KR20080094345A - 폐수 및 하수 처리에 적용가능한 논-파울링 전기분해 장치 - Google Patents

폐수 및 하수 처리에 적용가능한 논-파울링 전기분해 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치에 관한 것으로, 그 목적은 탈황 폐수, 아민계, 질소계 등의 폐수 및 하수처리에 있어서 전기분해로 난분해성 물질을 처리하고, 전기분해 시 원판형 전극을 이용하여 음극에 생성되는 이온 흡착에 따른 스케일을 제거하는 기계적 제거수단을 구비하여 자동으로 제거하여 전기분해 효율을 현저하게 증진시킨 전기분해장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 각종 하폐수를 정류기를 통해 공급되는 직류전기로 양극극판과 음극극판에 통전시켜 배출하는 장치에 있어서, 하부면에 위치한 바닥판(1)과; 이 바닥판(1)에 수직으로 설치된 2개의 옆판(2, 2')과; 이 옆판의 앞뒤에 설치된 앞판(3) 및 뒤판(4)과; 상기 앞판에 형성된 유입구(5) 및 뒤판에 형성된 배출구(6)와; 상기 양 옆판(2, 2') 내부쪽에 다수개 형성된 슬롯(2001)에 각각 수직방향으로 끼워지는 다수개의 격판(7)으로 내부를 다단 분할하여 폐수가 흐르도록 구성하고, 상기 격판으로 분할된 어느 한 곳에 하폐수 흐름반대방향으로 회전하는 (-)극성을 가지는 원판형 전극(8)과 (+)전극을 가지는 고정된 평판형 전극(9)을 이격 설치하여 하폐수를 전기분해하도록 구성하고, 상기 (-)극성을 원판형 전극(8)의 상부측에는 스크래퍼(20)를 설치하여 스케일을 제거토록 한 장치를 포함하여 구성한 것을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.
Figure P1020070038680
스케일, 전기분해, 원판형전극, 평판형전극, 탈황 폐수, 아민 폐수, 질소 폐수, 스크래퍼

Description

폐수 및 하수 처리에 적용가능한 논-파울링 전기분해 장치{Non-fouling Electro-destruction apparatus for wastewater ＆ sewage treatment}
도 1은 본 발명의 따른 폐수 및 하수 처리에 적용가능한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치의 사시도이고,
도 2는 도 1에 따른 본 발명의 장치를 타측에서 본 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치의 일측면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치의 평면도이고,
도 5는 본 발명의 내부 결합구조를 보인 도 1의 A-A선 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 2의 B-B선 사시도이고,
도 7은 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 6에 따른 평면도이고,
도 8은 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 6에 따른 측면도이고,
도 9는 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 6에 따른 분해사시도이고,
도 10은 종래 원판형 전극을 가진 전기분해장치이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 바닥판 (2, 2') : 옆판
(3) : 앞판 (4) : 뒤판
(5) : 유입구 (6) : 배출구
(7) : 격판 (8) : 원판형 전극
(9) : 평판형 전극 (10) : 제 1원통형 스페이서
(11) : 기준부스바 (11') : 부스바
(14) : 구동모터측 음극샤프트 (15) : 슬립링측 음극샤프트
(16) : 슬립링 (17) : 구동모터
(18) : 타이밍풀리 (19) : 타이밍벨트
(20) : 스크래퍼 (21) : 스크래퍼고정대
(22) : 스크래퍼 샤프트 (23) : 베어링 고정대
(24) : 모터브라켓 (25) : 다리
(26) : 커플링 (27) : 베어링
(91) : 볼트구멍 (92) : 스페이서홈
(101) :홈 (201) : 스크래퍼지지대
(202) : 스크래퍼날 (203) : 스크래퍼날 보호부재
(2001) : 슬롯 (2011, 2021, 2031) : 구멍
(2012) : 테이퍼부 (2021) : 원판형전극삽입홈
본 발명은 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치에 관한 것으로, 자세하게는 하수 및 폐수를 처리하는 데 있어서 전기분해 처리에 의해 하폐수내 난분해성 오염물질을 처리하고, 특히 자체적으로 음극에 발생된 스케일을 기계적으로 자동제거하는 기능을 가진 장치에 관한 것이다.
본 발명이 속하는 전기분해에 의한 폐수처리 원리는 다음과 같다.
Electrolysis of wastewater
Anode ( + ) : 2H2O → O2 ↑ + 4e- + 4H+
2OH- → H2O + 2e- + O2 ↑
Cathode ( - ) : 2H+ + 2e- → H2 ↑
2H20 + 2e- → H2 ↑ + 2OH-
Electrolysis of Cl- based water
Anode ( + ) : 2Cl- → Cl2 + 2e-
Cathode ( - ) : 2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-
In the Bulk : Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl-
HOCl → H+ + OCl-
질소 처리
※ 직접산화
* 2NH4 + + 2e- → N2 ↑ + 4H2 ↑
※ 간접산화
* 2Cl- → Cl2 + 2e-
* Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl-
* 용액(In the Bulk) :
2NH3 + 3HOCl → N2 ↑ + 3HCl + 3H2O
유기물 분해
OH*(라디칼) + 유기물 → CO2 + xH+ + xe-
→ 1/2O2 + H+ + e-
유기물 + OCl- = CO2 + H2O + 중간물질(Intermediate)
유기물 + HOCl = 유기산화물 + Cl2
일반적인 하수처리 및 폐수처리에 있어서 기존 약품 처리, 고도 처리에 의해 처리하기에 약품사용이 과다하고 그에 따른 슬러지량 증가 문제, 까다로운 분해 조건으로 고도 처리에 의해 미처리된 부분이 생기며 처리효율의 감소 등이 현재 하폐수 처리에 있어서의 문제점이다.
화력 발전소의 탈황 폐수 처리, 원자력 발전소의 아민계 폐수 처리, 비료 등 질소계 원료를 이용한 업체의 질소계 폐수 등이 이러한 문제점이 있는 폐수의 대표적인 예이다.
탈황 폐수는 중금속을 포함하고 있어 응집, 약품 투입 등 여러 가지 단계를 거쳐 중금속, 유기물, 질소 물질을 처리해야 하며, 1차 처리과정에서 사용된 약품을 처리하기 위하여 다음 단계에 다른 약품을 투입해야 하는 과정, 중금속 처리를 위한 약툼 투입과정 등의 여러 약품 투입에 의한 처리를 하고 있다. 따라서 시설이 복잡해지고 과다한 약품이 소요되어 시설비 및 운전비가 높은 것으로 평가되어 지고 있다.
전기분해에 의한 기존 탈황 폐수 처리에 있어서, 전단계에 사용되어지는 Ca계 약품이 전극 표면에 스케일을 형성시키는 역할을 하여 전기분해 장치의 세척 시 간이 늘어나고, 스케일에 의해 전극 수명이 줄어드는 등 설비 운영의 안정성이 떨어지는 문제점을 안고 있다. 이와 같은 문제는 원자력 발전소에서 발생되는 아민계 폐수처리에 있어서도 같은 문제점이라 할 수 있다.
비료 등을 제조하는 업체에서 발생하는 질소계 폐수는 폐수처리 공정에서 pH 조절을 위하여 하기 위하여 Ca계 약품을 사용하여 처리하고 있다. Ca 성분은 전극에 스케일을 발생시키는 주요 물질로 전극의 스케일 제거 주기를 짧게 하는 원인이 되고 있다.
전기분해장치 중 전극 형태에 따라 평판형전기분해장치가 있는데, 이는 전극이 평판형으로 이루어지고 장치내에 전극이 고정된 구조로 이루어진 것으로 적어도 평판형전극 2개 이상에 전원을 인가하여 각각 양극과 음극으로 극성을 부여한 후 하폐수를 통과시키면, 투입된 전해질에 의해 양극이 통전되면서 양극에서 산화반응이 일어나고 음극에서 환원반응이 일어나면서 기 설명한 전기분해 원리에 의해 하폐수를 처리하게 된다.
하지만 상기와 같은 평판형 전극을 사용할 경우의 문제점은 전기 분해시 전기 분해된 이온이 음극에 흡착되어 스케일이 발생하는 것으로 이로인해 전기분해가 지속될수록 전기분해 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
이에 따라 종래에는 염산(HCl) 등을 첨가하여 스케일을 제거하였지만 이역시 도 염산의 독성으로 인해 방류수에 추가적인 환경 오염을 일으키게 된다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 전기분해장치 중 하나로 원판형 전극을 이용한 장치로 출원번호 10-1995-24162호(도 10 참조)가 있다. 원판형전기분해장치는 전극이 원판형으로 구성되어 축 회전에 의해 극성이 회전하면서 반전되고, 전기분해 작용은 마주보는 다른 극성을 가진 원판과의 사이에서 공급된 오폐수가 전기분해되어 정화되는 구조로 이루어진다.
즉, 회전하는 원판이 상부위치와 하부위치로 회전하면서 상하 극성이 (+) 또는 (-)로 바뀌도록 하여, 전해액의 전기분해 방향이 일측으로 행하지 않도록 하여 음극에 생기는 스케일의 방생량을 줄이고, 더불어 브러시를 설치하여 음극에 생기는 스케일을 제거하는 구조이다.
하지만 상기와 같은 구조는 반원형의 극판 4개를 이를 지지하는 절연된 홀더의 일측과 타측의 상하부에 각각 설치하고, 홀더 내부에 각각의 극판에 전원을 인가하는 전선과 이와 접촉되는 전극단자용 볼트가 삽입되는 홀을 가공하고, 이 단자용 볼트로 각각 (+) 또는 (-) 직류전원을 인가하여 전기분해를 행하는 구조로 이루어져 내부구조가 너무 복잡하다는 단점과,
음극에 생긴 스케일을 제거하는 브러시가 전해액(방류수 또는 폐수) 내부에 위치하고 있어 제거된 스케일이 다시 음극에 흡착된다는 단점과,
전기분해시 원판형 전극의 회전에 따라 챔버 내부에 충전된 전해액의 전기분 해에 따른 양이온 및 음이온의 이동경로가 비록 전환된다 하더라도 원판형 전극에 설정된 음극의 위치가 변화되지 않아 항시 전기분해가 일어나 지속적으로 스케일이 누적된다는 단점과,
하부에 설치된 브러시 타입으로는 원판형 전극의 음극에 형성된 스케일 제거효율이 높지 않다는 단점과,
폐수를 탱크로부터 일정 용량의 챔버 내부에 주입 후 순환하여 수차례 전기분해함으로써 처리용량이 소용량이라는 것과, 장치 자체의 복잡성 때문에 대용량의 오폐수를 처리하고자 할 때 장치를 대형화 시킬 수 없다는 구조적 문제점을 가지고 있다.
이를 하폐수의 방류수에 응용하여, 하폐수처리장에서 처리 후 방류를 원판형 전극을 이용하여 연속으로 전기분해하여 흘려보냄으로써 대용량의 방류수를 처리할 수 있는 구조에 적용할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하폐수 처리에 있어서 원판형 전극을 이용하여 전기분해 작용에 의하여 유기물, 질소계 물질을 처리하도록 하는 처리법과, 전기분해시 음극에 생성되는 이온 흡착에 따른 스케일이 자동 제거되는 기계적 제거수단을 구비하여 전기분해 효율을 현저하게 증진시킨 전기분해장치를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 원판형 전극을 한 몸체의 단일구조체로 단순화하고, 이 단일구조체를 음극의 단일극으로 형성하여 전기분해시 형성된 스케일을 기계적 제거수단을 구비하여 전기분해 효율을 현저하게 증진시킨 전기분해장치를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 전기분해가 일어나는 구간을 음극 극성을 가지고 회전하는 원판형전극이 일부구간에 진입했을 때만 전기분해가 일어나도록 하여 원판형전극에 발생하는 스케일이 특정영역에 지속적으로 누적되지 않도록 함으로써 전기분해 효율을 현저하게 증진시킨 전기분해장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명 전기분해장치는 하폐수를 정류기를 통해 공급되는 직류전기로 양극극판과 음극극판에 통전시켜 하폐수를 전기분해 처리하는 장치에 있어서,
하부면에 위치한 바닥판과; 이 바닥판에 수직으로 설치된 2개의 옆판과; 이 옆판의 앞뒤에 설치된 앞판 및 뒤판과; 상기 앞판에 형성된 유입구 및 뒤판에 형성된 배출구와; 상기 양 옆판 내부쪽에 다수개 형성된 슬롯에 각각 수직방향으로 끼워지는 다수개의 격판으로 내부를 다단 분할하여 하폐수가 흐르도록 구성하고, 상기 격판으로 분할된 어느 한 곳에 하폐수 흐름반대방향으로 회전하는 (-)극성을 가지는 원판형 전극과 (+)전극을 가지는 고정된 평판형 전극을 이격 설치하여 하폐수 를 전기분해하도록 구성하고, 상기 (-)극성을 원판형 전극의 상부측에는 스크래퍼를 설치하여 스케일을 제거토록 한 장치를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 다수개의 격판은 슬롯에 삽입시 하부에 구멍이 뚫린 격판이나 높이가 다른 격판을 선택적으로 달리하여 설치 구성한다.
상기 원판형 전극은 구동모터에 의해 발생된 회전력이, 타이밍풀리 및 절연재질의 타이밍벨트를 통해 구동모터측 음극샤프트에 전달되어 구동모터측 음극샤프트와 축결합된 원판형 전극이 회전하게 구성한다.
상기 원판형 전극은 접촉된 구동모터측 음극샤프트와 일측에서 결합된 슬립링측 음극샤프트, 그리고 이 슬립링측 음극샤프트와 축결합된 커플링과, 이 커플링이 축결합된 슬립링이 순차적으로 결합되어 슬립링에 접촉된 터미널단자에 의해 (-) 전원이 인가되도록 구성한다.
상기 원판형 전극의 상부 부분에 설치된 스크래퍼는 양 옆판 상부에 설치된 스크래퍼고정대 및 스크래퍼 샤프트에 의해 고정 지지되도록 구성하되, 상기 스크래퍼의 설치위치는 원판형전극의 정 가운데 수직위치에서 폐수흐름방향쪽으로 치우치게 이동시켜 형성하여 미세하게 제거된 스케일의 대부분을 배출수로 흘려보내도록 구성한다.
상기 원판형 전극은 (-)극을 담당하는 전극으로 단일의 원판형 몸체로 이루어지고 가운데에는 축회전 및 (-)전원 인가를 위한 구동모터 측 음극 샤프트가 삽입되는 구멍이 형성된다.
상기 원판형 전극은 (+)극을 담당하는 전극으로 하단부에는 다수개의 볼트구멍이 형성되고, 상부에는 원판형 전극 및 평판형전극의 간격을 이격시키는 제 1 원통형스페이서가 안착되는 스페이서홈이 형성되어 구성된다.
상기 원판형 전극과 평판형전극은 원판형 전극에는 (-)극이 평판형전극에는 (+)극이 인가되게 다수게 배열되는데, 평판형전극의 높이는 원판형 전극의 반정도 높이가 되도록 구성하여 전기분해반응이 평판형전극이 위치하고 전해액인 하폐수가 흐르는 영역에서만 일어나도록 구성한다.
상기 스크래퍼는 스크래퍼지지대과 이 스크래퍼지지대에 부착되는 스크래퍼날 및 스크래퍼날 보호부재로 이루어지고, 이 스크래퍼지지대, 스크래퍼날 및 스크래퍼날 보호부재에는 각각 구멍이 형성되어 관통된 볼트에 의해 고정되게 구성되고,
상기 스크래퍼지지대는 하부가 빗살형태로 다수개의 분지된 각각의 돌출부 상하부에 구멍이 형성되고, 하단 돌출부의 끝단 형상은 원판형전극의 회전에 따른 부하를 적게 주기 위해 모서리 일부가 테이퍼지게 가공된 테이퍼부가 형성되고,
상기 스크래퍼날은 한몸체로 이루어지는데 내부에 다수개의 원판형전극삽입홈이 형성되어 원판형전극이 회전하면서 측면에 생성된 스케일이 이 스크래퍼날을 통과하면서 물리적으로 제거되도록 형성되고,
상기 스크래퍼날 보호부재는 개별의 낱개로 형성되어 볼트로 스크래퍼지지대 및 스크래퍼날을 고정시 스크래퍼날을 고정함과 동시에 보호토록 구성한다.
상기 회전하는 원판형 전극 및 평판형전극은 다수의 원판형 전극 및 평판형전극 각각 그리고 원판형 전극과 평판형전극간의 간격을 스페이서로 이격시켜 구성하되,
상기 평판형전극은 하부쪽은 바닥판에 형성된 홈을 관통하는 기준 부스바와 이 기준 부스바의 양측으로 배열되는 다수개의 부스바에 의해 하부가 고정 지지되도록 하고, 상부쪽에 형성된 스페이서홈에는 표면 둘레에 일정깊이로 홈이 가공되어 평판형전극이 끼워지도록 형성된 제 1 원통형스페이서가 안착되어 이격되도록 구성되고,
상기 원판형 전극은 제 1 원통형스페이서와 제 1 원통형스페이서의 내부에 삽입되는 제 2 원통형스페이서에 의해 사이 간격이 이격되게 구성된다.
이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 따른 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 본 발명의 장치를 타측에서 본 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치의 일측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치의 평면도를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 전기분해장치는 하부면에 위치한 바닥판(1)과 이 바닥판(1)에 수직으로 설치된 2개의 옆판(2, 2')과 이 옆판의 앞뒤에 설치된 앞판(3) 및 뒤판(4)으로 구성되어 전해액인 하폐수를 저장하게 된다.
방류수는 앞판(3)에 형성된 유입구(5)를 통해 유입되어 전기분해 된 후 뒤판(4)에 형성된 배출구(6)를 통해 배출된다.
유입구(5)에서 공급된 방류수는 양 옆판(2, 2') 내부쪽에 다수개 형성된 슬롯(2001)에 각각 수직방향으로 끼워진 다수개의 격판(7)을 거치면서 일지점 격판사이에 위치한 회전하는 원판형 전극(8)과 고정된 평판형 전극(9) 사이를 지나면서 전기분해된다.
상기 다수개의 격판(7)은 슬롯에 삽입시 하부에 구멍이 뚫린 격판이나 높이가 다른 격판을 선택적으로 달리하여 설치할 수 있다. 즉, 일지점 위치의 슬롯에 삽입 설치된 격판에서 다음단의 격판으로 공급시 격판의 상부면을 넘치도록 하여 공급되게 하거나 격판 하부에 구멍을 형성하여 이 구멍을 통해서 공급되도록 구성할 수 있다. 이와 같은 이유는 하부에 침전된 침전물을 제외하고 상부 처리수만 공급하거나 부유된 침전물을 제외한 하부의 처리수를 공급하기 위한 방법이다. 이 경 우 그 설치배열은 설치목적 또는 쳐리수의 수질 조건에 따라 변경할 수 있다.
상기 양 옆판(2, 2')이 형성하는 공간부를 분할하는 다수개의 격판(7) 사이의 일 지점 구간부에는 원판형 전극(8)과 평판형전극(9)이 설치되어 공급된 하폐수를 전기분해 하게 된다.
상기 원판형 전극(8)은 회전하게 구성되는데, 구동모터(17)에 의해 발생된 회전력이, 타이밍풀리(18) 및 타이밍벨트(19)를 통해 구동모터측 음극샤프트(14)에 전달되어 구동모터측 음극샤프트(14)와 축결합된 원판형 전극(8)이 회전하게 된다. 구체적인 축결합 구조는 후술한다.
원판형 전극(8)에는 (-)전원이 인가되는데, (-)전원은 구동모터측 음극샤프트(14)와 일측에서 결합된 슬립링측 음극샤프트(도 9의 15)와 축결합된 슬립링(16)으로 부터 인가된다. 즉, 슬립링(16)에 다수개의 터미널단자(도시없음)가 접촉하고, 이 터미널단자에 교류를 직류로 정류하는 정류기(도시없음)로부터 (-) 전원이 인가됨으로써 원판형 전극에 (-) 전원이 인가되게 된다.
상기 원판형 전극(8)의 상부 부분에는 음극에 형성된 이온흡착물(Ca(OH)2, Mg(OH)2...)인 스케일을 제거하는 스크래퍼(20)가 설치되고, 이 스크래퍼(20)는 양 옆판(2, 2') 상부에 설치된 스크래퍼고정대(21) 및 스크래퍼 샤프트(22)에 의해 고정 지지된다. 구체적인 스크래퍼(20)의 결합구조는 후술한다. 스케일은 주로 음극 판에 측면에 생성된다.
도면 중 미설명부호 23은 축의 진동을 저감하는 베어링을 지지하는 베어링 고정대이고, 24는 구동모타를 설치하고 고정지지하는 모터브라켓, 25는 바닥판을 일정 높이로 상승시켜 기준 부스바의 높이를 확보토록 하는 다리이다.
도 5는 본 발명의 내부 결합구조를 보인 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 2의 B-B선 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 6에 따른 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 6에 따른 측면도이고, 도 9는 본 발명의 일부가 절개된 부분 결합 구조를 보인 도 6에 따른 분해사시도인데, 도시된 바와 같이 도 5 내지 9는 본 발명의 전원 인가 구조와 동력전달구조, 스크래퍼의 스케일 제거구조 및 각 전극간을 이격시키는 스페이서의 결합구조가 복합적으로 도시되어 있는데, 이하 상세히 나누어 설명한다.
먼저 본 발명의 전원 인가 구조를 설명한다. 본 발명의 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치는 직류전원을 사용하는데, 직류전원은 교류전원을 정류하는 정류기(도시없음)에 의해 공급된다. (-)전원은 회전하는 슬립링(16)에 터미널단자(도시없음)가 접촉하여 (-)전원을 인가하게 된다.
슬립링(16)에 인가된 (-)전원은 슬립링 내부 구멍에 커플링(26)과 커플링 내부 구멍에 축결합된 슬립링측 음극 샤프트(15)와 통전되어 이 슬립링측 음극 샤프트(15)와 접촉하고 있는 개별 원판형전극(8)에 (-)전원을 인가하게 된다. 따라서 전기분해에 따른 스케일은 (-)극성을 가진 원판형 전극에만 형성되게 된다.
또한 정류기의 (+)전원은 기준부스바(11)에 인가된다. 이에 따라 부스바에 고정된 평판형전극(9)에는 (+)전원이 인가되게 된다. 즉, 평판형전극(9)과 기준부스바(11)를 부스바고정볼트(12)로 체결 고정함으로써 전체가 (+)극성을 띠게 된다.
상기 원판형 전극(8)은 (-)극을 담당하는 전극으로 단일의 원판형 몸체로 이루어지는데 가운데에는 축회전 및 (-)전원 인가를 위한 구멍(81)이 형성되어 있다. 이 구멍(81)에 구동모터측 음극 샤프트(14)가 축결합되어 접촉하게 구성된다.
또한 상기 평판형전극(9)은 (+)극을 담당하는 전극으로 하단부에는 다수개의 볼트구멍(91)이 형성되고, 상부에는 원판형 전극(8) 및 평판형전극(9)의 간격을 이격시키는 제 1 원통형스페이서(10)가 안착되는 스페이서홈(92)이 형성되어 구성된다.
상기와 같이 구성된 원판형 전극(8)과 평판형전극(9)은 원판형 전극(8)에는 (-)극이 평판형전극(9)에는 (+)극이 인가되게 다수개 배열되는데, 평판형전극(9)의 높이는 원판형 전극(8)의 반정도 높이가 되도록 구성한다. 이와 같이 함으로써 전 기분해반응이 원판형 전극(8)의 전부분에서 동시에 일어나지 않고 평판형전극(9)이 위치하고 전해액인 하폐수가 흐르는 영역에서만 일어나게 된다. 즉 하폐수를 아무리 많이 흘려도 넣어도 원판형 전극(8) 전영역에서 동시에 전기분해반응은 일어나지 않게 된다. 이에 따라 전기분해시 (-)극 생기는 스케일은 원판형 전극(8)의 회전이 진행함에 따라 전기분해반응이 일어나는 (+)극 영역에서 생기다가 회전에 의해 이 영역을 벗어나면 스케일 생성이 중단되고, 일부 생긴 스케일은 스크래퍼에 의해 기계적으로 제거되게 된다.
본 발명의 스크래퍼의 스케일 제거구조는 도 6 및 8을 보면 명료하게 알 수 있는데, 도시된 바와 같이 스크래퍼(20)는 스크래퍼지지대(201)과 이 스크래퍼지지대(201)에 부착되는 스크래퍼날(202) 및 스크래퍼날 보호부재(203)으로 구성된다.
스크래퍼지지대(201), 스크래퍼날(202) 및 스크래퍼날 보호부재(203)에는 각각 구멍(2011, 2021, 2031)이 형성되어 관통된 볼트(도시없음)에 의해 고정되게 된다.
상기 스크래퍼지지대(201)는 하부가 빗살형태로 다수개의 분지된 각각의 돌출부 상하부에 구멍(2011)이 형성되어 있는데, 하단 돌출부의 끝단 형상은 원판형전극의 회전에 따른 부하를 적게 주기 위해 모서리 일부가 테이퍼지게 가공된 테이퍼부(2012)가 형성된다.
상기 스크래퍼날(202)은 한몸체로 이루어지는데 내부에 다수개의 원판형전극 삽입홈(2021)이 형성되어 원판형전극(8)이 회전하면서 측면에 생성된 스케일이 이 스크래퍼날(202)을 통과하면서 물리적으로 제거되게 된다. 따라서 이 원판형전극삽입홈(2021)의 간격은 원판형전극과 접촉하지 않되 원판형전극의 측면에 생성되는 스케일의 두께보다 작도록 간격을 조정해야 한다. 이 스크래퍼날(202)의 설치위치는 스크래퍼지지대(201)보다 하부쪽으로 더 내려가게 설치하여 제 1원통형스페이서(10)와 거의 맞닿게 구성한다. 이렇게 구성함으로써 미세하게 제거된 스케일이 회전에 따라 배출구(6) 방향으로 배출되어 스케일이 제거되어도 처리수의 수질에 영향을 미치지 않게 된다.
상기 스크래퍼날 보호부재(203)는 개별의 낱개로 형성되어 볼트로 스크래퍼지지대(201), 스크래퍼날(202)을 고정시 스크래퍼날을 강하게 고정함과 동시에 보호하는 역할을 하게 된다.
이하 본 발명의 전극간을 이격시키는 스페이서의 결합구조를 설명한다.
본 발명의 회전하는 원판형 전극(8) 및 평판형전극(9)은 다수의 원판형 전극(8) 및 평판형전극(9) 각각 그리고 원판형 전극(8)과 평판형전극(9)간의 간격을 이격시키는 다수의 스페이서부재들과 결합되어 있다. 이와 같이 전극간의 간격을 이격시키는 이유는 일정 거리 이격되어야만 전해질인 하폐수가 흐르면서 이격된 공간사이에서 전기분해작용이 일어나기 때문이다. 이러한 간격을 이격시키는 스페이서가 본 발명에서는 원통형 스페이서와 부스바의 형태로 여러종류가 사용된다.
먼저 평판형전극(9)은 바닥판(1)에 형성된 홈을 관통하는 기준 부스바(11)와 이 기준 부스바(11)의 양측으로 배열되는 다수개의 부스바(11')에 의해 하부가 고정 지지된다. 즉, 평판형전극(9)의 하단에 형성된 다수개의 볼트구멍(91) 위치에 상응하는 기준 부스바(11) 및 부스바(11')의 볼트구멍(도시없음)에 부스바고정볼트(12)가 삽입되어 평판형전극(9)을 측방향으로 기준 부스바(11) 및 부스바(11') 간격만큼 이격시켜 고정시키게 된다. 또한 평판형전극(9)의 상부쪽에 형성된 스페이서홈(92)에는 제 1 원통형스페이서(10)가 안착되는데 표면 둘레에 일정깊이로 홈(101)이 가공되어 평판형전극(9)이 끼워지도록 구성된다.
그리고 원판형 전극(8)은 제 1 원통형스페이서(10)과 제 1 원통형스페이서(10)의 내부에 삽입되는 제 2 원통형스페이서(13)에 의해 사이 간격이 이격되게 된다. 즉, 각 제 1 원통형스페이서(10)간의 사이와 각 제 2 원통형스페이서(13)간의 사이에 원판형 전극(8)이 끼워지게 된다.
상기 제 1 원통형스페이서(10)의 내부에 형성된 구멍(102)에 제 2 원통형스페이서(13)가 축결합하게 된다. 또한 제 2 원통형스페이서(13)의 내부 구멍(131)에는 구동모터측 음극샤프트(13)가 삽입되는데, 이 구동모터측 음극샤프트(13)는 일측이 슬립링측 음극샤프트(14)와 축 결합되어 슬립링(16)과 접촉한 터미널단자(도시없음)에 인가된 (-)전원이 인가되게 된다. 즉, 제 1 원통형스페이서(10)과 제 2 원통형스페이서(13)는 각각 개별의 낱개로 구성되어 제 2 원통형스페이서(13) 및 구동모터측 음극샤프트(13)와 축결합하는 것이다.
도면 중 미설명부호 27은 베어링이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전기분해장치를 설치하고자 하는 저류조가 설치된 끝단 또는 중간단에 설치한 후 하폐수를 연속 공급한다.
연속 공급되는 하폐수는 유입구(5)를 통해 유입된 후 다단으로 형성된 격판(7)을 지나면서 부유물이나 침전물이 제거된 후 원판형 전극(8)과 고정된 평판형 전극(9) 사이를 지나면서 전기분해되어 처리된 후 배출구(6)를 지나 방류되게 된다. 이때 전기분해시 음극에 생긴 스케일은 물리적으로 접촉하는 스크래퍼에 의해 제거되게 된다. 따라서 전기분해효율이 증진되고, 방류되는 하폐수에 스케일 찌꺼기가 현저하게 감소하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 하폐수처리장에서 하폐수를 원판형 전극을 이용하여 연속으로 전기분해하여 난분해성 물질을 처리하여 약품 사용량을 줄이는 경제적인 처리법으로서, 전기분해시 음극에 생성되는 이온 흡착에 따른 스케일을 제거하는 기계적 제거수단을 구비함으로써 음극에 스케일이 적게 생성되어 현저하게 증진된 전기분해 효율을 가진다는 장점과,
또한 본 발명은 원판형 전극을 한 몸체의 단일구조체로 단순화함으로써 전기분해장치의 제작단가를 현저하게 낮추었다는 장점과,
또한 원판형전극을 단일구조체의 음극으로 형성함으로써 기계적 스케일 제거수단이 지속적으로 스케일을 제거하여 현저하게 증진된 전기분해 효율을 가진다는 장점과,
또한 본 발명은 전기분해가 일어나는 구간을 음극 극성을 가지고 회전하는 원판형전극이 일부구간에 진입했을 때만 전기분해가 일어나도록 하여 원판형전극에 발생하는 스케일이 특정영역에 지속적으로 누적되지 않도록 함으로써 전기분해 효율을 현저하게 증진시켰다는 장점과,
하폐수의 난분해성 처리에 국한되지 않고, 하폐수처리장의 방류수에 적용하여 전기분해에 의한 살균 소독 후 배출 하는 장치로 사용 시 방류수가 대장균 방류 기준을 준수하여 배출되게 하는 장치로 적용되는 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (10)

  1. 하폐수처리에 있어 하폐수를 정류기를 통해 공급되는 직류전기로 양극극판과 음극극판에 통전시켜 하폐수를 전기분해 처리하거나 살균소독 후 배출하는 장치에 있어서,
    하부면에 위치한 바닥판(1)과; 이 바닥판(1)에 수직으로 설치된 2개의 옆판(2, 2')과; 이 옆판의 앞뒤에 설치된 앞판(3) 및 뒤판(4)과; 상기 앞판에 형성된 유입구(5) 및 뒤판에 형성된 배출구(6)와; 상기 양 옆판(2, 2') 내부쪽에 다수개 형성된 슬롯(2001)에 각각 수직방향으로 끼워지는 다수개의 격판(7)으로 내부를 다단 분할하여 하폐수가 흐르도록 구성하고, 상기 격판으로 분할된 어느 한 곳에 방류수 흐름반대방향으로 회전하는 (-)극성을 가지는 원판형 전극(8)과 (+)전극을 가지는 고정된 평판형 전극(9)을 이격 설치하여 하폐수를 전기분해하도록 구성하고, 상기 (-)극성을 원판형 전극(8)의 상부측에는 스크래퍼(20)를 설치하여 스케일을 제거토록 한 장치를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다수개의 격판(7)은 슬롯에 삽입시 하부에 구멍이 뚫린 격판이나 높이가 다른 격판을 선택적으로 달리하여 설치 구성한 것을 특징으로 하는 폐수 및 하 수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원판형 전극(8)은 구동모터(17)에 의해 발생된 회전력이, 타이밍풀리(18) 및 절연재질의 타이밍벨트(19)를 통해 구동모터측 음극샤프트(14)에 전달되어 구동모터측 음극샤프트(14)와 축결합된 원판형 전극(8)이 회전하게 구성한 것을 특징으로 하는 스케일 자동 제거형 전기분해장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 원판형 전극(8)은 접촉된 구동모터측 음극샤프트(14)와 일측에서 결합된 슬립링측 음극샤프트(15), 그리고 이 슬립링측 음극샤프트(15)와 축결합된 커플링(26)과, 이 커플링이 축결합된 슬립링(16)이 순차적으로 결합되어 슬립링(16)에 접촉된 터미널단자에 의해 (-) 전원이 인가되도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 원판형 전극(8)의 상부 부분에 설치된 스크래퍼(20)는 양 옆판(2, 2') 상부에 설치된 스크래퍼고정대(21) 및 스크래퍼 샤프트(22)에 의해 고정 지지되도록 구성하되,
    상기 스크래퍼(20)의 설치위치는 원판형전극(8)의 정 가운데 수직위치에서 폐수흐름방향쪽으로 치우치게 이동시켜 형성하여 미세하게 제거된 스케일의 대부분을 방류수로 흘려보내도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 원판형 전극(8)은 (-)극을 담당하는 전극으로 단일의 원판형 몸체로 이루어지고 가운데에는 축회전 및 (-)전원 인가를 위한 구동모터 측 음극 샤프트(14)가 삽입되는 구멍(81)이 형성된 것을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 원판형 전극(8)은 (+)극을 담당하는 전극으로 하단부에는 다수개의 볼트구멍(91)이 형성되고, 상부에는 원판형 전극(8) 및 평판형전극(9)의 간격을 이격시키는 제 1 원통형스페이서(10)가 안착되는 스페이서홈(92)이 형성되어 구성된 것 을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 원판형 전극(8)과 평판형전극(9)은 원판형 전극(8)에는 (-)극이 평판형전극(9)에는 (+)극이 인가되게 다수개 배열되는데, 평판형전극(9)의 높이는 원판형 전극(8)의 반정도 높이가 되도록 구성하여 전기분해반응이 평판형전극(9)이 위치하고 전해액인 방류수가 흐르는 영역에서만 일어나도록 구성한 것을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 스크래퍼(20)는 스크래퍼지지대(201)과 이 스크래퍼지지대(201)에 부착되는 스크래퍼날(202) 및 스크래퍼날 보호부재(203)로 이루어지고, 이 스크래퍼지지대(201), 스크래퍼날(202) 및 스크래퍼날 보호부재(203)에는 각각 구멍(2011, 2021, 2031)이 형성되어 관통된 볼트에 의해 고정되게 구성되고,
    상기 스크래퍼지지대(201)는 하부가 빗살형태로 다수개의 분지된 각각의 돌출부 상하부에 구멍(2011)이 형성되고, 하단 돌출부의 끝단 형상은 원판형전극의 회전에 따른 부하를 적게 주기 위해 모서리 일부가 테이퍼지게 가공된 테이퍼부(2012)가 형성되고,
    상기 스크래퍼날(202)은 한몸체로 이루어지는데 내부에 다수개의 원판형전극삽입홈(2021)이 형성되어 원판형전극(8)이 회전하면서 측면에 생성된 스케일이 이 스크래퍼날(202)을 통과하면서 물리적으로 제거되도록 형성되고, 스크래퍼날(202)의 설치위치는 스크래퍼지지대(201)보다 하부쪽으로 더 내려가게 제 1원통형스페이서(10)와 거의 맞닿게 구성하여 제거된 스케일이 회전에 따라 배출구(6) 방향으로 배출되도록 구성하고,
    상기 스크래퍼날 보호부재(203)는 개별의 낱개로 형성되어 볼트로 스크래퍼지지대(201) 및 스크래퍼날(202)을 고정시 스크래퍼날을 고정함과 동시에 보호토록 구성한 것을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 회전하는 원판형 전극(8) 및 평판형전극(9)은 다수의 원판형 전극(8) 및 평판형전극(9) 각각 그리고 원판형 전극(8)과 평판형전극(9)간의 간격을 스페이서로 이격시켜 구성하되,
    상기 평판형전극(9)은 하부쪽은 바닥판(1)에 형성된 홈을 관통하는 기준 부스바(11)와 이 기준 부스바(11)의 양측으로 배열되는 다수개의 부스바(11')에 의해 하부가 고정 지지되도록 하고, 상부쪽에 형성된 스페이서홈(92)에는 표면 둘레에 일정깊이로 홈(101)이 가공되어 평판형전극(9)이 끼워지도록 형성된 제 1 원통형스페이서(10)가 안착되어 이격되도록 구성되고,
    상기 원판형 전극(8)은 제 1 원통형스페이서(10)와 제 1 원통형스페이서(10)의 내부에 삽입되는 제 2 원통형스페이서(13)에 의해 사이 간격이 이격되게 구성된 것을 특징으로 하는 폐수 및 하수 처리에 적용가능 한 논-파울링(Non-fouling) 전기분해장치.
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