(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (11) 공개번호 10-2009-0066246 (43) 공개일자 2009년06월23일 (51) Int. Cl. C02F 1/467 (2006.01) C02F 1/461 (2006.01) (21) 출원번호 10-2008-0129179 (22) 출원일자 2008 년 12 월 18 일 심사청구일자 (30) 우선권주장 2008 년 12 월 18 일 JP-P-2007-325602 2007 년 12 월 18 일일본 (JP) 전체청구항수 : 총 12 항 (71) 출원인 이재용 경기고양시일산구백석동 1159-4 24/15 유겐가이샤스프링 일본국토쿄토아라카와쿠니시오구 4-12-11-128 (72) 발명자 슈세이스미타 일본국토쿄토아라카와쿠니시오구 4-12-11-128 (74) 대리인 이영근 (54) 수중의미생물을살. 감하는장치및수중의미생물을살. 감하는방법 (57) 요약 [ 과제 ] 발라스타수처리에적합하고수중의미생물을효율적으로살감하고안전하며콤펙트한장치를제공한다. [ 해결의수단 ] 물이흐르는배관의접속부에장진가능한전해이고다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극이절연성의패킹으로끼워수류에직교하도록협지된것을특징으로한미생물을살감하기위한장치. 대표도 - 도 3-1 -
특허청구의범위청구항 1 물이흐르는배관의접속부에장진가능한전해조이고다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극이절연성의패킹을끼워수류에직교하도록협지된것을특징으로한수중의미생물을살감하기위한장치. 청구항 2 제 1항에있어서, 다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극과의사이에다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의 1 또는 2이상의세파레타가절연성의패킹을끼워수류에직교하도록협지된것을특징으로하는수중의미생물을살감하기위한장치. 청구항 3 제 2항에있어서, 다수의관통공을형성한세파레타가도전성재료인것을특징으로하는수중의미생물을살감하기위한장치. 청구항 4 제 1항에있어서, 전기애노드전극에다수의관통공을형성한절연성의스페이서를캐소드전극측에애노드전극과스페이서의관통공이정합하도록밀착시킨것을특징으로하는수중의미생물을살감하기위한장치. 청구항 5 제 1항에있어서, 전기애노드전극과전기캐소드전극에다수의관통공을형성한절연성의스페이서를전해조내면에애노드전극, 캐소드전극과스페이서의관통공이정합하도록밀착시킨것을특징으로하는수중의미생물을살감하기위한장치. 청구항 6 제 2항내지제 5항중어느하나의항에있어서, 세파레타에형성한관통공의중심이애노드전극또는캐소드전극에형성한관통공의중심과틀어져있는것을특징으로하는수중의미생물을살감하기위한장치. 청구항 7 물이흐르는배관의접속부에장진가능한전해조이고다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극사이의공간혹은그애노드전극과그캐소드전극간에설치한다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의 2이상의쎄파레타사이의공간에관통공의직경이상의입경을갖은입자상의금속또는반금속을충진하고그애노드전극, 그캐소드전극및그쎄파레타는절연성의스페이서를끼워협지되어져있는것을특징으로한수중의미생물을살감하기위한장치. 청구항 8 제 7항에있어서, 애노드전해액출구및캐소드전해액출구의중간에원수공급구를설치한 3방의입구를설치하고캐소드전해액출구측에 2매이상의다수의관통공을형성한캐소드전극을애노드전해액출구측에다수의관통공을형성한애노드전극을짜넣고통전한그캐소드전극을교환하는것에의해전해전류의저하를방지한청구항 1 내지청구항7에있어서 1항에기재의수중의미생물을살감하는장치. 청구항 9 미생물살감효과를장시간유지시키기위하여원수공급구와애노드전해액출구의중간에복수의캐소드전해실을설치하고캐소드전해실내에교호로통전하기위하여캐소드전극을설치한것을특징으로한수중의미생물을살감하기위한장치. - 2 -
청구항 10 제 9항에있어서, 배관을흐르는물을전기분해하여수중의미생물을살감하는것을특징으로한수중의미생물살감방법. 청구항 11 제 2항에기재된장치에있어서애노드전극, 쎄파레타및캐소드전극의짝을경상대상에 2짝배관한전해조를교호로각한짝에통전하여전해전류를일정하게유지하는것을특징으로한수중의미생물을살감하는방법. 청구항 12 제 1항내지제 9항에있어서, 제 1항에기재의장치를사용하여다수의관통홀을형성한애노드전극과다수의관통홀을형성한캐소드전극간에주파수가 300Hz이상의교번또는펄스상의전장을인가하여수중의미생물을살감하는방법. 명세서 발명의상세한설명 <1> 기술분야본발명은해수또는담수중의세균, 플랑크톤등의미생물을전기 물리적으로살균하는장치및방법에관한것이고, 본발명은특히선박의발라스타의급, 배수용해수중의미생물을전기 물리적으로살균하는장치로서유용하다. <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> 배경기술수중의세균, 플랑크톤등의미생물을제거하는것은물의이용기술면에서중요하다. 특히최근유조선이나컨테이너선등의중심을유지하기위하여발라스타수중의미생물을부착시키고있다. 이러한선박들은화물들을하역하면그대신에발라스타탱크에해수를주입하여선박의중심을컨트롤한다. 또한선박에화물들을적재할때는발라스타탱크의해수를배출한다. 한편, 2004년2월에 IMO( 국제해사기관 ) 에서는 선박의발라스타수및침전물의규제및관리를위한국제조약 ( 발라스타수관리조약 을채택하고내년 7월에는이조약을실시하기위한구체적규정을정하는가이드라인이정해진다. IMO의발라스타수배출기준 (D-2) 기준에는 50마이크로메타이상의생물 ( 주로동물플랑크톤 ), 10마이크로메타이상 50마이크로메타미만의생물 ( 주로식물플랑크톤 ) 이나병독성콜레라등을살상하는것등이정해져있다. 또대장균에있어서도일본해수욕장에서도엄격한기준이정해져있다. 발라스타수중의미생물살균법으로서이하의방법이검토되어지고있다. 발라스타수중의미생물살감법으로는 (1) 물리적방법 : 유속에의한충격, 여과, 자외선방사, 전기적쇼크, 초음파 (2) 화학적방법 ( 살균물질의첨가 ) : 오존가스, 차아염소산, 과산화수소, 과초산등 (3) 물리화학적방법 : 용존산소저감, 전기분해법등이알려져있다. 발명의내용 <9> <10> 해결하고자하는과제여기에서최대의문제점은일반적으로해외항로에서사용되는선박은수만톤이상이고이러한선박의발라스타탱크는수천톤이상이다. 이러한발라스타탱크에해수를주입, 배수하게된다. 이것은단시간에대량의해수를처리해야하는것을의미한다. 더구나실용성을고려하면안전성, 저가격, 장치의소형화가요구된다. 이러한조건에서전기의방법을검토하면우선안전성면에서물리적방법이요망되지만여과, 자외선조사, 초음파등은장치의수명및대형화가문제점으로된다. 전기적쇼크에관해서는일반적으로수kV / cm전계강도가필요하지만해수의전도도가높기때문에고전계를해수중에형성하기위해서는대용량의고압전원이필요하게 - 3 -
되어경제성의측면에서곤란하다. <11> <12> <13> <14> <15> 유속에의한충격을이용한방법은단순한유속만이아닌도 1에나타낸것처럼배관내에설치된슬릿등이유속을변화시키는부재가필요하다. 슬릿부에서캐비테이션등이발생하여플랑크톤등이부상을받는다. 도 1에있어서스릿판 61, 62에의해설치되어진슬릿을통과할때에물은유속을증가시키고게다가후방슬릿 64에충돌하여유속이변화한다흐름의변화가큰영역인 65와 66에서플랑크톤등이부상을받는다. 화학적방법으로서는오존가스, 과산화수소, 과초산, 차아염소산등을해수에주입하는것이다. 오존은잔류성이없지만오존을발생시키려면대규모의장치가필요하게되고동시에미반응오존가스를처리하는설비가필요하게되는것등을고려하면실용화면에서문제가남는다. 과산화수소및과초산에관해서는잔류의문제가남는다. 차아염소산에관해서는유해성물질의생성가능성이있다. 따라서화학적방법에서는첨가하는물질농도를극저감할필요가있지만효과를고려하면농도를높이는것이요망된다. 이러한양방의인자를균형시키는것이필요하고실용화에서는이것들의제어가중요하게된다. 한편, 식물플랑크톤이생육하기위해서는산소가필요하다. 동물플랑크톤은식물플랑크톤을먹이로생육하는것이보고되어있다. 따라서우선식물플랑크톤의번식을억제하는것이중요하다. 그러기위해서는해수중의용존산소농도를저하시키는것에의해식물플랑크톤의생육을저하시킨다. 용존산소를저하시키기위해서는공기중의질소가스를농축하여해수중에버블링하는방법이시험되고실용화단계에와있다. 그러나이방법에서는공기로부터질소가스를농축하는플랜트가크게되고실용적이지는않다. 최후로전기화학적방법이남아있지만통상도 2에나타낸것처럼배관의도중에애노드전극 (53) 과캐소드전극 (54) 을짝으로한무격막전해조를설치하는방법이있다. 51은원수입구부이고, 52는전해수출구부이다. 해수를단순히전기분해하면염소가스를발생한후염소가스를해수에용해시켜차아염소산을생성시킨다. 또해수중에용해되어있는칼슘이온및마그네슘이온이캐소드전극에부착하는결점이있다. 무격막전해조를사용한경우살균효과는차아염소산이온이주체로되고화학적방법과같은차아염소산이온의최적농도가문제로된다. 그러나전기화학적방법은전계강도또는전류밀도및전류를증가시키는것에의해살균효과를향상시키고장치를콤팩트화할가능성이있다. 본발명이해결하려고하는과제는, 발라스타수의처리에적합하고수중의미생물을효율적으로살감하고콤팩트하며안전한장치를제공하는것이다. <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> <23> 과제해결수단상기과제를해결하기위한수단은하기와같다. 본발명의일면에따라수중의미생물을살감하기위한장치는, 물에흐르는배관의접속부에장진가능한전해조이고관통을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극이절연성의패킹을끼워수류에직교하도록협지된것을특징으로한다. 그리고다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극사이에다수의관통공을형성한원반상또는다각형상의 1또는 2이상의세파레타가절연성의패킹을끼워수류에직교하도록협지된것을특징으로한다. 또한다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의세파레타가도전성재료인것을특징으로한다. 본발명에있어서, 전기애노드전극에다수의관통공을형성한절연성의스페이서를캐소드전극측에애노드전극과스페이서의관통공이정합하도록밀착시킨것을특징으로한다. 그리고전기애노드전극과전기캐소드전극에다수의관통공을형성한절연성의스페이서를전해조내면에애노드전극, 캐소드전극과스페이서의관통공이정합하도록밀착시킨것을특징으로한다. 또한세파레타에형성한관통공의중심이애노드전극또는캐소드전극에형성한관통공의중심과틀어져있는것을특징으로한다. 본발명의다른일면에따라, 물이흐르는배관의접속부에장진가능한전해조이고다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극사이의공간, 혹은그애노드전극과그캐소드전극사이에설치한다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의 2개의쎄파레타사이의공간에관통공의직경이상의입경을갖은입자상의금속또는반금속을충진하고 - 4 -
그애노드전극, 그캐소드전극및그쎄파레타는절연성의스페이서를끼워협지되어있는것을특징으로한다. <24> <25> <26> <27> <28> 그리고애노드전해액출구및캐소드전해액출구의중간에원수공급구를설치한 3방의입구를설치하고캐소드전해액출구측에 2매이상의다수의관통공을형성한캐소드전극을애노드전해액출구측에다수의관통공을형성한애노드전극을짜넣고통전한그캐소드전극을교환하는것에의해전해전류의저하를방지하는것을특징으로한다. 본발명의또다른일면에따라, 미생물살감효과를장시간유지시키기위하여원수공급구와애노드전해액출구의중간에복수의캐소드전해실을설치하고캐소드전해실내에교호로통전하기위하여캐소드전극을설치한것을특징으로한다. 그리고수중의미생물을살감하기위한장치를사용하여배관에흐르는물을전기분해하여수중의미생물을살감하는것을특징으로한다. 또한애노드전극, 쎄파레타및캐소드전극의짝을경상대상에 2짝배관한전해조를교호로각한짝에통전하여전해전류를일정하게유지하는것을특징으로한다. 본발명의또다른일면에따라수중의미생물을살. 감하는장치를사용하여다수의관통홀을형성한애노드전극과다수의관통홀을형성한캐소드전극간에주파수가 300Hz이상의교번또는펄스상의전장을인가하여수중의미생물을살감하는것을특징으로한다. <29> 효과 본발명장치는콤팩트한동시에안전하고수중의미생물을효율적으로살감하기때문에발라스타수처리에적 합하다. <30> <31> <32> <33> <34> <35> <36> <37> <38> <39> <40> <41> 발명의실시를위한구체적인내용본발명의대상으로된물이란담수또는해수이다. 본발명에의해살감되는미생물이란동물및식물플랑크톤및살균을말한다. 식물플랑크톤의예로서규조류등의크리프트조류가있다. 동물플랑크톤으로서전중류, 실충류, 미지콘류등이있다. 세균으로서대장균등의통성협기성균인대장균, 살모넬라균및호기성균인녹농균등이있다. 본발명에있어애노드전극, 캐소드전극의부재는통상의전해조에사용되는백금등의귀금속을도금또는코팅한티탄재가가능하다. 본발명의실시예를하기에설명한다. 본발명에서는장치의콤팩트화, 코스트저감을목표하고있다. 그러기위해서는전극표묜의반응생성물의이용효율을향상하는것과더불어물리적방법을병용하는것이요망된다. 본발명은장치를코스트다운하기위하여배관에직결가능한플랜지를활용한전해조를검토했다. 도 3에기본전해조의모식단면도를나타낸다. 전해조는플랜지 (1), 절연성의패킹 (2), 다수의관통공을형성한애노드전극 (3), 중간플랜지 (7) 및다수의관통공을형성한캐소드전극 (6) 으로구성되어진다. 애노드전극 (3), 캐소드전극 (6) 은원반상또는다각형평판이다. 이전극은수류에직교하도록협지되어져있다. 즉애노드전극 (3) 은상류측이라도하류측이틀어져도좋다. 다수의관통공을형성한전극의평면도를도 4에나타낸다. 애노드전극과캐소드전극을다수의관통공을형성한판상으로하여배관의접속부에장진가능한것에의해전해조를콤팩트화하는것이가능하다. 미생물살감의효율성을향상시키기위해서는물리적인파괴를촉진하기위하여유속의변화부를설치하는것이필요하다. 그래서도 5에나타내는것처럼다수의관통공을형성한세파레타 (5) 를다수의애노드전극 (3) 과캐소드전극 (6) 사이에설치하는것이좋다. 도 5에나타낸전해조는플랜지 (1), 절연성패킹 (2), 다수의관통공을형성한애노드전극 (3), 중간플랜지 (7), 다 - 5 -
수의관통공을형성한쎄파레타 (5) 및다수의관통공을형성한케소드전극 (6) 으로구성시킨다. <42> <43> <44> <45> 도 6은, 다수의관통공을형성한세파레타 (5) 의평면도이다. 도 5에나타낸것처럼애노드전극과캐소드전극의관통공의중심을비켜놓아물의방향을변화시키는것에의해수류의충격력을높이는방법을조합하는것이가능하고보다살감방법을향상시키는것이가능하게된다. 즉, 세파레타 (5) 를도전성으로하는것에의해세파레타 (5) 의관통성의내부에서캐소드전극과애노드전극을유기시켜세파레타내부에서전해반응을일으키고전해에의한살감효율이향상한다. 세파레타 (5) 를전도성으로하려면은, 동또는스텐레스등의금속혹은카본등의반금속으로형성하고산화물, 세라믹, 수지의세파레타표면에백금, 은, 동등의금속을코팅하여도좋다. 다음으로전해반응은애노드전극표면의주된흡착물질은 H 2 O분자이고우선 H 2 O분자의산화분해반응이일어난다. 산화분해반응결과 H + 이온과 O 2 분자가생성되지만 O 2 가스의전구체 O 라디칼을생성시킨다. 전극표면에 O 2 분 자가존재하면 O 2 분자와 O 라디칼의수명은매우짧아전극표면근방에서만존재한다. <46> 2H 2 O - 2e - O 2 + 4H + (1) <47> 2H 2 O - 4e - 4H + + O 2 (2) <48> 2H 2 O - 2e - H 2 O 2 + 2H + (3) <49> <50> <51> <52> <53> <54> <55> <56> 2H 2 O - O 2-2e - O 3 + 2H + (4) 더구나알카리성물을산화분해하면이하의반응식처럼수산화물이온OH-을산화시켜 OH 라디칼이생긴다. OH 라디칼산화력이강해미생물살감효과가큰것이알려져있다. O 라디칼과같이수명이매우짧고전극표면근방에서만이용가능하다. OH- - 2e- OH (5) 해수를전해하는경우에는애노드전극에는염소이온 Cl - 가존재하기때문에부분적으로하기의반응을일으킨다. 2Cl - - 2e- Cl 2 (6) 생성된 Cl 2 는이하의반응에의해일부물로용해하여차아염소산으로된다. Cl 2 + 2H 2 O HCLO + HCl (7) <57> 2Cl - - 2e- Cl 2 (8) <58> Cl 2 + H 2 O ClO - + HCl + H + (9) <59> 이상의반응외에전극표면의산화물질인 O 3 분자와 O 라디칼이염소이온 Cl - ClO - 을생성시키는반응도존재한다. 와직접반응하여차아염소이온 <60> 캐소드전극에서는이하의반응을일으킨다. 캐소드전극표면에는주로 H 2 O 분자가흡착하고있기때문에우선물 의환원반응이일어난다. <61> 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH - (10) <62> 이결과, 수소분자의생성과 OH - 이온을생성시키는것에의해전극주변이알카리성으로된다. 해수를전해하면 캐소드전극에는 Ca +2 칼슘이온, Mg +2 마그네슘이온등의금속이온이이행해서전극표면의강알카리성때문에수산 화칼슘, 수산화마그네슘으로되고전극표면에침착한다. 더구나실리카또는탄산이온이공존하면규산칼슘, 탄 - 6 -
산칼슘등을형성시키게된다. 이규산칼슘, 탄산칼슘의침착은캐소드반응을제해하기때문에침착시키지않는 것이좋지만실용상필요하다. <63> 수중에는이온외에산소, 질소가스가존재하고있다. 미생물의살감을고려하면산소가스의환원체가 중요하다. 산소의환원반응으로서이하가일어나다. <64> O 2 + e - O 2 - (11) <65> HO 2 - + H 2 O + e - OH + OH - (12) <66> O 2 + H + + e - H 2 O (13) <67> O 2 + 2H 2 + e - H 2 O 2 + 2OH - (14) <68> O 2 + 2H 2 + e - HO 2 - + OH - (15) <69> <70> <71> <72> <73> <74> <75> <76> <77> 이상의반응식으로부터알수있듯이활성산소를생성시킨다. 이러한활성산소는미생물의살균효과를나타내는것이보고되어져있다. 이러한활성산소중에서전술한것처럼 OH 라디칼이최고로살균효과가높지만그수명이초로짧은것을고려할필요가있다. 본발명에서는전해생성물의잔류성을저감하기위하여전해에의한차아염소산이온의생성을억제하고산소계의산화환원물질을이용하여미생물을효율적으로살감하는방법을확립하는것을목적으로하고있다. 산소계에서효과가높은물질은 O 라디칼과 OH 라디칼이다. 전술한것처럼이산화물질은전극근방에서밖에이용할수없다. 통상의도 2에나타낸단순한 2실형전해조를사용한경우에는전극표면근방의유속은제로에가깝기때문에산화물질을효율적으로이용하는것은곤란하다. O 라디칼과 OH 라디칼을이용하기위해서는전극표면의유속을향상할필요가있다. 그러기위해서는전극간거리를좁게하는것이요구되어지지만너무좁게되면유속량이저하한다. 전극표면의유속을향상하고유량을올리기위해서는다수의관통공을설치한전극을채용했다. 게다가표면전극의유속을올리기위해서는전극에형성한관통공의내면에서만전해반응을일으키도록애노드전극과동일한관통공을형성한절연성의스페이셔를애노드전극에밀착시켜애노드전극의표면을뒤집는것에의해관통공의내면에서만애노드전해가일어나도록한다. 그예를도 7에나타낸다. 도 7에나타낸것처럼다수의관통공을형성한애노드전극 (3) 의표면에같은홀및분포의관통공을형성한절연성의스페이서 (4) 를, 애노드전극 (3) 과스페이서 (4) 에형성한관통공이정합하도록캐소드전극 (6) 측에밀착시킨다. 이구조에의해애노드전해는관통공의내면에서만일어나게되고고활성의산화물질을활용하는것이가능하다. 더구나관통공이좁은공간에서오존, 차아염소산이온등기타의산화물질과미생물의반응효율도향상하는장점이있다. 도 7에나타낸것처럼애노드전극 (3) 에더하여캐소드전극 (6) 표면에도절연성의스페이서 (4) 를관통공이정합하도록밀착시키는것에의해캐소드전극 (6) 표면의고산화물질 OH 라디칼을이용하는것이가능하게된다. 다음으로전해에더하여물리적방법을조합시키면미생물의살감효과가향상한다. 그예를도 9 및 10에나타낸다. 다수의관통공을형성한쎄파레타스페이서 (5) 를다수의관통공을형성한애노드전극 (3) 과다수의관통공을형성한캐소드전극 (6) 의사이에관통공의중심을틀어지게조립하는것에의해물의방향을변화시켜플랑크톤등을물리적으로손상하는것이가능하다. 도 1에나타낸것처럼쎄파레타 (5) 는 2개이상설치하는것에의해물리적손상효과를향상시키는것이가능하다. 게다가도 5에극성을나타내는것처럼쎄파레타 (5) 가전도성을가지는경우에는쎄파레타 (5) 의내부에서캐소드전극과애노드전극이유기되어쎄파레타내부에서전해반응이일어나고전해에의한살감효과가향상한다. 이쎄파레타상태를복극화하여있다고칭한다. 이도전성의쎄파레타대신에도 12의 15에나타낸것처럼입자상의금속또는반금속을다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의애노드전극과다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상의캐소드전극사이혹은그애노드전극과그캐소드전극사이에설치한다수의관통공을형성한원반상또는다각형평판상 - 7 -
의 2이상의쎄퍼레타사이에관통공의직경이상의입경을갖은입자상의금속반금속을충진하는것도좋다. 금속으로는철, 동, 스텐레스가반금속으로는카본이있다. 입자상의산화물, 세라믹, 수지의표면에백금, 은또는동등의금속을도금등으로코팅해도좋다. 입자의직경으로서는유량저항을고려하면 500um이상가능하면 1mm이상이요망된다. <78> <79> <80> <81> <82> <83> <84> <85> <86> <87> <88> <89> 다음으로해수와같이칼슘, 마그네슘등의알카리성토류금속이온이용해한물을전기분해하면캐소드전극에수산화칼슘, 수산화마그네슘, 규산칼슘등이부착해서전극의전도성을저하하여전해가곤란하게되는것이문제시된다. 그래서알카리토류금속이캐소드전극에부착하지않게세정기능을전해조에넣는것이필요하다. 부착방지기능으로서 (1) 전극의극성을반전시킨다. (2) 캐소드전극의메인터넌스용이화 (3) 캐소드전극에세정기능추가를생각할수있다. 극성의반전을고려하여도 8, 도 10에나타낸다수의관통공을형성한애노드전극3과캐소드전극6이대칭인구조의전해조가좋다. 게다가도 13에나타낸애노드전극 (3), 캐소드전극 (6), 스페이서 (4) 에짝을 2대경상대상으로배치한구조를요망한다. 이구조에서는주기적으로애노드전극과캐소드전극의극성을반전시킨다. 단순히반전하면미생물살균효과가저감하기때문에애노드전극 (3), 캐소드전극 (6), 및스페이서 (4) 를대칭으로배치하는것이요망된다. 다음으로교환용의캐소드전극 3매를조립한전해조예를도 14에나타낸다. 이전해조에서는애노드전해액출구 (17), 및캐소드전해액출구 (14) 의중간에원수공급구 (13) 을세운 3방의입구를세우고원수공급구 (13) 에서해수등을공급하여전해한다. 애노드전해액은애노드전해액출구 (17) 로부터배출되어진다. 한편캐소드에서전해한전해액은캐소드전해출구 (14) 에서배출되어진다. 캐소드전해액의배출속도를제하기위하여제어밸브 (10) 을설치한다. 우선최초에다수의관통공을형성한캐소드전극 (12) 를이용하여전해하고캐소드전극 (12) 에칼슘등이부착하여전해가곤란하게될때다수의관통공을형성한캐소드전극 (11) 로바꾼다. 캐소드전극 (11) 이사용불가능하게된시점에서다수의관통공을형성한캐소드전극 (6) 으로교체한다. 즉칼슘등이부착하더라도캐소드전해파를통과하도록캐소드전극 (12, 11 및 6) 의각각의관통공의내경은캐소드전극 (12, 11, 6) 의순서로작게되도록한다. 순차캐소드전극을교환하는것에의해미생물살감효과를장시간유지시키는것이가능하다. 별도의방법으로서도 15에나타낸것처럼분지관또는방을이용하여원수의공급구 (13) 과애노드전해액출구 (17) 의중간에복수의캐소드전해실을설치한전해조구조가있다. 각각의캐소드전해실에는다수의관통공을형성한캐소드전극 (6) 을넣었다. 전해는다수의관통공을형성한애노드전극 (3) 과다수의관통공을형성한캐소드전극 (6) 과의사이에서일어나지만복수의캐소드전극은교호로사용한다. 한개의캐소드전극이알카리토류금속이온의부착으로사용불가능하게된시점에서남은캐소드전극으로교체한다. 더구나이전해조를쓰면캐소드전극의교환이편리하고메인터넌스가용이하게되는잇점이있다. 이경우캐소드전극으로홀의유무는중요하지않다. 더구나캐소드전극의부착을방지하기위해서는애노드전극과캐소드전극간에직류전압이아닌펄스상의전장또는교번전장을인가하여전장을제어하는방법을사용한다. 일반적으로전극반응의주파수응답최대는약 1000Hz이다. 전장은이근방의주파수가인가되지만전해반응은추수하지않게된다. 그래서강전장과물리적충돌의상승효과에의해미생물을살감하지만다공질캐소드전극의표면에알카리토류금속의침착을방지할수있다. 본발명의효과를확인하기위하여우선단순한다수의관통공을형성한전해조를조립한전해조의성능을확인했다. 도 6에나타낸시험장치를사용했다. 도에있어서 500리터의원수탱크 (101) 에입구해수를넣고평가용의균으로대장균을사용했다. 급수펌프 (103) 을사용하여도 3에나타낸구조의전해조 (104) 에대장균수용액을공급했다. 전해한액은탱크 (102) 에저장하고탱크 (102) 의물을채수하여대장균의균수를측정했다. 도 3에나타낸전해조로서염화비닐 (PVC) 제 50A의플랜지를활용했다. 애노드전극과캐소드전극으로서도 4에나타낸구조의전극을사용했다. 홀의직경은 4mm로하고전극유효부의직경은 61mm로하고유효면적부 ( 홀이없는표면을포함 ) 에는백금을도금하고 20A의배관을사용했다. - 8 -
<90> <91> <92> <93> <94> <95> <96> <97> <98> <99> <100> <101> <102> <103> <104> <105> <106> <107> <108> 유량을 25 l/min으로설정하고직류전원105를사용하여전해조에통전했다. 도 17에전해처리한입구해수중의대장균수와전해전류의관게를나타낸다. 이렇게다수의관통공을형성한전해조를사용하여수중의미생물을저감하는것이가능했다. [ 실시예2] 다음으로동물성플랑크톤의손상효과를확인했다. 실시예1과동일한시험장치를사용했다. 전해조로는도 5에나타낸것처럼애노드전극과캐소드전극사이에쎄파레타를설치했다. 쎄파레타의홀은 4mm로하여홀의중심을애노드전극중신에서 4mm비틀었다. 이결과도 1에나타낸것처럼애노드전극을통과한캐소드전극액은쎄파레타에충돌하고플랑크톤에충격을가한다. 손상을받은플랑크톤은광학현미경을사용하여카운터하는것으로손상비율을산출했다. 이실험예에서는통전을하지않았다. 시험결과를도 18에나타낸다. 도 18에있어유속은전해조내부의평균유속이다. 전극의홀과전극의유효면적의비율약5배이다. 도에서알수있는것처럼유속이증가하면플랑크톤의손상율도증가한다. [ 실시예3] 실시예2와동일한시험장치및조건에서애노드전극과캐소드전극간에직류를통전했다. 통전량과플랑크톤의손상율관계를도 19에나타낸다. 유속은 3m/sec로했다. 도에서알수있는것처럼통전하는것에의해손상율이향상하는것을알수있다. [ 실시예4] 도 5에나타낸것처럼애노드전극과캐소드전극사이에편심의홀을갖은스페이서를조합했을때의살균효과를확인했다. 시험장치로는실시예1과동일한창치를사용했다. 스페이서두께는 1mm 백금도금티탄판을사용했다. 유속은 4m/sec로하여대장균수의감소율과전류의관계를도 20에나타낸다. 이도에서통전하는것에의해플랑크톤의물리적살감효과와전장의상승를알게되었다. [ 실시예5] 실시예4와동일한시험장치및조건에서플랑크톤의손상율을확인했다. 도 5에나타낸전해장치를사용하여플랑크톤의물리적손상율에대한전해의영향을재확인했다. 유속은 3m/sec로했다. 도 21에손상율에대한전류치의영향을나타낸다. 도에서알수있는것처럼물리적손상과전기적손상의상승효과를알수있다. [ 실시예6] 도 6에나타낸것처럼애노드전극에동심의홀을갖은스페이서를조합때의살균효과를확인했다. 시험장치로서예1과동일한장치를사용했다. 스페이서두께는 10mm의 PVC판을사용했다. 애노드전극과같은홀을뚫었다. 유속은 4m/sec로하여대장균의감소율과유속의관계를도 22에나타낸다. 이도에서알수있는것처럼스페이서홀중에서애노드전해에의해생성한고산화물질과미생물의혼합도가높아미생물의살균효과가향상했다고생각되어진다. [ 실시예7] 도 11에나타낸전해조를사용하여실시예6과같은시험조건에서미생물의살균효과를확인했다. 도 23에시험결과를나타냈지만도 22와비교하여스페이서를 2매로증가하는것으로살균효과가향상하는것을알수있다. [ 실시예8] 도 9에나타낸전해조를사용하여실시예2와같은조건하에서다공질애노드전극과다공질캐소드전극사이에 100V로 1000kHz 펄스를전장에인가했다. 도 24에나타낸결과를얻었다. 실시예2의도 18에나타낸유속만에의한손상과비교하여펄스전장을인가한쪽이손상의정도는크게됐다. 이때캐소드표면에부착양은보여지지않았다. <109> 도면의간단한설명 도 1 은물의충격모델의설명도. - 9 -
<110> <111> <112> <113> <114> <115> <116> <117> <118> <119> <120> <121> <122> <123> <124> <125> <126> <127> <128> <129> <130> <131> <132> <133> <134> <135> <136> <137> <138> <139> <140> <141> <142> <143> <144> <145> 도 2는 2실형전해조의설명도. 도 3은본발명의전해조모식단면도. 도 4는다수의관통공을형성한전극의평면도. 도 5는본발명의전해조모식단면도. 도 6은스페이서의평면도. 도 7은본발명의전해조모식단면도. 도 8은본발명의전해조모식단면도. 도 9는본발명의전해조모식단면도. 도 10은본발명의전해조모식단면도. 도 11은본발명의전해조모식단면도. 도 12는본발명의전해조모식단면도. 도 13은본발명의전해조모식단면도. 도 14는본발명의전해조모식단면도. 도 15는본발명의전해조모식단면도. 도 16은실시예에서사용한시험장치의설명도. 도 17은도 3의전해조를사용한대장균수와전해전류의관계를나타낸그래프. 도 18은도 5의전해조를사용한플랑크톤손상율과유량의관계를나타낸그래프. 도 19는도 5의전해조를사용한플랑크톤손상율과전해전류의관계를나타낸그래프. 도 20은도 5의전해조를사용한대장균수와전해효과를나타낸그래프. 도 21은도 9의전해조를사용한때의플랑크톤손상과전해효과를나타낸그래프. 도 22는도 9의전해조를사용한때의대장균수와전해효과를나타낸그래프. 도 23은도 11의전해조를사용한때의대장균수와전해효과를나타낸그래프. 도 24는도 9의전해조를사용해펄스전장을인가한때의대장균수와펄스전장의효과를나타낸그래프. * 도면의주요부분에대한부호의설명 * 1 : 출입구플랜지, 2 : 패킹, 3 : 다수의관통공을형성한애노드전극. 4 : 다수의관통공을형성한절연성스페이서, 5 : 다수의관통공을형성한쎄파레타, 6 : 다수의관통공을형성한캐소드전극, 7 : 중간플랜지, 9 : 캐소드전해액출구, 10 : 유량제어밸브, 11 : 다수의관통공을형성한캐소드전극, 12 : 다수의관통공을형성한캐소드전극, 13 : 원수입구, - 10 -
<146> <147> <148> <149> <150> <151> <152> <153> <154> <155> <156> <157> <158> <159> <160> <161> <162> <163> <164> 15 : 복극입자, 14 : 캐소드전해액출구, 16 : 캐소드전해액용플랜지, 17 : 캐소드전해액출구, 18 : 캐소드전해용실, 51 : 원수입구부, 52 : 전해액출구, 53 : 애노드전극, 54 : 캐소드전극, 61 : 전방슬릿, 62 : 전방슬릿, 64 : 후방슬릿, 65 : 수류의변화부, 66 : 수류의변화부, 101 : 원수탱크, 102 : 처리수탱크, 103 : 공급펌프, 104 : 전해조, 105 : 전원 도면 도면 1-11 -
도면 2 도면 3-12 -
도면 4 도면 5 도면 6-13 -
도면 7 도면 8-14 -
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