KR20200074485A - 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원수에 포함된 난분해성 잔류유기물이나 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 오염물질을 효율적으로 제거하기 위해 전기분해 과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 오염물질을 분해시키고 입상 활성탄 및 제올라이트와 같은 흡착여과재를 이용하여 미분해 오염물질을 흡착하는 전해흡착여과를 위한 고도 수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징(전해조)의 지름을 크게 하고 흡착여과층를 높이를 높게 하여 대용량의 원수를 처리할 수 있도록 하되, 극판 사이의 거리가 멀어져 전기분해가 잘 일어나지 않는 것을 방지하기 위해 외측탄소섬유전극과 내측탄소섬유전극 사이에 중간전극을 더 설치하고 전도성이 우수한 흡착여과재를 충전하여 저항을 최대한 줄이며 흡착여과층의 높이가 높아짐에 따라 전기분해과정에서 발생하는 가스가 흡착여과층에서 원활하게 배출되지 않는 것은 해결하기 위해서 외측탄소섬유전극(3) 및 중간전극에 다수의 관통구멍을 형성하며, 상기 하우징과 외측탄소섬유전극 사이에는 가스 통로를 형성하여 가스가 원활하게 배출하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치에 관한 것이다.

Description

전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치{Equipment of Advanced Wastewater Treatment using Eletrolysis-adsorption filtration}

본 발명은 원수에 포함된 난분해성 잔류유기물이나 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 오염물질을 효율적으로 제거하기 위해서 전기분해 과정에서 발생하는 산화성 물질을 이용하여 미량 유해물질 및 병원균의 산화 분해와 살균기능을 수행하는 동시에 입상 활성탄 및 제올라이트 등과 같은 흡착여과재의 흡착여과 작용을 이용하여 미분해 오염물질을 흡착하여 제거효율을 향상시킨 전해흡착여과를 위한 고도 수처리장치에 관한 것이다.

각종 산업폐수 및 생활오수의 처리방법으로는 침전, 여과 등 물리적 방법을 이용한 물리적 처리방법, 화학약품을 투입하여 화학반응에 의해 처리하는 화학적 처리방법, 미생물을 이용하여 유기물을 분해처리하는 생물학적 처리방법이 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 처리방법이 적용된 종래의 수처리장치는 설치규모가 크고, 설치구조가 복잡하여 설치비용이 고가일 뿐만 아니라 설치규모의 크기로 인하여 대규모의 면적이 필요하여 설치면적에 대해 부담이 크며, 설치하는 경우도 설치구조가 복잡하여 고도의 처리기술이 필요하고, 이로 인한 운전미숙 및 전문성의 결여로 인하여 처리장치를 정상적으로 가동할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 물리적인 방법과 생물학적 처리 방법을 거쳐서 흡착제나 혼합조제 약품을 사용한 화학적 처리 공정을 거친 후에도 제거되지 않은 미량 유해물질로 인해서 실제 방류수 수질 허용기준을 만족하면서도 시각적 및 후각적인 불쾌감으로 민원의 대상이 되고 있는 실정이다.

이에 따라 기존 방법으로 처리되지 않는 난분해성 유기물질, 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 인체에 유해한 미량 유해물질을 전기 화학적 방법으로 전기분해를 이용하는 전해법과 흡착여과재의 흡착 작용을 이용하는 흡착법이 개발되고 있다.

전기분해는 물질에 전류를 통하여 화학변화를 일으키는 것으로, 오염물질이 포함된 원수에 음극과 양극의 전극 판을 침적시키고 이 전극 판에 직류전원을 공급할 때 전극 판에서 발생하는 양, 음이온으로 원수에 포함된 유분, 무기성 오염물질, 유기성 오염물질 및 콜로이드성 오염물질을 제거하는 것이다. 이러한 전기분해를 이용한 산화분해는 직접산화(direct oxidation)와 간접산화(indirect oxidation)로 이루어지는데, 직접산화는 물의 전기분해에 의해 형성되는 OH 라디칼이 양극 표면에 흡착되어 유기물을 직접 산화하는 것이고, 간접산화는 차아염소산(hypochlorous acid), 오존(ozone), 과산화수소(hydrogen peroxide) 또는 산화된 금속이온과 같은 강한 산화제 등에 의한 간접 산화하는 것이다.

종래 기술에 따른 전기분해장치는, 크게 전해조, 전극 유닛 및 전원공급부로 이루어진다. 전원공급부는 전력공급을 위한 것으로서 교류를 직류로 바꿔주는 정류기, 회로차단기 등으로 구성된다. 그리고 전해조는 일정량의 원수를 저장할 수 있는 하우징으로 이루어지고 내부에 양극판과 음극판으로 구성되는 전극 유닛이 설치된다. 일반적으로 극판의 재질은 DSA(Ti/RuO₂-IrO₂), 백금(Pt), Ti/PbO₂, Ti/SnO₂ 및 그라파이트(Graphite) 등의 불용성 전극과, 철(Fe)과 알루미늄(Al) 등의 가용성 전극이 널리 사용된다. 그런데 전기분해시 양극에서는 산화반응이 일어나 양극재료가 많이 소모되기 때문에 양극판은 티타늄, 이리듐 및 DSA , SPR(Sn/Pb/Ru) 등의 고가의 재료를 사용한다.

그리고 종래의 활성탄 흡착설비는 일정한 높이로 입상 활성탄을 충전하고 처리할 물을 통과시켜 오염물질을 흡착시켜 제거하는 것이다. 그러나 입상 활성탄은 유기오염물질을 흡착하는데 한정된 능력을 가지고, 일정기간 동안 사용하면 흡착능력이 감소하여 파과(Breakthrough)가 발생하는 문제점이 있다. 이와 같이, 전기분해장치와 활성탄 흡착설비는 장단점을 갖는 것으로 각각 단독으로 사용될 경우 단점을 개선하고 처리효율을 높이는데 한계가 있다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 본 발명자들에 의해 개발된 전해-탄소여과필터 및 이를 이용한 수처리장치는, 전기분해장치와 활성탄여과장치를 하나로 통합하여 처리효율을 높인 것으로서, 도 12에서 보는 바와 같이, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징(110)의 내부에 탄소섬유전극(2)과 탄소관 전극(13)을 설치하고, 상기 탄소섬유전극(2)과 탄소관 전극(13) 사이에 일정량의 입상 활성탄과 제올라이트를 상하로 충전하여 일정 높이로 활성탄 층(5)과 제올라이트 층(9)을 형성한 것이다. 따라서 탄소관 전극(13)의 중공을 통해 원수를 주입하면, 원수는 하우징(111)의 하부로 이동한 후, 상기 하우징(110)의 내부에 있는 활성탄 층(5)과 제올라이트 층(9)을 차례로 통과하면서 상부로 이동한다. 이때, 상기 탄소섬유전극(2)에 (-)전원을 인가하고 탄소관 전극(13)에 (+)전원을 인가하면, 하우징(110) 내부의 원수가 전기 분해되고 이 과정에서 발생하는 라디칼이 원수에 포함된 오염물질을 산화분해하고, 전기분해에 의해 분해되지 않는 오염물질은 활성탄 여과 층(5)과 제올라이트 층(9)에서 차례로 흡착되어 제거되는 것이다.

이와 같이, 종래의 전해-탄소여과필터를 이용한 수처리장치는, 탄소섬유전극과 탄소봉 전극사이에 입상 활성탄이 충전되어 전극판 사이의 저항을 줄이고, 입상 활성탄의 흡착과 전기분해에 의한 산화분해를 반복함에 따라 오염물질의 처리성능이 향상시킬 뿐만 아니라 입상 활성탄을 별도의 재생 없이 장기간 사용할 수 있게 하는 효과가 있다.

그러나 종래기술에 따른 전해-탄소여과필터는, 전해조의 지름이 커질수록 양극판과 음극판 사이의 거리가 멀어져 저항이 증가하기 때문에 전기분해가 원활하게 이루어지지 않는다. 따라서 종래에는 실험실 수준으로만 가능하였고 대용량의 하수를 처리하는 현장에는 적용하기 어려웠다.

또한, 전해조 내부에 충전된 흡착여과층의 높이가 높아질수록 전기분해시 흡착여과층의 내부에서 발생하는 가스(예, 수소 가스)가 흡착여과층의 외부로 원활하게 배출되지 못하기 때문에 흡착여과층 내부에 가스가 누적되어 폭발 등의 안전사고가 발생할 위험이 있거나 흡착여과재를 부상시켜서 여과효율을 떨어드리는 문제가 있었다. 아울러 종래의 탄소섬유전극은 구조가 복합하고 부식이 발생하기 때문에 현장에 적용하기 어려운 문제가 있었다.

대한민국 특허등록 10-1422370호(등록일자:2014.07.16.) 대한민국 공개특허 10-1994-0023801호(공개일자:1994.11.17.) 대한민국 특허등록 10-1842552 (등록일자: 2018년03월21일)

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 대용량의 원수를 처리할 수 있도록 하우징(전해조)의 지름을 충분히 크게 하고 흡착여과층의 높이를 충분히 크게 하여 실제 현장에 그대로 적용할 수 있는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 대용량의 원수를 처리할 수 있도록 하우징의 지름을 충분히 크게 하고, 접촉여과층의 높이를 충분히 크게 하여 1일 2㎡ 이상의 원수를 원활하게 처리할 수 있는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 외측탄소섬유전극과 내측탄소섬유전극 사이에 중간전극을 더 설치하고 상기 외측탄소섬유전극과 내측탄소섬유전극 및 중간전극과 전면적으로 접촉할 수 있도록 흡착여과재를 충전하여 전극 사이의 저항을 낮춰서 하우징의 지름을 최대한 크게 할 수 있는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 외측탄소섬유전극과 중간전극에 가스가 통과할 수 있는 다수의 관통구멍을 형성하고, 상기 하우징과 외측탄소섬유전극 사이에 가스가 통과할 수 있는 가스 통로를 형성하여 전기분해시 흡착여과층에서 발생하는 가스를 신속하게 외부로 배출할 수 있도록 하여 흡착작용이 안정적으로 이루어지고 안전사고를 방지할 수 있는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 입상 활성탄이 충전된 흡착여과층과 제올라이트 입자가 충전된 흡착여과층을 직렬로 연결하여 대용량의 원수를 처리할 수 있도록 할 뿐만 아니라 입상 활성탄 및 제올라이트의 수명을 연장하고 재활용을 용이하게 할 수 있는 전해흡착여과를 이용한 수처리 장치를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명은 정수기, 초기우수처리장치, 오폐수처리시설 등에 쉽게 적용하여 수중의 난분해성 잔류유기물이나 색도 유발 물질, 맛과 냄새, 잔류 농약 등 인체에 유해한 미량 유해물질을 제거할 수 있는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치는,

전기분해와 흡착여과를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 제거하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치에 있어서,

일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;

상기 하우징의 내측 면에 설치되는 외측탄소섬유전극과;

상기 외측탄소섬유전극의 중심에 수직으로 설치되고 가운데에 중공이 형성되어 상기 하우징의 하부로 원수를 공급하는 내측탄소섬유전극과;

상기 외측탄소섬유전극과 내측탄소섬유전극 사이의 중간에 설치되는 중간전극과;

상기 하우징의 내부에 일정한 높이로 흡착여과재를 충전하여 상기 외측탄소섬유전극, 내측탄소섬유전극 및 중간전극과 전면적으로 접촉하는 흡착여과층과;

상기 내측 및 외측탄소섬유전극과 중간전극에 직류전원을 공급하는 전원공급부와;

상기 하우징과 외측탄소섬유전극 사이에 형성되어 전기분해시 상기 흡착여과층에서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 가스 통로;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 외측탄소섬유전극은, 다수의 관통구멍이 형성된 원통체의 내측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고, 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성된다.

상기 원통체는, 일정한 굵기의 플라스틱 위사와 경사가 수직 또는 경사방향으로 교차하도록 성형한 망 체를 원통형으로 말아서 이루어진 원통형 망 체이고, 상기 원통형 망 체의 위사와 경사 사이에는 일정한 크기로 관통구멍이 형성되며, 그 외측 면에는 위사 또는 경사 사이에 상하 또는 경사방향으로 다수의 골이 형성된다.

상기 가스 통로는, 상기 원통형 망 체를 상기 하우징의 내측 면에 밀착되게 설치할 때, 상기 원통형 망 체의 외측 면에 상하 또는 경사방향으로 형성된 다수의 골과 상기 하우징의 내측 면 사이에 형성된다.

상기 가스 통로는, 상기 다수의 관통구멍이 형성된 원통체와 상기 하우징 사이에 설치되는 일정 폭의 간격부재에 의해서 상기 하우징과 원통체 사이에 형성되는 간격에 의해 형성된다.

상기 가스 통로는, 상기 하우징의 내측 면에 형성된 다수의 수직 홈과 상기 외측탄소섬유전극의 외측 면 사이에 형성된다.

상기 내측탄소섬유전극은, 상기 원형 파이프의 외측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고, 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성된다.

상기 원형 파이프는 상단과 하단이 개방된 파이프로 이루어지고 그 하단에는 상하방향으로 다수의 관통 홀이 형성된 다공 원판의 중심을 관통하여 일체로 고정되며, 상기 하우징의 내측 면에는 상기 다공 원판을 지지하기 위한 다수의 걸림 돌기가 형성된다.

상기 중간전극은, 다수의 관통구멍이 형성된 원통체의 내측 면과 외측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고, 그 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성된다.

상기 중간전극은, 다수의 관통구멍이 형성된 스테인리스 스틸 원통으로 이루어지고, 상단에는 스테인리스 스틸 봉이나 바로 이루어진 접속단자가 일체로 형성된다.

상기 중간전극은, 일정한 굵기의 플라스틱 위사와 경사가 수직 또는 경사방향으로 교차하여 그 사이에 일정한 크기로 관통구멍이 형성된 원통형 망 체의 내측 면과 외측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 원통형으로 부착하여 이루어지고, 그 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성된다.

상기 전원공급부는, 상기 내측 및 외측탄소섬유전극에 (-)극을 공급하고 상기 중간전극에는 (+)극을 공급한다.

상기 탄소섬유시트의 상단에 일체로 형성되고 몇 가닥의 탄소섬유를 상부로 인출시켜 이루어진 접속단자의 하단 부분에는 구리판으로 이루어진 지지수단을 감싸서 상기 하우징 내의 수위보다 상부로 돌출되게 형성한다.

상기 탄소섬유시트의 상단과 하단에는 링 형상으로 이루어지고 가운데에 상기 탄소섬유시트의 가장자리가 삽입되는 홈이 형성되어 “ㄷ”자 형상의 단면을 갖는 지지링이 더 설치된다.

상기 하우징은 상단과 하단이 개방된 원통으로 이루어지고, 상단에는 일정한 크기로 내부공간을 형성하는 상부커버가 설치되고, 하단에는 일정한 크기로 내부공간을 형성하는 하부커버가 설치되며, 상기 상부커버의 가운데에는 상기 원형 파이프의 상단부가 관통하여 외부로부터 원수가 공급받을 수 있게 하고, 상기 상부커버의 일 측에는 상기 하우징 내의 흡착여과층을 거쳐서 올라오는 여과수를 외부로 배출하기 위한 여과수 배출구가 설치되며, 상기 상부커버의 타 측에는 상기 흡착여과층에서 발생하고 가스통로를 따라 상부로 올라온 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구가 설치되고, 상기 하부커버에는 상기 여과수 배출구를 통해서 주입되는 세척액을 외부로 배출하기 위한 역세수 배출구가 형성된다.

본 발명에 따르면, 하우징의 지름을 크게 하고 접촉여과층의 높이를 크게 하여 대용량의 원수를 처리할 수 있도록 함으로써 실제로 현장에 적용하여 1일 2㎡ 이상의 원수를 원활하게 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 외측탄소섬유전극과 내측탄소섬유전극 사이에 중간전극을 설치하고 이들 사이에 전도성이 우수한 입상 활성탄이나 제올라이트를 충전하여 전극 사이의 저항을 줄여서 전기분해반응을 촉진하고, 낮은 전력에서도 높은 처리효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 외측탄소섬유전극과 중간전극에 다수의 관통구멍을 형성하고 하우징과 외측탄소섬유전극 사이에 공기통로를 형성함으로써 전기분해시 흡착여과층에서 발생하는 가스를 원활하게 배출하여 여과효율이 떨어지거나 폭발 등의 안전사고가 발생하는 것을 방지하며 전기분해과정에서 발생하는 염소 가스를 흡착하여 제거함으로써 위해가스가 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 입상 활성탄이나 제올라이트의 흡착과 전기분해에 의한 산화분해를 반복함으로써 입상 활성탄이나 제올라이트의 오염물질 흡착성능을 향상시킬 뿐만 아니라 입상 활성탄이나 제올라이트를 별도의 재생 없이 장기간 사용할 수 있게 함으로써 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 발명 또한, 기존에 백금 등 고가의 전극 대신 탄소섬유전극이나 스테인리스 전극을 사용함으로써 시설비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전해탄소여과를 이용한 고도 수처리장치의 일 예를 보여주는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 외측탄소섬유전극의 일예를 보여주는 사시도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 원통체의 일예를 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 탄소섬유의 일예를 보여주는 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 탄소섬유의 다른 실시 예를 보여주는 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 내측탄소섬유전극의 일예를 보여주는 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 중간전극의 일예를 보여주는 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 중간전극의 다른 실시 예를 보여주는 사시도,
도 10은 도 1에 도시된 전해탄소여과를 이용한 고도 수처리장치의 A-A선 횡단면도,
도 11은 본 발명에 따른 전해탄소여과를 이용한 고도 수처리장치의 다른 실시 예를 보여주는 단면도,
도 12는 종래 기술에 따른 전해탄소여과장치를 보여주는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 설명에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치의 바람직한 실시 예를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치(1)는, 전기분해와 흡착여과 작용을 동시에 이용하여 오염물질의 제거효율을 높이는 것으로, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징(2)과; 상기 하우징(2)의 내측 면에 설치되는 외측탄소섬유전극(3)과; 상기 외측탄소섬유전극(3)의 중심에 수직으로 설치되고 가운데에 중공이 형성되어 상기 하우징(2)의 하부로 원수를 공급하는 내측탄소섬유전극(5)과; 상기 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 사이의 중간에 설치되는 중간전극(6)과; 상기 하우징(2)의 내부에 일정한 높이로 흡착여과재를 충전하여 상기 외측탄소섬유전극(3), 내측탄소섬유전극(5) 및 중간전극(6)과 전면적으로 접촉되는 흡착여과층(7)과; 상기 내측 및 외측탄소섬유전극(3)(5)과 중간전극(6)에 직류전원을 공급하는 전원공급부(8)와; 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 형성되어 전기분해시 상기 흡착여과층(7)에서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 가스 통로(9);를 포함하여 이루어진다.

이와 같이, 본 발명은, 일정한 크기의 하우징(2)의 내측에 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 및 중간전극(6)을 일정한 각격으로 설치하고 직류전원을 공급하여 하우징(2) 내부의 물을 전기분해하고 전기분해과정에서 발생하는 라디칼을 이용하여 오염물질을 분해시켜서 제거한다. 또한, 상기 하우징(2)의 내부의 흡착여과층(7)을 이용하여 전기분해에 의해 제거되지 않는 물질과 전기분해과정에서 발생하는 염소 가스를 흡착하여 제거함으로써 오염물질의 제거효율을 크게 높일 수 있다.

또한, 본 발명은, 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 사이에 중간전극(6)을 더 설치하고 상기 외측탄소섬유전극(3), 내측탄소섬유전극(5) 및 중간전극(6) 사이에 전도성이 우수한 흡착여과재를 충전하여 전극 사이의 저항을 낮춰서 저 전력으로 전기분해가 가능하도록 하거나 상기 하우징(2)의 지름을 크게 확대하여 대용량의 원수를 처리할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은, 외측탄소섬유전극(3)와 중간전극(6)에 다수의 관통구멍(34)을 형성하고 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 가스 통로(9)를 형성하여 전기분해시 상기 흡착여과층(7)에서 발생하는 가스를 외부로 원활하게 배출함으로써, 중력과 흡착여과재의 무게로 인해 흡착여과층(7)에서 발생하는 가스가 배출되지 못하여 흡착여과재의 부상으로 여과효율이 떨어지거나 흡착여과층(7) 내에 가스가 누적되어 폭발 등의 안전사고가 발생하는 것을 방지한다.

이를 위해서, 본 발명의 하우징(2)은, 일정량의 원수와 흡착여과재를 수용할 수 있는 내부공간을 갖는 원통으로 이루어진다. 또한, 하우징(2)는 상단과 하단이 개방된 플라스틱이나 아크릴 소재로 이루어지며 상단에는 상부커버(21)가 설치되고 하단에는 하부커버(22)가 설치된다. 바람직하게, 상기 하우징(2)은 지름이 20cm 내지 50cm이고, 높이는 60cm 내지 100cm인 중대형 원통이나 현장여건에 따라 크기는 조절될 수 있다.

그리고 상기 하우징(2)의 내부에는 전기분해가 가능하도록 전극판을 설치하는데, 하우징(2)의 내측에는 외측탄소섬유전극(3)을 설치하고, 하우징(2)의 중심에는 내측탄소섬유전극(5)를 설치하여 그 가운데에는 중간전극(6)이 설치된다.

또한 상기 하우징(2)의 상부에는 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 및 중간전극(6)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(8)가 설치된다. 상기 전원공급부(8)는 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5)에 음극(-)전원을 공급하여 음극판이 되도록 하고, 상기 중간전극(6)에는 양극(+)을 공급하여 양극판이 되도록 한다. 즉, 한 쌍의 양극판 사이에 하나의 음극판이 배치되는 구조를 갖는다.

그리고 상기 하우징(2)의 내부에는 흡착여과재를 충전하여 흡착여과층(7)을 형성한다. 바람직하게 흡착여과재는 입상 활성탄이나 제올라이트 입자이다. 입상 활성탄은 식물계인 톱밥, 목재 및 야자껍질과 광물계인 석탄류를 탄화, 활성화 과정을 통해 분자크기의 미세한 세공을 잘 발달시킨 무정형 탄소입자로서, 매우 큰 내부 표면적을 갖고 탄소원자로 이루어지기 때문에 전도성이 우수하여 음극과 양극판 사이의 저항을 낮추는 역할을 한다. 그리고 제올라이트는, 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 것으로 여러 종류가 있는데, 장석과 같이 (Si,Al)O4의 사면체가 정점 산소(apica oxygen)에 의하여 3차원의 골격구조를 만들고 있지만 공극이 있으며 여기에 물 분자와 교환성 양이온이 포함되어 있다. 그리고 제올라이트는 독특한 응용광물학적 성질, 양이온교환 특성, 흡착 및 분자체 특성, 촉매 특성, 탈수 및 재흡수 특성 등이 있고 탁도 제거 능력, 암모니아 질소를 흡착 능력이 있다. 또한 알루미늄과 나트륨의 규산염인 제올라이트는 칼슘 이온과 마그네슘 이온을 흡착하여 물의 경도를 낮춰 물을 연수로 만드는 능력도 있다. 아울러 제올라이트는 원수에 포함된 영양염류(N, P) 및 유해성 이온물질을 흡착하여 제거하는 능력도 가지고 있다. 이때 흡착여과재는 하우징(2) 높이의 3/4 이상 충전하여 흡착여과층(7)이 외측 및 내측탄소섬유전극(3)(5)과 중간전극(6)과 전면적으로 접촉할 수 있도록 한다.

바람직하게 입상 활성탄은 지름은 0.85~3.17mm 범위이다. 일반적으로 0.64~0.85mm의 유효 지름을 갖는 입상 활성탄은 흡착을 목적으로 사용하고 1.0~1.8mm의 유효 지름을 갖는 입상 활성탄은 흡착과 여과용으로 사용된다. 본 발명에서 사용하는 입상 활성탄은 큰 입경의 활성탄을 사용하여 여과속도가 통상적인 활성탄여과조의 여과속도인 5~12.5m/hr보다 빠른 10~20m/hr의 여과속도를 갖게 된다. 즉, 본 발명에서 사용하는 입상 활성탄은 기존의 활성탄 여과조에서 사용하는 활성탄보다 입경이 크고 여과속도가 빠르다. 따라서 본 발명에 따르면 1일 2㎡ 이상의 원수를 처리할 수 있다.

한편 상기 하우징(2)의 지름이 커지면 커질수록 극판 사이의 거리가 멀어지기 때문에 전기분해의 속도가 떨어지거나 고 에너지의 사용이 요구된다. 또한, 흡착여과층(7)의 높이가 높아질수록 중력이나 흡착여과재의 무게가 늘어자기 때문에 전기분해시 흡착여과층(7)에서 발생하는 가스가 원활하게 배출되지 못하기 때문에 가스가 흡착여과재가 부상시켜서 여과효율이 떨어지거나 흡착여과층(7) 내에 가스가 대량으로 누적되어 폭발 등의 안전사고가 발생할 우려가 높아진다.

따라서 본 발명은 상기 하우징(2)과 흡착여과층(7)의 지름과 높이를 크게 하여 대용량의 원수를 처리할 수 있도록 하기 위해서, 첫째, 하우징(2)의 내부에 설치되는 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 사이에 중간전극(6)을 설치한다. 둘째, 외측탄소섬유전극(3), 내측탄소섬유전극(5) 및 중간전극(6)과 전면적으로 접촉하도록 전도성이 우수한 흡착여과재를 충전한다. 셋째, 상기 외측탄소섬유전극(3)과 중간전극(6)에 다수의 관통구멍(34)을 형성하고 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 가스 통로(9)를 형성한다.

더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 외측탄소섬유전극(3)은, 도 2 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 일정한 크기의 원통체(31)와 상기 원통체(31)의 내측 면에 부착되는 탄소섬유시트(32)로 이루어진다. 즉, 상기 외측탄소섬유전극(3)은, 원통체(31)의 내측 면에 탄소섬유시트(32)를 부착하여 원통형으로 만들어진다. 이때, 상기 원통체(31)는 플라스틱 소재로 이루어진 원통이고 전기분해과정에서 발생하는 가스가 통과할 수 있도록 다수의 관통구멍(34)이 천공된다.

그리고 상기 탄소섬유시트(32)는 유기 고분자 섬유를 1000~3000℃로 소성한 탄소섬유로 이루어진 위사와 경사를 직교시켜서 직조한 직포로 이루어진다. 이러한 탄소섬유시트(32)에는 위사(322)와 경사(321) 사이에 일정한 크기로 관통구멍(35)이 형성되는 구조이기 때문에 가스가 원활하게 통과할 수 있다. 또한, 탄소섬유는 소성과정에서 탄소 원자들이 섬유의 길이 방향을 따라 육각 고리 결정의 형태로 배열되기 때문에 선팽창계수가 낮고 인장 강도, 탄성률 및 전도도가 높다. 따라서 수천 가닥의 탄소섬유로 이루어진 탄소섬유시트(32)는 가격이 저렴하고 가공이 용이하며 표면적이 넓어서 흡착여과재와의 접촉 면적이 넓어지는 효과도 있다.

그리고 도 3 및 도 4에는 본 발명에 따른 원통체(31)의 다른 실시 예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 원통체(31)는, 일정한 굵기의 플라스틱 위사(312)와 경사(311)가 직교방향이나 대각선 방향으로 교차하도록 성형한 망으로서 원통형으로 말아서 이루어진 원통형 망 체(31a)이다. 이러한 원통형 망 체(31a)는, 위사(312)와 경사(311)의 사이에 일정한 크기로 관통구멍(34)이 형성된다. 따라서 원통형 망 체(31a)의 내측 면에 탄소섬유시트(32)를 접착하면 상기 외측탄소섬유전극(3)이 형성된다. 이때, 상기 탄소섬유시트(32)는 원통형 망 체(31a)의 내측 면에 점 접착하여 관통구멍(34)이 막히지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이어, 도 6은 본 발명에 따른 탄소섬유시트(31)의 다른 실시 예를 보여준다. 도시된 바와 같이, 상기 탄소섬유시트(32)는 상단과 하단에 지지 링(37a)(37b)이 더 설치된다. 상기지지 링(37a)(37b)은 탄소섬유시트(32)가 원통형을 유지하도록 한다. 이때, 지지 링(37a)(37b)은 탄소섬유시트(32)의 지름과 대응하는 지름을 갖는 플라스틱이나 아크릴 링으로, 가운데에는 상기 탄소섬유시트(32)의 가장자리가 삽입되는 홈이 길이방향으로 형성되어 “ㄷ”자 형상의 단면을 갖는다. 따라서 원통형의 탄소섬유시트(32)의 상단과 하단을 지지 링(37a)(37b)의 홈에 끼워서 고정하면 탄소섬유시트(32)가 원통형을 유지할 수 있게 된다.

이어서, 도 7은 본 발명에 따른 내측탄소섬유전극(5)의 바람직한 실시 예를 보여준다. 도시된 바와 같이, 내측탄소섬유전극(5)은, 일정한 길이를 갖는 원형 파이프(51)와 상기 원형 파이프(51)의 외측 면에 설치되는 탄소섬유시트(52)로 이루어진다. 즉, 내측탄소섬유전극(5)은 원형 파이프(51)의 외측 면에 탄소섬유시트(52)를 부착하여 가운데에 길이방향으로 중공(51a)이 형성된 파이프 형태로 이루어진다. 상기 원형 파이프(51)는 지름이 2~5cm이고 상단과 하단이 개방된 플라스틱 관으로서, 상단은 상부커버(21)을 관통하여 상부로 일정 길이 돌출되고 하단은 상기 하우징(2)의 하부로 연장된다.

그리고 상기 원형 파이프(51)의 하단에는 다공 원판(55)이 일체로 고정된다. 상기 다공 원판(55)은 하우징(2)의 지름과 같은 지름을 갖는 원판으로서, 상하 방향으로 다수의 관통구멍(56)이 형성되어 있다. 상기 관통구멍(56)은 하우징(2) 내부에 충전된 입상 활성탄이나 제올라이트가 통과할 수 없는 크기로 이루어진다. 그리고 원형 파이프(51)의 단부는 다공 원판(55)의 중심을 관통하여 하우징(2)의 하부로 일정 길이 연장된다. 또한 상기 하우징(2)의 내측 면에는 상기 다공 원판(55)의 하면을 지지하도록 다수의 걸림 턱(57)이 형성된다.

따라서 상기 내측탄소섬유전극(5)을 하우징(2)의 중심에 수직으로 설치하면, 상기 다공 원판(55)이 하우징(2)의 내부에 수평으로 설치되므로 그 상부에 흡착여과재를 충전하여 흡착여과층(7)을 쉽게 형성할 수 있다. 그리고 상기 원형 파이프(51)의 상단에는 원수 공급부를 연결하면, 원형 파이프(51)의 중공(51a)을 통해 하우징(2)의 하부로 원수를 공급할 수 있다. 그리고 상기 원형 파이프(51)를 통해 공급되는 원수가 하부커버(22)의 내부공간을 채우면, 원수는 상향류를 형성하면서 상기 흡착여과층(7)을 따라 하우징(2)의 상부로 이동하게 된다. 이때, 원수에 포함된 오염물질의 일부는 흡착여과층(7)의 흡착여과재에 흡착된다.

그리고 상기 하우징(2) 내부의 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 및 중간전극(6)에 직류전원을 공급하면 흡착여과층(7) 내부의 물이 전기 분해되고 그 과정에서 발생하는 라디칼이 오염물질을 분해시키게 된다. 그리고 오염물질이 흡착되거나 분해된 여과수는 하우징(2)의 상부로 이동한 후, 상기 하우징(2)의 상부에 형성된 여과수 배출구(23)를 통해서 외부로 배출된다.

이어 도 8은 본 발명에 따른 중간전극(6)의 바람직한 실시 예를 보여준다. 도시된 바와 같이, 중간전극(6)은 일정한 지름을 갖는 원통체(61)와, 상기 원통체(61)의 내측 면과 외측 면에 각각 부착되는 2개의 탄소섬유시트(62a)(62b)로 이루어진다. 상기 원통체(61)는 플라스틱으로 이루어지고 전기분해과정에서 발생하는 가스가 관통할 수 있도록 다수의 가스 관통구멍(34)이 형성된다. 바람직하게 상기 원통체(61)는 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 원통형 망 체와 유사한 원통형 망 체(61a)로 이루어질 수 있다. 상기 원통형 망 체(61a)는, 일정한 굴기의 플라스틱 위사와 경사가 직교방향이나 대각선 방향으로 교차하도록 성형한 것으로서, 위사와 경사의 사이에 일정한 크기로 관통구멍(34)이 형성되어 가스가 원활하게 이동할 수 있다.

그리고 상기 탄소섬유시트(62a)(62b)는 도 5에 도시되어 있는 탄소섬유시트(32)와 유사한 것으로, 수천 가닥의 탄소섬유로 이루어진 위사와 경사를 직교시켜서 직조한 것이므로 위사와 경사 사이에 가스가 통과할 수 있도록 관통구멍(35)이 형성된다. 따라서 상기 원통체(61)나 원통형 망 체(61a)의 내측 면과 외측 면에 탄소섬유시트(62a)(62b)를 부착하면, 원통형의 중간전극(6)을 형성할 수 있다.

한편, 상기 중간전극(6)는 스테인리스 스틸 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 스틸 원통에 다수의 관통구멍(34)을 형성하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 중간전극(6)은 원통형 망 체(61a)로 이루어질 수 있다. 즉, 도 9에서 보는 바와 같이, 상기 다공성 스테인리스 스틸 원통을 포함한 망 체(61a)는 자체적으로 전기전도성을 갖기 때문에 탄소섬유시트를 부착할 필요가 없어 구조가 단순하다. 상기 스테인리스 스틸 소재의 원통형 망 체(61a)는 위사와 경사 사이에 관통구멍(34)이 형성되기 때문에 전기분해과정에서 발생하는 가스가 관통할 수 있다. 따라서 이러한 중간전극(6)을 흡착여과층(7)의 내부에 설치하면 전기분해과정에서 발생하는 가스가 이동하여 외부로 배출될 수 있다.

그리고 도 1 및 도 10에서 보는 바와 같이, 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에는 상하방향으로 관통하도록 가스 통로(9)가 형성된다. 상기 가스 통로(9)는 흡착여과층(7)에서 발생하는 가스를 하우징(2)의 상부로 배출하기 위한 것이다. 즉, 전기분해 과정에서 흡착여과층(7) 내에서 가스가 발생하면, 상기 중간전극(6)과 외측탄소섬유전극(3)의 관통구멍(34)(64)을 통해 흡착여과층(7)의 외측으로 이동한 후, 상기 가스 통로(9)를 따라서 하우징(2)의 상부로 배출된다. 즉, 대량의 원수를 처리하기 위해서 상기 흡착여과층(7)의 높이가 높아질수록 전기분해과정에서 발생하는 가스가 흡착여과층(7)을 통해 상부로 배출되기 어렵다. 따라서 상기 흡착여과층(7)에서 발생하는 가스를 외측으로 이동시킨 후 상기 가스 통로(9)를 통해 상부로 배출시킬 있도록 하는 것이다.

예를 들어, 상기 가스 통로(9)는 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 설치되는 간격부재(4)에 의해 형성된다. 즉, 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 일정 두께의 간격부재(4)를 개재하면 일정한 간격이 형성되기 때문에 이를 통해서 가스가 배출될 수 있다. 또한, 상기 가스 통로(9)는 하우징(2)의 내측 면에 다수의 흠이나 돌기를 형성함으로써 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 가스 통로(9)가 형성되도록 할 수 있다.

바람직하게 ,상기 가스 통로(9)는 원통형 망 체(31a)를 포함하는 외측탄소섬유전극(3)을 하우징(2)의 내측 면에 밀착시킬 때, 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 형성되는 간극에 의해 형성될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 원통형 망 체(31a)는 일정한 굵기의 위사(311)와 경사(312)가 좌우 방향이나 대각선 방향으로 교차하도록 성형한 것이므로 외측 면에 상하 또는 경사방향으로 다수의 골(36)이 형성된다. 따라서 이러한 외측면에 다수의 골(36)이 형성된 원통형 망 체(31a)를 하우징(2)의 내측 면에 밀착시키면 원통형 망 체(31a)의 외측 면에 형성된 다수의 골(36)에 대응하도록 가스 통로(9)가 형성되게 된다.

그리고 상기 외측 및 내측탄소섬유전극(3)(5)과 중간전극(6)의 상단에는 전원공급부(8)의 전선과 접속할 수 있도록 접속단자(38)가 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 접속단자(38)는 탄소섬유시트(32)(62) 상단의 탄소섬유 가닥의 일부를 상부로 일정 길이 인출시켜 이루어진다. 그리고 상기 접속단자(38)의 하단부에는 구리판 등으로 이루어진 지지부재(39)를 설치하여 탄소섬유 가닥이 직립 상태를 유지할 수 있도록 한다. 이때, 상기 접속단자(38)는 하우징(2) 내부의 수위보다 위쪽에서 전선을 접속할 수 있도록 하여 전선이 부식되는 것을 방지한다. 그리고 도 9에서 보는 바와 같이, 스테인리스 스틸로 이루어진 중간단자(6)는 그 상단에 일정한 길이로 연장하여 접속단자(38)로 사용하거나 또는 스테인리스 봉이나 바를 용접하여 접속단자(38)를 형성할 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치의 다른 실시 예를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시에는, 두 개의 전해흡착여과모듈(1A)(1B)이 직렬로 연결되는 구조이다. 이때, 제1 및 제2 전해흡착여과모듈(1A)(1B)은, 전술한 바와 같이, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징(2)과; 상기 하우징(2)의 내측 면에 설치되는 외측탄소섬유전극(3)과; 상기 외측탄소섬유전극(3)의 중심에 수직으로 설치되고 가운데에 중공이 형성되어 상기 하우징(2)의 하부로 원수를 공급하는 내측탄소섬유전극(5)과; 상기 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 사이의 중간에 설치되는 중간전극(6)과; 상기 하우징(2)의 내부에 일정한 높이로 흡착여과재를 충전하여 상기 외측탄소섬유전극(3), 내측탄소섬유전극(5) 및 중간전극(6)과 전면적으로 접촉하는 흡착여과층(7)과; 상기 내측 및 외측탄소섬유전극(3)(5)과 중간전극(6)에 직류전원을 공급하는 전원공급부(8)와; 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에 형성되고 전기분해시 상기 흡착여과층(7)에서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 가스 통로(9);를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 하우징(2)의 상단에는 상부커버(21)가 설치되고 하단에는 하부커버(22)가 설치된다. 상기 상부커버(21)의 가운데에는 내측탄소섬유전극(5)의 중심에 있는 원형 파이프(51)의 상단이 일정 길이 돌출된다. 그리고 상기 상부커버(21)의 일 측에는 흡착여과층(7)에서 배출되고 공기 통로(9)를 따라 올라온 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구(24)가 형성된다. 그리고 상기 하부커버(22)의 일 측에는 세정수 배출구(25)가 형성된다.

한편, 상기 제1전해흡착여과모듈(1A)의 하우징(2) 내부에는 흡착여과재로서 입상 활성탄이 일정한 높이로 충전되고, 상기 제2전해흡착여과모듈(1B)의 하우징(2) 내부에는 흡착여과재로서 제올라이트 입자가 일정한 높이로 충전한다. 그리고 제1전해흡착여과모듈(1A)의 여과수 배출구(23)는 연결 호스(27)을 통해서 제2전해흡착여과모듈(1B)의 원형 파이프(51)의 상단과 연결된다.

즉, 종래기술은 하나의 하우징(2) 내에 입상 활성탄과 제올라이트를 상하로 적층하여 흡착여과층(7)을 형성하였다. 그런데 입상 활성탄과 제올라이트를 상하로 적층하면, 입상 활성탄과 제올라이트가 서로 혼합되기 때문에 재활용이 어렵고 흡착여과층(7)의 높이가 제한되기 때문에 대용량의 원수를 처리하기 어려운 문제가 있었다. 따라서 제1전해흡착여과모듈(1A)와 제2전해흡착여과모듈(1B)을 직렬로 연결하면, 대용량의 원수를 처리할 수 있을 뿐만 아니라 입상 활성탄과 제올라이트의 재활용을 용이하게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치(1)의 작용에 대해서 설명한다. 먼저, 상기 제1전해흡착여과모듈(1A)의 원형 파이프(51)로 원수를 공급하면, 주입된 원수는 중공(51a)을 통해서 하우징(2)의 하부로 이동한 후 상향류를 형성하여, 입상 활성탄이 충전된 흡착여과층(7A)을 따라 상부로 이동하면서, 원수에 포함된 오염물질이 입상 활성탄에 흡착된다.

그리고 상기 내·외측탄소섬유전극(3)(5)과 중간전극(6)에 직류 전원을 공급하면, 상기 흡착여과층(7A) 내의 물이 전기 분해되고, 그 과정에서 발생하는 차아염소산과 같은 강한 산화물이 원수에 포함된 오염물질을 산환 분해시키게 된다. 그리고 오염물질이 제거된 여과수는 하우징(2)의 상부로 이동한 후 여과수 배출구(23)와 연결 호스(27)를 통해 이웃하는 제2전해흡착여과모듈(1B)의 원형 파이프(51)로 주입된다. 그리고 전기분해과정에서 발생하는 가스 중 염소 가스는 흡착여과층(7)의 입상 활성탄에 흡착되고, 흡착되지 않는 수소 가스는 중간전극(6)과 외측탄소섬유전극(3)에 형성된 관통구멍(34)을 통해 외측으로 이동한 후 하우징(2) 내측면에 형성된 공기 통로(9)를 통해서 하우징(2)의 상부로 이동한다. 그리고 하우징(2)의 상부로 올라온 가스는 가스 배출구(24)를 통해서 외부로 배출된다.

이어, 상기 제2흡착여과모듈(1B)의 원형 파이프(51)로 주입된 원수는 하우징(2)의 하부로 이동한 후 상향류를 형성하여, 제올라이트가 충전된 흡착여과층(7B)을 따라 상부로 이동하면서, 원수에 포함된 오염물질을 흡착된다. 특히 제올라이트는, 양이온교환 특성, 촉매 특성, 탁도 제거 능력 및 암모니아 질소 흡착 능력이 우수하다. 또한 알루미늄과 나트륨의 규산염인 제올라이트는 칼슘 이온과 마그네슘 이온을 흡착하여 물의 경도를 낮춰 물을 연수로 만드는 능력이 있다. 또한, 제올라이트는 원수에 포함된 영양염류(N, P) 및 유해성 이온물질을 흡착하여 제거하는 능력도 가지고 있다.

아울러 내·외측탄소섬유전극(3)(5)과 중간전극(6)에 직류 전원을 공급하면, 상기 흡착여과층(7B) 내의 물이 전기 분해되면서 발생하는 차아염소산과 같은 강한 산화물이 원수에 포함된 오염물질을 산환 분해시키게 된다. 그리고 오염물질이 제거된 여과수는 하우징(2)의 상부로 이동한 후 여과수 배출구(23)를 통해 외부로 배출된다. 또한, 전기분해과정에서 발생하는 가스 중 염소 가스는 흡착여과층(7B)의 제올라이트에 흡착되고, 흡착되지 않는 수소 가스는 중간전극(6)과 외측탄소섬유전극(3)에 형성된 관통구멍(34)을 통해 외측으로 이동한 후 하우징(2) 내측면에 형성된 공기 통로(9)를 통해서 하우징(2)의 상부로 이동한다. 그리고 하우징(2)의 상부로 올라온 가스는 가스 배출구(24)를 통해서 외부로 배출된다. 이와 같이, 본 실시 예는 두 종류의 흡착여과층(7A)(7B)을 충분한 높이로 형성하여 오염물질을 흡착시킬 뿐만 아니라 서로 다른 흡착 특성을 갖는 입상 활성탄과 제올라이트를 이용하여 다양한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 하부 여과층에 억류된 고형물은 하부의 세정수 배출구(25)를 개방시 상부에서 하로 물이 배출과 동시에 세정이 일어나 여과기능이 회복될 수 있다.

한편, 입상 활성탄이나 제올라이트가 오염물질을 흡착하는데 한계점에 다다르면 이 오염물질에 대한 흡착력이 약해지기 시작하고 결국엔 도로 내뱉기 시작한다. 따라서 본 발명은 입상 활성탄이나 제올라이트의 흡착능이 떨어지면, 상기 하우징(2)의 내부로 염화칼륨용액이나 염화나트륨용액을 주입하거나 음극판과 양극판에 걸리는 전류의 방향을 바꿔서 재생함으로써 입상 활성탄이나 제올라이트를 자주 교환하지 않고 재사용할 수 있도록 한다. 그러면 하우징(2)의 상부로 주입된 세정액은 여과흡착층(7)을 따라 아래로 흐르면서 여과흡착재에 흡착된 오염물질을 세척을 하게 된다. 그리고 오염된 세정액은 하우징(2)의 하부에 구비된 세정수 배출구(25)를 통해 외부로 배출된다.

이와 같이, 본 발명은 실제 현장에 적용 가능한 고도 수처리장치(1)를 제공하기 위한 것으로, 하우징(2)의 지름을 가능한 크게 하고 흡착여과층(7)의 높이를 가능하게 높게 한다. 예를 들어, 본 발명은 적어도 1일 2㎡ 이상의 원수를 처리할 수 있도록 상기 하우징(2)는 지름은 20~50cm 이상으로 하고, 상기 흡착여과층(7)의 높이는 50~80cm 이상이 되게 한다. 아울러 극판 사이의 거리가 멀어져 전기분해가 잘 일어나지 않는 것을 방지하기 위해서 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 사이에 중간전극(6)을 더 설치하여 전극 사이의 거리를 줄이는 동시에 외측탄소섬유전극(3)과 내측탄소섬유전극(5) 그리고 중간전극(6) 사이에 전도성이 우수한 흡착여과재를 충전하여 저항을 최대한 낮춰서 에너지의 사용을 줄일 수 있게 한다. 또한, 상기 흡착여과층(7)의 두께가 두꺼워질수록 전기분해시 발생하는 가스가 흡착여과층(7)에서 원활하게 배출되지 않는 것을 방지하기 위해서, 상기 외측탄소섬유전극(3) 및 중간전극(6)에 다수의 관통구멍(34)을 형성하고, 상기 하우징(2)과 외측탄소섬유전극(3) 사이에는 가스 통로(9)를 형성한다.

이하에서는 본 발명에 따른 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치의 실험 예에 대해서 설명한다.

<실험 예1>

-활성탄 충전유무 및 전극형태별 실험

본 실험은 직경이 150mm 높이 400mm인 2개의 아크릴 원통으로 이루어진 하우징(2)에 탄소봉 전극 대신 길이 300mm이고 직경이 75mm와 150mm인 원통형 스테인리스 전극(SUS)과 탄소섬유 전극(CF)을 설치하여, 활성탄 충전 유무와 전극형태에 따라 Type 1A(활성탄 미충전/양극: SUS 전극 75mm, 음극: 탄소섬유 전극(CF) 150mm), Type 1B(활성탄 미충전/양극: 탄소섬유 전극(CF) 150mm, 음극: SUS 전극 75mm), Type 2A(활성탄 충전/양극: SUS 전극 75mm, 음극: 탄소섬유 전극(CF) 150mm), Type 2B(활성탄 충전/양극: 탄소섬유 전극(CF) 150mm, 음극: SUS 전극 75mm) 등 4종류의 전해흡착여과모듈을 구성하여 실험을 진행하였다. 그리고 실험한 결과를 <표 1>에 요약정리 하였다.

<표 1>에서 보듯이 입상 활성탄이 미충전된 Type 1A와 Type 1B에서는 전압을 2V에서 8V로 증가함에 따라 전류가 각각 0.07A에서 0.86A로, 0.13A에서 0.81A로 증가였다. 반면 입상 활성탄이 충전된 경우에는 전류가 각각 0.16A에서 1.63A로, 0.28A에서 1.27A로 증가하였다. 즉, 입상 활성탄의 전도체 역할로 전류가 Type 2A에서 2배 증가함을 확인하였다.

그리고 전극재료별로 유해가스의 발생여부를 조사한 결과, 입상 활성탄이 충전되지 않고 음극이 SUS 전극인 Type 1B에서 심한 염소가스 발생하였고 스테인리스 전극 용접부위의 용출로 물 색깔이 누렇게 변하였다. 반면 입상 활성탄이 충전되고 음극을 탄소섬유 전극(CF)로 사용한 경우에는 염소가스 냄새가 거의 감지되지 않았고 용출현상 역시 발생되지 않았다. 이와 같이, 입상 활성탄의 충전 유무 및 전극재료와 전극형태별로 염소가스 등 유해가스 발생여부를 조사한 결과로 볼 때, 입성활성탄의 충전과 탄소섬유전극의 사용이 유해가스의 발생을 억제하는 것을 확인할 수 있었다.

입상 활성탄의 충전유무 및 전극형태별 실험결과(직경150mm)

실험 조건	활성탄 미충전		활성탄 충전
전압 (V)	Type 1A (양극:SUS 75mm, 음극: CF 150mm)	Type 1B (양극: CF 150mm, 음극:SUS 75mm,	Type 2A (양극:SUS 75mm, 음극: CF 150mm)	Type 2B (양극: CF 150mm, 음극:SUS 75mm,
	전류(A)	전류(A)	전류(A)	전류(A)
2	0.07	0.13	0.15-0.17 (0.16)	0.27-0.29 (0.28)
4	0.29	0.33	0.56-0.57 (0.56)	0.60-0.63 (0.61)
6	0.55	0.56	1.01-1.05 (1.03)	0.89-0.93 (0.92)
8	0.86	0.81	1.59-1.65 (1.63)	1.24-1.29(1.27)
비 고	·기포발생 등 특이 사항 없음 ·염소가스 냄새가 약간 남	·2V, 4V 기포발생(소),6V기포발생(중),8V기포발생(대) 등 전압이 증가할수록 다량의 기포가 발생했으며 염소가스 냄새가 심함 ·스테인리스 전극 용접부위 용출로 물색깔이 누렇게 변함.	·기포발생이 거의 없고 염소가스 냄새가 안남 ·전극 용접부위 용출이 발생하지 않음	·활성탄미충진에 비해 기포발생이 미미하고 염소가스 냄새가 거의 안남 ·활성탄미충진에 비해 미미하나 SUS 전극 용접부위 용출로 물색깔이 약간 누렇게 변함.

<실험 예2>

-흡착여과재별 처리성능

흡착여과재별 실험은, 탄소섬유 전극(CF)을 설치한 직경이 150mm이고, 길이가 400mm인 아크릴원통의 하우징(2) 중앙에 직경이 15mm 높이350mm인 탄소봉과 직경 75mm 스테인리스 전극을 삽입하여 전극 간격이 37.5mm인 실험장치 3set를 제작 설치하였다. 하우징(2)의 내부에는 입경이 3~4mm인 굵은 입상 활성탄을 바닥으로부터 2cm 두께로 채운 후 그 위에 입경이 1~3.17mm(유효경 1.1mm, 균등계수 1.3)인 입상 활성탄을 22cm(2.2kg) 높이로 채웠다. 한편 제올라이트는 입경이 3~3.5mm인 굵은 제올라이트를 바닥으로부터 2cm 두께로 채운 후 그 위에 입경이 1.5~3mm(유효입경 1.6mm, 균등계수 1.25)인 제올라이트를 20cm(3.1kg) 높이로 채웠다.

각 조에 G 하수처리장에서 채취한 2차 처리수를 주입하여 수리학적체류시간(HRT: hydraulic retention time)이 15분과 30분이고 직류전원 8V인 조건에서 활성탄여과, 제올라이트여과, 활성탄/제올라이트 복층여과, 활성탄-제올라이트 직렬여과 실험을 진행하였다.

<표 2>에서 보듯이 전류는 활성탄여과, 활성탄/제올라이트 복층여과, 활성탄-제올라이트 직렬여과에서 전류는 2.93~3.78A이었으나 제올라이트 여과에서 전류는 0.54~0.63A로 나타났다.

그리고 pH는 7.1~8.7의 범위를 나타냈는데, 활성탄여과는 8.3, 제올라이트여과에서는 8.7까지 상승하였다. 전기전도 및 염소이온의 경우 원수가 각각 703 μS/cm, 53 mg/L인 것을 각 장치별로 처리한 결과, 처리수의 전기전도도 및 염소이온는 572~613 μS/cm, 34~44mg/L로 운전조건에 따라 큰 차이를 보였다. 탁도는 원수가 2.8도 이었으나 각조에서 1.5~2.3으로 활성탄 충전조보다는 제올라이트 충전조에서 양호한 특성을 보였다.

한편 COD농도가 27.1 mg/L인 원수를 처리한 결과, 처리수의 COD농도는 11.4~17.0 mg/L 이었고 처리효율은 37.3~57.9%로 운전조건에 따라 큰 차이를 보였다. 활성탄/제올라이트 복층여과와 전해활성탄-제올라이트 직렬여과에서는 복층보다는 처리성능이 약 12% 향상되었다. 또한, T-N, T-P의 경우 처리수의 농도가 각각 4.2~5.5 mg/L , 0.52~0.85 mg/L로 실험조건에 따라 큰 차이를 보였다.

전반적으로 볼 때, 처리성능은 체류시간을 15분에서 30분으로 2배 증가시켰을 때, 각 운전방식에 따라 차이는 있지만 COD기준 처리성능이 2.6~5.5% 정도 향상됨을 알 수 있었고, 활성탄-제올라이트 직렬여과가 활성탄여과 및 입상활성탄/제올라이트 복층여과에 비해 대체적으로 성능이 우수함으로 확인할 수 있었다.

흡착여과재별 실험결과

구분		전류 (A)	pH	전기전도도 (μS/cm)	염소이온 (mg/L)	탁도 (NTU)	COD (mg/L)	T-N (mg/L)	T-P (mg/L)
원 수		-	6.8~7.0 (6.9)	697~706 (703)	52~53 (53)	2.7~2.9 (2.8)	26.8~27.2 (27.1)	5.5~6.0 (5.8)	0.99~1.01 (1.0)
활성탄여과	8V-15분	3.45~3.57 (3.51)	7.4~7.5 (7.5)	583~585 (584)	36~38 (37)	1.8~2.1 (1.9)	12.2~13.7 (12.8)	4.5~4.6 (4.6)	0.72~0.73 (0.72)
	8V-30분	3.02~3.07 (3.05)	8.3~8.4 (8.3)	591~592 (592)	35~36 (36)	1.9~2.3 (2.1)	11.5~12.4 (11.9)	4.4~4.6 (4.5)	0.66~0.70 (0.67)
제올라이트 여과	8V-15분	0.62~0.64 (0.63)	8.6~8.7 (8.7)	584~585 (584)	35~36 (36)	1.7~1.8 (1.7)	16.3~17.5 (17.0)	5.2~5.8 (5.5)	0.83~0.86 (0.85)
	8V-30분	0.54~0.55 (0.54)	8.3~8.4 (8.4)	575~577 (576)	33~35 (34)	1.5~1.6 (1.5)	15.8~16.8 (16.3)	4.4~5.8 (5.1)	0.63~0.64 (0.64)
활성탄/제올라이트 복층여과	8V-15분	3.75~3.81 (3.78)	7.1~7.2 (7.2)	607~609 (608)	42~43 (42)	1.6~1.7 (1.7)	15.1~17.6 (16.0)	4.4~4.5 (4.5)	0.80~0.85 (0.83)
	8V-30분	3.53~3.56 (3.54)	7.4~7.5 (7.4)	613~614 (613)	44~45 (44)	2.1~2.2 (2.1)	14.3~15.4 (14.9)	4.3~4.6 (4.4)	0.78~0.81 (0.80)
활성탄-제올라이트 직렬여과 (15분)	활성탄 (8V-7.5분)	3.34~3.53 (3.45)	7.1~7.2 (7.2)	601~605 (603)	38~39 (39)	1.7~1.8 (1.8)	14.1~15.0 (14.5)	4.5~4.6 (4.6)	0.66~0.68 (0.67)
	제올라이트 (8V-7.5분)	0.57~0.60 (0.59)	7.2~7.3 (7.3)	591~595 (593)	33~36 (35)	1.5~1.7 (1.6)	12.6~13.1 (12.9)	4.2~4.5 (4.3)	0.53~0.54 (0.54)
활성탄-제올라이트 직렬여과 (30분)	활성탄 (8V-15분)	2.87~2.97 (2.93)	7.0~7.1 (7.1)	597~598 (598)	35~36 (36)	2.2~2.3 (2.3)	13.0~15.0 (14.1)	4.4~4.5 (4.5)	0.64~0.67 (0.65)
	제올라이트 (8V-15분)	0.60~0.65 (0.63)	7.4~7.5 (7.5)	571~572 (572)	33~34 (34)	1.8~2.1 (2.0)	10.0~12.1 (11.4)	4.2~4.3 (4.2)	0.48~0.58 (0.52)

<실험 예 3>

-살균실험

흡착여과재별 실험은 탄소섬유 전극(CF)을 설치한 직경이 150mm이고, 길이가 400mm인 아크릴원통의 하우징(2) 중앙에 직경15mm 높이350mm인 각 조에 하수처리장 2차 처리수를 주입하여 수리학적체류시간(HRT: hydraulic retention time) 15분과 30분인이고 직류전원 8V인 조건에서 활성탄여과, 제올라이트여과, 활성탄/제올라이트 복층여과, 활성탄-제올라이트 직렬여과에 대해 살균실험을 진행하였다.

소독공정을 거치지 않은 2차 처리수를 각 전해산화공정에서 처리한 결과 처리수의 대장균군수는 220~320 개/ml 로 제올라이트여과, 활성탄/제올라이트 복층여과, 활성탄여과, 활성탄-제올라이트 직렬여과순으로 대장균군의 제거효율이 향상되었다. 이는 공공하수처리시설의 방류수 수질기준(총대장균수 1,000∼3,000 개/ml)에 충족할 수 있었고 더 나아가 중수도의 세척·살수용수, 조경용수, 하천 등 유지용수 수질기준(총대장균수 1,000 개/ml)에도 적합하였다.

<실험 예 4>

-현장 적용성 평가실험

현장 적용성 평가실험에 사용한 장치는 활성탄여과와 활성탄/제올라이트 복층여과이였으며, 각 조에 충전한 활성탄은 크기가 8*30mesh(직경 0.85~3.17mm)이고 유효입경(d10)이 0.87mm, 균등계수(u)가 1.5인 것을 사용하였다. 흡착여과재 충전량의 경우 활성탄여과는 활성탄 충전 높이가 25cm, 활성탄 충전량 3.54kg 이었고, 활성탄/제올라이트 복층여과는 활성탄 충전 높이 19cm, 활성탄 충전량 2.69kg 이었으며, 제올라이트 충전 높이 6cm, 충전량 1.35kg 이었다. 활성탄여과와 활성탄/제올라이트 복층여과에 산업폐수가 다량 유입되는 H 하·폐수처리장 가압부상 처리수를 주입하여 수리학적체류시간(HRT: hydraulic retention time) 15분과 직류전원 8V인 조건에서 실험을 진행하였다.

현장 적용성 평가실험 결과는 <표 3>에서 보듯이 직경 100mm 스테인리스 전극을 삽입하여 탄소섬유전극+스테인리스 전극+탄소봉으로 구성한 활성탄여과와 탄소섬유전극+스테인리스 전극+탄소섬유관 전극으로 구성한 활성탄/제올라이트 복층여과의 전류는 각각 4.38A와 4.69A로 거의 유사하였다.

활성탄여과와 활성탄/제올라이트 복층여과에서 pH는 각8.5와 8.6로 pH가 상승하였고, 전기전도도는 원수 2,168 μS/cm에서 2,001 μS/cm와 2,000 μS/cm로 약간 감소하였으며, 염소이온은 원수 256 mg/L에서 143 mg/L와 151 mg/L로 전기분해로 인해 크게 감소하였다.

현장 적용성 전해탄소여과 실험결과

구분			전류 (A)	pH	전기전도도 (μS/cm)	염소이온 (mg/L)	탁도 (NTU)	색도 (도)	COD (mg/L)
원 수			-	6.9~7.0 (7.0)	2,108~2,214 (2,168)	255~257 (256)	2.0~2.1 (2.1)	31	36.3~37.7 (36.9)
전해 활성탄 여과	ø200	8V-15분	4.37~4.41 (4.38)	8.5~8.6 (8.5)	1,998~2,005 (2,001)	141~145 (143)	1.8~1.9 (1.8)	15	15.1~15.7 (15.4)
전해활성탄/ 제올라이트 여과 (복층)	ø200 (A)	8V-15분	4.50~4.82 (4.69)	8.5~8.6 (8.6)	1,996~2,002 (2,000)	148~154 (151)	1.6~1.7 (1.7)	16	15.8~16.5 (16.1)

탁도는 원수가 2.1도 이었으나 각조의 처리수의 경우 1.7~1.8로 거의 유사하였으며, 색도가 31도인 원수를 처리한 결과 색도는 각각 15도와 16도로 제거효율이 51.6%와 48.4%이였다. 한편 COD농도가 36.9 mg/L인 원수를 처리한 결과 각조의 COD농도는 15.4 mg/L와 16.1 mg/L로 제거효율이 58.3%와 56.3%이였다.

현장 적용성 평가 실험결과를 토대로 볼 때, 활성탄여과와 활성탄/제올라이트 복층여과 또는 활성탄-제올라이트 직렬여과를 이용한 패키지형 수처리장치 개발은 기존처리시설의 현장 애로사항인 난분해성 COD처리에 전극 활용이 가능함을 확인할 수 있었다.

<실험 예 5>

-재생실험

본 재생실험은 3개월간 사용한 직경이 150mm 활성탄여과와 활성탄/제올라이트 복층여과 그리고 제올라이트여과 3개조의 여재를 재생실험 하였다.

본 재생실험 방법은 재생액으로 0.1N HCI과 1% NaCl 용액을 각 여과조에 넣은 후 순환속도 650 ml/min (HRT 5분)로 내부순환을 10분간 진행하였다. 또한, 흡착실험은 사용하지 않은 활성탄(신탄)과 3개월간 사용한 활성탄을 0.1N HCl과 1% NaCl로 재생한 활성탄(재생탄)에 대한 실험을 진행하였다. 흡착실험방법은 G하수처리장 2차 처리수를 300ml 삼각플라스크에 200ml 씩 넣은 후 0.1N HCl과 1% NaCl로 재생한 활성탄 2종류와 신탄을 1, 3, 5, 7, 9g을 넣고 밀봉하여 항온교반조에서 수온20℃를 유지하면서 200rpm의 교반속도로 30분간 진탕 혼합하였다. 한편 제올라이트 경우도 재생한 제올라이트와 신 제올라이트를 암모니아농도가 7 mg/L인 인공폐수에 1, 2, 3, 4, 5g을 넣고 활성탄과 동일한 방법으로 흡착실험을 진행하였다.

재생실험은 3개월간 사용한 직경이 150mm 활성탄여과와 활성탄/제올라이트 복층여과 그리고 제올라이트여과 3개조의 여재를 0.1N HCl, 1% NaCl로 재생 실험한 결과를 <표 4>, <표 5>, <표 6>에 요약 정리하였다.

활성탄 재생 실험결과(단층)

시간 (분)	전류 (A)		pH		전기전도도 (mS/cm)		염소이온 (ppt)		탁도 (NTU)		색도 (PCU)
	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI
0	-	-	1.3	5.0	35.6	17.2	22.3	10.0	0	0.1	0	0
2	4.56	4.56	1.3	7.9	30.3	16.5	18.7	9.5	1.9	1.6	0	0
4	4.55	4.56	1.3	8.6	28.5	15.9	17.4	9.2	1.7	2.9	0	30
6	4.55	4.55	1.3	8.8	25.7	15.8	15.5	9.1	1.3	4.4	0	50
8	4.55	4.55	1.3	9.1	23.5	15.7	14.0	9.1	1.2	5.6	0	80
10	4.55	4.55	1.3	9.3	22.3	15.5	13.2	8.9	1.0	7.3	0	110

주) 재생액은 0.1N HCI, 1% NaCI 용액 사용

활성탄/제올라이트 재생 실험결과(복층)

시간 (분)	전류 (A)		pH		전기전도도 (mS/cm)		염소이온 (ppt)		탁도 (NTU)		색도 (PCU)
	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI
0	-	-	1.3	6.3	37.5	17.1	22.5	10.1	0.1	0.1	0	0
2	4.57	4.56	1.3	6.0	29.6	15.8	17.8	9.2	2.8	7.6	0	100
4	4.56	4.56	1.3	6.0	28.4	15.5	17.6	9.0	2.1	15.0	0	220
6	4.56	4.55	1.3	6.0	26.6	15.4	15.7	8.8	1.6	16.1	0	230
8	4.55	4.55	1.3	6.0	25.2	15.3	14.8	8.8	1.0	17.2	0	300
10	4.55	4.55	1.3	6.0	24.1	15.2	14.1	8.8	0.9	19.3	0	350

주) 재생액은 0.1N HCI, 1% NaCI 용액 사용

제올라이트 재생 실험결과

시간 (분)	전류 (A)		pH		전기전도도 (mS/cm)		염소이온 (ppt)		탁도 (NTU)		색도 (PCU)
	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI	HCI	NaCI
0	-	-	1.2	5.4	36.4	17.0	23.0	10.0	0.1	0.2	0	0
2	4.56	4.53	1.2	6.2	30.5	16.1	19.0	9.5	2.4	5.2	10	20
4	4.56	4.55	1.2	7.1	28.8	16.0	17.8	9.4	1.7	6.3	30	120
6	4.55	4.55	1.3	8.1	26.3	16.0	16.0	9.3	1.7	8.7	30	160
8	4.55	4.56	1.3	7.7	24.5	15.7	14.8	9.2	1.7	11.6	30	300
10	4.55	4.56	1.3	5.8	23.6	15.7	14.1	9.1	1.7	21.2	30	450

주) 재생액은 0.1N HCI, 1% NaCI 용액 사용

전류는 4.55~4.57A로 최대값을 보였고 조내에서 활발한 전해산화가 일어남을 알 수 있었다.

pH, 전기전도도, 염소이온의 경우 0.1N HCl과 1% NaCl로 재생한 활성탄여과, 활성탄/제올라이트 복층여과에서 각각 1.3, 22.3~30.3 ms/cm, 13.2~18.2 ppt와 7.9~9.3, 15.5~16.5 ms/cm, 8.9~9.5 ppt 그리고 1.3, 24.1~29.6 ms/cm, 14.1~17.8 ppt와 6.0, 15.2~15.8 ms/cm, 8.8~9.2로 재생용액의 종류와 여과층 구성 그리고 재생시간에 따라 pH, 전기전도도, 염소이온 농도가 큰 차이를 보였다. 제올라이트여과에서도 1.2~1.3, 23.6~30.5 ms/cm, 14.1~19.0 ppt와 5.8~6.2, 15.7~16.1 ms/cm, 9.1~9.5 ppt로 앞서 언급한 바와 같이 재생용액의 종류와 재생시간에 따라 큰 차이를 보였다.

한편 0.1N HCl과 1% NaCl로 재생한 활성탄여과, 활성탄/제올라이트 복층여과에서 탁도와 색도는 각각 1.0~1.9 NTU, 0 PCU와 0.9~2.8, 0 PCU 그리고 1.6~7.3 NTU, 0~110 PCU와 7.6~19.3 NTU, 100~350 PCU로 0.1N HCl로 재생한 용액에서는 탁도 및 색도유발이 거의 없었으나, 1% NaCl로 재생한 용액에서는 탁도와 색도가 크게 증가하였다. 이러한 현상은 제올라이트여과에서 더욱 두드러지게 나타났다. 제올라이트여과에서 재생용액별 탁도와 색도의 경우 각각 1.7~2.4 NTU, 10~30 PCU와 5.2~21.2 NTU, 20~450 PCU로 이는 앞서 언급한 바와 같이 0.1N HCl로 재생한 용액에서는 탁도와 색도유발이 거의 없었으나 1% NaCl로 재생한 용액에서는 크게 증가하였다. 이는 0.1N HCl에서는 pH1.0의 강한 산성 상태이나 1% NaCl에서는 중성 또는 약알칼리성 상태이고, 흡착여과재가 함유하고 있는 철성분이나 색도유발물질이 용출되어 NaCl과 반응한 후 염화물의 미세입자가 형성됨으로써 탁도와 색도가 증가되는 것으로 사료된다.

흡착실험은 사용하지 않은 활성탄(신탄)과 3개월간 사용한 활성탄여과 및 활성탄/제올라이트 복층여과 2개조의 여재를 0.1N HCl, 1% NaCl로 재생한 활성탄에 대한 흡착실험결과를 <표 7>에 요약정리 하였다. <표 7>에서 보듯이 G하수처리장 2차 처리수의 COD농도가 26.8 mg/L에 활성탄을 단계별로 투입하여 활성탄 g당 COD 제거량(mg/g)을 상대 비교한 결과 거의 비슷하였다. 재생용액 종류와 흡착여과재 층 구성에 따라 재생탄과 신탄의 활성탄 g당 COD 제거량(mg)은 단층에서 0.1N HCl과 1% NaCl로 재생했을 때 각각 0.22~0.64(평균 0.33), 0.24~0.68(평균 0.38)이었고, 복층의 경우 각각 0.23~0.66(평균 0.36), 0.24~0.68(평균 0.41) 이었으며, 신탄에서는 0.23~0.70(평균 0.40)로 신탄에 비해 0.1N HCl 재생액을 사용한 경우가 10~17%저조 하였으나 1% NaCl 재생액을 사용한 경우는 거의 차이가 없었다.

한편 제올라이트의 경우 사용하지 않은 신 제올라이트와 3개월 사용한 제올라이트를 1% NaCl로 재생한 제올라이트에 대한 흡착실험 결과를 <표 8>에 요약 정리하였다. <표 8>에서 보듯이 암모니아 농도가 7 mg/L인 인공폐수에 신 제올라이트와 재생 제올라이트를 단계별로 투입하여 제올라이트 g당 암모니아 제거량(mg/L)을 조사한 결과 신 제올라이트에서는 0.20~0.30(평균0.25)이었고, 재생 제올라이트에서는 0.21~0.31(평균 0.26)로 거의 차이가 없었다.

활성탄 흡착 실험결과

활성탄 투입량(g)	구분	COD농도(mg/L)			COD제거량(mg)			활성탄 g당 COD제거량(mg/g)
		신	재생		신	재생		신	재생
			HCI	NaCI		HCI	NaCI		HCI	NaCI
0	단층	26.8	-	-	-	-	-	-	-	-
	복층		-	-		-	-		-	-
1	단층	23.3	23.6	23.4	0.70	0.64	0.68	0.70	0.64	0.68
	복층		23.5	23.4		0.66	0.68		0.66	0.68
3	단층	20.1	22.0	21.4	1.34	0.96	1.08	0.45	0.32	0.36
	복층		21.3	19.8		1.10	1.40		0.37	0.47
5	단층	18.2	20.2	18.2	1.72	1.32	1.72	0.34	0.26	0.34
	복층		19.6	17.5		1.44	1.86		0.29	0.37
7	단층	16.9	18.7	16.7	1.98	1.62	2.02	0.28	0.23	0.29
	복층		18.2	16.4		1.72	2.08		0.25	0.30
9	단층	16.3	17.1	16.1	2.10	1.94	2.14	0.23	0.22	0.24
	복층		16.4	15.8		2.08	2.20		0.23	0.24

주) 재생액은 0.1N HCI, 1% NaCI 용액 사용

이상과 같이 재생 및 흡착실험을 통해서 볼 때, 활성탄의 표면에 부착된 불순물은 탈리되고 내부에 흡착된 염소이온은 전해산화로 차아염소산과 같은 강력한 산화제를 형성하여 활성탄에 부착된 물질과 산화분해가 일어나 활성탄 흡착기능을 재생시켜준다. 그리고 제올라이트 층은 소금물의 나트륨이온에 의해 이온교환능력을 재생시켜주는 재생기능이 있다. 따라서 전해흡착여과필터는 고도 수처리 시설에 적용 시 처리성능의 향상은 물론 빈번한 여재교체 및 재생 없이 장기간 사용으로 유지관리의 용이성과 비용을 절감할 수 있다.

제올라이트 흡착 실험결과

제올라이트투입량 (g)	암모니아농도(mg/L)		암모니아제거량(mg)		제올라이트 g당 암모니아제거량(mg/g)
	신	재생	신	재생	신	재생
0	7.0	7.0	-	-	-	-
1	5.52	5.25	0.30	0.31	0.30	0.31
2	4.13	4.05	0.57	0.59	0.29	0.30
3	3.21	3.12	0.76	0.78	0.25	0.26
4	2.49	2.05	0.90	0.99	0.23	0.25
5	2.06	1.72	0.99	1.06	0.20	0.21

주) 재생액은 1% NaCI 용액 사용

이상에서 본 발명에 대해서 예시한 실시 예를 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치
2: 하우징 3: 외측탄소섬유전극
4: 간격부재 5: 내측탄소섬유전극
6: 중간전극 7: 흡착여과층
8: 전원공급부 9: 가스 통로
21: 상부커버 22: 하부커버
23: 여과수 배출구 24: 가스 배출구
25: 세정수 배출구 27: 연결 호스
31,61: 원통체 32,52,62: 탄소섬유시트
34: 관통구멍 36: 골
37: 지지 링 38: 접속단자
51: 원형 파이프 55: 다공 원판

Claims (16)

1. 전기분해와 흡착여과를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 제거하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치에 있어서,
   일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과;
   상기 하우징의 내측 면에 설치되는 외측탄소섬유전극과;
   상기 외측탄소섬유전극의 중심에 수직으로 설치되고 가운데에 중공이 형성되어 상기 하우징의 하부로 원수를 공급하는 내측탄소섬유전극과;
   상기 외측탄소섬유전극과 내측탄소섬유전극 사이의 중간에 설치되는 중간전극과;
   상기 하우징의 내부에 일정한 높이로 흡착여과재를 충전하여 상기 외측탄소섬유전극, 내측탄소섬유전극 및 중간전극과 전면적으로 접촉하는 흡착여과층과;
   상기 내측 및 외측탄소섬유전극과 중간전극에 직류전원을 공급하는 전원공급부와;
   상기 하우징과 외측탄소섬유전극 사이에 형성되어 전기분해시 상기 흡착여과층에서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 가스 통로;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 외측탄소섬유전극은, 다수의 관통구멍이 형성된 원통체의 내측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고, 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 원통체는, 일정한 굵기의 플라스틱 위사와 경사가 수직 또는 경사방향으로 교차하도록 성형한 망 체를 원통형으로 말아서 이루어진 원통형 망 체이고, 상기 원통형 망 체의 위사와 경사 사이에는 일정한 크기로 관통구멍이 형성되며, 그 외측 면에는 위사 또는 경사 사이에 상하 또는 경사방향으로 다수의 골이 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 가스 통로는, 상기 원통형 망 체를 상기 하우징의 내측 면에 밀착되게 설치할 때, 상기 원통형 망 체의 외측 면에 상하 또는 경사방향으로 형성된 다수의 골과 상기 하우징의 내측 면 사이에 형성되는 것을 특징으로 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 가스 통로는, 상기 다수의 관통구멍이 형성된 원통체와 상기 하우징 사이에 설치되는 일정 폭의 간격부재에 의해서 상기 하우징과 원통체 사이에 형성되는 간격에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 가스 통로는, 상기 하우징의 내측 면에 형성된 다수의 수직 홈과 상기 외측탄소섬유전극의 외측 면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치
7. 제1 내제 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 내측탄소섬유전극은, 상기 원형 파이프의 외측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고, 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 원형 파이프는 상단과 하단이 개방된 파이프로 이루어지고 그 하단에는 상하방향으로 다수의 관통 홀이 형성된 다공 원판의 중심을 관통하여 일체로 고정되며, 상기 하우징의 내측 면에는 상기 다공 원판을 지지하기 위한 다수의 걸림 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 중간전극은, 다수의 관통구멍이 형성된 원통체의 내측 면과 외측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고, 그 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 중간전극은, 다수의 관통구멍이 형성된 스테인리스 스틸 원통으로 이루어지고, 상단에는 스테인리스 스틸 봉이나 바로 이루어진 접속단자가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
11. 제9 항에 있어서,
    상기 중간전극은, 일정한 굵기의 플라스틱 위사와 경사가 수직 또는 경사방향으로 교차하여 그 사이에 일정한 크기로 관통구멍이 형성된 원통형 망 체의 내측 면과 외측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 원통형으로 부착하여 이루어지고, 그 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 전원공급부는, 상기 내측 및 외측탄소섬유전극에 (-)극을 공급하고 상기 중간전극에는 (+)극을 공급하는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
13. 제2 항에 있어서,
    상기 탄소섬유시트의 상단에 일체로 형성되고 몇 가닥의 탄소섬유를 상부로 인출시켜 이루어진 접속단자의 하단 부분에는 구리판으로 이루어진 지지수단을 감싸서 상기 하우징 내의 수위보다 상부로 돌출되게 형성하는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 탄소섬유시트의 상단과 하단에는 링 형상으로 이루어지고 가운데에 상기 탄소섬유시트의 가장자리가 삽입되는 홈이 형성되어 “ㄷ”자 형상의 단면을 갖는 지지링이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
15. 제1 항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 하우징은 상단과 하단이 개방된 원통으로 이루어지고, 상단에는 일정한 크기로 내부공간을 형성하는 상부커버가 설치되고, 하단에는 일정한 크기로 내부공간을 형성하는 하부커버가 설치되며, 상기 상부커버의 가운데에는 상기 원형 파이프의 상단부가 관통하여 외부로부터 원수가 공급받을 수 있게 하고, 상기 상부커버의 일 측에는 상기 하우징 내의 흡착여과층을 거쳐서 올라오는 여과수를 외부로 배출하기 위한 여과수 배출구가 설치되며, 상기 상부커버의 타 측에는 상기 흡착여과층에서 발생하고 가스통로를 따라 상부로 올라온 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구가 설치되고, 상기 하부커버에는 상기 여과수 배출구를 통해서 주입되는 세척액을 외부로 배출하기 위한 역세수 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.
16. 전기분해와 흡착여과를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 제거하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치에 있어서,
    일정한 크기의 내부공간을 갖는 하우징과; 상기 하우징의 내측 면에 설치되고 다수의 관통구멍이 형성된 원통체의 내측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성된 외측탄소섬유전극과; 상기 외측탄소섬유전극의 중심에 수직으로 설치되고 가운데에 중공이 형성된 원형 파이프의 외측 면에 일정한 크기의 탄소섬유시트를 부착하여 원통형으로 이루어지고 상단에는 상기 탄소섬유시트의 상단에서 몇 가닥의 탄소섬유를 상측으로 인출하여 이루어진 접속단자가 일체로 형성된 내측탄소섬유전극과; 상기 외측탄소섬유전극과 내측탄소섬유전극 사이의 중간에 설치되고 상단에 접속단자가 형성된 중간전극과; 상기 하우징의 내부에 일정한 높이로 흡착여과재를 충전하여 상기 외측탄소섬유전극, 내측탄소섬유전극 및 중간전극과 전면적으로 접촉하는 흡착여과층과; 상기 내측 및 외측탄소섬유전극과 중간전극에 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 하우징과 외측탄소섬유전극 사이에 형성되고 전기분해시 상기 흡착여과층에서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 가스 통로와, 상기 하우징의 상단에 고정되고 가운데에 상기 원형 파이프의 상단부가 관통하여 외부로부터 원수가 공급받을 수 있게 하고, 일 측에는 상기 하우징 내의 흡착여과층을 거쳐서 올라오는 여과수를 외부로 배출하기 위한 여과수 배출구 및 상기 흡착여과층에서 발생하고 상기 가스 통로를 따라 상부로 올라온 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구가 설치되는 상부커버와; 상기 하우징의 하단에 고정되고 가운데에 상기 여과수 배출구를 통해서 주입되는 세척액을 외부로 배출하기 위한 역세수 배출구가 형성된 하부 커버;를 포함하는 제1 및 제2 전해여과모듈을 일렬로 설치하고, 상기 제1 전해여과모듈의 여과수 배출구를 상기 제2 전해여과모듈의 원형 파이프의 상단과 연결호스를 통해서 연결하되, 제1 전해여과모듈의 하우징에는 입상 활성탄을 충전하여 흡착여과층을 형성하고, 제2 전해여과모듈의 하중징에는 제올라이트 입자를 충전하여 흡착여과층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전해흡착여과를 이용한 고도 수처리장치.

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