KR20090123112A - 미세 기포발생기 및 그를 구비한 오폐수처리시설 - Google Patents

Abstract

미세 기포발생기 및 그를 구비한 오폐수처리시설을 개시한다. 본 발명의 미세 기포발생기는, 미생물이 존재하는 유체 속에 적어도 일부분이 잠기도록 하고, 최소 1단으로 설치하여 회전에 의해 유체 속으로 유입되는 공기를 미세기포로 변환하는 임펠러와, 임펠러를 구동시키기 위한 구동모터가 있는 구동모터부를 구비하는 미세기포 변환유닛; 임펠러에 인접하게 부착되며, 임펠러 회전 시 외부의 공기가 유체 속으로 유입되도록 하는 공기 유입부; 및 임펠러와 인접하게 설치되어, 임펠러의 회전에 의해 발생되는 유체의 와류가 이탈되는 것을 저지함으로써 공기 유입부를 통해 공기가 유체 속으로 유입되도록 하는 저지벽부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 설치가 용이한 간단한 구조로서 외부의 공기를 유체 내로 유입할 수 있으며, 또한 유체 내에서 보다 잘 용해되도록 공기를 미세한 크기의 기포로 변환시킴으로써 호기성 미생물의 활동을 활성화하고 이로 인해 오폐수 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

기포발생기, 오폐수처리시설, 폭기장치, 폭기조, 미세기포, 임펠러, 2단

Description

미세 기포발생기 및 그를 구비한 오폐수처리시설{Fine bubble generating Submersible Aerator and Wastewater processing facilities having the same}

본 발명은, 미세 기포발생기 및 그를 구비한 오폐수처리시설에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단한 구조로서 외부의 공기를 유체 내로 유입할 수 있으며, 또한 유체 내에 보다 잘 용해되도록 공기를 미세기포로 변환시킴으로써 오폐수 처리 효율을 향상시킬 수 있는 미세 기포발생기 및 그를 구비한 오폐수처리시설에 관한 것이다.

수질오염의 주원인은 생활하수, 공장폐수, 축산폐수 등이며 그 중에서도 가정에서 버려지는 생활하수가 크게 문제시 되고 있다. 이러한 수질오염의 주범은 오폐수 내에 함유되어 있는 유기물을 포함하여 질소 및 인과 같은 영양염류 등을 들 수 있다. 특히, 하천이나 호수에 영양염류가 포함된 오폐수의 유입량이 크게 증가되면서 상수원이 오염되고 있는 실정이며, 따라서 오폐수 내에 존재하는 영양염류의 처리기술 개발과 배출규제에 관한 규정이 요구되고 있다.

오폐수 내에 함유되어 있는 유기물과 질소 및 인과 같은 영양염류의 처리 방법으로는 물리적 처리 방법, 화학적 처리 방법 및 생물학적 처리 방법이 있으며, 최근에는 이러한 처리 방법들 중 생물학적 처리 방법을 이용하여 오폐수를 처리하고 있다.

생물학적 처리 방법이란, 미생물이 존재하는 슬러지(sludge)를 이용하여 오폐수를 처리하는 방법으로서, 통상적으로 유입된 오폐수를 폭기조로 이송하여 폭기(aeration)시킨 후 침전조로 이송하여 침전시키되, 침전된 슬러지는 다시 폭기조로 반송시키고 상등수는 방류하는 방법이다.

한편, 오폐수처리시설의 일반적인 구성은, 오폐수 즉 유체가 유입되는 유입구가 마련된 침전 분리조와, 침전 분리조로부터 이송된 유체의 유량을 조정하는 유량 조정조와, 유량 조정조로부터 이송된 유체를 미생물 즉 호기성 미생물 및 혐기성 미생물의 활동에 의해 정화시키는 폭기조와, 폭기조로부터 이송된 정화된 유체를 방류하는 방류조를 구비한다.

이 중 폭기조의 구성에 대해 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 폭기조(30)는, 유체가 수용되는 수용 공간에 외부의 공기를 제공함으로써 호기성 미생물이 활동할 수 있도록 하는 폭기장치(50)를 구비한다.

즉, 폭기장치(50)가 유체에 공기를 제공하는 경우 호기성 미생물이 활발하게 활동하여 오폐수를 처리하고, 폭기장치(50)가 작동하지 않는 경우 혐기성 미생물이 활발하게 활동하여 처리되지 않은 유체가 폭기조(30)의 하부로 침전되도록 하는 것이다.

이러한 폭기장치(50)의 작동과 작동 중지 등 폭기장치(50)의 적절한 작동에 따라 폭기조(30)의 수용공간은 세 개의 층으로 나뉘게 되는데, 하부는 침전물이 적 층되는 침전층, 가운데는 생물학적으로 처리된 유체가 위치하는 층, 상부는 유체보다 가벼운 물질이 부유하는 층으로 구분될 수 있다. 이 중 생물학적 처리가 된 층에 위치하는 유체는 방류부(미도시)로 이송된 후 외부로 방류될 수 있다.

그런데, 폭기조(30)에 수용된 유체에 공기를 제공하는 폭기장치(50)로서 외부의 공기를 펌핑 작업에 의해 흡입하는 에어펌프(50, Air Pump)가 많이 사용되고 있는데, 이러한 에어펌프(50)는, 먼저 외부에 설치되기 때문에 큰 소음을 발생시켜 주변에 거주하는 사람들에게 불쾌감을 주며, 다음으로 흡입된 공기를 이송시키기 위한 이송관(51)을 폭기조(30)의 내부에 고정 결합하여야 하기 때문에 설치 및 유지 보수가 어려울 뿐만 아니라 흡입되는 공기, 즉 일정한 크기의 공기만 그대로 유체 속으로 공급되므로 호기성 미생물의 활동을 위한 용존 산소가 기대하는 만큼 유체 속에 용해되지 않으며, 단일 처리조에서 발생될 수 있는 처리성능 향상을 해결해야하는 효율상의 문제점이 발생할 수 있다.

따라서 설치 및 유지 보수가 용이하면서도 유체 속에 더 많은 용존 산소를 제공할 수 있는 새로운 구조의 폭기장치와 처리성능 향상을 위해 다단 처리 구조로 적용 및 변형이 용이한 공법 개발이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 설치가 용이한 간단한 구조로서 외부의 공기를 유체 내로 유입할 수 있으며, 또한 유체 내에 보다 잘 용해되도록 공기를 미세기포로 변환시킴으로써 호기성 미생물의 활동을 활성화시킬 수 있으며 이로 인해 유체 의 오폐수 처리 효율을 향상시킬 수 있는 미세 기포발생기 및 그를 구비한 오폐수처리시설을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명의 설비가 미생물이 존재하는 유체 속에 적어도 일부분이 잠기도록 하여, 적어도 1단으로 부착되어 회전에 의해 상기 유체 속으로 유입되는 공기를 미세기포로 변환하는 임펠러와, 상기 임펠러를 구동시키기 위한 구동모터를 갖는 구동모터부를 구비하는 미세기포 변환유닛이 상기 임펠러에 인접하게 마련되며, 상기 임펠러의 회전 시 상기 외부의 공기가 상기 유체 속으로 유입되도록 하는 공기 유입부; 및 상기 임펠러와 인접하게 마련되어, 상기 임펠러의 회전에 의해 발생되는 상기 유체의 와류가 이탈되는 것을 저지함으로써 공기 유입부를 통해 외부 공기가 상기의 유체 속으로 유입되도록 하는 저지벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기에 의해서 달성된다.

여기서, 상기의 적어도 1단의 임펠러는 날부가 상기 임펠러의 축 방향으로 상호 이격되게 마련되는 2단 또는 다단의 임펠러이며, 상기 2단 또는 다단의 임펠러의 날부는 상호 경사지게 결합되는 것이 바람직하다.

상기 임펠러에는, 외부 공기를 미세기포로 변환시키기 위한 다수의 관통공이 형성될 수 있다.

상기 미세기포 변환유닛은, 상기 구동모터부에 결합되어지고, 상기 구동모터부를 상기 유체 속의 지면에 지지시키는 지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 구동모터부와 상기 저지벽부 사이에는 플렌지가 개재되며, 상기 임펠러 의 회전에 의해 발생되는 상기 미세기포가 상기 저지벽부의 외부로 이동할 수 있도록 상기 플렌지의 측부 또는 상하부에 적어도 하나의 영역이 관통 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 저지벽부는 아래쪽으로 개방된 원통 형상으로 마련되며, 상기 공기 유입부는 상기 저지벽부의 상부벽에 관통되도록 결합되는 것이 바람직하다.

상기 미세기포 변환유닛은, 상기 구동모터부에 결합되며, 상기 임펠러가 하방을 향하도록 상기 구동모터부를 부상시키는 부상부를 더 포함할 수 있다.

상기 저지벽부는 상기 구동모터부를 감싸는 원통 형상으로 마련되며, 상기 부상부에는 상기 유체의 외부의 공기가 상기 저지벽부 내측으로 유입 가능하도록 상기 공기 유입부가 관통 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 공기 유입부는 에어 펌프가 장착된 에어 리프트(Air Lift)일 수 있다.

상기 저지벽부 및 임펠러 중 적어도 어느 하나는 스테인리스 스틸(Stainless Steel) 재질로 금형에 의해 제작될 수 있다.

상기 미세기포 변환유닛에 인접하게 마련되며, 상기 임펠러에 의해 발생되는 상기 미세기포가 상기 유체 속으로 확산될 수 있도록 상기 액체를 순환시키는 순환 펌프를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 일정한 양의 유체를 이송시키는 유량 조정조; 상기 유량 조정조로부터 이송된 상기 유체를 폭기 작업에 의해 정화시키는 폭기조; 및 상기 유량 조정조 및 상기 폭기조 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 유체에 미세기포를 제공하는 미세 기포발생기를 포함하며, 상기 미세 기포발생 기는, 미생물이 존재하는 유체 속에 적어도 일부분이 잠기도록 마련되며, 적어도 1단으로 마련되어 회전에 의해 상기 유체 속으로 유입되는 공기를 미세기포로 변환하는 임펠러와, 상기 임펠러를 구동시키기 위한 구동모터를 갖는 구동모터부를 구비하는 미세기포 변환유닛; 상기 임펠러에 인접하게 마련되며, 상기 임펠러의 회전 시 상기 외부의 공기가 상기 유체 속으로 유입되도록 하는 공기 유입부; 및 상기 임펠러와 인접하게 마련되어, 상기 임펠러의 회전에 의해 발생되는 상기 유체의 와류가 이탈되는 것을 저지함으로써 상기 공기 유입부를 통해 상기 공기가 상기 유체 속으로 유입되도록 하는 저지벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수처리시설에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 적어도 1단의 임펠러는 날부가 상기 임펠러의 축 방향으로 상호 이격되게 마련되는 2단 또는 다단의 임펠러이며, 상기 2단 또는 다단의 임펠러의 날부는 상호 경사지게 결합되는 것이 바람직하다.

상기 임펠러에는, 상기 공기를 상기 미세기포로 변환시키기 위한 다수의 관통공이 관통 형성될 수 있다.

상기 공기 유입부는 에어 펌프가 장착된 에어 리프트(Air Lift)일 수 있다.

상기 오폐수처리시설은 상기 폭기조가 복수 개 마련되는 다단형 오폐수처리시설일 수 있다.

본 발명에 따르면, 설치가 용이한 간단한 구조로서 외부의 공기를 유체 내로 유입할 수 있으며, 또한 유체 내에 보다 잘 용해되도록 공기를 미세기포로 변환시 킴으로써 호기성 미생물의 활동을 활성화시킬 수 있으며 이로 인해 유체의 정화 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 기포발생기가 적용되는 오폐수처리시설의 개략적인 도면으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 기포발생기(150)가 적용되는 오폐수처리시설(101)은, 오폐수, 즉 이물질이 섞인 유체가 유입되는 침전 분리조(110)와, 침전 분리조(110)로부터 이송된 유체의 유량을 조정하는 유량 조정조(120)와, 유량 조정조(120)로부터 이송된 유체를 호기성 미생물 및 혐기성 미생물들의 활동에 의해 정화시키는 폭기조(130), 즉 본 실시 예의 SBR 반응조(130)와, 폭기조(130)로부터 이송된 정화된 유체를 외부로 방류하는 방류조(140)를 포함한다.

먼저 침전 분리조(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 유체가 유입되는 유입구(111)와, 유입구(111)로부터 유입되는 유체의 이물질을 일차적으로 거르는 스크린조(113)와, 유량 조정조(120)와 인접한 측벽에 배치되어 침전 분리조(110)의 유 체를 유량 조정조(120)로 이송시키는 이류관(115)을 구비한다.

그리고, 유량 조정조(120)는 다음의 폭기조(130)로 일정한 양의 유체를 이송시켜주는 역할을 담당한다. 이를 위해, 유량 조정조(120)는, 유체가 이송하는 이송라인(121)과, 이송라인(121)을 통해 유체가 이송할 수 있도록 유체를 펌핑(pumping)하는 이송펌프(123)를 구비한다. 본 실시 예에서는 도시되어 있지 않지만, 유량 조정조(120)와 침전 분리조(110)를 연결하는 별도의 반송라인(미도시)이 더 마련되어 유량 조정조(120)에 많은 양의 유체가 유입되는 경우 소정의 양을 다시 침전 분리조(110)로 반송시킬 수도 있다.

폭기조(130), 즉 본 실시 예의 SBR(연속회분식반응기, Sequencing Batch Reactor) 반응조(130)에서는, 유량 조정조(120)로부터 이송된 유체를 정화시키는 정화 작업이 진행된다. 즉, 유체의 유입과 반응, 침전 및 유출 등이 폭기조(130)에서 연속적으로 진행되어 정화의 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 대해 보다 상세히 설명하면, 폭기조(130)에는 후술할 미세 기포발생기(150)가 장착되어 유체 내로 미세기포를 공급하고, 공급된 미세기포는 유체 내의 호기성 미생물의 활동을 활성화시켜 유체를 생물학적처리를 통하여 깨끗하게 한다. 한편, 미세 기포발생기(150)가 작동하지 않을 때는 유체 내의 용존 산소량이 저하되며, 이 때 혐기성 미생물의 활동이 활성화되어 유체 내에 함유되어 있는 이물질이 폭기조(130)의 하부로 침전되거나 상부로 부유하게 된다.

따라서, 폭기조(130)의 유체는 개략적으로 세 층으로 나뉘게 되며, 중간 층에는 호기성 미생물에 의해 생물학적 처리된 깨끗한 유체가 위치하게 된다. 이러한 정화된 유체는 방류조(140)로 이송되고, 방류조(140)에서 외부로 방류된다. 이때 상기의 폭기조는 필요에 따라 다단형으로 구성되어 방류수의 처리효율을 높이도록 할수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같이, 폭기조(130)에 마련되어 오폐수, 즉 유체를 정화시키기 위한 미세기포를 발생시키는 미세 기포발생기(150)에 대해 상세히 설명하기로 한다.

다만, 본 실시 예에서는 미세 기포발생기(150)가 폭기조(130)에 마련되는 것에 상술할 것이나, 미세 기포발생기(150)는 유량 조정조(120)에도 설치될 수 있음은 당연하다 할 것이다. 즉, 미세 기포발생기(150)가 유량 조정조(120)에만 설치될 수도 있고, 또한 폭기조(130)와 유량 조정조(120)에 각각 설치될 수도 있을 것이다. 다만, 유량 조정조(120)와 폭기조(130)에 미세 기포발생기(150)가 각각 설치되는 경우 유체에 대한 오폐수 처리효율을 보다 향상시킬 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 미세 기포발생기가 설치되는 폭기조(130)의 개략적인 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 미세 기포발생기의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 임펠러의 정면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 임펠러의 평면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 기포발생기(150)는, 폭기조(130)의 저면에 지지되어 유체 내로 유입되는 공기를 미세기포로 변환하는 미세기포 변환유닛(160)과, 미세기포 변환유닛(160)의 작동 시 유체 내로 공기를 유입하는 공기 유입부(170)와, 미세기포 변환유닛(160)에 인접하게 마련되 며 미세기포 변환유닛(160)의 작동 시 발생되는 유체의 와류가 이탈되는 것을 저지함으로써 미세기포 변환유닛(160)의 축 방향을 따라 빈 공간이 발생되도록 하는 저지벽부(180)를 구비한다. 또한, 본 실시 예의 미세 기포발생기(150)는, 미세기포 변환유닛(160)의 작동에 의해 잘게 쪼개지는 미세기포가 더 많은 유체 내의 미생물들과 작용할 수 있도록 유체를 순환시키는 순환펌프(190)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 미세기포 변환유닛(160)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 2단 또는 다단의 임펠러(161)와, 임펠러(161)를 구동시키는 구동모터(미도시)를 갖는 구동모터부(165)와, 구동모터부(165)와 결합되어 구동모터부(165)를 폭기조(130)의 지면에 장착시키는 지지부(167)를 구비한다.

임펠러(161)는, 회전에 의해 임펠러(161) 주위에 있는 유체를 회전시킨다. 이에 따라 유체는 회전하며 저지벽부(180) 방향으로 밀리게 되며 회전하는 임펠러(161) 주변은 유체가 거의 없는 공간이 되어 공기 유입부(170)를 통해 공기가 유입될 수 있게 된다.

이러한 임펠러(161)는, 공기 유입부(170)를 통해 유입되는 공기를 미세기포로 변환하기 위해, 즉 유입되는 공기보다 더 작은 크기를 갖는 미세기포를 유체 내로 제공하기 위해 2단 또는 다단으로 마련된다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 임펠러(161)의 날부(162)가 임펠러(161)의 축 방향으로 상호 이격되게 마련되어 공기 유입부(170)를 통해 유입되는 공기는 상부의 날부(162a)에 의해 먼저 커팅되고 이후 다시 하부의 날부(162b)에 의해 커팅되도록 함으로써 유입된 공기를 미세기포로 보다 효율적으로 변환시킬 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 임펠러(161)의 상부 날부(162a) 및 하부 날부(162b)가 상호 경사지도록 결합되고, 도 6에 도시된 바와 같이, 임펠러(161)의 상부 날부(162a) 및 하부 날부(162b)가 상호 엇갈리게 결합됨으로써 공기와의 접촉 면적을 늘릴 수 있으며, 이로 인해 유입된 공기를 미세기포로 보다 효율적으로 변환시킬 수 있다.

한편, 임펠러(161)가 회전하게 되면 임펠러(161)의 형상에 의해 임펠러(161)에 부력이 작용될 수 있으며, 이로 인해 미세기포 변환유닛(160)이 견고히 지지되지 못하고 움직일 수 있다. 그런데, 미세기포 변환유닛(160)이 폭기조(130)에 견고히 배치되지 않고 움직이게 되면 정화 처리 작업의 신뢰성이 저하될 수 있으며 주변 구성들과 충돌하여 장치가 손상될 수 있다. 따라서, 이러한 문제점이 발생되는 것을 저지하기 위해, 임펠러(161)에는 부력을 상쇄시키는 다수의 관통공(163)들이 관통 형성되어 있다.

이러한 다수의 관통공(163)들은, 관통된 부분으로 유체가 이동될 수 있도록 함으로써 부력을 상쇄하는 역할을 하면서도 소정의 각도로 날카롭게 마련되어 임펠러(161)의 회전 시 공기 유입부(170)를 통해 유입되는 공기를 미세기포로 변환하는 역할도 담당한다.

즉, 공기 유입부(170)를 통해 유입되는 공기는 임펠러(161)의 날부(162), 즉 상부 날부(162a) 및 하부 날부(162b)와 날카롭게 마련되는 관통공(163)들에 의해 미세기포로 변활될 수 있어, 임펠러(161)의 날부(162)만으로 공기를 미세기포로 변환할 때보다 미세기포의 발생 효율을 높일 수 있고, 이로 인해 유체 내에 유입된 공기보다 작은 사이즈를 갖는 미세기포를 제공함으로써 호기성 미생물의 활동이 보다 활발하게 이루어질 수 있도록 한다.

이에 대해 종래와 비교하여 보다 상세히 설명하면, 종래에는 공기가 그대로 유체 내로 유입되는데, 유입된 공기는 본 실시 예의 미세기포보다 더 크기 때문에 부력이 더 많이 작용하여 수면 밖으로 보다 빨리 이탈하게 되고 따라서 공기와 유체 내의 미생물이 상호 작용할 가능성은 별로 크지 않다. 그런데 본 실시 예에서는 임펠러(161)가 공기를 미세기포로 변환시킴으로써 미세기포에 작용하는 부력은 종래보다 상대적으로 작아지게 되고 따라서 더 많은 수의 미세기포가 유체 내에 용존하게 됨으로써 미세기포가 유체 내의 미생물과 상호 작용할 가능성이 높아지게 되며, 따라서 유체의 오폐수 처리효율이 향상될 수 있다.

가령, 예를 들면 종래 유체 내의 용존 산소량이 대략 4퍼센트 정도라면 본 실시 예의 용존 산소량은 대략 20퍼센트 정도까지 상승하게 된다. 따라서 상대적으로 작은 폭기조(130)에 많은 양의 산소를 녹일 수 있기 때문에, 즉 정화 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 폭기조(130)의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 따라 폭기조(130)를 포함하는 오폐수처리시설(101)의 전체적인 크기를 종래보다 줄임으로써 설치 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 임펠러(161)는, 산소 등이 녹아 있는 유체 내에 배치되기 때문에, 스테인리스 스틸(Stainless Steel) 재질로 마련되며, 이로 인해 임펠러(161)에 부식이 발생되는 것을 저지할 수 있다. 한편, 임펠러(161)는, 스테인리스 스틸 외에도 내부식성을 갖는 섬유 강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics), 아크 릴(Acrylic), 폴리에스테르(PE, Polyester) 재질 등으로 제작될 수도 있다.

그리고, 임펠러(161)는 금형에 의해 제작되며, 이로 인해 제작이 용이하다는 장점을 갖는다.

구동모터부(165)의 구동모터는, 전원 인가 시 임펠러(161)를 회전시키는 구동력을 발생시키는 부분으로서, 제어부(미도시)의 제어에 따라 임펠러(161)의 회전 속도를 달리 할 수 있다. 이러한 구동모터는 유체 내에 위치하기 때문에 수중모터로 하여야 한다.

또한 구동모터부(165)는, 전술한 바와 같이, 폭기조(130)의 저면에 고정 지지되어야 한다. 이를 위해 구동모터부(165)는 구동모터부(165)의 일부 측면 및 하부면을 감싸는 지지부(167)에 결합된다. 지지부(167)는 폭기조(130)의 저면과 스크루(미도시) 등에 의해 착탈 가능하게 결합될 수 있으나, 본 실시 예에서는 소정의 무게를 갖는 재질, 예를 들면 스테인리스 스틸 등과 내부식성을 갖는 금속 재질로 지지부(167)를 마련함으로써 폭기조(130)의 저면에 별도의 체결 없이 미세기포 변환유닛(160)을 배치할 수 있다. 이와 같이, 미세기포 변환유닛(160)은 폭기조(130) 내부에 단순히 지지되는 구조를 가짐으로써 설치가 용이할 뿐만 아니라 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

한편, 저지벽부(180)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 임펠러(161)를 감싸도록 임펠러(161)의 상부 영역에 마련되어, 임펠러(161)의 회전 시 저지벽부(180)의 내부 공간으로 외부의 공기가 유입될 수 있도록 한다.

이러한 저지벽부(180)는, 하방이 개방된 원통 형상으로 마련되며, 저지벽 부(180)의 하단부와, 구동모터부(165)의 상단부는 플렌지(185)를 그 사이에 두고 결합된다. 플렌지(185)에는 임펠러(161)의 회전 시 발생되는 미세기포가 저지벽부(180)의 외부로 확산될 수 있도록 둘레 방향을 따라 다수의 관통 부분이 마련되어 있다. 이와 같이, 플렌지(185)는, 저지벽부(180)와 미세기포 변환유닛(160)을 스크루(186)에 의해 견고히 결합시키면서도 임펠러(161)의 회전에 의해 발생되는 미세기포가 유체 내로 이송될 수 있도록 한다.

저지벽부(180)는, 임펠러(161)의 회전 시 유체의 와류가 발생하게 되는데 유체가 외부로 이탈하는 것을 저지하는 역할을 한다. 단, 완전히 유체의 이탈을 저지하는 것은 아니고 유체가 저지벽부(180)의 내측벽에 부딪히게 함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 저지벽부(180)의 축 방향을 따라 빈 공간과 실질적으로 비슷한 부분이 형성될 수 있도록 한다. 즉 저지벽부(180) 내부에 있는 유체가 임펠러(161)의 회전 시 저지벽부(180)의 내측벽 방향으로 밀리며 이동하게 되고 이로 인해 저지벽부(180)의 축 방향을 따라 공기가 유입될 수 있는 빈 공간이 발생하게 되는 것이다. 그러면, 별도의 펌핑 작업 없이도 외부의 공기가 공기 유입부(170)를 통해 저지벽부(180)의 내부로 유입될 수 있으며, 유입된 공기는 임펠러(161)와 접촉되어 미세기포로 쪼개져 전술한 바와 같이 플렌지(185)의 관통된 부분(185a, 도 4 참조)을 지나 유체 내로 확산될 수 있다.

또한 저지벽부(180)는, 산소 등이 녹아 있는 유체 내에 배치되기 때문에, 스테인리스 스틸(Stainless Steel) 재질로 마련되며, 이로 인해 저지벽부(180)에 부식이 발생되는 것을 저지할 수 있다. 한편, 저지벽부(180)는, 스테인리스 스틸 외 에도 내부식성을 갖는 섬유 강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics), 아크릴(Acrylic), 폴리에스테르(PE, Polyester) 재질 등으로 제작될 수도 있다.

공기 유입부(170)는, 저지벽부(180)의 상부벽에 관통되어 고정 결합된다. 이 때 공기 유입부(170)가 저지벽부(180)에 대해 견고히 지지되어 결합될 수 있도록 저지벽부(180)에는 공기 유입부(170)를 고정하는 고정부재(미도시)가 마련될 수 있다.

이러한 공기 유입부(170)에는 전술한 바와 같이 에어 펌프 등이 장착되지 않는다. 다시 말해, 미세기포 변환유닛(160)의 임펠러(161)가 회전하게 되면 공기 유입부(170)를 통해 외부의 공기가 폭기조(130) 내부로 유입되는 것이다. 따라서 관 형상의 공기 유입부(170)를 저지벽부(180)에 결합시키면 되기 때문에 설치가 용이하며 따라서 비용 측면에서도 절감할 수 있는 효과가 있다. 다만, 설치가 용이하다면 공기 유입부는 에어 펌프가 장착된 에어 리프트(미도시)로 마련될 수 있으며, 에어 리프트가 공기 유입부로 적용되는 경우 공기 유입 효율이 보다 향상되어 보다 많은 공기가 유체 내부로 유입될 수 있게 된다.

한편, 임펠러(161)에 의해 발생되는 미세기포가 유체 내에 있는 미생물과 최대한 상호 작용할 수 있도록 미세기포 변환유닛(160)과 인접한 폭기조(130)의 저면에는 폭기조(130) 내의 유체를 순환시키는 순환펌프(190)가 마련될 수 있다. 이러한 순환 펌프에 의해 폭기조(130) 내의 유체는 균일한 상태를 유지할 수 있으며 따라서 미세기포와 상호 작용한 미생물 또한 폭기조(130)의 유체 내에 고르게 분포될 수 있다.

이하에서는, 이러한 구성을 갖는 미세 기포발생기(150)가 적용되는 오폐수처리시설(101)의 생물학적 처리 작업에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 가정, 공장 등에서 방출되는 오폐수 등의 유체가 오폐수처리시설(101)의 유입구(111)를 통해 침전 분리조(110)로 이송된다. 이 때, 유입구(111)와 인접하게 마련된 스크린조(113)에 의해 오폐수에 포함된 이물질을 일차적으로 거를 수 있다.

이후, 침전 분리조(110)의 유체를 유량 조정조(120)로 이송시킨다. 유량 조정조(120)는 침전 분리조(110)로부터 이송된 유체 중 일정량을 다음의 폭기조(130)로 이송하고, 경우에 따라 유체 중 일부를 다시 침전 분리조(110)로 반송시킴으로써 적당량의 유체가 폭기조(130)로 이송될 수 있도록 한다.

이어서, 폭기조(130)로 이송된 유체는 폭기조(130)에 마련된 미세 기포발생기(150)에 의해 생물학적 처리된다. 이에 대해 보다 상세히 설명하면, 미세 기포발생기(150)가 작동하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부로부터 유입된 공기가 미세기포로 변환되어 유체 내로 확산되기 때문에, 호기성 미생물의 활동이 활성화되고, 따라서 유체가 생물학적 처리된다. 한편, 미세 기포발생기(150)가 작동하지 않는 경우, 즉 유체 내로 공기가 유입되지 않은 경우에는, 유체 내의 혐기성 미생물의 활동에 의해 이물질이 함유된 유체는 상부로 부유하거나 또는 하부로 침전하게 된다.

즉, 미세 기포발생기(150)를 적절하게 작동시킴으로써 폭기조(130)에 수용되어 있는 유체를 다층으로 구분할 수 있고, 그 중 중간층에 위치하는 생물학적 처리 된 유체를 다음의 방류조(140)로 이송하여 외부로 깨끗한 유체 즉 정화 처리된 물을 배출할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 간단한 구조로서 외부의 공기를 폭기조(130) 내에 수용되어 있는 유체 내로 유입할 수 있으며, 또한 유체 내에 보다 잘 용해되도록 공기를 미세기포로 변환시킴으로써 호기성 미생물의 활동을 활성화시킬 수 있으며 이로 인해 유체의 생물학적 처리 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 설치 및 유지 보수가 용이할 뿐만 아니라 오폐수 처리 효율이 좋아 폭기조(130)의 크기를 축소시킬 수 있으므로 오폐수처리시설(101)의 전체 크기를 줄일 수 있는 효과도 있으며, 다단 처리조를 구성할 경우 높은 처리효율을 얻을 수 있다.

한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 미세 기포발생기를 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 기포발생기에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세 기포발생기가 설치되는 폭기조의 개략적인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세 기포발생기(250)는, 폭기조(230)의 지면에 고정되는 것이 아니라 유체의 수면에 부상되어 있다. 즉, 전술한 일 실시 예의 미세 기포발생기(150, 도 3 참조)가 폭기조(130)의 지면에 장착되는 상향식 장치라면, 다른 실시 예의 미세 기포발생기(250)는 임펠 러(261)에 의해 발생되는 미세기포를 하방으로 보내는 하방식 장치라고 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세 기포발생기(250)는, 전술한 일 실시 예의 미세 기포발생기(150)와 그 구성이 실질적으로 유사하나 일 실시 예의 지지부(167) 대신 유체에 부상될 수 있도록 부상부(267)를 구비한다. 즉, 부상부(267)의 부상력에 의해 미세 기포발생기(250)는 유체에 대해 부상할 수 있으며, 유체 내로 미세기포를 제공할 수 있다.

또한, 부상부(267)에는 유체 외부의 유입을 위한 공기 유입부(270)가 관통 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 임펠러(261)의 회전 시 공기 유입부(270)를 통해 유체 외부의 공기가 저지벽부(280) 내측으로 유입될 수 있으며, 유입된 공기는 임펠러(261)에 의해 미세기포로 변환되어 유체로 제공될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 미세 기포발생기(250)는 유체에 부상되도록 마련됨으로써 위치 변경이 용이하다는 장점을 갖는다.

전술한 실시 예들에서는, 미세 기포발생기가 오폐수처리시설의 유량 조정조 또는 폭기조에 선택적으로 설치된다고 상술하였으나, 이러한 장소 외에도 유체의 정화가 요구되는 장소, 예를 들면 인공 낚시터 등에 설치되어도 바람직하다 할 것이다.

또한, 전술한 실시 예들에서는, 미세 기포발생기가 설치되는 폭기조가 하나, 즉 단단으로 마련된다고 상술하였으나, 정화 처리 효율을 보다 향상시키기 위해 폭기조를 두 개 이상, 즉 다단으로 마련하여도 무방하다 할 것이다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 미세 기포발생기의 개략적인 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 기포발생기가 적용되는 오폐수처리시설의 개략적인 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 미세 기포발생기가 설치되는 폭기조의 개략적인 도면이다.

도 4는 도 3에 도시된 미세 기포발생기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 4에 도시된 임펠러의 정면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 임펠러의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세 기포발생기가 설치되는 폭기조의 개략적인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 오폐수처리시설 110 : 침전 분리조

120 : 유량 조정조 130 : 폭기조

140 : 방류조 150 : 미세 기포발생기

160 : 미세기포 변환유닛 161 : 임펠러

165 : 구동모터 167 : 지지부

170 : 공기 유입부 180 : 저지벽부

185 : 플렌지 190 : 순환펌프

Claims (16)

1. 미생물이 존재하는 유체 속에 적어도 일부분이 잠기도록 마련되며, 적어도 1단으로 마련되어 회전에 의해 상기 유체 속으로 유입되는 공기를 미세기포로 변환하는 임펠러와, 상기 임펠러를 구동시키기 위한 구동모터를 갖는 구동모터부를 구비하는 미세기포 변환유닛;

   상기 임펠러에 인접하게 마련되며, 상기 임펠러의 회전 시 상기 외부의 공기가 상기 유체 속으로 유입되도록 하는 공기 유입부; 및

   상기 임펠러와 인접하게 마련되어, 상기 임펠러의 회전에 의해 발생되는 상기 유체의 와류가 이탈되는 것을 저지함으로써 상기 공기 유입부를 통해 상기 공기가 상기 유체 속으로 유입되도록 하는 저지벽부를 포함하는 것을 특징으로 미세 기포발생기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 1단의 임펠러는 날부가 상기 임펠러의 축 방향으로 상호 이격되게 마련되는 2단 또는 다단의 임펠러이며,

   상기 2단 또는 다단의 임펠러의 날부는 상호 경사지게 결합되는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 임펠러에는, 상기 공기를 상기 미세기포로 변환시키기 위한 다수의 관통공이 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 미세기포 변환유닛은,

   상기 구동모터부에 결합되어 상기 구동모터부를 상기 유체 속의 지면에 지지시키는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 구동모터부와 상기 저지벽부 사이에는 플렌지가 개재되며,

   상기 임펠러의 회전에 의해 발생되는 상기 미세기포가 상기 저지벽부의 외부로 이동할 수 있도록 상기 플렌지의 측부 또는 상하부의 적어도 일 영역이 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 저지벽부는 하방이 개방된 원통 형상으로 마련되며,

   상기 공기 유입부는 상기 저지벽부의 상부벽에 관통되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 미세기포 변환유닛은,

   상기 구동모터부에 결합되며, 상기 임펠러가 하방을 향하도록 상기 구동모터부를 부상시키는 부상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
8. 제7항에 있어서,

   상기 저지벽부는 상기 구동모터부를 감싸는 원통 형상으로 마련되며,

   상기 부상부에는 상기 유체의 외부의 공기가 상기 저지벽부 내측으로 유입 가능하도록 상기 공기 유입부가 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
9. 제1항에 있어서,

   상기 공기 유입부는 에어 펌프가 장착된 에어 리프트(Air Lift)인 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
10. 제1항에 있어서,

    상기 저지벽부 및 임펠러 중 적어도 어느 하나는 스테인리스 스틸(Stainless Steel) 재질로 금형에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
11. 제1항에 있어서,

    상기 미세기포 변환유닛에 인접하게 마련되며, 상기 임펠러에 의해 발생되는 상기 미세기포가 상기 유체 속으로 확산될 수 있도록 상기 액체를 순환시키는 순환 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 기포발생기.
12. 일정한 양의 유체를 이송시키는 유량 조정조;

    상기 유량 조정조로부터 이송된 상기 유체를 폭기 작업에 의해 정화시키는 폭기조; 및

    상기 유량 조정조 및 상기 폭기조 중 적어도 어느 하나에 마련되어 상기 유체에 미세기포를 제공하는 미세 기포발생기를 포함하며,

    상기 미세 기포발생기는,

    미생물이 존재하는 유체 속에 적어도 일부분이 잠기도록 마련되며, 적어도 1단으로 마련되어 회전에 의해 상기 유체 속으로 유입되는 공기를 미세기포로 변환하는 임펠러와, 상기 임펠러를 구동시키기 위한 구동모터를 갖는 구동모터부를 구비하는 미세기포 변환유닛;

    상기 임펠러에 인접하게 마련되며, 상기 임펠러의 회전 시 상기 외부의 공기가 상기 유체 속으로 유입되도록 하는 공기 유입부; 및

    상기 임펠러와 인접하게 마련되어, 상기 임펠러의 회전에 의해 발생되는 상기 유체의 와류가 이탈되는 것을 저지함으로써 상기 공기 유입부를 통해 상기 공기가 상기 유체 속으로 유입되도록 하는 저지벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오폐수처리시설.
13. 제12항에 있어서,

    상기 적어도 1단의 임펠러는 날부가 상기 임펠러의 축 방향으로 상호 이격되게 마련되는 2단 또는 다단의 임펠러이며,

    상기 2단 또는 다단의 임펠러의 날부는 상호 경사지게 결합되는 것을 특징으로 하는 오폐수처리시설.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 임펠러에는, 상기 공기를 상기 미세기포로 변환시키기 위한 다수의 관통공이 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오폐수처리시설.
15. 제12항에 있어서,

    상기 공기 유입부는 에어 펌프가 장착된 에어 리프트(Air Lift)인 것을 특징으로 하는 오폐수처리시설.
16. 제12항에 있어서,

    상기 오폐수처리시설은 상기 폭기조가 복수 개 마련되는 다단형 오폐수처리시설인 것을 특징으로 하는 오폐수처리시설.

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