JP2018516753A - ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置ならびに同装置を使用して化学薬品を用いずに汚水を処理するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置に関し、より具体的には、給気ユニット；流体を導入するための、給気ユニットに接続された入口管；入口管に接続されたポンプと、ポンプに接続された駆動モータと、駆動モータの駆動軸に接続された回転羽根と、ポンプの内壁に接続され、回転羽根の間に配置された固定羽根とを含む、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置；およびナノバブル発生流体を放出するための、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置に接続された放出管を含み、回転羽根または固定羽根または両方の円周面が一方向に傾くように形成されている、化学薬品を用いずに汚水を処理するためのシステムに関する。そのようなものとして、本発明は、各羽根の円周面が傾いて空気および流体のかく乱現象を誘発し、それにより、空気および流体の微粉化および混合を促進するようなやり方で溶解率をさらに高めることができる、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を提供する。

Description

本発明は、空気および流体を精製し混合することによってナノバブルおよびヒドロキシルラジカルを発生させ、流体への空気またはオゾンの溶解率を増すことができるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置、ならびに同装置を使用して化学薬品を用いずに汚水を処理するためのシステムに関する。

発明の背景
概して、ゴルフコースのハザードなどの湿地または池に生息する藻類または水生植物は、太陽光、水および無機栄養素、たとえば水に溶解した窒素またはリンに依存しながら繁茂する。無機栄養素は、池に流れ込む雨水または灌漑水に含まれて提供される。

しかし、前述の無機栄養素は絶えず流れ込み、藻類または水生植物は過度に繁茂し、富栄養化を悪化させ、したがって赤潮現象を発生させる。

赤潮現象が対処されないと、溶解率は低下し、それが藻類などの枯れを生じさせる。前述の枯れた藻類などは好気性微生物によって分解される。

水が流れることができずに停滞すると、水中の酸素は好気性微生物によって分解され始め、したがって、さらに不足する。酸素が存在しないまたは酸素を欠く嫌気性環境に達すると、嫌気性生物が硫化水素またはメタンを発生させ、それが池の悪臭を生じさせる。

湿地または河川の水質は概して、主に送風機を使用して深部に酸基管を設置することによって水を揚げることによって水に溶解した酸素の量を増すことによって好気性微生物の代謝を高める方法を使用して改善される。

しかし、送風機を使用する方法は、酸基管の不十分な利用率および溶存酸素の非円滑な供給といった欠点を抱えている。したがって、その水質改善効果は設備投資の割に良くないことは事実である。

特に、夏期の藻類の増殖は湿地全体を汚染し、悪臭を発生させるため、これは解決手段として適当ではない。

さらに、ゴルフコース中の湿地またはウォーターハザードは、フィールド中の地形とともに障害区域として使用される。これらの池は、貯められた水が地中に漏れて流量が減少するまたはフィールドへ逆流することを防ぐために、その池底がコンクリートまたは防水仕上げされているため、すぐに腐敗する。

加えて、フィールドまたはグリーンの芝を管理するために農薬が過剰に使用されることが多いため、残留農薬が池に流れ込み、水質をさらに悪化させる。

このために、通常池の中に噴水を設置するかまたは特殊な酵素を使用することによって池の汚染を防ぐ方法が、過去に適用された。しかし、噴水の設置は単に水を循環させるだけであり、汚水を浄化する効果はなかった。特殊な酵素の使用は汚染物を除去するのに効果的であったが、多大な費用を生じさせる。

韓国特許出願公開公報第10-2007-0062060（特許文献1）（2007年6月15日）は、上記課題を解決するための従来方法である。この特許は、沈水生植物が成長することができるプランティングポケットと、木炭を含むネットとを接続して、それを一体型として構成する。

しかし、この構成は、ゴルフコースのハザード中の水全部を浄化することはできない。この構成は限られた範囲でしか作用しない。

また、全ハザードの水を浄化または改善するためには多くのプランティングポケットが設置されるべきであり、したがって、装備および維持することが困難であった。さらに、プランティングポケットは、定期的に交換される、または定期的にメンテナンスされるべきであり、したがって、維持することが困難であったし、維持費が増す。

また、現在の下水終末処理場における溶解空気浮上固液分離システムは、水を提供するポンプ、空気を挿入するエアコンプレッサおよび圧力タンクを設置して、原水中にナノサイズのマイクロバブルを発生させることによって固液を分離する。

しかし、このシステムは、多くのポンプパワーを必要とし、エアコンプレッサおよび圧力タンクを含む多くの設備を要するという欠点を抱えている。したがって、大きな面積を必要とし、コストがかさむ。

韓国特許出願公開公報第10-2007-0062060

発明の詳細な説明
目的
本発明は、前述の課題を解決するための開発されたものである。本発明は、ポンプ中の各羽根の円柱面上に傾きを形成して空気および流体の乱流現象を導くことによって空気および流体の精製および混合を促進し、溶解率を高めることができるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を提供するためのものである。

本発明は、回転羽根および固定羽根の側面が傾いている渦促進部を導入することによって空気および流体の乱流現象を促進するためのものである。

本発明は、回転羽根および固定羽根のレイアウト構造を合理化することによって流路の長さを延長し、各羽根によるヒット流量を制御することによってナノバブルおよびヒドロキシルラジカルをより効率的に発生させるためのものである。

本発明は、ポンプの流出管に隔壁を導入することにより、放出される流体の圧力変化によってキャビテーション効果を最大化するためのものである。

本発明は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を使用して非化学的汚水処理システムを構成することにより、低コストで汚水を処理すると同時に、凝固剤ポリマーによる二次汚染を防ぐためのものであり、これは、下水終末処理場の圧力浮上タンクのパワーを減らし、かつ上述の特徴から設備の数および設置面積を減らすことによって大きな経済的効果を有する。

本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置は、流体が流入および流出することができるポンプ；上記ポンプの1つの側に接続された駆動モータ；上記駆動モータの回転軸に設置され、大径と小径とに分類されるいくつかの羽根の層構造で構成された回転羽根；上記ポンプの内壁面に設置され、上記回転羽根の大径および小径に対応して一定の距離をとって挿入組み合わせされ、かつ大径と小径とに分類されるいくつかの羽根の層構造で構成された固定羽根；上記駆動モータの回転軸に設置され、上記回転羽根および固定羽根の正面でポンプの入口に配置された複数のインペラ；上記インペラの回転によって運ばれる流体が通過するように各インペラの間に配置された複数のチャンバ；上記ポンプの流入部として空気、酸素またはオゾンの少なくとも1つを供給する給気部；および上記ポンプの流入側と流出側とを接続することによって上記流出側に放出された流体を流入側に戻して循環させるように構成された再循環管で構成されている。給気部は上記再循環管に接続されている。上記給気管と再循環管との接続部は、ボトルネック部および管拡大部で構成されるベンチュリ管で構成されている。

本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の回転羽根は、各羽根の円柱面の傾きが回転羽根の回転方向とは反対の方向に向けて形成される、より大きな第1の傾きの包含を特徴とする。

本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の固定羽根は、各羽根の円柱面傾きが回転羽根の第1の傾きとは反対の方向に向けて形成される、より大きな第2の傾きの包含を特徴とする。

本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の回転羽根、固定羽根または両方の羽根は、半径線に対して傾くように形成されている渦促進部の形成を特徴とする。

本発明による回転羽根は、駆動モータの回転軸に層構造に配置されたいくつかの第1の小径および第1の小径の間に配置されたいくつかの第1の大径で構成されている。

本発明による固定羽根は、ポンプの内壁に固定されることによって層構造に配置され、かつ回転羽根の第1の大径に対応するいくつかの第2の小径、および第2の小径の間に配置され、かつ回転羽根の第1の小径に対応する第2の大径で構成されている。

本発明による回転羽根および固定羽根の各小径の間に配置される各大径は、1つまたは複数の層として層構造化されるが、層の数は流体の入口よりも出口で増す。

放出される流体の圧力変化を導くことによってナノバブルの発生を促進するために、より多くの隔壁が流出管に備えられることを特徴とする。

本発明によるダイアフラムは、上記流出管に備えられた壁、壁に形成されたいくつかの小径部および小径部に接続される。ダイアフラムは、拡大された大径部を含めて構成されている。

本発明によるダイアフラムは複数のダイアフラムで構成されている。ダイアフラムは互いから分離しているため、ダイアフラム間にキャビテーション空間が形成する。

本発明にしたがって、上記のように構成されたナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を使用する非化学的汚水処理システムが提供される。このシステムにおいては、一定の幅および長さを有する1つまたは複数のタンクが一列に接続または配列されている。上記タンクはダイアフラムによって分けられ、タンク内の処理済み水の動きまたは放出のためのランオフが各ダイアフラムに形成されている。上記タンクは、流入水処理チャンバと処理済み水貯蔵部とに分けられている。上記ポンプの流出側および流入側と接続した処理済み水移送管および処理済み水戻し管が上記流入水処理チャンバおよび処理済み水貯蔵部にそれぞれ挿入されている。供給管は、汚染された原水を供給するために、原水入口を介して最前線のタンクの流入水処理チャンバに接続されている。上記流入水処理チャンバおよび処理済み水貯蔵部は、処理済み水が上記処理チャンバから貯蔵部へと、それら二つを分ける壁のスルーホールを通って流れるようなやり方で構成されている。それは、上記処理済み水貯蔵部中の流体の少なくともいくらかが上記ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を通過しながら上記流入水処理チャンバに供給されるように構成されている。上記流入水処理チャンバ中、ナノバブルが衝突するカットオフ弁が、上記スルーホールと処理済み水移送管の端部との間の特定の位置に備えられている。上記流入水処理チャンバの上側に、汚染された原水または流入水中のスラッジおよび不純物をろ過する複数の移送プレートを有するコンベヤ手段が備えられている。

発明の効果
本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置は、ポンプ中の各羽根の円柱面上に傾きを形成して乱流現象を導くことによって空気および流体の精製および混合を促進することにより、溶解率をさらに改善することができる。

本発明は、回転羽根および固定羽根の側面が傾いているようなやり方で形成されている渦促進部を導入することによって空気および流体の乱流現象をより促進することにより、溶解率を最大化し、ヒドロキシルラジカルを発生させることができる。

本発明は、回転羽根および固定羽根の配置構造を合理化して各羽根によるヒット流量を制御して流路の長さを延ばすことによってナノバブルをより効果的に発生させることにより、装置の信頼性を高めることができる。

本発明は、ダイアフラムを流出管に導入し、ダイアフラムを通過する放出流体の圧力変化を導く。このために、ダイアフラムは、小キャリバおよび小キャリバに接続された拡大された大キャリバを壁に備える。複数のダイアフラムは互いから分離しているため、放出流体がダイアフラム、キャビテーション空間およびダイアフラムを連続的に通過するときキャビテーション空間を形成することによってキャビテーションを最大化することができる。

本発明は、流出管に放出された流体を流入管に戻すための再循環管を導入することにより、より完全なナノバブルを発生させることができる。

本発明は、ベンチュリ管を再循環管中に備え、給気部をベンチュリ管に接続することにより、ベンチュリ管を通過する再循環流体の圧力変化を使用してパワーを用いることなく給気部から空気を吸い込むことによって電気消費を減らすことができる。本発明はまた、空気を強制的に吸い込むためのさらなる設備を要しないため、経済的実現可能性を改善することができる。

本発明は、空気注入のためのコンプレッサおよび圧力タンク設備を要しないため、下水終末処理場の圧力浮上タンクのバブル発生装置のポンプパワーを50％減らし、設備の数および設置面積を減らすことができる。このようにして、経済的実現可能性を有意に高めることができる。

本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の実施例1を示す断面図である。 図1の構成の中でポンプの周囲および内側で起こる流体の流れを拡大することによって示す断面図である。 図2中のポンプを構成する回転羽根および固定羽根の間の組み合わせ状態を示す、異なる位置からの断面図である。 図3を異なる形態に構成する各羽根のエッジの角度を構成する断面図である。 図3を異なる形態に構成する各羽根のエッジの角度を構成する断面図である。 図1の構成の中で流出管に位置するダイアフラムの断面構造を（a）縦断面図および（b）横断面図として示す図である。 図5のダイアフラムを通過する流体の流れを示す図である。 本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の実施例2を示す図である。 図7の構成の中でポンプの周囲および内側で起こる流体の流れを拡大することによって示す図である。 図1のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を使用して、下水終末処理場の空気注入のためのコンプレッサおよび圧力浮上タンクシステムの圧力タンクを用いずに固液を分離する本発明による非化学的汚水処理システムの正面図を示す図である。 図1のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を使用して、下水終末処理場の空気注入のためのコンプレッサおよび圧力浮上タンクシステムの圧力タンクを用いずに固液を分離する本発明による非化学的汚水処理システムの平面図を示す図である。 下水終末処理場の既存の固液分離システムの空気注入のためのコンプレッサおよび圧力タンク設備を有しない、図9の非化学的汚水処理システムの各タンク、特にタンク1の構成を示すスケッチである。

発明の形態
以下、添付図面を参照することによって本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置をさらに詳細に説明する。

本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカルを発生させて選択的に流体中のガス、たとえば空気、酸素およびオゾンを精製し混合することによって溶解率を高め、ゴルフコース中の湿地、ハザードまたは他の貯水池、下水処理場、水槽または養魚場に供給することによって水質を改善するために提供されることができる。ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置は、食品の衛生化および浄化、脱臭、浄化システム、スキンケアなどに使用することができる。参考までに、OHラジカルとは、プラズマ状態で発生する酸素アニオン物質である。ヒドロキシルラジカルとも呼ばれる。ヒドロキシルラジカルはOH-のラジカルイオンである。ヒドロキシルラジカルは、強力な酸化力を有し、衛生化、殺菌、脱臭および分解に優れている。しかし、汚染物質と反応したのち酸素と水に分解するため、人体には無害である。オゾンの2,000倍および太陽の紫外線の180倍の衛生化速度を有する。また、空気および水の中のほぼあらゆる汚染物質と反応することにより、脱臭し、分解する機能を有する。

図1乃至図6は、本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の実施例1を示す。基本的に、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置（1）は、複数のインペラ（370）と、羽根（330、340）が埋め込まれているポンプ（300）と、駆動モータ（320）と、様々な下水または循環流体、たとえば処理済み水からなる流体を供給するための、管（300）の流入部に接続された流入管（200）と、上記流入管に対応する、ポンプ（300）の一部の流出部に接続された流出管（400）と、外部からの空気または空気から抽出されたガス、たとえばオゾン、酸素、水素、窒素などを供給するための、上記ポンプ（300）の流入部に準備された給気部（100）と、上記流入管（200）および流出ポンプ（400）を接続することにより、上記流出管から放出された流体をポンプ（300）の流入部に向けて再循環させるための再循環管（600）とを含む構成として提供されている。

給気部（100）は、流入管に接続されることもできるが、図1に示すように流入管（200）に入る再循環管（600）の1つの側に接続することによって、上記流入管（200）を通して供給される下水もしくは処理済み水を含む流体中に、外気またはガス、たとえば酸素もしくはオゾンを選択的に混合するように構成されることができる。

このために、図示されていないが、給気部（100）は、外気から酸素を発生させる酸素発生装置、上記酸素発生装置によって発生させた酸素と外気を合わせることによってオゾンを発生させるオゾン発生装置または他の水素もしくは窒素などのガスを供給するための特定の給気装置をそれぞれ選択することによって、選択的に含むことができる。給気部はまた、ガス、たとえば空気、酸素またはオゾンが給気管（100）を通って再循環管（600）または流入管（200）に入るときそれらを適切な流量で供給することができるように、給気管の中間に流量制御装置を備えることができる。

再循環管（600）は、最初にポンプ（300）中で混合され精製された流体をポンプ（300）の中へ戻して再循環させる二つのプロセスを通して、流体のより完全な混合および精製を実現するためのものである。このために、再循環管（600）は、ポンプの流入管（200）および流出管（400）の各ジョイント（J）に接続され、流出管（400）に放出された流体の少なくともいくらかを流入管（200）に戻すことによって再循環させる。

他方、給気管（120）と再循環管（600）とが出会う部分は三方弁の形態のベンチュリ管（700）に接続されている。給気管を通して供給されるガス、たとえば空気、酸素またはオゾンは、ベンチュリ管（700）のボトルネックスポットを通過するとき、再循環管（600）に通して運ばれる放出流体と混合される。この時点で、放出流体は、ベンチュリ管（700）のボトルネックスポットを通過するときその圧力が急に低下し、流量が大きく増すため、給気管（120）を通して運ばれたガスを自動的に吸収する。

このようにしてベンチュリ管（700）を導入するとき、ベルヌーイの原理による放出流体の圧力および流量の急な変化によって、給気管（12）を通って流れる空気またはガス、たとえば酸素およびオゾンを円滑に吸収し、流体中に混合することができる。これは、さらなる動力源を要しないため、電気消費の有意な削減といった経済的実現可能性の改善に有利である。さらには、再循環管（600）を通過する放出流体の再循環を制御して、必要ならば複数回実施することができ、より完全なナノバブルをこれによって発生させることができるため、装置の信頼性をより強化することができる。

前述のように、ポンプの流入管（200）および流出管（400）はそれぞれ、ジョイントを中心に再循環管（600）と接続している。供給または放出される流体の流量を制御し、流路を閉じるために、開閉弁（210）（410）を流入管（200）および流出管（400）に備えることができる。

本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置(1)は、流入管（200）を通して供給される下水または処理済み水およびガス、たとえば空気、酸素またはオゾンを複数の羽根（330、340）で打つことによってキャビテーションを起こすことによってナノバブルを発生させる。このために、モータ軸（360）の駆動によって回転する複数のインペラ（370）、ポンプハウジング（310）の内壁に固定された固定羽根（340）および上記モータ軸（360）に沿って回転駆動し、上記固定羽根（340）の相対的回転を導く回転羽根（340）がポンプ（300）内に備えられている。望ましくは、インペラ（370）は、ポンプ（300）の流入部に近い位置に位置し、回転羽根（330）および固定羽根（340）は、インペラ（370）の背後の上寄りの位置にインペラ（370）から離して配置され、回転羽根は、モータ軸（360）にオールインワンタイプとして提供される。また、インペラ（370）の回転によって運ばれる水（汚水または処理済み水）および外気またはガス、たとえば酸素およびオゾンが通過する1つまたは複数のチャンバがポンプ（300）内で各インペラ（370）の間に配置されることが望ましい。

この多段ポンプ構造において、インペラ（370）とチャンバ（380）とは交互に反復的に配置されている。インペラ（370）はモータ軸（360）の駆動によって回転する。その回転力により、水と空気、酸素またはオゾンとが混合された流体がポンプ（300）の流入部にポンピングされ、インペラ（370）の上側に位置する羽根（330、340）に送られる。また、このプロセスにおいて、水と空気、酸素またはオゾンとが混合された流体が複数のインペラ（370）およびそれらのインペラを接続する複数のチャンバ（380）を通過するとき、羽根（330、340）に送られる水中の上記ガスの溶解率が、モータ軸（360）の駆動による回転羽根（330）と固定羽根（340）との相互作用、すなわちそれぞれの回転により、ナノバブルを発生させ、また、流体は、流路（316）に通してポンプハウジング（310）の上側にある放出出口（315）からポンプの流出側に放出される。

図2に例示的に示された説明されないマーク「349」は締め付けボルトである。これは、固定羽根（340）をポンプハウジング（310）の内壁（311）に締め付ける。回転羽根（330）および固定羽根（340）は、各羽根が一定の厚さの多層構造として積層組み合わせされた形態である。対面する回転羽根（330）および固定羽根（340）の対向面には、複数の小キャリバ（333）（343）と、これらの小キャリバ（335）（345）の間で一定の長さで突出した複数の大キャリバ（335）（345）とが形成されている。ここで、各大キャリバ（335）（345）および小キャリバ（333）（343）の先端部は鋭利なエッジとして形成されていることが望ましい（図3を参照）。さらに、回転羽根（330）および固定羽根（340）の各大キャリバは、1つの大キャリバが、流体が流入する入口である下部にあり、複数の大キャリバが、流体が流出する上部にある積層形態として配置されることができる。

これは、水とガスとの混合をより円滑にし、第一に、下部すなわち流体の流入部で、流体を、ナノバブルが発生されないが流される混合流体として1つの大キャリバ羽根で打って少量ではあるがナノバブルを発生させ、第二に、上部すなわち流体の流出部で、一次ナノバブルが形成される流体を多層羽根の大キャリバで打つことによってナノバブルを発生させることにより、より精製されたナノバブルの発生を可能にする。

さらには、図2に示すように、本発明による回転羽根（330）および固定羽根（340）の大キャリバ（335）（345）の間の挿入深さを羽根長よりも0.5倍長くすることが望ましい。これは、各羽根の大キャリバ（335）（345）をできるだけ深く挿入することを可能にすることによって流路の長さを延ばす効果を得ることができる。そして、これにより、各羽根と流体との接続面積が広がると、より多量の混合流体を打ち、水とガスとのより円滑な混合および精製を実施することができる。

また、この形態の回転羽根（330）および固定羽根（340）は、大キャリバ（335）（345）が互いに交差した状態で挿入される形態として配置されることができる。この状態で互いに対向する各大キャリバ（335）（345）と小キャリバ（343）（333）との間に、インペラ（370）から送られる混合流体の一定の幅のフローギャップが形成されることが望ましい（図2または図4を参照）。

さらに詳細には、回転羽根の大キャリバ（335）は、上記固定羽根の大キャリバの間に一定の距離、すなわち前述のフローギャップで挿入された状態ではさまっている。また、反対に、固定羽根（340）の大キャリバ（345）は、上記回転羽根（330）の大キャリバ（345）の間に一定の距離、すなわち前述のフローギャップで挿入された状態ではさまっている。

この構造からモータ（330）が駆動すると、モータ軸（360）に組み合わされた回転羽根（330）がいっしょに回転する。そして、これから、小キャリバ（333）および大キャリバ（335）がそれぞれ固定羽根（340）の大キャリバ（345）および小キャリバ（343）の間で回転するとき、回転羽根（330）および固定羽根（340）の大キャリバ（335）（345）および小キャリバ（343）（333）の間でそれぞれの回転が起こる。

このとき、回転羽根（330）と固定羽根（340）との間のフローギャップ中に流れる混合流体は、大キャリバ（335）（345）および小キャリバ（343）（333）の間で起こるそれぞれの回転によって破片に分割されるため、より精製され、混合される。この時点で、回転羽根（330）が一定の高速で回転すると、混合流体は、5ミクロン未満のナノサイズまで精製され混合される。したがって、流体の溶解率をさらに増すことができる。

特に、本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の場合、回転羽根（330）および／または固定羽根（340）の各羽根の円柱面が、ナノサイズのマイクロバブル（以下「ナノバブル」）の円滑な発生のために同じ方向に傾くように形成されることが望ましい（図4を参照）。このために、各羽根の円柱面の傾き（α）が回転羽根（330）の回転方向とは反対の方向に向けて形成される回転羽根（330）。詳細には、回転羽根（330）の回転方向が傾き1（331）である右回り回転であると仮定すると、傾きは、回転方向でより高く、反対方向でより低い（図4aを参照）。これに対応して、傾きは、固定羽根（340）の各羽根の円柱面の傾きが上記回転羽根（330）の傾き1（331）とは反対の方向、すなわち、回転羽根（330）の回転方向とは反対の方向に形成される傾き2（341）として選択的に構成されることができる。この場合、傾き2（341）は、傾き1（331）とは反対の方向がより低く、反対部分がより高い方法で形成されることができる（図4bを参照）。

したがって、回転羽根（330）が回転すると、傾き1（331）は、傾き2（341）に近づきながら、まず各傾きの上死点に遭遇する。回転が続くと、各羽根が互いに対面するとき、円柱面の間に空間が形成する。このプロセスが混合流体中に急な渦を形成し、キャビテーションが最大化される。

他方、傾き1（331）および傾き2（341）の角度は、各羽根の円柱面の長さおよび幅ならびに流入混合流体の流量または流速を考慮して決定することができる。各傾きの角度は、同一に製造されることもできるし、または記載された要因にしたがって様々な角度で製造されることもできる。

図4（a）の図面を参照すると、回転羽根（330）および固定羽根（340）は、羽根の1つの側を半径線に対して一定の角度（β）で傾けることによって混合流体中の渦の発生を促進するための渦促進部を構成することができる。

この渦促進部（337）（347）に関して、各羽根の側面は、流入混合流体の流れ方向とは反対の方向に斜めに突出している。したがって、それと遭遇する混合流体の乱流が促進される。これによって生じるキャビテーション現象の発生により、ナノバブルの発生が促進されることができる。

この場合、回転羽根（330）および固定羽根（340）の各羽根中に形成される渦促進部（337）（347）の角度が同一に製造されることが望ましい。しかし、設定角は、上記推奨に限定されることなく、各羽根のサイズおよび長さならびに混合流体の挙動を含む様々な要因を考慮しながら様々なやり方で決定することができる。

図中、渦促進部が回転羽根（330）または固定羽根（340）のいずれかに形成されるように示されている。しかし、渦促進部は、回転羽根（330）および固定羽根（340）の両方に形成されることができる。また、図4（b）の図面に示すように、渦促進部は、回転羽根（330）および固定羽根（340）の各羽根の両側に形成されることもできる。

図1にしたがって、放出出口（315）は、ポンプ（300）内で回転羽根（330）と固定羽根（340）との相互作用によって発生するナノバブルを含む混合流体を放出することができるよう、ポンプ（300）の上部の少なくとも一部に形成されている。ポンプの高さ方向に沿って形成される流路は、上記放出出口（315）から抜ける流体がポンプハウジング（310）とその内壁（311）との間をポンプ（300）の流出側に向かって流れることができるように提供されている。この流路を通って下る流体は、ナノバブルを含む状態として流出管（400）に通して外部に放出される。

他方、ポンプの流出側に位置する流出管（400）の場合、これに通して放出された流体を、圧力を変化させることによって再度精製し混合することができるならば、流体中の溶解率をより高めることができる。このために、この実施例は、図1に示すように流出管（400）の内側にダイアフラム（500）を配置する構成を提供する。図5および6にしたがって、ダイアフラムは、上記流出管（400）中の流路に対して上部および下部に並行に配置された多くの壁（510）で構成されている。この点で、放出流体が、小キャリバ（520）を抜けたのち大キャリバ（530）を通過するときの圧力変化によってさらに精製されるとき、キャビテーション現象が促進されることができる。

それに加えて、ダイアフラム（520）が小キャリバ（500）および大キャリバ（530）の連続形態の間に一定のサイズの空間を配置することが望ましい。これを通過する放出流体は、キャビテーション現象が急な減圧によってさらに促進されるとき、放出流体をさらに精製し混合することができる。この場合、流体の放出圧が約4kg/m²に維持されることができるような、ダイアフラムの小キャリバ（520）および大キャリバ（530）の連続および反復の回数を決定することが望ましい。

唯一、上記ダイアフラム（500）の放出圧および設計寸法は、様々な要因、たとえば駆動モータ（320）の出力または流量を考慮し、それらの要因を設計プロセスに反映させることによって決定することができる。

図7または図8は、本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の実施例2である。基本的に、これらの図は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置に特定の圧力流体を供給するための圧力ポンプ（P）を加える形態を示す。ここでは、圧力ポンプ（P）をナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置の流入側に接続する構成が提供されている。ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置（1'）においては、図1に示すように、回転羽根（330）および固定羽根（340）がポンプ（300）内に備えられている。圧力ポンプ中、インペラおよびチャンバ（図示せず）が、図1に示すように備えられている。ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置は、ジョイントを介して圧力ポンプ（P）の流出管（400）に接続されている。ジョイントは、供給される流体を制御または開閉するための開閉弁を装備することができる。

ポンプモータ（PM）およびこのポンプモータ（PM）の駆動軸に取り付けられるインペラ（図示せず）が圧力ポンプ（P）に含まれることができる。圧力流体を圧力ポンプ（P）の流出管（400）から流入管（200）に再循環させるための再循環管（600）がジョイントを介して接続されることができる。この場合、図1に示すように、給気部（100）の給気管（120）が再循環管（600）に接続されることができる。給気管（120）と再循環管（600）とが出会う部分にベンチュリ管（700）が接続されているため、上述の効果が提供されることができる。

この構成から、圧力ポンプ（P）から接続管（385）に通して押し出される流体は、ポンプ（300）の下部に形成された入口から流れ込む。水中のガスは、各羽根による圧力ヒットによって微細に粉砕され、混合され、ポンプの上部に配置された出口（383）に通して放出される。この場合、放出管（800）は出口（383）に接続され、開閉弁が取り付けられているため、この放出管（800）はまた、放出流体の流量を制御または開閉する。さらに、上記構成のダイアフラム（500）を放出管（800）に取り付けることができ、これを通して、上述のように、二次キャビテーションを促進することができる。

次に、本発明によるナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を使用して、化学薬品を使用することなく、地上の池、川、家庭または工場からの様々な下水を処理するための非化学的汚水処理システムを説明する。

図9または図10は、図1のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置（または図7のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置）を使用して、下水終末処理場の空気注入のためのコンプレッサまたは圧力浮上システムの圧力タンクを用いずに固液を分離する、本発明による非化学的汚水処理システムを例示する。図9は、本発明による非化学的汚水処理システムの（a）正面図および（b）平面図である。図10は、既存の下水終末処理場の固液分離システムの空気注入のためのコンプレッサおよび圧力タンク設備を装備していない、図9の非化学的汚水処理システムの各タンク、特にタンク1を例示するスケッチである。図9aおよび図9bにしたがって、非化学的汚水処理システムは、複数のタンク（T1、T2、T3）が一列に位置する形態を有する。各タンクは一定の幅および長さを有し、幅または長さ方向に互いに接続されている。

一例として、各タンク（T1、T2、T3）は、1つのタンク中に形成された壁によって一定の距離で分けられている。したがって、タンクは、図9に示すような幅方向に接続された形態で提供されることができる。タンクは、タンクを分ける壁にランオフ（37）が形成されているため、各タンク中で処理された水が次のタンクに移動するような方法で構成されている。

図10を参照することによって各タンクの詳細な形態を見ると、タンク（T1、T2、T3）は、流入水処理チャンバ（20）と処理済み水貯蔵部（40）とに分けられている。ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置（1）の流出管（400）および流入管（200）に接続された処理済み水輸送管（6）および処理済み水戻し管（5）が各タンク中の流入水処理チャンバ（20）および処理済み水貯蔵部（40）にそれぞれ挿入されている。各タンク中の流入水処理チャンバ（20）に挿入された処理輸送管（6）の端部には、ナノバブルおよび圧力流体の高圧スプレーが利用可能であるスプレーノズルが備えられることができる。

さらに、タンク1（T1）に関し、図10に示すように、汚染された原水を供給するために、給水管（4）が原水入口（33）を介して接続されることができる。タンク1乃至タンク3（T1、T2、T3）は、これらの間の隔壁に形成されたランオフ（37）を介して接続されている。各タンクの流入水処理チャンバ（20）および処理済み水貯蔵部（40）は、これらを分ける壁（31）に形成されたスルーホール（34）を介して接続されている。流入水処理チャンバ（20）および処理済み水貯蔵部（40）を接続するスルーホール（34）は、状況が許すならば、隔壁（31）の下部に形成されるべきである。各タンクの流入水処理チャンバ（20）中、特定のカットオフ弁（32）が上記スルーホール（34）の末端と処理済み水輸送管（6）の末端との間の一定の位置に備えられることができる。このカットオフ弁は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置（1）によって提供される高圧ナノバブルによって処理されない汚水または流入水が、処理されることなく、次のタンクに移動するのを防ぐためのものである。処理済み水輸送管（6）の端部のスプレーノズルはカットオフ弁（32）の上部に位置すべきである。

汚染された原水または流入水に含まれるスラッジまたは異物をろ過するためのスラッジ除去手段（10）が各タンク（T1、T2、T3）の流入水処理チャンバ（20）の上部に備えられている。このスラッジ除去手段（10）は、複数の輸送プレート（14）がコンベヤベルトまたはチェーン（13）の表面に設置されている構造を有する。各スラッジ除去手段（10）からなるコンベヤベルト（13）は、モータ（11）から延びて各タンクの上部を横切る駆動シャフト（11a）によってスプロケット（12）を回転させることによって駆動される。これにより、ベルトの表面の輸送プレート（14）は、流入水処理チャンバ（20）中の汚染された原水または流入水の上に浮上したスラッジまたは異物をろ過し、流入水処理チャンバ（20）の上部後側に位置するスラッジ放出路（35、36）に通して放出する。

この構成における図9または図10を参照することによって本発明による非化学的汚水処理システムの動作を説明すると、汚水が給水管（4）を通ってタンク1（T1）に流れ込んだのち、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置1（1）は、浄化された水（処理済み水）を処理済み水貯蔵部（40）から処理済み水戻し管（5）に通して引き込むことによってナノバブルを発生させる。次いで、それは、発生させたナノバブルを処理済み水輸送管（6）に通してタンク1（T1）の流入水処理チャンバ（20）に供給する。タンク1（T1）の流入水処理チャンバ（20）中に放出されたナノバブルは、カットオフ弁（32）に激突し、次いで処理チャンバの上に浮上する。このとき、汚染された原水に含まれるスラッジまたは異物がナノバブルとともに上に浮上する。流入水処理チャンバ（20）の上に浮上するスラッジまたは異物は、除去手段が駆動されるとき、輸送プレート（14）によって後方にろ過される。したがって、ろ過されたスラッジまたは異物は、流入水処理チャンバ（20）の上部後側に位置するスラッジ放出路（35、36）に通して外に放出される。

他方、スラッジなどを除去したのち、隔壁（31）に形成されたスルーホール（34）に通して処理済み水貯蔵部（40）に運ばれた、タンク1（T1）の流入水処理チャンバ（20）中の処理済み水は、再びランオフ（37）を通ってタンク2（T2）の流入水処理チャンバ（20）に移動する。そのいくらかは、上述のように処理済み水戻し管（5）に通してナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置1（1）に供給される。

タンク2（T2）の流入水処理チャンバ（20）に流れ込んだタンク1（T1）の処理済み水は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置2（2）によってさらなるスラッジまたは異物が処理チャンバ（20）の上に浮上し、タンク1と同じ方法でスラッジ除去手段によってろ過されたのち、隔壁（31）に形成されたスルーホールを通って処理済み水貯蔵部（40）に移動する。処理済み水貯蔵部（40）中の処理済み水は、そのいくらかが再び処理済み水戻し管（5）に通してナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置2（2）に供給されてナノバブルを発生させ、同時に、ランオフ（37）を通ってタンク3（T3）の流入水処理チャンバ（20）に移動する。

タンク3（T3）の流入水処理チャンバ（20）に流れ込んだタンク2（T2）の処理済み水は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置3（3）によってさらなるスラッジまたは異物が処理チャンバ（20）の上に浮上し、タンク1と同じ方法でスラッジ除去手段によってろ過されたのち、隔壁（31）に形成されたスルーホールを通って処理済み水貯蔵部（40）に移動する。処理済み水貯蔵部（40）中の処理済み水は、そのいくらかが処理済み水戻し管（5）に通してナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置3（3）に供給されてナノバブルを発生させるプロセスを繰り返し、同時に、最終的にはランオフ（37）に通して外に放出される。

このように、本発明による非化学的汚水処理システムにおいて、流入原水のスラッジおよび異物は、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置1乃至3からの強力な圧力によって放出されるナノバブルによってタンクの上に浮上する。浮上した異物、たとえばスラッジは、スラッジ除去手段によって運ばれ、外に放出される。このプロセスによって浄化された流体は、第二および第三のタンクに流れ込み、最終的に使用されることができる。処理済み流体は、混濁および重金属がナノバブルによって分解され、スラッジのヒドロキシルラジカルならびに高い溶存酸素およびアニオンが含まれるため、生態系を回復させるのに非常に有用であることができる。

さらに、本発明によって処理された流体は、滅菌力を有するため、リサイクルされることができる。それは、川などに流れ込む凝固剤ポリマーによる二次汚染を防ぐために、従来の方法のような凝固剤処理を用いずに、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカルを使用して汚染物質を除去する方法を使用する。そのうえ、上記システム構成は、既存の下水終末処理場の圧力タンクおよび圧力コンプレッサを要しない。したがって、パワー消費率が50％より多く減るため、費用対効果が非常に大きい。

本発明のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置は、添付図面を参照することによって特定の形態および向きに基づいて説明されている。しかし、本発明は、当業者によって改変および変更されることができる。そのような改変および変更は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

P：圧力ポンプ
PM：ポンプマウント
J：ジョイント
100：給気部
110：流量制御ゲージ
120：給気管
200：流入管
210：開閉弁
300：ポンプ
310：ポンプハウジング
311：内壁
315：放出出口
320：駆動モータ
330：回転羽根
331：傾き1
333：小キャリバ1
335：大キャリバ1
337：渦促進部1
340：固定羽根
341：傾き2
343：小キャリバ2
345：大キャリバ2
347：渦促進部2
349：締め付けボルト
360：モータ軸（シャフト）
370：インペラ
380：チャンバ
381：入口
383：出口
385：接続管
400：流出管
410：開閉弁
420：流出管
500：ダイアフラム
510：壁
520：小キャリバ部
530：大キャリバ部
540：空間
600：再循環管
700：ベンチュリ管
800：放出管

本発明は、空気注入のためのコンプレッサおよび圧力タンク設備を要しないため、下水終末処理場の圧力浮上タンクのバブル発生装置のポンプパワーを50％減らし、設備の数および設置面積を減らすことができる。このようにして、経済的実現可能性を有意に高めることができる。
[本発明1001]
流体を導入させ放出させるように構成されたポンプ；
該ポンプの1つの側に接続された駆動モータ；
大径羽根と小径羽根とに分けられた複数の羽根が積み重ねられた構造を有する、該駆動モータの回転シャフトに取り付けられた回転羽根；
該ポンプの内壁に取り付けられた固定羽根であって、大径羽根と小径羽根とに分けられ、該回転羽根の該複数の羽根に所定の間隔で嵌め込まれ結合されている複数の羽根が、該固定羽根の該小径羽根および該大径羽根が該回転羽根の該大径羽根および該小径羽根に対応するように積み重ねられた構造を有する、固定羽根；
該駆動モータの該回転シャフトに取り付けられ、該回転羽根および該固定羽根の正面で該ポンプの前部に配置された複数のインペラ;
該インペラの回転によって導入された流体が複数のチャンバを通過するように該インペラの間に配置された複数のチャンバ；
空気、酸素およびオゾンの少なくとも1つを該ポンプの入口側に供給するように構成された給気ユニット；ならびに
該ポンプの出口側に放出された流体が該ポンプの入口側に再循環するように、該入口側および該出口側に接続するように構成された再循環管
を含む、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
[本発明1002]
給気ユニットが再循環管に接続され、給気管と該再循環管との接続部分が、ボトルネック部分および拡大部分を含むベンチュリ管を含むことを特徴とする、本発明1001のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
[本発明1003]
回転羽根および固定羽根それぞれの少なくとも1つの側に位置する羽根が、傾いた構造を有する円周面を含み、該回転羽根の各羽根の円周面の傾きが、該回転羽根の回転方向とは反対の方向に形成され、該固定羽根の各羽根の円周面の傾きが、該回転羽根の各羽根の該円周面の該傾きが形成されている方向とは反対の方向に形成されていることを特徴とする、本発明1001のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
[本発明1004]
回転羽根および固定羽根の1つまたは両方が、その半径線に対して傾くように形成された渦促進部分を有する羽根側面を含むことを特徴とする、本発明1001のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
[本発明1005]
ポンプの出口側に、ナノバブルの発生を促進するために、放出される流体の圧力の変化を誘発する隔壁部分がさらに提供されていること、ならびに
該隔壁部分が、
出口側に提供された隔壁ボディ；
該隔壁ボディに形成された複数の小径部分；および
該小径部分に接続され、拡大された、複数の大径部分
を含むこと
を特徴とする、本発明1001のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
[本発明1006]
隔壁部分が、互いに離間しかつ空間部分を間に有する複数の隔壁部分を含むことを特徴とする、本発明1005のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
[本発明1007]
所定の幅および長さを有し、連続して接続または配置された1つまたは複数の水タンクを含むことを特徴とする、本発明1001〜1006のいずれかのナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を使用して化学薬品を用いずに汚水を処理するためのシステムであって、
該水タンクが、該水タンク内のプロセス水がそれを通って流れるまたは放出される放出孔をそれぞれ有する隔壁によって仕切られており；
該水タンクが、流入水プロセス室とプロセス水貯蔵室とに仕切られており；
ポンプの出口側および入口側に接続されたプロセス水移送管およびプロセス水戻し管が該流入水プロセス室および該プロセス水貯蔵室にそれぞれ配置されており；
一番前の水タンクの該流入水プロセス室が、汚染された源水を供給するための源水入口ポートを介して給水管に接続されており；
該プロセス水が、該流入水プロセス室と該プロセス水貯蔵室とを仕切る壁のスルーホールを通って該流入水プロセス室から該プロセス水貯蔵室に流れ；
該プロセス水貯蔵室内の流体の少なくとも一部が該ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を介して該流入水プロセス室に供給され；
該スルーホールと該プロセス水移送管の端部との間の所定の位置でナノバブルと衝突するブロッキングプレートが該流入水プロセス室中に提供されており；
該汚染された源水または流入水中に含まれるスラッジまたは不純物をろ過する複数の移送プレートを有するコンベヤユニットが該流入水プロセス室の上部に提供されている、
システム。

Claims (7)

1. 流体を導入させ放出させるように構成されたポンプ；
   該ポンプの1つの側に接続された駆動モータ；
   大径羽根と小径羽根とに分けられた複数の羽根が積み重ねられた構造を有する、該駆動モータの回転シャフトに取り付けられた回転羽根；
   該ポンプの内壁に取り付けられた固定羽根であって、大径羽根と小径羽根とに分けられ、該回転羽根の該複数の羽根に所定の間隔で嵌め込まれ結合されている複数の羽根が、該固定羽根の該小径羽根および該大径羽根が該回転羽根の該大径羽根および該小径羽根に対応するように積み重ねられた構造を有する、固定羽根；
   該駆動モータの該回転シャフトに取り付けられ、該回転羽根および該固定羽根の正面で該ポンプの前部に配置された複数のインペラ;
   該インペラの回転によって導入された流体が複数のチャンバを通過するように該インペラの間に配置された複数のチャンバ；
   空気、酸素およびオゾンの少なくとも1つを該ポンプの入口側に供給するように構成された給気ユニット；ならびに
   該ポンプの出口側に放出された流体が該ポンプの入口側に再循環するように、該入口側および該出口側に接続するように構成された再循環管
   を含む、ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
2. 給気ユニットが再循環管に接続され、給気管と該再循環管との接続部分が、ボトルネック部分および拡大部分を含むベンチュリ管を含むことを特徴とする、請求項1記載のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
3. 回転羽根および固定羽根それぞれの少なくとも1つの側に位置する羽根が、傾いた構造を有する円周面を含み、該回転羽根の各羽根の円周面の傾きが、該回転羽根の回転方向とは反対の方向に形成され、該固定羽根の各羽根の円周面の傾きが、該回転羽根の各羽根の該円周面の該傾きが形成されている方向とは反対の方向に形成されていることを特徴とする、請求項1記載のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
4. 回転羽根および固定羽根の1つまたは両方が、その半径線に対して傾くように形成された渦促進部分を有する羽根側面を含むことを特徴とする、請求項1記載のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
5. ポンプの出口側に、ナノバブルの発生を促進するために、放出される流体の圧力の変化を誘発する隔壁部分がさらに提供されていること、ならびに
   該隔壁部分が、
   出口側に提供された隔壁ボディ；
   該隔壁ボディに形成された複数の小径部分；および
   該小径部分に接続され、拡大された、複数の大径部分
   を含むこと
   を特徴とする、請求項1記載のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
6. 隔壁部分が、互いに離間しかつ空間部分を間に有する複数の隔壁部分を含むことを特徴とする、請求項5記載のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置。
7. 所定の幅および長さを有し、連続して接続または配置された1つまたは複数の水タンクを含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項記載のナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を使用して化学薬品を用いずに汚水を処理するためのシステムであって、
   該水タンクが、該水タンク内のプロセス水がそれを通って流れるまたは放出される放出孔をそれぞれ有する隔壁によって仕切られており；
   該水タンクが、流入水プロセス室とプロセス水貯蔵室とに仕切られており；
   ポンプの出口側および入口側に接続されたプロセス水移送管およびプロセス水戻し管が該流入水プロセス室および該プロセス水貯蔵室にそれぞれ配置されており；
   一番前の水タンクの該流入水プロセス室が、汚染された源水を供給するための源水入口ポートを介して給水管に接続されており；
   該プロセス水が、該流入水プロセス室と該プロセス水貯蔵室とを仕切る壁のスルーホールを通って該流入水プロセス室から該プロセス水貯蔵室に流れ；
   該プロセス水貯蔵室内の流体の少なくとも一部が該ナノバブルおよびヒドロキシルラジカル発生装置を介して該流入水プロセス室に供給され；
   該スルーホールと該プロセス水移送管の端部との間の所定の位置でナノバブルと衝突するブロッキングプレートが該流入水プロセス室中に提供されており；
   該汚染された源水または流入水中に含まれるスラッジまたは不純物をろ過する複数の移送プレートを有するコンベヤユニットが該流入水プロセス室の上部に提供されている、
   システム。

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