KR200326013Y1 - 수처리용 전기장 반응장치 - Google Patents

수처리용 전기장 반응장치 Download PDF

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KR200326013Y1
KR200326013Y1 KR20-2003-0002141U KR20030002141U KR200326013Y1 KR 200326013 Y1 KR200326013 Y1 KR 200326013Y1 KR 20030002141 U KR20030002141 U KR 20030002141U KR 200326013 Y1 KR200326013 Y1 KR 200326013Y1
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Abstract

본 고안은 수처리용 전기장 반응장치에 관한 것으로, 전기장의 반응을 통해 수처리장의 방류수에 포함된 미생물(특히, 대장균)을 사멸 제거할 수 있도록 함으로써 시행되는 하수종말처리장의 방류수 수질기준에 부합될 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 고안은 내부에 일정크기의 내부공간이 형성되어 외부를 구성하는 무전도체 재질의 하우징; 원수(침전조 상의 상등액, 원폐수 저장조의 내부에 유입된 원폐수, 정수처리되어 공장의 공정수로 이용하기 위해 공장으로 유입된 공업용수 및 정수처리되어 공원으로 유입되는 공원수 등을 포함한다.)를 유입시키는 유입구와 반응후의 반응수를 유출시키는 유출구가 구비되는 한편 내부 유입수의 반응공간이 형성된 일정길이의 무전도체 재질로 이루어져 하우징의 내부공간에 설치되는 전기장 반응관; 전기장 반응관의 내부에 이온화된 공기를 주입하여 전기장 반응관 내부로 유입된 유입수 중의 용존산소 증가와 소독 및 유기물 분해효과를 증가시키는 이온산소주입수단; 전기장 반응관의 상부측에 설치되어 인가되는 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 공급하는 AC/DC 정류기; 및 전기장 반응관 내부에 설치되는 한편 상기 AC/DC 정류기로부터 공급되는 전압을 통해 전기장을 발생시켜 전기장 반응관 내부의 유입수 중에 포함된 미생물 또는 난분해성 유기물을 사멸 또는 분해하는 전극봉을 구비한 전기장 반응장치를 포함하여 이루어진다.

Description

수처리용 전기장 반응장치{Electronic field effect apparatus for water treatment}
본 고안은 수처리용 전기장 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오수, 하수 및 폐수의 수처리에 의한 방류수, 공장의 공정수 그리고 공원수 등으로 유입되는 처리수 중에 포함된 대장균을 포함한 미생물을 전기장을 이용하여 사멸 제거하거나, 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 분해할 수 있도록 한 수처리용 전기장 반응장치에 관한 것이다.
일반적으로 급격한 경제발전 과정에서 환경보전에 대한 인식이 부족하였다는 것은 주지의 사실이다. 이처럼 환경보전에 대한 인식의 부족으로 인하여 대기는 물론 수질 또한 그 오염의 정도가 매우 심각한 지경에 이르렀다. 특히, 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수 등은 호소, 내만 및 내해 등의 공용 수역과 도시 중소 하천 등의 수질을 오염시키는 원인이 되고 있다.
따라서, 수질의 오염으로 인한 호소, 내만 및 내해 등의 총질소(N)와 총인(P)에 관련된 수질환경 기준인 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand)의 달성률은 매우 낮은 상태이다. 더욱이 하천, 호소 및 댐은 식수원인 경우가 많기 때문에 곰팡이 냄새, 여과장해 및 유독성 조류의 이상 증식 등은 커다란 환경 문제로 대두되고 있다.
한편, 산업이 고도로 발전하기 이전의 경우 생활하수, 농·축산폐수 및 산업폐수의 오염물질은 주로 일정한 미생물에 의해 분해가 가능한 유기물인 반면에 근래에 들어서 급속한 산업의 발달과 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 폐수 중에 무기 및 유기성분이 차지하는 비율이 점차로 증가하고 있는 실정으로, 산업 폐수의 경우 COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소 요구량), BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생물학적 산소 요구량), SS(현탁물질), 질소(窒素), 인(燐) 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어 하천, 호소 및 댐 등에 그대로 흘러 들어가면 부영양화 등 수자원의 오염은 물론, 독성으로 인한 생태계의 파괴 등으로 이어져 환경에 악영향을 끼친다. 따라서, 산업 폐수는 일정의 기준을 정해 놓고 일정의 기준치 이하로 정화시켜 방류하도록 되어 있다.
특히, 세계의 여러 나라들은 수돗물의 바이러스 검출과 관련하여 하수처리장의 소독시설 설치방안이 강구되고 있는 실정으로 우리의 경우에도 2003년 1월부터 하수종말처리장의 수질기준에 대장균수가 신설되어 소독시설을 필연적으로 해야하는 시점에 놓이게 되었다.
전술한 하수종말처리장의 수질기준에 따른 대장균수 신설의 주된 골자를 요약하면 상수원의 수질에 영향을 미치는 지역의 하수처리장은 처리수(방류수)의 대장균군수가 1,000 개/ml 이상인 경우에는 소독시설을 의무적으로 해야 한다는 것으로, 수질환경보전법시행규칙 별표 5의 규정에 의한 청정지역, 수도법 제5조의 규정에 의한 상수원보호구역 및 그 경계구역으로부터 상류로 유하거리 10km 이내 지역, 수도법 제3조 제15호의 규정에 의한 취수시설로부터 상류로 유하거리 15km 이내 지역이다. 또한, 상수원의 수질에 미치는 영향이 비교적 적은 기타지역의 하수처리장 역시 대장균군수가 3,000 개/ml 이상인 경우 소독시설을 의무적으로 설치하도록하고 있다. 따라서, 오수, 하수 및 폐수의 처리에 따른 방류수의 미생물 소독시설은 필연적이라 할 수 있다.
한편, 산업체의 경우 공정수를 사용할 때 유입된 공정수는 미생물의 번식으로 인하여 공정제품의 품질을 저하시키는 원인으로 작용한다. 이 때문에 기존에는 공정수를 소독하기 위한 방법으로 자외선소독 또는 막분리를 통해 미생물을 사멸 또는 분리하는 방법을 이용하고 있다.
현재 이용하는 소독방법 중 염소소독의 경우 소독부산물인 THM(트리할로메탄)의 위해성, 수생식물에 대한 영향 등으로 소독시설이 중단되는 경향으로 가고 있다. 실제적으로 염소처리된 하수는 실험결과 수생식물에 대하여 급성 또는 만성의 독성을 나타내고, 물고기의 종류, 수를 감소시키는 것으로 나타나고 있다. 국내에서는 염소소독 이외의 소독방식에 대한 설치면적 및 운영기술축적 부족 등으로 소독 선정방법에 있어 애로점이 발생되고 있는 실정이며, 염소소독장치는 자외선소독에 비해 초기투자비가 약 2배에 달하는 문제가 있다.
최근에는 자외선소독장치가 개발되어 적용되는 실 예를 보여주고 있다. 염소소독을 하는 경우에 있어 위해성 문제점이 드러남에 따라 선진국에서는 폐쇄성수역이나 수생생물 등 환경생태계 보호가 시급한 지역부터 자외선(UV)소독으로 점차 변경하는 추세에 있다. 그러나, 이러한 자외선소독의 경우 역시 초기투자비가 비싸고 유지관리 측면에서 보면 주기적으로 고가인 자외선램프를 교체해주어야 하는 문제가 있다.
뿐만 아니라, 전술한 바와 같은 자외선소독은 DNA에 대한 광산화효과로 미생물을 불활성화(inactivation)시키는 것으로 빛을 받으면 광회복효과(light recovery)에 의하여 손상된 미생물의 DNA가 복구 활성화(activation)되어 자외선소독방법을 꺼리는 경향이 있다. 손상된 DNA는 형광빛 또는 태양빛에 의하여 복구될 수 있다. 또한, 자외선조사량이 초기상태와 동일한 조건으로 유지되어야 하는데 램프사용과 함께 성능이 점차적으로 저하되어 소독능력이 시간의 흐름과 함께 감소한다는 단점이 있다. 램프의 초기성능이 저하되면 램프의 254nm 파장방출 기능이 감소되어 소독효과가 격감하는 현상이 나타난다.
또한, 최근에는 자외선소독 이외에 수처리분야에 오존의 적용 실 예가 점차적으로 증가하고 있는 추세이다. 오존은 유기물 또는 미생물을 사멸하는데 유효하나 초기투자비가 자외선장치보다 비싸고 유지비용이 자외선소독장치보다 3배정도 더 많이 든다는 단점이 있다. 초기 투자비면에서만 본다면 1,000톤/일 기준으로 볼 때 염소＞오존＞자외선 소독설비 순으로 투자비가 증가하며, 관리비면(염소주입율 2ppm, 오존주입율 5ppm 기준)에서 보면 오존＞염소＞자외선 소독설비 순으로 감소하게 된다.
한편, 침출수는 여러 가지 오염물질이 고농도로 함유되어 있어 한 가지 방법으로 처리하기가 상당히 어렵다. 특히, 발생량과 매립경과시간에 따라 오염성분과 성상이 변하므로 적절히 대처하기 어려운 폐수로 구분된다. 따라서, 침출수를 안정적으로 그리고 경제적으로 처리할 수 있는 처리방법이 강구되고 있다. 최근에는 단일 처리방법보다는 여러 가지 처리공법이 상호 보완적으로 사용되고 있으며, 유입성상이 일정하지 못한 상황에서 단일 처리공법을 적용하여 수질규제를 만족시키려면 처리비용이 과다하게 된다. 따라서, 질소성분과 유기물을 적절한 기준이하로 처리하기 위해서는 새로운 기법이 적용되어야 한다.
침출수의 경우 일반적 특성은 중금속과 COD(화학적 산소요구량)이 높은 것이 특징이다. 전형적인 특성을 보면 지역적 상황에 따라 상이하지만 pH는 5.8∼9.0(김포지역 5.8∼7.5) 범위, BOD는 500∼90,000 mg/ℓ(김포지역 500∼16,000 mg/ℓ), COD는 500∼100,000 mg/ℓ(김포지역 1,500∼22,000 mg/ℓ) 범위에 있어 일반적인 처리방법으로는 처리하기가 상당히 어려우며, 부하변동이 심하다. 또한, 질소 성분이 약 100 mg/ℓ정도 포함되어 있어 단순한 생물학적 처리방법이나 물리적 처리방법으로는 한계가 있다.
염색폐수의 경우 일정 공간에 모아서 처리하기 때문에 유입성상은 비교적 일정하나 생물학적으로 분해하기 힘든 물질이 다량 포함되어 있어 최근 들어 전처리공정을 거치고 있다. 일 예로 감량폐수의 경우 BOD가 25,000∼30,000 mg/ℓ수준이므로 전자빔으로 전처리하여 BOD값을 70∼80% 대폭 감소시켜 폭기조로 보내어 처리하고 있다.
고농도 유기물을 포함하는 염색폐수는 대부분 물리화학적 처리를 하고 있으며, 최근 들어와서 생물학적 처리와 연계하여 처리하고 있다. 특히, 염색폐수의 경우 색도가 높으므로 화학적 산화법을 채택하고 있는데 펜톤산화법, 염소-자외선 산화법, 염소계 산화법, 오존산화법 등이 채택되고 있다. 이외에도 물리적 처리방법으로는 활성탄흡착법, 분리막, 전기촉매법 등의 방법이 사용되고 있다
물리화학적 처리법의 경우 처리범위의 한계성, 효율성, 유지관리 측면에서보면 처리비용이 상당히 높다. 특히, 염료는 생물학적 처리법으로 분해효과가 아주 낮다. 염색폐수의 경우 BOD/COD 값이 대개 0.3이기 때문에 생물학적 처리법으로는 한계가 있다. 따라서, 전처리단계에서 분해되기 어려운 유기물을 분해하기 쉬운 형태로 분해해 주는 단계가 필요하다. 예를 들면 플라즈마 전처리나 전자빔처리는 그 한 예가 된다. 활성탄 흡착의 경우 용해성 유기물만 흡착하고 입자성 유기물의 제거는 한계가 있기 때문에 물리적처리 단독으로는 역시 한계가 있다.
좀 더 상세히 분류하면 먼저, 생물학적 방법으로는 접촉산화법, 혐기성 소화, 포기식 라군, 회전원판, 활성슬러지법이 가장 대표적으로 알려진 공법이다. 가장 일반적인 방법으로 알려진 활성슬러지 공법은 미생물을 순환시켜 체류시간이 짧은 처리방법으로, 이 공정은 COD부하량에 의해 영향을 받는다. 물리적 방법으로는 활성탄흡착법, 멤브란법이 적용되며, 화학적 처리법으로는 산화제를 이용하는 것으로 오존, 과산화수소, 차아염소산나트륨 등이 이에 해당된다. 최근에 들어와 물리적 방법, 화학적 방법, 생물학적 방법이 상호보완적 방법으로 융합되어 적용되고 있다.
음식물처리의 경우 처리하는 과정에서 상당한 어려움을 겪고 있는 대상이다. 고농도의 COD(화학적 산소요구량)를 처리하는 방법으로 염색폐수와 마찬가지로 화학적 처리법과 물리적 처리법 및 생물학적 처리법이 상호 보완되고 있다.
본 고안은 전술한 바와 같은 염소소독, 자외선소독 및 오존소독 설비에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전기장 반응장치를 통한 전기장의 반응을통해 수처리장의 방류수, 공장의 공정수 그리고 공원수 등으로 유입되는 최종수 중에 포함된 미생물(특히, 대장균)을 사멸 제거할 수 있도록 함으로써 하수종말처리장의 방류수, 공장의 공정수 및 공원수의 수질기준에 부합될 수 있도록 한 수처리용 전기장 반응장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 고안의 두 번째 목적은 전기장 반응을 통해 수처리장의 방류수 또는 공장의 공정수와 공원으로 유입되는 공원수에 포함된 미생물을 사멸 제거할 수 있도록 함으로써 무공해, 무약품 소독법으로 친환경적인 처리효율을 극대화 할 수 있도록 함에 있다.
본 고안의 세 번째 목적은 기존의 소독방법(염소소독, 자외선소독 및 오존소독)에 비해 초기설치비나 고장 및 교체수요로 인한 유지관리비를 절감할 수 있도록 하여 경제적으로도 월등한 효과를 이룰 수 있도록 함에 있다.
본 고안은 네 번째 목적은 유입되는 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 생분해성 유기물로 분해하여 원폐수의 수처리효과를 극대화시킬 수 있도록 함에 있다.
나아가, 본 고안은 전술한 목적들 이외에 유입되는 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 분해하여 원폐수의 수처리효과를 극대화시킬 수 있도록 함으로써 수처리 비용을 절감시킬 수 있도록 함에 있다.
도 1 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 보인 사시도.
도 2 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치의 구성을 보인 개략적인 단면 상태도.
도 3 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 방류수 소독장치로 사용하는 것을 보인 제 1 사용 상태도.
도 4 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 방류수 소독장치로 사용하는 것을 보인 제 2 사용 상태도.
도 5 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 방류수 소독장치로 사용하는 것을 보인 제 3 사용 상태도.
도 6 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 공정수의 소독장치로 사용하는 것을 보인 사용 상태도.
도 7 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용하기 위한 구성을 보인 단면 구성도.
도 8 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용시 공기주입수단을 확대하여 보인 구성도.
도 9 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용시 공기주입수단에서 와류를 형성하는 부재를 보인 측면도.
도 10 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용시 공기주입수단에서 와류를 형성하는 부재를 보인 배면도.
도 11 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치에서 이온산소주입수단의 다른 예를 보인 단면도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100. 전기장 반응장치 110. 하우징
120. 전기장 반응관 130. 이온산소주입수단
140. AC/DC 정류기 150. 전극봉
160. 산화제투입수단 200. 침전조
300. 전기장 반응장치 310. 하우징
320. 전기장 반응관 330. 이온산소주입수단
340. AC/DC 정류기 350. 전극봉
360. 산화제투입수단
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 고안은 다음과 같다. 즉, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치는 내부에 일정크기의 내부공간이 형성되어 외부를 구성하는 무전도체 재질의 하우징; 원수(침전조 상의 상등액, 원폐수 저장조의 내부에 유입된 원폐수, 정수처리되어 공장의 공정수로 이용하기 위해 공장으로 유입된 공업용수 및 정수처리되어 공원으로 유입되는 공원수 등을 포함한다.)를 유입시키는 유입구와 반응후의 반응수를 유출시키는 유출구가 구비되는 한편 내부 유입수의 반응공간이 형성된 일정길이의 무전도체 재질로 이루어져 하우징의 내부공간에 설치되는 전기장 반응관; 전기장 반응관의 내부에 이온화된 공기{오존성 물질, 활성화된 산소원자(O*), 이온화된 산소원자(O2 -) 등을 포함한다.)를 주입하여 전기장 반응관 내부로 유입된 유입수 중의 용존산소를 증가시키는 이온산소주입수단; 전기장 반응관의 상부측에 설치되어 인가되는 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 공급하는 AC/DC 정류기; 및 전기장 반응관 내부에 설치되는 한편 상기 AC/DC 정류기로부터 공급되는 전압을 통해 전기장을 발생시켜 전기장 반응관 내부의 유입수중에 포함된 미생물 또는 난분해성 유기물을 사멸 또는 분해하는 전극봉을 구비한 전기장 반응장치를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서 전기장 반응장치를 방류수 소독장치로 사용하는 경우에는 전기장 반응관에 형성된 유입구와 유출구 각각을 수처리장치의 최종단계인 침전조와 연결하여 침전조 상의 상등액을 연속적으로 유입 반응시켜 순환 소독시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 또한, 전기장 반응장치의 전기장 반응관 일측에 형성된 유입구는 수처리장치의 최종단계인 침전조와 연결하고, 유출구는 방류수계로 연결하여 전기장 반응관의 내부에서 전기장 반응에 의해 소독 처리된 반응수를 방류수계로 유출시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.
한편, 전술한 전기장 반응장치를 수처리장치의 난분해성 유기물 분해장치로 사용하는 경우에는 전기장 반응장치의 전기장 반응관에 형성된 유입구와 유출구 각각을 수처리장치의 최초단계인 원폐수 저장조에 연결하여 원폐수 저장조 내부의 원폐수를 연속적으로 유입 반응시켜 난분해성 유기물을 분해시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 또한, 전술한 전기장 반응장치를 원폐수 저장조와 폭기조 사이에 설치하여 원폐수 저장조로부터 유입된 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 전기장 반응을 통해 분해한 후 폭기조로 배출될 수 있도록 구성할 수 있다.
전술한 전기장 반응관의 재질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 고강도폴리비닐수지, 폴리우레탄, 알루미늄합금 중 어느 하나로 제조됨이 양호하다.
전술한 이온산소주입수단은 이온을 발생시키는 이온발생기; 및 이온을 산소(공기)와 함께 전기장 반응관의 유입구측에 불어넣는 블로어로 이루어질 수 있다. 또한, 전술한 이온산소주입수단은 이온을 발생시키는 이온발생기; 이온발생기에 의해 발생된 이온을 산소(공기)와 함께 전기장 반응관의 하부측으로 불어넣는 블로어; 및 전기장 반응관의 내측 하부에 설치되어 블로어에 의해 유입되는 이온산소를 유입수 중에 나선형으로 회전되면서 주입되도록 그 하부면에서 측면의 나선 방향으로 다수의 와류홈이 형성되는 와류형성부재를 포함하여 이루어질 수도 있다. 이러한 구성 이외에 이온산소주입수단은 이온을 발생시키는 이온발생기; 및 전기장 반응관의 유입구측에 설치되어 유입되는 원수의 흐름에 의해 압력차가 발생되어 이온발생기로부터 발생된 이온과 공기를 전기장 반응관의 내부로 유입시키는 벤츄리관으로 이루어질 수도 있다.
전술한 전극봉은 탄소, 알루미늄, 구리, 백금, 백금-티타늄 및 스테인레스 스틸 중 어느 하나의 재질로 이루어진 봉 형태의 전극; 전극의 외주면에 일정 두께로 피막되는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 및 세라믹 중 어느 하나의 재질로 이루어진 전극피막; 및 전기장 반응관의 내주면에 나선형으로 감겨져 접지되는 전도체의 접지선으로 이루어질 수 있다.
그리고, 전술한 전기장 반응관의 유입구 일측에는 산화제를 물에 1∼20 ppm의 희석농도로 용해시킨 산화제 희석용액을 투입시키는 산화제투입수단이 더 구성될 수 있다.
먼저, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치는 수처리장치의 최종단계인 침전조 상의 상등액인 방류수, 수처리시설로부터 공장으로 유입되는 공정수 용도의 공업용수 및 수처리시설로부터 공원의 수생식물로 공급되는 공원수에 포함된 미생물을 전기장 반응을 통해 사멸 제거시키는 소독기능과 수처리시설의 최초단계인 원폐수 저장조로 유입된 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 전기장 반응을 통해 분해 또는 분해되기 양호한 상태로 반응시키는 분해기능을 포함하는 기술임을 밝히는 바이다. 즉, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치는 미생물을 소독시키는 소독장치로써의 기능과 난분해성 유기물을 분해시키는 분해장치로써의 기능을 겸비한 기술이다.
또한, 본 고안의 상세한 설명에서 수처리용 전기장 반응장치를 소독장치로써 기술하는 경우 수처리시설로부터 방류수계로 방류되는 방류수, 수처리시설로부터공장 등의 공정수로 유입되는 공업용수 및 수처리시설로부터 공원의 수생식물에 공급되는 공원수를 별도로 분리 기술하지 않고, 방류수로 일괄 기술함을 밝히는 바이다. 따라서, 이하의 상세한 설명에서 기술되는 방류수에는 수처리시설로부터 방류수계로 방류되는 방류수, 수처리시설로부터 공장 등의 공정수로 유입되는 공업용수 및 수처리시설로부터 공원의 수생식물에 공급되는 공원수의 뜻이 내포됨을 알 수 있다.
다음에서 실시 예로 설명되는 도 1 내지 도 6 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 미생물 소독장치로 사용하는 것을 보인 것이고, 도 7 내지 도 10 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용하는 것을 보인 것이지만, 도 1 내지 도 6 에 설명된 기술을 난분해성 유기물 분해장치로 사용할 수 없다거나, 도 7 내지 도 10 에 설명된 기술을 미생물 소독장치로 사용할 수 없다는 것은 아니다.
즉, 도 1 내지 도 6 에 설명된 기술을 미생물 소독장치나 난분해성 유기물 분해장치로 사용할 수 있으며, 도 7 내지 도 10 에 설명된 기술 역시 미생물 소독장치나 난분해성 유기물 분해장치로 사용할 수 있다는 것이다.
이하에서는 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 수처리용 전기장 반응장치에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 보인 사시도, 도 2 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치의 구성을 보인 개략적인 단면 상태도이다.
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)는 외부를 형성하는 하우징(110), 전기장 에너지를 통해 유입된 원수(침전조 상의 상등액, 원폐수 저장조의 내부에 유입된 원폐수, 정수처리되어 공장의 공정수로 이용하기 위해 공장으로 유입된 공업용수 및 정수처리되어 공원으로 유입되는 공원수 등을 포함한다.)를 전기장 반응시키기 위한 전기장 반응관(120), 전기장 반응관(120)의 내부로 유입되는 유입수에 이온화된 산소(공기)를 주입시키는 이온산소주입수단(130), 인가된 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 AC/DC 정류기(140) 및 AC/DC 정류기(140)로부터 공급된 전압을 통해 전기장 반응관(120) 내부에 전기장을 발생시키는 전극봉(150)으로 이루어진다.
본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)를 수처리장치의 소독장치로 사용하는 경우 수처리장치의 침전조(200)로부터 전기장 반응관(120)의 내부로 유입되는 유입수를 전기장을 통해 유입수에 포함된 미생물(특히, 대장균, 바이러스 등)을 사멸시켜 방류수의 수질 조건에 알맞도록 소독 처리하게 된다. 이때, 전기장 반응관(120)의 내부로는 유입된 유입수의 용존산소량을 증가시켜 내부 유입수의 유기물분해 및 소독향상 효과를 촉진시키기 위해 이온화된 산소가 주입된다.
전술한 바와 같이 전기장 반응관(120)의 내부로 주입되는 공기는 도 2 에서와 같이 전기장 반응관(120)의 유입구(122)측에 이온화된 산소를 주입하는 이온산소주입수단(130)에 의해 주입된다.
전술한 바와 같이 구성된 수처리용 전기장 반응장치(100)를 통해 소독 처리되어 전기장 반응관(120)의 유출구(124)를 통해 유출되는 반응수는 방류수계, 공정및 공원수로 유출된다. 보다 소독처리 효과를 향상시키기 위해서는 전기장 반응관(120)의 유입구(122)와 유출구(124)를 침전조(200)의 외측에 연결하여 침전조(200) 상의 상등액을 순환 소독시킬 수 있도록 할 수도 있다. 순환소독의 경우 침전방해가 최소화될 수 있으므로 본 장치로 소독한 후 추가적으로 침전조를 더 설치하여 침전 방류할 수도 있다.
한편, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)에는 전기장 반응관(120)의 내부로 유입되는 상등액을 전기장 반응을 통해 물분자를 포함한 특정 분자들의 물리화학적 특성을 변화시켜 상등액 중의 유무기성 오염물질을 반응시킴으로써 소독효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 산화제를 물에 1∼20ppm의 희석농도로 용해시킨 산화제 희석용액을 투입시키는 산화제투입수단(160)이 더 구성된다.
본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 하우징(110)은 수처리용 전기장 반응장치(100)의 외부를 구성하는 것으로, 이 하우징(110)은 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 직사각형 형태의 내부공간이 형성된 구성으로 이루어진다.
이때, 하우징(110)은 수처리용 전기장 반응장치(100)에 고전압이 걸리기 때문에 안전을 위해 PVC 재질과 같은 전기가 통하지 않는 무전도체 재질로 이루어져야 한다.
전기장 반응관(120)은 침전조(200)의 상등액을 유입시켜 전기장 반응을 일으키기 위한 것으로, 이 전기장 반응관(120)은 일측 하부 적소에 형성되어 침전조(200)의 상등액이 유입되는 유입구(122)와 일측 상부 적소에 형성되어 반응후 반응수를 유출시키는 유출구(124)가 구비된 일정길이를 갖는 중공의 형태로 이루어진 무전도체 재질로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 전기장 반응관(120)은 후술할 도 3 에서와 같이 유입구(122) 만이 침전조(200)의 일측에 연결되어 유출구(124)로 유출되는 반응수는 방류수계, 공정 및 공원수로 유출될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 상등액의 소독처리 효과를 보다 향상시키기 위하여 후술할 도 4 에서와 같이 유입구(122)와 유출구(124) 모두 침전조(200)에 연결하여 침전조(200) 상의 상등액을 반복 순환시키는 것을 통해 소독 처리할 수도 있다. 이러한 도 3 및 도 4 의 구성 이외에도 전기장 반응관(120)의 설치는 그 소독효과를 더욱 향상시키기 위해 도 5 에서와 같이 도 3 과 도 4 를 병용한 구성으로 이루어질 수도 있다.
한편, 전술한 전기장 반응관(120)의 재질은 무전도체 즉, 전기가 통하지 않는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 고강도폴리비닐수지, 폴리우레탄, 알루미늄합금 중 어느 하나로 제조된다. 이는 전기장 반응관(120) 내에 높은 전압이 인가되기 때문에 안전성을 고려한 것이다.
이온산소주입수단(130)은 전기장 반응관(120)의 내부로 유입되는 상등액의 용존산소를 증가시켜 유기물의 분해효과 및 소독효과를 촉진시키기 위해 유입구(122)측에 이온화된 산소를 주입시키는 것으로, 이 이온산소주입수단(130)은 블로어(132), 이온산소주입관(134) 및 이온발생기(136)로 이루어진다. 이처럼 전기장 반응관(120)의 내부에 이온화된 산소를 주입함으로써 전기장 반응관(120) 내에 용존산소 농도가 증가하여 유기물의 분해효과와 소독효과가 증가하게 된다.
전술한 바와 같은 이온산소주입수단(130)은 전기장 반응관(120)의 유입구(122)로 상등액이 유입되는 것과 함께 작동되어 전기장 반응관(120)의 내부로 이온화된 산소를 주입하게 된다.
AC/DC 정류기(140)는 전기장 반응관(120)의 상부측에 설치되어 인가되는 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 공급하는 것으로, 이 AC/DC 정류기(140)는 전원으로부터 인가된 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 고전압을 공급함으로써 전극봉(150)의 주위에 전기장이 형성되도록 한다.
전극봉(150)은 AC/DC 정류기(140)로부터 공급되는 직류전압을 통해 그 주위에 전기장을 발생시켜 전기장 반응관(120) 내부로 유입된 유입수에 포함된 미생물을 전기장 반응 통해 사멸시키는 것으로, 이 전극봉(150)은 전기장 반응관(120)의 내부에 하나 이상 설치된다. 즉, 두 개나 세 개로도 설치될 수 있다는 것이다.
한편, 전술한 전극봉(150)은 탄소, 알루미늄, 구리, 티타늄 및 스테인레스 스틸 중 어느 하나의 재질로 이루어진 봉 형태의 전극(152), 전극(152)의 외주면에 일정 두께로 피막되는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 및 세라믹 중 어느 하나의 재질로 이루어진 전극피막(154) 및 전기장 반응관(120)의 내주면에 나선형으로 감겨져 음극으로 작용하는 전도체의 접지선(156)으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 및 세라믹 중 어느 하나의 재질로 이루어진 전극피막(154)을 형성함으로써 전극봉(150)의 전기력이 월등히 증가될 수 있도록 하는 한편, 내구성 역시 월등히 증가되어 수명을 반영구적으로 사용할 수 있도록 하였다.
그리고, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)의 구성에 부가된 산화제투입수단(160)은 앞서 기술한 바와 같이 전기장 반응관(120)의 내부로 유입되는 상등액을 전기장 반응을 통해 물분자를 포함한 특정 분자들의 물리화학적 특성을 변화시켜 상등액 중의 유무기성 오염물질을 반응시킴으로써 소독효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 이 산화제투입수단(160)은 산화제를 물에 1∼20 ppm의 희석농도로 용해시킨 산화제 희석용액을 저장하는 산화제 저장조(162), 산화제 저장조(162)와 유입구(122)를 연결하는 산화제 투입관(164) 및 산화제 저장조(162)로부터 산화제 희석용액을 산화제 투입관(164)을 통해 전기장 반응관(120)의 유입구(122)측에 투입시키는 펌프(166)로 이루어진다.
전술한 바와 같은 산화제투입수단(160)은 전기장 반응관(120)의 유입구(122)로 상등액이 유입되는 것과 함께 작동되어 전기장 반응관(120)의 내부로 산화제 희석용액을 투입하게 된다.
전술한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 소독기능을 하는 수처리용 전기장 반응장치(100)는 유입구(122)를 통해 전기장 반응관(120)의 내부로 유입된 유입수와 산화제에 AC/DC 정류기(140)를 통해 직류전압을 인가하여 전극봉(150) 주위에 전기장을 발생시킴으로써 유입수 속에 들어 있는 물분자를 포함한 특정 분자들의 물리화학적 특성을 변화시켜 잔류 유무기성 물질을 분해 또는 활성화를 통해 수처리효과를 유발시키게 된다. 또한, 전기장 반응을 통해 전기장 반응관(120) 내부의 상등액에 포함된 미생물을 사멸시키게 된다.
한편, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)의 전기장 반응 원리에대해 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 본 고안의 수처리용 전기장 반응장치(100)에서 생성되는 전기력(두 전하 사이에 작용하는 힘)의 세기는 수학식 1과 같이 쿨롱의 법칙에 따른다. 즉, 두 전하가 있을 때 다른 종류의 전하는 흡인력이 작용하고, 같은 종류의 전하는 반발력이 작용하며, 두 전하 사이에 작용하는 전기력(F)은 두 전하 Q1[단위 C: 전하], Q2[단위 C: 전하]의 곱에 비례하고, 두 전하 사이의 거리 r[단위: m]의 제곱에 반비례한다.
여기서, F : 두 전하 사이에 작용하는 힘(전기력), k : 비례상수(k=1/(4πε), 진공중의 비례상수 =9×109, r : 두 전하 사이의 거리[m], Q1, Q2: 전하[C], ε : 유전율[F/m], ε=ε0·εR(ε0: 진공의 유전율(=8.855×10-12[F/m]), εR: 비유전율), N: 힘의 단위(뉴턴)이다.
본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)로부터 생성되는 전기장은 전기력이 작용하는 공간으로 정의한다. 이 공간은 처리하고자하는 침전조(200) 상의 상등액이 통과하는 공간이며, 상등액이 통과하는 전기장 반응관(120)의 직경은 원통형인 경우 전극봉의 표면적 크기에 따라 10∼500mm 범위로 한다. 따라서, 수처리용 전기장 반응장치(100)의 전극봉(150)에서 생성되는 전기력은 전위가 높은 전극봉(150)의 표면에서부터 접지된 상태의 전위가 낮은 전기장 반응관(120)의 벽면으로 향한다. 이 경우 전기력선(전기장의 상태를 나타내는 가상의 선)의 접선방향은 그 접점에서의 전기장의 방향을 가리키게 된다.
한편, 본 고안에 따른 전기장의 세기(E)는 다음의 수학식 2 에서와 같이 정의된다. 즉, 전기장의 세기는 전하량에 비례하고 전하사이의 거리 제곱에 반비례한다(V:전압단위 볼트). 전극표면으로부터 멀어질수록 전기장의 세기는 감소한다.
수학식 2 에서와 같이 정의하면 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)의 공간에 작용하는 전기력 F=QE(Q: 전하, E: 전기장의 세기)로 정의할 수 있다.
따라서, 수처리용 전기장 반응장치(100)에서 전기력을 조절하기 위해서는 교류로부터 전환된 직류전압을 임의로 조절하므로 가능하다. 수처리용 전기장 반응장치(100)는 교류전압으로부터 직류전압으로 전환하는 장치가 부착되어 있어 임의의 공간에 생성되는 전기력을 조절할 수 있도록 설계된다. 수처리용 전기장 반응장치(100)에서 생성되는 전압(V)은 수학식 3 과 같이 정의되는 값이다. 즉, 생성되는 전하량(전극의 표면적에 비례)을 알면 전극표면으로부터 거리 r의 위치에서 전압 값을 알 수 있다.
수학식 3 으로부터 유도되는 수처리용 전기장 반응장치(100)의 전압은 10∼30 kV 범위까지 생산될 수 있도록 설계된다. 수처리용 전기장 반응장치(100)는 전극봉(150)에서 전기력이 발생되는데 전극표면에서 공간적으로 멀리 떨어질수록 유입수가 수용하는 에너지가 작게 되므로 전극봉(150)의 접지선(156)을 스크류 형태(도 2 참조)로 하여 전극표면으로부터 생기는 고에너지를 유입수 전체에 균일하게 분산시키고자 하였다. 유입수가 통과공간에서 와류가 형성되도록 해줌으로 전극표면으로부터 생성되는 고에너지를 유입수에 균등하게 분산시킬 수 있다.
한편, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)는 전극표면에서 전하가 발생하므로 물분자의 경우 산소원자의 전자밀도가 더욱 증가하게 되어 쌍극자 효과가 증가하게 된다. 이것은 물분자가 이온화 또는 활성화된다는 것을 의미한다. 산소원자 주위에 전하량이 증가하면 수학식 4 에 따라 쌍극자 모멘트가 증가하게 된다. 쌍극자란 유전체 내에서 크기가 같고 극성이 반대인 +q와 -q의 1쌍의 전하를 가지는 원자를 말하는 것으로, 한 분자 내에서 분극화 현상이 증가하는 것이다. 물분자의 쌍극자 모멘트 M은 수학식 4 와 같이 정의된다.
M=qℓ[C·m]
여기서, M : 쌍극자 모멘트[C·m], q : 전하량[C], ℓ : 거리간격[m] 이다.
다음은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)의 사용 예를 보인 것이다.
도 3 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 방류수 소독장치로 사용하는 것을 보인 제 1 사용 상태도, 도 4 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 방류수 소독장치로 사용하는 것을 보인 제 2 사용 상태도, 도 5 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 방류수 소독장치로 사용하는 것을 보인 제 3 사용 상태도이다.
먼저, 도 3 에서와 같이 본 고안에 따른 소독장치로써의 기능을 하는 수처리용 전기장 반응장치(100)에서 전기장 반응관(120)의 유입구(122)는 침전조(200)와 연결되고, 유출구(124)를 통해 유출되는 반응수는 방류수계, 공정 및 공원수로 유출될 수 있도록 할 수 있다. 이러한 도 3 의 구성은 처리용량이 크지 않는 경우에 양호한 구성이라 할 수 있다.
도 4 의 구성은 침전조(200) 상에 전기장 반응관(120)의 유입구(122)와 유출구(124) 각각을 연결하여 침전조(200) 상의 상등액을 반복적으로 순환 소독하여 별도의 방류라인을 통해 방류수계, 공정 및 공원수에 유출시키는 구성으로, 이러한 도 4 와 같은 구성은 처리용량이 큰 경우에 합당하다.
도 5 의 구성은 도 3 과 도 4 의 구성을 병용한 것으로, 이러한 구성은 보다 대용량을 처리하기 위한 구성으로 합당하다. 도 5 의 구성을 보면 침전조(200) 상에 유입구(122)와 유출구(124) 각각이 연결된 전기장 반응관(120)에서는침전조(200) 상의 상등액을 반복적으로 순환 소독하게 되고, 유입구(122) 만이 연결된 전기장 반응관(120)은 반응수를 유출구(124)를 통해 방류수계, 공정 및 공원수로 유출시킨다.
도 6 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 공정수의 소독장치로 사용하는 것을 보인 사용 상태도이다.
도 6 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100)는 공장 등의 공정수로 유입되는 공업용수를 소독처리하기 위한 실 예를 보인 것으로, 도 6 에 도시된 바와 같이 수처리시설로부터 공장 등의 공업시설로 유입되는 공업용수 라인 상에 수처리용 전기장 반응장치(100)를 설치하고, 유입구(122)와 유출구(124) 각각에 필터(170)를 설치하여 유입구(122)로 유입되는 유입수 중에 포함된 이물질 등을 필터링할 수 있도록 하는 한편, 반응 후 유출구(124)를 통해 유출되는 반응수 또한 다시 한 번 필터링된 후 공정으로 유입될 수 있도록 구성된다.
이상에서와 같이 본 고안에 따른 소독장치로써 기능하는 수처리용 전기장 반응장치(100)는 전정기장 반응을 통해 방류수에 포함된 잔류 유무기성 오염물질을 분해하여 제거하고, 또는 방류수 속에 포함된 미생물을 사멸시키게 된다.
다음은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로써 사용하는 실시 예를 설명한 것이다.
도 7 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용하기 위한 구성을 보인 단면 구성도, 도 8 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용시 공기주입수단을 확대하여보인 구성도, 도 9 는 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용시 공기주입수단에서 와류를 형성하는 부재를 보인 측면도, 도 10 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치를 난분해성 유기물 분해장치로 사용시 공기주입수단에서 와류를 형성하는 부재를 보인 배면도이다.
도 7 내지 도 10 에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300)는 도 1 내지 도 6 에 도시된 미생물 소독장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(100)와 같이 외부를 형성하는 하우징(310), 전기장 에너지를 통해 유입된 방류수를 소독 처리하기 위한 전기장 반응관(320), 전기장 반응관(320)의 내부로 유입되는 유입수에 이온화된 산소(공기)를 주입시키는 이온산소주입수단(330), 인가된 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 AC/DC 정류기(340) 및 AC/DC 정류기(340)로부터 공급된 전압을 통해 전기장 반응관(320) 내부에 전기장을 발생시키는 전극봉(350)으로 이루어지는 마찬가지이다.
다만, 본 고안에 따른 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300)는 도 1 내지 도 6 에 도시된 바와 같은 방류수, 공업용수 또는 공원수를 소독하는 미생물 소독장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(100)와는 달리 원폐수가 유입되는 수처리장치의 최초단계인 원폐수 저장조(400)의 일측에 설치되어 연속적인 순환을 통해 난분해성 유기물을 분해할 수 있도록 하거나, 원폐수 저장조(400)와 폭기조의 사이에 설치되어 원폐수 저장조(400)로부터 폭기조로 유입되는 원폐수를 전기장 반응관(320)을 통과할 수 있도록 하여 난분해성 유기물을 분해하거나 분해가 용이하도록 한 것이다.
한편, 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300)는 난분해성 유기물을 분해를 촉진시키기 위해 난분해성 유기물과 주입되는 이온산소가 접촉을 보다 활발하게 이루어질 수 있도록 하는 구성이 더 부가된다.
즉, 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300)에서는 이온산수주입수단(330)에 있어 이온발생기(332)에서 발생된 음이온을 산소(공기)에 함께 블로어(334)를 통해 전기장 반응관(320)의 하부측으로 불어넣을 때, 도 7 내지 도 10 에서와 같이 주입되는 공기방울이 나선형 방향으로 회전하면서 전기장 반응관(320)의 상부측으로 주입될 수 있도록 하부면에서 측면의 나선형 방향으로 와류홈(338a)이 등간격으로 다수 형성된 와류형성부재(338)가 더 구성된다.
본 고안에 따른 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300)의 상세한 설명은 도 1 내지 도 6 의 설명에서와 같기 때문에 별도의 설명은 하지 않기로 하고, 작용에 대한 설명만 하기로 한다.
본 고안에 따른 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300)는 폐수원으로부터 수처리장치의 원폐수 저장조(400)로 유입된 원폐수를 전기장 반응관(320)의 내부로 유입시킨 후, 유입수를 전기장 반응을 통해 유입수에 포함된 난분해성 유기물을 분해시키거나 분해되기 양호한 조건으로 반응시켜 원폐수 저장조(400)로 다시 유출시키거나, 폭기조(도시하지 않음)로 유출시키게 된다.
이때, 전기장 반응관(320)의 내부로는 유입된 유입수의 용존산소량의 증가와유기물 반응성을 증가시켜 내부 유입수의 유기물분해 효과를 향상시키기 위해 이온발생기(332)에 의해 발생된 이온을 산소(공기)와 함께 블로어(334)를 통해 이온산소주입관(336)으로 주입시키게 되면 주입된 이온산소는 공기방울의 형태로 와류형성부재(338)의 하부에서 와류홈(338a)을 측방향으로 통과하면서 와류홈(338a)의 형성 방향으로 와류가 형성되는 것과 같이 회전되면서 전기장 반응관(320)의 상부로 이동된다. 이처럼 와류홈(338a)의 형성 방향으로 와류가 형성되는 것과 같이 회전되면서 공기방울이 이동되면 전기장 반응관(320) 내부의 유입수 중에 포함된 난분해성 유기물과의 접촉이 더 활발하게 이루어져 난분해성 유기물의 분해가 더욱 용이하게 된다.
전술한 바와 같이 이온산소의 주입에 따라 전기장 반응관(320) 내부의 유입수에는 용존산소의 농도가 증가하게 되고, 이에 따라 산화기능이 향상된다. 또한, 용존산소의 농도가 증가함에 따라 산화제의 사용량을 최소화시킬 수가 있다. 이러한 효과에 더하여 질소화합물의 질산반응을 촉진시켜주므로 폭기조에서 질소화합물의 분해효과가 월등히 증가하게 된다.
전술한 바와 같이 전기장 반응관(320)의 내부로 주입되는 공기는 도 7 및 도 8 에서와 같이 전기장 반응관(320)의 하부측에 이온화된 산소를 주입하는 이온산소주입수단(330)에 의해 주입된다.
전술한 바와 같이 구성된 수처리용 전기장 반응장치(300)의 전기장 반응관(320) 내부에서 전기장 반응을 거친 반응수는 전기장 반응관(320)의 유출구(124)를 통해 원폐수 저장조(400) 또는 폭기조(도시하지 않음)로 유출된다.
한편, 원폐수의 유입과 전기장 반응을 통한 난분해성 유기물의 분해작용은 연속적으로 이루어진다.
본 고안에 따른 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300) 역시 산화제투입수단(360)을 통해 산화제를 투입하게 되는데, 이 산화제투입수단(360)은 산화제를 물에 1∼20 ppm의 희석농도로 용해시킨 산화제 희석용액을 저장하는 산화제 저장조(362), 산화제 저장조(362)와 유입구(322)를 연결하는 산화제 투입관(364) 및 산화제 저장조(362)로부터 산화제 희석용액을 산화제 투입관(364)을 통해 전기장 반응관(320)의 유입구(322)측에 투입시키는 펌프(366)로 이루어진다.
전술한 바와 같은 산화제투입수단(360)은 전기장 반응관(320)의 유입구(322)로 상등액이 유입되는 것과 함께 작동되어 전기장 반응관(320)의 내부로 산화제 희석용액을 투입하게 된다.
한편, 본 고안의 도 1 내지 도 6 에 도시된 구성과 도 7 내지 도 10 에 도시된 구성을 병용할 경우 보다 더 수처리효과를 극대화시킬 수 있다. 즉, 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100, 300)를 수처리장치의 원폐수 저장조(400) 및 침전조(200) 각각에 설치하여 원폐수 저장조(400) 내부의 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 전기장 반응을 통해 분해한 후, 침전조(200) 상의 상등액에 포함된 미생물을 전기장 반응을 통해 사멸 제거하여 방류수계, 공정 및 공원수로 유출시킴으로써 보다 더 수처리효과를 극대화시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 도 1 내지 도 6 에 도시된 구성과 도 7 내지 도 10 에 도시된 구성을 병용할 경우 역시 원폐수 또는 상등액의 유입과 전기장 반응에 의해 난분해성 유기물의 분해 또는 미생물의 사멸 작용을 연속적으로 이루어진다.
도 11 은 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치에서 이온산소주입수단의 다른 예를 보인 단면도이다.
도 11 에 도시된 바와 같이 이온산소주입수단(530)의 또 다른 예는 이온을 발생시키는 이온발생기(532) 및 전기장 반응관(520)의 유입구(522)측에 설치되어 유입되는 원수의 흐름에 의해 압력차가 발생되어 이온발생기(532)로부터 발생된 이온과 공기를 전기장 반응관(520)의 내부로 유입시키는 벤츄리관(534)의 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 이온산소주입수단(530)은 유입되는 원수가 벤츄리관(534)을 통화해 전기장 반응관(520)의 내부로 유입될 때 벤츄리관(534)의 내부에는 압력차가 발생하게 되고, 이에 따라 이온산소발생기(532)에서 발생된 이온과 산소(공기)는 벤츄리관(534)의 내부로 흡입되어 원수와 함께 전기장 반응관(534)의 내부로 유입된다.
[실험 1]
본 고안에 따른 난분해성 유기물 분해장치로써의 수처리용 전기장 반응장치(300)를 전처리용으로 고농도 유기물과 질소를 함유한 침출수를 전처리 하였다. 고농도 유기물과 고농도 질소를 포함하는 폐수는 미생물 단독처리로는 적절히 대처하기 어려우므로 본 고안에 따른 전기장 반응장치(300)를 이용해 전처리 함으로써 본 처리단계에서 미생물처리효과를 월등히 증가시키는 것이다. 실험은1000 리터 반응기에 처리대상의 침출수를 채우고 전기장 반응장치(300)를 부착하여 연속적으로 침출수를 순환시키면서 실험하였다. 침출수의 성상은 pH 6.5, BOD가 11,000 mg/ℓ, COD가 17,000 mg/ℓ, 총질소(T-N) 1,200 mg/ℓ인 침출수를 사용하였다. 산화제는 차아염소산나트륨 5% 희석용액을 사용하였으며, 처리대상원수 대비 3중량%를 투입하였다. 표 1 에서 보는 바와 같이 반응시간 30분이 지난 다음 유기물의 제거효과가 월등히 증가하였으며, 총질소 제거효과도 40∼50% 정도 제거되는 효과를 보여주어 유입수의 전처리 효과도 나타났다. 1차 처리수를 폭기조에 유입시켜 처리하면 기존의 폭기조 처리용량이 대폭 증가할 뿐만 아니라 수질규제를 적절히 대처할 수 있다.
반응시간(분) 항목 유입원수(mg/ℓ) 1차 처리수(mg/ℓ)제거율
산화제 미투입 산화제투입(차아염소산 나트륨 3중량%)
30 COD 12,000 76% 85%
T-N 1,200 45% 55%
120 COD 12,000 88% 92%
T-N 1,200 63% 75%
표 2 는 산화제 투입없이 공기만 투입하였을 경우를 상호 비교한 것이다. 공기 중의 산소가 전기장 반응장치(300)에 유입됨으로써 유기물의 분해효과와 질산성 물질의 형성농도가 증가할 뿐만 아니라, 감소속도가 산화제를 넣는 것과 비슷하게 감소하였다. 이는 전기장 반응장치(300)에 투입되는 공기 중 산소가 다량 용존되어 질산화속도와 유기물의 분해효과가 증가하였기 때문으로 판단된다. 유입원수 중의 산소농도와 공기투입 상태에서의 전기장 반응장치(300) 통과수의 용존산소량을 측정한 결과 5ppm에서 7.5ppm으로 용존산소량이 증가하였음을 확인할 수 있었다. 이 효과는 산화제를 투입하는 효과와 유사한 결과를 보여 주었다.
반응시간(분) 항목 유입원수(mg/ℓ) 1차 처리수(mg/ℓ)제거율
공기 미투입 고기투입(원수대비 20중량%)
30 COD 12,000 76% 82%
T-N 1,200 45% 52%
120 COD 12,000 88% 90%
T-N 1,200 63% 71%
이상에서와 같이 본 고안에 따른 수처리용 전기장 반응장치(100, 300)는 전기장 반응을 통해 난분해성 유기물의 분해와 미생물을 사멸 작용을 극대화시킴으로써 수처리장치의 수처리효과를 더욱 향상시킬 수 있음은 물론, 유지관리비용도 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
본 고안은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 고안의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
이상에서와 같이 본 고안에 따르면 전기장발생장치를 통한 전기장의 반응을 통해 수처리장의 방류수에 포함된 미생물(특히, 대장균)을 사멸 제거할 수 있도록 함으로써 2003년 1월부터 시행되는 하수종말처리장의 방류수 수질기준에 부합될 수 있도록 하는 효과가 발휘된다.
본 고안의 두 번째 효과로는 전기장 반응을 통해 수처리장의 방류수에 포함된 미생물을 사멸 제거할 수 있도록 함으로써 무공해, 무약품 소독법으로 친환경적인 처리효율을 극대화 할 수 있다.
본 고안의 세 번째 효과로는 기존의 소독방법에 비해 초기설치비나 고장 및교체수요로 인한 유지관리비를 절감할 수 있도록 하여 경제적으로도 월등한 효과를 이룰 있다.
본 고안은 네 번째 효과로는 유입되는 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 분해하여 원폐수의 수처리효과를 극대화시킬 수 있다.
나아가, 본 고안은 전술한 효과들 이외에 유입되는 원폐수에 포함된 난분해성 유기물을 분해하여 원폐수의 수처리효과를 극대화시킬 수 있도록 함으로써 수처리비용을 절감시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

Claims (11)

  1. 내부에 일정크기의 내부공간이 형성되어 외부를 구성하는 무전도체 재질의 하우징;
    원수를 유입시키는 유입구와 반응후의 반응수를 유출시키는 유출구가 구비되는 한편 내부 유입수의 반응공간이 형성된 일정길이의 무전도체 재질로 이루어져 상기 하우징의 내부공간에 설치되는 전기장 반응관;
    상기 전기장 반응관의 내부에 이온화된 공기를 주입하여 상기 전기장 반응관 내부로 유입된 유입수 중의 용존산소를 증가시키는 이온산소주입수단;
    상기 전기장 반응관의 상부측에 설치되어 인가되는 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 공급하는 AC/DC 정류기; 및
    상기 전기장 반응관 내부에 설치되는 한편 상기 AC/DC 정류기로부터 공급되는 전압을 통해 전기장을 발생시켜 상기 전기장 반응관 내부의 유입수 중에 포함된 미생물 또는 난분해성 유기물을 사멸 또는 분해하는 전극봉을 구비한 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장 반응장치의 전기장 반응관에 형성된 상기 유입구와 유출구 각각을 수처리장치의 최종단계인 침전조와 연결하여 상기 침전조 상의 상등액을 연속적으로 유입 반응시켜 순환 소독시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장 반응장치의 전기장 반응관 일측에 형성된 유입구는 수처리장치의 최종단계인 침전조와 연결하고, 상기 유출구는 방류수계로 연결하여 상기 전기장 반응관의 내부에서 전기장 반응에 의해 소독 처리된 반응수를 방류수계로 유출시킬 수 있도록 한 것을 수처리용 전기장 반응장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장 반응장치의 전기장 반응관에 형성된 상기 유입구와 유출구 각각을 수처리장치의 최초단계인 원폐수 저장조에 연결하여 상기 원폐수 저장조 내부의 원폐수를 연속적으로 유입 반응시켜 난분해성 유기물을 분해시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장 반응장치를 수처리장치의 최초단계인 원폐수 저장조와 다음 단계인 폭기조 사이에 설치하여 상기 원폐수 저장조로부터 유입된 원폐수의 난분해성 유기물을 전기장 반응을 통해 분해한 후 상기 폭기조로 배출될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극봉은 탄소, 알루미늄, 구리, 백금, 백금-티타늄 및 스테인레스 스틸 중 어느 하나의 재질로 이루어진 봉 형태의 전극;
    상기 전극의 외주면에 일정 두께로 피막되는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PVC 및 세라믹 중 어느 하나의 재질로 이루어진 전극피막; 및
    상기 전기장 반응관의 내주면에 나선형으로 감겨져 접지되는 전도체의 접지선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전기장 반응관의 재질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 고강도폴리비닐수지, 폴리우레탄, 알루미늄합금 중 어느 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 이온산소주입수단은 이온을 발생시키는 이온발생기; 및
    상기 이온을 산소(공기)와 함께 상기 전기장 반응관의 유입구측에 불어넣는 블로어로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 이온산소주입수단은 이온을 발생시키는 이온발생기;
    상기 이온발생기에 의해 발생된 이온을 산소(공기)와 함께 상기 전기장 반응관의 하부측으로 불어넣는 블로어; 및
    상기 전기장 반응관의 내측 하부에 설치되어 상기 블로어에 의해 유입되는 이온산소를 상기 유입수 중에 나선형으로 회전되면서 주입되도록 그 하부면에서 측면의 나선 방향으로 다수의 와류홈이 형성되는 와류형성부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 이온산소주입수단은 이온을 발생시키는 이온발생기; 및
    상기 전기장 반응관의 유입구측에 설치되어 유입되는 원수의 흐름에 의해 압력차가 발생되어 상기 이온발생기로부터 발생된 이온과 공기를 상기 전기장 반응관의 내부로 유입시키는 벤츄리관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장 반응관의 유입구 일측에는 산화제를 물에 1∼20 ppm의 희석농도로 용해시킨 산화제 희석용액을 투입시키는 산화제투입수단이 더 구성된 것을 특징으로 하는 수처리용 전기장 반응장치.
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