납품 실적 · 두산중공업
두산중공업 납품 기포발생장치
나루환경기술이 두산중공업에 납품한 장치는 해수담수화 전처리용 스플리터형 기포발생장치입니다. 믹싱 챔버 안의 압력차와 전단력으로 기포를 쪼개 평균 23.55㎛(최소 500nm)의 미세기포를 만들고, 같은 4atm 압력에서 기존 DAF 대비 89.9%의 기포 발생량을 냅니다. 1·2·3HP 펌프로 스케일업해도 기포 크기는 23.5㎛ 안팎으로 유지됩니다.
- 평균 기포 크기23.55㎛
- 최소 기포 크기500nm
- DAF 대비 발생량89.9%
- 펌프 용량1·2·3HP
장치 구성과 작동 원리
기존 용존공기부상(DAF)은 인라인 포화조에서 공기를 녹인 뒤 감압으로 기포를 만듭니다. 스플리터형 장치는 포화조 대신 믹싱 챔버(스플리팅 탱크)를 두고, 그 안에서 기포를 물리적으로 쪼개 크기 한계가 없습니다. 믹싱 챔버 설계, 내부 탱크 개수, 공기유입량으로 기포 크기와 발생량을 조절합니다.
- 공기 흡입 밸브 — 리사이클 펌프 전단에서 공기를 빨아들입니다.
- DAF 펌프 — 물과 공기를 가압해 믹싱 챔버로 보냅니다.
- 믹싱 챔버 — 내부 탱크를 통과하며 압력차·전단력으로 기포가 쪼개집니다.
- 노즐 — 밸브형 노즐에서 미세기포가 섞인 처리수를 배출합니다.
장치 사양
| 구성품 | 항목 | 사양 |
|---|---|---|
| 공기 흡입 밸브 | 형식 / 크기 | 볼 밸브 / 1.4 inch |
| 펌프 | 형식 / 용량 | 원심펌프 / 1·2·3 HP |
| 스플리팅 탱크 | 재질 / 형상 | 스테인리스 / 원통형 |
| 외형 | 직경 320 mm × 높이 400 mm | |
| 내부 탱크 | 3·5·7개 (1세대 → 3세대) | |
| 노즐 | 형식 / 재질 | 밸브형 노즐 / 황동 |
믹싱 챔버 세대별 성능
내부 탱크 개수를 늘릴수록 압력은 오르고 유량은 줄며, 기포는 작아지고 발생량은 늘었습니다. 3세대(S3)는 챔버 내부에 쌓이는 공기가 줄어 2,000분 이상 안정적으로 운전됐습니다.
| 믹싱 챔버 | 평균 기포 크기 | 노즐 추가 시 | 기포체적농도(BVC) | 공기 유입·유출 비율 | 안정 운전 시간 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1세대 (S1) | 31.48㎛ | 30.87㎛ | 0.0440 | 56.18% | 124분 |
| 2세대 (S2) | 26.26㎛ | 25.78㎛ | 0.0547 | 68.52% | 310분 |
| 3세대 (S3) | 23.55㎛ | 22.18㎛ | 0.0650 | 82.30% | 2,000분 이상 |
공기 흡입 방식과 스케일업 결과
공기 흡입 위치 비교
| 흡입 위치 | 평균 기포 크기 | BVC | 유입·유출 비율 |
|---|---|---|---|
| 펌프 전단 | 23.68㎛ | 0.0498 | 82.19% |
| 펌프 내부 | 23.55㎛ | 0.0501 | 82.30% |
| 펌프 후단 | 40.21㎛ | 0.0357 | 62.48% |
펌프 용량별 스케일업
| 펌프 | 평균 기포 크기 | BVC | 유입·유출 비율 |
|---|---|---|---|
| 1 HP | 23.68㎛ | 0.06178 | 85.84% |
| 2 HP | 23.55㎛ | 0.06287 | 86.78% |
| 3 HP | 23.58㎛ | 0.06308 | 87.80% |
고압 리사이클 펌프를 적용한 6atm 조건에서는 배출 구경 25mm일 때 평균 기포 크기 32.32㎛(50mm는 37.78㎛), 공기 포화효율 71.4%를 기록했습니다.
기포 특성 측정 방법
- 크기 — 입자 계수기(측정범위 2~900㎛, 이동식·단시간)와 화상 분석(0.7㎛ 이상, 고정확도)을 병행합니다.
- 발생량 — 공기 유입·유출 비율과 기포체적농도(BVC), 입자 계수기(PCMV) 환산값으로 다각도 산정합니다.
- 전위 — 정지층을 고려하고 화상분석 소프트웨어를 도입한 전기영동법으로 정확도와 측정 속도를 높였습니다.
- DAF 비교 — 헨리의 법칙 이론값 기준으로 기존 포화조 방식과 발생량을 비교합니다.
연구 결론
- 공기 흡입부는 펌프 전단에 설치 — 기포가 작고 캐비테이션 방지 효과 기대
- 믹싱 챔버 구조 개선으로 기포 발생효율 증대 — 평균 기포 크기 20~50㎛
- 3HP 리사이클 펌프까지 스케일업해도 효율 동일
- 기포 발생량은 기존 DAF의 약 70% 이상, 양(+) 전하 기포 발생 — 연구 목표 100% 달성
- 파일럿 플랜트에 믹싱 챔버 2대를 적용하면 기존 DAF와 동일한 처리 효율 기대
자주 묻는 질문
두산중공업에 납품한 기포발생장치는 어떤 방식인가요?
스플리터형(Splitter type) 기포발생장치입니다. 리사이클 펌프 전단으로 공기를 흡입하고, 내부 탱크가 여러 개 들어간 믹싱 챔버(스플리팅 탱크)에서 압력차와 전단력으로 기포를 쪼갠 뒤 노즐로 내보냅니다. 내부 탱크 3·5·7개, 1·2·3HP 원심펌프 구성으로 해수담수화 전처리 공정 적용을 목표로 설계했습니다.
이 장치로 만드는 기포 크기는 얼마나 되나요?
평균 기포 크기는 약 20~50㎛이며, 3세대 믹싱 챔버에서 23.55㎛, 노즐을 추가하면 22.18㎛까지 작아졌습니다. 쪼개짐 방식이라 이론상 한계 크기가 없고 500nm 수준의 기포까지 만들 수 있습니다. 20~50㎛ 구간은 입자상 물질 처리 효율이 높은 크기입니다.
기존 용존공기부상(DAF) 장치와 비교하면 기포 발생량은 어느 정도인가요?
같은 4atm 압력에서 기존 DAF 대비 약 89.9%의 기포 발생량을 냈습니다. 기포체적농도(BVC)는 0.065, 공기 포화효율은 80.93%였습니다. 기존 DAF를 5atm으로 운전할 때와 비교하면 71.9%로, 더 낮은 압력에서 비슷한 수준의 기포를 만든다는 점이 장점입니다.
펌프 용량을 키워 스케일업해도 성능이 유지되나요?
유지됩니다. 1HP·2HP·3HP 펌프에서 평균 기포 크기는 23.68㎛·23.55㎛·23.58㎛로 거의 같았고, 유량만 증가했습니다. 공기 유입·유출 비율은 85.84%에서 87.8%로 소폭 올랐고 운전 안정성도 같은 경향을 보였습니다. 3HP 기준 기존 DAF 대비 기포 발생량은 88.5%였습니다.
공기 흡입구는 어디에 설치하는 것이 가장 좋나요?
리사이클 펌프 전단(앞쪽)에 설치하는 방식이 가장 좋았습니다. 펌프 전단 흡입 시 평균 기포 크기 23.68㎛, 공기 유입·유출 비율 82.19%로, 펌프 후단(40.21㎛, 62.48%)보다 기포가 작고 발생량이 많았습니다. 펌프 내부 캐비테이션 발생을 줄이는 효과도 기대할 수 있습니다.
양(+) 전하를 띤 기포가 왜 필요한가요?
수중의 오염 입자 대부분이 음(-) 전하를 띠기 때문에 양(+) 기포가 충돌·부착 효율을 높입니다. 금속염을 주입해 기포 전위를 조절하며, 같은 농도에서 알루미늄 이온이 철 이온보다 전위 변화가 컸습니다. 크기 제어와 전위 제어를 함께 적용해 부상분리 효율을 끌어올립니다.