KR100330382B1 - 다용도 혼합용해기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체와 함께 공급되는 가스를 기.액 혼합용해기 본체를 수직으로 입상시켜 상부의 벌집형 그릴층으로 된 분산 디퓨셔에서 1차 혼합 용해되어 낙찰되게 하며 낙찰된 미용해 가스는 기포화되어 상부에서 흘러내리다가 수중 속으로 투입되어 하향하고 저부의 하한선에서 기포부력으로 상승되는 작동을 반복시켜 과포화 상태까지 용존산소를 안정적으로 2차 용해시킬 수 있게 함으로서,

소형, 경량이고 저압에서 운전이 가능함에 따라 설치비와 유지비가 극히 저렴하며 그 통과방식이 하향식이므로 운전방법이 간단하고 순산소시 탈기낭비율을 극소화시켜 이상적으로 현장 적용할 수 있는 다용도 혼합기를 제공하는데 있다.

Description

다용도 혼합용해기{Use much coeducation tools dissolve}

본 발명은 폐수처리장, 정수처리장, 수경양액재배, 양식장, 산업현장 등의 가스혼합용해기등으로 사용되는 기.액혼합용해기에 관한 것으로서,

기존에는 브로워를 이용하는 폭기장치나 고압력펌프를 이용하여 축압시켜 강제 용해시키는 방법을 이용하였으나 용해효율이 낮고 방대한 시설비와 높은 운전전력비 부담으로 현실적용에 따른 효율성이 낮았다.

특히, 포화상태 이상 과포화상태까지 강제 용해시켜야 할 경우 용해효율은 더욱 낮아지고 다량의 가스가 과포화되어 급속히 대기중으로 탈기되므로 현장용도에 맞는 안정된 용해효과가 이루어지지 않고 낭비되는 요소가 많았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서 주된 구성으로는 유체를 이송하는 모터펌프와 수직형 입상혼합용해기 본체 그리고 가스공급라인으로 이루어진다.

용해원리로는 유체와 함께 공급되는 가스는 혼합용해기 본체 상부에서 하부로 진행하는 과정에서 이루어지며, 기.액혼합용해기 본체 상부 분산디퓨셔를 구성하는 그릴층에서 1차 혼합 용해되어 낙찰하며 미용해된 기체는 기포화되어 유체의 흐름에 따라 상부에서 하부로 흘러 내려가다가 일정지점에서 기포의 부력에 의하여 다시 상부로 부상하게 된다.

그리고 계속적으로 유입되는 액체와 기체가스는 반복적인 과정을 거치면서 혼합기내에서 유압과 유량, 기체 가스량에 비례하여 수면 상측에 일정한 기.액 공간부가 형성된다. 이 과정에서 미용해분 기체가스는 계속적으로 상.하부로 유체역학구조에 따라 반복 이동하면서 초미립화되고 표면적 증대와 마찰력에 의하여 강제용해가 이루어진다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적은 시설공간과 저운전 비용 그리고 단순공정과 저 압력에서 고효율의 용해효율을 이룩하는 것으로서 특히 과포화 용해 상태에서도 쉽게 탈기되지 않도록 기.액 용해된 물질이 장기간 안정화하는데 있다.

혼합용해기의 핵심은 유량과 유속을 유지시키는 압력설정 그리고 가스량과 체적비에 따른 체류시간 등으로서 미 용해가스가 기포화되어 하부로 딸려 내려가다가 기포부피가 갖는 부력에 의하여 상승하는 힘과 부상속도 등의 함수비를 고려하여 용도에 맞게 설계할 수 있다.

도1은 본 발명의 전체상태를 나타낸 일부 절개 구성도.

도2는 본 발명의 혼합본체 상단에 설치된 분산 디퓨서의 그릴층 구조도.

도3은 도2의 평면도.

도4는 도2의 정면도.

도5는 도4의 요부 발췌 구성도.

도6은 본 발명을 미생물 표준 활성오니 폐수처리장에 사용한 한 예시도.

도7은 본발명을 양액 또는 수경재배 하우스에 사용한 다른 예시도.

[도면의 중요한 부분에 대한 설명]

1: 혼합용해기 본체, 2: 격판, 3,3': 컨넥션 플랜지, 4: 그릴.

5: 다공판, 5a: 구멍, 6: 그릴 케이스, 7: 기.액공간부,

A:수면부위, B: 하한선, 8: 유량조정조, 8a: 폭기조

9: 토출제어관, 9a: 토출공, 10: 압력게이지, 11: 가스노즐,

12: 상부 연결배관, 13: 하부 연결배관, 14, 14a: 유량 제어밸브,

15: 가스 콘트롤판넬, 16: 유체 이송펌프, 17: 침전조,

19: 발송 스럿지펌프, 19a: 잉여 스럿지펌프, 20: 폭기관,

21: 양액 혼합통.

이하 첨부도면에 의거 본 발명의 작용과 실시예를 설명하면 다음과 같다.

혼합용해기 본체(1)의 외관 상부와 하부측에 유출입 컨넥팅 플랜지(3)(3a)가 결합되어 입구측과 출구측을 형성시키되, 내부 상측에 1차 용해용 분산디프셔 (벌집모양의 육각그릴(4)층을 구성하는 케이스(grille case)(6))가 설치되고,

상부 약 2/3지점에서 기.액공간부(7)가 구성되게 하며 수면부위(A) 및 저면에 토출공(9a)이 천공된 토출제어관(9)과 혼합용해기 본체(1)의 상부에는 압력게이지(10)와 가스노즐(11)과 상하 연결배관(12)(13)에 유량유압제어밸브(14)(14a) 및 가스량조절 콘트롤판넬(15)과 유체 이송펌프(16)로 복합 구성된다.

도면 중 미설명부호 B는 혼합 용해기본체(1)의 수면부위(A) 하부로 낙하되던 기포가 자체부력으로 부상하는 하한선을 나타낸 것이고, 2는 그릴(4) 상하간의 격판이며, 5는 분산디프션을 구성하는 그릴케이스(6) 하방에 설치된 원추형 다공판이고, 5a는 다공판(5)의 구멍이며, 8은 유량조절조, 8a는 폭기조, 17은 침전조, 19는 반송 스럿지펌프, 19a는 잉여 스럿지펌프, 20은 폭기관, 21은 양액혼합용이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 혼합용해기 본체(1)는 폐수처리장, 정수처리장, 수경 양액재배용 산업공정의 용존산소 조절용 및 혼합믹서 등으로 사용시 도6과 같이 설치하여 액체와 기체, 타 상이한 액체와 액체의 혼합용도로 적용하게 되는 것이다. 즉 혼합용해기 본체(1)의 입구측 커넥팅 플렌지(3)로 액체가 인입됨과 동시에 그릴케이스(6)의 가스도 동시행적으로 가스노즐(11)을 통하여 투입되며 1차용해 분산디퓨서 육각그릴(4)층을 통과하게 된다.

이때 펌프 압력에 의하여 벌집모양의 6각형 그릴(4)층에 도달한 액체와 가스는 그릴층과 직하의 다공판(5) 및 그 구멍(5a)을 통과하면서 초미립 상태로 분산확대 되어 표면적이 극대화되면서 기.액 상호 용해 결합된다. 이렇게 1차로 혼합 용해된 유체는 기.액공간부(7)로 분산낙찰하여 수면 하부로 진행하게 된다.

하부 수면부위(A) 유체는 이송펌프(16)의 토출압력과 유속에 의하여 토출제어관(9)을 통과하여 유출되는데, 진행 과정에서 기포가스가 같이 딸려나가지 않도록 토출제어관(9) 저면으로 토출공(9a)을 천공하고 유량과 유속, 유압, 가스량 등을 고려하여 혼합 용해기 처리 용량을 설계하여야 한다.

1차 용해후 미용해 가스기포는 유체와 함께 수면 하부로 딸려내려갔다가 기포 크기와 유체 유속에 비례하여 부력에 의하여 하한선(B)을 기점으로 상부로 상승하게 되고 계속 유입되는 유량 유속 그리고 가스에 의하여 다시금 하부로 내려가는 반복적 역학이 이루어진다. 이러한 과정에서 유체 유속에 의하여 가스가 밖으로 토출되기 위하여는 초미립화되어 유체에 2차로 강제용해 되게 된다.

따라서 혼합용해기 본체(1) 상부의 분산디푸션을 구성하는 그릴케이스(6)의 그릴(4) 층에서 1차용해후 유체의 흐름에 따라 하부로 낙찰되면서 그 하방의 원추형 다공판(8)의 구멍(5)으로 분산되고 수면부위(A)를 통과하여 수중으로 하향되는데 이때 미 용해된 가스기포는 하부 토출제어관(9) 가까이 내려갔다가 기포의 부력에 의해 기포의 하한선(B)을 기점으로 다시 상승하게 된다.

이와 같이 먼저 내려간 무수한 기포는 상향으로 부상하고, 후에 낙찰되는 기체는 상기한 바와 같이 하향하는 것을 계속 반복함에 따라 가스는 초미립자로 분산되므로 2차 강제 용해가 되는 것이다.

이와 같은 원리에 의해 도6과 같이 미생물 표준 활성오니 폐수처리장에 적용하여 사용할 경우 원 폐수가 도입되는 유량조정조(8) 폭기조(8a) 반송 스럿지펌프(19)와 잉여 스럿지펌프(19a)와 연통된 침전조(10)로 구비되어 있어 본 발명의 혼합용해기 본체(1)의 토출제어관(9) 측의 하부연결배관(13)을 통해 폭기조(8a)의 폭기관(20)과 연통시키고, 상부 입구측에는 상부 연결배관(12)을 통해 유량조정조(8)와 폭기조(8a)의 일측에 설치하였다.

즉 원 폐수가 유량조정조(8)에 투입되면 폐수가 이송펌프(16)에 의하여 혼합용해기 본체(1)의 상부 입구측을 통해 가스노즐(11)의 가스와 함께 1차 용해 되면서 상기한 바와 같이 작용을 하여 저부의 토출제어관(9)의 토출공(9a)을 통해 하부 유량유압제어밸브(14a), 하부 연결관(13), 폭기관(20)을 통해 폭기조(8a) 내로 공급시킨다.

다시 폭기조(8a) 내의 미 처리수는 다시 이송펌프(16) 및 상부 유량유압제어밸브(14)와 플랜지(3)를 통해 다시 혼합용해기 본체(1)의 상부 분산 디푸션을 구성하는 그릴케이스(6)의 그릴(4)에 의하여 1차용해되고 하부로 낙찰되는 운동을 계속하면서 폐수가 처리되며 폭기조(8a)의 수위가 차올라 침전조(17)로 넘어가게 되면 재차 침전된 스럿지는 반송 스럿지펌프(19)에 의해 폭기조(8a)로 다시 반송되고 남은 잉여 스럿지는 잉여 스럿지펌프(19a)에 의해 버려지게 된다.

이와 같이 침전조(17)의 정화 처리된 처리수는 하천이나 외부로 내보내게 됨에 따라 폐수를 정화시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. 이와 같은 원리로서 양액, 수경재배 등을 할 경우에는 도7과 같이 양액 혼합통(21)을 별설하고 이 양액혼합통(21)의 토출부에 이송펌프(16), 유량유압조절밸브(14), 상부 연결관(12)을 통해 혼합용해기 본체(1)로 공급되고 상기한 작동원리에 따라 높은 용존산소를 가진 양액을 재배하는 식물에 직접, 또는 모세관 원리 등으로 공급하면 되는 것으로 부족한 설명은 실시예 1)에서 설명키로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 혼합 용해기에 적용된 이론적 근거는 본인이 획득한 특허 제83509호 및 선출원한 특허출원서(1998년 7월 23일 출원번호 제29741호)에 근거하여 보다 낮은 압력에서 안정적으로 용해도를 증가시켜 현실적용에 부담을 줄이고 용해효율을 극대화시키기 위하여 발명 보완한 것이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 혼합 용해기가 사용되는 실시분야별 내용은 다음과 같다.

실시예 1)

적용분야: 양액재배하우스 용존산소 관리용

소 재: 전남 함평군 대동면 금산리 899-2

함평 대동 화훼 수출 영농 법인 농장외 7개소

재배작물: 토마토, 거베라 화훼 등

조 건: 지하수에 영양분을 첨가하여 재배작물에 공급함에 있어 양액 내 용존 산소가 낮아 공기중의 산소 또는 순 산소를 액 속에 용해시켜 용존 산소를 높여 공급하여야 함.

※ 지하수 용존 산소 : 5ppm ∼ 7ppm

※ 혼합용해 처리수 : 10ppm ∼ 20ppm

적용일시: 1999년 6월

결 과: 상기 양액재배 하우스 작물의 경우 지하수와 영양분을 혼합하여 양액을 조성하고 이 양액을 시간별로 작물 뿌리에 공급하는 재배법으로서 공급되는 양액내의 용존산소가 식물의 뿌리 발육과 작물의 영양흡수비 증가에 따른 성장에 지대한 영향을 끼치는바 지금까지는 양액내 용존산소를 공급하기 위하여 브로워를 이용하여 폭기시켜 이용하고 있으나 포화농도(7∼8ppm)이하로서 실제 필요한 과포화 농도(10ppm ∼ 20ppm)까지 올릴 수 없었음.

본 발명품을 설치적용하여 용존산소를 과포화 상태까지 용해시켜 성공적으로 적용 재배하고 있으며 동 업종 7개소에 확대적용하고 있음.

실시예 2)

적용분야: 축산폐수처리장

미생물 활성 폭기조의 용존산소 조절 및 미생물 분해 활성용

소 재: 전남 함평군 손불면 성덕축산, 천지축산 2개소

조 건: 축산폐수의 오염도 (COD,BOD,SS)가 매우 높고 혐기화되어 있어 일반적인 미생물 표준 활성스럿지 방법으로는 처리한계가 있는바 혼합용해기 적용방법으로 폭기조내 용존 산소를 높이고 호기성 미생물 분해 활성을 강화시킴.

결 과: 축산분뇨처리 폐수처리장의 경우 오염도가 매우 높아 (COD : 30,000 ppm, BOD : 10,000 ppm 이상) 일반적인 폐수처리공법 (표준 미생물 활성스럿지 공법)으로는 처리효율이 낮아 폐수처리가 어려웠으며 여러 가지 특수 미생물 등을 개발하여 처리하고자 노력하였으나 실패하였다.

축산폐수의 경우 오염도가 매우 높고 현장구조상 장기간 체류에 따른 혐기화 상태로 전위상 환원(-)되어 있는 관계로 폭기조내에서 호기성 미생물이 분해소화하기가 어려웠다. 혼합용해기를 이용하여 환원된 전이를 산화(+)상태로 변이 시키고 폭기조내 용존산소를 풍부하게 유지시켜 분해활성을 촉진시켜 만족할만한 결과를 얻었다.

상기와 같은 실시예에서 알 수 있듯이 본 발명의 혼합용해기를 사용할 경우 액체와 기체의 혼합 용해 능력이 탁월하고 안정화되어 용존산소 농도를 오래 지속시켜 각 용도별 적용에 적합하게 사용할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 혼합용해기는 소형과 경량으로서 설치비가 저렴하고 저압에서 운전하므로 운전 유지비가 낮아 경제적이며 단순통과방식으로서 운전 방법이 간단하고 순 산소 사용시 탈기낭비율을 줄일 수 있는바 이상적으로 현장 적용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 혼합용해기 본체(1) 양단 외부에 켄넥션 플렌지(3)(3a)가 결합되어, 입구측과 출구측을 형성하고, 내부 상부에 가스노즐(11)과 육각형 그릴케이스(6)를 구성함에 있어서,

   혼합용해기 본체(1)를 수직으로 입상시켜 상부지점 2/3지점에 기.액공간부(7)와, 수면부위(A) 및 저면에 토출공(9a)을 천공한 토출제어관(9)으로 집합된 구성을 구비하고,

   기.액을 분산 디푸션을 구성하는 벌집모양 그릴(4)에 적층시켜 1차용해 낙찰시 초미립화 된 기포입자를 수중의 하한선에서 부력 상승케 하는 과정을 반복시킴에 따라 용존산소를 과포화 상태까지 용해시킬 수 있음을 특징으로 한 다용도 혼합용해기.