KR100705271B1 - 전기응집을 이용한 폐수정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 반응조를 이용하여 폐수 내에 잔존하는 고농도 난분해성 오염물질을 정화하기 위해 전기응집과 산화를 동시에 발생시키고, 압축공기를 발생시켜 교반 및 폭기작용에 의해 폐수의 응집과 흡수, 흡착, 침전 및 부상 반응을 촉진시킬 수 있도록 한 전기응집을 이용한 폐수정화장치에 관한 것이다.

본 발명은 외벽체의 양측 소정의 부위에 폐수가 유입되는 유입구와 정화 처리된 폐수가 외부로 방류되는 방류구; 상기 유입구를 통해 유입된 폐수가 반응조 하부를 통해 내부로 유입되게 형성된 격벽; 저면 소정의 위치에 형성된 침전 슬러지를 배출하는 슬러지 배출구;로 이루어지는 전기응집 반응조를 구비하되, 상기 전기응집 반응조 하부에 양극판과 음극판이 2:1의 비율로 설치되어 전기 응집반응을 발생시키는 알루미늄 극판; 저면 소정의 위치에 형성되어 외부의 공기를 공급하여 교반 및 폭기작용을 발생시키는 압축공기 투입구; 상기 전기응집 반응조 상측에 형성되어 폐수 수면 위에 부상되어 있는 거품 및 부유물질을 부유물 배출부로 이동시켜 부유물 제거수단; 거품 및 부유물질을 외부로 배출시키는 부유물 배출부;로 구성되는 전기응집을 이용한 폐수정화장치에 관한 것이다.

폐수정화장치, 전기응집, 슬러지, 부유물질, 알루미늄 극판

Description

전기응집을 이용한 폐수정화장치 { The electrical reaction tank for a wastewater treatment }

도1은 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 사시도

도2는 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 측단면도

도3은 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 평면도

도4는 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 부유물 배출부를 도시한 단면도

[도면의 주요부분에 대한 부호설명]

1: 전기응집 반응조 10: 유입구

11: 방류구 12: 격벽

13: 슬러지 배출구 20: 압축공기 투입구

30: 알루미늄 극판 40: 부유물 제거수단

41: 구동모터 41a: 구동축

41b: 구동벨트 42: 제1회전축

42a: 샤프트 43: 제2회전축

43b: 샤프트 44: 컨베이어 벨트

45: 익편 50: 부유물 배출부

51: 부유물 가이드대 52: 경사부

53: 부유물 배출구

본 발명은 전기응집을 이용한 폐수정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 반응조를 이용하여 폐수 내에 잔존하는 고농도 난분해성 오염물질을 정화하기 위해 전기응집과 산화를 동시에 발생시키고, 압축공기를 발생시켜 교반 및 폭기작용에 의해 폐수의 응집과 흡수, 흡착, 침전 및 부상 반응을 촉진시킬 수 있도록 한 전기응집을 이용한 폐수정화장치에 관한 것이다.

일반적으로 환경오염은 어느 특정 지역이나 국가에 의해 해결해야 할 문제가 아니기 때문에 전 세계적으로 이에 대한 공동대응이 시급하여 뒤늦게나마 지금은 거의 모든 지역과 국가가 상호 연대하여 환경보존을 위한 노력을 하고 있는데, 특히 수질오염의 경우 동·식물의 생존에 있어 막대한 피해를 주어 생태계를 위협할 뿐만아나라 인류의 건강을 위협하고 있다.

상기와 같은 수질오염을 방지하기 위한 직접적인 방법으로는 각 산업체에서 배출되는 유해 폐수의 효과적인 처리 후 배출을 하도록 하고, 각 일반 가정에서 배 출되는 오수 및 하수를 처리한 후 배출을 하여야 하는데, 건설부지의 선정 재정문제, 운영비 조달 및 전문인력의 부족 등의 이유로 인해 폐수 및 하수처리장이 제대로 구비되지 않은 채, 배출되어 하천 및 지하수를 오염시키고 있는데, 이러한 오수 및 폐수 등은 종류와 오염농도가 다양하고 심각하게 증가하는 추세이며, 최근에는 환경 호르몬 등과 같이 인체 유해물질의 함유로 인해 국민들의 건강을 심각하게 위협하고 있다.

각 산업체나 일반 가정 등지에서 배출되는 폐수나 하수를 처리하는 방법으로 종래에는 활성오니공정과 접촉산화공정이 있는데, 상기 활성오니공정은 폐수에 혼합된 흙, 모래, 각종 찌꺼기 등과 같은 잔존물을 침사지에서 분리한 후, 하나의 반응기에서 잔존물을 분리한 폐수에 공기를 불어넣어 미생물을 성장시켜 유기물을 덩어리로 만들고, 유기물 덩어리를 가라앉혀 상부의 소정의 위치에 물을 방류할 수 있도록 하고, 상기 접촉산화공정은 접촉조에 접촉재를 충진시켜 여상을 형성하고, 포기조의 교반에 의해 충분히 용존산소를 공급하여 접촉재에 부착된 생물막과 폐수를 반복 접촉하여 정화하도록 한다.

상기의 공정들은 2차 처리시설로서 주로 유기물만 제거하는 공정인데다 상기 활성오니공정은 전문적이면서도 집중적인 관리가 요구되며, 대규모 시설에서의 경제적인 운용이 가능하고, 유입수의 부하변동이 불안정하며, 슬러지가 다량 발생하는 등 유지관리비가 높아 경제적인 부담이 크다는 문제점이 있으며, 상기 접촉산화 공정은 특성상 미생물이 호기 및 혐기간으로 자유롭게 이동이 어렵기 때문에 인의 제거율이 떨어진다는 문제점 등을 인해 최근에는 전해처리를 통한 불순물의 응집을 통해 폐수를 정화시키는 폐수처리장치가 개발되어 사용되고 있다.

상기와 같은 전기응집을 통한 폐수처리장치를 이용하는 기술은 전기적 응집(Electrocoagylation), 전기적 부상(Electoflotation), 표면착화(Surface complexation), 정전기적 인력(Electrostatic attraction), 화학전환(Chemical modification) 및 화학침전(Chemical precipitation) 등으로 세분할 수 있으며, 폐수처리에 적용되는 전기분해법은 전해응집반응과 전기적 산화반응이 가장 핵심적인 반응으로 일어난다.

특히, 전기반응조 내에서 발생하는 전기 응집반응은 용해된 금속이 가수분해하여 현탁 용존 및 콜로이드성 물질로 수산화물을 형성하게 되며 제타전위(zeta potential)가 낮기 때문에 응집, 현탁 및 침강 특성이 우수하여 폐수처리에 효과적이다.

그러나 전기 산화반응은 양극에서 발생된 산소가 유기물과 반응하여 산화되고 또한 음극과 양극에서 발생되는 수소 및 산소 기체에 의해 거품이 형성되고 산화되거나 응집된 물질은 침전하거나 거품과 함께 부상하기 때문에 고농도 유기성 폐수의 경우에는 그 거품의 발생량이 상당히 높게 나타나 거품을 처리하기가 용이하지 않아 시간이 경과함에 따라 반응속도가 현저히 감소되며, 수류가 전체 반응조 에 일정하게 순환되지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 전기 응집 극판의 배열이 단순히 양극과 음극이 순차적으로 교차하도록 배열되어 있어서 전자의 이동력과 전류의 흐름이 원활하지 못하여 축산폐수의 원활한 정화가 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 두 장의 양극판 사이에 한 장의 음극판이 배치되게 형성된 알루미늄 극판에 의한 전기분해반응으로 인해 전자의 이동력과 전류의 흐름이 원활하여 폐수의 응집과 흡수, 흡착, 침전 및 부상반응을 촉진시키고, 압축공기 투입구를 통한 교반 및 폭기작용으로 인해 하나의 반응조를 이용하여 전기응집 및 산화를 동시에 촉진시켜 고농도 난분해성 오염물질에 대한 고액분리 또는 탈기가 용이하도록 함으로써, 폐수 내에 잔존하는 유기물질과 슬러지 뿐만 아니라 질소와 인 등과 같은 영양물질의 제거 효율성이 향상되도록 하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 전기응집을 이용한 폐수정화장치에 있어서, 외벽체의 양측 소정의 부위에 폐수가 유입되는 유입구와 정화 처리된 폐수가 외부로 방류되는 방류구; 상기 유입구를 통해 유입된 폐수가 반응조 하부를 통해 내부로 유입되게 형성된 격벽; 저면 소정의 위치에 형성된 침전 슬러지를 배출하는 슬러지 배출구;로 이루어지는 전기응집 반응조를 구비하되, 상기 전기응집 반응조 하부에 일정 간격의 격벽형태로 양극판과 음극판이 2:1의 비율로 설치되어 전기 응집 반응을 발생시키는 알루미늄 극판; 상기 전기응집 반응조 저면 소정의 위치에 형성되어 외부의 공기를 공급하여 폐수 내의 교반 및 폭기작용을 발생시키는 압축공기 투입구; 상기 전기응집 반응조 상측에 형성되어 폐수 수면 위에 부상되어 있는 거품 및 부유물질을 부유물 배출부로 이동시켜 제거하는 부유물 제거수단; 상기 부유물 제거수단을 통해 이동된 거품 및 부유물질을 외부로 배출시키는 부유물 배출부;로 구성되는 전기응집을 이용한 폐수정화장치를 구현하고자 한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 전기응집을 이용한 폐수정화장치에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 사시도이고, 도2는 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 측단면도이고, 도3은 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 평면도이고, 도4는 본 발명에 적용되는 폐수정화장치의 부유물 배출부를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이 유입구(10)를 통해 유입된 폐수는 전기응집 반응조(1)의 하부에 형성된 알루미늄 극판(30)을 통과하면서 압축공기 투입구(20)를 통해 제공되는 교반 및 폭기작용에 의해 폐수의 응집과 흡수, 흡착, 침전 및 부상 반응으로 인해 질산성 질소와 암모니아성 질소를 응집 석출할 수 있도록 하고, 무기물은 무 기염으로 조직 재편성하여 응집 석출되게 하며, 수면 위로 부상한 부유물과 거품 등은 부유물 제거수단(40)에 의해 부유물 배출부(50)로 배출될 수 있도록 하며, 침전된 슬러지는 슬러지 배출구(13)를 통해 배출될 수 있도록 하고, 정화처리된 폐수는 방류구(11)를 통해 외부로 방류될 수 있도록 구성한다.

상기 전기응집 반응조(1)는 외벽체의 양측 소정의 부위에 폐수가 유입되는 유입구(10)와 정화처리된 폐수가 외부로 방류되는 방류구(11)를 형성하도록 하고, 내부에 외벽체와 일정 간격이 이격된 상태로 격벽(12)을 형성하여 유입구(10)를 통해 유입되는 폐수가 반응조(1) 하부를 통해 내부로 유입될 수 있도록 하며, 정화처리된 폐수 또한 반응조(1) 하부를 통해 방류구(11)를 통해 외부로 방류될 수 있도록 하며, 상기 반응조(1) 저면 소정의 위치에 다수개의 압축공기 투입구(20)를 형성하여 미세한 공기방울을 대량으로 발생시켜 반응조(1) 내부의 폐수에 공급될 수 있도록 하여 교반력을 증가시키고, 폭기작용에 의해 가수분해반응이 촉진되어 응집 플럭을 효과적으로 부상시킬 수 있도록 하고, 침전 슬러지는 슬러지 배출구(13)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다.

상기 전기응집 반응조(1) 하부에 일정 간격의 격벽형태로 양극판과 음극판이 2:1의 비율로 설치되는 알루미늄 극판(30)을 형성하여 부유 슬러지와 거품의 배출이 용이하고, 전자의 이동과 전류의 흐름을 원활하게 하여 폐수 처리 성능을 향상시키도록 하되, 상기 알루미늄 극판(30)은 대략적인 형태가 직사각형 패널형태로 구성하고, 재질은 알루미늄 재질로 구성한다.

상기 알루미늄 극판(30)이 전기응집 반응조(1)의 하부에 연속적으로 배열되는 순서는 두 장의 양극판 사이에 한 장의 음극판이 설치되는 형태, 즉 양극(+)-음극(-)-양극(+)-양극(+)-음극(-)-양극(+)-양극(+)-음극(-)-양극(+)의 형태로 설치하되, 상기 양극판은 용해성전극(산화전극)과 불용성 전극이 1:1의 비율로 교차 반복되도록 배치되는 구성으로 이루어진다.

상기 알루미늄 극판(30)에 직류전류를 공급하면, 폐수 내에 있는 부유입자와 에멀젼 입자 및 불용성 입자들을 안정화하여 응집시키도록 하고, 부과된 전류는 화학반응을 일으키는 전기적 추진력으로 작용하게 되고, 용해된 금속이 수산화물을 형성하게 되는데, 이 때 생성된 금속 수산화물은 활성이 강하여 응집 및 흡착되게 하며, 또한 양극판에서 발생되는 활성산소를 비롯한 각종 산화제는 수중의 유기물을 산화시키고 세균이나 바이러스 등을 사멸시키며, 음극판에서 생성되는 수소와 산소는 미세기포를 형성하고, 응집 반응에 의해 형성된 플록들과 수면 위로 부상되게 하여 가스형태의 기체는 대기 중으로 배기되며, 부유플록과 거품 등은 부유물 제거수단(40)에 의해 외부로 방출될 수 있도록 한다.

상기 부유물 제거수단(40)은 전기응집 반응조(1)의 상측에 형성되어 폐수 표면상에 부상되어 떠 있는 부유물 또는 거품 등을 부유물 배출부(50)를 통해 외부로 배출할 수 있도록 하는데, 상기 전기응집 반응조(1)의 상측에 구동모터(41)를 형성하고, 상기 구동모터(41)의 구동축(41a)과 제1회전축(42)이 구동벨트(41b)에 의해 연결되게 하고, 상기 제1회전축(42)은 전기응집 반응조(1)의 양측에 형성되어 샤프트(42a)에 의해 연결되며, 상기 제1회전축(42)과 일정 거리 이격되어 양측에 샤프트(43a)에 의해 연결되는 제2회전축(43)을 형성하고, 컨베이어벨트(44)에 의해 제1,2회전축(42,43)이 연결되게 하며, 상기 컨베이어벨트(44)상에는 익편(45)을 형성하여 구동모터(41)의 구동동력을 전달받아 컨베이어벨트(44)가 회전하게 되면, 상기 컨베이어벨트(44)상에 형성된 익편(45)에 의해 폐수의 표면상에 떠 있는 부유물 또는 거품 등을 부유물 배출부(50)로 이동시킨다.

상기 부유물 배출부(50)는 컨베이어벨트(44)상에 형성된 익편(45)에 의해 이동된 부유물 또는 거품 등을 외부로 배출할 수 있도록 하는 것으로, 상기 부유물 배출부(50) 입구에 부유물 가이드대(51)를 일정 기울기로 경사지게 형성하여 폐수 표면상에 떠있는 부유물 또는 거품 등이 컨베이어벨트(44)에 형성된 익편(45)에 의해 원활하게 부유물 배출부(50)로 투입될 수 있도록 하며, 상기 부유물 배출부(50) 내부에는 경사부(52)를 형성하여 투입된 부유물이 부유물 배출구(53)를 통해 외부로 용이하게 배출될 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명의 일실시례에 의해 구성된 전기응집을 이용한 폐수정화장치의 작용에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전기응집 반응조(1) 하부에 형성된 알루미늄 극판(30)에 의한 전기분해반응과 압축공기 투입구(20)를 이용한 폐수 내의 교반 및 폭기작용에 의해 폐수의 응집과 흡수, 흡착, 침전 및 부상 반응으로 인해 고농도 난분해성 오염물질에 화학흡착을 통한 가수분해반응을 일으켜 콜로이드화 상태로 있는 오염물질에 대한 강제적인 조직 재편성을 일으켜 고액분리나 탈기가 용이하도록 해 주는 장치이다.

상기 전기응집 반응조(1)의 일측에 형성된 유입구(10)를 통해 유입된 폐수는 격벽(12)에 의해 형성된 공간을 통해 반응조(1) 하부에 형성된 알루미늄 극판(30)을 통과하게 되는데, 이 때 상기 알루미늄 극판(30)에 직류전류를 공급하여 용해성 극판에 의한 응집, 흡수, 흡착, 침전 및 부상반응을 촉진시키도록 하고, 또한 양극에 형성된 불용성 전극에 의해 직접 산화/환원반응과 전기분해 과정에서 생성된 물질에 의한 산화/환원반응, 즉 간접 산화/환원반응을 동시에 촉진시켜 유기물질과 슬러지 뿐만 아니라 질소와 인 등과 같은 영양물질 및 색도와 탁도의 제거율이 향상될 수 있도록 한다.

상기 전기응집 반응조(1) 내의 폐수가 알루미늄 극판(30)의 화학흡착을 통한 가수분해반응시, 압축공기 투입구(20)를 통해 반응조(1) 내부로 미세 공기방울을 대량으로 발생시켜 교반 및 폭기작용에 의해 거품과 부유 슬러지를 효과적으로 폐 수 수면 위로 부상시키고, 침전 슬러지는 반응조(1) 저면에 형성된 슬러지 배출구(13)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다.

상기 알루미늄 극판(30)에 의한 전기분해 반응과 압축공기 투입구(20)를 통한 교반 및 폭기작용에 의해 폐수 수면 위로 부상하게 되는 부유 슬러지와 거품 등은 부유물 제거수단(40)에 의해 부유물 배출부(50)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 하는데, 상기 부유물 제거수단(40)을 통해 수면 위로 부상된 부유 슬러지와 거품을 배출시키는 작용을 살펴보면, 다음과 같다.

구동모터(41)에 전원을 공급하여 구동축(41a)을 회전시키고, 상기 구동축(41a)은 구동벨트(41b)에 의해 연결된 제1회전축(42)에 회전동력을 전달하여 제1회전축(42)과 제2회전축(43)을 연결하는 컨베이어벨트(44)가 회전되게 함으로써, 상기 컨베이어벨트(44)에 일정간격으로 형성된 익편(45)이 폐수 수면 위에 떠 있는 거품과 부유 슬러지를 부유물 배출부(50)로 지속적으로 이동시키도록 한다.

상기 컨베이어벨트(44)에 형성된 익편(45)에 의해 이동되는 거품과 부유 슬러지는 일정 기울기로 경사지게 형성된 부유물 가이드대(51)를 통해 부유물 배출부(50) 입구쪽으로 이동되게 하여 내부로 투입될 수 있도록 하고, 상기 부유물 배출부(50) 내부에 형성된 경사부(52)에 의해 투입된 거품과 부유 슬러지는 부유물 배출구(53)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명은 전기분해반응과 교반 및 폭기작용을 동시에 발생시켜 폐수 내의 유기물질과 슬러지 뿐만 아니라 질소와 인 등과 같은 영양물질 및 색도와 탁도의 제거율이 향상될 수 있도록 한 것으로, 이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 알루미늄 극판을 두 장의 양극판 사이에 한 장의 음극판이 위치되는 형태로 형성하여 전기분해반응시, 전자의 이동력과 전류의 흐름이 원활하여 폐수의 응집과 흡수, 흡착, 침전 및 부상반응을 촉진시킬 수 있도록 하며, 또한 압축공기 투입구를 통한 교반 및 폭기작용에 의해 폐수 내의 유기물질과 슬러지 뿐만 아니라 질소와 인 등과 같은 영양물질의 제거 효율성이 향상되도록 하고, 폐수 수면 위로 부상한 거품 및 부유물질을 실시간으로 배출시킬 수 있도록 하여 반응조 내의 슬러지 농축현상을 방지하여 시스템의 안정성을 향상시키도록 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전기응집을 이용한 폐수정화장치에 있어서,

   외벽체의 양측 소정의 부위에 폐수가 유입되는 유입구와 정화 처리된 폐수가 외부로 방류되는 방류구; 상기 유입구를 통해 유입된 폐수가 반응조 하부를 통해 내부로 유입되게 형성된 격벽; 저면 소정의 위치에 형성된 침전 슬러지를 배출하는 슬러지 배출구;로 이루어지는 전기응집 반응조를 구비하되,

   상기 전기응집 반응조 하부에 일정 간격의 격벽형태로 양극판과 음극판이 2:1의 비율로 설치되어 전기 응집반응을 발생시키는 알루미늄 극판; 상기 전기응집 반응조 저면 소정의 위치에 형성되어 외부의 공기를 공급하여 폐수 내의 교반 및 폭기작용을 발생시키는 압축공기 투입구;

   상기 전기응집 반응조 상측에 형성되되, 전원을 공급받아 회전하는 구동모터와 상기 구동모터의 구동축에 구동벨트에 의해 연결되어 양측에 대칭되게 형성된 제1회전축, 상기 제1회전축과 일정 거리 이격되어 컨베이어벨트에 의해 연결되어 양측에 대칭되게 형성된 제2회전축 및 상기 컨베이어벨트 상에는 다수 개의 익편이 형성되어 폐수 수면 위에 부상되어 있는 거품 및 부유물질을 부유물 배출부로 이동시켜 제거하는 부유물 제거수단;

   상기 부유물 제거수단을 통해 이동된 거품 및 부유물질을 내부로 투입되도록 일정 기울기로 경사지게 형성된 부유물 가이드대와 내부로 투입된 거품 및 부유물질이 부유물 배출구를 통해 배출되게 경사지게 형성된 경사부 및 상기 경사부를 통해 이동된 거품 및 부유물질을 외부로 배출하는 부유물 배출구로 구성됨을 특징으로 하는 전기응집을 이용한 폐수정화장치.

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