KR20000063284A - 호소의 부영양화 정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 호소물에 포함된 조류, 탁도, 영양물질, 농약 등의 오염물질을 제거하는 호소 정화 장치에 관한 것으로, 저부에 다수개의 홀이 형성된 분산판이 형성되고 그 내부에 전기응집 반응을 할 수 있는 다수개의 알루미늄 전극판이 형성된 반응조와, 상기 분산판 하부에 형성되고 주입관과 연계되며 하방향으로 다수개의 분사공이 형성된 분산관과, 반응조 수면에 부양된 슬러지를 제거하도록 형성된 스키머와, 상기 스키머에 의해 제거된 슬러지를 저장하는 저장조와, 상기 슬러지가 제거되어 정화된 호소물의 잔류 가스를 제거하는 탈기조와, 상기 탈기조의 물을 호소로 다시 조절하여 보낼 수 있는 수량조절용 탱크로 구성되어 호소물에 포함된 오염물질을 양극의 전극판에서 발생하는 알루미늄 양이온으로 전기응집하여 슬러지화하고 상기 슬러지를 음극의 전극판에서 발생하는 수소 기포의 부력에 의하여 부상시키고 스키머로 제거하여 호소물을 정화하는 호소의 부영양화 정화 방법이 제공된다.

Description

호소의 부영양화 정화 방법{Purification method of nutritive pond}

본 발명은 호소물의 부영양화 정화 방법에 관한 것으로, 호소물에 포함된 조류, 영양물질, 농약 등의 오염물질을 반응조 내부의 전기분해 장치에 형성된 양극의 알루미늄 전극판에서 발생하는 알루미늄 양이온으로 전기응집하여 슬러지화하고 상기 슬러지를 음극의 전극판에서 발생하는 수소 기포의 부력에 의하여 부상시켜 스키머를 적용하여 수집. 배출함으로써 호소물에 포함된 오염물질을 제거하는 호소의 부영영화 정화 방법에 관한 것이다.

수계중에서 연못, 저수지, 양어장, 댐 등의 호소는 물이 정체된 상태로 존재하기 때문에 질소, 인 등과 같은 조류번식 양분의 농도가 증가되어 부영양화 현상이 발생하므로 식물성 플랑크톤인 각종 조류가 대량으로 증식되어 호소중에 유기 오염물질로 작용하기 때문에 호소의 수질이 악화될 뿐만 아니라, 농약이나 병원균에 의해서도 호소물이 쉽게 오염되기 때문에 수계의 수질까지 악영향을 미쳐서 각종 피해가 발생한다.

호소물에 포함된 오염물질을 제거하는 종래의 정화 장치 또는 정화 방법은 가압부상 장치를 적용하는 것으로 가압부상 장치 내부에 주입된 호소물에 황산알루미늄, 황산제이철, 염화제이철 등의 무기응집제를 투입하여 조류를 응집하고 장치의 하단부에서 공기를 불어넣어 부상시켜 제거하는 것이지만 냄새, 농약, 병원균의 제거가 불가능하며 장치가 복잡하고 운전 전문가가 필요하며 응집제, 저장조, 희석작업 등에 비용이 막대하게 소요되어 경제성이 부담된다는 문제점이 있다. 또한, 호소 내부에 조류를 제거하는 살조제 등의 약품류를 투입해서 조류를 제거하는 방법이 있지만 정화 효과가 일시적이며 그로 인하여 발생하는 탁도를 제거할 수 없고 냄새, 농약, 병원균의 제거가 불가능하며 약품, 저장조, 살포작업 등에 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 호소물에 포함된 조류 뿐만 아니라 탁도와 냄새, 농약, 병원균의 제거가 가능하고 호소의 청정상태를 지속적으로 유지하며, 장치가 간단하고 약품을 이용하지 않으며 전문가가 아니어도 운전이 가능한 호소의 부영향화 정화 방법을 제공하는데 있다.

호소에 발생하는 영양염류의 제거에 전기적 처리 방법을 많이 이용하는 이유중 하나는 난분해성 오염물질 및 색도제거의 효과가 크기 때문이다. 이러한 오염물질의 제거는 전기화학 반응중 직접전극 산화 또는 간접산화에 의해 이루어지는 것으로 보고되어 있는데 직접 전극산화 반응이란 오염물질이 먼저 양극 표면에 부착되고 양극에서의 전자교환 반응에 의해 분해되는 것이며, 간접산화 반응은 전기화학 반응에 의해 발생하는 강력 산화제인 차아염소산염(Hypochlorite) 또는 산화된 금속이온이 발생하여 오염물질을 분해하는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 전기적 화학 반응의 직접 양극산화 반응과 간접산화 반응을 동시에 이용하여 조류의 제거뿐 아니라 조류에 의하여 발생되는 색도 및 농약 등의 제거 효과를 크게 하고자 하는 것이다.

수용액중에 전극을 설치하고 전류를 흐르게 하면 전자들이 외부의 금속전자를 통해 이동한다. 이러한 흐름은 음극에 음전하를 양극에 양전하를 띠게 하며, 용액을 통한 전류의 흐름은 양이온의 음으로 하전된 음극으로의 이동과 음이온의 양으로 하전된 양극으로의 이동에 의하여 지속된다. 따라서 양극에서는 산화반응이 음극에서는 환원반응이 일어난다. 이러한 화학반응의 특성은 용액의 조성, 전극의 성질, 가해진 전력의 크기에 따라 달라진다.

반응조는 내부로 주입되는 호소물이 균일하게 분산되어 주입되는 구성이어야 하고 전기분해 장치는 양극의 전극판에서 발생한 양이온이 오염물질의 응집효과가 커야 하고 전기분해 장치에 장착된 다수개의 전극판이 반응조 내부에서 호소물의 흐름을 방해하지 말아야 하며 전기분해 장치에서 전극판의 탈착이 가능하여 전극판의 교체가 용이해야 하고 저장조와 수량조절용 탱크는 형성된 펌프가 공회전하거나 슬러지가 넘치지 않는 구성이어야 한다.

도 1은 호소 정화 장치의 구조도이고,

도 2는 전극판의 장치도이고,

도 3a는 전극판의 직렬 구조도이고,

도 3b는 전극판의 병렬 구조도이고,

도 4는 본 발명의 공정도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 반응조 2 : 주입관

3 : 분사공 4 : 분산관

5 : 분산판 6 : 펌프(a, b)

7 : 유량조절계 8 : 알루미늄 전극판

9 : 구동 장치 10 : 스키머

11 : 저장조 13 : 슬러지 감지 센서

14 : 탈기조 15 : 배출부

16 : 수량조절용 탱크 18 : 수위 감지 센서

19 : 음극판 20 : 양극판

22 : 전원

본 발명에서는 반응조와 상기 반응조의 저면은 다수개의 홀이 형성된 분산판이 형성되고 상기 분산판의 하부에는 하방향으로 다수개의 분사공이 형성된 분산관이 형성되며 상기 분사관은 주입관과 연계되고 상기 반응조의 내부에 전기분해 반응을 일으키는 다수개의 알루미늄 전극판이 형성된 전기분해 장치가 구성되며 반응조의 수면에 부양된 슬러지를 제거하는 스키머가 형성되고 반응조 일측에 정화된 호소물이 월루되는 탈기조가 형성되며 상기 탈기조와 연계하여 수량조절용 탱크가 형성되어 반응조에서 정화된 호소물을 호소로 되돌려 보내도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 구조를 도시하기 위한 것이고, 도 2는 전극판의 구조를 도시하기 위한 것이며, 도 3은 전극판의 구조를 상세하게 도시하기 위한 것으로 a도는 직렬 구조이고 b도는 병렬 구조이다.

반응조(1)는 스테인레스 스틸 재질이고, 상기 반응조(1)의 하단에 주입관(2)과 연계되고 하방향으로 다수개의 분사공(3)이 형성된 분산관(4)이 구성되며 주입관(2)을 통하여 반응조(1) 내부로 유입되는 호소물의 관성력을 고려하여 상기 분산관(4)은 호소물이 반응조(1) 내부의 전면에 걸쳐 균일하게 주입되도록 반응조(1) 하단에서 주입관(2) 방향으로부터 일정한 면적에 걸쳐 구성되며 또한, 분산관(4)의 상부에는 다수개의 홀이 형성되어 상기 분산관(4)을 통해 분산되어 주입된 호소물을 재차 분산시켜 주입하는 분산판(5)이 구성되며 상기 분산판(5)은 주입관(2)이 형성된 방향에 홀의 수효가 많고 반대 방향으로 갈수록 홀의 수효가 감소되는 구성이므로 분산관(4)에서 분산판(5)을 통하여 반응조(1)에 주입되는 호소물은 반응조(1) 내부로 균일하게 분산된 상태로 주입된다. 주입관(2)은 공급 펌프(6a)에 의해 호소물이 가압되어 이송되며 유량조절계(7)가 구성되어 항상 일정한 양의 호소물이 반응조(1) 내부로 주입되고 여분의 호소물은 호소로 재이송되는 구성이다.

반응조(1)의 내부에서 분산판(5)의 상부에 다수개의 알루미늄 전극판(8)이 장착되고 전원 공급 장치와 연결된 전기분해 장치가 구성되고, 상기 알루미늄 전극판(8)은 반응조(1) 내부에서 호소물의 흐름이 방해를 받지 않도록 호소물의 흐름과 평행하게 전기분해 장치에 장착되며, 전극판(8) 사이의 거리는 5 ∼ 40 ㎜로 구성된다. 전극판(8) 사이의 거리가 5 ㎜ 미만이면 반응조(1) 내부에서의 물의 흐름이 방해되며 40 ㎜를 초과하면 음극의 전극판(19)에서 발생되는 수소 기포가 양극의 전극판(20)에서 전기응집된 슬러지를 수면으로 부양시키지 못한다. 양극의 전극판(20)은 전기분해 반응 과정에서 부식현상이 발생하므로 음극의 전극판(19)보다 더 두꺼운 알루미늄 전극판을 적용하고, 양극의 전극판(20)에서 전기분해 반응에 의해 응집된 슬러지가 반응조(1)의 측벽에 잔류하는 것을 방지하기 위하여 수소 기포가 방출되는 음극의 전극판(19)이 반응조(1)의 측벽에 대향하도록 구성된다. 양극의 전극판(20)은 전기분해 반응에 의해 부식되어 일정기간 사용후 교체해야 하므로 전기분해 장치는 알루미늄 전극판(8)의 탈착이 가능하도록 탈착구가 구성된다.

반응조(1)의 상부에는 모터와 감속기로 구성된 구동 장치(9)에 의해 일정한 속도로 회전하는 스키머(10)가 형성되어 반응조(1)의 수면에 부양된 슬러지를 수집하여 저장조(11)로 이송한다. 상기 저장조(11)는 슬러지용 펌프(6b)가 형성되어 스키머(10)에 의해 수집. 이송된 슬러지를 일정 주기로 배출하며 슬러지 감지 센서(13)가 형성되어 슬러지가 넘치거나 슬러지용 펌프(6b)가 공회전하는 것을 방지한다.

반응조(1)의 일측면에는 상기 반응조(1)에서 슬러지가 제거된 호소물이 월루되어 유입되는 탈기조(14)가 형성되며 상기 탈기조(14)에서 호소물에 잔류된 수소가스가 탈기되어 잔류 수소가스가 호소로 재유입되는 것을 방지하고 탈기조(14)의 일측에 형성된 배출부(15)에서 잔류 가스가 탈기된 호소물을 수량조절용 탱크(16)로 배출한다. 상기 수량조절용 탱크(16)는 수량 조절 펌프가 형성되어 반응조(1)와 탈기조(14)에서 정화처리된 호소물을 호소로 이송하며 수위 감지 센서(18)가 형성되어 유량 조절 펌프(6c)의 공회전을 방지하는 구성이다.

<실시예-1>

본 발명은 호소물을 반응조로 이송하는 공정과, 반응조의 물을 전기적 작용에 의한 전기응집 반응에 의한 오염물질의 슬러지화 공정과, 슬러지화된 오염물질을 수소 기포에 의해 수면으로 부양시키는 공정과, 부양된 조류를 걷어내는 공정과, 오염물질이 제거된 호소물의 잔류 가스의 탈기 공정과, 정화된 물을 호소로 다시 보내는 공정으로 구성된다.

본 발명에서는 전기분해 반응시 양극에서 발생되는 산화된 금속이온이 각종 오염물질의 응집효과가 탁월한 알루미늄 재질의 전극판을 적용하여 전기분해 장치를 구성한다.

반응조에서 양극과 음극의 알루미늄 전극판을 사용하여 전류를 흐르게 하면 양극의 알루미늄 전극판에서는 물의 전기분해 반응으로 미세한 산소 방울이 발생하며 또한, 양극의 알루미늄 전극판에서 생성되어 나오는 알루미늄 양이온 (Al³⁺)이 오염물질의 응집효과를 일으켜 슬러지로 응집시키고, 양극의 알루미늄 전극판은 점차적으로 부식되며 생성된 알루미늄 양이온(Al³⁺)은 레독스 반응에 의하여 젤라틴상의 Al(OH)₃를 형성한다. 음극의 알루미늄 전극판에서는 환원반응이 일어나서 수소 가스가 발생하는데 상기 수소 가스는 기포를 형성하여 양극의 알루미늄 전극판에서 응집된 슬러지를 기포의 부력을 이용하여 부양시키고 부양된 슬러지는 호소물의 표면층에서 압축되어 슬러지층을 형성하며 상기 슬러지층은 반응조의 상부에 형성된 스키머에 의하여 수집된다. 음극의 알루미늄 전극판에서는 음이온(OH^-)이 생성되므로 유출수의 pH가 증가된다. 알루미늄 전극판에 의한 전기응집 반응은 다음의 화학식과 같은 산화/환원 반응에 의하여 이루어진다.

<화학식 1>

양극(산화) : Al →Al³⁺+ 3e^-

음극(환원) : 2H₂O + 2e^-→2H₂↑ + OH^-

레독스 반응 : Al³⁺+ OH^-→ Al(OH)₃

2H₂O → Al(OH)₃+ 2H₂↑

조류, 탁도 등의 오염물질이 포함된 호소물은 공급 펌프에 의해 가압되어 유량조절계가 형성된 주입관을 통해 일정한 양의 호소물이 분산관으로 이송되고 상기 분산관에 형성된 다수개의 주입구를 통과하면서 반응조의 하단에서 반응조 내부로 균일하게 분산되어 주입되며 분산판에 형성된 다수개의 홀을 통과하면서 재차 균일하게 분산되므로 호소물은 반응조 내부로 항상 균일하게 주입된다. 주입된 호소물에 포함된 오염물질은 반응조 내부에 형성된 전기분해 장치의 양극의 알루미늄 전극판에서 발생하는 알루미늄 양이온(Al³⁺)의 작용에 의하여 응집되어 슬러지화되며 상기 슬러지는 음극의 알루미늄 전극판에서 발생하는 수소의 기포의 부력에 의해 부양되며 부양된 슬러지는 호소물의 표면에서 압축되어 슬러지층을 형성하고 상기 슬러지층은 반응조 상부에 구성된 스키머의 회전에 의해 수집되어 저장조로 이송되고 상기 저장조에서 슬러지용 펌프에 의하여 배출되어 제거된다. 반응조에서 오염물질이 제거된 호소물은 탈기조로 월루되고 상기 호소물에 포함된 잔류 가스가 탈기되어 정화되며 배출부를 통하여 수량조절용 탱크로 유입되고 상기 수량조절용 탱크에 형성된 수량 조절 펌프의 작동에 의하여 호소로 이송된다.

상기와 같이 본 발명에 의해 정화된 호소물과 정회되지 않은 호소물의 비교를 표-1과 같이 대비할 수 있다.

<표 1>

구 분	처 리 전	처 리 후
탁 도(NTU)	173 이상	9 이하
Chlorophyll-a(㎎/㎥)	20	3.34
혼탁도 관찰	바닥이 보이지 않음	바닥이 뚜렷이 보임

본 발명에 의한 호소 정화 장치는 알루미늄 전극판이 장착된 전기분해 장치를 적용하여 호소물에 포함된 오염물질을 전기응집 반응으로 슬러지화하고 기포를 이용하여 상기 슬러지를 부양시켜 수집. 배출하여 호소물을 정화하기 때문에 호소물에 포함된 조류와 탁도 뿐만 아니라 냄새, 농약, 병원균의 제거가 가능하고 호소의 청정상태를 지속적으로 유지하며, 장치가 간단하고 약품류가 소요되지 않으며 비전문가에 의한 운전이 가능하여 경제성이 우수하므로 호소나 양어장 등만 아니라 음용수 분야에도 적용이 가능하다. 또한, 약품류를 사용하지 않기 때문에 약품류에 의한 2차 오염의 가능성이 없으며 슬러지 발생량이 작다.

Claims (3)

1. 호소물에 포함된 조류, 탁도, 영양물질, 농약 등의 오염물질을 제거하는 정화 장치에 있어서,

   저부에 다수개의 홀이 형성된 분산판(5)이 형성되고 그 내부에 전기응집 반응을 할 수 있는 다수개의 알루미늄 전극판(8)이 형성된 반응조(1)와, 상기 분산판(5) 하부에 형성되고 주입관(2)과 연계되며 하방향으로 분사공(3)이 형성된 분산관(4)과, 반응조 수면에 부양된 슬러지를 제거하도록 형성된 스키머(10)와, 상기 스키머(10)에 의해 제거된 슬러지를 저장하는 저장조(11)와, 상기 슬러지가 제거되어 정화된 호소물의 가스를 제거하는 탈기조(14)와, 상기 탈기조(14)의 물을 호소로 다시 조절하여 보낼 수 있는 수량조절용 탱크(16)로 구성되는 것을 특징으로 하는 호소의 부영양화 정화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 전기분해 장치는 장착된 알루미늄 전극판(8)이 물의 흐름을 방해하지 않도록 물의 흐름과 평행하게 구성되고, 탈착구가 구성되어 상기 알루미늄 전극판(8)이 탈착 가능하며, 전극판(8) 사이의 거리는 5 ∼ 40 ㎜로 구성되고, 응집된 슬러지가 반응조(1)의 측벽에 잔류되는 것을 방지하기 위하여 수소 기포가 발생하는 음극의 전극판(19)이 반응조(1)의 측벽에 대향하게 형성되는 것을 특징으로 하는 호소 부영양화 정화 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 분산판(5)은 반응조(1) 내부로 호소물이 균일하게 주입되게 하기 위하여 주입관(2)이 형성된 방향에서 반대 방향으로 갈수록 형성된 홀의 수효가 감소되는 구성인 것을 특징으로 하는 호소 정화 장치 및 정화 방법.