KR102143790B1 - 고효율 미세기포 발생장치, 이를 이용한 부상분리장치 및 그 작동방법 - Google Patents

고효율 미세기포 발생장치, 이를 이용한 부상분리장치 및 그 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치 및 그 사용 방법에 관한 것으로 구체적으로 오염수 내에 미세기포를 공급함과 동시에 응집제를 분사시켜 미세플록(micro floc)을 생성하고, 상기 미세플록(micro floc)에 미세기포를 부착시켜 부상시킴으로써, 오염수를 정화시키는 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 내부에 제1내부공간(I1)이 형성되고, 외부에서 유입된 오염수가 상기 제1내부공간(I1)에 저장되는 혼합조(100); 상기 제1내부공간(I1)에 설치되어, 상기 오염수에 미세기포를 발생시키는 미세기포 발생장치(200); 내부에 제2내부공간(I2)이 형성되고, 상기 제1내부공간(I1)으로부터 유입된 상기 오염수가 상기 제2내부공간(I2)에 저장되는 부상조(300); 및 상기 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)과 상기 부상조(300)의 제2내부공간(I2)이 서로 연통되도록 설치되는 연결관(400);를 포함한다.

Description

고효율 미세기포 발생장치, 이를 이용한 부상분리장치 및 그 작동방법{HIGH EFFICIENCY MICRO BUBBLE GENERATOR, FLOATATION PLANT USING THE SAME AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치 및 그 사용 방법에 관한 것으로 구체적으로 오염수 내에 미세 기포를 공급하여 폐수처리를 위한 폭기조에 용존 산소를 효율적으로 공급함과 동시에 부상분리공정에서는 응집제를 분사시켜 미세플록(micro floc)을 생성하고, 상기 미세플록(micro floc)에 미세기포를 부착시켜 부상시킴으로써, 오염수를 정화시키는 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치에 관한 것이다.
일반적으로 하폐수처리공정 중 산소공급장치는 미생물을 이용하는 활성 슬러지의 생물반응조에서 용존 산소를 효과적으로 공급하는 수처리 설비이며, 부상분리식 하폐수처리장치는 원수에 포함된 부유물질이 응집되어 형성되는 미세플록(micro floc)을 형성시킨 뒤 응집보조제를 통해 조대플록(macro floc)으로 성장시키며, 이때 미세기포를 부착시켜 부력에 의해 부상하는 조대플록(macro floc)을 제거하는 방식으로 각종 이물질을 제거하는 수처리 설비이다.
도 1은 그와 같은 부상분리식 하수처리장치의 구성을 도시 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 부상분리식 하수처리장치는 급속교반을 통해 PAC(poly aluminium chloride)와 같은 무기응집제를 혼화하여 미세플록(micro floc)을 형성하고, 조대플럭(macro floc)으로 플럭의 크기를 성장시키기 위해 폴리머(polymer) 등의 약품 투입(응집보조제)을 위한 별도의 급속혼화조(10) 및 완속혼화조(20)가 필요했다.
또한, 생성된 조대플럭(macro floc)을 부상시키기 위한 미세기포 발생장치의 설치를 위한 가압탱크, 순환수용 펌프 등의 부대시설이 별도로 필요했다.
또한, 공기가 투입되는 구조물(30)을 별도로 형성하여 공기 투입 공정 수행 시간이 별도로 필요했다.
하지만, 이에 따라, 약품을 혼합시키는 혼합조와 미세기포공급을 위한 공간 및 설비가 별도로 필요했으며, 각각의 공정에 필요한 시간이 증가하는 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제10-1054087호
본 발명은 하폐수처리공정 중 호기성미생물에 미세 기포를 안정적으로 공급하여 용존 산소 농도를 효율적으로 관리할 수 있고, 플록을 생성하기 위한 약품을 분사형태로 공급함과 동시에 미세기포를 생성하여 공정운영에 필요한 시간 및 구성을 줄일 수 있는 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치 및 그 사용 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 미세기포가 부착된 플록이 이동함에 있어서, 플록을 부상시키기 위한 유량변화의 흐름을 가이드 할 수 있는 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치 및 그 사용 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 오염수 내부에 배치되는 모터(210); 하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 모터(210) 하단에 배치된 제1판(220); 상기 모터(210)에 장착되어 회전하고, 상기 제1판(220)을 관통하는 회전축(230); 상기 회전축(230)의 하단에 장착되어 회전하며, 하단에 제1유입공(244)이 형성된 임펠러부(240); 하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 임펠러부(240)의 하단에 배치되고, 중앙에 홀(251)이 형성되는 제2판(250); 및 일단에 유출공(265)이 형성되고, 상기 유출공(265)이 상기 홀(251)을 관통하여 상기 제1유입공(244)과 마주보도록 배치된 유입관(260); 을 포함하고, 상기 임펠러부(240)는, 상기 회전축(230)의 하부에 연결되는 상판(241); 상기 상판(241)과 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 중앙에 제1유입공(244)이 형성된 하판(242); 및 상기 상판(241) 및 상기 하판(242) 사이에 구비되는 복수개의 임펠러 날개(243); 를 포함하되, 상기 임펠러 날개(243)는 내측에서 외측 방향으로 만곡된 형상으로 이루어지며, 상기 임펠러부(240) 내부에서 상기 임펠러부(240)의 회전에 의해 내부에 부압이 발생하는 공간(S)이 형성되며, 상기 임펠러부(240)의 상기 상판(241)의 면적과 상기 제1유입공(244)의 면적의 비율은 10%이상 내지 20%이하인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공한다.
또한, 상기 유입관(260)의 타단은 복수 개로 분기되며, 상기 타단 중 어느 하나는 대기를 향해 개방되어 상기 유입관(260) 내부로 공기를 유입시키고, 상기 타단 중 다른 하나는 제1약품 저장탱크(261)와 연통되어 상기 유입관(260) 내부로 상기 제1약품을 유입시키는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 유입관(260)의 각각의 타단에는 제1밸브(262)가 형성되어, 상기 유입관(260)의 타단을 개폐하는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1약품 저장탱크(261) 내에는 정량펌프(263)가 형성되어, 투입되는 제1약품의 투입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 임펠러 날개(243)의 회전 주파수는 20Hz ~ 60Hz인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 유출공(265)은 상기 임펠러부(240) 내부의 공간(S)과 연통되도록 상기 제1유입공(244)과 연결되는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 유출공(265)은, 상기 제1유입공(244)과 소정 간격 이격되어 배치되되, 상기 임펠러부(240)가 회전함에 따라, 상기 임펠러부(240) 외부의 오염수와 상기 유출공(265)으로부터 유출되는 공기가 함께 상기 제1유입공(244)으로 유입되어, 상기 임펠러부(240)의 내부 공간(S)으로 유입되는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대기중에 배치되며 내부에 수직방향으로 모터관통공(211')이 형성된 모터(210'); 하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 모터(210') 하단에 배치된 제1판(220'); 상기 모터(210')에 장착되어 회전하고, 상기 제1판(220')을 관통하며, 상기 모터관통공(211')과 연통되는 회전축홀(231')을 구비하는 회전축(230'); 상기 회전축(230')의 하단에 장착되어 회전하며, 상부에 상기 회전축홀(231')과 연통되는 제2유입공(241a')이 형성된 임펠러부(240'); 및 하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 임펠러부(240') 하단에 배치된 제2판(250');을 포함하는 고효율 미세기포 발생장치에 있어서, 상기 모터관통공(211'), 상기 회전축홀(231') 및 상기 제2유입공(241a')은 동축상에 위치하여 유입로(L)를 형성하며, 상기 임펠러부(240')는 상기 회전축(230')의 하부에 연결되며, 중앙에 상기 제2유입공(241a')이 형성된 상판(241'); 상기 상판(241')과 소정간격 이격되어 평행하게 배치된 하판(242'); 및 상기 상판(241') 및 상기 하판(242') 사이에 구비되는 복수 개의 임펠러 날개(243');를 포함하되, 상기 임펠러 날개(243')는 내측에서 외측방향으로 만곡된 형상으로 이루어지고, 상기 임펠러부(240')의 상기 상판(241`)의 면적과 상기 제2유입공(241a')의 면적의 비율은 10%이상 내지 20%이하인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공한다.
또한, 상기 임펠러 날개(243')의 회전 주파수는 20Hz ~ 60Hz인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 제1내부공간(I1)이 형성되고, 외부에서 유입된 오염수가 상기 제1내부공간(I1)에 저장되는 혼합조(100); 상기 제1내부공간(I1)에 설치되어, 상기 오염수 내부에 미세기포를 발생시키는 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 미세기포 발생장치(200); 내부에 제2내부공간(I2)이 형성되고, 상기 제1내부공간(I1)으로부터 유입된 상기 오염수가 상기 제2내부공간(I2)에 저장되는 부상조(300); 및 상기 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)과 상기 부상조(300)의 제2내부공간(I2)이 서로 연통되도록 설치되는 연결관(400); 를 포함하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치를 제공한다.
또한, 상기 부상조(300)는, 상기 제2내부공간(I2)에 장착되어, 상기 제1내부공간(I1)에서 유입된 오염수의 오염물질과 결합한 미세기포가 상승하도록 가이드 하는 배플(310); 상기 배플(310)의 각도를 조절하는 각도조절부(320); 및 상기 제2내부공간(I2)에 저장된 오염수 위로 떠오른 부유물을 제거하는 스크래퍼부(330); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 연결관(400)은, 상기 연결관(400) 내부로 제2약품을 주입하도록 형성되는 제2약품 저장탱크(410); 상기 연결관(400)과 상기 제2약품 저장탱크(410)를 연통하는 주입관(420); 및 상기 연결관(400) 내부로 주입되는 제2약품의 주입량을 조절하는 제2밸브(430); 가 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부에서 유입된 오염수가 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)에 저장되는 단계(S100); 상기 제1내부공간(I1)에 설치된 미세기포 발생장치(200)의 모터(210)를 가동시켜, 상기 모터(210)에 연결된 회전축(220)의 하부에 연결되는 상판(241) 및 상기 상판(241)과 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되되, 중앙에 제1유입공(244)이 형성된 하판(242)을 포함하는 임펠러부(240)를 회전시키는 단계(S200); 상기 임펠러부(240)의 회전에 의해 공간(S) 내부에 부압을 발생시키는 단계(S300); 상기 부압에 의해 상기 공간(S) 내부로 공기 및 제1약품이 흡입되는 단계(S400); 임펠러부(240)의 회전에 의해 발생한 원심력에 의해, 상기 공기 및 상기 제1약품이 상기 오염수 내부로 분사되어, 상기 공기가 미세기포를 형성하면서 상기 제1약품 및 상기 오염수가 혼합되는 단계(S500); 상기 제1약품이 상기 오염수 내부의 오염물질과 반응하여 미세플록(micro floc)을 생성하는 단계(S600); 상기 미세플록(micro floc)이 상기 오염수의 흐름에 따라 연결관(400) 방향으로 이동하고, 상기 연결관(400)에서 주입되는 폴리머(polymer)에 의해 상기 미세플록(micro floc)이 응집되어 조대플록(macro floc)을 생성하는 단계(S700); 상기 조대플록(macro floc)이 상기 미세기포의 부력에 의해, 부상조(300) 내에서 배플(310)을 따라 상승하는 단계(S800); 및 상기 부상조(300)의 수면으로 상승한 상기 조대플록(macro floc)이 스크래퍼(332)에 의해 포집되어 제거되는 단계(S900); 를 포함하되, 상기 임펠러부(240)의 상기 상판(241)의 면적과 상기 제1유입공(244)의 면적의 비율은 10%이상 내지 20%이하인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치의 작동방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 폐수처리공정 중 호기성생물반응조의 하부에 설치 및 운전을 통해 미세 기포를 공급하여 용존 산소 농도를 효과적으로 증가시키며, 부상분리공정에서 플록을 생성하기 위한 약품을 분사형태로 공급함과 동시에 미세기포를 생성하여 공정운영에 필요한 시간 및 구성을 줄일 수 있는 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치 및 그 사용 방법을 제공할 수 있다.
또한, 미세기포가 부착된 플록이 이동함에 있어서, 플록을 부상시키기 위한 유량변화의 흐름을 가이드 할 수 있는 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치 및 그 사용 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 부상분리장치의 구성도이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 임펠러부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 사용상태도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 다른 사용상태도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 실물 사진을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 미세기포 발생장치의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 실물 사진을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 작동방법의 플로우차트이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 다른 실시예이다.
도 16은 도 15의 미세기포 발생장치의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 나타낸 사진이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1유입공과 유출공이 이격된 미세기포 발생장치(200)의 일부를 나타낸 사진이다.
도 19a는 미세기포를 발생시키기 전의 오염수 사진이고, 도 19b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 통해 오염수에 미세기포를 발생시키고 있는 사진이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 개념도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 임펠러부의 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치(10)는 혼합조(100), 미세기포 발생장치(200), 부상조(300) 및 연결관(400)을 포함할 수 있다.
혼합조(100)는 내부에 제1내부공간(I1)이 형성될 수 있다. 제1내부공간(I1)에는 외부에서 유입된 오염수가 저장될 수 있다.
미세기포 발생장치(200)는 제1내부공간(I1)에 설치되어, 오염수에 미세기포를 발생시킬 수 있다. 이러한, 미세기포 발생장치(200)는 모터(210), 제1판(220), 회전축(230), 임펠러부(240), 제2판(250) 및 유입관(260)을 포함할 수 있다.
모터(210)는 제1내부공간(I1)의 오염수 내부에 배치될 수 있다.
제1판(220)은 하방으로 경사진 깔대기 형상으로 형성될 수 있다. 제1판(220)은 모터(210) 하단에 배치되어 중앙에 홀이 형성될 수 있다.
회전축(230)은 모터(210) 하단에 장착되어 회전할 수 있다. 회전축(230)은 제1판(220)의 홀을 관통하여 형성될 수 있다.
임펠러부(240)는 회전축(230)의 하단에 장착되어 회전할 수 있다. 임펠러부(240)는 미세기포를 생성할 수 있다. 이때, 생성된 미세기포는 하방으로 경사진 제1판(220)의 밑단을 따라 분포될 수 있다. 도 6을 참조하면, 임펠러부(240)는 상판(241), 하판(242), 임펠러 날개(243) 및 제1유입공(244)을 포함할 수 있다.
상판(241)은 회전축(230)의 하부에 연결될 수 있다. 상판(241)은 회전축(230)의 회전에 따라 회전될 수 있다.
하판(242)은 상판(241)과 소정간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 하판(242)은 중앙에 제1유입공(244)이 형성될 수 있다. 제1유입공(244)은 외부로부터 임펠러부(240)의 내부와 연결될 수 있다. 즉, 제1유입공(244)은 공기 및 약품이 임펠러부(240)의 내부로 유입될 수 있도록 형성된다.
임펠러 날개(243)는 상판(241) 및 하판(242) 사이에 구비될 수 있다. 임펠러 날개(243)는 복수 개 형성될 수 있다. 임펠러 날개(243)는 상판(241)이 회전함에 따라 회전될 수 있다. 임펠러 날개(243)는 회전시 오염수의 저항을 저감시키는 후향 베인(backward vane), 즉, 후향 만곡 베인(backward curved vane)으로 형성될 수 있다. 또한, 임펠러 날개(243)는 내측에서 외측방향으로 만곡되도록 만곡부(243a)가 형성될 수 있다. 따라서, 임펠러부(240)의 내부에는 공기, 약품 및 오염수가 혼합될 수 있는 공간(S)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 임펠러 날개(243)는 상하 대칭으로 형성되어 유체저항이 작고, 풍압이 높아 동일한 수심에서 많은 공기량을 공급할 수 있다. 또한, 오염수와의 저항을 최소화하여 비교적 적은 동력으로 임펠러 날개(243)의 회전 효율을 향상시킬 수 있다. 임펠러 날개(243)는 상판(241) 및 하판(242) 사이에 수직하게 형성될 수 있다.
따라서, 임펠러 날개(243)는 제1유입공(244)에서 유입되는 공기 및 강한 원심력에 의한 약품의 분사를 통해 약품혼합율을 향상시킬 수 있다. 혼합율이 향상된 공기와 약품은 임펠러부(240)를 통과하는 과정에서 미세화되어 미세 기포와 같이 회전력에 의해 수중에 분사된다.
임펠러부(240)의 상판(241)의 직경(즉, 하판(242)의 직경)과 제1유입공(244)의 직경의 비율은 9%이상 내지 22%이하로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 임펠러부(240)의 상판(241)의 직경과 제1유입공(244)의 직경의 비율은 10%이상 20%이하일 수 있다. 일 예로, 임펠러부(240)의 상판(241)의 직경이 0.3m(300mm)일 경우, 제1유입공(244)의 직경은 0.13m일 수 있다.
임펠러 날개(243)의 회전 주파수는 20Hz ~ 60Hz로 회전할 수 있다. 보다 바람직하게는, 임펠러 날개(243)의 회전 주파수는 30Hz~60Hz로 회전할 수 있다. 즉, 처리할 오염수의 용량, 혼합조(100)의 면적에 따라 회전속도를 달리할 수 있다. 일 예로, 임펠러부(240)의 내부에서 외부로 미세 기포를 원활하게 확산시키기 위해서는 임펠러 날개(243)의 회전속도는 4극 모터 주파수 기준으로 20Hz이상, 20Hz ~ 60Hz 범위로 실행될 수 있다.
위와 같은 설정들을 적용한 실험 예를 구체적으로 제시하면, 수심 1.5m에 설치된 미세기포 발생장치(200)는, 임펠러부(240)의 상판(241)의 직경이 0.3m(=300mm)이고, 제1유입공(244)이 0.13m(130mm)으로 형성될 수 있으며, 임펠러 날개(243)의 회전속도 60Hz에서 제1약품 흡입과 미세기포가 동시에 수행될 수 있다. 하지만, 수심에 따라 회전 주파수가 변경될 수 있으니, 제1약품 확산효율의 저하를 방지하기 위해서는 최소 20Hz, 570rmp이상(바람직하게는, 30Hz이상)에서 가동되어야 한다.
제2판(250)은 하방으로 경사진 깔대기 형상으로 형성될 수 있다. 제2판(250)은 임펠러부(240)의 하단에 배치될 수 있다. 제2판(250)의 중앙에는 홀(251)이 형성될 수 있다.
유입관(260)은 일단이 홀(251)을 관통하여 제1유입공(244)과 마주보도록 배치될 수 있다. 유입관(260)의 일단에는 유출공(265)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 유출공(265)은 제1유입공(244)과 연결되도록 배치되어, 유출공(265)을 통해, 유입관(260)의 일단과 제1유입공(244)이 연통된다. 이에, 유입관(260) 내부로 유입된 약품 또는 공기가 임펠러부(240) 내부의 공간(S)으로 유입될 수 있다.
유입관(260)의 타단은 복수 개로 분기될 수 있다. 유입관(260)의 타단 중 어느 하나는 대기를 향해 개방되어 유입관(260) 내부로 공기를 유입시킬 수 있다. 유입관(260)의 타단 중 다른 하나는 제1약품 저장탱크(261)와 연통되어 유입관(260) 내부로 제1약품을 유입시킬 수 있다. 즉, 유입관(260) 내부로 유입된 제1약품은 제1유입공(244)을 통과해 임펠러부(240) 내부로 유입될 수 있다. 유입관(260)의 각각의 타단에는 제1밸브(262)가 형성될 수 있다. 제1밸브(262)는 유입관(260)으로 투입되는 공기 및 제1약품의 on/off를 조절할 수 있다. 제1약품은 PAC(poly aluminium chloride) 등의 무기응집제(inorganic coagulant)를 포함할 수 있다. PAC는 미세기포의 크기를 작게 형성할 수 있다. 따라서, 형성된 미세기포는 오염수의 흐름을 따라 후술하는 부상조(300)로 이동할 수 있도록 된다.
이러한 무기응집제(inorganic coagulant)는 오염수 속에 현탁되어 있는 고체입자가 몇 개씩 모아서 덩어리를 만들거나, 무기응집제에 의해 형성된 미세플럭(micro floc)을 조대플럭(macro floc)으로 만들기 위해 액체에 첨가하는 약품을 뜻한다. 즉, 유입관(260)을 통해 유입되는 제1약품은 임펠러부(240)의 미세기포와 같이 오염수로 분포되어 오염수 내의 부유물질과 응집되어 플록(floc)을 형성하게 된다.
또한, 유입관(260)의 각각의 타단에는 정량펌프(263)가 형성될 수 있다. 정량펌프(263)는 공기 및 제1약품의 투입량을 조절할 수 있다. 즉, 처리대상 오염수의 처리용량과 오염 정도에 따라 제1약품 주입량이 달라지는데, 정량펌프(263)를 이용하여 제1약품 주입량을 조절하여 오염수의 기질제거율을 설정할 수 있다.
이와 같이, 공기와 약품을 동시에 투입 후 혼합하는 미세기포 발생장치(200)는 종래의 부상분리장치와는 달리, 약품을 투입하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않으므로, 공정 시간을 단축하고, 불필요한 구성을 제거하여 약품 혼합 효율을 상승시킬 수 있다.
부상조(300)는 내부에 제2내부공간(I2)이 형성될 수 있다. 부상조(300)는 제1내부공간(I1)으로부터 유입된 오염수가 제2내부공간(I2)에 저장될 수 있다. 부상조(300)는 제2내부공간(I2)에 장착되어, 제1내부공간(I1)에서 유입된 미세기포가 상승하도록 가이드하는 배플(baffle, 310)을 포함할 수 있다. 즉, 배플(310)은 후술하는 연결관(400)을 통과한 플록(floc)을 포집한 미세기포가 배플(310)의 일측면을 따라 상승하므로, 미세기포를 부상조(300)의 수면으로 상승하도록 가이드 할 수 있다. 도 3을 참조하면, 배플(310)은 각도가 조절 가능하도록 각도조절부(320)가 구비될 수 있다. 따라서, 처리유량의 변화를 통해 부상조(300) 내 수위가 바뀔 경우 오염수의 플록(floc)을 수면으로 원만하게 유도해야 할 경우에는 배플(310)의 각도를 조절할 수 있다. 예를들어, 처리유량이 감소하여 부상조(300)의 수위가 내려갈 경우에는 배플(310)의 각도를 오른쪽으로 완만하게 눕혀 조대플럭(macro floc)을 제2내부공간(I2)의 수면쪽으로 넓게 유도시킬 수 있다.
부상조(300)는 제2내부공간(I2)에 저장된 오염수 위로 떠오른 부유물을 제거하도록 스크래퍼부(330)를 포함할 수 있다. 스크래퍼부(330)는 몸체(331), 스크래퍼(332) 및 지지부재(333)를 포함할 수 있다. 지지부재(333)는 부상조(300) 상부에 설치될 수 있다. 몸체(331)는 지지부재(333)에 설치되어 일측으로 회전할 수 있다. 스크래퍼(332)는 몸체(331)에 설치되어 몸체(331)가 회전함에 따라 제2내부공간(I2) 상부수면에 부상한 플록(floc)을 제거할 수 있다.
일반적으로 호기성 미생물이 다량 존재하는 폐수처리장 혼합액의 경우, 미생물에 의해 용존 산소가 소모된다. 따라서, 폐수처리장의 혼합액에 미생물이 소비할 용존산소량(DO)을 증가시키는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 임펠러부(240)의 제1유입공(244)의 직경과 상판(241)의 직경 비율에 따른 DO 농도 특성을 비교 분석하였다.
[실험예]
임펠러부(240)의 상판(241)의 직경과 제1유입공(244)의 직경의 비율을 10%이상 20%이하로 하여, 혼합조(100)의 용존산소량(DO)을 증가시킬 수 있다. 이에 대한 근거로, 하기의 [표 1] 내지 [표 9]는 공기 유입량의 변화에 따라 용존 산소량을 측정한 실험 및 실험 결과이다.
실험 조건
- 실험대상원수: 폐수처리시설의 폭기조 혼합액
- 반응조 크기: 30㎥
- 반응조 조건: 수온 33~34℃, MLSS 9,000~10,000mg/L
- DO meter: YSI 550A model
- 모터사양: 15kw, 4P, 60Hz(1720rpm)
- 공기를 공급하지 않고 교반만 하여 DO를 0.1ppm까지 낮춘 뒤, 시제품 가동 후 최대 용존 산소량을 측정
임펠러부(240)의 회전 주파수(즉, 임펠러 날개(243)의 회전 주파수)가 60Hz, 50Hz, 30Hz 인 각각의 조건에서, 상판(241)의 직경과 제1유입공(244)의 직경 비율에 따른 혼합조(100) 내부의 용존산소량(DO) 변화를 측정하는 실험을 진행하였다.
하기의 [표 1] 내지 [표 3]은 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz, 50Hz, 30Hz 으로 각각 상이하되, 상판(241)의 직경이 0.3m(=300mm)으로 동일할 때, 제1유입공(244) 직경의 변화에 따라 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에 따른 DO 농도를 나타낸 결과이다.
구체적으로, [표 1]은 상판(241)의 직경이 0.3m(=300mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz인 경우이고, [표 2]는 상판(241)의 직경이 0.3m(=300mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수가 50Hz인 경우이고, [표 3]은 상판(241)의 직경이 0.3m(=300mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수 30Hz인 경우이다. 이와 같이 [표 1] 내지 [표 3]은 제1유입공(244)의 직경 변화에 따라, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에 따른 DO 농도를 측정한 것이다.

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.3
0.04
0.01
1%
1.2

0.3
0.07
0.05
5%
1.8

0.3
0.09
0.09
9%
3.8

0.3
0.1
0.11
11%
4.5

0.3
0.12
0.16
16%
4.8

0.3
0.13
0.187
19%
5.1

0.3
0.14
0.217
22%
4.7

0.3
0.15
0.25
25%
2.8

0.3
0.17
0.32
32%
2.0

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.3
0.04
0.01
1%
0.9

0.3
0.07
0.05
5%
1.3

0.3
0.09
0.09
9%
3.5

0.3
0.1
0.11
11%
3.8

0.3
0.12
0.16
16%
4.2

0.3
0.13
0.187
19%
4.6

0.3
0.14
0.217
22%
3.8

0.3
0.15
0.25
25%
3.1

0.3
0.17
0.32
32%
2.5

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.3
0.04
0.01
1%
0.4

0.3
0.07
0.05
5%
0.8

0.3
0.09
0.09
9%
1.4

0.3
0.1
0.11
11%
1.8

0.3
0.12
0.16
16%
2.1

0.3
0.13
0.187
19%
2.1

0.3
0.14
0.217
22%
1.9

0.3
0.15
0.25
25%
0.9

0.3
0.17
0.32
32%
0.8
[표 1] 내지 [표 3]에서는 공통적으로 9%이상 내지 22%이하인 경우가 그 밖의 범위보다 DO 농도가 높게 나타났다. 특히, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)이 10%이상 내지 20%이하인 경우(바람직하게는 11% 내지 19% 경우) DO 농도가 다른 경우보다 높게 나타났다. 아울러, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)이 9%이상 19%이하의 구간에서는 제1유입공(244)의 직경이 커짐에 따라 DO농도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
다만, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)이 동일한 비율 할 때는, 임펠러부(240)의 회전 주파수가 높을수록 DO 농도가 증가한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상판(241)의 직경이 0.3m(=300mm)이고, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)이 9%이상 22%이하인 동일 조건상에서, 임펠러부(240)의 회전 주파수의 60Hz, 50Hz, 30Hz 순으로 DO 농도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
일 예로, [표 1] 내지 [표 3]에서 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)이 19%인 동일 조건일 때, [표 1]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz인 경우 DO농도는 5.1이고, [표 2]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 50Hz인 경우 DO농도는 4.6이고, [표 3]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 30Hz인 경우 DO농도는 2.1로 나타났다.
즉, 동일한 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에서는, 임펠러부(240)의 회전 주파수가 높을수록 DO농도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
상기의 [표 4] 내지 [표 6]은 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz, 50Hz, 30Hz 으로 각각 상이하되, 상판(241)의 직경이 0.2m(=200mm)으로 동일할 때, 제1유입공(244) 직경의 변화에 따라 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에 따른 DO 농도를 나타낸 결과이다.
구체적으로, [표 4]는 상판(241)의 직경이 0.2m(=200mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz인 경우이고, [표 5]는 상판(241)의 직경이 0.2m(=200mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수가 50Hz인 경우이고, [표 6]은 상판(241)의 직경이 0.2m(=200mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수 30Hz인 경우이다. 이와 같이 [표 4] 내지 [표 6]은 제1유입공(244)의 직경 변화에 따라, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에 따른 DO 농도를 측정한 것이다.

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.2
0.04
0.04
4%
1.1

0.2
0.05
0.06
6%
1.5

0.2
0.06
0.09
9%
3.6

0.2
0.07
0.12
12%
4.1

0.2
0.08
0.16
16%
4.3

0.2
0.09
0.2
20%
4.1

0.2
0.1
0.25
25%
2.8

0.2
0.12
0.36
36%
2.2

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.2
0.04
0.04
4%
0.7

0.2
0.05
0.06
6%
0.9

0.2
0.06
0.09
9%
1.5

0.2
0.07
0.12
12%
1.8

0.2
0.08
0.16
16%
2

0.2
0.09
0.2
20%
2.1

0.2
0.1
0.25
25%
1.0

0.2
0.12
0.36
36%
0.8

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.2
0.04
0.04
4%
0.3

0.2
0.05
0.06
6%
0.4

0.2
0.06
0.09
9%
0.9

0.2
0.07
0.12
12%
1.2

0.2
0.08
0.16
16%
1.4

0.2
0.09
0.2
20%
1.3

0.2
0.1
0.25
25%
0.5

0.2
0.12
0.36
36%
0.4
[표 4] 내지 [표 6]은 공통적으로 9%이상 20%이하인 경우가 그 밖의 범위보다 DO 농도가 높게 나타났다.
다만, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적의 동일 비율 상에서, 임펠러(240)의 회전 주파수가 높을수록 DO 농도가 증가한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상판(241)의 직경 0.2m(=200mm)이고, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율(%)이 9%이상 20%이하인 동일 조건 상에서, 임펠러(240)의 회전 주파수가 60Hz, 50Hz, 30Hz 인 순서로 DO농도가 낮아진 것을 확인할 수 있다.
일 예로, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율(%)이 16%인 동일 조건일 때, [표 4]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz인 경우 DO농도는 4.3ppm이고, [표 5]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 50Hz인 경우 DO농도는 2ppm이고, [표 6]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 30Hz인 경우 DO농도는 1.4ppm으로 나타났다.
즉, 동일한 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에서는, 임펠러부(240)의 회전 주파수가 높을수록 DO농도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
상기의 [표 4] 내지 [표 6]은 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz, 50Hz, 30Hz 으로 각각 상이하되, 상판(241)의 직경이 0.4m(=400mm)으로 동일할 때, 제1유입공(244) 직경의 변화에 따라 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에 따른 DO 농도를 나타낸 결과이다. 구체적으로, [표 7]은 상판(241)의 직경이 0.4m(=400mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz인 경우이고, [표 8]은 상판(241)의 직경이 0.4m(=400mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수가 50Hz인 경우이고, [표 9]는 상판(241)의 직경이 0.4m(=400mm)일 때 임펠러부(240)의 회전 주파수 30Hz인 경우이다. 이와 같이 [표 7] 내지 [표 9]는 제1유입공(244)의 직경 변화에 따라, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에 따른 DO 농도를 측정한 것이다.

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.4
0.08
0.04
4%
1.8

0.4
0.1
0.06
6%
2.2

0.4
0.12
0.09
9%
3.4

0.4
0.13
0.105
11%
4.8

0.4
0.16
0.16
16%
6.3

0.4
0.18
0.2
20%
6.2

0.4
0.19
0.225
23%
2.7

0.4
0.22
0.3
30%
2.4

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.4
0.08
0.04
4%
1.5

0.4
0.1
0.06
6%
2.8

0.4
0.12
0.09
9%
3.9

0.4
0.13
0.105
11%
4.6

0.4
0.16
0.16
16%
6.2

0.4
0.18
0.2
20%
6

0.4
0.19
0.225
23%
2.9

0.4
0.22
0.3
30%
2.6

상판직경(m)
유입공직경(m)
유입공면적/
상판면적(m2)
유입공면적/
상판면적 비율(%)
DO(ppm)

0.4
0.08
0.04
4%
1.1

0.4
0.1
0.06
6%
1.7

0.4
0.12
0.09
9%
2.0

0.4
0.13
0.105
11%
2.2

0.4
0.16
0.16
16%
3.3

0.4
0.18
0.2
20%
3.2

0.4
0.19
0.225
23%
1.8

0.4
0.22
0.3
30%
1.5
[표 7] 내지 [표 9]는 공통적으로 9%이상 20%이하인 경우가 그 밖의 범위보다 DO 농도가 높게 나타났다.
다만, 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적의 동일 비율 상에서, 임펠러(240)의 회전 주파수가 높을수록 DO 농도가 증가한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상판(241)의 직경 0.4m(=400mm)일 때, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율(%)이 9%이상 20%이하인 동일 조건 상에서, 임펠러(240)의 회전 주파수가 60Hz, 50Hz, 30Hz 인 순서로 DO농도가 낮아진 것을 확인할 수 있다.
일 예로, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율(%)이 16%인 동일 조건일 때, [표 7]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz인 경우 DO농도는 6.3ppm이고, [표 8]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 50Hz인 경우 DO농도는 6.2ppm이고, [표 9]에서 임펠러부(240)의 회전 주파수가 30Hz인 경우 DO농도는 3.3ppm으로 나타났다. 즉, 동일한 제1유입공(244) 면적/상판(241) 면적 비율(%)에서는, 임펠러부(240)의 회전 주파수가 높을수록 DO농도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
상기의 [표 1] 내지 [표 9]에 나타난 실험 결과를 보면, 공기가 유입되는 제1유입공(244)의 면적이 증가할수록 공기 유입량이 증가하고, 이에 혼합조(100)의 용존산소량(DO)이 증가한다.
[표 1] 내지 [표 3]에서 상판(241)의 직경이 0.3m인 경우, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율(%)은 9%이상 22%이하의 범위가 DO농도가 높은 것으로 나타났다.
[표 4] 내지 [표 6]에서 상판(241)의 직경이 0.2m인 경우, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율(%)은 9%이상 20%이하의 범위가 DO농도가 높은 것으로 나타났다.
[표 7] 내지 [표 9]에서 상판(241)의 직경이 0.4m인 경우, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율(%)은 9%이상 20%이하의 범위가 DO농도가 높은 것으로 나타났다.
이에, [표 1] 내지 [표 9] 각각의 모든 경우에 포함되는 상판(241)의 면적과 제1유입공(244)의 면적 비율은 10%이상 20%이하이다. 즉, 상판(241)의 면적과 제1유입공(244)의 면적 비율이 10%이상 20%이하일 때, 용존산소량(DO)을 증가시켜 미세기포 발생 효율을 증가시킬 수 있다.
그러나, 제1유입공(244)의 면적/상판(241)의 면적 비율이 일정 비율(약23%이상)을 초과하는 경우, 제1유입공(244)의 면적을 넓혀 공기 유입량을 증가시켰음에도 불구하고, 혼합조(100)의 용존산소량(DO)농도가 감소한 것이 확인되었다.
이러한 이유는 임펠러부(240)의 회전에 의한 미세기포 발생효율이 감소하여, 공기 공급량을 증가시켰음에도 불구하고 산소 전달율이 감소한 것으로 확인된다. 다시 말해, 동일한 풍압의 배관에서 제1유입공(244)의 면적의 증가는 공기공급량과 비례하게 된다. 다만, 임펠러부(240)에서 미세기포를 발생시킬 수 공급량 보다 더 많은 공기공급량은 큰 기포를 형성시키게 되어 산소전달효율을 떨어뜨리는 작용을 일으킬 수 있다.
또한, [표 1] 내지 [표 3]에서 제1유입공(244)의 면적과 상판(241)의 면적의 동일한 비율 조건일 때, [표 1]의 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz일 때가 [표 2] 및 [표 3]의 회전 주파수가 50Hz 및 30Hz일 때보다 DO농도가 높게 나타났다.
마찬가지로, [표 4] 내지 [표 6] 및 [표 7] 내지 [표 9]에서 제1유입공(244)의 면적과 상판(241)의 면적의 동일한 비율 조건일 때, 임펠러부(240)의 회전 주파수가 60Hz일 때가 회전 주파수가 50Hz 및 30Hz일 때보다 DO농도가 높게 나타났다.
즉, 임펠러부(240)의 회전속도의 증가는 산소전달율의 증가로 이어지는 것을 확인할 수 있다.
이와 관련하여, 임펠러 날개(243)의 회전 주파수는 4극 모터 주파수 기준으로 30Hz ~ 60Hz(바람직하게는, 50Hz~60Hz)로 하여, 임펠러부(240)의 내부에서 외부로 미세기포를 원활하게 확산시킬 수 있다. 이에 대한 근거로, 하기와 같은 모터의 회전수에 따른 용존산소량을 측정한 실험 및 실험결과가 도출됐다. 임펠러 날개(243)의 회전주파수는 모터의 회전주파수에 대응되므로, 하기의 실험에서는 모터의 회전수에 따라 용존산소량을 측정하였다.
일반적으로, 혼합조(100)는 연속적으로 폐수와 활성슬러지의 호기성 기질분해 조건하에, 용존산소의 소모가 지속적으로 일어나는 환경이다. 따라서, 산소 용해량의 변화에 따라 혼합조(100)의 용존산소량(DO) 농도가 높아지거나 낮아지게 된다. 따라서, 동일한 운전조건에서 시제품의 회전주파수를 조작변수로 하였을 때, 운전 중에 혼합조(100)의 용존산소량(DO) 농도를 측정함으로써 최적의 회전주파수 범위를 찾을 수 있다.
실험에서 사용된 시제품의 모터사양은 15kw, 4P, 60Hz(1720rpm)이고, 임펠러 상판(241)의 직경은 0.3m이고, 제1유입공(244)의 직경은 0.13m이다.
실험 조건은 아래의 표와 같다.
- 반응조 조건: 폐수처리용 생물반응조(430m3), 수온 34℃, MLSS 9,000mg/L, 폐수유입량 130m3/hr
- 시제품 운전 조건: 운전주파수 증가에 따른 회전수 증가와 생물반응조 용존산소농도(DO ppm)의 영향분석; 동일한 송풍량
- DO meter: YSI 550A model
상기와 같은 실험조건에서 모터의 회전주파수증가에 따른 혼합조(100)의 용존산소량 변화를 실험을 진행한 결과, 하기 표와 같은 결과가 도출되었다.
구분 조건 1 조건 2 조건 3 조건 4 조건 5 조건 6 조건 7 비고
주파수 0 10 20 30 40 50 60 Hz
용존산소량(DO) 0.3 0.8 1.8 3.2 3.7 4.8 5.2 ppm
운전부하(암페어) 0 8.9 11.2 13.4 15.4 18.5 22.5 A
상기 표에 나타난 바와 같이, 모터의 회전주파수 증가(즉, 임펠러 날개(243)의 회전주파수 증가)에 따라 용존산소량(DO)의 농도가 점차 증가한다.
먼저, 회전주파수가 20Hz 미만인 경우에는 용존산소량(DO)이 1ppm미만으로 유지되는 것이 측정되었다. 이는, 10Hz이하에서는 임펠러 날개(243)의 회전 속도 감소에 따른 미세기포 발생율의 감소로 인해서 산소 전달율이 낮아 졌음을 확인할 수 있다. 일 예로, 혼합조(100)는 원활한 교반이 이루어지지 않거나, 산소 전달율이 감소할 경우 혼합조(100)의 용존산소량(DO)이 감소하게 된다.
반면에, 회전주파수가 20Hz~60Hz 범위인 경우에는, 회전주파수가 1.8ppm~5.2ppm이다. 특히, 회전주파수가 50Hz~60Hz 범위인 경우에는 회전주파수가 4.8ppm~5.2ppm으로서, 용존산소량(DO) 농도의 증가가 확인되었다. 특히, 회전주파수 중 최대 회전주파수인 조건 7에서 용존산소량(DO)은 5.2ppm까지 증가한다. 다만, 현재 국내에서 정격 주파수 60Hz이상으로는 주파수를 증가 시킬 수 없다. 따라서, 임펠러부(240)의 내부에서 외부로 미세기포를 원활하게 확산시킬 수 있다.
따라서, 임펠러부(240)의 상판(241)의 면적과 제1유입공(244)의 면적의 비율이 10% 이상 20%이하인 특징과, 임펠러부(240)의 회전 주파수가 20Hz 내지 60Hz인 특징은 혼합조(100)의 용존산소량(DO)을 증가시킴으로써, 미세기포 발생 효율을 증가시킨다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 사용상태도이다.
도 7을 참조하면, 연결관(400)은 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)과 부상조(300)의 제2내부공간(I2) 사이에 설치될 수 있다. 즉, 연결관(400)은 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)과 부상조(300)의 제2내부공간(I2)이 서로 연통되도록 설치될 수 있다. 연결관(400)은 연결관(400) 내부로 제2약품을 주입하도록 제2약품 저장탱크(410)가 구비될 수 있다. 제2약품은 연결관(400)을 통과하는 미세플록(micro floc)의 크기를 증가시키는 폴리머(polymer) 등을 포함할 수 있다. 즉, 연결관(400) 내부에는 응집보조제(제2약품)가 공급될 수 있다. 공급된 응집보조제(제2약품)는 미세기포와 결합된 미세플록(micro floc)을 조대플록(macro floc)으로 크기를 증가시킬 수 있다. 따라서, 크기가 증가한 조대플록(macro floc)에 복수의 미세기포가 결합되어 부상조(300)에서 부상하도록 할 수 있다. 연결관(400)은 제2약품 저장탱크(410)와 연결관(400)을 연결하여 제2약품이 통과하는 주입관(420)이 구비될 수 있다. 연결관(400)은 연결관(400) 내부로 주입되는 제2약품을 조절하는 제2밸브(430)가 구비될 수 있다. 따라서, 제2밸브(430)는 혼합조(100)의 부피와, 미세플록(micro floc)의 부피에 따라 주입되는 제2약품을 조절하여 최적의 조대플록(macro floc)을 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 다른 사용상태도이다.
도 8을 참조하면, 제1약품의 혼합 시간 단축, 오염수 처리용량 증가, 약품주입량 증가 및 미세기포 발생량의 증가를 위해서 미세기포 발생장치(200)를 복수 개 설치할 수 있다. 도 8에서는 3개의 미세기포 발생장치(200)가 설치되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 목표로 하는 약품 혼합 시간에 따라서 미세기포 발생장치(200)의 개수는 변경될 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 실물 사진을 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도 9는 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)에 설치된 미세기포 발생장치(200)를 나타낸 도면이다. 도 10은 미세기포 발생장치(200)의 모터(210), 제1판(220), 회전축(230), 임펠러부(240) 및 제2판(250)을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11의 미세기포 발생장치의 단면도이고, 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 실물 사진을 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 미세기포 발생장치(200)는 모터(210'), 제1판(220'), 회전축(230'), 임펠러부(240') 및 제2판(250')을 포함할 수 있다.
모터(210')는 대기중에 배치될 수 있다. 따라서, 수중에 배치될 경우보다 고장의 위험률이 낮다. 모터(210')는 수직으로 중앙을 관통하는 모터관통공(211')이 형성될 수 있다.
제1판(220')은 하방으로 경사진 깔대기 형상으로 형성될 수 있다. 제1판(220')은 모터(210') 하단에 배치되어 중앙에 홀이 형성될 수 있다.
회전축(230')은 모터(210') 하단에 장착되어 회전할 수 있다. 회전축(230')은 제1판(220')의 홀을 관통하여 형성될 수 있다. 회전축(230')은 모터관통공(211')과 연통되는 회전축홀(231')이 중앙에 형성될 수 있다.
임펠러부(240')는 회전축(230')의 하단에 장착되어 회전할 수 있다. 임펠러부(240')는 미세기포를 생성할 수 있다. 이 때, 생성된 미세기포는 하방으로 경사진 제1판(220')의 밑단을 따라 분포될 수 있다. 도 10을 참조하면, 임펠러부(240')는 상판(241'), 하판(242'), 임펠러 날개(243') 및 임펠러관통공(244')을 포함할 수 있다.
상판(241')은 회전축(230')의 하부에 연결될 수 있다. 상판(241')은 중앙에 제2유입공(241a')이 형성될 수 있다. 제2유입공(241a')은 회전축홀(231')과 연통되어 상판(241') 중앙에 형성될 수 있다. 제2유입공(241a')은 외부로부터 임펠러부(240')의 내부와 연결될 수 있다. 즉, 제2유입공(241a')은 공기 및 약품 중 하나 이상이 임펠러부(240')의 내부로 유입될 수 있도록 형성된다.
하판(242')은 상판(241')과 소정간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있다.
임펠러 날개(243')는 상판(241') 및 하판(242') 사이에 구비될 수 있다. 임펠러 날개(243')는 복수 개 형성될 수 있다. 임펠러 날개(243')는 상판(241')이 회전함에 따라 회전될 수 있다. 임펠러 날개(243')는 회전시 오염수의 저항을 저감시키는 후향 베인(backward vane), 즉, 후향 만곡 베인(backward curved vane)으로 형성될 수 있다. 또한, 임펠러 날개(243')는 내측에서 외측방향으로 만곡되도록 만곡부(243a')가 형성될 수 있다. 따라서, 임펠러부(240')의 내부에는 공기와 약품이 혼합될 수 있는 공간(S)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 임펠러 날개(243')는 상하 대칭으로 형성되어 유체저항이 작고, 풍압이 높아 동일한 수심에서 많은 공기량을 공급할 수 있다. 또한, 오염수와의 저항을 최소화하여 비교적 적은 동력으로 임펠러 날개(243')의 회전 효율을 향상시킬 수 있다. 임펠러 날개(243')는 상판(241') 및 하판(242') 사이에 수직하게 형성될 수 있다.
따라서, 임펠러 날개(243')는 제2유입공(241a')에서 유입되는 공기 및 약품에 의해 오염수의 혼합율이 향상될 수 있다. 혼합율이 향상된 공기 및 오염수는 임펠러부(240')를 통과하는 과정에서 미세화되어 미세 기포를 발생시킬 수 있다.
제2판(250')은 하방으로 경사진 깔대기 형상으로 형성될 수 있다. 제2판(250')은 임펠러부(240')의 하단에 배치될 수 있다.
이와 같이 형성된 미세기포 발생장치(200)의 모터관통공(211'), 회전축홀(231') 및 제2유입공(241a')은 수직으로 관통되어 있으며, 외부에서 임펠러부(240') 내부로 연통되는 유입로(L)가 형성될 수 있다. 즉, 유입로(L)는 공기 및 제1약품 중 어느 하나 이상이 외부에서 투입되어 임펠러부(240') 내부로 투입될 수 있다. 또한, 투입된 공기 및 제1약품은 혼합되어 미세기포로 형성될 수 있다.
이러한, 다른 실시예의 미세기포 발생장치는 일 실시예의 미세기포 발생장치(200)와 동일하게 제1약품 저장탱크(261), 제1밸브(262) 및 정량펌프(263)가 설치되어 주입되는 공기 및 제1약품의 주입량을 조절할 수도 있다.
또한, 임펠러부(240')의 가로 면적과 제2유입공(241a')의 가로 면적의 비율은 1: 0.1 이상 내지 0.2이하이며, 임펠러 날개(243')의 주파수는 20Hz ~ 60Hz로써, 이에 따라 얻게 되는 효과 또한 동일하다.
도 14는 본 발명에 따른 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 작동방법의 플로우차트이다.
도 14를 참조하여, 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 작동방법을 설명하면, 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치의 작동방법은, 외부에서 유입된 오염수가 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)에 저장되는 단계(S100)를 포함 할 수 있다.
제1내부공간(I1)에 설치된 미세기포 발생장치(200)의 모터(210)를 가동시켜, 임펠러부(240)를 회전시키는 단계(S200)를 포함할 수 있다.
임펠러부(240)의 회전에 의해 공간(S) 내부에 부압을 발생시키는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
부압에 의해 공간(S) 내부로 공기 및 제1약품이 흡입되는 단계(S400)를 포함할 수 있다. 이때, 흡입되는 공기 및 제1약품은 유입관(260)을 통해 주입되며, 유입관(260)은 정량펌프(263)를 구비하여, 정확한 량의 공기 및 제1약품을 임펠러부(240) 내부에 주입할 수 있다.
임펠러부(240)의 회전에 의해 발생한 원심력에 의해, 공기 및 제1약품이 오염수 내부로 분사되어, 공기가 미세기포를 형성하면서 제1약품 및 상기 오염수가 혼합되는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
제1약품이 오염수 내부의 오염물질과 반응하여 미세플록(micro floc)을 생성하는 단계(S600)를 포함할 수 있다. 즉, 제1약품의 원료인 PAC(poly aluminium chloride)의 무기응집제와 오염수에 포함된 부유 물질이 반응하여 미세플록(micro floc)을 생성하게 된다.
미세플록(micro floc)이 오염수의 흐름에 따라 연결관(400) 방향으로 이동하고, 연결관(400)에서 주입되는 폴리머(polymer)에 의해 미세플록(micro floc)이 응집되어 조대플록(macro floc)을 생성하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.
조대플록(macro floc)이 미세기포의 부력에 의해, 부상조(300) 내에서 배플(310)을 따라 상승하는 단계(S800)를 포함할 수 있다. 이때, 배플(310)은 상승 조대플록(macro floc)의 량이 많을 경우 조대플록(macro floc)이 파괴되지 않으며 상승하도록 완만하게 기울어질 수 있다.
부상조(300)의 수면에서 상승한 조대플록(macro floc)이 스크래퍼(332)에 의해 포집되어 제거되는 단계(S900)를 포함할 수 있다. 이때, 스크래퍼(332)를 포함하는 스크래퍼부는 부상조(300)의 상부에 다수개 설치되어, 상승한 조대플록(macro floc)을 제거할 수 있다.
위와 같은 순서로 오염수의 부유 물질은 제거될 수 있다.
투입된 오염수는 제1내부공간(I1)에 설치된 미세기포 발생장치(200)로 유입되고, 제1약품과 공기를 이용하여 미세기포를 발생시킨다. 이때, 발생한 미세기포는 제1약품의 원료인 PAC(poly aluminium chloride) 등의 무기응집제와 혼합공급되어 오염수에 포함된 부유 물질과 응집되어 미세플록(micro floc)을 생성하는 단계(S200)를 포함한다.
생성된 미세플록(micro floc)은 오염수의 흐름에 따라 연결관(400) 방향으로 이동하고, 연결관(400)에서 주입되는 폴리머(polymer)와 결합되어 조대플록(macro floc)이 생성되는 단계(S300)를 포함한다. 이러한, 조대플록(macro floc)은 미세플록(micro floc)보다 부피가 크다.
따라서, 부피가 커진 조대플록(macro floc)은 복수의 미세기포가 달라 붙어, 부력에 의해 부상조(300) 상부로 상승하는 단계(S400)를 포함한다. 이때, 상승하는 조대플록(macro floc)은 오염수의 흐름에 따라 부상조(300) 방향으로 이동하는데, 조대플록(macro floc)이 파괴되지 않도록 비스듬하게 기울어진 배플(310)를 따라 상승할 수 있다.
부상조(300) 상부로 상승한 플록(floc)은 스크래퍼부(330)에 의해 제거되는 단계(S500)를 포함한다.
위와 같은 순서와 같이 오염수의 부유 물질은 제거될 수 있다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 다른 실시예이고, 도 16은 도 15의 미세기포 발생장치의 단면도이고, 도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 나타낸 사진이고, 도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1유입공과 유출공이 이격된 미세기포 발생장치(200)의 일부를 나타낸 사진이고, 도 19a는 미세기포를 발생시키기 전의 오염수 사진이고, 도 19b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 통해 오염수에 미세기포를 발생시키고 있는 사진이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 미세기포 발생장치(200)는 제1내부공간(I1)에 설치되어, 오염수에 미세기포를 발생시킬 수 있다. 이러한, 미세기포 발생장치(200)는 모터(210), 제1판(220), 회전축(230), 임펠러부(240), 제2판(250) 및 유입관(260)을 포함할 수 있다.
모터(210)는 제1내부공간(I1)의 오염수 내부에 배치될 수 있다.
제1판(220)은 하방으로 경사진 깔대기 형상으로 형성될 수 있다. 제1판(220)은 모터(210) 하단에 배치되어 중앙에 홀이 형성될 수 있다.
회전축(230)은 모터(210) 하단에 장착되어 회전할 수 있다. 회전축(230)은 제1판(220)의 홀을 관통하여 형성될 수 있다.
임펠러부(240)는 회전축(230)의 하단에 장착되어 회전할 수 있다. 임펠러부(240)는 미세기포를 생성할 수 있다. 이때, 생성된 미세기포는 하방으로 경사진 제1판(220)의 밑단을 따라 분포될 수 있다. 도 16을 참조하면, 임펠러부(240)는 상판(241), 하판(242), 임펠러 날개(243) 및 제1유입공(244)을 포함할 수 있다.
상판(241)은 회전축(230)의 하부에 연결될 수 있다. 상판(241)은 회전축(230)의 회전에 따라 회전될 수 있다.
하판(242)은 상판(241)과 소정간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 하판(242)은 중앙에 제1유입공(244)이 형성될 수 있다. 제1유입공(244)은 외부로부터 임펠러부(240)의 내부와 연결될 수 있다. 즉, 제1유입공(244)은 공기 및 약품이 임펠러부(240)의 내부로 유입될 수 있도록 형성된다.
임펠러 날개(243)는 상판(241) 및 하판(242) 사이에 구비될 수 있다. 임펠러 날개(243)는 복수 개 형성될 수 있다. 임펠러 날개(243)는 상판(241)이 회전함에 따라 회전될 수 있다. 임펠러 날개(243)는 회전시 오염수의 저항을 저감시키는 후향 베인(backward vane), 즉, 후향 만곡 베인(backward curved vane)으로 형성될 수 있다. 또한, 임펠러 날개(243)는 내측에서 외측방향으로 만곡되도록 만곡부(243a)가 형성될 수 있다. 따라서, 임펠러부(240)의 내부에는 공기, 약품 및 오염수가 혼합될 수 있는 공간(S)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 임펠러 날개(243)는 상하 대칭으로 형성되어 유체저항이 작고, 풍압이 높아 동일한 수심에서 많은 공기량을 공급할 수 있다. 또한, 오염수와의 저항을 최소화하여 비교적 적은 동력으로 임펠러 날개(243)의 회전 효율을 향상시킬 수 있다. 임펠러 날개(243)는 상판(241) 및 하판(242) 사이에 수직하게 형성될 수 있다.
따라서, 임펠러 날개(243)는 제1유입공(244)에서 유입되는 공기 및 강한 원심력에 의한 약품의 분사를 통해 약품혼합율을 향상시킬 수 있다. 혼합율이 향상된 공기와 약품은 임펠러부(240)를 통과하는 과정에서 미세화되어 미세 기포와 같이 회전력에 의해 수중에 분사된다.
제2판(250)은 하방으로 경사진 깔대기 형상으로 형성될 수 있다. 제2판(250)은 임펠러부(240)의 하단에 배치될 수 있다. 제2판(250)의 중앙에는 홀(251)이 형성될 수 있다.
유입관(260)은 일단이 홀(251)을 관통하여 제1유입공(244)과 마주보도록 배치될 수 있다. 유입관(260)의 일단에는 유출공(265)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 유출공(265)은 제1유입공(244)과 상하로 이격되어 배치될 수 있다. 유출공(265)은 제1유입공(244)과 기 설정된 간격(약 20mm)이격되어 배치될 수 있다. 이러한 유출공(265)은 제1유입공(244)과 대응되는 직경으로 형성될 수 있다.
임펠러부(240)가 고속으로 회전함에 따라, 임펠러부(240)의 내부와 외부 사이에 압력차가 발생하게 되고, 이로 인해 임펠러부(240)의 제1유입공(244)으로 물(즉, 오염수)과 공기가 유입된다. 구체적으로, 임펠러부(240)의 내부와 외부 사이의 압력차에 의해, 유입관(260)의 유출공(265)에서 유출되는 공기 또는 약품과 임펠러부(240) 외부의 오염수가 제1유입공(244)을 통해 임펠러부(240)의 공간(S)으로 함께 유입될 수 있다.
유입관(260)의 타단은 복수 개로 분기될 수 있다. 유입관(260)의 타단 중 어느 하나는 대기를 향해 개방되어 유입관(260) 내부로 공기를 유입시킬 수 있다. 유입관(260)의 타단 중 다른 하나는 제1약품 저장탱크(261)와 연통되어 유입관(260) 내부로 제1약품을 유입시킬 수 있다. 즉, 유입관(260) 내부로 유입된 제1약품은 제1유입공(244)을 통과해 임펠러부(240) 내부로 유입될 수 있다. 유입관(260)의 각각의 타단에는 제1밸브(262)가 형성될 수 있다. 제1밸브(262)는 유입관(260)으로 투입되는 공기 및 제1약품의 on/off를 조절할 수 있다. 제1약품은 PAC(poly aluminium chloride) 등의 무기응집제(inorganic coagulant)를 포함할 수 있다. PAC는 미세기포의 크기를 작게 형성할 수 있다. 따라서, 형성된 미세기포는 오염수의 흐름을 따라 후술하는 부상조(300)로 이동할 수 있도록 된다.
유입관(260)을 제1유입공(244)과 이격시킴으로써, 제1유입공(244)으로 오염수와 공기를 함께 제1유입공(244)으로 유입시킬 수 있다. 이러한 경우, DO 농도가 증가되는 것을 아래의 실험에서 확인할 수 있다.
하기의 [표 11] 내지 [표 13]은 임펠러부(240) 내부로 공기만 공급했을 경우 보다, 유출공(265)과 임펠러부(240)의 하판(242)에 형성된 제1유입공(244)의 이격을 통하여 오염수와 공기가 혼합되어, 임펠러부(240)의 회전력에 의해 임펠러부(240) 내부로 혼합 흡입되는 실험이다.
상기 실험에서 임펠러부(240) 상판(241)의 직경과 제1유입공(244)의 직경 비율 중 10%를 기준으로 하여 아래의 조건으로 비교 실험을 실시하였다.
[표 11]은 임펠러부(240)의 회전 주파수 60Hz, 상판(241)의 직경 0.3m(=300mm), 제1유입공(244)의 직경 0.095m(=95mm), 유출공(265)의 직경 0.095(=95mm)일 때, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 간격을 0mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm로 각각 이격하여 비교실험을 진행하였다.
[표 12]는 임펠러부(240)의 회전 주파수 60Hz, 상판(241)의 직경 0.2m(=200mm), 제1유입공(244)의 직경 0.065m(=65mm), 유출공(265)의 직경 0.065(=65mm)일 때, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 간격을 0mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm로 각각 이격하여 비교실험을 진행하였다.
[표 13]은 임펠러부(240)의 회전 주파수 60Hz, 상판(241)의 직경 0.4m(=400mm), 제1유입공(244)의 직경 0.104m(=104mm), 유출공(265)의 직경 0.104(=104mm)일 때, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 간격을 0mm, 10mm, 20mm, 30mm, 40mm, 50mm로 각각 이격하여 비교실험을 진행하였다.
상판직경(m) 공기유입공직경= 공기유입배관 직경(m) 유입공 면적/
상판면적 비율(%)		 하판공기유입공과
공기 유입배관 유격(mm)		 DO(ppm)
0.3 0.095 10 0 4.2
0.3 0.095 10 10 5.2
0.3 0.095 10 20 5.9
0.3 0.095 10 30 5.5
0.3 0.095 10 40 3.8
0.3 0.095 10 50 2.9
상판직경(m) 공기유입공직경= 공기유입배관 직경(m) 유입공 면적/
상판면적 비율(%)		 하판공기유입공과
공기 유입배관 유격(mm)		 DO(ppm)
0.2 0.065 10 0 3.8
0.2 0.065 10 10 4.7
0.2 0.065 10 20 5.1
0.2 0.065 10 30 4.9
0.2 0.065 10 40 3.1
0.2 0.065 10 50 2.2
상판직경(m) 공기유입공직경= 공기유입배관 직경(m) 유입공 면적/
상판면적 비율(%)		 하판공기유입공과
공기 유입배관 유격(mm)		 DO(ppm)
0.4 0.104 10 0 4.8
0.4 0.104 10 10 5.5
0.4 0.104 10 20 6.2
0.4 0.104 10 30 6.0
0.4 0.104 10 40 4.4
0.4 0.104 10 50 4.1
상기 [표 11] 내지 [표 13]에 나타난 임펠러부(240)의 제1유입공(244)과 유출공(265)의 이격 거리에 대한 비교 실험에서, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 이격 거리가 20mm일 때, DO농도가 가장 높은 것을 알 수 있다. 또한, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 이격 거리가 0일 때, 즉 유출공(265)이 제1유입공(244)과 연결되어 있을 때보다, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 이격 거리가 10mm이상 30mm이하 일 때, DO농도가 높아진 것을 알 수 있다.
이와 같이, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 이격에 의해, 오염수와 공기가 혼합되어 임펠러 내부로 유입될 때, 미세 기포 발생량이 증가하고 산소전달율 개선되는 것을 확인할 수 있다.
다만, 유격이 30mm이상 증가할 경우, 물과 공기의 물리적인 충돌로 인해 임펠러부(240) 내부로 공기 공급량이 감소하여 산소 전달율이 떨어지는 것으로 나타났으며, 제1유입공(244)과 유출공(265)의 유격 10~30mm의 범위에서 적용되는 것이 최적설계 범위로 판단하였다.
즉, 본 발명의 실시예 2에 따른 미세기포 발생장치(200)는 물과 공기를 혼합하여 미세 기포 발생 효율을 높이고, 물과 공기의 혼합액의 확산효율 개선을 통해 반응조 전체의 산소전달율 개선 효과가 나타난다.
여기서, 도 19를 참조하면, 도 19a는 미세기포를 발생시키기 전의 오염수 사진이고, 도 19b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 통해 오염수에 미세기포를 발생시키고 있는 사진이다. 이러한 도 19a와 도 19b를 비교해보면, 미세기포가 현저하게 증가하고 있는 것을 확인할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 고효율 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 부상분리장치
100 : 혼합조
I1 : 제1내부공간
200 : 미세기포 발생장치
210 : 모터
220 : 제1판
230 : 회전축
240 : 임펠러부
241 : 상판
242 : 하판
243 : 임펠러 날개
243a : 만곡부
244 : 제1유입공
250 : 제2판
251 : 홀
260 : 유입관
261 : 제1약품 저장탱크
262 : 제1밸브
263 : 정량펌프
300 : 부상조
I2 : 제2내부공간
310 : 배플
320 : 각도조절부
330 : 스크래퍼부
331 : 몸체
332 : 스크래퍼
333 : 지지부재
400 : 연결관
410 : 제2약품 저장탱크
420 : 주입관
430 : 제2밸브
200 : 미세기포 발생장치
210' : 모터
211' : 모터관통공
220' : 제1판
230' : 회전축
231' : 회전축홀
240' : 임펠러부
241' : 상판
241a' : 제2유입공
242' : 하판
243' : 임펠러 날개
243a' : 만곡부
244' : 임펠러관통공
250' : 제2판

Claims (13)

  1. 오염수 내부에 배치되는 모터(210);
    하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 모터(210) 하단에 배치된 제1판(220);
    상기 모터(210)에 장착되어 회전하고, 상기 제1판(220)을 관통하는 회전축(230);
    상기 회전축(230)의 하단에 장착되어 회전하며, 하단에 제1유입공(244)이 형성된 임펠러부(240);
    하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 임펠러부(240)의 하단에 배치되고, 중앙에 홀(251)이 형성되는 제2판(250); 및
    일단에 유출공(265)이 형성되고, 상기 유출공(265)이 상기 홀(251)을 관통하여 상기 제1유입공(244)과 마주보도록 배치된 유입관(260);
    을 포함하고,
    상기 임펠러부(240)는,
    상기 회전축(230)의 하부에 연결되는 상판(241);
    상기 상판(241)과 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 중앙에 제1유입공(244)이 형성된 하판(242); 및
    상기 상판(241) 및 상기 하판(242) 사이에 구비되는 복수개의 임펠러 날개(243);
    를 포함하되,
    상기 임펠러 날개(243)는 내측에서 외측 방향으로 만곡된 형상으로 이루어지며, 상기 임펠러부(240) 내부에서 상기 임펠러부(240)의 회전에 의해 내부에 부압이 발생하는 공간(S)이 형성되며,
    상기 상판(241)의 직경은 0.2m 또는 0.4m이고,
    상기 임펠러부(240)의 회전 주파수는 60Hz이고,
    상기 임펠러부(240)의 상기 상판(241)의 면적과 상기 제1유입공(244)의 면적의 비율은 9%이상 내지 20%이하인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유입관(260)의 타단은 복수 개로 분기되며,
    상기 타단 중 어느 하나는 대기를 향해 개방되어 상기 유입관(260) 내부로 공기를 유입시키고, 상기 타단 중 다른 하나는 제1약품 저장탱크(261)와 연통되어 상기 유입관(260) 내부로 상기 제1약품을 유입시키는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유입관(260)의 각각의 타단에는 제1밸브(262)가 형성되어, 상기 유입관(260)의 타단을 개폐하는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1약품 저장탱크(261) 내에는 정량펌프(263)가 형성되어, 투입되는 제1약품의 투입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 유출공(265)은
    상기 임펠러부(240) 내부의 공간(S)과 연통되도록 상기 제1유입공(244)과 연결되는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 유출공(265)은,
    상기 제1유입공(244)과 소정 간격 이격되어 배치되되,
    상기 임펠러부(240)가 회전함에 따라, 상기 임펠러부(240) 외부의 오염수와 상기 유출공(265)으로부터 유출되는 공기가 함께 상기 제1유입공(244)으로 유입되어, 상기 임펠러부(240)의 내부 공간(S)으로 유입되는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치.
  8. 대기중에 배치되며 내부에 수직방향으로 모터관통공(211')이 형성된 모터(210');
    하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 모터(210') 하단에 배치된 제1판(220');
    상기 모터(210')에 장착되어 회전하고, 상기 제1판(220')을 관통하며, 상기 모터관통공(211')과 연통되는 회전축홀(231')을 구비하는 회전축(230');
    상기 회전축(230')의 하단에 장착되어 회전하며, 상부에 상기 회전축홀(231')과 연통되는 제2유입공(241a')이 형성된 임펠러부(240'); 및
    하방으로 경사진 깔대기 형상으로서, 상기 임펠러부(240') 하단에 배치된 제2판(250');을 포함하는 고효율 미세기포 발생장치에 있어서,
    상기 모터관통공(211'), 상기 회전축홀(231') 및 상기 제2유입공(241a')은 동축상에 위치하여 유입로(L)를 형성하며,
    상기 임펠러부(240')는
    상기 회전축(230')의 하부에 연결되며, 중앙에 상기 제2유입공(241a')이 형성된 상판(241');
    상기 상판(241')과 소정간격 이격되어 평행하게 배치된 하판(242'); 및
    상기 상판(241') 및 상기 하판(242') 사이에 구비되는 복수 개의 임펠러 날개(243');를 포함하되,
    상기 임펠러 날개(243')는 내측에서 외측방향으로 만곡된 형상으로 이루어지고,
    상기 상판(241')의 직경은 0.2m 또는 0.4m이고,
    상기 임펠러부(240')의 회전 주파수는 60Hz이고,
    상기 임펠러부(240')의 상기 상판(241`)의 면적과 상기 제2유입공(241a')의 면적의 비율은 9%이상 내지 20%이하인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치.
  9. 삭제
  10. 내부에 제1내부공간(I1)이 형성되고, 외부에서 유입된 오염수가 상기 제1내부공간(I1)에 저장되는 혼합조(100);
    상기 제1내부공간(I1)에 설치되어, 상기 오염수 내부에 미세기포를 발생시키는 제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 미세기포 발생장치(200);
    내부에 제2내부공간(I2)이 형성되고, 상기 제1내부공간(I1)으로부터 유입된 상기 오염수가 상기 제2내부공간(I2)에 저장되는 부상조(300); 및
    상기 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)과 상기 부상조(300)의 제2내부공간(I2)이 서로 연통되도록 설치되는 연결관(400);
    를 포함하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 부상조(300)는,
    상기 제2내부공간(I2)에 장착되어, 상기 제1내부공간(I1)에서 유입된 오염수의 오염물질과 결합한 미세기포가 상승하도록 가이드 하는 배플(310);
    상기 배플(310)의 각도를 조절하는 각도조절부(320); 및
    상기 제2내부공간(I2)에 저장된 오염수 위로 떠오른 부유물을 제거하는 스크래퍼부(330);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 연결관(400)은,
    상기 연결관(400) 내부로 제2약품을 주입하도록 형성되는 제2약품 저장탱크(410);
    상기 연결관(400)과 상기 제2약품 저장탱크(410)를 연통하는 주입관(420); 및
    상기 연결관(400) 내부로 주입되는 제2약품의 주입량을 조절하는 제2밸브(430);
    가 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치.
  13. 외부에서 유입된 오염수가 혼합조(100)의 제1내부공간(I1)에 저장되는 단계(S100);
    상기 제1내부공간(I1)에 설치된 미세기포 발생장치(200)의 모터(210)를 가동시켜, 상기 모터(210)에 연결된 회전축(220)의 하부에 연결되는 상판(241) 및 상기 상판(241)과 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되되, 중앙에 제1유입공(244)이 형성된 하판(242)을 포함하는 임펠러부(240)를 회전시키는 단계(S200);
    상기 임펠러부(240)의 회전에 의해 공간(S) 내부에 부압을 발생시키는 단계(S300);
    상기 부압에 의해 상기 공간(S) 내부로 공기 및 제1약품이 흡입되는 단계(S400);
    임펠러부(240)의 회전에 의해 발생한 원심력에 의해, 상기 공기 및 상기 제1약품이 상기 오염수 내부로 분사되어, 상기 공기가 미세기포를 형성하면서 상기 제1약품 및 상기 오염수가 혼합되는 단계(S500);
    상기 제1약품이 상기 오염수 내부의 오염물질과 반응하여 미세플록(micro floc)을 생성하는 단계(S600);
    상기 미세플록(micro floc)이 상기 오염수의 흐름에 따라 연결관(400) 방향으로 이동하고, 상기 연결관(400)에서 주입되는 폴리머(polymer)에 의해 상기 미세플록(micro floc)이 응집되어 조대플록(macro floc)을 생성하는 단계(S700);
    상기 조대플록(macro floc)이 상기 미세기포의 부력에 의해, 부상조(300) 내에서 배플(310)을 따라 상승하는 단계(S800); 및
    상기 부상조(300)의 수면으로 상승한 상기 조대플록(macro floc)이 스크래퍼(332)에 의해 포집되어 제거되는 단계(S900);
    를 포함하되,
    상기 상판(241)의 직경은 0.2m 또는 0.4m이고,
    상기 임펠러부(240)의 회전 주판수는 60Hz이고,
    상기 임펠러부(240)의 상기 상판(241)의 면적과 상기 제1유입공(244)의 면적의 비율은 9%이상 내지 20%이하인 것을 특징으로 하는 고효율 미세기포 발생장치를 이용한 부상분리장치의 작동방법.

KR1020180060599A 2017-07-20 2018-05-28 고효율 미세기포 발생장치, 이를 이용한 부상분리장치 및 그 작동방법 KR102143790B1 (ko)

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