KR20160132314A - 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져는 폐수실 내부에 유입된 가압 폐수를 폐수실과 격리된 혼합실 안으로 분출하는 경우 상기 혼합실 입구에 위치한 노즐 팁의 주위에 형성된 틈새를 통하여 유입되는 공기의 흡입량이 늘어나 폐수와 공기의 접촉면적을 증가시킴으로써 오염 폐수의 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상부 및 하부가 개구된 관형의 몸체, 상기 몸체 상부를 덮어 폐수실을 형성하는 상부캡, 상기 몸체 하부를 덮어 기체 체류실과 혼합실을 형성하는 하부캡, 상기 몸체 하부와 상기 하부캡 사이에 설치한 분출장치를 포함하고, 상기 분출장치는 상기 폐수실에서 상기 혼합실로 폐수를 분출하기 위하여 플레이트의 중심부에 경사진 폐수 통로를 제공하는 복수 개의 노즐 팁을 설치하며, 상기 폐수실의 폐수를 상기 혼합실로 분출하는 과정에서 공기흡입 통로를 통하여 흡입되는 공기가 상기 노즐 팁에서 분출하는 폐수와 교반 충돌하여 상기 혼합실 안으로 유입되는 것을 특징으로 한다.

Description

폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져{Micro Bubble Diffuser For Purification Of Waste Water}

본 발명은 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수실 내부에 유입된 가압 폐수를 폐수실과 격리된 혼합실 안으로 분출하는 경우 상기 혼합실 입구에 위치한 노즐 팁의 주위에 형성된 틈새를 통하여 유입되는 공기의 흡입량이 늘어나 폐수와 공기의 접촉면적을 증가시킴으로써 오염 폐수의 정화 효율을 향상시킬 수 있도록 한 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져에 관한 것이다.

현대 산업의 급속한 발전에 따라 매일 대량으로 쏟아져 나오는 산업폐기물, 음식물 쓰레기 및 생활 하수, 그리고 농축수산 폐기물은 오염된 폐수로 인한 2차 환경오염, 즉 토양의 산성화와 악취 등을 유발하므로 그 처리는 환경적으로도 중대한 문제로 대두되고 있다.

고농도 폐수를 정화하지 아니하고 그대로 방출하는 경우 각종 유기물, 미생물, 유독성 화합물 등으로 인해 부영양화 등이 발생하여 수생 생태계가 파괴될 뿐만 아니라 직간접적으로 인간에게도 심각한 피해를 주게 된다.

종래기술에 따른 활성슬러지법에서 별도의 펌프를 이용하여 산기관에 공기를 주입하기 때문에 많은 동력이 필요하며 기포와 폐수의 접촉 면적은 적고 폐수에 산소를 충분히 용해시키기 위한 체류시간이 부족하게 된다는 문제가 있다.

또한 종래의 마이크로 버블 디퓨져는 여러 종류의 물질에 의해 오염된 대상 유체의 특성상 장치의 막힘 현상이 발생하면 장치의 사용이 어렵고 제조비용이 매우 높은 단점이 있다. 이처럼 장치의 막힘 현상이 일어나기 전에 장치 내부에 누적된 찌꺼기나 이물질을 제거하기 위한 청소를 빈번하게 수행할 필요가 있지만 사용자가 일일이 장치를 분해하고 재조립해야 하는 번거로움이 따른다. 특히 축산폐수의 경우 동물들의 털에 의해 통로와 통로 사이에서 막힘 현상이 매우 심하다.

상기 문제를 해결하기 위하여 본 출원인에 의해 등록받은 특허문헌(대한민국 특허 제10-1108279호)에서는 장치 내부에 유입되는 가압 상태의 폐수와 공기를 교반 충돌시켜 마이크로 버블이 생성되게 하고, 또한 장치 내부에 설치된 청소장치를 이용하여 통로 확장하고 물의 흐름을 바꾸어 폐수 찌꺼기나 이물질 등에 의한 통로의 막힘 현상을 방지하고 있다.

상기 특허문헌은 장치 중심부에 수직 방향으로 설치된 공기공급관을 통하여 공기폐수혼합실 안으로 공기가 공급되는 구조로서 폐수와 공기의 접촉 면적이 제한되기 때문에 공기와 폐수의 접촉 면적을 더욱 증가시키기 위하여 내부 구조를 변경할 필요가 있다.

또한 상기 특허문헌은 폐수 통로를 청소하는 청소장치를 구비하고 있으나, 장시간 사용으로 인하여 이물질이나 찌꺼기가 통로 내벽에 퇴적되어 있는 경우 단순히 물의 흐름을 변경하는 것에 의해 통로를 완전하게 뚫을 수 없기 때문에 통로 막힘을 방지할 수 있고 또한 간편하게 청소할 수 있는 개선된 청소 방법이 요구되고 있다.

[문헌 1] 한국등록특허 제10-1108279호

없음

본 발명의 목적은 폐수실과 혼합실 사이에 분출장치를 설치하고, 상기 분출장치의 복수 개의 노즐 팁이 혼합실의 입구에 위치되는 경우 각각의 노즐 팁 주위에 형성된 틈새를 통하여 유입되는 공기 흡입량을 증가시킴으로써 노즐 팁에서 분출하는 폐수와 흡입된 공기의 혼합 효율을 높일 수 있는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 폐수실 내부에 승강 가능하게 설치된 승강체를 구동시켜 상기 승강체의 하단에 형성된 니들 막대가 폐수 통로를 제공하는 노즐 팁에 누적된 찌꺼기를 제거함으로써 유로 막힘으로 인한 고장을 미연에 방지할 수 있도록 한 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 실시예에 따른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져는, 상부 및 하부가 개구된 관형의 몸체; 상기 몸체 상부를 덮어 폐수실을 형성하는 상부캡; 상기 몸체 하부를 덮어 기체 체류실과 혼합실을 형성하는 하부캡; 상기 몸체 하부와 상기 하부캡 사이에 설치한 분출장치;를 포함하되, 상기 분출장치는 상기 폐수실에서 상기 혼합실로 폐수를 분출하기 위하여 플레이트의 중심부에 경사진 폐수 통로를 제공하는 복수 개의 노즐 팁을 설치하며, 상기 폐수실의 폐수를 상기 혼합실로 분출하는 과정에서 공기흡입 통로를 통하여 흡입되는 공기가 상기 노즐 팁에서 분출하는 폐수와 교반 충돌하여 상기 혼합실 안으로 유입되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 복수 개의 노즐 팁은 원형으로 배치되도록 상기 플레이트에 형성된 복수 개의 분출구에 삽입되고, 각각의 상기 노즐 팁은 상기 혼합실의 입구를 향하여 돌출되고 입구에서 출구로 갈수록 단면적이 감소하는 원뿔 형상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 노즐 팁의 입구의 단면적과 출구의 단면적에 대한 비율은 1 : 0.1~0.9 인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합실의 입구에 천공원판을 설치하고, 상기 천공원판은 상기 노즐 팁에서 분출하는 폐수에 공기를 유입하기 위한 유입구를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유입구의 단면적과 상기 노즐 팁의 출구 단면적의 비율은 1.5~1.7 : 1 인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 복수 개의 노즐 팁은 분출하는 폐수가 상기 혼합실의 내부에 위치한 하나의 집속점에 모이도록 경사지게 설치하되, 상기 노즐 팁의 경사 각도는 상기 집속점을 기준으로 2~20°인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 폐수실 내부에 설치한 청소장치를 포함하고, 상기 청소장치는 상하방향으로 승강하는 승강체, 상기 노즐 팁의 폐수 통로 안으로 진입하기 위하여 상기 승강체의 하단에 형성된 니들 막대, 상기 승강체에 결합되어 외력의 작용에 따라 상기 승강체를 승강시키는 다이어프램을 포함하고, 상기 다이어프램과 상기 상부캡에 의해 둘러싸인 밀폐 공간에 채워지는 작동 유체의 공급을 제어하여 상기 승강체의 니들 막대를 승강시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 청소장치는 상기 상부캡에 일측이 고정되고 상기 승강체의 움직임을 안내하기 위하여 상기 승강체에 형성된 요홈에 삽입되는 가이드봉을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다이어프램의 외측 가장자리는 상기 몸체와 상기 상부캡의 결합부위에 체결되고 상기 다이어프램의 내측은 고정너트에 의해 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 상부캡의 밀폐 공간에 연통되는 유체 주입구에 개폐수단을 설치하고, 상기 개폐수단의 제어에 따라 상기 밀폐 공간에 작동 유체를 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하부캡에는 분출폐수 유입관을 형성하고, 상기 분출폐수 유입관 출구측에 연장관을 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연장관은 길이 방향으로 일정 길이 연장되고 상기 분출폐수 유입관 출구에서 멀어질수록 관의 직경이 커지고, 상기 연장관(80)의 입구와 출구에 대한 직경 비율은 1: 1.5~3.0으로 설정하고, 상기 연장관(80)의 길이는 입구 직경보다 10 내지 30배로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합실 안에서 혼합된 폐수와 흡입공기의 혼합물을 이송하기 위하여 상기 연장관 출구에 결합된 이송관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 이송관은 길이 방향으로 일정 길이 연장되고 그 출구측 단부인 이송관 출구는 굴곡 형성되며, 상기 이송관 출구는 폐수 처리조의 바닥과 일정 높이로 평행하거나 일정 각도로 구부러지며, 상기 이송관의 직경은 상기 연장관의 출구 직경에 대하여 1.1~1.5배로 형성하고, 상기 이송관 출구의 곡률 반경은 1m 이상으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 폐수를 분출하기 위하여 원형으로 배치한 복수 개의 노즐 팁을 경사지게 설치하여 혼합실 내부에 분출 폐수가 집속되게 하고, 또한 경사진 폐수 통로를 제공하는 복수 개의 노즐 팁에 복수 개의 유입구를 근접시켜서 상기 각각의 노즐 팁 주위에 형성한 틈새를 통하여 공기를 유입하는 흡입 구조를 구비하므로 공기의 흡입량은 늘어나고 폐수와 공기의 접촉면적이 증가함에 따라 폐수와 공기의 혼합 효율을 향상할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져는 폐수실 내부에 설치된 간단한 구조의 청소장치를 이용하여 폐수 통로의 막힘 현상을 방지할 수 있어 제조 및 운영 비용을 절감할 수 있다.

또한 본 발명은 청소장치의 승강체에 형성된 니들 막대가 폐수 통로 안으로 찌르듯이 진입하여 고착된 찌꺼기나 이물질을 제거하는 기계적 방법을 적용하기 때문에 빈번한 청소 작업에 적합하고 내구성과 사용 편리성이 양호한 장점이 있다.

또한 본 발명은 마이크로 버블 디퓨져의 하부캡에 연장관을 결합하여 분출 폐수의 속도를 높일 수 있다.

또한 본 발명은 마이크로 버블 디퓨져를 폐수 처리조 외부에 설치하고 이송관을 이용하여 폐수와 흡입공기의 혼합물을 폐수 처리조의 바닥으로 이송할 수 있기 때문에 설치 환경의 제약으로부터 벗어날 수 있고 외부 설치된 마이크로 버블 디퓨져에 대한 청소 작업과 유지 보수를 쉽게 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분출장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분출장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 노즐 팁의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 혼합실의 입구에 결합된 천공원판을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 천공원판의 사시도이고, (b)는 천공원판의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 하부캡의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 청소장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 청소장치의 저면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져의 작동 상태를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 노즐 팁의 폐수 통로를 통하여 분출하는 폐수와 혼합실의 입구에 형성된 틈새를 통하여 흡입된 공기가 교반 충돌하여 마이크로 버블을 생성하는 상태를 나타내는 단면도이고, (b)는 노즐 팁을 청소할 수 있도록 밀폐 공간에 작동 유체를 공급하여 승강체의 니들 막대가 노즐 팁의 폐수 통로에 진입한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10 (a)는 종래 기술에 따라 중심부의 단일한 공급관을 통하여 폐수를 분출할 때 흡입되는 공기와 폐수의 접촉 상태를 모식적으로 나타내고, (b)는 원형 배열된 복수 개의 노즐 팁에서 개별적으로 폐수를 분출할 때 각각의 노즐 팁 주위의 틈새를 통하여 흡입되는 공기와 폐수의 접촉 상태를 모식적으로 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 다른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져(1)(이하, 마이크로 버블 디퓨져라 한다.)는 상하부가 개구된 관형상의 몸체(10)와, 상기 몸체(10) 상하부에 각각 결합되는 상부캡(20)과 하부캡(50)을 포함한다.

또한 상기 상부캡(20)은 상기 몸체(10) 상부를 덮어 폐수실(11)을 형성하고, 상기 상부캡(20)의 하부면과 상기 몸체 (10) 상부면이 서로 밀착된 상태에서 제1체결부재(30)를 이용하여 고정되게 된다.

또한 상기 몸체(10) 일측에 폐수실 입구(12)가 형성되며, 상기 폐수실 입구(12)에는 액체 펌프에 의해 이송되는 폐수를 공급하는 폐수 공급관을 결합시킬 수 있고, 또한 이 폐수 공급관 내부에 설치한 필터를 이용하여 폐수를 정화한 후 폐수실(11) 안으로 공급할 수 있다.

또한 상기 폐수실(11) 내부에는 후술하는 청소장치(70)가 설치된다. 이하에서 부호 31은 폐수 또는 공기 등과 같은 작동 유체가 누설되지 않도록 홈에 밀어 넣어져 밀봉하기 위한 실링 부재이다. 예를 들어 상기 상부캡(20)의 저면에 설치되는 실링 부재(31)는 원판 형상의 다이어프램(73)의 외측 테두리에 오링(O-ring) 형태로 일체로 형성될 수 있고, 또한 상기 몸체(10)와 상기 하부캡(20) 사이에 설치되는 실링 부재(31)는 홈에 삽입되는 일반적인 오링(O-ring)을 적용할 수 있다.

또한 상기 하부캡(50)은 상기 폐수실(11)을 외부와 차단시키기 위하여 상기 몸체(10) 하부를 덮는다.

또한 상기 하부캡(50)과 상기 몸체(10) 사이에 수평 방향으로 배치되어 상기 폐수실(11)에 수용된 폐수를 분출하기 위한 분출장치(60)를 설치할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참고하여, 상기 분출장치(60)는 평판형 플레이트(61)와, 상기 폐수실(11)에 일정 압력으로 유입된 폐수를 가느다란 물줄기로 뿜어내는 노즐 수단으로서 복수 개의 노즐 팁(64)을 구비한다.

또한 상기 플레이트(61) 가장자리에 상하 방향으로 관통된 복수 개의 체결홀(63)이 형성된다.

제2체결부재(40)가 상기 체결홀(63)을 관통하여 삽입됨에 의하여 상기 몸체(10) 하부에 상기 플레이트(61) 및 상기 하부캡(50)을 일체로 결합시킬 수 있다. 즉, 상기 플레이트(61)의 상면이 상기 몸체(10) 하부에 밀착되고 상기 플레이트(61)의 하면이 상기 하부캡(50)의 받침구(51)에 밀착된 상태에서 제2체결부재(40)를 이용하여 고정하게 된다.

상기 플레이트(61)의 중심부에는 상기 폐수실(11)에 연통되고 상하 방향으로 관통된 복수 개의 분출구(62)가 형성된다. 상기 복수 개의 분출구(62)는 일정 간격을 두고 플레이트(61) 상면에 원형으로 배치하는데, 각각의 분출구(62)은 상기 노즐 팁(64)이 끼워질 수 있는 관통홈으로 형성하게 된다.

도 4에 도시한 바와 같이 상기 노즐 팁(64)은 상하부가 개구되고 경사진 폐수 통로(66)를 제공하기 위한 원뿔 형상으로 형성하되, 상기 폐수실(11)에 위치한 입구의 직경(D1)이 상기 혼합실(55)에 위치한 출구의 직경(D2) 보다 크게 형성한다. 이와 같이 상기 노즐 팁(64)은 입구에서 출구로 갈수록 단면적이 감소하는데, 입구의 단면적과 출구의 단면적에 대한 비율은 1 : 0.1~0.9 로 설정하는 것이 바람직하다.

도 3에서, 상기 노즐 팁(64)의 상면은 돌출되지 않고 평탄하도록 상기 분출구(62)에 삽입된 상태에서 용접 결합하여 상기 분출구(62)에 고정하게 된다.

상기 노즐 팁(64)의 출구는 상기 분출구(62) 밖으로 튀어나와 상기 플레이트(61) 저면 중심부에 일정 깊이로 형성된 요홈(65)에 노출되어 있다.

상기 요홈(65)에 노출 상태로 튀어나온 복수 개의 노즐 팁(64)은 내부 중심을 향해 일정 각도 기울어져 있고, 각각의 노즐 팁(64)에서 비스듬히 분출하는 폐수가 일정 거리 떨어진 집속점(G)에 모이게 된다. 본 실시예는 상기 혼합실(55) 내부에 집속점(G)이 위치하게 된다. 상기 집속점(G)에서 노즐 팁(64)까지 연장선을 그리는 경우 그 사이 각도(P)가 작으면 노즐 팁(64)으로부터 집속점(G) 사이의 거리가 길어지고, 상기 각도(P)가 크면 노즐 팁(64)으로부터 집속점(G) 사이의 거리가 짧다. 상기 각도(P)는 2~20°에서 설정하는 것이 바람직하다.

도 5 및 도 6을 참고하여, 상기 하부캡(50)은 상부가 개구된 분출폐수 유입관(52)이 돌출 형성되고, 상기 분출폐수 유입관(52) 주위에 받침구(51)가 돌출 형성되어 있다.

또한 상기 분출폐수 유입관(52)은 그 내부에 혼합실(55)을 형성하고, 상기 혼합실(55)은 상부가 약간 벌어지고 하부 내측으로 좁아지는 경사면(53)을 가지고 있다.

또한 상기 분출폐수 유입관(52)과 상기 받침구(51) 사이에는 외부로부터 유입된 공기가 체류하는 환형의 기체 체류실(54)이 형성된다. 상기 하부캡(50) 일측에 체류실 입구(58)을 형성하고, 상기 체류실 입구(58)에 도시하지 않은 공기 공급관이 결합되고, 이 공기 공급관으로부터 공급되는 공기가 기체 체류실(54) 안에서 일시 체류하다가 상기 노즐 팁(64)에서 폐수 분출로 인하여 생성되는 진공압에 의해 상기 분출폐수 유입관(52) 안으로 흡입된다.

또한 상기 분출폐수 유입관(52)의 내부는 분출된 폐수와 흡입공기의 혼합이 이루어지는 혼합실(55)을 제공한다.

또한 상기 분출폐수 유입관(52) 입구에 천공원판(56)이 고정 결합된다.

상기 천공원판(56)에는 상하 방향으로 천공되고 상기 복수 개의 노즐 팁(64)에 대응하여 원형으로 배치되는 복수 개의 유입구(57)가 형성되는데, 각각의 유입구(57)는 대응하는 어느 하나의 노즐 팁(64)에 가까이 위치한다.

상기 노즐 팁(64)이 유입구(57)에 근접하여 위치하는 경우, 상기 노즐 팁(64) 끝단 주위에 공기흡입의 통로를 제공하는 틈새가 형성되고, 이 틈새를 통하여 기체 체류실(54)의 공기가 상기 혼합실(55) 안으로 빠르게 흡입되면서 폐수와의 혼합효율을 높일 수 있다.

본 실시예에서 상기 노즐 팁(64)의 끝단이 상기 천공원판(56)의 유입구(57)까지 연장되는 것으로 나타내고 있으나, 상기 노즐 팁(64)이 상기 유입구(57)를 틀어막아 공기 출입이 불가능한 폐쇄 상태가 아니라면 즉, 미세한 틈새가 형성할 수 있으면 노즐 팁(64)의 단부 위치는 제한된 범위에서 변경할 수 있다. 바람직하게는, 상기 노즐 팁(64)의 단부는 유입구(57) 위쪽으로 5mm 높은 상한과 유입구(57) 아래쪽으로 5mm 낮은 하한 범위내에서 설정할 수 있다.

본 실시예에서 하나의 노즐 팁(64)은 하나의 유입구(57)에 대응하며, 상기 유입구의 단면적과 상기 노즐 팁의 출구 단면적의 비율은 1.5~1.7 : 1로 설정할 수 있다.

상기 복수 개의 노즐 팁(64)은 경사진 폐수 통로(66)를 통하여 가압 상태의 폐수를 분출하고, 분출된 폐수는 혼합실(55) 내부의 집속점(G)에 모이게 된다. 이때 각각의 노즐 팁(64) 끝단에 주위에 형성된 틈새를 통하여 기체 체류실(64)에 일시 체류하고 있는 공기가 혼합실(55) 안으로 급속히 유입되며, 동시에 상기 혼합실(55) 입구에서 분출 폐수와 흡입 공기가 교반 충돌하여 마이크로 버블을 생성하게 된다. 이와 같이 복수 개의 노즐 팁(64)을 이용하여 폐수와 공기의 접촉 면적을 증가시킬 수 있기 때문에 공기와 폐수의 혼합효율을 높이고 나아가 오염 폐수의 정화 효율을 향상시키게 된다(도 9의 (a) 참조).

본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져(1)는 통로의 막힘을 청소할 수 있는 청소장치(70)를 구비한다.

본 실시예에 따른 상기 청소장치(70)는 폐수가 흐르는 통로에 누적된 찌꺼기나 이물질을 제거하여 통로가 막히는 것을 방지하며, 특징적으로 꼬챙이를 이용하여 막힌 통로를 뚫는 기계적 방식을 적용하고 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 상기 청소장치(70)는 상하 방향으로 승강할 수 있는 승강체(71)와, 상기 승강체(71)의 하단에 돌출 형성된 니들 막대(72)와, 상기 승강체(71)를 승강시키는 다이어프램(73)을 포함한다.

상기 청소장치(70)가 상기 폐수실(11) 내부에 수평 방향으로 설치됨으로써 폐수실(11)과 분리된 밀폐공간(22)을 형성한다.

또한 상기 승강체(71) 상부에 승강체 헤드(74)를 형성한다.

상기 승강체 헤드(74) 외측에 고정노트(77)를 결합할 수 있는 나사산을 형성한다.

또한 상기 다이어프램(73)의 외측은 상부캡(20)과 몸체(10) 사이에 끼워 고정하며 외측 테두리에 오링(O-ring) 형상으로 구비된다.

또한 상기 고정너트(77)는 승강체 헤드(74)에 삽입된 고리 형상의 다이어프램(73)을 단단히 결속시키고, 상기 다이어프램(73)에 외력이 가해져 변형이 일어날 때 승강체(71)로부터 빠지거나 분리되는 것을 방지한다.

또한 상기 승강체 헤드(74)의 중앙부에 상부가 개구되고 길이 방향으로 일정 깊이로 함몰된 요홈(75)을 형성한다.

또한 상기 상부캡(20)의 내측에 가이드봉(76)이 돌출 형성된다. 상기 승강체(71)가 승강시 상기 요홈(75)이 상기 가이드봉(76)을 따라 상하 방향으로 승강하게 된다.

상기 니들 막대(72)는 승강체(71)의 저면에 형성하는데 상기 노즐 팁(64)의 개수와 대응하여 원형으로 배치하여 복수개를 형성한다.

또한 상기 니들 막대(72) 단부는 노즐 팁(64)의 폐수 통로(66)에 진입하여 통로에 고착된 찌꺼기나 이물질을 떼어낼 수 있도록 날카롭게 형성한다.

또한 상기 상부캡(20)은 밀폐 공간(22)에 연통하는 유체 주입구(21)를 형성한다. 상기 유체 주입구(21)에 연결된 개폐수단(23)의 동작에 따라 작동 유체를 밀폐 공간(22)으로 유입하거나 차단한다. 여기서 작동유체는 공기나 액체를 사용할 수 있고, 상기 개폐수단(23)은 온, 오프에 따라 유로를 개폐하는 전동밸브를 적용할 수 있다.

상기 개폐수단(23)의 개방으로 공급되는 작동 유체에 의해 상기 밀폐공간(22)의 압력이 증가하면 상기 청소장치(70)의 다이어프램(73)이 아래로 휘어짐에 따라 승강체(71)가 하강하고, 승강체(71)의 니들 막대(72)는 노즐 팁(64)의 폐수 통로에 진입한다. 이와 같이 노즐 팁(64)의 폐수 통로(66) 안으로 날카로운 니들 막대(72)가 찌르듯이 들어가면서 고착된 찌거기나 이물질을 완전히 제거할 수 있다(도 9의 (b) 참조).

도 10 (a)는 종래기술에 따른 하나의 공급관을 통하여 폐수를 공급할 때 폐수와 흡입 공기가 접촉하는 경우이고, (b)는 본 발명에 따른 복수 개의 노즐 팁을 통하여 폐수 공급시 폐수와 흡입 공기가 접촉하는 경우이다. 여기서 H는 분출되는 폐수 통로이고, S는 흡입되는 공기 통로이며, HS는 폐수와 공기의 접촉부분을 나타낸다.

도 10 (a)와 도 10 (b)에 대하여 단위 시간당 폐수를 배출하는 단면적이 동일한 조건인 경우, 본 발명에 따른 마이크로 버블 디퓨져에서의 접촉부분(HS)은 종래 기술에서의 접촉부분(HS)보다 2.5배 높게 나타나 공기 흡입량과 폐수와 공기의 혼합률이 월등히 증가하게 된다.

또한 하기의 실험에서 폐수 순환량에 따른 공기 흡입량을 비교한 경우로서, 폐수 순환량이 증가하는 경우 본 실시예는 종래기술에 비하여 공기 흡입량이 높게 나타나는 것으로 확인되었다.

수압(㎏/㎠)	폐수 순환량(ℓ/분)	적용 방식	공기흡입량(ℓ/분)
2	160	본 실시예	214
		종래 기술	130
2.2	170	본 실시예	246
		종래 기술	150
2.4	180	본 실시예	283
		종래 기술	175

도 11은 본 발명에 따른 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명한 실시 예에서 상기 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져(1)의 몸체(10)에는 폐수 공급관(2)이 결합될 수 있다.

또한 상기 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져(1)의 하부캡(20)에는 돌출 형성된 분출폐수 유입관(52)을 구비하는데, 이 분출폐수 유입관(52) 출구측에 원통관 형상의 연장관(80)을 결합할 수 있다.

상기 연장관(80)은 길이 방향으로 일정 길이 연장되고, 상기 분출폐수 유입관(52)에서 멀어질수록 관의 직경이 커지게 형성된다. 상기 연장관(80)의 직경이 커져 관내의 압력 저하로 인하여 상기 노즐 팁(64)에서 분출되는 폐수의 분출속도를 높일 수 있다. 여기서 상기 연장관(80)의 입구와 출구에 대한 직경 비율은 1: 1.5~3.0으로 설정하는 것이 바람직하며, 상기 연장관(80)의 길이는 입구 직경보다 10 내지 30배로 설정하는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 실시 예에서의 상기 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져(1)는 폐수를 처리하는 저장조 안에 담긴 상태로 설치되어 폐수 정화에 적용되는 것이 일반적이다. 그러나 저장조 안에 적용할 수 없는 설치 환경 또는 청소 작업 및 유지 보수를 쉽게 하기 위하여 외부에 설치하는 경우에서는 도 12와 같이 이송관(81)을 이용하여 폐수 정화할 수 있다.

도 12를 참고하여, 일정량의 폐수를 저장할 수 있는 폐수 처리조(90) 외부에 마이크로 버블 디퓨져(1)를 설치한 경우, 상기 마이크로 버블 디퓨져(1)의 하부캡(20)에 연장관(80)을 결합하고, 상기 연장관(80)에 이송관(81)을 추가로 설치한다.

상기 이송관(81)은 길이 방향으로 일정 길이 연장되고 그 출구측 단부 즉 이송관 출구(82)는 굴곡 형성된다. 상기 이송관 출구(82)는 폐수 처리조(90)의 바닥과 일정 높이로 평행하거나 일정 각도로 구부러진다. 이에 따라 상기 이송관(81)은 상기 혼합실(55)에서 혼합된 폐수와 흡입공기의 혼합물을 폐수 처리조(90)의 하부로 이송할 수 있다.

상기 이송관(81)의 직경은 상기 연장관(80)의 출구 직경에 대하여 1.1~1.5배로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 이송관 출구(82)의 곡률 반경(R)은 1m 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 폐수 처리조(90)에 수용된 폐수를 도시하지 않은 액체 펌프를 이용하여 상기 마이크로 버블 디퓨져(1)에 연결된 폐수 공급관(2)을 통해 공급하고, 상기 분출장치(60)에 의해 분출된 폐수와 흡입공기가 혼합되고, 그 혼합물은 이송관(81)을 통하여 폐수 처리조(90) 하부로 이송되는 일련의 순환과정을 거치면서 오염된 폐수에 대한 정화가 지속적으로 이루어질 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.

1 : 마이크로 버블 디퓨져 10 : 몸체
11 : 폐수실 12 : 폐수실 입구
20 : 상부캡 21 : 유체 주입구
22 : 밀폐공간 23 : 개폐수단(제어밸브)
30 : 제1체결부재 40 : 제2체결부재
50 : 하부캡 51 : 받침구
52 : 분출폐수 유입관 53 : 경사면
54 : 기체 체류실 55 : 혼합실
56 : 천공원판 57 : 유입구
60 : 분출장치 61 : 플레이트
62 : 분출구 63 : 체결홀
64 : 노즐 팁 65 : 요홈
70 : 청소장치 71 : 승강체
72 : 니들 막대 73 : 다이어프램
74 : 승강체 헤드 75 : 요홈
76 : 가이드봉 77 : 고정너트
80 : 연장관 81 : 이송관
82 : 이송관 출구 90 : 폐수 처리조

Claims (14)

1. 상부 및 하부가 개구된 관형의 몸체;
   상기 몸체 상부를 덮어 폐수실을 형성하는 상부캡;
   상기 몸체 하부를 덮어 기체 체류실과 혼합실을 형성하는 하부캡;
   상기 몸체 하부와 상기 하부캡 사이에 설치한 분출장치;를 포함하되,
   상기 분출장치는 상기 폐수실에서 상기 혼합실로 폐수를 분출하기 위하여 플레이트의 중심부에 경사진 폐수 통로를 제공하는 복수 개의 노즐 팁을 설치하며,
   상기 폐수실의 폐수를 상기 혼합실로 분출하는 과정에서 공기흡입 통로를 통하여 흡입되는 공기가 상기 노즐 팁에서 분출하는 폐수와 교반 충돌하여 상기 혼합실 안으로 유입되는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 노즐 팁은 원형으로 배치되도록 상기 플레이트에 형성된 복수 개의 분출구에 삽입되고, 각각의 상기 노즐 팁은 상기 혼합실의 입구를 향하여 돌출되고 입구에서 출구로 갈수록 단면적이 감소하는 원뿔 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
3. 제2항에 있어서,
   상기 노즐 팁의 입구의 단면적과 출구의 단면적에 대한 비율은 1 : 0.1~0.9 인 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
4. 제1항에 있어서,
   상기 혼합실의 입구에 천공원판을 설치하고,
   상기 천공원판은 상기 노즐 팁에서 분출하는 폐수에 공기를 유입하기 위한 유입구를 형성하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
5. 제4항에 있어서,
   상기 유입구의 단면적과 상기 노즐 팁의 출구 단면적의 비율은 1.5~1.7 : 1 인 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 노즐 팁은 분출하는 폐수가 상기 혼합실의 내부에 위치한 하나의 집속점에 모이도록 경사지게 설치하되,
   상기 노즐 팁의 경사 각도는 상기 집속점을 기준으로 2~20°인 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
7. 제1항에 있어서,
   상기 폐수실 내부에 설치한 청소장치를 포함하고,
   상기 청소장치는 상하방향으로 승강하는 승강체, 상기 노즐 팁의 폐수 통로 안으로 진입하기 위하여 상기 승강체의 하단에 형성된 니들 막대, 상기 승강체에 결합되어 외력의 작용에 따라 상기 승강체를 승강시키는 다이어프램을 포함하고,
   상기 다이어프램과 상기 상부캡에 의해 둘러싸인 밀폐 공간에 채워지는 작동 유체의 공급을 제어하여 상기 승강체의 니들 막대를 승강시키는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
8. 제7항에 있어서,
   상기 청소장치는 상기 상부캡에 일측이 고정되고 상기 승강체의 움직임을 안내하기 위하여 상기 승강체에 형성된 요홈에 삽입되는 가이드봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
9. 제7항에 있어서,
   상기 다이어프램의 외측 가장자리는 상기 몸체와 상기 상부캡의 결합부위에 체결되고 상기 다이어프램의 내측은 고정너트에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
10. 제7항에 있어서,
    상기 상부캡의 밀폐 공간에 연통되는 유체 주입구에 개폐수단을 설치하고,
    상기 개폐수단의 제어에 따라 상기 밀폐 공간에 작동 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
11. 제1항에 있어서,
    상기 하부캡에는 분출폐수 유입관을 형성하고,
    상기 분출폐수 유입관 출구측에 연장관을 결합하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
12. 제11항에 있어서,
    상기 연장관은 길이 방향으로 일정 길이 연장되고 상기 분출폐수 유입관 출구에서 멀어질수록 관의 직경이 커지고,
    상기 연장관의 입구와 출구에 대한 직경 비율은 1: 1.5~3.0으로 설정하고, 상기 연장관의 길이는 입구 직경보다 10 내지 30배로 설정하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
13. 제11항에 있어서.
    상기 혼합실 안에서 혼합된 폐수와 흡입공기의 혼합물을 이송하기 위하여 상기 연장관 출구에 결합된 이송관을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
14. 제13항에 있어서,
    상기 이송관은 길이 방향으로 일정 길이 연장되고 그 출구측 단부인 이송관 출구는 굴곡 형성되며, 상기 이송관 출구는 폐수 처리조의 바닥과 일정 높이로 평형하게 되도록 구부러지며,
    상기 이송관의 직경은 상기 연장관의 출구 직경에 대하여 1.1~1.5배로 형성하고, 상기 이송관 출구의 곡률 반경은 1m 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화용 마이크로 버블 디퓨져.
    

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