KR101743061B1 - 초미세기포(나노버블) 생성 장치를 포함하는 저수조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 포함하는 초미세기포 생성 장치를 오염된 물이 담긴 저수용기에 장착시킴으로써, 오염된 물에 포함되어 있는 찌꺼기들을 부상시켜 제거함과 동시에 물을 소독시킬 수 있는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조에 관한 것이다. 본 발명의 저수조는 초미세기포 생성 장치를 포함함으로서 초미세기포 산소가 용해되어 있는 물을 저수용기 내부로 제공할 수 있고, 상기 초미세기포 산소는 피처리수 내부의 미세물질들을 위로 부상시켜 제거하기 쉽도록 해주고, 피처리수 내 미생물들을 살균시킴으로써, 피처리수의 수질을 향상시키는바, 물의 정화가 필요한 분야에 이용할 수 있다.

Description

초미세기포(나노버블) 생성 장치를 포함하는 저수조 {WATER STORAGE TANK HAVING APPARATUS FOR GENERATING NANOBUBBLE}

본 발명은 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 포함하는 초미세기포 생성 장치를 오염된 물이 담긴 저수용기에 장착시킴으로써, 오염된 물에 포함되어 있는 찌꺼기들을 부상시켜 제거함과 동시에 물을 소독시킬 수 있는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조에 관한 것이다.

수처리 공정에는 유기물과 같은 각종 부유물을 제거하는 공정이 있다. 이들 부유물의 분리 및 제거는 부유물의 물리화학적 특성(예를 들어, 크기, 밀도, 표면 전하 등)에 따라 스크린 분리, 침강 분리, 부상 분리 또는 여과분리 등을 선택적으로 적용할 수 있고, 침강 분리가 우세적으로 사용되고 있다.

침강 분리 방법을 사용할 경우, 물과 밀도가 유사한 미세 현탁 입자는 침강 속도가 매우 느리기 때문에 응집제를 첨가하여 부유물의 물리적 상태를 변경시킨 후에 침강을 실시하는 화학 침전(chemical precipitation)을 사용한다. 상기 응집제로는, 황산 알루미늄, 폴리염화알루미늄, 황산철, 염화철 등의 무기계 응집제, 또는 폴리아크릴산염, 아크릴아미드계 폴리머 등의 유기계 응집제 등이 있다.

응집제는 피처리수에 포함된 부유물의 종류와 양에 따라 적절한 종류 및 그 투여량을 결정해야 하기 때문에, 응집제를 사용하기 전 피처리수에 포함된 오염성분들의 분석 정보가 확보되어 있어야 하며, 그렇지 않을 경우 피처리수의 정화가 제대로 이루어지지 않거나 필요 이상으로 많은 양의 응집제를 사용하게 되는 문제점이 있다. 또한, 처리가 완료된 정화수 내에 응집제가 잔류할 수 있으므로, 응집제를 제거하는 추가 공정을 다시 실시해야 한다는 번거로움이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 부상 분리를 이용한 부유물 제거 방법에 대해 많은 연구가 진행되고 있는데, 부상 분리는 부유물-기포 복합체를 형성하여 그 부력을 증가시킴으로써 부유물을 수면 위로 떠오르게 하여 제거하는 방법이다. 이러한 방법을 이용한 특허로는 한국등록특허 제10-1095298호가 있는데, 상기 특허는 일반 기포를 사용하기 때문에 피처리수에 살균 작용을 할 수 없는 한계가 있다.

따라서, 응집제 없이 부유물을 부상시켜 제거가 용이함과 동시에 피처리수를 살균시킬 수 있는 수처리 공정에 대한 개발이 필요하다.

한국등록특허 제10-1095298호

이에, 본 발명자들은 초미세기포 산소용해수를 수처리에 이용하기 위해, 고농도의 초미세기포 산소용해수를 생성할 수 있는 초미세기포 생성 장치를 피처리수가 담긴 저수용기에 장착시킴으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 초미세기포 생성 장치, 저수용기, 상기 저수용기 내부의 피처리수가 상기 초미세기포 생성 장치 내부로 이동하는 제1라인, 및 상기 초미세기포 생성 장치에서 생성된 초미세기포 산소용해수가 상기 저수용기 내부로 이동하는 제2라인을 포함하고,

상기 초미세기포 생성 장치는 챔버, 상기 제1라인 및 산소 공급관과 연결된 공급관, 상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 산소-피처리수 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류에 포함되어 있는 산소를 미세화하는 1차 다공판, 상기 챔버 내부에서, 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 산소-피처리수 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류 내 산소를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포 산소용해수를 생성하는 2차 다공판, 및 상기 제2라인과 연결되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 초미세기포 생성 장치, 저수용기, 상기 저수용기 내부의 피처리수가 상기 초미세기포 생성 장치 내부로 이동하는 제1라인, 및 상기 초미세기포 생성 장치에서 생성된 초미세기포 산소용해수가 상기 저수용기 내부로 이동하는 제2라인을 포함하고,

상기 초미세기포 생성 장치는 챔버, 상기 제1라인 및 산소 공급관과 연결된 공급관, 상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 산소-피처리수 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류에 포함되어 있는 산소를 미세화하는 1차 다공판, 상기 챔버 내부에서, 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 산소-피처리수 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류 내 산소를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포 산소용해수를 생성하는 2차 다공판, 및 상기 제2라인과 연결되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조를 제공한다.

상기 1차 다공판 및 상기 2차 다공판의 관통공 직경은 약 5 내지 15mm이고, 상기 관통공이 차지하는 면적은 다공판 면적 대비 약 30 내지 90%일 수 있다.

상기 초미세기포 생성 장치는 복수개로 직렬 연결된 형태일 수 있다.

상기 제2라인이 저수용기 내부에 설치된 분사장치와 연결될 수 있고, 상기 분사장치는 하나 이상의 분사구를 포함할 수 있다.

상기 저수용기는 저수용기 내부의 물을 외부로 방출할 수 있는 배출구를 포함할 수 있다.

상기 저수조는 저수용기의 수면으로 부상한 부유물을 제거하는 스크래퍼를 추가로 포함할 수 있고, 이때 상기 저수용기의 일측에 구비되는 부유물 수집조를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 저수조는 초미세기포 생성 장치를 포함함으로써, 초미세기포 산소가 용해되어 있는 물을 저수용기 내부로 제공할 수 있고, 상기 초미세기포 산소는 피처리수 내부의 미세물질들을 위로 부상시켜 제거하기 쉽도록 해주고, 피처리수 내 미생물들을 살균시킴으로써, 피처리수의 수질을 향상시키는바, 물의 정화가 필요한 분야에 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조의 기본 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치의 일 실시예의 단도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치의 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 상기 도 2의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 5는 상기 도 3의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 상기 도 2 및 상기 도 3의 일 실시예에 구비된 1차 다공판을 챔버 상부에서 바라본 정면도이다.
도 7은 상기 도 2의 일 실시예에 구비된 2차 다공판을 챔버 상부에서 바라본 정면도이다.
도 8은 상기 도 3의 일 실시예에 구비된 2차 다공판을 챔버 상부에서 바라본 정면도이다.
도 9는 분사장치가 설치된 저수용기의 단면도이다.
도 10은 저수용기의 바닥판에 정화수 배출구 및 상기 정화수 배출구의 개폐를 조절할 수 있는 밸브가 장착된 것을 나타내는 저수용기의 단면도이다.
도 11은 저수용기의 상부에 스크래퍼가 장착되어 있고, 저수용기의 일 측에 부유물 수집조가 설치되어 있는 것을 나타내는 저수용기의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 이하의 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성 요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축적대로 도시된 것이 아니라, 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

먼저, 본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 정의한다.

"초미세기포"는 입경이 1 ㎛ 미만이고, 육안으로 확인이 불가능한 기포를 의미하는 것으로, "나노버블" 또는 "나노기포"라고도 한다.

"초미세기포 산소용해수"는 초미세기포 형태의 산소가 13ppm 이상의 농도로 용해되어있고, 약 20℃에서 대략 1시간 방치했을 때, 산소의 농도 감소율이 20% 미만인 물을 의미한다.

어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조의 기본 예를 나타내는 개략도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 초미세기포 생성 장치의 일 실시예의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조는,

초미세기포 생성 장치(100), 저수용기(200), 저수용기(200) 내부의 피처리수가 초미세기포 생성 장치(100) 내부로 이동하는 제1라인(300), 및 초미세기포 생성 장치(100)에서 생성된 초미세기포 산소용해수가 저수용기(200) 내부로 이동하는 제2라인(400)을 포함한다.

저수용기(200)는 도 1에는 비록 하나의 저수용기(200)만 도시되어 있으나, 이와는 다르게 복수개의 저수용기(200)들이 직렬 또는 병렬로 연결된 형태일 수 있다.

저수용기(200)는 지면에 형성된 저수용기의 바닥판(210) 및 바닥판(210)의 테두리로부터 벽 형상으로 형성된 저수용기의 측벽(220)들을 포함한다. 저수용기ㅇ의 닥판(210) 및 측벽(220)의 형상이 도 1에 사각형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 저수조가 설치되는 공간의 형태, 초미세기포 생성 장치(100)의 형태, 제1라인(300)의 형태, 또는 제2라인(400)의 형태에 따라 원형, 다각형 등으로 변경될 수 있다.

제1라인(300)은 저수용기(200) 내부의 피처리수를 초미세기포 생성 장치(100) 내부로 이동하는 연결 구조로써, 제1라인(300)과 저수용기(200)의 연결 부위는 저수용기(200)의 측벽(220) 또는 바닥판(210)일 수 있고, 또는 저수용기(200)와 연결되지 않고, 저수용기(200)의 뚫려있는 윗부분을 통하여 피처리수와 바로 연결될 수 있다.

제1라인(300)의 양 끝 부위 또는 중간 부위에 피처리수의 이물질들을 걸러주는 필터가 장착될 수 있고, 피처리수를 빨아들이는 흡입 펌프가 제1라인(300)에 장착될 수 있다.

제2라인(400)은 초미세기포 생성 장치(100)에서 생성된 초미세기포 산소용해수가 저수용기(200) 내부로 이동하는 연결 구조로써, 제2라인(400)과 저수용기(200)의 연결 부위는 저수용기(200)의 측벽(220) 또는 바닥판(210)일 수 있고, 또는 저수용기(200)와 연결되지 않고, 저수용기의 뚫려있는 윗부분을 통하여 피처리수와 바로 연결될 수 있다.

제2라인(400)에는 초미세기포 산소용해수를 저수용기 내부로 분출시키기 위한 펌프가 장착될 수 있다.

제1라인(300) 및 제2라인(400)은 저수용기(200)의 크기 및 형태, 저수용기(200)가 설치된 공간의 형태, 저수용기(200)와 초미세기포 생성 장치(100)의 배치 등에 따라 직선 또는 곡선, 또는 직선 및 곡선이 결합한 형상으로 설계될 수 있다.

도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)는,

챔버(150), 제1라인(300) 및 산소 공급관(132)과 연결된 산소-피처리수 혼합류 공급관(130), 챔버(150) 내부의 상부에 위치하고, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 분출구(133)와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)을 통해 분출된 산소-피처리수 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류에 포함되어 있는 산소를 미세화하는 1차 다공판(110), 챔버(150) 내부에서, 1차 다공판(110)의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 1차 다공판을 관통한 산소-피처리수 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류 내 산소를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포 산소용해수를 생성하는 2차 다공판(120), 및 제2라인(400)과 연결되는 배출구(140)를 포함한다.

챔버(150)는 본 발명의 초미세기포 함유 액체 생성 장치의 기본 형상을 이루는 구성으로서, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130), 1차 다공판(110), 2차 다공판(120), 및 배출구(140)를 내부에 포함한다. 챔버(150)의 형상은, 본 발명의 일 실시예에서는 원기둥형이지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)가 설치되는 장소에 적합하도록 직육면체형, 삼각기둥형, 구 등의 형상으로도 구현될 수 있다. 또한, 챔버(150)의 크기는 원기둥형을 기준으로, 높이가 0.2-3 미터, 밑바닥 직경이 0.05-200 미터일 수 있다. 그러나, 챔버(150)의 크기는 목표하는 초미세기포 산소용해수의 생성량 등에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

산소-피처리수 혼합류를 공급하는 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 산소 공급관(132)으로부터 산소를, 제1라인(300)으로부터 피처리수를 산소-피처리수 혼합류 공급관의 내부공간(131)으로 유입하여 산소-피처리수 혼합류를 분출하는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 분출구(133)가 1차 다공판(110)의 하부에 위치하여 상방을 향하는 형태로 배치될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 분출구(133)가 1차 다공판(110)의 상부에 위치하여 하방을 향하는 형태로 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 산소-피처리수 혼합류 공급관의 분출구(133)가 1차 다공판(110)의 하부에 위치하여 상방을 향하는 형태일 경우, 산소-피처리수 혼합류가 올라갈 때 한 번, 내려올 때 한 번, 즉 총 두 번 1차 다공판(110)을 통과하게 되어, 도 3의 형태로 배치될 때보다 초미세기포 생성량이 더 많아질 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 형태로 배치될 경우, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 분출구(133) 입구는 산소-피처리수 혼합류가 1차 다공판(110)을 고르게 통과될 수 있도록 넓게 퍼진 형태가 바람직할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 배치는, 상기 형태에 한정되지 않고, 산소-피처리수 혼합류가 공급관(130)에서 분출되었을 때, 가장 먼저 1차 다공판(110)을 통과할 수 있는 모든 형태가 바람직할 수 있다.

산소 공급관(132) 및 피처리수를 챔버(150) 내부로 공급하는 제1라인(300)의 배치는 이에 한정되지는 않지만, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)에 각각 연결되어, 산소 및 피처리수가 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)에 따로 공급되는 형태일 수 있고, 또는 산소 공급관(132)에 제1라인(300)이 혼입되거나 제1라인(300)에 산소 공급관(132)이 혼입된 형태로 공급관(130)에 연결되어, 산소-피처리수 혼합류 자체가 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)에 공급되는 형태일 수 있다.

산소-피처리수 혼합류 공급관(130)에서 분출되는 산소-피처리수 혼합류의 공급 압력은, 산소-피처리수 혼합류에 의해 1차 다공판(110)이 손상되지 않으면서도, 상기 산소-피처리수 혼합류가 1차 다공판(110)의 관통공을 통과할 수 있는 정도의 압력이면 특별한 제한 없이 적용이 가능하며, 상기 압력은 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 길이, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 분출구(133)와 1차 다공판(110) 간의 이격 거리 등에 따라 적합하게 설정될 수 있다.

도 4는 도 2의 초미세기포 생성 장치(100)를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이고, 도 5는 도 3의 초미세기포 생성 장치(100)를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치(100)는 복수개가 직렬로 연결될 수 있다. 복수개의 초미세기포 생성 장치(100)는 챔버 간 연결라인(160)을 통해 직렬로 연결되고, 연결라인(160)에는 산소-피처리수 혼합류에 압력을 부여할 수 있는 펌프(161)를 설치할 수 있지만, 필수적이지는 않다. 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치(100)를 복수개로 직렬 연결할 경우, 피처리수 내 초미세기포 산소의 농도를 더욱 높일 수 있다.

도 6은 도 2 및 도 3에 도시된 일 실시예에 구비된 1차 다공판(110)의 정면도이다.

도 6에 도시된 1차 다공판(110)은 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)에서 분출된 산소-피처리수 혼합류가 첫 번째로 통과하는 기판으로서, 초미세기포 생성에 매우 중요하다. 1차 다공판(110)은 상기 혼합류에 포함된 산소를 1차적으로 미세화하는 역할을 하고, 피처리수도 미세화시켜 산소와의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 상기 미세화된 산소의 혼합류 내 농도를 증가시킨다. 1차 다공판(10)의 형태는 이에 한정되지는 않지만, 도 6 에 도시된 바와 같이 원형일 수 있고, 챔버(150)의 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

1차 다공판(110)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 분출구(133)와 마주하여 이격된 상태로 설치되거나, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)의 분출구(133)에 장착될 수 있다.

1차 다공판(110)은 단면적이 챔버 내부공간(151)의 단면적과 일치하여 챔버 내벽에 꼭 들어맞거나, 챔버 내부공간(151)의 단면적보다 작아서 챔버 내벽에 닿지 않는 부분이 존재할 수 있다. 챔버 내벽과 1차 다공판 사이에 간격이 없이 꼭 들어맞을 경우, 피처리수에 섞여있을 수 있는 불순물 등이 1차 다공판의 관통공(112)을 막아서 상기 혼합류가 역류할 수 있는 위험이 있으므로, 1차 다공판(110)과 챔버 내벽 간에 틈이 있는 것이 더 바람직하다.

1차 다공판(110)을 챔버 내부공간(151)의 상부에 위치하도록 도와주는 1차 다공판의 지지대(111)는, 1차 다공판(110)이 챔버 내벽에 부착될 경우에는 필요 없지만, 1차 다공판(110)이 챔버 내벽과 이격되어 있을 경우에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(150)의 상부와 연결되는 형태로 배치될 수 있고, 또는, 챔버(150)의 측면 또는 하부와 연결될 수 있으며, 산소-피처리수 혼합류 공급관(130) 또는 2차 다공판(120)과 연결될 수 있다. 1차 다공판의 지지대(111)의 배치는 상기에 한정되지 않고, 1차 다공판(110)이 챔버 내부공간(151)의 상부에 위치하도록 지지할 수 있는 모든 배치가 바람직할 수 있다.

2차 다공판(120)은 1차 다공판(110)에서 미세화된 산소를 더 미세화하고, 혼합류의 흐름을 간섭하여 와류를 발생시킴과 동시에, 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만들어, 피처리수 내 초미세기포 산소의 농도를 더욱 증가시킨다. 따라서, 2차 다공판(120)은 산소-피처리수 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만듦과 동시에 와류를 형성하도록 유도하기 위해, 이격되어 복수개 설치되는 것이 바람직하다. 복수개의 2차 다공판(120)은 수직방향을 따라 교호적으로 형성될 수 있다.

도 7은 도 2에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(120)을 챔버(150) 상부에서 바라본 정면도이고, 도 8은 도 3에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(120)을 챔버(150) 상부에서 바라본 정면도이다.

도 2에 도시된 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)에 장착되어 있는 2차 다공판(120)은, 도 7에 도시된 바와 같이 도너츠 형태로서, 도너츠 형태의 중심원이 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)에 부착되고, 바깥원은 챔버(150) 내벽에 닿지 않는 형태 1(도 7의 a에 도시), 및 도너츠 형태의 중심원이 산소-피처리수 혼합류 공급관(130)에 닿지 않고 바깥원이 챔버(150) 내벽에 부착된 형태 2(도 6의 b에 도시)가 교대로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 2차 다공판(120)이 상기와 같이 배치될 경우, 산소-피처리수 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만들 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)에 장착되어 있는 2차 다공판(120)은, 도 8에 도시된 바와 같이 부채꼴 형태로서, 그 중심각이 이에 한정되지는 않지만, 약 180°이상 내지 약 360°미만이 바람직할 수 있다. 상기 중심각이 180°이상이면, 1차 다공판(110)을 통과한 산소-피처리수 흐름류가 복수개의 2차 다공판(120)을 모두 관통하도록 유도할 수 있다. 상기 중심각이 360°미만인 이유는, 위에 배치된 2차 다공판(120)으로부터 아래에 배치된 2차 다공판(120)으로, 2차 다공판의 관통공(121)을 통과하지 않은 혼합류가 흘러 내려갈 수 있는 틈이 있어야 하기 때문이다.

2차 다공판(120)의 형태 및 배치는, 챔버(150) 형태 또는 산소-피처리수 혼합류 공급관(130) 배치 구도에 따라 적절히 변경될 수 있고, 복수개의 2차 다공판(120)들은 그 사이즈가 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 2차 다공판(120)은 챔버 내벽과 직각으로 형성되거나, 하방 또는 상방으로 경사지게 형성될 수 있다.

1차 다공판(110) 및 2차 다공판(120)의 관통공(112, 121)은 그 직경이 바람직하게는 약 5 내지 15 mm일 수 있다. 관통공(112, 121) 직경이 15mm를 초과하면, 지름이 1 마이크로 미터 이상인 산소 기포들이 많이 생성되고, 와류가 적게 형성되어 피처리수 내 산소의 농도가 감소한다. 또한, 관통공(112, 121) 직경이 5mm 미만이면, 산소-피처리수 혼합류의 흐름이 정체되어 내부 압력이 높아지고, 이로 인해 산소-피처리수 혼합류의 흐름이 역류하는 현상이 발생할 수 있다.

1차 다공판(110) 및 2차 다공판(120)에서 관통공(112, 121)이 차지하는 면적은, 각각의 다공판 면적 대비 약 30 내지 90%일 수 있고, 바람직하게는 약 65 내지 85%일 수 있다. 관통공이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30% 미만일 경우, 1차 다공판(110) 및 2차 다공판(120)에 가해지는 압력이 너무 커지기 때문에 다공판(110, 120)이 손상되거나 산소-피처리수 혼합류의 흐름이 역류하는 현상이 발생할 수 있으며, 관통공(112, 121)을 통과하지 않고 지나가는 산소-피처리수 혼합류가 많아져 초미세기포 산소의 생성량이 현저히 감소하게 된다. 따라서, 관통공(112, 121)이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30% 미만이면, 1차 다공판(110)및 2차 다공판(120)의 설치가 무의미해질 수 있다.

또한, 관통공(112, 121)이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 90%를 초과할 경우, 산소-피처리수 혼합류가 2차 다공판(120)을 대부분 그대로 통과하게 되어, 와류가 적게 형성되고, 혼합류의 흐름 궤적이 짧아지기 때문에, 피처리수에 녹는 초미세기포 산소의 양이 현저히 감소한다. 뿐만 아니라, 관통공(112, 121)이 차지하는 면적이 너무 넓기 때문에 다공판(110, 120)의 내구성이 약해질 수 있다.

도 9는 분사장치(410)가 설치된 저수용기(200)의 단면도이다.

도 9를 참조하면, 제2라인(400)은 초미세기포 생성 장치(100)에서 생성된 초미세기포 산소용해수를 저수용기(200) 내부에 골고루 분사하기 위해, 분사장치(410)와 연결될 수 있고, 분사장치(410)는 하나 이상의 분사구(420)를 포함할 수 있다. 초미세기포 산소용해수의 다양한 효과 중에는 피처리수 내 이물질들을 수면으로 부상시키는 효과가 있으므로, 분사장치(410)는 저수용기의 바닥판(210) 또는 바닥판(210)과 인접하도록 배치되는 것이 바람직할 수 있으며, 분사구(420)는 수면을 향하는 방향으로 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 이러한 분사장치(410) 및 분사구(420)의 배치는 저수용기(200)의 구조에 따라 변경될 수 있다.

도 10은 저수용기의 바닥판(210)에 정화수 배출구(230) 및 상기 정화수 배출구의 개폐를 조절할 수 있는 밸브(240)가 장착된 것을 나타내는 저수용기의 단면도이고, 도 11은 저수용기(200)의 상부에 스크래퍼(500)가 장착되어 있고, 저수용기의 일 측에 부유물 수집조(600)가 설치되어 있는 것을 나타내는 저수용기의 단면도이다.

도 10을 참조하면, 저수용기의 바닥판(210)에는 정화수 배출구(230) 및 상기 정화수 배출구의 개폐를 조절할 수 있는 밸브(240)가 장착될 수 있다. 상기 "정화수"란, 초미세기포 산소용해수에 의해 부유물이 제거되고, 살균 작용을 거친 물을 의미하는 것으로서, 상기 정화수 배출구(230)를 통해 정화수를 다른 곳으로 옮길 수 있다. 본 발명의 저수조를 상수도 시설에 적용시킨다면, 상기 정화수 배출구(230)를 통해 소비자에게 정화수가 전달되는 것이다. 도 10에는 정화수 배출구(230)가 저수용기 바닥판(210)에 있지만, 저수용기의 측벽(210)의 아랫부분에 설치될 수도 있다. 또한, 도 10에서 정화수 배출구(230)는 저수용기 바닥판(210)으로부터 튀어나온 구조를 갖지만, 이에 한정되지 않고, 바닥판(210)에 구멍만 나 있는 형태를 가질 수 있으며, 정화수 배출구의 개폐를 조절할 수 있는 밸브(240)는 수동으로도 작동이 가능하고, 자동으로 시스템화되어 작동될 수도 있다.

도 11을 참조하자면, 저수용기(200)의 상부에는 스크래퍼(500)가 장착될 수 있다. 스크래퍼(500)는 저수용기(200) 수면에 부상된 부유물을 걷어내는 장치로서, 수면의 높이에 맞춰 자유롭게 위 아래로 이동이 가능하다. 스크래퍼(500)는 본 발명 같은 부상분리장치에서 사용되는 일반적인 구성이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 도 11을 참조하자면, 스크래퍼(500)가 걷어낸 부유물(510)을 모아놓을 수 있는 부유물 수집조(600)가 저수용기(200)의 일 측에 구비될 수 있다. 도 11에 나타난 바와 같이, 스크래퍼(500)가 부유물(510)을 부유물 수집조(600) 방향으로 끌고 가면, 저수용기(200)와 부유물 수집조(600)의 경계를 이루는 벽을 넘어 부유물(510)이 부유물 수집조(600)로 넘어가게 된다. 부유물 수집조(600)는 부유물을 배출할 수 있는 부유물 배출구(610) 및 부유물 배출구(610)의 개폐를 조절할 수 있는 밸브(620)를 추가로 포함할 수 있고, 부유물 배출구(610)는 수동으로 작동이 가능할 수 있고, 또는 부유물의 높이나 무게를 감지하여 개폐가 자동으로 조절될 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시한 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 초미세기포 생성 장치의 제조 >

도 2에 도시된 바와 같은 초미세기포 생성 장치(실시예 1)를 제조하였고, 도 3에 도시된 바와 같은 초미세기포 생성 장치(실시예 2)를 제조하였다. 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적 비율만 실시예 1과 달리하여 실시예 3 내지 6을 제조하였고, 실시예 1을 직렬 연결한 실시예 7을 제조하였다. 제조된 실시예의 챔버는 원기둥 형태로서, 높이가 약 1m이고 직경이 약 2m이다.

< 비교예 >

실시예 1과 동일하되 1차 다공판이 없는 비교예 1, 실시예 7과 동일하되 1차 다공판이 없는 비교예 2, 실시예 1과 동일하되 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적 비율만 달리한 비교예 3 내지 5를 제조하였다. 비교예 챔버의 크기는 상기 실시예와 동일하다.

< 실험예 >

물 및 산소를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예의 용존산소량 및 산소농도감소 비율을 비교해 보았다. 용존산소량계(YSI-550A)로 실시예 및 비교예에서 생성된 산소용해수의 용존산소량(ppm)을 측정하였으며, 그 후, 20에서 1시간 방치하여 산소농도감소 비율(%)을 계산하였다. 또한, 초미세기포(입경이 1 ㎛ 미만)인지 여부는 육안으로 관찰하였다.

상기 실시예 및 비교예의 구성 및 상기 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

	챔버 개수	공급반 배치형태	1차 다공판 설치 여부	2차 다공판 설치 여부	관통공 면적	용존 산소량 (ppm)	산소농도 감소비율 (%)	육안으로 기포관찰 가능여부
실시예 1	1	도 2	○	○	75%	19	15	×
실시예 2	1	도 3	○	○	75%	18	18	×
실시예 3	1	도 2	○	○	85%	17	17	×
실시예 4	1	도 2	○	○	90%	16	19	소량 관찰
실시예 5	1	도 2	○	○	45%	17	18	×
실시예 6	1	도 2	○	○	35%	17	18	×
실시예 7	2	도 4	○	○	75%	30	14	×
비교예 1	1	도 2	×	○	75%	11	32	○
비교예 2	2	도 4	×	○	75%	18	30	○
비교예 3	1	도 2	○	○	25%	13	28	○
비교예 4	1	도 2	○	○	10%	역압으로 인해 실험 불가	-	-
비교예 5	1	도 2	○	○	95%	12	22	소량 관찰

비교예 1은 실시예 1에서 1차 다공판을 설치하지 않은 것으로, 용존산소량이 실시예 1 에 비해 약 42% 감소되었고, 초미세기포가 생성되지 않았다. 초미세기포는 용매에서 방출이 잘 되지 않기 때문에, 용매 내 농도의 감소 비율이 큰 기포들보다 매우 작은데, 비교예 1은 초미세기포보다 입경이 큰 기포들이 생성되었으므로, 산소농도감소 비율이 실시예 1보다 2배 이상으로 컸다.

또한, 비교예 2는 실시예 7에서 1차 다공판을 설치하지 않은 것으로, 상기 비교예 1 및 실시예 1의 비교 양상과 비슷하게, 용존 산소량이 실시예 7에 비해 약 43% 감소하였고, 산소농도감소 비율이 2배 이상으로 증가되었다.

상기 비교예 1 및 2와 실시예 1 및 7의 비교를 통하여, 1차 다공판이 초미세기포의 생성 및 초미세기포의 용해농도 상승에 필수적인 구성이라는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 7은 실시예 1을 두 개 직렬 연결한 것으로서, 용존산소량이 실시예 1에 비해 약 37% 증가되었는바, 본 발명에 따른 장치를 복수개로 직렬 연결하면, 초미세기포의 용해농도를 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.

실시예 1은 1차 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적이 75%인데 반해, 비교예 3은 상기 면적을 25%로 설정한 것으로서, 실시예 1에 비해 용존산소량이 약 32% 감소하였고, 산소농도감소 비율은 약 1.9배 증가되었으며, 이러한 용존산소량 감소율 및 산소농도감소 비율 증가 정도는, 1차 다공판이 없는 비교예 1과 비슷한바, 이는 다공판에서 관통공이 차지하는 면적을 30% 미만으로 설정하면, 1차 다공판의 설치가 무의미하다는 것을 의미한다.

아울러, 실시예 1과 구조가 동일하되, 1차 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적을 10%로 설정한 비교예 4는, 공급관에서 분출된 혼합류가 1차 다공판으로부터 역압을 받게 되어, 공급관으로부터의 혼합류 분출이 원활하지 않았고, 혼합류가 공급관 내부로 역류하는 현상까지 발생하여 실험 자체를 진행할 수 없었다.

또한, 실시예 1과 구조가 동일하되, 관통공이 차지하는 면적이 95%인 비교예 5는 용존산소량이 실시예 1에 비해 약 37% 감소하였고, 산소농도감소 비율은 약 1.5배 증가되었는데, 이는 비교예 5에서 관통공이 차지하는 비율이 너무 커서, 와류 형성이 부족하였고, 다공판을 그대로 통과하는 물의 양이 많아지는 바람에 흐름궤적이 짧아져서 용존산소량이 크게 감소된 것으로 판단된다.

상기 비교예 3 내지 5의 결과를 통해, 다공판에서 관통공이 차지하는 면적은 약 30 내지 90%가 바람직하다는 것을 알 수 있다.

< 제조예 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조의 제조 >

실시예 1의 초미세기포 생성 장치를 가로 100m, 세로 70m, 및 높이 1.5m의 저수용기와 연결하여 저수조를 제조하였다. 연결부는 저수용기 내부의 피처리수를 빨아들이는 파이프와, 초미세기포 생성 장치에서 생성된 초미세기포 산소용해수가 저수용기로 이동하는 파이프 등 총 두 개의 파이프로 구성하였다.

저수용기에 물과 사료 등의 각종 이물질을 넣은 후 실시예 1을 작동시키자, 이물질들이 수면으로 부상하였다.

100 : 초미세기포 생성 장치 110 : 1차 다공판
111 : 1차 다공판의 지지대 112 : 1차 다공판의 관통공
120 : 2차 다공판 121 : 2차 다공판의 관통공
130 : 산소-피처리수 혼합류 공급관 131 : 공급관(130)의 내부공간
132 : 산소 공급관 133 : 공급관(130)의 분출구
140 : 배출구 150 : 챔버
151 : 챔버(150)의 내부공간 160 : 챔버(150) 간 연결 라인
161 : 펌프 200 : 저수용기
210 : 저수용기의 바닥판 220 : 저수용기의 측벽
230 : 정화수 배출구
240 : 정화수 배출구(230)의 개폐를 조절하는 밸브
300 : 제1라인 400 : 제2라인
410 : 분사장치 420 : 분사구
500 : 스크래퍼 510 : 부유물
600 : 부유물 수집조 610 : 부유물 배출구
620 : 부유물 배출구(610)의 개폐를 조절하는 밸브

Claims (8)

1. 초미세기포 생성 장치;
   저수용기;
   상기 저수용기 내부의 피처리수가 상기 초미세기포 생성 장치 내부로 이동하는 제1라인; 및
   상기 초미세기포 생성 장치에서 생성된 초미세기포 산소용해수가 상기 저수용기 내부로 이동하는 제2라인을 포함하고,
   상기 초미세기포 생성 장치가,
   챔버;
   상기 제1라인 및 산소 공급관과 연결된 공급관;
   상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 산소-피처리수 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류에 포함되어 있는 산소를 미세화하는 1차 다공판;
   상기 챔버 내부에서, 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 수직방향을 따라 교호적으로 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 산소-피처리수 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 산소-피처리수 혼합류 내 산소를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포 산소용해수를 생성하는 2차 다공판; 및
   상기 제2라인과 연결되는 배출구를 구비하고,
   상기 챔버의 내부에는 하나의 상기 1차 다공판 및 열 개의 상기 2차 다공판이 설치되며,
   상기 공급관의 분출구는 상기 1차 다공판의 하부에 위치하여 상방을 향하는 형태로 형성되어 상기 산소-피처리수 혼합류가 상기 1차 다공판의 하면을 향해 수직으로 분사되고,
   상기 1차 다공판 및 2차 다공판의 단면적은 상기 챔버의 가로 방향 내측 단면적보다 좁으며,
   상기 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 75% 이면서도 상기 1차 다공판 및 상기 2차 다공판 각각의 관통공 직경이 5 내지 15mm인, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 초미세기포 생성 장치가 복수개로 직렬 연결된 형태인, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2라인이 저수용기 내부에 설치된 분사장치와 연결되는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 분사장치가 하나 이상의 분사구를 포함하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 저수용기가 저수용기 내부의 물을 외부로 방출할 수 있는 배출구를 포함하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 저수조가 저수용기의 수면으로 부상한 부유물을 제거하는 스크래퍼를 포함하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 저수조가 상기 저수용기의 일측에 구비되는 부유물 수집조를 추가로 포함하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 저수조.

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