KR102435639B1 - 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법 - Google Patents

탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102435639B1
KR102435639B1 KR1020200079326A KR20200079326A KR102435639B1 KR 102435639 B1 KR102435639 B1 KR 102435639B1 KR 1020200079326 A KR1020200079326 A KR 1020200079326A KR 20200079326 A KR20200079326 A KR 20200079326A KR 102435639 B1 KR102435639 B1 KR 102435639B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water
dissolved gas
low
ultrasonic
ultra
Prior art date
Application number
KR1020200079326A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220001232A (ko
Inventor
김종민
이정일
허한솔
윤희준
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020200079326A priority Critical patent/KR102435639B1/ko
Publication of KR20220001232A publication Critical patent/KR20220001232A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102435639B1 publication Critical patent/KR102435639B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B01D19/0036—Flash degasification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/89—Methodical aspects; Controlling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/181—Preventing generation of dust or dirt; Sieves; Filters
    • B01F35/189—Venting, degassing or ventilating of gases, fumes or toxic vapours during mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/71—Feed mechanisms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • C02F1/36—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/305—Treatment of water, waste water or sewage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

본 발명은 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원수 내에 용존기체 일부를 탈기시키는 용존기체 탈기장치; 및 탈기가 진행된 물을 초음파에 노출시켜 초미세버블을 생성하는 초음파 인가장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치에 관한 것이다.

Description

탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법{System and method for generating High concentration nanobubble using degassing apparatus and ultrasonic}
본 발명은 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법에 대한 것이다.
버블은 액체에 존재하는 기체의 주머니, 즉 기포를 뜻한다. 미세버블은 이들 중에서 일반 기포보다 훨씬 작으며, 그 크기를 나노미터로 표기해야 할 정도로 아주 작은 크기의 기포를 의미한다.
미세버블은 다음의 세가지 측면에서 통상의 기포와는 다른 특성을 가지고 있다.
첫째, 액체 속에 있는 크기 또는 직경이 수 밀리미터 이상인 일반적인 기포는 생성과 동시에 위로 떠 올라 액체의 표면에서 터지게 된다. 기포가 위로 떠 오르는 이유는 기포의 부력이 액체의 저항력보다 더 크기 때문이다.
반면, 미세버블은 액체 속에 장시간 머무른다. 그 이유는 미세버블의 부력이 매우 작아서 액체의 저항력을 이기지 못하기 때문이다.
둘째, 미세버블이 장시간 액체에 머무를 경우 미세버블 내부의 기체가 그 표면을 통해 액체 속으로 서서히 용해되면서 점차 그 크기가 더욱 작아진다. 더욱이 미세버블 내부에 있는 기체의 액체에 대한 용해도가 클 경우 버블 자체가 완전히 용해되어 소멸되기도 한다.
셋째, 버블의 크기가 작으면 작을수록 부피에 대한 표면적의 비율이 커지므로 미세버블의 포집효과를 이용할 수 있는 수질정화 분야와 같이 미세버블의 표면 특성을 활용한 응용분야의 효율이 높아진다.
미세버블의 이러한 세 가지 특징은 나노버블의 다양한 활용을 가능하게 한다.
상수처리의 경우 물속에 공기를 효과적으로 주입함으로써 수질을 높이는 처리시간을 단축하는 것이 가능하게 하며, 하수처리의 경우 예를 들어 오존 등 산화성이 강한 기체를 하수에 효과적으로 주입함으로써 하수에 녹아 있는 다양한 악취물질을 효과적으로 분해 내지 제거할 수 있는 길을 열고 있고, 세탁처리의 경우, 세탁액과 헹굼수가 고농도의 용존산소가 함유된 산소활성수로 되게 하여 강력한 세정기능, 살균 기능을 가지고서 세정도의 향상 및 세정시간의 단축을 획기적으로 수행하게 한다. 이 외에도 살균, 세정, 정화 등이 필요한 다양한 분야에서 이용될 수 있다.
종래의 미세버블 생성장치로서, 공개특허 10-2015-0040134호 '미세버블 생성장치', 등록특허 10-1036227호 '미세 기포발생장치' 등이 있다. 이 특허들은 미세버블을 생성하기 위한 구조가 복잡하게 설계되어, 장치의 제조가 어렵고 제조비용이 상승하는 문제가 있다. 또한, 종래 다공성 플레이트, 다공성 관체 등을 통해 버블을 생성하는 기술에 대해 등록특허 제1795907호, 제1505917호 등에 기재되어 있다.
그리고, 일반적으로 버블생성 관점에서 용존 기체량이 높은 물에 감압환경을 조성하거나, 초음파를 인가하였을 때, 핵화(nucleation)에 기인하여 버블 생성이 잘된다고 알려져 있다.
그러나, 본원 발명의 발명자들은 연구를 통해, 용존기체량이 증가할수록 많은 양의 마이크로 사이즈의 미세버블이 생성되는 반면, 나노 사이즈의 초미세버블의 양은 감소하게 됨을 인지하게 되었다.
따라서, 나노 사이즈의 초미세버블의 양을 증가시킬 수 있는 새로운 개념의 초미세버블 생성장치 및 생성방법의 개발이 요구되었다.
대한민국 1. 등록특허 10-1123104 대한민국 공개특허 10-2016-0047085 일본 공개특허 JP2014-050817A 일본 공개특허 JP2007-283300A
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 인가장치 투입 전에, 원수에 대하여 탈기장치를 통해 용존기체를 탈기시켜 저포화수를 생성하여 물의 전단력을 증가시킨 후, 이러한 저포화수를 기반으로 초음파 인가장치에 의해 고농도의 초미세버블을 생성할 수 있는, 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 초미세버블 생성장치에 있어서, 원수 내에 용존기체 일부를 탈기시키는 용존기체 탈기장치; 및 탈기가 진행된 물을 초음파에 노출시켜 초미세버블을 생성하는 초음파 인가장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 용존기체 탈기장치로 원수를 공급하는 원수공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 용존기제 탈기장치는 상기 원수에 용존기체를 탈기하여 저포화수를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 탈기장치는, 가열에 의한 탈기 및 감압에 의한 탈기 중 적어도 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 초음파 인가장치는, 초음파 혼 부스터를 갖는 침지식 초음파 인가장치 및 샤워형 초음파 인가장치 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 탈기가 진행된 상기 저포화수는 물의 전단력이 증가되어 버블성장이 억제됨으로써 고농도의 초미세버블이 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 탈기장치에서 생성된 상기 저포화수를 상기 초음파 인가장치로 공급하는 저포화수 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 탈기 장치 내에 물의 용존기체량을 측정하는 기체용존량 측정부; 및 상기 기체용존량 측정부에서 측정된 용존기체량을 기반으로 상기 탈기장치를 제어하여 상기 저포화수가 설정된 용존기체량 미만이 되도록 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 원수공급부를 제어하여 상기 탈기장치로 공급되는 원수의 공급주기, 유량을 조절하고, 상기 저포화수 공급부를 조절하여 상기 초음파 인가장치로 공급되는 저포화수의 공급주기, 유량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 고농도 초미세버블 생성장치를 이용한 초미세버블 생성방법에 있어서, 원수공급부에 의해 원수가 용존기제 탈기장치로 공급되는 제1단계; 용존기체 탈기장치가 원수 내에 용존기체 일부를 탈기시켜 저포화수를 생성하는 제2단계; 저포화수 공급부에 의해 상기 저포화수가 초음파인가장치로 공급되는 제3단계; 및 초음파 인가장치에 의해 상기 저포화수로 초음파를 인가하여, 초미세버블을 생성시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 제2단계에서 탈기가 진행된 상기 저포화수는 전단력이 증가되고, 상기 제4단계에서 증가된 물의 전단력에 의해 버블성장이 억제됨으로써 고농도의 초미세버블이 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제2단계에서, 기체용존량 측정부는 상기 탈기 장치 내에 물의 용존기체량을 측정하고, 제어부는 상기 기체 용존량 측정부에서 측정된 용존기체량을 기반으로 상기 탈기장치를 제어하여 상기 저포화수가 설정된 용존기체량 범위를 갖도록 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법에 따르면, 초음파 인가장치 투입 전에, 원수에 대하여 탈기장치를 통해 용존기체를 탈기시켜 저포화수를 생성하여 물의 전단력을 증가시킨 후, 이러한 저포화수를 기반으로 초음파 인가장치에 의해 고농도의 초미세버블을 생성할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치의 모식도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성방법의 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 저포화수(undersaturation), 포화수(saturation), 과포화수(supersaturaion)에 대한 초미세버블의 부피당 입자수와, 입도분석결과 그래프,
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 저포화수(undersaturation), 포화수(saturation), 과포화수(supersaturaion)에 대한 버블 입도별, 부피당 입자수 그래프,
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 용존기체량에 따른 표면장력,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실험예에 따른 저포화수(undersaturation), 포화수(saturation), 과포화수(supersaturaion)에 대한 마이크로 사이즈 버블의 영상 촬영결과를 나타낸 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치의 기능, 구성 및 생성방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치의 모식도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성방법의 흐름도를 도시한 것이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치(100)는 전체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 원수공급부(10), 용존기체 탈기장치(20), 저포화수 공급부(30), 초음파인가장치(40) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
먼저, 원수공급부(10)에 의해 원수가 용존기체 탈기장치(20)로 공급되게 된다(S1). 이때 제어부(50)는 원수공급부(10)를 제어하여 용존기체 탈기장치(20)로 공급되는 원수의 유량과, 공급주기를 조절할 수 있다.
그리고 원수공급부(10)를 통해 공급된 원수는 용존기체 탈기장치(20)에 의해 일부 용존기체가 탈기되게 된다. 즉, 자연 포화도 이하 용존기체를 탈기시켜 저포화수를 생성하게 된다(S2).
이때, 기체용존량 측정부(21)는 탈기 장치 내에 물의 용존기체량을 측정하고, 제어부는 기체용존량 측정부(21)에서 측정된 용존기체량을 기반으로 탈기장치(20)를 제어하여 저포화수가 설정된 용존기체량 미만이 되도록 조절할 수 있다.
본 발명에 적용되는 용존기체 탈기장치(20)는 원수 내에 용존기체를 제거, 탈기시킬 수 있는 수단이라면 그 구체적인 구조, 종류, 재료, 형태는 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예에서는 가열에 의한 탈기장치 또는 진공펌프를 이용한 감압에 의한 탈기장치 등이 적용될 수 있으며, 탈기 효과를 극대화하기 위하여 가열과 감압을 동시에 적용한 탈기장치가 사용될 수 있다.
그리고 저포화수 공급부(30)에 의해 탈기장치(20)에서 생성된 저포화수가 초음파인가장치(40)로 공급되게 된다(S3). 이때 제어부(50)는 저포화수 공급부(30)를 제어하여 초음파 인가장치(40)로 공급되는 저포화수의 유량과 공급주기를 조절할 수 있다.
그리고 초음파 인가장치(40)에 의해 저포화수로 초음파를 인가하여, 초미세버블을 생성시키게 된다(S4). 본 발명에 적용되는 초음파 인가장치(40)는 초음파 인가에 의해 초미세버블을 생성할 수 있는 수단이라면 그 구체적인 구조, 종류, 재료, 형태를 제한되지 않는다. 예를 들어 초음파 인가장치(40)는, 초음파 혼 부스터를 갖는 침지식 초음파 인가장치 또는 샤워형(bath type) 초음파 인가장치 등으로 구성될 수 있다.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치(100)의 실험데이터에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 저포화수(undersaturation), 포화수(saturation), 과포화수(supersaturaion)에 대한 초미세버블의 부피당 입자수와, 입도분석결과 그래프를 도시한 것이다.
그리고 도 5는 본 발명의 실험예에 따른 저포화수(undersaturation), 포화수(saturation), 과포화수(supersaturaion)에 대한 버블 입도별, 부피당 입자수 그래프를 도시한 것이다.
또한, 도 6은 본 발명의 실험예에 따른 용존기체량에 따른 표면장력을 나타낸 것이고, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실험예에 따른 저포화수(undersaturation), 포화수(saturation), 과포화수(supersaturaion)에 대한 마이크로 사이즈 버블의 영상 촬영결과를 나타낸 것이다.
일반적으로 버블 생성 관점에서 용존 기체량이 높은 물에 감압 환경을 조성하거나 초음파를 인가하였을 때 핵화(nucleation)에 기인하여 버블 생성이 잘 된다고 알려져 있다.
그러나 본원 발명의 발명자들은 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 실험에 의해, 용존 기체량이 증가할수록 많은 양의 마이크로 사이즈의 미세버블(micro)이 생성되는 반면, 작은 양의 나노 사이즈의 초미세버블(nanobubble)이 생성되는 것이 확인하게 되었다.
이러한 결과는 용존기체량의 증가에 따라 버블 생성 및 성장에 필요한 물의 전단력이 감소하였기 때문이며, 도 6에 도시된 바와 같이, 물의 전단력은 용존기체량이 증가함에 따라 물의 표면장력이 낮아져 감소하였게 됨을 알 수 있다.
따라서 용존기체량이 높은 물에 초음파를 인가하였을 때 핵형성이 발생하고, 생성된 핵 주변의 용존 기체들이 핵으로 모여들게 되며, 기체가 핵으로 모여들어 생성된 버블은 낮은 물의 전단력에 기인하여 버블 성장이 가속화되어 도 7c에 나타난 바와 같이 micro 크기 이상으로 버블 성장이 이루어지게 됨을 알 수 있다.
이러한 현상은 용존기체량이 높을수록 생성된 핵 주변에 녹아 있는 기체량이 많기 때문에 버블 성장이 더욱 가속화될 것으로 판단되며 이러한 원인에 의해 초미세버블(nanobubble)생성이 잘 이루어지지 않은 것으로 판단된다.
이와 반대로 물의 용존기체량이 포화상태 이하로 낮아지게 되면 물의 표면장력이 증가하게 되고 결과적으로 버블 생성 및 성장 억제에 필요한 물의 전단력이 증가하게 된다.
그 결과 용존기체가 낮은 저포화수에 초음파를 인가하였을 때, 생성된 핵 주변에 녹아있는 기체량이 낮기 때문에 높은 용존기체량의 과포화수과 비교하여 상대적으로 적은 기체들이 모여들게 되며 높은 물의 전단력에 기인하여 버블성장이 억제되게 된다.
따라서 저포화수에서는 도 7a에 나타난 바와 같이 micro size 이상으로 성장된 버블 관측이 어려우며, 도 4의 입도분석 결과 나노 사이즈의 초미세버블 생성이 높게 이루어짐을 알 수 있다.
도 4는 용존 기체량이 저포화, 포화, 과포화된 물에 초음파를 인가한 뒤 nanoparticle tracking analysis(NTA) 장비를 이용하여 측정한 입도분석 결과를 나타낸 것으로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 용존기체량이 증가함에 따라 초미세버블 개체수는 극단적으로 감소하는 경향을 보이며, 저포화(undersaturation)수에 초음파를 인가하였을 때 직경 약 120nm를 갖는 초미세버블이 물 1ml당 약 3억개 이상으로 높은 초미세버블 생성량을 보이고 있음을 알 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 용존 기체량이 저포화, 포화, 과포화된 물에 초음파 인가시 실시간 촬영에 의해 획득한 사진이다. 도 7c는 용존기체가 과포화된 물에 초음파를 인가하였을 때 촬영된 사진으로, 도 7c에 나타난 바와 같이, 낮아진 물의 전단력과 높은 용존기체에 기인하여 버블 성장이 가속화되어 micro size 이상의 버블이 대량으로 생성되는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 7a는 용존기체가 저포화된 물에 초음파를 인가하였을 때 촬영된 사진이며, 과포화된 물에 초음파를 인가하였을 때와는 달리 micro size의 버블이 생성되지 않음을 알 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10:원수공급부
20:용존기체 탈기장치
21:기체용존량 측정부
30:저포화수 공급부
40:초음파 인가장치
50:제어부
100:탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치

Claims (12)

  1. 초음파를 이용하여 초미세버블 생성하기 위한 장치로서,
    원수 내에 미세버블 생성을 용도로 하지 않고 용존기체 일부를 탈기시켜 저포화수를 생성하는 용존기체 탈기장치; 및
    탈기가 진행된 물을 초음파에 노출시켜 초미세버블을 생성하는 초음파 인가장치;를 포함하고,
    상기 용존기체 탈기장치가 원수 내에 미세버블 생성을 용도로 하지 않고 용존기체 일부를 탈기시켜 저포화수를 생성하고, 저포화수 공급부에 의해 상기 저포화수가 초음파인가장치로 공급되어 초음파 인가장치에 의해 상기 저포화수로 초음파를 인가하여 초미세버블을 생성시키며,
    탈기가 진행된 상기 저포화수는 물의 표면장력이 증가되어 버블성장이 억제됨으로써 고농도의 초미세버블이 생성되는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용존기체 탈기장치로 원수를 공급하는 원수공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 탈기장치는, 가열에 의한 탈기 및 감압에 의한 탈기 중 적어도 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 초음파 인가장치는, 초음파 혼 부스터를 갖는 침지식 초음파 인가장치 및 샤워형 초음파 인가장치 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 탈기 장치 내에 물의 용존기체량을 측정하는 기체용존량 측정부; 및
    상기 기체용존량 측정부에서 측정된 용존기체량을 기반으로 상기 탈기장치를 제어하여 상기 저포화수가 설정된 용존기체량 미만이 되도록 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 원수공급부를 제어하여 상기 탈기장치로 공급되는 원수의 공급주기, 유량을 조절하고, 상기 저포화수 공급부를 조절하여 상기 초음파 인가장치로 공급되는 저포화수의 공급주기, 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 내지 제 5 항, 및 제 8 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 고농도 초미세버블 생성장치를 이용한 초미세버블 생성방법에 있어서,
    원수공급부에 의해 원수가 용존기제 탈기장치로 공급되는 제1단계;
    용존기체 탈기장치가 원수 내에 용존기체 일부를 탈기시켜 저포화수를 생성하는 제2단계;
    저포화수 공급부에 의해 상기 저포화수가 초음파인가장치로 공급되는 제3단계; 및
    초음파 인가장치에 의해 상기 저포화수로 초음파를 인가하여, 초미세버블을 생성시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2단계에서 탈기가 진행된 상기 저포화수는 표면장력이 증가되고, 상기 제4단계에서 증가된 물의 표면장력에 의해 버블성장이 억제됨으로써 고농도의 초미세버블이 생성되는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 기체용존량 측정부는 상기 탈기 장치 내에 물의 용존기체량을 측정하고, 제어부는 상기 기체 용존량 측정부에서 측정된 용존기체량을 기반으로 상기 탈기장치를 제어하여 상기 저포화수가 설정된 용존기체량 범위를 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성방법.

KR1020200079326A 2020-06-29 2020-06-29 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법 KR102435639B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200079326A KR102435639B1 (ko) 2020-06-29 2020-06-29 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200079326A KR102435639B1 (ko) 2020-06-29 2020-06-29 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220001232A KR20220001232A (ko) 2022-01-05
KR102435639B1 true KR102435639B1 (ko) 2022-08-26

Family

ID=79349027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200079326A KR102435639B1 (ko) 2020-06-29 2020-06-29 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102435639B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230156867A (ko) 2022-05-06 2023-11-15 중앙대학교 산학협력단 계면활성제 혼합장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법
CN115417470B (zh) * 2022-08-30 2023-06-16 中国长江三峡集团有限公司 基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置和方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020014989A (ja) * 2018-07-24 2020-01-30 日本製鉄株式会社 脱気ファインバブル液製造装置、脱気ファインバブル液製造方法、超音波処理装置及び超音波処理方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4159574B2 (ja) 2005-06-21 2008-10-01 株式会社カイジョー 脱気装置およびこれを用いた超音波洗浄装置
JP2007283300A (ja) 2007-05-14 2007-11-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ナノ気泡の生成方法
JP2014050817A (ja) 2012-09-10 2014-03-20 Panasonic Corp 微細気泡の粒径制御方法
KR20160047085A (ko) 2014-10-20 2016-05-02 서동욱 무균기반의 수증기 희석을 통한 고기능성 나노버블기체수 제조장치 시스템 및 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020014989A (ja) * 2018-07-24 2020-01-30 日本製鉄株式会社 脱気ファインバブル液製造装置、脱気ファインバブル液製造方法、超音波処理装置及び超音波処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220001232A (ko) 2022-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102435639B1 (ko) 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법
Kyllönen et al. Membrane filtration enhanced by ultrasound: a review
TWI544971B (zh) 處理液供給裝置之運轉方法、處理液供給裝置及記憶媒體
Zhang et al. Study on ultrasonic techniques for enhancing the separation process of membrane
JP2003334433A (ja) 連続溶解装置、連続溶解方法及び気体溶解水供給装置
TW200804008A (en) Method and apparatus for cleaning substrate, and program recording medium
JPS59156405A (ja) 超音波脱泡方法及び装置
JP5549026B1 (ja) マイクロ空室の内壁面処理方法
KR101990175B1 (ko) 초음파 세정 방법
WO2007108481A1 (ja) 基板洗浄方法及び基板洗浄装置
JP2008021672A (ja) ガス過飽和溶液を用いた超音波洗浄方法及び洗浄装置
JP5912603B2 (ja) 飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法
TWI423844B (zh) 含有飽和氣體之奈米氣泡水之製造方法
JP4757228B2 (ja) 線状スリットを利用した気液混合溶解方法と気液混合溶解装置
Sahoo et al. Chemically controlled megasonic cleaning of patterned structures using solutions with dissolved gas and surfactant
JP2008036557A (ja) 気体溶解装置、基板洗浄ユニット、気体溶解方法および基板洗浄方法
Ehsani et al. In situ investigation on ultrasound (US)-generated bubbles' dynamics for membrane fouling control applications
JP6536884B2 (ja) マイクロ・ナノバブルを利用した金属表面の改質方法及び金属と樹脂との接着方法
Hasegawa et al. Is the water flow more or less than that predicted by the Navier-Stokes equation in micro-orifices?
JP5435545B2 (ja) 脱塩処理方法
JP2009119385A (ja) 水処理装置及び水処理方法
JP5617081B2 (ja) 飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及び飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置
Sanada et al. Observation of liquid infiltration process into closed-end holes by droplet train impingement
JP2013085976A (ja) 分離膜、水処理ユニットおよび水処理装置
JP2021137796A (ja) ウルトラファインバブル含有液の製造装置、製造方法、およびウルトラファインバブル含有液

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)