KR100589219B1 - 산기장치 및 이를 적용한 폭기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폭기조내에 공기를 공급하기 위한 산기장치 및 이를 적용한 폭기 시스템에 관한 것이다. 산기장치는 상부가 열려있고 하부가 폐쇄된 내부공간부를 갖게 형성된 챔버와 챔버의 내부공간부에서 자유운동 가능하게 내장된 적어도 하나의 볼과 챔버의 외주면에 외부로부터 공급된 공기를 내부공간부로 유입시킬 수 있도록 형성된 공기 유입부를 갖으며 폭기장치는 이러한 산기장치가 설치되며 처리수를 저수하는 폭기조와, 산기장치의 공기유입부를 통해 공기를 공급할 수 있도록 접속된 공기공급장치를 구비한다. 이러한 산기 장치 및 이를 적용한 폭기 시스템에 의하면, 공기가 토출되는 상부개구를 확장시킬 수 있어 이물질에 의한 막힘현상을 억제할 수 있고, 상호 다른 경로로 유입된 공기가 서로다른 위치에서 볼에 부딧치면서 상호 충돌에 의해 미세기포화 되고, 강하게 구름운동하는 볼에의해 미세진동이 발생하여 파동에의한 음파에너지가 형성되어 수평방향으로 확산력을 높일수 있는 선회력을 갖게하여 체류시간 및 접촉면적을 확장할 수 있어서 산소의 용존율을 높일 수 있는 장점을 제공한다.

챔버, 볼, 원형단면

Description

산기장치 및 이를 적용한 폭기 시스템{ Air diffuser and air reactor system employing the same}

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치를 나타내 보인 사시도이고,

도2는 도1의 산기장치의 챔버의 분리 사시도이고,

도3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 챔버의 내부구조를 설명하기 위해 하부통을 부분 발췌하여 절단한 절단사시도이고,

도4는 본 발명의 산기장치에 적용되는 또 다른 실시예의 볼을 나타낸 사시도이고,

도5는 도1의 A-A'선을 따라 절단한 단면도이고,

도6은 도1의 산기장치가 적용된 폭기 시스템의 일예를 나타내보인 사시도이다.

<도면의 주요부호에 대한 부호의 설명>

10: 산기장치

50: 공기유입가이드관

100: 챔버

120, 122: 볼

본 발명은 산기장치 및 이를 적용한 폭기시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 오/폐수의 처리방법중 생물학적 처리방법에 있어서 폭기조내의 미생물에 산소를 공급시키기 위한 산기장치 및 이를 적용한 폭기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 생활하수나 산업폐수, 축산폐수 등의 오/폐수를 처리하기 위한 처리방법으로 생물학적 처리방법을 많이 사용하고 있는데 생물학적 처리방법으로 오/폐수를 처리하는 경우에는 필수적으로 미생물을 이용한다. 생물학적 처리시스템에서 증식 속도가 빠른 호기성 미생물에 산소 공급을 위해 산기장치가 필수적으로 필요하다.

산기장치는 발생시키는 공기 기포의 사이즈, 처리수와 공기의 접촉면적, 처리수와 공기의 접촉시간에 의해 성능이 결정된다.

즉, 산기장치는 공기 기포의 사이즈를 작게 발생시키고, 처리수와 공기의 접촉면적을 증가시키면서, 처리수와 공기의 접촉시간을 연장시킬 수 있도록 구조되는 것이 요구되며 이러한 구조의 산기장치는 미생물의 산화분해 능력을 증가시킬 수 있다.

종래의 산기장치로서 한국 공개 특허 제 1999-030402에는 공기구멍을 조절할 수 있으면서, 폭기조의 저부에서 공기를 기포 형태로 분출시켜 부력에 의해 상승시키는 구조가 개시되어 있다. 이와 같은 산기장치는 공기를 발생시키는 구멍의 크기와 간격만을 고려하여 설계되어 있어서 공급되는 공기방울의 사이즈를 작게 하는 데 한계가 있고 배출되는 공기의 확산은 주로 부력에 의해 수직상승만이 이루어지기 때문에 폭기조에 공기를 균일하게 공급하기 위해 요구되는 산기장치들 상호간의 간격을 넓힐 수 없어 소요되는 산기장치가 증가하는 문제점이 있다.

한국 실용신안 등록 제20-0229181호에는 산기장치로 부터 발생한 공기의 기포가 합체되지 않도록 공기 발생 노즐부에 일정간격 및 일정크기를 고려한 삼각 피치법을 사용하여 노즐이 형성된 기포합체 방지용 원뿔형 산기관이 개시되어 있다. 이러한 장치는 공기노즐을 통해 발생된 공기 방울은 합체되지 않지만, 근본적으로 노즐부가 처리수의 이물질이나 슬러지를 통해 막힘현상이 발생할수 있는 문제점이 있고, 공기노즐부를 통해 발생된 기포는 부력에 의해 상승하는 힘에 의존하여 확산이 되어 수직상승되기 때문에 반응조 전체로 확산되기 힘든 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 폭기조에 공급되는 공기가 수평방향으로 확산력을 갖게 하고, 기포의 사이즈를 작게 하여 처리수와의 용존율을 높일수 있으며, 이물질에 의한 막힘현상을 억제시키는 산기장치 및 이를 적용한 폭기 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산기장치는 상부는 열려있고 하부는 폐쇄된 내부공간부를 갖게 형성된 챔버와; 상기 챔버의 내부공간부에 자유운동 가능하게 내장된 적어도 하나의 볼과; 상기 챔버의 외주면에 외부로부터 공급된 공기를 상기 내부공간부로 유입시킬 수 있도록 형성된 공기유입부;를 포함한다.

바람직하게는 상기 챔버의 내부 공간부는 상부에서 하방으로 진행할수록 내경이 점진적으로 확장되는 경사부분을 갖게 형성된다.

또한, 상기 공기 유입부는 상기 챔버의 외주면으로부터 상기 내부공간부의 반경반향과 일정각도 어긋난 방향을 따라 연장된 공기유입가이드관과; 상기 공기유입가이드관의 중앙부분에 대응되는 상기 챔버의 외주면에 관통되게 형성된 제1유입구와; 상기 제1유입구로부터 일정거리 이격되는 위치의 상기 챔버의 외주면에 관통되게 형성된 제2유입구;를 구비한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 폭기시스템은 처리수를 저수할 수 있는 폭기조와; 공기를 공급하는 공기 공급장치와; 상기 폭기조 내에 설치되며 상기 공기 공급장치로부터 공기를 공급받을 수 있도록 상기 공기 공급장치와 접속된 적어도 하나의 산기장치를 구비하고, 상기 산기장치는 상부는 열려있고 하부는 폐쇄된 내부공간부를 갖게 형성된 챔버와, 상기 챔버의 내부공간부에 자유운동 가능하게 내장된 적어도 하나의 볼과, 상기 챔버의 외주면에 상기 공기 공급장치와 접속되어 상기 공기 공급장치로부터 공급된 공기를 상기 내부공간부로 유입시킬 수 있도록 형성된 공기유입부를 갖는다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 산기장치 및 이를 적용한 폭기시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도1과 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산기장치를 나타내 보인 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 산기장치(10)는 상부가 열려있고 하부가 폐쇄되어 있는 챔버(100)와 챔버(100)의 접선방향에서 챔버(100)에 결합된 공기유입가이드관 (50) 및 챔버(100) 내부에 내장된 볼(120)을 갖는다.

참조부호 101은 내부공간부이고, 131은 상부 개구이다.

챔버(100)는 결합수단에 의해 상부통(130)과 하부통(140)으로 분리 또는 조립이 가능한 구조이며, 조립된 상태에서 내부공간부(101)를 갖는다.

여기서 결합수단은 상부통(130)의 저부와 하부통(140)의 상부에 각각 나사결합될 수 있는 나사선 구조가 적용되었고, 도시된 예와 다르게 끼움결합구조 등 다양한 결합구조가 적용될 수 있음은 물론이다.

챔버(100)는 상부통(130)과 하부통(140)으로 결합수단에 의해 결합 및 분리 하는 구조로 이루어져 있어 챔버(100)의 내부공간부(101)에 슬러지나 이물질이 쌓이게 될 경우 산기장치(10)의 내부공간부(101)의 청소를 용이하게 할 수 있을 뿐만아니라, 상부개구(131)보다 큰 직경을 갖는 볼(120)을 적용하고자 할 경우 인출 및 삽입하는데도 편리하다.

도시된 예와 다르게 챔버(100)는 일체로 형성될 수 있음은 물론이다.

챔버(100)의 내부공간부(101)의 형상은 상부에서 하방으로 진행할수록 내경이 점진적으로 확장되는 경사부분을 갖게 형성되어 있다.

즉, 챔버(100)의 내부공간부(101)는 상부에서 하방으로 진행할수록 내경이 점진적으로 넓어지는 경사부분과 경사부분으로부터 일정길이 하방으로 연장된 수직부분을 갖는다.

챔버(100)의 내부공간부(101)의 또 다른 예로 상부에서 하방으로 진행할수록 내경이 동일하게 연장된 수직부분만을 갖는 구조로 형성되거나, 상부에서 하방으로 진행할수록 점진적으로 넓어지는 경사부분만을 갖도록 내부공간부(101)를 형성할 수도 있다.

챔버(100)의 내부 공간부(101)는 매끄럽게 처리된 구조로 되어 있다. 도시된 예와 다른 구조의 챔버(100)도 적용될 수 있다.

도3은 챔버의 하부통을 절단한 절단 사시도이다.

도 3을 참조하면, 하부통(140)의 내측면에는 공기가이드 리브(145)가 형성되어 있다.

공기가이드리브(145)는 선회류의 발생력을 높이기 위해 형성된 것으로 도시된 예에서는 수직방향을 따라 나선상으로 형성된 구조가 적용되었다. 도시된 예에서는 도면의 복잡성을 피하기 위해 하부통(145)에 형성된 공기가이드리브(145)만 도시하였으나 상부통(130)의 내측면에도 공기가이드 리브(미도시)가 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 하부통(145)의 내부공간부(101)의 바닥면은 중앙부분(148)이 가장자리부분(143)보다 공기 배출개구(131) 방향으로 돌출되게 형성할 수 있다. 바람직하게는 챔버(100)의 바닥면 중앙부분(148)은 후술되는 공기 유입부 중 제1유입구(도 5참조; 31)를 통해 유입된 공기와 부딧쳐서 분산이 될 수있는 돌출높이를 갖도록 형성한다.

볼(120)은 챔버(100)의 내부공간부(101)내에서 구름운동이 용이하도록 형성된다. 도시된 예에서는 구형의 볼(120)이 적용되었다.

적어도 볼(120)의 표면은 처리수의 슬러지(미생물)가 잘 붙지 않고 이끼가 잘 생성되지 않는 재질로 형성한다.

도면에 도시하지는 않았지만, 챔버(100)의 내부공간부(101)에 내장된 볼(120)보다 크기를 줄여서 여러개의 볼(미도시)을 내장하여 처리수와의 접촉효율을 증가 시킬 수 있다.

도4는 본발명의 산기장치에 적용되는 또 다른 실시예의 볼을 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하면, 볼(122)은 처리수와 접촉면적을 늘려 산소공급이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있도록 표면에 요철이 형성되어 있다.

공기유입부는 챔버(100)의 외주면에 외부로부터 공급된 공기를 내부공간부(101)로 유입시킬 수 있도록 형성된 공기유입가이드관(50)을 갖는다.

공기유입부의 상세구조를 도5를 참조하여 설명한다,

도5는 도1의 A-A'선을 따라 절단한 단면도이다.

도5를 참조하면, 공기 유입부는 챔버(100)의 외주면으로부터 내부공간부(101)의 반경반향과 일정각도 어긋난 방향을 따라 연장된 공기유입가이드관(50)과 공기유입가이드관(50)의 중앙부분에 대응되는 챔버(100)의 외주면에 형성된 제1유입구(31)와 제1유입구(31)로부터 일정거리 이격되는 위치의 챔버(100)의 외주면에 형성된 제2유입구(32)를 갖는다.

이러한 구조의 공기 유입부에 의하면 유입된 압축공기 중 제2유입구(32)를 통해 유입된 압축공기는 챔버(100)의 내부공간부(101)의 가장자리 부분을 따라 선회하고 제1유입구(31)를 통해 유입된 압축공기는 내부공간부(101)의 중앙부분으로 선회하면서 제2유입구(32)를 통해 유입되어 가장자리를 선회하는 기류와 부딪쳐 더 잘게 파쇄됨과 아울러 강한 와류를 형성한다.

또한, 제1유입구(31)를 통해 유입되는 공기는 볼(120)(122)과 부딧치면서 더 잘게 파쇄된다. 또한, 앞서 도 3을 통해 설명된 하부통(140)의 바닥 중앙부분이 돌출된 구조를 갖는 경우 제1유입구(31)를 통해 유입되는 공기의 분산 및 파쇄작용은 보다 강력해지고 체류시간을 연장시킨다.

도6은 도1의 산기장치가 적용된 폭기 시스템의 일예를 나타내보인 사시도이다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다

도6에 도시된 바와같이, 폭기 시스템은 폭기조(200), 에어컴퓨레셔(250) 및 산기장치(10)를 구비한다.

폭기조(200)는 처리수를 저수할 수 있는 구조로 되어 있다.

폭기조(200)는 처리수가 입수되는 입수부(201) 및 출수되는 출수부(202)가 형성되어 있다.

산기장치(10)는 폭기조(200)내에 다수 설치되어 있다.

공기발생장치로서 에어컴퓨레셔(250)가 적용되었다.

공기 공급관(251)은 에어컴퓨레셔(150)에서 생성된 압축공기를 산기장치(10)로 공급할 수 있도록 산기장치(10)의 공기유입가이드관과 에어컴퓨레셔(250) 사이에 접속되어 있다.

공기 공급관(251) 상에는 비폭기시 처리수가 역류하지 못하도록 벨브(미도시)가 마련된 것이 바람직하다.

또한 공기 공급관(251)이 도시된 경우에서처럼 공기 발생장치(250)의 수에 비해 산기장치(10)의 수가 많은 경우에는 산기장치(10) 내로 유입되는 공기의 양이 산기장치(10)별로 달라지기 때문에 공기 공급량을 일정하게 하기 위하여, 도면에 도시하지는 않았지만, 에어컴퓨레셔(250)로부터 가까운 거리에 있는 산기장치(10)의 공기공급관(251)의 관 크기를 적게 만들고, 에어컴퓨레셔(250)로부터 먼거리에 있는 산기장치(10)의 공기공급관(251)은 관 크기를 넓게 하는것이 바람직하다.

이하에서는 폭기시스템의 동작을 도 5및 도 6을 함께 참조하면서 설명한다. 설명의 편의를 위해 폭기조(200)내에는 처리수로서 폐수가 산기장치(10) 보다 높은 수위로 채워진 것으로 한다.

에어컴프레서(250)로부터 발생된 압축공기가 공기 공급관(251) 및 공기유입가이드관(50)을 통해 제1유입구(31)와 제2유입구(32)로 유입된다. 공기유입부를 통해 챔버(100)로 유입된 압축공기는 원형단면에 따라 선회되며 와류를 형성하면서 상승한 후, 상부개부(131)를 통해 기포형태로 폭기조(200) 내부로 배출되게 된다.

챔버(100)의 내부에서 압축공기가 기포로 변환되어 상부 개부(131)를 통해 배출되는 과정을 자세히 설명하면 다음과 같다.

압축공기는 공기 유입가이드관(50)을 통해 제1유입구(31)와 제2유입구(32)로 유입이 되는데 제2유입구(32)를 통해 유입된 압축공기는 챔버(100)의 내부공간부(101)의 가장자리 부분을 선회하고, 제1유입구(31)를 통해 유입된 압축공기는 내부공간부(101)의 중앙부분으로 선회하면서 제1유입구(32)와 부딧치면서 불규칙한 와류를 형성하고, 볼(120)의 구면과 부딧치면서 기포는 더욱 미세화 된다. 내부공간부(101)에 내장된 볼(120)에 불규칙적인 힘이 전달되면서 구름운동으로 미세진동이 발생하고 파동에너지와 압축공기와의 증폭에의한 소음이 발생하면서 음파에너지에 의한 수평적 혼합작용이 증가된다. 상기의 처리수와 혼합된 압축공기는 부력에 의해 챔버(100)의 상부개부(131)의 둘레영역을 통해 배출된다.

챔버(100)의 내부공간부(101)는 형성된 와류에 의해 압력차가 발생하게 된다. 즉, 내부공간부(101)의 높이방향으로 상측이 하측보다 압력이 낮아지고, 내부공간부(101)의 반경방향으로 내측이 외측보다 압력이 낮아짐으로써 챔버(100)의 상부 중앙부분의 압력이 가장 낮게 된다.

챔버(100)의 내부에 유입된 폐수는 와류를 형성하면서 상승하는 압축공기와 섞이게 되고, 이에따라 자유운동 가능한 적어도 하나 이상의 볼(120)에 의해 압축공기는 미세기포로 변환되고 미세진동에 의한 파동에너지의 전파에 의해 혼합작용이 촉진된다. 따라서 압력이 상대적으로 낮은 챔버(100) 상부개구(131)의 중앙부분을 통해 폐수가 챔버(100)의 바닥면까지 이동한 후 압축공기의 선회력에 연동되어 챔버(100)가장자리를 따라 상부개구(131)의 가장자리로 다시 상승하고 이 과정에서 미세하게 파쇄되면서, 미세진동에 의한 파동으로 혼합작용이 촉진된다.

본 명세서 및 도면에 기재된 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위하여 예시적으로 제시된 것으로서, 본 발명의 보호범위가 이들 사항에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 산기 장치 및 이를 적용한 폭기시스템에 의하면, 공기가 토출되는 상부개구를 확장시킬 수 있어 이물질에 의한 막 힘현상을 억제할 수 있고, 상호 다른 경로로 유입된 공기가 서로다른 위치에서 볼에 부딧치면서 상호 충돌에 의해 미세기포화 되고, 강하게 구름운동하는 볼에의해 미세진동이 발생하여 파동에의한 음파에너지가 형성되어 수평방향으로 확산력을 높일수 있는 선회력을 갖게하여 체류시간 및 접촉면적을 확장할 수 있어서 산소의 용존율을 높일 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 상부는 열려있고 하부는 폐쇄된 내부공간부를 갖게 형성된 챔버와;

   상기 챔버의 내부공간부에 자유운동 가능하게 내장된 적어도 하나의 볼과;

   상기 챔버의 외주면에 외부로부터 공급된 공기를 상기 내부공간부로 유입시킬 수 있도록 형성된 공기유입부;를 포함하고,

   상기 공기 유입부는 상기 챔버의 외주면으로부터 상기 내부공간부의 반경반향과 일정각도 어긋난 방향을 따라 연장된 공기유입가이드관과;

   상기 공기유입가이드관의 중앙부분에 대응되는 상기 챔버의 외주면에 관통되게 형성된 제1유입구와;

   상기 제1유입구로부터 일정거리 이격되는 위치의 상기 챔버의 외주면에 관통되게 형성된 제2유입구;를 구비하는 것을 특징으로 하는 산기장치.
4. 처리수를 저수할 수 있는 폭기조와;

   공기를 공급하는 공기 공급장치와;

   상기 폭기조 내에 설치되며 상기 공기 공급장치로부터 공기를 공급받을 수 있도록 상기 공기 공급장치와 접속된 적어도 하나의 산기장치를 구비하고,

   상기 산기장치는 상부는 열려있고 하부는 폐쇄된 내부공간부를 갖게 형성된 챔버와, 상기 챔버의 내부공간부에 자유운동 가능하게 내장된 적어도 하나의 볼과, 상기 챔버의 외주면에 상기 공기 공급장치와 접속되어 상기 공기 공급장치로부터 공급된 공기를 상기 내부공간부로 유입시킬 수 있도록 형성된 공기유입부를 갖고,

   상기 공기 유입부는 상기 챔버의 외주면으로부터 상기 내부공간부의 반경반향과 일정각도 어긋난 방향을 따라 연장된 공기유입가이드관과;

   상기 공기유입가이드관의 중앙부분에 대응되는 상기 챔버의 외주면에 관통되게 형성된 제1유입구와;

   상기 제1유입구로부터 일정거리 이격되는 위치의 상기 챔버의 외주면에 관통되게 형성된 제2유입구;를 구비하는 것을 특징으로 하는 폭기 장치.

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