KR100915987B1 - 폐수 처리를 위한 마이크로 버블 디퓨져 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 일측으로 외부의 공기를 공급하도록 하는 공기공급관(110)이 연결설치되고, 측면에 폐수가 유입되는 폐수 유입구(108)가 연결설치된 헤드(104) 및 상기 헤드(104)의 하부에 구비되어 헤드(104)로 유입된 공기와 폐수를 혼합시켜 마이크로 버블을 발생시키는 배플부(106)로 구성된 마이크로 버블 발생부(100); 및 상기 마이크로 버블 발생부(100)의 하부에 연결설치되어 중공의 원통형 관 형상을 갖는 하우징(126), 상기 하우징(126)의 내부에 삽입 연결설치되어 원뿔, 원기둥 또는 원뿔 및 원기둥 형상을 갖고 그 외주면에 단면이 마름모 형상을 갖도록 양각된 다수의 핀-휜(132)이 형성된 기액증폭확산수단(130)으로 구성된 기액증폭확산부(102)를 포함하는 마이크로 버블 디퓨져에 관한 것이다.

마이크로 버블, 마이크로 버블 디퓨져, 폐수 처리장치, 고농도 유기질 폐수

Description

폐수 처리를 위한 마이크로 버블 디퓨져{Micro Bubble Diffuser for Treatment of Wastewater}

본 발명은 마이크로 버블 디퓨져에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐수를 생물학적으로 처리하는 경우, 폐수에 용존산소를 효과적으로 공급하기 위해 폐수를 회전 충돌시킴으로써 폐수 처리효율을 향상시킬 수 있도록 하는 마이크로 버블 디류져에 관한 것이다.

음식물폐수, 식품폐수 및 축산폐수 등의 고농도 유기질 폐수는 기존의 일반적인 처리방법을 적용할 경우 처리효율 및 안정성에 많은 문제가 있을 뿐만 아니라, 고비용과 넓은 부지를 필요로 한다.

특히, CFSTR(continuously flow stirred tank reactor)은 처리수가 반응조 내 폐수의 농도와 동일하며 유입폐수의 농도가 증가하면 증가할수록 긴처리 시간이 필요하다. 또한 PFR(plug flow reactor)는 반응조 내에서 폐수의 농도가 유출수 부분으로 갈수록 점차 감소하나 용존산소량이 부족하여 미생물의 활성화가 감소한다.

특히, 기존 호기성 생물학적 반응기는 산기장치에 의한 용존산소공급 및 혼합으로 효과가 미미하고, 기포 상승속도에 의존함으로 제한적이다. 산기장치에 의한 미세기포를 생성하여 포기액과 접촉하지만 미세기포를 생성하는데 어려움이 있으므로 산소전달효율이 5 ~ 10%로서 매우 낮은 문제점 등이 있다. 이에 의한 기포크기는 디스크 타입의 산기관에 의해 2 ~ 3mm 이며, 산소 이온화가 어렵기 때문에 용존산소량이 적다.

또한, 기존 호기성 생물학적 반응기는 BOD용적부하, TKN용적부하율 및 MLSS농도는 표준 활성오니법으로 처리하기 때문에 효과가 적으며, 소요부지의 면적이 커야 하고 악취발생이 매우 심하며, 부하와 독성물질이 크고 미생물관리 등 숙련된 전문인력이 필요하다. 처리효율에 있어서 고농도의 유기질 폐수와 고농도의 질산화의 경우 산소이용율의 저하로 처리가 곤란한 문제점 등이 있다.

고농도 유기질 폐수가 연안바다로 유입되었을 경우에는 적조현상의 원인이 되며, 심하면 수저부에서 부패하고 악취가 발생하여 수질오염을 촉진시키는 원인으로 작용함에 따라, 이러한 고농도 유기질 폐수는 하천이나 호소로 유입되기 전에 제거되어야 한다.

우리나라의 경우 대부분 축산폐수 등의 고농도 유기질 폐수처리 방법은 활성슬러지법에 의존하고 있는 실정으로서, 상기 활성슬러지법에 의한 폐수 처리시 대부분의 현탁 고형물질과 유기물은 어느 정도 제거될 수 있으나, 질소나 인의 영양염류 물질의 처리는 20 내지 30%에 불과하다.

이에, 이러한 질소나 인의 영양염류 처리를 위한 공정들로는 물리 화학적인 처리방법과 생물학적인 처리방법이 사용되고 있다.

물리적인 처리방법은 그 처리가 선택적으로 이루어지기는 하지만, 온도에 민감하고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있고, 약품비 및 운전상에 요구되는 환경이 특정적이어서 그 운영이 쉽지 않으며, 유출수가 불안정하다는 문제점이 있다.

그러나 호기성 반응기로 이용되는 CSTR 방법은 처리하고자 하는 폐수에 공기를 제공하기 위한 산기관이 폐수 유입구와 별도로 반응기의 하부에 설치되며, 산기관으로 부터 배출되는 공기, 즉 공기방울의 상승속도에 따라 공기가 반응기 내에 체류하는 기체 체류시간이 결정되므로 기체 체류시간을 조절하는 것이 곤란하고, 이에 따라 기포와 폐수의 접촉면적이 적고 처리하고자 하는 폐수에 산소를 용해시키는 산소전달효율이 5 ~ 10%에 불과하다는 문제점이 있다. 따라서 CSTR 형태는 유입폐수의 농도가 높으면 높을수록 긴처리시간(HRT)을 요구하며, 처리수가 일정수준이하로 방류되기 어렵다.

생물학적 폐수처리에 일반적으로 사용되는 활성슬러지법은 유기질을 각종 미생물에 의해 분해시키는 것으로써, 이의 조작조건으로 산소의 공급이 필수적이며 처리효율은 산소의 전달효율과 직접적으로 관련되어, 그 전달효율이 높을수록 처리효율이 증가한다.

따라서 종래의 기술에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 활성슬러지법에 의해 소비되는 산소는 산기관이나 기포 산기관 또는 미세기포 산기관과 같은 산기기 또는 심플렉식, 표면교반식 등의 기계식 포기장치에 의하여 공급되는 바, 상기 산기관을 이용한 산소공급 방법은 공기를 공급하는 별도의 펌프를 이용하여 기포산기관 또는 미세기포 산기관에 공기를 주입하는 방법을 이용하기 때문에 많은 동력이 필요함은 물론 기포 산기관 또는 미세기포 산기관에 구비된 구멍을 통하여 방출되는 기포 크기가 대략 2 ~ 3mm 정도의 크기를 유지함으로써 기포와 폐수의 접촉면적이 적고, 폐수에 산소를 충분히 용해시키기 위한 체류시간이 부족하게 된다.

더욱이, 종래의 반응기는 산기관을 이용하여 폐수의 용존산소량을 증가시키기 위해 산기관에 더 많은 양의 공기를 공급하여야 하므로 동력비가 증가하고, 고농도의 폐수를 처리하기 위해 전처리 단계에서 유기물을 대량으로 제거하여야 하므로, 별도의 질소처리 시설을 더 필요로 하고, 고농도 유기질 폐수가 분해시 많은 산소가 소비됨에 따라 폐수의 탈질시 가스분리가 곤란하고 용존산소가 부족하여 탈질속도가 낮은 문제점이 있다.

이러한 문제를 극복하기 위해서, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져를 호기성 생물반응기에 사용할 수 있는바, 상기 호기성 생물반응기는 특정적으로 유기질 폐수가 처리되는 장소를 제공하되 고효율 호기성 생물반응기는 내부공간을 적어도 3구역이상으로 구분할 수 있도록, 측면을 따라 일정 간격으로 세로축으로 나누어진 연속 압출유형으로 구성된다. 이는 밀폐형으로서 압력을 높이고 기체 체류시간을 증가시켜 산소용해 효율을 증대시켜 고농도 유기질 폐수를 처리한다.

기존의 생물학적 수처리 방식은 자연 상태에서 미생물의 유기물 분해속도에 의존하고 있어 처리속도가 매우 느리고 불안정하다. 이러한 폐수의 생물학적 처리방식에 있어서, 고농도 폐수의 경우 혐기성 처리를 하는 이유는 호기성에 필요한 적정한 용존산소를 유지하기가 어렵기 때문이다.

물론, 순산소폭기법, 가압용존 산소법 등의 방법이 있으나, 순산소 공급 비용, 가압에 따른 용존 산소법은 고비용과 저효율로 인해 적용이 매우 어렵다.

따라서 종래의 고농도 유기성 오폐수 처리장치는 오폐수에 산소를 용해시키는 용존 산소효율을 높이기 곤란하며, 용존 산소효율을 높이는 경우에도 설치장비 및 장소 등의 부가적 문제점이 수반된다.

더구나, 종래의 폐수 처리장치는 용존산소를 유지하기 위한 포기장치와 교반하기 위한 교반장치가 별도로 설치되며, 효율도 낮은 문제점이 있다.

이러한 문제를 해소하는 반응기를 제작하는 과정이 어렵고 비용이 과다하게 소요되며, 실용화 단계까지 진행되기 위해서는 해결되어야할 많은 문제점을 내포하고 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여, 고농도 유기질 폐수를 효과적으로 생물학적 처리하기 위하여 제작, 설치 및 운전함에 있어서, 저비용으로 산소를 원활하게 공급하여 용존산소효율을 높이는 동시에 암모니아 가스물질의 용해, 탈질과 탈인을 위한 회전, 충돌장치를 일체로 구비하는 폐수 처리장치에 사용되는 마이크로 버블 디퓨져를 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 상부 일측으로 외부의 공기를 공급하도록 하는 공기공급관이 연결설치되고, 측면에 폐수가 유입되는 폐수 유입구가 연결설치된 헤드 및 상기 헤드의 하부에 구비되어 헤드로 유입된 공기와 폐수를 혼합시켜 마이크로 버블을 발생시키는 배플부로 구성된 마이크로 버블 발생부; 및 상기 마이크로 버블 발생부의 하부에 연결설치되어 중공의 원통형 관 형상을 갖는 하우징, 상기 하우징의 내부에 삽입 연결설치되어 원뿔, 원기둥 또는 원뿔 및 원기둥 형상을 갖고 그 외주면에 단면이 마름모 형상을 갖도록 양각된 다수의 핀-휜이 형성된 기액증폭확산수단으로 구성된 기액증폭확산부를 포함하도록 구성하는 것을 과제 해결 수단으로 한다.

본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 통기저항이 거의 없는 공기 유입관을 통하여 공기를 유입하므로 수압차를 극복할 수 있는 최소한의 압력으로 공기 주입이 가능하다.

또한, 미생물을 이용하는 생물학적 반응기에 공급된 기포가 별도의 추가적인 에너지 공급 없이 기액 혼합체인 폐수와 외부공기가 오리피스부와 기액증폭확산수단에서 액체와 기체가 회전, 혼합 충돌되면서 기체가 용해되어, 마이크로 버블을 형성하는 반응기내의 폭기액과 접촉함으로써 산소전달효율을 극대화한다.

또한, 폐수와의 밀도차이에 의하여 상승하여 회전, 충돌효과에 의해 외부의 큰 동력공급 없이 용존산소 전달율을 효과적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 장치가 소규모이고, 설치가 매우 용이하고, 주물 등을 통해 제작이 매우 간단하다.

단순한 구조의 공기공급관을 이용하여 공기를 공급하므로, 공기유입관이 막히는 것을 방지하는 장점이 있다.

본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 공기와 물, 바람직하게는 폐수를 회전 및/또는 충돌 혼합시켜 마이크로 버블을 형성하는 동시에 공기 및 폐수, 즉 기액의 회전 충돌을 용이하게 하여 폐수에 산소를 전달하는 산소전달효율을 극대화 시킬 수 있는 장치라면 어떠한 것이라도 상기 마이크로 버블 디퓨져에 해당되지만, 바람직하게는 전술한 용도로 고농도 유기질 폐수를 처리하기 위한 생물학적 반응기에 구비되어 사용되는 장치를 의미한다.

특히, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 마이크로 버블을 형성시키는 마이크로 버블 발생부와 공기 및 물(폐수)을 회전 충돌시켜 기액증폭확산하는 기액증폭확산부로 구성되어 고농도 유기질 폐수 처리장치에 사용되며, 사용자의 선택에 따라 폐수를 생물학적으로 처리하는 반응기의 내부에 2 ~ 20개 배치시켜 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 마이크로 버블 발생부로부터 토출되는 마이크로 버블을 포함하는 폐수를 기액증폭확산부에서 기액의 회전 및/또는 충돌을 통해 미세기포, 즉 마이크로 버블을 더욱더 미세하게 생성하여 폐수의 용존산소율을 증가시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 분해사시도, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 오리피스부를 나타내는 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 배플부를 나타내는 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 배플부를 나타내는 배면도, 도 7은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 배플부를 나타내는 단면도, 도 8은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 기액증폭확산수단을 나타내는 사시도, 도 9는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 기액증폭확산수단을 나타내는 평면도로서 함께 설명한다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 상부 일측으로 외부의 공기를 공급하도록 하는 공기공급관(110)이 연결설치되고, 측면에 폐수가 유입되는 폐수 유입구(108)가 연결설치된 헤드(104) 및 상기 헤드(104)의 하부에 구비되어 헤드(104)로 유입된 공기와 폐수를 혼합시켜 마이크로 버블을 발생시키는 배플부(106)로 구성된 마이크로 버블 발생부(100); 및

상기 마이크로 버블 발생부(100)의 하부에 연결설치되어 중공의 원통형 관 형상을 갖는 하우징(126), 상기 하우징(126)의 내부에 삽입 연결설치되어 원뿔, 원기둥 또는 원뿔 및 원기둥 형상을 갖고 그 외주면에 단면이 마름모 형상을 갖도록 양각된 다수의 핀-휜(132)이 형성된 기액증폭확산수단(130)으로 구성된 기액증폭확산부(102)를 포함하도록 구성된다.

본 발명에 따른 마이크로 버블 발생부(100)는 외부의 공기 및 물, 즉 폐수가 유입되어 회전 및/또는 충돌함으로써 마이크로 버블을 발생시키기 위한 것으로서, 바람직하게는 상부 일측으로 외부의 공기를 공급하도록 하는 공기공급관(110)이 연결설치되고; 측면에 폐수가 유입되는 폐수 유입구(108)가 연결설치된 헤드(104) 및 상기 헤드(104)의 하부에 구비되어 헤드(104)로 유입된 공기와 폐수를 혼합시켜 마이크로 버블을 발생시키는 배플부(106)를 포함한다.

이때, 상기 마이크로 버블은 나노미터(nm) 단위 또는 마이크로미터(㎛) 단위의 버블로서, 바람직하게는 0.01 내지 1㎛ 크기로 상승속도는 0.1 내지 0.8cm/sec 정도이며, 이는 종래의 산기관에서 보여주고 있는 입자크기 2 내지 10mm에 비하여 매우 작은 것으로써, 액상에 장기간 체류할 수 있는 물리적 장점 및 넓은 표면적을 제공하는 장점 등이 있다.

상기 헤드(104)는 마이크로 버블 디퓨져의 상단을 구성하는 동시에 그 일측으로 외부의 공기가 공급되어 유입되고, 상기 공급되어 유입된 공기와 혼합하여 마이크로 버블을 발생시킬 수 있도록 하는 물, 즉 폐수가 유입된다.

여기서, 상기 외부의 공기는 헤드(104)의 상부 일측에 연결설치되는 공기공 급관(110)을 통하여 유입되고, 상기 폐수는 헤드(104)의 측면에 구비되는 폐수 유입구(108)로 유입되는 것이 좋다. 이때, 상기 폐수 유입구(108)는 적어도 하나 이상 구비되는 것이 바람직한바, 추천하기로는 두 개의 폐수 유입구(108)가 서로 대향되도록 헤드(104)의 측면에 구비되는 것이 좋다.

본 발명에 따른 헤드(104)의 상부에 연결설치되는 공기공급관(110)은 길이방향으로 확장된 원통형 관 형상을 갖고, 외부의 공기가 공급되어 유입되는 일측에 대향되는 타측으로는 공급된 공기가 배출되는 토출구(112)가 구비된다.

이때, 상기 토출구(112)의 외주면에는 다수의 돌출부, 특정적으로 나사선과 유사한 형태의 돌출부가 형성되어 후술하는 배플부(106)의 폐수 이동경로(116)가 토출구(112)와 이웃하게 위치할 경우, 폐수가 토출구(112)의 외주면과 충돌하며 와류가 형성되도록 할 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 공기공급관(110)은 그 길이방향의 일측 말단, 즉 토출구(112)의 수직방향이 밀폐되고, 그 밀폐된 길이방향의 일측 말단, 즉 토출구(112)의 외주면에 공기가 통과할 수 있는 다수의 미세 구멍(미도시)이 형성되어 상기 공기공급관(110)으로 유입되는 공기가 공기공급관(110)의 외벽면에 대하여 수직방향으로 토출되어 폐수 이동경로(116)로부터 배출되는 폐수와 함께 혼합될 수 있다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 공기공급관(110)은 그 길이방향의 일측 말단이 밀폐되어 있고, 그 밀폐된 말단의 내주면에 공기와 폐수가 회전 충돌할 수 있는 다수의 날개모양의 충돌 회전판(미도시)이 내장되도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 충돌 회전판은 폐수와 공기가 서로 충될 회전되도록 하는 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 장치라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 배플(Baffle)부(106)는 상기 헤드(104)의 하부에 구비되어 헤드(104)로 유입된 공기와 폐수를 혼합, 특정적으로 회전 및/또는 충돌하며 마이크로 버블을 발생시키는 것으로서, 바람직하게는 원판 형상을 갖고 그 중심에 헤드(104)의 공기공급관(110)이 배플부(106)에 관통 삽입되도록 하는 토출구 삽입홈(114); 및 상기 헤드(104)의 폐수 유입구(108)를 통하여 유입된 폐수가 배플부(106)의 배면으로 이동될 수 있는 경로를 제공하는 폐수 이동경로(116)가 형성되는 것이 좋다.

이때, 상기 폐수 이동경로(116)는 배플부(106)의 상부 일측으로부터 공기공급관(110)이 관통되어 위치하는 하부, 즉 토출구(112)의 일측과 이웃하는 부분까지 관통되되, 그 관통되는 경로가 수직방향을 기준으로 10 내지 80°의 내각을 갖도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 폐수 이동경로(116)가 수직방향을 기준으로 10 내지 80°의 각을 갖도록 형성됨으로써, 마이크로 버블 디퓨져로 유입된 공기 및 폐수가 기액의 회전에 의해 충돌이 용이하게 수행될 수 있도록 한다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 배플부(106)는 그 하부, 즉 배면 일측에 토출구 삽입홈(114)을 관통하여 삽입된 공기공급관(110)으로부터 토출되는 공기, 즉 공기공급관(110)의 토출구(112)로부터 배출되는 공기와 폐수 이동경로(116)로부터 토출되는 폐수의 유속을 가속시키는 오리피스부(120)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 오리피스부(120)는 상기 토출구(112)로부터 배출되는 공기와 상기 토출구(112)와 이웃하게 형성된 폐수 이동경로(116)로부터 토출되는 폐수의 유속을 가속화시켜 폐수와 공기의 회전이 격렬히 발생하여 충돌효과를 매우 크게 증가시켜 마이크로 버블을 더욱 더 미세하게 형성시킬 수 있다.

이와 같은 오리피스부(120)의 형태는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 공기를 포함하는 폐수가 토출되는 부분, 즉 공기공급관(110)의 토출구(112) 및 폐수 이동경로(116)로부터 이격될수록 직경이 증가하는 소경부(122)와; 상기 소경부(122)의 하부에 소경부(122)의 직경보다 더 넓은 직경을 갖는 대경부(124)로 구성된다. 이때, 상기 소경부(122)는 그 직경이 증가하므로 단면이 삼각형 형상과 유사하게 형성되고, 대경부(124)는 동일한 직경으로 형성될 수도 있지만, 소경부(122)와 같이, 그 직경을 연속적으로 변화시킬 수도 있다.

다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 마이크로 버블 발생부(100)의 헤드(104)를 관통하여 배플부(106)의 상단의 토출구 삽입홈(114) 연결설치되는 공기공급관(110)의 말단, 즉 토출구(112)와 오리피스부(120), 특정적으로 오리피스부(120)의 상측 사이의 간격을 조절하고, 배플부(106)의 폐수 이동경로(116)에서 분출된 일정압력의 폐수흐름을 조절함으로써 압력차에 의해 상기 공기공급관(110)의 말단, 즉 토출구(112)에 진공을 발생시켜 유입된 공기를 고속으로 분출 회전하는 폐수와 희석교반할 수 있다.

이때, 상기 공기공급관(110)의 일측 말단과 오리피스부(120) 사이의 간격, 즉 거리를 조절하기 위해 공기공급관(110)의 내주면에 나사산이 구비되어 상기 나사산을 따라 회전하며 상/하로 이동 가능하도록 조절수단(140)이 구비된다. 이러한 경우, 상기 조절수단(140)의 말단에는 토출구(112)가 형성된다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 마이크로 버블 발생부(100)를 구성하는 헤드(104) 및 배플부(106) 사이의 거리를 조절하여 공기 및 폐수의 유입에 따른 회전력을 조절할 수 있는바, 이를 위해 헤드(104)를 관통하여 배플부(106)의 상단, 특정적으로 배플부(106)의 상단에 구비되는 노브홈(138)에 연결설치되되 그 외주면에 나사산이 구비되어 헤드(104)와 배플부(106) 사이의 간격을 조절할 수 있는 로브(118)가 더 구비될 수 있다.

필요에 따라, 본 발명에 따른 배플부(106)는 그 하부 일측에 후술하는 기액증폭확산부(102)의 하우징(126)에 연결설치된 돌출부(136)가 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 기액증폭확산부(102)는 상기 마이크로 버블 발생부(100)의 하부에 연결설치되어 마이크로 버블 발생부(100)로부터 배출되는 마이크로 버블을 포함하는 폐수가 가압되며 충돌됨으로써 기액증폭확산이 일어날 수 있도록 하는 것으로서, 바람직하게는 중공의 원통형 관 형상을 갖는 하우징(126), 상기 하우징(126)의 내부에 삽입 연결설치되어 원뿔 및/또는 원기둥 형상을 갖고 그 외주면에 단면이 마름모 형상을 갖도록 양각된 다수의 핀-휜(132)이 형성된 기액증폭확산수단(130)으로 구성되는 것이 좋다.

여기서, 상기 하우징(126)은 기액증폭확산부(102)의 외관을 제공하는 동시에 그 내부에 삽입되어 연결설치되는 기액증폭확산수단(130)을 보호하기 위한 것으로 서, 중공의 원통형 관 형상을 갖고, 그 상부 일측에 마이크로 버블 발생부(100)의 배플부(106)에 구비된 적어도 하나 이상의 돌출부(136)가 삽입되어 체결될 수 있는 삽입홈(128)이 형성되어 있다.

본 발명에 따른 기액증폭확산수단(130)은 마이크로 버블을 포함하는 폐수가 가압되며 충돌되어 기액증폭확산이 발생할 수 있도록 하는 것으로서, 원뿔 및/또는 원기둥 형상을 갖고 그 외주면에 다이아몬드 형상, 바람직하게는 단면이 마름모 형상을 갖도록 양각된 다수의 핀-휜(132)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 양각된 핀-휜(132)과 핀-휜(132) 사이의 공간은 기액증폭확산수단(130)과 충돌 및/또는 회전하며 기액증폭하는 마이크로 버블을 포함하는 폐수가 이동할 수 있는 유체경로(134)이다.

이때, 상기 기액증폭확산수단(130)의 외주면에 형성된 핀-휜(132)의 형태는 격렬한 기액 교반 충돌을 향상시킬 수 있는 형태라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 나선형, 유선형 등이 일정한 각도로 양각된 형태, 특히 바람직하게는 다이아몬드 형상, 보다 바람직하게는 단면이 마름모 형태로 이루어진 양각된 형상을 갖는 것이 좋다.

특히, 본 발명에 따른 기액증폭확산수단(130)은 기액증폭확산부(102)의 내부에 위치함으로써, 마이크로 버블 발생부(100)에서 생성된 미세기포, 즉 마이크로 버블에 더욱 더 큰 충돌에너지를 가함에 따라 폐수에 포함된 미생물이 필요로 하는 용존산소의 양을 극대화할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 마이크로 버블 발생기 를 통과한 공기, 즉 버블이 다시 주변의 달라진 수압과 교반수단에 의한 유체유동으로 이동속도와 방향의 변화로 불균형의 입자가 기액증폭확산부(102)에 유입되어 더욱 힘을 얻은 마이크로 버블로서 미세 기포 또는 부정형의 기포로 변화되는 현상이 나타난다.

따라서 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 고농도 유기질 폐수와 공기를 보다 효율적으로 교반, 충돌시킴으로써 폐수의 정화효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 폐수처리를 위한 생물학적 반응기에 본 발명에 따른 마이크로 버블 디류져를 설치한 후 송풍기, 컴프레서 등의 공기공급수단(미도시)에 공기공급관(110)을 연결시켜 상기 공기공급관(110)으로 외부의 공기를 공급하고, 폐수, 특정적으로 반송되는 폐수 반송관(미도시)을 마이크로 버블 디퓨져의 폐수 유입구(108)에 연결설치하여 폐수를 공급한다.

그 다음, 공기와 폐수를 각각의 경로에 따라 마이크로 버블 디퓨져로 공급하면, 상기 공기는 공기공급관(110)을 통해 배플부(106)의 하부, 즉 배면 중심부로 이동되어 토출되고, 폐수는 헤드(104)의 내부를 통해 배플부(106)에 구비된 폐수 이동경로(116), 특정적으로 기액 이동의 각도가 수직방향을 기준으로 10 내지 80°의 내각을 갖도록 형성된 폐수 이동경로(116)를 따라 회전하며 배플부(106)의 하부, 즉 배면 일측, 특정적으로 공기공급관(110)의 토출구(112)와 이웃하는 일측, 보다 바람직하게는 토출구(112)의 측면으로 토출된다.

그 다음, 공기공급관(110) 및 폐수 이동경로(116)로부터 토출된 공기 및 폐수는 서로 격렬히 회전 및/또는 충돌하며 미세기포, 즉 마이크로 버블을 생성한다.

그 다음, 폐수 이동경로(116)로부터 토출된 폐수의 빠른 유속과 회전력에 의해 공기와 서로 격렬히 회전 및/또는 충돌하며 미세기포, 즉 마이크로 버블을 생성한다.

그 다음, 생성된 마이크로 버블은 기액증폭확산부(102)에 구비된 기액증폭확산수단(130)의 핀-휜(132) 및 그와 이웃하게 형성된 유체경로(134)를 통과하며 격렬한 기액 교반 충돌을 일으켜, 보다 미세한 마이크로 버블을 형성시켜 외부로 배출한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 분해사시도,

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 오리피스부를 나타내는 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 배플부를 나타내는 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 배플부를 나타내는 배면도,

도 7은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 배플부를 나타내는 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 기액증폭확산수단을 나타내는 사시도,

도 9는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 기액증폭확산수단을 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 마이크로 버블 발생부 102 : 기액증폭확산부

104 : 헤드 106 : 배플(baffle)부

108 : 폐수 유입구 110 : 공기공급관

112 : 토출구 114 : 토출구 삽입홈

116 : 폐수 이동경로 118 : 로브

120 : 오리피스부 122 : 소경부

124 : 대경부 126 : 하우징

128 : 삽입홈 130 : 기액증폭확산수단

132 : 핀-휜(pin-fin) 134 : 유체경로

136 : 돌출부 138 : 로브홈

140 : 조절수단

Claims (8)

1. 상부 일측으로 외부의 공기를 공급하도록 하는 공기공급관이 연결설치되고, 측면에 폐수가 유입되는 폐수 유입구가 연결설치된 헤드 및 상기 헤드의 하부에 구비되어 헤드로 유입된 공기와 폐수를 혼합시켜 마이크로 버블을 발생시키는 배플부로 구성된 마이크로 버블 발생부; 및

   상기 마이크로 버블 발생부의 하부에 연결설치되어 중공의 원통형 관 형상을 갖는 하우징, 상기 하우징의 내부에 삽입 연결설치되어 원뿔, 원기둥 또는 원뿔 및 원기둥 형상을 갖고 그 외주면에 단면이 마름모 형상을 갖도록 양각된 다수의 핀-휜이 형성된 기액증폭확산수단으로 구성된 기액증폭확산부를 포함하는 마이크로 버블 디퓨져.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배플부가 그 중심에 헤드의 공기공급관이 배플부에 관통 삽입되도록 하는 토출구 삽입홈; 및 상기 헤드의 폐수 유입구를 통하여 유입된 폐수가 배플부의 배면으로 이동될 수 있는 경로를 제공하는 폐수 이동경로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 디퓨져.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 폐수 이동경로가 배플부의 상부 일측으로부터 공기공급관이 관통되어 위치하는 하부의 일측과 이웃하는 부분까지 관통되고, 그 관통되는 경로가 수직방향을 기준으로 10 내지 80°의 내각을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 디퓨져.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 배플부의 하부 일측에 토출구 삽입홈을 관통하여 삽입된 공기공급관으로부터 토출되는 공기와 폐수 이동경로(116)로부터 토출되는 폐수의 유속을 가속시키는 오리피스부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 디퓨져.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 오리피스부가 공기를 포함하는 폐수가 토출되는 부분으로부터 이격될수록 직경이 증가하는 소경부와;

   상기 소경부의 하부에 소경부의 직경보다 더 넓은 직경을 갖는 대경부로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 디퓨져.
6. 제 4항에 있어서,

   공기공급관이 마이크로 버블 발생부의 헤드를 관통하여 배플부의 상단의 토출구 삽입홈 연결설치되어 그 내주면에 나사산이 구비되어 회전에 의해 나사산을 따라 상/하로 이동하며 공기공급관의 일측 말단과 오리피스부 사이의 거리를 조절하여 폐수의 회전력과 분출속도를 제어할 수 있도록 하는 조절수단을 더 구비한 것 을 특징으로 하는 마이크로 버블 디퓨져.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로 버블 발생부의 헤드를 관통하여 배플부의 상단에 연결설치되어 그 외주면에 나사산이 구비되어 헤드와 배플부 사이의 간격을 조절하여 폐수의 회전력을 조절할 수 있도록 하는 로브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 디퓨져.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 공기공급관의 길이방향의 일측 말단이 밀폐되어 있고, 그 밀폐된 말단의 내주면에 공기와 폐수가 회전 충돌할 수 있는 다수의 날개모양의 충돌 회전판이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 디퓨져.

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