KR101015728B1 - 수처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 피처리수의 처리 효율을 향상시켜, 피처리수를 반복 유통시키지 않고, 1회의 통수로 충분히 처리 가능한 수처리 장치를 제공하는 것이다.
수처리 장치(1)는, 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극(6)과, 이 제1 전극(6)의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극(6)에 의해 통전되는 도전성 섬유(8)와, 이 도전성 섬유(8)의 하류측에 위치하여 제1 전극(6)과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극(7)과, 이 제2 전극(7)과 도전성 섬유(8) 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서(9)와, 양 전극(6, 7)에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비한다.
수처리 장치, 전극, 피처리수, 스페이서, 도전성 섬유

Description

수처리 장치 {WATER TREATING APPARATUS}
본 발명은, 하천수나, 음식용수, 혹은 수영장, 공공 목욕탕, 온천 등에 사용하는 물(피처리수)에 포함되는 바이러스 등의 미생물의 제균·살균 처리, 혹은 스케일을 제거하기 위한 수처리 장치에 관한 것이다.
최근, 하천수나, 음식용수, 혹은 공공 목욕탕, 온천 등에 사용하는 물(피처리수) 중에 포함되는 세균이나 곰팡이, 원충 등 미생물을 제거하기 위한 수처리 기술이 급속하게 발전하고 있다.
이와 같은 수처리 장치의 하나로서, 출원인은 먼저 피처리수의 유로 중에 한 쌍의 전극과 미생물을 포집 가능한 도전체를 구비하여, 이 도전체에 정전하를 인가하고, 전극에 부전하를 인가함으로써, 미생물을 도전체에 흡착시키는 장치를 개발하였다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2005-254118호 공보
상기 특허 문헌 1의 수처리 장치는, 염소나 오존 등의 약제를 사용하지 않고 피처리수 중의 미생물을 처리할 수 있으므로, 염소, 오존 특유의 냄새의 발생을 회피할 수 있고, 또한 약제 투입이라고 하는 번잡한 작업이나 취급상 위험성을 회피할 수 있는 효과가 있었다.
그러나, 상기 수처리 장치에서는, 미생물을 흡착하여 제거하는 것은 가능하지만, 전극에 인가하고 있는 전류 밀도가 낮기 때문에 전격 쇼크나 하이포아염소산에 의한 미생물의 살균을 할 수 없어, 정기적으로 도전체를 취출하여 도전체에 흡착된 미생물을 약제 등에 의해 제거할 필요가 있어, 유지 관리가 번잡하였다.
또한, 피처리수 중의 미생물의 대부분을 흡착 제거하는 것을 고려한 경우, 이러한 장치에 피처리수를 여러 번 통과시키거나, 혹은 원 패스(1회의 통수)로 처리하는 경우는, 미생물에 발생되는 쿨롱력보다도 강한 힘이 발생되지 않을 정도의 매우 느린 유속으로 통과시켜야 하는 등, 매우 처리 효율이 낮은 과제가 있었다. 이것은 도전체 표면이 평탄하지 않기 때문에, 도전체 표면이 불균일하게 대전되어, 미생물의 흡착 효율이 저하되는 것이 원인이었다. 또한, 도전체와 이 도전체에 통전하는 제1 전극의 밀착이 불충분하기 때문에, 도전체와 통전하는 제1 전극과의 접촉 저항이 높아져, 전류 효율이 저하되는 것이 원인이었다.
본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 피처리수의 처리 효율을 향상시켜, 피처리수를 반복 유통시키지 않고, 1회의 통수로 충분히 처리 가능한 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 수처리 장치는, 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극과, 이 제1 전극의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극에 의해 전기적으로 접속되는 도전성 섬유와, 이 도전성 섬유의 하류측에 위치하여 제1 전극과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극과, 이 제2 전극과 도전성 섬유 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서와, 양 전극에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 발명의 수처리 장치는, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 도전성 섬유는, 탄소 섬유, 활성 탄소 섬유, 백금 섬유, 티탄 섬유, 카본 나노 튜브 및 각각 촉매를 도포한 탄소 섬유, 수지 섬유, 활성 탄소 섬유, 티탄 섬유 중 어느 하나, 혹은 2종류 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명의 수처리 장치는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 도전성 섬유는, 상기 스페이서의 압박력에 의해 상기 제1 전극에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명의 수처리 장치는, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 스페이서의 공극률은 95 ％보다 큰 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 발명의 수처리 장치는, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 스페이서가 위치하는 상기 유로를 상기 도전성 섬유가 위치하는 부분보다도 좁게 한 것을 특징으로 한다.
청구항 6의 발명의 수처리 장치는, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 도전성 섬유의 중앙부를 일치시키는 동시에, 상기 공급 수단에 의해 상기 양 전극의 중앙부로부터 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수처리 장치에 따르면, 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극과, 이 제1 전극의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극에 전기적으로 접속되는 도전성 섬유와, 이 도전성 섬유의 하류측에 위치하여 제1 전극과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극과, 이 제2 전극과 도전성 섬유 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서와, 양 전극에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비하였으므로, 제1 전극에 정전위를 인가하고 제2 전극에 부전위를 인가하면, 도전성 섬유 표면에서 피처리수 중의 미생물을 흡착할 수 있고, 흡착된 미생물은 절연성 다공질 스페이서에서 포집할 수 있다. 또한, 제1 전극에 부전위를 인가하고 제2 전극에 정전위를 인가하면, 도전성 섬유 표면에서 피처리수 중의 스케일 성분으로 되는 양이온(칼슘 이온, 마그네슘 이온 등)을 흡착할 수 있고, 전해 석출 반응에 의해 석출된 스케일은 절연성 다공질 스페이서에서 포집할 수 있다.
청구항 2의 발명에 따르면, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 도전성 섬유는, 탄소 섬유, 활성 탄소 섬유, 백금 섬유, 티탄 섬유, 카본 나노 튜브 및 각각 촉매를 도포한 탄소 섬유, 수지 섬유, 활성 탄소 섬유, 티탄 섬유 중 어느 하나, 혹은 2종류 이상 포함하는 것이 바람직하다.
청구항 3의 발명에 따르면, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 도전성 섬유는, 절연성 다공질 스페이서의 압박력에 의해 제1 전극에 밀착되므로, 도전성 섬유의 제1 전극에 대한 접촉 저항을 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 전극에 정전위가 인가된 경우에는, 도전성 섬유 표면도 정전위로 대전되므로, 당해 도전성 섬유의 정전위로 대전된 부분과 피처리수의 접촉 면적이 비약적으로 증대하여, 부전위로 대전된 미생물의 포집 효율이 현저하게 향상된다. 또한, 제1 전극에 부전위가 인가된 경우에는, 도전체와 통전하는 제1 전극과의 접촉 저항이 낮아져 전류 효율이 향상되어, 양전위로 대전된 스케일 성분의 제거 효율도 현저하게 향상된다.
또한, 도전성 섬유가 제1 전극과 밀착하면, 도전성 섬유의 제1 전극에 대한 접촉면이 평탄화되므로, 도전성 섬유 표면에 대략 균일하게 인가 전류를 공급하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 도전성 섬유의 대전된 부분과 피처리수의 접촉 면적이 비약적으로 증대하여, 흡착 효율이 현저하게 향상된다. 또한 평탄화에 의해, 도전성 섬유의 제2 전극측의 면과 대향하는 제2 전극과의 거리가 대략 균일해지므로, 도전성 섬유와 제2 전극과의 사이에 대략 균일한 전계가 형성되어, 도전성 섬유의 제2 전극측의 면과 제2 전극과의 거리가 불균일했던 경우에, 최단 거리의 부위에 국소적으로 큰 전류가 흐르는 문제도 해소할 수 있다.
청구항 4의 발명에 따르면, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 스페이서의 공극률을 95 ％보다 크게 함으로써 피처리수의 처리율을 향상시킬 수 있다.
청구항 5의 발명에 따르면, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 스페이서가 위치하는 유로를 도전성 섬유가 위치하는 부분보다도 좁게 하면, 제1 전극과 제2 전극이 도전성 섬유나 스페이서를 거치지 않고 직접 통전하여, 그동안의 인가 전류가 증대하여 염소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
청구항 6의 발명의 수처리 장치는, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 발명에 있어서, 제1 전극과 도전성 섬유의 중앙부를 일치시키는 동시에, 공급 수단에 의해 양 전극의 중앙부로부터 전압을 인가함으로써, 도전성 섬유 중에 대략 균일하게 전류를 공급하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 종래의 구성의 수처리 장치에서는, 수처리 장치에 반복하여 피처리수를 통과시키거나, 매우 저속으로 수처리 장치에 피처리수를 통과시키지 않으면 피처리수 중의 미생물을 충분히 제거할 수 없다고 하는 문제를 해소하기 위해 이루어진 것이다. 피처리수의 처리 효율을 현저하게 향상시켜, 피처리수를 1회 통과시킨 것만으로도 충분히 처리 가능한 수처리 장치를 제공한다고 하는 목적을, 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극과, 이 제1 전극의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극에 전기적으로 접속되는 도전성 섬유와, 이 도전성 섬유의 하류측에 위치하여 제1 전극과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극과, 이 제2 전극과 도전성 섬유 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서와, 양 전극에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비함으로써 실현하였다. 또한, 본 수처리 장치를 스케일 제거에 사용하는 경우에는, 상기 공급 수단은 극성 전환 기능을 갖는 쪽이 좋다. 이하, 도면을 기초로 하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 서술한다.
<제1 실시예>
도1은 본 발명을 적용한 일 실시예의 수처리 장치를 구비한 시스템(S)의 모식도를 도시하고 있다. 본 실시예의 시스템(S)은, 원액조(20)에 저류된 빗물, 지하수, 음료용수, 목욕물, 온천수 등의 물(피처리수)을 본 발명의 수처리 장치(1)에서 처리한 후, 처리액조(30)에 저류하는 수처리 시스템으로, 예를 들어 피처리수를 처리하여 음료용수로 하는 음료수 제조 장치 등에 적용되는 것이다. 그리고, 본 발명의 수처리 장치(1)는 원액조(20)로부터 처리액조(30)로 흐르는 피처리수의 유로 중에 설치되어 있다.
즉, 본 실시예의 시스템(S)은 원액조(20)와, 수처리 장치(1)와, 처리액조(30)를 순차 배관으로 접속함으로써 구성되어 있다. 구체적으로, 원액조(20)에는 본 발명의 수처리 장치(1)에 이르는 배관(22)이 접속되어 있다. 원액조(20)는, 미생물, 스케일, 미세물 등을 포함하는 물(피처리수)을 저류하기 위한 탱크이다. 상기 배관(22)은, 원액조(20) 내에서 개구되는 일단부로부터 원액조(20)의 외부로 연장되어, 펌프(P)를 통해 수처리 장치(1)의 처리조(케이스)(5)의 하단에 형성된 유입구(3)에 접속되고, 타단부는 당해 케이스(5) 내의 저부(底部)에서 개구되어 있다.
또한, 수처리 장치(1)의 케이스(5)의 상단에는 유출구(4)가 형성되고, 이 유출구(4)에는 처리액조(30)에 이르는 배관(24)이 접속되어 있다. 이 배관(24)은, 수처리 장치(1)의 케이스(5) 내의 상부에서 개구되는 일단부로부터 당해 케이스(5) 의 외부로 연장되어 상기 처리액조(30)에 접속되고, 타단부는 처리액조(30) 내의 상방에서 개구되어 있다. 처리액조(30)는, 수처리 장치(1)에서 미생물 등이 제거된 처리 후의 물을 저류하기 위한 탱크이다.
다음에, 본 발명의 수처리 장치(1)에 대해 도2 내지 도4를 이용하여 설명한다. 도2 및 도3은 도1의 수처리 장치(1)의 설명도, 도4는 도1의 수처리 장치(1)의 종단 측면도를 각각 도시하고 있다.
본 실시예의 수처리 장치(1)는, 피처리수가 흐르는 유로 중에 배치되어 있고, 원액조(20)로부터의 피처리수를 도입하는 유입구(3)가 하단부에 마련되고 유출구(4)가 상단부에 마련된 케이스(5)와, 이 케이스(5) 내에 수용된 통수성을 갖는 메쉬 형상(그물코 형상)의 제1 전극(6)과, 이 제1 전극(6)의 하류측에 위치하여 제1 전극(6)에 전기적으로 접속되고 통수성을 갖는 도전성 섬유(8)와, 이 도전성 섬유(8)의 하류측에 위치하여 제1 전극(6)과 쌍을 이루는 통수성을 갖는 메쉬 형상(그물코 형상)의 제2 전극(7)과, 제2 전극(7)과 도전성 섬유(8) 사이에 개재된 통수성을 갖는 절연성 다공질 스페이서(9) 등을 구비하고 있다.
케이스(5)는 유리나 수지재 등의 절연 부재로 이루어지고, 본체(10)와, 이 본체(10)의 상하 개구를 폐색하는 덮개 부재(12, 13)로 구성되어 있다(도4). 본체(10)는 세로로 긴 원통 형상을 나타낸 벽면(10A)과, 이 벽면(10A)의 상하 단부에 원주 방향(도4에서는 횡방향)으로 연장되고, 소정의 두께를 가진 상하 모서리부(10B, 10C)로 이루어진다. 그리고, 본체(10)의 벽면(10A)의 내측에는 상기 각 부재[메쉬 형상 전극(6, 7), 도전성 섬유(8) 및 스페이서(9)]를 수용하는 처리 실(15)이 형성되어 있다. 실시예의 본체(10)의 내경[벽면(10A)의 내경]은 40 ㎜로 되어 있다.
상기 덮개 부재(12)에는, 당해 덮개 부재(12)를 축 방향(도4에서는 상하 방향)으로 관통하는 관통 구멍이 형성되고, 이 관통 구멍은 처리실(15)을 거친 피처리수를 수처리 장치(1)로부터 취출하기 위한 유출구(4)로 되어 있다. 또한, 덮개 부재(13)에도, 상기 덮개 부재(12)와 마찬가지로 축 방향(도4에서는 상하 방향)으로 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 관통 구멍은 원액조(20)로부터의 피처리수를 수처리 장치(1) 내로 도입하기 위한 유입구(3)로 되어 있다.
그리고, 본체(10)의 모서리부(10B)에는 O링(17)을 개재하여 덮개 부재(12)가 장착되고, 마찬가지로 모서리부(10C)에도 O링(17)을 개재하여 덮개 부재(13)가 장착되어, 이에 의해 케이스(5)가 구성되어 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 본체(10)의 각 모서리부(10B, 10C)에 각각 밀봉 부재로서의 O링(17)을 개재하여 덮개 부재(12, 13)를 장착하여 케이스(5)를 구성하고 있으므로, 본체(10)와 덮개 부재(12, 13)와의 밀봉성이 향상되어, 케이스(5)의 수밀성을 높일 수 있다.
한편, 상술한 전극(6, 7)은, 백금(Pt), 이리듐(Ir), 탄탈(Ta), 팔라듐(Pd), 티탄 또는 스테인리스 등의 단체, 혹은 적어도 백금(Pt), 이리듐(Ir), 탄탈(Ta), 팔라듐(Pd), 티탄 또는 스테인리스 중 어느 하나를 포함하는 도전체를 메쉬 형상(그물코 형상)으로 가공한 불용성 전극이다. 전극(6, 7)은 동일한 소재로 구성되고, 구체적으로 본 실시예의 전극(6, 7)은 티탄 전극을 백금과 이리듐으로 이루어지는 합금으로 피복한 백금-이리듐 피복 티탄 전극을, 메쉬 형상이며 또한 전체가 원반 형상을 이루도록 가공한 것을 이용하는 것으로 한다. 즉, 각 전극(6, 7)은 메쉬 형상으로 가공함으로써, 피처리수를 유통 가능한 통수성(피처리수가 투과 가능) 전극으로 되어 있다. 또한, 이러한 메쉬 형상의 전극(6, 7)은, 본체(10)의 내경과 대략 동일한 외경을 갖는 원반 형상으로 되도록 형성되어 있다. 또한, 전극(6, 7)에는 급전 막대(18)를 통해 도시하지 않은 직류 전원(공급 수단)으로부터 전류가 공급되어, 전극(6)과 전극(7) 사이를 통과하는 전류의 전류치가 일정치(정전류)로 되도록 양 전극에 인가되는 전압의 전압치가 제어되어 있다. 이 급전 막대(18)는 유입구(3), 혹은 유출구(4)에 각각 패킹 등의 밀봉 부재(18A)를 통해 장착되어 있다.
상기 도전성 섬유(8)에는, 탄소 섬유, 활성 탄소 섬유, 백금 섬유, 티탄 섬유, 카본 나노 튜브 및 각각 촉매를 도포한 탄소 섬유, 수지 섬유(요오드나 5불화비소 등을 도프한 폴리아세틸렌 수지 등의 그 자체가 도전성인 수지 섬유 또는 도전성 재료가 조성물로서 배합되어 있는 수지 섬유), 활성 탄소 섬유, 티탄 섬유 중 어느 하나, 혹은 2종류 이상 포함된 것이 사용된다. 특히 탄소 섬유는, 저렴하고 또한 부식 등의 열화가 발생되기 어려우므로, 도전성 섬유(8)의 재료로서 적합하다. 또한 도전성 섬유(8)는 다공질 블록 형상, 스폰지 형상 또는 펠트 형상이기 때문에 통수성을 갖고(피처리수가 투과 가능), 제1 전극(6)의 유로 하류측으로 되는 전극(6)의 상면에, 밀착된 상태로 배치되어 있다. 특히 도전성 섬유(8)로서 탄소 섬유를 사용한 경우, 고온에서 소성한 것을 이용하고, 이 소성 온도는 목표로 하는 피처리수의 처리율을 기초로 하여 설정되어 있다. 도9는 본 발명의 수처리 장치(1)에 있어서, 이용할 탄소 섬유의 소성 온도만을 변경하여, 미생물(여기서는 미생물로서 대장균을 이용하였음)을 포함하는 피처리수(대장균수 106 CFU/㎖)를 1회, 수처리 장치(1)에 유통시킨 경우에 있어서의 당해 미생물의 처리율을 나타내는 도면이다. 이 도9에 나타내는 바와 같이, 탄소 섬유의 소성 온도를 상승시킴으로써 탄소 섬유의 전기 전도성이 양호해져, 탄소 섬유 전체에 보다 균일한 전계가 형성되어, 피처리수의 처리율이 향상되는 것을 알 수 있었다. 특히, 소성 온도를 2000 ℃ 이상으로 함으로써 피처리수의 처리율이 현저하게 향상되고, 소성 온도를 2500 ℃로 하면 피처리수의 처리율이 대략 100 ％로 되는 것을 알 수 있었다. 그래서, 본 실시예에서는 당해 탄소 섬유로서, 2000 ℃ 이상(바람직하게는, 2500 ℃)에서 소성된 펠트 형상의 것을 이용하는 것으로 한다.
또한, 도전성 섬유(8)는 전극(6, 7) 사이에서 직접 통전이 발생되는 일이 없는 구조로 되어 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는 피처리수의 유로인 처리실(15)의 단면 방향에 있어서, 적어도 상기 전극(6)이 도전성 섬유(8)보다 외측으로 나오지 않는 구조로 되도록 형성되어 있다. 즉, 전술한 바와 같이 전극(6)은, 본체(10)의 내경과 대략 동일한 외경을 갖는 원반 형상으로 형성되어 있으므로, 도전성 섬유(8)도 마찬가지로, 피처리수가 흐르는 유로 방향에 직교하는 단면이 대략 동일해지도록, 본체(10)의 내경과 대략 동일한 외경을 갖는 원반 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 유로의 단면 방향에 있어서 전극(6)이 도전성 섬유(8)보다 외측으로 나오지 않는 구조로 함으로써, 전극(6, 7) 사이에서 직접 통전이 발생되는 문제를 회피할 수 있다.
그리고, 상기 전극(6)은 케이스(5) 내의 하방이며, 본체(10)의 벽면(10A)의 내벽면에 전극(6)의 외주벽이 접촉하도록 배치되는 동시에, 도전성 섬유(8)는 처리실(15) 내에 있어서, 이 전극(6)의 피처리수의 유로의 하류측으로 되는 전극(6)의 상면에, 상기 전극(6)의 중앙부와 도전성 섬유(8)의 중앙부가 일치하도록, 또한 본체(10)의 벽면(10A)의 내면과의 사이에 간극없이 배치되어 있다.
한편, 도전성 섬유(8)의 유로 하류측으로 되는 도전성 섬유(8)의 상면에는 상기 스페이서(9)가 접촉하여 설치되어 있다. 즉, 스페이서(9)는 도전성 섬유(8)와 그 유로 하류측에 위치하는 전극(7) 사이에 개재 설치되어 있다. 이 스페이서(9)는 절연성(비도전성) 다공질체(메쉬 형상도 포함함)이며, 공극률이 높은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 공극률이라 함은, 다공질 구조의 내부에 존재하는 공극부(공기 부분)의 비율을 말한다. 따라서, 공극률이 높을수록 스페이서(9)의 밀도(벌크 밀도)가 낮아지고(눈이 성김), 공극률이 낮을수록 스페이서(9)의 밀도가 높아진다(눈이 촘촘함). 절연성 다공질체에는, 절연성(비도전성) 수지(PP 수지, 아크릴 수지, 불소 수지 등), 화학 섬유(유리 섬유, 폴리에스테르 섬유 등), 부직포, 종이 등이 사용되지만, 본 실시예에서는 통수성을 갖는 고분자의 부직포, 예를 들어 폴리에스테르나 사란(아사히 카세이제) 등의 폴리염화비닐리덴계의 고분자 등이며, 공극률이 95 ％보다 큰 것을 스페이서(9)로서 사용하였다.
또한, 당해 스페이서(9)는 도전성 섬유(8)의 상면에 접촉하여 당해 도전성 섬유(8)를 압박하고 있으므로, 도전성 섬유(8)는 스페이서(9)의 당해 압박력에 의 해 제1 전극에 꽉 눌러져 상기 제1 전극(6)의 상면에 밀착되는 것으로 된다. 특히 신축 가능한 도전성 섬유(탄소 섬유 등)의 경우, 스페이서(9)의 당해 압박력에 의해 압축되어 제1 전극에 꽉 눌러져, 상기 제1 전극(6)의 상면에 밀착되는 것으로 된다. 즉, 압박 전의 도전성 섬유는 도3의 우측에 확대하여 나타내는 바와 같이 하면(상면도 동일)이 평탄하지 않고 요철이 있는 형상이지만, 도전성 섬유(8)의 상면에 스페이서(9)를 설치하여, 이 스페이서(9)의 압박력에 의해 도전성 섬유(8)를 압축함으로써, 도전성 섬유(8)의 전극(6)에의 밀착력을 보다 높일 수 있다. 이와 같이, 도전성 섬유(8)를 전극(6)과 밀착시킴으로써, 이 도전성 섬유(8)가 전극(6)과 전기적으로 접속되는 동시에, 전극(6)에 대한 접촉 저항을 저하시켜 전극(6)의 일부분을 형성하는 것으로 된다.
도5에 도전성 섬유(8)로서 탄소 섬유를 사용한 경우의, 밀도와 전극(6)과의 접촉 저항의 관계를 나타낸다. 도5에 있어서, 횡축은 탄소 섬유의 밀도(g/㎤)로, 이 밀도는 탄소 섬유의 압축률과 비례 관계에 있다. 즉, 스페이서(9)에 의해 탄소 섬유가 압축되어 있을수록(압축률이 높을수록) 밀도가 높아진다. 또한, 종축은 탄소 섬유와 전극(6)의 접촉 저항(Ω)을 나타내고 있다. 이 도5로부터 탄소 섬유의 밀도가 높아질수록, 즉 스페이서(9)에 의해 탄소 섬유가 압축될수록 전극(6)과 탄소 섬유가 밀착되어, 탄소 섬유의 전극(6)에 대한 접촉 저항이 저하되는 것을 알 수 있다.
그로 인해, 본 실시예에서는 피처리수의 유통에 지장이 초래되지 않을 정도로 스페이서(9)에 의해 도전성 섬유(8)와 전극(6)을 밀착시켜, 전극(6)과의 접촉 저항을 최대한 억제하는 것으로 한다. 이와 같이, 전극(6)과의 접촉 저항을 억제함으로써 도전성 섬유(8)가 통전되기 쉬워져, 도전성 섬유(8)의 전체를 전극(6)의 일부로 할 수 있다. 이에 의해, 도전성 섬유(8) 표면의 전하에 이온, 미생물이 가까이 끌어 당겨지게 된다. 예를 들어, 제1 전극(6)에 정전위를 인가한 경우에는, 도전체와 통전하는 제1 전극과의 접촉 저항이 낮아져 전류 효율이 향상되어, 양전위로 대전된 스케일 성분의 제거 효율도 현저하게 향상된다. 특히 도전성 섬유로서 탄소 섬유를 사용한 경우, 소성 온도를 조절하고 스페이서(9)의 압박력에 의해 밀도를 조절함으로써, 피처리수의 처리율이 변경 가능해지므로, 목표로 하는 처리율을 기초로 하여 탄소 섬유의 밀도와 소성 온도를 설정함으로써 피처리수의 종류나 용도에 따라 최적의 수처리 장치(1)를 구성할 수 있게 된다.
또한, 스페이서(9)를 설치함으로써, 도전성 섬유(8)의 전극(7)측의 면(즉, 본 실시예에서는 상면)을 평탄화할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 도전성 섬유(8)는 전극(6)에 밀착하여 설치되어 있으므로, 도전성 섬유(8) 전체가 전극(6)의 일부를 구성하는 것으로 되지만, 도전성 섬유(8)의 상면이 평탄하지 않은 경우, 대향하는 전극(7)과의 거리가 불균일해지므로, 도전성 섬유(8)에 균일하게 전류가 흐르지 않아, 도전성 섬유(8)의 상면과 전극(7)의 하면과의 거리가 가장 가까운 부분(즉, 최단 거리 부분)에 국소적으로 큰 전류가 흐르는 문제가 발생한다.
특히 촉매가 도포된 도전성 섬유(8)의 경우, 국소적으로 큰 전류가 흐른 부위에서는 촉매층이 박리되기 쉬워지기 때문에 열화되기 쉬워, 당해 도전성 섬유(8)의 수명이 짧아진다고 하는 문제가 발생하고 있었다. 그래서, 본 발명과 같이 도 전성 섬유(8)의 상면에 스페이서(9)를 배치함으로써, 전극(7)측의 면(즉, 본 실시예에서는 상면)도 평탄화할 수 있게 된다. 이에 의해, 도전성 섬유(8)와 전극(7)과의 거리를 대략 균일하게 하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 도전성 섬유(8)에 국소적으로 큰 전류가 흐르는 문제를 해소할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 전극(6)과 도전성 섬유(8)와의 단면을 대략 동일해지도록 형성하였으므로, 전극(6)의 중앙부와 도전성 섬유(8)의 중심부를 일치시켜 배치함으로써, 전극(6)의 상면과 도전성 섬유(8)의 하면이 전체면에서 접촉하는 것으로 된다.
한편, 본 실시예의 스페이서(9)는, 상기 도전성 섬유(8)와 마찬가지로 원반 형상으로 형성되어 있지만, 외경이 도전성 섬유(8)보다 소직경으로 형성되어 있다. 그리고, 스페이서(9)는 중앙부(축심 방향의 중심)가 도전성 섬유(8)의 중앙부(축심 방향의 중심)와 일치하도록 도전성 섬유(8)의 상면에 밀착된 상태로 배치된다. 당해 스페이서(9)는 외주에 고정 링(19)이 장착된 상태로 도전성 섬유(8) 상에 배치된다. 고정 링(19)은 내경이 스페이서(9)의 외경과 대략 동일하게 형성되어 있고, 스페이서(9)의 외주면을 고정 링(19)의 내주면에서 보유 지지 가능하게 구성되어 있다. 또한, 고정 링(19)의 외경은 본체(10)의 벽면(10A)의 내경과 대략 동일하게 되어, 고정 링(19)을 본체(10)에 장착하였을 때에 벽면(10A)과 고정 링(19) 사이에 간극이 없도록 형성되어 있다.
이와 같이, 스페이서(9)의 외경을 도전성 섬유(8)의 외경보다 작게 하고, 이 도전성 섬유(8)의 외경보다 작게 하여 발생한 공간에 스페이서(9)의 외주면에 본체 의 벽면(10A)의 내경과 동일하게 형성한 고정 링(19)을 장착함으로써, 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다도 좁게 하고 있다. 이에 의해, 만일 도전성 섬유(8)의 외주면과 본체(10)의 벽면(10A)의 내주면 사이에 근소한 간극이 존재하여, 전극(6)을 거친 피처리수가 이 간극을 흘렀다고 해도, 도전성 섬유(8)의 상면에 위치하는 고정 링(19)에 의해 내측(내경측)으로 흘러, 여기에 위치하는 도전성 섬유(8)를 통과하는 것으로 된다. 이에 의해, 전극(6, 7) 사이에서 직접 통전하는 문제를 방지할 수 있게 된다.
특히, 본 실시예와 같이 스페이서(9)의 외주에 고정 링(19)을 장착함으로써 스페이서(9)가 이동하는 문제도 해소할 수 있고, 또한 고정 링(19)의 무게에 의해, 도전성 섬유(8)의 상면을 누르는 압박력도 증대하므로, 도전성 섬유(8)를 전극(6)에 더욱 밀착시키고, 또한 도전성 섬유(8)의 상면을 한층 더 평탄화할 수 있으므로, 도전성 섬유(8)의 상면에서 보다 균일한 전계를 얻을 수 있다. 이에 의해, 처리 효율을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 도6을 이용하여 스페이서(9)와 고정 링(19)의 상기 효과에 대해 설명한다. 도6에 있어서, 횡축은 스페이서(9)의 밀도, 종축은 미생물(도6에서는 미생물로서 대장균을 이용하였음)을 포함하는 피처리수(대장균수 106 CFU/㎖)를 1회, 수처리 장치(1)에 유통시킨 경우에 있어서의 당해 미생물의 처리율을 나타내고 있다. 마름모꼴의 포인트와 사각의 포인트는, 도전성 섬유(8)의 상면에 본 발명의 스페이서(9)를 설치한 경우, 삼각의 포인트는 도전성 섬유(8)의 상면에 다른 스페 이서(고분자 수지로 이루어지는 스페이서)를 설치한 경우에 있어서의 피처리수 중의 미생물의 처리율이고, 또한 마름모꼴의 포인트는 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분과 동일하게 하여[즉, 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다 좁게 하지 않음], 고정 링(19)을 설치하지 않는 경우에 있어서의 처리율, 사각의 포인트는 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다 좁게 하여, 스페이서(9)의 외주에 고정 링(19)을 설치한 경우에 있어서의 처리율의 결과를 나타내고 있다.
도6에 나타내는 바와 같이, 도전성 섬유(8)의 상면에 본 발명의 스페이서(9)(수지 스페이서)와는 상이한 재질의 고분자 수지로 이루어지는 스페이서를 설치한 것에서는, 처리율이 75 ％ 이하로 되었다. 이에 대해, 본 발명의 스페이서(9)를 설치한 것에서는, 처리율이 80 ％ 이상으로 되었다. 또한 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다 좁게 한 것[고정 링(19) 있음]에서는, 처리율이 90 ％ 이상으로 되었다.
이와 같이, 고정 링(19)의 유무와 스페이서의 종류와 밀도에 따라, 미생물의 처리율에 변화가 발생하는 것을 알 수 있었다.
즉, 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다 좁게 한 고정 링(19)이 있는 경우는, 고정 링(19)이 없는 경우와 비교하여, 모든 피처리수가 도전성 섬유(8)를 통과하게 되므로, 처리 효율이 향상되었다. 이와 같이, 스페이서(9)의 외주에 고정 링(19)을 설치하여, 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다 더욱 좁게 함으로써, 모든 피처리수가 도 전성 섬유(8)를 통과하게 되므로, 도전성 섬유(8)에 의한 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시예와 같이 스페이서(9) 및 고정 링(19)을 장착함으로써, 도전성 섬유(8)의 상면을 한층 더 평탄화할 수 있으므로, 도전성 섬유(8)의 상면에서 균일한 전해 반응을 얻을 수 있어, 전해 효율을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 스페이서의 밀도가 동일해도, 본 발명의 스페이서(9)와 당해 스페이서(9)와는 상이한 고분자 수지의 스페이서를 이용한 경우에는, 피처리수의 처리율이 저하되는 것을 알 수 있었다. 즉, 스페이서의 종류에 따라 처리율에 변화가 발생되는 것을 알 수 있었다.
또한, 공극률이 94 ％인 것을 스페이서(9)로서 사용하여, 이 스페이서(9)의 외주에 고정 링(19)을 장착하여 피처리수 중의 미생물(상기와 동일한 대장균)의 처리를 행하면, 처리율이 81 ％로 되었다. 다음에, 공극률이 98 ％인 스페이서(9)를 사용하여 피처리수 중의 미생물의 처리를 행하면, 처리율이 98 ％로 되었다. 이와 같이 공극률을 변화시켜 처리율을 조사한 결과, 공극률을 95 ％보다 크게 함으로써, 수처리 장치(1)에 1회 피처리수를 유통시키는 것만으로, 피처리수 중의 미생물을 충분히 처리할 수 있는 것을 알 수 있었다. 스페이서(9)의 밀도, 즉 공극률을 바꿈으로써 처리율을 조절할 수 있는 것을 알 수 있었다.
한편, 전극(7)은 케이스(5) 내의 상방이며, 본체(10)의 벽면(10A)의 내벽면에 전극(6)의 외주벽이 접촉하도록 배치되어 있다. 이 전극(7)은, 처리실(15) 내에 있어서, 상기 부재[전극(6), 도전성 섬유(8), 스페이서(9)(고정 링(19)도 포함함)]로부터 피처리수의 유로의 가장 하류측으로 되는 스페이서(9)의 상면에 밀착된 상태로 배치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 처리실(15) 내에 배치된 전극(6)의 일부를 구성하는 도전성 섬유(8)와 전극(7)과의 간격, 즉 도전성 섬유(8)의 전극(7)측의 면(상면)과 전극(7)의 하면과의 거리는 19 ㎜이다.
한편, 전극(6)의 하면 및 전극(7)의 상면의 중앙부에는, 각각 급전 막대(18)의 일단부가 접촉하도록 배치되어 있다. 급전 막대(18)는, 각 전극(6, 7)에 도시하지 않은 전원으로부터의 전압을 인가하기 위해 설치된 것이다. 실시예의 급전 막대(18)는 티탄을 직경 3 ㎜의 세로로 긴 원통 형상으로 가공한 것이다. 이러한 급전 막대(18)의 존재에 의해, 각 전극(6, 7)의 중앙부로부터 전압을 인가하여, 통전하는 것이 가능해진다. 특히, 전극(6)의 상면에는 상술한 바와 같이 전극(6)과 중앙부가 일치하도록 배치된 도전성 섬유(8)가 밀착하여 설치되어 있으므로, 급전 막대(18)로 전극(6)의 중앙부로부터 전극(6)에 전압을 인가함으로써, 당해 도전성 섬유(8)에 균일하게 통전하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 전해 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 상술한 바와 같이 급전 막대(18)를 전극(6)의 하면 및 전극(7)의 상면의 중앙부에 배치하여, 전극(6, 7)의 중앙부에 전압을 인가하는 관계상, 본 실시예의 유입구(3) 및 유출구(4)는 도4에 도시하는 바와 같이 열쇠 형상으로 구성되어 있다.
이상의 구성으로 이루어지는 수처리 장치(1)에 있어서, 원액조(20)로부터의 피처리수는, 케이스(5)의 덮개 부재(13)에 형성된 유입구(3)로부터 케이스(5) 내에 형성된 처리실(15)로 들어가, 전극(6), 도전성 섬유(8), 스페이서(9) 및 전극(7)을 순차 통과한 후, 덮개 부재(12)에 형성된 유출구(4)로부터 외부로 나오게 된다. 또한, 이 처리실(15) 내에 구성된 피처리수가 흐르는 유로는, 도전성 섬유(8)의 전극(6)측의 면(본 실시예에서는 하면)의 중앙을 중심으로 하여 구성되어 있다. 이에 의해, 피처리수를 도전성 섬유(8)에 균일하게 유통시킬 수 있으므로, 피처리수의 처리 효율을 개선할 수 있게 된다.
다음에, 시스템(S)의 동작을 설명한다. 당해 시스템(S)은, 예를 들어 컨트롤러에 의해 동작이 제어되고 있는 것으로 한다. 컨트롤러는, 펌프(P)의 운전, 상기 각 전극(6, 7)의 통전 등, 본 시스템(S)의 제어를 담당하는 제어 수단으로, 범용의 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있다. 그리고, 상기 컨트롤러는 미리 설정된 프로그램에 따라서 이하의 처리 동작을 실행한다.
(1) 제1 처리 공정(미생물 제거)
우선, 피처리수 중의 미생물을 제거하는 동작에 대해 설명한다. 컨트롤러는, 펌프(P)를 시동하는 동시에, 급전 막대(18)를 통해 전극(6)에 전압을 인가한다. 전극(6)을 정전위로 설정하면 도전성 섬유(8)도 정전위로 된다. 따라서, 전극(7)은 부전위로 된다. 본 실시예에서는, 내경 40 ㎜의 유로에 외경 40 ㎜ 이하의 도전성 섬유(8)가 설치된 것이므로, 컨트롤러의 전류 설정치는 60 ㎃(밀리암페어) 이상으로 하고, 도전성 섬유(8)가 용출하는 전류보다 낮은 값까지의 범위의 높은 전류치로 각 전극(6, 7)에 전압을 인가하고 있다. 또한 수처리 장치(1)로 유입되는 피처리수의 유량이 400 ㎖/분이 되도록 컨트롤러로 펌프(P)를 제어하고 있다.
상기 펌프(P)의 운전에 의해, 수처리 장치(1)의 케이스(5) 내의 처리실(15)에는 유입구(3)로부터 피처리수가 유입된다. 이에 의해, 처리실(15) 내의 전 극(6), 도전성 섬유(8), 스페이서(9), 전극(7)은 피처리수 중에 침지되는 형상으로 된다. 그리고, 처리실(15) 내로 유입된 피처리수는, 전극(6), 도전성 섬유(8), 스페이서(9), 전극(7)을 순차 통과한 후, 최종적으로 유출구(4)로부터 유출된다. 이때, 피처리수 중에 포함되는 세균이나 곰팡이 등의 미생물은 도전성 섬유(8) 표면에 흡착되고, 통수함으로써, 필터 효과에 의해 스페이서(9)에 포집된다.
이에 의해, 상술한 컨트롤러의 전류 설정치의 범위 내에서 전극(6, 7)에 전압을 인가하면, 피처리수의 유로의 상류측으로 되는 전극(6) 및 이 전극(6)에 전기적으로 접속된 도전성 섬유(8)는 애노드(정전위)로 되고, 하류측으로 되는 전극(7)은 캐소드(부전위)로 된다.
여기서, 미생물은 일반적으로 부전위로 대전되어 있으므로 정전위로 된 도전성 섬유(8)의 표면으로 미생물은 가까이 당겨지게 된다.
또한, 상기한 바와 같이 전극(6, 7)에 전압을 인가하면, 물의 전기 분해가 발생된다. 즉, 전극(6, 7)에 의해 처리실(15) 내의 피처리수에 통전하면, 애노드로 되는 전극(6) 및 도전성 섬유(8)에서는,
2H2O → 4H+ + O2 + 4e-
의 반응이 일어나고, 캐소드로 되는 전극(7)에서는,
4H+ + 4e- + (4OH-) → 2H2 + (4OH-)
의 반응이 일어나는 동시에, 피처리수에 포함되는 염화물 이온이,
2Cl- → Cl2 + 2e-
와 같이 반응하고, 또한 이 Cl2는 물과 반응하여,
Cl2 + H2O → HClO + HCl
로 된다.
이 구성에서는 도전체와 통전하는 제1 전극과의 접촉 저항이 낮아져 전류 효율이 향상되므로, 상기 살균력이 큰 HClO(하이포아염소산)를 포함하는 살균수의 발생 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 전극(6, 7)에의 통전은, 전류가 60 ㎃ 이상 높은 전류치로 되므로, 각 전극(6, 7)에의 통전에 의해 피처리수의 미생물을 사멸시킬 수 있다. 도7은 도전성 섬유(8)에 탄소 섬유를 사용한 경우의 인가 전류와 미생물의 처리율과의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 이 처리율도, 수처리 장치(1)에 1회 피처리수를 통수한 경우의 피처리수 중의 미생물(상기 동일한 대장균을 이용하였음)의 처리율이다. 이 경우, 밀도 0.16 g/㎤의 탄소 섬유를 이용하고, 대극 면적률 3.4인 전극(6, 7)을 이용하였다. 도7에 나타내는 바와 같이, 인가 전류가 60 ㎃(도7에 나타내는 0.06 A)보다 낮은 전류치에서는, 어떠한 경우도 미생물의 처리율이 현저하게 낮아 0 ％ 내지 20 ％ 정도였다. 이에 대해, 60 ㎃의 전류치로 하면, 처리율이 90 ％ 이상으로 되는 것을 알 수 있었다.
즉, 전극(6, 7)에 60 ㎃ 이상의 높은 전류치로 되도록 전위를 인가함으로써, HClO에 의해, 피처리수 중의 미생물을 효과적으로 사멸시키는 효과에 더하여, 전 극(6, 7)에의 통전에 의해 피처리수의 미생물을 감전시켜 사멸시킬 수 있다. 이에 의해, 피처리수 중의 미생물의 처리 효율이 비약적으로 향상되어, 당해 수처리 장치(1)에 1회 피처리수를 흐르게 하는 것만으로 충분히 피처리수 중의 미생물을 제거 처리하는 것이 가능해지는 것이 명백해졌다.
또한, 높은 전류치를 인가함으로써, 전해 처리에 의해 발생되는 염소가 증대하여, 염소취(臭)에 의해 불쾌감을 주는 것과 같은 문제가 발생하게 된다. 도8은 전극(6, 7)에 인가하는 전류치와 피처리수 중의 전체 염소 농도의 관계를 나타내고 있다. 도8에 있어서, 횡축은 전극(6, 7)에 인가하는 전류치(A)를 나타내고, 종축은 피처리수 중의 전체 염소 농도를 나타내고 있다. 즉, 전체 염소 농도가 높을수록 염소의 발생량이 많아져, 염소취가 증대된다. 또한, 도8의 마름모꼴의 포인트는 도전성 섬유(8)를 마련하지 않는 경우의 결과이고, 사각의 포인트는 본 발명과 같은 도전성 섬유(8)를 전극(6)의 상면에 밀착시켜 마련한 경우의 결과를 각각 나타내고 있다.
도8에 나타내는 바와 같이 도전성 섬유(8)를 마련하지 않고, 전극(6, 7)만으로 하여 60 ㎃(도8에 나타내는 0.06 A)의 전류를 인가하면, 피처리수 중의 전체 염소 농도가 0.075 mg/L로 매우 높아졌다. 이에 대해, 전극(6)에 도전성 섬유(8)를 밀착시켜 마련하여, 전극(6, 7)에 동일한 전류치(60 ㎃)를 인가하면, 피처리수 중의 전체 염소 농도가 0.05 mg/L가 되어, 도전성 섬유(8)를 마련하지 않는 경우보다 현저하게 낮은 농도로 되었다. 이것은, 도전성 섬유(8)를 전극(6)에 밀착시켜 전류(6)의 일부로 함으로써 전극(6)의 표면적이 증대되기 때문에, 동일한 전류치를 인가한 경우에 있어서도 전류 밀도가 작아지고, 그 결과 하이포아염소산의 발생량이 감소하였기 때문이라고 고려된다.
즉, 하이포아염소산의 발생량은 전류 밀도에 비례하므로, 큰 전류를 흘려도 본 발명과 같은 도전성 섬유(8)를 마련함으로써, 하이포아염소산의 과도한 발생을 방지할 수 있게 된다. 이에 의해, 염소취의 발생을 억제할 수 있게 된다. 한편, 상술한 바와 같이 큰 전류에 의해 미생물의 감전사를 촉진시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 염소취의 발생을 억제하면서 미생물의 살균을 효과적으로 행할 수 있어, 처리 능력을 현저하게 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 전술한 바와 같이 제1 전극(6)과 제2 전극(7)이 도전성 섬유(8)나 스페이서(9)를 거치치 않고 직접 통전되는 일이 없는 구조로 함으로써, 직접 통전에 의해 그동안의 인가 전류가 증대되어, 염소가 과도하게 발생하는 문제도 해소할 수 있다.
(2) 제2 처리 공정(스케일 제거)
다음에, 피처리수 중의 스케일 성분을 제거하는 동작에 대해 설명한다. 우선 컨트롤러는, 펌프(P)를 시동하는 동시에, 급전 막대(18)를 통해 전압을 인가한다. 전극(6)을 부전위로 설정하면 도전성 섬유(8)도 부전위로 된다. 따라서 전극(7)은 정전위로 된다. 본 실시예에서는, 내경 40 ㎜의 유로에 외경 40 ㎜ 이하의 도전성 섬유(8)가 마련된 것이므로, 컨트롤러의 전류 설정치는 60 ㎃(밀리암페어) 이상으로 하고, 도전성 섬유(8)가 용출하는 전류보다 낮은 값까지의 범위의 높은 전류치로 각 전극(6, 7)에 전압을 인가하고 있다. 또한 수처리 장치(1)로 유입되는 피처리수의 유량이 400 ㎖/분이 되도록 컨트롤러로 펌프(P)를 제어하고 있다.
이에 의해, 피처리수의 유로의 상류측으로 되는 전극(6) 및 도전성 섬유(8)는 캐소드(부전위)로 되고, 하류측으로 되는 전극(7)은 애노드(정전위)로 된다. 즉, 전극(6, 7)에 의해 처리실(5) 내의 피처리수에 통전하면, 캐소드로 되는 전극(6) 및 도전성 섬유(8)에서는,
4H+ + 4e- + (4OH-) → 2H2 + (4OH-)
의 반응이 일어나고, 애노드로 되는 전극(7)에서는,
2H2O → 4H+ + O2 + 4e-
의 반응이 일어난다.
상기한 바와 같이 캐소드로 되는 도전성 섬유(8)에서는, 수산화물이온(OH-)이 생성된다. 수산화물이온은 매우 강한 염기이기 때문에, 도전성 섬유(8)의 캐소드로 대전되어 있는 표면은 국소적으로 알칼리성이 된다. 이에 의해, 피처리수 중의 경도 성분이 당해 수산화물이온과 반응하여, 염으로 된다. 구체적으로는, 피처리수 중에 포함되어 주된 스케일 성분으로 되는 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 실리카 등의 이온이, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 수산화마그네슘 등의 난용성(難溶性) 염으로 되어 석출된다. 또한, 피처리수 중에 인, 유황이나 아연 등의 이온이 포함될 때에는, 염으로서 황산칼슘, 아황산칼슘, 인산칼슘, 인산아연, 수산화아연, 염기성 탄산아연 등도 석출되는 경우가 있다. 또한, 스케일 성분으로 되는 상기 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 실리카 등의 이온의 일부는, 전해 석출 작용에 의해 도전성 섬유(8) 상에도 직접 석출된다.
또한 도전성 섬유(8)에서 석출된 상기 각 염(즉, 스케일)은, 도전성 섬유(8)의 피처리수의 유로 하류측에 위치하는 스페이서(9)로 흐르고, 당해 스페이서(9)에서 회수된다. 이와 같이 도전성 섬유(8)에서 석출시킨 염(스케일)은 도전성 섬유(8)의 부(負)로 대전되어 있는 표면에 석출되고, 퇴적된 스케일은 스페이서(9)에서 회수할 수 있다. 또한, 도전성 섬유(8)와 그 하류측에 위치하는 전극(7) 사이에 스페이서(9)를 설치하여, 피처리수를 캐소드로 되는 도전성 섬유(8)측으로부터 애노드로 되는 전극(7)측으로 유통시킴으로써, 도전성 섬유(8)측에서 석출된 스케일을 스페이서(9)에서 효율적으로 회수할 수 있게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 전극(6, 7), 도전성 섬유(8) 및 스페이서(9)를 통수성을 갖는 구조로 하는 동시에, 스페이서(9)를 절연체로 함으로써 피처리수를 지장 없이 유통시키면서, 스페이서(9)에 의해 스케일을 회수할 수 있다.
또한, 도전성 섬유(8)와 전극(7) 사이에 스페이서(9)를 설치하여, 피처리수를 캐소드로 되는 도전성 섬유(8)측으로부터 애노드로 되는 전극(7)측으로 유통시킴으로써, 도전성 섬유(8)에서 석출된 스케일이 당해 도전성 섬유(8)에 부착되는 것을 가능한 한 피할 수 있다. 특히, 피처리수의 유속이 빠른 경우에는, 한번 도전성 섬유(8)에 부착된 스케일이 박리되기 쉽고, 박리된 스케일을 도전성 섬유(8)의 하류측에 배치된 스페이서(9)에서 회수할 수 있다. 이에 의해 도전성 섬유(8)에 석출된 스케일이 도전성 섬유(8) 내부에 퇴적되는 것을 방지하여, 도전성 섬유의 단락, 열화를 가능한 한 억제할 수 있다.
회수한 스케일의 배출은, 통상의 경우, 전극(6) 및 전극(7)에 인가하는 전위의 극성을 반전시키면, 도전성 섬유(8)가 애노드(정전위)로 되므로, 전해 반응에 의해 도전성 섬유 표면이 국소적으로 산성을 띠어, 도전성 섬유 표면에 석출된 스케일이 용해되고, 스페이서에 부착된 스케일도 용해되어 양이온으로서 하류측으로부터 배출된다. 다량의 스케일이 부착된 경우, 피처리수의 유통에 지장을 초래할 우려가 있으므로, 당해 스페이서(9)를 교환할 필요가 있다. 이 스페이서(9)를 교환하는 경우, 우선 시스템(S)의 전원을 절단하여, 전극(6, 7)에의 통전을 정지시킨 후, 케이스(5)의 덮개 부재(12) 및 덮개 부재(13)를 제거하여 본체(10)의 한쪽 개구, 예를 들어 하단의 개구로부터 전극(6)을 상단측으로 밀어냄으로써, 상단의 개구로부터 전극(7), 고정 링(17), 스페이서(9), 도전성 섬유(8) 및 전극(6)을 제거하여 교환할 수 있다. 혹은, 어느 한쪽의 덮개 부재[덮개 부재(12), 혹은 덮개 부재(13)]를 제거하여, 예를 들어 덮개 부재(12)를 제거하여 여기로부터 이들 부재를 빼내어 교환하는 것도 가능하다.
그리고, 교환 후에는 다시 본체(10) 내에 순차 배치하여, 다시 본체(10)의 모서리부(10B, 10C)에 O링(19)을 개재하여 각 덮개 부재(12, 13)를 장착함으로써, 용이하게 밀봉성이 높은 케이스(5)를 조립할 수 있다.
또한, 본 제2 처리 공정(피처리수 중의 스케일 성분을 제거하는 동작)에 있어서, 컨트롤러는 상기 제1 처리 공정(처리수 중의 미생물을 제거하는 동작)과 같이 전극(6, 7)에 전류가 60 ㎃ 이상이며, 도전성 섬유(8)가 용출하는 전류보다 낮은 값까지의 범위의 높은 전류치를 인가하지 않고, 60 ㎃보다 낮은 전류치를 인가 하는 것으로 해도 지장 없다.
즉, 이러한 전류치에 있어서도 전극(6)에서 염(스케일)을 석출시켜, 이 스케일을 전극(6)과, 도전성 섬유(8)에서 충분히 회수할 수 있다.
또한, 상기 실시예와 마찬가지로 전극(6, 7)에 전류가 60 ㎃ 이상이며, 도전성 섬유(8)가 용출하는 전류 밀도보다 낮은 값까지의 범위의 높은 전류치를 인가하는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 이러한 큰 전류에 의한 미생물의 감전사가 발생되므로, 이 제2 처리 공정에 있어서, 피처리수 중의 스케일 제거 효과에 더하여, 미생물의 처리 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 스페이서(9)의 외주에 고정 링(19)을 장착하여, 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다도 좁게 하는 것으로 하였지만, 고정 링(19)을 장착하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 도10에 도시하는 바와 같이 스페이서(9)가 위치하는 본체(10) 자체의 형상을 내주측으로 돌출시켜, 이러한 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다도 좁게 하는 것으로 해도 좋고, 그 밖의 형상이라도 스페이서(9)가 위치하는 유로를 도전성 섬유(8)가 위치하는 부분보다도 좁게 할 수 있으면 유효하다.
여기서, 배경 기술에서 설명된 특허 문헌 1에 기재된 기술(종래 기술)과 본 발명의 차이를 설명한다. 종래 기술에서는 탄소 섬유 표면이 불균일하게 대전되어 있는 데 대해, 본 발명에서는 탄소 섬유 표면이 균일하게 대전된다. 또한, 절연성 다공질 스페이서가 탄소 섬유 표면과 밀접하게 접촉하고 있으므로, 탄소 섬유 표면상의 반응 면적이 넓어, 절연성 다공질 스페이서에 의해 처리물을 회수할 수 있으 므로, 도전성 섬유 중에서 미생물이나 스케일이 막히는 일이 없다. 그로 인해, 막힘시에 발생하는 과전압을 회피할 수 있어, 도전성 섬유의 열화를 회피할 수 있다.
<제2 실시예>
또한, 상기 제1 실시예에서는 본 발명을 적용한 수처리 장치(1)를 원액조(20)에 저류된 피처리수를 처리하여, 처리액조(30)에 저류하는 도1에 도시하는 시스템(S)에 구비하는 것으로 하였지만, 이에 한정되지 않고 수처리 장치(1)를 다른 시스템에 이용해도 상관없다. 여기서, 본 실시예에서는 본 발명을 적용한 수처리 장치(1)를 다른 시스템에 구비한 경우의 다른 실시예에 대해 설명한다.
도11은 본 발명을 적용한 수처리 장치(1)를 구비한 다른 실시예의 시스템을 모식적으로 도시한 도면이다. 이 시스템은, 대중탕의 온수나 온천 등에 사용하는 물(온수)을 피처리수로 하여, 이 피처리수 중에 포함되는 미생물, 미세물의 제거, 분해를 행하기 위한 장치이다. 또한, 도11에 있어서 상기 도1 내지 도10과 동일한 부호가 부여된 것은, 동일하거나, 혹은 동일한 효과, 혹은 작용을 발휘하는 것으로서, 여기서는 설명을 생략한다.
도11에 도시하는 본 실시예의 장치(T)는, 예를 들어 온천 등의 원수(피처리수)를 욕조로부터 배관(60)을 통해 장치(T) 내로 도입하여, 우선 여과 장치(50)에서 피처리수 중에 포함되는 조대한 미세물을 제거한 후, 본 발명의 수처리 장치(모듈)(1)에서 처리하여, 배관(64)을 통해 외부로 방출하는 처리 장치이다.
여과 장치(50)는 온천 등의 원수(이하, 피처리수)에 포함되는 조대한 미세물을 제거하기 위한 장치이다. 본 실시예의 여과 장치(50)는, 수조 내에 도시하지 않은 여과막이 설치된 것으로, 이 여과막에 의해 수조 내부가 2개의 실로 구획되어 있다. 즉, 여과 장치(50)의 일단부로부터 수조 내의 여과막의 한쪽 실내로 유입된 피처리수는, 여과막을 거쳐 다른 쪽 실내로 흐르는 것으로 된다. 이때, 여과막에 의해 피처리수 중의 조대한 미세물이 포획되므로, 피처리수 중으로부터 조대한 미세물을 제거할 수 있는 것이다. 또한, 여과 장치(50)는 상술한 구성에 한정되는 것은 아니며, 피처리수 중의 미세물을 제거 가능한 것이면 어떠한 구성이라도 상관없다. 또한, 수처리 장치(1)는 상기 제1 실시예와 동일한 구성이므로, 여기서는 설명을 생략한다.
또한, 도11에 있어서, 부호 53은 여과 장치(50) 내의 피처리수를 퍼올리기 위한 펌프로, 배관(63) 상에 설치되어 있다. 그리고, 부호 54는 펌프(53)에 의해 퍼올려져, 배관(63)을 흐르는 피처리수의 유량을 조절하기 위한 조절 밸브, 55는 배관(63)을 흐르는 피처리수의 유량을 검출하기 위한 유량계, 57은 피처리수와 함께 퍼올려진 공기를 제거하거나, 혹은 여과 장치(50)로부터의 피처리수를 배수하기 위한 밸브 장치, 58은 수처리 장치(1)에서 처리 후의 피처리수를 외부로 방출하기 위한 밸브 장치, 59는 수처리 장치(1)에서 처리 후의 피처리수를 순환 회로(65)를 통해 배관(60)으로 복귀시키거나, 혹은 수처리 장치(1)를 통과한 후술하는 세정액을 세정 회로(61) 상의 세정조(52)로 복귀시키기 위한 밸브 장치이다.
상기 세정조(52)는 장치(T)의 세정을 행하기 위한 전술한 세정액을 저류하기 위한 탱크로, 이 세정조(52) 내에 저류된 세정액은, 예를 들어 하이포아염소산, 린스 및 수돗물 등을 첨가한 액으로 한다.
본 실시예의 장치(T)에서는, 수처리 장치(1)에서 처리 후의 피처리수를 외부로 배출할지, 여과 장치(50)로 복귀시킬지를 선택 가능하게 구성되어 있다. 또한 상기 세정조(52)에 저류된 세정액에 의해, 장치(T) 전체가 세정 가능하게 구성되어 있다. 즉, 밸브 장치(58)를 개방하고, 밸브 장치(59)를 폐쇄하면, 수처리 장치(1)에서 처리 후의 피처리수는 배관(64)으로부터 외부로 배출되는 것으로 된다. 한편, 밸브 장치(59) 및 밸브 장치(59A)를 개방하고, 밸브 장치(58) 및 밸브 장치(59B)를 폐쇄하면, 수처리 장치(1)에서 처리 후의 피처리수가 순환 회로(65)를 통해 여과 장치(50)로 복귀되는 것으로 된다. 또한, 장치(T)를 세정하는 경우에는, 밸브 장치(59) 및 밸브 장치(59B)를 개방하고, 밸브 장치(58) 및 밸브 장치(59A)를 폐쇄하면, 세정조(52) 내의 세정수를 여과 장치(50), 펌프(53), 조절 밸브(54), 유량계(55) 및 수처리 장치(1)로 순차 흐르고, 다시 세정조(52)로 복귀시키는 순환이 행해져, 세정액에 의해 장치(T) 전체를 세정할 수 있다.
이상의 구성으로, 본 장치(T)에 있어서의 처리의 흐름을 간단히 설명하면, 우선 욕조 등에 접속된 배관(60)으로부터 온천 등의 피처리수가 본 실시예의 장치(T) 내로 유입되어, 여과 장치(50)의 한쪽 실로 유입된다. 당해 한쪽 실내로 유입된 피처리수는, 여과막을 거쳐서 다른 쪽 실내로 흐른다. 그리고, 이 여과막을 통과하는 과정에서 피처리수 중의 조대한 미세물이 여과막에 포획된다. 다른 쪽 실로 유입된 피처리수는 펌프(53)의 운전에 의해 여과 장치(50)로부터 퍼올려져, 조절 밸브(54), 유량계(55)를 통해 수처리 장치(1) 내로 유입된다. 또한, 수처리 장치(1) 내에 있어서의 수처리 동작은 상기 제1 실시예와 동일하므로 여기서는 설 명을 생략한다.
당해 수처리 장치(1)에서 처리된 피처리수는, 밸브 장치(58)가 개방되고 밸브 장치(59)가 폐쇄되어 있는 경우에는, 배관(64)을 통해 외부로 배출된다. 또한, 밸브 장치(58)가 폐쇄되고 밸브 장치(59)가 개방되어 있는 경우에는[이때, 밸브 장치(59A)는 개방되고, 밸브 장치(59B)는 폐쇄되어 있음], 순환 회로(65), 배관(60)을 통해 다시 여과 장치(50)에 이르고, 이후 상술한 동작을 반복한다.
이와 같이 본 실시예의 장치(T)에서는, 수처리 장치(1)에서 처리한 후의 피처리수를 여과 장치(50)로 복귀시켜 다시 수처리 장치(1)에서 처리하는 것도 가능하기 때문에, 수처리 장치(1)에 1회 흐르게 한 것만으로는 피처리수를 충분히 처리할 수 없는 매우 오염된 피처리수가 흐른 경우에도, 다시 수처리 장치(1)에 흐르게 하여 처리할 수 있다.
도1은 본 발명을 적용한 일 실시예의 수처리 장치를 구비한 시스템의 모식도(제1 실시예).
도2는 본 발명의 수처리 장치의 설명도.
도3은 본 발명의 수처리 장치의 설명도(분해도).
도4는 본 발명의 수처리 장치의 종단 측면도.
도5는 제1 전극에 밀착된 탄소 섬유의 밀도와 이 전극과의 접촉 저항의 관계를 나타내는 도면.
도6은 스페이서의 밀도 변화에 수반되는 처리율의 변화를 나타내는 도면.
도7은 인가 전류와 미생물의 처리율과의 관계를 나타내는 도면.
도8은 전극에 인가하는 전류치와 피처리수 중의 전체 염소 농도의 관계를 나타내는 도면.
도9는 탄소 섬유의 소성 온도와 미생물의 처리율과의 관계를 나타내는 도면.
도10은 본 발명의 다른 실시예의 수처리 장치의 종단 측면도.
도11은 본 발명의 수처리 장치를 구비한 다른 실시예의 시스템의 모식도(제2 실시예).
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
S, T : 시스템, 1 : 수처리 장치, 3 : 유입구, 4 : 유출구, 5 : 케이스, 6 : 전극(제1 전극), 7 : 전극(제2 전극), 8 : 도전성 섬유, 9 : 절연성 다공질 스페이서, 10 : 본체, 10A : 벽면, 10B, 10C : 모서리부, 12, 13 : 덮개 부재, 15 : 처리 실, 17 : O링, 18 : 급전 막대, 19 : 고정 링, 20 : 원액조, 22, 24, 60, 61, 62, 63, 64, 65 : 배관, 30 : 처리액조, 50 : 여과 장치, 52 : 세정조, 53 : 펌프, 54 : 조절 밸브, 55 : 유량계, 57, 58, 59, 59A, 59B : 밸브 장치

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극과,
    상기 제1 전극의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극에 전기적으로 접속되는 도전성 섬유와,
    상기 도전성 섬유의 하류측에 위치하여 상기 제1 전극과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극과,
    상기 제2 전극과 상기 도전성 섬유 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서와,
    상기 양 전극에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비하며,
    상기 도전성 섬유는 상기 스페이서의 압박력에 의해 상기 제1 전극에 밀착되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  4. 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극과,
    상기 제1 전극의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극에 전기적으로 접속되는 도전성 섬유와,
    상기 도전성 섬유의 하류측에 위치하여 상기 제1 전극과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극과,
    상기 제2 전극과 상기 도전성 섬유 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서와,
    상기 양 전극에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비하며,
    상기 스페이서의 공극률은 95 ％보다 큰 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  5. 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극과,
    상기 제1 전극의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극에 전기적으로 접속되는 도전성 섬유와,
    상기 도전성 섬유의 하류측에 위치하여 상기 제1 전극과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극과,
    상기 제2 전극과 상기 도전성 섬유 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서와,
    상기 양 전극에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비하며,
    상기 스페이서가 위치하는 상기 유로를 상기 도전성 섬유가 위치하는 부분보다도 좁게 한 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  6. 피처리수의 유로 중에 배치된 통수성의 제1 전극과,
    상기 제1 전극의 하류측에 위치하여 당해 제1 전극에 전기적으로 접속되는 도전성 섬유와,
    상기 도전성 섬유의 하류측에 위치하여 상기 제1 전극과 쌍을 이루는 통수성의 제2 전극과,
    상기 제2 전극과 상기 도전성 섬유 사이에 개재된 절연성 다공질 스페이서와,
    상기 양 전극에 전압을 공급하는 공급 수단을 구비하며,
    상기 제1 전극과 상기 도전성 섬유의 중앙부를 일치시키는 동시에, 상기 공급 수단에 의해 상기 양 전극의 중앙부로부터 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 섬유는, 탄소 섬유, 활성 탄소 섬유, 백금 섬유, 티탄 섬유, 카본 나노 튜브 및 각각 촉매를 도포한 탄소 섬유, 수지 섬유, 활성 탄소 섬유, 티탄 섬유 중 어느 하나 혹은 2종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
KR1020080043719A 2007-05-14 2008-05-13 수처리 장치 KR101015728B1 (ko)

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