KR20090109359A - 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극 및 이를 포함하는수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 밸러스트수 또는 기타 오·폐수 등의 처리를 위한 전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정한 모양을 가지는 양의 전극과 음의 전극을 서로 특정한 방향으로 이격 및 배치함으로써 양 전극 간의 가상 전극을 형성하여 미생물의 막을 뚫어 살균함과 동시에 전기화학적 살균을 추가적으로 수행할 수 있도록 그 구조가 개선된 격자 전극 및 이를 포함하는 수처리 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서는, 도전성 금속선을 동일 평면상에 상·하로 나란히 연결되도록 배치하여 구성되는 양의 전극, 도전성 금속선을 동일 평면상에 좌·우로 나란히 연결되도록 배치하여 구성되는 음의 전극, 상기 양의 전극의 금속선과 음의 전극의 금속선이 서로 직교하도록 상기 양의 전극과 음의 전극을 서로 이격시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 형성하기 위한 수 처리용 격자 전극 및 이를 포함하는 수처리 시스템이 제공된다.

양의 전극, 음의 전극, 프레임, 금속선, 가상 전극, 전극점, 밸러스트수, 밸러스트수 유출입 파이프, 직류전원, 직류전압, 직류전류, 미생물 형광 측정기, 수소가스 검출기

Description

가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극 및 이를 포함하는 수처리 시스템{Electric disinfection grid using virtual electrodes for treating infected water and water treating system using the same}

본 발명은 해수 및 기타 오·폐수 등의 처리를 위한 전기 살균 격자 전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저전압 및 저전류의 직류전원으로 해수 등에 포함된 미생물 등을 효과적으로 제거하고 부가적으로 약한 직류에 의한 전기 분해에 의하여 생성되는 차아 염소산염에 의한 화학적 살균의 효과를 동시에 얻을 수 있도록 그 구조가 개선된 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극 및 그를 포함하는 수처리 시스템에 관한 것이다.

밸러스트수(Ballast water)에 의한 유해한 수중 물체 및 병원균의 이동을 최소화하여 해안 생태 환경을 보호하고 일반 대중의 건강 보호를 위해 국제 해양기구는 1997년부터 밸러스트수의 처리를 위한 각종 규제를 제정하여 추진하여 오고 있다. 현재, 크기 50 마이크론 이하의 미생물체와 식물성 플랑크톤, 동물성 플랑크 톤, E.coli, 대장균, 독성 비브리오 콜레라 등을 살균하기 위한 밸러스트 수처리 방법으로는 필터링(Filtering), 염소 소독, 자외선 소독, 오존 소독, 전해살균 방법 등이 사용되고 있다.

기계적 필터링을 사용하는 경우 5~10 마이크론 크기의 생체를 걸러내기 위해서는 매우 고가의 필터를 사용해야 하며, 부식이나 필터 막의 막힘 등으로 인한 유지 관리비용이 고가라는 단점이 있다. 또한, 이 방법은 박테리아 등과 같은 병원균은 제거하지 못하는 문제점이 있다.

미국등록특허 제5816181호(US patent No. 5816181)는 선박엔진 열로 밸러스트수를 가열하는 방법을 제안하고 있다. 밸러스트수를 섭씨 35도에서 45도로 일정시간 이상 유지하면 작은 물고기와 같은 큰 생물체는 죽일 수 있으나 작은 미생물 살생은 완전하지 못하다. 이 방법은 미생물 살생율이 낮을 뿐만 아니라 추가 열원, 열교환기, 펌프 및 복잡한 배관설비 등을 구비해야 하므로 비용이 고가라는 단점이 있다.

화학적 수처리 방법으로는 현재 이산화염소(chlorine dioxide)를 살생제로 널리 이용되고 있다. 화학적 살생 방법으로 미국등록특허 제6773611호(US patent No. 6773611)는 염소 소독 장치로 밸러스트 탱크 내의 이산화염소(chlorine dioxide) 농도를 자동제어 하는 방안을 제안하고 있다. 이러한 화학적 수처리 방법은 분말 또는 액체 형태의 살생제를 선박에 적재하고 이것을 밸러스트수 파이프 라인에 투입시켜 혼합하는 시설이나 강력한 활성 산화 시료를 선박 상에서 생산하는 시설을 필요로 한다. 이와 같은 시설은 매우 복잡한 화학 공정 처리 시스템이 되며 상당한 시설 공간과 관리를 요하는데, 가장 큰 문제점은 해안 생태계에 나쁜 영향을 주는 염소산화물 또는 산성의 부산물을 생성한다는 것이며 이러한 부산물의 방출을 방지하는 추가 장치가 필요하다는 것이다.

가스타입 살생제로는 오존을 예로 들수 있으며 미국등록특허 제6125778호(US patent No. 6125778)는 선박상에서 오존을 생산하여 밸러스트수를 수처리하는 방법을 제시하고 있다. 오존은 인체에 유해하므로 해수 중에 융해되지 않은 오존이 밸러스트수의 방출시 대기에 함께 방출되지 않도록 하는 방안을 강구해야하며, 오존 방식의 경우 사이즈가 큰 미생물은 살생하지 못한다는 단점이 있다.

미국등록특허 제7005074호(US Patent No.7005074)는 UV 자외선광을 이용 밸밸러스트수를 살균처리하는 방안을 소개하고 있다. 그러나 UV 자외선 살생방법은 혼탁한 해수에는 작동하기 어려우며, 미생물 살생이 그다지 효율적이지 못하다는 문제가 있다.

미국등록특허 제6800206호(US Patent No. 6800206)는 전해살균 방법을 제시하고 있다. 여기서는 전기분해로 발생한 이온으로 수중의 미생물, 세포들을 살생하는 방법을 공개하고 있다.

미국등록특허 제7244348호(US Patent No. 7244348)는 선박의 항해중에 해수를 전기분해하여 차아염소산염(hypochlorite) 화학 살생제를 제조하는 장치를 제안하고 있다. 이러한 해수의 전기분해 방법은 일반적으로 고전압의 전원을 필요로 하며 자연환경에 유해한 염소 산화물을 발생시킬 뿐만 아니라 물의 전기분해로 발생하는 수소를 안전하게 제거해야 한다는 추가적인 문제를 안고 있다.

본 발명에서는 전술한 종래의 예에서와 같은 부작용이 없이 수중에 존재하는 미생물, 세균 및 기타 생물체를 제거할 수 있는 효과적인 수처리용 전극구조 및 이를 이용한 수처리 시스템을 제공하고자 한다.

즉, 본 발명의 목적은 종래보다 저전력이고, 설치 및 유지 보수가 간단하여 제조비용 및 관리비용이 낮으며, 적은 설치공간으로도 수중의 미생물, 세균 및 기타 유해 생물체를 효과적으로 제거할 수 있는 전극의 구조 및 이러한 전극 구조를 구비한 수처리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로서, 본 발명에서는, 도전성 금속선을 동일 평면상에 상·하로 나란히 연결되도록 배치하여 구성되는 양의 전극, 도전성 금속선을 동일 평면상에 좌·우로 나란히 연결되도록 배치하여 구성되는 음의 전극, 상기 양의 전극의 금속선과 음의 전극의 금속선이 서로 직교하도록 상기 양의 전극과 음의 전극을 서로 이격시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극을 제공한다.

여기서, 상기 양의 전극 및 음의 전극은 판상의 프레임에 도전성 금속선을 상·하 및 좌·우로 각각 배치하여 고정되도록 하여 구성하는 것이 바람직하다.

상기 양의 전극 및 음의 전극의 금속선은 적어도 하나 이상의 주선에서 다수 의 분지선을 서로 평행하도록 연장하여 형성할 수 있다.

상기 격자 전극에는 직류 전원이 연결되되, 직류전압이 최대 50 Volt, 직류전류가 최대 10 mA/cm² 가 넘지 않도록 각각 전압과 전류를 공급하는 것이 바람직하다.

상기 격자 전극의 금속선은 니켈, 크롬, 스테인레스, 티타늄, 이리듐 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나로 할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 상기 다수의 격자 전극이 선박의 밸러스트수 유출입 파이프 내에 상기 파이프의 종방향으로 이격하여 직렬배치되며, 상기 격자 전극은 직류전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극을 포함하는 수처리 시스템이 제공된다.

여기서, 상기 격자 전극의 전방 또는 후방 측의 적어도 한 곳에는 상기 파이프로 유동하는 피처리수에 포함된 미생물의 농도량을 모니터할 수 있는 미생물 형광 측정기가 마련되는 것이 바람직하다.

상기 격자 전극의 후방 측에는 피처리수의 전기분해에 의한 수소가스의 농도를 모니터할 수 있는 수소가스 검출기가 마련되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 수소가스 검출기에 의하여 감지되는 수소가스의 농도가 일정수치 이상인 경우 상기 직류전원의 전류가 자동으로 조절되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 격자 전극은 그 구조가 간단하고 제작비가 저렴하면서도 저전력 소비로도 밸러스트수를 포함한 각종 오·폐수 등의 피처리수 내에 포함된 미생물, 세균 및 기타 유해 생물체를 효과적으로 제거할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 에너지 효율면에서 매우 우수하며, 제작단가의 측면에서도 매우 경제적이다.

특히, 본 발명의 격자 전극은 밸러스트수 유출입 파이트 등에 간단하게 설치가 가능하므로 수처리를 위한 별도의 시설이 필요없으며, 설치공간이 작으므로 공간 효율적이라고 할 수 있다.

게다가, 생물체의 막에 구멍을 뚫어 생물체를 살생하여 제거하는 방식이며, 저전압 및 저전류로 구현하므로 환경오염물질의 발생을 예방할 수 있으며, 미생물 등의 제거효과가 즉효적이라는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 격자 전극 및 이를 이용한 수처리 시스템은 밸러스트수 처리뿐만 아니라 선박 상에서의 배설물 처리, 또는 일반 생활용수, 폐수, 오수의 정수 정화의 경우에도 폭 넓게 적용할 수 있다.

본 발명은 해수에 직류 전류를 흘려서 형성되는 전기장을 이용하여 세포막을 파괴하는 전기천공법 (Electroporation)과 직류전류에 의한 해수의 전기분해로부터 산화 활성력이 강한 차아염소산염으로 밸러스트수 내의 미생물, 대장균 박테리아 등을 살균하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에서의 살균장치는 도선으로 된 양, 음극 격자 전극을 적당한 간격으로 밸러스트수 유출입 파이프 내에 설치하고 여기 에 전압을 인가하여 양극 격자 전극판과 음극 격자 전극판 사이의 전 공간에 전류가 흐르게 함으로써 해수 내의 모든 미생물, 박테리아를 전기충격 및 차아염소산염반응으로 조직을 파괴하는 장치이다.

전술한 양, 음극 격자 전극을 반복적으로 배치하여 피처리수의 유동 과정에서 해수 내의 모든 미생물을 완전 살생하며, 또한 밸러스트수의 유입(intake) 및 방출(discharge)시에만 피처리수의 처리작업을 수행하므로 기존의 어떤 장치보다 가장 전력 소모가 적고 효율적이며 피처리수 유동 파이프 내에 설치되므로 별도의 장치 공간이 필요 없게 된다.

본 발명은 전기천공법과 해수 내의 염화나트륨의 전기화학 반응에 의해 발생되는 차아 염소산염으로 해수, 폐수, 오수내의 미생물 및 대장균 등의 병균을 50Volt 이하의 직류전압, 10 mA/cm² 의 전류 밀도로 살생가능케 하는 3차원적 가상전극을 형성하는 전기 살균 격자 전극 및 그를 이용한 수처리 시스템에 관한 것이다.

분자 생물학(Molecular Biology)에서는 세포(Cell)에 생물용 탐침(Biology Probe)이나 약제를 투입해야 할 경우 전기천공법(Electrporation)을 이용한다. 즉 부도체인 세포막 주변에 1 Volt이상의 전위차가 생기면 세포막에 절연 파괴로 인한 구멍이 생기며, 이때 순간적으로 상기 구멍으로 생물용 탐침이나 약제를 투입하게 되는 것이다. 이 경우 전술한 구멍 열림은 순간적이어야 하며, 만일 전압을 계속해서 가하면 세포는 죽게 된다.

본 발명은 이런 현상을 이용하여 미생물을 살균하기 위한 것이다. 즉, 저전압으로 전도체인 해수에 전류를 흘려 부도체인 세포막 주변에 1볼트 이상의 전위차를 발생시킴으로써 세포의 멤브레인(cell membrane)을 절연 파괴시켜 미생물을 영구히 살생시키는 것이다. 일반적으로 세포막의의 두께는 수 마이크론에 불과하므로 실험적으로 1 Volt의 전위차만 있어도 절연파괴된다.

본 발명에서는 또한 상기 전기장에 의한 미생물의 제거 수단 외에 해수 내의 염화나트륨을 저전압으로 전기화학 반응을 일으켜 수소의 발생률을 최소화하면서 유기질 물질에 대한 산화력이 강한 차아염소산염(ClO )을 발생하여 이의 산화로 미생물, 대장균 등을 추가로 살생하게 된다.

도 1은 본 발명의 양의 전극 및 음의 전극의 한 조로 된 격자 전극의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 격자 전극을 밸러스트수 유출입 파이프 내에 직렬로 설치한 수처리 시스템의 부분 절개 사시도이며, 도 3은 본 발명의 양의 전극과 음의 전극의 전원 접속도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 격자 전극(100)은 양의 전극(110)과 음의 전극(120)으로 구성되는데, 상기 양의 전극(110)은 도전성 금속선(114)을 동일 평면상에 상·하로 나란히 연결되도록 배치하여 구성되며, 상기 음의 전극(120)은 도전성 금속선(124)을 동일 평면상에 좌·우로 나란히 연결되도록 배치하여 구성된다. 상기 격자 전극(100)은 실제 수처리 공정에 투입시 상기 양의 전극(110)의 금속선(114)과 음의 전극(120)의 금속선(124)이 서로 직교하도록 상기 양의 전극과 음의 전극을 서로 이격시켜 배치하게 된다. 여기 서, 상기 격자 전극의 금속선(114,124)는 부식 특성 등이 우수한 은 니켈, 크롬, 스테인레스,티타늄, 이리듐 및 이들의 합금 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 양극과 음극을 동일 평면상에 구성하지 않고 각각의 다른 프레임(112,122)에 고정하여 제작하고 밸러스트수 유출입 파이프(200) 내부에 양극 기판(110)과 음극 기판(120)을 간격을 두고 설치한다. 양극 기판(110) 및 음극 기판(120) 간의 간격을 조정함으로써 해수 또는 오수(汚水) 내의 미생물 또는 박테리아가 전류의 흐름과 상호 작용할 수 있도록 충분한 체류시간을 확보할 수 있으며, 이러한 전극 기판 간의 간격 조정으로 많은 양의 물을 전기분해하지 않으면서도 만족할 만한 수준의 살생 효과가 발생하도록 직류 전압 및 전류 흐름량을 조절하게 되는 것이다. 양의 전극(110)과 음의 전극(120)를 서로 90도를 이루도록 엇갈리게 설치하면 양의 금속선(114)과 음의 금속선(124)의 간격이 가장 가까운 90도로 엇갈리는 교차점에서 해수의 저항치가 가장 낮으므로 옴의 법칙에 의해 전류가 가장 많이 흘러 가상 전극이 형성된다. 상기 가상전극을 중심으로 좌우 인근 주변의 전극으로 자유로이 전류가 흐르게 되므로 결과적으로는 전 공간에 동일한 평균 전류가 흐르게 되며 직류 전압 50Volt 이하, 전류밀도 10 mA/cm² 의 전기 충격으로 미생물또는 박테리아가 파괴 살생 되는 것이다. 이와 같은 양·음의 전극 쌍을 한 조로 하는 격자 전극(100)을 중복적으로 설치하게 되면, 첫 번째 전극 격자를 통과하는 동안 죽지않은 미생물은 다음 두 번째, 세 번째, 네 번째 등의 후위 격자 전극을 거치면서 완전히 제거된다. 동시에 본 발명에서는 저전압 및 저전류를 전극에 가하 게 되는데, 이때 해수 중의 염화나트륨이 전기화학 반응을 일으켜 산화 활성력이 강한 차아 염소산염을 발생시키고 이로써 유기질 미생물체를 산화시켜 추가로 미생물 등의 유해 생물체를 살생하게 된다.

Zimmerman, et al(Zimmerman, U., G. Pilwat, and F. Riemann, “Dielectric breakdown of cell membranes”, Biophys. J. 1974 Nov;14(11):88199.)은 미생물 세포막 주위에 약 1 Volt 이상의 전위차가 있으면 절연 파괴(Dielectric Breakdown)에 의해 세포막에 구멍이 생기며 전기 투과(Electric Permeabilization)에 의해 세포안의 내용물이 세포 밖으로 흘러 나가 미생물 조직이 파괴된다는 결과를 발표한 바 있다.

해수에는 염화나트륨(NaCl) 및 다른 염 이온들이 용해되어 있어 전기전도도(Electric Conductivity)가 좋다. 예를 들어 섭씨 20도, 염도(Salinity) 30ppt의 평균 전기 전도도(Conductivity)는 35400 S/cm, 약 30 Ohm/cm이다. 밸러스트 탱크에 연결된 해수의 유출입 파이프 내에 약 10 mA/cm² 이하의 전류 밀도로 약 1 ms(0.001초)동안 직류 전류를 인가하면 해수 내의 미생물들이 완전히 살생 된다. 따라서 해수의 유속이 양, 음의 전극 판(110,120)을 통과하는 시간이 1 ms(0.001초) 이상이 되도록 전극 양·음의 전극(110,120) 간의 간격을 정하면 되는 것이다.

본 발명에서는 하나의 전극 기판 상에 다수의 양·음극점을 설치하여 수처리를 하는 것이 아니며, 무한한 양·음극점을 실제 전극으로 제작하지 않고 도 1에 도시한 바와 같이 금속선을 일 방향으로 배열한 격자를 형성하여 도 2에 도시한 바와 같이 피처리수 유출입 파이프(200) 내에 양의 전극판(110)과 음극 전극판(120) 을 서로 수직하게 90도로 엇갈려 대면하게 설치한다.

도 4는 본 발명의 격자 전극에 의하여 형성되는 가상 전극의 예를 보인 개략도이다. 도면에서, 양의 전극(110)의 금속선(114) 상의 A, B, C에 대응하는 음의 전극(120)의 금속선(124) 상의 점들은 A’, B’, C’ 이다. 즉, 양의 전극(110)의 금속선(114) 상의 점 A, B, C 에서 음의 전극(120)의 금속선(124) 상에 수선을 내려 그으면 만나는 점이 바로 A', B', C' 점이 된다. 따라서 직선 AA', BB’, CC’가 서로 직각으로 마주 보는 점으로서 거리가 제일 짧고 따라서 이 경로 상의 해수 저항값이 제일 낮으므로 전류가 제일 많이 흐른다. 즉, 상기 A와 A’, B와 B’, C와 C’는 전극점 기능을 한다. 본 발명에서는 이와 같이 수많은 점전극(Point Electrode)를 실제로 제작하지 않고 제작이 쉬운 선형 격자(Line Grid) 형태의 금속선을 직각으로 마주보도록 설치함으로써 많은 가상 전극 점들을 구현하도록 한다. 또 4에서 G는 A,B의 중간 지점이며, G'는 AB'와 BA'가 교차하는 지점이다.

도 5는 본 발명에 의한 가상 전극 및 그 인근 전극 간의 전류 흐름을 표시한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 양의 전극과 음의 전극 간의 가상 전극 형성도이다. 도 5에서 좌상에서 우하로 내려오는 직선은 도 4의 양극점 A를 기준으로 음의 금속선 상의 직각 교차점인 음극점 A’ 그리고 A’의 인근 가상 음극점 B’로 흐르는 전류크기를 표시한다. AA’간에 최대전류 i2가 흐르고 A에서 A’의 인근 가상 전극점 B’간 간격이 크므로 저항이 크고 상기 i2 보다 작은 전류인 i1이 흐른다. 도 4에서 양극의 가상 전극 A에서 음극의 가상 전극 B’으로 전류가 흐르고 또한 양극의 가상 전극 B에서 음극의 가상 전극 A’로 전류가 흐름을 볼 수 있다. 이 전류장은 열린장(open field)이므로 도 6에서 보인 바와 같이 양극의 전극점 A에서 음의 가상 전극점들인 B’, C’, D’···· 등으로 전류가 흐르나 편의상 인근 전극점들까지의 전류 흐름만을 도 5에 표시한 것이다.

양극의 각 전극점에서 음극의 모든 전극점으로 가로 세로 모든 방향으로 전류가 흐르므로 각 전류장에서의 평균적인 통합 전류는 도 5의 예에서 보는 바와 같이 통합 전류 i = i1 + i2로 일정함을 알 수 있다. 이와 같은 일정한 전류는 ㅂ배밸러스트수 유출입 파이프 내부의 양의 전극판(110)과 음의 전극판(120)이 형성하는 전 용적에 흐르므로 이 영역을 통과하는 미생물은 전류의 흐름으로 형성되는 전기장 내에서 세포막 내외간 최소 1Volt 이상의 전위차에 의해 절연 파괴하여 살생된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템의 개략 종단면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 시스템의 개략 종단면도이다. 도 7의 양, 음의 전극판 설치도에서 양, 음의 전극판 간격(d)와 한 조의 격자 전극(100) 간의 간격(D)은 밸러스트 수처리 장치의 도관 내 유속을 고려하여 미생물이 전류장에 충분히 노출됨으로써 전기 천공법에 의한 살균 작용이 일어 날수 있도록 충분한 접촉 시간(contact time)을 가지도록 설정한다. 일 예를 들어, 도 6에서의 간격 'd' 는 밸러스트수의 실제 양,음의 전극판(110,120) 통과 유속이 최소 1 ms (0.001초), D의 간격은 10 ms의 지연 시간을 허용하도록 간격을 정한다. 상기 전기장에 최소10 mA/cm² 의 전류 밀도를 부과하기 위하여 전술한 간격 'd' 및 'D' 가 클수록 적용 DC 전압이 높아지도록 조절한다.

해수에는 보통 28 grams/liter 의 염화나트륨이 용해되어 있어 이는 전기전도도를 높일뿐 아니라 다음 화학식과 같은 염화나트륨의 전기화학 반응을 일으켜 유기질성 물질에 대한 산화력이 강한 차아염소산염(ClO )을 발생하는 차아 염소산 나트륨(NaOCl)과 수소가스를 발생한다. 이 반응의 주요한 화학반응식은 다음과 같다.

NaCl+H₂O+2e → NaOCl+H₂

이러한 전기화학 작용으로 발생한 차아염소산염(ClO )은 전술한 전기 천공법 외에 추가적으로 미생물과 대장균 등의 미생물을 살생시키게 된다. 위 화학식에서 보는바와 같이 상기 화학반응 중에는 수소 가스도 발생하게 되는데 수소 가스의 발생율은 전류 밀도에 비례하므로 도 8의 수소 가스 검출기(310)로 감시하여 수소 가스가 안전폭발 최저수준인 4%의 1/40, 즉 0.1%이상이 발생하지 않도록 전류를 직류전원 공급장치(DC Power Supply)(300)에서 자동 조절한다. 이 미량의 수소 가스는 밸러스트수의 흐름을 따라 밸러스트 탱크로 유입되었다가 밸러스트 탱크의 배기통을 통하여 외부로 방출된다. 상기 수소 가스 검출기(320)는 격자 전극(100)의 후방 측에 마련하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에서는 전기천공법과 차아 염소산염으로 해수, 폐수 및 오 수 내의 미생물, 대장균 등의 병균을 살생시킨다. 한 조의 격자 전극(100)으로 완전히 미생물을 살생하지 못하는 경우 도 7에 보인 바와 같이 여러 조의 격자 전극(100)을 D의 간격으로 직렬 배치하여 사용할 수 있다.

살생 작용부가 되는 상기 격자 전극(100)의 전방측, 후방측 또는 양 쪽 모두에는 미생물 형광 측정기(320)를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 미생물 형광 측정기(Microbial Fluorometer)는 밸러스트수 유출입 파이프(200) 내의 미생물 잠입농도를 측정하여 각 격자 전극(100)에 필요한 적절한 전압과 전류 밀도를 직류 전원공급장치(300)에서 자동으로 조절하게 된다. 이때 각 조의 격자 전극(100) 간의 간격은 유출입되는 밸러스트수의 유속에 관계없이 미생물이 전기장 내에 10 ms 동안 체류할 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한 격자 전극(100)에 공급하는 직류 전압은 원하는 값으로 조정할 수 있도록 한다.

모든 생체의 조직은 신진대사 작용을 돕는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)를 보유하는데, 이 NADH를 파장이 340nm의 자외선으로 비추면 파장이 460 nm 대의 파란색으로 형광을 하게 된다. 이러한 형광의 강도를 이용하여 미생물, 대장균 등의 잠입 농도량을 모니터(monitoring) 할 수 있게 되는 것이다.

상기 격자 전극(100)의 후방 측에 마련되는 상기 미생물 형광 측정기(320)는 미생물 살생결과를 모니터하여 미생물 등의 제거 결과가 만족스럽지 못하면 격자 전극(100)의 개수를 추가하거나 적용 전류 밀도를 높여 미생물, 병원균의 살생을 보다 완벽하게 하도록 한다.

상기 격자 전극(100)의 각 전극판(110,120)에 끼인 찌꺼기를 제거하기 위하여 밸러스트수의 방출시 도 8에 도시한 바와 같이 밸러스트수의 유입방향과 반대 방향으로 밸러스트수를 방출하는 것이 바람직하다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명은 여러 조의 격자 전극(100)을 밸러스트수 유출입 파이프 내에 설치하여 전기 천공법으로 DC 50 Volt 이하의 저전압, 전류 밀도10 mA/cm²의 저전류로 해수 내의 미생물, 병균을 살생시키는 장치에 관한 것이다. 동시에 해수에 전류를 가한 결과 해수 내의 염화나트륨의 전기화학 작용으로 발생하는 차아 염소산으로 미생물, 병원균 등을 추가적으로 살생시키는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 특히 대형 수송 선박들의 밸러스트수에 의해 유입되는 현지 생태계를 파괴하는 타지역의 동물성 플랑크톤(Zooplankton), 식물성 플랑크톤(Phytoplankton), 얼룩말 홍합(Zebra mussel) 등의 생물체와 공중보건을 해치는 대장균(Escherichia coli), 비브리오 콜레라(Vibrio cholerae) 등을 국제해양기구가 정한 표준치 이하로 되도록 해수를 살균하는 장치에 관한 것이다. 특히 저전력 소모로 에너지 절약 및 운용비를 최소화할 수 있으며, 또한 여러 조의 전극판으로 구성되는 살생 반응 영역을 밸러스트수 유출입 파이프 내부에 설치 가능하므로 설치 공간이 따로 필요 없으며 장치의 무게가 가벼워 종래 추가적인 부가 장치의 하중으로 인한 선박 추진 에너지에 대한 부담이 거의 없다는 것이 장점이다.

이러한 본 발명의 가상 전극을 이용한 수처리용 격자 전극(100)을 채용한 전기 천 공법은 밸러스트 탱크의 수처리 뿐만 아니라 선박 상에서의 배설물 처리, 또는 일반 생활용수, 폐수, 오수의 정수 정화에도 활용할 수 있다. 또한 본 발명의 수처리 시스템은 밸러스트 유출입 파이프 내부에 설치 가능하므로 별도의 시스템 공간이 필요 없으며 또한 항시 작동하지 않고 밸러스트수의 입출 시에만 작동시키면 되므로 타 방법 또는 시스템에 비해 동작효율이 우수하다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 변형된 격자 전극(101,102)의 구성도이다. 도면의 미설명 부호 114a,114b,114c,114d는 양의 전극을 이루는 금속선을 나타내며, 124a,124b,124c,124d는 음의 전극을 이루는 금속선을 나타낸다. 도 1의 실시예에서는 금속선(114,124)을 프레임(112,122)에 구성함에 있어서 한 가닥의 전선을 처음부터 끝까지 지그재그 패턴으로 배치하여 완결하는 구조를 취하고 있으나 본 실시예들에서는 하나 또는 둘 이상의 주선(114b,114d,124b,124d)에서 다수의 분지선(114a,114c,124a,124c)이 연장되는 구조이다. 즉, 도 9에서는 양의 전극을 이루는 금속선의 경우 주선(114b)에서 연장되는 다수의 분지선(114a)이 상·하로 나란히 배치되며, 음의 전극을 이루는 금속선의 경우 주선(124b)에서 연장되는 다수의 분지선(124a)이 좌·우로 나란히 배치된다. 도 10에서는 도 9의 경우와 유사하나, 주선(114d,124d)이 폐 루프를 이루며 그 내부에 다수의 분지선(114c,124c)이 평행하게 배치되는 구조이다. 도 1의 경우에는 금속선(114,124)은 한 가닥으로 이루어진 직렬 연결 구조이며 끝 부분에서는 전압강하가 일어난다. 그러나 금속선을 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 병렬 연렬 구조로 한 가닥 이상의 주선(114b,124b,114d,124d)에서 다수의 가닥으로 분기 시키면 각 분지 선(114a,124a,114c,124c)에 전압강하는 일어나지 않아 전력손실을 최소화할 수 있어 효율적이다.

본 발명은 해수, 오수, 폐수 및 기타 피처리수의 처리를 위한 것으로서 그 구조가 간단하며 저전력이므로, 육상이나 해상 시설물이나 운행기관 등의 수처리에 적용이 가능하며, 특히 선박 등의 밸러스트 탱크에 연결되는 입출입 파이프 등에 설치되는 경우 해수처리의 효율을 극대화할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 그 구조의 간단함과 저렴한 생산원가 및 높은 제거효율로 인하여 육상 또는 해상의 오·폐수 처리에 폭 넓게 활용이 가능할 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 양의 전극 및 음의 전극의 한 조로 된 격자 전극의 구성도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 격자 전극을 밸러스트수 유출입 파이프 내에 직렬로 설치한 수처리 시스템의 부분 절개 사시도.

도 3은 본 발명의 양의 전극과 음의 전극의 전원 접속도.

도 4는 본 발명의 격자 전극에 의하여 형성되는 가상 전극의 예를 보인 개략도.

도 5는 본 발명에 의한 가상 전극 및 그 인근 전극 간의 전류 흐름을 표시한 그래프.

도 6은 본 발명의 양의 전극과 음의 전극 간의 가상 전극 형성도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템의 개략 종단면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 시스템의 개략 종단면도.

도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 변형된 격자 전극의 구성도.

Claims (8)

1. 도전성 금속선을 동일 평면상에 상·하로 나란히 연결되도록 배치하여 구성되는 양의 전극;

   도전성 금속선을 동일 평면상에 좌·우로 나란히 연결되도록 배치하여 구성되는 음의 전극;

   상기 양의 전극의 금속선과 음의 전극의 금속선이 서로 직교하도록 상기 양의 전극과 음의 전극을 서로 이격시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 양의 전극 및 음의 전극은 판상의 프레임에 도전성 금속선을 상·하 및 좌·우로 각각 배치하여 고정되도록 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 양의 전극 및 음의 전극의 금속선은 적어도 하나 이상의 주선에서 다수의 분지선을 서로 평행하도록 연장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극.
4. 제 4항에 있어서,

   상기 격자 전극의 금속선은 니켈, 크롬, 스테인레스,티타늄, 이리듐 및 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 따른 다수의 격자 전극이 선박의 밸러스트수 유출입 파이프 내에 상기 파이프의 종방향으로 이격하여 직렬배치되며, 상기 격자 전극은 직류전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극을 포함하는 수처리 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 격자 전극의 전방 또는 후방 측의 적어도 한 곳에는 상기 파이프로 유동하는 피처리수에 포함된 미생물의 농도량을 모니터할 수 있는 미생물 형광 측정기가 마련되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극을 포함하는 수처리 시스템.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 격자 전극의 후방 측에는 피처리수의 전기분해에 의한 수소가스의 농도를 모니터할 수 있는 수소가스 검출기가 마련되는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극을 포함하는 수처리 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 수소가스 검출기에 의하여 감지되는 수소가스의 농도가 일정수치 이상인 경우 상기 직류전원의 전류가 자동으로 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 가상 전극을 이용한 수 처리용 격자 전극을 포함하는 수처리 시스템.

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