KR101246688B1

KR101246688B1 - 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치

Info

Publication number: KR101246688B1
Application number: KR20100090042A
Authority: KR
Inventors: 이은주; 이진석
Original assignee: 이진석; 이은주
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2013-03-21
Also published as: KR20120028065A

Abstract

본 발명의 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치는 고속의 유체를 공급하는 펌핑수단(00); 상기 펌핑수단에 연결되며, 직경이 작아지는 목 부분에 공기흡입구가 설치되어 유체가 통과하면서 벤추리 원리로 공기를 흡입하는 벤추리관(200); 상기 벤추리관의 후단에 연결되며, 상기 벤추리관에서 혼합된 유체와 공기를 교반하여 균일하게 처리하는 인라인믹서(300); 및 상기 인라인믹서의 후단에 연결되며, 관 내의 내주면을 따라 복수개의 돌기부가 나선형으로 배열되어 나선 유로를 형성되되, 상기 돌기부는 상대적으로 크기가 큰 돌기부와 작은 돌기부가 교차로 배열되어, 유체의 와류를 유도하는 나선돌기관(400);을 포함한다.

Description

오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치{The Micro jet pump for wastewater treatment}

본 발명은 오ㆍ폐수 처리를 위한 제트폭기장치로서, 벤추리구조에 인라인믹서와 나선형의 돌기를 설치하여 교반능력이 우수하고, 산소전달률이 극대화하된 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치에 관한 것이다.

일반적으로 가축 분뇨나 산업용 슬러지, 환경폐수 등 각종 이물질일 다량으로 포함된 유체는 대부분 유기물질로서 처리하지 않은 상태로 방류되거나 하수 처리장으로 유입되면 수중의 미생물들이 수중 산소를 취하면서 유기물을 분해하므로 수중의 용존산소가 결핍되는 오염원인이 되었다.

이러한 오염원인을 제거하기 위하여 반응조(오폐수 저장/처리조) 내에 산소를 공급하여 미생물로 유기물을 활발하게 분해하여 무해하게 분뇨를 처리 방법이 널리 이용되고 있었다.

이때 산소를 공급하기 위한 수단으로 종래에는 제트폭기펌프가 사용되었다.

그러나, 종래의 제트폭기펌프는 기체-액체 혼합만을 주로 수행하는 구조로 되어 있어서, 공기 입자의 확산 및 체류시간이 짧아 호기성 발효를 촉진하는 데 한계가 있었다.

그리고, 효율적인 교반을 달성하기 어려웠으며, 기체와 액체가 완벽하게 혼합되지 못하고 산소전달률이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기체-액체를 혼합하는 벤추리구조에 인라인믹서와 나선형의 돌기를 설치하여 인라인믹서 내부에서는 기체-액체의 교반작용을 통한 완벽한 혼합과 더불어 나선형의 돌기에서는 혼합된 기체-액체를 미세하게 분해하여 기체(공기)-액체(유체) 간의 경막 저항을 감소시킴으로써 기존 젯트폭기 펌프보다 월등히 우수한 교반능력의 향상과 산소전달률의 효율을 극대화한 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치는 고속의 유체(액체)를 공급하는 펌핑수단; 상기 펌핑수단에 연결되어 유체가 통과하면서 벤추리 원리로 공기를 흡입하는 벤추리관; 상기 벤추리관의 후단에 결합되어, 상기 벤추리관에서 혼합된 유체와 공기를 교반하여 균일하게 처리하는 인라인믹서; 및 상기 인라인믹서의 후단에 연결되며, 관 내의 내주면을 따라 복수개의 돌기부가 나선형으로 배열되어 나선 유로를 형성되되, 상기 돌기부는 상대적으로 크기가 큰 돌기부와 작은 돌기부가 교차로 배열되어, 유체의 와류를 유도하는 나선돌기관을 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 돌기부는 부채꼴 형상으로 형성되며, 내주면을 따라 복수개의 나선유로를 형성하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 따르면, 유체의 수위 변화를 감지하는 수위센서와, 유체의 수위가 설정한 값보다 높아지는 경우 상기 펌프수단의 구동을 제어하는 컨트롤 박스를 더 포함하는 것이 바람직하다.

삭제

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 기체-액체의 혼합과 더불어 기체와 액체 간의 교반작업을 동시에 수행함으로써 기체와 액체 간의 혼합이 잘되고 교반능력이 향상되는 효과가 있다.

그리고 기체-액체 혼합액이 나선형의 돌기에 부딪히면서 마찰작용으로 인하여 기체와 액체 사이의 경막저항을 감소시켜 산소의 용해가 용이해지고 이에 따라 산소전달률이 높아지며, 또한 기체의 기포를 매우 작게 할 수 있기 때문에 수중에서 기체의 체류시간이 길어지는 효과가 있다.

그리고, 기계적인 교반장치가 아니므로 고장요소가 전혀 없어 반영구적으로 사용가능하며, 무인 운전이 가능하고 운전중 소음, 진동이 발생하지 않는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인라인믹서의 단면도.
도 3(a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나선돌기관의 횡단면 개략도이고, 도 3(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나선돌기관의 종단면 개략도이고, 도 3(c)는 도 3(b)의 부분확대도.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치의 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치는 펌핑수단(100), 벤추리관(200), 인라인믹서(300), 나선돌기관(400)으로 이루어진다.

먼저 펌핑수단(100)에 대해 설명하고자 한다.

상기 펌핑수단(100)은 물이나 일반유체(액체) 등을 동력에 의해 펌핑시키기 위한 수단으로서, 유체(액체)를 흡인하여 배출할 수 있는 장치라면 제한 없이 사용할 수 있다.

예컨대, 상기 펌핑수단(100)은 유체의 유입을 위한 유체유입배관(미도시)이 설치되고, 압력에 의해 적절량의 유체를 펌핑하여 후술할 벤추리관(200)에 공급한다.

다음은 벤추리관(200)에 대해 설명하고자 한다.

상기 벤추리관(200)은 상기 펌핑수단(100)에 연결되어 유체가 통과하면서 벤추리 원리로 공기를 흡입하는 구성요소이다.

벤추리 원리란 펌프로 유체를 이송하게 되면, 베르누이의 정리에 의해 벤추리관 내부의 직경이 급격히 감소하는 목(throat)에서 유체의 속도증가로 인하여 압력이 감소하게 되고 이에 의하여 외부의 공기를 흡입하는 원리이다.

이때 상기 벤추리관(200)의 직경이 작아지는 목 부위에는 공기흡입구(210)가 설치되는데, 유체의 주입량에 따라 공기흡입량이 변하므로 공기흡입구(210)는 1개 혹은 그 이상 설치하는 것이 적절하며 , 공기흡입구(210a,210b)를 2개 이상 설치시 좌우 대칭이 되도록 설치한다.

그리고 공기흡입구(210)와 벤추리관(200)이 만나는 지점에서 유체의 흐름방향과 직각이 되도록 공기흡입부(210)를 설치하는 것이 공기의 흡입에 유리하다.

바람직하게는 벤추리관(200)의 재질은 내부식성, 내열성 재질로 제작되는 것이 좋으며, 스테인레스 재질이 적절하다.

다음은 인라인믹서(300)에 대해 설명하고자 한다.

상기 벤추리관(200)의 후단에 결합되어, 상기 벤추리관(200)에서 혼합된 유체와 공기를 교반하여 균일하게 처리하는 구성요소이다.

벤추리관(200)에서 혼합된 유체와 공기는 인라인믹서(300)에서 와류작용과 교반작용으로 인하여 완전수준으로 혼합하게 된다.

이때 인라인믹서(300) 내부에 설치되는 엘리먼트(ELEMENT)는 유선형으로 비틀어진 구조를 가지며, 유체의 마찰계수, 관내면적, 관내유속, 점도, 밀도에 따라 그 수와 크기가 결정된다.

바람직하게는 상기 엘리먼트는 플레이트를 한 번 비틀어 놓은 형상의 트위스트스크류(310)와, 타원형의 플레이트를 휘어놓은 형상의 플레이트스크류(320)로 이루어지며, 관의 내주면을 따라 접촉 고정된다.

이를 통해 벤추리관(200)을 통과한 유체와 공기는 상기 트위스트스크류(310)를 통하여 형성되는 나선형상의 유로(s')와 상기 플레이트스크류(320)를 통하여 형성되는 원호 형상의 유로(a')를 반복적으로 유동하면서 전환 뒤섞이게 된다.

그 결과, 유체와 기체 간의 교반공정이 연속화되어 교반능력이 향상되고, 엘리먼트(ELEMENT)의 형태가 곡선형으로 형성되어 관 내 저항(Pressure Drop)을 극소화하게 된다.

이러한 상기 인라인믹서(300)는 기계적인 교반장치에 비해 고장 요소가 전혀 없어 반영구적으로 사용가능하며, 유체의 점도가 저점도인 경우뿐만 아니라 고점도의 경우에도 적합하게 사용된다.

다음은 나선돌기관(400)에 대해 설명하고자 한다.

상기 나선돌기관(400)은 상기 인라인믹서(300)의 후단에 연결되며, 관 내주면을 따라 복수개의 돌기부(410)가 나선형으로 배열되어 나선 유로를 형성하여, 유체의 와류를 유도하는 구성요소이다.

바람직하게는 상기 돌기부(410)는 부채꼴 또는 삼각뿔 형상을 형성된다(도 3 a 참조).

전술한 인라인 믹서(300)에서 혼합된 유체와 공기의 혼합액은 상기 부채꼴 형상의 돌기부(410)에 부딪히면서 잘게 분쇄되며, 복수개의 나선 유로를 형성한 돌기부와 유체와의 마찰을 통하여 전단응력을 형성하게 되고, 그로 인하여 기체와 액체 사이의 경막 저항이 감소하게 되어 산소전달률을 극대화하게 된다.

복수개의 돌기부가 나선형으로 관 내주면에 배열되어 나선 유로를 형성되는 돌기부(410)는 상대적으로 크기가 큰 돌기부(412)와 작은 돌기부(414)가 교차로 배열하여 교반능력을 향상시시키게 된다.
또한, 상기 돌기부(414)를 일측으로 경사지게(즉, 돌기부의 상측이 휘어지도록) 형성하는 데, 이는 유동하는 공기와 유체의 회전력을 증대시키게 된다.

다음으로, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오폐수 처리용 제트폭기장치의 개략적인 구성도이다.

도시된 바에 따르면, 본 발명의 오폐수 처리용 제트폭기장치는 펌핑수단(100), 벤추리관(200), 인라인믹서(300), 나선돌기관(400)에 수위센서(500)와 컨트롤 박스(600)를 더 포함한다.

여기서는, 수위센서(500)와 컨트롤 박스(600)에 대해 더 설명하고자 한다.

상기 수위센서(500)는 탱크(미도시, 오폐수 저장탱크 또는 분뇨저장탱크) 내의 유체(오폐수 또는 분뇨)의 수위변화를 감지하며, 상기 컨트롤 박스(600)는 상기 탱크 내의 유체의 수위가 설정한 값보다 높아지는 경우 상기 펌핑수단(100)의 구동을 제어하는 구성요소이다.

이와 같이, 수위센서(500)와 컨트롤 박스(600)를 설치하는 이유는, 일반적으로 폭기장치로 인하여 발생할 수 있는 스컴 및 거품이 저장조 밖으로 흘러넘쳐 생기는 2차오염을 방지하기 위함이다.

본 발명에서는 제트폭기펌프에 수위센서(500)를 설치하여 살수장치나 컷터를 설치하거나 거품조절고(거품이 넘치지 않도록 하기 위한 여유높이, 약 1m)를 설정하지 않아도 될 뿐만 아니라, 또는 살수장치나 컷터를 설치하는 경우에는 수위센서의 감지로 인해 오작동 시나 고장 시 대처할 수 있는 2차 안전장치의 역할도 하게 된다.

바람직하게는, 도시된 바와 같이 상기 수위센서(500)는 총3가닥의 센서(1)(2)(3)를 가지게 되며, 스컴 및 거품이 ①번 센서까지 차오르게 되면 펌핑수단(100)의 가동이 중지되도록 한다.

그리고 차오른 스컴 및 거품이 ②번 센서 이하로 낮아지게 되면 펌핑수단(100)이 다시 재작동하게 된다.

이상에서 살펴본 것과 같이 본 발명의 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치는 벤추리관에서 폐수와 공기가 혼합되어 인라인 믹서와 나선돌기관을 거치면서 폐수와 공기의 교반작용을 통한 완벽한 혼합과 더불어 나선돌기관(400)에서는 유체와 공기의 혼합액을 미세하게 분해하여 기체-액간의 경막 저항을 감소시킴으로써 기존 제트폭기 펌프보다 월등히 우수한 교반능력의 향상과 산소전달률의 효율을 극대화한다.

마지막으로 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 치환, 변형 및 변환이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서, 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100: 펌핑수단
200: 벤추리관
210, 210a, 210b: 공기흡입구
300: 인라인믹서
310: 트위스트스크류
320: 플레이트스크류
400: 나선돌기관
410: 돌기부
412: 큰 돌기부
414: 작은 돌기부
500: 수위센서
600: 컨트롤박스

Claims

고속의 유체를 공급하는 펌핑수단(100);
상기 펌핑수단에 연결되며, 직경이 작아지는 목 부분에 공기흡입구가 설치되어 유체가 통과하면서 벤추리 원리로 공기를 흡입하는 벤추리관(200);
상기 벤추리관의 후단에 연결되며, 상기 벤추리관에서 혼합된 유체와 공기를 교반하여 균일하게 처리하는 인라인믹서(300); 및
상기 인라인믹서의 후단에 연결되며, 관 내의 내주면을 따라 복수개의 돌기부가 나선형으로 배열되어 나선 유로를 형성하되, 상기 돌기부는 상대적으로 크기가 큰 돌기부와 상대적으로 크기가 작은 돌기부가 교차로 배열되어, 유체의 와류를 유도하는 나선돌기관(400); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는 부채꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치.
삭제
제1항에 있어서,
저장탱크 내의 유체의 수위 변화를 감지하는 수위센서와, 상기 저장탱크내의 유체의 수위가 설정한 값보다 높아지는 경우 펌핑수단의 구동을 제어하는 컨트롤 박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수 처리용 마이크로 제트폭기장치.
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