KR100389731B1 - 전기화학적 정수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기화학적 정수시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 평판상의 흑연판에 음극과 양극을 교번으로 공급하여 수염성 전염균을 고효율로 살균하고 잔류염소등의 부수적인 산화제를 생성하는 전기화학적 정수시스템에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 소정의 흑연판을 다수 배열시켜 음극 및 양극을 소정시간 간격으로 교번으로 공급하여 수염성 전염균을 효율적으로 살균시키고 또한 부수적인 산화제를 생성하여 원수(原水)를 정수하는 전기화학적 정수시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 정화되지 않은 원수(原水)를 급수받아 정수하는 전기화학적 정수시스템에 있어서, 상기 급수물을 일정속도와 유량으로 공급하는 펌프(20)와; 입자가 큰 먼지, 부유물, 녹찌꺼기 등을 제거하고 물속에 함유된 여러 불순물들이 유입되는 것을 방지하는 전처리 필터(30)와; 일정간격으로 다수개 수평으로 설치되는 소정크기의 흑연판(51)과; 상기 흑연판(51) 각각에 소정주기로 교번하여 다른 극성의 전원을 공급하는 가변형 직류전원 공급장치(40) 및; 상기 흑연판(51)을 소정의 합성수지재로 형성되어 보호하는 보호통(50)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 흑연판(51)은, 상기 보호통(50) 일측의 입수관(11)을 통한 유입수가 보호통(50)의 타측에 있는 출수관(12) 사이의 흑연판(51)들과 직각을 이루어 흐르게 하여 유입된 유입수의 접촉면적과 유속 등에 의해 지속적인 전기화학적 반응이 일어나게 하는 구조로 형성되는 특징으로 한다.

Description

전기화학적 정수시스템{Clean water system of electrochemical type}

본 발명은 전기화학적 정수시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 평판상의 흑연판에 음극과 양극을 교번으로 공급하여 수염성 전염균을 고효율로 살균하고 잔류염소등의 부수적인 산화제를 생성하는 전기화학적 정수시스템에 관한 것이다.

우리나라는 지질학적으로 화강암이 널리 분포되어 있어, 오염되어 있지 않은 곳이라면 어디라도 물을 채취하여 먹을 수 있기 때문에 각 지방마다 유명한 약수가많고, 도시 외곽의 경우도 약수터가 산재해 있어 많은 사람들이 이용하고 있다.

그러나 환경 및 대기의 오염이 점점 심화되어 가는 상황에서 정밀한 수질검사가 이루어지지 않은 약수물을 장기간 음용한다는 것은 대단히 위험한 일이 아닐 수 없다.

최근에 와서는 지방에서 뿐만 아니라 대도시의 아파트 단지내에서도 지하수를 개발하여 주민들에게 음용토록 하는 것이 많아졌다. 그러나 아무리 깊은 땅 속의 지하수를 퍼 올린다해도 오수와 각종 산업폐기물이 층층이 쌓여 있는 대도시 한복판 에서 취수된 물은 오염되어 있을 가능성이 아주 많다.

또한 대부분의 사람들은 물을 끓여 마시게 되면 물속의 유해한 성분들이 휘발되고 살균됨으로써 보다 안전한 물을 마실 수 있다고 생각하고 있으나, 세균이나 끓는 점이 낮은 휘발성 유기물, 페놀 등에 오염된 물은 물을 끓임으로써 안전한 형태로 음용이 가능하다 할 수 있으나, 중금속 및 끓는 점이 높은 화학물질, 각종찌꺼기의 경우는 그대로 물속에 잔존함을 알 수 있다.

일반적으로 정수기는 물에 함유된 유해물질을 제거하여 사용자가 안전하게 마실 수 있는 물을 제공하기 위한 것으로, 이러한 정수기는 필터식 정수장치와 염소공업에서 전극을 사용하여 전해하는 전해식 정수장치 등의 여러 가지장치가 있다.

필터식 정수장치는 도2에 도시된 바와 같이 먼저 전처리 필터(Sediment Filter, 100)로 입자가 큰 먼지, 부유물, 녹찌꺼기 등을 효과적으로 제거하고 물속에 함유된 여러 불순물들이 다른필터에 들어가는 것을 방지하여 필터의 성능 및 수명을 연장시켜 주며, 프리카본 필터(Precarbon Filter, 200)은 활성탄을 사용하여 물속의 잔류염소 및 유기화학 성분을 제거하고 냄새를 제거 하며, 역삼투 멤브레인 필터(Reverse Osmosis Membrane Filter, 300)는 역삼투 멤브레인 막은 중금속과 발암물질을 제거해 주고 순수한 물과 폐수로 분리 처리한다.

또한 여기에 UF중공사막을 설치하여 각종 세균제 및 중금속등을 제거하고 미네랄을 그대로 유지시켜 주며, 알카리이온수필터로 인체에 가장 이로운 PH9정도의 약 알카리수를 만들어 각종 성인병을 예방 시켜 주는 건강수를 제공할 수 있으며, 포스트카본 필터(Postcarbon Filter, 400)는 냄새를 제거하고 물의 맛을 유지시켜주는 기능을 한다.

반면에, 전해식 정수장치는 Ti로 된 원통형 음극과, Ti층에 Ru, Ir, 또는 Sn 또는 이들의 2이상의 합금을 코팅하여 이루어진 이중 적층형태인 봉형의 양극 및 이러한 두 전극사이에서 두 전극을 분리하는 세라믹재질로 이루어진 원통형의 이온교환격막으로 구성되어 있다. 이러한 전해식 정수장치에서는, 양극과 격막사이의 공간인 양극실과, 음극과 격막사이의 공간인 음극실이 있어서, 이 공간에서 각 오염물들을 제거하는 전기화학적 반응이 일어나는데, 유기물 및 세균류는 양극실에서, 중금속류는 음극실에서 제거되어 진다.

그러나, 상기 필터식 정수장치는 항상 일정하게 필터링이 되지 않고 주기적으로 필터를 교환해주어야 함으로 유지비용이 많이 드는 문제점이 있었다.

또한, 전해에 의한 정수장치는 전기화학반응을 이용하기 때문에 안정된 반응조건을 마련해 주는 것이 가장 중요하기 때문에 전력소모가 많았고, 부피가 커지는문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 소정의 흑연판을 다수 배열시켜 음극 및 양극을 소정시간 간격으로 교번으로 공급하여 수염성 전염균을 효율적으로 살균시키고 또한 부수적인 산화제를 생성하여 원수(原水)를 정수하는 전기화학적 정수시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 정화되지 않은 원수(原水)를 급수받아 정수하는 전기화학적 정수시스템에 있어서, 상기 급수물을 일정속도와 유량으로 공급하는 펌프(20)와; 입자가 큰 먼지, 부유물, 녹찌꺼기 등을 제거하고 물속에 함유된 여러 불순물들이 유입되는 것을 방지하는 전처리 필터(30)와; 일정간격으로 다수개 수평으로 설치되는 소정크기의 흑연판(51)과; 상기 흑연판(51) 각각에 소정주기로 교번하여 다른 극성의 전원을 공급하는 가변형 직류전원 공급장치(40) 및; 상기 흑연판(51)을 소정의 합성수지재로 형성되어 보호하는 보호통(50)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는 상기 흑연판(51)은, 상기 보호통(50) 일측의 입수관(11)을 통한 유입수가 보호통(50)의 타측에 있는 출수관(12) 사이의 흑연판(51)들과 직각을 이루어 흐르게 하여 유입된 유입수의 접촉면적과 유속 등에 의해 지속적인 전기화학적 반응이 일어나게 하는 구조로 형성되는 특징으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 전기화학적 정수시스템의 개략적인 구성도,

도2는 종래의 일반적인 정류시스템의 구성도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 급수통 20: 펌프

30: 전처리필터 40: 가변형 직류전원공급장치

50: 보호통 51: 흑연판

52, 53: 전원공급선 60: 정수통

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 전기화학적 정수시스템을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 전기화학적 정수시스템의 개략적인 구성도로서, 도1을 참조하면 정화되지 않은 원수(原水)를 저장하여 본 발명의 정수시스템에 공급하는 급수통(10)과, 상기 급수통(10)의 물을 일정속도와 유량으로 공급하는 펌프(20)와, 입자가 큰 먼지, 부유물, 녹찌꺼기 등을 효과적으로 제거하고 물속에 함유된 여러 불순물들이 들어가는 것을 방지하는 전처리 필터(Sediment Filter, 30)와, 일정간격으로 다수개 수평으로 설치되는 소정크기의 흑연판(51)과, 상기 흑연판(51) 각각에 교번으로 다른 극성의 전원을 공급하는 가변형 직류전원 공급장치(40)와, 상기 흑연판(51)을 소정의 합성수지재로 형성되어 보호하는 보호통(50)과, 상기 보호통(50)을 통해 정수된 물을 저장하는 정수통(60)으로 구성된다.

또한 상기 급수통(10)을 통한 물은 각각 소정의 재질로 이루어진 관(11, 12)을 통해 유출되고, 상기 가변형 직류전원 공급장치(40)에서 각각의 흑연판(51)은 백금단자(54)와 와이어(52, 53)로 연결되어 구성된다. 그리고 상기 보호통(50)과 각 부를 연결하는 연결부재와 누수를 막는 실링부재는 본 발명을 명확히 설명하기 위해 그 도시와 설명을 생략한다.

또한 상기 가변형 직류전원 공급장치(40)는 소정의 직류전원을 바람직하게는 10초당 1회씩 극성을 교번하여 공급하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 효과를 살펴보면, 먼저 정수되지 않은 급수통(10)의 원수(原水)를 일정한 유속과 유량으로 펌프(20)에 의해 공급된다.

공급되는 원수(原水)는 먼저 전처리 필터(30)를 통해 비교적 큰 이물질들이제거된다.

그 후 입수관(11)을 통해 보호통(50) 내부로 유입되게 된다. 이 때 각각의 흑연판(51)은 보호통(50) 일측의 와이어(52)에는 가변형 직류전원 공급장치(40)에 의해 음극이 공급되며, 보호통(50) 타측의 와이어(53)에는 양극의 전원이 공급된다.

따라서 순차적으로 나열된 흑연판(51)에는 음극, 양극 순으로 유도전류가 형성되어, 각각 나열된 흑연판(51) 사이에서 각 오염물들을 제거하는 전기화학적 반응이 일어난다.

즉, 수염성 전염균을 살균하는 오존과 염소, OH라디칼, 염소 등의 부수적인 산화(소독)제가 생성되는 것이다.

이로써, 입수관(11)을 통한 유입수는 맨 위부분에 있는 출수관(12) 사이의 흑연판(51)들과 직각을 이루어 흐르게 되기 때문에 각각의 흑연판(51)과 유입된 유입수의 접촉면적과 유속 또는 전해반응의 속도가 다소 차이가 있지만, 전체적인 정수효율을 최대한 상승시킬수 있게 된다.

또한 상기 가변형 직류전원 공급장치(40)에 의해 일정한 주기로 극성을 바꾸어 공급하기 때문에 흑연판(51)에 정류된 불순물의 흡착을 사전에 방지할수 있게 되며, 단순히 전원만 공급하여 주면 무인으로 자동운영이 가능한 시스템이 되는 것이다.

상기와 같은 구성의 전기화학적 정수시스템에서 일어나는 정수메카니즘을 간단히 살펴보면 하기와 같다.

[ 정수메카니즘 ]

오존은 물의 전기분해에 의해 양극에서 형성되어 진다.

또한 전기분해에 의해 방출된 산소는 오존의 조성에 기여한다.

과산화수소는 음극에서 산소의 감소로 인해 전기분해적으로 생성될수 있다.

즉, 다음의 반응은 산성의 전해액에서 일어난다.

더 높은 음극전위에서 산소는 감소되고 물은 최종생성물로 형성된다.

알칼리성의 전해액에서는 다음의 반응이 일어난다.

즉, 과산화수소의 발생은 전해액의 성분과 사용된 전극에 따라 의존되며, 충분한 과산화수소의 음극에서의 생성량에 대한 결과는 주로 탄소음극을 사용하는 알칼리성의 전해액에서 수행되어진다.

염소가스는 다음의 반응식에 따라 양극에서 생성된다.

상기에서 나타낸 것처럼 양극에서 산소의 발생은 주된 반응이 되야 된다.

그러나, 염소의 방출은 산소의 높은 산화환원전위 때문에 비활성물질로 만들어진 전극에 대해 우세하다. 즉, 실제적인 전기화학적인 반응은 저농도(0.137M)의 염화나트륨용액을 생성하였으며, 따라서 염소에 대하여 다양한 전기분해의 효율에 따른 pH를 계산하는 근거로써 전기화학적인 반응은 충분한 근거가 되고 있다.(Agadzhanyan et al., 1996)

따라서 본 발명에 따른 정수는 세포의 형태를 유지하고 대사작용을 높이며 혈액과 조직액의 순환을 원할하게 하고 영양소를 용해시키며 이를 흡수/운반해서 세포로 공급해 주고 체내에서 불필요한 노폐물을 체외로 배설시키며 혈액을 중성 내지 약알카리성으로 유지시키고 체내의 열을 발산시켜서 체온을 조절하는 역할을 충분히 수행하게 된다.

상기와 같이 본 발명에 따르면, 정수시설에 필요한 소독설비의 잦은 교체로 인한 예산의 낭비를 막을 수 있으며, 시스템의 단순화 및 소형화로 인해 농ㆍ어촌 등의 열악한 간이상수도용으로 적합하며, 악화되는 수질문제에 대해 지속적이고 안전한 음용수를 공급하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 정화되지 않은 원수(原水)를 급수받아 정수하는 전기화학적 정수시스템에 있어서,

   상기 급수물을 일정속도와 유량으로 공급하는 펌프(20)와;

   입자가 큰 먼지, 부유물, 녹찌꺼기 등을 제거하고 물속에 함유된 여러 불순물들이 유입되는 것을 방지하는 전처리 필터(30)와;

   일정간격으로 다수개 수평으로 설치되는 소정크기의 흑연판(51)과;

   상기 흑연판(51) 각각에 소정주기로 교번하여 다른 극성의 전원을 공급하는 가변형 직류전원 공급장치(40) 및;

   상기 흑연판(51)을 소정의 합성수지재로 형성되어 보호하는 보호통(50)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기화학적 정수시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 흑연판(51)은,

   상기 보호통(50) 일측의 입수관(11)을 통한 유입수가 보호통(50)의 타측에 있는 출수관(12) 사이의 흑연판(51)들과 직각을 이루어 흐르게 하여 유입된 유입수의 접촉면적과 유속 등에 의해 지속적인 전기화학적 반응이 일어나게 하는 구조로 형성되는 특징으로 하는 전기화학적 정수시스템.