KR100982095B1 - 이산화탄소 용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리용 이산화탄소 용해장치에 관한 것으로서, 이산화탄소 가스를 원수에 효율적으로 용해되도록 함으로써 이산화탄소의 용해효율을 대폭 증대시키고, 콤펙트하게 설비를 구비하여 현장에서 편리하게 설치할 수 있는 수처리용 이산화탄소 용해장치에 관한 것이다.

본 발명은 원수가 유입되는 착수정에 원수의 탁도를 중화시키기 위하여 이산화탄소 가스를 원수에 용해시키는 수처리용 이산화탄소의 용해장치에 있어서, 이산화탄소가 저장되는 저장탱크와, 이산화탄소 가스의 온도를 높여주는 기화기와, 이산화탄소와 원수를 용해시켜 상기 착수정에 공급하는 용해장치와, 용해된 원수를 착수정에 공급하는 공급부와, 상기 용해장치와 연결되어 상기 기화기에 상승된 원수를 순환시키는 용해순환부로 구성된 것을 특징으로 한다.

원수, 이산화탄소, 용해, 기화기, 믹서, 착수정.

Description

이산화탄소 용해장치{Dissolution apparatus of carbon dioxide}

본 발명은 수처리에 사용되는 이산화탄소 용해장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화탄소 가스를 원수에 효율적으로 용해되도록 함으로써 이산화탄소의 용해효율을 대폭 증대시키고, 콤펙트하게 설비를 구비하여 현장에서 편리하게 설치할 수 있는 수처리용 이산화탄소 용해장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지표수인 강이나 호소의 물을 원수로하여 원수의 수질을 사용목적에 적합하도록 개선하는 과정인 정수처리는 원수의 수질, 상수의 용도, 급수 과정의 특이성 등에 따라 달라지나, 일반적인 공공 수도의 경우 약품투입, 응집, 침전, 여과 및 살균 등의 순차적인 과정들을 통하여 이루지는 바, 최초 취수된 원수가 착수정→혼화지→응집지→침전지→여과지→소독지 등과 같은 다단계의 과정을 거쳐 정수되는 물은, 원수의 수질에 따라 정수처리 과정이 상당한 영향을 받게 된다.

특히, 우리나라와 같이 갈수기와 우기가 뚜렷이 구분되는 경우에는 계절에 따른 원수의 수질 변화가 매우 클 수 밖에 없는 실정이기 때문에, 국내 정수장의 경우는 갈수기나 집중 호우시에는 하천수 또는 호소수인 알칼리성 원수에 이산화탄소를 주입하여 원수의 농도(PH)를 조절한다.

이와 같이 원수에 이산화탄소를 주입하게 되면, 기존에 사용되었던 염소의 과다 투입으로 인한 소독 부산물의 발생 및 응집제의 과다 사용 등을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 정수처리 공정의 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 정수처리 비용의 절감도 기대할 수 있게 된다.

그러나, 이와 같은 이산화탄소의 사용에 따른 장점에도 불구하고 이산화탄소는 염소나 암모니아 가스와는 달리 물에 대한 용해도가 낮기 때문에, 원수 속에 침적된 확산물질을 통하여 기체상태의 이산화탄소를 원수에 직접 주입하게 되는데, 이와 같이 주입된 이산화탄소는 원수 중에 용해되기도 하지만 많은 양이 원수에 용해되지 못하고 대기 중으로 그대로 유출되어 손실되는 문제가 있다.

또한, 현재 현장 설치되는 이산화탄소 용해설비는 구조가 복잡하여 현장에서 설치가 어려운 문제점도 있었다

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 원수에 용해되는 이산화탄소의 용해효율을 높이고 중화된 원수의 농 도(PH)를 일정하게 유지할 수 있도록 한 수처리용 이산화탄소 용해장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 용해장치를 콤펙트하게 구성하여 현장에 용이하게 설치할 수 수처리용 이산화탄소 용해장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이산화탄소 용해장치는 원수가 유입되는 착수정에 원수의 탁도를 중화시키기 위하여 이산화탄소 가스를 원수에 용해시키는 수처리용 이산화탄소의 용해장치에 있어서, 이산화탄소가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크와 배관으로 연결되어 저온의 이산화탄소 가스의 온도를 높여주는 기화기와,상기 기화기와 배관으로 연결되어 이산화탄소와 원수를 용해시켜 상기 착수정에 공급하는 용해장치와, 상기 용해장치와 연결되어 용해된 원수를 착수정에 공급하는 공급부와, 상기 용해장치와 연결되어 상기 기화기에 상승된 원수를 순환시키는 용해순환부로 구성되되, 상기 용해순환부는 일측이 상기 용해장치의 내측과 연결되며 타측이 상기 기화기와 연결되어 상기 용해장치에 유입된 원수를 상기 기화기에 공급하는 바이패스관과, 상기 바이패스관과 연결되어 상기 기화기를 통하여 냉각된 원수를 상기 용해장치로 순환시키는 용해순환관으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 용해장치는 기화기와 연결되어 이산화탄소 가스가 유통되는 용해배관과, 상기 용해배관을 통하여 유통되는 이산화탄소가스를 조절하는 자동조절밸브와, 상기 자동조절밸브를 통하여 유입된 이산화탄소 가스와 원수를 혼합하여 용해수를 생성하는 믹서와, 상기 믹서를 통하여 이산화탄소 가스가 용해된 용해수를 착수정에 공급하는 투입배관으로 구성된 것도 바람직하다.

상기 공급부는 상기 용해장치의 투입배관과 연결되어 이산화탄소 가스가 용해된 용해수를 확산토록 다수개의 분사공이 형성된 분배관과, 일측이 상기 분배관의 일단과 연통되게 연결되고 타측이 상기 투입배관과 연결되어 상기 분배관에서 토출되는 용해수의 토출압을 일정하게 유지하는 연결라인이 형성된다.

그리고 상기 저장탱크에 이산화탄소 가스를 공급하는 제1공급관에는 바이패스관과 연결되어 공급되는 이산화탄소 가스의 온도를 상승시키는 열교환기가 더 설치된 것도 무방하다.

본 발명에 수처리용 이산화탄소의 용해장치의 효과는 이산화탄소의 온도는 높이고, 원수의 온도는 낮추는 용해순환관을 구비하여 원수에 용해되는 이산화탄소의 용해효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 이산화탄소가 용해되는 용해수를 착수정 내측에 공급하는 용해수 공급부를 구비함으로써 원수상에 균일한 압력으로 분사하여 이산화 가스의 주입량을 일정한 농도(PH)값으로 중화시킬 수 있는 효과도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 수처리용 이산화탄소의 용해장치의 구성도와 용해농도 조절에 따른 그래프를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 수처리용 이산화탄소의 용해장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 원수가 유동하는 착수정(40)과, 상기 착수정(40)의 원수를 중화시키기 위하여 이산화탄소가 저장되는 저장탱크(10)와, 상기 저장탱크(10)와 연결되어 저온상태의 이산화탄소 가스의 온도를 높여주는 기화기(20)와, 상기 기화기(20)와 착수정(40)에 연결되어 이산화탄소 가스를 원수에 용해시키는 용해장치(30)와, 상기 용해장치(30)와 연결되어 용해된 원수를 착수정(40)에 공급하는 공급부(50)와,상기 용해장치(30)와 연결되어 상기 기화기(20)에 상승된 원수를 순환시키는 용해순환부(60)로 구성 구성된다.

이때, 저장탱크(10)에 저장된 액체상태의 이산화탄소는 저장탱크(10) 내부에서 저온(대략 -20~40도)의 기체상태로 상변화되어 제1가스배관(11)을 통해 기화기(20)의 순환관(21)으로 공급되고, 상기 순환관(21)을 지나는 이산화탄소 가스는 상온의 원수와 열교환되어 온도가 상승된 상태로 기화기(20)의 제2가스배관(22)을 통해 용해장치(30)의 용해배관(31)으로 공급되며, 상기 제2가스배관(22) 상에는 용해장치(30)로 공급되어 이산화탄소의 공급압을 조절하는 레귤레이터(23)가 설치된다.

그리고 상기 용해장치(30)는 기화기(20)의 제2가스배관(22)과 연결된 용해배관(31)이 형성되어 이산화탄소 가스를 유통시키고, 상기 용해배관(31)의 내측에 설 치되는 자동조절밸브(32)는 상기 용해배관(31)을 통하여 유통되는 이산화탄소가스를 조절하며, 상기 자동조절밸브(32)를 통하여 유입된 이산화탄소 가스와 원수를 혼합하여 용해수를 생성하는 믹서(33)가 형성되고, 상기 믹서(33)를 통하여 이산화탄소 가스가 용해된 용해수를 착수정(40)에 공급하는 투입배관(34)이 형성된다.

또한, 상기 용해순환부(60)는 일측이 상기 용해장치(30)의 내측과 연결되며 타측이 상기 기화기(20)와 연결되어 상기 용해장치(30)의 펌프(35)를 통하여 유입된 원수를 상기 기화기(20)에 공급하는 바이패스관(61)이 형성되며, 상기 바이패스관(61)과 연결되는 용해순환관(62)은 상기 기화기(20)를 통하여 냉각된 원수를 상기 용해장치(30)로 순환시킨다.

그리고 도 3a에서, 상기 공급부(50)의 분배관(51)은 상기 용해장치(30)의 투입배관(34)과 연결된 분사공이 8개 형성되어 이산화탄소 가스가 용해된 용해수를 확산시키며, 일측이 상기 분배관(51)의 일단과 연통되게 연결된 연결라인(52)은 타측이 상기 투입배관(34)과 연결되어 상기 분배관(51)에서 토출되는 용해수의 토출압을 일정하게 유지시킨다.

도 1에서, 상기 저장탱크(10)에 이산화탄소 가스를 공급하는 제1공급관(11)에는 바이패스관(61)과 연결되어 공급되는 이산화탄소 가스의 온도를 상승시키는 열교환기(70)가 더 설치된다.

그리고, 도 2에서 상기 기화기(20)의 내부에는 저장탱크(10)의 제1 가스배관(11)으로부터 공급된 저온상태의 이산화탄소 가스가 유동하는 순환관(21)이 코일형태로 설치되고, 상기 순환관(21)의 단부에는 기화된 이산화탄소를 용해장치(30) 로 공급하기 위한 제2 가스배관(22)이 설치되며,

도 3b에서, 용해된 원수를 착수정(40)에 공급하는 공급부(50)는 적어도 2개 이상 구비된 착수정(40)에 각각 설치된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수처리용 이산화탄소의 용해장치의 작동을 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 원수가 원수공급관(41)을 통해 착수정(40)으로 공급되고, 공급되는 원수의 일부는 펌프(35)에 의해 용해장치(30)를 통하여 기화기(20) 내부로 공급되고, 상기 기화기(20) 내부에서 저온상태의 이산화탄소 가스와 열교환된 원수는 온도가 하강된 상태로 원수공급관(24)을 통해 용해장치(30)로 재 공급된다.

이때, 원수를 순환 시키는 용해순환부(60)는 일측이 상기 용해장치(30)의 내측과 연결된 바이패스관(61)을 통하여 상온의 원수가 상기 기화기(20)에 공급므로써 기화기(20)의 내측에서 유동하는 이산화탄소를 열교환 후 용해장치에 재 순환시켜 용해율을 대폭 증대시킬 수 있게 된다.

즉, 상기 기화기(20)의 순환관(21)으로 공급되는 이산화탄소 가스의 온도는 -20℃∼-15℃로 저온상태이고, 상기 기화기(20) 내부로 공급되는 원수는 상온으로 열교환됨으로써, 저온상태의 이산화탄소 가스의 온도는 높아지고, 원수의 온도는 낮아져서 용해장치(30)에서 원수에 용해되는 이산화탄소의 용해효율이 높아지게 된다.

여기서, 일반적인 이산화탄소의 용해 조건은, 이산화탄소의 공급 시 이산화탄소를 큰 압력 차로 공급하거나 또는 이산화탄소가 용해되는 원수의 온도가 낮을 수록 이산화탄소의 용해효율은 향상된다.

따라서, 영하의 온도를 갖는 이산화탄소 가스와 상온상태의 원수가 열교환되어 이산화탄소 가스의 용해효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스관(61)에는 기화기(20)로 공급되는 원수의 온도를 신속하게 하강시키기 위한 열교환기(70)를 별도로 더 설치하여 용해 효율을 더욱더 향상시킬 수도 있다.

이와 같이 별도의 열교환기(70)가 설치된 경우에는, 열교환된 원수를 기화기(20)로 보내지 않고 바로 용해장치(30)로 공급하여 설치가 간편하고 운영이 용이하게 할 수 있다.

그리고 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 착수정(40)의 내부에는 그 일단이 용해장치(30)의 투입배관(34)과 연통되게 연결되어 용해수가 공급확산되도록 8개가 천공된 분배관(51)이 구비됨으로써 다수개 천공된 분사공을 통해 분사되는 용해수는 균일한 분사압으로 분사되어 원수에 고르게 혼합할 수 있게 된다.

또한, 상기 분배관(51)을 상하로 설치할 경우 상하로 투입되는 용해수가 불균일하게 되므로 이를 보완하기 위하여 연통관(52)을 설치함으로써 분배관(51)으로 공급된 용해수가 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 연통관(52)을 통해 순환되어 분배관(51) 내부의 압력은 평형을 이룰 수 있으며, 분배관(51)을 통해 배출되는 용해수의 분사압은 항시 균일하게 유지할 수 있게 된다.

도 3a에서 용해된 원수를 착수정(40)에 공급하는 공급부(50)는 2개의 착수정(40)에 각각 설치함으로써 대용량의 착수정(40)에도 용이하게 설치할 수 있다.

한편, 도 4a는 원수의 농도에 관계없이 자동조절밸브(32)가 단순하게 열리고 닫히는 동작만을 반복했을 때 중화된 원수의 농도를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 원수의 농도에 따라 자동조절밸브(32)의 개폐량을 조절하여 중화된 원수의 농도를 나타낸 그래프이다.

도 4a의 그래프를 통해서 알 수 있듯이, 자동조절밸브(32)가 단순하게 개폐동작만을 반복했을 때에는, 원수의 농도와는 관계없이 일정량의 이산화탄소가 반복적으로 공급됨으로써 중화된 원수(도 4a의 그래프에선 "이산화탄소 투입 농도"로 도시)의 그래프가 이산화탄소의 투입량에 따라 큰 진폭으로 가변됨을 알 수 있었다.

반면에, 도 4b의 그래프를 통해 나타난 바와 같이, 원수의 농도와 유량에 따라 자동조절밸브(32)의 개도량을 조절하여 공급되는 이산화탄소의 양을 가변시켜 주므로써 중화된 원수(도 4b의 그래프에선 "이산화탄소 투입 농도"로 도시)의 그래프가 원하는 기준농도로 거의 균일하게 유지됨을 알 수 있었다.

도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 용해장치의 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 용해장치와 착수정간의 연결 구성도이며,

도 3a는 하나의 착수정에 설치된 분배관을 도시한 도면이고,

도 3b는 2개의 착수정에 설치된 분배관을 도시한 도면이며,

도 4a는 조절 전의 그래프이고,

도 4b는 조절 후의 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 저장탱크 11 : 제1가스배관

20 : 기화기 21 : 순환관

22 : 제2 가스배관 30 : 용해장치

31 : 용해배관 32 : 자동조절밸브

33 : 믹서 34 : 투입배관

40 : 착수정 41 : 공급관

42 : 배출관 50 : 공급부

51 : 분배관 52 : 연결라인

60 : 용해순환부 61 : 바이패스관

62 : 용해순환관 70 : 열교환기

Claims (4)

1. 원수가 유입되는 착수정(40)에 원수의 탁도를 중화시키기 위하여 이산화탄소 가스를 원수에 용해시키는 수처리용 이산화탄소의 용해장치에 있어서,

   이산화탄소가 저장되는 저장탱크(10)와:

   상기 저장탱크(10)와 배관으로 연결되어 저온의 이산화탄소 가스의 온도를 높여주는 기화기(20)와:

   상기 기화기(20)와 배관으로 연결되어 이산화탄소와 원수를 용해시켜 상기 착수정(40)에 공급하는 용해장치(30)와;

   상기 용해장치(30)와 연결되어 용해된 원수를 착수정(40)에 공급하는 공급부(50)와;

   상기 용해장치(30)와 연결되어 상기 기화기(20)에 상승된 원수를 순환시키는 용해순환부(60)로 구성되며,

   상기 용해순환부(60)는 일측이 상기 용해장치(30)의 내측과 연결되며 타측이 상기 기화기(20)와 연결되어 상기 용해장치(30)로 유입된 원수를 상기 기화기(20)에 공급하는 바이패스관(61)과, 상기 바이패스관(61)과 연결되어 상기 기화기(20)를 통하여 냉각된 원수를 상기 용해장치(30)로 순환시키는 용해순환관(62)으로 구성되며,

   상기 공급부(50)는 상기 용해장치(30)의 투입배관(34)과 연결되어 이산화탄소 가스가 용해된 용해수를 확산토록 다수개의 분사공이 형성된 분배관(51)과, 일측이 상기 분배관(51)의 일단과 연통되게 연결되고 타측이 상기 투입배관(34)과 연결되어 상기 분배관(51)에서 토출되는 용해수의 토출압을 일정하게 유지하는 연결라인(52)이 형성되고,

   상기 저장탱크(10)에 이산화탄소 가스를 공급하는 제1공급관(11)에는 바이패스관(61)과 연결되어 공급되는 이산화탄소 가스의 온도를 상승시키는 열교환기(70)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 수처리용 이산화탄소의 용해장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 용해장치(30)는 기화기(20)와 연결되어 이산화탄소 가스가 유통되는 용해배관(31)과, 상기 용해배관(31)을 통하여 유통되는 이산화탄소가스를 조절하는 자동조절밸브(32)와, 상기 자동조절밸브(32)를 통하여 유입된 이산화탄소 가스와 원수를 혼합하여 용해수를 생성하는 믹서(33)와, 상기 믹서(33)를 통하여 이산화탄소 가스가 용해된 용해수를 착수정에 공급하는 투입배관(34)으로 구성을 특징으로 하는 수처리용 이산화탄소의 용해장치.
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