KR19990070719A - 액체의 전해적 처리장치 - Google Patents

Abstract

액체의 전해적 처리장치는 처리할 액체의 유출입을 위한 유입부(14)와 유출부(16)를 각각 그 하단부 및 상단부에 갖는 하우징(12)을 포함한다. 제1금속부재(20)는 전류가 흐를 때 처리할 액체와 반응하여 금속이온이 용출되는 가용성의 금속으로 이루어 진다. 제2금속부재(22)는 전류가 흐를 때 액체와의 관계에서 금속이온의 용출이 거의 일어나지 않는 불용성의 금속으로 이루어 진다. 제1,2금속부재는 상호 일정 간격 격설되어 병렬로 교대로 쌍을 이루어 배치되며 그 수는 처리할 액체의 양에 따라 증감된다. 제1,2금속부재들은 고정수단(30)에 의해 하우징 내부에 고정된다. 전원공급장치(24)의 양극은 가용성의 제1금속부재에 연결되며 음극은 불용성의 제2금속부재에 연결된다.

Description

액체의 전해적 처리장치

본 발명은 액체의 전기적 처리에 관한 것으로서, 특히 오수,폐수,생활하수 등으로부터 오염물(contaminents)을 전기적으로 응집하여 분리하기 위한 장치에 관한 것이다.

오폐수와 같은 오염된 수용액을 전기화학적으로 처리하는 방법이나 장치는 오래전부터 알려져 왔으며 많은 장치들이 개발되어 왔다. 최근들어, 처리해야 할 오염수의 양은 점차 증대하고 있으며 또한 처리수의 순수도에 대한 요구 또한 높아지고 있다. 정화해야 할 오염수는 산업분야 뿐만 아니라 가정에서도 점차늘고 있는 실정이다. 또한 산업이 발전함에 따라 오염수에 포함되어 있는 분순물의 종류도 점차 다양해 지고 있다.

오염수의 전기화학적 처리, 그 중 하나로서 전기 분해나 전기응집에 의한 방법은 수용액에 녹아 있는 다양한 불순물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 화학약품에 의한 처리에 비해 새로운 오염문제를 제기하는 정도가 상당히 낮기 때문에 각광을 받아 오고 있다. 그리고, 많은 연구와 노력이 경제적이고 효율적이며 실제적인 장치와 방법을 개발하기 위해 경주되었다.

용액의 전해적 처리 시스템에 있어서 문제가 되는 것 중의 하나는 전해적 처리를 거치는 과정에서 슬러지(sludge)나 스케일(scale)이 발생한다는 점이다. 예를들면, 미합중국 특허번호 제4,872,959호는 용액의 전해적 처리 시스템에 대해 개시하고 있는데, 양극(cathode)으로 작용하는 중심부재 및 외부튜브, 음극(anode)으로 작용하는 내부튜브, 그리고 중심부재와 내부튜브 및 외부튜브를 각각 절연하는 절연수단을 갖는 전해적 처리 시스템이 소개되고 있다. 용액은 상기 중심부재, 내부튜브, 및 외부튜브가 형성하고 있는 공간 사이를 흐르면서 전해적 처리가 이루어 진다. 이와같은 용액의 전해적 처리 시스템은 폐수처리에 기여를 하고 있으나, 처리용량이 대용량이거나 장시간 연속적으로 사용하였을 경우에는 전해 작용으로 인한 침전물이 발생하여 극판과 극판 사이에 스케일 현상이 일어나게 되어 처리 효율을 급격히 저하시키게 된다. 심할 경우 극판 막힘현상(plugging)이 발생하게 되어 전류 흐름에 대한 저항이 증가하게 되고 그에 따라 장치에 과다한 열이 발생되는 문제점이 있게 된다.

본 발명의 목적은 액체의 전해 처리시 발생하는 스케일 현상을 현저하게 감소시키는 액체의 전해적 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 액체의 전해 처리시 발생하는 극판 사이의 막힘현상을 방지할 수 있는 액체의 전해적 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대용량의 오염수를 장시간 연속적으로 처리할 수 있는 액체의 전해적 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 액체의 전해적 처리장치는, 유입부와 유출부를 갖는 하우징; 전류가 흐를 때 액체와 반응하여 금속이온이 용출되는 가용성의 최소한 하나 이상의 제1금속부재; 상기 제1금속부재와 격설되어 배치되며, 전류가 흐를 때 액체와의 관계에서 금속이온의 용출이 거의 일어나지 않는 불용성의 최소한 하나 이상의 제2금속부재; 상기 제1 및 제2금속부재를 상기 하우징의 내부에 고정시키기 위한 수단 ; 및 상기 제1금속부재에 양극단자를 연결시키고 상기 제2금속부재에 음극단자를 연결시키기 위한 전원공급수단을 포함한다.

본 발명의 한 특징에 의하면 제1금속부재 및 제2금속부재는 전류를 흐를 때 액체와의 관계에서 전해적 성질이 다른 것을 사용한다. 즉 제1금속부재는 전원공급장치의 양극에 연결되고 제2금속부재는 전원공급장치의 음극에 각각 연결이 되는데, 제1금속부재는 전류가 흐를 때 액체와의 관계에서 금속이온이 다량 용출되는 가용성의 금속을 사용하며 제2금속부재는 전류가 흐를 때 액체와의 관계에서 금속이온의 용출이 거의 일어나지 않는 불용성의 금속을 사용한다. 이와같이 제1금속부재는 가용성의 것을, 그리고 제2금속부재는 불용성의 것을 사용함으로써 스케일 현상이 발생하는 것을 최소화하게 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 제1.2금속부재는 하우징 내부를 통과하여 흐르는 액체의 흐름방향과 일치되도록 설치하는 것이다. 바람직하게는, 하우징에 형성되는 액체의 유입구는 하우징의 하단부에, 그리고 액체의 유출구는 하우징의 상단부에 설치하여 액체가 하우징의 하부로부터 상부로 흐르도록 한다. 또한, 제1,2금속부재는 하우징 내부에 수직으로 배치함으로써 액체가 유입되어 유출되는 흐름방향에 일치시키도록 한다. 이와 같은 구조를 갖도록 액체의 전해적 처리장치를 구성함으로써 전해처리시 발생하게 되는 기포의 상승과 액체 흐름의 방향을 일치시켜 전기응집작용에 의해 응집된 응집물(flocculations)이 제1,2금속부재(즉, 전극)에 부착되는 스케일 현상을 현저히 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 기포의 발생으로 인해 전해처리장치의 극판들 상부에 심각한 스케일 현상을 발생시키는 것을 방지할 수 있게 되며, 나아가 극판 막힘현상을 근본적으로 예방할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 특징 및 실시예는 이에 제한되는 것은 아니며 그 밖의 다른 특징들은 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명을 진행함에 따라 명확해 질 것이다.

도1은 본 발명에 따른 액체의 전해적 처리장치를 보여주는 개략도.

도2A,B는 본 발명의 액체의 전해적 처리 장치의 전원연결 및 하우징에 전극들을 고정하는 것을 보여주는 도면.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체의 전해적 처리 장치를 보여주는 개략도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10···전해적처리장치 12···하우징

14···유입구 16···유출구

20···제1금속부재 22···제2금속부재

24···전원공급장치 26,28···전극봉

30···장착부재

도1은 본 발명에 따른 액체의 전해적 처리장치를 보여주는 개략도로서, 액체의 전해적 처리장치(10)는 하우징(12)을 포함한다. 하우징의 하단부에는 처리할 액체의 유입을 위한 유입구(14)를, 상단부에는 유출을 위한 유출구(16)를 갖는다. 하우징(12)내에는 제1금속부재(20) 및 제2금속부재(22)가 교대로 일정간격 격설되어 설치된다. 제1금속부재(20)와 제2금속부재(22)는 쌍을 이루도록 배치되는데, 제1,2금속부재의 수는 처리할 액체의 양에 따라 증감이 될 것이다. 처리할 액체 또는 원수란 오수,폐수, 생활하수 등으로서 용존 고형물이나 부유 고형물, 유기물과 같은 제거할 오염물을 포함하고 있는 액체를 말한다. 제1금속부재(20)들은 전원공급장치(24)의 한단자, 예로 양극에 연결이 되며 제2금속부재(22)들은 전원공급장치(24)다른 한 단자, 예로 음극에 연결이 된다.

전원공급장치(24)의 양극에 연결되는 금속부재, 즉 제1금속부재는 전류가 흐를 때 처리할 액체와 반응하여 다량의 금속이온이 용출되는 가용성의 금속으로 이루어 지며, 그러한 금속의 예로는 철이나 알루미늄을 들 수 있을 것이다. 전원공급장치(25)의 음극에 연결되는 금속부재, 즉 제2금속부재는 전류가 흐를 때 처리할 액체와의 관계에서 금속이온의 용출이 거의 일어나지 않는 불용성의 금속으로 이루어 지는데, 그러한 예로는 스테인리스강(stainless steel), 티타늄이나 백금을 도금한 금속을 들 수 있을 것이다.

하우징(12)내에는 제1,2금속부재(20,22)들을 적절한 장착수단에 의해 고정시키게 되는데, 제1,2금속부재(20,22)들은 하우징(12)의 유입구(14)와 유출구(16)와의 관계에서 하우징(12)내부를 통과하여 흐르는 액체의 흐름방향과 일치하도록 배치하는 것이 좋다. 즉, 유입구(14)와 유출구(16)는 서로 반대방향에 위치되도록 형성하며, 제1,2금속부재(20,22)들은 유입구(14)와 유출구(16)를 통해 흐르는 처리할 액체의 흐름방향과 같은 방향으로 연장되어 위치되도록 한다. 바람직하게는 도1에 도시된 바와 같이, 유입구(14)는 하우징의 하단부에, 그리고 유출구(16)는 하우징(12)의 상단부에 설치하여 처리할 액체가 하우징(12)의 하부로부터 유입되어 상부로 유출되도록 하며, 제1,2금속부재(20,22)들은 하우징(12)내부에 수직방향으로 설치하는 것이 좋다. 그리고, 유출구(16)의 개구(opening)는 유입구(14)의 그것보다 크게 형성하는 것이 바람직한데, 그렇게 함으로써 응집물의 배출을 용이하게 할 수 있기 때문이다.

전원공급장치(24)로부터 제1,2금속부재(20,22)들에 전류가 흐르게 되면 가용성의 제1금속부재(20)로부터 전해(electroysis)에 의해 다량의 금속이온이 용출되어 나오게 되나, 불용성의 제2금속부재(22)는 전해에 필요한 전류공급수단으로서 작용할 뿐 이로 부터는 실질적으로 거의 금속이온이 용출되지 않게 된다. 용출된 금속이온들은 처리할 액체속에 존재하는 불순물과 반응하여 응집물을 형성하여 일부는 침전되고 일부는 부상하게 되는데, 응집물은 적절한 장치에 의해 물과 분리되어 원하는 액체의 처리결과를 얻게 된다. 제1,2금속부재(20,22)들을 수직으로 설치함으로써 액체의 흐름 방향에 따라 전해과정에서 발생하게 되는 기포가 부상되도록 함으로써 기포 및 이 기포에 흡착되는 불순물이 제1,2금속부재(20,22)들의 표면과 접촉하는 양 및 시간을 최소화시킴으로써 스케일 현상을 방지할 수 있게 되며, 나아가 극판(제1,2금속부재들)들 사이가 막히게 되는 현상(plugging)을 방지하게 된다.

제1,2금속부재(20,22)는 쌍을 이루어 배치하게 되는데, 한 쌍 이상을 배치하는 경우에는 교대로 쌍을 이루도록 하여 일정간격 만큼 격설하여 설치한다. 설치되는 제1,2금속부재(20,22)의 수는 처리할 액체의 양 및 설치공간에 따라 적절히 그 수를 증감할 수 있다. 그리고, 제1,2금속부재(20,22)들은 다수개 설치시 병렬적 구조를 갖도록 배치되는데, 이렇게 병렬적 구조를 갖도록 함으로써 일부 극판 즉, 제1,2금속부재간에 액체 흐름 상에 장애가 있다 하더라도 다른 극판들로 흐르도록 하여 처리할 액체의 전체적 흐름을 원활하게 하기 위함이다. 그리고, 병렬적 구조에 의할 때 처리할 액체의 양에 따라 극판수를 증감시키기 편리하게 된다.

종래기술에 의하면 전해처리장치에 설치되는 극판들은 양극 및 음극 모두 전류가 흐를 때 액체와 반응하여 금속이온을 용출시키는 가용성 금속부재를 사용함으로써 심각한 스케일 현상을 일으키게 되는 문제점이 있었다. 또한 종래기술상의 전해처리장치에서는 극판으로 작용하는 금속부재는 수평방향으로 설치하고 있는데, 이와같이 극판을 수평방향으로 설치시에는 극판으로부터 발생되는 기포로 인해 심각한 문제점이 발생하게 된다. 즉, 전해작용으로 인해 음극과 양극에서는 기포가 발생하여 상승하게 되는데, 이 상승하는 기포에 의해 용액속에 존재하는 금속이온 중의 일부와 금속이온과 오염물이 반응하여 생성된 응집물 중 일부가 상승하게 된다. 다시말해서, 전해시 수용액에서는 양극에서 산화반응에 의해 산소가 발생하고 음극에서는 수소가 발생하게 되어 기포를 형성하게 되며, 이러한 기포는 상승하면서 응집물 중의 일부를 흡착하여 전해액 상층부로 부상하게 된다. 기포와 함께 부상되는 응집물 중 일부는 배출되나 일부는 극판에 붙게되며, 시간이 지남에 따라 점차적으로 극판을 도포하게 되는 스케일 현상이 발생하게 된다. 응집물이 극판 표면에 붙게 되면 극판에 전류가 제대로 흐르지 않게 되며, 그에 따라 금속이온이 용출되지 않게되어 응집이 일어나지 않게 된다. 또한 스케일 현상이 발생하면 전해처리 시스템에 흐르는 액체 흐름상의 장애가 일어나게 되어 극판 사이에 처리할 액체를 통과시키는데 필요한 압력 또한 상승하게 된다. 전해처리장치는 통상 많은 수의 극판을 수평으로 배치하여 극판과 극판 사이로 처리할 액체를 통과시켜 전기응집을 유도하게 되는데, 이와 같이 극판의 수가 많을 경우 기포로 인해 극판과 극판 사이에서 상부로 부상되는 거품상태의 응집물은 극판에 스케일 현상을 발생시키게 되고, 심할 경우에는 극판 막힘현상(plugging)이 일어나게 된다. 나아가, AL,Ni,Cr,Fe,Co등과 같은 금속을 극판으로 사용하는 경우에는 극판 표면에서 산화작용으로 인한 부식이 발생되어 스케일 현상과 중복하여 작용함으로써 심각한 수처리상의 효율저하의 원인이 되어 왔다.

도2A,B는 본 발명의 액체의 전해적 처리장치의 전원연결 및 하우징에 전극들을 고정하는 것을 보여주는 도면으로 도2A는 봉(rod)으로 전원연결하는 방법을 나타내며 도2B는 플레이트(plate)를 이용하여 전원연결하는 방법을 나타낸다. 먼저, 도2A를 참조하면 하우징(12)내에 설치되는 제1,2금속부재(20,22)들의 상단부에는 전원공급장치(24)의 양극에 연결시키기 위한 전극봉(26)이 각각의 금속부재들을 관통하여 설치된다. 이러한 전극봉은 하부로 여러개를 설치할 수도 있다. 하우징(12)의 외부로 연장되는 전극봉(26)은 적절한 절연수단에 의해 절연된다. 이때, 양극에 연결되는 금속부재(20 또는 22)와 전극봉(26)이 접촉하는 부위는 나봉 상태를 유지하게 되며, 음극에 연결되는 금속부재(22 또는 20)와 전극봉(26)이 접촉하는 부위는 절연상태를 유지하게 된다. 전극봉(26)의 내부는 볼트,너트와 같은 고정수단(30)이 관통되어 하우징(12)의 외부로 연장됨으로써 제1,2금속부재(20,22)들의 일단부를 하우징 내부에 고정하게 된다. 마찬가지로, 제1,2금속부재(20,22)들의 하단부에는 전원공급장치(24)의 음극에 연결시키기 위한 전극봉(28)이 각각의 금속부재들을 관통하여 설치되며, 금속부재(22 또는 20)과 전극봉(28)이 접촉하는 부위는 나봉 또는 절연상태를 유지함으로써 원하는 전원공급을 얻게 된다. 하우징(12)의 외부로 연장되는 전극봉(26)은 적절한 절연수단에 의해 절연된다. 고정수단(30)이 전극봉(26)의 내부를 관통하여 하우징(12)의 외부로 연장됨으로써 제1,2금속부재(20,22)들의 타단부를 하우징 내부에 고정하게 된다.

도2B는 플레이트에 의해 전원공급하는 것으로서, 양극을 공급받는 금속부재(20 또는22)의 경우에는 플레이트(32)와 해당 금속부재가 접촉하도록 하고 음극을 공급받는 금속부재(22 또는 20)의 경우에는 플레이트(32)와 접촉되지 않도록 모서리를 따낸다. 음극을 공급받는 금속부재의 경우에는 양극을 공급받는 금속부재의 경우와는 반대로 형성함으로써 플레이트(34)와의 접촉, 비접촉이 이루어지도록 한다. 그리고, 제1,2금속부재(20,22)들은 고정봉(36)에 의해 하우징(12)내부에 고정설치 된다.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체의 전해적 처리장치를 보여주는 개략도이다. 액체의 전해적 처리장치(38)는 외부 하우징(40)과 내부 하우징(42)을 포함하며 하우징(40,42)의 상부는 개구되어 있다. 외부 하우징(40)은 개구(46) 및 상부 개구를 통해 서로 연통이 되므로 처리할 액체는 유입탱크(44)를 통해 유입이 되어 개구(46)를 통해 내부 하우징(42)으로 유입된다. 내부 하우징(42)에는 다수의 제1금속부재(48) 및 제2금속부재(50)가 배치되어 있으므로 처리할 액체는 제1,2 금속부재(48,50)들 사이를 흐르면서 오염물을 응집시키게 된다. 그런다음 처리할 액체는 상부 개구를 통해 유출 탱크(52)로 유출 된 다음 유출구(54)를 통해 배출이 된다. 내부 하우징(42)에 설치되는 제1,2 금속부재들에 전압을 인가하는 방법 및 구조는 도2에 도시한 것과 같은 방법으로 이루어진다. 이와 같이 처리할 액체의 유출입을 유입 탱크(44)와 유출 탱크(52)를 통해 흐르게 함으로써 액체가 내부 하우징(42)에 설치되어 있는 제1,2 금속부재들(48,50) 사이를 순조롭게 지나게 된다. 즉, 처리할 액체는 먼저 유입 탱크(44)로 유입이 되어 개구(46)를 통해 내부 하우징(42)으로 유입이 되므로 처리할 액체의 유입시 발생하게 되는 와류를 방지하게 된다.

본 발명에 따른 액체의 전해적 처리 시스템에 의하면 전해 또는 전기응집 작용이 진행됨에 따라 부수적으로 발생하게 되는 스케일 현상을 현저하게 방지할 수 있게 되며, 극판막힘현상과 같은 문제를 근원적으로 방지할 수 있게 된다.

또한, 극판에 발생하게 되는 스케일 현상을 현저히 감소시킴으로써 액체의 전해적 처리장치를 세척하는 주기를 장시간으로 연장시킬 수 있게되어 유지보수 비용을 절감시킬 수 있으며, 대용량의 설비에 적절하다.

Claims (4)

1. 유입부와 유출부를 갖는 하우징 ;

   전류가 흐를 때 액체와 반응하여 금속이온이 용출되는 가용성의 최소한 하나 이상의 제1금속부재;

   상기 제1금속부재와 격설되어 배치되며, 전류가 흐를 때 액체와의 관계에서 금속이온의 용출이 거의 일어나지 않는 불용성의 최소한 하나 이상의 제2금속부재; 상기 제1 및 제2 금속부재를 상기 하우징의 내부에 고정시키기 위한 수단 ; 및

   상기 제1금속부재에 양극 단자를 연결시키고 상기 제2금속부재에 음극단자를 연결시키기 위한 전원공급수단

   을 포함하는 액체의 전해적 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징의 상기 유입구 및 유출구와의 관계에서 상기 하우징 내부를 통과하여 흐르는 액체의 흐름방향과 일치되도록 상기 제1 및 제2금속부재를 설치하는 액체의 전해적 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징의 상기 유입구는 상기 하우징의 하단부에 형성되고 상기 유출구는 상기 하우징의 상단부에 형성되며, 상기 제1 및 제2금속부재는 수직으로 설치되어 전해과정에서 발생되는 기포의 상승방향과 액체의 흐름방향을 일치시키는 액체의 전해적 처리장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1금속부재는 알루미늄이며 상기 제2금속부재는 스테인리스강인 액체의 전해적 처리장치.