KR20190110331A - 가이드 모듈 및 하폐수 처리용 산기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하폐수 처리용 산기장치에 관한 것이다. 상기 산기장치는 하폐수에 대한 나선형 와류를 상승 유도함과 동시에, 유입 공기를 분쇄하기 위한 가이드모듈; 상단은 상기 가이드모듈의 하부 중앙에 장착되고, 하단은 외부 급기관에 연결되어 외부 공기가 유입되는 노즐; 및 상기 가이드모듈의 하단 주연을 따라 장착되어 하폐수를 집수하기 위한 디퓨져;를 포함한다. 본 발명의 산기장치에 따르면, 기포 미세화를 통해 반응조 내 충분한 용존 산소량을 공급하면서도 반응조 상부는 물론 바닥에서의 교반 기능도 동시에 수행함으로써 반응조 바닥 및 산기장치 주변에서의 슬러지층의 퇴적 부패를 효과적으로 방지할 수 있어 운전효율의 향상 및 운전비용의 절감을 도모할 수 있다. 또한 이러한 교반 및 기포 미세화과정에 필요한 산기장치 내 외부 공기 및 와류형 하폐수의 상승 흐름은 공기 부력에 의해 자연스럽게 유도되므로 상대적으로 적은 송풍 압력 및 낮은 운전 비용으로 동작이 가능하다. 또한 가이드모듈의 적층 수량에 따라 작업환경에 따라 산기장치의 교반 및 용존 산소량 공급에 관한 기능 조절이 용이하여 설치비용을 절감할 수 있고, 막힘, 압력 부하에 따른 손상, 시간에 따른 동작성능의 열화현상이 최소화됨으로써 내구성이 증진될 수 있음은 물론 조립 및 분해가 용이하여 유지보수가 용이하다. 또한 상기 가이드모듈은 상기 산기장치를 포함하여 이젝터, 에어리프터와 같은 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치에 유용하게 적용될 수 있다.

Description

가이드 모듈 및 하폐수 처리용 산기장치{GUIDE MODULE AND MICRO BUBBLE GENERATOR FOR WASTEWATER TREATMENT PROVIDED WITH THE SAME}

본 발명은 하폐수 처리용 산기장치에 관한 것으로, 특히 교반 및 용존 산소량 공급 기능을 동시에 수행할 수 있는 산기장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 산기장치를 포함하여 이젝터(ejector), 에어리프터 펌프(air lifter pump)와 같은 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치에 이용될 수 있는 가이드모듈에 관한 것이다.

일반적으로 하폐수 처리시 생물학적 반응조에 설치되며 송풍기에 의해 공급된 공기에 의해 하폐수와 활성슬러지를 교반 혼합하거나, 또는 용존산소를 투입 공급하여 미생물을 활성화하여 오염물질을 정화하기 위한 수단으로서 산기장치가 이용된다. 구체적으로, 산기장치에 의해 인위적으로 발생된 조대 기포는 하폐수를 교반시켜 고형물의 침전 고착을 방지하는 한편, 미세 기포는 하폐수 내 산소를 공급하여 오염물질 분해에 이용되는 호기성 미생물의 증식을 유도하게 된다. 이러한 산기장치를 이용한 하폐수 처리시 그 처리 효율은 교반 및 용존 산소의 공급량과 관련되는데, 용존 산소의 공급량은 기포 크기가 작을수록 유리하지만, 산기장치 밖으로 배출되는 기포의 부상력에 의한 교반 효과는 이와 반대로 기포 크기가 클수록 유리한 것으로 알려져 있다.

종래 산기장치로서 그 용도에 따라 다양한 형태가 알려져 있으며, 단순 디스크 타입의 산기관이나, 디스크 또는 튜브형상의 멤브레인막을 이용한 멤브레인 산기관이 대표적이다. 단순 디스크 타입의 산기관은 원형 또는 깔대기 형 본체 개구단에 고무판 등의 탄성차폐부재를 설치하고 탄성차폐부재가 공기압에 의해 개구단의 밀착된 주연을 따라 탄성적으로 개방됨으로써 기포를 산발적으로 배출시키는 구조이다. 이러한 단순 디스크 타입의 산기관은 배출된 기포에 의한 교반 효과를 달성하기에 충분하나 기포 미세화가 이루어지지 않아 용존 산소량 공급에 충분하지 않은 한계가 있다. 또한 멤브레인 산기관은 미세한 구멍구조를 갖는 탄성고무 재질을 막 형태로 구성한 후 외부로부터 유입되는 공기가 멤브레인 막을 통과하는 과정에서 기포가 형성시키는 구조이다. 이러한 멤브레인 산기관의 경우, 기본적으로 멤브레인 막 통과를 위해 과도한 송풍 압력이 필요하여 운전비용이 증가하는 한계가 있고, 장시간 사용시 멤브레인 막의 기공이 막히거나 고무재질의 멤브레인 막이 경화되어 갈라지지는 한편 그 유지보수도 어려운 문제가 있다. 또한 멤브레인 산기관의 경우 멤브레인 막의 미세기공에 의한 기포 미세화 및 용존 산소량 공급에는 유리하나 반응조 내 오폐수 및 슬러지에 대한 충분한 교반효과를 기대하기는 어렵고 공기압의 압력 부하로 송풍기의 전력사용량의 증가 및 기계의 소손이 빨리 진행된다.

한편, 통상의 산기장치는 반응조의 바닥에 급기관을 따라 복수의 제공되어 사용되는 것이 일반적인데, 이 경우 오폐수 처리과정에서 생성되어 반응조 바닥에 퇴적되는 슬러지에 의해 산기장치의 동작 기능이 저해될 수 있고 슬러지 자체의 부폐로 인한 문제가 수반될 수 있다. 상기한 단순 디스크 타입의 산기관 및 멤브레인 산기관을 포함하여 종래 알려져 있는 산기장치의 경우 반응조 바닥에 퇴적되는 슬러지의 처리를 위한 기술적 수단을 제시하고 있지 않다.

한국 공개특허 제10-2012-0117375호 한국 공개특허 제10-2017-0054538호 한국 공개특허 제10-2016-0093710호

상기한 종래기술에 따른 제반 문제점을 고려하여 안출된 본 발명의 목적은, 기본적으로 우수한 교반 및 용존 산소 공급 효율을 동시에 만족시키고, 반응조 바닥 및 산기장치 주변에서의 슬러지층의 퇴적 부패가 방지될 수 있는 한편, 상대적으로 낮은 송풍 압력으로 동작이 가능하고 현장 상황에 따라 산기장치의 교반 및 용존 산소량 공급 기능에 대한 탄력적인 조절이 용이하여 운전 및 설치 비용을 절감할 수 있고, 또한 내구성 및 시간에 따른 동작성능 열화현상이 최소화되고 유지보수가 용이한, 새로운 구조의 산기장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 다른 목적은 상기 산기장치를 포함하여 가압부상조용 이젝터, 내부이송용 에어리프터 펌프와 같은 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치에 적용되어 용량 조절이 가능한 새로운 구조의 가이드모듈을 제공하는 것이다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 예의 검토한 결과 이루어진 것으로, 그 요지는 특허청구범위에 기재한 바와 동일한 아래의 내용이다.

(1) 하폐수에 대한 나선형 와류를 상승 유도함과 동시에, 유입 공기를 분쇄하기 위한 가이드모듈; 상단은 상기 가이드모듈의 하부 중앙에 장착되고, 하단은 외부 급기관에 연결되어 외부 공기가 유입되는 노즐; 및 상기 가이드모듈의 하단 주연을 따라 장착되어 하폐수를 집수하기 위한 디퓨져;를 포함하는 산기장치.

(2) 상기 가이드모듈은, 복수의 홀이 구비되고 나선형으로 연장되는 가이드판; 상기 가이드판을 수용하며 상부 및 하부가 개방된 하우징; 및 상기 가이드판의 나선형 연장축을 따라 그 중앙에 삽입된 심부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 산기장치.

(3) 상기 가이드판은 동일한 나선 주기를 갖는 복수의 가이드판 유닛으로 제공되며, 상기 복수의 가이드판 유닛은 상기 하우징 내에서 상기 심부를 중심으로 회전 대칭되도록 장착 수용되는 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 산기장치.

(4) 상기 하우징의 상단 및 하단에서는 서로 대응되는 정렬홈 및 정렬돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 산기장치.

(5) 상기 하우징 내부에는 상기 가이드판의 회전 방지 및 보강을 위한 돌출리브가 형성된 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 산기장치.

(6) 상기 심부의 하단 중앙에는 상기 노즐의 상단을 삽입 고정하기 위한 요홈이 구비된 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 산기장치.

(7) 상기 노즐은 노즐의 상단 측부 주연을 따라 형성된 복수의 토출구; 및 노즐 내부에 수용되는 체크밸브용 볼;을 더 포함하고, 상기 체크밸브용 볼은 외부 압력에 따라 노즐 내부를 따라 이동하여 상기 토출구를 개폐하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)의 산기장치.

(8) 상기 디퓨저는 하방으로 갈수록 구경이 넓어지도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)의 산기장치.

(9) 상기 가이드모듈은 상하 방향으로 직렬 결합하여 복수로 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)의 산기장치.

(10) 상기 복수의 가이드모듈은 결합볼트에 의해 상기 디퓨져에 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 상기 (9)의 산기 장치.

(11) 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치에 구비되어 액체에 대한 와류를 유도함과 동시에 유입 공기를 분쇄하기 위한 가이드모듈로서, 복수의 홀이 구비되고 나선형으로 연장되는 가이드판; 상기 가이드판을 수용하며 상부 및 하부가 개방된 하우징; 및 상기 가이드판의 나선형 연장축을 따라 그 중앙에 삽입된 심부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드모듈.

(12) 상기 혼합공급장치는, 산기장치, 이젝터 또는 에어리프터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 (11)의 가이드모듈.

(13) 상기 가이드모듈은 상하 방향으로 직렬 결합이 가능한 것을 특징으로 하는 상기 (11)의 가이드모듈.

본 발명의 산기장치에 따르면, 기포 미세화를 통해 반응조 내 충분한 용존 산소량을 공급하면서도 반응조 상부는 물론 바닥에서의 교반 기능도 동시에 수행함으로써 반응조 바닥 및 산기장치 주변에서의 슬러지층의 퇴적 부패를 효과적으로 방지할 수 있어 운전효율의 향상 및 운전비용의 절감을 도모할 수 있다. 또한 이러한 교반 및 기포 미세화과정에 필요한 산기장치 내 외부 공기 및 와류형 하폐수의 상승 흐름은 공기 부력에 의해 자연스럽게 유도되므로 상대적으로 적은 송풍 압력 및 낮은 운전 비용으로 동작이 가능하다. 또한 가이드모듈의 적층 수량에 따라 작업환경에 따라 산기장치의 교반 및 용존 산소량 공급에 관한 기능 조절이 용이하여 설치비용을 절감할 수 있고, 막힘, 압력 부하에 따른 손상, 시간에 따른 동작성능의 열화현상이 최소화됨으로써 내구성이 증진될 수 있음은 물론 조립 및 분해가 용이하여 유지보수가 용이하다. 또한 본 발명의 가이드모듈에 따르면, 상기 산기장치를 포함하여 가압부상조용 이젝터, 내부이송용 에어리프터 펌프와 같은 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치에 유용하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산기장치의 설치도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산기장치의 사시도.
도 3는 도 2의 산기장치의 분해사시도.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 가이드모듈의 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가이드판의 배치도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하우징의 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 심부의 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 노즐의 사시도 및 동작도.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져의 사시도.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 산기장치의 동작 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소가 '선택적으로' 제공, 구비 또는 포함된다고 할 때, 이는 본 발명의 해결과제를 위한 필수적으로 채택되는 구성요소는 아니나 그러한 해결과제와 견련성을 가지고 임의적으로 채택될 수 있음을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산기장치(1)의 설치도, 도 2 및 도 3은 상기 산기장치(1)의 사시도 및 분해사시도를 각각 나타낸다.

도 1을 참조할 때, 상기 산기장치(1)는 복수로 제공되어 각각이 급기관(2)에 조립되고, 산기장치(1)와 급기관(2)의 조립체가 생물학적 반응조와 같은 반응조(3)의 바닥에 인접하여 배설되어 적용되는 것으로 예시되어 있다. 산기장치(1)와 급기관(2)의 조립체는 반응조(3)의 크기에 따라 산기장치(1)와 급기관(2)의 조립체는 복수로 제공되어 상호 연통된 상태에서 반응조(3) 바닥면을 전체적으로 커버하도록 배설될 수 있다. 산기장치(1)와 급기관(2)의 조립은 후술하는 바와 같이 산기장치(1)의 노즐(40) 하단이 급기관(2)에 나사 결합하는 방식일 수 있으며, 필요에 따라 급기관(2)과의 연결을 위해 소켓(도면 미도시)이 사용될 수 있다. 급기관(2)에 연결된 송풍기(도면 미도시)에 의해 외부 공기는 급기관(2)을 통해 산기장치(1)에 도달한 후 산기장치(1)에 의해 기포 형태로 전환되어 반응조(3) 내부로 공급된다. 이 경우, 기포의 크기가 클수록 교반에 유리하며, 반대로 기포의 크기가 작을수록 용존 산소량 공급에 유리하며, 본 발명은 후술하는 바와 같이 가이드모듈의 적층 개수 내지 직렬결합 개수를 조절하여 작업환경에 따라 산기장치의 교반 및 용존 산소량 공급에 관한 기능 조절을 용이하게 수행할 수 있다.

상기 산기장치(1)는 미세 기포를 생성하여 반응조(3) 내부로 공급함으로써 용존 산소량을 증가시키는 기능 외에, 반응조(3) 내 하폐수 및 슬러지에 대한 교반 기능을 수행한다. 이러한 교반 기능에는 외부로 배출되는 기포와 와류 형태의 하폐수 흐름에 의해 산기장치(1) 상방에서 수행하는 교반 기능과 함께 산기장치(1) 내부에서 유입 하폐수 및 슬러지와 외부 공기를 혼합하는 방식으로 수행하는 교반 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다. 후술하는 바와 같이, 전자에 의한 교반 기능은 배출되는 기포와 함께 산기장치(1)를 통과하는 과정에서 유도된 와류의 동력에 의해 증강될 수 있으며, 후자에 의한 교반 기능은 반응조(3) 바닥에서 산기장치(1) 주변에서의 슬러지층의 퇴적을 방지함으로써 종래 퇴적 슬러지에 의해 산기장치(1)의 동작 기능이 저해되는 문제와 슬러지 자체의 부폐로 인한 문제를 효과적으로 개선하게 된다.

도 2 및 도 3을 참조할 때, 상기 산기장치(1)는 가이드모듈(10); 노즐(40); 및 디퓨져(50)를 기본적으로 포함한다. 상기 가이드모듈(10)은 하폐수에 대한 나선형 와류를 상승 유도함과 동시에, 노즐(40)을 통해 공급되는 유입 공기를 분쇄하는 역할을 한다. 상기 노즐(40) 상단이 상기 가이드모듈(10)의 하부 중앙에 장착되고, 하단은 급기관(2)에 연결되며 외부 압축공기를 상기 가이드모듈(10) 쪽으로 공급 유도하는 역할을 한다. 상기 디퓨져(50)는 가이드모듈(10)의 하단 주연을 따라 장착되며, 노즐(40)로부터 공급된 외부 공기가 상방의 가이드모듈(10) 쪽으로 부상함에 따라 유인되는 하폐수 흐름을 가이드모듈(10) 쪽으로 집수 유도하는 역할을 한다. 이하 산기장치(1)를 구성하는 각 요소에 대해 상세도면을 참조하여 순차적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가이드모듈(10)의 사시도를 나타낸다. 도 4의 가이드모듈(10)은 가이드판(100); 가이드판(100) 수용을 위한 하우징(200); 및 심부(300)를 포함하며, 도 5는 상기 가이드판(100)의 배치도, 도 6은 상기 하우징(200)의 사시도, 도 7은 상기 심부(300)의 사시도를 각각 나타낸다. 도 4에서 가이드판(100)의 배치 모습을 나타내기 위해, 하우징(200)과 심부(300)는 제외하여 나타내었다. 상기 하나의 가이드모듈(10)에서 가이드판(100), 하우징(200), 심부(300) 간 고정은 그 재질을 고려하여 부품간 좁촉 부위에서의 용접, 접착제를 이용한 접합 등의 방식으로 이루어질 수 있다. 또한 가이드모듈(10)을 구성하는 부품요소의 재질은 내부식성, 내약품성, 내화학성 등을 고려하여 엔지니어링 플라스틱 재질을 채택하는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5를 참조할 때, 상기 가이드판(100)은 기포 미세화를 위한 복수의 홀(120)이 가공되어 있으며, 하폐수가 나선형 와류를 형성하면서 가이드모듈(10)을 통과하도록 나선형으로 연장되는 구조이다. 상기 홀(120)의 크기는 공기의 부상력 대비 홀(120) 통과가 어렵지 않은 크기가 적절하며, 미세 기포 형성을 위해 바람직하게는 직경 1mm 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 노즐(40)을 통해 유인 공급되는 외부 공기는 강한 부상력에 의해 대부분이 직상방으로 부상됨과 동시에 복수의 홀(120)을 통과하면서 미세화되고, 일부는 가이드판(100)에 의해 유도되는 나선형 하폐수 흐름 즉 와류에 포함되어 가이드모듈(10)을 통과하게 된다. 이 과정에서, 복수의 홀(120)을 통과한 기포와 나선형으로 이동되는 하폐수 간 충돌 및 혼합이 이루어져 미세화된 기포의 재뭉침 현상이 억제됨으로써 충분한 용존 산소량 공급에 필요한 기포 미세화 상태를 효과적으로 유지할 수 있으며, 또한 하폐수 내 포함된 미세 기포의 부상력에 의해 가이드판(100)을 따라 유도되는 나선형 하폐수 흐름의 속도도 점진적으로 증가하게 되어 최종 토출시 산기장치(1) 상방에서 충분한 교반력을 형성하게 된다. 이 경우, 하폐수 또는 이에 포함되어 있는 슬러지 자체도 산기장치(1)의 가이드모듈(10)을 통과하도록 설계되어 있고, 이에 따라 와류 형태의 하폐수 흐름 자체가 반응조(3)에서의 하폐수 및 슬러지에 대한 교반 작용에 기여함과 동시에 종래 멤브레인 산기관에서와 같은 막힘 현상과 같은 문제는 최소화 내지 억제될 수 있다.

실시예에서는 하나의 가이드모듈(10)에 두 개의 가이드판 유닛(100A, 100B) 형태로 제공되는 것으로 예시되어 있다. 두 개의 가이드판 유닛(100A, 100B)은 동일한 나선 주기를 가지며 심부(300)를 중심으로 회전 대칭되도록 하우징(200) 내 장착 수용되며, 가이드판 유닛(100A, 100B)의 외주연 적소에 하우징(200) 내 수용된 상태에서 회전되는 방지하기 위한 함몰홈(110)이 구비되어 있다. 이 함몰홈(110)은 후술하는 바와 같이 하우징(200)의 돌출리브(210)에 맞물리게 된다. 다만 실시예에 불구하고, 하나의 가이드모듈(10)에 분할 제공되어 회전 대칭되도록 배치되는 가이드판 유닛(100A, 100B)의 개수는 3개 이상으로 더 많을 수도 있다. 가이드판 유닛(100A, 100B)의 개수가 많아질수록, 후술하는 바와 같이 가이드모듈(10)의 개수를 수직방향으로 직렬연결시 각각의 가이드판 유닛(100A, 100B)에 의해 형성되는 나선형 연속유로의 개수는 더욱 많아짐으로써, 상술한 가이드판(100)에 의한 기포 미세화와, 와류 형성에 따라 교반 효과는 더욱 커질수 있다. 다만 가이드판 유닛(100A, 100B)의 개수가 많아질수록 유로 나선형 유로의 상하 폭이 좁아져 고형물의 슬러지의 통과가 어려워질 수 있기 때문에, 반응조(3)에서의 작업환경을 고려하여 가이드판 유닛(100A, 100B)의 분할 개수는 적절히 조절할 필요가 있다.

도 4 및 도 6을 참조할 때, 상기 하우징(200)은 하폐수 및 기포 통과가 가능하도록 상하가 개방된 구조로서 실시예에서는 원통형으로 예시되어 있다. 하우징(200) 내벽면에는 삽입 장착되는 가이드판(100) 또는 그 분할 유닛(100A, 100B)의 원주방향 회전을 방지하기 위한 돌출리브(210)가 하우징(200) 높이방향으로 형성되어 있고, 이는 가이드판(100) 또는 분할 유닛(100A, 100B)의 외주연에 형성되는 함몰홈(110)과 맞물린다. 돌출리브(210)는 가이드판(100; 100A, 100B)의 회전을 방지하고 보강하는 역할을 한다. 한편, 하우징(200)에 대해서는 가이드모듈(10)의 상하방향 직렬연결을 용이하게 할 목적으로, 상기 돌출리브(210) 상하단에 정렬홈(220)과 정렬돌기(230)가 구비되고, 상기 돌출리브(210) 내부를 관통하여 결합볼트(60)가 삽입되는 결합공(240)이 구비된다. 상기 결합공(240)을 통해 복수의 가이드모듈(10)을 상하방향으로 직렬연결시 사용되는 결합볼트(60)가 삽입 통과되며, 정렬홈(220)과 정렬돌기(230)의 맞물림에 의해 복수의 가이드모듈(10) 간 회방향이 이탈이 방지함과 동시에 기밀성을 확보하게 된다. 이 경우, 상기 정렬홈(220)과 정렬돌기(230)는 상기 돌출리브(210)의 상단 및 하단에서 상기 결합공(240)과 동일한 축선상에 형성될 수 있고, 정렬홈(220)의 내경은 결합공(240)의 내경보다 약간 크게 형성되고 정렬돌기(230)의 외경은 결합공(240)의 내경보다 약간 작게 형성된다.

도 4 및 도 7을 참조할 때, 상기 심부(300)는 상기 가이드판(100; 100A, 100B)의 내주연을 지지 및 차폐함으로써 하우징(200) 내에서 가이드판(100)과 함께 나선형 유로를 형성하는 역할을 한다. 심부(300)는 가이드판(100)의 나선형 연장축을 따라 그 중심에 삽입되는 형태로 설치된다. 이 경우, 심부(300)의 단면 형상은 특별히 제한되지 않으나 가이드판(100)의 내주연 및 하우징(200)의 단면 형상과 마찬가지로 단면 원형의 기둥 형상으로 제공됨으로써, 나선형 유로를 타고 상승하는 하폐수의 감속을 방지하는 것이 바람직하다. 또한 심부(300)의 하부에는 요홈(310)이 형성되고, 해당 요홈(310)은 전술한 노즐(40)의 상단을 삽입시켜 고정하는 역할을 한다. 또한 이러한 요홈(310)에 의해 노즐(40) 내부에 구비되는 체크밸브용 볼(410)의 상방향 이동이 제한된다. 실시예에서 노즐(40) 상단이 요홈(310)에 단순 삽입되는 형태로 예시되어 있으나, 요홈(310) 내벽과 노즐(40) 상단에 나사가공이 되어 나사결합하는 방식도 가능하다(도면 비도시).

선택적으로, 상기 산기장치(1)에 구비되는 가이드모듈(10)의 개수는 복수하여 작업환경에 따라 산기장치(1)의 교반 및 용존 산소량 공급에 관한 기능을 탄력적으로 조절할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 산기장치(1)에 의한 용존 산소량 공급 효율은 기포 미세화의 정도에 의존하게 되는데, 가이드모듈(10)의 개수가 많을수록 직진 상승하는 공기의 홀(120)의 통과 횟수, 홀(120)을 통과한 기포와 와류 간 충돌 및 혼합 횟수 또한 증가함으로써 기포는 더욱 미세화되어 산기장치(1)에 의한 용존 산소량 공급 효율은 증가될 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이 본 발명에서 산기장치(1)에 의한 교반 효과는 산기장치(1) 상방에서 수행하는 교반 기능과 함께 산기장치(1) 내부에서 유입 하폐수 및 슬러지와 외부 공기를 혼합하는 방식으로 수행하는 교반 기능을 포함하는데, 가이드모듈(10)의 개수가 많을수록 기포가 미세화되기 때문에 산기장치(1) 상방에서 조대 기포에 의한 교반 효과는 감소되지만 전체 산기장치(1)에 형성되는 나선형 유로의 경로가 길어지고 해당 유로에서 하폐수에 대한 외부 공기 부력의 인가 시간도 증가함으로써 와류의 회전력 및 그에 따른 산기장치(1) 상부 밖에서의 와류에 의한 교반 효과가 증가하고 이와 동시에 산기 장치 하부에서의 흡입력 또한 증가하여 반응조(3) 바닥에서 산기장치(1) 주변에서의 슬러지층을 내부로 흡입하여 그 퇴적을 방지할 수 있는 또 다른 교반 효과도 증가할 수 있다. 즉, 산기장치(1) 전체를 개수를 조절하는 대신에, 산기장치(1) 전체 개수와, 노즐(40) 및 디퓨져(50)와 같은 다른 부품 요소의 개수는 변동시키지 않고, 산기장치(1)의 상부를 구성하는 가이드모듈(10)을 직렬결합하는 방식으로 확장함으로써, 산기장치(1)의 교반 및 용존 산소량 공급에 관한 기능을 탄력적으로 조절할 수 있다. 이 경우, 복수의 가이드모듈(10)은 상술한 바와 같이 각각의 하우징(200)에 형성된 결합공(240)을 정렬시킨 상태에서 하나의 결합볼트(60) 및 결합너트(60)를 이용하여 이용하여 디퓨져(50)와 일체로 간단히 결합시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 노즐(40)의 사시도 및 동작도를 나타낸다. 상기 노즐(40)은 관체이고, 노즐(40)의 상단 측부 주연을 따라 복수의 토출구(420)가 일정 간격으로 구비된다. 또한 노즐(40) 내부에는 구형의 체크밸브용 볼(410)이 구비된다. 노즐(40) 상단은 전술한 바와 같이 가이드모듈(10)의 중앙, 구체적으로는 가이드모듈(10)을 구성하는 심부(300) 하단의 요홈(310)에 삽입 고정된다. 노즐(40) 하단은 급기관(2)에 볼(410)트 체결되어 연통된다. 노즐(40) 외측면 중간에는 측면각부(430)가 제공되며, 측면각부(430)는 노즐(40)을 급기관(2) 또는 심부(300) 하단에 결합시 수반되는 렌치 등의 공구가 파지되는 부위로 기능한다. 급기관(2)으로부터의 송풍 압력에 의해 상기 체크밸브용 볼(410)이 상방으로 이동되고, 이에 따라 개방된 토출구(420)를 통해 급기관(2)을 통해 공급되는 외부 공기가 토출된다. 토출구(420)를 통해 하폐수 내로 공급된 외부 공기는 디퓨져(50)에 의해 반응조(3) 밖으로 직접 이탈되는 것이 방지된 상태로 부력에 의해 가이드모듈(10) 하단 쪽으로 자연스럽게 유도되어, 상술한 바와 같이 가이드모듈(10)을 거치면서 미세화됨과 동시에 와류 형태의 하폐수 이동을 구동시키게 된다. 반대로 순간적인 압력변화가 수반되더라도 상기 체크밸브용 볼(410)이 하방으로 이동되어 토출구(420)를 폐쇄함으로써 반송조 내부의 하폐수가 노즐(40) 또는 급기관(2) 쪽으로 역류되는 현상은 효과적으로 방지될 수 있고, 이에 따라 산기장치(1)의 재가동에 필요한 송풍압력은 급기관(2) 내부가 하폐수로 채워져 있은 경우보다 현저히 줄어들 수 있게 되어 재가동시 에어펌프 등과 같은 송풍기에서의 압력부하를 최소화하고 소손에 의한 파손가능성을 감소시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 디퓨져(50)의 사시도를 나타낸다. 상기 디퓨져(50)는 나팔관 형태로서 하방으로 갈수록 구경이 넓어지도록 테이퍼진 구조로 설치된다. 디퓨져(50) 상단 근방의 내측에는 원주방향의 지지턱(510)이 구비되며, 맨 아래에 있는 가이드모듈(10)의 하우징(200) 일부가 디퓨져(50) 상부로부터 삽입되어 상기 지지턱(510)에 걸려 지지된다. 실시예에서는 지지턱(510)에 가이드모듈(10)이 볼(410)트 체결되는 것으로 예시되어 있다. 이러한 디류져는 기본적으로 하폐수 및 이에 포함된 슬러지를 수집하는 역할을 하며, 특히 본 발명에 따른 산기장치(1)의 동작 방식 및 디퓨져(50)의 외관 구조에 의해 반응조(3) 바닥에 설치된 산기장치(1) 주변에서의 슬러지 퇴적은 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 하폐수 처리과정에서 발생된 슬러지가 반응조(3) 하방으로 침적하는 과정에서, 디퓨져(50) 외면이 하방으로 경사진 외측 사면을 따라 자연스럽게 미끄러져 내려오게 되고, 반응조(3) 바닥에 도달한 슬러지는 산기장치(1)의 동작시 나팔관 형태의 디퓨져(50)에 의해 ?은 범위의 반응조(3) 바닥으로부터 슬러지를 디퓨져(50) 내부를 통해 유입시켜 산기장치(1) 상방으로 배출되도록 함으로써 반응조(3) 바닥에서 슬러지층의 퇴적을 방지하게 된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 산기장치(1)의 동작 상태를 나타내는 단면도이다. 도 10을 참조하여 산기장치(1)의 동작 내용을 살펴보면, 외부 공기의 주입 및 이동 경로는 다음과 같다. 먼저 송풍기 및 급기관(2)을 통해 외부 공기가 공급되면, 노즐(40)의 체크밸브 볼(410)의 상승에 따라 측부 토출구(420)를 통해 방사방향으로 분사 배출된다. 그 후 외부 공기는 강한 부상력에 의해 대부분이 직상방으로 부상됨과 동시에 가이드판(100)의 복수의 홀(120)을 통과하면서 미세화되고, 일부는 가이드판(100)에 의해 유도되는 나선형 하폐수 흐름 즉 와류에 포함되어 가이드모듈(10)을 통과하게 된다. 이 과정에서, 복수의 홀(120)을 통과한 기포와 나선형으로 이동되는 하폐수 간 충돌 및 혼합이 이루어져 미세화된 기포의 재뭉침 현상이 억제됨으로써 충분한 용존 산소량 공급에 필요한 기포 미세화 상태를 효과적으로 유지할 수 있게 된다. 한편 반응조(3) 내부의 대류 현상에 수반하여, 특히 주입된 외부 공기의 상승 부력이 구동원이 되어 하폐수가 산기장치(1) 내부를 하방에서 상방으로 통과하면서 와류 형태로 전환된 후 점진적으로 속도가 증가하여 산기장치(1) 상방으로의 최종 배출시 충분한 운동에너지를 갖게 됨으로써 배출 기포와 함께 산기장치(1) 상방에 대해 충분한 교반 기능을 수행하게 된다. 이러한 산기장치(1) 내 하폐수 흐름은 산기장치(1) 하방에서의 하폐수 및 슬러지 유입을 연쇄적으로 유도하게 됨으로써 되며, 반응조(3) 바닥으로부터 슬러지 또한 산기장치(1) 내부로 수비된 후 산기장치(1) 상방으로 배출되도록 함으로써 반응조(3) 바닥에서 슬러지층의 퇴적을 방지하게 된다.

이상과 같이 본 발명의 산기장치(1)에 따르면, 기포 미세화를 통해 반응조(3) 내 충분한 용존 산소량을 공급하면서도 반응조(3) 상부는 물론 바닥에서의 교반 기능도 동시에 수행함으로써 반응조(3) 바닥 및 산기장치(1) 주변에서의 슬러지층의 퇴적 부패를 효과적으로 방지할 수 있어 운전효율의 향상 및 운전비용의 절감을 도모할 수 있다. 또한 이러한 교반 및 기포 미세화과정에 필요한 산기장치(1) 내 외부 공기 및 와류형 하폐수의 상승 흐름은 공기 부력에 의해 자연스럽게 유도되므로 상대적으로 적은 송풍 압력 및 낮은 운전 비용으로 동작이 가능하다. 또한 가이드모듈(10)의 적층 수량에 따라 작업환경에 따라 산기장치(1)의 교반 및 용존 산소량 공급에 관한 기능 조절이 용이하여 설치비용을 절감할 수 있고, 막힘, 압력 부하에 따른 손상, 시간에 따른 동작성능의 열화현상이 최소화됨으로써 내구성이 증진될 수 있음은 물론 조립 및 분해가 용이하여 유지보수가 용이하다.

이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이나 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 개시된 실시예에 대해 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다.

예컨대, 실시예에서 가이드모듈(10)을 구성하는 가이드판(100, 100A, 100B), 하우징(200), 심부(300) 등이 별도 부품으로 예시되었으나, 사출 등을 이용해 일체형으로 제공되는 것도 가능하다. 이 경우 가이드판(100, 100A, 100B), 하우징(200), 심부(300)이 이종 재질인 경우 인서트 사출 방식으로 제조할 수 있다.

또한, 실시예에서 상기 가이드모듈(10)이 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치 중 산기장치(1)를 예로 하여 설명하였으나, 이러한 가이드모듈(10)은 하폐수 처리시스템의 반응조 외부 관로에 설치되어 강제이송되는 액상 유체 흐름에 수반하여 외부 공기를 유입 혼합시켜 반응조 내부로 공급하기 위한 가압부상조용 이젝터나, 또는 하폐수 처리시스템의 반응조 외부 관로에 설치되어 강제공급되는 외부 공기의 부상력을 이용하여 반응조 간 하폐수 또는 처리수를 이동시키기 위한 내부이송용 에어리프터 펌프에 적용될 수 있고, 이 경우 가이드모듈(10)의 개수를 통해 이젝터 또는 에어리프트 펌프와 같은 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치의 용량을 탄력적으로 조절하는 것도 가능하다.

따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.

1: 산기장치
10: 가이드모듈
100: 가이드판
100A, 100B: 가이드판 유닛
110: 함몰홈
120: 홀
200: 하우징
210: 돌출리브
220: 정렬홈
230: 정렬돌기
240: 결합공
300: 심부
310: 요홈
40: 노즐
410: 볼
420: 토출구
430: 측면각부
50: 디퓨져
510: 지지턱
60: 결합볼트
70: 결합너트
2: 급기관
3: 반응조

Claims (10)

1. 하폐수에 대한 나선형 와류를 상승 유도함과 동시에, 유입 공기를 분쇄하기 위한 가이드모듈; 상단은 상기 가이드모듈의 하부 중앙에 장착되고, 하단은 외부 급기관에 연결되어 외부 공기가 유입되는 노즐; 및 상기 가이드모듈의 하단 주연을 따라 장착되어 하폐수를 집수하기 위한 디퓨져;를 포함하는 산기장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가이드모듈은, 복수의 홀이 구비되고 나선형으로 연장되는 가이드판; 상기 가이드판을 수용하며 상부 및 하부가 개방된 하우징; 및 상기 가이드판의 나선형 연장축을 따라 그 중앙에 삽입된 심부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산기장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 가이드판은 동일한 나선 주기를 갖는 복수의 가이드판 유닛으로 제공되며, 상기 복수의 가이드판 유닛은 상기 하우징 내에서 상기 심부를 중심으로 회전 대칭되도록 장착 수용되는 것을 특징으로 하는 산기장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐은 노즐의 상단 측부 주연을 따라 형성된 복수의 토출구; 및 노즐 내부에 수용되는 체크밸브용 볼;을 더 포함하고, 상기 체크밸브용 볼은 외부 압력에 따라 노즐 내부를 따라 이동하여 상기 토출구를 개폐하는 것을 특징으로 하는 산기장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 디퓨저는 하방으로 갈수록 구경이 넓어지도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는 산기장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드모듈은 상하 방향으로 직렬 결합하여 복수로 제공되는 것을 특징으로 하는 산기장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 가이드모듈은 결합볼트에 의해 상기 디퓨져에 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 산기 장치.
8. 기체 및 액체의 이종 유체의 혼합공급장치에 구비되어 액체에 대한 와류를 유도함과 동시에 유입 공기를 분쇄하기 위한 가이드모듈로서, 복수의 홀이 구비되고 나선형으로 연장되는 가이드판; 상기 가이드판을 수용하며 상부 및 하부가 개방된 하우징; 및 상기 가이드판의 나선형 연장축을 따라 그 중앙에 삽입된 심부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드모듈.
9. 제8항에 있어서, 상기 혼합공급장치는, 산기장치, 이젝터 또는 에어리프터 펌프 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가이드모듈.
10. 제8항에 있어서, 상기 가이드모듈은 상하 방향으로 직렬 결합이 가능한 것을 특징으로 하는 가이드모듈.

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