KR101606398B1 - 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내수면 호소 등에서 외부와 연결되지 않고 에너지를 공급받지 않은 상태에서 독립적으로 수질 개선 작업이 가능하며, 마이크로 버블을 이용하여 녹조를 파괴 또는 온도차에 의한 괴멸을 유도하는 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수질 정화장치는 부력에 의하여 수면에 부상되는 상태로 설치되는 수면 부상부; 상기 수면 부상부에서 하측으로 기립되어 설치되며, 심층수를 끌어올리는 심층수 상승부; 상기 수면 부상부에 설치되며, 마이크로 버블(micro bubble)을 발생시켜 상기 심층수 상승부에 의하여 상승된 심층부에 분사하는 마이크로 버블 분사부; 상기 심층수 상승부 상단과 연결되어 구비되며, 마이크로 버블이 분사된 심층수를 하측 방향 수중으로 분사하는 버블 혼합수 분사부; 상기 수면 부상부의 부상 위치를 한정하는 위치 한정부;를 포함한다.

Description

마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치{THE APPARATUS FOR CLEANING THE WATER IN THE LAKE}

본 발명은 수질 개선장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내수면 호소 등에서 외부와 연결되지 않고 에너지를 공급받지 않은 상태에서 독립적으로 수질 개선 작업이 가능하며, 마이크로 버블을 이용하여 녹조를 파괴 또는 온도차에 의한 괴멸을 유도하는 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치에 관한 것이다.

저수지, 댐, 호수 및 하천 등의 내수면은 상류에서 유입되는 오물 또는 고여 있는 물의 특성으로 인한 부영양화 및 산소 부족에 따른 녹조류 발생 등에 의하여 심각한 오염의 위험을 안고 있다.

이러한 내수면 수자원의 보호를 위하여 로스트 방식, 올로이드 방식, 상층류 교반 방식, 폭기식 또는 베르누이 원리를 이용한 자연 교반 방식 등 다양한 방안이 연구되고 제시되어 있다.

그런데 이러한 종래에 제시되어 있는 수질 개선 방식들은 모두 외부의 동력 공급이 필수적으로 필요하여 그 활용도가 떨어지거나 외부 동력의 공급이 없는 경우에는 그 효과가 미미한 문제점을 안고 있다.

따라서 광범위한 영역에 걸쳐 분포하는 내수면 수자원의 오염 방지 및 수질 개선을 위해서는 외부 동력의 공급 없이도 지속적으로 효과적인 수질 개선 작업을 진행할 수 있으며, 사계절 변화에 따른 수위 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 획기적인 구조를 갖춘 수질 개선 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 에너지를 공급받지 않은 상태에서 독립적으로 수질 개선 작업이 가능하며, 마이크로 버블을 이용하여 녹조를 파괴 또는 온도차에 의한 괴멸을 유도하는 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수질 정화장치는 부력에 의하여 수면에 부상되는 상태로 설치되는 수면 부상부; 상기 수면 부상부에서 하측으로 기립되어 설치되며, 심층수를 끌어올리는 심층수 상승부; 상기 수면 부상부에 설치되며, 마이크로 버블(micro bubble)을 발생시켜 상기 심층수 상승부에 의하여 상승된 심층부에 분사하는 마이크로 버블 분사부; 상기 심층수 상승부 상단과 연결되어 구비되며, 마이크로 버블이 분사된 심층수를 하측 방향 수중으로 분사하는 버블 혼합수 분사부; 상기 수면 부상부의 부상 위치를 한정하는 위치 한정부;를 포함한다.

그리고 상기 수면 부상부는, 내부가 빈 상태인 다수개의 부력통; 상기 다수개의 부력통을 연결하며, 상기 압축공기 발생부의 설치를 위한 일정한 평면 공간을 제공하는 플레이트부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 수면 부상부의 하측 가장자리에는, 하측으로 돌출되도록 형성되며, 외측 파고가 상기 수면 부상부 하측 내부로 진입하는 것을 방지하는 전복 방지부가 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 심층수 상승부는, 상기 플레이트부에 상단이 연결되고 하단은 상기 수면 부상부가 부상되는 호소의 수온약층 보다 깊게 수직으로 설치되며, 내부에 심층부 통과홀이 형성되는 심층수 통과관; 상기 심층수 통과관의 상측 내부에 설치되며, 상기 심층수 통과관을 통하여 심층수가 상승되도록 동력을 제공하는 심층수 상승 모터;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 위치 한정부는, 상하 방향으로 이동가능하게 설치되며, 중력에 의하여 하측으로 향하는 이동 무게추; 상기 수면 부상부가 설치되는 호소의 바닥면에 고정되는 앵커; 상기 수면 부상부의 하면 가장자리 부분에 고정되어 설치되는 고정 도르레; 일단이 상기 이동 무게추에 고정되고, 타단은 상기 앵커에 고정되되 상기 고정 도르레를 경유하여 상기 이동 무게추와 상기 앵커를 연결하는 연결 로프;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수질 정화장치는 독립 부유식 구조를 갖추고 있어, 녹조가 자주 발생하는 저수지 성층 형성지점에 자유롭게 설치가 가능하여 6월부터 10월말까지 발생하는 녹조 억제 또는 수질 개선에 대해 계절적, 수심 변화에 능동적으로 대응이 가능하다.

또한 저층 공기 주입식 장치의 경우 0.1[㎥]의 압축공기를 수면 50[m]에 분당 4회 투입을 위해 필요한 공기량은 2[㎥/Min]으로서 최소 공기압축기 용량은 5[kw]급으로서 대규모 용량이되고, 교반 능력은 최대 400[리터/분]의 효과가 있으나, 상층 교반 모터를 적용하면 760[w]로서 분당 3,000[리터/분]의 대형 저층수 교반이 일어나게 된다.

하절기 녹조의 발생은 외부 온도 변화에 따른 저수지 상층 및 하층수의 유동이 정지된 상태로 발생하므로 상기와 같이 대형 저층수 교반에 의해 수면의 온도를 급격히 낮출 수 있고, 상층수 및 중층수에 발생된 녹조에 대해서는 분당 200[리터/분] 발생하는 입자크기가 마이크로 미터의 반경을 가진 Micro Bubble을 분사 하므로서 부유하고 있는 녹조가 산소 방울에 부착되며, 상승하고 micro bubble이 폭발하므로서 단세포 생물인 녹조가 파괴되는 원리로 녹조를 괴멸시킬 수 있다.

따라서 기존 청구된 “자연동력을 이용한 내수면 수질 개선 장치” 및 “독립부유식 수질 개선 장치“에서 적용된 자연동력 획득 구조와 부유식 구조를 보다 개선하고, 상기 Micro Bubble을 이용하며 상층 교반 motor로서 대량의 저층수를 교반시키는 장치가 우수한 효과를 볼 수 있다.

개선된 자연동력 장치는 상부에 자연광을 이용하여 발전하는 Solar Panel로서 내수면 환경에 맞게 환경기준 IP66등급을 적용하고, 2단 구성으로서 강풍 및 동풍에 견디게 구성되며 2단 구성된 Solar Panel 사이에 통풍구는 저수지 측면 및 상승 기류를 이용하여 풍력 발전을 구성하여 자연 동력의 획득을 극대화 시켰다.

저수지 내에서 장치를 뜨게 하는 부유구는 강화 폴리에틸렌 [hard-PE]재질로서 규격화된 부력구를 제작하여 격자 조립하였고, 끝단에는 2단 구성하여 부력 내부에 수면 밀착 수밀벽을 만들어 저수지 내 너울 및 강풍에 의한 수면 변화에 대응하게 하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 수질 정화장치의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 버블을 이용한 수질 정화장치의 승하강 과정을 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 수질 정화장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 수면 부상부(10), 심층수 상승부(20), 마이크로 버블 분사부(30), 버블 혼합수 분사부(40) 및 위치 한정부(50)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 수면 부상부(10)는 부력에 의하여 수면에 부상된 상태로 설치되는 구성요소이다. 이를 위하여 본 실시예에서는 구체적으로 상기 수면 부상부(10)를, 부력통(12) 및 플레이트부(18)를 포함하여 구성한다. 먼저 상기 부력통(12)은 내부가 빈 상태로 최대의 부력을 발생시킬 수 있는 구조를 가지는 통 구조의 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 부력통(12)을 다수개로 구성하고, 다수개의 부력통이 서로 연결되어 수면 부상부의 전체적인 부력을 발생시키는 구조를 가진다.

구체적으로 상기 부력통(12)은 원통형 또는 다각통 형상을 가지는 것이 바람직하며, 성형이 용이하며 무게가 가볍고, 수중에서 변형 및 변질이 발생하지 않는 FRP 재질로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

다음으로 상기 플레이트부(18)는, 상기 다수개의 부력통(12)을 연결하며, 상기 압축공기 발생부(20)의 설치를 위한 일정한 평면 공간을 제공하는 구성요소이다. 상기 수면 부상부(10) 상에는 압축공기 발생부(20) 및 동력 획득부 등의 구성요소가 설치된다. 따라서 이러한 구성요소들의 안정적인 설치 및 유지를 위한 공간이 필요한 것이다.

이를 위하여 본 실시예에서는 상기 플레이트부(18)를 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(15)과 스테인레스 스틸 판넬(16)로 구성할 수 있다. 먼저 상기 프레임(15)은 상기 플레이트부(18)의 전체적인 형상을 이루는 구성요소이며, 전체적인 무게를 작게 하고 성형 및 제조를 간편하게 하기 위하여 알루미늄 프로파일을 결합하여 제조되는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 스테인레스 스틸 판넬(16)은 상기 프레임(15)의 상면에 설치되는 판넬으로서, 상기 프레임(15)에 의한 빈 공간을 채워주는 구성요소이다. 물론 상기 스테인레스 스틸 판넬(16)은 다른 재질이나 형태로 변형될 수 있으며, 물, 햇빛 등에 의하여 변형 또는 변질되지 않는 재질의 소재로 다양하게 구성될 수 있을 것이다.

다음으로 상기 심층수 상승부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수면 부상부(10)에서 하측으로 기립되어 설치되며, 심층수를 끌어올리는 구성요소이다. 일반적으로 호소 내에서는 물의 깊이가 깊어질 수록 수온이 급격하게 낮아지는 수온 약층이 형성되며, 이 수온 약층 하부의 심층부에는 온도가 낮은 심층수가 존재한다. 이러한 심층수는 낮은 온도에 의하여 상층수와 대류 등에 의하여 혼합되지 않고 정지된 상태를 유지한다. 따라서 상기 심층수 상승부는 상기 수온 약층 이하의 깊이에 하단이 설치되어 낮은 온도의 심층수를 끌어올리는 것이다.

이를 위하여 본 실시예에서는 상기 심층수 상승부(20)를 도 1에 도시된 바와같이, 심층수 통과관(22)과, 심층수 상승 모터(24)를 포함하여 구성된다. 상기 심층수 통과관(22)은 상기 플레이트부(18)에 상단이 연결되고, 하단은 상기 수면 부상부(10)가 부상되는 호소의 수온약층 보다 깊게 수직으로 설치된다. 그리고 상기 심층수 통과관(22)의 내부에는 심층수가 통과하는 심층수 통과홀이 형성되며, 이 심층수 통과관의 하단부에는 심층수가 흡입되는 심층수 흡입구(도면에 미도시)가 다수개의 다공으로 형성된다.

한편 상기 심층수 상승 모터(24)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 심층수 통과관(22)의 상측 내부에 설치될 수 있으며, 상기 심층수 통과관(22)을 통하여 심층수가 상승되도록 동력을 제공한다.

다음으로 상기 마이크로 버블 분사부(30)는 상기 수면 부상부(10)에 설치되며, 마이크로 버블(micro bubble)을 발생시켜 상기 심층수 상승부(20)에 의하여 상승된 심층수에 분사하는 구성요소이다. 상기 마이크로 버블 분사부(30)는 마이크로 버블을 생성하는 버블 생성부(32)와 생성된 버블을 심층수에 분사하는 분사부(34)를 포함하여 구성된다. 따라서 상기 분사부(34)가 상기 심층수 상승부(20) 상단에 개구되는 상태로 구비되어 생성된 마이크로 버블을 심층수에 분사하는 것이다. 그러면 심층수에 마이크로 버블이 분사되어 버블 혼합수가 형성되는 것이다. 이 버블 혼합수는 심층수 내에 수많은 마이크로 버블이 혼합되어 있는 상태이다.

다음으로 상기 버블 혼합수 분사부(40)는 상기 심층수 상승부(20) 상단과 연결되어 구비되며, 마이크로 버블이 분사된 심층수를 하측 방향 수중으로 분사하는 구성요소이다. 상기 버블 혼합수 분사부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 심층수 통과관(22)의 상단으로부터 그 외곽을 감싸도록 형성되며, 생성된 버블 혼합수를 하측 방향 또는 측방향으로 분사하는 형태를 가진다.

다음으로 상기 위치 한정부(50)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수면 부상부(10)의 부상 위치를 한정하는 구성요소이다. 즉, 상기 수면 부상부(10)가 수면에 부유된 상태에서도 그 위치가 특정한 범위를 벗어나지 않은 상태에서 거의 고정된 상태를 유지하도록 고정하는 구성요소이다.

이를 위하여 본 실시예에서는 상기 위치 한정부(50)를 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 이동 무게추(52), 고정 도르레(53), 앵커(54) 및 연결로프(55)를 포함하여 구성한다.

먼저 상기 이동 무게추(52)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 연결로프(55)에 연결된 상태로 수중에 설치된다. 상기 이동 무게추(52)는 상당한 무게를 가지는 재질로 이루어지며, 상기 수면 부상부(10)의 이동을 방지할 수 있는 무게를 가지는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 고정 도르레(53)는 상기 수면 부상부(10)의 측면 가장자리 부분에 설치되는 구성요소이다. 가장 바람직하게는 상기 수면 부상부(10)의 각 측면마다 상기 고정 도르레(53) 다수개가 설치되되, 각 고정 도르레(53)는 상기 수면 부상부(10)의 각 모서리 부분에 설치되는 것이다. 이 고정 도르레(53)는 후술하는 앵커(54)와 연결되어 결국 상기 수면 부상부(10)가 수면 상에서 부유된 상태로 움직임을 최소화하는 역할을 한다. 따라서 가장 안정적으로 수면 부상부(10)를 고정할 수 있는 위치에 설치되는 것이다.

다음으로 상기 앵커(54)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 수면 부상부(10)가 설치되는 호소의 바닥면에 고정되는 구성요소이다. 상기 앵커(54)는 상기 수질 정화 장치(1)를 호소에 설치하는 과정에서 상기 수질 정화 장치가 설치된 위치에 투하되어 수질 정화 장치의 설치 위치를 결정하게 된다. 이 앵커(54)는 호소의 바닥면에 박혀서 고정되는 구조를 가질 수도 있으며, 상당한 무게를 가지는 구조를 가져서 호소 바닥면에 가라앉은 상태로 고정될 수도 있다.

이때 상기 앵커(54)도 상기 고정 도르레(53)와 마찬가지로 4개의 앵커(54)가 4개 지점에 설치되는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 4개의 앵커(54)는 상기 수면 부상부(10)를 중심으로 하여 4 지점에 방사 방향으로 고정되는 것이 상기 수면 부상부(10)를 안정적으로 고정할 수 있어서 더욱 바람직하다.

마지막으로 상기 연결 로프(55)는 일단이 상기 이동 무게추(52)에 고정되고, 타단은 상기 앵커(54)에 고정되되 상기 고정 도르레(53)를 경유하여 상기 이동 무게추(52)와 상기 앵커(54)를 연결하는 구성요소이다. 상기 연결 로프(55)는 상기 이동 무게추(52) 및 수면 부상부(10)의 하중을 견딜 수 있는 재질로 이루어지며, 특히, 수중에서 변질 또는 변형되지 않는 재질로 이루어져야 한다.

다음으로 상기 수면 부상부(10)의 하측 가장자리에는 도 1에 도시된 바와 같이, 전복 방지부(60)가 더 구비될 수 있다. 상기 전복 방지부(60)는 상기 수면 부상부(10)에서 하측으로 돌출되도록 형성되며, 외측 파고가 상기 수면 부상부(10) 하측 내부로 진입하는 것을 방지한다.

다음으로 상기 수면 부상부(10)의 상측에는 자연동력 획득부(70)가 설치되는데, 자연동력 획득(70)부로는 도 1에 도시된 바와 같이, 태양광 발전부(72)와 풍력 발전부(74)가 설치될 수 있다.

1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 수질 정화장치
10 : 수면 부상부 20 : 심층수 상승부
30 : 마이크로 버블 분사부 40 : 버블 혼합수 분사부
50 : 위치 한정부

Claims (5)

1. 부력에 의하여 수면에 부상되는 상태로 설치되는 수면 부상부;
   상기 수면 부상부에서 하측으로 기립되어 설치되며, 심층수를 끌어올리는 심층수 상승부;
   상기 수면 부상부에 설치되며, 마이크로 버블(micro bubble)을 발생시켜 상기 심층수 상승부에 의하여 상승된 심층부에 분사하는 마이크로 버블 분사부;
   상기 심층수 상승부 상단과 연결되어 구비되며, 마이크로 버블이 분사된 심층수를 하측 방향 수중으로 분사하는 버블 혼합수 분사부;
   상기 수면 부상부의 부상 위치를 한정하는 위치 한정부;
   상기 수면 부상부의 하측 가장자리에 하측으로 돌출되도록 형성되며, 외측 파고가 상기 수면 부상부 하측 내부로 진입하는 것을 방지하는 전복 방지부;를 포함하는 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수면 부상부는,
   내부가 빈 상태인 다수개의 부력통;
   상기 다수개의 부력통을 연결하며, 압축공기 발생부의 설치를 위한 일정한 평면 공간을 제공하는 플레이트부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서, 상기 심층수 상승부는,
   상기 플레이트부에 상단이 연결되고 하단은 상기 수면 부상부가 부상되는 호소의 수온약층 보다 깊게 수직으로 설치되며, 내부에 심층부 통과홀이 형성되는 심층수 통과관;
   상기 심층수 통과관의 상측 내부에 설치되며, 상기 심층수 통과관을 통하여 심층수가 상승되도록 동력을 제공하는 심층수 상승 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 위치 한정부는,
   상하 방향으로 이동가능하게 설치되며, 중력에 의하여 하측으로 힘을 받는 이동 무게추;
   상기 수면 부상부가 설치되는 호소의 바닥면에 고정되는 앵커;
   상기 수면 부상부의 하면 가장자리 부분에 고정되어 설치되는 고정 도르레;
   일단이 상기 이동 무게추에 고정되고, 타단은 상기 앵커에 고정되되 상기 고정 도르레를 경유하여 상기 이동 무게추와 상기 앵커를 연결하는 연결 로프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블을 이용한 수질 개선장치.

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