KR20180095204A - 수질정화용 폭기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 이중관의 폭기장치가 호수나 하천 또는 연안해역 등 정체된 수역에 설치됨으로써, 표층수와 심층수가 섞일 수 있도록 물을 유동시켜 수질을 개선함과 동시에 용존산소량의 확산 및 증가되어 수질이 획기적으로 개선될 수 있는 수질정화용 폭기장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 수면에 떠있는 부력수단을 통해 지지되는 모터부가 설치되며, 상기 모터부의 하부에 축방향으로 소정의 길이를 가지는 중공의 이중관으로 설치되고, 상기 이중관중 어느 하나의 제1유도관에서는 유입된 에어가 수중에 확산 배출되며, 다른 하나의 제2유도관에서는 표층수가 유입되어 배출 순환되는 것을 특징으로 한다.

Description

수질정화용 폭기장치{AERATOR FOR WATER PURIFICATION}

본 발명은 수질정화용 폭기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공하천 및 수로의 수질 개선이 효과적으로 이루어질 수 있는 수질정화용 폭기장치에 관한 것이다.

일반적으로 오폐수처리장, 양식장 등과 같이 수질 개선이 필요한 곳이나, 수질이 오염되지 않도록 유지될 필요가 있는 인공하천과 같은 곳에는 수중 용존산소량(disolved oxygen)을 높일 수 있도록 폭기(曝氣 , aeration) 장치가 설치된다.

종래의 정화조용 폭기장치의 한 예로서, 미국 특허 제5,194,144호, 제5,951,867호 및 제6,245,237호에 개시된 정화조용 폭기장치에서, 공기는 샤프트의 상부 단부에서 유입하여 프로펠러에 인접하여 유출되고, 프로펠러는 폐수 내에서 고속 회전에 의해 공기를 대기로부터 샤프트를 따라 이동하여 작은 기포들로서 물에 주입된다.

즉, 상기 폭기장치는 기포를 생성하고 이동시키기 위해 프로펠러로서 폐수를 교반하게 되는 것이다.

또한, 미국특허 제6,461,500호 및 제6,884,353호에 개시된 정화조용 폭기장치는 모터에 의해 구동되는 임펠러와, 임펠러 및 모터 사이에 위치하고 일련의 동심 개구들을 갖는 공기판을 포함하고, 공기는 임펠러가 모터에 의해 회전함에 따라 공기판의 개구를 통해 폐수로 주입된다.

여기서 미국특허 제6,461,500호 및 제6,884,353호의 폭기장치는 공기판의 개구가 쉽게 막히고, 임펠러의 균형을 잡는 것이 어려울 뿐만 아니라 상기 결과에 따라 일어나는 진동으로 모터가 쉽게 고장 나고, 더 큰 부압을 얻기 위해 임펠러의 피치를 증가시키는 데 한계가 있으며, 공기가 멀리 확산되지 못하는 단점이 있었다.

또, 다른 종래기술로는 등록특허 제10-605036호(수질정화 폭기장치 시스템)가 있다.

상기 문헌의 기술은, 물 유입구를 가지는 물유입덕트와, 물유입덕트에 연결된 제1수관과, 물토출구를 가지며 제1수관에 연결된 복수의 제2수관과, 수중의 물을 상기 물유입덕트와 제1수관과 제2수관들을 차례로 유동시키기 위한 펌프와, 대기 중에 배치된 공기유입구를 가지는 공기유입덕트와, 공기유입덕트에 연결된 제1공기관과, 상기 제2수관의 물토출구에 인접되게 배치된 공기토출구를 가지며 상기 제1공기관에 연결된 복수의 제2공기관을 구비하여, 상기 공기유입덕트의 공기유입구와 상기 제2공기관의 공기토출구 사이의 압력차에 의해 대기 중의 공기를 수중으로 토출되고, 제1수관으로부터 배출된 물을 상기 복수의 제2수관들로 균일하게 분배될 수 있도록, 상기 제1수관과 제2수관들 사이에 배치되어 그 제1수관과 제2수관들에 접속되며 내부로 유입되는 물을 일시적으로 저장 가능한 제1수압밸런스탱크를 구비하는 것이 특징이다.

상기 문헌의 기술은 대기 중의 공기와 물을 함께 토출함으로써 기포를 생성하여 수질이 개선되도록 한 것으로, 이 경우에는 물과 함께 공기를 고압으로 토출하는 데에 그치고 있어 미세기포를 발생시키는 효율이 낮고, 아울러 미세기포가 발생하더라도 쉽게 주변 기포와 뭉쳐지면서 큰 기포가 되며, 그 결과 용존산소량을 증가시키는 데에는 효율이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 에어를 공급할 수 있는 제1유도관과, 제1유도관의 외측으로 물을 순환시킬 수 있는 제2유도관으로 구성된 이중관의 폭기장치가 호수나 하천 또는 연안해역 등 정체된 수역에 설치됨으로써, 표층수와 심층수가 섞일 수 있도록 물을 유동시켜 수질을 개선함과 동시에 용존산소량이 확산 및 증가되어 수질이 획기적으로 개선될 수 있는 수질정화용 폭기장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 수면에 떠있는 부력수단을 통해 지지되는 모터부가 설치되며, 상기 모터부의 하부에 축방향으로 소정의 길이를 가지는 중공의 이중관으로 설치되고, 상기 이중관중 어느 하나의 제1유도관에서는 유입된 에어가 수중에 확산 배출되며, 다른 하나의 제2유도관에서는 표층수가 유입되어 배출 순환되는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1유도관의 외측으로 제2유도관이 설치되는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1유도관에는, 상부측에 적어도 하나 이상의 에어유입홀이 형성되고, 상기 에어유입홀를 통해 유입된 에어는 하단에 설치되는 제1임펠러를 통해 원주 방향으로 배출되며, 상기 제2유도관에는, 수중의 표층수가 유입되도록 적어도 하나 이상의 표층수유입홀이 형성되고, 상기 표층수유입홀을 통해 유입된 표층수는 하단에 설치되는 제2임펠러를 통해 원주 방향으로 배출되는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1임펠러의 상측에 제2임펠러가 근접하여 적층 설치되는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1임펠러와 상기 제2임펠러는, 방사형으로 유입된 에어나 표층수가 원심력에 의해 원주 방향으로 배출되는 것이다.

본 발명에 의한 수질정화용 폭기장치에서는, 에어를 공급할 수 있는 제1유도관과, 제1유도관의 외측으로 물을 순환시킬 수 있는 제2유도관으로 구성된 이중관의 폭기장치가 구비되어 표층수와 심층수가 섞일 수 있도록 물을 유동시킬 뿐만 아니라 수중에 용존산소량을 확산 및 증가시킴으로써, 수질이 개선되고 적조 발생이 방지되는 효과가 있다.

또한, 제1,2 유도관 각각에 에어와 물이 배출될 수 있는 임펠러가 설치되어 와류에 의한 물의 유동 속도 증가로 보다 높은 물의 순환효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치의 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치에서 임펠러의 확대도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

여기서 도 1은 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치에서 임펠러의 확대도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치는, 크게, 모터부(10)와 모터부(10)로부터 축연결되는 제1유도관(30) 및 제2유도관(40)의 이중관과, 각 제1,2유도관(30)(40)의 단부에 설치되어 각각 에어와 표층수를 배출하는 제1임펠러(32)와 제2임펠러(42)로 구성될 수 있다.

먼저, 모터부(10)는 바람직하게 고정압을 모터권선에 직접 공급하여 일방향으로 회전시키는 교류 전원모터가 사용되며, 더욱 바람직하게는 1.5~3.0 Kw 정도의 용량이면 가능할 수 있다.

모터부(10)는 부력수단(20)을 통해 수면에 떠있을 수 있으며, 이 부력수단(20)은 수면상에 뜰 수 있는 소재로, 공기가 포함된 플라스틱 부력부재, 스티로폼 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 모터부(10)를 띄울 수 있는 것이면 어떠한 수단이라도 적용 가능하다,

부력수단(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 3개가 모터부(10)를 중심으로 균형을 이루도록 배치되어 좌초되는 일없이 안정적으로 수면상에 부유될 수 있도록 한다.

더 나아가 모터부(10)와 부력수단(20)에는 미도시된 별도의 커버부재가 장착되어 모터부(10)의 방수는 물론, 조명장치 등이 설치되어 미관이 향상될 수 있다.

그리고 모터부(10)의 하부측으로 소정의 길이를 가지는 중공의 제1유도관(30)과 제2유도관(40)이 축방향으로 설치될 수 있다.

중공의 유도관 중 제1유도관(30)에는 유입된 에어가 수중에 확산 배출될 수 있도록 하며, 제2유도관(40)에서는 표층수가 유입되어 배출 순환이 이루어지는 것이다.

여기서 제1유도관(30)의 외측으로 제2유도관(40)이 설치되는 것이 바람직하나, 제2유도관(40)의 외측으로 에어가 배출되는 제1유도관(30)이 설치될 수도 있다.

제1유도관(30)의 상부측 즉, 수면에 잠기지 않는 곳에 적어도 하나 이상의 에어유입홀(31)이 형성되어 강제 회전에 따라 4L/sec~6L/sec 정도의 에어가 유입될 수 있다.

그리고 제1유도관(30)의 하단에는 원판 형태의 제1임펠러(32)가 설치될 수 있으며, 제1임펠러(32)는 상판(32a)과 하판(32b)의 사이에 격판(32c)이 방사형으로 배치되어 원심력에 의해 원주 방향으로 에어가 배출될 수 있고, 더욱이 격판(32c)은 에어의 크기를 작게 분쇄하여 에어의 입자 크기를 2.5mm이하로 유지하여 마이크로 버블(1~2.5mm) 형식으로 용전될 수 있는 단면적을 확보할 수 있다.

제2유도관(40)은, 상부측 즉, 수면에 잠긴 부분에 적어도 하나 이상의 표층수유입홀(41)이 형성되어 강제 회전에 따라 2.5L/sec~3L/sec 정도의 표층수가 유입될 수 있으며, 표층수 유입에 따른 순환대류는 시간당 10톤의 유량 흐름을 확보할 수 있어야 한다.

그리고 제2유도관(40)의 하단에는 원판 형태의 제2임펠러(42)가 설치될 수 있으며, 바람직하게 제1임펠러(32)의 상측에 제2임펠러(42)가 근접하여 적층 설치되는 것이다.

제2임펠러(42)는 제1임펠러(32)와 동일 형상과 형태로 제작되고, 그 크기는 제1임펠러(32)와 동일하거나 작을 수 있다.

이러한 제1임펠러(32)와 제2임펠러(42)의 수중 깊이는 대개 1~2m에 위치하나, 수심이 깊은 곳일수록 위치는 보다 깊게 위치될 수 있다.

이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 수질정화용 폭기장치의 작용은, 다시 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한다.

모터부(10)에 전원이 인가되면, 구동이 시작됨과 동시에 이중관의 제1유도관(30)과 제2유도관(40)이 같이 회전이 이루어지게 된다.

따라서 제1유도관(30)과 일체로 설치된 제1임펠러(32)의 회전으로 대기중의 에어가 에어유입홀(31)을 통해 유입되고, 대기의 에어는 중공의 제1유도관(30)을 따라 하방으로 이동하여 회전하는 제1임펠러(32)의 격판(32c) 사이로 배출하게 된다.

에어는 격판(32c) 사이를 통해 배출되면서 작게 분쇄되어 마이크로 버블로 확산 배출될 수 있다.

여기서 마이크로 버블은 초극미한 거품으로 물과 에어를 격렬하게 회전시키면서 수면으로 0.1cm/sec의 비교적 느린 속도로 상승되며, 이때 버블들이 수면에 다다르기 전에 수중에서 압력에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생함과 동시에 버블이 수질 정화 역할을 하게 된다.

바람직하게 제1임펠러(32)의 사용시 3,600리터/Kw의 에어로 용존산소는 15~18%를 유지하도록 하며, 이때 필요한 산소량은 150g/Kw가 송출될 수 있다.

그리고 제2유도관(40) 역시 제2임펠러(42)의 회전으로 수중의 표층수가 표층수유입홀(41)을 통해 유입되고, 유입된 표층수는 중공의 제2유도관(40)을 따라 이동하여 회전하는 제2임펠러(42)를 통해 배출될 수 있다.

배출된 표층수는 심층수와 만나 밀도가 증대되고, 증대된 밀도에 의해 상대적으로 밀도가 낮은 상측으로 이동하여 대류 현상이 나타나게 된다.

더욱이 표층수의 대류 현상에 의하여 제1임펠러(32)에서 배출되는 에어의 확산 정도를 증대시켜서 용존산소량의 증가로 수질 개선이 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수질정화용 폭기장치에 의하면, 에어를 공급할 수 있는 제1유도관과, 제1유도관의 외측으로 물을 순환시킬 수 있는 제2유도관으로 이루어진 이중관의 폭기장치가 구비되어 표층수의 물과 심층수의 물이 섞일 수 있도록 물을 유동시킬 뿐만 아니라 수중에 용존산소량을 확산 및 증가시킴으로써, 수질이 개선되고 적조 발생이 방지될 수 있다.

또한, 제1,2 유도관 각각에 임펠러가 설치되어 와류를 이용하여 물의 유동 속도가 빨라 보다 높은 물의 순환효과를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

10 : 모터부 20 : 부력수단
30 : 제1유도관 31 : 에어유입홀
32 : 제1임펠러 40 : 제2유도관
41 : 표층수유입홀

Claims (5)

1. 수면에 떠있는 부력수단을 통해 지지되는 모터부가 설치되며,
   상기 모터부의 하부에 축방향으로 소정의 길이를 가지는 중공의 이중관으로 설치되고, 상기 이중관중 어느 하나의 제1유도관에서는 유입된 에어가 수중에 확산 배출되며, 다른 하나의 제2유도관에서는 표층수가 유입되어 배출 순환되는 것을 특징으로 하는 수질정화용 폭기장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1유도관의 외측으로 제2유도관이 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화용 폭기장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1유도관에는,
   상부측에 적어도 하나 이상의 에어유입홀이 형성되고,
   상기 에어유입홀를 통해 유입된 에어는 하단에 설치되는 제1임펠러를 통해 원주 방향으로 배출되며,
   상기 제2유도관에는,
   수중의 표층수가 유입되도록 적어도 하나 이상의 표층수유입홀이 형성되고,
   상기 표층수유입홀을 통해 유입된 표층수는 하단에 설치되는 제2임펠러를 통해 원주 방향으로 배출되는 것을 특징으로 하는 수질정화용 폭기장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1임펠러의 상측에 제2임펠러가 근접하여 적층 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화용 폭기장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1임펠러와 상기 제2임펠러는,
   방사형으로 유입된 에어나 표층수가 원심력에 의해 원주 방향으로 배출되는 것을 특징으로 하는 수질정화용 폭기장치.
   

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