KR101649112B1 - 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치는 폐수(W)가 수용되는 박스형상의 반응조본체(11)와, 상기 반응조본체(11)의 하부 일측에 상기 폐수(W)가 유입되도록 연결된 폐수유입관(12)과, 상기 반응조본체(11)의 상부 타측에 펜톤산화 처리된 폐수(W)가 방출되도록 연결된 폐수방출관(13)으로 이루어진 펜톤산화반응조(10)와; 상기 펜톤산화반응조(10)의 내부에 플러스극(+)과 연결된 플러스전극판(21)과, 마이너스극(-)과 연결된 마이너스전극판(22)이 반복적으로 배열된 전극판부(20)로 구성되며 추가적으로 상기 폐수유입관(12)에 연결되며 상기 공급되는 폐수(W)에 과산화수소(H)를 투입하는 과산화수소유입관(12a)과, 상기 폐수유입관(12)에 연결되며 상기 공급되는 폐수(W)에 염산(HC)을 투입하는 염산유입관(12b)이 구비되어 난분해성 폐수를 산화반응하여 정화시킬 경우 반응조의 내부에서 촉매제를 직접생성하는 전극판을 구비하여 투입되는 촉매제의 양을 감소시키고, 전극판의 전기분해로 기존 촉매제에 비하여 활동성이 높은 촉매제를 생성하여 적은 양으로 높은 산화반응을 발생시키는 효과가 있다.

Description

전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치 { Fenton Oxidation means of electrolysis water treatment device }

본 발명은 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 난분해성 폐수를 산화 반응하여 정화시킬 경우 투입되는 촉매제의 양을 감소시키고, 기존 촉매제에 비하여 활동성이 높은 촉매제가 생성되도록 반응조의 내부에 촉매제를 생성하는 전극판이 구비되고, 전극판 표면에 점착된 슬러지가 분해되도록 염산공급부가 구비된 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 토양 및 하천의 수질오염은 일상생활에서 배출하는 생활폐수와 각종 산업폐수에서 배출되는 난분해성 수질로부터 야기되고 있는데 근래에는 상기 각종 폐수를 최종 종말처리장으로 보내기 전 원인발생지 즉, 가정 및 산업체의 정화조에서 정화시킨 후 종말처리장으로 보내는 것으로 오염되어 가는 자연생태계와 하천, 호수의 수질오염을 근본적으로 해결하려는 추세이다.

대표적인 폐수처리방법으로 온도에 대한 적응력이 뛰어나며 처리수질이 대체로 양호한 표준활성 슬러지법과, 장시간의 폭기(하수처리나 수질관리에서 인위적으로 산소를 공급하는 것)로 인하여 미생물을 자산화시켜 슬러지 생산량이 적고 비교적 운전이 간편한 장기폭기법과, 생활잡폐수와 분뇨오수를 함께 모아서 혐기성 및 호기성 박테리아를 사용하여 분해시킨 후 염소살균처리한 다음 방류하는 합병정화처리공법이 제안되고 있다.

그런데 상기 종래의 다양한 폐수처리방법들은 대체로 여러 폐단을 안고 있었다.

종래의 다양한 폐수처리방법들은 산소공급으로 인한 전력소비량이 많고 상태가 악화된 후 안정화되는 시간이 오래 걸리며 운전이 복잡하여 유지관리가 어렵고 전문기술이 필요하게 되는 단점이 있고, 폭기조 내에서 폭기작용에 따른 다량의 기포가 발생되어 별도의 소포장치가 요구되어 중소규모의 처리시스템으로는 적합하지 않게 되는 등의 문제점을 안고 있었다.

특히, 각종 산업체에서 발생하는 난분해성 폐수는 종래에 일반적으로 사용되는 화학적처리 내지 생물학적처리 방법으로 처리하기는 매우 어려운 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 종래의 폐수처리방법으로 펜톤산화법이 사용되고 있는데 상기 펜톤산화법은 과산화수소(H₂O₂)와 2가철염(Fe²+)이 반응하여 발생된 OH라디칼이 상기 난분해성 폐수의 유기화합물을 산화 반응시켜 치환물을 생성시키는 화학적 반응을 이용한 방법이다.

예컨대, 공장 폐수 중 안료와 같은 물질은 물이나 기름, 용제 등의 매체에 녹지 않는 분말 형태로 구성되는데, 폐수에 포함된 안료는 그 자체로는 독성을 갖고 있지 않지만 불완전한 반응에 의하여 발암성 물질과 돌연변이를 생성시킬 수 있기 때문에 이러한 경우, 펜톤 산화 반응을 통한 OH라디칼의 강력한 산화력으로 폐수 중의 유기화합물들을 산화시킴으로써 매우 효과적인 생물학적 처리 공정이 가능하도록 하는 것이다.

여기서, 도 1은 종래의 펜톤산화법을 이용한 폐수처리장치를 나타내 보인 것으로 도시된 바와 같이 폐수가 수용된 반응조(2)에 과산화수소수(H₂O₂)를 공급하는 과산화수소공급탱크(3)와, 철염(Fe²+)을 공급하는 철염탱크(4)와, 반응조(2)의 내부를 교반하는 교반수단(5)이 구비되는 시스템으로 구성되었다.

또한, 종래의 펜톤산화법을 이용한 폐수처리장치는 산화반응을 촉진하기 위하여 상기 반응조(2)의 내부에 전극을 부여하는 방법 등으로 사용되었다

종래의 펜톤산화법을 이용한 폐수처리장치에 대한 기술문헌으로 공개특허공보 제10-2012-0115939호가 개시되었다.

그러나, 종래의 펜톤산화법을 이용한 폐수처리장치는 펜톤 산화 반응시 폐수에 첨가되는 촉매(과산화수소수, 철염)를 이온형태로 상기 반응조(2) 내에 첨가하는 방식으로 하고 있는데 상기 반응조(2) 내 폐수의 Ph 농도를 감지하여 적정량의 촉매를 자동으로 투여하도록 하는 장치가 개발되어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 펜톤산화법을 이용한 폐수처리장치는 폐수가 처리된 후 투입된 촉매를 다시 회수하는 촉매회수 장치의 설치가 요구되어 그 제작함에 있어 매우 번거로운 문제점이 있었다.

그리고, 종래의 펜톤산화법을 이용한 폐수처리장치는 폐수에 첨가되는 촉매(과산화수소수, 철염)가 산화된 후 대량의 슬러지가 발생되고, 그 슬러지가 상기 반응조(2)의 내벽 및 교반수단(5)에 점착되어 반응조(2)의 반응면적을 축소시키며 교반수단(5)을 오작동시키는 문제점 등이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명의 목적은 난분해성 폐수를 산화반응하여 정화시킬 경우 반응조의 내부에서 촉매제를 직접생성하는 전극판을 구비하여 투입되는 촉매제의 양을 감소시키고, 전극판의 전기분해로 기존 촉매제에 비하여 활동성이 높은 촉매제를 생성하여 적은 양으로 높은 산화반응을 발생시키며, 염산을 공급하는 염산공급부를 구비하여 전극판 표면에 점착된 슬러지를 분해하는 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치는 생활 및 산업에서 발생된 폐수에 과산화수소와 철염에 의한 펜톤산화반응으로 정화하는 펜톤산화 폐수처리장치로서 내부에서 생성되는 철염으로 공급되는 폐수가 펜톤산화되도록 다수개의 플러스극과 마이너스극으로 이루어진 전극판이 구비된 반응부와; 상기 반응부와 연결되며 상기 과산화수소가 공급되도록 상기 과산화수소가 저장된 과산화수소저장조로 이루어진 과산화수소공급부;로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 반응부에 연결되며 상기 전극판의 표면에 점착된 슬러지를 분해하는 염산이 공급되도록 상기 염산이 저장된 염산저장조로 이루어진 염산공급부가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 반응부는 폐수가 수용되는 박스형상의 반응조본체와, 상기 반응조본체의 일측에 연결되어 상기 폐수가 유입되는 폐수유입관과, 상기 반응조본체의 타측에 연결되어 펜톤산화 처리된 폐수가 방출되는 폐수방출관으로 이루어진 펜톤산화반응조와; 상기 펜톤산화반응조의 내부에 플러스극과 연결된 플러스전극판과, 마이너스극과 연결된 마이너스전극판이 반복적으로 배열된 전극판부로 구성되며; 상기 과산화수소공급부는 상기 폐수유입관에 연결되며 상기 공급되는 폐수에 과산화수소를 투입하는 과산화수소유입관이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 염산공급부는 상기 폐수유입관에 연결되며 상기 공급되는 폐수에 염산을 투입하는 염산유입관이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 전극판부는 상기 플러스전극판과 마이너스전극판이 철로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 전극판부는 상기 플러스전극판과 마이너스전극판이 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 전극판부는 상기 플러스전극판이 철로 형성되고, 마이너스전극판이 티타늄으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 전극판부는 상기 플러스전극판이 알루미늄으로 형성되고, 마이너스전극판이 티타늄으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 의한 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 난분해성 폐수를 산화 반응하여 정화시킬 경우 반응조의 내부에서 촉매제를 직접생성하는 전극판을 구비함으로써, 투입되는 촉매제의 양을 감소시켜 폐수처리장치를 간편하게 구성하는 것과 더불어 설치비용을 대폭 절감할 수 있고,

둘째, 난분해성 폐수를 산화 반응하여 정화시킬 경우 반응조의 내부에서 촉매제를 직접생성하는 전극판을 구비함으로써, 전극판의 전기분해로 기존 촉매제에 비하여 활동성이 높은 촉매제를 생성하여 적은 양으로 높은 산화반응을 구현하는 것으로 폐수처리비용을 절감할 수 있으며,

셋째, 반응조에 염산을 공급하는 염산공급부를 구성함으로써, 반응조의 전극판 표면에 점착된 슬러지를 분해하여 전극판의 전기분해에 대한 효율을 향상시키고 전극판의 교체시기를 연장하여 폐수처리장치의 유지보수가 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 종래의 폐수처리장치를 나타내 보인 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리장치의 일 실시예를 나타내 보인 구성도이며,
도 3은 본 발명에 따른 폐수처리장치의 또 다른 실시예를 나타내 보인 구성도이고,
도 4는 본 발명의 폐수처리장치를 나타내 보인 부분절단 사시도이며,
도 5는 본 발명의 폐수처리장치에 구비된 전극판의 일 실시예를 나타내 보인 부분사시도이고,
도 6은 본 발명의 폐수처리장치에 구비된 전극판의 또 다른 실시예를 나타내 보인 부분사시도이며,
도 7는 본 발명의 폐수처리장치에 구비된 전극판의 또 다른 실시예를 나타내 보인 부분사시도이고,
도 8는 본 발명의 폐수처리장치에 구비된 전극판의 또 다른 실시예를 나타내 보인 부분사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치는 생활 및 산업에서 발생된 폐수(W)에 과산화수소(H)와 철염(F)에 의한 펜톤산화반응으로 정화하는 펜톤산화 폐수처리장치(1)로서 도 2에 도시된 바와 같이 내부에서 생성되는 철염(F)으로 공급되는 폐수(W)가 펜톤산화되도록 다수개의 플러스극(+)과 마이너스극(-)으로 이루어진 전극판(P)이 구비된 반응부(100)와; 상기 반응부(100)와 연결되며 상기 과산화수소(H)가 공급되도록 상기 과산화수소(H)가 저장된 과산화수소저장조(T1)로 이루어진 과산화수소공급부(200);로 구성된다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 반응부(100)에 연결되며 상기 전극판(P)의 표면에 점착된 슬러지(S)를 분해하는 염산(HC)이 공급되도록 상기 염산(HC)이 저장된 염산저장조(T2)로 이루어진 염산공급부(300)가 포함되어 구성된다.

한편, 상기 과산화수소공급부(200)에는 상기 과산화수소저장조(T1)와 반응부(100)를 연결하는 과산화수소공급관(미도시)가 형성되고, 상기 과산화수소공급관(미도시)에는 과산화수소(H)를 이동시키는 펌프 및 밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 염산공급부(300)에는 상기 염산저장조(T2)와 반응부(100)를 연결하는 염산공급관(미도시)이 형성되고, 상기 염산공급관(미도시)에는 염산(HC)을 이동시키는 펌프 및 밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 반응부(100)는 상기 폐수(W)가 수용되는 박스형상의 반응조본체(11)와, 상기 반응조본체(11)의 하부 일측에 상기 폐수(W)가 유입되도록 연결된 폐수유입관(12)과, 상기 반응조본체(11)의 상부 타측에 펜톤산화 처리된 폐수(W)가 방출되도록 연결된 폐수방출관(13)으로 이루어진 펜톤산화반응조(10)와; 상기 펜톤산화반응조(10)의 내부에 플러스극(+)과 연결된 플러스전극판(21)과, 마이너스극(-)과 연결된 마이너스전극판(22)이 반복적으로 배열된 전극판부(20)로 구성된다.

그리고, 상기 폐수유입관(12)에 연결되며 상기 공급되는 폐수(W)에 과산화수소(H)를 투입하는 과산화수소유입관(12a)이 구비된다.

한편, 상기 과산화수소유입관(12a)은 상기 폐수유입관(12)의 외주면으로 연결되며, 이동되는 과산화수소(H)의 압력을 측정하여 개폐작용을 수행하는 자동압력밸브(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폐수유입관(12)에 연결되며 상기 공급되는 폐수(W)에 염산(HC)을 투입하는 염산유입관(12b)이 구비된다.

한편, 상기 염산유입관(12b)은 상기 폐수유입관(12)의 외주면으로 연결되며, 이동되는 염산(HC)의 압력을 측정하여 개폐작용을 수행하는 자동압력밸브(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 과산화수소유입관(12a) 및 염산유입관(12b)의 일단부에는 유체를 이동시키는 펌프(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 전극판부(20)는 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 플러스전극판(21)과 마이너스전극판(22)이 철(Fe)로 형성되는 경우, 상기 플러스전극판(21)과 마이너스전극판(22)이 알루미늄(Al)으로 형성되는 경우, 상기 플러스전극판(21)이 철(Fe)로 형성되고, 마이너스전극판(22)이 티타늄(Ti)으로 형성되는 경우, 상기 플러스전극판(21)이 알루미늄(Al)으로 형성되고, 마이너스전극판(22)이 티타늄(Ti)으로 형성되는 경우 중 어느 하나로 이루어진다.

또한, 상기 다수개의 배열로 형성되는 전극판부(20)는 상기 4가지의 경우로 상호 혼용되며 배치되는 것 또한 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치의 작용을 살펴보면 아래와 같다.

본 발명에 의한 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치는 생활 및 산업에서 발생된 난분해성 폐수(W)를 산화분해시켜 정화하는 펜톤산화 폐수처리장치로서 내부에 전극판(P)이 구비된 반응부(100)에 난분해성 폐수(W)와 산화반응되는 과산화수소와 철염 2가지의 촉매제를 투입하는 것이 아닌 과산화수소만을 투입하고 철염은 상기 전극판(P)의 전기분해로 만들어냄으로써, 촉매제를 투입하는 다수의 공급장치가 불필요하게 되어 폐수처리장치를 간편하게 구성하여 설치비용 및 폐수처리비용을 대폭 절감할 수 있게 된다.

여기서, 상기 전극판(P)의 전기분해로 철염을 생성하는 것으로 기존 철염을 따로 준비하지 않아도 되며 전기분해로 인하여 직접 생성된 철염은 기존 철염에 비하여 활동성이 높아 적은양으로 높은 산화반응을 수행할 수 있게 된다.

이로 인하여 기존 철염에 비하여 활동성이 높은 철염을 생성하는 것으로 기존 펜톤산화 폐수처리장치에 비하여 폐수처리속도가 단축되어 폐수처리율을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 과산화수소 및 폐수와 산화반응된 후 발생되는 산화된 철염(Fe3+)을 기존 펜톤산화 폐수처리장치에서는 외부로 방출시키는 작업이 수행되었는데 본 고안의 펜톤산화 폐수처리장치 및 장치는 상기 산화된 철염(Fe3+)을 상기 전극판(P)의 마이너스전극으로 최초 철염(Fe2+)의 상태로 환원시켜 공급 및 사용되는 철염의 양을 대폭 절감할 수 있게 된다.

그리고, 상기 반응부(100)에 염산(HC)을 공급하는 염산공급부(300)를 구성함으로써, 상기 반응부(100)의 전극판(P) 표면에 점착된 슬러지(S)를 분해하여 전기분해에 대한 효율을 향상시키고 전극판(P)의 교체시기를 연장하여 유지보수가 용이해진다.

상기 전극판부(20)는 상기 플러스전극판(21)과 마이너스전극판(22)이 철(Fe)로 형성되는 경우, 상기 플러스전극판(21)과 마이너스전극판(22)이 알루미늄(Al)으로 형성되는 경우, 상기 플러스전극판(21)이 철(Fe)로 형성되고, 마이너스전극판(22)이 티타늄(Ti)으로 형성되는 경우, 상기 플러스전극판(21)이 알루미늄(Al)으로 형성되고, 마이너스전극판(22)이 티타늄(Ti)으로 형성되는 경우 중 어느 하나의 경우로 이루어져 다양한 장소에서 방출되는 폐수의 성분에 따라 전기분해 및 산화반응의 효율을 가변함으로써, 본 고안의 펜톤산화 폐수처리장치의 사용범위를 대폭 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 펜톤산화반응조 11 : 반응조본체
12 : 폐수유입관 12a : 과산화수소유입관
12b : 염산유입관 13 : 폐수방출관
20 : 전극판부 21 : 플러스전극판
22 : 마이너스전극판 100 : 반응부
200 : 과산화수소공급부 300 : 염산공급부
W : 폐수 H : 과산화수소
HC : 염산 F : 철염
P : 전극판 T1 : 과산화수소저장조
T2 : 염산저장조 Fe : 철
Al : 알루미늄 Ti : 티타늄

Claims (8)

1. 생활 및 산업에서 발생된 폐수(W)에 과산화수소(H)와 철염(F)에 의한 펜톤산화반응으로 정화하는 펜톤산화 폐수처리장치(1)에 있어서,
   내부에서 생성되는 철염(F)으로 공급되는 폐수(W)가 펜톤산화되도록 다수개의 플러스극(+)과 마이너스극(-)으로 이루어진 전극판(P)이 구비된 반응부(100)와;
   상기 반응부(100)와 연결되며 상기 과산화수소(H)가 공급되도록 상기 과산화수소(H)가 저장된 과산화수소저장조(T1)로 이루어진 과산화수소공급부(200)로 구성되며;
   상기 반응부(100)에 연결되며 상기 전극판(P)의 표면에 점착된 슬러지(S)를 분해하는 염산(HC)이 공급되도록 상기 염산(HC)이 저장된 염산저장조(T2)로 이루어진 염산공급부(300)가 포함되고;
   상기 반응부(100)는 상기 폐수(W)가 수용되는 박스형상의 반응조본체(11)와, 상기 반응조본체(11)의 일측과 연결되어 상기 폐수(W)가 유입되는 폐수유입관(12)과, 상기 반응조본체(11)의 타측에 연결되어 펜톤산화 처리된 폐수(W)가 방출되는 폐수방출관(13)으로 이루어진 펜톤산화반응조(10)와;
   상기 펜톤산화반응조(10)의 내부에 플러스극(+)과 연결된 플러스전극판(21)과, 마이너스극(-)과 연결된 마이너스전극판(22)이 반복적으로 배열된 전극판부(20)로 구성되며;
   상기 과산화수소공급부(200)는 상기 폐수유입관(12)에 연결되며 상기 공급되는 폐수(W)에 과산화수소(H)를 투입하는 과산화수소유입관(12a)이 구비되며;
   상기 염산공급부(300)는 상기 폐수유입관(12)에 연결되며 상기 공급되는 폐수(W)에 염산(HC)을 투입하는 염산유입관(12b)이 구비되고;
   상기 전극판부(20)는 상기 플러스전극판(21)이 알루미늄(Al)으로 형성되고, 마이너스전극판(22)이 티타늄(Ti)으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기분해수단이 구비된 펜톤산화 폐수처리장치.
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