KR200224738Y1 - 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치에 관한 것으로, 특히 경사판을 거쳐 1차 침전시킨 오폐수를 재차 전기분해조에서 처리함으로서 보다 양질의 처리효율을 기대할 수 있는 오폐수처리장치에 관한 것이다.

경사판침전조로 유입된 오폐수는 침전과정을 거친 후 전기분해조로 이동하게 되고 여기에서 재차 응집침전과정이 일어나게 된다. 이후 제2차침전조에서 침전과정을 수행한 후 방류되게 된다. 처리조의 일측 하단에는 오폐수를 유입시키기 위한 원수유입관(1)이 구비되고, 유입된 오폐수는 수위차에 의해 처리조 상부로 부상하게 되며, 이때 경사판(2a)에 의해 침전과정을 거치게 된다. 침전경사판은 모두 5단으로 구성되어 있으며, 좌측판과 우측판이 상호 엇갈리게 설치되어 있다. 이는 상승되는 유속을 감소시켜 침전효율을 향상시키기 위함이다.

경사판(2a)의 하부에는 침전된 슬러지를 수집후 배출시키기 위한 슬러지저류조(3)와 슬러지배출관(4)으로 구성되어 있으며, 경사판(2a)을 통과한 오폐수는 수위차에 의해 전기분해조(7)로 월류하게 되며, 여기서는 전기분해작용에 의한 응집침전 작용이 일어나게 된다.

Description

경사판침전지를 겸비한 전기분해장치{Electrolysis reactor with inclined settling clarifier}

현재까지 경사판침전조를 거친후 전기분해를 이용하여 오수를 처리한 오폐수 처리장치는 처리문제 및 공사비 문제점으로 인해 현장 적용실적이 그다지 많지 않은 실정으로 이는 처리효율의 미흡과 부대장치비용이 고가인 때문에 설치가 기피되어 왔으며, 특히 전기분해장치는 최소의 단위면적을 갖는 다수의 전극판을 사용하여 최대의 처리 표면적으로 처리효율을 극대화시키는 문제점을 해결해야 하는 문제점을 안고 있었다.

그러나 근래에 들어 생활수준의 향상과 산업발달로 인해 하루에도 상당량의 오수 및 폐수가 배출됨에 따라 정부에서도 수질오염의 방지와 보다 맑은 물을 공급하기 위하여 그 배출되는 오수 및 폐수의 배출기준을 강화하여 기존 설비의 보완 또는 대치가 요구되었고, 그로 인한 신기술 개발이 시급한 실정에 이르렀다.

또한 생활수준의 향상은 용수사용량이 급증을 초래하였고 이에 따라 용수부족 현상이 발생되었다. 따라서 부족분의 용수를 해결하기 위하여 오.폐수를 처리하여 화장실 등의 중수도용으로 사용할 수 있도록 시도되고 있는 바, 종래 생물학적 처리공법은 반응속도가 느릴 뿐만 아니라 처리효율이 떨어져 중수도용으로 사용하기 곤란한 문제점이 있어 별도의 고도처리시설을 구비해야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 상기 생물학적 처리공법 보다 처리효율 및 처리속도가 뛰어나 부족한 생활용수 및 공업용수로도 사용 가능한 물리·화학적 처리방법 위주로 중점적으로 연구되고 있는 실정이며, 그 중에서도 전기분해를 이용한 오폐수처리방법이 부각되고 있는 실정이다.

통상의 전기적 원리를 이용한 오폐수처리방법을 개략적으로 설명하면 먼저, 보다 큰 효율을 가질 수 있도록 처리하고자 하는 오폐수를 전처리 공정인 조정조에 투입시킨 후 가성소다, 무기응집제 및 적절한 첨가제(NaCl, Na2so4)등을 넣고 혼합하여 전도성을 조정하는 단계를 거치게 한다.

처리조 내부로 유입된 오폐수는 전극판 사이를 통과하면서 전기응집반응을 일으키며, 이러한 전기응집반응은 주로 다음의 반응에 의해서 일어나며 그것은 응집(coagulation), 부상(flotation), 산화(oxidation)등 이다.

이중 산화(oxidation)와 응집(coagulation)은 폐수처리 이론중 가장 핵심적 반응이며 산화(oxidation) 과정은 전극판의 (+)극중의 금속형태의 철이 +2 또는 +3가의 이온상태로 산화되며, 음극에서 발생된 수산화 이온(OH-)이 산화되면서 산소(O2)가 발생된다. 이렇게 발생된 산소(O2)는 유기물의 간접적인 산화(indirectoxidation)에 관여하며 이와 동시에 전극판의 음극에서는 환원이 일어나 중성조건에서 수산화 이온(OH-), 산성조건에서 수소(H2) 가스가 발생된다.

한편, (+)극에서 용출된 금속이온은 수중의 pH 조건에 따라 산성 또는 중성의 조건에서 (+)전하를 띤 금속수화물 복합체를 형성하며, 강알칼리성 조건에서 (-)전하를 띤 금속수화물 복합체를 형성하게 된다. 따라서 일반적으로 유입 오폐수의 pH가 중성 또는 약산성 조건에서 운전이 되므로 (+)전하를 띤 금속수화물 복합체와 (-)전하를 띤 유기오염물질인 콜로이드(Colloid)의 표면전하를 전기적으로 중화시켜 이중층 압축(Double layer compression)에 의한 응집을 통해 유기물이 응집 침전된다.

처리과정에서 생성된 응집침전물은 처리조 하부에 위치한 일정정도의 구배를 가지 슬러지침전부로 침강되며, 이를 주기적으로 슬러지배출관을 통해 펌프로 이송 시킨다.

한편, 전극판의 산화·환원과정 중에 발생되는 기포(gas bubble)에 의해 응집된 물질이 부착되어 부유성 스컴(scum)이 발생되며, 부유성 스컴은 처리조에서 처리된 오폐수와 함께 처리조 다음에 위치한 부상분리조로 유입되며 이는 상부에 떠오른 부유성 스컴이 웨어를 넘어 스컴유출부으로 이동, 스컴배출관을 통해 부상분리조로 이동되며 오폐수는 상부에 위치한 오폐수배출관을 통해 처리된다

그러나, 상기한 종래의 오폐수처리장치에 있어서는 전기분해부의 처리효율은 원통형상으로 겹쳐지게 형성된 각 전극관의 폭과 길이에 비례함에 따라 겹쳐지는 각 전극판을 넓은 폭을 갖도록 형성시킴은 물론 길이를 길게 함으로써, 처리효율을 향상시킬 수 있었으나, 그로 인한 오폐수처리장치의 전체적인 크기가 커지게 되어 설치상에 많은 문제점이 발생됨은 물론 설치비용이 증가되는 문제점이 초래되었다.

또한, 전기적인 반응에 의해 상기 각 전극판은 일정사용기간이 지나게 되면 교체하여야 하는 데, 상호 겹쳐져 있는 각 전극판을 처리조에서 이탈시키고 삽입시켜야 하는 교체과정이 상당히 불편할 뿐만 아니라 그에 따른 많은 추가 비용이 소요되는 문제점이 발생하였다.

이에 본 고안은 통상의 전기분해장치 전단에 경사판침전장치를 설치하여 오폐수를 1차 침전시킨 후, 후단 공정으로 전기분해조를 설치하여 오폐수를 처리함으로서, 전기분해조에서 처리할 수 있는 부하량을 감소시켜 전기분해조의 설치면적을 작게 함과 동시에 원하는 처리효율을 얻을 수 있는 오폐수처리장치를 제공함에 있 다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 경사판 침전조에서 1차 처리된 오폐수를 전기분해조의 전극봉에서, 즉 전극봉의 음극을 알루미늄(Al)과 스테인레스강(SUS)으로 구성하고, 양극을 탄소(Carbon), 산화납(PbO2) 그리고 철(Fe)로 구성함으로써 제작비용이 저렴하고 페수처리능력이 우수한 전기분해식 폐수정화장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 처리과정을 도시한 처리흐름도

도 2는 본 고안에 의한 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치를 나타낸 사시도

도 3은 본 고안의 따른 처리장치의 절개사시도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 원수유입관 2 : 제1침전조

2a : 경사판 3 : 슬러지저류조

4 : 슬러지배출관 5 : 오폐수배출관

6 : 제2침전조 7 : 전기분해조

8 : 전극봉 8a : 전극봉고정부

9 : 분류벽 10 : 월류웨어

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 고안은 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치에 관한 것으로, 특히 경사판을 거쳐 1차 침전시킨 오폐수를 재차 전기분해조에서 처리함으로서 보다 양질의 처리효율을 기대할 수 있는 오폐수처리장치에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 고안에 따른 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 처리과정을 도시한 처리흐름도 이며, 도 2는 본 고안에 의한 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 고안의 따른 처리장치의 절개사시도를 나타내고 있다.

도 1은 본 고안의 처리과정을 나타낸 처리흐름도를 도시하고 있다. 도 1에 나타난바와 같이 경사판침전조로 유입된 오폐수는 침전과정을 거친 후 전기분해조로 이동하게 되고 여기에서 재차 응집침전과정이 일어나게 된다. 이후 제2차 침전조에서 침전과정을 수행한 후 최종 방류되게 된다.

도 2는 본 고안에 의한 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치를 나타낸 사시도를 나타내고 있다.

도 2에 나타난바와 같이 처리조의 일측 하단에서 원수유입관(1)을 통하여 유입된 오폐수는 수위차에 의해 위로 부상하게 되고, 이때 경사판(2a)에 의해 침전 과정을 거치게 된다.

오폐수처리용 침전지용 경사판에 있어서, 경사판(2a)의 재질은 내부식성 및 내마모성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌(Hige Density Polyethylene)을 사용하여 황화물 및 미생물에 대한 침해를 방지함으로서 반영구적인 내구년한을 지니도록 하는 것이 바람직하다.

본 고안의 침전경사판은 모두 5단으로 구성되어 있으며, 좌측판과 우측판이 상호 엇갈리게 설치되어 있다. 이는 상승되는 유속을 감소시켜 침전효율을 향상시키기 위함이다. 경사판의 하부에는 침전된 슬러지를 수집후 배출시키기 위한 슬러지저류조(3)와 슬러지배출관(4)이 구비되어 있다.

경사판(2a)을 통과한 오폐수는 수위차에 의해 전기분해조(7)로 월류하게 되며, 여기서는 전기분해작용에 의한 응집침전 작용이 일어나게 된다.

이를 재차 상세히 설명하면 다음과 같다.

원수유입관(1)을 통해 유입된 오폐수 경사판(2a)을 거치면서 침전작용이 이루어지게 되는데, 기존의 경우 침전경사판의 설치각도나 무게를 맞추지 못해 수압을 견디지 못하고 경사판이 주저 않거나 파쇄 되는 현상도 발생하였으나 본 고안에서는 이러한 사고를 미연에 방지하기 위해 최적의 침전 효율을 보인 경사각도 60° 를 채택하였으며 경사판의 재질은 고밀도 폴리에틸렌(Hige Density Polyethylene)을 사용하여 가벼우면서도 침전효율이 양호하도록 유도하였다.

제1침전조(2)로 유입된 오폐수는 경사판(2a)을 따라 위로 상승하게 되는데 기존에는 경사판 연결부위 등에 슬러지가 쌓이어 이 때문에 침전효율이 감소되고 경사판 연결부위가 빠져버리는 일이 생기었으나 본 고안에서는 이를 방지하고자 경사판(2a)의 형태를 일자형으로 설치하였다.

따라서 경사판(2a) 위에 쌓이게 되는 슬러지가 침전지의 바닥 쪽으로 흘러 내려가게 되므로, 경사판(2a) 상에 슬러지가 과도하게 충적되는 일이 없게 된다.

경사판(2a)을 통과한 오폐수는 제1침전조(2)의 양옆에 있는 전기분해조(7)로 넘어가게 되며, 이러한 일련의 작용은 중단 없이 지속되게 된다.

처리과정중 필연적으로 발생 슬러지 처리문제가 생기게 되며, 기존 침전지에는 체인플레트식과 같은 기계를 설치하여 침전물을 제거하였으나, 본 고안에서는 침전조 바닥에 일정구배를 주어 자연스럽게 슬러지저류조(3)로 침전물을 모이게 한 후 이를 슬러지배출펌프 등을 사용하여 슬러지배출관(4)으로 배출시키게 된다.

제1침전조(2)에서 침전완료된 오폐수는 분류벽(9)을 넘어 전기분해조(7)로 월류되게 된다.

전기분해조(7)에서는 원활한 전기분해작용을 일으키기 위해 주기적으로 정류기에서 (+) (-)를 번갈아 공급해주는 방식보다는 전극봉(10)에 (+)극과 (-)극을 구분 하여 설치한 후 항상 일정하게 전류를 공급해주는 것이 처리효율 향상을 위해 바람직 하다.

전극봉(8)은 전기분해조(7)의 중앙부분에 상호 번갈아서 (+)극과 (-)극을 설치하며, 전극봉(8)의 고정은 전극봉고정부(8a)에 고정시킨 후 실리콘 등으로 마감처리 한다.

전극봉(8)에의 전류공급은 도면에 도시되어 있지는 않으나 통상적인 방법에 의해서 전류공급단자를 설치하여 전극봉(8)에 전기를 공급하게 된다.

상기의 설치된 전극봉(8)의 양극에서 반응은 다음과 같이 일어난다.

2Cl- → Cl2 + 2e-

4OH- → O2 + 2H2O + 4e-

또한 알루미늄으로 이루어진 전극봉(8)의 음극에서는 다음과 같은 반응이 일어나 오수를 정화시킨다.

2H2O + 2Na+ → 2NaOH + H2

Cl2 + NaOH → HOCl + NaCl

상기와 같이 탄소로 이루어진 양극과 알루미늄으로 이루어진 음극에서의 반응에 의하여 발생한 차아염소산(HOCH)의 강력한 산화력에 의하여 염화나트륨 등을 포함한 오폐수를 처리하게 된다.

한편, 상기와 같이 전기반응을 이용함에 따라 전극봉(8)은 일정사용기간이 소요되면 교체를 해야되는 데, 상기한 전극봉(8)은 전극봉고정부(8a)에 끼워진 상태에서 실리콘 등으로 마감재로 고정되어 있는 관계로, 마감재인 실리콘 등을 제거하게 되면 손쉽게 교체할 수 있는 조건을 갖는 것이다.

이와같이 본 고안에 의한 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치는 통상의 전기분해장치 전단에 경사판침전장치를 설치하여 오폐수를 1차 침전시킨 후, 후단 공정으로 전기분해조를 설치하여 오폐수를 처리함으로서, 전기분해조에서 처리할 수 있는 부하량을 감소시켜 전기분해조의 설치면적을 작게 함과 동시에 원하는 처리효율을 얻을 수 있다.

또한 본 고안은 경사판 침전조에서 1차 처리된 오폐수를 전기분해조의 전극봉에서, 전극봉의 음극을 알루미늄(Al)과 스테인레스강(SUS)으로 구성하고, 양극을 탄소(Carbon), 산화납(PbO2) 그리고 철(Fe)로 구성함으로써 제작비용이 저렴하고 폐수처리 능력이 우수한 오폐수처리장치를 얻을 수가 있다.

Claims (2)

1. 통상의 전기분해장치에 있어서, 처리조의 일측 하단에서 오폐수를 유입시키기 위한 원수유입관(1)이 구비되며; 유입된 오폐수는 수위차에 의해 상부로 부상하면서 상호 엇갈리게 설치된 경사판을 지나면서 유속이 감소되어 침전효율을 향상시키기 위한 경사판(2a)을 설치하며; 처리과정중 발생된 슬러지를 외부로 배출되기전 이를 일시 저류시키기 위한 슬러지저류조(3)가 처리조 일측 하부에 설치되며; 저류된 슬러지를 외부로 배출시키기 위한 슬러지배출관(4)이 처리조 하단에 구비되어진 것을 특징으로 하는 오폐수처리장치
2. 상기 1항에 있어서 침전과정을 거친 오폐수는 전기분해조(7)로 월류한 후 여기에는 전기분해작용을 일으키기 위한 전극봉이 (+)극과 (-)극으로 구분되어 설치되며; 전극봉(8)의 고정은 전극봉고정부(8a)에 고정시킨 후 실리콘 등으로 마감처리 한 것을 특징으로 하는 경사판침전지를 겸비한 전기분해장치