KR102634621B1 - 난류형성 및 기액접촉 성능이 개선되는 충전재 유니트와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 충전재 유니트와 이를 이용한 수질정화장치와 기체정화장치에 관한 것으로, 역유선형 바와 브릿지를 포함하는 역유선형 모듈과, 단면적에 비해 상대적으로 둘레길이가 더 긴 하나 이상의 링부재와, 겹침 방지부를 포함하고, 상기 역유선형 모듈들은 상기 링부재를 경계로 맞은 편의 대응하는 위치에 공간부가 형성되도록 서로 엇갈리게 배치되며, 상기 공간부는 대응하는 위치의 상기 역유선형 모듈보다 더 넓은 폭으로 구성되므로, 1회 스트로크로 성형이 가능하고, 접합부가 없는 일체형이며, 적층시 삽입 및 겹침이 방지되어 균일한 공극율이 유지되고, 난류를 형성하고 기액접촉을 촉진하는 충전재 유니트를 제공하는 한편, 상기 충전재 유니트가 적용되어 오염기체와 하폐수의 정화성능이 개선되는 기체정화장치와 수질정화장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 기체정화장치와 수질정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난류형성과 기액접촉 성능이 개선되는 충전재 유니트와 이를 포함하여 오염기체와 하수나 폐수의 정화성능이 개선되는 기체정화장치와 수질정화장치에 관한 것이다.
인구가 증가하고 산업화가 진행됨에 따라 미세먼지와 악취 등의 대기오염과 용존성 유기물과 현탁 고형물 등의 수질오염에 대해 규제를 강화하고 오염물질을 저감시키는데 노력하고 있다.
그중 대기오염의 저감 목적으로 사용되는 세정식 기체정화장치는 세정액과 오염기체를 접촉시켜서 정화하는 장치이며 오염된 기체 중의 미립자를 포집하고, 수용성 물질을 용해시키며, 산, 알칼리를 중화시키거나 산화 가능한 물질들을 산화시켜서 제거하게 된다.
이와 같이 기체와 액체의 접촉이 이루어지는 기체정화장치에서는 비표면적이 큰 충전재 유니트가 충전되어 충전재 유니트 층을 이루고 충전재 유니트 층에 세정액이 분무되어 충전재 유니트들의 표면에 수막 층을 형성하게 된다. 송풍기에 의해 정화대상 기체가 충전재 유니트 층을 통과하고 세정액이 분무되면, 분무되는 미세 액적 및 충전재 유니트 표면의 수막이 오염기체와 접촉되므로 기액접촉에 의해 분진 등과 같은 입자상 물질이 포집될 수 있고, 오염기체가 산성 가스인 경우 주로 가성소다(NaOH)가 용해된 알칼리성 세정액에 의해 중화되며, 악취 원인물질인 메르캅탄 등은 세정액에 함유된 차아염소산나트륨 등과 같은 산화제에 의해 산화 분해시킨다.
오염기체의 정화에는 충전재 유니트 표면에 형성된 세정액 수막과 오염 기체의 충돌과 주로 하향으로 분무되는 세정액의 액적과 주로 상향으로 송풍되는 오염기체의 직접 충돌과 같은 기액접촉이 매우 중요하다. 충전재 유니트 표면의 수막 및 세정액의 미세 액적과 오염기체의 접촉에 의한 정화작용에는 접촉강도와 접촉빈도가 매우 중요하다. 따라서 가급적 세정액을 미세하게 분무하고 분무된 액적이 미세상태를 유지하면서 충돌될 수 있도록 오염기체의 유동을 가급적 고르고 강한 난류흐름으로 전환시킬 수 있는 구성의 충전재 유니트가 바람직하다.
또, 수질정화장치 중에서 부상분리장치는 고체입자, 유적 등 액체입자들이 응집된 플럭 등과 같은 고형물에 미세기포를 부착시켜서 겉보기 비중이 낮아진 고형물을 수면으로 부유시키고 부유된 고형물을 제거하거나 회수하는 고액분리장치이다. 부상분리장치는 중력침전, 응집침전보다 수면적 부하율을 크게 할 수 있으므로 설치면적이 작고 콤팩트하게 구성할 수 있는 장점이 있다.
부상분리장치는 높은 압력에서 수체에 공기를 용해시켜서 생성되는 과포화용해수를 부상분리조에 유입시키고 유입수와 혼합시키면 상압에서 과포화용해수에서 분리되어 발생하는 미세기포가 유입수 중의 입자상 물질에 부착되어 수면으로 부상하므로 고액이 분리된다. 부상분리에 의한 고액분리효율을 높이려면 고형물과 미세기포의 접촉빈도를 높여서 기포와 접촉하지 않은 고형물의 유출을 최소화해야 한다. 고형물과 미세기포의 접촉을 증대시키려면 과포화용해농도를 가급적 높게 하여 과포화용해수의 단위유량당 미세기포 발생량을 증가시키는 것이 바람직하다. 과포화용해수의 과포화용해농도를 높게 할수록 유입수 유량 대비 과포화용해수의 혼합량이 감소되고 부상분리조의 수리학적 부하율도 감소됨으로 시설비와 정화성능 면에서 유리하게 된다. 과포화용해농도를 높이기 위해서 펌프, 송풍기, 이젝터 등 유체 가압수단들의 성능과 함께 공기가 수체에 용해되는 과포화용해조를 높은 압력으로 운용하는 방법이 있다. 또, 공기가 수체에 과포화용해되기 위해서는 과포화용해조의 내부에서 공기와 수체의 접촉 즉, 기액접촉이 이루어지는데 기액접촉이 이루어지는 계면의 크기와 계면의 재생이 매우 중요하다. 따라서 과포화용해조 내부에 충전되어 기액접촉을 촉진시키는 충전재 유니트의 구조와 기능에 대한 지속적인 개선이 요구되고 있다.
이와 같이 기체정화장치와 부상분리장치에 적용되는 충전재 유니트는 기체중의 오염물질을 세정액 또는 표면에 증식하는 생물막으로 이전시키거나 공기중의 질소와 산소가 수체로 이전 및 용해되는 물질전달을 촉진하는 면에서는 기능이 동일하다. 따라서 가급적 비표면적을 크게 하여 기액접촉면적을 넓게 유지하고 유체유동을 난류흐름으로 전환시켜서 기액 접촉강도 및 접촉빈도와 계면의 크기를 증대시키고 계면을 빠르게 재생할 수 있는 구조가 바람직하다.
또, 산업화와 인구의 증가로 용수 사용량은 계속 증가하는 반면에, 수자원은 한계가 있고 심하게는 물 부족이 극심한 지역이 광범위하게 존재하므로 처리된 하수나 폐수를 재사용할 수 있도록 색도와 잔류 유기물과 병원성 세균 등을 제거할 수 있는 단순하고 경제적인 고도산화에 의한 수처리장치의 개발이 절실하다. 따라서 액상의 산화제 또는 오존 등과 같은 가스상 산화제와 수중에 존재하는 기질과의 접촉을 증대시킬 수 있는 충전재 유니트의 개발과 잉여산화제의 무해화 장치 및 방법이 요구된다.
그러나 종래의 충전재 유니트들은 유체유동에 대한 저항감소와 과포화용해조의 용량 감소와 공극율의 크기에 치중하고 있다. 특히, 기액접촉을 증대시키는 난류형성은 매우 중요한 반면에, 충전재 유니트 자체를 이용하여 유체유동을 난류흐름으로 전환 등은 제대로 고려되지도 못하고 있어 개선이 요구된다
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 물리화학적 또는 생물학적 기체정화장치와 수질정화장치에 적용되어 난류형성 및 기액접촉을 촉진하고 생물막과 기질의 접촉을 촉진하는 충전재 유니트와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수질정화장치의 실시예는 아래와 같다. 부재에 병기된 도면 부호는 단지 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 권리 범위가 도면에 제시된 형상과 구조에 한정되는 것이 아님을 명확히 밝혀둔다.
본 발명에 따른 충전재 유니트의 하나의 실시예는, 폭과 단면적에 비해 둘레길이가 긴 하나 이상의 링부재(115,115a); 폭과 단면적에 비해 길이가 길고, 단면이 역유선형인 복수의 역유선형 바(114)와 상기 역유선형 바(114)를 서로 연결하는 브릿지(118)를 포함하는 역유선형 모듈(110); 상기 역유선형 모듈(110)들의 사이에 형성되는 공간부(111); 및 단면적에 비해 상대적으로 길이가 길고, 일단은 상기 링부재(115,115a)와 상기 브릿지(118) 및 상기 역유선형 바(114) 중에서 선택된 위치에 고정되고, 타단은 돌출되도록 설치되는 겹침 방지부(122);를 포함하고; 상기 역유선형 모듈(110)은 상기 링부재(115,115a)의 양측에 배치되고, 상기 공간부(111)의 폭은 대응하는 위치에 있는 맞은 편의 역유선형 모듈(110)의 폭보다 더 넓은 폭으로 구성되어, 접합부가 없는 일체형이며, 1회 스트로크로 성형이 가능하고; 적층 및 유동시 상기 겹침 방지부(122)에 의해 상기 역유선형 모듈(110)이 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 상기 공간부(111)에 삽입이 방지되어 공극율을 균등하게 유지하며; 상기 역유선형 바(114)의 첨단부(116)를 거쳐서 유동하는 유체유동(119)을 난류로 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 충전재 유니트의 다른 실시예에서, 상기 역유선형 바(114)는, 선형의 첨단부(116)와, 폭에 비해 길이가 긴 2개 평면의 일측이 상기 첨단부(116)와 길이방향으로 서로 맞닿아 있고 다른 일측은 서로 이격되어서 대응하는 평면에 대하여 각도(θ0) 만큼 서로 경사지는 2개의 경사면(120,120a); 상기 2개의 경사면(120,120a)의 이격 부분에 배치되며 길이에 비해 폭이 좁은 평면으로 이루어진 후단부(117); 상기 2개의 경사면(120,120a)과 상기 후단부(117)가 서로 맞닿아서 이루어지는 2개의 모서리부(121,121a);를 포함하고, 상기 첨단부(116)를 거쳐서 유동하는 유체유동은 양측의 경사면(120,120a)을 따라 분할 유동하면서 상기 모서리부(121,121a)와 후단부(117)에서 난류로 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 충전재 유니트의 다른 실시예에서, 상기 역유선형 바(114)의 후단부(117)에는 길이방향을 따라 홈(124)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 충전재 유니트의 다른 실시예는, 폭과 단면적에 비해 둘레길이가 긴 하나 이상의 링부재(115,115a); 폭과 단면적에 비해 길이가 길고 단면이 원형, 타원형, 다각형 중에서 선택되는 복수의 선형부재와 상기 선형부재를 서로 연결하는 브릿지(118)를 포함하는 접촉재 모듈(110a); 상기 접촉재 모듈(110a)들의 사이에 형성되는 공간부(111); 및 단면적에 비해 상대적으로 길이가 길고, 일단은 상기 링부재(115,115a)와 상기 브릿지(118) 및 상기 선형부재 중에서 선택된 위치에 고정되고, 타단은 돌출되도록 설치되는 겹침 방지부(122);를 포함하고, 상기 접촉재 모듈(110a)은 상기 링부재(115,115a)의 양측에 배치되고, 상기 공간부(111)의 폭은 대응하는 위치에 있는 맞은 편의 접촉재 모듈(110a)의 폭보다 더 넓은 폭으로 구성되어, 접합부가 없는 일체형이며, 1회 스트로크로 성형이 가능하고; 적층 및 유동시 상기 겹침 방지부(122)에 의해 상기 접촉재 모듈(110a)이 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 상기 공간부(111)에 삽입이 방지되어 공극율을 균등하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 충전재 유니트의 다른 실시예에서, 상기 충전재 유니트(100)의 표면에는 세라믹, 금속, 금속산화물 중에서 선택된 소재의 피막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 물리화학적, 생물학적 기체정화장치는 상기 충전재 유니트(100)를 포함하고, 기체가 유입, 체류 및 유출하는 세정실(41); 기체를 유동시키는 송풍기(42); 상기 세정실(41) 내부에 세정액을 분무하는 분무수단(45); 세정액을 상기 분무수단(45)으로 압송하는 펌프(43); 상기 펌프(43)로부터 상기 분무수단(45)으로 세정액이 이송되는 유로를 제공하는 세정액 이송관(44);을 포함하고, 상기 충전재 유니트(100)는 상기 세정실(41)에 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기체정화장치의 다른 실시예는, 섬유상 충전재(200);를 더 포함하고, 상기 섬유상 충전재;는 상기 세정실(41)에 충전되며, 직경 0.3∼1.5mm, 비중 0.8∼1.8 범위의 합성수지 소재가 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치는 상기 충전재 유니트(100)를 포함하고, 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19); 공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13); 상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단; 및 부유물을 수집하는 부유물 수집기(11);를 포함하고, 상기 충전재 유니트(100)는 상기 과포화용해조(13)에 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 공급하는 산화제 공급시설(32);을 더 포함하고, 상기 산화제는 상기 과포화용해조(13)에 공급되어 산화반응이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 상기 충전재 유니트(100)를 포함하고, 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19); 공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13); 상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단; 부유물을 수집하는 부유물 수집기(11); 상기 부상분리조(19)의 유출수가 유입, 체류, 유출되면서 산화반응이 이루어지는 산화반응기(30); 및 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(30)에 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고, 상기 충전재 유니트(100)는 상기 산화반응기(30)에 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 상기 충전재 유니트(100)를 포함하고, 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 산화반응이 이루어지는 산화반응기(31); 및 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(31)에 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고, 상기 충전재 유니트(100)는 상기 산화반응기(31)에 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19); 공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13); 상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단; 부유물을 수집하는 부유물 수집기(11); 및 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고, 상기 산화제는 상기 과포화용해조(13)에 공급되어 산화반응이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19); 공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13); 상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단; 부유물을 수집하는 부유물 수집기(11); 상기 부상분리조(19)의 유출수가 유입, 체류, 유출되면서 산화반응이 이루어지는 산화반응기(30); 및 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(30)에 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고, 상기 부상분리조(19)와 상기 과포화용해조(13) 중에서 적어도 어느 일측에는 상기 산화반응기(30)에서 발생하는 잉여산화제(36)를 투입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치에서, 상기 충전재 유니트(100);를 더 포함하고, 상기 산화반응기(30)와 상기 과포화용해조(13) 중에서 적어도 어느 일측에는 상기 충전재 유니트(100)가 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 충전재 유니트는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 충전재 유니트를 구성하는 부재를 역유선형 단면으로 개선함으로써, 유체유동을 난류흐름으로 전환시키고 기액접촉과 기질과 생물막의 접촉을 증대시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은 겹침 방지부를 구비함으로써, 접합부가 없는 일체형으로 1회 스트로크에 의해 사출성형이 가능하고 적층 및 유동시 삽입 및 중첩이 방지되어 공극율과 충전율을 균등하게 유지할 수 있다.
셋째, 본 발명은 수질정화장치와 기체정화장치에 적용되어 처리성능을 개선할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 수질정화장치 제1 실시예의 개념도이다.
도2는 본 발명에 따른 수질정화장치 제2 실시예의 개념도이다.
도3은 본 발명에 따른 수질정화장치 제3 실시예의 개념도이다.
도4는 본 발명에 따른 수질정화장치 제4 실시예의 개념도이다.
도5는 본 발명에 따른 수질정화장치 제5 실시예의 개념도이다.
도6은 본 발명에 따른 수질정화장치 제6 실시예의 개념도이다.
도7은 본 발명에 따른 오염기체를 정화하는 기체정화장치의 개념도이다.
도8은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제1 실시예의 측면도이다.
도9는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제1 실시예의 사시도이다.
도10은 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 바 제1 실시예의 개념도이다.
도11은 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 바 제2 실시예의 개념도이다.
도12는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제2 실시예의 측면도이다.
도13은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제2 실시예의 사시도이다.
도14A는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 평면도이다.
도14B는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 측면도이다.
도14C는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 사시도이다.
도14D는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 다른 각도에서 본 사시도이다.
도15는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 평면도이다.
도16은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 개념도이다.
도17은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 측면도이다.
도18은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 수질정화장치 제2 실시예의 개념도이다.
도3은 본 발명에 따른 수질정화장치 제3 실시예의 개념도이다.
도4는 본 발명에 따른 수질정화장치 제4 실시예의 개념도이다.
도5는 본 발명에 따른 수질정화장치 제5 실시예의 개념도이다.
도6은 본 발명에 따른 수질정화장치 제6 실시예의 개념도이다.
도7은 본 발명에 따른 오염기체를 정화하는 기체정화장치의 개념도이다.
도8은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제1 실시예의 측면도이다.
도9는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제1 실시예의 사시도이다.
도10은 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 바 제1 실시예의 개념도이다.
도11은 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 바 제2 실시예의 개념도이다.
도12는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제2 실시예의 측면도이다.
도13은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제2 실시예의 사시도이다.
도14A는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 평면도이다.
도14B는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 측면도이다.
도14C는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 사시도이다.
도14D는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 다른 각도에서 본 사시도이다.
도15는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 평면도이다.
도16은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 개념도이다.
도17은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 측면도이다.
도18은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 난류형성 및 접촉성능이 개선된 충전재 유니트(100)와 이를 이용한 수질정화장치와 기체정화장치를 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 수질정화장치 제1 실시예의 개념도이다.
상기 도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 충전재 유니트(100)를 포함하는 바람직한 실시예의 부상분리에 의한 수질정화장치(10) 제1 실시예는, 수중에 포함된 고체 및 액체 입자에 미세기포가 부착되어 겉보기 비중이 작아진 입자상 물질이 부력에 의해 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19)와, 수체에 공기가 과포화 용해되어 있는 과포화용해수를 생성 및 공급하는 과포화용해조(13)와, 상기 부상분리조(19)의 수면에서 미세기포가 부착된 입자상 물질로 이루어진 부유물을 수집하여 제거하는 부유물 수집기(11)와, 상기 부상분리조(19)의 하측에 배치되어 고액분리된 처리수가 수집 및 유출되도록 하는 처리수 수집부(12)를 포함하여 수질정화가 이루어지는 부상분리에 의한 수질정화장치에 관한 것이다. 상기 수질정화장치는 하폐수의 정화는 물론, 슬러지 등 고형물의 농축, 부유선광 등에 다양하게 적용될 수 있다.
상기 도1은 상기 과포화용해조(13)에 수체와 공기를 압송하는 유체 가압수단은 수체를 압송하는 가압펌프(15)와 공기를 압송하는 공기 압축기(14)를 포함하는 구성을 예시하고 있다. 유체 가압수단에서 압송되는 수체와 공기는 과포화용해조(13)에서 체류, 기액접촉, 가압되면서 수체에 공기중의 질소와 산소 등이 과포화용해된 과포화용해수를 생성하게 된다.
이와 같이 유체 가압수단은 상기 도1에서처럼 가압펌프(15)와 공기 압축기(14)가 조합되어 구성되거나, 또는 수체의 유동에너지에 의해 대기 중의 공기를 흡입하는 이젝터와 펌프가 조합된 펌프이젝터(미도시) 등 공지된 기술 및 장치들 중에서 현장 여건 등에 따라 선택하여 구성할 수 있다.
또, 상기 부상분리에 의한 수질정화장치(10)의 전단계에는 고형물을 응집시켜서 부상분리에 유리하도록 플럭을 형성하는 하나 이상의 응집반응기(21)와 교반기(22) 및 응집제 투입시설(미도시)이 구비될 수 있다.
상기 과포화용해조(13)는 후술하는 도8 내지 도18의 설명에 기술된 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)가 충전되어 이루어진 충전재 층을 내부에 포함하고 공기와 수체의 기액접촉을 증대시켜서 과포화 용해속도와 용해농도를 증대시킴으로써 동력비와 장치구성 및 수리학적으로 유리한 성능의 부상분리에 의한 수질정화장치를 제공할 수 있다.
상기 과포화용해조(13)에서 생성되는 과포화용해수를 과포화용해수 이송관(17)을 통하여 부상분리조(19)의 주로 전단에 이송시키고 노즐, 산기관 등으로 구성되는 분산기(23)를 통하여 유입수에 과포화용해수를 분산 및 혼합시키게 된다. 유입수에 혼합된 과포화용해수에서 발생되는 미세기포가 유입수 중의 고형물에 부착되고 겉보기 비중이 낮아진 고형물의 플럭(Floc)이 부상분리조(19)의 수면으로 부상되면 부유물 수집기(11)에 의해 수집 및 제거되며 처리수는 하부에 설치된 유공관 등으로 이루어지는 처리수 수집부(12)를 통하여 수집 및 유출되는 구성이다.
상기 도1에서는, 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)를 포함하는 부상분리에 의한 수질정화장치(10)의 상기 과포화용해조(13)에는 가압펌프(15)와 공기 압축기(14)에서 생성되는 수체와 공기를 각각 수체 압송관(16)과 압축공기 이송관(18)을 통하여 압송 및 가압시키는 구성이 예시되어 있다.
상기 충전재 유니트(100)가 충전되어 있는 상기 과포화용해조(13)는 단면적에 비하여 상대적으로 깊이가 깊고 양 끝이 막힌 수밀한 구조의 반응기가 길이방향이 중력방향과 평행하도록 지면과 수직방향으로 설치되며, 상기 과포화용해조(13)의 내부 상부측에는 가압펌프(15)와 수체 압송관(16)에 의해 수체를 압송 및 가압시키고, 상기 과포화용해조(13)의 내부 하부측에는 공기 압축기(14)와 압축공기 이송관(18)에 의해 공기를 압송 및 가압시키는 구성이 예시되어 있다.
상기 과포화용해조(13)의 내부 상기 압축공기 이송관(18)의 관말에는 토출구와 연통되는 노즐, 유공관, 산기관 등과 같은 공기 분산수단(미도시)을 설치하고 상기 공기 분산수단을 통하여 미세기포로 분출시키는 것이 바람직하다.
상기 도1에서의 상기 과포화용해조(13)는 내부의 충전재 유니트(100) 층에서 서로 반대 방향으로 공기와 수체가 각각 분출되는 실시예이다. 수체는 상부 측에서 분출유속과 중력에 의해 하향흐름으로 통과하고 공기는 하부 측에서 주로 부력에 의해 상향흐름으로 통과하므로 서로 교차유동(Counter Flow)하면서 기액접촉과 가압이 이루어지므로 별도의 교반력을 가하지 않고서도 두 유체가 서로 고르게 접촉하면서 과포화용해수가 생성될 수 있다.
또, 상기 수체 압송관(16)과 압축공기 이송관(18)은 이젝터(미도시)에 의해 하나의 이송관에 연통 및 결합되어서 수체와 압축공기가 혼합된 압축유체를 이송관을 통하여 상기 과포화용해조(13)에 압송시키는 등 종래의 공지된 방법들 중에서 여건에 따라 선택하여 구성할 수 있다.
부상분리에 의한 수질정화장치의 장치구성에서 특히, 충전재 유니트(100)의 역할이 중요한 이유는 충전재 층에 의하여 난류가 형성되고 단락(Short Circuit)이 방지되며 공기를 미세한 마이크로 버블로 수체에 분산시키고 수막이 형성되어 기액접촉이 이루어지는 넓은 표면적을 제공하고 기액접촉을 촉진하여 과포화 용해속도와 용해농도를 증대시킬 수 있기 때문이다. 과포화 용해속도와 용해농도가 증가되면 주로 처리수에 공기를 과포화용해시켜서 생성되는 과포화용해수의 순환량 즉, 유입유량에 대한 과포화용해수의 혼합유량의 비율이 감소하므로 처리수의 순환유량이 감소하게 된다. 이에 따라 가압펌프(15)와 공기 압축기(14) 등의 유체기계와 과포화용해조(13)와 부상분리조(19)에 대한 수리학적 부하가 감소되므로 처리성능이 개선됨은 물론, 동력소요, 유체기계의 소요용량, 부상분리조(19)의 소요 수면적이 감소되고 경제적으로도 유리한 수질정화장치를 실현할 수 있게 된다.
도2는 본 발명에 따른 수질정화장치 제2 실시예의 개념도이다.
상기 도2에 제시된 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 수질정화장치는 상기 제1 실시예의 수질정화장치에 추가하여 상기 과포화용해조(13)에 오존(O3), 과산화수소(H2O2), 염소계 산화제(Cl2, NaOCl 등) 등과 같은 산화제를 공급할 수 있는 산화제 공급시설(32)을 더 포함하고 산화제를 공급하여 산화반응이 이루어지도록 하는 실시예이다. 상기 과포화용해조(13)에 산화제를 투입하게 되면 주로 상기 부상분리조(19)의 유출수로 이루어지는 순환수에 포함된 색도, 잔류 유기물, 세균 등의 탈색, 산화, 멸균이 이루어짐은 물론, 분산기(23)를 통하여 산화제가 포함된 과포화용해수가 상기 부상분리조(19)에서 유입수와 신속하고 고르게 혼합되므로 유입수를 탈색, 산화, 멸균시키게 된다. 또, 산화반응으로 인해 발생하는 유리산소와 가스 등의 기체는 과포화용해수로부터 분리되는 공기와 함께 부상분리성능의 향상에 기여할 수 있다.
상기 산화제 공급시설(32)은 화학약품 탱크(Chemical Tank)와 정량펌프의 조합장치 이거나 오존발생장치와 공급기(Feeder)의 조합장치 등과 같이 산화제의 종류와 현장여건에 맞추어서 공지된 장치들 중에서 선택할 수 있다. 산화제 공급시설(32)에서 공급되는 산화제는 상기 과포화용해조(13)에 직접 투입할 수 있다. 또, 상기 산화제는 상기 도2에서처럼 상기 수체 압송관(16)을 통하여 투입하거나, 압축공기 이송관(18) 또는 수체와 공기가 혼합된 혼합수류 이송관(미도시) 등을 통하여 투입하게 되면 결과적으로 가압부상용 유체와 함께 상기 과포화용해조(13)에 투입되게 된다. 산화제가 투입된 수체 압송관(16)에는 라인믹서(35)가 설치되어 상기 과포화용해조(13)에 유입되기 전에 관로에서 혼합이 선행되는 것이 바람직하다.
산화제에 의해 산화반응이 이루어지는 상기 과포화용해조(13)에서 주로 기체상의 잉여산화제(36)가 발생하는 경우 상기 잉여산화제(36)의 산화능력을 제거하는 것이 바람직하며 유입수에 혼입시켜서 유입수중의 환원성물질에 의해 산화력을 제거할 수 있다.
또, 상기 과포화용해조(13)에는 도8 내지 도18에 도시된 충전재 유니트(100)를 충전하므로써 난류를 형성하고 단락을 방지하며 기액접촉을 증가시켜서 산화반응 및 공기용존효율을 증대시킬 수 있다.
도3은 본 발명에 따른 수질정화장치 제3 실시예의 개념도이다.
본 발명에 따른 바람직한 제3 실시예의 수질정화장치는 제1 실시예의 수질정화장치에 추가하여 후속공정으로서 잔류 유기물, 색도, 바이러스 등이 산화분해되는 산화반응기(30)와 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 공급하는 산화제 공급시설(32)을 더 포함하고, 상기 산화반응기(30)에는 산화제를 투입하고 상기 부상분리조(19)의 유출수를 유입, 체류, 산화시켜서 잔류 유기물과 색도 등을 산화분해시키는 실시예이다.
상기 도3에서는 교반기(22)가 구비된 완전혼합형 반응기(CFSTR) 형태의 산화반응기(30)를 예시하였으나, 이에 국한되지 않고 플러그(Plug)흐름 반응기, 또는 후술하는 도6에서와 같이 수평 단면적에 비해 수직 높이가 높아서 수심이 깊은 타워형의 반응기 등 다양한 형태의 반응기 중에서 선택할 수 있다.
산화제의 투입위치는 상기 도3에서와 같이 상기 산화반응기(30)에 직접 투입하거나, 또는 상기 산화반응기(30)의 유입관로 즉, 상기 부상분리조(19)의 유출관로에 투입할 수 있으며, 상기 산화반응기(30)의 유입관로에 투입하는 경우에는 투입시점 이후의 유입관로에는 라인믹서(미도시)를 설치하여 관로에서 혼합을 선행하는 것이 바람직하다.
산화제가 투입되어 산화반응이 이루어지는 상기 산화반응기(30)에서는 오존가스 등과 같은 잉여산화제(36)가 발생될 수 있는데, 상기 도3에서와 같이 잉여산화제(36)는 상기 응집반응기(21) 또는 상기 가압부상조(19)로 유입되는 유입수에 혼합시켜서 유입수에 함유된 유기물 등 환원성물질에 의해 환원시켜서 무해화 할 수 있다. 또, 상기 산화반응기(30)에서 발생하는 잉여산화제(36)의 산화력을 제거하기 위하여 투입하는 위치는 상기 응집반응기(21), 상기 과포화용해조(13), 상기 부상분리조(19) 및 이들의 전단계에 구비되는 유입관로 중에서 선택할 수 있으며 투입되는 위치에서부터 접촉하게 되는 공정수 또는 유입수 중에 함유된 환원성물질에 의해 산화력을 제거하게 된다.
이와 같이 응집반응기(21), 과포화용해조(13), 부상분리조(19) 등의 유입관로에 상기 잉여산화제(36)를 투입하면 결국 상기 유입관로가 연통되어 있는 해당 반응기로 유입되므로 청구항 등에서 투입위치가 유입관로인 경우는 별도로 구분하여 기재하지 않고 해당 반응조만을 기재한다. 일반적으로 도3에서와 같이 유기성물질에 의한 오염도 즉, 환원성물질의 농도가 가장 높은 유입수가 유입되는 유입관로에 투입하는 것이 잉여산화제(36)의 환원반응에 보다 유리할 수 있다. 상기 도3에서는 상기 응집반응기(21)로 유입되는 유입관로에 잉여산화제(36)를 투입하도록 예시하고 있다.
도4는 본 발명에 따른 수질정화장치 제4 실시예의 개념도이다.
본 발명에 따른 바람직한 제4 실시예의 수질정화장치는 산화반응기(30)에서 배기되는 잉여 오존, 염소 등이 함유된 잉여산화제(36)를 상기 과포화용해조(13)에 유입시키거나 또는 상기 가압부상조(19)에 유입관로를 통하여 유입시켜서 처리하는 실시예이다. 장치의 구성은 제3 실시예에서처럼 부상분리에 의한 수질정화장치(10)와 후속공정으로서 잔류 유기물, 색도, 바이러스 등이 산화분해되는 산화반응기(30)와 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 공급하는 산화제 공급시설(32)를 포함하고, 상기 산화반응기(30)에는 산화제가 투입되어서 상기 부상분리조(19)의 유출수를 유입, 체류, 산화시켜서 잔류 유기물과 색도 등을 산화분해시킬 수 있다.
상기 도4에서도 교반기(22)가 구비된 완전혼합형 반응기(CFSTR) 형태의 산화반응기(30)를 예시하였으나, 플러그(Plug)흐름 반응기, 또는 수평 단면적에 비해 수직 높이가 높은 타워형의 반응기 등 다양한 형태의 반응기 중에서 선택할 수 있다.
상기 제4 실시예의 수질정화장치는 산화제가 투입되는 상기 산화반응기(30)에서 발생되는 잉여산화제(36)를 상기 부상분리조(19)의 유입관로를 통하여 상기 부상분리조(19)에 투입하거나 또는 상기 과포화용해조(13)에 투입시켜서 제거하는 실시예가 포함된다. 상기 과포화용해조(13)에 잉여산화제(36)를 투입하면 분산기(23)를 통하여 부상분리조(19)에 유입되고 상기 부상분리조(19)로 유입되는 유입수와 혼합되면서 유입수에 함유된 유기물 등의 환원성물질에 의해 상기 잉여산화제의 산화력을 제거할 수 있다. 잉여산화제의 투입위치는 상기 과포화용해조(13)에 직접 투입하거나, 또는 수체 압송관(116), 압축공기 이송관(18), 상기 수체 압송관(16)과 압축공기 이송관(18)이 결합되어 구성되는 혼합유체 이송관(미도시)을 통하여 투입하도록 선택할 수 있다. 도4에서처럼 유체가 흐르는 수체 압송관(16) 등에 투입하는 경우에는 투입시점 이후의 관로에는 라인믹서(35)를 설치하여 수체 압송관(16) 등에서 혼합을 선행하는 것이 바람직하다.
도5는 본 발명에 따른 수질정화장치 제5실시예의 개념도이다.
상기 도5에 도시된 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)를 포함하는 바람직한 실시예의 수질정화장치(20)는, 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 반응이 이루어지는 산화반응기(31)와, 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제들 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(31)에 공급하는 산화제 공급시설(32)을 포함하여 구성되고, 도8 내지 도18에서 도시된 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)가 상기 산화반응기(31)에 충전되어서 유기물, 색도, 탁도, 세균 등의 피산화물과 산화제의 접촉이 촉진되어 반응성능이 개선될 수 있는 수질정화장치(20)에 관한 것이다.
상기 도5에 예시된 제5 실시예의 수질정화장치에서처럼 상기 산화반응기(31)는 다수개의 완전혼합형 반응기(CFSTR)를 직렬로 연결하여 단락이 최소화되고 반응기의 전체 체류시간에 비해 상대적으로 처리효율을 높게 유지할 수 있다. 또, 상기 산화반응기(31)는 CFSTR, 플러그 흐름 반응기(PFR) 등 제한 없이 적용할 수 있다.
또, 상기 충전재 유니트(100)가 충전된 상기 산화반응기(31)의 전단계에는 유입수가 유입 및 혼합되고 상기 산화반응기(31)로 유출되는 혼화조(33)가 추가 설치되고, 상기 산화제 공급시설(32)에 의해 산화제를 상기 혼화조(33)에 투입하고 상기 혼화조(33)에는 교반기(22) 등과 같은 혼합수단이 설치되어 산화제와 유입수를 혼합시킬 수 있다.
산화제의 투입위치는 상기 산화반응기(31)에 직접 투입하거나, 또는 상기 도5에서와 같이 상기 혼화조(33)의 유입관로 또는, 상기 혼화조(33)에 투입할 수 있으며, 상기 산화반응기(31) 또는 상기 혼화조(33)의 유입관로에 투입하는 경우에는 투입시점 이후의 유입관로에는 라인믹서(35)를 설치하여 관로에서 혼합을 선행하는 것이 바람직하며 유입관로에 투입하는 것은 라인믹서(35)의 적용이 주목적이다.
도6은 본 발명에 따른 수질정화장치 제6 실시예의 개념도이다.
상기 도6에 도시된 제6 실시예의 수질정화장치는 산화반응기(31)를 수평단면적에 비해 반응기의 수심 즉, 높이가 높게 구성되어 설치면적이 작게 소요되는 Tower형 반응기가 적용되는 실시예이다.
앞에서 설명한 상기 제5 실시예의 산화반응기(31)는 체적에 비하여 상대적으로 수심이 낮아서 반응기의 상부 수면적이 상대적으로 넓고 복수개의 반응조마다 상부의 수면과 접촉하게 되므로 산화제인 경우 반응액의 상부로 쉽게 분리될 수 있으므로 산화제가 낭비되고 잉여산화제가 많이 발생되는 구성이다.
반면에, 상기 제6 실시예에서는 반응기의 전체 용량에 비하여 상대적으로 수심이 깊고 수면적이 작은 구성이다. 따라서 산화제가 수심이 깊은 Tower형의 산화반응기(31)의 내부에서 부상 또는 하강하면서 산화반응을 지속할 수 있다. 특히, 가스상의 산화제의 경우 제5 실시예의 완전혼합형의 반응기에서보다 수면에 도달하기까지 상대적으로 긴 거리를 부상하면서 이동하고 수면과의 접촉회수가 적기 때문에 기체상의 산화제인 경우에도 수면위로 분리되는 기회가 줄어들고 반응액 중에서 장시간 체류하게 된다. 가스상의 산화제인 경우에도 분리 유출량을 최소화 할 수 있고 설치면적을 줄일 수 있으므로 산화제의 낭비를 줄이고 부지소요면에서도 유리한 구성이다.
또, 상기 산화반응기(31)에는 그물망, 메쉬(Mesh), 타공판 등과 같은 망상체(39)를 설치하되, 주로 유체의 흐름방향과 직교하도록 법선방향으로 설치하고 상기 망상체(39)의 상부에는 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)를 적층하고 충전재 층의 상부에는 적절한 높이의 공간을 확보할 수 있다. 상기 망상체(39)와 충전재 유니트(100)는 일정한 간격으로 반복하여 설치되고 간격에는 공간이 구성되도록 할 수 있다. 이와 같은 실시예의 경우 충전재 유니트(100)의 과다한 적층으로 인한 산화반응기(31) 용량의 잠식을 방지하고 난류층을 형성하며 단락을 방지할 수 있고 소요비용면에서도 유리하다.
또, 이러한 충전방식은 도5에 제시된 완전혼합형 산화반응기(31)에서는 물론, 전술한 도1 내지 도4의 상기 과포화용해조(13)에도 적용할 수 있다.
도7은 본 발명에 따른 오염기체를 정화하는 기체정화장치의 개념도이다.
상기 도7에 도시된 오염기체를 세정액에 의해 물리화학적으로 정화시키거나 생물막에 의해 악취 등을 생물학적으로 정화하는 본 발명에 따른 기체정화장치(40)는, 기체가 유입, 체류 및 유출되는 공간을 제공하는 세정실(41)과, 상기 세정실(41) 내부에 세정액을 분무하는 유공관, 노즐 등과 같은 분무수단(45)과, 상기 세정실(41)로 오염기체가 이송되도록 유동에너지를 생성하는 송풍기(42)와, 상기 세정실(41) 내부에 설치된 분무수단(45)으로 세정액을 압송시키는 펌프(43)와, 상기 펌프(43)의 토출구로부터 상기 분무수단(45)까지 세정액이 이송되는 유로를 제공하는 세정액 이송관(44)을 포함하여 구성된다.
상기한 세정실(41)에는 후술하는 도8 내지 도18의 설명에 기술되어 있는 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)가 충전되어 충전재 유니트 층을 이루는데 상기 충전재 유니트(100)는 분무수단(45)에서 분무되는 세정액의 수막이 형성되거나 미생물이 부착증식하여 생물막을 형성하는 표면적을 제공하고 유체유동을 난류로 전환시키므로 상기 세정실(41)의 내부에서 송풍기(42)에 의해 송기되는 오염기체와 세정액의 기액접촉 또는 오염기체와 생물막의 접촉을 증대시키고 분무된 액적과 충전재 유니트(100) 표면에 형성된 수막 또는 생물막으로 기질의 전달속도와 고형물 포집을 증대시켜서 기체정화성능을 개선할 수 있다.
정화대상 오염기체에 산, 알칼리 등 생물학적으로 분해되지 않는 난분해성이거나 기타 유독성 물질이 함유되거나 고농도인 경우, 상기 기체정화장치(40)는 용해, 포집, 산화, 중화, 흡착 등 물리화학적 방법으로 운영되는데 세정액에는 산, 알칼리 등 pH조정제, 산화제, 흡착제 등이 포함되며 상대적으로 세정액의 분무량이 많아서 오염기체풍량/세정액수량의 비율은 상대적으로 작은 조건으로 운영된다.
정화대상 오염기체가 메르캅탄, H2S, 유기물 등 생물학적으로 분해가능한 물질로 오염된 경우, 상기 기체정화장치(40)는 생물학적 정화방법으로 운영되는데, 세정액, 정확하게는 생물막 습윤용수에는 미생물의 증식을 위한 영양염류가 포함될 수 있다. 또, 세정액의 분무량은 상기 충전재 유니트(100)의 표면에 증식하는 생물막을 습윤상태로 유지하면 충분하므로 물리화학적인 운영보다 분무량이 상대적으로 적은 편이다. 따라서 오염기체풍량/세정액수량의 비율은 상대적으로 큰 조건에서 운영된다.
이와 같이 물리화학적 또는 생물학적 정화방식과 관계없이 상기 기체정화장치(40)의 기본구조는 큰 차이가 없으며 운영방식에 따라 펌프(43)와 분무수단(45) 등 시설용량에 차이가 날 수 있다.
또, 상기 세정실(41)에는 본 발명의 상기 충전재 유니트(100)에 추가하여 비표면적이 더 크게 구성될 수 있는 섬유상 충전재(200)가 추가로 충전될 수 있다. 상기 섬유상 충전재(200)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PE), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐디클로라이드(PVDC) 등과 같은 합성수지 소재로 이루어지며 직경 0.3∼1.5mm, 비중 0.8∼1.8 범위의 섬유가 직조, 편직 또는 접착에 의해 적절한 공극율이 확보되도록 적층되어 구성된다.
이와 같이 상기 도1 내지 도7의 설명에서 기술한 수질정화장치(10,20)와 기체정화장치(40)에는 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)들이 적용될 수 있다.
이하 다음 도8 내지 도18의 설명에서는 본 발명에 따른 난류형성 및 기액접촉 성능이 개선되는 충전재 유니트(100)의 구성과 작용을 상세히 설명한다.
도8은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제1 실시예의 측면도이다.
도9는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제1 실시예의 사시도이다.
상기 도8 내지 도9에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 충전재 유니트(100)는, 주로 경질의 합성수지 또는 세라믹 소재로 성형되고, 단면적에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성된 선형의 부재가 다양한 형상의 고리 모양으로 성형되어 폭과 단면적에 비하여 상대적으로 둘레길이가 길고 링(Ring) 형상으로 성형되며 크기가 서로 다른 제1 링부재(115)와 제2 링부재(115a)에는 폭과 단면적에 비하여 상대적으로 길이가 길고 단면이 역유선형이며 원호 형상 등으로 성형된 복수개의 역유선형 바(114)의 양측 선단이 연결 및 고정되어 있는 실시예이다. 여기서 상기 제1 및 제2 링부재(115,115a)들은 원형의 고리 형상은 물론, 타원형, 각형, 다각형 등 그 형상에 제한받지 않고 다양한 모양으로 구성할 수 있으며, 필요시에는 하나 이상의 절단부가 포함될 수 있다. 본 발명의 각 도면에서는 절단부가 없이 연결되어 있는 원형의 고리 형태를 예시하고 있다.
상기 역유선형 바(114)들의 사이 및 상기 제1 링부재(115)와 제2 링부재(115a) 사이에는 여유 간격에 의한 개구부(112)가 형성되어 상기 충전재 유니트(100)의 전체적인 형상은 망상체를 이루며 망상체의 내측에는 공간이 형성되어 있다.
이하 상기 도8 및 도9에 도시된 실시예에 따른 충전재 유니트(100)의 구성에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 크기가 서로 다른 2개의 링부재(115,115a)를 포함하고, 상대적으로 직경이 더 큰 제1 링부재(115)의 내측에 직경이 더 작은 제2 링부재(115a)가 같은 평면을 이루도록 배치되되, 상기 제1 링부재(115)의 원주 외곽과 상기 제2 링부재(115a)의 원주 내면 사이의 간격이 등간격을 이루도록 중심부가 서로 일치하는 배치이고, 첨단부(116)가 내측을 향하고 후단부(117)가 외측을 향하도록 원호형으로 절곡된 역유선형 바(114)들의 일측 끝단은 원형인 상기 제1 링부재(115)에 고정되고 다른 일측 끝단은 상기 제2 링부재(115a)에 연결 및 고정되는 구성이다. 상기 도8 및 도9에서는 복수의 상기 역유선형 바(114)들은 원호형이며 소정의 간격으로 이격 배치되어 개구부(112)가 형성되며 전체적인 외관은 도너츠형으로 이루어지는 실시예를 나타내고 있다. 도너츠형 실시예의 상기 충전재 유니트(100)들은 세정실 등에 적층하면 원구형보다 충전재 유니트(100)들 사이의 빈 공간이 적게 형성되고 원구형과 달리 유체의 유동에 따른 풍압과 수압이 작용하더라도 쉽게 굴러다니지 않고 안착됨으로 안정적인 적층상태를 유지할 수 있게 된다.
또, 본 발명의 충전재 유니트(100)는 상기 역유선형 바(114)들을 가로방향으로 서로 연결시키는 브릿지(118)를 더 포함하는데, 상기 브릿지(118)는 복수개의 상기 충전재 유니트(100)들을 적층하여 충전재 유니트(100) 층을 구성할 때 상기 역유선형 바(114)가 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 상기 역유선형 바(114)들 사이의 틈새에 삽입되고 겹쳐지는 것을 방지하므로 공극율이 축소되어 유체의 유통을 방해하거나 저항이 증대되는 것을 방지하고 동시에 적층에 따른 하중과 외력에 대응하여 변형을 방지하는 보강재가 될 수 있다. 또, 이 브릿지(118)들도 난류흐름을 형성할 수 있는 역유선형 바(114)로 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 기체정화장치의 세정실(41) 또는 가압부상에 의한 수질정화장치의 과포화용해조(13)와 물리화학적, 생물학적 수질정화장치의 반응기 등에 충전되어 기액접촉과 반응을 촉진하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 충전재 유니트(100)는 단면적에 비하여 상대적으로 둘레길이가 길고 원형, 타원형, 각형, 다각형 중에서 선택된 형상이며 주로 절단부가 없는 형상으로 성형된 크기가 서로 다른 2개의 링부재(115,115a)와, 폭과 단면적에 비해 상대적으로 길이가 긴 복수의 역유선형 바(114)를 포함하고, 세정실(41) 등에 적층되어 유체유동(119)과 접촉하게 되면, 유동하는 유체는 후술하는 도10 및 도11에 도시된 상기 역유선형 바(114)에 의해서 난류흐름으로 전환되므로 기액접촉이 증대되고 기체정화성능과 공기용존성능이 개선될 수 있다.
이하 도10 및 도11에서 상기 역유선형 바(114)의 구성과 기능을 상세히 설명한다.
도10은 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 바 제1 실시예의 개념도이다.
상기 도10에 도시되어 있는 사시도에서와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예의 역유선형 바(114)는, 선형의 첨단부(116)와, 폭에 비해 상대적으로 길이가 긴 2개 평면의 일측이 상기 첨단부(116)와 길이방향으로 일치하여 선형을 이루도록 서로 맞닿아 있고, 다른 일측은 서로 이격되어서 대응하는 평면에 대하여 일정한 각도(θ0) 만큼 벌어져서 가로방향으로 서로 경사지게 배치되는 2개의 경사면(120,120a)과, 상기 2개의 경사면(120,120a)의 이격부분을 길이방향으로 연결하는 폭에 비해 상대적으로 길이가 긴 평면으로 구성되는 후단부(117)와, 상기 2개의 경사면(120,120a)과 상기 후단부(117)가 서로 맞닿아서 이루어지는 2개의 모서리부(121,121a)를 포함하여 구성된다. 전체적인 형상은 단면이 주로 이등변 삼각형 형태의 역유선형이며 단면적에 비해 길이가 길게 구성되는 선형의 부재에 해당된다.
이와 같이 상기 역유선형 바(114)의 구성은 선형의 첨단부(116)와, 상기 첨단부(116)에서 양측으로 연장되는 2개의 경사면(120,120a)과, 평면인 후단부(117)와, 상기 2개의 경사면(120,120a)과, 후단부(117)가 교차하여 형성되는 2개의 모서리부(121,121a)로 구성되며 단면이 주로 이등변삼각형 형태의 역유선형이다. 상기 역유선형 단면의 첨단부(116)와 후단부(117)의 양끝 즉, 모서리부와 직교하는 선분의 사이각 θ0 즉, 상기 2개의 경사면(120,120a)이 이루는 사이각 θ0은 미리 정해진 예각으로 이루어지므로 첨단부(116)에서 후단부(117)를 향할수록 양측 경사면(120,120a) 사이의 간격은 점차 멀어지는 구성이다. 상기 양측 경사면(120,120a)과 평면인 상기 후단부(117)가 이루는 각도 즉, 상기 모서리부(121,121a)에서의 양측 경사면(120,120a)과 후단부(117)가 서로 만나서 이루어지는 각도 θ는 예각을 이루게 되며, 상기 경사면(120,120a)들의 사이각(θ0)보다 큰 각으로 구성되는 것이 일반적이다. 상기 첨단부(116)와 한 쌍의 상기 모서리부(121,121a)들은 선형이며, 상기 양측의 경사면(120,120a)들과 상기 후단부(117)는 폭이 좁고 길이가 긴 평면으로 구성된다.
상기 역유선형 바(114)의 기능에 대해 보다 상세히 설명하면, 기체, 액체 또는 기액혼합유체 등의 유체유동(119)이 상기 역유선형 바(114)의 상기 첨단부(116) 측으로 유동하면 첨단부(116)에서 각 θ0 만큼 서로 벌어지는 양측의 경사면(120,120a)을 따라 후단부(117) 측으로 유동하는 유체유동(119)은 상기 첨단부(116)를 경계로 양측으로 분할되어 경사면(120,120a)을 따라 유동하면서 간격이 점점 멀어지는 경사면(120,120a)의 양측으로 밀려나게 되므로 압력이 증가하게 되고 경사면(120,120a)이 끝나는 양측의 모서리부(121,121a)와 후단부(117)에 이르러서 양측 방향으로 밀어내는 경사면(120,120a)이 더 이상 존재하지 않고 유로의 단면이 급격하게 팽창되므로 압력이 급격하게 감소하면서 소용돌이와 난류가 형성되게 된다. 따라서 유체유동(119)이 상기 역유선형 바(114)의 첨단부(116)에서 양측 경사면(120,120a)을 따라 모서리부(121,121a)와 후단부(117) 측으로 통과하면 좁고 긴 후단부(117)와 모서리부(121,121a)를 따라서 길게 소용돌이와 난류가 생성되므로 공기와 수체의 기액접촉이 증가되고 상기 역유선형 바(114)의 표면에 부착증식하는 생물막과 기질의 접촉이 촉진될 수 있다. 또, 상기 역유선형 바(114)를 포함한 접촉재 유니트(100)의 표면에 형성된 수막과 기체의 기액접촉이 촉진될 수 있다. 다수의 상기 역유선형 바(114)를 포함하여 충전재 유니트(100)를 구성하게 되면 소용돌이와 난류가 증가되어 기질간의 접촉과 기액접촉성능이 향상되고 공기용존성능과 반응성능이 더욱 향상될 수 있다.
도11은 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 바 제2 실시예의 개념도이다.
상기 도11에 도시되어 있는 사시도에서와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 역유선형 바(114)는 상기 제1실시예의 역유선형 바(114)의 후단부(117)에 길이방향을 따라 폭과 깊이에 비하여 상대적으로 길이가 긴 U자 또는 V자형의 선형의 홈(124)을 포함하여 다양한 형상의 비선형의 홈들이 형성되어 있으므로 난류형성 및 기액접촉성능이 개선되는 충전재 유니트를 실현할 수 있다. 이와 같이 제2 실시예의 역유선형 바(114)는 평면으로 이루어진 상기 제1 실시예의 역유선형 바(114)의 후단부(117)에 길이방향을 따라 선형의 홈과 다양한 형상의 홈(124)을 구성함으로써 양측의 경사면(120,120a)을 따라 유동하는 유체유동에 소용돌이와 난류가 형성될 수 있는 더 많은 공간이 확보될 수 있고, 상기 평면인 후단부(117)에 형성된 홈(124)의 내부 빈 공간에 의해 더 강한 부압이 형성되어 소용돌이와 난류형성에 유리하게 된다.
또, 역유선형 바(114)에 상기 홈(124)이 형성됨에 따라 홈이 차지하는 공간의 체적에 상응하는 만큼 소재의 사용량을 줄일 수 있고 난류형성이 제1 실시예보다 더욱 촉진될 수 있다.
이와 같이 상기 역유선형 바(114)는 난류와 교반류를 생성할 뿐 아니라, 상기 충전재 유니트(100)의 일부를 구성하고 상기 브릿지(118)와 함께 충전재 유니트(100)의 변형을 방지하는 구조체(Structural Body)로서의 기능을 수행할 수 있다. 또, 상기 역유선형 바(114)는 충전재 유니트(100)의 비표면적을 증대시켜서 같은 부피의 충전재 층에서도 수막을 형성하는 표면적을 크게 제공하므로 기액접촉을 증대시키고 반응성능이 향상되며 생물학적처리에서 담체(BioFilm Media)로 적용할 경우, 미생물이 부착증식할 수 있는 보다 넓은 표면적을 제공할 수 있다.
일반적인 유선형(流線型; Streamline Shape)의 구조물은 전면이 원구형에 가깝고 후면으로 향할수록 점점 축소되고 좁아지는 구성이며 대표적으로 잠수함의 외형을 예로 들 수 있는데, 유선형은 난류 발생을 최소화하고 유체 저항을 감소시키는 형상이자 목적으로 이용된다. 반면에, 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)는 유선형과 반대 형상인 역유선형 바(114)가 조합 구성되는 실시예가 포함된다. 따라서 유선형, 사각형, 원형 등의 단면으로 구성된 충전재 유니트에서보다 유체유동(119)을 더 많은 소용돌이와 난류로 전환시키므로 교반력이 증가되고 기체 또는 기체 중의 기질과 수체의 접촉이 더욱 개선될 수 있다.
도12는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제2 실시예의 측면도이다.
도13은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제2 실시예의 사시도이다.
상기 제1 실시예의 충전재 유니트(100)는 열가소성 수지 등으로 사출성형할 때 1조의 금형에 의해 1회 스트로크(Stroke)로 사출성형이 불가능한 구성이다. 상기 제1 및 제2 링부재(115,115a)들이 길이방향으로 분할된 일측을 사출성형하고 이들을 서로 맞대고 열융착, 핀조립 등의 방법으로 결합시켜서 상기 도8 내지 도9의 도면에 제시된 형태로 조립해야 하므로 시간과 노력과 비용이 추가 소요된다.
이러한 문제점에 대응하여 도12 내지 도13에 예시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 충전재 유니트(100)는 도12와 도13에 도시된 바와 같이 도넛츠 형태의 제1 실시예의 충전재 유니트(100)가 상기 제1 및 제2 링부재(115,115a)들이 길이방향으로 분할되고 조립되기 전의 성형물로 구성된다. 따라서 조립공정이 생략됨으로 조립비용에 상응하는 비용절감면에서 유리하고, 상기 역유선형 바(114)의 첨단부(116) 방향을 일정하게 적층할 수 있으므로 유체의 유동방향이 일정한 기체정화장치 등의 세정실 등에 적층시 난류형성에 유리하다. 또, 이실시예에서는 주로 외곽의 제1 링부재(115) 등에는 상기 역유선형 바(114)가 설치되는 방향으로 겹침 방지부(122)가 돌출되도록 구비함으로써 크기가 서로 같고 내부가 비어서 그릇 형상의 제2 실시예의 충전재 유니트(100)들이 그릇이나 컵들이 서로 포개어지듯 겹쳐지는 것을 방지할 수 있다. 충전재 유니트(100)들이 겹쳐지게 되면 충전재층의 공극율이 불균일하게 축소되므로 유체유동에 대한 저항이 불균일하고 증대될 수 있다.
따라서 상기 제1 링부재(115)와 상기 제2 링부재(115a), 상기 역유선형 바(114), 상기 브릿지(118) 중에서 적어도 어느 일측에는 상기 겹침 방지부(122)가 돌출되도록 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제3실시예의 충전재 유니트를 설명하기에 앞서 이하 다음 도14A 내지 도14D에서 제3 실시예의 충전재 유니트에 구비되는 주요 구성요소인 역유선형 모듈에 대하여 먼저 설명한다.
도14A는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 평면도이다.
도14B는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 측면도이다.
도14C는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 사시도이다.
도14D는 본 발명에 따른 충전재 유니트에 구비되는 역유선형 모듈의 다른 각도에서 본 사시도이다.
상기 도14A 내지 도14D에 제시된 역유선형 모듈(110)은 조립이 필요하지 않고 1회 스트로크(Stroke)로 사출성형이 가능하며 서로 겹치지 않고 상기 제1 내지 제2 실시예의 충전재 유니트보다 사출 스트로크를 1/2로 줄일 수 있는 구성의 충전재 유니트를 실현하기 위한 것이다.
이하 도14A 내지 도14D에 제시되는 역유선형 모듈(110)은 후술하는 제3 실시예의 충전재 유니트를 실현하기 위한 구성요소로서 상기 역유선형 바(114)와 상기 브릿지(118)를 포함하여 구성된다. 상기 역유선형 모듈(110)로 구성되는 후술하는 제3 실시예의 충전재 유니트는 상기 링부재(115,115a)들이 이루는 평면의 양측에 상기 역유선형 모듈(110)들을 서로 엇갈리게 배치하여 형성되는 공간부(111)와 상기 역유선형 모듈(110)이 서로 교차하고 마주 보도록 구성함으로써 상기 제1 실시예에서 조립 또는 융착시켜야 하는 단점을 해소할 수 있다. 또, 상기 제1 및 제2 실시예에서보다 사출 스트로크를 1/2로 줄일 수 있어 유리하다.
상기 도14A 내지 도14D에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 충전재 유니트(100)에 구비되는 역유선형 모듈(110)은 주로 원호형으로 성형된 한 쌍의 상기 역유선형 바(114)와 상기 역유선형 바(114)를 서로 연결하는 복수의 브릿지(118)가 결합되어 있는 원호형의 역유선형 모듈(110)을 포함하여 구성되고, 상대적으로 둘레길이가 더 긴 제1 링부재(115)와 상대적으로 둘레길이가 짧은 제2 링부재(115a)에는 복수의 상기 역유선형 모듈(110)의 양 끝부분이 각각 설치된다. 상기 역유선형 모듈(110)들은 상기 링부재(115,115a)들이 이루는 평면을 기준으로 맞은 편의 대응하는 위치에는 설치되지 않고 비어있는 공간부(111)가 형성되도록 서로 엇갈리게 배치된다.
상기 역유선형 모듈(110)들을 구성하는 한 쌍의 역유선형 바(114)들의 길이는 거의 동일한 반면에, 상기 역유선형 바(114)들을 서로 연결하는 브릿지(118)들은 길이가 서로 달라서 도14B에서처럼 측면에서 본 형상은 원호형이지만, 상부에서 바라본 평면은 도14A에서와 같이 삼각형에 가까운 마름모꼴이 되는데, 마름모꼴인 상기 역유선형 모듈(110)은 넓이에 맞추어 넓은 측의 폭(W1)과 좁은 측의 폭(W2)은 각각 상대적으로 둘레길이가 긴 상기 제1 링부재(115)의 둘레길이와 상대적으로 둘레길이가 짧은 상기 제2 링부재(115a)의 둘레길이와 대체로 비례하는 구성이다. 상기 역유선형 모듈(110)들은 넓은 폭(W1) 측이 둘레길이가 긴 상기 제1 링부재(115)에 설치되고, 좁은 폭(W2) 측은 둘레길이가 짧은 상기 제2 링부재(115a)에 설치되므로 역유선형 바(114)와 브릿지(118)가 일측에 치중되거나 중첩되지 않고 상기 링부재(115,115a)들이 이루는 평면의 전체에 균일한 형상으로 배치될 수 있다.
상기 도14C와 도14D는 상기 제1,2 링부재(115,115a)에 역유선형 모듈(110)들이 결합되는 형태를 나타내고 있다. 상기 도14C는 도면을 기준으로 상기 링부재(115,115a)들의 상부면 측에 결합된 형태를 나타내고, 상기 도14D는 하부면 측에 결합된 형태를 나타내며 후술하는 도16에서처럼 상기 링부재(115,115a)들이 이루는 평면을 기준으로 서로 엇갈리게 결합된다.
또, 상기 역유선형 바(114)와 상기 브릿지(118) 중에서 선택하여 겹침 방지부(122)를 구비할 수 있다.
도15는 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 평면도이다.
도16은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 개념도이다.
도17은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 측면도이다.
도18은 본 발명에 따른 충전재 유니트 제3 실시예의 사시도이다.
상기 도15는 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 충전재 유니트(100)의 완성품을 상부에서 바라본 평면도이고, 도16은 상기 충전재 유니트(100)를 측면에서 바라본 측면도이다. 다만, 상기 도16은 이해를 돕기 위하여 원형인 측면의 외관을 직선형태로 펼쳐서 도시한 것이다.
상기 역유선형 모듈(110) 사이에 형성되는 상기 공간부(111)의 폭(W3)은 대응하는 위치의 맞은 편의 상기 역유선형 모듈(110)의 폭(W1)보다 더 넓은 폭으로 구성하고 역유선형 모듈(110)의 상부 평면 전체가 상기 공간부의 평면에 포획되도록 구성한 것이다. 이에 따라 충전재 유니트(100)를 열가소성 합성수지 소재로 사출성형할 경우, 한 셋트의 사출금형을 이용하여 접합이 필요 없고 조립할 필요도 없는 일체형의 충전재 유니트(100)를 1회 스트로크로 성형할 수 있게 된다.
만약, 상기 공간부(111)의 폭(W3)이 대응하는 위치의 맞은 편의 역유선형 모듈(110)의 폭(W1)보다 작거나 같을 경우에는 1회 스트로크로 성형이 불가능하므로 2개의 성형물로 나누어서 성형하고 다시 융착하거나 조립해야 하므로 공정 추가에 따른 비용과 노력이 증가되는 어려움이 있는데, 이러한 문제들이 해소될 수 있다. 그런데 상기 제3 실시예에서는 상기 공간부(111)의 폭(W3)을 상기 역유선형 모듈(110)의 폭(W1)보다 넓게 구성한다. 상기 공간부(111)의 모든 폭을 대응하는 위치에서의 상기 역유선형 모듈(110)의 폭들보다 넓게 구성함으로써 접합부가 없고 1회 사출(1 Stroke)로 쉽게 성형할 수 있게 된다.
그러나 많은 수량의 상기 충전재 유니트(100)들을 세정실(41) 등에 적층할 경우 상기 충전재 유니트(100)의 상기 역유선형 모듈(110)이 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 폭(W3)이 더 넓은 공간부(111)에 삽입되어 충전재 유니트(100)들이 서로 겹쳐지게 됨으로 공극율이 불균일하게 축소되고 겹쳐진 부분에서는 유체흐름에 대한 저항이 불규칙하게 증대될 수 있다. 또, 상기 역유선형 바(114)들이 유체유동(119)을 따라 같은 방향으로 중첩되어 배치되면 앞 단계의 역유선형 바에 의해 난류흐름으로 전환된 유체유동은 곧바로 일렬로 배치되어 있는 다른 역유선형 바와 다시 접촉하게 되므로 유체흐름에 대한 저항이 증대되고 역유선형 바(114)와 접촉된 유체가 단 시간에 반복 접촉될 수 있는데, 역유선형 모듈(110)의 맞은 편의 대응하는 위치에는 공간부(110)가 구비됨으로써 이러한 문제가 해소될 수 있다.
본 발명에서는 단면적에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성된 하나 이상의 겹침 방지부(122)를 더 포함하고, 상기 겹침 방지부(122)의 일단을 상기 브릿지(118)의 내부면 측에 고정 설치하되, 타단은 맞은 편에 대응하는 위치의 상기 공간부(111) 측으로 돌출되도록 설치함으로써 접합할 필요가 없는 일체형으로 성형할 수 있을 뿐 아니라, 적층시 충전재 유니트(100)의 상기 역유선형 모듈(110)의 브릿지(118) 외부면이 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 브릿지(118) 내부면으로부터 돌출되어 있는 상기 겹침 방지부(122)의 끝부분과 서로 맞닿게 됨으로 상기 역유선형 모듈(110)이 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 공간부(111)에 삽입 및 겹쳐지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 세정실과 반응기 등에 적층되어도 전체적으로 공극율과 비표면적 및 유체의 유동에 대한 저항 등이 일부에 치중되지 않고 균일하고 고르게 분포될 수 있는 충전재 유니트(100)가 실현될 수 있다.
또, 상기 겹침 방지부(122)도 단면이 역유선형인 역유선형 바(114)로 구성함으로써 난류형성에 의한 기액접촉성능의 개선에 기여할 수 있다.
또, 상기 겹침 방지부(122)의 설치는 상기 브릿지(118)에 제한되지 않으며 상기 제2 링부재(115a)와 둘레길이가 더 긴 상기 제1 링부재(115) 및 상기 역유선형 바(114) 중에서 선택하여 설치할 수 있으며, 상기 겹침 방지부(122)는 설치위치에 따라 상기 공간부(111) 측을 향하여 돌출되거나 그 반대방향으로 돌출되도록 설치한다.
상기 도14A 내지 도14D와 도15 및 도18의 도면과 설명에서 제1 실시예의 역유선형 바(114)만을 예시하였으나, 상기 도11에 도시된 제2 실시예의 역유선형 바는 홈(124)이 포함되는 점을 제외하면 제1 실시예의 역유선형 바(114)가 적용되는 상기 도면과 동일하고 중복됨으로 제2 실시예의 역유선형 바(114)가 적용되는 접촉재 유니트의 도면과 설명은 기재를 생략하였다.
또, 상기 도10 또는 도11에 도시된 형태의 역유선형 바(114)로 제한되지 않으며 난류를 형성하는 다양한 형태의 역유선형 구조체 중에서 선택하여 충전재 유니트를 구성할 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.
또, 상기 충전재 유니트(100)는 반드시 역유선형 바(114)를 포함하는 것으로 제한되지 않으며 원형, 다각형 단면의 비, 역유선형의 선형부재로 상기 역유선형 바(114)를 대체하여 구성할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 충전재 유니트는, 폭과 단면적에 비해 둘레길이가 긴 하나 이상의 링부재와, 폭과 단면적에 비해 길이가 길고 단면이 원형, 타원형, 다각형 등에서 선택된 형상인 복수의 선형부재와 상기 선형부재를 서로 연결하는 브릿지를 포함하는 접촉재 모듈과, 상기 접촉재 모듈들의 사이에 형성되는 공간부 및 단면적에 비해 상대적으로 길이가 길고, 일단은 상기 링부재와 상기 브릿지 중에서 선택된 위치에 고정되고, 타단은 상기 공간부를 향하여 돌출되도록 설치되는 겹침 방지부를 포함하고, 상기 접촉재 모듈은 상기 링부재의 양측에 배치되고, 상기 공간부의 폭은 대응하는 위치에 있는 맞은 편의 접촉재 모듈의 폭보다 더 넓은 폭으로 구성되어, 접합부가 없는 일체형이며, 1회 스트로크로 성형이 가능하고, 적층 및 유동시 상기 겹침 방지부에 의해 상기 접촉재 모듈이 이웃하는 다른 충전재 유니트의 상기 공간부에 삽입이 방지되어 공극율을 균등하게 유지하는 충전재 유니트를 실현할 수 있다.
이와 같이 반드시 역유선형 부재(114)를 포함하지 않더라도 원형, 타원형, 다각형, 마름모꼴 등의 단면(미도시)으로 구성된 선형부재(미도시)를 포함하고 접합부가 없는 일체형이며, 1회 스트로크로 성형이 가능하고, 적층시 겹침이 방지되며 공극율과 비표면적이 크게 구성되는 제4 실시예의 충전재 유니트는 본 발명에 포함된다. 제4 실시예의 충전재 유니트는 상기 역유선형 바(114)가 일반적인 원형, 타원형, 다각형 등의 단면인 선형부재로 대체되는 것 외에는 상기 도8, 도9, 도12, 도13, 도15 내지 도18과 동일한 구성이므로 도면의 중복 기재 및 설명은 생략한다.
또, 도2, 도4, 도5, 도6 등에 제시된 수처리장치(10,20)에서처럼 상기 접촉재 유니트(100)가 산화제와 접촉하는 실시예의 경우, 상기 충전재 유니트(100)가 내산화성이 우수한 세라믹 등의 소재가 바람직하며 합성수지 등의 성형품인 경우 산화제에 의해 산화 및 경화되어 췌성이 증가되고 물성이 취약해 질 수 있다. 이에 세라믹소재로 성형하거나 합성수지 성형품인 경우에는 표면에 세라믹, 금속산화물에 의해 피막을 형성할 수 있으며 금속 피막의 경우 산화제에 의해 견고한 금속산화물로 전환되는 물성도 가능하다.
또, 상기 충전재 유니트(100) 또는 그 피막에는 산화환원전위(ORP: Oxidation Reduction Potential)를 증대시킬 수 있는 다양한 촉매들 중에서 선택하여 포함시킴으로써 산화반응을 더욱 촉진시킬 수 있다.
상기한 제1 내지 제3 실시예의 충전재 유니트의 관련 도면에서 제시된 충전재 유니트(100)는 한 쌍의 링부재(115,115a)의 전면과 후면에 각각 6개씩 12개의 역유선형 모듈(110)이 구비되어 있으나, 상기 링부재와 역유선형 모듈의 설치 개수는 이에 제한되지 않고 다양하게 선택할 수 있다.
또, 상기 충전재 유니트는 도넛츠 형상을 예시하였으나 예시된 형태로 제한되지 않으며 다양한 형태로 구성할 수 있는데, 이하 다양한 실시예를 예시한다.
상기 충전재 유니트(100)는 직경이 서로 같은 복수의 링부재를 서로 이격 배치하고 상기 링부재들을 직선형의 상기 역유선형 바들로 연결시켜서 전체적인 외관을 원기둥 형태로 구성할 수 있다.
또, 직경이 서로 다는 복수의 링부재들을 서로 이격 배치하고 상기 링부재들을 직선형의 상기 역유선형 바들로 연결시켜서 전체적인 외관을 절두원추 형태로 구성할 수 있다.
또, 삼각형, 사각형, 다각형 등의 형상인 복수의 링부재들을 서로 이격 배치하고 상기 링부재들을 직선형의 상기 역유선형 바들로 연결시켜서 전체적인 외관을 삼각형, 사각형, 다각형의 각기둥 형태로 구성할 수 있다.
또, 직경이 상대적으로 큰 원형 링부재의 양측에 직경이 상대적으로 작은 원형 링부재를 서로 이격 배치하고 상기 링부재를 원호형의 역유선형 바들로 연결시켜서 전체적인 외관을 원구형 형태로 구성할 수 있다.
또, 크기가 상대적으로 큰 다각형 링부재의 양측에 크기가 상대적으로 작은 다각형 링부재를 서로 이격 배치하고 상기 다각형의 링부재들을 직선형의 역유선형 바들로 연결시키면 다면체 형태의 충전재 유니트를 구성할 수 있다.
또, 상기 링부재들의 단면도 역유선형으로 구성하므로써 더 많은 난류가 형성되어 기액접촉을 더욱 개선할 수 있다.
또, 상기 도7의 기체정화장치(40)에 도시된 바와 같이 상기 세정실(41)과 상기 제1 내지 제6 실시예의 수질정화장치에는 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)와 함께 비표면적과 공극율이 큰 섬유상 충전재를 함께 충전할 수 있다. 상기 섬유상 충전재 유니트(200)는 직경은 0.3~1.5mm범위이고, 비중은 0.8~1.8범위이며, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐디클로라이드(PVDC) 등과 같은 합성수지 소재의 사상체들이 직조되거나 편직되거나 또는 접착제에 의해 접착되어 공극율이 크고 성글게 적층되어 구성될 수 있다.
또, 상기 섬유상 충전재는 육면체, 구형 등으로 구성되고 본 발명에 따른 상기 충전재(100)와 함께 상기 세정실(41) 또는 과포화용해조(13) 등의 내부에 함께 적층되거나, 매트 형태의 섬유상 충전재 유니트(200)를 상기 충전재 유니트(100)와 각각 소정의 높이로 번갈아 층을 이루도록 교차하여 적층함으로써 기액접촉을 더욱 증대시킬 수 있다.
또, 공극율과 비표면적이 큰 상기 충전재 유니트(100)를 생체 독성이 없는 무독성의 소재로 구성하고 상기 세정실(41)에 충전하여 습윤 상태에서 표면에 생물막을 부착증식시키고 오염된 기체와 접촉시키면 기체중에 함유된 생분해성 오염물질들이 생물화학적으로 분해되어 기체를 정화하고 악취를 제거할 수 있게 된다.
또, 상기한 구성의 본 발명에 따른 충전재 유니트(100)는 비표면적과 공극율이 크고 기액접촉 성능이 개선되므로 약품을 투입하는 물리화학적 또는 생물화학적 반응기 등에 적용하여 정화성능을 증대시킬 수 있다.
10,20: 수질정화장치 11: 부유물 수집기
12: 처리수 수집부 13: 과포화용해조
14: 공기 압축기 15: 가압펌프
16: 수체 압송관 17: 과포화용해수 이송관
18: 압축공기 이송관 19: 부상분리조
21: 응집반응기 22: 교반기
23: 분산기 30,31: 산화반응기
32: 산화제 공급시설 33: 혼화조
34: 산화제 공급관 35: 라인믹서
36: 잉여산화제 39: 망상체
40: 기체정화장치 41: 세정실
42: 송풍기 43: 펌프
44: 세정액 이송관 45: 분무수단
46: 세정액 저류조 100: 충전재 유니트
110: 역유선형 모듈 111: 공간부
112: 개구부 114: 역유선형 바
115: 제1 링부재 115a: 제2 링부재
116: 첨단부 117: 후단부
118: 브릿지 119: 유체유동
120,120a: 경사면 121,121a: 모서리부
122: 겹침 방지부 123: 난류유동
124: 홈 200: 섬유상 충전재
12: 처리수 수집부 13: 과포화용해조
14: 공기 압축기 15: 가압펌프
16: 수체 압송관 17: 과포화용해수 이송관
18: 압축공기 이송관 19: 부상분리조
21: 응집반응기 22: 교반기
23: 분산기 30,31: 산화반응기
32: 산화제 공급시설 33: 혼화조
34: 산화제 공급관 35: 라인믹서
36: 잉여산화제 39: 망상체
40: 기체정화장치 41: 세정실
42: 송풍기 43: 펌프
44: 세정액 이송관 45: 분무수단
46: 세정액 저류조 100: 충전재 유니트
110: 역유선형 모듈 111: 공간부
112: 개구부 114: 역유선형 바
115: 제1 링부재 115a: 제2 링부재
116: 첨단부 117: 후단부
118: 브릿지 119: 유체유동
120,120a: 경사면 121,121a: 모서리부
122: 겹침 방지부 123: 난류유동
124: 홈 200: 섬유상 충전재
Claims (14)
- 폭과 단면적에 비해 둘레길이가 긴 하나 이상의 링부재(115,115a);
폭과 단면적에 비해 길이가 길고, 단면이 역유선형인 복수의 역유선형 바(114)와 상기 역유선형 바(114)를 서로 연결하는 브릿지(118)를 포함하는 역유선형 모듈(110);
상기 역유선형 모듈(110)들의 사이에 형성되는 공간부(111); 및
단면적에 비해 상대적으로 길이가 길고, 일단은 상기 링부재(115,115a)와 상기 브릿지(118) 및 상기 역유선형 바(114) 중에서 선택된 위치에 고정되고, 타단은 돌출되도록 설치되는 겹침 방지부(122);를 포함하고;
상기 역유선형 모듈(110)은 상기 링부재(115,115a)의 양측에 배치되고, 상기 공간부(111)의 폭은 대응하는 위치에 있는 맞은 편의 역유선형 모듈(110)의 폭보다 더 넓은 폭으로 구성되어, 접합부가 없는 일체형이며, 1회 스트로크로 성형이 가능하고;
적층 및 유동시 상기 겹침 방지부(122)에 의해 상기 역유선형 모듈(110)이 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 상기 공간부(111)에 삽입이 방지되어 공극율을 균등하게 유지하며;
상기 역유선형 바(114)의 첨단부(116)를 거쳐서 유동하는 유체유동(119)을 난류로 전환하는 것을 특징으로 하는 충전재 유니트.
- 제1항에 있어서,
상기 역유선형 바(114)는,
선형의 첨단부(116)와,
폭에 비해 길이가 긴 2개 평면의 일측이 상기 첨단부(116)와 길이방향으로 서로 맞닿아 있고 다른 일측은 서로 이격되어서 대응하는 평면에 대하여 각도(θ0) 만큼 서로 경사지는 2개의 경사면(120,120a);
상기 2개의 경사면(120,120a)의 이격 부분에 배치되며 길이에 비해 폭이 좁은 평면으로 이루어진 후단부(117);
상기 2개의 경사면(120,120a)과 상기 후단부(117)가 서로 맞닿아서 이루어지는 2개의 모서리부(121,121a);를 포함하고,
상기 첨단부(116)를 거쳐서 유동하는 유체유동은 양측의 경사면(120,120a)을 따라 분할 유동하면서 상기 모서리부(121,121a)와 후단부(117)에서 난류로 전환하는 것을 특징으로 하는 충전재 유니트.
- 제2항에 있어서,
상기 역유선형 바(114)의 후단부(117)에는 길이방향을 따라 홈(124)이 형성되는 것을 특징으로 하는 충전재 유니트.
- 폭과 단면적에 비해 둘레길이가 긴 하나 이상의 링부재(115,115a);
폭과 단면적에 비해 길이가 길고 단면이 원형, 타원형, 다각형 중에서 선택되는 복수의 선형부재와 상기 선형부재를 서로 연결하는 브릿지(118)를 포함하는 접촉재 모듈(110a);
상기 접촉재 모듈(110a)들의 사이에 형성되는 공간부(111); 및
단면적에 비해 상대적으로 길이가 길고, 일단은 상기 링부재(115,115a)와 상기 브릿지(118) 및 상기 선형부재 중에서 선택된 위치에 고정되고, 타단은 돌출되도록 설치되는 겹침 방지부(122);를 포함하고,
상기 접촉재 모듈(110a)은 상기 링부재(115,115a)의 양측에 배치되고, 상기 공간부(111)의 폭은 대응하는 위치에 있는 맞은 편의 접촉재 모듈(110a)의 폭보다 더 넓은 폭으로 구성되어, 접합부가 없는 일체형이며, 1회 스트로크로 성형이 가능하고;
적층 및 유동시 상기 겹침 방지부(122)에 의해 상기 접촉재 모듈(110a)이 이웃하는 다른 충전재 유니트(100)의 상기 공간부(111)에 삽입이 방지되어 공극율을 균등하게 유지하는 것을 특징으로 하는 충전재 유니트.
- 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 충전재 유니트(100)의 표면에는 세라믹, 금속, 금속산화물 중에서 선택된 소재의 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 충전재 유니트.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 충전재 유니트(100)를 포함하는 물리화학적, 생물학적 기체정화장치로서,
기체가 유입, 체류 및 유출하는 세정실(41);
기체를 유동시키는 송풍기(42);
상기 세정실(41) 내부에 세정액을 분무하는 분무수단(45);
세정액을 상기 분무수단(45)으로 압송하는 펌프(43);
상기 펌프(43)로부터 상기 분무수단(45)으로 세정액이 이송되는 유로를 제공하는 세정액 이송관(44);을 포함하고
상기 충전재 유니트(100)는 상기 세정실(41)에 충전되는 것을 특징으로 하는 기체정화장치.
- 제6항에 있어서,
섬유상 충전재(200);를 더 포함하고,
상기 섬유상 충전재;는 상기 세정실(41)에 충전되며,
직경 0.3∼1.5mm, 비중 0.8∼1.8 범위의 합성수지 소재가 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 기체정화장치.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 충전재 유니트(100)를 포함하는 수질정화장치로서,
유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19);
공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13);
상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단; 및
부유물을 수집하는 부유물 수집기(11);를 포함하고,
상기 충전재 유니트(100)는 상기 과포화용해조(13)에 충전되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
- 제8항에 있어서,
오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 공급하는 산화제 공급시설(32);을 더 포함하고,
상기 산화제는 상기 과포화용해조(13)에 공급되어 산화반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질정화장치
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 충전재 유니트(100)를 포함하는 수질정화장치로서,
유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19);
공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13);
상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단;
부유물을 수집하는 부유물 수집기(11);
상기 부상분리조(19)의 유출수가 유입, 체류, 유출되면서 산화반응이 이루어지는 산화반응기(30); 및
오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(30)에 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고,
상기 충전재 유니트(100)는 상기 산화반응기(30)에 충전되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 충전재 유니트(100)를 포함하는 수질정화장치로서,
유입수가 유입, 체류, 유출되면서 산화반응이 이루어지는 산화반응기(31); 및
오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(31)에 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고,
상기 충전재 유니트(100)는 상기 산화반응기(31)에 충전되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
- 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19);
공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13);
상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단;
부유물을 수집하는 부유물 수집기(11); 및
오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고,
상기 산화제는 상기 과포화용해조(13)에 공급되어 산화반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 수질정화장치
- 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 미세기포가 부착된 입자상 물질이 수면으로 부상분리되는 부상분리조(19);
공기가 수체에 과포화용해되는 과포화용해수를 생성하는 과포화용해조(13);
상기 과포화용해조(13)에 공기와 수체를 압송 및 가압하는 유체 가압수단;
부유물을 수집하는 부유물 수집기(11);
상기 부상분리조(19)의 유출수가 유입, 체류, 유출되면서 산화반응이 이루어지는 산화반응기(30); 및
오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(30)에 공급하는 산화제 공급시설(32);을 포함하고,
상기 부상분리조(19)와 상기 과포화용해조(13) 중에서 적어도 어느 일측에는 상기 산화반응기(30)에서 발생하는 잉여산화제(36)를 투입하는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
- 제13항에 있어서,
상기 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 따른 충전재 유니트(100);를 더 포함하고,
상기 산화반응기(30)와 상기 과포화용해조(13) 중에서 적어도 어느 일측에는 상기 충전재 유니트(100)가 충전되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020230021321A KR102634621B1 (ko) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 난류형성 및 기액접촉 성능이 개선되는 충전재 유니트와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화장치 |
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| KR1020230021321A KR102634621B1 (ko) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 난류형성 및 기액접촉 성능이 개선되는 충전재 유니트와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화장치 |
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- 2023-02-17 KR KR1020230021321A patent/KR102634621B1/ko active IP Right Grant
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