KR20220037884A - Method for treating pollutant and apparatus for treating pollutant - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 오염물질 처리방법 및 오염물질 처리장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 전기화학적 방식으로 수중 오염물질을 처리하는 오염물질 처리방법 및 오염물질 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pollutant treatment method and a pollutant treatment device, and more particularly, to a pollutant treatment method and a pollutant treatment device for treating pollutants in water in an electrochemical manner.
오염물질은 다양한 오염원으로부터 생겨난다. 오염원은 단독으로 또는 복합되어 여러 종류의 오염물질을 생성할 수 있으며, 산업단지의 공장시설뿐만 아니라 도심지의 생활시설 등도 이러한 오염원에 포함될 수 있다. 오염원들은 대개 오염물질을 배출하기 위한 배출경로를 가지며 배출된 오염물질은 적합한 처리과정을 통해 처리된다.Contaminants come from a variety of pollutants. Pollution sources may be used alone or in combination to generate various types of pollutants, and not only factory facilities in industrial complexes but also living facilities in downtown areas may be included in these pollutants. Pollutants usually have a discharge route for discharging pollutants, and the discharged pollutants are treated through an appropriate treatment process.
예를 들면, 오염물질은 물과 섞여 폐수의 형태로 배출될 수 있다. 폐수는 생활하수로부터 산업 폐기물 등이 섞인 산업폐수 등에 이르기까지 다양한 형태로 형성될 수 있으며 하수관이나 배수로 등을 통해 배출되어 정화조와 같은 처리시설 등에서 처리될 수 있다. 예를 들어, 대한민국 특허10-1728130호 등에 개시된 바와 같은 하폐수 처리용 장치 등을 이용하여 폐수를 처리할 수 있다.For example, pollutants may be mixed with water and discharged in the form of wastewater. Wastewater can be formed in various forms ranging from domestic sewage to industrial wastewater mixed with industrial waste, etc. For example, wastewater may be treated using a device for treating wastewater as disclosed in Korean Patent No. 10-1728130 or the like.
그러나 종래에 널리 사용되고 있는 폐수의 처리방식에는 다음과 같은 문제점이 있을 수 있다. 예를 들어, 여과나 침전 등의 방식을 사용하는 물리적 처리방식의 경우 필터와 같은 소모성 설비의 교환 및 유지보수 문제와 침전 등의 처리시간이 오래 걸리는 문제 등이 있을 수 있으며 미생물을 이용하는 생물학적 처리방식의 경우에도 오염물질 분해 등에 상대적으로 오랜 시간이 걸리고 유기물 등의 특정 오염물질 처리에만 한정적으로 적용되는 문제점이 있을 수 있다. 또한 화학반응을 이용하는 화학적 처리방식의 경우에는 상기한 하폐수 처리용 장치와 같이 반응물질을 지속적으로 공급해 주어야 하는 문제뿐만 아니라 반응생성물로 인한 처리시설의 2차 오염 등에서 자유로울 수 없는 문제 등이 있을 수 있다. 따라서 이러한 문제점들을 해소할 수 있는 기술적 대안이 요구되고 있는 실정이다.However, the conventionally widely used wastewater treatment method may have the following problems. For example, in the case of a physical treatment method that uses methods such as filtration or sedimentation, there may be problems with replacement and maintenance of consumable equipment such as filters and problems that take a long time for processing such as sedimentation, and biological treatment methods using microorganisms Even in the case of pollutant decomposition, etc., it takes a relatively long time, and there may be a problem in that it is limitedly applied only to the treatment of specific pollutants such as organic matter. In addition, in the case of a chemical treatment method using a chemical reaction, there may be a problem in that the reactant must be continuously supplied as in the above-mentioned device for wastewater treatment, as well as a problem that cannot be free from secondary contamination of the treatment facility due to the reaction product. . Therefore, there is a need for a technical alternative that can solve these problems.
본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기화학적 방식으로 수중 오염물질을 처리하는 오염물질 처리방법을 제공하는 것이며, 아울러 그러한 처리방법을 수행할 수 있는 오염물질 처리장치를 함께 제공하는 것이다.The technical object of the present invention is to solve this problem, and to provide a pollutant treatment method for treating water pollutants in an electrochemical manner, and also provides a pollutant treatment device capable of performing such a treatment method will do
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 의한 오염물질 처리방법은, (a) 양극실과 음극실이 분리된 전해 셀의 상기 양극실에 금속전극을 배치하고 수전해반응을 진행시켜 상기 양극실에서는 상기 금속전극이 용출되어 생성된 금속이온이 함유된 제1전해용액을 생성하고, 상기 음극실에서는 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하여 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 상기 양극실 및 상기 음극실 각각에 분리하여 유지시키는 단계; (b) 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 각각 서로 다른 유로를 통해 하나의 처리조로 공급하는 단계; 및 (c) 상기 처리조에서 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 반응시켜 금속수산화물을 생성하고, 상기 금속수산화물로 상기 처리조 내 오염물질을 응집시켜 처리하는 단계를 포함한다.According to the method for treating contaminants according to the present invention, (a) a metal electrode is disposed in the anode chamber of an electrolysis cell in which the anode chamber and the cathode chamber are separated, and a water electrolysis reaction is carried out, and the metal electrode is eluted from the anode chamber. A first electrolytic solution containing metal ions is generated, and a second electrolytic solution containing hydroxide ions is generated in the cathode chamber, and the metal ions of the first electrolytic solution and hydroxide ions of the second electrolytic solution are mixed with the anode chamber. and separating and maintaining each of the cathode chambers. (b) supplying the metal ions of the first electrolytic solution and the hydroxide ions of the second electrolytic solution to one treatment tank through different flow paths; and (c) reacting the metal ions of the first electrolytic solution with the hydroxide ions of the second electrolytic solution in the treatment tank to generate a metal hydroxide, and treating the contaminants in the treatment tank by aggregating the metal hydroxide with the metal hydroxide. includes
상기 양극실과 상기 음극실은, 상기 금속이온 및 상기 수산화이온을 통과시키지 않는 분리막에 의해 분리될 수 있다.The anode chamber and the cathode chamber may be separated by a separator that does not pass the metal ions and the hydroxide ions.
상기 분리막은 이온교환막으로 이루어지며 상기 이온교환막은 양성자를 통과시키는 양이온교환막을 포함할 수 있다.The separation membrane may include an ion exchange membrane, and the ion exchange membrane may include a cation exchange membrane that allows protons to pass therethrough.
상기 (a) 단계에서, 상기 제1전해용액은 상기 양극실로 상기 (c) 단계의 오염물질이 포함된 폐수를 공급하여 상기 폐수의 전해반응으로 생성시킬 수 있다.In the step (a), the first electrolyte solution may be generated by an electrolytic reaction of the wastewater by supplying the wastewater containing the contaminants of the step (c) to the anode chamber.
상기 (a) 단계에서, 상기 제2전해용액은 상기 음극실로 상기 (c) 단계의 오염물질이 포함된 폐수 및 상기 처리조로부터 배출된 정화수 중 적어도 어느 하나를 공급하여 상기 폐수 및 상기 정화수 중 적어도 어느 하나의 전해반응으로 생성시킬 수 있다.In step (a), the second electrolyte solution supplies at least one of the wastewater containing the contaminants of step (c) and the purified water discharged from the treatment tank to the cathode chamber to supply at least one of the wastewater and the purified water. It can be produced by any one of the electrolytic reactions.
상기 양극실 내 금속전극은 알루미늄 및 철 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 형성되며, 상기 처리조 내 금속수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화철 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal electrode in the anode chamber may be formed of a material including at least one selected from aluminum and iron, and the metal hydroxide in the treatment tank may include at least one selected from aluminum hydroxide and iron hydroxide.
본 발명에 의한 오염물질 처리장치는, 각각 구획되어 서로 분리된 양극실 및 음극실, 상기 양극실과 상기 음극실 사이에 배치된 분리막, 및 상기 양극실 내 위치하는 금속전극을 포함하여, 수전해반응으로 상기 양극실에서는 상기 금속전극이 용출되어 생성된 금속이온이 함유된 제1전해용액을 생성하고, 상기 음극실에서는 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하여, 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 상기 양극실 및 상기 음극실에 각각 분리하여 유지시키는 전해 셀; 상기 전해 셀 외부에 위치하며 내부에 처리공간이 형성된 처리조; 상기 처리조와 상기 전해 셀의 양극실 사이에 연결되어 상기 양극실에서 생성된 제1전해용액의 금속이온을 상기 처리조로 공급하는 제1유로; 및 상기 처리조와 상기 전해 셀의 음극실 사이에 연결되어 상기 음극실에서 생성된 제2전해용액의 수산화이온을 상기 처리조로 공급하는 제2유로를 포함하여, 상기 처리조에서 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 반응시켜 상기 처리조 내 오염물질을 응집시키는 금속수산화물을 생성한다.The pollutant treatment apparatus according to the present invention includes an anode chamber and a cathode chamber separated from each other, a separator disposed between the anode chamber and the cathode chamber, and a metal electrode positioned in the anode chamber, In the anode chamber, the metal electrode is eluted to generate a first electrolytic solution containing the generated metal ions, and in the cathode chamber, a second electrolytic solution containing hydroxide ions is generated, and the metal of the first electrolytic solution is an electrolysis cell which separates and maintains ions and hydroxide ions of the second electrolytic solution in the anode chamber and the cathode chamber; a treatment tank positioned outside the electrolysis cell and having a treatment space therein; a first flow path connected between the treatment tank and the anode chamber of the electrolysis cell to supply metal ions of the first electrolytic solution generated in the anode chamber to the treatment tank; and a second flow path connected between the treatment tank and the cathode chamber of the electrolysis cell to supply hydroxide ions of the second electrolytic solution generated in the cathode chamber to the treatment tank, wherein the first electrolytic solution in the treatment tank Metal ions and hydroxide ions of the second electrolytic solution are reacted to generate a metal hydroxide that aggregates contaminants in the treatment tank.
상기 분리막은 상기 금속이온 및 상기 수산화이온을 통과시지키 않는 이온교환막으로 이루어져, 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 상기 양극실 및 상기 음극실에 각각 분리하여 유지시킬 수 있다.The separation membrane is composed of an ion exchange membrane that does not pass the metal ions and the hydroxide ions, and the metal ions of the first electrolyte solution and the hydroxide ions of the second electrolyte solution are separated and maintained in the anode chamber and the cathode chamber, respectively. can do it
상기 전해 셀은 상기 금속전극과 상기 음극실 내 위치하는 음전극 사이에 연결되어 전위차를 유도하거나, 또는 상기 양극실 내 상기 금속전극과 분리되어 형성된 양전극과 상기 음전극 사이에 연결되어 전위차를 유도하는 전원부를 더 포함할 수 있다.The electrolysis cell is connected between the metal electrode and the negative electrode located in the cathode chamber to induce a potential difference, or is connected between the positive electrode and the negative electrode formed separately from the metal electrode in the anode chamber to induce a potential difference. may include more.
상기 금속전극은 금속이온의 용출이 가능한 소모성 전극으로 형성되고, 상기 양전극 및 상기 음전극은 비소모성 전극으로 형성될 수 있다.The metal electrode may be formed as a consumable electrode capable of eluting metal ions, and the positive electrode and the negative electrode may be formed as a non-consumable electrode.
상기 전해 셀은, 상기 금속전극, 상기 양전극, 및 상기 음전극 중 적어도 어느 하나를 수용 가능한 내부공간이 형성된 복수 개의 판체가 적층되어 형성된 적층구조의 셀 몸체를 더 포함할 수 있다.The electrolytic cell may further include a cell body having a stacked structure formed by stacking a plurality of plate bodies having an internal space accommodating at least one of the metal electrode, the positive electrode, and the negative electrode.
상기 오염물질 처리장치는, 오염물질이 함유된 폐수를 상기 전해 셀의 양극실로 도입하는 제1유입관을 더 포함하여, 상기 폐수의 전해반응으로 상기 제1전해용액을 생성할 수 있다.The contaminant treatment apparatus may further include a first inlet pipe for introducing contaminant-containing wastewater into the anode chamber of the electrolysis cell, thereby generating the first electrolyte solution through an electrolytic reaction of the wastewater.
상기 오염물질 처리장치는, 오염물질이 함유된 폐수를 상기 전해 셀의 음극실로 도입하는 제2유입관, 및 상기 처리조에서 배출된 정화수를 상기 음극실로 순환시키는 순환관 중 적어도 어느 하나를 더 포함하여, 상기 폐수 및 상기 정화수 중 적어도 어느 하나의 전해반응으로 상기 제2전해용액을 생성할 수 있다.The pollutant treatment device further includes at least one of a second inlet pipe for introducing wastewater containing pollutants into the cathode chamber of the electrolysis cell, and a circulation pipe for circulating the purified water discharged from the treatment tank into the cathode chamber Thus, the second electrolytic solution may be generated by an electrolytic reaction of at least one of the wastewater and the purified water.
본 발명에 의하면 전기화학적 방식으로 폐수 등에 함유된 오염물질을 매우 효과적으로 처리할 수 있다. 본 발명을 통해 수중의 오염물질을 응집시켜 처리하는 것이 가능하며 특히 응집작용을 하는 화학물질은 별도로 공급받지 않고 처리지점에서 즉시 생성시켜 처리과정에 참여시키는 것이 가능하다. 따라서 해당 화학물질의 공급과정, 공급경로 등을 생략할 수 있어 보다 간소화된 방식으로 더욱 효과적인 정화처리가 가능하고 처리가 진행되는 장치 내부의 오염도 최소화할 수 있다. 또한 오염물질이 처리되는 처리지점을 장치 내 전극 등이 위치한 지점과 분리한 구조를 통해 전극 등의 오염도 더욱 효과적으로 방지할 수 있어 장치 전체의 수명을 크게 증가시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 처리과정이 진행되는 장치를 전기적으로 효율적이면서 변형도 쉬운 구조를 포함하도록 구현함으로써 실제 설비의 적용 측면에서도 상당한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to very effectively treat pollutants contained in wastewater and the like in an electrochemical manner. Through the present invention, it is possible to treat contaminants in the water by agglomeration, and in particular, it is possible to generate immediately at the treatment point without receiving a separate supply of chemical substances having a coagulant action and participate in the treatment process. Therefore, it is possible to omit the supply process and supply route of the corresponding chemical, so that the purification process can be more effective in a more simplified way and the contamination inside the device in which the process is performed can be minimized. In addition, it is possible to more effectively prevent contamination of electrodes, etc. through a structure in which the processing point where the contaminants are treated is separated from the point where the electrodes, etc. are located in the device, thereby greatly increasing the lifespan of the entire device. In addition, it is possible to obtain a significant effect in terms of application of actual equipment by implementing the device in which this processing process is performed to include a structure that is electrically efficient and easily deformable.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 처리방법을 수행 가능한 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 처리장치의 전해 셀의 작동원리를 도시한 개념도이다.
도 4는 도 2의 처리장치의 전해 셀의 내부구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 전해 셀의 분해사시도이다.
도 6은 도 2의 처리장치의 전해 셀의 변형례를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 전해 셀의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이다.1 is a flowchart illustrating a method for treating pollutants according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an apparatus for treating pollutants according to an embodiment of the present invention capable of performing the treatment method of FIG. 1 .
3 is a conceptual diagram illustrating an operating principle of an electrolysis cell of the processing apparatus of FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of an electrolytic cell of the processing apparatus of FIG. 2 .
5 is an exploded perspective view of the electrolysis cell of FIG.
6 is a cross-sectional view showing a modified example of the electrolytic cell of the processing apparatus of FIG.
7 is an exploded perspective view of the electrolysis cell of FIG. 6 .
8 is a block diagram of an apparatus for treating pollutants according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 의한 오염물질 처리방법 및 오염물질 처리장치에 관해 상세히 설명한다. 먼저 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리방법에 대해 상세히 설명하고, 이를 바탕으로 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치에 대해서도 상세히 설명한다.Hereinafter, a pollutant treatment method and a pollutant treatment apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8 . First, a method for treating pollutants according to an embodiment of the present invention will be described in detail, and based on this, an apparatus for treating pollutants according to an embodiment and other embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 처리방법을 수행 가능한 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이며, 도 3은 도 2의 처리장치의 전해 셀의 작동원리를 도시한 개념도이다.1 is a flowchart illustrating a pollutant processing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a pollutant processing apparatus according to an embodiment of the present invention capable of performing the processing method of FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the operating principle of the electrolysis cell of the processing apparatus of FIG. 2 .
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 오염물질 처리방법은 전해반응으로 금속이온이 함유된 제1전해용액과 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하고 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 분리하여 유지시킨 후, 금속이온과 수산화이온이 혼합되지 않도록 서로 다른 경로로 이동시켜 처리조(도 2의 20참조)로 공급하는 과정을 포함한다. 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온은 처리조에서 반응하여 금속수산화물을 생성하며 생성된 금속수산화물로 처리조 내 오염물질을 응집시켜 처리할 수 있다. 즉 응집반응으로 오염물질을 응집시켜 처리하되, 응집반응을 일으키는 금속수산화물을 처리조에서 직접 생성시켜 바로 수처리가 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 방식으로 응집제와 같은 화학물질을 외부에서 공급받지 않고도 전해반응으로 생성한 이온을 활용하여 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있으며 전해반응이 진행되는 전해 셀(도 2의 10참조)은 응집에 의한 침전 등이 발생하는 처리조와 원격으로 분리시켜 전극 등의 불필요한 오염을 방지할 수 있다.1 to 3, in the method for treating contaminants according to the present invention, a first electrolytic solution containing metal ions and a second electrolytic solution containing hydroxide ions are generated through an electrolytic reaction, and metal ions of the first electrolytic solution are generated. and the hydroxide ions of the second electrolytic solution are separated and maintained, and then moved to different paths so that the metal ions and hydroxide ions do not mix and are supplied to the treatment tank (see 20 in FIG. 2 ). The metal ions of the first electrolytic solution and the hydroxide ions of the second electrolytic solution react in the treatment tank to generate metal hydroxide, and the generated metal hydroxide can be treated by aggregating contaminants in the treatment tank. That is, the contaminants are treated by agglomeration through the coagulation reaction, but the metal hydroxide that causes the coagulation reaction can be directly generated in the treatment tank so that the water treatment can be performed immediately. In this way, pollutants can be effectively removed by utilizing ions generated by the electrolytic reaction without receiving external supply of chemicals such as coagulant, and the electrolytic cell (refer to 10 in FIG. It is possible to prevent unnecessary contamination of electrodes and the like by remotely separating it from the treatment tank in which light is generated.
도 1을 참조하면, 본 발명의 오염물질 처리방법은 구체적으로 다음과 같은 단계들을 포함한다. 오염물질 처리방법은, (a) 양극실과 음극실이 분리된 전해 셀의 양극실에 금속전극을 배치하고 수전해반응을 진행시켜 양극실에서는 금속전극이 용출되어 생성된 금속이온이 함유된 제1전해용액을 생성하고, 음극실에서는 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하여, 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 양극실 및 음극실 각각에 분리하여 유지시키는 단계(S100), (b) 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 각각 서로 다른 유로를 통해 하나의 처리조로 공급하는 단계(S200), 및 (c) 처리조에서 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 반응시켜 금속수산화물을 생성하고, 금속수산화물로 처리조 내 오염물질을 응집시켜 처리하는 단계(S300)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의해, 양극실과 음극실은 금속이온 및 수산화이온을 통과시키지 않는 분리막(도 2의 13참조)에 의해 분리될 수 있으며, (a) 단계에서, 제1전해용액은 양극실로 (c) 단계의 오염물질이 포함된 폐수를 공급하여 폐수의 전해반응으로 생성시킬 수 있다. 또한, (a) 단계에서, 제2전해용액은 음극실로 (c) 단계의 오염물질이 포함된 폐수 및 처리조로부터 배출된 정화수 중 적어도 어느 하나를 공급하여 폐수 및 정화수 중 적어도 어느 하나의 전해반응으로 생성시킬 수 있다. Referring to FIG. 1 , the pollutant treatment method of the present invention specifically includes the following steps. The contaminant treatment method is (a) disposing a metal electrode in the anode chamber of the electrolysis cell in which the anode chamber and the cathode chamber are separated, and proceeding with a water electrolysis reaction. generating an electrolytic solution, and generating a second electrolytic solution containing hydroxide ions in the cathode chamber, and maintaining the metal ions of the first electrolytic solution and the hydroxide ions of the second electrolytic solution in the anode chamber and the cathode chamber, respectively. (S100), (b) supplying the metal ions of the first electrolytic solution and the hydroxide ions of the second electrolytic solution to one treatment tank through different flow paths (S200), and (c) the first electrolysis in the treatment tank and reacting the metal ions of the solution with the hydroxide ions of the second electrolytic solution to generate a metal hydroxide, and aggregating and treating the contaminants in the treatment tank with the metal hydroxide (S300). According to an embodiment of the present invention, the anode chamber and the cathode chamber can be separated by a separator (see 13 in FIG. 2) that does not pass metal ions and hydroxide ions, and in step (a), the first electrolyte solution is transferred into the anode chamber. By supplying wastewater containing the contaminants of step (c), it can be produced through an electrolytic reaction of wastewater. In addition, in step (a), the second electrolytic solution is supplied to the cathode chamber at least one of the wastewater containing the contaminants of step (c) and the purified water discharged from the treatment tank to conduct an electrolytic reaction of at least one of the wastewater and the purified water can be created with
이러한 오염물질 처리방법은 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 오염물질 처리장치(1)에 의해 수행될 수 있다. 오염물질 처리장치(1)는 양극실(11)과 음극실(12)이 분리된 전해 셀(10), 전해 셀(10)과 독립되어 분리 배치된 처리조(20), 전해 셀(10)의 양극실(11)과 음극실(12)을 각각 처리조(20)와 연결하는 서로 다른 유로[제1유로(33) 및 제2유로(34)]를 포함할 수 있으며 이러한 구성으로 상기한 오염물질 처리방법의 각 단계들을 수행할 수 있다. 도 2는 오염물질 처리장치(1)의 일 실시예를 도시한 구성도로서 이를 참조하여 먼저 상술한 오염물질 처리방법의 각 단계들을 상세히 설명하되, 오염물질 처리장치(1) 자체의 보다 자세한 구조 등에 대해서는 후술하여 좀더 상세하게 설명하도록 한다.Such a pollutant treatment method may be performed, for example, by the
먼저, 오염물질 처리방법의 첫 단계로, 양극실(11)과 음극실(12)이 분리된 전해 셀(10)의 양극실(11)에 금속전극(110)을 배치하고 수전해반응을 진행시켜 양극실(11)에서는 금속전극(110)이 용출되어 생성된 금속이온이 함유된 제1전해용액을 생성하고, 음극실(12)에서는 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하여, 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 양극실(11) 및 음극실(12) 각각에 분리하여 유지시킨다(S100). 도 2에 도시된 것처럼 양극실(11)과 음극실(12)은 분리막(13)에 의해 분리될 수 있으며 분리막(13)은 양극실(11)에서 생성된 금속이온과 음극실(12)에서 생성된 수산화이온을 통과시키지 않는 물질로 형성될 수 있다. 따라서 금속이온과 수산화이온은 양극실(11) 및 음극실(12) 각각에 유지되고 분리막(13)을 통과하여 교차 이동되지 않을 수 있다. 이러한 분리막(13)은 금속이온과 수산화이온을 통과시키지 않는 다양한 물질이나 구조로 형성될 수 있는데, 예를 들면, 이로써 제한될 필요는 없으나, 특정 이온만을 통과시키는 이온교환막 등으로 형성되는 것이 가능하다. 분리막(13)은 예를 들어, 이온교환막으로 이루어지며 이온교환막은 양성자(또는 그와 동등하게 수소이온)를 통과시키는 양이온교환막을 포함할 수 있다.First, as the first step of the contaminant treatment method, the
분리막(13)에 의해 분리된 양극실(11)과 음극실(12) 각각에는 직류전원의 양극 및 음극이 각각 인가되며 그에 따라 공급된 전기에너지에 의해 수전해반응이 진행된다. 전원에 의해 양극실(11)과 음극실(12) 사이에 발생된 전위차는 예를 들어, 1V 이상일 수 있으며 이러한 전위차에 의해 양극실(11)은 산화분위기로, 음극실(12)은 환원분위기로 유지될 수 있다. 금속전극(110)은 양극실(11)에 배치되어 산화분위기 하에서 금속이온을 용출시켜 배출하며 음극실(12)에서는 환원분위기 하에서 수산화이온이 전리되어 생성될 수 있다. 양극실(11) 내 금속전극(110)은 알루미늄 및 철 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 형성되며 전술한 처리조(20) 내 금속수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화철 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 금속전극(110)은 처리조(20) 내에서 오염물질을 응집시킬 수 있는 금속수산화물의 생성이 가능한 금속으로 형성되며 이러한 금속은 알루미늄 및 철 등이 포함될 수 있고, 알루미늄, 철 등이 포함되는 한 제한되지 않으며, 합금 형태일 수 도 있다. 예를 들어, 알루미늄으로 이루어진 금속전극(110)을 기준으로 전해 셀(10)에서 진행되는 반응을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The anode and cathode of DC power are respectively applied to the
도 3을 참조하면, 전해 셀(10) 내 양극실(11)과 음극실(12)은 분리막(13)을 기준으로 구분된다. 양극실(11)과 음극실(12) 각각에는 수전해반응을 위한 용수가 채워지며 이러한 용수는 전술한 바와 같이 양극실(11)의 경우에는 오염물질이 함유된 폐수로, 음극실(12)의 경우에는 오염물질이 함유된 폐수 및/또는 처리조(20)에서 배출된 정화수로 이루어질 수 있다. 도 2와 같은 구성에서는 폐수가 양극실(11) 및 음극실(12) 각각으로 공급되며 후술하는 오염물질처리장치의 다른 실시예(도 8참조)에서는 양극실(11)로는 폐수가, 음극실(12)로는 정화수가 나누어 공급될 수 있다. 어느 경우에나 수전해반응은 문제없이 진행되며 특히, 양극실(11)로 폐수를 공급함으로써 양극실(11) 내 산화분위기 하에서 폐수를 적어도 부분적으로 전기 산화에 의해 처리하는 것도 가능하다. 양극실(11)은 적어도 2가지의 서로 다른 형태로 구성될 수 있는데, 예를 들어 도 3의 (a)와 같이 직류전원의 양극이 인가되는 별도의 양전극(111)을 배치하고 금속전극(110)은 따로 분리시켜 배치할 수도 있으며, 도 3의 (b)와 같이 직류전원의 양극을 금속전극(110)에 직접 인가하여 금속전극(110)을 양전극(111)대신 활용할 수도 있다. 음극실(12)에는 직류전원의 음극이 인가되는 음전극(120)을 배치하여 금속전극(110)과 음전극(120) 또는, 양전극(111)과 음전극(120) 사이에 회로가 형성되도록 구성할 수 있다. 금속전극(110)과 별도 배치된 양전극(111)과 음전극(120)은 비소모성 전극으로 형성될 수 있으며 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.Referring to FIG. 3 , the
이에 따라 예상되는 양극실(11) 및 음극실(12) 각각의 반응식은 다음과 같을 수 있다. Accordingly, the expected reaction equations of the
[화학식 1] (양극실 반응)[Formula 1] (Anode chamber reaction)
Al → Al3+ + 3e- Al → Al 3+ + 3e -
2H2O → O2 + 4H+ + 4e- 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e -
[화학식 2] (음극실 반응)[Formula 2] (cathode chamber reaction)
4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH- 4H 2 O + 4e - → 2H 2 + 4OH -
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 양극실(11)에서는 전해반응에 의해 수소이온과 함께 금속양이온인 알루미늄 이온이 생성되고 산소가스가 배출되며, 음극실(12)에서는 전해반응에 의해 수산화이온이 생성되고 수소가스가 배출된다. 전술한 분리막(13)에 의해 양극실(11)과 음극실(12)이 구획되며 금속이온과 수산화이온은 이를 통과하여 교차 이동하지 못하므로 각각은 서로 섞이지 않고 양극실(11) 및 음극실(12) 각각에 분리상태로 유지된다. 따라서 양극실(11) 내에는 금속이온이 함유된 제1전해용액이 생성되며 음극실(12) 내에는 수산화이온이 함유된 제2전해용액이 생성된다. 분리막(13)은 예를 들어, 양이온교환막으로 형성되어 수소이온을 음극실(12)로 이동시킬 수 있으며 이를 통해 양극실(11)과 음극실(12)간 수소이온의 농도구배를 유지하고 조절하는 역할을 할 수 있다. 전술한 것처럼 제1전해용액은 양극실(11)로 오염물질을 포함하고 있는 폐수(도 2의 A참조)를 공급하여 폐수의 전해반응으로 생성시킬 수 있으며, 제2전해용액은 음극실(12)로 오염물질이 포함된 폐수(도 2의 A참조) 및 전술한 처리조(도 2의 20참조)로부터 배출된 정화수(도 8의 C참조) 중 적어도 어느 하나를 공급하여 폐수 및 정화수 중 적어도 어느 하나의 전해반응으로 생성시킬 수 있다. 이와 같이 양극실(11)과 음극실(12) 각각에서 금속이온이 함유된 제1전해용액과 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하고 금속이온과 수산화이온을 서로 분리하여 유지시킬 수 있다.That is, as shown in FIG. 3 , in the
이후, 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 각각 서로 다른 유로를 통해 하나의 처리조로 공급한다(S200). 금속이온은 제1유로(33)를 통해 처리조(20)로 공급할 수 있고, 수산화이온은 제1유로(33)와 독립된 제2유로(34)를 통해 처리조(20)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 금속이온은 제1유로(33)를 따라 양극실(11)로부터 처리조(20)로 수송되는 제1수송액에 섞여 처리조(20)로 공급될 수 있으며, 수산화이온은 제2유로(34)를 따라 음극실(12)로부터 처리조(20)로 수송되는 제2수송액에 섞여 처리조(20)로 공급될 수 있다. 이때 제1수송액은 양극실(11)에서 생성된 금속이온을 포함하고 제2수송액은 음극실(12)에서 생성된 수산화이온을 포함하는 것으로, 일부 전술한 양성자의 이동과 같이 금속이온 및 수산화이온 외 분리막(13)을 통한 다른 이온의 이동 등이 있는 경우 각각은 양극실(11)이나 음극실(12)에서 생성되지 않더라도 수송 시 양극실(11)이나 음극실(12)에 존재하는 다른 성분을 추가로 포함할 수도 있다.Thereafter, the metal ions of the first electrolytic solution and the hydroxide ions of the second electrolytic solution are respectively supplied to one treatment tank through different flow paths (S200). The metal ions may be supplied to the
즉 도 2에 도시된 바와 같이, 양극실(11)과 처리조(20) 사이에 연결된 제1유로(33)를 통해서 양극실(11)에서 생성된 금속이온이 포함된 제1수송액(B1)을 이동시키며 금속이온을 처리조(20)로 공급할 수 있으며, 음극실(12)과 처리조(20) 사이에 연결된 제2유로(34)를 통해서 음극실(12)에서 생성된 수산화이온이 포함된 제2수송액(B2)을 이동시키며 수산화이온을 처리조(20)로 공급할 수 있다. 제1유로(33) 및 제2유로(34)는 서로 독립된 다른 유로로 형성되므로 금속이온과 수산화이온은 각각의 유로를 따라 서로 섞이지 않고 하나의 처리조(20)로 공급될 수 있다. 제1유로(33)와 제2유로(34)는 이온 등이 혼합된 유체를 유동시킬 수 있는 다양한 구조로 형성이 가능하며 반드시 관로 등의 형상으로 제한될 필요는 없다. 필요에 따라 서로 분리되어 금속이온과 수산화이온을 서로 독립된 경로로 수송할 수 있는 다양한 형태의 유로구조를 형성할 수 있다. 제1유로(33) 및 제2유로(34)는 장치의 구조나 형상 및 이들이 설치되는 장소 등에 따라서 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이와 같이 독립된 서로 다른 유로를 통해 전해 셀(10)에서 만들어진 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 하나의 처리조(20)로 공급한다.That is, as shown in FIG. 2 , the first transport liquid B1 containing metal ions generated in the
이후, 처리조(20)에서 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 반응시켜 금속수산화물을 생성하고, 금속수산화물로 처리조(20) 내 오염물질을 응집시켜 처리한다(S300). 처리조(20)는 내부에 유체를 수용하고 반응을 진행할 수 있는 처리공간(20a)이 형성되어 있는 구조물로 용기 형상으로부터 용량이 큰 수조와 같은 구조에 이르기까지 다양한 형태로 형성될 수 있다. 따라서 도면은 예시적인 것일 뿐이므로 그와 같이 한정될 필요는 없다. 처리조(20)는 전술한 제1유로(33) 및 제2유로(34)와 연결되어 있을 수 있으며 이들을 통해 각각 공급된 제1수송액(B1)과 제2수송액(B2)을 내부 처리공간(20a)에 함께 수용할 수 있다. 따라서 처리조(20) 내에서 제1수송액(B1)에 의해 수송된 금속이온과 제2수송액(B2)에 의해 수송된 수산화이온을 반응시켜 금속수산화물을 생성시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 금속수산화물은 처리조(20) 내 오염물질을 응집하여 처리할 수 있는 물질로서 수산화알루미늄, 수산화철 등을 포함할 수 있다. Thereafter, in the
처리조(20) 내 오염물질은 예를 들어, 양극실(11) 및 음극실(12) 중에서 선택된 하나 이상에 공급된 폐수에 포함된 것일 수 있다. 즉 양극실(11) 및 음극실(12) 중에서 선택된 하나 이상에 오염물질이 포함된 폐수를 공급하고, 그와 같은 오염물질의 적어도 일부는 제1수송액(B1) 및/또는 제2수송액(B2)에 포함된 상태로 폐수 등의 처리가 가능한 처리조(20)로 공급되어, 처리조(20)에서 금속수산화물에 의해 응집되어 처리될 수 있다. 이러한 오염물질은 금속수산화물에 의해 응집 처리될 수 있는 것인 한 제한되지 않으나, 예를 들어 각종 염료, 계면활성제, 페놀계 등의 난분해성 유기화합물, 구리, 아연 등의 중금속 양이온, 시안 등일 수 있다. 필요에 따라 처리조(20) 내 다른 유로를 통해 또 다른 경로로 폐수를 유입하여 역시 금속수산화물로 처리하도록 구성하는 것도 얼마든지 가능하다.Contaminants in the
처리조(20) 내에서 생성된 금속수산화물은 처리과정에서 오염물질을 응집시켜 침전물(D)을 형성할 수 있다. 처리조(20)의 하부에는 침전물(D)을 배출하기 위한 드레인관(210)이 형성될 수 있으며 드레인관(210)으로 침전물(D) 등을 배출시켜 제거할 수 있다. 오염물질이 응집되어 제거되고 남은 정화수(C)는 정화수배출관(35) 등을 통해 처리조(20)로부터 배출될 수 있다. 정화수배출관(35)으로 배출된 정화수(C)는 후처리 공정 등을 진행하는 처리시설 등에 공급될 수도 있으며 정화수(C)를 필요로 하는 다른 시설물로 공급될 수도 있다. 또한, 후술하는 것처럼 배출된 정화수(C)의 적어도 일부를 전해 셀(10)의 음극실(12)로 공급하여 제2전해용액을 형성시킬 수도 있다. 이와 같은 방식으로 전해 셀(10)과 분리된 처리조(20)에서 금속수산화물을 생성시켜 수처리 작업을 진행할 수 있으며 이를 통해 생성한 정화수(C)를 재사용하거나 필요처로 공급하는 등의 방식으로 유용하게 사용할 수 있다.The metal hydroxide generated in the
한편, 수전해반응 과정에서 일어나는 산화반응 또는 수전해반응 과정에서생성되는 산화작용물질(산화제) 등에 의한 산화반응에 의해서도 오염물질이 처리될 수 있다. 즉, 응집 외에 산화반응에 의해서도 오염물질이 처리될 수 있는 것이다. 예를 들어, 유기오염물질, 암모니아성 질소 등의 오염물질이 양극표면에 흡착되어 양극전자 이동반응에 의해 산화되거나, 수전해반응 과정에서 생성되는 산화제(예, 자유라디칼, O2, 산화된 금속이온, 염소함유 폐수 중 HClO 등)에 의해 산화되어 분해될 수 있다. 이와 같은 산화반응이 응집과 함께 작용하여, 오염물질이 보다 효과적으로 처리될 수도 있다.On the other hand, pollutants may also be treated by an oxidation reaction occurring during the water electrolysis reaction or an oxidation reaction by an oxidizing agent (oxidizing agent) generated during the water electrolysis reaction. That is, contaminants can be treated by oxidation reaction in addition to agglomeration. For example, contaminants such as organic pollutants and ammonia nitrogen are adsorbed on the surface of the anode and are oxidized by the anode electron transfer reaction, or oxidizing agents (e.g., free radicals, O 2 , oxidized metals generated during the water electrolysis reaction) It can be oxidized and decomposed by ions, HClO in chlorine-containing wastewater, etc.). This oxidation reaction works together with agglomeration so that contaminants can be treated more effectively.
이하, 도 2와 함께 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 오염물질 처리장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for treating pollutants according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7 along with FIG. 2 .
도 4는 도 2의 처리장치의 전해 셀의 내부구조를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 전해 셀의 분해사시도이고, 도 6은 도 2의 처리장치의 전해 셀의 변형례를 도시한 단면도이며, 도 7은 도 6의 전해 셀의 분해사시도이다.4 is a cross-sectional view showing the internal structure of the electrolytic cell of the processing apparatus of FIG. 2, FIG. 5 is an exploded perspective view of the electrolytic cell of FIG. 4, and FIG. 6 is a modified example of the electrolytic cell of the processing apparatus of FIG. It is a cross-sectional view, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the electrolytic cell of FIG.
도 2를 참조하면, 본 발명의 오염물질 처리장치(1)는 구체적으로 다음과 같이 구성된다. 오염물질 처리장치(1)는, 각각 구획되어 서로 분리된 양극실(11) 및 음극실(12)과, 양극실(11)과 음극실(12) 사이에 배치된 분리막(13), 및 양극실(11) 내 위치하는 금속전극(110)을 포함하여, 수전해반응으로 양극실(11)에서는 금속전극(110)이 용출되어 생성된 금속이온이 함유된 제1전해용액을 생성하고 음극실(12)에서는 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하여, 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 양극실(11) 및 음극실(12)에 각각 분리하여 유지시키는 전해 셀(10), 전해 셀(10) 외부에 위치하며 내부에 처리공간(20a)이 형성된 처리조(20), 처리조(20)와 전해 셀(10)의 양극실(11) 사이에 연결되어 양극실(11)에서 생성된 제1전해용액의 금속이온을 처리조(20)로 공급하는 제1유로(33), 및 처리조(20)와 전해 셀(10)의 음극실(12) 사이에 연결되어 음극실(12)에서 생성된 제2전해용액의 수산화이온을 처리조(20)로 공급하는 제2유로(34)를 포함하여, 처리조(20)에서 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 반응시켜 처리조(20) 내 오염물질을 응집시키는 금속수산화물을 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 오염물질 처리장치(1)는 오염물질이 함유된 폐수를 전해 셀(10)의 양극실(11)로 도입하는 제1유입관(31)을 더 포함하여 폐수의 전해반응으로 제1전해용액을 생성할 수 있다. 또한 오염물질 처리장치(1)는, 오염물질이 함유된 폐수를 전해 셀(10)의 음극실(12)로 도입하는 제2유입관(32), 및 처리조(20)에서 배출된 정화수(C)를 음극실(12)로 순환시키는 순환관 중 적어도 어느 하나를 더 포함하여, 폐수 및 정화수 중 적어도 어느 하나의 전해반응으로 제2전해용액을 생성할 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 제1유입관(31) 및 제2유입관(32)이 형성되어 양극실(11) 및 음극실(12) 각각에 폐수를 도입하는 구성을 기준으로 설명을 진행하고, 순환관(도 8의 36참조)이 형성된 구성에 대해서는 다른 실시예를 통해 설명하기로 한다.Referring to FIG. 2 , the
전술한 바와 같이, 본 발명의 오염물질 처리장치(1)는 앞서 설명한 오염물질 처리방법을 수행할 수 있는 구성으로서 전체적인 작용 및 양극실(11), 음극실(12), 전해 셀(10) 등에 대한 기본적인 설명은 실질적으로 전술한 오염물질 처리방법에서 설명된 내용과 동등하다. 또한, 처리조(20), 제1유로(33), 제2유로(34), 및 그와 관련된 부분에 대한 설명 역시 전술한 오염물질 처리방법에서 설명되었으므로 중복된 부분에 대한 반복설명은 생략하며, 앞서 설명되지 않은 전해 셀(10)의 구체적인 구조 및 구현 형태 등에 대해서 보다 상세히 설명한다.As described above, the
먼저 도 2를 참조하면, 전해 셀(10)은 각각 구획되어 서로 분리된 양극실(11) 및 음극실(12), 양극실(11)과 음극실(12) 사이에 배치된 분리막(13), 및 양극실(11) 내 위치하는 금속전극(110)을 포함한다. 분리막(13)은 전술한 금속이온 및 수산화이온을 통과시키지 않는 이온교환막으로 이루어져, 전술한 것처럼 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 양극실(11) 및 음극실(12)에 각각 분리하여 유지시킬 수 있다. 전해 셀(10)은 전원부(14)를 통해 직류전원을 인가하되, 전술한 것처럼, 직류전원의 양극이 인가되는 별도의 양전극(111)을 배치하고 금속전극(110)은 따로 분리시켜 배치할 수도 있으며, 직류전원의 양극을 금속전극(110)에 직접 인가하여 금속전극(110)을 양전극(111)대신 활용하는 구조로 형성될 수도 있다. 즉, 전해 셀(10)은, 금속전극(110)과 음극실(12) 내 위치하는 음전극(120) 사이에 연결되어 전위차를 유도하거나, 또는 양극실(11) 내 금속전극(110)과 분리되어 형성된 양전극(111)과 음전극(120) 사이에 연결되어 전위차를 유도하는 전원부(14)를 더 포함할 수 있다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 금속전극(110)과 별도로 양전극(111)이 형성된 구현형태를 상세히 설명하고, 도 6 및 도 7을 참조하여 양전극(111) 없이 금속전극(110)이 양전극(111)을 대신하는 구현형태를 상세히 설명한다. First, referring to FIG. 2 , the
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전해 셀(10)은 금속전극(110), 양전극(111), 및 음전극(120) 중 적어도 어느 하나를 수용 가능한 내부공간(100a)이 형성된 복수 개의 판체가 적층되어 형성된 적층구조의 셀 몸체(100)를 더 포함할 수 있다. 즉, 전해 셀(10)은 판상 구조물이 서로 적층되어 밀폐된 구조로 형성될 수 있으며 이러한 구조를 통해 보다 컴팩트하고 효율적으로 작동하는 전해 셀(10)을 구현할 수 있다. 셀 몸체(100)는 예를 들어, 도 5와 같이 분해될 수 있으며 제1외판(101), 제2외판(102), 제1내판(103), 제2내판(104), 및 중앙판(105)을 포함하는 복수 개의 판체로 구성될 수 있다. 각각의 내측에는 모두 내부공간(100a)이 형성될 수 있으며 도 4와 같이 판체들이 적층되면 셀 몸체(100) 안의 내부공간(100a)이 연속으로 연결되어 각각 양극실(11) 및 음극실(12)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1외판(101) 및 제2외판(102)의 내부공간(100a)에는 각각 양전극(111) 및 음전극(120)이 배치될 수 있으며, 중앙판(105)의 내부공간(100a)에는 금속전극(110)이 배치될 수 있다. 또한, 제2내판(104)의 내부공간(100a)에는 이를 가로질러 차폐하는 분리막(13)을 배치하여 도 4에 도시된 것처럼 분리막(13)을 기준으로 양극실(11)과 음극실(12)이 전해 셀(10) 내부에 나누어져 구획된 구조를 구현할 수 있다. 도 5에 도시된 것처럼 금속전극(110)은 중앙판(105)의 내부공간(100a)에 배치되되 해당 공간을 완전히 폐쇄하지 않도록 구조화되어 실질적으로 제1외판(101), 제1내판(103), 중앙판(105)의 내부공간(100a)들이 서로 연통되어 양극실(11)을 형성하는 구조를 구현할 수 있다. 또한 제2내판(104) 및 제2외판(102) 내부공간들이 서로 연통되어 음극실(12)을 형성하는 구조를 구현할 수 있다. 금속전극(110)은 예를 들어, 봉 형상, 판 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 금속 펠릿(pellet)을 비전도성 망체 등에 인입한 구조와 같은 또 다른 형상이나 구조로도 형성될 수 있다. 금속전극(110)은 양극실(11) 내에서 금속이온을 용출시킬 수 있는 한도 내에서 여러 가지 다양한 형태로 변형이 가능하다.As shown in FIGS. 4 and 5 , the
이와 같이 복수 개의 판체가 적층된 구조로 형성함으로써 양극실(11)과 음극실(12)을 보다 밀접하게 유지할 수 있고 전원이 인가되는 양전극(111)과 음전극(120)의 간격도 보다 감소시킬 수 있다. 즉 판체 구조 내에 상대적으로 넓은 판상의 전극구조를 형성하고 이들 사이의 간격을 좁혀 예를 들어, 전기장의 밀도 등을 증가시키고 보다 효과적으로 전해반응을 진행시킬 수 있다. 또한 필요에 따라 적층된 판체의 수를 가감하거나, 판체의 두께를 변경하는 등의 방식으로 양극실(11)과 음극실(12)의 크기와 간격 등을 적절히 바꾸어 줄 수 있고 이를 통해 적응적으로 다양한 공간에 오염물질 처리장치를 적용하는 것도 가능하다. 판체들이 서로 접하는 부분에는 내부공간(100a)을 둘러싸는 씰링홀(100d)을 형성하고 씰링홀(100d) 내 오링 등과 같은 씰링부재(미도시)를 삽입하여 내부 유체의 유출을 방지할 수 있다. 또한, 각 판체에는 예를 들어, 서로 연결되는 복수의 통공 등을 형성하고 각 통공을 관통하여 결합부재 등을 결합하는 등의 방식으로 각 판체를 견고하게 결합시킬 수 있다.By forming a plurality of plate bodies in a stacked structure in this way, the
양극실(11)을 형성하는 제1내판(103)과 음극실(12)을 형성하는 제2내판(104)에는 각각 표면을 따라 유체를 유동시킬 수 있는 회로들이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 제1내판(103)에는 제1외판(101)과 대향되는 면에 유입회로(100b) 및 배출회로(100c)가 형성될 수 있고, 제2내판(104)에는 제2외판(102)과 대향되는 면에 유입회로(100b) 및 배출회로(100c)가 형성될 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 제1외판(101) 및 제2외판(102)에는 각각 유입회로(100b)와 연결되는 유입구(100b2) 및 배출회로(100c)와 연결되는 배출구(100c2)가 형성되어 유입구(100b2)를 통해 외부에서 유체를 유입하고 전해 셀(10) 내부를 통과하여 배출구(100c2)를 통해 외부로 빠져나가는 셀 내 유로구조가 형성될 수 있다. 유입회로(100b) 및 배출회로(100c)는 예를 들어, 내부공간(100a)과 연결된 복수의 선로와 같은 형태로 형성될 수 있으며 각각 유입구(100b2) 및 배출구(100c2)와 대응되는 위치에는 연결홈(100b1, 100c1)이 형성되어 있어 유체가 연결홈(100b1, 100c1)에 모였다가 유입구(100b2) 및 배출구(100c2)를 통해 보다 쉽게 유동할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 이를 통해 셀 내부에서 유체가 유동하는 방향을 예시해 보면, 도 5와 같이 양극실(도 4의 11참조)로 유입되는 유체(L1)는 제1외판(101) 하부의 유입구(100b2)를 통해 유입되고 그와 대향되는 위치의 제1내판(103)에 형성된 유입회로(100b)를 통해 내부공간(100a)을 통과한 다음 제1내판(103) 상부의 배출회로(100c)를 통해 그와 대향되는 제1외판(101)의 배출구(100c2)로 이동하여 빠져나갈 수 있다. 또한, 음극실(도 4의 12참조)로 유입되는 유체(L2)는 이와 대칭적으로 제2외판(102) 하부의 유입구(100b2)를 통해 유입되고 그와 대향되는 위치의 제2내판(104)에 형성된 유입회로(100b)를 통해 내부공간(100a)을 통과하여 제2내판(104) 상부의 배출회로(100c)를 통해 그와 대향되는 제2외판(102)의 배출구(100c2)로 이동하여 빠져나갈 수 있다. 이와 같이 양극실(11) 및 음극실(12) 각각에 독립하여 유체를 입출시키는 구조를 구현할 수 있다.Circuits for allowing a fluid to flow along surfaces may be formed in the first
제1외판(101)의 유입구(100b2)는 전술한 제1유입관(31)과 연결될 수 있으며 배출구(100c2)는 전술한 제1유로(33)와 연결될 수 있다. 또한, 제2외판(102)의 유입구(100b2)는 전술한 제2유입관(32)과 연결될 수 있으며 배출구(100c2)는 전술한 제2유로(34)와 연결될 수 있다. 따라서 제1유입관(31)을 통해 전술한 바와 같은 폐수가 양극실(11)로 공급된 후 제1전해용액으로 생성되어 제1유로(33)로 배출되고 제2유입관(32)을 통해서는 폐수가 음극실(12)로 공급된 후 제2전해용액으로 생성된 제2유로(34)로 배출되며 전술한 오염물질의 처리과정이 진행될 수 있다. 전술한 바와 같이 양전극(111)과 금속전극(110)이 서로 분리되어 있는 경우, 금속전극(110)은 금속이온의 용출이 가능한 소모성 전극으로 형성되고, 양전극(111) 및 음전극(120)은 비소모성 전극으로 형성될 수 있다. 금속전극(110)은 전술한 바와 같이 알루미늄 및 철 등을 포함하는 재질로 형성될 수 있으며, 비소모성 전극은 이로써 한정될 필요는 없으나, 예를 들면, 티타늄 전극, 탄소전극, DSA(Dimensionally stable anode)전극, BDD(Boron doped diamond)전극, 백금전극 등을 포함하는 다양한 전극으로 형성될 수 있다. 양전극(111)과 음전극(120)은 각각 제1외판(101) 및 제2외판(102)에 밀착된 형태로 배치되며 직류전원의 양극 및 음극이 인가되는 연결부위는 예를 들어 각각 제1외판(101) 및 제2외판(102)을 관통하여 외측으로 빠져나가도록 구성함으로써 양극실(11) 및 음극실(12) 내 불필요한 구조를 없애고 보다 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다. The inlet 100b2 of the first
한편, 전해 셀(10)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 형태로 변형될 수도 있다. 그러한 경우 전술한 양전극(도 4 및 도 5의 111참조)을 형성하지 않고 금속전극(110)을 해당 자리에 배치하여 양전극(111)을 대체할 수 있다. 즉 셀 몸체(100)의 중앙판(도 4 및 도 5의 105참조)을 제거하고 금속전극(110)을 제1외판(101)의 내부공간(100a)에 배치하여 양전극(111)과 같은 형태로 구성하고 전원을 인가할 수 있다. 이와 같이 형성하면 전원과 연결된 금속전극(110)이 전술한 양전극(111)의 역할을 하면서 금속이온도 용출시켜 생성하게 된다. 그 밖에 나머지 구조는 실질적으로 전술한 도 4 및 도 5를 통해 설명한 구조와 동일하므로 그에 대한 반복 설명은 생략한다. 이와 같이, 복수의 판체를 적층시켜 형성한 적층구조의 셀 몸체(100)를 형성하고 그 내부에 양극실(11)과 음극실(12)을 구획하여 서로 분리시켜 형성할 수 있으며, 필요에 따라 양극실(11) 내 금속전극(110)과 별도의 양전극(111)을 배치하거나, 또는 금속전극(110)이 직접 양전극(111)의 역할을 수행하는 다양한 방식으로 전해 셀(10)을 구성할 수 있다. 이와 같은 각각의 구조는 모두 서로 분리된 양극실(11) 및 음극실(12)을 포함하는 것이므로, 도 2에 도시된 것처럼 본 발명의 일 실시예에 의해 양극실(11)과 음극실(12)에 제1유입관(31) 및 제2유입관(32)을 각각 연결할 수 있고 이를 통해 양극실(11) 및 음극실(12) 각각에 폐수(A)를 공급하며 전해반응을 진행시킬 수 있다. 이를 통해 전술한 오염물질 처리방법에서와 같이, 폐수의 전해반응으로 각각 제1전해용액 및 제2전해용액을 생성하고 제1전해용액의 금속이온과 제2전해용액의 수산화이온을 양극실(11)과 음극실(12)에 분리하여 유지시킨 후, 금속이온과 수산화이온을 제1유로(33) 및 제2유로(34)를 통해 각각 처리조(20)로 공급하여, 처리조(20) 내에서 금속수산화물을 형성하며 수처리 할 수 있다 이와 같은 방식으로, 전술한 오염물질 처리방법을 원활하게 수행할 수 있는 오염물질 처리장치(1)를 구현할 수 있다.On the other hand, the
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치에 대해 상세히 설명한다. 설명이 간결하고 명확하도록 전술한 실시예와 차이나는 부분에 대해 중점적으로 설명하고 별도로 언급되지 않는 부분에 대한 설명은 모두 전술한 설명으로 대신한다.Hereinafter, an apparatus for treating pollutants according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 8 . In order to make the description concise and clear, parts that are different from the above-described embodiment will be mainly described, and all descriptions of parts not mentioned separately will be replaced with the above description.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치의 구성도이다.8 is a block diagram of an apparatus for treating pollutants according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 오염물질 처리장치(1-1)는 처리조(20)에서 배출된 정화수(C)를 음극실(12)로 순환시키는 순환관(36)을 포함할 수 있다. 즉, 음극실(12)로 폐수를 공급하는 대신, 처리조(20)에서 정화된 정화수(C)를 공급하여 정화수의 전해반응으로 음극실(12)에서 제2전해용액을 생성할 수 있다. 예를 들어, 순환관(36)은 정화수배출관(35)으로부터 분기되어 음극실(12)로 연결될 수 있으며 예를 들면, 전술한 전해 셀(10)의 제2외판(도 4 내지 도 7의 102참조) 측에 형성된 유입구(도 4 내지 도 7의 100b2참조)와 연결되어 정화수(C)를 공급할 수 있다. 이와 같이 형성됨으로써 음극실(12)로 오염물질 등이 유입되는 것을 사전에 차단하고 전극 등이 불필요하게 오염되는 것을 막는 효과를 추가로 얻을 수 있다. 이와 같이 정화수(C)의 전해반응으로 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 음극실(12)에서 용이하게 생성할 수 있으며 역시 전술한 것처럼 제2전해용액의 수산화이온을 양극실(11)에서 생성된 제1전해용액의 금속이온과 함께 하나의 처리조(20)로 공급하여 처리조(20) 내에서 금속수산화물을 생성하고 전술한 수처리 과정을 진행하는 것이 가능하다.Referring to FIG. 8 , in the pollutant treatment apparatus 1-1 according to another embodiment of the present invention, a
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1: 오염물질 처리장치
10: 전해 셀
11: 양극실
12: 음극실
13: 분리막
14: 전원부
20: 처리조
20a: 처리공간
31: 제1유입관
32: 제2유입관
33: 제1유로
34: 제2유로
35: 정화수배출관
36: 순환관
100: 셀 몸체
100a: 내부공간
101: 제1외판
102: 제2외판
103: 제1내판
104: 제2내판
105: 중앙판
100b: 유입회로
100b1, 100c1: 연결홈
100b2: 유입구
100c: 배출회로
100c2: 배출구
100d: 씰링홀
110: 금속전극
111: 양전극
120: 음전극
210: 드레인관
A: 폐수
B1: 제1수송액
B2: 제2수송액
C: 정화수
D: 침전물
L1, L2: 유체1: contaminant treatment device 10: electrolysis cell
11: anode chamber 12: cathode chamber
13: separator 14: power unit
20:
31: first inflow pipe 32: second inflow pipe
33: 1st Euro 34: 2nd Euro
35: purified water discharge pipe 36: circulation pipe
100:
101: first outer plate 102: second outer plate
103: first inner plate 104: second inner plate
105:
100b1, 100c1: connection groove 100b2: inlet
100c: exhaust circuit 100c2: exhaust port
100d: sealing hole 110: metal electrode
111: positive electrode 120: negative electrode
210: drain pipe A: wastewater
B1: First transport amount B2: Second transport amount
C: purified water D: sediment
L1, L2: fluid
Claims (13)
(b) 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 각각 서로 다른 유로를 통해 하나의 처리조로 공급하는 단계; 및
(c) 상기 처리조에서 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 반응시켜 금속수산화물을 생성하고, 상기 금속수산화물로 상기 처리조 내 오염물질을 응집시켜 처리하는 단계를 포함하는 오염물질 처리방법.(a) A metal electrode is placed in the anode chamber of the electrolysis cell in which the anode chamber and the cathode chamber are separated, and a water electrolysis reaction is performed. In the cathode chamber, a second electrolyte solution containing hydroxide ions is generated to separate metal ions of the first electrolyte solution and hydroxide ions of the second electrolyte solution in the anode chamber and the cathode chamber, respectively. step;
(b) supplying the metal ions of the first electrolytic solution and the hydroxide ions of the second electrolytic solution to one treatment tank through different flow paths; and
(c) reacting the metal ions of the first electrolytic solution with the hydroxide ions of the second electrolytic solution in the treatment tank to produce a metal hydroxide, and agglomerate the contaminants in the treatment tank with the metal hydroxide to treat Contaminant treatment method comprising.
상기 양극실과 상기 음극실은, 상기 금속이온 및 상기 수산화이온을 통과시키지 않는 분리막에 의해 분리되는 오염물질 처리방법.According to claim 1,
The anode chamber and the cathode chamber are separated by a separator that does not pass the metal ions and the hydroxide ions.
상기 분리막은 이온교환막으로 이루어지며 상기 이온교환막은 양성자를 통과시키는 양이온교환막을 포함하는 오염물질 처리방법.3. The method of claim 2,
The separation membrane is made of an ion exchange membrane, and the ion exchange membrane is a pollutant treatment method comprising a cation exchange membrane through which protons pass.
상기 (a) 단계에서, 상기 제1전해용액은 상기 양극실로 상기 (c) 단계의 오염물질이 포함된 폐수를 공급하여 상기 폐수의 전해반응으로 생성시키는 오염물질 처리방법.The method of claim 1,
In the step (a), the first electrolyte solution is a pollutant treatment method in which the wastewater containing the pollutants of the step (c) is supplied to the anode chamber and generated through an electrolytic reaction of the wastewater.
상기 (a) 단계에서, 상기 제2전해용액은 상기 음극실로 상기 (c) 단계의 오염물질이 포함된 폐수 및 상기 처리조로부터 배출된 정화수 중 적어도 어느 하나를 공급하여 상기 폐수 및 상기 정화수 중 적어도 어느 하나의 전해반응으로 생성시키는 오염물질 처리방법.5. The method of claim 4,
In step (a), the second electrolyte solution supplies at least one of the wastewater containing the contaminants of step (c) and the purified water discharged from the treatment tank to the cathode chamber to supply at least one of the wastewater and the purified water. A method of treating pollutants generated by any one of the electrolytic reactions.
상기 양극실 내 금속전극은 알루미늄 및 철 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 재질로 형성되며, 상기 처리조 내 금속수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화철 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 오염물질 처리방법.The method of claim 1,
The metal electrode in the anode chamber is formed of a material containing at least one selected from aluminum and iron, and the metal hydroxide in the treatment tank includes at least one selected from aluminum hydroxide and iron hydroxide.
상기 양극실과 상기 음극실 사이에 배치된 분리막, 및
상기 양극실 내 위치하는 금속전극을 포함하여,
수전해반응으로 상기 양극실에서는 상기 금속전극이 용출되어 생성된 금속이온이 함유된 제1전해용액을 생성하고, 상기 음극실에서는 수산화이온이 함유된 제2전해용액을 생성하여 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 상기 양극실 및 음극실에 각각 분리하여 유지시키는 전해 셀;
상기 전해 셀 외부에 위치하며 내부에 처리공간이 형성된 처리조;
상기 처리조와 상기 전해 셀의 양극실 사이에 연결되어 상기 양극실에서 생성된 제1전해용액의 금속이온을 상기 처리조로 공급하는 제1유로; 및
상기 처리조와 상기 전해 셀의 음극실 사이에 연결되어 상기 음극실에서 생성된 제2전해용액의 수산화이온을 상기 처리조로 공급하는 제2유로를 포함하여,
상기 처리조에서 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 반응시켜 상기 처리조 내 오염물질을 응집시키는 금속수산화물을 생성하는 오염물질 처리장치.anode chamber and cathode chamber separated from each other,
a separator disposed between the anode chamber and the cathode chamber; and
Including a metal electrode located in the anode chamber,
In the anode chamber, the metal electrode is eluted by the water electrolysis reaction to generate a first electrolyte solution containing the generated metal ions, and in the cathode chamber, a second electrolyte solution containing hydroxide ions is generated to produce the first electrolyte solution an electrolysis cell which separates and maintains metal ions and hydroxide ions of the second electrolytic solution in the anode chamber and the cathode chamber;
a treatment tank positioned outside the electrolysis cell and having a treatment space therein;
a first flow path connected between the treatment tank and the anode chamber of the electrolysis cell to supply metal ions of the first electrolyte solution generated in the anode chamber to the treatment tank; and
a second flow path connected between the treatment tank and the cathode chamber of the electrolysis cell to supply hydroxide ions of the second electrolytic solution generated in the cathode chamber to the treatment tank,
A contaminant treatment apparatus for generating metal hydroxide that aggregates contaminants in the treatment tank by reacting metal ions of the first electrolytic solution with hydroxide ions of the second electrolytic solution in the treatment tank.
상기 분리막은 상기 금속이온 및 상기 수산화이온을 통과시지키 않는 이온교환막으로 이루어져, 상기 제1전해용액의 금속이온과 상기 제2전해용액의 수산화이온을 상기 양극실 및 상기 음극실에 각각 분리하여 유지시키는 오염물질 처리장치.8. The method of claim 7,
The separation membrane is composed of an ion exchange membrane that does not pass the metal ions and the hydroxide ions, and the metal ions of the first electrolyte solution and the hydroxide ions of the second electrolyte solution are separated and maintained in the anode chamber and the cathode chamber, respectively. pollutant treatment equipment.
상기 전해 셀은 상기 금속전극과 상기 음극실 내 위치하는 음전극 사이에 연결되어 전위차를 유도하거나, 또는 상기 양극실 내 상기 금속전극과 분리되어 형성된 양전극과 상기 음전극 사이에 연결되어 전위차를 유도하는 전원부를 더 포함하는 오염물질 처리장치.8. The method of claim 7,
The electrolysis cell is connected between the metal electrode and the negative electrode located in the cathode chamber to induce a potential difference, or is connected between the positive electrode and the negative electrode formed separately from the metal electrode in the anode chamber to induce a potential difference. Further comprising a pollutant treatment device.
상기 금속전극은 금속이온의 용출이 가능한 소모성 전극으로 형성되고, 상기 양전극 및 상기 음전극은 비소모성 전극으로 형성되는 오염물질 처리장치.10. The method of claim 9,
The metal electrode is formed of a consumable electrode capable of eluting metal ions, and the positive electrode and the negative electrode are formed of a non-consumable electrode.
상기 전해 셀은, 상기 금속전극, 상기 양전극, 및 상기 음전극 중 적어도 어느 하나를 수용 가능한 내부공간이 형성된 복수 개의 판체가 적층되어 형성된 적층구조의 셀 몸체를 더 포함하는 오염물질 처리장치.10. The method of claim 9,
The electrolytic cell may further include a cell body having a stacked structure formed by stacking a plurality of plate bodies having an internal space for accommodating at least one of the metal electrode, the positive electrode, and the negative electrode.
오염물질이 함유된 폐수를 상기 전해 셀의 양극실로 도입하는 제1유입관을 더 포함하여, 상기 폐수의 전해반응으로 상기 제1전해용액을 생성하는 오염물질 처리장치.8. The method of claim 7,
The apparatus for treating pollutants further comprising a first inlet pipe for introducing pollutant-containing wastewater into the anode chamber of the electrolysis cell, thereby generating the first electrolytic solution through an electrolytic reaction of the wastewater.
오염물질이 함유된 폐수를 상기 전해 셀의 음극실로 도입하는 제2유입관, 및 상기 처리조에서 배출된 정화수를 상기 음극실로 순환시키는 순환관 중 적어도 어느 하나를 더 포함하여, 상기 폐수 및 상기 정화수 중 적어도 어느 하나의 전해반응으로 상기 제2전해용액을 생성하는 오염물질 처리장치.13. The method of claim 12,
The wastewater and the purified water further comprising at least one of a second inlet pipe for introducing wastewater containing contaminants into the cathode chamber of the electrolysis cell, and a circulation pipe for circulating purified water discharged from the treatment tank into the cathode chamber A contaminant treatment device for generating the second electrolytic solution by at least one electrolytic reaction.
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