KR20080086162A

KR20080086162A - 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법

Info

Publication number: KR20080086162A
Application number: KR1020070027948A
Authority: KR
Inventors: 김상욱
Original assignee: 주식회사 욱영전해씨스템
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-09-25
Also published as: KR100868980B1

Abstract

본 발명은 하수가 흐르는 전해조(40)와, 상기 전해조(40)에 흐르는 하수를 전기분해시키는 적어도 한 쌍 이상의 전극어셈블리(50,60,70), 상기 전극어셈블리(50,60,70)에 전류를 인가하는 전원인가부(20), 그리고 상기 전원인가부(20)에서 인가받은 전류가 소정의 시간 간격으로 상기 전극어셈블리(50,60,70)에 교호되게 공급되도록 제어하는 컨트롤러(30)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 하수처리장치이다. 이와 같은 본 발명에 의하면 전극판에 달라붙은 이물질이 쉽게 박리되는 이점이 있다.

전기분해, 전해조, 전극어셈블리, 전극판

Description

하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법{sewage disposal device and sewage disposal method using the same}

도 1은 본 발명에 대한 하수처리장치를 개략적으로 보인 블록도.

도 2는 본 발명 실시예를 구성하는 전해조를 보인 평면도.

도 3은 본 발명에 의한 하수처리 방법의 바람직한 실시예에 의하여 하수가 처리되는 과정을 보인 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 하수처리장치 20: 전원인가부

30: 컨트롤러 35: 릴레이부

40: 전해조 50, 60, 70: 전극어셈블리

51, 61, 71: 제1전극지지대 53, 63, 73: 제2전극지지대

55, 65, 75: 제1전극판 57, 67, 77: 제2전극판

본 발명은 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 용수, 오수 및 폐수 등을 전기분해방법으로 처리할 수 있는 하수 처리장치 및 하수처리방법에 관한 것이다.

산업폐수 처리방법으로는 통상적인 생물학적 처리와 함께 여러가지 물리적 및 화학적인 처리방법을 병행하여 실시하는 것이 일반적이다. 그러나 폐수의 종류가 다양해지고 난분해성 유기물질을 함유한 경우가 대부분이기 때문에 이들을 완전히 정화처리하는데 많은 어려움이 있다. 따라서 폐수의 구성성분이 복잡해지고 농도가 높아짐에 따라 전기분해법으로 폐수를 산화 처리하는 기술이 주목받고 있다.

전기분해처리방법의 기본원리는 오, 폐수에 함유되어 있는 염분이 전기분해되면서 발생시키는 산화작용과 오존성분에 의한 순간멸균, 또는 외부에서 첨가한 염화나트륨(NaCl)이 전기분해되면서 생성된 강력한 산화제인 차아염소산(OCl)을 이용하여 폐수 중의 유기물질을 분해하는 것이다. 염화나트륨(NaCl) 용액을 격막을 설치하지 않은 전해조에서 전기분해 한 경우 양극에는 염소가스가, 또한 음극에서는 수소가스와 함께 수산기(OH)가 발생하며 이때 염소가스와 수산기가 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 치아염소산(OCl)이온과 순간적으로 오존성분을 생성시킨다.상기 전기분해시 사용되는 전극판은 주로 백금, 티타늄, 니켈 및 스텐레스 등의 금속이 이용되며, 경우에 따라서는 표면에 산화막을 코팅시켜 사용하기도 한다.

그러나 상기 종래 전기분해에 의한 폐수처리방법은 양극판과 음극판이 설치된 전해조에 폐수를 직접 유입시키고, 양극에는 (+)전류를 인가하고 음극에는 (-)전류를 인가하여 산화분해시키는 것이 일반적인 방법이나 이 경우 화학적 산소요구량 (COD) 함량이 비교적 높은 난분해성 폐수에 있어서는 처리과정에서 부유물질(Floc)이 많이 생성되기 때문에 (-)전극판 표면에 이물질이 달라붙어 전해효율을 급격히 저하시키게 되며 이로 인하여 양극와 음극 사이에 과전압이 발생하여 에너지 소모량이 증가하게 된다. 따라서 이물질이 달라붙은 전극판을 수시로 염산등의 약품으로 세척하여야 하는 번거로움이 발생한다. 또한, 산화막이 코팅된 전극판을 사용하는 경우 빈번한 표면 세척 과정 중 코팅막이 손상을 입음으로써 전극판의 수명이 단축되는 등의 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극판에 달라붙는 이물질이 쉽게 박리될 수 있는 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전극표면에 부착되는 이물질을 손쉽게 박리시킴으로써 전극판 사이에 발생하는 과전압을 방지하여 에너지 소모량을 절감할 수 있는 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 하수가 흐르는 전해조와, 상기 전해조에 흐르는 하수를 전기분해시키는 적어도 한 쌍 이상의 전극어셈블리, 상기 전극어셈블리에 전류를 인가하는 전원인가부, 그리고 상기 전원인가부에서 인가받은 전류가 소정의 시간 간격으로 상기 전극어셈블리에 교호되게 공급되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

상기 전극어셈블리는, 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물, 주석(Sn)화합물, 망간(Mn)화합물, 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물, 지르코늄(Zr) 화합물 중 선택된 적어도 1종이 코팅된 티타늄 전극판인 다수개의 제1전극판이 구비되는 제1전극지지대와, 티타늄 또는 니켈합금 전극판인 다수개의 제2전극판이 구비되는 제2전극지지대를 포함하여 구성된다.

상기 제1전극지지대와 제2전극지지대의 재질은 티타늄이다.

상기 제1전극지지대와 제2전극지지대는 하수의 유동방향에 직교되도록 하수의 유동방향으로 소정의 간격만큼 이격되게 구비된다.

상기 제1전극판과 제2전극판은 하수의 유동방향에 평행되도록 하수의 유동방향에 직교되는 방향으로 소정의 간격만큼 이격되게 각각 상기 제1전극지지대와 제2전극지지대에 구비된다.

상기 제1전극판과 제2전극판은 하수의 유동방향에 직교되는 방향으로 교호되게 상기 제1전극지지대와 제2전극지지대의 서로 마주보는 면에 각각 구비된다.

상기 전극어셈블리는 전해조에 구비되는 다수개로 구성되고, 상기 컨트롤러는 상기 전극어셈블리 중 가장 이격되게 구비되는 한쌍의 전극어셈블리의 중 어느 하나의 제1전극지지대 또는 제2전극지지대와 다른 하나의 제2전극지지대 또는 제2전극지지대에 서로 다른 방향으로 전류를 인가하여 그 사이에 구비되는 다른 전극어셈블리의 제1 및 제2전극지지대가 대전되어 서로 교호되게 극성을 띄도록 제어한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 적어도 하나 이상의 전극어셈블리에 전원을 인가하여 전해조를 유동하는 하수를 전기분해하는 하수처리장치에 있어서: (A) 컨트롤러가 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 전극어셈블리에 어느 일 방향의 전류를 인가하여 하수를 전기분해하도록 제어하는 단계와; (B) 상기 컨트롤러가 상기 전극어셈블리에 반대방향의 전류를 인가하여 하수를 전기분해하도록 제어하는 단계; (C) 상기 컨트롤러가 상기 (A) 및 (B)단계가 반복적으로 수행되도록 제어하는 단계; 그리고 (D) 상기 (C) 단계에서 전기분해된 하수가 침전 여과되어 배출되는 단계를 포함한다.

상기 (B)단계는, (B1) 상기 컨트롤러가 상기 (A)단계에서 상기 전극어셈블리에 일방향의 전류가 인가되는 시간을 감지하는 단계와, (B2) 상기 컨트롤러가 상기 (B1)단계에서 감지된 시간과 기설정된 시간을 비교하는 단계, 그리고 (B3) 상기 컨트롤러가 (B2)단계에서 감지된 시간이 기설정된 시간보다 초과되는 경우에만 반대방향의 전류를 인가하는 단계를 포함한다.

상기 (B)단계와 (C)단계가 기설정된 시간만큼 반복실행된 경우에만 전류를 차단한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 전극판에 달라붙은 이물질이 쉽게 박리되는 이점이 있다.

이하 상술한 바와 같은 본 발명에 의한 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 대한 하수처리장치를 개략적으로 보인 블록도이고, 도 2는 본 발명 실시예를 구성하는 전해조를 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 하수처리장치(10)에는 전원인가부(20)가 구비된다. 상기 전원인가부(20)는 외부로부터 전원을 공급받아서 아래에서 설명할 전극어셈블 리(50)에 전류를 전달하는 역할을 한다.

그리고 상기 하수처리장치(10)에는 컨트롤러(30)가 구비된다. 상기 컨트롤러(30)는 상기 전원인가부(20)에서 인가하는 전류를 제어하는 역할을 한다. 상기 컨트롤러(30)에는 릴레이부(35)가 구비된다. 상기 릴레이부(35)는 상기 전원인가부(20)에서 인가받은 전류의 방향을 변환하는 역할을 한다.

한편 상기 하수처리장치(10)에는 하수가 흐를 수 있는 공간이 형성되는 전해조(40)가 구비된다. 상기 전해조(40)에는 다수개의 전극어셈블리가 구비된다. 본 실시예에서는 세 개의 전극어셈블리가 구비된다. 전극어셈블리는 제1 내지 제3전극어셈블리(50,60,70)로 구성된다. 상기 제1 내지 제3전극어셈블리(50,60,70)는 한 쌍의 전극지지대, 즉 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73) 그리고 한 쌍의 전극판, 즉 제1전극판(55,65,75)와 제2전극판(57,67,77)으로 구성된다. 상기 제1전극 지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)는 아래에서 설명할 제1전극판(55,65,75)와 제2전극판(57,67,77)를 지지하기 위한 것이다.

상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)는 소정의 길이를 가지는 바형상으로 형성된다. 상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)는 상기 전해조(40)에 흐르는 하수의 유동방향에 직교되도록 하수의 유동방향으로 서로 소정의 간격만큼 이격되게 구비된다. 그리고 상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)는 각각 양단이 상기 전해조(40)의 양측에 고정된다.

상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)는 내부식성을 지 닌 재질, 예를 들면 티타늄과 같은 재질로 성형된다. 상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)는 하수 속에 구비되기 때문에 상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)가 하수에 오염되어 부식되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)에는 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)이 각각 구비된다. 상기 제1전극판(55,65,75)는 티타늄 전극판에 이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물, 주석(Sn)화합물, 망간(Mn)화합물, 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물, 지르코늄(Zr) 화합물 중 선택된 적어도 1종이 코팅되어 형성된 것을 사용하고, 상기 제2전극판(57,67,77)은 티타늄 또는 니켈합금 전극판으로 형성된 것을 사용한다. 이는 티타늄 기판의 경우 내산성 및 내화학성을 갖고 비교적 높은 융점(1668℃)을 가지므로 열분해에 의한 전극 코팅 및 열처리 시 온도 변화에 의해 열화되지 않기 때문이다. 티타늄을 직접 전극 재료로 이용하면 전류 인가에 의해 티타늄 표면이 아노다이징되면서 금속 티타늄의 산화막인 이산화티탄(TiO₂) 층이 형성되어 전류가 흐르지 않는다. 따라서 산화막인 이산화티탄의 결정 격자에 이종 원소를 주입하여 전기 전도를 높이기 위해 이리듐, 루테늄, 틴, 몰리브데늄, 탄탈륨, 지르코늄 등과 같은 원료를 첨가한 것이다.

한편, 니켈합금 중 하스텔로이(Hastelloy-C)와 같은 고온합금을 사용할 수도 있다. 니켈합금 역시 환원성 산에 대한 내식성이 강하며 염산에 강하면서 가공성과 용접성이 좋기 때문이다.

한편, 상기 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)은 하수의 유동방향에 평행되도록 하수의 유동방향에 직교되는 방향으로 소정의 간격만큼 이격되게 상기 제1전극지지대(51,61,71)와 제2전극지지대(53,63,73)의 서로 마주보는 면에 각각 구비된다. 이때 상기 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)은 서로 교호되게 구비된다. 상기 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)은 상기 전원인가부(20)의 전원을 인가받아서 실질적으로 하수를 전기분해시키는 역할을 한다.

다음으로 본 발명에 의한 하수처리방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 하수처리 방법의 바람직한 실시예에 의하여 하수가 처리되는 과정을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바에 따르면, 먼저 사용자는 컨트롤러(30)를 조작하여 전류인가시간과 반복실행시간를 설정한다.(S10) 그리고 외부에서 전원을 인가받는 전원인가부(20)가 제1전극어셈블리(50)의 제1전극지지대(51)에는 (+)전류를 인가하고, 제3전극어셈블리(70)의 제2전극지지대(73)에는 (-)전류를 인가한다.(S20) 상기 전원인가부(20)가 전류를 인가함에 따라서, 그 사이에 구비되는 상기 제1전극어셈블리(50)의 제2전극지지대(53)에는 (-)전류가 대전되고, 제2전극어셈블리(60)의 제1전극지지대(61)는 (+)전류가 대전되며, 상기 제2전극어셈블리(60)의 제2전극지지대(63)에는 (-)전류가 대전되고, 상기 제3전극어셈블리(70)의 제1전극지지대(73)는 (+)전류가 대전된다. 전류를 인가받은 상기 전극어셈블리(50,60,70)의 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)은 하수를 전기분해하기 시작한다.(S30) 상기 컨트롤러(30)는 기설정된 시간과 현재시간을 비교하여 기설정된 시간만큼 전류가 인가되었는지 판단한다.(S40) 상기 컨트롤러(30)는 전류가 기설정된 시간만큼 인가된 경우에는 릴레이부(35)가 전류방향을 변환하도록 제어한다.(S50)

상기 릴레이부(35)에 의해 전류방향이 변환되어 제1전극어셈블리(50)의 제1전극지지대(51)에는 (-)전류가 인가되고, 제3전극어셈블리(70)의 제2전극지지대(73)에는 (+)전류가 인가되어 그 사이에 구비되는 상기 제1전극어셈블리(50)의 제2전극지지대(53)에는 (+)전류가 대전되고, 제2전극어셈블리(60)의 제1전극지지대(61)는 (-)전류가 대전되며, 상기 제2전극어셈블리(60)의 제2전극지지대(63)에는 (+)전류가 대전되고, 상기 제3전극어셈블리(70)의 제1전극지지대(73)는 (-)전류가 대전된다. 방향이 전환된 전류를 인가받은 상기 전극어셈블리(50,60,70)의 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)은 하수를 전기분해하기 시작한다.(S15) 전류의 방향이 전환됨으로써 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)에 고착되었던 이물질이 박리된다.

상기 컨트롤러(30)는 반복실행시간를 판단한다. 상기 컨트롤러(30)는 기설정된 시간을 초과하지 않았다고 판단하면 전류의 방향을 변환시킨다.(S70) 한편, 상기 컨트롤러(30)는 전류가 기설정된 시간보다 초과되었다고 판단하면 동작을 제어하여 전류를 차단한다.(S80,90) 제1전극판(55,65,75)과 제2전극판(57,67,77)에서 박리된 이물질이 침전된다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권 리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 하수처리장치 및 이를 이용한 하수처리방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 전류가 소정의 시간 간격으로 음극과 양극이 역전되어 전극판에 인가됨으로써 전극판에 달라붙는 이물질이 쉽게 박리된다. 따라서 전극판의 효율이 높아지는 효과가 있다.

그리고 본 발명에서는 전극판에 이물질이 고착되지 않기 때문에 전극판에 달라붙는 이물질에 의한 과전압이 방지됨으로써 보다 경제적으로 하수를 처리할 수 있다.

Claims

하수가 흐르는 전해조와,

상기 전해조에 흐르는 하수를 전기분해시키는 적어도 한 쌍 이상의 전극어셈블리,

상기 전극어셈블리에 전류를 인가하는 전원인가부, 그리고

상기 전원인가부에서 인가받은 전류가 소정의 시간 간격으로 상기 전극어셈블리에 교호되게 공급되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 하수처리장치.
제 1항에 있어서,

상기 전극어셈블리는,

이리듐(Ir)화합물, 루테늄(Ru)화합물, 주석(Sn)화합물, 망간(Mn)화합물, 티타늄(Ti)화합물, 몰리브덴(Mo)화합물, 탄탈륨(Ta)화합물, 지르코늄(Zr) 화합물 중 선택된 적어도 1종이 코팅된 티타늄 전극판인 다수개의 제1전극판이 구비되는 제1전극지지대와,

티타늄 또는 니켈합금 전극판인 다수개의 제2전극판이 구비되는 제2전극지지대를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 하수처리장치.
제 2항에 있어서,

상기 제1전극지지대와 제2전극지지대의 재질은 티타늄임을 특징으로 하는 하수처리장치.
제 2항에 있어서,

상기 제1전극지지대와 제2전극지지대는 하수의 유동방향에 직교되도록 하수의 유동방향으로 소정의 간격만큼 이격되게 구비됨을 특징으로 하는 하수처리장치.
제 2항에 있어서,

상기 제1전극판과 제2전극판은 하수의 유동방향에 평행되도록 하수의 유동방향에 직교되는 방향으로 소정의 간격만큼 이격되게 각각 상기 제1전극지지대와 제2전극지지대에 구비됨을 특징으로 하는 하수처리장치.
제 2항에 있어서,

상기 제1전극판과 제2전극판은 하수의 유동방향에 직교되는 방향으로 교호되게 상기 제1전극지지대와 제2전극지지대의 서로 마주보는 면에 각각 구비됨을 특징으로 하는 하수처리장치.
제 4항에 있어서,

상기 전극어셈블리는 전해조에 구비되는 다수개로 구성되고,

상기 컨트롤러는 상기 전극어셈블리 중 가장 이격되게 구비되는 한쌍의 전극 어셈블리의 중 어느 하나의 제1전극지지대 또는 제2전극지지대와 다른 하나의 제2전극지지대 또는 제2전극지지대에 서로 다른 방향으로 전류를 인가하여 그 사이에 구비되는 다른 전극어셈블리의 제1 및 제2전극지지대가 대전되어 서로 교호되게 극성을 띄도록 제어함을 특징으로 하는 하수처리장치.
적어도 하나 이상의 전극어셈블리에 전원을 인가하여 전해조를 유동하는 하수를 전기분해하는 하수처리장치에 있어서:

(A) 컨트롤러가 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 전극어셈블리에 어느 일방향의 전류를 인가하여 하수를 전기분해하도록 제어하는 단계와;

(B) 상기 컨트롤러가 상기 전극어셈블리에 반대방향의 전류를 인가하여 하수를 전기분해하도록 제어하는 단계;

(C) 상기 컨트롤러가 상기 (A) 및 (B)단계가 반복적으로 수행되도록 제어하는 단계; 그리고

(D) 상기 (C) 단계에서 전기분해된 하수가 침전 여과되어 배출되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 하수처리방법.
제 8항에 있어서,

상기 (B)단계는,

(B1) 상기 컨트롤러가 상기 (A)단계에서 상기 전극어셈블리에 일방향의 전류가 인가되는 시간을 감지하는 단계와,

(B2) 상기 컨트롤러가 상기 (B1)단계에서 감지된 시간과 기설정된 시간을 비교하는 단계, 그리고

(B3) 상기 컨트롤러가 (B2)단계에서 감지된 시간이 기설정된 시간보다 초과되는 경우에만 반대방향의 전류를 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 하수처리방법.
제 9항에 있어서,

상기 (B)단계와 (C)단계가 기설정된 시간만큼 반복실행된 경우에만 전류를 차단함을 특징으로 하는 하수처리방법.