KR100708618B1

KR100708618B1 - 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치

Info

Publication number: KR100708618B1
Application number: KR1020050131479A
Authority: KR
Inventors: 목영선
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-04-18

Abstract

본 발명은 고전압 전극과 접지된 염색폐수 표면 사이에 강한 전기방전을 일으켜서 염색폐수 내에 OH 라디컬, 과산화수소 등의 산화성 물질이 생성되도록 하고, 기상에 생성된 오존을 염색폐수와 접촉시켜서 염료를 제거시킬 수 있는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치에 관한 것으로서, 염색폐수를 저장하되 내부에는 염색폐수가 접지되도록 접지 처리된 메쉬가 설치되고 밀폐 처리된 염색폐수 처리반응기와; 상기 염색폐수 처리반응기로 공급되는 펄스 고전압을 발생시키는 고전압 발생기와; 상기 고전압 발생기에 연결되어 염색폐수 처리반응기 내에서 염색폐수와의 사이에 전기방전을 일으키는 전극과; 상기 염색폐수 처리반응기 내로 산소를 공급하는 산소공급기와; 전기방전에 의한 산소의 반응으로 생성된 염색폐수 표면 위의 오존 함유 기체를 염색폐수 내로 순환시키는 기체순환펌프를 구비함으로써 슬러지 발생, 전극 부식, 전극 용출 등을 발생시키지 않으면서 염색폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.

전기방전, 염색폐수, 코로나방전, 아크방전

Description

수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치{TREATMENT APPARATUS OF DYEING WASTEWATER BY USING ELECTRICAL DISCHARGE TO WASTEWATER SURFACE}

도 1 은 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치의 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 고전압 발생기의 회로도.

도 3 은 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치에서의 코로나방전 시 처리시간에 따른 염색폐수의 색도 변화를 나타낸 그래프.

도 4 는 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치에서의 코로나방전 시 처리 전후의 자외선/가시광선 스펙트럼을 비교한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 염색폐수 처리반응기 111 : 메쉬

112 : 뚜껑 113 : 순환통로

12O : 고전압 발생기 121 : 전원공급기

122 : 다이오드 123,170 : 저항기

124 : 커패시터 125 : 스파크 갭

130 : 전극 140 : 산소공급기

150 : 기체순환펌프 160 : 자력 교반기

161 : 마그네틱바

본 발명은 염색폐수 처리장치에 관한 것으로서, 특히 고전압 전극과 염색폐수 표면 사이에 강한 전기방전을 일으켜서 염색폐수 내에 OH 라디컬, 과산화수소 등의 산화성 물질이 생성되도록 하고, 기상에 생성된 오존을 염색폐수와 접촉시켜서 염료를 제거시킬 수 있는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치에 관한 것이다.

염색공정에서 배출되는 폐수의 가장 큰 문제점은 색도이다. 색도는 미관상 불쾌할 뿐만 아니라 수중의 일광 투과를 차단하여 탄소동화작용을 저해함으로써 수질 생태계에 악영향을 미치며 미생물에 의한 자연정화작용을 방해하여 하천의 오염도를 증가시킨다.

한편, 대부분의 염색폐수 배출 공장에서는 응집공정을 통해 폐수를 전처리한 후 활성 슬러지공정이나 순수활성 슬러지공정 등을 통해 후처리하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 슬러지 발생량이 많고 침전조에서 고액분리가 잘 이루어지지 않는 문제점이 있었고, 또한 응집공정과 활성 슬러지공정을 연계하여 처리하더라도 색도의 완전한 제거가 곤란한 문제점이 있었다.

색도 및 총 유기탄소 제거에 효과적인 것으로 알려진 전기분해 공정에 의한 폐수 처리방법의 경우에는 실제로 구현하기 어려운 문제점이 있었다. 즉, 전기분해 공정의 전극으로 사용되고 있는 물질인 Fe, Al, Cu 등이 가용성으로서 폐수 처리 과정에서 전극 부식이 발생하였다. 전극 부식으로 생성된 Fe, Al 등의 이온은 물의 전기분해에 의해 생성된 OH^- 이온과 결합하여 Fe(OH)_3, Al(OH)₃(OH) 등을 형성하며 콜로이드나 분해된 유기물을 응집, 침전시키는 작용을 하였다. 이 경우 다량의 슬러지 발생을 피할 수 없기 때문에 발생된 슬러지를 처리해야 하는 문제점이 있었고, 전극의 초기처리 효율은 좋으나 시간이 경과할수록 전극의 극심한 부식과 전극표면에 형성된 유기피막으로 인해 전류효율이 급격히 감소하기 때문에 전극을 주기적으로 교체해 주어야 하는 번거로움과 비용이 발생되는 문제점이 있었다.

스레인레스 스틸 전극의 경우, 부식성은 다소 낮더라도 전극 표면에서 용출되는 크롬 이온이 매우 유독하여 새로운 오염원이 될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 그밖에, 종래에 알려진 전기방전을 이용한 염색폐수 처리기술은 고전압 전극을 물속에 함침시킨 상태에서 물속에서 전기방전을 일으키기 때문에 전극 부식과 전력이 과다하게 소모되는 문제점 있었고, 전기분해 공정과 마찬가지로 전극 용출과 전극의 잦은 교체 필요성이 있기 때문에 실제로 구현하기 어려운 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 슬러지 발생, 전극 부식, 전극 용출 등이 발생되지 않으면서도 염색폐수를 효과적으로 처리할 수 있는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치는, 염색폐수를 저장하되 내부에는 염색폐수가 접지되도록 접지 처리된 메쉬가 설치되고 밀폐 처리된 염색폐수 처리반응기와; 상기 염색폐수 처리반응기로 공급되는 펄스 고전압을 발생시키는 고전압 발생기와; 상기 고전압 발생기에 연결되어 염색폐수 처리반응기 내에서 염색폐수와의 사이에 전기방전을 일으키는 전극과; 상기 염색폐수 처리반응기 내로 산소를 공급하는 산소공급기와; 전기방전에 의한 산소의 반응으로 생성된 염색폐수 표면 위의 오존 함유 기체를 염색폐수 내로 순환시키는 기체순환펌프를 구비한 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 염색폐수 처리반응기에 저장된 염색폐수 내에는 마그네틱바가 설치되되, 상기 마그네틱바와의 작용으로 마그네틱바를 회전시켜 염색폐수를 혼합하는 자력 교반기를 더 구비할 수 있다.

상기 염색폐수 처리반응기에는 염색폐수의 온도를 일정하게 유지시키도록 냉각수가 흐를 수 있는 순환통로가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고전압 발생기는 전원공급기의 (-) 고전압이 저항기를 통해 커패시터가 충전되어, 커패시터 양단의 상승된 전압이 스파크 갭의 절연파괴 전압에 도달하면 스파크 갭이 단락되어 (+) 펄스 고전압이 발생되도록 이루어지는 것이 바람직하다.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치의 구성도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 고전압 발생기의 회로도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치에서의 코로나방전 시 처리시간에 따른 염색폐수의 색도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4 는 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치에서의 코로나방전 시 처리 전후의 자외선/가시광선 스펙트럼을 비교한 그래프이다.

도 1 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 염색폐수 처리장치는 염색폐수 표면과 전극 사이에 강한 전기방전을 일으켜서 염색폐수 내의 염료가 효과적으로 제거될 수 있도록 염색폐수 처리반응기(110), 고전압 발생기(120), 전극(130), 산소공급기(140), 기체순환펌프(150), 및 자력 교반기(160)를 구비한다.

상기 염색폐수 처리반응기(110)는 처리를 위한 염색폐수를 저장하는데 내부에는 염색폐수를 접지시켜서 염색폐수 자체를 접지 전극으로 사용할 수 있도록 접지 처리된 스테인레스 재질 등의 메쉬(111)가 염색폐수 내에 잠기도록 설치되어 있고 입구를 밀폐 처리하도록 소정의 뚜껑(112)을 구비한다. 즉, 염색폐수는 일정한 전기전도도가 있으므로 메쉬(111)를 접지시키면 염색폐수 자체가 접지된다. 이러한 염색폐수 처리반응기(110)에는 염색폐수의 온도를 일정하게 유지시키도록 냉각수가 흐를 수 있는 소정의 순환통로(113)를 설치할 수 있다.

상기 고전압 발생기(120)는 상기 염색폐수 처리반응기(110)로 공급되는 소정의 펄스 고전압(예컨대, 20 kV 이상)을 발생시키는데, 도 2 에 도시한 바와 같이 전원공급기(121)의 (-) 고전압이 저항기(123)를 통해 커패시터(124)를 충전시킬 때 커패시터(124) 양단의 전압이 상승하게 되며, 커패시터(124) 양단의 전압이 스파크 갭(125)의 절연파괴 전압에 도달하게 되면 스파크 갭(124)이 순간적으로 단락되어 (+) 펄스 고전압을 발생하여 염색폐수 처리반응기(110)에 공급할 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 전극(130)은 스테인레스 등의 재질로서 고전압 발생기(120)에 연결되는데 염색폐수 처리반응기(110) 내에 설치되어 염색폐수와의 사이에 코로나방전 또는 아크방전과 같은 전기방전을 일으킨다. 상기 산소공급기(140)는 염색폐수 처리반응기(110) 내로 산소를 공급한다. 본 발명의 염색폐수 처리장치에서는 기본적으로 공기도 이용할 수 있으나, 질소산화물의 발생을 피하기 위해 산소를 이용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 기체순환펌프(150)는 염색폐수 표면과 전극(130) 사이에서 전기방전에 의해 생성된 염색폐수 표면 위의 오존 함유 기체를 염색폐수 내로 순환시킨다.

상기 자력 교반기(160)는 염색폐수 내에 설치된 마그네틱바(161)와의 작용으로 염색폐수를 균일하게 혼합한다. 즉, 자력 교반기(160) 내의 자석이 회전함에 따라 마그네틱바(161)가 회전하면서 염색폐수를 혼합하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 염색폐수 처리장치는 도 2 에 도시한 바와 같이 염색폐수 처리반응기(110) 및 고전압 발생기(120) 사이에 펄스 고전압의 변동폭을 줄일 수 있도록 소정의 저항기(170)를 병렬로 배치할 수 있다.

본 발명에 따라 수면 전기방전을 이용하여 염색폐수가 처리되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 염색폐수 처리반응기(110) 내에 처리를 위한 염색폐수를 저장하고 산소공급기(140)를 통해 염색폐수 처리반응기(110)에 산소를 공급한 후, 고전압 발생기(120)로 펄스 고전압을 발생시키게 되면 접지 상태의 염색폐수 표면과 전극 사이에 강한 전기방전이 일어난다. 그러면, 전기방전에 의해 염색폐수 처리반응기(110)에 채워진 산소로부터 오존이 발생되고, 염색폐수 표면에는 OH 라디컬과 과산화수소 등의 산화성 물질이 생성된다. 염색폐수는 자력 교반기(160)에 의해 교반되어 OH 라디컬과 과산화수소 등의 산화성 물질이 전체적으로 균일하게 혼합되고, 발생된 오존 함유 기체는 기체순환펌프(150)에 의해 염색폐수 내로 순환된다. 결과적으로, 염색폐수 내의 OH 라디컬과 과산화수소 등의 산화성 물질과 오존이 산화 반응 함으로써 염색폐수 내의 염료가 제거된다. 이 때, 상기 염색폐수에 냉각수를 순환시켜서 염색폐수의 온도를 일정치 이하로 유지시키게 되면 염료가 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.

이번에는 도 3, 4 를 참조하여 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치의 염색폐수 처리성능에 관해 설명하기로 한다.

먼저, 염색폐수 처리 성능을 평가하기 위해 펄스 고전압의 주파수를 30Hz로 일정하게 하였고, 모사 염색폐수의 제조를 위해 붉은색 계열의 염료인 아마란쓰(amaranth)를 200mL의 증류수를 녹여서 아마란쓰의 농도를 10 ppm으로 하였다. 산소를 염색폐수 위에 채우기 위해 2분간 산소통을 연 다음, 산소가 다 채워지면 밸브를 닫았다. 염색폐수 처리실험은 20℃에서 수행되었고, 처리 전후 아마란쓰의 농도는 자외선/가시광선 분광 광도계를 이용하여 521nm에서 분석하였다.

전기방전 형태를 코로나방전으로 했을 때, 염색폐수는 도 3 에 도시한 바와 같이 약 40분의 시간이 경과한 후 색도가 거의 100% 가까이 제거되었다.

도 4 에 도시한 바와 같이 코로나방전에 의한 염색폐수 처리 전후의 자외선/가시광선 스펙트럼을 살펴볼 때, 코로나방전에 의한 처리 전에는 200-400nm의 자외선 영역에서 높은 흡광도를 나타낸 반면, 40분 처리 후에는 200-400nm의 자외선 영역에서 낮은 흡광도를 나타낸 것으로 보아 제거된 아마란쓰의 대부분은 이산화탄소로 산화되었고, 일부는 저분자 물질로 분해되었음을 알 수 있다. 도 4 에서 가로축은 파장이고, 세로축은 흡광도를 나타낸다. 이와 같이, 전기방전은 염색폐수의 색 도 뿐만 아니라 총 유기탄소도 저감시킬 수 있다.

표 1 은 염색폐수 처리성능 측면에서 코로나방전과 아크방전을 비교한 것이다. 코로나방전을 사용했을 때는 전극과 염색폐수 표면 사이의 거리를 2cm로 유지하였고, 아크방전을 사용했을 때는 전극과 염색폐수 표면 사이의 거리를 1.5cm로 줄여 아크가 발생되도록 하였다. 아크의 주파수도 코로나방전과 마찬가지로 30Hz로 하였다. 아래의 표 1 에서 알 수 있듯이 아크방전이 코로나방전보다 처리시간 단축 측면에서 더 효과적이었다.

	코로나방전	아크방전
색도 99% 이상 제거 시간	약 40분	25분 이내

한편, 본 발명에 따른 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고전압 전극과 접지된 염색폐수 표면 사이에 코로나방전 또는 아크방전 등의 전기방전을 일으켜서 염색폐수에 OH 라디컬, 과산화수소 등의 산화성 물질을 생성시키고 기상에 생성된 오존을 폐수와 접촉시켜서 염료를 제거함으로써 슬러지 발생, 전극 부식, 전극 용출 등을 발생시키지 않으면서 염색폐수를 효과적으로 처리할 수 있다. 또한, 총 유기탄소 수준을 크게 저감시키며, 장치가 매우 간단하기 때문에 염색폐수 배출 개소에 쉽게 적용 가능한 장점이 있다.

Claims

염색폐수를 저장하되 내부에는 염색폐수가 접지되도록 접지 처리된 메쉬(111)가 설치되고 밀폐 처리된 염색폐수 처리반응기(110)와;

상기 염색폐수 처리반응기(110)로 공급되는 펄스 고전압을 발생시키는 고전압 발생기(120)와;

상기 고전압 발생기(120)에 연결되어 염색폐수 처리반응기(110) 내에서 염색폐수와의 사이에 전기방전을 일으키는 전극(130)과;

상기 염색폐수 처리반응기(110) 내로 산소를 공급하는 산소공급기(140)와;

전기방전에 의한 산소의 반응으로 생성된 염색폐수 표면 위의 오존 함유 기체를 염색폐수 내로 순환시키는 기체순환펌프(150)를 구비한 것을 특징으로 하는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 염색폐수 처리반응기(110)에 저장된 염색폐수 내에는 마그네틱바(161)가 설치되되,

상기 마그네틱바(161)와의 작용으로 마그네틱바(161)를 회전시켜 염색폐수를 혼합하는 자력 교반기(160)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 염색폐수 처리반응기(110)에는 염색폐수의 온도를 일정하게 유지시키도 록 냉각수가 흐를 수 있는 순환통로(113)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 고전압 발생기(120)는 전원공급기(121)의 (-) 고전압이 저항기(123)를 통해 커패시터(124)가 충전되어, 커패시터(124) 양단의 상승된 전압이 스파크 갭(125)의 절연파괴 전압에 도달하면 스파크 갭(124)이 단락되어 (+) 펄스 고전압이 발생되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 염색폐수 처리반응기(110) 및 고전압 발생기(120) 사이에는 펄스 고전압의 폭을 줄이기 위한 저항기(170)가 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전기방전은 코로나방전, 아크방전 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수면 전기방전을 이용한 염색폐수 처리장치.
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