KR101348591B1 - 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치 - Google Patents

마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기포 생성량을 조절할 수 있는 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치를 위하여, 순환수가 토출되는 복수의 제1토출구가 형성된 제1파이프와, 상기 제1파이프 내부에 배치되며 순환수가 토출되는 복수의 제2토출구가 형성된 제2파이프와, 상기 제2파이프 내에서 회전하여 상기 복수의 제2토출구를 개폐하며, 순환수가 유동할 수 있는 나선(螺旋) 모양의 유동홈이 형성된 스크류를 포함하는 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치를 제공한다.

Description

마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치{micro bubble generator and water treatment apparatus including the same}
본 발명은 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 순환율을 조절할 수 있는 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치는 수중에서 기포를 발생시키고 발생된 마이크로 기포는 부상조 상부로 수중의 오염물질과 함께 부상된다. 여기서 마이크로 기포란 1㎛ ~ 120㎛ 이하의 매우 미세한 기포를 의미한다. 부상된 오염물질인 부상슬러지는 슬러지제거기에 의해 배출되는 구조로 오염물질 처리설비 등의 수처리 장치에 사용된다.
그러나 이러한 종래의 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치에는 기포 생성량을 조절할 수 없는 문제점이 있었다. 그 결과 상황에 오염물질의 양에 관계없이 항상 일정한 양의 기포를 발생하여 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 수질 변동에 따라 순환율을 조절하여 수질 변동에 따른 조절 운전을 할 수 있는 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 순환수가 토출되는 복수의 제1토출구가 형성된 제1파이프와, 상기 제1파이프 내부에 배치되며 순환수가 토출되는 복수의 제2토출구가 형성된 제2파이프와, 상기 제2파이프 내에서 회전하여 상기 복수의 제2토출구를 개폐하며, 순환수가 유동할 수 있는 나선(螺旋) 모양의 유동홈이 형성된 스크류를 포함하는 마이크로 기포 발생장치가 제공된다.
상기 스크류는 상기 복수의 제2토출구의 개방 정도를 조절하여, 상기 순환수의 유동량을 조절할 수 있다.
상기 스크류는 상기 복수의 제2토출구를 순차적으로 개폐할 수 있다.
상기 제2토출구는 그 폭이 상기 스크류의 상기 유동홈보다 폭이 좁으며, 상기 유동홈의 어느 한 지점의 폭 내에 복수개가 구비될 수 있다.
상기 스크류와 연결되어 상기 스크류를 회전시킬 수 있는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동부는 상기 스크류의 회전각도를 조절할 수 있는 스테핑 모터를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2토출구는 상기 스크류의 상기 유동홈을 따라 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 원수를 수용하여 응집물로 응집하는 응집조와, 마이크로 기포 발생장치로부터 분사되는 기포를 공급받아 응집물을 부상시켜 제거하는 부상조를 포함하는 부상처리조를 포함하고, 상기 마이크로 기포 발생장치는 전술한 마이크로 기포 발생장치인, 수처리 장치.
상기 부상처리조에서 정수된 원수 중 일부를 순환폄프에 의해 유입받아 저장할 수 있으며, 상기 마이크로 기포 발생장치와 연결된 가압조를 더 포함할 수 있다.
상기 가압조와 연결되어, 상기 가압조로 기체를 공급하는 기체공급기를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수질 변동에 따라 순환율을 조절하여 수질 변동에 따른 조절 운전하여 에너지를 절감할 수 있는 마이크로 기포 발생장치 및 이를 포함하는 수처리 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 기포 발생장치를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 기포 발생장치의 일부를 절취한 단면을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 3은 다른 일 실시예에 다른 마이크로 기포 발생장치의 단면을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 기포 발생장치의 다른 단면을 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 5는 본 실시예들에 의한 마이크로 기포 발생장치를 포함하는 수처리 장치를 개략적으로 도시하는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 기포 발생장치(1)를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 마이크로 기포 발생장치(1)의 일부를 절추한 부분 단면도이다. 도 3은 다른 일 실시예에 따른 마이크로 기포 발생장치(1)를 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예들에 의한 마이크로 기포 발생장치(1)를 다른 측면에서 도시한 부분 단면도이다.
마이크로 기포 발생장치(1)는 마이크로 기포를 발생하기 위하여 제1파이프(10), 제2파이프(20) 및 스크류(30)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1파이프(10)는 순환수가 토출될 수 있다. 예컨대, 제1파이프(10)는 그 단면이 원형이며 일 방향으로 길게 연장되며, 외주면에 순환수가 토출되는 복수의 제1토출구(11)가 형성될 수 있다. 예컨대 제1토출구(11)는 복수의 긴 홈으로 형성될 수 있다. 이때, 각 홈은 같이 대칭인 위치에 있을 수도 있고, 그 대칭이 아닐 수도 있다. 다른 예로, 제1토출구(11)는 대략 원형으로 형성되며, 일정한 간격으로 상호 이격되도록 형성될 수 있다. 한편, 제1파이프(10)는 순환수가 유입되는 흡입관이 결합될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제2파이프(20)는 제1파이프(10)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로 제2파이프(20)는 제1파이프(10)의 직경보다 작은 직경으로 제1파이프(10)의 연장방향과 동일한 방향으로 연장되어 제1파이프(10) 내부에 배치될 수 있다. 이때, 제2파이프(20)의 외경은 제1파이프(10)의 외경보다 작아, 제2파이프(20)의 외주면이 제1파이프(10)의 내주면에서 소정 거리 이격될 수 있다. 또한, 제1파이프(10)와 제2파이프(20)는 대략 동일한 중심을 가질 수 있다.
제2파이프(20)는 순환수가 토출되는 복수의 제2토출구(21)가 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 제2토출구(21)는 대략 동일한 모양으로 형성될 수 있다. 제2토출구(21)에 대한 상세한 설명은 후술한다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 스크류(30)는 제2파이프(20) 내에 회전가능하게 배치될 수 있다. 구체적으로 스크류(30)는 제2파이프(20)의 연장방향으로 연장되며, 예컨대 긴 원기둥 형상일 수 있다. 여기서 스크류(30)의 연장방향은 스크류(30)의 회전축과 대략 동일할 수 있다.
스크류(30)는 나선 모양의 유동홈(31)이 형성될 수 있다. 예컨대, 유동홈(31)은 스크류(30)의 회전축과 소정의 각도로 기울어져 연속적으로 형성될 수 있다. 순환수는 이 유동홈(31)을 따라 제2토출구(21)로 토출되고, 제1파이프(10)의 내벽에 부딪쳐 마이크로 기포를 발생할 수 있다. 그리고 발생된 마이크로 기포는 제1토출구(11)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이러한 유동홈(31)은 하나로 도시되었지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 스크류(30)는 복수의 제2토출구(21)를 개폐할 수 있다. 이를 위하여, 스크류(30)의 외경과 제2파이프(20)의 외경은 대략 동일할 수 있다. 따라서 스크류(30)의 외면이 제2토출구(21)를 막아 순환수의 유동을 정지시킬 수 있다.
또한, 스크류(30)는 제2토출구(21)를 개폐하는 할 뿐만 아니라, 제2토출구(21)의 개방 정도를 조절하여, 순환수의 유동량을 조절할 수 있다. 구체적으로 스크류(30)의 외면이 제2토출구(21)의 일부만을 개방할 수 있다. 이를 위하여, 마이크로 기포 발생장치(1)는 스크류(30)와 연결되어 스크류(30)를 회전시킬 수 있는 구동부(40)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 스크류(30)는 제1파이프(10) 및 제2파이프(20) 외부로 연장되어 구동부(40)와 결합할 수 있다. 이때, 구동부(40)는 스크류(30)의 회전각도를 정밀하게 조절하기 위하여 스테핑 모터를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 다른 일 실시예에 따른 마이크로 기포 발생장치(1) 중 제2파이프(20)를 도시한 부분단면도들이다.
도 2를 참조하면, 제2파이프(20)의 제2토출구(21)는 스크류(30)의 유동홈(31)을 따라 형성될 수 있다. 구체적으로 제2토출구(21)는 유동홈(31)의 나선 방향을 따라 형성될 수 있다. 이로 인해, 스크류(30)는 모든 제2토출구(21)를 동시에 폐쇄할 수 있다. 또한, 스크류(30)는 모든 제2토출구(21)를 동시에 동일하게 개방할 수 있다.
또한, 제2토출구(21)는 그 폭이 유동홈(31)의 폭과 동일하고, 유동홈(31) 간의 거리와 동일하거나 작을 수 있다. 이로 인해, 제2토출구(21)는 대략 동시에 동일하게 개방될 수 있으며, 동시에 폐쇄될 수 있다. 여기서 제2토출구(21)의 폭 및 유동홈(31)의 폭은 나선의 진행방향과 대략 수직한 방향의 길이를 말한다.
한편, 도 3을 참조하면, 제2토출구(21a, 21b, 21c)는 도 2에 도시된 제2토출구(21)와 마찬가지로 유동홈(31)을 따라 형성될 수 있다. 다만, 전술한 실시예와는 다르게, 스크류(30)는 제2토출구(21a, 21b, 21c)를 순차적으로 개폐할 수 있다. 이를 위하여, 제2토출구(21a, 21b, 21c)는 그 폭이 유동홈(31)의 폭보다 좁으며, 상기 유동홈(31)의 어느 한 지점의 폭 내에서 복수개가 구비될 수 있다.
예를 들면 도시된 바와 같이, 제2토출구(21a, 21b, 21c)는 유동홈(31)의 폭 내에 3개가 연속하여 배치될 수 있다. 따라서 스크류(30)가 회전함에 따라 순차적으로 제2토출구(21a, 21b, 21c)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 이로 인해, 순환수의 유동량을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
한편, 도 5는 전술한 실시예들에 의한 마이크로 기포 발생장치(1)를 구비하는 수처리 장치(100)를 개략적으로 도시하는 구성도이다. 수처리 장치는 전술한 실시예들에 의한 마이크로 기포 발생장치(1)와, 오염물질을 포함하는 원수를 수용하고 마이크로 기포 발생장치(1)로부터 발생된 기포를 공급받아 부상처리하여 제거하는 부상처리조(101)를 포함할 수 있다.
이때 부상처리조(101)는 상기 원수를 수용하여 응집물로 응집시키는 응집조(110, 111) 및 마이크로 기포 발생장치(1)로부터 분사되는 기포를 이용하여 응집조(110, 111)에서 응집된 응집물을 부상시켜 제거하는 부상조(115)를 포함할 수 있다.
응집조(110, 111)는 상기 원수를 유입받고 이에 응집제를 투입하여 응집침전물과 부상처리가 가능한 부유물을 형성하는 처리조이다. 이때 응집조(110,111)로 투입되는 원수로는 일예로서 다량의 오염물질을 포함하는 축산폐수나 하수도수일 수 있으며, 또 다른 일예로서 A2O(혐기, 무산소, 호기) 공법 등 미생물을 이용한 생물학적 고도처리에 의해 처리된 후 방류되는 방류수 일 수 있다.
이러한 응집조(110, 111)는 도 5에 도시된 것과 같이, 응집제 및/또는 응집보조제와 원수를 급속하게 반응시켜 제거물질인 오염물질이 포함된 부유물질을 형성하는 급속응집조(110)와 급속응집조(110)로부터 원수를 유입받아 원수 내 포함된 부유물질을 덩어리 형태의 응집물인 플록(flock)으로 형성하는 완속응집조(111)로 구성될 수 있다. 이때 급속응집조(110)와 완속응집조(111)에서의 응집과정 중 일부의 응집물은 침전되어 제거될 수 있다.
완속응집조(111)에서 응집처리가 완료된 원수는 완속응집조(111)와 부상조(115)를 구분하는 격벽(117)의 하부 개방부분을 통과하여 부상조(115)로 투입될 수 있다. 이때 격벽(117)에 형성되는 개방부는 도 5와 같이 하부에 한정되지 않고 일예로서 응집처리된 원수가 격벽을 월류할 수 있도록 상부에 구비될 수 있으며, 경우에 따라 하부가 개방된 격벽과 상부가 개방된 격벽이 이격배치시킴으로써 하부가 개방된 격벽을 통과한 원수가 상부가 개방된 격벽을 월류하여 부상조(115)로 유입되도록 하거나 역으로 배치시켜 원수의 이송경로로 이용할 수 있다.
부상조(115)는 원수 내 포함된 플록을 기포를 이용하여 부상시켜 제거하는 처리조로서, 하부에 기포(116)를 분사하는 마이크로 기포 발생장치(1)를 구비한다. 즉 마이크로 기포 발생장치(1)는 부상조(115) 내부에 구비될 수 있다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 마이크로 기포 발생장치(1)는 부상조(115) 외부에 배치되고, 부상조(115)와 파이프 등에 의해 연결되어 기포를 부상조(115)로 공급할 수 있다.
마이크로 기포 발생장치(1)로는 가압수가 공급되며, 이러한 가압수는 부상조(115)로 투입될 때, 압력의 차이로 인해 10 내지 120㎛의 크기를 가지는 미세한 기포(116) 형태로 분사되게 된다. 이러한 기포(116)는 부상조(115) 상부로 부상하면서 원수에 부유하는 플록들과 결합하게 되며, 이렇게 기포(116)와 결합된 플록도 기포(116)의 부상력에 의해 부상조(115) 상부로 같이 부상하게 된다. 이렇게 부상된 플록들(스컴이라고도 함)은 스키머(113)에 의해 스컴수집조(113a)로 모아진 후 최종적으로 제거되게 된다.
이때 마이크로 기포 발생장치(1)에 공급되는 가압수는 수처리 장치(100)에서 처리가 완료되어 배출되는 원수 중 일부를 회수하여 공기, 산소 또는 오존 등을 고압으로 용존시켜 제조할 수 있다. 구체적으로 가압조(118)과 연결되어 가압조(118)로 기체를 공급하는 기체공급기가 구비될 수 있다. 일예로서 부상처리조(101)에서 처리가 완료된 처리수 중 일부를 순환펌프(120)를 이용하여 회수하여 가압조(118)로 이송시키고, 이 가압조(118)에서 오존발생장치(121)에서 형성된 오존을 압축기(119)를 이용해 압축시킴으로써 가압수를 생성시킬 수 있다. 다른 예로서 가압조(118)에는 오존 대신 공기 또는 산소를 압축기(119)로 가압한 가압수가 생성 될 수 있다.
여기서 부상처리조(101)에서 순환펌프(120)를 이용하여 원수 중 일부를 가압조(118)로 이송시키는 것에 한정하는 것은 아니며, 가압조(118)는 흡착조(101), 여과조(102) 및 배출조(125) 중 적어도 어느 하나로부터 원수 중 일부를 순환펌프(120)를 이용하여 유입받을 수 있다. 이러한 것은 흡착조(101), 여과조(102) 및 배출조(125)가 설치되는 것에 따라 다를 수 있다.
가압수에 용존되는 기체가 오존인 경우, 기포의 부상처리 시 오존의 강력한 산화력으로 인해 병원성 미생물들이나 친수성 유해유기물질이 산화된 후 원수로부터 분리시키기 때문에, 이러한 병원성 미생물이나 친수성 유해유기물질 내에 포함되어 있는 오염물질이 추가적으로 제거되는 효과를 얻을 수 있다.
이때 배출조(125)에 일시 저장되는 원수 중 일부는 순환펌프(120)에 의해 가압조(118)로 회수되어 가압수를 형성하는데 이용될 수 있다. 여기서 가압조(118)는 순환폄프(120)에 의해 부상처리조(101)에서 정수된 원수 중 일부를 유입받아 저장할 수 있다. 또는 가압조(118)는 흡입조(102) 또는 여과조(103) 중 어느 하나에서 순환폄프(120)에 의해 원수 중 일부를 유입받는 등 다양한 변형이 가능하다. 이러한 가압조(118)는 마이크로 기포 발생장치(1)과 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이 마이크로 기포 발생장치(1)에 의해서 단시간 내에 다량의 1㎛ ~ 120㎛의 초극미세 기포(116)를 쉽게 생성할 수 있게 되고, 이와 같이 생성된 초극미세 마이크로 기포(116)를 원수 중에 공급하게 됨으로써 원수 중에 함유된 오염물질을 쉽게 응집처리하여 부유시키고 제거할 수 있어서, 폐수를 효율적이고 완벽하게 처리할 수 있게 된다.
또한, 오염물질의 존재량에 따라 순환수의 양을 조절할 수 있어, 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상황에 적합하게 마이크로 기포를 발생할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 제1파이프 11: 제1토출구
20: 제2파이프 21: 제2토출구
30: 스크류 31: 유동홈
40: 구동부

Claims (10)

  1. 순환수가 토출되는 복수의 제1토출구가 형성된 제1파이프;
    상기 제1파이프 내부에 배치되며, 순환수가 토출되는 복수의 제2토출구가 형성된 제2파이프; 및
    상기 제2파이프 내에서 회전하여 상기 복수의 제2토출구를 개폐하며, 순환수가 유동할 수 있는 나선(螺旋) 모양의 유동홈이 형성된 스크류;
    를 포함하고,
    상기 스크류는 상기 복수의 제2토출구의 개방 정도를 조절하여, 상기 순환수의 유동량을 조절할 수 있는, 마이크로 기포 발생장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크류는 상기 복수의 제2토출구를 순차적으로 개폐하는, 마이크로 기포 발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2토출구는 그 폭이 상기 스크류의 상기 유동홈보다 폭이 좁으며, 상기 유동홈의 어느 한 지점의 폭 내에 복수개가 구비되는, 마이크로 기포 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스크류와 연결되어 상기 스크류를 회전시킬 수 있는 구동부를 더 포함하는, 마이크로 기포 발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 스크류의 회전각도를 조절할 수 있는 스테핑 모터를 포함하는, 마이크로 기포 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2토출구는 상기 스크류의 상기 유동홈을 따라 형성된, 마이크로 기포 발생장치.
  8. 원수를 수용하여 응집물로 응집하는 응집조; 및
    마이크로 기포 발생장치로부터 분사되는 기포를 공급받아 응집물을 부상시켜 제거하는 부상조를 포함하는 부상처리조;를 포함하고,
    상기 마이크로 기포 발생장치는 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 마이크로 기포 발생장치인, 수처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부상처리조에서 정수된 원수 중 일부를 순환폄프에 의해 유입받아 저장할 수 있으며, 상기 마이크로 기포 발생장치와 연결된 가압조를 더 포함하는, 수처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가압조와 연결되어, 상기 가압조로 기체를 공급하는 기체공급기를 더 포함하는, 수처리 장치.

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