KR100310673B1 - 물처리하는방법및장치 - Google Patents

Abstract

물 처리 장치는 그 바닥에 디퓨저 수단(14)을 갖는 수조(2)를 포함한다. 본 장치의 작동 시에, 디퓨저 수단은 수면 쪽으로 물의 불순물을 이동시키기 위한 다양한 크기의 공기 방울을 발생시킨다. 상기 공기 방울은 또한 상기 디퓨저 수단으로부터 외향하는 방향의 제1유동(A)으로서 수조의 물을 순환시키는 작용을 한다. 또한, 수조의 수류 발생기(16)는 수조의 주변을 유동하는 제2유동(B)으로서 물이 순환하게 하는 작용을 한다. 상기 두 개의 순환 유동(A, B)은 상호작용하여 주변 유동 경로(S)를 형성하며, 상기 주변 경로(S) 상에서 수면(15)의 오염된 거품과 슬러리가 집중되어 주변 유동 경로(S) 상에 일치하는 장치(18)수단에 의하여 제거된다.

Description

물 처리방법 및 장치

유럽 특허 공보 제 0 448 597 호에서 설명된 바와 같이, 상기 발명에 의한 물 처리는 수조의 바닥에 있는 디퓨저(diffusor)로부터 발생되는 여러 가지 크기의 공기 방울을 기초로 하는 부유(flotation) 및 물리적인 흡입(physical absorption)에 의해 주로 실행된다. 부유 과정은 미립자에 달라 붙어 그 미립자의 부력을 증가시키는 약 0.03 ㎜ 내지 0.12 ㎜ 크기의 공기 방울에 의하여 수행된다. 그 결과, 미립자들은 표면에서 슬러리(slurry)를 형성한다. 흡입 과정은, 콜로이드 상태의 또는 용해된 분극체와 결합하여, 물의 표면에서 상기 분극체와 함께 용적이 큰 방울 거품을 형성하는, 약 0.8 mm 크기의 공기 방울에 의하여 일어난다.

상기 특허에 따르면, 디퓨저는 분리 벽(partition wall)에 의해 상기 수조의 잔류 부분으로부터 일부가 분리되며 잔류 부분보다 실질적으로 작은 용적을 갖는 챔버(chamber) 내에 위치한다. 부유 과정이 수조 자체 내에서 실제적으로 일어나는 반면, 상기 흡착 과정은 상기 챔버 내에서 일어나고, 물은 디퓨저로 인한 거품으로부터의 펌핑 효과에 의하여 상기 챔버를 통하여 순환하며 분리 벽의 반대편의 상기수조 내로 배출된다. 상기 방울 거품은 챔버 내의 물 표면에서 형성될 때 연속적으로 제거되며, 수조 내에서 형성되는 슬러리는 상기 챔버 반대측의 수조의 가장자리에서 제거된다. 양 측에서, 상기 제거는, 거품과 슬러리가 각각 물의 상부층과 함께 둑(weir)을 넘치게 됨으로써 수행된다.

상기 유럽 특허에 따른 기술은, 종래의 물 처리 방법과 비교하여 실제적으로 향상된 것이나, 여전히 일부 결점 및 불이익을 가진다. 그 하나의 문제점은 사용되는 둑 기술에 의하여 챔버의 거품이 충분히 빠르게 제거되게 하는 것이다. 상기 특허에서 설명된 것과 같이, 거품이 분해되어 그 불순물이 물 속으로 다시 가라앉기전에 거품을 제거하는 것이 중요하다. 다른 불이익은, 상기 둑 기술에 의하면 상당히 큰 수류는 상기 수조로부터 나오는 거품과 슬러리를 동반한다는 사실이다.

본 발명에 따르면, 본 발명은 유럽 특허에 개시된 과정의 결점과 불이익을 특히 간단한 방법으로 피할 수 있다.

놀랍게도, 종래의 수조의 잔류 부분으로부터 챔버를 일부 분리하는 상기 분리 벽이 제거되면, 디퓨저 펌핑 효과로 인하여 수조에서 발생하는 횡방향 물 순환에 부가하여, 종방향 순환 유동이 수조의 물에서 일어날 때, 중요한 이점이 성취될 수 있다. 물 표면에서의 실제적으로 모든 거품과 슬러리는 수조 내에서 주변 유동 경로로 점차 모이며, 상기 경로 상의 1 이상의 장소로부터 용이하게 분리될 수 있다. 거품은 점성이며, 슬러리는 거품과 섞이며, 그에 부착되어 안정한 거품-슬러리 혼합물을 형성한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 거품-슬러리 혼합물은 진공원(vacuum source)과 교류하는 흡입 수단에 의하여 유동 경로로부터 효과적으로 제거된다.

본 발명에 따른 방법 및 장치는 첨부되는 특허청구범위에서 정의된다.

상기 유럽 특허 공보 제 0 448 597 호에 기술된 시스템과는 달리, 본 발명에 따른 시스템은 챔버-형성 분리 벽을 수조 내에 구비하지 않고 있다는 사실로 인하 여 거품이 제거되기 전의 거품의 잔류 시간이 감소한다. 또한, 거품이 분해되기 쉬운 공기 디퓨저 위의 교란 영역(turbulence area)으로부터 거품이 신속히 제거된다. 따라서, 불순물이 낮게 재부유되어, 세정 효과(cleaning effect)가 개선된다. 또한, 챔버 분리 벽의 제거로 인하여 상기 흡입 과정으로부터의 거품과 상기 거품과 상호작용하는 부유 과정으로부터의 부유 슬러리가 안정된 혼합물을 형성하고 진공 기술에 의하여 효과적으로 제거될 수 있는 중앙 영역으로 유동에 의하여 방향을 바꿀수 있다. 또한, 상기 진공 기술은 거품을 분해하고 슬러리와 상기 거품을 섞어, 효과적인 방식으로, 즉 단순히 퇴적에 의하여 물로부터 부유물을 분리할 수 있게 하는 균일한 침전물(sludge)을 형성하며, 따라서 침전물 내의 물 함유량은 약 절반으로(by about two orders) 감소될 수 있다. 이것은 상기 종래 특허에서는 처리 프랜트의 총비용 중 상당 부분을 차지하는 침전물 처리에 있어서 많은 비용을 절감하는 결과를 가져온다.

본 발명은 물을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 유럽 특허 공보 제 0 448 597 호에 개시된 방법 및 장치의 개량 발명에 관한 것이다.

이하, 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법과 장치를 기초로 한 플랜트의 평면도이다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 선 II-II에 따른 확대 단면도이다.

도 3은 상기 도 1에 도시된 선 III-III에 따른 단면도이다.

도 4는 상기 도 2에 도시된 단면의 다른 깊이에서의 상대 유속을 도시하는 벡터선도(vector diagram)이다.

도 5는 상기 도 1에 도시된 선 IV-IV에 따른 확대 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 장치를 갖는 수조의 다른 실시예를 보여주는 평면도이다.

도면의 장치는 주로 물고기 양식을 위하여 제작된 것이나, 그 외의 용도에도 사용될 수 있다. 상기 장치는, 도1의 예에 도시된 바와 같이, 측벽(4)과 단부벽(6)을 구비하는 종방향의 사각형 주변 벽을 포함하는 수조(2)를 구비한다. 상기 수조는, 예를 들어, 약 10 m × 50 m의 바닥면과 보통 약 3 m의 수심을 갖는다.

상기 측벽(4) 사이의 중심에 위치하여, 도1에 도시된 실시예의 수조는 상기 수조(2) 내에 주변 채널을 형성하기 위한 종방향 내벽(8)을 구비한다. 바람직하게, 상기 내벽은 상기 수조의 주요부를 따라 연장하며, 상기 수조의 일측 단부벽(6)으로부터 일정거리의 간격을 두고 종단하여, 수조의 물은 과도한 압력 강하 없이 통과할 수 있게 된다. 상기 수조의 타단에는, 하기에 설명되는 것과 같은 이유로, 수류 발생기(16)가 구비된다. 상기 수류 발생기(16)는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 내벽(8) 내의 각각의 개구(13) 내에 장착된 하나 이상의 회전날개(12)의 형태이다.

유럽 특허 공보 제 0 448 597호에 자세하게 기술된 것과 같이, 상기 수조의 바닥에서, 상기 수조의 바닥에 인접하며 상기 수조의 종축에 평행한 상기 내벽(8)의 양측에는, 유럽 특허 공보 제 0 448 597호에 기술된 것과 같은 형태의, 즉 약 0.03 mm 내지 약 1 mm 의 범위의 공기 방울을 발생시킬 수 있는 구멍이 뚫려 있는 종방향 튜브 형상의 공기 디퓨저(14)가 제공되며, 가장 큰 공기 방울은 물리적 흡입에 의하여 실질적으로 공기 디퓨저(14)의 바로 위의 수면 위에 오염된 거품을 형성하기 위한 작용을 하며, 나머지 작은 공기 방울은 수조의 수면(15)에 미립자와 함께 미립 불순물을 포함하는 부유 슬러리를 형성하는 작용을 한다.

수류 발생기(16)의 상류에 또한 상기 수류 발생기(16)에 인접한 곳에, 예를들면 도1에 도시된 가장 가까운 수조 모서리에, 거품 및 슬러리 제거 수단(18)이 제공되며, 하기에서 보다 상세하게 설명한다.

상기 유럽 특허에 따른 플랜트에 있어서와 마찬가지로, 상기 기술된 플랜트가 작동될 때, 상기 종방향 디퓨저(14)로부터의 공기 방울은 상기 디퓨저(14)의 종축의 옆에, 즉 수조의 옆 방향의 수조 물에 순환을 야기하는 수류 발생기처럼 작용한다. 제2도의 단면도의 좌측에서 화살표 A로 표시된 바와 같이, 물은 상승하는 공기 방울에 이끌리어 내벽(8)을 따라서 상승 유동하며, 수면(15)에서 측벽(4)을 향하여 외향 유동하며, 측벽을 따라서 하향 유동하며, 또한 바닥(19)을 따라서 다시 되돌아온다. 또한, 상기 디퓨저 수류 발생기(14)에 의한 상기 수조내의 유동 상태를 더욱 잘 가시화하기 위하여, 도면의 우측 부분의 수류 발생기에는 두개의 벡터선도, V_x및 V_z가 제공되며, 상기 두개의 벡터선도는 각각의 수조에서 수직 및 수평 방향의 각기 다른 물 층에서의 상대적인 유속을 나타낸다. 이하, x, y 및 z의 좌표계로 도시되며, z 및 x는 상기 수조의 깊이 방향과 횡방향 또는 가로지르는 방향을 각각 나타내며, y는 종방향 즉, 2도의 평면에 수직인 방향을 나타낸다. 벡터선도에 도시된 바와 같이, 채널(10) 내에서의 상대 유속은, z 방향과 x 방향의 양 방향으로, 대향하는 벽(4, 8), 바닥(19), 및 수면(15) 근처의 최대값으로부터 감소하여 중심축을 따라서 거의 영이 된다.

동시에, 또 다른 벡터 V_y가 도시된 도1에서 화살표 B로 표시된 바와 같이, 채널(10) 내의 수류 발생기(16)는 수조 내의 물이 채널(10) 주위에 있는 수조의 주변방향으로 순환하게 하며, 수류 발생기(16)에 의하여 야기되는 채널의 종방향 유속은, 최소한 수면(16)에 인접한 물 층에서는, 채널의 단면을 가로지르는 방향으로실질적으로 일정함을 표시한다.

공기 디퓨저(14)와 회전 날개(12)에 의하여 각각 야기되는 상기 기술된 두 개의 유선 A, B는, 각각의 유동 요소의 결과로서 나타나는 r_a-r_f가 또한 표시되는 4도의 벡터선도에 표시된 바와 같이, 각각 다른 깊이(2도에서 높이 a 내지 f 로 표시됨)에서 x-y 방향으로의 유동 요소를 발생시킬 것이다.

디퓨저에 기초를 둔 부유 및 물리적 흡입 과정으로 인하여 수조(2)의 수면에서 형성되는 오염된 거품과 슬러리는, 상기 기술된 횡방향 또는 종방향 유동 요소 x, y 의 결과로 나타나는 r_a에 따른 수면의 수류를 따름에 따라, 상호 작용하여 거품 슬러리(foamslurry)로 표현되는 안정된 혼합물을 형성한다. 1도에서, 이것은, 디퓨저(14) 위의 표면에 나타나는 점 P로부터, 거품 슬러리와 동반하는 오염 입자의 경로를 표시함으로써 보여진다. 개략적으로 표시된 바와 같이, r_a를 따라서 수조의 측벽(4)을 향하여 경사지게 부유하며, 수조의 둘레에서 주변 유동 경로 S를 따를 것이다. 수면의 거품 슬러리의 실제상으로 어떠한 오염 입자에도 같은 일이 일어날 것이며, 상기 모든 입자는 수조의 가장자리를 따라서 주변 유동 경로(S)에 상대적으로 빠르게 집중되며, 그로부터 상기 입자는 거품 슬러리 제거 수단(18)에 의하여 용이하게 제거될 수 있다.

본 발명에 따른 플랜트의 바람직한 실시예에서, 거품 슬러리 제거기(18)는 예를 들면 마우스 피이스(20)의 형태인 진공 수단을 포함한다. 5도에 상세히 도시된 바와 같이, 마우스 피이스(20)의 흡입구(22)는 수면(15)의 높이에 위치하며, 거품 슬러리를 흡입구(22)쪽으로 안내하는 작용을 하는 스크린 또는 스키머(skimmer)에 의하여 유용하게 둘러싸여 질 수 있다. 마우스 피이스(20)는 팬(fan)과 같은 파이프 관이나 진공 챔버(28)(도1 참고)을 통하여 진공원(30)과 교류한다. 진공 챔버(28)와 진공원(30)은 흡입 마우스 피이스 근처의 인접 공간(room)에 적절하게 위치할 수 있다. 작동 중에, 수면의 거품 슬러리와 상대적으로 매우 소량의 수면의 물은 마우스 피이스를 통하여 이끌리어 파이프 관으로 들어가서, 상기 파이프 관에서 분해되어 얇은 침전물이 되며, 상기 얇은 침전물은 진공 챔버(28)로 들어가서, 상기 진공 챔버(28)에서 임의의 용이한 방식으로 침전물이 탈수되는 인접 탈수 용기(34)로 전달될 수 있다. 물의 일부는 화살표 C로써 표시된 바와 같이, 1도에 개략적으로 표시된 둑(36)을 통하여 수조로 회귀할 수 있으며, 또는 방출하는 파이프 관으로 그 방향을 바꿀 수도 있다.

물의 수조로의 재충전(refilling)은 둑으로부터의 물이 들어가는 곳에서 유용하게 발생할 수 있다. 이것은 폐기수, 하수 기타 오염수의 처리용과 같이 물고기 양식용 이외의 플랜트의 경우에도 적용되며, 상기의 경우에서 처리되는 물은 유입되는 오염수의 양에 해당하는 양 만큼 마우스 피이스(20)와 수류 발생기(16) 사이의 물 기둥의 중앙으로부터 유출된다. 부유 및 물리적 흡입 과정에 부가하여, 만약 수조의 물이 노르웨이 특허 제 172 487호에 개시된 형태와 같은 바이오 필터를 통하여 여과되는 것이 필요하거나 바람직하다면, 이것은 유용하게 수조의 물이 바이오 필터가 포함된 (도시되지 않은) 외부 순환 회로를 통하여 유동하는 종래의 방식으로 일어날 수 있다.

도1에 도시된 발명에 따른 물 처리 장치를 갖는 수조의 사각형 종방향 형상은 가장 편리한 것으로, 특히 물고기 양식 플랜트로서의 용도와 관련하여 가장 편리한 것으로 알려져 있으나, 원형이나 타원형과 같은 의도된 용도에 편리한 다른 형상을 갖는 것 또한 본 발명의 범위 내이다.

이러한 원형 수조(2')의 예가 도6에 도시되어 있다. 도6에서, 디퓨저 수단(14')은 수조의 바닥의 중앙에 내벽이 없이 배열되어 있다. 수류 발생기(16')는, 회전 날개 또는 이와 유사한 형태로서, 수조의 주변 벽(4') 근처에 배열되며, 거품 슬러리 제거 수단(18')은 그 상류에 있는 수류 발생기에 상대적으로 근접하여 위치한다. 그 밖에, 흡입 시스템(20, 24, 26, 28 등)은 이전의 예에서와 같다. 디퓨저(14')는 수면에 반경 외향 방향의 유동 요소를 야기하며, 그 결과 오염된 입자는 디퓨저 위의 영역에 있는 점 P' 으로부터 수조의 주변 벽(4‘)을 곡선 경로로 향하여 부유하여, 슬러리 제거 수단(18') 내로 이끌릴 때까지 수조(2‘) 주위에서 주변 유동 경로(S')를 따른다.

Claims (8)

1. 처리할 물이 수조(2) 내로 유입되어, 물의 불순물을 수면(15)으로 이동시키기 위한 다양한 크기의 공기 방울을 발생시키고 디퓨저 수단(14)으로부터 외부를 향하는 제1유동(A)으로서 수조 내의 물을 순환시키기 위하여 수조의 바닥 근처에 위치하는 디퓨저 수단에 의하여 공기에 접촉되며, 디퓨저 공기 방울의 효과에 의하여 수면 위에 형성되는 오염된 거품 슬러리는 수면으로부터 제거되는 물 처리 방법에 있어서,

   물을 상기 수조(2)의 주변을 따라 이동하는 제2유동(B)으로서 순환시키며, 상기 두 개의 순환 유동(A, B)은 상호 작용하여 수면 위에 형성된 거품과 슬러리가 주변 유동 경로(S)에 집중되게 하여 상기 거품과 슬러리는 거품 슬러리로 불리는 안정된 요소를 형성하고, 상기 주변 유동 경로 상의 1 이상의 장소에서 수조로부터 거품과 슬러리를 제거하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 흡입에 의하여 주변 유동 경로로부터 상기 거품 슬러리를 제거하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
3. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 거품 슬러리는 파이프 관내에서 이송될 때 분해되어 얇은 침전물을 형성하여 탈수되며, 물은 인접한 탈수 용기로부터 둑을 통하여 주 수조로 회귀하는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법.
4. 물이 처리되는 수조(2), 수조의 바닥 근처에 위치하며, 물의 불순물을 수면쪽으로 이동시키기 위한 다양한 크기의 공기 방울을 발생시키며 상기 디퓨저로부터 외향하는 방향으로 제1유동(A)으로서 수조 내에서 물을 순환시키기 위한 디퓨저 수단(14), 디퓨저에 의한 공기 방울의 효과에 의하여 수면(15)에 형성되는 오염된 거품과 슬러리를 제거하기 위한 수단(18)으로 구성된 물 처리 장치에 있어서,

   수조(2) 내에 위치하며 수조 주변의 제2유동(B)으로서 수조 내의 물을 순환시키기 위한 수류 발생기(16)를 포함하며, 상기 두 개의 순환 유동(A, B)은 상호 작용하여 수면(15) 위의 거품과 슬러리가 집중되는 주변 유동 경로(S)를 형성하며, 상기 거품과 슬러리를 제거하기 위한 수단(18)에 의하여 주변 유동 경로(S)상의 1 이상의 장소에 위치하는 것을 특징으로 하는 물 처리 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 수조(2)는 측벽(4)과 단부 벽(6)을 갖는 직사각형이며, 내벽(8)은 수조 내에 주변 채널(10)을 형성하기 위하여 상기 수조의 측벽(4) 사이의 중앙에 위치하며, 상기 수류 발생기는 단부 벽(6) 근처의 내벽에 있는 개구(15)에 위치하며, 상기 디퓨저 수단(14)은 상기 내벽(8)을 따라서 위치하는 것을 특징으로 하는 물 처리 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 수조(2)는 원형 주변 벽(4‘)을 가지며, 상기 수류 발생기(16’)가 상기 수조의 주변 벽에 위치하는 반면, 상기 디퓨저 수단(14‘)은 수조의 바닥 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 물 처리 장치.
7. 제4항 내지 제6항에 있어서, 상기 거품 슬러리 제거기(18)는 진공원(30)과 교류하는 흡입 수단(20)의 형태인 것을 특징으로 하는 물 처리 장치.
8. 제5항 및 제6항에 있어서, 상기 흡입 수단(20)은 상기 거품 슬러리를 상기 흡입 수단쪽으로 안내하기 위한 스키머(24)에 의하여 둘러 싸이는 것을 특징으로 하는 물 처리 장치.