건설연이 고성능 수처리 장치인 '미세버블 펌프'를 효율적으로 가동하기 위해 S자형 날개를 세계 최초로 고안해냈다. 이 새로운 날개는 기존 일자형 날개보다 더 작은 공기방울을 만들어낼 수 있다.

한국건설기술연구원(원장 한승헌, 이하 건설연) 장춘만 박사 연구팀은 미세버블 생성장치 성능을 높이기 위한 'S자형' 날개를 고안해냈다고 3일 밝혔다.

미세버블 펌프란 머리카락 굵기의 2분의 1에서 5분의 1 수준인 20~30㎛ 크기의 작은 공기방울인 미세버블을 연속적으로 발생시키는 장치다.

현재 녹조를 제거하는 방법으로 쓰이는 공기부상법은 작은 공기입자를 물 안에 만들어낸 후 공기 부력으로 함께 떠오른 녹조를 걸러내는 방식이다. 

따라서 미세버블 펌프 성능의 핵심은 공기방울을 얼마나 작게, 또 많이 만들어내느냐에 달려있다. 공기방울의 크기가 작아질수록 물과 산소의 접촉 면적이 넓어져 수처리 효율성이 증가하기 때문이다. 

연구팀은 이 미세버블 생성장치인 '임펠러(Impeller)' 성능 향상을 위해 새로운 모양의 '연속 S자형' 날개를 고안했다. 세계 최초로 개발한 이 신형상 날개는 기존 일자형 날개와 비교했을 때 공기방울 입자를 효율적으로 더 잘게 쪼갤 수 있다.

S자형 날개는 고속회전시 50여개 날개 사이로 유체 회전운동을 발생하게 해 물과 공기가 잘게 부서지며 기존보다 더욱 작은 미세버블을 생성한다. 또 구조적으로 더욱 견고해져 고압의 유체흐름에서도 잘 버틸 수 있게 내구성도 한층 높였다.

이와 함께 연구팀은 오차 범위를 명확히하는 수치해석과 홍수 피해 가능성을 고려하는 설계유량조건 등을 면밀히 분석해 최적화된 S자형 날개와 주변 결합 장치를 통합 개발하는 데에도 성공했다. 

미세공기방울을 발생시키는 장치인 만큼, 부품간 이격거리에 따라 성능 편차가 무척 크게 발생했기 때문에 임펠러 뿐 아니라 펌프의 정밀한 통합 설계가 필요했다.

새로운 미세버블 발생장치는 실험 결과 강한 유속이나 불균일한 유속에서도 구조적 안정성을 통해 30.4%의 우수한 펌프효율을 보이며 미세버블을 생성해냈다. 또 펌프와 모터를 일체형으로 제작함으로써 이동성을 향상해 일선 현장에서의 활용이 쉽도록 고안했다.

연구책임자인 장춘만 박사는 "이번 기술로 하수처리장과 양식장, 하천 녹조제거 등 다양한 환경 및 산업분야에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상한다"며 "순수 국내 기술로 개발된 만큼 국내 농수산과 환경, 바이오산업 활성화뿐만 아니라 해외 수출에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

[신아일보] 이소현 기자

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