KR102636411B1 - 난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화 장치 및 방법 - Google Patents

난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라인믹서와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화 장치 및 방법에 관한 것으로, 유체를 이송할 수 있는 관상의 유체 이송관; 상기 유체 이송관의 내부에 경사지게 배치되는 날개깃; 상기 날개깃에 구성되며 유체가 유통될 수 있는 복수의 유통구; 상기 유체 이송관의 중심부에 구성되는 중심유로;와 상기 유체 이송관에 배치되는 선형부재를 포함하고, 상기 구성요소들의 경사각(θ), 폭, 길이, 형상 및 설치개수 등을 조정하여 난류형성과 교반용량을 조정할 수 있는 라인믹서(30)를 제공하는 한편, 상기 라인믹서(30)가 포함되는 기체정화장치를 제공하고, 산화반응기(10b); 산화제를 공급하는 1조 이상의 산화제 공급시설(20a); 상기 산화반응기(10b)의 전단계에 설치되는 예비 산화반응기(10a); 산화반응기(10b)에서 발생되는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)로 역류유입시키는 잉여산화제 역류유로(23);를 포함하고, 상기 예비 산화반응기(10a)의 유입수에 함유된 환원성물질에 의해 상기 잉여산화제(22)의 산화력을 감쇄시키는 수질정화 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화 장치 및 방법 {A Line Mixer with Turbulence Formation and Mixing Functions, Gas Purification Apparatus and Water Purification Apparatus and Methods including the Line Mixer}
본 발명은 라인믹서와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화를 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 유통하는 관로의 일부를 구성하면서 약품과 기체, 액체, 배오존가스 등을 액체 또는 기체에 효과적으로 용해, 현탁, 분산시킬 수 있는 라인믹서와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화 장치 및 방법에 관한 것이다.
청정하고 안전한 수도수에 대한 사회적 요구와 상수원의 오염으로 인해 고도정수처리가 요구되는 한편, 용수사용량의 증가 및 수자원의 부족에 따라 하폐수종말처리장 등에서 생물학적으로 처리된 하폐수를 고도산화(AOP)와 활성탄흡착 등에 의해 잔류 COD와 색도 등을 제거하여 재사용하는 유량이 계속 증가하고 있다.
그중 오존, 과산화수소수, 차아염소산나트륨, 유리염소 등의 산화제의 산화력에 의한 수질정화장치에서는 산화제와 처리대상 수체의 신속하고 균일한 혼합이 중요하다. 또, 오존과 같이 용해도가 낮은 기체상의 산화제의 경우, 가급적 신속하고 미세하게 수체에 분산시키고 비표면적을 증대시켜서 기액접촉 면적을 크게 하는 것이 중요하다. 산화제의 분산 및 용해를 위한 교반수단은 다양한데 그중 이송배관에 설치되어 배관의 내부에서 흐르는 유체의 유동에너지를 이용하는 라인믹서는 별도의 교반동력과 설치공간이 소요되지 않고 배관 내부의 유체의 유동에너지를 이용하며 배관의 일부를 구성하므로 구조가 단순하고 기능에 비하여 저비용 고효율의 교반수단에 해당한다.
그러나 종래의 라인믹서는 평판재 또는 불규칙하게 절곡된 판재들이 관상의 유로 내부에 지그재그(ZigZag)로 배치 및 용접되는 구성이므로 제작이 어렵고 고비용이며 제작 가능한 길이도 제한된다. 또, 거칠고 강하게 유체를 유동시키므로 미세하게 분산되어 있는 오존 등의 기포들이 직경이 큰 기포로 합체될 수 있다. 또, 종래의 라인믹서는 기포의 입경이 증대되면 비표면적이 감소하므로 오히려 기액접촉을 저하시키며 수두손실이 크게 발생하는 문제점이 있다.
이에 제작이 간편하고 수두손실이 적으며 가급적 미세하고 많은 양의 미세난류를 발생하여 오존 등 기체상의 산화제 등이 미세한 입경으로 수중에 분산될 수 있는 구조의 라인믹서와 이를 효과적으로 이용할 수 있는 산화반응에 의한 수질정화 장치 및 방법의 개발이 요구된다.
또, 산화에 의한 수질정화장치에서는 산화력이 잔존하는 잉여산화제가 발생될 수 있는데 대표적으로 오존산화반응조에서 발생되는 배오존가스를 들 수 있다. 배오존가스가 대기중으로 유출될 경우 이는 대기오염물질이며 인체와 식생에 유해하므로 산화력이 일정 수준 이하로 제거되어야 한다.
또, 종래의 기술 중 배오존가스를 제거하는 기술로서 오존을 사용하는 공정으로부터 배출되는 배오존가스를 환원성물질이 포함된 알칼리성 환원성폐수와 접촉시켜서 오존을 제거하는 방법이 제시되었는데, pH8 내지 pH13 범위의 알칼리성이며 환원성물질은 배오존가스의 오존의 질량에 대하여 0.5 내지 1,000배의 과산화수소수이거나, 오존의 질량에 대하여 1 내지 2,000배의 암모니아 또는 암모니아성 질소가 함유되는 환원성폐수를 배오존의 환원에 이용하는 기술이다. 그러나 이러한 성상의 폐수는 특수한 제조공정에서 제한적으로 발생되는 폐수이며 쉽게 확보할 수 있는 폐수에 해당하지 않으며 일반적인 하폐수종말처리시설, 정수처리시설, 공장단위 폐수처리장에서는 획득이 사실상 불가능한 성상의 알칼리성 환원성폐수이다. 따라서 이러한 조건을 충족하는 알칼리성 환원성폐수는 알칼리, 과산화수소수, 암모니아, 질산성 암모니아를 용수에 추가 용해시켜서 인위적으로 제조하지 않으면 확보가 어렵다. 따라서 상당한 약품비가 소요되고 체류시간 10∼200분이 충족되는 반응기의 설치에 따른 시설비가 소요되는 어려움이 있다.
또, 배오존가스를 처리하기 위해 열분해 방법과 촉매분해 방법 및 장치가 이용되는데 가열을 위한 상당한 전력이 소비된다. 특히, 촉매분해장치의 경우 촉매의 구입, 주기적 관리와 교체 및 폐기물 처리처분의 문제가 수반된다.
따라서 산화공정이 적용된 수처리장치에서 발생되는 배오존가스를 포함한 잉여산화제를 간편하고 저비용으로 안전하게 처리할 수 있는 장치 및 방법의 개발이 요구된다.
특허 제10-1125318호 특허 제10-1697526호 특허 제10-1120552호 특허 제10-1131074호
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 유체가 유동하는 관로의 일부를 구성하도록 설치되어 가급적 많은 미세난류를 형성함으로써 기액접촉, 약품용해, 물리화학적 반응과 생물학적 반응을 촉진할 수 있는 라인믹서와 이를 포함하는 기체정화장치와 수질정화 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서는, 유체를 이송할 수 있는 관상의 유체 이송관(31); 상기 유체 이송관(31)의 내부에 배치되며 상기 유체 이송관(31)의 길이방향에 대하여 미리 정해진 각도(θ)로 경사지게 배치되는 날개깃(40); 상기 날개깃(40)에 구성되며 유체가 유통될 수 있는 복수의 유통구(41); 및 복수개의 상기 날개깃(40)들의 돌출선단은 각각 분리되어 독립된 구성이고 맞은편의 돌출선단과 미리 정해진 간격으로 서로 이격되어 상기 유체 이송관(31)의 중심부에 구성되는 중심유로(49); 및 상기 유체 이송관(31)의 내부에 배치되며 폭과 단면적에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성된 선형부재(43);를 더 포함하고, 상기 유체 이송관(31)을 통과하는 유체유동은 상기 날개깃(40)과 상기 유통구(41) 및 상기 선형부재(43)에 의해 회전유동과 난류로 전환하고, 상기 날개깃(40)의 경사각(θ), 폭, 길이 및 설치개수와, 상기 유통구(41)의 크기, 형상 및 구성개수와, 상기 선형부재(43)의 크기, 형상 및 설치개수와, 상기 중심유로(49)의 직경(D0)을 조정하여 난류형성과 교반용량을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 라인믹서의 다른 실시예는, 상기 날개깃(40)에 구성되며 폭에 비하여 상대적으로 길이가 길게 절개된 하나 이상의 절개부(42);를 더 포함하고, 상기 절개부(42)의 폭과 길이 및 개수를 조정하여 난류형성과 교반용량을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 라인믹서의 다른 실시예는, 단면적과 폭에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성되는 선형 돌기부(44);를 더 포함하고, 상기 선형 돌기부(44)는 상기 유체 이송관(31)의 내부면에 돌출되며, 상기 선형 돌기부(44)의 돌출높이, 폭, 형상 및 설치개수를 조정하여 난류형성과 교반용량을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 라인믹서의 다른 실시예는, 상기 유체 이송관(31)의 내부면 측으로부터 중심부를 향하여 돌출되도록 배치되는 상기 날개깃(40)의 길이(L)는 상기 유체 이송관(31) 직경(D)의 30∼45% 범위이고, 상기 유체 이송관(31)의 중심부에 구성되는 상기 중심유로(49)의 직경(D0)은 상기 유체 이송관(31) 직경(D)의 10∼40% 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 라인믹서의 다른 실시예에서, 상기 선형부재(43)는, 선형의 첨단부(45)와, 폭에 비해 길이가 긴 2개 평면의 일측이 상기 첨단부(45)와 길이방향으로 서로 맞닿아 있고 다른 일측은 서로 이격되어서 대응하는 평면에 대하여 각도(θ0) 만큼 서로 경사지는 2개의 경사면(47,47a); 상기 2개의 경사면(47,47a)의 이격 부분에 배치되며 길이에 비해 상대적으로 폭이 좁은 평면으로 이루어진 후단부(46); 및 상기 2개의 경사면(47,47a)과 상기 후단부(46)가 서로 맞닿아서 이루어지는 2개의 모서리부(48,48a);를 포함하는 역유선형 단면의 선형부재이고, 상기 첨단부(45)를 거쳐서 상기 후단부(46)측으로 유동하는 유체유동(33)은 양측의 경사면(47,47a)을 따라 분할 유동하면서 상기 모서리부(48,48a)와 후단부(46)에서 난류유동(34)으로 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치는 상기 라인믹서를 포함하고, 유입수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 반응기(10); 상기 반응기(10)로 유입수가 유입되는 유로를 제공하는 유입유로(11); 및 한 종류 이상의 수처리제를 공급하는 1조 이상의 수처리제 공급시설(20);을 포함하고, 상기 라인믹서(30)는 상기 유입유로(11)의 일부를 구성하도록 설치되며, 상기 수처리제를 상기 유입유로(11)에 투입하되, 상기 라인믹서(30)의 전단계에 투입하여 유입수와 상기 수처리제가 혼합 및 교반되면서 상기 반응기(10)에 유입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 상기 반응기(10)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고, 상기 후처리장치는, 상기 반응기(10)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 하나 이상의 후처리 반응기(14); 상기 후처리 반응기(14)에 활성탄과 제올라이트 중에서 선택된 분말상의 수처리재(17a)를 공급하는 수처리재 공급장치(15); 및 상기 후처리 반응기(14)의 유출수로부터 고형물을 분리하는 고액분리수단(18)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 상기 반응기(10)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고, 상기 후처리장치는, 상기 반응기(10)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 후처리 반응기(14a);와 입상의 활성탄과 입상의 제올라이트 중에서 선택된 수처리재(17);를 포함하고, 상기 수처리재(17)는 상기 후처리 반응기(14a)의 내부에 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 산화반응이 이루어지는 산화반응기(10b); 한 종류 이상의 산화제를 상기 산화반응기(10b)에 공급하는 1조 이상의 산화제 공급시설(20a); 상기 산화반응기(10b)의 전단계에 설치되며 유입수가 유입, 체류 및 유출하는 예비 산화반응기(10a); 상기 예비 산화반응기(10a)로 유입수가 유입하는 유로를 제공하는 유입유로(11a); 및 상기 산화반응기(10b)에서 발생하는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)로 역류유입시키는 잉여산화제 역류유로(23);를 포함하고, 상기 산화제 공급시설(20a)에서 공급되는 산화제에 의해 산화반응이 이루어지는 상기 산화반응기(10b)에서 발생하는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)에 역류유입시켜서 유입수에 함유된 환원성물질에 의해 상기 잉여산화제(22)의 산화력을 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 상기 산화반응기(10b)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고, 상기 후처리장치는, 상기 산화반응기(10b)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 하나 이상의 후처리 반응기(14); 상기 후처리 반응기(14)에 활성탄과 제올라이트 중에서 선택된 분말상의 수처리재(17a)를 공급하는 수처리재 공급장치(15); 및 상기 후처리 반응기(14)의 유출수로부터 고형물을 분리하는 고액분리수단(18)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 상기 산화반응기(10b)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고, 상기 후처리장치는, 상기 산화반응기(10b)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 후처리 반응기(14a);와 활성탄과 제올라이트 중에서 선택된 입상의 수처리재(17);를 포함하고, 상기 입상의 수처리재(17)는 상기 후처리 반응기(14a)의 내부에 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 본 발명에 따른 라인믹서(30);를 더 포함하고, 상기 라인믹서(30)는 상기 예비 산화반응기(10a)의 유입유로(11a)와 상기 산화반응기(10b)의 유입유로(11) 및 상기 후처리장치(14)의 유입유로(11b) 중에서 적어도 어느 일측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화장치의 다른 실시예는, 본 발명에 따른 라인믹서(30);를 더 포함하고, 상기 라인믹서(30)는, 상기 후처리장치(14)의 유입유로(11b)에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화방법은, 유입유로(11a)를 통해 예비 산화반응기(10a)에 유입수를 유입시키는 단계; 상기 예비 산화반응기(10a)의 후단계에 설치되는 산화반응기(10b)에서 상기 예비 산화반응기(10a)를 거쳐 유입되는 유입수에 산화반응을 일으키는 단계; 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(10b)에 공급하는 산화제 공급단계; 및 상기 산화반응기(10b)에서 발생되는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)로 역류유입시키는 잉여산화제 역류유입 단계;를 포함하고, 상기 산화제공급 단계에서 공급되는 산화제에 의해 산화반응이 이루어지는 상기 산화반응기(10b)에서 발생하는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)에 역류유입시켜서 유입수에 함유된 환원성물질에 의해 상기 잉여산화제(22)의 산화력을 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수질정화방법의 다른 실시예는, 본 발명에 따른 라인믹서(30);를 더 포함하고, 상기 라인믹서(30)는 상기 예비 산화반응기(10a)의 유입유로(11a)와 상기 산화반응기(10b)의 유입유로(11) 중에서 적어도 어느 일측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기체정화장치는, 본 발명에 따른 라인믹서(30);를 포함하는 물리화학적, 생물학적 기체정화장치로서, 기체가 유입, 체류 및 유출하는 세정실(51); 기체를 유동시키는 송풍기(52); 상기 세정실(51) 내부에 세정액을 분무하는 분무수단(55); 세정액을 상기 분무수단(55)으로 압송하는 펌프(53); 상기 펌프(53)로부터 상기 분무수단(55)으로 세정액이 이송되는 유로를 제공하는 세정액 이송관(54);을 포함하고, 상기 라인믹서(30)는 상기 세정액 이송관(54)의 일부로 구성되도록 상기 세정액 이송관(54)에 설치되어 세정액의 교반이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 기체정화장치는, 기체에 함유된 오염물질의 정화에 소요되는 약품을 공급하는 약품공급장치(60);를 더 포함하고, 상기 약품공급장치(60)는, 펌프(53)의 흡입부와, 상기 라인믹서(30)의 유입구와 상기 펌프(53)의 토출구를 연결하는 구간의 상기 세정액 이송관(54) 중에서 선택된 위치에 약품을 투입할 수 있도록 연통되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 라인믹서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 관로를 통과하는 유체유동을 미세난류로 전환시켜서 정교한 교반과 약품의 용해가 가능하므로 반응성능을 개선할 수 있다.
둘째, 본 발명은 라인믹서의 내부에 설치 및 구성되는 구성요소들의 형상과 개수를 조정함으로써 쉽고 간편하게 난류형성과 교반용량을 조정할 수 있다.
셋째, 본 발명은 구경이 큰 라인믹서를 제공할 수 있고, 수질정화장치와 기체정화장치에 적용되어 처리성능을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수질정화장치 제1 실시예의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수질정화장치 제2 실시예의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수질정화장치 제3 실시예의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기체정화장치의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 라인믹서의 개념을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 라인믹서에 구비되는 유체 이송관에 날개깃의 설치를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 라인믹서의 개념을 나타내는 종단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 라인믹서의 일부 절개 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 라인믹서에 구비되는 역유선형 선형부재의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라인믹서와 이를 포함하는 산화반응에 의한 기체정화장치와 수질정화 장치 및 방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수질정화장치 제1 실시예의 개념도이다.
상기 도 1에 도시된 본 발명에 따른 라인믹서(30)를 포함하는 바람직한 실시예의 수질정화장치는, 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 반응이 이루어지는 하나 이상의 반응기(10)와, 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제와 산, 알칼리, 응집제 등과 같은 약품들 중에서 선택된 수처리제를 상기 반응기(10)에 공급하는 수처리제 공급시설(20)을 포함하여 구성되고, 후술하는 도 5 내지 도 9에서 도시된 본 발명에 따른 라인믹서(30)가 상기 반응기(10)로 유입수의 유입유로를 제공하는 유입유로(11)의 일부를 구성하도록 설치되어 유입수 중의 유기물, 색도, 탁도, 세균, 산, 알칼리 등과 수처리제가 상기 라인믹서(30)에 의해 교반 및 접촉이 촉진되어 반응성능이 개선될 수 있는 수질정화장치에 관한 것이다.
상기 도 1에 예시된 제1 실시예의 수질정화장치에서처럼 상기 반응기(10)는 하나 이상의 완전혼합형 반응기(CFSTR)를 직렬로 연결하여 단락이 최소화되고 반응기의 전체 체류시간에 비해 상대적으로 처리효율을 높게 유지할 수 있다. 또, 상기 반응기(10)는 완전혼합형의 단일 반응조, 플러그 흐름 반응기(PFR) 중에서 선택하여 적용할 수 있다.
상기 수처리제 공급시설(20)은 한 종류의 수처리제를 공급하는 한 종류의 장치로 제한되지 않으며 2종류 이상의 약품을 공급할 수 있는 복수의 장치로 구성될 수 있다. 예를 들면 고도산화공정(AOP: Advanced Oxidation Process)을 구성하기 위한 오존발생장치와 과산화수소수 공급장치의 조합장치이거나 과산화수소수 공급장치와 촉매인 2가철염 공급장치의 조합장치일 수 있다. 또, 수산화나트륨 등의 공급장치가 추가 설치될 수 있다.
상기 도 1에서와 같이 수처리제의 투입위치가 상기 반응기(10)의 유입유로(11)인 경우, 라인믹서(30)에 의해 투입지점부터 수처리제와 유입수의 혼합이 이루어질 수 있도록 상기 라인믹서(30)가 설치되어 있는 지점보다 앞단계의 상기 유입유로(11)에 투입함으로써 상기 반응기(10)에 이르기 전부터 상기 라인믹서(30)에 의해 혼합을 선행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 유입유로(11)에 수처리제를 투입하는 것은 상기 반응기(10)에 유입수가 도달하기 전부터 라인믹서(30)에 의한 유입수와 수처리제의 혼합 및 교반을 선행시키거나 상기 수처리제가 산화제인 경우 산화대상 물질과 피산화물의 접촉을 선행시켜서 반응을 촉진하는 것이 주목적이다.
또, 상기 반응기(10)에는 오존 등과 같은 가스상의 산화제가 투입되어 산화반응이 이루어지는 경우에는 배오존가스 등과 같은 잉여산화제(22)가 발생하게 되므로 상기 도 1에 도시된 것과 같이 별도의 잉여산화제 유출구(12)를 통하여 배기하고 이를 기준 이하로 처리하여야 하며, 도시된 것과 같이 상기 반응기(10)의 상부는 밀폐된 구조가 바람직하다.
또, 상기 반응기(10)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함할 수 있으며 상기 후처리장치는 후술하는 도 2 및 도 3의 설명에서 상세히 예시하였다.
도 2는 본 발명에 따른 수질정화장치 제2 실시예의 개념도이다.
상기 도 2에 도시된 본 발명에 따른 라인믹서(30)를 포함하는 바람직한 실시예의 수질정화장치는 상기 제1 실시예에서 보다 반응기(10)를 수평단면적에 비해 반응기의 수심 즉, 높이가 높게 구성되어 설치면적이 작게 소요되는 Tower형 반응기가 적용되는 실시예이다.
앞에서 설명한 상기 제1 실시예의 반응기(10)는 체적에 비하여 상대적으로 수심이 낮아서 반응기의 상부 수면적이 상대적으로 넓고 반응액이 복수개의 반응조에서 수면과 접촉하게 된다. 따라서 오존과 같은 기체상의 산화제를 투입하는 경우 투입된 기체상의 수처리제가 각각의 반응기의 수면 위로 쉽게 분리될 수 있으므로 산화제가 낭비되고 잉여산화제(22)가 많이 발생되는 구성이다.
반면에, 상기 제2 실시예에서는 반응기의 전체 용량에 비하여 상대적으로 수심이 깊고 수면적이 작은 구성이다. 따라서 산화제가 수심이 깊은 Tower형의 산화반응기(10)의 내부에서 부상 또는 하강하면서 수면적과의 접촉이 최소화되고 산화반응을 지속할 수 있다. 특히, 가스상의 산화제의 경우 제1 실시예의 완전혼합형 산화반응기에서보다 수면에 도달하기까지 상대적으로 긴 거리를 부상하면서 이동하게 된다. 또, 제1 실시예에서보다 수면과의 접촉횟수가 줄어들기 때문에 기체상의 산화제인 경우에도 수면위로 분리되는 기회가 줄어들고 반응액 중에서 장시간 체류하면서 반응이 이루어 질 수 있다. 가스상의 산화제인 경우에도 잉여산화제 유출구(12)를 통하여 분리 유출되는 배오존가스 등의 잉여산화제(22)의 발생량을 최소화 할 수 있고 설치면적과 산화제의 낭비를 줄일 수 있으므로 약품과 부지 소요면에서도 유리한 구성이다.
이와 같이 상기 제1 내지 제2 실시예에 따른 수질정화장치는 유입수가 유입, 체류, 유출되면서 반응이 이루어지는 반응기(10)와 상기 반응기(10)로 유입수가 유입되도록 유로를 제공하는 유입유로(11)와 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제, 산, 알칼리, 응집제 등과 같은 수처리제들 중에서 선택된 한 종류 이상의 수처리제를 공급하는 1조(Set) 이상의 수처리제 공급시설(20)을 포함하여 구성된다. 상기 라인믹서(30)는 상기 유입유로(11)의 일부를 구성하도록 설치되고, 상기 산화제는 상기 라인믹서(30)보다 전단계의 상기 유입유로(11)에 투입함으로써 유입수와 수처리제가 상기 라인믹서(30)를 통하여 유동 및 유입하면서 상기 반응기(10)에 유입되기 전부터 유입수와 수처리제의 교반 및 접촉이 이루어지는 구성이다.
상기 반응기(10)에 투입되는 수처리제가 오존과 같은 기체상의 산화제인 경우, 상기 반응기(10)에서 배오존가스 등과 같은 잉여산화제(22)가 발생하게 되므로 별도의 잉여산화제 유출구(12)를 통하여 상기 반응기(10)의 외부로 배기하고 기준을 초과할 경우 기준 이하로 처리하는 것이 바람직하다.
또, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 반응기(10)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함할 수 있는데, 상기 후처리장치는 상기 반응기(10)의 유출수가 유입, 체류, 유출되면서 반응이 이루어지는 하나 이상의 후처리 반응기(14)와, 상기 후처리 반응기(14)에 주로 분말상의 활성탄과 제올라이트 중에서 선택된 수처리재를 상기 후처리 반응기(14)에 공급하는 수처리재 공급장치(15)를 포함하는 실시예를 예시하고 있다. 상기 후처리 반응기(14)에는 교반수단(16)이 구비되는 것이 일반적이다. 상기 수처리재는 상기 후처리 반응기(14)에 직접 투입하거나 또는 상기 후처리 반응기(14)에 유입수가 유입되는 유로를 제공하는 상기 유입유로(11b)의 일부를 구성하도록 본 발명에 따른 라인믹서(30)를 설치하고 상기 라인믹서(30) 전단계의 상기 유입유로(11b)에 투입하여 반응효율을 증대시킬 수 있다. 또, 상기 후처리 반응기(14)에는 분말상의 활성탄, 제올라이트가 투입되므로 유출수에 혼합, 현탁 또는 분산되어 있는 고형물을 분리하는 고액분리수단(18)이 필요하다.
상기 고액분리수단(18)은 중력식 침전조, 부상분리조, 여과기, 분리막장치 중에서 선택 적용할 수 있으며 부상분리조와 중력식 침전조의 경우 응집제 투입장치를 설치하여 현탁 고형물을 조대 플록으로 응집시키는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 수질정화장치 제3 실시예의 개념도이다.
상기 제3 실시예의 수질정화장치는 산화반응이 이루어지는 산화반응기(10b)와, 오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 등과 같은 산화제 중에서 선택된 한 종류 이상의 산화제를 상기 산화반응기(10b)에 공급하는 1조(Set) 이상의 산화제 공급시설(20a)과, 상기 산화반응기(10b)의 전단계에 설치되며 유입수가 유입, 체류 및 유출되는 예비 산화반응기(10a) 및 상기 산화반응기(10b)에서 발생되는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)로 역류유입시키는 잉여산화제 역류유로(23)를 포함하여 구성된다.
상기 산화제 공급시설(20a)이 오존발생기이거나 오존발생기가 포함되는 경우 오존에 의해 산화반응이 이루어지는 상기 산화반응기(10b)에서 발생하는 주로 배오존가스로 구성되는 기체상의 잉여산화제(22)를 상기 잉여산화제 역류유로(23)를 통하여 잉여산화제 유출구(12)로부터 상기 예비 산화반응기(10a)로 역류유입시켜서 유입수에 함유된 환원성물질에 의해 상기 잉여산화제(22)의 산화력을 감소 또는 제거하는 실시예이다. 이와 같이 상기 예비 산화반응기(10a)에서 상기 잉여산화제(22)에 의해 산화반응이 이루어지므로 후속하는 산화반응기(10b)로 유입되는 환원성물질의 유입부하가 감소되고 이에 따라 산화제의 사용량도 감소될 수 있다. 또, 전단계의 상기 예비 산화반응기(10a)에서 상기 잉여산화제(22)를 소모하므로 상기 예비 산화반응기(10a)의 잉여산화제 유출구(13)를 통하여 배기되는 잉여산화제(22a)가 감소하거나 기준 이하로 제거될 수 있으므로 촉매와 전력 및 환원제 또는 산, 알칼리 등의 약품이 소요되고 장치의 설치가 요구되는 잉여산화제(22a) 제거시설의 부하가 감소되거나 장치의 설치와 운영 자체를 생략할 수 있다.
또, 상기 산화반응기(10b)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함할 수 있는데, 상기 후처리장치는 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 산화반응기(10b)의 유출수가 유입, 체류, 유출되면서 반응이 이루어지는 후처리 반응기(14a)와, 상기 후처리 반응기(14a)에 충전되는 입상의 활성탄과 입상의 제올라이트 중에서 선택된 수처리재(17)를 포함하는 실시예를 예시하고 있다.
이 실시예의 후처리장치는 상기한 도 1 또는 도 2의 실시예에 따른 수처리장치에 포함되는 반응기(10)의 후속처리공정으로 적용될 수 있으며, 상기 도 2에 예시된 후처리장치는 상기 도 3에 예시된 수처리장치에 포함되는 산화반응기(10b)의 후속처리공정으로 제한 없이 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 기체정화장치의 개념도이다.
상기 도 4에 도시된 오염기체를 세정액에 의해 물리화학적으로 정화시키거나 생물막에 의해 악취 등을 생물학적으로 정화하는 본 발명에 따른 기체정화장치는, 기체가 유입, 체류 및 유출되는 공간을 제공하는 세정실(51)과, 상기 세정실(51) 내부에 세정액을 분무하는 유공관, 노즐 등과 같은 분무수단(55)과, 상기 세정실(51)로 오염기체가 이송되도록 유동에너지를 생성하는 송풍기(52)와, 상기 세정실(51) 내부에 설치된 분무수단(55)으로 세정액을 압송시키는 펌프(53)와, 상기 펌프(53)의 토출구로부터 상기 분무수단(55)까지 세정액이 이송되는 유로를 제공하는 세정액 이송관(54)을 포함하여 구성된다. 상기 세정실(51)은 세정액의 수막이 형성되는 표면적과 적절한 난류형성 및 기액접촉을 촉진하는 충전재가 충전되어 구성되는 충전재층(56)이 구비되는 것이 일반적이다.
정화대상 오염기체에 산, 알칼리 등 생물학적으로 분해되지 않는 난분해성 물질이 함유되거나 기타 유독성 물질이 함유되거나 고농도인 경우, 상기 기체정화장치는 용해, 포집, 산화, 중화, 흡착 등 물리화학적 방법으로 운영되는데 세정액에는 pH조정제, 산화제, 흡착제 등이 함유되며 상대적으로 세정액의 분무량이 많아서 오염기체풍량/세정액수량의 비율은 상대적으로 작은 조건으로 운영된다.
정화대상 오염기체가 메르캅탄, H2S, 유기물 등 생물학적으로 분해가능한 물질로 오염된 경우, 상기 기체정화장치는 생물학적 정화방법으로 운영되는데, 세정액, 정확하게는 생물막을 습윤상태로 유지할 수 있는 습윤용수에는 미생물의 증식을 위한 영양염류를 포함시킬 수 있다. 또, 세정액의 분무량은 상기 충전재층(56)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 기체정화장치의 기본구조는 큰 차이가 없으며 운영방식에 따라 펌프(53)와 분무수단(55) 등 시설용량에 차이가 날 수 있다.
상기 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기체정화장치는 약품 저장조(59)와 약품 공급기(58) 등을 포함하여 구성되며 세정액에 약품을 공급하는 약품공급장치(60)를 포함하고 상기 펌프(53)의 토출구와 상기 분무수단(55) 사이의 상기 세정액 이송관(54)에는 세정액의 유동에너지에 의해 교반이 이루어지는 본 발명의 라인믹서(30)가 설치되는 실시예에 관한 것이다.
상기 펌프(53)의 흡입부에 약액을 투입하도록 상기 약품 공급기(58)의 토출구를 상기 세정액 저류조(57)와 상기 펌프(53)의 흡입구를 연결하는 흡입관로에 연통시킬 수 있다. 또, 상기 라인믹서(30)의 유입구와 펌프(53)의 토출구를 연결하는 구간의 상기 세정액 이송관(54)에 약액을 주입하도록 상기 약품 공급기(58)의 토출구를 서로 연통시킬 수 있다.
세정액 저류조(57)에 산화제 등을 투입하고 용해시키는 종래방식에 의하면 상기 세정액 저류조(57)에 체류하는 동안에 상기 세정액 저류조(57) 내의 환원성물질 등에 의해 산화제 등의 약품이 소모되고 낭비되거나 상기 세정액 저류조(57)에 잔류하는 불순물에 의해 오염될 수 있다. 따라서 본 발명의 기체정화장치는 산화제를 상기 세정액 저류조(57)를 경유하지 않고 곧바로 분무수단(55)으로 이송시켜서 기체의 정화반응에 이용할 수 있으므로 세정액 저류조(57) 내의 환원성물질 등에 의한 산화제의 낭비를 줄일 수 있게 된다. 이와 같이 이 실시예는 세정액 이송관(54)에 산화제 등의 약품을 직접 투입하고 라인믹서(30)를 이용하여 세정액이 이송되는 도중에 교반 및 용해시키고 곧바로 기체정화에 이용하므로써 산화제, 산, 알칼리, 영양염류 등과 같은 약품의 오염과 불필요한 낭비를 줄일 수 있게 된다.
또, 오염물질 또는 분리대상물질이 포함된 공기 등의 기체가 유통하는 덕트 등의 송기배관의 일부를 구성하도록 본 발명의 라인믹서(30a)를 설치하고 그 내부에 설치된 분무수단(미도시)을 통하여 세정액 이송관(54a)을 통하여 압송되는 세정액을 분무함으로써 기체를 정화하는 기체정화장치를 구성할 수 있다.
상기한 도 1 내지 도 4에서 설명한 수질정화장치의 상기 유입유로(11,11a,11b)와 기체정화장치의 상기 세정액 이송관(54)에 설치되는 본 발명의 라인믹서(30)는 Main Stream으로 예시되어 있으나 이에 제한받지 않으며 Side Stream으로 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 라인믹서의 개념을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 라인믹서에 구비되는 유체 이송관에 날개깃의 설치를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 라인믹서의 개념을 나타내는 종단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 라인믹서의 일부 절개 사시도이다.
상기 도 5에서는 본 발명에 따른 라인믹서의 바람직한 실시예에 포함되는 모든 구성요소들을 모두 포함시켜서 도시함으로써 발명의 구성을 쉽게 파악할 수 있도록 하였다. 그 외 상기 도 6, 도 7, 도 8에서는 혼란을 피하고 이해를 돕기 위하여 설명하고자 하는 구성요소 위주로 표기하고 나머지 구성요소들의 도시를 생략하였다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예의 라인믹서(30)는 유체를 이송할 수 있는 관상의 유체 이송관(31)과, 상기 유체 이송관(31)의 내부면으로부터 중심부를 향하여 돌출되며 상기 유체 이송관(31)의 길이방향에 대하여 미리 정해진 각도(θ)만큼 경사지게 기울어져서 배치되는 날개깃(40)과, 상기 날개깃(40)에 구성되며 유체가 유통될 수 있는 복수의 유통구(41)와, 복수개의 상기 날개깃(40)들의 돌출선단은 서로 결합되지 않고 분리되어 별개로 독립된 구성이고 맞은편의 돌출선단과 미리 정해진 간격으로 서로 이격되어 상기 유체 이송관(31)의 중심부측에 빈 공간으로 구성되는 중심유로(49)와, 상기 유체 이송관(31)의 길이방향으로 배치되며 폭과 단면적에 비하여 상대적으로 길이가 긴 구성의 선형부재(43)를 포함하여 구성된다.
상기 라인믹서(30)에 구비되는 유체 이송관(31)은, 플랜지 등과 같은 결합수단(32)에 의해 기체, 액체 또는 기액 혼합유체를 이송하는 관로들의 일부를 구성하도록 설치되며, 유체가 유통할 수 있는 유로의 기능을 수행하게 된다. 또, 상기 유체 이송관(31)은 반드시 원형관으로 제한되지 않으며 타원형, 사각형, 다각형의 관으로 다양하게 구성될 수 있다.
상기 유체 이송관(31) 내측에 배치되는 복수의 상기 날개깃(40)들과 상기 날개깃(40)에 구성되는 복수의 유통구(41)들을 통하여 이송되는 유체는 유동하는 유체의 유동에너지에 의해 유체 이송관(31)의 방향과 각도 θ로 경사지게 설치된 상기 날개깃(40)에 의해 선회류를 생성하게 된다. 상기 날개깃(40)들은 도 6에서와 같이 상기 유체 이송관(31)의 길이방향에 대하여 미리 정해진 각도(θ)만큼 경사지게 배치되고 이 경사각(θ)에 따라 선회류의 특성이 다르게 나타날 수 있다. 상기 날개깃(40)은 상기 유체 이송관(31)의 내측에 하나의 원주를 따라 복수개가 배치되어 1열의 날개깃들의 조합으로 구성되고 이러한 조합들이 2열 이상의 복수열로 배치되는 것이 일반적이다. 또, 상기 날개깃(40)은 상기 유체 이송관(31)의 내측에 서로 간격이 있는 2개의 원주를 따라 지그재그(Zig Zag)로 배치되거나 선회류 형태의 나선을 따라 나선형으로 배치될 수 있다. 본 발명의 라인믹서(30)는 날개깃(40)의 경사각(θ), 폭, 길이 및 설치개수를 조정함으로써 난류형성과 교반용량을 조정할 수 있다.
상기 날개깃(40)에서 생성되는 선회류만으로는 본 발명에서 주안점을 두는 미세난류의 형성에는 한계가 있다. 이에 본 발명은 난류형성 및 교반성능의 증대를 위하여 상기 날개깃(40)에는 상기 날개깃(40)의 전후면을 관통하여 유체가 통과할 수 있는 복수의 유통구(41)를 구성하였다. 유체가 상기 유통구(41)를 통과하면서 미세난류가 형성되므로 상기 유체 이송관(31)을 통하여 유동하는 유체에는 미세난류가 포함된 교반류로 전환될 수 있게 된다. 또, 상기 유통구(41)는 원형, 타원형, 삼각형, 다각형, 별모양 등과 같은 다양한 형태 중에서 미세난류의 형성에 유리하고 유체저항이 작은 형태를 선택하여 구성할 수 있으며 개구 단면적의 크기도 다양한 크기 중에서 선택하여 구성할 수 있다.
상기 유통구(41)는 크기가 작고 구성개수가 많으며 유통구(41)의 외곽 경계선의 길이가 길수록 많은 난류를 형성하게 되며 그만큼 수두손실도 증가될 수 있으므로 크기와 형상, 개수 등의 적절한 조합이 요구된다.
상기 라인믹서(30)를 통하여 오존 등의 기체와 수체가 혼합된 기액혼합수류, 약품과 수체가 혼합된 약액혼합수류 등이 통과하게 되면 많은 양의 미세난류가 형성되고 교반이 이루어지므로 기포들이 직경이 큰 기포로 합체되지 않고 미세기포로 분산될 수 있으므로 기체의 용해속도가 증가되며 약품이 수체에 잘 용해될 수 있게 된다.
또, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라인믹서(30)는, 유체가 이송될 수 있는 관상의 유체 이송관(31)의 내부에는 폭과 단면적에 비해 상대적으로 길이가 길게 구성되는 하나 이상의 선형부재(43)가 설치될 수 있는데, 상기 날개깃(40)에 의해 형성되는 선회류는 상기 선형부재(43)에 의해 난류로 전환되며 상기 선형부재(43)의 크기, 형상 및 설치개수를 조정함으로써 난류형성과 교반용량을 조정할 수 있다. 상기 선형부재(43)를 통과하는 유체의 유동에는 상기 선형부재(43)의 길이방향을 따라 상기 선형부재(43)의 개수에 상당하는 선형의 미세난류가 발생하게 된다. 상기 선형부재(43)의 난류형성 및 교반능력은 상기 선형부재(43)의 설치개수와 형상에 의해 결정되는데 상기 선형부재(43)의 단면을 원형, 타원형, 유선형으로 구성하는 것보다는 삼각형, 사각형, 다각형으로 모서리진 형태로 구성하면 상기 선형부재(43)의 길이방향을 따라 더 많은 미세난류를 형성할 수 있다.
특히, 상기 선형부재(43)의 단면을 도 5의 확대 단면도에서처럼 역유선형으로 구성함으로써 효과적으로 많은 양의 미세난류를 형성하여 반응 및 교반 효율의 증대에 기여할 수 있으며 역유선형 단면의 선형부재(43)는 후술하는 도 9의 설명에서 상세히 기술하였다. 또, 상기 선형부재(43)들은 상기 날개깃(40)들이 유체의 유동에 대응하여 흔들리지 않고 견고하게 배치되는 지지체로써 작용할 수 있다.
또, 상기 날개깃(40)에는 폭에 비하여 상대적으로 길이가 길게 절개된 하나 이상의 절개부(42)가 구성될 수 있다. 상기 절개부(42)를 통과하여 유동하는 유체에는 난류가 형성되며 상기 절개부(42)의 폭과 길이, 형상 및 개수를 선택 및 조정함으로써 난류형성과 교반용량을 조정할 수 있게 된다.
또, 상기 라인믹서(30)에는 단면적과 폭에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성된 선형 돌기부(44)를 더 포함할 수 있는데, 상기 선형 돌기부(44)는 상기 유체 이송관(31)의 길이방향을 따라 상기 유체 이송관(31)의 내측면에 길게 돌출되거나 상기 유체 이송관(31)의 내부 원주를 따라 원형 또는 나선형으로 돌출되는 구성이다. 상기 날개깃(40)에 의해 생성되는 회전수류와 상기 유체 이송관(31)을 통하여 이동하는 직진유동은 상기 도 5의 확대 단면도에서와 같은 상기 선형 돌기부(44)와 접촉 및 월류하여 통과하면서 가늘고 긴 선형의 난류를 형성하게 된다. 상기 선형 돌기부(44)의 돌출높이, 폭, 단면의 형상, 배치형태 및 설치개수를 조정함으로써 라인믹서(30)에 의한 난류형성과 교반용량을 조정할 수 있다.
상기 날개깃(40)의 돌출선단이 모여서 상기 유체 이송관(31)의 중심부에서 임펠러의 허브 또는 회전축처럼 서로 결합되면 유체저항이 과다해질 뿐 아니라 오히려 생성된 난류와 교반류의 유동을 방해하고 소멸 또는 감소시키게 된다. 따라서 상기 유체 이송관(31)의 내부면으로부터 중심부를 향하여 돌출되는 상기 날개깃(40)의 길이(L)는 상기 유체 이송관(31) 직경(D)의 30∼45% 범위로 짧게 구성함으로써 상기 유체 이송관(31)의 중심부에는 상기 날개깃(40)들이 설치되고 직경(D0)의 여유공간이 남게 되는데 이러한 여유공간으로 구성되는 직경(D0)의 중심유로(49)는 생성된 난류와 선회류 및 교반류를 원활하게 통과시키고 유체저항이 감소하게 된다. 상기 중심유로의 직경(D0)는 상기 유체 이송관 직경(D)에서 각각 마주보는 두 개의 날개깃(40)의 길이(2L)를 제외시키고 남는 길이(D0=D-2L)에 해당한다. 상기 유체 이송관(31)과 상기 날개깃(40)들의 중심부에 구성되는 상기 중심유로(49)의 직경(D0)은 상기 유체 이송관(31) 직경(D)의 10∼40% 범위인 것이 바람직하다. 지나치게 큰 경우, 난류와 교반류의 형성이 저조하고 지나치게 작을 경우, 유체저항이 증가되기 때문이다.
도 9는 본 발명에 따른 라인믹서에 구비되는 역유선형 선형부재의 개념도이다.
상기 도 9에 도시되어 있는 사시도에서와 같이, 본 발명의 라인믹서에 구비되는 상기 선형부재(43)는 단면을 역유선형으로 실시할 수 있다. 역유선형 단면의 상기 선형부재(43)는 선형의 첨단부(45)와, 폭에 비해 상대적으로 길이가 긴 2개 평면의 일측이 상기 첨단부(45)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(47,47a)과, 상기 2개의 경사면(47,47a)의 이격부분을 길이방향으로 연결하는 폭에 비해 상대적으로 길이가 긴 평면으로 구성되는 후단부(46)와, 상기 2개의 경사면(47,47a)과 상기 후단부(46)가 서로 맞닿아서 이루어지는 2개의 모서리부(48,48a)를 포함하여 구성된다. 전체적인 형상은 단면이 주로 이등변 삼각형 형태의 역유선형이며 단면적에 비해 길이가 길게 구성되는 선형의 부재에 해당된다.
이와 같이 상기 역유선형 단면의 선형부재(43)의 구성은 선형의 첨단부(45)와, 상기 첨단부(45)에서 양측으로 연장되는 2개의 경사면(47,47a)과, 평면인 후단부(46)와, 상기 2개의 경사면(47,47a)과, 후단부(46)가 교차하여 형성되는 2개의 모서리부(48,48a)로 구성되며 단면이 주로 이등변삼각형 형태의 역유선형이다. 상기 역유선형 단면의 첨단부(45)와 후단부(46)의 양끝 즉, 모서리부와 직교하는 선분의 사이각 θ0 즉, 상기 2개의 경사면(47,47a)이 이루는 사이각 θ0은 미리 정해진 예각으로 이루어지므로 상기 첨단부(45)에서 후단부(46)를 향할수록 양측 경사면(47,47a) 사이의 간격은 점차 멀어지는 구성이다. 상기 양측 경사면(47,47a)과 평면인 상기 후단부(46)가 이루는 각도 즉, 상기 모서리부(48,48a)에서의 양측 경사면(47,47a)과 후단부(46)가 서로 만나서 이루어지는 각도 θ1는 예각을 이루게 되며, 상기 경사면(47,47a)들의 사이각(θ0)보다 큰 각으로 구성되는 것이 일반적이다. 상기 첨단부(45)와 한 쌍의 상기 모서리부(48,48a)들은 선형이며, 상기 양측의 경사면(47,47a)들과 상기 후단부(46)는 폭이 좁고 길이가 긴 평면으로 구성된다.
상기 역유선형의 선형부재(43)의 기능에 대해 보다 상세히 설명하면, 기체, 액체 또는 기액혼합유체 등의 유체유동(33)이 상기 역유선형의 선형부재(43)의 상기 첨단부(45) 측으로 유동하면 상기 첨단부(45)에서 각 θ0 만큼 서로 벌어지는 양측의 경사면(47,47a)을 따라 후단부(46) 측으로 유동하는 유체유동(33)은 상기 첨단부(45)를 경계로 양측으로 분할되어 경사면(47,47a)을 따라 유동하면서 간격이 점점 멀어지는 상기 경사면(47,47a)의 양측으로 밀려나게 되므로 압력이 증가하게 되고 상기 경사면(47,47a)이 끝나는 양측의 상기 모서리부(48,48a)와 상기 후단부(46)에 이르러서 양측 방향으로 밀어내는 경사면이 더 이상 존재하지 않고 유로가 급격하게 팽창되므로 압력이 급격하게 감소하면서 소용돌이와 난류를 형성하고 난류유동(34)으로 전환하게 된다. 따라서 유체유동(33)이 상기 역유선형 선형부재(43)의 첨단부(45)에서 양측 경사면(47,47a)을 따라 모서리부(48,48a)와 후단부(46) 측으로 통과하면 좁고 긴 상기 후단부(46)와 상기 모서리부(48,48a)를 따라서 길게 소용돌이와 난류가 생성되므로 기체와 수체의 기액접촉 및 약품과 기질의 접촉 등이 촉진되어 반응성능을 개선할 수 있다. 이와 같이 상기 선형부재(45)는 상기 유체 이송관(31)과 같은 방향으로 배치되어 상기 날개깃(40)에 의해 생성되는 회전수류와 작용하여 난류와 교반류를 생성할 수 있다. 또, 상기 선형부재(45)는 상기 날개깃(40)이 설치되는 것처럼 상기 유체 이송관(31)의 내면에 대한 법선방향으로 설치되어 난류를 생성할 수 있다.
10: 반응기 10a: 예비 산화반응기
10b: 산화반응기 11,11a,11b: 유입유로
12,13: 잉여산화제 유출구 14,14a: 후처리 반응기
15: 수처리재 공급장치 16: 교반수단
17,17a: 수처리재 18: 고액분리수단
20: 수처리제 공급시설 20a: 산화제 공급시설
21: 산화제 공급관 22,22a: 잉여산화제
23: 잉여산화제 역류유로 30,30a: 라인믹서
31: 유체 이송관 32: 결합수단
33: 유체유동 34: 난류유동
40: 날개깃 41: 유통구
42: 절개부 43: 선형부재
44: 선형 돌기부 45: 첨단부
46: 후단부 47,47a: 경사면
48,48a: 모서리부 49: 중심유로
51: 세정실 52: 송풍기
53: 펌프 54,54a: 세정액 이송관
55: 분무수단 56: 충전재층
57: 세정액 저류조 58: 약품공급기
59: 약품 저장조 60: 약품공급장치

Claims (17)

  1. 유체를 이송할 수 있는 관상의 유체 이송관(31);
    상기 유체 이송관(31)의 내부에 배치되며 상기 유체 이송관(31)의 길이방향에 대하여 미리 정해진 각도(θ)로 경사지게 배치되는 날개깃(40);
    상기 날개깃(40)에 구성되며 유체가 유통될 수 있는 복수의 유통구(41); 및
    복수개의 상기 날개깃(40)들의 돌출선단은 각각 분리되어 독립된 구성이고 맞은편의 돌출선단과 미리 정해진 간격으로 서로 이격되어 상기 유체 이송관(31)의 중심부에 구성되는 중심유로(49); 및
    상기 유체 이송관(31)의 내부에 배치되며 폭과 단면적에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성된 선형부재(43);를 더 포함하고,
    상기 유체 이송관(31)을 통과하는 유체유동은 상기 날개깃(40)과 상기 유통구(41) 및 상기 선형부재(43)에 의해 회전유동과 난류로 전환하고, 상기 날개깃(40)의 경사각(θ), 폭, 길이 및 설치개수와, 상기 유통구(41)의 크기, 형상 및 구성개수와, 상기 선형부재(43)의 크기, 형상 및 설치개수와, 상기 중심유로(49)의 직경(D0)을 조정하여 난류형성과 교반용량을 조정하는 것을 특징으로 하는 난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 날개깃(40)에 구성되며 폭에 비하여 상대적으로 길이가 길게 절개된 하나 이상의 절개부(42);를 더 포함하고,
    상기 절개부(42)의 폭과 길이 및 개수를 조정하여 난류형성과 교반용량을 조정하는 것을 특징으로 하는 난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서.
  3. 제1항에 있어서,
    단면적과 폭에 비하여 상대적으로 길이가 길게 구성되는 선형 돌기부(44);를 더 포함하고,
    상기 선형 돌기부(44)는 상기 유체 이송관(31)의 내부면에 돌출되며, 상기 선형 돌기부(44)의 돌출높이, 폭, 형상 및 설치개수를 조정하여 난류형성과 교반용량을 조정하는 것을 특징으로 하는 난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체 이송관(31)의 내부면 측으로부터 중심부를 향하여 돌출되도록 배치되는 상기 날개깃(40)의 길이(L)는 상기 유체 이송관(31) 직경(D)의 30∼45% 범위이고, 상기 유체 이송관(31)의 중심부에 구성되는 상기 중심유로(49)의 직경(D0)은 상기 유체 이송관(31) 직경(D)의 10∼40% 범위인 것을 특징으로 하는 난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선형부재(43)는,
    선형의 첨단부(45)와,
    폭에 비해 길이가 긴 2개 평면의 일측이 상기 첨단부(45)와 길이방향으로 서로 맞닿아 있고 다른 일측은 서로 이격되어서 대응하는 평면에 대하여 각도(θ0) 만큼 서로 경사지는 2개의 경사면(47,47a);
    상기 2개의 경사면(47,47a)의 이격 부분에 배치되며 길이에 비해 상대적으로 폭이 좁은 평면으로 이루어진 후단부(46); 및
    상기 2개의 경사면(47,47a)과 상기 후단부(46)가 서로 맞닿아서 이루어지는 2개의 모서리부(48,48a);를 포함하는 역유선형 단면의 선형부재이고,
    상기 첨단부(45)를 거쳐서 상기 후단부(46)측으로 유동하는 유체유동(33)은 양측의 경사면(47,47a)을 따라 분할 유동하면서 상기 모서리부(48,48a)와 후단부(46)에서 난류유동(34)으로 전환하는 것을 특징으로 하는 난류형성 및 교반 기능이 구비된 라인믹서.
  6. 제1 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 라인믹서를 포함하는 수질정화장치로서,
    유입수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 반응기(10);
    상기 반응기(10)로 유입수가 유입되는 유로를 제공하는 유입유로(11); 및
    한 종류 이상의 수처리제를 공급하는 1조 이상의 수처리제 공급시설(20);을 포함하고,
    상기 라인믹서(30)는 상기 유입유로(11)의 일부를 구성하도록 설치되며,
    상기 수처리제를 상기 유입유로(11)에 투입하되, 상기 라인믹서(30)의 전단계에 투입하여 유입수와 상기 수처리제가 혼합 및 교반되면서 상기 반응기(10)에 유입되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반응기(10)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고,
    상기 후처리장치는, 상기 반응기(10)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 하나 이상의 후처리 반응기(14);
    상기 후처리 반응기(14)에 활성탄과 제올라이트 중에서 선택된 분말상의 수처리재(17a)를 공급하는 수처리재 공급장치(15); 및
    상기 후처리 반응기(14)의 유출수로부터 고형물을 분리하는 고액분리수단(18)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 반응기(10)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고,
    상기 후처리장치는, 상기 반응기(10)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 후처리 반응기(14a);와
    입상의 활성탄과 입상의 제올라이트 중에서 선택된 수처리재(17);를 포함하고,
    상기 수처리재(17)는 상기 후처리 반응기(14a)의 내부에 충전되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  9. 산화반응이 이루어지는 산화반응기(10b);
    한 종류 이상의 산화제를 상기 산화반응기(10b)에 공급하는 1조 이상의 산화제 공급시설(20a);
    상기 산화반응기(10b)의 전단계에 설치되며 유입수가 유입, 체류 및 유출하는 예비 산화반응기(10a);
    상기 예비 산화반응기(10a)로 유입수가 유입하는 유로를 제공하는 유입유로(11a); 및
    상기 산화반응기(10b)에서 발생하는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)로 역류유입시키는 잉여산화제 역류유로(23);를 포함하고,
    상기 산화제 공급시설(20a)에서 공급되는 산화제에 의해 산화반응이 이루어지는 상기 산화반응기(10b)에서 발생하는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)에 역류유입시켜서 유입수에 함유된 환원성물질에 의해 상기 잉여산화제(22)의 산화력을 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 산화반응기(10b)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고,
    상기 후처리장치는, 상기 산화반응기(10b)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 하나 이상의 후처리 반응기(14);
    상기 후처리 반응기(14)에 활성탄과 제올라이트 중에서 선택된 분말상의 수처리재(17a)를 공급하는 수처리재 공급장치(15); 및
    상기 후처리 반응기(14)의 유출수로부터 고형물을 분리하는 고액분리수단(18)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 산화반응기(10b)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고,
    상기 후처리장치는, 상기 산화반응기(10b)의 유출수가 유입, 체류, 유출하면서 반응이 이루어지는 후처리 반응기(14a);와
    활성탄과 제올라이트 중에서 선택된 입상의 수처리재(17);를 포함하고, 상기 입상의 수처리재(17)는 상기 후처리 반응기(14a)의 내부에 충전되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  12. 제9항에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 라인믹서(30);를 더 포함하고,
    상기 산화반응기(10b)의 유출수를 처리하는 후처리장치를 더 포함하고,
    상기 라인믹서(30)는 상기 예비 산화반응기(10a)의 유입유로(11a)와 상기 산화반응기(10b)의 유입유로(11) 및 상기 후처리장치의 유입유로(11b) 중에서 적어도 어느 일측에 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  13. 제10항에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 라인믹서(30);를 더 포함하고
    상기 라인믹서(30)는, 상기 후처리장치의 유입유로(11b)에 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  14. 유입유로(11a)를 통해 예비 산화반응기(10a)에 유입수를 유입시키는 단계;
    상기 예비 산화반응기(10a)의 후단계에 설치되는 산화반응기(10b)에서 상기 예비 산화반응기(10a)를 거쳐 유입되는 유입수에 산화반응을 일으키는 단계;
    오존, 과산화수소수, 염소계 산화제 중에서 선택된 산화제를 상기 산화반응기(10b)에 공급하는 산화제 공급단계; 및
    상기 산화반응기(10b)에서 발생되는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)로 역류유입시키는 잉여산화제 역류유입 단계;를 포함하고,
    상기 산화제공급 단계에서 공급되는 산화제에 의해 산화반응이 이루어지는 상기 산화반응기(10b)에서 발생하는 잉여산화제(22)를 상기 예비 산화반응기(10a)에 역류유입시켜서 유입수에 함유된 환원성물질에 의해 상기 잉여산화제(22)의 산화력을 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 라인믹서(30);를 더 포함하고
    상기 라인믹서(30)는 상기 예비 산화반응기(10a)의 유입유로(11a)와 상기 산화반응기(10b)의 유입유로(11) 중에서 적어도 어느 일측에 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화방법.
  16. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 라인믹서(30);를 포함하는 물리화학적, 생물학적 기체정화장치로서,
    기체가 유입, 체류 및 유출하는 세정실(51);
    기체를 유동시키는 송풍기(52);
    상기 세정실(51) 내부에 세정액을 분무하는 분무수단(55);
    세정액을 상기 분무수단(55)으로 압송하는 펌프(53);
    상기 펌프(53)로부터 상기 분무수단(55)으로 세정액이 이송되는 유로를 제공하는 세정액 이송관(54);을 포함하고
    상기 라인믹서(30)는 상기 세정액 이송관(54)의 일부로 구성되도록 상기 세정액 이송관(54)에 설치되어 세정액의 교반이 이루어지는 것을 특징으로 하는 기체정화장치.
  17. 제16항에 있어서,
    기체에 함유된 오염물질의 정화에 소요되는 약품을 공급하는 약품공급장치(60);를 더 포함하고,
    상기 약품공급장치(60)는, 상기 펌프(53)의 흡입부와, 상기 라인믹서(30)의 유입구와 상기 펌프(53)의 토출구를 연결하는 구간의 상기 세정액 이송관(54) 중에서 선택된 위치에 약품을 투입할 수 있도록 연통되는 것을 특징으로 하는 기체정화장치.
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