KR100986820B1 - 막힘방지형 고효율 산기장치 및 이를 이용한 수질정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막힘방지형 고효율 산기장치 및 이를 이용한 수질정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응조 등의 각종 처리조 저면부나 하천, 연못, 호수 등의 바닥과 같은 지면에 고정체를 통하여 고정되나 플로트에 의하여 떠 있어 슬러지나 기타 퇴적물 등에 의하여 통기공 막힘이 원천적으로 방지될 수 있는 막힘방지형 고효율 산기장치와 이를 이용한 수질정화장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치는 지면 고정체; 상기 고정체 상부에 위치한 산기관; 상기 고정체와 상기 산기관을 잇는 연결수단; 및 상기 산기관 상부에 연결된 플로트;를 포함하여 이루어진다.

Description

막힘방지형 고효율 산기장치 및 이를 이용한 수질정화장치{ANTI-CLOGGING AERATION APPARATUS AND WATER PURIFICATION APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 막힘방지형 고효율 산기장치 및 이를 이용한 수질정화장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 반응조 등의 각종 처리조 저면부나 하천, 연못, 호수 등의 바닥과 같은 지면에 고정체를 통하여 고정되나 플로트에 의하여 떠 있어 슬러지나 기타 퇴적물 등에 의하여 통기공 막힘이 원천적으로 방지될 수 있는 막힘방지형 고효율 산기장치와 이를 이용한 수질정화장치에 관한 것이다.

종래의 산기장치, 특히 각종 오폐수 처리시설에서의 산기장치의 개선 방향은 통상적인 오폐수 처리 반응조의 온도와 산도 조건하에서 공기 또는 산소의 용존율을 어떻게 높일 것인가와 관련하여 가능한 공기방울을 가능한 잘게 부수어 물과의 접촉면적을 크게 하는 방식을 어떻게 구현할 것인가와,

통상적으로 미세한 통기공이 다수 형성된 산기관의 미세공 막힘 현상을 어떻게 방지할 것인가가 주된 관심사였다.

좀 더 구체적으로 수중으로 공기, 산소, 오존 등을 분사하여 포기가 충분히 행해지도록 하는 산기장치는 산소전달효율의 극대화, 슬러지 퇴적 및 교반과 관련된 흐름간섭의 최소화, 개당 통기용량, 상향류 면적의 광폭화 등이 관건이다.

트위스터형, 디스크형, 튜브형, 세라믹형 등의 미세기포식 산기관이나, 산기통, 구슬충진형, 음향공진형, 디스크형 등의 조대기포식 산기관이 있으나, 후자는 낮은 산소전달효율로 인하여 활성화 되지 못하고 있는 반면에, 전자는 높은 산소전달효율에 비해 산기관 막힘 발생 문제를 갖는다.

이에 본 발명은 산기관, 특히 미세기포식 산기관을 이용한 산기장치에서의 막힘현상을 방지하고자 제안된 것으로,

반응조 등의 각종 처리조나 하천, 연못, 호수 등의 바닥과 같은 지면에 고정체를 통하여 고정되나 플로트에 의하여 떠 있어 슬러지나 기타 퇴적물 등에 의하여 통기공 막힘이 원천적으로 방지될 수 있는 막힘방지형 고효율 산기장치를 제공하고, 이를 이용한 수질정화장치를 제공하기 위하여 제안된 것이다.

또 본 발명은 고정체로 무게추(weight 또는 ballast)를 활용하여, 고르지 못한 지면을 갖는 하천, 연못, 호수 등의 수질정화에도 쉽게 활용할 수 있고, 나아가 고정력 강화를 위하여 상기 무게추 하부에는 고정핀이 구비되어 있는 막힘방지형 고효율 산기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 상기 플로트를 상광하협(上廣下狹) 형상으로 하여 기포의 진로를 방해하지 않도록 하고, 상기 플로트와 상기 고정체의 연결을 유니버설조인트 등의 각종 힌지부재로 구성하여 고정체의 위치나 고정형태와 무관하게 산기관의 수평상태를 유지할 수 있도록 한 막힘방지형 고효율 산기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 산기관 개당 통기량이 크고 산기면적이 크며, 유체 흐름간섭이 적으며, 교반강도가 크다는 등의 장점을 갖는 트위스터형 산기관을 도입한 막힘방지형 고효율 산기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 플로트는 수중에 배열하고, 별도의 부표를 연결하여 위치확인과 부력 보완이라는 효과를 얻을 수 있도록 구성한 막힘방지형 고효율 산기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치는

지면 고정체;

상기 고정체 상부에 위치한 산기관;

상기 고정체와 상기 산기관을 잇는 연결수단; 및

상기 산기관 상부에 연결된 플로트;

를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치에서

상기 지면 고정체는 무게추이고, 특히 상기 무게추는 하부에 고정핀이 구비되어 있으며,

대안적으로 상기 지면 고정체는 지면에 장착된 레일인 것이 바람직하다.

나아가 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치에서

상기 플로트는 상광하협(上廣下狹) 형상을 갖고,

상기 산기관은 에어레이터와 연결되어 있으며,

상기 연결수단은 경직성을 갖는 연결막대와, 상기 연결막대와 상기 고정체 사이, 상기 연결막대와 상기 산기관 사이 또는 이들 모두에 구비된 힌지부재를 포함하며,

특히 상기 힌지부재는 유니버설조인트인 것이 바람직하다.

아울러 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치에서

상기 산기관은 지지틀과, 상기 지지틀에 감긴 다공성 호스로 이루어져 일종의 트위스터 타입의 산기관을 이루며,

상기 플로트는 수중에 위치하며, 상기 플로트와 연결된 부표를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또 본 발명에 따른 수질정화장치는

지면 고정체, 상기 고정체 상부에 위치한 산기관, 상기 고정체와 상기 산기관을 잇는 연결수단, 그리고 상기 산기관 상부에 연결된 플로트를 포함하는 복수의 산기장치;

상기 산기장치의 산기관과 연결된 에어레이터; 및

상기 산기장치를 상호 연결하는 네트워크;

를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치 및 이를 이용한 수질정화장치는 반응조 등의 각종 처리조나 하천, 연못, 호수 등의 바닥과 같은 지면에 고정체를 통하여 고정되나 플로트에 의하여 떠 있어 슬러지나 기타 퇴적물 등에 의하여 통기공 막힘이 원천적으로 방지될 수 있고, 또 고정체로 무게추(weight 또는 ballast)를 활용하여, 고르지 못한 지면을 갖는 하천, 연못, 호수 등의 수질정화에도 쉽게 활용할 수 있고, 나아가 고정력 강화를 위하여 상기 무게추 하부에는 고정핀이 구비되어 있으며, 아울러 상기 플로트를 상광하협(上廣下狹) 형상으로 하여 기포의 진로를 방해하지 않도록 하고, 상기 플로트와 상기 고정체의 연결을 유니버설조인트 등의 각종 힌지부재로 구성하여 고정체의 위치나 고정형태와 무관하게 산기관의 수평상태를 유지할 수 있도록 하며, 나아가 산기관 개당 통기량이 크고 산기면적이 크며, 유체 흐름간섭이 적으며, 교반강도가 크다는 등의 장점을 갖는 트위스터형 산기관을 도입하고, 또 플로트는 수중에 배열하고, 별도의 부표를 연결하여 위치확인과 부력 보완이라는 효과를 얻을 수 있도록 구성하여, 결국 산기관, 특히 미세기포식 산기관을 이용한 산기장치에서의 막힘현상을 방지에 뛰어난 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치의 개략도.
도 2, 도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치가 적용된 소중대 처리장에 대한 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 산기장치의 인양을 위한 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 산기장치를 심층 포기조에 설치한 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치를 도입한 하천용 수질정화장치의 개략적인 평면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치(A)는 크게 지면 고정체(10), 산기관(20), 산기관(20)을 수중에서 연결수단(30)을 통하여 연결된 고정체 상부에 직립시키기 위한 플로트(40)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 산기장치(A)는 슬러지 저류조를 비롯한 각종 처리조나 쓰레기 매립장 등의 침출수 저류조, 축산 및 분뇨처리장이나 기타 오폐수 처리시설를 비롯하여 하천, 연못, 호수, 댐, 보 등, 나아가 양식장에도 적용될 수 있다.

본 명세서에서 '지면'이란 각종 오폐수 처리시설이나 양식장 등의 가공된 바닥이나, 하천, 연못, 호수, 댐, 보 부근의 다져지지 않은 자연 바닥을 포괄하는 개념이다.

도 1에서와 같이, 산기관(20)은 트위스터 타입의 산기관이 도시되어 있다. 이러한 트위스터 타입의 산기관은 산기관 개당 통기량이 크고 적용범위가 넓으며, 산기면적이 크며, 유체 흐름간섭이 적으며, 교반강도가 크고, 개별설치 및 인양점검이 용이하고, 멤브레인디스크와 튜브형 산기관의 장점이 겸비하고 있다.

보다 구체적으로 트위스터 타입 산기관의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

종래 산기관 중 멤드레인 디스크 및 멤브레인 봉형 상기관은 미세 타공된 고무판을 지지프레임에 고정한 것으로 고무판 자체의 신축성을 이용하여 공기공급 압력으로 팽창하면 기공이 열리고 공기가 배출되며 공기공급이 없으면 수축하여 기공이 폐쇄되는 구조이며 장기간 팽창 및 수축이 반복되면 고무판의 탄성이 저하되어 공기가 공급되지 않아도 기공이 열린 상태가 되고 기공을 통하여 슬러지 혼합액이 유입되고 공기가 공급되면 기공의 여과작용으로 슬러지가 잔존하면서 산기관이 막히는 구조를 갖는다.

특히 공기 공급관의 압력에 비례하여 팽창하므로 기공이 커지게 되어 기포가 크게 형성되어 산소전달율이 저하될 뿐만 아니라 공기압력에 따라 멤브리인 고무판이 프레임에서 이탈 또는 파손 등 손상되는 사례가 있다.

또 산기관의 설치는 메인공급배관이 수중으로 인입하여 바닥부분에서 가지관으로 분기하고 가지관에 각 산기관을 설치하는 모듈식 구조이므로 부분적인 산기관의 손상이 모듈전체산기관의 손상으로 이어지기 쉽다.

이에 비하여 트위스터 산기관은 통상적으로 고무보다 탄성이 적은 수많은 기공을 가진 호스로 구성되므로 공기배관의 압력에 대한 내구성이 크고 기공의 면적이 고정되어 있으므로 공기공급량이 증가하면 유출되는 공기의 직경은 일정하고 유출 속도만 증가하므로 미세기포가 유지되어 산소전달율이 높다.

또 압력에 대한 내구성이 크므로 적정한 주기를 가지고 공기공급량을 순간적으로 과잉공급하면 기공의 막힘이 해소될 뿐만 아니라 교반력이 커지므로 반응조의 사영역 발생을 방지할 수 있다.

나아가 반응조 상부의 메인공기공급관에서 각각의 산기관마다 분기하여 유동이 가능한 호스를 이용하여 산기관에 공기를 공급하므로 개별설치 및 인양점검이 가능하고 특히 반응조를 배수하지 않고도 점검 및 보수가 가능하다는 장점을 갖는다.

이러한 트위스터 산기관의 특장점을 좀 더 세분화하여 정리하면, 산기관 하부에 슬러지가 퇴적되지 않으며, 산기관이 넓고 하부에서 상부로 개방구조로 수류의 순환을 방해하지 않으며, 공기의 상승류를 따라 산기관 하부의 물이 상부로 이동하고 계속적으로 순환되므로 하부의 사영역이 존재하지 않게 된다.

또 트위스터 산기관은 인양점검 및 청소가 용이하며, 메인배관에서 포기조 하부까지 산기관별 단독으로 가요성 호스를 이용하여 설치할 수 있고, 반응조를 배수하지 않고 설치 및 인양점검 교체가 가능하며, 산기관의 손상 및 고장이 타 산기관에 영향을 주지 않게 된다.

아울러 일반적인 산기관 설치방식은 수중의 헤더배관에서 2~4개의 분기관이 설치되고 분기관에 산기관이 설치되는 모듈형태로 설치되는데, 이 경우 산기관 1개의 손상이 모듈전체 산기관을 막히게 하는 결과를 초래한다. 이에 비하여 트위스터 산기관은 호스를 이용하여 개별 설치되므로 손상된 산기관이 타산기관에 영향을 주지 않는다.

또 트위스터 산기관은 교반량이 크고, 산기관 1개당 통기량이 크므로 설치수량을 적게 하여도 충분한 성능이 보장되며, 통기범위가 넓어 산소전달율이 크고, 수류저항이 없이 순환량이 크므로 교반효율이 우수하고 선회류 교반에 적합하다.

따라서 이러한 산기관, 특히 트위스터 산기관을 이용한 본 발명의 산기장치(A)는 고효율을 갖게 된다.

다시 도 1을 살펴보면,

도 1 우측에는 변형 구현예의 평면 및 정면, 두 확대 개략도가 배열되어 있는데(중앙의 기본 도면과는 연결막대의 형상과 고정체의 형상이 주되게 다르다),

산기관(20)은 다양한 방식으로 제조된 다공성이고 플렉서블한 호스(21)(단순화시켜서 선으로 도시함)를 지지틀(23)에 말아 고정한 것으로,

상기 지지틀(23)은 우측 하부에 개략적인 도시한 바와 같이, 횡단면 형상이 대칭된 '∧'형태가 되도록 절곡한 패널(23A)에, 횡단면 형상이 비대칭 '∧'형태가 되도록 절곡한 패널(23B)을 겹친 다음 체결수단, 특히 볼트(23C)를 이용하여 연결막대(31)에 체결 고정한 구조를 갖는다.

각 패널에는 상하부에는 복수의 고정홈(23a)

(필요에 따라 패널 상부에만 또는 하부에만 형성하거나, 패널 측면(도면에서는 좌측 패널 측면에 고정홈이 형성되어 있음)에만 형성하거나 상하부에 형성되는 것과 함께 형성 가능)

이 형성되어 있으며,

이 고정홈(23a)은 초입이 좁고 내측이 넓어 탄성을 갖는 다공성 호스(21)를 눌러 변형한 후 투입하면 복원되어 고정홈(23)을 꽉 채우게 되므로(우측 하부에 별도로 도시한 개략도 참조) 이탈이 방지되며, 트위스팅 된 호스 형상이 유지될 수 있다.

나아가 트위스팅된 상기 다공성 호스(21)의 양단에는 연결구가 구비되어 있어, 입구측 연결구(21a)는 도 2에서와 같이 다양한 에어레이터(50)와 연결관(51)을 통하여 이어져 공기(또는 산소)를 공급받고,

출구측 연결구(21b)는 다른 산기관(20)의 입구측 연결구와 이어져 공기(또는 산소)를 전달하거나, 필요에 따라 단순히 막힌 상태를 유지할 수 있다.

또 상기 연결수단(30)을 이루는 연결막대(31)는 중앙의 기본 도면으로 도시된 구현예와 달리, 횡단면 형상이 대칭된 '∧'형태가 되도록 절곡한 부재를 이용한 것으로 상부에 치우친 위치에 산기관(20)의 지지틀(23)이 고정되며,

하단부는 앵커볼트(31b)를 통하여 고정체(10)에 고정되며,

상단부에는 플로트(40) 및 인양로프와의 연결을 위한 고리(31a)가 장착되어 있다.

지면에 상기 산기관(20)을 고정하는 역할을 하는 고정체는 다양하게 구현될 수 있는데,

예를 들어 7~10kg 정도의 무게추(weight 또는 ballast) 타입으로 도시되어 있고, 콘크리트나 기타 소재로 제조될 수 있다.

또 하천 등의 자연 바닥에 설치하는 경우 무게추의 움직임을 방지하기 위하여 상기 고정체(10)의 하부에는 고정핀(11)을 더 형성할 수 있다. 고정핀의 수는 3~6개, 또는 이를 초과하여(또는 그 미만으로), 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.

상기 고정체(10)와 상기 산기관(20)을 잇는 연결수단은 단순히 와이어일 수 있다.

또 도 1 중앙의 기본 도면으로 도시된 구현예에서, 상기 연결수단(30)은 경직성을 갖는 연결막대(31)를 포함하여,

지면에 구배를 갖거나 울퉁불퉁한 경우나 수류(강한) 등이 있는 곳에서도 산기관(20)이 직립상태를 유지하도록 할 수 있도록

상기 연결막대(31)와 상기 고정체(10) 사이, 상기 연결막대(31)와 상기 산기관(20) 사이 또는 이들 모두에 구비된 힌지부재(33)를 도입하는 것이 바람직하다.

나아가 상기 힌지부재(33)는 유니버설조인트로 되어 있어 고정체의 위치나 고정형태와 무관하게 산기관의 수평상태를 유지하는 효과를 보다 향상시키도록 되어 있다.

도면에서도 연결막대(31)의 상부 및 하부 모두에, 각각 90도 교차하는 방향으로 굽힘 동작이 가능한 유니버설조인트가 도시되어 있다.

한편, 우측 하부에 도시된 또 다른 변형예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 고정체(10)는 저면이 평평한 형태인 것이 아니라 구형에 가까운 고정체가 도시되어 있어 울퉁불퉁하거나 경사가 심한 지면에의 적응력을 높일 수 있고,

구형 고정체(10)의 거의 전면에 고정핀(11)이 구비되어 있어 고정력의 최적화를 도모할 수 있고,

연결막대(31)는 힌지부재(33) 하단에 볼조인트(B)가 구비되어 있고, 이 볼조인트(B)는 구형 고정체에 귀된 결합환홈(10g)에 이탈이 방지되는 형태로 결합될 수 있어(볼조인트를 수용하는 홈의 내경은 점선으로 도시함) 구형 고정체가 어느 방향으로 움직이건 산기관의 직립상태가 보장되도록 되어 있다.

또 도 1의 좌측에 도시된 다른 변형예는 고정체의 외면에 분기구(噴氣口)(13)가 하나 또는 복수개 형성되어 있고, 에어레이터(50)로부터 산기관(20)으로 공급된 공기가 다시 연장관(13A)(측벽에 무수한 미세공이 형성된 것이거나 단순히 폐쇄된 호스일 수 있다)을 통하여 분기구(13)로 배출될 수 있다.

이러한 고정체(10)는 필요에 따라, 특히 댐이나 보(洑)로 인하여 퇴적물이 쌓여 하천의 오염도가 증가하는 문제 해결하기 위하여 퇴적물이 부유하여 흐르도록 하는 역할을 하는데 일조할 수 있다.

상기 분기구(13)는 필요에 따라 고정체(도시된 형상 외에 다양한 형상을 가질 수 있다)의 측면이나 하부, 심지어는 상부에도 도입될 수 있다.

또 에어레이터의 공기는 산기관(20)을 거치지 않고 바로 고정체의 분기구로 공급될 수 있다.

다음으로 상기 플로트(40)(도 1은 정면도 개념으로 도시한 것이나, 플로트는 이해를 돕기 위하여 편의상 사시도로 도시함)는 상광하협(上廣下狹) 형상을 가져 산기관에서 발생되는 기포의 진로를 방해하지 않도록 되어 있다.

도시된 플로트(40)는 역원추형이나, 상승하는 기포나 교반된 퇴적물(또는 슬러지)의 진로만 방해하지 않으면 되므로 타원형이나 다양한 유선형상을 가질 수 있으며, '상광하협(上廣下狹) 형상'은 이러한 개념을 포괄하기 위하여 선택된 용어이다.

또 상기 플로트(40)는 산기관(20)과 단순히 합성수지나 금속 등의 와이어(또는 끈)를 통하여 연결되거나 필요에 따라 경직성 연결부재로 이어질 수 있다.

아울러 상기 플로트(40)는 수중에 위치하며, 상기 플로트와 연결된 부표(41)를 더 도입하여 산기관(20)의 위치확인과 부력 보완이라는 효과를 모두 얻을 수 있도록 구성할 수 있다.

역시 상기 플로트(40)와 상기 부표(41)의 연결은 단순히 합성수지나 금속 등의 와이어(또는 끈)를 통하여 연결되거나 필요에 따라 경직성 연결부재를 통하여 이어질 수 있다.

이어서 도 2, 도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치(A)가 적용된 소중대(小中大) 처리장에 대한 개략도가 도시되어 있는데, 각각 일일 처리량이 3000톤 이하, 3000~20000톤, 20000톤 이상의 용량에 해당한다.

도 2의 소규모 수처리장(T1)에 도입된 산기장치(A)는 고정체(10)에 고정핀(11)이 없고, 단순히 힌지부재 없이 경직성 연결수단(30)에 의하여 연결되어 있으며,

산기관(20)은 에어레이터(50)와 이어진 연결관(51)을 통하여 공기(또는 산소)를 공급받는다.

본 명세서에서 '에어레이터'는 산소(또는 기타 가스) 저장탱크, 별도의 산소(또는 기타 가스) 생성장치와 연결된 대구경 파이프, 대기를 가압 공급하는 블로어, 기타 에어(공기 또는 산소, 기타 가스)를 일정 압력으로 공급하기 위한 가압펌프를 포괄하는 개념이다.

또 도 2에서, 상기 플로트(40)는 수면에 구비되어 있어 위치 표시를 위한 부표 역할을 겸하는 형태이다.

도 3의 중규모 처리장(T2)에 적용되는 산기장치(A)에서 도 2와 다른 점은 산기관(20)의 수가 보다 많고

고정체(10)가 개별 산기관 마다 구비된 것이 아니라, 배열된 산기관 모두 또는 복수개씩 세트화 시켜 고정력을 제공하는 형태로 되어 있다.

도 4의 대규모 처리장(T3)에 적용되는 산기장치(A)에서 도 2 및 도 3과 다른 점은 산기관(20) 수의 증가와,

도 4 하부에 평면도로 도시된 바와 같이, 고정체가 격자형으로 상호 연결된 레일(10R) 형태로 되어 있다는 점이다.

상기 레일(10R)의 각 산기관(20) 결합부에는 산기관(20) 하부에 구비된 경직성 연결부재(31) 하부의 볼조인트(B)의 초기 결합을 위하여 볼조인트 보다 큰 투입구(H1)와, 볼조인트(B)의 이탈 방지를 위하여 투입구(H1)에 연결되고 볼조인트 보다 작은 고정부(H2)로 이루어진다.

물이 처리장에 채워지지 않은 경우에도 산기관(20)의 임의 이탈 방지를 위하여,

도 4의 하부 우측 첫 번째 확대된 원 내에서 확인할 수 있는 바와 같이, 투입구(H1)와 고정부(H2) 사이에는 볼조인트(B) 직상부의 목(B1) 부위가 억지끼움식으로 타고 이동해야만 하는 협소부(H3)가 구비되어 있고,

도 4의 하부 우측 두 번째 확대된 원 내(단면도로 도시)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 필요에 따라 투입구(H1)에 비하여 고정부(H2) 부위를 더 높게 형성할 수 있다.

또 도 4의 대규모 처리장에서는 처리장 상부에 프레임을 도입하고 여기에 윈치릴(W)을 도입하여 수처리 과정에서 슬러지의 안정화 등을 위하여 산기장치(A)를 상승시킬 수 있다.

이를 위하여 윈치릴(W)은 와이어(W1)를 통하여 격자형 고정체(10R)과 연결되어 있고, 격자형 고정체(10R)의 외곽에는 가드레일(A1)이 구비되어 있다.

도 3에서도 가드레일(A1)이 구비되어 있으나, 그 하중이 인력이나 기계식 장치로 인양하는 것이 가능하므로 처리조 일측에만 가드레일이 구비되어 있다.

필요에 따라 산기장치(A)의 상승은 플로트(40)의 부력을 증가시키는 방식으로 이루어질 수있다.

또 플로트의 부력만으로 산기장치를 상승시키거나,

인력이나 윈치릴, 기타 기계장치와 함께 플로트의 부력을 사용하여 산기장치를 상승시킬 수있다.

그 구체적인 구현 방식은 도시하지 않았으나 '플로트'의 부력 상승은 도 1에 도시된 수중 플로트(40) 또는 수면 부표(41), 또는 이들 모두를 신축성 주머니로 구성하거나, 이와 함께 또는 별도(경직성 수중 플로트 또는 경직성 수면 부표의 사용과 함께)의 신축성 주머니를 도입하는 방식으로 구현될 수 있으며,

에어레이터로부터 공기(또는 산소나 기타 가스)를 공급받아 각 주머니를 팽창시켜 산기장치(A)의 상승시킬 수 있다. 이 경우 산기장치의 하강 침전은 각종 주머니 내의 가스를 제거함으로써 이루어진다.

한편, 도 5에는 본 발명에 따른 산기장치의 인양을 위한 다른 구현예의 개념도가 도시되어 있는데, 수처리조(T4) 상부에는 윈치릴(W)이 구비되어 있고 인양을 위한 와이어(W1a)에는 필요에 따라 에어레이터와 산기장치(A)를 연결하는 연결관(51)이 연계되어 있어, 와이어(W1a)를 이용한 산기장치의 승하강시 상기 와이어(W1a)와 연결관(51)이 함께 와인딩 또는 언와인딩 될 수 있도록 되어 있다.

또 인접 산기장치(A)의 엉킴방지를 위하여 적절하게 방향 전환 롤러들을 도입하고, 단지 산기장치의 인양만을 위하여 와이어(W1b)를 사용할 수 있다.

다음으로 도 6은 본 발명에 따른 산기장치를 심층 포기조(T5)에 설치한 개념도가 도시되어 있다.

도시규모의 확대에 따라 하수폐수처리시설의 용량 증설필요에 따라 처리시설 부지의 확보가 필요하나 님비현상 및 지가 상승에 따라 신규부지의 확보가 어려우므로 기존처리시설을 개량하여 증가되고 있는 처리용량을 확보하고 있는 실정이다.

이러한 현실에서 부지면적을 최소화 하고 반응조 체류시간을 확보하기 위하여 반응조의 깊이를 깊게 하는 심층포기조방식이 도입되었고, 향후 지속적으로 확대될 예정인 바 심층포기시 원활한 공기공급 및 반응조의 교반을 위한 효율적인 산기방법을 고안할 필요가 있다.

심층포기조는 수심 10m 내외로 바닥 부분에 산기관을 설치할 경우 수압이 높아 송풍장치의 규모가 커질 뿐만 아니라 송풍기 운영에 과도한 동력비의 원인이 될 수 있다.

이를 해결하기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이, 효율적인 산기를 위하여 개당 통기량이 크고 교반력이 우수한 트위스터 산기관을 적용한 본 발명의 산기장치(A)를 이용하여 선회와류식 포기가 되도록 구성하고 산기장치(A)는 수심 4~5m 정도에 설치하여 일반적인 에어레이터(예: 블로어)를 적용할 수 있다.

이를 위하여 도면에서 포기조(T5)의 수심 4~5m에는 지지대(T5s)가 구비되어 있다.

또 심층부의 선회류의 흐름을 유지하기 위하여 바닥에서 적정간격(0.5m 내외)을 이격하여 산기장치(A) 상부 1m정도까지 배플(T5A)(도 6의 좌측)을 설치하거나 적정높이에 산기장치(A)를 설치할 수 있는 파이프(T5B)(도 6의 우측)를 이용할 수 있다. 이 경우 배블(T5A) 또는 파이프(T5B)에 구비된 지지대(T5s)는 선회류 흐름이 가능하도록 통로를 차단하지 않고 적절한 구멍이 형성된 것이어야 한다.

도 2 내지 도 6에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치(A)를 이용한 수질정화장치는 기존 오폐수 처리시설에 도입하여 구현될 수 있다.

나아가 이를 확장하여 본 발명에 따른 막힘방지형 고효율 산기장치(A)는 하천, 연못, 호수, 댐, 보 부근에 도입될 수 있는데, 도 7에는 강(R)에 도입된 보(R1) 부근에 도입되는 예가 도시되어 있다.

도 7은 개략적인 평면도로, 각 산기장치(A)(개략적으로, 점선으로 산기관(20)과 플로트(40)만 도시함)는 네트워크에 의하여 상호 연결되어 있다.

특히 도시된 네트워크(60)는 배처럼 수면에 뜰 수 있고, 넓은 강을 모두 처리할 수 있도록 하기 위하여 배의 프로펠러와 같은 추진기(61)가 도입되어 있는데, 상하 좌우 이동을 위하여 사면에 네 추진기가 도입된 것으로 도시되어 있으나 필요에 따라 다양한 형태와 수의 추진기가 도입될 수 있다.

또 중앙 콘트롤부(70)가 구비되어 있는 부주(浮舟) 위에는 각 산기장치(A)와 연결관(51)(산기장치쪽으로 이어진 연결관은 네트워크와 겹쳐진 형태여서 편의상 생략함)을 통하여 이어져 공기를 공급하는 에어레이터(50)(가압펌프(53)가 더 도입될 수 있다)가 구비되어 있으며,

나아가 중앙 콘트롤부(70)는 네트워크(60)의 조타실 역할을 할 수 있는 장비가 구비되어 있고, 유인 또는 무인 운전 방식을 취할 수 있다.

나아가 이동시 각 산기장치(A)의 엉킴을 방지하도록 각 산기장치 마다 윈치릴(63)을 도입할 수 있다.

상기 윈치릴(63)의 수는 산기장치(A) 수에 무관하게 적절하게 증감될 수 있다.

또 산기장치의 상승은 앞서 언급된 바와 같이 에어레이터로부터 공기(또는 산소나 기타 가스)를 공급받는 주머니(또는 신축성 플로트나 신축성 부표)를 윈치릴과 함께 사용하거나, 신축성 주머니만을 이용할 수 있다.

이러한 방식은 댐이나 보(洑)로 인하여 퇴적물이 쌓여 하천의 오염도가 증가하는 문제 해결하기 위하여 퇴적물을 공기로 휘저어 퇴적물이 부유하여 흐르도록 하는 역할을 하는데 일조하기 위한 것이며,

앞서 살펴 본, 도 1의 우측에 도시된, 분기구(13)를 구비한 변형 고정체(10)를 구비한 산기장치를 활용할 수 있다.

하나의 수질정화장치를 위한 산기장치의 수는 필요에 따라 적절하게 증감될 수 있고,

이미 퇴적물이 많이 쌓인 댐이나 보에 적용하는 경우에는 퇴적물(또는 슬러지)이 산기관(20)이나 고정체의 분기구(13)를 통하여 분출되는 가스에 의하여

차츰 퇴적물이 세굴(洗掘)됨에 따라 윈치릴(63)을 풀어 산기장치(A)를 하강시키며,

일정 시간 운전 후 네트워크(60)를 일정 간격씩 상하좌우로 이동시키면서 퇴적물 제거 작업을 진행하고,

이동시 각 산기장치가 엉킬 위험이 있거나, 강우 등의 경우 물살이 빨라져 산기장치가 엉킬 위험이 있을 경우에는 앞서 설명한 다양한 방식으로 산기장치를 상승시키고 윈치릴(자동 또는 수동으로)을 감아 올린 후,

이동 완료 후 또는 물살이 잠잠해 진 후 다시 산기장치를 하강시키는 방식을 취할 수 있다.

또 상기 콘트롤부(70)에서의 제어를 위하여 상기 산기장치나 기타 구조물에는 수질 측정용 센서(BOD, COD, 수온측정, DO 등)(수심별 측정 가능)를 장착하고, 측정치를 활용하여 운전 제어가 가능하도록 구성할 수 있다.

이상의 설명에서 산기관이나 에어레이터 등과 관련된 통상의 공지된 기술이나 산기관의 직립(또는 수평유지) 또는 상승을 위한 부력 계산 등에 대한 구체 설명은 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 산기장치나 수질정화장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

A: 산기장치 10: 고정체
11: 고정핀 13: 분기구
10R: 레일 20: 산기관
21: 호스 23: 지지틀
30: 연결수단 31: 연결막대
33 힌지부재 40: 플로트
41: 부표 50: 에어레이터
60: 네트워크 70: 콘트롤부

Claims (4)

1. 지면 고정체(10);
   상기 고정체 상부에 위치한 산기관(20);
   상기 고정체와 상기 산기관을 잇는 연결수단(30); 및
   상기 산기관 상부에 연결된 플로트(40);
   를 포함하여 이루어진 산기장치가 복수 개 구비되어 이루어지되,
   
   각 산기장치 산기관의 상호 연결을 위하여
   하나의 산기장치의 산기관(20)은
   공기 또는 산소를 공급받는 입구측 연결구(21a)와, 다른 산기장치의 산기관(20)의 입구측 연결구와 이어져 공기 또는 산소를 전달하는 출구측 연결구(21b)를 양단에 갖는, 다공성이고 플렉서블한 호스(21)와,
   초입이 좁고 내측이 넓어 상기 호스(21)를 눌러 변형한 후 투입하면 복원되어 채우게 되어 이탈이 방지되도록 하여 트위스팅 된 호스 형상이 유지되도록 하는 복수의 고정홈(23)이 형성된 패널(23A)(23B)로 이루어진 지지틀(23)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 막힘방지형 고효율 산기장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정체(10)는 무게추인 것을 특징으로 하는 막힘방지형 고효율 산기장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 고정체는 하부에 고정핀(11)이 구비된 것을 특징으로 하는 막힘방지형 고효율 산기장치.
4. 지면 고정체(10), 상기 고정체 상부에 위치한 산기관(20), 상기 고정체와 상기 산기관을 잇는 연결수단(30), 그리고 상기 산기관 상부에 연결된 플로트(40)를 포함하는 복수의 산기장치;
   상기 산기장치의 산기관과 연결된 에어레이터(50); 및
   상기 산기장치를 상호 연결하는 네트워크(60);
   를 포함하여 이루어지되,
   
   상기 각 산기장치의 산기관(20)은
   상기 에어레이터(50)로부터 공기를 공급받는 입구측 연결구(21a)와, 다른 산기장치의 산기관(20)의 입구측 연결구와 이어져 공기를 전달하는 출구측 연결구(21b)를 양단에 갖는, 다공성이고 플렉서블한 호스(21)와,
   초입이 좁고 내측이 넓어 상기 호스(21)를 눌러 변형한 후 투입하면 복원되어 채우게 되어 이탈이 방지되도록 하여 트위스팅 된 호스 형상이 유지되도록 하는 복수의 고정홈(23)이 형성된 패널(23A)(23B)로 이루어진 지지틀(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.

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