KR102236859B1

KR102236859B1 - 순환율에 기초한 do 농도 조절 시스템 및 이를 이용한 고효율 미생물 반응기

Info

Publication number: KR102236859B1
Application number: KR1020190042161A
Authority: KR
Inventors: 신명선; 이선영; 지덕기; 이재기; 김재학
Original assignee: (주)에스엠
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2021-04-06
Also published as: KR20200119659A

Abstract

일 실시예에 따르면, 공기가 용해된 용존수를 저장하는 용해탱크(300); 용존수를 분사하기 위한 분사 모듈(100); 용해탱크(300)에 저장된 용존수가 분사 모듈(100)로 이동되는 경로를 제공하는 배관(400); 미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체를 소정의 동작속도로 펌핑하여 용해탱크(300)에게 제공하는 순환 펌프(350); 미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체의 용존산소(Dissolved Oxygen: DO) 농도를 센싱하는 DO 센서(700); 및 DO 센서(700)의 센싱 결과에 기초하여, 순환 펌프(350)의 동작속도를 조절하는 제어부(500);를 포함하는 것인, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템이 개시된다.

Description

순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템 및 이를 이용한 고효율 미생물 반응기{DO CONCENTRATION CONTROLLING SYSTEM BASED ON CIRCULATING RATE AND HIGH EFFICIENCY BIOACTIVE FOAM REACTOR USING THE SAME}

본 발명은 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템 및 이를 이용한 고효율 미생물 반응기에 관한 것이다.

일반적으로 오폐수를 처리하는 오폐수처리장에서는 기포에 의해 공기를 호기성 반응조 내에 수용된 오폐수에 공급함으로써 처리하게 된다. 종래 오폐수처리장치는 오폐수가 들어있는 호기성 반응조 내의 하측에 복수개의 산기관을 배치하고, 호기성반응조의 외부에 설치된 블로워로부터 공기가 이송관을 통하여 복수개의 산기관으로 분사됨으로써 기포가 상승하는 구조이다. 여기서, 생물학적 반응조 내에 호기성 미생물이 산소를 공급 받아 호흡하고 오폐수의 오염물을 분해과정을 통하여 처리하게 된다.

도 1은 종래 오폐수처리장에서의 미생물 반응기를 설명하기 위한 도면이다. 종래의 미생물 반응기는 미생물 반응기본체(20) 내부에 구비되어 용존수(B)에 포함된 공기를 제공하는 산기관모듈(10)과, 공기를 공급하기 위한 블로어(80)와, 산기관모듈(10)로 블로어(80)가 공기를 공급하기 위한 배관(40)과, 미생물 반응기본체(20)에 저장된 유체의 용존산소(Dissolved Oxygen: DO) 농도를 센싱하는 DO 센서(70)와, DO 센서(70)의 센싱 결과에 기초하여, 블로어(80)의 동작속도를 조절하는 제어부(50)를 포함할 수 있다. 즉, 종래 대형 오폐수처리장에서는 적정 용존산소(DO) 농도를 제어하기 위해 반응조내에 DO 센서의 센싱결과와 송풍기(Blower)를 연동하는 방식을 사용하였다. 그러나 반응조내의 DO 농도의 변화를 대응하기 위해 송풍량의 잦은 변화가 기계 고장의 원인으로 나타나 대부분 수동으로 전환하여 사용하고 있는 실정이다. 또한, 블로어의 장치 특성상 물의 압력의 영향을 받으므로, 최소 출력 이상 확보 되어야만 가동이 되고 그 이하에서는 정지되기 때문에 DO 농도 조절시 가동이 중단되는 위험성이 있어 블로어의 출력을 임의적으로 줄일 수 없다.

일 실시예에 따르면, 산소를 공급하기 위한 블로어와 같은 장비의 고장율이 적고 자동으로 DO 농도를 조절할 수 있는, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템 및 이를 이용한 고효율 미생물 반응기가 제공될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 유체의 난류, 분사, 및 확산 반응을 이용하여 추가적인 동력제공 없이 산소전달효율을 향상시킬 수 있는 고효율 미생물 반응기가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템에 있어서, 공기가 용해된 용존수를 저장하는 용해탱크(300); 용존수를 분사하기 위한 분사 모듈(100); 용해탱크(300)에 저장된 용존수가 분사 모듈(100)로 이동되는 경로를 제공하는 배관(400); 미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체를 소정의 동작속도로 펌핑하여 용해탱크(300)에게 제공하는 순환 펌프(350); 미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체의 용존산소(Dissolved Oxygen: DO) 농도를 센싱하는 DO 센서(700); 및 DO 센서(700)의 센싱 결과에 기초하여, 순환 펌프(350)의 동작속도를 조절하는 제어부(500);를 포함하는 것인, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템이 개시된다.

일 실시예에 따르면, 분사 모듈(100)은, 미생물 반응기본체(200)에 위치되고, 분사 모듈(100)은 내부 공간을 가진 밀폐된 구성을 가지고, 배관(400)을 통해서 이동되는 용존수는 분사 모듈(100)의 내부 공간으로 공급되며, 분사 모듈(100)에는, 분사 모듈(100)의 내부 공간에 존재하는 용존수가, 분사 모듈(100)의 외부 공간으로 확산될 수 있는 경로를 제공하는 확산구(107)가 형성되어 있는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 분사 모듈(100)은, 분사 모듈(100)으로 유입되는 용존수가 분사 모듈(100) 내에서 분사된 후, 난류의 형태로 이동되고, 이후 상기 난류의 형태의 용존수(D)는 확산구(107)를 통해서 분사 모듈(100)의 외부로 확산되는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 분사 모듈(100)은, 내부 공간이 존재하고 외부와 밀폐되도록 구성된 바디부; 및 상기 바디부의 내부에 위치하며, 상기 용존수의 난류를 유도하기 위한 구조물;을 포함하며, 상기 바디부에는 확산구(107)가 복수개 형성된 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 바디부는

내부 공간이 존재하는 반구형 구조체(103)와 베이스(101)를 포함하며, 베이스(101)는 반구형 구조체(103)의 내부 공간이 외부와 밀폐되도록 상기 반구형 구조체(103)와 결합된 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 구조물(105)은 상기 베이스(101)에 결합되어 있는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 바디부의 상부에 배관(400)이 연결되어 있고, 확산구(107)는 상기 바디부의 측면부에 형성되어 있는 것일 수 있다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 고장율이 적고 자동으로 고효율 미생물 반응기내의 DO 농도를 조절할 수 있게 된다.

하나 이상의 실시예에 따르면, 펌프 순환울을 변동함으로써 출력의 변동에 있어서 유연하게 대처할 수 있다.

본 발명에 따른 고효율 미생물 반응기는 미생물 반응기본체 내에 분사, 난류 및 확산 과정에 의해 산소전달 효율을 증가시키는 분사 모듈을 이용하여 산소용해농도을 높일 수 있다.

이 때, 미생물 반응기본체 내부에 설치되는 분사 모듈의 개수를 조절하여 산소용해농도와 미생물 활성도를 조절할 수 있으므로 적은 소요 부지면적으로 다량의 미생물 활성도를 높일 수 있다.

또한, 종래 산기관과 달리 노즐을 사용하지 않으므로 통기저항이 발생되지 않아 저동력으로도 구동이 가능하고, 노즐막힘이 없어 주기적인 청소가 필요없으므로 유지관리 비용을 줄일 수 있다.

또한, 용존산소농도를 미생물 반응기본체의 특성에 따라 조절할 수 있으므로 축산분뇨, 음식물 탈리액, 침출수 등과 같은 고농도 폐수에도 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 미생물 반응기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템이 이용한 고효율 미생물 반응기의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 미생물 반응기의 분사 모듈에서의 유체 흐름 과정을 도시한 단면개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 미생물 반응기의 분사 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템을 이용한 고효율 미생물 반응기에서의 기술적인 효과를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템을 이용한 고효율 미생물 반응기(1)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 미생물 반응기(1)는 오폐수(A)가 저장되는 미생물 반응기본체(200)와, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템을 포함할 수 있다.

여기서, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템은 미생물 반응기본체(200) 내부에 구비되어 용존수(B)에 포함된 공기를 난류, 용해, 확산의 과정을 통하여 오폐수(A)에 대한 산소용해 효율을 향상시키는 분사 모듈(100)과, 용존수(B)가 저장되는 용해탱크(300)와, 용해탱크(300)의 용존수(B)를 분사 모듈(100)으로 공급하는 배관(400)과 미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체를 소정의 동작속도로 펌핑하여 상기 용해탱크(300)에게 제공하는 순환 펌프(350)와, 미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체의 용존산소(Dissolved Oxygen: DO) 농도를 센싱하는 DO 센서(700)와, DO 센서(700)의 센싱 결과에 기초하여, 순환 펌프(350)의 동작속도를 조절하는 제어부(500)를 포함할 수 있다. 한편, 순환 펌프(350)의 동작속도와 순환 펌프(350)에 의해 유체가 순환되는 속도인 ‘순환율’은 서로 비례관계에 있으므로, 본원 명세서에는, 순환 펌프(350)의 ‘동작속도’와 ‘순환율’을 서로 등가적인 가치를 가진 것으로 취급하며 ‘동작속도’와 ‘순환율’ 구별없이 사용하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템을 이용한 고효율 미생물 반응기(1)는 배관(400)을 통해 공급되는 용존수(B)를 분사 모듈(100) 내부에서 일정 압력으로 분사(C), 난류(D) 및 확산(E)의 세 과정을 연속적으로 거치게 하여 용존수(B)에 포함된 공기를 분쇄시켜 산소용해도를 향상시킨다. 이렇게 산소용해도가 향상된 용존수를 분사 모듈(100)으로부터 미생물 반응기본체(200)로 확산시켜 오폐수(A)의 산소용해도를 크게 향상시킬 수 있다.

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분사 모듈(100)은 미생물 반응기본체(200)의 내부에 구비되어 용존수(B)가 분사(C), 난류(D) 및 확산(E)의 세 과정을 연속적으로 거치게 하여 용존수(B)에 포함된 공기를 분쇄시켜 산소용해도를 향상시킨다.

도 3과 도 4는 분사 모듈(100)의 구성을 도시한 단면도와 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분사 모듈(100)은 밀폐된 구조를 갖는 바디부(110)와, 바디부(110)의 내부에 구비되어 용존수(B)의 난류(D)를 유도하는 구조물(105)을 포함한다.

바디부(110)는 밀폐된 구조를 갖게 형성된다. 바디부(110)의 상부에는 배관(400)과 연결되어 용존수(B)를 공급받는 배관연결공(109)이 형성되고, 바디부(110)의 하부 외주연에는 적어도 하나의 확산구(107)가 형성된다.

바디부(110)는 배관연결공(109)과 확산구(107)가 형성되며 내부공간을 갖는 다양한 밀폐구조가 채용될 수 있다. 일례로, 반구형 형태로 형성되거나, 원뿔 형태 또는 원통 형태 또는 사각함체 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바디부(110)는 반구형 형태로 형성된다. 바디부(110)는 반구형 구조체(103)와, 반구형 구조체(103)의 하부에 결합된 평판 형태의 베이스(101)를 포함한다.

베이스(101)는 반구형 구조체(103)의 개방된 하부를 막아 바디부(110)가 밀폐된 공간을 형성하도록 한다.

반구형 구조체(103)는 하부가 개방된 반구형태로 형성된다. 반구형 구조체(103)의 상부 중심영역에 배관연결공(109)이 형성되고, 하부 측면에 일정 간격으로 복수개의 확산구(107)가 형성된다.

여기서, 배관연결공(109)과 확산구(107)의 면적은 기포의 확산 면적을 넓히기 위해 확산구(107)의 면적이 배관연결공(109) 보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 일례로, 도 4에 도시된 바와 같이 4개의 확산구(107)가 형성되는 경우 4개의 확산구(107)의 면적을 합한 총 확산면적이 배관연결공(109)의 면적의 1.3~1.6배 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 확산구(107)의 개수와 면적은 오폐수(A)의 종류와 처리목적, 용존산소 농도 등을 고려하여 결정될 수 있다.

배관연결공(109)에는 배관(400)의 단부가 결합되고, 배관(400)을 통해 반구형 구조체(103) 내부로 용존수(B)가 수평방향으로 분사(C) 된다.

구조물(105)은 반구형 구조체(103)의 하부 중심에 구비되어 난류(D) 반응을 유도한다. 도 3에 도시된 바와 같이 배관(400)을 통해서 이동되는 용존수(B)는 반구형 구조체(103) 내부로 분사된다. 이 때, 반구형 구조체(103)는 밀폐된 상태를 유지하므로 타영역에 비해 높은 압력을 유지하게 된다. 고압의 반구형 구조체(103) 내부로 유입된 용존수(B)는 하부로 이동하게 된다.

이 때, 구조물(105)은 하부로 이동되는 용존수(B)의 이동경로에 구비되어 용존수(B)와 부딪치며 용존수(B)에 포함된 공기가 분쇄되도록 유도한다. 구조물(105)은 베이스(101)에 고정결합된다.

구조물(105)과 부딪친 공기는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 구조물(105)과 반구형 구조체(103) 사이의 공간에서 서로 부딪치며 회전 및 소용돌이를 일으키며 난류(D) 반응을 진행한다. 구조물(105)과 반구형 구조체(103)의 내벽면 사이에서 복수회 부딪치며 유체의 비표면적이 증가된다. 이 과정에서 용존수의 산소용해율이 크게 증가하게 된다.

구조물(105)은 반구형 구조체(103) 내부에서 용존수(B)의 보다 많은 충돌을 유도할 수 있도록 나팔관 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상면은 움푹하게 함몰되며 상부에서 하부로 갈수록 직경이 커지는 나팔관 형태로 형성된다. 이에 의해 구조물(105)의 상면은 배관(400)을 통해 하부로 이동된 용존수(B)의 공기와 충돌하게 되고, 구조물(105)의 측면은 확산구(107)로 이동되는 용존수(B)가 다시 한번 충돌하게 유도한다.

구조물(105)은 본 발명에서는 나팔관 형태로 형성되었으나, 바디부(110)의 형상에 따라 모래시계 형태를 비롯한 다양한 형태로 형성될 수도 있다.

구조물(105)과 부딪치며 형성된 다량의 기포가 용해된 용존수(B)는 확산구(107)를 통해 분사 모듈(100) 외부로 확산(E) 된다. 용존수(B)는 확산구(107)를 통해 미생물 반응기본체(200) 내부의 오폐수(A)로 빠르게 확산되고, 미생물 반응기본체(200) 내부의 산소용해율이 빠르게 상승하게 된다.

그리고, 용존수(B)에 용해된 미세기포가 미생물 반응기본체(200) 내부에서 상승되면서 내부의 오폐수(A)와 넓은 면적으로 접촉하게 되면서 미생물로 전달되고, 미생물의 오폐수 처리효율도 상승하게 된다.

분사 모듈(100)은 미생물 반응기본체(200) 내부에 한 개가 형성될 수 있고, 도시된 바와 같이 복수개가 형성될 수 있다. 분사 모듈(100)의 설치개수는 미생물 반응기(1)의 처리목적과 면적 및 오폐수의 종류 등을 고려하여 결정될 수 있다.

미생물 반응기본체(200)는 오폐수(A)가 미생물에 의해 처리되는 공간을 제공한다. 미생물 반응기본체(200)는 호기성 미생물에 의한 유기물 분해 또는 고도처리시 질산화 미생물에 의한 질산화 반응을 유도한다.

미생물 반응기본체(200)는 처리되는 오폐수(A)의 종류와 용존산소농도(DO 농도)에 따라 높이와 넓이가 다양하게 구비될 수 있다. 미생물 반응기본체(200)의 하부에는 배출관(410)이 용해탱크(300)와 연결된다. 배출관(410)에는 순환펌프(350)가 구비되어 오폐수(A)가 용해탱크(300)로 이동되는 구동력을 제공한다.

용해탱크(300)는 배출관(410)에 의해 미생물 반응기본체(200)와 연결된다. 또한, 용해탱크(300)는 컴프레셔(900)와 연결되어 공기를 공급받는다. 또한, 용해탱크(300)는 배관(400)에 의해 복수개의 분사 모듈(100)과 연결된다.

이러한 용해탱크(300)와 배출관(410) 및 배관(400)과의 결합 구조에 의해 오폐수의 순환구조가 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템은 용존 산소계(600)(‘DO 미터’)를 더 포함할 수 있다.

미생물 반응기본체(200)에는 용존산소를 감지할 수 있는 센서(700)(‘DO 센서’)가 위치된다. DO 센서(700)는 현재 미생물 반응기본체(200)의 용존산소의 농도(즉, ‘DO 농도’)를 측정하여 용존 산소계(600)(‘DO 미터’)에게 제공한다.

용존산소계(600)는 DO 센서(700)로부터 제공받은 현재 미생물 반응기본체(200)의 DO 농도를 제어부(500)에게 제공한다.

제어부(500)는 용존산소계(600)로부터 전송받은 미생물 반응기본체(200)의 현재 DO 농도를 기준 DO 농도와 비교하여 현재 DO 용도가 기준 DO 용도와 동일해지도록 순환펌프(350)의 동작속도를 제어한다. 이를 위해서, 제어부(500)는 인버터와 마이크로프로세서와 같은 디바이스들을 구비할 수 있다.

일예로, 제어부(500)는 설정된 기준 DO 농도보다, 현재 DO 농도가 낮은 경우 순환펌프(350)의 동작속도를 빠르게 하여 용존수(B)의 순환속도를 빠르게 하여 DO 농도가 기준 DO 농도에 도달하도록 한다.

반대로, 제어부(500)는, 설정된 기준 DO 농도보다, 현재 DO 농도가 높을 경우 순환펌프(350)의 동작속도를 느리게 하여 용존수(B)의 순환속도를 느리게 하여 현재 DO 농도가 기준 DO 농도에 도달하도록 한다.

이러한 제어부(500)의 순환제어에 의해 폐수 발생량이 증가되거나, 계절적인 요인으로 미생물 이상 증식 등으로 산소농도 부족 현상이 발생하더라도 능동적으로 산소농도를 적응하여 안정적인 오폐수 처리가 가능해질 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 미생물 반응기(1)의 오폐수 처리과정을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

순환펌프(350)가 구동되면, 미생물 반응기본체(200)의 오폐수(A)는 용해탱크(300)로 유입된다. 용해탱크(300)와 연결된 컴프레셔(900) 또는 블로워(미도시)는 용해탱크(300)로 공기를 공급한다. 용해탱크(300) 내부에서 오폐수(A)와 공기가 서로 혼합되어 용존수(B)가 형성된다. 용존수(B)는 배관(400)을 통해 복수개의 분사 모듈(100)으로 공급된다.

도 3에 도시된 바와 같이 용존수(B)는 배관(400)의 단부에서 수평하게 반구형 구조물(105) 내부로 분사(C) 된다. 분사된 용존수(B)는 구조물(105)과 반구형 구조물(105)의 내벽면 사이에서 복수회 부딪치며 난류(D)가 형성된다. 난류(D)에 의해 공기는 분쇄되고, 내부의 용존수(B)에 용해된다.

용존수(B)는 압력에 의해 하부로 하강되고 확산구(107)를 통해 미생물 반응기본체(200) 내부로 확산(E) 된다. 유체가 상승하며 미생물 반응기(200) 내부의 오폐수와 접촉하며 접촉표면적을 증가시키게 된다. 이 과정에서 산소용해도가 상승되고 미생물에 의해 오폐수 처리효율도 향상된다.

한편, 용존산소계(600)는 연속하여 미생물 반응기본체(200)의 용존산소 농도를 측정하고, 측정된 현재 용존산소 농도가 설정된 기준 용존산소 농도와 일치되는지 판단한다. 제어부(500)는 현재 용존산소 농도가 과잉인지 부족한지를 판단하고, 그에 따라 순환펌프(350)의 동작속도를 제어하여 현재 용존산소 농도를 기준 용존산소 농도로 유지하게 된다.

이러한 제어부(500)의 제어에 의해 미생물 반응기본체(200) 내 유입수 부하량 증가 또는 계절적인 요인, 미생물 이상 증식 등의 다양한 변수들에 능동적으로 반응하여 처리효율을 일정하게 유지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템을 이용한 고효율 미생물 반응기에서의 기술적인 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템을 이용한 고효율 미생물 반응기의 파이롯(Pilot)을 제조하고, 그 실험 결과를 나타낸 것이다.

본 발명자는, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템을 이용한 고효율 미생물 반응기를 구현한 Pilot 시설의 반응기에서 순환율을 이용한 DO 농도의 조절이 가능한지를 확인하는 실험을 하였다.

실험방법

Pilot 시설의 반응기로 유입되는 유입수만 정지시키고, 내부순환 및 슬러지 반송, 기타 운전 조건은 평상시와 동일하게 적용하였다. Pilot 시설의 반응기의 혼합액은 MLSS 8,000mg/L, 온도 28℃이고, 송풍량은 190L/min이며, 유입수를 실험 12시간 전에 중지하여 초기화 상태로 조정하였다.

Pilot 시설에는, 순환펌프의 유량을 조절할 수 있도록 순환펌프와 동작적으로 연결된 인버터를 구비한 제어부를 설치하였고 각각 40Hz, 50Hz, 60Hz 조건에서 1시간 간격으로 총 5시간 동안 DO 농도의 변화를 5분 단위로 측정하여 확인 하였다. Hz별 유량은 각각 50(60Hz), 42(50Hz), 34(40Hz)L/min로 나타났다.

실험결과

도 5에 도시된 바와 같이, 1시간 간격으로 "60Hz → 50Hz → 40Hz → 50Hz → 60Hz" 순으로 조정하여 DO 농도를 측정하였다. 한편, Piolt 시설의 반응조 초기 DO농도를 1시간 동안 측정한 결과 3.95∼4.38mg/L (60Hz)로 0.43 내에서 DO 농도를 유지하였으며, 이 후 각각 순환펌프와 동작적으로 연결된 인버터를 50Hz, 40Hz 조정하여 DO농도를 측정한 결과 각각의 2.91∼2.68mg/L, 1.37∼1.21mg/L으로 나타났다. (단, 최대 및 최소 값은 제외)

도 5를 참조 하면, Hz별(순환펌프의 순환율) DO 농도가 평균 4.17mg/L, 2.80mg/L, 1.32mg/L으로 구간별 DO 농도가 뚜렷하게 구분된 것으로 나타났고 그 범위는 각각 0.43, 0.23, 0.16 내에서 DO 농도를 유지하는 것으로 나타났다.

이 후 40Hz에서 50, 60Hz로 인버터 수치를 상향 조정하여 계속하여 DO 농도를 측정한 결과 DO 농도가 50Hz 경우 2.54∼2.88mg/L, 60Hz 경우 3.12∼4.03mg/L의 구간 변화가 나타났고 그 평균은 2.69, 3.63mg/L로 순환율을 하향 조정시 때보다 상향 조정할 때 DO 농도가 같은 순환율 대비 다소 낮은 것으로 나타나 DO 농도을 낮추는 것보다 높이는데 시간적 소요가 더 필요하다는 것을 알 수 있었다. 구간별 상향 조정 범위는 각각 0.34, 0.91로 순환율의 하향시 조정과 상향시 조정 때 모든 경우에서 각 구간별 DO 농도는 1mg/L 내에서 안정적인 DO 농도를 유지하는 것으로 나타났다.

이상의 실험 결과를 고찰한 결과 다음과 같이 판단할 수 있었다.

첫째, 순환 펌프의 순환율에 의한 DO 농도가 조정 구간마다 뚜렷한 DO 농도를 나타내었고 구간별 DO 농도의 범위는 0.16∼0.91mg/L 사이에 나타나 구간별 DO 농도 변화가 안정적으로 나타난 것을 알 수 있었다.

둘째, 일반적으로 하수 또는 폐수의 설계 유입 성상보다 높은 또는 낮은 농도의 유량에 대하여 유량 조정조 등을 설치하여 부하량을 조절하지만, 집중되는 시간 또는 휴무일로 인하여 유입량이 없을 때 즉, 공정에 연속적인 유입이 없을 때 폭기조 내에 적정 DO 농도를 유지하는 것은 쉽지 않다. 따라서 유입 고 또는 저부하량에 대비 폭기조(호기조 등) DO 농도를 모니터링뿐만 아니라 컨트롤 할 수 있다면 부하 변동에 호기성 미생물의 대처가 가능 할 것으로 판단된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 미생물 반응기는 미생물 반응기본체 내에 분사, 난류 및 확산 과정에 의해 분사 모듈을 이용하여 산소용해농도를 높일 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 고효율 미생물 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 미생물 반응기 100 : 분사 모듈
101 : 베이스 103 : 반구형 구조체
105 : 구조물 107 : 확산구
109 : 배관연결공 110 : 바디부
200 : 미생물 반응기본체 300 : 용해탱크
350 : 순환펌프 400 : 배관
410 : 배출관 500 : 제어부
600 : 용존산소계 700 : 용존산소감지센서
A : 오폐수
B : 용존수
C : 분사
D : 난류
E : 확산

Claims

순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템에 있어서,
공기가 용해된 용존수를 저장하는 용해탱크(300);
상기 용존수를 유입받아 분사, 난류, 및 확산의 과정을 거쳐서 미생물 반응기본체(200)로 분사하기 위한 분사 모듈(100);
용해탱크(300)에 저장된 용존수가 분사 모듈(100)로 이동되는 경로를 제공하는 배관(400);
미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체를 소정의 동작속도로 펌핑하여 용해탱크(300)에게 제공하는 순환 펌프(350);
미생물 반응기본체(200)에 저장된 유체의 용존산소(Dissolved Oxygen: DO) 농도를 센싱하는 DO 센서(700); 및
DO 센서(700)의 센싱 결과에 기초하여, 순환 펌프(350)의 동작속도를 조절하는 제어부(500);를 포함하며,
분사 모듈(100)은, 내부 공간이 존재하고 외부와 밀폐되도록 구성된 바디부와, 상기 바디부의 내부에 위치하며 상기 용존수의 난류를 유도하기 위한 구조물을 포함하며 상기 바디부에는 확산구(107)가 복수개 형성되어 있고,
상기 바디부는 내부 공간이 존재하는 구조체(103)와 베이스(101)를 포함하며, 베이스(101)는 구조체(103)의 내부 공간이 외부와 밀폐되도록 구조체(103)와 결합되어 있으며,
구조물(105)은 베이스(101)에 결합되어 있고, 구조체(103)의 상부에 배관(400)이 연결되어 있고, 확산구(107)는 상기 바디부의 측면부에 형성되어 있으며, 배관(400)을 통해서 이동되는 용존수는 상기 바디부의 상부에서 구조물(105)을 향하여 분사되고, 구조물(105)을 향하여 분사된 용존수는 구조물(105)에 의해 난류의 형태로 이동되고, 이후 난류의 형태의 상기 용존수는 확산구(107)를 통해서 미생물 반응기본체(200)로 확산되는 것을 특징으로 하는 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템.
제1항에 있어서,
구조체(103)의 상부 중심영역에는 배관연결공(109)이 형성되어 있고, 배관연결공(109)에는 배관(400)의 단부가 연결되어 있고, 배관연결공(109)의 면적보다 확산구(107)의 면적이 보다 넓게 형성되어 있는 것인, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템.
제2항에 있어서,
확산구(107)는 4개이며, 4개의 확산구(107)의 총 면적을 합친 확산면적은 배관연결공(109)의 면적의 1.3 ~ 1.6 배인 것을 특징으로 하는, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템.
제2항에 있어서,
구조물(105)은 상부에서 하부로 갈수록 직경이 커지는 나팔관 형태인 것을 특징으로 하는, 순환펌프의 순환율에 기초한 DO 농도 조절 시스템.
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