KR20240062666A - 상향류 전기화학적 응집 반응기 및 이를 사용하여 폐수로부터 오염 물질을 제거하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 구현예에 따르면, 상향류 전기화학적 응집 반응기를 제공하여, 폐수 내 낮은 농도로 존재하는 오염물질을 전력 효율적으로 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 상향류 전기화학적 응집 반응기 및 이를 사용하여 폐수로부터 오염 물질을 제거하는 방법에 관한 것이다.
전기응집 기술은 수계에 존재하는 인, 중금속 등과 같은 오염 물질을 응집시켜 제거하는 데 사용된다. 전기응집 기술을 이용한 수처리는 소모성 전극의 용출에 의해 생성되는 용출 금속과 수계에 존재하는 오염 물질의 응집 반응에 의해 수행된다. 이와 관련하여, 최근에는 소모성 전극의 용출로 인한 크기 감소, 및 이로 인한 전극 간 간격의 변화에 따른 반응기 구동에 필요한 전력의 변화를 제어하는 것에 대한 연구가 활발하게 수행되어 왔다.
본 개시는 상향류 전기화학적 응집 반응기 및 이를 사용하여 폐수로부터 오염 물질을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 제1 관점(first aspect)에 따른 상향류 전기화학적 응집 반응기는 반응기 내부에 고정된 캐소드(cathode); 적어도 하나의 이동 가능한 애노드(anode), 상기 애노드는 캐소드와 소정의 간격으로 이격되며; 캐소드과 애노드 사이의 간격 변화를 감지하는 감지부; 감지부에서 감지된 캐소드와 애노드 사이의 간격 변화에 기초하여, 캐소드와 애노드 사이의 간격을 상기 소정의 간격으로 유지하는 제어부; 및 제1 분리부 및 제2 분리부, 여기서 제1 분리부는 제2 분리부보다 상부에 위치되며; 및 슬러지 유출구를 포함할 수 있으며, 여기서 슬러지 유출구는 제2 분리부와 유체 연통할 수 있다.
일 구현예(one embodiment)에 따르면, 애노드가 2개 이상인 경우, 각 애노드와 캐소드 사이의 간격은 동일할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 캐소드는 SUS(Steel Use Stainless) 또는 Ti를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 애노드는 Fe, Al, 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 분리부 및 제2 분리부는 다공성 금속 또는 세라믹을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 제2 분리부는 원뿔형(conical)일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 캐소드 및 애노드는 제1 분리부와 제2 분리부 사이에 위치될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 반응기는 부유물 유출구를 더욱 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 반응기는 기체 유출구를 더욱 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 반응기에 대한 전력은 단극성(monopolar)으로 인가될 수 있다.
본 개시의 제2 관점(second aspect)에 따른 폐수 내 오염물질의 제거 방법은 제1 관점의 상향류 전기화학적 응집 반응기를 이용하여 수행될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 오염물질은 인, 중금속, 유기물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 개시의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 개시의 제1 관점에 따르면, 반응기 구동 시 반응기에 인가되는 전압을 일정하게 유지할 수 있으며, 반응기의 전원을 끄지 않은 상태에서도 애노드를 교체할 수 있다.
본 개시의 제2 관점에 따르면, 폐수 내의 저농도의 오염 물질을 전력 효율적으로 제거할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 상향류 전기화학적 응집 반응기의 개략도이다.
본 개시의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이나, 본 개시가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 개시의 일 구현예를 상세히 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 상향류 전기화학적 응집 반응기의 개략도이다.
본 명세서에서 사용된 용어 “상향류”는 반응기에 유입되는 원수가 반응기 하부로부터 상부로 유동하는 것을 의미한다.
상기 상향류 전기화학적 응집 반응기는 반응기 내부에 고정된 캐소드(cathode)(101) 및 적어도 하나의 이동 가능한 애노드(anode)(102)를 포함하며, 상기 애노드는 캐소드와 소정의 간격으로 이격될 수 있다.
캐소드는 전원 인가 시 환원되는 환원 전극으로서, 반응기에 전원을 인가한 상태에서도 용출되어 소모되지 않으며, 반응기 내부의 특정 위치에 고정되어, 제어부에 의해 이동되지 않는다.
여기서, 캐소드는 애노드가 적어도 2 이상인 경우, 모든 애노드와 동일한 간격으로 이격되도록, 도 1에 도시된 바와 같이 반응기의 정중앙에 고정될 수 있다. 이 때, 반응기의 고정 방식은 특별히 제한되지 않는다.
상기 캐소드는 금속을 포함할 수 있으며, 전술한 바와 같이 캐소드는 전원 인가 시에도 용출되지 않아야 하는 바, 상기 금속은 전해질에 대한 용해 안정성을 가지면서, 전기 전도도가 높은 금속일 수 있고, 본 개시의 목적을 제한하지 않는 금속이라면 특별히 제한되지 않는다. 전원 인가 시 용해 안정성 및 경제성의 관점에서는 상기 금속은 SUS(Steel Use Stainless) 또는 Ti인 것이 바람직하다.
상기 애노드는 반응기에 전원을 인가하는 경우, 산화 반응에 의해 애노드에 포함된 금속 이온을 용출하면서 소모되는 소모성 전극이며, 여기서 용출되는 금속 이온은 수산화물을 형성하고, 이는 오염 물질의 응집제로서 작용한다. 애노드는 반응기 내부에 고정된 캐소드와 달리, 반응기 외벽을 관통하여, 애노드의 일부는 반응기 내부에, 또 다른 일부는 반응기 외부에 존재하며, 제어부에 의해 이동이 가능하다. 또한, 애노드가 전부 소모되더라도, 애노드는 소모된 애노드와 동일한 위치에서, 반응기 외부로부터 반응기 내부로 지속적으로 공급될 수 있다.
애노드는 캐소드와 소정의 간격으로 이격될 수 있는데, 상기 소정의 간격은 반응기에 전원을 인가하는 경우에 애노드로부터 원하는 양의 금속 이온이 용출될 수 있도록 제어된 간격에 해당한다. 여기서, 애노드와 캐소드 사이의 소정의 간격은 캐소드와 가장 가까운 애노드의 일 단부와 캐소드 사이의 거리를 의미한다. 일 구현예에서, 상기 소정의 간격은 1 내지 30 mm일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 25 mm, 보다 바람직하게는 5 내지 20 mm일 수 있다. 캐소드와 애노드 사이의 간격이 1 mm 미만인 경우, 애노드에서 발생하는 산소와 캐소드에서 발생하는 수소 기포가 전극 사이에서 전극 간 반응을 저해할 수 있으며, 간격이 30 mm 초과인 경우 전극 사이의 저항이 높아져 인가되는 전압 또한 증가하게 되어, 소비 전력이 증가될 수 있다.
상기 반응기는 적어도 하나의 애노드를 포함할 수 있으며, 애노드가 2개 이상인 경우, 각 애노드와 캐소드 사이의 간격은 동일할 수 있다. 각 애노드와 캐소드 사이의 간격을 동일하게 유지함으로써, 각 애노드와 캐소드 사이에 동일한 전압이 인가되도록 할 수 있으며, 이는 소모성 전극인 애노드의 균일한 소모를 야기하여 관리의 편리성을 제공할 수 있다.
상기 애노드는 금속을 포함할 수 있고, 상기 금속은 전원 인가 시 금속 이온으로 용출되어, 수계에서 산화되면서 금속 수산화물이 되고, 이와 같은 금속 수산화물이 서로 만나 결정화되어 응집제로서 기능을 할 수 있는 것이면 종류의 제한이 없다. 예를 들어, 일 구현예에서, 상기 금속은 반응성이 높은 금속을 포함할 수 있으며, 상기 금속은 바람직하게는 Fe, Al 및 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다.
상기 반응기는 캐소드와 애노드 사이의 간격 변화를 감지하는 감지부(113)를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 감지부는 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 전압의 변화를 측정하여, 상기 간격 변화를 감지할 수 있다. 반응기에 전원이 인가되는 경우, 애노드가 용출되어 금속 이온을 생성함에 따라, 애노드의 크기가 감소하여 캐소드와 애노드 사이의 간격이 커지고, 전극 간 간격이 커짐에 따라 애노드를 용출하기 위해 요구되는 전압이 증가하게 되는데, 감지부는 이러한 전압 변화에 기초하여 캐소드와 애노드 사이의 간격 변화를 감지할 수 있다.
상기 반응기는 감지부에서 감지된 캐소드와 애노드 사이의 간격 변화에 기초하여, 캐소드와 애노드 사이의 간격을 상기 소정의 간격으로 유지하는 제어부(111)를 포함할 수 있다. 감지부에서 감지된 캐소드와 애노드 사이의 간격이 전원 인가 전의 캐소드와 애노드 사이의 간격에 비해 일정 비율만큼 증가된 경우, 제어부는 애노드를 캐소드 방향으로 밀어넣는 방식으로 캐소드와 애노드 사이의 간격을 전원 인가 전의 캐소드와 애노드 사이의 간격으로 유지할 수 있다. 일 구현예에서, 감지부에서 캐소드와 애노드 사이의 간격 변화가 전압의 측정으로부터 감지되는 경우, 제어부는 캐소드와 애노드 사이의 전압이 감소되도록 애노드를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 캐소드와 애노드 사이의 간격이 전원 인가 전의 캐소드와 애노드 사이의 간격에 비해 10% 이상, 바람직하게는 5% 이상, 보다 바람직하게는 3% 이상 증가된 것으로 감지부에 의해 감지되는 경우에 이를 전원 인가 전의 캐소드와 애노드 사이의 간격으로 유지할 수 있다. 바람직하게는, 제어부는 감지부에 의해 캐소드와 애노드 사이의 간격이 변화되는 것을 실시간으로 전달받아, 실시간으로 작동될 수 있다. 이와 같이, 캐소드와 애노드 사이의 간격을 전원 인가 전의 간격으로 유지함으로써, 반응이 진행되더라도 애노드로부터 원하는 양의 금속 이온이 균일하게 용출되도록 하여 효율적인 응집 반응을 수행할 수 있다.
상기 제어부는 애노드를 반응기 외부로부터 반응기 내부로 삽입하는 방식이라면 특별한 제한이 없다. 일 구현예에서, 상기 제어부는 모터를 포함할 수 있으며, 모터는 애노드가 관통하는 반응기 외벽에 위치되어, 애노드를 반응기 내부의 캐소드 방향으로 밀어넣는 구동력을 제공할 수 있다. 제어부에 의해 애노드가 캐소드 방향으로 밀려 들어가면서 소모되더라도, 애노드가 모두 소모되기 전에 새로운 애노드를 제어부에 위치시킴으로써, 반응기 전원을 유지하면서 애노드를 교체할 수 있다.
상기 반응기는 제1 분리부(103) 및 제2 분리부(104)를 포함할 수 있다. 제1 분리부 및 제2 분리부는 반응기 내에, 일 단면이 반응기의 바닥과 평행한 방향으로 존재할 수 있으며, 여기서 제1 분리부는 제2 분리부보다 상부에 위치될 수 있다.
제1 분리부 및 제2 분리부는 이들 사이에 존재하는, 반응기 내부의 특정 구역을 정의할 수 있으며, 상기 구역은 반응기에 전원이 인가되는 경우 애노드로부터 용출된 금속 이온의 금속 수산화물이 서로 만나 결정화된 응집제가 존재하는 베드(bed)에 해당할 수 있다. 응집제는 표면이 수화되면서 원수에 존재하는 인, 중금속과 같은 오염 물질과 공유결합 또는 정전기적 결합에 의해 슬러지를 형성할 수 있다. 또한, 응집제는 슬러지를 형성하지 않더라도 제1 분리부로부터 제2 분리부로 이동하면서 다른 금속 수산화물과 접촉하여 크기가 커져, 제2 분리부를 통과하기 어렵다.
상기 제1 분리부 및 제2 분리부는 다공성 금속 또는 다공성 세라믹을 포함할 수 있다. 여기서 다공성 금속 및 다공성 세라믹은 액체 성분만을 통과시킬 수 있는 물질로서, 애노드로부터 용출된 금속 이온의 수산화물인 응집제 및 응집제와 오염 물질의 응집 반응에 의해 생성되는 슬러지와 같은 고체 성분이 베드의 상부 및 하부로 빠져나가지 못하도록 하는 역할을 한다. 상기 다공성 금속 및 다공성 세라믹은 예를 들어, 특정 크기의 고체를 걸러내고, 액체만을 통과시킬 수 있는 기공이 구비된 금속 또는 세라믹이거나, 체 또는 망의 형태일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 다공성 금속 또는 다공성 세라믹은 1 내지 10 ㎛ 크기의 기공을 포함할 수 있다. 애노드로부터 용출된 금속 이온에 의해 생성되는 응집제는 수십 내지 수백 마이크로미터의 크기를 갖는 바, 응집제 및 응집제와 오염 물질의 응집되어 생성되는 슬러지는 상기 다공성 금속 또는 다공성 세라믹의 기공을 통해 베드의 상부 또는 하부로 빠져나가지 못한다.
상기 반응기는 슬러지 유출구(108)를 포함하며, 슬러지 유출구는 제2 분리부와 유체 연통한다. 슬러지 유출구는 전술한 바와 같이, 베드에 존재하는 응집제 및 슬러지와 같은 고체 성분이 반응기 외부로 배출될 수 있는 유출구에 해당하며, 일 구현예에 따르면, 이러한 고체 성분은 인발에 의해 슬러지 유출구에 의해 배출이 가능하므로, 슬러지 유출구는 인발 장치를 포함할 수 있다.
상기 제2 분리부는 형태에 제한이 없으나, 응집제 및 슬러지와 같은 고체 성분이 침전에 의해 모아져, 인발에 의해 슬러지 유출구로 배출되는 것이 용이하도록 할 수 있는 형태인 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2 분리부는 원뿔형일 수 있으며, 이 경우 제1 분리부와 제2 분리부 사이에서 생성된 응집제 및 슬러지가 침전에 의해 원뿔 형태의 제2 분리부의 꼭지점에 집중되도록 하여, 꼭지점과 유체 연통하는 슬러지 유출구를 통해 용이하게 배출될 수 있도록 할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 캐소드 및 애노드는 제1 분리부와 제2 분리부 사이에 위치될 수 있다. 보다 바람직하게는, 캐소드 및 애노드는 제1 분리부와 제2 분리부 사이의 구역 내에, 제1 분리부와 보다 가깝게 위치될 수 있다. 캐소드 및 애노드가 제1 분리부와 가까운 반응기 상부에 위치됨으로써, 캐소드 및 애노드 표면에 용출된 애노드의 금속 수산화물, 즉, 응집제가 형성되는 것을 방지하여, 캐소드와 애노드 사이의 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 보다 구체적으로, 캐소드 및 애노드가 제1 분리부와 보다 가깝게 위치됨으로써, 반응기의 상부에서 애노드로부터 용출된 금속 이온 및 이의 수산화물이 생성되며, 이는 중력에 의해 하강하면서 다른 금속 수산화물과 만나 크기가 커져, 결과적으로는 제2 분리부 부근에 응집제가 집중적으로 존재할 수 있도록 한다. 캐소드 및 애노드가 제1 분리부와 제2 분리부 사이에 존재함으로써, 제1 분리부와 제2 분리부에 의해 정의되는 구역에 애노드로부터 용출된 금속 이온에 의해 베드가 형성될 수 있다.
상기 베드에서, 응집제의 농도는 균일하지 않을 수 있다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 베드의 하부, 즉, 제2 분리부 부근에서의 응집제의 농도는 베드의 상부에 비해 극히 높을 수 있다. 또한, 상기 베드의 상부에 해당하는, 캐소드와 애노드가 존재하는 위치에는 응집제의 농도가 낮을 수 있다. 이러한 응집제 농도의 불균일성은 전술한 바와 같이 중력의 작용에 의해 발생하는 것으로, 이는 캐소드 및 애노드의 표면에 응집제가 달라붙을 확률을 크게 낮추어 캐소드 및 애노드에 대한 균일한 전압 인가를 가능하게 하며, 베드의 하부에 집중된 응집제가 반응기 하부로부터 상향류로 유입되는 폐수에 존재하는 오염 물질과 접촉할 수 있는 확률을 크게 증가시키는 바, 폐수 내 오염 물질의 농도가 극히 낮은 경우에도 응집 반응이 형성될 수 있도록 할 수 있다.
상기 반응기는 원수 유입구(106)를 더욱 포함할 수 있다. 원수 유입구는 제2 분리부보다 하부에 위치될 수 있다. 원수 유입구를 통해, 상기 반응기의 처리 대상인 폐수와 같은 원수가 반응기로 유입되며, 유입된 원수는 상향류로 제2 분리부를 통과할 수 있다. 원수에 존재하는 오염 물질은 베드의 응집제와 응집 반응을 일으켜, 슬러지를 형성할 수 있다.
상기 반응기는 부유물 유출구(105)를 더욱 포함할 수 있다. 부유물 유출구는 제1 분리부보다 상부에 위치될 수 있다. 캐소드 및 애노드에서 애노드의 금속이 용출되는 산화-환원 반응 시, 부수적으로 발생되는 수전 분해에 의해 캐소드에서 수소 기체가 발생하고 애노드에서 산소 기체가 발생하는데, 산소 및 수소 기체의 발생으로 인해 애노드로부터 용출된 금속 이온이 제1 분리부를 통과하여 반응기의 상부로 부상할 수 있으며, 이와 같이 상부로 부상한 금속 이온이 수산화 반응을 통해 응집제를 형성하고, 원수 내 오염 물질이 이와 응집되어 형성된 슬러지는 부유물 유출구를 통해 반응기 외부로 배출될 수 있다.
상기 반응기는 기체 유출구(110)를 더욱 포함할 수 있다. 기체 유출구는 반응기 내의 기체 성분을 반응기 외부로 배출하는 유출구이며, 전술한 산화-환원 반응 시 캐소드와 애노드에서 발생하는 산소 및 수소 기체는 상기 기체 유출구를 통해 배출될 수 있다.
상기 반응기는 처리수 유출구(109)를 더욱 포함할 수 있다. 원수 유입구를 통해 반응기 내로 유입된 원수 내의 오염 물질은 베드에서의 응집 반응을 통해 슬러지 유출구로 배출되고, 잔류 오염물질, 응집제 및 슬러지는 전기 부상에 의해 부유물 유출구를 통해 배출된다. 또한, 캐소드 및 애노드의 산화-환원 반응 시 생성된 산소 및 수소 기체는 기체 유출구에 의해 배출된다. 이와 같이, 처리된 원수, 즉, 처리수는 처리수 유출구를 통해 반응기 외부로 배출될 수 있으며, 처리수 유출구는 처리수를 배출하는 경우에 제1 분리부보다 상부에 존재하는 부유 물질이 처리수와 함께 반응기 외부로 유출되지 않도록 하는 특수한 구조를 가질 수 있다. 전술한 부유물 유출구와 함께, 처리수 유출구는 반응기 내의 수위를 유지하는 역할 또한 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 처리수 유출구는 스크린을 포함할 수 있고, 부유물 유출구보다 하부에 위치될 수 있다. 부유물 유출구보다 하부에 위치되며, 고체 성분을 여과할 수 있는 스크린을 포함하는 처리수 유출구를 통해, 일부 고체 부유 물질을 포함하는 처리수의 액체 성분만이 부유물 유출구에 의해 처리수가 배출되기 이전에 반응기 외부로 배출될 수 있다.
처리수 유출구를 통해 배출되는 처리수는 원수 유입구를 통해 유입될 때의 원수에 비해, 오염 물질의 농도가 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 99% 이상 저감될 수 있다.
상기 반응기는 드레인(drain)(107)을 더욱 포함할 수 있다. 드레인은 반응기의 바닥(bottom)에 위치될 수 있으며, 이를 통해 반응기의 정기적인 보수 시 세척수를 배출하거나, 제2 분리부보다 하부에 존재할 수 있는 응집제 및 슬러지를 반응기 외부로 배출할 수 있다.
상기 반응기에 대한 전력은 단극성으로 인가될 수 있다. 단극성 전력 인가 방식은 하나의 전극이 하나의 극성만을 띠도록 하는 전력 인가 방식이다. 다수의 판형 전극이 평행하게 정렬되어 있는 경우, 전원과 직접 연결된 두 전극 사이의 모든 전극이 한 전극의 일 면이 (+) 극성이고, 다른 일 면이 (-) 극성을 띠는 전력 인가 방식인 양극성(bipolar) 전력 인가 방식에 의하는 경우, 전원과 직접 연결된 전극 사이의 모든 전극에 전기장을 형성하기 위해 높은 전압을 인가하여야 하고, 전력 인가 시 전원과 직접 연결된 두 전극 사이의 모든 전극이 소모될 수 있는 반면, 단극성 전력 인가 방식에 의하면, 높은 전압을 인가할 필요가 없고, 전력 공급 시 전원의 (-)극과 연결된 애노드만이 소모되는 바, 전력 소모가 적다는 이점이 있으며, 애노드로부터 용출되는 금속 이온의 양이 적어, 저농도의 오염 물질 제거에 보다 효율적이다.
본 개시의 일 관점에 따르면, 전술한 상향류 전기화학적 응집 반응기를 이용한 폐수 내 오염물질의 제거 방법이 제공된다. 전술한 상향류 전기화학적 응집 반응기의 원수 유입구를 통해 원수를 유입하고 전력을 인가하는 경우, 캐소드와 애노드 사이에서 산화-환원 반응이 발생하여, 애노드에 포함된 금속이 이온 형태로 용출된다. 용출된 금속 이온은 수산화물 형태의 응집제를 형성하고, 응집제는 제1 분리부와 제2 분리부 사이에 분포되어, 베드를 형성한다. 제2 분리부보다 하부에 위치된 원수 유입구를 통해 상향류로 유입되는 폐수 내에 존재하는 오염 물질은 베드에서 응집제와 함께 반응을 일으켜 응집제와 오염 물질이 응집된 슬러지를 형성한다. 응집제를 형성하는 금속 이온이 애노드의 산화로 생성됨에 따라, 애노드가 소모되어 캐소드와 애노드 사이의 간격이 점차 증가하게 되면, 감지부가 상기 간격 변화를 감지하여, 제어부에 신호를 전달하고, 전달된 신호를 받은 제어부가 애노드를 이동시켜 캐소드와 애노드 사이의 간격을 전원 인가 전의 간격으로 유지한다. 형성된 슬러지는 인발되어 슬러지 유출구를 통해 반응기 외부로 배출된다.
폐수 내에 존재하는 오염물질은 인, 중금속, 유기물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 여기서 유기물은 애노드로부터 용출된 금속 이온이 수산화되어 형성된 수산화물과 정전기적 결합을 형성할 수 있어, 결과적으로 이에 의해 응집될 수 있는 유기물, 즉, 금속 이온과 반응성인 유기물일 수 있다. 또한, 애노드로부터 용출된 금속 이온은 폴리머(polymer)를 형성하는 특성이 있고, 이는 베드를 형성하는 응집제와 함께 제2 분리부 부근에 일종의 필터를 형성하는 바, 제2 분리부에서 상기 필터에 의한 여과에 의해 제거되는 원수 내 분자량이 큰 유기물 또한 상기 유기물에 해당할 수 있다.
상기와 같은 일련의 단계를 거쳐, 폐수로부터 오염물질이 제거되며, 캐소드 및 애노드의 산화-환원 반응 시 발생하는 산소 및 수소 기체에 의해 제1 분리부보다 상부로 부상하여 제1 분리부보다 상부에서 형성된 응집제 및 슬러지는 부유물 유출구를 통해 제거될 수 있다.
또한, 캐소드 및 애노드로부터 발생하는 산소 및 수소 기체는 기체 유출구를 통해 반응기 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이 오염물질 및 반응 시 발생하는 기체 성분이 제거된 폐수는 처리수 유출구를 통해 반응기 외부로 유출될 수 있다.
이상 본 개시를 구체적인 구현예를 통하여 상세히 설명하였다. 구현예는 본 개시를 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 본 개시의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 개시의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 개시의 영역에 속하는 것으로 본 개시의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
101: 캐소드
102: 애노드
103: 제1 분리부 104: 제2 분리부
105: 부유물 유출구 106: 원수 유입구
107: 드레인 108: 슬러지 유출구
109: 처리수 유출구 110: 기체 유출구
111: 제어부 112: 전원
113: 감지부
103: 제1 분리부 104: 제2 분리부
105: 부유물 유출구 106: 원수 유입구
107: 드레인 108: 슬러지 유출구
109: 처리수 유출구 110: 기체 유출구
111: 제어부 112: 전원
113: 감지부
Claims (12)
- 상향류 전기화학적 응집 반응기로서,
반응기 내부에 고정된 캐소드(cathode);
적어도 하나의 이동 가능한 애노드(anode), 상기 애노드는 캐소드와 소정의 간격으로 이격되며;
캐소드과 애노드 사이의 간격 변화를 감지하는 감지부;
감지부에서 감지된 캐소드와 애노드 사이의 간격 변화에 기초하여, 캐소드와 애노드 사이의 간격을 상기 소정의 간격으로 유지하는 제어부; 및
제1 분리부 및 제2 분리부, 여기서 제1 분리부는 제2 분리부보다 상부에 위치되며; 및
슬러지 유출구를 포함하며, 여기서 슬러지 유출구는 제2 분리부와 유체 연통하는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
애노드가 2개 이상인 경우, 각 애노드와 캐소드 사이의 간격은 동일한, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
캐소드는 SUS(Steel Use Stainless) 또는 Ti를 포함하는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
애노드는 Fe, Al, 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
제1 분리부 및 제2 분리부는 다공성 금속 또는 세라믹을 포함하는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
제2 분리부는 원뿔형(conical)인, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
캐소드 및 애노드는 제1 분리부와 제2 분리부 사이에 위치되는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
상기 반응기는 부유물 유출구를 더욱 포함하는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
상기 반응기는 기체 유출구를 더욱 포함하는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1에 있어서,
반응기에 대한 전력은 단극성(monopolar)으로 인가되는, 상향류 전기화학적 응집 반응기. - 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 상향류 전기화학적 응집 반응기를 이용한 폐수 내 오염물질의 제거 방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 오염물질은 인, 중금속, 유기물, 또는 이들의 조합을 포함하는, 폐수 내 오염물질의 제거 방법.
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| US18/478,884 US20240140835A1 (en) | 2022-11-02 | 2023-09-29 | Upflow electrochemical coagulation reactor and method of removing contaminant from wastewater using same |
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