혼합 금속 산화물 전극 소재기술(2)-제6장 공기정화·수처리용 소재기술-신소재경제신문·재료연구소 공동기획 소재기술백서 2016(48)

혼합 금속 산화물 전극 소재기술(2)-제6장 공기정화·수처리용 소재기술-신소재경제신문·재료연구소 공동기획 소재기술백서 2016(48)

기사등록 2018-10-31 17:59:56

‘전해 산화 폐수처리’ 분산형 소규모 미래방식 각광

전기화학 폐수처리의 효율, 선택성 및 성능 향상에 있어서 MMO 전극의 특성은 절대적인 영향을 미친다. 전해 산화용 양극에 대한 연구 동향으로는 전극성능을 향상시키기 위한 노력으로 기존 MMO 전극의 (1)표면 나노 구조화, (2)유효원소 도핑 및 (3)폴리머와의 복합화 등의 연구와 귀금속이 아닌 다른 물질로 대체하는 대체 촉매 전극 개발로 나눌 수 있다.

■ 전극 표면의 나노 구조화

1) TiO2 나노튜브를 이용하는 방법

나노 구조로 코팅된 MMO 양극은 표면적을 증가시켜 유기화합물의 전기화학적 산화/분해반응 속도를 향상시킬 수 있다. 전극 표면의 나노구조화에 가장 대표적인 방법은 Ti 기판 표면에 양극 산화 표면처리를 통해 수직 배열된 TiO2 나노튜브(이하 TiO2-NT)를 형성한 뒤 튜브 내부에 MMO를 채워 넣음으로써 표면적 극대화와 함께 장입 능력 향상 및 밀착 내구성 향상을 도모하는 방법이다. TiO2-NT의 평균 기공 직경은 양극산화 조건에 따라 다르지만 100∼220nm이며, 열분해법, 펄스 도금법, 수열합성법 등으로 MMO를 채워 넣을 수 있다. TiO2-NT를 형성시키는 방법은 비교적 잘 확립이 되어 있으나 귀금속 촉매 산화물 전극을 튜브의 입구가 막힘이 없이 균일하게 적용을 하는 것이 핵심기술이다.

TiO2-NT는 부도체 내지는 반도체이므로 전도성 부여를 위해 바닥에 pore opening이 필요하며 일반 DC 도금으로는 전류밀도가 바닥까지 미칠 수 없기 때문에 입구에서 막히므로 펄스 전기 도금이 적용된다. 다음의 <그림 3-6-1-4>의 (a)는 TiO2-NT에 SnO2-Sb를 conformal하게 적용한 예이다. 먼저 양극산화된 TiO2-NT에 전기화학적 환원처리를 적용하여 나노튜브의 바닥을 open 한 뒤 구리 도금을 하였다. SnO2-Sb를 코팅한 뒤 양극은 2.4V의 높은 OER 전위를 나타내었고 BA 분해에 있어서 기존 전극 대비 3.5배의 효율을 나타내었다. 결정질의 β-PbO2 나노 입자가 전착이 된 β-PbO2/TiO2-NT는 NaCl 폐수 용액을 상대로 30mA/cm2의 전류밀도에서 96.6%의 페놀 제거 효율, 88.7%의 COD 제거율을 나타내었다. 또한, Ti/TiO2-NTs/SnO2 전극 위에 PbO2를 다시 전착하면 전극의 화학적 물리적 특성은 더욱 향상될 수 있다.

2) 자기조립 템플릿을 이용하는 방법

이 방법은 MMO 전구체 용액 내에서 계면활성제를 첨가하여 마이셀을 형성한 뒤 메조포러스한 MMO층을 형성하고 계면활성제 템플릿은 제거하는 것이다. Evaporation Induced Self-Assembly(EISA)법은 특정 계면활성제(pluronic F127, BASF)를 SnO2-Sb 전구체와 혼합하여 기판위에서 자기조립 및 SnO2의 aggregation을 방지하고 균일 분산시켜 나노구조를 유도하는 방법이다.

또한 self-assembled block copolymmer(styrene phenol polyoxyethylene ether, SPPE)를 이용한 liquid crystal soft template을 형성하고 2D macroporous SnO2를 1D TiO2-NT에 형성하는 방법도 보고되고 있다. 이렇게 제조된 메조포러스 SnO2/TiO2-NT는 4-nitrophenol의 제거 및 독성 감소에 우수한 전기촉매 성능과 광촉매 성능도 나타내므로 고농도 독성 유기 오염물의 광전기화학 분해 공정으로도 연구 개념이 확장되고 있다.

3) 에어로졸 템플릿을 이용하는 방법

최근 탄소 에어로졸(CA)이 MMO 양극의 다공성 기판으로서 주목을 받고 있는데 그 이유는 그 3차원 네트워크 구조로 큰 비표면적을 제공하면서도 우수한 전기 전도도를 지니고 있기 때문이다. 다음의 <그림 3-6-1-5>는 SnO2-Sb/CA전극을 제조하는 공정을 나타내었다. CA 제조 이후에 SnO2-Sb/CA 위에 열분해법으로 증착이 된다. 그러나 소성온도는 CA의 환원성 때문에 매우 중요하다. 고온(700℃)에서는 SnO2가 Sn으로 환원이 되므로 적절한 소성 온도는 600℃로 알려져 있다. PFOA의 전기화학적 산화에서 SnO2-Sb/CA는 SnO2-Sb/Ti보다 훨씬 좋은 성능을 나타내는데, HO 라이칼 발생이 두 배에 이를 뿐만 아니라 TOC 제거율이 17%에서 86%로 높은 것으로 보고되었다.

지난 15년 동안 MMO 전극의 특성 전기촉매활성, 광촉매활성, 부식저항성, 전도도 및 발수, 친수 특성을 얻기 위하여 양극 촉매 물질에 제 3의 원소를 도핑하는 연구가 많이 시도되어 왔다. 도펀트(dopant)는 전구체 용액 혹은 도금 용액 등에 이온의 형태로 단순히 첨가하거나 더 복잡한 방법(예, grafting)으로 도입이 된다. 도핑 이후에 양극의 특성이 크게 향상되는 것은 크게 놀랄 일은 아니다.

그러나 도펀트의 종류, 농도레벨 및 도핑 조건이 MMO 양극의 물리화학적 특성 및 유기 화합물 산화 성능에 어떠한 영향을 미치는지를 알아내는 것은 매우 중요하다. 또한 도펀트가 금속 산화물 격자에 incorporate 되었는지 혹은 양극 표면층이 다른 금속 산화물의 혼합물로 존재하는지 등에 따른 효과를 확인하는 것도 중요하다.

동일한 농도(2.5g/l)의 4가지 희토류 원소(La, Ce, Er, Gd)로 도핑된 PbO2 막의 XRD 분석에서 La2O3, CeO2, Er2O3 등 희토류 원소 산화물의 피크가 PbO2 와 함께 발견됨으로써 표면층에 희토류 원소의 산화물 결정이 형성되는 것이 밝혀졌다. Gd 도핑의 경우는 주 MMO 촉매인 β-PbO2의 결정구조에는 영향 없이 β(101)에서 β(301)로 우선 배향 결정면이 바뀌는 것이 확인되었다.

Ti/PbO2-Pr2O3를 CV 및 co-electrodeposition에 의해 제조하는 연구에서 Pr2O3 의 XRD 피크는 이전 방법에 의해 제조된 전극에서만 관찰이 되었다. 그럼에도 불구하고 dopant의 산화 상태는 불확실하고 더욱이 보통 가장 높은 산화가 상태로 예측하고 있다.

He 등은 Ti/SnO2-Sb/PbO2-Pr 양극에서, Pr은 Pr6O11의 형태로 존재하는데 이는 4개의 PrO2와 1개의 Pr2O3의 혼합화합물이라고 여겨진다. Pr4+의 이온반경(90pm)은 Pb4+의 이온반경(84pm)과 거의 유사하여 PbO2의 핵생성 및 결정 성장에 영향을 준다. Pr3+은 더 큰 이온반경(101pm)을 가지고 있어 표면 입자의 평창을 유도한다. 서로 다른 산화상태의 공존에 대한 전형적인 다른 예는 Sb doped TiO2 전극이다. Terrier의 초기 연구에서 Sb 도핑레벨이 증가하면 XPS 피크상에서 Sb 3d2/3 peak가 낮은 산화 상태의 Sb3+에서 높은 산화가인 Sb5+로 상승하는 것이 관찰되었다. dopant의 산화 상태가 MMO 전극의 전해촉매 활성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.

MMO 양극 성능을 향상시키기 위한 주요 도펀트들을 <표3-6-1-2>에 정리하였다. 그중에 불소이온은 비금속계 dopant인데 SnO2의 전도도를 향상시키거나 PbO2의 밀착력과 안정성을 향상시키는데 적용되었다. Ti/PbO2-Co-F MMO 양극에서 불소 이온은 Co 원소가 표면박막에 혼입되는 것을 방해하는 것으로 관찰되었다. 또한 Sb 도핑과 FTO 중간층을 도입한 Ti/Ni-SnO2 양극은 MMO의 양극의 수명이 6배 이상 향상되었다. Bi(III)를 도핑한 MMO 양극은 유기 화합물의 산화 촉매로 매우 실용적으로 보이는데, Bi(III)는 TiO2 광촉매의 도펀트이기도 하므로 전기촉매 이외에 광촉매 특성 발현도 동시에 가능하다. Ce(IV)이 도핑된 MMO 양극은 제약폐수, 니트로페놀, 그리고 과불화 화합물 등의 폐수에 우수한 산화능력을 나타낸다.

Ti/SnO2-Sb 전극에 La, Ru을 도핑하면 전극의 활성층의 표면적이 증가하여 촉매활성이 개선된다.

Ti/PbO2 전극에는 Ce이 3.5mM까지는 폐수 분해 성능이 향상되지만 그보다 도핑 레벨이 높으면 오히려 전극층의 임피던스가 증가하면서 성능이 다시 낮아지는 거동을 보이므로 도핑 농도도 전극성능에 매우 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

■ 폴리머 복합화

폴리머는 MMO 양극의 특성을 향상시키는데 도입하는 또 다른 형태의 물질로서 일반적으로 MMO 양극 복합 전극의 표면에 발수 특성을 발현시킴으로서 발수성의 유기 화합물에 대한 전해산화 성능을 향상시키는 것으로 알려져있다. 폴리피론과 같은 폴리머를 Ti/SnO2/PbO2 전극에 PbO2와 복합도금으로 개질된 전극은 발수 특성을 발휘하면서 발수성 유기 화합물의 산화 효율의 향상을 가져온다. PTFE이 복합도금된 PbO2 전극은 nitrophenol의 분해에 탁월한 전해촉매 활성과 높은 내식성을 보인다. PTFE-PbO2 양극은 유기 오염물에 대하여 완전한 전기화학 산화를 일으킬 수 있을 것이라는 기대를 받고 있는 전극이다.

Ti/TiO2-NT/PbO2-PTFE는 2,4-dichlorophenoxyacetic산의 제거 분해효율(98%)이 BDD 전극의 효율(79.3%)보다 높고 에너지 소비도 적은 것으로 보고되고 있다.

Ti/TiO2-NT/PbO2-FR은 초발수 표면을 가지고 있어 산소 발생 반응보다 유기물 산화 반응에 관여하는 OH 라디칼에 대하여 전극 표면으로부터 탈착이 용이하게 됨으로써 용액 중에 자유 라디칼의 생성을 촉진시킨다.

산업폐수, 산화력·선택성 큰 MMO 양극 개발 요구

난분해성 유기화합물 생물학적 전처리 공정 경제적

■ 국내외 산업동향

MMO 전극이 사용되는 산업 분야는 매우 다양하다. 가성소다 및 염소 생산이나 차아염소산 생산 등 화학공업으로부터 선박 평형수 살균장치, 도금 양극, 음극방식 양극, 전해수 제조 등에 사용이 되고 있다. 특히 수영장 살균이나 정수기 등의 분야에서는 전극의 크기가 작기 때문에 기술력이 떨어지는 많은 소규모 업체들이 전극과 함께 응용 사업을 벌이고 있으나 기술력의 부재로 많은 실패 사례를 남기고 있어 MMO 전극 사업의 사회적 평판을 깎아먹는 경향이 있는 것이 특징적이다.

MMO 전극이 사용되는 대표적인 분야 중 하나는 전해수 제조산업이다, 전해수는 수도수나 수도수에 식염 또는 염산 등의 전해 조제를 가하고 전기분해하여 MMO 양극에서 생성된 유용한 기능을 갖는 수용액이다. 전해수는 크게 전해음용수와 전해살균수로 나눌 수 있다. 전해음용수는 음용 목적위주의 가정용 약알칼리 전해수이고, 전해살균수는 살균을 목적으로 하며 강산성전해수, 미산성전해수와 전해차아염소산나트륨수가 있다.

염소 가스 기술은 이미 성숙기를 지나고 있고 대형 차아염소산 발생기술은 성장기, on-site 차아염소산 발생기술은 이제 발전을 시작하고 있다. 이는 MMO 전극의 시장 또한 급격하게 확대될 것임을 예고한다. 특히 on-site 차아염소산 발생기술의 발전은 소형 MMO 전극의 폭발적인 수요 증가를 가져올 것으로 예측된다.

실제로 북미 시장 규모는 2009년에 54.8백만 달러이며 2009년에서 2016년까지 매년 6.8%의 연평균 성장률을 기록할 것으로 예측하였다. 도시 하수 처리 문제와 경제적인 폐수처리 문제 및 공공 안전성 문제로 북미에서는 차아염소산나트륨을 제조하여 대량 처리하는 폐수처리 시장과 On-site 차아염소산 발생기 시장 간의 경쟁에서 on-site 차아염소산 발생기술이 우세해지고 있다. 이러한 패러다임의 전환은 빠르지는 않지만 꾸준히 성장하고 있는 염소 소독 시장에서 on-site 차아염소산 발생기 사용이 지구 온난화나 기후변화 대응 측면에서도 적합한 기술로 받아들여지고 있다는 것을 의미한다. 더불어 MMO 전극의 시장도 지속적으로 확대일로(擴大一路)를 걸을 것이라고 판단된다.

산업 동향은 특허분석을 통한 간접적 분석이 가능하다. 강경석 등은 1986년부터 2009년까지 등록된 세계 특허를 WIPS로부터 분석을 하였다.

국가별 출원건수는 일본 특허가 401건(85.0%), 한국이 45건(9.5%), 미국이 20건(4.2%), 유럽이 6건(1.3%)으로 전해살균수 시장은 일본이 주도하고 있음을 알 수 있다. 일본은 1990년대 초반부터 특허가 급격히 증가하였으며 1990년대 후반 이후 감소하고 있는 경향을 보인다. 반면 한국은 1990년대 중반부터 본격적인 특허가 출원되기 시작하여 최근까지도 증가하고 있다. 미국과 유럽은 1990년대 후반부터 2000년대 초반에 특허가 대부분 출원되었으나 그 건수가 매우 적다.

<그림 3-6-1-8>은 주요 출원인의 특허 출원 현황을 나타낸 것이다. 주요 출원인의 특허 출원이 전체 특허 출원에서 차지하는 비율이 41.5%로 비교적 낮은 것으로 보아 핵심 출원인에 의한 출원 보다는 다양한 출원인들에 의해 특허가 출원되었음을 알 수 있다. 가장 많은 특허를 출원한 출원인은 일본의 Sanyo Electric사로 총 35건의 특허를 출원하였으며 Matsushita Electric사 27건, Hoshizaki Electric사와 Okazaki Tatsuo가 각각 26건 등으로 상위 15위의 출원인 모두 일본 국적의 출원인으로 나타났다. 국가별로는 Sanyo Electric사가 모든 국가에서 가장 많은 특허를 출원하였으며 한국을 제외하고 주요출원인 대부분이 일본국적의 출원인임을 확인하였다. 한국 특허에서의 주요출원인으로는 Sanyo Electric사를 제외하고 대부분 한국 국적 출원인으로 한국돌기 주식회사, 한국코스믹라운드, 디엔디전자 순이었다.

■ 국내외 선도기업

이탈리아의 De Nora사는 MMO 전극을 최초로 개발한 회사이며 역사가 50년 이상이다.

MMO 전극은 일반적으로 DSA(Dimensionally Stable Anode)라고 불리는데 이는 De Nora 사에서 최초로 개발한 MMO 전극의 상품명이다. De Nora사는 차아염소산 발생용 전극뿐 아니라 도금양극, 음극 방식용 양극 등을 공급하며 수처리 사업도 병행하고 있다. 사업 영역은 De Nora사와 유사하며 MMO 전극으로는 산소 발생용, 염소발생용, 수소발생용 양극 등으로 세분화하여 제공하고 있으며 염소발생기, 차아염소산 발생기, 수처리, 수전해 등 거의 모든 전해공정 분야의 시스템 사업도 활발하게 진행되고 있다.

일본의 Permelec사는 1969년에 일본의 Misui사와 이탈리아의 De Nora사간에 일본 클로로 알칼리 시장을 타깃으로 공동 설립된 기업이다. 우리나라 기업은 대부분 이 회사의 기술을 도입하거나 벤치마킹을 하였다고 해도 과언이 아니다. 이 기업은 2010년도에 De Nora사가 지분을 회수하면서 현재는 Der Nora Permelec으로 사명이 변경되었다.

Tiaano사는 MMO 전극 및 전극 모듈만을 전문 공급하는 기업이다. 사용하는 귀금속은 일반적으로 알려진 RuO2를 주성분으로 하지 않고 용도에 따라 Nb, Ta, Zr 등을 조합하고 있다. 전극의 용도는 크게 타 회사와 크게 다르지 않고 전기 투석, 음극방식, 도금 양극, 차아염소산 및 염소 생산, 수전해, 전기화학 클리닝, 전기아연도금 강판 제조 및 전기영동분야 등이다.

Severn Trent Services는 on-site 차아염소산 발생 장치 공급자로서 북미 시장의 75%를 장악하고 있다. 이 회사는 대규모 도시 하수처리장에서 거의 독보적이며 특히 1,000 파운드 이상의 대규모 시장에서는 95%의 점유율을 보이고 있다.

Process Solution Inc.는 on-site 차아염소산 살균수 발생장치 시장에 비교적 신규 진입한 회사로 2∼5파운드 용량의 소규모 장치를 제조 공급하고 있다. 그러나 탄탄한 기술력으로 시장에서의 평이 좋아 중형 및 대형 발생 장치 쪽으로 진출을 꾀하고 있으며 향후 시장에서 두각을 나타낼 것이라는 것이 일반적인 예측이다.

Siemens Water Technologies는 전극 소재기술로부터 플랜트까지 전 범위를 커버하는 세계 일류의 수처리 종합 기업이다. Siemens의 타깃 시장은 20∼500 파운드 급의 중형 수처리 시장이다. 그러나 이 중형 수처리 시장에서는 MIOX사와 Seven Trent Services사와 치열한 경쟁이 예측이 된다.

MIOX사는 중형 on-site 차아염소산 발생기를 제고 공급하는 기업이다. 기업의 규모는 대기업 급이나 이들이 주목하고 있는 시장은 소형 및 중형 시스템 시장이다. MIOX는 차아염소산 발생기 외에 여러 고도산화 기술을 종합적으로 적용함으로써 시장에서 굳건히 1위 자리를 지키고 있다.

(주)웨스코 일렉트로드(Wesco Electrode)는 1993년 한국전해라는 사명으로 산업용 불용성 전극으로서 백금 도금 티타늄 전극을 제조하면서 창업되었다. 후에 ㈜욱영전해 시스템으로 법인 전환이 된 후 국내에서는 가장 인지도가 높은 불용성 양극 제조업체로 자리매김 하였다. 경쟁사와는 달리 전극 기술에 집중을 하여 POSCO의 전기아연도금 양극을 공급하고 현대중공업의 선박평형수 제조장치용 불용성 양극을 공급하고 있다. 특히 MMO 전극 코팅용액을 국산화하여 자체 제조함으로써 기술뿐 아니라 가격 경쟁력도 갖춘 기업이다.

㈜Techwin은 역사가 20년 이상 된 환경솔루션, 화학플랜트 건설, 전기화학 등 다양한 환경 분야의 사업을 추진하고 있는 종합 환경 엔지니어링 기업이다. 일부 촉매 전극을 생산하고 있으며 고농도 차아염소산 발생장치 제조 기술에 강점을 가지고 있다.

■ 미래의 연구방향

1) 반응 생성물의 독성 제어

실제 산업 폐수는 매우 복잡하고 다양한 유기 화합물 및 무기 화합물이 혼합되어 있기 때문에 전해 산화과정에서 완전 산화되지 않고 새로운 형태의 화합물로 성상이 변화하는데 많은 반응 생성물은 또 다른 유해폐수로 작용한다. 이는 RO 농축 폐수와 같은 halogenated 화합물을 포함하는 폐수는 분해되면서 원 폐수보다 40∼60배의 독성이 큰 Cl, Br 등의 할로겐 유도체가 형성된다. 이를 방지하기 위해서는 기존의 MMO 양극보다 훨씬 산화력이 크고 선택성이 큰 MMO 양극의 개발이 요구된다.

2) 셀 디자인 개선

전해 셀 디자인도 전해 산화 공정의 효율에 영향을 주는 중요한 요인이다. 현재까지 전기화학 산화용 셀은 양극과 음극이 한 전해조에 들어가는 셀 구조로 셀 저항이 용액의 작아 전력소비가 적다는 장점이 있다. 반면에 이 셀은 양극에서의 산화 반응물이 음극에서의 환원 반응에 대한 화학종으로 경쟁적으로 참여하게 되어 전체 공정 효율이 낮아지거나 용액 내에서 재결합 혹은 더 독성이 큰 부반응 생성물을 형성할 수 있다는 단점이 있다.

이를 극복하기 위해서는 이온 교환막에 의해 양극과 음극이 분리된 수전해 장치에서의 전해 셀 구조의 도입이 필요하다. 이 셀에서의 핵심 기술은 폐수에 안정하면서 이온 교환 효율이 우수한 이온 교환막의 개발과 공정 효율 향상을 위한 셀 디자인 등이다.

3) 폐수처리 공정과의 효율적 연계

기존의 타 폐수처리 공정과의 연계를 통해 더욱 효율적인 폐수처리를 달성할 수 있다. 일반적으로 전해산화법이 생물학적 난분해성 폐수를 산화하는데 탁월하지만 이론적으로 유기 화합물의 완전 전해 산화 분해를 위해서는 에너지(>10kWh/m3) 소비가 크다. 반면에 생물학적 처리는 에너지 소모가 약 5kWh/m3로 여러 폐수처리 공정 중에서 에너지 소모가 가장 낮다. 그러므로 생물학적 처리로 감당할 수 있는 폐수는 생물학적 처리로 하는 것이 가장 효율적이다. 그러므로 전해 산화 공정은 난분해성 유기화합물을 생물학적 처리가 가능하도록 전처리 공정으로 적용하는 것이 훨씬 경제적이다.

매립 침출수 처리 공정인 MBR(membrane bioreactor) 처리와의 조합에서는 MBR 공정의 후처리로 적용을 하면 효과적인 것으로 나타났으나, 간혹 침출수의 염도가 낮아지는 경우는 폐수의 전도도가 낮아 전해 산화 반응이 부적합해질 경우도 발생한다.

초음파 조사 처리도 전해 산화 공정과 조합하는 방안이 연구되고 있다. 초음파는 캐비테이션을 일으킴으로써 양극표면에 이물질 전착 방해, 물질이동 속도 향상 및 자유 OH 라디칼 같은 활성 물질의 생성과 같은 장점이 있다.

SnO2나 TiO2 등의 금속 산화물은 n-type 반도체이므로 광촉매 특성을 지닌다. 그러므로 Ti/SnO2-SbO4, Ti/BiOx-TiO2, Ti/(TiO2)0.7(RuO2)0.3, Ti/TiO2/SnO2 등을 포함한 MMO 양극은 유기 오염물의 광전기화학적(PEC) 산화반응도 일으킬 수 있다. 광원으로 태양광이나 UV 조사를 통해 PEC 산화와 전해 산화가 동시에 일어나도록 함으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

가압 멤브레인 공정과도 조합이 가능한데, 전해산화 공정을 나노 멤브레인 필터 공정과 결합한 경우, 전해 산화의 농도분극 현상과 멤브레인의 파울링 현상을 동시에 감소시킴으로써 처리 효율의 시너지 효과를 거둘 수 있다.

■ 정책 제언

현재 폐수처리는 중앙 집중형 대규모 처리 방식이나 미래의 폐수처리방식은 분산형 소규모 처리방식으로 바뀔 것으로 전망되고 있다. 이러한 형태가 되면 적은 전력만으로 각 가정, 건물, 사업장 등에서 일단 처리가 되고 일부는 물을 재사용하는 개념으로 물 순환 구조를 이루게 된다. 전해 산화 공정은 작은 에너지를 투입하고 고효율로 목적을 달성할 수 있다는 점과 소형화가 가능하다는 특성이 있어 이런 분산형 소규모 처리방식에 적합하다. 또한 여기에 신재생 에너지원 특히 태양광 에너지(PV)와의 결합은 더욱더 효율적인 에너지 사용을 도모할 수 있다.