KR101247990B1 - 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양식장에서 사용된 사육수의 생물학적 여과처리를 위한 생물여과조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기포분산기와 미생물 여과매질이 구비된 폭기반응조의 하부에 고형물의 제거를 위한 침전조를 배치시키고, 폭기반응조와 침전조를 구획하는 격판에 사육수의 상승통로를 제공하는 유동덮개를 설치하는 한편, 다량의 미생물 여과매질이 폭기반응조의 내부에서 사육수의 수면을 넘어 선회식으로 골고루 유동될 수 있도록 함으로서, 고형물의 1차 여과와 미생물에 의한 2차 여과가 서로 간섭을 일으키지 않고 효율적으로 분리 수행되도록 하는 동시에, 미생물 여과매질을 사육수 및 공기와 접촉시켜 생물학적 여과성능이 극대화되도록 하며, 폭기반응조에 저장된 사육수와 미생물 여과매질의 배출을 차단시킨 상태에서 침전조의 용이한 세척작업이 가능토록 함은 물론, 사육수의 공급과 처리수의 배출이 이중배관에 의하여 보다 효과적으로 유도되도록 하고, 침전조로 공급되는 사육수를 수리학적 낙차 방식에 의한 선회식 다회류 흐름으로 유도하여 고형물의 침전 및 여과기능 또한 극대화시키며, 에어주입관과 기포분산기를 유동덮개와 함께 폭기반응조의 중심부에 배치하는 한편, 거품배출관을 포함하는 나머지 배관구조는 폭기반응조의 내측 가장자리에 배치하여 한층 더 콤펙트한 여과장치를 제공할 수 있도록 한 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조에 관한 것이다.
Description
본 발명은 육상의 양식장에서 배출된 사육수의 수질정화를 위한 생물여과조에 관한 것으로서, 사육수에 포함된 고형물 성분을 선회식 다회류 방식으로 1차 여과 및 수거하는 한편, 미생물 여과매질이 수면을 넘어 선회식으로 골고루 유동되는 폭기반응조의 내부에서 고형물이 제거된 사육수를 2차로 질산화 생물여과 처리함에 따라, 폭기에 의한 산소공급과 이산화탄소의 탈기 및 미생물에 의한 암모니아와 아질산의 질산화공정이 매우 안정적이고 효과적으로 수행되도록 함은 물론, 수리학적 원리와 물리적 여과수단에 의하여 사육수의 여과성능을 극대화시킬 수 있도록 하며, 침전조의 세척작업 또한 사육수의 낭비와 미생물 여과매질의 유실을 방지하는 조건하에서 매우 손쉽고 용이하게 수행할 수 있도록 한 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조에 관한 것이다.
일반적으로 육상의 양식장에서는 한정된 공간 및 수량(水量)을 기준으로 비교적 많은 량의 어류를 고밀도로 양식하게 되며, 이로 인하여 사료의 찌꺼기나 어류의 배설물과 같은 각종 고형물 뿐만 아니라, 어류의 대사과정에서 발생한 단백질 성분이나 암모니아 성분 및 이산화탄소 등이 매우 빠른 시간내에 사육수에 축적되어 사육수가 오염된다.
특히, 암모니아성 질소는 수중에서 비이온성 암모니아(NH3) 또는 이온성 암모니아(NH4 +)와 결합된 NH3-N, NH4 +-N의 2가지 형태로 존재하게 되며, 비이온성 암모니아와 결합되어 생성되는 암모니아성 질소는 어류의 세포벽을 통과하여 2mg/L (또는 2ppm) 농도에서도 양식어류에게 치명적인 독성과 피해를 주게 될 뿐만 아니라, 그 자체가 아질산성 질소나 질산성 질소로 산화되면서 사육수중의 용존산소를 소비하게 되는 바, 육상의 양식장에서는 사육수의 사용량과 배출수량을 줄이기 위한 효율적인 생물여과가 필수적이며, 미국 환경보호청 기준에 의하면, 장기적인 암모니아 독성 피해를 방지하기 위해 양식장 사육수에 포함된 암모니아성 질소 성분을 0.02mg/L 이하로 제거할 것을 권장하고 있다.
따라서, 사육수의 수질을 일정한 수준으로 유지시킬 수 있도록, 양식장에서 사용된 사육수의 배출 후 사육수에 포함된 고형물을 제거하는 한편, 이산화탄소 성분을 탈기시키는 고형물 여과장치와, 상기 고형물 여과장치를 거쳐 공급된 사육수중의 암모니아 성분과 질소 성분을 미생물에 의하여 제거시키는 생물여과조가 사육수의 순환식 처리시스템을 이루도록 양식장에 설비되어 사용된다.
상기와 같이 육상의 양식장에 사용되는 생물여과조는, 다량의 미생물 여과매질이 투입된 폭기반응조의 내부로 일정한 수량을 통과시키면서 사육수중에 포함된 암모니아 성분과 질소 성분이 미생물의 대사 과정에서 제거되도록 한 것이며, 이러한 미생물의 반응에 필요한 산소의 공급 및 이산화탄소의 탈기와 함께, 단백질 성분이나 미세 이물질 성분을 기포에 포집시켜 거품 형태로 수집할 수 있도록, 기포분산기와 거품수집기가 폭기반응조의 내부에 추가로 설치된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 생물여과조는 모터로 구동되는 스터러(Stirrer)를 이용하거나, 기포분산기로부터 발생한 기포의 부상력으로 미생물 여과매질을 유동시킴으로서, 많은 전력비용의 손실과 아울러 미생물 여과매질이 특정한 방향으로 쏠리거나 특정한 위치에 머무르는 상황이 야기되어 미생물에 의한 사육수의 여과기능이 저조한 문제점이 있었고, 미생물에 의한 암모니아 성분과 질소 성분의 처리 이외에 침전성 및 부유성 고형물을 추가로 처리하는 기능이 부여되지 못한 문제점이 있었다.
다시 말해서, 미생물에 의한 사육수의 여과성능을 확보하기 위해서는 여과조 용적대비 미생물 여과매질의 여과표면적을 최대화시킴과 아울러, 미생물이 부착된 미생물 여과매질이 폭기반응조에 저장된 사육수의 전체 수량에 걸쳐 골고루 분포되어야 함은 물론이고, 미생물 여과매질을 지속적으로 유동시켜 폭기반응조에서 여과매질과 사육수를 최대한으로 많이 접촉시키고, 여과매질 표면의 여과미생물막이 무기물과 유기물로 오염되는 것을 지속적으로 방지함과 동시에, 각종 무기물과 유기물의 연속적인 제거 및 미생물 사체와 각종 대사산물의 원활한 제거가 이루어져야 하지만, 기존의 생물여과조는 폭기반응조의 내부에 투입된 미생물 여과매질의 유동과 함께 크고 작은 고형물 입자의 효율적인 제거수단이 제공되지 못하였기 때문에, 이에 대한 영향으로 미생물에 의한 사육수의 여과성능 향상에 걸림돌이 되었다는 것이다.
또한, 생물여과조로 사육수를 투입시키기 이전에 고형물 여과장치에서 고형물을 1차로 제거시킨다 하더라도, 고형물 여과장치로부터 배출되는 사육수에는 여전히 미량의 고형물이 포함되어 있는 바, 이러한 고형물이 생물여과조에서 추가로 제거되지 못하고 양식장으로 재유입됨으로서, 보다 높은 수준의 여과성능을 제공할 수 없을 뿐만 아니라, 고형물 여과장치에서의 여과부하를 상대적으로 증대시키는 요인이 되었다.
특히, 고형물 여과장치의 청소나 수리 또는 유지보수 작업을 하려할 경우, 생물여과조를 가동하면서 이를 수행하기 어려우므로, 고형물 여과장치의 청소나 수리 또는 유지보수가 완료되는 시점까지 양식장 여과시스템의 가동을 중단시켜야 하며, 이와 같이 여과시스템의 가동이 중단될 경우 미생물 여과매질의 미생물막이 손상되어 여과기능이 저하 또는 상실되는 문제점이 있었으며, 이는 양식장에서 사육되는 양식어류의 품질이나 건강상태에 좋지 못한 영향을 미치는 등, 양식장의 전반적인 운영에 많은 지장을 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조는, 기포분산기와 미생물 여과매질이 구비된 폭기반응조의 하부에 고형물의 제거를 위한 침전조를 배치시키고, 폭기반응조와 침전조를 구획하는 격판에 사육수의 상승통로를 제공하는 유동덮개를 설치하는 한편, 다량의 미생물 여과매질이 폭기반응조의 내부에서 사육수의 수면을 넘어 선회식으로 골고루 유동될 수 있도록 함으로서, 고형물의 1차 여과와 미생물에 의한 2차 여과가 서로 간섭을 일으키지 않고 효율적으로 분리 수행되도록 하는 동시에, 미생물 여과매질을 사육수 및 공기와 접촉시켜 생물학적 여과성능이 극대화되도록 하며, 생물여과조에 고형물 제거기능을 겸비시켜 보다 높은 수준의 여과성능을 제공함은 물론, 이웃한 고형물 여과장치의 청소나 유지보수시 생물여과조만으로도 사육수의 정화기능을 충분히 수행할 수 있도록 함을 그 기술적인 과제로 한다.
이와 더불어, 상기 유동덮개를 이용하여 폭기반응조에 저장된 사육수와 미생물 여과매질의 배출을 차단시킨 상태에서 침전조의 세척작업을 수행할 수 있도록 함으로서, 사육수의 낭비와 미생물 여과매질의 유실을 방지하면서 침전조의 신속하고 용이한 세척작업이 가능토록 하며, 침전조를 통한 사육수의 공급과 폭기반응조에 저장된 처리수의 배출이 이중배관에 의하여 보다 효과적으로 유도되도록 한 상태에서, 침전조로 공급되는 사육수를 수리학적 낙차 방식에 의한 다회류의 선회식 흐름으로 유도하여 고형물의 침전과 분리기능 또한 극대화시키며, 사육수의 공급과 처리수의 배출을 위한 이중배관 및 거품수집기를 폭기반응조의 내측 가장자리에 배치하고, 폭기용 배관라인과 기포분산기는 유동덮개와 함께 폭기반응조의 중심부에 배치하는 방식으로 한층 더 콤펙트한 생물여과조를 제공할 수 있도록 함을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 기포분산기가 내부에 설치되고 다량의 미생물 여과매질이 투입되는 폭기반응조와, 상기 폭기반응조의 하부에 싸이클론 형상으로 설치되어 사육수의 선회식 흐름을 통한 고형물의 침전을 유도하는 회류침전조와, 상기 폭기반응조와 회류침전조를 구획하는 저부격판으로 여과탱크가 형성되며, 상기 저부격판의 중앙부에는 센터배출공이 형성되고, 상기 회류침전조에는 사육수공급관이 연결 설치되는 한편, 회류침전조의 하단에는 밸브기구를 구비하는 드레인배관이 연결 설치되며, 상기 폭기반응조의 내측 가장자리에는 처리수배출관과 거품배출관이 각각 설치되고, 상기 처리수배출관과 거품배출관이 폭기반응조의 하부측 벽체를 관통하여 여과탱크의 외부로 연장 설치되며, 상기 폭기반응조의 상단부에는 우산 형태의 탱크커버가 설치되고, 상기 탱크커버의 하부측 중앙에는 미생물 여과매질의 선회통로를 제공하는 원통파이프가 수직 방향으로 매달려 설치되며, 상기 폭기반응조의 내부 중앙에는 탱크커버로부터 원통파이프를 지나 수직 하방으로 연장되는 센터파이프가 설치되고, 상기 센터파이프의 하단부가 저부격판의 센터배출공을 커버하는 유동덮개를 관통하도록 설치되며, 상기 여과탱크의 외부로 연장된 처리수배출관으로부터 처리수주입관이 분기되고, 상기 처리수주입관이 모터펌프를 거쳐 원통파이프의 상부측까지 연장 설치되는 것을 특징으로 한다.
보다 더 바람직하게는, 상기 폭기반응조의 내측 가장자리에 폭기반응조의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장되는 낙차유도관이 설치되며, 상기 낙차유도관의 상단부는 탱크커버를 관통하도록 설치되고, 상기 사육수공급관은 폭기반응조와 낙차유도관의 하부측을 관통한 다음, 낙차유도관의 중심부를 따라 다시 상부로 연장되는 방식의 "L"자형 배관으로 설치되며, 상기 낙차유도관의 하단부가 저부격판을 관통하여 회류침전조의 내측 상부로 돌출되고, 상기 낙차유도관의 하단 출구는 사육수의 선회식 흐름을 유도하는 수평 방향의 토출구로 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 처리수배출관이 위치하는 폭기반응조의 내측 가장자리에는 폭기반응조의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장되는 처리수도입관이 저부격판상에 설치되며, 상기 처리수도입관의 상단부는 탱크커버를 관통하도록 설치되고, 상기 처리수도입관의 하측부에는 처리수의 도입구가 제공되며, 상기 처리수배출관은 처리수도입관의 내부에 이중관 형태로 배치된 상태에서 처리수도입관의 하측부와 폭기반응조의 벽체를 관통하여 여과탱크의 외부로 연장 설치되고, 상기 처리수도입관과 유동덮개의 사이에는 소정 높이의 차단판이 저부격판을 따라 가로지게 설치되는 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 상기 기포분산기의 에어주입관은 센터파이프의 내부에 삽입 설치되고, 상기 기포분산기는 소정의 간격을 두고 유동덮개의 상부에 배치된 상태에서 센터파이프를 관통하여 연장되는 에어주입관과 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 에어주입관은 센터파이프를 따라 유동덮개의 내측까지 연장 설치되고, 상기 유동덮개의 내측에도 에어주입관과 연결된 기포분산기가 추가 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 거품배출관은 폭기반응조의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장 설치되고, 상기 거품배출관의 상단부는 탱크커버를 관통하도록 설치되며, 상기 거품배출관에는 주름관에 의하여 부유식 거품수집기가 연결 설치되고, 상기 부유식 거품수집기는 탱크커버의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 부유식 거품수집기는, 주름관에 의하여 거품배출관과 연결 설치되는 드레인호퍼와, 상기 드레인호퍼의 내부에 삽입 설치되는 부력통으로 이루어지고, 상기 드레인호퍼와 부력통의 사이에는 거품통로를 형성하는 여유간격이 제공되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 고형물의 1차 여과와 미생물에 의한 2차 여과가 회류침전조와 폭기반응조의 내부에서 서로 간섭을 일으키지 않고 효율적으로 분리 수행되도록 하는 동시에, 탱크커버의 경사면을 활용하여 사육수중에 잠겨 있는 미생물 여과매질이 공기중으로 노출되었다가 원통파이프를 통하여 사육수로 다시 유입되도록 함으로서, 공기와 수중을 번갈아가며 선회하는 방식을 적용하여 미생물의 산화능력 및 정화능력을 극대화시키는 효과가 있다.
이와 더불어, 생물여과조에 고형물 제거기능을 겸비시킴으로서, 보다 높은 수준의 여과성능을 제공함은 물론, 이웃한 고형물 여과장치의 청소나 유지보수시 생물여과조만으로도 사육수의 정화기능을 충분히 수행토록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 양식장에서 사육되는 양식어류의 품질과 건강상태를 향상시키고, 양식장의 전반적인 운영에 많은 편의를 제공하는 효과가 있다.
특히, 회류침전조를 통한 사육수의 공급과 폭기반응조에 저장된 처리수의 배출이 수리학적 원리를 적용시킨 이중배관에 의하여 보다 효과적으로 수행될 수 있는 한편, 회류침전조로 사육수를 공급시키는 과정에서 수리학적 낙차 방식에 의한 다회류의 선회식 흐름을 유도하여 에너지 절약은 물론, 고형물 입자의 변형과 쪼개짐을 방지하여 고형물 침전 및 분리기능 또한 극대화시키는 효과가 있다.
이로 인하여, 고형물의 제거로부터 폭기에 의한 산소공급과 이산화탄소 탈기 및 미생물에 의한 여과와 거품수집에 의한 미세입자의 제거에 이르기까지, 수리학적 원리와 물리적 여과수단을 총망라시킴으로서, 육상의 양식장 용도로 최적화 된 생물여과조를 제공하는 효과가 있다.
또한, 상기 유동덮개에 의하여 사육수의 불필요한 낭비와 미생물 여과매질의 유실을 방지하면서 회류침전조의 세척작업을 신속하고 용이하게 수행할 수 있는 효과를 제공하며, 사육수의 공급과 처리수의 배출을 위한 이중배관 및 거품수집기를 폭기반응조의 내측 가장자리에 배치하고, 폭기용 배관라인과 기포분산기는 유동덮개와 함께 폭기반응조의 중심부에 배치함으로서, 한층 더 콤펙트한 생물여과조를 제공할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 가지는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조의 평면도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선 단면도.
도 4는 탱크커버의 외관사시도.
도 5의 (가) 및 (나)는 미생물 여과매질의 외관사시도.
도 6은 도 3의 C-C선 단면도.
도 7은 거품수집기의 구조를 나타내는 요부확대 정단면도.
도 8은 센터파이프를 기초로 한 유동덮개와 기포분산기의 설치구조를 나타내는 요부확대 정단면도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선 단면도.
도 4는 탱크커버의 외관사시도.
도 5의 (가) 및 (나)는 미생물 여과매질의 외관사시도.
도 6은 도 3의 C-C선 단면도.
도 7은 거품수집기의 구조를 나타내는 요부확대 정단면도.
도 8은 센터파이프를 기초로 한 유동덮개와 기포분산기의 설치구조를 나타내는 요부확대 정단면도.
이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조(1)는 도 1 내지 도 3에 각각 도시된 바와 같이, 기포분산기(20)가 내부에 설치되고 다량의 미생물 여과매질(28)이 투입되는 폭기반응조(2a)와, 상기 폭기반응조(2a)의 하부에 싸이클론(Cyclone) 형상으로 설치되는 회류침전조(2b)와, 상기 폭기반응조(2a)와 회류침전조(2b)를 구획하는 저부격판(8)으로 이루어지는 여과탱크(2)를 기초로 하여 구성된다.
상기 저부격판(8)의 중앙부에는 회류침전조(2b)에서 고형물이 1차 분리된 사육수가 상부의 폭기반응조(2a)를 향하여 상승될 수 있도록 센터배출공(8a)이 형성되고, 상기 센터배출공(8a)의 직상부에 유동덮개(18)가 배치되며, 회류침전조(2b)의 하단에는 깔때기 형상의 침전포트(3)가 설치되고, 상기 침전포트(3)에 밸브기구(V)를 구비하는 드레인배관(4)이 연결 설치된다.
이와 더불어, 상기 저부격판(8)의 가장자리 부분과 폭기반응조(2a)의 벽체 내측면에 걸쳐 여과탱크(2)의 강도보강을 위한 다수 개의 보강대(2c)가 일정한 간격을 두고 지지살 형태로 설치되며, 여과탱크(2)의 하부에는 회류침전조(2b)를 에워싸는 원통 형태의 바닥지지체(2d)가 제공됨으로서, 상기 바닥지지체(2d)를 이용하여 여과탱크(2)를 양식장의 지면상에 안정적으로 설치할 수 있게 된다.
한편, 상기 폭기반응조(2a)의 내측 상단부에는 우산 형태의 탱크커버(5)가 설치되고, 상기 탱크커버(5)의 하부측 중앙에는 미생물 여과매질(28)의 선회통로를 제공하는 원통파이프(6)가 행거로프(6a)에 의하여 수직 방향으로 매달려 설치되는 바, 상기 원통파이프(6)는 탱크커버(5)에 매달려 설치될 수도 있고, 도 2 및 도 3에서와 같이 상단지지대(9)에 매달려 설치될 수도 있으며, 상기 탱크커버(5)는 폭기반응조(2a)의 벽체 내측에 고정된 커버지지대(5c)에 의하여 지지되도록 설치하는 것이 바람직하다.
상기 원통파이프(6)를 중심으로 하여 미생물 여과매질(28)의 선회식 유동을 유발시킬 수 있도록, 폭기반응조(2a)의 외측에 설치되는 모터펌프(7)로부터 처리수주입관(13)이 수직 방향으로 연장된 다음, 이 처리수주입관(13)이 탱크커버(5)를 경유하여 그 출구가 원통파이프(6)의 중심측 상부에 위치하도록 설치되며, 상기 모터펌프(7)는 폭기반응조(2a)의 벽체에 고정된 펌프케이싱(7a)의 내부에 삽입 설치하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 탱크커버(5)와 원통파이프(6)의 적용에 따라, 기포분산기(20)의 기포분산 압력을 주기적으로 높일 경우, 미생물 여과매질(28)이 기포의 부상력에 의하여 상부로 밀려나면서 사육수 수면 위의 공기중으로 상승하는 한편, 탱크커버(5)의 경사면을 타고 중앙부로 운집한 후, 처리수주입관(13)으로부터 배출되는 사육수에 의하여 원통파이프(6)를 따라 하강 및 선회하는 방식으로, 공기와 수중을 번갈아 가면서 유동하게 되며, 이로 인하여 공기중에서의 질산화 효율을 극대화시키는 장점을 제공하게 된다.
그리고, 상기 여과탱크(2)에는 회류침전조(2b)의 내부로 사육수를 공급하는 사육수공급관(10)이 연결 설치되고, 상기 폭기반응조(2a)의 내측 가장자리에는 처리수배출관(14)과 거품배출관(21)이 각각 설치되며, 상기 처리수배출관(14)과 거품배출관(21)이 폭기반응조(2a)의 하부측 벽체를 관통하여 여과탱크(2)의 외부로 연장 설치되고, 여과탱크(2)의 외부로 연장되는 처리수배출관(14)으로부터 상기 처리수주입관(13)이 분기되어 모터펌프(7)와 연결 설치된다.
상기와 같이 회류침전조(2b)로 사육수를 공급시키는 사육수공급관(10)의 가장 간단한 적용례로서는, 사육수공급관(10)의 출구가 회류침전조(2b)의 상단 벽체를 관통하여 회류침전조(2b)의 내부로 삽입되도록 한 것을 들 수 있으며, 회류침전조(2b)의 내부로 삽입되는 사육수공급관(10)의 출구는 사육수의 선회식 흐름을 유도할 수 있도록 회류침전조(2b)의 벽체 내측면을 따라 접선 방향으로 설치되는 것이 일반적이다.
또한, 상기 처리수배출관(14)의 가장 간단한 적용례로서는, 폭기반응조(2a)에 저장되는 사육수의 저장수위보다 낮은 위치에 처리수배출관(14)의 상단측 유입구가 배치되도록 하는 한편, 해당 유입구에 여과망 등을 적용시킨 것이고, 거품배출관(21)의 가장 간단한 적용례로서는, 폭기반응조(2a)에 저장되는 사육수의 수면과 동일 선상 또는 해당 수면보다 약간 높은 위치에 거품배출관(21)의 상단측 유입구가 위치되도록 하는 것이다.
그러나, 위에서 설명되어진 통상적이고 단순한 방식을 탈피하여 회류침전조(2b)를 통한 사육수의 낙차식 공급과 폭기반응조(2a)에 저장된 처리수의 배출 및 부유거품의 배출이 수리학적 원리에 입각하여 보다 효율적이며 사육수의 낭비를 방지하는 경제적인 방식으로 수행될 수 있도록, 사육수공급관(10)과 처리수배출관(14) 및 거품배출관(21)의 적용방식을 보다 더 최적화시키는 것이 필요하다.
위와 같은 요구사항에 부합될 수 있도록 한 사육수공급관(10)의 최적 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이, 폭기반응조(2a)의 내측 가장자리에 폭기반응조(2a)의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장되는 낙차유도관(11)이 설치되고, 상기 사육수공급관(10)은 밸브기구(V)를 구비한 상태로 폭기반응조(2a)와 낙차유도관(11)의 하부측을 관통한 다음, 낙차유도관(11)의 중심부를 따라 다시 상부로 연장되는 방식의 "L"자형 배관으로 설치되며, 상기 낙차유도관(11)의 하단부가 저부격판(8)을 관통하여 회류침전조(2b)의 내측 상부로 돌출되고, 낙차유도관(11)의 상단부는 탱크커버(5)를 관통하도록 설치된다.
이와 더불어, 상기 낙차유도관(11)의 하단 출구는 도 6에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 회류침전조(2b)로 배출되는 사육수의 흐름을 선회식(소용돌이식) 흐름으로 유도할 수 있도록 수평 방향의 토출구(12)로 형성되고, 도면상 사육수공급관(10)과 낙차유도관(11)이 형성하는 이중배관 구조가 폭기반응조(2a)의 내주연부를 따라 소정의 간격을 두고 총 4개소에 설치되어 있으며, 각각의 사육수공급관(10)은 미도시된 고형물 여과장치로부터 생물여과조(1)측으로 연장되는 배관이 되지만, 경우에 따라서는 분배기를 거쳐 양식장으로부터 직접 연장되는 배관이 될 수도 있다.
상기와 같은 방식으로 사육수공급관(10)을 낙차유도관(11)의 내부에 이중관 형태로 설치하게 되면, 각각의 사육수공급관(10)을 따라 이동하는 사육수의 유속을 일정하게 유지시킬 수 있고, 사육수공급관(10)으로 함께 유입된 공기성분을 낙차유도관(11)에서 제거시킬 수 있으며, 회류침전조(2b)로 유입되는 사육수의 하강속도를 낙차유도관(11)에서 한층 가속시켜 회류침전조(2b)로 투입시킬 수 있는 동시에, 낙차유도관(11)의 하단 토출구(12)로 배출되는 각각의 사육수가 서로 상승작용을 유발하는 다회류의 선회식 흐름으로 조성되므로, 사육수에 포함된 고형물을 침전 및 분리시키는 여과기능을 극대화시킬 수 있다.
도면상 사육수공급관(10)과 낙차유도관(11)이 형성하는 이중배관 구조가 총 4개소에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 여과탱크(2)의 처리용량에 맞추어 이보다 적은 개수 또는 많은 개수로 설치될 수 있음은 물론이고, 낙차유도관(11)의 하단 토출구(12)는 회류침전조(2b)의 벽면을 따라 동일한 각도의 접선 방향으로 설치하는 것이 가장 바람직하다.
다른 한편으로, 상기 처리수배출관(14)의 최적 실시예는 도 2에 도시된 바와 같이, 폭기반응조(2a)의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장되는 처리수도입관(15)을 저부격판(8)상에 설치하고, 상기 처리수도입관(15)의 하측부에는 처리수의 도입구(15a)를 형성시키는 한편, 상기 처리수배출관(14)은 처리수도입관(15)의 내부에 이중관 형태로 배치된 다음, 처리수도입관(15)의 하측부와 폭기반응조(2a)의 벽체를 관통하여 여과탱크(2)의 외부로 연장되도록 한 것이며, 여과탱크(2)의 외부로 연장된 처리수배출관(14)에는 밸브기구(V)가 설치된다.
상기와 같은 방식으로 처리수배출관(14)이 처리수도입관(15)과 함께 이중배관 구조로 설치하게 되면, 폭기반응조(2a)의 내부에서 미생물에 의한 여과처리 및 이산화탄소의 탈기 처리가 이루어진 처리수가 처리수도입관(15)으로 1차 유입된 다음, 처리수도입관(15)을 따라 상승하여 처리수배출관(14)으로 최종 배출되는 지그재그식 배출경로를 제공하게 된다.
따라서, 처리수도입관(15)과 처리수배출관(14) 사이의 공간이 완충공간을 제공함으로서, 미세한 입자의 부유물이 처리수와 혼합되어 배출되는 상황을 최대한으로 방지할 수 있고, 이러한 지그재그식 유동방식은 외기와의 접촉에 따른 산소의 공급과 이산화탄소의 추가적인 탈기 측면에서도 유리한 잇점을 제공하게 되며, 상기 처리수도입관(15)의 상단부 또한 탱크커버(5)를 관통하도록 설치된다.
상기와 같이 처리수도입관(15)과 처리수배출관(14)이 형성하는 이중배관 구조와 함께, 도 1 및 도 2에 보다 명확하게 도시된 바와 같이 처리수도입관(15)의 도입구(15a)와 유동덮개(18)의 사이에 소정 높이의 차단판(16)이 저부격판(8)을 따라 가로지게 설치되며, 상기 차단판(16)은 회류침전조(2b)로부터 센터배출공(8a)과 유동덮개(18) 사이로 배출되는 사육수가 처리수도입관(15)의 도입구(15a)로 즉시 유입되지 않고 폭기반응조(2a) 내부로 부상되도록 유도하는 기능을 수행함으로서 미생물에 의한 사육수의 여과 측면에 보다 유리한 잇점을 제공하게 된다.
또 다른 한편으로, 상기 거품배출관(21)의 최적 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 거품배출관(21) 자체를 폭기반응조(2a)의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장시킨 상태에서, 거품배출관(21)의 상측부 또는 중앙부에 주름관(22)을 이용하여 부유식 거품수집기(27)를 연결 설치한 것이다.
상기 주름관(22)은 길이 조정이 가능한 공지의 제품으로서 금속 재질보다는 플렉시블(Flexible)한 호스나 플라스틱 재질이 바람직하고, 폭기반응조(2a)를 관통하여 외부로 연장되는 거품배출관(21) 부분에도 밸브기구(V)가 설치되며, 거품배출관(21)의 상단부도 탱크커버(5)를 관통하도록 설치되고, 부유식 거품수집기(27)는 탱크커버(5)의 하부에 배치된다.
상기 부유식 거품수집기(27)는, 폭기반응조(2a)에 저장된 사육수의 수면으로 부상된 상태에서 수위에 따라 상승 및 하강하며, 기포분산기(20)로부터 발생한 기포에 포집되어 거품 형태로 부유하는 미립 고형물이나 단백질 또는 점액질 성분을 걷어낼 수 있고, 거품 이외의 사육수 성분이 미생물 여과매질(28)과 함께 유입되는 것은 최대한으로 억제시킬 수 있는 것이라면 어떠한 종류의 제품을 사용하더라도 무방하다.
위와 같은 기능을 만족시킬 수 있는 부유식 거품수집기(27)의 최적 실시예는 도 7에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 하단측 배출통로가 주름관(22)에 의하여 거품배출관(21)과 연결 설치되는 깔때기 형상의 드레인호퍼(23)와, 상기 드레인호퍼(23)의 내부에 삽입 설치되는 부력통(24)으로 이루어지는 것이며, 상기 드레인호퍼(23)와 부력통(24)의 사이에는 연결브라켓(23a) 및 스페이서(23b)에 의하여 거품통로(25)를 형성하는 여유간격이 제공되는 바, 매우 작은 크기의 미생물 여과매질(28)을 이용할 경우 상기 거품통로(25)에 미생물 여과매질(28)의 유출을 차단하는 여과망 등이 설치될 수도 있다.
상기 부력통(24)은 드레인호퍼(23)의 상단부가 사육수의 수면상에 놓일 수 있도록 내부가 비어 있는 깔때기형 몸통을 가지는 바, 필요에 따라서는 부력통(24)의 크기를 요구하는 부력에 맞추어 조절할 수도 있고, 부력통(24)의 상부면에 구멍이나 주입구 등을 형성시킴으로서, 부력통(24)의 내부로 물이나 모래 등의 부력조정수단을 투입하여 부력통(24)에서 발생하는 부력을 요구하는 수준에 맞추어 조정시킬 수 있도록 하는 것도 가능하다.
도 4에서는 본 발명의 생물여과조(1)에 사용되는 탱크커버(5)를 도시하였는 바, 우산 형태의 몸통 중앙 상부에 개구부를 제공하는 상단파이프(5a)가 형성되는 한편, 몸통의 주연부를 따라서는 낙차유도관(11)과 처리수도입관(15) 및 거품배출관(21)의 상단부가 관통되는 다수 개의 삽입구멍(5b)이 형성되어 있다.
도 5의 (가) 및 (나)에서는 본 발명의 생물여과조(1)에 사용될 수 있는 미생물 여과매질(28)을 종류별로 도시하였는 바, 짧은 파이프 형태의 몸통 내부에 4개 또는 6개의 지지살이 방사상으로 형성되고, 몸통의 외주면 또는 몸통의 외주면과 내주면에 걸쳐 조밀한 간격을 두고 리브(Rib)가 돌출 형성됨으로서, 미생물의 부착 및 배양에 필요한 협소한 공간이 충분히 제공되어 있으며, 2cm 내외의 크기와 1 내지 1.2 정도의 비중을 가지는 플라스틱 제품을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명에 사용되는 미생물 여과매질(28)의 형태는 도 5에 도시된 형태로 한정되지 않고 다른 여러 가지 종류의 여과매질이 사용될 수 있으며, 미생물 여과매질(28)에 부착 및 배양되는 미생물 또한 사육수의 여과처리에 적합한 미생물을 선택하여 적용시킬 수 있는 바, 대표적인 예로서는 니트로소모나스(Nitrosomonas)와 니트로박터(Nitrobacter; 질화박테리아)라 불리우는 호기성(好氣性) 질산화 미생물을 들 수 있다.
상기 니트로소모나스(Nitrosomonas)라고 하는 박테리아는 암모니아(NH3,NH4 +) 성분을 아질산(NO2 -)으로 산화시키는 기능을 담당하는 것이고, 상기 니트로박터(Nitrobacter)라고 하는 박테리아는 아질산(NO2 -)을 수중생물에게 무해한 질산(NO3 -)으로 산화시키는 기능을 담당하는 것으로서, 니트로소모나스와 니트로박터에 의한 생물학적 정화반응식은 다음과 같다.
NH4 + + 1.5O2 ----(Nitrosomonas)----→ NO2 - + H2O + 2H+ + 240 ~ 350kj/mol
2NO2 - + 0.5O2 ----(Nitrobacter)-----→ NO3 - + 65 ~ 90kj/mol
이와 더불어, 상기 폭기반응조(2a)의 내부 중앙에는 유동덮개(18)의 승하강 이동을 안내하는 한편, 기포분산기(20)용 에어주입관(19)의 합리적인 배관설비를 위한 센터파이프(17)가 탱크커버(5)로부터 원통파이프(6)의 중심부를 지나 수직 하방으로 연장 설치되며, 상기 센터파이프(17)의 하단부가 저부격판(8)의 센터배출공(8a)을 커버하는 유동덮개(18)의 중심부를 관통하는 방식으로 설치됨으로서, 상기 유동덮개(18)가 센터파이프(17)를 따라 상,하 방향으로 이동될 수 있는 것이다.
상기 센터파이프(17)는 도 1에서와 같이 폭기반응조(2a)의 상단부에 열십(十)자 형태로 고정된 상단지지대(9)의 하측에 연결 설치되며, 도 8에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 기포분산기(20)의 에어주입관(19)은 상단지지대(9)를 거쳐 센터파이프(17)의 내부로 삽입 설치되고, 상기 기포분산기(20)는 소정의 간격을 두고 유동덮개(18)의 상부에 배치된 상태에서 센터파이프(17)를 관통하여 연장되는 에어주입관(19)과 연결 설치된다.
상기와 같은 방식으로 센터파이프(17)의 내부에 기포분산기(20)용 에어주입관(19)을 배치하게 되면, 폭기반응조(2a)의 내부공간에 에어주입관(19)이 무분별하게 배치됨에 따른 배관구조의 복잡성과 혼란 및 에어주입관(19)의 손상을 미연에 방지할 수 있음은 물론이고, 배관라인의 설치에 필요한 공간 역시 최대한으로 축소시킴으로서 보다 콤펙트한 생물여과조(1)를 제공할 수 있다.
상기 기포분산기(20)는 폭기반응조(2a)의 내부에 설치된 구조물과 간섭을 일으키지 아니하는 범위내에서 요구하는 개수대로 설치할 수 있지만, 최소 2개에서 최대 4개로 설치하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 에어주입관(19)과 기포분산기(20)를 폭기반응조(2a)의 내부에서 지지할 수 있는 보조지지대(9a)가 사용될 수도 있는 바, 도 1에서는 도면의 복잡성을 피하기 위하여 기포분산기(20)와 보조지지대(9a)는 별도로 도시하지 아니하였음을 밝혀두는 바이다.
그러나, 상기 기포분산기(20)가 상단지지대(9)와 동일한 형태로 배치되었다고 가정하면, 도 1에서 각각의 기포분산기(20) 및 이를 하부측에서 지지하는 보조지지대(9a)가 상단지지대(9)에 가려 도시되지 아니한 것으로 해석될 수 있으며, 이와 같이 기포분산기(20)가 상단지지대(9)와 같이 열십(十)자 형태로 배치될 수도 있고, 상단지지대(9)와 엇갈리는 엑스(X)자 형태로 배치될 수도 있다.
상기와 같이 폭기반응조(2a)의 내부에 3개 이상의 기포분산기(20)가 일정한 각도마다 배치될 경우, 도 8에서와 같이 센터파이프(17)를 수평 방향으로 관통하여 연장되는 에어주입관(19) 및 각각의 에어주입관(19)과 연결되는 기포분산기(20)를 보다 더 안정적으로 지지토록 하는 한편, 에어주입관(19)과 기포분산기(20)의 연결작업을 보다 용이하게 수행할 수 있도록 분배케이싱(26)을 적용시키는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 상기 에어주입관(19)을 센터파이프(17)를 따라 유동덮개(18)의 내측까지 연장시킨 상태에서, 상기 유동덮개(18)의 내측에도 에어주입관(19)과 연결된 기포분산기(20)를 추가로 배치하게 되면, 회류침전조(2b)를 거쳐 폭기반응조(2a)로 상승되는 사육수의 흐름에 기포의 부상력을 적용시켜 상기 유동덮개(18)가 센터파이프(17)를 따라 용이하게 상승되도록 함은 물론, 폭기반응조(2a)의 입구측에서부터 사육수에 대한 폭기처리가 가능하게 된다.
상기와 같이 유동덮개(18)의 내측에 설치되는 기포분산기(20)는 폭기반응조(2a)의 내부에 설치되는 기포분산기(20)에 비하여 기포발생량이나 적용압력이 적은 소형의 제품을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 유동덮개(18)의 상단측에는 파이프 형태의 가이드튜브(18a)를 설치함으로서, 센터파이프(17)를 따라 승하강하는 유동덮개(18)가 비스듬히 기울어지면서 걸리지 않고 수직 방향으로 원활하게 이동될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 생물여과조(1)의 구조와 형태는 도면에 도시된 최적 실시예를 기초로 하되, 여과탱크(2)와 배관은 방수마감 및 접합이 용이하고 장기간 사용하여도 내구성이 유지될 수 있도록 PVC 재질을 사용하여 제작하는 한편, 생물여과조(1)에 적용되는 금속구조물은 내구성과 부식방지를 위하여 양질의 스테인레스 재질을 사용하여 제작하는 것이 바람직하다.
주요 부품의 대표적인 설계 치수로서는, 여과탱크(H: 2,000 mm, φ: 1,200 mm), 원통파이프(H : 50~60 mm, φ: 250), 낙차유도관(L: 1,200 mm, φ: 125 mm), 사육수공급관(내측)(L: 600 mm, φ: 50~60 mm), 거품배출관(L: 1,200 mm, φ: 70 mm), 처리수도입관(L: 1,200 mm, φ: 300 mm), 처리수배출관(내측)(L: 600 mm, φ: 100 mm), 유동덮개(φ 300 mm), 에어주입관(L: 20,000 mm), 기포분산기(1대 기준)(S: 157,000 cm2), 차단판(H: 300 mm, W: 600 mm, t: 10 mm) 등이 된다.
또한, 사육수의 낙차식 공급을 위한 이중배관구조(사육수공급관 및 낙차유도관)은 총 4개소에, 처리수의 배출을 위한 이중배관구조(처리수도입관 및 처리수배출관)와 거품배출관(21) 및 거품수집기(27)는 각각 1개소에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 사육수의 처리량과 여과탱크(2)의 용량에 맞추어 이들의 배치형태나 적용갯수는 임의대로 조정이 가능함을 밝혀두는 바이다.
이하, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 생물여과조(1)를 이용하여 사육수를 여과 처리하는 일련의 과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 미도시된 고형물 여과장치 또는 양식장에서 배출된 사육수가 사육수공급관(10)을 따라 낙차유도관(11)으로 유입된 다음, 낙차유도관(11)을 따라 다시 하강하여 빠른 유속으로 회류침전조(2b)에 투입되며, 각각의 낙차유도관(11) 하단에 제공된 수평 방향의 토출구(12)를 거쳐 사육수가 토출되는 과정에서, 사육수의 흐름이 다회류 방식의 강한 선회식(소요돌이식) 흐름으로 조성된다.
이로 인하여, 사육수에 포함된 고형물이 강한 선회식 흐름에 편승하여 회류침전조(2b)의 침전포트(3)측으로 신속히 가라앉게 되므로 고형물의 침전 및 제거효율이 극대화되는 것이며, 사육수중에 포함된 미립 고형물이나 단백질 또는 점액질 성분과 같이 작고 가벼운 이물질은 침전포트(3)측으로 가라앉지 않고 1차 처리된 사육수와 함께 회류침전조(2b)의 중심부를 따라 상부로 부상하게 된다.
상기와 같이 고형물이 1차 분리된 사육수가 회류침전조(2b)의 중심부를 따라 상승되는 것은 싸이클론 집진의 원리와 일맥 상통하는 것이며, 고형물이 1차 제거된 상태에서 회류침전조(2b)의 상부로 유동한 사육수는 낙차유도관(11)을 따라 회류침전조(2b)로 유입되는 사육수의 수압에 의하여 유동덮개(18)를 상부 방향으로 밀어내면서 저부격판(8)의 센터배출공(8a)을 거쳐 폭기반응조(2a)로 유입된다.
상기와 같은 과정에서 유동덮개(18)의 내측에 기포분산기(20)가 설치된 경우는, 사육수가 폭기반응조(2a)로 유입되기 전에 사육수에 포함된 미립 고형물이나 가벼운 이물질이 기포성분에 의하여 1차 포획될 수 있으며, 최종적으로는 폭기반응조(2a)의 내부에서 발생하는 대용량의 폭기작용에 의하여 산소의 공급과 이산화탄소의 탈기 및 미립 고형물과 이물질의 포획 처리가 이루어지는 것이다.
또한, 폭기반응조(2a)의 내부로 투입된 다량의 미생물 여과매질(28)이 기포분산기(20)로부터 발생하는 기포의 부상력에 의하여 폭기반응조(2a)에 저장된 사육수중을 유동하면서 사육수에 포함된 암모니아 성분과 질소 성분 등을 미생물의 대사과정에서 제거하게 되며, 처리수주입관(13)으로부터 원통파이프(6)의 상부로 배출되는 처리수에 의하여 미생물 여과매질(28)의 유동이 선회식(소용돌이식)으로 이루어진다.
다시 말해서, 도 2에 도시된 바와 같이 모터펌프(7)를 통하여 펌핑되는 처리수가 원통파이프(6)의 중심측 상부에 분사됨으로서, 원통파이프(6)의 내부에서는 사육수의 하강식 흐름이 유도되며, 이로 인하여 원통파이프(6)의 하부로 밀려나온 사육수가 폭기반응조(2a)의 주변으로 분산된 다음, 기포분산기(20)로부터 발생하는 기포의 상승흐름에 편승하여 원통파이프(6)의 상부측으로 다시 흘러 들어옴으로서, 원통파이프(6)를 중심으로 하는 화살표 방향(상,하 방향)의 선회식 흐름이 유도된다는 것이다.
또한, 기포분산기(20)의 기포분산 압력을 주기적으로 높일 경우, 미생물 여과매질(28)이 기포의 부상력에 의하여 상부로 밀려나면서 사육수 수면 위의 공기중으로 상승하는 한편, 탱크커버(5)의 경사면을 타고 중앙부로 운집한 후, 처리수주입관(13)으로부터 배출되는 사육수에 의하여 원통파이프(6)를 따라 하강 및 선회하는 방식으로, 미생물 여과매질(28)이 공기와 수중을 번갈아 가면서 유동하는 선회식 흐름을 유도할 수도 있다.
상기와 같이 폭기반응조(2a)에 저장된 사육수의 흐름을 원통파이프(6)를 중심으로 하는 상,하 방향의 선회식 흐름으로 유도하여 미생물 여과매질(28) 또한 사육수와 함께 선회식으로 유동될 수 있으며, 이로 인하여 미생물 여과매질(28)이 폭기반응조(2a)의 사육수 전체 수량에 걸쳐 골고루 분산되고 활발히 유동됨은 물론, 탱크커버(5)를 이용하여 미생물 여과매질(28)이 공기중에 일정 시간 노출되도록 함으로서, 단위시간당 사육수와 미생물의 접촉면적과 반응시간을 최대한으로 확보하는 동시에, 공기중에서의 질산화 효율 또한 크게 향상시켜 미생물에 의한 사육수의 생물학적 여과처리 성능을 극대화시킬 수 있는 것이다.
본 발명에 적용된 여과탱크(2)의 치수(H: 2,000 mm, φ: 1,200 mm)를 기준으로 할 경우, 상기 모터펌프(7)는 정격출력 40W 수준의 낮은 전력과 35L/min 수준의 적은 수량만으로도 미생물 여과매질(28)을 선회식으로 유동시킬 수 있음을 밝혀두는 바이며, 이는 기존 생물여과조에 있어 미생물 여과매질의 선회식 유동에 요구되었던 에너지 소비량에 비해 극히 저소비 전력이 됨을 아울러 밝혀두는 바이다.
상기와 같은 방식으로 고형물의 분리와 산소공급 및 탈기와 미생물에 의한 여과처리가 수행된 처리수(여과수)는 처리수도입관(15)의 하단에 형성된 도입구(15a)를 거쳐 처리수도입관(15)으로 1차 유입된 다음, 처리수도입관(15)을 따라 상승하여 처리수배출관(14)으로 최종 배출되며, 기포성분에 포획되어 거품 형태로 부상된 미립고형물이나 단백질 또는 점액질 성분은 거품수집기(27)의 드레인호퍼(23)와 주름관(22) 및 거품배출관(21)을 거쳐 여과탱크(2)의 외부로 배출된다.
상기와 같이 본 발명의 생물여과조(1)는, 저부격판(8)에 의하여 서로 다른 공간으로 구획된 회류침전조(2b)와 폭기반응조(2a)의 내부에서 고형물의 침전과 산소공급 및 탈기 처리와 미생물에 의한 생물학적 여과처리가 서로 간섭을 일으키지 않고 보다 효율적으로 분리 수행되도록 할 수 있으며, 회류침전조(2b)를 통한 사육수의 공급과 폭기반응조(2a)에 저장된 처리수의 배출이 수리학적 원리를 적용시킨 이중배관에 의하여 보다 효과적으로 수행될 수 있다.
특히, 회류침전조(2b)로 사육수를 공급시키는 과정에서 수리학적 낙차 방식에 의한 다회류의 선회식 흐름을 유도하여, 회류침전조(2b)의 내부에서 발생하는 고형물의 침전과 분리기능을 극대화시키는 동시에, 미생물 여과매질(28)의 선회식 유동에 의하여 폭기반응조(2a)에서의 생물학적 여과성능 또한 극대화되도록 할 수 있다.
상기와 같이 고형물의 제거로부터 폭기에 의한 산소공급과 이산화탄소 탈기 및 미생물에 의한 여과와 거품수집에 이르기까지, 수리학적 원리와 물리적 여과수단이 총망라된 여과방식을 기초로 하여, 사육수 및 미생물 여과매질(28)의 3차원적 입체 유동을 적용함으로서, 육상의 양식장 용도로 최적화 된 생물여과조(1)를 제공할 수 있는 것이다.
상기와 같은 방식으로 본 발명의 생물여과조(1)에서 최종 여과된 처리수는 양식장으로 공급되어 사육수로 재사용되는 바, 본 발명의 생물여과조(1)는 회류침전조(2b)를 이용한 고형물 제거기능까지 겸비되어 있으므로, 보다 높은 수준의 여과성능을 제공함은 물론이고, 이웃한 고형물 여과장치의 청소나 유지보수시 생물여과조(1)만으로도 사육수의 정화기능을 충분히 수행할 수 있으며, 이로 인하여 양식장에서 사육되는 양식어류의 품질과 건강상태를 향상시키고, 양식장의 전반적인 운영에 많은 편의를 제공할 수 있다.
상기와 같은 방식으로 본 발명의 생물여과조(1)를 사용하다가, 일정 기간이 경과하여 회류침전조(2b)의 바닥부 세척작업을 수행코자 할 경우에는, 회류침전조(2b)의 하단에 설치된 드레인배관(4)의 밸브기구(V)를 개방시키게 된다.
상기와 같이 드레인배관(4)의 밸브기구(V)를 개방시키게 되면, 사육수공급관(10) 및 낙차유도관(11)을 거쳐 회류침전조(2b)로 유입되는 사육수의 강한 선회식 흐름이 드레인배관(4)으로 빠져 나가는 사육수의 흐름에 편승하여 회류침전조(2b)의 바닥면 세척작업을 충분히 수행할 수 있을 정도로 매우 강한 와류가 조성됨으로서, 회류침전조(2b)의 바닥면에 누적된 고형물과 스케일이 사육수와 함께 드레인배관(4)을 통하여 외부로 빠져 나오게 된다.
상기와 같은 세척작업시에는 낙차유도관(11)을 거쳐 회류침전조(2b)로 유입된 사육수의 흐름이 폭기반응조(2a)측으로 상승하지 않고 드레인배관(4)측으로 하강하게 되므로, 상기 유동덮개(18)가 폭기반응조(2a)에 저장된 사육수의 수압에 의하여 저부격판(8)과 밀착되면서 센터배출공(8a)을 폐쇄시키게 되며, 이로 인하여 폭기반응조(2a)에 저장된 사육수와 미생물 여과매질(28)은 배출되지 않는 것이다.
물론, 센터파이프(17)가 유동덮개(18)를 관통하는 부위 및 유동덮개(18)의 하단측을 통하여 소량의 사육수가 누설될 수도 있으나, 이 정도의 누설량은 생물반응조(1)의 사용측면에 전혀 문제가 되지 아니하는 극소량이 된다.
상기와 같은 방식으로 폭기반응조(2a)에 저장된 사육수와 미생물 여과매질(28)이 배출되지 않도록 한 상태에서, 사육수의 강한 배출흐름을 이용하여 회류침전조(2b)의 바닥면 세척작업을 수행할 수 있으며, 이로 인하여 불필요한 사육수의 낭비와 미생물 여과매질(28)의 유실을 방지할 수 있음은 물론이고, 배출수량을 최소화시켜 세척작업을 보다 신속하고 용이하게 수행할 수 있는 것이다.
뿐만 아니라, 사육수의 공급과 처리수의 배출을 위한 이중배관 및 거품배출관(21)과 거품수집기(27)를 폭기반응조(2a)의 내측 가장자리에 배치하고, 에어주입관(19)과 기포분산기(20)는 유동덮개(18)와 함께 폭기반응조(2a)의 중심부에 배치하는 방식으로 한층 더 콤펙트한 생물여과조(1)를 제공할 수 있는 것이다.
1 : 생물여과조 2 : 여과탱크 2a : 폭기반응조
2b : 회류침전조 2c : 보강대 2d : 바닥지지체
3 : 침전포트 4 : 드레인배관 5 : 탱크커버
5a : 상단파이프 5b : 삽입구멍 5c : 커버지지대
6 : 원통파이프 6a : 행거로프 7 : 모터펌프
7a : 펌프케이싱 8 : 저부격판 8a : 센터배출공
9 : 상단지지대 9a : 보조지지대 10 : 사육수공급관
11 : 낙차유도관 12 : 토출구 13 : 처리수주입관
14 : 처리수배출관 15 : 처리수도입관 15a : 도입구
16 : 차단판 17 : 센터파이프 18 : 유동덮개
18a : 가이드튜브 19 : 에어주입관 20 : 기포분산기
21 : 거품배출관 22 : 주름관 23 : 드레인호퍼
23a : 연결브라켓 23b : 스페이서 24 : 부력통
25 : 거품통로 26 : 분배케이싱 27 : 거품수집기
28 : 미생물 여과매질 V : 밸브기구
2b : 회류침전조 2c : 보강대 2d : 바닥지지체
3 : 침전포트 4 : 드레인배관 5 : 탱크커버
5a : 상단파이프 5b : 삽입구멍 5c : 커버지지대
6 : 원통파이프 6a : 행거로프 7 : 모터펌프
7a : 펌프케이싱 8 : 저부격판 8a : 센터배출공
9 : 상단지지대 9a : 보조지지대 10 : 사육수공급관
11 : 낙차유도관 12 : 토출구 13 : 처리수주입관
14 : 처리수배출관 15 : 처리수도입관 15a : 도입구
16 : 차단판 17 : 센터파이프 18 : 유동덮개
18a : 가이드튜브 19 : 에어주입관 20 : 기포분산기
21 : 거품배출관 22 : 주름관 23 : 드레인호퍼
23a : 연결브라켓 23b : 스페이서 24 : 부력통
25 : 거품통로 26 : 분배케이싱 27 : 거품수집기
28 : 미생물 여과매질 V : 밸브기구
Claims (8)
- 양식장에서 사용된 사육수를 기포분산기(20)와 미생물 여과매질(28)이 구비된 여과탱크(2)의 내부로 공급하여 사육수의 생물학적 여과처리를 수행토록 한 생물여과조에 있어서,
상기 여과탱크(2)는, 에어주입관(19)과 연결된 기포분산기(20)가 내부에 설치되고 미생물 여과매질(28)이 투입되는 폭기반응조(2a)와, 상기 폭기반응조(2a)의 하부에 싸이클론 형상으로 설치되어 사육수의 선회식 흐름을 통한 고형물의 침전을 유도하는 회류침전조(2b)와, 상기 폭기반응조(2a)와 회류침전조(2b)를 구획하는 저부격판(8)으로 이루어지며,
상기 저부격판(8)의 중앙부에는 센터배출공(8a)이 형성되고, 상기 회류침전조(2b)에는 사육수공급관(10)이 연결 설치되는 한편, 회류침전조(2b)의 하단에는 밸브기구(V)를 구비하는 드레인배관(4)이 연결 설치되며,
상기 폭기반응조(2a)의 내측 가장자리에는 처리수배출관(14)과 거품배출관(21)이 각각 설치되고, 상기 처리수배출관(14)과 거품배출관(21)이 폭기반응조(2a)의 하부측 벽체를 관통하여 여과탱크(2)의 외부로 연장 설치되며,
상기 폭기반응조(2a)의 상단부에는 우산 형태의 탱크커버(5)가 설치되고, 상기 탱크커버(5)의 하부측 중앙에는 미생물 여과매질(28)의 선회통로를 제공하는 원통파이프(6)가 수직 방향으로 매달려 설치되며,
상기 폭기반응조(2a)의 내부 중앙에는 탱크커버(5)로부터 원통파이프(6)를 지나 수직 하방으로 연장되는 센터파이프(17)가 설치되고, 상기 센터파이프(17)의 하단부가 저부격판(8)의 센터배출공(8a)을 커버하는 유동덮개(18)를 관통하도록 설치되며,
상기 여과탱크(2)의 외부로 연장된 처리수배출관(14)으로부터 처리수주입관(13)이 분기되고, 상기 처리수주입관(13)이 모터펌프(7)를 거쳐 원통파이프(6)의 상부측까지 연장 설치되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조. - 제 1항에 있어서, 상기 폭기반응조(2a)의 내측 가장자리에는 폭기반응조(2a)의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장되는 낙차유도관(11)이 설치되고, 상기 낙차유도관(11)의 상단부는 탱크커버(5)를 관통하도록 설치되며,
상기 사육수공급관(10)은 폭기반응조(2a)와 낙차유도관(11)의 하부측을 관통한 다음, 낙차유도관(11)의 중심부를 따라 다시 상부로 연장되는 방식의 "L"자형 배관으로 설치되며,
상기 낙차유도관(11)의 하단부가 저부격판(8)을 관통하여 회류침전조(2b)의 내측 상부로 돌출되고, 상기 낙차유도관(11)의 하단 출구는 사육수의 선회식 흐름을 유도하는 수평 방향의 토출구(12)로 형성되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조. - 제 1항에 있어서, 상기 처리수배출관(14)이 위치하는 폭기반응조(2a)의 내측 가장자리에는 폭기반응조(2a)의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장되는 처리수도입관(15)이 저부격판(8)상에 설치되며, 상기 처리수도입관(15)의 상단부는 탱크커버(5)를 관통하도록 설치되고, 상기 처리수도입관(15)의 하측부에는 처리수의 도입구(15a)가 제공되며,
상기 처리수배출관(14)은 처리수도입관(15)의 내부에 이중관 형태로 배치된 상태에서 처리수도입관(15)의 하측부와 폭기반응조(2a)의 벽체를 관통하여 여과탱크(2)의 외부로 연장 설치되고, 상기 처리수도입관(15)과 유동덮개(18)의 사이에는 소정 높이의 차단판(16)이 저부격판(8)을 따라 가로지게 설치되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조. - 제 2항에 있어서, 상기 처리수배출관(14)이 위치하는 폭기반응조(2a)의 내측 가장자리에는 폭기반응조(2a)의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장되는 처리수도입관(15)이 저부격판(8)상에 설치되며, 상기 처리수도입관(15)의 상단부는 탱크커버(5)를 관통하도록 설치되고, 상기 처리수도입관(15)의 하측부에는 처리수의 도입구(15a)가 제공되며,
상기 처리수배출관(14)은 처리수도입관(15)의 내부에 이중관 형태로 배치된 상태에서 처리수도입관(15)의 하측부와 폭기반응조(2a)의 벽체를 관통하여 여과탱크(2)의 외부로 연장 설치되고, 상기 처리수도입관(15)과 유동덮개(18)의 사이에는 소정 높이의 차단판(16)이 저부격판(8)을 따라 가로지게 설치되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조. - 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기포분산기(20)의 에어주입관(19)은 센터파이프(17)의 내부에 삽입 설치되고, 상기 기포분산기(20)는 소정의 간격을 두고 유동덮개(18)의 상부에 배치된 상태에서 센터파이프(17)를 관통하여 연장되는 에어주입관(19)과 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조.
- 제 5항에 있어서, 상기 에어주입관(19)은 센터파이프(17)를 따라 유동덮개(18)의 내측까지 연장 설치되고, 상기 유동덮개(18)의 내측에도 에어주입관(19)과 연결된 기포분산기(20)가 추가 배치되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거품배출관(21)은 폭기반응조(2a)의 저장수위보다 높은 위치까지 수직 방향으로 연장 설치되고, 상기 거품배출관(21)의 상단부는 탱크커버(5)를 관통하도록 설치되며,
상기 거품배출관(21)에는 주름관(22)에 의하여 부유식 거품수집기(27)가 연결 설치되고, 상기 부유식 거품수집기(27)는 탱크커버(5)의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조. - 제 7항에 있어서, 상기 부유식 거품수집기(27)는, 주름관(22)에 의하여 거품배출관(21)과 연결 설치되는 드레인호퍼(23)와, 상기 드레인호퍼(23)의 내부에 삽입 설치되는 부력통(24)으로 이루어지며,
상기 드레인호퍼(23)와 부력통(24)의 사이에는 거품통로(25)를 형성하는 여유간격이 제공되는 것을 특징으로 하는 고형물 제거기능이 겸비된 생물여과조.
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