超微细气泡发生装置以及利用该装置的液体处理方法

超微细气泡发生装置以及利用该装置的液体处理方法
【专利摘要】本发明涉及超微细气泡发生装置，其中，包括：主体，朝长度方向扩张，在内部形成有空间；流入口，连接设置于所述主体的下端一侧，混合有气体和液体的混合液流入主体内部；螺旋形混合液引导构件，连接设置于所述流入口，朝上方扩张而提供流入到流入口的混合液的移动路径；冲突板，邻接设置于所述混合液引导构件的末端，用于使通过混合液引导构件的混合液冲突而形成超微细气泡；以及排放口，连接设置于所述主体的上部一侧，用于排放包含有超微细气泡的液体，所述超微细气泡通过冲突板形成。
【专利说明】超微细气泡发生装置以及利用该装置的液体处理方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超微细气泡发生装置，更详细而言，涉及一种引导被流入到超微 细气泡发生装置的包含气体的液体混合液，使其与壁面冲突，并利用因冲突而产生的超微 细气泡将气体溶解于液体的超微细气泡发生装置以及利用该装置的液体处理方法。

【背景技术】
[0002] -般，用于生物废水处理的活性污泥法，通过各种微生物分解有机质，由于氧气的 传递效率直接关系到处理效率，因此，在此分解过程中必须供应氧气，氧气的传递效率越 高，其处理效率也增加。
[0003] 通常，在活性污泥法过程中所消耗的氧气是通过散气管、气泡散气管或微细气泡 散气管等散气机或单一型、表面搅拌式等机械式曝气装置来供应。
[0004] 但是，由于利用散气机供应氧气的方法采用利用供应空气的另外的泵而向气泡散 气管或微细气泡散气管注入空气的方法，因此，不仅需要动力，而且，通过形成于气泡散气 管或微细气泡散气管的孔排放的气泡大致保持2-10mm的大小，从而，气泡与废水的接触面 积小，且将氧气充分溶解于废水中的停留时间不充分。尤其，注入臭氧的工程中，现有陶瓷 微细气泡散气管所发生的臭氧气泡的直径为2-10mm，其气泡的上升速度为24cm/sec，非常 快，因此废水中存在的臭氧的停留时间为20-30分钟。因此，为了回收尚未溶解于废水中的 臭氧，需要具备臭氧回收设施。
[0005] 机械式曝气装置，存在由于物理性地搅乱储藏于储水槽的废水而使包含于大气中 的氧气溶解于废水中，因此，将氧气传送到所要处理的废水深部并不容易的问题。
[0006] 为了解决所述问题，大韩民国授权专利第0444886号公开了超微细气泡发生装 置，所述装置，包括：流入口，用于流入含有气体的液体；废水引导构件，用于提供所述流入 的液体的路径；冲突板，用于通过废水引导构件的液体冲突而形成超微细气泡；以及排放 口，用于排放含有微细气泡的液体。
[0007] 但是，所述超微细气泡发生装置存在如下问题，即由于排放包含超微细气泡的液 体的排放口形成于超微细气泡发生装置的下部一侧，而局部浮升的气泡从超微细气泡发生 装置的上部开始积累，因此，长时间运行后，被积累的空气会缩短废水的停留时间，并且，需 要将超微细气泡发生装置内的空气定期地排放至外部。
[0008] 尤其，发生在所述超微细气泡发生装置的超微细气泡具有要浮升的特性，因此，局 部气体与液体一起积累在超微细气泡发生装置的上部，比以容积计，气体和液体(废水）的 气液被限制为4-8容积％ (例如，当气体流量为4m3/min时，液体流量为50-100m3/min)，从 而，气体和液体的接触效率减小。
[0009] 而且，所述现有超微细气泡发生装置存在如下问题，即为了克服由于所述气体和 液体的接触比减小而发生的效率减低，而需用更高的压力向超微细气泡发生装置注入气体 及液体的混合液。


【发明内容】

[0010] 本发明的目的在于，提供一种超微细气泡发生装置，所述装置将用于产生超微细 气泡的气体及液体的混合液移动路径形成为螺旋形，从而以高的流速提供混合液，而可以 制造超微细气泡，同时，可以防止超微细气泡停留在超微细气泡发生装置的上部。
[0011] 本发明提供超微细气泡发生装置，其中，包括：主体，朝长度方向扩张，在内部形成 有空间；流入口，连接设置于所述主体的下端一侧,混合有气体和液体的混合液流入主体内 部；螺旋形混合液引导构件，连接设置于所述流入口，朝上方扩张而提供流入到流入口的混 合液的移动路径；冲突板，邻接设置于所述混合液引导构件的末端，用于使通过混合液引导 构件的混合液冲突而形成超微细气泡；以及排放口，连接设置于所述主体的上部一侧，用于 排放包括超微细气泡的液体，所述超微细气泡通过冲突板形成。
[0012] 而且，本发明提供包括超微细气泡发生装置的液体处理装置，其中所述液体处理 装置，包括：储藏槽，用于储藏需要处理的液体；泵，连接设置于所述储藏槽，用于吸引及排 放储藏在所述储藏槽的液体；注入器，连接设置于所述泵，供从泵排放的液体通过，并将需 要溶解于液体的气体混合在液体而生成气体和液体的混合液；超微细气泡发生装置，连接 设置于所述注入器的一侧，流入从注入器排放的混合液而制造含有超微细气泡的液体。
[0013] 根据本发明的超微细气泡发生装置，通过将混合有气体的液体与冲突板冲突，从 而可以制造超微细气泡。
[0014] 并且，所述超微细气泡发生装置，可以使超微细气泡长时间停留在液体中，从而不 仅能提高气体和液体的接触面积，而且，在低压力下也能以所需的流速提供混合液而制造 超微细气泡，因此可以节约处理液体时所需的动力费用，进而可以防止超微细气泡停留在 超微细气泡发生装置的上部，而可以提高气体和液体的接触比。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图I (A)、图I (B)是根据本发明的超微细气泡发生装置的截面示意图。
[0016] 图2是包含根据本发明的超微细气泡发生装置的液体处理装置的构造示意图。
[0017] 图3是包含根据本发明的超微细气泡发生装置的污水/废水处理系统的构造示意 图。
[0018] 图4是按照根据本发明的超微细气泡发生装置的使用时间表示溶解氧变化示意 图
[0019] 图5是根据本发明的超微细气泡发生装置的物质平衡流程图。
[0020] 附图标记的说明
[0021] 2 :超微细气泡发生装置，4 :主体，6 :流入口，8 :排放口，10 :混合液引导构件，12 : 冲突板，13 :圆盘形排放板，14 :挡板，16 :排水口，18 :注入器，20 :泵，22 :储藏槽，气浮池， 24 :末端，26 :污水/废水处理系统，28 :絮凝混合槽，30 :搅拌机，32 :气浮机

【具体实施方式】
[0022] 从一个观点，本发明提供超微细气泡发生装置，其包括：主体，朝长度方向扩张，在 内部形成有空间；流入口，连接设置于所述主体的下端一侧，用于使混合有气体和液体的混 合液流入到主体内部；螺旋形混合液引导构件，连接设置于所述流入口，朝上方扩张而提供 流入到流入口的混合液的移动路径；冲突板，邻接设置于所述混合液引导构件的末端，用于 使通过所述混合液引导构件的混合液冲突而形成超微细气泡；以及排放口，连接设置于所 述主体的上部一侧，用于排放包括超微细气泡的液体，所述超微细气泡通过冲突板形成。
[0023] 从另一个观点，本发明提供包括所述超微细气泡发生装置的液体处理装置。
[0024] 此时，所述液体处理装置，可包括：储藏槽，用于储藏需要处理的液体；泵，连接设 置于所述储藏槽，用于吸引及排放储藏在储藏槽的液体；注入器，连接设置于所述泵，供从 泵排放的液体通过，并将需要溶解于液体的气体混合于液体而生成气体和液体的混合液； 超微细气泡发生装置，连接设置于所述注入器的一侧，流入从注入器排放的混合液而制造 含有超微细气泡的液体。
[0025] 根据本发明的超微细气泡发生装置是将污水、废水或这些的混合物等液体与气体 混合后，高速冲突于壁面而制造超微细气泡的装置。
[0026] 此处，所述超微细气泡为0· 03-0. 2mm，上升速度为0· 1-0. 8cm/sec，这与现有散气 管中的颗粒尺寸2-10mm相比非常小，从而具有能长时间停留在液体的物理性优点及提供 较宽的表面积的优点。
[0027] 根据本发明的气体是能产生超微细气泡的气体，例如只要是空气及/或氧气等没 有特别限定。
[0028] 以下，参照附图详细说明本发明则为如下。但是，以下说明只不过用来具体说明本 发明而已，并不限定本发明。
[0029] 图1是根据本发明的超微细气泡发生装置的截面示意图，图2是包含根据本发明 的超微细气泡发生装置的液体处理装置的构造示意图，图3是包含根据本发明的超微细气 泡发生装置的污水/废水处理系统的构造示意图。
[0030] 如图1至图3所示，根据本发明的超微细气泡发生装置2,包括：主体4,朝长度方 向扩张，在内部形成有空间；流入口 6,连接设置于所述主体4的下端一侧，用于使混合有气 体和液体的混合液流入到主体4的内部；螺旋形混合液引导构件10,连接设置于所述流入 口 6,朝上方扩张而提供流入到流入口 6的混合液的移动路径；冲突板12,邻接设置于所述 混合液引导构件10的一侧末端24,用于使通过混合液引导构件10的混合液冲突而形成超 微细气泡；以及排放口 8,连接设置于所述主体4的上部一侧，用于排放包括超微细气泡的 液体，所述超微细气泡通过冲突板12形成。
[0031] 根据本发明的超微细气泡发生装置2是相互接触气体和液体而制造包含超微细 气泡的液体，并增加液体的溶解氧或分散效率的装置，只要是用于达成所述目的的通常的 超微细气泡发生装置，没有特别限定。
[0032] 此处，所述液体可以为污水、废水或这些的混合物等，气体可以为空气或氧气。
[0033] 根据本发明的主体4提供所述超微细气泡发生装置2的外观。
[0034] 此时，所述主体4,其形态没有特别限定，可以为朝长度方向扩张，在内部形成有空 间的形状，例如可以形成为朝长度方向扩张的圆筒形形状。
[0035] 根据本发明的流入口 6连接设置在所述主体4的一侧，例如主体4的下端一侧，可 以使混合气体和液体的混合液流入到主体4的内部。
[0036] 根据本发明的混合液引导构件10提供通过流入口 6流入的混合液的移动路径。
[0037] 此时，所述混合液引导构件10设置在超微细气泡发生装置2即主体4的内部以便 沿超微细气泡发生装置2的主体4的长度方向扩张。
[0038] 作为特定形态，所述混合液引导构件10可为沿主体4的长度方向扩张的螺旋形， 例如朝上方扩张的螺旋形形态。
[0039] 所述螺旋形形态用于使流入到混合液引导构件10的气体和液体的混合液沿螺旋 形混合液引导构件10移动，并增加流速。
[0040] 此处，通过所述混合液引导构件10形成为螺旋形，比将混合液引导构件10单纯地 构成为朝长度方向扩张的管形态，压力条件相同时通过湍流提供更快的流速，而能容易形 成超微细气泡。
[0041] 作为其他的特定形态，根据本发明的混合液引导构件10,具有特定螺旋形形态的 混合液引导构件10形成为直径朝末端24逐渐减小的形态，例如圆锥形形态，从而可以增加 通过混合液引导构件10的混合液的流速。
[0042] 图IA所示的本发明的一例的冲突板12与所述混合液引导构件10邻接设置，从混 合液引导构件10的末端24例如形成在混合液引导构件10的末端的圆锥形末端24排放的 混合液与所述冲突板冲突而形成超微细气泡。
[0043] 此时，所述冲突板12可以具有面积大于混合液引导构件10的末端直径的形态。
[0044] 与所述冲突板12冲突的混合液，通过所述冲突形成超微细气泡，从而包含于混合 液的气体溶解于液体。
[0045] 此处，为了所述气体和液体容易接触，所述冲突板12可以形成为与混合液冲突的 部分突出的形态或凹陷弯曲的形态。
[0046] 并且，通过所述混合液的冲突而形成的超微细气泡，其大小根据流速和喷射压力 而变化，通常优选具有0. 03至0. 2mm的大小。
[0047] 此时，通过所述超微细气泡所形成的液体的大小越小，越可以增加气体和液体的 接触面积，因此，为增加所述接触面积，增加从混合液引导构件10排放的混合液的喷射压 力，或者将混合液引导构件10的直径例如设置在混合液引导构件10的圆锥形末端24的直 径形成为小。
[0048] 所述喷射压力为0· 3至5kgf/cm2,优选为1至3kgf/cm2。
[0049] 此处，当喷射压力小于0· 3kgf/cm2时，很难产生超微细气泡，当高于5kgf/cm 2时，增 加喷射混合液的动力费用。
[0050] 根据本发明的排放口 8提供含有通过冲突板12形成的超微细气泡的体排放的路 径。
[0051] 此处,所述排放口 8接设置于主体4的上部一侧，用于排放包含与冲突板12冲突 而发生的超微细气泡的液体。
[0052] 尤其，当所述排放口 8形成于主体4的上部一侧时，可以防止超微细气泡停留在超 微细气泡发生装置2的上部。
[0053] 并且，根据本发明的超微细气泡发生装置2,为了使气体容易溶解于液体，而在所 述冲突板12和排放口 8之间可以设置妨碍含有超微细气泡的混合液的流动的挡板14。
[0054] 此处，所述挡板14是以主体4的长度方向为准垂直的板状，在板状表面以1至2cm 的间隔形成直径为〇. 3至0. 7cm的圆形孔，从而妨碍包含超微细气泡的液体的流动。
[0055] 另外，根据本发明的超微细气泡发生装置2连接设置储藏槽22、注入器18及/或 泵20等而构成液体处理装置，即构成包括超微细气泡发生装置的液体处理装置。
[0056] 此处，所述液体可以为污水、废水或污水和废水的混合物，此时，所述超微细气泡 发生装置2作为用于处理污水/废水的污水/废水处理系统24适用。
[0057] 所述液体处理装置，即包括超微细气泡发生装置的液体处理装置，可包括：储藏槽 22,用于储藏需要处理的液体；泵20,连接设置于所述储藏槽22,用于吸引及排放储藏在储 藏槽22的液体；注入器18,连接设置于所述泵20,供通过从泵20排放的液体，并将需要溶 解于液体的气体混合于液体而生成气体和液体的混合液；超微细气泡发生装置2,连接设 置于所述注入器18的一侧，流入从注入器18排放的混合液而制造含有超微细气泡的液体。
[0058] 此时，所述液体处理装置，根据需要可进一步设置第一压力计(省略图示)，用于测 定注入器18的流入气体的一侧的压力；以及第二压力计(省略图示)，设置在超微细气泡发 生装置2和储藏槽22之间，用于调整排放压力。
[0059] 另外，利用所述超微细气泡发生装置2制造超微细气泡的方法，包括：在液体的移 动路径上混合气体而制造气体和液体的混合液的步骤；将所述混合液以0. 3至5kgf/cm2的 喷射压力与冲突板冲突，从而形成包括超微细气泡的液体的超微细气泡形成步骤。
[0060] 说明如上所述构成的根据本发明的超微细气泡发生装置2的作用则为如下。
[0061] 首先，混合有气体和吸收液的混合液通过流入口 6流入到超微细气泡发生装置2 的主体4的内部，流入的所述混合液通过混合液引导构件10通过主体4的中心引导至上 端。
[0062] 此时，所述混合液引导构件10形成为螺旋形形态，其末端形成为圆锥形，从而通 过所述混合液引导构件10的混合液的流速增加而能更加容易形成超微细气泡。
[0063] 一方面，在超微细气泡发生装置2的上端内部一侧，冲突板12的一侧面与混合液 引导构件10的末端24隔开预定间隔垂直于混合液引导构件10,从而从所述混合液引导构 件10的末端24排放的高压混合液高速冲突于所述冲突板12,同时形成超微细气泡。
[0064] 如所述方法形成的超微细气泡经由挡板14流向超微细气泡发生装置2的上端，此 时，所述挡板14延迟包含超微细气泡的液体的流动而将构成超微细气泡的气体容易溶解 于例如污水及/或废水等的液体内部而分散，所述挡板起促进气体和液体的接触的功能。 [0065] 然后，包括经由所述挡板14的超微细气泡的液体通过形成在超微细气泡发生装 置2的上端一侧的排放口 8排放到外部。
[0066] 通过所述方法制造的超微细气泡的大小为0. 03至0. 2mm，上升速度为0. 1至 O.Scm/sec，具有气体能长时间停留在液体的物理优点及提供宽表面积的优点。
[0067] 并且，如图IB所示，将超微细气泡发生装置中的混合液引导构件的末端制造为具 有0. 01至2_的间隔的两个圆盘形板形态，并可以制造成混合液通过所述间隔排放并以高 速冲突于超微细气泡发生装置的主体侧面，而形成微细气泡。
[0068] 尤其，根据本发明制造的超微细气泡小于在现有散气管所产生的2至IOmm的颗 粒，而大于利用空气压缩机形成的0. 001至0. 05mm的颗粒。
[0069] 进而，通常的污水/废水处理方法中，浮力浮上处理方法方法是先使微细气泡和 污染物质解除，然后使这些浮升而进行去除的处理方法，微细气泡的大小越小，表面积越大 而接触效率变高，相反悬浮力降低。
[0070] 因此，所述浮力浮上处理方法，由于浮上处理效率是提高接触效率及悬浮力才变 高，因此，微细气泡的适当大小为约〇· 1mm，所述微细气泡的大小为〇· Imm以下时，与污染物 质的接触效率变高，〇. Imm以上时，气泡起提高悬浮力的作用，通过本发明的超微细气泡发 生装置制造的颗粒大小为0. 03至0. 2mm，适合适用于浮力浮上处理方法。
[0071] -方面，所述超微细气泡发生装置2,通过连接设置一系列附加装置从而可以构成 液体处理装置，以下说明所述液体处理装置的作用。
[0072] 首先，利用泵20从储藏有污水及/或废水等液体的储藏槽22吸引液体，并供应至 注入器18。
[0073] 此时，形成于注入器18的内部的用于液体通过的路径，其直径减小后增加，因此， 注入器18内部的液体压力也一起减小后增加。
[0074] 因此，所述注入器18的直径减小后增加的边界点设置可以流入空气及/或氧气等 外部气体的管，外部的气体通过压力差移动到注入器18而与液体混合。
[0075] 然后，混合有所述液体和气体的混合液通过注入器18流入到超微细气泡发生装 置2而制造成超微细气泡。
[0076] 此时，包括本发明的超微细气泡发生装置的液体处理装置可以适用于为处理污水 及/或废水的污水及/或废水处理系统24。
[0077] 作为一例，图3是包括根据本发明的超微细气泡发生装置的污水及/或废水处理 系统的构造示意图。
[0078] 所述图3所示的污水/废水处理系统24可以包括：絮凝混合槽28,用于流入畜产 废水；储藏槽22,连接设置于所述絮凝混合槽28,用于储藏在絮凝混合槽28处理的畜产废 水；泵20,连接设置于所述储藏槽22,用于吸引储藏于储藏槽22的畜产废水而供应至注入 器18 ;注入器18,连接设置于所述泵20,向从泵20提供的畜产废水混入空气；以及超微细 气泡发生装置2,连接设置于所述注入器18,将包含从注入器18供应的空气的畜产废水制 造成包含超微细气泡的畜产废水之后提供至储藏槽22。
[0079] 此时，在所述絮凝混合槽28设置搅拌机30而搅拌畜产废水，在所述储藏槽22设 置气浮机32,在储藏槽22使在超微细气泡发生装置2制造的超微细气泡和絮凝的污染物质 接触后使其浮到水面而进行处理废水。
[0080] 此处，所述储藏槽22设置于气浮机32,并处理浮到水面的絮凝物，因此，将所述储 藏槽22可称为气浮池。
[0081] 并且，所述絮凝混合槽28向所流入的畜产废水投入絮凝剂、辅助絮凝剂及/或pH 调节剂等药物来絮凝/凝结污染物质，从而形成较大的絮凝物。
[0082] 此时，投入于所述畜产废水的药物是在本领域通常使用的药物，例如可以选用铝 (alum), PAC (聚氯化错（Poly Aluminium Chloride))，氯化铁、聚合物及/或pH调节剂等。
[0083] 并且，通过搅拌机30搅拌流入到所述絮凝混合槽28的畜产废水，从而更加容易形 成絮凝物。
[0084] 以下，通过实施例具体说明本发明。但是，以下实施例是用来具体说明本发明而 已，并不限定本发明。
[0085] 〈实施例1>
[0086] 如图1所示，在高度120cm，直径25cm的圆筒形主体4的下端一侧连接设置流入口 6,在上端一侧连接设置排放口 8。
[0087] 并且，在所述主体4的内部设置朝长度方向扩张的直径为5cm的螺旋形混合液引 导构件并与流入口 6连接后，在所述混合液引导构件10的末端24的上部，朝上方离开5cm 设置直径为20cm的弯曲的冲突板12。
[0088] 接着，向所述流入口 6以3. 5kgf/cm2的压力供应混合有空气的水。此时，所排放的 流体的压力为1.8kg f/cm2。
[0089] 图4是按照实施例1的超微细气泡发生装置的使用时间表示溶解氧变化的图，从 图可知，在超微细气泡发生装置运行2分钟后，溶解氧达到9. lmg/1的过饱和状态。
[0090] 〈比较例1>
[0091] 与实施例1相同的方法进行，在主体2的下端一侧连接设置用于排放包含超微细 气泡的液体的排放口 8,提供液体和空气移动的路径的混合液引导构件10使用了直径为 5cm的朝长度方向扩张的管。
[0092] 〈实验〉
[0093] 图5是根据本发明的超微细气泡发生装置的物质平衡流程图的示意图，计算以 下所定义的各种变数，即传质系数（U、标准氧转移效率（Standard Oxygen Transfer Efficiency, S0TE)、标准曝气效率（Standard Aeration Efficiency, SAE)，比较实施例 1 及 比较例1的微细气泡发生装置的举动。
[0094] 此处，用于计算所述变数的方法利用韩国授权专利第044886号的"超微细气泡发 生装置及利用超微细气泡发生装置的液体处理方法"的实施例中所记载的方法来进行的。
[0095] 比较结果表示在表1。
[0096]【表1】
[0097] 根据实施例1及比较例1的超微细气泡发生装置的举动

【权利要求】
1. 一种超微细气泡发生装置，其中，包括： 主体，朝长度方向扩张，在内部形成有空间； 流入口，连接设置于所述主体的下端一侧，用于使混合有气体和液体的混合液流入主 体内部； 螺旋形混合液引导构件，连接设置于所述流入口，朝上方扩张而提供流入到流入口的 混合液的移动路径； 冲突板，邻接设置于所述混合液引导构件的末端，用于使通过混合液引导构件的混合 液冲突而形成超微细气泡；以及 排放口，连接设置于所述主体的上部一侧，用于排放包含有超微细气泡的液体，所述超 微细气泡通过冲突板形成。
2. 根据权利要求1所述的超微细气泡发生装置，其中，所述混合液引导构件，其末端形 成为圆锥形。
3. 根据权利要求1所述的超微细气泡发生装置，其中，所述混合液引导构件，在其末端 包括以0. 01-2mm间隔隔开的两个圆盘。
4. 根据权利要求1所述的超微细气泡发生装置，其中，所述液体是污水、废水或这些的 混合物。
5. 根据权利要求1所述的超微细气泡发生装置，其中，为了所述超微细气泡容易溶解 于液体中，在所述冲突板和排放口之间设置挡板以妨碍包含有超微细气泡的液体的流动。
6. -种液体处理装置，其中，包括权利要求1至5中任一项所述的超微细气泡发生装 置。
7. 根据权利要求6所述的液体处理装置，其中，包括所述超微细气泡发生装置的液体 处理装置，包括：储藏槽，用于储藏需要处理的液体；泵，连接设置于所述储藏槽，用于吸引 及排放储藏在所述储藏槽的液体；注入器，连接设置于所述泵，供从泵排放的液体通过，并 将需要溶解于液体的气体混合在液体而生成气体和液体的混合液；超微细气泡发生装置， 连接设置于所述注入器的一侧，流入从注入器排放的混合液而制造包含有超微细气泡的液 体。
【文档编号】B01F5/00GK104338446SQ201310331256
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】金钟国 申请人:伊耐特株式会社