KR102337713B1 - 다중 수평채널을 이용한 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 미세기포 생성방법 - Google Patents

다중 수평채널을 이용한 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 미세기포 생성방법 Download PDF

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Abstract

기체용해조(100); 상기 기체용해조(100)의 내부공간(110)으로 용액이 유입되는 유입구(120); 상기 내부공간(110) 상의 용액이 외부로 배출되는 배출구(130); 상기 내부공간(110)으로 유입된 상기 용액의 유동을 가이드하는 가이드 채널(200); 및 상기 기체용해조(100)의 내부공간(110)의 압력을 조절하는 압력조절부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치가 제공된다.
본 발명에 따르면 고가의 압력펌프 및 컴프레서 등의 장비를 채용하지 않더라도 미세기포 발생장치의 효율이 높음과 아울러 제조비용이 저렴하고, 에너지 손실을 최소화하며 단순한 구조로 인한 유지관리의 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 수평채널을 이용한 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 미세기포 생성방법{Micro-bubble generator using multiple horizontal plates and micro-bubble generating method using the same}
본 발명은 건설 환경 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는 용존공기부상공정(DAF; Dissolved Air Flotation)과 같이 미세기포(마이크로버블)를 활용하는 수처리공정에서 적용가능한 다중 수평채널을 이용한 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 미세기포 생성방법에 관한 것이다.
DAF(Dissolved Air Flotation) 공정이란 전처리 응집공정에서 형성된 플록에 미세기포를 부착시켜 수면으로의 부상을 촉진하고, 부상된 슬러지를 스크래퍼 등으로 걷어내어 제거하는 수처리 공정의 일종이다. DAF 공정은 조류나 미생물 제거에 효과적인 공정으로서, 응집제의 사용량을 절감할 수 있고 부지활용 효율이 높아 작은 부지에서도 수처리 공정을 수행하는 것이 가능하다. 또한 제거되는 슬러지의 고형물비가 높아 처리비용을 절감할 수 있다.
이러한 DAF 공정에서의 핵심설비는 미세기포 발생장치이다.
종래의 미세기포 발생장치는 기체 용존탱크의 구동 방식에 따라 크게 수평형과 수직형으로 분류된다. 수직형 탱크를 채용한 미세기포 발생장치는 넓은 설치 면적을 요하지 않는 장점이 있지만 용존탱크 내에서의 용액과 기체의 접촉 면적이 좁아 용해율이 낮은 단점이 있다. 이와 비교하여 수평형 탱크를 채용한 미세기포 발생장치는 수직형과 비교할 때 탱크 내에서의 기체와 용액의 접촉 면적이 넓어 용해율이 높은 장점이 있지만 넓은 설치 면적을 요하는 단점이 있다.
이에 따라 상술된 기존의 미세기포 발생장치의 단점을 극복하고 고가의 장비를 채용하지 않고 단순한 구조를 채용한 미세기포 발생장치의 개발이 필요하다.
-대한민국 공개특허 10-2009-00455848 -대한민국 등록특허 10-0949367 -대한민국 등록특허 10-1385163
본 발명은 상술된 종래의 미세기포 발생장치의 문제점을 극복하기 위해 도출된 것으로서 본 발명의 목적은 고가의 압력펌프 및 컴프레서 등의 장비를 채용하지 않더라도 효율이 높은 미세기포 발생장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조비용이 저렴하고, 에너지 손실을 최소화하며 단순한 구조로 인한 유지관리의 용이성을 확보할 수 있는 미세기포 발생장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 탱크 내에서의 용액과 기체의 접촉 면적을 최대화하여 높은 용해율을 확보할 수 있도록 한 미세기포 발생장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 기체용해조(100); 상기 기체용해조(100)의 내부공간(110)으로 기체와 용액이 유입되는 유입구(120); 상기 내부공간(110)에서 기체를 용해한 용액이 외부로 배출되는 배출구(130); 상기 내부공간(110)으로 유입된 상기 기체와 용액의 유동을 가이드하는 가이드 채널(200); 및 상기 기체용해조(100)의 내부공간(110)의 압력을 조절하는 압력조절부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치가 제공된다.
이 경우 상기 가이드 채널(200)은 복수의 판상 부재(210)로 형성되며, 상기 판상 부재(210)의 하면에는 상기 내부공간(110) 상의 기체가 계류하는 기체계류부(220)가 형성된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
또한, 상기 판상 부재(210)는 횡단면이 파형으로 형성되는 파형 패널이며, 상기 기체계류부(220)는 상기 판상 부재(210)의 마루(211)의 배면 공간에 형성된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
또한, 상기 복수의 판상 부재(210)는 상하방향으로 소정의 간격(a)을 갖고 다단 적층되며, 상기 복수의 판상 부재(210)는 서로 엇갈리게 설치되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
또한, 상기 유입구(120)는 상기 내부공간(110)의 하부에 설치되며, 상기 가이드 채널(200)은 상기 유입구(120)보다 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
상기 가이드 채널(200)은 이웃하는 상기 판상 부재(210)의 사이에 형성되는 용액유동로(230); 및 하층의 상기 용액유동로(231)와 상층의 상기 용액유동로(232)를 연결하는 이동로(240);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
또한, 상기 이동로(240)는 상기 하층의 용액유동로(231)를 유동하던 용액이 상기 상층의 용액유동로(232)로 이동하기 위한 제1 이동로(241); 및 상기 상층의 용액유동로(232)를 유동하던 용액이 상기 상층의 용액유동로(232)의 상층에 위치한 제2 상층의 용액유동로(233)로 이동하기 위한 제2 이동로(242);를 포함하되, 상기 제1 이동로(241)는 상기 가이드 채널(200)의 일단에 형성되고, 상기 제2 이동로(242)는 상기 가이드 채널(200)의 타단에 형성된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
또한, 상기 내부공간(110)으로 기체를 유입시키는 제2 유입구(121);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
또한, 상기 유입구(120)와 연결된 유입관(410); 및 상기 배출구(130)와 연결된 배출관(420);을 더 포함하되, 상기 유입관(410)에서의 압력보다 상기 내부공간(110)에서의 압력이 더 높으며, 상기 내부공간(110)에서의 압력보다 상기 배출관(420)에서의 압력이 더 낮은 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 미세기포 발생장치를 포함하는 수처리시설이 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 미세기포 발생장치를 이용한 미세기포 생성방법에 있어서, 상기 유입구(120)를 통해 용액과 기체를 용액을 상기 내부공간(110)으로 유입시키는 제1 단계(S100); 상기 내부공간(110) 상의 용액이 상기 용액유동로(230)를 유동하도록 하여 용액에 대한 기체의 용해율을 높이는 제2 단계(S200); 및 상기 배출구(130)를 통해 상기 용액유동로(230)를 유동한 용액을 배출시키는 제3 단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 생성방법이 제공된다.
이 경우 상기 제2 단계(S200)에 있어서, 상기 압력조절부(300)를 이용하여 상기 유입관(410)에서의 압력보다 상기 내부공간(110) 상의 압력을 더 높게 유지시키는 단계(S210);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 생성방법일 수 있다.
또한, 상기 제3 단계(S300)에 있어서, 상기 압력조절부(300)를 이용하여 상기 내부공간(110)에서의 압력보다 상기 배출관(420)에서의 압력을 더 낮게 유지시키는 단계(S310);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 생성방법일 수 있다.
본 발명에 따르면 고가의 압력펌프 및 컴프레서 등의 장비를 채용하지 않더라도 효율이 높은 미세기포 발생장치를 구성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 제조비용이 저렴하고, 에너지 손실을 최소화하며 단순한 구조로 인한 유지관리의 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 탱크 내에서의 용액과 기체의 접촉 면적을 최대화하여 높은 용해율을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체용해조의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 채널의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 판상 부재의 상세도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 채널의 기체계류부의 개념을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 채널의 기체계류부에서 용액에 기체가 용해되는 과정을 나타낸 상세도면.
도 7은 가이드 채널에 형성된 용액유동로 및 이동로를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 상세 구성도.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 상세 구성도.
본 발명에 따른 다중 수평채널을 이용한 미세기포 발생장치 및 이를 이용한 미세기포 생성방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부된 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
본 발명은 DAF(Dissolved Air Flotation) 공정이 이루어지는 수처리장, 수중 항타 또는 원자력 발전소 해파리 방제 등과 같은 미세기포를 필요로 하는 장소에 적용 가능한 미세기포 발생장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치는 기체용해조(100), 기체용해조(100)의 내부공간(110)으로 기체와 용액이 유입되는 유입구(120), 내부공간(110)에서 기체를 용해한 용액이 외부로 배출되는 배출구(130), 내부공간(110)으로 유입된 기체와 용액의 유동을 가이드하는 가이드 채널(200) 및 기체용해조(100)의 내부공간(110)의 압력을 조절하는 압력조절부(300)를 포함한다(도 8).
이 경우 가이드 채널(200)은 복수의 판상 부재(210)로 형성되며, 판상 부재(210)의 하면에는 내부공간(110) 상의 기체가 계류하는 기체계류부(220)가 형성될 수 있다(도 4, 도 5).
기체용해조(100)의 용해 효율을 높이기 위해서는 용해조 내부에서 기체와 용액이 맞닿는 표면적이 넓어야 한다.
종래의 미세기포 발생장치의 용해조는 용해조 탱크를 눕히거나 기울이는 방식으로 기체와 용액이 맞닿는 표면적을 넓혔다. 다만, 이러한 수평형 또는 경사식 탱크는 설치공간이 넓어야 하는 단점이 있다.
이와 비교하여 본 발명에 따른 미세기포 발생장치는 기체용해조(100)의 내부공간(110)에 가이드 채널(200)을 설치하고, 가이드 채널(200)을 구성하는 각 판상 부재(210)에 기체계류부(220)를 두어 용액과 기체가 맞닿는 면적을 최대화한 특징이 있다.
본 발명에 따른 기체용해조(100)는 용해조를 눕히거나 경사지게 설치하지 않더라도 넓은 면적의 기체와 용액의 맞닿는 표면을 확보할 수 있으므로, 설치공간을 효율적으로 활용할 수 있고, 종래의 수평형 또는 경사식 용존탱크보다 더 높은 수준의 용존효율을 확보할 수 있다.
판상 부재(210)의 일 실시예로서는 횡단면이 파형으로 형성되는 파형 패널일 수 있다. 이 경우 기체계류부(220)는 판상 부재(210)의 마루(211)의 배면 공간에 형성될 수 있다(도 5).
유입구(120)는 내부공간(110)의 하부에 설치되며, 가이드 채널(200)은 유입구(120)보다 상부에 설치되는 것이 바람직하다(도 8).
도 9를 참조하면, 배출구(130)는 가이드 채널(200)의 상부에 형성될 수 있다.
이 경우 용액에 포함된 미용존 기체가 가이드 채널(200)을 통과하여 상향 이동되면서, 기체계류부(220)에 쉽게 계류될 수 있다.
즉, 가이드 채널(200)의 골에서 마루로 이루어지는 경사부분을 용액이 통과하면서 상향류가 발생되게 되며, 이에 따라 기체계류부(220)에 계류된 기체와 자연스럽게 혼합될 수 있다.
내부공간(110)에 유입된 용액 및 미용존 기체는 가이드 채널(200)에 의해 형성되는 용액유동로(230)를 따라 상부로 이동된다.
이를 위해 복수의 판상 부재(210)는 상하방향으로 소정의 간격(a)을 갖고 다단 적층되며, 복수의 판상 부재(210)는 서로 엇갈리게 설치되는 것이 바람직하다.
이 경우 용액유동로(230)는 소정의 간격(a)에 의해 형성되는 상하 방향으로 이웃하는 판상 부재(210) 사이 공간에 형성되며, 상술된 바와 같이 복수의 판상 부재(210)는 서로 엇갈리게 설치되므로 하층의 용액유동로(231)와 상층의 용액유동로(232)를 연결하는 이동로(240)가 형성될 수 있다(도 7).
이동로(240)는 하층의 용액유동로(231)를 유동하던 용액이 상층의 용액유동로(232)로 이동하기 위한 제1 이동로(241) 및 상층의 용액유동로(232)를 유동하던 용액이 상층의 용액유동로(232)의 상층에 위치한 제2 상층의 용액유동로(233)로 이동하기 위한 제2 이동로(242)를 포함하되, 제1 이동로(241)는 가이드 채널(200)의 일단에 형성되고, 제2 이동로(242)는 가이드 채널(200)의 타단에 형성될 수 있다(도 7).
본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치는 유입구(120)를 통해 용액과 기체가 혼합하여 유입되지만, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 용액과 기체가 별도로 내부공간(110)으로 유입되는 것도 가능하다.
이 경우 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치는 내부공간(110)으로 기체를 유입시키는 제2 유입구(121)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치는 유입구(120)와 연결된 유입관(410) 및 배출구(130)와 연결된 배출관(420)을 더 포함하되, 유입관(410)에서의 압력보다 내부공간(110)에서의 압력이 더 높으며, 내부공간(110)에서의 압력보다 배출관(420)에서의 압력이 더 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 기체용해조(100) 상에는 제2 유입구(121)가 형성되며, 제2 유입구(121)와 연결된 기체유입관(430)을 더 포함할 수 있다.
이 경우 내부공간(110)의 높은 압력에 의해 용액에 기체가 용존되는 양을 증대시킬 수 있으며, 내부공간(110) 외부로 배출되는 경우 압력이 낮아지므로 용액에 대한 기체의 포화도가 낮아져 용액에서 미세기포가 자연스럽게 발생되는 것이 가능한 특징을 갖는다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 이용하여 미세기포를 생성시키는 방법에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 미세기포 생성방법은 유입구(120)를 통해 용액 및 기체를 내부공간(110)으로 유입시키는 제1 단계(S100), 내부공간(110) 상의 용액이 용액유동로(230)를 유동하도록 하여 용액에 대한 기체의 용해율을 높이는 제2 단계(S200) 및 배출구(130)를 통해 용액유동로(230)를 유동한 용액을 배출시키는 제3 단계(S300)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 미세기포 발생장치는 넓은 설치공간이 아니더라도 기체의 용존효율을 극대화할 수 있다.
또한, 펌프나 컴프레서와 같은 고가의 장비를 설치하지 않더라도 고효율의 용존탱크를 마련할 수 있다.
더하여, 전력소비를 최소화할 수 있고 그 구조 또한 단순하여 장비의 유지관리 비용을 절약할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 기체용해조
200 : 가이드 채널
300 : 압력조절부
400 : 유동관

Claims (13)

  1. 기체용해조(100);
    상기 기체용해조(100)의 내부공간(110)으로 용액이 유입되는 유입구(120);
    상기 내부공간(110) 상의 용액이 외부로 배출되는 배출구(130);
    상기 내부공간(110)으로 유입된 상기 용액의 유동을 가이드하는 가이드 채널(200); 및
    상기 기체용해조(100)의 내부공간(110)의 압력을 조절하는 압력조절부(300);를 포함하며,
    상기 가이드 채널(200)은
    복수의 판상 부재(210)로 형성되며,
    상기 판상 부재(210)의 하면에는 상기 내부공간(110) 상의 기체가 계류하는 기체계류부(220)가 형성되되,
    상기 판상 부재(210)는 횡단면이 파형으로 형성되는 파형 패널이며,
    상기 기체계류부(220)는 상기 판상 부재(210)의 마루(211)의 배면 공간에 형성되고,
    상기 복수의 판상 부재(210)는 상하방향으로 소정의 간격(a)을 갖고 다단 적층되며,
    상기 복수의 판상 부재(210)는 서로 엇갈리게 설치되며,
    상기 유입구(120)는 상기 내부공간(110)의 하부에 설치되며,
    상기 가이드 채널(200)은 상기 유입구(120)보다 상부에 설치되며,
    상기 배출구(130)는 상기 가이드 채널(200)의 상부에 설치되고,
    상기 가이드 채널(200)은
    이웃하는 상기 판상 부재(210)의 사이에 형성되는 용액유동로(230); 및
    하층의 용액유동로(231)와 상층의 용액유동로(232)를 연결하는 이동로(240);를 포함하되,
    상기 이동로(240)는
    상기 하층의 용액유동로(231)를 유동하던 용액이 상기 상층의 용액유동로(232)로 이동하기 위한 제1 이동로(241); 및
    상기 상층의 용액유동로(232)를 유동하던 용액이 상기 상층의 용액유동로(232)의 상층에 위치한 제2 상층의 용액유동로(233)로 이동하기 위한 제2 이동로(242);를 포함하고,
    상기 제1 이동로(241)는 상기 가이드 채널(200)의 일단에 형성되고, 상기 제2 이동로(242)는 상기 가이드 채널(200)의 타단에 형성되며,
    상기 내부공간(110)으로 기체를 유입시키는 제2 유입구(121);를 더 포함하고,
    상기 유입구(120)와 연결된 유입관(410); 및
    상기 배출구(130)와 연결된 배출관(420);을 더 포함하되,
    상기 유입관(410)에서의 압력보다 상기 내부공간(110)에서의 압력이 더 높으며,
    상기 내부공간(110)에서의 압력보다 상기 배출관(420)에서의 압력이 더 낮으며,
    상기 판상 부재(210) 중 하층 판상부재와 상기 하층 판상부재의 상층에 위치한 상층 판상부재에 있어서, 상기 용액유동로(232)를 유동하던 용액이 상기 하층 판상부재의 마루에 의해 상기 상층 판상부재의 기체계류부(220)로 유도되도록 상기 하층 판상부재와 상기 상층 판상부재의 간격이 조절된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항의 미세기포 발생장치를 포함하는 수처리시설.
  11. 제1항의 미세기포 발생장치를 이용한 미세기포 생성방법에 있어서,
    상기 유입구(120)를 통해 용액 및 기체를 상기 내부공간(110)으로 유입시키는 제1 단계(S100);
    상기 내부공간(110) 상의 용액이 상기 용액유동로(230)를 유동하도록 하여 용액에 대한 기체의 용해율을 높이는 제2 단계(S200); 및
    상기 배출구(130)를 통해 상기 용액유동로(230)를 유동한 용액을 배출시키는 제3 단계(S300);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 생성방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단계(S200)에 있어서,
    상기 압력조절부(300)를 이용하여 상기 유입관(410)에서의 압력보다 상기 내부공간(110) 상의 압력을 더 높게 유지시키는 단계(S210);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 생성방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 단계(S300)에 있어서,
    상기 압력조절부(300)를 이용하여 상기 내부공간(110)에서의 압력보다 상기 배출관(420)에서의 압력을 더 낮게 유지시키는 단계(S310);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 생성방법.


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