KR100961655B1 - Carbon dioxide dissolving system by using high speed inline jet mixer and dissolving method thereof - Google Patents

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KR100961655B1
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서호경
박동우
이범석
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Abstract

PURPOSE: A carbon dioxide rapidity jet stirring system of a conduit line and a method thereof are provided to minimize consumption of carbon dioxide, and to improve coherence and precipitation efficiency when spraying carbon dioxide to the conduit line for controlling a PH of water to be treated in a water treatment progress. CONSTITUTION: A carbon dioxide rapidity jet stirring system of a conduit line comprises the following: a carbon dioxide storage facility; a carbon dioxide injection system; and a rapidity jet stirrer. The rapidity jet stirrer includes the following: a gate valve controlling entrance and exit of a rapidity jet mixer(31) within the conduit line; a rotary shaft(41); a motor(35); a propeller(40) of an opening airfoil connected to an end of a rotary shaft; an upper housing(36) equipped with an upper bearing(103) for supporting rotation of the rotary shaft; a center housing(37) in which carbon dioxide can flow to inside in case the carbon dioxide is inserted to a carbon dioxide injection part(105); a lower housing(38) including a bottom bearing(109) for supporting the rotation of the rotary shaft; a chamber(39) surrounding the lower housing.

Description

관로형 급속 분사 교반기를 이용한 이산화탄소 용해 시스템 및 용해 방법{Carbon Dioxide dissolving System by using High Speed Inline Jet Mixer and dissolving Method thereof}Carbon Dioxide dissolving system by using High Speed Inline Jet Mixer and dissolving Method

일반적으로 수 처리 과정에서 침전 효율을 높이기 위하여 응집제 또는 보조 응집제를 투입하고 있다. 본 발명은 상기 응집제의 응집효율을 높이기 위하여 pH 조절제로서 이산화탄소를 원수에 효율적으로 용해하는 것에 관한 것이다. 우리나라와 같이 갈수기와 우기가 뚜렷하게 구분되는 경우에 계절에 따른 원수 수질 변화가 매우 크다. 따라서 갈수기 또는 우기에 악화된 원수 수질을 정수하기 위하여 응집제나 염소 가스를 과다 투입하는 경향이 있다. 이 경우 과다 투입된 염소 가스는 응집 또는 침전 등의 정수 처리 과정에서 제거되지 않은 유기물과 반응하여 소독 부산물이 허용치를 초과하게 되며, 우기 시에는 알칼리도 및 칼슘 이온 농도가 매우 낮은 부식성 수질 조건을 갖기 때문에 급, 배수관의 부식을 가속시켜 수명을 단축하는 경향이 있는 것이다. 상기와 같은 응집제의 과다 투입을 방지하고 응집제의 응집효율을 높이기 위하여 황산(H2SO4) 또는 이산화탄소(CO2)를 주입하여 pH를 7 ~ 7.5로 조절하여 소독 부산물의 제거율을 높이고 탁도를 낮추게 되는 것이다. 상기에서 응집제로서의 황산(H2SO4)은 백탁 현상을 가중시켜 탁도를 증가시킬 수 있으며, 수처리의 안전성, 취급의 용이성 및 기존 수처리 과정에서의 도입 등을 종합하여 볼 때 이산화탄소(CO2)를 주입하는 것이 바람직한 것으로 추정되는 것이다. Generally, flocculant or auxiliary flocculant is added to increase the precipitation efficiency during water treatment. The present invention relates to efficiently dissolving carbon dioxide in raw water as a pH adjusting agent in order to increase the flocculation efficiency of the flocculant. As in Korea, when the dry season and the rainy season are clearly distinguished, the water quality changes according to the season is very large. Therefore, in order to purify the raw water quality worsened during the dry season or the rainy season, the coagulant or the chlorine gas tends to be excessively added. In this case, excessively charged chlorine gas reacts with organic matter that has not been removed during the water purification process such as flocculation or sedimentation, and the disinfection by-products exceed the allowable levels. Therefore, it tends to accelerate the corrosion of the drain pipe and shorten the service life. In order to prevent the excessive input of the flocculant and to increase the flocculation efficiency of the flocculant, sulfuric acid (H 2 SO 4 ) or carbon dioxide (CO 2 ) is injected to adjust the pH to 7 to 7.5 to increase the removal rate of disinfection by-products and to reduce the turbidity. Will be. Sulfuric acid (H 2 SO 4 ) as a coagulant may increase the turbidity by increasing the turbidity phenomenon, the carbon dioxide (CO 2 ) in terms of the safety of water treatment, ease of handling and introduction in the existing water treatment process Injecting is assumed to be desirable.

상기와 같은 이산화탄소 용해장치에 관한 종래의 기술을 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 등록특허번호 10-0672055호에 공지된 종래의 수처리 용 이산화탄소 용해장치의 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 이산화탄소 용해 장치는 기체인 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급관로(56)와 상기 이산화탄소가 용해되어 혼화되도록 하는 용해수를 공급하는 용해수공급관로(52)가 주입부재(57)에 의해 합쳐지며, 용해장치부재에 의하여 완전하게 용해수와 이산화탄소가 혼화될 수 있도록 구성된 것이다. 즉, 액체상태의 이산화탄소를 저장 공급하는 이산화탄소탱크(50)와, 액체상태의 이산화탄소를 기체 상태로 변환하는 기화기(53)와, 일정하게 설정된 량으로 이산화탄소를 공급하도록 유량계(55)를 구비한 이산화탄소공급관로(56)와; 용해수펌프(51)에 의해 용해수를 공급하는 용해수공급관로(52)와; 상기 이산화탄소공급관로(56)와 용해수공급관로(52)가 상호 결합되어 이산화탄소와 물이 서로 합쳐지도록 하는 주입부재(57)와; 상기 주입부재(57)에 의해 합쳐진 물과 이산화탄소가 서로 합쳐져 다단계로 혼화되도록 하는 용해장치부재를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 이산화탄소공급관로(56)는 기화된 이산화탄소를 적정의 압력으로 적정량이 공급되도록 하는 압력조절밸브(54)와 상기 이산화탄소공급관로(56)에 설치된 유량계(55)는 이산화탄소의 유량을 정밀하게 측정하는 것이다. The conventional technique related to the carbon dioxide dissolving device as described above will be described with reference to the drawings. 1 is a block diagram of a conventional water treatment carbon dioxide dissolving device known from the Patent No. 10-0672055. In FIG. 1, the conventional carbon dioxide dissolving device includes a carbon dioxide supply pipe 56 for supplying carbon dioxide, which is a gas, and a melted water supply pipe 52 for supplying dissolved water to dissolve and mix the carbon dioxide into the injection member 57. It is combined so that the dissolved water and carbon dioxide can be completely mixed by the dissolution device member. That is, a carbon dioxide tank having a carbon dioxide tank 50 for storing and supplying liquid carbon dioxide, a vaporizer 53 for converting liquid carbon dioxide into a gas state, and a flowmeter 55 for supplying carbon dioxide in a predetermined amount. A supply conduit 56; A dissolved water supply pipe 52 for supplying dissolved water by the dissolved water pump 51; An injection member 57 for coupling the carbon dioxide supply pipe 56 and the dissolved water supply pipe 52 so that carbon dioxide and water are combined with each other; Water and carbon dioxide combined by the injection member 57 is configured to include a dissolution device member to be combined with each other in multiple stages. In addition, the carbon dioxide supply pipe 56 is a pressure control valve 54 and a flow meter 55 installed in the carbon dioxide supply pipe 56 to supply the appropriate amount of vaporized carbon dioxide at an appropriate pressure to precisely control the flow rate of the carbon dioxide. To measure.

도 2는 상기 주입부재(57)의 상세 구성도이다. 상기 주입부재(57)는 미세노즐이나 이젝터를 설치하여 가스 상태의 이산화탄소를 용해수에 주입시켜 서로 섞이도록 하는 것이다. 예를 들어 상기 이젝터(59)는 이산화탄소가 중앙부로 유입되도록 하는 이산화탄소유입부(60)와 상기 이산화탄소유입부(60)의 주위에 형성되어 용해수가 유입되도록 하는 용해수유입부(61) 및 유입된 이산화탄소와 용해수가 서로 혼합되도록 하여 이산화탄소가 중앙부로 유입되고 주위로 용해수가 유입되어 서로 섞이게 되므로 이젝터를 통과하면서 용해작용이 이루어지게 되는 구조이다.2 is a detailed configuration diagram of the injection member 57. The injection member 57 is to install a fine nozzle or ejector to inject gaseous carbon dioxide into the dissolved water to be mixed with each other. For example, the ejector 59 is formed around the carbon dioxide inlet 60 and the carbon dioxide inlet 60 to allow carbon dioxide to flow into the central portion, and the melted water inlet 61 and the inlet to allow dissolved water to flow therein. Since carbon dioxide and dissolved water are mixed with each other, carbon dioxide flows into the central portion and dissolved water flows around and mixes with each other.

상기와 같은 종래의 이산화탄소 용해 장치는 주입 부재와 용해장치 부재가 분리되어 있고, 또한 상기 용해장치 부재는 오리피스 밸브, 인라인믹서 및 ㄹ 자형 배관 등으로 구성되어 구성이 복잡하고 설치면적이 넓어 비용이 많이 소요되고 관리비용도 증가하는 문제점이 있는 것이다.In the conventional carbon dioxide dissolving device as described above, the injection member and the dissolving device member are separated, and the dissolving device member is composed of an orifice valve, an in-line mixer and a L-shape pipe, etc. There is a problem in that the management cost is also increased.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고 응집효율을 높이기 위한 pH 조절제로서 이산화탄소를 효율적으로 용해시키기 위한 본 발명의 이산화탄소 용해 시스템 및 용해방법은 액상의 이산화탄소를 저장하는 저장탱크와, 상기 이산화탄소 저장탱크(11)의 일측에 고압 배관으로 연결되어 이산화탄소 저장탱크(11)로 부터 공급된 액상의 이산화탄소를 기화시키는 기화기(12)와, 상기 저장탱크(11)와 기화기(12) 사이의 고압 배관에 설치되어 이산화탄소 기화 압력이 설정 값 이상으로 상승할 경우 액체 이산화탄소의 공급을 차단하는 긴급 차단 밸브(13)와, 이산화탄소를 대기 중으로 배출할 수 있는 안전밸브(14) 및 상기 기화기(12)의 타측 고압 배관에 설치되어 이산화탄소를 위급 시 대기중으로 배출할 수 있는 안전밸브(16)와 압력을 측정하는 압력계(17)를 구비하는 이산화탄소 저장 설비(10)와, 상기의 이산화탄소 저장 설비(10)의 후단에 설치된 감압 밸브(15, 24) 타측에 연결되어 이산화탄소의 유량을 측정하는 가스 질량유량계(21)와 가스의 압력을 측정하여 제어실로 전송하는 압력 전송계(23)와 이산화탄소 투입 유량을 조절하는 콘트롤 밸브(22)로 구성되어 기체 상태의 이산화탄소의 투입 유량을 제어하는 이산화탄소 주입 시스템(20)과, 상기의 이산화탄소 주입 시스템(20)의 타측에 고압 배관으로 연결하여 처리원수의 수중까지 가스 상태로 이송된 이산화탄소를 고속 회전하는 개방익형(Open type Airfoil) 프로펠러(40)에 의해 미세 기포로 처리원수에 분사 및 교반시켜 짧은 시간에 이산화탄소가 처리원수와 접촉하여 용해시키는 관로형 급속 분사 교반 장치(30)로 구성되는 것으로 원수가 흐르는 관로 내에서 이산화탄소를 고속으로 분사 교반함으로써 이산화탄소 용해를 효과적으로 할 수 있는 것이다.The carbon dioxide dissolution system and dissolution method of the present invention for efficiently dissolving carbon dioxide as a pH regulator to solve the conventional problems and increase the coagulation efficiency as described above is a storage tank for storing liquid carbon dioxide, and the carbon dioxide storage tank 11 Is connected to a high pressure pipe on one side of the vaporizer 12 to vaporize the liquid carbon dioxide supplied from the carbon dioxide storage tank 11, and is installed in the high pressure pipe between the storage tank 11 and the vaporizer 12, Installed in the emergency shut-off valve 13 to shut off the supply of liquid carbon dioxide when the vaporization pressure rises above the set value, the safety valve 14 for discharging carbon dioxide into the atmosphere and the other high-pressure pipe of the vaporizer 12. And a safety valve 16 capable of releasing carbon dioxide into the atmosphere during an emergency and a pressure gauge 17 for measuring pressure. The gas mass flow meter 21 connected to the other side of the carbon dioxide storage facility 10 and the pressure reducing valves 15 and 24 installed at the rear end of the carbon dioxide storage facility 10 to measure the flow rate of carbon dioxide and the pressure of the gas It consists of a pressure transmitter 23 to the control room and a control valve 22 for adjusting the carbon dioxide injection flow rate to control the injection flow rate of the carbon dioxide in the gas state and the carbon dioxide injection system 20 In the short time by spraying and stirring the raw water with fine bubbles by the open type airfoil propeller 40 which rotates the carbon dioxide transferred in the gas state to the water of the raw water by connecting to the other side of the raw water). Carbon dioxide is composed of a pipeline type rapid injection agitation device 30 which dissolves in contact with the raw water, and the carbon dioxide in the pipeline through which the raw water flows. Dissolving carbon dioxide at high speed can effectively dissolve the carbon dioxide.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 응집효율을 높이기 위한 pH 조절제로서 이산화탄소를 효율적으로 용해시켜 이산화탄소의 소모율을 저감시키는 효과가 있으며, 또한 이산화탄소 용해 시스템의 구성을 소형화하여 설치면적이 작고 관리가 용이하여 정수처리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention for solving the conventional problems as described above has the effect of reducing the consumption rate of carbon dioxide by dissolving carbon dioxide efficiently as a pH regulator for increasing the cohesive efficiency, and also the installation area is small by miniaturizing the configuration of carbon dioxide dissolution system It is easy to manage, which can reduce the cost of water treatment.

상기와 같이 정수장이나 하수 처리장 등에서 이용될 수 있는 pH 조절제인 이산화탄소 가스는 수처리 공정의 첫 단계인 착수정 전단의 도수 관로(34)에 주입하여, 응집제를 투입하는 혼화지 사이에서 유입 원수의 pH를 7 ~ 7.5까지 떨어뜨려야 만이 최적의 응집 효율을 얻을 수 있지만, 국내 정수장 대부분이 착수정에서 혼화지까지의 거리가 짧고(50m 이내), 도수 관로(34) 내의 유속과 압력이 낮아 유체 흐름이 층류로서 투입된 이산화탄소 가스나 고농도로 희석된 탄산수가 처리 원수에 용해되어 pH를 떨어뜨리는 것이 매우 어려운 상태이다. As described above, the carbon dioxide gas, which is a pH regulator that can be used in a water purification plant or a sewage treatment plant, is injected into the water pipe duct 34 of the front end of the water treatment well, which is the first step of the water treatment process, and adjusts the pH of the inflowing raw water between the mixed paper where the flocculant is introduced. The best flocculation efficiency can be achieved only by dropping it to ~ 7.5, but most domestic water treatment plants have a short distance (from within 50m) from the landing well to the mixing site, and the flow rate and pressure in the water supply pipe 34 are low, so that the fluid flow is introduced as laminar flow. It is very difficult to reduce the pH by dissolving carbon dioxide gas or highly diluted carbonated water in the treated raw water.

따라서 복잡한 부대설비 없이 이산화탄소 주입지점에서의 처리원수의 유속을 증가시켜 유체 흐름이 난류에 의한 분자 간 접촉 시간 즉 접촉 면적을 증가시킴과 동시에 이산화탄소 가스를 미세한 기포로 고속 분사하여 처리원수와 접촉시켜 이산화탄소 가스의 용해율을 증가시키는 방안을 검토하게 되었으며, 상기 이산화탄소 공급 설비(10)에서 관로형 급속 분사 교반기(31)의 챔버(39)까지 처리 원수와 접촉하지 않은 상태로 공급된 이산화탄소 가스는 3,540 rpm으로 회전하는 개방익형 프로펠러(40)에 의해 미세 기포로 처리 원수에 23 m/sec 의 원주 속도로 고속 분사 및 교반시켜 처리원수와 접촉함에 따라 이산화탄소 가스의 용해율이 증가함을 확인할 수 있는 것이다.Therefore, the flow rate of raw water is increased at the point of carbon dioxide injection without complicated additional facilities, and the fluid flow increases the intermolecular contact time due to turbulence, that is, the contact area. The method of increasing the dissolution rate of the gas was examined, and the carbon dioxide gas supplied from the carbon dioxide supplying facility 10 to the chamber 39 of the pipeline type rapid injection stirrer 31 without contacting the treated raw water was 3,540 rpm. It can be seen that the dissolution rate of the carbon dioxide gas increases as the raw water is contacted with the raw water by high speed injection and stirring at a circumferential speed of 23 m / sec.

이론적인 반응조 내부에 교반기가 작동할 때의 Reynolds No. 및 Schmidt No. 관계식은 다음과 같다.

Figure 112009064190676-pat00014


ρ : 물의 밀도
v : 교반기 프로펠러의 각속도
d : 프로펠러의 직경
μ : 물의 동점성계수
Figure 112009064190676-pat00015


Figure 112009064190676-pat00020
: Co2의 물에 대한 확산계수로서 온도의 함수로서 다음과 같다.
Figure 112009064190676-pat00016

Shm (Sherwood Number)와 Re, Sc 사이에 다음과 같은 관계식이 성립되며,
Figure 112009064190676-pat00017

따라서 이산화탄소의 물질전달계수( kCO2 )를 이용하여 용해된 Co2의 량을 계산할 수 있다.
Figure 112009064190676-pat00018

kco2 : 물질전달계수
d : 이산화탄소 가스의 Bubble Diameter
Figure 112009064190676-pat00019
Reynolds No. when the stirrer operates inside the theoretical reactor. And Schmidt No. The relation is as follows.
Figure 112009064190676-pat00014


ρ : density of water
v : angular velocity of the stirrer propeller
d : diameter of propeller
μ : dynamic viscosity of water
Figure 112009064190676-pat00015


Figure 112009064190676-pat00020
Diffusion coefficient for water of Co 2 as a function of temperature:
Figure 112009064190676-pat00016

Sh m The following relation is established between (Sherwood Number) and Re, Sc ,
Figure 112009064190676-pat00017

Therefore, the amount of dissolved Co 2 can be calculated using the mass transfer coefficient ( k CO 2 ) of carbon dioxide.
Figure 112009064190676-pat00018

kco 2 : Material transfer coefficient
d : Bubble Diameter of carbon dioxide gas
Figure 112009064190676-pat00019

Nco2 : 이산화탄소의 mole Flux Nco 2 : Mole Flux of CO2

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Cco2 : 이산화탄소 용해율 Cco 2 CO2 dissolution rate

또한, 실험(서울 시립대학교)에 의하면 물 - CO2 공급량의 비율(10 : 1)과 체류시간은 일정하고 물 - CO2의 공급 유속만을 변화시켜(1.0 ~ 4.0 L/Min) 실험한 결과는 하기 표 1과 표 2와 같이 물 - CO2 공급 유속이 증가할수록 pH가 떨어지고 이산화탄소 용해율은 상승하는 것을 확인할 수 있었다. The experiment according to (Seoul National University) water - CO ratio of the second quantity (10: 1) and the retention time is constant and the water - by changing only the supply flow rate of CO 2 (1.0 ~ 4.0 L / Min) experiment results As shown in Table 1 and Table 2, as the water-CO 2 supply flow rate increased, the pH was decreased and the carbon dioxide dissolution rate was increased.

WATER( L/Min )WATER (L / Min) 1.01.0 2.02.0 3.03.0 4.04.0 Re NumberRe Number 25.9025.90 51.8151.81 77.7177.71 103.6103.6 Water-CO2 Duration Time
( Sec )Water-CO 2 Duration Time
(Sec) 1.93021.9302 1.93021.9302 1.93021.9302 1.93021.9302 PHPH 5.545.54 5.515.51 5.475.47 5.435.43 Dissolved CO2
( mol/L )Dissolved CO 2
(mol / L) 4.24 x 10-4 4.24 x 10 -4 4.86 x 10-4 4.86 x 10 -4 5.85 x 10-4 5.85 x 10 -4 7.03 x 10-4 7.03 x 10 -4 CO2 Solubility
( % )CO 2 Solubility
(%) 8.818.81 10.1210.12 12.1712.17 14.6314.63

표 1 Effectiveness of the various Re Number in the same Water - CO2 Table 1 Effectiveness of the various Re Number in the same Water-CO 2

Figure 112009064190676-pat00006
Figure 112009064190676-pat00006

또한, 물과 CO2 Bubble의 체류시간(Tube Length)에 따른 pH 변화에 대한 시험 결과로서, 물 2 L/Min에 CO2 공급 0.4 L/Min을 공급하여 1 ~ 10 sec 체류 즉 Tube Length를 조절하여 pH 를 측정한 결과 5.56에서 5.45까지 감소 됨을 알 수 있으며 이산화탄소 용해율이 증가하여 표 3 및 표 4와 같은 결과를 얻을 수 있었다.In addition, as a test result of the pH change according to the residence time (Tube Length) of water and CO 2 Bubble, supplying CO 2 supply 0.4 L / Min to 2 L / Min of water to adjust the retention of 1 ~ 10 sec, that is, tube length As a result of measuring the pH was found to decrease from 5.56 to 5.45 and the carbon dioxide dissolution rate was increased to obtain the results as shown in Table 3 and Table 4.

Tube Length
(mr)Tube length
(mr) 1One 22 33 55 1010 Water-CO2 Duration
Time(sec)Water-CO 2 Duration
Time (sec) 0.96510.9651 1.93021.9302 2.89532.8953 4.82554.8255 9.65109.6510 PHPH 5.565.56 5.545.54 5.535.53 5.515.51 5.455.45 Dissolved CO2
(mol/L)Dissolved CO 2
(mol / L) 0.39 x 10-3 0.39 x 10 -3 0.42 x 10-3 0.42 x 10 -3 0.44 x 10-3 0.44 x 10 -3 0.49 x 10-3 0.49 x 10 -3 0.64 x 10-3 0.64 x 10 -3 CO2 Solubility
( % )CO 2 Solubility
(%) 4.024.02 4.414.41 4.614.61 5.065.06 6.676.67

표 3 Effectiveness of the CO2 -water Duration Time Table 3 Effectiveness of the CO 2 -water Duration Time

Figure 112009060349858-pat00007
Figure 112009060349858-pat00007

결론적으로, 상기와 같은 실험결과에 따르면 실험 조건과 현장의 조건이 일치하지 않지만, 상기와 같이 이론 및 실험에 의해 유체의 유속이 증가하면 이산화탄소 가스와 물의 접촉 면적이 증가되어 이산화탄소 가스의 용해율이 증가되는 것이 증명되므로 관로형 급속 분사 교반기의 프로펠러가 이산화탄산 가스를 3,540 rpm으로 처리 원수에 분사 및 교반하여 줌으로써 이산화탄소 가스의 용해율을 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었으며 상기와 같은 실험 결과를 바탕으로 하여 급속 분사 교반 시스템을 개발 활용할 수 있게 된 것이다.In conclusion, according to the above experimental results, the experimental conditions and the field conditions do not match, but as the above-described theory and experiments increase the fluid flow rate, the contact area of carbon dioxide gas and water increases, so that the dissolution rate of carbon dioxide gas increases. Since the propeller of the pipeline type rapid injection stirrer was able to improve the dissolution rate of carbon dioxide gas by injecting and stirring the carbon dioxide gas into the treated raw water at 3,540 rpm, and based on the above experimental results, It is possible to develop and utilize a spray stirring system.

또한, 도수 관로 내에서 급속 분사 교반기의 회전수 변화에 따라 혼화 영역의 변화를 CFD(Computational Fluid Dynamics)로 분석한 결과 아래와 같이 프로펠러의 회전수가 증가함에 따라 혼화 영역이 크다는 결과를 얻을 수 있었다. In addition, as a result of analyzing the change of the mixing area by CFD (Computational Fluid Dynamics) according to the change of the rotation speed of the rapid jet stirrer in the water pipe, the mixing area was increased as the rotation speed of the propeller increased.

압력: 1.0 kg/cm2, 유속 : 1.5 m/sec, 가스 투입량 : 100kg/hr의 경우의 혼화영역 시뮬레이션Mixing zone simulation for pressure: 1.0 kg / cm 2 , flow rate: 1.5 m / sec, gas input: 100 kg / hr

Figure 112009060349858-pat00008
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상기와 같은 실험 결과를 바탕으로 하여 종래의 문제점을 해결하고 응집효율을 높이기 위한 pH 조절제로서 이산화탄소를 효율적으로 용해시키기 위한 본 발명을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. The present invention for efficiently dissolving carbon dioxide as a pH regulator for solving the conventional problems and increasing the aggregation efficiency on the basis of the experimental results as described above is as follows.

도 3은 본 발명 이산화탄소 용해 시스템의 전체 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명의 이산화탄소 용해 시스템은 액상의 이산화탄소를 저장하는 저장탱크(11)와, 상기 이산화탄소 저장탱크(11)의 일측에 고압 배관으로 연결되어 이산화탄소 저장탱크(11)로부터 공급된 액상의 이산화탄소를 기화시키는 기화기(12)로 구성되고, 상기 저장탱크(11)와 기화기(12) 사이의 고압 배관에는 상기 기화기(12)의 오작동에 의해 기화 압력이 설정 값 이상으로 상승할 경우 액체 이산화탄소의 공급을 차단하는 긴급 차단 밸브(13)와, 이산화탄소를 대기 중으로 배출할 수 있는 안전밸브(14)가 구비되며, 상기 기화기(12)의 타측 고압 배관에는 상기 기화기(12)에서 기화된 이산화탄소의 기화 압력이 설정 값 이상으로 상승할 경우 기체 이산화탄소를 대기 중으로 배출할 수 있는 안전밸브(16)와 압력을 측정하는 압력계(17)를 구비하는 이산화탄소 저장설비(10)와, 상기의 이산화탄소 저장설비(10)의 후단에 설치된 감압 밸브(15) 타측에 연결되어 이산화탄소의 유량을 측정하는 가스 질량유량계(21)와 가스의 압력을 측정하여 제어실로 전송하는 압력 전송계(23)와 이산화탄소 투입 유량을 조절하는 콘트롤 밸브(22)로 구성되어 기체 상태의 이산화탄소의 투입 유량을 제어하는 이산화탄소 주입 시스템(20)과, 상기의 이산화탄소 주입 시스템(20)의 타측에 고압 배관으로 연결하여 처리원수의 수중까지 가스 상태로 이송된 이산화탄소를 고속 회전하는 개방익형(Open type Airfoil) 프로펠러(40)에 의해 미세 기포로 처리원수에 분사 및 교반시켜 짧은 시간에 이산화탄소가 처리원수와 접촉하여 용해시키는 급속 분사 교반 장치(30)로 구성되며, 원수가 흐르는 관로 내에서 고속으로 분사함으로써 이산화탄소 용해를 효과적으로 할 수 있는 것이다.3 is an overall configuration diagram of the carbon dioxide dissolution system of the present invention. In FIG. 3, the carbon dioxide dissolution system of the present invention is connected to a storage tank 11 for storing liquid carbon dioxide and a high pressure pipe connected to one side of the carbon dioxide storage tank 11 to supply liquid from a carbon dioxide storage tank 11. It consists of a vaporizer 12 for vaporizing the carbon dioxide, the high pressure pipe between the storage tank 11 and the vaporizer 12, when the vaporization pressure rises above the set value due to a malfunction of the vaporizer 12 of the liquid carbon dioxide An emergency shut-off valve 13 for shutting off the supply and a safety valve 14 for discharging carbon dioxide into the atmosphere are provided, and the other high-pressure pipe of the vaporizer 12 is vaporized with carbon dioxide vaporized in the vaporizer 12. When the pressure rises above the set value, the dioxide having a safety valve 16 for discharging gaseous carbon dioxide into the atmosphere and a pressure gauge 17 for measuring the pressure Connected to the other side of the small storage facility 10 and the pressure reducing valve 15 installed at the rear end of the carbon dioxide storage facility 10 and a gas mass flow meter 21 for measuring the flow rate of carbon dioxide and the pressure of the gas to the control room. Composed of a pressure transmitter 23 for transmitting and a control valve 22 for adjusting the carbon dioxide injection flow rate to control the injection flow rate of the carbon dioxide in the gas state and the carbon dioxide injection system 20 Connected to the other side by a high pressure pipe, the open type airfoil propeller 40 which rotates the carbon dioxide transferred in the gas state to the water of the raw water is sprayed and agitated with the microbubble to the raw water for a short time. It consists of a rapid jet agitator 30 which dissolves in contact with the raw water and sprays it at high speed in a pipeline through which raw water flows. It can do harm effectively.

도 4는 본 발명에 적용된 관로형 급속 분사 교반 장치를 도수 관로(34) 상에 설치한 상태의 단면도이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용된 관로형 급속 분사 교반 장치는 도수 관로(34) 상에 설치된 게이트 밸브(33)를 열고 상기 급속 분사 교반 기의 개방익형 프로펠러(40)를 도수 관로(34) 내로 진입시킨 상태의 단면도를 보여 주고 있는 것이다. 상기와 같이 급속 분사 교반 장치의 개방익형 프로펠러(40)를 이산화탄소 가스를 분사하고자 하는 도수 관로(34) 내로 진입시킨 후에 기화된 이산화탄소 가스를 주입하고 상기 개방익형 프로펠러(40)를 3540 rpm의 속도로 회전시켜 상기 이산화탄소 가스를 분사하는 것이다.4 is a cross-sectional view of the pipe-type rapid jet agitating device applied to the present invention installed on the waterway pipe 34. In FIG. 4, the pipeline type rapid injection agitation device applied to the present invention opens the gate valve 33 installed on the raceway pipe 34, and enters the open-wing propeller 40 of the rapid injection stirrer into the raceway pipe 34. It is showing a cross-sectional view. As described above, after the open-wing propeller 40 of the rapid jet agitation device enters into the water pipe 34 to inject the carbon dioxide gas, the evaporated carbon dioxide gas is injected and the open-wing propeller 40 is operated at a speed of 3540 rpm. Rotating to inject the carbon dioxide gas.

도 5의 (a)는 본 발명에 적용된 관로형 급속 분사 교반기(31)의 상세 단면도이다. 상기도 5의 (a)에서 관로형 급속 분사 교반기(31)는 모터(35)와 상기 모터(35)의 축과 회전 축(41)을 일체로 하는 커플링(101)과, 상기 커플링(101) 하단에 위치하여 회전 축(41)의 회전을 지지하기 위한 상부 베어링(103)으로 구성된 상부 하우징(36)과, 상기 상부 하우징(36) 하단에 연결되고 일측에 이산화탄소 주입부(105)와 회전 축으로 구성되어 내부에 이산화탄소가 주입되는 경우 내부로 이산화탄소가 흐를 수 있는 중앙 하우징(37)과, 상기 중앙 하우징(37)의 하단에 구성되고 회전 축(41)이 회전하도록 지지하기 위한 하부 베어링(109)과 상기 하부 베어링(109) 하단에 위치한 하부 하우징(38)과, 상기 하부 하우징(38)을 둘러싸는 챔버(39)로 구성되는 것이다. 또한 회전 축(41)의 끝단에서 상기 개방익형 프로펠러(40)가 상기 회전 축(41)에 볼트로 체결되어 있어 회전 축(41)이 회전하면 연동되어 회전하는 것이다. 상기와 같이 구성된 관로형 급속 분사 교반기(31)는 도수 관로(34)에 게이트 밸브(33)를 열고 관로형 급속 분사 교반기(31)를 도수 관로에 진입시킨 후 기화기(12)에 의하여 기화된 이산화탄소 가스가 이산화탄소 주입부(105)로 주입되어 중앙 하우징(37)의 내부를 거쳐 하부 하우징(38) 내부로 흐르고, 상기 하부 하우징(38)을 거쳐 챔버(39)로 주입되며 상기 챔버(39)에서 이산화탄소가 개방익형 프로펠러(40) 쪽으로 분사되면, 모터(35)와 연동된 회전 축(41) 및 개방익형 프로펠러(40)가 2,500 rpm ~ 3,540 rpm으로 회전하여 처리 원수에 급속으로 분사하고 교반하여 줌으로써 이산화탄소의 용해율을 향상시킬 수 있는 것이다.5 (a) is a detailed cross-sectional view of the pipeline type rapid injection stirrer 31 applied to the present invention. In FIG. 5A, the pipeline type rapid jet stirrer 31 includes a coupling 101 which integrates the motor 35, the shaft of the motor 35, and the rotation shaft 41, and the coupling ( 101 is located at the bottom of the upper housing 36 consisting of an upper bearing 103 for supporting the rotation of the rotary shaft 41, and connected to the lower end of the upper housing 36 and the carbon dioxide injection unit 105 on one side and When the carbon dioxide is injected into the inside of the rotating shaft is composed of a central housing 37 and a lower bearing configured to support the rotating shaft 41 to rotate in the lower end of the central housing 37 109, a lower housing 38 positioned below the lower bearing 109, and a chamber 39 surrounding the lower housing 38. In addition, the open blade-type propeller 40 is bolted to the rotary shaft 41 at the end of the rotary shaft 41 is rotated in conjunction with the rotary shaft 41 is rotated. The pipeline type rapid jet stirrer 31 configured as described above opens the gate valve 33 in the water channel 34, enters the channel type rapid jet stirrer 31 into the channel, and vaporizes the carbon dioxide vaporized by the vaporizer 12. Gas is injected into the carbon dioxide injection unit 105 and flows into the lower housing 38 through the interior of the central housing 37, into the chamber 39 via the lower housing 38, and in the chamber 39. When the carbon dioxide is injected toward the open blade propeller 40, the rotary shaft 41 and the open blade propeller 40 interlocked with the motor 35 rotate at 2,500 rpm to 3,540 rpm to rapidly inject and stir the treated raw water. It is possible to improve the dissolution rate of carbon dioxide.

상기도 5의 (b)는 이산화탄소 주입부(105)의 단면도이다. 상기도 5의 (b)에서 알 수 있듯이 이산화탄소 주입부(105)로 주입된 이산화탄소 가스는 중앙 하우징(37) 내로 흐를 수 있는 구조임을 보여주고 있는 것이다. 5B is a cross-sectional view of the carbon dioxide injection unit 105. As shown in (b) of FIG. 5, the carbon dioxide gas injected into the carbon dioxide injection unit 105 is a structure that can flow into the central housing 37.

또한 상기도 5의 (c)는 하부 하우징(38)의 단면도로서 하부 하우징(38) 내의 이산화탄소 가스의 유로를 보여주고 있는 것이다. 상기와 같이 중앙 하우징(37) 내로 주입된 이산화탄소 가스는 중앙 하우징(37)의 내부를 거쳐 하부 하우징(38)의 이산화탄소 가스 유로를 거쳐서 챔버(39)로 이송되는 것이다.5C is a cross-sectional view of the lower housing 38 showing a flow path of carbon dioxide gas in the lower housing 38. As described above, the carbon dioxide gas injected into the central housing 37 is transferred to the chamber 39 via the carbon dioxide gas flow path of the lower housing 38 through the interior of the central housing 37.

또한 상기도 5의 (d)는 본 발명에 적용된 개방익형 프로펠러(40)의 형상을 나타내는 것으로 십자형의 형태이며 이산화탄소 분사의 효율을 향상하기 위하여 날개의 크기 및 구조를 상이하게 한 구조이다.In addition, (d) of Figure 5 shows the shape of the open-wing propeller 40 applied to the present invention is a cross-shaped and has a structure that differs in size and structure of the wing to improve the efficiency of carbon dioxide injection.

따라서 상기와 같은 본 발명은 도수 관로(34) 내에서 고속으로 이산화탄소 가스를 분사하여 줌으로서 전체적인 시스템 구성을 간단히 할 수 있으며 유지관리가 편리한 장점이 있는 것이다.Therefore, the present invention as described above can simplify the overall system configuration by injecting carbon dioxide gas at high speed in the waterway pipe 34, and has the advantage of convenient maintenance.

도 1은 종래 이산화탄소의 용해 설비의 구성도,1 is a block diagram of a conventional carbon dioxide dissolution facility,

도 2는 종래 이산화탄소 용해 설비 주입 이젝터의 절개 사시도,Figure 2 is a cutaway perspective view of a conventional carbon dioxide dissolution equipment injection ejector,

도 3은 본 발명 이산화탄소 급속 분사 교반기를 이용한 이산화탄소 용해 시스템의 전체 계통도,3 is an overall schematic diagram of a carbon dioxide dissolution system using the present invention carbon dioxide rapid injection stirrer,

도 4는 본 발명에 적용된 관로형 급속 분사 교반 장치의 설치 구성도,Figure 4 is an installation configuration of the pipeline type rapid injection stirring device applied to the present invention,

도 5는 본 발명에 적용된 관로형 급속 분사 교반기의 구성도로서 5 is a configuration diagram of a pipeline type rapid injection stirrer applied to the present invention;

(a)는 급속 분사 교반기 단면도이고,   (a) is a cross-section of the rapid jet stirrer,

(b)는 이산화탄소 주입부 단면도이고,   (b) is a cross-sectional view of the carbon dioxide injection unit,

(c)는 하부 하우징의 단면도이고,   (c) is a cross-sectional view of the lower housing,

(d)는 개방익형 프로펠러의 사시도이다.   (d) is a perspective view of an open blade propeller.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **** Explanation of symbols on the main parts of the drawing **

10 : 이산화탄소 저장설비, 20 : 이산화탄소 주입 시스템, 30 : 급속 분사 교반 장치, 12 : 기화기, 13 : 긴급 차단 밸브, 14 : 안전 밸브, 15, 24 : 감압밸브, 17 : 압력계, 22 : 콘트롤 밸브, 32 : 지지대, 33 게이트 밸브, 34 : 도수 관로, 35 : 모터, 36 : 상부 하우징, 37 : 중앙 하우징, 38 : 하부 하우징, 39 ; 챔버, 40 : 개방익형 프로펠러, 41 : 회전 축, 101 : 커플링, 103 : 상부 베어링, 105 : 이산화탄소 주입부, 109 : 하부 베어링10: carbon dioxide storage facility, 20: carbon dioxide injection system, 30: rapid injection stirring device, 12: vaporizer, 13: emergency shutoff valve, 14: safety valve, 15, 24: pressure reducing valve, 17: pressure gauge, 22: control valve, 32: support, 33 gate valve, 34: water pipe, 35 motor, 36 upper housing, 37 central housing, 38 lower housing, 39; Chamber, 40: open wing propeller, 41: rotating shaft, 101: coupling, 103: upper bearing, 105: carbon dioxide injection unit, 109: lower bearing

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 수처리 공정에서 처리 원수의 pH를 조절하기 위한 이산화탄소를 도수 관로에 분사하는 시스템에 있어서,In the system for injecting carbon dioxide into the water pipe for controlling the pH of the raw water in the water treatment process, 액상의 이산화탄소를 저장하고 기화하는 이산화탄소 저장설비와;A carbon dioxide storage facility for storing and vaporizing liquid carbon dioxide; 상기 이산화탄소의 저장설비로부터 공급된 이산화탄소 가스를 투입하는 이산화탄소 주입 시스템과;A carbon dioxide injection system for inputting carbon dioxide gas supplied from the carbon dioxide storage facility; 상기 이산화탄소 주입 시스템으로부터 투입된 이산화탄소 가스를 도수 관로 내로 고속으로 분사 교반하는 급속 분사 교반 장치로 구성되고,It is composed of a rapid injection stirring device for spraying and stirring the carbon dioxide gas introduced from the carbon dioxide injection system at high speed into the water pipe, 상기 급속 분사 교반 장치는The rapid injection stirring device is 도수 관로(34) 내로 급속 분사 교반기(31)의 진출입을 제어하는 게이트 밸브(33)와;A gate valve 33 for controlling the entry and exit of the rapid jet stirrer 31 into the water pipe 34; 모터에 의하여 회전하는 회전 축과;A rotating shaft rotating by a motor; 상기 회전 축(41)을 회전시키는 모터(35)와;A motor (35) for rotating the rotary shaft (41); 상기 회전 축(41)의 끝단에 연결된 개방익형의 프로펠러(40)와;An open-wing propeller 40 connected to the end of the rotation shaft 41; 상기 모터 축과 회전 축(41)을 일체로 하는 커플링(101), 상기 커플링(101) 하단에 위치하여 회전 축(41)의 회전을 지지하기 위한 상부 베어링(103)으로 구성된 상부 하우징(36)과;An upper housing composed of a coupling 101 having the motor shaft and the rotating shaft 41 integrated therein, and an upper bearing 103 positioned at a lower end of the coupling 101 to support rotation of the rotating shaft 41. 36); 상기 상부 하우징(36) 하단에 연결되고 일측에 이산화탄소 주입부(105)와 회전 축으로 구성되어 내부에 이산화탄소가 주입되는 경우 내부로 이산화탄소가 흐를 수 있는 중앙 하우징(37)과;A central housing (37) connected to a lower end of the upper housing (36) and composed of a carbon dioxide injection unit (105) and a rotating shaft at one side thereof to allow carbon dioxide to flow therein when carbon dioxide is injected therein; 상기 중앙 하우징(37)의 하단에 구성되고 회전 축(41)이 회전하도록 지지하기 위한 하부 베어링(109)을 포함 구성하는 하부 하우징(38)과;A lower housing (38) configured at a lower end of the central housing (37) and comprising a lower bearing (109) for supporting the rotational shaft (41) to rotate; 상기 하부 하우징을 둘러싸는 챔버(39)로 구성되어 이산화탄소가 이산화탄소 주입부로 주입되면 중앙 하우징, 하부 하우징 및 챔버를 거쳐 개방익형 프로펠러 방향으로 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 도수 관로의 이산화탄소 급속 분사 교반 시스템.And a chamber (39) surrounding the lower housing such that when carbon dioxide is injected into the carbon dioxide injecting unit, the carbon dioxide is injected into the open wing propeller through the central housing, the lower housing, and the chamber. 이산화탄소를 저장하는 저장탱크(11)와 상기 이산화탄소 저장탱크(11)의 일측에 고압 배관으로 연결되어 이산화탄소 저장탱크(11)로 부터 공급된 액상의 이산화탄소를 기화시키는 기화기(12)와 상기 저장탱크(11)와 기화기(12) 사이의 고압 배관에 설치되고 상기 기화기(12)의 오작동에 의해 기화 압력이 설정 값 이상으로 상승할 경우 액체 이산화탄소의 공급을 차단하는 긴급 차단 밸브(13)와 상기 긴급 차단 밸브의 차단과 함께 상기 이산화탄소를 대기 중으로 배출할 수 있는 안전밸브(14)와 상기 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력계로 구성된 이산화탄소 저장 설비와;A storage tank 11 for storing carbon dioxide and a high pressure pipe connected to one side of the carbon dioxide storage tank 11 to vaporize the liquid carbon dioxide supplied from the carbon dioxide storage tank 11 and the storage tank ( 11) the emergency shutoff valve 13 and the emergency shutoff which are installed in a high-pressure pipe between the vaporizer 12 and shut off the supply of liquid carbon dioxide when the vaporization pressure rises above a set value due to a malfunction of the vaporizer 12. A carbon dioxide storage facility including a safety valve 14 capable of releasing the carbon dioxide into the atmosphere together with a shutoff of the valve, and a pressure gauge for measuring the pressure of the carbon dioxide; 상기 이산화탄소 저장 설비(10)의 후단에 설치된 감압 밸브와 상기 이산화탄소의 유량을 측정하는 가스 질량유량계(21)와 상기 이산화탄소 가스의 압력을 측정하여 제어실로 전송하는 압력 전송계(23)와 상기 이산화탄소 투입 유량을 조절하는 콘트롤 밸브(22)로 구성된 이산화탄소 주입 시스템과;Pressure reducing system 23 for measuring the pressure of the carbon dioxide gas and the gas mass flow meter 21 for measuring the flow rate of the carbon dioxide and the pressure transmitter 23 for measuring the pressure of the carbon dioxide gas and the carbon dioxide injection A carbon dioxide injection system composed of a control valve 22 for adjusting the flow rate; 모터에 의하여 회전하는 회전 축과, 상기 회전 축(41)을 회전시키는 모터(35)와, 상기 회전 축(41)의 끝단에 연결된 개방익형의 프로펠러(40)와, 상기 모터 축과 회전 축(41)을 일체로 하는 커플링(101), 상기 커플링(101) 하단에 위치하여 회전 축(41)의 회전을 지지하기 위한 상부 베어링(103)으로 구성된 상부 하우징(36)과, 상기 상부 하우징(36) 하단에 연결되고 일측에 이산화탄소 주입부(105)와 회전 축으로 구성되어 내부에 이산화탄소가 주입되는 경우 내부로 이산화탄소가 흐를 수 있는 중앙 하우징(37)과, 상기 중앙 하우징(37)의 하단에 구성되고 회전 축(41)이 회전하도록 지지하기 위한 하부 베어링(109)을 포함 구성하는 하부 하우징(38)과, 상기 하부 하우징을 둘러싸는 챔버(39) 및 도수 관로(34) 내로 진출입을 제어하는 게이트 밸브(33)로 이루어진 급속 분사 교반 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 도수 관로의 이산화탄소 급속 분사 교반 시스템.A rotating shaft rotated by a motor, a motor 35 rotating the rotating shaft 41, an open-wing propeller 40 connected to an end of the rotating shaft 41, the motor shaft and a rotating shaft ( 41, an upper housing 36 composed of a coupling 101, an upper bearing 103 positioned at a lower end of the coupling 101 to support rotation of the rotating shaft 41, and the upper housing. 36 is connected to the lower end and composed of a carbon dioxide injection unit 105 and a rotating shaft on one side, when the carbon dioxide is injected therein the central housing 37 and the lower end of the central housing 37 A lower housing 38, comprising a lower bearing 109 for supporting the rotational axis 41 to rotate, and a chamber 39 and a raceway 34 surrounding the lower housing. Rapid injection bridge consisting of a gate valve 33 Carbon dioxide injection rapid stirring system of the channel frequency, characterized in that configured in the device. 수처리 공정에서 처리 원수의 pH를 조절하기 위한 이산화탄소 가스를 도수 관로에 분사 교반하는 방법에 있어서,In the method of spray-stirring a carbon dioxide gas for adjusting the pH of the treated raw water in the water treatment process in the water treatment process, 액상의 이산화탄소 저장하고 기화하는 이산화탄소를 저장하는 단계와;Storing carbon dioxide for storing and vaporizing liquid carbon dioxide; 상기 저장된 액상의 이산화탄소를 기화하는 단계와;Vaporizing the stored liquid carbon dioxide; 상기 기화된 이산화탄소 가스 압력을 감압하는 단계와;Reducing the vaporized carbon dioxide gas pressure; 도수 관로에 연결된 게이트 밸브를 개방하는 단계와;Opening a gate valve connected to the raceway; 상기 게이트 밸브를 통과하여 도수 관로 내로 급속 분사 교반기를 진입시키는 단계와;Entering a rapid jet stirrer through the gate valve and into the water conduit; 상기 급속 분사 교반기의 개방익형 프로펠러를 고속으로 회전시켜서 상기 이산화탄소를 관로 내에서 분사하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 도수 관로 내에서 이산화탄소를 급속 분사 교반하는 방법.And rotating the open blade propeller of the rapid jet stirrer at a high speed to inject the carbon dioxide into the pipeline. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 급속 분사 교반기의 개방익형 프로펠러를 회전시켜서 이산화탄소를 관로 내에서 분사하는 단계는 개방익형 프로펠러의 회전 속도가 2500 rpm 내지 3600 rpm 사이에 속하는 것을 특징으로 하는 도수 관로 내에서 이산화탄소를 급속 분사 교반하는 방법.And rotating the open wing propeller of the rapid injection stirrer to inject carbon dioxide into the conduit, wherein the rotation speed of the open wing propeller falls between 2500 rpm and 3600 rpm.
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