KR20160035896A - 전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치 - Google Patents

전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 전극의 재생시 전극으로부터 탈착된 이온이 다른 전극에 부착되지 않도록 전극의 배열구조를 개선함으로써 고가의 이온교환막을 대체할 수 있도록 한 전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀은 처리 대상수가 유입되는 제1유로를 사이에 두고 서로 대향 배치되어 동일한 극성으로 인가되며 한 쌍을 이루는 제1전극을 갖는 제1전극부; 상기 처리 대상수가 유입되는 방향의 법선을 기준으로 상기 제1전극부와 대칭으로 배치되며, 다른 처리 대상수가 유입되는 제2유로를 사이에 두고 서로 대향 배치되어 상기 제1전극과 다른 극성으로 인가되며 한 쌍을 이루는 제2전극을 갖는 제2전극부; 및 상기 제1전극부와 상기 제2전극부 사이에 제공되어 처리 대상수 또는 처리된 대상수가 유동하는 처리수 유로;를 포함한다.

Description

전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치 {CAPACITIVE DEIONIZATION TYPE WATER TREATMENT CELL AND WATER TREATMENT APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물 속에 포함된 경도성분 또는 이온물질을 저감하는 수처리 과정에서 전기 흡착을 위해 사용되는 전극의 재생시 탈락된 전극이 다시 전극에 흡착되는 것을 방지할 수 있도록 구조를 개선한 전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 해수, 민물 또는 상수 등을 포함하는 물은, 수처리 과정을 통해 물에 포함된 경도성분 또는 이온물질을 저감할 수 있다.
이와 같은 물에 포함된 경도성분이나 이온물질을 저감하는 수처리 방법으로는, 이온교환수지법, 역삼투막법, 증발법 등이 있으며, 이러한 방법은 대용량의 물을 처리하기 위해서 다량의 폴리머 수지와 화학약품을 사용하고 있어 비경제적이고, 에너지 소비가 높으며 2차 오염물 발생 및 유지관리의 곤란성 등이 있다.
이에 따라 최근에는 이러한 단점을 개선한 전기흡착식(Capacitive Deionization; CDI) 수처리 장치가 사용되고 있다.
이러한 수처리 장치는 처리대상수를 공급하는 유입관과 처리수를 배출하는 배출관을 구비하는 반응기의 내부에 전기흡착식 수처리 셀이 다수로 적층되고, 이 전기흡착식 수처리 셀로 전류를 공급하는 정류기를 포함한다.
여기서, 전기흡착식 수처리 셀(1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 집전체(10)와, 전극(12), 이온교환막(14)을 포함한다.
전기흡착식 수처리 셀(1)은, 내측에 처리대상수가 통과하는 유로를 사이에 두고 집전체(10)가 배치되고, 이 집전체(10)에는 한 쌍을 이루어 전극(12a, 12b)이 접촉되고, 전극(12)은 이온교환막(14)에 의해 유로와 분리된다.
여기서, 전극(12)은 전압의 인가시 서로 반대 극성으로 인가되며, 이온교환막(14)은 전극의 극성에 따라 양이온교환막(14b) 또는 음이온교환막(14a)으로 제공된다.
이러한 전기흡착식 수처리 셀(1)은 정류기로부터 전류가 공급됨에 따라 극성을 띄는 어느 한 극성으로 인가되는 전극(12)에 이 전극(12)의 극성과 반대되는 전하를 띈 이온이 끌려오는 원리를 이용하여 처리 대상수 중의 이온물질을 처리하게 된다. 이때, 양이온은 양이온교환막(14b)을 통과하여 음극으로 인가된 전극(12b)에 흡착되고, 음이온은 음이온교환막(14a)을 통과하여 양극으로 인가된 전극(12a)에 흡착되고, 이에 장치를 통과한 처리 대상수는 이온물질이 제거된 깨끗한 물이 된다.
이때 처리 대상수가 흐르는 유로에는 절연성 재질의 망사 또는 다공성 판 등의 유로형성판(16)이 제공되어, 전극(12a)과 전극(12b) 사이를 적절한 간격, 일례로 1∼5mm의 간격으로 유지한다.
이후의 도면 설명에서는 집전체(10)와 유로형성판(16)은 발명의 이해를 위해 생략하였음을 미리 밝힌다.
도 2 내지 도 3을 참고하면, 종래의 전기흡착식 수처리 셀(1)은 유로를 통해 유입된 처리 대상수를 수처리 과정이 진행됨에 따라, 양극의 전극(12a)에는 극과 반대의 전하, 즉 음이온의 흡착이 진행되어 음이온의 농도가 높아지게 되고, 음극의 전극(12b)에는 극과 반대의 전하, 즉 양이온의 흡착이 진행되어 양이온의 농도가 높아지게 되며, 이와 같이 각 전극(12)의 이온농도가 높아짐에 따라 수처리 능력이 저하될 수 있다. 따라서, 각 전극(12)의 이온농도를 낮추는 재생과정이 필요하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전극(12)의 재생을 위해 각 전극(12a, 12b)에 인가되는 전압을 반대로 걸어주게 되면, 각 전극(12a, 12b)에 흡착되어 있던 이온들이 각 전극(12a, 12b)과 동일한 전하를 가지게 됨으로 인해 반발력이 발생하여 흡착되어 있던 각 전극(12a, 12b)으로부터 동시에 탈착된다. 이때 일시에 탈착된 고농도의 이온은 반대의 극성을 띄고 있는 마주보고 있는 전극(12b, 12a)으로 이동하게 된다. 즉, 양극 전극(12a)에 붙어 있던 음이온은 음극 전극(12b)으로 이동하고, 음극 전극(12b)에 붙어 있던 양이온은 양극 전극(12a)으로 이동한다.
마주보고 있는 전극(12a, 12b)으로 이동된 이온은 각 전극(12a, 12b)에 일시에 흡착되어 전극(12a, 12b)의 흡착면적을 차지하게 됨으로 인해 정상운전시 재생효율을 심각하게 떨어뜨리게 된다.
이때 도 5에서와 같이 같은 극성의 이온교환막이 존재하면 같은 극끼리는 서로 반발하는 원리에 인해 이온교환막(14a, 14b)의 표면까지 이동한 이온을 밀어내어 각 전극(12a, 12b)에 재흡착되는 것을 막아주는 장벽의 역할을 하게 됨에 따라 탈착된 이온들이 마주보고 있는 각 전극(12a, 12b)에 재흡착되지 않고 유로를 따라 외부로 배출될 수 있게 된다. 따라서 각 전극(12a, 12b)은 이온이 떨어진 깨끗한 상태가 되어 정상운전시 즉, 도 4 및 도 5에서와 같은 역전된 전압을 도 2 및 도 3에서와 같이 다시 정상 전압으로 바꾸어 줬을 때 이온을 흡착할 수 있게 된다. 이와 같이 기존의 전기흡착식 수처리 셀의 구성에서 이온교환막(14)은 흡착효율 향상 및 장치의 정상적인 동작을 위해 사용되고 있다.
그런데, 전기흡착식 수처리 셀(1)에서 사용되는 이온교환막(14)은 가격이 고가로, 일례로 전체적인 장치비용에서 이온교환막(14)의 비용은 약 30%를 차지하고 있으며, 이와 더불어 이온교환막(14)은 유입되는 처리 대상수에 의한 오염 및 인가전압에 의한 열화 등으로 인해 주기적으로 교체해 줘야 하는 소모품인 관계로 이온교환막(14)의 사용으로 인한 장치비 및 유지, 관리 비용의 상승으로 인해 역삼투막 공정이나 증발법 등 다른 공정에 비해 가격 경쟁력을 저하시키는 요인이 되고 있다.
또한, 이온교환막(14)을 사용함으로 인해 정상운전 중에도 이온이 전극(12)에 흡착되기 위해서는 이온교환막(14)을 통과하여야 하므로 이온교환막(14)이 없는 구성에 비해 상대적으로 이온의 이동에 제약을 받게 되고, 따라서 이온교환막(14)이 존재할 경우 이온교환막(14)이 없는 경우에 비해 상대적으로 높은 전압을 인가하여야 원하는 흡착효율을 얻을 수 있다.
표 1에서와 같이 일반적으로 이온교환막(14)을 사용하게 되면 약 0.02 ∼0.05V의 전압 상승을 가져오게 되고 대용량, 장기간의 운전시 소비전력의 증가 및 이온교환막(14)의 열화를 가속화하는 원인으로 작용한다.
Figure pat00001
따라서, 전기흡착식 수처리 셀(1) 및 이를 포함하는 수처리 장치에서 고가의 이온교환막(14)을 사용하지 않으면서도 전극(12)의 재생시 전극(12)으로부터 탈착된 이온이 다른 전극(12)에 부착되는 것을 방지하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 전극의 재생시 전극으로부터 탈착된 이온이 다른 전극에 부착되지 않도록 전극의 배열구조를 개선함으로써 고가의 이온교환막을 대체할 수 있도록 한 전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함하는 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀은 처리 대상수가 유입되는 제1유로를 사이에 두고 서로 대향 배치되어 동일한 극성으로 인가되며 한 쌍을 이루는 제1전극을 갖는 제1전극부; 상기 처리 대상수가 유입되는 방향의 법선을 기준으로 상기 제1전극부와 대칭으로 배치되며, 다른 처리 대상수가 유입되는 제2유로를 사이에 두고 서로 대향 배치되어 상기 제1전극과 다른 극성으로 인가되며 한 쌍을 이루는 제2전극을 갖는 제2전극부; 및 상기 제1전극부와 상기 제2전극부 사이에 제공되어 처리 대상수 또는 처리된 대상수가 유동하는 처리수 유로;를 포함한다.
여기서, 상기 제1전극부와 상기 제2전극부는 적어도 하나로 적층될 수 있다.
또한, 상기 제1전극부와 상기 제2전극부의 상부에는 각각 제2전극부와 제1전극부가 교차되어 적층되는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예는 상기 제1유로 및 상기 제2유로 사이에 제공되는 공극을 갖는 절연성 섬유조직 또는 판 형태의 절연부재인 유로형성판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수처리 유로는 이온투과성 반투막을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 장치는 처리대상 수를 공급하는 유입관과 처리수를 배출하는 배출관을 구비하는 반응기; 상기 반응기 내부에 제공되는 전술된 전기흡착식 수처리 셀; 및 상기 전기흡착식 수처리 셀의 제1전극부와 제2전극부에 각각 전원선을 매개로 연계되어 전류를 공급하는 정류기;를 포함한다.
또한, 본 실시예는 상기 제1유로 및 상기 제2유로 사이에 제공되는 공극을 갖는 절연성 섬유조직 또는 판 형태의 절연부재인 유로형성판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수처리 유로는 이온투과성 반투막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기흡착식 수처리 셀 및 이를 포함한 수처리 장치에서 고가의 이온교환막을 사용하지 않더라도 전극의 재생이 가능하게 되어 전체적인 제작비용을 낮출 수 있고, 유지 및 관리 비용도 절감할 수 있다. 또한, 본 실시예는 이온을 포함한 대상 처리수가 서로 마주보는 전극과 직접 접촉함으로써 정상운전중 이온의 흐름을 방해하는 이온교환막이 제거됨에 따라 인가전압의 저감효과 및 흡착성능이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도.
도 2 내지 도 5는 종래 기술에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 수처리 과정을 순차적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀을 개략적으로 도시한 단면도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 수처리 과정을 순차적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도.
도 15는 본 실시예와 기존의 전기흡착식 수처리 셀의 반응시간별 전기전도도를 도시한 그래프.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6을 참고하면, 본 실시예의 수처리 장치(100)는, 전기흡착식(Capacitive Deionization; CDI) 방식으로 처리 대상수에 포함된 경도성분이나 이온물질을 저감하는 장치로, 해수 등을 담수화하거나, 폐수를 수처리하는 장치 등으로 활용될 수 있다.
이러한 수처리장치(100)는 처리대상수를 공급하는 유입구(112) 수처리된 처리수를 배출하는 배출구(114)를 구비하는 반응기(110)를 포함할 수 있다.
그리고, 이 반응기(110)의 내부에는 실질적으로 처리수에 포함된 경도성분이나 이온물질을 분리하는 전기흡착식 수처리 셀(130)이 제공되며, 전기흡착식 수처리 셀(130)에는 전선을 매개로 전류를 공급하는 정류기(150)가 연결될 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 수처리 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
본 실시예에서 전기흡착식 수처리 셀(130)은, 일측으로부터 처리 대상수가 유입되는 제1유로(134)와, 제1유로(134)를 사이에 두고 서로 대향 배치되어 한 쌍을 이루는 제1전극(132a, 132b)을 갖는 제1전극부(132)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1전극(132a, 132b)은 동일한 극성으로 인가될 수 있다.
일례로, 도 8과 같이, 제1전극(132a, 132b)이 전류의 공급에 의해 양극으로 인가될 경우, 처리 대상수에 포함된 음이온이 제1전극(132a, 132b)에 흡착될 수 있다.
또한, 도 9와 같이, 제1전극(132a, 132b)은, 다량의 음이온이 흡착된 후, 이를 재생하기 위한 재생과정이 진행될 수 있으며, 이때 제1전극(132a, 132b)은 전류의 공급에 의해 음극으로 인가될 수 있다.
일례로, 위쪽의 제1전극(132a)이 음극으로 인가됨에 따라 제1전극(132a)에 흡착된 음이온이 반발되며 탈착될 수 있으며, 탈착된 음이온은 대향되어 배치된 아래쪽의 다른 제1전극(132b)과도 반발됨에 따라 제1유로를 통해 배출될 수 있다.
또한, 제1전극부(132)는 제1전극(132a, 132b)의 재생과정에서 반대 극성, 예컨대 음극으로 모두 대전됨에 따라 제1전극(예컨대 132a)에 흡착되어 있던 음이온이 탈착될 수 있으며, 이때 탈착된 음이온은 반대쪽의 전극(예컨대 132b)에 부착됨 없이 모두 배출될 수 있다.
또한, 전기흡착식 수처리 셀(130)은 이온 밸런스를 맞추기 위해 처리 대상수에서 제1전극부(132)에서 흡착되는 이온물질과 반대 극성을 갖는 이온물질을 흡착하기 위해, 제1전극부(132)와 다른 극성으로 인가되는 제2전극부(136)를 포함할 수 있다.
제2전극부(136)는 제1전극부(132)의 제1유로(134)로 처리 대상수가 유입되는 방향의 법선을 기준으로 제1전극부(132)와 대칭으로 배치될 수 있다.
즉, 제2전극부(136)는 다른 처리 대상수가 유입되는 제2유로(138)가 제1유로(134)로 처리 대상수가 유입되는 방향의 법선을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있고, 제2유로(138)를 사이에 두고 한 쌍을 이루는 제2전극(136a, 136b)이 서로 대향되어 배치될 수 있다. 여기서, 제2전극(136a, 136b)은 제1전극부(132)와 다른 극성으로 인가되는 것이 바람직하다.
일례로, 제2전극부(136)는 제2전극(136a, 136b)이 모두 동일한 극성으로 대전되며, 이때 제1전극(132a, 132b)과 다른 극성인 음극으로 대전될 수 있다. 또한, 제2전극부(136)는 제2전극(136a, 136b)의 재생과정에서 반대 극성, 예컨대 양극으로 모두 대전됨에 따라 상부쪽의 제2전극(136a)에 흡착되어 있던 양이온이 탈착될 수 있으며, 이때 탈착된 음이온은 반대쪽인 하부쪽의 제2전극(136b)에 부착됨 없이 모두 배출될 수 있다.
바람직하게는, 본 실시예의 전기흡착식 수처리 셀(130)은 일정시간 운전후 각 전극의 재생과정을 거칠 수 있다. 일례로, 전기흡착식 수처리 셀(130)은 약 10분 정도 정상 운전하며 처리 대상수를 수처리 할 수 있고, 이후 각각의 전극에 흡착된 이온을 떨어뜨리기 위해 인가된 전압을 반대로 걸어주게 되는 재생 운전과정을 거칠 수 있다. 이때, 전압을 반대로 걸어주는 시간은 정산 운전시간 예를 들어 10분보다 적은 약 1~2분 정도면 가능하다.
또한, 재생시 에너지 효율을 높이기 위해 재생초기에 전압을 반대로 인가하기 전에 전압만 흐르지 않는 상태를 잠시 유지하던지, 전압을 인가하지 않은 상태로 양극과 음극의 외부선을 잠시 연결하여 재생효율을 높일 수 있으며 이후 전압을 반대로 걸어 줄 수 있다. 또한, 재생시 발생하는 재생폐수의 양을 줄이기 위해 재생초기에는 유체의 흐름을 멈추던지 유체의 흐름을 정상운전시에 비해 아주 적은 양으로 흐르게 유지하면서 재생을 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 제1전극부(132)와 제2전극부(136) 사이에는 제1전극부(132) 또는 제2전극부(132)를 통과한 처리수가 배출되는 처리수 유로(140)가 제공될 수 있다.
본 실시예에서 처리수 유로(140)는 양이온물질 또는 음이온물질이 흡착된 처리수가 배출되거나, 재생과정에서 탈착된 양이온물질과 음이온물질을 포함한 처리수가 배출되는 통로로 사용될 수 있다.
한편, 처리수 유로(140)는 처리수의 배출에만 사용되지 않으며, 제1전극부 또는 제2전극부로 처리 대상수를 공급하는 유로로 사용되는 것도 가능하다.
즉, 본 실시예의 전기흡착식 수처리 셀(130)은, 양측의 제1유로(134) 및 제2유로(138)로부터 처리 대상수가 유입된 후, 제1전극부(132) 및 제2전극부(136)에서 수처리되어 중앙의 수처리 유로(140)를 통해 처리수가 배출될 수 있다. 또한, 전기흡착식 수처리 셀(130)에서, 처리수의 순환 경로는 한정되지 않으며, 처리수의 순환 경로를 바꾸는 것도 가능하다. 이에 따라 전기흡착식 수처리 셀(130)은 중앙의 수처리 유로(140)를 통해 처리 대상수가 유입된 후, 제1전극부(132) 및 제2전극부(136)에서 수처리되어 제1유로(134) 또는 제2유로(138)를 통해 처리수가 배출되는 것도 가능하다.
한편, 도면에는 생략되어 있지만 제1유로(134)와 제2유로(138) 사이에는 전극 사이의 유로 간극을 일정하게 유지시키기 위한 유로형성판이 제공될 수 있으며, 이때 유로형성판은 공극을 갖는 절연성 섬유조직 또는 판 형태의 절연부재일 수 있다.
절연성 섬유 또는 절연부재는 에폭시 등과 같은 절연성 소재일 수 있으며, 절연성 섬유가 망사 형태로 제공될 수 있고, 부직포 형태로 제공되는 것도 가능하다.
또한, 수처리 유로(140)는 한쪽 방향으로만 이온물질이 통과하는 이온투과성 반투막을 포함할 수 있다.
따라서, 각 전극, 즉 제1전극부(132)의 제1전극(132a, 132b) 사이 또는 제2전극부(136)의 제2전극(136a, 136b) 사이에서 인가된 전류의 흐름은 유지한 채, 제1전극부(132)와 제2전극부(136) 사이인 수처리 유로(140)로 모여 배출되는 유체에 포함되어 있는 이온물질은 서로 섞이거나 반대편으로 이동이 방지될 수 있으며, 이에 따라 셀 외부로의 이온의 배출을 더욱 원활하게 할 수 있다. 본 실시예의 도면에서는 집전체와 유로형성판 및 수처리 유로인 이온투과성 반투막은 발명의 이해를 위해 생략하였다.
또한, 본 실시예에서 전기흡착식 수처리 셀(130)은 제1전극부(132)와 제2전극부(136)가 하나로 제공된 예에 대해 설명하고 있으나, 제1전극부(132)와 제2전극부(136)의 수량 및 배열 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
일례로, 제1전극부(132)와 제2전극부(136)는 적어도 하나로 적층될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도인 도 10과 같이, 제1전극부(232)의 제1전극(232a)들이 양극일 경우, 제1전극부(232a)의 상부에는 동일한 극성(일례로 양극)을 갖는 또 다른 제1전극부(232a)가 적층될 수 있다.
즉, 제1전극(232a)의 상부에 하나의 다른 제1전극(232a)이 배치되고, 그 사이에 제1유로(234)가 배열될 수 있으며, 이에 따라 전체적으로 하나의 제1전극부(232)를 형성할 수 있다.
또한, 수처리 유로(250)를 기준으로 반대쪽에는 제2전극부(236)의 상부에 다른 제2전극부(236)가 적층될 수 있다.
이때, 제2전극부(236)의 제2전극(236a)들은 음극일 수 있고, 제2전극부(236)의 상부에는 동일한 극성(일례로 음극)을 갖는 또 다른 제2전극부(236)가 적층될 수 있다.
즉, 제2전극(236a)의 상부에 하나의 다른 제1전극(236a)이 배치되고, 그 사이에 제2유로(238)가 배열될 수 있으며, 이에 따라 전체적으로 하나의 제2전극부(236)를 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도이다.
도 11을 참고하면, 각각의 제1전극부(232) 및 제2전극부(236)는 적층된 상태에서 전선을 매개로 정류기(도 6에 도시된 150)와 연결되어 각각의 전극(232a, 236a)들이 양극 또는 음극으로 인가될 수 있다. 이때, 전극(232a, 236a)들에는 각각 개별적으로 전선이 연결될 수 있고, 다른 전극(232a, 236a)들은 연결부재 등으로 연결될 수 있다. 또한, 전극(232a, 236a)은 모두 연결된 상태일 수 있으며, 이때 하나의 전극(232a, 236a)이 절곡되어 다층으로 적층되는 형태로 배열되는 것도 가능하며, 이러한 구조의 전극(232a, 236a)에는 한군데에만 정류기(150)의 전선이 연결될 수 있다.
즉, 각 전극(232a, 236a)은 도 11의 (a)와 같이 하나의 띠 형태로 형성하여 지그 재그의 형태로 구부려 형성하고, 그 내측 공간에 유로를 형성할 수 있다.
또한, 각 전극(232a, 236a)의 연결되지 않은 반대측면에는 에폭시 등의 절연성 수지를 사용하여 밀봉할 수 있다.
더불어, 본 실시예에서는 각 전극(232a, 236a)이 연결되는 것으로 설명하고 있으나, 전극(232a, 236a)과 연결되는 집전체를 띠 형태로 형성하여 연결하고, 이 집전체에 전극(232a, 236a)이 연결되는 구조도 물론 가능하다.
또한, 정류기(150)의 전선과 연결된 제1전극부(232) 및 제2전극부(236)는 반응기(도 6의 110) 내부에 수용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 반응기(110)에는 하부 양측에 대상 처리수가 유입되는 유입구(112)가 제공될 수 있고, 양측의 유입구(112)로부터 각각 유입된 대상 처리수가 제1전극부(232)의 제1유로(234)와 제2전극부(236)의 제2유로(238)를 각각 통과하여 중앙의 수처리 유로(250)로 모일 수 있고, 수처리 유로(250)와 연결된 반응기(110)의 배출구(114)를 통해 수처리된 처리수가 배출될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 대상 처리수는 반응기(110)의 하부 양측의 유입구(112)로 유입되어 수처리 된 후, 중앙의 수처리 유로(250)에 모여 배출구(114)를 통해 배출되는 것으로 설명하고 있으나, 대상 처리수 유입/배출되는 순환유로는 다양하게 변형될 수 있다.
일례로, 대상 처리수는 반응기(110) 상부 중앙의 배출구(114)를 통해 유입되어 중앙의 수처리 유로(250)로 공급될 수 있고, 이후 제1유로(234) 및 제2유로(238)로 분배되어 통과하며 수처리 된 후, 반응기(110) 하부 양측의 유입구(112)를 통해 배출되는 것도 가능하다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도이다.
도 12를 참고하면, 제1전극부(232)의 상부에는 다른 제1전극부(232)가 적층되고, 제2전극부(236)의 상부에는 다른 제2전극부(236)가 배열되는 형태로 제공되는 것도 가능하다.
즉, 수처리 유로(250)를 기준으로 한쪽에는 제1전극(232a)이 제1유로(234)를 기준으로 한 쌍을 이루는 제1전극부(232)가 마련되고, 그 위에 또 다른 제1전극(232)이 제1유로(234)를 기준으로 한 쌍을 이루는 다른 제1전극부(232)가 적층되어, 전체적으로 하나의 적층된 제1전극부(232)를 형성하는 형태로 배열될 수 있다.
또한, 다른 한 쪽에는 제2전극(236a)이 제2유로(238)를 기준으로 한 쌍을 이루는 제2전극부(236)가 마련되고, 그 위에 또 다른 제2전극(236a)이 제2유로(238)를 기준으로 한 쌍을 이루는 다른 제2전극부(236)가 적층되어, 전체적으로 하나의 적층된 제2전극부(236)를 형성하는 형태로 배열될 수 있다.
이때, 제1전극부(232)와 제2전극부(236)은 전기적으로 반대인 극성일 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도이다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1전극부(332)에는 다른 극성, 즉 제1전극부(332)와 반대의 극성을 갖는 제2전극부(334)가 교차되어 적층되는 것도 가능하다.
이때, 제1전극부(332)는 제1유로(334)를 사이에 두고 한 쌍의 제1전극(332a)이 배열될 수 있다. 또한, 제1전극부(332)의 제1전극(332a) 과 접하여 한 쌍의 제2전극(336a)이 제2유로(338)를 사이에 두고 배열되는 제2전극부(336)가 적층될 수 있다. 제1전극부(332)는 제1전극(332a)들이 모두 양극일 수 있고, 제2전극부(336)는 제2전극(336a)들이 모두 음극일 수 있다.
또한, 수처리 유로(350)를 기준으로 반대쪽에는, 제2전극부(336)의 제2전극(336a)과 접하여 한 쌍의 제1전극(332a)이 제1유로(334)를 사이에 두고 배열되는 제1전극부(332)가 적층될 수 있다. 제2전극부(336)는 제2전극(336a)들이 모두 음극일 수 있고, 제1전극부(332)는 제1전극(332a)들이 모두 양극일 수 있다.
이와 같이, 수처리 유로(350)를 기준으로 양측에 배열되는 제1전극부(332)와 제2전극부(336)는 서로 반대의 극성을 갖도록 교차되며 적층될 수 있으며, 적층되는 위치는 상부 또는 하부로 변경될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기흡착식 수처리 셀의 단면도이다.
또한, 본 실시예에서, 복수의 제1전극(432a)을 갖는 제1전극부(432)의 상부에, 복수의 제2전극(436a)을 갖는 제2전극부(436)가 적층되는 것도 가능하며, 수처리 유로(450)를 기준으로 양측에 배열되는 제1전극부(432)와 제2전극부(436)는 서로 반대의 극성을 갖도록 교차되며 적층될 수 있다.
전술된 본 실시예의 전기흡착식 수처리 셀을 포함한 수처리 장치는 기존의 전기흡착식 수처리 장치에서 사용되는 고가의 이온교환막을 사용하지 않을 수 있어 장치의 제작단가를 크게 낮출 수 있고, 이온을 포함한 유체가 서로 마주보는 전극과 직접 접촉함으로써 정상운전중 이온의 흐름을 방해하는 이온교환막이 제거됨에 따라 인가전압의 저감효과 및 흡착 성능이 향상될 수 있다.
일례로, 기존 방식의 전기흡착식 수처리 장치에서 전기전도도 1370uS/cm의 대상 처리수를 사용하여, 가로, 세로 각각 3cm,15cm인 전극 20장을 서로 마주보는 전극의 사이에 양이온교환막과 음이은교확막을 설치하고, 서로 마주보는 전극에 각각 양극과 음극으로 1.2V의 전원을 인가하였다.
또한, 본 실시예에서는 서로 마주보는 전극을 각각 20장씩 적층된 가로, 세로 각각 3cm,15cm인 전극을 적층된 전극끼리 같은 극의 전원을 1.2V로 인가하여 각각의 흡착효율을 평가하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
도 15는 본 실시예와 기존의 전기흡착식 수처리 셀의 반응시간별 전기전도도를 도시한 그래프이다. 여기서, A선은 본 실시예의 전기흡착식 수처리 셀의 반응시간별 전기전도도이고, B선은 종래 기술의 전기흡착식 수처리 셀의 반응시간별 전기전도도이다.
도 15를 참고하면, 본 실시예의 적용예에서 동일한 면적의 전극과 인가전압을 사용한 상태에서 약 5%의 효율증가가 있었으며, 특히 이온교환막을 사용하지 않음으로 인해 장치가 단순화되어 제작이 용이하며, 장치 제작비용중 이온교환막 구매 비용에 해당하는 약 30% 비용이 절감되는 효과가 있다.
본 발명의 명세서, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100: 수처리 장치 110: 반응기
112: 유입구 114: 배출구
130: 전기흡착식 수처리 셀 132: 제1전극부
132a, 132b: 제1전극 134: 제1유로
136: 제2전극부 136a, 136b:
138: 제2유로 140: 처리수 유로
150: 정류기

Claims (8)

  1. 처리 대상수가 유입되는 제1유로를 사이에 두고 서로 대향 배치되어 동일한 극성으로 인가되며 한 쌍을 이루는 제1전극을 갖는 제1전극부;
    상기 처리 대상수가 유입되는 방향의 법선을 기준으로 상기 제1전극부와 대칭으로 배치되며, 다른 처리 대상수가 유입되는 제2유로를 사이에 두고 서로 대향 배치되어 상기 제1전극과 다른 극성으로 인가되며 한 쌍을 이루는 제2전극을 갖는 제2전극부; 및
    상기 제1전극부와 상기 제2전극부 사이에 제공되어 처리 대상수 또는 처리된 대상수가 유동하는 처리수 유로;
    를 포함하는 전기흡착식 수처리 셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극부와 상기 제2전극부는 적어도 하나로 적층되는 전기흡착식 수처리 셀.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극부와 상기 제2전극부의 상부에는 각각 제2전극부와 제1전극부가 교차되어 적층되는 전기흡착식 수처리 셀.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유로 및 상기 제2유로 사이에 제공되는 공극을 갖는 절연성 섬유조직 또는 판 형태의 절연부재인 유로형성판을 더 포함하는 전기흡착식 수처리 셀.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수처리 유로는 이온투과성 반투막을 포함하는 전기흡착식 수처리 셀.
  6. 처리대상 수를 공급하는 유입관과 처리수를 배출하는 배출관을 구비하는 반응기;
    상기 반응기 내부에 제공되는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 전기흡착식 수처리 셀; 및
    상기 전기흡착식 수처리 셀의 제1전극부와 제2전극부에 각각 전원선을 매개로 연계되어 전류를 공급하는 정류기;
    를 포함하는 수처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1유로 및 상기 제2유로 사이에 제공되는 공극을 갖는 절연성 섬유조직 또는 판 형태의 절연부재인 유로형성판을 더 포함하는 수처리 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 수처리 유로는 이온투과성 반투막을 포함하는 수처리 장치.
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