KR20140140262A - 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치에 관한 것으로서, 물속에 압력공기를 포화시켜 포화수로 만들도록 압력공기를 공급받는 가압탱크, 순환수 분사노즐을 통해 상기 가압탱크 내에 순환수를 유입하는 순환수 유입배관, 상기 가압탱크에서 포화수를 유출하는 포화수 유출배관으로 구성되어, 원수 내의 오염물을 부상시킴으로써 고액분리가 이루어지도록 하는 용존가압부상(DAF) 공법에 사용되는 공기포화장치에 있어서, 상기 순환수 분사노즐의 분사구를 원추형으로 형성됨과 동시에 상기 원추형 분사구의 바깥둘레 면에는 일단부에서 타단부의 나선형을 따라 출구를 비스듬히 기울인 다수개의 나선형 출구를 일정 간격을 두고 형성한 것이며, 공기포화 효율을 높여 오염물 부상을 위한 미세기포의 발생량을 증가시키는 효과가 있다.

Description

나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치{Saturator with nozzle of spiral outlet}

본 발명은 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치에 관한 것으로서, 상세히는 용존가압부상(DAF) 수처리장치의 구성 중에서 공기포화장치를 구성하는 가압탱크 내에 순환수를 유입하는 순환수 유입배관에 설치된 순환수 분사노즐의 분사구를 원추형으로 형성하면서 바깥둘레 면에 나선형 출구를 형성하여, 상기 나선형 출구를 통해 순환수가 사방으로 분산하여 가압탱크 내에 유입되는 것으로 인해 공기포화 효율을 높인 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치에 관한 것이다.

또한 단위 처리 용량이 500톤/시간 이상인 대용량 단위 설비에서의 가압탱크 내부의 공기포화 효율 개선을 위한 분사장치에 관한 것이다.

다양한 수처리에 사용되는 용존가압부상(DAF, Dissolved Air Flotation) 공법은 물속에 공기를 가압상태에서 포화시킨 후, 대기압 상태에서 압력 해방을 일어날 때 생성되는 미세기포를 이용하여 입자를 부상시켜 제거하는 기술이다. 즉 높은 압력으로 공기를 용해시킨 포화수를 처리할 원수에 주입시키고, 감압과정을 거쳐 발생된 미세기포를 이용하여 플록과 결합, 수표면으로 슬러지가 부상하도록 함으로써 고액분리가 이루어지도록 하는 수처리 공법이다. 이 공법은 음용수 생산을 위한 정수처리, 산업 및 생활 오폐수 처리, 해수담수화 전처리, 난침전성 물질 및 자연수계 조류(algae) 제거 등의 목적으로 적용되고 있다.

이러한 용존가압부상(DAF) 공법에서 물속의 공기를 포화시키는 공기포화장치가 있는데, 이러한 공기포화장치에 의해 포화수가 만들어지는 과정은 다음과 같다. 즉 상기 공기포화장치를 이용하여 가압탱크 내에 가압펌프에 의해 순환수를 유입하고, 유입된 순환수에는 상기 가압탱크 내로 공급되는 압력공기가 용해되어 포화수가 만들어지며, 이 포화수를 처리할 원수에 주입하여 원수 내의 입자, 조류, 슬러지와 부착되어 부상시킬 수 있는 미세기포를 만든다.

그런데 상기한 바와 같이 공기포화장치에 의해 가압펌프를 이용하여 순환수 유입배관을 통해 순환수를 가압탱크 내에 유입할 때, 상기 순환수 유입배관에 장착된 노즐을 통해 순환수가 분사되어 가압탱크 내에 유입되고 있다, 그러나 종래 순환수 유입배관에 장착된 노즐은 순환수를 분사할 때 일정한 한쪽 방향으로만 물줄기가 분사되기 때문에 가압탱크 내에 공급되는 압력공기와의 접촉 면적이 적어 압력공기가 순환수에 많이 용해되지 않는 포화수를 유출하게 된다.

따라서 압력공기가 많이 용해되지 않은 포화수를 처리할 원수에 주입하면 미세기포가 그만큼 적게 발생하고, 이는 자연적으로 처리할 원수의 오염물 제거효율을 떨어뜨리는 문제가 있으며, 이러한 문제 때문에 미세기포 발생효율을 높이기 위해서는 공기포화장치에 의한 공기포화 효율을 높이는 것이 필요하다.

더욱이 종래 분사노즐은 한쪽 방향으로만 순환수가 분사되고, 기포와 접촉면적을 높이기 위해서 노즐 구멍을 작게 하며, 개수를 증가시키는 방법이 대부분이다. 그러나 이는 슬라임, 입자 같은 오염물에 의해 노즐 구멍이 막히는 경우로 인해 순환수 유량이 감소되고, 압력 증가로 인해 공기포화 효율의 감소와 운전 비용의 증가로 이어지는 문제가 있다.

한국 등록특허공보 제10-1048623호

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 비충진식(Unpacking) 공기포화장치의 공기포화 효율을 높이기 위해 가압탱크 내에 가압펌프에 의해 순환수가 순환수 유입배관을 통해 유입될 때, 상기 순환수 유입배관에 장착되어 순환수가 분사되는 순환수 분사노즐의 분사구를 원추형으로 형성하고, 상기 원추형 분사구의 바깥둘레 면에 나선형을 따라 일정간격을 두고 나선형 출구를 형성함으로써, 상기 나선형 출구에 의해 순환수가 사방으로 퍼지면서 분사되어 분사효율을 증가시키기 위한 막힘이 없는 분사노즐을 구비하는 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치를 제공함에 있다.

다른 목적은 특히 시간당 50톤 이상의 대용량의 포화수를 만들기 위한 가압탱크에서 상기 포화수의 유출 시, 공기포화장치의 수위에 대한 영향 및 체류시간의 확보를 위해 가압탱크 내에 설치되는 포화수 유출배관에 유출구 캡을 덮어 설치한 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치는, 물속에 압력공기를 포화시켜 포화수로 만들도록 압력공기를 공급받는 가압탱크, 순환수 분사노즐을 통해 상기 가압탱크 내에 순환수를 유입하는 순환수 유입배관, 상기 가압탱크에서 포화수를 유출하는 포화수 유출배관으로 구성되어, 원수 내의 오염물을 부상시킴으로써 고액분리가 이루어지도록 하는 용존가압부상(DAF) 공법에 사용되는 공기포화장치에 있어서, 상기 순환수 분사노즐의 분사구를 원추형으로 형성됨과 동시에 상기 원추형 분사구의 바깥둘레 면에는 일단부에서 타단부의 나선형을 따라 출구를 비스듬히 기울인 다수개의 나선형 출구를 일정 간격을 두고 형성한 것을 특징으로 하고 있다.

또, 상기 순환수 분사노즐의 비스듬히 기울어진 나선형 출구의 기울어진 각도는 15°∼90°의 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직하다.

순환수 펌프에 의한 유량 공급은 가압탱크 내부의 압력보다 최소 0.5 bar 이상 높게 유지되므로 순환수 분사용 원추형 노즐을 설치할 수 있으며, 포화수 유출배관에 설치된 노즐에서 분사되는 유량과 비례 관계이다.

또, 상기 가압탱크 내의 포화수의 체류시간을 높이도록 가압탱크의 내부에서 포화수 유출배관의 유출구를 덮어 설치한 유출구 캡을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치에 의하면, 가압탱크 내에 유입되는 순환수와 압력공기와의 접촉 면적이 넓어져 공기포화 효율이 5 bar의 조건에서 약 5∼15% 높아진 포화수를 공급할 수 있는 효과가 있고, 이로 인해 처리해야 할 원수의 더 많은 오염물을 부상시키기 위한 미세기포의 발생량을 증가시키는 효과가 있다.

또 순환수가 한쪽 방향으로만 분사되지 않고 나선형 출구를 따라 사방으로 분사되기 때문에 순환수의 막힘이 없는 분사가 이루어진다.

또한 가압탱크 내의 포화수 유출배관에 덮어 설치한 유출구 캡에 의해 공기포화장치의 수위에 대한 영향을 최소화함으로써 포화수의 안정적인 공급에 필요한 체류시간의 확보에 도움을 주는 효과가 있다.

이를 통해서 가압탱크 내부에 걸리는 운전압력을 최소 0.5 bar 저감하여도 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 가압탱크 크기를 줄여도 다량의 공기가 포화수 유출 배관으로 배출되지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 순환수 유입배관이 설치된 공기포화장치의 개략적인 상태도
도 2는 상기 도 1의 가압탱크 내 순환수 유입배관에 장착된 순환수 분사노즐의 사시도와 종단면도
도 3은 상기 도 1의 순환수 유입배관에 설치된 다수의 순환수 분사노즐의 사용상태도
도 4a는 상기 도 1의 가압탱크 내 포화수 유출배관에 덮어 설치한 일 실시형태의 유출구 캡의 설치상태 사시도
도 4b는 상기 도 1의 가압탱크 내 포화수 유출배관에 덮어 설치한 다른 실시형태의 유출구 캡의 설치상태 사시도

이하, 본 발명에 따른 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 순환수 유입배관이 설치된 공기포화장치의 개략적인 상태도이고, 도 2는 상기 도 1의 가압탱크 내 순환수 유입배관에 장착된 순환수 분사노즐의 사시도와 종단면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치에서 상기 공기포화탱크는 비충진식(Unpacking)으로써 가압탱크(1), 개폐밸브(2a)가 장착된 압력공기 배관(2), 가압펌프(3a)가 연결된 순환수 유입배관(3) 및 포화수 유출배관(6)으로 구성되며, 상세한 설치형태를 간략하게 보자면 가압탱크(1) 상단부에 압력공기 배관(2)이 연결되고, 상기 가압탱크(1)의 위에서 안쪽으로 순환수 유입배관(3)이 설치되어 안쪽의 상기 순환수 유입배관(3)에 순환수 분사노즐관(5)이 여러 개 설치되며, 상기 가압탱크(1)의 아래에서 바깥으로 포화수 유출배관(6)이 설치된다.

본 발명의 공기포화장치의 순환수 유입배관(3)에 장착되는 순환수 분사노즐(5)은 기존의 순환수 유입배관(3)에서 순환수가 분사되는 분사구멍에 별도의 배관 형태로 장착한 것으로서, 상기 순환수 유입배관(3)에 의해 가압탱크(1) 내로 유입되는 순환수가 상기 순환수 분사노즐(5) 앞쪽의 분사구(5a)를 통해 분사되도록 하되, 상기 분사구(5a)는 순환수 분사노즐(5)의 앞쪽에서 원추형으로 형성된다. 또 상기 분사구(5a)의 원추형 바깥둘레 면에는 상단부에서 하단부의 나선형을 따라 일정한 간격을 두고 개방된 다수의 나선형 출구(5b)가 형성되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치에서 상기 순환수 분사노즐에 의한 순환수의 분사형태를 상세히 설명하며 다음과 같다.

도 3은 상기 도 1의 순환수 유입배관에 설치된 다수의 순환수 분사노즐의 사용상태도를 도시한 것이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 순환수 분사노즐(5)의 분사구(5a)를 통해 순환수가 분사될 때, 다수의 나선형 출구(5b)를 따라 사방으로 퍼지면서 순환수가 막힘이 없이 분사된다. 즉, 상기 나선형 출구(5b)에 의해 순환수가 순환수 분사노즐(5)에서 한쪽 방향으로만 분사되는 것이 아니라 바깥둘레 면을 따라 측면으로 비스듬히 여러 방향으로 분사되며, 이와 같이 순환수가 비스듬히 여러 방향으로 분사되도록 상기 나선형 출구(5b)의 출구를 15°∼ 90°의 범위 내에서 경사지도록 기울여 형성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 순환수 분사노즐(5)의 원추형 분사구(5a)에 형성된 나선형 출구(5b)를 통해 가압탱크(1) 내에 유입되는 순환수는 사방으로 퍼지면서 유입되기 때문에, 그만큼 상기 가압탱크(1) 내로 공급되는 압력공기와의 순환수의 접촉 면적이 넓어져 더 많은 압력공기가 물속에 용해되는 포화수를 만들 수 있게 된다.

다음은 상기 가압탱크(1)의 포화수 유출배관(6)의 유출구(6a)를 덮는 유출구 캡(7)에 대해 설명하도록 한다.

도 4a는 상기 도 1의 가압탱크 내 포화수 유출배관에 덮어 설치한 일 실시형태의 유출구 캡의 설치상태 사시도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 4a에 도시한 바와 같이, 상기 순환수 분사노즐(5)에 의해 더 많은 압력공기가 용해된 포화수를 원수와 접촉시켜 미세기포를 생성시키기 위해 포화수 유출배관(6)을 통해 유출할 때, 상기 가압탱크(1)의 포화수 유출배관(6)의 유출구(6a)를 덮는 유출구 캡(7)을 설치한다. 이렇게 유출구 캡(7)을 포화수 유출배관(6)의 유출구(6a)에 덮어 설치함으로써 포화수가 상기 포화수 유출구(6a)를 통해 유출될 때까지의 체류시간을 조금 더 연장할 수 있어, 압력공기가 많이 용해되어 포화농도가 높아진 포화수를 안정적으로 공급할 수 있게 된다. 이때 상기 유출구 캡(7) 내부의 중간 정도에 상기 유출구(6a)가 위치하도록 하는 것이 포화수의 체류시간을 확보하면서 원활하게 유출하기에 바람직하다.

도 4b는 상기 도 1의 가압탱크 내 포화수 유출배관에 덮어 설치한 다른 실시형태의 유출구 캡의 설치상태 사시도를 도시한 것이다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 가압탱크(1) 내에 위치하는 포화수 유출배관(60)의 유출구가 도 4a의 포화수 유출배관(6)의 일자형의 유출구(6a)와는 달리 수직으로 세워진 ㄴ자 형태의 유출구(6b)를 사용할 수도 있는데, 이 경우에도 상기 유출구 캡(7) 내부의 중간 정도에 상기 유출구(6b)가 위치하도록 하는 것이 포화수의 체류시간을 확보하면서 원활하게 유출하기에 바람직하나, 상기 유출구(6b)와 일정 거리 떨어져 있도록 하여 유출구(6b)를 막지 않도록 유출구 캡(7)을 설치하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명은 상기한 바와 같이 배관에 다수개의 순환수 분사노즐(5)이 장착되는 경우, 대용량의 용존가압부상조(DAF)(500톤/시간 이상), 시간당 50톤 이상의 순환수량을 포화수로 만들기 위한 가압탱크 용량(D=1m 넘는 경우)에 해당하여 사용되며, 대규모 용량이 아닌 소규모 용량의 경우에는 본 발명의 1개의 순환수 분사노즐로도 충분히 공기포화도가 높은 포화수를 생산할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 가압탱크 2 : 압력공기 배관
3a : 가압펌프 3 : 순환수 유입배관
5 : 순환수 분사노즐 5a : 분사구
5b : 나선형 출구 6,60 : 포화수 유출배관
6a,6b : 유출구 7 : 유출구 캡

Claims (3)

1. 물속에 압력공기를 포화시켜 포화수로 만들도록 압력공기를 공급받는 가압탱크, 순환수 분사노즐을 통해 상기 가압탱크 내에 순환수를 유입하는 순환수 유입배관, 상기 가압탱크에서 포화수를 유출하는 포화수 유출배관으로 구성되어, 원수 내의 오염물을 부상시킴으로써 고액분리가 이루어지도록 하는 용존가압부상(DAF) 공법에 사용되는 공기포화장치에 있어서,
   상기 순환수 분사노즐의 분사구를 원추형으로 형성됨과 동시에 상기 원추형 분사구의 바깥둘레 면에는 일단부에서 타단부의 나선형을 따라 출구를 비스듬히 기울인 다수개의 나선형 출구를 일정 간격을 두고 형성한 것을 특징으로 하는 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 순환수 분사노즐의 비스듬히 기울어진 나선형 출구의 기울어진 각도는 15°∼ 90°의 범위 내에 있도록 한 것을 특징으로 하는 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가압탱크 내의 포화수의 체류시간을 높이도록 가압탱크의 내부에서 포화수 유출배관의 유출구를 덮어 설치한 유출구 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 출구의 순환수 분사노즐을 구비한 공기포화장치.

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