KR102447949B1 - 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 길이방향으로 따라 하나 이상의 가지관이 연통되고 외부로부터 주입되는 공기가 유동하는 공기유동관; 및 내부공간을 가지며 하단에 유입공이 형성된 체결관이 마련되어 상기 가지관에 연결되는 유입관부와, 상기 유입관부의 상단에 연통되며 복수의 타공이 형성되는 타공판이 적층되되 상, 하로 대향하는 타공이 지그재그로 형성되는 와류형성관부를 포함하는 하나 이상의 산기관;을 포함하는 것이 특징이다.

Description

교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치{Air diffuser that prevent sedimentation by agitation and convection}

본 발명은 복수의 타공판을 적층시켜 유입 공기가 복수 개소에서 반복적인 충돌 및 와류가 형성되도록 함으로써 유입 공기에 대한 미세화 효율을 향상시키고, 수조 내에서 와류에 의한 교반대류를 발생시켜 수저 저부의 퇴적을 방지할 수 있는 산기장치에 관한 것이다.

일반적으로 생활하수나, 폐수 축산폐수 등의 오ㆍ폐수를 처리하는 수처리 시설은 처리하고자 하는 용량에 따라 다양한 처리방식 및 처리공정을 거쳐 처리하게 된다.

그러나 오ㆍ폐수의 처리방식은 대개 부패조(침전조), 폭기조, 무산소조, 침전조, 여과조, 살균조 등의 다단계 반응조를 거쳐서 처리하는 것을 볼 수 있다.

상기 부패조(침전조)는 오ㆍ폐수를 수처리시설로 유입하는 최초의 반응조로 오ㆍ폐수를 고형 침전물과 부유물질과 처리수로 분리하며, 분리된 처리수는 폭기조 에서 공기(산소)와 접촉하여 처리수 중의 비침전성입자, 현탁입자 등의 미세입자를 미생물에 의한 산화 분해 과정을 통해 슬러지 또는 오니라고 불리우는 미생물 플롯을 조성하여 미생물 플롯인 오니는 침전조 또는 여과조에서 분리토록 하며 분리된 상등수는 무산소조를 통해 탈질소, 탈인과정을 거친 후 여과조 내지 살균조를 거쳐 방류되어진다.

상기 공기를 처리수에 공급하여 처리수 중의 유기물을 산화하여 오니를 형성하는 폭기조는 오ㆍ폐처리시설의 가장 중요한 반응조로 처리수에 포함된 유기물을 미생물에 의해 산화 분해하게 된다.

이와 같이 처리수에 공기(산소)를 공급하여 미생물을 산화 증식시킴에 있어서 공기의 양이 많을수록 공기의 기포가 작아 처리수와의 접촉면적이 커질수록, 또한 공기와 처리수와의 접촉시간이 길수록, 처리수를 효과적으로 산화 분해할 수 있게 된다.

그러나 종래 폭기조에 공기를 공급하는 산기관은 공기구멍이 막히는 것을 염려하여 구멍을 크게 형성한 것을 볼 수 있으며, 크게 뚫은 구멍을 통해 공급되는 공기는 공기방울 크기가 커져 처리수와의 접촉면적이 적게 되며, 또한 큰 공기방울은 물속에서 부상속도가 빨라 처리수와의 접촉시간이 짧아 처리수를 효과적으로 분해 하지 못하는 단점을 갖는다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0132783호(2016.11.21.)

따라서 본 발명의 목적은 균일한 미세기포가 생성되도록 하여 미세기포에 의한 반응표면적을 크게 하는 것은 물론 미세기포의 충분한 수중체류시간이 확보되도록 함으로써 물질전달효율을 배가시킬 수 있는 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치를 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 또 다른 목적은 수조 내에 길이방향을 따라 설치되어 미세 기포 형태의 공기를 상향 토출함으로써 수조 내에서 와류에 의한 교반 대류를 발생시키고 그에 따라 수조 저부에 형성될 수 있는 하부 퇴적을 방지할 수 있는 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치(이하 '본 발명의 장치'라 칭함)는, 길이방향으로 따라 하나 이상의 가지관이 연통되고 외부로부터 주입되는 공기가 유동하는 공기유동관; 및 내부공간을 가지며 하단에 유입공이 형성된 체결관이 마련되어 상기 가지관에 연결되는 유입관부와, 상기 유입관부의 상단에 연통되며 복수의 타공이 형성되는 타공판이 적층되되 상, 하로 대향하는 타공이 지그재그로 형성되는 와류형성관부를 포함하는 하나 이상의 산기관;을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 타공판의 타공에는 내주연에 나사산이 형성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 타공판에 있어 상호 상하 또는 전후로 인접하는 타공의 나사산은 회전방향이 반대로 구성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 타공판의 타공은 적어도 둘 이상의 서로 다른 직경을 갖도록 구성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 와류형성관부는 상기 타공판의 하부에서 구심방향을 향하여 방사형으로 돌출되면서 외주연에 나사산이 형성되는 복수의 와류형성봉을 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 산기관은, 상기 타공판과 타공판 사이에 개재되는 중심관과 상기 중심관의 외주연을 따라 방사형으로 돌출되는 복수의 절단날개를 포함하는 이물질절개구;를 더 포함하는 것이 특징이다.

상술한 바와 같이 발명의 장치는 복수의 타공판을 적층시켜 유입 공기가 복수 개소에서 반복적인 충돌 및 와류가 형성되게 하여 유입 공기에 대한 미세화 효율을 향상시킴으로써, 결과적으로 수처리를 실시함에 있어 미세기포에 의한 반응표면적을 크게 하는 것은 물론 미세기포의 충분한 수중체류시간이 확보되도록 함으로써 물질전달효율을 배가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 미세기포 형태로 공기를 토출하기 위한 별도의 노즐을 구비하지 않아도 되고 미세기포가 배출되는 배출구를 크게 형성하여도 충분한 미세기포를 생성 및 배출할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 장치가 수조 내에 길이방향을 따라 설치될 경우, 미세 기포 형태의 공기를 상향 토출함으로써 수조 내에서 와류에 의한 교반 대류를 발생시키고 그에 따라 수조 저부에 형성될 수 있는 하부 퇴적을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 작동상태를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 나타내는 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 타공판의 작동상태도.
도 5는 본 발명에 있어 타공판의 일 실시예를 나타내는 사시도.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 실시예에 있어 와류간 충돌을 일으키는 주요 메커니즘을 나타내는 작동상태도.
도 7은 본 발명에 있어 타공판의 다른 실시예를 나타내는 작동상태도.
도 8은 본 발명에 있어 산기관의 다른 예를 나타내는 부분 측단면도.
도 9는 본 발명에 있어 타공판에 이물질절개구가 더 포함되는 예를 나타내는 측단면도.

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 장치는 외부로부터 주입되는 공기(a1)가 유동하는 공기유동관(5)과, 상기 공기유동관(5)에 연통되는 하나 이상의 산기관(1)을 포함하여 구성된다.

상기 공기유동관(5)은 길이방향으로 따라 하나 이상의 가지관(50)이 연통되고 외부로부터 주입되는 공기가 유동하게 된다. 이러한 공기유동관(5)은 단일 관 형태로 구성되거나 또는 설치 환경을 고려하여 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 단위 관이 플랜지 결합을 통해 연결되는 것일 수 있다.

이때 주입되는 공기(a1)는 압축 공기인 것이 바람직하다.

상기 가지관(5)은 상기 공기유동관(5)의 측면에 연통되어 공기유동관(5)으로부터 공급되는 공기(a1)가 배출될 수 있으며, 끝단에는 플랜지가 구비되어 이하에서 설명하는 산기관(1)이 결합될 수 있도록 한다.

상기 산기관(1)은 도 3에 도시된 바와 같이 내부공간을 가지며 하단에 유입공(21)이 형성된 체결관(20)이 마련되어 상기 가지관(50)에 연결되는 유입관부(2)와, 상기 유입관부(2)의 상단에 연통되며 복수의 타공(311)이 형성되는 타공판(31)이 적층되되 상, 하로 대향하는 타공(311)이 지그재그로 형성되는 와류형성관부(3)를 포함할 수 있다.

상기 유입관부(2)는 하단에 유입공(21)이 형성되는 체결관(20)이 마련되어 상기 가지관(50)에 연통되도록 결합될 수 있으며, 가지관(50)을 통해 유동하는 공기(a1)가 상기 내부공간으로 유입되고, 유입된 공기(a1)의 상향 유동이 이루어지도록 한다.

상기 유입관부(2)의 체결관(20) 역시 플랜지가 구비되어 상기 가지관(50)에 볼트 체결을 통해 연결될 수 있으며, 상기 유입관부(2)가 상기 가지관(50)과 직교하는 수직방향을 가질 수 있도록 상기 체결관(20)은 절곡된 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 공기유동관(5)의 가지관(50)을 통해 공기(a1)가 상기 유입관부(2) 내부로 공급됨에 따라 유입관부(2) 내부의 공기(a)는 상승하는 힘이 발생됨과 더불어 산기관(1) 외부의 유체와의 비중차에 상당하는 만큼 위로 올라가게 됨으로써, 유입된 공기(a1)가 상단에 위치하는 와류형성관부(3)로 유입될 수 있다..

상기 와류형성관부(3)는 복수의 타공(311)이 형성되는 타공판(31)이 적층되도록 설치되되 상, 하로 대향하는 타공이(311) 지그재그로 형성되는 것이 특징이다.

상기 타공판(31)은 유동하는 유체에 대하여 와류의 형성을 유도함으로써 유입된 공기(a1)를 효과적으로 미세 기포화하여 공기(a1)의 용해도를 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

구체적으로 와류형성관부(3)는 상기 유입관부(2) 상단에 연통되도록 구성되며 복수의 타공(311)이 형성되는 타공판(31)이 적층되는데, 이때 상, 하로 상호 인접하는 타공판(31)의 경우 상, 하로 대향하는 타공(311)이 지그재그로 배치되도록 구성된다.

즉 상기 와류형성관부(3)는 상기 유입관부(2)로부터 상향 이동되는 공기(a1)가 유입되어 복수의 타공판(31)의 타공(311)을 통과하도록 하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 대향하는 타공(311)이 지그재그로 구성되도록 함으로써 하부의 타공(311)을 통과한 공기(a1)가 인접한 상부의 타공판(311) 몸체에 충돌하면서 타공(311)으로 유도되도록 하는 것이다.

이 과정에서 유입 공기(a1)에 대한 반복적인 충돌 및 와류가 형성되는 바, 복수의 개소에서 형성되는 충돌 및 와류에 의해 와류 간 충돌과 마찰이 극대화됨에 따라 유입 공기(a1)가 미세기포(a2)로 배출됨에 있어 미세화 효율이 배가되도록 하는 것이다.

바람직하게는 상기 타공(311)에는 내주연에 나사산(311-1)이 형성되도록 하여 유체가 타공(311)을 통과하는 과정에서 나사산(311-1)을 타고 자동적으로 와류가 형성되게 함으로써 미세화 효율이 더욱 배가될 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명의 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 수처리가 수행되는 수조(6)에서 저부의 길이방향을 따라 설치되어 공기를 공급할 수 있다.

도 2를 참조하면 본 발명의 장치는 앞서 설명한 바와 같이 와류형성관부(3)의 구조에 의하여 와류가 형성되는 미세기포(a2)가 상향으로 토출됨으로써, 수조 내(6)에서 와류에 의한 교반 대류를 발생시키고 그에 따라 수처리를 수행함에 있어 생물학적 반응을 더욱 활성화시킬 수 있게 되며, 특히 수조(6) 저부에 형성될 수 있는 입자성물질(SS) 등의 하부 퇴적을 방지할 수 있게 된다.

그리고 본 발명의 장치에서는 상기 타공(311)에 나사산(311-1)이 구성되도록 하되, 상기에서 언급한 바와 같이 와류 간 충돌과 마찰을 극대화하기 위한 대표적인 실시예가 도 6a 내지 도 7에서 제시되고 있다.

먼저 도 6a에서 제시되는 실시 예는 상기 타공판(31)이 복수로 적층되되, 적층되는 타공판(31)에 있어 상,하로 대향하는 타공(311)이 교차되는 형상으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성됨에 의해 도면에서 보는 바와 같이 하부에 위치하는 타공(311)을 통과하면서 형성되는 와류(S1)는 상부에 위치하는 타공(311) 몸체와 충돌함과 더불어 타공(311) 내부로 유도되고, 상부의 타공(311)에서 또 다른 와류(S2)가 형성되도록 하는 것이다. 즉 상, 하로 복수의 와류(S1, S2)가 형성되도록 하면서 와류(S1)의 충돌이 형성되도록 하여 와류 간 충돌과 마찰이 극대화가 이루어지도록 하는 것이다.

이에 더하여 도 7에 도시된 바와 같이 타공판(31)을 구성하는 타공(311)은 적어도 둘 이상의 서로 다른 직경을 갖도록 구성되어 와류에 압력이 변동되도록 함으로써 유입 공기(a1)에 대한 미세화를 배가시키도록 할 수 있다.

일 예로서 하부에 위치하는 타공판(31)을 구성하는 타공(311)의 직경(d2)이 상부에 위치하는 타공판(31)을 구성하는 타공(311)의 직경(d1)보다 크게 구성함으로써 상, 하로 대향하는 타공(311)이 교차되는 배열 구조와 더불어 형성되는 와류(S1, S2)의 직경이 달라짐에 따라 압력의 변동이 유도되도록 하여 미세화가 더욱 배가되도록 하는 것이다.

한편 도 6b에서 제시되는 실시 예는 타공판(31)을 구성하는 타공(311)의 나사산(311-1) 방향이 다르게 배치되는 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 상기 타공판(31)에 있어 상호 상하 또는 전후로 인접하는 타공(311)의 나사산(311-1)은 회전방향이 서로 반대 방향으로 구성되도록 하는 것이다.

즉 도 6b에 도시된 바와 같이 인접하는 타공(311)에 있어 나사산(311-1)의 방향을 반대로 되게 배치하여 각 타공(311)로부터 발생되는 와류(S1, S2)가 반대방향으로 회전력이 발생되게 하고, 이에 따라 회전 간 더 큰 충돌 및 마찰을 유도함으로써 유입된 공기(a1) 입자의 미세화가 더욱 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

이렇게 와류형성관부(3)으로 유입되는 공기(a1)는 적층된 타공판(31)들을 통과하는 과정에서 미세화되고, 최종적으로 최상단에 위치하는 타공판(31)을 통과하면서 미세기포(a2) 형태로서 배출된다.

이처럼 본 발명의 산기관(1)은 상기 와류형성관부(3)의 구조적인 특징을 통해 유입 공기(a1)에 대한 미세화 효율이 향상됨으로써, 미세기포 형태로 공기를 토출하기 위한 별도의 노즐을 구비하지 않아도 되는 이점이 있다.

한편 본 발명에서는 보다 입체적으로 와류가 형성되도록 하여 미세화 효율을 더욱 배가시키는 실시예를 도 8에서 제시하고 있다.

본 실시예에 있어 상기 와류형성관부(3)에는 상기 타공판(31)의 하부에 구심방향으로 방사형으로 돌출되며 외주연에 나사산(351)이 형성되는 복수의 와류형성봉(35)이 더 구성됨을 특징으로 한다.

도면에서는 타공판(31)의 하부에 와류형성봉(35)이 구성된 예를 도시하고 있으나 상부에 구성될 수 있으며 상, 하로 교차하면서 형성되도록 할 수 있다.

이와 같이 와류형성봉(35)이 형성되는 이유는 도면에서 보는 바와 같이 타공판(31)을 통과하면서 복수의 종방향 와류가 형성되고 종방향 와류가 복수의 와류형성봉(35)에 충돌하면서 횡방향 와류가 형성되어, 종방향 와류와 횡방향 와류가 상호 충돌하면서 공기(a1)의 미세화 효율을 더욱 배가시키게 되는 것이다.

즉 종방향 및 횡방향으로 복수의 와류가 형성됨에 의해 보다 입체적으로 와류가 형성되어 다방향에서 충돌 및 마찰이 유도됨에 의해 최종적으로 와류형성관(3)을 통해 생성 및 배출되는 미세기포(a2)의 미세화 효율을 더욱 배가시키게 되는 것이다.

이에 더하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 와류형성관부(3)는 도 9에 도시된 바와 같이 상호 적층되는 타공판(31)과 타공판(31) 사이에 개재되는 이물질절개구(32)를 더 포함할 수 있다.

상기 이물질절개구(32)는 중심관(321)과 상기 중심관(321)의 외주연을 따라 방사형으로 돌출되는 복수의 절단날개(322)를 포함한다.

즉 타공판(31) 사이에 이물질절개구(32)가 게재되도록 하되, 상기 이물질절개구(32)는 상,하 타공판(31)을 이격시키면서 타공판(31)을 통과한 유체에 함께 혼입될 수 있는 슬러지 등의 이물질을 분쇄시킴으로써 이물질 제거효율을 높이고, 타공(311) 등에 이물질 침적을 제어할 수 있도록 하는 것이다.

타공판(31)을 통과한 이물질은 와류에 의해 분쇄됨에 더하여 중심관(321) 및 각 절단날개(322)에 의해 절단이 이루어지게 되어 이물질이 침적되는 것을 제어토록 하고, 중심관(321) 및 절단날개(322)에 충돌에 의해서도 유입 공기(a1)에 대한 미세화도 함께 실시될 수 있는 것이다.

바람직하게 상,하 이물질절개구(32)는 각 절단날개(322)가 교차하도록 하는 것이 타당하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 산기관 2 : 유입관부
3 : 와류형성관부 5 : 공기유동관
20 : 체결관 21 : 유입공
31 : 타공판 32 : 이물질절개구
35 : 와류형성봉 50 : 가지관
311 : 타공 311-1, 351 : 나사산
321 : 중심관 322 : 절단날개

Claims (6)

1. 길이방향으로 따라 하나 이상의 가지관이 연통되고 외부로부터 주입되는 공기가 유동하는 공기유동관; 및
   내부공간을 가지며 하단에 유입공이 형성된 체결관이 마련되어 상기 가지관에 연결되는 유입관부와, 상기 유입관부의 상단에 연통되며 복수의 타공이 형성되는 타공판이 적층되되 상, 하로 대향하는 타공이 지그재그로 형성되는 와류형성관부를 포함하는 하나 이상의 산기관;을 포함하되,
   상기 와류형성관부는 상호 적층되는 타공판과 타공판 사이에 개재되는 이물질절개구를 더 포함하고,
   상기 이물질절개구는 중심관과 상기 중심관의 외주연을 따라 방사형으로 돌출되는 복수의 절단날개를 포함하여 타공판과 타공판 사이에 설치되고, 상하로 인접하는 이물질절개구는 각 절단날개가 상호 교차되는 방향으로 구성되어 상, 하 타공판을 이격시키면서 타공판을 통과한 유체에 혼입된 슬러지를 분쇄시키도록 작용하며 각 타공판의 타공에 슬러지가 침적되는 것을 제어하는 것을 특징으로 하는 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 타공판의 타공에는 내주연에 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 타공판에 있어 상호 상하 또는 전후로 인접하는 타공의 나사산은 회전방향이 반대로 구성되는 것을 특징으로 하는 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 타공판의 타공은 적어도 둘 이상의 서로 다른 직경을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 와류형성관부는 상기 타공판의 하부에서 구심방향을 향하여 방사형으로 돌출되면서 외주연에 나사산이 형성되는 복수의 와류형성봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 교반대류에 의한 퇴적을 방지하는 산기장치.
   
6. 삭제

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