KR101980335B1 - 수질개선을 위한 전층순환 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 녹조가 발생한 수역의 수질을 개선하기 위한 전층순환 분사장치에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 수질개선을 위한 전층순환 분사장치는 녹조가 발성한 수역에서 저온의 심층수에 미세기포를 포함시켜 표층수와 혼합하여 수면으로 분사함으로써, 표층 수온 관리와 용존산소가 공급되어 수리특성과 생태환경이 개선되고, 오염물질은 산소가 공급되는 호기성 환경에서 수중생물의 영양(농축/집적)으로 해결하고, 수중생물의 끊어진 먹이사슬이 연결되어 생태계 불균형이 해소될 수 있는 효과가 있다.

Description

수질개선을 위한 전층순환 분사장치{TOTAL LAYER CIRCULATION INJECTION SYSTEM FOR WATER PURIFYING}

본 발명은 녹조 제거를 통해 수질을 개선하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 수역에서 표층 수온을 관리하고 용존산소를 공급하여 수질을 개선하기 위한 전층순환 분사장치에 관한 것이다.

예컨대, 녹조 발생 수역은 깨끗한 수역과 달리 유용 미생물 및 녹조생물을 포식하는 동물성 플랑크톤이 비율이 크게 낮은 것으로 보고되고 있다. 즉 오랫동안 오염으로 산소가 부족해 썩는 혐기성화 되어 미생물과 녹조생물을 포식하는 1차 소비자, 즉 동물성 플랑크톤이 점차 도태되어 생태계 먹이사슬의 순환고리가 끊어짐으로써 녹조에 취약한 문제를 보이고 있다.

이를 해결하기 위하여 일반적으로 적용되어 운용되고 있는 녹조저감기술은 물리적, 화학적, 생물학적 및 복합적 제어기술이 있으며, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 물리적 제어기술은 회전수차, (초)미세기포분사, 물순환장치, 산기장치로 구분되고 있다. 상기 회전수차는 환경부 신기술로 지정받은 바 있으나 천층 호소에 한해 제한적으로 적용되고 있다.

상기 (초)미세기포분사는 미세기포효과와 용존산소 공급에 효과가 있어 수처리시설에서 부상/포기의 필수공정으로 적용되고 있으나 설치대상이 수조와 같은 시설 및 천층 호수로 제한되고 있다.

상기 물순환장치는 심층과 수면에서 각각 적용된 바 있으나 심층에서는 수압의 영향으로 효과가 반감되는 문제점이 있으며, 수면에서는 주로 태양광전지를 이용하여 순환율이 매우 작고 수심에 제한적이다.

상기 산기장치는 저층수 순환이 기포의 상승압력에 의존하여 깊은 수심까지 공기를 압축하는데 많은 에너지가 소요되어 설치 수심에 제한을 받는 문제점이 있다.

다음으로, 화학적 제어기술은 응집제, 살조제 등이 있으며, 수면살포에 의한 응집(침전) 또는 사멸방식으로서 지속적인 노력과 2차 오염의 우려가 제기되는 문제점이 있다.

또한, 생물학적 제어기술은 미생물, 천적생물 등을 살포하는 방식으로서, 선택된 미생물 또는 천적생물에 의해 빠른 효과가 나타나며, 소규모 호수에서 그 성과가 입증된 바 있으나 녹조 발생 수역은 유용미생물과 천적생물(동물성 플랑크톤)에 불리한 생존환경으로서 지속성이 부족한 문제점이 있다.

마지막으로 복합처리 제어기술은 녹조제거선, 가압부상장치 등이 있으며, 현장 적용성이 우수한 기술로 평가된 바 있으나 경제성과 지속성이 부족한 문제점이 있으며, 회수된 녹조 사체의 바이오에너지, 비료, 퇴비화 등 추가적인 자원화기술개발이 필요한 실정이다.

한편, 녹조 제거와 관련된 특허기술은 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 4)에 각기 개시되어 있으며, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

(특허문헌 1)은 호소에 부유체를 설치하고 호기성/혐기성 미생물의 배양탱크와 수중에 믹서기를 설치하여 배양된 미생물의 공급 및 혼합과 물순환을 가능하게 한 호소 수질 개선 시스템을 개시하고 있다.

그러나 (특허문헌 1)은 수면에서 미생물 배양탱크를 유지하기 위한 규모의 부력시설이 필요하다. 그리고 배양시설을 운영하기 위한 노력과 비용이 많이 발생한다.

또한, 수중 믹서는 부력시설에서 운영되어 호소의 표층에 영향을 미칠 뿐만 아니라 유속이 거의 없이 성층화 및 정체된 호소에서 영향은 제한적이다. 그리고 수역별로 이동하며 운용되며, 살포된 미생물이 생존할 수 있는 환경여건이 부족하여 효과가 오랫동안 지속되지 못하는 문제점이 있다.

(특허문헌 2)는 초미세기포를 생성시켜 호소에 공급함으로써 호소를 정화하고, 수중펌프에서 흡입하여 초미세기포를 포함하여 토출구로 분사하는 초미세기포 발성장치 및 이를 갖는 호소 정화장치를 개시하고 있다.

그러나 (특허문헌 2)는 수중펌프에서 흡입과 토출구가 근접하여 재순환의 우려가 있다. 그리고 흡입구와 토출구 사이의 높이 차이가 매우 작으며, 수중에서는 수압에 의해 분사류가 멀리까지 영향을 미치지 못하고, 초미세기포 역시 부력에 의해 곧바로 부상하는 문제점이 있다.

(특허문헌 3)은 태양광 전지를 이용하여 저층의 물을 표층으로 물을 순환시키는 태양광 발전을 이용한 위치이동이 가능한 호소수질 개선장치를 개시하고 있다.

그러나 (특허문헌 3)은 태양광의 동력에 의존하여 물순환이 충분하지 못하여 오염된 호소의 수질개선 효과가 부족하다.

또한, 저층수를 표층으로 순환하는 기능으로 제한되고 있으며, 정온한 내수면에서는 대기와의 교환과 표층수와의 혼합이 충분하지 못하여 호소에 공급되는 용존산소량이 부족하다.

(특허문헌 4)는 저온의 심층수를 수표면에 분사하여 표층수를 냉각시켜 물이 순환됨으로써 수질 및 환경을 개선할 수 있는 심층수 분사형 수질개선장치를 개시하고 있다.

그러나 (특허문헌 4)는 저온의 저층수를 공중으로 분사하면 대기와의 열교환으로 분사류의 온도가 높아지는 문제점이 있다.

한편, 전술한 종래기술들의 문제점을 해결하여 효과적인 녹조관리를 위해서는 녹조 발생의 원인(조건), 생태특성 등을 다각적으로 검토할 필요가 있으며, 단순 개념으로 접근하던 시각에서 벗어나 자연을 복합적(시스템)으로 이해할 필요가 있다.

즉 녹조 발생 수역의 어긋난 생태기능 정성화가 문제해결의 열쇠임을 인식하고, 수중생태계의 생존환경을 개선할 수 있는 수리특성 연구에 집중해야 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1139704호 대한민국 등록특허공보 제10-1371366호 대한민국 등록특허공보 제10-1556698호 대한민국 등록특허공보 제10-1640117호

본 발명의 목적은 정체된 수리특성을 인위적으로 변경하여 수중생물의 생존환경을 개선함으로써 녹조생물이 생태기능에 의한 먹이사슬을 통해 수중환경이 관리되도록 한 수질개선을 위한 전층순환 분사장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여,

본 발명의 일실시 예에 따른 수질개선을 위한 전층순환 분사장치는 부력체를 통해 수면에 부유 설치되며, 외기를 흡기하는 외기흡기관이 상부에 구성되고, 연성호스(Flexible Hose)로 구성된 흡입관로에 의해 흡입구가 심층까지 연장되어 심층수와 외기를 흡입하여 토출하는 순환펌프(Circulating Pump);
상기 부력체에 구성된 걸고리에 매달아 사용하게 되는 유실방지용 로프;
상기 흡입관로의 외주면에 겹겹이 설치되는 거름망으로 구성되어 부유 물질이나 이물질을 여과하여 흡입구의 막힘 현상을 방지하는 여과장치;

상기 순환펌프의 측면에 구성된 토출관에 연결수단을 통해 연결되어 토출관로를 구성하게 되며, 내부공간에 형성된 유체압축용 칸막이가 길이방향을 따라 배열되고, 상기 유체압축용 칸막이를 통해 형성된 유체압축용 배출구를 통한 내부공간에서의 미세기포가 혼합된 유체의 압축과 팽창의 반복을 통해 미세기포를 분화생성시키고, 유체를 압축분사하도록 말단에 내경감소부가 형성된 미세기포생성기(Bubble Generator); 및

상기 미세기포생성기의 말단에 설치되되, 내부에 십자형태로 격벽이 설치되어 상기 격벽을 통해 미세기포생성기의 말단에 설치되며, 상기 말단보다 상대적으로 직경이 크게 형성되어 표층수를 포획연행(Jet entertainment and Turbulent mixing)하여 미세기포와 함께 수면으로 혼합분사하는 교반노즐(Mixing Nozzle);

을 포함하며,
상기 유체압축용 칸막이는 유체압축용 배출구와 접하는 끝단이 유체의 배출방향을 향해 절곡되어 형성된 배출안내부가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 수질개선을 위한 전층순환 분사장치에 있어서, 상기 부력체는 한 쌍으로 구성되어 상부에 원형 또는 다각의 베이스프레임이 설치되고, 상기 베이스프레임의 하부에 설치된 고정프레임이 부력체 사이에 배치되며, 상기 고정프레임에 순환펌프가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 수질개선을 위한 전층순환 분사장치에 있어서, 상기 고정프레임은 하부에 이동바퀴가 설치될 수 있다.

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이러한 해결 수단은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 녹조가 발생한 수역에서 저온의 심층수에 미세기포를 포함시켜 표층수와 혼합하여 수면으로 분사함으로써, 표층 수온이 관리되고 용존산소가 공급되는 호기성 환경에서 수중생태계는 활성화된다.

이에 따라 수리특성과 생태환경이 개선되어 오염물질은 산소가 공급되는 호기성 환경에서 수중생물의 영양(농축, 집적)으로 해결하고, 수중생물의 끊어진 먹이사슬이 연결되어 생태계 불균형이 해소될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치를 수역에 설치한 상태를 나타내 보인 설치상태도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치를 전체적으로 결합하여 나타내 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치를 나타내 보인 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치의 요부를 나타내 보인 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치의 요부를 나타내 보인 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치를 수역에 설치한 상태를 나타내 보인 사시도.

본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 구체적인 내용과 일실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 일실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치(1)를 수역에 설치한 상태를 나타내 보인 설치상태도로서, 수역에 부유 설치된 전순순환 분사장치(1)의 흡입구(31)가 흡입관로(20)에 의하여 심층까지 연장된 것을 나타내 보이고 있다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치(1)를 전체적으로 결합하여 사시도로 나타내 보인 것으로서, 한 쌍의 부력체(10)의 상부에 베이스프레임(11)이 설치되고, 상기 베이스프레임(11)의 하부에 수직프레임(12a)과 수평프레임(12b)으로 구성된 고정프레임(12)이 설치되며, 상기 고정프레임(12)에 순환펌프(30)가 설치되고, 상기 순환펌프(30)의 전방에 미세기포생성기(40)와 교반노즐(50)이 설치되어 구성된 전층순환 분사장치(1)를 나타내 보이고 있다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치(1)를 사시도로 나타내 보인 것으로서, 순환펌프(30)의 상부에 외기흡기관(32)이 설치되고, 상기 순환펌프(30)의 전방에 미세기포생성기(40)와 교반노즐(50)이 설치되며, 상기 순환펌프(30)의 하부에 흡입관로(20)가 연결되고, 상기 흡입관로(20)의 하부에 여과장치(21)가 설치된 결합관계를 나타내 보이고 있다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치(1)의 요부를 사시도로 나타내 보인 것으로서, 미세기포생성기(40)와 교반노즐(50)의 결합관계를 나타내 보이고 있다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치(1)의 요부를 단면도로 나타내 보인 것으로서, 미세기포생성기(40)를 일부 절개하여 순환펌프(30)에서 배출된 유체를 압축과 팽창시켜 미세기포를 분화생성시키는 내부구성을 나타내 보이고 있다.

도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 전층순환 분사장치(1)를 수역에 설치한 상태를 사시도로 나타내 보인 것으로서, 수면에 부유 설치된 전층순환 분사장치(1)에 유실방지용 로프(14)가 설치된 결합관계를 나타내 보이고 있다.

도 1 내지 6에서 보듯이, 본 발명의 일실시 예에 따른 수질개선을 위한 전층순환 분사장치(1)는 순환펌프(30)를 포함한다. 상기 순환펌프(30)는 예컨대, 튜브나 스티로폼 등으로 실시 가능한 부력체(10)를 통해 수질개선의 대상 수역, 즉 녹조가 발생한 호소나 댐의 수면에 부유 설치되고 있으며, 도면상 상부에 설치된 외기흡기관(32)을 통해 외기를 흡기하고, 하부에 설치된 흡입관로(20)에 의해 흡입구(31)는 심층까지 연장된다.

따라서 순환펌프(30)는 동력원인 모터(Motor)의 구동시 외기흡기관(32)과 흡입관로(20)를 통해 심층수와 공기를 함께 흡입하여 토출하게 되는데, 부력체(10)에 의해 수중에 잠겨있는 상태로 수면에 부유 설치되어 있으므로, 유체를 수면으로 토출하고, 이를 미세기포생성기(40)와 교반노즐(50)을 통해 분사하게 된다.

여기서 상기 순환펌프(30)의 흡입구(31)를 심층까지 연장하는 흡입관로(20)는 예컨대, 고압스프링호스와 같이, 자유로이 휘어질 수 있는 연성호스(Flexible Hose)를 순환펌프(30)의 하부에 결합하는 방법으로 실시될 수 있으며, 항상 수중에 위치하여 흡입 양정이 존재하지 않기 때문에 깊은 수심까지도 상기 흡입구(31)를 연장할 수 있다.

이러한 흡입관로(20)는 규격(단면적)이 충분하면 압력(수압)과 마찰저항은 거의 무시될 수 있다. 이는 순환펌프(30)의 능력이 효율적으로 작용하여 흡입관로(20)가 안정적으로 관리될 수 있게 된다.

또한, 순환펌프(30)의 흡입구(31)가 예컨대, 부유 물질이나 이물질에 의하여 막히는 막힘 현상을 방지하기 위하여 흡입관로(20)에 여과장치(21)를 설치하여 운용할 수 있는데, 상기 흡입관로(20)의 내부에 여과장치(21)를 설치하거나 흡입관로(20)의 외주면에 여과장치(21)를 겹겹이 설치하여 여과할 수 있다.

예컨대, 흡입관로(20)의 외주면에 1차로 거친 거름망을 결합하고, 2차 및 3차에는 이보다 고운 거름망을 겹겹이 결합하여 막힘 현상에 의한 순환펌프(30)의 기능저하를 방지하게 된다.

여기서 상기 순환펌프(30)를 수중에 잠겨있는 상태로 부유 설치하기 위한 부력체(10)는 내부에 공기를 주입하여 부력을 발생시키도록 튜브형으로 구성된 것을 도시하여 나타내 보이고 있으며, 한 쌍으로 구성되어 제공된다.

또한, 상기 부력체(10)는 상부에 원형 또는 다각의 베이스프레임(11)이 설치되고, 상기 베이스프레임(11)의 하부에 고정프레임(12)이 설치되어 한 쌍의 부력체(10) 사이에 배치되며, 상기 고정프레임(12)에 순환펌프(30)가 설치되어 운용될 수 있다.

상기 고정프레임(12)은 수직프레임(12a)과 수평프레임(12b)을 연결하는 방식으로 구성될 수 있으며, 베이스프레임(11)의 하부에 용접 등을 통해 고정설치될 수 있으며, 하단에 이동바퀴(13)가 설치되어 순환펌프(30)의 용이한 이동이 가능토록 하게 된다.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 수질개선을 위한 전층순환 분사장치(1)는 순환펌프(30)에서 유체, 즉 공기와 심층수를 흡기혼합하고, 미세기포가 혼합된 유체를 압축 및 팽창을 반복시켜 미세기포를 분화생성시키는 미세기포생성기(40) 및 표층수를 포획연행하여 미세기포와 함께 수면으로 분사하는 교반노즐(50)을 포함한다.

상기 미세기포생성기(40)는 순환펌프(30)의 토출관로를 구성하게 되며, 상기 순환펌프(30)의 측면에 구성된 토출관(30a)에 예컨대 용접 등을 통해 직접 연결되거나 어댑터(Adapter) 등의 연결수단(30b)을 통해 상기 토출관(30a)의 외부에 연결될 수 있으며, 상기 연결수단(30b)을 통해 미세기포생성기(40)가 순환펌프(30)의 측면에 설치된 것을 도시하여 나타내 보이고 있다.

여기서 수중의 미세기포의 생성은 대표적으로 가압방식과 회전방식을 통해 생성될 수 있다.

먼저, 가압방식은 베르누이법칙 PV=P'V'에 따라 압력에 비례하여 기체의 용해량도 증가한다. 고압으로 충분한 양의 기체를 수중에 용해시킨 후 감압하여 용해된 기체분자의 과포화 조건을 만들며, 과잉 용해된 기체는 불완전한 상태가 되고 과포화 기체분자는 물로부터 탈기하면서 미세기포가 생성한다. 고압펌프를 사용하며, 이물질의 막힘 현상에 취약하여 자연환경에서 적용하는 데 한계가 있다.

다음으로, 회전방식은 액체를 고속회전으로 소용돌이를 생성시켜 압력 차이에 의해 기체를 흡기하고, 소용돌이의 충격에 의해 기포가 미세화되는 방식으로서, 대량의 미세기포를 연속으로 생성 가능하다. 즉 순환펌프가 저층수를 흡입할 때 날개 회전에 의해 소용돌이로 공기를 같이 흡입하여 미세기포를 생성시키게 된다.

상기 미세기포생성기(40)는 1차로 순환펌프(30)의 고속회전에 의해 심층수와 공기를 흡기혼합하고, 2차로 관로의 단면적 변화에 의해 공기포화도 이상의 용존산소량(Dissolved Oxygen: DO)을 포함할 수 있도록 압축과 팽창의 반복과정이 유체가 유입되는 내부공간(40a)에서 진행된다.

더욱 구체적으로 설명하면, 미세기포생성기(40)는 내부공간(40a)에 유체압축용 칸막이(41) 및 상기 유체압축용 칸막이(41)를 통해 형성된 유체압축용 배출구(42)가 구성되어 순환펌프(30)에서 토출된 유체를 압축과 팽창을 반복시켜 더 작은 입자크기의 미세기포를 분화생성하게 되며, 미세기포를 포함하는 유체를 압축분사하도록 말단에 내경감소부(43)가 형성된다.

즉 외기가 고속으로 미세기포가 용해된 유체는 압축과 팽창의 반복과정을 거쳐 더 작은 입자크기의 미세기포를 분화생성하게 되는데, 내부공간(40a)의 길이방향으로 유체압축용 칸막이(41)와 유체압축용 배출구(42)를 배열 구성하고, 상기 유체압축용 배출구(42)와 접하는 유체압축용 칸막이(41)의 끝단을 유체의 배출방향을 향해 절곡하여 배출안내부(41a)를 구비토록 함으로써, 압축과 팽창을 용이하게 반복할 수 있어 더욱더 세분화된 미세기포를 생성시키게 된다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 미세기포생성기(40)를 통한 미세기포의 분화생성을 통해 용존산소량은 공기포화도 이상으로 증가하게 되고, 세분화된 미세기포는 교반노즐(50)을 통하여 수면으로 분사된다.

여기서 상기 미세기포생성기(40)를 통해 생성되는 미세기포에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 마이크로버블로 지칭되는 미세기포는 통상적으로 기포 직경이 50㎛ 이하의 기포로서, 머리카락 굵기의 절반 정도이다.

일반 기포는 수중에서 급속으로 부상하지만 미세기포는 1분에 약 3㎜ 정도 부상하여 장시간 수중에 체류하고 축소되어 소멸될 때 완전용해가 된다.

수중에서 미세기포는 나노버블형태로 축소 전환되고, 소멸하면서 오존 대비 2,000배의 산화력을 갖는 프리라디칼을 발생하게 된다. 프리라디칼은 살균력 및 난분해성 화학물질의 분해 능력이 뛰어나므로 다양한 산업분야의 수질개선 및 정화기술로 응용되고 있다.

이러한 미세기포의 특성은 다음과 같다. 수중에서의 미세기포의 표면에는 표면장력이 작용하고, 표면을 작게 하도록 구형을 가지며 내부를 압축하려는 힘으로 작용한다. 미세기포는 수중에서 축소되어 소멸되는데, 이때 내부 압력은 상승한다.

미세기포의 표면은 음전하로 대전되고 양전하를 띤 유기물질을 흡착하여 부상/소멸할 때 프리라디칼과 고압이 발생하여 유기물질을 분해 및 바이러스를 살균하는 효과가 있다.

미세기포의 부상속도는 스토크스(Stokes) 법칙에 따른 공식과 매우 유사한 결과가 산출되었다. 미세기포의 직경이 작을수록 부상속도는 느려지고 수중에서 장시간 체류 소멸하므로 용존산소량이 증가하게 된다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 미세기포생성기(40)를 통해 분화생성된 미세기포가 부유 물질을 흡착하여 부상하게 되며, 용존산소량을 높여 호기성 환경에서 미생물에 의해 분해/산화를 유도하며 악취를 제거하게 된다.

이때 용존산소가 공급되어 호기성 미생물의 활발한 분해활동을 돕는다. 그리고 동절기 호소의 저층 수온은 4∼15℃ 정도의 분포로서 전층순환으로 호기성 미생물의 활발한 활동을 기대할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 교반노즐(50)은 미세기포생성기(40)의 말단에 설치되며, 상기 말단보다 상대적으로 직경이 크게 형성되어 표층수를 포획연행(Jet entertainment and Turbulent mixing)하여 미세기포와 함께 수면으로 분사하게 된다.

예컨대, 일반적인 제트 분사류는 정상류 형태로 분사되며, 수류마찰에 의해 보다 멀리까지 영향을 미치지 못한다.

반면에 상기 교반노즐(50)은 분사류의 가장자리는 수류마찰에 의해 와류(Eddy)를 형성하며 마찰저항을 받게 되지만, 중심부에서는 와류 흐름(Turbulence Flow)으로써 연행하며 수류를 형성하게 된다. 즉 교반노즐(50) 내에서의 분사류는 표층수를 포획하며 수류를 형성하게 된다.

이러한 교반노즐(50)의 분사류가 일정한 방향성을 가지고 보다 멀리까지 와류형태의 수류를 형성할 수 있도록 원통형으로 구성된다. 그리고 교반노즐(50)은 분사류가 와류혼합과 방향성을 갖도록 미세기포생성기(40)의 말단보다 상대적으로 직경이 크게 형성되고, 내부에 격벽(51)이 십자형태로 연결되어 설치된다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 상기 격벽(51)을 통해 미세기포생성기(40)의 말단에 연결설치되는 교반노즐(50)을 통해 표층수는 분사류에 포획연행되어 난류교반과 수평확장을 거치게 되어 표층수와의 혼합효율을 향상시키게 된다.

이하, 본 발명의 전층순환 분사장치(1)의 운용방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, 이는 하나의 운용방법으로서, 반드시 이로 한정하는 것은 아님을 사전에 밝혀둔다.

먼저, 오랫동안 정체되어 어렵다고 여겨졌던 오염된 심층수를 표층으로 순환시키기 위해 호소나 댐(보)의 가장 깊은 심층까지 흡입관로(20)를 연장한다.

예컨대, 도심에 위치하여 오염된 호소의 순환과 수질을 개선하기 위해서 흡입관로(20)를 호소의 출구(하류)까지 연장하고, 전층순환 분사장치(1)는 호소의 중앙 또는 입구(상류)에 위치시키면, 호소의 순환과 용존산소 공급으로 호소의 수질을 개선하게 된다.

이때 전층순환 분사장치(1)의 유실을 방지하기 위하여 부력체(10)에 걸고리(10a)를 구성한 후 상기 걸고리(10a)에 유실방지용 로프(14)를 매달아 사용할 수 있다.

상기 전층순환 분사장치(1)의 분사방향은 상류(수초)로 향하여 넓은 영역에 영향이 미칠 수 있도록 한다. 그리고 섬 또는 수로를 이용하여 수계 전체가 도넛형태의 순환구조가 되도록 계획될 수 있으며, 대상 수역의 규모에 따라 일정 간격의 설치도 검토될 수 있다.

따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 저온의 심층수에 공기를 흡기하여 미세기포를 포함시켜 수면의 표층수와 혼합분사하면, 저온의 분사류는 밀도평형이 이루어질 때까지 대류순환이 계속되고, 심층에는 새로운 심층수로 치환되어 전층순환이 이루어지게 된다.

즉 전층순환 분사장치(1)를 통한 전층순환과 용존산소 공급으로 유용 미생물을 포함한 수중생물이 생존할 수 있는 호기성 환경으로 전환함으로써, 수역의 수중환경을 개선하게 된다. 그리고 수리특성을 이용하여 호소의 생물학적, 화학적 변화로 자연 순환계를 평형상태로 관리할 수 있게 된다.

또한, 전층순환 분사장치(1)는 외부동력으로 물과 공기만을 사용하여 전층순환과 용존산소를 공급하는 친환경 장치로서 심층 및 퇴적층을 포함하여 전층 수질을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 비용 또한 크게 절감할 수 있게 된다.

나아가 전층순환 분사장치(1)는 녹조생물을 직접 사멸하는 방식이 아니라 생태계 먹이사슬에 의한 자연 순환계의 지속 가능한 기술로 평가될 수 있다. 즉 인간의 활동으로 어긋난 자연 순환계의 균형을 바로잡으면 자연 생태계는 빠르게 복원될 수 있을 것이다.

이상 본 발명을 일실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 수질개선을 위한 전층순환 분사장치는 이에 한정되지 않는다. 그리고 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 일실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 전층순환 분사장치 10: 부력체
10a: 걸고리 11: 베이스프레임
12: 고정프레임 12a: 수직프레임
12b: 수평프레임 13: 이동바퀴
14: 유실방지용 로프 20: 흡입관로
21: 여과장치 30: 순환펌프
30a: 토출관 30b: 연결수단
31: 흡입구 32: 외기흡기관
40: 미세기포생성기 40a: 내부공간
41: 유체압축용 칸막이 41a: 배출안내부
42: 유체압축용 배출구 43: 내경감소부
50: 교반노즐 51: 격벽

Claims (7)

1. 부력체를 통해 수면에 부유 설치되며, 외기를 흡기하는 외기흡기관이 상부에 구성되고, 연성호스로 구성된 흡입관로에 의해 흡입구가 심층까지 연장되어 심층수와 외기를 흡입하여 토출하는 순환펌프;
   상기 부력체에 구성된 걸고리에 매달아 사용하게 되는 유실방지용 로프;
   상기 흡입관로의 외주면에 겹겹이 설치되는 거름망으로 구성되어 부유 물질이나 이물질을 여과하여 흡입구의 막힘 현상을 방지하는 여과장치;
   상기 순환펌프의 측면에 구성된 토출관의 외부에 연결수단을 통해 연결되어 토출관로를 구성하게 되며, 내부공간에 형성된 유체압축용 칸막이가 길이방향을 따라 배열되고, 상기 유체압축용 칸막이를 통해 형성된 유체압축용 배출구를 통한 내부공간에서의 미세기포가 혼합된 유체의 압축과 팽창의 반복을 통해 미세기포를 분화생성시키고, 유체를 압축분사하도록 말단에 내경감소부가 형성된 미세기포생성기; 및
   상기 미세기포생성기의 말단에 설치되되, 내부에 십자형태로 격벽이 설치되어 상기 격벽을 통해 미세기포생성기의 말단에 설치되며, 상기 말단보다 상대적으로 직경이 크게 형성되어 표층수를 포획연행하여 미세기포와 함께 수면으로 혼합분사하는 원통형의 교반노즐;
   을 포함하며,
   상기 유체압축용 칸막이는 유체압축용 배출구와 접하는 끝단이 유체의 배출방향을 향해 절곡되어 형성된 배출안내부가 구비된 것을 특징으로 하는 수질개선을 위한 전층순환 분사장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 부력체는 한 쌍으로 구성되어 상부에 원형 또는 다각의 베이스프레임이 설치되고, 상기 베이스프레임의 하부에 설치된 고정프레임이 부력체 사이에 배치되며, 상기 고정프레임에 순환펌프가 설치된 것을 특징으로 하는 수질개선을 위한 전층순환 분사장치.
   
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