KR20040006902A - Electrolytic cell for waste-water treatment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐수처리를 위한 전기응집반응조에 관한 것으로, 특히 다수의 전극판 사이로 유입되는 오폐수의 유동흐름을 개선하여 효과적인 슬러지 침전이 이루어지도록 하기 위한 전기응집반응조에 관한 것이다.The present invention relates to an electrocoagulation reactor for wastewater treatment, and more particularly, to an electrocoagulation reactor for improving sludge sedimentation by improving the flow of wastewater introduced between a plurality of electrode plates.
일반적으로 폐수를 처리하기 위한 다양한 장치들이 개시되어 있으며, 본원 발명은 전해처리법을 이용한 전기응집반응조에 관한 것이다.In general, various apparatuses for treating wastewater are disclosed, and the present invention relates to an electrocoagulation reactor using an electrolytic treatment method.
전해처리법은 무기성 및 유기성 전해물질을 함유하는 폐수에 외부에서 전기에너지를 주어, 폐수 중에 함유되어 있는 BOD, COD 성분을 전기 화학적으로 제거하는 처리방법이다. 폐수 중에 함유되어 있는 콜로이드상의 물질은 대부분 음전하로 하전되어 있기 때문에 서로 반발하여 부유하고 있는 상태이며, 이와 같은 조건에서 전기에너지를 인가하게 되면 전기장이 흐트러지면서 동시에 콜로이드상의 물질이 전기적으로 중화되어 응집 반응이 활성화되며 산화, 환원 반응이 발생하게 된다. 이러한 전기적 중화는 일반적으로 가용성의 양극을 사용하며, 양극으로 사용된 금속의 가수분해에 의해 생성된 금속 수산화물로 인해 진행된다. 양극 전극판으로는 알루미늄, 또는 철이 이용된다.The electrolytic treatment method is an electrochemical treatment method for electrochemically removing BOD and COD components contained in wastewater by applying electric energy to the wastewater containing inorganic and organic electrolytes from the outside. Most of the colloidal substances contained in the waste water are suspended because they are negatively charged, and they float and repel each other. When electric energy is applied under these conditions, the electric field is disturbed and the colloidal substances are electrically neutralized. Is activated and oxidation and reduction reactions occur. This electrical neutralization generally uses soluble anodes and proceeds due to the metal hydroxides produced by hydrolysis of the metal used as the anode. Aluminum or iron is used as the anode electrode plate.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 전기응집반응조를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed description will be given of a conventional electrocoagulation reactor with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전기응집반응조는 응집물이 침전되도록 공간부가 형성된 하부케이싱(10)과; 상기 하부케이싱의 상부에 일체로 형성되며, 배출구(21)가 형성된 원통 형상의 상부케이싱(20)과; 상기 상부케이싱(20)의 중심축 상에 구비되어 유입된 폐수가 상기 하부케이싱(10) 측으로 토출되도록 구비되는 인렛파이프(30)와; 상기 인렛파이프(30)와 동심원을 이루며, 전원부와 연결되어 전기장을 형성하기 위한 다수의 전극판(40)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the conventional electrocoagulation reactor includes a lower casing 10 in which a space portion is formed so that aggregates are precipitated; A cylindrical upper casing 20 formed integrally with the upper casing and having an outlet 21 formed therein; An inlet pipe 30 provided on the central axis of the upper casing 20 so as to discharge the wastewater introduced into the lower casing 10; Concentric with the inlet pipe 30, it is composed of a plurality of electrode plates 40 for forming an electric field connected to the power supply.
하부케이싱(10)은 역원뿔 형상을 가지며 응집된 응집물이 침전된다.The lower casing 10 has an inverted cone shape in which aggregated aggregates are precipitated.
인렛파이프(30)와 동심원을 이루는 다수의 전극판에는 교류 또는 직류 전원이 연결되어 전기장을 형성하게 된다.A plurality of electrode plates concentric with the inlet pipe 30 are connected to an AC or DC power source to form an electric field.
이와 같이 구성된 종래의 전기응집반응조에서의 폐수처리는 다음과 같이 이루어진다.The wastewater treatment in the conventional electrocoagulation reactor configured as described above is performed as follows.
인렛파이프(30)를 통해 하부케이싱(10) 측으로 토출된 폐수는 다수의 전극판(40) 사이로 유입되며, 전해에 의해 발생된 금속 수산화물과 폐수 중의 유기물 콜로이드가 반응함에 따라 응집된 응집물은 침전되며, 나머지 처리수는 배출구(21)를 통해 배출된다.Wastewater discharged to the lower casing 10 through the inlet pipe 30 is introduced between the plurality of electrode plates 40, and the aggregated aggregates are precipitated as the metal hydroxide generated by electrolysis reacts with the organic colloid in the wastewater. , The remaining treated water is discharged through the outlet 21.
하부케이싱(10)의 하단에는 미도시된 밸브가 구비된 파이프가 추가로 구비되어, 하부케이싱에 침전된 응집물은 파이프를 통해 반응조 외부로 배출된다.The lower end of the lower casing 10 is further provided with a pipe with a valve not shown, the aggregates precipitated in the lower casing is discharged to the outside of the reactor through the pipe.
즉, 종래의 전기응집반응조는 인렛파이프에서 토출된 폐수가 다수의 전극판을 거쳐 배출구를 통해 배출되도록 구성된다.That is, the conventional electrocoagulation reactor is configured to discharge the wastewater discharged from the inlet pipe through the discharge port through the plurality of electrode plates.
그러나, 이와 같이 구성된 종래의 전기응집반응조는 인렛파이프에서 토출된 폐수에 의해 인렛파이프의 토출구 부근에서 와류환이 형성되어 폐수의 흐름이 원활히 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다.However, the conventional electrocoagulation reactor configured as described above has a problem in that a vortex ring is formed near the discharge port of the inlet pipe by the wastewater discharged from the inlet pipe, so that the wastewater does not flow smoothly.
구체적으로는 토출구 부근에서 발생된 와류환에 의해 다수의 전극판 사이로 유입되는 폐수의 흐름이 특정 전극판 사이로 집중됨에 따라 침전되는 슬러지 입자의 크기가 커져서 하수 처리효율이 저하된다.Specifically, as the flow of wastewater flowing between the plurality of electrode plates by the vortex ring generated near the discharge port is concentrated between the specific electrode plates, the size of the sludge particles that are settled increases, and the sewage treatment efficiency decreases.
또한, 토출구 부근에서 발생된 와류환에 의해 침전물이 하부케이싱에 침전되지 못하고 부유하여 유동하는 문제점이 발생하게 된다.In addition, due to the vortex generated in the vicinity of the discharge port, the sediment does not settle in the lower casing, the floating flow occurs.
본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 인렛파이프 토출구 부근에서의 와류환의 발생을 억제하여 다수의 전극판 사이로 유입되는 폐수의 유입 분포가 균일하게 형성되도록 하는 전기응집반응조를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above drawbacks, and to provide an electrocoagulation reaction tank to suppress the generation of the vortex ring in the vicinity of the inlet pipe discharge port so that the inflow distribution of wastewater flowing between the plurality of electrode plates is formed uniformly.
이러한 본 발명의 폐수처리를 위한 전기응집반응조는 응집물이 침전되도록 공간부가 형성된 하부케이싱과; 상기 하부케이싱의 상부에 일체로 형성되며, 배출구가 형성된 원통 형상의 상부케이싱과; 상기 상부케이싱의 중심축 상에 구비되어 유입된 폐수가 상기 하부케이싱 측으로 토출되도록 구비되는 인렛파이프와; 상기 인렛파이프와 동심원을 이루며, 전원부와 연결되어 전기장을 형성하기 위한 다수의전극판과; 상기 인렛파이프의 전단부와 일정 거리 이격되어 구비되는 판형상의 댐부재로써 달성된다.The electrocoagulation reaction tank for wastewater treatment of the present invention includes a lower casing in which a space portion is formed so that aggregates are precipitated; A cylindrical upper casing integrally formed at an upper portion of the lower casing and having an outlet; An inlet pipe provided on a central axis of the upper casing to discharge the wastewater introduced into the lower casing side; A plurality of electrode plates concentric with the inlet pipe and connected to a power supply unit to form an electric field; It is achieved by a plate-like dam member provided spaced apart from the front end portion of the inlet pipe by a predetermined distance.
도 1은 종래의 전기응집반응조의 단면도,1 is a cross-sectional view of a conventional electrocoagulation reactor,
도 2 및 도 3은 종래의 전기응집반응조에서의 유속 분포를 보여주는 도면,2 and 3 are views showing the flow rate distribution in the conventional electrocoagulation reactor,
도 4는 본 발명의 전기응집반응조의 단면도,Figure 4 is a cross-sectional view of the electrocoagulation reactor of the present invention,
도 5 및 도 6은 본 발명의 전기응집반응조에서의 유속 분포를 보여주는5 and 6 show the flow rate distribution in the electrocoagulation reactor of the present invention
도면,drawing,
도 7은 본 발명의 전기응집반응조에 있어, 각 전극판 사이의 유량을Figure 7 shows the flow rate between each electrode plate in the electrocoagulation reactor according to the present invention.
보여주는 그래프,Showing graph,
도 8은 본 발명의 전기응집반응조에 있어, 각 전극판 사이의 평균 유속비를8 shows the average flow rate ratio between the electrode plates in the electrocoagulation reactor according to the present invention.
보여주는 그래프.Showing graph.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 하부케이싱120 : 상부케이싱110: lower casing 120: upper casing
121 : 배출구130 : 인렛파이프121: outlet 130: inlet pipe
140 : 전극판150 : 댐부재140 electrode plate 150 dam member
도 4 내지 도 8은 본 발명의 전기응집반응조에 관한 것으로, 도 4는 본 발명의 전기응집반응조의 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 전기응집반응조에서의 유속 분포를 보여주는 도면이며, 도 7은 본 발명의 전기응집반응조에 있어, 각 전극판 사이의 유량을 보여주는 그래프이며, 도 8은 본 발명의 전기응집반응조에 있어, 각 전극판 사이의 평균 유속비을 보여주는 그래프이다.4 to 8 are related to the electrocoagulation reactor of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view of the electrocoagulation reactor of the present invention, Figures 5 and 6 are views showing the flow rate distribution in the electrocoagulation reactor of the present invention, 7 is a graph showing the flow rate between each electrode plate in the electroaggregation reactor of the present invention, Figure 8 is a graph showing the average flow rate ratio between each electrode plate in the electroaggregation reactor of the present invention.
본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 전기응집반응조(100)는 응집물이 침전되도록 공간부가 형성된 하부케이싱(110)과; 상기 하부케이싱의 상부에 일체로 형성되며, 배출구(121)가 형성된 원통 형상의 상부케이싱(120)과; 상기 상부케이싱(120)의 중심축 상에 구비되어 유입된 폐수가 상기 하부케이싱(110) 측으로 토출되도록 구비되는 인렛파이프(130)와; 상기 인렛파이프(130)와 동심원을 이루며, 전원부와 연결되어 전기장을 형성하기 위한 다수의 전극판(140)과; 상기 인렛파이프(130)로부터 토출되는 폐수의 와류환을 방지하기 위하여 상기 인렛파이프(130)의 전단부와 일정 거리 이격되어 구비되는 판형상의 댐부재(150)로 구성되는 기술상의 특징으로 한다.The electrocoagulation reactor 100 of the present invention includes a lower casing 110 in which a space part is formed so that aggregates are precipitated; A cylindrical upper casing 120 formed integrally with the upper casing and having an outlet 121 formed thereon; An inlet pipe 130 provided on the central axis of the upper casing 120 to discharge the wastewater introduced into the lower casing 110; A plurality of electrode plates 140 concentric with the inlet pipe 130 and connected to a power supply unit to form an electric field; In order to prevent the vortex ring of the waste water discharged from the inlet pipe 130 is characterized in that the technical configuration consisting of a plate-shaped dam member 150 is provided spaced apart from the front end portion of the inlet pipe 130 by a predetermined distance.
상기 댐부재(150)는 지지로드 또는 와이어에 의해 하부케이싱(110), 상부케이싱(120) 또는 인렛파이프(130)에 고정 지지될 수가 있다.The dam member 150 may be fixedly supported by the lower casing 110, the upper casing 120, or the inlet pipe 130 by a supporting rod or a wire.
바람직하게는 댐부재(150)는 원형의 판형상을 갖는다.Preferably, the dam member 150 has a circular plate shape.
이와 같이 구성된 본 발명의 전기응집반응조의 작용을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the action of the electrocoagulation reactor of the present invention configured as described above in detail.
<실시예><Example>
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기응집반응조에는 7개의 전극판(140)이 구비되며, 인렛파이프(130)의 하단부에는 원형의 판형상을 갖는 댐부재(150)가 구비된다.As shown in FIG. 4, seven electrode plates 140 are provided in the electrocoagulation reactor according to the present invention, and a dam member 150 having a circular plate shape is provided at the lower end of the inlet pipe 130.
이하 설명에서는 인렛파이프에 가장 인접한 전극판을 제1전극판으로 하여 내측 전극판부터 순차적으로 각 전극판을 지칭하도록 하며, 인렛파이프와 제1전극판 사이의 통로를 제1경로라 하며, 제1전극판과 제2전극판 사이의 통로를 제2경로라 하여, 순서대로 각 전극판 사이의 경로를 지칭하도록 한다.In the following description, the electrode plate closest to the inlet pipe is referred to as the first electrode plate, and the respective electrode plates are sequentially referred to from the inner electrode plate, and a passage between the inlet pipe and the first electrode plate is called a first path. A path between the electrode plate and the second electrode plate is referred to as a second path, so as to refer to a path between each electrode plate in order.
인렛파이프와 제1전극판 사이(도면부호 b), 및 제7전극판과 상부케이싱 사이(도면부호 c)의 간격을 제외하고는 각 전극판 사이는 동일한 간격(a)을 갖는다.Except for the interval between the inlet pipe and the first electrode plate (reference numeral b), and between the seventh electrode plate and the upper casing (reference numeral c), each electrode plate has the same spacing a.
이와 같은 축대칭 형상을 갖는 전기응집반응조를 2차원 축대칭 모델을 사용하여 일정한 경계조건 하에서 해석된 결과를 살펴보면 다음과 같다.The electroaggregation reactor having such an axisymmetric shape is analyzed using a two-dimensional axisymmetric model under constant boundary conditions.
참고로, 전기응집반응조 내부의 상승 유속과 침전 가능한 입자의 최소 크기는 [식 1] 및 [표 1]과 같은 관계를 갖는다.For reference, the ascending flow rate and the minimum size of the sedimentable particles in the electrocoagulation reactor have a relationship as shown in [Formula 1] and [Table 1].
[식 1][Equation 1]
[식 1]에서는 밀도차, mu는 유체의 점성, g는 중력가속도, d는 입자의 직경이다.In [Equation 1] Is the density difference, mu is the viscosity of the fluid, g is the gravitational acceleration, and d is the diameter of the particle.
[표 1]TABLE 1
도 5 및 도 6은 본 발명의 전기응집반응조에서의 유속 분포를 보여주는 도면으로, 도 5는 인렛파이프의 토출구 부근에서의 유속크기를 보여주는 도면이며, 도 6은 각 전극판 사이로 유입된 유체의 유속크기를 보여주는 도면이다.5 and 6 are views showing the flow rate distribution in the electroaggregation reactor of the present invention, Figure 5 is a view showing the flow rate size in the vicinity of the discharge port of the inlet pipe, Figure 6 is the flow rate of the fluid flowing between each electrode plate This figure shows the size.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 종래 기술인 도 2와 비교하여 토출구 부근에서 와류환의 발생이 최소화되었음을 보여주고 있다. 참고로, 도 2는 종래 기술에 의한 해석결과로서, 본원 발명과 동일한 형상 및 경계조건에서 댐부재가 없는 상태에서의 해석결과를 보여주고 있다.As shown in Figure 5, the present invention shows that the generation of the vortex ring in the vicinity of the discharge port is minimized compared to Figure 2 of the prior art. For reference, FIG. 2 shows an analysis result in a state without a dam member under the same shape and boundary conditions as the present invention as an analysis result according to the prior art.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 종래 기술인 도 3과 비교하여 각 전극판 사이에 유입된 유체의 유속크기의 분포가 보다 균일함을 보여주고 있다. 도 3은 종래 기술에 의한 해석결과로서, 본원 발명과 동일한 형상 및 경계조건에서 댐부재가 없는 상태에서의 해석결과를 보여주고 있다.As shown in FIG. 6, the present invention shows a more uniform distribution of the flow rate size of the fluid introduced between the electrode plates as compared with FIG. 3. 3 shows an analysis result according to the prior art, in which there is no dam member under the same shape and boundary conditions as the present invention.
도 7은 각 전극판 사이의 유량을 보여주는 그래프로서, 도면부호 P는 종래기술에 의한 결과를 보여주고 있으며, 도면부호 T는 본 발명에 의한 결과를 보여주고 있다.7 is a graph showing the flow rate between each electrode plate, the reference P shows the results according to the prior art, and the reference T shows the results according to the present invention.
도 7과 같이, 종래 기술에서는 상대적으로 제5경로 또는 제6경로보다는 제4경로와 제7경로를 통해 유체의 흐름이 집중됨을 알 수가 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that in the prior art, the flow of fluid is concentrated through the fourth and seventh paths rather than the fifth or sixth paths.
반면에 본원 발명의 경우에는 각 전극판 사이의 유로 단면적에 비례하여 선형적으로 유량이 증가하는 관계를 알 수가 있으며, 따라서, 각 전극판 사이에 비교적 균일하게 유량의 흐름이 발생함을 알 수가 있다.On the other hand, in the case of the present invention, it can be seen that the flow rate increases linearly in proportion to the cross-sectional area of the flow path between the electrode plates, and therefore, it can be seen that the flow rate flows relatively uniformly between the electrode plates. .
도 8은 각 전극판 사이의 평균 유속비(average velocity ratio)를 보여주는 그래프로서, 종래 기술과 비교하여 본원 발명은 각 경로 사이에 대체적으로 동일한 유속을 보여줌을 알 수가 있다.8 is a graph showing the average velocity ratio between each electrode plate, it can be seen that the present invention shows a substantially same flow rate between each path compared to the prior art.
즉, 종래 기술에서와 같이 폐수의 유입 경로에 따라 유속의 차이가 크게 발생하는 경우에는, 유속이 느린 경로에 비하여 상대적으로 유속이 빠른 경로로 유입된 폐수는 금속 수산화물과 충분한 반응시간을 기대할 수 없으므로 폐수처리의 비효율성이 발생할 수가 있으나, 본원 발명은 각 전극판에서 유속의 차이가 적으므로 종래와 비교하여 폐수처리의 효율성을 높일 수가 있게 된다.That is, in the case where a large difference in flow rate occurs according to the inflow path of the wastewater, as in the prior art, wastewater introduced in a path having a relatively high flow rate can not expect sufficient reaction time with the metal hydroxide, compared to a path having a slow flow rate. Although inefficiency of wastewater treatment may occur, the present invention can increase the efficiency of wastewater treatment as compared to the prior art because there is little difference in flow rate in each electrode plate.
이상과 같이 본 발명의 폐수처리를 위한 전기응집반응조는 인렛파이프의 토출구 부근에 댐부재를 구비함으로써, 토출구 근처에서의 와류환의 발생을 억제하며, 다수의 전극판 사이로 폐수의 유입 분포가 균일하게 형성되도록 하여 폐수처리의 효율을 높일 수가 있는 효과가 있는 발명인 것이다.As described above, the electroagglomeration reactor for wastewater treatment according to the present invention includes a dam member near the discharge port of the inlet pipe, thereby suppressing the occurrence of the vortex ring near the discharge port, and uniformly distributing the inflow of the wastewater between the plurality of electrode plates. The invention is effective to increase the efficiency of waste water treatment.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |