KR100695800B1 - 교대전압 인가에 의한 살균 방법 및 그 장치 - Google Patents

교대전압 인가에 의한 살균 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR100695800B1 KR1020060064233A KR20060064233A KR100695800B1 KR 100695800 B1 KR100695800 B1 KR 100695800B1 KR 1020060064233 A KR1020060064233 A KR 1020060064233A KR 20060064233 A KR20060064233 A KR 20060064233A KR 100695800 B1 KR100695800 B1 KR 100695800B1
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허관용
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Abstract

본 발명은 종래기술의 살균 방법과 비교하여 미생물의 살균을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 교대전압인가에 의한 살균 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 처리대상유체에 전극을 설치하고, 이 전극에 일정한 양극 전압 및 음극 전압을 교대로 인가함으로써 처리대상유체에 포함된 미생물이 일정한 전압에서 살균되는 원리를 이용한 것으로, 전극에 흡착된 미생물이 (+)전압 조건에서 사멸되면 다시 이 전극에 (-)전압을 걸어줌으로써 (-)전하를 띄는 미생물을 탈착시키는 원리로 살균 후 전극에 붙어 있는 미생물을 탈착시켜 전극을 세정함으로써 그 살균처리를 보다 효율적으로 장치에 적용할 수 있도록 하였다.
이에 의해, 본 발명은 처리대상유체가 있는 현장(in situ)에서 미생물의 살균이 가능하고 염소살균과는 달리 트리할리메탄(trihalomethane) 등과 같은 발암물질 또는 그 외의 부산물의 발생이 없으며, 살균시 화학약품 첨가가 필요없고, 미세한 전압인가에 의해 제어하는 살균방식으로 그 에너지 효율이 높은 장점을 지닌다.
미생물, 살균, 전극반응, 전압

Description

교대전압 인가에 의한 살균 방법 및 그 장치{sterilizing method by appling a shifting voltage and apparatus thereof}
도 1은 일반적인 개념으로 미생물이 배양된 용액 중에서 양극 및 음극을 설치하여, 이 전극에 전압을 걸어주었을 때의 미생물 거동특성을 나타내는 도면이고,
도 2는 미생물의 전극반응에 대한 실험결과를 나타내는 도면이며,
도 3은 미생물의 세포 내에서 전기화학적으로 반응하는 물질 중에서 효소의 반응에 관여하는 조효소인 CoA가 세포의 전기화학적인 전극반응에 대하여 어떻게 반응하는지를 추정하는 예를 나타내는 도면이고,
도 4는 효모균 배양액에 걸리는 정전압을 걸어주었을 때 효모균의 생존율을 나타내는 도면이며,
도 5는 전극반응에 의해 미생물이 흡착, 사멸 및 탈착되는 본 발명의 살균 및 바이오파울링(bio-fouling) 제어의 원리를 나타내는 도면이고,
도 6은 상기 도 5의 원리가 적용된 본 발명의 일 실시예에 따른 살균장치를 나타내는 도면이며,
도 7은 활성탄 흡착방식에 의한 정수처리 공정, 활성탄 흡착방식에 의한 정수처리 공정과 정전압에 의한 전기화학적 살균 방법이 동시에 적용된 정수처리 공정을 800시간 정도 운전한 결과 처리수 중에서 시간경과에 따른 세균수를 측정한 것을 나타내는 도면이고,
도 8은 개선된 정수처리를 위해서 도 5 및 도 6의 전극에 교대전압를 인가함에 따른 활성탄에 의한 흡착방식 및 전극반응에 의한 미생물의 살균 및 바이오파울링의 제어원리를 회분식방법으로 최적의 살균 및 탈착 방법을 조사했을 때, 정수처리 결과 처리수 중에서 시간경과에 따른 세균수를 측정한 것을 나타내는 도면이며,
도 9는 도 8의 방법으로부터 도출된 최적의 방법 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후, -0.8V에서 10분 탈착 공정에 의한 대장균 수의 시간에 따른 변화와 도 7의 결과를 비교한 그래프.
도 16은 미생물의 농도에 따른 전류치의 변화를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
1: 상수라인 3: 전원부
4: 기준전극(RE, Reference Electrode)
5: 실리콘관 6: 전도성외관(CE, Counter Electrode)
6a: 유출구 7a: 유입구
7: 지지관 8: 구동전극관(WE, Working Electrode)
9, 10 : 역세척 밸브 11 : 처리수(수도물)
본 발명은 미생물의 전기화학적 특성을 이용하여 정수처리 공정에서 살균를 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 미세한 교대전압의 반복 인가에 의한 살균 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
먼저 수돗물은 사람들이 마시기 위해 병원성 미생물에 오염되지 않고 위생적으로 안전해야 하는데, 일반적으로 정수처리 과정에서 적용되는 침전이나 여과에 의한 방법으로는 원수 중의 세균을 완전히 제거하는 것이 불가능하므로 배수계통에서도 위생상의 안전을 유지하기 위하여 상수 공급수는 항상 확실하게 소독(살균)하지 않으면 안 된다. 이를 위하여 정수시설에는 정수방법의 종류나 시설규모의 대소에 관계없이 반드시 소독(살균)설비를 설치해야 한다. 소독방법으로는 염소에 의한 방법, 오존, 자외선 등에 의한 방법이 있으며, 「수도법」에 의한 「수도시설의청소및위생관리등에관한규칙」에서 급수전수에 유지되어야 할 잔류염소를 규정하고 있기 때문에 다른 소독제를 사용하였다 하더라도 최종적으로는 염소제를 사용해야 한다.
급수전수에서 유지하고자 하는 유리잔류염소 농도 또는 결합잔류염소농도는 이질균(dysentery bacteria), 장티푸스균(typhoid fever bacteria) 등의 병원성 미 생물을 소독하기에 충분한 농도이어야 하며, 평상시에는 유리잔류염소로 0.2mg/L(결합잔류염소로 1.5mg/L) 이상, 소화기 계통의 수인성 전염병 유행시 또는 광범위하게 단수한 다음 급수를 재개할 때 등에는 유리잔류염소로 0.4mg/L(결합잔류염소로 1.8mg/L) 이상으로 유지하는 것이 「수도법」에 의한 「수도시설의청소및위생관리등에관한규칙」에 포함되어 있다.
염소살균의 장점은 소독효과가 우수하고 대량의 물에 대해서도 용이하게 소독이 가능하며 소독효과가 잔류하는 점 등을 들 수 있지만, 트리할로메탄 등의 유기염소화합물을 생성하여 특정물질과 반응함으로써 냄새를 유발하기도 하고, 암모니아성 질소와 반응하여 소독효과를 약하게 하는 등의 문제가 발생될 수 있다. 또한 최근에는 염소내성 미생물인 크립토스포리디움 등 병원성 미생물에 의한 오염문제를 계기로 염소제에 의한 소독이 완전하다고는 단언할 수 없다는 것이 판명되고 있다.
오존살균은 매우 강력한 살균효과를 가지고 있어서 바이러스나 원생동물의 포낭을 쉽게 무력화시킬 수 잇다. 그러나 염소와 같은 잔류효과가 오존에는 없으며 수중의 유기물질과 반응하여 유해한 소독부산물을 생성할 가능성도 있다.
오존처리는 THMs와 HAAs의 전구물질을 저감시키는 전처리 산화제로는 물론이고, 염소보다 훨씬 강한 오존의 산화력을 갖고 있어서 대체소독제로서 소독과 함께 맛, 냄새물질 및 색도의 제거, 소독부산물의 저감 등을 목적으로 한다. 오존은 유기물과 반응하여 부산물을 생성하므로 일반적으로 오존처리와 활성탄 처리는 병행해야 된다. 하지만 오존처리에 수반되는 문제점으로 중요한 것은 용존 잔류오존과 배오존의 처리에 있다. 처리공정 내에서 과도한 용존 잔류오존은 강력한 산화력 때문에 후단의 활성탄 흡착능에 대한 소모를 촉진시키게 된다. 또한 배오존이 대기 중에 방출되는 경우에는 노동안전위생 또는 환경상의 문제를 일으킬 우려가 있으므로 충분히 저농도가 되도록 처리해야 한다. 오존처리는 자체의 높은 산화력으로 염소에 비하여 높은 살균력을 가지고 있다. 크립토스포리디움과 지아디아를 포함한 거의 모든 병원성 미생물에 대한 소독시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
자외선 살균 또한 효과적인 병원성 미생물의 소독방법으로 주목되고 있다. 자외선은 오존과 마찬가지로 잔류효과가 없어서 유해한 소독부산물을 생성하지 않으며 바이러스와 원생동물을 효과적으로 불활성화 시킬 수 있고, 조작과 관리가 간편하다는 장점이 있으나, 설치비용이 비싸다는 단점이 있다.
상술한 살균방법 외에 살균공정을 대체하는 방법으로 병원성 미생물 등을 막여과(membrane filtration) 또는 막분리(membrane separation) 공정에 의한 방법으로 처리하는 방법이 최근 많은 주목을 받고 있다. 하지만 이 역시 막여과 또는 막분리 공정을 거친 후에는 수도법에 따라 최종적으로는 염소제를 사용하여 살균과정을 다시 한번 거쳐야 하며, 이러한 막여과 또는 막분리 공정은 설치비용이 매우 비싸다는 단점이 있다. 막여과 또는 막분리란 막을 여재로 사용하여 물을 통과시켜서 원수 중의 병원성 미생물이나 불순물을 분리제거하고 깨끗한 여과수를 얻는 정수방법을 말한다. 상수도에서 막여과시설을 통해서 제거하는 대상물질은 여과방법에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 정밀여과법의 경우 현탁물질, 콜로이드, 세균, 조류, 크립토스포리디움 등이 있고, 한외여과막의 경우 현탁물질, 콜로이드, 세균, 조류, 크립토스포리디움 등이 있으며, 나노여과법의 경우 소독부산물, 전구물질, 농약, 냄새물질, 합성세제, 칼슘, 마그네슘 등 경도성분, 증발잔류물 등이 있다.
하지만 위와 같은 방법 등을 사용함에도 수돗물에서 간혹 대장균이나, 병원성 미생물이 검출되기도 하기 때문에 많은 사람들이 이를 믿지 못하고 정수기를 추가로 설치하여 사용하기도 한다.
따라서 본 발명은 종래기술의 살균 방법과 비교하여 미세한 전압제어에 의해 미생물의 살균을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 미세한 교대전압 반복인가에 의한 살균 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원발명의 살균장치는, 처리대상유체가 유입되는 유입구가 형성되고 구동전극(Working Electrode)이 형성되고 상기 유입구에 대향하는 면은 밀폐되는 구동전극관과; 상기 구동전극관의 외주면과 일정 간격을 가지도록 상기 구동전극관의 외주면으로 삽입되고 기준전극(Reference Electrode)과 상대전극(Counter Electrode)이 형성되는 전도성외관과; 상기 구동전극에 양극전압 및 음극전압을 교대로 반복 인가하는 전원부;를 포함한다.
상기 구동전극관은 섬유상의 활성탄 전극이다.
상기 구동전극관의 외주면에는 다수의 미세공을 구비한 지지관이 설치된다.
상기 기준전극은 포화 칼로멜 전극(SCE : Saturated Calomel Electrode)으로 형성된다.
상기 전도성 외관은 전도성 폴리머로 구성된다.
상기 전원부는 -2V에서 +2V의 범위 이내의 전원을 반복적으로 인가한다.
본 발명의 전기화학적 특성을 이용한 살균방법은, 처리대상유체의 경로상에 형성된 전극에 양극전압을 일정시간 인가하는 양극전압인가과정과 상기 양극전원인가과정 이후 음극전압을 일정시간 인가하는 음극전압인가과정을 교대로 수행하고, 그리고 이 양극 및 음극 전압의 교대 인가를 반복적으로 수행하는 과정을 포함한다.
상술한 바와 같이 구성되는 본원발명의 살균장치는 전극에 양전압을 인가하는 경우 미생물이 양극에 흡착되어 살균되고, 다시 동일 전극에 음전압을 인가하는 경우 탈착시키는 원리로 살균후 전극에 붙어있는 미생물을 탈착시켜 전극을 자동 세정함으로써 살균의 원리에서 탈착시키는 공정이 없을 경우에 비하여 보다 효율적으로 장치를 보완할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면 및 표를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 개념에서 전압을 걸어주었을 때 미생물의 거동특성을 나타낸 도면이고, 도 2는 미세한 전압을 이용하여 미생물의 전극반응을 조사한 실험결과를 나타내는 도면이며, 도 3은 미생물 내에서 전기화학적으로 반응하는 물질 중에서 효소의 반응에 관여하는 조효소인 CoA가 세포의 전기화학적인 전극반응에 대하여 어떻게 반응하는지를 추정하는 일예로서 나타낸 도면이고, 도 4는 효모균 배양액에 정전압을 걸었을 때 효모균의 생존율을 나타내는 도면이다.
도 1은, 미생물이 배양된 용액 중에 양극 및 음극을 설치하고, 이 전극에 정전압을 걸어주었을 때 미생물의 거동 특성을 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같이 양극 및 음극에 전압을 걸어 주면 전기장 내에서 미생물은 일반적으로 (-)전하를 띠기 때문에 음극에서는 탈착되고, 양극에 부착되는 현상을 나타낸다. 따라서 (-)전하를 띠는 미생물은 양극에서 흡착이 일어나며, 양극에 인가된 전압에 의해 전자가 방출되어 미생물에 전달되는데, 이때 미생물은 전기화학적으로 반응하고, 이러한 전기화학적인 반응이 미생물의 살균으로 이어지는 것을 실험을 통해 알아보고자 하였다. 이때 적용하고자 하는 정확한 전압을 유지하기 위하여 기준전극을 두고, 이 기준전극은 포화칼로멜 전극(SCE)을 이용하였다.
도 2는 상술한 바와 같은 미생물의 살균에 대하여 조사하고자 하는 전극반응에 대한 실험결과를 나타낸다.
도 2의 실험결과는 효모균(Saccharomyces cerevisiae)을 대상으로 한 실험에서 얻어졌으며, 실험조건은 ⑴ 효모균을 배양한 용액(1.4×108 numbers/ml)으로, ⑵ 순수한 완충용액(buffer solution) 등 두 용액을 조제하여 pH 7.0, 실온(25±2℃)에서 수행되었으며, 각각의 실험은 1초당 10mV씩 증가시키면서 효모균에 대한 전극반응을 조사하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 실험 결과는 ⑴ 효모균을 배양한 용액에 대한 전극반응을 조사한 a 곡선으로부터 전압을 인가하는 과정에서 전자의 흐름에 변화가 발생한 것을 알 수 있었는데, 1초당 10mV씩 증가시키면서 전극반응을 조사한 결과 약 0.75V에서 약 1.2μA의 전류치가 나타났다. 그런데 곡선 b의 경우 ⑵ 완충용액에 대한 전극반응이 나타나지 않았다. 즉 용액 내에서 전극반응을 조사한 결과 어떠한 반응도 일어나지 않았음을 나타내는 일반적 형태의 전극의 특성곡선이다. 대개의 경우 용액 내에 전기화학적으로 산화환원반응이 가능한 물질이 존재할 경우 대상 물질을 산화시키고 자신은 환원이 됨으로써 산화환원반응이 동시에 일어나는 형태를 나타내지만, 곡선 a의 경우 산화만 일어나고 환원반응은 일어나지 않은 형태의 곡선으로 나타났다. 이는 효모균을 배양한 용액에서는 인가된 전압에 의해 전기화학적 반응이 일어나서 효모균이 사멸(살균)되어 환원반응이 더 이상 일어날 수 없었던 것으로 추정된다.
표 1은 미생물의 세포 중에서 전기화학적인 반응(또는 전극반응)이 가능한 물질을 예시한 것으로, 그외에도 많은 물질이 알려져 있다.
Figure 112006087282850-pat00009
표 1에 나타낸 바와 같이 전기화학적으로 반응이 가능한 물질로는 단백질(Proteins), 아미노산(Amino Acids), peptides, 조효소(Coenzymes) 등이 있으며, 이들 각각에 대해서도 다양한 종류가 있다.
하지만, 표 1에서 나타난 물질 등이 미생물 내에서의 산화환원 반응을 명확하게 규명할 수는 없지만 예를 들어 CoA의 경우 -SH기가 붙어 있는 상태로 존재하기 때문에 그 산화과정의 추정이 가능하다.
도 3은 상술한 표 1의 전기화학적으로 반응하는 물질 중에서 효소의 반응에 관여하는 조효소인 CoA가 미생물의 전기화학적인 전극반응에 대하여 어떻게 반응하는지를 추정할 수 있는 일예이다.
도 3에 도시된 바와 같이 효모균 배양액에 대한 전극반응을 조사하기 위하여 전압을 증가시킬 때 방출된 전자는 미생물로 전달되는데, 보통 미생물 내에서 조효소 CoA는 CoA-SH의 형태로 존재한다. 이 전달된 전자에 의해 CoA-SH로부터 H＋가 떨어져 나가고, 이 상태에서 CoA-S끼리 결합하여 CoA-SS-CoA(산화반응)와 같은 dimer를 형성하게 된다. 이렇게 dimer를 형성하는 전극반응은 0.75V에서 일어나기 때문에 이로부터 효소의 활성에 기여하는 CoA의 기능을 상실하게 됨으로써 효모균이 사멸하게 되는 것을 추정할 수 있는 예시이다. 이는 전극의 특성곡선으로부터 산화반응만이 일어나고, 환원반응 형태의 곡선이 나타나지 않는 것으로 보아 전극반응(전압)에 의해 미생물이 사멸된 것을 추정할 수 있다.
이로부터 효모균 배양액에 걸리는 정전압에 따른 효모균의 생존율을 조사해본 결과 도 4에 도시된 바와 같이 약 0.75V 조건에서 급격하게 효모균이 사멸되는 것을 알 수 있었으며, 이는 도 2의 전극의 특성곡선과도 일치하고 있음을 알 수 있었다.
도 5는 전극반응에 따른 본 발명의 미생물 살균의 원리 및 바이오파울링(bio-fouling)의 제어공정을 나타내는 도면이고, 도 6은 상기 도 5의 전극에 의한 미생물의 흡착 및 탈착에 의한 살균방법이 적용된 정수처리장치를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 미생물 살균공정은 ⑴ 전극에 (+)극 전압을 걸어 미생물을 흡착하는 과정과, ⑵ 상기의 전극에 흡착된 미생물이 도 3 및 도 4에서 설명한 전기화학반응에 의해 사멸되는 과정과, ⑶ 상기의 전극에 (-)극 전압을 걸어 사멸된 미생물을 전극으로부터 탈착시키는 3단계로 이루어진다. 즉, 동일 전극에 (+)극 전압과 (-)극 전압이 교대로 반복인가됨에 따라 미생물의 흡착-살균-탈착 공정이 수행된다.
그리고 상술한 도 5의 살균방법이 적용된 정수처리장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 상수라인(1)을 통해 유입되는 처리 대상 유체가 유입되는 유입구(7a)가 형성되고 구동전극(WE, Working Electrode)이 형성되며 상기 유입구(7a)에 대향하는 면(7b)은 밀폐되는 구동전극관(8), 상기 구동전극관(8)의 외주면과 일정 간격을 가지도록 상기 구동전극관(8)의 외주면에 배치되고 기준전극(4, Reference Electrode)과 상대전극(CE, Counter Electrode)이 형성된 전도성 외관(6), 상기 구동전극(WE)에 양극전압 및 음극전압을 교대로 반복인가하는 전원부(3)를 포함한다.
바람직하게는, 구동전극관(8)은 흡착필터작용을 수행하며 구동전극(WE, Working Electrode)이 접속되는 섬유상의 활성탄전극(8)인 것을 특징으로 한다.
또한, 구동전극관(8)의 내경면에는 폴리에틸렌 재질로 이루어진 지지관(7)이구비될 수 있고, 이 지지관(7)은 다수의 미세공이 형성되어 처리 대상 유체가 이 미세공을 통해 구동전극관(8) 내로 유입된다.
전도성 외관(6)은 전도성 폴리머 재질로 이루어지고, 전도성 외관(6)의 상단에는 구동전극관(6)의 밀폐면(7b)과 소정간격 이격된 유출구(6a)가 제공된다.
그리고, 상기 기준전극(4)은 상기의 구동전극(WE) 및 상대전극(CE)에 대한 일정한 기준을 설정하는 것으로, 포화칼로멜전극(SCE: Saturated Calomel Electrode)으로 형성된다.
미설명 도면 부호 9와 10은 역세척하는데 필요한 밸브이며, 11는 살균처리된 처리수를 나타낸다.
상술한 구성에서 상기 전원부(3)는 기준전극(4)을 두고 상기 구동전극(WE)에 양극전압 및 음극전압을 교대로 반복인가(공급)함으로써 도 5에 도시된 원리에 따라 구동전극관(8)에는 (+)극전압 및 (-)극전압이 교대로 반복인가되고, 이에 따라 도 5의 미생물에 대한 흡착-살균-탈착 과정이 반복적으로 수행되어 미생물의 살균원리 및 전극의 세정(bio-fouling 방지)이 이루어진다. 그리고, 상기 전원부(3)는 상대전극(CE)에는 항상 (-)극전압을 인가함으로써 상대전극(CE)은 항상 (-)극을 유지한다.
도 7은 활성탄 흡착방식에 의한 정수처리 공정만을 가동한 경우와, 활성탄 흡착방식에 의한 정수처리 공정과 정전압에 의한 전기화학적 살균 방법이 동시에 적용된 정수처리 공정을 800시간 정도 가동한 결과 처리수 중에서 시간경과에 따른 세균수를 측정한 것을 나타내는 도면이다.
도 7의 실험은 정수처리에 사용된 물의 유량은 1일 216 L정도로 일반 가정에서 처럼 하루 중 12시간 정도만 수돗물을 사용하는 것으로 가정하여 수행되었고, 도 7에서 색이 없는 원점은 전압이 가해지지 않은 조건의 활성탄 흡착방식을 가동한 경우의 처리공정에서 배출되는 세균수(No Potential)를 나타내며, 검은 색 원점은 활성탄 흡착방식에 의한 정수처리 공정과 정전압에 의한 전기화학적 살균 방법이 동시에 적용된 정수처리 공정(constant potential of 1.0V SCE(Saturated calomel electrode))이 적용된 경우의 대장균수를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 활성탄 흡착만을 적용한 정수처리 방식의 경우 약 10일 정도를 사용하면 처리수 중에서 대장균이 음용수로서의 기준치(100 numbers/ml)를 초과하기 때문에 더 이상 마실 수 없게 되었다. 하지만 전기화학적 살균을 응용한 활성탄 흡착방식의 정수처리공정의 경우 기준전극(SCE)에 1.0V의 정전압을 지속적으로 걸어준 결과 대장균수가 음용수 기준치를 초과하는데 걸린 시간은 약 30일 정도로 활성탄 흡착만을 적용한 정수처리 방식에 비해서 효과가 있음을 보여주었다. 이러한 결과로부터 상수도로부터 기준치 이하의 세균이 음용시 유입될 수 있는데, 이들이 활성탄 등에 누적되면 먹는 물의 수질기준에도 부적합한 결과를 초래할 수도 있는 것을 보여주는 것이다.
도 8은 개선된 정수처리를 위해서 도 5 및 도 6의 전극에 교대전압를 인가함에 따른 활성탄에 의한 흡착방식, 전극반응에 의한 미생물의 살균방식을 회분식으로 최적의 흡착, 사멸 및 탈착 방법을 조사했을 때, 정수처리 결과 처리수 중에서 시간경과에 따른 세균수를 측정한 것을 나타내는 도면이며,
도 9는 도 8의 방법으로부터 도출된 최적의 방법 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후, -0.8V에서 10분 탈착 공정에 의한 시간에 따른 세균 수의 변화와 도 7의 결과를 비교한 그래프이다.
도 8에서 교대전압의 인가에 의한 전극에 의한 미생물의 흡착 및 탈착 조건은 다음과 같다.
⑴ 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후 → 0.2V에서 10분 탈착 → 균수측정
⑵ 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후 → 0.0V에서 10분 탈착 → 균수측정
⑶ 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후 → -0.2V에서 10분 탈착 → 균수측정
⑷ 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후 → -0.4V에서 10분 탈착 → 균수측정
⑸ 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후 → -0.6V에서 10분 탈착 → 균수측정
⑹ 1.0V에서 20분 처리(흡착, 살균) 후 → -0.8V에서 10분 탈착 → 균수측정
상기 조건에 의한 정수 처리 결과는 도 8에 도시된 바와 같이 1.0V(VS. SCE)에서 20분간 처리과정을 거친 후 -0.8V에서 10분 탈착한 실험에서 가장 효과적인 것으로 나타났다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 교대전압을 적용한 전기화학적인 활성탄 흡착 방식은 실험과정에서 별도의 역세척을 사용하지 않아도 정전압을 걸어준 전기화학적 살균을 응용한 활성탄 흡착방식의 정수처리공정에 비해서 약 3배의 기간 즉, 3개월 정도까지는 더 사용이 가능하여 음용수로서도 문제가 없는 것으로 나타났다. 하지만 정수과정에서 역세척 밸브(9, 10)을 이용하여 구동전극관(8)을 역세척하는 경우 더욱 효율적인 정수효과를 얻을 수 있는 것으로 예상된다.
한편, 본 발명에 의하면, 인가된 전압에 따른 전극의 특성곡선으로부터 미생물이 산화(살균)되면서 전류가 발생하는 것을 알 수 있다. 다양한 미생물을 대상으로 전압을 인가하였을 때 산화(살균)되는 전압과, 산화(살균)되면서 검출되는 전류치를 다음의 표 2에 나타낸다.
Figure 112006087282850-pat00010
표 2는 그람양성균(Gram-positive)은 주로 장 내에 존재하는 유산균 배양액 9종류, 그람음성균(Gram-negative)은 대장균으로 배양하여 조제한 용액(108 numbers/ml) 2 종류에 대하여 전극반응을 조사한 결과이다. 대체적으로 그람양성균군에 대하여는 전극의 특성곡선으로부터 전압 0.65~0.68V, 그람음성균군의 경우에는 0.71~ 0.72V의 범위에서 살균(산화반응)됨을 알 수 있다. 이로부터 미생물의 살균(산화)에 적용되는 전압이 직접적인 영향을 주는 것을 알 수 있었으며, 그 때 미생물이 전기화학적으로 반응하면서 전류치가 검출되는 것을 알 수 있는 결과를 표 2에 나타내고 있다. 또한 미생물의 농도와 전극의 특성곡선으로부터 검출된 전류치와는 어떤 관계가 있는지 조사하기 위하여 미생물의 농도를 달리하였을 때 전류치는 전극반응으로부터 효모균이 산화되는 0.75V에서 얻어졌으며, 그 결과는 도 16과 같다. 이로부터 미생물의 농도에 따라 전류치가 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있으며, 또한 도 16으로부터 알 수 있는 것을 역으로 검출된 전류치로부터 용액 내에 존재하는 미생물의 농도 추정이 가능함을 알 수 있다.
따라서 산화전압을 통해서 살균되는 것을 알 수 있었고, 이 때 발생된 전류치는 미생물의 농도 추정이 가능한 중요한 결과임이 도출되었다.
상술한 본원발명은 처리대상유체가 있는 현장(in situ)에서 미생물의 살균이 가능하고 염소살균과는 달리 트리할리메탄(trihalomethane) 등과 같은 발암물질 또는 그외의 부산물의 발생이 없으며, 그 살균시 화학약품 첨가가 필요없고, 미세한 전압인가의 제어에 의한 살균방식으로 인해 에너지효율이 높은 장점을 지닌다.

Claims (15)

  1. 처리 대상 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 구동전극(Working Electrode)이 형성되고 상기 유입구에 대향하는 면은 밀폐되는 구동전극관과;
    상기 구동전극관의 외주면과 일정 간격을 가지도록 상기 구동전극관의 외주면으로 삽입되고 기준전극(Reference Electrode)과 상대전극(Counter Electrode)이 형성되는 전도성외관과;
    상기 구동전극에 (+)극 전압 및 (-)극 전압을 교대로 반복 인가하는 전원부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 교대전압 인가에 의한 살균 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구동전극관은 섬유상의 활성탄 전극인 것을 특징으로 하는 교대전압 인가에 의한 살균 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 구동전극관의 외주면에는 다수의 미세공을 구비한 지지관이 설치되는 것을 특징으로 하는 교대전압 인가에 의한 살균 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 기준전극은 포화 칼로멜 전극(SCE : Saturated Calomel Electrode)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 교대전압 인가에 의한 살균 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 외관은 전도성 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는 교대전압 인가에 의한 살균 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원부는 -2V에서 +2V의 범위 이내의 교대전압을 반복적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 교대전압 인가에 의한 살균 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 처리대상유체의 경로상에 형성된 전극에 양극 전압을 일정시간 인가하는 양극전압인가과정과, 상기 전극에 양극전압인가과정 이후 음극 전압을 일정시간 인가하는 음극전압인가 과정을 교대로 수행하고,
    상기의 양극 및 음극 전압의 교대 인가과정을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 교대전압 인가에 의한 살균 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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