KR20180017662A - 양의 미세기포를 이용한 이동식 녹조제거선 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양의 미세기포를 이용한 이동식 조류제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 공기압축기 구동방식이 아닌, 초절전형 미세기포 발생부를 활용하여 부상처리에 필요한 양의 미세기포를 제공하게 되므로 대용량의 가압탱크 및 컴프레서를 필요로 하는 종래의 조류제거 선박에 비해 크기가 작아지고, 무게가 감소하여 이동성이 개선될 뿐만 아니라, 미세기포를 형성함에 있어서, 음전하를 갖는 이물과의 부착력을 높일 수 있도록 전기분해를 이용하여 물에 양전하를 형성시키고, 형성된 양전하를 띠는 물과 공기의 고속 충돌방식을 사용하여 낮은 압력에서도 양의 미세 기포를 만들 수 있어, 이를 통해 오염물의 접촉효율 및 부상력을 높여 짧은 시간에 오염물을 효과적으로 처리하고, 잉여 미세기포가 부상된 부유물을 높은 농도로 농축시켜 슬러지 발생량을 감소시킬 수 있는 이동식 조류제거장치에 관한 것이다.

Description

양의 미세기포를 이용한 이동식 조류제거장치{Movable Apparatus for Removing Algae Using the Microbubbles Haveing Positive charge}
본 발명은 양의 미세기포를 이용한 이동식 조류제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염된 넓은 수역을 따라 이동하면서 부영양화된 호소 또는 하천에서 발생된 조류를 신속하고 효율적으로 제거할 수 있는 양의 미세기포를 이용한 이동식 조류제거장치에 관한 것이다.
비료, 축산폐수, 생활하수, 공장폐수 등에 포함된 질소, 인 등의 영양염류에 의한 수질악화로 인하여 강이나 호수에서는 녹조가, 해양에서는 적조가 발생하여 생태계를 파괴하고 있다. 오폐수에 포함된 영양물질에 의하여 부영양화된 물은 조류의 번성을 야기시킨다.
조류가 수계 표면에 번성하면 광선의 투과를 막아 수중생물의 원활한 광합성을 막고, 수중의 산소용존률을 낮추어 수계의 자정능력을 상실하게 한다. 부영양화에 의해서 발생하는 녹조 및 적조는 수중에 산소공급을 차단하여 수중에 서식하는 어폐류를 폐사시킬 수 있다.
또한, 상수 원지에 적조 현상이 발생했을 경우에는 조류에 의한 이취미 문제가 발생하여 고도 정수처리를 해야 하며, 과다한 염소 소독으로 맹독성 물질인 트리할로메탄(THM)이 형성될 수 있다. 우리 나라의 경우 해마다 봄과 가을 연례행사인 녹조 및 적조 발생에 의하여 매년 수백억원의 피해가 발생되고 있어 효과적인 조류의 처리방법이 요구되고 있는 실정이다.
호수, 댐, 강 및 바다에 발생하는 녹조 및 적조 등의 조류를 제거하기 위해 공기를 이용한 부상분리장치가 탑재된 선박을 이용하여 조류를 제거하는 방법이 사용되고 있다.
선행기술문헌 한국특허공개 제2002-0005181호에 개시된 선박에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 가압탱크에 압축된 공기를 공급하는 컴프레서(31), 상기 가압펌프에 의하여 공급된 물과 상기 컴프레서(31)에 의해 압축된 공기를 혼합, 용해시키고 용존공기를 함유하는 가압수를 저장하는 가압탱크(32)가 선상(11)에 배치되는 구성이 개시되어 있다.
종래기술에서의 컴프레서(31)는 공기의 용해도를 높이기 위해 높은 압축용량을 가지는 대용량의 펌프를 사용하여야 하므로 부피 및 무게가 많이 나가는 문제점이 존재하고 있었다. 또한, 압축된 공기와 물이 보관되는 가압탱크(32)도 내부에서 공기가 물에 잘 용해될 수 있도록 대용량이어야 할 것이 요구되어 마찬가지로 부피 및 무게가 많이 나가게 되는 단점이 존재하고 있었다.
따라서, 컴프레서(31) 및 가압탱크(32)의 크기 및 무게로 인해 조류제거용 선박의 부피 및 중량도 함께 증가되어 이동성 및 작업효율이 떨어지는 단점이 존재하고 있다.
이러한 문제점은 특히, 대용량의 처리능력을 요구하는 경우 컴프레서 및 가압탱크의 크기 및 무게가 더 증대되어 선박의 이동성 및 작업효율이 급격하게 감소하게 된다. 특히, 유속이 빠른 하천이나, 넓은 영역에서 조류 제거처리작업을 하는 경우 선박의 이동성 및 작업효율저하는 더욱 심각하게 된다.
한편, 물속의 입자들의 충돌 이론에 의하면, 미세기포를 주입하여 입자를 제거하는데 가장 중요한 인자는 두 인자의 정전기적 특성과 크기이며, 그 중에서 정전기적인 특성이 더욱 중요하다고 알려져 있다.
물속의 입자는 대부분 음으로 하전되어 있는데, 종래의 수처리 방법에서 주입하는 미세기포 역시 음의 전하를 가지고 있다. 따라서, 종래에는 음전하를 띤 입자와 역시 음전하를 띤 기포를 충돌시켜야 하였기 때문에 효율이 떨어지거나, 전처리를 과다하게 하여야 하는 문제가 있었다.
또한, 부유 선광법에서 화학약품인 표면 흡착제를 사용하여 양전하를 띠는 미세기포를 인위적으로 만들어서 수처리의 효율을 증대하는 예가 알려져 있었으나, 음용수나 자연수계에서 표면 흡착제와 같은 화학약품을 사용하는 것은 수질을 오염시키고, 안전성을 해치는 것일 뿐만 아니라 처리 비용이 많이 드는 단점이 있었다.
한국특허공개공보 제2002-0005181호
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부상분리를 위한 장치가 소형화되어 무게가 가볍고 부피가 작아 흐름이 있는 하천이나 넓은 영역에서 효율적으로 조류를 제거 및 수질개선이 이루어지도록 하는, 양의 미세기포를 이용한 이동식 조류제거장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는, 호소를 따라 주행하는 선체; 상기 선체의 전단부에 구비되며, 양전하를 띠는 미세기포를 발생시켜 상기 입자성 슬러지를 호소 상부로 부상시키는 미세기포 발생부; 상기 미세기포 발생부에서 발생된 양전하를 띠는 미세기포에 의해 부상된 입자성 슬러지를 이동시키면서 모으는 스크래퍼 유닛; 상기 스크래퍼 유닛에 의해 모아지는 입자성 슬러지를 저장하는 슬러지 호퍼부; 상기 선체의 양측면에 선체의 길이방향을 따라 배치되어 선체를 수면으로 부상시키는 한 쌍의 부상부; 및 상기 미세기포 발생부 및 스크래퍼 유닛을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 미세기포 발생부는 물을 공급하는 순환펌프와 순환배관을 구비하는 물공급유닛; 상기 물공급유닛 토출측에 형성되고, 내부공간에 양극 전극판과 음극 전극판이 구비되어 상기 물공급유닛으로부터 공급받은 물을 전기분해시켜 양전하를 띠는 물을 생성하는 전해유닛; 상기 전해유닛의 토출측에 형성되어 외부 공기를 상기 전해유닛으로부터 연장된 순환배관 내부로 흡입시키는 인젝터유닛; 상기 인젝터유닛과 연결되어 압력차에 의해 외부 공기가 흡입될 수 있도록 흡기밸브가 구비된 공기공급유닛; 상기 인젝터유닛의 일측에 연결되어 인젝터유닛으로부터 배출되는, 공기 및 양전하를 띠는 물이 혼합된 혼합액을 공급받고, 공급받은 혼합액을 내부에 설치된 충돌판 또는 내벽에 충돌시켜 양전하를 띠는 미세기포를 형성하는 챔버유닛; 상기 챔버유닛으로부터 형성된 양전하를 띠는 미세기포를 호소 내로 분사시키는 기포분사유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 챔버유닛은 내부에 공간이 형성된 본체; 상기 본체의 하단 일측에 연결설치되어 본체 내부로 공기 및 양전하를 띠는 물이 혼합된 혼합액이 유입되도록 하는 유입구; 상기 유입구에 연결설치되어 유입구로 유입된 혼합액의 이동경로를 제공하는 유도부재; 상기 유도부재의 말단과 인접하게 설치되어 혼합액 유도부재를 통과한 혼합액이 충돌하여 양전하를 띠는 미세기포를 형성하는 충돌판; 상기 본체의 상부 일측에 연결 설치되어 충돌판에 의해 형성된 양전하를 띠는 미세기포를 포함하는 물이 배출되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 스크래퍼 유닛은 모터; 상기 모터에 연결되는 구동축; 상기 선체가 주행되는 방향을 따라 상기 구동축에 대해 이격되고 나란하게 배치되는 종동축; 상기 구동축 및 상기 종동축에 폐루프 형태로 결합되어 회전하는 체인; 상기 체인에 결합되어 상기 체인을 따라 이동되는 다수의 이동편; 상기 이동편에 결합되어 상기 이동편과 함께 이동되면서 넓은 표면적으로 슬러지를 이동시켜 상기 슬러지 호퍼부로 슬러지를 모으는 스크래퍼; 스크래퍼 유닛의 높낮이를 조절하기 위해 한 쌍의 부상부 내측면에 연직하게 설치된 다수의 승하강 레일; 상기 다수의 승하강 레일과 결합되어 상기 구동축이 승하강 레일을 따라 이동하는 롤러가 일측에 구비되고, 타측에는 상기 구동축이 결합되어 있는 브라켓; 및 상기 승하강 레일에 브라켓을 고정하기 위한 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 이동식 조류제거장치는 한 쌍의 부상부 내부에 공기 또는 물을 채워 선체의 수위를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 선체의 일측에 마련되어 상기 선체를 주행시키기 위한 동력을 발생시키는 동력발생부; 및 상기 선체의 후단부에 마련되어 상기 선체의 주행 방향을 조정하는 방향키를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 한 쌍의 부상부는 표면에 광촉매가 코팅되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 이동식 조류제거장치는 종래의 공기압축기 구동방식이 아닌, 초절전형 미세기포 발생부를 활용하여 부상처리에 필요한 양의 미세기포를 제공하게 되므로, 대용량의 가압탱크 및 컴프레서를 필요로 하는 종래의 조류제거 선박에 비해 크기가 작아지고, 무게가 감소하여 이동성이 개선되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 미세기포를 발생함에 있어서, 음전하를 갖는 이물질과의 부착력을 높일 수 있도록 전기분해를 이용하여 물에 양전하를 형성시키고, 형성된 양전하를 띠는 물과 공기를 고속 충돌방식을 사용하여 낮은 압력에서도 평균 직경 100 ㎛ 이하의 양전하를 띠는 초미세기포를 만들 수 있어, 이를 통해 흡착제의 사용 없이 미세기포와 오염물의 접촉효율 및 부상력을 높여 짧은 시간에 오염물을 효과적으로 처리하고, 잉여 미세기포가 부상된 부유물을 높은 농도로 농축시켜 슬러지 발생량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 조류제거용 선박에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 평면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 횡단면 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생부의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버유닛의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크래퍼 유닛의 이미지이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 평면 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 측면 개략도이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "호소"는 내륙의 와지에 있는 정수괴를 총칭하는 말로서 육수학적으로는 호수, 늪, 소택, 습원으로 분류되나 여기에서는 하천을 비롯하여 농업용 저수지, 친수용 호수공원, 골프장 내의 연못 등을 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 호소를 따라 주행하는 선체; 상기 선체의 전단부에 구비되며, 양전하를 띠는 미세기포를 발생시켜 상기 입자성 슬러지를 호소 상부로 부상시키는 미세기포 발생부; 상기 미세기포 발생부에서 발생된 양전하를 띠는 미세기포에 의해 부상된 입자성 슬러지를 이동시키면서 모으는 스크래퍼 유닛; 상기 스크래퍼 유닛에 의해 모아지는 입자성 슬러지를 저장하는 슬러지 호퍼부; 상기 선체의 양측면에 선체의 길이방향을 따라 배치되어 선체를 수면으로 부상시키는 한 쌍의 부상부; 및 상기 미세기포 발생부 및 스크래퍼 유닛을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 미세기포 발생부는 물을 공급하는 순환펌프와 순환배관을 구비하는 물공급유닛; 상기 물공급유닛 토출측에 형성되고, 내부공간에 양극 전극판과 음극 전극판이 구비되어 상기 물공급유닛으로부터 공급받은 물을 전기분해시켜 양전하를 띠는 물을 생성하는 전해유닛; 상기 전해유닛의 토출측에 형성되어 외부 공기를 상기 전해유닛으로부터 연장된 순환배관 내부로 흡입시키는 인젝터유닛; 상기 인젝터유닛과 연결되어 압력차에 의해 외부 공기가 흡입될 수 있도록 흡기밸브가 구비된 공기공급유닛; 상기 인젝터유닛의 일측에 연결되어 인젝터유닛으로부터 배출되는, 공기 및 양전하를 띠는 물이 혼합된 혼합액을 공급받고, 공급받은 혼합액을 내부에 설치된 충돌판 또는 내벽에 충돌시켜 양전하를 띠는 미세기포를 형성하는 챔버유닛; 상기 챔버유닛으로부터 형성된 양전하를 띠는 미세기포를 호소 내로 분사시키는 기포분사유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치에 관한 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 평면 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 횡단면 개략도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생부의 개략도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버유닛의 개략도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스크래퍼 유닛의 이미지이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 평면 개략도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동식 조류제거장치의 측면 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 조류제거장치는 선체(110), 미세기포 발생부(130), 스크래퍼 유닛(210), 슬러지 호퍼부(230), 한 쌍의 부상부(250), 동력발생부(260) 및 제어부(270)를 포함한다.
상기 선체(110)는 호소에 조류 발생하는 경우 능동적으로 대처하면서 조류를 제거하기 위한 선박의 몸체로, 선체의 이동에 있어서 유선형 구조인 것이 바람직하고, 물의 흐름이 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다면, 선체는 오른쪽에서 왼쪽으로 주행하면서 후술되는 슬러지 호퍼부(230)에 슬러지(S)를 수집한다.
또한, 상기 선체(110) 전단부에는 미세기포 발생부(130)가 배치되고, 후단부에는 방향키(300) 등이 배치될 수 있다.
상기 미세기포 발생부(130)는 선체(110) 전단부에 배치되어 미세기포 발생부 영역으로 흘러들어온 입자성 슬러지(S) 즉, 부유물을 양전하를 띠는 미세기포와 함께 응집시켜 호소 상부로 부상하도록 돕는다.
종래의 유사기술의 경우에는 공기압축기를 통해 압축된 공기로 미세기포를 발생시킴으로써 전력소비가 많이 소모되는 문제점뿐만 아니라, 상대적으로 호소내에 고압이 발생하였으나, 본 발명에서는 공기압축기를 전혀 사용하지 않으면서도 양전하를 띠는 미세한 기포를 발생시키게 되므로 상대적으로 저압의 조건을 형성할 수 있으며, 이로 인해 부상효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 미세기포 발생부(130)는 물을 공급하는 순환펌프(131)와 순환배관(132)을 구비하는 물공급유닛(133); 상기 물공급유닛 토출측에 형성되고, 내부공간에 양극 전극판(125a)과 음극 전극판(125b)이 구비되어 상기 물공급유닛(133)으로부터 공급받은 물을 전기분해시켜 양전하를 띠는 물을 생성하는 전해유닛(125); 상기 전해유닛의 토출측에 형성되어 외부 공기를 상기 순환배관(131) 내부의 물에 흡입시키는 인젝터유닛(134); 상기 인젝터유닛(134)과 연결되어 압력차에 의해 외부 공기가 흡입될 수 있도록 흡기밸브(135)가 구비된 공기공급유닛(136); 상기 인젝터유닛(134)의 일측에 연결되어 인젝터유닛으로부터 배출되는 공기와 양전하를 띠는 물을 공급받고, 공급받은 공기 함유 물을 내부에 설치된 충돌판(137) 또는 내벽에 충돌시켜 양전하를 띠는 미세기포를 형성하는 챔버유닛(138); 상기 챔버유닛(138)으로부터 형성된 양전하를 띠는 미세기포를 호소 내로 분사시키는 기포분사유닛(139)을 포함한다.
상기 미세기포 발생부의 물공급유닛(133)은 물(실선 화살표 표시)을 인젝터유닛(134)으로 공급하기 위해 순환펌프(131)와 순환배관(132)을 구비한다. 이때, 미세기포 형성용으로 공급되는 물은 호소 내의 물(호소수) 또는 수조에 저장된 물 등일 수 있고, 호소수를 사용할 경우에는 순환배관에 공지의 여과부재(미도시)를 구비하여 고형물이 여과된 호소수의 물을 공급할 수 있다.
상기 전해유닛(125)는 상기 물공급유닛으로부터 물을 공급받아 전기분해하여 물에 양전하를 부여하도록 일정량의 물이 공급되는 내부공간에 복수개의 양극판(125a), 음극 전극판(125b)을 구비한다. 이러한 전해유닛은 일측에는 물공급유닛의 순환배관이 연결되고, 타측에는 후술되는 인젝터유닛과 연결된 순환배관이 연결된다.
상기 양극 전극판 및 음극 전극판은 전해유닛의 내부에 처리수의 공급방향과 나란하게 일정간격을 두고 이격되어 외부로부터 전압이 인가되는 복수개의 금속판으로 이루어진다.
이러한 음극 전극판은 외부로부터 음극이 인가되고, 양극 전극판은 외부로부터 양극이 인가되어 양전하가 용출되어 이것이 양전하를 띤 미세기포를 만들 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 전극판들은 철, 알루미늄 또는 스테인레스 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉, 서로 일정간격을 두고 이격된 양극 전극판과 음극 전극판에 외부로부터 전압을 인가하여 양극 전극판에는 양극을 인가하고 음극 전극판에 음극을 인가하게 되면, 전기분해에 의하여 양극 음극판에서는 양전하가 용출되어 물에 양전하를 부여하게 된다.
이에 따라, 상기 양극 전극판을 철 소재로 형성한 경우에는 상기 양극 전극판 에서 하기 반응식 1에 의한 전기분해 화학반응이 일어난다.
[반응식 1]
Fe → Fe2 + + 2e-
Fe2 + → Fe3 + + e-
또한, 상기 양극 전극판을 알루미늄(aluminium)으로 형성한 경우에는, 양극 전극판의 주위에서 하기 반응식 2에 의한 전기분해 화학반응이 일어난다.
[반응식 2]
Al → Al3 + + 3e-
양극 전극판에 전압을 인가하게 되면, 전극판으로부터 양 전위를 가지는 금속 이온(철이온, 알루미늄이온)이 용출되고, 불용성의 금속 수산화물(수산화철, 수산화 알미늄 등)이 생성하게 된다.
상기 전해유닛은 상기 물공급유닛과 인젝터유닛 사이에 설치되는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 후술되는 인젝터유닛과 챔버유닛 사이에 설치될 수도 있다.
상기 인젝터유닛(134)은 상기 전해유닛으로부터 연장된 순환배관(132)과 연결되어 외부 공기(점선 화살표 표시)를 상기 순환배관 내부로 흡입시키는 구성으로, 저전력의 공기 흡입펌프를 구비하여 상기 순환배관(132) 내부로 공기를 주입할 수도 있으나, 본 발명에서는 바람직하게 자연흡입 방식을 사용하게 되며, 인젝터유닛을 통해 순환배관 내부의 압력을 떨어뜨림으로 외부의 공기가 흡입될 수 있도록 한다.
상기 인젝터유닛(134)은 점진적으로 안지름이 넓어지도록 형성되고, 일정 구간에 압력차에 의해 외부 공기가 흡입될 수 있도록 흡기밸브(135)가 구비된 공기공급유닛(136)과 연결되어, 상기 물공급유닛의 순환펌프(131)의 정지 내지는 시동 초기에는 상기 공기공급유닛의 흡기밸브(135)를 통해 외기가 순환배관(132) 내로 자연스럽게 흡입되도록 한다. 이때 상기 흡기밸브를 통해 흡입되는 공기의 양을 조절할 수 있으며, 이와 같은 구조를 통해 별도의 동력 없이도 공급되는 양전하가 부가된 물에 공기를 원활히 흡입시킬 수 있다.
상기 챔버유닛(138)은 상기 인젝터유닛(134)을 통해 흡입된 공기 및 양전하가 부가된 물이 혼합된 혼합액을 내벽(W) 또는 충돌판(137)에 고속으로 충돌시킴으로써, 공기 입자를 분쇄하여 미세기포를 발생시키면서 난류를 통해 양전하를 띠는 초미세기포(양의 미세기포)를 형성하는 구성이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 챔버유닛(138)으로는 내부에 공간이 형성된 본체(140); 상기 본체(140)의 하단 일측에 연결설치되어 본체 내부로 공기 및 양전하가 부가된 물이 혼합된 혼합액이 유입되도록 하는 유입구(141); 상기 유입구에 연결설치되어 유입구로 유입된 혼합액의 이동경로를 제공하는 유도부재(142); 상기 유도부재의 말단과 인접하게 설치되어 혼합액 유도부재를 통과한 혼합액이 충돌하여 양전하를 띠는 미세기포를 형성하는 충돌판(137); 상기 본체의 상부 일측에 연결 설치되어 충돌판에 의해 형성된 양전하를 띠는 미세기포를 포함하는 액체가 배출되는 배출구(143)를 포함한다.
상기 챔버유닛의 본체(140)는 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 길이방향으로 확장되고 내부에 공간이 형성된 원통형 형상으로 이루어질 수 있으며, 유입구(141)는 본체의 하단 일측에 연결설치되어 인젝터유닛(134) 측의 순환배관(132)과 연결되어 순환배관에서 유입된 공기 및 양전하를 띠는 물이 혼합된 혼합액을 공급받는다.
또한, 상기 챔버유닛의 유도부재(142)는 유입구를 통해 혼합액의 이동경로를 제공한다. 이때, 상기 혼합액 유도부재는 미세기포 발생부(130), 특정적으로 미세기포 발생부(130)의 본체 길이 방향을 따라 확장되도록 본체 내부에 구비된다. 특정 양태로서, 상기 혼합액 유도부재는 혼합액 유도부재 내부를 따라 이동하며 혼합액의 유속이 증가되도록 벤츄리관 형태일 수 있다.
또한, 상기 챔버유닛의 충돌판(137)은 상기 혼합액 유도부재(142)와 인접하도록 설치되어 혼합액 유도부재의 말단에서 배출되는 혼합액이 충돌하며 양전하를 띠는 미세기포를 형성하도록 한다. 이때, 상기 충돌판은 혼합액 유도부재의 말단 직경보다 큰 면적을 갖는 형태를 가질 수 있다. 여기서, 상기 공기와 양전하를 띠는 물의 용이한 접촉을 위해 충돌판은 혼합액과 충돌하는 부분이 볼록하게 뛰어나온 형태 또는 오목하게 만곡된 형태로 형성될 수 있다.
상기 충돌판과 충돌하는 혼합액은 상기 충돌로 인해 미세 기포화되어 혼합액에 포함된 공기가 양전하를 띠는 물로 용해되고, 이후, 양전하를 띠는 미세기포가 분산된 물은 상기 본체의 상부 일측에 연결 설치된 배출구(143)를 통해 호소 내로 분산된다.
상기 챔버유닛 내에서 1.8kgf/cm2 수준의 저압으로 토출된 양전하를 띠는 미세기포가 분산된 물은 호소수 내에서 상압으로 압력이 전환되며, 이러한 압력차에 의해 과용해된 기체가 양전하를 띠는 미세기포의 생성을 촉진하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 이동식 조류제거장치는 도 7 및 8에 나타난 바와 같이, 미세기포 발생부(130) 전단에 응집제 투입부(120)를 추가로 구비하여 호소 내로 응집제를 투입시킬 수 있다. 상기 응집제는 부유물질이나 조류를 응집시키려는 콜로이드의 하전을 중화하는 능력과 콜로이드 입자를 상호 결합시키는 가교 능력을 가진 물질로서, 전자는 피응집 콜로이드와 반대 하전을 가진 이온이어야 하고, 후자는 고분자 물질이 될 수 있어야 한다. 따라서 이 두 가지 조건을 구비한 것을 응집제로 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 광범위하게 사용되고 있는 양전하 물질은 쉽게 가수분해되어 (+) 하전의 수산화물 폴리머를 형성하는 금속염 또는 합성고분자, 천연고분자, 예를 들어 알루미늄염, 철염, 키토산, 폴리아크릴아마이드 등이 사용될 수 있다.
또한, 응집제는 호소의 부유 물질이나 조류의 농도에 따라 0.5 내지 25 ppm의 농도가 유지되도록 공급되는 것이 바람직한데, 농도가 0.5 ppm 미만일 경우 음전하를 띠고 있는 조류나 부유 물질이 다량 존재함에 따라 응결 및 응집 현상이 일어나지 않아 본 발명의 기술적 사상에 접근할 수 없으며, 농도가 25 ppm을 초과할 경우에는 철 또는 알루미늄의 무기응집제가 강산을 띠고 있음에 따라 처리 후 호소수의 산도가 산성을 띠게 되어 호소의 수질생태계 보호를 위해 반드시 중화를 시켜야 하는 단점이 있게 된다. 이뿐만 아니라 처리 후 과잉으로 공급된 알루미늄 또는 철의 성분이 용출될 수 있어 알루미늄 또는 철의 중금속에 의해 수질이 악화될 가능성이 커지게 된다. 따라서 호소에 발생한 조류를 정화하기 위해서는 상기 농도의 응집제를 공급하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에서는 거대한 네트워크를 형성시켜 보다 큰 플록이 형성될 수 있도록 응집제로, 아크릴아마이드계의 고분자 응집제를 사용하거나, 응집보조제를 추가로 사용할 수 있다.
본 발명에서 무기성 보조응집제 또는 유기성 보조응집제가 사용될 수 있고, 유기성 보조응집제인 경우에는 한천, 전분, 젤라틴(Gelatin)이 1종 이상 포함될 수 있으며, 무기성 보조응집제는 점토와 활성규사 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
이러한 응집제 투입부(120)는 약품탱크(121), 응집제 투입라인(122) 및 응집제 이송펌프(123)를 포함한다.
상기 약품탱크(121)는 내부에 응집제가 수용되며, 교반기(미도시)가 설치되고, 응집제마다 별도로 다수의 약품탱크를 구비할 수 있으며, 상기 약품탱크에 수용된 응집제는 호소 내로 응집제 투입라인(122)을 통해 공급되고, 응집제의 투입비율은 조류의 농도와 호소의 상태변화에 따른 적합한 운영지침을 반영하여 응집제 이송펌프(123)로 조절하여 투입할 수 있다. 상기 응집제 이송펌프의 제어는 후술되는 제어부(270)를 통해 구동제어되는 정량 다이어프램식 펌프로 구성된다.
이후 상기 응집제 투입부(120)에서 호소 내로 투입된 응집제로 인해 호소수의 용존성 물질(조류)를 입자성 슬러지로 형성시키면, 상기 응집제 투입부의 후단부에 배치된 미세기포 발생부(130)에서는 미세기포를 발생시켜 응집된 입자성 슬러지를 효과적으로 호소 상부로 부상시킨다.
본 발명에 있어서, 스크래퍼 유닛(210)은 미세기포 발생부에서 발생된 양전하를 띠는 미세기포에 의해 부착되어 부상되는 상기 입자성 슬러지를 이동시키면서 모으는 구성으로, 호소 수위에 따라 높낮이를 조절할 수 있다.
이러한 스크래퍼 유닛(210)은 모터(211); 상기 모터에 연결되는 구동축(212); 상기 선체가 주행되는 방향을 따라 상기 구동축에 대해 이격되고 나란하게 배치되는 종동축(213); 상기 구동축 및 상기 종동축에 폐루프 형태로 결합되어 회전하는 체인(214); 상기 체인에 결합되어 상기 체인을 따라 이동되는 다수의 이동편(215); 상기 이동편에 결합되어 상기 이동편과 함께 이동되면서 넓은 표면적으로 슬러지를 이동시켜 상기 슬러지 호퍼부로 슬러지를 모으는 스크래퍼(216); 스크래퍼 유닛의 높낮이를 조절하기 위해 한 쌍의 부상부 내측면에 연직하게 설치된 다수의 승하강 레일(217); 상기 다수의 승하강 레일과 결합되어 상기 구동축이 승하강 레일을 따라 이동하는 롤러(218)가 일측에 구비되고, 타측에는 상기 구동축이 결합되어 있는 브라켓(219); 및 상기 승하강 레일에 브라켓을 고정하기 위한 고정부재(220)를 포함한다.
이에, 모터(211)가 동작되어 구동축(212)이 회전되면 체인(214)에 의해 종동축(213)도 함께 회전되며, 스크래퍼(216)들이 이동편(215)과 함께 체인(214)을 따라 이동되면서 부상되는 슬러지를 슬러지 호퍼부(230)로 이동시킨다. 따라서 슬러지 호퍼부(230)에 슬러지가 모아질 수 있게 되며, 모아진 슬러지는 후술되는 탈수부(280)를 통해 탈수시켜 폐기처리된다.
이때, 상기 스크래퍼 유닛(210)의 높낮이 조절은 후술되는 한 쌍의 부상부(250) 내측면에 연직하게 설치된 승하강 레일(217)에 구동축(212)과 일측이 결합된 브라켓의 롤러(218)가 호소의 수위에 맞추어 승하강 레일을 따라 이동시켜 스크래퍼 유닛의 높낮이를 조절하면 고정부재를 이용하여 상기 브라켓(219)을 승하강 레인(217)에 고정시켜 조절한다. 상기 고정부재(220)는 브라켓의 이동을 방지할 수 있는 통상의 부재라면 제한 없이 사용 가능하고, 일 예로, 고정볼트 등일 수 있다.
슬러지 호퍼부(230)는 스크래퍼 유닛(210)에 의해 모아지는 슬러지가 저장되는 장소로, 후술되는 한 쌍의 부상부(250)의 내측 테두리를 따라 배치되되, 전후면은 수위보다 낮고 측면은 상기 수위보다 높게 배치된다. 이로 인해, 이동식 조류제거장치의 내측으로는 물이 통과될 수 있는 유로를 형성할 수 있으며, 이에 따라 전단부에 설치되어 있는 미세기포 발생부(130)를 거친 물과 슬러지가 부상되어 스크래퍼 유닛(210)에 의해 이동되면서 슬러지 호퍼부(230)로 모아진다.
이때, 상기 슬러지 호퍼부(230)가 스크래퍼 유닛과의 거리가 먼 경우에는 도 7 및 8에 나타난 바와 같이, 스크래퍼 유닛에 의해 모아지는 슬러지를 이송시킬 수 있는 이송컨베이어(231)을 추가로 구비할 수 있다. 상기 이송컨베이어(231)는 슬러지를 이송시킬 수 있는 이송컨베이어 형태이면 제한 없이 적용 가능하고, 배수 구멍이 상하로 관통형성되어 탈수처리되면서 스크래퍼 유닛에 의해 모아지는 슬러지를 슬러지 호퍼부로 컨베이어 회전하면서 이송시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이동식 조류제거장치는 슬러지 호퍼부(230)에 의해 수집된 슬러지를 탈수시켜 슬러지 케익을 생성하는 탈수부(280)와 상기 탈수부에서 탈수된 슬러지 케익을 저장하는 슬러지 저장탱크(290)를 탑재한다. 상기 탈수부(280)는 슬러지 호퍼부에서 수집한 슬러지를 내부로 흡입하여 탈수 농축시키는 공지의 슬러지 탈수장치면 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 한 쌍의 부상부(250)는 선체의 양측면에 선체의 길이 방향을 따라 배치되어 선체를 수면으로 부상시키는 역할을 한다. 상기 부상부는 선체를 수면으로 부상시킬 수 있는 부상체 부재라면 제한 없이 사용 가능하고, 일 예로는 부상부 내부에 수면위에 선체의 부상을 위해 공기, 물, 가스 등이 채워질 수 있다.
본 발명의 이동식 조류제거장치는 선체의 수위를 조절하기 위해 한 쌍의 부상부 내부에 공기 또는 물을 채우거나, 제거하여 선체의 수위를 조절할 수 있다. 만약, 제거되는 슬러지의 양이 많거나, 호수의 수위가 높아진 경우에는 부상부에 공기를 주입하거나, 물을 제거하여 선체 수위를 조절할 수 있고, 호수의 수위가 낮아진 경우에는 부상부에 물을 주입하거나, 공기를 제거하여 선체 수위를 조절할 수 있다.
또한, 한 쌍의 부상부(250)는 표면에 광촉매가 코팅되어 있어, 조류, 호소의 오염물이 부상부 표면에 들러붙어 선체의 이동을 방해하는 것을 방지하고, 부상부가 오염되는 것을 억제할 수 있다. 이때, 상기 광촉매로는 셀프-크리닝(self cleaning) 가능한 광촉매라면 제한 없이 사용 가능하고, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2SrTiO3, KTaO3, ZnSCdSe, GaP, CdTe, MoSe2, WSe2 등일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이동식 조류제거장치는 병렬로 다수개 배치될 수 있도록, 상기 한 쌍의 부상부 외측면에 다른 부상부와 체결 가능하도록 체결유닛(미도시)이 구비될 수 있다. 이에, 대용량의 조류제거 작업이 요구되는 경우에도 이동식 조류제거장치를 병렬로 다수개 배치하여 효과적으로 활용할 수 있고, 그 배치 개수로는 조류 형성 범위와 장치의 크기 등에 따라 조절할 수 있으며, 바람직하게는 2 ~ 5일 수 있다.
한편, 동력발생부(260)는 주행용 모터(미도시)와, 주행용 모터에 직결되는 감속기어(미도시)와, 감속기어에 연결되어 회전되는 주행용 수차(미도시)와, 주행용 수차의 외부를 덮어 커버하는 안전커버(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 동력 발생부는 선체의 양측에 상호간 대칭되게 마련될 수 있다.
제어부(270)는 외부로부터 전원을 공급받아 본 발명의 이동식 조류제거장치에 전원을 공급하며 전기적인 제어를 하는 제어반으로서 특히 상기 미세기포 발생부, 스크래퍼 유닛 등의 On/Off 제어를 비롯하여 이동식 조류제거장치의 운전을 제어한다. 또한, 추가로 구비될 수 있는 응집제 투입부의 응집제 투입비율 제어를 위해 상기 제어부는 인터페이스부를 구비하여 약품의 투입률을 관리자로부터 입력받고, 이에 대응하여 응집제의 투입이 이루어지도록 이미 프로그래밍 된 시간에 따라 응집제 투입부의 응집제 이송펌프(123)를 제어할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 이동식 조류제거장치의 작동에 대해 간략하게 설명한다.
본 발명에 따른 이동식 조류제거장치는 물의 흐름이 왼쪽에서 오른쪽으로 진행될 경우, 오른쪽에서 왼쪽으로 주행하며, 물의 흐름에 기초하여 부상된 슬러지(S)를 최종적으로 슬러지 호퍼부(230)에 수집한다. 즉, 이동식 조류제거장치가 주행하면서, 미세기포 발생부(130)에서 생성된 양전하를 띠는 미세기포를 호소내에 분산시키면, 호소내의 음전하를 갖는 슬러지(이물질)들이 양전하를 띠는 미세기포에 부착되어 호소 상부로 부상하게 된다.
이때, 선택적으로 응집제 투입부(120)로부터 응집제가 호소 내로 투입되면, 호소 내의 질소, 인, 기타 부유물질(SS) 등의 슬러지와 결합하면서 음전하를 갖는 이온 담체로 성장하고, 성장된 음전하를 갖는 이온담체는 양전하를 띠는 미세기포에 부착되어 더욱 효과적으로 슬러지를 부상시킬 수 있어 투입되는 응집제의 투입량도 현저히 줄일 수 있다.
한편, 스크래퍼 유닛(210)의 모터(211)가 작동되면, 스크래퍼(216)가 이동편(215)과 함께 체인(214)을 따라 이동되면서 호소 상부로 부상된 슬러지를 슬러지 호퍼부(230)로 수집하고, 상기 슬러지 호퍼부(230)에 수집된 슬러지는 탈수 후 폐처리된다.
이와 같은 구조와 동작을 갖는 본 실시예에 따르면, 부영양화된 호소 또는 하천에서 발생된 조류를 신속하고 효율적으로 제거할 수 있도록 함으로써, 양질의 수자원 확보와 안락하고 쾌적한 친수 공간을 창출하여 국민 건강에 이바지할 수 있게 된다.
기존의 조류 제거기술은 호소 내에서 응집/침전을 이용하여 침전시키는 기술이 주로 적용되어 왔는데, 이 경우 호소의 바닥에 침전된 조류 및 침전 슬러지는 혐기성 환경이 되면 인(P)이 재용출되어 부영양화를 가속화시키는 단점이 있었다. 또한, 호소의 수질을 개선시키기 위해서 호소 외부의 처리장치에 호소 내 물을 유입시켜 순환처리 하는 방법이 적용되고 있으나, 처리시간이 오래 걸리고, 물순환을 위한 동력 소요가 많아 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
하지만, 본 발명의 이동식 조류제거장치는 기존 기술과는 달리 호소 내에서 발생된 조류를 제거하면서 동시에 조대쓰레기의 분리 및 수질도 개선할 수 있기 때문에 수질개선 효과도 뛰어나다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 선체 120 : 응집제 투입부
121 : 약품탱크 122 : 응집제 투입라인
123 : 응집제 이송펌프 125 : 전해유닛
130 : 미세기포 발생부 131 : 순환펌프
132 : 순환배관 133 : 물공급유닛
134: 인젝터유닛 135 : 흡기밸브
136 : 공기공급유닛 137 : 충돌판
138 : 챔버유닛 139 : 기포분사유닛
140 : 본체 141 : 유입구
142 : 유도부재 143 : 배출구
210 : 스크래퍼 유닛 211 : 모터
212 : 구동축 213 : 종동축
214 : 체인 215 : 이동편
216 : 스크래퍼 217 : 승하강 레일
218 : 롤러 219 : 브라켓
220 : 고정부재 230 : 슬러지 호퍼부
231 : 이송컨베이어 250 : 한 쌍의 부상부
260 : 동력 발생부 270 : 제어부
280 : 탈수부 290 : 슬러지 저장탱크
300 : 방향키

Claims (7)

  1. 호소를 따라 주행하는 선체;
    상기 선체의 전단부에 구비되며, 양전하를 띠는 미세기포를 발생시켜 상기 입자성 슬러지를 호소 상부로 부상시키는 미세기포 발생부;
    상기 미세기포 발생부에서 발생된 양전하를 띠는 미세기포에 의해 부상된 입자성 슬러지를 이동시키면서 모으는 스크래퍼 유닛;
    상기 스크래퍼 유닛에 의해 모아지는 입자성 슬러지를 저장하는 슬러지 호퍼부;
    상기 선체의 양측면에 선체의 길이방향을 따라 배치되어 선체를 수면으로 부상시키는 한 쌍의 부상부; 및
    상기 미세기포 발생부 및 스크래퍼 유닛을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 미세기포 발생부는 물을 공급하는 순환펌프와 순환배관을 구비하는 물공급유닛; 상기 물공급유닛 토출측에 형성되고, 내부공간에 양극 전극판과 음극 전극판이 구비되어 상기 물공급유닛으로부터 공급받은 물을 전기분해시켜 양전하를 띠는 물을 생성하는 전해유닛; 상기 전해유닛의 토출측에 형성되어 외부 공기를 상기 전해유닛으로부터 연장된 순환배관 내부로 흡입시키는 인젝터유닛; 상기 인젝터유닛과 연결되어 압력차에 의해 외부 공기가 흡입될 수 있도록 흡기밸브가 구비된 공기공급유닛; 상기 인젝터유닛의 일측에 연결되어 인젝터유닛으로부터 배출되는, 공기 및 양전하를 띠는 물이 혼합된 혼합액을 공급받고, 공급받은 혼합액을 내부에 설치된 충돌판 또는 내벽에 충돌시켜 양전하를 띠는 미세기포를 형성하는 챔버유닛; 상기 챔버유닛으로부터 형성된 양전하를 띠는 미세기포를 호소 내로 분사시키는 기포분사유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버유닛은 내부에 공간이 형성된 본체; 상기 본체의 하단 일측에 연결설치되어 본체 내부로 공기 및 양전하를 띠는 물이 혼합된 혼합액이 유입되도록 하는 유입구; 상기 유입구에 연결설치되어 유입구로 유입된 혼합액의 이동경로를 제공하는 유도부재; 상기 유도부재의 말단과 인접하게 설치되어 혼합액 유도부재를 통과한 혼합액이 충돌하여 양전하를 띠는 미세기포를 형성하는 충돌판; 상기 본체의 상부 일측에 연결 설치되어 충돌판에 의해 형성된 양전하를 띠는 미세기포를 포함하는 물이 배출되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크래퍼 유닛은 모터; 상기 모터에 연결되는 구동축; 상기 선체가 주행되는 방향을 따라 상기 구동축에 대해 이격되고 나란하게 배치되는 종동축; 상기 구동축 및 상기 종동축에 폐루프 형태로 결합되어 회전하는 체인; 상기 체인에 결합되어 상기 체인을 따라 이동되는 다수의 이동편; 상기 이동편에 결합되어 상기 이동편과 함께 이동되면서 넓은 표면적으로 슬러지를 이동시켜 상기 슬러지 호퍼부로 슬러지를 모으는 스크래퍼; 스크래퍼 유닛의 높낮이를 조절하기 위해 한 쌍의 부상부 내측면에 연직하게 설치된 다수의 승하강 레일; 상기 다수의 승하강 레일과 결합되어 상기 구동축이 승하강 레일을 따라 이동하는 롤러가 일측에 구비되고, 타측에는 상기 구동축이 결합되어 있는 브라켓; 및 상기 승하강 레일에 브라켓을 고정하기 위한 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이동식 조류제거장치는 한 쌍의 부상부 내부에 공기 또는 물을 채워 선체의 수위를 조절하는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선체의 일측에 마련되어 상기 선체를 주행시키기 위한 동력을 발생시키는 동력발생부; 및 상기 선체의 후단부에 마련되어 상기 선체의 주행 방향을 조정하는 방향키를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 부상부는 표면에 광촉매가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전해유닛의 음극 전극판과 양극 전극판은 철, 알루미늄, 스테인레스 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이동식 조류제거장치.
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