KR101894381B1 - 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치에 관한 것으로, 그 구성은 외부로부터 폐수를 주기적으로 공급받아 저수하고 전기분해된 폐수를 배출하며, 저수된 폐수로부터 침전된 침전물이 하부로 배출되도록 하는 챔버; 상기 챔버 내부의 회전축에 설치되어 회전하며 폐수를 전기분해 하는 다수개의 전극부; 및 상기 다수개의 전극부에 대해 이웃하게 설치되어 전극부 측으로 고압수를 분사하는 노즐부;를 포함한다.

Description

전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치{A water treatment apparatus for preventing the passivation of the electrode}

본 발명은 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광산 갱내수, 산업폐수 등의 산성, 중금속 복합오염수 내에 함유된 각종 중금속 오염물질을 전기화학반응시키는 전기분해시스템의 음전극판에 부착되는 각종 스케일을 효율적으로 제거하기 위하여 전극의 세척이 용이하도록 함으로써 전기분해 효율성을 극대화시키고, 전극 사용수명 연장을 도모하는 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치에 관한 것이다.

건설 및 자원개발현장에서 중금속 폐수 발생으로 30년 이상의 사후처리 필요하며, 광산업의 고도화에 따른 공정수 사용량 증가로 폐수 재처리 시장 급증하고 있다.

특히 광업분야 수처리 시장은 2019년 약 170억불 규모로 성장을 전망 (Bluefield Research, 2014)하고 있다.

중국 정부의 규제 강화로 개발현장별 사후관리비용 10억불 소요(Olivia Jensen, 2014), 중금속으로 오염된 산성 폐수는 주변 수생태계 파괴 및 토양과 지하수를 오염시켜 심각한 환경 문제를 초래하며 이를 처리하기 위한 처리 과정이 필요하고 있다.

종래에는 이와 같은 갱내수로인한 오염을 방지하기 위해 다양한 처리방법을 사용하였는데, 대표적인 방법에는 자연 정화방법, 물리화학적 방법 및 전기화학적 방법이 있다.

자연 정화방법은 저류조, 소택지 등을 형성하여 호기성 및 혐기성 균을 이용하여 중금속을 수산화물로 침전시키는 수동적 처리방법이며, 물리화학적 방법은 가성소다, 소석회 등의 약품을 첨가하여 폐수의 pH를 높여 수산화물로 침전시키는 능동적 처리방법이다.

특히 전기화학적 처리방법은 전기분해 과정 중 발생하는 전기화학적 반응을 이용하여 중금속 침전물을 생성시켜 처리하는 능동적 방법으로 전기 이외의 약품 첨가가 없이 처리할 수 있어 친환경적이고, 슬러지 발생도 적어 사후 관리 비용이 낮은 장점이 있어 국내를 중심으로 주요 능동적 처리시설에 도입되어 운영 중이다.

그러나, 종래의 전기화학적 처리 방법에서 전기분해조의 음전극판에 갱내수 내에 함유된 각종 스케일 유발물질(Si, Mg, Ca 등)이 직접 부착되거나 덴트라이트 산화물로 변하여 음전극판에 부착되어 전극을 부동태화 시켜 정화효율을 현저하게 저하시키는 단점이 있었다.

또한 이러한 스케일 물질의 제거작업은 현재 작업자가 수작업에 의해 일일이 제거하여야 하는 단점이 있어 추가 도입에 제한이 큰 실정이다.

한편 공지된 등록특허 제10-0893338호(탈착식 스크레이퍼가 부착된 폐광산 갱내수 정화를 위한 전기분해시스템)의 경우 전극의 스케일 제거를 위해 스크레이퍼를 설치하고, 전극 측으로 고압을 물을 분하여 전극에 부착되는 스케일을 제거하도록 하고 있으나, 전기반응에 의해 전극에 부착되기 시작하는 스케일은 그 강도도 높고 단단하게 전극에 부착되어 있어 스크레이퍼에 의해 제거되는 부분이 미약할 뿐만 아니라 전극 표면으로부터 성장하는 스케일이 스크레이퍼와의 마찰로 인해 전극이나 스크레이퍼가 파손되어 기기 전체를 교체해야 하는 문제점이 있었다.

또한 노즐을 통해 고압수를 분사하는 경우에도 노즐이 폐수 외부에 배치된 상태에서 수평 위에서 분사하기 때문에 실질적으로 수면과 근접된 위치의 전극에만이 고압수가 효과를 발휘할 뿐 회전체 중심 부분까지 그 영향이 미치지 못해 결과적으로 전극으로부터 스케일을 제거하는 것이 어려워지는 문제점이 있었다.

그리고 전극이 회전체로부터 확장된 형태로 배치되어 있어서 노즐의 고압수가 끝까지 미치지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 특성을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 광산 갱내수, 산업폐수 등의 산성, 중금속 복합오염수 내에 함유된 각종 중금속 오염물질을 전기화학반응시키는 전기분해시스템의 음전극판에 부착되는 각종 스케일을 효율적으로 제거하기 위하여 전극의 세척이 용이하도록 함으로써 전기분해 효율성을 극대화시키고, 전극 사용수명 연장을 도모하는 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 외부로부터 폐수를 주기적으로 공급받아 저수하고 전기분해된 폐수를 배출하며, 저수된 폐수로부터 침전된 침전물이 하부로 배출되도록 하는 챔버; 상기 챔버 내부의 회전축에 설치되어 회전하며 폐수를 전기분해 하는 다수개의 전극부; 및 상기 다수개의 전극부에 대해 이웃하게 설치되어 전극부 측으로 고압수를 분사하는 노즐부;를 포함한다.

그리고 상기 전극부는 챔버 내에서 폐수에 침수된 상태로 전기분해 한다.

또한 상기 전극부는 챔버 내의 회전축 중심으로부터 외측으로 음전극과 양전극이 서로 교번되며 확장되는 상태로 다수개 배치된다.

그리고 상기 전극부에는 음전극과 양전극을 지지하는 지지대가 회전축에 대해 직교하게 배치된다.

또한 상기 노즐부는 전극부의 음전극과 양전극에 대응되도록 분사노즐이 배치된다.

그리고 상기 전극부는 음전극과 양전극이 일정한 주기를 갖고 역전되며 동작한다.

또한 상기 전극부는 회전축으로부터 십자 형태로 배치되는 지지대의 내부를 통해 음전극과 양전극에 전원을 공급한다.

그리고 상기 지지대는 절연체이며, 상기 지지대는 단면 형상이 각진 형태, 원통 형태 또는 유선형 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이는 회전축에 의해 회전하는 과정에 폐수와의 저항의 적절이 유발시켜 폐수가 챔버 내에서 난류를 발생할 수 있게 하기 위함이다.

또한 상기 챔버에는 폐수로부터 발생되는 부유물을 배출하는 배출구와, 상기 부유물을 배출구 측으로 유도하는 스크레퍼를 포함한다.

본 발명에 따른, 광산 갱내수, 산업폐수 등의 산성, 중금속 복합오염수 내에 함유된 각종 중금속 오염물질을 전기화학반응시키는 전기분해시스템의 음전극판에 부착되는 각종 스케일을 효율적으로 제거하기 위하여 전극의 세척이 용이하도록 함으로써 전기분해 효율성을 극대화시키고, 전극 사용수명 연장을 도모할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 양전극과 음전극을 주기적으로 역전시켜 회전체의 회전에 의해 발생되는 난류에 의해 전극의 스케일을 효율적으로 제거할 수 있게 하는 기대 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 전극을 지지하는 지지대를 회전축에 대해 경사지게 배치하고, 복수의 지지대가 상호 엇각이 되도록 배치하여 회전축의 회전에 따라 저수된 폐수를 와류시켜 극대시켜 전극의 스케일 제거 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 수처리 장치를 나타내는 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 전극부의 결합상태를 나타내는 개략도.
도 3은 도 1에 도시된 노즐부를 나타내는 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 수처리장치(100)는 챔버(110), 전극부(120) 및 노즐부(130)로 구성되어 있다.

상기 챔버(110)는 외부로부터 공급되는 폐수(W)를 공급받아 저수하는 저수공간(111)을 가지며, 상부와 하부는 각각 상부고정대(112)와 하부고정대(113)에 의해 차단된 상태이고, 중심 부분을 수직으로 관통하여 설치되는 회전축(114)이 구동수단(115)과 연결되어 있다.

즉, 상기 챔버(110)는 입구(IN)를 통해 폐수(W)를 저수공간(111) 내에 유입시키고, 배수구(OUT)를 통해 배수하는 과정에 구동수단(115)을 통해 회전축(114)을 회전시켜 회전축에 배치된 다수개의 전극부(120)를 통해 저수된 폐수를 전기 반응시켜 폐수에 포함된 중금속 등을 분리할 수 있게 하는 것이다.

또한 상기 챔버(110)는 일정한 길이를 갖는 원통 형태의 몸체(미도시) 상부와 하부를 상부고정대(112)와 하부고정대(113)로 차단시키고 원통의 중심을 원통하는 회전축(114)을 삽입하여 구동수단(115)을 통해 회전축이 회전할 수 있게 하는 구성으로 상기 회전축(114)은 중공 형태로 이루어져 전원선이 내설될 수 있게 하고 있으며, 상기 구동수단(115)은 원통 몸체 외측에 배치되는 모터(미도시)와 감속기에 의해 동작되는 구성으로 회전축을 구동시킬 수 있는 것이면 어떠한 것도 포함할 수 있다.

한편 상기 챔버(110)의 원통 몸체(미도시) 상부에는 저수된 폐수(W)에서 발생되는 부유물을 배출할 수 있는 배출구(117)가 구비되어 있으며, 상기 배출구(117) 측으로 부유물을 유동하는 스크레퍼(116)가 회전축(114)에 배치되어 회전축과 같이 회전하도록 하고 있고, 하부의 하부고정대(113) 측에는 폐수로부터 전기 분해에 의해 침전된 침전물을 주기적으로 배출할 수 있게 하는 드레인이 배치되어 있다.

여기서 상기 스크레퍼(116) 및 배출구(117)는 저수된 폐수의 최상단보다 상부에 위치되는 것이 바람직하다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 부유물이 폐수 위에 존재하기 때문에 폐수 위쪽에 배치함으로써 폐수가 스크레퍼에 의해 배출구로 배출되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 전극부(120)는 상기 회전축(114)에 대해 십자 형태로 배치된 지지대(121)와, 상기 지지대(121)에 지지된 상태로 회전축을 중심으로 링 형태로 음전극(122)과 양전극(123)이 외부로 교번되며 확장 배치되어 있다.

또한 상기 지지대(121) 내측에는 길이 전원선(EL)이 매립되어 있고, 상기 전원선(EL)은 회전축(114) 중심으로 연결되어 외부로부터 전원을 공급받도록 되어 있으며, 지지대에 매립된 전원선은 두개의 (-)극과, 두개의 (+)극이 교차 배치되어 (-)극은 음전극(122)에 연결되고, (+)극은 양전극(123)에 연결되어 전원 공급에 따라 저수공간 내에서 폐수를 전기 반응하도록 하고 있다.

그리고 상기 지지대(121)는 길이 방향을 따라 음전극과 양전극이 설치되어 일측은 전원선과 접속되고 타측은 지지대에 고정되도록 단자(121a)와 슬롯(121b)이 서로 교번되어 형성되어 있다.

예를 들어 상기 전극부(120)는 음전극(122)이 회전축(114)에서 링 형태로 확장 배치되고 일측이 지지대의 단자(121a)에 접속되며 타측이 지지대의 슬롯(121b)에 고정되며, 다시 양전극(123)이 음전극에 이웃한 위치에 링 형태로 배치되며 일측이 지지대의 단자에 접속되고 타측이 슬롯에 고정되는 방식으로 전원선과 전기적으로 연결되는 것이다. 이때 지지대 내의 전원선은 도 2에 도시된 바와 같이 수평 방향은 (+)극이고, 수직 방향은 (-)극으로 배치하여 음전극과 양전극이 각각 교번 설치될 수 있게 하는 것이다.

여기서 상기 단자는 음전극과 양전극에 접속시 실링된 상태로 접속되는 것이 바람직하다. 이는 접속 부분을 통해 폐수가 전원선 측으로 유입되는 것을 방지하기 위함이다.

또한 상기 전극부(120)는 외부의 제어부(미도시)를 통해 음전극이 양전극으로 양전극이 음전극으로 일정 주기에 맞추어 전환될 수 있게 함으로써 전기 반응에 의해 음전극에 발생하는 스케일의 발생을 최소화할 수 있게 하고 있다.

그리고 상기 지지대(121)는 단면 형상이 각진 형태, 원통 형태 또는 타원 형태 중 어느 하나를 선택적으로 적용하여 저수된 폐수에 와류를 발생시키도록 할 수 있다.

한편 상기 지지대(121)는 절연체로 이루어지는 것이 바람직하며, 지지대(121) 단부에는 링 형태의 외측 지지대(121c)를 배치하여 지지대를 고정하도록 하고 있다. 상기 외측 지지대 또한 절연체로 이루어져 있다.

여기서 상기 전극부의 음전극과 양전극은 지지대에 탈착 가능하게 결합되어 있다.

즉, 상기 단자와 슬롯에 판체 형태의 음전극과 양전극을 꼽는 형태로 삽입하기 때문에 음전극과 양전극의 교체가 필요할 경우 쉽게 분리하여 교체할 수 있다.

상기 노즐부(130)는 도 3에 도시되 바와 같이 챔버(110) 외측으로부터 전극부(120) 측으로 인입되는 공급라인(131)과, 상기 공급라인(131)을 따라 등간격 배치되는 다수개의 노즐몸체(132)와, 상기 노즐몸체(132)를 공급라인(131)에 고정시키는 브라켓(133)으로 구성되며, 상기 노즐몸체 내측은 상기 공급라인(131)과 통공되어 있고, 상기 노즐몸체(132) 단부에는 오리피스 형태의 분사노즐(134)이 배치되어 있다.

상기 노즐부(130)는 상기 전극부(120)와 대응되는 갯수로 배치되어 있으며, 상기 노즐몸체(132)는 상기 음전극과 양전극와 대응되는 갯수로 배치되어 있어 각각에 고압수를 분사하도록 하고 있다.

본 발명에 따르면, 챔버 내의 회전축(114)에 등간격 배치되는 전극부(120)는 지지대(121)에 의해 링 형태로 등간격 배치된 음전극(122)과 양전극(123)을 포함하고 있고, 상기 음전극과 양전극은 지지대 내의 전원선에 접속되어 전원을 공급받으며 폐수 내에서 전기반응을 일으켜 폐수로부터 중금속 등을 분리 처리할 수 있게 하는 것으로 전기 반응시 음전극 측에 발생되는 스케일을 용이하게 제거하기 위하여 전극(음전극, 양전극) 상부에 노즐부를 배치하여 노즐부를 통해 고압수를 분사시킴으로써 스케일을 쉽게 제거할 수 있게 된다. 이때 상기 전극은 폭(w)을 노즐부로부터 분사되는 고압수가 전체 표면에 균일하게 영향을 줄 수 있을 정도를 갖는 것이 바람직하다.

즉, 회전축에 의해 회전하며 전기 반응하는 전극의 전체표면에 대해 대응되게 배치된 노즐부에 의해 균일하게 세척할 수 있어 전극에 스케일이 발생하는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다. 상기 노즐부는 전극부와 동일하게 폐수에 침수된 상태로 고압수를 분사한다.

이와 같이 폐수 내에 전극부를 배치하고 전극부의 폭을 대체로 얇게 하며 축 방향으로 복수개 설치하고 복수개 설치된 전극부에 대응되는 노즐부를 배치하여 노즐부로 하여금 항시 노즐을 세척하게 함으로써 전극부에 발생할 수 있는 스케일을 방지할 수 있게 함과 동시에 전극부의 극성을 역전시켜 운영함으로써 음전극과 양전극이 한쪽으로만 이용될 경우에 비하여 대폭적인 스케일 발생을 억제할 수 있어 스케일에 의한 전기 반응 효율성을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 수처리장치의 수명을 연장하여 수처리장치에 소요되는 비용을 대폭 절감할 수 있게 된다.

또한 종래에 비해 구성들의 결합 구조가 간단하여 전극부의 교체가 필요할 경우 쉽게 교체할 수 있어 유지보수에 소요되는 시간을 대폭 절약할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.

즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

100 : 수처리장치 110 : 챔버
111 : 저수공간 112 : 상부고정대
113 : 하부고정대 114 : 회전축
115 : 구동수단 116 : 스크레퍼
117 : 배출구 120 : 전극부
121 : 지지대 121a : 단자
121b : 슬롯 121c : 외측 지지대
122 : 음전극 123 : 양전극
130 : 노즐부 131 : 공급라인
132 : 노즐몸체 133 : 브라켓
134 : 분사노즐

Claims (10)

1. 외부로부터 폐수를 주기적으로 공급받아 저수하고 전기분해된 폐수를 배출하며, 저수된 폐수로부터 침전된 침전물이 하부로 배출되도록 하는 챔버;
   띠 형상이며, 링 형태로 상기 챔버 내부의 회전축에 설치되어 회전하며 폐수를 전기분해 하는 다수개의 전극부;
   상기 전극부 상부에 배치되어 폐수 위에 부유하는 부유물을 배수구로 배출하는 스크레퍼; 및
   상기 다수개의 전극부의 상부에 설치되어 상부로부터 전극부 측으로 고압수를 분사하는 노즐부;를 포함하며,
   상기 전극부는 챔버 내에서 폐수에 침수된 상태로 전기분해 하고, 챔버 내의 회전축 중심으로부터 외측으로 음전극과 양전극이 서로 교번되며 확장되는 상태로 다수개가 축 방향 적층 배치되며, 음전극과 양전극을 지지하는 지지대가 회전축에 대해 직교하게 배치되어 상기 음전극과 양전극을 지지하고,
   상기 노즐부는 전극부의 음전극과 양전극에 대응되도록 적층된 사이에 분사노즐이 배치된 것을 특징으로 하는 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 전극부는 음전극과 양전극이 일정한 주기를 갖고 역전되며 동작하는 것을 특징으로 하는 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전극부는 회전축으로부터 십자 형태로 배치되는 지지대의 내부를 통해 음전극과 양전극에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 지지대는 절연체인 것을 특징으로 하는 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 지지대는 단면 형상이 각진 형태, 원통 형태 또는 유선형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극 부동태화 방지를 위한 수처리 장치.
10. 삭제

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