KR200255929Y1 - 기포발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 미세한 기포를 발생시키는 기포발생장치에 관한 것으로서, 유입되는 액체에 기포(氣泡)를 발생시켜 액체(液體) 내에 포함되어 있는 이물질(異物質)의 표면에 기포를 부착시켜 기포의 부상력에 의하여 이물질을 부상(浮上)하게 하여 이물질을 액체에서 제거하게 하는 기포발생장치에 있어서, 동일한 축상에 복수의 관이 일체로 형성되는 다중관(多重管)의 구조를 가지고, 다중관에서 최외관(最外管)의 상류측 단부는 폐쇄되어 있고, 그 하류측 단부는 배출구에 연결되어 있으며, 최외관 내부의 관은 액체를 받아드리도록 유입구가 있고 또한 상류측의 단부는 페쇄되어 있고, 상기 최외관 이외의 관에는 액체가 통과하면서 기포가 발생되는 분출공이 형성되어 있어, 유입되는 액체가 내부 관의 하류측 단부에 부딪쳐 분출공을 통과하면서 기포를 발생시키고 최외관의 하류측 단부를 통하여 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 기포발생장치를 제공한다.

상기 최외관 내부에는 관이 2개 있는 3중관 구조로 하는 것이 바람직하고 또한 어느 일방에 형성되어 있는 분출공은 타방에 형성되어 있는 분출공과 그 직경이 각각 다른 것이 바람직하다.

또 어느 일방에 형성되어 있는 분출공은 그 관의 길이방향을 따라 일렬로 형성되어 있고, 타방에 형성되어 있는 분출공과 길이방향의 일정한 부분에서 원주의 전 표면에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 유입되는 액체에 공기를 주입하는 공기주입기를 유입구 전에 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 공기주입기는 액체가 이송되는 관을 그 전후보다 직경을 작게 한 작은 곳에 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

기포발생장치{AIR BUBBLE GENERATING APPARATUS}

본 고안은 연못이나 호수, 저수지 등 폐쇄성수역(閉鎖性水域)에서 인근의 생활 잡배수나 축산폐수 등이 유입함으로써 수중에 질소나 인 등의 영양염이 증가해 부영양화에 의한 수질 오염이 진행되고 있는 수중에, 공기를 가압해 액체에 용해한후 액체를 대기압하에 해방시켜 상기 용해된 공기를 미세기포 발생장치5에 의해 미세기포로서 배출함으로써 공기중의 산소를 용해하여 수중의 오탁 부유물을 기포와 함께 부상분리(浮上分離)하는 가압부상 고액분리시스템의 기포발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐쇄성 수역에서 직접처리 정화방식에 의해 수중정화를 할 때에 처리대상인 원수(原水)에 미세기포 발생장치5로 미세기포를 발생시켜 물과 미세기포를 접촉시키므로서 원수에 포함되어 있는 현탁물(choloid)을 부상분리하는 이른바 가압부상분리(DAF=Desolved air floatation)에서 미세기포 발생장치5 방법이 이용되고 있다.

이러한 미세기포를 이용한 가압부상분리법은, 미세기포 발생장치5를 이용하는 고액(固液)분리방법의 한가지 방식으로 물보다 밀도가 작은 고형물, 특히 물보다도 작은 밀도의 크기를 가진 침강성이 나쁜 고형물에 기포를 부착시켜 부피에 대한 비중을 적게 해서 부상분리하는 방법으로서, 부상의 원동력은 밀도차에 의한 부력을 이용하므로 당연히 고체에 부착하는 기체의 양이 많을수록 좋다. 기체미세기포 발생장치5통상은 공기의 고체에 대한 부착력은, 고체입자의 성상 혹은 고체입자의 직경, 기포의 직경에 따라 다르기 때문에 일률적으로 논하기 어렵지만, 일반적으로 부착 기체량을 많게 하기 위해서는 될 수 있는 한 미세한 기포를 발생시키는 것이 좋다. 이런 목적을 위해서는 기체를 일단, 압력하에서 수중에 용해시킨 후, 이것을 대기압 하에서 해방해서 과포화의 기체를 미세기포 발생장치5로 기포화(氣泡化)하여 수역에 배출시켜 부상분리미세기포 발생장치5발생기포의 직경 수10-100㎛내에서 실시한다. 즉 오탁수 처리시에 응집제를 첨가하여 응집플록미세기포 발생장치5(凝集泥=floc)을 만들어 응집플록에 미세한 기포를 흡착시킴으로써 응집니미세기포 발생장치5(凝集泥)를 수면까지 부상시켜 부상물미세기포 발생장치5(floating floc)을 회수하여 수질정화을 도모한다. 응집플록을 이용하는 방법으로는 폐쇄성 수역에서 직접 실시하는 경우와 오탁수를 침전조나 처리탱크에 빨아 올려 고액을 분리한 후에 처리수는 수역내로 재방류하여 되돌리는 간접처리 방법이 있다. 그러나 어느 경우에서든기포경의 직경 및 균일성이 중요하다. 기포가 미세하면 미세할수록 흡착율이 높고 조용히 부상하면서 상층에서 거품((bubbling)이 없기 때문에 흡착된 플록이나 부유물이 파괴되지 않는다. 그러나 가압배출 미세기포는 수심 및 부상속도에 따라 기포의 소멸위험이 있고 부상응집물미세기포 발생장치5(浮泥)의 일부는 시간이 경과한 후에 응집체 자중미세기포 발생장치5(自重)에 의해 재침전할 위험이 있기 때문에 수심이 깊거나 수역이 넓은 경우 밀도류 교반이나 수류 교반 등의 폭기를 병용하는 경우도 있다.

그러나 이러한 가압부상분리에 의한 정화를 실시하는 장치들은 대개 기포의 발생방법 및 그 크기, 용해량, 응집플록의 형성, 장치의 경량화가 문제가 되고 있다. 이 분야의 관련특허로는 한국 공개특허공보2000-201호 미세기포 발생장치(2000.1.15) 및 공개특허공보2000-314호 미세기포 발생장치(2000.1.15) 및 일본국 공개특허공보1996-131800 및 일본국 공개실용신안공보 1990-112321 등의 선행기술이 있다. 이러한 제 선행기술들의 기포발생의 원리는 압력분사수단을 이용해 난류발생 용기내에서 기액을 혼합해 용해조에 수납해 가압해서 대기압하에 수중에 방출할 적에 응집제를 함께 투여해 수중에 직접 배출하므로써 부상분리하도록 하고 있다.

그러나 가압부상분리 기술은 개별 선행기술마다 미세기포를 이용하는 측면에서는 유사한 원리를 적용하고 있으나 기포를 발생시키는 방법은 각기 다른 만큼 그 성능이나 장치의 규모 등이 다양하고 특성상의 차이도 있다.

또한 종래의 기술에서 50㎛ 이하의 미세한 기포를 발생시키는 것은 장치대형화와 부상능력에 문제점이 있어 정화처리의 효율을 제고하는 데에 있어서 　대수역(大水域)에서의 채택에 장애가 되고 있다.

따라서 본 고안은 50㎛ 이하의 미세한 기포를 발생시키기 위한 장치를 제공하는 것이다. 즉, 원수의 흡입 유로관 하류측으로 동축미세기포 발생장치5同軸) 상에 구경이 각각 다른 3중의 원통상 용기 구조체로 일체화되어 있고, 최외통은 그 단부가 하류측 유로관과 연결되어 있으며 최외통보다 구경이 적은 2개의 중,소 내통은 그 하류측의 일단부가 흡입원수에 난류가 발생하도록 함께 밀폐되고 또 최외통 길이보다 짧도록 설치되며 각각 구경이 서로 다른 다수의 분출구를 가지고 있으며, 외형적으로는 단일 통상용기 구조체로 이루어진 기포발생장치를 제공한다.

도1은 기포발생장치의 전체적인 개관을 나타내는 도면,

도2는 미세기포 배출장치 횡단면도를 나타내는 도면,

도3은 도2에 있어서 소내관을 확대하여 나타내는 종 및 횡단면도,

도4는 도2와는 별도의 중내관의 종 및 횡단면도,

도5는 본 고안의 장치에 의한 미세기포의 입자를 쵤영한 수중 SEM 사진을 나타내는 도면이다.

1. 컴프레샤 2. 유량계

3. 가압탱크 4. 첵크밸브

5. 기포발생장치 6. 응집제 탱크

7. 터빈펌프 8. 수중펌프

9. 이젝터　　　　　　　　　　　 12. 유로관

13. 최외관 14. 중내관

15. 소내관 16. 중내관　분출공

17. 소내관　분출공 18. 폐쇄단부

d1. 소내관구경

d2. 중내관구경 d3. 최외관구경

L. 최외관　길이 L1. 중내관 및 소내관의 길이

L2. 소내관분출공배치길이 L3,L4 소내관무공배치길이

L5. 소내관분출공배치간격

L6. 중내관분출공배치간격

이하 본 고안의 구성과 작용을 한 실시예에 의거하여 상세히 설명한다.

도1은 기포발생장치의 전체적인 흐름도를 나타낸다. 본 미세기포발생장치5를 이용한 가압부상 시스템은 오탁 원수를 흡입하는 펌프7, 8와 펌프에 의하여 취수된 원수에 공기를 혼합시키는 이젝터9, 이젝터9에서 공급되는 기액혼합액을 받아 여기에 미세한 기포를 발생시키는 미세기포발생장치5, 그리고 미세기포 발생장치5의 기액혼합액을 수중으로 분사하기 위한 공기압을 부여하는 컴프레셔1와 상기 미세기포 발생장치5에 첨가되는 응집제를 저장하는 응집제 탱크, 기액혼합액을 가압하여 배출하는 가압탱크로 구성되어 있다.

도1에서, 원수를 수중펌프8로 퍼올리고 밸브를 열어 터빈펌프7를 통하고 분사식의 이젝터9에서 원수에 공기가 주입되어 미세기포발생장치5로 원수가 유입된다. 이와 동시에 작동하는 컴프레샤1에서 발생한 가압공기가 미세기포 발생장치5에 유입되어 기액혼합액을 미세기포 발생장치5의 외부로 배출시킨다. 한편, 상기 컴프레샤1과 미세기포 발생장치5 사이의 유로에는 유량계2와 밸브가 설치되어 미세기포 발생장치5에 유입되는 압력공기의 양을 제어할 수 있다.

또한 필요에 따라 응집제 탱크6로부터 미세기포 발생장치5로 응집제 등의 약액이 주입되어 기액혼합액에 포함되어 있는 현탁물질을 응집시킨다.

미세기포 발생장치5로부터 배출되는 혼합액은 가압탱크3에 저장되었다가 가압되어 도시하지 않은 노즐을 통하여 원래의 수역으로 배출된다.

상기와 같이 취출된 원수는 응집제에 의하여 포함되어 있는 현탁물질이 응집하고 그 표면에 미세기포가 부착된 상태로 원래의 수역으로 되돌아가 기포의 부상력에 의하여 현탁물질이 부상하게 된다.

이렇게 부상된 콜로이드성 오염물질을 도시하지 않은 수거장치로 수거하여 수역을 정화시킨다.

본 고안에서는 도시되지는 않았지만 이젝터9는 원수11을 흡입하는 유로관보다 구경이 적은 관에 공기를 유입시키는 공기 유입관이 연결되어 있다. 유로관의 도중에 설치된 이젝터9에서 유로관이 좁아짐으로써 유로중에 액체의 정압이 진행방향으로 압출하고 그 쏠림으로 인하여 이젝터9에서 기체를 유입시킬 적에 기액혼합류를 형성시킬수 있도록 원수11을 분사하여 미세기포발생장치5로 이송한다.

이하에 미세기포 발생장치5에 대하여 상세히 설명한다.

도2는 본 고안의 미세기포배출장치5의 단면도를 나타내고 도3은 도2에서의 소내관15, 중내관14를 각각 확대하여 나타내는 도면이다. 또한 도4는 도2의 중내관14과는 분출공의 형상위치가 다른 중내관14를 확대한 도면을 나타낸다.

미세기포 발생장치5는 도2에 나타내는 바와 같이, 3중관의 구조를 가지고 있다. 즉 최외층에 최외관13, 최내층에 소내관15 그리고 그 사이에 중내관14이 동축(同軸)으로 일체로 형성되어 있다.

소내관15의 일단은 유로관12의 상류측과 연결되어 있으며, 최외관13의 일단부는 유로관12의 하류측과 연결되어 있다.

소내관15 및 중내관14은 각각 다수의 분출공17, 16이 형성되어 있다.

소내관15의 분출공17은 일정한 부분(도3에서 L2의 길이 만큼)에 원주의 전 표면에 형성되어 있다. 분출공17에 형성되는 영역은 반드시 이에한정되는 것은 아니고, 미세기포를 많이 형성할 수 있는 것이라면 어느 것이든 무방하다.

한편, 중내관14의 분출공16은 원주의 한쪽 면을 따라 관과 평행하게 형성되어 있다. 이는 소내관15의 분출공17의 위치와 어긋나고 또한 그 구경도 다르게 하였다.

이하, 상기 미세기포 발생장치5를 사용하는 미세기포의 발생에 대하여 설명한다.

유로관12는 그 진행방향으로 상기 원수를 흡입함과 동시에 응집제 탱크6부터 응집제가 주입되고, 동시에 컴프레샤1에 의하여 발생하고 유로관내의 유량계2에 의하여 그 양이 조정되는 압력공기가 흡입된다.

이러한 압력공기 및 응집제과 함께 미세기포발생장치5로 유입되는 원수는 소내관 분사이젝터에 의해 소내관15내로 1차로 분출유입되어 진행하다가 폐쇄단부18에 부딪쳐 되돌아 역류하다가 소내관15내의 압력증가에 의해 소내관 분출공17을 통해 원수가 분단되면서 중내관14으로 유입된다. 한편 원수가 계속하여 중내관14로 유입되면서 중내관14의 압력이 높아져서, 중내관14의 원수는 중내관 분출공16을 통하여 최왼관13으로 분출유입된다.

이렇게 각각 분출공17, 16을 통하여 원수가 빠져 나오면서 원수가 분단되면서 미세한 기포가 발생하게 되고, 이 기포는 원수에 포함되어 있는 오염현탁물질의 표면에 부착하게 된다.

본 미세기포발생장치5는 유로관12내에 유입할 적에 소내관15출구의 하류측 가압혼합부에서는 흐름이 1차 지연되어 정압이 증대해 유입한 기체를 액체 중에 용해시키고 다시 중내관14에서 동일한 과정을 반복하여 중내관분출공16으로 분출시킨다. 이때 가압혼합부의 출구부의 노즐에 의해 상기 기액혼합류를 가속시켜 다시 정압을 낮춰 액체중에서 용해한 기체를 미세기포로서 석출시킴과 동시에 분출공(=노즐)을 통과시킬 적에 흐르는 난류에 의해 용해시키도록 한 기포를 분단세분화하여 미세기포를 발생시키도록 하고 있다.

즉. 본 고안의 미세기포발생장치5는 원수흡입 유로관 하류측으로 동일축상에 구경이 각각 다른 3중의 원통상용기 구조체로 일체화되어 있고 최외관13은 그 단부가 하류측 유로관과 연결되어 있다. 또한 그 안은 최외관13보다 구경이 적은 2개의 중,소내관14,15이 설치되고, 그 단부에 흡입원수가 충돌해 역류해서 중간 분출공16, 17에서 각기 분출이 가능하도록 함께 밀폐되고 또 최외관13 길이보다 짧도록 되어 있다.

또한 소내관15의 분출공17은 도2에 나타내는 바와 같이, 최외관13의 하류측 단부에서 08 ~ 1.0L2 만큼 떨어져 있으며, 최외관13의 상류측 단부로부터는 1.6d1만큼 떨어져 있는 곳의 사이에 형성되어 있다. 또한 그 구경3-4mm 정도이다.

또한 분출공의 개수는 관내압력에 따라 임의로 조정되지만, 소내관 분출공17이 형성된 부분의 면적은 통상 소내관15의 면적비 1/4-1/5의 범위내에서 설치함이 좋다.

중내관14의 분출공16은 소내관d1의 직경을 기준으로 0.75d1의 크기로 8-10공을 한쪽 면에서 형성함이 좋다. 이 경우에 미세기포장치 내에서의 압력은 4-5kg/㎠정도로 조정된다.

또한 미세기포발생장치5인 원통상용기의 최외관13의 길이L는 유로관12의 10d 정도 내로 함이 좋다. 이것은 통상적으로 유체가 관로내에서 흐를 때에 적정유속을 기준으로 하여 유체의 이송간격과 속도를 고려하여 일반적으로 2상류인 기액 혼상류의 난류용해를 가정한 것이다.

한편, 도시하지는 않았지만 가압탱크3에는 적정압을 유지하기 위해 배기공이 부설되어 있어 가압탱크3 내의 압력조절에 의해 잉여공기를 외부로 내보낼 수 있는 구성을 취하고 있다.

본 고안에서 미세기포장치5내에 투여해 사용하는 응집약제류는 통상 황산알루미늄 (aluminium sulfate=Al(SO₄)₃)이나 폴리염화알루미늄 (PAC=polyaluminium chloride) 및 pH조정을 위해 중화제로 사용되는 수산화칼슘(식용소석회=Ca(OH)₂) 등을 사용할수 있다.

본 고안은 실시예에 한정하지 않고 유수분리나 작업의 규모에 관계없이 응용하여 사용할 수 있다.

또 상기 실시예에서는 미세기포 발생장치를 3중관으로 하는 구조를 취하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니고 2중관의 구조를 가질 수 있다. 즉 최외관과 중내관 혹은 최외관과 소내관으로 구성하여도 무방하다.

본 고안의 장치를 이용하므로써 폐쇄수역내에서 대량의 오탁수를 연속적으로 미세기포를 배출하기 때문에 수질정화시간을 단축할 수 있고, 직경이 30-50㎛이하인 초미세기포를 방출하기 때문에 부착 및 부상효율이 좋고 폭기효과로 충분한 용존산소가 수중에 공급되어 수질이 활성화된다.

도5는 본 고안의 미세기포발생장치5를 시험용으로 시제품제작하여 기포의 크기를 SEM사진으로 촬영한 것을 나타내는 것이다. 도5에서 나타난 바와 같이 기포의 직경은 30-50㎛사이에 있음을 보여주고 있다.

따라서 본 고안에 의한 장치는 종래의 장치보다 미세한 기포를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 유입되는 액체에 기포(氣泡)를 발생시켜 액체(液體) 내에 포함되어 있는 이물질(異物質)의 표면에 기포를 부착시켜 기포의 부상력에 의하여 이물질을 부상(浮上)하게 하여 이물질을 액체에서 제거하게 하는 기포발생장치에 있어서,

   동일한 축상에 복수의 관이 일체로 형성되는 다중관(多重管)의 구조를 가지고,

   다중관에서 최외관(最外管)의 상류측 단부는 폐쇄되어 있고, 그 하류측 단부는 배출구에 연결되어 있으며,

   최외관 내부의 관은 액체를 받아드리도록 유입구가 있고 또한 상류측의 단부는 페쇄되어 있고,

   상기 최외관 이외의 관에는 액체가 통과하면서 기포가 발생되는 분출공이 형성되어 있어,

   유입되는 액체가 내부 관의 하류측 단부에 부딪쳐 분출공을 통과하면서 기포를 발생시키고 최외관의 하류측 단부를 통하여 배출구로 배출되는 것을

   특징으로 하는 기포발생장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 최외관 내부에는 관이 2개 있는 3중관 구조로서,

   어느 일방에 형성되어 있는 분출공은 타방에 형성되어 있는 분출공과 그 직경이 각각 다른 것을

   특징으로 하는 기포발생장치.
3. 제2항에 있어서,

   어느 일방에 형성되어 있는 분출공은 그 관의 길이방향을 따라 일렬로 형성되어 있고,

   타방에 형성되어 있는 분출공과 길이방향의 일정한 부분에서 원주의 전 표면에 형성되어 있는 것을

   특징으로 하는 기포발생장치.
4. 제1항에 있어서,

   유입되는 액체에 공기를 주입하는 공기주입기를 유입구 전에 더 구비하는 것을

   특징으로 하는 기포발생장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 공기주입기는 액체가 이송되는 관을 그 전후보다 직경을 작게 한 작은 곳에 설치되는 것을

   특징으로 하는 기포발생장치.