[논문]전기화학 계면반응에 기초한 DSA 전극을 사용한 고성능 폐수처리 시스템

나영수; 이만성; 김경호

doi:10.17702/jai.2018.19.3.101

전기화학 계면반응에 기초한 DSA 전극을 사용한 고성능 폐수처리 시스템
The wastewater treatment system with high performance based on electrochemical interface reaction using dimensionally stable anode with simple manufacturing 원문보기

접착 및 계면 = Journal of adhesion and interface, v.19 no.3, 2018년, pp.101 - 105

나영수 (동의과학대학교 화학공업과) , 이만성 (동의과학대학교 화학공업과) , 김경호 (동의과학대학교 화학공업과)

초록
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도시의 산업화와 인구의 빠른 증가로 인해, 지구상에서 여전히 7억 8천만명이 물자원 사용에 어려움을 격고 있으며, 이에 따라 깨끗하고 저렴한 물자원 확보 방안에 대한 관심이 집중되고 있다. 그러나, 현존하는 폐수처리 시스템은 낮은 공정효율, 높은 운영비용, 그리고 넓은 부지 요구 등의 다양한 이슈에 직면하여 있는 실정이다. 따라서, 저렴하고 효율적인 폐수 처리 시스템의 개발이 시급히 요구된다. 이러한 노력의 일환으로 rutile type $RuO_2$를 기반으로 한 DSA전극을 이용한 전기 화학적 방법에 기초한 폐수 처리 시스템을 제안하였고, 이를 성공적으로 시연하였다. 우리의 폐수 처리 시스템은 생활폐수의 경우, 생화학적 산소 요구량 (BOD), 화학적 산소 요구량 (COD) 및 총 유기탄소 (TOC) 제거 효율이 52.0 %, 77.8 % 및 65.6 % 로 우수한 특성을 보였다. 또한 축산 폐수의 경우, BOD, COD, 총 질소 (TN), 총 인 (TP)의 제거 효율이 각각 92.9 %, 75.6 %, 35.1 %, 100 %로 획기적인 감축 효과를 거두었습니다. 이 장치의 탁월한 제거 효율과 작은 크기를 고려할 때, rutile $RuO_2$로 코팅된 DSA를 사용한 전기화학적 폐수 처리는 생활 및 축산 폐수의 처리를 위한 유망한 방안이 될 수 있음을 제안하고자 합니다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the rapidly growing of the population and industrization of cities, the clean and affordable water resources have gained immense interest because of remaining about 780 million people still lack access to it. However, present wastewater treatment systems have been faced with various issues, such as low processing efficiency, high operational costs and the requirement of a large area for manufacturing. It is therefore urgently required to develop an inexpensive and efficient wastewater treatment system. As the one of these efforts, we suggested and successfully demonstrated the wastewater treatment system using and electrochemical method via a dimensionally stable anode (DSA) based on rutile type $RuO_2$. Our system achieved biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD), and total organic carbon (TOC) removal efficiently at the respective rates of 52.0%, 77.8%, and 65.6% from household wastewater. In addition, we were able to remove BOD, COD, total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) from animal husbandry wastewater at rates of 92.9%, 75.6%, 35.1%, and 100%, respectively, thereby achieving dramatic reductions. Considering the excellent removal efficiency and the small size of this device, electrochemical wastewater treatment using a DSA coated in rutile $RuO_2$ presents a promising option for the treatment of both household and animal husbandry wastewater.

주제어

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대상 데이터

The data contains rutile type RuO2(space group: P42/mnm (136), JCPDS #43-1027), which are four main peaks centered at 2θ 28.0, 35.1, 40.0, 54.3 and 69.5corresponding to the (110), (101), (200), (211) and (301).

성능/효과

6%, respectively in wastewater of household application. In additions, we also could get the best removal efficiencies of BOD, COD, TN, and TP were 92.9%, 75.6%, 35.1%, and 100%, respectively in wastewater of animal husbandry, which were dramatically reduced values.
In this study, we successfully demonstrated the wastewater treatment system based on various wastewaters, such as wastewater of household and of animal husbandry, by electrochemical method with DSA based in rutile type RuO2. Remarkably, the BOD, COD, and TOC removal efficiencies of the wastewater of the household were 52.0%, 77.8%, and 65.6%, respectively.
As increasing the specific charge (C/cc) of the anode, the BOD, COD, and TOC contents of wastewater samples dramatically decreased. Notable decreases were observed in BOD which decreased by 52% to 3.41 ppm, COD which decreased by 77.8% to 1.80 ppm, and TOC which decreased by 65.6% to 2.92 ppm; all at 36 C/cc (adding current 5A, sample volume 250cc, and treatment time 30 mins). The electrochemical treatment using a rutile RuO₂ plated DSA is therefore more efficient at removing COD than BOD or TOC.
Remarkably, TP were perfectly removed during electrochemical treatment using DSA plated with rutile RuO₂. The removal efficiency for BOD, COD, TN and TP were 92.9%, 75.6%, 35.1%, and 100%, respectively. These results show that we confirmed and successfully demonstrated not only the treatment of the wastewater of the animal husbandry but also that of the household via the electrochemical method with DSA based on rutile type RuO₂.

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