KR20100015333A - 포기유니트 및 그것을 구비한 포기장치와 포기방법 - Google Patents

포기유니트 및 그것을 구비한 포기장치와 포기방법 Download PDF

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Abstract

수중에 생식하는 생물에게 있어서 신속하고 매우 적절한 기체용존밸런스가 잡힌 수질로 만들 수 있고, 하수처리장내의 오수처리나 화학공장내의 기액접촉 공정 등에 이용할 수 있는 포기유니트 및 포기장치와 포기방법을 제공한다.
수중에 기포를 발생시키는 산기장치(2)와 수중의 기포를 액포덩어리(비눗방울형태의 기포 집합체)에 변화시키는 액포생성로부(3)과 수중내에서 기체를 저장할 수 있는 공간을 가지는 기체저장실(4)와 기체저장실(4)의 하부측으로부터 새롭게 방출된 기포를 모아 상부 측에 접속되는 액포생성로부(3)에 기포를 보내는 기포집적부(5)로부터 구성되는 다단식의 포기장치이다.
포기, 포기유니트, 포기장치, 포기방법

Description

포기유니트 및 그것을 구비한 포기장치와 포기방법{AERATING UNIT, AERATING APPARATUS EQUIPPED THEREWITH AND METHOD OF AERATING}
본 발명은 주로 호수와 늪·어패류 양식장·오수처리장 등의 수중 산기관으로부터 방출된 산소 또는 공기 등의 기포를 액포로 변화시켜 액포덩어리(비눗방울형태의 기포집합체)를 생성함으로써 수질을 수생생물이 생존하기 적합한 기체용존 밸런스가 잡히게 하는 것이 가능하게 하는 것으로 포기유니트 및 그것을 구비한 포기장치와 포기방법과 관련되며, 특히 화학공장 등의 기액접촉 공정이나 하수처리장내의 오수처리 등에도 이용하는 것이 가능한 포기유니트 및 그것을 구비한 포기장치 및 포기방법에 관한 것이다.
종래 호수와 늪·어패류 양식장·오수처리장 등의 포기장치 및 포기방법으로서 전동 모터를 이용해 수면을 교반 날개로 교반하는 수면 교반식의 포기장치나 저부에 설치한 산기관으로부터 기체를 방출해 수중에 기포를 생성하여 물과 기체를 접촉시키는 산기장치나 포기장치 및 포기방법이 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는 발생시키는 기포지름을 보다 작게 해서 기액접촉 면적을 증대시켜, 산소의 용해 효율을 향상시키는 것을 목적으로 산기면에 메쉬크로스(mesh cross)를 사용한 산기장치에 관한 발명이 개시되고 있다. 또 특허 문 헌 2에는 하수처리 시스템에 있어서 포기조중에 초미세기포(직경 100μ이하)를 발생시켜 오수를 교반시키는 포기방법 및 포기장치에 관한 발명이 개시되어 있다.
특허문헌 1： 특개 2006-326524호 공보
특허문헌 2： 특개 2004-141730호 공보
그러나 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 종래 기술에 있어서의 산기장치나 포기장치 및 포기방법은 압력에 의해 공기를 불어넣는 방법이기 때문에 산소의 공급 효율이 매우 나쁘다고 하는 과제가 있었다. 또, 수생생물이 생식하는 수조내에 있어 공기에 압력을 더하는 종래 방법의 포기를 반복했을 경우, 수생생물이 수중에 용해하고 있는 기체 성분 중의 산소 가스를 소비하므로, 수조내의 물은 최종적으로 질소 가스 등의 불필요한 가스가 많이 포함된 기체용존 밸런스의 나쁜 물이 된다. 즉 이러한 방법에서는 수조내의 수질을 수생생물로 생장하기 적합한 물로 만들 수는 없는 과제가 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 것으로 수중에 배치된 산기관으로부터 발생시킨 기포를 액포에 변화시켜 액포덩어리를 생성시킨 다음, 이 액포덩어리를 수중내에 저장한 기체에 노출시켜 파열시키는 것으로, 가장 효율이 우수하게 피처리수를 가스 치환하는 것이 가능하고, 또 접속한 하수 속에 포기유니트의 수만큼 기포로부터 액포덩어리로 변화시키는 것으로, 공급한 기체를 낭비 없이 이용해, 하천이나 호수와 늪 등의 수질 개선이나 화학공장 내의 기액접촉 공정이나 수생생물에의 산소 공급 등을 함에 있어서 저에너지 고효율로 수중에 산소를 공급하는 것이 가능한 포기유니트 및 그것을 구비한 포기장치와 포기방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 청구 범위 1항에 기재된 포기유니트는 수중에 설치되는 포기유니트이며 기포를 발생시키는 산기장치와 이 기포가 내부를 상승 가능하게 하는 산기장치의 윗쪽에 설치되는 관모양의 액포생성로부와 이 액포생성로부의 상부에 접속되는 사발모양의 기체저장실과 이 기체저장실의 윗쪽에 설치되는 것과 동시에 표면에 개구부가 형성된 사발모양의 기포집적부를 갖추어 액포생성로의 상단은 기체저장실의 내부에 배치되어 액포생성로부내에서 기포가 생성되는 액포덩어리(비눗방울형태의 기포집합체)는 기체저장실내에서 기체에 노출되면서 파열해 새로운 기포가 되며, 이 기포는 기포집적부에서 모아져 개구부로부터 위쪽으로 송출되는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 구성에 의해서 이하의 작용을 한다.
(1) 수중에 배치된 산기장치(산기관, 산기판, 산기막, 에어스톤 등)에 의해서 발생된 기포는 부력으로 상승해, 기포의 주변수를 동반해 상승한다.
(2) 액포생성로부내를 기포가 상승할 때에 액포덩어리가 생성된다.
(3) 액포생성로부로부터 연속해 생성되는 액포덩어리는 기체저장실의 기체에 노출되어 파열하며, 새로운 기포가 수중에 방출된다.
(4) 수중에 방출된 새로운 기포는 기포집적부에 의해서 모아져 개구부로부터 방출된다.
본 발명의 청구 범위 2항에 기재된 포기유니트는 청구 범위 1항의 포기 유니트에 있어서 액포덩어리의 파열에 의해 생성되는 분리수가 내부를 하강 가능하게 기체저장실의 하부에 설치되는 사이펀부를 갖추어 이 사이펀부의 상단은 기체저장실의 내부에 있어서 액포생성로부의 상단보다 윗쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 구성에 의해서, 이하의 작용을 한다.
(1) 액포덩어리의 파열에 의해 생성되는 분리수가 사이펀부를 하강하는 것에 의해 기체저장실 내부의 압력이 약간부압이 되기 때문에 액포생성로부내를 기포가 상승할 때에 수반하는 주변수의 양이 증가한다. 이것에 의해 액포덩어리의 발생량이 증가한다.
(2) 사이펀부가 접속되는 기체저장실은 내부가 많은 액포덩어리로 채워지는 것과 동시에 액포덩어리로부터 분리한 기체가 기체저장실의 상부로부터 일단 하강한 후에 상부의 기포집적부에 보내지기 때문에 포기유니트내의 사이펀 현상이 연속적으로 유지된다.
(3) 수두 차이에 의한 중력 에너지에 의해서 처리수가 하류 측에 연속적으로 송수 된다.
본 발명의 청구 범위 3항에 기재된 포기장치는 청구 범위 1항 또는 청구 범위 2항에 기재된 포기유니트를 복수로 갖추어 하나의 포기유니트의 포기집합부의 개구부에 다른 포기유니트의 액포생성로부의 하단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에 의해서, 이하의 작용을 한다.
(1) 접속한 포기유니트의 수에 따라 기포로부터 액포덩어리로 변화한다
(2) 수중내에서 접속된 각 포기유니트는 수심이 다르므로 수압도 달라 액포덩어리 표면의 수막에는 각 수심에 대응한 압력을 가지는 기체가 접촉한다. 또 상단측에 기포가 상승하면 기체가 팽창하고 체적이 서서히 증가하므로 기포의 발생량이 증가한다.
본 발명의 청구 범위 4항에 기재된 포기방법은 수중에서 기포를 발생시키는 산기공정과 이 기포를 상승시키면서 액포로 변화시켜 액포덩어리를 생성하는 액포덩어리 생성공정과 이 액포덩어리를 수중에 있어서 저장된 기체에 노출해 파열시켜 새로운 기포를 발생시키는 액포덩어리 파열공정과 이 새롭게 발생한 기포를 모아 윗쪽에 송출하는 기포수집 공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 포기방법에 있어서는 이하의 작용을 한다.
(1) 산기공정에 의해 수중에 발생한 기포로부터 액포를 거쳐 연속적으로 액포덩어리가 생성된다.
(2) 수중내에서 수심에 대응하는 압력을 가지는 기체에서 액포덩어리가 연속적으로 노출되어 진다.
본 발명의 청구 범위 5항에 기재된 포기유니트는 청구 범위 4항에 기재된 포기방법에 있어서 산기공정을 1회만 실시하여 액포덩어리 생성공정과 액포덩어리 파열공정과 기포수집 공정을 일련의 공정으로 하여 여러 차례 반복해 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 포기방법에 의하면, 둘째 단 이후부터는 산기공정이 없더라도 청구 범위 4항에 기재된 발명의 작용이 반복해 발휘된다.
본 발명의 청구 범위 1항에 기재된 포기유니트에 의하면, 이하의 작용을 한다.
(a) 산기장치로부터 발생한 기포로부터 액포를 거쳐 액포덩어리를 생성하는 것에 의해 상승하는 기포의 주변수를 액포덩어리 표면의 수막으로 할 수 있다. 또 이 액포덩어리를 수중에 저장된 기체에 노출해 파열시키는 것으로부터 저장된 기체의 압력에 따라 기체를 수막에 용해시킬 수 있다. 따라서 에너지 절약성이 뛰어나다.
(b) 기체저장실내에서 기체 용해에 사용한 기체를 다시 수중에 방출해 새롭게 기포를 생성할 수 있으므로 에너지를 낭비하는 것이 없어 경제성이 뛰어나다.
본 발명의 청구 범위 2항에 기재된 포기유니트에 의해 이하의 효과를 가진다.
(a) 포기유니트내의 사이펀현상이 유지되는 것에 의해 액포생성로부내의 기포가 상승할 때에 동반되어지는 수량이 많아져 처리 수량을 증가시킬 수 있다. 따라서 에너지 절약성 및 경제성이 뛰어나다.
(b) 포기유니트내에서 액포생성에 의해 포기처리된 처리수를 포기유니트내의 수두차에 의한 중력에 의해 원하는 장소로 이동하는 것이 가능하다.
본 발명의 청구 범위 3항에 기재된 포기장치에 의해 이하의 작용을 한다.
(a) 수중에 있어서 피처리수를 수심에 대응하는 압력을 가지는 기체안에서 액포덩어리의 수막으로 변화시키는 것에 의해 고효율로 수막에 접촉시킬 수 있다. 이것에 의해 용존 산소가 풍부한 물을 간단하게 만드는 것이 가능하다.
(b) 기포로부터 액포덩어리로의 변화가 접속된 포기유니트의 수만큼 반복되기 때문에 수중에 공급한 기체가 최대한 낭비 없게 이용된다. 따라서 에너지 절약성이나 경제성이 뛰어나다.
(c) 포기장치의 구조가 간단하여 스테인레스 등의 금속제나 플라스틱 성형품 등을 이용해 염가로 제작할 수 있다.
본 발명의 청구항 4에 기재된 포기방법에 의하면, 발생한 기포를 액포덩어리 생성공정에 있어서 액포덩어리로 변화시키는 것에 의해 피처리수를 가장 효율이 가스 교환이 가능한 상태로 할 수 있으므로 에너지 효율성이 뛰어나다.
본 발명의 청구항 5에 기재된 포기방법에 의하면, 포기공정에 공급한 기체를 여러 차례 이용할 수 있으므로 에너지 절약성 및 경제성이 뛰어나다.
도 1의 (a)에서 (c)는 각각 본 발명의 제1의 실시의 형태와 관련되는 포기유니트의 외관도, 종단면도 및 상면도이다.
도 2는 도 1의 포기유니트 변형 예이며, (a) 및 (c)는 외관도, (b) 및 (d)는 각각 (a)와 (c)에 표시된 포기유니트의 종단면도이다.
도 3의 (a)는 도 2(b)의 포기유니트내에 있어서 기포의 거동을 나타낸 모식도이며, (b)에서 (d)는 기체저장실내에서 생성된 액포덩어리를 모식적으로 나타낸 확대도이다.
도 4는 도 1의 포기유니트가 다단으로 접속되어 구성된 포기장치의 내부로 산기장치의 주변수(피처리수)를 수평방향에서 유도한 상태를 나타낸 그림이며, (a) 및 (b)은 각각 포기장치의 외관도 및 종단면도이다.
도 5의 (a)는 도 4의 포기장치에 있어서 최하단의 포기유니트에 장착된 가이드에 의해서 기존의 산기장치로부터 발생한 기포가 잡히는 모습을 나타낸 모식도이며, (b)는 기체저장실의 내부에서 생성된 액포덩어리를 모식적으로 나타낸 확대도이다.
도 6은 오수처리장내 산기장치의 상부측에 고정봉에 의해서 도 5의 포기장치를 고정한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7은 다단에 접속된 복수의 포기유니트의 기체저장실에 대해서 각각 송수관이 접속된 상태를 나타내는 도면이며, (a) 및 (b)는 각각 포기장치의 외관도 및 종단면도이다.
도 8의 (a)는 도 1의 포기유니트의 종단면도이며, (b)에서 (g)는 (a)에 나타나는 액포생성로의 변형 예를 나타내는 포기유니트의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 제2의 실시 형태와 관련되는 포기유니트의 내부에 있어서 기포의 거동을 나낸 모식도이다.
도 10의 (a)는 제1의 실시 형태에 있어서의 포기유니트의 상부측에 제2의 실시 형태의 포기유니트를 접속시킨 포기장치의 모식도이고, (b)는 포기장치를 오수처리장내의 처리조에 설치한 형태를 나타낸 모식도이다.
도 11은 도 9의 포기유니트의 변형 예를 나타낸 모식도이다.
도 12는 제1의 실시 형태와 관련되는 포기유니트와 도 11에 나타낸 제2의 실 시 형태에 관련되는 포기유니트를 교대로 다단접속한 상태를 나타낸 모식도이다.
도 13은 호수 등의 호수 저부에 도 11에 기재된 포기유니트를 다단 접속하여 배치한 포기장치의 모식도이다.
<부호의 설명>
1a : 포기유니트 1b : 포기유니트 1c : 포기유니트
1W : 주변수 2 : 산기장치 2W : 처리수
2WA : 분리수 2Wa : 분리기체 2WB : 하강처리수
2Wb : 하강기포 3 : 액포생성로부 3a : 생성로
3b : 하단 3c : 사이펀부 3d : 상단
3e : 상단 3p : 파이프 3W : 주변수
4 : 기체 저장실 4a : 구멍 4b : 송수관
4G : 사이폰 기체저장실부의 범위 5 : 기포집적부
5a : 개구부 5b : 구멍 6a,6b,6c,6d : 포기장치
a.X : 기포 b.X : 액포덩어리 B : 고정봉
C : 연결부재 C.F : 에어블로어 D : 액포생성로부의 지름
G : 가이드 H : 포기유니트의 길이 Hd : 수두차
L : 분리수(2WA)와 분리기체(2Wa)로 분리시키는 높이
P : 배관 P1 : 기포 상승 파이프 P2 : 파이프
Q : 기점 S : 스테이 U.B : 호수의 바닥
X : 기체 WT : 처리조 Wc : 하강대류
Wr : 상승류 g : 가스 f : 수막
m : 수무(mist)
(제1의 실시의 형태)
이하, 본 발명의 제1의 실시 형태와 관련되는 포기유니트를 구비한 포기장치에 대해 도 1에서 도 8을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1(a)에서 (c)는 각각 본 발명의 제1의 실시 형태와 관련되는 포기유니트의 외관도, 종단면도 및 횡단면도이다.
도 1에 있어서 1a는 포기유니트, 2는 수중에 기포를 발생시키는 산기장치, 3은 기포가 그 내부를 상승 가능하게 형성된 관모양의 액포생성로부, 3a는 수중을 상승하는 기포로부터 액포덩어리가 생성하기 쉽게 하기 위한 생성로이다. 3b는 액포생성로부 3의 하단이며, 다른 포기유니트를 접속하는 경우에 사용되는 조인트부가 형성되고 있다. 4는 수중내에서 기체를 저장할 수 있도록 내부에 공간을 가지는 사발모양의 기체저장실, 5는 기체저장실(4)의 하부측으로부터 새롭게 방출된 기포를 포집 가능하게 사발모양에 형성되는 것과 동시에 다른 액포생성로부(3)이 접속되었을 경우에 상부 측에 기포를 송출하는 개구부(5a)가 표면에 형성된 기포집적부, S는 액포생성로부(3)으로 기체저장실(4)로 기포집적부(5)를 접속하고 있는 스테이, X는 산기장치(2)에 이송되는 기체이다. 덧붙여 액포생성로부(3)의 상단(3e)는 기체 저장실(4)의 내부에 배치되어 있다. 또 기포집적부(5)의 개구부(5a)의 내벽면에는 다른 포기유니트(1)의 액포생성로부(3)을 접속하기 위해서 하단(3b)에 형 성된 조인트부를 끼워 넣는 접수 조인트부가 형성되고 있다.
도 2는 도 1의 포기유니트(1a)의 변형 예이며, (a) 및 (c)은 외관도, (b) 및 (d)는 각각 (a)와 (c)에 나타나는 포기유니트의 종단면도이다. 도 2(a) 및 (b)는 기체저장실(4)의 하부측에 구멍(4a)를 복수 마련해 수중에 기포가 방출할 때에 기포지름이 대체로 균일하게 되도록 한 것이며, 도 2(c) 및 (d)는 기포집적부(5)내에 구멍(5b)를 마련한 것이다. 구멍(4a)는 사발모양에 형성된 기체저장실(4)의 수평방향으로 거의 같은 레벨로 주설 되어 있어 그 수평 레벨은 액포생성로부(3)의 상단(3e)의 수평 레벨보다 하부로 설정되어 있다. 덧붙여 이 구멍(4a)의 수평 레벨은 기포집적부(5)의 하단 수평 레벨보다 하부로 되어 있지만, 이 구멍(4a)로부터 방출되는 기포가 사발모양에 형성되는 기포집적부(5)의 하단으로부터 흘러넘치고, 그 사발모양 내부에 유입하는 양이 줄어드는 경우에는 기포집적부(5)의 하단을 늘리고, 구멍(4a)의 수평 레벨보다 내리는 등 기포집적부(5)의 내부에 유입하는 기포량을 조정해도 괜찮다. 덧붙여 본 발명 및 실시 형태에 대해 "관모양"이란 완전한 "관모양"일뿐만 아니라 "대략의 관모양"도 포함한 개념을 나타내고 있고, "사발모양"이란 완전한 "사발모양"뿐만 아니라 "대략적인 사발모양"도 포함한 개념을 나타내고 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 구조의 포기유니트(1a)에 대해서는, 수중에 설치된 액포생성로부(3)의 내부를 기포가 상승할 때에 액포로 변화하고, 이 액포로부터 액포덩어리가 생성된다. 이 액포덩어리는 기체저장실(4)의 내부에서 기체에 노출되어 파열해 새로운 기포가 된다. 그리고 이 기포는 기포집적부(5)로 포집되어 개구 부(5a)로부터 윗쪽으로 송출된다. 이러한 기포의 거동에 대해 도 3 및 도 4를 이용해 설명한다. 또 이미 산기장치(2)가 설치되어 있는 시설 등에 대해서는 도 5 및 도 6을 이용해 설명한다. 덧붙여 도면 중의 포기유니트는 전부 도 2의 (a) 형태를 이용하고 있다. 또 도 1 및 도 2에 나타낸 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 교부해 그 설명을 생략한다.
도 3(a)은 도 2(b)의 포기유니트(1a)의 내부에 있어서의 기포(a.X)의 거동을 나타낸 모식도이며, (b)에서 (d)는 기체저장실(4)의 내부에서 생성된 액포덩어리(b.X)를 모식적으로 나타낸 확대도이다. 도 4는 도 1의 포기유니트(1a)가 다단에 접속되어 구성되는 포기장치(6a)의 내부에 산기장치(2)의 주변수(피처리수)(1W)를 수평 방향에서 유도한 상태를 나타낸 도이며, (a) 및 (b)은 각각 포기장치(6a)의 외관도 및 종단면도면이다. 또 도 5(a)는 도 4의 포기장치(6a)에 대해 최하단의 포기유니트(1a)에 장착된 가이드(G)에 의해서 기존의 산기장치(2)로부터 발생한 기포(a.X)가 잡히는 모습을 나타낸 모식도이며, (b)는 기체저장실(4)의 내부에서 생성된 액포덩어리(b.X)를 모식적으로 나타낸 확대도이다.
도 3(a)에 나타내었듯이 산기장치(2)로부터 발생한 기포(a.X)는 주변수(피처리수)(1W)를 동반해 액포생성로부(3)내를 상승해서 생성로(3a)를 통과할 때에 액포로 변화한다. 이 액포는 액포생성로부(3)의 최상역의 기체저장실(4)내에서 집단이 되어, 액포덩어리(b.X)가 생성된다. 그리고 도 3(b)에 나타내었듯이 수심에 상응하는 수압을 받는 기체(X)가 액포덩어리(b.X)의 수막(f)에 접촉함으로써 수막(f)에 기체(X)중의 가스 성분이 분압에 따라 흡수되거나 또는 가스 성분의 분압에 따라 수막(f)내에 여분으로 용해하고 있던 가스(g)가 공간에 방출된다. 즉 수막(f)중에 산소 가스가 부족한 경우, 산소 가스는 수막(f)중에 흡수되고, 수막(f)중에 질소 가스나 황화수소 가스가 여분으로 용해되어 있는 경우에는 질소 가스나 황화수소 가스가 수막(f)중으로부터 방출된다.
기체저장실(4)내에 있어서 액포덩어리(b.X)가 파열하는 모습을 고속카메라로 촬영했을 경우, 도 3(c) 및 (d)에 나타낸 것과 같이 액포는 구석으로부터 수무(mist)(m)이 되어 붕괴한다. 이것에 의해 기체 저장실(4)내에 있어서 기체(X)의 수무(m)중에의 흡수가 분압에 따라 촉진되거나 수무(m)중에 용해되어 있던 가스(g)의 방출이 분압에 따라 더욱 촉진된다. 또, 기체저장실(4)내에서 파열한 액포덩어리(b.X)중의 기체(X)는 구멍(4a)로부터 수중에 방출되어 새로운 기포(a.X)는 상승해 기포집적부(5)에 의해 모아진다. 또, 액포덩어리(b.X)의 액포 표면을 형성하고 있던 수막(f)는 처리수(2W)로서 기체저장실(4)의 하부로부터 배출된다. 그리고 구멍(4a)로부터 방출된 새로운 기포(a.X)는 주위의 물(3W)를 동반해 기포집적부(5)내를 상승하고 상부측에 접속되는 액포생성로부(3)내에서 다시 액포덩어리(b.X)가 생성된다. 덧붙여 이 일련의 동작은 접속된 포기유니트의 수만큼 반복하게 된다.
도 4(a) 및 (b)에 나타낸 복수의 포기유니트(1a)를 다단에 접속해, 산기장치(2)의 하부 측에 수평 방향으로 파이프(P2) 등을 접속했을 경우, 주변수(피처리수)(1W)는 파이프(P2)를 개입시키고, 수평 방향에서 연속적으로 유도되어 포기장치(6a)의 내부에 공급된다. 예를 들면 호수와 늪속의 하부지역에 파이프(P2)를 배치해, 각 방면에서 주변수(1W)를 끌어당겨 포기처리하면 호수와 늪 내부의 물의 대 류시킬 수 있다.
이와 같이 다단에 접속된 포기유니트(1a)를 연결부재(C)로 연결해 기존의 산기장치(2)에 달았을 경우, 도 5에 나타내었듯이 산기장치(2)로 발생한 기포(a.X)는 가이드(G)에 의해서 포집되어 액포생성로부(3)내에 이끌린다. 그리고 액포덩어리(b.X)가 생성되어 수중내의 기체 공간내에서 노출되어 파열해, 새로운 기포(a.)X가 방출된다. 이 일련의 동작은 포기유니트의 수만큼 반복되어지며 이렇게 해서 용존 산소가 풍부한 물을 다량으로 간단하게 만들 수 있다.
도 6은 오수처리장내의 산기장치(2)의 상부 측에 고정봉(B)에 의해서 도 5의 포기장치(6a)를 고정한 상태를 나타내는 모식도이다. 덧붙여 C.F는 기체(X)를 산기장치(2)에 공급하는 에어 블로어이다. 도 7은 다단에 접속된 복수의 포기유니트(1a)의 기체저장실(4)에 대해서 각각 송수관(4b)가 접속된 상태를 나타내는 도면이며, (a) 및 (b)는 각각 포기장치(6)의 외관도 및 종단면도이다.
도 7(a) 및 (b)에 나타내었듯이 각 포기유니트(1a)의 기체저장실(4)를 각각 둘러싸는 것과 동시에 송수관(4b)를 접속했을 경우, 기체저장실(4)의 하부측으로부터 배출되는 처리수(2W)는 송수관(4b)를 통과하여 배관(P)에 유입된다. 그 후 처리수(2W)는 수두 차이에 의해서 배관(P)의 하부측으로 보내진다.
도 8(a)은 도 1의 포기유니트의 종단면도이며, (b)에서 (g)는 (a)에 나타낸 액포의 생성로의 변형예를 나타내는 포기유니트의 상면도이다.
덧붙여 액포생성로부 3내를 기포(a.X)와 함께 상승하는 피처리수 상태는 그 점성에 따라서 다르고, 또 이물질의 혼입 등에 의해도 영향을 받는다. 따라서 본 실시 형태에 있어서의 포기유니트는 도 1에 나타낸 것에 한정하지 않으며, 예를 들어 생성로(3a)의 구조나 형상을 피처리수 상태에 따라 도 8에 나타낸 것과 같이 변경할 수도 있다. 또 특히 점성이나 이물질 혼입의 영향을 받기 쉬운 하수처리장 등의 피처리수에 대해서는 도 8(c)에 나타내는 것처럼 생성로(3a)를 단순한 구조로 하면 좋다.
단, 기본적으로는 액포생성로부(3) 및 생성로(3a)는 관모양으로 형성되어 있으면 되고, 도 8(b)에서 (g)에 나타내었듯이 그 수평 단면 형상은 원형 모양이나 사각형, 다각형 등으로 할 수 있고 혹은 여러 모양을 조합할 수도 있어 모양을 특별히 한정하지는 않는다.
다음으로 도 5에 나타낸 것과 거의 같은 모양의 포기장치를 실제로 하수처리장에 설치해 용존 산소량 DO를 측정한 결과에 대해 설명한다.
이 포기장치는 직경(D)가 50 mm의 둥근 관모양의 액포생성로부(3)을 갖춘 길이 H가 170 mm의 포기유니트(1a)가 5단에 접속된 구조로 되어 있고 최하단의 포기유니트(1a)에는 가이드(G)가 장착되어 있다. 이러한 구조의 포기장치를 하수처리장에 설치해, 처리수(2W)가 배출되는 장소에 있어서의 용존 산소량 DO를 측정했다.
DO 용존 산소계를 이용해 포기조내의 원수(수온은 18.4℃)의 용존 산소량 DO를 측정하였는데, 용존 산소량 DO는 0.7 mg/L이었다. 이것에 대해, 상기 포기장치로부터 배출된 처리수(2W)의 용존 산소량 DO는 약 3.7 mg/L이었다. 즉 주위의 원수에 비해 용존 산소량 DO를 5배 이상으로 늘릴 수 있었다. 덧붙여 눈으로 확인한 결과 상승하는 기포량은 적었다. 또 기포공급량은 조절하지 않았다.
다음으로 수산 가공 회사내에 있어서 포기장치를 도 4에 나타낸 것과 같이 설치하고 지하로부터 퍼 올려진 지하 해수의 용존 산소량 DO를 상승시키는 실험을 실시했다.
지하로부터 퍼 올려진 지하 해수(수온은 17.6℃)을 DO 용존 산소계로 측정한 결과 용존 산소량 DO는 거의 0 mg/L를 나타내어 용존 산소는 거의 없는 것으로 조사되었다. 이 지하 해수에 20 W(와트)의 다이어프램 블로어를 이용해 일반 시판용 산기석(산기장치(2))에 기체(X)를 공급했다. 그리고 연속적으로 배출되는 처리수(2W)를 측정한 결과 용존 산소량 DO는 한번에 6.7 mg/L를 나타냈었다.
(제2의 실시 형태)
이하, 본 발명의 제2의 실시 형태와 관련되는 포기유니트와 포기장치에 대해서 도 9에서 13을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 제2의 실시 형태와 관련되는 포기유니트(1b)의 내부에 있어서의 기포 거동을 나타낸 모식도이다.
1W는 액포생성로부(3)내를 상승하는 기포(a.X)에 동반되는 주변수(피처리수), 3a는 수중을 상승하는 기포로부터 액포덩어리(b.X)가 생성되기 쉽게 하기 위한 생성로, 4는 수중내에서 기체를 저장할 수 있도록 내부에 공간을 가지는 사발모양의 기체저장실, 4G는 사이펀 기체저장실부의 범위, 3c는 액포덩어리(b.X)의 파열에 의해 생성되는 분리수(2WA)가 내부를 하강하도록 기체저장실(4)의 하부에 설치되는 사이펀부, 2W는 물을 액포로 변화시키는 것에 의해 포기처리된 처리수, 3W는 하강 기포(2Wb)가 상부의 기포집적부(5)로 향해 상승할 때에 동반되는 주위의 물이다.
3b는 액포생성로부(3)의 하단이며, 다른 포기유니트를 접속하는 경우에 사용되는 조인트부가 형성되어 있다. 5a는 다른 액포생성로부(3)이 접속되었을 경우에 상부 측에 기포(a.X)를 송출하기 위한 개구부이며, 개구부(5a)의 내벽면에는 다른 포기유니트의 액포생성로부(3)를 접속하기 위해서 액포생성로부(3)의 하단(3b)의 조인트부를 끼워 넣는 접수 조인트부가 형성되어 있으며, 액포생성로부(3)의 상단(3e)는 기체저장실(4)의 내부에 배치되어 있다. 그리고 사이펀부(3c)의 상단(3d)는 액포생성로부(3)의 상단(3e)보다 높이(L)만큼 위쪽에 배치되어 있다. 즉 L은 사이펀 기체저장실부의 범위 4G내에 있고, 중력에 의해 분리수(2WA)와 분리 기체(2Wa)로 분리시키는 높이를 나타내고 있다.
이러한 구조의 포기유니트(1b)에 있어서는 산기장치 등으로부터 발생한 기포(a.X)가 액포생성로부(3)내를 상승할 때에 주변수(1W)를 동반한다. 그리고 생성로(3a)를 통과할 때에 기포(a.X)와 주변수(1W)는 액포에 변화해, 기체저장실(4)내에서 액포덩어리(b.X)로 생성된다. 기체저장실(4)에 연속적으로 공급된 액포덩어리(b.X)는 동시에 파열하고, 거의 물과 기체로 분리되어 주위의 액포보다 무거워진 분리수(2WA)는 수두 차이(Hd)에 의한 중력에 의해서 사이펀부(3c)내를 하강 처리수(2WB)로서 하강해, 처리수(2W)가 되어 사이펀부(3c)의 하부로부터 배출된다. 또 가벼운 액포도 분리 기체(2Wa)와 함께, 기체저장실(4)의 상부로부터 일단 하강해 하강 기포(2Wb)로서 기체저장실(4)의 하부로부터 방출된다.
기체저장실(4)로부터 넘쳐 나온 하강 기포(2Wb)는 상부의 기포집적부(5)에 의해서 모아진다.
덧붙여 사발모양에 형성된 기포집적부(5)의 하단은 도 9에서는 기체저장실(4)의 하단의 수평 레벨보다 높게 되어 있지만, 기포집적부(5)로부터 흘러넘쳐 그 내부에 유입하는 하강 기포(2Wb)의 양이 적은 경우에는 기포집적부(5)의 하단을, 예를 들면 기체 저장실(4)의 하단의 수평 레벨보다 내리고, 하강 기포(2Wb)의 유입량을 조정하면 좋다.
도 10(a)는 제1의 실시 형태에 있어서의 포기유니트(1a)의 상부 측에, 제2의 실시 형태의 포기유니트(1b)를 접속시킨 포기장치(6b)의 모식도이며, (b)는 포기장치(6b)를 오수처리장내의 처리조에 설치한 상태를 나타내는 모식도이다. 덧붙여 WT는 피처리수 등을 저장할 수 있는 처리조, Wr는 상승류이며, Wc는 상승류(Wr)가 수면에 도달해 반전한 하강 대류, 1W는 처리조(WT)의 바닥 주변수이다.
오수처리장에서 유기물을 효율 좋게 분해시키기 위해서는 미생물에 산소를 공급해 활성화시키는 것이 유리하므로 동시에 피처리수를 대류시켜 미생물과 유기물과의 접촉을 효율적으로 실시하는 것이 중요하다. 도 10(a)에 나타내는 포기장치(6b)를 이용하면 양쪽 모두의 목적을 달성할 수 있다. 또 도 10(b)에 나타내었듯이 산기장치(2)를 갖춘 오수처리장내의 처리조에 포기장치(6b)를 설치했을 경우, 산기장치(2)로부터 발생하는 기포가 가이드(G)에 의해서 포집하기 위해, 즉시 장치를 가동 것이 가능하다.
도 11은 도 9의 포기유니트의 변형 예를 나타낸 모식도이다. 덧붙여 L은 분리수(2WA)와 분리 기체(2Wa)로 분리시키는 높이, Q는 수두 차이(Hd)에 의해 하강 처리수(2WB)의 중력 크기가 정해지는 기점이다.
도 11에 나타내었듯이 포기유니트(1c)는 도 9의 경우와 같이 사이펀 현상을 이용하고 있고 액포생성로부(3), 사이폰부(3c), 개구부(5a)의 부재를 각각 파이프 형상으로 만들어서 병렬 접속한 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 액포생성로부(3), 사이펀부(3c), 개구부(5a)의 부재를 파이프 형상으로 하고, 액포생성로부(3)의 하단(3b)에 조인트부를 형성해 개구부(5a)의 상단에 접수 조인트부를 형성하는 것으로 포기유니트(1c)를 다단에 접속하는(도 13 참조) 혹은 포기유니트(1a)와 혼합시키면서 다단에 접속하는 구성이 가능함(도 12 참조)과 동시에, 사이펀부(3c)의 끝부분에는 파이프(3p)(도 13 참조)를 접속할 수 있다. 이것에 의해 사이펀 기체저장실부의 범위 4G내의 수두 차이(Hd)에 의해서 만들어진 하강 처리수(2WB)를 처리수(2W)로서 파이프(3p)에 의해서 원하는 장소로 송수 하는 것이 가능해진다. 또 포기유니트(1c)는 수지 사출 성형기로 생산할 수 있기 때문에 염가로 제작할 수 있다.
도 12는 제1의 실시 형태와 관련되는 포기유니트(1a)와 도 11에 나타낸 제2의 실시 형태와 관련되는 포기유니트(1c)를 교대로 다단 접속한 포기장치(6c)의 모식도이다.
도 12에 나타내었듯이 포기장치(6c)는 도 11에 기재된 포기유니트(1c)에 있어서 사이펀부(3c)의 하단에 파이프(3p)를 접속하는 것으로 처리수(2W)를 원하는 장소에 보내는 구조로 할 수 있다.
도 13은 호수와 늪 등의 호수 바닥(U.B)에 도 11에 기재된 포기유니트(1c)를 다단 접속해 배치한 포기장치(6d)의 모식도이다.
도 13에 나타내었듯이 호수 바닥(U.B)의 물을 포기정화 처리하여 그 처리수(2W)를 파이프(3p)에 의해서 송수하는 것에 의해서 그대로 처리수(2W)를 호수의 바닥(U.B)로 되돌릴 수 있다. 이 경우 수온의 변동이 지극히 작기 때문에 처리수(2W)를 호수의 바닥(U.B)에 정착시키는 것이 가능하다. 또 이러한 방법은 저층 수역에 포함된 불필요한 가스를 방출하는 장치로 이용할 수도 있다.
본 발명은 이하와 같은 포기장치로서 이용 가능하다.
(1) 수생생물의 산소 공급을 목적으로 한 포기장치,
(2) 수생생물에 있어서, 기체용존균형이 잘맞는 생식하기 쉬운 물을 생성하는 포기장치,
(3) 화학공장내 등의 기액접촉 공정이나 오수처리 등에 이용하는 포기장치,
(4) 하수처리장 등의 피처리수중에 고효율로 산소를 공급시키는 포기장치,
(5) 생물여과조내에 고효율로 산소를 공급하는 포기장치.

Claims (5)

  1. 수중에 설치되는 포기유니트(1a)이며, 기포(a.X)를 발생시키는 산기장치(2)와 이 기포(a.X)가 내부를 상승 가능하게 상기 산기장치(2)의 윗쪽에 설치되는 관모양의 액포생성로부(3)와 이 액포생성로부(3)의 상부에 접속되는 사발모양의 기체저장실(4)과 이 기체저장실(4)의 윗쪽에 설치되는 것과 동시에 표면에 개구부(5a)가 형성된 사발모양의 기포집적부(5)를 갖추어 상기 액포생성로부(3)의 상단(3e)은 상기 기체저장실(4)의 내부에 배치되어 상기 액포생성로부(3) 내에서 상기 기포(a.X)로부터 생성되는 액포덩어리(비눗방울형태의 액포집합체)(b.X)는 상기 기체저장실(4) 내에서 기체에 노출되어 파열해, 상기 기체저장실(4)의 하부측으로부터 수중으로 방출되어 새로운 기포(a.X)가 되며, 이 기포(a.X)는 상기 기포집적부(5)에서 모아져 상기 개구부(5a)로부터 윗쪽으로 송출되는 것을 특징으로 하는 포기유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기액포덩어리(b.X)의 파열에 의해 생성되는 분리수(2WA)가 내부를 하강 가능하게 상기 기체저장실(4)의 하부에 설치되는 사이폰부(3c)를 갖추어 이 사이폰부(3c)의 상단(3d)은 상기 기체저장실(4)의 내부에 있어 상기 액포생성로부(3)의 상단(3e)보다 윗쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 포기유니트.
  3. 제1항과 제2항 중의 어느 한 항에 기재된 상기 포기유니트(1a,1b,1c)를 복수 갖추어서 하나의 상기 포기유니트(1a,1b,1c)의 상기 기포집적부(5)의 상기 개구부(5a)에 다른 상기 포기유니트(1a,1b,1c)의 상기 액포생성로부(3)의 하단(3b)이 접속된 것을 특징으로 하는 포기장치.
  4. 수중에서 기포(a.X)를 발생시키는 산기공정과 이 기포(a.X)를 상승시키면서 액포로 변화시켜 액포덩어리(b.X)를 생성하는 액포덩어리 생성공정과 이 액포덩어리(b.X)를 수중에 있어 저장된 기체에 노출해 파열시켜, 수중에 방출해 새로운 기포(a.X)를 발생시키는 액포덩어리 파열공정과 이 새롭게 발생한 기포(a.X)를 모아 윗쪽으로 송출하는 기포 수집공정을 갖춘 것을 특징으로 하는 포기방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산기공정을 1회만 실시해, 상기 액포덩어리 생성공정과 상기 액포덩어리 파열공정과 상기 기포 수집공정의 일련의 공정을 이 순서로 여러 차례 반복해 실시하는 것을 특징으로 하는 포기방법.
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