KR101971427B1 - 미세기포 발생용 산기장치 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 길이방향을 기준으로 수직 단면이 삼각형이며, 내각이 30 내지 160도가 되도록 경사면(16)이 형성되고, 그 내부에 공간이 형성되도록 길이방향으로 확장된 양 말단에 벽면(17)이 구비된 몸체(2); 혹은 길이방향을 기준으로 수직 단면이 사각형이며, 육면체의 형상으로, 그 내부에 공간이 형성되어 있으며, 길이방향으로 확장된 양 말단에 벽면(17)이 구비된 몸체(2); 상기 몸체(2)의 길이방향을 기준으로 일측 말단 벽면(17)에 형성되어 외부로부터 기체가 유입되는 기체 유입구(4); 상기 기체 유입구(4)를 중심으로 대칭되어, 배열되어 있는 제1 방해판(19') 및 제2 방해판(19")을 포함하는 방해판; 상기 몸체(2)의 경사면(16)에 적어도 하나 이상 형성되어 기체 유입구(4)를 통해 몸체(2)의 내부로 유입된 기체가 외부로 배출되도록 하는 기체 유출구(6); 상기 몸체(2)의 경사면(16)을 덮도록 하나의 경사면(16) 일측 종단 및 상기 하나의 경사면(16)에 인접한 다른 경사면의 일측 종단에 연결 설치되고 그 표면에 다수의 기공(12)이 형성된 탄성재질면(10)을 포함하는 산기장치에 관한 것이다.

Description

미세기포 발생용 산기장치 시스템{AERATION SYSTEM}

본 발명은 판형 멤브레인을 이용한 산기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하수, 정수 및 폐수처리시설에서 미생물 처리조 또는 폭기조 등에 산소 공급의 목적으로 사용되는 탄성재질면을 일정한 각도를 갖는 경사면으로 설치하여 탄성재질면에 의해 발생된 미세기포들 사이의 뭉침현상을 최소화하고, 동시에 하부에 쌓이는 슬러지 및 고형물에 의해 기공이 막히는 것을 최소화할 수 있도록 한다.

통상적으로 하수처리장, 정수처리장 및 폐수처리장 등은 수중의 환경오염물질을 처리하기 위해 호기성 또는 혐기성 미생물을 이용한 정화시설을 갖추고 있다.

그 중 호기성 미생물을 이용하는 폭기조는 미생물의 성장을 위해 산소를 공급하기 위한 장치로서 산기장치를 사용하고 있다.

산기장치는 대기 중의 공기를 작은 기포로 만들어 처리조에 공급함으로써 접촉면적을 넓히고 산소를 효율적으로 전달하기 위한 수단이다. 이러한 산기장치는 대부분 디스크 타입, 파이프 타입과 판형 타입이 있는데, 탄성재질로 된 상부면에 일정한 간격으로 작은 구멍을 타공하고, 도입된 공기가 타공된 구멍으로 배출되며 작은 기포를 만든다. 구멍은 탄성재질면의 직각으로 타공되어, 산기장치로 공기가 유입되어 산기장치 내부압력이 증가되면 탄성재질면이 부풀며 막혔던 기공이 열리게 된다. 이 열린 기공을 통하여 공기가 배출되며 공기방울을 형성하게 된다. 공기의 공급이 중단될 경우에는 산기장치 내부 압력이 점차 감소하게 되고 부풀었던 탄성재질면이 원상회복되며 기공이 닫히게 된다.

멤브레인을 이용한 대표적인 산기장치는 디스크형, 실린더형 및 판형 장치가 있으며, 맴브레인은 주로 EPDM(ethylene propylene diene monomer)으로 제조되었다.

디스크 타입이나 판형 타입의 산기관 또는 산기장치는 일반적으로 그 형태상 탄성재질면이 평평하고, 기공이 타공된 탄성재질면이 수면과 평행하도록 설치된다. 이는 산기장치의 탄성재질면 전체에 걸쳐 골고루 기포가 발생시킬 수 있도록 하기 위함이다. 그러나 이러한 설치 방법은 공기공급 중에 대부분의 기공이 중력의 방향과 일치하게 된다. 이 경우 산기장치에 공급되던 공기가 차단될 경우, 처리조 내의 슬러지 등이 하강하게 되며 기공사이로 들어가 탄성재질면(10)과 산기장치 하부지지면(11) 사이에 쌓이게 되고, 기공을 막아 기공이 열리지 않게 될 수 있다. 더욱이 탄성재질면이 처리조 수면(22)과 수평으로 설치되어 있어 슬러지가 탄성재질면(10)의 상부에 쌓이게 되는데, 공기 공급시에 기공이 열리면서 쌓였던 상부의 슬러지로 인하여 기공이 쉽게 막히게 된다. 이러한 현상은 처리조 내의 미생물이나 고형분의 농도가 크고 간헐적으로 폭기시킬 경우 더욱 심각하게 발생된다. 또한 산소전달효율을 높여 동력비를 줄이기 위해 탄성재질면(10)에 미세하게 기공을 형성시킬 경우에도 이러한 막힘 현상은 심각한 문제를 발생시킨다.

실린더형 산기장치는 디스크형 산기장치와 비교하여 볼 때, 물과의 접촉 면적이 넓어 통기량을 증가시킬 수 있어 사용하는 산기장치의 개수를 감소시킬 수 있는 장점이 있지만, 실린더형의 형태적 특성상 실린더형 산기장치의 하부로 배출된 기포가 상부로 이동하며 산기장치의 측면 또는 상부에서 배출된 기포와 뭉쳐 큰 기포를 형성할 수 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 산소전달효율을 증가시킬 수 있도록 탄성재질면의 기공 크기를 작게 구성한 판형 산기장치가 개발되고 있다.

상기 판형 산기장치는 기존의 디스크형 산기장치 보다 발생되는 기포의 크기가 작아 산소전달 효율이 높다는 장점이 있으나, 기체를 발생시키는 기공의 크기가 작으므로 슬러지 등의 부유물에 의해 기공이 쉽게 막히게 되는 단점이 있다.

종래의 디스크형 산기장치 및 판형 산기장치는 모두 바닥면과 나란히 수평으로 설치되어 기공이 수직으로 향하기 때문에 기공이 열리고 닫힐 때 수중의 슬러지 또는 부유물질에 의해서 막히는 현상이 용이하게 발생할 수 있다.

더불어, 종래의 모든 산기장치는 미생물 처리조 또는 반응조 등에서 장시간 운전 중에 산기장치 내부로 유입되는 슬러지가 장치 내부에 퇴적되어 기공을 통한 미세기포 형성을 방해하여 기포의 형성효율을 저하시키게 된다.

특히, 산기장치는 슬러지 또는 부유물질이 쌓이게 되는 폭기조의 하부 바닥에 설치되기 때문에 탄성재질면의 기공이 막히는 현상은 산기장치의 효율을 감소시키며 수명을 단축시키게 된다.

더욱이, 산소를 간헐적으로 공급하는 미생물 처리조 또는 연속회분식반응조(SBR, Sequencing batch reactor)에서는 기체를 간헐적으로 공급하는 특성상 산기장치의 기공의 열림과 닫힘이 반복되며, 이러한 환경에서는 기공의 막힘이 더욱 가속화되어 산기장치의 수명을 단축시킨다.

전술한 탄성재질면의 기공이 막히는 현상은 기공의 크기를 작게 형성시켜 산소전달효율을 증가시키는 산기장치일수록 더욱 흔히 발생된다.

최근에는 이러한 기공의 막힘현상을 방지하기 위해 기포를 발생시키는 탄성재질면을 바닥면쪽으로 향하게 하여 설치하는 방법도 있으나, 이러한 방법은 바닥면 쪽에서 발생된 미세기포가 수면으로 상승하며 복수의 기포가 서로 뭉치는 현상이 발생하여 기포의 크기가 커지고, 이에 따라 산소전달효율이 낮아지는 단점이 있다.

특히, 폭기조 중의 슬러지는 응집된 미생물 및 폐수중의 고형물로 이루어져 있으며, 상기 슬러지는 폭기조에 공급되는 공기 중의 기체 또는 수중믹서에 의해 부유하게 되지만, 폭기조의 정체부분이 발생되거나 기체를 간헐적으로 공급할 경우 상기 슬러지가 하부로 퇴적되며, 이 경우 하부의 슬러지 농도는 상부에 비해 매우 높다.

그러므로, 폭기조의 하부에 설치되는 대부분의 산기장치는 산기장치의 상부 및 측면에 슬러지가 쌓이게 되고, 이로 인하여 산기장치에 구비된 탄성재질면의 기공을 막는 현상이 발생한다. 멤브레인 바이오리액터(MBR) 공법 등을 비롯하여 미생물 농도를 높게 유지하는 공법의 경우에는 기공의 막힘 현상이 더욱 심하게 발생한다.

더불어, 단면이 삼각형인 봉형 산기장치는 탄성재질면의 경사면을 따라 슬러지 등이 미끄러져 내려가도록 함으로써 미생물 처리조내의 슬러지 등으로 인한 탄성재질면의 기공이 막히는 현상을 최소화 하였으나, 장시간 운전 중에 산기장치 내부로 유입되어 퇴적되는 슬러지에 의해서 기포발생 효율이 저하되는 단점을 극복할 수 없다.

대한민국 특허 10-1060247에서는 처리조 내 슬러지로 인하여 산기장치의 기공의 막힘을 방지하기 위한 방법으로 길이방향을 기준으로 수직 단면의 바닥에 대행되는 타측이 30 내지 120도의 내각을 갖도록 경사면이 형성된 산기장치를 제시한 바 있다. 그러나 상기 특허의 산기장치는 제작 시부터 이미 일정한 각도를 부여하여 처리조의 특성에 따라 바닥면과의 각도를 조절하기 불가능하고, 처리조의 바닥에 고정시키기 어려운 단점이 있다. 즉, 처리조의 하부면이 균일하지 않거나 슬러지 등의 불순물이 퇴적되어 있는 경우에 종래의 경사면이 제조 시에 형성되어 있는 산기장치에 의해서는 원하는 효과를 얻을 수 있도록 각도를 줄 수도 없을 뿐만 아니라 처리조 하부면에 설치가 어렵다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 처리조의 슬러지량 이나 요구조건에 따라 다양한 각도로 설치가 가능하며, 일반적인 디스크형 또는 판형 산기장치의 설치에 적용이 가능한 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 미세기포를 발생시키는 판형 멤브레인 탄성재질면을 일정한 각도를 갖는 경사면에 설치하여 탄성재질면에 의해 발생된 미세기포들 사이의 뭉침현상을 최소화하고, 기공이 바닥면의 수직 방향과 일정한 각도로 기울어져 있기 때문에 기공의 개/폐시 슬러지의 유입이 적고, 탄성재질면의 경사면을 따라 슬러지 등이 미끄러져 내려가도록 하며, 산기장치 내부에 공기의 흐름을 생성시킬 수 있는 방해판을 설치하여 내부에 퇴적되는 슬러지를 클리닝함으로써 미생물 처리조 내의 슬러지 등으로 인한 탄성재질면의 기공이 막히는 현상을 최소화하고자 한다.

또한, 기공의 열림과 닫힘이 원활하게 이루어질 수 있는 복원성이 우수한 재질을 멤브레인으로 선택하고, 그에 따른 최적의 air flux rate(공입유입량)을 제공하고자 한다.

본 발명은 처리조(21)의 수면(22)과 30 내지 75도인 경사각(14)을 갖는 하부지지면(11), 상기 하부지지면(11)에 하부면이 밀착되어 설치되고, 수직 단면이 사각형이며, 길이방향으로 확장된 양 말단에 벽면(17)이 구비되어 있으며, 일측면 혹은 하부에 기체유입구(4)가 형성되고, 측면 및 상부면에 복수의 기체유출구(6)가 형성되어 있는 하나 이상의 산기수단 몸체(2), 상기 산기수단 몸체(2)의 상면 및 측면에 부착 또는 접착되어 있고, 기공(12)을 포함하는 탄성재질면(10), 상기 하부 지지면(11)을 통하여 상기 기체유입구(4)에 연결되어 공기를 산기수단 몸체(2)로 공급하는 공기공급관(20)을 각각 포함하고 있는 2 이상의 산기장치 본체; 상기 2 이상의 산기장치 본체의 공기공급관(20)에 연결되어, 외부의 공기를 상기 공기공급관(20)에 공급하는 외부공기공급관(29); 상기 탄성재질면(10)의 상면에 위치하고, 앵커삽입구멍(15)이 형성되어 있는 상부체결부(30), 상기 하부 지지면(11)의 하면에 위치하고, 앵커삽입구멍(15)이 형성되어 있는 하부체결부(31)를 포함하는 산기장치 체결부(27); 일단은 상기 상부 및 하부체결부(30, 31)를 관통하여 고정되고, 타단은 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정되어, 상기 탄성재질면(10) 및 상기 하부지지면(11)을 고정시키는 하나 이상의 앵커(25, 26);를 포함하고, 상기 2 이상의 산기장치 본체와 외부공기유입관(29)은 일체로 상호연결되어 있는 하·폐수의 처리조에 산소 공급을 위해 구비된 미세기포 발생용 산기장치를 제공한다.

본 발명의 다른 일례는, 상기 기체 유입구(4)를 중심으로 대칭되어, 상기 산기수단 몸체(2)의 하부면 및 상부면에는 밀착되어 고정되고, 상기 몸체(12) 내부에서 한쪽 단이 기체 유입구(4) 측의 벽면(17)에 밀착되어 고정되며, 반대편 단은 벽면에서 이격되어 있는 제1 방해판(19') 및 제2 방해판(19")을 포함하는 방해판;을 포함할 수 있으며, 상기 방해판은 몸체(12) 내부에 대칭적으로 배치되고, 각각 제1 및 제2 방해판의 측방향으로 이격되어, 한쪽 단이 기체 유입구(4) 측의 벽면(17)에서 이격되고 반대편 단은 벽면에 밀착되어 고정되는 제3 방해판(19'") 및 제4 방해판(19"")을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 방해판은 상기 몸체 내부에서 기체의 흐름 방향이 벽면에서 반대방향으로 변경될 수 있도록 연속적으로 제1 내지 제4 방해판 중 적어도 어느 하나를 선택하여 더 포함할 수도 있다.

한편, 상기 산기장치 체결부(27)는 고무, 플라스틱 또는 금속 중의 하나 이상의 재질로 될 수 있고, 상기 앵커(25, 26)의 일단은 고무, 플라스틱 또는 금속 중의 하나 이상의 재질로 되어있는 체결구에 의해서 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정될 수 있으며, 상기 앵커(25, 26)의 일단은 용접 또는 바인더에 의해서 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정될 수도 있다.

상기 탄성재질면(10)은 폴리우레탄 시트 또는 실리콘 고무 시트 중에 선택될 수 있고, 상기 탄성재질면(10)의 접촉각은 60 ~ 95도 일 수 있으며, 또한, 상기 탄성재질면(10)의 표면에너지는 25dyne/cm 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일례는, 하·폐수의 처리조의 하부에 외부로부터 공기를 공급하는 외부공기공급관(29)을 설치하는 제1단계; 탄성재질면(10)이 상면 또는 측면에 부착 또는 접착되고, 수직 단면이 사각형이며, 길이방향으로 확장되어 있으며, 일측면 혹은 하부에 기체유입구(4)가 형성되고, 측면 및 상부면에 복수의 기체유출구(6)가 형성되어 있는 하나 이상의 산기수단 몸체(2)가 하부지지면(11)의 상면에 고정되고, 처리조(21)의 수면(22)과 30 내지 75도인 경사각을 갖는 하부지지면(11)에 공기공급관(26)의 일단을 연결하고, 타단은 외부공기공급관(29)에 연결하는 제2단계; 앵커의 일단은 상기 하부지지면(11)에 고정되고, 타단은 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정하는 제3단계; 상기 외부공기공급관(29), 공기공급관(26) 및 하부지지면(11)이 일체가 되도록 서로 연결하는 제4단계를 포함하는 산기장치 설치방법을 제공한다.

상기 제3단계에서, 상기 하나 이상의 산기수단 몸체(2)는 경사면이 동일한 방향으로 배열되도록 하부지지면(11)의 상면에 고정될 수 있으며, 또한, 상기 제3단계에서, 상기 하나 이상의 산기수단 몸체(2)는 경사면이 서로 대향되어 배열되도록 하부지지면(11)의 상면에 고정될 수도 있다.

본 발명에 따른 산기장치는 미세기포를 발생시키는 탄성재질면(10)이 일정한 각도를 갖는 경사면에 설치되어 탄성재질면(10)에 의해 발생된 미세기포들 사이의 뭉침을 최소화하고, 기공이 바닥면의 수직 방향과 일정한 각도로 기울어져 있기 때문에 기공의 개/폐시 슬러지의 유입이 적고, 탄성재질면(10)의 경사면을 따라 슬러지가 미끄러져 내려가도록 함으로써 미생물 처리조 내의 슬러지 등으로 인한 탄성재질면(10)의 기공이 막히는 현상을 최소화할 수 있다.

또한, 육면체의 판형 산기장치는 측면에서 기포를 발생시켜, 측면에 슬러지가 퇴적되는 것을 방해하여, 탄성재질면(10)의 기공이 막히는 현상을 최소화한다.

더불어, 장시간 운전 중에 산기장치의 내부에 퇴적되는 슬러지를 클리닝하기 위하여 산기장치 내부에 기체의 흐름을 유도하는 방해판을 설치하여 내부에 퇴적된 슬러지를 클리닝하여 역시 산기수단의 기공이 막히는 현상을 예방한다.

도 1은 본 발명에 위해 설치된 산기장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의해 설치된 산기장치의 기포 발생 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의해 설치된 산기장치의 기포 미발생 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 탄성재질명의 접촉각 사진이다.
도 5는 발명에 따른 단면이 사각형인 산기장치의 사시도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 단면이 사각형인 산기장치의 단면도로 수개의 방해판이 설치된 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 단면이 사각형인 산기장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 양태인 평판에 탄성재질면(10)을 접합한 산기장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 산기수단 몸체, 공기공급관, 외부공기공급관이 일체로 연결된 일례이다.
도 10은 본 발명에 따른 사각기둥 형태 및 원형기둥 형태의 산기장치 체결부를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 미세기포 발생용 산기장치의 일실시 양태를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 미세기포 발생용 산기장치의 또다른 일실시 양태를 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명에 따른 산기장치는 하/폐수 처리장치 등의 폭기조에 공기 또는 산소 등의 기체를 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 산기장치라면 특별히 한정되지 않는다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명은, 처리조(21)의 수면(22)과 30 내지 75도인 경사각(14)을 갖는 하부지지면(11), 상기 하부지지면(11)에 하부면이 밀착되어 설치되고, 수직 단면이 사각형이며, 길이방향으로 확장된 양 말단에 벽면(17)이 구비되어 있으며, 일측면 혹은 하부에 기체유입구(4)가 형성되고, 측면 및 상부면에 복수의 기체유출구(6)가 형성되어 있는 하나 이상의 산기수단 몸체(2), 상기 산기수단 몸체(2)의 상면 및 측면에 부착 또는 접착되어 있고, 기공(12)을 포함하는 탄성재질면(10), 상기 하부 지지면(11)에 연결되어, 상기 기체유입구(4)에 연결되어 공기를 산기수단 몸체(2)로 공급하는 공기공급관(20)을 각각 포함하고 있는 2 이상의 산기장치 본체;

상기 2 이상의 산기장치 본체의 공기공급관(20)에 연결되어, 외부의 공기를 상기 공기공급관(20)에 공급하는 외부공기공급관(29); 상기 탄성재질면(10)의 상면에 위치하고, 앵커삽입구멍(15)이 형성되어 있는 상부체결부(30), 상기 하부 지지면(11)의 하면에 위치하고, 앵커삽입구멍(15)이 형성되어 있는 하부체결부(31)를 포함하는 산기장치 체결부(27); 일단은 상기 상부 및 하부체결부(30, 31)를 관통하여 고정되고, 타단은 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정되어, 상기 탄성재질면(10) 및 상기 하부지지면(11)을 고정시키는 하나 이상의 앵커(25, 26);를 포함하고, 상기 2이상의 산기장치 본체와 외부공기유입관(29)은 일체로 상호연결되어 있고, 상기 하부지지면(11)의 경사각은 상기 앵커의 길이에 의해서 조절되는 산기장치 및 그 설치방법을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미세기포 발생용 산기장치는 거시적인 관점에서 탄성재질면(10), 하부지지면(11), 공기공급관(20)을 포함하는 산기장치 본체(24), 상부 및 하부 체결부(30, 31)를 포함하는 산기장치 체결부(27), 앵커(25)로 구성된다.

도 2 및 도 3에서 보여주는 바와 같이, 기공(12)을 포함하는 탄성재질면(10)이 처리조(21)의 수면(22)과 30 내지 75도인 경사각(14)을 갖는 하부지지면(11)의 상부에 형성된다.

이때, 상기 기공(12)의 크기는 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 바람직하게는 미세기포를 발생시킬 수 있는 정도의 크기, 예를 들면 수십 마이크로미터 내지 수십 미리미터의 크기를 갖는 것이 좋다. 탄성재질면(10)은 종래에는 EPDM을 주로 사용해 왔으나, EPDM은 운전이 반복되면서 기공의 피로도가 높아져서, 기공이 열린 후에 닫히는 복원력이 급격히 떨어지는 단점이 있다. 이에 본 발명에서는 복원력이 우수한 재질로서, 인장강도 400kg/cm² 이상이고, 두께가 0.3mm ~ 1.0mm인 폴리우레탄과 실리콘 고무시트를 사용하며, 레이저, 마이크로 드릴, needle에 의한 방식을 사용하여 멤브레인에 기공을 형성한다.

한편, 탄성재질면(10)은 탄성재질면(10)에 형성되는 기공의 크기도 중요한 인자이지만, 탄성재질면의 물성이 기포를 발생시키는데 보다 더 중요한 인자로 작용한다. 물의 경우 탄성재질면의 표면에너지가 높을수록, 친수성이 증가하게 되고, 결국 더 작은 미세 기포가 형성되게 된다. 따라서, 계면활성제를 첨가하는 방법 혹은 탄성재질면을 개질하는 방법에 의해서 물의 표면장력을 감소시켜서 미세 기포크기를 감소시킨다.

따라서, 미세 기포를 발생시키는 가장 중요한 인자는 수 계면에서 탄성재질면의 표면에너지이며, 표면에너지는 25 dyne/cm 이상이면 바람직하나, 25 dyne/cm 이상 50 dyne/cm 이하가 더욱 바람직하다. 25 dyne/cm 미만이면 기포의 크기가 너무 커지거나 발생되는 기포의 크기가 불규칙하고, 또한 기포 간의 뭉침 현상이 발생하여 처리수와의 접촉 효율이 떨어지게 된다. 또한, 50 dyne/cm 초과이면 탄성재질면의 물성이 지나치게 친수성이라서, 기포 발생량이 감소하는 경향을 보여준다.

또한, 기포 발생시 탄성재질면과 이루는 접촉각은 60도에서 95도가 바람직하다. 즉, 95도 초과이면, 표면에너지가 너무 낮아지게 되고, 60 미만이면, 표면에너지가 지나치게 낮아진다.

도 4는 탄성재질면의 표면에 형성되는 드롭 (droplet)의 형상을 쵤영한 것으로, 도 4의 세가지 탄성재질면은 (a)에네트사, (b)A사, (c)P사에서 제조한 것이다. 이들 탄성재질면(10)의 물성인 접촉각과 표면에너지를 ASTM D 5946에 의해서 한국고분자시험연구소에서 측정하였으며, 이 결과는 표 1에서 보여준다. 표 1에서 보여주는 값은 각각의 탄성재질면을 3회 측정한 평균값이다.

시료(제조사명)	접촉각 (degree)	표면에너지(dyne/cm)
(a) 에네트	89.57	26.19
(b) A사	100.10	21.45
(c) P사	112.27	16.15

도 4와 표 1을 비교해 보면, 표면에너지가 가장 큰 에네트사의 탄성재질면에서 발생되는 드롭의 접촉각이 A사 및 P사의 탄성재질면에 비하여 가장 작은 것을 볼 수 있다.

하부지지면(11)의 주변에 탄성재질면(10)이 고정될 수 있으나, 이것에 한정되지 않고 탄성재질면(10)을 하부지지면(11)의 주변에 고정한 후에, 탄성재질면(10)의 크기에 따라서 탄성재질면(10) 내부를 지그재그 형식 혹은 미세기포를 효율적으로 탄성재질면(10) 전체에서 발생시킬 수 있도록 하부지지면(11)에 고정시킬 수 있다.

그러나, 탄성재질면(10)을 하부지지면(11)에 직접 고정시키면, 유입된 공기가 탄성재질면(10)과 하부지지면(11) 사이의 공간에서 편중될 수 있고, 슬러지가 유입되거나, 탄성재질면(10) 상부에 퇴적되어 기포의 발생을 방해할 수 있다.

이러한 이유로 기포 발생이 저하되는 것을 방지하기 위하여, 도 5 내지 도 7에서 보여주는 바와 같이, 기체유입구(4)와 기체유출구(6)가 형성되어 있고 단면이 사각형인 산기수단 몸체(2)를 사용한다. 산기수단 몸체(2)의 외부에 탄성재질면(10)이 부착 혹은 설치되어 외부공기유입관(29)에서 유입된 공기가 공기공급관(20)을 통하여 산기수단 몸체(2)의 기체유입구(4)로 유입된 후에 기체유출구(6)를 통하여 탄성재질면(10)과 접촉을 하게 된다.

또한, 공기공급관(20)은 산기수단 몸체(2)의 기체유입구(4)와 연결되며, 기체유입구(4)의 위치는 도면에 표시된 위치에 한정되지 아니하고 외부공기유입관(29)과 효율적으로 연결될 수 있는 위치에 형성된다.

도 5는 단면이 사각형인 산기수단 몸체(2)로, 제1 및 제2 방해판(19', 19")이 몸체의 상면과 밀착되어 있으며, 기체 유출구(6)가 몸체의 측면에도 형성되어 있다.

도 5에서 보여주는 산기장치의 방해판은 본 발명을 보다 용이하게 설명하기 위해, 제1 방해판(19'), 제2 방해판(19")이 표시되어 있으며, 방해판의 개수는 산기장치의 크기에 따라서 결정하여 사용할 수 있다. 산기장치의 크기가 대형화 되는 경우에, 도 6에서 볼 수 있듯이, 제1 내지 제4 방해판을 반복적으로 산기장치의 크기와 목적에 맞춰서 형성시킬 수 있다. 방해판의 개수는 여기서 제한되지 않으며 기체의 흐름 방향을 반대로 변경시켜주는 방식으로 방해판을 교호로 배열한다.

또한, 기체 유출구(6)가 측면에도 형성되어 측면에서 발생되는 기포에 의해서 산기장치 근처에 퇴적되어 있는 슬러지를 클리닝하는 작용을 하여, 산기장치에 슬러지가 퇴적되는 것을 예방할 수 있다.

도 5에서 보여주는 산기장치 역시 도 7에서 보여주는 바와 같이, 다수의 기공이 형성되어 있는 탄성재질면(10)이 몸체의 외부에 구비되며, 탄성재질면(10)의 표면에 형성된 다수의 기공(12)은 몸체(2)의 외부표면에 형성된 기체 유출구(6)를 통해 배출되는 기체가 기공(12)을 통과하여 외부로 배출될 수 있도록 한다.

이때, 측면으로 배출되는 기체가 효율적으로 기포를 측면으로 발생시키기 위하여 도 7(b)에서 보여주는 바와 같이 산기장치의 상면의 측면 모서리에 봉합 혹은 접착하여, 몸체의 측면에서 배출된 기체가 측면에서만 기포를 형성할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 탄성재질면(10)은 몸체(2)에 구비된 기체 유출구(6)로부터 배출되는 기체가 탄성재질면(10)의 표면에 형성된 기공(12)으로만 배출될 수 있도록 몸체(2)의 길이방향을 기준으로 양측 말단에 봉합된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 산기장치에 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도7에서 보여주는 단면이 사각형인 산기장치를 작동시키게 되면, 몸체(2)의 벽면(17)에 구비된 기체 유입구(4)를 통해 외부의 기체가 몸체(2) 내부로 유입되고, 방해판에 의해서 유도되는 경로를 따라서 기체가 흐르게 되며 슬러지가 내부에 퇴적되어 있는 경우에는 클리닝 작용을 하게 된다.

그 다음, 상기 몸체(2) 내부로 유입된 기체는 몸체(2)의 표면에 형성된 기체 유출구(6)를 통해 몸체(2)의 외부로 배출되고, 몸체(2)의 외부로 배출된 기체는 몸체(2)에 봉합 설치된 탄성재질면(10)의 기공(12)을 통해 배출되며 미세기포를 형성하게 된다.

이때, 몸체의 측면에 형성되어 있는 기체 유출구(6)에 의해서 측면으로 기포가 발생되어 산기장치 외부 측면에 퇴적되어 슬러지를 제거하거나 혹은 부유하고 있는 슬러지가 퇴적되는 것을 방해하게 된다.

특히, 도 7(b)에서 보여주는 바와 같이, 탄성재질면을 몸체 상판의 측면에 접합시킨 경우에는 보다 효율적으로 측면으로 기포가 발생되도록 할 수 있다.

산기장치의 다른 양태는 도 8에서 보여주는 바와 같이, 멤브레인 혹은 탄성재질면을 바닥면에 접합하여 유로를 형성시키며, 도 5 내지 도 7에서 보여주는 단면이 사각형인 산기장치와 동일한 작용을 하는 것이다. 다만, 이 경우에는 측면으로 기포가 발생하는 구성이 없는 점에서 상이하다.

도8에서 보여주는 산기장치를 작동시키게 되면, 기체 유입구(4)를 통해 외부의 기체가 바닥면(9)와 탄성재질면(10)이 이루는 공간의 내부로 유입되고, 탄성재질면(10)이 바닥면에 접착되어 형성된 경로로 유도되어 기체가 흐르게 되며, 바닥면에 슬러지가 퇴적되어 있는 경우에는 기체의 흐름에 의해서 클리닝 작용을 하게 된다. 동시에, 기체는 바닥면에 접합 설치된 탄성재질면(10)의 기공(12)을 통해 배출되며 미세기포를 형성하게 된다.

또한, 하부지지면(11)의 형상은 디스크 형태 혹은 판형 타입을 갖게 되나, 이의 형상에는 제한이 없으며, 다양하게 변형하여 적용하는 것이 가능하다.

도 1에서 보여주는 바와 같이, 상기 하부 지지면(11)의 하면에 연결되어 있는 공기공급관(20)이 상기 탄성재질면과 하부지지면 사이로 공기를 공급한다. 공기공급관(20)은 외부공기공급관(29)에 연결되어 외부로부터 공기가 공급되어질 수 있다.

이와 같이, 탄성재질면(10), 하부지지면(11), 공기공급관(20)을 포함하는 산기장치 본체(24)는 경사각을 갖고 외부공기공급관(29)의 표면에 고정되기 위하여, 상부 및 하부체결부(30, 31)가 하부지지면(11) 및 탄성재질면(10)에 각각 위치한다. 상부체결부(30)는 탄성재질면(10)의 상면에 위치되고, 하부체결부(31)는 하부지지면(11)의 하면에 위치할 수 있다. 하나 이상의 앵커(25, 26)는 일단이 탄성재질면(10) 및 하부지지면(11)에 괸통하여 고정되고, 타단은 외부공기공급관(29)의 외부 표면에 체결구를 이용하여 고정하거나 용접 혹은 유기/무기바인더를 이용하여 고정될 수 있다.

또한, 각각의 산기장치 본체에 연결된 외부공기유입관(29)은 일체로 네트워크를 형성하며 상호연결되어 있으며, 이로 인하여 산기장치의 장기간 운전으로 인하여 탄성재질면의 교체가 요구되어 질 때, 산기장치를 처리조에서 용이하게 인양할 수 있다.

도 9에서 보여주는 바와 같이, 하나의 외부공기유입관(29)에 연결되어 다수의 산기장치 본체가 연결되어 네트워크를 형성할 수도 있고, 하나 이상의 외부공기유입관 각각에 대하여 하나 이상의 산기장치 본체가 연결되고, 이들이 일체가 되도록 각각 서로 연결될 수도 있다.

앵커는 산기장치 본체를 외부공기공급관(29)의 표면에 고정시키는 역할을 하는 재질로서, 이러한 목적을 달성할 수 있다면 어떠한 재질을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용하는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

도 10에서 보여주는 바와 같이, 상부 및 하부 체결부(30, 31)은 한쌍을 이루며, 이들은 탄성재질면(10) 및 하부지지면(11)이 이루는 경사각과 동일한 경사각을 갖는 일면을 가지며, 각각의 그 일면에서 마주보고 탄성재질면(10) 및 하부지지면(11)에 접촉되어 위치하고, 상부 및 하부 체결부(30, 31)에 포함되어 있는 앵커 삽입 구멍(15)으로 앵커가 관통하여 탄성재질면(10) 및 하부지지면(11)에 결합되게 된다. 상부 및 하부 체결부(30, 31)의 형상은 제한이 없으나, 도 10에서 보여주는 상부 및 하부체결부(30, 31)가 결합되어 직육면체 혹은 정육면체를 형성할 수 있으며, 이외에도 도 10에서 예시되어 있는, 원통형을 비롯한 다양한 형태로, 주어진 현장 상황에 따라서, 변형이 가능하다.

상기 산기장치 체결부(27)는 산기장치가 앵커에 고정되도록 하고 산기장치 본체에 일정한 경사각(14)이 형성되도록 하는 재질로서, 이에 제한은 없지만, 바람직하게는 산기장치의 표면을 보호하고 산기장치를 단단히 고정할 수 있는 고무나 플라스틱, 또는 금속 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 포함되어 있는 산기장치 본체의 경사각을 원하는 정도로 얻기 위해서, 하나 이상의 앵커(25, 26)를 사용하여 산기장치 본체를 외부공기공급관(29)의 외부 표면에 고정한다. 상기 하부지지면(11)의 경사각은 상기 앵커(25, 26)의 길이에 의해서 조절될 수 있다. 도 1에서 보여주는 바와 같이, 길이가 상대적으로 짧은 앵커(25)를 하부지지면의 전방에 연결하고 길이가 상대적으로 긴 앵커(26)을 하부지지면의 후방에 연결하여, 하부지지면에 경사를 형성시킬 수 있다.

또한, 산기장치의 상기 하부지지면(11) 혹은 상부 및 하부체결부(30, 31)가 이루는 경사각(26)이 일정하게 유지되도록 각각의 앵커 길이를 변화시켜줄 수 있다.

하·폐수처리장 처리조의 일반적인 슬러지는 일정한 경사각(14) 이상의 판위에서는 중력에 의해 아래로 미끌어지게 되는데, 이러한 현상이 발생하는 경사각(14)은 탄성재질면의 재질이나 슬러지의 성상에 따라 다르나 30도 정도이다. 경사각이 클수록 슬러지가 미끌어지는 속도는 커지게 되며, 바람직한 경사각(14)은 45도 내지 60도이다. 경사각(14)이 75도가 넘을 경우, 처리조 바닥면에 투영된 탄성재질면(10)의 투사 면적이 작아 미세 기공에서 발생된 기포가 상승할 때 서로 부딪혀 합체되는 현상이 급격히 증가한다. 기포가 합체되면 기포의 크기가 커져 공기의 체적당 표면적이 줄어들고, 상승속도가 커져 산소전달효율이 낮아지게 된다.

본 발명의 다른 일례는 미세기포 발생용 산기장치 설치방법으로, 하·폐수의 처리조의 하부에 외부로부터 공기를 공급하는 외부공기공급관(29)을 설치하는 단계, 처리조(21)의 수면(22)과 30 내지 75도인 경사각을 갖는 하부지지면(11)의 상면에 산기수단 몸체(2)를 고정하는 단계를 포함한다. 여기서 산기수단 몸체(2)는 수직 단면이 사각형이며, 길이방향으로 확장되어 있는 직육면체 형상을 갖고 있으며, 일측면 혹은 하부에 기체유입구(4)가 형성되고, 측면 및 상부면에 복수의 기체유출구(6)가 형성되어 있고, 탄성재질면(10)이 산기수단 몸체(2)의 상면 또는 측면에 부착 또는 접착되어 있다.

또한, 산기수단 몸체(2)에 형성되어 있는 기체유입구(4)에 연결되도록 하부지지면(11)에 공기공급관(26)의 일단을 연결하고, 타단은 외부공기공급관(29)에 연결하는 단계, 앵커의 일단은 상기 하부지지면(11)에 고정되고, 타단은 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정하는 단계를 더 포함한다.

더불어, 산기장치의 탄성재질면(11)의 교체가 요구될 경우에, 교체가 용이하도록 상기 외부공기공급관(29), 공기공급관(26) 및 하부지지면(11)이 일체가 되도록 서로 연결하는 단계를 포함한다. 일체로 연결하여, 한번에 장치를 처리조 외부로 이동시켜, 지상에서 탄성재질면(11) 혹은 탄성재질면(10)이 부착 또는 접착되어 있는 산기수단 몸체(2)를 교체할 수 있다.

도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 하·폐수 처리조에서 유기물 및 기타 오염물질을 제거하기 위해 일정량의 공기를 도입함에 있어, 산기장치 가동 시 및 미가동시 산기장치 표면에 슬러지 등의 물질이 쌓이는 것을 방지하고, 탄성재질면(10)의 기공(12)을 통하여 슬러지가 탄성재질면(10)과 산기장치 하부지지면(11) 사이로 침투하거나 기공(12)을 막는 것을 최소화하도록 한다.

일실시 양태로서, 도 11과 같이 산기장치의 경사면이 같은 방향으로 배열되도록 설치할 수도 있으며, 도 12와 같이 서로 대향되어 마주보는 형태로도 설치가 가능하다. 즉, 경사면이 반대방향을 보도록 설치할 수 있으며, 처리조의 형태 혹은 주위 환경을 고려하여 공간을 보다 효율적으로 운영할 수 있다.

도 11 또는 도 12에서는 하나 혹은 두 개의 산기장치를 설치하는 예를 보여주고 있으나, 수면(22)과의 경사각이 30 내지 75도가 되도록 설치할 경우에는 도 6이나 도 7이외에도 처리조의 형태나 사용 환경에 따라서 두 개 이상의 산기장치를 다양한 형태로 배열하여 자유롭게 설치할 수 있다. 예를 들면, 3개의 산기장치를 설치하는 경우에는 삼각형 형태의 하부지지판(11)을 사용하여 삼각형 배열을 적용할 수 있으며, 이외에도 다양한 형상을 갖는 하부지지판(11)을 사용하여 여러 가지의 배열 형태로 적용이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

2 : 산기수단 몸체 4 : 기체 유입구 6 : 기체 유출구
9 : 바닥면 10 : 탄성재질면
11 : 하부지지면 12 : 기공
13 : 공기 버블 14 : 경사각
15 : 앵커 삽입 구멍 16 : 산기장치 체결부 경사각
17 : 벽면 18 : 덮개
19'; 제1 방해판 19": 제2 방해판
19'": 제3 방해판 19"": 제4 방해판
20 : 공기공급관 21 : 처리조
22 : 수면 24 : 산기장치
25 : 짧은 길이의 앵커 26 : 긴 길이의 앵커
27 : 산기장치 체결부 28 : 기초 콘크리트
29 : 외부공기공급관 30 : 상부체결부
31 : 하부체결부

Claims (13)

1. 하·폐수의 처리조에 산소 공급을 위해 구비된 미세기포 발생용 산기장치에 있어서,
   처리조(21)의 수면(22)과 30 내지 75도인 경사각(14)을 갖는 하부지지면(11),
   상기 하부지지면(11)에 하부면이 밀착되어 설치되고, 수직 단면이 사각형이며, 길이방향으로 확장된 양 말단에 벽면(17)이 구비되어 있으며, 일측면 혹은 하부에 기체유입구(4)가 형성되고, 측면 및 상부면에 복수의 기체유출구(6)가 형성되어 있고,
   상기 기체 유입구(4)를 중심으로 대칭되어, 산기수단 몸체(2)의 하부면 및 상부면에는 밀착되어 고정되고, 상기 산기수단 몸체(2) 내부에서 한쪽 단이 기체 유입구(4) 측의 벽면(17)에 밀착되어 고정되며, 반대편 단은 벽면에서 이격되어 있는 제1 방해판(19‘) 및 제2 방해판(19“)을 포함하는 방해판; 상기 방해판은 몸체(12) 내부에 대칭적으로 배치되고, 각각 제1 및 제2 방해판의 측방향으로 이격되어, 한쪽 단이 기체 유입구(4) 측의 벽면(17)에서 이격되고 반대편 단은 벽면에 밀착되어 고정되는 제3 방해판(19‘“) 및 제4 방해판(19”“)을 더 포함하는 하나 이상의 산기수단 몸체(2),
   상기 산기수단 몸체(2)의 상면 및 측면에 부착 또는 접착되어 있고, 기공(12)을 포함하고, 계면활성제가 적용되어 접촉각은 60 ~ 95도이고, 표면에너지는 25 dyne/cm ~ 50 dyne/cm인 탄성재질면(10),
   상기 하부 지지면(11)을 통하여 상기 기체유입구(4)에 연결되어 공기를 산기수단 몸체(2)로 공급하는 공기공급관(20)을 각각 포함하고 있는 2 이상의 산기장치 본체;
   상기 2 이상의 산기장치 본체의 공기공급관(20)에 연결되어, 외부의 공기를 상기 공기공급관(20)에 공급하는 외부공기공급관(29);
   상기 탄성재질면(10)의 상면에 위치하고, 앵커삽입구멍(15)이 형성되어 있는 상부체결부(30),
   상기 하부 지지면(11)의 하면에 위치하고, 앵커삽입구멍(15)이 형성되어 있는 하부체결부(31)를 포함하는 산기장치 체결부(27);
   일단은 상기 상부 및 하부체결부(30, 31)를 관통하여 고정되고, 타단은 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정되어, 상기 탄성재질면(10) 및 상기 하부지지면(11)을 고정시키는 하나 이상의 앵커(25, 26);를 포함하고,
   상기 2이상의 산기장치 본체와 외부공기유입관(29)은 일체로 상호연결되어 있는 미세기포 발생용 산기장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 방해판은 상기 몸체 내부에서 기체의 흐름 방향이 벽면에서 반대방향으로 변경될 수 있도록 연속적으로 제1 내지 제4 방해판 중 적어도 어느 하나를 선택하여 더 포함하는 산기장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 산기장치 체결부(27)는 고무, 플라스틱 또는 금속 중의 하나 이상의 재질로 되어있는 미세기포 발생용 산기장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 앵커(25, 26)의 일단은 고무, 플라스틱 또는 금속 중의 하나 이상의 재질로 되어있는 체결구에 의해서 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정되는 미세기포 발생용 산기장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 앵커(25, 26)의 일단은 용접 또는 바인더에 의해서 상기 외부공기공급관(29) 외부 표면에 고정되는 미세기포 발생용 산기장치.
   
8. 제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성재질면(10)은 폴리우레탄 시트 또는 실리콘 고무 시트 중에 선택되는 산기장치.
   
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13. 삭제

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