KR20020031121A

KR20020031121A - 전해부상방법을 이용한 수처리 장치 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR20020031121A
Application number: KR1020020009601A
Authority: KR
Inventors: 나현준; 안진영; 권중천; 남승엽; 최경민
Original assignee: 남승엽, 최경민; 주식회사 일류기술
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2002-04-26
Also published as: KR100435002B1

Abstract

본 발명은 처리수의 소독과 유기물 분해 및 SS 성분의 부상이 하나의 공정에서 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 전기소독-분해-부상 겸용의 수처리 장치 및 이의 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 수처리장치는, 유입구와 유출구가 설치된 탱크와; 상기 탱크의 내부에 유체흐름과 평행하게 배열된 복수개의 전해판과; 상기 유입구와 상기 전해판 사이에 설치되며 유입수가 상기 전해판 사이로 플럭-플로(plug-flow)되도록 유도하는 플럭-플로유도관과; 상기 전해판에 전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 전해판의 주변에 설치되며 상기 전해판에 발생된 기포를 분리시키는 기포분리수단과; 상기 탱크의 내부공간 상부에 부상된 부유물을 제거하기 위한 스크레퍼로 구성된다.

본 발명에 따르면, 소독, COD 제거, N, P 제거, 색도제거, SS 제거가 동시에 이루어짐으로써 처리수의 재이용이 가능해 진다.

Description

전해부상방법을 이용한 수처리 장치 및 그 운전방법{Treating Equipment of Waste Water and the Operation Method of therof}

본 발명은 복합적 기능을 갖춘 전기분해 장치로서, 하수·오수·산업폐수·식수 등의 처리를 위한 전기분해 및 부상 장치에 관한 것이다.

물의 사용량이 증가되고, 대기·수질 오염이 날로 심화되면서 오폐수의 처리 및 물의 재이용의 필요성이 증대되고 있다. 이러한 수처리 및 물의 재이용화에서는 박테리아, 바이러스 등을 제거하기 위한 소독 및 물에 존재하는 부유물질의 제거가 중요한 요소로 되고 있으며, 국내에서도 관련법규가 강화될 것으로 입법 예고되고 있다.

종래 물 소독 기술로는 전기분해를 이용한 소독이외에도 염소소독, 할로겐소독, UV소독, 오존소독 등이 개발·적용되어 왔다.

전기분해를 이용한 소독은 물을 전기분해하는 과정에서 첨가 혹은 생성된 각종 화학물질이 미생물이나 바이러스를 사멸시키는 기제로 활용되도록 하는 방식이다. 전기분해를 통한 소독을 위해서 혹은 소독의 효율을 향상시키기 위해 NaCl,Ag, Ca, Br, I 등을 첨가하게 된다. 소독을 목적으로 하는 전기분해법은 첨가물, 첨가물을 공급하기 위한 각종 부대장치 등이 필요하고, 소독의 대상이 되는 물의 성상, 유량 변동에 따라 첨가물의 종류 및 그 첨가량이 달라지게 되며 따라서 매우 복잡한 소독법으로 알려져 있다.

한편 염소소독법은 물의 소독법으로 가장 널리 이용되고 있는데, 잔류성이 높아서 효율적인 것으로 알려져 있다. 그러나 염소소독법은 공정 과정에서 THM, chloramine과 같은 강독성 부산물이 생성되며, 밀도가 낮은 oil, grease 또는 콜로이드성 물질이 물에 포함되어 있는 경우에는 소독효과가 크지 않은 단점이 있다.

UV소독은 자외선에 이한 살균방법으로 최근에 집중적으로 연구되고 있다. 그러나 UV소독은 잔류효과가 거의 없고, 시설비 및 유지비가 과도하며, 처리수의 유량변동에 대응하기가 상대적으로 어려운 것으로 알려져 있다. 또한 처리수 내에 부유고형물(SS)나 색소성분이 있는 경우 처리효과가 매우 낮을 뿐만 아니라 미생물이 UV에 의해 손상된 DNA를 자가복구할 수 있기 때문에, 현장에서 확실한 소독효과를 거둘 수 있다고 규명하기 어렵다.

오존 소독법은 강력한 산화력으로 큰 소독효과를 얻을 수 있는 방법이지만 오존의 용해성이 낮고 시설비 및 운전비가 많이 소요되며 수처리 과정에서 발생하는 오존의 유출을 방지하기 위한 (후)처리 시설이 필요하다. 또한 오존 소독법은 처리부산물의 안정성에 대한 명확한 검증이 이루어지지 않았다.

종래 처리수 내의 부유물질을 제거하는 방법으로는 크게 분해법, 응집법 및부상법이 알려져 있다. 분해법은 화학분해, 생물분해 및 전기분해로, 응집법은 기본원리에 따라 다시 화학응집법과 전기응집법으로, 부상법은 기포의 출처에 따라 압축기포부상법과 전기부상법으로 구분된다.

화학분해법 및 화학응집법은 화학약품이 소모되며 2차 오염의 가능성이 있으며, 생물분해 즉, 생물학적 처리방법은 비교적 시간 소모적이며 온건한 환경을 유지해야 한다는 한계가 있다. 압축기포부상법은 비교적 작은 크기(직경 20 ㎛ 이하)의 부유물질 부상이 어렵고 처리수가 과도하게 요동하게 되는 문제가 있다.

전기분해-부상 방법은 처리수에 전극을 설치하여 통전(전기분해)함으로써 유기물을 분해함과 동시에 전기분해 과정에서 발생하는 기체에 의해 처리수 내의 SS를 부상시키는 방법이다. 이 방법은 유기물 특히 색소 등 난분해성 물질의 분해도 가능하기 때문에 염색폐수, 피혁폐수, 침출수 등 생물학적 처리가 어렵거나 생물학적 처리 후에도 잔류하는 색소나 유기물을 재처리하는 목적으로 많이 사용되고 있다. 그러나 과다한 운전비(전력비)가 필요하다는 점, 전기판(전극)에 불순물이 부착되거나 스케일이 형성되는 점, 발생되는 기포가 크기 때문에 비교적 큰 입자의 SS만 부상한다는 점, 유입수의 유량, 오염물질 농도 변화에 대해 유연하게 대처하기 어렵다는 점등이 문제로 지적되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 교반 장치를 부착하여 전극에 부착된 불순물을 부상시키거나, 큰 입자의 SS는 사전에 여과하거나, 다른 화학적 응집제를 함께 적용하거나, 가상부압조 또는 DAF(dissolved air flotation)를 동시에 적용시키거나, 오존 발생장치, UV 소독장치 등과 같은 다른 수처리장치를 함께 사용하는 방법이 개발되었다.

다양한 보완방법에도 불구하고 종래 전기분해-부상 방법은 ① 양극판을 손실전극으로 사용하지 않는 경우, 양극판의 용해로 인해 양극판을 자주 교체해 줘야 하며, ② Al이나 Fe 소재의 손실전극을 사용할 경우에도, 금속수산화물과 같은 다량의 슬러지가 발생하기 때문에 발생 슬러지의 처리에 비용이 과다하게 소요되고, ③ 응집제를 함께 사용하는 공정이 대부분이므로, 응집제 사용으로 인한 경제적 부담이 발생하고, ④ 응집제를 사용하지 않는 공정인 경우에는 공정 뒷부분에 DAF나 기타 후처리 장치를 부착해야 하기 때문에 부지의 활용도, 운영비 면에서 효율성이 떨어진다.

본 발명은 보다 미세한 기포가 발생되는 전기소독-분해-부상 겸용의 수처리 장치 및 이의 운전방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 수직단면도.

도 2는 본 발명에 따른 플록-플로유도관의 부분절개도.

도 3은 본 발명에 따른 전해판의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 수처리장치를 이용하여 오·폐수 처리예를 도시한 그래프이다.

<도면부호의 설명>

10 : 수처리장치20 : 탱크

30 : 전해판40 : 플럭-플로유도관

50 : 전원공급부60 : 기포분리수단

70 : 스크레퍼21 : 유입조

22 : 반응조23 : 침전조

24 : 부상슬러지제거함25, 26 : 위어

27 : 기포가이드벽28 : 격벽

31 : 지지수단32 : L형판

33 : 전해판지지레일34 : 전해판홀더

35 : 돌기41 : 유도공

71 : 스크레퍼블레이드72 :체인

73 : 롤 210 : 유입구

211, 220, 231, 240, 261 : 슬러지배출구230 : 유출구

340 : 고정홈

상기 목적을 달성하기 위한 전해부상방법을 이용한 수처리 장치는,

유입구와 유출부가 설치된 탱크와; 상기 탱크의 내부에 유체흐름과 평행하게 배열된 복수개의 전해판과; 상기 유입구와 상기 전해판 사이에 설치되며 유입수가상기 전해판 사이로 플럭-플로(plug-flow)되도록 유도하는 플럭-플로유도관과; 상기 전해판에 전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 전해판의 주변에 설치되며 상기 전해판에 발생된 기포를 분리시키는 기포분리수단과; 상기 탱크의 내부공간 상부에 부상된 부유물을 제거하기 위한 스크레퍼로 구성된다.

상기 탱크는, 오폐수가 유입되는 유입조와, 전기분해가 발생되는 반응조와, 잔여슬러지를 침전시키는 침전조로 구분되어 있는 통체이다.

상기 유입조는 1차적으로 슬러지를 침전시키는 구간이며, 상기 반응조는 1차정화가 이루어진 유입수를 전기분해하는 구간이며, 상기 침전조는 전기분해된 유입수에 포함되어 있는 미세슬러지를 침전시키는 구간이다.

상기 전해판은, 전기를 공급받아 유입수 중의 유기물을 전기분해하고, 표면에서 기포를 발생시킴으로써 SS가 부상되도록 한다.

이러한 상기 전해판은, 양극판과 음극판으로 구성되는데, 상기 양극판은, 그 손실을 최소화하여 장기간 사용하기 위해, Ti판에 Pb, Rh, Sn, Ru, Nb, Ir, Ge, Ga등의 물질을 코팅(도금 또는 증착)한 불용성 전해판을 사용함이 바람직하며, 상기 음극판은, 기포를 많이 발생시키는 Al, Cu의 재질인 전해판을 사용함이 바람직하다.

그리고 음극판은 전기 전도도가 높을수록 작은 기포를 형성하는 것으로, 주로 알루미늄이 사용되고 있다. 그러나, 폐수 속에 Ca, Mg 이온이 많아서 scale 형성이 우려되는 경우에는 Ti와 같은 금속판을 사용할 수도 있다.

특히 스케일 제거를 목적으로 제작되는 전기분해 장치의 경우에는 망상형 알루미늄 판을 음극으로 사용하고, 스케일 형성에 의해 전류가 일정 수준이하로 떨어지면, 자동으로 전해판을 교체시켜주는 장치를 이용하여 연속적으로 스케일을 제거할 수 있다.

그리고, 상기 전해판의 일측(상층부)에 다수의 요철(凹凸)을 형성하여, 발생된 기포의 운동이 난류가 되도록 유도할 수 있다.

상기 전해판에서는 전기분해 효과에 의해 미생물의 소독, 색도의 제거, COD 제거(유화된 오일, 그리스등의 제거, 난분해성 물질의 분해, 유기물의 제거), 암모니아성 N의 제거가 이루어지며, 미세기포에 의한 부유물(클로로이드 성분)의 부상이 이루어진다.

참고로, 상기 암모니아성 N의 제거는 다음과 같이 이루어진다.

- 음극 : Cl^-→ Cl₂+ 2e^-

용액 : Cl₂+ H₂O → HOCl + H⁺+ Cl^-

HOCl + NH₄ ⁺→ NH₂Cl + H₂O + H⁺

HOCl + NH₂Cl → NHCl₂+ H₂O

NHCl₂+ HOCl → NCl₃+ H₂O

NHCl₂+ H₂O → NOH + 2H⁺+2Cl^-

NOH + 2HOCl → NO₃ ^-+ 3H⁺+2Cl^-

NOH + NHCl₂→ N₂↑ + HOCl + H⁺+Cl^-

상기 플록-플로유도관은 유입수를 일정한 층류로 흐르도록 하기 위한 것으로서, 예를들면 다수개의 유도공이 형성되어 있는 관체이다. 상기 유입수는 플록-플로유도관을 통해 층류 유동 상태로 상기 전해판 사이로 공급된다. 따라서, 전기분해 효과 및 SS부상효과가 유입수에 고르게 작용하게 된다.

유입조의 오폐수가 유입되는 플럭-플로유도관은 상기 전해판의 하부에 설치됨으로써, 기포의 부상과 유입수의 흐름에 의해 반응기 내부에서 유체의 흐름이 회전하도록 하고, 이와 같은 유체 흐름을 통해 오염물질의 직접 산화와 간접적 산화를 극대화시키는 것이 좋다.

상기 전원공급부는, 상기 전해판 및 하기의 기포분리수단에 전원을 공급하는 것으로써, 수처리장치의 외부에 설치되어 전선을 이용하여 상기 장치들에 연결된다.

상기 기포분리수단은, 전해판에 형성된 기포와 미세 scale 등을 전해판으로부터 분리시키기 위한 장치이다.

구체적으로, 직접 가격하여 충격파를 생성하는 마이크로해머와, 전파의 공명을 이용하여 기포를 분리시키는 마이크로파발생기, 진동을 이용하여 기포를 분리시키는 마이크로바이브레이터 또는 기포가 발생되는 전해판의 면을 주기적으로 슬라이딩하여 강제 분리시키는 와이퍼 등이 사용될 수 있다.

SS는 미세기포에 의해 효과적으로 부상되기 때문에 전극판에 형성된 기포가 적절한 크기일 때 분리될 수 있도록, 기포분리수단의 작동주기를 적절하게 조절하는 것이 중요하다.

상기 스크레퍼는, 부상된 슬러지를 제거하기 위한 장치이다. 예를들어 상기 스크레퍼는, 유입수의 수면에 부상된 슬러지를 일방향으로 밀어내는 스크레퍼블레이드가 부착되어 있으며, 상기 블레이드에 의해 포집된 부상슬러지는 별도로 설치된 배출구를 통해 분리·배출된다.

상기 스크레퍼의 운전방식은 전해판에 흐르는 전류밀도에 따라 달라진다.

① 전류밀도가 낮은 조건, 즉 기포의 생성이 상대적으로 적은 조건에서는 스크레퍼에 다수의 스크레퍼블레이드를 장착하고, 비교적 높은 RPM에서 운전하여, 부상슬러지를 빠르게 제거한다. 이 경우 상기 스크레퍼블레이드의 재질로는 +전하를 띄는 부직포, 음이온교환수지, 명주직물, 유리가 포함된 직물등이 사용됨이 바람직하다.

② 또한 전류밀도가 높은 조건, 즉 기포의 생성이 상대적으로 많아 스크레퍼 작동이 원활하지 못한 경우에는 스크레퍼블레이드와 수면과의 거리를 길게하여, 수면에 일정 높이(1 - 5 cm)의 부상슬러지 층이 생성되도록 한다. 부상슬러지 층의 원활한 형성을 위해서는 스크레퍼블레이드의 수를 1 -2 개로 유지하고 스크레퍼의 회전 속도도 1 - 5 RPM으로 유지하는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 전해부상법을 이용한 수처리장치의 운전방법에 있어서,

유입수가 수직으로 설치된 상기 전해판 사이로 플럭-플로되도록 제어하며, 상기 기포분리수단으로 상기 전해판에 반복적인 충격을 가하거나, 와이퍼가 전해판에 접면되어 슬라이딩 됨으로써, 미세한 기포가 상기 전해판의 표면으로부터 분리되도록 한다.

상기 플럭-플로되도록 제어한다는 것은, 유입되는 오폐수가 고르게 전기반응이 일어나는 전해판을 통과하도록 하는 것이다. 그리고, 각 전해판에서 생성되는 기포는 일정한 크기가 되면 자력에 의해 부양되기도 하지만, 부양되는 기포의 직경을 감소시켜 부유물의 분리작용이 활발히 이루어지도록 하기 위해, 기포분리수단을 이용하여 전해판에 생성된 기포를 강제적으로 분리시키도록 한다.

또한, 스크레퍼의 운전 속도와 블레이드의 위치를 조절하여 수면에 일정 높이의 부상 슬러지가 쌓여 있도록 운전함으로써, 과도한 거품 형성을 억제하고, 부상 입자들의 침강과 부상 운동을 극대화하여, 전체 반응기 내부에서의 유체흐름을 안정시키고 화학적 반응작용 발생을 극대화시킬 수 있도록 한다.

상기 침강은, 슬러지(금속수산화물)등이 흡착되어 있는 거품이 수처리장치의 수면으로 밀집됨에 따라, 슬러지 간의 응집으로 밀도가 상승되어 수처리장치의 하부로 하강하는 작용을 말한다.

그리고, 부상은 수처리장치의 수면에 형성되어 있는 거품층의 인력에 의해 상층부에서 와동하는 부유물을 끌어당기는 작용을 말한다.

이하, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 존 발명의 수처리장치의 수직단면을 도시한 단면도이다.

본 발명의 전해부상방법을 이용한 수처리 장치(10)는,

유입구(210)와 유출구(230)가 설치된 탱크(20)와; 상기 탱크의 내부에 유체흐름과 평행하게 배열된 복수개의 전해판(30)과; 상기 유입구(210)와 상기 전해판(30) 사이에 설치되며 유입수가 상기 전해판 사이로 플럭-플로(plug-flow)되도록 유도하는 플럭-플로유도관(40)과; 상기 전해판(30)에 전원을 공급하는 전원공급부(50)와; 상기 전해판의 주변에 설치되며, 상기 전해판에 발생된 기포를 분리시키는 기포분리수단(60)과; 상기 탱크의 내부공간 상부에 부상된 부유물을 제거하기위한 스크레퍼(70)로 구성된다.

상기 탱크(20)는, 오폐수가 유입되는 유입조(21)와, 전기분해가 발생되는 반응조(22)와, 잔여 슬러지를 침전시키기 위한 침전조(23)로 이루어진다.

상기 유입조(21)는, 그 상부에 오폐수가 유입되는 유입구(210)가 형성되어 있으며, 유입구에 근접하여 물의 역류를 막기 위한 위어(25)가 설치되어 있다. 그리고, 하부에는 유입된 오폐수중 침전된 슬러지(금속수산화물)을 외부로 방출하기 위한 슬러지 배출구(211)가 형성되어 있다.

상기 반응조(22)는, 상부 일측면에는 부상된 슬러지(오일, 그리스류, 및 콜로이드성 물질)를 모아 배출할 수 있도록 슬러지배출구(240)가 구비된 부상슬러지제거함(24)이 설치되어 있으며, 상기 반응조(22)의 하부 일측에는 침전된 슬러지를 방출하기 위한 배출구(220)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 부상슬러지제거함(24) 내부의 밑면은 포집된 슬러지를 용이하게 배출할 수 있도록 일정한 경사로 형성한다.

상기 침전조(23)는, 상기 반응조에서 발생된 기포가 난류와동하고, 부상된 슬러지가 유출부로 쓸려나가지 않도록 하는 기포가이드벽(27)이 설치되어 있으며, 유입되는 오폐수의 유동거리를 길게 하기 위해 다수개의 격벽(28)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 침전조(23)에는 정화된 유입수를 외부로 방출하는 유출구(230)가 상부에 설치되어 있으며, 하부에는 침전된 미세슬러지를 방출하는슬러지배출구(231)가 형성되어있다. 상기 유출구(230)가 설치된 부분에는 상부만 개구된 위어(26)가 상하로 길게 형성되어 있으며, 상기 위어(26)가 설치된 면의 하부에도 침전된 슬러지를 배출하기 위한 슬러지배출구(261)가 형성되어 있다.

또한, 상기 전해판(30)은, 상기 본체의 유입조(21)와 반응조(22)를 분리하는 측벽에 부착된 L형판(32)의 가로부재 위에 지지수단(31)에 의해 고정된다.

상기 지지수단(31)은, 도3에 도시된 바와같이, 가로부재에 고정되는 전해판지지레일(33)과, 상기 전해판지지레일(33)에 착탈가능하게 조립되는 전해판홀더(34)로 구성된다. 그리고 상기 전해판홀더(34)의 상부면에는 전해판(30)을 삽입 할 수 있는 고정홈(340)이 형성되어 있다.

이렇게 지지수단(31)에 의해 고정되는 전해판(30)은, 교차 고정되는 양극과 음극판으로, 각 판의 상부에는 유입수의 와류를 형성하기 위한 돌기(35)가 형성되어 있다. 상기 전해판(30)은 유입수의 종류에 따라서 다수개가 설치될 수 있으며, 일반적으로는 전류밀도에 따라 반응조(22) 폭에 맞추어 각 전해판 사이의 간격이 2 - 5 cm가 되도록 양극판과 음극판을 배치한다.

또한, 상기 플럭-플로유도관(40)은, 상기 탱크의 차단되어있는 유입조(21)와 반응조(22)를 수평으로 연결하는 관으로써, 도2에 도시된 바와같이 내부에 수평으로 관통되어 있는 유도공(41)이 다수 형성되어 있다. 상기 유도공(41)은 하나의 관통공으로도 형성할 수 있으나, 유입조(21)의 유입수를 plug-flow로 하기 위해 지름이 작은 다수의 관통공으로 형성함이 바람직하다.

또한, 상기 기포분리수단(60)은, 전해판(30)인 양극 및 음극판에 진동을 전달하여 전해판에 생성된 기포를 분리하는 장치로, 도1에 도시된 바와같이 전해판(30)에 삽설되어 진동을 전달하는 마이크로바이브레이터를 사용할 수 있다.

또한, 상기 스크레퍼(70)는, 모터의 동력으로 구동되는 롤(73)과, 상기 롤에 체결되어 있는 체인(72)과, 상기 체인(72)에 결합되어 있는 다수개의 스크레퍼블레이드(71)로 구성된다.

이러한 스크레퍼(70)는 상기 탱크의 반응조(22) 상부에 설치되어, 반응조(22)에서 부상된 부유물을 다수개의 스크레퍼블레이드(71)가 일방향으로 밀어내어 부상슬러지제거함(24)에 담도록하는 작용을 한다.

또한, 스크레퍼의 회전방향을 시계방향으로 유지함으로써, 수면에서 유체의 운동방향과 반대방향을 가지게 하여, 부상한 슬러지가 유입수에 쓸려 나가는 현상을 최소화한다.

이하, 수처리장치의 작용상태를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수처리장치의 수직단면도이다.

도시된 바와같이, 유입구(210)를 통하여 수처리장치에 유입된 유입수(오폐수)는, 유입조(21)에 투입되어 유입구가 있는 상부로부터 하부로 이동하게 된다. 상기 유입조(21)에서는 1차적으로 질량이 큰 슬러지가 하부로 침전되며, 이렇게 침전된 슬러지는 유입조 하부에 형성된 슬러지배출구(211)를 통해 외부로 방출된다.

상기 1차 침전이 이루어진 유입수는, 플럭-플로유도관(40)의 유도공(41)을 통해서 반응조(22)에 투입되며, 상기 반응조에 투입된 유입수는 플럭-플로유도관(40)에 근접하여 설치된 전해판(30)을 통과하게 된다.

이때, 전원이 공급되어 있는 전해판(30)에서는 전기분해가 일어나며, 상기 전기분해는 유입된 유입수의 전도율과 공급되는 전원의 세기에 따라 그 분해량이 변화될 수 있다.

상기 전기분해로 양·음극판에서는 기포가 발생하며, 상기 발생된 기포는 기포분리수단(60)에 의해 각 전해판에서 분리되어 상승하고, 상승과정에서 유입수에 함유된 부유물(밀도가 낮은 오일, 그리스류 및 콜로이드성 물질)을 흡착하여 분리하게 된다.

그리고, 상기 전해판(30)의 전기작용에 의해 유입수내에 용존되어 있는 Cl^-가 소독에 충분한 량(잔류염소양 0.1 mg/L 이상)의 OCl^-로 전환되어 제공되고, 분해작용으로 질소가 생성되어 부상하며, 금속반응물은 침전되는 등의 작용이 동시에 발생된다.

또한, 상기 전해판(30)에서 분리된 기포는 전해판의 상부에 형성된 돌기(35)와, 플록-플로유도관(40)에서 사출되는 유입수의 흐름으로 인해, 반응조(22) 내부에서 유체의 순환와동이 일어나 단위시간(HRT를 기준으로 함) 안에 전해판을 여러번 거치게 되므로, 오염물질의 전기화학적인 직접 산화·환원이 크게 증가하며, 직접산화 과정에서 생성된 부산물(예, OCl^-, NO₂ ^-, Fe²⁺, Fe³⁺등)에 의한 간접적인 산화·환원반응의 효율도 극대화된다.

상기 전기분해로 발생된 부상슬러지와 침전슬러지는 각각 스크레퍼(70)와 배출구(220)로 제거된다. 상기 부상슬러지 제거를 좀더 상세히 설명하면 반응조의 수면에 근접하거나 접하여 슬라이딩되는 스크레퍼블레이드(71)에 의해 수면에 적층된 거품(부유물)을 부상슬러지제거함(24)으로 밀어내어 제거하는 것이다.

상기 부상슬러지제거함(24)의 하부에도 거품을 외부로 방출하는 슬러지배출구(240)가 형성되어 있으며, 포집된 거품을 원활히 배출할 수 있도록 부상슬러지제거함(24)에 최종 정화된 유입수를 공급받아 분사하는 분사장치를 장착할 수도 있다.

상기 반응조(22)를 통과한 유입수는 격벽(28)이 설치된 침전조(23)에 유입되는데, 상기 유입수는 격벽(28)을 층류로 통과하면서 제거되지 않고 잔류하고 있는 미세 슬러지를 침전시키게 된다.

상기 격벽(28)을 통과한 유입수는 유출구(230)로 서서히 배출되고, 유출구(230)에 근접하여 상하로 길게 설치되어 있는 위어(26)로 인해 잔류하는 슬러지가 재침전되는 과정이 발생하며, 위어(26)에서 침전된 슬러지는 위어의 하부에 형성되어 있는 슬러지배출구(261)를 통해 외부로 배출된다.

실시예1 ~ 5 : 본 발명의 장치에 의한 유입수 처리효과

각 실시예에서의 반응조 규격 및 처리조건은 다음과 같다.

탱크의 부피 : 50 L(반응조 부피 25 L)이고,

전해판의 종류 : 양극판 - Ir와 Sn가 증착된 Ti판,

음극판 - Al판

전해판의 사용갯수 : 양극판 4 개, 음극판 5 개

전해판의 크기 : 가로 15 cm, 세로 6 ㎝

HRT : 5, 10분

사용전압 : 7.5, 9.0, 10 V

사용전류 : 0.6, 0.8, 1A

기포분리수단 : 마이크로바이브레이터

본 발명의 수처리 장치에 유입되는 유입수의 TSS, COD_Mn, COD_Cr은 각각 138.6, 50.4, 211.3 mg/L 이다.

실시예 1 -전극판에 인가되는 전원이 10V, 1A로 HRT 10분 일때

처리수의 TSS는 5.3mg/L으로 96.2%가 처리되었으며, COD_Mn, COD_Cr도 각각 14.2mg/L, 49.5 mg/L로 71.8%, 76.6%가 처리되었다.

또한, 수처리장치의 전기분해로 OCl^-가 0.322mg/L 생성되었다.

실시예 2- 전극판에 인가되는 전원이 10V, 1A로 HRT 5분 일때

처리수의 TSS는 7.3mg/L으로 94.7%가 처리되었으며, COD_Mn, COD_Cr도 각각 14.4mg/L, 71.3 mg/L로 71.4%, 66.3%가 처리되었다.

또한, 수처리장치의 전기분해로 OCl^-가 0.218mg/L 생성되었다.

실시예 3- 전극판에 인가되는 전원이 7.5V, 0.6A로 HRT가 10분 일때

처리수의 TSS는 14.0mg/L으로 89.9%가 처리되었으며, COD_Mn, COD_Cr도 각각 16.7mg/L, 58.5 mg/L로 66.9%, 72.3%가 처리되었다.

또한, 수처리장치의 전기분해로 OCl^-가 0.119mg/L 생성되었다.

실시예 4- 전극판에 인가되는 전원이 9.0V, 0.8A로 HRT가 10분 일때

처리수의 TSS는 10.8mg/L으로 92.2%가 처리되었으며, COD_Mn, COD_Cr도 각각 16.2mg/L, 111.5 mg/L로 67.9%, 47.2%가 처리되었다.

또한, 수처리장치의 전기분해로 OCl^-가 0.155mg/L 생성되었다.

실시예 5- 전극판에 인가되는 전원이 10.4V, 1A로 HRT가 10분 일때

처리수의 TSS는 8.0mg/L으로 94.2%가 처리되었으며, COD_Mn, COD_Cr도 각각 15.1mg/L, 74.9 mg/L로 70.0%, 64.6%가 처리되었다.

또한, 수처리장치의 전기분해로 OCl^-가 0.361mg/L 생성되었다.

즉, 표1에 기재된 바와같이, TSS, COD_Mn, COD_Cr는 높은 전압(10V)과 전류(1A)에서 처리효율이 크게 발생됨을 알 수 있다.

실시예 6 : 본 발명에 장치에 의한 유입수 중의 미생물 살균효과

장치 - 실시예 1~5와 동일한 장치를 사용

운전조건 -

① 인가되는 전원 10V, 1A

② HRT를 0, 2, 3, 5, 10, 15로 각각 하면서 유출수 중의 잔존 미생물수(CFU) 및 잔류 Cl^-농도를 측정하였다.

도4에 도시된 바와 같이, 수처리장치에 유입된 유입수 중 미생물 농도가 1000 unit/mL 이하로 감소되며, 시간이 지남에 따라 처리수에 용존하는 OCl^-의 농도도 증가되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 미생물의 수의 감소와 살균에 탁월한 효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 도시하지는 않았지만, 하수처리장 방류수의 시간적, 성분적 변화에 관계없이 유입수의 TSS농도, 색도, COD_Mn를 각각 2.0 mg/L 이하, 20 unit 이하, 5.0 mg/L 이하로 유지되었다.

실시예 7 ~ 9 : 본 발명의 장치에 의한 색도 제거 효과

장치 - 실시예 1~5와 동일한 장치를 사용

운전조건 -

HRT - 5min으로 하며, 전압과 전류는 표 2와 같이 각각 인가하고, 유출수의 색도를 측정하였다.

상기 표2에 기재된 바와같이, 실시예 7에서 가장 큰 처리효율이 발생되었으며, 전압과 전류를 가감하였을 때 처리효율이 감소됨을 알 수 있다.

실시예 10 ~ 12 : 본 발명의 장치를 이용한 축산폐수의 고도처리

장치 - 실시예 1~5와 동일한 장치를 사용

운전조건 -

① HRT, Watt, Kwh/㎥를 각각 표3의 조건으로 인가하고, 유출수의 COD_Mn, SS, TN, TP, COD_Cr, TKN, NH₃를 각각 측정하였다.

② 실험에 사용되는 원수는 축산농가에서 배출되는 가축분뇨를 담은 축산폐수이다.

표3에 기재된 바와같이, COD_Mn, SS, COD_Cr, TKN은 본 발명의 HRT시간을 길게 할수록 처리효율이 높아지는 것을 알 수 있다.

또한, TN, TP는 가해지는 전력량(Watt)에 따라 변화됨을 알 수 있으며, 33.3W에서는 거의 제거됨을 알 수 있다.

실시예 13 ~ 16 : 본 발명의 장치를 이용한 어시장 폐수의 고도처리

장치 - 실시예 1~5와 동일한 장치를 사용

운전조건 -

HRT, Watt, Kwh/㎥를 각각 표4의 조건으로 인가하고, 유출수의 COD_Mn, SS,TN, TP, COD_Cr, TKN, NH₃를 각각 측정하였다.

표4에 기재된 바와같이,

본 발명의 장치를 사용 한 결과 COD_Mn, SS, TN, TP, COD_Cr, TKN, NH₃의 제거율에 효과가 있는 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 상기 수처리장치 및 운전방법은, 본 발명을 설명하고자하는예일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용하는 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연할 것이다.

본 발명에 따르면, 오·폐수와 같은 물의 소독, 기름이나 부유물(SS 성분)의 제거, 색도 제거, 난분해성물질의 분해 및 전환, 탈황·탈질, 부유물질의 정전기적 응집/제거, 중수 생산, 조류제거 등에 목적에 적용될 수 있는 장치이다.

또한 본 발명에 따르면, 소독, COD 제거, N, P 제거, 색도제거, SS 제거가 동시에 이루어짐으로써 처리수의 재이용이 가능해 진다.

Claims

전해부상방법을 이용한 수처리 장치에 있어서,

유입구와 유출구가 설치된 탱크와;

상기 탱크의 내부에 유체흐름과 평행하게 배열된 복수개의 전해판과;

상기 유입구와 상기 전해판 사이에 설치되며 유입수가 상기 전해판 사이로 플럭-플로(plug-flow)되도록 유도하는 플럭-플로유도관과;

상기 전해판에 전원을 공급하는 전원공급부와;

상기 전해판의 주변에 설치되며 상기 전해판에 발생된 기포를 분리시키는 기포분리수단과;

상기 탱크의 내부공간 상부에 부상된 부유물을 제거하기 위한 스크레퍼;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전해부상방법을 이용한 수처리 장치
제 1 항에 있어서,

상기 전해판 중 양극판은, Ir, Rh, Ru, Pd, Sn, Ge 및 Ga로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 물질의 혼합 촉매를 티타늄판에 도금 혹은 증착시킨 것을 특징으로 하는 전해부상방법을 이용한 수처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전해판 중 음극판은, 스케일 형성이 빨리 유도될 수 있도록 망상형 구조를 가진 Al 소재인 것을 특징으로 하는 전해부상방법을 이용한 수처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기포분리수단은 마이크로해머, 마이크로파발생기, 마이크로바이브레이터 또는 와이퍼인 것을 특징으로 하는 전해부상방법을 이용한 수처리 장치.
제 1 항에 있어서,

전해판의 위치를 전체 반응기의 하단부 좌측에 배치함으로써 기포의 부상과 유입수의 흐름에 의해 반응기 내부에서 유체의 흐름이 회전하고, 이와 같은 유체 흐름을 통해 오염물질의 직접 산화와 간접적 산화를 극대화시키는 것을 특징으로 하는 전해부상법을 이용한 수처리 장치.
유입수를 전해부상방법으로 처리하는 제 1 항에 의한 수처리 장치의 운전방법에 있어서,

유입수가 수직으로 설치된 상기 전해판 사이로 플럭-플로되도록 제어하며,상기 기포분리수단으로 상기 전해판에 반복적인 충격을 가하거나, 와이퍼가 전해판에 접면되어 슬라이딩 됨으로써, 미세한 기포가 상기 전해판의 표면으로부터 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 전해부상방법을 이용한 수처리 장치의 운전방법.
제 6 항에 있어서,

스크레퍼의 운전 속도와 블레이드의 위치를 조절하여 수면에 일정 높이의 부상 슬러지가 쌓여 있도록 운전함으로써, 과도한 거품 형성을 억제하고, 부상 입자들의 침강과 부상 운동을 극대화하여, 전체 반응기 내부에서의 유체흐름을 안정시키고 화학적 반응작용 발생을 극대화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전해부상방법을 이용한 수처리 장치의 운전방법