기술 · Microbubble
마이크로버블 발생장치
마이크로버블 발생장치는 지름 수십 ㎛(수처리 최적 20~50㎛)의 미세기포를 만들어 조류·부유물에 붙여 수면으로 빠르게 띄우는 장치입니다. 나루환경기술의 스플리터형 장치는 공기압축기 없이 펌프와 혼합 챔버만으로 0.45kW에 기포를 만들어, 같은 역할의 기존 DAF(6.08kW)보다 운전비용이 약 1/14입니다.
- 평균 기포 크기20~50㎛
- 소비전력 (DAF 대비)0.45kW / 6.08kW
- 운전비용 비율DAF 14 : 1
- 베트남 납품 장비2.2kW · 약 50L/min
- 양전하 기포 조류 제거효율98%
마이크로버블이란?
마이크로버블은 지름이 수십 ㎛인 기포로, 물을 우유처럼 뿌옇게 만듭니다. 크기가 1㎛ 미만인 나노버블이 물속에 오래 머무는 것과 달리, 마이크로버블은 오염 입자에 달라붙어 짧은 시간에 수면으로 떠오릅니다. 이 부력이 녹조 제거, 정수·해수담수 전처리, 양식장 부유물 제거의 핵심입니다.
- 부력: 입자에 붙은 기포가 함께 떠올라 스컴(부상층)을 만듭니다. 컬럼 실험에서 약 2분 만에 탁수가 맑아졌습니다.
- 크기: 수처리 효율이 가장 높은 구간은 평균 20~50㎛입니다.
- 전하: 일반 기포는 -10~-30mV 음전하입니다. 중성 pH(6~8)에서 알루미늄 이온을 쓰면 양(+)전하 기포가 되어 음전하 입자와 잘 붙습니다.
- 발생량: 같은 에너지로 얼마나 많은 기포를 만드느냐(기포 부피농도)가 장치 개수와 효율을 결정합니다.
DAF 원리와 최적 기포 크기 20~50㎛
DAF(용존공기부상)는 압력을 걸어 물에 공기를 녹인 뒤 압력을 풀어 기포를 만들고, 그 기포로 입자를 띄워 분리하는 공정입니다. 침전보다 빠르고 공간이 적게 들며, 가벼운 입자도 잘 제거하고 응집제 사용량을 줄일 수 있습니다. 기존 DAF의 기포 크기는 압력에 따라 정해집니다.
| 포화 압력 | 화상 분석 | 입자 계수기 |
|---|---|---|
| 2atm | 70㎛ | 71㎛ |
| 3atm | 43㎛ | 41㎛ |
| 5atm | 33㎛ | 29㎛ |
- 응집 — 응집제로 미세 입자를 뭉칩니다.
- 접촉 — 기포와 입자가 부딪혀 붙습니다. 기포 크기와 전하가 충돌 효율을 좌우합니다.
- 분리 — 기포가 붙은 입자가 떠올라 수면에 스컴층을 만듭니다.
- 수거 — 스키머·드럼·유압식 장치로 스컴을 걷어냅니다.
연구 결과 평균 기포 크기가 20~50㎛일 때 입자상 물질의 처리 효율이 높았습니다. 나루환경기술의 장치는 이 구간의 기포를 압축기 없이 만들도록 설계했습니다.
스플리터형 기포발생장치
스플리터형 장치는 펌프 앞에서 공기를 흡입하고, 원통형 혼합 챔버(스플리팅 탱크) 안의 압력차와 전단력으로 기포를 잘게 쪼갭니다. 공기압축기와 가압 포화조가 없어 설치비와 전력 소모가 크게 줄어듭니다.
| 항목 | 기존 DAF | 스플리터형 장치 |
|---|---|---|
| 구성 | 펌프 + 공기압축기 + 가압 포화조 | 고효율 펌프 + 혼합 챔버 |
| 소비전력 | 6.08kW | 0.45kW |
| 운전비용 비율 | 14 | 1 |
| 설치비용 | 높음 | 낮음 |
| 기포 발생량 | 기준 | 같은 압력에서 DAF의 89.9% |
| 기포 전하 | 음전하(-10~-30mV) | 양(+)전하 기포 생성 가능 |
| 혼합 챔버 | 평균 기포 크기 | 노즐 설치 시 | 기포 부피농도 |
|---|---|---|---|
| 1세대 (S1) | 31.48㎛ | 30.87㎛ | 0.0440 |
| 2세대 (S2) | 26.26㎛ | 25.78㎛ | 0.0547 |
| 3세대 (S3) | 23.55㎛ | 22.18㎛ | 0.0650 |
- 원심펌프 용량을 1·2·3HP로 키워도 평균 기포 크기가 23.68·23.55·23.58㎛로 일정했습니다.
- 공기 흡입부를 펌프 앞에 두면 평균 약 24㎛, 펌프 뒤에 두면 40.21㎛로 커져 펌프 앞 흡입을 표준으로 정했습니다.
- 혼합 챔버는 스테인리스 원통형(지름 320mm·높이 400mm)이며 내부 탱크 수(3·5·7개)와 공기 흡입량으로 기포 크기와 발생량을 조절합니다.
이 장치는 해수담수화 전처리용으로 두산중공업에 납품되었습니다.
베트남 납품 마이크로버블 발생장치 사양
베트남 정부에 납품한 중형 마이크로버블 발생장치는 바퀴가 달린 이동식 프레임에 펌프와 혼합 챔버 2개를 넣은 장비입니다. 출하 전 5,700L 수조 파일럿 테스트로 기포 발생과 양전하 기포 부상 분리를 확인했습니다.
| 펌프 용량 | 2.2kW (3HP) |
|---|---|
| 토출 유량 | 약 50L/min (조건에 따라 변동) |
| 크기 (L×W×H) | 1080 × 610 × 1040mm (바퀴 제외 높이 850mm) |
| 무게 | 약 450kg |
| 흡입 / 토출 배관 내경 | 35mm / 42mm |
| 흡입·토출 호스 | 각 5m |
| 주요 구성 | 혼합 챔버 2개, 펌프, 약품·공기 유량계, 압력계 |
| 평균 기포 크기 / 부피농도 | 42.6㎛ / 0.610 |
장치별 기포 측정 비교
기포 성능은 크기, 부피농도(밀도), 제타전위로 평가합니다. 서울대학교 연구 기반 측정에서 마이크로버블 장치들의 결과는 다음과 같습니다. 작은 기포보다 적은 에너지로 많은 기포를 만드는 것이 중요합니다.
| 구분 | 평균 기포 크기 | 기포 부피농도 / 개수 | 펌프 용량 |
|---|---|---|---|
| H사 | 20㎛ | 529개/mL | 5HP |
| D사 | 23.6~31.5㎛ | 0.044~0.065 | 3HP |
| W사 | 22.1~34.2㎛ | — | 1.5HP |
| 서울대 연구 장치 | 42.6㎛ | 0.610 | 3HP |
마이크로버블과 나노버블 비교
| 항목 | 마이크로버블 | 나노버블 |
|---|---|---|
| 크기 | 수십 ㎛ (수처리 최적 20~50㎛) | 1㎛ 미만 |
| 베트남 납품 장비 평균 크기 | 42.6㎛ | 720nm |
| 물의 모습 | 우윳빛으로 뿌옇다 | 물처럼 투명하다 |
| 떠오르는 속도 | 빠르게 부상 | 약 500nm 기포 기준 하루 약 40cm |
| 주된 에너지 | 부력 (오염물 부상 분리) | 물질전달력·폭발력 (산소 공급, 세척) |
| 베트남 납품 장비 펌프·유량 | 2.2kW · 약 50L/min | 1.8kW · 약 100L/min |
나노버블의 특성과 장비는 나노버블 발생장치 페이지에서, 두 기포의 공통 원리는 미세기포 원리에서 확인할 수 있습니다.
적용처
녹조 부상·제거
양전하 마이크로버블로 녹조를 띄워 조류제거선 위에서 수거합니다. 연구 실험 조류 제거효율 98%.
정수·해수담수 전처리
DAF 전처리의 기포 크기·전하를 맞춰 탁도와 부유물을 줄입니다. 입자 제거효율 94.5%.
양식장 부유물 제거
순환 양식수의 부유물을 기포로 띄워 걷어내고 물을 다시 씁니다.
이 밖에 제지산업, 사금채취, 상·하수처리처럼 부유 물질을 빠르게 분리해야 하는 공정에 쓸 수 있습니다.
자주 묻는 질문
마이크로버블은 크기가 어느 정도인가요?
마이크로버블은 지름이 수십 ㎛인 미세기포이며, 수처리용으로는 평균 20~50㎛가 가장 효과적입니다. 기존 DAF는 압력에 따라 2atm에서 약 70㎛, 3atm에서 약 43㎛, 5atm에서 약 33㎛ 기포를 만듭니다. 스플리터형 장치는 3세대 혼합 챔버에서 평균 23.55㎛ 기포를 만들었고, 물이 우유처럼 뿌옇게 보이는 것이 특징입니다.
마이크로버블과 나노버블은 어떻게 다른가요?
마이크로버블은 수십 ㎛ 크기로 빠르게 떠오르며 오염물을 수면으로 띄우는 데 쓰고, 나노버블은 1㎛ 미만으로 물속에 오래 머물며 산소 전달과 세척에 씁니다. 베트남 납품 장비 기준 마이크로버블은 평균 42.6㎛, 나노버블은 720nm로 약 60배 차이가 납니다. 마이크로버블은 우윳빛, 나노버블은 투명하게 보입니다.
공기압축기 없이 어떻게 마이크로버블을 만드나요?
펌프 흡입부에서 공기를 빨아들인 뒤 혼합 챔버 안의 압력차와 전단력으로 기포를 잘게 쪼개는 방식입니다. 그래서 공기압축기와 포화조가 필요 없습니다. 같은 처리 조건에서 소비전력은 기존 DAF 6.08kW 대비 0.45kW이고 운전비용 비율은 14:1입니다. 혼합 챔버 내부 탱크 수와 공기 흡입량으로 기포 크기와 발생량을 조절합니다.
마이크로버블 발생장치의 소비전력과 토출량은 얼마인가요?
베트남 정부에 납품한 중형 마이크로버블 발생장치는 2.2kW(3HP) 펌프로 약 50L/min을 토출합니다. 크기는 1080×610×1040mm, 무게는 약 450kg이며 혼합 챔버 2개와 약품·공기 유량계, 압력계를 갖췄습니다. 실험용 스플리터형 장치는 1·2·3HP 펌프 모두 평균 기포 크기 약 23.6㎛로 일정해 용량을 키워도 기포 품질이 유지됩니다.
마이크로버블로 녹조나 탁도를 얼마나 제거할 수 있나요?
응집제로 양(+)전하를 띠게 한 맞춤형 마이크로버블로 연구 실험에서 조류 제거효율 98%, 입자 제거효율 94.5%를 기록했습니다. 일반 기포는 -10~-30mV 음전하라 음전하인 조류·입자와 잘 붙지 않지만, 중성 pH에서 알루미늄 이온을 쓰면 양전하 기포가 되어 부착이 쉬워집니다. 컬럼 실험에서는 약 2분 만에 탁수가 맑아졌습니다.
기포는 작을수록 좋은 것 아닌가요?
아닙니다. 수처리에서는 작은 기포보다 조류·입자에 붙어 떠오르기 좋은 크기의 기포를 적은 에너지로 많이 만드는 것이 중요합니다. 비교 측정에서 다른 제품은 평균 20~34㎛로 더 작았지만, 연구 장치는 평균 42.6㎛에 같은 3HP 펌프로 기포 부피농도 0.610을 기록해 0.044~0.065보다 훨씬 많은 기포를 만들었습니다.