KR20110048142A - 초미세 기포 회전분사식 가압부상조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 플록 제거 효율을 높이고자, 용존공기 순환수 생성기의 성능을 개선하기 위하여 용존공기 순환수 생성기를 초미세 기포 형태의 용존 공기 순환수를 생성할 수 있는 초미세 기포 발생장치로 개선하고, 또한 초미세 기포 발생장치에서 발생된 초미세 기포가 플록과 효율적으로 접촉할 수 있도록, 즉 매우 넓은 접촉 면적을 확보할 수 있도록 새로운 구조의 가압부상조를 제공하기 위한 것이다.

이와 같이 동일한 압축공기에 의하여 플록 제거 효율이 상승하게 되어, 동일한 플록 제거 효율을 달성하기 위하여 필요한 압축공기의 양은 현저히 감소하게 된다.

Description

초미세 기포 회전분사식 가압부상조{FLOTATION TANK FOR ROTARY INJECTION OF NANO SIZE BUBBLE}

본 발명은 가압부상조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초미세 기포 형태의 용존공기 순환수가 회전되면서 분사되어 플록을 제거하는 초미세 기포 회전분사식 가압부상조에 관한 것이다.

일반적으로 가압부상조는, 원수에 약품(알럼 등)을 넣어 일정하게 교반하면 물속에 잔류된 이물질이 결합한 플록이 형성되고, 플록이 형성된 원수를 가압부상조에 유입시켜 가압부상조내에서 용존공기 순환수에서 발생된 기포와 결합시키면 상층부로 플록이 부상되고 하층부의 물은 상등수가 되는 수처리장치를 말한다.

이와 같은 가압부상조는 평면상 구조가 원형을 이루는 원형 가압부상조와, 평면상 구조가 사각형을 이루는 사각형 가압부상조로 대별될 수 있다.

이와 같은 가압부상조에서 플록을 효율적으로 제거하기 위하여는, 플록과 용존공기 순환수의 접촉 면적을 보다 많이 확보하고, 아울러 용존공기 순환수의 기포는 보다 미세하며, 또한 기포의 분포 밀도는 보다 클수록 유리하다.

아울러 이와 같은 용존공기 순환수를 생성하기 위하여는 순환수와 압축공기 를 혼합시켜 공기가 기포 형태로 용존하게 되는 용존공기 순환수 생성기가 필요하며, 용존공기 순환수 생성기의 성능 및 효율은 압축공기가 순환수에 보다 많이 용해되고, 또한 보다 빨리 용해될 수록 유리하다.

이와 관련된 종래의 기술로서 본 출원인에 의하여 선등록된 국내 등록실용신안 제20-0396223호 "가압부상조" 및 국내 등록실용신안 제20-0171311호 "용존공기 순환수 생성기를 이용한 회전와류식 수처리장치" 등이 알려져 있으며, 아울러 사각형 가압부상조로서 본 출원인은 국내 등록실용신안 제20-0331708호 "가압부상조의 왕복동 부유물 제거 장치"가 제안된 바 있다. 상기의 종래 기술들은 모두 본 명세서에 일체화된 것으로 본다.

한편, 본 명세서에 일체화된 종래의 기술로서 국내 등록특허 제10-0871352호 "나노기포를 이용한 하폐수 처리방법 및 그 장치"가 제안된 바 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위하여 제안되는 것으로, 플록 제거 효율을 높이고자, 용존공기 순환수 생성기의 성능을 개선하기 위하여 용존공기 순환수 생성기를 초미세 기포 형태의 용존 공기 순환수를 생성할 수 있는 초미세 기포 발생장치로 개선하고, 또한 초미세 기포 발생장치에서 발생된 초미세 기포가 플록과 효율적으로 접촉할 수 있도록, 즉 매우 넓은 접촉 면적을 확보할 수 있도록 새로운 구조의 가압부상조를 제공하기 위한 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 원수유입관을 통하여 플록이 형성된 원수가 유입되며 순환수 유입관을 통하여 용존공기 순환수가 유입되어 상기 원수의 플록이 부상되도록 유도하는 보조 부상조 및 상기 보조 부상조에서 부상 유도된 상기 플록을 제거하기 위한 스컴 제거장치가 상부에 마련되며 처리수 배출관을 통하여 상기 원수에서 플록이 제거된 처리수를 배출하는 주 부상조를 포함하여 이루어지는 가압부상조 ; 상기 처리수 배출관으로 배출되는 처리수 중 일부를 순환수로서 순환시키기 위하여 마련되는 가압 펌프 ; 압축공기를 공급하는 공기 압축기 ; 상기 가압펌프로부터 공급되는 순환수에 상기 공기 압축기로부터 공급되는 압축공기를 혼합시켜 상기 순환수에 공기를 초미세 기포 형태로 용해시킨 용존공기 순환수를 생성하기 위하여, 양측에 커버가 마련되어 밀폐된 가압튜브와, 상기 가압튜 브의 일측에 마련되어 순환수가 상기 가압튜브 내부로 유입되는 가압튜브용 순환수 유입관과, 상기 가압튜브용 순환수 유입관의 상기 가압튜브 내부 끝단에 마련되되 상기 가압튜브의 길이방향으로 긴 타원형의 노즐공이 측면에 형성된 와류 형성용 노즐과, 상기 가압튜브의 타측에 마련되어 용존공기 순환수가 상기 가압튜브 외부로 유출되는 순환수 유출관과, 상기 가압튜브의 내부에 일단이 위치되며 상기 가압튜브의 외부에 타단이 위치되는 수위 조절관과, 상기 가압튜브의 외측에 위치한 상기 수위조절관에 상기 가압튜브의 수위를 조절하기 위하여 마련되는 차압식 자동조절밸브를 포함하여 이루어지되, 상기 가압튜브 내부는, 상기 가압튜브용 순환수 유입관으로부터 상기 순환수 유출관을 향하여 순차적으로, 상기 공기 압축기로부터 압축공기를 공급받아 상기 가압튜브의 내부에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급기가 마련되는 혼합실과, 유로 단면적이 축소되어 순환수의 고속 회전을 유도하는 고속회전실과, 상기 고속회전실의 유로 단면적보다 큰 유로단면적을 가지는 난류증폭실로 구분되며, 상기 고속회전실과 상기 난류증폭실 사이에는 다수의 관통공이 형성된 충돌용 타공판이 마련되며, 상기 난류증폭실의 후단에는 상기 난류증폭실의 유로단면적보다 작은 유로단면적을 가진 출구가 형성된 난류증폭실 출구판이 마련되는 초미세 기포 발생장치 ; 상기 초미세 기포 발생장치로부터 공급되는 초미세 기포 형태의 용존공기 순환수를 상기 순환수 유입관으로 이송하는 순환수 배출관 ; 상기 순환수 유입관으로 유입된 용존공기 순환수를 상기 보조 부상조에 분배하기 위하여 상기 보조 부상조 내부에 수평상으로 길게 마련되는 순환수 분배관 ; 상기 순환수 분배관의 길이 방향을 따라 간격을 두고 마련되어 상기 순환수 분배관의 용 존공기 순환수가 상기 보조 부상조로 분사되게 마련되는 분사노즐 ; 상기 분사노즐의 내부에 회전가능하게 지지되되, 경사면을 가진 회전날개가 방사상으로 복수개 형성되어, 상기 회전날개들 사이를 지나는 용존공기 순환수의 상기 경사면에 대한 유동으로 회전가능하게 마련되는 회전판 ; 상기 분사노즐 내부에 마련되되 상기 용존공기 순환수가 지나도록 중앙에 절결홈이 형성된 진동 고무판 ; 상기 분사노즐 내부에 마련되되 상기 회전판과 상기 진동 고무판 사이에 위치되며 상기 용존공기 순환수가 지나도록 상기 분사노즐의 내경보다 작은 직경을 가진 중공이 형성된 마찰판 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 가압부상조는 평면상 구조가 원형을 이루는 원형 가압부상조이며, 상기 순환수 분배관은 상기 보조 부상조와 동심을 이루는 링 형태로 배치되는 것일 수 있다.

상기에 있어서, 상기 가압부상조는 평면상 구조가 사각형 형태를 이루는 사각형 가압부상조이며, 상기 순환수 분배관은 수평상의 직선 형태로 배치되는 것일 수 있다.

상기에 있어서, 상기 초미세 기포 발생장치는 직경이 0.1μm 내지 10μm의 기포를 발생시키는 것일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의하여 초미세 기포 발생장치로부터 다량의 초미세 기포가 발생하며, 아울러 분사노즐로부터 회전 분사되는 초미세 기포와 플록의 접 촉 면적이 종래에 비하여 대폭 확대되어 플록 제거 효율이 매우 우수한 마이크로버블 회전분사식 가압부상조를 제공할 수 있다.

아울러 본 발명은 초미세 기포 발생장치 내부에서 용존공기 순환수가 혼합실, 고속회전실, 충돌용 타공판, 난류증폭실을 순차적으로 거치면서 기포의 용해가 매우 빠른 시간에 달성될 뿐만 아니라 그 발생된 기포는 나노 사이즈의 초미세 기포가 되어 플록 제거 효율이 매우 높게 된다.

이하 본 발명에 의한 실시예들에 의거하여 그 구체적 구성과 작용을 설명한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 용어들 중 원수는 찌거기인 슬러지가 포함되어 있는 폐수 등 처리대상으로서의 물을 의미하며, 플록(floc)은 상기 원수에 특정약품을 투입하여 슬러지를 덩어리형태로 응집시킨 것을 의미한다.

또한 처리수는 원수에 포함된 슬러지를 제거하여 정화작업을 거친 물을 의미하며, 용존공기 순환수는 상기 처리수 일부에 용존공기가 혼합된 물을 뜻하고, 마지막으로 스컴은 수면위로 부상한 플록을 뜻한다.

한편, 본 발명에서 구동수단으로서의 밸브나 모터, 에어실린더 등은 자동제어될 수 있으며, 이러한 부분은 별도로 설명하지 않아도 쉽게 이해될 수 있으리라 본다.

또한 본 발명에서 배관이란 단순히 파이프 등의 배관통로만을 의미하는 것은 아니며, 유체의 흐름을 유발하는 펌프나 유체의 흐름을 개폐하거나 유체의 유량을 조절하기 위한 밸브 등을 포함하는 개념으로 이해되어야 하며, 각종 배관이 펌프나 밸브 등을 포함하는지 여부는 해당 배관의 기능을 통하여 쉽게 이해될 수 있으며 적절히 응용될 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

이하에서는 본 발명에 의한 제1실시례에 의거하여 그 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 제1실시예로서, 본 발명이 적용된 원형 가압부상조의 종단면 개념도이며, 도 2는 도 1에서 순환수 분배관의 배치 형태를 보이기 위하여 A-A 기준으로 바라본 도면이며, 도 3은 도 1의 B-B 부위의 개념 단면도이며, 도 4는 도 3의 진동 고무판의 평면도 및 단면도이며, 도 5는 도 3의 마찰판의 평면도 및 단면도이며, 도 6은 도 3의 회전판의 사시도이며, 도 7은 도 3의 회전판의 평면도이며, 도 8은 도 7의 C-C 단면도이며, 도 9는 도 1의 초미세 기포 발생장치의 개념 단면도이며, 도 10은 도 9의 D-D 기준 개념도이며, 도 11은 도 9의 E-E 기준 개념도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 제1실시예의 가압부상조(100)는, 보조 부상조(110), 주 부상조(120), 스컴 제거장치(121) 등으로 이루어진다.

보조 부상조(110)는 원형 형태로서, 플록이 형성된 원수와, 기포를 발생시키는 용존공기가 포함된 용존공기 순환수를 각각 공급받으며 상기 용존공기 순환수의 기포를 이용하여 플록을 부상시켜 플록과 처리수를 분리시키는 장치이다.

보조 부상조(110)에는 원수 유입관(111)이 연결된다. 이때 원수 유입관(111)의 출구는 일정각도 경사지게 형성하여 유입되는 원수가 보조 부상조(110)내에서 와류를 일으키며 상승하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 보조 부상조(110)에는 순환수 유입관(112)이 연결된다. 상기 순환수 유입관(112)은 용존공기가 포함되어 있는 용존공기 순환수를 상기 보조 부상조(110)로 유입시키게 된다. 상기 보조 부상조(110)로 배출된 용존공기 순환수는 공기가 초미세 기포 형태로 용해된 용존공기 순환수로서, 초미세 기포는 전술한 원수 유입관(111)을 통해 보조 부상조(110)로 유입된 원수에 형성되어 있는 플록에 들러붙어 플록을 수면위로 부상시키게 된다.

이때 플록과 기포의 접촉 효율은 기포의 직경이 작을 수록 유리하며, 본 발명의 가압부상조는 기포의 직경이 매우 미세한 초미세 기포이므로 플록과 기포의 접촉 효율이 매우 높아지게 된다.

순환수 유입관(112)의 상단에는 원형 링 형태로 배치되는 순환수 분배관(113)이 수평상으로 연결 설치되며, 순환수 분배관(113)의 길이 방향을 따라 간격을 두고 하방향으로 다수의 분사노즐(114)이 배치되어 있다. 따라서 순환수 분배관(113)은 보조 부상조(110) 위쪽에 위치한 상태에서 분사노즐(114)을 통하여 용존공기 순환수를 보조 부상조(110) 아래로 분사시키게 되며, 따라서 보조 부상조(110)로 공급된 원수의 플록은 순환수의 기포와 충돌하며 접촉되어 주 부상조(120) 상층부로 쉽게 부상하게 되고, 플록이 분리된 처리수는 주 부상조(120) 하부에 남게 된다.

상기 보조 부상조(110)의 중앙에는 스컴 유출배관(115)이 상하방향으로 설치된다. 상기 스컴 유출배관(115)은 스컴 제거장치(121)를 통해 걸러진 스컴을 외부로 배출시키게 된다. 스컴 유출배관(115)은 그 상부가 깔때기 형태를 이루고 있다.

주 부상조(120)는 보조 부상조(110)를 포위하는 원형 형태로서, 상기 보조 부상조(110)에서 분리된 플록과 처리수를 공급받게 되며. 상기 주 부상조(120)로 공급된 플록은 기포를 통해 주 부상조(120) 상층부로 부상하게 된다.

스컴 제거장치(121)는 주 부상조(120)의 일측상단에 설치되며 주 부상조(120)의 상층부로 부상한 플록 즉, 스컴을 걸러내 보조 부상조(110)의 중앙에 설치되어 있는 스컴 유출배관(115)으로 배출시키게 된다. 스컴 제거장치(121)는 주 부상조(120)의 둘레면을 따라 회전하도록 마련되는 것이 바람직하다.

주 부상조(120)의 하부에는 처리수 배출관(122)이 연결되며, 처리수 배출관(122)을 통하여 처리수가 외부로 배출된다.

또한 주 부상조(120)의 바닥면에는 비중이 무거워 기포에 의하여도 부상하지 못하고 수면 아래로 가라앉은 플록을 제거하기 위한 보조 플록배출관(123)이 연결된다.

한편 처리수 배출관(122)에는 별도의 분기관(210)이 연결되며, 상기 분기관(210)의 단부에 가압펌프(220)가 마련된다.

가압펌프(220)는 처리수 배출관(122)으로 배출되는 처리수의 일부를 가압펌핑하여 후술하는 초미세 기포 발생장치(240)로 순환수를 보낸다. 상기 및 이하에서 처리수 중 가압펌핑되는 물을 순환수라 칭한다.

아울러 초미세 기포 발생장치(240)는 순환수에 공기압축기(230)로부터 공급되는 압축 공기를 혼합시켜 공기가 초미세 기포 형태로 용해된 용존공기 순환수를 생성한다.

초미세 기포 발생장치(240)의 타단에 순환수 배출관(250)이 연결되며, 순환수 배출관(250)을 매개하여 순환수 유입관(112)이 연결되어, 용존공기 순환수는 보조 부상조(110)로 유입된다.

아울러 순환수 배출관(250)에는 마찰밸브(260)가 마련되며, 용존공기 순환수는 마찰밸브(260)를 통과하는 과정에서 기포를 더욱 잘게 쪼개어져 직경이 작은 다량의 기포를 발생시키게 되며,, 이 상태에서 순환수 유입관(112)으로 유입된다.

초미세 기포 발생장치(240)의 구조는, 도 9 내지 도 11을 참조하여 그 구체적인 구조를 설명한다.

파이프형의 가압튜브(241) 양측에 커버(242, 243)를 볼트 등으로 결합시켜 가압튜브(241)가 밀폐된다.

가압튜브(241)의 상부 일측에 순환수가 유입되는 가압튜브용 순환수 유입관(244)이 마련되며, 가압튜브용 순환수 유입관(244)은 가압펌프(220)에서 가압된 처리수, 즉 순환수를 가압튜브(241) 내부로 받아들인다.

가압튜브용 순환수 유입관(244)의 가압튜브(241) 내부 단부에는 와류 형성용 노즐(245)이 마련된다.

와류 형성용 노즐(245)의 측면에 타원 형태의 노즐공(245a)이 형성되어 있다.

노즐공(245a)은 가압튜브(241)의 길이방향으로 길게 형성된 타원 형태이다.

이와 같은 와류 형성용 노즐(245)로 인하여 순환수는 가압튜브(241)의 내주면을 따라 분사되어 가압튜브(241) 내부에서 와류를 형성하게 된다.

아울러 가압튜브(241)의 상부 타측에는 초미세 기포 형태로 공기가 용해된 용존공기 순환수를 배출할 수 있는 순환수 유출관(246)이 마련되어 있다.

이와 같은 구조를 가진 가압튜브(241)의 내부는, 가압튜브용 순환수 유입관(244)으로부터 순환수 유출관(246)을 향하여 순차적으로, 혼합실(241-1), 고속회전실(241-2), 난류증폭실(241-3), 수위조정실(241-4)로 구분될 수 있다.

가압튜브(241)의 내부 중 혼합실(241-1)의 양측벽에는 미세기포 공급기(247)가 내장되어 있다.

미세기포 공급기(247)는 무수히 많은 작은 구멍이 형성된 다공판(247a)을 통하여 가압튜브(241)의 순환수에 기포 형태로 압축공기를 배출한다.

아울러 미세기포 공급기(247)의 다공판(247a) 외면(가압튜브(241)의 중심을 향한 면)은 순환수가 흐를 수 있는 안내 통로를 형성하게 되어 있다.

미세기포 공급기(247)는 외부와 연결될 수 있도록 압축공기 공급관(247b)이 가압튜브(241) 외측으로 노출되어, 공기압축기(230)로부터 압축공기를 공급받을 수 있도록 되어 있다.

미세기포 공급기(247)는 가압튜브(241)의 길이에 따라 한 개소 이상 복수로 마련되어, 순환수의 안내 통로 역할을 하며, 아울러 압축공기 공급관(247b)을 통하 여 공급된 압축공기가 다공판(247a)을 통하여 순환수에 기포 형태의 압축 공기를 공급하게 되며, 다공판(247a)을 따라 와류 형태로 유동하는 순환수에 미세기포 형태의 공기가 혼합되면서 용존된다.

미세기포 형태의 공기가 혼합 및 용존된 순환수는 혼합실(241-1)을 지나 고속회전실(241-2)로 유입된다.

고속회전실(241-2)은 혼합실(241-1)보다 작은 유로단면적을 가지므로 순환수의 고속회전이 유도된다.

이와 같이 고속회전이 유도된 순환수는 고속회전실(241-2)의 후단에 마련된 충돌용 다공판(241-5)과 만나게 된다.

충돌용 다공판(241-5)에는 다수의 관통공(241-5a)이 형성되어 있다.

따라서 미세기포 형태의 공기가 혼합 및 용해된 순환수는 고속회전에 의하여 미세기포의 용해가 촉진되며, 순환수 중 일부는 충돌용 다공판(241-5)과 충돌하는 한편, 순환수 중 일부는 충돌용 다공판(241-5)의 관통공(241-5a)을 지나 난류증폭실(241-3)로 유입된다.

이때 관통공(241-5a)을 지나는 순환수는 더욱 유속이 상승되면서 미세 기포의 용해를 촉진시킨다.

아울러 난류증폭실(241-3)은 고속회전실(241-2)의 유로단면적보다 큰 유로단면적을 가지며, 아울러 난류증폭실(241-3)의 후단에는 난류증폭실(241-3)의 유로단면적보다 작은 유로단면적을 가진 출구(241-6a)가 형성된 난류증폭실 출구판(241-6)이 마련되어 있다.

난류증폭실(241-3)로 유입된 순환수는 확장된 직경을 가진 난류증폭실(241-3)로 인하여 난류가 증폭되면서 기포는 더욱 미세하게 용해되어 직경이 0.1μm~10μm인 초미세 기포 사이즈로 용해된다.

이와 같이 난류증폭실(241-3)에서 공기가 초미세 기포 형태로 용해된 순환수는 순환수 유출관(246)의 단부가 위치된 수위조정실(241-4)로 유입된다.

순환수 유입관(244)측의 커버(243)에는 압력게이지(248)을 설치하여 유입되는 순환수에 알맞은 압력으로 압축공기를 공급할 수 있도록 하며, 아울러 반대측 커버(242)에는 수위조절관(249)이 가압튜브(241) 내부에 연결된다.

가압튜브(241) 외부에 위치된 수위조절관(249)에는 가압튜브(241) 내부의 압력이 이상 상승하는 것을 방지하기 위한 안전밸브(249a)와, 가압튜브(241) 내부의 수위 조절과 공기 배출을 위한 차압식 자동조절밸브(249b)가 마련되어 있다.

아울러 가압튜브(241)의 저면에는 기계작동 정지시 내부에 남아있는 순환수를 배출할 수 있도록 드레인관(241a)이 마련되어 있다.

이와 같은 초미세 기포 발생장치(240)는 주 부상조(120)에서 처리된 처리수 중 일부, 즉 순환수가 가압튜브용 순환수 유입관(244)의 와류 형성용 노즐(245)의 타원형 노즐공(245a)를 통하여 가압튜브(241) 내부로 유입되면, 그 노즐공(245a)에 의한 유입 방향에 의하여 가압튜브(241) 내부에서 와류를 형성하며 이동하게 된다. 이때 타원형 노즐공(245a)은 가압튜브(241)의 길이방향이 긴 타원형이며 아울러 가압튜브(241) 내부의 중심을 벗어나는 방향, 즉 가압튜브(241)의 주면을 따라 분사되므로 마찰손실이 작을 뿐만 아니라 빠른 회전속도를 얻을 수 있어 짧은 시간에 빠른 공기용해가 가능하다.

압력게이지(248)에서는 가압튜브(241) 내부의 순환수 압력을 체크하여 적당한 양의 압축공기를 다공판(247a)이 마련된 미세기포 공급기(247)에 공급할 수 있도록 하며, 미세기포 공급기(247)에서는 작은 구멍이 무수히 형성된 다공판(247a)을 통하여 와류 이동하는 순환수에 미세한 기포를 공급하게 된다. 순환수는 공급되는 기포를 포함한 상태에서 혼합실(241-1)을 따라 와류 이동을 계속함으로써 기포를 용해시키게 되며, 고속회전실(241-2)에서는 더욱 빠른 회전속도로 인하여 기포의 용해가 촉진되며, 아울러 충돌용 다공판(241-5)과의 충돌과 충돌용 다공판(241-5)에 형성된 관통공(241-5a)을 매우 빠른 속도로 지나면서 기포의 용해가 더욱 촉진되며, 최종적으로 난류증폭실(241-3)에서 순환수의 난류가 더욱 증가되어 기포가 초미세 기포 형태로 순환수에 용해되게 된다.

이후 초미세 기포 형태로 공기가 용해된 순환수는 수위조정실(241-4)로 유입된 후 순환수 유출관(246)을 통하여 마찰밸브(260), 순환수 유입관(112), 순환수 분배관(113), 보조 부상조(110)로 공급된다.

아울러 차압식 자동조절밸브(249b)는 외부의 대기압과 내부의 압력 차이를 이용하여 가압튜브(241)의 수위조정실(240d)의 수위 조절과 가스 배출을 수행하기 위한 목적으로 마련된다. 즉, 가압튜브(241) 내부에 유입되는 압축공기의 압력을 순환수의 압력보다 조금 높게 설정하여 압축공기를 공급하면, 수위가 수위조절관(249)의 선단 하부로 떨어지게 되고 이때 압축 공기의 일부가 수위조절관(249)과 차압식 자동조절밸브(249b)를 통하여 외부로 배출되며, 가압튜브(241) 내부의 압축 공기는 그 압력이 순간적으로 낮아진다.

이와 같이 공기의 압력이 순간적으로 낮아져 순환수의 압력이 상대적으로 높아지게 되면 수위가 상승하면서 수위조절관(249)의 선단은 순환수의 수위 하부에 위치하게 되고 이에 의하여 차압식 자동조절밸브(249b)는 차단되게 되며, 이에 따라 공기 압력이 다시 높아지게 된다.

이와 같이 공기 압력으로 인한 공기 배출과, 공기 배출로 인한 수위 상승, 수위 상승으로 인한 공기 압력 상승이 반복됨으로써 가압튜브(241) 내부의 수위가 자동으로 조절된다.

아울러 차압식 자동조절밸브(249b)의 개도를 조정한다면 이와 같은 수위 조절 사이클을 길게 할 수 있어 안정된 운전이 가능하게 된다.

이와 같이 초미세 기포 발생장치(240)에서 기포가 초미세 기포 형태로 용해된 용존공기 순환수를 생성하면 용존공기 순환수는 마찰밸브(260)를 통과하는 과정에서 기포는 더욱 작은 기포로 쪼개지면서 용존공기 순환수에 용해되며, 이 상태에서 순환수 유입관(112)을 거쳐 순환수 분배관(113)으로 유입된다.

순환수 분배관(113)으로 유입된 용존공기 순환수는 분사노즐(114)을 통하여 분사되며 보조 부상조(110) 내에 다량의 초미세 기포를 공급하여 보조 부상조(110)에 유입된 원수에 응집되어 있는 플록을 보다 효율적으로 부상시킬 수 있다.

분사노즐(114)의 구조를 도 3 내지 도 8을 참조하여 보다 자세히 설명한다.

분사노즐(114)에는 그 내부에 유체의 이동방향을 따라 진동 고무판(114a), 마찰판(114b), 회전판(114c)이 순차적으로 마련되어 있다.

진동 고무판(114a)은 그 중앙에 "+"자 형태의 절결홈(114a-1)이 형성되어 있다. 도면에서는 절결홈(114a-1)이 비교적 큰 폭을 가지는 것으로 도시하였지만, 실제로는 진동 고무판(114a)에 "+"자 형태의 칼날로 칼자국을 남길 정도로 매우 작은 폭을 가지는 것으로도 충분하다.

마찰판(114b)은 그 중앙에 분사노즐(114)의 내경보다 작은 직경의 중공(114b-1)이 형성되어 있다.

회전판(114c)은 그 중앙부로부터 복수의 회전날개(114c-1)가 방사상으로 돌출형성되며, 상기 각각의 회전날개(114c-1)에는 서로 동일한 형태로 경사면(114c-2)이 형성되어 있다. 아울러 회전판(114c)은 분사노즐(114)에 회전가능하게 지지된다.

즉 회전판(114c)은 각각의 회전날개(114c-1)가 분사노즐(114)에 고정되지 않을 정도로 헐겁게 지지됨으로써 회전이 될 수 있는 상태이다.

따라서 마찰밸브(260)를 지나면서 더욱 잘게 쪼개지고 기포수가 증폭된 용존공기 순환수는 진동 고무판(114a)의 절결홈(114a)과 마찰판(114b)의 중공(114b-1)을 통과하면서 발생되는 중공(114b-1) 부위의 유속 상승과 압력 저하와, 이로 인한 절결홈(114a) 부위의 떨림으로 더욱 많은 기포를 생성할 수 있다.

이렇게 생성된 다량의 초미세 기포가 포함된 용존공기 순환수는 회전판(114c)의 회전날개(114c-1) 사이를 통과하면서 회전날개(114c)의 경사면(114c-2)에 회전력을 인가하게 되고, 이에 따라 회전날개(114c)가 제자리에 서 회전되게 되어 용존공기 순환수에 와류를 형성시키게 된다.

따라서 분사노즐(114)로부터 분사되는 용존공기 순환수는 매우 높은 분포 밀도를 가지며 그 직경이 매우 미세한 초미세 기포 형태의 기포들을 다량 함유하게 된다.

또한 분사노즐(114)로부터 분사되는 용존공기 순환수는 와류를 형성하고 있으므로 분사노즐(114)로부터 분사되면서 보다 넓은 면적으로 확산될 수 있다.

결과적으로 보조 부상조(110)로 유입된 원수는 보다 넓은 면적에 걸쳐 또한 보다 높은 분포 밀도를 가진 초미세 기포 형태의 기포들과 만나게 되어, 원수에 응집되어 있는 플록이 효율적으로 부상될 수 있다.

이와 같이 동일한 압축공기에 의하여 효율적이 플록 제거가 가능하다는 것은, 종래와 동일한 성능의 플록 제거를 가능하게 하기 위하여는 종래에 비하여 필요한 압축공기의 양이 대폭 감소될 수 있음을 의미하기도 한다.

이하 본 발명에 의한 제2실시예을 설명한다.

도 12는 본 발명에 의한 제2실시예로서, 본 발명이 적용된 사각형 가압부상조의 종단면 개념도이며, 도 13은 도 12에서 순환수 분배관의 배치 형태를 보이기 위한 F-F 기준 평면 개념도이며, 도 14는 도 13에서 G-G기준으로 바라본 순환수 분배관의 형태를 보이기 위한 도면이다.

본 실시예는 사각형 형태의 가압부상조이므로, 종래의 사각형 형태의 가압부상조와 마찬가지로 사각형 형태의 보조 부상조(110) 후단에 주 부상조(120)가 연속 하여 설치된다. 따라서 원수의 흐름은 보조 부상조(110)에서 주 부상조(120)로의 직선 방향의 유동으로 정의될 수 있다. 이러한 점에서 원형 가압부상조는 중앙의 보조 부상조(110)에서 방사상으로 주 부상조(120)가 연속되어 있으며, 원수의 흐름은 방사상 방향의 유동이라 정의될 수 있다.

아울러 스컴 제거장치(121)는 일정 구간을 왕복하면서 부유물을 제거하게 되며, 스컴 제거장치(121)의 후단부에 스컴 수집조(140)가 마련된다.

이와 같은 사각형 형태의 가압부상조의 구조는 매우 일반적이므로 상세한 설명은 생략한다. 다만 제1실시예와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하였으므로, 본 실시예의 구조 및 기능은 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

물론 본 실시예에서도 초미세 기포 발생장치(240)의 구조는 제1실시예와 동일하다.

다만 본 실시예에서는 보조 부상조(110)가 직사각형 형태의 구조이므로, 순환수 분배관(113)은 수평상의 직선 형태로 배치되며, 아울러 분사노즐(114)은 상부를 향하여 용존공기 순환수를 분사한다.

이와 같은 본 발명은 정수 시스템은 물론이며, 폐수 내지 오수 처리 시스템 등에도 이용될 수 있다.

상기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예들일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

본 발명은 공기가 초미세 기포 형태로 순환수에 용해되어 있는 용존공기 순환수를 원수에 회전 분사하여 플록을 제거하는 가압부상조로서 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제1실시예로서, 본 발명이 적용된 원형 가압부상조의 종단면 개념도,

도 2는 도 1에서 순환수 분배관의 배치 형태를 보이기 위하여 A-A 기준으로 바라본 도면,

도 3은 도 1의 B-B 부위의 개념 단면도,

도 4는 도 3의 진동 고무판의 평면도 및 단면도,

도 5는 도 3의 마찰판의 평면도 및 단면도,

도 6은 도 3의 회전판의 사시도,

도 7은 도 3의 회전판의 평면도,

도 8은 도 7의 C-C 단면도,

도 9는 도 1의 용존공기 순환수 생성기의 개념 단면도,

도 10은 도 9의 D-D 기준 개념도,

도 11은 도 9의 E-E 기준 개념도,

도 12는 본 발명에 의한 제2실시예로서, 본 발명이 적용된 사각형 가압부상조의 종단면 개념도,

도 13은 도 12에서 순환수 분배관의 배치 형태를 보이기 위한 F-F 기준 평면 개념도,

도 14는 도 13에서 G-G기준으로 바라본 순환수 분배관의 형태를 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 보조 부상조 111 : 원수유입관

112 : 순환수 유입관 113 : 순환수 분배관

114 : 분사노즐 114a : 진동 고무판

114b : 마찰판 114c : 회전판

115 : 스컴 유출 배관

120 : 주 부상조 121 : 스컴 제거장치

122 : 처리수 배출관 123 : 보조 플록 배출관

140 : 스컴 수집조

210 : 분기관 220 : 가압펌프

230 : 공기 압축기 240 : 용존공기 순환수 생성기

241 : 가압튜브 241-1 : 혼합실

241-2 : 고속회전실 241-3 : 난류증폭실

241-4 : 수위조정실 241-5 : 충돌용 다공판

241-6 : 난류증폭시 출구판

242, 243 : 커버 244 : 순환수 유입관

245 : 와류 형성용 노즐 245a : 노즐공

246 : 순환수 유출관 247 : 미세기포 공급기

248 : 압력게이지 249 : 수위 조절관

249b : 차압식 자동조절밸브

250 : 순환수 배출관 260 : 마찰밸브

Claims (4)

1. 원수유입관을 통하여 플록이 형성된 원수가 유입되며 순환수 유입관을 통하여 용존공기 순환수가 유입되어 상기 원수의 플록이 부상되도록 유도하는 보조 부상조 및 상기 보조 부상조에서 부상 유도된 상기 플록을 제거하기 위한 스컴 제거장치가 상부에 마련되며 처리수 배출관을 통하여 상기 원수에서 플록이 제거된 처리수를 배출하는 주 부상조를 포함하여 이루어지는 가압부상조 ;

   상기 처리수 배출관으로 배출되는 처리수 중 일부를 순환수로서 순환시키기 위하여 마련되는 가압 펌프 ;

   압축공기를 공급하는 공기 압축기 ;

   상기 가압펌프로부터 공급되는 순환수에 상기 공기 압축기로부터 공급되는 압축공기를 혼합시켜 상기 순환수에 공기를 초미세 기포 형태로 용해시킨 용존공기 순환수를 생성하기 위하여,

   양측에 커버가 마련되어 밀폐된 가압튜브와, 상기 가압튜브의 일측에 마련되어 순환수가 상기 가압튜브 내부로 유입되는 가압튜브용 순환수 유입관과, 상기 가압튜브용 순환수 유입관의 상기 가압튜브 내부 끝단에 마련되되 상기 가압튜브의 길이방향으로 긴 타원형의 노즐공이 측면에 형성된 와류 형성용 노즐과, 상기 가압튜브의 타측에 마련되어 용존공기 순환수가 상기 가압튜브 외부로 유출되는 순환수 유출관과, 상기 가압튜브의 내부에 일단이 위치되며 상기 가압튜브의 외부에 타단이 위치되는 수위 조절관과, 상기 가압튜브의 외측에 위치한 상기 수위조절관에 상 기 가압튜브의 수위를 조절하기 위하여 마련되는 차압식 자동조절밸브를 포함하여 이루어지되,

   상기 가압튜브 내부는, 상기 가압튜브용 순환수 유입관으로부터 상기 순환수 유출관을 향하여 순차적으로, 상기 공기 압축기로부터 압축공기를 공급받아 상기 가압튜브의 내부에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급기가 마련되는 혼합실과, 유로 단면적이 축소되어 순환수의 고속 회전을 유도하는 고속회전실과, 상기 고속회전실의 유로 단면적보다 큰 유로단면적을 가지는 난류증폭실로 구분되며,

   상기 고속회전실과 상기 난류증폭실 사이에는 다수의 관통공이 형성된 충돌용 타공판이 마련되며, 상기 난류증폭실의 후단에는 상기 난류증폭실의 유로단면적보다 작은 유로단면적을 가진 출구가 형성된 난류증폭실 출구판이 마련되는 초미세 기포 발생장치 ;

   상기 초미세 기포 발생장치로부터 공급되는 초미세 기포 형태의 용존공기 순환수를 상기 순환수 유입관으로 이송하는 순환수 배출관 ;

   상기 순환수 유입관으로 유입된 용존공기 순환수를 상기 보조 부상조에 분배하기 위하여 상기 보조 부상조 내부에 수평상으로 길게 마련되는 순환수 분배관 ;

   상기 순환수 분배관의 길이 방향을 따라 간격을 두고 마련되어 상기 순환수 분배관의 용존공기 순환수가 상기 보조 부상조로 분사되게 마련되는 분사노즐 ;

   상기 분사노즐의 내부에 회전가능하게 지지되되, 경사면을 가진 회전날개가 방사상으로 복수개 형성되어, 상기 회전날개들 사이를 지나는 용존공기 순환수의 상기 경사면에 대한 유동으로 회전가능하게 마련되는 회전판 ;

   상기 분사노즐 내부에 마련되되 상기 용존공기 순환수가 지나도록 중앙에 절결홈이 형성된 진동 고무판 ;

   상기 분사노즐 내부에 마련되되 상기 회전판과 상기 진동 고무판 사이에 위치되며 상기 용존공기 순환수가 지나도록 상기 분사노즐의 내경보다 작은 직경을 가진 중공이 형성된 마찰판 ;

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초미세 기포 회전분사식 가압부상조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가압부상조는 평면상 구조가 원형을 이루는 원형 가압부상조이며,

   상기 순환수 분배관은 상기 보조 부상조와 동심을 이루는 링 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 초미세 기포 회전분사식 가압부상조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가압부상조는 평면상 구조가 사각형 형태를 이루는 사각형 가압부상조이며, 상기 순환수 분배관은 수평상의 직선 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 초미세 기포 회전분사식 가압부상조.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 초미세 기포 발생장치는 직경이 0.1μm 내지 10μm의 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 초미세 기포 회전분사식 가압부상조.

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