KR100502213B1 - 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치 - Google Patents
고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 입구와 출구 및 내측에 용수를 수용하기 위한 수용공간이 형성된 함체와; 상기 함체의 외면 소정 위치에 고전압을 인가할 수 있도록 형성된 배관전극과; 상기 함체의 내부에 삽설되어 고전압이 인가되도록 형성된 전극봉과; 제 1 진동수를 가지고 두 개의 일정 전위 간을 맥동하는 제 1 직류고전압 펄스 상에, 일정 최고 전압 및 일정 펄스폭을 가지는 임펄스가 제 2 진동수를 가지면서 발생되는 제 2 직류 고전압 펄스를, 중첩한 중첩파형의 전압을 상기 배관전극과 상기 전극봉에 인가시키는 고전압 펄스 발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기와 같이 중첩된 고전압 펄스를 함체의 전극봉과 배관전극 간에 인가시킴으로써, 함체 내의 용수에 존재하는 미생물의 트랜스 멤브레인 포텐셜(transmembrane potential)을 일정 임계값 이상으로 증가시켜 미생물의 세포막 내외의 표면에 축적된 반대 극성을 띤 전하의 인력에 의해 세포막을 파괴시켜 미생물을 분해시킴과 아울러, 스케일(scale) 및 슬라임(slime) 등의 형성을 방지할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 관한 것으로서, 특히, 서로 다른 진동수 및 전압을 가지는 두 가지의 펄스가 중첩된 고전압 펄스를 함체의 전극봉과 배관전극 간에 인가시킴으로써, 용수에 존재하는 미생물의 세포막을 파괴하여, 이러한 미생물을 분해시킬 수 있는 동시에, 스케일(scale) 및 슬라임(slime) 등의 형성을 방지할 수 있는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 관한 것이다.
종래에는 폐수 처리 장치로서, 절연재료로 만들어진 정화조와 정화조 하부에 설치된 전극유니트가 있고 전극 사이에 알루미늄 합금의 구상물질이 충진된 구조로 되어 있는 전리이온 정화장치가 있었는 바, 이것는 폐수가 전극유니트를 통과함에 따라 전기분해작용에 의한 산화, 환원, 분해, 가스발생 등의 복합작용을 통해 폐수중의 오염물질을 제거하는 방법에 관한 것이었다.
그리고, 수소원자들 간의 잡아당기는 힘, 즉 반데스발스의 힘(수소결합)에 의하여 클러스터(cluster) 형태로 존재하는 자연상태의 액상물질에 대하여 교번되는 고압전류의 전기장의 힘으로써 수소결합을 해체시켜 미세한 분자상태로 변환시키는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 장치도 있었는 바, 이것은 유류의 경우에 있어 기름입자의 크기가 너무 커서 연소를 위한 분사 이후에 불완전연소를 유발하는 것을 방지하기 위하여 전기장의 힘에 의해 분자를 미세화하여 완전연소가 가능케 하는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 폐수 처리 장치는 미생물을 처리하는 데에는 큰 효과를 가지지 못한 것이었다. 즉, 종래의 폐수 처리 장치의 경우는 전기분해를 통해 물질을 산화, 환원, 분해 등을 시키는 방법을 이용하거나 교류의 고압전류를 이용하여 수소결합을 와해시켜 미세한 분자상태로 분해하는 것을 주된 특징으로 하고 있을 뿐, 폐수 처리에 있어 매우 중요한 요소 중의 하나인 미생물의 분리, 분해 및 그 분해 잔류물의 처리 등에 있어서는 그 효과가 없거나 아주 극미한 것이었다는 점에 문제가 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 진동수 및 전압을 가지는 두 가지의 펄스가 중첩된 고전압 펄스를 이용하여 용수 내의 유기물에 대하여 전기장을 인가함으로써 슬라임 또는 스케일 등의 형성을 방지할 수 있는 동시에, 미생물 등을 파괴 및 분해시키고, 그 분해 잔류물은 응집되도록 함으로써 각종 미생물에 의해 오염되어 있는 용수를 효과적으로 정화 처리할 수 있도록 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 입구와 출구가 일정 거리를 두고 이격된 위치에 형성되며, 내측에 용수를 수용하기 위한 수용공간이 형성된 함체와; 상기 함체의 외면 소정 위치에 고전압을 인가할 수 있도록 형성된 배관전극과; 상기 함체의 내부에 삽설되며, 절연체로 피복되어 고전압이 인가되도록 형성된 전극봉과; 제 1 진동수를 가지고 두 개의 일정 전위 간을 맥동하는 제 1 직류고전압 펄스 상에, 일정 최고 전압 및 일정 펄스폭을 가지는 임펄스가 제 2 진동수를 가지면서 발생되는 제 2 직류 고전압 펄스를 중첩한 중첩파형의 전압을 발생시켜 상기 배관전극과 상기 전극봉 간에 인가시키는 고전압 펄스 발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치를 제공한다.
본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 있어서, 상기 고전압 펄스 발생기는 상기 제 1 직류 고전압 펄스를 발생시키는 제 1 전압원과 상기 제 2 직류 고전압 펄스를 발생시키는 제 2 전압원을 직렬로 연결하여 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 있어서, 상기 전극봉에는 양극의 고전압 펄스가 인가되고, 상기 배관전극은 접지되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 있어서, 상기 제 1 직류 고전압 펄스는 최고 전압이 20000[V] 내지 40000[V]이고 상기 제 1 진동수가 1[Hz] 내지 30[Hz]인 것이 바람직하다.
본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 있어서, 상기 제 2 직류 고전압 펄스는 상기 최고 전압은 50000[V] 내지 70000[V]이고, 상기 제 2 진동수는 150[Hz] 내지 2000[Hz]이며, 상기 펄스폭은 50[nano-second] 내지 1000[nano-second]인 것이 바람직하다.
본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 있어서, 상기 제 1 직류 고전압 펄스는 최고 전압이 20000[V] 내지 40000[V]이고 상기 제 1 진동수가 1[Hz] 내지 30[Hz]이며; 상기 제 2 직류 고전압 펄스는 상기 최고 전압은 50000[V] 내지 70000[V]이고, 상기 제 2 진동수는 150[Hz] 내지 2000[Hz]이며, 상기 펄스폭은 50[nano-second] 내지 1000[nano-second]인 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로, 본 발명에 의한 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치의 일례 및 그 작용에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
우선, 도 1을 참조하면, 우선, 본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치는 서로 다른 진동수 및 전압치를 가지는 두 개의 펄스를 발생시켜, 이들을 중첩시키기 위한 고전압 펄스 발생기(101)를 포함하고 있는 바, 이러한 고전압 펄스 발생기(101)의 내부에는 제 1 진동수를 가지고 두 개의 일정 전위 간을 맥동하는 제 1 직류고전압 펄스를 발생시키기 위한 제 1 전압원(미도시)과, 일정 최고 전압 및 일정 펄스폭을 가지는 임펄스가 제 2 진동수를 가지면서 발생되는 제 2 직류 고전압 펄스를 위한 제 2 전압원(미도시)이 직렬로 연결되어 있다.
이 중, 제 1 전압원에서 발생하는 상기 제 1 직류 고전압 펄스는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같은 파형을 가지는 것으로서, 예를 들어, 10000V의 최저 전압과 30000V의 최고 전압 사이에서, 1 - 30[Hz]의 진동수로 맥동한다. 이러한 제 1 직류 고전압 펄스에 의하여, 용수 중의 슬라임, 스케일 등의 유기물이 응집, 침적됨으로써 용이하게 제거될 수 있는 바, 그 구체적인 작용에 대해 살피면 다음과 같다.
우선, 상기 제 1 직류 고전압 펄스를 용수 중에 걸어주면, 이러한 전압에 의한 전기장으로 인하여, 용수 중의 입자에 전하가 충전되며, 이에 따라, 입자 표면의 전하량이 증가한다. 이 때, 일반적인 유기 입자는 (+)전하를 띄게 되며, 박테리아, 미네랄 등은 (-) 전하를 띄게 되는 바, 이러한 전하의 충전 및 전하량의 증가에 의하여, 각 유기 입자 간의 반데르발스 인력이 증가되어, 용수 중의 유기 입자가 응집된다.
이러한 유기 입자 간의 반데르발스 인력이 증가함에 따라, 상기 유기 입자는 응집되어 콜로이드 형태의 응집체를 형성하며, 이러한 과정에서 각 입자 간의 인력이 상승하는 것과는 반대로, 각 입자 간의 응집에 의해 형성된 콜로이드 형태의 응집체와 배관 내벽 사이에는 반데르발스 힘에 의한 척력이 작용하게 되는 바, 이러한 입자간의 인력과 입자와 배관 내벽 사이의 척력이 상호 작용함에 따라, 입자의 응집체는 바닥으로 침적되어, 결국, 용수 중의 유기물을 용이하게 제거할 수 있게되며, 이러한 작용에 의하여 용수 중에 스케일 또는 슬라임 등이 형성되는 것을 용이하게 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 포함된 고전압 펄스 발생기(101)는 위와 같은 작용을 하는 제 1 직류 고전압 펄스와 함께, 미생물을 제거하기 위한 제 2 직류 고전압 펄스를 발생시켜, 이들을 중첩시키게 되는 바, 첨부한 도 3을 통해 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 직류 고전압 펄스는, 예를 들어, 0V의 최고 전압과 60000V의 최고 전압 사이에서, 150[Hz] 내지 2000[Hz]의 진동수로 진동한다.
즉, 상기 제 2 직류 고전압 펄스는 제 1 직류 고전압 펄스에 비하여, 현저히 높은 진동수 및 전위차를 가지는 펄스로써, 이와 같이 높은 전위차를 가지는 펄스를 용수에 걸어주면, 용수 중의 미생물에는 이에 의한 전기장이 인가되며, 이러한 전기장에 의하여 미생물의 세포막 내외의 표면, 즉, 세포막 내의 세포질과 세포막 외부의 표면에는 각각 반대 전하를 띄는 이온이 축적되어, 그 결과 트랜스멤브레인 포텐샬이 유도된다.
그런데, 이러한 포텐샬의 값이 임계값인 1[V] 이상으로 되면, 세포막 내외의 표면에 축적된 반대 전하로 인한 인력이 점차로 압축되어 가며, 이러한 압축이 세포막의 탄성 한계 이상에 다다르면 세포막 자체가 파괴되거나, 세포막에 구멍이 생겨 미생물이 분해된다.
이러한 본 발명의 작용은 도 6의 모식도에 나타난 바와 같다. 즉, 상기 제 2 직류 고전압 펄스를 배관 내에 인가하면, 미생물의 세포막 내외의 표면에 각각 반대 전하가 인가되며, 이 때문에 정전기적인 인력이 작용하게 되는 바, 이러한 인력이 세포막의 탄성 한계 이상으로 증가하면, 이러한 인력으로 인하여, 세포막이 파괴되거나, 세포막에 구멍이 생겨, 미생물이 분해될 수 있는 것이다.
결국, 본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 있어서는, 제 1 직류 고전압 펄스를 발생시키는 제 1 전압원과 제 2 직류 고전압 펄스를 발생시키는 제 2 전압원을 직렬로 연결한 고전압 펄스 발생기를 포함함으로써, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 직류 고전압 펄스와 제 2 직류 고전압 펄스를 중첩시켜 발생시킬 수 있는 바, 상기 제 1 직류 고전압 펄스에 의해서는 용수 중의 슬라임, 스케일 등 유기물이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이와 동시에, 제 2 직류 고전압 펄스에 의하여, 용수 중의 미생물을 분해할 수 있다. 또한, 미생물의 분해에 의하여 발생한 유기물은 통상적인 유기물과 마찬가지로, 제 1 직류 고전압 펄스에 의하여 제거될 수 있으므로, 본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 의하면, 간단한 구성에 의해 용수 중의 유기물 및 미생물을 모두 제거할 수 있다.
한편, 첨부한 도 5를 참고로, 이와 같은 작용을 가지는 본 발명에 의한 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치의 구성을 좀 더 상세히 살피면, 다음과 같다.
우선, 본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치는 고전압 펄스 발생기(101)를 포함하는 바, 그 구체적인 구성 및 작용은 상술한 바와 같고, 이러한 고전압 펄스기(101)는 배관 전극(103) 및 전극봉(102)에 각각 연결되어, 상기 배관 전극(103)과 전극봉(102) 사이에, 서로 다른 두 가지의 펄스가 중첩된 고전압 펄스를 인가할 수 있다.
한편, 상기 배관 전극(103)은 용수를 수용하기 위한 함체(106)의 외부에 연결되어 있으며, 상기 전극봉(102)은 합체의 내부에 삽설되어 있으므로, 상기 배관 전극(103)과 전극봉(102) 사이에 고전압 펄스를 인가하면, 결국, 함체 내의 용수에 고전압 펄스가 인가되어, 용수 중의 유기물 및 미생물이 처리될 수 있는 것이다.
또한, 상기 함체에는 용수의 공급 및 배출을 위한 입구(104) 및 출구(105)가 형성되어 있으므로, 이러한 입, 출구(104, 105)를 통하여, 계속적으로 용수가 공급되고, 처리된 후, 배출될 수 있다.
즉, 상술한 구성에 의한 본 발명의 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치에 의할 경우, 계속적으로 용수를 공급하고, 이에 고전압 펄스를 인가하여 미생물 및 유기물을 제거한 후, 처리된 용수를 배출시킬 수 있는 바, 결국, 간단한 구성, 저비용으로 용수 중에 포함된 미생물 및 유기물을 완전하게 처리할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 용수 중에 포함된 유기물 뿐만 아니라, 미생물까지를 극히 용이하게 분해, 제거할 수 있게 되어, 미생물을 분해하기 어려운 종래 기술의 문제점을 완전히 해결할 수 있는 동시에, 용수 처리의 경제성 및 수율 등에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 제 1 직류 고전압 펄스를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 제 2 직류 고전압 펄스를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 제 1 직류 고전압 펄스와 제 2 직류 고전압 펄스를 중첩한 고전압 펄스를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치 중 배관 등의 함체 부위를 도시한 것이다.
도 6은 상기 배관 등의 함체 부위에 대한 단면도를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 고전압 펄스 발생기 102 : 전극봉
103 : 배관전극 104 : 입구
105 : 출구 106 : 함체
107 : 절연체
Claims (6)
- 입구와 출구가 일정 거리를 두고 이격된 위치에 형성되며, 내측에 용수를 수용하기 위한 수용공간이 형성된 함체와;상기 함체의 외면 소정 위치에 고전압을 인가할 수 있도록 형성된 배관전극과;상기 함체의 내부에 삽설되며, 절연체로 피복되어 고전압이 인가되도록 형성된 전극봉과;제 1 진동수를 가지고 두 개의 일정 전위 간을 맥동하는 제 1 직류고전압 펄스 상에, 일정 최고 전압 및 일정 펄스폭을 가지는 임펄스가 제 2 진동수를 가지면서 발생되는 제 2 직류 고전압 펄스를, 중첩한 중첩파형의 전압을 발생시켜 상기 배관전극과 상기 전극봉 간에 인가시키는 고전압 펄스 발생기를 포함하여 구성되고,상기 제 1 직류 고전압 펄스는 최고 전압이 20000[V] 내지 40000[V]이고 상기 제 1 진동수가 1[Hz] 내지 30[Hz]인 것을 특징으로 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 고전압 펄스 발생기는 상기 제 1 직류 고전압 펄스를 발생시키는 제 1 전압원과 상기 제 2 직류 고전압 펄스를 발생시키는 제 2 전압원을 직렬로 연결하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 전극봉에는 양극의 중첩된 고전압 펄스가 인가되고, 상기 배관전극은 접지되는 것을 특징으로 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치.
- 삭제
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 2 직류 고전압 펄스는 상기 최고 전압은 50000[V] 내지 70000[V]이고, 상기 제 2 진동수는 150[Hz] 내지 2000[Hz]이며, 상기 펄스폭은 50[nano-second] 내지 1000[nano-second]인 것을 특징으로 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제 1 직류 고전압 펄스는 최고 전압이 20000[V] 내지 40000[V]이고 상기 제 1 진동수가 1[Hz] 내지 30[Hz]이며; 상기 제 2 직류 고전압 펄스는 상기 최고 전압은 50000[V] 내지 70000[V]이고, 상기 제 2 진동수는 150[Hz] 내지 2000[Hz]이며, 상기 펄스폭은 50[nano-second] 내지 1000[nano-second]인 것을 특징으로 하는 고전압 전자펄스를 이용한 용수처리장치.
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