KR100900275B1 - 마이크로 버블 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 버블 발생장치에 관한 것으로서, 수중에 설치되어 물이 유동하는 폭기관과; 상기 폭기관의 하부에 이격 설치되어 폭기관에서 토출된 물과 기포가 충돌하는 충돌판과; 상기 폭기관 내부에 대기의 공기를 압송하여 공급하도록 설치되는 공기공급관과; 상기 폭기관 내부에 폭기관의 내측면과 이격되게 설치되고 상기 공기공급관으로부터 토출된 공기가 충돌되어 미세 기포화되는 저항체;로 구성되어, 공기가 공기공급관에 의해 빠른 유속을 갖는 와류로서 폭기관 내로 공급됨과 아울러 폭기관 내로 공급된 공기가 저항체에 강하면서도 지속적으로 부딪쳐 와류의 흐름으로 유동됨으로써 기포가 마이크로미터 크기의 미세 기포로 쪼개져 세분화되므로 수중의 용존산소량이 증가되고, 고농도의 유기질 폐수고도처리에 의한 액상비료의 제조 및 하수 정화성능이 탁월하게 된다.

마이크로 버블 발생장치, 폭기관, 공기공급관, 저항체, 미세 기포, 용존산소

Description

마이크로 버블 발생장치{Micro bubble instrument}

본 발명은 마이크로 버블 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폭기관에서 미세 기포를 발생시켜 수중에 혼합하여 공급함으로써 고농도의 폐수를 정화토록 한 마이크로 버블 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고농도 유기질의 음식물 폐수, 축산 폐수, 공장 등에서 배출되는 공장 폐수는 강이나 하천으로 방류되기 전에 수질오염을 방지하기 위하여 폐수처리장을 거치게 되는데, 이러한 폐수처리장에서는 폐수 속에 산소를 공급하여 폐수 속의 미생물을 활성화시켜 단시간내에 물의 자정작용을 촉진시킴으로써 폐수 속에 포함된 각종 고농도 유기물을 분해하여 폐수를 정화시키게 된다.

이와 같은 폐수처리방식에는, 폐수 속에 공기를 공급하여 폐수 속의 산소를 증가시켜 호기성세균이나 원생동물의 활동을 활발하게 하여 폐수를 정화시킴과 동시에 폐수를 교반시켜 폐수 속에서 빠져나오기 어려운 과잉의 유해한 이산화탄소나 질소를 배출시키는 폭기방식을 채택하여 주로 사용하고 있는데, 이러한 폭기방식은 송풍기를 통해 폐수 내부에 공기를 주입하여 기포를 발생시켜 산소를 용해하는 방식인 산기식 폭기방식과, 수면에서 임펠러나 스크류 또는 브러쉬 등을 회전시켜 교반하거나 산소를 공급하게 되는 기계식 표면 폭기방식으로 크게 구분된다.

한편, 본 발명은 전술한 폭기방식 중 산기식 폭기방식에 관한 것으로, 물속에 산소가 많이 용해된 용존산소량이 높은 물은 미생물 증식 뿐만 아니라, 살균작용도 하여 물속에서 세균의 발생을 억제할 수 있으나, 물이 오염됨에 따라 용존산소량이 낮아지게 되면 수생식물이나 어패류와 같은 동물의 사멸을 초래할 고농도의 유기물 등이 잔류하여 물의 오탁을 가져오게 되므로, 수질 정화를 위해서는 용존산소량을 늘려야만 한다.

그러나, 종래의 산기식 폭기방식은, 수중에 설치된 폭기장치에 지상의 컴프레서에서 만들어진 압축공기(이하 "공기" 라 한다)를 공급하여 폐수와 혼합하는데, 이때 폐수와 혼합된 공기는 수중에서 기포로서 생성되지만, 이와 같이 생성된 기포가 일정 크기 이상으로 형성됨으로써 산소가 물속에 용해되지 못하고 부상되어 터지므로 용존산소량을 증가시킴에 있어 한계가 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 마이크로 버블을 발생시킬 수 있는 장치를 구성하여 미세 기포를 생성할 수 있도록 함으로써 수중의 용존산소량을 증가시켜 수질의 정화성능을 향상시키도록 한 마이크로 버블 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은, 수질개선을 위한 마이크로 버블 발생장치에 있어서, 수중에 설치되어 물이 유동하는 폭기관과; 상기 폭기관의 하부에 이격 설치되어 폭기관에서 토출된 물과 기포가 충돌하는 충돌판과; 상기 폭기관 내부에 대기의 공기를 압송하여 공급하도록 설치되는 공기공급관과; 상기 폭기관 내부에 폭기관의 내측면과 이격되게 설치되고 상기 공기공급관으로부터 토출된 공기가 충돌되어 미세 기포화되는 저항체;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 발생장치에 의 해 달성된다.

그리고, 상기 공기공급관에는 토출되는 공기의 유속을 가속시키는 오리피스 노즐부가 형성되되, 상기 오리피스 노즐부의 내측면에는 공기를 와류의 흐름으로서 토출되게 하는 나선형 돌기가 형성되거나 또는 상기 오리피스 노즐부의 내부에는 공기를 와류의 흐름으로서 토출되게 하는 스크류축이 설치될 수 있다.

또한, 상기 저항체는 원뿔이 공기공급관을 향하도록 형성된 원뿔형상으로서, 복수개 이상의 저항체가 적층되게 설치되고, 그 최외측면이 폭기관의 내측면과 1∼200㎜ 사이의 간격으로 이격되게 형성된다.

본 발명에 따른 마이크로 버블 발생장치에 의하면, 공기공급관을 통해 폭기관으로 공급되는 공기는 공기공급관의 나선형 돌기 또는 스크류축에 의해 와류로 형성되어 폭기관으로 공급되고, 이와 같이 폭기관 내로 공급된 공기는 저항체에 강하면서도 지속적으로 부딪쳐 와류의 흐름으로 유동됨으로써 기포가 마이크로미터 크기의 미세 기포로 쪼개져 세분화되므로, 수중의 용존산소량을 증가시킬 수 있고, 수질 정화성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생장치에 대한 구성을 도시한 도면이다.

본 발명의 마이크로 버블 발생장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 수중에 설치되는 중공의 폭기관(110)과, 상기 폭기관(110)의 하부에 이격 설치되어 폭기관(110)에서 토출된 물과 기포가 충돌하는 충돌판(400)과, 상기 폭기관(110)의 내부에 설치되어 대기 중의 공기를 공급하는 공기공급관(200)과, 상기 폭기관(110)으로 공급된 공기가 충돌되는 저항체(300)로 구성된다.

상기 폭기관(110)은, 상하단부가 개구된 중공관으로서, 그 직경이 상부에서 하부측으로 대경부(110a)와, 소경부(110b), 대경부(110c) 순으로 형성된다.

이때, 상기 폭기관(110)의 상하 대경부(110a)(110c)는 본 실시예에서는 동일한 직경으로 형성하였지만, 다른 직경으로 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 폭기관(110)의 하부 대경부(110c) 외측면에는 다수의 플랜지부(111)가 서로 이격된 상태로 돌출 형성되고, 상기 플랜지부(111)의 중앙부에는 나사공(112)이 천공되어, 후술될 충돌판(400)의 볼트부재(410)와 나사 결합된다.

이때, 상기 폭기관(110)의 하부 대경부(110c)의 하단부는 후술될 충돌판(400)과 이격된 간극을 갖도록 설치되어, 폭기관(110) 내부를 유동하는 물이 폭기관(110) 밖으로 용이하게 유동할 수 있게 된다.

상기 충돌판(400)은 도 6에 도시된 바와 같이, 그 일면에 다수의 볼트부 재(410)가 회전가능하게 결합되어 설치된다. 즉, 상기 볼트부재(410)의 머리부는 충돌판(400)의 하면부에 위치되고 축부는 충돌판(400)을 관통하여 충돌판(400)의 상면부에 위치된 상태로 구비된다.

이때, 상기 충돌판(400) 상면부에서 볼트부재(410)에 너트(411)를 체결하여 두면, 너트(411)와 볼트부재(410)의 머리부 사이에 충돌판(400)을 구속하게 되므로 충돌판(400)의 유동을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 설치된 볼트부재(410)는 상기 폭기관(110)의 플랜지부(111)에 천공된 나사공(112)을 관통하면서 나사 결합되어, 상기 폭기관(110)과 충돌판(400) 사이의 간극을 조절할 수 있게 된다.

따라서, 상기 볼트부재(410)에 의해서 충돌판(400)과 폭기관(110) 사이의 간극이 조절됨으로써 수중의 수위변화에 따라 마이크로 버블 발생장치(100)의 전체적인 높이를 조절할 수 있게 된다.

이때, 상기와 같이 조절되는 충돌판(400)은 폭기관(110) 측으로 최대한 이동시켜도 폭기관(110)과 충돌판(400) 사이에는 최소한의 간극이 유지됨으로써, 상기 폭기관(110) 내부를 유동하는 물과 공기가 폭기관(110) 외부로 용이하게 배출된다.

상기 공기공급관(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 폭기관(110) 내부 즉 폭기관(110)의 상부 대경부(110a) 내에 설치되어, 대기 중의 공기를 컴프레서로서 폭기관(110) 내부로 공급하도록 구성된다.

상기 공기공급관(200)은 "ㄱ"자 또는 "ㄴ"자 형상으로 형성되고, 그 단부에 는 토출되는 공기의 유속을 가속시켜 토출시키는 오리피스 노즐부(210)가 형성된다.

상기 오리피스 노즐부(210)는, 그 단부로 갈수록 내경 즉 유로가 점차적으로 좁아지는 형상으로 형성되고, 이와 같이 형성된 오리피스 노즐부(210)는 후술될 저항체(300)에 대향되게 형성된다.

따라서, 상기 오리피스 노즐부(210)를 통한 공기는 폭기관(110) 내부로 빠르게 토출되어 저항체(300)를 향하는 유선을 형성하게 된다.

그리고, 상기와 같이 형성된 공기공급관(200)의 오리피스 노즐부(210) 내부에는 도 3에 도시된 바와 같이, 오리피스 노즐부(210)의 내측면에 나선형 돌기(220)가 일방향으로 회전되도록 돌출 형성되어, 오리피스 노즐부(210)로부터 토출되는 공기가 나선형 돌기(220)에 의해 일방향으로 회전되는 와류의 흐름으로서 후술되는 저항체(300) 측으로 토출되므로 더 많은 기포가 생성되는 한편 이와 같이 생성된 기포가 저항체(300)와 충돌됨으로써 더 많은 미세 기포가 생성되어 용존산소량을 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 오리피스 노즐부(210)의 다른 예로는 도 4에 도시된 바와 같이, 오리피스 노즐부(210)의 내부에 토출되는 공기의 흐름을 와류화하여 공기를 와류의 흐름으로서 토출되게 하는 스크류축(230)이 설치될 수 있다.

여기서, 상기 스크류축(230)은, 축을 나선형으로 비틀어 형성한 형태나 또는 축의 외측면에 나사산이나 나사골을 형성한 형태나 또는 본 실시예에서와 같이 축의 외측면에 나선의 날개를 형성한 형태 등을 모두 포함한다.

상기 스크류축(230) 역시도 전술한 나선형 돌기(220)와 같은 동일한 작용효과를 갖는 바, 이의 반복 설명은 생략키로 한다.

한편, 상기 공기공급관(200)과 지상의 컴프레서(미도시)는 플렉시블(flexible)한 관 즉 호스관(미도시) 등으로 연결됨이 바람직하다.

상기 저항체(300)는 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 폭기관(110) 내부 즉 폭기관(110)의 소경부(110b) 내에 소경부(110b)의 내측면과 이격되게 설치되어 상기 공기공급관(200)으로부터 토출된 공기가 충돌되면서 미세 기포로 생성된다.

상기 저항체(300)는 원뿔이 공기공급관(200)을 향하도록 형성된 원뿔형상으로서, 복수개 이상 즉 다수의 저항체(300)가 폭기관(110)의 상하 길이방향을 따라 적층되게 설치된다.

이때, 상기와 같이 적층된 저항체(300)는, 폭기관(110)의 소경부(110b)에 대응한 길이로서 적층되게 설치되고, 최하단의 저항체에는 충돌판(400)에 연결되어 고정되는 지지대(310)가 고정되어 설치된다.

그리고, 상기와 같이 적층된 저항체(300)는 충돌이론에 따른 비례에 의해 그 최외측면이 폭기관(110)의 내측면과 1∼200㎜ 사이의 간격으로 이격되게 형성된다.

이는, 상기 저항체(300)와 폭기관(110) 사이를 통과하는 물과 공기 및 기포가 재차 와류의 흐름으로서 유동하도록 것으로서, 상기 저항체(300)와 폭기관(110) 사이의 간격이 1㎜ 이하이면 물 즉 폐수 중에 섞여 있는 입자상 이물질이 저항체(300)와 폭기관(110) 사이에 낄 수 있고, 200㎜ 이상이면 저항체(300)와 폭기 관(110) 사이의 간격이 너무 넓어져 와류 및 미세 기포의 생성이 저하된다.

따라서, 상기와 같은 간격을 유지한 채 폭기관(110)의 전 소경부(110b)를 따라 적층되게 설치된 저항체(300)는, 저항체(300)에 의해 형성된 물과 공기 및 기포의 와류 흐름이 적층된 저항체(300)에 의해 지속적으로 유지될 수 있고, 이러한 와류 흐름에 의해서 기포가 적층된 저항체(300)에 계속해서 충돌됨으로써 더 미세하게 쪼개져 마이크로미터의 크기로 더 세분화된 미세 기포로 생성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생장치의 작동을 설명한다.

지상의 컴프레서가 작동하여 생성된 공기를 소정의 관을 통해 수중에 설치된 마이크로 버블 발생장치(100)의 폭기관(110) 내부로 공급한다.

이와 같이 공급되는 공기는 폭기관(110)의 상부 대경부(110a) 내에 설치된 공기공급관(200)으로 보내지고, 공기공급관(200)의 단부에 형성된 오리피스 노즐부(210)를 통해서 폭기관(110) 내부로 신속하게 토출되면서 저항체(300)를 향하는 유선을 갖게 된다.

이때, 공기공급관(200)의 오리피스 노즐부(210)를 통해 토출되는 공기는 오리피스 노즐부(210)의 내측면에 형성된 나선형 돌기(220) 또는 오리피스 노즐부(210)의 내부에 설치된 스크류축(230)에 의해서 회전됨으로써 와류의 흐름으로서 토출된다.

그리고, 오리피스 노즐부(210)를 통해 토출된 공기는 원뿔형상으로 형성된 다수의 저항체(300)와 지속적으로 충돌되면서 쪼개져 다수의 미세 기포로 형성된다.

한편, 상기와 같이 형성된 미세 기포는 저항체(300)와 폭기관(110) 사이를 유동하면서 급격하게 좁아진 유로에 의해서 재차 와류가 형성되고, 이러한 와류의 흐름에 의해서 미세 기포는 폭기관(110)의 전 소경부(110b)에 걸쳐 적층되게 설치된 다수의 저항체(300)를 지남과 동시에 계속해서 충돌되어 더 미세한 크기의 기포로 세분화된다.

그리고, 적층된 저항체(300)를 지난 물과 공기 및 미세 기포는 폭기관(110)의 하부 대경부(110c)로 유입되어 폭기관(110)으로부터 배출된 후, 폭기관(110) 하부에 설치된 충돌판(400)에 충돌되면서 폭기관(110)과 충돌판(400) 사이의 간극을 통해 수중으로 널리 확산 배출되어 용해됨으로써, 수중의 용존산소량을 증가시켜 고농도 유기질 폐수의 정화성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이때, 물의 오염 정도나 수질의 정화 정도에 따라서 폭기관(110)과 충돌판(400) 사이의 간극을 조절하여, 폭기관(110)으로부터 토출되는 물과 기포의 토출압력과 양을 조절함으로써 폭기를 원활하게 행할 수 있게 된다.

즉, 폭기관(110)의 플랜지부(111)를 관통한 볼트부재(410)를 일방향으로 회전시켜 볼트부재(410)를 폭기관(110)의 플랜지부(111)에 더 관통시키거나 또는 빼냄으로써 폭기관(110)과 충돌판(400) 사이의 간극을 조절할 수 있게 된다.

그리고, 상기와 같은 폭기관(110)과 충돌판(400) 사이의 간극 조절을 통해서 마이크로 버블 발생장치(100)의 전체적인 높이가 조절됨으로써 수중의 수위변화에 도 유연하게 대처할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생장치를 도시한 구성도이다.

도 2는 도 1의 "A" 부를 확대 도시한 단면도이다.

도 3은 다른 실시예에 따른 도 1의 "A" 부 확대 단면도이다.

도 4는 또 다른 실시예에 따른 도 1의 "A" 부 확대 단면도이다.

도 5는 도 1의 "B" 부를 확대 도시한 구성도이다.

도 6은 도 1의 "C" 부를 확대 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 마이크로 버블 발생장치 110 : 폭기관

110a,110c : 대경부 110b : 소경부

111 : 플랜지부 112 : 나사공

200 : 공기공급관 210 : 노즐부

220 : 나선형 돌기 230 : 스크류축

300 : 저항체 310 : 지지대

400 : 충돌판 410 : 볼트부재

411 : 너트

Claims (4)

1. 수질개선을 위한 마이크로 버블 발생장치에 있어서,

   수중에 설치되어 물이 유동하는 폭기관과;

   상기 폭기관의 하부에 이격 설치되어 폭기관에서 토출된 물과 기포가 충돌하는 충돌판과;

   상기 폭기관 내부에 대기의 공기를 압송하여 공급하도록 설치되는 공기공급관과;

   상기 폭기관 내부에 폭기관의 내측면과 이격되게 설치되고 상기 공기공급관으로부터 토출된 공기가 충돌되어 미세 기포화되는 저항체;를 포함하여 구성되고,

   상기 저항체는 원뿔이 공기공급관을 향하도록 형성된 원뿔형상으로서, 복수개 이상의 저항체가 적층되게 설치되고, 그 최외측면이 폭기관의 내측면과 이격되게 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기공급관에는 토출되는 공기의 유속을 가속시키는 오리피스 노즐부가 형성되되,

   상기 오리피스 노즐부의 내측면에는 공기를 와류의 흐름으로서 토출되게 하는 나선형 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 발생장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기공급관에는 토출되는 공기의 유속을 가속시키는 오리피스 노즐부가 형성되되,

   상기 오리피스 노즐부의 내부에는 공기를 와류의 흐름으로서 토출되게 하는 스크류축이 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 발생장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 저항체는 그 최외측면이 폭기관의 내측면과 1∼200㎜ 사이의 간격으로 이격되게 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 발생장치.

Images