KR100333245B1 - Process for production of Stratified flow and apparatus for making the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밀도류 생성방법 및 그 장치에 관한 것으로, 밀도가 낮은 표층수와 밀도가 높은 심층수를 혼합하여 밀도가 이와 유사한 증간층으로 확신시킴으로써 혼합된 물의 밀도가 주위와 동일하여 혼합된 수층이 침강하거나 부상하지 않으므로 보다 적은 동력으로도 물의 확산을 증대시킬 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.따라서, 호소, 연근해양, 항만 등에서 보다 적은 동력으로도 정체된 물을 순환시켜 밀도 또는 온도차에 의하여 형성된 성층현상을 개선할 수 있으므로 호소, 항만 등의 수온변화, 용존산소, 유기물분포 등 수중 환경을 적절히 조절하여 수질을 개선할 수 있으며, 아울러 오폐수 처리과정에서 액체순환과 교반에 의하여 폐수와 활성슬러지, 폐수와 약품, 영양분과 미생물 등을 보다 효율적이고 균일하게 혼합시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.The present invention relates to a method for generating a density stream and a device therefor, by mixing a low density surface water and a high density deep water to ensure that the density is a similar thick layer. Therefore, the present invention relates to a method and apparatus that can increase the diffusion of water with less power. Therefore, the stratified phenomena formed by density or temperature difference by circulating stagnant water with less power in lakes, lotus root and sea, etc. As it can be improved, the water quality can be improved by appropriately adjusting the water environment such as water temperature change of lakes, harbors, dissolved oxygen, organic matter distribution, etc.In addition, waste water, activated sludge, waste water and chemicals by liquid circulation and agitation in wastewater treatment process. To mix nutrients and microorganisms more efficiently and uniformly Provide value.
Description
본 발명은 밀도류 생성방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 정체된 호소 또는 연근해양, 항만에서 물을 순환시켜줌으로써 수질을 근본적으로 개선할 수 있으며, 오폐수처리과정에서는 액체를 동시에 혼합 및 순환시킴으로써 보다 균일하고 효율적으로 혼합시킬 수 있는 밀도류 생성방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a density flow generation method and apparatus thereof. More specifically, the present invention can fundamentally improve the water quality by circulating water in stagnant lakes or lotus roots and harbors, and in the wastewater treatment process, the liquids can be mixed and circulated at the same time for more uniform and efficient mixing. The present invention relates to a density generating method and a device thereof.
정체된 호소나 댐 그리고 항만 등 연근해 해양에서 수심에 따른 온도차이 때문에 물의 밀도가 변화됨으로써 수직방향으로 물 순환이 일어나게 되며, 이로서 자정작용을 일으킨다. 그러나 여름 또는 겨울에 발생되는 성층현상(stratification)으로 인하여 이러한 수직순환은 소멸되므로 자정작용을 상실하게 되어 부영양화 현상 등 심각한 수질악화를 유발하고 그로 인하여 생태계가 파괴되고 있다.In the near-shore oceans such as stagnant lakes, dams and harbors, the water density changes due to the temperature difference according to the depth of the water, causing water circulation in the vertical direction, which causes self-cleaning action. However, due to the stratification occurring in summer or winter, the vertical circulation disappears and thus loses the self-cleaning effect, causing severe water deterioration such as eutrophication, thereby destroying the ecosystem.
특히, 여름 성층현상은 수심이 깊을수록 수온이 낮고 밀도(density)가 증가하기 때문에 발생된다. 물의 밀도는 4℃에서 최대이지만 봄에는 물의 온도가 대개 균일하며 바람에 의하여 물이 용이하게 혼합되어 수심에 따른 온도차와 밀도차이가 크지 않다. 그러나, 여름으로 가면서 상층의 물은 수온이 상승하여 물의 밀도가 감소하므로 일정한 안정한 층을 형성하게 된다.In particular, summer stratification occurs because the deeper the water, the lower the water temperature and the higher the density. The density of water is the maximum at 4 ℃, but in spring the temperature of water is usually uniform and the water is easily mixed by the wind, so the temperature difference and the density difference according to the depth are not big. However, in the summer, the water in the upper layer increases the water temperature and decreases the density of the water, thereby forming a constant stable layer.
여름에 성층화된 호소의 물은 도 1에서 보는 바와 같이, 일반적으로 온난상층(epilimnion), 온도구배중층(thermocline) 및 정체하층(hypolimnion)의 세층으로 분화된다. 온난상층은 수심에 바람 등 표면수의 혼합 조건과 수심 등 여러 조건에 따라 다르나 깊이가 3∼15 m까지 발전하고, 온도구배중층은 온도변화가 격심한 수층으로 바람에 의하여 물의 혼합이 잘 일어나지 않는다.In the summer, the stratified lake water is generally differentiated into three layers: the epilimnion, the thermocline, and the hypolimnion. The warm upper layer varies depending on the mixing conditions of the surface water such as the wind and the depth of the water, and the depth grows up to 3 to 15 m, and the temperature gradient middle layer is a water layer with severe temperature changes, and the water does not mix well by the wind. .
가을이 되면서 기온이 저하되면 성층현상은 감소되면서 바람의 작용으로 다소 호소의 물은 혼합이 된다. 이러한 현상을 추계반전(fall turnover)라 하며,기온이 4℃ 이하가 되는 동절기에는 다시 물의 밀도가 감소하므로 성층현상이 생긴다. 물론 이와 같은 현상은 바람이나 물결 등 변수에 따라 상당한 차이가 있다.In autumn, when the temperature drops, the stratification is reduced and the water of the appeal is mixed with the wind. This phenomenon is referred to as fall turnover, and the stratification occurs because the density of water decreases again in winter when the temperature is below 4 ° C. Of course, this phenomenon is quite different depending on variables such as wind and wave.
한편, 이와 같은 현저한 성층현상이 발생되지 않는다 하여도 내수면 호소나 땜, 항만 등 연근해양 관리의 긍극적 목표는 수질을 비롯하여 호소 또는 해양생태계의 유지에 있다. 특히 호소와 연근해양의 오염은 외부로부터 유입되는 오염물질에 의하여 파괴되고 유입된 외부오염물질이 다시 호소 또는 항만 내부의 물질순환에 의하여 2차적으로 내적오염을 유발한다. 따라서, 호소 또는 항만의 정화방안은 폐수처리 등 외적대책과 물리, 화학적인 내적대책을 병행할 수 있다.On the other hand, even if such stratification does not occur, the ultimate goal of the management of lotus root and marine services such as water surface appeal, soldering and harbor is to maintain water quality, appeal or marine ecosystem. In particular, the pollution of appeals and lotus roots is destroyed by pollutants coming from the outside, and the introduced external pollutants again cause internal pollution by appeal or material circulation inside the harbor. Therefore, the method of purifying an appeal or a harbor can combine external measures such as wastewater treatment with physical and chemical internal measures.
호소 또는 연근해양 수질관리는 외부로부터의 오염물질 유입을 차단하는 외적 대책(external measures)도 중요하지만, 이를 완전히 차단할 수는 없으므로 외부로부터 오염물질이 유입되었을 때 또는 이미 유입된 오염물질을 제거하는 내적 대책(internal measures)이 더욱 더 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 외적대책의 수립으로 오염물질 유입을 차단하였으나 수질이 개선되지 않은 경우가 자주 발생한다. 이는 이미 퇴적층에 많은 오염물질이 축적되어 있었기 때문으로 이 경우는 내적 대책의 부족으로 효과를 보지 못한 것이다. 내수면과 연근해양의 정화대책으로서 내적대책 방안으로서 퇴적물을 제거하거나 물을 강제순환시키는 물리적 방법을 고려할 수 있으며, 퇴적물을 산화시키는 화학적 방법을 감안할 수 있다.Appeal or lotus root water quality management is also important as external measures to block the inflow of pollutants from the outside, but can not be completely blocked, so when the pollutants are introduced from the outside or remove the pollutants already introduced Internal measures are even more important. Therefore, although the inflow of pollutants is blocked by the establishment of external measures, the water quality often does not improve. This is due to the fact that many contaminants have already accumulated in the sedimentary layers, which in this case did not work because of the lack of internal measures. As a countermeasure for inland waters and lotus roots, physical methods of removing sediment or forced circulation of water may be considered, and chemical methods of oxidizing sediments may be considered.
종래의 호소수의 강제순환(forced circulation) 방식을 보면, 동절기 성층화된 물에 강한 압축공기를 주입하여 호소수를 강제 순환시키므로서 심층수는 표층으로 부상하고 수표면에서 공기와의 접촉으로 산소를 공급받게 되며, 또한 밀도류를 유지하기 위하여 계속 순환시키면 대체로 1개월내에 전체 호소수를 동질화 할 수 있다.호소의 내적 대책으로 성층현상을 막아 수질개선을 하기 위하여 Symons(1969)는 미국 켄터키주의 볼츠(Boltz)호에서 심층수 폭기(Hypolimnic aeration)를 시도되었다. 그는 이 연구를 통하여 인위적인 성층파괴는 몇몇 주요 항목에 있어서는 수질을 개선시킨다고 결론을 내렸다. 즉, 용존산소의 농도가 증가하고 황화물 농도가 감소하며, 조류의 성장이 감소한다고 보고하였다. 또한 1970년 스웨덴의 브룬스위켄(Brunnsviken)호도 심층수 폭기를 적용하여 황화수소가 현저히 감소되었고 용존산소 상태는 개선되었으며, 인 농도는 계속적으로 감소되었다. 그러나 심층수 폭기로 인하여 심층수가 표면으로 부상됨으로써 대기와 접촉하여 재폭기(re-aeration)가 이루어지나, 심층수는 표면수보다 밀도가 높기 때문에 곧 바로 심수층으로 침강되므로 멀리 확산되지 못하여 유효 반경이 적게 된다. 이와 유사한 방법으로 산소주입(Injection of oxygen)법이 있으며, 하절기의 산소공급과 동절기의 호소수의 강제순환으로 분류된다. 하절기의 산소공급방법은 여름 성층현상의 심수층에 존재하는 오염물질의 산화를 목적으로 순수산소를 심수층에 공급하는 것으로서, 산소는 심수층에서 용해되며 넓은 지역에 분산되어 따뜻한 표층수까지는 산소공급으로 인하여 혼합되지는 않는다. 상기 방법은 수표면적 0.171 ㎢, 최대수심 12 m, 저수용량 1.047 백만㎥인 독일의 베슬링어(Wesslinger)호에 적용되었는데, 여름 성층현상을 파괴하지 않았고 심층수의 용존산소 농도를 3-4 mg/L 이상으로 유지하기 위해서는 3,750 ㎥/d의 압축공기량이 요구되었다. 그 결과 영양물질의 재용출이 현저히 감소되어 여름 성층기간에 인산염 용출량이 150 kg에서 50 kg으로 감소되었다. 또한 스위스 할빌러(Hallwiler)호 정화를 위하여 EAWAG(Eidgen ssische Anstaltf Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gew sserschutz, 급수 하수처리 수질보호 연방정부)는 성층파괴가 없는 3-4 t/d의 순수산소를 산기관을 통해 산소가 부족한 심층수에서 주입시켰으며, 정화목표는 4 mg/L의 용존산소 농도가 제시되었다. 그러나, 수질보호연구소에서는 일정한 주기로 이 산소농도가 유지되지 않음을 알고 측정값을 근거로 육상으로부터 산소공급을 조절하였다. 동절기의 강제 순환(Forced circulation)은 동절기 성층현상을 형성하고 있는 호소수에 강한 압축공기를 주입함으로서 강제로 호소수를 순환시키는 방법이다. 겨울에는 호수전체의 수온차이가 크지 않으므로 밀도차이 역시 크지 않으며,이 때에 압축공기는 심층수를 표층으로 부상시키기가 용이하므로 수표면에서 공기와의 접촉(재폭기)으로 산소를 공급받게 된다. 강제순환의 목표는 최소한의 노력으로 물의 완전한 순환을 항상 유지하고 전체 호소수를 동질화 하는 것이다.In the conventional forced circulation method, the deep water rises to the surface layer and oxygen is supplied by contact with air at the surface of the water by injecting strong compressed air into the stratified water in winter. In addition, by continuing to circulate in order to maintain density, the overall number of appeals can be homogenized within one month. To prevent water stratification as a countermeasure to the appeal, Symons (1969) has been Hypolimnic aeration was attempted. He concluded that artificial stratification improves water quality in some key areas. That is, the concentration of dissolved oxygen increases, the sulfide concentration decreases, and the growth of algae decreases. In 1970, Brunsviken, Sweden, also applied a deep water aeration to significantly reduce hydrogen sulfide, improve dissolved oxygen, and continue to reduce phosphorus concentrations. But due to the deep water aeration Deep water rises to the surface, and re-aeration occurs in contact with the atmosphere. However, since the deep water is denser than the surface water, the deep water immediately settles into the deep water layer, so that it cannot diffuse far and has a small effective radius. Similarly, the injection of oxygen method is classified into oxygen supply in summer and forced circulation of appealing water in winter. The oxygen supply method in the summer is to supply pure oxygen to the deep layer for the purpose of oxidizing the contaminants in the deep layer of the summer stratification. Oxygen is dissolved in the deep layer and dispersed in a large area to supply oxygen to the warm surface water. It does not mix. The method was applied to Wesslinger, Germany, which had a water surface area of 0.171 최대, a maximum depth of 12 m and a low water capacity of 1.047 million ㎥, which did not destroy the summer stratification and produced a dissolved oxygen concentration of 3-4 mg / depth. In order to maintain above L, the compressed air amount of 3,750 m 3 / d was required. As a result, nutrient re-elution was significantly reduced, resulting in a decrease in phosphate leaching from 150 kg to 50 kg during the summer stratification. In addition, for the purification of Hallwiler in Switzerland, EAWAG (Eidgen ssische Anstaltf Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gew sserschutz, water supply and sewage water protection federal government) uses 3-4 t / d of pure oxygen without stratification through acid institutes. Oxygen-depleted deep water was injected, and the purification target suggested a dissolved oxygen concentration of 4 mg / L. However, the Institute of Water Conservation knew that this oxygen concentration was not maintained at regular intervals and adjusted the oxygen supply from the land based on the measurements. Forced circulation in winter is a method of forcibly circulating lake water by injecting strong compressed air into the lake water forming the winter stratification. In winter, the difference in water temperature of the whole lake is not so large that the density difference is not so large. At this time, the compressed air is easy to float the deep water to the surface layer, and oxygen is supplied by contact with the air (reaerator) at the water surface. The goal of forced circulation is to maintain the complete circulation of the water with minimal effort at all times and to homogenize the total appeal water.
예컨대, 발데거(baldegger) 호소의 데이터를 기초로 계산하면 수면적 10.2 ㎢, 평균수심 28.6 m, 저수량 0.292 ㎦인 스위스의 할빌러(Hallwiler) 호소에 대하여는 10 bar에서 약 600 ㎥/h의 출력이 요구되었다.For example, based on data from the Baldegger appeal, the Swiss Halwiler appeal with a surface area of 10.2 ㎢, average depth of 28.6 m, and low water of 0.292 이 yields an output of approximately 600 m3 / h at 10 bar. Was required.
그 원리를 살펴보면, 노즐을 통해서 발생되는 공기를 심수층에서 표수층으로 공급되는데 공기는 물의 1,000배 이상이 공급되고 산소가 부족한 심층수는 동절기에 광대한 범위로 산소가 풍부한 표층수와 혼합된다. 또한, 이로써 산소의 부족은 공기로부터 산소의 이전(재폭기)을 통하여 다시 보충되며, 압축공기 중 산소의 일부가 물 속으로 이전된다. 그러한 원리의 전제조건은 겨울철과 같이 온도변화가 거의 없고 같은 비중을 가진 물의 호소이다.Looking at the principle, the air generated through the nozzle is supplied from the deep water layer to the surface water layer, the air is supplied more than 1,000 times the water, and the oxygen-deficient deep water is mixed with oxygen-rich surface water in the winter in a vast range. Also, the lack of oxygen is thereby replenished through the transfer of oxygen from the air (reaerator), and some of the oxygen in the compressed air is transferred into the water. The precondition for such a principle is the appeal of water with little specific temperature change and the same specific gravity as in winter.
표층수의 온도가 올라가는 봄에는 물의 순환효과가 감소되며 여름철에는 무거운 심층수가 산소의 수용(재폭기)없이 즉시 다시 가라앉기 때문에 효율이 매우 낮아지게 된다. 그러므로 연중 따뜻한 곳에서는 순수산소의 주입으로 다시 바뀌게 된다.In the spring when the surface water temperature rises, the water circulation effect decreases, and in summer the efficiency is very low because the heavy deep water sinks again immediately without oxygen reception (reaeration). Therefore, in warm places throughout the year, it is changed back to the injection of pure oxygen.
독일의 경우, 쉴리어(Schlier)호는 수면적 2.22 ㎢, 최대수심 40.3 m, 저수용량 53.125 백만㎥으로 물은 부영양상태인데 정체기간 동안의 용존산소 농도 증가로 자연적인 물의 순환이 이루어지게 함과 호소내 영양물질의 치환억제를 목적으로 호소 북쪽에서는 4.65 ㎥/분, 호소 남쪽에서는 2.85 ㎥/분의 비율로 공기가 주입되었다.In Germany, Schlier has a water surface of 2.22 ㎢, a maximum depth of 40.3 m, and a low capacity of 53.125 million ㎥, which means that the water is eutrophic and natural water circulation is achieved by increasing dissolved oxygen concentrations during stagnation. Air was injected at the rate of 4.65 ㎥ / min in the north of the appeal and 2.85 ㎥ / min in the south of the appeal for the purpose of suppressing the substitution of nutrients in the lake.
수면적 0.0328 ㎢, 최대수심 11.4 m, 저수용량 0.187 백만㎥의 피쉬칼터 (fischkalter)호는 부영양(polytrophic)상태로 심수층은 무산소 상태에 있었다. 이를 위하여 유효공기량 190 L/분의 콤프레셔를 연중 가동하여 염화물 밀도층이 완전히 파괴도고 전 수역에서 포화용존 산소를 유지하며 규조류, 녹조류가 사라지고 남조류가 발생되는 결과를 얻었다. 수면적 0.3 ㎢, 최대수심 14.5 m, 저수용량 1.65 백만㎥의 엘러츠호이저(Ellertshauser)호 역시 부영양상태에 있고 심수층에는 산소가 완전히 없으며 황화수소 농도가 높은 호소였다. 이 호소는 황화수소의 방출 및 산화와 호소수의 용존산소를 5.5 mg/L 이상으로 올리는 것 등을 목표로 직선형 압축공기주입기를 사용하였는데 성층의 파괴를 위하여 요구되는 압축 공기량은 900 L/분이며, 부가적인 전도를 위한 공기량은 400 L/분이었다.Fischkalter, with a surface area of 0.0328 ㎢, a maximum depth of 11.4 m, and a low capacity of 0.187 million ㎥, was polytrophic and the deep layer was anaerobic. For this purpose, a compressor with effective air volume of 190 L / min was operated throughout the year, resulting in complete destruction of the chloride density layer, maintenance of saturated dissolved oxygen in all waters, elimination of diatoms, green algae, and cyanobacteria. The Ellertshauser, with a surface area of 0.3 ㎢, a maximum depth of 14.5 m and a low water capacity of 1.65 million ㎥, was also in an eutrophic state, with no oxygen in the deep water layer and a high hydrogen sulfide concentration. This appeal uses a linear compressed air injector with the aim of releasing and oxidizing hydrogen sulfide and raising dissolved oxygen in lake water to more than 5.5 mg / L. The amount of compressed air required for the destruction of strata is 900 L / min. The air volume for normal conduction was 400 L / min.
그 결과 2주간의 폭기 후 용존산소농도는 6∼7.5 mg/L를 유지하였다.그 외 내적 대책으로는 심층수의 배제(Diversion of hypolimnic water)가 있다. 심층수는 많은 영양염과 적은 산소를 함유하고 있으므로 심층수의 배제을 통하여 호소의 영양염과 산소는 더 균형을 이루게 된다. Eschmann (1969) 및 Thomas(1970)의 스위스 빌러(Wiler)호에 대한 연구보고서, Pechlaner(1975)의 오스트리아 라이터(Reither)호에 대한 연구보고서 및 Hamalainen(1975)의 핀란드 데만(Daman)호에 대한 연구보고서에서 심층수의 배제에 의하여 수질이 개선되었다고 보고되었다. 그러나 이 방법으로 인하여 BOD가 높고, 많은 영양염을 가진 심층수가 하류하천에 어떤 오염문제를 야기시킬 수가 있다.국내에서도 여름 성층현상에 의한 수질악화를 방지하기 위한 수중폭기 사용 사례가 많이 있다. 생활용수를 공급하고 있는 광동댐과 달방댐에서 조류번식에 기인한 악취와 철, 망간 용출로 흑수현상이 야기됨에 따라 96년 8월 수중 폭기장치를 설치하였으며, 그 외에 대청호, 영천댐, 울산-회야댐, 거제-연초댐에도 설치하였다. 최근(99년 10월) 운문댐에 수질개선과 부영양화 방지를 위하여 수중폭기장치를 설치하여 여름 성층기간인 늦봄부터 초겨울까지 가동할 예절이다.As a result, the dissolved oxygen concentration was maintained between 6 and 7.5 mg / L after 2 weeks of aeration. Other internal measures included the Diversion of hypolimnic water. Deep water contains more nutrients and less oxygen, so the nutrients and oxygen in the appeal are more balanced through the exclusion of deep water. Eschmann (1969) and Thomas (1970) on the Swiss Willer, Pechlaner (1975) on the Austrian Reither, and Hamalainen (1975) on the Daman, Finland In the report, water quality was improved by the exclusion of deep water. However, this method can cause some pollution problems in downstream streams with high BOD and high nutrients. There are many cases of underwater aeration in Korea to prevent water deterioration due to summer stratification. Under the Guangdong Dam and Dalbang Dam, which supplies water for living, blackwater phenomena due to odor, iron, and manganese elution caused by algae breeding caused the aeration of water. It was also installed in Geoje-yeon. In recent years (October 99), it is polite to operate the underwater aeration system in the Unmun dam to improve water quality and prevent eutrophication.
한편, 호수생물이나 해양생물에 의해 발생되는 호소 및 인근해양의 적조현상을 방지하기 위한 연구개발은 매우 빈약한 실정에 있다.On the other hand, research and development to prevent the red tide phenomenon of the nearby ocean and the appeal caused by lake or marine life is very poor situation.
전술한 수질개선에 대한 여러가지 방법은 모두 여름 성층현상에 관계된다. 여름 성층현상은 밀도가 서로 다른 물에 의하여 층이 형성되는 것이므로 이는 물위에 기름층으로 덮혀있는 현상과 유사하다. 즉 기름은 물보다 밀도가 적고 공기보다는 크기 때문에 공기, 기름, 물 세 층으로 나누어진다. 일반적으로 수면상에 기름이 떨어지는 경우 물위의 기름은 공기보다 밀도가 크고 물보다는 적기 때문에 물 위에 부유하게 된다. 이와 같이 온도구배중층 물의 밀도가 정체하층의 물보다 적고 온난상층의 물보다는 밀도가 크기 때문에 정체하층 위에 덮여 있는 것이다. 또한 기름이 물에 부어졌을 때 기름은 밀도가 물보다 적기 때문에 물위에서 아무런 힘을 가하지 아니하여도 시간의 경과에 따라 저절로 수면 위에 확산하게 되어 기름층을 형성하게 된다. 그리고, 밀도가 적은 더운물과 밀도가 큰 찬물 사이에 중간온도(밀도)의 물을 붓게되면 중간 온도의 물은 공기와 물 사이의 기름과 같이 외부로부터 힘을 가하지 않아도 더운물과 찬물 사이에서 널리 확산되게 된다.따라서, 표층수와 심수층의 물을 온도구배중층으로 유도하여 혼합만 하여주면 중간온도의 물이 되어 외부로부터 힘을 가하지 않아도 더운물과 찬물 그 사이에서 널리 확산되게 되므로, 용존산소 농도가 높은 표층수와 혐기성 심층수를 대량으로 혼합시킬 수 있게 되어 보다 적은 에너지로 전술한 여러가지 호소 수질개선 방법의 기능을 가질 수 있다.또한, 본 발명은 물을 혼합하여 순환시켜 주는 장치를 제공함으로써 오폐수처리장내에서 액체-활성슬러지, 폐수-약품 또는 영양분-생물 등이 서로 다른 밀도에 의하여 혼합이 잘 이루어지지 않은 경우에 액체의 상, 하층을 순환하여 혼합시켜주므로, 기존 교반장치와는 달리 임펠러 회전으로 생긴 와류 또는 매스 맴돌이(mass swirling)에 의한 혼합 효율저하 및 고속 회전에 의한 국부적인 교반 현상이 없어 보다 적은 에너지로 균일하고 신속하게 혼합시킬 수 있다.The various methods of water quality improvement described above are all related to summer stratification. Summer stratification is a layer formed by water of different densities, which is similar to a layer of oil covered on water. The oil is divided into three layers: air, oil, and water because oil is less dense than water and larger than air. In general, when oil falls on the surface of the water, the oil on the water is more dense than the air and less than the water, so it floats on water. As such, the density of the temperature gradient mezzanine layer is less than that of the stagnation layer and is greater than that of the warmer layer, so it is covered above the stagnation layer. In addition, when oil is poured into the water, the oil is less dense than water, so even if no force is applied on the water, it spreads on the surface by itself and forms an oil layer. And, if water of medium temperature (density) is poured between hot and dense cold water, the medium temperature water will spread widely between hot and cold water without applying force from the outside like oil between air and water. Therefore, the surface water and the water in the deep water layer are introduced into the temperature gradient middle layer and mixed together so that they become medium temperature water and diffuse widely between hot and cold water without applying force from the outside, so that the surface water with high dissolved oxygen concentration is high. And the anaerobic deep water can be mixed in a large amount to have the function of the above-described various appeal water quality improvement method with less energy. The present invention also provides a device for mixing and circulating water to provide a liquid in a wastewater treatment plant. -Activated sludge, wastewater-drugs or nutrient-organisms are not mixed well due to different densities If it is not, the upper and lower layers of the liquid are circulated and mixed, so unlike the existing stirring device, there is no decrease in mixing efficiency due to vortex or mass swirling caused by impeller rotation and no local stirring phenomenon due to high speed rotation. It can be mixed uniformly and quickly with little energy.
수생생물은 수중에서 온도와 생물학적 산소유구도에 따른 산소이용능력에 따라 분자상의 산소가 공급되어야만 생육번성하는 호기성 미생물과 산소가 존재하지 않는 환경에서 생존할 수 있는 혐기성 미생물이 존재하게 된다. 한편, 조류(algae)는 단세포 또는 다세포의 무기경양 광합성 원생동물로서 수생태계에서 주야에 걸친 대사의 변화로 용존산소(dissalued Oxygen)의 변동시키므로 여타 세균 등과의 공생관계를 유지하고 있다.Aquatic organisms require aerobic microorganisms to survive in the absence of oxygen and anaerobic microorganisms only when molecular oxygen is supplied in accordance with oxygen availability according to temperature and biological oxygen influx. On the other hand, algae are unicellular or multicellular inorganic hard photosynthetic protozoa, which maintain a symbiotic relationship with other bacteria since the dissolved oxygen (dissalued Oxygen) changes due to metabolic changes throughout the day and night in the aquatic ecosystem.
이와 같은 수생물체들은 성층현상이 존재하는 호소나 항만 등에서 산화환원계에 의하여 생존과 사멸을 번복하게 되며 그 결과 적조를 피할 수 없게 된다. 적조는 그 심층수에 생존하는 수생 동·식물의 생태계를 파괴시킨다.Such aquatic organisms overcame survival and death by redox system in appeals and harbors where stratification exists, and as a result, red tide cannot be avoided. Red tide destroys the ecosystems of aquatic animals and plants that live in deep waters.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 내수면의 호소나 연근해양의 항만 등에서 밀도류를 생성하므로서 순환을 촉진시키며 적절한 수중 환경을 조성 시켜 적조 등을 방지하고 보다 좋은 수중생태계를 조성하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 밀도류를 생성하기 위한 바람직한 시스템을 제공하는데 있다.Therefore, in view of the above points, the present invention promotes circulation by generating density flows in lakes of inland waters and harbors of lotus roots, etc., to create a suitable underwater environment, to prevent red tide, and to create a better underwater ecosystem. have. It is another object of the present invention to provide a preferred system for producing said density streams.
본 발명의 상기 목적은 호소 또는 연근해양의 일정 지역에 상·하부는 일체로 개구되고 중간부위(상.하 개구사이의 어느부위도 가능함)도 사방으로 개구되어 있는 수직원통 또는 다각형통을 입설 고정하고 중간부위에서 상.하부위에서 흡입된 물을 중간 개구 주위의 온도와 같이 되도록 혼합 및 확산할 수 있는 임펠러(impeller)와 물의 흐름이 수평으로 전환 되도록 방향전환 콘(flow guide cone) 또상단 임의 지점에 표층수(더운물) 흡인용 임펠러와 하단 임의 지점에 심층수(찬물) 흡인용 임펠러를 동일(또는 별개도 가능) 회전축(axial)상에 장착한 회전 조립체를 삽입, 일정한 회전수로 회전하게 함으로써 달성하였다. 여기서 상하부의 흡입유량 조종용 임펠러는 유량 조종기능 외에 회전축을 상하단으로 팽팽이 당겨주게 되므로 축의 안정도를 향상시켜 준다. 유량조종용 임펠러의 크기 또는 휨의 각도를 서로 다르게 하여 혼합된 물이 중간 개구 주위의 온도(밀도)와 유사하게 되도록 상하부 흡입유량 비를 조종할 수 있다.The object of the present invention is to vertically or vertically fix the vertical cylinder or polygonal cylinder in which the upper and lower portions are integrally opened and the middle portion (any position between the upper and lower openings) is open in all directions in a certain area of the lake or lotus root. And an impeller capable of mixing and spreading the water sucked from the upper and lower parts at the middle part to be equal to the temperature around the middle opening, and a flow guide cone and an upper part of the flow guide cone so that the water flow is horizontally converted. This was achieved by inserting a surface assembly (hot water) suction impeller and a deep assembly (cold water) suction impeller at an arbitrary point at the lower end thereof, and rotating the assembly at a constant rotational speed. . Here, the upper and lower suction flow control impeller pulls the rotating shaft up and down in addition to the flow control function to improve the stability of the shaft. The upper and lower suction flow rates can be controlled so that the mixed water is similar to the temperature (density) around the intermediate opening by varying the size or angle of bending of the flow control impeller.
이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용·효과를 설명한다.Hereinafter, the specific structure, effect | action, and effect of this invention are demonstrated.
도 1은 여름 호소 등에서의 물의 성층현상을 설명하는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating the stratification phenomenon of water in summer appeal and the like.
도 2a와 도 2b는 모터와 그 회전축(axial), 방향 전환콘(flow guide cone) 과 임펠러(impeller)들이 장착된 본 발명 밀도류 생성장치의 일부품을 도시한 사시도이다.2A and 2B are perspective views showing a part of the present invention's density flow generating apparatus equipped with a motor, an axis of rotation thereof, a flow guide cone, and impellers.
도 3은 도 2의 본 발명 밀도류 생성장치의 부품을 삽입하여 사용할 수 있는 바람직한 실시예를 보인 수납용 본체이다.FIG. 3 is a main body for a storage according to a preferred embodiment of the present invention which can be used by inserting a component of the present invention density flow generation apparatus of FIG.
도 4는 본 발명 밀도류 생성장치의 바람직한 실시예로서 조립상태를 보인 단면절개 사시도이다.Figure 4 is a cross-sectional cut perspective view showing an assembled state as a preferred embodiment of the present invention density flow generating apparatus.
도 5는 본 발명 밀도류 생성장치를 내수면 저수지 또는 호소 및 항만 등 연근해양에 설치한 상태를 보인 개략도이다.5 is a schematic view showing a state in which the present invention density flow generating apparatus installed in the inland water reservoir or lake, such as the lotus root.
도 6은 본 발명 밀도류 생성장치의 가장 간단한 형태와 그 원리를 보인 그림이다.6 is a view showing the simplest form and principle of the present invention density flow generating apparatus.
본 발명은 밀도류 생성방법과 그 생성장치를 제공하는 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이 내수면 호소, 연근해안, 항만 또는 오폐수처리장 등에 있어서 여름 물의 순환 촉진을 위하여 도 2a와 도 2b에서와 같이 모터(1)의 하부구동축 축공(2)에 회전축(axial)(3)이 삽착되고 그 상·하부에는 각각 표층수 흡인유량조종용 임펠러(4)와 심층수 흡인유량조종용 임펠러(40) 각 1쌍이 장착되고 상기 회전축의 중간부위에는 방향전환콘(flow guide corn)(50)과 물을 혼합하여 확산하는 혼합/확산용 임펠러(5)가 장착된 본 발명 밀도류 생성장치의 일부품을 도시한 그림이다.The present invention provides a method for generating a density stream and a generating device thereof, as shown in FIG. 1, in order to facilitate circulation of summer water in an inner water surface appeal, lotus root coast, harbor or wastewater treatment plant, and the like as shown in FIGS. 2A and 2B. A shaft 3 is inserted into the lower driving shaft shaft hole of 1), and a pair of surface water suction flow control impellers 4 and a deep water suction flow control impeller 40 are respectively mounted on the upper and lower portions thereof. The middle part of the present invention is a picture showing a part of the density flow generating device of the present invention equipped with a flow guide corn 50 and a mixing / diffusion impeller 5 for mixing and diffusing water.
도 2b는 혼합/확산용 임펠러의 블레이드가 15∼80°절곡된 모습을 보인 것이다.Figure 2b shows a bent blade of the mixing / diffusion impeller 15 to 80 °.
도 3은 상기 도 2의 본 발명 밀도류 생성장치 부품을 삽입하여 사용하도록 제작된 원통형 구조물 또는 다각형 구조물(7)(70)로서 본 발명을 실시하기에 바람직한 일실시예시도이다. 상부의 원통형과 하부의 원통형은 지지간(8)에 의하여 연결된다.3 is a preferred embodiment of the present invention as a cylindrical structure or polygonal structure (7) 70 manufactured to be used by inserting the present invention density flow generating device parts of FIG. The upper cylinder and the lower cylinder are connected by the support rod 8.
도 4는 본 발명 밀도류 생상방법을 실시하기에 적합한 밀도류 생성장치의 바람직한 실시예를 보인 단면전개 사시도이며, 도 5는 본 발명 밀도류 생성장치를 내수면 저수지 또는 호소 기타 항만 등 연근해양에 고정치구(100)에 의하여 설치한 상태를 보인 사시도이다.Figure 4 is a perspective view showing a cross-sectional development showing a preferred embodiment of the density flow generating apparatus suitable for implementing the present invention density flow generating method, Figure 5 is a fixed jig (100) in the lotus root such as the inner surface reservoir or lake other ports It is a perspective view showing the state installed by the).
본 발명 밀도류 생성방법을 간단히 실시하기 위하여 도 6에서 보는 바와 같이, 회전축 중간부위에 외통본체의 개구부 내부에 물을 혼합하여 확산시킬 수 있는혼합/확산용 임펠러(5)를 1개만 설치할 수도 있다. 본 발명 밀도류 생성장치를 이와 같이 임펠러 1개를 구동축(axial)(3) 중간부위에 설치하는 경우에는 배출구 주위에 있는 물은 상기 임펠러(5) 회전에 의하여 임펠러(5)와 함께 회전운동을 하게 되어 임펠러 A점 주위에서 물의 속도 V는으로 회전에 따른 원심력(f)은를 받아 배출구 밖으로 확산된다(여기서, d=impeller의 직경, r=impeller의 반경, P:A점에서의 물의 밀도, PRM은 impeller의 분당 회전수이다).To simplify the method for generating the density flow of the present invention, as shown in FIG. 6, only one mixing / diffusion impeller 5 capable of mixing and diffusing water inside the opening of the outer cylinder main body may be provided in the middle portion of the rotating shaft. When the present invention is installed with one impeller in the middle of the drive shaft (axial) (3) in this way, the water around the outlet is to rotate the impeller (5) by the impeller (5) by the rotation of the impeller (5) The velocity V of the water around the impeller A point Centrifugal force (f) And spread out of the outlet (where d = impeller diameter, r = impeller radius, water density at point P: A, and PRM is the number of revolutions per minute of the impeller).
배출구 주위 A점에서 물은 회전을 거의 하지 않는 B 또는 C점의 속도에 v 정도의 수직속도 성분이 더 있다. 따라서, Bernoulli의 정리 pv2+ p = 상수에 의하여 pv2+ p = po로 B 또는 C점의 압력 Po는 A점이 압력 P보다 약 pv2이 더 높고 구동축에 임펠러가 1개만 있어도 물이 계속 B와 C점 즉 외통본체의 상단 및 하단부위에서 A점 즉 배출구로 빨려 나와서 확산된다.At point A around the outlet, the water has a vertical velocity component of about v at the speed of point B or C, which does little rotation. Thus, Bernoulli's theorem pv 2 + p = constant, pv 2 + p = po, the pressure Po at point B or point C is about pv 2 higher than point P and there is only one impeller on the drive shaft. It is sucked into the point A and the outlet from the upper and lower points of the outer cylinder body, that is, and C diffuses.
이와 같은 밀도류 생성방법은 밀도류 생성장치의 바람직한 실시태양을 도시한 도 4의 장치를 도 5와 같이 연근해 효소 또는 항만 등 연근해 해양에 설치하였을때 더욱 강력하게 수행될 수 있다.Such a density flow generation method can be more powerfully performed when the device of FIG. 4 showing a preferred embodiment of the density flow generation device is installed in a coastal sea such as a coastal sea enzyme or a harbor as shown in FIG. 5.
도 4는 본 발명 밀도류 생성장치로서 모터(1)와 그 구동축공(2)에 회전축(3)을 삽설하고 그 회전축의 중간부위에는 방향전환콘(50)과 혼합/확산용 임펠러(5)를 장착하여 그 회전축의 상단과 하단의 임의의 위치에 각각 표층수 흡인유량조종용 임펠러(4)와 심층석 흡입유량조종용 임펠러(40)를 장착하여서 되는 회전조립체인 바, 상기 회전조립체를 도 3과 같이 상부와 하부가 각각 개구되고 임의의 중간부위가 개구된 원통형 또는 다각형의 수납용 본체(도 3) 내부에 수용하여서 된 것이다.4 is a density flow generation device according to the present invention, in which a rotating shaft 3 is inserted into a motor 1 and a driving shaft hole 2, and a turning cone 50 and a mixing / diffusion impeller 5 are disposed at an intermediate portion of the rotating shaft. The rotary assembly is installed by mounting the surface water suction flow control impeller (4) and the deep stone suction flow control impeller (40) at any position of the upper and lower ends of the rotary shaft, the rotary assembly as shown in FIG. The lower and lower portions are respectively opened, and an arbitrary intermediate portion is accommodated in the cylindrical or polygonal housing body (FIG. 3).
본 발명 밀도류 생성장치의 바람직한 설치상태는 도 5에 도시한 바와 같이, 수납용 본체의 어깨부는 상기 본체(7)(70)를 수면상에 설치한 고정용 프레임(6)에 결착시키고 상기 본체고정용 프레임(11)의 상부에는 부표(10)을 장착하며 구동축(3)을 회전시키는 모터는 별도의 모터고정용 프레임(6)의 상부에 회전축을 축설하여 견고히 설치된다. 한편, 상기 회전조립체를 수용할 수 있는 외통본체는 어떠한 형상으로 제작되어도 좋으나 파도의 피칭이나 롤링을 고려하여 원형 또는 다각형상이 바람직하며, 하부 개구부의 측면에는 호소나 항만의 지하토층에 단단히 고정시킬 수 있는 로프 등의 지지수단(100)에 의하여 지하토층에 고착 또는 매설된다.As shown in FIG. 5, a preferred mounting state of the present invention density flow generating apparatus is to bind the main body 7 and 70 to the fixing frame 6 provided on the water surface, and fix the main body. The motor for rotating the drive shaft 3 is equipped with a buoy 10 on the upper portion of the frame 11 is installed firmly by laying a rotating shaft on the upper portion of the separate motor fixing frame (6). On the other hand, the outer cylinder body that can accommodate the rotating assembly may be manufactured in any shape, but considering the pitching or rolling of the wave is preferably a circular or polygonal shape, the side of the lower opening can be firmly fixed to the basement layer of the appeal or harbor. It is fixed or buried in the subterranean soil by the supporting means 100 such as a rope.
또, 상기 본체 외통의 재질은 강산이나 염수에 부식되지 않는 강화플라스틱(FRP)이나 티타늄광이 바람직하며 회전조립체 또한 동일한 재질로 제작될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 회전축은 구동하는 상기 모터를 수면상에 노출시켰으나 필요에 따라서는 수중에 잠수시키거나 거꾸로 지하층에 고정시켜 매설시킬 수 있으며, 이때에는 수중모터를 사용할 수 있다.In addition, the material of the outer cylinder of the body is preferably reinforced plastic (FRP) or titanium light that does not corrode in strong acids or brine, the rotating assembly may also be made of the same material. In the embodiment of the present invention, the rotating shaft exposed the driving motor on the water surface, but if necessary, can be submerged in water or buried in the basement upside down, and in this case, an underwater motor can be used.
그리고, 혼합/확산용 임펠러의 회전축 중앙부는 양단을 축방향으로 팽이 형상 또는 테이퍼 형상을 가진 방향전환콘(50)을 축설하여 혼합된 물의 확산을 용이하게 하였으며, 또 도 2b와 같이 임펠러 끝의 블레이드 부분을 15∼80°로 절곡하여 둠으로써 확산효율을 증대시켰다.In addition, the central portion of the rotating shaft of the mixing / diffusion impeller laid out the turning cone 50 having a top or taper shape in both ends in the axial direction to facilitate the diffusion of the mixed water, and as shown in FIG. The diffusion efficiency was increased by bending the part at 15 to 80 °.
이하, 본 발명 밀도류 생성장치의 구체적인 작용을 밀도류 생성방법과 관련하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the specific operation of the density flow generating apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the density flow generating method.
도 5와 같이 수중에 설치된 본 발명 밀도류 생성장치는 구동축이 일정한 회전수를 보유하도록 설정한 모터를 공지된 통상의 제어장치와 방법에 의해 원격조정하여 on-off 시킬 수 있도록 하며, 상기 모터가 on 상태가 되면 회전축이 일정한 회전수 범위내에서 사전에 입력한 분당회전(rpm)을 하게된다. 도 5에 도시된 바와 같이 회전축(3)이 회전하게 되면 상기 회전축의 상하단 및 중간 임의지점(이는 본체 외통의 개구부위가 됨)에 각각 장착된 표층수 흡입용 임펠러, 심층수 흡입용 임펠러 및 혼합/확산용 임펠러가 동일한 회전수로 회전하게 되는데 이때 회전축 상단에 장착된 흡인용 임펠러(suction impeller)에 의하여는 본체 외통 상부의 개구부를 통하여 표층수가 흡인되고, 상기 회전축 하단에 장착된 흡인용 임펠러(suction impeller)에 의하여는 본체 외통 하부의 개구부를 통하여 심층수가 흡인되어 본체 외통내부에서 각각 하강 및 상승하여 상기 회전축 중간 임의부분(본체 외통개구부위와 대체로 일치하는 것이 바람직하다)에 장착된 혼합/확산용 임펠러(mixing/diffusing impeller)에 의하여 혼합된 후 개구부를 통하여 본체 외통외부로 용이하게 확산된다.The density flow generation apparatus of the present invention installed in the water as shown in FIG. 5 allows the motor which is set to have a constant rotational speed to be turned on and off by a known conventional control device and method, and the motor is turned on When the motor is in a state, the rotating shaft performs a preset revolutions per minute (rpm) within a predetermined speed range. As shown in FIG. 5, when the rotating shaft 3 rotates, surface water suction impellers, deep water suction impellers, and mixing / diffusion, respectively, mounted at upper and lower ends of the rotary shaft and at an arbitrary point (which is above the opening of the main body outer cylinder). The impeller for rotation rotates at the same rotational speed. At this time, the suction impeller mounted on the top of the rotating shaft sucks the surface water through the opening of the upper portion of the outer cylinder, and the suction impeller mounted on the bottom of the rotating shaft. ), The deep water is sucked through the opening of the lower part of the outer body of the main body and is lowered and raised respectively in the inner part of the outer body of the main body, and the mixing / diffusion impeller (preferably coinciding with the outer part of the main body opening of the body) is mounted on by mixing / diffusing impeller and then easily diffused out of the main body through the opening.
이와 같은 작용에 의하여 해수면 또는 연근해양의 표층의 저밀도 표층수가 심층의 고밀도 심층수가 끊임없이 혼합되어 자연히 확산되므로 보다 적은 에너지로도 밀도류(密屠流)가 생성되는 것이다.By this action, the low-density surface water of the sea surface or lotus root surface layer is constantly mixed with the high-density deep water of the deep sea, so that the density flow is generated with less energy.
이와 같이하여 생성된 밀도류는 호소나 항만 등에서 수온을 표층수와 심층수사이의 온도로 유지시켜 여름의 성층현상을 감소시키며 물의 순환을 촉진 시켜 호소나 항만 주위에서 발생되는 적조 등 현상을 방지할 수 있으며 결과적으로 수질개선에 큰 효과가 있다.In this way, the generated density flow can reduce the stratification in summer by maintaining the water temperature between surface water and deep water in lakes and harbors, and promote the circulation of water to prevent red tide such as lakes and lakes. This has a great effect on water quality.
본 발명 밀도류 생성장치는 바람직한 실시예를 설명하였으나, 당업자간에 용이하게 형상이나 모양, 재질 및 수치를 변경 실시할 수 있으며, 이와 같은 실시태양의 변경은 본 발명의 권리범위에 속하는 것은 물론이다.Although the present invention has been described in the preferred embodiment, the density flow generation apparatus can easily change the shape, shape, material and numerical value among those skilled in the art, the change of such embodiment is of course within the scope of the present invention.
이를테면, 본 발명 장치에서 본체외통의 폭은 특별히 제한하지 않으나 직경은 30∼100cm가 바람직하다. 또, 본 발명 실시예에서는 회전축에 혼합/확산용 임펠러만 사용하거나(도 6) 또는 회전축의 상하단에 각 1개씩의 흡인용 임펠러를 사용하였으나 상·하 어느하나만 선택하여 장착 사용할 수 있으며 임펠러의 구조와 장착위치도 임의로 변경할 수 있다.For example, in the device of the present invention, the width of the body outer cylinder is not particularly limited, but the diameter is preferably 30 to 100 cm. In addition, in the embodiment of the present invention, only the mixing / diffusion impeller is used for the rotating shaft (FIG. 6) or one suction impeller is used at the upper and lower ends of the rotating shaft, but only one of the upper and lower parts may be selected and used, and the structure of the impeller may be used. And mounting position can be changed arbitrarily.
상기 실시예시도와 실시태양에 따라서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 호소 또는 항만에 있어서, 밀도가 작은 표층수(상층)와 밀도가 큰 심층수(하층)를 적절히 계속적으로 혼합하여 양층 사이에 어느 부위에 밀도류를 생성시켜 보다 적은 에너지로 물(액체)을 순환시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 지금까지 존재하지 않았던 신규한 밀도류 생성장치를 제공하므로써 내수면과 연근해안의 수중환경 개선을 통하여 녹조 및 적조방지, 어류양식 환경 개선, 수생 생태계를 보전할 수 있으며, 오폐수처리에서 혼합, 교반 등의 목적으로 사용하게 되면 보다 적은 동력(에너지)으로도 뛰어난 효과가 발휘하므로 환경산업상 매우 유용한 발명인 것이다.As described in accordance with the above-described examples and embodiments, according to the present invention, in an appeal or a harbor, a small density of surface water (upper layer) and a high density of deep water (lower layer) are continuously mixed appropriately, and the density flows at any part between the two layers. It is effective to circulate water (liquid) with less energy by generating. In addition, by providing a new density flow generation device that has not existed up to now, it is possible to prevent green algae and red tide, improve fish farming environment, and preserve aquatic ecosystems by improving the underwater environment of the inner water and the near-shore coast. If it is used for the purpose, it is a very useful invention for the environmental industry because it shows excellent effect even with less power (energy).
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