KR101838145B1 - 다단적층구조의 공기용존장치 - Google Patents

다단적층구조의 공기용존장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배관형태를 띤 복수의 단위 용존장치로 공기용존장치를 구성하고, 각 단위 용존장치의 선택적인 연결, 해제가 가능하도록 하여 필요 공기용존용량에 따라 용존장치의 단수를 조절함과 함께 설치면적을 최소화할 수 있는 다단적층구조의 공기용존장치를 제공함과 함께, 다단적층구조의 용존장치를 통해 체류시간을 확보하고, 선회유도부재를 통해 순환수의 선회류를 유도함으로써 공기와 순환수의 충돌 및 접촉효율을 증가시킴과 함께 미세공기 주입을 통해 공기와 순환수의 접촉면적을 증가시켜 궁극적으로 공기의 용존효율을 향상시킬 수 있는 다단적층구조의 공기용존장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다단적층구조의 공기용존장치는 수평 및 수직 방향을 따라 다단 적층된 형태를 이루는 복수의 단위 용존장치; 이웃하는 단의 단위 용존장치들을 공간적으로 연결시키는 연결 용존장치; 상기 단위 용존장치 및 연결 용존장치 내에 구비되며, 표면에 형성된 산기공을 통해 단위 용존장치 및 연결 용존장치에 미세공기를 공급하는 산기관; 상기 단위 용존장치 내에 구비되어, 순환수의 선회류를 유도하는 선회유로 형성부재; 및 최후단의 단위 용존장치의 일단에 구비되며, 상기 복수의 단위 용존장치를 통해 형성된 공기용존수 중의 미용존 공기 제거 및 공기용존수의 수위를 조절하는 공기용존수 조절조;를 포함하여 이루어지며, 유입부의 단위 용존장치에 순환수가 공급되면, 순환수는 복수의 단위 용존장치 및 연결 용존장치를 따라 이동되며, 순환수의 이동 과정에서 상기 선회유로 형성부재에 의해 순환수가 선회류로 변환됨과 함께 순환수에 미세공기가 용존되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단적층구조의 공기용존장치{Apparatus for air dissolving having multi-layer structure}
본 발명은 다단적층구조의 공기용존장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배관형태인 복수의 단위 용존장치의 연결로 공기용존장치를 구성하고, 배관형태인 각 단위 용존장치의 선택적인 연결, 해제가 가능하도록 하여 필요 공기용존용량에 따라 단위 용존장치의 단수를 조절함으로써 설치면적을 최소화할 수 있는 다단적층구조의 공기용존장치를 제공함과 함께, 배관형태의 단위 용존장치 연결을 통해 체류시간을 확보함으로써 별도의 용해조가 불필요하고 순환수배관을 대체할 수 있으며, 선회유도부재를 통해 순환수의 선회류를 유도함으로써 공기와 순환수의 충돌 및 접촉효율을 증가시킴과 함께 미세공기 주입을 통해 공기와 순환수의 접촉면적을 증가시켜 궁극적으로 공기의 용존효율을 향상시킬 수 있는 다단적층구조의 공기용존장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
조류제거 및 하수처리공정 등에서 수질정화를 위해 미세기포가 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 미세기포를 통해 오염물질을 부상분리시키는 가압부상조 등에 미세기포가 적용되고 있다.
미세기포를 발생시키는 대표적인 방법으로 용존공기부상법(DAF, Dissolved Air Flotation)이 있다. 용존공기부상법(DAF)은 가압된 순환수에 공기를 용해시킨 후 공기가 용해된 가압 상태의 순환수를 대기압 하의 수중으로 방출하여 순환수 내의 용해된 공기가 미세기포 형태로 분출되도록 하는 방법이다. 이와 같은 미세기포 발생방법에 있어서, 가압시키는 압력이 증가될수록 순환수에 용해되는 공기의 용존효율이 상승된다.
한편, 동일한 압력 조건에서 공기의 용존효율을 증대시키기 위해서는 용해조 내에서의 체류시간 확보, 순환수와 공기의 접촉효율 증대, 순환수에 미세한 공기를 주입하여 공기접촉면적을 증대시키는 방법 등이 고려될 수 있다. 구체적으로는, 순환수를 공기 중으로 분사시키거나, 일정 표면적을 갖는 담체(media)를 용해조에 구비시켜 공기와 순환수의 접촉면적을 늘리거나, 멤브레인 산기장치와 같은 미세공기 발생장치를 이용하여 미세공기를 주입시킴으로써 공기와 순환수의 접촉면적을 증대시키는 방법 등이 있다.
공기의 용존효율을 증대시키기 위한 상기의 방법들에 있어서, 담체를 사용하거나 접촉하는 순환수의 표면적을 넓게 하는 경우(한국등록특허 제1284266호), 용해조의 체류시간 및 부피가 커져 설치소요면적 및 시설비가 증가하는 문제가 있고, 미세공기 발생장치를 이용하는 경우(한국등록특허 1200290호, 한국등록특허 제582269호)나 순환수 분사방식의 경우 주변 장치의 오염으로 인한 폐색 및 유지관리의 어려움이 있다.
이상과 같이, 종래의 기술들은 용해조의 체류시간을 늘리면 설치소요면적 및 시설비가 증가하고, 순환수와 공기의 접촉효율을 증대시키기 위한 장치를 사용하면 유지관리 안정성이 저해되는 문제점들이 있다.
한국등록특허 제1284266호 한국등록특허 1200290호 한국등록특허 제582269호
본 발명은 배관형태의 복수의 단위 용존장치 연결로 공기용존장치를 구성하고, 배관형태인 각 단위 용존장치의 선택적인 연결, 해제가 가능하도록 하여 필요 공기용존용량에 따라 단위 용존장치의 단수를 조절함으로써 설치면적을 최소화할 수 있는 다단적층구조의 공기용존장치를 제공함과 함께, 배관형태의 단위 용존장치 연결을 통해 체류시간을 확보함으로써 별도의 용해조가 불필요하고 순환수배관을 대체할 수 있으며, 선회유도부재를 통해 순환수의 선회류를 유도함으로써 공기와 순환수의 충돌 및 접촉효율을 증가시킴과 함께 미세공기 주입을 통해 공기와 순환수의 접촉면적을 증가시켜 궁극적으로 공기의 용존효율을 향상시킬 수 있는 다단적층구조의 공기용존장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 회전-펄스형 공기주입 팁을 통해 공기의 미세분산(micro-dispersion)을 유도하고, 미세분산된 공기와 선회류의 순환수가 접촉되도록 함으로써 공기와 순환수의 접촉효율을 증가시켜 공기의 용존효율을 향상시킴과 함께 오염물질에 의한 폐색을 방지할 수 있는 다단적층구조의 공기용존장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다단적층구조의 공기용존장치는 배관형태로 구성되어 수평 및 직선으로 연결이 가능한 단위 용존장치; 수평 및 수직 방향을 따라 다단 적층된 형태를 이루는 복수의 단위 용존장치; 이웃하는 단의 단위 용존장치들을 공간적으로 연결시키는 연결 용존장치; 상기 단위 용존장치 및 연결 용존장치 내에 구비되며, 표면에 형성된 산기공을 통해 단위 용존장치 및 연결 용존장치에 미세공기를 공급하는 산기관; 상기 단위 용존장치 내에 구비되어, 순환수의 선회류를 유도하는 선회유로 형성부재; 및 최상단의 단위 용존장치의 일단에 구비되며, 상기 복수의 단위 용존장치를 통해 형성된 공기용존수를 일시 저장하면서 미용존 공기의 배제 및 용존수 수위를 조절하는 공기용존수 조절조;를 포함하여 이루어지며, 최하단의 단위 용존장치에 순환수가 공급되면, 순환수는 복수의 단위 용존장치 및 연결 용존장치를 따라 수평 및 상향으로 이동되며, 순환수의 이동 과정에서 상기 선회유로 형성부재에 의해 순환수가 선회류로 변환됨과 함께 순환수에 미세공기가 용존되는 것을 특징으로 한다.
공기량 제어장치가 더 구비되며, 상기 공기량 제어장치는 각 단의 단위 용존장치의 용존공기량에 따라 각 단의 단위 용존장치에 구비된 산기관에 공급되는 공기량을 선택적으로 제어할 수 있다. 또한, 상기 선회유로 형성부재는 상기 산기관의 둘레를 나선으로 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 다단적층구조의 공기용존장치는 배관형태로 구성되어 수평 및 직선으로 연결이 가능한 단위 용존장치; 수평 및 수직 방향을 따라 다단 적층된 형태를 이루는 복수의 단위 용존장치; 이웃하는 단의 단위 용존장치들을 공간적으로 연결시키는 연결 용존장치; 상기 단위 용존장치의 내부에 구비되어 순환수의 선회류를 유도하는 순환수 유로체; 회전-펄스형 공기주입 팁을 통해 미세분산된 공기를 생성하며, 미세분산된 공기를 상기 용존장치에 주입하는 공기주입관; 최상단의 단위 용존장치의 일단에 구비되며, 상기 복수의 단위 용존장치를 통해 형성된 공기용존수 중의 미용존 공기 제거 및 공기용존수의 수위를 조절하는 공기용존수 조절조;를 포함하여 이루어지며, 상기 공기주입관의 일단에 일정 공간을 한정하는 회전-펄스 유도부재가 구비되며, 상기 회전-펄스 유도부재에 의해 한정되는 공간 내에 회전-펄스형 공기주입 팁이 구비되며, 상기 회전-펄스형 공기주입 팁 내에 회전-펄스형 공기주입 팁을 관통하는 공기유로가 구비되는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 단위 용존장치의 내부에 구비되어 순환수의 선회류를 유도하는 순환수 유로체를 더 구비하며, 상기 순환수 유로체는 하나 이상의 순환수 유로를 구비하며, 순환수 유로의 입구를 통해 유입된 순환수는 순환수 유로의 출구를 통해 배출되며, 상기 순환수 유로의 입구와 출구는 동일 평면 상에서의 구비 위치가 서로 다르며, 순환수 유로의 배치 방향과 용존장치 내벽은 직각을 이루지 않으며, 순환수 유로의 출구는 용존장치의 내벽에 닿거나 내벽 근방에 위치하며, 순환수 유로를 통해 배출되는 순환수는 용존장치 내벽을 따라 이동되면서 선회류로 변환된다.
상기 공기용존수 조절조의 일측에는 공기용존수 배출관이 구비되며, 상기 공기용존수 조절조의 상단 일측에는 미용존 공기를 배출하기 위한 미용존공기 벤트관이 구비되며, 상기 공기용존수 조절조로 공기용존수를 공급하는 공기용존수 공급관 및 상기 공기용존수 배출관에 오리피스 또는 조절밸브가 구비된다.
상기 공기주입관을 통해 일정 유속과 압력의 공기가 공급되면, 공급된 공기는 회전-펄스형 공기주입 팁과 부딪히거나 회전-펄스형 공기주입 팁에 구비되는 공기유로를 통과하며, 공기와 회전-펄스형 공기주입 팁의 충돌, 공기의 공기유로 통과가 진행되는 과정에서 회전-펄스형 공기주입 팁이 회전하며, 회전-펄스형 공기주입 팁의 회전에 의해, 공기유로를 통해 배출되는 공기량의 변화가 발생됨과 함께 펄스 형태로 미세분산되며, 미세분산된 공기는 상기 용존장치로 공급되며, 용존장치 내에서 선회류를 이루며 하향 이동되는 순환수와 접촉하여 순환수에 용해된다. 이 때, 공기주입관의 배출구는 공기주입 팁의 회전을 위해 배출되는 공기유로에 편심을 유도할 수 있도록 일부를 막거나 공기주입 팁 직후에 배출유로가 한방향으로 편향되게 급격히 좁아지게 구성한다.
상기 순환수 유로체는 원판과 순환수 유로관의 조합으로 이루어지며, 상기 원판이 용존장치의 내벽에 밀착된 상태에서, 복수의 순환수 유로관이 상기 원판의 하부면에 고정된 형태를 이루며, 순환수 유로관이 고정되는 부위의 원판에는 순환수 유로관과 연결되는 개구공이 구비된다.
상기 단위 용존장치의 양단 및 연결 용존장치의 양단에 플랜지와 같은 결합장치가 구비되며, 플랜지들의 결합 및 해제를 통해 단위 용존장치와 단위 용존장치 간의 착탈, 단위 용존장치와 연결 용존장치의 착탈이 가능하다. 따라서, 상기 단위 용존장치를 수직방향으로 적층하여 구비할 수도 있으나 순환수 배관 자체를 상기 단위 용존장치로 대체가 가능하기 때문에 별도의 용해조 없이 공기용존장치의 구성이 가능하고 순환수 배관을 상기 공기용존장치로 대체가 가능하다.
본 발명에 따른 다단적층구조의 공기용존장치는 다음과 같은 효과가 있다.
복수의 단위 용존장치가 수평으로 다수 연결되거나 다단적층구조를 이룸에 따라 순환수의 체류시간이 확보되어 설치소요면적을 최소화할 수 있다. 또한, 용존장치 내에 다양한 실시형태의 선회류 유도장치가 구비됨에 따라 순환수가 선회류로 유도되어 공기와 순환수의 접촉효율이 증대된다. 이와 함께, 단위 용존장치 내에 배치된 산기관을 통해 미세공기가 주입됨에 따라 공기와 순환수의 접촉면적이 증대된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
공기주입관의 일단에 구비된 회전-펄스형 공기주입 팁에 의해 공기가 미세분산되고 미세분산된 공기가 용존장치에 주입됨에 따라, 공기와 순환수의 접촉면적이 증가되며, 이와 함께 미세분산된 공기가 선회류의 순환수와 접촉됨으로 인해 공기와 순환수의 접촉시간이 증대되어 최종적으로 공기와 순환수의 접촉효율이 증가되며 그 결과로 공기의 용존효율을 향상시킬 수 있게 된다.
종래의 경우 공기 용존을 위한 별도의 용해조가 요구되나, 본 발명에 따르면 다단적층구조의 단위 용존장치 내에서 공기 용존이 가능함에 따라 장치 구성을 간략화할 수 있고 종래의 순환수배관 자체를 배관형태인 공기용존장치로 대체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치의 구성도.
도 3은 회전-펄스형 공기주입 팁에 의해 공기가 미세분산되는 것을 나타낸 참고도.
도 4a는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 선회류 유도장치의 구성도.
도 4b는 도 2a의 A-A`선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 선회류 유도장치의 구성도.
도 6a는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 선회류 유도장치의 구성도.
도 6b는 도 4a의 A-A`선에 따른 단면도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 순환수 유로체의 참고도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전-펄스형 공기주입 팁의 참고도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 선회류 유도장치를 구현한 사진.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치를 구현한 사진.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전-펄스형 공기주입 팁의 사진.
본 발명은 순환수에 공기를 용존시키는 공기용존장치에 관한 것이다.
공기용존장치에 의해 생성되는 '공기가 용존된 순환수'는 소정의 분사노즐을 통해 수중으로 분사되면, 순환수 내에 용존된 공기는 미세기포로 변환된다. 즉, 본 발명의 공기용존장치와 분사노즐이 결합되면 미세기포 발생장치에 해당되며, 이와 같은 미세기포 발생장치는 가압부상조 등의 수처리장치에 설치되어 미세기포를 발생시킬 수 있다. 본 명세서에서 '순환수'라 함은 공기의 피용존물인 물을 의미하는 것으로서, 수처리장치의 순환수, 일반적인 의미의 정수나 처리수 등 제반 물이 해당될 수 있으며, '순환'의 사전적 의미는 적용되지 않는다.
한편, 미세기포의 발생효율을 높이기 위해서는 순환수 내에 용존되는 공기가 많아야 되며, 순환수 내의 공기용존효율을 높이기 위해서는 '발명의 배경이 되는 기술'에서 설명한 바와 같이, 용해조 내에서의 순환수와 공기의 체류시간이 길거나 또는 순환수와 공기의 접촉효율이 높아야 한다.
본 발명은 공기용존효율을 높이기 위해, 용해조 내에서의 체류시간 확보, 공기와 순환수의 접촉효율 증대, 공기와 순환수의 접촉면적 증대의 방법을 적용한다. 세부적으로, 종래의 용해조 내에서의 체류시간을 확보시키기 위한 방법을 대체하기 위해 배관형태의 단위 용존장치를 수평 또는 수직형태의 다단 적층 구조로 구성하며, 공기와 순환수의 접촉효율을 증대시키기 위해 용존장치 내에 선회류 유도장치를 구비시켜 순환수의 선회류를 유도하며, 공기와 순환수의 접촉면적을 증대시키기 위해 미세공기를 주입하는 방법을 택한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예를 통해, 회전-펄스형 공기주입 팁을 이용하여 주입되는 공기를 미세분산(micro-dispersion)시키고, 미세분산된 공기와 선회류의 순환수가 접촉되도록 함으로써, 순환수와 공기의 접촉효율을 극대화하여 공기의 용존효율을 향상시킬 수 있는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 공기용존장치는 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 형태로 구현 가능하며, 제 1 실시예의 공기용존장치는 다단적층구조의 공기용존장치에 관한 것이고, 제 2 실시예의 공기용존장치는 다단적층구조의 공기용존장치에 회전-펄스형 공기주입 팁의 구성을 부가한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치는 배관형태로 구성되어 수평 및 직선으로 연결이 가능한 단위 용존장치를 구비하며, 상기 공기용존장치는 복수의 단위 용존장치(110)를 포함하여 이루어진다. 상기 용존장치는 공기와 순환수가 접촉되는 공간을 제공하며, 상기 용존장치 내에서 공기가 순환수에 용해된다. 상기 용존장치의 일단에는 순환수가 공급되는 순환수 공급관(111)가 구비되며, 상기 용존장치의 다른 일단에는 공기가 용존된 순환수(이하, 공기용존수라 함) 중의 미용존 공기 제거 및 공기용존수의 수위를 조절하는 공기용존수 조절조(130)가 구비된다.
상기 복수의 단위 용존장치(110)는 수평 및 수직 방향을 따라 배치되는 다단적층구조를 이루며, 수직 방향을 따라 다단 형태로 적층되어 구비되는 상기 복수의 단위 용존장치(110)는 공간적으로 서로 연결된다. 또한, 이웃하는 단의 단위 용존장치(110)들은 연결 용존장치(120)에 의해 서로 연결되며, 이를 통해 상기 복수의 단위 용존장치(110)는 공간적으로 서로 연결된다. 일 실시예로, 상기 단위 용존장치(110)는 원통형의 관으로 구성되고, 상기 연결 용존장치(120)는 U자형의 관으로 구성될 수 있다. 상기 복수의 단위 용존장치(110)와 연결 용존장치(120)로 이루어지는 공기용존장치는 지그재그 형태를 이룬다.
상기 공기용존장치 내에는 단위 용존장치 내에 미세공기를 공급하는 산기관(140)이 구비된다. 상기 산기관(140)의 표면 상에는 다수의 산기공(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 산기관(140) 내의 공기는 상기 산기공을 통해 미세공기 형태로 용존장치 내부로 배출된다. 상기 산기관(140)을 통해 용존장치 내에 주입된 미세공기는 용존장치 내에서 선회류를 형성함과 동시에 수평 및 상향으로 이동되는 순환수에 용존된다. 구체적으로, 최하단 단위 용존장치(110)의 일측에 구비된 순환수 공급관(111)을 통해 순환수가 공급되면, 해당 순환수는 복수의 단위 용존장치(110)를 따라 수평 및 상향으로 이동하며, 순환수가 이동하는 과정에서 산기관(140)을 통해 주입되는 미세공기가 순환수에 용해되며, 공기가 용존된 순환수 즉, 공기용존수는 최상단의 단위 용존장치(110) 일측에 구비된 공기용존수 조절조(130)로 이동된다.
상기 공기용존수 조절조(130)의 일측에는 공기용존수 배출관(132)이 구비되며, 상기 공기용존수 조절조(130)의 상단 일측에는 미용존 공기를 배출하고 용존수 수위조절을 하기 위한 미용존공기 벤트관(133)이 구비된다.
한편, 상기 산기관(140)에 공급되는 공기는 각 단의 단위 용존장치별로 제어가 가능하다. 즉, 각 단의 단위 용존장치에 구비되는 산기관(140)에 공급되는 공기량을 별도의 공기량 제어장치를 통해 선택적으로 제어할 수 있다. 이는 각 단의 단위 용존장치의 용존효율에 대응하기 위함이다. 각 단의 단위 용존장치의 용존공기량을 측정하고 이를 바탕으로 상기 공기량 제어장치가 각 단의 산기관(140)에 공기량을 선택적으로 공급할 수 있다. 이와 같은 단위 용존장치별 공급 공기량 제어를 통해 공기용존장치 내의 용존공기량을 효과적으로 제어할 수 있다. 이 때, 각 단의 단위 용존장치에 공급되는 공기량은 후단으로 갈수록 점감시키는 것이 바람직하다.
연결 용존장치(120) 내에는 별도의 산기관을 구비하지 않아도 되며, 필요에 따라 산기관(140)을 구비하는 경우, 연결 용존장치(120)와 마찬가지로 U자형의 관 형상을 이루어야 한다. 산기관(140)의 일단에는 선택적인 착탈이 가능한 차단캡(141)이 구비되며, 세척 및 유지관리시 상기 차단캡(141)을 개방하여 산기관(140) 내부를 세척하거나 유지관리할 수 있다.
상기 단위 용존장치(110)의 일측, 바람직하게는 최하단의 단위 용존장치(110)의 순환수 공급관(111)측에는 순환수 유로체(150)이 구비된다(도 7 참조). 상기 순환수 유로체(150)은 상기 순환수 공급관(111)을 통해 공급되는 순환수에 대해 선회류로 유도하는 장치이다. 세부적으로, 상기 순환수 유로체(150)은 하나 이상의 순환수 유로(151)를 구비하며, 순환수 유로(151)의 입구를 통해 유입된 순환수는 순환수 유로(151)의 출구를 통해 배출된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 순환수 유로(151)의 입구와 출구는 동일 평면 상에서의 구비 위치가 서로 다르며, 순환수 유로(151)의 배치 방향과 단위 용존장치(110) 내벽은 직각을 이루지 않으며, 순환수 유로(151)의 출구는 용존장치의 내벽에 닿거나 내벽 근방에 위치한다.
순환수 유로(151)의 입구와 출구가 동일 평면 상에서의 구비 위치가 서로 다름은 순환수 유로(151)가 수직 기준으로 경사진 형태로 배치됨을 의미하며, 순환수 유로(151)의 출구가 내벽 근방에 위치함은 순환수 유로(151)의 출구를 통해 배출되는 순환수가 내벽을 향함을 의미한다.
따라서, 순환수 유로(151)가 경사진 형태로 배치됨과 함께 순환수 유로(151)를 통해 배출되는 순환수가 내벽을 향하고, 순환수 유로(151)와 단위 용존장치(110) 내벽이 직각을 이루지 않음에 따라, 순환수 유로(151)를 통해 배출되는 순환수는 용존장치 내벽을 따라 이동되면서 선회류로 변환된다. 상기 순환수 유로(151)는 직선 형태 또는 곡선 형태로 설계될 수 있으며, 곡선 형태로 설계되는 경우 순환수 유로(151)의 배치 방향과 용존장치 내벽이 직각을 이루더라도 순환수의 선회류 유도가 가능하다.
상기 순환수 유로체(150)은 세부적으로, 단기둥 형태의 물체에 상술한 바와 같은 복수의 순환수 유로(151)가 구비되는 형태로 구성할 수 있다. 상기 단기둥 형태의 물체는 용존장치의 내벽에 밀착되며, 각 순환수 유로(151)는 단기둥 형태의 물체를 관통하는 형태로 구비된다. 다른 실시예로, 원판과 순환수 유로관의 조합으로 순환수 유로체(150)을 구성할 수도 있다(도 1 참조). 원판이 용존장치의 내벽에 밀착된 상태에서, 복수의 순환수 유로관이 상기 원판의 하부면에 고정된 형태를 이루며, 순환수 유로관이 고정되는 부위의 원판에는 순환수 유로관과 연결되는 개구공가 구비된다. 이 경우, 상기 복수의 순환수 유로관은 상기 순환수 유로(151)와 동일한 구비 요건을 갖추어야 한다. 즉, 상기 순환수 유로관의 입구와 출구는 동일 평면 상에서의 구비 위치가 서로 다르며, 순환수 유로관의 배치 방향과 용존장치 내벽은 직각을 이루지 않으며, 순환수 유로관의 출구는 단위 용존장치의 내벽에 닿거나 내벽 근방에 위치해야 한다.
한편, 상기 용존장치 내에는 순환수의 선회류를 유도하는 선회유로 형성부재(170)가 구비된다. 상기 선회유로 형성부재(170)는 다양한 실시형태로 구성할 수 있다. 제 1 실시형태로, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 바람개비 형태의 선회유도날개로 선회유로 형성부재(170)를 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 선회유도날개는 상기 산기관(140) 상에 일정 간격 이격되어 배치된다. 상기 선회유도날개는 용존장치 내벽 상에 밀착, 고정된다. 용존장치 내에서 이동되는 순환수는 상기 바람개비 형태의 선회유도날개와 충돌하면서 선회류로 변환된다.
제 2 실시형태로, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 선회유로 형성부재(170)를 라인믹서(line mixer) 형태의 선회유도부재(212)로 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 선회유도부재(212)는 상기 산기관(140)의 둘레를 나선으로 감싸는 형태로 구비되며, 상기 선회유도부재(212)가 산기관(140)의 둘레를 나선으로 감싼 형태는 라인믹서 형태와 유사하다. 용존장치 내에서 이동되는 순환수는 산기관(140)의 둘레를 나선으로 감싼 선회유도부재(212)와 접촉하면서 선회류로 변환된다. 제 3 실시형태로, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이 산기관(140)의 둘레를 나선으로 감싸는 선회유도부재(212)를 드릴날 형태로 구성할 수도 있다.
제 4 실시형태로, 판상의 선회유도날개를 상기 단위 용존장치 내벽 상에 나선 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치하는 형태로 선회유로 형성부재를 구성할 수 있다. 이 때, 판상의 선회유도날개는 순환수와의 마찰저항을 줄이기 위해 내벽에 일정 각도 눕혀지는 형태로 배치된다. 공기용존장치 내에서 이동하는 순환수는 단위 용존장치 내벽 상에 나선 방향을 따라 배치된 판상의 선회유도날개와 충돌하면서 선회류로 변환된다.
상술한 바와 같은 구성을 통해, 본 발명의 목적인 공기용존장치 내에서의 체류시간 확보, 공기와 순환수의 접촉효율 증대 및 공기와 순환수의 접촉면적 증대의 구현이 가능하게 된다. 구체적으로, 복수의 단위 용존장치(110)가 수평 및 수직으로 다단적층구조를 이룸에 따라 순환수의 체류시간이 증대되며, 용존장치 내에 상술한 제 1 내지 제 3 실시형태의 선회류 유도장치가 구비됨에 따라 순환수가 선회류로 유도되어 공기와 순환수의 접촉효율이 증대되며, 용존장치 내에 배치된 산기관(140)을 통해 미세공기가 주입됨에 따라 공기와 순환수의 접촉면적이 증대된다. 참고로, 도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 선회류 유도장치를 구현한 사진이다.
한편, 복수의 단위 용존장치(110)와 연결 용존장치(120)의 조합으로 공기용존장치를 구성함에 있어서, 단위 용존장치(110)와 단위 용존장치(110)의 연결, 단위 용존장치(110)와 연결 용존장치(120)의 연결은 플랜지 결합방식을 적용할 수 있다. 구체적으로, 단위 용존장치(110)의 양단 및 연결 용존장치(120)의 양단에 플랜지(flange)(10)를 구비시켜, 플랜지(10)들의 결합 및 해제를 통해 단위 용존장치(110)와 단위 용존장치(110)의 착탈, 단위 용존장치(110)와 연결 용존장치(120)의 착탈이 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 산기관(140)은 수평 또는 다단 적층된 복수의 단위 용존장치(110) 및 연결 용존장치(120) 전체에 걸쳐 배치되거나, 일부 단에만 구비시킬 수 있다. 일부 단에만 산기관(140)을 구비시키는 경우, 앞단의 단위 용존장치(110) 및 연결 용존장치(120)에는 산기관(140)을 배치시키고, 후단의 단위 용존장치(110)및 연결 용존장치(120))에는 산기관(140) 대신 선회류 유도장치를 고정하기 위한 지지대(160)가 구비된다.
이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 제 2 실시예는 전술한 바와 같이 다단적층구조의 공기용존장치에 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 구성을 부가한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치는 제 1 실시예와 마찬가지로 용존장치를 구비하며, 상기 용존장치는 복수의 단위 용존장치(110)를 포함하여 이루어진다. 상기 용존장치는 공기와 순환수가 접촉되는 공간을 제공하며, 상기 용존장치 내에서 공기가 순환수에 용해된다.
상기 용존장치의 하단 일측에는 순환수가 공급되는 순환수 공급관(111)가 구비되며, 상기 용존장치의 상단 일단에는 공기가 용존된 순환수(이하, 공기용존수라 함)가 배출되는 공기용존수 조절조(130)가 구비된다. 상기 공기용존수 조절조(130)의 일측에는 공기용존수 배출관(132)이 구비되며, 상기 공기용존수 조절조(130)의 상단 일측에는 미용존 공기를 배출하고 용존수 수위조절을 위한 미용존공기 벤트관(133)이 구비된다.
상기 복수의 단위 용존장치(110)는 수평 및 수직 방향을 따라 배치되는 다단적층구조를 이루며, 수평 및 수직 방향을 따라 다단 형태로 적층되어 구비되는 상기 복수의 단위 용존장치(110)는 공간적으로 서로 연결된다. 또한, 이웃하는 단의 단위 용존장치(110)들은 연결 용존장치(120)에 의해 서로 연결되며, 이를 통해 상기 복수의 단위 용존장치(110)는 공간적으로 서로 연결된다. 일 실시예로, 상기 단위 용존장치(110)는 원통형의 관으로 구성되고, 상기 연결 용존장치(120)는 U자형의 관으로 구성될 수 있다. 상기 복수의 단위 용존장치(110)와 연결 용존장치(120)로 이루어지는 용존장치는 다단 적층형으로 구성할 경우 지그재그 형태를 이루고 순환수배관을 대체할 경우에는 수평 및 직선 배관형태를 이룬다.
공기용존장치 유입부에 위치한 단위 용존장치(110)의 순환수 공급관(111)측에는 순환수 유로체(150)이 구비된다. 상기 순환수 유로체(150)은 상기 순환수 공급관(111)을 통해 공급되는 순환수에 대해 선회류로 유도하는 장치이다. 세부적으로, 상기 순환수 유로체(150)은 하나 이상의 순환수 유로(151)를 구비하며, 순환수 유로(151)의 입구를 통해 유입된 순환수는 순환수 유로(151)의 출구를 통해 배출된다. 상기 순환수 유로체(150)의 구성은 제 1 실시예와 동일하게 설계할 수 있다.
한편, 상기 단위 용존장치(110)의 일측에는 단위 용존장치(110)에 공기를 주입하는 공기주입관(210)이 구비되며, 단위 용존장치(110)에 공기주입관(210)이 연결되는 부위는 순환수 유로체(150)의 후단측에 해당된다. 이 때, 상기 공기주입관(210)은 선회류 형성을 향상시키기 위해 순환수의 선회 흐름방향에 평행하게 경사지고 편향되게 설계할 수 있다.
상기 단위 용존장치(110)에 연결되는 공기주입관(210)의 일단부에는 회전-펄스형 공기주입 팁(220)이 구비된다(도 3 참조). 상기 회전-펄스형 공기주입 팁(220)은 공기주입관(210)을 통해 공급되는 공기를 미세분산(micro-dispersion)시키는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 공기주입관(210)의 일단에는 일정 공간을 한정하는 회전-펄스 유도부재(212)가 구비되며, 상기 회전-펄스 유도부재(212)에 의해 한정되는 공간 내에 회전-펄스형 공기주입 팁(220)이 구비된다. 상기 회전-펄스형 공기주입 팁(220)은 상기 회전-펄스 유도부재(212)에 의해 한정되는 공간 내에서 회전이 가능하다. 상기 회전-펄스 유도부재(212)는 공기의 흐름이 차단되지 않음과 함께 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 이탈을 방지할 수 있다는 전제 하에 다양한 형태로 설계할 수 있다. 또한, 상기 회전-펄스형 공기주입 팁(220) 내에는 회전-펄스형 공기주입 팁(220)을 관통하는 하나 이상의 공기유로(221)가 구비된다.
상기 회전-펄스 유도부재(212)는 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 장착 공간을 제공함과 함께 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 회전을 유도하며, 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 회전에 의해 공기가 미세분산된다.
세부적으로, 도 3을 참조하면, 상기 공기주입관(210)을 통해 공급되는 일정 유속과 압력의 공기는 회전-펄스형 공기주입 팁(220)과 부딪히거나 회전-펄스형 공기주입 팁(220)에 구비되는 공기유로(221)를 통과하게 되는데, 공기와 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 충돌, 공기의 공기유로(221) 통과가 진행되는 과정에서 회전-펄스형 공기주입 팁(220)은 회전하게 된다. 이 때, 공기주입 팁(220)의 회전력을 향상시키기 위해 공기주입관의 배출구는 배출되는 공기유로에 편심을 유도할 수 있도록 일부를 막거나 공기주입 팁 직후에 배출유로가 한방향으로 편향되게 급격히 좁아지게 구성한다.
회전-펄스형 공기주입 팁(220)이 회전하는 과정에서, 공기주입관(210)의 공기는 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 공기유로(221)를 거쳐 공기주입구(211)를 통해 용존장치로 공급되는데, 회전-펄스형 공기주입 팁(220)이 회전함에 따라 공기유로(221)를 통해 배출되어 공기주입구(211)로 공급되는 공기량에는 변화가 발생된다. 즉, 회전-펄스형 공기주입 팁(220)이 회전하는 과정에서 공기유로(221)의 배출구가 공기주입구(211)을 향하지 않을 때는 공기유로(221)의 공기 배출량이 감소하고, 공기유로(221)의 배출구가 공기주입구(211)을 향할 때에는 공기유로(221)의 공기 배출량은 증가하게 된다. 달리 표현하여, 회전-펄스형 공기주입 팁(220)이 회전하는 과정에서, 공기의 배출이 가능한 공기유로(221)의 단면적에 변화가 발생되며, 공기유로(221)의 단면적 변화에 의해 배출되는 공기량의 변화가 발생됨과 함께 펄스 형태로 공기가 배출된다.
회전-펄스형 공기주입 팁(220)이 빠르게 회전함과 함께 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 회전에 의해 공기 배출량의 변화가 발생됨에 따라, 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 공기유로(221)를 거쳐 공기주입구(211)를 통해 배출되는 공기는 미세분산됨과 함께 펄스(pulse) 형태로 배출된다. 본 발명의 회전-펄스형 공기주입 팁(220)에 있어서, '회전'은 공기주입 팁(220)의 회전을 의미하고 '펄스'는 공기주입 팁(220)의 공기유로(221)를 통해 배출되는 공기의 공급 형태를 의미한다. 또한, 공기가 미세분산(micro-dispersion)됨은 공기를 이루는 기체분자들이 빠른 속도로 이동, 충돌하여 불특정 방향으로 분산됨을 의미한다.
상기 회전-펄스형 공기주입 팁(220)은 구형, 원통형 등의 형상으로 구성할 수 있으며, 회전-펄스형 공기주입 팁(220)에 구비되는 복수의 공기유로(221)는 공간적으로 서로 연결되도록 구성하거나, 독립적인 공간을 갖도록 구성할 수도 있다(도 8a 내지 도 8d 참조). 참고로, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다단적층구조의 공기용존장치를 구현한 사진이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전-펄스형 공기주입 팁을 구현한 사진이다.
종래의 미세공기 발생장치의 경우, 공기주입노즐의 직경을 작게 하여 미세공기를 주입하는 방식을 택하고 있어 오염물질에 의한 공기주입노즐의 폐색 가능성이 상존하나, 본 발명의 경우 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 회전을 통해 미세공기가 발생되는 방식임에 따라 공기주입관(210)의 직경을 상대적으로 크게 설계할 수 있고 이에 따라 공기주입관(210)이 오염물질에 의해 폐색될 가능성이 낮아진다.
상기 회전-펄스형 공기주입 팁(220)의 진동 및 회전에 의해 미세분산된 공기는 용존장치 내부로 공급되어, 단위 용존장치(110) 내에서 선회류를 이루며 이동되는 순환수와 접촉하게 되며, 시간의 경과에 따라 선회류의 순환수에 미세분산된 공기가 용해된다. 이 때, 상기 공기주입 팁(220) 및 상기 공기주입관(210)은 선회류 형성을 향상시키기 위해 순환수의 선회 흐름방향에 평행하게 경사지고 편향되게 설치하는 것이 바람직하다.
미세분산된 공기가 순환수와 접촉함에 따라 공기와 순환수의 접촉면적 및 충돌효율이 증가되며, 이에 더해 순환수는 선회류를 이루며 이동함에 따라 미세분산된 공기와 순환수의 접촉 및 충돌기회가 증가되어, 공기와 순환수의 접촉효율이 향상되며 이를 통해 공기의 용존효율을 증대시킬 수 있게 된다.
110 : 단위 용존장치 111 : 순환수 공급관
120 : 연결 용존장치 130 : 공기용존수 조절조
131 : 공기용존수 공급관 132 : 공기용존수 배출관
133 : 미용존공기 벤트관 131a, 132a : 오리피스 또는 조절밸브
140 : 산기관 142 : 차단캡
150 : 순환수 유로체 151 : 순환수 유로
160 : 지지대 170 : 선회유로 형성부재
210 : 공기주입관 211 : 공기주입구
212 : 회전-펄스 유도부재 220 : 회전-펄스 공기주입 팁
212 : 공기유로

Claims (9)

  1. 수직 방향을 따라 다단 적층된 형태를 이루는 복수의 단위 용존장치;
    이웃하는 단의 단위 용존장치들을 공간적으로 연결시키는 연결 용존장치;
    상기 단위 용존장치 내에 구비되며, 표면에 형성된 산기공을 통해 단위 용존장치 내에 미세공기를 공급하는 산기관;
    상기 단위 용존장치 내에 구비되어, 순환수의 선회류를 유도하는 선회유로 형성부재; 및
    최후단의 단위 용존장치 일단에 구비되며, 상기 복수의 단위 용존장치를 통해 형성된 공기용존수 중의 미용존 공기 제거 및 공기용존수의 수위를 조절하는 공기용존수 조절조;를 포함하여 이루어지며,
    유입부의 단위 용존장치에 순환수가 공급되면, 순환수는 복수의 단위 용존장치 및 연결 용존장치를 따라 수평 및 상향 이동되며, 순환수의 이동 과정에서 상기 선회유로 형성부재에 의해 순환수가 선회류로 변환됨과 함께 순환수에 미세공기가 용존되며,
    상기 단위 용존장치의 내부에 구비되어 순환수의 선회류를 유도하는 순환수 유로체를 더 구비하며,
    상기 순환수 유로체는 하나 이상의 순환수 유로를 구비하며, 순환수 유로의 입구를 통해 유입된 순환수는 순환수 유로의 출구를 통해 배출되며,
    상기 순환수 유로의 입구와 출구는 동일 평면 상에서의 구비 위치가 서로 다르며, 순환수 유로의 배치 방향과 용존장치 내벽은 직각을 이루지 않으며, 순환수 유로의 출구는 용존장치의 내벽에 닿거나 내벽 근방에 위치하며,
    순환수 유로를 통해 배출되는 순환수는 용존장치 내벽을 따라 이동되면서 선회류로 변환되는 것을 특징으로 하는 다단적층구조의 공기용존장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 공기량 제어장치가 더 구비되며, 상기 공기량 제어장치는 각 단의 단위 용존장치의 용존공기량에 따라 각 단의 단위 용존장치에 구비된 산기관에 공급되는 공기량을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 다단적층구조의 공기용존장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 선회유로 형성부재는 상기 산기관의 둘레를 나선으로 감싸는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 다단적층구조의 공기용존장치.
  4. 수평 및 수직 방향을 따라 다단적층된 형태를 이루는 복수의 단위 용존장치;
    이웃하는 단의 단위 용존장치들을 공간적으로 연결시키는 연결 용존장치;
    상기 단위 용존장치의 내부에 구비되어 순환수의 선회류를 유도하는 순환수 유로체;
    회전-펄스형 공기주입 팁을 통해 미세분산된 공기를 생성하며, 미세분산된 공기를 상기 용존장치에 주입하는 공기주입관;
    최후단의 단위 용존장치의 일단에 구비되며, 상기 복수의 단위 용존장치를 통해 형성된 공기용존수 중의 미용존 공기 제거 및 공기용존수의 수위를 조절하는 공기용존수 조절조;를 포함하여 이루어지며,
    상기 공기주입관의 일단에 일정 공간을 한정하는 회전-펄스 유도부재가 구비되며, 상기 회전-펄스 유도부재에 의해 한정되는 공간 내에 회전-펄스형 공기주입 팁이 구비되며,
    상기 회전-펄스형 공기주입 팁 내에 회전-펄스형 공기주입 팁을 관통하는 공기유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 다단적층구조의 공기용존장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 단위 용존장치의 내부에 구비되어 순환수의 선회류를 유도하는 순환수 유로체를 더 구비하며,
    상기 순환수 유로체는 하나 이상의 순환수 유로를 구비하며, 순환수 유로의 입구를 통해 유입된 순환수는 순환수 유로의 출구를 통해 배출되며,
    상기 순환수 유로의 입구와 출구는 동일 평면 상에서의 구비 위치가 서로 다르며, 순환수 유로의 배치 방향과 용존장치 내벽은 직각을 이루지 않으며, 순환수 유로의 출구는 용존장치의 내벽에 닿거나 내벽 근방에 위치하며,
    순환수 유로를 통해 배출되는 순환수는 용존장치 내벽을 따라 이동되면서 선회류로 변환되는 것을 특징으로 하는 다단적층구조의 공기용존장치.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 공기용존수 조절조의 일측에는 공기용존수 배출관이 구비되며, 상기 공기용존수 조절조의 상단 일측에는 미용존 공기 제거 및 공기용존수의 수위를 조절하기 위한 미용존공기 벤트관이 구비되며,
    상기 공기용존수 조절조로 공기용존수를 공급하는 공기용존수 공급관 및 상기 공기용존수 배출관에 오리피스 또는 조절밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 다단적층구조의 공기용존장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 공기주입관을 통해 일정 유속과 압력의 공기가 공급되면, 공급된 공기는 회전-펄스형 공기주입 팁과 부딪히거나 회전-펄스형 공기주입 팁에 구비되는 공기유로를 통과하며,
    공기와 회전-펄스형 공기주입 팁의 충돌, 공기의 공기유로 통과가 진행되는 과정에서 회전-펄스형 공기주입 팁이 회전하며,
    회전-펄스형 공기주입 팁의 회전에 의해, 공기유로를 통해 배출되는 공기량의 변화가 발생됨과 함께 펄스 형태로 미세분산되며,
    미세분산된 공기는 상기 용존장치로 공급되며, 용존장치 내에서 선회류를 이루며 이동되는 순환수와 접촉하여 순환수에 용해되는 것을 특징으로 하는 회전-펄스형 공기주입 팁을 이용한 공기용존장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 순환수 유로체는 원판과 순환수 유로관의 조합으로 이루어지며,
    상기 원판이 용존장치의 내벽에 밀착된 상태에서, 복수의 순환수 유로관이 상기 원판의 하부면에 고정된 형태를 이루며, 순환수 유로관이 고정되는 부위의 원판에는 순환수 유로관과 연결되는 개구공이 구비되는 것을 특징으로 하는 회전-펄스형 공기주입 팁을 이용한 공기용존장치.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 단위 용존장치의 양단 및 연결 용존장치의 양단에 플랜지 등의 결합장치가 구비되며, 결합장치들의 결합 및 해제를 통해 단위 용존장치와 단위 용존장치의 착탈, 단위 용존장치와 연결 용존장치의 착탈이 가능한 것을 특징으로 하는 다단적층구조의 공기용존장치.
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