KR100540193B1 - 수질 개선 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질을 개선하고자 하는 물에 양단부가 잠겨 있는 제1배관과 상기 제1배관의 일단부측의 물을 상기 제1배관의 타단부측으로 이송하기 위해 그 제1배관에 접속되는 펌프와 상기 제1배관의 타단부로 외부의 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치를 제공한다.

Description

수질 개선 장치{Apparatus for purifying water}

본 발명은 본 발명은 수질 개선 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수질을 개선하고자 하는 물속에 공기를 주입하고, 이를 순환시킴으로써 수질을 개선할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 생활하수나 공장폐수에는 인이나 질소등의 물질이 많이 포함되어 있고, 이러한 생활하수나 공장폐수가 유입되는 하천과 바다의 물은 인산염이나 질산염등의 영양 염류가 증가하여 부영양화를 초래하게 된다. 이러한 부영양화가 발생하면 이를 먹이로 하는 플랑크톤이 갑자기 증가하여 적조현상이 발생하게 되고 용존산소량이 감소하여 수중생물들이 폐사하는 원인이 된다.

이러한 부영양화를 방지하기 위해서는 수중의 용존산소량을 늘일 필요가 있는데, 이를 위해 폭기법이 사용되고 있다. 폭기법이란 공기를 강제로 물속으로 주입하여 산소를 공급하고, 공급된 공기에 의해 물을 순환시키는 방법이다.

이러한 폭기법은 공기를 강제로 물속에 주입하는 효과는 있으나, 주입된 공기에 의한 물의 순환이 그리 많지 않아, 국지적으로만 공기가 공급되는 문제점이 있는데, 공기를 공급하면서 동시에 물을 순환시키기 위해서는 물을 순환시키기 위한 장치가 별도로 필요하게 되고, 그러한 장치를 가동시키기 위해서는 폭기장치와 물을 순환시키기 위한 장치 모두에 그 장치들을 가동하기 위한 동력이 필요한 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 펌프에 의해 물을 순환시키면서 별도의 동력없이 수중으로 공기도 공급할 수 있는 수질 개선 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 수질을 개선하고자 하는 물에 양단부가 잠겨 있는 제1배관과 상기 제1배관의 일단부측의 물을 상기 제1배관의 타단부측으로 이송하기 위해 그 제1배관에 접속되는 펌프와 상기 제1배관의 타단부로 외부의 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치를 제공한다.

상기 제1배관은, 일단부는 물속에 잠기고 타단부에 상기 펌프에 연결된 흡수배관과 일단부는 상기 펌프에 연결되고 타단부에 끝으로 갈수록 내경이 작아지는 테이퍼부를 가진 연결배관과, 끝으로 갈수록 내경이 작아지는 테이퍼부를 가지는 일단부는 상기 연결배관의 타단부와 동축적으로 이격되게 위치하고 타단부는 물속에 잠기는 배수배관으로 구성되고, 상기 연결배관의 타단부의 테이퍼각이 상기 배수배관의 일단부의 테이퍼각보다 작아 상기 연결배관의 테이퍼된 부분의 길이가 상기 배수배관의 테이퍼된 부분의 길이보다 길도록 구성되며, 상기 공기공급부는, 상기 연결배관의 타단부와 배수배관의 일단부를 외부와 차단사키는 케이지와, 일단부가 대기중으로 노출되고 타단부는 상기 케이지 내의 연결배관의 타단부와 배수배관의 일단부 사이에 위치하는 제2배관으로 구성된 것이 바람직하다.

상기 제2배관은 상기 펌프와 상기 공기공급부 사이의 한 지점에서 상기 연결배관으로 삽입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2배관의 일단부로 주기적으로 물을 공급하는 물공급부가 더 구비되면 더욱 바람직하다.

상기 물공급부는, 물을 저정하는 물저장부를 가지며 그 물저장부에 일정량 이상의 물이 저장되면 그 물의 무게에 의해 회전되면서 그 물저장부에 저장된 물을 상기 제2배관의 일단부내로 부어넣는 수차와, 일단부는 상기 제1배관과 연결되고 타단부는 상기 제1배관 내의 물을 상기 수차의 물저장부에 공급할 수 있는 위치에 배치되는제3배관이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 제3배관에는 유량을 조절할 수 있는 밸브가 더 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 개선 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수질 개선장치의 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 수질 개선 장치에 있어서, 여러개의 배출구를 가진 배관구성을 설명하기 위한 도면, 도 4는 도 2에 도시된 수질 개선 장치에 있어서, 여러개의 배출구를 가진 배관구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 개선 장치는 물에 양단부가 잠겨 있는 제1배관(20)과 펌프(10)와 공기공급부(30)로 구성된다.

상기 제1배관(20)은, 흡수배관(21)과 연결배관(22)과 배수배관(23)으로 구성된다. 상기 흡수배관(21)은, 일단부는 물속에 잠기고 타단부는 상기 펌프(10)에 연결된 구성을 지니고 있다. 상기 연결배관(22)은 일단부는 상기 펌프(10)에 연결되고 타단부는 상기 배수배관(23)과 동축적으로 이격되어 있는데, 그 타단부에는 끝으로 갈수록 내경이 작아지는 테이퍼부(221)가 마련되어 있다. 상기 배수배관(23)은 일단부가 상기 연결배관(22)과 동축적으로 이격되어 있고 타단부는 물속으로 노출되어 있는데, 상기 연결배관(22)과 이격되어 위치하는 일단부에는 끝으로 갈수록 내경이 작아지는 테이퍼부(231)가 마련되어 있다. 이 때, 상기 연결배관(22)의 타단부의 테이퍼각이 상기 배수배관(23)의 일단부의 테이퍼각보다 작아 상기 연결배관(22)의 테이퍼부(221)의 길이가 상기 배수배관(23)의 테이퍼부(231)의 길이보다 길게 되도록 한다.

상기 펌프(10)는 상기 제1배관(20)의 일단부측의 물을 상기 제1배관(20)의 타단부측으로 이송하기 위해 상기 제1배관(20)에 접속된다.

상기 제1배관(20)의 물을 흡입하는 단부와 상기 펌프(10)사이에는 스트레이너(25)가 구비되어 있다. 상기 스트레이너(25)의 상부에는 상기 스트레이너(25)를 들여다 볼 수 있도록 투명창(24)이 구비되어 있다.

상기 공기공급부(30)는, 제2배관(40)과, 상기 연결배관(22)과 상기 배수배관(23)이 동축적으로 이격된 상태로 마주하고 있는 부분을 외부로 부터 차단하기 위한 케이지(31)로 구성된다. 상기 제2배관(40)은 일단부가 대기중으로 노출되고, 타단부는 상기 케이지(31) 내의 연결배관(22)과 배수배관(23) 사이에 위치하는 구성을 가진다. 상기 제2배관(40)은 펌프(10)와 공기공급부(30)사이의 한 지점에서 연결배관(22)내로 삽입되며, 그 삽입된 위치부터 연결배관(22)내에 위치하게 된다.

상기 제2배관(40)의 일단부에는 주기적으로 물을 공급하는 물 공급부(60)가 구비되어 있는데, 상기 물 공급부(60)는, 수차(52)와 제3배관(50)으로 구성된다. 상기 수차(52)는 수차(52)의 원주방향의 날개에 의해 나누어지는 공간부인 복수개물저장부(521)를 가지며, 그 물저장부(521)에 일정량 이상의 물이 저장되면 그 물의 무게에 의해 회전되면서 그 물저장부(521)에 저장되어 있는 물을 주기적으로 상기 제2배관(40)의 일단부로 부어넣는다. 상기 제3배관(50)은 일단부가 상기 연결배관(22)과 연결되고, 타단부는 상기 연결배관(22)에서 공급된 물을 상기 수차(52)의 물저장부(521)에 공급할 수 있는 위치에 있는 구성을 가지고 있다. 상기 제3배관(50)에는 수차(52)의 물저장부(521)로 공급되는 물의 양을 조절하기 위한 밸브(51)가 구비되어 있다.

이하에서는 각 구성의 작용과 그에 따른 효과에 대해 설명한다.

펌프(10)에 의해 흡수배관(21)의 일단부로 물이 흡입된다. 흡입된 물은 상기 스트레이너(25)에 의해 부유물이 제거된 상태로 유입되며, 상기 투명창(24)을 통해 스트레이너(25)의 상태를 확인할 수 있다. 스트레이너(25)는 물속의 부유물을 제거하기 위한 구성으로 필터 등 기능이 유사한 다른 구성요소로 대체될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

상기 펌프(10)에 의해 유입된 물은 연결배관(22)를 통하여 공기공급부(30)로 이송되는데, 이때 상기 연결배관(22)에 연결된 제3배관(50)으로 물의 일부가 유입되어 물 공급부(60)로 공급된다.

상기 제3배관(50)으로 유입되는 물의 양은 상기 밸브(51)에 의해 조절된다. 제3배관(50)으로 유입되는 물은 상기 수차(52)의 물저장부(521)에 주입되었다가 상기 제2배관(40)으로 유입되게 되는데, 일정량 이상의 물이 물저장부(521)에 저장되면 상기 물저장부(521)에 저장된 물의 무게에 의해 상기 수차(52)가 회전되게 되고, 그 회전에 의해 상기 물저장부에 저장된 물이 제2배관(40)의 일단부로 유입된다. 이때, 상기 제3배관(50)으로 유입되는 물은 상기 수차(52)의 회전이 멈춘 후에, 상기 제3배관(50)으로 부터 유입되는 물이 떨어지는 위치에 있는 다른 물저장부(521)에 저장되었다가 그 물의 자중에 의해 다시 상기 수차(52)를 회전시키게 되며, 그 회전에 의해 떨어지는 물이 제2배관(40)으로 유입되게 되는 것을 반복하게 되어, 물을 제2배관(40)에 주기적으로 유입시키는 것이다.

상기 밸브(51)에 의해 조절되는 물의 유량을 줄이면 상기 수차(52)를 회전시키기에 필요한 무게에 해당하는 물이 상기 물 물저장부(521)에 저장되는 시간이 늘어나게 되고, 반대로 밸브(51)에 의해 조절되는 물의 유량을 줄이면 상기 수차(52)를 회전시키기에 필요한 물게에 해당하는 물을 저장하기 위한 시간이 줄어들게 되므로, 밸브(51)에 의해 제2배관(40)으로 유입되는 물의 시간적 간격 즉 물이 유입되는 주기를 조절할 수 있다.

이러한 구성에 의해 제2배관(40)의 일단부로 물이 유입되게 되면 공기의 유입효율이 증가한다. 제2배관(40)의 일단부로 유입되는 공기와 함께 물이 유입되게 되면, 베르누이의 원리에 의해 유입된 물의 위치에너지가 주입되는 유체 전체(공기와 물)의 속도를 증가시키는 효과를 내는 것이다. 따라서, 단위시간당 공기의 주입양이 물을 주입하지 않는 경우에 비하여 증가하게 되므로, 공기의 주입효율이 증가하게 된다.

상기 연결배관(22)과 배수배관(23)의 테이퍼부들(221,231)은 상기 케이지(31)에 의해 외부와 차단된다.

상기 공기공급부(30)에 공기가 주입되는 원리는 다음과 같다. 연결배관(22)의 테이퍼부(221)와 배수배관(23)의 테이퍼부(231)의 이격된 부분은 유속이 빨라지게 되므로 베르누이의 원리에 의해 압력이 낮아지게 된다. 이는 벤츄리관에서 관경이 작은 목부분의 압력이 낮아지는 원리와 동일하다. 따라서, 공기중으로 유출된 제2배관(40)의 일단부로 부터 상기 공기공급부(30)로 공기가 유입되게 되는 것이다. 이러한 공기의 유입효율은 관의 테이퍼부의 형상에 따라 달라지는데, 발명자는 수차례의 모형제작에 의한 실험을 통해 상기와 같이 연결배관(22)의 테이퍼부(221)는 테이퍼각을 완만하게 하여 길게하고, 배수배관(23)의 테이퍼부(231)는 테이퍼각을 급하게 하여 상대적으로 짧게하면 공기 유입효율이 가장 좋은 것을 알아내었고, 이를 특허청구범위에 청구하게 된 것이다.

상기 공기공급부(30)를 통해 유입된 공기는 물과 섞여 배수배관(22)의 타단부를 통해 외부로 배출된다. 이를 통해 하천이나 호수등 수질을 개선하고자 하는 물에 공기를 주입하게 되어 용존산소량을 높여 호기성 미생물의 호흡에 의한 오염물의 발생을 막고, 동시에 물을 순환시키게 되어 표층수와 심층수를 섞어주게 되어 부영양화의 발생을 방지하는 효과가 있다.

상기에서는 제2배관(40)이 펌프(10)와 공기공급부(30)사이의 한 지점에서 연결배관(22)로 삽입되는 구성에 대하여 설명하였으나, 도 2에 도시된 바와 같이 제2배관(40)이 공기공급부(30)의 케이지(31)에 삽입되어, 그 타단부가 연결배관(22)과 배수배관(23)사이의 이격된 부분에 위치하는 구성을 가질 수 도 있다.

또한, 상기에서는 물공급부(60)를 구비하고 있는 구성에 대해 설명하였으나, 그러한 구성이 없는 경우에도 공기를 정화시키고자 하는 물에 공급하는 것이 가능하다.

또한, 상기에서는 흡수된 물이 하나의 경로를 통해서만 배출되는 것에 대해 설명하였으나, 도3 및 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 배관에서 분기되는 두개의 배관들의 관경과 그 분기되는 각을 조절하여 그 방사되는 배관들의 유량을 동일하게 한 후 각각의 방사되는 배관들의 단부에 공기공급부(30)들을 마련하여 공기의 유입량을 증가시키고 물의 순환의 정도를 높일 수 있는 실시예도 가능하다. 도 3 및 도 4에서는 연결배관(22)을 두개의 배관으로 분기한 후, 다시 각각의 분기된 배관들을 다시 분기시켜 그 단부에 공기공급부(30)들을 마련하여 최종적으로 네개의 공기공급부(30)들이 마련하는 것이 도시되어 있으나, 분기시키는 횟수는 상황에 따라 얼마든지 변경될 수 있다.

하나의 배관에서 분기되는 두개의 배관들의 관경과 그 분기되는 각이 동일하면 분기된 두개의 배관들에 동일한 유량으로 물을 이송하는 것이 가능한데, 이러한 방식을 소위 토너먼트 방식이라고 부르기도 한다.

이상, 바람직한 실시예를 기초로 하여 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 수질 개선 장치로 구체화될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 펌프에 의해 물을 순환시키면서 별도의 동력없이 수중으로 공기도 공급할 수 있는 수질 개선장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 개선 장치의 단면도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수질 개선 장치의 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 수질 개선 장치에 있어서, 여러개의 배출구를 가진 배관구성을 설명하기 위한 도면.

도 4는 도 2에 도시된 수질 개선 장치에 있어서, 여러개의 배출구를 가진 배관구성을 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 펌프 20 : 제1배관

21 : 흡수배관 22 : 연결배관

221 : 연결배관의 테이퍼부 23 : 배수배관

231 : 배수배관의 테이퍼부 25 : 스트레이너

30 : 공기공급부 31 : 케이지

40 : 제2배관 50 : 제3배관

51 : 밸브 52 : 수차

521 : 물저장부 60 : 물공급부

Claims (7)

1. 수질을 개선하고자 하는 물에 양단부가 잠겨 있는 제1배관과,

   상기 제1배관의 일단부측의 물을 상기 제1배관의 타단부측으로 이송하기 위해 그 제1배관에 접속되는 펌프와,

   상기 제1배관의 타단부측으로 외부의 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 구비하며,

   상기 제1배관은, 일단부는 물속에 잠기고 타단부에 상기 펌프에 연결된 흡수배관과 일단부는 상기 펌프에 연결되고 타단부에 끝으로 갈수록 내경이 작아지는 테이퍼부를 가진 연결배관과, 끝으로 갈수록 내경이 작아지는 테이퍼부를 가지는 일단부는 상기 연결배관의 타단부와 동축적으로 이격되게 위치하고 타단부는 물속에 잠기는 배수배관으로 구성되고,

   상기 연결배관의 타단부의 테이퍼각이 상기 배수배관의 일단부의 테이퍼각보다 작아 상기 연결배관의 테이퍼된 부분의 길이가 상기 배수배관의 테이퍼된 부분의 길이보다 길도록 구성되며,

   상기 공기공급부는, 상기 연결배관의 타단부와 배수배관의 일단부를 외부와 차단사키는 케이지와, 일단부가 대기중으로 노출되고 타단부는 상기 케이지 내의 연결배관의 타단부와 배수배관의 일단부 사이에 위치하는 제2배관으로 구성되고,

   상기 제2배관의 일단부로 주기적으로 물을 공급하는 물공급부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제2배관은 상기 펌프와 상기 공기공급부 사이의 한 지점에서 상기 연결배관으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 물공급부는, 물을 저정하는 물저장부를 가지며 그 물저장부에 일정량 이상의 물이 저장되면 그 물의 무게에 의해 회전되면서 그 물저장부에 저장된 물을 상기 제2배관의 일단부내로 부어넣는 수차와, 일단부는 상기 제1배관과 연결되고 타단부는 상기 제1배관 내의 물을 상기 수차의 물저장부에 공급할 수 있는 위치에 배치되는제3배관이 구비된 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제3배관에는 유량을 조절할 수 있는 밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   일단부가 상기 펌프와 연결된 상기 연결배관은 여러 개의 배관으로 분기되며,

   각 분기된 배관으로 흐르는 유량이 동일하도록, 그 분기된 배관들의 관경과 그 분기되는 각이 동일한 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.