KR101444788B1

KR101444788B1 - 오폐수 처리장치 및 그 처리방법

Info

Publication number: KR101444788B1
Application number: KR1020140026113A
Authority: KR
Inventors: 김경엽
Original assignee: 성광소재 주식회사
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-10-01

Abstract

오폐수 처리장치 및 그 처리방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치는, 고전압 방전을 통해 발생되는 전자를 이용하여, 유입되는 공기를 이온화시켜 이온화가스를 생성하는 이온화가스생성장치; 집수조로부터 유입되는 오폐수와 이온화가스생성장치에 의해 생성되는 이온화가스를 혼합하여 기액혼합물을 생성하는 혼합집수조; 이온화가스생성장치에 의해 생성되는 이온화가스의 공급을 중계하며, 혼합집수조에 의해 생성되는 기액혼합물의 역류를 방지하는 가스조; 원통형의 형상으로 이루어진 하우징, 하우징의 일단으로부터 전원의 일극이 인가되며 하우징의 중심축을 회전축으로 하여 회전하고 하우징의 내벽과의 사이에 설치된 적어도 하나의 절연 베어링에 의해 설정된 간격이 유지되는 전극회전봉, 및 하우징의 내벽에 절연접착되며 전원의 타극이 인가되는 내부전극벽을 구비하고, 내부전극벽 및 전극회전봉 중의 적어도 하나의 외면에는 상하로 이동가능하며 전극회전봉과 내부전극벽 사이의 거리 이상의 길이로 설정된 브러시가 설치되며, 하우징의 일단으로 전극회전봉과 내부전극벽의 사이에 혼합집수조에 의해 생성되는 기액혼합물이 유입되고, 전극회전봉 및 내부전극벽에 인가되는 전원에 의해 전해되는 기액혼합물을 하우징의 타단으로 배출하며, 브러시의 높이가 조절되는 전해실린더; 전해실린더에 의해 배출되는 기액혼합물을 설정된 경로를 따라 이동시키는 조사통로관; 전자파 및 에너지를 포함하는 자극체의 공진공동 발진출력을 발생시키며, 발생되는 전자파 및 에너지를 조사통로관의 설정된 위치에 집중하여 조사하는 전자조사장치; 조사통로관의 하단에 설치되며 조사통로관을 투과하는 전자파 및 에너지를 반사시켜 조사통로관의 내부를 통과하는 기액혼합물에 전자파 및 에너지를 역조사시키는 반사경; 및 조사통로관을 통과하는 기액혼합물을 처리수와 거품 슬러지로 분리하여 배출하는 침전조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

오폐수 처리장치 및 그 처리방법{Apparatus for Treating Wastewater and Method therefor}

본 발명은 오폐수 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오폐수를 이온화가스 및 공기와 혼합시켜 기액혼합물을 생성하고, 생성되는 기액혼합물을 전해실린더를 이용하여 1차적으로 정화시키며, 정화된 오폐수를 전자조사장치를 이용하여 2차적으로 정화시킨 후, 정화된 기액혼합물을 처리수 및 거품 슬러지로 분리함으로써 오폐수의 정화 효율을 높일 수 있는 오폐수 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.

급속한 산업의 발전, 인구증가 및 도시의 인구집중으로 인하여 각종 용수량의 증가와 함께 오폐수에 함유된 무기 및 유기 성분이 차지하는 비율이 점차로 증가하고 있는 실정이다. 이러한 오폐수는 COD(Chemical Oxygen Demand), BOD(Biochemical Oxygen Demand), SS(suspended solid), 질소, 인 등 고농도의 유기물을 다량 함유하고 있어서 하천, 호수 및 강 등에 그대로 흘러들어가 부영양화에 따른 수자원의 오염 및 독성으로 인한 생태계의 파괴 등과 같은 악영향을 끼치게 된다. 따라서, 오폐수는 일정의 기준을 정해놓고 기준치 이하로 정화되고 배출되어야 한다.

한편, 수질환경오염 제어기술로서 막을 이용한 수처리 기술은 다양한 유독성 오염물질의 출현과 이를 제거하기 위한 고도처리기술 및 종래 처리시설의 제거효율을 높이기 위해 그 활용성이 매우 커지고 있다. 특히, 이러한 막을 이용한 수처리 기술은 1) 화학적, 생물학적 처리 및 막을 병용한 기술, 2) 화학적 처리와 막을 병용한 기술, 3) 물리적 처리와 막을 병용한 기술 등의 복합적인 방법으로 수처리 시스템에 적용되고 있다.

그러나 막을 이용한 수처리 기술분야에서 정수처리, 난분해성의 산업폐수처리, 축산폐수처리, 매립지 침출수의 2차 처리 및 오염된 지하수의 처리를 위하여 막 공정을 활용하는 것이 확대되고 있음에도, 막의 막힘 현상(fouling)이 쉽게 발생하여 그 활용성에 큰 단점으로 지적되고 있다.

또한, 막의 성능 지표인 투과속도(투과율)가 저하되면 다양한 세정과정을 거쳐 막을 재이용하지만, 세정약품이나 압축공기 및 세정수 등을 활용하는 기존의 세정방법에 의해서는 막의 성능이 100% 회복되지 못할 뿐만 아니라, 세정과정에서 이용된 약품 등에 의해 2차 오염이 발생한다.

이러한 종래의 세정방법은 막의 운전시 흐름을 일시적으로 단절시킨 역세척 방법을 대부분 채택하고 있어 주기적으로 공정의 흐름을 멈추게 한다. 즉, 종래의 막을 이용한 수처리 기술은 오폐수의 처리과정에서 오폐수의 이물질이 분리막에 달라붙어 미세공을 차단하기 때문에 장기간 사용시 처리수량을 원활하고 안정적으로 확보하기 어려운 실정이다.

또한, 종래의 막을 이용한 수처리 기술이 생물학적 처리에 의한 질소 및 인을 제거하는 기술인 경우, 유입되는 오폐수의 질소 함량에 대한 탄소 함량비(C/N)가 낮은 문제로 인하여 원활한 처리가 어려우며 처리 효율을 높이기 위해서는 수처리 과정 중에 탄소원을 공급해야 한다.

하지만, 수처리 과정 중에 탄소원을 인위적으로 공급하는 것은 유지관리 비용면에서 상당한 비용이 들고, 별도의 장치를 구비해야 하므로 적용되기 어렵다. 그리고, 이러한 종래의 오폐수 처리 기술은 콘크리트를 이용한 토목공사로 지반에 제작한 구조물을 이용하기 때문에, 설치 비용과 기간이 상당히 소모되고 설치 공간을 많이 차지하게 되어 실용화에 제약이 따른다.

등록특허공보 제10-1368295호 (공고일자: 2014. 02. 27)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 오폐수를 이온화가스 및 공기와 혼합시켜 기액혼합물을 생성하고, 생성되는 기액혼합물을 전해실린더를 이용하여 1차적으로 정화시키며, 정화된 오폐수를 전자조사장치를 이용하여 2차적으로 정화시킨 후, 정화된 기액혼합물을 처리수 및 거품 슬러지로 분리함으로써 오폐수의 정화 효율을 높일 수 있는 오폐수 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치는, 고전압 방전을 통해 발생되는 전자를 이용하여, 유입되는 공기를 이온화시켜 이온화가스를 생성하는 이온화가스생성장치; 집수조로부터 유입되는 오폐수와 이온화가스생성장치에 의해 생성되는 이온화가스를 혼합하여 기액혼합물을 생성하는 혼합집수조; 이온화가스생성장치에 의해 생성되는 이온화가스의 공급을 중계하며, 혼합집수조에 의해 생성되는 기액혼합물의 역류를 방지하는 가스조; 원통형의 형상으로 이루어진 하우징, 하우징의 일단으로부터 전원의 일극이 인가되며 하우징의 중심축을 회전축으로 하여 회전하고 하우징의 내벽과의 사이에 설치된 적어도 하나의 절연 베어링에 의해 설정된 간격이 유지되는 전극회전봉, 및 하우징의 내벽에 절연접착되며 전원의 타극이 인가되는 내부전극벽을 구비하고, 내부전극벽 및 전극회전봉 중의 적어도 하나의 외면에는 상하로 이동가능하며 전극회전봉과 내부전극벽 사이의 거리 이상의 길이로 설정된 브러시가 설치되며, 하우징의 일단으로 전극회전봉과 내부전극벽의 사이에 혼합집수조에 의해 생성되는 기액혼합물이 유입되고, 전극회전봉 및 내부전극벽에 인가되는 전원에 의해 전해되는 기액혼합물을 하우징의 타단으로 배출하며, 브러시의 높이가 조절되는 전해실린더; 전해실린더에 의해 배출되는 기액혼합물을 설정된 경로를 따라 이동시키는 조사통로관; 전자파 및 에너지를 포함하는 자극체의 공진공동 발진출력을 발생시키며, 발생되는 전자파 및 에너지를 조사통로관의 설정된 위치에 집중하여 조사하는 전자조사장치; 조사통로관의 하단에 설치되며 조사통로관을 투과하는 전자파 및 에너지를 반사시켜 조사통로관의 내부를 통과하는 기액혼합물에 전자파 및 에너지를 역조사시키는 반사경; 및 조사통로관을 통과하는 기액혼합물을 처리수와 거품 슬러지로 분리하여 배출하는 침전조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 오폐수 처리장치는, 전극회전봉 및 내부전극벽에 인가되는 전압을 제어하며, 제어되는 전압에 기초하여 각각의 브러시의 높이를 조절한다.

전술한 오폐수 처리장치는, 조사통로관을 통과하는 기액혼합물에 대하여 전해반응된 이온, 수산화기 및 기포화된 전해가스를 오폐수와 강제 접촉시켜 산화분해, 환원분해, 응집반응을 활성화시키는 반응관;을 더 포함할 수 있다.

전술한 오폐수 처리장치는, 반응관을 통과하는 기액혼합물을 압축혼합하여 침전조로 분사하는 분사관;을 더 포함할 수도 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리방법은, 오폐수 처리장치에 의해 수행되는 오폐수 처리방법에 있어서, 고전압 방전을 통해 발생되는 전자를 이용하여, 유입되는 공기를 이온화시켜 이온화가스를 생성하는 단계; 집수조로부터 유입되는 오폐수와 이온화가스 생성단계에 의해 생성되는 이온화가스를 혼합하여 기액혼합물을 생성하는 단계; 기액혼합물 생성단계에 의해 생성되는 기액혼합물의 역류를 방지하는 단계; 원통형의 하우징의 내부에 회전이 가능하게 설치된 전극회전봉 및 하우징의 내벽에 절연접착된 내부전극벽에 각각 전원을 인가하며, 전극회전봉 및 내부전극벽의 사이에 기액혼합물 생성단계에 의해 생성되는 기액혼합물을 유입하는 단계; 전극회전봉 및 내부전극벽에 인가되는 전원을 제어하여 전극회전봉의 상하로 이동 가능하게 설치된 브러시의 높이를 조절하는 단계; 하우징으로부터 배출되는 기액혼합물을 조사통로관의 설정된 경로를 따라 이동시키는 단계; 전자파 및 에너지를 포함하는 자극체의 공진공동 발진출력을 발생시키며, 발생되는 전자파 및 에너지를 조사통로관의 설정된 위치에 집중하여 조사하는 단계; 조사통로관을 투과하는 전자파 및 에너지를 반사시켜 조사통로관의 내부를 통과하는 기액혼합물에 전자파 및 에너지를 역조사시키는 단계; 및 조사통로관을 통과하는 기액혼합물을 처리수와 거품 슬러지로 분리하여 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 오폐수를 이온화가스 및 공기와 혼합시켜 기액혼합물을 생성하고, 생성되는 기액혼합물을 전해실린더를 이용하여 1차적으로 정화시키며, 정화된 오폐수를 전자조사장치를 이용하여 2차적으로 정화시킨 후, 정화된 기액혼합물을 처리수 및 거품 슬러지로 분리함으로써 오폐수의 정화 효율을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전해실린더의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 전해실린더의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자조사장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치 및 그 처리방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리장치(100)는 집수조(110), 이온화가스 생성장치(120), 양수압펌프(130), 전해실린더(140), 반응관(160), 마디 분사관(170) 및 침전조(180)를 포함할 수 있다.

집수조(110)는 처리하기 위한 오폐수를 집수하는 수조로서, 제1송수파이프(111)를 통해 유입되는 오폐수에서 제1격벽(baffle)(113) 및 제2 격벽(114)을 통해 거품 슬러지를 분리하여 집수한다. 여기에서, 제1격벽(113)은 집수조(110) 상단 일측면에 수직 하방으로 형성되고, 제2격벽(114)은 제1격벽(113)과 소정 간격을 유지하면서 집수조(110)의 하단 일측면에 수직 상방으로 제1격벽(113)과 일부분이 중첩되게 형성된다. 또한, 집수조(110)의 하단에는 격벽(113, 114)을 통과한 오폐수 중에서 입자가 큰 이물질을 필터링하는 필터(115)가 형성된다. 여기에서, 오폐수의 유입여부는 제1개폐밸브(112)에 의해 결정되고, 오폐수의 배출여부는 제2개폐밸브(117)에 의해 결정된다. 집수조(110)를 통과한 오폐수는 제2 송수 파이프(116)를 통해 이동되는데, 이때 제2송수파이프(116)는 혼합집수조(123)에 연결되어 있다.

이온화가스 생성장치(120)는 고전압 방전을 통해 발생된 전자를 이용하여, 외부로부터 유입되는 공기를 이온화시켜 이온화가스를 생성한다. 이온화가스 생성장치(120)에서 생성되는 이온화가스에는 OH^- , O² ^- 등의 이온과 오존(O₃), 이산화수소(HO₂) 등의 산화가스 성분이 포함된다. 이온화가스 생성장치(120)에서 유출되는 이온화가스는 가스파이프(121)를 통해 이동되며, 이온화가스의 공급 여부는 제1가스밸브(121a)에 의해 좌우된다. 오폐수 처리시 사용되는 이온화가스(특히, 오존)는 자연계에서 염소의 7배나 되는 산화력을 가져서 강력한 살균력(오존의 경우, 박테리아는 물론 곰팡이, 이끼, 바이러스까지 10초 이내에 99.99%이상 사멸시키며, 대장균의 경우, 염소살균보다 3150배 속살, 염소의 경우 바이러스는 살균불가하며, THN 등의 발암성 물질발생)을 가질 뿐만 아니라, 수중의 냄새 분자와 결합하여 냄새를 제거하며, 수중의 탁도를 크게 떨어뜨리고, 또한 소포작용이 있으며, 공장 및 산업폐수나 세탁 세제 등에서 나오는 유해유기물질이나 시안 및 페놀과 같은 독성 물질들을 분해하여 무해화하고, 수은, 철 망간과 같은 중금속들을 산화시켜 제거하기 쉽게 하는 등 염소처리시에 나타나지 않는 처리장점을 가질 뿐만 아니라, 결국에는 산소로 되돌아가서 BOD, COD를 크게 개선시키며, 2차 공해 물질(염소의 경우, THM 등)을 전혀 만들지 않는 장점을 가지고 있다. 오폐수 처리시 이용되는 오존은 공지된 오존발생기를 이용하며, 인위적으로 오존을 발생시키는 방법으로는 무성방전법, 전해법, 광화학적 방법 등이 있으며 대량의 오존을 발생시키는 방법으로는 일반적으로 무성방전법이 널리 사용되고 있다. 무성방전법은 교류의 고전압(6,000∼18,000V)을 가하고 반대의 전극 사이에 유리와 세라믹과 같은 유전체를 넣고 이 방전공간에 공기 또는 산소를 주입하여 오존을 발생시키는 원리이다. 오존발생기 및 이의 구동원리는 본 기술분야의 당업자에게 널리 공지된 것이므로 더 이상 상세하게 설명하지 않는다.

가스조(122)는 습기 또는 기액혼합물 등이 역류하는 것을 방지하고, 이온화가스생성장치(120)에 의해 생성되는 이온화가스가 혼합집수조(123)로 공급되도록 중계한다. 가스조(122)를 경유한 이온화가스는 제2가스파이프(124)를 통해 지정된 경로로 이동되며, 이온화가스의 중계 여부는 제2가스밸브(124a)에 의해 좌우된다. 이때, 혼합집수조(123)에 기액혼합물이 존재하는 경우, 습기 또는 기액혼합물이 제2가스파이프(124)를 통해 역류하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 가스조(122)는 이러한 역류현상을 방지하기 위한 것으로서, 가스조(122)에 적재된 습기 또는 기액혼합물은 배출밸브(122a)를 통해 배출될 수 있다.

혼합집수조(123)는 제2송수파이프(116)를 통해 정화할 처리수를 유입받는다. 이때, 처리수의 공급 여부는 제2개폐밸브(117)에 의해 좌우된다.

혼합집수조(123)는 제2가스파이프(124) 및 제2송수파이프(116)를 통해 유입되는 이온화가스 및 처리수를 혼합하는 역할을 수행한다. 즉, 혼합 집수조(123)는 이온화가스와 처리수를 혼합시켜 이온화가스로 하여금 처리수를 일차적으로 정화 처리하도록 유도한다. 혼합 집수조(123)에는 흡입펌프(130)가 연결되어 있으며, 흡입펌프(130)의 흡입력에 의해 이온화가스와 처리수를 용이하게 기액혼합화한다. 또한, 흡입펌프(130)는 기액혼합물을 제3송수파이프(131)를 통해 전해실린더(140)로 이동시킨다.

전해실린더(140)는 제3송수파이프(131)를 통해 흡입펌프(130)에 연결되어 있으며, 흡입펌프(130)에 의해 혼합된 기액혼합물을 전해반응시켜 산화분해, 환원분해시키는 역할을 수행한다. 즉, 전해실린더(140)로 유입되는 기액혼합물은 전해실린더(140)의 양극에 접촉되어 기액혼합물이 산화분해 또는 환원분해됨으로써, 유해성분들이 제거(분리)된다. 이때, 전해실린더(140)의 내부전극벽(141)은 배터리(145)의 (-)에 연결되고, 전극회전봉(142)은 배터리(145)의 (+)극에 연결된다. 배터리(145)는 정류된 직류 전압과 전류를 전해실린더(140)로 공급한다. 이때, 배터리(145)는 처리될 오폐수의 농도(즉, pH, 전도성, COD 농도, 염기성 등)에 적절하게 전압과 전류가 자동 조절되어 공급되도록 구현하는 것이 바람직하다. 예컨대, 배터리(145)는 처리될 오폐수의 농도가 높을수록 전압과 전류를 낮춰주고, 처리될 오폐수의 농도가 낮을수록 전압과 전류를 높여주도록 구현되는 것이 바람직하다. 여기서, 전해실린더(140)의 내부전극벽(141)이 배터리(145)의 (-)에 연결되고, 전극회전봉(142)이 배터리(145)의 (+)에 연결되는 것으로 설명하였지만, 배터리(145)의 각각의 전극의 연결은 그 반대가 되어도 무방하다. 전해실린더(140)에 의해 산화분해 또는 환원분해된 기액혼합물은 통수파이프(145)를 통해 조사통로관(146)으로 이동된다. 전해실린더(140)의 내부 구성 및 동작원리는 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전해실린더의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 전해실린더(140)는 양측이 개방된 원통형의 형상으로 이루어진 하우징(10)을 구비하고, 하우징(10)의 하단 또는 일측은 캡(12)에 의해 폐쇄된다. 이 캡(12)에는 오폐수가 유입될 수 있도록 흡입구(14)가 교체 가능하게 설치되며, 하우징(10)의 상부 또는 타측의 제위치에는 그 하우징(10)의 내측과 연통하며 전해반응된 오폐수가 배출될 수 있는 배출구(16)가 역시 교체 가능하게 고정된다. 한편, 하우징(10)의 내부에는 하우징(10)의 내벽에 절연접착되며, 전원의 일극이 인가되는 내부전극벽(20)이 구비된다. 또한, 하우징(10)은 그 중심축을 따라 하우징(10)의 일단으로부터 전원의 일극이 인가되며 하우징(10)의 중심축을 회전축으로 하여 회전하는 전극회전봉(30)이 구비된다. 이때, 내부전극벽(20)과 전극회전봉(30)의 사이에는 적어도 하나의 베어링(26)이 구비될 수 있으며, 이를 통해 내부전극벽(20)과 전극회전봉(30) 사이의 간격이 일정하게 유지된다. 여기서, 내부전극벽(20)은 오폐수를 전해반응시키기 위해 티타늄으로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 내부전극벽(20)에는 예컨대, 양극(+)의 전원을 공급받을 수 있도록 전원단자(22)가 연결된다. 여기에서, 전원단자(22)는 그 전원단자(22)를 내부전극벽(20)에 연결시킴은 물론 내부전극벽(20)을 하우징(10) 및 제2탭(18b)의 내부에 안정적으로 고정 및 유지시킬 수 있도록 연결편(24)에 의해 내부전극벽(20)에 연결되는 것이 바람직하다. 이때, 연결편(24)은 하우징(10) 및 제2탭(18b)을 관통하여 내부전극벽(20)에 연결된다.또한, 연결편(24)의 단부(24a)에는 전원단자(22)가 용이하게 착탈될 수 있도록 너트(24b)가 해제가능하게 구비되는 것이 바람직하다. 한편, 내부전극벽(20)과 전극회전봉(30)의 사이에 설치되는 베어링(26)은 전극회전봉(30)이 내부전극벽(20)과 일정한 간격을 유지하면서 안정적으로 회전할 수 있도록 함과 동시에, 내부전극벽(20)과 전극회전봉(30)의 사이에 오폐수와 같은 유체가 용이하게 유동할 수 있도록 불연속링 형태로 형성되거나 또는 그물망과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 하우징(10)의 하단 또는 일측의 내부에는 제1탭(18a)이 삽설되며, 상단 또는 타측의 내부에는 제2탭(18b)이 삽설된다. 여기에서, 제2탭(18b)에는 전술된 배출구(16)가 연통설치되며, 패킹(34)이 나사결합 방식으로 결합될 수 있도록 나선(19)이 형성될 수 있다.

또한, 내부전극벽(20)의 내측에는 전극회전봉(30)이 소정 간격을 유지하면서 설치된다. 그 전극회전봉(30)의 중심축은 하우징(10)의 중심축과 일치하도록 배치되는 것이 바람직하며, 그 재질은 백금으로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 전극회전봉(30)의 단부(30a)에는 예컨대, 음극(-)의 전원을 그 내부 전극관(30)에 인가하기 위해 전원단자(32)가 연결될 수 있다. 이 경우, 전원단자(32)는 전극회전봉(30)이 자유롭게 회전할 수 있도록 그 전극회전봉(30)의 단부(30a)에 아이들링(idling)하게 삽입되며, 너트(30b)에 의해 고정되거나 한정되는 것이 바람직하다. 특히, 전극회전봉(30)에는 그 전극회전봉(30)을 하우징(10)에 안정적이고 정확하게 고정 및 유지시키고 액밀을 유지할 수 있을 뿐 아니라 그 전극회전봉(30)을 회전시킬 수 있도록 패킹(34)이 외삽되는 것이 바람직하다. 이때, 패킹(34)은 카본패킹으로 형성되는 것이 바람직하며, 전극회전봉(30)과의 견고한 일체적 고정을 위해 고무로 형성된 고정링(36)이 개재되는 것이 바람직하다. 또한, 패킹(34)의 주변에는 하우징(10)의 제2탭(18b)에 회전 가능하게 결합될 수 있도록 그 제2탭(18b)에 형성된 나선(19)에 나사결합되는 나선(37)이 형성되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 패킹(34)에는 회전용 공구를 삽입하여 그 패킹(34)을 회전시킬 수 있도록 복수의 삽입홈(38)이 형성될 수 있다.

한편, 전극회전봉(30)의 일 측면에는 도 3에 도시한 바와 같이 가이드홈(40)이 형성될 수 있다. 이때, 가이드홈(40)의 깊이는 위쪽에서 아래쪽으로 갈수록 깊게 형성되며, 가이드홈(40)에는 이동부재(50)가 가이드홈(40)의 방향을 따라 상하로 이동이 가능하게 설치될 수 있다. 또한, 이동부재(50)의 반대면에는 내부전극벽(20)과 전극회전봉(30) 사이의 간격 이상의 길이로 설정된 브러시(60)가 설치된다. 이 경우, 브러시(60)의 길이는 이동부재(50)가 가장 아래쪽에 위치하였을 때의 길이가 내부전극벽(20)과 전극회전봉(30) 사이의 간격 이상의 길이로 설정되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 전극회전봉(30)이 회전하는 경우에 이동부재(50)는 전극회전봉(30)의 원심력에 의해 상측으로 이동하게 되며, 그에 따라 내부전극벽(20)에 점착된 이물질을 브러시(60)로 긁어 이물질이 내부전극벽(20)에 적층되는 것을 방지할 수 있게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 조사통로관(146)은 통수 파이프(55)를 통해 유입되는 기액혼합물을 일정한 경로를 통해 이동시키는 역할을 수행한다. 조사통로관(146)은 전자파 및 에너지가 효율적으로 침투할 수(조사될 수) 있도록 세라믹 유전체관(투명체) 또는 유리관 등으로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 조사통로관(146)은 기액혼합물이 조사관(147) 영역 내에서 최대한 긴 시간 동안 전자파 및 에너지를 조사받을 수 있도록 나선 평면형 또는 달팽이관(소용돌이) 모양으로 형성되는 것이 바람직하다.

전자조사장치(150)는 전자파 및 에너지를 포함하는 자극체의 공진공동 발진출력을 발생시키며, 발생되는 전자파 및 에너지를 조사통로관(146)의 설정된 위치에 집중하여 조사한다. 이때, 전자조사장치(150)는 도 4에 도시한 바와 같이, 고압트랜스, 2차 고압코일 및 2차 저압코일로 구성되어 입력전압을 고전압으로 승압시키는 고전압 발생부(151), 고전압 발생부(151)에서 발생한 고전압을 충전 및 방전하는 충방전 콘덴서(152), 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하고 그 반대쪽방향으로는 흐르지 못하게 하는 정류 특성을 갖는 다이오드(153), 자기장 속에서 극초단파(ultra-high frequency: UHF)를 발진하는 전자관(magnetron)(154), 전자조사장치(150)에 의해 생성되는 전자파 및 에너지를 방출하는 조사안테나(155), 및 조사안테나(155)에 의해 방출되는 전자파 및 에너지를 특정 위치에 집중하여 조사시키는 조사관(156)을 포함하여 구성되어 있다. 여기에서, 전자관(154)은 일반적으로 순동(純銅)의 전극을 양극으로 하고, 축방향으로 음극과 그리드가 배치되어 있다. 음극의 축방향으로 자기장을 걸면 음극에서 반지름 방향으로 튀어나온 전자는 양극에 흡인됨과 동시에 자기장에 의해서 진행방향으로 직각의 힘을 받는다. 그 결과, 전자는 나선상의 운동을 하게 되며, 여기서 자기장의 강도를 크게 하면 전자가 구부러지는 양도 커지고, 양극에 도달하기 전에 여러 번 회전하게 된다. 또한, 자기장의 강도가 어느 한계(임계자속밀도)에 도달하면 전자는 거의 양극에 도달하지 못하게 되며, 이때 음극 주위에는 전자에 의한 회전전자극(回轉電子極)이 생기고 양극의 진동회로에는 유도전류가 생겨 진동이 자극되어 지속한다. 발진 주파수는 대부분 진동회로에 의해 정해지고 고능률이며, 또한 대출력을 얻는다. 전자관(154)에서 발생되는 발진출력은 수기가 헤르쯔(예컨대, 1.5∼3 GHz)의 전자파와 수KW급 에너지(즉, 충격 에너지)를 포함한다.

반사경(157)은 조사통로관(146)의 하단에 설치되어 조사통로관(146)을 투과한 전자파 및 전자에너지를 반사시키며, 이를 통해 조사통로관(146) 내의 기액혼합물에 전자파 및 에너지를 역조사시키는 역할을 수행한다. 반사경(157)은 조사통로관(146)을 투과된 전자파 및 에너지를 역조사시킴으로써 반응효율을 극대화시키는 효과가 있으며, 이를 위해 반사율이 좋은 스텐레스 또는 티타늄 합금 재질로 구현하고 일정한 곡율을 유지하여 특정 위치에 전자파 및 에너지가 집중되도록 구현하는 것이 바람직하다.

반응관(160)은 조사통로관(146)에 연결되어 있으며, 조사통로관(146)에서 전해반응된 이온들과 수산화기들 및 기포화된 전해가스들을 오폐수와 강제 접촉시켜 산화분해, 환원분해, 응집반응을 활성화시키는 역할을 수행한다. 이때, 반응관(160)은 전해실린더(140)와 일정 비율(예컨대, 전해실린더:반응관 = 3:5)의 폭을 유지하도록 형성하고, 반응에 필요한 충분한 시간을 유지하기 위해 일정 길이(예컨대, 3m)를 유지하도록 형성하는 것이 바람직하다.

마디 분사관(170)는 제4송수파이프(165)를 통해 반응관(160)과 연결되어 있으며, 다수개의 마디 분사구(171)로 이루어져 있고, 반응관(160)을 통과한 기액혼합물을 압축혼합하여 분사하는 역할을 수행한다. 반응관(160) 및 제4송수파이프(165)를 통해 유입되는 기액혼합물은 마디 분사관(170)의 마디 분사구들(171)을 통과하면서 압축혼합되어 이동한다. 마디 분사구들(171)을 통과하는 기액혼합물이 압축혼합되는 원리는 운동하고 있는 유체 내에서의 압력과 유속, 임의의 수평면에 대한 높이 사이의 관계를 나타내는 유체역학의 정리인 베르누이 정리를 이용한 것이다. 베르누이 정리는 운동하고 있는 유체의 역학적 총에너지, 즉 유체의 압력에 의한 에너지와 임의의 수평면에 대한 중력에 의한 위치 에너지 그리고 유체의 운동 에너지의 총합이 일정하다는 것이다. 그러므로 베르누이 정리는 흐름이 균일하거나 층류인 이상유체(理想流體)에 대한 에너지 보존원리이다. 따라서, 베르누이 정리에 의하면 유체 압력의 감소는 유속의 증가를 뜻한다. 예를 들어, 수평면에 놓인 단면적이 변하는 도관을 통해 유체가 흐를 때, 도관의 단면적이 줄어들수록 유속은 증가한다. 그러므로 유체가 도관에 대해 작용하는 압력은 도관의 단면적이 최소인 부분에서 가장 작아진다. 베르누이 정리를 본 발명에 적용하기 위해 마디 분사관(170)의 일정 영역에 일정 길이마다 환형의 마디 분사구들(161)을 형성하고, 이 마디 분사구들(171)을 통과하는 기액혼합물을 제한함으로써 기액혼합물이 소용돌이치면서 압축혼합되도록 유도한다. 마디 분사관(170)에는 다수개의 마디 분사구들(171)이 형성되어 있으므로 마디 분사구들(171)을 통과할 때마다 기액혼합물은 여러 번 압축혼합 된다. 따라서, 이러한 과정이 반복될수록 기액혼합물의 이온화가스는 완전히 분해되고 산소의 일부는 산화역할을 수행하고 일부는 용존되므로 정화 처리를 극대화할 수 있다. 마디 분사관(170)을 통과한 기액혼합물의 배출여부는 제4개폐밸브(172)에 의해 결정된다.

침전조(180)는 마디 분사관(170)을 통과한 기액혼합물을 집수하기 위한 것으로, 마디 분사관(170)으로부터 배출되는 기액혼합물을 처리수와 거품 슬러지로 분리하는 역할을 수행한다. 침전조(180)에 유입된 기액혼합물중 처리수는 제3격벽(181) 및 제4격벽(182)을 통해 외부로 배출된다. 여기에서, 제3격벽(181)은 침전조(180)의 상단 일측면에 형성되고, 제4격벽(182)은 제3격벽(181)과 소정 간격을 유지하면서 침전조(180)의 하단 일측면에 일부 중첩되게 형성된다. 또한, 제4격벽(182)에는 하단의 처리수를 직접 유출하기 위한 이동홀(183)이 형성되어 있다. 제3격벽(181) 및 제4격벽(182)을 통과한 처리수는 제1배출파이프(184)를 통해 배출되며, 처리수의 배출여부는 제5개폐밸브(185)에 의해 결정된다.

또한, 침전조(180)의 상단 일측에는 부상한 거품 슬러지를 배출하기 위한 거품 퇴출구(187)가 형성되어 있다. 또한, 침전조(180)의 거품 퇴출구(187)에서 배출된 거품 슬러지를 모으는 분리 수집조(190)가 거품 퇴출구(187) 하단 방향으로 침전조(180)에 결합되게 형성되어 있다. 또한, 침전조(180) 및 분리 수집조(190) 하단 일측에는 제1반송파이프(186) 및 제2반송파이프(191)를 각각 연결하고, 반송펌프(192)를 이용하여 제1반송파이프(186) 및 제2반송파이프(191)로 배출되는 슬러지를 제3반송파이프(193)를 통해 집수조(110)로 반송되도록 형성된다. 반송된 슬러지는 집수조(110)에 유입되는 오폐수와 혼합되면서 산화 촉매제로 이용된다. 오폐수 처리과정을 완료한 경우, 전해실린더(140)의 흡입구에 연결된 배출 파이프(143)를 통해 전해실린더(140) 및 반응관(160)에 잔존하는 기액혼합물을 배출시킨다. 잔존 기액혼합물의 배출여부는 제7개폐밸브(144)에 의해 결정된다. 전술한 바와 같이, 이온화가스 생성장치(120) 및 마디 분사관(170)은 본 발명의 오폐수 처리효율을 극대화하기 위해 구현된 것으로, 설치 면적, 비용 측면 또는 처리시간 등을 고려하여 생략할 수도 있음은 물론이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리방법을 나타낸 흐름도이다. 본 발명의 실시예에 따른 오폐수 처리방법은 전술한 오폐수 처리장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 오폐수 처리장치(100)는 고전압 방전을 통해 발생되는 전자를 이용하여, 유입되는 공기를 이온화시켜 이온화가스를 생성한다(S110).

또한, 오폐수 처리장치(100)는 집수조(110)로부터 유입되는 오폐수와 이온화가스 생성단계에 의해 생성되는 이온화가스를 혼합하여 기액혼합물을 생성한다(S120). 이때, 오폐수 처리장치(100)는 가스조(122)를 이용하여 기액혼합물 생성단계(S120)에 의해 생성되는 기액혼합물의 역류를 방지한다(S130).

오폐수 처리장치(100)는 전해실린더(140)의 원통형의 하우징(10)의 내부에 회전이 가능하게 설치된 전극회전봉(30) 및 하우징(10)의 내벽에 절연접착된 내부전극벽(20)에 각각 전원을 인가하며, 전극회전봉(30) 및 내부전극벽(20)의 사이에 기액혼합물 생성단계에 의해 생성되는 기액혼합물을 유입한다(S140).

이때, 오폐수 처리장치(100)는 전극회전봉(30) 및 내부전극벽(20)에 인가되는 전원을 제어하여 전극회전봉(30) 상하로 이동 가능하게 설치된 브러시(60)의 높이를 조절할 수 있다(S150). 이 경우, 브러시(60)는 전극회전봉(30)의 회전력에 의해 상측으로 이동하게 되며, 그에 따라 내부전극벽(20)에 점착된 이물질을 긁어낼 수 있다.

오폐수 처리장치(100)는 전해실린더(140)의 하우징(10)으로부터 배출되는 기액혼합물을 조사통로관(146)의 설정된 경로를 따라 이동시킨다(S160). 이때, 오폐수 처리장치(100)는 전자조사장치를 이용하여 전자파 및 에너지를 포함하는 자극체의 공진공동 발진출력을 발생시키며, 발생되는 전자파 및 에너지를 조사통로관(146)의 설정된 위치에 집중하여 조사한다(S170).

또한, 오폐수 처리장치(100)는 반사경(157)을 이용하여 조사통로관(146)을 투과하는 전자파 및 에너지를 반사시켜 조사통로관(146)의 내부를 통과하는 기액혼합물에 전자파 및 에너지를 역조사시킨다(S180).

오폐수 처리장치(100)는 조사통로관(146)을 통과하는 기액혼합물을 처리수와 거품 슬러지로 분리하여 배출한다(S190).

이와 같이, 오폐수 처리장치(100)는 전해실린더(140) 및 전자조사장치를 이용하여 이중으로 오폐수를 처리함으로써 오폐수 처리효율을 높일 수 있게 된다.

110: 집수조 120: 이온화가스생성장치
122: 가스조 123: 혼합집수조
140: 전해실린더 146: 조사통로관
157: 반사경 160: 반응관
180: 침전조

Claims

고전압 방전을 통해 발생되는 전자를 이용하여, 유입되는 공기를 이온화시켜 이온화가스를 생성하는 이온화가스생성장치;
집수조로부터 유입되는 오폐수와 상기 이온화가스생성장치에 의해 생성되는 이온화가스를 혼합하여 기액혼합물을 생성하는 혼합집수조;
상기 이온화가스생성장치에 의해 생성되는 이온화가스의 공급을 중계하며, 상기 혼합집수조에 의해 생성되는 기액혼합물의 역류를 방지하는 가스조;
원통형의 형상으로 이루어진 하우징, 상기 하우징의 일단으로부터 전원의 일극이 인가되며 상기 하우징의 중심축을 회전축으로 하여 회전하고 상기 하우징의 내벽과의 사이에 설치된 적어도 하나의 절연 베어링에 의해 설정된 간격이 유지되는 전극회전봉, 및 상기 하우징의 내벽에 절연접착되며 상기 전원의 타극이 인가되는 내부전극벽을 구비하고, 상기 내부전극벽 및 상기 전극회전봉 중의 적어도 하나의 외면에는 이동부재의 일면이 상하로 이동 가능하게 설치되며, 상기 이동부재의 반대면에는 상기 전극회전봉과 상기 내부전극벽 사이의 거리 이상의 길이로 설정된 브러시가 설치되고, 상기 하우징의 일단으로 상기 전극회전봉과 상기 내부전극벽의 사이에 상기 혼합집수조에 의해 생성되는 기액혼합물이 유입되고, 상기 전극회전봉 및 상기 내부전극벽에 인가되는 전원에 의해 전해되는 기액혼합물을 상기 하우징의 타단으로 배출하며, 상기 전극회전봉의 회전에 따라 상기 브러시의 높이가 조절되는 전해실린더;
상기 전해실린더에 의해 배출되는 기액혼합물을 설정된 경로를 따라 이동시키는 조사통로관;
전자파 및 에너지를 포함하는 자극체의 공진공동 발진출력을 발생시키며, 발생되는 전자파 및 에너지를 상기 조사통로관의 설정된 위치에 집중하여 조사하는 전자조사장치;
상기 조사통로관의 하단에 설치되며 상기 조사통로관을 투과하는 전자파 및 에너지를 반사시켜 상기 조사통로관의 내부를 통과하는 기액혼합물에 전자파 및 에너지를 역조사시키는 반사경; 및
상기 조사통로관을 통과하는 기액혼합물을 처리수와 거품 슬러지로 분리하여 배출하는 침전조;
를 포함하며,
상기 전극회전봉은 일 측면에 위쪽에서 아래쪽으로 갈수록 깊게 형성되는 가이드홈이 형성되며, 상기 가이드홈에는 상기 이동부재의 일면이 걸려 상기 가이드홈의 방향에 따라 상하로 이동이 가능하게 설치되고, 상기 전해실린더는 상기 전극회전봉의 회전력을 제어하여 상기 브러시의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 전극회전봉 및 상기 내부전극벽에 인가되는 전압을 제어하며, 제어되는 전압에 기초하여 각각의 상기 브러시의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 조사통로관을 통과하는 기액혼합물에 대하여 전해반응된 이온, 수산화기 및 기포화된 전해가스를 오폐수와 강제 접촉시켜 산화분해, 환원분해, 응집반응을 활성화시키는 반응관;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
제3항에 있어서,
상기 반응관을 통과하는 기액혼합물을 압축혼합하여 상기 침전조로 분사하는 분사관;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리장치.
오폐수 처리장치에 의해 수행되는 오폐수 처리방법에 있어서,
고전압 방전을 통해 발생되는 전자를 이용하여, 유입되는 공기를 이온화시켜 이온화가스를 생성하는 단계;
집수조로부터 유입되는 오폐수와 상기 이온화가스 생성단계에 의해 생성되는 이온화가스를 혼합하여 기액혼합물을 생성하는 단계;
상기 기액혼합물 생성단계에 의해 생성되는 기액혼합물의 역류를 방지하는 단계;
원통형의 하우징의 내부에 회전이 가능하게 설치된 전극회전봉 및 상기 하우징의 내벽에 절연접착된 내부전극벽에 각각 전원을 인가하며, 상기 전극회전봉 및 상기 내부전극벽의 사이에 상기 기액혼합물 생성단계에 의해 생성되는 기액혼합물을 유입하는 단계;
상기 전극회전봉 및 상기 내부전극벽에 인가되는 전원을 제어하여, 상기 전극회전봉에 일면이 상하로 이동 가능하게 설치되며 반대면에 브러시가 설치된 이동부재를 이동시켜, 상기 브러시의 높이를 조절하는 단계;
상기 하우징으로부터 배출되는 기액혼합물을 조사통로관의 설정된 경로를 따라 이동시키는 단계;
전자파 및 에너지를 포함하는 자극체의 공진공동 발진출력을 발생시키며, 발생되는 전자파 및 에너지를 상기 조사통로관의 설정된 위치에 집중하여 조사하는 단계;
상기 조사통로관을 투과하는 전자파 및 에너지를 반사시켜 상기 조사통로관의 내부를 통과하는 기액혼합물에 전자파 및 에너지를 역조사시키는 단계; 및
상기 조사통로관을 통과하는 기액혼합물을 처리수와 거품 슬러지로 분리하여 배출하는 단계;
를 포함하며,
상기 전극회전봉의 일 측면에는 위쪽에서 아래쪽으로 갈수록 깊게 형성된 가이드홈이 형성되며, 상기 가이드홈에는 상기 이동부재의 일면이 걸려 상기 가이드홈의 방향에 따라 상하로 이동이 가능하게 설치되고, 상기 이동부재의 반대면에 상기 전극회전봉과 상기 내부전극벽 사이의 거리 이상의 길이로 설정된 상기 브러시가 설치되며,
상기 브러시의 높이를 조절하는 단계는, 전압제어에 의한 상기 전극회전봉의 회전력의 변화에 따라 상기 브러시의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리방법.