KR20040052289A - 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한폐수처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법에 관한 것으로, 고전압 고주파 펄스전원의 인가에 따라 코로나방전으로 발생되는 자유전자와 라디칼을 수득을 위해 플레이트-핀 구조의 전자발생기가 구비되고, 상기 전자 및 라디칼의 이동경로마다 전자기파동발생기를 배치하여 고에너지 활성화, 활성화의 유지 및 촉진을 구현할 수 있으며, 전자 및 라디칼이 폐수와 혼합 또는 분리되어 반응조에 유입되도록 분기관에 활성전자폭기기 및 산기관을 분기 연결하여 이루어지는 구조이며, 전자조사기 및 마이크로파발생기가 각 반응조 내에 설치되어 기체온도상승에 따라 폐수내 충격파의 발생 및 물분자와 오염물질분자간의 마찰로 결합력을 상쇄시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법{Waste Treatment Device And Method Thereof Using By Electromagnetic Wave And Microwave And Active Electron}

본 발명은 폐수 내의 난분해성 유기물질 및 질소화합물을 전자 및 라디칼을 이용하여 분해 및 산화처리하기 위한 폐수처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄스전원인가에 따른 전자발생기에서의 코로나 방전 유도로 수득된 전자 및 라디칼이 폐수와 혼합 및 분리되어 유입되는 반응조가 구비되고, 오염물질에 대한 전자 및 라디칼의 산화반응의 활성화에 기여하도록 전자기파동발생기, 전자조사기 및 마이크로파발생기가 반응조의 수면 내외로 설치되는 구조의 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수처리기술은 크게 물리적 처리, 화학적 처리 및 생물학적 처리 등으로 구분된다. 각 처리방식은 보통 1차, 2차 및 3차로 재구분되는데, 1차 처리란 물리적 처리를 의미하며, 2차 처리는 화학적, 생물학적 처리를 뜻한다. 그리고 3차 처리는 고도의 폐수처리방식으로 상기 물리적, 화학적, 생물학적 처리를 모두 뜻한다.

상기 물리적 처리는 물리적 단위조작을 뜻하는 것으로 유량균등조·부상·막공법·흡착·침전 등이 이에 속하며, 보통 주택가마다 내설된 처리구조의 대다수가 상기 물리적 처리구조이다.

그리고 화학적 처리는 중화, 응집침전, 이온교환, 화학적 산화 등이고, 생물학적 처리는 활성오니법, 접촉성 반응조, 혐기성 소화, 라군과 안정화지(lagoons and stabilization basins) 등이 이에 속한다.

이 때 폐수처리에 대한 보다 구체적인 기술로서 고급산화법(AdvancedOxidation Process: AOP)이 대두되고 있는데, 각종 폐수내 오염물질을 산화반응을 이용하여 처리하는 기술이다.

상기 고급 산화법에는 주로 오존에 의한 방법과 펜톤 산화법에 의한 방식이 주류를 이루고 있으며, 각각의 난분해성 폐수를 처리하는데 있어 나름대로의 성능을 가지는 데 비해 단점 또한 많이 지적되고 있다.

예를 들면, 오존을 이용한 고급산화법은 오존 발생효율에 비해 전력소모가 크며, 펜톤을 이용한 산화법은 약품의 사용으로 인한 유지비용 및 2차 오염원의 발생 우려가 있는 등의 문제점이 있다.

이에 따라 2차 오염원의 발생 우려가 없고, 장치제작 및 유지보수에 있어 보다 경제적인 구조의 폐수처리 기술이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 폐수 내의 난분해성 유기물질 및 질소 화합물의 분해 및 산화에 기능할 수 있는 전자 및 라디칼을 생성하고, 전자기파동, 전자조사 및 마이크로파의 방출구조를 갖춤으로써 오염물질에 대한 전자 및 라디칼의 산화반응을 활성화, 활성유지 및 촉진시킬 수 있는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 제 2목적은, 폐수 내 오염물질에 대한 분해 및 산화 처리과정 중 2차적 오염원의 발생이 전혀 없는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은, 플레이트 형태의 플러스전극 및 상대적으로 많은 대응 개수와 상대적으로 작은 대치 면적을 갖고 고전압 고주파 펄스전원의 인가로 전자 및 라디칼을 방출하는 핀 형태의 마이너스전극과, 펄스변환회로가 탑재된 분산처리보드가 상기 각 마이너스전극의 개수에 따라 개별 구비되며, 일측에 상기 전자 및 라디칼의 층류유동을 위해 송풍기가 연결된 전자발생기;

상기 전자 및 라디칼이 폐수에 대해 혼합 및 분리 유입되고, 높이방향을 따라 하부 및 상부가 각각 관통된 격벽에 의해 다단으로 분리된 일련의 제 1반응조, 제 2반응조 및 제 3반응조;

일측은 수조에 연결되고 타측은 상대적으로 높은 위치의 상기 제 1반응조에 연결되어 구비된 펌프로 폐수를 끌어올려 노즐을 통해 분사하는 급수관 및 일측은 상기 제 3반응조의 타측에 연결되고 타측은 상기 수조를 향해 절곡된 배출관;

일측은 상기 전자발생기에 연결되고 타측은 분기되어 하나는 상기 급수관에 관이음되고, 다른 하나는 상기 반응조에 연결되는 분기관;

전자 및 라디칼이 폐수에 대해 혼합 유입되도록 상기 급수관 및 노즐 사이와 상기 분기관의 타측에 각각 관이음되어 전자 및 라디칼을 폭기하는 이젝터 및 제 1코일이 권취된 제 1코어의 양단부 사이에 상기 이젝터의 출구가 통과하도록 제 1전자기파동발생기가 장착된 활성전자폭기기;

전자 및 라디칼이 폐수에 대해 분리 유입되도록 일측은 상기 분기관에 연결되고 타측은 상기 각 반응조 별로 분기되어 각 저면에 관통 고정되는 산기관;

상기 제 2반응조 내에 수장되어 산기되는 전자 및 라디칼과 더불어 각축방향을 따라 수화전자 및 전자기장이 발생되도록 플러스전극판 및 펄스전원의 인가로 전자를 방출하는 마이너스전극판을 포함하는 전자조사기와, 중앙부위를 중심으로 양측부위가 소정간격으로 분리된 형태의 제 2코어 및 상기 중앙부위에 권취된 제 2코일로 이루어진 제 2전자기파동발생기; 및

상기 제 3반응조의 상부 양측에 설치되어 폐수면을 향해 마이크로파를 대각방향으로 순차 조사하는 한쌍의 마이크로파발생기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치에 의하여 달성된다.

여기서 상기 제 1반응조의 상부에는 중앙부위를 중심으로 양측이 하향 경사진 형상을 갖고 높이방향을 따라 소정간격으로 적층되는 다수의 스테인레스 재질의 격판 및 상기 각 격판에 높이방향을 따라 서로 엇갈리도록 형성되는 다수의 관통구로 이루어져 수분의 대기방출을 억제하기 위한 엘리미네이터가 장착되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전자발생기에는 상기 전자 및 라디칼의 배출방향에 수직하게 전자기장이 형성되도록 제 3코일이 권취된 제 3코어의 양단부 사이로 상기 전자발생기의 출구가 통과하는 제 3전자기파동발생기가 더 포함되는 것이 바람직하다.

또한 상기 노즐의 분사영역에 대응하여 전자기장이 형성되도록 중앙부위를 중심으로 양측부위가 소정간격으로 분리된 형태의 제 4코어 및 상기 중앙부위에 권취된 제 4코일로 이루어진 제 4전자기장파동발생기가 상기 제 1반응조 내의 노즐 분사영역내에 더 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 목적들은, 플레이트-핀 구조의 각 전극에 대해 고전압 고주파 펄스전원의 인가로 코로나 방전을 유도하여 폐수에 투입될 전자 및 라디칼을 수득하는 단계(S1000);

수득된 전자 및 라디칼을 층류유동으로 배출하면서 배출방향에 수직하도록 전자기장을 형성하여 고에너지 활성화를 유도하는 단계(S2000);

상기 전자 및 라디칼의 이동을 분기시키는 단계(S3000);

일분기된 전자 및 라디칼을 반응조에 대한 폐수의 유입기점에 폭기하면서 이동방향에 수직하게 전자기장을 가하는 단계(S4000);

타분기된 전자 및 라디칼을 반응조에 집수되는 상기 폐수 내로 산기시켜 산화 반응으로 폐수를 정화처리하는 단계(S5000);

상기 반응조 내로 산기하는 전자 및 라디칼과 더불어 각축방향으로 전자 및 전자기장 방출을 실시하여 기체온도의 상승에 따른 충격파의 발생을 유도하는 단계(S6000); 및

상기 폐수의 수면상에 2.45GHz 주파수 대역의 마이크로파를 순차적으로 발사하여 물분자간 마찰을 유도하는 단계(S7000);를 포함하여 이루어지는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리방법에 의하여 달성된다.

여기서 상기 반응조에 대한 폐수의 유입시 유입방향에 수직하도록 전자기장을 형성하여 고에너지 활성화를 유지시키는 단계(S4100);가 더 포함되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 전자 및 라디칼의 수득단계(S1000)에서는, 코로나 방전을 위한펄스변환 및 인가가 각 마이너스전극(230)에 따라 개별 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수처리장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 폐수처리방법의 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 전자발생기의 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 활성전자폭기기의 구성도,

도 5는 도 4에 도시된 제 1전자기파동발생기의 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 엘리미네이터의 단면 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 전자조사기의 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 반응조 내의 제 2전자기파동발생기의 단면구성도,

도 9는 도 8에 도시된 제 2전자기파동발생기의 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

100: 송풍기, 110: 소음제거기,

200: 전자발생기, 210: 하우징,

210a: 구동롤러, 220: 플러스전극,

220a: 브러쉬, 230: 마이너스전극,

240: 메인보드, 250: 분산처리보드,

260: 제 3전자기파동발생기, 260a: 제 3코어

260b: 제 3코일, 300: 분기관,

310: 산기관, 400: 활성전자폭기기,

410: 이젝터, 420: 제 1전자기파동발생기,

420a: 제 1코어, 420b: 제 1코일,

510: 제 1반응조, 511: 엘리미네이터,

511a: 격판, 511b: 관통구,

512: 제 4전자기파동발생기, 512a: 제 4코어

512b: 제 4코일, 520: 제 2반응조,

530: 제 3반응조, 530a: 배출관,

540: 격벽, 600: 수조,

610: 급수관, 610a: 펌프,

610b: 노즐, 700: 전자조사기,

710: 플러스전극판, 720: 마이너스전극판,

800: 제 2전자기파동발생기, 810: 제 2코어,

820: 제 2코일, 900: 마이크로파발생기,

1000: 폐수처리장치.

다음으로는 본 발명에 따른 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐수처리방법의 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전자발생기의 구성도이다. 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 폐수처리장치(1000)는 전자발생기(200)에서 발생되는 전자 및 라디칼을 폐수에 투입하여 오염물질과의 산화반응을 유도함으로써, 폐수를 정화처리할 수 있는 것이다.

이 때 전자 및 라디칼의 고에너지 활성화, 활성화 촉진 및 활성화 유지를 위해 이동경로마다 전자석 구조의 각 전자기파동발생기(260,420,512,800)가 배치된다. 또한 각 반응조(510,520,530) 내에도 수장되어 AC 220V의 구동전압으로 전자기장을 형성시키는데, 형성되는 전자기장의 방향이 전자 및 라디칼의 이동방향에 대해 수직하도록 설치하며, 아울러 산화반응의 촉진에 기여할 수 있도록 수화전자(e^- _aq)를 방출하는 전자조사기(700)가 수장 설치된다.

여기서 상기 전자발생기(200)는 플레이트 형태의 플러스전극(220)에 대해 핀형태의 마이너스전극(230)이 대치하고 있으며, 상기 플러스전극(220)은 4개의 구동롤러(210a)에 의해 각 안측이 지지되어 벨트구조를 취하고 있어 만일 구동롤러(210a)에 의해 구동될 경우 일측에 구비된 브러쉬(220a)에 의해 표면이 닦여질 수 있는 구조이다.

상기 각 마이너스전극(230)에는 메인보드(240)에 슬롯(slot) 접속된 분산처리보드(250)가 전기적으로 대응하면서 고주파 고전압 펄스전원을 상기 각 마이너스전극(230)별로 개별 인가하도록 분산처리보드(250)가 마이너스전극(230)의 개수별로 구비되고, 상기 각 분산처리보드(250)에는 전기적으로 독립된 펄스변환회로가 탑재되어 있다. 이에 따라 전원인가로 각 마이너스전극(230)과 플러스전극(220) 사이에 코로나 방전이 발생할 경우 전자 및 라디칼이 방출될 수 있다. 만일 코로나 방전 중 스파크의 발생할 경우 해당 마이너스전극(230) 및 분산처리보드(250)로 손상이 국한된다.

이와 같은 구조의 전자발생기(200)에서 하우징(210)의 입구측에는 송풍기(100)가 장착되고, 출구측에는 제 3전자기파동발생기(260)가 장착되어 있다. 상기 제 3전자기파동발생기(260)의 제 3코어(260a)에서 분리된 양단부에는 제 3코일(260b)이 권취되어 있으며, 그 사이로 상기 하우징(210)의 출구가 통과되도록 장착되어 전자기장의 형성방향과 각 전극(220,230)에서 발생된 전자 및 라디칼의 이동방향이 서로 수직하다. 이에 따라 상기 전자 및 라디칼이 발생된 상기 전자기장의 영향으로 고에너지를 축적하여 보다 활성화될 수 있다.

또한 상기 송풍기(100)는 일측에 소음제거기(110)가 장착되어 있으며, 송풍으로 상기 하우징(210) 내의 기류흐름을 층류화하여 전자 및 라디칼의 소손량을 줄이면서 하우징(210) 밖으로 배출시킨다.

이 때 배출된 상기 전자 및 라디칼은 상기 하우징(210)의 출구측에 연결된 분기관(300)을 통해 배출되는데, 상기 분기관(300)은 일측이 상기 하우징(210)에 연결되고 타측은 분기되는 구조이며, 분기된 부분 중 하나는 수조(600)에 연결된 급수관(610)에 관이음되고, 다른 하나는 상기 수조(600)와 연결된 일련의 각 반응조(510,520,530)에 연결된다.

상기 수조(600) 내에는 폐수가 담겨 있는데, 상기 급수관(610) 및 급수관(610)에 구비된 펌프(610a)를 통해 상기 각 반응조(510,520,530) 중 제 1반응조(510)로 폐수가 끌어올려져 노즐(610b)을 통해 분사된다.

상기와 같은 분기관(300)의 분기구조는 상기 전자발생기(200)에서 발생된 전자 및 라디칼이 상기 수조(600)의 폐수와 더불어 혼합되거나 별도로 분리되어 상기 각 반응조(510,520,530)로 유입되도록 하는 기능을 발현한다.

이 때 상기 급수관(610) 및 상기 제 1반응조(510) 내의 노즐(610b) 사이에는 활성전자폭기기(400)가 장착되어 있다. 상기 활성전자폭기기(400)는 상기 급수관(610)의 출구와 상기 노즐(610b)이 장착된 관부위의 입구 사이에 연결된 이젝터(410)와, 상기 이젝터(410)의 출구측에 장착된 제 1전자기파동발생기(420)로 구성된다. 상기 이젝터(410)는 T 형상의 연결구조이며 폐수의 이동방향을 따라 내부가 노즐(610b) 형상을 취하고, 상부에는 상기 분기관(300)이 연결되어 전자 및 라디칼이 공기와 더불어 폐수에 유입된다. 이 때 상기 이젝터(410)의 내부에서 폐수와 전자 및 라디칼이 만나는 지점에는 노즐(610b)구조에 기인하여 진공상태가 유발되며 이에 따라 상기 전자 및 라디칼이 공기와 더불어 폭기된다.

상기 제 1전자기파동발생기(420)는 제 1코어(420a)의 분리된 양단부에 제 1코일(420b)이 권취된 구조이며, 상기 폐수와 혼합된 전자 및 라디칼의 이동방향에 수직하게 전자기장이 형성되도록 상기 이젝터(410)의 출구가 상기 제 1코어(420a)의 양단부 사이를 통과하도록 장착되어 있다.

이에 따라 상기 폐수는 각 반응조(510,520,530) 내로 유입되기 이전에 전자 및 라디칼과 혼합되어 기액혼합물로서 변환된 뒤 상기 각 반응조(510,520,530) 내로 투입되며, 이 때 앞서 전자발생기(200)의 제 3전자기파동발생기(260)에서 전자 및 라디칼이 전자기장의 영향으로 활성화되었듯이 상기 제 1전자기파동발생기(420)에서 다시금 전자기장의 영역권을 통과하면서 그 활성화가 유지된다.

아울러 상기 각 반응조(510,520,530)는 하부 및 상부가 각각 관통되어 순차적으로 위치한 2개의 격벽(540)으로 분리된 3단 구조이며, 폐수의 유입방향을 따라 제일 앞서 위치한 것이 제 1반응조(510)이고 뒤이어 제 2반응조(520) 및 제 3반응조(530)가 위치한다.

이 때 상기 분기관(300)의 타측에서 상기 각 반응조(510,520,530)로 향하는 부분에는 상기 반응조(510,520,530) 별로 저면을 관통하여 고정된 산기관(310)이 연결되어 있다. 상기 산기관(310)은 외주연에 다수 관통된 부위가 형성되어 상기 각 반응조(510,520,530)의 내부로 전자 및 라디칼을 뿜어내어 산기하는 구조이며, 이에 따라 상기 전자 및 라디칼은 상기 폐수와는 별도로 상기 각반응조(510,520,530)로 유입될 수 있다.

이와 같이 유입된 상기 폐수는 앞서 폭기된 전자 및 라디칼과 별도 유입된 전자 및 라디칼과 더불어 재혼합되면서 내재된 난분해성 유기물질 및 질소화합물 등이 상기 전자 및 라디칼과 산화 반응하게 된다. 즉 활성화된 전자는 물분자와 오염물질분자를 분리하고, 오염 물질분자 중 양이온과 결합하면서 오염물질을 분해시키는 산화반응을 진행하게 된다.

이 때 전자 및 라디칼의 산화반응의 촉진을 위해서 각 반응조(510,520,530) 내에는 제 4전자기파동발생기(512), 제 2전자기파동발생기(800), 전자조사기(700) 및 마이크로파발생기(900)가 장착되어 있다.

상기 제 4전자기파동발생기(512)는 상기 제 1반응조(510)의 수면 상부로 상기 노즐(610b)의 분사영역내에 설치되어 있다. 제 4코일(512b)이 권취된 제 4코어(512a)의 중앙부위를 중심으로 양측이 분리된 구조이며 이러한 전면부위에 상기 노즐(610b)의 분사영역이 위치함으로써 기액혼합물이 상기 전자기장의 발생영역권 내를 통과하게 되며, 이에 따라 전자 및 라디칼의 활성화가 유지될 수 있다.

이 때 상기 제 1반응조(510)의 상부에는 중앙을 중심으로 양측이 하향 경사진 스테인레스 재질의 격판(511a)이 다수 적층되어 있으며 각 격판(511a)에는 상호 엇갈리도록 관통구(511b)가 형성된 구조의 엘리미네이터(511)가 설치되어 증발된 수분의 외부방출은 저지하고, 방출되는 가스는 통과시킨다.

아울러 상기 제 2전자기파동발생기(800)는 제 2반응조(520) 내로 수장되어있다. 이 때 상기 제 2전자기파동발생기(800)와 더불어 수화전자(e^- _aq)를 방출하는 전자조사기(700)가 함께 수장되어 있는데, 상기 제 2전자기파동발생기(800)는 제 2코일(820)이 권취된 제 2코어(810)의 중앙을 중심으로 양측이 분리된 구조이며, 이 때 발생되는 전자기장의 방향은 상기 전자조사기(700)로부터 발생되는 수화전자의 방향과 서로 수직하다. 이를 위해 상기 전자조사기(700)는 플러스전극판(710)과 이에 대면하는 마이너스전극(230)으로 이루어지고 각 전극판(710,720)의 위치가 상기 제 2전자기파동발생기(800) 전면부위에 대해 수직하게 위치하도록 설치되며 각 전극판(710,720)에 고주파 고전압펄스전원의 인가시 코로나 방전이 유도되어 수화전자가 방출된다.

이 때 상기 제 2반응조(520) 내로 유입된 산기관(310)에서는 앞서 언급된 전자발생기(200)의 전자 및 라디칼이 공기와 더불어 뿜어져 나오는데, 그 방향이 수면을 향하게 되므로 결국 상기 제 2전자기파동발생기(800)의 전자기장방향과 전자조사기(700)의 수화전자 발생방향은 동일 평면상에서 수직하고 이와 동시에 상기 전자발생방향과 상기 전자 및 라디칼의 이동방향은 동일평면상에 수직함으로, 상호 수직한 각축방향을 이루게 된다.

상기 전자조사기(700)의 수화전자는 상기 전자기장의 영향으로 활성화되면서 폐수내 공기의 온도를 상승시키게 되고 결국 기체온도의 상승으로 말미암아 충격파를 형성하게 유도한다. 이러한 충격파의 형성은 산기하는 전자 및 라다칼의 산화반응을 촉진시키며, 상기 전자기장의 영향으로 산기한 전자 및 라디칼 자체의 고에너지 활성화도 유지될 수 있다.

또한 상기 마이크로파발생기(900)는 상기 제 2반응조(520)에 이어 위치한 제 3반응조(530)에서 설치되며, 상부 양측에 각각 1개씩이 설치된다. 마이크로파의 발사방향이 대각이 되는 부분을 겨냥하도록 설치되며 각 마이크로파발생기(900)는 순차적으로 동작하며 약 2.45GHz 주파수 대역의 극초단파가 발사된다.

이러한 마이크로파의 발사로 폐수의 물분자와 오염물질과의 결합력이 약화되면서 3반응조(530)의 저면에서부터 산기되는 전자 및 라디칼이 오염물질과 보다 원활하게 산화 반응할 수 있다.

상기 제 3반응조(530)의 타측에는 배출관(530a)이 하부에 위치한 수조(600)를 향하도록 절곡 설치되어 있어 정화 처리된 폐수는 배출관(530a)을 통해 수조(600)로 낙수된다. 만일 낙수된 정화수의 재처리가 필요할 경우 펌프(610a) 및 급수관(610)을 통해 각 반응조(510,520,530)로 재급수될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구조의 폐수처리장치(1000)에 의해 구현되는 폐수처리방볍의 과정을 단계별로 구분하여 설명하기로 한다.

전자발생기(200)의 각 전극(220,230)에 있어서, 마이너스전극(230)에 고전압 고주파 펄스전원을 인가하여 코로나 방전을 유도한다. 이에 따라 폐수에 투입될 전자 및 라디칼을 수득된다.(S1000)

수득된 전자 및 라디칼을 송풍기(100)를 이용하여 층류유동으로 배출하면서 배출방향에 수직하도록 장착된 제 3전자기파동발생기(260)를 AC 220V의 전원인가로 구동하여 전자기장을 형성시킨다. 이에 따라 배출되는 전자 및 라디칼은 고에너지의 축적으로 활성화되는데, 이와 같은 활성화 과정은 자기장의 변화가 전기장을 발생시킨다는 패러데이 원리에 의해 가능하다. 즉 전자기장의 발생으로 자력선속이 발생될 경우 전자의 전하입자들은 전자궤도를 따라 수천번의 회전을 반복하면서 보다 큰 에너지를 축척하게 된다.(S2000)

이 후 배출되는 상기 전자 및 라디칼을 분기관(300)을 통해 두갈래로 분기시켜 이동시킨다.(S3000)

그리고 전자 및 라디칼 중 일분기된 하나를 반응조(510,520,530)에 대한 폐수의 유입기점에 설치된 이젝터(410)를 통해 폭기하면서 AC 220V의 전압인가로 제 1전자기파동발생기(420)를 구동시켜 이동방향에 수직하게 전자기장을 가한다. 이에 따라 상기 전자 및 라디칼이 내포된 공기와 폐수가 혼합되어 기액혼합물을 이루며 반응조(510,520,530)에 투입된다.(S4000)

이후 상기 기액혼합물을 상기 반응조(510,520,530) 내로 분사하여 유입하는데, 이 때 유입영역 내에 설치된 제 4전자기파동발생기(512)를 구동시켜 전자기장을 형성시킴으로써 전자 및 라디칼의 활성화를 유지시킨다.(S4100)

그리고 다른 하나는 각 반응조(510,520,530)에 집수되는 폐수 내로 산기되도록 하여 폐수의 오염물질에 대해 산화 반응을 진행시킴으로써, 해당 폐수에 대한 정화처리를 실시한다.이 때 상기 각 반응조(510,520,530)에 집수된 폐수 내에는 이미 폭기과정에서 전자 및 라디칼이 혼합되어 있으며, 이에 전자발생기(200)로부터 직접 유입된 전자 및 라디칼을 재투입하게 되어 전자 및 라디칼의 혼합농도를 보다 높힐 수 있다.(S5000)

아울러 상기 반응조(510,520,530) 내로 산기하는 전자 및 라디칼과 더불어 각축방향으로 수화전자 및 전자기장 방출을 실시하여 기체온도의 상승에 따른 충격파의 발생을 유도한다. 산기되는 전자 및 라디칼의 방향은 수면을 향하는 방향이고, 상기 수화전자는 수장된 전자조사기(700)의 코로나방전에 따라 상기 전자 및 라디칼의 산기방향에 수직하게 방출된다. 또한 상기 전자조사기(700)의 수화전자 방출방향에 수직하게 전자기장을 방출하도록 제 2전자기파동발생기(800)가 위치한다.

결국 전자 및 라디칼, 수화전자 및 전자기장은 각축방향을 따라 서로 수직이 되도록 방출되며 이 때 전자기장에 의해 활성화된 전자는 폐수내 공기의 온도를 급작스럽게 상승시켜 충격파가 발생된다. 이는 물의 유전율이 약 80인데 반해 공기의 유전율이 약 1이므로 공기 내 전자기장의 형성이 더 잘 유도되기 때문이며, 이에 따라 폐수내 오염물질과 전자 및 라디칼의 산화반응이 보다 촉진될 수 있다.(S6000)

이 후 상기 폐수의 수면상에 설치된 마이크로파발생기(900)로부터 수면을 향해 약 2.45GHz 주파수대역의 극초단파가 발사되면서 물분자간 마찰이 발생된다. 이러한 마찰로 인해 물분자와 오염물질분자 간의 결합력이 약화되면서 오염물질분자는 전자 및 라디칼과 보다 더 빠르게 산화반응하게 된다.(S7000)

도 4는 본 발명에 따른 활성전자폭기기의 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 제 1전자기파동발생기의 사시도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 활성전자폭기기(400)는 이젝터(410) 및 상기 이젝터(410)의 출구에 장착된 제 1전자기파동발생기(420)로 구성된다.

상기 이젝터(410)는 T 형상의 연결파이프로서, 급수관(610)의 출구 및 노즐(610b) 사이에 장착되고 상부는 분기관(300)의 분기된 타측에 관이음되어 있다. 유입된 전자 및 라디칼이 이젝터(410)의 폐수유동경로에 도달되는 부분은 벤츄리관의 형태를 갖고 있음으로, 상대적으로 유속이 빠르게 되며, 이러한 상대적인 유속크기의 증가로 저압의 진공상태가 유발되어 상기 전자 및 라디칼은 급작스럽게 빨려들면서 폐수에 폭기된다.

상기 제 1전자기파동발생기(420)는 제 1코일(420b)이 권취된 제 1코어(420a)의 양단부가 분리되고 분리된 사이로 이젝터(410)의 출구가 통과되도록 장착됨으로 전자 및 라디칼과 폐수로 이루어진 기액혼합물의 이동방향에 수직하게 전자기장을 형성시킨다.

도 6은 본 발명에 따른 엘리미네이터의 단면 구성도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스테인레스 재질의 격판(511a)이 다수장 적층되어 있으며, 상기 각 격판(511a)에는 상호 엇갈리도록 다수의 관통구(511b)가 형성되어 있다.

상기 격판(511a)은 중앙을 중심으로 양측이 하향 경사져 대칭되는 형상이며, 일정간격을 두고 설치되어 있다.

만일 증발된 수분이 맨 하단의 격판(511a)에서 관통구(511b)를 통과할 경우 상기 관통구(511b)와 바로 위의 격판(511a)의 관통구(511b)는 높이방향을 따라 연속되지 않으므로, 결국 해당 격판(511a) 저면에 맺히게 되어 낙수된다. 특히 제 1반응조(510)내에는 고압으로 폐수를 분사하기 때문에, 폐수의 증발이 보다 가속화될 수 있어 상기 엘리미네이터(511)는 상기 제 1반응조(510)의 상부에 설치된다.

도 7은 본 발명에 따른 전자조사기의 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 반응조 내의 제 2전자기파동발생기의 단면구성도이며, 도 9는 도 8에 도시된 제 2전자기파동발생기(800)의 사시도이다. 도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전자조사기(700)는 플러스전극판(710)과 이에 대해 양면에서 대응하는 2개의 마이너스전극판(720)으로 이루어진다.

만일 상기 마이너스전극판(720)에 고전압 고주파 펄스전원이 인가될 경우 수화전자가 전리되어 방출하게 된다. 상기 플러스전극판(710)은 스테인레스에 카본코팅을 하여 이루어져 있으며, 상기 제 2전자기파동발생기(800)의 전면부위에 대해 동일평면상에 수직하도록 설치되어 있다.

상기 제 2전자기파동발생기(800)는 제 2코일(820)이 권취된 제 2코어(810)의 중앙을 중심으로 양측이 분리되어 있는 구조이며, 상기 제 2코일(820)이 권취된 전면방향 즉 AC 220V의 전압 인가시의 전자기장 형성방향이 상기 각 전극판(710,720)의 대면방향 즉 전자의 조사방향과 동일평면상에 수직하다. 이 때 상기 전자조사기(700)와 제 2전자기파동발생기(800)의 사이로 높이방향을 따라 전자 및 라디칼이 산기함으로 산기방향에 대해서 상기 수화전자 및 전자기장의 형성방향이 수직하여 결국 수화전자방출(조사)방향, 전자기장 형성방향, 전자 및 라디칼의 산기방향은 3차원상의 각축방향을 이루게 된다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법에서, 상기 각 전자기파동발생기(260,420,512,800)의 구조는 전압인가시 전자기장이 생성될 수 있는 다양한 형태의 전자석 구조 중에서 선택하여 사용할 수 있다.

아울러 상기 전자기파동발생기(260,420,512,800)는 제 1반응조(510) 및 제 3반응조(530)에 담겨진 폐수 내에도 수장하여 사용할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치 및 방법에 의하면, 전자 및 라디칼의 활성화 촉진 및 유지를 위한 구조를 갖추고 있음으로써, 폐수처리효율의 극대화에 기여할 수 있으며, 이에 따라 쓰레기장의 침출수, 고농도의 축산폐수 및 산업폐수의 정화처리에 적용할 수 있는 특징이 있다.

또한 그 구조가 비교적 간단하고 운전이 간편함에 따라 설치 및 운용비용이 절감되는 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (7)

1. 플레이트 형태의 플러스전극(220) 및 상대적으로 많은 대응 개수와 상대적으로 작은 대치 면적을 갖고 고전압 고주파 펄스전원의 인가로 전자 및 라디칼을 방출하는 핀 형태의 마이너스전극(230)과, 펄스변환회로가 탑재된 분산처리보드(250)가 상기 각 마이너스전극(230)의 개수에 따라 개별 구비되며, 일측에 상기 전자 및 라디칼의 층류유동을 위해 송풍기(100)가 연결된 전자발생기(200);

   상기 전자 및 라디칼이 폐수에 대해 혼합 및 분리 유입되고, 높이방향을 따라 하부 및 상부가 각각 관통된 격벽(540)에 의해 다단으로 분리된 일련의 제 1반응조(510), 제 2반응조(520) 및 제 3반응조(530);

   일측은 수조(600)에 연결되고 타측은 상대적으로 높은 위치의 상기 제 1반응조(510)에 연결되어 구비된 펌프(610a)로 폐수를 끌어올려 노즐(610b)을 통해 분사하는 급수관(610) 및 일측은 상기 제 3반응조(530)의 타측에 연결되고 타측은 상기 수조(600)를 향해 절곡된 배출관(530a);

   일측은 상기 전자발생기(200)에 연결되고 타측은 분기되어 하나는 상기 급수관(610)에 관이음되고, 다른 하나는 상기 반응조에 연결되는 분기관(300);

   전자 및 라디칼이 폐수에 대해 혼합 유입되도록 상기 급수관(610) 및 노즐(610b) 사이와 상기 분기관(300)의 타측에 각각 관이음되어 전자 및 라디칼을 폭기하는 이젝터(410) 및 제 1코일(420b)이 권취된 제 1코어(420a)의 양단부 사이에 상기 이젝터(410)의 출구가 통과하도록 제 1전자기파동발생기(420)가 장착된 활성전자폭기기(400);

   전자 및 라디칼이 폐수에 대해 분리 유입되도록 일측은 상기 분기관(300)에 연결되고 타측은 상기 각 반응조(510,520,530) 별로 분기되어 각 저면에 관통 고정되는 산기관(310);

   상기 제 2반응조(520) 내에 수장되어 산기되는 전자 및 라디칼과 더불어 각축방향을 따라 수화전자 및 전자기장이 발생되도록 플러스전극판(710) 및 펄스전원의 인가로 전자를 방출하는 마이너스전극판(720)을 포함하는 전자조사기(700)와, 중앙부위를 중심으로 양측부위가 소정간격으로 분리된 형태의 제 2코어(810) 및 상기 중앙부위에 권취된 제 2코일(820)로 이루어진 제 2전자기파동발생기(800); 및

   상기 제 3반응조(530)의 상부 양측에 설치되어 폐수면을 향해 마이크로파를 대각방향으로 순차 조사하는 한쌍의 마이크로파발생기(900);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1반응조(510)의 상부에는 중앙부위를 중심으로 양측이 하향 경사진 형상을 갖고 높이방향을 따라 소정간격으로 적층되는 다수의 스테인레스 재질의 격판(511a) 및

   상기 각 격판(511a)에 높이방향을 따라 서로 엇갈리도록 형성되는 다수의 관통구(511b)로 이루어져 수분의 대기방출을 억제하기 위한 엘리미네이터(511)가 장착되는 것을 특징으로 하는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전자발생기(200)에는 상기 전자 및 라디칼의 배출방향에 수직하게 전자기장이 형성되도록 제 3코일(260b)이 권취된 제 3코어(260a)의 양단부 사이로 상기 전자발생기(200)의 출구가 통과하는 제 3전자기파동발생기(260)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 노즐(610b)의 분사영역에 대응하여 전자기장이 형성되도록 중앙부위를 중심으로 양측부위가 소정간격으로 분리된 형태의 제 4코어(512a) 및 상기 중앙부위에 권취된 제 4코일(512b)로 이루어진 제 4전자기장파동발생기가 상기 제 1반응조(510) 내의 노즐(610b)의 분사영역 내에 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리장치.
5. 플레이트-핀 구조의 각 전극(220,230)에 대해 고전압 고주파 펄스전원의 인가로 코로나 방전을 유도하여 폐수에 투입될 전자 및 라디칼을 수득하는 단계(S1000);

   수득된 전자 및 라디칼을 층류유동으로 배출하면서 배출방향에 수직하도록전자기장을 형성하여 고에너지 활성화를 유도하는 단계(S2000);

   상기 전자 및 라디칼의 이동을 분기시키는 단계(S3000);

   일분기된 전자 및 라디칼을 각 반응조(510,520,530)에 대한 폐수의 유입기점에 폭기하면서 이동방향에 수직하게 전자기장을 가하고, 각 반응조(510,520,530)에 투입하는 단계(S4000);

   타분기된 전자 및 라디칼을 각 반응조(510,520,530)에 담수된 폐수 내로 산기시켜 산화 반응으로 폐수를 정화 처리하는 단계(S5000);

   상기 각 반응조(510,520,530) 내로 산기하는 전자 및 라디칼과 더불어 각축방향으로 전자 및 전자기장 방출을 실시하여 기체온도의 상승에 따른 충격파의 발생을 유도하는 단계(S6000); 및

   상기 폐수의 수면상에 2.45GHz 주파수 대역의 마이크로파를 순차적으로 발사하여 물분자간 마찰을 유도하는 단계(S7000);를 포함하여 이루어지는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 반응조에 대한 폐수의 유입시 유입방향에 수직하도록 전자기장을 형성하여 고에너지 활성화를 유지시키는 단계(S4100);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리방법.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 전자 및 라디칼의 수득단계(S1000)에서는, 코로나 방전을 위한 펄스변환 및 인가가 각 마이너스전극(230)에 따라 개별 실시되는 것을 특징으로 하는 전자기파동과 마이크로파 및 활성전자를 이용한 폐수처리방법.