KR102054963B1 - 전기분해를 이용한 수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전기분해를 이용한 수처리장치는 처리수가 유입관를 가지는 폭기조와, 상기 폭기조와 배출관에 의해 연결되는 침전조와, 상기 침전조와 오니배출관과 연결되어 침전조에 의해 침전된 오니가 유비되는 전기분해조와, 상기 전기분해조에 설치되어 고농도의 오니를 전기분해 하기 위한 전기분해 유닛과, 상기 전기분해유조와 연결되어 전기분해가 이루어진 처리수를 상기 폭기조에 공급하기 위한 배출관을 구비한다.

Description

전기분해를 이용한 수처리장치{apparatys to dispose water by electrolyzation}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전해활성오니를 전기분해 처리 시 전극을 주기적으로 세척하여 전극의 불균일한 손상을 방지할 수 있으며, 전기분해효율을 활성화시킴과 아울러 인의 제거효율을 높일 수 있는 전기분해를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.

최근 하천과 호수의 부영양화와 연안의 적조발생의 원인물질인 인(T-P)의 방류를 사전에 예방하기 위해 공공하수처리시설의 방류수 수질기준을 화함에 따라 인(T-P)의 처리에 있어 보다 경제적이고 효율적인 기술들이 개발되고 있다.

오폐수에 포함된 인의 제거 방법으로는 혐기성 반응조에서 미생물 내의 인을 세포 밖으로 과잉방출시킨 후, 호기조에서 유기물질의 산화과정에서 생성된 에너지를 이용하여 미생물 세포 내로 인을 과잉흡수되게 하여 폐슬러지의 형태로 제거시키는 방법과, 혐기성 반응조에서 미생물에 의해 인을 과잉방출시킨 후 혼합액을 미생물과 분리시킨 후 분리된 상등액에 석회 또는 금속염을 첨가하여 제거하는 방법 등이 알려져 있다. 질소의 제거는 오폐수의 유입수 중 암모니아성 질소가 호기조의 미생물 호흡과정에 의해 질산염으로 질산화되면, 질산화된 질산염을 무산소조로 반송시켜 질산염을 질소가스로 환원시켜 질소를 제거하는 방법이 알려져 있다.

그러나 상기와 같은 생물학적 처리방법은 최적공정관리가 매우 복잡하고, 활성 미생물에 의한 영양염류 제거율의 신뢰도가 매우 낮으므로, 제거효율을 높이기 위해 오폐수에 화학약품을 투입하는 화학적 처리방법이 병행되고 있다. 그런데 이러한 방법은 비용이 많이 들고, 잉여 슬러지의 처리량이 증가하며, 화학약품을 계속 투입할 경우 미생물의 활성도가 저하되는 단점이 있다.

이에 반해 폐수처리 시 전기분해의 전극으로 철을 이용하면 전극에서 생성되는 철이온이 폐수 중의 인, 질소 및 유기물들과 반응하여 불용성 염을 형성시켜 침전시키므로 효과적으로 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.

전기분해를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법과 관련하여 대한민국 등록특허 제10-0490310호는 기존의 철-전기분해장치가 장착된 오폐수처리 방법에서 혐기조를 제거하여, 탈인 및 탈질 효율을 높인 철-전기분해를 이용한 하수처리방법에 관하여 기재하고 있다.

그러나 상기 방법은 고정방식의 전극을 사용하고 있기 때문에 전극의 불균일 부식이 발생하며, 전극의 기능을 저하시켜서 오염물질의 처리효율을 감소시키는 스케일(Scale)의 처리수단이 없다는 것과 좁은 전극간격을 유지 하다 보니 자성으로 인한 휨 현상이 발생하여 교체주기가 빨라지고 철전극이 전기분해로 소모된 후 이를 교환하는 것이 번거롭다는 단점을 갖는다.

대한민국 공개특허 제 2017-0096701호에는 캐터필러형 전기분해 장치가 게시되어 있다. 게시된 전기분해장치는 오폐수의 전기분해를 위해 처리수가 담긴 처리조에 설치되는 두 개 이상의 전극유닛과; 가동조건에 따라 설정된 전류 및 전압 유지를 위해 상기 전극유닛들의 이격 거리를 조절하는 전극간격조절유닛;을 구비한다.

상술한 바와 같은 종래의 전기분해장치의 전극은 간격을 조정할 수 있으나 전극의 표면에 부착되는 오염물질을 제거할 수 있는 수단을 가지고 있지 않으므로 전기분해의 효율의 극대화를 도모하기 어렵다.

대한민국 등록특허 제10-0490310호 대한민국 공개특허 제 2017-0096701호

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 전극의 표면에 부착된 이물질을 전극을 상호 접착시켜 상대이동시킴으로써 주기적으로 세척할 수 있으며, 철을 촉매로하여 난분해성 유기물과 질소화합물을 분해 처리할 수 있는 전기분해를 이용한 수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 침전조에서 침전된 고 농도의 처리수를 전기분해조에 의해 전기분해 시킨 후 폭기조로 공급하여 인제거를 활성화 사킬 수 있는 전기분해를 이용한 수처리장치를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전기분해를 이용한 수처리 장치는 처리수가 유입되는 유입관를 가지는 폭기조와, 상기 폭기조와 배출관에 의해 연결되는 침전조와, 상기 침전조와 오니배출관과 연결되어 침전조에 의해 침전된 활성호니가 포함된 처리수가 유입되는 전기분해조와, 상기 전기분해조에 설치되어 활성오니가 포함된 처리수를 전기분해 하기 위한 전기분해 유닛과, 상기 전기분해조와 연결되어 전기분해가 이루어진 처리수를 상기 폭기조에 공급하기 위한 공급관을 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 전기분해유닛은 전기분해조에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 전기분해조의 프레임에 설치되어 회전축을 정역 회전시키기 위한 구동모터와, 상기 회전축에 소정의 간격으로 설치되어 회전축과 같이 회전하는 제 1전극들과,

상기 전기분해조에 설치되는 간격유지유닛에 지지되며 상기 제1전극들과의 간격조절 및 제1전극들과 밀착되어 회전하는 제 1전극들의 표면에 부착된 이물을 제거하기 위한 제 2전극들을 구비한다.

간격유지유닛은 제2전극들을 지지함과 아울러 제 1전극들과 제 2전극들을 소정의 간격으로 유지 및 밀착시킬 수 있는 것으로, 상기 전기분해조의 상면측과, 상기 전기분재조의 내부에 각각 상기 회전축과 나란하게 설치되어 상기 제 1전극들에 대해 제 2전극들을 상대 이동시킬 수 있도록 지지하는 가이드로드와, 상기 가이드로드와 나란하게 설치되어 상기 제 2전극들의 이송부재와 나사결합되는 리드스크류와, 상기 리드스크류를 회전시키기 위한 모터를 구비한다.

상기 가이드로드들에 지지된 제 2전극은 이루어지며 상기 하단부측으로부터 상부측으로 회전축이 삽입되는 회전축 삽입부가 형성된다.

본 발명의 전기분해를 이용한 수처리장치는 수처리 시 전기분해의 전극으로 철을 이용함으로써 전극에서 생성되는 철이온이 폐수 중의 인, 질소 및 유기물들과 반응하여 불용성 염을 형성하여 침전시킬 수 있으므로 폐수를 용이하게 처리할 수 있다. 특히, 상기 제1전극들의 표면에 부착된 이물질들을 제2전극들과 밀착된 상태에서 회전시킴으로써 제거할 수 있으므로 전극들이 부분적으로 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 나아가서는 제1,2전극들의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수처리 장치의 측단면도,
도 2는 침전조에 의해 침전된 활성오니가 포함된 처리수를 전기분해하기 위한 전기분해 유닛의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 간격유지유닛에 의해 1,2전극이 설치된 상태를 나타내 보인 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 전기분해 유닛의 단면도,
도 5는 전극의 이물을 제거하기 위해 간격유지 유닛에 의해 전극이 밀착된 상태를 나타내 보인 단면도.
도 6은 제 1전극과 제 2전극이 밀착되어 스크랩핑 되는 상태를 나타내 보인 사시도.

본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수처리 장치를 도시한 것으로, 일 실시예를 도 1 내지도 4에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전기분해를 이용하 수처리 장치는(10)는 유입된 오폐수 즉, 처리수가 일차적으로 침전되는 일차 침전지(11)를 거쳐 혐기조(12)로 유입된다. 혐기조(12)에서는 인방출 공정이 이루어진다. 상기 혐기조(12)에 이루어지는 인방출은 발효반응에 의해서 생성된 아세테이트(acetate)와 기타 저급지방산(short chain fatty acid)과 같은 발효부산물이 세포 셀 내에 흡수 및 저장됨으로써 이루어지게 된다. 이 때, 상기 발효무산물들은 미생물이 혐기적 조건에서 유기물을 분해하여 세포내에 저장시키는 고분자 물질인 PHB(poly-hydroxy- butyrate) 의 형태로 저장된다. 혐기조(12)에서 인 방출이 이루어진 처리수는 무산소조(13)로 이동되어 탈질 공정이 이루어진다. 상기 무산소조(13)의 탈질공정은 유입 하수에 함유된 질산염을 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로소코쿠스(Nitrosococcus)속의 미생물 등에 의해 아질산으로 산화시키고, 상기 아질산을 니트로박테리아(Nitrobacter) 등에 의해 질산화시키며, 이렇게 형성된 질산을 탈질산화 미생물인 디니트로박테리아 등에 의해 질소가스로 환원시키는 과정에 의해 이루어진다. 상기 탈질산화 미생물은 용존산소가 거의 존재하지 않는 조건에서 오폐수의 탄소원과 질산성 질소를 결합하여 질소가스를 생성시켜 질소화합물을 제거한다. 이때, 경우에 따라서는 외부에서 유기탄소원을 공급할 수도 있다. 상기 무산소조(13)는 유입수 중에 포함되어 있는 질소 화합물과 호기조에서 질산화되어 내부반송되어 온 질산성질소를 질소가스로 전환시켜 제거시킨다.

상기 무산소조(13)를 거친 처리수는 폭기조(20)로 유입되고, 후술하는 전기분해유닛(50)으로부터 공급되는 처리수 즉, 철로 이루어진 전극들에 의해 처리된 철이온이 혼합된 처리수와 혼합되어 철산화물에 화학결합되어 인이 제거된 후 침전조(30)로 공급된다.

상기 폭기조(20)에는 슬러지 침전을 방지하기 위해 에어리프트, 산기관(21) 또는 코팅된 수중펌프가 구비될 수 있으며, 상기 장치들을 이용하여 처리수를 교반시킨다. 상기 침전조(30)는 폭기조(20)에서 이송된 처리수 내부에 함유되어 있는 슬러지를 침전조(30) 아래로 침전시키고, 침전된 슬러지 즉, 활성오니를 포함하는 처리수는 상기 오니배출관(31)를 통하여 상기 전기분해유닛(50)으로 반송된다. 그리고 상기 침전조(30)의 상부에 위치되는 상등수는 외부로 방류될 수 있도록 침전조(30)의 상부측에 방류관(32)이 설치된다.

한편, 상기 전기분해유닛(50)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 침전조(30)의 하부측에 침전된 고농도의 침전물 즉, 오니를 배출하기 위한 오니배출관(31)과 연결되는 것으로, 베이스(51) 상에 설치되는 전기분해조(52)를 구비한다. 그리고 상기 전기분해조(51)에는 구동유닛(60)에 의해 회전되며 상호 소정간격 이격되는 복수개의 제 1전극(100)들과, 전기분해조(52)에 설치된 간격유지유닛(70)에 의해 제 1전극(100)들과 대응되게 설치되어 소정간격 유지됨과 아울러 상기 제 1전극(100)들과 각각 밀착되어 제 1전극(100)들의 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위한 제 2전극(200)을 구비한다. 상기 제 1,2전극(100)(200)은 통전이 가능한 철, 알루미늄 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있는데, 철로 이루어짐이 바람직하다.

상기 제 1전극(100)을 소정의 간격을 유지하며 회전시키는 구동유닛(60)은 전기분해조(52)의 내부에 수평방향으로 회전가능하게 회전축(61)이 설치되고, 이 이 회전축(61)의 일측은 상기 전기분해조(52)의 외측으로 돌출되고, 베이스(51)에 설치된 구동모터(62)에 의해 회전된다. 상기 구동모터(62)는 기어드 모터를 사용함이 바람직하다. 상기 회전축(61)에는 원판상의 제 1전극(100)들이 소정의 간격으로 고정 설치되는데, 이 제1전극(100)들은 그 중심부위에 회전축(61)이 고정되고, 회전축(61)과 직각을 이루도록 설치된다. 상기 제1전극(100)은 가능한 한 상기 전기분해조(52)의 내에서 회전될 수 있는 최대한 넓은 면적을 갖도록 형성함이 바람직하다.

그리고 상기 간격유지유닛(70)은 전기분해를 위해 제1전극(100)에 대해 제 2전극(200)을 소정의 간격으로 유지시킴과 아울러 제 1전극(100)에 대해 제 2전극(200)을 밀착시켜 상대 이동시킴으로써 제1전극(100)과 제 2전극(200)에 부착된 이물을 제거할 수 있도록 구성된다.

상기 간격유지유닛(70)은 제2전극(200)들을 지지함과 아울러 제 1전극(100)들과 제 2전극(200)들을 소정의 간격으로 유지 및 밀착시킬 수 있는 것으로, 상기 전기분해조(52)의 상면측과, 상기 전기분해조(52)의 내부에 각각 상기 회전축(61)과 나란하게 설치되는 가이드로드(71)들을 구비한다. 상기 가이드로드(71)들에는 상기 제 2전극(200)들이 제1전극(100)들과 나란한 상태로 슬라이딩 가능하게 지지된다.

그리고 상기 전기분해조(52)의 상면측에는 상기 모터(72)에 의해 회전되는 리드스크류(73)가 상기 가이드로드(71)와 나란하게 설치되고, 이 리드스크류(73)는 각 제 2전극(200)의 상단부측에 설치되는 이송부재(74)와 나사결합된다. 리드스프류(72)와 나사결합된 이송부재(74)는 모터(72)에 의해 리드스크류(73)과 회전됨으로써 이동하게 되는데, 이 이송부재(74)에는 제 2전극(200))이 설치되어 있으므로 제 2전극(200)은 제 1전극(100)에 대해 전, 후진되게 된다.

한편, 상기 제 2전극(200)은 제 1전극(100)과 밀착되어 회전 시 상기 회전축(61)이 간섭되지 하면으로부터 인입된 삽입부(210)이 형성된다. 상기 제 2전극(200)에 삽입부(210)가 형성됨으로써 형성되는 가장자리는 도 4에 도시된 바와 같이 제 1전극(100)과의 밀착 시 제 1전극(100)의 표면을 스크랩핑 하게 된다.

상기 전기분해조(52)는 오니배출관(31)를 통하여 공급된 후 처리된 처리수를 상기 폭기조(20)로 공급하기 위한 배출관(76)이 설치된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수처리 장치의 작용과 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 수처리장치는 처리수가 혐기조(12)와 무산소조(13)를 거친 후에는 호기성 전해반응을 위한 폭지조(20)로 공급되고, 전기분해유닛(50)에 의해 철이온이 생성되어 전기분해조(52)로부터 폭기조(20)에 공급되고, 폭기조(20) 내의 인은 철산화물에 화학결합되어 제거된다.

이를 더욱 상세하게 설명하면, 전기분해유닛(50)의 전기분해조(52)에는 전침전조(30)에 침전된 고농도의 오니가 오니배출관(32)을 통하여 유입되고, 이의 내부에 설치된 제 1전극(100) 즉, 양극이 인가되며 철로 이루어진 제 1전극(100)의 표면에 생성된 2가 철이온이 생성되고, 2가의 철이온은 전기분해조(52) 내의 고농도 처리수에서의 전류 흐름에 따라 제1전극(100)에서 음극이 인가되는 제 2전극(210)의 철전극 표면으로 이동되고, 이 과정에서 배출관(76)을 통하여 처리수는 폭기조(50)로 유입된다. 그리고 상기 2가의 철이온은 폭기조(20) 내에서 용존산소와 반응하여 3가 철로 산화된다. 이때, 폭기조(20) 내 철이온은 용존 산소와 반응하여 주로 입자상의 철산화물을 형성하며, 오폐수 중의 인산염을 화학결합하여 제거한다.

또한, 상기 전기분해유닛(50)에서 석출된 철이온은 폭기조(20) 내의 질산화 박테리아의 증식을 활성화시킨다.

본 발명에 있어서, 철의 전기분해에 의한 인 제거는 전기분해에 의해 발생한 철이온과 유입수 중의 용해성 인산염을 반응시켜 불용성 침전물 형태로 만들어 제거하는 원리에 의해 이루어지며, 질소의 제거는 철의 전기분해에 의해 생성된 철이온이 질산화 박테리아의 증식을 촉진시켜 질산화율을 향상시킨다. 이렇게 질산화된 질산화물을 무산소조(13)로 내부반송시킴으로써 무산소조(13)에서 탈질하는 원리에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 폭기조(30)에서는 전기적 산화로 인해 유기물질의 산화, 분해능력이 상승하게 됨에 따라 슬러지 감량 효과도 향상된다.

상기 폭기조(20)에서 처리가 이루어진 후 처리수는 침전조(30)로 유입되고, 처리수 내부에 함유되어 있는 슬러지를 침전조(6) 아래로 침전시키고, 침전된 슬러지를 외부반송에 의해 전기분해유닛으로 반송시킨다. 그리고 상부의 처리수는 외부로 배출시킨다.

한편, 상술한 바와 같이 작동되는 전기분해유닛(60)은 회전축(61)에 설치된 제 1극(100)에 대해 제 2전극(200)의 간격을 조절할 수 있으므로 전기분해능력을 최상의 상태로 유지할 수 있다.

전기분해유닛(60)의 제 1전극(100)과 제 2전극(200)들의 간격 조절은 전기분해를 위한 전류를 일정 범위 내로 유지시키기 위한 것이다. 상기 제1전극(100)과 제 2전극(200)은 전원공급부를 통해 전원을 공급받아 구동하게 되는데, 공급전압은 일정하지만 폐수에 포함된 이물질의 양이나 농도 등 다양한 변수에 의해 저항값이 달라지기 때문에 전류량에 차이가 발생한다. 이러한 전극의 전류량은 전극 사이의 간격에 따라 달라지게 되는데, 제1전극(100)들과 제 2전극(200)들의 간격을 가변시킬 수 있으므로 상기 처리대상의 폐수의 상태에 따라 전류량의 변동이 발생을 줄일 수 있으므로 전기분해능력을 최상의 상태로 유지시킬 수 있게 된다.

이러한 전기분해를 위한 제 1,2전극(100)(200)의 간격은 간격유지유닛(70)에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 모터(72)에 의해 리드스크류(73)를 정역회전 시킴으로써 제 1전극(100)에 대해 제 2전극(200)을 이동시켜 간격을 조절한다.

그리고 상기 제 1전극(100)과 제 2전극(200)의 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위해서는 상기 제1전극(100)에 대해 제 2전극(200)을 밀착시켜 회전시킴으로써 이루어진다. 이를 더욱 상세하게 설명하면 상기 간격유지유닛(70)의 모터(72)를 구동시켜 리드스크류(73)를 회전시킴으로써 이와 나사 결합 된 이송부재(72)를 이동시켜 이에 설치되며 가이드로드(71)에 의해 가이드되는 제 2전극(200)을 제 1전극(100)에 밀착시킨다.

그리고 구동모터(62)를 회전시켜 회전축(61)을 회전시킴으로써 이에 설치된 제 1전극(100)이 회되도록 한다. 이와 같이 하면, 제 1전극(100)이 제 2전극(200)에 밀착된 상태로 회전하게 되고, 제 2전극(200)의 삽입부(210)를 이루는 개방된 가장자리(211)가 제 2전극(200)의 표면을 스크랩핑하게 된다. 따라서 제 1전극(100)의 표면에 부착된 이물을 제거할 수 있으므로 이 이물에 의해 전기분해의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 전기분해를 이용한 수처리장치는 제1,2전극(100)(200)의 간격을 조절할 수 있으므로 폐수의 상태나 분해조건이 변화되더라도 효율적인 전기분해가 이루어질 수 있는 전류량의 유지가 가능하여 전기분해효율이 극대화될 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 처리수가 유입되는 유입관를 가지는 폭기조와, 상기 폭기조와 배출관에 의해 연결되는 침전조와, 상기 침전조와 오니배출관과 연결되어 침전조에 의해 침전된 활성오니가 포함된 처리수가 유입되는 전기분해조와, 상기 전기분해조에 설치되어 고농도의 처리수를 전기분해 하기 위한 전기분해 유닛과, 상기 전기분해조와 연결되어 전기분해가 이루어진 처리수를 상기 폭기조에 공급하기 위한 배출관을 구비하며,
   상기 전기분해유닛은 전기분해조에 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 전기분해조의 프레임에 설치되어 회전축을 정역 회전시키기 위한 구동모터와, 상기 회전축에 소정의 간격으로 설치되어 회전축과 같이 회전하는 제 1전극들과,
   상기 전기분해조에 설치되는 간격유지유닛에 지지되며 상기 제1전극들과의 간격조절 및 제1전극들과 밀착되어 회전하는 제 1전극들의 표면에 부착된 이물을 제거하기 위한 제 2전극들을 구비한 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수처리 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 간격유지유닛은 제2전극들을 지지함과 아울러 제 1전극들과 제 2전극들을 소정의 간격으로 유지 및 밀착시킬 수 있는 것으로, 상기 전기분해조의 상면측과, 상기 전기분해조의 내부에 각각 상기 회전축과 나란하게 설치되어 상기 제 1전극들에 대해 제 2전극들을 상대 이동시킬 수 있도록 지지하는 가이드로드와, 상기 가이드로드와 나란하게 설치되어 상기 제 2전극들의 이송부재와 나사결합되는 리드스크류와, 상기 리드스크류를 회전시키기 위한 모터를 구비한 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수처리장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제 2전극은 철로 이루어지고 하단부측으로부터 상부측으로 회전축이 삽입되는 삽입부가 형성되며, 이 삽입부의 가장자리가 제1전극의 표면을 스크랩핑 하도록 된 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수처리장치.
   
   
   
   
   
   
   

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