KR101256896B1

KR101256896B1 - 마이크로 전류를 이용하여 조류를 전기분해 멸균 제거하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101256896B1
Application number: KR1020107018436A
Authority: KR
Inventors: 쉐량 차오; 쉐레이 차오; 칭화 두; 빙옌 류; 예 천
Original assignee: 하얼빈 인스티튜 오브 테크놀로지; 칭따오 헤드웨이 테크놀러지 씨오., 엘티디.
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2013-04-22
Also published as: US20110036727A1; EP2269956A1; EP2269956B1; DK2269956T3; US20130092615A1; KR20100134564A; EP2269956A4; EP2269956B8; WO2009129670A1; ES2756323T3; JP2011518038A; JP5127983B2

Abstract

본 발명은 일종의 마이크로 전류로 전기분해하여 멸균 조류 제거하는 장치를 공개하였다. 여기에는: 탱크에 설치한 취수 파이프에 감응 용액 전기전도치 검사측정기기, 상술한 탱크에 세트 내 양극 보조 전극 음극의 순서에 따라 적어도 한 세트 이상의 전극세트(莉)를 설치하여 컨트롤러가 상술한 전기전도치를 판단할 수 있고 탱크속 전극의 극성 및 전기회로 연결을 제어할 수 있게 한다; 제어장치에는 판단단원, 전기전도치의 크기를 판단하는데 쓰임과 아울러 판단결과에 따라 상응한 해수 전기 전해 패턴 단원, 담수 전기 전해 패턴 단원 역전극 전기 전해 패턴 단원을 트리거시킨다. 이런 장치는 해수와 담수에 동시에 응용되어 양호한 살균 조류제거 효과를 볼 수 있다. 아울러 자동적으로 침전물을 제거할 수 있고 응용범위가 넓다；초음파 발생기를 첨가 장치하여 초음파를 이용하여 여러 가지 종류의 세균과 조류세포를 효과적으로 파괴할 수 있다; 설비가 간단하고 응용범위가 넓다.

Description

마이크로 전류를 이용하여 조류를 전기분해 멸균 제거하는 장치 및 방법 {A MICRO-CURRENT ELECTROLYSIS STERILIZATION ALGAECIDE DEVICE AND METHOD}

본 발명은 멸균제조 장치 및 방법에 관한 것, 특히는 일종의 마이크로 전류로 조류를 전기분해하여 멸균 제거하는 장치 및 방법을 가리킨다.

남세균(cyanobacteria) 일명 시아노박테리아 또는 남녹색조류 (blue-green algae)라고도 한다. 이들의 세포핵구조에는 핵과 핵막이 없어 원핵생물에 속하며 유사분열을 일으키지 못한다. 세포벽 역시 세균과 흡사하여 펩티도글라이칸으로 구성되였으며 그람 염색에서 음성을 나타내므로 이들은 원핵 미생물에 속한다. 남조류는 단세포 생물로 개체는 세균보다 크며 일반적으로 직경 또는 너비가 3-15㎛이다. 다만 시아노박테리아는 단일 개체로 생활하는 것이 극히 드물며 분열 후에도 한데 모여 실 형성하거나 단세포 군체를 이룬다. 많은 개체가 모였을 때 큰 군체를 형성하며 육안으로 볼 수 있다. 시아노박테리아는 수역 표층에서 생장한다. 즉 수면 아래 0.5m 구간 다수의 시아노박테리아는 남색 또는 남녹색을 띠므로 사람들은 습관적으로 남조류 또는 남녹색조류로 부른다. 남조류는 아주 넓게 분포되어 있다. 남극으로부터 북극까지 해양으로부터 높은 산에 이르기까지 그 흔적을 찾아볼 수 있다. 남조류는 일반적으로 암석 나무 잎 또는 못 호수 중에서 생장하며 그 번식이 왕성하여 수역의 색상이 남조류 자체의 색상에 따라 변화된다. 어떤 종류는 풀 비린내 또는 곰팡이 냄새가 난다. 남조류는 색소 시스템을 함유[주로 피코시아닌(Phycocyanin Su)을 함유 이외 엽록소 α, 카로틴 또는 피코에리트린(phycoerythrin)함유]。매개 종류의 남조류 세포에 함유된 여러 가지 색상의 비례가 상이하므로 남색 또는 녹색 적색등 색상을 띠게 된다. 남조류의 영양은 간단한바 비타민을 필요치 않는다. 질산염 또는 암모니아를 질소 원천으로 하여 공중질소고정 할 수 있는 종류가 다양하다. 어떤 종류는 원형의 헤테로시스트(hererocyst)를 가지고 있으며 일반적으로 실모양의 물체 또는 한면에 각개씩 분포되여 있는데 이는 남조류가 공중질소고정작용을 하는 장소이다. 남조류는 산소방출성 광합작용을 하는데 이는 전문성 빛 에너지 무기 영양 미생물로 그 반응을 보면 아래와 같다.

C0₂+H₂O =[CH₂O] 세포물질+Ｏ₂(g)

이런 특점은 일반적인 조류와 비슷하다. 그 번식은 낭충이 위주이며 소수 종류에 포자가 들어있다; 실모양의 남조류는 분열을 통해 단식체(斷殖體)를 형성하여 번식하며 유성 번식을 하지 않는다.

수역에 대량의 질소와 인을 함유한 물질을 배출하여 수역이 영양을 풍부히 함유하게 되며 따라서 남조류의 과도한 번식을 초래하고 수면을 뒤덮어 수역이 여러가지 부동한 색상을 나타내게 된다. 담수 수역에서는 "물꽃"(water bloom)，해수 수역에서는 적조라고 부른다. "물꽃"을 형성할수 있는 남조류에는 미세 낭 조류속(Microcystis), 어성조류속(Anabaena), 전 조류속(Oscillatoria)등 속(屬)중의 일부 물종들이 포함된다. 남조류로 형성된 "물꽃"은 흔히 강렬한 독성을 지니고 있다. 이를테면 동색 미세 낭 조류 (Microcystis 　aerugeosa)및 물꽃 어성조류 (Anabaenaflos-aguae)등이다. 가금 및 가축이 이런 물을 마시면 한 시간 또는 몇 분이 안되어 중독하여 죽을 수 있을 뿐만 아니라 수생생물(이를테면 어류)의 중독 죽음을 초래하게 된다. 대량의 남조류가 수면을 뒤덮으면서 수역의 산소회복을 저해하며 동시에 대량의 남조류의 죽음으로 부패를 일으키며 수역이 산소부족으로 악취가 생긴다. 이런 현상이 악성순환을 초래하게 된다.(런난치등 오염제어 미생물학，p38-39，하얼빈공업대학 출판소，2002년 출판).

천연 수역중에는 수역이 풍부한 영양으로 하여 산생되는 대량의 남조류외에 아직도 많은 유해 세균 및 바이러스등이 있다. 이를테면 대장균 (Coliform),장도 박테리아(Enterococcus group), 콜레라(Vibrio　cholerae)등이다. 이런 균체(菌體)는 선박항행중에서 수집한 밸러스트수로 기타 수역에까지 묻어가 생태 재난을 일으킬수 있다. 흔히는 선박의 거대한 굴곡 모멘트및 전단응력을 감소하고 선체의 진동을 덜어주고저 거의 모든 선박에 적재수시스템을 설치하였다. 실험이 증명하다시피 장기간 밸러스트수 선창에 적립되어 있는 밸러스트수에는 대량의 세균 병원체 및 기타 비 본지방의 미생물들이 있다. 철원소가 풍부한 밸러스트수 선창에서 이런 물질들은 신속하게 번식하며 몇 주 또는 더 오랜 시간 생존하게 된다. 선박이 이런 외래 또는 새로운 미생물을 배출하면 당지의 생태환경이 균형을 잃게 된다. 일반적으로 보면 이런 미생물들은 인체에 해로우며 일단 밸러스트수가 새어나오게 되면 환경과 선박을 오염시키고 사람들의 건강을 위협하게 되며 심지어는 화물을 파손시킬수도 있다. 사람들이 환경보호 의식이 높아짐에 따라 이러한 문제들은 더욱더 돌출하게 제기되고 있다. IMO(International Maritime Organization，국제해사기구)조사결과에 따르면 4가지 종류의 갑조류 등 유독 조류는 선박의 밸러스트수를 통해 중국에 전파되어와 대면적의 적조 재해를 초래한다(류푸빈，선박，2006년 8월．제4기). 2004년 국가 환경보호총국에서 공보한데 의하면 우리 나라는 생물의 침입으로 하여 초래되는 직접적인 경제손실이 574억 위안에 달하며 그중 해양생물 침입이 주요한 원인 중 하나로 손꼽힌다. 이런 실정에서 사람들은 오래전부터. 유해 생물 및 병원체가 밸러스트수를 통해 기타 수역을 오염시키거나 생태재난을 피면하기 위한 다방면의 노력을 경주해 왔다. 일찍 1982년, IMO에서 출범한《1 9 8 2년 유엔 해양법공약》(UNCLOS，United Nations Conference on the Law of the Sea) 제196(1)조의 규정에 따라 "각국은 응당 모든 필요한 조치를 취하여 자체 관할 또는 통제하에 기술사용으로 초래되는 해양환경오염 또는 고의 혹은 우연하게 해양환경의 어느 특정 구역에서 외래 또는 새로운 물종을 인입하여 해양환경이 중대하고도 유해하게 변화되는 것을 방지 감소 통제；2002년 세계 지속적 발전 고위급회의 실시계획의 3 4(b)조에서는 선박이 아무런 통제도 받지 않은 채 밸러스트수와 침전물을 배출하여 이미 유해 수생물 및 병원체의 전이를 초래하고 환경과 인류건강 재산 및 자원에 상해 손해를 준데 비추어 여러 나라들에서 인츰 호응하여 밸러스트수의 외래 생물 유입 문제를 해결하는 조치를 다그쳐 제정하도록 촉구하였다. 지금 일부 나라들에서는 이미 단방면의 행동을 취하여 선박이 항구 진입을 통해 유해생물 및 병원체가 유입되는 위험을 최대한 줄이거나 방지 또는 감소시켜 최종적으로 제거하기 위한 노력을 하고 있다. 또한 이 문제는 지금 전 세계적인 광범한 관심사로 되고 있다. 전 세계에 적용되는 규칙 또는 유도 규칙을 다그쳐 제정하여 이한 규칙이 효과적으로 시행되고 통일적으로 해석되어 보다 안전하고 효율적인 밸러스트수 관리방법의 발전을 계속해 추진하여 유해 수생물 및 병원체의 전이를 지속적으로 방지, 최대한 줄이고 최종 제거할 수 있어야 한다. 이한 토대위에서 ＩMＯ는《국제 선박 밸러스트수 및 침전물 제어 및 관리공약》，선박 밸러스트수 및 침전물을 제어 관리하는것을 통해 유해 수생물 및 병원체의 전이로 환경과 인류건강 재산 및 자원에 대한 위험을 방지 또는 최대한 감소 나아가서는 제거하도록 하며 이런 통제로 인한 불필요한 소극적인 영향을 피면하도록 한다. 아울러 관련 지식과 기술 발전을 고무 추진한다; 이런 공약은 미국과 우리 나라에서 아직 서명하지 않았지만 대다수 발달국가에서 이미 서명하였다 하여 전지구적인 범위에서 이 조약에 따라 밸러스트수에 대한 관리를 시행하는 일은 다만 시간문제일 뿐이다. 대면적 수역의 남조류 처리 외래 유해 수생물 병원체의 침입을 막는 기술 및 상응한 장비 및 시설은 아래의 특점을 구비해야 한다:

１(1) 미생물 및 병원체 박멸 속도가 빨라야 한다. 그렇지 않으면 대면적의 수역에서 처리 후의 물이 다시 본체 물에 들어갔을 경우 만일 살생제가 투입되면 인츰 희석되거나 살균능력이 약화되는데다 대량의 박멸되지 못한 미생물이 인츰 대규모로 번식되어 처리효과가 아주 떨어지게 된다. 만일 밸러스트수 처리가운데 응용될 경우 밸러스트수를 끌어들이거나 배출시 해당 설비를 통과하는 시간이 아주 짧기에 만일 미생물과 병원체 박멸속도가 빠르지 못하면 처리 후의 수질이 표준에 도달하지 못하게 된다.

(2) 박멸효율이 높다：《２００４년 국제 선박 밸러스트수및 침전물 제어 및 관리공약》 규칙Ｄ－２조에서 규정한 배출하는 밸러스트수 성능 표준은 아래의 표준에 도달해야 한다.：

(a) 입방당 최소 사이즈가 50미크론보다 크거나 같은 생존가능한 생물이 10개를 초과하지 말아야 한다

(b) 밀리리터당 최소 사이즈가 50미크론보다 작지만 10미크론보다 크거나 같은 생존 가능한 생물이 10개를 초과하지 말아야 한다.

(c) 일종의 인체 건강의 표준으로 지표 미생물은 아래의 농도보다 작아야 한다.：

(i)유독 콜레라 비브리오는 백 밀리리터당 한개 균락 형성단위（cfu）또는 그람당(젖은 상태 무게) 부유동물 견본 한개 cfu 보다 작아야 한다；

(ii) 대장균：100밀리리터당 250 cfu보다 적어야 한다.

(iii) 장도구균: 매 100 밀리리터당 100 cfu보다 적어야 한다

(3) 생태환경에 2차 위해를 주지 말아야 한다:

(4) 처리능력이 강하다：대면적의 수역 이를테면 호수의 부영양화문제에서 살균멸조 처리능력은 관건적인 요소중 하나이다. 선박 밸러스트수처리에서 선박이 오랜 시간동안 정박할수 없으므로 일반적으로 설비당 처리능력이 300㎥/hr 이상에 도달할것을 요구한다.

현유의 수역의 부영양화 및 남조류의 처리기술 시스템 및 밸러스트수 처리기술 시스템에는 주로 아래와 같은 내용이 포함된다: (1)살생약제(殺生藥劑)，(2)여과망을 통한 수집 및 막처리기술, (3)초음파기술, (4)고압 조류 제거，(5)생물처리，(6)생태처리，(7)자외선멸균기술，(8)전기 분해로 산생시킨 활성물질로 멸균하는 기술 살생약제.

중국 전매특허 청구번호 02100332는 공업수분야 및 공공장소 오폐수 회수 이용 분야에 널리 응용되는 산화성 브롬함유 복합살상제인 브롬 염화 자웨이；중국 전매특허청구번호 200510025284에서는 일종의 글루타르 알데히드(glutaraldehyde)，제사기 암모늄 소금으로 구성된 알데히드류 복합 고효과성 살상제를 내놓았다. 중국 전매특허청구번호 200510025395에서는 일종의 공개하였다. 다른 티아졸리디논(thiazolidinone,

), 염화도데실디메틸벤질암모늄, 오폐수처리에 사용되는 살상제; WIPO(세계지적소유권기구)에서 공개한 국제전매특허 WO03002406는 동양극 전기 전해로 동 이온으로 살균하는 방법을 채용하였다. 이런 살상제의 생물독성이 비교적 크며 잔류시간이 길어 국내에서는 순환식 오폐수 냉각수 시스템 중의 살균처리제로 사용되지만 호수 등 대면적의 부영양화 수역 및 배출해야되는 밸러스트수 처리에서는 적합하지 못하게 된다.

미국 전매특허 US2005016933는 JJ~C102를 살상제로 채용 첨가하였고 국제전매특허 WO 2005061388, 미국 특허 US 2004099608 및 US 2003029811, 일본 전매특허

JP 2007144391, JP 2006239556, JP 2006263563，각기 여과 및 오존을 살상제 수질처리기술 및 상응한 장치로 사용하고 이런 장치 및 기술은 2차오염이 없으며 작은 유량의 수역 또는 마시는 물 살균처리가운데 일정한 우세가 있다. 밸러스트수 등 대유량의 수역 또는 대류역 수역의 멸균 제조처리는 그 운행원가가 아주 높다. 일반적으로 살생약제를 첨가하면 국부 지역의 작은 수역에는 효과적이지만 오랜 시간을 유지할 수 없다 하여 여름철에는 1-2주가 지난후 일반적으로 다시금 약을 더 보충해 넣어야 한다. 여름철이 지나 1-2주가 되면 일반적으로 대면적의 수역일 경우 부영양화 수역의 운행원가가 높고 살생제가 수역에 2차오염을 일으킬 문제가 존재한다. 만일 밸러스트수 처리에 응용되면 그 잔여물에 대한 생물독성 및 독리평가를 진행하여야 한다. 여과망 수집 및 막처리기술 여과망 수집 및 이런 기계적인 방법으로 남조류를 여과하여 제거하는 방법은 지금 곤명 뎐츠에서 남조류가 대규모로 폭발하는 여름철에 대면적의 수역에 대한 처리에 사용되고 있다. 그러나 턱없이 부족한 상황이어서 효과가 이상적이 되지 못한다. 이런 기술 및 상응한 장치는 효과적으로 유해세균(유독 콜레라 비브리오 대장균 장도 구균 등) 및 바이러스는 밸러스트수 처리에 적합하지 않다. 이런 기술방안은 수처리 중 알갱이가 큰 세스톤 또는 진흙과 모래를 제거하는 보조수단으로 사용되고 있다. 목전 발달국가들에서는 막처리기술과 상응한 장치를 많이 사용하고 있다. 미생물 세스톤 생물 및 세균을 여과 일본 특허 JP 2005342626，JP 20060099157, JP 2OO6223997, JP 2005342626，국제특허 WO 2007114198는 모두 막기술을 채용하여 물을 빨아들일 때 밸러스트수로 사용되는 해수 또는 담수 중의 세균 및 미생물에 대한 여과를 진행한다. 이런 기술 및 장치는 비교적 높은 압력을 요구하며 에너지 소모가 높다. 그리고 막이 쉽게 오염되고 막힐 수 있다. 대면적의 수역의 남조류 처리 및 쾌속유동하는 대유량의 수역에 있어서 운행원가가 높고 처리능력이 상응한 요구를 만족시키지 못하는 등 문제점들을 안고 있다.

초음파기술

초음파는 강렬한 진동이 있을뿐더러 캐비테이션 작용을 가지고 있으며 대량의 마이크로 제트를 산생하여 액체가 용기벽에 강렬한 충격작용을 하게 한다. 이런 기능은 초음파 청결에 이용되며 반응효과를 강화하는데 응용되기도 한다. 예하면 중국 특허청구번호 200510117457에서 공보한 일종의 초음파작용에 이용한 내부 전해 폐수처리방법및 장치와 중국 청구번호 99120675에서 공보한 일종의 초음파 수처리방법 및 장치 플로큐레이션 효과를 강화시킬 수 있다；예하면 중국 특허 청구번호 200610085548에서 공개한 아조 염료 오폐수 처리방법과 독일 특허 DE 19919824에서 공개한 산화유기석기술은 모두 초음파로 화학반응을 촉진하는 것으로 진행된다. 초음파 캐비테이션 작용에서 산생된 마이크로 구 고압은 세포 파괴에 사용될 수 있다. 그러나 이런 효과는 흔히 초음파 에너지를 비교적 작은 구역에 집중시켜서 실현될 수 잇다. 하여 목전 초음파 기술 및 상응한 수처리 장비는 작은 체적의 수역 및 순환유동할 수 있는 수역에서의 실시가능성이 비교적 높다. 예하면 중국 특허 청구번호 200610023241에서 공개한 데 의하면 음향 살균 식수 일본 특허 JP200600 7184는 초음파 트래스듀서(28-200KHZ.)를 파이프 외벽에 장치하고 초음파를 통해 파이프를 통과하는 밸러스트수에 대해 살균 조류제거 처리를 진행한다; JP2005021 814.는 상응한 밸러스트수 파이프식 초음파 멸균 조류제거 장치를 제공하는데 장치중 초음파 트래스듀서를 박스 양측에 장치하고 수로가 박스 중간을 경유하게 하며 초음파로 경유하는 물의 미생물들을 제거하여 없애는 것이다. 이 두 가지 특허는 모두 초음파가 상대 파이프 벽 또는 박스의 초음파 트래스듀서 피에조전기 도자기에 대한 손상을 고려하지 않았을 뿐더러 초음파 트래스듀서와 수직을 이루는 반사 에코가 피에조전기에 대한 손상을 모두 고려하지 않을 수 없다. 이를 고려하지 않는다면 초음파 트래스듀서의 수명에 영향 주어 장치의 운행 안정성과 확고성을 떨어뜨린다.

전매특허 청구번호 98236857가 공보한 초음파 수처리기는 국제전매특허 WO 0 3095370에서 제기한 일종의 원형의 연속되는 초음파 처리 장치로 다만 대면적의 수역의 처리 및 쾌속 유동하는 대유량 수역에 있어서는 현유의 초음파 처리 설비로 상술한 문제를 제외하고도 만일 단독으로 초음파기술처리방법을 채용한다면 에너지 소모가 많고 운행비가 높고 제거 효과를 담보할 수 없는 등 불리한 요소가 있기에 실제 조작이 어려운 등 문제점을 안고 있다.

고압멸조

고압살균과 멸조는 물에 일정한 압력을 가한 후 세균과 조류의 세포를 분열시키는 것이다. 예하면 일본 특허 JP 2007021287, JP 2005270754, JP 2005254138이다. 그러나 대면적 수역의 조류를 제어하자면 고압멸조는 에너지소모가 많고 운행비가 높은 등 불리한 점이 있어 조작 가능성이 적다. 밸러스트수 처리에 있어서도 처리능력과 운행원가문제가 존재한다.

생물처리

담수 부영양화 수역에 대해서는 생물처리법을 취하려 하나 생물처리로 인한 외래생물의 본지 물종 파괴가 염려된다. 그리고 남조류(시아노박테리아)는 사실상 남세균이기에 산생된 독소가 ppm 급이면 어류와 가금이 몇 분 내에 죽어버린다. Satoshi Nakai는 2001년에 발표한 업무보고(ALGAL GROWTH INHIBITION　EFFECTS　AND INDUCEMENT MODES BY PLANT-PRODUCING PHENOLS　SATOSHI　 NAKAI*，YUTAKA I NOUE and MASAAKI　HOSOMI，Water Research，Vol．35，Issue 7, May 2001，Pages 1855-1859)에서 풀과 기타 수생식물은 일정한 정도에서 수질의 부영양화정도를 감소시키지만 소량의 식물은 시아노박테리아의 생장을 제어할 수 있는 페놀물질을 방출한다고 했다. 해수체계의 적조는 생물처리가 비현실적이다. 목전 생물법은 조류에 대한 처리가 아직 연구단계에 있고 국제적으로도 대규모 부영양화수역에 대한 성공적인 생물처리경험이 없으며 시아노박테리아가 포함한 남세균 종류가 많아 한 가지 혹은 몇 가지 제한된 미생물, 박테리오파지로는 조류를 전체적으로 제어하기 어렵다. 그외 처리속도와 효율로 보면 생물처리기술은 밸러스트수 처리에 적합하지 않다.

생태처리

외부오염이 통제된 상황에서 수생 고등식물회복으로 수역의 자체정화능력을 제고하는 것은 호수 부영양화 제어와 생태회복의 관건이다. 그러나 이 방법으로 효과를 보자면 시간이 길고 짧은 시간 내에 부영양화 조류제어가 어렵다. 그리고 부영양화수역의 조류폭발은 수면을 덮기에 수역의 산소회복을 저해하고 동시에 대량의 시아노박테리아다가 죽은 후 부식되기에 수역의 용해산소가 소모되어 수역에서 악취가 풍기고 그로 인해 어류가 죽고 기타 수생동물이 죽어 악성순환이 발생한다. 생태처리기술 역시 밸러스트수 처리에 적합하지 않다.

자외선살균기술

수역자체가 자외선을 강하게 흡수하기에 자외선은 살균역할을 할 수 있는 범위와 능력이 제한되어 있어 자외선살균기술은 일반적으로 부하가 작은 작은 체적의 수역과 순환유동할 수 있는 수역에 사용된다. 례하면 중국의 특허신청번호 20051114가 공개한 자외선 수처리 살균시스템이나 200610093390이 공개한 가정 음료수 처리기이다.

미국 특허 US 2004134861과 US 2005211639, 국제특허 WO 2004002895와 WO 2005110607은 각기 여러 갈래의 자외선 등에서 산생된 자외선으로 밸러스트수를 연속처리할 수 있는 장치를 선보였다. 그외 자외선복사와 초음파를 결합하여 살균효과를 높일 수 있다. 례하면 중국의 특허신청번호 20060112가 공개한 음향 살균 음료수처리장치와 200520087812이 공개한 해수 양식처리에 응용되는 해수 강력 자외선소독여과기이다. 미국특허 US 5738780은 자외선살균과 직류전기분해를 결부하여 밸러스트수 처리에 사용하기도 했다. 그러나 이런 기술들은 여전히 자외선 살균작용범위와 능력이 제한되어 있고 고부하, 유량이 큰 수역과 대면적수역에 대한 살균효과는 이상적이 되지 못한다.

전기분해활성물질살균기술

식염을 첨가한 후 전기분해에서 생성되는 하이포아 염소산으로 소독살균하는 기술과 장비는 선인들이 많은 사업을 했다. 례하면 중국 특허청구번호 200610042972.2가 공개한 <두가지 성능 전기분해 수생성기(水生成器)>, 200510111126.7이 공개한 <소형 소독수 생성기 및 사용방법>, 200520077629.2가 공개한 <휴대식 수원 소독기>, 200510023766.2가 공개한 <고농도 하이포아염소산소독수의 준비제조방법>들은 표백분, 이산화염소, 과산화수소 등을 직접 첨가하는 방법보다 간편하고 비용을 절약할 수 있다. 그러나 처리한 물의 염분도가 높아지며 특히 면적이 큰 호수, 저수지의 부영양화수역의 살균, 멸조를 장기적으로 하다보면 첨가제가 수역의 염분도를 높이기에 이 방법을 사용하기 어렵다.

국제특허 WO 2006058261이 공개한 전기분해로 하이포아염소산을 생성하는 밸러스트수 처리방법과 상응한 시스템, 일본특허 JP 2001000974가 공개한 전기분해 밸러스트수 처리장치가 있고 그와 유사한 중국특허 200510046991이 공개한 밸러스트 수 전기분해 처리시스템, 중국특허 200480027174가 공개한 물 저장장비의 전기분해장비는 물 가운데의 염소이온, 물분자전기분해에 고산소화활성물질(Cl 0-，·OH，H₂O₂，(O))을 제공하고 수역의 세균과 조류 세포, RNA, DNA를 산화하여 활력소가 소실되게 하거나 죽이기에 살균과 멸조효과에 도달하며 처리한 수역이 지속적인 소독작용을 보존할 수 있게 한다.

이 방법과 시스템은 두 가지 부족점이 있다.

(1) 시스템의 전극간격이 밸러스트수가 바다물 가운데서의 전기분해 설계요구는 만족시키지만 담수에서의 요구는 만족시킬 수 없다. 그것은 선박의 항해수역과 정박한 항구가 강의 입해구와 잇닿아있어 담수구이기 때문이다. 양자는 물의 전도율 차이로 인한 전기분해전압변화가 크기 때문이다.

전기분해시스템의 양극과 음극간의 전압은 세 가지 부분으로 구성된다. 도-1에서 U1: 양극산화반응의 전극전위와 분극 초전위로 구성된다. 만일 전기화학반응의 분극현상을 무시한다면 특정된 반응시스템(반응농도, pH, 온도 불변)의 U1은 기본적으로 변하지 않으며 전류의 밀도변화에 따라 변하지 않는다. U2: 용액의 저항이 일으키는 압력 강하는 용액의 전도율이 낮을수록 저항 R은 더 커지며 전류밀도의 세기에 따라 높아진다. U3：음극환원반응의 전극전위와 분극 초전위로 구성되면 반응 분극현상을 무시할 수 있고 음극서스펜션과 무기물에 오염되거나 가리워지지 않으면 특정한 반응시스템(반응농도, pH, 온도 불변) U3은 기본적으로 변하지 않으며 전류밀도의 변화에 따라 변하지 않는다.

U2=IR=I×(d/(S×μ))(1)

시스템의 일정한 살균, 멸조능력을 담보해야 하고 전기분해전류 I가 기본적으로 일정한 수치에 고정돼야 한다. 만일 전극간격이 d(목전 모든 공개적인 전기분해법 시스템을 보면 시스템운행에서 전극간격의 설계변화를 고려하지 않았음)이고 전극면적이 S, 수역전도율을 μ라고 하면 다음의 관계가 설립된다.

U2=IR=I×(d/(S×μ))(1)

일정한 전기분해시스템을 놓고 보면 I, d, S가 확정치이지만 부동한 유형의 물의 전도율은 서로 다르다. 바다물 체계는 30000~μS／cm; 하천의 물은 썰물시 물 흐름이 해양쪽으로 기울어지며 비록 바다물의 조석의 영향을 받지만 입해구의 물 화학구성은 하천수질에 가깝고 전도율이 50-500μS／cm사이이다. 일반적인 경우에는 하천과 조수가 한데 어우러져 입해구의 수질구성이 복잡하여 불안정상태이다. 밀물일 때는 조수가 하천입구에 큰 영향을 주어 바다물이 입해구를 많이 거슬러 올라온다. 이때 입구의 물의 화학구성은 바다물 특성을 띤다. 때문에 하천입구 물 전도율이 50-500μS／cm사이일 때 바다물과의 차이가 60배 이상이다. 식 (1)에서 알 수 있다시피 양극과 음극사이의 물에 가한 전압이 U2，적어도 60배 이상 차이가 있을 때 전기분해시스템이 안전전압범위 내에서 선박운행이 부동한 수역의 밸러스트 수 처리요구를 만족시키기 어렵다.

(2) 담수체계에서 음극은 스케일링현상이 나타나고 음극과 물사이의 저항이 갑자기 커져 전기분해효율에 영향 준다. 전류를 안정시키려면 전체 전기분해전압이 갑자기 높아지고 시스템이 정상운행할 수 없다. 담수체계에서 전기분해과정의 음극 스케일링은 주로 CaCO₃이다. 음극표면과 음극구역이 대량의 양이온을 흡착하여 부하평형을 유지하기에 수역 중 양이온농도에는 큰 차이가 없고 Ca² ⁺전기부하가 좀 높고 음극표면과 음극구역에 많이 집중된다. 이 국부구역과 수역중의 HCO³ ^－는 다음과 같은 반응을 일으킨다.

Jeffrey A．Franz는 전기분해로 산소를 생성하는 과정에 음극침전/스케일링으로 생기는 전극표면의 산화물 시스템 저하영향연구(Water Research，Vol．36，Issue 9，May 2002，Pages 2243-2254)에서 음극 표면 침전물은 주로 CaCO₃라고 했다. 신청특허 99253589가 공개한 물 탱크 자가 청결소독기는 장기적인 운행과정에서 음극에 뚜렷한 CaCO₃침전이 생기고 경도가 높은 지역에서 사용하면 반응 (2)에서 산생된 CaCO₃침전으로 전기분해 도관이 막힌다. 특허신청번호 03156596.4의 <조합식 미세전류 전기분해 수처리기술과 장비>는 비록 초음파 탐침이 전극표면 세척과정에 스케일링현상을 완화시킬 수 있으나 수중 생태계에 불리한 영향을 조성할 수 있고 장기운행과정에 월극표면에 경미한 스케일링현상이 나타난다. 이 장비는 대면적의 부 영양화수역의 시아노박테리아를 효과적으로 제어할 수 있지만 여러 개의 평행전극은 가설 정반(선박, 플로트)이 이동과정에 키를 돌리기 어려운 문제가 존재한다. 그리고 수생동물(어류)이 쉽게 전극에 끼워 전기 충격을 받아 단락이 생긴다；

이런 장비를 물탱크에 고정하면 해수 양식수가 물탱크 통과시 전기분해 살균과 소독처리를 할 수 있고 처리된 바다물은 1.0-1.5 m/s의 속도로 전기분해장비를 장치한 물탱크를 거쳐지난다. 장기적(적어도 3개월 이상)으로 운행 한 후 물탱크 밑부분에 소량의 백색침전(밑바닥이 전극 변두리와 2cm거리)이 생기지만 음극표면은 침전으로 덮이지 않는다. 중국특허 청구번호 200520114686.3으로 공개한 <시아노박테리아 처리장비>는 CaCO₃ 침전과 스케일링현상이 나타난다. CaCO₃은 세 가지 크리스탈이 있다. 방해석(calcite), 문석(aragonite)과 구문석(vaterite), 방해석(calcite)은 치밀한 구조를 쉽사리 형성하고 전극에서 쉽게 떨어지지 않는다. 문석(aragonite)은 일반적으로 템플릿이 있을 때 혹은 고온(80도 이상)에서 결정화되고 생장해야 형성될 수 있다. 전기분해과정은 이런 조건이 구비돼 있지 않다. 구문석(vaterite)은 구조가 성기고 쉽게 떨어진다. 우리는 바다물 양식 소독환경의 세트식 미세전류 전기분해 수처리장비 백색 침전물, 담수 양식수 처리의 세트식 미세전류 전기분해 수처리장비 음극표면의 백색 스케일링과 고층 물탱크에 사용하는 물탱크 자체 청결소독기 음극표면의 백색스케일링을 긁어낸 후 필드방출 전자스캐닝분석(SEM)사진과 적외선(IR)흡수분석을 했는데 결과 도 2a,2b,2c와 도 3에 표시한 것과 같다. 그 중 도 3의 a 곡선은 바다물 흡수 분석곡선이고 b 곡선은 담수 흡수분석 곡선이며 c 곡선은 수도물 흡수분석곡선이다.

그림 2a에서 볼 수 있다시피 해수 양식 전기분해 처리체의 백색침전 알갱이는 좀 작고 대부분이 구형이다. 도 2b와 2c는 담수 양식 전기분해 처리시스템 음극표면의 스케일링과 고층물탱크에서 사용하는 물탱크 자체청결소독기 음극표면의 백색 스케일링의 SEM사진이며 알갱이가 좀 크다. 이와 대응되는 IR흡수스펙트럼 도 3에서 볼 수 있다시피 곡선a는 해수 양식 전기분해 처리시스템의 백색침전알갱이 적외선 흡수스펙트럼이다. 방해석(calcite)의 탄산근 내부완곡진동 v4특징 흡수봉 712cm^-1과 탄산근 외부완곡진동 v2 흡수봉 875cm^-1외 구문석(vaterite)의 특징 흡수밴드 745cm^-1，담수양식 전기분해처리체계의 음극표면 스케일링 적외선흡수 스펙트럼 b와 고층 물탱크에 사용하는 물탱크 자체청결소독기 음극표면 백색 스케일링 적외선 흡수스펙트럼이 있다. c는 선명한 구별이 있고 b와 c가 비슷하며 전형적인 방해석(calcite) 적외선 흡수스펙트럼에 속한다. 이는 SEM의 분석결과와 부합된다.

전기분해과정에 생기는 스케일링문제를 해결하기 위해 중국특허번호 200620032114가 공개한 역전극 운행하는 전기화학반응기는 역전극 방법으로 스케일링을 떨어뜨린다. 그러나 이 방법은 새로운 문제를 일으킨다. 빈번한 역전극 스케일링제거로 전기분해장비의 양극이 촉매활성을 상실하고 전극이 높은 초전위를 형성하여 전류효율이 떨어진다.

지금 전기분해에서 산생된 산화성물질은 수처리체계로 진행된다. 일반적으로 촉매활성이 있는 DSA양극(Dimensionally Stable Anode)은 티탄이나 티탄합금을 매트릭스로 표면에 백금족원소의 산화물을 칠하여 만든 전극소재로서 네델란드의 Henri Bernard Beer(1909-1994)가 발명한 것이다. H.Beer 65 특허는 티탄이나 티탄합금을 핵심소재/기판으로 백금, 이리듐, 로듐, 팔라듐, 루테늄, 오스뮴에서 백금족금속이나 합금의 산화물을 선택한다. 특히 한 가지 이상의 비백금족금속산화물(례하면 Ta, Ti)로 외층 전극을 형성한다. 이탈리아 De Nora회사와 미국 Diamond Shamrock회사는 1968년에 Beer발명을 성공적으로 염소 알칼리생산에 응용했다. 그중 식염전기분해는 양극으로 티탄 백금족 금속산화물 전극을 개발했는데 촉매활성이 높을 뿐만 아니라 15년 이상 사용할 수 있다. DSA는 20세기 60년대에 발명한 후 지금까지 40년간 사용되고 있다. 장자오셴은 <코딩전극 40년>이라는 문장(<전기도금과 코딩> 2007년 제26 권 제1기)에서 티탄양극은 식염 전기분해 생산발전을 적극적으로 추동했고 염소 알칼리공업의 일대 기술혁명이라고 지적했다. DSA의 발명은 20세기 전기화학공업의 최대의 발명이고 전기화학영역의 획기적 시대의 기여이다. 그러나 이런 전극은 음극으로 사용하면 Pt,Ir, Ru, Rh, Pd와 Ti이 모두 수소흡수성이 강한 소재이기에 양극 반응으로 생성된 H₂가 Pt, Ir, Ru, Rh, Pd와 Ti에 흡수되고 그에 따라 체적이 팽창되기에 코딩층과 핵심소재사이에 층이 생기며 코딩층과 활성물질이 분리되어 촉매 활성이 상실된다.

대면적의 부영양화물과 대류량의 밸러스트 수처리기술에 이상의 결함이 있기에 담수와 바다물에 동시에 적용될 수 없고 세균과 시아노박테리아를 효과적으로 제거할 수 없으며 운행비가 높고 2차 오염을 조성할 수 있다. 이러한 관점에서 이 영역에서는 미세전류 전기분해살균, 조류제거장비로 상기의 기술문제를 해결하고 담수와 바다물에서 동시에 사용할 수 없는 문제를 해결할 필요가 있다.

이 발명은 미세전류 전기분해살균, 조류제거장치를 제공할 수 있다. 다음과 같은 것이 포함된다.

탱크의 입구 파이프에 가설하여 감응 용액 컨덕턴스의 검사측정기로 사용 양극, 보조전극, 음극 순서에 따라 탱크에 적어도 한 세트 이상의 전극을 가설하여 컨트롤러가 상기의 컨덕턴스의 크기를 판단하고 탱크 내 전극의 극성, 회로연결을 통제한다. 상기의 컨트롤러에는 다음의 것이 포함된다. 단원을 파악하고 컨덕턴스 크기파악에 사용되며 판단결과에 따라 상응한 바다물 전기분해 모식단원, 담수 전기분해 모식단위, 역전극 전기분해 모식단원을 기동시킨다. 바다물 전기분해 모식단위는 트리거접수 후 양극과 음극의 회로연결을 소통하고 보조전극의 회로연결을 단락하는데 사용된다. 담수 전기분해 모식단원은 트리거접수 후 음극을 양극으로 바꾸고 보조전극의 극성을 음극으로 바꾸며 극성이 바뀌지 않은 양극, 음극에서 극성변화로 양극으로 된 것과 보조전극에서 극성변화를 거쳐 음극으로 된 회로연결에 사용된다. 역전극 모식단원은 장비의 운행차수, 운행시간이 설정수치를 초과한 후 보조전극의 극성을 양극으로 바꾸고 보조전극이 극성변화로 양극으로 된 것과 극성이 아직 변화하지 않은 음극의 회로연결을 소통시키며 극성을 변화하지 않은 양극의 회로연결을 끊는다.

이 발명의 실시방안에서 전극세트 내의 전극은 조각모양의 전극 혹은 도관모양 의 전극이다.

이 발명의 일부 실시방안에서 상술한 미세전류 전기분해 살균 조류제거장비에는 또 탱크 양측의 초음파발생기, 초음파반사체가 포함된다. 이 초음파 발생기에는 적어도 한 개 이상의 초음파 변환기가 있고 전극세트의 위치는 초음파 발생기와 초음파반사체 사이이다.

이 발명의 일부 실시방안에서 전극이 조각모양일 때 초음파 반사체의 모양은 프리즘 형태 혹은 원호 모양이며 프리즘의 변이나 원호는 초음파발생기방향으로 도드라져있다. 전극이 도관모양 일 경우 초음파 반사기는 원추모양이고 원추의 상단은 초음파발생기 쪽으로 향해있다.

이 발명의 일부 실시방안에서 전극이 도관모양일 경우 각 전극과 초음파변환기는 동일원심의 원환 형태로 배열된다.

이 발명의 일부 실시방안에서 검사측정기는 전도율 감응식 전도성 센서 혹은 전도 트랜스미터이다.

이 방안에서 기술한 양극은 적어도 티탄이나 티탄합금을 매트릭스로 하며 표면에 금속 Pt, Ir, Ru, Rh, Pd 혹은 Os와 그 산화물의 한 가지와 적어도 Ta 혹은 Ti를 함유하고 있는 산화물전극(DSA)을 코딩한다.

이 발명의 일부 실시방안에서 기술한 보조전극과 음극은 적어도 티탄이나 티탄합금을 우선 선택으로 하고 초음파반사체의 소재는 적어도 플라스틱, 티탄, 티탄 합금, 스테인레스 강, 탄소강 혹은 동합금을 소재로 사용한다.

이 발명의 일부 실시방안에서 미세전류 전기분해 살균 조류제거 장비에는 탱크 물파이프에 가설한 전기 분해 후 용액 중의 염소함량을 검측하는 전위차계, 잔여 염소전극, 잔여 염소 트랜스미터가 포함된다. 각 전기분해 단원은 염소 함량치에 따라 전기분해전류와 전압을 조절한다.

이 발명의 다른 한 면은 상술한 미세 전류 전기분해 살균조류 제거장비가 수역에서 살균 조류제거 용도를 제공한다. 일부 상황에서 위의 수역은 바다물이나 담수다.

이 발명의 또 다른 한 면은 미세 전류 전기분해를 이용하여 수역에서 살균 조류제거방법을 제공하는 것이다. 여기에는 다음과 같은 내용이 포함된다.

1) 수역의 컨덕턴스를 검사측정한다.

2) 컨덕턴스를 판단단원(單元)에까지 전송한다.

3) 컨덕턴스를 판단한다.

4) 판단결과에 따라 컨트롤러의 바다물 전기분해 모식단원, 담수 전기분해 모식단원 혹은 역전극 전기분해 모식단원을 트리거하여 수역에서의 양극, 보조전극과 음극의 극성과 회로 연결을 제어한다.

이 발명의 실시방법에서 상술한 바다물 전기분해 모식 단원이 작업상태일경우 상술한 양극, 음극의 회로연결이 소통되고 보조전극의 회로연결이 끊긴다.

이 발명방법의 실시방안에서 상술한 담수 전기분해 모식 단원이 작업상태일 경우 상술한 음극의 극성이 양극으로 바뀌고 상술한 보조전극의 극성이 음극으로 바뀌며 극성이 바뀌지 않은 양극, 음극이 극성변화를 일으켜 된 양극, 보조전극이 극성변화를 일으켜 된 음극의 회로연결이 소통된다.

이 발명방법의 실시방안에서 상술한 역전극 모식 단원이 작업상태일 경우 판단장치의 운행차수, 운행시간이 설정수치를 초과하면 상술한 보조전극의 극성이 양극으로 변하고 보조전극의 극성이 변화된 양극, 극성이 변화되지 못한 음극의 회로연결이 소통되고 극성이 변화되지 않은 양극의 회로연결이 끊긴다.

이 발명방법의 실시방안에서 기술한 수역은 모든 적합한 수역, 례하면 바다물 이나 담수이다.

이 발명방법의 실시방안에서 기술한 방법에는 또 적어도 부분 수역에 초음파를 실시하는 방법이 포함된다.

이 발명방법의 실시방안에서 기술한 방법에는 또 전기분해 후 수역가운데의 염소 함량검측및 상술한 염소 함량치에 따라 전기분해 전류와 전압을 조절하는 것이 포함된다.

이 발명 가운데의 장비와 방법은 능히 바다물, 담수 살균과 조류제거에 동시적으로 응용할 수 있고 훌륭한 살균과 조류제거효과가 있으며 침전물을 자동적으로 제거할 수 있고 응용범위가 넓다. 이 장비에는 초음파발생기를 장치하여 초음파로 각종 세균과 조류세포를 효과적으로 파괴할 수 있다. 설비가 간단하고 응용범위가 넓다.

도 1은 전해 시스템의 표시도이다.
도 2a는 해수양식 전해처리체의 백색침전 립자 표시도이다.
도 2b는 담수 양식 전해처리 체계의 음극표면의 스케일 표시도이다.
도 2c는 고층건물 물탱크에서 사용되는 물탱크 자체청결소독기의 음극표면의 백색 스케일 표시도이다.
도 3은 서로 다른 수질의 IR 흡수스펙트럼 곡선 표시도이다.
도 4는 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 표시도이다.
도 5a는 미세전류 전해기의 전극그룹의 패널형상 티타늄 양극 구조도이다.
도 5b는 미세전류 전해기의 전극그룹의 패널형상 티타늄 음극 구조도이다.
도 5c는 미세전류 전해기의 전극그룹의 수평패널식 보조전극 구조도이다.
도 6은 미세전류 전해기중 패널형상 전극그룹의 배열 표시도이다.
도 7A는 플라스틱 전극고정 지지틀 구조도이다.
도 7B는 도 7A중 부분확대 표시도이다.
도 7C는 도7B중 B-B의 단면도이다.
도 8은 해당 장치중 제어기의 구조도이다.
도 9A는 초음파 변환기가 발사하는 초음파 전송방향 표시도이다.
도 9B는 초음파 반사체가 반사하는 초음파 전송방향 표시도이다.
도 10은 탱크식으로 된 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 표시도이다.
도 11은 도 9중 A-A방향 표시도이다.
도 12A는 800mm×500mm 티타늄 양극 (δ=2.0mm) 구조도이다.
도 12B는 800mm×500mm 티타늄 음극 (δ=2.0mm) 구조도이다.
도 12C는 800mm×500mm 티타늄망 보조전극 (δ=2.0mm) 구조도이다.
도 13은 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 원리제어도이다.
도 14는 탱크식으로 된, 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 전극 배열 구조 표시도이다.
도 15는 도 9중 B 방향 표시도이다.
도 16은 탱크식으로 된, 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸 장치중, 전극그룹을 밀폐하는 고무실링의 전극접속터미널 출구배열 구조도이다.
도 17은 탱크식으로 된, 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 밀폐용커버 접선표시도이다.
도 18A는 접속터미널의 정면도이다.
도 18B는 접속터미널의 좌측면도이다.
도 19는 3각기둥 배열구조도이다.
도 20은 탱크식으로 된 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 초음파발생기 배열 표시도이다.
도 21은 초음파발생기와 탱크본체, 초음파발생기 커버에 연결된 밀폐용 고무실링 구조도이다.
도 22는 도 9중 C방향 표시도이다.
도 23A는 관식으로 된, 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 초음파 강화 미세전류 전해시스템 구조도이다.
도 23B는 도 23A중 일부분 확대 표시도이다.
도 24는 고정 막대형상의 티타늄 양극, 전극 도선을 포함한 플라스틱 플랜지 구조도이다.
도 25는 고정 막대형상의 티타늄 양극, 전극 도선을 포함하지 않는 플라스틱 플랜지 구조도이다.
도 26은 고정 다공 관상 보조전극, 전극도선을 포함한 플라스틱 플랜지 구조도이다.
도 27은 고정 다공 관상 보조전극, 전극도선을 포함하지 않는 플라스틱 플랜지의 구조도이다.

본 발명의 장치를 정확히 설명하기 위해 아래에 도면을 결합하여 실시예와 상세한 설명을 드리고자 한다. 그러나 이러한 첨부도면과 실시예는 다만 목적설명에 사용될 뿐 본 발명을 제한하는데 사용할 수는 없다.

본 방안에 따른 실시예 1의 원리도는 도 4를 참조하기 바란다. 여기에 포함되는 것들로는 탐지기를 이용하여 입수관 수로의 전도를 측정하며, 제어기를 이용하여 탐지기가 탐지해낸 전기전도를 판단하며, 서로 다른 전기전도하에서 초음파 강화 미세전류 전해기가 상응한 모드로 작동하도록 한다.

그중 탐지기는 전기전도율 센서 혹은 전도도계(Conductivity Meter)를 사용할 수 있다. 전기전도율센서는 감응식 전기전도율센서를 사용한다.이러한 센서의 작동원리는; 용액 중 밀폐회로에서 한 개의 감응전류를 발생하여 전류의 크기에 대한 측량을 통해 용액의 전기전도율을 얻는다. 그 항오염성은 아주 강해 시스템이 복잡한 수질환경 중에서 안정한 운행을 할 수 있도록 해준다.

전도도계,전위차계(potentiometer)는 각기 전도 변송기, 잔류염소(residual chlorine)변환기를 사용함으로서 제어하기 편하도록 한다.

초음파 강화 미세전류 전해기는: 직류전해전원, 전해전극그룹, 탱크와 전극도선 접속터미널, 초음파발생기, 초음파반사체 등으로 구성된다.

그중 직류전원은 선형(linear) 직류전원을 사용, 입력전원은 110V혹은 220V교류전원이며 출력전원은 직류전원으로, 수요에 따라 전해전류를 조절할수 있다.

출력전압은 36V의 안전범위 내로 제어하며; 전극그룹은 금속티타늄과 티타늄합금을 심재로 하는 코팅전극을 같은 간격으로 배열하여 구성한다; 탱크본체는 케이스, 실링, 고정볼트와 접속플랜지를 포함하며, 케이스와 플랜지는 플라스틱부품을 사용하며; 초음파발생기는 케이스, 변환기, 전원 초음파 발생기로 구성된다.

미세전류 전해기중 전해전극그룹은 박테리아 및 조류 박멸 작용을 하며, 실제상황에 따라 초음파발생기를 추가하여 세균 및 조류세포에 대한 파쇄를 실현한다.

일부 실시방안중, 초음파 강화 미세전류 전해기의 전극 그룹내에는 주로 다음이 포함된다:

양극: 금속티타늄 혹은 티타늄합금을 기초로 그 표면에 최소한 일종의 금속 Pt, Ir, Ru, Rh, Pd, Os 혹은 그 산화물 및 적어도 일종의 Ta 혹은 Ti 산화물을 코팅한 전극을 양극- 티타늄 양극 (DSA양극)으로 한다. Pt, Ir, Ru, Rh, Pd, Os, Ta, Ti는 모두 d, f 공(空) 레일의 촉매활성을 제공하기에 전자의 이동에 유리하며 극화현상을 피면할 수 있게 해주며 고활성 산화물질의 생성에 유리하게 된다.

전극과 도선간 접점에 과대전류가 통과되어 작동중에 쉽게 단선되는 현상을 피면하기 위해 패널형상의 양극에는 적어도 2개의 접속터미널을 설치하며 양극에 균일하게 분포되도록 한다. 도 5a의 티타늄양극 구조도를 참조한다. 접속터미널에는 홀(구멍)이 개설되어 전선과 연결되며 볼트로 고정한다; 관상양극은 환상(環狀）접촉을 형성하여 접촉점 국부에 과대전류가 흐르는 현상을 막아준다.

(2)음극：금속티타늄 혹은 티타늄합금을 기초로 그 표면에 최소한 일종의 Ta, Ti산화물을 코팅하여 전극을 구성한다. 전기전도율이 비교적 낮은 담수체계 중 전극의 성질을 양극으로 바꾸었을 때 일정한 촉매활성을 가지게 되며, Ta, Ti 산화물의 수소흡수력이 낮기에 음극으로 사용시 쉽게 탈락되지 않는다. 같은 원리로, 전극과 도선간 접점에 과대전류가 통과되어 작동중에 쉽게 단선되는 현상을 피면하기 위해 패널형상의 양극에는 적어도 2개의 접속터미널을 설치하며 양극에 균일하게 분포되도록 한다. 도 5b의 음극구조도를 참조 바란다.

접속터미널에는 홀(구멍)이 개설되어 전선과 연결되며 볼트로 고정한다.

관상음극은 환상접촉을 형성하여 적촉점에 국부에 과대전류가 흐르는 현상을 막아준다.

(3)보조전극: 평균 홀지름이 3mm보다 작지 않은 금속티타늄 혹은 티타늄합금을 사용하며, 그 표면에 최소한 일종의 Ta, Ti 산화물을 코팅하여 전극외부를 구성한다. 전극을 양극으로 바꾸어 스케일링시, 전극자재의 부식을 막아주며, 같은 원리로 전극과 도선간 접점에 과대전류가 통과되어 작동중에 쉽게 절단되는 현상을 피면하기 위해 패널형상의 양극에는 적어도 2개의 접속터미널을 설치하며 보조전극에 균일하게 분포되도록 한다. 도 5c의 보조전극 구조도를 참조하기 바란다. 접속터미널에는 홀(구멍)이 개설되어 전선과 연결되며 볼트로 고정한다.

관상음극은 환상(環狀)접촉을 형성하여 접촉점 국부에 과대전류가 흐르는 현상을 막아준다.

패널형상의 티타늄양극,음극과 보조전극에 대해 전극의 길이가 1200mm보다 크지 않은 상황에서 접속터미널은 2~3개가 바람직하다. 접속터미널이 너무 많을시 시스템의 밀폐와 미관에 영향을 줄 수 있다.

전극그룹중의 전극은 패널형상의 전극을 사용하여 보조전극이 양, 음극가운데 설치 및 동등 간격으로 배열되어 미세전류 전해시스템의 전극그룹을 형성한다 .패널형상 전극으로 구성된 전극그룹의 배열에 대해서는 도 6을 참조하기 바란다. 모든 전극은 양면 코팅 전극을 사용한다. 양극 제조가격이 비교적 비싼 관계로 맨 마감조의 배열중 A로 표기된 곳은 양극, C로 표기된 곳은 음극, B로 표기된 곳은 보조전극이 되도록 하며 음극 C가 맨 바깥측에 위치하게 함으로서 장치의 공간이용율을 확보하고 저 원가를 실현한다.

본 방안의 실시예중, 플라스틱 위치확정틀을 사용하는데 도 7A, 7B, 7C를 참조하기 바란다. 도 7B는 7A의 확대표시도이며 도 7C는 도 7B중 B-B의 단면도이다. 플라스틱 위치고정틀을 이용하여 전극을 고정한다.

해수와 담수의 전기전도가 다르므로 일부 실시방안중에서는 서로 다른 전기전도를 통해, 제어기로 서로 다른 전해모드를 선택하여 초음 강화 미세전류전해기중 전극의 작동을 제어한다. 제어기는 도 8을 참조하기 바란다.

판단유닛과 전해모드 유닛을 포함하는데 전해모드유닛은 해수전해모드유닛과 담수전해모드유닛, 도극(극전환) 전해모드 유닛으로 나뉜다.

판단유닛을 통해 탐지기가 탐지해낸 전기전도율이 1500μS/㎝ 보다 큰 해수체의 경우, 해수 전해모드유닛을 작동시킨다. 해수전해모드유닛은 보조전극 B를 제어하여 작동하지 못하도록 한다. 양극 A와 음극 C간 전해작용을 통해 수체중의 염소이온, 물분자를 고산화 활성을 띤 물질(C₁₀ _-，OH，H₂Ｏ₂，(O))로 전해한다. 수체중의 박테리아 및 조류세포의 RNA, DNA에 대한 산화작용을 진행하여 그 세포들이 활력을 잃고 사망에 이르게 함으로서 박테리아 및 조류 박멸 효과를 이룩하도록 한다. 또한 처리를 거친 수체의 소독작용을 지속해준다. 보조전극 B가 가진 대량의 통기공과 초음파의 공동작용이 있기에, 전해로 형성된 활성물질의 확산 및 산화멸균효과는 보조전극 B의 존재에 의해 영향받지 않게 된다.

판단유닛을 통해탐지기가 탐지해낸 전기전도율이 1500μS／㎝보다 작은 담수체를 판단했을 경우, 담수 전해모드유닛을 작동시킨다.담수 전해모드 유닛은 보조전극 B를 제어하여 음극으로 전환하게 하며 기존의 음극 C를 양극으로 전환시킨다. 기존의 양극 A의 성질은 변하지 않는다. 상응한 전극간 간극은 원래의 1/2로 된다. (1)식으로부터 알 수 있는바 전기전도율이 낮은 담수 수체의 전해처리시 작동전압을 크게 낮출 수 있다.

경도가 비교적 큰 수체 중, 만약 보조전극 B가 비교적 긴 시간을 작동한 경우,표면에 탄산칼슘이 침적된다. 극전환 전해모드 유닛은 운행회수, 운행시간이 일정치에 도달시 기존의 음극 C(담수체계 작동시 양극중 하나임)와 보조전극 B의 극성을 바꾸어 극전환 전해를 진행한다. 극전환모드유닛이 보조전극 B를 양극으로 변경시킬시, 양극 중 하나인 기존의 음극 C(담수체계 작동시는 양극임)를 재차 음극으로 바꾸어 전해 및 스케일링을 진행한다. 극전환 및 스케일링과정에 원 양극 A는 작동하지 않는다. 이는 양극 A의 촉매활성을 효과적으로 보호해주어 장치의 운행상 장기적인 안정성과 확실성을 보장해준다.

본 방안에 따른 실시예 중, 물탱크의 장기운행규칙에 근거, 동일한 담수체중에서 운행시, 정전류전해방식을 사용한다. 만약 전류가 변하지 않는 조건하에서 전해전위가 20% 향상하면 전해과정중에 음극에 스케일이 끼였음을 확정할 수 있다.따라서 동일한 전해전류, 동일한 담수수체중에서 전해 운행시 전해전위(U1+U2+U3)가 20% 높아지면 극전환 전해모드를 이용하여 스케일링 할 수 있다. 극전환 전해시 전류밀도는 20mA/cm²보다 크지 않으며 극전환 전해 시간은 최대 1시간이면 된다. 단, 해수 수체중에서 운행시에는 극전환 전해에 의한 스케일링을 시행하지 않아도 된다.

전극그룹이 관상전극을 사용시, 같은 순서로 진행한다. 보조전극을 음극과 양극간에 설치하며, 각 전극은 같은 간격으로 동축을 향해 배열 구성된다. 일양분포로 된 보강대를 사용하며 최다 6개의 플라스틱 플랜지로 고정함으로서 물의 저항을 감소한다.

본 방안에 따른 실시예 중, 장치중에는 세균과 조류세포를 파괴하는 초음파발생기 및 초음파반사체가 포함된다. 초음파발생기는 케이스, 변환기, 전원 등으로 구성된다. 여러 개의 초음파변환기배열을 이용, 케이스 중에 균일하게 배치하며 패널형상의 전극그룹 배열방향과 일양분포로 평행배열하여 초음파의 강도를 증대시키어 처리장치의 수체중에서 초음파가 균일하게 분포되도록 한다. 관상전극그룹의 미세전류 전해체계 중 고리형 일양분포 배열을 사용함이 바람직하다.

초음파발생기가 산생한 초음파를 전송하는 과정에, 도 9A, 9B 참조, 비록 발산작용이 있다고는 하나 만약 전진방향과 수직되는 평면을 만났을 경우, 상당량의 부분에너지가 원 노선을 따라 반사되어 돌아간다. 초음파반사체가 구성한 반사평면 혹은 곡면이 초음파 행진방향과 일정각도를 이루게 함으로써 초음파의 반사방향을 변경하고 전극의 청결작용을 강화하고 스케일이 발생하는 현상을 약화시킨다. 다른 한편으로 처리장치의 수체 중에서 초음파의 전파 경로를 증가시켜 초음파작용을 증대시킴으로서 세균과 미생물 세포에 대한 파쇄기회를 늘린다.다음, 초음파가 원 경로를 따라 반사되어 돌아가는 것을 막음으로서 초음파변환기의 압전진동자의 손상을 피면하고 사용수명을 연장한다.

본 방안에 따른 실시예 중, 초음파반사체는 플라스틱, 금속티타늄, 티타늄합금, 스텐레스, 탄소강 혹은 동합금 등 자재를 사용할 수 있으며 시스템 운행시 자재의 부식을 막기 위해 금속티타늄, 티타늄합금, 플라스틱이 가장 바람직하다.

초음파반사체는 3각 기둥 혹은 반원 기둥체가 될수 있다. 3각 기둥의 한 개 기둥면과 탱크 본체는 맞물려있으며 전극과는 평행을 이룬다. 3각 기둥의 1개 각과 초음파발생기가 발사하는 초음파의 전송방향은 서로 수직을 이룬다; 이렇게 하면 초음파의 반사방향을 효과적으로 변경시킬 수 있어 전극의 청결작용을 강화하고 스케일이 끼는 것을 약화한다. 동시에 초음파가 세균 및 미생물의 세포벽을 파쇄하는 능력을 증대시킨다. 그 중, 3각 기둥구조를 우선 사용함으로써 초음파 분포의 균일성을 향상한다. 관상전극체계에서 초음파반사체는 원뿔형 구조를 사용하는 것이 바람직하다.

본 방안에 따른 실시예 중, 동 장치에 사용되는 패널형상 전극의 구조도는 도면 10을 참조한다. 탱크식 초음 강화 미세전류의 전해에 박테리아 및 조류 박멸장치에는 입수플랜지(1)이 연결되며, 입수관에는 감응식 전도 센서(2)가 설치되며, 동 장치의 탱크식 케이스(5) 중에는 패널식 전극그룹(4)가 설치되며, 패널식 전극그룹(4) 중에는 패널식전극을 고정하는 플라스틱 전극고정틀(3)이 설치된다; 탱크식 케이스(5)는 출수 플랜지(6)과 연결되며, 출수파이프에는 잔류염소전극(7) 및 잔류염소변송기가 설치되며, 장치내에는 초음파반사체(9)가 내장되며 패널식전극그룹(4) 밖에는 전극그룹 밀폐용 고무실링(10)이 설치되며, 커버(15)를 통해 탱크식케이스(5)에 고정되며, 고정부품(11)을 통해 고정되며, 티타늄 양극(12), 음극(13), 티타늄망 보조전극(14)는 플라스틱전극고정틀(3)에 설치되며, 장치의 일단에는 초음파발생기의 케이스(16)이 설치되며, 케이스(16)내부에는 초음파변환기(17)이 설치되며, 초음파발생기커버(19)를 통해 고정된다.

PEEK(폴리에테르에테르케톤폴리)로 제작된 InPro7250HT 감응식전도 센서(2)와 메틀러 톨레도(Mettler Toledo) 변송기로 입수 수체의 전도탐지 및 신호전송 파트를 구성한다.

신호출력단자을 제어기에 연결한다. SZ283 잔류염소전극(7)과 이태리B&C(CL3630잔류염소변송기)를 이용하여 잔류염소탐지와 신호출력파트를 구성, 신호출력단자를 제어기에 연결한다.

본 방안에 따른 실시예 중, 장치는 두께가 15mm인 U-PVC(폴리 염화 비닐)판넬을 우선 사용하여 제작되며, 내부에 순 사이즈가 1580mm x 600mm x 515mm인 탱크식케이스를 우선 사용하며, 입수연결플랜지(2)와 출수연결플랜지(6)의 외지름은 350mm, 내지름은 200mm이 적합하며, 홀 지름이 22mm인 8개의 볼트홀(구멍)이 지름이 295mm인 링에 균일하게 분포되며, M20 고정볼트를 이용해 각기 입수파이프와 출수파이프와 연결한다(도 11 참조).

도 11은 도 9중 A방향 표시도이다.

패널식 전극그룹(4)는 길이가 800mm, 폭이 500, 두께가 δ2.5mm이며, 표면에 Ir, Rh 산화물과 Ti0₂를 코팅한 티타늄양극(12)를 우선 사용하며, 길이가 800mmm, 폭이500, 두께가 δ2.5 mm, 심재는 금속티타늄표면에 Ta, Ti 산화물을 코팅한 전극을 음극(13)으로 하며, 길이가 800mm, 폭이 500, 두께가 δ2.5mm이며, 심재는 금속티타늄이며, 그물홀(중심간극)는 4.5mm x 12.5mm이며, 표면에 Ta, Ti의 산화물을 코팅한 티타늄망 전극을 보조전극으로 하며, 모든 전극에는 모두 두 개의 접속터미널이 있다(각기 도 12A~12C 참조).

6개의 양극, 7개의 음극, 12개의 망상보조전극을 음극, 보조전극,양극의 순서로,중심간극이 25mm가 되게 같은 거리로 플라스틱고정틀(3)에 배열 삽입한다. 고정지지틀의 고정홈은 탱크하부와 15mm 떨어져있어 운행기간내 수체중에 침적된 소량의 침적물로 인해 전극간 단락이 생기지 않도록 해준다(도 7과 도 14를 참조). 탱크본체의 순 높이가 500mm이므로 패널형상을 가진 전극은 15mm의 높이를 가지게 하여 탱크본체의 패널내에 완벽히 체류하게 한다(탱크본체를 구성하는 패널 두께는 15mm 임). 이로서 전극이 정확히 위치하게 하며 유수의 작용하에 편차와 위치이전이 발생하지 않도록 한다. 전극은 탱크본체의 설치홈으로부터 탱크내부로 삽입하며 다른 일측 양단은 플라스틱고정틀(3)에 삽입한다. 설치홈의 길이는 803mm, 폭은 3mm로 설치와 고정이 편리하게 한다(도 15 참조). 설치홈과 전극밀폐커버(15)사이에는 두께가 5mm인 밀폐용고무실링(10)을 추가하며 M8 볼트를 이용, 지름이 Фl0mm인 홀(25)를 통과시킨후 고정한다. 밀폐용고무실링에서 전극접선터미널과 대응하는 곳을 캇팅하여 전극그룹의 밀폐용 고무실링의 전극접속터미널 출구(26)으로 하여 전극접속터미널이 통과하도록 하며, 동시에 밀폐효과를 확보한다(도 16, 도 17 참조). 매 극의 접속터미널은 두께 4mm, 외지름 25mm, 중심에 17mm x 3mm 홀을 개설한 스텐레스시트(30)과 중심홀지름이 18mm, 높이가 50mm인 M30 볼트(31)로 고정 및 밀폐한다. 볼트를 이용해 전선을 전극 접속터미널의 볼트홀을 통과시킨 후 전극과 연결한다.

전극접속터미널, 금속시트(30), 중공(중간이 빈) 고정볼트(31)이 접속터미널을 구성한다(도 18A, 도 18B를 참조).

패널식 전극그룹(4)내의 전극과 선형정전류 직류전원은 서로 연결된다(도13). 선형정전류 전원의 출력단자인 i, iii, v는 양극출력단자이며, ii, iv는 음극출력단자이다. 음극 13은 접속터미널(28)을 통해 각기 선형정전류직류전원의 출력단자 ii, iii와 연결되며, 보조전극(14)는 접속터미널(29)를 통해 각기 선형정전류직류전원의 출력단자 iv, v와 연결된다. 선형정전류직류전원의 출력단자 i, iii, v는 양극출력단자자이며, 출력단자 ii, iv는 음극출력단자자이다.

본 방안에 따른 실시예 중, 해수체계에서 전해 운행시(전기전도율이 1500μS／cm보다 큼), 제어기를 이용해 선형정전류직류전원 i, ii 출력단자에 전원을 통과시킨다. 담수체계에서 전해 운행시(전기전도율이 1500μS／cm보다 작음), 제어기를 이용해 선성정전류직류전원 i, iii, iv 출력단자에 전원을 통과시킨다. 도극(倒極; 극 전환) 스케일링 운행시, 제어기를 이용해 선성정전류직류전원 ii, v 출력단자에 전원을 통과시킴으로서 장치가 담수, 해수 수체 중에서 안정적이고 확실하게 운행하도록 한다.

초음파반사체(9)는 PVC를 이용하여 밑면이 50mm, 높이가 15mm인 이등변삼각형, 길이가 515mm인 삼각기둥을 제작한다. 12개의 동일한 3각 기둥은 전극과 평행되는 방향으로 배열한다.

PVC는 탱크식케이스(5)에 용접한다(도 9, 도 19 참조); 10개의 TYH-50-25형, 파워가 50W이며, 작동주파수가 25KHz인 초음파변환기(17)을 AB본드를 이용하여 2mm두께를 가진 Cr₁₈Ni₉Ti 스텐레스 초음파발생기 케이스(16)에 부착, 균일하게 분포한다(도 9, 도 20 참조). 탱크식케이스(5), 초음파발생기케이스(16), 초음파발생기제어판(19)사이에 각기 두께가 3.5mm인 밀폐용고무실링(18)을 설치한다(도 21 참조). M20×60인 볼트로 지름이 Φ22mm인 홀(32)을 경유하여 단단히 고정함으로서 밀폐효과를 확보한다. 초음파변환기(17)의 전선은 초음파발생기제어판(19)의 중심홀을 경유하여 인출한 후(도 22 참조) 초음파발생기의 전원(21)과 연결된다.

본 방안에 따른 실시예 중 전도변송기의 출력단자와 제어기의 입력단이 서로 연결되며, 제어기의 출력단자와 초음파발생기의 전원(21), 선형직류정전류전원이 연결되며, 선형정전류직류전원은 모델사이즈가 0-30V／800A인 선형전원이다. 제어기가 내린 지령에 따라 입수 수질의 전도율, 출수수질이 함유한 잔류염소에 대해 측정하며 제어기 중 각 전해유닛은 측정한 전도율에 근거하여 전해모드를 결정하며, 잔류염소의 크기에 따라 전해전류,전압을 조절하며; 선형정전류직류전원의 전압, 전류신호를 제어기에 전송한다.제어기중 도극(倒極; 극 전환)전해모드 유닛이 도극(倒極) 여부를 결정한다. 제어기는 예정 파워에 근거하여 상응한 그룹수를 가진 초음파변환기(17)의 작동을 선택함으로서 초음파발생기의 파워에 대해 제어한다.

이상 패널식 전극그룹 장치에 대해 상세히 설명했다. 아래에 관식 전극그룹의 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치에 대해 상세히 설명하고저 한다.

도 23-A와 같이 관(pipe)식 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 본체는 입수 연결플랜지(1), 감응식전도센서(2), 출수플랜지(6), 잔류염소전극(7), 잔류염소변송기, 초음파반사체, 전도변송기, 초음파발생기전원, 선형정전류직류전원, 제어기, 초음파발생기(33), 플랜지가 부착된 T형 이음(tee joint)(34),막대형상의 양극을 고정하는 플라스틱플랜지(35-1, 35-2), 다공관상보조전극을 고정하는 플라스틱플랜지(36-1, 36-2), 표면에 TiO₂를 코팅한 다공관상보조전극(37), 수로관이 되며 표면에 TiO₂를 코팅한 관상음극(38), 금속 Pt, Ir의 산화물을 함유한 막대형상의 티타늄 양극(39), 밀폐용 실링(40), 원뿔형 스텐레스 초음파반사체(41), 금속시트가 부착된 도선터미널(42) 등으로 구성된다. 초음파발생기(33)와 초음파반사체(41)은 플라스틱 T 이음(34)을 통해, 중간에 밀폐용고무실링(40)을 추가하여 전극그룹용 볼트와 단단히 고정된다. 밀폐용 고무실링(40)의 설치에 대해서는 도 23B를 참조한다. 초음파반사체(41)의 형상은 원뿔형이며, 원뿔의 최상부(top) 부위는 초음파발생기를 향한다. 관상전극은 링형상으로 배열될 수 있다. 이때, 각 초음파변환기 역시 링형상으로 배열되어 관상전극의 원심과 동일 원심을 가진다.

입수연결플랜지(1)와 출수연결플랜지(6)은 고정용볼트로 각기 입수관과 출수관과 연결된다. 플랜지(35-1,35-2)는 막대형상의 티타늄양극(39)을 고정하는데 사용한다(도 23a, 도 23b, 도 24 및 도 25를 참조). 물의 저항을 감소하기 위해 전극을 고정하는 플라스틱 플랜지는 최다 6개의 균일보강대를 사용한다. 플랜지(35-1, 35-2)의 두께는 일반적으로 12mm보다 작지 않으며, 전극도선(50)이 달린 플랜지 (35-1)는 그 중 한 개 보강대의 중심위치에 Φ3.5 - Φ5.0mm의 홀이 천공되어 전극 고정홈에 있는 홀에까지 이른다.

고정 환상(環狀)체의 깊이는 5~6mm이며, 전극도선을 설치하여 막대형상의 티타늄 양극(39) 및 선형정전류직류전원의 출력단자자 i와 연결한다. 전극과 플라스틱 플랜지(35-1) 환상간 간극은 방수절연본드로 접착밀폐한다. 다른 일단은 전극도선이 없는 플라스틱 플랜지(35-2)의 고정 환상과 맞물리게 되며 이때 접착할 필요가 없기에 해체가 간편하다. 플랜지(36-1, 36-2)는 다공관상보조전극(37)을 고정하는데 사용한다(도 23A, 도 3B, 도 26 및 도 27을 참조).

물의 저항을 감소하기 위해 전극을 고정하는 플라스틱 플랜지는 최다 6개의 균일보강대를 사용한다. 플랜지의 두께는 일반적으로 12mm보다 작지 않으며, 전극을 지지하는 환상의 지름은 다공관상보조전극의 내지름 Ф-2 mm ~ 외지름Ф+2 mm사이에 있다.

다공관상보조전극의 지름과 두께에 근거하여 깊이가 6-8 mm인 고리형 요철을 개설하여 양극을 고정한다. 전극도선을 가진 플랜지(36-1)는 일개 보강대의 중심위치를 따라 Ф3.5~Ф5.0mm인 홀을 개설하여 전극을 고정하는 고리형요철의 홀에 이른다. 전극도선을 설치하여 다공관상보조전극(37)과 연결하며, 그 전극도선은 직류정전류전원의 출력단자 iv, v와 연결되며, 다음 전극과 플라스틱플랜지(36-1) 고리형요철간 간극을 방수절연본드로 접착밀폐한다. 보조전극(37)의 다른 일단은 전극도선이 없는 플라스틱플랜지(36-2)의 고리형요철과 맞물리게 되며 이때 접착할 필요가 없기에 해체가 간편하다. 각 플랜지간에는 밀폐용실링(40)을 추가하며 볼트로 전체장치를 단단히 고정한다. 수로파이프인 관상음극(38)은 동시트가 달린 도선터미널(42)를 통해 직류정전류전원의 출력단자자인 ii, iii와 연결된다. 다공관상음극(37) 및 관상음극(38), 막대형상의 티타늄양극(39)는 같은 축을 가진다.

선형정전류 전원의 출력단자인 i, iii, v는 양극출력단자자이며, ii, iv는 음극 출력 단자자이다.

해수체계에서 전해 운행시(전기전도율이 1500μS／cm보다 큼), 제어기를 이용해 선형정전류직류전원 i, ii 출력단자에 전원을 통과시킨다. 담수체계에서 전해 운행시(전기전도율이 1500μS／cm보다 작음), 제어기를 이용해 선성정전류직류전원i, iii, iv 출력단자에 전원을 통과시킨다. 도극(倒極; 극 전환) 스케일링 운행시, 제어기를 이용해 선성정전류직류전원 ii, v 출력단자에 전원을 통과시킴으로서 장치가 담수, 해수 수체중에서 안정적이고 확실하게 운행하도록 한다.

제어기와 탐지기, 초음파발생기의 전원, 선형 정류 직류전원간 연결방식, 제어모드는 실시예1과 같으므로 재차 진술하지 않는다.

동 장치중 선형 정전류 직류전원은 모델규격이 0-30 V／800A인 선형전원이며, 두께가 1.5mm, 망홀(중심거리)이 3.0mm x 6.0mm인 티타늄망을 폭이 10mm, 두께1.5mm인 티타늄막대를 이용하여

60mm，길이 1,030mm에 접근하는 다공 티타늄관으로 용접한다. 티타늄관(

=108mm，δ=6．5mm，길이 l,000mm)을 공기중에서 120℃로 3시간 가열한후 1-2℃／min의 속도로 온도를 낮추어 실온에 이르게 함으로써 그 표면에 Ti0₂가 균일하게 도포되게끔 하여 다공관상보조전극(37)을 형성한다. 같은 방법으로 처리하여 음극(38)을 얻으며 그 표면에 Pt, Ir 산화물을 코팅한 막대형상의 티타늄양극(39)(

=20mm, 길이 1,060mm), 파워가 40W인 초음파발생기를 주요사양으로 하여 처리유량이 30m³／hr에 이르는 수체중의 박테리아 및 조류를 박멸하는 효과를 실현한다.

본 발명에 따른 장치로, 담수, 해수중의 박테리아와 조류를 제거한 후의 분석결과는 다음과 같다.

시험 및 사용조건：

(1) 50M 3 스텐레스물탱크，피검사 수체는 수도물, 수질지표는 표1을 참조

실험용 수도물 수질

C1-(ppm)	경도CaCO³(ppm)	알칼리도CaCO³ (ppm)	pH	전기전도율 μs/cm
30-48	320-380	350-370	8.0-8.5	750-800

(2) 해수양식조 수체, 면적은 0.8 km²，시험기간(32일) 해수수질 지표는 표2를 참조

시험용 해수 수질

염도（S‰）	COD(ppm)	DO(ppm)	pH	전기전도율 μS/cm
30.1-31.5	0.6-0.65	7.8-8.2	7.9-8.3	33,200-34,300

(3) 수양식조，수역면적 2,200m²,시험기간30일）담수수질 지표는 표3 참조.

C1-(ppm)	경도CaCO³（ppm）	알칼리도CaCO³（ppm）	pH	전기전도율 μs/cm
25-36	430-480	450-510	7.7-8.2	950-1,080

결과계산：

결과의 측정방법, GB 15979를 참조, 미세전류의 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치로 처리를 거치기 전과 후의 샘플 각 1.00ml을 채취하여 멸균 한천배지(agar culture medium)를 이용하여 35±2℃에서 48시간 배양하여 세균 집락계수를 얻는다. 식 1.8을 이용해 살균율 η을 계산해낸다. 3조의 수치를 측정한 후 평균치를 구한다.

η={M-N}／M)×100％ (1.8)

그 중: N은 전해처리를 거친 후의 수체의 집락계수，

M은 전해처리를 하기 전의 수체의 집락계수

조류박멸 결과의 측정방법은 엽록소의 변화를 통해 대략 추정하는 방법이다. 처리 후의 수체와 처리를 하기 전의 수체를 살온에서 24시간 방치한 후 2가지 수체중의 엽록소함량을 측정하여 람조류에 대한 박멸효과를 대략 평가한다. 비록 다수의 조류에 대해 그 사활을 확정할 수 없었지만 이미 박멸된 미생물이 여과를 거쳐 여과액에 진입함으로서 엽록소의 측정에 도움을 주었다.

시험결과

(1) 수도물 수체 시험

A. 패널식 전극의 처리능력이 300M³／hr인 탱크식 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치로, 50M³의 수도물을 이용하여 살균실험을 진행한다. 펌프를 이용해 250M³／hr 유량으로 장치에 물을 주입 및 처리한다. 3가지 전류밀도로 각기 운행한다. 티타늄 양극(12)와 원 양극(13)은 모두 전해 양극으로 되며 보조전극 (14)는 음극이 된다. 각기 GB 15979에 따라 원수와 처리 후의 수체가 포함한 전체 세균수를 측정하며 (1.8)식에 근거하여 살균효율 η을 얻으며 그 결과를 표 4에 기입한다. 실험을 통해 탱크식 초음파 강화 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치의 수체처리시 작동압력은 30V보다 크지 않으며 양호한 살균효과를 가짐이 입증되였다.

각기 다른 전류밀도하에서 살균효과

전류밀도mA/cm²	대장간균	금황색포도상균	고초균	작동전압(V)
1.0	99.2	93.7	92.3	3.6
8.0	100	100	99.9	8.3
16.0	100	100	100	13

B. 처리능력이 300M³／hr인 관식 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치로, 50M³의 수도물을 이용하여 살균실험을 진행한다. 펌프를 이용해 300M³／hr 유량으로 장치에 물을 주입 및 처리한다.

3가지 전류밀도로 각기 운행한다.(양극의 지름이 다르므로 전류밀도만으로는 작업상황을 정확히 기술할 수 없었다. 전체 전류 35A, 18A, 7A로 기술하는 것이 한층 확실하므로 각기 관양극(38)의 대략 전류밀도 5.0 mA／cm², 2.5mA／cm², 1.0 mA／cm²)에 대응하여，원 관상양극(38)과 막대형상의 티타늄양극(39)를 전해 양극으로 하고 보조전극(37)을 음극으로 한 후, 각기 GB 15979에 따라 원수와 처리 후의 수체가 포함한 전체 세균수를 측정하며 (1.8)식에 근거하여 살균효율 η을 얻으며 그 결과를 표 5에 기입한다. 실험을 통해 탱크식 초음파 강화 미세전류 전해 멸균, 조류제거장치의 수체처리시 작동압력은 30V보다 크지 않으며 양호한 살균효과를 가짐이 입증되였다.

서로 다른 전류밀도 조건하에서의 살균효과

관양극(38) 대응하는 전류밀도mA／cm²	대장간균	금황색포도상균	고고초균	작동전압(V)
1.0	99.5	93.2	90.2	5.8
2.5	99.9	100	98.5	8.3
5.0	100	100	100	15.8

(2) 해수양식조에서의 멸균 및 조류제거 처리

처리능력이 300M³／hr인 탱크식 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치를 이용하여. 펌프로 300M³／hr유량으로 장치에 리프팅 및 주입하여 처리한다. 티타늄양극(12)와 원 음극(13)은 작동, 보조전극(14)는 작동하지 않는다

전류밀도가 16mA／cm²，운행전압은 6.4V, 처리를 거친 후의 수체는 양식조변두리에 있는 약 100미터 길이의 수로를 따라 양식조의 기타 일단으로 흘러 돌아온다. 매일 6시간씩, 32일 운행한다. GB 15979를 참조하여 첫날과 마감날의 원수 및 처리를 거친 수체중의 전체 호기성균(Total Aerobic count)수를 측정하며, 원수 및 24시간 처리를 거친 수체가 함유한 엽록소를 대조하여 조류에 대한 박멸작용을 추측하며 결과를 표 6에 기입한다. 동 장치는 운행과정에 조류의 성장을 효과적으로 억제함이 입증되였다.

해수양식조 박테리아 및 조류 박멸 효과(전류밀도는 16.0mA／cm²)

날짜	총 호기성 수(Total aerobic count) (cfu／g)		엽록소 저하(％)
날짜	원수	처리수	엽록소 저하(％)
첫날	1.9x10⁵	5	93.2
30일째 되는날	5.2x10³	6	90.0

32일간의 운행중，운행전압은 3.2±0.2V 범위 내에서 아주 안정되어 있었는바 해수체계중에서 미세전류 전해시스템의 음극표면에 CaCO₃가 발생하지 않음을 입증했다.

(3) 담수양식조에서의 멸균 및 조류제거 처리

처리능력이 300M³／hr인 탱크식 미세전류 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치를 이용하여. 펌프로 300M³／hr유량으로 장치에 리프팅 및 주입하여 처리한다. 티타늄양극(12)과 원 음극(13)은 모두 전해 양극으로 하며 보조전극(14)은 음극으로 한다

전류밀도가 10mA／cm²，운행전압은 9.6 V, 처리를 거친 후의 수체는 양식조변두리에 있는 약 65미터 길이의 수로를 따라 양식조의 다른 일단으로 흘러든다. 매일 4시간씩, 총 30일 운행한다. GB 15979를 참조하여 첫날과 마감날의 원수 및 처리를 거친 수체 중의 전체 호기성균(Total Aerobic count)을 측정하며, 원수 및 24시간 처리를 거친 수체가 함유한 엽록소를 대조하여 조류에 대한 소멸작용을 추측하며 결과를 표 7에 기입한다. 장치는 운행과정에 조류의 성장을 효과적으로 억제함이 입증되였다.

그 중 22일째 되는날, 운행전압은 이미 점차 높아져 12.2V에 이르며, 전류밀도를 8mA／cm²로, 보조전극(14)을 양극으로, 원 음극(13)과 극을 바꾸어 20분간 전해한다. 그 후 정상운행을 회복하며 운행전압을 9.6V로 회복, 30일째날 운행전압을 12V로 회복한다.

담수양식조 박테리아 및 조류 박멸 효과(전류밀도는 10.0mA／cm²)

날짜	총 호기성 수 (cfu／g)		엽록소 저하(％)
날짜	원수	처리수	엽록소 저하(％)
첫날	2.8x10⁵	15	902
30일째 되는날	1.1x10³	12	87.0

본 발명의 장치에서 상기 실험을 통해 본 발명에 따른 장치의 박테리아 및 조류 박멸 효과가 확실하게 입증되었다. 동시에 해수 혹은 담수 중에서 박테리아 및 조류 박멸에 응용시 자동 스케일링이 실현되었으며 또한 응용범위가 넓다. 아울러 초음파발생기를 추가할 시, 초음파를 통해 각종 세균과 조류세포를 효과적으로 제거할수 있었다. 설비는 간단하며 그 응용범위가 광범하다. 본 발명에 따른 각 실시예 중 서술한 장치와 관련해 무릇 본 발명의 정신과 원칙을 벗어나지 않는 한 진행한 모든 수정이나, 동등대체, 개선 등등은 모두 본 발명의 보호범위에 든다.

Claims

미세전류의 전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치는,
탱크의 입수관에 설치되어 용액의 전도율을 감지하는 탐지기;
상기 탱크체내에서 양극, 보조전극, 음극의 순서로 최소한 1 그룹이상 설치된 전극그룹; 및
전도율의 크기를 판단하며 상기 탱크체내 전극의 극성 및 회로연결을 제어하는 제어기를 포함하며,
상기 제어기 내에는 판단유닛이 설치되어 전도율의 크기를 판단하며, 판단결과에 근거하여 상응한 해수전해모드유닛, 담수전해모드유닛, 극전환 전해모드 유닛을 작동시키게 되며,
상기 해수전해모드유닛은 지령을 받은 후 상기 양극, 음극의 회로연결을 소통시키며 보조전극의 회로연결을 차단하는데 사용하고,
상기 담수전해모드유닛은 지령을 받은 후 상기 음극의 극성을 양극으로 바꾸고 상기 보조전극의 극성을 음극으로 바꾸며, 극성을 바꾸지 않은 양극 및 음극에서 극성을 바꾸어 형성된 양극, 보조전극에서 극성을 바꾸어 형성된 음극의 회로연결을 소통시키며,
상기 극전환(倒極)모드유닛은 장치의 운행회수, 운행시간이 설정치를 초과함을 판단한 후, 상기 보조전극의 극성을 양극으로 바꾸며 보조전극에서 극성이 바뀌어 된 양극 및 극성이 바뀌지 않은 음극의 회로연결을 소통시키며 극성이 바뀌지 않은 양극의 회로연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 1 항에 있어서, 상기 장치 중, 상기 전극그룹내의 전극형상은 편상전극 혹은 관상전극인 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 2 항에 있어서, 상기 장치 중에는 상기 탱크본체의 양단에 설치된 초음파발생기 및 초음파반사체가 포함되며, 상기 초음파발생기 내부에는 적어도 1개 이상의 초음파변환기가 있으며 상기 전극그룹은 상기 초음파발생기와 초음파반사체 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 3 항에 있어서, 상기 장치 중, 상기 전극형상이 편상인 경우, 상기 초음파반사체의 형상은 3각기둥 혹은 원형아치형이며, 각기둥의 기둥변 혹은 아치는 초음파발생기의 방향을 따라 돌출되며; 상기 전극형상이 관상인 경우, 상기 초음파반사체의 형상은 원뿔형으로 원뿔형의 탑부위는 초음파발생기를 향하는 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 4 항에 있어서, 상기 장치 중, 상기 전극형상이 관상인 경우, 상기 각 전극, 각 초음파변환기는 동일 원심을 향해 환상(고리형상)으로 배열되는 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모든 장치 중 상기 탐지기는 전도율감응식 전도센서 혹은 전도변송기인 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모든 장치 중, 상기 양극은 금속티타늄 혹은 티타늄합금중 적어도 한가지에 기초하여 그 표면에 금속 Pt, Ir, Ru, Rh, Pd, Os 및 그 산화물 중 적어도 한가지와 Ta 및 Ti 중 적어도 하나의 산화물을 코팅하여 형성된 전극인 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모든 장치 중, 상기 보조전극과 음극은 금속티타늄 및 티타늄합금 중 적어도 하나를 기초로 그 표면에 Ta 및 Ti 중 적어도 하나의 산화물을 코팅하여 형성된 전극인 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모든 장치 중, 상기 초음파반사체의 재질은 플라스틱, 금속티타늄, 티타늄합금, 스텐레스, 탄소강 또는 동 합금중 적어도 한 가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모든 장치에는 또한, 상기 탱크의 출수관에 설치되어 전해 후의 용액이 함유한 염소함량을 탐지하는 전위차계 또는 잔류염소전극 및 잔류염소변송기가 포함되며, 상기 해수전해모드유닛, 상기 담수전해모드유닛, 및 상기 극전환 전해모드 유닛은 상기 염소함량치에 따라 전해의 전류수치와 전압수치를 조절하는 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모든 미세전류전해에 의한 박테리아 및 조류 박멸장치는 해수 혹은 담수 중에서 멸균, 조류제거의 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 박테리아 및 조류 박멸장치.
미세전류의 전해를 통하여 수중에서 세균과 조류를 박멸하는 방법에 있어서,
1) 상기 수체의 전도치를 탐지하는 단계;
2) 상기 전도치를 판단유닛에 전송하는 단계;
3) 상기 전도치를 판단하는 단계; 및
4) 판단결과에 따라 제어기를 해수전해모드유닛, 담수전해모드유닛, 혹은 극전환전해모드유닛에 돌려 작동하게 함으로서 수체 중의 양극, 보조전극과 음극의 극성 및 회로연결상태를 제어하는 단계를 포함하며,
상기 방법에 따라 그 중 해수전해모드유닛으로 작동시, 상기 양극, 음극의 회로연결을 소통시키며 보조전극의 회로연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 수중에서 세균과 조류를 박멸하는 방법.
삭제
제 12 항에 있어서, 상기 방법에 따라 그 중 담수전해모드유닛으로 작동시, 상기 음극의 극성을 양극으로 바꾸고, 상기 보조전극의 극성을 음극으로 바꾸며, 극성을 바꾸지 않은 양극 및 음극에서 극성을 바꾸어 형성된 양극, 보조전극에서 극성을 바꾸어 형성된 음극의 회로연결을 소통시키는 것을 특징으로 하는 수중에서 세균과 조류를 박멸하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 방법에 따라 그 중 극전환 모드유닛으로 작동시, 장치의 운행회수, 운행시간이 설정치를 초과함을 판단한 후, 상기 보조전극의 극성을 양극으로 바꾸며 보조전극에서 극성이 바뀌어 된 양극 및 극성이 바뀌지 않은 음극의 회로연결을 소통시키며 극성이 바뀌지 않은 양극의 회로연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 수중에서 세균과 조류를 박멸하는 방법.
제 12 항, 제 14 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모든 방법 중 상기 수체는 해수 혹은 담수인 것을 특징으로 하는 수중에서 세균과 조류를 박멸하는 방법.