KR20070031981A - 전극판 고정장치를 이용한 폐수처리장치와 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수처리용 전기분해 반응조 내부에 설치되어 폐수와 반응을 일으키는 전극판을 고정하고, 전극판에 전기를 인가하기 위한 장치와 방법에 관한 것으로, 기존 전기분해 반응조의 핵심 구성요소인 전극판을 고정하는 방법을 개선하여, 유지 운용의 경제성과 편이성을 최대한 증대시킨 것이다.

전극판 고정장치는 절연 소재인 고강력플라스틱(FRP) 또는 PVC 소재로 제작하고, 내부에는 전극판을 수용하며, 일측면에 전극판에 전기를 인가할 수 있는 부스바가 부착되어 있으며, 부스바의 일부분을 직류전기를 공급하는 정류기와 연결된다.

반응조의 크기에 따라 다수개의 전극판 고정장치가, 동일 반응조 내에 설치되어 폐수와 반응을 유도할 수 있으며, 폐수의 성상에 따라 서로 다른 전극판의 재질로 구성된 전극판 고정장치를 반응조 내에 위치시킬 수도 있다.

전기분해 반응이 진행되면서 전극판의 소모가 일어나고, 일정시간이 경과하여 전극판을 교체주기가 되면, 개별적인 전극판의 교체가 아니라, 전극판 고정장치를 교체하면, 다수개의 전극판을 동시에 교체하는 기능과 동일하므로, 전극판 고정장치는 전기분해 폐수처리장치의 경제적이고, 효율적인 가동에 필수적인 것이라 볼 수 있고, 전기분해 폐수처리시스템의 사용 저변 확대에 유용한 발명이라 판단됩니다.

전극판 고정장치, 전기분해, 전극판, 부스바, 연결편

Description

전극판 고정장치를 이용한 폐수처리장치와 그 제작방법 { WASTE WATER TREATMENT EQUIPMENT AND PRODUCTION METHOD OF USING ELECTRODE PLATE FRAME }

도1 : 전기분해 폐수처리장치의 전체 사시도

도2 : 전기분해 반응조의 사시도

도3 : 전기분해 반응조의 측면도

도4 : 전극판 고정장치의 사시도

도5 : 전극판 고정장치의 분해도(하부,측면지지대)

도6 : 전극판 고정장치의 분해도(전극판)

도7 : 전극판 고정장치의 분해도(부스바,연결편)

100 :원수 유입구, 110 : 분사구

200 : 공기유입 배관, 210 : 공기분사구

300 : 전극판 고정장치,

310 : 하부지지대, 320 : 측면지지대, 330 : 고정용지지대

340 : 부스바, 350 : 연결편, 360 : 전극판

400 : 반응조

410 : 반응조의 전극판 고정장치의 거치대

420 : 반응조 분리 격판 425 : 슬러지 부상부 분리 격판

430 : 슬러지부상부

440 : 자갈, 450 : 모래

500 : 스크레이프

600 : 처리수 유출구

700 : 슬러지 배출구

800 : 직류 전기공급장치

900 : 공기압축기

본 발명은 전기분해를 이용한 폐수처리장치 중 반응조의 전극판을 고정하고 전극판에 전기를 공급하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐수를 처리하는 전기분해 반응조에 양극과 음극이 인가된 전극판과 폐수가 반응하게 되어, 폐수에 포함된 오염원을 산화 및 환원시켜 침전 분리하는 폐수처리용 전기분해 반응조의 전극판 고정 및 전기공급 방법에 관한 것이다.

전기분해 반응조를 사용하여 폐수를 처리할 경우, 약품 투입에 따른 2차적인 슬러지 감소, 시설의 운전 기술의 단순화 및 경제적 운영 및 시설 설치면적의 협소성 등 많은 사회경제적인 이점이 있음에도 불구하고 현재까지 대중화 되어 사용되 고 있지는 않다.

전기분해 폐수처리에 대한 많은 공정특허와 공지의 기술이 있으나, 아직 까지 널리 상용화 되지 못한 것은, 실용화에는 많은 문제점이 있기 때문이다.

특히, 전기분해 방식의 소모품인 "전극판" 교체의 효율적인 방법과, 반응조 내부에 쉽고 간편하게 전극판을 위치 시키는 방법이 개발되지 못한 것이, 실용화의 가장 큰 걸림돌이라 할 수 있다. 또 전기분해 반응시 발생하는 슬러지의 효율적인 제거와 반응조 내부에 축적되는 슬러지로 인하여, 초기 반응의 연속성을 보장하기 어렵기 때문에 시스템의 확산에 있어, 가장 많은 문제점이 있었다. 구체적으로 살펴 보면,

반응조 내부에는 폐수와 전극판의 반응으로 슬러지 침전, 액체의 유동 그리고 전극판의 소모가 진행되고, 특히, 전기분해 폐수처리 설비의 장기 가동 또는 격렬한 반응으로 전극판의 소모가 심할 경우, 잦은 전극판의 교체를 필요로 하므로, 전극판의 교체가 용이하여야 폐수처리장치의 가동 효율이 증가되고, 사용자에게는 폐수처리 설비의 편리한 운영이 가능하다.

전극판 고정장치에 문제가 있어, 전극판에 전류가 원활히 공급되지 않을 경우, 전기공급장치(정류기)의 잦은 고장과 가동에 따른 처리효율 저하를 불러 올 수 있고, 폐수처리시스템 전체에 치명적인 결과를 가져올 수 있다. 그리고 가동중 전기적 반응과 관련된 부분 뿐만아니라 타부분의 고장도 야기할 수 있다.

또, 전극판의 배열이 일정하지 않아, 전극판이 부분적으로 폐수 수위 상부 표면에 노출될 경우, 노출된 부분에는 폐수에 잠긴 부분보다 활발한 반응으로, 전극판의 다른 부분보다 빨리 손상되어 원활한 폐수처리의 문제점으로 대두된다. 즉, 전극판의 불균일한 반응으로 전극판의 빈번한 교체가 필요하고, 비용 역시 추가적으로 부담해야 하며, 전체적인 폐수처리장치의 처리 효율이 저하되는 단점이 있다.

공지의 기술 을 살펴보면,

"전기분해를 이용한 연속식 폐수처리장치" (등록번호 10-0366726),

"폐수정화용 전해처리 시스템" (등록번호 10-0609599),

"수처리용 전기장 반응장치" (등록번호 20-0326013)

"전기분해 응집부상방식 수처리장치" (등록번호 10-0630279)

"폐수처리용 전기 반응조" (출원번호 10-2005-0084923)

"전기응집을 이용한 폐수정화장치" (출원번호 10-2006-0036572)

등과 같이 유사 전기적 반응으로 폐수를 처리하는 시스템은 많이 개발되어 있으나, 폐수처리에 소모되는 전극판의 효율적인 교체가 불가능하거나, 소모품인 전극판 교체로 인한 문제점으로 현장적용의 한계로 인식되는 것으로 볼 수 있다. 즉 잦은 전극판 또는 기타 소모품의 교체에 다른 어려움으로 유지 비용의 증대, 전극판 교체시 폐수처리 설비의 가동중지에 따른 생산작업의 중단 및 유지 인건비의 과다와 같은 문제점이 전기분해 방식의 폐수처리 공법이 해결해야 할 숙제인 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점의 일부를 해소하기 위하여 안출된 것으로, 특히, 전극판에 전기를 공급하고, 전극판을 반응조 내부에 고정 지지해주는 방법과 그 제작방법을 제공하여, 반응조 내부에 설치되는 장치의 적정한 설계조건으로, 반응조의 내구성 증대와 전극판에 원활한 전기공급으로 반응효율을 증가시키고, 전극판의 손쉬운 교체 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

전극판을 수용하는 전극판 고정장치의 구성을 살펴보면,

제작 제질은 전기가 통하지 않는 고강력플라스틱(FRP) 및 PVC 등 부도체의 소재로 제작하여야 하고,

하부지지대는 전극판의 하부를 받쳐주고, 반응조의 저면에 놓여지는 부분으로, 하부로 폐수가 유입되어 전극판 사이로 폐수가 통과하도록 하고, 전극판의 두께와 같은 크기의 삽입홈을 일정간격 형성하여, 전극판의 밑면이 이동하는 것을 방지한다. 즉 하부지지대의 삽입홈 갯수는 전극판의 갯수와 일치하고, 그 폭은 전극판의 두께보다 같거나 크다.

측면지지대는 전극판의 측면을 고정시키고, 전극판의 간격과 동일한 간격으로 홀(hole)이 뚫린 부스바를 측면지지대와 결합시키고, 양끝단에 홀(hole)이 있는 연결편을 이용하여, 연결편의 일끝단을 부스바와 보울트/너트로 결합하며, 또다른 일끝단은 전극판과 보울트/너트로 결합한다.

고정용지지대는 전극판을 세트화 시킨, 전극판 고정장치를 반응조 내에 고정시키기에 편리하도록 설계되어 있으며, 반응조의 적정 위치에 거치할 수 있는 구조 이다.

전기분해 반응조에 공급되는 전기는 "+", "-" 양 극성의 직류전기를 공급받아 사용하므로, 전기분해 반응조 외부에서 직류 전기를 공급하는 전기공급장치(정류기)와 반응조 내부에 수용되며 전기를 공급하는 2개의 동(Cu)부스바는 연결단자로 연결되고,

부스바와 전극판이 다수의 연결편으로 연결된 전극판 고정장치로, 전기분해 반응조 내부에서 폐수와 전기적인 반응을 유도한다.

상기에서 열거한 전극판 고정장치를 이용한 전기분해 폐수처리장치를 설명하면,

원수 유입구를 통하여 반응조 내부로 유입된 슬러지 및 전기적 반응으로 생성된 슬러지를 반응조 하부에, 공기분출장치를 설치하여 부상시킨다.

이때, 전극판 고정장치를 통과한 폐수는 슬러지 부상부로 이동하고, 슬러지 부상부 하부, 공기유입 배관 및 공기분사구 상부를 자갈과 모래를 순차적으로 덮어, 공기분사구로 뿜어져 나오는 공기를 크기가 작은 물발울 형태의 공기로 변환시켜, 미세한 슬러지까지 부상시키며, 자갈과 모래 각각의 두께를 변화시키고, 공기유입량을 조절하여, 슬러지 제거 수준을 적정하게 조정한다.

부상된 슬러지는 스크레이퍼를 통하여, 반응조 상부 일측의 슬러지 배출구로 이송시키고, 슬러지 배출구를 통하여 반응조 외부로 배출한다.

반응조 하부 즉, 전극판 고정장치 하부 및 술러지 제거부 하단에 공기유입 배관, 공기분사구, 모래, 자갈 그리고 공기유입 밸브로 구성되어진 반응조를 구성하여, 슬러지 축적으로 인한 문제를 방지하고, 폐수처리시설의 청소 등을 최소한으로 줄일 수 있다.

전극판 고정장치(400)를 이용한 전기분해 폐수처리장치에 대하여, 구성 부분별로 설명하면,

원수 유입구(100)를 통하여 유입된 폐수는 분사구(110)을 통하여 반응조 내부로 확산되며, 특히 반응조(400) 저면으로 확산시켜, 전극판 고정장치(300) 하단부로 골고루 일정하게 분산되게 분사구(110)을 위치시킨다.

전극판 고정장치(300)는 폐수에 전기적 반응을 시키기 위하여, 전기가 인가된 다수의 전극판(360)을 포함하고 있어, 전기적 반응과 함께, 양극,음극에서 발생하는 산소,수소와 함께 슬러지 일부가 부상되고, 나머지 일부의 슬러지는 반응조 하부로 침전된다. 전기적 반응에 의한 자연 부상 슬러지 이외에, 반응조 하부 공기분사구(210)를 이용하여 반응조 내부의 폐수를 강제 대류시키면, 하부로 침전하는 슬러지는 강제로 부상되고, 전기적 반응 효율은 증가한다.

반응조(400) 하부에 공기를 유입시켜 분출할 수 있도록, 일정한 간격으로 구멍이 뚫린 공기유입 배관(200)을 고정시키고, 배관의 끝단은 외부 공기압축기(900)와 연결시킨다. 또 공기의 양을 조절할 수 있도록 반응조 외부 적정 위치에 공기량 조절 밸브를 설치한다.

공기유입배관(200) 상부에 1차적으로 자갈 또는 작은 돌로 덮고 굵은 모래를 자갈 위에 순차적으로 덮어, 공기분사구(210)로부터 뿜어져 나오는 공기를 작은 공기방울 형태로 만들어, 반응조(400) 내부에 골고루 분산시킨다.

자갈(440), 모래(450)를 덮지 않으면, 반응조 내부 일정부분만 공기를 뿜어 주기에 공기 분출 효과를 극대화 하기는 어렵다. 공기분사구(210)를 자갈(440)과 모래(450)로 덮지 않으면, 많은 양의 공기유입 배관(200)을 골고루 반응조(400) 하부에 고정 위치 시켜야 하기에, 설치제작비가 증가하고, 공기량의 조절이 곤란하며, 공기압축기(900)도 많은 부하가 걸릴 수 있다.

장기간 반응조(400)를 사용할 경우, 반응조 내부 슬러지의 축적이 일어나지만, 모래와 자갈을 통한 공기분산의 효과로 반응조 저면 및 측면에 전기적 반응에 의한 슬러지 축적이 일어나지 않는다. 공기분사구의 막힘이나, 전기적 반응장치의 고장 등으로 자갈과 모래의 상부에 슬러지 축적이 일어난다면, 모래와 자갈의 일부를 제거 함으로서 쉽게 반응조(400)를 청소할 수 있다.

전기분해 폐수처리장치에서, 전기적 반응이 일어나면서 양극에는 전자를 잃는 산화반응이 일어나므로, 금속의 용출이 일어난다. 그러므로 전기적 반응이 일어나는 전극판(360)은 장기 사용함에 있어, 주기적으로 교체하여야 된다. 이때, 교체 의 편리성을 도모하고자 전극판(360)을 세트화시켜 전체적으로 교환하고자 한다.

전극판을 세트화 시켜, 반응조와 별도 분리 및 착탈이 가능한 구조인 전극판 고정장치(300)를 자세히 살펴보면,

하부지지대(310)는 전극판(360)의 하부를 받쳐주고, 반응조(400)의 저면에 놓여지는 부분으로, 하부로 폐수가 유입되어 전극판(360) 사이로 폐수가 통과하도록 하는 부분이고,

측면지지대(320)는 전극판의 측면을 고정시키고, 전극판(360)의 간격과 동일한 간격으로 홀(hole)이 뚫린 부스바(340)를 측면지지대(320)와 결합시키고, 양끝단에 홀(hole)이 있는 연결편(350)을 준비하여, 연결편(350)의 일끝단을 부스바(340)와 보울트/너트로 결합하며, 또다른 일끝단은 전극판(360)과 보울트/너트로 결합한다. 부스바(340)는 양 극성(양극, 음극)을 구분하여, 직류 전기공급장치(800)와 연결한다.

고정용지지대(330)는 전극판(360)을 세트화 시킨, 전극판 고정장치(300)를 반응조(400) 내에 고정시키기에 편리하고, 외부적인 충격에 움직이지 않게, 반응조의 적정 위치에 거치할 수 있는 구조이다.

전극판 고정장치(300)는 반응조(400)의 크기, 형태 그리고 반응의 종류에 따라 크기 및 형태가 다르고 전극판(360)으로 사용되는 금속의 종류도 서로 다르게 하여, 사용하는 것이 효과적이다.

다음에 전극판 고정장치(300)의 사용 예를 살펴보면,

사용 예1) 반응조(400)의 크기에 따른 경우,

전극판 고정장치는 폐수처리장치의 가동에 따른 전극판 교체시 유지보수의 편의를 위하여 1인 또는 2인이 운반하여 반응조 내부에 안착시킬 수 있는 크기로 해야한다. 즉, 반응조의 크기가 클 경우, 1개의 전극판 고정장치를 반응조 내에 위치시킨다면, 전극판(360)이 삽입된 전극판 고정장치의 무게가 무겁고, 부피가 크기 때문에 인적작업이 곤란하다. 그러므로 반응조의 크기가 크다면, 두개 이상의 전극판 고정장치(300)를 반응조 내에 위치시켜 전기적 반응을 유도한다.

사용 예2) 반응조(400)의 형태에 따른 경우,

폐수처리설비의 설치 가능 면적 및 제작의 용이성 등에 따라, 전기분해 반응조의 형태는 다양하게 제작될 수 있고, 반응조(400)의 내부 형태에 맞는 전극판 고정장치(300)를 제작한다. 원형 반응조는 원형 전극판을 수용하는 전극판 고정장치를, 상기 설명한 전극판 고정장치에 따라 제작한다.

사용 예3) 처리코자하는 폐수의 성상에 따른 경우,

1개의 반응조 내에서 산화 반응 또는 환원 반응 등 종류가 다른 상반된 반응을 필요로 하거나, 폐수의 성상에 따라 각기 다른 소재의 전극판(360)을 사용할 때, 전극판의 소모 정도에 차이가 있고, 전극판의 교체주기가 달라지기 때문에, 반 응조 중간 분리격판(420)을 설치하여, 2개 이상의 전극판 고정장치를 1개의 반응조 내부에 위치시킴으로서, 폐수처리시설의 유지보수를 간편하게 할뿐 아니라 유지보수 경비를 줄일 수 있다.

폐수는 전극판 고정장치(300)에서 전기적 반응후, 슬러지 부상부 분리격판(425)의 하부를 통과하여, 슬러지 부상부(430)로 이동한다. 슬러지 부상부(430) 하단의 공기유입 배관(200)의 공기분사구(210)는 전극판 고정장치(300) 하단의 공기분사구(210)보다 좁은 간격으로 설치하고, 공기분사구(210) 상부에 자갈(440)과 모래(450)로 덮어, 공기분사구(210)에서 분출되는 공기를, 미세한 크기의 공기로 만들어 처리수에 분산시켜 슬러지를 부상시킨다.이때, 처리수는 처리수 유출구(600)를 따라 반응조 외부로 배출된다.

반응조 내부로 유입된 폐수에 포함된 슬러지와, 전극판 고정장치(300)에서의 전기적 반응으로 인한 부상 슬러지 및 슬러지 부상부(430)의 상층 슬러지는, 스크레이프(500)에 의하여 슬러지 배출구(700)로 이동시켜 반응조 외부로 슬러지를 배출한다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 전기분해 반응조를 이용한 폐수처리장치의 핵심인 전극판에 전기를 공급하는 방법과 전극판 고정방법에 있어서, 간단하고 손쉬운 효과적인 방법을 개발함으로서, 전극판 교체시간의 단축에 따른 경비의 절감뿐만아니라, 산업현장에서 발생하는 폐수의 즉각적인 처리로 폐수처리시스템의 설계시 저장수조의 저장능력을 경제적으로 설계할 수 있고, 폐수처리시설의 가동시 문제발생시 또는 가동중 전극판 교체 필요성이 대두될 때 즉각적인 조치가 가능하다.

본 발명은 전기분해 반응조의 설치시 공사기간을 단축할 수 있고, 또 폐수처리설비의 가동중 발생하는 문제에 즉각적인 대응이 가능하고, 고장 및 장기사용으로 인한 청소 등 정비시에도 경제적인 많은 이점이 있다.

이상과 같이 폐수처리 현장에서 발생하는 문제점의 일부나마 제거하여, 폐수 처리 비용을 경감시켜고, 개별 기업의 생산성 향상과 관련 산업의 발전에 획기적인 발전 전기가 마련될 것으로 것입니다.

Claims (4)

1. 전기분해 폐수처리장치용 전극판 고정장치에 있어서,

   절연체의 소재로 하부지지대, 측면지지대 및 반응조 내부 고정용 거치대로 전극판을 수용하는 형태와 구조를 가지며;

   측면지지대에 "+" "-" 양 극성의 전기를 공급할 수 있는 2개의 부스바를 부착하고;

   다수의 연결편을 이용하여 부스바와 전극판을 연결하여, 부스바 일측을 직류 전기공급장치와 연결하며;

   직류 전기공급장치, 부스바, 연결편을 통해 전극판에 전기를 인가하는 것을 특징으로 하는 전기분해 폐수처리장치용 전극판 고정장치
2. 전기분해 폐수처리장치에 있어서,

   폐수를 유입하는 원수 유입구로 유입된 폐수는, 반응조 내부 분사구를 통하여 반응조 내부로 확산되며;

   전극판 고정장치는 다수의 전극판을 포함하고 있으며, 반응조와 별도 분리 및 착탈이 가능하고, 반응조 내부에 수용될 수 있는 형태와 크기를 가지며, 하부지지대, 측면지지대, 부스바, 연결편 및 전극판으로 구성된 전극판 고정장치에, 직류전기를 공급하는 전기공급장치를 연결하여 폐수와 전기적 반응을 시키고;

   반응조 하부 공기분사구에서 분출된 공기가 부상하면서, 전기적 반응으로 생성된 슬러지를 부상시키고, 폐수의 흐름을 원활히 하여 전기적 반응을 촉진시키며;

   반응이 끝난 폐수는 슬러지 부상부로 이동하고, 미세 슬러지는 부상하며, 처리수는 처리수 유출구로 유출된다. 전극판 고정장치 상부와 슬러지 부상부의 상층에 부상한 슬러지는 스크레이퍼를 통하여, 슬러지 배출구로 이동하여 배출되는 것을 특징으로 하는 전기분해 폐수처리장치
3. 제2항에 있어서,

   반응조의 크기, 형태 및 반응조건에 따라, 1개의 반응조에 1개 또는 다수개의 전극판 고정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해 폐수처리장치
4. 제2항에 있어서,

   반응조 내부 공기분사구를 자갈, 모래 순으로 덮어, 공기분사구에서 분사되는 분출공기를, 크기가 작은 미세공기로 변환하고, 반응조 내부로 균일하게 분산하는 것을 특징으로 하는 전기분해 폐수처리장치

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