method according to an embodiment of the present invention, the free chlorine generation step is to supply chlorine ion with an increased concentration of chlorine ions through a desalting step to the anode surface of the electrooxidation-dialysis module and to oxidize to convert the chlorine ions into free chlorine species. This is the step. In the free chlorine species generation step, the free chlorine species concentration of the oxidized concentrated water is measured in real time through a free chlorine sensor provided in the oxidized concentrated water outlet pipe and the free chlorine species concentration of the oxidized concentrated water exceeds 10 mg / L. It is preferable to block the inflow of the concentrated water to the anode (anode) through the control unit. The flow of treated water in the free chlorine generation step is the same as the desalting step.

본 발명의 일 예에 따른 수처리 방법에서 고도산화 처리 단계는 자유염소종을 함유하는 산화 농축수를 자외선으로 조사하여 자유염소종으로부터 염소계 라디칼 및 수산화 라디칼을 생성하고 염소계 라디칼 및 수산화 라디칼을 이용하여 비이온 오염물질, 특히 유기 오염물질을 분해하는 단계이다. 상기 고도산화 처리 단계를 시작할 때 농축수의 흐름은 탈염 단계와 동일하게 복구된다.In the water treatment method according to an embodiment of the present invention, the advanced oxidation treatment step may be performed by irradiating oxidized concentrated water containing free chlorine species with ultraviolet light to generate chlorine radicals and hydroxide radicals from the free chlorine species, and using chlorine radicals and hydroxide radicals. Decomposing ionic contaminants, especially organic contaminants. At the beginning of the advanced oxidation step, the stream of concentrated water is recovered in the same way as the desalting step.

본 발명에 따른 광전기투석 수처리 장치 및 이를 이용한 탈염 및 오염물 산화가 동시에 이루어지는 수처리 방법은 다음과 같은 효과가 있다.Photoelectrodialysis water treatment apparatus according to the present invention and the water treatment method using the desalination and pollutant oxidation at the same time has the following effects.

양극과 음극에 가해진 인가전압을 통해 생성된 전기장 하에서 이온 교환막을 이용한 이온 오염물질의 제거뿐만 아니라 염소이온의 산화를 통해 생성된 자유염소종과 자외선과의 추가적인 반응을 통해 생성된 라디칼 종의 작용으로 비이온 오염물질의 산화적 제거가 가능하다.In addition to the removal of ionic contaminants using ion exchange membranes under the electric field generated by the applied voltage applied to the anode and cathode, the action of radical species generated through the additional reaction of free chlorine species generated through the oxidation of chlorine ions with ultraviolet rays. Oxidative removal of nonionic contaminants is possible.

전기투석 탈염과정 중에 양극 주변에 농축수를 주입하여도 산화·환원 전극 사이의 전압 및 전류를 정상상태로 유지할 수 있도록 농축수의 전도도를 실시간으로 모니터링 하여 산화전극의 전해질 전도도와 농축수의 전도도가 같아지는 시점에 농축수가 주입됨으로서 안정적인 운전이 가능하다.During the electrodialysis desalination process, the conductivity of the concentrate is monitored by monitoring the conductivity of the concentrate in real time so that the voltage and current between the oxidation and reduction electrodes can be maintained in a steady state even when the concentrate is injected around the anode. Condensed water is injected at the same time to ensure stable operation.

자체 생성된 자유염소종 농도는 산화된 농축수의 유출구에 구비되어있는 자유염소 센서를 통해 모니터링 되며 자유염소종 농도가 상기 이온 교환막을 손상할 수 있는 기준농도를 초과하면 양극에 농축수의 주입을 중단하고 염소이온의 산화를 중단함으로서 전기산화-투석 모듈의 이온 교환막 손상을 최소화할 수 있다.Self-generated free chlorine concentration is monitored by a free chlorine sensor located at the outlet of the oxidized concentrated water, and when free chlorine concentration exceeds the standard concentration that can damage the ion exchange membrane, injection of concentrated water to the anode Stopping and stopping the oxidation of chlorine ions can minimize ion exchange membrane damage of the electrooxidation-dialysis module.

생성된 자유염소종은 산화 농축수 유출관을 통해 자외선 램프가 침지되어있는 처리수조(또는 처리수 반응조)에 유입되며 염소계 라디칼과 수산화 라디칼이 생성되면서 처리수의 보다 효과적인 고도산화가 일어나며 산화(소독) 부산물의 생성을 저감할 수 있다.The generated free chlorine species flows into the treatment tank (or treated water reactor) in which the UV lamp is immersed through the oxidized concentrated water outlet pipe, and chlorine-based radicals and hydroxide radicals are generated, resulting in more efficient oxidation of the treated water and ) By-products can be reduced.

요약하자면, 단일 장치의 안정적 운전조건을 유지하며, 자체 산화제 생성으로 외부의 산화제 주입이 없어 경제적으로 탈염과 고도산화를 동시에 할 수 있다.In summary, it maintains stable operation condition of a single device, and it can economically perform desalination and advanced oxidation because there is no external oxidant injection by producing its own oxidant.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기투석과 광전기화학 공정을 결합한 광전기투석 수처리 장치의 구성도.
도 2는 전기산화-투석 모듈의 전기산화-투석 과정을 나타낸 모식도.
도 3는 전기산화-투석 모듈 양극의 산화반응 및 음극의 환원반응을 나타낸 모식도.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극에 인가되는 전압과 회수율, 유속에 따른 처리수의 전도도 변화를 시간에 따라 측정한 결과.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극에 인가되는 전압과 회수율, 유속에 따른 농축수의 전도도 변화를 시간에 따라 측정한 결과.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 염소이온 농도에 따라 생성되는 자유염소종의 발생량을 측정한 결과.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유염소종에 자외선을 조사하여 처리하였을 때 유기물의 제거 효율을 단독처리와 비교한 실험 결과.
1 is a block diagram of a photoelectrodialysis water treatment apparatus combining electrodialysis and photoelectrochemical processes according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the electrooxidation-dialysis process of the electrooxidation-dialysis module.
Figure 3 is a schematic diagram showing the oxidation reaction and the reduction reaction of the cathode of the electrooxidation-dialysis module.
Figure 4 is a result of measuring the change in conductivity of the treated water according to the voltage and recovery rate, flow rate applied to the positive electrode according to an embodiment of the present invention over time.
5 is a result of measuring the change in conductivity of the concentrated water according to the voltage and recovery rate, flow rate applied to the positive electrode according to an embodiment of the present invention over time.
Figure 6 is the result of measuring the amount of free chlorine generated according to the chlorine ion concentration according to an embodiment of the present invention.
7 is an experimental result comparing the removal efficiency of organic matter when treated with free chlorine species according to an embodiment of the present invention by irradiating UV light.

전기투석은 복수의 이온 교환막과 그 양단에서 구비된 전극에 공급되는 직류전원에 의해 형성되는 전기장을 구동력으로 하여 이온성 물질을 분리해 내는 막분리 공정이다. 전기투석은 양쪽에 양극과 음극을 설치하고, 그 사이에 양이온만이 선택적으로 투과하는 막(이하, 양이온 교환막)과 음이온만이 선택적으로 투과하는 막(이하, 음이온 교환막)을 교대로 설치하고, 막 사이에는 일정한 두께의 스페이서를 설치하여 막사이로 용액이 흐르게 한 뒤, 적정량의 직류를 걸어주면 용액중의 양이온과 음이온은 전기적 힘에 의해 서로 반대방향으로 이동한다. 이때 선택성 막에 의해 이온의 종류에 따라 이온분리가 일어나며, 이것으로 원수는 농축수와 처리수로 분리될 수 있다. 때문에, 전기투석법에서는 전기적 전하를 띤 물질, 즉 이온 성분만 제거되며 전하를 띄지 않는 유기물질은 처리되지 못한다는 단점이 있다. Electrodialysis is a membrane separation process in which an ionic substance is separated using a plurality of ion exchange membranes and an electric field formed by DC power supplied to electrodes provided at both ends thereof as a driving force. In the electrodialysis, an anode and a cathode are provided on both sides, and a membrane in which only a cation permeates selectively (hereinafter cation exchange membrane) and a membrane in which only an anion permeates selectively (hereinafter anion exchange membrane) are alternately provided. A spacer having a constant thickness is installed between the membranes to allow the solution to flow between the membranes, and when a proper amount of direct current is applied, the cations and anions in the solution move in opposite directions by electric force. In this case, ion selective separation occurs according to the type of ions by the selective membrane, whereby raw water can be separated into concentrated water and treated water. Therefore, the electrodialysis method has the disadvantage that the electrically charged material, that is, only the ionic component is removed and the non-charged organic material is not processed.

전기투석 공정의 폐수처리기능의 완성도를 높이기 위해서는 후처리를 하여 유기물질의 제거가 이루어져야 한다. 본 발명은 이와 같은 점에 착안하여, 염소이온의 산화가 가능한 산화 전극과 자외선 램프를 이용하여 농축수 자체에서 염소계 산화제 및 라디컬을 발생시켜 별도의 후처리 공정을 생략하는 광전기투석장치를 제시한다. 세부적으로, 전원이 인가된 양극 표면에서 고농도의 염소이온을 함유한 농축수 중 일부를 주입해 산화반응을 통해 염소이온을 자유염소종으로 산화시키고 이 자유염소종은 처리수조(또는 처리수 반응조)로 보내져 자외선의 광반응을 통해 강력한 산화제인 염소계 라디칼과 수산화 라디칼을 생성한다. 라디칼은 기존 전기투석 방법에서 제거되지 않는 유기물 등 비이온 오염물질을 산화시킨다.In order to increase the completeness of the wastewater treatment function of the electrodialysis process, the organic matter should be removed by post-treatment. In view of the above, the present invention provides a photoelectrodialysis apparatus that generates a chlorine-based oxidant and radicals in concentrated water by using an oxidation electrode capable of oxidizing chlorine ions and an ultraviolet lamp, thereby eliminating a separate post-treatment process. . In detail, some of the concentrated water containing high concentration of chlorine ions is injected from the surface of the powered anode to oxidize the chlorine ions into free chlorine species through oxidation, and the free chlorine species is treated as a treatment tank (or treated water reactor). It is then sent to produce a powerful oxidizing agent, chlorine-based radicals and hydroxyl radicals. Radicals oxidize nonionic contaminants, such as organic matter, that are not removed by conventional electrodialysis methods.

이때, 장치의 운전 시작 시 양극이 접촉하고 있던 전해질과 자유염소종의 생성을 위해 주입하는 농축수의 전기전도도가 크게 차이날 경우 동일한 전압하에서 전류의 발생이 급격히 변화하여 전압공급장치의 손상을 유발할 가능성이 있다. 따라서 농축수의 전기전도도를 실시간으로 측정하여 기존의 전해질과 유사한 전기전도도에 도달하는 시점에서 농축수를 주입하는 운전 방법을 제시한다.At this time, if the electrical conductivity of the concentrated water injected for the generation of free chlorine species and the electrolyte contacted by the anode at the start of operation of the device is greatly different, the generation of current under the same voltage may cause damage to the voltage supply device. There is a possibility. Therefore, by measuring the electrical conductivity of the concentrated water in real time, we propose an operation method of injecting the concentrated water at the time when the electrical conductivity similar to the existing electrolyte is reached.

더하여, 전기투석의 전체 성능을 결정하는 주요 구성요소는 이온 교환막이 있는데, 고농도의 자유염소와 접촉할 경우 이온 교환 수지에 손상이 일어나며 처리수의 수질악화, 계통 운전시간단축, 재생제의 사용량 증가를 야기한다. 따라서, 자유염소종 생성으로 인한 이온 교환 수지의 화학적 손상을 막기 위해 상기 양극에서 발생하는 자유염소종의 농도를 실시간 모니터링하며, 자유염소종이 일정 농도를 초과하면 제어부를 통해 농축수의 산화전극으로의 유입이 차단된다. 이로써 공정의 안정성을 확보할 수 있으며 외부에서의 산화제 주입과 추가적인 후처리 공정 없이 처리수의 수질을 향상시킬 수 있다.In addition, the main component that determines the overall performance of electrodialysis is the ion exchange membrane, which, when contacted with high concentrations of free chlorine, causes damage to the ion exchange resin, impairs water quality of the treated water, reduces system run time, and increases the amount of regeneration. Cause. Therefore, in order to prevent chemical damage of the ion exchange resin due to the generation of free chlorine species, the concentration of free chlorine species generated at the anode is monitored in real time. Inflow is blocked. This ensures the stability of the process and improves the quality of the treated water without external oxidant injection and additional post-treatment.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광전기투석 수처리 장치를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광전기투석 수처리 장치는 전기산화-투석 모듈을 구비한다. 상기 전기산화-투석 모듈은 원수를 탈염을 통해 농축수와 처리수로 분리하며 농축수 중 포함되어 있는 염소이온의 산화반응이 진행되는 공간을 제공한다. 1 and 2, the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to the embodiment of the present invention includes an electrooxidation-dialysis module. The electrooxidation-dialysis module separates raw water into concentrated water and treated water through desalination, and provides a space for the oxidation reaction of chlorine ions contained in the concentrated water.

상기 전기산화-투석 모듈 내에는 전해질 또는 농축수 또는 이 둘의 혼합용액에 침지되는 양극과 전해질에 침지되는 음극이 구비되며, 전기산화-투석모듈의 일측에는 양극 및 음극에 전원을 인가하는 직류전원공급장치가 구비된다. 상기 양극과 음극은 평판 형상을 가지며, 모듈 본체의 플레이트에 부착되어 농축수 유입·유출구, 처리수 유입·유출구, 전해질 유입·유출구와 연결된다. The electrooxidation-dialysis module is provided with a positive electrode immersed in an electrolyte or concentrated water or a mixed solution of the two and a negative electrode immersed in the electrolyte, the DC power supply for applying power to the positive electrode and the negative electrode on one side of the electrooxidation-dialysis module Feeding device is provided. The positive electrode and the negative electrode have a flat plate shape and are attached to a plate of the module main body, and are connected to the concentrated water inlet / outlet, the treated water inlet / outlet, and the electrolyte inlet / outlet.

상기 전기산화-투석모듈은 복수의 양이온 교환막과 복수의 음이온 교환막이 교대로 배치되며 양극과 이온 교환막, 음극과 이온 교환막, 각 이온 교환막 사이에는 스페이서가 배치되어 유로를 형성한다. 탈염과정에서는 양극과 이온 교환막 사이, 음극과 이온 교환막 사이에는 전해질이 흐르며 각 이온 교환막의 사이에는 농축수와 처리수가 교대로 흐른다. 원수 중 음이온은 산화 전극의 방향으로, 양이온은 그 반대 방향으로 이동하며 전류가 형성되며 전압공급장치의 안정성을 위해 그 값은 급격한 변화를 갖지 않는 것이 바람직하다. 즉, 안정적인 전기투석 운전을 위해서는 전극 표면 전해질의 전기 전도도가 일정하게 유지되어야 한다.In the electrooxidation-dialysis module, a plurality of cation exchange membranes and a plurality of anion exchange membranes are alternately arranged, and a spacer is disposed between the anode and the ion exchange membrane, the cathode and the ion exchange membrane, and each ion exchange membrane to form a flow path. In the desalting process, electrolyte flows between the anode and the ion exchange membrane, and between the cathode and the ion exchange membrane, and the concentrated water and the treated water alternately flow between each ion exchange membrane. The anion in the raw water moves in the direction of the oxidizing electrode, the cation moves in the opposite direction, and a current is formed, and it is preferable that the value does not have a sudden change for the stability of the voltage supply device. That is, for stable electrodialysis operation, the electrical conductivity of the electrode surface electrolyte must be kept constant.

상기 원수는 이온 및 산화가 가능한 비이온 오염물질 제거의 목적으로 처리가 되는 대상수를 의미하며, 그 전기전도도는 5 mS/cm 이내인 것이 바람직하다.The raw water means the target water to be treated for the purpose of removing ionic and oxidizable nonionic contaminants, and the electrical conductivity is preferably within 5 mS / cm.

상기 전해질은 각각 양극과 음극의 주변에 공급되어 전압인가 시 전류의 발생이 용이하게 하는 역할을 하며 통상 1 M 이하의 NaNO3, NaClO4 용액 등 상기 원수보다 전기전도도가 높으며 상기 양극 및 음극의 산화환원반응에 영향을 받지 않는 성분을 갖는 것이 바람직하다. The electrolyte is supplied around the anode and cathode, respectively, to facilitate the generation of current when voltage is applied, and has higher electrical conductivity than the raw water, such as NaNO 3 and NaClO 4 solutions of 1 M or less, and the oxidation of the cathode and anode. It is desirable to have a component which is not affected by the reduction reaction.

본 발명에서는 산화전극으로의 농축수 유입으로 인한 전해질의 급격한 전기전도도 변화 및 이로 인한 전압공급장치의 과부하 현상을 방지하기 위해 농축수조에 전기전도도 센서를 침지시켜 농축수의 전도도 증가를 모니터링 한다. 구제적으로는, 농축수의 전도도를 연속적으로 모니터링하며 농축수의 전도도가 전해질의 전도도와 유사해지는 시점에서 제어부를 통해 농축수를 산화전극 표면에 주입함으로써 공정의 전류와 전압의 변화를 최소화 하며 일정하게 운전조건을 유지하는 것이다. In the present invention, the conductivity of the concentrated water is monitored by immersing the conductivity sensor in the concentrated water tank to prevent a sudden change in the electrical conductivity of the electrolyte due to the inflow of the concentrated water into the anode and thereby overloading the voltage supply device. Specifically, the conductivity of the concentrated water is continuously monitored, and when the conductivity of the concentrated water is similar to that of the electrolyte, the concentrated water is injected into the surface of the anode through the control unit to minimize the change in the current and voltage of the process. It is to maintain the driving conditions.

상기 양극은 전기전도도 및 내부식성이 우수해야 하는데, 이러한 조건을 만족시키기 위해 Ir, Ru 등의 산화물과 Sn, Ti, Ta 등의 산화물을 혼합하여 구성할 수 있다. 양극 표면에 전이금속인 Ir, Ru 등의 비율이 높을수록 전류 발생량이 증가한다. 상기 음극은 스테인리스 강(Stainless Steel) 또는 Ti 등을 사용할 수 있다. The anode should have excellent electrical conductivity and corrosion resistance, and may be formed by mixing oxides such as Ir and Ru with oxides such as Sn, Ti and Ta in order to satisfy these conditions. The higher the ratio of the transition metals Ir and Ru to the surface of the anode, the greater the amount of current generated. The cathode may be stainless steel, Ti, or the like.

이온 교환막의 재료인 이온 교환 수지는 자유염소종과 같은 산화제에 노출되는 경우, 다이비닐벤젠 연결고리가 파괴되어 영구적인 이온 교환 수지의 손상이 일어난다. 때문에, 전기화학적으로 생성되는 자유염소종의 농도는 이온 교환 수지의 산화제 내성 강도 이하로 유지되어야 장기적으로 전기투석공정을 운전할 수 있다. 상용화된 Styrene-divinylbenzene 기반의 이온 교환 수지는 산화제에 내성이 있다. 10 mg/L 자유염소농도에서 약 1000시간정도 운전할 수 있으며, 0.3 ~0.5 mg/L 자유염소종 농도 범위에서는 막의 손상을 최소화 하며 생물학적 막 파울링 현상을 방지할 수 있기 때문에 약 4000시간을 운전 할 수 있는 가장 효율적인 조건이라 보고된 바 있다. 막손상을 최소화 하며 동시에 처리수 조 내에서 효과적인 자외선과의 상호작용을 이끌어내기 위해서는 10 mg/L 이하의 범위로 자유염소종 농도를 유지하는 것이 바람직하다. When the ion exchange resin, which is a material of the ion exchange membrane, is exposed to an oxidizing agent such as free chlorine species, the divinylbenzene linkage is broken and permanent damage of the ion exchange resin occurs. Because of this, the concentration of free chlorine species produced electrochemically must be kept below the oxidizer resistance strength of the ion exchange resin so that the electrodialysis process can be operated in the long term. Commercially available styrene-divinylbenzene-based ion exchange resins are resistant to oxidants. It can operate for about 1000 hours at 10 mg / L free chlorine concentration, and it can operate for about 4000 hours because it can minimize membrane damage and prevent biological membrane fouling in the 0.3 ~ 0.5 mg / L free chlorine species concentration range. It has been reported to be the most efficient condition possible. It is desirable to maintain free chlorine species concentrations in the range of 10 mg / L or less in order to minimize membrane damage and at the same time induce effective UV interaction in the treated water bath.

양극에서 발생하는 자유 염소종의 농도는 양극의 자유 염소종 발생 성능, 농축수 중의 염소이온 농도, 농축수의 공급량, 인가 전압, 체류시간 등에 의해 영향을 받는다. 따라서, 염소이온 농도에 따른 양극의 자유염소종 발생 성능 및 원수의 탈염 성능에 대한 평가를 바탕으로 산화전극으로 유입되는 농축수의 유량을 조절함으로써 자유염소종 농도를 조절하는 것이 가능하다. 더욱 적극적으로는 자유염소종의 농도를 자유염소 센서를 구비하여 모니터링 함으로서 조절이 가능하다.The concentration of free chlorine species generated at the anode is influenced by the performance of free chlorine species generation at the anode, the concentration of chlorine ions in the concentrated water, the supply amount of the concentrated water, the applied voltage, and the residence time. Therefore, it is possible to control the free chlorine species concentration by controlling the flow rate of the concentrated water flowing into the anode based on the evaluation of the free chlorine species generation performance of the positive electrode according to the chlorine ion concentration and the desalination performance of the raw water. More actively, the concentration of free chlorine species can be controlled by monitoring with free chlorine sensors.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광전기투석 수처리 장치를 이용한 탈염 및 오염물 산화가 동시에 이루어지는 수처리 방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a water treatment method in which desalination and contaminant oxidation are simultaneously performed using the photoelectrodialysis water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

운전 준비 단계에서는 농축수조와 처리수조에는 원수가, 전해질조에는 전해질이 공급된다. In the operation preparation stage, raw water is supplied to the concentrate tank and the treatment tank, and electrolyte is supplied to the electrolyte tank.

원수의 탈염 단계에서는 상기 전기산화-투석 모듈에 일정한 크기의 전압이 인가됨과 동시에 전해질은 각각 양극과 음극 주변 (이온 교환막과의 사이)을 순환하며 농축수와 처리수는 이온 교환막 간의 사이를 교대로 순환한다. 그 과정에서 농축수의 전기전도도(염소이온 농도)는 지속적으로 증가하고 처리수의 전기전도도(염소이온 농도)는 지속적으로 감소한다. 또한, 전해질의 성분은 산화환원반응에 영향을 받지 않기 때문에 양극과 음극의 표면에서는 각각 물분해 반응(산소 발생과 수소발생)이 일어난다. 이때 인가전압은 원수의 성상에 따라 1 ~ 2.5 V/cm (총 인가전압을 양극과 음극 사이의 거리로 나눈 값)의 범위에서 선택 가능하다. 전해질, 농축수, 처리수의 순환속도는 70 ~ 100 cm/h (유량을 양(음)이온 교환막의 총 면적으로 나눈 값)의 범위에서 선택하는 것이 가능하다. In the desalting step of raw water, a constant voltage is applied to the electrooxidation-dialysis module, and the electrolyte circulates around the anode and the cathode (between the ion exchange membranes), and the concentrated water and the treated water are alternated between the ion exchange membranes. Circulate In the process, the conductivity of chlorine water (chlorine ion concentration) continuously increases, and the conductivity of treated water (chlorine ion concentration) decreases continuously. In addition, since the components of the electrolyte are not affected by the redox reaction, water decomposition reactions (oxygen generation and hydrogen generation) occur on the surfaces of the anode and the cathode, respectively. At this time, the applied voltage can be selected in the range of 1 ~ 2.5 V / cm (the total applied voltage divided by the distance between the anode and the cathode) according to the properties of the raw water. The circulation rate of the electrolyte, the concentrated water and the treated water can be selected in the range of 70 to 100 cm / h (the flow rate divided by the total area of the positive ion exchange membrane).

자유염소종 발생 단계는 상기 농축수의 전기전도도와 상기 전해질의 전기전도도와 유사해지는 시점에 시작되며 이때 전해질과 함께 일정 비율 고농도의 염소이온을 포함한 농축수가 양극 주변(양극과 이온 교환막 간의 사이)으로 공급된다. 이 때, 양극 표면에서는 염소이온(Cl-)의 산화반응이 일어나고 음극에서는 전자수용에 따른 물의 환원반응이 지속된다. 좀 더 구체적으로, 양극에서는 전원 인가에 따라 염소이온(Cl-)이 염소(Cl2), 차아염소산(HOCl) 또는 일산화염소이온(OCl-)와 같은 자유염소종으로 산화되며(식 1, 식 2 및 식3 참조), 음극에서는 양극에서 발생된 전자(e-)를 회수하여 전자수용체인 물에 전달함으로써 물의 환원반응을 유도함과 동시에 수산화이온(OH-)이 생성된다(식 8 참조). The free chlorine generation step begins at a point similar to the electrical conductivity of the concentrated water and the electrical conductivity of the electrolyte, wherein the concentrated water containing a certain amount of high concentration of chlorine ions with the electrolyte moves around the anode (between the anode and the ion exchange membrane). Supplied. At this time, oxidation of chlorine ions (Cl ) occurs on the surface of the anode, and the reduction of water due to electron acceptance continues on the cathode. More specifically, at the anode, chlorine ions (Cl ) are oxidized to free chlorine species such as chlorine (Cl 2 ), hypochlorous acid (HOCl), or chlorine monoxide (OCl ), depending on the power applied (Equation 1, 2 and Equation 3), the cathode recovers the electrons (e ) generated at the anode and transfers them to water, which is an electron acceptor, inducing a reduction reaction of water and generating hydroxide ions (OH ) (see Equation 8).

(식 1) 2Cl- → Cl2 + 2e- (Equation 1) 2Cl - → Cl 2 + 2e -

(식 2) Cl2 - + H2O→ HOCl + H+ + Cl- (Equation 2) Cl 2 - + H 2 O → HOCl + H + + Cl -

(식 3) HOCl ↔ ClO- + H+ (Equation 3) HOCl ↔ ClO - + H +

(식 8) 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (Equation 8) 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH -

이 때, 양극 표면의 산화반응을 거친 농축수는 농축수조 대신 처리수조로 유입되게 된다. At this time, the concentrated water that has undergone oxidation on the surface of the anode is introduced into the treatment tank instead of the concentrated tank.

고도산화 처리 단계는 산화반응을 거친 농축수 내 자유염소종 농도가 10 mg/L에 도달하는 시점에 시작하며 이때 농축수의 흐름을 상기 탈염단계와 동일하게 복구함과 동시에 처리수조에 침지된 자외선램프가 구동된다. 수인성 병원균에 대한 살균 및 소독에 목적을 둔 소독공정에 주로 활용되는 자유염소종 및 자외선을 조합하였을 경우, 강력한 산화제 생성을 통하여 난분해성 유기오염물질의 산화가 가능한 것으로 알려져 있다. 자유염소종은 511 nm 이하의 파장을 지니는 광원을 흡수했을 때 광분해가 일어나 강력한 산화제인 수산화 라디칼과 염소계 라디칼이 생성된다. 250 ~ 350 nm 파장영역에서 자유염소종은 광원을 최대로 흡수하여 가장 효과적으로 광분해가 일어난다. 때문에 UV-B (280~315nm) 램프를 처리수 반응조에 침지시켜 고도산화를 진행한다. (식 4 내지 식 11 참조). The advanced oxidation treatment step starts when the free chlorine species concentration in the oxidized reaction reaches 10 mg / L, and at this time recovers the flow of the concentrated water in the same way as the desalting step and simultaneously immerses the UV in the treatment tank. The lamp is driven. Combining free chlorine species and ultraviolet rays, which are mainly used in the disinfection process aimed at sterilizing and disinfecting waterborne pathogens, it is known that oxidation of hardly degradable organic pollutants is possible through the generation of strong oxidants. Free chlorine species undergo photolysis when absorbing a light source with a wavelength of 511 nm or less, producing hydroxyl and chlorine radicals, which are powerful oxidants. Free chlorine species in the 250 ~ 350 nm wavelength range absorbs the light source to the maximum, the most effective photolysis occurs. Therefore, UV-B (280 ~ 315nm) lamp is immersed in the treated water reactor to advance the oxidation. (See equations 4 to 11).

(식 4) HOCl/ClO-++ hv → ·OH/O˙- + Cl˙(Equation 4) HOCl / ClO - + + hv → · OH / O˙ - + Cl˙

(식 5) ·OH ↔ O˙- + H+ (Equation 5) · OH ↔ O˙ - + H +

(식 6) Cl˙ + Cl- → Cl2˙- (Formula 6) Cl˙ + Cl - → Cl 2 ˙ -

(식 7) ·OH + HOCl → ClO˙ + H2OOH + HOCl-> ClO '+ H 2 O

(식 8) ·OH + ClO- → ClO˙ + OH- (Equation 8) · OH + ClO - → ClO˙ + OH -

(식 9) Cl˙ + HOCl → H+ + Cl- + ClO˙ (Equation 9) Cl˙ + HOCl → H + + Cl - + ClO˙

(식 10) Cl˙ + OCl- → Cl- + ClO˙ (Formula 10) Cl˙ + OCl - → Cl - + ClO˙

(식 11) Cl˙ + OH- → ClOH˙- (Formula 11) Cl˙ + OH - → ClOH˙ -

식 4 내지 식 11의 반응을 통해 발생하는 염소계 라디칼 및 수산화 라디칼은 자유염소종에 비해 빠른 속도로 유기오염물질 및 소독의 효과를 가져오는 것으로 알려져 있으며, 자유염소종의 사용시 발생하는 Trihalomethane(THM), Haloacetic acids (HAAs) 등 소독부산물의 발생이 적은 추가적인 장점이 있다. Chlorine radicals and hydroxide radicals generated through the reactions of Equations 4 to 11 are known to bring organic pollutants and disinfection effects at a faster rate than free chlorine species, and trihalomethane (THM) generated when free chlorine species are used. It has the additional advantage of less generation of disinfection by-products such as haloacetic acids (HAAs).

수처리 종료 단계는 처리수 조 내의 잔류 유기물이 일정 기준치 이하가 되었을 경우 시작되며 농축수조 및 처리수조 내의 물을 비우고 다음 단계를 위한 원수를 유입하는 과정을 말한다. The end of the water treatment process starts when the residual organic matter in the treated water tank is below a predetermined standard value, and refers to a process of emptying the water in the concentrated water tank and the treated water tank and introducing raw water for the next step.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 실시예에서는 전기산화-투석모듈을 구현하기 위해 각 64 cm2의 면적을 갖는 Ti/IrO2 양극 1개, 양이온 교환막 10개, 음이온 교환막 11개, Ti 음극 1개를 사용하였고 각 간격은 스페이서를 이용하여 0.8 cm로 고정하였다. 처리 대상인 원수는 1400 ppm (약 40 mM)의 염소이온과 1200 ppm의 황산이온, 그리고 유기물로서 10 μM의 methylene blue를 함유한 인공폐수를 사용하였다. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, one Ti / IrO 2 anode, 10 cation exchange membranes, 11 anion exchange membranes, and 1 Ti cathode were used to implement an electrooxidation-dialysis module, each having a space of 64 cm 2 . Fixed at 0.8 cm. The raw water to be treated was artificial wastewater containing 1400 ppm (about 40 mM) of chlorine ion, 1200 ppm of sulfate ion, and 10 μM of methylene blue as organic matter.

도 4 및 도 5는 전압, 회수율, 유량을 변수로 하여 원수를 전기투석 탈염 처리를 하는 과정에서 농축수와 처리수의 전도도 변화를 측정한 결과이다. 축전식 탈염 처리의 시간이 증가할수록 농축수의 전도도(이온 농도)는 증가하고 처리수의 전도도(이온 농도)는 감소하는 것을 뚜렷하게 확인할 수 있다. 이러한 실험을 통해 원수의 성상에 따라 처리수 중 이온 농도를 최소화할 수 있는 최적화된 운전조건을 결정하고, 농축수 전기전도도 모니터링을 통해 농축수를 양극 주변으로 주입하는 시점을 결정할 수 있다. 이 때 양극과 음극으로 흐르는 전류의 밀도는 30에서 200 A/m2의 범위인 것으로 나타났다. 4 and 5 are the results of measuring the change in conductivity of the concentrated water and the treated water during the electrodialysis desalination process of the raw water by using the voltage, the recovery rate, the flow rate as variables. As the time of capacitive desalination increases, the conductivity (ion concentration) of the concentrated water increases and the conductivity (ion concentration) of the treated water decreases clearly. Through these experiments, it is possible to determine the optimal operating conditions to minimize the concentration of ions in the treated water according to the characteristics of the raw water, and to determine the point of time when the concentrated water is injected around the anode through monitoring the conductivity of the concentrated water. At this time, the current flowing in the anode and cathode was found to be in the range of 30 to 200 A / m 2 .

도 6은 Ti/IrO2 양극과 Ti 음극을 대상으로 하여 염소이온의 농도가 50, 100, 150 mM일 때 200 A/m2의 전류밀도 하에서 자유염소종의 발생량을 보여준다. 염소이온의 농도가 증가하거나 산화시간이 증가할수록 자유염소종의 발생량은 증가하는 것을 뚜렷하게 알 수 있다. 또한, 인가되는 전류밀도가 증가할수록 자유염소종의 발생량 역시 증가하는 것으로 알려져 있다. 따라서 자유염소종 발생 단계에서 농축수 중 일부가 양극 주변으로 유입되면 양극 주변(양극과 이온 교환막의 사이)의 염소이온농도는 농축수 주입속도와 전해질 순환속도에 따라 조절될 수 있다. 따라서 이론적으로는 농축수 주입속도와 전해질 순환속도의 비율, 전극 주변에서의 체류시간 (본 실시예에서는 2.8 ~ 4초), 인가 전류를 조절하여 자유염소종의 농도를 조절하는 것이 가능하다. 하지만, 보다 적극적으로 자유염소종 센서를 통해 자유염소종의 농도가 5~15 mgCl2/L, 바람직하게는 8~12 mgCl2/L, 더 바람직하게는 10 mgCl2/L가 되는 시점에서 농축수의 양극 주입을 중단하고 고도산화처리 단계를 시작하는 것이 바람직하다. FIG. 6 shows the amount of free chlorine generation at 200 A / m 2 current density when the concentration of chlorine ions is 50, 100 and 150 mM for Ti / IrO 2 anode and Ti cathode. As the concentration of chlorine ions increases or the oxidation time increases, the amount of free chlorine generation increases. In addition, as the applied current density increases, the amount of free chlorine species is also known to increase. Therefore, when some of the concentrated water flows around the anode during the generation of free chlorine species, the concentration of chlorine ion around the anode (between the anode and the ion exchange membrane) can be adjusted according to the concentration of the water injection and the electrolyte circulation rate. Therefore, in theory, it is possible to control the concentration of free chlorine species by adjusting the ratio of the concentration of the concentrated water injection and the electrolyte circulation rate, the residence time around the electrode (2.8 to 4 seconds in this embodiment), and the applied current. However, more aggressively concentrated at a point where the free chlorine species becomes 5-15 mgCl 2 / L, preferably 8-12 mgCl 2 / L, more preferably 10 mgCl 2 / L, through the free chlorine species sensor. It is desirable to stop the anodic injection of water and begin the advanced oxidation step.

도 7은 유기물의 일종인 Methylene blue 10 μM 용액을 대상으로 자외선(UV) 조사 조건, 10 mgCl2/L의 자유염소종 주입조건, 또한 자외선과 자유염소종 주입을 동시에 수행한 조건에서의 유기물질 분해 속도를 보여주고 있다. UV/Cl2 복합 처리가 UV 단독 또는 Cl2 (자유염소종) 단독처리보다 월등히 높은 유기물 제거 효율을 보인다는 것을 알 수 있다.7 is an organic material under UV (UV) irradiation conditions, free chlorine species injection conditions of 10 mgCl 2 / L, and UV and free chlorine species injection simultaneously for Methylene blue 10 μM solution, a kind of organic material The decomposition rate is shown. It can be seen that UV / Cl 2 complex treatment shows significantly higher organic removal efficiency than UV alone or Cl 2 (free chlorine species) alone.

이상에서와 같이 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하였지만 본 발명의 보호범위가 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시 형태로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.Although the present invention has been described in detail through the embodiments as described above, the protection scope of the present invention is not necessarily limited thereto, and various modifications may be made without departing from the scope and spirit of the present invention. Therefore, the protection scope of the present invention should not be limited to the specific embodiments disclosed as the best mode, but should be construed as including all embodiments falling within the scope of the claims appended to the present invention.

Claims (16)

전기산화-투석 모듈, 전원공급장치, 농축수조, 전해질조, 자외선 램프가 구비된 처리수조 및 제어부를 포함하는 광전기투석 수처리 장치로서,
상기 전기산화-투석 모듈은 서로 대향되게 설치된 양극(산화전극) 및 음극(환원전극); 상기 양극과 음극 사이에 교대로 설치된 복수의 양이온 교환막 및 복수의 음이온 교환막; 및 양극과 이온 교환막 사이, 음극과 이온 교환막 사이 및 이온 교환막 사이에 개재된 스페이서를 포함하고,
상기 전원공급장치는 상기 전기산화-투석 모듈의 양극 및 음극에 전원을 인가하고,
상기 농축수조는 전기산화-투석 모듈의 양극에 농축수를 공급하고 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 농축수를 수용하는 농축수 저류 공간을 제공하고,
상기 전해질조는 전기산화-투석 모듈의 양극 및 음극에 전해질을 공급하고 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 전해질을 수용하는 전해질 저류 공간을 제공하고,
상기 처리수조는 전기산화-투석 모듈의 음극에 처리수를 공급하고 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 처리수를 수용하는 처리수 저류 공간을 제공함과 동시에 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 산화 농축수를 수용하고 자외선 램프에 의해 산화 농축수에 함유된 자유염소종으로부터 염소계 라디칼 및 수산화 라디칼이 생성되며 처리수의 고도산화가 진행되는 공간을 제공하고,
상기 제어부는 농축수, 전해질, 처리수 또는 산화 농축수의 유량, 공급 시점 또는 공급의 차단 여부를 제어하며,
상기 산화 농축수는 전기산화-투석 모듈의 양극과 이온 교환막 사이에 공급된 염소이온 함유 농축수가 양극 표면에서 산화반응을 거친 후 유출된 것으로서 상기 산화반응에 의해 염소이온에서 전환된 자유염소종을 포함하며 전기산화-투석 모듈과 처리수조를 유체적으로 연통되게 연결하는 산화 농축수 유출구 및 산화 농축수 유출관을 통해 처리수조로 유입되는 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
An electro-dialysis dialysis module comprising an electro-oxidation-dialysis module, a power supply device, a concentrated water tank, an electrolyte tank, a treatment tank equipped with an ultraviolet lamp, and a control unit,
The electro-oxidation-dialysis module includes an anode (electrode) and a cathode (reduction electrode) installed to face each other; A plurality of cation exchange membranes and a plurality of anion exchange membranes alternately disposed between the anode and the cathode; And a spacer interposed between the anode and the ion exchange membrane, between the cathode and the ion exchange membrane, and between the ion exchange membrane,
The power supply device applies power to the positive electrode and the negative electrode of the electrooxidation-dialysis module,
The brine tank provides a brine reservoir for supplying brine to the anode of the electro-dialysis dialysis module and receiving the brine flowed out of the electro-dialysis dialysis module,
The electrolyte tank provides an electrolyte storage space for supplying the electrolyte to the positive electrode and the negative electrode of the electrooxidation-dialysis module and for receiving the electrolyte flowing out of the electrooxidation-dialysis module,
The treatment tank supplies treated water to the cathode of the electrooxidation-dialysis module and provides a treated water storage space for receiving the treated water flowing out of the electrooxidation-dialysis module, and at the same time, receives the oxidized concentrated water flowing out of the electrooxidation-dialysis module. Chlorine radicals and hydroxide radicals are generated from free chlorine species contained in the oxidized concentrated water by ultraviolet lamps, and provide a space for advanced oxidation of the treated water,
The control unit controls the flow rate of the concentrated water, the electrolyte, the treated water or the oxidized concentrated water, the time of supply or whether the supply is blocked.
The oxidized concentrated water includes chlorine ion-containing concentrated water supplied between the anode and the ion exchange membrane of the electrooxidation-dialysis module after being oxidized at the surface of the anode, and includes free chlorine species converted from chlorine ions by the oxidation reaction. And an electrolytic dialysis module and an oxidized concentrated water outlet and an oxidized concentrated water outlet that connect the electrolytic dialysis module to the treated tank in fluid communication.
제1항에 있어서, 상기 전기산화-투석 모듈의 양극은 농축수 유입관, 농축수 유입구, 농축수 유출구 및 농축수 유출관을 통해 농축수조와 유체적으로 연통되게 연결되고, 상기 전기산화-투석 모듈의 음극은 처리수 유입관, 처리수 유입구, 처리수 유출구 및 처리수 유출관을 통해 처리수조와 유체적으로 연통되게 연결되고, 상기 전기산화-투석 모듈의 양극 및 음극은 전해질 유입관, 전해질 유입구, 전해질 유출구 및 전해질 유출관을 통해 전해질조와 유체적으로 연통되게 연결된 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
The method of claim 1, wherein the anode of the electrooxidation-dialysis module is connected in fluid communication with the brine tank through a brine inlet, a brine inlet, a brine outlet and a brine outlet, The cathode of the module is connected in fluid communication with the treatment tank through the treatment water inlet, the treatment water inlet, the treatment water outlet, and the treatment water outlet, and the anode and cathode of the electrooxidation-dialysis module are the electrolyte inlet tube, the electrolyte. A photoelectrodialysis water treatment apparatus, which is connected in fluid communication with an electrolyte tank through an inlet, an electrolyte outlet, and an electrolyte outlet tube.
제1항에 있어서, 상기 전기산화-투석 모듈은 서로 대향되게 배치된 제1 본체 플레이트 및 제2 본체 플레이트를 더 포함하고,
상기 제1 본체 플레이트의 내측에 양극이 부착되고 제2 본체 플레이트의 내측에 음극이 부착되어 있으며,
상기 제1 본체 플레이트는 농축수 유입구, 농축수 유출구, 전해질 유입구 및 전해질 유출구를 통해 양극과 유체적으로 연통되게 연결되고,
상기 제2 본체 플레이트는 처리수 유입구, 처리수 유출구, 전해질 유입구 및 전해질 유출구를 통해 음극과 유체적으로 연통되게 연결된 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
The method of claim 1, wherein the electrooxidation-dialysis module further comprises a first body plate and a second body plate disposed opposite each other,
An anode is attached to the inside of the first body plate and a cathode is attached to the inside of the second body plate,
The first body plate is connected in fluid communication with the positive electrode through the concentrated water inlet, the concentrated water outlet, the electrolyte inlet and the electrolyte outlet,
The second body plate is a photoelectrodialysis water treatment apparatus, characterized in that in fluid communication with the negative electrode through the treated water inlet, the treated water outlet, the electrolyte inlet and the electrolyte outlet.
제1항에 있어서, 상기 농축수조에는 농축수의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 센서가 구비된 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the concentrated water tank is provided with an electrical conductivity sensor for measuring the electrical conductivity of the concentrated water.
제1항에 있어서, 상기 산화 농축수 유출관에는 산화 농축수의 자유염소종 농도를 측정하는 자유염소 센서가 구비된 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the oxidized concentrated water outlet pipe is provided with a free chlorine sensor for measuring the concentration of free chlorine species in the oxidized concentrated water.
제2항에 있어서, 상기 농축수 유입관, 전해질 유입관 및 처리수 유입관에는 각각 농축수, 전해질 및 처리수의 유량을 제어하거나 유입을 차단하는 펌프 또는 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
3. The photoelectrodialysis of claim 2, wherein each of the concentrated water inflow pipe, the electrolyte inflow pipe, and the treated water inflow pipe is provided with a pump or a valve for controlling the flow rate of the concentrated water, the electrolyte, and the treated water or blocking the inflow. Water treatment device.
제2항에 있어서, 상기 전기산화-투석 모듈의 양극과 농축수조 간에는 제1 농축수 유입관 및 제2 농축수 유입관이 설치되고, 전기산화-투석 모듈에는 제1 농축수 유입구 및 제2 농축수 유입구가 형성되며,
상기 제2 농축수 유입관 및 제2 농축수 유입구를 통해 농축수조로부터 전기산화-투석 모듈에 공급되는 농축수는 전기산화-투석 모듈의 양극과 이온 교환막 사이를 유동하면서 양극 표면에서 산화반응을 거친 후 산화 농축수 유출구를 통해 전기산화-투석 모듈로부터 유출되는 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
According to claim 2, wherein the first concentrated water inlet pipe and the second concentrated water inlet pipe is installed between the anode and the concentrated tank of the electrooxidation-dialysis module, the electrolytic-dialysis module is the first concentrated water inlet and the second concentrated A water inlet is formed,
The concentrated water supplied to the electrooxidation-dialysis module from the concentrate tank through the second concentrated water inlet tube and the second concentrated water inlet is subjected to oxidation reaction on the surface of the anode while flowing between the anode and the ion exchange membrane of the electrooxidation-dialysis module. Photoelectrodialysis water treatment apparatus, characterized in that flow out from the electrooxidation-dialysis module through the oxidation concentrate outlet.
제1항에 있어서, 상기 양극은 IrO2, RuO2, SnO2, Ta2O5 또는 TiO2에서 선택되는 1종 이상의 재료로 이루어지고, 상기 음극은 Ti 또는 스테인리스 강에서 선택되는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
The method of claim 1, wherein the anode is made of at least one material selected from IrO 2 , RuO 2 , SnO 2 , Ta 2 O 5 or TiO 2 , the cathode is made of a material selected from Ti or stainless steel. Photoelectrodialysis water treatment apparatus.
제1항에 있어서, 상기 자외선 램프는 UV-B 램프 또는 UV-C 램프에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the ultraviolet lamp is at least one selected from a UV-B lamp or a UV-C lamp.
제1항에 있어서, 상기 자유염소종은 차염소산(HOCl) 또는 일산화염소(OCl-)에서 선택되는 1종 이상으로 구성되고, 상기 염소계 라디칼은 이염소라디칼이온(Cl2 -·), 염소라디칼(Cl·) 또는 일산화염소 라디칼(ClO˙)에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전기투석 수처리 장치.
The method of claim 1 wherein said free chlorine species difference acid (HOCl) or monoxide chlorine (OCl -) are composed of at least one element selected from the chlorine radicals are dibasic bovine radical ion (Cl 2 - ·), chlorine radical Optodialysis water treatment apparatus, characterized in that it is composed of one or more selected from (Cl ·) or chlorine monoxide radical (ClO ').
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 광전기투석 수처리 장치를 이용하고, 하기의 단계를 포함하는 수처리 방법 :
(a) 농축수조에 염소이온을 함유하는 원수를 공급하여 농축수를 준비하고, 처리수조에 염소이온을 함유하는 원수를 공급하여 처리수를 준비하고, 전해질조에는 전해질을 공급하여 전해질을 준비하는 것으로 구성되는 운전 준비 단계;
(b) 운전 준비 단계 후, 전기산화-투석 모듈에 일정 크기의 전압을 인가하고, 전해질조로부터 전해질을 전기산화-투석 모듈에 공급하고 양극(산화전극)과 이온 교환막 사이 및 음극과 이온 교환막 사이로 순환시키고, 농축수조 및 처리수조로부터 각각 농축수 및 처리수를 전기산화-투석 모듈에 공급하고 이온 교환막 간의 사이로 교대로 순환시켜, 염소이온 농도가 증가한 농축수를 농축수조로 회수하고 염소이온 농도가 감소하거나 염소이온을 포함하지 않는 처리수를 처리수조로 회수하는 것으로 구성되는 원수의 탈염 단계;
(c) 탈염 단계 후, 농축수조로부터 염소이온 농도가 증가한 농축수 일부를 전기산화-투석 모듈에 공급하고 전해질조로부터 전해질을 전기산화-투석 모듈에 공급하여 농축수와 전해질을 양극(산화전극)과 이온 교환막 사이로 순환시켜 양극 표면의 산화반응에 의해 염소이온에서 전환된 자유염소종을 포함하는 산화 농축수를 수득하고, 산화 농축수를 처리수조로 공급하는 것으로 구성되는 자유염소종 발생 단계; 및
(d) 자유염소종 발생 단계 후, 처리수조에 구비된 자외선 램프를 구동시켜 산화 농축수에 함유된 자유염소종으로부터 염소계 라디칼 및 수산화 라디칼을 생성시키고 비이온 오염물질과 반응시켜 비이온 오염물질을 산화시키는 것으로 구성되는 고도산화 처리 단계.
Using the photoelectrodialysis water treatment apparatus of any one of claims 1 to 10, the water treatment method comprising the following steps:
(a) supplying raw water containing chlorine ions to the concentrated tank to prepare concentrated water, supplying raw water containing chlorine ions to the treated tank to prepare the treated water, and supplying electrolyte to the electrolyte tank to prepare the electrolyte. An operation preparation step consisting of;
(b) After the operation preparation step, a predetermined voltage is applied to the electrooxidation-dialysis module, and the electrolyte is supplied from the electrolytic bath to the electrooxidation-dialysis module, between the anode (anode) and the ion exchange membrane, and between the cathode and the ion exchange membrane. The concentrated water and the treated water are supplied to the electrooxidation-dialysis module and alternately circulated between the ion exchange membranes from the concentrated water tank and the treated water tank to recover the concentrated water having increased chlorine ion concentration into the concentrated water tank, and the chlorine ion concentration is increased. Desalination of raw water consisting of recovering the treated water which is reduced or does not contain chlorine ions to the treated water tank;
(c) After the desalting step, a portion of the concentrated water having an increased chlorine ion concentration from the concentrated tank is supplied to the electrooxidation-dialysis module, and the electrolyte is supplied from the electrolyte tank to the electrooxidation-dialysis module to supply the concentrated water and the electrolyte to the anode (oxide electrode). A free chlorine species generation step comprising circulating between the ion exchange membrane and an oxidized concentrated water containing free chlorine species converted from chlorine ions by an oxidation reaction on the surface of the anode, and supplying the oxidized concentrated water to a treatment tank; And
(d) After the step of generating free chlorine species, the UV lamp provided in the treatment tank is operated to generate chlorine radicals and hydroxide radicals from free chlorine species contained in the oxidized concentrated water and react with the non-ionic contaminants to remove the non-ionic contaminants. Advanced oxidation treatment step consisting in oxidizing.
제11항에 있어서, 상기 탈염 단계에서 인가 전압은 1~2.5 V/㎝이고, 전해질, 농축수 및 처리수의 순환속도는 70~100 ㎝/h인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
The water treatment method according to claim 11, wherein the applied voltage in the desalting step is 1 to 2.5 V / cm, and the circulation rates of the electrolyte, the concentrated water and the treated water are 70 to 100 cm / h.
제11항에 있어서, 상기 탈염 단계에서 농축수조에 구비된 전기전도도 센서를 통해 농축수의 전기전도도를 실시간으로 측정하고 전해질의 전기전도도와 비교한 후 소정의 기준에 도달했을 때 자유염소종 발생 단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
The free chlorine species generation step according to claim 11, wherein the electrical conductivity sensor of the concentrated water is measured in real time through an electrical conductivity sensor provided in the concentrated tank in the desalting step, and compared with the electrical conductivity of the electrolyte. Water treatment method characterized in that to carry out.
제13항에 있어서, 상기 전해질은 1M 농도 이하의 질산나트륨 용액 또는 1M 농도 이하의 과염소산나트륨 용액에서 선택되는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
The method of claim 13, wherein the electrolyte is selected from sodium nitrate solution at a concentration of 1 M or less or sodium perchlorate solution at a concentration of 1 M or less.
제11항에 있어서, 상기 자유염소종 발생 단계에서 산화 농축수 유출관에 구비된 자유염소 센서를 통해 산화 농축수의 자유염소종 농도를 실시간으로 측정하고 산화 농축수의 자유염소종 농도가 10 mg/L를 초과하는 경우 제어부를 통해 농축수의 양극(산화전극)으로의 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
The free chlorine species concentration of the oxidized concentrated water is measured in real time through a free chlorine sensor provided in the oxidized concentrated water outlet in the free chlorine species generation step, the free chlorine species concentration of 10 mg When the water exceeds / L water treatment method characterized in that the inlet of the concentrated water to the anode (anode) through the control unit.
제11항에 있어서, 상기 고도산화 처리 단계를 시작할 때 농축수의 흐름을 탈염 단계와 동일하게 복구하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.12. The method of claim 11, wherein at the beginning of the advanced oxidation step, the stream of concentrated water is recovered in the same way as the desalting step.
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