KR20220144121A - 가스 용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수정화시설 등에 이용될 수 있는 것으로서 공기와 같은 기체를 오폐수와 같은 액체에 효과적으로 용해시킬 수 있게 하는 가스 용해장치에 관한 것이다. 그 구성은, 처리하고자 하는 폐수가 저장되는 처리조; 상기 폐수의 액면에 대하여 직각을 이루도록 상기 처리조의 내부에 설치되는 유도관; 상기 폐수를 펌핑하여 상기 유도관의 내부로 공급하는 폐수순환공급부; 및 상기 유도관의 외측에 미세기포를 공급함으로써 상기 유도관의 측벽을 따라 상승하다가 부압에 의해 상기 유도관으로 빨려들어가도록 하는 미세기포공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 용해장치{Apparatus For Dissolving Gas}

본 발명은 가스 용해장치에 관한 것으로서, 특히 폐수정화시설 등에 이용될 수 있는 것으로서 공기와 같은 기체를 오폐수와 같은 액체에 효과적으로 용해시킬 수 있게 하는 가스 용해장치에 관한 것이다.

도축폐수, 축산폐수, 화학폐수, 고로폐수 등의 폐수를 정화하기 위하여 생물학적 처리방식을 이용한 정화시설이 사용되고 있다. 이 정화시설은 산소 공급장치를 통해 폐수를 폭기시키는 방식을 널리 이용한다. 폐수에 공급되는 산소는 호기성 미생물을 크게 증식시킴으로써 폐수 내의 유기물을 신속하게 분해하도록 한다.

종래 특허등록 제10-0227819호의 정화시설에 사용되는 반응조는 타워(Tower)형으로 내부 중앙에는 양단이 개방된 유도관(Draft tube)이 수직으로 설치되어 있다. 반응조의 내부 상단에는 2상(기상 및 액상)노즐이 설치된다. 이 노즐을 통해 유도관 내부로 Liquid가 분사될 때 노즐 끝 부분에서 Liquid Jet이 형성되면서 이에 따른 음압에 의하여 노즐 중심부의 공기관을 통해 외부 공기가 자연 흡입된다.

Liquid Jet은 흡입된 공기를 미세 기포화함과 동시에 강한 난류를 형성하여 기액 접촉을 활발히 하고 이 기액 혼합체의 연속적인 순환은 기포의 반응기내 체류시간을 연장시킴으로써, 0.06㎏·O₂/㎥·h 밖에 되지 않는 일반 활성슬러지 폭기조내에서의 산소 전달율을 0.5-3㎏·O₂/㎥·h까지 증가시킬 수 있어 산소 이용율을 50%이상으로 높일 수 있다. 또한 강한 난류는 산소, 유기물, 미생물 사이의 물질 전달을 극대화시키는 효과를 얻을 수 있다.

그러나 본 종래기술에 의하면 공기의 절대 투입량에 제한이 있어서 정화능력도 동반하여 제한이 따랐다.

한편, 대한민국 등록특허 제10-1708552호는 하측 단부가 콘 형상의 오리피스 형상을 갖는 순환수 배관의 하단부에 순환수 배출 노즐이 장착되고, 상기 순환수 배관의 외부에 하단부 일측에 가스 공급관이 연결된 반응수 유입 배관이 설치되어, 바닥 중심부에 원통형의 유도관이 연결되며, 상기 유도관의 상단부는 오리피스 형상을 이루고, 주위에 다수의 가스 주입구가 구비되어, 상기 반응수 유입 배관과의 사이에 가스 챔버가 형성되고, 상기 유도관의 내벽에 나선형의 충돌판이 장착되어 이루어진 것으로서, 순환수 배출 노즐에서 고속으로 분사된 순환수와 오리피스를 통과한 반응수가 공급된 가스와 함께, 증가한 유속과 낮아진 압력 변화에 의한 난류가 발생하여, 가스가 미세하게 미분화되는 1차 확산과, 1차 확산이 일어난 반응수가 유도관 하부로 이동하면서 다시 유도관의 내부 벽면에 설치된 나선형의 충돌판에 충돌하면서 난류가 발생하여, 반응수와 가스의 접촉이 증가하는 2차 확산에 의하여, 가스가 반응수에 충분히 용해된 상태가 되어, 각종 오,폐수와 같은 대상 액체에 산소와 같은 유효 기체를 보다 효율적으로 용존시켜, 폐수 처리를 보다 효과적으로 수행할 수 있도록 함으로써, 반응조 크기를 크게 줄일 수 있게 하여, 초기 설비 투자비를 대폭 절감시킬 수 있게 하고, 투입되는 공기량의 감소와, 약품 및 응집제의 혼합효율 증가로 가동 시간을 단축시켜, 가동비 및 유지 관리비를 크게 줄일 수 있도록 한 것이다.

그러나 이 종래기술에 의하면, 밴추리를 이용하는 형식으로서 공기를 투입하기 위해서는 순환펌프의 용량이 비례적으로 커지며 동력비도 상승하게 되는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-0227819호 대한민국 등록특허 제10-1708552호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명은 펌프 등의 용량에 비해 처리용량을 증대시킬 수 있는 정화시설용 가스용해장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로 제작이 어렵지 않아서 제조비용을 절감할 수 있는 가스 용해장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 처리하고자 하는 폐수가 저장되는 처리조; 상기 폐수의 액면에 대하여 직각을 이루도록 상기 처리조의 내부에 설치되는 유도관; 상기 폐수를 펌핑하여 상기 유도관의 내부로 공급하는 폐수순환공급부; 상기 유도관의 외측에 미세기포를 공급함으로써 상기 유도관의 측벽을 따라 상승하다가 부압에 의해 상기 유도관으로 빨려들어가도록 하는 미세기포공급부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 용해장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 미세기포공급부는 상기 유도관의 외측에는 끼워져 설치되는 안내관을 더 포함하며; 상기 미세기포는 상기 유도관과 안내관 사이에 공급되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 폐수순환공급부는 순환수펌프; 상기 순환수펌프의 출력측에 연결되는 것으로서 토출구가 상기 유도관의 내부 상측에 하방향으로 설치되도록 상기 유도관의 상부에 거꾸로 설치되는 폐수분출관을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유도관의 내부로 압축공기가 공급될 수 있도록 압축공기공급부를 더 포함하되; 상기 압축공기공급부는,

블로워; 상기 블로워에서 발생된 압축공기가 공급되는 유로를 제공하는 것으로서 상기 블로워의 출력단에 연결되며 상기 폐수분출관의 내부에 인입 설치되는 에어분출관;을 포함할 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 미세기포공급량을 크게 늘릴 수 있는 구조를 가짐으로써, 폐수의 용존산소량을 높일 수 있고, 결국 호기성 미생물을 이용한 폐수정화의 능력을 배가시킬 수 있는 가스 용해장치가 제공된다. 본 발명의 가스 용해장치를 폐수정화시설을 위해 사용되는 것을 기본으로 하고 있지만, 처리액의 기체용해도를 높이고자 하는 다양한 산업분야에서 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 가스 용해장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 가스 용해장치의 주요부의 단면 구성도이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 동시에 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 가스 용해장치는 처리조(10), 유도관(20), 폐수순환공급부, 미세기포공급부를 포함한다. 그리고 필요에 따라서 압축공기공급부를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 가스 용해장치는 다양한 산업분야에서 사용될 수 있으나, 여기서는 폐수 정화시설에서 사용되는 것을 상정하여 설명한다. 그러므로 처리액은 폐수 또는 오수가 될 수 있으며 이하에서는 폐수로 대표하여 설명한다.

처리조(10)는 처리하고자 하는 폐수를 저장하는 상부 개방형 저장조이다. 폐수는 화살표 방향(폐수 IN, 폐수 OUT 참조)을 따라 연속적으로 또는 단속적으로 공급 및/또는 배출될 수 있다.

폐수순환공급부는 처리조(10)에 담긴 폐수를 펌핑하여 유도관(20)의 내부로, 특히 직하방향으로 공급한다. 폐수순환공급부는 유도관의 내부까지 인입되는 폐수분출관(30)과, 순환수펌프(31)와, 순환수펌프(31)와 폐수분출관을 연결하는 폐수공급관(32)을 포함할 수 있다. 순환수펌프(31)는 처리조(10) 외부에 설치된다. 폐수분출관(30)은 순환수펌프의 출력측에 연결되는 것으로서 유도관(30)의 상부에 거꾸로 설치된다. 이로써 폐수분출관(30)의 토출구는 유도관(20)의 내부 상측에 하방향으로 개방되어 있게 된다. 폐수분출관(30)의 하단(33)은 유체의 속도를 높이기 위하여 깔때기 형태로 출구가 좁혀져 있을 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이 화살표(K1,K2) 방향을 따라 처리조(10) 내의 폐수가 지속적으로 또는 적어도 1회에 걸쳐 순환하게 된다. 그리고 폐수분출관(30)과 유도관(20)의 상단 사이의 공간(S)에는 유체역학 원리에 의해 부압(負壓)이 작용하게 된다. 이 부압에 의해 후술되는 미세기포가 유도관(20)의 내부로 빨려들어가게 된다.

본 발명의 특징에 의하면, 유도관(20)의 내부로 미세기포(P)를 공급하는 미세기포공급부가 더 포함된다. 미세기포공급부는 미세기포(P)가 비중차이에 의해 유도관(20)의 측벽을 따라 상승하다가 부압에 의해 상기 유도관(20)의 상단을 통해 그 내부로 빨려들어가도록 하는 방식을 취한다.

미세기포공급부는 처리조(10)의 외부에 설치되는 미세기포발생기(41)와, 일단은 미세기포발생기(41)에 연결되고 타단은 처리조(10) 내의 유도관(20)의 외측부까지 연장되는 미세기포공급관(42)을 포함한다. 미세기포공급관(42)의 타단은 링형태로 되어 있을 수도 있고 2개 이상의 복수 개의 단관으로 분기될 수 있다. 이것은 미세기포공급관(42)이 제공하는 미세기포분출공(43)이 유도관(20) 주변에 복수 개가 마련되도록 하기 위함이다. 이에 의하면, 미세기포(P)가 유도관(20)의 주연부를 따라서 고르게 분산된 상태로 공급되도록 할 수 있게 된다. 미세기포(P)는 당연히 비중 차이에 의해 액면을 향해 상승하게 된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 미세기포공급부는 유도관(20)의 외측에는 끼워져 설치되는 안내관(40)을 더 포함한다. 즉 안내관(40)의 중심부에 유도관(20)이 배치되도록 한다. 그리고 미세기포(P)는 유도관(20)과 안내관(40) 사이에 공급되도록 할 수 있다. 미세기포(P)가 외측으로 확산되지 않고 유도관(20)의 외벽을 따라 가이드되면서 상승하도록 하기 위한 것이다.

미세기포(P)의 입자 크기는 작을수록 바람직하지만 그 입자 크기에 대한 제한은 없다. 시중에 제공되는 다양한 미세기포 발생수단(예를 들어, 수족관용)을 이용하면 된다.

유도관(20)의 상단까지 상승한 미세기포(P)는 전술한 바와 같이 유도관(20)의 상단 부위에 작용하는 부압에 의해 유도관(20)의 내부로 빨려들어가게 된다. 이 과정에서 순환 폐수에 미세기포(P)가 직접적으로 및 집중적으로 공급 및 확산되게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 유도관(20)의 내부로 압축공기가 공급될 수 있도록 압축공기공급부가 더 포함된다. 압축공기공급부는 부압의 진공도를 더 높일 수 있어 미세기포(P)의 공급유량을 높일 수 있다. 나아가 압축공기공급부는 폐수의 용존산소량을 높이는데 직,간접적으로 더 작용할 수 있다.

압축공기공급부는, 처리조(10) 외부에 설치되는 블로워(51, blower)와, 블로워(51)에서 발생된 압축공기가 공급되는 유로를 제공하는 것으로서 블로워(51)의 출력단에 연결되며 폐수분출관(30)의 내부에 인입 설치되는 에어분출관(50)을 포함할 수 있다.

에어분출관(50)의 하단부는 도 2의 확대도에서와 같이 폐수분출관의 하단(33)으로부터 하방향으로 돌출되어 있도록 할 수 있다. 압축공기는 연속적으로 또는 점사적으로 공급될 수 있다. 압축공기는 폐수의 와류를 조장하여 미세기포와의 혼합량을 늘리기 위하여 다양한 방식으로 공급될 수 있다.

이상에서 설명된 것들은 본 발명의 기술적 사상에 의거한 몇가지 예시에 불과하다. 당업자는 청구범위를 통해 표현되는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 넘지 않는 선에서 예시된 바를 활용하여 다양한 변형실시를 할 수 있을 것이다. 예를 들어 위에 설명된 모든 실시예들은 당업자에 의해 자유롭게 조합되어 실시될 수 있으며 어떠한 조합이든지 본 발명의 권리범위에 포함된다고 해석되어야 한다.

10 : 처리조 20 : 유도관
30 : 폐수분출관 31 : 순환수펌프
32 : 폐수공급관 33 : 하단
40 : 안내관 41 : 미세기포발생기
42 : 미세기포공급관 43 : 미세기포분출공
50 : 에어분출관 51 : 블로워(blower)
P : 미세기포

Claims (5)

1. 처리하고자 하는 폐수가 저장되는 처리조;
   상기 폐수의 액면에 대하여 직각을 이루도록 상기 처리조의 내부에 설치되는 유도관;
   상기 폐수를 펌핑하여 상기 유도관의 내부로 공급하는 폐수순환공급부; 및
   상기 유도관의 외측에 미세기포를 공급함으로써 상기 유도관의 측벽을 따라 상승하다가 부압에 의해 상기 유도관으로 빨려들어가도록 하는 미세기포공급부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 용해장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 미세기포공급부는,
   상기 유도관의 외측에는 끼워져 설치되는 안내관을 더 포함하며;
   상기 미세기포로 하여금 상기 유도관과 안내관 사이에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 용해장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 미세기포공급부는;
   상기 처리조의 외부에 설치되는 미세기포발생기(41)와;
   일단은 상기 미세기포발생기(41)에 연결되고 타단은 상기 유도관의 외측부까지 연장되는 것으로서 미세기포분출공(43)을 제공하는 미세기포공급관(42)을 포함하며;
   상기 미세기포분출공(43)은 상기 유도관의 주변에 복수 개가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 용해장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 폐수순환공급부는;
   상기 처리조의 외부에 설치되는 순환수펌프; 및
   상기 순환수펌프의 출력측에 연결되는 것으로서 토출구가 상기 유도관의 내부 상측에 하방향으로 설치되도록 상기 유도관의 상부에 거꾸로 설치되는 폐수분출관을 포함하며;
   상기 폐수분출관의 하단(33)은 출구가 좁혀지는 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 용해장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 폐수순환공급부는, 상기 처리조의 외부에 설치되는 순환수펌프; 및
   상기 순환수펌프의 출력측에 연결되는 것으로서 토출구가 상기 유도관의 내부 상측에 하방향으로 설치되도록 상기 유도관의 상부에 거꾸로 설치되는 폐수분출관을 포함하며;
   상기 유도관의 내부로 압축공기가 공급될 수 있도록 압축공기공급부를 더 포함하되;
   상기 압축공기공급부는,
   블로워(blower); 및 상기 블로워에서 발생된 압축공기가 공급되는 유로를 제공하는 것으로서 상기 블로워의 출력단에 연결되며 상기 폐수분출관의 내부에 인입 설치되는 에어분출관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 용해장치.

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