KR20160075587A - 미세기포 생성장치 및 미세기포 생성장치를 구비하는 오염수 정화 시스템 - Google Patents

미세기포 생성장치 및 미세기포 생성장치를 구비하는 오염수 정화 시스템 Download PDF

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이와오 타무라
카즈요시 아다치
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가부시키가이샤 어스리퓨어
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Abstract

오염수로부터 미세기포를 생성가능한 미세기포 생성장치를 제공한다. 본 발명에 따른 미세기포 생성장치(10)는, 가압된 액체가 유입되는 액체 유입로(11)와, 생성된 미세기포와 액체를 배출하는 배출로(12)와, 액체 유입로(11)와 배출로(12)를 접속하고, 액체 유입로(11) 및 배출로(12)보다 유로면적이 좁은 목부(13)와, 액체 유입로(11) 또는 목부(13) 내에 기체를 공급하는 기체 공급로(14)를 포함하되, 기체 공급로(14)의 출구 단부(143)는, 액체의 흐름의 하류 측을 향해서 개구된다.

Description

미세기포 생성장치 및 미세기포 생성장치를 구비하는 오염수 정화 시스템{MICROBUBBLE GENERATING DEVICE AND CONTAMINATED WATER PURIFYING SYSTEM PROVIDED WITH MICROBUBBLE GENERATING DEVICE}
본 발명은, 미세기포 생성장치 및 미세기포 생성장치를 구비하는 오염수 정화 시스템에 관한 것이다.
종래로부터, 직경이 0.5㎜ 이하인 마이크로 버블이라고 불리는 미세한 기포를 포함하는 액체가 다양한 분야에서 이용되고 있고, 액체 중에 미세기포를 발생시키는 여러 가지 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 미세기포 생성장치는, 벤튜리관을 구비하는 혼합기에 있어서, 벤튜리관의 목부의 하류에서 기체를 빨아들여서 기포를 생성하고, 혼합기의 하류에 접속되는 관로에 있어서, 기포를 액체 중에 용해시키면서 액체 및 기포를 재분배장치까지 도달시켜서, 재분배 장치가 구비하는 벤튜리관에 의해서, 액체 및 기포를 재가속시키고, 재분배 장치의 하류에 설치된 노즐구로부터 미세기포가 혼합된 분류가 분사되는 것이다.
JPH6-93991 B
최근, 미세기포가, 액체 중에 있어서 오염물질 등을 부착시켜서 부상하는 성질을 가진 것에 착안해서, 미세기포 생성장치에서 생성한 미세기포에 오염물질을 부착시켜서 부상시켜, 오염수를 정화시키는 것이 시도되고 있다. 그 중에서도, 미세기포에 오염물질을 효율적으로 부착시키기 위하여, 미세기포 생성장치에 직접 오염수를 흐르게 하고, 오염수로부터 미세기포를 생성하는 것이 시도되고 있다. 그렇지만, 미세기포 생성장치는 일반적으로, 혼합기에 기체를 공급하는 공급로가, 혼합기 내의 액체의 유로를 획정하는 벽면에, 액체의 흐름에 직교하는 구멍을 개방함으로써 형성되어 있다. 그 때문에, 미세기포 생성장치에 오염수를 직접 유입시키면, 특히 기체를 공급하는 공급로의 출구 부근에 오염물질이 막혀서, 미세기포 생성장치을 바로 사용할 수 없게 된다고 하는 문제가 생기고 있었다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 오염수로부터 미세기포를 생성 가능한 미세기포 생성장치를 제공한다.
본 발명에 따른 미세기포 생성장치는, 가압된 액체가 유입되는 액체 유입로와, 생성된 미세기포와 액체를 배출하는 배출로와, 상기 액체 유입로와 상기 배출로를 접속하여, 상기 액체 유입로 및 상기 배출로보다 유로면적이 좁은 목부와, 상기 액체 유입로 또는 상기 목부 내에 기체를 공급하는 기체 공급로를 포함하되, 상기 기체 공급로의 출구 단부는, 액체의 흐름의 하류 측을 향해서 개구된다.
본 발명의 미세기포 생성장치는, 기체를 공급하는 기체 공급로의 출구 단부가, 액체의 흐름의 하류 측을 향해서 개구되어 있다. 즉, 기체 공급로는, 액체가 역류하지 않으면 기체 공급로 내에 액체가 들어가기 어려운 구조로 되어 있다. 이 구성을 가짐으로써, 통상의 액체의 흐름 중에서는, 기체 공급로에 액체가 유입되기 어려워진다. 이것에 의해, 액체로서 오염물질을 포함하는 오염수를 유입시켰다고 해도, 오염물질이 기체 공급로에 들어가는 일이 없어, 기체 공급로가 막히는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 미세기포 생성장치에 직접 오염수를 유입해도, 오염수로부터 미세기포를 생성할 수 있다.
상기 미세기포 생성장치에 있어서, 기체 공급로는 관으로서 형성될 수 있다. 이 구성을 가짐으로써, 관의 출구 단부가 액체의 흐름의 하류 측을 향하도록 관을 배치하면 되어, 기체 공급로를 용이하게 형성할 수 있다.
또, 상기 미세기포 생성장치에 있어서, 관은 L자 형상이고, 출구 단부는 관의 수평부에 형성되어 있으며, 수평부는 출구 단부를 목부 내에 위치시켜서, 액체의 흐름과 평행하게 배치될 수 있다. 이 구성을 구비함으로써, 기체 공급로를 형성하는 관이, 목부의 유로면적의 일부를 차지하게 되어, 목부의 유로면적이 관에 의해 좁아진다. 바꿔 말하면, 관의 직경을 변경하는 것만으로, 목부의 유로면적을 간단히 변경할 수 있다. 이것에 의해, 목부에 있어서의 액체의 유속을 용이하게 조정할 수 있고, 그 결과, 미세기포의 생성량을 용이하게 조정할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 오염수 정화 시스템은, 상기 미세기포 생성장치와, 상기 미세기포 생성장치에 오염수를 공급하는 오염 수조와, 상기 미세기포 생성장치로부터 배출된 미세기포를 부상 분리하는 부상 분리조를 포함한다.
본 발명의 오염수 정화 시스템은, 미세기포 생성장치가 오염수로부터 미세기포를 생성할 수 있으므로, 오염 수조로부터 유출되는 오염수(액체)를 직접 미세기포 생성장치에 유입시켜, 미세기포 생성장치로부터 배출되는 미세기포를 부상 분리조에 유입시키는 구성을 채용할 수 있다. 오염수로부터 미세기포를 생성할 수 없는 미세기포 생성장치를 이용한 경우, 오염수와 미세기포를 별개로 부상 분리조에 유입시키는 구성을 채용하지 않으면 안되지만, 본 발명의 오염수 정화 시스템에서는 그러한 필요가 없어지므로, 오염수 정화 시스템을 간략화할 수 있다.
본 발명의 미세기포 생성장치에 의하면, 오염수로부터 미세기포를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세기포 생성장치의 일 실시형태를 나타낸 세로단면도;
도 2는 본 발명에 따른 오염수 정화 시스템을 나타낸 개략도;
도 3은 본 발명에 따른 미세기포 생성장치의 다른 실시형태를 나타낸 세로단면도;
도 4는 본 발명에 따른 미세기포 생성장치의 다른 실시형태를 나타낸 세로단면도.
이하, 본 발명에 따른 미세기포 생성장치(10)의 일 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조해서 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 미세기포 생성장치(10)는, 가압된 액체가 유입되는 액체 유입로(11), 생성된 미세기포를 배출하는 배출로(12), 및 액체 유입로(11)와 배출로(12)를 접속하는 목부(13)를 구비하고 있다. 액체 유입로(11), 목부(13) 및 배출로(12)가 차례로 연결되어, 액체 유입로(11)로부터 유입되는 액체의 유로를 형성하고 있다. 목부(13)는, 액체 유입로(11) 및 배출로(12)보다도 직경이 작은 통 형상을 이루고 있고, 유로면적이, 액체 유입로(11) 및 배출로(12)보다도 좁게 되어 있다. 액체 유입로(11)는, 목부(13)보다도 직경이 큰 통 형상 부분(11a)과, 목부(13) 측을 향해서 서서히 직경이 작아지는, 즉, 가늘어지는 절두 원추부분(11b)으로 형성되어 있다. 또한, 배출로(12)는, 목부(13)로부터 서서히 직경이 커지는, 즉, 굵어지는 절두 원추부분(12a)과, 그 큰 직경을 가진 통형상 부분(12b)으로 형성되어 있다.
액체 유입로(11)의 목부(13)와 반대쪽의 단부에는, 예를 들면 도 2의 오염 수조(2)와 같은 액체를 저류하는 조(槽)로부터 액체 유입로(11)에 액체를 반송하는 제1 관로(4)가 접속되어 있다. 또, 배출로(12)의 목부(13)와 반대쪽의 단부에는, 예를 들면 도 2의 부상 분리조(3)와 같은 미세기포 생성장치(10)에서 생성된 미세기포를 배출하는 조까지 미세기포를 반송하는 제2 관로(5)가 접속되어 있다.
미세기포 생성장치(10)는, 액체 유입로(11) 또는 목부(13) 내에 기체를 공급하는 기체 공급로(14)를 더 구비하고 있다. 기체 공급로(14)는, 관으로서 형성되어 있고, 관은, 수평부(141)와, 수평부(141)의 일단부로부터 수직으로 형성된 수직부(142)에 의해서 대략 L자 형상으로 형성되어 있다. 수평부(141)의 타단부가 기체를 배출하는 출구 단부(143)로 되어 있고, 수평부(141)와 접속되지 않는 수직부(142)의 타단부가 기체를 유입시키는 입구 단부(144)로 되어 있다.
기체 공급로(14)는, 액체 유입로(11)를 획정하는 벽면에 형성되는 구멍으로부터 삽입되어, 출구 단부(143)를 목부(13) 내에 위치시켜서, 수평부(141)가 액체의 흐름과 평행하게 되도록 배치되어 있다. 이때, 수평부(141)가 목부(13)를 획정하는 벽면에 밀접하도록 배치되는 것이 바람직하다.
다음에, 상기한 바와 같이 형성된 미세기포 생성장치(10)에 의한 미세기포의 생성 방법에 대해서 설명한다. 우선, 액체를 저류하는 조로부터, 기지의 펌프를 개재해서 가압된 액체가 제1 관로(4)를 통과해서 액체 유입로(11)에 유입된다. 동시에, 기체 공급로(14)로부터 목부(13)에 기체가 공급된다. 기체는, 목부(13) 내의 정압이 상대적으로 부압으로 되어 있기 때문에, 기체공급기 등을 특별히 필요로 하지 않고, 자연히 기체 공급로(14)를 개재해서 목부(13)에 흡인된다. 목부(13)를 흐르는 액체는 가압되어 고압으로 되어 있기 때문에, 목부(13)에 공급된 기체가 액체에 용해된다. 그리고, 기체를 용해시킨 상태에서 액체는, 목부(13)로부터 배출로(12)로 흘러 간다. 배출로(12)에서는, 목부(13)보다 유로면적이 크게 되므로, 가압되어 있었던 액체의 압력이 떨어지고, 액체에 용해되어 있던 기체는 과포화 상태로 된다. 그리고, 액체에 더 이상 용해되어 있을 수 없게 된 기체가 미세기포가 되고, 이것에 의해 미세기포가 생성된다.
다음에, 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른, 상기 미세기포 생성장치(10)를 이용한 오염수 정화 시스템(1)의 일 실시형태에 대해서 설명한다. 오염수 정화 시스템(1)은, 미세기포 생성장치(10)와, 미세기포 생성장치(10)에 오염수를 공급하는 오염 수조(2)와, 미세기포 생성장치(10)로부터 배출된 미세기포를 부상 분리하는 부상 분리조(3)를 포함한다.
오염수 정화 시스템(1)은, 다음과 같이 해서 오염수를 정화시킨다. 즉, 오염 수조(2) 안의 오염물질을 함유한 오염수는, 오염 수조(2)로부터 펌프에 의해서 펌핑되어, 제1 관로(4)를 통과해서 미세기포 생성장치(10) 내로 흘러간다. 이 과정에서, 펌프에 의해서 가압되어, 고압 상태로 미세기포장치(10) 내에 유입된다. 유입된 액체는, 상기 미세기포 생성장치(10)의 미세기포의 생성방법에 의해서, 미세기포가 생성된다.
생성된 미세기포는, 마이너스로 대전되어 있기 때문에, 미세기포 생성장치(10)의 배출로(12)를 통과하는 동안, 오염수 중에 함유되어 있는 플러스로 대전된 오염물질을 부착된다. 그리고, 오염물질을 부착시킨 미세기포는, 오염물질이 제거된 액체와 함께, 제2 관로(5)를 통과해서 부상 분리조(3)로 반송된다.
부상 분리조(3)에 도달한 미세기포는, 미세기포의 상승하는 성질에 의해서 부상 분리조(3) 내를, 오염물질을 부착시킨 상태에서 부상해간다. 그 후, 미세기포는 상승 과정에서 소멸되고, 오염물질만이 부상 분리조(3)의 상부에 체류된다. 미세기포는, 순차 상승하고 있기 때문에, 부상 분리조(3)의 상부에 머물러 있던 오염물질은, 부상 분리조(3)의 상부에 계속해서 쌓인다. 이렇게 해서 오염물질을 부상 분리시킨 후, 부상 분리조(3)의 상부에 설치되어 있는 스크레이퍼(scraper)(6)에 의해서, 부상해서 모여있던 오염물질을 떠내어 회수한다. 이와 같이 해서, 오염물질이 제거되어서, 오염수가 정화된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 기체 공급로(14)가 L자 형상의 관으로서 형성되고, 수평부(141)의 출구 단부(143)가 액체의 흐름의 하류 측을 향해서 배치되어 있다. 이 구성을 구비함으로써, 액체가 역류하지 않으면 기체 공급로(14) 내에 들어갈 수 없어, 기체 공급로(14)에 액체가 유입되기 어렵게 되어 있다. 이것에 의해, 액체로서 오염물질을 함유하는 오염수를 유입시켰다고 해도, 오염물질이 기체 공급로(14)에 들어가는 일이 없어, 기체 공급로(14)가 막히는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 미세기포 생성장치(10)에 직접 오염수를 유입시켜도, 오염수로부터 미세기포를 생성할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 기체 공급로(14)를 형성하는 관이, 출구 단부(143)가 목부(13) 내에 위치하고, 수평부(141)가 액체의 흐름과 평행해지도록 배치되어 있다. 즉, 목부(13)의 유로면적의 일부를, 기체 공급로(14)를 형성하는 관이 차지하고 있다. 일반적으로, 미세기포는, 목부(13)의 유로면적에 따라서 생성되는 양이 변화되지만, 이 구성을 구비함으로써, 기체 공급로(14)를 형성하는 관의 직경을 변경하는 것만으로, 목부(13)의 유로면적을 좁히는 영역을 간단히 변경할 수 있고, 그 결과, 미세기포의 생성량을 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 오염수 정화 시스템(1)에서는, 미세기포 생성장치(10)가 오염수로부터 미세기포를 생성할 수 있으므로, 오염 수조(2)로부터 유출되는 오염수를 직접 미세기포 생성장치(10)에 유입시켜, 미세기포 생성장치(10)로부터 배출되는 미세기포를 부상 분리조(3)에 유입시키는 구성을 채용할 수 있다. 종래의 오염수로부터 미세기포를 생성할 수 없는 미세기포 생성장치를 이용한 경우, 오염수와 미세기포를 별개로 부상 분리조에 유입시키는 구성을 채용하지 않으면 안되지만, 본 실시형태의 오염수 정화 시스템(1)에서는 그럴 필요가 없어지므로, 오염수 정화 시스템(1)을 간략화할 수 있다. 또한, 오염수로부터 미세기포를 생성하므로, 생성된 미세기포에 오염수 중의 오염물질이 바로 부착할 수 있다. 이것에 의해, 종래의 오염수와 미세기포를 별개로 부상 분리조에 유입시켜서 미세기포에 오염물질을 부착시키는 것보다도, 효율적으로 미세기포에 오염물질을 부착시킬 수 있어, 오염물질의 제거율을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 각종 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 기체 공급로(14)를 L자 형상의 관으로서 형성했지만, 관의 형상은 L자 형상으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기체 공급로(14a)는, 직관(直菅) 형상의 관으로서 형성되어, 미세기포 생성장치(10a)에 대하여, 출구 단부(143a)가 액체의 흐름의 하류 측을 향하도록 경사지게 부착되어도 된다. 또, 기체 공급로(14)는 관으로서 형성될 필요도 없고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기체 공급로(14b)는, 액체 유입로(11)를 획정하는 벽면에, 미세기포 생성장치(10b)에 대하여, 출구 단부(143b)가 액체의 흐름의 하류 측을 향하는 바와 같은 형상의 구멍으로서 형성되어도 된다. 또한, 이 구멍은, 목부(13)에 형성될 수도 있다. 어느 쪽의 경우이더라도, 기체 공급로(14a, 14b)의 출구 단부(143a, 143b)가, 액체의 흐름의 하류 측을 향해서 개구되어 있으면 된다. 기체 공급로(14a, 14b)로서 이러한 구성을 채용함으로써, L자 형상의 관을 형성할 필요가 없어지고, 게다가, 관을 이용하는 것도 필요 없어져, 미세기포 생성장치(10a, 10b)의 제조를 쉽게 할 수 있다.
본 발명의 오염수 정화 시스템은, 예를 들면, 트리튬(삼중수소)을 함유하는 오염수로부터 트리튬을 부상 분리시키기 위해서도 이용하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 미세기포 생성장치는, 수경재배를 위한 탄산 가스 함유수 또는 탄산 가스 함유 액체 비료의 생성, 또는 에멀전 연료의 생성에도 이용하는 것이 가능하다. 구체적으로 설명하면, 미세기포 생성장치의 액체 유입로로부터 물 또는 액체 비료를 공급하고, 기체 공급로로부터 탄산 가스를 공급함으로써, 탄산 가스를 함유하는 물 또는 액체 비료를 생성할 수 있다. 수경재배에 있어서 해당 물 또는 액체 비료를 공급하면, 식물의 뿌리에 공급된 물 또는 액체 비료로부터 탄산 가스가 증발되고, 그 탄산 가스가 식물의 잎의 이면 쪽에 있는 기공에 바로 접촉한다. 이것에 의해, 잎의 이면 쪽에 있는 기공으로부터 탄산 가스를 흡수하는 성질을 가진 식물에 대하여 탄산 가스를 효율적으로 흡수시킬 수 있다. 또한, 미세기포 생성장치의 액체 유입로로부터 물 및 기름을 공급함으로써, 기름 중에 물이 분산되어 에멀전 연료를 생성할 수 있다. 이것에 의해, 종래 에멀전 연료를 생성하기 위해서 이용되고 있었던 계면활성제를 이용하지 않아도 용이하게 에멀전 연료를 생성할 수 있다.
1: 오염수 정화 시스템 2: 오염 수조
3: 부상 분리조 10: 미세기포 생성장치
11: 액체 유입로 12: 배출로
13: 목부 14: 기체 공급로
141: 수평부 143: 출구 단부

Claims (4)

  1. 미세기포 생성장치로서,
    가압된 액체가 유입되는 액체 유입로;
    생성된 미세기포를 배출하는 배출로;
    상기 액체 유입로와 상기 배출로를 접속하고, 상기 액체 유입로 및 상기 배출로보다 유로면적이 좁은 목부; 및
    상기 액체 유입로 또는 상기 목부 내에 기체를 공급하는 기체 공급로를 포함하되,
    상기 기체 공급로의 출구 단부는, 액체의 흐름의 하류 측을 향해서 개구되는, 미세기포 생성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기체 공급로는 관으로서 형성되는, 미세기포 생성장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관은 L자 형상이고, 상기 출구 단부는 상기 관의 수평부에 형성되어 있으며, 상기 수평부는, 상기 출구 단부를 상기 목 부 내에 위치시켜서, 액체의 흐름과 평행하게 배치되는 미세기포 생성장치.
  4. 오염수 정화 시스템으로서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 미세기포 생성장치;
    상기 미세기포 생성장치에 오염수를 공급하는 오염 수조; 및
    상기 미세기포 생성장치로부터 배출된 미세기포를 부상 분리하는 부상 분리조를 포함하는 오염수 정화 시스템.
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