최근 수처리 기술의 지속적인 개발과 개선에 따라 전기화학적 수처리 기술은 높은 분해율, 간단한 조작 및 무공해 특성으로 인해 점점 더 가치가 높아지고 적용되고 있습니다. 전기화학적 수처리 기술은 여러 가지 세부분류가 있기 때문에 여기서는 전기화학적 산화와 미세전해만을 논의하고 교환한다.
1. 전기촉매산화에 의한 수처리 원리
전기화학적 산화:
광범위하게 말하면, 전기화학적 산화는 실제로 전기화학의 전체 과정을 의미합니다. 산화환원반응의 원리를 바탕으로 전기촉매산화전해기의 전극에서 직접 또는 간접적인 전기화학적 반응이 일어나 폐수 중의 오염물질을 감소시키거나 제거하는 것이다.
좁은 의미에서 전기화학적 산화는 구체적으로 양극 공정을 말하며, 유기물의 용액 또는 현탁액을 전해조에 넣고 직류를 사용하여 양극에서 전자를 포획하여 유기물을 산화시키거나 먼저 저가 금속을 고가 금속 이온으로 산화시키고, 고가 금속 이온이 유기물을 산화시킵니다. 일반적으로 유기물의 일부 기능 그룹은 전기화학적으로 활성을 갖습니다. 전기장의 강제 작용을 통해 작용기의 구조가 변화하여 유기물의 화학적 특성이 변화하고 독성이 감소하거나 제거되며 생분해성이 향상됩니다. 전기화학적 산화는 직접산화와 간접산화로 구분된다.
직접산화(직접전기분해)란 전기촉매전극에서 직접 산화시켜 폐수 중의 오염물질을 제거하는 것을 말하며, 양극공정과 음극공정으로 나눌 수 있다. 양극공정은 오염물질이 양극 표면에서 산화되어 독성이 적은 물질이나 생분해가 용이한 물질로 전환되어 오염물질의 저감 및 제거 목적을 달성하는 공정이다. 음극공정은 음극 표면에서 오염물질을 환원 제거하는 공정으로 할로겐화탄화수소의 환원 및 탈할로겐화, 중금속 회수에 주로 사용된다. 전기화학적 환원이라고도 알려진 이 음극 공정은 전자를 제공하기 위해 스테인리스 스틸 음극 또는 Ti 기반 Pt 도금 전극을 사용하는 것으로, 이는 Cr6+ 및 Cr6+과 같은 중금속 이온의 환원 및 증착과 동일합니다. 환원제에 의한 Hg2+. 높은 산화 상태의 이온은 낮은 산화 상태로 환원됩니다(6가 크롬이 3가 크롬이 됨). 염소를 함유한 유기물을 환원 및 탈염소하여 저독성 또는 무독성 물질로 전환하여 생분해성이 향상됩니다. R-Cl +H++e →RH + Cl-
간접 산화(간접 전기분해)는 전기화학적으로 생성된 산화환원 물질을 반응물 또는 촉매로 사용하여 오염물질을 독성이 덜한 물질로 전환시키는 것을 의미합니다. 간접 전기분해는 가역적 과정과 비가역적 과정으로 구분됩니다. 가역적 공정(매개 전기화학적 산화)은 산화환원이 전기분해 공정 중에 전기화학적으로 재생되고 재활용될 수 있음을 의미합니다. 비가역공정은 산화성이 강한 Cl2, 염소산염, 차아염소산염, H2O2, O3 등 비가역적인 전기화학반응에 의해 생성된 물질을 이용하여 유기물을 산화시키는 공정을 말한다. 전기화학적 반응은 또한 용매화된 전자, ·H2O, ·HO2(초산화물 라디칼), ·O2-(초산화물 음이온 라디칼) 및 시안화물, 페놀을 분해하고 제거하는 기타 자유 라디칼을 포함한 강력한 산화 중간체를 생성하는 데 사용될 수 있습니다. , COD, S2- 및 기타 물 속의 오염 물질을 제거하고 결국 무해한 물질로 변환합니다. 양극에서의 직접 산화의 경우, 반응물의 농도가 너무 낮으면 전기화학적 표면 반응은 물질 전달 단계에 의해 제한됩니다. 간접 산화의 경우에는 그러한 제한이 없습니다. 직접 또는 간접 산화 공정에서는 일반적으로 H2 또는 O2 석출의 부반응이 있으나, 전극 재료의 선택 및 전위 제어를 통해 부반응을 억제할 수 있습니다.
전기 화학적 산화는 해양 유전 폐수, 인쇄 및 염색 폐수, 고농도 침출수 및 암모니아 질소가 풍부한 폐수와 같이 유기 농도가 높고 성분이 복잡하며 분해하기 어려운 물질이 많고 색도가 높은 폐수에 대해 좋은 결과를 얻었습니다. 나트륨. 전기화학적 산화 기술은 전기화학적 활성 양극 소재의 도움으로 강력한 산화 능력을 지닌 수산기 자유 라디칼을 효과적으로 형성할 수 있으며, 이는 잔류성 유기 오염 물질을 분해하여 무독성 생분해성 물질로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 탄소와 같은 물질로 완전히 광물화할 수 있습니다. 이산화물 또는 탄산염.
유기 오염물질 농도가 높고 염분 함량이 높으며 단색, 생분해성이 낮은 산업 폐수 또는 기존 수처리 기술로 분해가 어려운 폐수 유형에 적용할 수 있습니다.
2. 미세전해 수처리 기술
1970년대 구소련의 과학자들이 날염폐수 처리에 철가루를 사용했고, 이후 미세전해가 폐수처리에 적용됐다. 우리나라는 1980년대에 이 분야에 대한 연구를 시작했습니다. 연구가 심화됨에 따라 난분해성 산업폐수의 처리기술로 미세전해 기술이 주목받고 있으며, 공학적 실무에도 적용되고 있습니다.
미세전해의 원리도 비교적 간단하다. 금속 부식의 원리를 이용해 1차 전지를 만들어 폐수를 처리하는 공정이다. 이 방식은 고철을 원료로 사용하고 전력자원을 소모하지 않으며 '폐기물을 폐기물로 처리한다'는 의미를 갖는다. 구체적으로, 미세전해 방식의 내부 전기분해탑은 고철과 활성탄을 충진재로 사용하는 경우가 많으며, 화학 반응을 통해 환원성이 강한 Fe2+ 이온을 생성하여 폐수 중의 특정 산화 성분을 환원시킬 수 있습니다. 또한 Fe(OH)2 응집은 수처리에 사용될 수 있습니다. 활성 C는 흡착 효과가 있으며 유기물과 미생물을 흡착할 수 있습니다. 따라서 미세전해 방식은 철-탄소로 구성된 1차 전지를 통해 약한 전류를 발생시켜 미생물의 성장과 대사를 촉진하는 효과가 있다. 내부전해수처리 방식은 에너지를 소모하지 않는다는 장점이 있으며, 하수 중의 각종 오염물질 및 색도를 제거함과 동시에 난분해성 물질의 생분해성을 향상시킬 수 있다. 미세전해 수처리 기술은 일반적으로 폐수의 처리성 및 생분해성을 향상시키기 위한 전처리 방법 또는 보완 방법으로 다른 수처리 기술과 결합하여 사용됩니다. 그러나 동시에 미세전해 수처리 방법에도 단점이 있는데, 반응 속도가 상대적으로 느리고 반응기가 막히기 쉽고 고농도 폐수 처리가 어렵다는 단점이 있다.
새로운 폐수 처리 방법으로 철-탄소 미세전해 기술은 인쇄 및 염색 폐수 처리에 처음으로 사용되었습니다. 또한, 제지 폐수, 제약 폐수, 코크스 폐수, 고염도 유기 폐수 및 전기도금 폐수, 석유화학 폐수, 농약 폐수, 비소 등 유기물이 풍부한 폐수의 처리에 대한 연구와 응용도 많이 이루어지고 있습니다. 시안화물 폐수를 함유하고 있습니다. 유기 폐수 처리에서 유기물의 산화 그룹은 흡착, 응집, 착화 및 전착 효과가 있는 새로운 생태학적 철 이온에 의해 감소됩니다. 미세전해 방식은 유기물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 COD를 제거하고 생분해성을 향상시켜 추가 처리를 위한 조건을 조성할 수 있습니다.
실제 적용에서는 철-탄소 미세전해법이 장점을 보여왔지만 경화, pH 조절 등의 문제도 있다. 이러한 문제로 인해 공정의 추가 개발이 제한되었습니다. 이를 위해서는 대규모 산업폐수를 처리하기 위한 철-탄소 미세전해 기술에 보다 유리한 조건을 조성하기 위한 추가 연구가 필요합니다.
전기화학적 수처리는 다른 방법과 결합하여 하수처리의 효율성과 품질을 크게 향상시킬 수도 있습니다. 현재 더욱 연구되고 있는 하수처리 기술은 전기화학적 방법과 생물학적 방법을 결합한 기술이다. 이 두 가지 방법을 결합한 후, 생물기술과 전기화학적 기술의 공동처리를 통해 수질 속의 각종 오염물질을 효과적으로 분해, 처리할 수 있습니다. 전기화학적 반응 과정에서 발생하는 약한 전류는 미생물의 대사 활동을 효과적으로 자극하여 생물학적 처리의 효율성을 높일 수 있습니다. 따라서 이 두 가지 방법의 조합은 난분해성 하수 및 폐수의 불완전 전기분해 처리에 있어 다른 방법으로는 달성하기 어려운 장점을 가지고 있다.
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