KR101924264B1 - 고효율 용존 자수압 수중 기체 혼합 수처리 장치 - Google Patents

고효율 용존 자수압 수중 기체 혼합 수처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세기포를 활용하는 수처리 장치에 관한 것으로, 저류조(100); 상기 저류조(100)에서 펌핑된 유체에 미세기포를 추가하며 다시 상기 저류조(100)로 이송시키는 미세기포 생성기(200); 상기 저류조(100)의 내측에 위치하는 내부 수조(120); 및 상기 저류조(100)의 내측으로 연장되며, 상기 미세기포 생성기(200)와 연결되는 파이프(110)를 포함하고, 상기 파이프(110)의 토출구(111)는 상기 내부 수조(120)에 의해 형성된 내측 공간인 제 1 공간부(210) 내에 위치하는 고효율 수처리 장치를 제공하는 것이다.

Description

고효율 용존 자수압 수중 기체 혼합 수처리 장치{Highly efficient water treatment system that recycles the escaping gas using its own pressure}
본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 미세기포를 활용하는 수처리 장치에 관한 것이다.
수처리 장치에 일반기포가 아닌 표면적이 넓은 미세기포가 포함됨으로써 용존률 증가, 교반 성능 증가 등 많은 장점을 꾀할 수 있다.
여기서, 미세기포는 자연적으로 발생하는 부력으로 인해서 수중에서 짧게는 1초 길게는 5분 가량 존속한다.
구체적으로, 수처리 장치에 적용되는 산소주입, 오존가스주입, 염소가스의 주입 공정을 추가할 경우, 전체 미세기포 중 약 15%의 미세기포는 상대적으로 큰 부력으로 인해 빠르게 수중에서 상승하여 짧은 작용시간으로 물 표면에서 터지게 된다.
도 1을 참조하여 종래의 이러한 미세기포 생성기(2)를 포함하는 수처리 장치를 설명한다.
미세기포 생성기(2)는 저류조(1)에 연결된 파이프를 통해 저류조(1) 내의 유체를 공급받고, 공급받은 유체에 미세기포를 포함시켜 저류조(1)에 다시 배출한다. 종래에는 이러한 과정을 통해 수처리 장치의 저류조(1)에 미세기포를 공급시켰다.
그러나, 전술한 바와 같이 약 15%의 미세기포가 수중에서 짧게 잔류하고 대기 중으로 노출됨에 따라서 산소를 제외한 오존, 염소 등의 기체는 대기오염을 발생시키거나 공정 운전자 또는 주변 환경에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 이를 해결하기 위해 흡입기를 설치를 하거나 미세기포 공정의 사용을 최소화 하고 있는 실정이다.
또한, 수처리 장치에서는 평균적으로 25%의 용존율이 요구되는데, 목표 용존율에 도달하기 위해선 많은 양의 에너지를 소모하여 기체를 발생시켜야 하며, 공정의 크기가 커질 경우 크기와 비례하여 에너지 소모량과 배출 기체량이 증가하게 되어 주변 환경에 악영향을 초래했다.
관련 종래 문헌을 살펴본다.
일본 공개특허공보 제2004-313905호는 기액 용해 탱크의 구조에 관한 것으로, 큰 기포를 포함한 수류가 탱크 출구에서 유출하는 것을 방지하고, 기액 교반 능력을 향상시켜 기포의 발생량을 증가시킬 수 있는 구조가 개시된다.
기액 교반 능력을 향상시켜 기포의 용존율을 어느정도 증가시킬 수는 있으나, 원하는 용존율까지 도달하는데는 여전히 많은 에너지 소모량이 필요되었다.
일본 공개특허공보 제 2004-313905호 미국 등록특허공보 제 6,135,430호 미국 공개특허공보 제 2014-0060901호 한국 등록특허공보 제 1651081호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
구체적으로, 수처리 장치에 미세기포 생성기가 적용됨으로써, 대기오염을 발생시키거나, 공정 운전자 또는 주변 환경에 악영향을 미치는 문제를 해결하고자 한다.
또한, 미세기포의 용존율을 상승시킬 수 있도록 높은 용존율을 제공하는 수처리 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 저류조(100); 상기 저류조(100)에서 펌핑된 유체에 미세기포를 추가하며 다시 상기 저류조(100)로 이송시키는 미세기포 생성기(200); 상기 저류조(100)의 내측에 위치하는 내부 수조(120); 및 상기 저류조(100)의 내측으로 연장되며, 상기 미세기포 생성기(200)와 연결되는 파이프(110)를 포함하고, 상기 파이프(110)의 토출구(111)는 상기 내부 수조(120)에 의해 형성된 내측 공간인 제 1 공간부(210) 내에 위치하는 수처리 장치를 제공한다.
또한, 상기 토출구(111)는 상기 파이프(110)의 하방에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 토출구(111)는 하방을 향할수록 직경이 커지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 파이프(110)가 상기 저류조(100)로 유입되는 저면에 위치하는 배플(170)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배플(170)은 곡선 형상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부 수조(120)의 내측에 위치하는 상기 파이프(110)의 하부에 배출 기체층(222)이 형성되고, 상기 배출 기체층(222) 하부에 기체 포화층(221)이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부 수조(120)는, 상기 기체 포화층(221)에 상응하는 위치에 형성되는 개폐부(121)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저류조(100)의 내측에 위치하며, 상기 내부 수조(120)의 외측에 위치하는 센서(S)를 더 포함하고, 상기 센서(S)에서 센싱된 DO가 기 설정된 수치 이하일 경우 상기 개폐부(121)가 개방되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부 수조(120) 및 상기 배플(170)에 의해 상기 미세기포가 포함된 유체가 상기 저류조(100) 내부를 순환하는 것이 바람직하다.
첫째, 본 발명에 따른 수처리 장치로 인해 미세기포의 용존율이 증가되어 공정효율이 증가되며, 궁극적으로 외부로 배출되는 기포가 최소화되어 수처리 장치 주변의 환경오염을 저감시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 수처리 장치로 인해 미세기포의 용존율이 증가되어, 운전 에너지가 저감된다.
셋째, 본 발명에 따른 수처리 장치로 인해 수처리 장치의 DO량이 기 설정수치 이하일 경우, 개폐부를 개방함으로써 미세기포를 제 2 공간부로 투입할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 수처리 장치로 인해, 별도의 순환장치를 설치하지 않아도 간단한 배플만으로 내부에 순환로가 형성되어, 초기 설치 비용 및 유지관리 비용이 저감된다.
도 1은, 종래의 미세기포 발생기를 포함하는 수처리 장치를 도시한다.
도 2는, 본 발명에 따른 수처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 수처리 장치의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 저류조(100)는, 수처리 장치 내에서 미세기포 생성기(200)에 의한 미세기포를 공급받을 수 있는 어떠한 종류의 조(tank)이어도 무방하다. 예를 들어, 호기조, 혐기조, 반응조, 침전조, 사이클론, 막분리조 등일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 장치를 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다.
도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 장치를 설명한다.
본 발명에 따른 수처리 장치는 저류조(100), 미세기포 생성기(200) 및 파이프(110)를 포함한다.
저류조(100)는 미세기포 생성기(200)에 의해 생성된 미세기포를 제공받을 수 있으며, 내부 수조(120) 및 배플(170)이 내측에 위치한다.
파이프(110)는 저류조(100)의 내측으로 연장되며, 미세기포 생성기(200)와 연통된다.
파이프(110)의 토출구(111)는 내부 수조(120)에 의해 형성된 내측 공간인 제 1 공간부(210) 내에 위치한다.
토출구(111)는 파이프(110)의 하방에 위치한다. 토출구(111)는 하방을 향할수록 직경이 커지며, 도 2에 도시된 바와 같이 그 단면이 하방의 직경이 큰 사다리꼴일 수 있다. 이를 통해, 토출구(111)를 통해 토출되는 미세기포의 수압이 완화되어 직선형태로 토출되며, 이를 통해 부력의 영향이 감소하고 용존 체류 시간이 증가한다.
내부 수조(120)는 저류조(100)의 내측에 위치하며, 미세기포 생성기(200)에 의해 생성된 미세기포를 가둘 수 있다.
내부 수조(120)는 저류조(100)의 중심부에 위치할 수 있으며, 저류조(100)의 내측 벽면과 이격되어 위치함으로써 저류조(100)의 제 2 공간부(220)에서 순환로를 형성할 수 있게 된다.
여기서, 제 2 공간부(220)는 내부 수조(120)에 의해 형성된 내측 공간인 제 1 공간부(210)를 제외한 저류조(100) 내의 공간이다.
한편, 내부 수조(120)의 형상은 하측 일부가 개방되어 있으며, 그 개방된 부분과 후술할 배플(170)의 완곡한 면의 위치가 상응하게 된다. 이러한 구조를 통해 별도의 순환장치 없이도 저류조(100) 내부의 유체가 자수압에 의해 자연스럽게 순환되는 것이다. 구체적으로, 내부 수조(120)의 개방된 하측 일부를 따라 내부 수조(120)의 밖으로 배출된 유체는 배플(170)의 완곡한 면으로 안내되고, 배플(170)의 완곡한 면을 따라 순환한다.
내부 수조(120)의 단면 형상은 바람직하게는 하측 일부가 개방된 타원형상일 수 있다.
내부 수조(120)의 내측으로 미세기포가 포함된 유체가 토출되면 파이프(110)의 하부에는 부력에 의해 배출 기체층(222)이 형성되고, 배출 기체층(222) 하부에는 기체 포화층(221)이 형성된다.
여기서, 기체 포화층(221)은 기체 포화층(221)과 배출 기체층(222)을 제외한 저류조(100) 전체 유체의 기체농도 대비 상대적으로 높은 기체농도로 형성된 층을 의미하고, 배출 기체층(222)은 기체 포화층(221)과 배출 기체층(222)을 제외한 저류조(100) 전체 유체의 포화상태 대비 상대적으로 높은 포화상태로 형성된 층을 의미한다.
내부 수조(120)는 제어부(미도시)에 의해 제어되는 개폐부(121)를 포함한다.
개폐부(121)는 기체 포화층(221)에 상응하는 위치에 형성되어, 개방될 경우, 포화 기체를 제 2 공간부(220)로 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 개폐부(121)는 후술하는 센서(S)에서 센싱된 미세기포 용존율이 기 설정된 수치 이하일 경우 제어부(미도시)의 제어에 따라 개방될 수 있다. 이에 따라, 기체 포화층(221)에 위치되어있는 유체가 저류조(100) 내로 배출되며, 저류조(100) 내의 미세기포 용존율이 조절된다.
센서(S)는 저류조(100)의 내측에 위치하되, 상기 내부 수조(120)의 외측에 위치하여, 저류조(100) 내의 미세기포 용존율을 센싱하는 것이 바람직할 것이다.
센서(S)에서 센싱되는 정보는, 바람직한 예로, DO 수치일 수 있으며, 이를 통해 저류조(100) 내의 용존 산소량을 조절할 수 있게 되는 것이다.
배플(170)은 곡선 형상으로, 파이프(110)가 저류조(100)로 유입되는 저면에 위치한다. 구체적으로, 저류조(100)의 측벽에 가까워질수록 높아지는 완만한 경사를 이루는 곡선 형상으로, 내부 수조(120)의 하측 개방부의 미세기포를 포함하는 유체를 저류조(100)의 상부로 안내시키게 된다.
이러한, 내부 수조(120) 및 배플(170)의 형상에 의해 내부 수조(120) 내에 위치하는 파이프(110)의 토출구(111)를 통해 토출된 미세기포가 포함된 유체가 저류조(100) 내부를 순환하며 일정한 순환 흐름을 형성하게 되는 것이다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 저류조
110: 파이프
111: 토출구
120: 내부 수조
121: 개폐부
170: 배플
200: 미세기포 생성기
210: 제 1 공간부
220: 제 2 공간부
221: 기체 포화층
222: 배출 기체층
P: 펌프
S: 센서

Claims (9)

  1. 저류조(100);
    상기 저류조(100)에서 펌핑된 유체에 미세기포를 추가하며 다시 상기 저류조(100)로 이송시키는 미세기포 생성기(200);
    상기 저류조(100)의 내측에 위치하는 내부 수조(120);
    상기 저류조(100)의 내측으로 연장되며, 상기 미세기포 생성기(200)와 연결되는 파이프(110); 및
    상기 저류조(100)의 내측에 위치하며, 상기 내부 수조(120)의 외측에 위치하는 센서(S)를 포함하고,
    상기 파이프(110)의 토출구(111)는 상기 내부 수조(120)에 의해 형성된 내측 공간인 제 1 공간부(210) 내에 위치하고,
    상기 내부 수조(120)의 내측에 위치하는 상기 파이프(110)의 하부에 배출 기체층(222)이 형성되고,
    상기 배출 기체층(222) 하부에 기체 포화층(221)이 형성되며,
    상기 내부 수조(120)는,
    상기 기체 포화층(221)에 상응하는 위치에 형성되는 개폐부(121)를 포함하고,
    상기 센서(S)에서 센싱된 DO가 기 설정된 수치 이하일 경우 상기 개폐부(121)가 개방되는,
    수처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출구(111)는 상기 파이프(110)의 하방에 위치하는,
    수처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 토출구(111)는 하방을 향할수록 직경이 커지는,
    수처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저류조(100)로 유입되는 상기 파이프(110)의 저면에 위치하는 배플(170)을 더 포함하는,
    수처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배플(170)은 곡선 형상인,
    수처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 내부 수조(120) 및 상기 배플(170)에 의해 상기 미세기포가 포함된 유체가 상기 저류조(100) 내부를 순환하는,
    수처리 장치.
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