KR200333663Y1

KR200333663Y1 - 고농도 질소함유 폐수처리를 위한 연속식 전기분해장치

Info

Publication number: KR200333663Y1
Application number: KR20-2003-0027021U
Authority: KR
Inventors: 이승길; 한인호; 임찬섭; 박정호; 송종화; 최광호; 우종한; 김동석
Original assignee: 코오롱건설주식회사; 코오롱환경서비스주식회사; (주) 바이오에너지개발
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2003-11-14
Anticipated expiration: 2012-12-27

Abstract

본 고안은 향후 강화되는 총질소 및 오염 총량 규제에 대처하기 위해 고농도 질소를 함유한 산업폐수 및 폐기물 매립장 침출수를 대상으로 유기물 및 총질소를 제어하기 위한 것으로,

본 장치의 구성은 폐수 유입부, 전해산화조, 내부반송부, 발생가스처리부, 유출부로 구성되어 있다.

Description

고농도 질소함유 폐수처리를 위한 연속식 전기분해장치{A CONTINUOUS ELECTRICAL ANALYTIC OXIDATION REACTOR OF WASTE WATER WITH HIGH CONCENTRATED NITROGEN COMPOUND}

본 고안은 폐수처리장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고농도의 질소를 함유한 폐수를 처리할 수 있는 고농도 질소함유 폐수처리를 위한 연속식 전기분해장치에 관한 것이다.

고농도 질소를 함유한 폐수의 경우 대부분 고농도 유기물을 함유하고 있기 때문에 기존 처리방식은 본 고안에서 시험한 3종류의 폐수의 경우 다음과 같은 처리 방식을 채택하고 있다.

침출수의 경우에는 물리 화학처리, 생물처리, 그리고 여과한 후 방류하는 과정으로 처리하고, 안료제조에 사용된 폐수는 화학처리, 생물처리, 그리고 다시 화학처리한 후 방류하며, 축산폐수는 혐기성소화, 호기성 생물처리, 그리고 여과 후 방류하게 된다.

이러한 공정들에 적용된 폐수의 특징은 고농도 유기물 및 질소를 함유한 폐수로 기존 공정으로는 향후 규제가 강화되는 총질소의 배출허용기준을 만족시키기에는 많은 어려움이 있으며, 주로 미생물에 의한 질산화 및 탈질에 의존할 수밖에 없다.

그러나 생물처리에 의해 질소성분을 제거할 경우 넓은 부지가 소요될 뿐만 아니라 종래의 생물 처리에 의한 질소 제거기술은 100㎎/l 이하의 저농도 기술에 적용되어 왔기 때문에 처리효율에 대한 확실한 보장을 할 수 없을 뿐만 아니라 원수중의 고농도 질소를 탈질하기 위해서는 상당량의 유기탄소원이 소모되므로 유지관리비 차원에서도 많은 문제가 대두될 수 있다.

전기 화학적 방법에 의한 유기물의 분해원리를 이용한 종래의 기술은 철, 알루미늄, 구리, 백금전극 등 다양한 전극소재를 이용한 오폐수 처리기술이 소개되고 있다. 철이나 알루미늄과 같은 용해성 전극은 전해과정에서 용출되어 2가 또는 3가의 금속성 양이온이 물속에 남게 되는 데, 이 과정에서 물속의 미세한 부유물과 응집되어 침전을 유리하게 하는 응집제의 역할을 하기도 한다.

전기분해 방법은 그 원리는 비교적 간단하지만 그동안 전력비의 과다로 생물학적 처리방법 만큼 활성화되지 못해 왔으나 유기물 특히 색소 등 난분해성 물질의 분해도 가능하기 때문에 염색폐수, 피혁폐수, 침출수 등 생물학적 처리가 어렵거나 생물학적 처리 후에도 잔류하는 색소나 유기물을 재처리하는 목적으로 많이 사용되어 왔다.

산업 폐수의 배출기준이 총량 기준으로 규제됨에 따라 산업폐수의 처리에 대한 관심과 기업의 부담이 증대되고 있다. 또한 공단 지역의 유출수와 생활하수를 혼합하여 처리하는 하수처리장은 기존의 생물학적 처리 방법인 활성슬러지법만으로는 처리 효율의 저하 등과 같은 문제를 야기시키고 있다.

특히 피혁 폐수는 그 성상이 다양하고 배출되는 폐수량도 일정하지 않으며, 고농도의 질소농도와 계면활성제 및 중금속류 등과 같은 성분을 포함하고 있어 부영양화, 하수처리장의 처리 효율 저하 및 생태계의 파괴 등과 같은 심각한 수질오염을 유발시키고 있다.

일반적인 피혁폐수의 처리공정에는 유기물을 줄이기 위해 명반 및 고분자 물질을 이용한 응집침전법이 전처리에 이용되고 있으며, 최근에는 바닷물 중에 존재하는 Mg^2-이온을 이용한 알칼리성 산업 폐수 응집처리법이 연구되고 있다.

최근 무기성 또는 유기성전해질을 함유한 폐수에 전기에너지를 가하여 폐수 중의 여러 가지 오염 물질을 동시에 제거하는 전해산화에 의한 폐수처리가 주목을 받고 있다. 전해처리 방법은 전극과 용액의 계면에서 직접적인 전자전달이 행해지는 전극 반응과 전극 반응생성물이 폐수 중의 성분과 반응하는 2차 반응으로 구분할 수 있으며, 이를 이용한 전기 투석, 응집, 부상 원리, 유기물의 직간접ㆍ산화와 중금속의 회수 등에 이용되고 있다.

전기 화학적으로 폐수 중의 오염물질을 처리하는 방법은 전기분해(Electrolysis)와 전기응집(electro- coagulation) 또는 전기부상(elecro-flotation)으로 구분된다.

전기응집은 전극판에서 이온이 용출되어 폐수중의 오염물과 응집·흡착하여 수소와 염소가스에 의해 부상되거나 때로는 침전되어 물과 분리된다.

전기분해는 양극에서 직접 오염물을 산화시켜 제거하는 직접산화법과 중간 생성물에 의해 오염물을 제거하는 간접 산화법이 있다.

전기분해에 의한 폐수처리는 장치의 크기에 비해 처리능력이 좋으며, 반응의 제어가 용이한 특징이 있다.

본 고안의 목적은 난분해성 물질은 물론, 축산폐수 등에서 다량 배출되는 질소와 인등 영양염류의 처리가 가능하도록 전기분해 원리를 이용한 것으로 전기분해 장치의 결선 및 운전이 용이하도록 설계된 폐수처리용 연속식 전기분해장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 고안의 다른 목적은 향후 강화되는 총질소 및 오염 총량 규제에 대처하기 위해 고농도 질소를 함유한 산업폐수 및 폐기물 매립장 침출수를 대상으로 유기물 및 총질소를 제어하기 위해 고안된 폐수처리용 연속식 전기분해장치를 제공하는 데 있다.

아울러 본 고안의 또 다른 목적은 색도제거가 용이하여 각종 환경처리시설에서 배출허용기준 범위이내로 처리하면서도 처리수중의 색도 문제로 각종 민원이 발생하는 문제도 해결할 수 있도록 한 폐수처리용 연속식 전기분해장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 전기분해장치를 포함한 폐수처리 과정을 설명하기 위한 공정도이고,

도 2는 본 고안에 따른 전기분해장치를 도시한 평면도이고,

도 3은 본 고안에 따른 전기분해장치를 도시한 측면도이고,

도 4는 본 고안에 따른 전기분해장치의 전극 모듈을 도시한 분리 사시도이고,

도 5는 본 고안에 따른 전기분해장치의 전기결선을 도시한 전기결선도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

1 : 전해조 9 : 양극판

11 : 음극판 13 : 전극간격유지판

15 : 양극연결단자 17 : 음극연결단자

19 : 양극연결바 21 : 음극연결바

23a,23b : 수직지지대 25 : 횡지지대

25 : 유압장치

상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 고안의 전기분해장치는 틀에 그물로 된 전극망이 고정 지지되고, 자체의 양측 가장자리에는 양극연결단자가 돌출되어 형성되며, 상기 양극연결단자를 관통하는 양극연결바에 의해 상호 연결되는 다수개의 양극판; 틀에 그물로 된 전극망이 고정 지지되고, 양측 가장자리에는 음극연결단자가 돌출되어 형성되며, 상기 음극연결단자를 관통하는 음극연결바에 의해 상호 연결되는 다수개의 음극판; 상기 양극판과 음극판 사이에 설치되고, 중심부에 가로 살과 세로 살이 격자 형태로 교차 형성되는 다수개의 전극간격유지판; 상기 다수개의 양극판, 다수개의 음극판, 및 다수개의 전극간격유지판을 유압에 의한 압착으로 일체로 전해조를 형성하기 위해서 양측에 설치되는 수직지지대; 상기 두 수직지지대를 가로질러 설치되고, 상기 양극연결바 및 음극연결바가 설치되는 횡지지대; 및 상기 수직지지대 중 어느 일측에 설치되고, 전해조를 구성하게 되는 다수개의 모듈을 밀게 되는 밀대를 포함한 유압장치로 구성된다.

이하 본 고안에 관련된 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세히 설명하려고 하며, 먼저 상세한 설명 이전에 본 고안에 이용된 자연법칙을 살펴본다.

1) 물의 전기분해

물의 전기분해는 양극과 음극에서 반응이 다음과 같다.

양극 : H₂O + H₂O → H₃O⁺+ OH^-+ e

음극 : 2H₂O + e → OH^-+ H₂O + H⁺

총괄반응식 : H₂O → H⁺+ OH^-

전해액이 산이면 음극에서 생성된 수산화 이온은 중화되며, 총괄반응식에서 H⁺와 OH^-는 곧 수소분자와 산소분자로 되며 1패러데이(F)에 대하여 1분자의 물이 분해된다. 수용액을 전기분해하여 수소와 산소가 발생할 때에는 용액의 pH에 관계없이 물의 분해가 이루어진다.

2) 염소의 전기분해

전극반응에서 주요 생성물인 염소와 수산화 이온은 전극사이의 전해액에서 반응하여 차아염소산 및 차아염소산 이온을 형성하고 이것은 화학적 자동산화(불균일 반응)에 의해 염소산염으로 전환된다. 염소의 전기 분해과정은 다음과 같다.

양극 : 2Cl^-→ Cl₂(용존성) + 2e^-

음극 : 2H₂O + 2e^-→ 2OH^-+ H₂

전극상호 반응 : Cl₂+ H₂O → HOCl + Cl^-+ H⁺

HOCl → OCl^-+ H⁺

양극에서 주요생성물은 염소이며, 낮은 온도에서 전기분해에 의해 용존상태의 염소를 형성하며, 이것은 전해액이 알카리성에서도 가능하다. 따라서 양극 주위에서는 산, 음극주위에서는 알카리를 형성하기 때문에 전극 상호 반응식에서와 같이 차아염소산(HOCl)은 양극에서, 차아염소산 이온(OCl^-)은 음극에서 이루어진다. 온도와 pH에 따른 HOCl과 OCl^-이온의 분포는 pH 7.5일 때 HOCl과 OCl^-의 활성은 같고, pH 7.5 이상에서는 HOCl이, pH 7.5이하에서는 OCl^-가 주 화학종으로 구성된다.

3) 유기물질의 전기분해

전해액이 산성인 용액의 금속이온은 전기분해과정에서 안정상태에서 들뜬 상태로 산화되며 중간산물인 반응체가 생성된다.

다음식은 양극에서 진행되며 많음 양의 유기물질이 산화되어 이산화탄소로 용액내에 확산된다.

양극 : xMⁿ⁺→ xM⁽ⁿ⁺¹⁾⁺+ xe^-

xM⁽ⁿ⁺¹⁾⁺+ reacting agent → xMⁿ⁺+ yCO₂

유기물질의 전기분해는 양극에서 산화되지만 물의 전기분해에 의한 수산화이온이 전극표면에 흡착되어 유기물을 산화하는 직접산화와 염소의 전기분해에 의해 생성된 차아염소산 등의 중간산물에 의한 간접산화로 구분할 수 있다.

직접산화의 경우 높은 전류밀도의 산성용액에서 잘 진행되고, 최종생성물은 이산화탄소, 물 혹은 수소이온으로 분해된다.

4) 암모니아의 전기분해

전기분해에 의한 폐수 내 암모니아제거는 유기물질의 산화와 유사하게 직접적인 양극산화와 간접적인 양극산화의 동시 효과로 이루어진다.

(가) 직접 산화

전기분해에 의한 암모니아의 산화는 다음 식으로 정의된다.

NH₃+ 3OH^-→ 0.5N₂+ 3H₂O + 3e^-

즉, 암모니아의 제거는 양극에서 발생되며 페레덱 효율(Faradic efficiency)거의 100%에서 3가의 전자를 내면서 질소가스로 산화된다.

(나) 간접산화

암모니아의 간접산화 정의는 간접반응으로 유리된 염소가 암모니아성 질소와 반응하여 최종생산물로 질소가스를 발생한다.

2NH⁺+ 3HOCl → N₂+ 3H₂O + 5H⁺+ 3Cl^-

상기 식의 반응은 염소의 파과점 반응과 같은 pH 7.6에서 화학적 평형이 일어나며, 염소와 암모니아성 질소의 무게비와 pH에 영향을 받으며, pH가 낮은 경우 질소이외에도 클로라민(NH₂Cl, NHCl₂, NCl₃)이 형성된다.

암모니아성 질소가 차아염소산과 반응하여 제거되는 반응은 다음과 같이 표현된다.

NH₄ ⁺+ HOCl → NH₂Cl + 5H₂O + H⁺

NH₂Cl + HOCl → NHCl₂+ H₂O

(2NH₂Cl + HOCl → N₂↑ + 3HCl + H₂O) : 수중에 HOCl이 많을 경우

NHCl₂+ H₂O → NCl₃+ H₂O

각 반응은 염소의 파과점 반응과 같은 경향을 보이며 pH에 따라 상호 반응한다.

염소이온이 풍부한 폐수내의 암모니아의 간접산화에 의한 전반적인 반응은 다음과 같다.

2NH₃+ 6Cl^-→ N₂+ 6HCl + 6e^-

본 고안에 이용된 반응원리는 산화, 환원반응의 과정에서 발생되어지는 차아염소산, 염소, 차아염소산 이온 및 오존과 강력한 산화력를 지닌 수산기를 발생시켜 폐수중의 피산화제 성분과 접촉되어 다음과 같은 반응의 경로를 통해서 발생 및 처리과정이 수행되어진다.

그리고, 처리효율를 상승시키기 위해 NaCl를 투여함으로서 전해접촉 반응조에서 일어나는 전해반응은 다음과 같이 차아염소산를 생성시킨다.

NaCl + H₂O + 2e^-→ NaOCl + H₂↑

생성된 차아염소산은 전리도가 매우 크므로 전해반응조내에서 쉽게 전리되어 평행을 이룬다.

NaOCl → Na⁺+ OCl^-

OCl^-+ H₂O ↔ HOCl + OH^-

이와 같은 발생물질들은 전해접촉조의 pH에 따라 조절되어진다. 또한 양극촉매전극에서 염소 및 활성화된 산소과 발생되어져 음극에서 생성된 NaOH와 반응하여 차아염소산이 생성되어지며, 활성산소와 전해접촉조내의 자유산소와 결합되어 오존 및 수산기를 발생시켜 폐수중에 함유된 유,무기화합물을 산화분해시키며 탈색 및 살균를 병행하며 산화분해반응은 다음과 같다.

2Cl^-→ Cl₂↑ + 2e^-, 4OH^-→ O₂+ 2H₂O + 4e^-

O₂+ O^*→ O₃

이상과 같은 반응원리들을 토대로 하여 도 1에 도시한 바와 같은 공정이 가능하다.

즉, 유량조정조(1)를 거친 폐수를 전해조(3)에 투입하여 유기물 및 질소성분을 처리하고, 미처리된 성분의 완벽한 처리를 위하여 내부반송라인(5)을 통하여 다시 전해조(3)로 보낸다. 그리고 전해조(3)의 내부순환으로 생성된 산화제와 오염물의 접촉개선에 따라 처리효율이 증가한다. 이렇게 처리된 처리수는 방류구를 통하여 방류되고, 전해조에서 발생되는 가스는 발생가스처리부(7)를 통해 방출된다.

그리고 도 2 및 도 3을 참조하여 본 고안에 따른 전기분해장치를 설명하면, 전해조(3)는 양극판(9)과 음극판(11)의 두 전극판을 적층한 모듈과, 전해조(3) 내의 버퍼에 교반기(stirrer)를 설치하여 폐수의 원활한 교반을 할 수 있도록 구성한다.

또한 적층 전극판에 무기물의 부착시 전극 모듈의 세척을 원활히 할 수 있도록 유압식으로 전극 모듈을 분해할 수 있게 설계되었다.

아울러 불용성 전극이 수중에 위치하고 있어 가스상의 염소가스에 의한 부식이 없으며, 전해산화공정에서 생성된 염소가스의 재이용으로 처리효율이 향상된다.

종래의 전해조는 반응기와 전극판 일체형으로 유지보수시 반응기 전체를 해체하여야 하나 본 고안에 따른 장치는 양극판(9)과 음극판(11) 그리고 전극간격유지판(13)이 각각 단일모듈로 형성되어 종래 전해조에 비해 유지보수시 유압을 후진시키면 각 모듈이 독립적으로 형성되어 유지보수가 용이하다.

좀 더 상세히 설명하면, 도 4에 도시한 바와 같이 양극판(9)과 음극판(11)은 사각형의 틀에 그물로 된 전극망이 고정 지지된 구조이다.

그리고 양극판(9)과 음극판(11)의 양측 가장자리에는 각각 양극연결단자(15) 및 음극연결단자(17)가 돌출되어 형성된다. 이들 연결단자들은 양극판(9)과 음극판(11)의 형성 위치가 횡방향으로 상호 일치하지 않도록 다른 위치에 형성됨으로써 각각의 양극연결단자(15) 및 음극연결단자(17)를 관통하는 양극연결바(19) 및 음극연결바(21)를 통해 양극판(9)은 양극판(9)까지 음극판(11)은 음극판(11)끼리 연결된다.

그리고 양극연결바(19) 및 음극연결바(21)는 도체인 재질로 형성되어 각각의 전극판으로 전원(P)이 공급될 때 전류의 공급라인이 된다.

또한 종래 전해조는 각 전극판에 전원공급시 전극 개별로 전기결선을 하여야 하나 본 고안의 연속식 전기분해장치는 양극판(9)과 음극판(11)사이에 동판을 삽입하여 압착함으로 각각의 전극판에 볼트와 너트를 취부할 필요가 없다.

양극판(9)과 음극판(11) 사이에는 전극간격유지판(13)이 설치되는 바, 중심부에 가로 살과 세로 살이 격자 형태로 교차하여 형성되어 폐수의 흐름이 원활하게 이루어진다. 이러한 전극간격유지판(13)은 부도체인 물질, 일례로 폴리 프로필렌으로 제작하여 전극판 간격을 유지함은 물론 전극판의 합선을 방지하게 된다. 또한 전극간격유지판(13)은 양극판(9)과 음극판(11)에 대면되는 두 측면에 폐수의 유출을 방지하기 위한 실(seal) 테두리가 형성된다.

그리고 본 고안에 따른 전기분해장치는 양극판(9), 음극판(11), 및 전극간격유지판(13)을 유압에 의한 압착으로 일체로 전해조(3)를 형성하기 위해서, 양측에 수직지지대(23a,23b)를 설치하고, 두 수직지지대(23a,23b)를 가로질러 설치된 횡지지대(25)에 상기 양극연결바(19) 및 음극연결바(21)를 설치한다. 그리고 우측 수직지지대(23b)에 유압장치(25)를 설치하고, 이 유압장치(25)의 밀대(27)로 전해조(3)를 구성하게 되는 다수개의 모듈을 가장 우측에서 밀게 된다.

각 모듈의 수밀은 각 모듈사이에 고무 패킹을 배치하여 누수를 예방하며 유지보수시 유압을 후진시키면 각각의 모듈이 독립적으로 분리가능함으로 각 전극의 손실상태를 육안으로 파악가능함과 동시에 유지보수도 간단하게 이루어진다.

또한 도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 양극모듈과 음극모듈은 병렬로 구성되어 1계열을 이루고, 다음 계열과의 연결을 직렬로 구성하여 직류전원공급의 전압과 전류를 자유로이 조정함으로서 전기효율을 극대화 할 수 있으며, 폐수처리 유입수의 성상의 변화에 따라 양극 및 음극수의 증가 필요할 시 각 양극모듈 및 음극모듈을 추가로 부착함에 따라 전해조(3) 자체의 수정이 필요없이 간단히 극수를 추가할 수 있다.

아울러 전극 사이의 결선방식은 병렬직렬이 교대로 연결되어 장치구성이 간단하고 전기효율이 높은 것은 물론, 폐수의 특성에 따라 전압 및 전류부하 조절이 가능하여 낮은 전류 밀도와 체류시간에서 처리효율 및 유지관리비가 종래 장치에 비해 월등히 높다.

각 전극판의 전극망이 수중에 침적되어 있어 수명이 연장된다. 이것은 전해분해시 발생하는 염소가스가 수중보다 대기중에 노출했을 때 전극을 부식시키는 위험성이 더 큰데 전극망이 폐수의 내부에 침적되어 있는 상태이므로 부식이 잘 이루어지지 않게 되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 고안을 다음과 같은 실험을 통하여 그 성능을 확인하였다.

[실시예]

본 고안에서 제안하는 축산폐수의 전기분해 적용은 혐기성 소화조 처리수를 케이아이엠에이에스(이하 KIMAS라 칭함) 처리한 유출액을 대상으로 실험을 실시하였다.

축산폐수는 고농도 유기물, 부유물질 및 질소성분을 함유하고 있기 때문에 처리공정의 기본은 전처리개념으로 축산폐수 중에 함유된 협잡물을 제거한 후 혐기성소화를 실시한 후 후속공정으로 폐수를 유입시킨다.

축산폐수 중에 함유된 유기질소 및 고농도 유기물 성분은 혐기성 소화과정을 거치면 유기물의 경우 80%이상 제거효율을 보이고 소화조 유출액의 총질소중 암모니아성 질소는 90% 이상을 차지한다. 소화액은 KIMAS에 의해 소화조에서 분리 후 후속공정으로 유입된다. 축산폐수의 전기분해 실험 대상 폐수에는 Cl^-성분이 미랭존재하기 때문에 본 고안 제안공정에서는 인위적으로 2%NaCl을 투입하여 전기분해를 실시하였다.

본 고안의 특성은 전기분해 반응에서 생성되는 Cl₂가스의 제어와 활용을 위해서 다음과 같은 특성을 가지고 있다. 첫째, 전해반응에서 생성되는 Cl₂가스 등의 부산물의 작업환경에 대한 노출을 방지하기 위해 전해 반응조는 완전 밀폐형으로 제작 운전한다. 둘째, 전해 반응에 의해 생성되는 Cl₂가스 등의 흡수에 의한 재활용이 가능하다. 셋째, 직·간접 산화의 효율 증대를 위한 전해 반응조 내부 순환이 실시된다.

본 실험 대상 폐수의 경우 3,000㎎/l정도의 염분을 함유하고 있어 전해질을 투입하지 않은 조건에서 전해산화를 실시한 결과 전해질을 투입한 반응조의 반응시간과 동일한 시간대에서는 총질소와 COD_cr농도가 각각 52㎎/l와 470㎎/l를 나타내어 처리효율이 64.5%와 50.5%로 인위적으로 NaCl을 투입한 반응조에 비해 다소 저조한 처리효율을 나타내었으나 반응시간이 경과할수록 처리효율은 향상되는 것으로 나타났다. 전해질을 투입하지 않은 반응조를 8분간의 전해산화 결과 총질소와 COD_cr농도가 각각 34㎎/l와 243㎎/l로 분석되어 77.3%와 74.4%의 처리효율을 나타내었다.

이상과 같이 전해질 투입 반응과 전해질 미투입 반응의 총질소 및 CODcr 처리수 농도를 고려할 때 전해질을 투입하지 않는 반응의 처리효율이 현행 폐기물관리법의 침출수 배출허용기준을 충분히 만족하기 때문에 전해질 투입에 따른 경제적 비용 문제 등을 감안하여 본 제안 공정에서는 전해질을 투입하지 않는 조건에서 연속식 전해 산화 실증 실험을 실시하였다.

[실험예 1]

본 고안과 관련하여 회분식 전해 반응조에 의해 실험을 실시한 결과를 아래 표 1 및 그래프 1에 제시하였다. 표 1은 반응조건별 총질소 및 CODcr 운전 결과이고, 그래프 1은 전해산화 운전 결과에 따른 총질소 농도이며, 그래프 2는 전해산화 운전 결과에 따른 COD_cr농도이다.

구분 항목	총질소(㎎/l)	COD_cr(㎎/l)	pH
원 수	150	950	7.0
전해질투입	1min	110	820
	2min	85	648
	3min	68	515
	4min	50	351
	5min	30	198	7.3
전해질미투입	1min	124	868
	2min	105	730
	3min	82	642
	4min	65	562
	5min	52	470
	6min	44	388
	7min	39	310
	8min	34	243	6.8

[그래프 1]

[그래프 2]

[실험예 2]

본 고안과 관련하여 연속식 전해 반응조에 의해 실험을 실시한 결과를 아래 도표 및 그림에 제시하였다.

연속식 전해산화 공정의 반응조 형태는 회분식과 동일하며, 체류시간은 8분으로 고정하여 Air stripping 처리수를 화학처리한 침출수를 정량 펌프에 의해 연속적으로 공급하면서 총질소 및 COD_cr농도를 조사하였다.

표 2는 10일간 연속식 전해산화처리 실험 결과를 나타내고, 그래프 3 및 4는 10일간 연속처리 공정으로 운전한 전해산화 공정의 유입수 및 유출수의 CORcr 농도 , 총질소 농도 및 처리 효율을 나타내고 있다.

반응 항목일수	COD_cr	총질소
반응 항목일수	유입수(㎎/l)	유출수(㎎/l)	처리효율(%)	유입수(㎎/l)	유출수(㎎/l)	처리효율(%)
1일차	1회	950	249	73.8	150	44	70.7
1일차	2회	950	238	74.9	150	41	72.6
2일차	1회	950	250	73.7	150	42	72.0
2일차	2회	950	288	69.6	150	44	70.6
3일차	1회	950	241	74.6	150	37	75.3
3일차	2회	950	278	70.7	150	40	73.3
4일차	1회	980	247	74.8	168	45	73.2
4일차	2회	980	260	73.5	168	47	72.0
5일차	1회	980	250	74.5	168	40	76.2
5일차	2회	980	240	75.5	168	43	74.4
6일차	1회	940	210	77.7	143	38	73.4
6일차	2회	940	250	73.4	143	40	72.0
7일차	1회	940	220	76.5	143	39	72.7
7일차	2회	940	290	69.1	143	33	76.9
8일차	1회	1,010	300	70.3	167	47	71.8
8일차	2회	1,010	315	68.8	167	45	73.1
9일차	1회	1,010	285	71.8	167	46	72.4
9일차	2회	960	296	69.2	154	43	72.1
10일차	1회	960	275	71.3	154	46	70.1
10일차	2회	960	268	72.1	154	40	74.0
평 균	965	263	72.79	155.4	42.00	72.94

[그래프 3]

[그래프 4]

위와 같은 표 2와 그래프 3 및 4로부터, 연속식으로 전해 산화를 실시한 결과 유입수의 성상이 변하여도 처리효율은 회분식과 유사하게 안정적으로 배출되는 것을 확인하였다.

COD_Cr의 경우 940∼1,010㎎/l 유입수가 전해반응 후 210∼300㎎/l로 배출되어처리효율이 68.8∼77.7%로 평균 72.8%를 나타내어 회분식 처리효율인 74.4%와 유사한 결과를 나타내었다. 총질소의 경우도 150∼168㎎/l 농도의 유입수가 전해반응 후 33∼47㎎/l로 배출되어 처리효율이 70.1∼76.9%의 범위로 양호한 처리효율을 나타내었다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 의하면, 난분해성 물질은 물론, 축산폐수 등에서 다량 배출되는 질소와 인등 영양염류의 처리가 가능하다.

또한 양극판과 음극판을 병렬로 연결하고, 각각의 양극모듈과 음극모듈을 직렬로 연결하여 결선 및 운전이 용이하다.

Claims

유량조정조를 거친 폐수가 유입되는 전해조와;

상기 전해조의 양측에 연결되어 미처리된 폐수를 상기 전해조의 유입되는 쪽으로 반송하는 내부반송라인을 포함하며, 상기 전해조는,

틀에 그물로 된 전극망이 고정 지지되고, 자체의 양측 가장자리에는 양극연결단자가 돌출되어 형성되며, 상기 양극연결단자를 관통하는 양극연결바에 의해 상호 연결되는 다수개의 양극판;

틀에 그물로 된 전극망이 고정 지지되고, 양측 가장자리에는 음극연결단자가 돌출되어 형성되며, 상기 음극연결단자를 관통하는 음극연결바에 의해 상호 연결되는 다수개의 음극판;

상기 양극판과 음극판 사이에 설치되고, 중심부에 가로 살과 세로 살이 격자 형태로 교차 형성되는 다수개의 전극간격유지판;

상기 다수개의 양극판, 다수개의 음극판, 및 다수개의 전극간격유지판을 유압에 의한 압착으로 일체로 전해조를 형성하기 위해서 양측에 설치되는 수직지지대;

상기 두 수직지지대를 가로질러 설치되고, 상기 양극연결바 및 음극연결바가 설치되는 횡지지대; 및

상기 수직지지대 중 어느 일측에 설치되고, 전해조를 구성하게 되는 다수개의 모듈을 밀게 되는 밀대를 포함한 유압장치;

를 포함하는 고농도 질소함유 폐수처리를 위한 연속식 전기분해장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해조 내에 교반기를 설치하는 고농도 질소함유 폐수처리를 위한 연속식 전기분해장치.
제 1 항에 있어서, 상기 양극연결바와 음극연결바에 삽입되어 상기 다수개의 양극연결단자 또는 다수개의 음극연결단자 사이에 밀착되는 동판을 더 포함하는 고농도 질소함유 폐수처리를 위한 연속식 전기분해장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전극간격유지판의 재질은 폴리 프로필렌인 고농도 질소함유 폐수처리를 위한 연속식 전기분해장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해조의 결선은 각각의 양극모듈과 음극모듈은 병렬도 구성되어 1계열을 이루고, 다음 계열과의 연결을 직렬로 구성하여 전기를 공급하는 고농도 질소함유 폐수처리를 이한 연속식 전기분해장치.