KR101782356B1 - 수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템 - Google Patents

수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템 Download PDF

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주식회사 우진이엔지
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Abstract

수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템이 개시된다. 이러한 수처리용 전극 모듈은, 관 형상으로 형성된 내부 전극봉과, 내부 전극봉의 내부에 길이 방향으로 삽입되어 소금물이 주입되는 경로를 제공하는 소금물 주입관과, 소금물 주입관을 통해 유입되는 소금물을 전기분해하여 전해염소를 발생시키는 와권형 전극망 어셈블리 - 와권형 전극망 어셈블리는, 와권형 전극망과 와권형 전극망을 감싸는 커버를 포함하며, 와권형 전극망은 내부 전극봉의 외곽의 일부 구간을 감싸도록 감겨지는 메쉬형의 양극 전극판과 음극 전극판을 포함하고, 양극 전극판과 음극 전극판 사이에는 부도체 격막이 개재되고, 커버에는 소금물이 양극 전극판과 음극 전극판에 접촉되도록 하기 위한 복수 개의 소금물 순환공들이 형성됨 -, 입수공과 출수공이 형성된 외부 전극봉 - 외부 전극봉의 내경은, 내부 전극봉의 외곽에 와권형 전극망 어셈블리가 결합된 상태에서 와권형 전극망 어셈블리와 소정의 간격으로 이격된 상태를 유지하도록, 와권형 전극망 어셈블리의 외경보다 더 크게 형성됨 - , 그리고, 외부 전극봉의 하단에 결합되어 외부 전극봉을 지지하기 위한 지지부재를 포함한다.

Description

수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템{ELECTRODE MODULE FOR WATER TREATMENT AND SYSTEM FOR WATER TREATMENT USING THE SAME}
본 발명은 수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템에 관한 것이며, 구체적으로는, 봉 타입으로서 수조 및 현장에 바로 투입할 수 있는 수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 물속의 병원균을 살균할 수 있고 오염물질의 산화가 가능한 전기분해방식을 이용하는 와권형 전극망을 포함하는 봉타입의 수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전해살균제(또는 전해소독제)는 정수장이나 하수처리장, 발전소 내악수, 수영장의 살균소독장치 또는 급식소 음식물의 살균장치 등에 사용된다.
전해살균제로 사용되는 차아염소산나트륨(NaOCl)은 소금물의 전기분해 반응에 의해 생성된다. 우선, 소금(NaCl) 내의 염소이온(Cl-)이 양극반응을 통해 염소가스(Cl2)로 전환된다. 이 때 양극반응은 물(H2O) 분해에 의해 산소(O2) 발생반응과 경쟁 반응으로 양극 전극의 특성, 소금물 농도 및 전기분해 방식에 따라 그 효율이 결정된다고 볼 수 있다. 또한, 양극반응이 일어나는 동안 음극에서는 물(H2O) 분해를 통해 수소가스(H2)와 수산화이온(OH-)이 생성되고 수산화이온(OH-)은 나트륨이온(Na+)과 만나 가성소다(NaOH)를 형성하는 반응이 일어나게 된다. 전극 반응으로 생성된 염소가스(Cl2)와 가성소다(NaOH)가 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하게 된다. 반응들을 정리하면 이하와 같다.
Figure 112017065974890-pat00001

일반적인 기존의 현장 전해살균제 제조 방식의 경우 투입하고자 하는 수조나 현장 상부에 별도의 전기분해조와 전기분해장치를 설치하여 전해살균제(전해염소)를 생성한 후 이를 수조나 현장으로 투입하는 구조로 되어 있다. 따라서, 전기분해장치로 물을 이송하는 펌프가 필요하며 현장 상부에 전기분해장치를 위한 별도의 장소가 필요하므로 공간 절약과 부수적인 장치를 줄일 수 있는 전해살균제 제조방식이 필요하다.
대한민국등록특허 10-1617616(2016.04.27. 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 염소소독 및 수중 오염물질의 산화/분해가 필요한 수영장, 정수장, 폐수처리장, 하수처리장 방류조, 빗물 재이용 시설 등에 별도의 장비설치 공간을 필요로 하지 않으며, 특히 전극 방식의 전해염소 발생장치들 중 단위 부피당 전극 설치 면적이 넓고 펌프 등의 부수적인 설비를 필요로 하지 않는 수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른, 수조 내의 물을 전해소독하기 위한 수처리용 전극 모듈은, 관 형상으로 형성된 내부 전극봉과, 상기 내부 전극봉의 내부에 길이 방향으로 삽입되고 전기분해에 사용될 소금물이 주입되는 경로를 제공하는, 소금물 주입관과, 상기 내부 전극봉의 외곽에 결합되고, 상기 소금물 주입관을 통해 유입되는 소금물에 대하여 전기분해 반응에 의해 전해 염소를 발생시키는, 와권형 전극망 어셈블리 - 상기 와권형 전극망 어셈블리는, 와권형 전극망과 상기 와권형 전극망을 감싸는 커버를 포함하며, 상기 와권형 전극망은 상기 내부 전극봉의 외곽의 일부 구간을 감싸도록 감겨지는 메쉬형의 양극 전극판과 메쉬형의 음극 전극판을 포함하고, 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판 사이에는 상기 부도체 격막이 개재되고, 상기 커버에는 전기분해될 소금물이 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판에 접촉되도록 하기 위한 복수 개의 소금물 순환공들이 형성됨 - 과, 관 형상으로 형성되고 입수공과 출수공이 형성된 외부 전극봉 - 상기 외부 전극봉의 내경은, 상기 내부 전극봉의 외곽에 상기 와권형 전극망 어셈블리가 결합된 상태에서 상기 와권형 전극망 어셈블리와 소정의 간격으로 이격된 상태를 유지하도록, 상기 와권형 전극망 어셈블리의 외경보다 더 크게 형성됨 - 과, 상기 외부 전극봉의 하단에 결합되어 상기 외부 전극봉을 지지하기 위한 지지부재를 포함하며, 상기 외부 전극봉의 내부에서, 상기 외부 전극봉의 입수공을 통해 유입되는 물에 상기 와권형 전극망 어셈블리에 의해 발생되는 전해 염소를 혼합시킨 후 상기 출수공으로 유출되도록 하여 순환시킴으로써 수조 내의 물을 전해소독하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 수처리용 전극 모듈은, 상기 내부 전극봉의 상부에 결합되어 상기 내부 전극봉이 상기 외부 전극봉 내부에서 정위치를 유지하도록 하는, 내부 전극봉 유지부를 더 포함하며, 상기 내부 전극봉 유지부는 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판 각각으로 전기적 연결을 제공하기 위한 양극 전선과 음극 전선이 통과하는 구멍이 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 수처리용 전극 모듈은, 상기 내부 전극봉의 내부에 길이 방향으로 삽입되는, 공기 주입관을 더 포함하며, 상기 공기 주입관은, 상기 외부 전극봉의 입수공을 통해 유입되는 물과 상기 와권형 전극망 어셈블리에 의해 발생하는 전해 염소의 혼합을 촉진시키고, 혼합된 물의 상기 출수공으로의 유출을 촉진시키기 위해 외부 공기가 유입되는 경로를 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 와권형 전극망은, 제1 와권형 전극망 유닛과, 상기 제1 와권형 전극망 유닛의 하부에 위치하는 제2 와권형 전극망 유닛을 포함하고, 상기 제1 와권형 전극망 유닛과 상기 제2 와권형 전극망 유닛은 서로 전기적으로 연결된다.
상기 과제를 해결하기 위한 수처리 시스템은 상기 수처리용 전극 모듈을 포함하고, 또한, 상기 수처리용 전극 모듈 구성과, 유입수에 포함된 현탁물질을 분리 처리한 후 상기 수조 측으로 제공하는 이중 싸이클론 방식의 현탁물질 처리 모듈을 포함하되, 상기 현탁물질 처리 모듈은, 유입수를 유입하기 위한 유입구와, 유입수에 포함된 현탁물질이 분리된 상태인 처리수를 상기 수조 측으로 유출하기 위한 유출구와, 유입구를 통해 유입되는 유입수에 포함된 현탁물질을 배출하기 위한 배출구와, 측면을 따라 1차 하강 와류의 발생을 위한 복수 개의 1차 가속 분리 홀들이 형성되는, 외통과, 상기 유입구로부터의 유입수가 상기 외통의 상부에서 상기 외통의 주위를 회전할 수 있도록 공간을 제공하며, 상기 공간에서 회전하는 유입수 중 적어도 일부가 상기 복수 개의 1차 가속 분리 홀들을 통해 상기 외통 내부로 유입될 수 있도록, 상기 1차 가속 분리 홀들과 연통되는, 원심력 가속 챔버와, 상기 배출구와 연결되고, 상기 유입수로부터 분리된 현탁물질을 유입시키기 위한 현탁물질 수집부와, 상기 외통의 내부에서 상기 외통으로부터 이격 설치되는, 중간통과, 상기 중간통의 내부에서 상기 중간통으로부터 이격 설치되고, 하단은 상기 현탁물질 수집부 내에서 상기 현탁물질 수집부의 바닥보다 높게 위치하는, 내통과, 상기 현탁물질 수집부의 상부에 위치하여, 상기 중간통과 상기 내통 사이의 공간으로 상기 1차 하강 와류의 흐름을 전환시켜 1차 상승 와류가 발생하도록 하며, 상기 1차 하강 와류에서 상기 1차 상승 와류로의 흐름 전환시 상기 현탁물질 수집부 내의 현탁물질의 재부상을 방지하는, 차단판과, 상기 유출구가 관통하고, 상기 외통, 상기 중간통, 상기 내통의 상부를 커버하며, 상기 1차 상승 와류의 흐름을 전환시켜 2차 하강 와류가 발생하도록 하는, 상판을 포함하되, 상기 현탁물질 수집부는, 상기 외통과 중간통 사이에서 상기 1차 하강 와류의 흐름에 따라 하강하여 분리되는 현탁물질과, 상기 내통의 내부에서 하강하여 상기 내통의 하단으로 배출되는 현탁물질이 함께 수집되도록, 상기 외통의 하부, 상기 중간통의 하부 및 상기 내통의 하부 전체에 걸쳐 위치하는 하나의 통 구조로 형성되고, 상기 현탁물질 수집부의 직경은 상기 외통의 직경보다 더 크며, 상기 외통과 상기 중간통은 원통 형상으로 형성되어 상기 외통과 상기 중간통 사이의 간격이 전체 구간에서 일정하도록 형성됨으로써 상기 1차 하강 와류의 흐름에서 유속의 저하가 발생하지 않도록 하여 유속의 저하에 따른 와류 - 상기 유속의 저하에 따른 와류는 상기 1차 하강 와류와는 구별되는 것으로서 유속의 저하에 따른 부분 와류임 - 가 발생하지 않도록 하며, 그 결과 상기 현탁물질 수집부 내의 현탁물질이 재부상되지 않도록 하고, 상기 중간통과 상기 내통 사이의 간격은 전체 구간 중 최하단이 가장 넓도록 형성되어 상기 1차 상승 와류의 시작점에서 유속의 저하가 유발되고 상기 유속의 저하에 따른 와류 - 상기 유속의 저하에 따른 와류는 상기 1차 상승 와류와는 구별되는 것으로서 유속의 저하에 따른 부분 와류임 - 가 발생하며, 상기 차단판은, 상기 중간통의 하단으로부터 이격 설치되되, 상기 유속의 저하에 따라 발생하는 와류에 의해 상기 현탁물질 수집부 내의 현탁물질이 재부상되는 것을 방지하기 위해, 상기 중간통과 상기 내통 사이 공간의 직하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 염소소독 및 수중 오염물질의 산화/분해가 필요한 수영장, 정수장, 폐수처리장, 하수처리장 방류조, 빗물 재이용 시설등에서 수조에 직접 전해 염소를 공급하는데 있어서, 수조 내부에 별도의 펌프 설치나 수조 상부에 전해염소조를 구비한 별도의 설비가 필요없이 수조 내에 전극을 투입하고 소금물 및 공기를 공급할 수 있는 전해소독할 수 있는 수처리용 전극 모듈 및 이를 채용하는 수처리 시스템을 제공함으로써, 설치, 운전 및 유지관리가 간편하고 경제적인 운전이 가능한 효과를 갖는다.
또한 본 발명에 따른 수처리용 전극 모듈은 전극판을 와권형으로 겹겹이 감아서 내부 전극봉을 감싸도록 제작하여 외부 전극봉 내에 수용함으로써, 다른 기존의 전기분해 방식보다 동일 부피 대비 물과 접촉하는 전극 면적이 넓은 효과를 갖는다.
더 나아가, 본 발명에 따른 수처리 시스템은 수처리용 전극 모듈에 의한 전기분해에 의한 전해소독에 앞서, 1차적으로 이중 싸이클론 방식의 현탁물질 처리 모듈에 의해 현탁물질을 처리한 후, 수처리용 전극 모듈 측으로 유입시킴으로써, 기존의 수처리 시스템에 비해 수처리 효율 및 품질 면에서도 월등한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈의 특징을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서, 각 구성 요소들의 관계 및 특징을 더 상세히 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서, 외부 전극봉을 제거한 상태, 즉 내부 전극봉과 내부 전극봉에 감겨진 와권형 전극망 어셈블리를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서 와권형 전극망 어셈블리의 특징을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈의 수처리 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈의 현장 설치 형태의 일 예를 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈을 채용하는 수처리 시스템을 설명하기 위한 도면이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템에서 이중 싸이클론 방식의 현탁물질 처리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서 와권형 전극망 어셈블리 내의 양극 전극판 또는 음극 전극판의 면적당 생성 속도(mg/cm2/min), 생산량, 및 필요 면적을 결정하기 위한 실험 결과를 나타낸 그래프 및 표이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면들 및 실시예들은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈의 특징을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서, 각 구성 요소들의 관계 및 특징을 더 상세히 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서, 외부 전극봉을 제거한 상태, 즉 내부 전극봉과 내부 전극봉에 감겨진 와권형 전극망 어셈블리를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서 와권형 전극망 어셈블리의 특징을 설명하기 위한 도면이다. 도 1과 도 2를 비교하여 보면, 도 1에서는 편의상 공기 주입관(150), 소금물 주입관(160), 전선들(180a, 180b), 그리고 내부 전극봉 유지부(170)을 생략하고 나타내었다.
도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈(100)은, 내부 전극봉(110), 와권형 전극망 어셈블리(120), 외부 전극봉(130), 및 지지부재(140)를 포함한다. 또한, 상기 수처리용 전극 모듈(100)은, 소금물 주입관(160), 공기 주입관(150), 및 내부 전극봉 유지부(170)를 포함한다.
내부 전극봉(110)은 중공을 갖는 관 형상으로 기다랗게 형성된다. 내부 전극봉(110)의 내부에는 소금물 주입관(160)과 공기 주입관(150)이 삽입된다. 내부 전극봉(110)의 하부에는 도 2에서 화살표로 도시된 바와 같이, 소금물 및 공기가 내부 전극봉(110)의 내부에 삽입된 소금물 주입관(160)과 공기 주입관(150)을 통해 주입된 후 내부 전극봉(110)과 외부 전극봉(130) 사이로 전달되어 전기 분해 또는 순환을 원활하게 하도록 하기 위한 측면 개구(112)가 형성된다.
와권형 전극망 어셈블리(120)는, 내부 전극봉(110)의 외곽에 결합되어, 소금물 주입관(160)을 유입되는 소금물에 대하여 전기분해 반응을 통해 전해 염소를 발생시키기 위한 구성요소이다. 도시된 바와 같이, 와권형 전극망 어셈블리(120)는 내부 전극봉(110)의 길이 방향에서 일부 구간에 결합되는 것으로서, 내부 전극봉(110)과 와권형으로 감기는 형태로 결합된다.
와권형 전극망 어셈블리(120)의 특징은 도 3과 도 4에 잘 나타나 있는데, 도시된 바와 같이, 와권형 전극망 어셈블리(120)는, 와권형 전극망(도 4의 (a)로서, 123a, 123b, 125)과, 와권형 전극망을 감싸는 커버(도 4의 (b)에서 127)를 포함한다. 와권형 전극망은 메쉬형의 양극 전극판(123a), 메쉬형의 음극 전극판(123b), 그리고 양극 전극판(123a)과 음극 전극판(123b) 사이에 개재되는 부도체 격막(125)을 포함한다. 그리고, 와권형 전극망은 내부 전극봉(110)의 외곽의 일부 구간을 감싸도록 와권형으로 감겨진다. 부도체 격막(125)은, 양극 전극판(123a)과 음극 전극판(123b) 사이의 전기적 쇼트가 발생하는 것을 방지하기 위한 용도로서, 플라스틱 재료가 사용될 수 있으나, 이러한 재료로 국한되는 것은 아니다.
와권형 전극망 어셈블리(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 필요에 따라, 하나만으로 사용될 수도 있고(도 3의 (a)), 두 개를 전기적으로 연결하여 사용할 수도 있다(도 3의 (b)). 즉, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 와권형 전극망 유닛과 제2 와권형 전극망 유닛을 상하로 위치하여 서로 전기적으로 연결해서 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 세 개, 네 개 또는 그 이상의 개수로 확장시킬 수도 있으며, 현장 상황에 따라 유연하게 확장해서 사용할 수 있다.
와권형 전극망 어셈블리(120)에서 양극 전극판(123a)은 도 3의 (c)와 같은 형태로 구성될 수 있고, 양극 전극판(123a)의 일측에 상하로 양극 전극(122a, 124a)이 형성되어 있다. 양극 전극(122a, 124a)은 전선을 통해 정류기(도 6의 240 참조)로부터 전기를 공급받기 위한 부분일 뿐만 아니라, 도 3의 (b)와 같이 상하로 두 개를 연결하여 사용할 경우, 서로 같은 전극끼리 용접이나 기타 전기 접속 방식으로 전기적으로 연결시키기 위한 부분이다. 음극 전극판(123b)에 관하여는 구체적으로 도시하지 아니하였으나, 도 3의 (c)에 도시된 양극 전극판(123a)과 실질적으로 동일하다. 참조부호 126a, 129a, 128a는 양극 전극들이고, 참조부호 122b, 124b, 126b, 129b 및 128b는 음극 전극들이다.
양극 전극판(123a) 및 음극 전극판(123b)은 모두 메쉬형(그물형)으로 형성되어 전극판들이 물과 접촉하는 면적을 증가시킴으로써 전기 분해 효율을 극대화할 수 있다. 양극 전극판(123a), 부도체 격막(125) 및 음극 전극판(123b)이 내부 전극봉(110)을 중심으로 하여 와권형으로 감겨진 형태는 도 4의 (a)와 같다.
도면들에서는 양극 전극판(123a), 부도체 격막(125) 및 음극 전극판(123b)의 순서로 겹쳐져서 와권형으로 말린 상태이나, 이와는 다르게, 음극 전극판, 부도체 격막, 양극 전극판의 순서로 겹쳐져서 와권형으로 말린 상태라도 무방하다.
본 발명에서와 같이, 양극 전극판(123a), 부도체 격막(125) 및 음극 전극판(123b)의 순서로 겹쳐져 와권형으로 내부 전극봉(110) 둘레를 감싸는 형태로 구성함으로써, 기존의 형태(예컨대, 동심원 형태로 하나씩만 감은 형태)와 비교할 때, 전체 높이를 줄일 수 있고, 그 두께(직경)도 줄일 수 있는 이점이 있으며, 동심원 형태로 감은 형태에 비해 양극 전극판 및 음극 전극판으로의 전선이 각각 하나씩만 연결되어 있으면 되므로, 불량이 발생하더라도 쉽게 불량 원인을 파악할 수 있고, 유지 관리 측면에서 비용이 적게 드는 이점이 있다.
커버(127)에는 내부로 전기분해될 소금물이 양극 전극판(123a)과 음극 전극판(123b)에 노출되어 원활하게 접촉됨으로써 전기분해가 잘 이뤄지도록 하기 위해 복수 개의 소금물 순환공들(1271)이 형성되어 있다.
외부 전극봉(130)은 관 형상으로 형성되고 입수공(132a)과 출수공(132c)이 형성된다. 참조부호 132b는 중간공으로서, 내부와 외부의 물의 순환을 촉진시키기 위한 것으로서, 경우에 따라서는 입수공으로서 작용하기도 하고, 경우에 따라서는 출수공으로서 작용하기도 한다. 외부 전극봉(130)은 내부 전극봉(110)의 외곽에 위치하는 것이므로, 외부 전극봉(130)의 내경은 내부 전극봉(110)의 외경보다 더 커야 한다. 뿐만 아니라, 내부 전극봉(110)의 외곽에는 와권형 전극망 어셈블리(120)가 결합되므로, 외부 전극봉(130)의 내경은 와권형 전극망 어셈블리(120)의 외경보다 더 크게 형성되어야 한다. 그리고, 와권형 전극망 어셈블리가 결합된 상태에서 내부 전극봉(110)이 외부 전극봉(130)의 내부에 삽입되어 소정의 간격으로 이격된 상태를 유지하도록 조립된다.
지지부재(140)는, 외부 전극봉(130)의 하단에 결합되어 외부 전극봉(130)을 지지한다.
소금물 주입관(160)은 내부 전극봉(110)의 내부에 길이 방향으로 삽입되고, 와권형 전극망 어셈블리(120)에 의한 전기분해 반응에 사용될 소금물이 주입되는 경로를 제공한다. 소금물 주입관(160)은 내부 전극봉(110)의 하단 부분까지 길게 유도되어 있다.
내부 전극봉 유지부(170)는, 내부 전극봉(110)의 상부에 결합되어 내부 전극봉(110)이 외부 전극봉(130)의 내부에서 정위치를 유지하도록 한다. 내부 전극봉 유지부(170)는 도 2에 도시된 바와 같이 외부 전극봉(130)의 내부에서 내부 전극봉(110)이 전후 좌우로 유동하여 손상되거나 불안정하지 않도록 외부 전극봉(130)의 내부에서 유지시켜주는 역할을 한다. 따라서, 상기 "정위치" 라는 것의 의미는 내부 전극봉(110)이 외부 전극봉(130)의 내부에서 내부 전극봉(110)의 외연이 외부 전극봉(130)의 내벽으로부터 일정 간격으로 유지되는 위치를 의미한다. 내부 전극봉 유지부(170)는 가운데를 내부 전극봉(110)이 관통하며, 도시된 바와 같이 양극 전극판과 음극 전극판 측으로의 전기적 연결을 제공하기 위한 양극 전선과 음극 전선(180a, 180b)이 통과할 수 있도록 구멍이 형성된다.
공기 주입관(150)은 내부 전극봉(110)의 내부에 길이 방향으로 삽입되어, 외부 전극봉(130)의 입수공(132a; 도 1)을 통해 유입되는 물과 와권형 전극망 어셈블리에 의해 발생되는 전해 염소의 혼합을 촉진시키고, 또한 전해 염소와 혼합된 물이 출수공(132c; 도 1)으로 원활하게 유출될 수 있도록 촉진시키기 위해 공기가 유입되는 경로를 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈(도 1의 100)의 수처리 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈의 현장 설치 형태의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈(100)이 수조(T2) 내에 투입되고, 소금물 공급부(220, 225)와 공기 공급부(230), 그리고 정류기(240)와 연결되도록 설치된다.
소금물 공급부(220, 225)는 소금물 교반조(220)와 소금물 공급 펌프(225)를 포함할 수 있고, 공기 공급부(230)는 에어 컴프레셔와 브로워 등을 포함할 수 있다. 또한, 소금물 공급부, 공기 공급부, 정류기 등의 제어(예컨대, 소금물 교반조의 온/오프, 속도 제어, 에어 컴프레셔의 온/오프, 압력 제어, 전극봉으로 공급되는 전기의 제어 등을 위해, 제어반(미도시)이 추가 설치될 수 있다.
소금물 공급부(220, 225)에서 소금물 주입관을 통해 소금물이 주입되고(도 5의 (a)), 전기 분해가 이루어지고(도 5의 (b)), 공기 주입을 통해, 수조 내의 물에 전해염소가 혼합된 후 순환이 이뤄지게 된다(도 5의 (c)). 그리하여, 전해염소 또는 전해염소수가 수조(T2) 내에 전체적으로 혼합되게 되고, 차아염소산나트륨(NaOCl)에 의해 전해살균 또는 전해소독이 이뤄지게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈을 채용하는 수처리 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈을 채용하는 수처리 시스템은, 상기 수처리용 전극 모듈(도 1의 100)과, 이중 싸이클론 방식의 현탁물질 처리 모듈(1, 또는 도 8 참조)을 포함한다. 1차 수조(T1) 내에 포함된 원수 내에는 현탁물질이 포함되어 있으므로, 이를 처리하여 제거하고자 이중 싸이클론 방식의 현탁물질 처리 모듈(1) 측에서 이를 분리하여 외부로 배출한다. 현탁물질 처리 모듈(1)에서 현탁물질이 제거된 물이 2차 수조(T2) 내로 유입되고, 2차 수조(T2) 내에는 앞서 설명된 수처리용 전극 모듈(100)이 설치된다. 수처리용 전극 모듈(100)은 도시된 바와 같이 100a, 100b로 두 개 설치될 수 있으나, 이러한 개수로 한정되는 것은 아니다. 수처리용 전극 모듈에서 소금물을 공급하기 위한 소금물 공급부(220, 225a, 225b)와, 공기 공급부(230a, 230b)가 설치되고, 또한 정류기(240)도 설치된다. 앞서 설명된 바와 같이, 각각의 온/오프, 및 제어를 위한 제어반(미도시)이 별도로 더 설치될 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템은, 염소소독 및 수중 오염물질의 산화/분해가 필요한 수영장, 정수장, 폐수처리장, 하수처리장 방류조, 빗물 재이용 시설등에서 수조에 직접 전해 염소를 공급하는데 있어서, 수조 내부에 별도의 펌프 설치나 수조 상부에 전해염소조를 구비한 별도의 설비가 필요없이 수조 내에 전극을 투입하고 소금물 및 공기를 공급할 수 있는 전해소독할 수 있어, 설치, 운전 및 유지관리가 간편하고 경제적일 수 있다. 뿐만 아니라, 1차적으로 이중 싸이클론 방식의 현탁물질 처리 모듈에 의해 현탁물질을 처리한 후, 수처리용 전극 모듈 측으로 유입시킴으로써, 기존의 수처리 시스템에 비해 수처리 효율 및 품질 면에서도 월등한 효과를 갖는다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템에서 유입수에 포함된 현탁물질을 처리하기 위한 이중 싸이클론 현탁물질 처리 모듈(1)은, 크게 외통(30), 상판(65), 중간통(40), 내통(50) 및 차단판(70)을 포함한다. 유입수의 회전이 원활하도록, 외통의 외통(30), 중간통(40), 내통(50)은 실린더 형으로 형성된다. 또한, 유입구(10)와 외통(30) 사이에는 원심력 가속 챔버(25)가 형성된다. 참조부호 20은 외통(30) 상부의 주위로 유입수가 회전할 수 있도록 상기 원심력 가속 챔버(25)를 형성하기 위한 부분이다.
구체적으로 살펴보면, 상기 이중 싸이클론 현탁물질 처리 모듈(1)에는, 유입수(IN)의 유입을 위한 유입구(10), 유입수(IN)에 포함된 현탁물질이 제거된 처리수(OUT2)를 유출하여 수조(T2) 측으로 제공하기 위한 유출구(60), 유입수(IN)에 포함된 현탁물질을 배출하기 위한 배출구(90), 배출구(90)와 연결되고 유입수(IN)로부터 분리된 현탁물질을 유입시키기 위한 현탁물질 수집부(80)가 마련되어 있다. 유입구(10) 측에는 유입 펌프(미도시)가 연결된다. 그리고, 현탁물질 수집부(80) 내의 현탁물질은 누적량을 고려하여 적절한 시점에 배출구(90)를 통해 배출될 수 있다.
원심력 가속 챔버(25)는, 유입구(10)로부터의 유입수(IN)가 외통(30)의 상부에서 외통의 주위를 회전할 수 있도록 공간을 제공하며, 이 공간에서 회전하는 유입수 중 적어도 일부가 복수 개의 1차 가속 분리 홀들(32)을 통해 외통(30)의 내부로 유입될 수 있도록, 1차 가속 분리 홀들(32) 모두와 연통되어 있다.
외통(30)에는 측면을 따라 1차 하강 와류의 발생을 위한 복수 개의 1차 가속 분리 홀들(32)이 형성된다. 1차 가속 분리 홀들(32)이 형성된 높이는 대체로 유입수(IN)가 유입되는 높이와 동일하거나 그보다 낮은 높이가 바람직하고, 앞서 언급한 바와 같이 원심력 가속 챔버(25)와 연통된다. 1차 가속 분리 홀들(32)은 유입구(10)를 통해 유입된 후 원심력 가속 챔버(25) 내에서 회전하는 유입수가 1차 가속 분리 홀들(32)을 통과하여 와류가 원활하게 발생할 수 있도록 하고 원심력을 증가시키는 역할을 한다. 유입수가 1차 가속 분리 홀들(32)을 통과하고 나면 외통(30)과 중간통(40) 사이의 공간에서 빠른 속도로 회전하면서 하강하게 된다.
상판(65)은 외통(30), 중간통(40), 및 내통(50)의 상부를 커버하는 구성요소이며, 원심 분리 과정에서 물이 바깥으로 나가지 않도록 하며, 물의 흐름이 1차 상승 와류의 흐름에서 2차 하강 와류로 전환시키는 역할을 한다(전환된 물의 흐름은 화살표 F9로 표시됨). 상판(65)의 중앙에는 처리수(OUT2)가 유출될 수 있도록 유출구(60)가 관통한다.
중간통(40)은 외통의 내부에서 외통으로부터 이격 설치되며, 중간통(40)의 하단은 현탁물질 수집부(80)로부터 이격되게 형성된다. 중간통(40)의 하단과 현탁물질 수집부(80) 간의 관계는 이하에서, 차단판(70)과 함께 설명된다. 앞서 언급한 바와 같이, 중간통(40)과 외통(30) 사이에서 1차 하강 와류의 흐름(화살표 F1, F2, F3 순으로 표시됨)이 진행된다.
내통(50)은 중간통(40)의 내부에서 중간통(40)으로부터 이격 설치되며, 내통(50)의 하단은 현탁물질 수집부(80) 내에 위치하도록 형성된다. 내통(50)의 상부에서부터 하부까지 일정한 직경을 갖는 실린더형으로 형성되는 경우, 2차 하강 와류(화살표 F10, F11, F12, F13 순으로 표시됨)가 갖는 원심력이 그대로 유지되게 되는데, 이 경우, 1차 하강 와류에서 1차 상승 와류의 전환시점(화살표 F4로 표시됨)에 분리되는 현탁물질에 비해 그 입자가 상대적으로 미세하므로 미세 현탁물질이 제대로 분리되지 않고 처리수(OUT2)와 함께 배출구를 통해서 나가게 될 수도 있다. 따라서, 이를 위해, 내통(50)의 구조를 상부에서 하부로 갈수록 직경이 좁은(상광하협) 원추형의 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 원심력은 직경의 크기에 비례하므로, 직경이 작아지는 경우 와류의 원심력이 약하게 되어, 물로부터 미세 현탁물질을 분리해 내기에 유리할 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 일정 부분까지는 동일한 직경을 갖도록 형성하고 그 이하를 원추형의 구조로 형성할 수 있다.
차단판(70)은 중간통(40)의 하단의 하부이면서 현탁물질 수집부(80)의 상부, 즉, 중간통(40)의 하단과 현탁물질 수집부(80)의 사이에 위치하여, 중간통(40)과 내통(50) 사이의 공간으로 1차 하강 와류의 흐름을 1차 상승 와류의 흐름으로 전환시킨다. 뿐만 아니라, 차단판(70)은 1차 하강 와류가 갖는 원심력이 하부, 즉 현탁물질 수집부(80)까지 영향을 미쳐 현탁물질 수집부(80)에 유입되어 있는 현탁물질의 재부상을 초래할 수 있으므로, 이를 방지하고자 원심력을 감소시키는 역할을 한다. 특히, 차단판(70)의 상측이면서 중간통(40)과 내통(50) 사이의 공간 중 가장 아랫 부분은, 중간통(40)과 내통(50) 사이의 간격이 가장 넓도록, 내통(50)이 상광하협의 원뿔형으로 형성되어 있고, 사이 공간의 맨 아랫 부분에서 갑자기 유속이 느려지게 되므로, 이에 따른 기생 와류들로 인해 현탁물질 수집부(80) 내의 현탁물질을 부상시킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 차단판(70)이 중간통(40)과 내통(50) 사이 공간의 아랫 부분에 위치하도록 한다.
또한, 예를 들어, 외통(30), 중간통(40) 및 유출구(60)는 상판(65)과 일체로 형성될 수도 있고, 개별적으로 제작되어 조립될 수도 있다. 또한, 차단판(70)과 내통(50)도 마찬가지로 일체로 형성될 수도 있고, 개별적으로 제작되어 조립될 수도 있다.
유입수의 흐름을 위주로 하여, 본 발명의 이중 싸이클론 현탁물질 처리 모듈(1)의 동작 과정을 설명하면 이하와 같다.
유입 펌프(미도시)에 의해 펌핑되어 유입수(IN)가 유입구(10)를 통해 들어오고, 1차 가속 분리 홀들(32)을 통과하여, 외통(30)과 중간통(40) 사이에서 1차 하강 와류의 흐름(F1, F2, F3)이 발생한다. 1차 하강 와류 또는 1차 하강 와류에서 1차 상승 와류의 흐름 전환(F4) 과정에서 유입수로부터 현탁물질이 분리된다. 즉, 유체에 비해 상대적으로 무거운 현탁물질은 와류에 의해 외통(30) 측에 가깝게 회전하면서 하강하게 되고, 1차 상승 와류와 함께 상승하지 못하고 현탁물질 수집부(80) 내로 유입되게 된다. 즉, 물에서 비교적 입자가 큰 현탁물질이 이 과정에서 1차적으로 제거된다.
계속해서, 1차 상승 와류의 흐름(F5, F6, F7, F8의 순서로 표시함)이, 중간통(40)과 내통(50) 사이의 공간에서 발생하게 된다. 1차 상승 와류는 상승하여 상판(65)에 의해 그 흐름 방향이 전환되어 내통(50)의 내부로 유입되고, 내통(50)의 내부에서는 2차 하강 와류의 흐름(F10, F11, F12, F13)이 발생하여, 2차적으로 비교적 입자가 작은 미세 현탁물질을 물에서 분리하여, 하부의 현탁물질 수집부(80) 내로 배출시킨다(화살표 F16으로 표시됨). 따라서, 미세 현탁물질을 하부의 현탁물질 수집부(80) 내로 유입시킬 수 있도록 내통(50)의 하부에는 개구(54)가 형성된다. 그리고, 유출구(60)와 연결된 유출 펌프(미도시)의 작동에 의해 처리수(F14, OUT2)가 수조(T2) 측으로 유출되고, 이후, 앞서 설명된 수처리용 전극 모듈(100)에의해 전해소독된다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 전극 모듈에서 와권형 전극망 어셈블리 내의 양극 전극판 또는 음극 전극판의 면적당 생성 속도(mg/cm2/min), 생산량, 및 필요 면적을 결정하기 위한 실험 결과를 나타낸 그래프 및 표이다.
도 10의 그래프에서 x 축은 시간(min) 축이고, y축은 생성되는 염소이온(Free Cl)의 량으로서, 시간이 증가함에 따라 생성되는 염소이온량은 도시된 바와 같이 선형적으로 증가하고, 그 추세선은 y = 94x(오차값 R2 = 0.9602)이다. 따라서 이 그래프에서의 기울기, 94(mg/L/min)가 구해진다.
도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 일정 반응조 유입 빗물량에 대하여, 염소 생성속도는 94mg/L/min이고, 전극 면적을 314cm2으로 했을 때, 면적당 생성속도는 0.748408mg/cm2/min이 된다. 도 11에서 생산량은 면적당 생성속도와 가동 시간의 곱이고, 필요면적은 필요농도(예컨대, 수조내 수량을 150t, 농도를 0.3ppm으로 가정할 수 있음)를 생산량으로 나눈 값이다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 관해 상세히 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해 정해지는 것임에 유의하여야 할 것이다.
100 : 수처리용 전극 모듈
110 : 내부 전극봉 120 : 와권형 전극망 어셈블리
130 : 외부 전극봉 140 : 지지부재
150 : 공기 주입관 160 : 소금물 주입관
170 : 내부 전극봉 유지부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 수처리 시스템으로서,
    수조 내의 물을 전해소독하기 위한 수처리용 전극 모듈; 및
    유입수에 포함된 현탁물질을 분리 처리한 후 상기 수조 측으로 제공하는 이중 싸이클론 방식의 현탁물질 처리 모듈;을 포함하되,
    상기 수처리용 전극 모듈은,
    관 형상으로 형성된 내부 전극봉과,
    상기 내부 전극봉의 내부에 길이 방향으로 삽입되고 전기분해에 사용될 소금물이 주입되는 경로를 제공하는, 소금물 주입관과,
    상기 내부 전극봉의 외곽에 결합되고, 상기 소금물 주입관을 통해 유입되는 소금물에 대하여 전기분해 반응에 의해 전해 염소를 발생시키는, 와권형 전극망 어셈블리 - 상기 와권형 전극망 어셈블리는, 와권형 전극망과 상기 와권형 전극망을 감싸는 커버를 포함하며, 상기 와권형 전극망은 상기 내부 전극봉의 외곽의 일부 구간을 감싸도록 감겨지는 메쉬형의 양극 전극판과 메쉬형의 음극 전극판을 포함하고, 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판 사이에는 부도체 격막이 개재되고, 상기 커버에는 전기분해될 소금물이 상기 양극 전극판과 상기 음극 전극판에 접촉되도록 하기 위한 복수 개의 소금물 순환공들이 형성됨 - 와,
    관 형상으로 형성되고 입수공과 출수공이 형성된 외부 전극봉 - 상기 외부 전극봉의 내경은, 상기 내부 전극봉의 외곽에 상기 와권형 전극망 어셈블리가 결합된 상태에서 상기 와권형 전극망 어셈블리와 소정의 간격으로 이격된 상태를 유지하도록, 상기 와권형 전극망 어셈블리의 외경보다 더 크게 형성됨 - 과,
    상기 외부 전극봉의 하단에 결합되어 상기 외부 전극봉을 지지하기 위한 지지부재를 포함하며,
    상기 외부 전극봉의 내부에서, 상기 외부 전극봉의 입수공을 통해 유입되는 물에 상기 와권형 전극망 어셈블리에 의해 발생되는 전해 염소를 혼합시킨 후 상기 출수공으로 유출되도록 하여 순환시킴으로써 수조 내의 물을 전해소독하고,
    상기 현탁물질 처리 모듈은,
    유입수를 유입하기 위한 유입구와,
    유입수에 포함된 현탁물질이 분리된 상태인 처리수를 상기 수조 측으로 유출하기 위한 유출구와,
    유입구를 통해 유입되는 유입수에 포함된 현탁물질을 배출하기 위한 배출구와,
    측면을 따라 1차 하강 와류의 발생을 위한 복수 개의 1차 가속 분리 홀들이 형성되는, 외통과,
    상기 유입구로부터의 유입수가 상기 외통의 상부에서 상기 외통의 주위를 회전할 수 있도록 공간을 제공하며, 상기 공간에서 회전하는 유입수 중 적어도 일부가 상기 복수 개의 1차 가속 분리 홀들을 통해 상기 외통 내부로 유입될 수 있도록, 상기 1차 가속 분리 홀들과 연통되는, 원심력 가속 챔버와,
    상기 배출구와 연결되고, 상기 유입수로부터 분리된 현탁물질을 유입시키기 위한 현탁물질 수집부와,
    상기 외통의 내부에서 상기 외통으로부터 이격 설치되는, 중간통과,
    상기 중간통의 내부에서 상기 중간통으로부터 이격 설치되고, 하단은 상기 현탁물질 수집부 내에서 상기 현탁물질 수집부의 바닥보다 높게 위치하는, 내통과,
    상기 현탁물질 수집부의 상부에 위치하여, 상기 중간통과 상기 내통 사이의 공간으로 상기 1차 하강 와류의 흐름을 전환시켜 1차 상승 와류가 발생하도록 하며, 상기 1차 하강 와류에서 상기 1차 상승 와류로의 흐름 전환시 상기 현탁물질 수집부 내의 현탁물질의 재부상을 방지하는, 차단판과,
    상기 유출구가 관통하고, 상기 외통, 상기 중간통, 상기 내통의 상부를 커버하며, 상기 1차 상승 와류의 흐름을 전환시켜 2차 하강 와류가 발생하도록 하는, 상판을 포함하되,
    상기 현탁물질 수집부는, 상기 외통과 중간통 사이에서 상기 1차 하강 와류의 흐름에 따라 하강하여 분리되는 현탁물질과, 상기 내통의 내부에서 하강하여 상기 내통의 하단으로 배출되는 현탁물질이 함께 수집되도록, 상기 외통의 하부, 상기 중간통의 하부 및 상기 내통의 하부 전체에 걸쳐 위치하는 하나의 통 구조로 형성되고, 상기 현탁물질 수집부의 직경은 상기 외통의 직경보다 더 크며,
    상기 외통과 상기 중간통은 원통 형상으로 형성되어 상기 외통과 상기 중간통 사이의 간격이 전체 구간에서 일정하도록 형성됨으로써 상기 1차 하강 와류의 흐름에서 유속의 저하가 발생하지 않도록 하여 유속의 저하에 따른 와류 - 상기 유속의 저하에 따른 와류는 상기 1차 하강 와류와는 구별되는 것으로서 유속의 저하에 따른 부분 와류임 - 가 발생하지 않도록 하며, 그 결과 상기 현탁물질 수집부 내의 현탁물질이 재부상되지 않도록 하고,
    상기 중간통과 상기 내통 사이의 간격은 전체 구간 중 최하단이 가장 넓도록 형성되어 상기 1차 상승 와류의 시작점에서 유속의 저하가 유발되고 상기 유속의 저하에 따른 와류 - 상기 유속의 저하에 따른 와류는 상기 1차 상승 와류와는 구별되는 것으로서 유속의 저하에 따른 부분 와류임 - 가 발생하며,
    상기 차단판은, 상기 중간통의 하단으로부터 이격 설치되되, 상기 유속의 저하에 따라 발생하는 와류에 의해 상기 현탁물질 수집부 내의 현탁물질이 재부상되는 것을 방지하기 위해, 상기 중간통과 상기 내통 사이 공간의 직하부에 위치하는 것을 특징으로 하는, 수처리 시스템.
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