KR20180102908A - 수처리용 오염물질 제거 시스템 - Google Patents

수처리용 오염물질 제거 시스템 Download PDF

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Abstract

수처리용 오염물질 제거 시스템이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템은 원수공급조; 분리막조; 및 상기 원수공급조 및 분리막조 사이에 배치되고, 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 응집시키는 전기응집조;를 포함하고, 상기 전기응집조는 복수 개로 구비되어 서로 직렬연결되는 수처리용 오염물질 제거 시스템을 제공한다.

Description

수처리용 오염물질 제거 시스템{Contaminant removal system for water}
본 발명은 수처리용 오염물질 제거 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 수처리용 오염물질 제거 시스템에 관한 것이다.
질산염에 의한 물의 오염은 산업폐수 및 농업지역에서의 과도한 화학비료의 사용에서 기인한다. 물에 질소 함유 화합물이 유입되면 부영양화와 같은 수질의 저하뿐만 아니라 암과 같은 인체의 건강 장애, 청색증을 유발하는 요인이 된다.
현재, 폐수로부터 질산염을 제거하는 방법으로는 이온교환수지, 생물학적 분해, 역삼투, 전기투석 및 촉매탈질 방법 등이 있다. 이온교환수지는 지하수의 처리에 유용한 공정이지만 처리수 중에 불필요한 잔존 성분이 많이 함유되며, 생물학적 분해 방법은 지표수의 처리에 매우 유용한 공정이지만 일반적으로 오랜 처리시간이 필요하다. 또한, 역삼투와 전기투석은 약 65%의 질산염 제거효율을 올릴 수 있으나 에너지 투입비용이 큰 단점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 적용 전류량을 조절함으로써 정확한 응집체 정량의 제공, 자동화의 용이성, 낮은 에너지 소비량 및 단일 단계로 오염물질의 불안정화, 응집 및 분리가 가능한 전기응집 방식이 적용되고 있다.
전기응집방식은 전류를 공급하면 전극판에서 금속 이온이 용출되어 폐수 중의 오염물질과 응집 및 흡착하여 수소와 염소가스에 의해 부상되거나 침전됨으로써 오염물질이 제거되는 방식이다.
그러나, 종래의 전기응집방식을 이용한 수처리 시스템은 처리하고자 하는 용량에 적합한 전기응집조를 하나만 설치되는 방식이다. 이에 따라, 처리 용량에 따라 전기응집조의 크기 역시 커질 수밖에 없으며, 처리 공정이 한 번만 이루어지므로 오염물질의 응집률 및 제거효율이 떨어질 수밖에 없는 한계가 있다.
더불어, 종래의 전기응집조는 단순히 복수 개의 전극을 배열한 후 처리수를 통과시키는 방식이므로 전체적인 수처리 효율이 떨어지는 문제가 있다.
KR 10-0372849 B1
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 복수 개의 전기응집조를 직렬연결하여 순차적으로 전기응집 반응이 일어남으로써 오염물질의 응집률을 높일 수 있고, 종래에 비하여 동일 처리용량 대비 전기응집조의 크기 및 사용되는 전극판의 크기를 줄일 수 있는 수처리용 오염물질 제거 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 원수공급조; 분리막조; 및 상기 원수공급조 및 분리막조 사이에 배치되고, 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 응집시키는 전기응집조;를 포함하고, 상기 전기응집조는 복수 개로 구비되어 서로 직렬연결되는 수처리용 오염물질 제거 시스템을 제공한다.
또한, 상기 복수 개의 전기응집조는 서로 동일한 처리용량을 가질 수 있으며, 상기 복수 개의 전기응집조는 서로 동일한 개수의 전극판이 구비될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로써, 상기 전기응집조는, 상부가 개방된 내부공간을 갖는 하우징; 및 상기 내부공간에 배치되고 상기 원수공급조로부터 유입된 원수로부터 전기응집 원리를 이용하여 오염물질을 응집시키기 위한 복수 개의 전극판을 포함하는 전극부;를 포함하고, 상기 내부공간은 상기 원수가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버의 상부측에 배치되어 상기 전극부가 배치되는 제2챔버 및 상기 제2챔버에서 전기응집 반응이 완료된 처리수가 일시저장되는 제3챔버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 전극판은 외부로부터 공급되는 전원이 인가되는 한 쌍의 파워전극과, 상기 한 쌍의 파워전극 사이에 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 이격배치되는 복수 개의 희생전극을 포함할 수 있다.
일례로, 상기 제2챔버를 규정하는 하우징의 내벽에는 상기 파워전극 및 희생전극의 위치를 고정하기 위한 끼움홈이 높이방향을 따라 인입형성될 수 있다.
다른 예로서, 내벽에 높이방향을 따라 인입형성되는 끼움홈 측에 상기 파워전극 및 희생전극이 착탈가능하게 결합되는 전극케이스를 포함하고, 상기 전극케이스는 상기 하우징의 제2챔버 측에 결합될 수 있다. 이때, 상기 전극케이스는 절연체 또는 부도체일 수 있다.
또한, 상기 제1챔버 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 분사공이 형성된 유입관을 포함하고, 상기 유입관은 상기 전극판의 배열방향과 평행한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1챔버 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 토출공이 형성된 산기관을 포함하고, 상기 산기관은 외부로부터 공급되는 공기를 이용하여 상기 토출공을 통해 버블을 분출할 수 있다.
또한, 상기 제2챔버 및 제3챔버는 상기 내부공간에 소정의 높이로 돌출형성되는 격벽을 매개로 서로 구획되고, 상기 제2챔버에서 전기응집반응이 완료된 처리수는 상기 격벽의 상부단을 넘어 상기 제3챔버 측으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 제3챔버의 바닥면에는 상기 처리수를 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 배출공이 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 하우징은 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나를 갖는 코팅층이 외면에 도포될 수 있다.
또한, 상기 전극부 측으로 전원의 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전극부에 인가되는 전원의 극성을 주기적으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 전극판은 철, 알루미늄, 스테인레스 및 티타늄 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 원수가 복수 개의 전기응집조를 순차적으로 통과하면서 전기응집 반응이 일어남으로써 오염물질의 응집률을 높여 여과조에서의 제거효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 종래에 비하여 동일 처리용량 대비 사용되는 전기응집조의 크기를 줄이면서도 각각의 전기응집조에 사용되는 전극판의 크기를 줄일 수 있음으로써 설치비용을 절감할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 균등한 수위를 유지하면서 복수 개의 전극판과 동시에 균일한 면적으로 접촉함으로써 전체적인 처리 속도를 높일 수 있다. 더불어, 산기관을 통해 버블을 발생시켜 줌으로써 전극판의 오염 및/또는 손상을 방지하거나 전극판에 들러붙은 이물질을 제거할 수 있어 유지보수비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템을 나타낸 전체 개략도,
도 2는 본 발명에 적용되는 전기응집조를 나타낸 개략도,
도 3은 도 2의 주요구성을 나타낸 도면,
도 4는 도 3에서 하우징의 내부구성을 나타낸 부분절개도,
도 5는 도 3의 단면도,
도 6은 도 3에 산기관이 포함된 경우를 나타낸 개략도,
도 7은 도 6의 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 전기응집조에 적용되는 유입관 및 산기관을 나타낸 개략도,
도 9는 본 발명에 적용되는 다른 형태의 전기응집조를 나타낸 도면,
도 10은 도 9의 분리도, 그리고,
도 11은 도 9에 적용되는 전극케이스를 나타낸 저면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가하기로 한다.
본 발명에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템(1)은 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 응집시킨 후 상기 원수로부터 생성된 응집체를 여과하여 처리수를 생산하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 원수공급조(100), 분리막조(300) 및 복수 개의 전기응집조(200,200',200")를 포함한다.
상기 원수공급조(100)는 처리대상인 원수가 저장되는 것으로, 후단에 연결되는 전기응집조(200,200',200") 측으로 상기 원수를 공급하는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 원수는 산업설비, 주거공간 등으로부터 버려지는 오수 또는 폐수일 수 있으며, 빗물 또는 해수 등일 수도 있다.
이와 같은 원수공급조(100)는 소정의 내부공간을 갖는 챔버의 형태일 수 있다.
이때, 상기 원수공급조(100)의 후단에는 상기 전기응집조(200,200',200") 측으로 저장된 원수를 원활하게 이송하기 위한 펌프(20)가 연결될 수도 있다.
상기 분리막조(300)는 상기 전기응집조(200,200',200")의 후단에 연결되어 상기 전기응집조(200,200',200")에서 발생된 응집체를 원수로부터 제거하기 위한 것이다. 이와 같은 분리막조(300)는 챔버의 내부에 적어도 하나의 필터부재(미도시)가 배치되는 공지의 여과장치일 수 있다.
이와 같은 원수공급조(100) 및 분리막조(300)는 수처리 시스템에 적용되는 일반적인 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 전기응집조(200,200',200")는 상기 원수를 공급하는 원수공급조(100)와 원수에 포함된 이물질을 걸러내는 분리막조(300) 사이에 연결되는 것으로, 상기 원수에 포함된 오염물질을 응집시켜 줌으로써 상기 분리막조(300)에서 오염물질의 제거효율을 높이기 위한 것이다.
즉, 상기 전기응집조(200,200',200")는 전기응집 원리를 통하여 원수에 포함된 오염물질을 응집시켜 덩어리 형태의 응집체로 만들어줌으로써 상기 분리막조(300)에서 상기 응집체가 원활하게 여과될 수 있도록 한다.
이와 같은 전기응집조(200,200',200")는 복수 개의 전극판(221,222)을 포함할 수 있으며, 상기 전극판(221,222)에 전원이 인가되는 경우 상기 전극판(221,222)은 전해과정에서 금속 이온이 용출되어 원수에 포함된 오염물질과 응집 및 흡착됨으로써 오염물질을 덩어리 형태의 응집체(flocs)로 응집시킬 수 있다.
즉, 상기 복수 개의 전극판(221,222) 중 희생전극(222)에 일정전압이 인가되면 전극판으로부터 금속이 용해되어 수산화물을 생성한다. 그리고, 위의 과정을 통해 생성된 수산화물은 원수에 포함된 콜로이드상의 물질 등과 응집하여 침전함으로써 원수에 포함된 오염물질은 전기에너지에 의해 전극판에서 용출되는 금속양이온과 전기적으로 중화되어 응집반응이 일어나는 동시에 산화, 환원반응도 일어나 제거될 수 있다.
일례로, 상기 전극판(221,222)이 철로 이루어진 경우 하기의 반응을 통하여 고분자 수산화물 복합체(flocs)를 형성할 수 있다.
[메커니즘 1]
<양극반응>
Fe(고체) → Fe2+ (수용액) + 2e-
Fe2+ (수용액) + 2OH- (수용액) → Fe(OH)2(고체)
<음극반응>
2H2O(액체) + 2e- → H2(기체) + 2OH- (수용액)
<총괄반응>
Fe(고체) + 2H2O(액체) → Fe(OH)2(고체) + H2(기체)
<산화반응>
2Cl- → Cl2 + 2e-
Cl2(기체) + H2O → HOCl + H+ + Cl-
Fe(OH)2 + HOCl → Fe(OH)3(고체) + Cl-
[메커니즘 2]
<양극반응>
4Fe(고체) → 4Fe2+ (수용액) + 8e-
4Fe2+ (수용액) + 10H2O(액체) + O2(기체) → 4Fe(OH)3(고체) + 8H+ (수용액)
<음극반응>
8H+ (수용액) + 8e- → 4H2(기체)
<총괄반응>
4Fe(고체) + 10H2O(액체) → 4Fe(OH)3(고체) + 4H2(기체)
즉, 철은 2가로서 용액 중으로 용출된 다음 용존산소 및 염소 산화에 의해 생성되는 차아염소산에 의해 3가 철로 산화되며, Fe2 + 양이온은 물중에서 가수분해되고, 질산염을 흡착함으로써 비정질의 고분자 수산화물 복합체(flocs)를 형성하여 nFe(OH)3(고체) + NO3 - (수용액) → [Fen(OH)3n·NO3 -](고체)의 반응식을 만족하면서 침전되며, 생성된 수산화물 복합체는 수소 가스에 포집되어 부력에 의해 부상됨으로써 결과적으로 원수 표면으로부터 NO3 -가 제거될 수 있다. 이와 같은 전기응집 원리는 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 본 발명에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템(1)은 상기 전기응집조(200,200',200")가 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 원수공급조(100) 및 분리막조(300) 사이에 상기 복수 개의 전기응집조(200,200',200")가 순차적으로 직렬연결되는 형태일 수 있다.
이에 따라, 상기 원수공급조(100)로부터 공급된 원수는 복수 개의 원수공급조(100) 를 순차적으로 통과하면서 응집반응이 복수 회에 걸쳐 일어남으로써 오염물질의 응집효율을 획기적으로 높일 수 있다.
더불어, 원수가 여러 개의 전기응집조(200,200',200")를 순차적으로 통과하면서 복수 회에 걸쳐 응집반응이 일어남으로써 전기응집조(200,200',200")의 전체적인 사이즈, 특히 전기응집 반응을 위해 각각의 전기응집조(200,200',200")에 사용되는 전극판(221,222)의 개수 및 전극판(221,222)의 크기를 줄이더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
일례로, 상기 원수공급조(100) 및 분리막조(300) 사이에 하나의 전기응집조(200,200',200")가 연결되는 경우 상기 전기응집조(200,200',200")는 186개의 전극판이 사용될 수 있으며, 각각의 전극판은 40×60cm의 크기일 수 있다(비교예 1).
이에 반해, 상기 원수공급조(100) 및 분리막조(300) 사이에 3개의 전기응집조(200,200',200")가 순차적으로 연결되는 경우 각각의 전기응집조(200,200',200")는 20×40cm의 크기를 갖는 50개의 전극판을 사용할 수 있다(실시예 1).
즉, 비교예 1에 비하여 상대적으로 작은 크기의 전극판을 사용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 사용되는 전극판의 크기가 작아짐으로써 상기 전극판이 수용되는 전기응집조(200,200',200")의 전체적인 크기 역시 획기적으로 줄일 수 있다.
이로 인해, 사용되는 전극판의 크기가 감소함에 따라 제조비용을 줄일 수 있으며, 전기응집조(200,200',200")의 크기가 작아짐에 따라 유지보수가 용이한 장점을 얻을 수 있다.
본 발명에서, 상기 복수 개의 전기응집조(200,200',200")는 전기 응집 반응을 위해 설치되는 전극판(221,222)의 개수가 서로 동일할 수도 있고 서로 다른 개수일 수도 있다.
더불어, 상기 전기응집조(200,200',200")에 사용되는 전극판의 크기가 20×40cm인 것으로 예시하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 전체 시스템의 처리용량 및 설치되는 전기응집조(200,200',200")의 전체개수에 따라 적절한 크기로 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
일례로, 전체 시스템의 처리용량이 100톤이고 하나의 전기응집조가 사용되는 종래의 경우 상기 전기응집조에 사용되는 전극판은 40×60cm 크기의 200개가 사용될 수 있다. 반면, 본 발명에 따른 시스템(1)은 100톤의 처리용량을 위하여 20×40cm 크기의 100개의 전극판이 설치된 2개의 전기응집조가 직렬연결된 형태일 수 있고, 20×40cm 크기의 60개의 전극판이 설치된 3개의 전기응집조가 직렬연결된 형태일 수도 있으며, 20×40cm 크기의 전극판이 40개, 50개, 60개인 3개의 전기응집조가 직렬연결된 형태일 수도 있다.
또한, 상기 복수 개의 전기응집조(200,200',200")는 설치면에 대하여 서로 동일한 높이로 설치될 수도 있고, 다단식 또는 계단식으로 설치될 수도 있음을 밝혀둔다.
더하여, 서로 직렬연결되는 복수 개의 전기응집조(200,200',200") 사이에는 전기응집 반응이 수행된 처리수를 원활하게 이송하기 위한 펌프(미도시)가 배치될 수도 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 상기 전기응집조(200,200',200")는 전기응집을 위한 복수 개의 전극판이 배열된 공지의 전기응집조가 적용될 수도 있지만, 후술하는 구조의 전기응집조(200,200',200")가 채용될 수 있다.
일례로써, 상기 전기응집조(200,200',200")는 도 2 내지 도 11에 도시된 바와 같이 하우징(210,210') 및 전극부(220)를 포함할 수 있으며, 상기 하우징(210,210')은 제1챔버(211), 제2챔버(212) 및 제3챔버(213)를 포함하는 형태일 수 있다.
구체적으로, 상기 하우징(210,210')은 상기 원수공급조(100)로부터 공급되는 원수를 일시적으로 저장하기 위한 공간을 제공하기 위한 것이다. 이를 위해, 상기 하우징(210,210')은 상부가 개방된 내부공간을 갖는 함체 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 하우징(210,210')은 상기 원수공급조(100)로부터 유입된 원수가 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질들이 응집된 후 별도의 처리공간 측으로 이송될 수 있도록 원수의 체류공간인 내부공간이 형성될 수 있다.
이때, 상기 내부공간은 상기 원수공급조(100)로부터 원수가 유입되는 제1챔버(211)와, 전극부(220)가 배치되는 제2챔버(212) 및 상기 제2챔버(212)에서 전기응집 반응이 완료된 처리수가 일시저장되는 제3챔버(213)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전극부(220)가 배치되는 제2챔버(212)는 상기 제1챔버(211)의 상부측에 형성될 수 있고, 상기 제3챔버(213)는 상기 제1챔버(211)의 측부에 나란하게 형성될 수 있으며, 서로 나란하게 배열되는 제2챔버(212) 및 제3챔버(213)는 상기 내부공간에 소정의 높이로 돌출형성되는 격벽(214)을 매개로 서로 구획될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1챔버(211)는 상기 원수공급조(100)로부터 공급된 원수가 전기응집 반응이 수행되는 제2챔버(212) 측으로 이동하기 전 체류하는 버퍼공간의 역할을 수행함으로써 균등한 수위를 유지하면서 상기 제2챔버(212) 측으로 이동할 수 있다. 이로 인해, 상기 제2챔버(212) 측으로 유입되는 원수는 상기 전극부(220)를 구성하는 복수 개의 전극판(221,222)과 동시에 균일한 면적으로 접촉함으로써 전체적인 처리 속도를 높일 수 있다.
여기서, 상기 제1챔버(211) 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 분사공(231)이 길이방향을 따라 형성된 중공형의 유입관(230)이 배치됨으로써 외부로부터 공급되는 원수가 상기 분사공(231)을 통해 제1챔버(211) 측으로 분출될 수 있으며(도 4 및 도 8 참조), 상기 유입관(230)은 상기 전극부(220)를 구성하는 복수 개의 전극판(221,222)의 배열방향과 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 더불어, 상기 제1챔버(211)의 바닥면에는 드레인을 외부로 배출할 수 있도록 드레인배관(219)과 연결되는 드레인배출공(218)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 적용되는 전기응집조(200,200',200")는 상기 유입관(230)의 분사공(231)을 통해 상기 제1챔버(211) 측으로 분사된 원수가 제1챔버(211)를 완전히 채운 후 서서히 수위가 상승하여 상기 전극부(220)가 배치된 제2챔버(212) 측으로 유입되고, 균등한 수위를 유지하면서 상기 제2챔버(212) 측으로 유입된 원수는 상기 전극부(220)를 통하여 응집반응이 완료된 후 제2챔버(212)로부터 상기 격벽(214)의 상부단을 넘어 제3챔버(213) 측으로 유입될 수 있다.
이때, 상기 격벽(214)은 상기 제3챔버(213)의 벽면을 구성하는 일면이 경사면으로 형성될 수 있다. 일례로, 상기 경사면은 상기 격벽(214)의 상부단으로부터 하부측으로 갈수록 상기 제3챔버(213) 측으로 하향경사지게 형성될 수 있다(도 3 내지 도 5 참조). 이에 따라, 상기 격벽(214)의 상부단을 통해 오버플로우되는 처리수는 상기 경사면을 따라 상기 제3챔버(213)측으로 원활하게 이동될 수 있다.
또한, 상기 제3챔버(213)의 바닥면에는 적어도 하나의 배출공(218)이 형성될 수 있다. 이와 같은 배출공(218)은 별도의 배관(40)을 통해 후단에 배치되는 다른 전기응집조(200,200',200")와 연결되거나 전기응집 반응을 통해 응집된 오염물질들을 처리하기 위한 후처리장치와 연결됨으로써 처리수가 후단에 배치되는 다른 전기응집조(200,200',200") 측으로 이송되거나 후처리장치 측으로 이송될 수 있다.
한편, 상기 하우징(210,210')은 전원인가시 상기 제2챔버(212) 측에 배치되는 전극부(220)와의 쇼트를 방지할 수 있도록 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 하우징(210,210')은 플라스틱, 콘크리트, 합판 등과 같은 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 공지의 절연체 또는 부도체가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
더불어, 상기 하우징(210,210')의 외면에는 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나의 성질을 갖는 코팅층이 도포됨으로써 원수에 포함된 중금속 등에 의해 하우징(210,210')이 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같은 하우징(210,210')은 별도의 지지프레임(260)을 통해 고정될 수 있으며, 상기 지지프레임(260)을 포함하는 경우 후술하는 제어부(240) 역시 상기 지지프레임(260)의 일측에 고정될 수 있다.
상기 전극부(220)는 상술한 바와 같이 전원인가시 전해과정에서 금속 이온이 용출되어 원수에 포함된 오염물질과 응집 및 흡착됨으로써 오염물질을 덩어리 형태의 응집체(flocs)로 응집시키기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 전극부(220)는 소정의 면적을 갖는 판상의 전극판이 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 전극판(221,222)은 상기 제2챔버(212)의 내부에 소정의 간격을 두고 이격배치될 수 있다. 일례로, 상기 복수 개의 전극판(221,222)은 외부로부터 공급되는 전원이 인가되는 한 쌍의 파워전극(221)과, 상기 한 쌍의 파워전극(221) 사이에 소정의 간격을 두고 일면이 서로 대면하도록 서로 평행하게 이격배치되는 복수 개의 희생전극(222)을 포함한다.
여기서, 상기 한 쌍의 파워전극(221) 사이에 배치되는 희생전극(222)의 전체개수 및 간격은 원수의 전체 처리용량에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다. 또한, 상기 파워전극(221)은 둘 이상의 다수 개로 구비될 수 있으며, 상기 파워전극(221) 사이에 배치되는 희생전극(222)의 전체개수 및 간격은 적절하게 변경될 수 있다. 더불어, 상기 한 쌍의 파워전극(221)은 외부로부터 공급되는 전원이 원활하게 인가될 수 있도록 상기 희생전극(222) 보다 상대적으로 더 긴 길이를 갖도록 형성됨으로써 상기 제2챔버(212) 측에 배치시 상기 제2챔버(212)에 저장된 원수에 완전히 잠기지 않고 원수의 표면으로부터 적어도 일부의 길이가 외부로 노출될 수 있도록 한다(도 4 참조). 반면, 상기 한 쌍의 파워전극(221) 사이에 배치되는 복수 개의 희생전극(222)은 상기 제2챔버(212)에 저장된 원수에 의해 완전히 잠기도록 배치됨으로써 전체 면적이 원수와 접촉되어 반응면적을 최대화 할 수 있다.
이때, 상기 복수 개의 전극판은 상술한 바와 같이 전원 인가시 금속 이온이 용출될 수 있도록 철, 알루미늄, 스테인레스 및 티타늄 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 전극판의 재질을 이에 한정하는 것은 아니며 전극으로 사용되는 공지의 다양한 재질이 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 상기 전극부(220)를 구성하는 복수 개의 전극판(221,222)은 상기 하우징(210)에 직접 고정될 수도 있고, 별도의 부재 측에 고정된 후 상기 제2챔버(212) 측에 상기 별도의 부재가 결합되는 방식일 수도 있다.
일례로, 상기 복수 개의 전극판(221,222)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 하우징(210)의 내벽에 직접고정될 수 있다. 즉, 상기 제2챔버(212)를 규정하는 하우징(210)의 내벽, 더욱 자세하게는 서로 대면하는 격벽(214)의 내면과 하우징(210)의 내측면에는 높이방향을 따라 복수 개의 끼움홈(215)이 인입형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 끼움홈(215)은 복수 개의 전극판(221,222)과 대응되는 개수로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 끼움홈(215)은 상부단이 개방되고 하부단이 밀폐됨으로써 상기 전극판(221,222)의 하부단의 삽입깊이가 제한될 수 있다.
이에 따라, 상기 끼움홈(215)에 복수 개의 전극판(221,222)을 각각 삽입함으로써 서로 이웃하는 각각의 전극판(221,222)은 소정의 간격을 두고 일면이 서로 대면한 상태로 평행하게 배치될 수 있다.
다른 예로써, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 상기 복수 개의 전극판(221,222)은 전극케이스(216)에 고정된 후 상기 전극케이스(216)가 하우징(210')의 제2챔버(212) 측에 결합되는 방식을 통해 고정될 수도 있다.
이때, 상기 전극케이스(216)는 서로 대면하는 내벽에 높이방향을 따라 복수 개의 끼움홈(217)이 인입형성될 수 있으며, 상,하부가 개방된 함체형상일 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 전극판(221,222)이 각각의 끼움홈(217)에 삽입된 상태에서 상기 전극케이스(216)를 제2챔버(212) 측에 삽입하게 되면 개방된 하부를 통해 제1챔버(211)로부터 상승하는 원수가 원활하게 유입될 수 있다.
여기서, 상기 전극케이스(216)는 전원인가시 상기 끼움홈(217)에 삽입되는 전극판(221,222)과의 쇼트를 방지할 수 있도록 절연체 또는 부도체로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 전극케이스(216)는 플라스틱, 콘크리트, 합판 등과 같은 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 공지의 절연체 또는 부도체가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다. 더불어, 상기 전극케이스(216)의 외면에는 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나의 성질을 갖는 코팅층이 도포됨으로써 원수에 포함된 중금속 등에 의해 전극케이스(216)가 손상되는 것을 미연에 방지할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기응집조(200')는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 원수가 유입되는 제1챔버(211) 측에 버블을 발생시키기 위한 산기관(250)이 배치될 수 있다.
즉, 상기 산기관(250)은 상기 제2챔버(212)의 하부측에 형성되는 제1챔버(211) 측에 배치됨으로써 외부로부터 공급되는 공기를 분출하는 과정에서 발생되는 버블이 상기 제2챔버(212) 측에 배치되는 각각의 전극판(221,222) 사이로 통과할 수 있도록 한다.
이를 통해, 전기응집조(200')의 가동시 전기응집 반응을 통해 발생하는 고분자 수산화물 복합체(flocs)와 같은 응집체가 전극판(221,222)에 들러붙는 것을 방지하여 각각의 전극판(221,222)이 오염되는 것을 최소화하거나 가동 상태에서 전극판(221,222)에 들러붙은 응집체를 제거할 수 있음으로써 전극판(221,222)의 사용시간을 늘릴 수 있으며, 일정한 처리 성능을 유지할 수 있다.
일례로, 상기 산기관(250)은 도 8에 도시된 바와 같이 소정의 길이를 갖추고 길이방향을 따라 복수 개의 토출공(251)이 관통형성된 중공관일 수 있으며, 상기 산기관(250)은 상기 제1챔버(211)에 배치되는 유입관(230)과 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 여기서, 상기 산기관(250)은 상기 유입관(230)과 동일한 높이에 배치될 수도 있고, 상기 유입관(230)의 상부 또는 하부측에 배치될 수도 있음을 밝혀둔다.
이때, 상기 산기관(250)은 적절한 사이즈의 버블이 발생할 수 있도록 토출공(251)의 직경이 0.1~10mm일 수 있다. 또한, 상기 산기관(250)과 상기 파워전극(221) 및 희생전극(222) 사이의 간격은 5~100mm일 수 있으며, 바람직하게는 20~30mm일 수 있다. 그러나, 산기관과 파워전극 및 희생전극 사이의 간격을 이에 한정하는 것은 아니며, 원수의 전체 처리용량에 따라 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기 산기관(250)은 상기 전기응집장치의 가동을 중단한 상태에서 상기 전극판(121,122)에 들러붙은 응집체를 빠르게 제거하기 위한 청소작업을 수행하기 위해 별도로 작동될 수도 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 적용되는 전기응집조(200,200',200")는 전원의 공급, 전원의 차단, 상기 파워전극(221)에 인가되는 전원의 크기나 전류밀도 등과 같은 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(240)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부(240)는 상기 한 쌍의 파워전극(221)에 인가되는 전원의 극성을 주기적으로 변환할 수도 있다. 이를 통해, 전기응집반응시 전극판(221,222)의 양면에 인가되는 극성이 주기적으로 변경됨으로써 양면이 골고루 사용될 수 있도록 한다. 이에 따라, 전극판(221,222)의 양면이 골고루 사용될 수 있음으로써 전극판(221,222)의 교체주기를 늘릴 수 있다.
여기서, 상기 제어부(240)는 복수 개의 전기응집조(200,200',200")에 개별적으로 구비될 수도 있고 하나의 제어부를 통해 복수 개의 전기응집조(200,200',200")를 모두 제어하는 형태일 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템(1)은 상술한 원수공급조(100), 전기응집조(200,200',200") 및 분리막조(300) 이외에 일반적인 수처리 시스템에 사용되는 공지의 침전조, 슬러지 농축조, 탈수조, 역삼투 장치와 같은 추가적인 구성이 포함될 수도 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 수처리용 오염물질 제거 시스템
100 : 원수공급조 300 : 분리막조
200,200',200" : 전기응집조 210,210' : 하우징
211 : 제1챔버 212 : 제2챔버
213 : 제3챔버 214 : 격벽
215 : 끼움홈 216 : 전극케이스
217 : 끼움홈 218 : 배출공
219 : 드레인배관 220 : 전극부
221 : 파워전극 222 : 희생전극
230 : 유입관 231 : 분사공
240 : 제어부 250 : 산기관
251 : 토출공 252 : 다공성기재
260 : 지지프레임

Claims (15)

  1. 원수공급조;
    분리막조; 및
    상기 원수공급조 및 분리막조 사이에 배치되고, 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 응집시키는 전기응집조;를 포함하고,
    상기 전기응집조는 복수 개로 구비되어 서로 직렬연결되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 전기응집조는 서로 동일한 처리용량을 가지는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 전기응집조는 동일한 개수의 전극판이 구비되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전기응집조는,
    상부가 개방된 내부공간을 갖는 하우징; 및
    상기 내부공간에 배치되고 상기 원수공급조로부터 유입된 원수로부터 전기응집 원리를 이용하여 오염물질을 응집시키기 위한 복수 개의 전극판을 포함하는 전극부;를 포함하고,
    상기 내부공간은 상기 원수가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버의 상부측에 배치되어 상기 전극부가 배치되는 제2챔버 및 상기 제2챔버에서 전기응집 반응이 완료된 처리수가 일시저장되는 제3챔버를 포함하는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극판은 외부로부터 공급되는 전원이 인가되는 한 쌍의 파워전극과, 상기 한 쌍의 파워전극 사이에 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 이격배치되는 복수 개의 희생전극을 포함하는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2챔버를 규정하는 하우징의 내벽에는 상기 파워전극 및 희생전극의 위치를 고정하기 위한 끼움홈이 높이방향을 따라 인입형성되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    내벽에 높이방향을 따라 인입형성되는 끼움홈 측에 상기 파워전극 및 희생전극이 착탈가능하게 결합되는 전극케이스를 포함하고, 상기 전극케이스는 상기 하우징의 제2챔버 측에 결합되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제1챔버 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 분사공이 형성된 유입관을 포함하고, 상기 유입관은 상기 전극판의 배열방향과 평행한 방향으로 배치되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제1챔버 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 토출공이 형성된 산기관을 포함하고, 상기 산기관은 외부로부터 공급되는 공기를 이용하여 상기 토출공을 통해 버블을 분출하는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  10. 제 4항에 있어서,
    상기 제2챔버 및 제3챔버는 상기 내부공간에 소정의 높이로 돌출형성되는 격벽을 매개로 서로 구획되고, 상기 제2챔버에서 전기응집반응이 완료된 처리수는 상기 격벽의 상부단을 넘어 상기 제3챔버 측으로 이동하는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 제3챔버의 바닥면에는 상기 처리수를 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 배출공이 형성되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 하우징은 절연체 또는 부도체로 이루어지는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 하우징은 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나를 갖는 코팅층이 외면에 도포되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  14. 제 4항에 있어서,
    상기 전극부 측으로 전원의 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전극부에 인가되는 전원의 극성을 주기적으로 변환하는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  15. 제 4항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극판은 철, 알루미늄, 스테인레스 및 티타늄 중 어느 하나로 이루어지는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
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