세상 모든 것에는 장단점이 있다. 사회 발전과 생활 수준 향상은 필연적으로 환경 오염을 초래한다. 폐수 문제도 그중 하나이다. 석유화학, 섬유, 제지, 농약, 제약, 금속, 식품 생산 등 산업이 급속도로 발전하면서 전 세계적으로 폐수 배출량이 크게 증가했다. 더욱이 폐수는 고농도, 고독성, 고염도, 고색소 성분을 함유하는 경우가 많아 분해 및 처리가 어려워 심각한 수질 오염을 유발한다.
매일 발생하는 막대한 양의 산업 폐수를 처리하기 위해 사람들은 물리적, 화학적, 생물학적 접근 방식을 결합하고 전기, 소리, 빛, 자기와 같은 힘을 활용하는 다양한 방법을 사용해 왔습니다. 본 논문에서는 이러한 문제 해결을 위한 전기화학적 수처리 기술에서 "전기"의 활용에 대해 요약합니다.
전기화학적 수처리 기술은 전극이나 인가된 전기장의 영향 하에 특정 전기화학 반응기 내에서 특정한 전기화학 반응, 전기화학적 공정 또는 물리적 공정을 통해 폐수 내 오염물질을 분해하는 공정을 말합니다. 전기화학 시스템 및 장비는 비교적 구조가 간단하고 설치 공간이 작으며, 운영 및 유지 보수 비용이 저렴하고, 2차 오염을 효과적으로 방지하며, 반응 제어가 용이하고, 산업 자동화에 적합하여 "친환경" 기술로 인정받고 있습니다.
전기화학적 수처리 기술은 전기응집-전기부유, 전기투석, 전기흡착, 전기펜톤 반응, 전기촉매 고급 산화 등 다양한 기술을 포함합니다. 이러한 기술들은 각기 다른 특성을 지니고 있으며, 각각 고유한 적용 분야와 영역을 가지고 있습니다.
전기응고-전기부유
사실상 전기응집은 전기부유의 일종으로, 응집 과정과 부유 과정이 동시에 진행됩니다. 따라서 이를 통칭하여 "전기응집-전기부유"라고 부를 수 있습니다.
이 방법은 외부 전압을 가하여 양극에서 용해성 양이온을 생성하는 원리에 기반합니다. 이 양이온은 콜로이드성 오염물질을 응집시키는 효과를 나타냅니다. 동시에, 전압의 영향으로 음극에서는 상당량의 수소 가스가 생성되어 응집된 물질이 표면으로 떠오르도록 돕습니다. 이처럼 전기응집법은 양극 응집과 음극 부유를 통해 오염물질을 분리하고 물을 정화합니다.
금속(일반적으로 알루미늄 또는 철)을 용해성 양극으로 사용하면 전기분해 과정에서 생성된 Al3+ 또는 Fe3+ 이온이 전기활성 응집제로 작용합니다. 이러한 응집제는 콜로이드 이중층을 압축하고 불안정화시키며, 다음과 같은 과정을 통해 콜로이드 입자를 연결하고 포획함으로써 작용합니다.
Al -3e→ Al3+ 또는 Fe -3e→ Fe3+
Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ 또는 4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH-
한편, 생성된 전기활성 응집제 M(OH)n은 용해성 고분자 수산화물 복합체로 알려져 있으며, 폐수 내 콜로이드 현탁액(미세한 기름 방울 및 기계적 불순물)을 신속하고 효과적으로 응집시키는 응집제로 작용하여, 이들을 가교 및 연결하여 더 큰 응집체를 형성함으로써 분리 공정을 가속화합니다. 다른 한편으로, 콜로이드는 알루미늄이나 철염과 같은 전해질의 영향으로 압축되어 쿨롱 효과 또는 응집제 흡착을 통해 응집됩니다.
전기응집제의 전기화학적 활성(수명)은 단 몇 분에 불과하지만, 이중층 전위에 상당한 영향을 미쳐 콜로이드 입자나 부유 입자에 강력한 응집 효과를 발휘합니다. 따라서 알루미늄염 시약을 첨가하는 화학적 방법보다 흡착 용량과 활성이 훨씬 높으며, 사용량도 적고 비용도 저렴합니다. 전기응집은 환경 조건, 수온, 생물학적 불순물의 영향을 받지 않으며, 알루미늄염이나 수산화물과의 부반응도 일어나지 않습니다. 따라서 넓은 pH 범위에서 폐수 처리가 가능합니다.
또한, 음극 표면에서 발생하는 미세 기포는 콜로이드 입자의 충돌 및 분리를 가속화합니다. 양극 표면에서의 직접적인 전기 산화와 Cl- 이온이 활성 염소로 간접적으로 전기 산화되는 과정은 수용성 유기물질과 환원성 무기물질에 대해 강력한 산화력을 발휘합니다. 음극에서 새롭게 생성된 수소와 양극에서 생성된 산소는 강력한 산화환원 능력을 가지고 있습니다.
결과적으로 전기화학 반응기 내부에서 일어나는 화학적 과정은 매우 복잡합니다. 반응기 내부에서는 전기응집, 전기부유, 전기산화 과정이 모두 동시에 발생하여 응집, 부유, 산화를 통해 물에 용해된 콜로이드와 부유 오염물질을 효과적으로 변환 및 제거합니다.
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제품 이미지:
게시 시간: 2023년 9월 8일
