KR20060025347A

KR20060025347A - 전기분해 응집부상방식 수처리장치

Info

Publication number: KR20060025347A
Application number: KR1020040074104A
Authority: KR
Inventors: 주대성
Original assignee: 에스아이비(주)
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-21
Also published as: KR100630279B1

Abstract

본 발명은 전기응집부상방식 수처리장치에 관한 것으로서, 좀더 자세히는 전극판을 위치시킨 반응조, 플록부상용 경사판을 다수 내장한 플록부상조, 플록부상조로부터 플록이 제거된 처리수를 처리수 배출조로 이송시키는 집수관, 플록부상조 후단의 처리수 배출조, 반응조와 플록부상조의 상부에 위치하여 플록을 제거하는 스크레이퍼, 플록제거용 경사판을 포함하여 구성되며, 좁은 공간에서도 효율적으로 수처리가 가능한 수처리 장치에 관한 것이다.

수처리장치, 전기분해, 전극

Description

전기분해 응집부상방식 수처리장치{A water treatment equipment}

도 1은 본 발명 장치의 전체 사시도이다.

도 2는 본 발명 장치의 수처리 흐름을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명 장치의 반응조와 플록 부상조 부분도이다.

도 4는 본 발명 장치의 평면 개략도이다.

도 5는 본 발명 장치의 정면도이다.

* 도면 부호의 간단한 설명

10: 정류조, 11: 원수 유입구,

20: 반응조, 21: 전극판,

30: 플록 부상조, 31: 플록 부상용 경사판,

32: 집수관,

40: 처리수 배출조, 41: 위어,

42: 처리수 배출구, 51: 스크레이퍼,

52: 플록 제거용 경사판, 53: 플록 배출구,

61: 슬러지 배출구

본 발명은 전기응집부상방식의 수처리장치에 관한 것으로서, 좀더 자세히는 전극판을 위치시킨 반응조, 플록부상용 경사판을 다수 내장한 플록부상조, 부상조 내 처리수를 집수하는 집수관, 플록부상조 후단의 처리수 배출조, 반응조와 플록부상조의 상부에 위치하여 플록을 제거하는 스크레이퍼, 플록제거용 경사판과 플록 배출구를 포함하여 구성되며, 좁은 공간에서도 효율적으로 폐수 내의 오염물질들을 제거할 수 있는 수처리장치에 관한 것이다.

최근 수처리 분야에서 이용되고 있는 전기응집 부상방식이란 수처리용 반응조에 양극판과 음극판을 설치하고 직류전류를 흐르게 하여 수체 내의 부유입자, 에멀젼입자, 불용성 입자들을 안정화하여 응집시키고 이를 부상시켜 제거하는 방식을 말한다. 물에 흐르는 전류는 화학반응을 일으키는 전기적 추진력으로 작용하게 되고, 전극판으로부터 용해되어 나오는 금속이 수산화물을 형성하게 되는데 이때 생성된 금속 수산화물은 활성이 강하여 응집 및 흡착 특성이 우수하여 수처리에 효과적이다. 또한 양극에서 발생되는 활성산소를 비롯한 각종 산화제는 수중의 유기물을 산화시키고 세균이나 바이러스 등을 사멸시킨다. 또한, 음극판과 양극판에서 생성되는 수소와 산소는 미세기포를 형성하고 응집반응 결과 형성된 플록들과 결합하여 수표면으로 부상분리시켜 처리하는 것이다.

전기응집 또는 전기부상방식을 이용한 수처리 장치로서 실용신안등록 제293995호는 카운터 플로우형 전기분해/부상 일체형 전기분해 반응조에 대해 개시하고 있다. 이 고안은 위아래로 길게 장치를 형성하여 원수를 상단에서 유입시키고, 중앙부의 전극판에서 발생하는 기포를 이용하여 스컴을 상단 일측으로 배출시키고, 1차 처리된 물은 전극판을 통과하며 살균처리되어 하단으로 배출되는 방식이다. 그러나, 이 고안은 소규모 수처리에는 유용하나 대규모 하수처리장이나 다량의 폐수를 처리하기에는 그 건설 및 관리비용이 많이 소요될 것으로 예상된다.

그밖에 공개특허 제2002-33332호는 전기응집부상법을 이용한 폐수처리장치를 개시하였는데, 이 발명은 오염물질을 처리하는 함체, 전기응집반응이 일어나는 반응부와, 미세오염물질을 걸러내는 미세플럭 제거부, 전원공급장치, 배출부 및 스크래퍼를 포함하여 구성된다. 그러나, 이 발명의 장치는 장치 전체에 다수개의 전극판을 수직으로 형성하여 전기분해 및 응집 효과는 크나 미세 플럭들이 수면으로 원활히 상승하는 구조를 갖추지 못하여 실제 수처리 효과는 그다지 높지 아니하다.

본 발명은 반응조에 전극판을 설치하여 전기분해반응, 전기적 응집반응, 전기적 부상반응 등을 일으킴으로써 좁은 면적에서도 질소, 인 등의 오염물질과 용존 오염물질 등을 빠른 시간 내에 효과적으로 제거할 수 있는 전기응집 부상방식 수처리장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 화학응집약품, 살균제 등의 화학약품을 사용하지 않고 고도 의 수처리가 가능한 수처리장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전기응집부상방식 수처리장치는 내부에 전극판을 위치시켜 전기응집,부상,살균 반응 등이 일어나는 반응조, 플록부상용 경사판을 다수 내장한 플록부상조, 부상조 내 처리수를 집수하는 집수관, 플록부상조 후단의 처리수 배출조, 반응조와 플록부상조의 상부에 위치하여 플록을 제거하는 스크레이퍼, 플록제거용 경사판과 플록 배출구를 포함하여 구성된다.

반응조 내의 전극판은 다수의 양극과 음극의 전극판으로 구성되어 전류를 흘려주었을 때 산화, 환원 반응이 일어나며 물의 전기분해와 전극판 금속 이온의 용출 등을 유도하여 폐수 중의 오염물질을 제거할 수 있다.

전극판은 판상의 전극과 이와 대칭인 전극이 교대로 좁은 간격으로 일정하게 배열되며, 그 사이에는 절연 재질의 스페이서가 놓여져 전극과 전극간의 거리를 유지한다. 즉, 다수의 판상 전극들과 그 사이의 스페이서가 좁은 간격으로 배치되어 전극 어셈블리를 이루게 된다. 전극에는 전류공급 볼트가 전원 및 콘트롤러와 연결되어 있다. 상기 콘트롤러는 오폐수에 대한 전기 전도도에 대응하여 장치의 작동 초기에 상기 반응조의 전극판에 어느 정도의 전압 및 전류를 인가해 주어야 전기 분해가 잘 이루어지는지를 산출하여 작성한 데이타, 장치의 제어에 필요한 프로그램 등이 기억되는 ROM, 타이머, RAM, 전압 검출부, 전류 검출부, 전압 변환부, 전 류 변환부 등을 포함하여 구성된다. 상기 콘트롤러는 각 센서로부터 입력되는 일정 데이타에 대응하여 프로그램을 통해 전반적인 제어기능을 수행하며, 유입된 처리대상수의 전기 전도도를 측정하여 전극판에 공급할 초기 전압, 전류, 반응시간 등을 산출한 후 해당하는 제어신호를 전압 변환부로 출력하며, 작동중에는 전극판 사이의 전압 및 전류를 계속 감지하여 전기 분해정도를 파악하고 이에 따라 전극판에 가해지는 초기 고전압으로 전류를 일정 한도까지 높여주도록 조정하다가 전기 분해가 어느정도 이루어져 일정 전류치에 도달하게 되면 그때부터 전류를 일정하게 유지시키도록 제어된다. 또한, 상기 콘트롤러는 전기분해가 계속됨에 따라 전극판에 달라붙는 오염물이 자동으로 떨어지도록 하는 극성 변환부를 포함함으로써 전극판에 오염물이 일정 농도이상 축적된 경우 또는 일정 시간마다 전극의 극성을 양극→음극, 음극→양극으로 변환시켜주어 전기분해의 효율을 높일 수 있다. 또한, 극성 변환 외에도 콘트롤러를 통하여 일정 시간마다 또는 전극판의 오염물이 일정 농도이상 축적된 경우 진동장치, 예컨대 초음파식 진동장치를 작동시키도록 하여 전극판의 오염물을 제거할 수도 있다.

반응조에서 진행되는 주요 반응으로는 전기적 산화반응, 전기적 응집반응, 전기적 부상반응, 전극표면 착화반응, 정전기적 인력의 발생, 전해살균반응 등을 들 수 있다. 이 중 전기적 산화(Electro-Oxidation) 반응은 전극에서 일어나는 가장 중요한 반응으로 양극 전극표면에서의 전자교환에 의한 직접산화와 전극에서 생성되는 활성산소와 활성 수산기 등의 산화물질에 의한 간접산화, 전해 용액중에 염소 이온이 존재할 때 산화력이 높은 차아염소산이나 차아염소산 이온에 의한 산화 반응이 활발하게 일어난다.

전기적 응집 (Electro-Coagulation)반응은 양극 전극이 용출되거나 수중의 금속이온이 전기분해시의 수산화이온과 결합하여 생성된 금속수산화물에 의한 응결 및 응집반응을 말한다.

전기적 부상(Electro-Flotation)이란 물의 전기분해결과 음극 전극에서는 수소기체가 발생하고 양극 전극에서는 산소기체가 발생하면서 수중에서 초미세기포를 형성하여 전기응집결과 형성된 플록들과 유분 성분들과 결합하여 수표면으로 부상분리되는 반응을 말한다.

전극표면 착화(Electrode Surface Complexation)란 수중의 금속이온들이 음극 전극표면으로 이동해가서 전자를 받아 전극표면을 코팅시키며 석출되는 반응, 수중의 중금속 제거에 탁월한 효과를 발휘하는 것을 말한다.

또한, 에멀젼상태의 기름이나 부유물은 물리·화학적 평형상태에 놓여 있어 부상이나 침전에 의한 분리가 어려우나 전극판을 통과하면서 전기적 평형상태가 교란되어 정전기적 인력(Electrostatic Attraction)에 의한 고액분리 또는 이종액체간 분리가 촉진된다.

뿐만 아니라, 전극간에 발생하는 산화환원전위차가 700～2,700 mV 이상이 되면 대장균을 비롯한 미생물의 세포막을 파괴시켜 세포질이 유출되면서 세균이 사멸되는 전해살균(Electro Disinfection)현상이 일어난다.

반응조 후단 플록부상조 내에 다수개가 나란히 설치된 플록부상용 경사판은 반응조에서의 응집반응후 물의 전기분해 결과 생성된 수소기체 방울과 만나 부상반응시 유효 부상면적을 넓혀주고, 부상거리를 줄여 효율적인 고액분리가 가능하도록 하는 역할을 한다. 다수개의 경사판을 형성함으로써 넓은 면적의 부상조 또는 침전조에서 수행되는 것과 같은 플록 부상 또는 슬러지 침전의 효과를 볼 수 있다.

반응조와 플록 부상조 상부에는 체인으로 구동되는 스크레이퍼가 위치하는데, 스크레이퍼는 반응조와 플록 부상조 내에서 고액분리 결과 수표면에 쌓인 고형물(플록)을 걷어내어 플록 배출구로 이동시키는 기능을 수행한다. 스크레이퍼는 전기에 의하여 구동되는 체인에 연결되어 있고, 체인의 구동속도는 수표면에 쌓이는 플록의 양에 따라 조절 가능하다.

플록 부상조에는 플록부상조를 거친 처리수를 플록부상조 후단의 처리조로 이송시키는 집수관이 위치한다. 집수관은 처리수가 원활히 흘러갈 수 있는 구조이면 특별한 제한이 없으나, 바람직하게는 상면에 다수개의 통공이 형성된 관을 다수개 나란히 위치시킴으로써 처리수 내에 잔존하는 부유물 또는 오염물질이 여과 없이 처리조로 흘러가는 것을 방지할 수 있다.

처리조에서는 집수관으로부터 유입되는 처리수를 저장하고 배출한다.

전극판이 위치한 반응조의 전단에는 원수를 유입시키는 정류조를 부가 설치할 수 있다.

또, 반응조, 플록 부상조, 처리수 배출조의 바닥에는 수면으로 부상되지 않고 바닥에 쌓이는 일부 침전물을 외부로 배출시키는 침전물 배출구가 위치하며, 이 침전물 배출구는 수처리장치가 정지상태일 때 외부로부터 물을 공급하여 본 장치를 세척하는 용도로도 사용할 수 있다.

본 발명장치의 전극판은 정류장치와 연결되어 있어 교류전류를 직류로 변환시켜 전극판에 제공해 준다. 또는 별도의 정류장치 없이 직류전류를 전원으로 사용할 수도 있다. 전극판은 양극, 음극으로 일정하게 고정되어 있는 경우에는 시간이 지남에 따라 산화물이 전극판 표면에 피막을 형성하게 되므로 일정 시간마다 양극과 음극이 전환되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 장치에 의한 수처리는 다음과 같이 진행된다. 원수 유입구로 처리대상수(본 명세서에서는 "원수"와 동일한 개념으로 사용하며, 혼용함)가 유입되면 내부에 전극판을 갖춘 반응조로 유입된다. 원수 유입구가 반응조로 바로 연결되는 것도 가능하고 별도의 정류조를 거쳐 반응조로 유입될 수도 있다.

반응조에서는 음극과 양극에 전원이 공급되면 유입된 물은 전기분해가 일어나 수소 및 산소가스가 발생하게 되고, 산화, 환원 반응이 일어나 오염물질이 산화되며, 전극에서 발생되는 이온이 화학반응과 침전을 일으키거나 또는 콜로이드 입자를 응집 및/또는 수면으로 부상시킴으로써 수중의 오염물질을 제거하게 되는 것이다.

본 발명에서는 전극판의 재질로 바람직하게는 알루미늄판, 스테인레스 스티 판, 티타늄판 등을 유입수 수질과 처리 목적에 따라 선택하여 사용한다. 전극판으로서 알루미늄 재질의 판을 사용할 경우 양전하가 수산화기 음전하와 반응하여 수산화알루미늄이 되고, 수산화알루미늄은 수중 오염물질들이 플록을 형성하도록 기능한다.

본 발명 수처리장치의 특장점으로서는 첫째, 혼화, 응집, 부상분리 과정이 한 반응조 내에서 일어나므로 장치가 단순하고, 둘째, 전기분해 반응을 통해 난분해성인 총질소, 총인 성분을 동시에 제거할 수 있으며, 셋째, 수중 고형물뿐만 아니라 전극에서의 산화·환원반응을 통해 용존성 오염물질의 분해를 촉진할 수 있으며, 넷째, 양 전극에서 발생하는 활성산소와 각종 산화제의 기능에 의해 추가적인 살균과정이 간소화된다. 다섯째, 본 발명의 수처리 장치는 요구되는 설치 부지가 작고 초기 설비비가 저렴하며, 여섯째, 약품 투입이나 교반 등이 불필요하여 유지관리비가 낮으며, 시스템이 단순하여 운전이 용이하고 운전의 자동화 및 무인운전도 가능하다. 일곱째, 기존에 설치된 반응조를 개조하여 전기응집부상 반응조로 쉽게 활용이 가능하며, 신규 설비뿐만 아니라 기존 설비의 전단 혹은 후단에 설치하여 전처리 및 후처리설비로 활용가능하다.

뿐만 아니라, 본 발명의 장치는 시스템의 안정성이 우수하여 유입수의 수질변화에 쉽게 대응해 최적 조건에서의 운전이 가능하며, 독성물질의 유입이나 과부하 조건에서도 안정적인 처리수 수질을 확보할 수 있고, 처리 중에 발생하는 냄새, 소음 등이 거의 없어 민원발생의 소지가 작다.

아래에서는 구체적인 시험예를 통하여 본 발명의 효과에 관하여 살펴본다.

본 발명의 수처리장치를 이용하여 생활오수를 처리한 결과를 표 1에 기재하였다.

측정항목 (mg/L)	BOD	COD	T-N	T-P	S.S
처리전	118.6	384	31.5	2.99	247
처리후	11.4	14	12.4	0.12	27
처리율	90.4%	96.4%	60.6%	96%	89.1%

또한, 본 발명의 수처리장치를 상수 원수에 적용한 결과를 표 2에 나타내었다.

측정항목 (mg/L)	BOD	COD	T-N	T-P	Chl-a (mg/m³)
처리전	3.2	4.1	2.229	0.045	16.6
처리후	1.2	1.7	1.828	0.016	2.8
처리율	63%	59%	19%	64%	83%

또한, 본 발명의 수처리장치를 화학실험실 발생폐수에 적용한 결과를 표 3에 나타내었다.

측정항목 (mg/L)	BOD	COD	T-N	T-P	S.S
처리전	67.5	20	9.98	0.748	30
처리후	21.2	11	4.968	0.021	16
처리율	68.6%	45%	50.2%	97.2%	46.7%

따라서, 본 발명의 전기응집 가압부상 수처리장치는 하수 처리장에 응용하여 질소, 인과 같은 부영양화 유발물질 제거를 통한 고도 처리에 적용할 수 있다. 본 발명의 전기응집부상 수처리 장치는 고도처리와 살균 작용을 동시에 수행할 수 있기 때문에 하수처리에 특히 유용하다.

또한, 본 발명의 장치는 기존의 혼화조, 응집조, 가압부상조를 거쳐 부유물질을 제거하는 과정을 전기분해조 하나로 해결할 뿐만 아니라 고농도 부유물질 함유시에도 시스템 장애 없이 운전이 가능하며, 전기분해조의 산화, 환원반응을 통해 난분해성 물질의 분해가 이루어지고, 질소, 인과 같은 부영양화 유발물질의 제거 효과가 탁월하므로 분뇨, 축산폐수의 처리에 특히 유용하다.

뿐만 아니라, 본 발명의 장치는 폐수 발생이 많고 처리가 곤란한 염색, 피혁, 제지, 섬유, 도축장 폐수의 부유물질과 유분제거에 탁월한 효과를 발휘하며, 생물학적 처리를 곤란하게 하는 독성 물질 유입시에도 전기분해 응집, 부상반응을 통하여 안정된 처리수질을 확보할 수 있고, 특히 지방, 기름, 그리스 등을 제거하는 유수분리 효과가 탁월하여 산업폐수 처리장치로 응용할 수 있다.

덧붙여, 본 발명의 장치는 산성도가 높아 처리가 곤란한 광산폐수의 처리와 광산폐수내 중금속 처리효과가 탁월하며, 사진현상소, 세차장, 세탁소 등의 소규모 특정 폐수에 적용할 수 있다.

본 발명은 응집약품, 살균제 등의 투여를 필요로 하지 않으며, 간단한 공정으로 수처리 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 BOD, COD 값의 개선뿐만 아니라 인과 질소성분의 제거효과가 탁월하여 축산폐수 등 유기물 함량이 많은 오폐수의 처리에 유용하다.

뿐만 아니라, 본 발명의 장치는 좁은 공간에서도 효율적으로 수처리가 가능하며, 종래의 수처리시설 전단 또는 후단에 부가설치하여 수처리 효율을 더욱 높일 수 있다.

Claims

반응조로 원수를 유입시키는 원수유입관, 콘트롤러가 구비된 전극판을 위치시킨 반응조, 플록 부상용 경사판을 다수 내장한 플록부상조, 플록부상조로부터 플록이 제거된 처리수를 후단의 처리수 배출조로 이송시키는 집수관, 플록부상조 후단에 위치하는 처리수 배출조, 상기 반응조와 상기 플록부상조의 상부에 위치하여 수면으로 부상된 플록을 제거하는 스크레이퍼 및 플록 배출구를 포함하여 구성되는 전기분해 응집부상방식 수처리장치.
제1항에 있어서, 반응조 내에 설치된 상기 전극판 표면의 오염을 제거하기 위하여 간헐적으로 전극의 극성을 변환시키는 극성 변환부를 상기 콘트롤러에 부가하는 것을 특징으로 하는 전기분해 응집부상방식 수처리장치.
제1항에 있어서, 상기 전극판에 진동장치를 부가하여 전극표면의 오염물을 제거하는 것을 특징으로 하는 전기분해 응집부상방식 수처리장치.
제1항에 있어서, 처리대상수의 전기전도도에 따라 전극판에 인가되는 전압, 전류를 조절할 수 있는 전압 변환부, 전류 변환부 및 전기전도도 측정부가 부가되는 것을 특징으로 하는 전기분해 응집부상방식 수처리장치.