KR100810718B1

KR100810718B1 - 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법

Info

Publication number: KR100810718B1
Application number: KR1020070050216A
Authority: KR
Inventors: 강구영; 이미란; 차명철; 최진원
Original assignee: (주)대성그린테크
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-03-07

Abstract

본 발명은 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모래와 같은 침강성 물질을 물리적으로 처리하는 침사조와, 그 침사조를 거친 오수 중의 협잡물을 제거하는 스크린조와, 그 스크린을 통한 유입원수의 수리학적 부하를 균등하게 하여 무산소조로 보내는 유량조정조와, 탈질 미생물이 저분자 유기물을 이용해 질산을 질소가스로 전환하는 무산소조와, 그 무산소조를 거쳐 질소가 제거된 오수를 미생물에 의해 처리하는 호기성생물막조와, 여과막에 의해 처리수와 농축슬러지를 분리하는 침지형 여과막조와, 처리된 오수를 보관하는 처리수조와, 그 처리수를 활성탄에 의해 여과하는 활성탄 여과기와, 상기 침지형 여과막조의 슬러지를 저장한 후 상기 유량조정조로 반송하는 슬러지저류조로 구성된 수처리 방법으로,

상기 활성탄 여과기 후단에는 전기분해조가 설치되어 그 전기분해조의 Anode전극에서 형성된 수산기 라디칼(OH·)에 의해 난분해성 유기물질, 암모니아성 질소, 색소유발물질이 산화처리되는 것으로, 상기 전기분해조는 백금(Pt)을 코팅한 니오브(Nb) Anode전극판과, 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판과, 그 Anode전극판과 Cathode전극판 사이에 간격이격부재가 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법에 관한 것이다.

전기분해, 수산기 라디칼, 백금, 전극, 스테인리스강, 난분해성, 색도, 악취

Description

전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법{WASTEWATER TREATMENT METHOD USING ELECTROLYSIS FOR WATER REUSE}

제 1도는 종래 오수처리 재이용방법을 도시한 개략도.

제 2도는 본 발명에 따른 오수처리 재이용방법을 도시한 개략도.

제 3도는 본 발명의 전기분해장치를 개략적으로 나타낸 단면도.

제 4도는 본 발명의 전기분해장치의 전극판을 나타낸 단면도.

제 5도는 본 발명의 전기분해장치를 통한 전압에 따른 COD_MN 농도 측정 그래프.

제 6도는 본 발명의 전기분해장치를 통한 전압에 따른 PO₄ ^-3-P 농도 측정 그래프.

제 7도는 COD_MN, NO₃ ^--N, PO₄ ^-3-P 및 유리염소 농도에 대한 결과 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1: 침사조 2: 스크린조

3: 유량조정조 4: 무산소조

5: 호기성생물막조 6: 침지형여과막조

7: 슬러지저류조 8: 처리수조

9: 활성탄여과기 10: 전기분해조

11: 전기분해장치 12: Anode전극판

13: Cathode전극판 14: 간격이격부재

본 발명은 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모래와 같은 침강성 물질을 물리적으로 처리하는 침사조와, 그 침사조를 거친 오수 중의 협잡물을 제거하는 스크린조와, 그 스크린을 통한 유입원수의 수리학적 부하를 균등하게 하여 무산소조로 보내는 유량조정조와, 탈질 미생물이 저분자 유기물을 이용해 질산을 질소가스로 전환하는 무산소조와, 그 무산소조를 거쳐 질소가 제거된 오수를 미생물에 의해 처리하는 호기성생물막조와, 여과막에 의해 처리수와 농축슬러지를 분리하는 침지형 여과막조와, 처리된 오수를 보관하는 처리수조와, 그 처리수를 활성탄에 의해 여과하는 활성탄 여과기와, 상기 침지형 여과막조의 슬러지를 저장한 후 상기 유량조정조로 반송하는 슬러지저류조로 구성된 수처리 방법으로, 상기 활성탄 여과기 후단에는 전기분해조가 설치되어 그 전기분해조의 Anode전극에서 형성된 수산기 라디칼(OH·)에 의해 난분해성 유기물질, 암모니아성 질소, 색소유발물질이 산화처리되는 것으로, 상기 전기분해조는 백금(Pt)을 코팅한 니오브(Nb) Anode전극판과, 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판과, 그 Anode전극판과 Cathode전극판 사이에 간격이격부재가 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법에 관한 것이다.

우리나라는 산업발전으로 인한 물 수요량은 끊임없이 늘어나고 있으며 늘어나는 물 사용량에 비하여 강우의 계절적 편중으로 경제적으로 이용가능한 물자원의 총량은 한정되어 있다. 장래의 물부족에 대처하기 위해서는 물을 아껴쓰는 것은 물론이며, 쓰고 버린 물을 재이용하는 중수도 제도의 도입이 필요하다. 특히 물을 많이 이용하는 대형 건축물과 대단위 시설물이 늘어나면서 공급량을 늘려가는 데는 한계가 있다.

전기분해방법은 무기성 또는 유기성 전해물질을 함유하는 오·폐수에 전기에너지를 가하여 하·폐수 중에 함유되어 있는 BOD, COD성분 등을 전기화학적으로 제거하는 처리방법이다. 전기화학적인 수처리방법은 철이나 알루미늄을 전극으로 사용한 전기응집과 불용성 전극(DSA, Dimensionally Stable Anode)을 사용한 전기분해로 구분할 수 있다. 전기분해에 의한 폐수처리 원리는 전극표면에서 전자의 이동에 의해 오염물이 파괴되는 직접 분해와 수용액 중에서 발생하는 산화력이 강한 중간 생성물에 의해 오염물이 산화 분해되는 간접분해로 구분된다. 또한 불용성 극판을 양극으로 사용한 전기분해는 전기응집에 의한 폐수처리와는 달리 극판의 손실이 없으며, 질소 제거가 양호한 장점이 있다. 또한 질소를 제거함에 있어서 질산화과정을 거치지 않기 때문에 처리시간을 단축시킬 수 있고 탈질소에 필요한 소요부지 를 줄일 수 있으며, 슬러지 생산량이 거의 없기 때문에 생물학적처리와 화학적 응집 처리의 단점을 보완할 수 있는 공정이다. 하·폐수 중에 함유되어 있는 콜로이드상의 물질의 대부분은 마이너스로 하전되어 있는 것이기 때문에 서로 반발하지 않고 부유하고 있는 상태에 있다. 이 상태에 전기 에너지를 주어 전기적으로 중화하여, 응집반응을 일으키는 동시에 산화, 환원 반응도 일으킨다. 이러한 전기적 중화는 일반적으로 가용성의 양극을 사용하여, 이 양극금속의 가수분해에 의한 금속수산화물의 생성에 의해 볼 수 있다.

전기분해에 의하여 오염물질이 제거되는 원리는 전기적 응집(Electrocoagulation), 전기적 부상(Electroflotation), 전기적 산화(Electro-oxidation), 표면착화(Surface Complexation), 정전기적 인력(Electrostatic Attraction), 화학전환(Chemical Modification), 화학침전(Chemical Precipitation) 등이다.

일상생활과 생산활동에 있어서 필요불가결한 물은 주로 수도시설을 통하여 수돗물로 소비자에게 공급된다. 전체 수도물 중에서 식용, 취사, 목욕, 세면용과 변기세정, 세탁, 청소, 세차 등의 가정용이 70%로 대부분을 차지하고 있으며, 영업용으로 20%, 기타 목욕탕, 공공용, 소방용 등으로 약 10%가 소비되고 있다. 급격한 도시화 진행 및 산업화, 생활수준 향상 등으로 인하여 수도용수에 대한 수요의 증가는 계속적으로 상승하고 있다.

이와 같은 용수사용량을 계속적으로 증가하는데 비하여 용지 매수의 어려움과 증가되는 건설비로 인하여 수자원의 개발은 점점 어려워지고 있어 공급량을 늘 려가는데는 한계점이 드러나게 되었다. 이러한 상황에서 수요가 급증될 수자원을 유용하게 이용할 수 있는 방법이 다각도로 검토되지 않으면 안 된다.

또한, 종래의 오수를 중수로 재이용하기 위한 방법으로, 침사조, 스크린조, 유량조정조, 무산소조, 호기성생물막조, 침지형 여과막조, 처리수조, 활성탄 여과기로 구성되는 방법을 이용하였으나, 이와 같은 방법은 대장균 제거 및 소독효과가 떨어져 중수로 재이용하는데 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 침사조, 스크린조, 유량조정조, 무산소조, 호기성생물막조, 침지형 여과막조, 처리수조, 활성탄 여과기로 구성되는 수처리 방법의 후단에 전기분해장치를 부가설치함으로써, 오수 속에 포함되어 있는 난분해성 유기물, 미량의 색도 유발물질, 악취, 대장균, 일반세균 등을 효율적으로 제거하여 중수로 재이용할 수 있도록 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 모래와 같은 침강성 물질을 물리적으로 처리하는 침사조와, 그 침사조를 거친 오수 중의 협잡물을 제거하는 스크린조와, 그 스크린을 통한 유입원수의 수리학적 부하를 균등하게 하여 무산소조로 보내는 유량조정조와, 탈질 미생물이 저분자 유기물을 이용해 질산을 질소가스로 전환하는 무산소조와, 그 무산소조를 거쳐 질소가 제거된 오수를 미생물에 의해 처리하는 호기성생물막조와, 여과막에 의해 처리수와 농축슬러지를 분리하는 침지형 여과막조와, 처리된 오수를 보관하는 처리수조와, 그 처리수를 활성탄에 의해 여과하는 활성탄 여과기와, 상기 침지형 여과막조의 슬러지를 저장한 후 상기 유량조정조로 반송하는 슬러지저류조로 구성된 수처리 방법으로,

상기 활성탄 여과기 후단에는 백금을 코팅한 니오브 Anode전극판과, 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판과, 그 Anode전극판과 Cathode전극판 사이에 간격이격부재가 구비되어 구성된 전기분해장치가 내부에 구성되어 있는 전기분해조가 설치되어 그 전기분해장치의 Anode전극에서 형성된 수산기 라디칼(OH·)에 의해 난분해성 유기물질, 암모니아성 질소, 색소유발물질이 산화처리되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법을 그 주요 기술적 구성으로 한다.

상기 니오브(Nb) Anode전극판과 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판은 그 두께가 0.5 ~ 3㎜인 것으로, 10 ~ 15mesh의 그물망 구조로 형성되어 전극접촉면적을 크게 하여 수 처리효율을 높일 수 있도록 구성된 것으로, 그 니오브(Nb) Anode전극판에는 함침법으로 제조하여 그 입자의 크기가 5nm인 백금(Pt)이 코팅된 것이다.

상기 간격이격부재는 전기분해조로 유입되는 유체의 흐름을 제어하여 그 유체가 전극표면에서 균일하게 반응할 수 있도록 망사형 구조를 갖으며, 상기 간격이 격부재는 밀도(g/㎤)가 0.912 ~ 0.94이고, 결정도(Crystallinity)가 50%인 비선형 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 재질이다.

이하, 상기한 기술적 구성을 더욱 상세히 살펴보도록 한다.

중수는 한번 사용한 물을 처리하여 어떠한 형태로든 한번 또는 반복적으로 다시 이용하는 것을 의미하며, 수도법 제3조제14호에 따르면 사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리한 물을 중수라고 하며, 이의 처리시설, 급수시설, 이용시설 등을 총체적으로 중수도라 한다.

오수를 중수로 재이용하기 위해서는 다음의 표1과 같은 조건을 만족해야 하며, 표 2와 같은 화학물질을 처리하여야 한다.

표 1: 오수를 중수로 재이용하기 위한 처리대상 항목

중수도의 용도항목	수세식변소용수	살수용수	조경용수
대장균 군수	1㎖당 10을 넘지 아니할 것	검출되지 아니할 것	검출되지 아니할 것
결합잔류 염소	검출될 것	0.2㎎/ℓ이상일 것	-
외관	이용자가 불결감을 느끼지 아니할 것	이용자가 불결감을 느끼지 아니할 것	이용자가 불결감을 느끼지 아니할 것
탁도	5도를 넘지 아니할 것	5도를 넘지 아니할 것	5도를 넘지 아니할 것
BOD	10ppm을 넘지 아니할 것	10ppm을 넘지 아니할 것	10ppm을 넘지 아니할 것
냄새	불결한 냄새가 나지 않을 것	불결한 냄새가 나지 않을 것	불결한 냄새가 나지 않을 것
pH	pH 5.8 - 8.5일 것	pH 5.8 - 8.5일 것	pH 5.8 이상 - 8.5 이하일 것

표 2: 오수를 중수로 재이용하기 위한 처리대상 물질

구분	화학물질명	기준(㎎/ℓ)
THMs	Chloroform	0.08
	Bromodichloromethane	-
	Dibromochloromethane	-
	Bromoform	-
	Total THMs	0.1
건강상 유해 영향 유기 물질	1,1-dichloroethane	0.03
	Dichloromethane	0.02
	1,1,1-trichloethane	0.1
	Carbon tetrachloride	0.002
	Trichloroethylene	0.03
	Tetrachloroethane	0.01
	Benzene	0.01
	Toluene	0.7
	Ethylbenzene	0.3
	Xylene	0.5
	Total VOCs	-

상기 표1 및 표2와 관련하여 중수의 수질은 그 특성상 계절별, 지역별, 시간별로 다르게 나타나며 동절기에 수질조사를 실시한 결과 중수도 원수인 세면기용, 청소용은 중수도 수질기준보다 BOD는 약 11배, 색도는 6배, 탁도는 4.8배, ABS는 2.5배 높은 것으로 나타난다.

오수를 중수로 이용하기 위한 구성인 상기 침사조, 스크린조, 유량조정조, 무산소조, 호기성생물막조, 침지형 여과막조, 처리수조, 활성탄 여과기, 전기분해처리조로 이루어지는 처리방법의 각 구성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 침사조는 사각형으로 설치되며 주로 비중이 큰 모래 또는 더러운 덩어리의 혼합체인 Grit 및 침강성이 있는 물질을 물리적으로 처리하는 시설로 하부에 경사를 두어 모래 등을 원활히 제거하기 위한 시설로써, 비중이 2 ~ 2.5에서 입자경이 0.2m 이상인 물질을 주로 제거할 수 있으며 유속을 9 ~ 20m/min 이내로 주며 주기적인 청소가 필요하다.

상기 스크린조(Screen)는 배수중에는 각종 협잡물이 혼입되어 있기 때문에 이를 제거하기 위하여 첫단계로 스크린을 사용한다. 상기 스크린은 주처리시설의 부하를 절감하여 효율증대와 펌프 등의 기계설비의 손상이나 막힘 등을 방지하기 위하여 설치하는 것으로 그 구분은 스크린의 유효간격에 따라 봉스크린, 격자스크린, 망스크린 등을 구분된다.

상기 유량조정조는 스크린을 통한 유입원수의 수리학적 부하를 균등하게 주처리장치에 보내는 역할을 하는 것으로, 유량조정조내에는 폭기와 교반이 일어나 항상 호기성 상태를 유지함과 동시에 침전을 방지하는 장치가 필요하다.

상기 무산소조는 무산소 상태하에서 질산화물이 미생물에 의하여 환원되면서 탈질소 반응을 일으켜서 질소질을 제거하게 되는 것으로, 유량조정조에서 바로 이송되는 오수에는 거의 질산성 질소가 포함되어 있지 않아, 초기 유입되는 오수는 무산소조에서 특별한 처리 없이 그 무산소조 후단에 설치되어 있는 호기성 생물막조로 이송된다.

상기 호기성 생물막조에서는 암모니아성 질소가 미생물에 의해 산화되어 질 산성 질소로 되고, 그 질산성 질소를 포함하는 오수는 다시 그 호기성 생물막조의 전단에 설치되어 있는 무산소조로 반송되어 무산소 상태하에서 질산화물이 미생물에 의하여 환원되면서 탈질소 반응을 일으켜서 질소질을 제거하게 된다.

상기 호기성생물막조는 상기 무산소조를 거쳐 질소가 제거된 오수를 미생물에 의해 처리하고, 상기 침지형 여과막조는 여과막에 의해 처리수와 농축슬러지를 분리하며, 상기 처리수조는 상기 침지형 여과막조를 거쳐 처리된 오수를 보관하고, 상기 활성탄여과기는 활성탄을 이용하여 오수를 여과하는 역할을 한다.

상기 전기분해조는 전기분해장치를 이용하여 수처리가 이루어지는 곳으로, 그 전기분해장치는 백금(Pt)을 코팅한 니오브(Nb) Anode전극판(11)과, 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판과, 그 Anode전극판과 Cathode전극판 사이에 간격이격부재가 구비되어 구성된다.

상기 전기분해조에서의 수처리원리를 간단히 살펴보면, 상기 전기분해장치의 백금을 코팅한 니오브 Anode 전극표면에서 물이 전기분해되면서 순간적으로 그 Anode 전극표면에서 수산기 라디칼(OH·)이 형성되고, 그 형성된 수산기 라디칼의 강한 산화력에 의해 난분해성 오염물질인 펜타클로로페놀(pentachlorophenol:PCP)의 처리하는 것으로, 이와 같은 난분해성 오염물질의 처리 외에도, 색도 및 악취의 제거가 가능하다.

즉, Anode전극에서 형성된 수산기 라디칼(OH·)은 유기성 오염물질 또는 색도 유발물질을 매우 효과적으로 산화처리 함으로써 촉매 기작에 의한 연속적 반응에 의하여 완전 광물화 하여 CO₂로 분해되고, 유입수 내에 포함되어 있던 세균의 세포벽을 파괴함으로써 세균들이 완전 사멸하게 된다.

이하, 상기한 기술적 구성을 도면을 통해 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 1에 도시된 종래 오수처리방법을 살펴보면, 유입된 오수를 침사조(1), 스크린조(2), 유량조정조(3), 무산소조(4), 호기성생물막조(5), 침지형여과막조(6), 슬러지저류조(7), 처리수조(8), 활성탄여과기(9)를 거쳐 중수로 이용할 수 있도록 구성되어 있는 것으로, 이와 같은 종래의 오수처리방법의 구성은 오수에 포함되어 있는 난분해성 유기물질, 대장균, 일반세균, 색도 및 악취 제거효율이 매우 떨어지는 단점이 있다.

도 2는 상기, 도 1에 도시된 바와 같은 오수처리방법의 문제를 해결하기 위해 제시된 기술적 구성으로써, 도 1과 같은 오수처리방법의 후단에 전기분해조를 부가 설치한 구성을 나타낸다.

즉, 침사조(1), 스크린조(2), 무산소조(4), 호기성생물막조(5), 침지형 여과막조(6), 처리수조(8), 활성탄 여과기(9)와, 상기 침지형 여과막조(6)의 슬러지를 저장한 후 상기 유량조정조(3)로 반송하는 슬러지저류조(7)로 구성된 수처리 방법에서, 상기 활성탄 여과기(9) 후단으로 전기분해조(10)가 설치된다.

그 전기분해조(10)에는 전기분해장치(11)가 설치되어 있고, 그 전기분해장치(11)는 도 3에 도시된 바와 같이,

백금(Pt)을 코팅한 니오브(Nb) Anode전극판(12)과, 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판(13)과, 그 Anode전극판과 Cathode전극판 사이에 간격이격부재(14)가 구비되어 구성되어, 상기 전기분해조(10)의 Anode전극에서 형성된 수산기 라디칼(OH·)에 의해 난분해성 유기물질, 암모니아성 질소, 색소유발물질이 산화처리된다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 니오브(Nb) Anode전극판(12)과 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판(13)은 그 두께가 0.5 ~ 3㎜인 것으로, 10 ~ 15mesh의 그물망 구조로 형성된다.

이하, 상기한 전기분해장치를 이용한 오수처리에 대해 내용을 시험 예를 통해 살펴보도록 한다.

시험 예 1 : 전기분해를 이용한 오수처리

시험을 위한 전기분해장치는 내경 20cm, 높이 10cm인 아크릴 원통으로 제작하였다. 그리고, 전극은 직경 12cm 니오브 망(Nb) 백금(Pt)을 코팅한 Anode 전극 2장과 스테인리스강(SUS 316) 재질인 Cathode 1장을 두께 1mm인 폴리에틸렌(PE) 재 질 망사구조를 사이에 두고 설치하였다.

상기 Cathode와 Anode의 투시면적은 망사구조의 공극을 고려하지 않고 직경 12cm인 원형 단면적 113㎠로 유체가 통과할 수 있는 망사구조이고 전기분해가 이루어지는 총 면적은 452㎠로 제작하여 사용하였다.

오수를 상기 전기분해장치를 통해 전기분해 후 그 수질분석 항목은 NO₃ ^--N, PO₄ ^-3-P, 색도, pH, 유리 염소를 표준 수질 시험방법으로 분석하였고, 전기분해 처리수 중 COD_MN은 채취된 시료를 황산으로 pH4이하로 조절하여 292nm흡광도로 분석하였다.

그리고, 연속 방법은 유입유량에 따른 각 HRT 별 처리수 수질분석은 위와 같이 분석하고, 각 HRT별 운전 후 정상상태에서 THMs와 VOCs는 Purge & Trap 농축기(Tekmar 3000, Termar Co., USA)와 RTX624 Capillary 칼럼이 설치된 가스크로마토그래프(GC 6890, Agilent, USA)를 사용하여 분석하였다.

오수에 H₂SO₄와 NaOH로 초기 pH를 5 ~ 9로 조정한 후 회분식 전기분해 장치 내 전류공급 장치를 15A로 고정하고 전압을 10V와 20V로 각각 90분 동안 운전한 결과는 도 5과 같다. 도 5에 나타난 결과를 통해 전압 10V에서 COD_MN농도는 4㎎/ℓ미만으로 나타났으며, 또한 전기분해에 의한 유기물 제거 실험에서 원수 초기 pH와 전압 10V와 20V에서 15분, 30분 및 60분 처리수의 색도는 모두 먹는 물 수질 기준 인 5도 미만이었으며, 일반 세균은 원수 5.2×10⁵ CFU/㎖에서 모두 불검출로 나타났다.

도 6의 PO₄ ^-3-P는 초기 pH 5.0을 제외하고는 전압의 영향을 받지 않고 하수도법 시행규칙 제6조제1항의 방류수 수질기준 내 기타지역 기준 값인 8㎎/ℓ이하인 4㎎/ℓ이하로 나타났다. 전기분해에서 인의 제거는 원수 내 함유된 Ca^-2과 PO₄ ^-3-P가 반응하여 pH7.5와 pH9로 운전 시 전압과 관계없이 CaHPO₄ 침전물로 제거된다.

그러나, pH5의 조건에서 전압 10V와 20V에서 PO₄ ^-3-P 농도가 완만히 감소되는 것은 산 조건에서 CaHPO₄ 침전물 형성이 낮기 때문이다(Snoeyink and Jenkins. 1980).

상기 전기분해장치를 이용하여 오수의 유입유량을 35, 82, 256 및 19㎖/min로 연속 유입하였다. 이때 반응조 전극 하단부내 처리수 용량은 0.942ℓ를 유지하여 연속방법의 수리학적체류시간(HRT)은 각각 27.1, 11.5, 3.7 및 49.2분으로 전류세기 15A에서 운전하였고, 처리수의 수질 분석항목 COD_MN, NO₃ ^--N, PO₄ ^-3-P 및 유리염소 농도에 대한 결과는 도 7과 같다.

그리고, 전기분해 처리수의 NO₃ ^--N 농도는 HRT 3.7분에서 49.2분 범위에서 15.8±0.4㎎/ℓ로 유입 농도 17±0.2㎎/ℓ보다 약 7%정도 제거되었다. 이는 본 발명에서 사용된 전극이 NO₃ ^--N 제거에 요구되는 환원전극 효과가 없는 산화전극이기 때문이다.

그 이외의 COD_MN 와 PO₄ ^-3-P 농도 변화는 각각 HRT에서 안정적으로 처리되었으며 처리수 내 유리 잔류 염소가 최대 0.7㎎/ℓ이고 HRT 49.2분에서 최소값 0.2㎎/ℓ로 나타났으며, 또한 전기분해 처리수내 일반세균은 모두 불검출로 나타났으며, 처리수 색도는 모두 5도 미만으로 나타났다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 오수를 처리하여 중수를 생산하는 방법은 오수를 처리하여 중수로 재이용함으로써, 수원의 재활용으로 인한 경제적 효과를 이룰 수 있고, 물부족현상을 해결함으로써 사회적문제를 해결하는 효과를 가져오며, 오수의 중수로의 재활용으로 인한 산업발전에 크게 기여하는 장점을 갖는다.

Claims

모래와 같은 침강성 물질을 물리적으로 처리하는 침사조(1)와, 그 침사조(1)를 거친 오수 중의 협잡물을 제거하는 스크린조(2)와, 그 스크린(2)을 통한 유입원수의 수리학적 부하를 균등하게 하여 무산소조(4)로 보내는 유량조정조(3)와, 탈질 미생물이 저분자 유기물을 이용해 질산을 질소가스로 전환하는 무산소조(4)와, 그 무산소조(4)를 거쳐 질소가 제거된 오수를 미생물에 의해 처리하는 호기성생물막조(5)와, 여과막에 의해 처리수와 농축슬러지를 분리하는 침지형 여과막조(6)와, 처리된 오수를 보관하는 처리수조(8)와, 그 처리수를 활성탄에 의해 여과하는 활성탄 여과기(9)와, 상기 침지형 여과막조(6)의 슬러지를 저장한 후 상기 유량조정조(3)로 반송하는 슬러지저류조(7)로 구성된 수처리 방법에 있어서,

상기 활성탄 여과기(9) 후단에는 백금(Pt)을 코팅한 니오브(Nb) Anode전극판(12)과, 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판(13)과, 그 Anode전극판(12)과 Cathode전극판(13) 사이에 간격이격부재(14)가 구비되어 구성된 전기분해장치(11)가 내부에 구성되어 있는 전기분해조(10)가 설치되어 그 전기분해장치(11)의 Anode전극에서 형성된 수산기 라디칼(OH·)에 의해 난분해성 유기물질, 암모니아성 질소, 색소유발물질이 산화처리되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법.
청구항 1에 있어서,

백금(Pt)을 입힌 니오브(Nb) Anode전극판(12)과 스테인리스강(steel use stainless:SUS) Cathode전극판(13)은 0.5 ~ 3㎜의 두께를 갖는 것으로, 10 ~ 15mesh의 그물망 구조로 형성되어 전극접촉면적을 크게 하여 수 처리효율을 높일 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법.
청구항 1에 있어서,

간격이격부재(14)는 전기분해조(10)로 유입되는 유체의 흐름을 제어하여 그 유체가 전극표면에서 균일하게 반응할 수 있도록 망사형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

간격이격부재(14)는 밀도(g/㎤)가 0.912 ~ 0.94이고, 결정도(Crystallinity)가 50%인 비선형 저밀도폴리에틸렌(LDPE) 재질인 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법.
청구항 1에 있어서,

니오브(Nb) Anode전극판(12)에 코팅한 백금(Pt)은 함침법으로 제조하여 그 입자의 크기가 5nm인 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용하여 오수를 중수로 생산하는 방법.