WO2018164483A1 - 수처리용 오염물질 제거 시스템 - Google Patents

수처리용 오염물질 제거 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a contaminant removal system for water treatment, and more particularly, to a contaminant removal system for water treatment that can effectively remove contaminants contained in raw water using the electrocoagulation principle.
  • Water contamination by nitrates results from excessive use of chemical fertilizers in industrial wastewater and agricultural areas.
  • nitrogen-containing compounds enter the water, the water degrades, such as eutrophication.
  • health disorders such as cancer, cyanosis, and the like may occur by the nitrogen-containing compounds.
  • ion exchange resins a useful process for the treatment of groundwater, but there are many unnecessary components in the treated water, and the biodegradation method is a very useful process for the treatment of surface water, but generally requires a long treatment time.
  • the method using reverse osmosis and electrodialysis can implement the nitrate removal efficiency of about 65%, but the energy input cost is a big disadvantage.
  • an electroaggregation method that provides accurate aggregate quantification, ease of automation, low energy consumption, and destabilization of contaminants in a single step, by coagulation and separation by adjusting the amount of applied current has been in the spotlight.
  • the electrocoagulation method is a method in which metal ions are eluted from an electrode plate when a current is supplied, and the eluted metal ions are flocculated and adsorbed with contaminants in the wastewater so that the contaminants are floated or precipitated by hydrogen and chlorine gas.
  • the conventional electrocoagulation tank has a problem in that the overall water treatment efficiency is lowered because the method simply passes through the treated water after arranging a plurality of electrodes.
  • the present invention has been made in view of the above, it is to provide a contaminant removal system for water treatment that can increase the coagulation rate of contaminants by sequential electrocoagulation reaction by a plurality of electrocoagulation tank is connected in series. There is this.
  • the present invention has a further object to provide a contaminant removal system for water treatment that can reduce the size of the electrocoagulation tank and the size of the electrode plate used compared to the same treatment capacity by connecting a plurality of electrocoagulation tank in series.
  • the raw water supply tank Separation membrane tank; And a plurality of electrocoagulation tanks disposed between the raw water supply tanks and the separation membrane tanks to agglomerate contaminants contained in the raw water using an electrocoagulation principle.
  • the plurality of electrocoagulation tanks are connected to each other in series. Provide a contaminant removal system.
  • the plurality of electrocoagulation tanks may have the same processing capacity, and the plurality of electrocoagulation tanks may be provided with the same number of electrode plates.
  • the electrocoagulation tank comprises: a housing having an inner space with an open top; And an electrode unit disposed in the inner space and having a plurality of electrode plates spaced apart from each other so as to aggregate the contaminants contained in the raw water supplied from the outside using an electrocoagulation principle.
  • an electrode unit disposed in the inner space and having a plurality of electrode plates spaced apart from each other so as to aggregate the contaminants contained in the raw water supplied from the outside using an electrocoagulation principle.
  • the plurality of electrode plates may include a pair of power electrodes to which power supplied from the outside is applied, and a plurality of sacrificial electrodes spaced apart in parallel to each other at a predetermined interval between the pair of power electrodes. have.
  • a fitting groove for fixing the positions of the power electrode and the sacrificial electrode may be formed in the inner wall of the housing defining the second chamber along the height direction.
  • the electrocoagulation tank may further include an electrode case to which the power electrode and the sacrificial electrode are detachably coupled to each other, and the electrode case may be disposed on an inner wall to fix the positions of the power electrode and the sacrificial electrode.
  • An insertion groove formed to be pulled along a height direction may be formed, and the electrode case may be coupled to the second chamber side of the housing.
  • the electrode case may be an insulator or an insulator.
  • an inflow pipe having a predetermined length and having a plurality of injection holes may be disposed on the first chamber side, and the inflow pipe may be disposed in a direction parallel to the arrangement direction of the electrode plate.
  • an diffuser having a predetermined length and having a plurality of discharge holes may be disposed on the first chamber side, and the diffuser may blow bubbles through the discharge holes using air supplied from the outside.
  • the second chamber and the third chamber may be partitioned from each other via a partition wall protruding to a predetermined height in the inner space, the treated water is completed in the second chamber the upper end of the partition wall It can be moved to the third chamber side beyond.
  • At least one discharge hole for discharging the treated water to the outside may be formed on the bottom surface of the third chamber.
  • the housing may be made of an insulator or an insulator.
  • the housing may be coated on the outer surface of the coating layer having at least any one of chemical resistance, corrosion resistance and electrothermal resistance.
  • the electrocoagulation tank may include a control unit for controlling the supply of power to the electrode unit side, the control unit may periodically change the polarity of the power applied to the electrode unit.
  • the plurality of electrode plates may be made of any one of iron, aluminum, stainless, and titanium.
  • the raw water passes through a plurality of electrocoagulation tanks connected in series to each other, an electrocoagulation reaction occurs, thereby increasing the coagulation rate of contaminants and increasing the removal efficiency of the filtration bath.
  • the present invention can reduce the installation cost by reducing the size of the electrode plate used in each of the electrocoagulation tank while reducing the size of the electrocoagulation tank used compared to the same capacity compared to the conventional.
  • the present invention can increase the overall processing speed by contacting a plurality of electrode plates with a uniform area at the same time while maintaining an equal water level.
  • the bubbles generated through the diffuser to the treated water side, it is possible to prevent contamination and / or damage of the electrode plate or to remove foreign matter stuck to the electrode plate to reduce the maintenance cost.
  • FIG. 1 is an overall schematic view showing a pollutant removal system for water treatment according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing an electrocoagulation tank that can be applied to the pollutant removal system for water treatment according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing the main configuration of FIG.
  • Figure 4 is a partial cutaway view showing the internal structure of the housing in Figure 3,
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a case in which the diffuser is included in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an inlet pipe and a diffuser pipe that can be applied to an electrocoagulation tank according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view showing another type of electrocoagulation tank applicable to the pollutant removal system for water treatment according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded view of FIG. 9, and
  • FIG. 11 is a bottom view illustrating an electrode case applied to FIG. 9.
  • the contaminant removal system 1 for water treatment may produce treated water by agglomerating contaminants contained in raw water using an electrocoagulation principle and filtering the aggregates generated from the raw water.
  • the contaminant removal system (1) for water treatment is a raw water supply tank 100, separation membrane tank 300 and a plurality of electrocoagulation tank (200,200 '), as shown in FIG. 200 ").
  • the raw water supply tank 100 may store the raw water to be processed, and supply the raw water to the electrocoagulation tanks 200, 200 ′, 200 ′′ connected to the rear end.
  • the raw water may be wastewater or wastewater discarded from industrial facilities, residential spaces, or the like, or may be rainwater or seawater.
  • Such raw water supply tank 100 may be in the form of a chamber having a predetermined internal space.
  • the pump 20 for smoothly transporting the raw water stored in the electrocoagulation tank (200, 200 ', 200 ") side may be connected to the rear end of the raw water supply tank (100).
  • the separation membrane tank 300 may be connected to the rear end of the electrocoagulation tank 200, 200 ′, 200 ′′, and may remove aggregates generated in the electrocoagulation tank 200, 200 ′, 200 ′′ from raw water.
  • the separation membrane tank 300 may be a known filtration device in which at least one filter member (not shown) is disposed inside the chamber.
  • the raw water supply tank 100 and the separation membrane tank 300 is a general content applied to the water treatment system, a detailed description thereof will be omitted.
  • the electrocoagulation tank 200, 200 ', 200 may be connected between the raw water supply tank 100 for supplying the raw water and the separation membrane tank 300 for filtering foreign matter contained in the raw water. '200' may increase the removal efficiency of the contaminants in the separation membrane tank 300 by agglomerating the contaminants contained in the raw water.
  • the agglomeration tank (200, 200 ', 200 ") is agglomerated contaminants contained in the raw water through the electrocoagulation principle to make agglomerates in the form of agglomeration can be filtered smoothly in the separation membrane tank (300) have.
  • the electrocoagulation bath 200, 200 ′, 200 ′′ may include a plurality of electrode plates 221, 222, and metal ions may be eluted during the electrolysis process when power is applied to the electrode plates 221, 222. Accordingly, the metal ions may aggregate and adsorb with the contaminants contained in the raw water to aggregate the contaminants into agglomerates (flocs).
  • the hydroxide produced through the above process aggregates and collides with the colloidal material contained in the raw water, thereby causing the pollutants contained in the raw water to be electrically neutralized with the metal cations eluted from the electrode plate by the electric energy.
  • the contaminants may be removed from the raw water by the coagulation reaction occurs and also the oxidation and reduction reactions.
  • the electrode plates 221 and 222 are made of iron, contaminants may be formed as polymer hydroxide complexes through the following reaction.
  • the iron may be trivalent oxidation of iron by a second horizontal standing eluted into the solution and then a hypochlorous acid produced by the dissolved oxygen and chlorine oxide, Fe 2 + cations may be hydrolyzed in water, by the adsorption of nitrate to form a polymer hydroxide complex (flocs) of amorphous nFe (OH) 3 (solid) + NO 3 - (aqueous) ⁇ [Fe n (OH) 3n ⁇ NO 3 -] can be precipitated while satisfying the equation of (solid) have.
  • This allows the resulting hydroxide complex to be trapped in hydrogen gas and floated by buoyancy, resulting in the removal of NO 3 ⁇ from the raw water surface. Since the electrocoagulation principle is a known content, a detailed description thereof will be omitted.
  • the pollutant removal system (1) for water treatment may be provided with a plurality of electrocoagulation tank (200, 200 ', 200 "), the raw water supply tank 100 and the separation membrane tank ( A plurality of electrocoagulation tanks 200, 200 ′, 200 ′′ may be sequentially connected between the 300.
  • the raw water supplied from the raw water supply tank 100 may pass through the plurality of raw water supply tanks 100 in sequence, thereby increasing the aggregation efficiency of the pollutant by a plurality of times.
  • the raw water passes through several electrocoagulation tanks (200,200 ', 200 ") in sequence, causing a plurality of times of coagulation reactions, in particular for the overall size of the electrocoagulation tanks (200,200', 200"), especially for The same effect can be obtained by reducing the number of electrode plates 221 and 222 and the size of the electrode plates 221 and 222 used in the respective electrocoagulation tanks 200, 200 ′ and 200 ′′.
  • the electrocoagulation tank 200, 200', 200 when one electrocoagulation tank 200, 200 ', 200 "is connected between the raw water supply tank 100 and the separation membrane tank 300, the electrocoagulation tank 200, 200', 200" has 186 electrode plates. Each electrode plate may be 40 ⁇ 60 cm in size (Comparative Example 1).
  • each electrocoagulation tank 200, 200', 200 is 20 50 electrode plates having a size of 40 cm can be used (Example 1).
  • the electrocoagulation tanks 200, 200 ', 200 "used in the pollutant removal system 1 for water treatment according to an embodiment of the present invention can use a small size electrode plate, thereby reducing manufacturing costs.
  • the size of the electrocoagulation tank 200, 200 ′, 200 ′′ itself can also be miniaturized, so that maintenance can be easily obtained.
  • the plurality of electrocoagulation tanks 200, 200 ′, 200 ′′ may have the same or different numbers of electrode plates 221, 222 installed for the electrocoagulation reaction.
  • the size of the electrode plate used in the electrocoagulation tanks 200, 200 ', 200 " is illustrated as being 20 ⁇ 40 cm, but is not limited thereto, and the processing capacity of the entire system and the electrocoagulation tanks 200, 200', 200 are installed. Note that it can be changed to an appropriate size depending on the total number of ").
  • the processing capacity of the entire system is 100 tons and one electrocoagulation bath is used
  • 200 electrode plates 40 ⁇ 60 cm may be used.
  • two electrocoagulation tanks in which 100 electrode plates of 20 ⁇ 40 cm size are installed for 100 tons of processing capacity can be connected in series, and a size of 20 ⁇ 40 cm
  • Three electrocoagulation vessels in which 60 electrode plates are installed may be connected in series, and three electrocoagulation vessels of 40, 50, and 60 electrode plates having a size of 20 ⁇ 40 cm may be connected in series.
  • the plurality of electrocoagulation tanks 200, 200 ′, 200 ′′ may be installed at the same height with respect to the installation surface, or may be installed in a multi-stage or stepwise manner.
  • a pump (not shown) may be disposed between the plurality of electrocoagulation tanks 200, 200 ′, 200 ′′ connected in series to each other to smoothly transfer the treated water in which the electrocoagulation reaction is performed.
  • the electrocondensing tank that can be applied to the pollutant removal system 1 according to an embodiment of the present invention may be a known electrocoagulation tank in which a plurality of electrode plates are simply arranged. 200 ") may be employed.
  • the electrocoagulation tanks 200, 200 ′, 200 ′′ may include housings 210, 210 ′ and electrode portions 220, as shown in FIGS. 2, 6, and 9, and the housings 210, 210 ′.
  • the housings 210 and 210 ' may provide a space for temporarily storing the raw water supplied from the raw water supply tank 100.
  • the housings 210 and 210 ' may be formed in a shape of an enclosure having an upper inner space.
  • the housings 210 and 210 ' may be formed with an internal space that is a residence space of raw water, and the internal space may be a contaminant contained in raw water by using raw water introduced from the raw water supply tank 100 by electrocoagulation principle. After the aggregates may be a residence space that is transferred to a separate treatment space side.
  • the internal space is in the first chamber 211, the second chamber 212 and the second chamber 212, the electrode portion 220 is disposed, the raw water is introduced from the raw water supply tank 100 It may include a third chamber 213 in which the treated water of the electrocoagulation reaction is temporarily stored.
  • the second chamber 212 in which the electrode part 220 is disposed may be formed at an upper side of the first chamber 211, and the third chamber 213 may be formed in the first chamber 211. It can be formed side by side.
  • the second chamber 212 and the third chamber 213 arranged in parallel with each other may be partitioned from each other via a partition wall 214 protruding to a predetermined height in the inner space.
  • the first chamber 211 may serve as a buffer space that stays before the raw water supplied from the raw water supply tank 100 moves to the second chamber 212 where the electrocoagulation reaction is performed.
  • the raw water introduced into the first chamber 211 may move toward the second chamber 212 while maintaining an even water level.
  • the raw water flowing into the second chamber 212 may be brought into contact with a plurality of electrode plates 221 and 222 constituting the electrode unit 220 at the same time, thereby increasing the overall processing speed.
  • a hollow inlet pipe 230 having a predetermined length and having a plurality of injection holes 231 along the longitudinal direction may be disposed on the first chamber 211 side.
  • the raw water supplied from the raw water supply tank 100 or the electric coagulation tanks 200, 200 ', 200 "of the front end may be ejected toward the first chamber 211 through the injection hole 231 (Fig. 4).
  • the inflow pipe 230 may be disposed in a direction parallel to the arrangement direction of the plurality of electrode plates 221 and 222 constituting the electrode unit 220.
  • the first chamber A drain discharge hole 218 connected to the drain pipe 219 may be formed on the bottom surface of the 211 to discharge the drain to the outside.
  • the electrocoagulation tanks 200, 200 ′, 200 ′′ applied to the pollutant removal system 1 may be connected to the first chamber through the injection holes 231 of the inflow pipe 230.
  • the raw water or the treated water sprayed to the side 211 may completely rise after the water is completely filled in the first chamber 211. Accordingly, the raw water or the treated water may maintain an even level from the first chamber 211.
  • the raw water or the treated water introduced into the second chamber 212 may be moved from the second chamber 212 after the coagulation reaction is completed through the electrode unit 220. It may flow into the third chamber 213 beyond the upper end of the partition wall 214.
  • the partition wall 214 may be one surface constituting the wall surface of the third chamber 213 as an inclined surface.
  • the inclined surface may be formed to be inclined downward toward the third chamber 213 toward the lower side from the upper end of the partition 214 (see FIGS. 3 to 5). Accordingly, the treated water overflowed through the upper end of the partition wall 214 may smoothly move toward the third chamber 213 along the inclined surface.
  • At least one discharge hole 218 may be formed on the bottom surface of the third chamber 213.
  • the discharge hole 218 is connected to other electrocoagulation tanks 200, 200 ', 200 "disposed at a rear end through a separate pipe 40, or a post-treatment device for treating contaminants aggregated through an electrocoagulation reaction.
  • a post-treatment device for treating contaminants aggregated through an electrocoagulation reaction.
  • By being connected with the treatment water may be transferred to the other electrocoagulation tank (200, 200 ', 200 ") side is disposed at the rear end or to the after-treatment device.
  • the housings 210 and 210 ' may be formed of an insulator or a non-conductor to prevent a short with the electrode unit 220 disposed on the second chamber 212 side when the power is applied.
  • the housings 210 and 210 ' may be made of a material such as plastic, concrete, plywood, and the like, but the present invention is not limited thereto, and it is understood that all known insulators or non-conductors may be used as materials of the housings 210 and 210'. .
  • a coating layer having at least any one of chemical resistance, corrosion resistance, and electrical conductivity may be formed on the outer surfaces of the housings 210 and 210 '.
  • the housings 210 and 210 ' may be prevented from surface damage due to heavy metals contained in raw water.
  • Such housings 210 and 210 ' may be fixed through a separate support frame 260, and when the support frame 260 is included, the controller 240 to be described later may also be fixed to one side of the support frame 260. Can be.
  • the electrode unit 220 may elute metal ions during an electrolysis process when power is applied. Accordingly, the metal ions are aggregated and adsorbed with the contaminants contained in the raw water or the treated water to aggregate the contaminants into agglomerates (flocs).
  • the electrode unit 220 may be provided with a plurality of plate-shaped electrode plate having a predetermined area, the plurality of electrode plates (221, 222) at a predetermined interval inside the second chamber (212). Can be spaced apart.
  • the plurality of electrode plates 221 and 222 may face one surface with a pair of power electrodes 221 to which power supplied from the outside is applied, and the pair of power electrodes 221 at a predetermined interval. It may include a plurality of sacrificial electrodes 222 spaced apart in parallel to each other.
  • the total number and spacing of the sacrificial electrodes 222 disposed between the pair of power electrodes 221 may be appropriately changed according to the total processing capacity of the raw water.
  • the power electrode 221 may be provided in two or more pieces, and the total number and spacing of the sacrificial electrodes 222 disposed between the power electrodes 221 may be appropriately changed.
  • the pair of power electrodes 221 may be formed to have a relatively longer length than the sacrificial electrode 222 so that power supplied from the outside can be smoothly applied.
  • the pair of power electrodes 221 disposed on the second chamber 212 may not be completely immersed in the raw water stored in the second chamber 212 so that at least a portion of the length of the power electrode 221 is exposed to the outside from the surface of the raw water. (See FIG. 4).
  • the plurality of sacrificial electrodes 222 may be disposed to be completely locked by the raw water or the treated water stored in the second chamber 212.
  • the plurality of sacrificial electrodes 122 may have a wider area in direct contact with raw or treated water, thereby widening the reaction area.
  • the plurality of electrode plates may be made of any one of iron, aluminum, stainless, and titanium so that metal ions may be eluted when the power is applied as described above.
  • the material of the electrode plate is not limited thereto, and it is understood that all of a variety of known materials used as electrodes may be used.
  • the plurality of electrode plates 221 and 222 constituting the electrode part 220 may be directly fixed to the housing 210, or after being fixed to a separate member side, the separate side of the second chamber 212 side. It may also be the way in which the members of.
  • the plurality of electrode plates 221 and 222 may be directly fixed to an inner wall of the housing 210 as shown in FIGS. 2 to 4.
  • the inner wall of the housing 210 defining the second chamber 212 more specifically, the inner surface of the partition wall 214 facing each other and the inner surface of the housing 210 have a plurality of fitting grooves along the height direction. 215 may be formed to be retracted, and the plurality of fitting grooves 215 may be formed in a number corresponding to the plurality of electrode plates 221 and 222.
  • the insertion groove 215 may be limited in the insertion depth of the lower end of the electrode plate (221, 222) by the upper end is opened and the lower end is sealed.
  • the adjacent electrode plates 221 and 222 may be arranged in parallel with one surface facing each other at a predetermined interval.
  • the plurality of electrode plates 221 and 222 may be fixed to the electrode case 216, and the electrode case 216 may be a second chamber of the housing 210 ′. 212 may be coupled to the side.
  • the electrode case 216 may be formed in the plurality of fitting grooves 217 in the height direction on the inner wall facing each other, the upper and lower portions may have an open shape.
  • the first chamber 211 is opened through the lower portion thereof. Rising raw water or treated water can flow smoothly.
  • the electrode case 216 may be formed of an insulator or a non-conductor to prevent a short with the electrode plates 221 and 222 inserted into the fitting groove 217 when power is applied.
  • the electrode case 216 may be made of a material such as plastic, concrete, plywood, or the like, but is not limited thereto.
  • a known insulator or insulator may be used as a material of the electrode case 216.
  • the electrode case 216 may be formed on the outer surface of the coating layer having at least one of the properties of chemical resistance, corrosion resistance and electrical heat. As a result, the electrode case 216 may be prevented from surface damage due to heavy metals contained in the raw water or the treated water when contacted with the raw water or the treated water.
  • an diffuser 250 for generating a bubble may be disposed as illustrated in FIGS. 6 and 7.
  • the diffuser 250 may be disposed on the side of the first chamber 211 formed at the lower side of the second chamber 212. Accordingly, the diffuser 250 may generate bubbles in the process of ejecting air supplied from the outside, and the bubbles pass between the electrode plates 221 and 222 disposed on the second chamber 212 side. can do.
  • each of the electrode plates 221 and 222 may minimize contamination of the polymer hydroxide composite by sticking to the surface.
  • the bubble can increase the use time of the electrode plate (221, 222) by removing the aggregate stuck to the electrode plate (221, 222) through the ejection pressure during the operation of the electrocoagulation tank 200 ', constant processing Maintain performance.
  • the diffuser 250 may be a hollow tube having a predetermined length and having a plurality of discharge holes 251 formed therethrough in the longitudinal direction.
  • the diffuser 250 may be formed of the diffuser 250. It may be arranged in a direction parallel to the inlet pipe 230 disposed in the one chamber 211.
  • the diffuser 250 may be disposed at the same height as the inlet pipe 230, or may be disposed on the upper or lower side of the inlet pipe 230.
  • the diffuser 250 may have a diameter of the discharge hole 251 of 0.1 ⁇ 10mm so that a bubble of the appropriate size can occur.
  • the interval between the diffuser 250 and the power electrode 221 and the sacrificial electrode 222 may be 5 ⁇ 100mm, preferably 20 ⁇ 30mm.
  • the distance between the diffuser, the power electrode and the sacrificial electrode is not limited thereto, and it can be found that the spacing may be appropriately changed according to the total treatment capacity of the raw water.
  • the diffuser 250 may generate the bubble during operation of the electrocoagulation tank 200 ′, and is operated in a state in which the electrocoagulation tank 200 ′ is stopped.
  • a cleaning operation may be performed to quickly remove aggregates stuck to the electrode plates 121 and 122.
  • the electrocoagulation tank (200,200 ', 200 ") that can be applied to the present invention is the electrocoagulation tank (200,200', such as power supply, power off, power size, current density applied to the power electrode 221, etc.) , 200 "may include a control unit 240 for controlling the overall operation.
  • the controller 240 may periodically convert the polarity of the power applied to the pair of power electrodes 221.
  • the polarity applied to both sides of the electrode plates 221 and 222 is periodically changed during the electrocoagulation reaction, so that both sides of the electrode plates 221 and 222 are evenly used to increase the replacement cycle of the electrode plates 221 and 222.
  • control unit 240 may be provided in a plurality of electrocoagulation tank (200,200 ', 200 ") individually or in the form of controlling all the plurality of electrocoagulation tank (200,200', 200") through one control unit. It may be.
  • the contaminant removal system 1 for water treatment may be applied to a general water treatment system in addition to the raw water supply tank 100, the electrocoagulation tank 200, 200 ′, 200 ′′ and the separation membrane tank 300. It is noted that additional configurations such as known settling tanks, sludge thickening tanks, dehydration tanks, reverse osmosis devices used may be included.

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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
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. 질소 함유 화합물이 물로 유입되면 물은 부영양화와 같은 수질의 저하가 발생된다. 또한, 사람이 질소 함유 화합물이 함유된 물을 섭취하면 질소 함유 화합물에 의해 암과 같은 건강 장애, 청색증 등이 발생할 수 있다.
현재, 폐수로부터 질산염을 제거하는 방법으로는 이온교환수지, 생물학적 분해, 역삼투, 전기투석 및 촉매탈질 방법 등이 있다. 이온교환수지 방법은 지하수의 처리에 유용한 공정이지만 처리수에 불필요한 잔존 성분이 많이 존재하며, 생물학적 분해 방법은 지표수의 처리에 매우 유용한 공정이지만 일반적으로 오랜 처리시간이 필요한 단점이 있다. 또한, 역삼투와 전기투석을 이용한 방법은 약 65%의 질산염 제거효율을 구현할 수 있으나 에너지 투입비용이 큰 단점이 있다.
이에 따라, 적용 전류량을 조절함으로써 정확한 응집체 정량의 제공, 자동화의 용이성, 낮은 에너지 소비량 및 단일 단계로 오염물질의 불안정화, 응집 및 분리가 가능한 전기응집 방식이 각광받고 있다.
전기응집방식은 전류를 공급하면 전극판에서 금속 이온이 용출되고, 용출된 금속 이온이 폐수 중의 오염물질과 응집 및 흡착함으로써 오염물질이 수소와 염소가스에 의해 부상되거나 침전되는 방식이다.
그러나, 종래의 전기응집방식을 이용한 수처리 시스템은 처리하고자 하는 용량에 적합한 한 개의 전기응집조가 설치된다. 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.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 복수 개의 전기응집조가 직렬연결되어 순차적인 전기응집 반응이 일어남으로써 오염물질의 응집률을 높일 수 있는 수처리용 오염물질 제거 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 복수 개의 전기응집조가 직렬연결됨으로써 종래에 비하여 동일 처리용량 대비 전기응집조의 크기 및 사용되는 전극판의 크기를 줄일 수 있는 수처리용 오염물질 제거 시스템을 제공하는데 다른 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 복수 개의 전기응집조;를 포함하고, 상기 복수 개의 전기응집조는 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 전기응집 원리를 이용하여 외부에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 응집시킬 수 있도록 복수 개의 전극판이 간격을 두고 이격배치되는 전극부;를 포함할 수 있고, 상기 내부공간은 상기 원수가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버의 상부측에 형성되고 상기 전극부가 배치되는 제2챔버 및 상기 제2챔버에서 전기응집 반응이 완료된 처리수가 임시저장되는 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.
이때, 상기 제2챔버를 규정하는 하우징의 내벽에는 상기 파워전극 및 희생전극의 위치를 고정하기 위한 끼움홈이 높이방향을 따라 인입형성될 수 있다.
다른 예로서, 상기 전기응집조는, 상기 파워전극 및 희생전극이 착탈가능하게 결합되는 전극케이스;를 더 포함할 수 있고, 상기 전극케이스는 상기 파워전극 및 희생전극의 위치를 고정할 수 있도록 내벽에 높이방향을 따라 인입형성되는 끼움홈이 형성될 수 있으며, 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 유입관이 배치될 수 있고, 상기 유입관은 상기 전극판의 배열방향과 평행한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1챔버 측에는 소정의 길이를 갖추고 복수 개의 토출공이 형성된 산기관이 배치될 수 있고, 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 구획될 수 있고, 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 전기응집조는, 전극부 측으로 전원의 공급을 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있고, 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 서로 직렬연결된 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 발생된 버블을 처리수 측으로 공급함으로써 전극판의 오염 및/또는 손상을 방지하거나 전극판에 들러붙은 이물질을 제거할 수 있어 유지보수비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템을 나타낸 전체 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템에 적용될 수 있는 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 발명의 일 실시예에 따른 전기응집조에 적용될 수 있는 유입관 및 산기관을 나타낸 개략도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템에 적용될 수 있는 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 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템(1)은 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 응집시킨 후 상기 원수로부터 생성된 응집체를 여과함으로써 처리수를 생산할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 원수공급조(100), 분리막조(300) 및 복수 개의 전기응집조(200,200',200")를 포함할 수 있다.
상기 원수공급조(100)는 처리대상인 원수가 저장될 수 있으며, 후단에 연결되는 전기응집조(200,200',200") 측으로 상기 원수를 공급할 수 있다.
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.
한편, 상기 분리막조(300)는 상기 전기응집조(200,200',200")의 후단에 연결될 수 있으며, 상기 전기응집조(200,200',200")에서 발생된 응집체를 원수로부터 제거할 수 있다. 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 연결될 수 있다. 이와 같은 전기응집조(200,200',200")는 상기 원수에 포함된 오염물질을 응집시켜 줌으로써 상기 분리막조(300)에서 오염물질의 제거효율을 높일 수 있다.
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 있다.
이와 같은 전기응집조(200,200',200")는 복수 개의 전극판(221,222)을 포함할 수 있으며, 상기 전극판(221,222)에 전원이 인가되는 경우 전해과정에서 금속 이온이 용출될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 이온은 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 생성할 수 있다. 그리고, 위의 과정을 통해 생성된 수산화물은 원수에 포함된 콜로이드상의 물질 등과 응집하여 침전함으로써 원수에 포함된 오염물질이 전기에너지에 의해 전극판에서 용출되는 금속양이온과 전기적으로 중화될 수 있다. 이를 통해, 상기 오염물질들은 응집반응이 일어나는 동시에 산화, 환원반응도 일어남으로써 상기 원수로부터 제거될 수 있다.
일례로, 상기 전극판(221,222)이 철로 이루어진 경우 오염물질들은 하기의 반응을 통하여 고분자 수산화물 복합체(flocs)로 형성될 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 산화될 수 있고, Fe2 + 양이온은 물중에서 가수분해될 수 있으며, 질산염을 흡착함으로써 비정질의 고분자 수산화물 복합체(flocs)를 형성하여 nFe(OH)3(고체) + NO3 - (수용액) → [Fen(OH)3n·NO3 -](고체)의 반응식을 만족하면서 침전될 수 있다. 이를 통해, 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 발명의 일 실시예에 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 복수 개의 전기응집조(200,200',200")가 순차적으로 직렬연결될 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, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 오염물질 제거 시스템(1)에 사용되는 전기응집조(200,200',200")는 작은 크기의 전극판을 사용할 수 있어 제조비용을 줄일 수 있으며, 전기응집조(200,200',200") 자체의 크기 역시 소형화될 수 있어 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 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 제거 시스템(1)은 100톤의 처리용량을 위하여 20×40cm 크기의 100개의 전극판이 설치된 2개의 전기응집조가 직렬연결될 수 있고, 20×40cm 크기의 60개의 전극판이 설치된 3개의 전기응집조가 직렬연결될 수도 있으며, 20×40cm 크기의 전극판이 40개, 50개, 60개인 3개의 전기응집조가 직렬연결될 수도 있다.
또한, 상기 복수 개의 전기응집조(200,200',200")는 설치면에 대하여 서로 동일한 높이로 설치될 수도 있고, 다단식 또는 계단식으로 설치될 수도 있다.
더하여, 서로 직렬연결되는 복수 개의 전기응집조(200,200',200") 사이에는 전기응집 반응이 수행된 처리수를 원활하게 이송하기 위한 펌프(미도시)가 각각 배치될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 제거 시스템(1)에 적용될 수 있는 전기응집조는 복수 개의 전극판이 단순히 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, 도 6 및 도 9에 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 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 하우징(210,210')은 상기 원수공급조(100)로부터 공급되는 원수를 일시적으로 저장하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 이를 위해, 상기 하우징(210,210')은 상부가 개방된 내부공간을 갖는 함체 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 하우징(210,210')은 원수의 체류공간인 내부공간이 형성될 수 있으며, 상기 내부공간은 상기 원수공급조(100)로부터 유입된 원수가 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질들이 응집된 후 별도의 처리공간 측으로 이송되는 체류공간일 수 있다.
이를 위해, 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.
이때, 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 있다. 또한, 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 수행할 수 있으며, 상기 제1챔버(211)로 유입된 원수는 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 배치될 수 있다. 이를 통해, 상기 원수공급조(100) 또는 전단의 전기응집조(200,200',200")로부터 공급되는 원수는 상기 분사공(231)을 통해 제1챔버(211) 측으로 분출될 수 있다(도 4 및 도 8 참조). 이때, 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 발명의 일 실시예 따른 오염물질 제거 시스템(1)에 적용되는 전기응집조(200,200',200")는 상기 유입관(230)의 분사공(231)을 통해 상기 제1챔버(211) 측으로 분사된 원수 또는 처리수가 제1챔버(211)를 완전히 채운 후 서서히 수위가 상승할 수 있다. 이에 따라, 상기 원수 또는 처리수는 상기 제1챔버(211)로부터 균등한 수위를 유지하면서 상기 제2챔버(212) 측으로 이동할 수 있다. 이후, 상기 제2챔버(212) 측으로 유입된 원수 또는 처리수는 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 상기 하우징(210,210')의 재질로 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
더불어, 상기 하우징(210,210')의 외면에는 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나의 성질을 갖는 코팅층이 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 하우징(210,210')은 원수에 포함된 중금속 등에 의한 표면 손상이 미연에 방지될 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 용출될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 이온은 원수 또는 처리수에 포함된 오염물질과 응집 및 흡착됨으로써 오염물질을 덩어리 형태의 응집체(flocs)로 응집시킬 수 있다.
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 포함할 수 있다.
여기서, 상기 한 쌍의 파워전극(221) 사이에 배치되는 희생전극(222)의 전체개수 및 간격은 원수의 전체 처리용량에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 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 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 제2챔버(212) 측에 배치된 한 쌍의 파워전극(221)은 상기 제2챔버(212)에 저장된 원수에 완전히 잠기지 않고 원수의 표면으로부터 적어도 일부의 길이가 외부로 노출될 수 있다(도 4 참조).
반면, 상기 복수 개의 희생전극(222)은 상기 제2챔버(212)에 저장된 원수 또는 처리수에 의해 완전히 잠기도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 상기 복수 개의 희생전극(122)은 전면적이 원수 또는 처리수와 직접 접촉됨으로써 반응면적을 넓힐 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. 이와 같은 경우, 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 삽입하면 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 고정될 수 있으며, 상기 전극케이스(216)가 하우징(210')의 제2챔버(212) 측에 결합될 수 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 삽입하면 개방된 하부를 통해 제1챔버(211)로부터 상승하는 원수 또는 처리수가 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 전극케이스(216)의 재질로 사용될 수 있다.
더불어, 상기 전극케이스(216)는 외면에 내약품성, 내부식성 및 전기전열성 중 적어도 어느 하나의 성질을 갖는 코팅층이 형성될 수 있다. 이를 통해, 상기 전극케이스(216)는 원수 또는 처리수와의 접촉시 원수 또는 처리수에 포함된 중금속 등에 의한 표면 손상이 미연에 방지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기응집조(200')는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 버블을 발생시키기 위한 산기관(250)이 배치될 수 있다.
이와 같은 산기관(250)은 상기 제2챔버(212)의 하부측에 형성되는 제1챔버(211) 측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 산기관(250)은 외부로부터 공급되는 공기를 분출하는 과정에서 버블을 발생시킬 수 있으며, 상기 버블은 상기 제2챔버(212) 측에 배치되는 각각의 전극판(221,222) 사이로 통과할 수 있다.
이를 통해, 전기응집조(200')의 가동시 전기응집 반응을 통해 발생하는 고분자 수산화물 복합체(flocs)와 같은 응집체는 상기 버블을 통해 전극판(221,222)에 들러붙는 것이 방지될 수 있다. 이로 인해, 각각의 전극판(221,222)은 고분자 수산화물 복합체가 표면에 들러붙어 오염되는 것이 최소화될 수 있다. 또한, 상기 버블은 전기응집조(200')의 가동시 분출압력을 통해 상기 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 있다.
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 전기응집조(200')의 가동 중에 상기 버블을 발생시킬 수도 있고, 상기 전기응집조(200')의 가동이 중단된 상태에서 작동됨으로써 상기 버블을 통해 상기 전극판(121,122)에 들러붙은 응집체를 빠르게 제거하기 위한 청소작업을 수행할 수도 있다.
한편, 본 발명에 적용될 수 있는 전기응집조(200,200',200")는 전원의 공급, 전원의 차단, 상기 파워전극(221)에 인가되는 전원의 크기나 전류밀도 등과 같이 전기응집조(200,200',200")의 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 변경되어 전극판(221,222)의 양면이 골고루 사용됨으로써 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 발명의 일 실시예에 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.

Claims (15)

  1. 원수공급조;
    분리막조; 및
    상기 원수공급조 및 분리막조 사이에 배치되고, 전기응집 원리를 이용하여 원수에 포함된 오염물질을 응집시키는 복수 개의 전기응집조;를 포함하고,
    상기 복수 개의 전기응집조는 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 전기응집 원리를 이용하여 외부에서 공급되는 원수에 포함된 오염물질을 응집시킬 수 있도록 복수 개의 전극판이 간격을 두고 이격배치되는 전극부;를 포함하고,
    상기 내부공간은 상기 원수가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버의 상부측에 형성되고 상기 전극부가 배치되는 제2챔버 및 상기 제2챔버에서 전기응집 반응이 완료된 처리수가 임시저장되는 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,
    상기 전기응집조는,
    상기 파워전극 및 희생전극이 착탈가능하게 결합되는 전극케이스;를 더 포함하고,
    상기 전극케이스는 상기 파워전극 및 희생전극의 위치를 고정할 수 있도록 내벽에 높이방향을 따라 인입형성되는 끼움홈이 형성되며,
    상기 전극케이스는 상기 하우징의 제2챔버 측에 결합되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 전기응집조는,
    소정의 길이를 갖추고 복수 개의 분사공이 형성된 유입관이 상기 제1챔버 측에 배치되고,
    상기 유입관은 상기 전극판의 배열방향과 평행한 방향으로 배치되는 수처리용 오염물질 제거 시스템.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 전기응집조는,
    소정의 길이를 갖추고 복수 개의 토출공이 형성된 산기관이 상기 제1챔버 측에 배치되고,
    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 전기응집조는,
    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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