KR102361906B1 - 하폐수 처리 재이용 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하폐수 처리 재이용 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미생물 공법 적용이 어려운 난분해성 또는 설치 면적이 협소하거나 신속한 하폐수처리가 요구될 때에 유입수탱크에서 순환탱크로 유입된 원수를 전기응집하고 처리수를 재순환하며 pH조정조, 침전조, 유출탱크 및 여과조를 통과시킴으로써, 전기에너지를 가하지 않아도 산화, 환원반응을 유발하는 영가철을 분말전극으로 형성하여 오염물질 제거의 효율성이 증대되고, 부피 대비 비표면적이 극대화되어 낮은 에너지 사용으로도 신속한 응집 반응성을 확보하며, 유기물에서부터 중금속까지 한 번의 프로세스로 오염물질을 제거할 뿐만 아니라 pH보정을 위한 추가 화학물질 투입이 없이 자연친화적으로 하폐수를 처리하는 하폐수 처리 재이용 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하폐수 처리 재이용 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미생물 공법 적용이 어려운 난분해성 또는 설치 면적이 협소하거나 신속한 하폐수처리가 요구될 때에 유입수탱크에서 순환탱크로 유입된 원수를 전기응집하고 처리수를 재순환하며 PH조정조, 침전조, 유출탱크 및 여과조를 통과시킴으로써, 전기에너지를 가하지 않아도 산화, 환원반응을 유발하는 영가철을 분말전극으로 형성하여 오염물질 제거의 효율성이 증대되고, 부피 대비 비표면적이 극대화되어 낮은 에너지 사용으로도 신속한 응집 반응성을 확보하며, 유기물에서부터 중금속까지 한 번의 프로세스로 오염물질을 제거할 뿐만 아니라 pH보정을 위한 추가 화학물질 투입이 없이 자연친화적으로 하폐수를 처리하는 하폐수 처리 재이용 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 수처리 기술은 처리방법에 따라 물리적, 화학적, 생물학적 처리로 구분되며, 1차 처리란 물리적 처리를 의미하고, 2차 처리는 화학적 처리와 생물학적 처리를 뜻한다. 그리고 3차 처리는 고도의 처리방식으로 상기 물리, 화학, 생물학적 처리를 모두 뜻한다.
오염물질별로는 자연분리물은 물리적 처리로 제거되고, 수용성 오염물질 및 콜로이드성 입자는 화학적 및 생물학적처리에서 제거되며, 질소, 인, 미량의 유기물과 무기물은 생물학적 처리 또는 분리막 등의 고도처리에 의해 제거된다.
생활하수는 질소, 인, 유기물을 미생물에 의한 활성슬러지법으로 제거하고, 산업폐수는 중금속 함유 폐수에 수용성 금속염을 첨가하여 가성소다 또는 소석회를 이용하여 pH를 조정하고, 고분자 응집제를 첨가하여 금속의 수산화물을 생성시켜 이를 부상 또는 침전시켜 슬러지화하여 제거한다.
이러한 수처리방식은 처리시간(15시간 전후) 확보를 위해 넓은 시설면적이 필요하며, 간헐적 하, 폐수량 증감시 융통성있는 대응이 제한될 뿐만 아니라 침전효율을 높이기 위해 화학약품 사용시 슬러지 처리비용이 증가되는 문제가 있다.
이와 같은 수처리 방식은 화학적 처리방식에서 약품사용을 줄일 수 있는 생물학적 처리방식으로 전환되어 왔으나 난분해성 폐수의 경우 물리화학적인 전처리 과정이 필요하며 최근에는 오존, 과산화수소 등을 이용한 화학적 산화방법도 이용되고 있다.
일반적인 화학 처리법에 비해 산화력을 증가시키기 위해 사용하는 방법은 고급산화법(Advanced Oxidation ProcessㆍAOP)으로, AOP란 강력한 산화력을 지닌 OH라디칼을 수중에 생성시켜 수중 오염물질인 유기물과 난분해성 물질을 산화처리하는 진일보된 화학 처리법이며 국내에 보급된 고급 산화법을 개략으로 살펴보면 펜톤 산화법, 오존 산화법, 광촉매 산화법, 전자빔 산화법 등이 있다.
이들 고급 산화법은 기존의 화학 처리법에 비해 강한 산화력을 가진 OH라디칼을 산화제로 사용하기 때문에 유기물을 산화시키는데 매우 효율적이지만 각각의 공법은 나름대로의 성능을 가지는데 비해 단점을 많이 갖고 있다.
예를 들어 약품을 이용한 펜톤 산화법은 약품의 사용으로 인한 유지비용 및 2차 오염원의 발생 우려가 있고, 오존을 이용한 오존 산화법은 오존 발생효율에 비해 전력비와 오존 후처리 시설이 반드시 필요하다는 점과 안전관리에 위험이 있다는 문제가 있다.
이러한 문제점을 최대한 극복하고 유기물 및 난분해성 물질을 완벽히 처리할 수 있는 기술의 개발이 급속한 산업화에 따라 급격히 악화되어 가고 있는 수자원의 보호를 위해 필수적인 연구과제이며, 처리효율이 탁월하고 2차 오염원의 발생우려가 없으며 유지관리가 용이한 경제적인 폐수처리 기술이 요구되고 있다.
한편, 전기응집방식은 전류를 공급하면 전극판에서 금속 이온이 용출되어 폐수 중의 오염물질과 응집 및 흡착하여 수소와 염소가스에 의해 부상되거나 침전됨으로써 오염물질이 제거되는 방식이다.
전기응집 원리에서 양극, 산화전극은 산소가 발생되고, SS,TDS, TOC 등 유기물 산화, 질소화합물 산화, 수질에 따라 차아염소산 발생으로 아질산, 질산의 간접산화 반응 등 다양한 산화반응이 활발해지며, 음극, 환원전극은 수소가 발생되고, 수산화라디칼을 생산하여 암모니아 성분을 아질산과 질산의 형태로 변환하며, 중금속 이온 및 인 화합물을 환원시켜 수산화물 형태로 침전 제거한다. 철 이온은 미립자에 부착하여 전하를 잃고 중성화되는 한편, 미립자에 극성을 부여하여 입자를 성장시켜 응집효과를 유발하며, 동시에 반응조에서 Fe3+ ↔ Fe2+ 형태로 산화, 환원반응을 거듭하다가 최종적으로 Fe(OH)3이나 중금속 또는 인 화합물 등과 결합하여 무해한 수산화물 형태로 침전된다.
이와 같은 전기응집방식은 유기물 외 중금속 등 다양한 오염물질 제거를 위해 응용범위가 넓고, 처리속도가 빠르며 처리효율이 우수할 뿐만 아니라 설치면적이 작으며 공정이 단순한 장점이 있다.
그러나 종래의 전기응집방식은 단순히 복수 개의 전극을 배열한 후 처리수를 통과시키는 방식이므로 전체적인 수처리 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-1221565호 전기응집을 이용한 폐수처리장치는 반응챔버의 내부로 유입되는 폐수에 일정량의 무기응집제 또는 유기응집제를 투입하거나 무기응집제와 유기응집제를 혼합 투입하여 플록의 형성을 향상시켜 응집속도를 보다 향상시키도록 하였으나, 화학약품을 투입함으로써, 침전물의 재이용이 어려워 방류를 할 수 없고 침전물을 폐기처분해야하는 단점이 있다.
그리고, 종래의 전기응집을 이용한 폐수처리장치는 전극의 효율이 쓰면 쓸수록 나빠지고, 양극에 경도성 물질이 달라붙어 효율성이 떨어지며, 청소해서 사용하려면 시스템을 정지해야할 뿐만 아니라 수질오염도에 따라 시설이 커지는 단점이 있다.
한편, 전기응집을 하는 경우 전극을 고정하는 고정장치를 반응조에 설치시 첫째, 고정장치의 양극단에 설치된 전극의 바깥쪽 계면을 흐르는 원수는 전기응집과정 없이 다음 과정으로 넘어가며, 둘째, 고정장치 사이에 공차가 생길 수 있으며, 공차가 생기면 원수가 전기응집과정에서 처리되지 않고 다음 과정으로 바로 넘어가서 처리수의 수질이 나빠지게 되므로 이를 처리하기 위해 전류밀도가 높아지며 에너지 손실이 발생될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
미생물 공법 적용이 어려운 난분해성 또는 설치 면적이 협소하거나 신속한 하폐수처리가 요구될 때에 유입수탱크에서 순환탱크로 유입된 원수를 전기응집하고 처리수를 재순환하며 PH조정조, 침전조, 유출탱크 및 여과조를 통과시키되, 전기에너지를 가하지 않아도 산화, 환원반응을 유발하는 영가철을 분말전극으로 형성하여 오염물질 제거의 효율성을 증대하고, 부피 대비 비표면적이 극대화되어 낮은 에너지 사용으로도 신속한 응집 반응성 확보하며, 유기물에서부터 중금속까지 한 번의 프로세스로 오염물질을 제거할 뿐만 아니라 pH보정을 위한 추가 화학물질 투입이 없이 자연친화적으로 하폐수를 처리하는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 목적은 광범위하게 유기, 무기 오염물질을 제거하고, 독성이 없는 금속산화물 형태로 분리하며, 설치비용 및 운영비용을 절감할 뿐만 아니라 특정폐수의 오염물질 제거율이 높고, 전극 계면에서 물의 전기분해를 통해 OH 라디칼이 생산되며, 살균효과를 가지는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 처리수에 존재할 수 있는 미량의 잔류 철이온을 제거하기 위해 드물게 선택되는 pH 보정 이외에 약품 첨가가 불필요하고, 슬러지 최적화를 통해 생산량을 저감시키며, 다양한 오염물질을 동시에 처리할 수 있는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 유입수탱크에서 순환탱크로 유입된 원수가 하부에서 상부로 이동하며 분말전극 사이에서 전기응집이 이루어지는 전기응집구간을 통과하고 순환구간으로 이동하되 상부에 뜨는 스컴은 스컴챔버로 이송되고, 하부로 가라앉는 침전물은 침전물배출구로 배출되며, 상등수유입부로 이송되지 못한 처리수가 순환펌프에 의해 흡입되어 전기응집구간으로 다시 이송되되, 유속을 빠르게 하여 재순환시킴으로써, 전극에 스케일을 방지하고 원수와 처리수를 골고루 섞을 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율과 전극수명을 높이는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 다공성의 분말 영가철을 압착시켜 직육면체 형상으로 형성되고, 전기응집 원리를 이용해 외부에서 공급되는 유입수에 포함된 오염물질을 응집시키며 용해되는 분말전극과, 상기 분말전극에 전기를 공급하기 위한 전극단말연결대가 삽입고정되되, 하부면에서 분말전극 사이로 유입수가 통과되도록 유입홈이 형성되고, 상기 전극단말연결대가 분말전극보다 높게 위치되도록 설치되며, 측면 상부에 분말전극에서 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수배출홈이 형성된 홀더로 이루어지는 분말전극 고정장치를 순환탱크의 전기응집구간에 삽입하여 유입수를 균일하게 처리하고 수처리 효율을 높이는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 순환탱크에서 전기응집구간을 1차 통과해 희석된 처리수를 원수가 유입되는 전기응집구간으로 다시 공급함으로써, 분말전극과 접촉시간을 충분하게 갖도록 하여 반응의 안정성을 확보하며, 원수의 수질에 따라 재순환흡입관에서 전기응집구간으로 배출되는 처리수의 유속을 조절하여 원수와 처리수를 보다 효율적으로 섞을 수 있는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 일일 처리용량에 따라 분말전극의 수와, 인가전류, 분당유량을 조절하여 연속적으로 하, 폐수를 처리할 수 있는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 분말전극 고정장치를 순환탱크의 전기응집구간에 삽입하고 다른 분말전극 고정장치와 전후면에서 서로 맞닿게 배치결합하며, 나란하게 배치된 다수의 분말전극 고정장치 상부에서 다수의 전극단말연결대가 연결되고 버스바에서 전기를 공급하여 전기응집하는 순환탱크의 크기를 조절하여 많은 양의 하, 폐수를 처리할 수 있는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 순환탱크의 전기응집구간에서 다수의 분말전극 고정장치를 나란하게 배치하였을 때도 분말전극 사이 간격을 동일하게 유지할 수 있어 균일하게 전기응집반응이 이루어지도록 하는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 분말전극 고정장치 하부면에 일정한 간격으로 형성되는 유입홈을 통해 유입된 유입수가 적층수납된 분말전극을 따라 올라오며 분말전극이 균일하게 용해되고 분말전극의 사이 간격이 멀어지면서 전압이 높아져 분말전극을 교체할 수 있도록 분말전극의 교체시기를 쉽게 알 수 있는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전극단말연결대가 삽입된 홀더에 분말전극이 적층삽입되고, 상기 분말전극이 전극단말연결대의 다극봉에 닿도록 스페이서가 삽입되어 전극단말연결대에서 분말전극으로 전기공급이 안정적으로 이루어지며, 상기 홀더의 하부면이 양측면으로부터 슬라이딩식으로 탈부착 가능하게 설치되어 분말전극의 교체가 용이한 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 화학약품 미사용으로 처리수를 공업용수, 농업용수 또는 상수원수까지 재이용이 가능하고, 상기 분말전극의 사용으로 전기소모량이 적고 분말전극의 수명이 길어지며 전극청소가 필요없을 뿐만 아니라 응집효과가 탁월한 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 분말전극으로 전극을 공급하는 전극단말연결대를 주기적으로 음극과 양극을 스위칭하여 분말전극 표면에 수소가스가 발생되며 달라붙는게 떨어지도록 하여 용이하고 깨끗하게 관리할 수 있는 하폐수 처리 재이용 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 원수가 저장되고, 원수공급관(110)이 결합되며, 원수를 다음처리과정으로 공급하기 위해 원수공급관(110)에 원수공급펌프(111)가 연결되는 유입수탱크(100)와; 상기 원수공급관(110)을 통해 공급되는 원수의 전기응집과 처리수의 순환이 이루어지는 반응조로 구비되는 순환탱크(200)와; 상기 순환탱크(200)와 상등수배출관(310)을 통해 연결되어 상등수의 pH를 조절하는 PH조정조(300)와; 상기 PH조정조(300)에서 이송된 처리수에서 슬러지의 침전이 이루어지는 침전조(400)와; 상기 침전조(400)에서 이송된 상등수가 유입되는 방류조로 이루어지는 유출탱크(500)와; 상기 유출탱크(500)에서 배출된 방류수를 필터로 여과하는 여과조(600)와; 상기 순환탱크(200)와 침전조(400)에서 이송된 슬러지가 유입 및 농축되는 슬러지탱크(700);를 포함하며, 상기 여과조(600) 후단에는 방류전에 수질을 측정하는 TMS(610)가 구비된다.
본 발명의 상기 순환탱크(200)는, 상부가 개방되게 형성되고, 일측면 상부에 원수공급관(110)이 연결되어 원수가 유입되는 원수유입구(201)가 형성되며, 반대측면에 상등수배출관(310)과 연결되는 상등수배출구(202)가 형성되는 반응조로 이루어지고; 상기 원수유입구(201)에 이격되어 배치되는 제1격벽(203)에 의해 원수가 하부에서 유입되고, 분말전극 고정장치(210)가 삽입장착되며, 전기의 공급으로 전기응집이 이루어지는 전기응집구간(220)과; 상기 전기응집구간(220)을 통과한 처리수가 제2격벽(204)의 상부에서 이송되되, 스컴은 상부에서 부유하고, 침전물은 하부의 침전물배출구(205)로 배출되며, 처리수가 재순환되는 리서큘레이션 탱크로 이루어지는 순환구간(230)과; 상기 순환구간(120)의 상부에서 전방에 판이 구비되며, 후방에 상기 판보다 높은 높이를 갖으며 막힌 격판(141)에 의해 상등수 배출이 방지되는 스컴챔버(130)와; 상기 스컴챔버(240)와 격판(251)으로 분리되고 하부에 형성된 상등수유입공으로 상등수가 유입되어 상기 상등수배출구(202)로 배출되는 상등수유입부(250)와; 상기 상등수유입부(250) 하부에서 상등수유입부(250)로 이동하지 못한 처리수를 흡입하여 전기응집구간(220)으로 이송하여 재순환시키기 위한 순환펌프(261)가 연결설치되는 재순환흡입관(260)을 포함한다.
본 발명은 상기 순환탱크(200)에서의 전기응집은 분말전극을 통하여 이루어지며, 분말전극을 고정하는 분말전극 고정장치(210)는, 다공성의 영가철을 압착시켜 직육면체 형상으로 형성하고, 외부에서 공급되는 유입수에 포함된 오염물질을 응집시키며 용해되는 분말전극(211)과; 다수의 분말전극(211)으로 전기를 공급하는 전극이 일정간격 이격되어 다극봉(212a)으로 이루어지며, 다극봉이 상부에서 연결되되 상기 분말전극(211)을 사이에 두고 배치된 분말전극(211) 보다 높게 형성되는 한 쌍의 전극단말연결대(212)와; 전후면과 상부면이 개방되고, 내측으로 분말전극(211)과 전극단말연결대(212)가 삽입되며, 하부면에 다수의 분말전극(211) 사이로 유입수가 통과되는 유입홈(213a)이 일정간격 이격되어 형성되고, 양측면에 길이방향으로 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)이 삽입되는 삽입홈(213b)이 형성되며, 측면 상부에 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수배출홈(213c)이 형성되는 홀더(213);를 포함하며; 상기 홀더(213)는 하부면의 중심 폭이 양측면의 폭보다 좁고, 하부면에서 전후면이 유입홈(213a)의 반으로 이루어져 다수의 홀더(213)가 연속 배치시 분말전극(211)이 다른 홀더(213)의 분말전극(211)과 동일한 간격으로 이격되도록 구비된다.
본 발명의 상기 원수공급관(110)에는 염산탱크(120) 및 소금물탱크(130)에서 염산과 소금물이 염산공급펌프(121) 및 소금물공급탱크(131)에 의해 공급되며, 상기 PH조정조(300)는 수산화나트륨탱크(320) 및 보조응집제탱크(330)에서 수산화나트륨과 보조응집제가 수산화나트륨공급펌프(321) 및 보조응집제공급펌프(331)에 의해 공급되고, 상등수배출관(310)에서 이송된 처리수를 교반한다.
본 발명의 상기 순환펌프(261)는 원수의 수질에 따라 재순환흡입관(260)에서 전기응집구간(220)과 연결되는 분기관(262)으로 배출되는 처리수의 유속을 조절하고, 상기 전기응집구간(220) 하부에는 응고된 슬러지가 배출되는 슬러지배출구(206)가 형성된다.
본 발명의 상기 분말전극(211)은 다공성 영가철 분말을 압착하여 이루어지고, 상기 전극단말연결대(212)가 삽입된 홀더(213)에는 분말전극(211)이 적층삽입되고, 상기 분말전극(211)이 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)에 닿도록 스페이서(214)가 삽입홈(213b)으로 삽입되며, 상기 홀더(213)가 다른 홀더(213)와 전후면으로 맞닿게 배치결합되고, 다수의 홀더(213) 상부에서 다수의 전극단말연결대(212)가 버스바(222)와 연결되어 전기를 공급받는다.
본 발명은 상기 침전조(400)와 슬러지탱크(700)를 연결하는 슬러지공급관(710)에 연결설치되는 슬러지펌프(711)는 침전조(400)에 축적된 슬러지 양이 많아지면 유출탱크(500)로 이월되기 전에 슬러지탱크(700)로 펌핑하고, 상기 순환탱크(200)에서 침전된 슬러지를 제거한다.
본 발명은 상기 유출탱크(500)에 연결된 방류수배출관(510)에 설치되는 방류펌프(511)는 유출탱크(500)에 설치되는 수위센서에 의해 제어되되, 수위가 제1설정치에 도달하면 작동하고, 제2설정치 이하면 멈추며, 제3설정치 이상일 경우 원수공급펌프(111), 염산공급펌프(121), 소금물공급펌프(131), 수산화나트륨공급펌프(321), 보조응집제공급펌프(331)를 정지시키고 전원공급장치의 전원이 차단된다.
본 발명의 상기 여과조(600)에는 석탄계 또는 야자계 분말 활성탄과 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW PE)을 교반하고 그 혼합물을 금형에 넣고 압축, 소성하여 원하는 크기로 절단하여 얻은 중공 원기둥 형태의 압축 카본블록 필터가 장착된다.
본 발명은 상기 스컴챔버(130)와 상등수유입부(250)는 하단이 동일 높이로 이루어져 스컴챔버(130)의 하부를 통과한 처리수만이 상등수유입부(250)로 유입된다.
따라서, 본 발명의 하폐수 처리 재이용 시스템은 미생물 공법 적용이 어려운 난분해성 또는 설치 면적이 협소하거나 신속한 하폐수처리가 요구될 때에 유입수탱크에서 순환탱크에 유입된 원수를 전기응집하고 처리수를 재순환하며 PH조정조, 침전조, 유출탱크 및 여과조를 통과시켜, 전기에너지를 가하지 않아도 산화, 환원반응을 유발하는 영가철을 분말전극으로 형성하여 오염물질 제거의 효율성을 증대하고, 부피 대비 비표면적이 극대화되어 낮은 에너지 사용으로도 신속한 응집 반응성 확보하며, 유기물에서부터 중금속까지 한 번의 프로세스로 오염물질을 제거할 뿐만 아니라 pH보정을 위한 추가 화학물질 투입이 없이 자연친화적으로 하폐수를 처리하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광범위하게 유기, 무기 오염물질을 제거하고, 독성이 없는 금속산화물 형태로 분리하며, 설치비용 및 운영비용을 절감할 뿐만 아니라 특정폐수의 오염물질 제거율이 높고, OH 라디칼이 생산되며, 살균효과를 가지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 처리수에 존재할 수 있는 미량의 잔류 철이온을 제거하기 위해 드물게 선택되는 pH 보정 이외에 약품 첨가가 불필요하고, 슬러지 최적화를 통해 생산량을 저감시키며, 다양한 오염물질을 동시에 처리할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 유입수탱크에서 순환탱크로 유입된 원수가 하부에서 상부로 이동하며 분말전극 사이에서 전기응집이 이루어지는 전기응집구간을 통과하고 순환구간으로 이동하되 상부에 뜨는 스컴은 스컴챔버로 이송되고, 하부로 가라앉는 침전물은 침전물배출구로 배출되며, 상등수유입부로 이송되지 못한 처리수가 순환펌프에 의해 흡입되어 전기응집구간으로 다시 이송되되, 유속을 빠르게 하여 재순환시킴으로써, 전극에 스케일을 방지하고 원수와 처리수를 골고루 섞을 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율과 전극수명을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다공성의 분말 영가철을 압착시켜 직육면체 형상으로 형성되고, 전기응집 원리를 이용해 외부에서 공급되는 유입수에 포함된 오염물질을 응집시키며 용해되는 분말전극과, 상기 분말전극에 전기를 공급하기 위한 전극단말연결대가 삽입고정되되, 하부면에서 분말전극 사이로 유입수가 통과되도록 유입홈이 형성되고, 상기 전극단말연결대가 분말전극보다 높게 위치되도록 설치되며, 측면 상부에 분말전극에서 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수배출홈이 형성된 홀더로 이루어지는 분말전극 고정장치를 순환탱크의 전기응집구간에 삽입하여 유입수를 균일하게 처리하고 수처리 효율을 높이는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 순환탱크에서 전기응집구간을 1차 통과해 희석된 처리수를 원수가 유입되는 전기응집구간으로 다시 공급함으로써, 분말전극과 접촉시간을 충분하게 갖도록 하여 반응의 안정성을 확보하며, 원수의 수질에 따라 재순환흡입관에서 전기응집구간으로 배출되는 처리수의 유속을 조절하여 원수와 처리수를 보다 효율적으로 섞을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 일일 처리용량에 따라 분말전극의 수와, 인가전류, 분당유량을 조절하여 연속적으로 하, 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 분말전극 고정장치를 순환탱크의 전기응집구간에 삽입하고 다른 분말전극 고정장치와 전후면에서 서로 맞닿게 배치결합하며, 나란하게 배치된 다수의 분말전극 고정장치 상부에서 다수의 전극단말연결대가 연결되고 버스바에서 전기를 공급하여 전기응집하는 순환탱크의 크기를 조절하여 많은 양의 하, 폐수를 처리할 수 있는 장점도 있다.
본 발명은 순환탱크의 전기응집구간에서 다수의 분말전극 고정장치를 나란하게 배치하였을 때도 분말전극 사이 간격을 동일하게 유지할 수 있어 균일하게 전기응집반응이 이루어지도록 하는 장점도 있다.
본 발명은 상기 분말전극 고정장치 하부면에 일정한 간격으로 형성되는 유입홈을 통해 유입된 유입수가 적층수납된 분말전극을 따라 올라오며 분말전극이 균일하게 용해되고 분말전극의 사이 간격이 멀어지면서 전압이 높아져 분말전극을 교체할 수 있도록 분말전극의 교체시기를 쉽게 알 수 있는 장점도 있다.
본 발명은 상기 전극단말연결대가 삽입된 홀더에 분말전극이 적층삽입되고, 상기 분말전극이 전극단말연결대의 다극봉에 닿도록 스페이서가 삽입되어 전극단말연결대에서 분말전극으로 전기공급이 안정적으로 이루어지며, 상기 홀더의 하부면이 양측면으로부터 슬라이딩식으로 탈부착 가능하게 설치되어 분말전극의 교체가 용이한 장점도 있다.
그리고, 본 발명은 화학약품 미사용으로 처리수를 공업용수, 농업용수 또는 상수원수까지 재이용이 가능하고, 상기 분말전극의 사용으로 전기소모량이 적고 전극의 수명이 길어지며 전극청소가 필요없을 뿐만 아니라 응집효과가 탁월한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전극단말연결대를 주기적으로 음극과 양극을 스위칭하여 분말전극 표면에 수소가스가 발생되며 달라붙는게 떨어지도록 하여 용이하고 깨끗하게 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 개략적인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 평면도이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 측면도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 배면도이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 전체구성도이고,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템에서 순환탱크의 사시도이고,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템에서 순환탱크의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 순환탱크에서 전기응집구간의 확대도이고,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 순환탱크의 전기응집구간에 삽입되는 분말전극 고정장치의 사시도이고,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 순환탱크의 전기응집구간에 삽입되는 분말전극 고정장치의 평면도와 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 평면도이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 측면도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 배면도이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템의 전체구성도이고,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템에서 순환탱크의 사시도이고,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하폐수 처리 재이용 시스템에서 순환탱크의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 순환탱크에서 전기응집구간의 확대도이고,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 순환탱크의 전기응집구간에 삽입되는 분말전극 고정장치의 사시도이고,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 순환탱크의 전기응집구간에 삽입되는 분말전극 고정장치의 평면도와 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명은 미생물 공법 적용이 어려운 난분해성 또는 설치 면적이 협소하거나 신속한 하폐수처리가 요구될 때에 하폐수처리를 위한 하폐수 처리 재이용 시스템으로, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이,
원수가 저장되고, 원수공급관(110)이 결합되며, 원수를 다음처리과정으로 공급하기 위해 원수공급관(110)에 원수공급펌프(111)가 연결되는 유입수탱크(100)와,
상기 원수공급관(110)을 통해 공급되는 원수의 전기응집과 처리수의 순환이 이루어지는 반응조로 구비되는 순환탱크(200)와,
상기 순환탱크(200)와 상등수배출관(310)을 통해 연결되고, 수산화나트륨탱크(320) 및 보조응집제탱크(330)가 연결되어 상등수배출관(310)에서 이송된 처리수에 수산화나트륨 및 보조응집제가 주입되고 교반하며 PH를 조절하는 PH조정조(300)와,
상기 PH조정조(300)에서 이송된 처리수에서 슬러지의 침전이 이루어지는 침전조(400)와,
상기 침전조(400)에서 이송된 상등수가 유입되는 방류조로 이루어지는 유출탱크(500)와,
상기 유출탱크(500)에서 배출된 방류수를 석탄계 또는 야자계 분말 활성탄과 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW PE)을 교반하고 그 혼합물을 금형에 넣고 압축, 소성하여 원하는 크기로 절단하여 얻은 중공 원기둥 형태의 압축 카본블록 필터로 여과하는 여과조(600)와,
상기 순환탱크(200)와 침전조(400)에서 이송된 슬러지가 유입 및 농축되는 슬러지탱크(700)를 포함한다.
상기 하폐수 처리 재이용 시스템은 유입수탱크(100)로 원수를 공급한 후, 순환탱크(200)와 연결된 원수공급관(110)에 설치된 원수공급펌프(111)에 의하여 원수를 순환탱크(200)로 이송한다.
상기 원수공급펌프(111)는 제1유량계(114)에 의해 제어된다. 자동제어를 위해서는 제1유량계(114)의 4-20mA 출력이 필요하며, 이것은 원수공급펌프(111)를 가동하는 변속 주파수를 제어하기 위함이다. 유량의 범위는 현장 여건에 따라 조절할 수 있어야 하며, 유입수탱크(100)의 수위가 10% 아래로 내려가거나 유출탱크(500) 수위가 95% 이상이 되면 원수공급펌프(111)의 전원이 차단된다.
한편, 상기 원수공급관(110)에는 원수 수질에 따라 pH나 전기전도도를 조절하기 위해 염산이나 소금물을 공급관에 공급하거나 색도 또는 난분해성 오염물질을 제거하기 위해 이산화염소, 과산화수소 등 산화제를 첨가하기 위한 염산탱크(120) 및 소금물탱크(130)와 염산공급펌프(121) 및 소금물공급펌프(131)가 구비되며, 상기 염산탱크(120) 및 소금물탱크(130)에서 염산 및 소금물이 염산공급펌프(121) 및 소금물공급탱크(131)에 의해 원수공급관(110)으로 공급되도록 한다.
상기 염산공급펌프(121)는 유입수탱크(100) 또는 원수공급관(110) 위에 설치된 pH센서(113)에 의해 제어되며, 자동제어를 위해서는 pH센서(113)의 신호가 pH 제어장치에 보내지면, 제어장치가 염산공급펌프(121)를 제어한다.
이때, 바람직한 원수 pH는 8이하여야 하고, 원수가 pH 8이하라면, 염산공급펌프(121)는 필요없다. pH 8이상이라면, 염산공급펌프(121)가 작동하여 pH를 조절한다. 다만 하폐수의 색도 제거와 난분해성 물질 산화를 위해 이산화염소나 과산화수소공급을 위한 펌프와 탱크로 용도가 변경될 수 있으며, 이 경우에는 제1유량계(114)의 측정값에 따라 유입수 L당 0.5~4ml 범위로 정량 주입방식으로 작동한다. 유입수탱크(100)의 수위가 10% 아래로 내려가거나 유출탱크(500) 수위가 95% 이상이 되면 염산공급펌프(121)의 전원이 차단된다.
상기 소금물공급펌프(131)는 유입수탱크(100) 또는 원수공급관(110) 위에 설치된 전기전도도센서(112)에 의해 제어된다. 바람직하게는 전도도의 설정값은 약 2,000㎲/㎠이고, 통상 설정값은 1,500㎲/㎠ 정도까지 줄일 수 있으나, 전기전도도가 낮으면 원수의 전기저항이 올라가 전력소모량이 증가하게 된다. 상기 유입수탱크(100)의 수위가 10% 아래로 내려가거나 유출탱크(500)의 수위가 95%이상이 되면 염산공급펌프(121)와 마찬가지로 소금물공급펌프(131)의 전원이 차단된다.
한편, 본 발명은 pH와 전기전도도가 조절된 원수가 유입수탱크(100)에서 순환탱크(200)으로 이동하며 전기응집 반응조를 거치며, 양극(anode, 산화전극)에서는 철이온(Fe2+, Fe3+)이 용해되어 원수 속 음이온으로 표면이 하전된 콜로이드(colloid)나 미립자(particle) 성상의 유기화합물과 SS(suspended solid)를 중성화시켜 응결(coagulation) 시키며, 전극계면에서 H2O(물)이 전기분해되며 O2가 방출되고 H+(수소이온)과 OH-(OH 라디칼)이 생성되어 유기물을 산화시키고, 음극(Cathode, 환원전극)에서는 전극계면에서 H2O(물)가 전기분해 되며 양극에서 생성된 H+(수소이온)과 결합하여 2개의 H2(수소)가 방출되며 동시에 OH-(OH 라디칼)이 생성되어 유기화합물과 결합한 철이온(Fe2+, Fe3+)을 무해한 철수산화물 형태로 환원시킨다.
본 발명은 양극(anode, 산화전극) 및 음극(Cathode, 환원전극) 전극계면에서 발생한 OH-(OH 라디칼)의 강력한 산화력으로 원수 속의 유기화합물과 질산성질소 또는 아질산성질소의 분자 결합력을 파괴하여 질소가스(N2)를 방출하여 총질소를 분해한다.
본 발명은 양극(anode, 산화전극)에서 용해된 철이온(Fe2+, Fe3+)이 원수 속의 인 화합물과 결합하여 인산철(FePO4) 형태로 손쉽게 침전시켜 총인을 제거한다.
본 발명은 양이온 형태로 거동하는 납, 수은, 카드뮴, 알루미늄, 구리 등 중금속을 양극(anode, 산화전극) 및 음극(Cathode, 환원전극) 전극계면에서 발생한 OH-(OH 라디칼)과 결합하여 무해한 수산화물 형태로 침전, 제거하며, 비소, 6가 크롬 및 셀레늄 등 음이온 형태로 거동하는 중금속을 철이온(Fe2+, Fe3+)과 양극(anode, 산화전극) 계면에서 발생한 H+(수소이온)과 OH-(OH 라디칼)에 의해 수산화철 화합물 또는 금속 수산화물 형태로 침전 제거한다.
본 발명은 pH 보정 또는 전기전도도를 높이기 위해 첨가된 염산(HCl)과 소금물(NaCl)이 전극계면에서 분해되며 염소가스(Cl2)를 방출하고 차아염소산(HOCl)을 생성하여 유기화합물을 간접 산화하여 분해하고, 암모니아성질소의 분자결합을 파과하여 질소가스(N2)를 방출하며 총질소를 저감한다.
상기 원수공급관(110)에 의해 원수를 공급받는 상기 순환탱크(200)는, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상부가 개방되게 형성되고, 일측면 상부에 원수공급관(110)이 연결되어 원수가 유입되는 원수유입구(201)가 형성되며, 반대측면에 상등수배출관(310)과 연결되는 상등수배출구(202)가 형성되는 반응조로 이루어지고, 상기 원수유입구(201)에 이격되어 배치되는 제1격벽(203)에 의해 원수가 하부에서 유입되고, 다수의 분말전극 고정장치(210)가 삽입장착되며, 전기를 공급하면 전기응집이 이루어지는 전기응집구간(220)과, 상기 전기응집구간(220)을 통과한 처리수가 제2격벽(204)의 상부에서 이송되되, 스컴은 상부에서 부유하고, 침전물은 하부의 침전물배출구(205)로 배출되며, 처리수가 재순환되는 리서큘레이션 탱크로 이루어지는 순환구간(230)과, 상기 순환구간(120)의 상부에서 전방에 판이 구비되며, 후방에 상기 판보다 높은 높이를 갖으며 막힌 격판(141)에 의해 상등수 배출이 방지되는 스컴챔버(130)와; 상기 스컴챔버(240)와 격판(251)으로 분리되고 하부에 형성된 상등수유입공으로 상등수가 유입되어 상기 상등수배출구(202)로 배출되는 상등수유입부(250)와, 상기 상등수유입부(250) 하부에서 상등수유입부(250)로 이동하지 못한 처리수를 흡입하여 전기응집구간(220)으로 이송하여 재순환시키기 위한 순환펌프(261)가 연결설치되는 재순환흡입관(260)을 포함한다.
이와 같이 상기 순환탱크(200)는 원수의 전기응집이 이루어지는 전기응집구간(220)과 처리수를 재순환하는 리서큘레이션탱크로 이루어지는 순환구간(230)을 구성된다.
상기 순환탱크(200)는 원수공급관(110)과 결합되는 원수유입구(201)를 통해 유입된 원수가 하부가 개방된 제1격벽(103)에 의해 하부로 이송되어 전기응집구간(220)으로 이동한다. 상기 전기응집구간(220)에는 분말전극 고정장치(210)가 다수 장착되며, 전기응집구간(220)으로 이동한 원수가 분말전극 고정장치(210)의 하부에서 상부로 이동하며 전기응집이 이루어지게 된다.
이때, 원수는 전기응집이 이루어지며 슬러지가 발생되고, 응고된 슬러지는 전기응집구간(220) 하부에 형성되는 슬러지배출구(206)를 통해 배출된다.
상기 슬러지배출구(206)에서 배출되는 슬러지는 전기응집구간(220)에서 원수 처리과정에서 생긴 침전물로 처리수가 순환구간(230)에서 이송되며 침전된 침전물이 배출되는 침전물배출구(205)에서 배출된 침전물과 함께 슬러지공급관(710)을 따라 슬러지탱크(700)로 이동하여 재처리되도록 구비된다.
본 발명에서 원수유입구(201)에서 유입되는 물은 원수이고, 상기전기응집구간(220)에서 1차 처리된 물에서 상등수배출구(202)를 통해 다음 단계로 이동하는 물은 상등수이며, 재순환흡입관(260)으로 흡입되어 전기응집구간(220)으로 재순환되는 물은 처리수이다.
본 발명에서는 원수의 수질에 따라 재순환흡입관(260)에서 전기응집구간(220)으로 배출되는 처리수의 유속을 순환펌프(261)에서 조절하여 원수와 처리수를 효과적으로 섞을 수 있도록 한다.
이때 유속은 원수에 경도물질이 많은가 적은가에 따라 달라지며, 일반적으로 원수 유입량의 2~4배 정도 높게 배출하도록 한다.
상기 전기응집구간(220)에서는 영가철을 이용해 분해(산화), 응집(환원)하고, 인을 제거하도록 한다
상기 전기응집구간(220)에 삽입되는 분말전극 고정장치(210)에는 영가철로 이루어지는 분말전극(211)이 삽입되며, 상기 영가철은 질소화합물과 물과 반응하여 이가철로 산화되면서 수산기를 발생시키고, 선택적 촉매산화/환원을 통한 질소화합물을 질소가스로 환원 및 제거한다. 영가철에서 발생된 이가철은 전극계면으로부터 수산화라디칼을 발생시키고 삼가철로 산화되면서 슬러지 공침현상(침전)을 촉진시킨다. 이때 발생된 수산화라디칼은 유기물을 분해하여 유기물 라디칼을 만들며 이 유기물 라디칼에 의해 삼가철은 다시 이가철로 환원되고 유기물 라디칼은 결국 산화분해된다
상기 분말전극 고정장치(210)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 원자가가 0인 다공성의 영가철을 압착시켜 직육면체 형상으로 형성하고, 외부에서 공급되는 유입수에 포함된 오염물질을 응집시키며 용해되는 분말전극(211)과, 다수의 분말전극(211)으로 전기를 공급하는 전극이 일정간격 이격되어 다극봉(212a)으로 이루어지며, 다극봉(212a)이 상부에서 연결되되 상기 분말전극(211)을 사이에 두고 배치된 분말전극(211) 보다 높게 형성되는 한 쌍의 전극단말연결대(212)와, 전후면과 상부면이 개방되고, 내측으로 분말전극(211)과 전극단말연결대(212)가 삽입되되, 하부면에 다수의 분말전극(211) 사이로 유입수가 통과되는 유입홈(213a)이 일정간격 이격되어 형성되고, 양측면에 길이방향으로 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)이 삽입되는 삽입홈(213b)이 형성되며, 측면 상부에 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수배출홈(213c)이 형성되는 홀더(213)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 전극단말연결대(212)는 도 8에 도시된 바와 같이 전기응집구간(220) 상부에서 제1격벽(203), 구획판(221)의 상부에 장착되는 버스바(222)와 전기선(223)으로 연결되어 전극을 분말전극(211)으로 공급하여 분말전극(211)에서 전기응집이 이루어지도록 한다.
한편, 상기 홀더(213)는 하부면의 중심 폭이 양측면의 폭보다 좁고, 하부면에서 전후면이 유입홈(213a)의 반으로 이루어져 다수의 홀더(213)가 연결시 분말전극(211)이 다른 홀더(213)의 분말전극(211)과 동일한 간격으로 이격되도록 구비되어 하부에서 유입되는 원수가 균일하게 처리되도록 된다.
상기 홀더(213)의 하부면(바닥면)에 형성된 상기 유입홈(213a)에서 유입되는 원수는 하, 폐수에서 무거운 침전물이 배제된 상태로 분말전극 고정장치(210)로 유입되어 분말전극(211)에서 전기응집이 이루어지며 오염물질이 제거되며 처리수가 되어 측면에 형성된 처리수배출홈(213c)을 통해 홀더(213)에서 배출된다.
상기 분말전극(211)은 영가철로 이루어지며, 영가철은 먼저 철광석을 석회석과 석탄과 함께 넣고 용융하여 다공성을 갖는 철을 얻고, 얻어진 다공성 철에 수소를 주입하여 열처리, 수소환원반응을 통해 이루어진다.
상기 영가철은 다공성을 갖는 분말로 철광석, 석회석, 석탄을 금형에 충진하고 밀폐한 뒤, 1,200도 이상으로 가열하면 석탄 및 석회석에서 발생한 이산화탄소 및 탄산가스 미세기포가 용융된 철에 혼재하며, 이를 냉각하여 다공성 철괴를 형성한 뒤, 재차 금형에 수소를 주입 후 밀폐하여 800도에서 40분 정도 열처리하여 수소환원 반응을 통해 형성된 다공성 영가철괴를 금형에서 탈착분리하여 파쇄 및 분쇄하되, 바람직하게는 70um~150um 크기의 다공성 영가철 분말을 금형틀에 충진한 뒤, 압착기로 압착하여 분말전극으로 형성한다. 다공성 영가철 분말은 스폰지철이라고도 하며 압착하면 접착제가 없이도 잘 붙는 성질(Inter-locking)을 가지므로 금형틀에 윤활제를 바르고 영가철 분말을 압착하며 탈착 후 직육면체의 분말전극을 불꽃에 노출시켜 윤활제를 날려 보내면 분말입자가 서로 단단하게 밀착 고결된 분말전극(211)을 얻을 수 있다.
이처럼 분말철이 소결된 분말전극(211)은 8.3mm 두께로 형성되고, 다른 분말전극(211)과 6mm 간격으로 홀더(213)에서 이격 배치되어 맞닿은 전극단말연결대(212)에서 전기가 제공되면 스스로 천천히 용해된다.
상기 분말전극(211)은 다수의 분말전극(211) 사이사이에 공급되는 유입수에 균일하게 녹아 용해되며 유입수에 있던 오염물질과 응집되면서 가라앉게 된다.
한편, 상기 분말전극(211)의 전면, 후면에 배치되는 다른 분말전극(211)과 사이 간격은 5mm에서 전기응집 반응이 가장 잘 이루어지나, 본 발명에서는 분말전극(211) 사이 간격을 6mm로 하고 유속을 빠르게 하여 전극교체주기를 빠르게 하였을 때 분말전극(211)의 두께가 8.3mm로 이루어짐이 바람직하다. 상기 분말전극(211)의 두께가 8.3mm로 이루어졌을때 오염물질 제거가 가장 효율적이게 된다.
상기 분말전극(211)은 균일하게 용해되어 얇아지며 다른 분말전극(211)과 사이 간격이 약 10mm 정도로 멀어지면 전압이 높아지며, 전압의 변경은 육안으로도 확인가능하므로 그때 전극을 교체하며, 교체시기는 대략 3~6개월 사이가 된다.
이때, 상기 분말전극(211)은 교체주기를 늘리기 위해 홀더(213)에 설치되는 분말전극(211)의 갯수를 늘릴 수 있게 된다.
또한, 상기 분말전극(211)은 주기적으로 전극단말연결대(212)의 전극을 교체하는 스위칭을 실시하여 표면에 수소가스가 발생되며 달라붙는게 떨어지도록 함으로써 교체주기를 관리할 수 있다. 그리고 상기 분말전극(211)은 전극을 스위칭만 해주면 오염물질이 붙지 않고 자연적으로 분해되며 소모된다.
이와 같은 분말전극(211)는 다른 전극에 비해 전기소모량이 적고 전극의 수명이 길며 스스로 용해되므로 전극청소가 필요없을 뿐만 아니라 응집효과가 탁월한 장점을 가진다.
이와 같이 본 발명은 자연상태에서 존재하지 않는 별도 전기에너지를 가하지 않아도 산화, 환원반응 유발하는 영가철을 전극으로 사용함으로써 오염물질 제거의 효율성을 증대한다.
한편, 상기 전극단말연결대(212)는 상부에 전기를 제공하는 버스바(222)가 구비되는 금속구조물로 이루어져 분말전극(211)으로 전기를 공급하는 것으로 하부에 전극이 연장형성되되 일정간격 이격되어 다극봉(212a)을 형성하고, 상기 다극봉(212a)이 상단부에서 연결형성된다.
상기 다극봉(212a)은 그 길이가 홀더(213)의 삽입홈(213b)의 길이보다 길게 형성되어, 상기 홀더(213)에 전극단말연결대(212)가 설치될 시에 다극봉(212a)의 상단은 도 9와 같이 삽입홈(213b)의 상부에 형성된 처리수배출홈(213c)과 같거나 더 높게 설치된다. 따라서, 다극봉(212a)은 분리된 틈 사이로 처리수가 배출되어 홀더(213)의 처리수배출홈(213c)를 지나 처리수가 이동된다. 이는 후술하는 전기제공시 처리수와의 높이와도 연계된다.
본 발명의 도면에서 상기 다극봉(212a)은 3개의 다리로 형성되나, 홀더(213)의 크기에 따라 그 개수가 변경될 수 있다. 상기 전극단말연결대(212)의 상단부는 다극봉(212a)에서 절곡형성되며 홀더(213)에서 이격되므로 홀더(213)에서 쉽게 삽입하고 빼낼 수 있게 된다.
그리고, 상기 전극단말연결대(212)는 분말전극(211)의 일측면이 닿을 수 있도록 구비되며, 다수의 분말전극(211)이 일정간격 이격되어 배치되는 홀더(213)에서 상기 전극단말연결대(212)가 분말전극(211)을 사이에 두고 양극과 음극의 전극을 갖는 한 쌍, 즉 양극전극봉, 음극전극봉으로 구비된다.
이에 전도성의 액체인 유입수가 유입홈(213a)을 통해 유입된 홀더(213)에서 양극전극봉의 양극과 음극전극봉의 음극에 의해 양극과 음극을 갖는 분말전극(211)이 교대로 배치되어 통전시켰을 때 전기응집 반응이 일어나 수처리가 이루어지게 된다. 또한, 양극전극봉과 음극전극봉은 삽입홈에서 서로 엇갈리게 배치되어, 양과 음의 전극봉이 하나의 분말전극(211)에서 접촉되지 않도록 한다.
이때, 상기 전극단말연결대(212)는 전극단말연결대(212)로 전기를 제공하는 버스바(222)와 연결되는 상단부가 유입수에 닿지 않도록 분말전극(211)보다 상부에 위치하도록 구비된다.
한편, 상기 분말전극(211)과 전극단말연결대(212)는 홀더(213)에 삽입되되, 상기 전극단말연결대(212)가 먼저 홀더(213)에 삽입고정되고, 그 다음 분말전극(211)이 다단으로 적층삽입되되, 원활한 삽입을 위해 전극단말연결대(212)와 일정공간을 두고 이격되게 배치된 분말전극(211)이 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)에 밀착되어 전극단말연결대(212)에서 분말전극(211)으로 안정적으로 전기공급이 이루어지도록 분말전극(211)에서 전극단말연결대(212)와 닿지 않는 반대측에서 스페이서(214)가 삽입장착되며 분말전극(211)을 밀어주도록 구비된다.
상기 스페이서(214)는 막대형상으로 이루어져 상기 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)이 삽입되지 않은 홀더(213)의 삽입홈(213b)으로 삽입되며 상부측이 절곡형성되어 쉽게 삽입홈(213b)으로 넣고 뺄 수 있도록 구비될 수 있다.
이와 같이 상기 홀더(213)는 전면과 후면 그리고 상부면이 개방되는 하우징으로 이루어져 내측으로 분말전극(211)과 전극단말연결대(212)가 삽입고정되되, 하부면에 배치되는 다수의 분말전극(211) 사이로 유입수가 통과되도록 유입홈(213a)이 일정간격 이격되어 형성되고, 양측면에 길이방향으로 상기 분말전극(211)과 닿아 전기를 공급하는 다극봉(212a)으로 이루어지는 전극단말연결대(212) 또는 스페이서(214)가 삽입되는 삽입홈(213b)이 형성되며, 양측면 상부에 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수배출홈(213c)이 형성된다. 상기 처리수배출홈(213c)의 내측은 다극봉(212a)이 배치되어 다극봉(212a) 사이의 틈새를 지나 처리수가 처리수배출홈(213c)으로 이동된다.
상기 홀더(213)의 하부면에는 6장의 분말전극(211)이 배치될 수 있도록 공간이 형성구비되고, 6장의 분말전극(211)의 상부로 6장씩 적층시켜 하나의 홀더(213)에 총 36장의 분말전극(211)이 삽입고정될 수 있게 된다.
상기 유입홈(213a)은 상기 분말전극(211) 사이 간격으로 동일한 폭인 6mm로 이루어지며, 상기 유입홈(213a) 사이에 분말전극(211)이 배치되는 부분의 폭이 분말전극(211)의 두께인 8.3mm로 이루어진다.
상기 유입홈(213a)은 도 10에 도시된 바와 같이 6장의 분말전극(211)이 배치되는 하부면에서 5개로 구비되며, 상기 홀더(213) 하부면에는 전면과 후면에 분말전극(211)이 배치되는 부분의 외측면이 오목한 형태로 형성된다.
이와 같이, 상기 홀더(213)는 하부면의 중심 폭이 양측면의 폭보다 좁고, 하부면에서 전후면이 유입홈(213a)의 반으로 형성되어, 그 폭이 상기 분말전극(211) 사이 간격 6mm의 반 3mm로 이루어져 다수의 홀더(213)가 결합시 하부면에서 양끝에 배치된 분말전극(211)과 다른 홀더(213)의 분말전극(211) 사이 간격, 홀더(213)의 하부면 전면이 다른 홀더(213)의 하부면 후면과 이격되어 홀더(213)와 홀더(213) 사이에서 유입수가 유입되는 곳이 상기 유입홈(213a)과 동일한 6mm 로 형성되도록 구비된다.
상기 처리수배출홈(213c)은 상기 홀더(213)의 상부에서 분말전극(211)을 통해 처리된 처리수가 배출되는 부분으로 이루어지며, 동시에 상기 분말전극(211)의 교체를 위해 홀더(213)를 잡아당기는 손잡이 역할을 할 수 있게 된다.
또한, 상기 홀더(213)의 하부면은 양측면으로부터 슬라이딩식으로 탈부착 가능하게 설치되어 분말전극(211)의 교체가 용이하게 이루어질 수 있게 된다. 또한, 하부면은 오염된 유입수가 유입되는 공간으로 계속하여 유입수에 의하여 오염되므로 짧은 기간에 손상을 입을 수 있어 하부면 자체를 교체할 수도 있다.
이때, 상기 홀더(213)의 양측면 내측 하부에는 결합홈이 형성되고, 상기 하부면 양측에는 상기 결합홈에 삽입되는 결합돌기가 형성된다. 그리고, 상기 홀더(213)의 양측면 상부에는 홀더(213)의 양측면을 서로 결합하여 지지하기 위한 지지대가 나란하게 결합설치된다.
이와 같이 분말전극(211), 전극단말연결대(212), 스페이서(214)가 삽입된 홀더(213)로 이루어지는 분말전극 고정장치(210)는 전기응집이 이루어지기 위해 전기응집구간(220)에 삽입되며 전기응집구간(220)에서 상기 홀더(213)가 다른 홀더(213)와 전후면으로 맞닿게 배치결합되고, 다수의 홀더(213) 상부에서 다수의 전극단말연결대(212)가 전기선(223)으로 버스바(222)와 연결되어 전기를 공급받도록 구비된다.
상기 버스바(222)에는 스컴이 닿지 않도록 버스바(222)와 분말전극(211) 사이 거리를 15cm 정도로 유지하도록 설치되며, 상기 버스바(222)에서 전기를 제공하면 분말전극(211)이 소모되고, 전압이 상승하면 교체시기를 파악할 수 있게 된다.
상기 분말전극(211)은 전기응집 반응으로 균일하게 소모되며 유입수의 오염물질과 붙어 응집되어 하부로 떨어지게 된다.
이와 같이 본 발명의 분말전극 고정장치(210)는 유입수가 홀더(213) 하부면의 유입홈(213a)을 통해 하부에서 유입되고, 적층결합된 분말전극(211) 사이를 통과하며 전기응집이 이루어지며, 상기 분말전극(211)을 통해 오염물질이 제거된 처리수가 상부의 처리수배출홈(213c)을 따라 상부에서 배출되어 다음 처리과정으로 이동하게 된다.
이와 같이 원수가 분말전극(211) 사이를 통과하며 전기응집이 이루어지고 홀더(213) 상부에서 처리수가 배출되되, 전기응집구간(220)에서 하부가 개방된 구획판(221)으로 다수의 공간으로 분리되어 하부에서 유입되는 원수와, 재순환흡입관(260)과 연결된 분기관(262)에서 배출된 처리수가 골고루 섞여지며 반응을 일으켜 슬러지가 분리된 상태로 제2격벽(204)의 상부에서 전기응집구간(220)을 지나 순환구간(230)으로 이송된다.
상기 순환구간(230)으로 유입된 처리수에서 상부에 뜨는 스컴은 처리수가 흐르는 방향 끝부분에 설치된 스컴챔버(240)에 모이도록 하고, 하부에 가라앉는 침전물은 순환구간(230) 하부에 형성된 침전물배출구(205)를 통해 슬러지공급관(710)을 따라 슬러지탱크(700) 배출되도록 한다.
상기 스컴챔버(240)는 처리수 표면에 더러운 성분이 모이는 거품인 스컴을 잡아두기 위해 전방에 다수의 돌기(241)가 상부에 형성되는 판이 구비되고, 내부에 스컴을 흡입하여 제거시키기 위해 스컴제거관(242)이 구비되게 된다.
상기 스컴챔버(240)는 상등수유입부(250)와 격판(251)으로 분리형성되고, 상기 상등수유입부(250)는 하부에 상등수유입공이 형성되어 스컴이 제거된 상등수가 유입되면 원수유입구(201) 반대측에 형성되는 상등수배출구(202)로 배출되는 상등수가 모이는 공간으로 이루어진다. 상기 격판(251)은 상기 돌기(241)보다 높게 형성되어 돌기(241) 사이를 통과한 스컴이 격판(251)을 통과하지 못한다. 상등수유입부(250)는 하부에 상등수유입공이 형성되며, 돌기(241) 쪽이 아닌 하부로 유입되며, 도면 스컴챔버(240)의 하단과 동일한 높이가 되어 스컴챔버(240)의 하단(또는 하부)를 통과한 처리수만이 유입된다.
상기 상등수배출구(202)는 상등수배출관(310)과 연결되어 상등수가 다음 단계인 PH조정조(300)로 이송되게 된다.
상기 상등수유입부(250) 하부에 구비되는 재순환흡입관(260)은 외주면에 다수의 통공이 형성되어 상등수유입부(250)로 이동하지 못한 처리수를 흡입하여 전기응집구간(220)으로 이송하도록 한다.
상기 재순환흡입관(260)은 순환탱크(200) 외부에서 순환펌프(261)와 연결되고, 상기 순환펌프(261)는 분기관(262)과 연결되어 상기 분기관(262)이 전기응집구간(220)의 하부에서 다수로 분기되어 처리수를 분말전극 고정장치(210) 하부에서 배출하도록 한다.
상기 재순환흡입관(260)에서 순환구간(230)에 위치한 부분 외주면에 다수의 통공이 형성되고, 상기 분기관(262)에서 전기응집구간(220)에 위치한 부분 외주면에도 다수의 통공이 형성되어 처리수의 흡입 및 배출이 원활하게 이루어지도록 구비된다.
이와 같은 순환탱크(200)는 일측면 상부에 원수가 유입되는 원수유입구(201)가 형성되고, 상기 원수유입구(201)에 이격되어 배치되는 제1격벽(203)에 의해 원수가 하부에서 유입되는 전기응집구간(220)이 형성되되, 상기 전기응집구간(220)에는 다수의 분말전극 고정장치(210)가 삽입장착되고, 상기 전기응집구간(220)에서 분말전극 고정장치(210)를 통과한 처리수를 상부로 이송하는 제2격벽(204)이 형성되며, 상기 전기응집구간(220)을 통과한 처리수에서 스컴은 상부로 이송되고, 침전물은 하부의 침전물배출구(205)로 이송되는 순환구간(230)이 형성되되, 상기 순환구간(230)의 일측 상부에 스컴을 걸러내는 스컴챔버(240)가 설치되고, 상기 스컴챔버(240)와 격판(251)으로 분리되고 하부에 상등수유입공으로 상등수가 유입되어 다음 처리과정으로 배출되는 상등수유입부(250)가 구비되며, 상기 상등수유입부(250) 하부에서 상등수유입부(250)로 이동하지 못한 처리수를 흡입하여 재순환시키기 위한 재순환흡입관(260)이 설치되되, 상기 재순환흡입관(260)이 순환펌프(261)와 연결되어 상기 순환구간(230)에서 흡입한 처리수의 유입량을 조절하여 전기응집구간(220)으로 빠르게 배출하도록 함으로써, 전기응집 반응이 효율적으로 이루어지도록 형성된다.
그리고, 상기 순환탱크(200)는 상기 재순환흡입관(260)이 재순환흡입관결합부(207)에서 결합되고, 상기 분기관(262)이 분기관결합부(208)에서 결합된다.
한편, 상기 전기응집구간(220)은 분말전극(211)과 분말전극(211) 사이의 부피가 처리수 유입량과 1:1이 되도록 설계하고, 전기응집구간(220)에 설치되는 정류기는 파일럿 검사에서 얻은 전류밀도를 참고하여 공급전류의 정격용량을 결정하며 자동 극성 반전(auto polarity reversing) 기능을 포함하도록 한다.
한편, 상기 순환구간(230)은 응집반응의 안정성과 전극 스케일 제거를 위해 설치되며 유입수 부피의 10~30배 부피로 설계하는데 테스트를 거쳐서 정확한 부피를 계산하여 형성하도록 한다.
상기 전기응집구간(220)으로 보내지는 전원은 직류전원 공급장치에 의해 공급되고, EC 전극에 공급되는 전류량은 오염물의 농도와 이를 응집저감하기 위한 전류밀도, 수리학적 체류시간 등의 변수들에 따라 결정하는데, 반드시 Teaser 및 Pilot test를 거쳐 최적의 전류밀도와 처리수질을 확인하여야 한다.
본 발명의 하폐수 처리 재이용 시스템은 정전류방식으로 운영되고, 전압은 전류의 세기와 저항의 크기에 따라 결정되며 고정된 값이 아니다.
teaser에 사용되는 전극의 면적은 0.005㎡이고, pilot 및 full scale에 사용되는 전극의 면적은 0.023㎡이다. teaser에 사용되는 분말전극(211)의 수는 2장이고, pilot은 12장이다. Full scale의 경우 처리용량 일일 100톤 규모는 576장이 사용된다. 일일 처리용량 15톤 규모에 설치할 직류전원 공급장치의 규격은 안전율을 고려하여 200A, 가장 바람직하게는 300A 규격을 설치해야 하며, 300톤의 경우 5,000A 규격의 정류기가 설치되어야 한다.
그리고 상기 순환탱크(200)는 개방된 상부면을 덮을 수 있는 덮개(270)가 구비되어야 하는데 이는 버스바(222) 등이 노출되어 감전사고가 발생할 수 있으므로 이를 차단하도록 한다. 그리고, 전원공급장치에 전기를 차단할 수 있는 안전스위치가 설치되어야 한다. 또한, 상기 순환탱크(200)는 바닥으로부터 지지할 수 있도록 외부지지대(280)와, 내부 공간을 지지하는 내부지지대(290)가 더 형성된다.
그리고 상기 유입수탱크(100) 수위가 10% 아래로 내려가거나 유출탱크(500) 수위가 95% 이상이 되면 직류전원 공급장치 전원이 차단된다.
또한, 상기 순환탱크(200)에 장착되는 순환펌프(261)는 재순환흡입관(260)에 설치되는 제2유량계(263)의 육안검사에 의해 제어하고, 밸브를 이용해 유량을 수동으로 조절하도록 한다.
상기 순환펌프(261) 유량의 적정범위는 원수의 수질에 따라 유입유량의 0.75~4배로 설정하며, 순환탱크(200)의 목적이 반응의 안정성 확보와 전극 Scale제거인 만큼 탄력적으로 운영하도록 한다. 그리고 상기 순환펌프(261) 또한 유입수탱크(100) 수위가 10% 아래로 내려가거나 유출탱크(500) 수위가 95% 이상이 되면 전원이 차단된다.
상기 순환탱크(200)에서 처리되어 상등수배출관(310)을 통해 이동하는 상등수는 침전조배출관(340)을 통해 침전조(400)로 이동하기 전에 PH조정조(300)에서 방류수의 pH를 조절하거나 반응 잔류 철이온의 제거를 위해 수산화나트륨(가성소다)를 수산화나트륨탱크(320)에서 수산화나트륨공급펌프(321)로 첨가하여 pH를 조절하고, 보조응집제(폴리머)를 보조응집제탱크(330)에서 보조응집제공급펌프(331)로 이송, 투입하여 침전의 속도를 크게 향상시킬 수 있다.
상기 수산화나트륨공급펌프(321)는 PH조정조(300)에 설치되는 pH 센서를 통해 제어된다. pH 전극이 신호를 pH제어기에 보내서 수산화나트륨공급펌프(321)를 제어한다. PH조정조(300) 내의 pH의 바람직한 값은 7.5~8.5이며, 가장 바람직한 값은 8.5이다. 수산화나트륨(NaOH) 주입위치는 PH조정조(300)이며, 상등수와 교반기(350)를 이용해 급속교반한다. 상등수의 수질에 따라 pH를 내려야 한다면 염화수소(HCl)를 주입할 수도 있다. 유입수탱크(100) 수위가 10% 아래로 내려가거나 유출탱크(500) 수위가 95%이상이 되면 수산화나트륨공급펌프(321)의 전원이 차단된다.
그리고, 보조응집제공급펌프(331)는 다른 장치의 제어를 받지 않고, 필요한 보조응집제(폴리머)의 주입량에 따라 정량으로 조절하며, 최적 폴리머 주입량을 결정하기 위해서는 슬러지 침전 Jar test를 수행한다. 상기 보조응집제공급펌프(331) 또한 유입수탱크(100) 수위가 10% 아래로 내려가거나 유출탱크(500) 수위가 95%이상이 되면 전원이 차단된다.
상기 순환탱크(200) 및 침전조(400)에 침전된 슬러지는 슬러지펌프(711)를 이용하여 주기적으로 슬러지탱크(700)로 이송되며, 침전조(400)의 상등수는 방류수탱크, 즉 유출탱크(500)로 자연스럽게 이동하고 유출탱크(500)에서 방류펌프(511)를 통해, 석탄계 또는 야자계 활성탄을 압축, 소성하여 중공원기둥 형태의 카본블록필터로 이루어져 있는 여과조(600)조 보내 처리수에 잔존하는 입자가 큰 먼지, 녹, 잔여 슬러지를 비롯해 잔류하는 총유기탄소(TOC), 냄새, 색도, THMs 등을 최종 여과한 후 방류하도록 한다.
상기 슬러지펌프(711)는 다른 장치의 제어를 받지 않고 침전조(400)에 있는 슬러지를 육안으로 관찰하여 제어할 수 있다. 상기 침전조(400)에 축적되 슬러지의 양이 너무 많아져 유출탱크(500)로 이월되기 전에 슬러지탱크(700)로 펌핑해야 한다. 슬러지 펌핑의 빈도는 슬러지 양을 고려하여 결정하는데, 보통 일일 2~3회 실시한다. 상기 슬러지펌프(711)는 순환탱크(200)에서 침전된 슬러지를 제거하는데도 사용한다.
상기 침전조(400)의 상부에는 유출탱크(500)로 방류하는 방류조배출관(410)이 연결설치되고, 상기 침전조(400) 하부에는 침전물배출부(420)가 구비되어 슬러지공급관(710)을 통해 슬러지탱크(700)와 연결된다.
상기 방류조배출관(410)과 연결되는 방류조로 이루어지는 유출탱크(500)에는 수위센서가 설치되고, 하부에 결합되는 방류수배출관(510)에 방류펌프(511)가 설치된다. 상기 방류펌프(511)는 유출탱크(500)에 설치된 수위센서에 의해 제어되며, 수위센서는 각각 95%,80%, 25% 위치값을 측정할 수 있어 수위가 80% 도달하면 방류펌프(511)가 작동하면, 20% 이하면 방류펌프(511)가 작동을 멈춘다.
상기 유출탱크(500)의 수위가 95% 이상일 경우, 원수공급펌프(111), 염산공급펌프(121). 소금물공급펌프(131), 수산화나트륨공급펌프(321), 보조응집제공급펌프(331)를 정지시키고 전원공급장치의 전원이 차단되며, 이때 여과조(600)의 필터를 교체하도록 한다.
한편, 슬러지탱크(700)에 모여진 슬러지는 슬러지공급펌프(712)를 통해 필터프레스(800) 또는 별도의 벨트프레스, 원심분리기 등에 의해 수분이 저감된 케이크 형태로 배출되며, 이때 발생한 슬러지 처리수는 별도의 펌프로 슬러지처리수이송관(810)을 통해 반송하여 유입수탱크(100)로 보내져 처리한다.`
본 발명의 유입수탱크(100) 전단에는 협작물을 제거하는 모터를 포함하는 스크린이 구비되나, 이러한 스크린은 일반적으로 적용되고 있으므로 이에 대한 설명을 생략하였다. 또한, 유입수 탱크(100) 내부와 여과조(600)를 통과한 처리수의 수질을 측정하는 TMS(Tele-Monitoring System, 610)이 구비되어 수질을 원격으로 실시간으로 모니터링할 수 있다. 특히, 상기 TMS(610)는 여과조(600) 후단에서 방류전에 수질을 측정하며 수질이 방류 기준에 미치지 못하면 방류를 하지 않고, 유입수탱크(100)로 피드백시켜 다시 수질처리를 실시한다. 본 발명의 본 발명의 하폐수 처리 재이용 시스템은 강한 하폐수도 대부분 처리할 수 있으나, 유입수의 수질이 극단적으로 나쁜 경우에는 방류 기준에 미치지 못할수도 있어 유입수탱크(100)로 피드백시키는 구성을 선택적으로 채택한다.
본 발명의 하폐수 처리 재이용 시스템의 처리범위는 중금속, 유기물질, TDS, 경도, 암모니아, 질소 및 인 화합물 등이고, 다양한 수원에 포함된 오염물질을 처리하여 다양한 방류수 기준을 만족하도록 설계되며, 전처리 공정, 전기응집 공정, 고액분리 및 여과공정으로 구성되되, 설치현장의 여건에 따라 전처리 공정과 고액분리 및 여과공정을 자유롭게 설계할 수 있다.
따라서, 본 발명의 하폐수 처리 재이용 시스템은 미생물 공법 적용이 어려운 난분해성 또는 설치 면적이 협소하거나 1시간 이내의 신속한 하폐수처리가 요구될 때에 유입수탱크(100)에서 순환탱크(200)로 유입된 원수를 전기응집하고 처리수를 재순환하며 PH조정조(300), 침전조(400), 유출탱크 (500) 및 여과조(600)를 통과시켜, 전기에너지를 가하지 않아도 산화, 환원반응을 유발하는 영가철을 분말전극으로 형성하여 오염물질 제거의 효율성을 증대하고, 부피 대비 비표면적이 극대화되어 낮은 에너지 사용으로도 신속한 응집 반응성 확보하며, 유기물에서부터 중금속까지 한 번의 프로세스로 오염물질을 제거할 뿐만 아니라 pH보정을 위한 추가 화학물질 투입이 없이 자연친화적으로 하폐수를 처리하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광범위하게 유기, 무기 오염물질을 제거하고, 독성이 없는 금속산화물 형태로 분리하며, 설치비용 및 운영비용을 절감할 뿐만 아니라 특정폐수의 오염물질 제거율이 높고, 과산화수소 및 오존이 생산되며, 살균효과를 가지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 pH 보정 이외에 약품 첨가가 불필요하고, 슬러지탱크(700)에서 슬러지 최적화를 통해 생산량을 저감시키며, 다양한 오염물질을 동시에 처리할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 유입수탱크(100)에서 순환탱크(200)로 유입된 원수가 하부에서 상부로 이동하며 분말전극(211) 사이에서 전기응집이 이루어지는 전기응집구간(220)을 통과하고 순환구간(230)으로 이동하되 상부에 뜨는 스컴은 스컴챔버(240)로 이송되고, 하부로 가라앉는 침전물은 침전물배출구(205)로 배출되며, 상등수유입부(250)로 이송되지 못한 처리수가 순환펌프(261)에 의해 흡입되어 전기응집구간(220)으로 다시 이송되되, 유속을 빠르게 하여 재순환시킴으로써, 분말전극(211)에 스케일을 방지하고 원수와 처리수를 골고루 섞을 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율과 전극수명을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다공성의 영가철을 압착시켜 직육면체 형상으로 형성되고, 전기응집 원리를 이용해 외부에서 공급되는 유입수에 포함된 오염물질을 응집시키며 용해되는 분말전극(211)과, 상기 분말전극(211)에 전기를 공급하기 위한 전극단말연결대(212)가 삽입고정되되, 하부면에서 분말전극(211) 사이로 유입수가 통과되도록 유입홈(213a)이 형성되고, 상기 전극단말연결대(212)가 분말전극(211)보다 높게 위치되도록 설치되며, 측면 상부에 분말전극(211)에서 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수배출홈(213c)이 형성된 홀더(213)로 이루어지는 분말전극 고정장치(210)를 순환탱크(200)의 전기응집구간(220)에 삽입하여 유입수를 균일하게 처리하고 수처리 효율을 높이는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 순환탱크(200)에서 전기응집구간(220)을 1차 통과해 희석된 처리수를 원수가 유입되는 전기응집구간(220)으로 다시 공급함으로써, 분말전극(211)과 접촉시간을 충분하게 갖도록 하여 반응의 안정성을 확보하며, 원수의 수질에 따라 재순환흡입관(260)에서 전기응집구간(220)으로 배출되는 처리수의 유속을 조절하여 원수와 처리수를 보다 효율적으로 섞을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 일일 처리용량에 따라 분말전극(211)의 수와, 인가전류, 분당유량을 조절하여 연속적으로 하, 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 분말전극 고정장치(210)를 순환탱크(200)의 전기응집구간(220)에 삽입하고 다른 분말전극 고정장치(210)와 전후면에서 서로 맞닿게 배치결합하며, 나란하게 배치된 다수의 분말전극 고정장치(210) 상부에서 다수의 전극단말연결대(212)가 버스바(222)로 연결되고 상기 버스바(222)에서 전기를 공급하여 전기응집하는 순환탱크(200)의 크기를 조절하여 많은 양의 하, 폐수를 처리할 수 있는 장점도 있다.
본 발명은 순환탱크(200)의 전기응집구간(220)에서 다수의 분말전극 고정장치(210)를 나란하게 배치하였을 때도 분말전극(211) 사이 간격을 동일하게 유지할 수 있어 균일하게 전기응집반응이 이루어지도록 하는 장점도 있다.
본 발명은 상기 분말전극 고정장치(210) 하부면에 일정한 간격으로 형성되는 유입홈(213a)을 통해 유입된 유입수가 적층수납된 분말전극(211)을 따라 올라오며 분말전극(211)이 균일하게 용해되고 분말전극(211)의 사이 간격이 멀어지면서 전압이 높아지면 분말전극(211)을 교체할 수 있도록 분말전극(211)의 교체시기를 쉽게 알 수 있는 장점도 있다.
본 발명은 상기 전극단말연결대(212)가 삽입된 홀더(213)에 분말전극(211)이 적층삽입되고, 상기 분말전극(211)이 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)에 닿도록 스페이서(214)가 삽입되어 전극단말연결대(212)에서 분말전극(211)으로 전기공급이 안정적으로 이루어지며, 상기 홀더(213)의 하부면이 양측면으로부터 슬라이딩식으로 탈부착 가능하게 설치되어 분말전극(211)의 교체가 용이한 장점도 있다.
그리고, 본 발명은 화학약품 미사용으로 처리수를 공업용수, 농업용수 또는 상수원수까지 재이용이 가능하고, 상기 분말전극(211)의 사용으로 전기소모량이 적고 분말전극(211)의 수명이 길어지며 전극청소가 필요없을 뿐만 아니라 응집효과가 탁월한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전극단말연결대(212)를 주기적으로 음극과 양극을 스위칭하여 분말전극(211) 표면에 수소가스가 발생되며 달라붙는게 떨어지도록 하여 분말전극(211)을 용이하고 깨끗하게 관리할 수 있다.
100 : 유입수탱크 110 : 원수공급관
111 : 원수공급탱크 112 : 전기전도도센서
113 : pH센서 114 : 제1유량계
120 : 염산탱크 121 : 염산공급펌프
130 : 소금물탱크 131 : 소금물공급펌프
200 : 순환탱크 201 : 원수유입구
202 : 상등수배출구 203 : 제1격벽
204 : 제2격벽 205 : 침전물배출구
206 : 슬러지배출구 207 : 재순환흡입관결합부
208 : 분기관결합부
210 : 분말전극 고정장치 211 : 분말전극
212 : 전극단말연결대 212a : 다극봉
213 : 홀더 213a : 유입홈
213b : 삽입홈 213c : 처리수배출홈
214 : 스페이서 220 : 전기응집구간
221 : 구획판 222 : 버스바
223 : 전기선 230 : 순환구간
240 : 스컴챔버 241 : 돌기
242 : 스컴제거관 250 : 상등수유입부
251 : 격판 260 : 재순환흡입관
261 : 순환펌프 262 : 분기관
263 : 제2유량계 270 : 덮개
280 : 외부지지대 290 : 내부지지대
300 : PH조정조 310 : 상등수배출관
320 : 수산화나트륨탱크 321 : 수산화나트륨공급펌프
330 : 보조응집제탱크 331 : 보조응집제공급펌프
340 : 침전조배출관 350 : 교반기
400 : 침전조 410 : 방류조배출관
420 : 침전물배출부
500 : 유출탱크 510 : 방류수배출관
511 : 방류펌프
600 : 여과조 610 : TMS
700 : 슬러지탱크 710 : 슬러지공급관
711 : 슬러지펌프 712 : 슬러지공급펌프
800 : 필터프레스 810 : 슬러지처리수이송관
111 : 원수공급탱크 112 : 전기전도도센서
113 : pH센서 114 : 제1유량계
120 : 염산탱크 121 : 염산공급펌프
130 : 소금물탱크 131 : 소금물공급펌프
200 : 순환탱크 201 : 원수유입구
202 : 상등수배출구 203 : 제1격벽
204 : 제2격벽 205 : 침전물배출구
206 : 슬러지배출구 207 : 재순환흡입관결합부
208 : 분기관결합부
210 : 분말전극 고정장치 211 : 분말전극
212 : 전극단말연결대 212a : 다극봉
213 : 홀더 213a : 유입홈
213b : 삽입홈 213c : 처리수배출홈
214 : 스페이서 220 : 전기응집구간
221 : 구획판 222 : 버스바
223 : 전기선 230 : 순환구간
240 : 스컴챔버 241 : 돌기
242 : 스컴제거관 250 : 상등수유입부
251 : 격판 260 : 재순환흡입관
261 : 순환펌프 262 : 분기관
263 : 제2유량계 270 : 덮개
280 : 외부지지대 290 : 내부지지대
300 : PH조정조 310 : 상등수배출관
320 : 수산화나트륨탱크 321 : 수산화나트륨공급펌프
330 : 보조응집제탱크 331 : 보조응집제공급펌프
340 : 침전조배출관 350 : 교반기
400 : 침전조 410 : 방류조배출관
420 : 침전물배출부
500 : 유출탱크 510 : 방류수배출관
511 : 방류펌프
600 : 여과조 610 : TMS
700 : 슬러지탱크 710 : 슬러지공급관
711 : 슬러지펌프 712 : 슬러지공급펌프
800 : 필터프레스 810 : 슬러지처리수이송관
Claims (10)
- 원수가 저장되고, 원수공급관(110)이 결합되며, 원수를 다음처리과정으로 공급하기 위해 원수공급관(110)에 원수공급펌프(111)가 연결되는 유입수탱크(100)와;
상기 원수공급관(110)을 통해 공급되는 원수의 전기응집과 처리수의 순환이 이루어지는 반응조로 구비되는 순환탱크(200)와;
상기 순환탱크(200)와 상등수배출관(310)을 통해 연결되어 상등수의 pH를 조절하는 PH조정조(300)와;
상기 PH조정조(300)에서 이송된 처리수에서 슬러지의 침전이 이루어지는 침전조(400)와;
상기 침전조(400)에서 이송된 상등수가 유입되는 방류조로 이루어지는 유출탱크(500)와;
상기 유출탱크(500)에서 배출된 방류수를 필터로 여과하는 여과조(600)와;
상기 순환탱크(200)와 침전조(400)에서 이송된 슬러지가 유입 및 농축되는 슬러지탱크(700);를 포함하며;
상기 여과조(600) 후단에는 방류전에 수질을 측정하는 TMS(610)가 구비되고;
상기 순환탱크(200)에서의 전기응집은 분말전극을 통하여 이루어지며,
분말전극을 고정하는 분말전극 고정장치(210)는,
다공성의 영가철을 압착시켜 직육면체 형상으로 형성하고, 외부에서 공급되는 유입수에 포함된 오염물질을 응집시키며 용해되는 분말전극(211)과; 다수의 분말전극(211)으로 전기를 공급하는 다극봉(212a)을 포함하며, 다극봉이 상부에서 연결되되 상기 분말전극(211)을 사이에 두고 배치된 분말전극(211) 보다 높게 형성되는 한 쌍의 전극단말연결대(212)와; 전후면과 상부면이 개방되고, 내측으로 분말전극(211)과 전극단말연결대(212)가 삽입되며, 하부면에 다수의 분말전극(211) 사이로 유입수가 통과되는 유입홈(213a)이 일정간격 이격되어 형성되고, 양측면에 길이방향으로 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)이 삽입되는 삽입홈(213b)이 형성되며, 측면 상부에 오염물질이 제거된 처리수가 배출되는 처리수배출홈(213c)이 형성되는 홀더(213);를 포함하며; 상기 홀더(213)는 하부면의 중심 폭이 양측면의 폭보다 좁고, 하부면에서 전후면이 유입홈(213a)의 반으로 이루어져 다수의 홀더(213)가 연속 배치시 분말전극(211)이 다른 홀더(213)의 분말전극(211)과 동일한 간격으로 이격되도록 구비되는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 순환탱크(200)는,
상부가 개방되게 형성되고, 일측면 상부에 원수공급관(110)이 연결되어 원수가 유입되는 원수유입구(201)가 형성되며, 반대측면에 상등수배출관(310)과 연결되는 상등수배출구(202)가 형성되는 반응조로 이루어지고; 상기 원수유입구(201)에 이격되어 배치되는 제1격벽(203)에 의해 원수가 하부에서 유입되고, 분말전극 고정장치(210)가 삽입장착되며, 전기의 공급으로 전기응집이 이루어지는 전기응집구간(220)과; 상기 전기응집구간(220)을 통과한 처리수가 제2격벽(204)의 상부에서 이송되되, 스컴은 상부에서 부유하고, 침전물은 하부의 침전물배출구(205)로 배출되며, 처리수가 재순환되는 리서큘레이션 탱크로 이루어지는 순환구간(230)과; 상기 순환구간(230)의 상부에서 전방에 판이 구비되며, 후방에 상기 판보다 높은 높이를 갖으며 막힌 격판(251)에 의해 상등수 배출이 방지되는 스컴챔버(240)와; 상기 스컴챔버(240)와 격판(251)으로 분리되고 하부에 형성된 상등수유입공으로 상등수가 유입되어 상기 상등수배출구(202)로 배출되는 상등수유입부(250)와; 상기 상등수유입부(250) 하부에서 상등수유입부(250)로 이동하지 못한 처리수를 흡입하여 전기응집구간(220)으로 이송하여 재순환시키기 위한 순환펌프(261)가 연결설치되는 재순환흡입관(260)을 포함하는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 원수공급관(110)에는 염산탱크(120) 및 소금물탱크(130)에서 염산과 소금물이 염산공급펌프(121) 및 소금물공급탱크(131)에 의해 공급되며,
상기 PH조정조(300)는 수산화나트륨탱크(320) 및 보조응집제탱크(330)에서 수산화나트륨과 보조응집제가 수산화나트륨공급펌프(321) 및 보조응집제공급펌프(331)에 의해 공급되고, 상등수배출관(310)에서 이송된 처리수를 교반하는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 순환펌프(261)는 원수의 수질에 따라 재순환흡입관(260)에서 전기응집구간(220)과 연결되는 분기관(262)으로 배출되는 처리수의 유속을 조절하고,
상기 전기응집구간(220) 하부에는 응고된 슬러지가 배출되는 슬러지배출구(206)가 형성되는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 분말전극(211)은 다공성 영가철 분말을 압착하여 이루어지고,
상기 전극단말연결대(212)가 삽입된 홀더(213)에는 분말전극(211)이 적층삽입되고, 상기 분말전극(211)이 전극단말연결대(212)의 다극봉(212a)에 닿도록 스페이서(214)가 삽입홈(213b)으로 삽입되며,
상기 홀더(213)가 다른 홀더(213)와 전후면으로 맞닿게 배치결합되고, 다수의 홀더(213) 상부에서 다수의 전극단말연결대(212)가 버스바(222)와 연결되어 전기를 공급받는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 제1항이 있어서,
상기 침전조(400)와 슬러지탱크(700)를 연결하는 슬러지공급관(710)에 연결설치되는 슬러지펌프(711)는 침전조(400)에 축적된 슬러지 양이 많아지면 유출탱크(500)로 이월되기 전에 슬러지탱크(700)로 펌핑하고, 상기 순환탱크(200)에서 침전된 슬러지를 제거하는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 제4항에 있어서,
상기 유출탱크(500)에 연결된 방류수배출관(510)에 설치되는 방류펌프(511)는 유출탱크(500)에 설치되는 수위센서에 의해 제어되되, 수위가 제1설정치에 도달하면 작동하고, 제2설정치 이하면 멈추며, 제3설정치 이상일 경우 원수공급펌프(111), 염산공급펌프(121), 소금물공급펌프(131), 수산화나트륨공급펌프(321), 보조응집제공급펌프(331)를 정지시키고 전원공급장치의 전원이 차단되는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 유출탱크(500)에서 배출된 방류수를 필터로 여과하는 여과조(600)를 더 포함하며;
상기 여과조(600)에는 석탄계 또는 야자계 분말 활성탄과 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW PE)을 교반하고 그 혼합물을 금형에 넣고 압축, 소성하여 원하는 크기로 절단하여 얻은 중공 원기둥 형태의 압축 카본블록 필터가 장착되는 하폐수 처리 재이용 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 스컴챔버(240)와 상등수유입부(250)는 하단이 동일 높이로 이루어져 스컴챔버(240)의 하부를 통과한 처리수만이 상등수유입부(250)로 유입되는 하폐수 처리 재이용 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210060707A KR102361906B1 (ko) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | 하폐수 처리 재이용 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210060707A KR102361906B1 (ko) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | 하폐수 처리 재이용 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102361906B1 true KR102361906B1 (ko) | 2022-02-15 |
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ID=80325161
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210060707A KR102361906B1 (ko) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | 하폐수 처리 재이용 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102361906B1 (ko) |
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