KR100518318B1 - 공정수 수질개선장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제선공정에서의 공정수(6) 수질을 개선하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반적인 제선공정에서 먼지와 함께 배출되는 가스를 물로 씻어주는 가스청정설비의 공정수(6) 수질을 개선하도록 가스청정설비에서 나온 공정수 내에 함유된 칼슘과 염소를 전극판들(1)(2)의 전기분해를 이용하여 분리시켜 제거함으로써, 공정수(6)의 수질을 개선하는 공정수 수질개선장치(10)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수질개선장치(10)는 크게 다수의 출구들(16)(17)(18)(19)을 갖는 전해조(11), 상기 전해조(11) 내 상측에 설치된 +극의 제 1전극판(1) 및 하측에 설치된 -극의 제 2전극판(2)을 포함하여 구성된다.

Description

공정수 수질개선장치{APPARATUS FOR PURIFYING PROCESS WATER}
본 발명은 제선공정에서의 공정수 수질을 개선하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일반적인 제선공정에서 먼지와 함께 배출되는 가스를 물로 씻어주는 가스청정설비의 공정수 수질을 개선하도록 가스청정설비에서 나온 공정수 내에 함유된 칼슘과 염소를 전극판들의 전극을 이용하여 분리시켜 제거함으로써, 공정수의 수질을 개선하는 것은 물론, 실질적인 공정수 수질개선을 구현하는 전극판의 세정도 용이하고 여러 조들과 연계되어 전체적으로 시스템화된 공정수 수질개선장치에 관한 것이다.
일반적으로 제선설비에는 가스와 함께 배출되는 먼지를 냉각수로 씻어 주는 가스청정설비가 설치되는데, 이러한 가스청정설비는 먼지와 같은 이물질들을 다량 함유하고 있는 공정수에 의해 부식되고, 그러한 부식현상은 제선설비를 급격히 노화시키거나 잦은 고장을 유발시키는 등 전체적인 제선설비 운전에 악영향을 유발시킬 수 있다.
이와 같은 공정수에 의한 가스청정설비의 부식을 방지하도록 여러가지 기술들이 개발되어 왔는데, 일례로 대한민국 공개특허 95-8377에 개시된 아황산나트륨을 투입하여 염소이온을 침전시키는 방법과 일본 특개평10-249170에 개시된 코크스 분말이나 활성탄을 사용하여 이온성분을 흡착하는 방법 및 미세한 필터를 사용하여 여과하는 방법 등이 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 가스청정설비의 부식을 방지하기 위한 기술들은 화학약품을 사용하는 경우 침전물 처리가 문제가 되고, 필터를 사용하는 경우 여러가지 입자들에 의해 필터의 기공이 쉽게 막혀 버리게 되어 그다지 높은 효과를 나타내지 못한다는 문제점이 있었다.
또한, 코크스나 활성탄에 의한 흡착방법을 이용하는 기술도 염소이온의 흡착효율이 낮을 뿐만 아니라 자주 교체되어야만 하는 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, +극과 -극을 갖는 전극판들을 공정수 처리중에 배치시키어 이를 이용한 전기분해 방법으로써, 공정수 내에 함유된 칼슘이온 및 염소이온을 제거하며, 이에 따라 공정수로 인한 가스청정설비의 부식을 방지하는 것은 물론, 특히 전극판들이 설치된 전해조의 진동작동으로 전극판들의 세정을 자동적으로 용이하게 하여 전기 분해성을 보다 향상 및 유지시키는 한편, 제 1,2 출구 및 제 3 출구가 각각 배출수조와 처리수조에 연결되어 시스템화된 공정수 수질개선장치를 제공하는 데에 그 목적이 있는 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써 본 발명은, 제선공정에서 발생된 공정수의 수질을 개선하기 위한 장치에 있어서, 가스청정설비를 통과한 냉각수가 모아진 공정수조에 연결되는 입측에서 공정수유입용 입구와, 각종 이온들의 함유수를 수집하는 배출수조에 각각 연결되며 출측 상측에 설치된 배출용 제 1출구와 출측 하측에 설치된 배출용 제 2출구 및, 각종 이온들이 제거된 처리수를 수집하는 처리수조에 연결되고 상기 출구들 중간에 설치된 제 3출구를 갖추며, 하부에는 진동판이 탄력있게 연결 지지되는 전해조; 상기 전해조내 제 1출구에 대응되는 높이에 설치되고 다수의 구멍들을 가져 공정수 내 -이온들을 수집하는 탄소재질의 +극 제 1전극판; 및,상기 전해조내 제 2출구에 대응되는 높이에 설치되고 다수의 구멍들을 가져 공정수내 +이온들을 수집하는 탄소재질의 -극의 제 2전극판;을 포함하며, 상기 전극판들의 전기분해로 전해조로 유입된 공정수내의 각종 이온들을 제거하여 수질을 개선하는 공정수 수질개선장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정수 수질개선장치(10)(이후, 수질개선장치(10)이라 함)의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수질개선장치(10)의 실시예의 구성개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수질개선장치(10)의 전해조(11)와 하부에 설치된 진동부(40)의 간략사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수질개선장치(10)의 전극판들과 전원의 연결개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수질개선장치(10)는 크게 다수의 출구들을 갖는 전해조(11), 상기 전해조(11) 내 상측에 설치된 +극의 제 1전극판(1) 및 하측에 설치된 -극의 제 2전극판(2)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 수질개선장치(10)의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 전해조(11)는 입측에서 공정수유입용 입구(16)를 갖고, 출측 상측에는 배출용 제 1출구(17)를 가지며, 하측에는 배출용 제 2출구(18)를 갖고 상기 출구들(17)(18) 중간높이에는 배출용 제 3출구(19)를 갖는다.
한편, 상기 제 1전극판(1)은 상기 전해조(11) 내에서 상기 제 1출구(17)에 대응되는 높이에 설치되고 내부에 다수의 구멍들(1a)을 가지며 상기 제 2전극판(2)은 상기 제 2출구(18)에 대응되는 높이에 설치되고 내부에 다수의 구멍들(2a)들을 갖는다.
그리고, 상기 제 1, 2전극판들(1)(2)를 이용한 전기분해작용에 의한 이온제거율을 보다 향상시키도록 상기 제 1전극판(1) 상측으로는 상기 제 1전극판(1)에 수집된 -이온들을 한 번 더 끌어들여 수집하는 +극의 제 3전극판(3)이 추가설치되고, 상기 제 2전극판 (2) 하측에는 상기 제 2전극판(2)에 수집된 -이온들을 한 번 더 끌어들여 수집하는 -극을 갖는 제 4전극판(4)이 추가설치된다. 상기 제 3, 4전극판들(3)(4)은 내부에 다수의 구멍들(3a)(4a)을 포함할 수도 있고, 포함하지 않는 구성도 좋다.
상기 제 1, 2전극판들(1)(2)에 형성된 다수의 구멍들(1a)(2a)은 상기 제 1, 2전극판들(1)(2)에 모아진 이온들이 상기 제 3, 4전극판들(3)(4)의 보다 강한 전기력에 의해 끌어당겨져 이동될 수 있도록 형성된 것이다.
상기 전해조(11) 내의 입구(16)는 미도시된 가스청정설비를 통과한 냉각수가 모아진 공정수조(46)에 연결되고, 상기 제 1배출구(17)와 제 2배출구(18)는 각종 이온들을 함유한 배출수(7)(8)를 수집하는 배출수조(47)에 연결되며, 상기 제 3배출구(19)는 각종이온들이 제거된 처리수(9)를 수집하는 처리수조(48)에 연결된다.
또한, 상기 제 1, 2, 3, 4전극판들(1)(2)(3)(4)은 탄소재질이고, 상기 전해조(11) 내 모서리에 고정된 용수철 지지대들(5)에 연결되어 탄력있게 지지된다.
한편, 상기 공정수 입구(16), 상기 배출수 출구들(17)(18) 및 상기 처리수 출구(19)에는 밸브들(26)(27)(28)(29)이 각각 장착되어 유입량과 유출량이 각각 조절된다.
상기와 같은 구성에 의해 이후 상기 제 1출구(17)로는 상기 제 1, 3전극판들 (1)(3)에 수집된 -이온들, 예를 들면, 염소이온이 전자들과 결합되어 염소가스를 이룬 후 용해된 배출수(7)가 배출되어 상기 배출수조(47)에 모아지고, 상기 제 2출구(18)로는 상기 제 2, 4전극판들(2)(4)에 수집된 +이온들, 예를 들면, 칼슘이온이 수산화기와 결합된 수산화칼슘이 함유된 배출수(8)가 배출되어 역시 상기 배출수조(47)에 모아지며, 상기 제 3출구(19)로는 상기 제 1, 2출구들(17)(18)로 모두 배출된 이온들이 제거된 깨끗한 처리수(9)가 배출되어 상기 처리수조(48)에 모아진다.
상기 제 1전극판(1)에 모인 염소이온은 농축되어 다음과 같은 반응식에 의해 염소가스를 생성하고, 이후 통과되는 공정수에 용해되어 배출된다.
2Cl- → Cl 2+ 2e
상기 +전극판들(1)(3)을 상기 전해조(11)의 상측에 배치시키는 이유는 상기 반응식 1에 나타난 바와 같이 상기 제 1, 3전극판들(1)(3)에서는 -이온들이 전자와 반응하여 가스를 이루어 상측으로 이동되는 성질때문에 이러한 가스를 용해하기 쉽게 용해한 후 배출시키기 위함이고, 상기 -전극판들(2)(4)을 상기 전해조(11)의 하측에 배치시키는 이유는 다음 반응식과 같이 +이온들이 결합되기 때문이다.
Ca+ + OH- → Ca(OH)2
Mg+ + OH- → Mg(OH)2
즉, 상기 제 2, 4전극판들(2)(4)에서는 +이온들이 수산화기들과 수산화물을 만들어 하측으로 가라앉기 때문에 이러한 수산화물을 공정수가 쉽게 다량 포집한 후 배출시키기 위함이다. 상기와 같이 상측과 하측으로 다량의 이온들을 함유한 배출수가 배출수조(47)로 배출되면, 상기 전해조(11)의 출측 가운데 높이에 설치된 처리수 출구(19)로는 다량의 이온들이 제거된 깨끗한 처리수(9)만이 배출되어 처리수조(48)에 모아진다.
한편, 상기 전극판들 속에 붙잡혀 있는 이온들은 일정한 주기로 세척해 주어야 하는데, 이를 위해서 상기 전해조(11) 하측에는 상기 전극판들(1)(2)(3)(4)에 진동을 일으켜 수집된 이온들을 흩뜨려 떨어뜨리는 진동부(40)가 추가설치되고, 이는 도 3에 도시된다. 도 3을 참조하면, 상기 진동부(40)는 다수의 스프링(43)을 매개로 상기 전해조(11)와 연결된 진동판(15)과, 상기 진동판(15)에 회전축이 연결된 모터(41)와, 상기 모터회전축에 결합된 캠을 갖고 회전운동은 직선운동으로 변환시켜주는 변환부(42)를 포함하여 구성된다. 상기 진동부(40)를 이용한 전극판세척은 매 10분마다 상기 모터(41)를 작동시켜 20초 정도씩 해주면 적절하다.
또한, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수질개선장치(10)의 전극판들이 전원(30)에 연결된 것을 도시한다. 상기 전원(30)은 직류전원을 사용하고, 구체적으로는 3개의 전원들(31)(32)(33)을 써서 각 전극판들에 공급되는 전류의 세기를 조절한다. 상기 제 1전극판(1)은 제 2전원(32)의 +극에 연결되고, 상기 제 2전극판 (2)은 상기 제 2전원(32)의 -극에 연결된다. 또한, 상기 제 3전극판(3)은 제 3전원의 +전극에 연결되고, 상기 제 4전극판(4)은 제 1전원(31)의 -극에 연결된다.
이하 본 발명에 따른 수질개선장치(10)를 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
본 발명에 따른 수질개선장치(10)의 실시예는 도 2에 도시된 장치들을 사용하여 실시하였다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 공급수조(46), 전해조(11), 처리수조(48) 및 배출수조(47)의 장치구성에서 실시된다.
본 실시예에서는 공정수(6)를 2리터/분의 유량으로 보내면서 전극은 대략 100㎠ 크기의 탄소전극을 사용하였고, 제 1전극판(1)과 제 2전극판(2)으로의 전해전류는 50mA로 조정하고. 전압은 4.5V로 하였다. 또한, 제 3전극판(3)과 제 4전극판(4)으로의 전해전류는 75mA, 전압은 7V로 하여 각각 제 1전극판(1)과 제 2전극판(2)에 붙잡힌 이온들을 다시 끌어들여 이온들의 제거효율을 높였다. 또한, 배출수(7)(8)는 상기 밸브들(27)(28)을 조금만 개방시켜 대략 공급수(6)의 3%유량으로 매우 적게 배출시키고, 처리수(9)는 상기 밸브(29)를 크게 개방시켜 대략 공급수(6)의 97%유량으로 크게 배출시켜 재순환에 따라 재활용하게 하였다.
이 후, 상기 공급수조(46), 배출수조(47) 및 처리수조(48)에서 물을 채취하여 성분분석을 하였고 그 결과는 표 1에 나타낸다.
염소농도(ppm) 칼슘농도(ppm)
공급수조(46) 3660 995
처리수조(48) 2140 3.7
배출소조(47) 5450 2854
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 공급수조(46) 내에서 염소이온농도가 3660ppm이고 칼슘이온농도가 995ppm이었던 공급수(6)를 본 발명에 따른 수질개선장치(10)를 통과시켜 41.5%의 염소이온과 99.6%의 칼슘이온을 제거시켰다. 또한, 상기 배출수(7)(8)에는 염소나 칼슘이온이 농축되어 있음을 확인하였다.
한편, 상기 공정수(6)의 처리 전, 후 부식도 및 부착도 실험을 실시하였는데, 상기 공급수조(46)와 처리수조(48)에서 각각 1리터의 물을 채취하여 삼각플라스크에 넣고 부식도 및 부착도 측정용 쿠폰을 설치하여 물을 교반시켰으며, 그 결과는 표 2에 나타난다.
부식도(MDD) 부착도(MCM)
공급수조(46) 75.7 29.9
처리수조(48) 1.17 0.02
표 2에 나타난 결과와 같이, 본 발명에 따른 수질개선장치(10)를 통과한 처리수(9)는 처리전 공정수(6)에 비해 부식도나 부착도가 현저하게 개선됨을 확인하였다.
이와 같이 본 발명에 따른 수질개선장치(10)를 장시간 동안 사용한 후에는 상기 전극판들에 염소이온이나 칼슘이온 등과 같은 부착물이 붙지 않는 것을 확인하였다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공정수 수질개선장치에 의하면, 전극판들을 이용한 간단한 전기분해작용을 이용하여 가스처리설비를 거친 공정수 내에 포함된 다량의 이온들을 적절히 제거할 수 있고, 이에 따라 공정수를 깨끗한 처리수로 바꾸어 다시 재사용할 수 있으므로, 공정수 관리가 매우 편리하며 공정수 재활용에 따른 운전비가 절감되는 유용한 효과가 있다.특히, 실질적인 공정수 개선을 구현하는 전극판들이 설치된 전해조의 진동작동으로 전극판들의 세정을 자동적으로 용이하게 하여 전기 분해성을 보다 향상 및 유지시키는 한편, 제 1,2 출구 및 제 3 출구가 각각 배출수조와 처리수조에 연결되어 시스템화된 장치를 제공하도록 다른 우수한 효과가 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정수 수질개선장치의 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 공정수 수질개선장치의 구성개략도; 및
도 3은 본 발명에 따른 공정수 수질개선장치의 전해조와 하부에 설치된 진동부의 간략사시도; 및
도 4는 본 발명에 따른 공정수 수질개선장치의 전극판들과 전원의 연결개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 .... 제 1전극판 2 .... 제 2전극판
3 .... 제 3전극판 4 .... 제 4전극판
6 .... 공정수 7, 8 .... 배출수
9 .... 처리수 10 .... 본 발명에 따른 공정수수질개선장치
11 .... 전해조 16 .... 공정수 입구
17, 18 .... 배출수출구 19 .... 처리수출구
26, 27, 28, 29 .... 밸브 30 .... 전원
40 .... 진동부 46 .... 공급수조
47 .... 배출수조 48 .... 처리수조

Claims (5)

  1. 제선공정에서 발생된 공정수의 수질을 개선하기 위한 장치에 있어서,
    가스청정설비를 통과한 냉각수가 모아진 공정수조(46)에 연결되는 입측에서 공정수유입용 입구(16)와, 각종 이온들의 함유수를 수집하는 배출수조(47)에 각각 연결되며 출측 상측에 설치된 배출용 제 1출구(17)와 출측 하측에 설치된 배출용 제 2출구(18) 및, 각종 이온들이 제거된 처리수를 수집하는 처리수조(48)에 연결되고 상기 출구들 중간에 설치된 제 3출구(19)를 갖추며, 하부에는 진동판(15)이 탄력있게 연결 지지되는 전해조(11);
    상기 전해조(11)내 제 1출구(17)에 대응되는 높이에 설치되고 다수의 구멍들(1a)을 가져 공정수 내 -이온들을 수집하는 탄소재질의 +극 제 1전극판(1); 및
    상기 전해조(11) 내 제 2출구(18)에 대응되는 높이에 설치되고 다수의 구멍들(2a)을 가져 공정수내 +이온들을 수집하는 탄소재질의 -극의 제 2전극판(2);
    을 포함하며, 상기 전극판들의 전기분해로 전해조로 유입된 공정수내의 각종 이온들을 제거하여 수질을 개선하는 공정수 수질개선장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공정수 입구(16), 상기 배출수 출구들(17)(18) 및 상기 처리수 출구(19)에는 밸브들(26)(27)(28)(29)이 각각 장착되어 유입량과 유출량이 각각 조절됨을 특징으로 하는 공정수 수질개선장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극판(1) 상측으로는 상기 제 1전극판(1)에 수집된 -이온들을 한 번 더 끌어들여 수집하는 +극의 제 3전극판(3)이 추가설치되고, 상기 제 2전극판 (2) 하측에는 상기 제 2전극판(2)에 수집된 -이온들을 한 번 더 끌어들여 수집하는 -극을 갖는 제 4전극판(4)이 추가설치되어, 이온제거율이 보다 향상됨을 특징으로 하는 공정수 수질개선장치.
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