KR101010893B1 - Gas dissolution equipment for treatment of drinking water and wastewater - Google Patents

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KR101010893B1
KR101010893B1 KR1020100069650A KR20100069650A KR101010893B1 KR 101010893 B1 KR101010893 B1 KR 101010893B1 KR 1020100069650 A KR1020100069650 A KR 1020100069650A KR 20100069650 A KR20100069650 A KR 20100069650A KR 101010893 B1 KR101010893 B1 KR 101010893B1
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dissolving
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왕창근
김상진
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주식회사두합크린텍
충남대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A gas dissolution equipment for treatment of a drinking water and a wastewater is provided to save power consumption while increase the usage of gas. CONSTITUTION: A gas dissolution equipment for treatment of a drinking water and a wastewater is comprised of a target water supply unit(3), a gas supply unit(4), and a reaction tank having a porous plate(9). A target water and gas are passed through the gas dissolution equipment, thereby allowing them to be efficiently contacted with each other. Bubbles are raised and collided with the bottom of the porous plate, causing an undercurrent, and then they are bumped with the rising bubbles and are increased. The bubbles are passed through the holes of the porous plate to be split into small bubbles.

Description

상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치{Gas dissolution equipment for treatment of drinking water and wastewater}Gas dissolution equipment for treatment of drinking water and wastewater

본 발명은 상수 및 하폐수 처리를 위한 가스용해장치에 관한 것으로 오존, 산소, 이산화탄소, 아황산가스와 같은 가스를 처리대상수에서 단시간에 고효율로 용해시킴으로써 가스 이용 효율을 높임과 동시에 가스용해장치의 소형화, 그리고 에너지절감을 달성하고자 한 기술이다.
The present invention relates to a gas dissolving device for treating water and sewage water by dissolving gases such as ozone, oxygen, carbon dioxide, and sulfurous acid gas in a high efficiency in a short time in the water to be treated to increase gas utilization efficiency and at the same time miniaturization of the gas dissolving device, And it is a technology to achieve energy saving.

가스용해장치를 구성하는 다공판, 기포포집 및 용해 모듈, 기포부탈착 매체의 특징에 대해 살펴보면 다공판에서는 가스 기포의 체류시간을 증가시키고 기포를 작은 크기로 쪼갬으로써 가스용해가 효과적으로 일어나도록 하고, 기포포집 및 용해 모듈에서는 기포를 포집하고 저류시킬 수 있는 구조로 하여 가스의 체류시간을 증가시킴과 동시에 처리대상수와 가스가 혼합될 수 있도록 함으로써 가스용해가 잘 일어나도록 하며, 기포부탈착 매체에서는 작은 기포가 매체 표면에 부착하는 원리를 이용하여 기포의 체류시간을 증가시키는 기능을 수행한다.
The characteristics of the porous plate, bubble collecting and dissolving module, and bubble desorption medium constituting the gas dissolving device will be described. In the porous plate, gas dissolution is effectively caused by increasing residence time of gas bubbles and breaking bubbles into small sizes. In the bubble capture and dissolution module, it is possible to collect and store bubbles to increase the residence time of the gas and to mix the water and the gas to be treated so that gas dissolution occurs well. The principle of small bubbles adhering to the medium surface serves to increase the residence time of the bubbles.

따라서 기포의 체류시간의 증가는 기포 내 기체분자가 처리대상수에 용해하는 시간의 증가로 이어져 가스 용해효율을 획기적으로 증가시키면서 장치의 소형화와 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있는 기술이다.
Therefore, the increase in the residence time of the bubble leads to an increase in the time that the gas molecules in the bubble dissolve in the water to be treated, which is a technology that has the advantage of miniaturizing the device and saving energy while dramatically increasing the gas dissolution efficiency.

상수, 하폐수, 산업용수, 지하수 등과 같은 물을 처리할 때 수소이온농도(pH)의 조절, 산화(Oxidation), 환원(Reduction), 미생물에의 산소(Oxygen) 공급, 침전물 형성(Precipitation), 살균(Disinfection) 등의 목적을 달성하기 위하여 오존(O3), 산소(O2), 공기(Air), 이산화탄소(CO2), 염소(Cl2), 질소(N2), 아황산가스(SO2) 등 다양한 종류의 가스(기체)를 투입하며, 알콜, 벤젠과 같은 용매에 투입하여 용해시켜 필요한 목적을 달성하는 경우도 있다.When treating water such as water, wastewater, industrial water, groundwater, etc., control of pH, Oxidation, Reduction, Oxygen supply to microorganisms, Precipitation, Sterilization (O 3 ), Oxygen (O 2 ), Air, Carbon Dioxide (CO 2 ), Chlorine (Cl 2 ), Nitrogen (N 2 ), Sulfur Dioxide (SO 2) Various kinds of gases (gases), etc. are added, and in some cases, they are dissolved in a solvent such as alcohol or benzene to achieve a necessary purpose.

가스를 처리대상수에 용해시키고자 할 때 가스를 반응조 하부에 투입하면서 모터와 패들로 구성된 교반기로 투입된 가스와 처리대상수가 혼합되도록 하여 가스를 용해시키는 기계교반(Mechanical mixing)식과, 산기관이나 산기판을 통하여 가스를 주입함으로써 미세한 기포를 다수 형성시켜 가스를 용해시키는 디퓨저(Diffuser)식, 그리고 일정량의 물을 취하여 고압의 가스를 먼저 주입한 후 물가스 혼합물을 본체 수류로 펌프를 이용하여 다시 주입분사시키는 인젝터(Injector)식(또는 Sidestream방식)이 있다.
When the gas is to be dissolved in the water to be treated, a mechanical mixing method for dissolving the gas by mixing the gas and the water to be treated with an agitator composed of a motor and a paddle while injecting the gas into the lower part of the reactor, and an acid pipe or an acid Diffuser type for dissolving gas by forming a large number of fine bubbles by injecting gas through the substrate, and injecting a high-pressure gas first by taking a certain amount of water, and then injecting the water gas mixture into the body water using a pump again. There is an injector type (or sidestream type) to inject.

염소(Cl2)와 같이 물에 투입할 경우, 매우 빠른 속도로 대부분 용해되는 가스가 있는 반면 오존(O3)이나 산소(O2)와 같이 헨리의 법칙(Henry's law)에 따라 가스분자의 분압에 비례하여 용해되는 가스가 있다. 처리대상수에 주입된 가스(기체)는 통상 다양한 크기의 기포형상을 가지며 기포의 부력에 의해 빠른 속도로 상승한다. 예로서, 디퓨저(Diffuser)를 통해 주입된 가스는 디퓨저가 위치하는 수심 즉 수압과 기공직경에 따라 다르나, 디퓨저를 벗어나는 순간의 기포크기는 매우 작지만 부력에 의해 상승하면서 기포들끼리 서로 충돌하여 합쳐지므로 상부로 이동할수록 그 크기가 커지며 부력도 커지게 되어 기포의 상승속도도 점점 높아진다. 따라서 기포의 반응조 내 체류시간이 짧아지고 기액접촉면적이 작아지게 되어 기체의 용존율도 낮아지게 된다.
When injected into water, such as chlorine (Cl 2 ), there is a gas that dissolves at a very high rate, while the partial pressure of the gas molecules according to Henry's law, such as ozone (O 3 ) or oxygen (O 2 ) There is a gas that dissolves in proportion to. The gas (gas) injected into the water to be treated generally has bubble shapes of various sizes and rises rapidly due to buoyancy of the bubbles. For example, the gas injected through the diffuser depends on the depth at which the diffuser is located, that is, the water pressure and the pore diameter, but the bubble size at the moment of exiting the diffuser is very small, but the bubbles rise and collide with each other as they rise due to buoyancy. As it moves upwards, the size increases and buoyancy increases, and the bubble rises gradually. Therefore, the residence time of the bubbles in the reaction tank is shortened, the gas-liquid contact area is reduced, the gas dissolution rate is also lowered.

기계교반식 가스용해장치는 가스의 기포크기가 매우 큰 형태로 주입되므로 기포가 매우 빠른 속도로 상승함으로써 교반기에 의한 교반강도를 높게 하여도 가스용해율은 매우 낮고 또한 교반기 작동에 따른 에너지의 소비도 높은 단점이 있다. 오존(O3)의 경우 오존(O3) 용해율은 50~60% 정도인 것으로 보고된 바 있다.
In the mechanical stirring gas dissolving device, since the bubble size of the gas is injected in a very large form, the bubble rises at a very high speed so that the gas dissolution rate is very low even when the stirring strength is increased by the stirrer, and the energy consumption of the stirrer is high. There are disadvantages. In the case of ozone (O 3) ozone (O 3) dissolving rate has been reported to be about 50-60% of the bar.

디퓨저(Diffuser)식 가스용해장치는 60㎛ 정도의 기공직경을 갖는 세라믹(Ceramic) 재질의 산기관이나 산기판을 통하여 가스를 주입하며 미세한 기포가 다수 형성되면서 처리대상수로 이동한다. 전술한 바와 같이, 기포의 반응조 내 체류시간과 기포의 크기에 따라 용해율은 달라지겠으나 오존(O3)의 경우 통상 80~90% 정도의 용해율을 보이는 것으로 보고된 바 있다. 오존의 용해효율을 높이기 위해 반응조의 수심을 4~6m로 매우 깊게 함으로써 건설비가 증가하고 오존가스의 주입을 위한 압력이 요구되어 에너지가 소모된다.
Diffuser gas dissolving device injects gas through an acid pipe or an acid substrate of ceramic material having a pore diameter of about 60 μm, and moves to water to be treated as many fine bubbles are formed. As described above, the dissolution rate will vary depending on the residence time of the bubble in the reaction tank and the size of the bubble, but ozone (O 3 ) has been reported to show a dissolution rate of about 80 to 90%. In order to increase the dissolution efficiency of ozone, the depth of the reactor is deepened to 4 ~ 6m, which increases the construction cost and requires pressure for the injection of ozone gas, which consumes energy.

인젝터(Injector)식 또는 사이드스트림(Sidestream) 방식의 가스용해장치는 소량의 물을 취하여 고압의 가스(기체)를 먼저 주입한 후 물가스 혼합물을 본체 수류로 다시 주입 분사시키는 방식으로 오존(O3)의 경우 95% 내외의 용해율을 보이는 것으로 보고된 바 있다. 이 방식에서는 펌프를 사용하게 되므로 에너지의 소비량이 높은 단점이 있다.
Injector (Injector) expression or the side stream (Sidestream) scheme gas dissolution apparatus is taking a small amount of water first, and then inject gas (gas) of high pressure ozone in a way that re-injected spray liquid gas mixture into the main flow of water (O 3 ) Has been reported to show a dissolution rate of around 95%. This method has a disadvantage of high energy consumption because the pump is used.

상기 선행기술에 대한 설명에서 알 수 있듯이, 세 가지 방식 모두 기포의 반응조 내 체류시간을 증가시키는 수단은 없으며 일단 주입되고 나면 반응조 내에서 기포크기에 따른 부력에 의해 상승 속도가 결정되고 기포가 상승하면서 기포간의 충돌에 의해 기포의 크기는 점점 더 커지고 상승속도도 빨라진다. 기포가 크면 기포 내 기체분자와 처리대상수와의 접촉면적이 작게 되어 가스의 용해속도는 저하되게 된다. 이는 같은 부피의 가스에 대해 기포크기가 작을수록 총 기액접촉면적이 넓게 되기 때문이다.
As can be seen from the description of the prior art, in all three methods there is no means to increase the residence time of the bubble in the reaction tank and once injected, the rate of rise is determined by the buoyancy according to the bubble size in the reactor and the bubble rises. The collision between bubbles increases the size of bubbles and increases the speed of rise. If the bubble is large, the contact area between the gas molecules in the bubble and the water to be treated becomes small, and the dissolution rate of the gas is lowered. This is because the smaller the bubble size for the same volume of gas, the larger the total gas-liquid contact area.

오존(O3)은 강한 산화 및 살균력을 가지고 있어 상수나 하폐수처리를 위한 수처리공정에서 많이 응용되는 가스이다. 오존의 강력한 산화력에도 분해되지 않는 난분해성 물질은 OH라디칼(Hydroxyl radical)에 의해서 분해되는 경우가 있다. OH라디칼은 용해된 오존(O3)에 자외선(Ultraviolet radiation)을 조사하거나 오존과 과산화수소수(H2O2)와의 반응에 의해 생성된다. 따라서 동일한 양의 자외선 조사나 과산화수소수를 투입하였을 때 오존용해율이 높으면 OH라디칼 생성 및 이용량도 증가한다. 이러한 OH라디칼과 같은 산화수단을 이용하는 산화공정을 고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP)라 한다.
Ozone (O 3 ) is a gas that is widely used in water treatment processes for treating water and sewage due to its strong oxidation and sterilization ability. Hardly decomposable substances that do not decompose under the strong oxidizing power of ozone may be decomposed by OH radicals. OH radicals are produced by irradiating dissolved ozone (O 3 ) with ultraviolet (Ultraviolet radiation) or by reacting ozone with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Therefore, if the ozone dissolution rate is high when the same amount of ultraviolet irradiation or hydrogen peroxide solution is added, the amount of OH radicals generated and used also increases. An oxidation process using an oxidation means such as OH radicals is called an Advanced Oxidation Process (AOP).

대한민국 등록 특허 10-0349214에는 “다공판을 이용한 수처리 장치”가 소개되어 있다. 이 발명은 본 출원인에 의해 출원된 것으로 가스 기포의 다공판 하부에의 저류 및 구멍을 통과할 때 기포의 쪼개짐 원리를 이용하여 기포의 반응조 내 체류시간을 증가시킴으로써 가스의 용해효율을 높이고자 한 기술이다.
Korean Patent Registration No. 10-0349214 introduces a "water treatment apparatus using a porous plate." The present invention has been filed by the present applicant to improve gas dissolution efficiency by increasing the residence time in the reaction vessel of the bubble by using the splitting principle of the bubble when passing through the reservoir and the hole in the lower portion of the porous plate of the gas bubble to be.

기계교반식, 디퓨저식, 인젝터식 가스용해장치를 채택하는 종래의 기술들에 있어서, 가스의 용해효율을 높이기 위해 반응조의 수심을 깊게 함으로써 건설단가가 높아지는 단점이 있다. 용해효율도 구조적으로 낮을 수밖에 없으며 또한, 고가의 가스를 제대로 이용하지 못하고 그대로 배출하는 비율이 높아 가스용해장치의 운영을 위해 에너지의 소비가 높은 단점이 있다.
In the conventional techniques employing a mechanical stirring, diffuser, and injector gas dissolving device, there is a disadvantage in that the construction cost is increased by deepening the depth of the reactor to increase the dissolution efficiency of the gas. The dissolution efficiency is also structurally low, and also has a high consumption rate of energy for the operation of the gas dissolving device due to the high rate of discharging as it is not using the expensive gas properly.

따라서 본 발명은 기포의 반응조 내 체류시간을 획기적으로 높여 가스의 용해시간을 증가시킴으로써 에너지의 저소비, 고효율가스용해, 장치의 소형화를 달성할 수 있는 가스용해장치를 갖는 것을 목적으로 한다. 그리고 본원 출원인이 특허권자인 “다공판을 이용한 수처리 장치”(대한민국 특허 등록번호 10-0349214)를 보다 효율이 높은 장치로 개량함을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to have a gas dissolving device capable of achieving low energy consumption, high efficiency gas dissolution, and miniaturization of the device by dramatically increasing the residence time of the bubble in the reaction tank to increase the dissolution time of the gas. In addition, the applicant of the present application aims to improve the patentee "water treatment device using a porous plate" (Korean Patent Registration No. 10-0349214) to a more efficient device.

상기와 같은 선행기술의 문제점을 해결하고 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 다공판(Perforated plate), 기포포집 및 용해 모듈(Gas bubble collection and dissolution module), 기포부탈착 매체(Gas bubble attachment and detachment media)를 조합하여 가스용해장치를 형성하고, 처리대상수와 가스가 가스용해장치를 통과함에 따라 처리대상수와 가스의 효과적인 접촉이 이루어져 가스가 처리대상수에 용해될 수 있도록 하였다.
In order to solve the problems of the prior art as described above and to achieve the above object, in the present invention, a porous plate, a bubble collection and dissolution module, a gas bubble attachment and desorption medium The gas dissolving device was formed by combining the detachment media, and as the water to be treated and the gas passed through the gas dissolving device were effectively contacted with the water to be treated, the gas was dissolved in the water to be treated.

다공판은 다공판 하부지역에서 상승하는 기포가 저류되면서 기포의 체류시간을 증가시킴과 동시에 기포가 구멍을 통과할 때 작은 기포로 쪼개는 기능을 수행하며 처리대상수의 상승유속을 가속화하는 기능을 수행하도록 한다.
The perforated plate increases the residence time of bubbles as the bubbles rise in the lower area of the perforated plate and increases the residence time of the bubbles, and also breaks the bubbles into small bubbles as they pass through the holes, and accelerates the flow rate of the treated water. Do it.

기포포집 및 용해 모듈은 모듈내부 상부에 기포가 포집되어 가스층을 형성하면서 가스의 체류 및 용해시간을 증가시키고 상승하는 처리대상수와 가스의 혼합을 도모하며 가스를 다시 작은 기포로 쪼개는 기능을 수행하도록 한다.
Bubble collecting and dissolving module collects bubbles in the upper part of the module to form a gas layer to increase the residence and dissolution time of the gas, promote the mixing of rising water and gas, and split the gas back into small bubbles. do.

기포부탈착 매체는 작은 기포는 부착하고 큰 기포는 부력에 의해 상승하는 원리를 이용하여 기포 즉 가스의 체류 및 용해시간을 증가시키는 기능을 수행하도록 한다.
The bubble desorption medium uses the principle that small bubbles adhere and large bubbles rise by buoyancy to perform the function of increasing the residence and dissolution time of bubbles, or gases.

종래의 선행기술에서는 가스를 처리대상수에 용해시키기 위하여 수심이 깊고 용적이 큰 반응조를 필요로 하였으나 본 발명에서는 기포의 반응조 내 체류시간을 구조적으로 증가시킬 수 있어 가스의 이용률을 높임과 동시에 반응조의 용적을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
In the prior art, a reactor having a deep depth and a large volume was required to dissolve gas in the water to be treated. However, in the present invention, the residence time of the bubble in the reactor can be structurally increased, thereby increasing the utilization rate of the gas and simultaneously There is an effect that can significantly reduce the volume.

또한, 본 발명에서는 별도의 교반장치나 펌프가 불필요하고 주입가스의 압력도 최소한으로 낮출 수 있어 에너지가 크게 절감되는 효과가 있다.In addition, in the present invention, there is no need for a separate stirring device or pump, and the pressure of the injection gas can be lowered to a minimum, thereby greatly reducing energy.

도 1은 본 발명의 다공판, 기포포집 및 용해 모듈, 기포부탈착 매체로 구성된 가스용해장치 예시(단면도)
도 2는 본 발명의 단위 기포포집 및 용해 모듈 내에서 기포의 포집과 용해, 혼합이 일어나는 기작에 대한 설명도
도 3은 본 발명의 기포부탈착 매체 표면에서 기포의 부착 및 탈착이 일어나는 과정에 대한 설명도
도 4는 본 발명의 단위 기포포집 및 용해 모듈 형상 예시(다면체형 단위 기포포집 및 용해 모듈, 절단파이프형 단위 기포포집 및 용해 모듈)
1 is an exemplary gas dissolving device composed of a porous plate, a bubble collecting and dissolving module, and a bubble detachable medium of the present invention (sectional view).
2 is an explanatory diagram of a mechanism in which bubbles are collected, dissolved, and mixed in a unit bubble capture and dissolution module according to the present invention;
3 is an explanatory diagram for a process of attaching and detaching bubbles in the bubble desorption medium surface of the present invention;
Figure 4 is an example of the unit bubble capture and dissolution module shape of the present invention (polyhedral unit bubble capture and dissolution module, cut pipe type unit bubble capture and dissolution module)

본 발명의 실시에 대한 구체적인 내용을 도 1 내지 도 4를 참조하며 상세히 설명한다. 도 1에 예시한 바와 같이 가스용해장치(1)는 반응조(9), 다공판(2), 처리대상수 공급수단(3), 가스 공급수단(4), 기포포집 및 용해 모듈(5), 기포부탈착 매체(7)로 구성된다. 가스의 용해는 가스와 액체의 접촉시간과 접촉면적에 비례하므로 기포의 크기가 작을수록 그리고, 기포의 액체 내 체류시간이 길수록 용해효율이 높아짐은 자명하다. 따라서 본 발명에서는 여러 차례에 걸쳐서 반복적으로 기포크기를 작게 쪼갤 수 있고 기포가 가스용해장치(1) 내에 오랫동안 체류할 수 있어야 한다는 원칙에 부합되도록 장치를 구성, 배치하였다.
Details of the implementation of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. As illustrated in FIG. 1, the gas dissolving apparatus 1 includes a reaction tank 9, a porous plate 2, a water supply means 3 for treatment, a gas supply means 4, a bubble collecting and dissolving module 5, It consists of the bubble detachable medium 7. Since the dissolution of the gas is proportional to the contact time and the contact area of the gas and the liquid, it is obvious that the smaller the bubble size and the longer the residence time of the bubble in the liquid, the higher the dissolution efficiency. Therefore, in the present invention, the apparatus is constructed and arranged so as to comply with the principle that the bubble size can be repeatedly broken down several times and bubbles can stay in the gas dissolving apparatus 1 for a long time.

처리대상수 공급수단(3)은 가스용해장치(1)의 하부에 위치하며 처리대상수가 균등하게 공급될 수 있도록 유공파이프망으로 구성하는 것이 바람직하다. 가스 공급수단(4)은 가급적 작은 기포가 가스용해장치(1)의 하부에서 균등하게 공급될 수 있도록 유공파이프망이나 다수의 디퓨저로 구성한다.
The water to be treated means 3 is preferably located in the lower portion of the gas dissolving device 1, and preferably constituted by a perforated pipe network so that the water to be treated can be equally supplied. The gas supply means 4 is composed of a perforated pipe network or a plurality of diffusers so that small bubbles can be supplied evenly from the lower part of the gas dissolving device 1 as much as possible.

다공판(2)은 스테인리스스틸, 아크릴, 폴리에틸렌, 피브이시(PVC) 등과 같은 재질의 판에 수 mm 이하 크기의 작은 구멍을 다수 타공하여 제작된다. 구멍이 점유하는 면적은 전체 면적의 일부이므로 구멍의 크기와 개수에 따라 구멍을 통과하는 처리대상수나 용매의 유속을 조절할 수 있고 다공판(2) 아래에서의 상승유속에 비해 구멍을 통과하는 유속이 커짐은 자명하다. 따라서 구멍을 통과한 처리대상수나 용매의 상승유속과 관성을 크게 하기 위해서는 부분 타공된 다공판(2)을 사용할 수 있다. 다공판(2) 아래로부터 상승하는 기포형태의 가스는 그 크기에 상관없이 일단 다공판(2) 아랫면에 부딪치면서 다공판(2) 아래쪽에 저류된다. 실험적으로 관찰해보면 저류되는 기포는 아래에서 올라오는 기포와 충돌하여 점점 커지면서 다공판(2) 아랫면을 무작위 방향으로 이동하다가 구멍(8)과 기포위치가 일치되는 경우에 구멍(8)을 통과하게 된다. 구멍(8)을 통과하면서 다공판(2) 아랫면에 저류되면서 커졌던 기포크기는 다시 작게 쪼개진다.
The porous plate 2 is manufactured by drilling a number of small holes of several mm or less in a plate made of a material such as stainless steel, acrylic, polyethylene, PVC, or the like. Since the area occupied by the hole is a part of the total area, the flow rate of the number of objects or solvent passing through the hole can be adjusted according to the size and number of holes. The increase is self-evident. Therefore, in order to increase the flow rate and the inertia of the water to be treated or the solvent that have passed through the hole, a partially perforated porous plate 2 can be used. The gas in the form of bubbles rising from below the porous plate 2 is stored below the porous plate 2 while hitting the bottom surface of the porous plate 2 regardless of its size. Experimentally observed, the stored bubbles collide with the bubbles rising from the bottom, and become larger and move in the random direction under the perforated plate (2), and then pass through the holes (8) when the bubble positions coincide with the holes (8). . The bubble size, which was enlarged while being stored in the lower surface of the porous plate 2 while passing through the hole 8, is broken down again.

도 2에 나타낸 바와 같이, 기포포집 및 용해 모듈(5)은 하나 또는 둘 이상의 단위 기포포집 및 용해 모듈(6)로 구성된다. 도 2 및 도 4의 단위 기포포집 및 용해 모듈(6)은 상향류로 흐르는 처리대상수와 상승하는 기포가 진입하는 유입부 쪽은 열려있고 유입부 반대쪽은 막혀있는 벽면으로 구성되며, 유입부 반대쪽의 막혀 있는 벽면은 아래에서 상승하는 기포를 더 이상 상부로 상승하지 못하도록 차단하여 단위 기포포집 및 용해 모듈(6) 내부 위쪽에 포집되도록 하는 기능을 수행하고, 옆면은 처리대상수와 포집된 가스가 계속 흐르도록 통로역할을 하는 다수의 작은 구멍이 형성되어 있으며, 포집된 가스가 구멍을 통과할 때 더 작은 기포로 쪼개진다. 도 4에는 단위 기포포집 및 용해 모듈(6)의 형상을 예시하였으며 다면체형 단위 기포포집 및 용해 모듈, 파이프를 종방향으로 절단하고 하부에 다수의 구멍(8)을 형성한 절단파이프형 단위 기포포집 및 용해 모듈 등이 있다.
As shown in FIG. 2, the bubble collection and dissolution module 5 consists of one or more unit bubble collection and dissolution modules 6. The unit bubble collection and dissolution module 6 of FIG. 2 and FIG. 4 is composed of a wall surface in which the inlet part is opened and the opposite part of the inlet part is opened and the opposite part of the inlet part is blocked. The blocked wall of the unit blocks the air bubbles rising from the bottom to no longer rise to the top of the unit bubble capture and dissolution module (6) inside the function to collect the upper side, the side is treated water and the gas collected There are a number of small holes that act as passageways to continue to flow, and the trapped gas breaks down into smaller bubbles as it passes through the holes. 4 illustrates the shape of the unit bubble collection and dissolution module 6, and the cut pipe-type unit bubble collection in which the polyhedral unit bubble collection and dissolution module and the pipe are cut in the longitudinal direction and a plurality of holes 8 are formed at the bottom thereof. And dissolution modules.

단위 기포포집 및 용해 모듈(6)을 수평으로 다수 설치하고 수직 방향으로 다층으로 위치시킴으로써 기포포집 및 용해 모듈(5)을 형성하고 가스의 저류공간 및 체류시간을 증가시켜 가스의 용해효율을 높인다.
By installing a plurality of unit bubble collecting and dissolving modules 6 horizontally and placing them in multiple layers in the vertical direction, the bubble collecting and dissolving module 5 is formed, and the gas storage space and residence time are increased to increase gas dissolution efficiency.

단위 기포포집 및 용해 모듈(6) 하부에 설치되는 다공판(2)의 구멍(8)을 다공판(2) 전체에 균등하게 형성시키지 않고 단위 기포포집 및 용해 모듈(6) 하부의 일정 구간에만 부분적으로 형성(도 2)시키면 상향류로 흐르는 처리대상수의 유속을 빠르게 가속시키는 효과가 발생하여 단위 기포포집 및 용해 모듈(6) 내에 포집, 저류된 가스층을 밀어 올리면서 교란시켜 처리대상수와 포집된 가스와의 혼합이 유발되어 가스 용해 속도가 증가된다.
The hole 8 of the porous plate 2 installed below the unit bubble collecting and dissolving module 6 is not evenly formed in the entire porous plate 2, but only in a predetermined section below the unit bubble collecting and dissolving module 6. Partially formed (FIG. 2) has an effect of rapidly accelerating the flow rate of the water to be processed in an upstream flow, and is disturbed while pushing up the gas layer collected and stored in the unit bubble collection and dissolution module 6 and causing the water to be treated. Mixing with the trapped gas is caused to increase the gas dissolution rate.

가로와 세로가 10cm이고, 높이가 2cm인 피브이시(PVC) 재질을 갖으며, 처리대상수 유입부는 열려있고 반대쪽 즉 위쪽은 벽면으로 닫혀있으며 옆면 중앙부 즉 높이 2cm 중 1cm 지점에 직경 1mm의 구멍을 다수 갖는 육면체형 단위 기포포집 및 용해 모듈(6) 하부로 공기를 유입시킨 실험결과 단위 기포포집 및 용해 모듈(6) 내부 상부에 1cm의 공기층이 형성되고 측면의 구멍을 통과할 때 작은 기포로 쪼개진다.
It is made of PVC material of 10cm in width and length and 2cm in height. The water inlet to be treated is open, the opposite side is closed by the wall, and the hole in the center of the side, that is, 2cm in height, has a diameter of 1mm. Experimental results of introducing air into the bottom of the hexahedral unit bubble collection and dissolution module (6) having a 1 cm air layer is formed on the inside of the unit bubble collection and dissolution module (6) and split into small bubbles when passing through the hole in the side .

작은 기포는 물체의 표면에 부착하는 성질이 있다. 상승하는 기포의 물체 표면에의 부착력과 기포크기에 따른 부력과의 균형에 따라 부착 및 탈착이 이루어진다. 작은 기포는 물체 표면에 비교적 장시간 부착될 수 있으며 부착되어있는 시간 동안 가스의 용해는 지속된다. 아래쪽에서 계속 상승하는 기포는 기 부착되어있던 기포와 충돌하여 크기가 커지면서 부력이 증가하게 됨으로써 탈착되어 다시 상승한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 작은 기포로 쪼개는 기능을 하는 다공판(2) 상부에 작은 기포가 많이 부착할 수 있도록 넓은 표면적을 갖는 매체를 위치시킴으로써 많은 기포가 부착, 저류될 수 있다. 따라서 스테인리스스틸, 활성탄소섬유, 테프론, 폴리에틸렌수지, 에이비에스수지, 폴리에스터, 목화솜, 아크릴, 세라믹, 천연펄프와 같은 재질의 섬유사, 필터스펀지, 스펀지, 쇄석과 같은 여재 또는 충전재로 구성된 기포부탈착 매체(7)는 기포를 부착하고 저류하며 가스의 용해효율을 제고한다.
Small bubbles have the property of adhering to the surface of an object. Adhesion and desorption are achieved by balancing the rising force of the bubble on the object surface and the buoyancy according to the bubble size. Small bubbles can adhere to the surface of an object for a relatively long time and the dissolution of the gas continues for the time it is attached. Bubbles that continue to rise from the bottom collide with the bubbles that have been attached to them, and as they increase in size, buoyancy increases, detachment and rise again. As shown in Fig. 3, a large number of bubbles can be attached and stored by placing a medium having a large surface area so that a small number of bubbles can be attached to the upper portion of the porous plate 2, which functions to break into small bubbles. Therefore, materials composed of materials or fillers such as fiber yarn, filter sponge, sponge, crushed stone such as stainless steel, activated carbon fiber, Teflon, polyethylene resin, ABS resin, polyester, cotton wool, acrylic, ceramic, natural pulp The bubble desorption medium 7 adheres and stores bubbles and improves the dissolution efficiency of the gas.

직경 1mm의 구멍이 다수 형성된 다공판(2) 위에 시판되는 섬유상 구조의 스테인리스스틸 수세미를 위치시키고 다공판(2) 하부에 공기를 주입하는 실험을 실시한 결과 다공판에 의해 쪼개진 공기 기포가 상승하면서 작은 기포가 수세미의 표면에 부착하고 아래에서 계속 상승하는 기포와 충돌하여 커지면 탈착되어 다시 상승한다.
As a result of the experiment of placing a commercially available stainless steel scrubber with a fibrous structure on the porous plate 2 having a large number of holes having a diameter of 1 mm and injecting air into the lower portion of the porous plate 2, the air bubbles split by the porous plate rose, Bubbles attach to the surface of the scrubber and collide with bubbles that continue to rise from the bottom and then detach and rise again.

처리대상수 공급수단(3), 가스 공급수단(4), 다공판(2)이 구비된 가스용해장치(1) 내에 위에서 상세히 기술한 기포포집 및 용해 모듈(5)과 기포부탈착 매체(7) 중 하나로 형성하거나 둘을 조합하여 형성한 가스용해장치(1)를 처리대상수와 가스가 통과함에 따라 처리대상수와 가스의 효과적인 접촉이 이루어져 가스가 처리대상수에 용해된다.
In the gas dissolving apparatus 1 equipped with the water to be treated means 3, the gas supply means 4, and the porous plate 2, the bubble collecting and dissolving module 5 and the bubble detachable medium 7 described above in detail. As the gas-dissolving device 1 formed by one of the above or a combination of the two passes through the water to be treated and the gas to be treated, effective contact between the water to be treated and the gas is performed and the gas is dissolved in the water to be treated.

선행기술의 기계교반식 가스용해장치, 디퓨저식 가스용해장치 또는 인젝터식 가스용해장치에 상기 가스용해장치(1)를 추가로 설치하면 선행기술의 가스용해효율을 크게 상승시킬 수 있다.
Further installation of the gas dissolving device 1 in the mechanical stirring gas dissolving device, the diffuser gas dissolving device or the injector gas dissolving device of the prior art can greatly increase the gas dissolution efficiency of the prior art.

용해된 오존(O3)에 자외선을 조사하거나 과산화수소수(H2O2)를 주입하면 OH라디칼(Hydroxyl radical)이 생성되며 OH라디칼은 오존(O3) 분자보다 산화력이 강하여 OH라디칼을 이용하는 산화공정을 고도산화(Advanced Oxidation)라 한다. 따라서 본 발명의 가스용해장치에 자외선램프를 장착하거나 처리대상수와 과산화수소수를 함께 투입함으로써 고도산화 목적을 달성할 수 있다. 자외선램프는 다공판, 기포포집 및 용해 모듈, 기포부탈착 매체 사이에 장착할 수 있다.
When ozone (O 3 ) is dissolved in UV light or hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is injected, OH radicals are generated. OH radicals are more oxidative than ozone (O 3 ) molecules and are oxidized using OH radicals. The process is called Advanced Oxidation. Therefore, it is possible to achieve the purpose of advanced oxidation by mounting an ultraviolet lamp in the gas dissolving device of the present invention or by adding the treated water and hydrogen peroxide water together. The ultraviolet lamp can be mounted between the porous plate, bubble collection and dissolution module, and bubble desorption medium.

헨리의 법칙(Henry's law)은 용매에 용해되는 가스(기체)의 양은 가스(기체)의 분압에 비례한다는 것이다. 따라서 상기 가스용해시스템을 적용함에 있어서 주입하는 가스를 용매에 용해시킬 목적으로 사용될 수도 있지만, 역으로 용매에 기 용해되어 있는 가스(기체)의 농도를 저감할 목적으로 기 용해되어 있는 기체분자가 존재하지 않는 가스를 용매와 접촉시키면 기 용해되어 있는 기체농도가 감소하면서 주입된 가스로 탈기되어 제거된다. 대표적인 적용사례가 암모니아스트리핑(Ammonia stripping) 공법이다. 따라서 본 발명의 가스용해장치(1)를 가스탈기장치로 사용될 수 있다.
Henry's law states that the amount of gas (gas) dissolved in a solvent is proportional to the partial pressure of the gas (gas). Therefore, while applying the gas dissolving system may be used for the purpose of dissolving the gas to be injected into the solvent, gas molecules are already dissolved for the purpose of reducing the concentration of gas (gas) dissolved in the solvent in reverse. When a gas which is not used is contacted with a solvent, the dissolved gas concentration is degassed and removed by the injected gas. A typical application is the ammonia stripping method. Therefore, the gas dissolving apparatus 1 of this invention can be used as a gas degassing apparatus.

본 발명을 적용함에 있어서 처리대상수 이외에 알콜, 벤젠과 같은 용매에 가스를 용해시키기 위한 목적으로 사용될 수 있다.
In the application of the present invention can be used for the purpose of dissolving the gas in a solvent such as alcohol, benzene in addition to the water to be treated.

1 : 가스용해장치 2 : 다공판(부분타공 또는 전체타공)
3 : 처리대상수 공급수단 (유공파이프망 등, 용매 공급수단 겸용)
4 : 가스 공급수단(유공파이프망, 디퓨저 등)
5 : 기포포집 및 용해 모듈 6 : 단위 기포포집 및 용해 모듈
7 : 기포부탈착 매체 8 : 구멍(hole)
9 : 반응조
1: Gas Dissolving Device 2: Perforated Plate (Partial Perforation or Total Perforation)
3: water supply means for treatment (porous pipe network, solvent supply means combined)
4: Gas supply means (hole pipe network, diffuser, etc.)
5: Bubble capture and dissolution module 6: Unit bubble capture and dissolution module
7 bubble detachable medium 8 hole
9: reactor

Claims (11)

처리대상수 공급수단, 가스 공급수단, 다공판이 구비된 반응조 내에 기포포집 및 용해 모듈과 기포부탈착 매체 중 하나 또는 둘이 형성되어 가스용해장치를 형성하고, 상기 가스용해장치로 처리대상수와 가스가 통과함에 따라 처리대상수와 가스의 효과적인 접촉이 이루어져 가스가 처리대상수에 용해되는 구조적 특징을 갖는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치에 있어서,
상기 다공판은 하부로부터 부력에 의해 상승하는 기포가 다공판 하부에 부딪히면서 저류되고 하부로부터 올라오는 상승기포와의 충돌을 통하여 점점 커지게 된 후, 다공판의 구멍을 통과하면서 작은 기포로 쪼개지는 기능을 수행하고,
상기 기포포집 및 용해 모듈은 하나 또는 둘 이상의 단위 기포포집 및 용해 모듈로 구성되며, 상기 단위 기포포집 및 용해 모듈은 처리대상수와 상승기포가 진입하는 유입부 쪽은 열려있고 유입부 반대쪽은 막혀있는 벽면으로 구성되며, 유입부 반대쪽의 막혀있는 벽면은 아래에서 상승하는 기포를 더 이상 상부로 상승하지 못하도록 차단하여 단위 기포포집 및 용해 모듈 내부 위쪽에 포집되도록 하는 기능을 수행하고, 옆면은 처리대상수와 포집된 가스가 함께 단위 기포포집 및 용해 모듈을 통과함과 동시에 포집된 가스가 작은 기포로 쪼개질 수 있도록 다수의 작은 구멍이 형성됨을 특징으로 하는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
One or two of the bubble trapping and dissolving module and the bubble desorption medium are formed in the reaction tank provided with the water to be treated, the gas supplying means, and the porous plate to form a gas dissolving device. In the gas dissolving device for treatment of wastewater and wastewater, which has a structural characteristic in which the gas is dissolved in the water to be treated by the effective contact between the water and the gas as it passes.
The porous plate has a function that the bubbles rising by the buoyancy from the lower portion is stored as the impact on the lower portion of the porous plate and becomes larger through collision with the rising bubbles from the lower portion, and then breaks into small bubbles while passing through the hole of the porous plate. And then
The bubble capturing and dissolving module is composed of one or more unit bubble capturing and dissolving modules, and the unit bubble capturing and dissolving module is open at the inlet side to which the water to be treated and the rising bubble enter, and the opposite side of the inlet is blocked. Consists of a wall, the blocked wall on the opposite side of the inlet blocks the air bubbles rising from the bottom to no longer rise to the top, and collects the air bubbles inside the unit bubble and the upper side of the melting module. And gas collected together pass through the unit bubble collection and dissolution module, and at the same time, a plurality of small holes are formed so that the collected gas can be broken into small bubbles.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기포포집 및 용해 모듈을 구성함에 있어서 단위 기포포집 및 용해 모듈을 수평으로 다수 위치시킴과 동시에 상하로 다층으로 위치시킴으로써 가스의 용해효율을 높이는 구조적 특징을 갖는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
The method of claim 1,
The gas dissolving device for treating water and wastewater having structural features of increasing the dissolution efficiency of the gas by placing a plurality of unit bubble collecting and dissolving modules horizontally and at the same time in a multi-layer in the configuration of the bubble collecting and dissolving module.
제1항에 있어서,
상기 기포부탈착 매체는 작은 기포는 부착하고 큰 기포는 부력에 의해 탈착되어 상승하는 기능을 수행하며 넓은 기포 부착 표면적을 가질 수 있도록 스테인리스스틸, 활성탄소, 테프론, 폴리에틸렌수지, 에이비에스 수지, 폴리에스터, 목화솜, 아크릴, 세라믹, 천연펄프와 같은 재질의 섬유사, 필터스펀지, 스펀지, 쇄석과 같은 여재 또는 충전재로 구성함을 특징으로 하는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
The method of claim 1,
The bubble desorption medium is attached to small bubbles and large bubbles are desorbed by buoyancy to perform the function of rising and have a large bubble surface area, stainless steel, activated carbon, Teflon, polyethylene resin, ABS resin, polyester , Gas dissolving device for treating water and sewage water, characterized in that consisting of media such as cotton wool, acrylic, ceramic, natural pulp, filter sponge, sponge, crushed stone or fillers.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 기포부탈착 매체를 다공판 위에 위치시켜 아래로부터 쪼개져서 상승하는 작은 기포가 기포부탈착 매체 표면에 부착 및 저류되면서 가스용해를 용이하게 하고 다공판과 기포부탈착 매체를 다층으로 구성하여 가스의 용해효율을 높이는 구조적 특징을 갖는 가스용해장치.
The method according to claim 1 or 5,
Place the bubble desorption medium on the porous plate to break up from the bottom, the small bubbles are attached and stored on the surface of the bubble desorption medium to facilitate gas dissolution and the porous plate and the bubble desorption medium in a multi-layered Gas melting device having a structural feature to increase the dissolution efficiency.
제1항에 있어서,
상기 가스용해장치를 기계교반식 가스용해장치, 디퓨저식 가스용해장치 또는 인젝터식 가스용해장치에 추가로 설치하여 가스 용해효율을 높이는 구조적 특징을 갖는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
The method of claim 1,
Gas dissolving apparatus for water and wastewater treatment having a structural feature to further increase the gas dissolution efficiency by installing the gas dissolving device in addition to a mechanical stirring gas dissolving device, a diffuser gas dissolving device or an injector gas dissolving device.
제1항에 있어서,
상기 단위 기포포집 및 용해 모듈로 진입하는 처리대상수의 유속을 빠르게 가속하여 단위 기포포집 및 용해 모듈 내에 포집, 저류된 가스와 처리대상수의 혼합을 야기함으로써 가스 용해속도를 증가시킬 목적으로 단위 기포포집 및 용해 모듈 하부에 부분 타공된 다공판을 설치함을 특징으로 하는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
The method of claim 1,
By rapidly accelerating the flow rate of the water to be treated entering the unit bubble collecting and dissolving module, the gas bubbles are collected in the unit bubble collecting and dissolving module, causing mixing of the gas and the water to be treated to increase the gas dissolution rate. A gas dissolving apparatus for treating wastewater and sewage water, characterized in that a porous perforated plate is installed at the bottom of the collecting and dissolving module.
제1항에 있어서,
상기 가스용해장치를 처리대상수와 주입된 가스가 통과함에 따라 처리대상수와 주입된 가스의 접촉이 이루어져 처리대상수 중에 이미 용해되어 존재하는 가스가 주입된 가스쪽으로 이동하여 배출됨으로써 처리대상수 중에 용해된 가스의 농도를 감소시키는 기능을 수행하는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
The method of claim 1,
As the treated gas and the injected gas pass through the gas dissolving device, the treated water and the injected gas come into contact with each other, so that the gas already dissolved and present in the treated water moves toward the injected gas and is discharged. A gas dissolving apparatus for treating wastewater and sewage, which serves to reduce the concentration of dissolved gas.
제1항에 있어서,
상기 처리대상수 이외에 알콜, 벤젠 등과 같은 용매에 가스를 용해시킴을 특징으로 하는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
The method of claim 1,
Gas dissolving apparatus for treating water and wastewater, characterized in that for dissolving the gas in a solvent such as alcohol, benzene and the like other than the water to be treated.
제1항에 있어서,
상기 가스용해장치의 다공판, 기포포집 및 용해 모듈, 기포부탈착 매체 사이에 자외선램프를 장착하거나, 처리대상수에 과산화수소수를 투입하고 가스 공급수단을 통하여 오존가스를 투입함으로써 고도산화의 기능을 갖는 상수 및 하폐수 처리용 가스용해장치.
The method of claim 1,
The UV lamp is installed between the porous plate, bubble collection and dissolution module, and bubble desorption medium of the gas dissolving device, or hydrogen peroxide water is added to the water to be treated and ozone gas is introduced through the gas supply means. Gas dissolving device having a constant and sewage water treatment.
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