KR19990060927A - 용존 산소 증가 장치 및 이를 이용하여 용존 산소를증가시키는 방법 - Google Patents

Abstract

용존 산소 증가 장치에 관한 것으로서, 하우징; 상기 하우징 내부에 평행하게 위치하며, 상기 하우징의 상부와 하부에 양 끝단이 각각 고정되며, 산소를 투과시키는 다수의 중공사 고분자막; 상기 하우징의 상부에 위치하며 상기 하우징에 용액을 유입하기 위한 용액 유입부; 상기 하우징의 하부에 위치하며 상기 하우징으로부터 용존 산소량이 증가된 용액을 유출시키기 위한 용액 유출부; 상기 하우징의 하부에 위치하며 상기 고분자막내로 공기를 유입하기 위한 공기 유입부; 상기 하우징의 상부에 위치하며 상기 고분자막으로부터 공기를 유출시키기 위한 공기 유출부; 및 상기 하우징으로 압축공기를 제공하기 위한 압축기를 포함하는 용존 산소 증가 장치를 제공한다. 상기한 용존 산소 증가 장치는 공기중의 산소를 선택적으로 투과하는 중공사 고분자막을 이용한 장치로 물 중에 용존 산소를 증가시킬 수 있다. 상기한 용존 산소 증가 장치는 폐수 처리 분야뿐만 아니라 용존 산소 증가를 요구하는 양식분야, 호기성 세균 배양 분야 등의 여러 분야에 적용될 수 있으며 기체와 액체간의 접촉을 용이하게 하기 위한 모든 공정에 또한 적용 가능하다.

Description

용존 산소 증가 장치 및 이를 이용하여 용존 산소를 증가시키는 방법

[산업상 이용 분야]

본 발명은 용존 산소 증가 장치 및 이를 이용하여 용존 산소를 증가시키는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산소를 선택적으로 투과하는 분리막을 이용한 용존 산소 증가 장치 및 이를 이용한 수중의 용존 산소량을 증가시킬 수 있는 용존 산소의 증가 방법 에 관한 것이다.

[종래 기술]

산업의 비약적 발달은 인간생활을 보다 윤택하고 풍요롭게 하고 있으나 그 반대로 대기, 수질 등의 오염을 비롯하여 오히려 많은 부작용을 초래하였다. 특히 폐수, 하수 등에서의 수질의 오염은 지구 환경 측면에서뿐만 아니라 인간생활 그 자체에 심각한 위기감을 초래하고 있으며 따라서 이러한 오염을 근본적으로 감소시키고 오염된 수질의 개선을 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 기존의 산업공정에서 발생하는 유해물질을 제거, 방출하기 위한 공정개선등의 연구가 활발히 진행되고 있는데 대표적인 것이 막을 이용한 분리기술 및 이를 응용한 기술의 개발이다. 이와 같은 폐수 처리 공정에서 사용하였던 생물학적 활성 슬러지 공정에서 가장 중요한 기술은 폐수 중에 오염되어 있는 유기물질을 분해, 처리하는 미생물에게 산소를 공급하는 기술이다.

종래에 용존 산소를 증가시키는 방법으로 21%의 산소를 함유한 공기를 수중 속에 도관으로 연결, 폭기하는 방식을 주로 사용하여 왔다. 그러나 이 방법은 물 속에서의 산소 용존 속도에 한계가 있어 용존 산소량이 1 내지 3ppm 정도밖에 증가되지 않는 문제점이 있다. 또한 순수한 기체산소를 물 속에 주입하면 상당히 높은 용존산소농도를 유지할 수 있으나 기체산소를 매번 새로 교체하여야 하며, 사용되는 기체 산소가 고가인 단점이 있다.

또한 일본 공개 특허 평5-277480호에 호기성 미생물에 의한 폐수처리에 있어서 피처리될 용액 내에 PVC(polyvinylchloride) 산기관을 이용하여 산소를 함유한 기체를 공급하여 호기성 미생물의 처리능력을 향상시킨 것에 관해 기술되어 있다. 상기의 특허에서는 세라믹 재질의 평막을 일정한 간격으로 연결하여, 이 막을 이용하여 폐수를 처리하는 것을 개시하고 있으며, 용존 산소량을 조절하기 위하여 처리조 상단에 조절 밸브를 설치하여 처리조 내로 공급, 용존되고 난 뒤, 대기로 배출되는 공급기체의 압력을 대기압 이상으로 유지함으로서 용존산소량을 조절하는 방법이 기술되어 있다. 그러나 상기한 특허는 통상의 산기관을 통해 용존산소를 증가시키는 방법을 사용하였고 사용된 세라믹 평막은 폐수처리를 목적으로 하였으며 처리조 상단에 밸브를 설치하여 처리조 외부로 배출되는 공기압력의 조절을 통하여 용존산소를 조절하였다는 점에서 본 발명과 무관하다. 또한 상기의 특허에 있어서 상기의 방법을 통한 용존산소의 변화를 구체적으로 기술하지 않고있다.

또한 일본 공개 특허 평4-330993호에 기술되어 있는 폐수 처리 방법은 상기의 특허와 유사하게 호기성 미생물 처리 및 막분리처리의 조합을 통하여 폐수처리를 행하는 장치를 언급하고 있다. 상기의 특허에서 사용된 막은 MF(정밀여과), UF(한외여과), RO(역삼투)막 등이며, 실시예로서 폴리술폰 한외여과막을 개시하고 있다. 용존산소를 증가시키기 위하여 뚜렷한 특징없이 호기성 처리조 내에 공기를 간헐적으로 공급하여 용존산소를 1ppm 이상 높인다고 하였으며, 상기의 용존산소는 유기물질을 분해하여 막표면에 형성되는 겔층을 억제하고 막표면 오염을 줄임으로서 막의 투과성 및 투과유속을 높게 유지할 수 있다고 설명하고 있다. 그러나 상기한 특허도 구체적으로 용존 산소를 1ppm 이상으로 유지하는 방식에 관하여 기술이 없고, 사용된 막은 용존 산소를 증가시키기 위한 것이 아니라 폐수를 처리하기 위한 것이다.

또한 일본 공개 특허 소59-50894호에서는 산소공급장치에 관해 언급하고 있는데 이는 수중산소 분리보유용기, 이 용기 내에 연결된 도관과 이 도관의 자유단에 연결된 마우스피스로 구성되어 있으며 용기와 연결된 도관은 PTFE (Polytetrafluoroethylene)재질의 다공성 혹은 지지체에 이 물질을 적층하여 구성되어 있다. 상기한 특허는 용존 산소를 증가시키기 위한 것이 아니라, 단순히 수중의 산소를 분리, 보유하기 위한 장치를 설명하고 있다. 따라서, 상기한 방법들은 용존 산소량의 증가 효과가 만족하게 나타나지 않았다.

본 발명의 목적은 공기중의 산소를 선택적으로 투과하는 분리막을 적용하여 수중의 용존 산소량을 증가시킬 수 있는 용존 산소 증가 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기한 용존 산소 증가 장치를 이용하여 용존 산소를 증가시키는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 장치의 구조 및 운전이 간단하여 제조 및 운전비용을 최소한으로 줄일 수 있는 용존 산소 증가 장치 및 용존 산소 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소 증가 장치의 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 막모듈 20 : 공기 유출부

25 : 공기 유입부 30, 35 : 제1 및 제2 에폭시포팅층

40 : 용액 유입부 45 : 용액 유출부 50 : 하우징

60 : 중공사 고분자막 70 : 공기 유량 조절 밸브

80 : 공기 압축기 90 : 용존 산소 측정 장치

100 : 용액 유량 조절 밸브 110 : 역흐름 방지 밸브

120 : 용액 공급 펌프 130 : 처리조

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하우징; 상기 하우징 내부에 평행하게 위치하며, 상기 하우징의 상부와 하부에 양 끝단이 각각 고정되며, 산소를 투과시키는 다수의 중공사 고분자막; 상기 하우징의 상부에 위치하며 상기 하우징에 용액을 유입하기 위한 용액 유입부; 상기 하우징의 하부에 위치하며, 상기 하우징으로부터 용존 산소량이 증가된 용액을 유출시키기 위한 용액 유출부; 상기 하우징의 하부에 위치하며 상기 고분자막내로 공기를 유입하기 위한 공기 유입부; 상기 하우징의 상부에 위치하며 상기 고분자막으로부터 공기를 유출시키기 위한 공기 유출부; 및 상기 하우징으로 압축공기를 제공하기 위한 압축기를 포함하는 용존 산소 증가 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 처리 용액을 산소 투과성 고분자막의 외부로 공급하는 과정; 압축 공기를 상기 고분자막의 내부로 공급하는 과정을 포함하는 용존 산소의 증가 방법을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 관해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소 증가 장치의 단면도이다. 도 1에 있어서, 도면 부호 10은 고분자막을 이용한 막모듈, 도면 부호 20은 공기 유출부, 도면 부호 30 및 35는 각각 제1 및 제2 에폭시포팅층, 도면 부호 40은 용액 유입부, 도면 부호 45는 용존 산소가 증가된 용액 유출부, 도면 부호 50은 막모듈의 하우징, 도면 부호 60은 중공사 고분자막을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용존 산소 증가 장치의 막모듈(10)은 관 형상의 하우징(50)내에 하우징(50)과 평행하게 배치된 다수의 고분자막(60)을 포함한다. 상기 고분자막(60)은 제1 및 제2 에폭시포팅층(30, 35)에 의하여 상기 하우징(50)의 상부와 하부에 각각 고정되어 있다. 상기 제2 에폭시포팅층(35)의 상부와 하부에는 막모듈에서 용존 산소량이 증가된 물을 유출하기 위한 용액 유출부(45)와 고분자막(60)으로 압축공기를 유입시키기 위한 공기 유입부(25)가 각각 형성되어있으며, 상기 제1 에폭시포팅층(30)의 상부와 하부에는 고분자막(60)으로부터 공기를 배출하기 위한 공기 유출부(20)와 막모듈로 물을 공급하기 위한 용액 유입부(40)가 각각 형성되어 있다. 또한 본 발명의 용존 산소 증가 장치는 막모듈(10)의 공기 유입부(25)로 공기를 유입하기 위한 공기 압축기(80)와 공기 유출부(20)로부터 배출되는 공기의 유량을 조절하기 위하여 상기 공기 유출부(20)에 설치된 공기 유량 조절 밸브(70) 및 상기 용액 유입부(40)로 유입되는 용액의 양을 조절하기 위하여 상기 용액 유입부(40)에 설치된 용액 유량 조절 밸브(100) 및 배출되는 용액의 용존 산소량을 측정하는 용존 산소 측정 장치(90)를 더욱 포함하고 있다. 또한 용존 산소 측정 장치(90)는 용존 산소량 설정수단을 더욱 포함할 수 있으며, 상기 설정수단은 공기 유량 조절 밸브(70) 혹은 용액 유량 조절 밸브(100) 및 공기 압축기(80)와 각각 전기적으로 연결되어 상기 공기 유량 조절 밸브(70), 용액 유량 조절 밸브(100) 및 공기 압축기(80)를 제어할 수 있도록 설계할 수 있다.

본 발명의 막모듈(10)에 사용되는 고분자막(60)은 형태상 중공사막의 구조를 가지고 있으며 비대칭막으로 되어 있다. 상기 고분자막(60)은 상기 막모듈(10)내로 유입된 용액 속으로 공기, 바람직하기로는 산소를 우세하게 공급할 수 있는 막이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 여기서 비대칭막이란 동일한 재질로서 막단면중 어느 일정 부분에 있어서 일정두께를 가진, 표면에 핀홀(pinhole)같은 결함이 없는 필름형태의 층으로(필름층) 이루어지고, 나머지 일정부분은 다공성층으로 구성된 막을 말한다. 그러나 상기 필름층의 층의 두께가 일반적으로 두껍게 제조되기 때문에 기체에 대한 투과도가 낮은 단점을 가지고 있으며, 다공성층으로 구성된 막은 혼합기체에 있어서 어느 특징 기체성분에 대한 선택도가 낮다는 단점을 가진다. 따라서 분리하고자 하는 특정기체 성분에 대하여 선택도와 투과도를 증가시키기 위하여 필름층과 다공성층으로 구성된 비대칭막을 주로 사용하게 된다. 또한 필름층의 표면에 존재할지도 모르는 핀홀(pinhole)등과 같은 결함을 제거하기 위하여 상기의 고분자막 위에 다른 고분자 물질 또는 실리콘을 본 발명자들에 의하여 출원된 출원번호 제97-27692호에 기재된 방법에 따라 적층하여 복합막으로도 사용할 수 있다. 또한 상기 고분자막의 산소/질소의 투과율이 1.0-6.0사이의 값을 가지는 것이 바람직하고 높은 투과율을 가진 막을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 복합막을 만들기 위하여 사용되는 고분자 물질로는 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리부틸아크릴레이트(PBA), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리페닐렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴 군중에서 1종 이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고분자막(60)은 하우징(50)에 팩킹되는데, 이때 상기 하우징은 관 형상을 하고 있으며, 중공사의 부피를 관의 부피로 나눈 값인 패킹 밀도는 0.5에서 1 미만인 것이 바람직하다.

도 1의 공기 유량 조절 밸브(70)는 압축공기가 중공사 고분자막(60)내로 공급되어 막표면으로 산소를 투과시킨 후 남은 일부의 공기를 배출함에 있어서 그 유량을 조절하기 위한 밸브이다. 예를 들어 유량 조절 밸브(70)는 그 유량을 감소시키면 막표면을 투과하여 용액 속으로 침투하는 산소량이 증가하고 따라서 용존산소가 증가된다. 상기의 유량 조절 밸브(70)는 또한 전기적으로 제어될 수 있으며 이 경우에는 용존 산소 측정 장치(90)의 출력신호를 입력신호로 수신하도록 설계할 수 있다.

압력조절기가 부착된 압축기(80)는 상기한 모듈(10)내로 압력조절기의 조절에 따라 1기압에서 8기압의 압축공기를 공급하는 역할을 하며 공기 건조기(air dryer)가 부착되어 건조한 공기를 발생시킨다. 압력조절기 또한 전기적으로 제어될 수도 있으며 이 경우에는 용존 산소 측정 장치(90)의 출력신호를 입력신호로 수신하여 압력의 증가 및 감소를 수행하도록 설계할 수 있다.

용액 유량 조절 밸브(100)는 항온으로 유지되는 처리조(130)내의 용액을 용액 공급 펌프(120)를 이용하여 모듈(10)내로 처리 용액을 공급, 순환하는 경우에 있어서 그 유량을 조절하기 위한 밸브이다. 상기의 유량 조절 밸브(130)는 수동으로 또는 전기적으로 작동될 수 있는데 전기적으로 작동하는 경우 상기의 공기 유량 조절 밸브(70)와 마찬가지로 용존 산소 측정 장치(90)의 출력신호를 입력신호로 수신하도록 설계할 수 있다.

항온으로 유지되는 처리조(130)는 처리 용액인 물을 공급하는 공급조로서 용존 산소 측정 장치(90)가 부착되어 있다. 용존 산소 측정에 있어서 용존산소는 온도에 따라 변화가 심하여 처리용액의 온도를 항온으로 유지할 필요가 있으며 본 발명에서 측정된 용액온도는 20℃이다.

용액 공급 펌프(120)는 상기 처리조(130)로부터 막모듈(10)내로 처리 용액을 공급하는 역할을 하는 것으로서 펌프의 작동으로 인한 발생열을 감소시키기 위하여 냉각장치가 부착되어 있다.

본 발명에서는 용존 산소 측정 장치(90)로서 모델 DOM-1000(Nihon Denchi Kabushiki Kaisha)의 산소농도 측정기를 사용하였으며, 상기 측정기의 산소 측정범위는 0∼80ppm이고 사용온도범위는 0∼40℃범위이며 막모듈을 접촉하고 난 뒤의 용액 내의 용존 산소를 측정하는 장치이다. 상기한 바와 같이 용존산소는 처리용액의 온도에 따라 영향을 받는데, 통상의 물의 경우에 용존산소 농도는 20℃에서 8 내지 9ppm 정도이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 용존 산소 증가 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다. 먼저 항온 처리조(130)로부터 용액을 용액 공급 펌프(120)를 통하게 하고 용액유입부(40)과 용액유출부(45)를 경유케 하여 막모듈(10)의 내부로 순환시킴과 동시에 압축기(80)를 통하여 공기를 막모듈(10)의 중공사 고분자막(60) 내부로 공급한다. 이때 일정압력에서 공기가 중공사 고분자막(60) 내부를 통과하면서 막이 자체적으로 가지고 있는 산소선택성에 의해 산소가 막을 투과하여 막외부에서 막표면과 접촉, 순환되고 있는 용액 속으로 용해하게 되는데 이때 공기흐름과 용액의 흐름이 서로 반대인 향류식 접촉을 하는 것이 바람직하다. 다시 말해서 공기를 중공사 고분자막(60) 내부, 즉 막모듈(10)의 유입부로 공급하게 되면 상기의 비대칭 중공사 고분자막(60) 표면으로부터 산소가 우세하게 막표면으로부터 투과, 배출되어 향류식으로 순환되는 물 속으로 미세하게 용해하게 된다. 고분자막(60)의 표면으로부터 투과된 산소는 50㎛ 이하의 버블(bubble)을 형성하거나 더욱 바람직하게는 버블을 전혀 발생시키지 않으면서 물 속으로 유입되며 물을 투과하지 않는 특징을 가진다.

본 발명의 용존 산소 농도 조절은 하기한 4가지 방식으로 수행될 수 있다.

제1 조절 방법은 모듈(10) 상단의 공기 유량 조절 밸브(70)를 일정하게 하고, 공급되는 공기압력을 증가시켜 막을 투과하는 산소 유량을 증가시키고, 이에 따라 용존 산소량을 증가시키는 방법이다. 전기적으로 작동되는 경우에는 용존 산소 측정 장치(90)로부터의 출력신호를 압축기(80)의 입력신호로 수신하도록 설계할 수 있다. 예를 들면 설정치가 용존 산소 측정치(90)보다 높은 경우 압력조절기의 작동을 압력이 증가하는 방향으로 설계할 수 있고 그 반대인 경우 압력이 감소하는 방향으로 설계할 수 있다.

제2 조절 방법은 일정 공급 압력 하에서 막모듈(10)의 중공사 고분자막(60) 외부로 배출되는 공기 유량의 일부를 공기 유량 조절 밸브(70)를 통하여 조절하면, 막표면에 작용하는 산소분압의 차가 변화되어서 막외부로 투과, 배출하는 산소의 양이 변화되어 용존 산소를 조절하는 방법이다. 예를 들어 낮은 산소/질소투과율을 가진 막을 사용하는 경우 공기유출부(20)를 통한 배출 공기의 유량을 감소시킬수록 막내부와 외부사이에 작용하는 산소투과에 대한 추진력(driving force)이 계속 유지되어 용존 산소는 증가된다. 그러나 상술한 바와 같이, 용존 산소를 증가시키기 위하여 사용된 분리막이 적층 공정으로 제조된 비교적 높은 산소/질소 투과율을 가진 복합막을 사용하는 경우에서는 공기유출부(20)를 통한 배출 유량을 증가시킴에 따라 용존 산소가 오히려 증가하는 특징을 가진다. 이러한 이유는 높은 산소/질소 투과율을 가진 막을 사용하는 경우 공기유입부(25)와 공기배출부(20)사이의 압력비가 1에 가까울수록 즉, 배출유량을 감소시킬수록 높은 선택도로 인하여 막표면으로부터 우세하게 산소가 투과하게 되나 막내부와 막외부사이의 산소농도차 즉 산소투과에 대한 추진력이 감소하여 산소농도가 감소하게 된다. 따라서 높은 산소/질소 투과율을 가진 막을 사용하는 경우 공기 유량 조절 밸브(70)에 의한 공기유량을 증가시킬수록 용존산소는 증가하게 된다. 공기 유량 조절 밸브(70) 또한 용존 산소 측정 장치(90)로부터 전기적 신호를 입력받아 전기적으로 제어할 수 있는데 예를 들어 용존 산소 설정치가 측정치보다 높은 경우 사용된 막에 따라 공기 유량 조절 밸브(70)를 이용, 유량을 증가 또는 감소시키도록 설계할 수 있다.

제3 조절 방법은 공기 압축기(80)으로부터 공급되는 공기의 압력과 공기 유량 조절 밸브(70)를 통한 공기량을 일정하게 하고, 항온 처리조(130)와 용액 공급 펌프(120)로부터 공급되는 용액의 유량을 용액 유량 조절 밸브(100)를 이용하여 용존 산소를 조절하는 방법이다. 예를 들면 용액 유량 조절 밸브(100)를 이용하여 용액 유량을 증가시킬수록 접촉시간이 감소하여 용존 산소는 감소하게 된다. 이 경우 특별히 난류를 형성하지는 않는데 통상 난류를 형성시켜 막과의 접촉을 보다 향상시키게 되면 용존 산소를 증가시킬 수는 있으나 본 발명에 있어서 이를 한정하지는 않는다.

제4 조절 방법은 본 발명에서 사용된 막의 산소/질소 투과율를 변경하여 용존 산소량을 조절하는 방법이다. 이는 막이 가지는 산소/질소 투과율이 용존 산소 조절에 영향을 주기 때문이며 산소/질소 투과율이 높은 막을 사용하는 것이 높은 용존 산소를 얻는데 바람직하다.

상기의 조절방법에 있어서 공통적으로 공기 유량 조절 밸브(70)를 통하여 배출되는 공기는 역흐름방지밸브(110)가 부착된 도관을 통해 압축기(80)로 유입되어 공기손실을 방지하는 특징을 갖는다. 또한 상기 4가지 산소 농도 조절 방법을 적절히 조합하여 용존 산소의 농도를 증가시킬 수도 있다.

이와 같이 제조된 본 발명의 용존 산소 증가 장치를 공급 공기의 압력과 습도 및 상기한 용존 산소를 조절하는 방법을 변화시키면서 용존 산소량을 측정한 결과는 아래와 같다.

[시험예 1]

본 발명의 제1 및 제2 조절방법을 이용하여, 초기 막모듈에 공급하는 압축공기 압력을 2기압에서 4기압으로 가압하거나, 배출공기의 유량을 변화시키면서, 공기의 온도를 물의 온도와 같은 20℃로 유지한 뒤 유량조절장치를 이용하여 순환되는 용액유량 및, 공기배출유량을 각각 일정하게 하여 용존산소를 측정하였다. 사용된 막은 코팅을 하지 않은 건조만으로 이루어진 막이고 막의 산소/질소 투과율은 1이며 막면적은 공히 1㎡으로 하였다.

공급공기압력(Kg/㎠)	배출공기유량(ℓ/min)	용액조절유량(ℓ/min)	용존 산소량(ppm)	사용막
2	28.2	12	16.5	건조막
2	13.1	12	19.7	건조막
4	28.2	12	24.4	건조막
4	13.1	12	25.5	건조막

상기의 결과로부터 배출공기유량 및 용액조절유량을 동일하게 한 경우 압력을 증가시킴에 따라 용존산소량은 뚜렷하게 증가함을 알 수 있다.

[시험예 2]

본 발명의 제2 조절 방법을 이용하여, 초기 막모듈 공급 공기 압력을 2기압, 온도를 물의 온도와 같은 20℃로 유지하고 용액 유량 조절 장치를 이용, 유량을 일정하게 한 뒤 조절밸브를 통한 배출 유량을 각각 조절하여 용존산소를 측정하였다. 사용된 막은 코팅을 하지 않은 건조만으로 이루어진 막이고 막의 산소/질소 투과율은 1이며 막면적은 공히 1㎡으로 하였다.

공급공기압력(Kg/㎠)	배출공기유량(ℓ/min)	용액조절유량(ℓ/min)	용존산소(ppm)	사용막
2	28.2	12	16.5	건조막
2	13.1	12	19.7	건조막
2	1.2	12	20.5	건조막

상기의 시험예로부터 조절유량은 유량 조절 밸브(100)를 통한 유량을 뜻하며 공급공기압력 및 조절유량을 일정하게 한 경우 배출공기유량을 감소시킴에 따라 용존산소가 증가함을 볼 수 있다. 따라서 본 발명은 기존의 공기폭기방식보다 크게 향상된 결과를 나타낸다.

[시험예 3]

본 발명의 제3 조절 방법을 이용하여, 초기 막모듈 공급 공기 압력을 2기압, 온도를 물의 온도와 같은 20℃로 유지하고 배출공기유량을 일정하게 한 뒤 순환되는 용액유량을 조절하여 용존산소를 측정하였다. 사용된 막은 코팅을 하지 않은 건조만으로 이루어진 막이고 막의 산소/질소 투과율은 1이며 막면적은 공히 1㎡으로 하였다.

공급공기압력(Kg/㎠)	배출공기유량(ℓ/min)	용액조절유량(ℓ/min)	용존산소(ppm )	사용막
2	13.1	12	19.7	건조막
2	13.1	24	14.5	건조막

상기의 결과로부터 배출공기유량 및 공기압력을 일정하게 하였을 경우 용액순환유량의 증가에 따라 용액과 막과의 접촉시간의 감소로 인하여 용존산소는 감소함을 알 수 있으며 종래의 공기폭기방식에 비해 월등히 우수한 성능을 나타낸다.

[시험예 4]

본 발명의 제4 조절 방법으로, 상기한 시험예 1의 조건과 동일한 조건하에서 산소/질소 투과율이 1이고 코팅을 하지 않은 건조만으로 이루어진 막과 산소/질소 투과율이 5이고 적층공정을 통하여 제조된 복합막을 사용한 각각의 경우에 대하여 용존산소의 변화를 측정하였다. 사용된 막면적은 공히 1㎡으로 하였으며 그 결과를 아래에 나타내었다.

공급공기압력(Kg/㎠)	공급공기유량(ℓ/min)	용액순환유량(ℓ/min)	용존산소(ppm)	사용막의 산소/질소 선택도
2	13.1	12	19.7	건조막, 1
2	13.1	12	22.7	복합막, 5
2	28.2	12	24.5	복합막, 5

상기의 결과에서도 공기압력, 공급공기유량 및 용액조절유량을 일정하게 하였을 경우 사용된 막의 선택성에 따라 용존산소가 변화됨을 알 수 있으며 산소/질소 선택도가 높은 막을 사용함에 따라 용존산소량이 동일조건하에서 보다 증가함을 알 수 있다.

이상의 시험예를 통하여 본 발명의 용존 증가 장치 및 증가 방법은 종래의 공기폭기방식을 이용한 용존산소증가에 비하여 뚜렷이 향상된 용존산소 증가를 보여준다.

[대조예 1]

처리용액으로 물을 사용하고 압축공기를 2기압, 20℃의 온도로 하여 물 속으로 공급하여 용존산소를 측정하였다. 측정에 있어서 일반적으로 공급공기는 물 속에서는 버블을 형성하게 되는데 버블의 크기에 따라 일반적으로 용존하는 산소량에 차이가 있으나 본 발명에 있어서는 그 크기를 50㎛로 하여 그 측정결과를 아래에 나타내었다. 또한 처리용액으로부터 용액 공급 펌프(120) 및 용액 유량 조절 밸브(100)를 공급, 순환시키면서 막모듈에 공급 공기를 유입하지 않은 경우의 용존산소를 측정하였으며 그 결과를 아래에 나타내었다.

공급공기압력(Kg/㎠)	공급공기유량(ℓ/min)	용존산소(ppm)
2	44	10.1
없음	없음(조절유량 : 12 ℓ/min)	9.4

상기한 바와 같이, 본 발명은 공기중의 산소를 선택적으로 투과하는 중공사 고분자막을 이용하여 물 중에 용존 산소의 농도를 15ppm 이상 증가시킬 수 있다. 본 발명의 용존 산소 증가 장치는 폐수 처리 분야뿐만 아니라 용존 산소 증가를 요구하는 양식분야, 호기성 세균 배양 분야 등의 여러 분야에 적용될 수 있으며 기체와 액체간의 접촉을 용이하게 하기 위한 모든 공정에 또한 적용 가능하다.

Claims (14)

1. 하우징;

   상기 하우징 내부에 평행하게 위치하며, 상기 하우징의 상부와 하부에 양 끝단이 각각 고정되며, 산소를 투과시키는 다수의 중공사 고분자막;

   상기 하우징의 상부에 위치하며 상기 하우징에 용액을 유입하기 위한 용액 유입부;

   상기 하우징의 하부에 위치하며 상기 하우징으로부터 용존 산소량이 증가된 용액을 유출시키기 위한 용액 유출부;

   상기 하우징의 하부에 위치하며 상기 고분자막내로 공기를 유입하기 위한 공기 유입부;

   상기 하우징의 상부에 위치하며 상기 고분자막으로부터 공기를 유출시키기 위한 공기 유출부; 및

   상기 하우징으로 압축공기를 제공하기 위한 압축기를 포함하는 용존 산소 증가 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 용액 유입부를 통하여 상기 하우징으로 유입되는 용액을 담고 있으며, 상기 용액 유출부로부터 유출되는 용액을 저장하는 처리조를 더 포함하는 용존 산소 증가 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 공기 유출부로부터 유출되는 공기의 양을 조절하기 위한 공기 유량 조절 밸브를 더 포함하는 용존 산소 증가 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 용액 유입부로 유입되는 용액의 양을 제어하기 위한 용액 유량 조절 밸브를 더 포함하는 용존 산소 증가 장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 처리조 내에 위치하며, 상기 처리조내의 용액의 용존산소량을 측정하기 위한 용존산소 측정 장치를 더 포함하는 용존 산소 증가 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자막은 산소/질소의 투과율이 1.0-6.0의 값을 나타내는 것인 용존 산소 증가 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자막은 실리콘, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리스티렌, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴 군중에서 1종 이상 선택된 물질로 코팅된 것인 용존 산소 증가 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 용액 유입부를 통하여 상기 하우징으로 유입되는 용액을 담고 있으며, 상기 용액 유출부로부터 유출되는 용액을 저장하는 처리조;

   상기 공기 유출부로부터 유출되는 공기의 양을 조절하기 위한 공기 유량 조절 밸브;

   상기 용액 유입부로 유입되는 용액의 양을 제어하기 위한 용액 유량 조절 밸브; 및

   상기 처리조 내에 위치하며, 상기 처리조내의 용액의 용존산소량을 측정하며, 상기 압축기, 상기 공기 유량 조절 밸브 및 상기 용액 유량 조절 밸브를 제어하기 위한 용존 산소량 설정수단을 가지는 용존 산소 측정 장치를 더 포함하는 것인 용존 산소 증가 장치.
9. 용액을 산소 투과성 고분자막의 외부로 순환시키는 과정; 및

   압축 공기를 상기 고분자막의 내부로 순환시키는 과정을 포함하는 용존 산소의 증가 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 고분자막은 산소/질소의 투과율이 1.0-6.0의 값을 나타내는 것인 용존 산소의 증가 방법
11. 제 9 항에 있어서, 상기 처리 용액과 공기를 서로 반대 방향에서 공급하고 서로 반대 방향으로 배출되어 순환시키는 것인 용존 산소의 증가 방법.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 고분자막으로 유입되는 공기의 양을 제어하여 상기 용액 내로 유입되는 산소의 양을 증가시키는 과정을 더 포함하는 용존 산소의 증가 방법.
13. 제 9 항에 있어서, 상기 고분자막의 상부에 위치한 공기 조절 밸브를 조절하여 상기 고분자막에서 유출되는 압축공기의 양을 제어하여 상기 용액 내로 유입되는 산소의 양을 증가시키는 과정을 더 포함하는 용존 산소의 증가 방법.
14. 제 9 항에 있어서, 상기 고분자막의 일측단에 위치한 용액 유량 조절 밸브를 조절하여 상기 고분자막의 외부로 순환하는 용액의 양을 제어하여 상기 용액 내로 유입되는 산소의 양을 증가시키는 과정을 더 포함하는 용존 산소의 증가 방법.