超微气泡产生装置及利用该装置的液体处理方法
【专利摘要】本发明涉及超微气泡产生装置及利用该装置的液体处理方法，上述超微气泡产生装置包括：本体，其向长度方向扩张，该本体的内部形成空间；流入口，其与上述本体的下端一侧相连接地进行设置，使得混合了气体及液体的混合液向本体的内部流入；混合液引导部件，其与上述流入口相连接地进行设置，提供向流入口流入的混合液的移动路径，呈向上扩张的螺旋形形态；碰撞板，其与上述混合液引导部件的末端相邻地进行设置，通过了混合液引导部件的混合液与上述碰撞板碰撞而形成超微气泡；以及排出口，其与上述本体的上部一侧相连接地进行设置，使得包含借助碰撞板形成的超微气泡的液体排出。
【专利说明】超微气泡产生装置及利用该装置的液体处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超微气泡产生装置，更详细地是引导流入到超微气泡产生装置的气体的液体混合液，将其与墙面进行碰撞后利用在碰撞中产生的超微气泡把气体溶解到液体的超微气泡产生装置及利用该装置的液体处理方法。
【背景技术】
[0002]一般用于生物学废水处理的活性污泥法是把有机质通过各种微生物进行分解，其操作条件中氧气是必须的，处理效率与氧气的输送效率直接相关，其输送效率越高，处理效率也会增加。
[0003]通常来说，用于活性污泥法的氧气是由空气扩散器、气泡空气扩散器或微气泡空气扩散器等扩散器或单纯式、表面搅拌式等机械式搁置装置供给。
[0004]但是，利用扩散器的供氧方法是利用供氧的其他泵，往气泡空气扩散器或微气泡空气扩散器中注入空气的方法，所以需要很多动力，通过气泡空气扩散器孔或微气泡空气扩散器孔排出的气泡大小约为2mm至IOmm左右，因此，气泡与废水的接触面小，且将氧气充分溶解到废水中的滞留时间也会不够。特别是在臭氧注入工序时，现有陶瓷微气泡空气扩散器的产生臭氧气泡宽度为2mm至10mm，而此气泡的上升速度较快，为24cm/sec，所以存在于废水中的臭氧的滞留时间为20分钟至30分钟左右。因此，为了回收来不及溶解为废水的臭氧，应具备臭氧回收设施。
[0005]机械式搁置装置是对储存于贮水槽的废水进行物理搅拌，使大气中的氧气溶解到废水中，因此存在很难将氧气输送到废水深部的问题。
[0006]为了解决此类问题，韩国专利注册第0444886号公开了超微气泡产生装置，其包括:使得包含气体的液体流入的流入口 ；提供上述流入的液体路径的废水引导部件；与通过了废水引导部件的液体相撞而形成超微气泡的碰撞板；以及排出含有微气泡的液体的排出口。
[0007]但是，上述超微气泡产生装置存在如下问题，即排出包含超微气泡的液体的排出口设置于超微气泡产生装置的下部一侧，一部分上浮的气泡累积在超微气泡产生装置的上部，在长时间操作后因累积的空气而缩短了废水的滞留时间，因此需要定期将超微气泡产生装置内的空气向外排出。
[0008]特别是上述超微气泡产生装置所产生的超微气泡，因上浮的特性，一部分气体和液体一同累积在超微气泡产生装置上部，在气体和液体(废水)的气液比作为体积比时限定在4体积％至8体积％ (例如:气体流量为4m/min时,液体流量为50?100 m/min),从而降低气/液接触效率。
[0009]并且，上述现有的超微气泡产生装置为了克服因上述气体/液体接触比的减少而产生的效率减少，存在使用更高的压力把气体及液体的混合液注入到超微气泡产生装置的问题。
【发明内容】
[0010]本发明提供一种为了产生超微气泡，形成螺旋形的气体及液体的混合液移动路径，以高的流带供给混合液而制备超微气泡，同时防止超微气泡停滞于超微气泡产生装置上部的超微气泡产生装置。
[0011]本发明涉及超微气泡产生装置包括:
本体，其向长度方向扩张，该本体的内部形成空间；
流入口，其与上述本体的下端一侧相连接地进行设置，使得混合了气体及液体的混合液向本体的内部流入；
混合液引导部件，其与上述流入口相连接地进行设置，提供通过流入口流入的混合液的移动路径，呈向上扩张的螺旋形形态；
碰撞板，其与上述混合液引导部件的末端相邻地进行设置，通过了混合液引导部件的混合液与上述碰撞板碰撞而形成超微气泡；以及
排出口，其与上述本体的上部一侧相连接地进行设置，使得包含借助碰撞板形成的超微气泡的液体排出。
[0012]并且，本发明涉及包括上述超微气泡产生装置的液体处理装置。
[0013]此时，包括超微气泡产生装置的液体处理装置包括:
储存槽，其用于储存需要处理的液体；
泵，其与上述储存槽相连接地进行设置，用于吸入储存槽中所储存的液体并排出；喷射器，其与上述泵相连接地进行设置，供从泵排出的液体通过，并在液体中混入需要溶解于液体中的气体，而产生气体及液体的混合液；以及
超微气泡产生装置，与上述喷射器的一侧相连接地进行设置，流入从喷射器排出的混合液，来制备含有超微气泡的液体。
[0014]本发明的超微气泡产生装置能把混合了气体的液体与碰撞板相撞而制备超微气泡。
[0015]并且，上述超微气泡产生装置能使超微气泡长时间滞留于液体中，提高气体/液体的接触面积，还能在较低的压力下按所需流速供给混合液，来制备超微气泡，因此能降低液体处理时所需的动力费之外，还能通过防止超微气泡滞留在超微气泡产生装置的上部，来增加气/液接触比。
[0016]附图简要说明
图1是表示本发明的超微气泡产生装置的剖视图。
[0017]图2是表示本发明的包括超微气泡产生装置的液体处理装置的结构图。
[0018]图3是表示包括本发明的超微气泡产生装置的污/废水处理系统的结构图。
[0019]图4是表示随着本发明的超微气泡产生装置的使用时间而发生变化的溶解氧浓度的图。
[0020]图5是本发明的超微气泡产生装置的物质收支流程图。
[0021]图中:
2:超微气泡产生装置 4:本体 6:流入口8:排出口
10:混合液引导部件 12:碰撞板 14:阻碍板16:排水口
18:喷射器20:泵
22:存储槽(浮游浮上槽)24:末端
26:污/废水处理系统28:凝聚混合槽
30:搅拌机32:浮游浮上器
【具体实施方式】
[0022]从一种角度出发，本发明涉及超微气泡产生装置，包括:本体，其向长度方向扩张，该本体的内部形成空间；流入口，其与上述本体的下端一侧相连接地进行设置，使得混合了气体及液体的混合液向本体的内部流入；混合液引导部件，其与上述流入口相连接地进行设置，提供向流入口流入的混合液的移动路径，呈向上扩张的螺旋形形态；碰撞板，其与上述混合液引导部件的末端相邻地进行设置，通过了混合液引导部件的混合液与上述碰撞板碰撞而形成超微气泡；以及排出口，其与上述本体的上部一侧相连接地进行设置，使得包含借助碰撞板形成的超微气泡的液体排出。
[0023]从另一种角度出发，本发明涉及一种包括超微气泡产生装置的液体处理装置。
[0024]此时，上述包括超微气泡产生装置的液体处理装置包括:储存槽，其用于储存需要处理的液体；泵，其与上述储存槽相连接地进行设置，用于吸入储存槽中所储存的液体并排出；喷射器，其与上述泵相连接地进行设置，供从泵排出的液体通过，并在液体中混入需要溶解于液体中的气体，而产生气体及液体的混合液；以及超微气泡产生装置，与上述喷射器的一侧相连接地进行设置，流入从喷射器排出的混合液，来制备含有超微气泡的液体。
[0025]本发明的超微气泡产生装置是使得液体例如污水、废水或它们的混合物等液体与气体混合后高速与墙面相撞来制备超微气泡的装置。
[0026]此时，上述超微气泡为0.03mm至0.2mm,上升速度为0.lcm/sec至0.8cm/sec左右。这与现有的空气扩散器中显示的粒子大小2mm至IOmm相比，非常小，从而具有长时间滞留在液体上的物理性优点及提供宽阔表面积的优点等。
[0027]并且，本发明的气体只要是能产生超微气泡的气体，例如，空气和/或氧气等就没有特别的限制。
[0028]以下，参照附图对本发明进行如下详细说明。但以下说明只是为了具体说明本发明，本发明的范围并不限定于以下说明。
[0029]图1是表示本发明的超微气泡产生装置的剖视图，图2是表示本发明的包括超微气泡产生装置的液体处理装置的结构图，图3是表示包括本发明的超微气泡产生装置的污/废水处理系统的结构图，对以上三种图一同进行说明。
[0030]如图1至图3所示，本发明的超微气泡产生装置2包括:本体4，其向长度方向扩张，该本体4的内部形成空间；流入口 6，其与上述本体4的下端一侧相连接地进行设置，使得混合了气体及液体的混合液向本体4的内部流入；混合液引导部件10，其与上述流入口 6相连接地进行设置，提供向流入口 6流入的混合液的移动路径，呈向上扩张的螺旋形形态；碰撞板12，其与上述混合液引导部件的末端相邻地进行设置，通过了混合液引导部件的混合液与上述碰撞板12碰撞而形成超微气泡；以及排出口 8,其与上述本体4的上部一侧相连接地进行设置，使得包含借助碰撞板12形成的超微气泡的液体排出。[0031]本发明的超微气泡产生装置2使得气体及液体相接触来制备包括超微气泡的液体，从而增加液体的溶解氧或分散效率，只要是用于达到这一目的的一般超微气泡产生装置就没有特别的限定。
[0032]在此，上述液体可以是污水、废水或它们的混合物等，气体可以是空气或氧气。
[0033]本发明的本体4提供上述超微气泡产生装置2的外观。
[0034]此时，虽然上述本体4的形态有特别的限定，但，上述本体4可形成向长度方向扩张并在内部形成空间的形状，例如，上述本体4由向长度方向扩张的圆筒形形状形成。
[0035]本发明的流入口 6与上述本体4的一侧，例如本体4的下端一侧连接地进行设置，使得混合了气体及液体的混合液向本体4内部流入。
[0036]本发明的混合液引导部件10提供通过流入口 6流入的混合液的移动路径。
[0037]此时，上述混合液引导部件22设置在超微气泡产生装置2，具体是，上述混合液引导部件10以沿着超微气泡产生装置2的本体4的长度方向扩张的方式设置在本体4的内部。
[0038]作为特定方式，上述混合液引导部件10的形状为沿着本体4的长度方向扩张的螺旋形，例如，向上方扩张的螺旋形形态。
[0039]上述螺旋形形态使流入到混合液引导部件10的气体及液体的混合液沿着螺旋形形态的混合液引导部件10移动，从而增加流速。
[0040]在此，随着上述混合液引导部件10构成螺旋形形态，与单纯地以向长度方向扩张的管形态构成混合液引导部件10相比，在同一压力条件下，通过暖流提供更快的流速，就能轻而易举地形成超微气泡。
[0041]作为别的特定模式，本发明的混合液引导部件10，特别是具备螺旋形形态的混合液引导部件10的末端24为了增加通过混合液引导部件10的混合液的流速，越往末端24，直径越小，例如，以圆锥形形状收尾。
[0042]本发明的碰撞板12与上述混合液引导部件10相邻地进行设置，从混合液引导部件10的末端24，例如，设置在混合液引导部件10的末端的圆锥形末端24排出的混合液相撞与碰撞板12,从而形成超微气泡。
[0043]此时，上述碰撞板12可形成比混合液引导部件10的末端直径大的面积。
[0044]与上述碰撞板12相撞的混合液通过上述碰撞,进行超微气泡化，使包含在混合液中的气体溶解到液体中。
[0045]在此，为了让上述气体和液体更容易接触，上述碰撞板12与混合液相撞的部分可以形成凸出的形态或凹陷弯曲的形态。
[0046]并且，由于上述混合液的碰撞所形成的超微气泡根据流速和喷射压力的变化大小，一般最好在0.03mm至0.2mm。
[0047]此时，由上述超微气泡形成的液滴越小，气体和液体的接触面积越大，因此，为了增加上述接触面积，应增强从混合液引导部件10排出的混合液的喷射力或增加混合液引导部件10的直径，例如，优选地在混合液引导部件10上设置的圆锥形末端24形成较小的直径。
[0048]上述喷射压力在0.3kgf/cm2 至 5kgf/cm2,优先推荐 Ikgf/cm2 至 3kgf/cm2。
[0049]在此,喷射压力小于0.3kgf/cm2时,很难产生超微气泡,而高于5kgf/cm2时,混合液喷射的动力费会增加。
[0050]本发明的排出口 8提供一种排出由碰撞板12形成、含有超微气泡的液体的路径。
[0051]在此，上述排出口 8与本体4上部的一侧连接地进行设置，用于排出包括与碰撞板12相撞产生的超微气泡的液体。
[0052]特别是，上述排出口 8设置在本体4上部的一侧，能防止超微气泡停滞在超微气泡产生装置2的上部。
[0053]并且，本发明的超微气泡产生装置2中，在上述碰撞板12和排出口 8之间安装阻碍板14，该阻碍板14阻碍含有超微气泡的混合液的流动，以使气体容易溶解在液体中。
[0054]在此，上述阻碍板14是以本体4的长度方向为准的垂直的板状物，在板状物的表面设置直径为0.3cm至0.7cm的圆孔，以Icm至2cm的间距进行设置，从而阻碍包括超微气泡的液体的流动。
[0055]另一方面，在本发明的超微气泡产生装置2连接设置储存槽22，喷射器18和/或泵20等，形成液体处理装置，特别是构成包括超微气泡产生装置的液体处理装置。
[0056]在此，上述液体可以是污水、废水或污水和废水的混合物，在这种情况下，上述超微气泡产生装置2适用于处理污/废水的污/废水处理系统26。
[0057]上述液体处理装置，特别是包括超微气泡产生装置的液体处理装置的特征在于，包括:储存槽22，其用于储存需要处理的液体；泵20，其与上述储存槽22相连接地进行设置，用于吸入储存槽22中所储存的液体并排出；喷射器18，其与上述泵20相连接地进行设置,供从泵20排出的液体通过，并在液体中混入需要溶解于液体中的气体，而产生气体及液体的混合液；以及超微气泡产生装置2，与上述喷射器18的一侧相连接地进行设置，流入从喷射器18排出的混合液，来制备含有超微气泡的液体。
[0058]此时，上述液体处理装置可根据需要，多设置用于对有气体流入的喷射器18的一侧的压力进行检测的第一压力表(未图示)及设置于超微气泡产生装置2和储存槽22之间，调节排出压力的第二压力表(未图示)。
[0059]另一方面，利用上述超微气泡产生装置2制备超微气泡的方法包括:在液体的移动路径中混入气体，来制备气体及液体混合液的步骤；利用0.3kgf/cm2至5kgf/cm2的喷射压力，使上述混合液与碰撞板相撞，形成包括超微气泡的液体的超微气泡形成步骤。
[0060]对具有此类结构的本发明的超微气泡产生装置2的作用进行如下说明。
[0061]首先，混合了气体及吸收液的混合液通过流入口 6流入到超微气泡产生装置2的本体的内部，而流入的上述混合液，则通过混合液引导部件10贯通本体4的中心的同时被弓I向上端。
[0062]此时，上述混合液引导部件10由螺旋形形态构成，其末端以圆锥形收尾，从而增加通过上述混合液引导部件10的混合液的流速，更容易产生超微气泡。
[0063]另一方面，在超微气泡产生装置2的上端内部一侧，与混合液引导部件10的末端24保持规定间距，使碰撞板12的一侧面与混合液引导部件10垂直定位，由此从上述混合液引导部件10的末端24排出的高压的混合液与上述碰撞板12高速碰撞,产生超微气泡。
[0064]通过这种方法产生的超微气泡经由阻碍板14流到超微气泡产生装置2的上端，而上述阻碍板14起到延迟包含超微气泡的液体流动，从而产生的构成超微气泡的气体在液体，例如，污水和/或废水等液体内部轻易溶解分散，促进气体和液体接触的功能。[0065]之后，通过上述阻碍板14的包括超微气泡的液体通过设置在超微气泡产生装置2的上端一侧的排出口 8向外部排出。
[0066]根据上述的方法制备的超微气泡的大小为0.03mm至0.2mm,上升速度为0.1cm/sec至0.Scm/sec，具有气体长时间滞留在液体上的物理性优点及提供宽阔表面积的优点
坐寸ο
[0067]特别是，本发明制备的超微气泡比现有的空气扩散器中看到的粒子大小2mm至IOmm还要小，比利用空气压缩机产生的粒子大小0.0Olmm至0.05mm还要大。
[0068]更何况，作为一般的污/废水处理方法的浮游浮上处理施工法是优先让微气泡和污染物质接触后浮到上部，并将其除去的处理方法。这种方法存在微气泡越小，表面积越大，虽然接触效率提高，浮上力反而降低的问题。
[0069]因此，上述浮游浮上处理施工法只有在同时提高接触效率和浮上力时，才能提高浮上处理效率，因此，微气泡的合理大小应该约为0.1mm左右，上述微气泡的大小在0.1mm以下时，提高与污染物的接触效率，在0.1mm以上时，气泡起到提高浮上力的作用，因此，通过本发明的超微气泡产生装置制备的粒子大小在0.03mm至0.2mm时，适合用于上述浮游浮上处理施工法。
[0070]另一方面，在上述超微气泡产生装置2连接设置一系列的附加装置，从而构成液体处理装置，对上述液体处理装置的作用进行如下说明。
[0071]首先，利用泵20来储存液体，例如，污水和/或废水的储存槽22吸入液体来供给到喷射器18。
[0072]此时，形成于喷射器18的内部的液体经过的路径，其直径会从减少到增加，随之而来的喷射器18内部的液体压力也会从减少到增加。
[0073]所以，在上述喷射器18的直径从减少到增加的境界点设置供外部的气体，例如空气和/或氧气流入的管，通过压力差把外部的气体移动至喷射器18，并混入到液体中。
[0074]之后，混合气体和液体的上述混合液通过喷射器18流入超微气泡产生装置2，从而制备超微气泡。
[0075]此时，包括本发明的超微气泡产生装置的液体处理装置可适用于处理污水和/或废水的污/废水处理系统26。
[0076]作为这种例子，图3是表示包括本发明的超微气泡产生装置的污/废水处理系统的结构图。
[0077]上述图3所示的污/废水处理系统26包括:流入畜产废水的凝聚混合槽28 ;储存槽22，其与凝聚混合槽28相连接地进行设置，用于储存经凝聚混合槽28处理后的畜产废水；泵20，与上述储存槽22相连接地进行设置，用于吸入储存槽22中所储存的畜产废水并供给到喷射器18 ;喷射器18，与上述泵20相连接地进行设置，用于在从泵20供给的畜产废水中混入空气；以及超微气泡产生装置2，与上述喷射器18相连接地进行设置，将从喷射器18供给的包括空气的畜产废水制备成包括超微气泡的畜产废水后供给到储存槽22。
[0078]此时，在上述凝聚混合槽28设置搅拌机30，来搅拌畜产废水，并在上述储存槽22设置浮游浮上器32，使得与在超微气泡产生装置2中制备的超微气泡凝聚的污染物在储存槽中接触后浮上，从而进行废水处理。
[0079]在此，在上述储存槽22设置浮游浮上器32，来处理浮上的凝聚物，因此也可以把上述储存槽22称为浮游浮上槽。
[0080]并且，上述凝聚混合槽28在流入的畜产废水中投放凝聚剂、辅助凝聚剂和/或pH调节剂等药品来凝聚/凝结污染物，从而形成较大的植绒。
[0081]此时，投放到上述畜产废水中的药品是本发明所属领域通常使用的药品，例如:明帆(alum),聚氯化招(PAC, Poly Aluminium Chloride),氯化铁,聚合物和/或pH调节剂等。
[0082]并且，流入到上述凝聚混合槽28的畜产废水通过搅拌机30进行搅拌，因此，更容
易产生植绒。
[0083]以下通过实施例对本发明进行具体说明。但以下实施例只是为了具体说明本发明，不会因为实施例而局限了本发明的范围。
[0084]实施例1
如图1所示，在高度为120cm、直径为25cm的圆筒形本体4的下端一侧连接设置流入口6，并在上端一侧连接设置排出口 8。
[0085]然后，在上述本体4的内部设置以与流入口 6相连接地进行设置的方式向长度方向扩张且直径为5cm的螺旋形形态的混合液引导部件10，然后，在上述混合液引导部件10的末端24的上部以向上方隔开5cm的方式设置直径为20cm的弯曲的碰撞板12。
[0086]然后，以3.5kgf/cm2的压力向上述流入口 6供给混合了空气的水。此时，排出的流体的压力为1.8kgf/cm2。
[0087]图4中示出随着实施例1的超微气泡产生装置的使用时间而发生变化的溶解氧浓度，如图所示，超微气泡产生装置运行后2秒钟，溶解氧便达到了 9.lmg/L的过饱和状态。
[0088]比较例I
使用与实施例1相同的方法实施，但用于排出包括超微气泡的液体的排出口 8与本体2的下端一侧相连接地进行设置，并且，提供液体和空气移动的路径的混合液引导部件10使用了直径为5cm、向长度方向扩张的管。
[0089]实验
图5是表示本发明的超微气泡产生装置的物质收支流程图。通过计算以下定义的多种变数，即，计算传质系数(U、标准氧转移效率(Standard Oxygen Transfer Efficiency,SOTE)、标准曝气效率(Standard Aeration Efficiency, SAE),比较了实施例1及比较例I的超微气泡产生装置的行迹。
[0090]在此，计算上述变数的方法利用了专利注册第044886号“超微气泡产生装置及利用超微气泡产生装置的液体处理方法”实施例中记载的方法。
[0091]比较结果如下表1所示:
表1
实施例1及比较例I的超微气泡产生装置的行迹
【权利要求】
1.一种超微气泡产生装置，其特征在于，包括: 本体，其向长度方向扩张，该本体的内部形成空间； 流入口，其与上述本体的下端一侧相连接地进行设置，使得混合了气体及液体的混合液向本体的内部流入； 混合液引导部件，其与上述流入口相连接地进行设置，提供通过流入口流入的混合液的移动路径，呈向上扩张的螺旋形形态； 碰撞板，其与上述混合液引导部件的末端相邻地进行设置，通过了混合液引导部件的混合液与上述碰撞板碰撞而形成超微气泡；以及 排出口，其与上述本体的上部一侧相连接地进行设置，使得包含借助碰撞板形成的超微气泡的液体排出。
2.根据权利要求1所述的超微气泡产生装置，其特征在于，上述混合液引导部件的末端形成为圆锥形。
3.根据权利要求1所述的超微气泡产生装置，其特征在于，上述液体为污水、废水或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的超微气泡产生装置，其特征在于，在上述碰撞板和排出口之间安装阻碍板，该阻碍板阻碍含有超微气泡的液体的流动，以使上述超微气泡容易溶解在液体中。
5.一种包括超微气泡产生装置的液体处理装置，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的超微气泡产生装置。
6.根据权利要求5所述的包括超微气泡产生装置的液体处理装置，其特征在于，包括: 储存槽，其用于储存需要处理的液体； 泵，其与上述储存槽相连接地进行设置，用于吸入储存槽中所储存的液体并排出；喷射器，其与上述泵相连接地进行设置，供从泵排出的液体通过，并在液体中混入需要溶解于液体中的气体，而产生气体及液体的混合液；以及 超微气泡产生装置，与上述喷射器的一侧相连接地进行设置，流入从喷射器排出的混合液，来制备含有超微气泡的液体。
7.根据权利要求6所述的包括超微气泡产生装置的液体处理装置，其特征在于，上述液体为污水、废水或它们的混合物。
【文档编号】C02F3/12GK103908907SQ201310004272
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月7日 优先权日:2013年1月7日
【发明者】金钟国 申请人:（株）爱耐特