KR101522386B1

KR101522386B1 - 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치

Info

Publication number: KR101522386B1
Application number: KR1020150025710A
Authority: KR
Inventors: 전종규; 정미진; 한종문
Original assignee: 효림산업주식회사
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2015-05-26

Abstract

본 발명은 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치에 관한 것으로, 그 목적은 미세기포 발생효율 및 미세기포의 질을 높일 수 있는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 혼화조와, 접촉조와, 부상조와, 스크레이퍼와, 처리수조와, 포화기를 포함하는 용존공기부상분리장치에 있어서, 상기 포화기는, 압축공기 유입부와 순환수 유입부 및 포화수 유출부가 형성된 가압탱크; 상기 순환수 유입부를 통해 가압탱크로 유입되는 순환수가 일시적으로 저장되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 1차 용해되도록 유도하고, 더불어 순환수 유입부를 통하여 가압탱크로 유입되는 순환수가 가압탱크의 내벽을 따라 선회하도록 하되, 선회하는 순환수의 일부가 내측 중앙부를 향하여 분출되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 2차 용해되도록 유도하는 포화유도조; 및 상기 포화유도조로부터 배출되는 순환수를 일시적으로 저장하도록 상기 가압탱크의 하단부에 형성되어 압축공기의 3차 용해를 유도하는 저류조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치를 제공한다.

Description

고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치{Dissolved air flotation including high efficiency saturator}

본 발명은 용존공기부상분리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세기포를 생성시키는데 핵심적인 역할을 하는 포화기와 노즐의 효율을 높이고 부하변동이나 운전조건변동에 대하여 신속한 대응이 가능하도록 함으로써 안정적인 운전이 가능한 용존공기부상분리장치에 관한 것이다.

일반적으로 용존공기부상분리장치(Dissolved Air Flotation: DAF)는 원수에 포함된 부유물질이 응집되어 형성되는 플록(Floc)에 미세기포를 부착시키고, 미세기포에 의해 부상하는 플록을 제거하는 방식으로 각종 이물질을 제거하는 수처리설비이다.

도 1에는 종래 용존공기부상분리장치의 구조도가 도시되어 있으며, 도 1을 참조하여 종래 용존공기부상분리장치에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

종래 용존공기부상분리장치는 적용되는 대상에 따라 구체적인 설계는 달라지더라도 일반적으로 혼화조(10), 접촉조(20), 부상조(30), 처리수조(40), 포화기(50)로 구성된다.

한편, 상기 혼화조(10)에는 원수에 포함된 부유물을 응집시켜 플록을 형성하기 위한 약품을 주입하는 약품펌프(미도시됨)가 설치되고, 이와 더불어 일정크기의 플록이 형성되도록 하기 위하여 일정한 교반강도를 가지는 교반기(11)가 설치된다.

상기 접촉조(20)는 혼화조(10)의 인접한 위치에 구성되며, 포화기(40)로부터 제공되는 포화수에 의해 발생되는 미세기포가 플록에 부착되는 공간을 제공하게 된다.

상기 부상조(30)는 미세기포에 의하여 수면으로 부상하는 플록의 제거가 이루어지는 공간으로, 접촉조(20)의 인접한 위치에 구성되며, 수면으로 부상하는 플록을 제거하기 위한 스크레이퍼(31)가 상부에 구비된다.

상기 처리수조(40)는 부상조(30)의 인접한 위치에 구성되며, 부상조(30)로부터 플록이 제거된 처리수를 제공받아 저류시키게 된다.

상기 포화기(50)는 순환수에 압축공기를 용해시켜 포화수를 생성하는 것으로, 처리수조(40)로부터 배출되는 처리수의 일부를 순환수로써 제공받으며, 더불어 컴프레서(51)로부터 압축공기를 제공받도록 구성되며, 순환수와 압축공기의 접촉을 유도하는 방식으로 포화수를 생성하게 된다.

한편, 처리수조(40)와 포화기(50)를 연결하는 배관에는 순환수의 원활한 유동을 위한 순환펌프(60)가 설치된다.

이와 같은 용존공기부상분리장치는 혼화조로 유입된 원수에 응집제(약품)을 넣어 일정하게 교반하게 되면, 원수에 포함된 부유물이 응집되어 플록이 형성된다.

한편, 상기 접촉조의 내부에는 포화기로부터 공급되는 포화수가 유입되어 미세기포가 발생되며, 상기 미세기포는 혼화조로부터 접촉조로 유입되는 원수에 포함된 플록에 부착되어 플록을 수면으로 부상시키게 된다.

이와 같이 수면으로 상승하는 플록은 부상조에 마련된 스크레이퍼에 의하여 제거되고, 플록이 제거된 처리수는 부상조 하부를 통해 처리수조로 유입된다.

상기와 같은 용존공기부상분리장치는 1920년대 제지업에서 폐수속에 있는 섬유를 분리하는데 처음 사용되었다. 그 후 1960년대에는 정수처리공정으로 적용범위가 확대되었고, 유럽에서는 영국/핀란드 등을 중심으로 30년 이상 사용되어 왔으며, 미국/호주/남아프리카공화국 등에서 활발히 사용되고 있다. 2000년대 이후에는 역삼투(Reverse Osmosis : RO)를 이용하는 해수담수화공정에서 조류 및 오일류를 제거하기 위한 전처리공정으로 그 사용범위가 확대되고 있다.

한편, 국내에서는 1980년대부터 하·폐수분야의 단위공정으로서 적용되어 왔고 이후 정수처리 분야에도 사용되고 있다. 그리고 최근에는 각종 처리장의 방류수에 대한 3차처리에 사용되고 있다.

이처럼 적용범위가 다양한 용존공기부상장치에서 미세기포를 생성하는데 관여하는 포화기와 노즐의 설계는 매우 중요하며, 이들 설비에 대한 최적설계와 효율적인운전 및 제어가 장치의 효율을 결정하는데 중요한 요소가 된다.

그러나, 포화기가 적용된 용존공기부상분리장치에 있어서, 포화기의 설계 및 제작이 잘못되어 포화기내에서 공기의 포화효율이 떨어지거나, 노즐의 설계 및 제작이 잘못되어 ㎛단위의 미세기포가 아닌 ㎜단위의 거대 기포가 다량 포함된 순환수가 만들어지기도 한다.

또한, 부하변동 및 운전조건변동에 대하여 효율적으로 대응할 수 있는 운전 및 제어체계가 구축되어 있지 않아 이들 상황이 발생하였을 때 미세기포가 생성되지 않거나 설비의 성능을 저하시키는 경우가 발생되기도 한다.

또한, 포화기의 효율을 높이기 위해 일반적으로 포화기 내부에 폴링을 충진하는 방법이 사용되고 있다. 참고로 포화기의 내부에 폴링이 충진된 경우, 포화기로 유입되는 순환수가 폴링층을 통과하면서 잘게 쪼개지게 되고, 이로 인해 순환수의 표면적이 커지게 된다. 이처럼 순환수의 커진 표면적으로 인해 공기와의 접촉기회가 증대되어 결과적으로 공기의 포화효율을 높이게 된다.

그러나, 폴링층을 충진한 채 운전을 하다보면 유입되는 순환수의 성상에 따라 차이는 있지만 폴링층에 미생물이 번식하게 되고, 이 미생물들이 물속에 용해되어야 할 산소를 소모하게 되어 포화기의 포화효율을 저하시키는 원인이 된다.

또한, 분사노즐을 설치하여 양질의 미세기포를 생성하는 방법이 널리 사용되고 있는데 분사노즐을 통과하면서 해소되어야할 압력 및 유속이 잔류하여 부상조의 성능을 저해하는 경우가 발생하게 되는 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2014-0127180호 (2014.11.03. 공개) 등록특허공보 제1211654호 (2012.12.12. 공고) 등록특허공보 제1095298호 (2011.12.16. 공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 미세기포 발생효율 및 미세기포의 질을 높일 수 있는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 적절한 제어체계를 바탕으로 안정적이고 효율적인 운영이 가능한 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 원수 중의 부유물을 응집시켜 플록을 형성하는 혼화조와, 상기 혼화조로부터 플록이 형성된 원수를 제공받으며 플록과 미세기포의 부착을 유도하는 접촉조와, 상기 접촉조로부터 미세기포가 부착된 플록을 제공받아 수면으로 부상시키는 부상조와, 상기 부상조의 상단부에 설치되어 수면으로 부상하는 플록을 부상조로부터 제거하는 스크레이퍼와, 플록이 제거된 처리수가 유입되어 저류되는 처리수조와, 상기 접촉조로 공급될 순환수에 압축공기를 용해시켜 포화시키는 포화기를 포함하는 용존공기부상분리장치에 있어서, 상기 포화기는, 압축공기 유입부와 순환수 유입부 및 포화수 유출부가 형성된 가압탱크; 상기 순환수 유입부를 통해 가압탱크로 유입되는 순환수가 일정시간을 가지며 저류되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 1차 용해되도록 유도하고, 더불어 순환수 유입부를 통하여 가압탱크로 유입되는 순환수가 가압탱크의 내벽을 따라 선회하도록 하되, 선회하는 순환수의 일부가 내측 중앙부를 향하여 분출되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 2차 용해되도록 유도하는 포화유도조; 및 상기 포화유도조로부터 배출되는 순환수를 일시적으로 저장하도록 상기 가압탱크의 하단부에 형성되어 압축공기의 3차 용해를 유도하는 저류조;를 포함하는 것으로 구성되며, 상기 포화유도조는, 중앙부에 구멍이 형성된 도넛 형상으로 상기 가압탱크의 내벽에 고정되게 설치되는 바닥부재; 및 상기 바닥부재의 중앙부로부터 수직하게 세워진 구조를 갖도록 설치되어 순환수가 일시적으로 저장되는 저류공간(S)을 바닥부재와 함께 형성하되, 상단부에 다수개의 배출공이 형성되고, 상기 각각의 배출공에는 저류공간(S)내에서 선회하는 순환수와 충돌하면서 순환수의 유동방향을 배출공 방향으로 전환시켜 배출공을 통해 순환수가 분출되도록 유도하는 안내부재가 형성된 내통부재;로 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치를 제공한다.

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한편 상기 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치에 있어서, 상기 포화기로부터 부상조로 연결되는 배관에서 분기된 후 포화기로 연결되도록 형성되어 포화기로부터 접촉조로 공급되는 포화수의 일부를 포화기로 다시 순화시키는 재순환라인이 더 포함되는 것이 바람직하다.

한편 상기 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치에 있어서, 상기 포화기로부터 접촉조로 연결되는 배관(P3)의 단부에 설치되어 접촉조의 내부로 포화수를 분출하는 노즐을 더 포함하되, 상기 노즐은, 상기 배관(P3)의 단부에 설치되는 연결부재; 상기 연결부재를 통해 유동하는 포화수의 유동단면적을 감소시켜 포화수의 압력을 저감 또는 해소하는 오리피스; 상기 오리피스를 통해 나오는 포화수의 흐름과 충돌하면서 포화수의 유속을 저감시키도록 오리피스의 인접 위치에 배치된 방해판; 상기 오리피스와 방해판의 사이에 배치되어 오리피스와 방해판이 일정간격 이격되도록 하는 간격조절링; 원통형의 구조로써 상기 오리피스와 방해판 및 간격조절링을 사이에 두고 연결부재와 결합되어 오리피스와 방해판 및 간격조절링을 고정하되, 방해판을 통해 나오는 포화수의 흐름과 충돌하면서 포화수의 감속을 유도하는 감속턱이 내주면에 형성된 노즐부재;로 구성될 수 있다.

한편 상기 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치에 있어서, 상기 가압탱크 내부의 압력을 검출하는 압력측정전송기; 상기 저류조에 저류된 순환수의 수위를 검출하는 수위측정전송기; 상기 압축공기 유입부에 설치되어 압축공기 유입부를 통해 가압탱크의 내부로 유입되는 압축공기의 압력을 제어하는 전동레귤레이터; 및 상기 수위측정전송기에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 고수위를 초과하는 경우, 상기 압력측정전송기에서 검출되는 압력 보다 높은 압력의 공기가 가압탱크로 공급되도록 전동레귤레이터를 제어하고, 반대로 수위측정전송기에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 저수위 이하인 경우, 압력측정전송기에서 검출되는 압력 보다 낮은 압력의 공기가 가압탱크로 공급되도록 전동레귤레이터를 제어하는 제어기;로 이루어진 수위조절수단이 더 포함될 수 있다.

한편 상기 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치에 있어서, 상기 저류조에 저장된 순환수의 수위를 검출하는 수위측정전송기; 상기 압축공기 유입부에 설치되어 압축공기 유입부를 통해 가압탱크의 내부로 유입되는 압축공기의 흐름을 제어하는 전동개폐밸브; 및 상기 수위측정전송기에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 고수위를 초과하는 경우, 가압탱크로 압축 공기가 계속적으로 공급되도록 자동개페밸브를 제어하여 유로를 개방시키고, 반대로 수위측정전송기에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 저수위 이하인 경우, 가압탱크로 압축 공기가 더 이상 공급되지 않도록 전동개폐밸브를 제어하여 유로를 차단하는 제어기;로 이루어진 수위조절수단이 더 포함될 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 포화기의 내부에서 압축 공기의 1차 용해와 2차 용해 및 3차 용해가 순차적으로 이루어짐에 따라 압축공기의 포화효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 포화기로부터 배출되는 포화수의 일부를 포화기로 재순환시킴으로써 포화효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 오리피스와 방해판 및 노즐부재를 포함하는 노즐은 포화수의 압력을 해소하고, 더불어 포화수의 유속을 적절하게 감속시켜줌으로써, 양질의 미세기포를 부상조의 내부에 생성시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 수위조절수단을 이용하여 가압탱크내 순환수의 수위를 일정범위내에서 유지할 수 있으므로, 부하변동이나 운전조건변동에 실시간으로 대응이 가능하고, 이에 따라 항상 일정한 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래 용존공기부상분리장치의 구조도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용존공기부상분리장치의 구조도,
도 3 은 본 발명에 따른 포화기의 구조도,
도 4 는 본 발명에 따른 포화유도조의 내부에서 이루어지는 순환수의 유동 상태를 보인 평면도,
도 5 는 본 발명에 따른 포화유도조를 구성하는 바닥부재와 내통부재의 구조를 보인 분해사시도,
도 6 은 본 발명에 따른 노즐의 구조를 보인 단면도,
도 7 은 본 발명에 따른 노즐의 분해사시도,
도 8 은 본 발명에 따른 노즐을 구성하는 방해판의 또 다른 구조를 보인 측면도,
도 9 은 본 발명에 따른 수위조절수단이 포화기에 더 구성된 상태를 보인 구조도,
도 10 은 본 발명에 따른 또 다른 수위조절수단이 포화기에 설치된 상태를 보인 구조도,
도 11 은 폴링층이 더 형성된 포화기의 구조도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용존공기부상분리장치의 구조도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 용존공기부상분리장치는 미세기포를 생성하는데 핵심적인 역할을 하는 포화기(160)의 포화효율을 높여 양질의 포화수를 부상조(130)로 공급할 수 있도록 한 것으로, 혼화조(110), 접촉조(120), 부상조(130), 스크레이퍼(140), 처리수조(150), 포화기(160)를 포함하는 것으로 구성된다.

상기 혼화조(110)는 부유물이 포함된 원수를 제공받으며, 원수에 응집제를 투입하고 교반시키는 방식으로 원수 중에 포함된 부유물을 응집시켜 플록을 형성하는 것이다.

이러한 혼화조(110)에는 응집제와 같은 약품을 투입하기 위한 약품펌프(미도시)와, 원수와 응집제의 교반을 위한 교반기(111)가 설치된다.

상기 접촉조(120)는 혼화조(110)로부터 플록이 포함된 원수를 제공받도록 혼화조(110)의 인접 위치에 구성되며, 포화기(160)로부터 압축공기가 용해된 포화수를 제공받아 플록에 미세기포를 부착시킴으로써 플록의 부상을 유도하게 된다.

상기 부상조(130)는 접촉조(120)로부터 미세기포가 부착된 플럭을 제공받도록 접촉조(120)의 인접 위치에 구성되며. 부상조(130)로 유입되는 플록은 미세기포에 의하여 수면으로 부상하게 된다.

상기 스크레이퍼(140)는 부상조(130)의 상단부에 위치하도록 설치되며, 수면으로 부상하는 플록을 부상조(130)의 한쪽에 마련된 슬러지조(131)로 배출하게 된다.

상기 처리수조(150)는 부상조(130)로부터 플록이 제거된 처리수를 제공받아 저류시키도록 부상조(130)의 인접한 위치에 구성된다.

한편, 상기 혼화조(110), 접촉조(120), 부상조(130), 스크레이퍼(140), 처리수조(150)는 일반적으로 널리 사용되고 있는 용존공기부상분리장치에 이미 사용되고 있는 공지된 구성이므로, 이들 구성에 대한 보다 구체적인 설명 및 도시는 생략하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 포화기(160)의 구조도를, 도 4는 본 발명에 따른 포화유도조(162)의 내부에서 이루어지는 순환수의 유동 상태를 보인 평면도를, 도 5는 본 발명에 따른 포화유도조(162)를 구성하는 바닥부재(1621)와 내통부재(1622)의 구조를 보인 분해사시도를 도시하고 있다.

상기 포화기(160)는 처리수조(150)로부터 공급되는 순환수에 압축공기를 용해시켜 포화수를 생성하는 것으로, 압축공기의 1차 용해와 2차 용해 및 3차 용해 과정이 포화기(160)의 내부에서 순차적으로 이루어지도록 구성된다.

이를 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포화기(160)는 가압탱크(161)와 포화유도조(162) 및 저류조(163)로 구성된다.

상기 가압탱크(161)는 유체의 저장이 가능하도록 밀폐된 원통형의 용기로 이루어지며, 상단 중앙부에는 컴프레서(170)와 배관(P1:도 2에 도시됨)을 매개로 연결되어 압축공기가 유입되는 압축공기 유입부(1611)가 형성되고, 측면부 대략 중간(높이방향기준)에는 처리수조(150)와 배관(P2:도 2에 도시됨)을 매개로 연결되어 처리수의 일부를 순환수로써 제공받는 순환수 유입부(1612)가 형성되며, 하단 중앙부에는 접촉조(120)와 배관(P3:도 2에 도시됨)을 매개로 연결되어 포화수를 접촉조(120)로 공급하는 포화수 유출부(1613)가 형성되어 있다.

참고로, 도 2의 도면부호 151은 펌프이다.

한편, 상기 순환수 유입부(1612)를 통해 가압탱크(161)의 내부로 유입되는 순환수는 포화유도조(162)에 의해 형성되는 저류공간(S)으로 유입되며, 이처럼 저류공간(S)에 저류되는 순환수는 가압탱크(161)의 내벽을 따라 유동하는 선회류를 형성하게 된다.

보다 구체적으로, 상기 순환수 유입부(1612)는 처리수조(150)로부터 연장되는 배관(P1)과 연결되도록 가압탱크(161)에 마련된 길이가 짧은 파이프로 이루어지며, 가압탱크(161) 내벽의 접선방향으로 연장되는 구조로 형성되거나, 가압탱크(161)의 중심점을 지나는 직선(L)과 소정의 각도(θ)를 형성하도록 경사진 구조로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 선회류의 원활한 형성을 위하여 접선방향으로 연장되도록 형성된다.

참고로, 도 3에 표시된 도면부호 164는 가압탱크(161)의 유지보수 작업을 위한 맨홀이다.

상기 포화유도조(162)는 순환수 유입부(1612)를 통해 가압탱크(161)로 유입되는 순환수가 일시적으로 저장되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 1차 용해되도록 유도하고, 더불어 순환수 유입부(1612)를 통하여 가압탱크(161)의 내벽 접선방향으로 유입되는 순환수가 가압탱크(161)의 내벽을 따라 선회하도록 하되, 선회하는 순환수의 일부가 가압탱크(161)의 내측 중앙부를 향하여 분출되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 2차 용해되도록 유도하는 것으로, 바닥부재(1621)와 내통부재(1622)로 구성된다.

상기 바닥부재(1621)는 중앙부에 구멍(1621a)이 형성된 도넛 형상을 갖는 판재로써, 상기 순환수 유입부(1612)의 하부에 위치하도록 용접 또는 볼팅 결합에 의해 가압탱크(161)의 내벽에 고정되게 설치된다.

한편, 상기 구멍(1621a)은 포화유도조(162)로부터 배출되는 순환수와 압축공기가 가압탱크(161)의 하단부에 형성되는 저류조(163)로 무리없이 유동할 수 있도록 충분히 큰 직경으로 이루어진다.

상기 내통부재(1622)는 바닥부재(1621)의 구멍(1621a) 직경에 상응하는 내경을 갖는 원통형의 구조로 이루어지며, 하단부에는 바닥부재(1621)와의 결합을 위한 플랜지(1622a)가 형성되어 있다.

이와 같은 내통부재(1622)는 바닥부재(1621)의 중앙부로부터 수직하게 세워진 구조를 갖도록 상기 플랜지(1622a)가 용접 또는 볼팅 결합에 의해 바닥부재(1621)에 고정되도록 설치되며, 이처럼 바닥부재(1621)와 내통부재(1622)가 결합된 것으로 이루어지는 포화유도조(162)가 가압탱크(161)의 내벽에 설치됨에 따라 가압탱크(161)의 내부에는 순환수 유입부(1612)를 통해 유입되는 순환수가 저류되는 저류공간(S)이 형성된다.

한편, 상기 내통부재(1622)의 상단부에는 저류공간(S)에 저류되는 순환수가 가압탱크(161)의 중심부를 향하여 분출되도록 하는 다수개의 배출공(1623)이 형성된다.

또한, 상기 각각의 배출공(1623)에는 저류공간(S)내에서 선회하는 순환수와 충돌하면서 순환수의 유동방향을 배출공(1623) 방향으로 전환시켜 순환수가 배출공(1623)을 통해 가압탱크(161)의 중심방향으로 분출되도록 유도하는 안내부재(1624)가 형성되어 있다.

이때 상기 배출공(1623)과 안내부재(1624)는 삼각형의 구조로 이루어지며, 이러한 배출공(1623)과 안내부재(1624)는 'V' 형상의 펀치를 이용하여 내통부재(1622)를 펀칭하되, 내통부재(1622)의 내측에서 외측방향으로 펀칭작업을 함으로써, 내통부재(1622)의 일부가 내통부재(1622)의 바깥쪽으로 돌출되도록 하는 방식으로 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 포화유도조(162)에 의하면, 저류공간(S)에 저류되는 순환수가 압축공기와 접촉함에 따라 압축공기의 1차 용해가 이루어지고, 저류공간(S)에 저류된 순환수가 배출공(1623)을 통해 가압탱크(161)의 중심부로 분출되고 더불어 포화유도조(162)를 넘쳐 흐르는 순환수가 압축공기와 접촉하면서 압축공기의 2차 용해가 이루어지게 된다.

상기 저류조(163)는 가압탱크(161)의 내측 하단부에 형성되는 것으로, 별도의 용기를 가압탱크(161)에 설치할 수도 있고, 가압탱크(161)의 하단부를 저류조(163)로 활용하여 구성될 수도 있으며, 이러한 저류조(163)는 포화유도조(162)로부터 배출되는 순환수가 가압탱크(161)의 하단부에 모여 압축공기와 접촉하도록 함으로써 압축공기의 3차 용해를 유도하게 된다.

한편, 포화기(160)로부터 접촉조(120)로 공급되는 포화수의 포화 효율을 더욱 높이기 위하여 접촉조(120)로 공급되는 포화수의 일부가 포화기(160)로 재순환하도록 구성될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 포화기(160)에 형성된 포화수 유출부(1613)와 접촉조(120)는 배관(P3)을 통해 연결되므로, 상기 배관(P3)으로부터 재순환라인(P4)을 분기하고, 재순환라인(P4)을 포화기(160)에 연결함으로써 포화수의 재순환이 이루어지도록 할 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용존공기부상분리장치의 경우, 상기 재순환라인(P4)을 통해 포화기(160)로 공급되는 재순환수가 포화유도조(162)의 중앙부로 분출되도록 구성된다.

아울러, 상기 재순환라인(P4)을 통해 포화기(160)로 재순환하는 순환수의 양은 배관(P3)을 통해 접촉조(120)로 공급되는 포화수 중, 15~20%의 포화수가 포화기(160)로 재순환되도록 구성될 수 있으며, 상기 재순환라인(P4)에는 포화수의 원활한 유동을 위한 펌프(180)가 설치된다.

한편, 포화기(160)로부터 배출되는 포화수를 그대로 접촉조(120)로 공급할 경우, 포화수에 잔류한 압력 및 포화수의 과도한 유속으로 인하여 양질의 미세기포를 얻을 수 없다.

이에 본 발명에 따른 용존공기부상분리장치에는 접촉조(120)로 공급되는 포화수의 잔류압력을 감소 또는 해소하고, 포화수의 유속을 적절하게 감속시켜 양질의 미세기포를 발생시킬 수 있도록 하는 노즐(190)이 배관(P3)의 끝단에 더 설치된다.

도 6은 본 발명에 따른 노즐의 구조를 보인 단면도를, 도 7은 본 발명에 따른 노즐의 분해사시도를, 도 8은 본 발명에 따른 노즐을 구성하는 방해판(193)의 또 다른 구조를 보인 측면도를 도시하고 있다.

상기 노즐(190)은 연결부재(191), 오리피스(192), 방해판(193), 간격조절링(194), 노즐부재(195)로 구성된다.

상기 연결부재(191)는 포화기(160)로부터 접촉조(120)로 연결되는 배관(P3)의 끝단부에 조립되는 것으로, 원통형의 구조로 이루어지며, 일측단에는 배관과의 결합을 위한 암나사(191a)가 형성되고, 타측단의 외측에는 노즐부재(195)와의 결합을 위한 수나사(191b)가 형성된 것으로 구성된다.

상기 오리피스(192)는 연결부재(191)의 타측단에 배치되어 배관 및 연결부재(191)를 통해 노즐(190)의 내부로 유입되는 포화수의 압력을 감소 또는 해소하는 것으로, 주지관용된 오리피스(192)와 마찬가지로 중앙부에 포화수의 유동단면적을 감소시키는 오리피스홀(192a)이 형성된 것으로 구성된다.

상기 방해판(193)은 오리피스홀(192a)을 통해 배출되는 포화수와 충돌하여 포화수의 유속을 저감시키는 것으로, 상기 오리피스홀(192a)을 통해 배출되는 포화수와 마주하도록 오리피스(192)의 인접한 위치에 배치되며, 오리피스홀(192a)과 마주하는 중앙부는 막힌 구조로 되고 있고, 막힌 중앙부의 주변에 하나 이상의 유동홀(193a)이 형성되어 포화수의 유동이 이루어지도록 구성된다.

한편, 도 7에는 다수개의 유동홀(193a)이 원형의 배열구조로 형성된 방해판(193)의 구조가 도시되고 있고, 도 8에는 반달형의 유동홀(193a)이 양측에 대칭구조로 형성된 방해판(193)의 구조가 도시되어 있다.

상기 간격조절링(194)은 원형의 링구조로 이루어지며, 오리피스(192)와 방해판(193)이 일정 간격 이격된 배치구조를 유지할 수 있도록 오리피스(192)와 방해판(193)의 사이에 배치된다.

상기 노즐부재(195)는 오리피스(192)와 방해판(193) 및 간격조절링(194)을 사이에 두고 연결부재(191)와 결합되어 오리피스(192)와 방해판(193) 및 간격조절링(194)을 고정하는 기능과, 오리피스(192)와 방해판(193)을 통해 나오는 포화수를 부상조(130)의 내부로 배출하되 포화수의 유속을 다시 한 번 저감시켜 배출하는 기능을 제공하는 것이다.

이러한 노즐부재(195)는 원통형의 구조로 이루어지며, 일측단에는 연결부재(191)에 형성된 수나사(191b)와 체결되는 암나사(195a)가 형성되고, 상기 암나사(195a)에 인접한 위치에 방해판(193)과 간격조절링(194) 및 오리피스(192)가 순차적으로 삽입되어 안착되는 안착단(195b)이 형성되며, 상기 방해판(193)을 통해 나오는 포화수의 유속을 저감시키기 위한 감속턱(195c)이 내주면에 형성된 것으로 구성된다.

참고로, 상기 방해판(193)은 오리피스(192)의 중앙부에 형성된 오리피스홀(192a)을 통해 나오는 포화수의 흐름을 차단하는 방식으로 포화수의 유속을 저하시키는 구조를 갖고 있으므로, 방해판(193)의 가장자리 부분을 통해 노즐부재(195)의 내주면 주변으로 분출되는 포화수의 유속은 충분히 저감되지 않는 현상을 보이게 된다.

이에 본 발명은 상기 감속턱(195c)을 노즐부재(195)의 내주면 원주 둘레를 따라 균일한 높이로 돌출되게 형성하여 방해판(193)으로부터 노즐부재(195)의 내주면 주변으로 분출되는 포화수의 흐름을 감속턱(195c)이 차단하여 접촉조(120)로 분출되는 포화수의 유속을 저감시킬 수 있도록 한 것이다.

한편, 상기 포화기(160)의 하단부에 형성되는 저류조(163)에 항상 일정량의 순환수가 저류될 수 있도록 순환수의 수위를 제어하는 수위조절수단(200)이 더 포함될 수 있다.

도 9은 본 발명에 따른 수위조절수단이 포화기에 더 구성된 상태를 보인 구조도를 도시하고 있다.

상기 수위조절수단(200)은 압력측정전송기(201)와 수위측정전송기(202)와 전동레귤레이터(203) 및 제어기(204)로 구성될 수 있다.

상기 압력측정전송기(201)는 가압탱크(161) 내부의 압력을 검출하도록 가압탱크(161)에 설치된다.

상기 수위측정전송기(202)는 저류조(163)에 저류된 순환수의 수위를 검출하도록 가압탱크(161)에 설치된다.

상기 전동레귤레이터(203)는 압축공기 유입부(1611) 또는 압축공기 유입부(1611)로 연결되는 배관(P1)에 설치되며, 압축공기 유입부(1611)를 통해 가압탱크(161)의 내부로 유입되는 압축공기의 압력을 조절하게 된다.

상기 제어기(204)는 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위 및 압력측정전송기(201)에서 검출되는 압력에 따라 가압탱크(161)로 유입되는 압축공기의 압력이 조절되도록 전동레귤레이터(203)를 제어하는 것이다.

보다 구체적으로, 상기 제어기(204)는 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 고수위를 초과하는 경우, 상기 압력측정전송기(201)에서 검출되는 압력 보다 높은 압력의 공기가 가압탱크(161)로 공급되도록 전동레귤레이터(203)를 제어하게 된다.

이처럼 상대적으로 높은 압력의 공기를 가압탱크(161)로 공급하게 되면, 가압탱크(161)에 형성되는 공기층의 부피가 증가하고, 공기층의 부피증가는 상대적으로 순환수의 부피감소를 야기시키게 되며, 이로 인해 순환수의 수위는 점차적으로 낮아지게 된다.

반면, 상기 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 저수위 이하인 경우, 제어기(204)는 압력측정전송기(201)에서 검출되는 압력 보다 낮은 압력의 공기가 가압탱크(161)로 공급되도록 전동레귤레이터(203)를 제어하게 되며, 이처럼 상대적으로 낮은 압력의 공기가 가압탱크(161)로 공급되면서 가압탱크(161)내 공기층의 부피가 작아지고 공기층의 부피감소는 순환수의 부피증가를 야기하게 되며, 이는 순환수의 수위증가로 이어지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기 수위조절수단(200)은 가압탱크(161)내 순환수의 수위에 따라 가압탱크(161)로 유입되는 압축공기의 압력을 능동적으로 제어해줌으로써, 순환수의 수위를 일정 범위 수준으로 유지할 수 있다.

참고로, 포화기(160)내로 유입되는 압축공기는 순환수 속에 모두 용해되지 않고 잔류하는 공기가 존재하게 되며, 이 잔류공기의 부피는 압축공기가 연속적으로 유입될수록 커지게 되고 압축공기의 부피가 커질수록 포화기(160) 내에 존재하는 또 다른 유체인 순환수의 부피는 상대적으로 감소하게 된다. 그리고 순환수의 부피감소는 결국 포화기(160)의 하단부에 형성되는 저류조(163)의 수위를 떨어트리게 되고, 순환수의 수위가 포화기(160) 바닥까지 떨어지게 되면 포화기(160) 내부에 존재하는 공기가 물속에 용해되지 않고 바로 노즐(190)로 유입되어 결과적으로 미세기포의 생성을 방해하게 되는 바, 용존공기부상분리장치의 성능저하를 초래하게 된다.

따라서, 본 발명에서와 같이 포화기(160)에 수위조절수단(200)을 더 설치하게 되면, 부하변동 및 운전조건변동에 실시간으로 대응할 수 있으므로, 부하변동 및 운전조건변동에 상관없이 포화기(160)내 순환수의 수위를 일정 범위내에서 유지할 수 있으며, 접촉조(120)로의 안정적인 포화수 공급이 가능하게 된다.

도 10은 본 발명에 따른 또 다른 수위조절수단이 포화기에 설치된 상태를 보인 구조도를 도시하고 있다.

상기 수위조절수단(200)은 수위측정전송기(202)와 전동개폐밸브(205) 및 제어기(204)로 구성될 수도 있다.

보다 구체적으로, 상기 전동개폐밸브(205)는 압축공기 유입부(1611) 또는 압축공기 유입부(1611)로 연결되는 배관(P1)에 설치되며, 상기 제어기(204)는 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 고수위를 초과하는 경우, 가압탱크(161)로 압축 공기가 계속적으로 공급될 수 있도록 전동개폐밸브(205)를 제어하게 되고, 반대로 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 저수위 이하인 경우, 가압탱크(161)로 압축 공기가 더 이상 공급되지 않도록 전동개폐밸브(205)를 제어하게 된다.

이와 같이 구성되는 수위조절수단(200)의 기능은 도 9를 참조하여 설명된 수위조절수단(200)의 기능과 동일하므로, 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치를 이용하여 원수에 포함된 부유물질을 제거하는 과정을 설명하도록 하며, 이를 통해 본 발명에 따른 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치가 갖는 작용효과를 명확히 하도록 한다.

혼화조(110)로 유입되는 원수 중에 포함된 부유물질은 혼화조(110)로 투입되는 응집제와 반응하여 응집되면서 플록을 형성하게 되며, 플록이 형성된 원수는 혼화조(110)와 접촉조(120)의 사이에 마련된 격벽의 하부공간을 통해 접촉조(120)로 유입된다.

한편, 접촉조(120)에는 포화기(160)로부터 제공되는 포화수가 분출되는 노즐(190)이 설치되어 있으며, 오리피스(192)와 방해판(193) 및 노즐부재(195)를 포함하는 본 발명의 노즐(190)은 접촉조(120)로 공급되는 포화수의 잔류압력을 안정적으로 해소하고 더불어 포화수의 속도를 적절하게 감속시킨 상태로 접촉조(120)로 분출하게 되므로, 양질의 미세기포를 생성할 수 있게 된다.

더욱이, 본 발명에 따른 포화기(160)의 내부에는 포화유도조(162)에 의해 저류공간(S)이 형성되고, 순환수 유입부(1612)를 통해 가압탱크(161)로 유입되는 순환수는 상기 저류공간(S)에 일시적으로 저류되며, 이처럼 저류공간(S)에 순환수가 저류되는 과정에서 압축공기와 순환수의 접촉이 이루어지게 되는 바, 압축공기의 1차 용해가 이루어지게 된다.

특히, 상기 저류공간(S)에 저류되는 순환수의 경우, 가압탱크(161)의 접선방향으로 배치되는 순환수 유입부(1612)의 구조적인 특징으로 말미암아 선회류를 형성하며 유동하게 되므로, 압축공기와의 더욱 활발한 접촉을 유도할 수 있는 이점이 있다.

또한, 저류공간(S)에서 선회하는 순환수의 일부는 내통부재(1622)에 형성된 안내부재(1624)와 충돌하면서 유동방향이 전환되어 배출공(1623)을 통해 분출되며, 이처럼 분출되는 순환수의 흐름과, 내통부재(1622)의 상부를 넘어 포화유도조(162)로부터 배출되는 순환수의 흐름에 의해 순환수가 압축공기와 접촉됨에 따라 압축공기의 2차 용해가 이루어지게 된다.

한편, 압축공기의 2차 용해반응을 거친 순환수는 가압탱크(161)의 하단부에 마련된 저류조(163)에 저류되며, 저류조(163)에 저류되는 과정에서 압축공기와 접촉함에 따라 압축공기의 3차 용해가 이루어지게 된다.

상기와 같은 3단계의 용해반응에 더하여 포화기(160)로부터 접촉조(120)로 공급되는 포화수의 일부를 포화기(160)로 재순환시킴으로써, 순환수의 압축공기 포화효율을 더욱 높일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용존공기부상분리장치는 높은 포화효율을 갖는 포화기(160)와, 포화수의 재순환구조, 그리고 개선된 노즐(190)을 구비하여 양질의 미세기포를 접촉조(120)의 내부에서 발생시킬 수 있게 되므로, 접촉조(120) 및 부상조(130)의 최대성능을 구현할 수 있게 된다.

한편, 부상조(130)에서 미세기포에 의해 부상되는 플록은 스크레이퍼(140)에 의해 슬러지조로 수거되고, 플록이 제거된 처리수는 부상조(130) 하부를 통해 처리수조(150)로 유입된 후, 처리수조(150)의 밖으로 배출되거나 포화기(160)로 공급된다.

도 11은 폴링층이 더 형성된 포화기의 구조도를 도시하고 있다.

상기 포화기(160)의 내부, 보다 구체적로는 포화유도조(162)의 하부에는 폴링층(210)이 더 형성될 수 있으며, 상기 폴링층(210)은 다수개의 폴링(Pall ring)이 내부에 채워진 것으로 구성된다.

한편, 상기 폴링은 물과 공기의 접촉면을 증대시킬 목적으로 이미 널리 사용되고 있는 주지관용된 기술이므로, 폴링에 대한 구체적인 설명 및 도시는 생략하도록 한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 혼화조 120: 접촉조
130: 부상조 140: 스크레이퍼
150: 처리수조 160: 포화기
161: 가압탱크 1611: 압축공기 유입부
1612: 순환수 유입부 1613: 포화수 유출부
162: 포화유도조 1621: 바닥부재
1622: 내통부재 1623: 배출공
1624: 안내부재 163: 저류조
190: 노즐 191: 연결부재
192: 오리피스 193: 방해판
194: 간격조절링 195: 노즐부재
195c: 감속턱 200: 수위조절수단
201: 압력측정전송기 202: 수위측정전송기
203: 전동레귤레이터 204: 제어기
205: 전동개폐밸브

Claims

원수 중의 부유물을 응집시켜 플록을 형성하는 혼화조(110)와, 상기 혼화조(110)로부터 플록이 형성된 원수를 제공받으며 플록과 미세기포의 부착을 유도하는 접촉조(120)와, 상기 접촉조(120)로부터 미세기포가 부착된 플록을 제공받아 수면으로 부상시키는 부상조(130)와, 상기 부상조(130)의 상단부에 설치되어 수면으로 부상하는 플록을 부상조(130)로부터 제거하는 스크레이퍼(140)와, 플록이 제거된 처리수가 유입되어 저류되는 처리수조(150)와, 상기 접촉조(120)로 공급될 순환수에 압축공기를 용해시켜 포화시키는 포화기(160)를 포함하는 용존공기부상분리장치에 있어서,
상기 포화기(160)는,
압축공기 유입부(1611)와 순환수 유입부(1612) 및 포화수 유출부(1613)가 형성된 가압탱크(161); 상기 순환수 유입부(1612)를 통해 가압탱크(161)로 유입되는 순환수가 일정시간을 가지며 저류되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 1차 용해되도록 유도하고, 더불어 순환수 유입부(1612)를 통하여 가압탱크(161)로 유입되는 순환수가 가압탱크(161)의 내벽을 따라 선회하도록 하되, 선회하는 순환수의 일부가 내측 중앙부를 향하여 분출되면서 압축공기와 접촉하여 압축공기가 순환수에 2차 용해되도록 유도하는 포화유도조(162); 및 상기 포화유도조(162)로부터 배출되는 순환수를 일시적으로 저장하도록 상기 가압탱크(161)의 하단부에 형성되어 압축공기의 3차 용해를 유도하는 저류조(163);를 포함하는 것으로 구성되며,
상기 포화유도조(162)는,
중앙부에 구멍이 형성된 도넛 형상으로 상기 가압탱크(161)의 내벽에 고정되게 설치되는 바닥부재(1621); 및 상기 바닥부재(1621)의 중앙부로부터 수직하게 세워진 구조를 갖도록 설치되어 순환수가 일시적으로 저장되는 저류공간(S)을 바닥부재(1621)와 함께 형성하되, 상단부에 다수개의 배출공(1623)이 형성되고, 상기 각각의 배출공(1623)에는 저류공간(S)내에서 선회하는 순환수와 충돌하면서 순환수의 유동방향을 배출공(1623) 방향으로 전환시켜 배출공(1623)을 통해 순환수가 분출되도록 유도하는 안내부재(1624)가 형성된 내통부재(1622);로 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 포화기(160)로부터 부상조(130)로 연결되는 배관(P3)에서 분기된 후 포화기(160)로 연결되도록 형성되어 포화기(160)로부터 접촉조(120)로 공급되는 포화수의 일부를 포화기(160)로 다시 순화시키는 재순환라인(P4)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 포화기(160)로부터 접촉조(120)로 연결되는 배관(P3)의 단부에 설치되어 접촉조(120)의 내부로 포화수를 분출하는 노즐(190)을 더 포함하되,
상기 노즐(190)은,
상기 배관(P3)의 단부에 설치되는 연결부재(191);
상기 연결부재(191)를 통해 유동하는 포화수의 유동단면적을 감소시켜 포화수의 압력을 저감 또는 해소하는 오리피스(192);
상기 오리피스(192)를 통해 나오는 포화수의 흐름과 충돌하면서 포화수의 유속을 저감시키도록 오리피스(192)의 인접 위치에 배치된 방해판(193);
상기 오리피스(192)와 방해판(193)의 사이에 배치되어 오리피스(192)와 방해판(193)이 일정간격 이격되도록 하는 간격조절링(194);
원통형의 구조로써 상기 오리피스(192)와 방해판(193) 및 간격조절링(194)을 사이에 두고 연결부재(191)와 결합되어 오리피스(192)와 방해판(193) 및 간격조절링(194)을 고정하되, 방해판(193)을 통해 나오는 포화수의 흐름과 충돌하면서 포화수의 감속을 유도하는 감속턱(195c)이 내주면에 형성된 노즐부재(195);로 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가압탱크(161) 내부의 압력을 검출하는 압력측정전송기(201);
상기 저류조(163)에 저류된 순환수의 수위를 검출하는 수위측정전송기(202);
상기 압축공기 유입부(1611)에 설치되어 압축공기 유입부(1611)를 통해 가압탱크(161)의 내부로 유입되는 압축공기의 압력을 제어하는 전동레귤레이터(203); 및
상기 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 고수위를 초과하는 경우, 상기 압력측정전송기(201)에서 검출되는 압력 보다 높은 압력의 공기가 가압탱크(161)로 공급되도록 전동레귤레이터(203)를 제어하고, 반대로 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 저수위 이하인 경우, 압력측정전송기(201)에서 검출되는 압력 보다 낮은 압력의 공기가 가압탱크(161)로 공급되도록 전동레귤레이터(203)를 제어하는 제어기(204);로 이루어진 수위조절수단(200)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저류조(163)에 저장된 순환수의 수위를 검출하는 수위측정전송기(202);
상기 압축공기 유입부(1611)에 설치되어 압축공기 유입부(1611)를 통해 가압탱크(161)의 내부로 유입되는 압축공기의 흐름을 제어하는 전동개폐밸브(205); 및
상기 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 고수위를 초과하는 경우, 가압탱크(161)로 압축 공기가 계속적으로 공급되도록 자동개페밸브를 제어하여 유로를 개방시키고, 반대로 수위측정전송기(202)에서 검출되는 순환수의 수위가 미리 설정된 저수위 이하인 경우, 가압탱크(161)로 압축 공기가 더 이상 공급되지 않도록 전동개폐밸브(205)를 제어하여 유로를 차단하는 제어기(204);로 이루어진 수위조절수단(200)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 포화기를 구비한 용존공기부상분리장치.