KR100199264B1 - 기액접촉방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접촉 효율이 높은 기액 접촉방법을 제공한다. 불균일한 형상의 수지발포재로 이루어진 접촉재를 충전한 접촉재층에서 기체 및 액체를 접촉시킴으로써, 압력과 난류현상이 동시에 발생하여 미세기포가 지속되므로 기액의 접촉 효율이 향상된다. 또한 수지발포재는 비중이 가볍고 내마모성이 높으므로 처리능력이 저하되지 않는 접촉재를 장기적으로 사용할 수 있으며, 장치의 보수가 용이해진다.

Description

기액(氣液)접촉장치
제1도는 본 발명에 의한 제1실시예를 나타낸 압력용기(1)의 측단면도이다.
제2도는 본 발명에 의한 제2실시예를 나타낸 용기(11)의 측단면도이다.
제3도는 본 발명에 의한 제3실시예를 나타낸 용기(21)의 측단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압력용기 2 : 입구
3 : 출구 4 : 접촉재
6,7 : 필터 11 : 용기
12 : 액체입구 13 : 액체출구
14 : 기체 분출용 헤드 15 : 기체 출구
16,17 : 필터 18 : 접촉재층
19 : 접촉재 21 : 용기
22 : 액체 살포 헤드 23 : 액체출구
24 : 펌프 25 : 기체 분출용 헤드
26 : 기체 출구 27,28 : 필터
29 : 하측 접촉재층 30,31 : 필터
32 : 상측 접촉재층
본 발명은 용기내에서 기체와 액체를 접촉시키는 방법에 관한 것이다.
종래로부터 예를들어 액중의 용존 산소량을 높임으로써 생물막 처리의 효율을 높이거나, 오존에 의한 물의 멸균·소독 효율을 높이며 또한 잔류 오존의 분해를 용이하게 하거나, 기체중의 각종 냄새나는 물질을 흡수, 제거할 목적으로 용기내에서 기체와 액체를 접촉시키는 용수(用水)·배수(排水)의 처리가 행해지고 있다.
상기 처리에 있어서의 기액 접촉방법으로서, 액중의 용존(溶存) 산소량을 높여야 하는 용기의 내부를 가압함으로써 이 용기내의 용액중에 기포를 보내는 것이 있다. 그 가압수단으로서는 제트 분류(噴流)나 이젝터(ejector)법 등이 있다.
그러나 이들 방법으로는, 가압한 시점에서는 기포가 미세화되고 기액의 접촉이 양호해지지만, 동시에 압력이 강하하면 기포가 곧 커지므로 산소의 용존 효율을 높이는 수단으로서는 불충분하였다.
한편, 예를들어 호기성(好氣性) 생물처리에 있어서, 기액 접촉을 높이기 위해 예를들어 샤모트(chamotte), 무연탄(anthracite)등의 미세한 천연광석류, 무기발포재, 성형수지재등을 접촉재로서 용기내에 충전하고, 이 용기내에 목적하는 기체 및 액체를 통과시키는 방법이 행해지고 있다.
그러나 천연광물로 이루어진 접촉재를 이용한 경우, 입경이 너무 미세하고 비중이 커서 기체가 균일하게 분산되지 않으며 또한 머드볼(mud ball)이 생기기 쉬어 액체의 통로가 생기므로 기액의 접촉 효율 향상을 그다지 기대할 수가 없다. 또한 무기발포재로 이루어진 접촉재를 이용한 경우, 입경이 약간 커지며 표면이 마모됨으로써 상기와 같이 기액의 접촉효율 향상을 별로 기대할 수 없다. 또한 성형수지재로 이루어진 접촉재를 이용한 경우, 공간율이 너무 크고 각 입자의 형상이 동일하므로 난류(亂流)가 일어나기 어려워, 상기와 같이 기액의 접촉 효율 향상을 그다지 기대할 수 없으며 그 어느 경우에나 처리능력이 낮다는 문제가 있었다.
또한 기체로부터 냄새나는 물질을 제거할 때에는, 용기 상부로부터 액체를 플레싱(flashing)으로 분무하고, 하부로부터 기체를 상승시키는 방법이 이용되고 있으며, 접촉재로서 금망이나 라시히 링(Raschig ring)이 이용되고 있는데, 금망의 경우에는 난류 현상이 그다지 일어나지 않아 기체의 토출을 좁힐 뿐이며, 라시히 링(Rascig ring)에서는 공간율이 너무 크고 각각의 형상이 동일하므로 상기와 같이 처리능력이 낮다는 문제가 있었다.
멸균, 소독을 위한 오존 산화에 있어서는 수중에 단순히 오존가스를 상승시키는 것만으로는 충분한 기액 접촉이 일어나지 않고, 오존의 재폭기(再曝氣)를 필요로 하거나 잔류 오존량이 커서 후처리를 필요로 하므로 런닝 코스트(running cost)가 높아지는 문제가 있었다.
상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 본 발명의 주요 목적은 접촉 효율이 높은 기액접촉방법으로 제공하는 것이다.
상술한 목적은 본 발명에 의하면, 기체와 액체를 서로 접촉시키는 기액접촉방법에 있어서, 입경 1mm 내지 50mm 범위의 불규칙한 형상을 이루는 수지발포재를 용기내에 충전하여, 상기 용기내로 기체 및 액체를 통과시키는 것을 특징으로 하는 기액접촉방법을 제공함으로써 달성된다. 경우에 따라 상기 용기내에 상기 수지발포재를 10% 내지 90% 충전하고, 이 용기내에 기체 및 액체를 동시에 유입하여 대기압보다 높은 압력에서 통과시키거나, 상부에서 액체를 유입하고 용기의 하부에서 기체를 상승시키거나, 상기 용기에 상기 수지발포재를 10% 내지 90% 충전한 접촉층을 간격을 두어 복수층 설치하며, 상기 용기의 상부로부터 액체를 플레싱에 의해 살포하고 이 용기의 하부에서 기체를 상승시켜도 무방하다.
상술한 방법에 의하면, 기체 및 액체가 고르지 않은 형상의 수지발포재로 이루어진 접촉재를 통과하기 위하여 압력과 난류현상이 동시에 발생하여 미세 기포가 지속된다. 또한 접촉재로서의 수지발포재는 비중이 가볍고 내마모성이 높아 처리능력이 저하되지 않는 접촉재를 장기적으로 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 입각하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 입각한 제1실시예를 나타내는 압력용기(1)의 측단면도이다. 이 압력용기(1)는 하부의 기체 및 액체의 입구(2)와 상부의 기체 및 액체의 출구(3)를 가지고 있다. 압력용기(1) 내에는 입경 1mm∼50mm 범위의 불균일한 형상의 수지발포재로 이루어진 접촉제(4)가 10%∼90% 충전되어 있다. 상기 입구(2) 및 출구(3)에는 접촉재(4)가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 필터(6),(7)이 설치되어 있다. 여기서, 수지발포재의 입경이 1mm 미만이면 각 필터(6),(7)의 그물눈을 미세하게 해야 하는데, 유로저항(流路抵抗))으로 되며, 50mm를 넘으면 원하는 접촉 면적을 얻을 수 없게 된다.
기액 접촉을 행하기 위해서는 입구(2)로부터 압력용기(1)내로 기체와 액체를 동시에 대기압 보다도 높은 0.1kgf/cm2∼0.7kgf/cm2의 압력을 가하면서 주입한다. 그러면 기체와 액체가 접촉재(4)를 통과할 때 난류현상이 일어나며, 또한 용기내부가 가압되어 있기 때문에 기체의 액체로의 용해가 촉진된다. 그리고 기체의 용존량이 높은 용액이, 출구(3)에서 배출된다. 이 경우 기액은 거의 완전하게 교란되어 압력강하에 의한 기포의 조대화(粗大化)가 방지된다.
실제로 호기성 생물처리에 있어서, 장치 구성은 제1실시예와 동일하게 되지만 접촉재(4)를 사용하지 않고 가압부상(加壓浮上)처리를 이용하는 단순 가압법이 있다. 이 단순가압법과 본 발명의 제1실시예에 의한 방법을 비교하였다. 단순가압법의 경우, 압력 2kgf/cm2, 농도 10mg/l로부터 압력 강하에 의해 순식간에 기포가 커졌으나, 제1실시예에 의한 방법에서는 동일한 압력에서 용존 산소의 농도가 15mg/l로부터의 압력 강하에 의해서도 기포는 미세하고 백탁상(白濁狀)이었다.
제2도는 본 발명에 입각한 제2실시예를 나타내는 제1도와 동일한 측단면도이다. 본 실시예는 가압없이 이루어지는 기액접촉법으로, 용기(11)의 상부에는 입구(12)가 설치되며, 하부에는 액체 출구(13)가 설치되어 있다. 또한 기체 분출용 헤드(14)가 용기(11)의 하부에, 기체 출구(15)가 상부에 설치되어 있다.
용기(11)내에는 접촉재 유출방지용 필터(16),(17)에 의해 구획되는 접촉재층(18)이 형성되고, 그 내부에는 입경 1mm∼50mm 범위의 불균일한 형상의 수지발포제로 이루어지는 접촉재(19)가 10%∼90% 충전되어 있다.
기액 접촉을 행하기 위해서는 입구(12)로부터 용기(11)내로 액체를 유입시킴과 동시에 분출용 헤드(14)에서 기체를 분사한다. 따라서 기체와 액체는 향류식(向流式)으로 접촉한다. 또한 이 경우 상부의 필터는 반드시 있지 않아도 무방하다.
실제로 호기성 생물처리에 있어서, 접촉재로서 종래부터 이용되고 있던 무연탄, 무기발포재 또는 입경이 균일한 성형수지재와 본 발명의 제2실시예에 의한 방법과를 비교하기 위하여 다음의 시험을 행하였다. 실제로는 직경 300mm×높이 5000mm의 용기에 접촉재층을 3m로 하고, BOD, COD의 부하시험을 행하였다. 그 결과를 표 1로 나타낸다. 또한 원수(原水)는 BOD 200mg/l로 행하였다.
또한 실제의 탈취·살균을 위한 오존 산화처리에 있어서, 오존을 단순히 취입 상승시키는 방법과 본 발명의 제2실시예에 의한 방법과를 비교한 바, 오존의 반응 효율을 약 30% 상승시킬 수 있었다.
제3도는 본 발명에 입각한 제3실시예를 나타낸 제1도 및 제2도와 동일한 측단면도로, 대량 기체의 탈취나 산화를 행하는 경우에 사용되는 것이다. 용기(21)의 상부에는 액체 살포 헤드(22)가 설치되고, 하부에는 액체 출구(23)가 설치되어 있다. 이 액체 출구(23)는 액체 살포 헤드(22)에 펌프(24)를 개재시켜 접속되며, 용기(21)내의 액체는 필요에 따라 외부에서 보충되거나, 또는 계속 교환되어 순환하도록 되어 있다.
또한 제2실시예와 동일한 기체 분출용 헤드(25)가 용기(21)의 하부에, 기체 출구(26)가 상부에 설치되어 있다.
용기(21)내에는 접촉재 유출 방지용 필터(27),(28)에 의해 구획된 하측 접촉재층(29)과, 필터(30),(31)에 의해 구획된 상측 접촉재층(32)이 형성되며, 각 접촉재층(29)(32)의 내부에는 입경 1mm∼50mm 범위의 불균일한 형상의 수지발포재로 이루어진 접촉재(33)가 10%∼90% 충전되어 있다.
기액 접촉을 행하기 위해서, 액체 살포 헤드(22)에서 용기(21)내에 액체를 플레싱함과 동시에 분출용 헤드(25)에서 기체를 분사한다. 따라서 기체와 액체는 각 접촉재층(29)(32)의 내부에서 항류식으로 난류 접촉한다. 또한 본 실시예에서는 접촉재층을 2층으로 하였으나, 단층 혹은 3층 이상이라도 무방하다. 또한 이 경우에도 상부 필터는 반드시 있지 않아도 무방하다.
실제로 화학공장에서 발생하는 환원성 유황을 함유하는 취기(臭氣)가스를 탈취 처리하는 일단식(一段式) 라시히 링(Raschig ring)에 의한 기액 접촉과 본 발명의 제3실시예에 의한 기액접촉을 비교한 바, 라시히 링에 의한 기액 접촉에서는 약 98%의 제거 효율이었지만, 본 실시예의 기액 접촉에서는 99.9%의 제거 효율이 얻어졌다.
이상의 설명에서 명백해진 바와 같이, 본 발명에 의한 기액 접촉 방법에 의하면, 불균일한 형상의 수지발포재로 이루어진 접촉재를 충전한 접촉재층에서 기체 및 액체를 접촉시킴으로써, 압력과 난류현상이 동시에 발생하여, 미세 기포가 지속되므로 기액의 접촉 효율이 향상된다. 또한 수지발포재는 비중이 가볍고 내마모성이 높이므로 처리능력이 저하되지 않는 접촉재를 장기적으로 사용할 수 있으며, 장치의 보수가 용이해진다.

Claims (4)

  1. 기체와 액체를 서로 접촉시키는 기액 접촉방법에 있어서, 입경 1mm 내지 50mm 범위의 불규칙한 형상을 이루는 수지발포재를 용기내에 충전하여, 상기 용기내로 기체 및 액체를 통과시키는 것을 특징으로 하는 기액 접촉 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용기내에 상기 수지발포재를 10% 내지 90% 충전하여, 이 용기내에 기체 및 액체를 동시에 유입하여 대기압보다도 높은 압력에서 통과시키는 것을 특징으로 하는 기액 접촉 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기의 상부로부터 액체를 유입하고 이 용기의 하부에서 기체를 상승시키는 것을 특징으로 하는 기액 접촉 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기에 상기 수지발포재를 10% 내지 90% 충전한 접촉층을 간격을 두어 복수층 설치하며, 상기 용기의 상부로부터 액체를 플레싱에 의해 살포하고, 이 용기의 하부에서 기체를 상승시키는 것을 특징으로 하는 기액 접촉 방법.
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