KR200177170Y1

KR200177170Y1 - 활성탄소섬유전극 탈염법과 막분리법을 이용한 공업용수생산장치

Info

Publication number: KR200177170Y1
Application number: KR2019990022645U
Authority: KR
Inventors: 박광규; 윤석원; 원도영
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2000-04-15

Abstract

본 고안은 막(membrane)과 활성탄소섬유 전극을 이용한 용수처리 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 막 또는 필터 등을 이용하여 부유물 및 유기물을 제거하며, 활성탄소섬유 전극을 이용하여 불순이온을 흡착시키고, 연속전기 탈이온 장치를 이용하여 활성탄소섬유 전극에서 제거하지 못한 미량 이온을 제거하는 공정으로 구성되어 용수 처리시 화공약품을 사용하지 않는 환경친화적 용수처리 장치에 관한 것이다.

본 고안은 막분리 전처리장치를 이용하여 용존 고형물 및 유기물을 제거하며, 활성탄소섬유전극 탈염장치를 사용하여 수중 양이온 및 음이온 불순물을 제거하고, 연속탈이온 장치를 사용하여 활성탄소섬유전극 탈염장치에서 유출된 미량이온을 제거함으로써 수처리시 화공약품을 사용하지 않으므로 폐액이 발생되지 않는 공업용수 생산장치를 제공함을 목적으로 한다.

Description

활성탄소섬유전극 탈염법과 막분리법을 이용한 공업용수 생산장치 {Industrial Water Purification System Using Activated Carbon Fiber Electrode and Membranes}

종래의 공업용수 생산장치는 응집과 침전을 위주로 한 전처리장치와 수중의 이온을 제거하기 위한 이온교환수지장치 및 처리수의 순도를 높이는 혼합이온교환수지 장치로 구성되어 있다. 그러나 산업발전에 따라 환경오염이 심해지고 원수의 수질이 악화됨에 따라 각 장치별 화공약품 소모량이 크게 증가할 뿐 아니라 폐수규제치가 강화됨에 따라 생산비용이 크게 증가하고, 경우에 따라서는 공업용수를 원활히 생산할 수 없는 실정이다.

응집침전 장치의 경우 운전 정지후 재 가동시 원수의 수질에 따라 정확한 운전 조건을 설정해 주지 않을 경우 원활한 침전이 이루어지지 않아 장치의 가동이 불가능해 지며, 이때 침전을 위하여 응집제, 응집보조제, 염산, 가성소다 등 다수의 화공약품을 사용하게 된다. 여기에 수중의 부유입자를 제거하기 위한 중력식 여과기가 추가로 필요하여 장치의 대형화 및 조작시 고도의 전문성이 요구되는 단점이 있다.

또한, 응집침전 장치로 제거되지 않은 유기물 등의 제거를 위하여 활성탄이 포함된 충진탑을 사용하여야 하고, 각종 이온성분을 제거하기 위하여 이온교환수지탑을 사용하여야 하는데 이 역시 대형의 장치가 필요하고 운전시 전문성 및 지속적인 주의를 필요로 하며, 재생시 화공약품을 사용하여 다량의 재생폐액이 발생되는 단점이 있다.

본 고안은 종래의 수처리상의 단점을 해결하기 위하여 막분리 전처리장치를 이용하여 용존 고형물 및 유기물을 제거하며, 활성탄소섬유전극 탈염장치를 사용하여 수중 양이온 및 음이온 불순물을 제거하고, 연속탈이온 장치를 사용하여 활성탄소섬유전극 탈염장치에서 유출된 미량이온을 제거함으로써 수처리시 화공약품을 사용하지 않으므로 폐액이 발생되지 않는 공업용수 생산장치를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 공업용수 생산공정의 개략도

도 2a는 직렬운전용 평판형 활성탄소섬유전극 탈염장치의 내부상세도

도 2b는 병렬운전용 평판형 활성탄소섬유전극 탈염장치의 내부상세도

도 2c는 직렬,병렬 혼용운전용 평판형 활성탄소섬유전극 탈염장치의 내부상세도

도 2d는 평판형 활성탄소섬유전극 탈염장치의 내부상세도

도 3은 나권형 활성탄소섬유전극 탈염장치의 내부상세도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 막분리 전처리장치 20: 활성탄소섬유 탈염장치

21: 양극의 활성탄소섬유판 22: 음극의 활성탄소섬유판

23: 유로형성판 24: 실리콘판 25: + 전극

26: 활성탄소섬유판 27: 나일론 망사 28: -전극

29: 활성탄소섬유판 30: 분리판 31: 처리수입구

32: 처리수 출구 33: 상부뚜껑 34: 하부뚜껑

40: 나권형 활성탄소섬유장치 41', 41': 분리판

42: ACF양극 43: ACF음극 44: 몸체

45: 투입구 45': 상부 뚜껑 46: 배출구

46': 하부 뚜껑

본 고안의 장치는 막분리 전처리장치(10), 활성탄소섬유전극 탈염장치(20), 연속전기탈이온 장치(40)로 구성되어 있으며 종래의 응집침전조, 중력식여과기, 활성탄탑을 대신할 수 있는 장치로서 막분리 전처리 장치(10)는 중공사 형태의 막을 이용하여 부유물 및 유기물을 제거하며 역세를 통해 별도의 화공약품 사용 없이 세정 및 운전이 가능한 한국정수(주)의 프리필 또는 폴리에스텔 섬유를 열융착 가공한 CHIP을 일정한 밀도로 배열하여 세척을 쉽게 할 수 있는 마이크로 칩 필터(JONG HAB POLLUTION Co.의 제품)를 적용하였다.

막분리 전처리장치의 후단에는 종래의 이온교환수지탑 탈염기를 대신한 장치로 활성탄소섬유전극 방식의 탈염장치(20)를 사용하였고, 활성탄소섬유 탈염장치 후단에는 종래의 혼상수지탑을 대신한 장치로서 이온교환수지, 이온교환막 및 전극을 이용하여 이온교환수지를 전기적으로 재생하는 한국정수(주)의 MDI를 연속탈이온 장치(40)로 사용하여 활성탄소섬유 탈염장치에서 유출된 미량이온을 제거하여 처리수의 순도를 높일 수 있도록 하였다.

도 2a, 2b, 2c은 도 2d에서와 같이 두께 3mm의 실리콘 판(24) 안에 내부크기와 같은 형태의 활성탄소 섬유판(26)(일본 KURACTIVE사의 활성탄소섬유)을 넣고 실리콘 판(24)의 내부를 통과한 (+)전극(25)을 활성탄소 섬유판(26)에 연결하여 양극의 활성탄소 섬유판(21)을 형성한다. 양극의 활성탄소섬유판과 포개어지는 유로형성판(23)은 두께 5mm의 엔지니어링 플라스틱 판(26)(ABS/PC)안에 두께 5mm의 나일론 망사(27)로 유로를 형성하며 동시에 양극과 음극의 활성탄소 섬유판이 접촉하지 않게 방지하고, 위와 아래에 내경 3mm의 처리수 입구(31)와 출구(32)가 존재한다. 유로형성판(23)과 포개어지는 음극의 활성탄소 섬유판(22)은 두께 3mm의 실리콘 판(24) 안에 내부크기와 같은 형태의 활성탄소 섬유판(29)을 넣고 실리콘판 (24)의 내부를 통과한 (-)전극(28)을 활성탄소 섬유판(29)과 연결하여 음극의 활성탄소 섬유판(22)을 형성한다. 음극의 활성탄소 섬유판(22)과 포개어지는 분리판(30)은 두께 2mm의 엔지니어링 플라스틱으로, 양극의 활성탄소섬유판(21), 유로형성판(23), 음극의 활성탄소 섬유판(22)이 이루는 유로를 다른층과 분리하여 적층하기 위한 역할을 한다. 이때 모듈은 양극의 활성탄소 섬유판(21)에서 분리판(30) 까지가 예를 들어 10층 이상 적층되며, 양 끝에 상부뚜껑(33)과 하부뚜껑(34)을 두고 볼트구멍 (35)을 통해 볼트(SUS304)로 조여 하나의 모듈을 구성한다.

막분리 전처리장치(10)를 거쳐 나온 물을 이 활성탄소섬유판 사이에 형성된 유로(27)로 용수를 흐르게 하고, 전류를 흘려 양극의 활성탄소섬유판(21)에는 음이온불순물이 전기적으로 부착되고, 음극의 활성탄소섬유판(22)에는 양이온불순물이 전기적으로 부착되도록 구성되어 있다. 이와 같이 부착된 양이온 및 음이온 불순물은 활성탄소섬유판에 전기를 통하지 않을 경우 활성탄소섬유판에서 떨어져 나오게 되므로 별도의 화공약품을 사용하지 않고 활성탄소섬유판의 세척이 가능해진다.

이와 같은 활성탄소섬유판이 여러층, 예를 들어 10층 이상 적층하여 하나의 모듈을 구성하게 된다.

또한, 처리수의 순도를 높이고자 할 경우 활성탄소섬유판을 직렬로 연결하여 유로를 형성(도 2a)하고, 생산수의 양을 많게 하기 위해서는 병렬로 연결(도 2b)할 수 있게 하여 운전상황에 따른 대처가 용이하게 하였다. 또한, 폐액의 규제 기준치에 따라 활성탄소 섬유판을 직렬 또는 병렬을 혼합 사용(도 2c)할 수 있게 하였다.

도 3은 다공성 망(분리판)의 절연체를 사용하여 (+)극과 (-)극의 활성탄소섬유를 절연시킨 후 분리판(41'), (+)극 활성탄소섬유(42), 절연시킨 분리판(41'), (-)극 활성탄소섬유(43)를 포개어 나권형으로 말아 모듈(도 3)을 형성하여 원통 (44)안에 넣고 상부 뚜껑(45')과 하부 뚜껑(46')을 한 후 투입구(45)와 배출구(46)를 부착한다. 이 때 모듈의 배열 방식은 용수의 수질과 수량, 폐수의 성상 조절이 용이하도록 직렬 또는 병렬로 조합할 수 있으며, 모듈을 나권형 또는 평판형으로 구성할 수 있다.

평판형 활성탄소섬유 탈염장치(20)을 거쳐 탈염된 물이 투입구(45)를 통하여 물을 공급하면 활성탄소섬유의 내부면을 통과하면서 (+)극의 활성탄소섬유를 통과하면서 음이온이 활성탄소섬유에 흡착되고, (－)극의 활성탄소섬유를 통과하면서 양이온이 활성탄소에 흡착되어 처리수의 순도를 높이게 된다. 이와 같은 모듈을 복수의 직렬 또는 병렬로 연결하면 원하는 고순도의 수질을 얻을 수 있다.

＜시험예＞

본 고안의 장치를 이용하여 단계별로 제조한 물의 순도를 표 1에 나타냈다.

표 1. 본 고안의 장치를 이용하여 제조한 물의 순도

구 분	막분리 전처리장치	활성탄소섬유탈염장치	연속 탈이온 장치
유입수 수질(μS/cm)	150	120	10
처리수 수질(μS/cm)	120	10	0.1

본 고안은 용수의 처리시 화공약품을 사용하지 않으므로 폐액이 발생되지 않는 환경 친화적 공정이고, 활성탄소전극판을 재생시 별도의 약품이나 전력사용 없이 전원만 차단하면 재생됨에 따라 별도의 에너지 소모 없이 재생할 수 있어 운영경비가 저렴하다.

또한 막과 전극을 이용한 이온흡착 방식의 채택으로 기존의 처리장치에 비해 작동이 손쉽고 장치의 소요면적이 상대적으로 적으며 자동운전이 가능할 뿐만 아니라 처리수의 수질과 수량 및 폐액 성상을 용이하게 조절할 수 있다.

Claims

비화학적인 용수 처리장치에 있어서, 막분리 전처리장치(10)와 활성탄소섬유전극 탈염장치(20) 및 연속탈이온장치(40)를 조합하여 일련의 물처리 장치로 구성하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유전극 탈염법과 막분리법을 이용한 공업용수 생산장치.
제 1항에 있어서, 활성탄소섬유전극 탈염장치(20)는 (＋)극 활성탄소섬유판과 (－)극 활성탄소섬유판으로 구성된 모듈을 하나 이상으로 형성시켜 직렬, 병렬, 또는 직렬 병렬을 혼합하여 사용할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유전극 탈염법과 막분리법을 이용한 공업용수 생산장치
제 1항에 있어서, 탈이온 장치는 절연체로 (+)극 활성탄소섬유(42)와 (-)극활성탄소섬유(43)를 절연시킨 후 분리판(41')과 (41')로 (-)극 활성탄소섬유와 (＋)극 활성탄소섬유에 포개어 나권형으로 말아 모듈을 형성시켜 원통(44)안에 넣고 상부 뚜껑(45')과 하부 뚜껑(46')을 하여 투입구(45)와 배출구(46)를 부착시켜 구성된 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유전극 탈염법과 막분리법을 이용한 공업용수 생산장치.
제 3항에 있어서, 활성탄소 전극의 모듈 배열 방식을 직렬 또는 병렬로 조합하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유전극 탈염법과 막분리법을 이용한 공업용수 생산장치.
제 3항에 있어서, 활성탄소 모듈을 나권형 또는 평판형으로 구성하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유전극 탈염법과 막분리법을 이용한 공업용수 생산장치.