KR101076798B1

KR101076798B1 - 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설

Info

Publication number: KR101076798B1
Application number: KR1020110042150A
Authority: KR
Inventors: 김형성
Original assignee: 주식회사 엘라이저
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2011-10-25

Abstract

본 발명은 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설에 관한 것으로, 전기분해를 이용하여 지하수로부터 pH 5.0 이하의 산성수와 pH 11.0 이상의 알칼리수를 만들고, 이 중에서 산성수 또는 알칼리수를 차량 등에 분사하여 구제역 확산을 방지하며, 방역 폐수를 알칼리수 또는 산성수의 중화수로 정화하여 오염 발생없이 방류함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설은, 지하수 공급부(10)와; 이온교환막(22)에 의해 양극실과 음극실로 구획되며 상기 지하수 공급부로부터 지하수를 공급받는 전기분해조(21), 상기 전기분해조의 양극실과 음극실에 각각 설치되며 전원을 인가받아 지하수를 전기분해하는 서로 다른 극성의 제1,2전극(23,24)으로 이루어지며 상기 전기분해조에 유입되는 지하수를 전기분해하여 산성수와 알칼리수를 생산하는 방역수 및 중화수 생성부(20)와; 상기 전기분해조의 양극실과 음극실에서 생성된 산성수 또는 알칼리수 중 어느 하나를 방역수로 하여 차량을 포함하는 피방역물에 분사하는 분사부(30)와; 상기 피방역물에서 낙하하는 방역 폐수를 집수하고, 상기 방역수 및 정화수 생성부에서 생성되어 방역수로 사용되지 않은 알칼리수 또는 산성수의 중화수를 상기 방역 폐수에 혼합하여 상기 방역 폐수를 중화하는 중화부(40)로 구성된다.

Description

전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설{FOOT-AND-MOUTH DISEASE PREVENTION SYSTEM BY ELECTROLYSIS}

본 발명은 구제역 방지 시설에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는 전기분해를 이용하여 지하수로부터 pH 5.0 이하의 산성수와 pH 11.0 이상의 알칼리수를 만들고, 이 중에서 산성수 또는 알칼리수를 차량 등에 분사하여 구제역 확산을 방지하며, 차량 등에서 낙하하여 집수된 산성폐수 또는 알칼리폐수를 전기분해과정에서 생성된 알칼리수 또는 산성수로 정화하여 오염 발생없이 방류할 수 있는 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설에 관한 것이다.

구제역(Foot-and-mouth disease:FMD)이란, 국제수역사무국(Office International desEpizooties:OIE)에서 지정한 가축의 A급 전염병(OIE List A Disease) 중 첫째로 꼽히는 악성전염병이며, 본래는 소에서 볼 수 있는 전염성 질병이지만 돼지나 양 사슴 코끼리 등과 같이 발굽이 둘로 갈라진 동물(우제류 : cloven-hoofed animals)에서 나타나는데, 체온의 급격한 상승과, 입 혀 발굽 젖꼭지 등에 물집(수포 : vesicles)이 생기고, 식욕이 떨어져 심하게 앓거나 죽게 되는 것이 특징이다.

이러한 구제역의 전염을 예방하기 위하여 차량, 축산농가 등을 구분하지 않고 방역 활동을 활발히 하고 있다.

종래 방역 시설은 pH 5.0 이하 또는 pH 11.0 이상에서는 급속히 사멸되는 구제역의 특성을 이용하여 산성 물질을 분사하여 방역하는 것이다.

구체적으로 구제역은 pH 5.0 이하 또는 pH 11.0 이상에서는 급속히 사멸된다. 따라서 구제역이 발생된 지역에서는 구제역 확산을 방지하기 위해 구연산 또는 사과산 등 산성계 약품을 이용하여 pH 5.0 이하의 수용액을 만들어 도로를 지나가는 차량에 분사하는 장치를 이용하고 있다. 또한 가성소다, 차아염소산나트륨 등 알칼리성 약품을 이용하여 pH 11.0 이상의 수용액을 만들어 사용하기도 한다.

그러나 위와 같은 장치는 분사된 수용액이 차량을 소독한 이후 잔류하여 하천에 유입될 때 pH가 여전히 산성 또는 알칼리성을 유지하고 있으므로 제2차 환경오염을 유발하는 문제점이 있고, 또한, 수용액의 pH를 맞추기 위해 현장에 반드시 운전할 사람이 필요하다는 단점이 있다.

그리고, 큰 비용으로 구연산 등의 수용액을 구입하여야 하므로 비경제적인 문제점도 있다.

본 발명은 이와 같은 단점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 전기분해를 이용하여 지하수로부터 pH 5.0 이하의 산성수와 pH 11.0 이상의 알칼리수를 만들고, 이 중에서 산성수 또는 알칼리수를 차량 등에 분사하여 구제역 확산을 방지하며, 차량 등에서 낙하하여 집수된 산성폐수 또는 알칼리폐수를 전기분해과정에서 생성된 알칼리수 또는 산성수로 정화하여 오염 발생없이 방류할 수 있는 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설을 제공하려는데 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설은, 지하수 공급부와; 이온교환막에 의해 양극실과 음극실로 구획되며 상기 지하수 공급부로부터 지하수를 공급받는 전기분해조, 상기 전기분해조의 양극실과 음극실에 각각 설치되며 전원을 인가받아 지하수를 전기분해하는 서로 다른 극성의 제1,2전극으로 이루어지며 상기 전기분해조에 유입되는 지하수를 전기분해하여 산성수와 알칼리수를 생산하는 방역수 및 중화수 생성부와; 상기 전기분해조의 양극실과 음극실에서 생성된 산성수 또는 알칼리수 중 어느 하나를 방역수로 하여 차량을 포함하는 피방역물에 분사하는 분사부와; 상기 피방역물에서 낙하하는 방역 폐수를 집수하고, 상기 방역수 및 정화수 생성부에서 생성되어 방역수로 사용되지 않은 알칼리수 또는 산성수의 중화수를 상기 방역 폐수에 혼합하여 상기 방역 폐수를 중화하는 중화부로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설에 의하면, 구제역 방지를 위해 차량 등에 분사된 용액 중 폐기되는 방역수(산성수 또는 알칼리수)이 반대 성질의 용액(알칼리수 또는 산성수)와 합쳐져서 중화되기 때문에 하천에 자연 방류하여도 하천수를 오염시키지 않으므로 방역수에 의한 2차 환경오염을 방지할 수 있다.

그리고, 전극의 표면조도가 0.5마이크로미터 이하의 매끄럽기 때문에 지하수와 같이 금속성 이온이 다량 함유된 물을 전기분해할 때 전극 표면에 지하수 내의 금속성 이온에 의한 표면 스케일 부착 현상이 발생하지 않으므로 전극의 교체를 위한 비용을 절감할 수 있는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설의 다른 예시도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설은, 지하수를 공급하기 위한 지하수 공급부(10), 지하수를 전기분해하여 산성수(산성 전해수)와 알칼리수(알칼리 전해수)를 생성하는 방역수 및 중화수 생성부(20), 방역수 및 중화수 생성부(20)에서 생성된 방역수(산성수 또는 알칼리수 중 어느 하나)를 차량(1)을 포함하는 피방역물(도면에서는 차량을 예로 들어 도시하였으나, 차량에 한정되지 않으며, 차량(1)을 예로 들어 설명한다)에 분사하는 분사부(30), 차량(1)에 분사되어 낙하하는 방역 폐수를 집수하고 방역수 및 중화수 생성부(20)에서 생성되어 방역수로 사용되지 않은 중화수(알칼리수 또는 산성수)를 방역 폐수에 혼합하여 상기 방역 폐수를 중화하는 중화부(40)를 포함하여 구성된다.

지하수 공급부(10)는 지중 관정에 설치되어 지하수를 펌핑하는 지하수 펌프(11), 지하수 펌프(11)에 의해 펌핑되는 지하수를 저장하는 지하수 탱크(12) 및 지하수 탱크(12)에 저장된 지하수를 펌핑하는 지하수 공급펌프(15), 지하수 공급펌프(15)에 의해 지하수를 방역수 및 중화수 생성부(20)에 공급하는 지하수 공급관(13)으로 구성된다. 구제역이 발생되는 지역인 축산 농가 등은 지하수의 수급이 원활하며, 따라서, 저렴한 비용으로 지하수를 획득하여 방역수로 생산함으로써 방역을 위한 비용을 절감할 수 있는 것이다.

단, 지하수에는 이물질(입자상 물질)이 혼합될 수 있으며, 상기 이물질은 전기분해를 방해할 것이므로 지하수 공급계통에는 이물질을 여과하는 필터(14)가 적용되는 것이 바람직하다.

방역수 및 중화수 생성부(20)는 이온교환막(22)에 의해 양극실과 음극실로 구획되며 지하수 공급관(13)으로부터 지하수를 공급받는 전기분해조(21), 전기분해조(21)의 양극실과 음극실에 각각 설치되면서 전원을 인가받는 서로 다른 극성의 제1,2전극(23,24)(제1전극(+), 제2전극(-))으로 이루어지며 전기분해조(21)에 유입되는 지하수를 전기분해하여 산성수와 알칼리수를 생산한다.

산성수와 알칼리수는 각각 pH 5.0이하, pH 11.0 이상으로서 방역수로 사용 가능하며, 도면에서는 산성수만 방역수로 사용하고 알칼리수를 중화수로 사용하는 것으로 도시하였으나, 파이프와 밸브의 구성을 통하여 산성수와 알칼리수 중 어느 하나를 방역수로 사용하고 다른 하나를 중화수로 사용할 수 있도록 구성될 수도 있다.

전기분해조(21)의 양극실과 음극실에서 생성된 산성수와 알칼리수를 각각 저장하기 위하여 산성수 탱크(25)와 알칼리수 탱크(26)가 적용될 수 있다.

전기분해조(21)의 양극실과 음극실에서 생성된 산성수와 알칼리수의 pH 값에 따라 방역 가능 여부가 판가름 날 것이므로 산성수와 알칼리수의 pH값을 측정하는 ph측정기가 갖추어질 수 있다. 상기 pH측정기는 산성수와 알칼리수의 pH값을 실시간으로 측정하며, 컨트롤러는 현재 pH 값이 기준치(방역 가능한 pH값으로 예를 들어 pH5.0)이하일 경우에만 산성수가 분사부(30)에 공급되도록 산성수 공급계통을 제어한다.

방역수와 중화수의 출발물질인 지하수는 저렴한 비용으로 구입할 수 있는 장점이 있지만, 금속성 이온, 예컨대 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등이 다량으로 용존돼 있으며, 전기분해 과정에서 이들 금속성 이온이 전극의 표면에 스케일로 부착되어 전기전도도가 낮아지므로 오래 사용할 수 없다는 단점이 있다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 전기분해시 전극 표면에 금속성 이온이 스케일로 부착되는 현상은 전극의 표면평균조도(Roughness average)와 관련이 있다.

현재까지 전기분해에 사용되는 전극은 전기분해할 때 양극에서 OH Radical이 생성되어 강력한 산화작용이 발생하여 백금계 금속을 제외한 모든 금속이 산화되므로 티타늄 또는 스테인레스와 같은 금속 표면에 백금계 금속을 코팅하여 사용하고 있으며, 백금계 금속을 코팅하는 방법이 전기도금방법을 사용하므로 전기도금을 위해 티타늄 또는 스테인레스와 같은 금속의 표면을 거칠게 가공한 후 백금계 금속을 전기도금하기 때문에 현재까지 제안된 기술은 전극의 표면평균조도가 2.0 마이크로미터 이상이다. 그러나, 종래 전기도금에 의해 표면평균조도가 2.0 마이크로미터 이상이면 전극에 많은 양의 스케일이 부착되는 단점이 있다.

본 발명의 전극은 고진공증착방식을 이용하여 제작하여 평균표면조도(Roughness average)가 0.5 마이크로미터 이하(0.1 ~ 0.5 마이크로미터)로서 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등 금속성이온이 다량 함유된 지하수를 전기분해할 때 전극 표면에 스케일이 부착되지 않도록 구성된다.(표면 조도 : 전극 기본 물질(철, 티타늄 등) 표면부터 코팅된 귀금속의 골짜기와 산마루 정상 간의 높이)

본 발명에 의한 전극의 표면조도는 다음과 같은 근거로 결정된 것이다.

먼저 하기의 표 1은 전기분해 실험에 사용한 지하수의 수질성분표이다.(단위 : mg/L )

항 목	Ca²⁺	Mg²⁺	HCO3^-	SO4^2-	SiO₂	비 고
농도	237	86	39	71	81	사천지역 계곡의 경도가 높은물 채취

이러한 지하수에 서로 다른 표면 조도의 전극을 넣고 전기분해(100시간 전기분해)한 결과는 표 2와 같다.

분사부(30)는 전기분해조(21)의 양극실 또는 산성수 탱크(25)에 저장된 산성수(산성수를 방역수로 하는 것이므로 양극실 또는 산성수 탱크(25)에만 연결된 것으로 설명)를 공급받아 방역수로 하여 차량(1)에 분사하는 것이며, 방역수 펌프(31), 방역수 펌프(31)에 의해 펌핑되는 방역수를 공급하는 방역수 공급관(32), 방역수 공급관(32)을 통해 공급되는 방역수를 분사하는 다수의 노즐(33)로 구성된다.

도면에서 방역수 공급관(32)과 노즐(33)은 차량(1)에 맞도록 설계된 것이며, 즉, 피방역물의 형태와 구조 및 크기 등에 따라 다양하게 변경 가능하다.

그리고, 피방역물이 차량(1)인 경우 노즐(33)은 차량(1)이 통과하는 동안에만 방역수를 분사하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 근접센서(미도시)를 통해 차량(1)의 접근을 감지하여 차량(1)이 접근하면 방역수 펌프(31)를 가동하여 방역수를 분사하거나 다르게는 노즐(33)을 개폐형으로 하여 차량(1)의 접근시 노즐(33)이 개방되어 방역수를 분사하도록 한다.

중화부(40)는 차량(1)에 분사된 후 차량(1)에서 떨어지는 방역 폐수(차량(1)에서 떨어진 것이지만 산성)를 자연 방류할 수 있도록 중화하는 것이며, 특히, 여기서, 별도의 중화수를 사용하지 않고 방역수 및 중화수 생성부(20)에서 생성된 알칼리수를 중화수로 사용한다는데 특징이 있고, 즉, 크게 방역 폐수의 집수부, 중화수 공급부 및 중화조로 구성된다.

방역 폐수의 집수부는 도면에 도시되지 않았지만, 차량(1)이 통과하는 방역공간의 저부 내지 측부에 형성되어 노즐(1)에서 분사되어 낙하하는 방역 폐수, 차량(1)에서 떨어지는 방역 폐수를 집수하는 모든 구조로 형성 가능하다.

중화수 공급부는 방역수 및 중화수 생성부(20)의 음극실 또는 알칼리수 탱크(26)와 연결되어 알칼리수를 중화수로 공급하는 중화수 공급관(41)으로 구성된다.

중화조(42)는 내부에 방역 폐수와 중화수가 저장되는 공간을 갖는 구조로서 중화 효율을 높이고 방류가 이루어지도록 수로의 형태로 형성되거나 탱크의 구조이며, 상기 방역 폐수의 집수부와 중화수 공급관(41)이 각각 연결되어 방역 폐수와 중화수가 혼합되도록 함으로써 중화가 이루어지도록 한다.

중화조(42)에서는 방역 폐수와 중화수에 의해 중화된 처리수가 생성되며, 상기 처리수는 별도의 중화 처리없이 자연 방류가 가능할 것이므로 중화조(42)는 주변 하수 계통이나 하천 등에 연결된다.

방역수의 중화 방류시 처리수의 pH값을 검출하여 하천수 등을 오염시키지 않을 정도로 중성화되면 방류하도록 중화조(42)에는 pH 측정기와 밸브 등이 구성될 수 있다.

도 2는 방역수 및 중화수 생성부(20)에 의한 전기분해의 효율을 높이기 위하여 지하수에 전해질을 혼합하는 전해질 공급부(50)가 포함된 예를 도시한 것이다.

전해질 공급부(50)는 염화나트륨(NaCl) 또는 가성소다(NaOH) 등 지하수의 전기전도도를 높일 수 있는 모든 전해질이 저장되는 전해질 탱크(51), 전해질 탱크(51)에 저장된 전해질을 지하수에 공급하는 전해질 공급관(52)으로 구성된다. 전해질 공급관(52)은 예를 들어 지하수 공급관(53)에 연결되어 지하수가 방역수 및 중화수 생성부(20)에 공급되기 전에 전해질을 공급한다.

그리고, 전해질을 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 전해질 공급관(52)은 밸브를 통해 개폐되도록 구성된다.

이상에서 구체적으로 설명하지 않았지만, 본 발명은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 산성수와 알칼리수의 수위를 감지하는 센서, 각종 배관 및 밸브 등이 다양하게 구성될 수 있다.

본 발명에 의한 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설의 작용은 다음과 같다.

1. 지하수 공급.

지하수 펌프(11)는 지중 관정에서 지하수를 펌핑하여 지하수 탱크(12)에 저장된다. 즉, 방역수의 분사와 상관없이 일정량의 지하수를 지하수 탱크(12)에 저장토록 함으로써 방역수의 수급을 원활하게 하며, 지하수의 저장량에 도달하면 지하수 펌프(11)는 가동이 정지될 것이다.

지하수 탱크(12)에 저장된 지하수는 지하수 공급펌프(15)의 펌핑에 의해 지하수 탱크(12)에서 지하수 공급관(13)으로 압송되어 지하수 공급관(13)을 따라 이송되고, 이 과정에서 필터(14)를 통해 이물질이 여과된다. 이물질이 제거된 지하수는 방역수 및 중화수 생성부(20)의 전기분해조(21)에 공급된다. 또한, 전기분해시는 외부로부터 물질투입없이 지하수만으로 전기분해를 하는 것이 좋으나 전기전도성이 낮아 전기분해가 잘 안될 경우는 전해질을 소량 첨가하면 효율적으로 전기분해를 진행시킬수 있고 사용 전해질로는 취급상 안전하고 가격이 저렴한 식염을 지하수량에 대하여 0.3~1.0중량%, 바람직하게 0.5중량%를 첨가한다(첨가 농도가 낮으면 전기전도도 향상에 도움이 적고, 고 농도면 전기분해 반응은 증가하나 유해성 염소가스가 발생할 가능성이 있기 때문이다

전해질 공급부(50)가 적용된 경우 지하수는 전해질과 혼합되어 전기분해조(21)에 공급된다.

2. 방역수 및 중화수 생성.

전기분해조(21)에 유입된 지하수는 제1,2전극(23,24)의 전기분해를 통해 산성수와 알칼리수로 생성되어 산성수는 양극실에 알칼리수는 음극실에 모이게 된다.

산성수와 알칼리수는 각각 산성수 탱크(25)와 알칼리수 탱크(26)에 저장된다. 여기서, 산성수는 방역수로 알칼리수는 중화수로 사용된다.

3. 방역수 분사.

산성수 탱크(25)에 저장된 방역수(산성수)는 방역수 펌프(31)를 통해 펌핑되어 방역수 공급관(32)에 공급된 후 다수의 노즐(33)을 통해 차량(1)에 분사된다. 이 과정에서 방역수에 의해 차량(1)에 있는 구제역 바이러스가 사멸된다.

4. 방역수 중화.

노즐(33)에서 분사되어 떨어지는 방역 폐수는 중화부(40)의 집수부에 집수되어 중화조(42)에 유입되고, 알칼리수 탱크(26)에 저장된 중화수(알칼리수)는 중화수 공급관(41)을 통해 중화조(42)에 유입된다. 따라서, 중화조(42)에서는 산성의 방역 폐수가 알칼리수에 의해 중화되어 중성의 처리수가 생성되며, 이 중성의 처리수는 하천이나 하수계통으로 자연 방류된다.

지금까지는 본 발명에 의한 기본적인 작동을 설명한 것이며, 본 발명은 수동과 자동 모두 가능하다. 예를 들어 자동의 경우 지하수의 펌핑에서부터 방역수의 분사 및 방역 폐수의 중화가 자동으로 이루어지고, 컨트롤러는 방역수와 알칼리수의 pH값을 pH측정기로부터 인가받아 전기분해를 제어하고, 차량의 통해 여부를 근거로 방역수를 자동 분사하도록 제어하며, 중화조 내의 처리수의 pH값을 근거로 처리수의 방류를 제어한다.

10 : 지하수 공급부, 11 : 지하수 펌프
12 : 지하수 탱크, 13 : 지하수 공급관
20 : 방역수 및 중화수 생성부, 21 : 전기분해조
23 : 제1전극, 24 : 제2전극
25 : 산성수 탱크, 26 : 알칼리수 탱크
30 : 분사부, 31 : 방역수 펌프
32 : 방역수 공급관, 33 : 노즐
40 : 중화부, 50 : 전해질 공급부

Claims

지하수 공급부(10)와;
지하수의 전기전도도를 높이는 전해질이 저장되는 전해질 탱크(51), 상기 전해질 탱크(51)에 저장된 전해질을 상기 지하수 공급부에 공급하는 전해질 공급관(52), 상기 전해질 공급관을 개폐하는 밸브로 구성된 전해질 공급부(50)와;
이온교환막(22)에 의해 양극실과 음극실로 구획되며 상기 지하수 공급부로부터 지하수를 공급받는 전기분해조(21), 상기 전기분해조의 양극실과 음극실에 각각 설치되며 표면조도가 0.1~0.5마이크로미터로서 전원을 인가받아 지하수를 전기분해하는 서로 다른 극성의 제1,2전극(23,24)으로 이루어지며 상기 전기분해조에 유입되는 지하수를 전기분해하여 산성수와 알칼리수를 생산하는 방역수 및 중화수 생성부(20)와;
상기 전기분해조의 양극실과 음극실에서 생성된 산성수 또는 알칼리수 중 어느 하나를 방역수로 하여 차량을 포함하는 피방역물에 분사하는 분사부(30)와;
상기 피방역물에서 낙하하는 방역 폐수를 집수하고, 상기 방역수 및 정화수 생성부에서 생성되어 방역수로 사용되지 않은 알칼리수 또는 산성수의 중화수를 상기 방역 폐수에 혼합하여 상기 방역 폐수를 중화하는 중화부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 구제역 방지 방역 시설.
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