KR101394385B1 - 수질개선장치 및 이를 이용한 수질개선방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질개선장치 및 이를 이용한 수질개선방법에 관한 것으로, 펌프를 포함하는 하나 이상의 마이크로버블발생기의 내부에 선택적으로 공기, 산소 또는 오존을 공급하여 마이크로버블을 생성·토출하게 되는 구성이다. 본 발명에 따르면, 수질개선장치는 외부공기를 공급하는 급기수단; 외부공기로부터 산소를 발생시키는 산소발생기; 외부공기와 산소로부터 오존을 발생시키는 오존발생기; 외부공기, 산소 또는 오존을 하나 이상의 마이크로버블발생기로 분배하여 제공하는 유량 및 압력 조절 기능을 갖는 하나 이상의 분배기; 및 마이크로버블발생기, 급기수단, 산소발생기, 오존발생기 및 분배기를 선택적으로 제어하고 통제하는 제어부를 포함하고, 급기수단, 산소발생기 및 오존발생기는 제어부에 의해 동시 내지는 순차적으로 중앙통제되어 하나 이상의 분배기를 통해 하나 이상의 마이크로버블발생기로 외부공기, 산소 또는 오존을 공급하도록 구성된다.

Description

수질개선장치 및 이를 이용한 수질개선방법{WATER IMPROMENT SYSTEM, AND WATER IMPROMENT METHOD USING THE SAME}

발명은 골프장의 소호나 해저드는 물론 일반 저수지 오폐수 및 음폐수, 축산폐수, 식품폐수, 오수 처리장 등에서도 사용될 수 있는 수질개선장치 및 이를 이용한 수질개선방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 임펠러와 다수의 컷기어가 순차적으로 반복하여 배열되는 마이크로버블발생기를 통해 공기, 산소 및 오존을 선택적으로 혼합시켜 보다 효율적인 정화작용이 가능한 수질개선장치 및 이를 이용한 수질개선방법에 관한 것이다.

일반적으로 소호나 골프장 해저드와 같은 연못에 서식하는 조류나 수초는 햇빛, 물 그리고 물에 용존하는 질소나 인 등 무기영양소에 의존해서 증식하며, 무기영양소는 연못으로 유입되는 비나 관개수 등에 함유되어 공급된다.

하지만, 전술한 무기영양소가 계속해서 유입되면 조류나 수초가 과다하게 번성해서 부영영화가 심해지고 이에 따라 적조현상 등이 유발되게 된다. 적조현상을 방치할 경우 그에 따른 용존산소량이 감소하여 조류 등이 고사하게 되는데, 상기 고사된 조류 등은 호기성 미생물에 의하여 분해된다. 만일 물이 흐르지 못하고 정체되어 있는 경우 물 속의 산소는 상기 호기성 미생물에 의한 분해가 진행됨에 따라 더욱 부족하게 되고, 산소가 없거나 부족한 혐기성 환경에 도달하게 되면 혐기성 미생물이 황화수소나 메탄가스 등을 발생시켜 연못에서 악취가 발생하게 된다.

일반적으로 소호나 하천 등의 수질을 개선하는 방법으로는 송풍기를 이용하여 심층부에 산기관을 설치하여 공기를 부상시켜 물 속에 용존산소량을 증가시킴으로써 호기성 미생물의 대사량을 높이는 방법이 주로 사용되어 왔다.

그러나, 송풍기를 이용한 방법은 산기관의 활용도가 떨어지고 용존산소의 공급이 원활하지 못한 단점이 있어 시설투자에 비하여 수질개선 효과가 떨어지는 것이 현실이다. 특히, 여름철에는 녹조류가 증식하여 소호를 전반적으로 오염시키고 악취를 발생시키는 문제가 있어 해결책으로 적절하지가 않다.

또한, 골프장 소호나 워터 해저드 등은 필드의 조경과 더불어 장애물로 활용되고 있는데, 이들 연못은 저수된 물이 지하로 스며들어 유량이 감소되거나 필드로 역류되는 것을 방지하기 위해 지반을 콘크리트로 마감하거나 기타의 방수처리를 하기 때문에 물의 부패가 빠르게 진행된다. 더욱이, 필드나 그린의 잔디관리를 위해 과다한 농약을 사용하는 경우가 많으므로 잔류 농약이 연못으로 스며들어 수질을 더욱 악화시키게 된다.

이에 대해 종래에는 주로 연못에 분수를 설치하거나 특수효소를 이용하여 연못의 오염을 예방하는 방법이 적용되었으나, 분수를 설치하는 것은 단순히 물을 순환시키는 기능만을 하기 때문에 오염물을 정화하는 데 별다른 효과를 얻을 수 없고, 특수효소를 사용하는 경우는 오염물질을 제거하는 데 효과가 있으나 많은 비용이 소요되는 단점이 있었다.

상기한 문제들을 해결하기 위한 종래의 한 방법으로 국내공개특허 10-2007-0062060호를 들 수 있는데, 이 특허는 침수식물이 자랄 수 있는 식재주머니와, 숯을 담은 망사체를 서로 연결하여 일체형으로 구성하였다. 그러나, 이 구성으로서는 골프장내 해저드의 물을 전체적으로 정화 처리하는 것이 불가능하고 국부적 범위내에서만 그 효과를 기대할 수 있다. 또한, 전체 해저드의 물을 정화 또는 개선하기 위해서는 다량의 식재주머니를 투입하여야 하므로 이에 대한 설비 및 유지과 어려운 단점이 있고, 또한 식재 주머니의 주기적 교체 및 교환이나 유지 작업등을 주기적으로 수행하여야 하므로 이에 따른 유지보수 관리의 어려움과, 유지 보수 비용이 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 개발된 것으로, 다수의 임펠러와 다수의 컷기어가 순차적으로 반복하여 배열된 마이크로버블발생기의 구성을 통해 공기, 산소 및 오존을 선택적으로 혼합시켜 보다 효율적인 정화작용이 가능한 수질개선장치 및 이를 이용한 수질개선방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적에 따라 구성되는 본 발명의 수질개선장치는 펌프를 포함하는 하나 이상의 마이크로버블발생기의 내부에 선택적으로 공기, 산소 또는 오존을 공급하여 마이크로버블을 생성·토출하게 되는 것으로서, 외부공기를 공급하는 급기수단; 외부공기로부터 산소를 발생시키는 산소발생기; 외부공기와 산소로부터 오존을 발생시키는 오존발생기; 외부공기, 산소 또는 오존을 하나 이상의 마이크로버블발생기로 분배하여 제공하는 유량 및 압력 조절 기능을 갖는 하나 이상의 분배기; 및 마이크로버블발생기, 급기수단, 산소발생기, 오존발생기 및 분배기를 선택적으로 제어하고 통제하는 제어부를 포함하고, 급기수단, 산소발생기 및 오존발생기는 제어부에 의해 동시 내지는 순차적으로 중앙통제되어 하나 이상의 분배기를 통해 하나 이상의 마이크로버블발생기로 외부공기, 산소 또는 오존을 공급하도록 구성된다.

본 발명의 수질개선장치에서 마이크로버블발생기는 펌프 내부에 다수의 임펠러와, 이들 임펠러와 상호 작용하게 되는 다수의 컷기어를 포함하고, 상기 컷기어는 복수 개의 날카로운 치차 형상의 칼날부들을 갖는 상호 대응된 내기어와 외기어로 이루어지고, 상기 내기어는 펌프의 회전축 상에, 그리고 상기 외기어는 상기 회전축 주변의 펌프 내벽면에 각각 설치되고, 상기 칼날부들은 펌프의 축선을 중심으로 대경부와 소경부로 구성되고, 내기어와 외기어는 각각의 칼날부들의 대경부 및 소경부가 서로 엇갈리게 배치되어 상호 끼움 형태로 조립되는 것으로, 상기 펌프 내 다수의 임펠러와 다수의 컷기어의 배열은 일단의 임펠러에 이어 일단의 컷기어가 반복적으로 배치되는 형태를 갖춤이 바람직하다.

또한, 위의 목적에 따라 구성되는 본 발명의 수질개선방법은 펌프를 포함하는 하나 이상의 마이크로버블발생기의 내부에 선택적으로 공기, 산소 또는 오존을 공급하여 마이크로버블을 생성·토출하게 되는 것으로서, 제어부의 작동으로 장치 통제가 시작되는 단계; 급기수단의 구동으로 외부 공기가 흡입되는 단계; 산소발생기의 구동으로 산소가 생성되는 단계; 오존발생기의 구동으로 오존이 생성되는 단계; 하나 이상의 분배기에 의해 유량 및 압력이 조절된 상태로 공기 또는 공기·산소 또는 공기·오존 또는 공기·산소·오존이 분배되는 단계; 하나 이상의 마이크로버블발생기의 펌프 내부로 공기 또는 공기·산소 또는 공기·오존 또는 공기·산소·오존이 유입되는 단계; 다수의 임펠러의 구동에 따라 물과 공기 또는 공기·산소 또는 공기·오존 또는 공기·산소·오존이 혼합되는 단계; 다수의 컷기어의 구동에 따라 물과 공기 또는 공기·산소 또는 공기·오존 또는 공기·산소·오존의 혼합수가 초미세화되는 단계; 산소 또는 오존 또는 산소·오존을 포함한 마이크로버블이 생성되는 단계; 및 수질정화 대상 구역으로 마이크로버블을 토출하는 단계로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 펌프 내 임펠러와 컷기어를 고속회전시켜 물과 공기, 산소 및 오존 등의 기체를 선택적으로 혼합,용존시켜 마이크로버블화함으로써 물 속의 용존률을 최대화할 수 있으며, 또한 토출량과 압력 제어를 통해 혼합율과 버블 크기를 보다 미세하게 조절하게 됨으로써 골프장 소호나 해저드는 물론 일반 저수지 오폐수 및 음폐수, 축산폐수, 식품폐수, 오수 처리장 등의 수질을 개선하는데 더욱 뛰어난 효과를 제공하게 된다.

도 1은 종래의 마이크로버블발생장치의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 수질개선장치의 계통도,
도 3은 심정펌프를 이용한 도 2의 마이크로버블발생기를 도시한 도면,
도 4는 도 3의 펌프 내 임펠러와 컷기어의 배치 구조를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 수질개선장치의 제1 작동례를 도시한 블록도,
도 6은 본 발명의 수질개선장치의 제2 작동례를 도시한 블록도,
도 7은 본 발명의 수질개선장치의 제3 작동례를 도시한 블록도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 수질개선장치의 계통도, 도 3은 도 2의 수질개선장치를 구성하는 심정펌프의 구성을 도시한 도면, 도 4는 도 3의 펌프 내 임펠러와 컷기어의 배치 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 수질개선장치는 물 속에 공기, 산소 및 오존 등의 기체를 선택적으로 혼합,용존시켜 마이크로버블화함으로써 골프장 소호나 해저드, 기타 저수지 또는 오폐수 처리장 등의 수질을 개선할 수 있도록 제공된다.

이를 위해, 수질개선장치는 심정펌프(110)를 이용한 마이크로버블발생기(100)와, 외부로부터 공기를 흡입하여 공급하는 급기수단(200)과, 외기공기로부터 산소를 발생시키는 산소발생기(300), 산소발생기로부터 공급된 산소와 외부공기를 결합시켜 오존을 발생시키는 오존발생기(400), 그리고 이들 구성을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.

마이크로버블발생기(100)는 펌프 내부에 다수의 임펠러(120,120',…)와, 이들 임펠러와 상호 작용하게 되는 다수의 컷기어(140,140',…)를 갖는 구성으로, 컷기어(140,140',…)는 치차 형상의 복수 개의 날카로운 칼날부(141a)(142a)를 갖는 상호 대응된 내기어(141)와 외기어(142)로 이루어지고, 이 중 내기어(141)는 펌프(110)의 회전축(112) 상에, 그리고 외기어(142)는 상기 회전축 주변의 펌프 내벽면(113)에 각각 설치된다.

본 발명에서 상기 컷기어(140,140',…)의 칼날부(141a)(142a)는 펌프의 축선을 중심으로 대경부(D)와 소경부(d)로 이루어질 수 있으며, 내기어(141)와 외기어(142)는 각각의 칼날부(141a)(142a)의 대경부(D) 및 소경부(d)가 서로 엇갈리게 배치되어 상호 끼움 형태로 조립될 수 있으며, 이를 통해 펌프(110)의 회전축(112)이 구동할 때 내기어(141)와 외기어(142)의 상호 작용이 이루어진다.

본 발명에 따르면, 다수의 임펠러(120,120',…)와 다수의 컷기어(140,140',…)는 순차적으로 혼합 배열되는 형태로 제공될 수 있다. 구체적으로, 펌프(110) 내 임펠러와 컷기어의 배열 형태는 도 4에 도시하는 바와 같이 일단의 임펠러(120,120',…)에 이어 일단의 컷기어(140,140',…)가 반복적으로 배치되는 구성이 바람직하다.

이와 같은 구성으로부터 본 발명은 펌프 내 임펠러(120,120',…)와 컷기어(140,140',…)를 고속회전시켜 물과 공기 등을 5미크론 이하로 미세화시켜 혼합함으로써 물 속의 용존률을 최대화할 수 있게 된다. 또한, 펌프 토출구(114)측에 압력조절밸브(V_b)를 설치할 수 있으며, 이를 통해 토출량과 압력을 제어하며 혼합율과 마이크로버블의 크기를 보다 미세하게 조절할 수 있게 된다.

도 1에 따르면, 본 발명의 수질정화장치는 마이크로버블발생기를 구성하는 심정펌프(110) 내부에 선택적으로 공기, 산소, 오존 등을 제공할 수 있으며, 이를 위해 외부공기를 공급하는 급기수단(200)과, 산소를 발생시키는 산소발생기(300), 그리고 오존을 발생시키는 오존발생기(400)를 심정펌프(110)의 일측에 배치하여 연결할 수 있다.

또한, 본 발명의 수질정화장치는 제어부(미도시)를 통한 중앙통제방식으로 구성할 수도 있는데, 이 경우 유량 및 압력 조절 기능을 가지는 다수의 분배기(500,500',…)를 설치하여 이들 각 분배기를 통해 상기 급기수단(200)으로부터의 공기, 상기 산소발생기(300)로부터의 산소, 및 상기 오존발생기(400)로부터의 오존을 다수의 마이크로버블발생기(100)로 각각 분배하도록 구성할 수 있다.

이와 같이 다수의 분배기(500,500',…)를 통해 다수의 마이크로버블발생기(100,100',…)로 공기, 산소 및 오존을 공급하게 되는 중앙통제방식을 통해 본 발명의 수질정화장치는 시설비 절감과 공간효율을 높일 수 있으며, 또한 물 속 용존율과 혼합비율을 일정하게 할 수 있어 마이크로버블의 특성을 균일하게 제어할 수 있게 된다.

도 5는 내지 도 7은 도 2 내지 도 4에 따른 본 발명의 수질개선장치의 다양한 작동례로서, 도 5는 공기 공급에 따른 제1 작동례이고, 도 6은 산소 공급에 따른 제2 작동례이며, 도 7은 오존 공급에 따른 제3 작동례를 도시한 블록도이다.

도 5의 공기 공급은 제어부(미도시)의 통제에 따라 급기수단(200)을 통해 이루어진다. 급기수단(200)을 통해 공급된 공기는 각각의 분배기(500,500',…)를 통해 유량 및 압력이 조절된 상태로 각각의 마이크로버블발생기(100,100',…)의 펌프 내부로 공급된다. 공기는 다수의 임펠러(120,120',…)에 의해 펌프 내부로 유입된 물과 혼합되고, 물과 공기의 혼합수는 다수의 컷기어(140,140',…) 부분을 통과하는 동안 상호 작용하는 내기어(141)·외기어(142)의 칼날부(141a)(142a)에 의해 미세화되어 마이크로버블을 생성할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 앞서 설명한 바와 같이, 펌프 내부에 일단의 임펠러와 일단의 컷기어가 번갈아 반복적으로 배열될 수 있으며, 이 경우 상기 미세화된 물과 공기의 혼합수는 더욱 미세화되어 토출구를 통해 매우 미세한 마이크로버블을 배출할 수 있게 된다.

도 6의 산소 공급은 제어부(미도시)의 통제에 따라 산소발생기(300)를 통해 이루어진다. 산소발생기(300)에 의한 산소 생성 원리는 기공지된 사실이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 산소발생기(300)는 급기수단(200)을 통해 공급된 공기로부터 산소를 생성하고, 이를 급기수단(200)으로부터의 공기와 함께 각각의 분배기(500,500',…)를 통해 유량 및 압력이 조절된 상태로 각각의 마이크로버블발생기(100,100',…)의 펌프 내부로 공급할 수 있다. 공기와 산소는 다수의 임펠러(120,120',…)에 의해 펌프 내부로 유입된 물과 혼합되고, 물과 공기 그리고 산소가 혼합된 산소수는 다수의 컷기어(140,140',…) 부분을 통과하는 동안 상호 작용하는 내기어·외기어의 칼날부(141a)(142a)에 의해 미세화되는 한편, 상기 반복적으로 배열된 일단의 임펠러 부분과 일단의 컷기어 부분을 통과하게 되면서 더욱 미세화되어 산소를 포함한 마이크로버블을 생성할 수 있게 된다.

도 7의 오존 공급은 제어부(미도시)의 통제에 따라 오존발생기(400)를 통해 이루어진다. 오존발생기(400)에 의한 오존 생성 원리는 기공지된 사실이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 오존발생기(400)는 급기수단(200)을 통해 공급된 공기와 산소발생기(300)를 통해 공급된 산소로부터 오존을 생성하고, 이를 각각의 분배기(500,500',…)를 통해 유량 및 압력이 조절된 상태로 각각의 마이크로버블발생기(100,100',…)의 펌프 내부로 공급할 수 있다. 물론 제어부(미도시)는 오존만을 공급하도록 하거나, 급기수단(200)으로부터의 공기 또는 산소발생기(300)로부터의 산소를 함께 공급하도록 제어할 수도 있다.

Claims (7)

1. 펌프를 포함하는 하나 이상의 마이크로버블발생기의 내부에 선택적으로 공기, 산소 또는 오존을 공급하여 마이크로버블을 생성·토출하게 되는 수질개선장치로서,
   외부공기를 공급하는 급기수단;
   외부공기로부터 산소를 발생시키는 산소발생기;
   외부공기와 산소로부터 오존을 발생시키는 오존발생기;
   외부공기, 산소 또는 오존을 하나 이상의 마이크로버블발생기로 분배하여 제공하는 유량 및 압력 조절 기능을 갖는 하나 이상의 분배기; 및
   마이크로버블발생기, 급기수단, 산소발생기, 오존발생기 및 분배기를 선택적으로 제어하고 통제하는 제어부를 포함하고,
   급기수단, 산소발생기 및 오존발생기가 제어부에 의해 동시 내지는 순차적으로 중앙통제되어 하나 이상의 분배기를 통해 하나 이상의 마이크로버블발생기로 외부공기, 산소 또는 오존을 공급하도록 구성되며,
   마이크로버블발생기는 펌프 내부에 다수의 임펠러와, 이들 임펠러와 상호 작용하게 되는 다수의 컷기어를 포함하고, 상기 컷기어는 복수 개의 날카로운 치차 형상의 칼날부들을 갖는 상호 대응된 내기어와 외기어로 이루어지며, 상기 내기어는 펌프의 회전축 상에, 그리고 상기 외기어는 상기 회전축 주변의 펌프 내벽면에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 수질개선장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 칼날부들은 펌프의 축선을 중심으로 대경부와 소경부로 구성되고, 내기어와 외기어는 각각의 칼날부들의 대경부 및 소경부가 서로 엇갈리게 배치되어 상호 끼움 형태로 조립되는 것을 특징으로 하는 수질개선장치.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 펌프 내 다수의 임펠러와 다수의 컷기어의 배열은 일단의 임펠러에 이어 일단의 컷기어가 반복적으로 배치되는 형태인 것을 특징으로 하는 수질개선장치.
5. 제 1항에 기재된 수질개선장치를 이용한 수질개선방법으로서,
   제어부의 작동으로 장치 통제가 시작되는 단계;
   급기수단의 구동으로 외부 공기가 흡입되는 단계;
   하나 이상의 분배기에 의해 유량 및 압력이 조절된 상태로 공기가 분배되는 단계;
   하나 이상의 마이크로버블발생기의 펌프 내부로 공기가 유입되는 단계;
   다수의 임펠러의 구동에 따라 물과 공기가 혼합되는 단계;
   다수의 컷기어의 구동에 따라 물과 공기의 혼합수가 초미세화되는 단계;
   마이크로버블이 생성되는 단계; 및
   수질정화 대상 구역으로 마이크로버블을 토출하는 단계를 포함하는 수질개선방법.
6. 제 1항에 기재된 수질개선장치를 이용한 수질개선방법으로서,
   제어부의 작동으로 장치 통제가 시작되는 단계;
   급기수단의 구동으로 외부 공기가 흡입되는 단계;
   산소발생기의 구동으로 산소가 생성되는 단계;
   하나 이상의 분배기에 의해 유량 및 압력이 조절된 상태로 공기 및 산소가 분배되는 단계;
   하나 이상의 마이크로버블발생기의 펌프 내부로 공기 및 산소가 유입되는 단계;
   다수의 임펠러의 구동에 따라 물과 공기·산소가 혼합되는 단계;
   다수의 컷기어의 구동에 따라 물과 공기·산소의 혼합수가 초미세화되는 단계;
   산소를 포함한 마이크로버블이 생성되는 단계; 및
   수질정화 대상 구역으로 마이크로버블을 토출하는 단계를 포함하는 수질개선방법.
7. 제 1항에 기재된 수질개선장치를 이용한 수질개선방법으로서,
   제어부의 작동으로 장치 통제가 시작되는 단계;
   급기수단의 구동으로 외부 공기가 흡입되는 단계;
   산소발생기의 구동으로 산소가 생성되는 단계;
   오존발생기의 구동으로 오존이 생성되는 단계;
   하나 이상의 분배기에 의해 유량 및 압력이 조절된 상태로 공기·오존 또는 공기·산소·오존이 분배되는 단계;
   하나 이상의 마이크로버블발생기의 펌프 내부로 공기·오존 또는 공기·산소·오존이 유입되는 단계;
   다수의 임펠러의 구동에 따라 물과 공기·오존 또는 공기·산소·오존이 혼합되는 단계;
   다수의 컷기어의 구동에 따라 물과 공기·오존 또는 공기·산소·오존의 혼합수가 초미세화되는 단계;
   오존 또는 산소·오존을 포함한 마이크로버블이 생성되는 단계; 및
   수질정화 대상 구역으로 마이크로버블을 토출하는 단계를 포함하는 수질개선방법.

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