KR102229799B1 - 부유식 수질관리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수면에서 부유되는 하우징; 상기 하우징 하부에 하나 이상 구성되어 수면에서 하우징을 유동케 하는 유동수단; 상기 하우징에서 하부로 길이가 조절되며 수중에 공기를 공급하는 공기공급수단; 상기 하우징 상단에 구성되는 태양광발전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 수질개선 장치에 관한 것이다.

Description

부유식 수질관리 장치{floating water quality management device}

본 발명은 호수, 연못 등 정체성 수역에서 자체에너지를 이용하여 공기를 용존시키도록 장소적 제약 없이 조류제거 등 수질개선이 가능한 부유식 수질관리 장치에 관한 것이다.

호수, 댐 및 저수지 등의 '정체성 수역'에 있어서의 수질 악화는 개선이 어려운 환경 문제이며, 많은 댐의 건설로 하천 중에도 댐 부분에서도 정체성 수역이 형성되고, 이러한 정체성 수역은 외부와의 물의 교환이 어렵고 일반적으로 질소, 인 등의 오염원이 되는 물질이 축적되기 쉬워 부영양화가 쉽게 진행된다.

유기물(COD)이 호수나 댐의 바닥에 축적되었을 경우, 이 유기물을 미생물이 소비하게 되면 산소도 동시에 소모되기 때문에 산소가 결핍되기 쉬운 조건이 되며, 특히 여름철이 되면 호수와 댐에서는 온도약층이 출현하고 성층화 때문에 성층기에는 호수바닥의 용존산소농도(DO)가 거의 0 mg/L가 되며, 호수저부의 빈산소화는 호수저부의 저니로부터 인의 용출을 촉진시켜 조류 등의 대량 발생으로 연결되는 사례 등이 많다, 따라서 호수바닥에 있어서의 빈산소화 개선은 호수와 댐을 대표로 하는 정체성 수역의 수질 정화에 있어서 매우 중요한 기술이다. 부영양화가 진행된 호수와 늪이나 댐에서는 호수의 호수저부에서 인의 용출과 고정이 반복되어지며 부영양화에 의해 지속적인 악순환이 일어나므로, 이러한 악순환을 개선하기 위해서는 호수저부를 호기화 하는 것이 필요하다. 호수의 저부를 호기화 하면 저부로부터 인의 용출을 방지할 수 있고, 메탄이나 황화수소를 발생시키는 혐기성미생물의 활동도 억제할 수 있어 유해한 기체의 발생도 방지 할 수 있다.

대한민국 특허등록 제1235053호

이에 본 발명은 자체에너지에 의해 정체성 수역에서 자유로이 이동하면서 수저에 공기가 공급되도록 하여 정체성 수역에서 수질이 개선되도록 하는 장치를 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명의 부유식 수질개선 장치(이하 "본 발명의 장치"라함)는 수면에서 부유되는 하우징; 상기 하우징 하부에 하나 이상 구성되어 수면에서 하우징을 유동케 하는 유동수단; 상기 하우징에서 하부로 길이가 조절되며 수중에 공기를 공급하는 공기공급수단; 상기 하우징 상단에 구성되는 태양광발전수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 태양광발전수단은, 양방향으로 경사구배가 형성되는 한쌍의 태양전지모듈과, 상기 하우징 상단에 돌출되는 고정바와, 상기 고정바에서 회전 가능하도록 장착되며 한쌍의 태양전지모듈이 고정되는 태양광추적구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 공기공급수단은, 상기 하우징의 중심부를 관통하면서 하방향으로 길이가 조절되는 공급관과, 상기 공급관에 하나 이상 형성되는 센서와, 상기 공급관 하단에 형성되며 복수의 산기공이 형성되는 폭기구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 폭기구의 하단에는 수저면에 고정구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 하우징 하면 중앙부에는 제 1중공이 형성되어 상기 제 1중공으로 공급관이 관통하도록 하고 내부에 저장공간이 형성된 시설구비조가 형성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 중앙부에 상기 제 1중공보다 직경이 작은 제 2중공이 형성되어 상기 공급관이 관통하는 부유성재질의 링부와 상기 링부 측면에서 복수로 돌출되는 날개부로 구성된 교반날개가 형성되며 상기 공급관에는 상기 제 1중공의 직경보다 작고 상기 제 2중공보다 직경이 큰 걸림플랜지가 형성되어 상기 공급관이 하방향 유동시 상기 걸림플랜지가 상기 링부 상면에 걸리면서 공급관과 교반날개가 일체로 하방향 연동을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치는 호수, 댐 등 정체성 수역에 부유한 상태로 유동하면서 수역저부의 물에 산소를 용존시킬 수 있도록 하여 장소적 제약없이 수질개선이 가능하도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 장치를 나타내는 개략도이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 본 발명의 장치의 작동상태도이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시 예의 작동상태도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 장치(1)는 수면에서 부유되는 하우징(2); 상기 하우징(2) 하부에 하나 이상 구성되어 수면에서 하우징(2)을 유동케 하는 유동수단(3); 상기 하우징(2)에서 하부로 길이가 조절되며 수중에 공기를 공급하는 공기공급수단(4); 상기 하우징(2) 상단에 구성되는 태양광발전수단(5);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징(2)은 수면에 부유하면서 내부에 도면에 도시된 바는 없으나 약제저장고가 구성되도록 할 수 있는 상기 약제저장고는 수중에 오염물질을 산화시키기 위한 산화제, 오염물질을 응집시키기 위한 응집제 등 그 종류를 한정하지는 않는다.

또한 도면에 도시된 바는 없으나 상기 약제저장고에는 펌프가 구성되어 약제저장고의 약제가 상기 토출수단에 의해 토출되도록 하여야 한다.

상기 하우징(2)의 측면에는 센서(22)가 부착되도록 하는 바, 수면에서 형성되는 수질을 측정하여 도면에 도시된 바는 없으나 제어부의 제어에 의해 유동방향을 정하거나 토출되는 약제의 종류를 정하는 기준으로 삼을 수 있다. 상기 센서(22)에 의해 센싱되는 값은 ph, DO, TDS, COD, BOD, 녹조, 수온, oil 등 다양한 인자가 될 수 있다.

상기 유동수단(3)은 도면에 도시된 바는 없으나 모터와 연동하도록 구성되어 상기 하우징(2)의 수면에서 유동이 가능하도록 하는 것이다.

상기 공기공급수단(3)은 도 1에서 보는 바와 같이 상기 하우징(2)의 중심부를 관통하면서 하방향으로 길이가 조절되는 공급관(41)과, 상기 공급관(41)에 하나 이상 형성되는 센서(42)와, 상기 공급관(41) 하단에 형성되며 복수의 산기공이 형성되는 폭기구(43)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 상기 공기공급수단(3)은 길이가 조절되는 공급관(41)에 의해 수중의 원하는 위치에서 상기 폭기구(43)를 통해 수중에 공기가 폭기 되도록 하는 것이다. 상기 공급관(41)은 도면에서 윈치의 회전에 의해 길이가 조절되도록 하는 예를 도시하고 있다.

또한 상기 공급관(41)에는 도면에 도시된 바는 없으나 공기저장조, 펌프 등 공지의 구성이 장착되어 공급관(41)으로 공기가 공급되도록 하여야 한다.

수중에서 공기가 공급되도록 하여 용존산소율을 높임으로써 녹조, 유기물 등의 분해가 이루어지도록 하는 것이며 이에 더하여 수중에 존재하는 이물질을 부유시켜 수면에서 이러한 부유물을 제거토록 하기 위한 것이다.

상기 공급관(41)이 상기 하우징(2)의 중심부를 관통하면서 길이가 조절되도록 하는 이유는 전체 하우징(2)이 수면에서 균형을 유지하도록 하기 위한 것이다.

또한 상기 공급관(41)은 도면에서 보는 바와 같이 일부분에 주름형태의 신장부(411)가 구성되도록 하여 수류 등에 대해 공급관(41)의 신장이 가능하도록 하여 파단을 방지토록 한다.

또한 상기 공급관(41)에도 하나 이상 센서(42)가 구성되는 바, 공급관(41)의 길이에 따라 복수의 센서(42)가 구성되어 수중에서 깊이에 따른 센싱이 이루어지도록 하는 것이다. 이 경우도 각 센서(42)의 센싱값은 도면에 도시된 바는 없으나 제어부의 제어에 의해 토출되는 약제의 종류를 정하거나 폭기량 등을 정하는 기준으로 삼을 수 있다. 상기 센서(42)에 의해 센싱되는 값은 ph, DO, TDS, COD, BOD, 녹조, 수온, oil 등 다양한 인자가 될 수 있다.

한편 도 1에서는 상기 폭기구(43)의 하단에 수저면에 하우징(2)을 고정시키도록 하는 고정구(44)가 형성되는 예를 도시하고 있는데 본 실시 예에서는 폭기를 위해 상기 공급관(41)을 수저면으로 신장시킴에 따라 상기 고정구(44)가 수저면에 고정되도록 하여 하우징(2)을 고정시키도록 하는 것이다.

상기 고정구(44)는 도면에서 무게추의 형상으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 수저면에 삽입되는 앵커가 될 수도 있다.

상기 하우징(2) 하면 중앙부에는 제 1중공(61)이 형성되어 상기 제 1중공(61)으로 공급관(41)이 관통하도록 하고 내부에 저장공간(62)이 형성된 시설구비조(6)가 형성됨을 특징으로 한다.

상기 저장공간(62)에는 각종 전기설비 등이 내재되도록 하여 시설구비조(6) 자체가 무게추와 같이 하우징(2)의 균형을 유지토록 하는 구성으로 작동케 할 수 있는 것이다.

상기 하우징(2) 상단에는 외부에 송신이 가능한 카메라(7)가 구성되도록 하여 현장상황이 계속적으로 모니터링이 될 수 있도록 하여 모니터링에 따라 본 발명의 장치가 작동되도록 할 수 있다. 이 경우 당연히 외부와 통신이 가능하도록 하는 통신부가 구비되어야 하며 외부의 관제센터가 구성되어 관제센터에서 모니터링 및 제어가 가능하도록 하여야 한다.

한편 본 발명에서는 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 폭기효율을 높일 수 있도록 하는 실시 예를 제시하고 있다.

이를 위해 중앙부에 상기 제 1중공(61)보다 직경이 작은 제 2중공(911)이 형성되어 상기 공급관(41)이 관통하는 부유성재질의 링부(91)와 상기 링부(91) 측면에서 복수로 돌출되는 날개부(92)로 구성된 교반날개(9)가 형성되며 상기 공급관(41)에는 상기 제 1중공(61)의 직경보다 작고 상기 제 2중공(911)보다 직경이 큰 걸림플랜지(412)가 형성되어 상기 공급관(41)이 하방향 유동시 상기 걸림플랜지(412) 상기 링부(91) 상면에 걸리면서 공급관(41)과 교반날개(9)가 일체로 하방향 연동을 하는 예를 제시한다.

더욱 상세히 설명하면 상기 교반날개(9)는 부유성재질의 링부(91)와 링부(91)에서 방사형으로 돌출되는 날개부(92)가 형성되는데 이러한 교반날개(9)는 도 3a에서 보는 바와 같이 하우징(2) 유동시 등에는 부력에 의해 자동적으로 시설구비조(6) 하면에 접한상태로 상기 공급관(41)의 길이조절에 의해 폭기구(43)에 의해 시설구비조(6) 하면에 고정된 상태가 될 수 있다.

그러다가 도 3b에서 보는 바와 같이 공급관(41)을 하방향 수저면으로 신장시 공급관(41)에 구성된 상기 걸림플랜지(412)가 상기 링부(91) 상면에 걸리면서 공급관(41)의 하방향유동과 같이 상기 교반날개(9)도 하방향으로 유동을 하게 되는 것이다. 이렇게 공급관(41)의 신장후 공급관(41)을 통해 상기 폭기구(43)로 공기가 공급되면서 수중에서 폭기가 이루어지는 바, 폭기가 이루어진 기포는 상향으로 유동을 하는데 이렇게 상향하는 기포는 상기 날개부(92)를 타격하게 되어 상기 교반날개(9)는 걸림플랜지(412)에 접한상태에서 회전연동을 하게 되는 것이다. 이러한 교반날개(9)의 회전연동에 의해 수중에서는 폭기와 동시에 교반이 이루어져 수중에서 폭기된 기포의 용존율을 높이게 되는 것이다. 이를 위해 상기 날개부(92)는 상기 링부(1)에서 경사구배가 형성되도록 돌출되어 상향하는 기포의 타격에 의해 교반날개(9)가 회전연동이 이루어지도록 하여야 한다.

이와 같이 교반날개(9)는 별도의 동력원 없이도 폭기된 수중에서 교반이 이루어지도록 하여 폭기효율을 높이도록 하는 것이다.

이와 같은 작동기작을 위해 상기 제 1중공(61)의 직경(d2), 제 2중공(911)의 직경(d1) 및 걸림플랜지(412)의 직경(d3)은 d2 > d3 > d1의 관계가 성립하도록 구성되어야 한다.

한편 상기에서 언급한 하우징(2)의 수면에서 유동, 수중에서 폭기 등에 소요되는 에너지는 상기 태양광발전수단(5)에 의해 공급되도록 하여 전기공급시설이 없는 오지 등에서도 자체에너지를 이용하여 작동이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 태양광발전수단(5)은, 양방향으로 경사구배가 형성되는 한쌍의 태양전지모듈(51)과, 상기 하우징(2) 상단에 돌출되는 고정바(52)와, 상기 고정바(52)에서 회전 가능하도록 장착되며 한쌍의 태양전지모듈(51)이 고정되는 태양광추적구(53)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 태양전지모듈(51)은 각각 경사구배가 형성되도록 하여 양방향에서 태양광을 수득할 수 있도록 하는 것이며, 특히 태양광추적구(53)에 의해 고정바(52)에 고정이 되도록 하여 조사방향으로 회전이 가능하도록 하여 발전효율을 극대화 시키는 것이다. 여기서 태양광추적구(53)는 다양한 공지기술이 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 본 발명의 장치 2 : 하우징
3 : 유동수단 4 : 공기공급수단
5 : 태양광발전수단 6 : 시설구비조

Claims (6)

1. 수면에서 부유되는 하우징;
   상기 하우징 하부에 하나 이상 구성되어 수면에서 하우징을 유동케 하는 유동수단;
   상기 하우징에서 하부로 길이가 조절되며 수중에 공기를 공급하는 공기공급수단;
   상기 하우징 상단에 구성되는 태양광발전수단;을 포함하며,
   상기 공기공급수단은,
   상기 하우징의 중심부를 관통하면서 하방향으로 길이가 조절되는 공급관과, 상기 공급관에 하나 이상 형성되는 센서와, 상기 공급관 하단에 형성되며 복수의 산기공이 형성되는 폭기구를 포함하고,
   상기 하우징 하면 중앙부에는 제 1중공이 형성되어 상기 제 1중공으로 공급관이 관통하도록 하고 내부에 저장공간이 형성된 시설구비조가 형성되며,
   중앙부에 상기 제 1중공보다 직경이 작은 제 2중공이 형성되어 상기 공급관이 관통하는 부유성재질의 링부와 상기 링부 측면에서 복수로 돌출되는 날개부로 구성된 교반날개가 형성되며 상기 공급관에는 상기 제 1중공의 직경보다 작고 상기 제 2중공보다 직경이 큰 걸림플랜지가 형성되어 상기 공급관이 하방향 유동시 상기 걸림플랜지가 상기 링부 상면에 걸리면서 공급관과 교반날개가 일체로 하방향 연동을 하는 것을 특징으로 하는 부유식 수질개선 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 태양광발전수단은,
   양방향으로 경사구배가 형성되는 한쌍의 태양전지모듈과, 상기 하우징 상단에 돌출되는 고정바와, 상기 고정바에서 회전 가능하도록 장착되며 한쌍의 태양전지모듈이 고정되는 태양광추적구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 수질개선 장치.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 폭기구의 하단에는 수저면에 고정구가 형성되는 것을 특징으로 하는 부유식 수질개선 장치.
5. 삭제
6. 삭제

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