(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2008년11월06일
(11) 등록번호 10-0867208
(24) 등록일자 2008년10월30일
(51) Int. Cl.
C02F 1/46 (2006.01) C02F 1/461 (2006.01)
C02F 1/469 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2008-0061104
(22) 출원일자 2008년06월26일
심사청구일자 2008년06월26일
(30) 우선권주장
1020080032735 2008년04월08일 대한민국(KR)
(56) 선행기술조사문헌
KR1020020033332 A*
KR200376095 Y1*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
한솔에코(주)
경기 부천시 오정구 삼정동 365 부천테크노파크
301-1506
(72) 발명자
장재완
인천 부평구 삼산동 주공삼산타운2단지 215-1802
(74) 대리인
고홍열
전체 청구항 수 : 총 2 항 심사관 : 양경식
(54) 전기화학을 이용한 정수처리장치
(57) 요 약
본 발명은 전기화학을 이용한 정수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 일 측면에 유입구(10)가 설
치되고 반대쪽 일 측면에 방류구(20)가 설치된 정수조(30)와, 상기 정수조(30) 내에 일정한 간격을 두고 설치되
며 서로 전기적으로 연결된 하나 이상의 제1극판(100)과, 상기 제1극판(100) 사이에 교차하여 설치되며 서로 전
기적으로 연결되는 하나 이상의 제2극판(110)과, 상기 제1극판(100)에 하나의 출력단이 연결되고 상기 제2극판
(110)에 다른 하나의 출력단이 연결되어 있으며, 타이머에 의해 일정한 시간 간격으로 양 출력단의 극성을 바꿔
줄 수 있으며 출력 전압 및 전류를 조절할 수 있는 직류전원공급장치(200)를 포함하여 정수처리장치(300)를 구성
하는 것을 특징으로 하는 전기화학을 이용한 정수처리장치에 관한 것이다.
대 표 도 - 도3
- 1 -
등록특허 10-0867208
특허청구의 범위
청구항 1
일 측면에 원수가 유입되는 유입구(10)가 설치되고 반대쪽 일 측면에 방류구(20)가 설치된 정수조(30)와, 상기
정수조(30) 내에 일정한 간격을 두고 설치되며 서로 전기적으로 연결된 하나 이상의 제1극판(100)과, 상기 제1
극판(100) 사이에 교차하여 설치되며 서로 전기적으로 연결되는 하나 이상의 제2극판(110)과, 상기 제1극판
(100)에 하나의 출력단이 연결되고 상기 제2극판(110)에 다른 하나의 출력단이 연결되어 있으며, 타이머에 의해
일정한 시간 간격으로 양 출력단의 극성을 바꿔 줄 수 있으며 출력 전압 및 전류를 조절할 수 있는 직류전원공
급장치(200)를 포함하여 구성하고, 상기 제1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 산화 부식을 방지하기 위하여 이
리듐(Ir)과 루테늄(Ru)에 산화금속으로 코팅한 극판(DSA:Dimensionally Stable Anode)으로 제작되며, 상기 제
1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 표면적과 원수의 원활한 흐름을 고려하여 일정한 간격으로 타공(120)이 형
성되어 있고, 상기 직류전원공급장치(200)의 양 출력단의 극성을 교대로 변경하는 주기는 25~35초 간격으로 하
며, 상기 직류전원공급장치(200)의 출력 극성 변경시 유도되는 기전력을 안정화하기 위하여 상기 직류전원공급
장치의 출력단에 콘덴서와 코일이 연결되며, 상기 제1극판(100) 과 제2극판(110) 사이의 간격은 2㎝로 하고, 상
기 정수조(30)의 하부에는, 침전된 슬러지(sludge)를 제거하기 위한 호퍼(40)가 설치되며, 상기 정수조(30)의
하부는 상기 호퍼(40)의 입구까지 원활한 슬러지의 침적이 가능하도록 깔때기 형상으로 형성되고, 상기 호퍼
(40)는 20분 간격으로 슬러지를 제거하는 정수처리장치(300)를 구성하는 것을 특징으로 하는 전기화학을 이용한
정수처리장치.
청구항 2
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청구항 3
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청구항 5
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청구항 6
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청구항 7
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청구항 10
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청구항 11
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청구항 12
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청구항 13
일 측면에 원수가 유입되는 유입구(10)가 설치되고 반대쪽 일 측면에 방류구(20)가 설치된 정수조(30)와, 상기
정수조(30) 내에 일정한 간격을 두고 설치되며 서로 전기적으로 연결된 제1극판(100)과, 상기 제1극판(100) 사
이에 삽입되는 위치에 번갈아 설치되며 서로 전기적으로 연결되는 하나 이상의 제2극판(110)과, 상기 제1극판
(100)에 하나의 출력단이 연결되고 상기 제2극판(110)에 다른 하나의 출력단이 연결되어 있으며, 타이머에 의해
일정한 시간 간격으로 양 출력단의 극성을 바꿔 줄 수 있으며 출력 전압 및 전류를 조절할 수 있는 직류전원공
급장치(200)를 포함하여 구성되되, 상기 제1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 산화 부식을 방지하기 위하여 티
타늄으로 제작되며, 표면적과 원수의 원활한 흐름을 고려하여 일정한 간격으로 타공(120)이 형성되어 있거나 그
물망 형상의 메쉬(mesh) 형상으로 제작되며, 상기 직류전원공급장치(200)의 양 출력단의 극성을 교대로 변경하
는 주기는 25~35초를 간격으로 하며, 상기 직류전원공급장치(200)의 출력 극성 변경시 유도되는 기전력을 안정
화하기 위하여 상기 직류전원공급장치의 출력단에 콘덴서와 코일이 연결되며, 상기 제1극판(100)과 제2극판
(110) 사이의 간격은 2㎝로 하고, 상기 정수조(30)의 하부에는, 침전된 슬러지(sludge)를 제거하기 위한 호퍼
(40)가 설치되며, 상기 정수조(30)의 하부는 상기 호퍼(40)의 입구까지 원활한 슬러지의 침적이 가능하도록 깔
때기 형상으로 형성되고, 상기 호퍼(40)는 20분 간격으로 슬러지를 제거하도록 구성되는 정수처리장치(300);
하나 이상의 상기 정수처리장치(300)가 서로 연결되어 구성되는 산화조(410);
상기 산화조(410)에 연결되며, 상기 정수처리장치(300)로 구성되는 이취미제거조(420);
상기 이취미제거조(420)에 연결되며, 하부에 슬러지 제거용 호퍼가 설치된 침전조(430)를 포함하는 원수정수시
스템(400)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기화학을 이용한 정수처리장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 전기화학을 이용한 정수처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고농도의 염소를 사용한 암모니아<1>
성 질소의 제거 방법에 따른 전염소 사용량 증가와 더불어 발암물질인 THMs 생성을 방지하고, 원수 중 유기물
및 암모니아성 질소를 동시에 해결할 수 있도록 한 전기화학을 이용한 정수처리장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
일반적으로 현재 전 세계 모든 정수장에서 시민에게 맑고 깨끗한 먹는 물을 생산 및 공급하기 위해 댐 용수나<2>
하천수를 원수로 사용하고 있다. 이들 원수는 계절적인 영향을 많이 받고 있어 봄/가을 호소수(내륙의 와지(窪
地)에 고여 있거나 완만하게 흐르는 수괴)에 도 1에 도시한 것과 같이 기온변화에 따른 Turnover현상이 발생할
경우 pH가 높아지게 되고 또한 비정기적으로 암모니아성질소가 원수 내 혼합되어 정수 공정에 유입되게 된다.
이러한 원수 내에 포함되어 있는 부유성 및 용존성 탁질 물질과 건강상 유해한 각종 유/무기 이온들을 처리하기<3>
위해, 지금까지는 응집반응 공학을 이용하여 맑은 물로 환원시키기 위해 각 정수장에서는 무기응집제를 사용하
고 있다.
특히, 고 pH의 원수가 유입될 경우에는 산처리제(CO2 또는 황산)를 응집보조제로 사용하고 있으며, 암모니아성질<4>
소가 유입될 경우에는 염소가스를 응집보조제로 이용하고 있다.
현재 사용하고 있는 이러한 응집 공법은 고 pH(각 정수장에서 사용하고 있는 응집제의 적정 pH범위 이상)의 원<5>
수가 유입될 경우 응집효율이 감소하게 되어 약품을 과다 사용하는 사례가 빈번히 발생함에 따라 정수 중 잔류
알루미늄 농도를 가중시키게 되고 미처리된 유기물과 염소와의 반응으로 건강상 유해한 물질이며 발암물질로 알
려진 THMs(트리할로메탄;Trihalomathanes ; 이하 THMs 라함.)의 농도를 증가시키고 있다.
또한 응집보조제를 사용하게 됨으로써 정수 공정 생산 단가를 높이는 결과를 초래하게 되어 결과적으로는 수돗<6>
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물 사용료에 영향을 미치게 되어 시민들에게 초과 부담이 발생한다는 문제점이 있었다.
이러한 무기응집제를 사용하여 처리하는 공법의 또 다른 단점은 많은 슬러지를 생산하게 된다는 것이다. 따라서<7>
정수공정 중 생산된 슬러지를 처리하기 위해 많은 예산이 필요하다는 문제점이 있었다.
또한, 이러게 생성된 슬러지에는 처리과정 중 사용된 약품성분이 다수 포함되므로 그 활용범위가 극히 제한적이<8>
라는 문제점이 있었다.
한편, 이러한 원수 중 이취미(냄새) 유발 물질 등 유기물의 제거를 위하여 기존에는 활성탄을 이용한 전처리 및<9>
정수 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 활성탄을 이용한 정수방법의 경우, 도 2에 도시한 것과 같이 고농
도(100ppm)의 활성탄에서는 암모니아성 질소가 소량 제거됨을 확인할 수 있으나, 저농도(5ppm)의 활성탄으로는
암모니아성 질소가 전혀 제거되지 않음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 정수사업소에서 실제 주입되는 3~5ppm
의 활성탄 농도로는 암모니아성 질소를 제거할 수 없음을 의미하며, 고농도의 활성탄을 주입한다면 암모니아성
질소는 일부 제거할 수 있으나 수중 색도를 유발함으로 실질적으로 실시 가능성이 없다는 문제점이 있었다.
따라서 원수 중 이취미 유발물질과 암모니아성 질소를 동시에 해결하는 것이 당업계의 해결과제이다.
또한, 유기물질을 다량 함유하고 있는 하/폐수에서 발생되는 슬러지를 감량하려는 연구는 다양하게 이루어져 왔<10>
으나, 무기물질이 대부분을 이루고 있는 상수처리 슬러지를 대상으로 연구한 사례는 물리적 처리에만 국한되어
왔으며, 원수에 포함되어 정수장으로 유입되는 부유성 및 용존성 물질의 상당부분이 생물이 이용할 수 없는 무
기물로 이루어져 있어 하/폐수에서 적용하고 있는 슬러지 처리공법을 사용할 수 없는 문제점이 있다.
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고농도의 염소를 사용한 암모니아성 질소의 제거<11>
방법에 따른 전염소 사용량 증가와 더불어 발암물질인 THMs 생성을 방지하고, 원수 중 유기물 및 암모니아성 질
소를 동시에 해결할 수 있는 전기화학을 이용한 정수처리장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
과제 해결수단
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 전기화학을 이용한 정수처리장치는 일 측면에 유입구(10)가 설치되고<12>
반대쪽 일 측면에 방류구(20)가 설치된 정수조(30)와, 상기 정수조(30) 내에 일정한 간격을 두고 설치되며 서로
전기적으로 연결된 하나 이상의 제1극판(100)과, 상기 제1극판(100) 사이에 교차하여 설치되며 서로 전기적으로
연결되는 하나 이상의 제2극판(110)과, 상기 제1극판(100)에 하나의 출력단이 연결되고 상기 제2극판(110)에 다
른 하나의 출력단이 연결되어 있으며, 타이머에 의해 일정한 시간 간격으로 양 출력단의 극성을 바꿔 줄 수 있
으며 출력 전압 및 전류를 조절할 수 있는 직류전원공급장치(200)를 포함하여 정수처리장치(300)를 구성하는 것
을 특징으로 한다.
상기 제1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 산화 부식을 방지하기 위하여 티타늄(Ti)으로 제작되는 것을 특징으<13>
로 한다.
또한, 상기 제1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 산화 부식을 방지하기 위하여 백금(Pt), 금(Au)과 같이 산화<14>
가 잘 안 되는 백금계열로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 산화 부식을 방지하기 위하여 이리듐(Ir)과 루테늄(Ru)에 산<15>
화금속으로 코팅한 극판(DSA:Dimensionally Stable Anode)으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 표면적과 물의 원활한 흐름을 고려하여 일정한 간격으로 타<16>
공(120)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1극판(100) 및 상기 제2극판(110)은 표면적과 물의 원활한 흐름을 고려하여 그물망 형상의 메쉬<17>
(mesh) 형상으로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직류전원공급장치(200)의 양 출력단의 극성을 교대로 변경하는 주기는 25~35초 간격인 것을 특징으<18>
로 한다.
또한, 상기 직류전원공급장치(200)의 출력 극성 변경시 유도되는 기전력을 안정화하기 위하여 상기 직류 전원<19>
공급장치의 출력단에 컨덴서와 코일이 연결된 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 제1극판(100) 과 제2극판(110) 사이의 간격은 2㎝인 것을 특징으로 한다.<20>
또한, 상기 정수조(30)의 하부에는, 침전된 슬러지(sludge)를 제거하기 위한 호퍼(40)가 설치되는 것을 특징으<21>
로 한다.
또한, 상기 정수조(30)의 하부는 상기 호퍼(40)의 입구까지 원활한 슬러지의 침적이 가능하도록 깔때기 형상으<22>
로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 호퍼(40)는 20분 간격으로 슬러지를 제거하는 것을 특징으로 한다.<23>
또한, 하나 이상의 상기 정수처리장치(300)가 서로 연결되어 구성되는 산화조(410)와, 상기 산화조(410)에 연결<24>
되며, 상기 정수처리장치(300)로 구성되는 이취미제거조(420)와, 상기 이취미제거조(420)에 연결되며, 하부에
슬러지 제거용 호퍼가 설치된 침전조(430)를 포함하는 원수정수시스템(400)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
효 과
본 발명의 전기화학을 이용한 정수처리장치는 정수공정에서 문제가 되고 있는 암모니아성 질소를 제거할 수 있<25>
어 대체 전 처리제로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 염소 등과 같은 무기응집제사용량 또한 감소시킬 수 있으며,
발암성을 가지는 소독부산물인 THMs를 효율적으로 제거할 수 있다.
또한 염소 이온 및 질산 이온도 효율적으로 제거할 수 있으며 알루미늄, 철, 망간, 구리, 아연, 납 등 금속이온<26>
의 제거에도 효율적이며, Chlorophyll-a등 조류를 효율적으로 제거하는 것이 가능하여 원수의 불필요한 맛, 냄
새를 유발시키는 조류 발생시 활용도가 높은 효과가 있다.
한편, 정수 과정에서 전극의 기능을 가지는 각각의 티타늄 판에서 침전되는 침전물(slug)을 호퍼를 통하여 효율<27>
적으로 제거하는 것이 가능하여, 시간의 경과에 따른 정수 효율의 저하가 발생하지 않으며 계속적인 정수가 가
능하다.
또한 처리공정 중 약품을 사용하지 않았으므로 탈수 슬러지를 전량 복토재 및 성토재, 벽돌 등 별도의 처리 없<28>
이 재활용이 가능하다는 장점이 있다.
따라서, 기존의 정수처리공정이 가지고 있는 여러 가지 문제점을 일시에 해결할 수 있는 종합적인 기술로 양호<29>
한 정수 생산/공급 뿐만 아니라 슬러지 재활용에 따른 예산절감 및 수익 창출이 가능하며 시설비 및 유지관리비
가 저렴하고 운전이 간단하여 수질 사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.
따라서 본 기술이 개발되어 상용화 된다면 일차적으로 국내 정수처리공정의 전반적인 사항에 파급효과를 불러일<30>
으킬 것이며 이차적으로는 국제적인 정수처리공정의 표준화를 이룩할 수 있다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치의 구성에 관하여 설명한다. <31>
본 발명은 도 3에 도시한 것과 같이 일 측면에 유입구(10)가 설치되고 반대쪽 일 측면에 방류구(20)가 설치된<32>
정수조(30)와, 상기 정수조(30) 내에 일정한 간격을 두고 설치되며 서로 전기적으로 연결된 하나 이상의 제 1
극판(100)과, 상기 제1극판(100) 사이에 교차하여 설치되며 서로 전기적으로 연결되는 하나 이상의 제2극판
(110)과, 상기 제1극판(100)에 하나의 출력단이 연결되고 상기 제2극판(110)에 다른 하나의 출력단이 연결되어
있으며, 타이머에 의해 일정한 시간 간격으로 양 출력단의 극성을 바꿔 줄 수 있으며 출력 전압 및 전류를 조절
할 수 있는 직류전원공급장치(200)를 포함하는 정수처리장치(300)로 구성된다.
일반적으로, 전기화학적 처리는 전기응집과 전기분해로 구분할 수 있는데 이는 사용하는 극판의 종류에 따라 결<33>
정된다. 알루미늄(Al), 철(Fe), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn) 또는 카드뮴(Cd)등의 금속을 양극으로 사용하면
금속이 수중으로 용해(Corrosion)되는 양극반응(anodic semi-reaction)이 일어나며, 백금(Pt), 금(Au), 티타
늄(Ti) 등의 금속은 양극으로 사용하였을 때 일반적으로 약간 용해되거나 전혀 용해되지 않는 것으로 알려져 있
다. 따라서, 상기 제1극판(100)과 상기 제2극판(110)은 전기 화학 반응에 의한 부식이나 용해를 방지하기 위하
여 백금, 금, 또는 티타늄을 사용하는 것이 바람직하며, 제작비용 및 설비 강도를 고려할 때 티타늄으로 제작하
는 것이 바람직하다. 이 경우의 전기 화학적 반응 기작은 도 6에 도시한 것과 같이 양극에서 생성된 산소레디칼
(O2 radical)이 유기물과 반응하여 산화반응이 유도되며, 양극 및 음극에서 발생되는 수소와 산소기체에 의해
개스버블(Gas Bubble) 형성된다. 이 경우 산화되거나 응집된 물질은 기포에 부착되어 부상되기도 하지만, 대부
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분 슬러지(sludge)의 형태로 침전된다.
이러한 전기화학 반응이 원활이 일어나도록 하기 위해서는 상기 제 1극판(100) 과 상기 제2극판(110)이 액체와<34>
접촉하는 표면적을 늘리는 것이 효과적이다. 한편, 상기 제1극판(100) 과 상기 제2극판(110)의 형상 및 크기와
배치 간격은 상기 제1극판(100) 과 상기 제2극판(110)사이를 통과하는 원수의 흐름이 원활하게 이루어져야 한다
는 점도 고려하여 결정되어야 한다. 상기한 두 가지 요구 조건을 만족하는 상기 제1극판(100)과 상기 제2극판
(110)의 형상 및 크기와 배치 간격은 실제로 본 발명의 장치가 실시되는 규모 또는 규격에 의하여 결정되어 질
요소들이다.
이러한 상기 제1극판(100) 과 상기 제2극판(110)의 형상에 관한 일 실시 예로 상기 제1극판(100) 및 상기 제2<35>
극판(110)은 표면적과 물의 원활한 흐름이 가능하도록 일정한 간격으로 타공(120)이 형성되어 있는 것이 바람직
하다. 또 다른 상기 제1극판(100) 과 상기 제2극판(110)의 형상에 관한 다른 실시 예로 상기 제1극판(100) 및
상기 제2극판(110)은 그물망 형상의 메쉬(mesh) 형상으로 제작되는 것도 가능하다.
한편, 상기 제1극판(100) 과 제2극판(110) 사이의 간격은 양극판과 음극판사이의 접지를 방지하면서 전기화학<36>
반응이 원활히 발생하도록 하기 위하여 2㎝인 것이 바람직하다.
또한, 상기 직류전원공급장치(200)로부터 상기 제 1극판(100) 및 상기 제 2극판(110)에 전원을 공급하는 전원공<37>
급선은 수면 위에서 상기 제 1극판(100) 및 상기 제 2극판(110)에 연결되도록 하는 것이 바람직하며, 연결부위
의 부식을 방지하기 위하여 너트 등의 연결 부재의 재질도 상기 제 1극판(100) 및 상기 제 2극판(110)의 재질과
동일한 티타늄을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상기 직류전원공급장치(200)의 양 출력단의 극성을 교대로 변경하여 상기 제1극판(100)과 제2<38>
극판(110)이 교대로 산화전극(Anode)과 환원 전극(Cathode)의 역활을 수행하도록 하여, 산화전극에 유도되어 방
전된 유/무기 물질이 전극에 침착하여 반응의 효율이 떨어지는 것을 방지하고 상기 유/무기 물질이 탈착되어 침
전되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 제 1극판(100)과 제 2 극판(110)이 교대로 산화전극(Anode)과 환
원 전극(Cathode)의 역할을 수행하도록 상기 직류전원공급장치(200)의 양 출력단의 극성을 교대로 변경하는 주
기는 25~35초 간격인 것이 바람직하다. 또한, 상기 직류전원공급장치(200)의 출력 극성 변경시 유도되는 기전력
을 안정화하기 위하여 상기 직류전원공급장치의 출력단에 콘덴서와 코일을 연결하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 정수조(30)의 하부에는, 침전된 슬러지(sludge)를 정기적으로 제거하기 위한 도 3에 도시한 것<39>
과 같이 호퍼(40)가 설치된다. 이 경우, 상기 정수조(30)의 하부는 상기 호퍼(40)의 입구까지 원활한 슬러지의
침적이 가능하도록 도 3에 도시한 것과 같은 깔때기 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 산화 반응이 유
도되면서 생성된 침전 슬러지는 암모니아성질소를 증가시키는 원인이 된다. 즉, 슬러지에 포함된 핵산의 질소염
기 또는 단백질의 아미노기에 의해 암모니아성질소가 용출되어 수중 암모니아성 질소 농도가 증가하게 된다. 따
라서, 이러한 현상을 해결하기 위하여 상기 호퍼(40)는 20분 간격으로 침전된 슬러지를 제거하는 것이 바람직하
다. 본 발명의 경우, 상기 침전된 슬러지는 기존의 응집과정에서 발생하는 슬러지 보다 비중이 높아 원심분리
만으로도 쉽게 탈수가 가능하며, 슬러지의 성분 중 무기성 질소의 함량이 높아 비료성분으로 재활용이 가능할
뿐만 아니라, 처리공정 중 약품을 사용하지 않았으므로 탈수한 탈수 슬러지를 전량 복토재 및 성토재, 벽돌 등
으로 별도의 처리 없이 재활용하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 전기화학을 이용한 정수처리장치를 하나 이상 이용하여, 도 4 및 도 5에 도시한 것과 같은 원<40>
수정수시스템(400)을 구성하는 것도 가능하다. 상기 원수정수시스템(400)은 하나 이상의 전기화학을 이용한 정
수처리장치를 결합한 산화조(410)와, 상기 산화조(410)에 연결된 전기화학을 이용한 정수처리장치로 구성되는
이취미제거조(420)와, 상기 이취미제거조(420)에 연결되며 하부에 슬러지 제거용 호퍼가 설치된 침전조(430)로
구성된다. 이 경우 상기 산화조(410)를 구성하는 정수처리장치(300)는 설치 규모와 설비 배치 등 여러 요소를
고려하여 하나 이상 다수 개를 연결하여 구성하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치의 작용에 관하여 설명한다. <41>
먼저, 도 3에 도시한 본 발명의 전기화학을 이용한 정수처리장치에 정수할 원수를 주입하고 직류전원공급장치에<42>
서 상기 제1극판과 상기 제 2극판에 전원을 인가하여 정수 과정을 시작한다.
이때, 타이머를 이용하여 일정 시간 간격을 두고 상기 제1극판과 상기 제 2극판의 극성을 서로 바꾸어 줌으로서<43>
양극( ) 전극판에서 이루어지는 산화반응을 극을 바꾸어 줌으로써 상기 제 1극판과 상기 제 2극판을 모두 번갈
아 가며 산화전극으로 사용하여, 각 전극에 유도되어 방전된 유/무기물질을 탈착하여 침전시킨다. 이 경우 전극
의 극성을 바꾸어 주는 시간 간격은 정수조 및 상기 제 1극판과 상기 제 2극판의 크기 및 배치 상태에 따라 달
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라질 수 있다. 전극의 용해 등 다른 요소를 고려할 경우 20초~1분 내외의 짧은 간격으로 전극의 극성을 바꾸어
주는 것이 바람직하다.
이와 같은 실험 결과를 토대로 20분 간격으로 침전물을 제거하면서 시험 분석한 결과, 도 8에 도시한 것과 같이<44>
암모니아성 질소가 20% 감소하였다. 이러한 결과는 전기 산화에 의해 침전된 슬러지(sludge)로 부터 암모니아성
질소가 용출되거나 산소 또는 수소 기체에 의해 침전을 방해받아 부유하고 있어 암모니아성 질소 제거가 어려운
것으로 나타났지만, 침전물을 호퍼를 이용하여 제거하는 경우 암모니아성질소 제거가 가능함을 입증한 것으로
적정 전류값(5A)을 유지하여 주면 훨씬 높은 제거 효율의 달성이 가능하다.
한편, 이러한 정수 과정을 통한 유기물질 및 소독 부산물의 제거 결과는 유기 물질인 UV254는 도 9에 도시한 것<45>
과 같이 반응시간에 비례하여 감소하며, 2시간 반응으로 72%의 제거효율을 나타내었으며, 전기분해에 의해 유기
물이 감소함에 따라 건강상 유해 소독부산물인 THMs도 도 10에 도시한 것과 같이 함께 감소하여 2시간 반응으로
84%의 제거효율을 나타내었다.
또한, 비금속 물질 제거 효과로 염소 이온과 질소 이온은 각각 도 11 및 도 12에 도시한 것과 같이 전기반응 시<46>
작 2시간 후 염소 이온 및 질소 이온의 약 90%이상 제거됨을 확인 할 수 있는데, 이는 양극에서 음이온의 산화
에 의한 제거뿐만 아니라 Floc과의 Van der Waals force에 의한 흡착 또는 침전물에 의한 entrapment 작용에
의한 제거도 함께 이루어지는 것으로 판단된다.
한편, 금속류의 제거는 각 각 도 13 및 도 14에 도시한 것과 같이 알루미늄, 철, 망간은 반응시작 30분 경과 후<47>
80%이상 제거되었고, 구리, 아연, 납은 모두 알루미늄, 철, 망간이 제거된 시점인 20분 경과 후 증가 추세를 보
이다가 반응 30분 후 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 금속물질의 산화반응이 이온화되려는 성질과
높은 상관성을 보이는 것에 기인하는 것으로 판단된다.
마지막으로, 탁도 및 Chlorophyll-a 제거율에 있어서는 도 15에 표시한 것과 같이 유기물의 산화반응 후 침전<48>
작용에 의해 상등수의 탁도는 점진적으로 감소하여 6시간 경과 후 정수장 침전수 탁도와 비슷한 값을 나타내었
고, 도 16에 표시한 것과 같이 2시간 전기 산화 반응 후 Chlorophll-a의 98%가 제거되었다. 이러한 결과를 통하
여 유기물의 제거가 무기물의 산화보다 쉽게 이루어지는 것으로 판단된다.
이러한 실시 결과를 종합하여 보면, 본 발명에 의하여 유입원수에 대해 전기 산화 반응을 적용한다면 정수공정<49>
에서 문제가 되고 있는 암모니아성 질소를 제거할 수 있어 대체 전 처리제로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 무기
응집제사용량 또한 감소시킬 수 있으며, 원수 내 유기물질(UV254) 제거율이 72%, 소독부산물인 THMs 제거율이
84%로 높은 제거효율을 나타내며, 비금속물질인 염소 이온은 65%, 질산 이온은 60%가 제거되었고, 알루미늄,
철, 망간은 80%이상의 제거율을 보이며, 구리, 아연, 납은 반응 후 감소하는 경향을 보였고, Chlorophyll-a의
98%가 제거되어 원수 내 맛, 냄새를 유발시키는 조류 발생시 활용도가 높다.
도면의 간단한 설명
도 1: 정수용 원수의 기간별 산도 및 Chlorophyll-a 농도 변화도<50>
도 2: 활성탄을 이용한 기존 실시 예에 의한 암모니아성 질소 농도 변화도<51>
도 3: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치의 구성도<52>
도 4: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치를 이용한 정수시스템의 상면도<53>
도 5: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치를 이용한 정수시스템의 측면도<54>
도 6: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치의 반응기작도<55>
도 7: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서 증류수에 포함된 암모니아성 질소의<56>
전기 산화에 따른 농도 변화도
도 8: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서 일정 시간 간격으로 침전된 슬러지를<57>
제거했을 경우의 전기 산화에 따른 암모니아성 질소 농도 변화도
도 9: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 UV254 농도 변화도<58>
도 10: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 THMs 농도 변화도<59>
도 11: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 염소 이온 농도 변화도<60>
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도 12: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 질소 이온 농도 변화도<61>
도 13: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 금속 농도 변화도 1<62>
도 14: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 금속 농도 변화도 2<63>
도 15: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 탁도 변화도<64>
도 16: 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기화학을 이용한 정수처리장치에서의 Chlorophyll-a 농도 변화도<65>
<도면의 주요부에 사용된 기호의 설명><66>
10: 유입구 20: 방류구<67>
30: 정수조 40: 호퍼<68>
100: 제1극판 110: 제2극판<69>
120: 타공 200: 직류전원공급장치<70>
300: 정수처리장치 400: 원수정수시스템<71>
410: 산화조 420: 이취미제거조<72>
430: 침전조<73>
도면
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도면3
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