KR20030045321A - A Micro-Bubble Generator And Liquid Treatments Using The Micro-Bubble Generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐수처리용 초미세 기포발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초미세 기포발생장치로 유입되는 액체를 유도하여 벽면에 충돌시키고 충돌에 의해 발생한 초미세 기포를 이용하여 기체를 폐수에 용해시키는 초미세 기포발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-foam bubble generator for wastewater treatment, and more particularly, to induce a liquid flowing into the ultra-foam bubble generator to collide with a wall and dissolve gas in the wastewater using the ultra-bubbles generated by the collision. It relates to an ultra-fine bubble generator.
생물학적 폐수처리에 일반적으로 사용되는 활성슬러지법은 유기질을 각종 미생물에 의해 분해시키는 것으로써 이의 조작조건으로 산소의 공급이 필수적이며 처리효율은 산소의 전달효율과 직접적으로 관련되며, 그 전달효율이 높을수록 처리효율이 증가한다.The activated sludge method generally used in biological wastewater treatment is to decompose organic matter by various microorganisms, and it is necessary to supply oxygen as its operating condition, and the treatment efficiency is directly related to the transfer efficiency of oxygen. The higher the processing efficiency.
통상적으로, 활성슬러지법에 의해 소비되는 산소는 산기관이나 기포산기관 또는 미세기포산기관과 같은 산기기 또는 심플렉식, 표면교반식 등의 기계식 포기장치에 의하여 공급된다.Typically, oxygen consumed by the activated sludge method is supplied by an acid device such as an acid engine, a bubble acid engine or a microbubble acid engine, or a mechanical aeration device such as a simplex or surface stirring method.
그런데, 산기기를 이용한 산소공급 방법은 공기를 공급하는 별도의 펌프를 이용하여 기포산기관 또는 미세기포산기관에 공기를 주입하는 방법을 이용하기 때문에 많은 동력을 필요함은 물론 기포산기관 또는 미세기포산기관에 구비된 구멍을 통하여 방출되는 기포 크기가 대략 2 내지 10mm 정도의 크기를 유지함으로써 기포와 폐수의 접촉면적이 적고, 폐수에 산소를 충분히 용해시키기 위한 체류시간이 부족하게 된다. 특히, 오존주입공정의 경우 기존 세라믹 미세기포 산기관은 발생 오존기포 지름이 2 내지 10mm이고, 그 기포의 상승속도가 24cm/sec로 빠르기 때문에 폐수 속에 존재하는 오존의 체류시간이 20 내지 30분 정도이다. 그러므로, 미처 폐수로 용해되지 못한 오존을 회수하기 위하여 오존회수시설을 구비하는 것이 필요하다.By the way, the oxygen supply method using an acid device uses a method of injecting air into the bubble acid engine or the micro-bubble acid engine by using a separate pump for supplying air, and thus requires a lot of power. By maintaining the size of the bubble discharged through the hole provided in the size of about 2 to 10mm, the contact area between the bubble and the wastewater is small, and the residence time for sufficiently dissolving oxygen in the wastewater is insufficient. Particularly, in the ozone injection process, the existing ceramic microbubble diffuser has a generated ozone bubble diameter of 2 to 10 mm, and the rising speed of the bubble is 24 cm / sec, so that the residence time of ozone in the wastewater is about 20 to 30 minutes. to be. Therefore, it is necessary to provide an ozone recovery facility to recover ozone that has not been dissolved into waste water.
기계식 포기장치의 경우에는 저수조에 저장되어 있는 폐수를 물리적으로 휘저어 대기중에 포함되어 있는 산소가 폐수에 용해되도록 하기 때문에 처리하고자 하는 폐수의 심부까지 산소를 전달하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.In the case of the mechanical aeration device, it is difficult to transfer oxygen to the deep part of the wastewater to be treated because physically agitating the wastewater stored in the reservoir to dissolve the oxygen contained in the atmosphere.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 기포발생장치로유입되는 폐수에 기체를 혼합하고, 기체가 혼합된 폐수를 기포발생장치 내부의 충돌판으로 유도하여 미세기포를 발생시킴으로써 기체가 폐수에 용이하게 용해될 수 있도록 하는 것에 그 기술적 과제가 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by mixing the gas into the wastewater flowing into the bubble generator, the gas is mixed by inducing the wastewater mixed with the impingement plate inside the bubble generator to generate fine bubbles The technical problem is to make it easy to dissolve in waste water.
도 1은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 단면도,1 is a cross-sectional view of the ultra-fine bubble generator according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 폐수의 용존산소 또는 분산효율을 향상시키기 위한 초미세 기포발생장치를 포함한 액체 처리방법의 구성도,2 is a block diagram of a liquid treatment method including an ultra-fine bubble generator for improving the dissolved oxygen or dispersion efficiency of wastewater according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 사용시간에 따른 용존산소농도변화를 나타내는 도,3 is a view showing the dissolved oxygen concentration change according to the use time of the ultra-fine bubble generator according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 물질수지 흐름도,Figure 4 is a flow chart of the material balance of the ultra-fine bubble generator according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 폐수유속에 따른 물질전달계수(KLa)를 나타내는 도,5 is a view showing a material transfer coefficient (K La ) according to the wastewater flow rate of the ultra-fine bubble generator according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 액/기 비에 따른 물질전달계수(KLa)을 나타내는 도,6 is a view showing a material transfer coefficient (K La ) according to the liquid / gas ratio of the ultra-fine bubble generator according to the present invention,
도 7은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 배압에 따른 표준폭기효율(SAE)을 나타내는 도,7 is a view showing a standard aeration efficiency (SAE) according to the back pressure of the ultra-fine bubble generator according to the present invention,
도 8은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 액/기비에 따른표준폭기효율(SAE)을 나타내는 도,8 is a view showing a standard aeration efficiency (SAE) according to the liquid / gas ratio of the ultra-fine bubble generator according to the present invention,
<도면 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawing>
2 : 펌프4 : 인젝터(Injector)2: Pump 4: Injector
6 : 초미세 기포발생장치8 : 제 1 압력계6: ultra-fine bubble generator 8: the first pressure gauge
8' : 제 2 압력계10 : 배압 조절밸브8 ': second pressure gauge 10: back pressure regulating valve
12 : 기체저장탱크14 : 저수조12: gas storage tank 14: reservoir
16 : 충돌판18 : 프렌지(Flange)16: crash plate 18: Flange
20 : 방해판22 : 폐수유도부재20: baffle plate 22: wastewater induction member
24 : 유입구26 : 배출구24: inlet 26: outlet
28 : 배수구28: drain
본 발명의 초미세 기포발생장치는 기체를 함유한 액체가 유입되는 유입구, 상기 유입된 액체의 경로를 제공하는 폐수유도부재, 폐수유도부재를 통과한 액체가 충돌하여 초미세 기포를 형성하는 충돌판 및 미세기포를 함유한 액체가 배출되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.The ultra-foam bubble generating device of the present invention is an inlet for gas-liquid inflow, wastewater inducing member providing a path of the inflowing liquid, the impingement plate collides with the liquid passing through the wastewater inducing member to form an ultra-fine bubble And an outlet through which the liquid containing the micro bubbles is discharged.
또한 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치를 이용한 액체의 처리방법은 처리하고자 하는 액체가 저장되어 있는 저수조, 저수조와 연결되어 그 저수조에 저장되어 있는 액체를 흡입하여 배출하는 펌프, 이 펌프로부터 배출되는 액체가 통과하며 액체로 용해시키고자 하는 대상기체가 액체로 혼입되도록 하는 인젝터, 상기 인젝터의 일측에 연결되어 인젝터로부터 배출되는 대상기체가 함유된 액체를 초미세 기포를 함유한 액체로 제조하는 초미세 기포발생장치 및 액체와 기체의 비율을 조절하는 배압 조절밸브로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the liquid treatment method using the ultra-fine bubble generating device according to the present invention is connected to the reservoir and the reservoir to store the liquid to be treated, the pump to suck and discharge the liquid stored in the reservoir, discharged from the pump An injector through which liquid passes and a target gas to be dissolved into a liquid is mixed into a liquid, and an ultra-fine liquid that is connected to one side of the injector to produce a liquid containing the target gas discharged from the injector into a liquid containing ultra-fine bubbles It is characterized by consisting of a bubble generator and a back pressure control valve for adjusting the ratio of liquid and gas.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치 및 액체 처리방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 상기 액체는 기체를 분산시키고자 하는 대상유체로써, 통상적으로 산업폐수, 생활폐수, 오수, 하천수 및 생활하수 등을 지칭한다. 그러나, 하기 구체적 설명에서는 폐수로 한정하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail with respect to the ultra-fine bubble generator and the liquid treatment method according to the present invention. Here, the liquid is a target fluid to disperse gas, and generally refers to industrial wastewater, domestic wastewater, sewage, river water and domestic sewage. However, in the following detailed description, only the wastewater will be described.
도 1은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 단면도, 도 2는 본 발명에 따른 기체의 용존 또는 분산효율을 향상시키기 위한 초미세 기포발생장치를 포함한 액체 처리방법의 구성도로써 함께 설명한다.1 is a cross-sectional view of an ultra-fine bubble generator according to the present invention, Figure 2 will be described together with the configuration of a liquid treatment method including an ultra-fine bubble generator for improving the dissolved or dispersed efficiency of the gas according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 초미세 기포발생장치(6)는 기체를 함유한 폐수가 유입되는 유입구(24), 상기 유입구(24)에 연결되어 폐수를 충돌판(16)으로 유도하는 폐수유도부재(22), 폐수유도부재(22)로부터 배출되는 폐수가 충돌하여 초미세 기포를 제조하는 충돌판(16), 초미세 기포발생장치(6)의 상단 일측과 하단 일측에 각각 구비된 방해판(20), 방해판(20)을 통과한 기포가 충만해진 폐수를 배출하기 위한 배출구(26), 필요에 따라 초미세 기포발생장치(6) 내부의 폐수를 외부로 배출할 수 있도록 한 배수구(28) 및 장치의 조립 또는 청소를 용이하게 하기 위한 프렌지(18)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the ultra-foam bubble generator 6 is connected to the inlet 24 through which the wastewater containing gas is introduced, and the wastewater induction that leads the wastewater to the impingement plate 16. Member 22, impingement plate 16 for producing ultra-fine bubbles by colliding with the wastewater discharged from wastewater-inducing member 22, baffle plate provided on one side of the upper and one side of the ultra-fine bubble generator 6, respectively (20), a discharge port 26 for discharging the wastewater filled with bubbles having passed through the obstruction plate 20, a drain hole for discharging the wastewater inside the ultra-fine bubble generator (6) to the outside if necessary ( 28) and a flange 18 for facilitating assembly or cleaning of the device.
상기와 같은 구성을 갖는 초미세 기포발생장치(6)의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation principle of the ultra-fine bubble generator 6 having the configuration as described above are as follows.
먼저, 기체를 함유하는 폐수는 유입구(24)를 통하여 초미세 기포발생장치(6)의 내부로 유입되며, 유입된 상기 폐수는 폐수유도부재(22)를 통하여 초미세 기포발생장치(6)의 중심을 관통하면서 상단으로 유도된다. 한편, 초미세 기포발생장치(6)의 상단 내부 일측으로 폐수유도부재(22)의 종단과 소정 간격을 두고 충돌판(16)의 수평면이 폐수유도부재(22)와 수직으로 위치하여 상기 폐수유도부재(22)의 종단으로부터 배출되는 고압의 폐수가 상기 충돌판(16)에 고속으로 충돌하면서 초미세 기포를 생성하게 된다. 이와 같이 방법으로 생성된 초미세 기포는 방해판(20)을 거쳐 초미세 기포발생장치(6)의 하단으로 흐르게 되는데, 상기 방해판(20)은 중력에 의해 하강하는 액체의 흐름을 지연시켜 생성된 초미세 기포가 액체내로 용이하게 분산되도록 하며, 기체와 액체의 접촉을 촉진시키는 기능을 한다. 따라서, 방해판은 상기 폐수유도부재(22)를 중심으로 하여 직경이 0.3 내지 0.7cm인 원형의 구멍을 1 내지 2cm 간격으로 설치하여 액체의 흐름을 방해하도록 한다. 한편, 방해판(20)을 거친 초미세 기포를 함유한 폐수는 초미세 기포발생장치(6)의 하단 일측에 구비된 배출구(26)를 통하여 외부로 배출된다.First, the wastewater containing gas is introduced into the ultra-fine bubble generator 6 through the inlet 24, and the wastewater introduced is the ultra-foam bubble generator 6 through the wastewater guide member 22. It penetrates the center and leads to the top. On the other hand, the horizontal surface of the impingement plate 16 is located perpendicular to the wastewater inducing member 22 at a predetermined distance from the end of the wastewater inducing member 22 to the inner side of the upper end of the ultra-fine bubble generator 6, the wastewater induction The high pressure wastewater discharged from the end of the member 22 collides with the collision plate 16 at high speed to generate ultra-fine bubbles. Ultra-foam bubbles generated in this way flows to the lower end of the ultra-fine bubble generator 6 through the obstruction plate 20, the obstruction plate 20 is generated by delaying the flow of the liquid descending by gravity The super bubbles are easily dispersed into the liquid, and serve to promote the contact between the gas and the liquid. Therefore, the baffle plate is provided with a circular hole having a diameter of 0.3 to 0.7 cm around the waste water guide member 22 at intervals of 1 to 2 cm to hinder the flow of liquid. On the other hand, the waste water containing the ultra-fine bubbles passed through the obstruction plate 20 is discharged to the outside through the discharge port 26 provided on one side of the lower end of the ultra-fine bubble generator (6).
전술한 방법에 의하여 제조된 초미세 기포의 크기는 0.03 내지 0.2mm로서 상승속도는 0.1 내지 0.8cm/sec 정도이며, 이는 기존의 산기관에서 보여주고 있는 입자크기 2 내지 10mm에 비하여 매우 작은 것으로써, 액상에 장기간 체류할 수 있는 물리적 장점 및 넓은 표면적을 제공하는 장점 등이 있다.The size of the ultra-fine bubbles produced by the above-described method is 0.03 to 0.2mm and the ascending speed is about 0.1 to 0.8cm / sec, which is very small compared to the particle size of 2 to 10mm shown in the conventional diffuser. These include the physical advantages of long-term stay in the liquid phase and the advantages of providing a large surface area.
한편, 상기 초미세 기포발생장치(6)는 일련의 부가적인 장치를 연결설치함으로써 폐수의 용존산소 또는 분산효율을 향상시키게 되는데, 이러한 폐수 처리방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the ultra-fine bubble generator 6 is connected to a series of additional devices to improve the dissolved oxygen or dispersion efficiency of the waste water, this waste water treatment method will be described as follows.
도 2에 도시된 바와 같이, 초미세 기포발생장치(6)를 포함하는 폐수 처리방법은 폐수가 저장되어 있는 저수조(14), 저수조(14)의 일측에 연결되어 저장되어 있는 폐수를 인젝터(4)로 이송하는 펌프(2), 펌프(2)와 인젝터(4) 사이에 위치하여 압력을 측정하는 제 1 압력계(8), 상기 인젝터(4)에 연결되어 제 1 압력계(8)를 통과한 기체가 인젝터(4)를 통과할 때 그 인젝터(4)로 기체를 공급하는기체저장탱크(12), 인젝터(4)로부터 배출되는 폐수가 유입되어 초미세 기포를 생산하는 초미세 기포발생장치(6), 초미세 기포발생장치(6)로부터 배출되는 폐수를 제어하여 기체와 폐수의 혼합비를 조절하는 배압조절 밸브(10)로 구성되어 있다. 여기서 배압조절 밸브(10)와 초미세 기포발생장치(6) 사이에 제 2 압력계(8')를 설치하여 배출압력을 조절할 수 있도록 할 수 있다.As shown in FIG. 2, the wastewater treatment method including the ultra-fine bubble generator 6 is connected to one side of the reservoir 14 and the reservoir 14 in which the wastewater is stored, and injects the wastewater stored therein. Pump 1 to be transported to the second, the first pressure gauge (8) for measuring the pressure between the pump (2) and the injector (4), connected to the injector (4) passed through the first pressure gauge (8) When the gas passes through the injector (4), the gas storage tank 12 for supplying gas to the injector (4), the waste water discharged from the injector (4) is introduced to produce an ultra-fine bubble generator ( 6), it is composed of a back pressure control valve 10 for controlling the waste water discharged from the ultra-fine bubble generator 6 to adjust the mixing ratio of gas and waste water. Here, the second pressure gauge 8 'may be installed between the back pressure regulating valve 10 and the ultra-fine bubble generator 6 to adjust the discharge pressure.
한편, 실제적으로 시스템을 운전할 경우에는 초미세 기포발생장치(6)로 유입 및 배출되는 폐수의 압력을 배압 조절밸브(10)에 의하여 조절하게 되는데, 그 배압 조절밸브(10)를 조절함으로써 초미세 기포발생장치(6)로 유입되는 폐수의 압력을 2 내지 5kgf/cm2로, 그리고 배출되는 압력을 1 내지 4kgf/cm2정도로 유지시킬 수 있다.On the other hand, when actually operating the system is to control the pressure of the wastewater flowing into and out of the ultra-fine bubble generator 6 by the back pressure control valve 10, by adjusting the back pressure control valve (10) The pressure of the wastewater flowing into the bubble generator 6 may be maintained at 2 to 5 kg f / cm 2 , and the discharged pressure may be about 1 to 4 kg f / cm 2 .
이와 같이 구성된 폐수 처리방법은 처리하고자 하는 폐수가 저장되어 있는 저수조(14)로부터 유출되는 폐수를 펌프(2)를 사용하여 인젝터(4)로 공급하게 된다. 이때, 인젝터(4)의 내부에 형성된 폐수가 통과하는 경로는 그 크기가 감소하다가 증가하게 되는데, 이에 따라 인젝터(4) 내부의 폐수 압력도 함께 감소하다가 증가하게 된다. 그러므로, 인젝터(4)의 직경이 감소하다가 증가하는 경계점에 기체 저장탱크(12)에 연결되어 있는 관을 설치하여 기체 저장탱크(12)와 인젝터(4)의 압력차로 인해 기체 저장탱크(12)에 저장되어 있는 기체가 인젝터(4)로 이동되도록 한다. 이렇게 이동된 기체는 인젝터(4)를 통과하는 폐수와 혼합되며, 상기 혼합된 폐수는 초미세 기포발생장치(6)로 유입되어 초미세 기포를 함유하게 된다.In the wastewater treatment method configured as described above, the wastewater discharged from the reservoir 14 in which the wastewater to be treated is stored is supplied to the injector 4 using the pump 2. At this time, the path through which the wastewater formed in the injector 4 passes decreases in size and increases. Accordingly, the wastewater pressure in the injector 4 decreases and increases. Therefore, the gas storage tank 12 is installed due to the pressure difference between the gas storage tank 12 and the injector 4 by installing a pipe connected to the gas storage tank 12 at the boundary point where the diameter of the injector 4 decreases and increases. The gas stored in the tank is moved to the injector 4. The gas thus moved is mixed with the wastewater passing through the injector 4, and the mixed wastewater flows into the ultra-foam bubble generator 6 to contain ultra-foam bubbles.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.
도 3은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 사용시간에 따른 용존산소변화를 나타내는 도, 도 4는 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 물질수지 흐름도, 도 5는 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 폐수의 유속에 따른 물질전달계수(KLa)를 나타내는 도, 도 6은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 액/기 비에 따른 물질전달계수(KLa)를 나타내는 도, 도 7은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 배압에 따른 표준폭기효율(SAE)을 나타내는 도, 도 8은 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 액/기 비에 따른 표준폭기효율(SAE)을 나타내는 도로써 함께 설명한다.3 is a view showing the dissolved oxygen change according to the use time of the ultra-fine bubble generator according to the present invention, Figure 4 is a flow chart of the material balance of the ultra-fine bubble generator according to the present invention, Figure 5 is an ultrafine according to the present invention diagram showing the mass transfer coefficient (K La) of the flow rate of the waste water in the bubbling device, Figure 6 is a view showing the mass transfer coefficient (K La) of the liquid / period ratio of the second micro-bubble generating device according to the invention, 7 is a view showing a standard aeration efficiency (SAE) according to the back pressure of the ultra-fine bubble generator according to the present invention, Figure 8 is a standard aeration efficiency (SAE) according to the liquid / air ratio of the ultra-fine bubble generator according to the present invention It will be described together with a diagram showing).
<실시예 1><Example 1>
초미세 기포의 제조.Preparation of ultra fine bubbles.
도 1에 따라 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치를 이용하여 산소의 용존효율을 향상시키기 위한 실험장치를 제작하였다.According to FIG. 1, an experimental apparatus for improving oxygen dissolution efficiency using an ultrafine bubble generator according to the present invention was manufactured.
초미세 기포발생장치의 크기는 42cm이고, 초미세 기포발생장치로 유입되는유체는 물을 사용하였으며 그 유입 압력은 3.5kgf/cm2이고 유출되는 유체의 압력은 2kgf/cm2이며, 기체저장탱크(12)에는 공기가 채워져 있다.The size of the ultra bubble generator is 42cm, the fluid flowing into the ultra bubble generator is water, the inlet pressure is 3.5kg f / cm 2 and the pressure of the outflow fluid is 2kg f / cm 2 The storage tank 12 is filled with air.
초미세 기포발생장치내(6)에서 단지 일련의 배치순환 후에 물은 과포화 상태에 도달하였다. 그 결과를 도 3에 나타냈다.After only a series of batch cycles in the ultra-bubble generator 6 the water reached a supersaturation state. The result is shown in FIG.
도 3은 초미세 기포발생장치의 사용시간에 따른 용존산소변화를 나타내는 것으로서, 도시된 바와 같이 초미세 기포발생장치의 운전 후 3분만에 용존산소가 9mg/ℓ의 과포화상태에 도달하는 것을 보여주고 있다.Figure 3 shows the dissolved oxygen change according to the use time of the ultra-fine bubble generator, it shows that dissolved oxygen reaches a supersaturation state of 9mg / ℓ after 3 minutes of operation of the ultra-bubble generator as shown have.
<비교 실시예>Comparative Example
실시예 1로부터 얻어진 결과를 토대로 종래의 산기관의 거동과 함께 비교하였다.Based on the results obtained in Example 1, comparison was made with the behavior of a conventional diffuser.
도 4는 본 발명에 따른 초미세 기포발생장치의 물질수지 흐름도를 나타낸 것으로서, 하기로 정의되는 다양한 변수 즉, 물질전달계수(KLa), 표준산소전달효율(Standard Oxygen Transfer Efficiency, SOTE), 표준폭기효율(Standard Aeration Efficiency, SAE)을 계산하여 종래의 산기관의 거동에서 나타나는 상기 변수들과 본 발명의 초미세 기포발생장치의 거동을 함께 비교하였다. 비교한 결과는 표 1로 나타냈다.Figure 4 is a flow chart of the material balance of the ultra-fine bubble generating apparatus according to the present invention, a variety of variables defined as follows, that is, the mass transfer coefficient (K La ), Standard Oxygen Transfer Efficiency (SOTE), standard Standard Aeration Efficiency (SAE) was calculated to compare the above-mentioned variables in the behavior of conventional diffusers and the behavior of the ultra-foaming device of the present invention. The comparison results are shown in Table 1.
여기서,here,
KLa: 물질전달계수, K La : mass transfer coefficient,
KLa,20: 표준상태 (atm, 20℃) 물질전달계수, K La, 20 : Standard condition (atm, 20 ℃) Mass Transfer Coefficient,
Cm *: 산술평균 용존산소농도(㎎/ℓ)C m * : Arithmetic mean dissolved oxygen concentration (mg / ℓ)
C0: 초기용존산소농도 (㎎/ℓ)C 0 : Initial dissolved oxygen concentration (mg / ℓ)
Cs *: 실험조건에서의 포화용존산소농도 (㎎/ℓ)C s * : Saturated dissolved oxygen concentration in experimental conditions (mg / ℓ)
Qair: 실험조건에서의 공기유속 (㎖/min)Q air : Air flow rate under experimental conditions (mL / min)
V : 반응기 부피 (ℓ)V: reactor volume (ℓ)
Qwater: 실험조건에서 유량 (L/min)Q water : Flow rate under experimental conditions (L / min)
P1, P2 : 게이지 압력, (kgf/cm2)P1, P2: gauge pressure, (kg f / cm 2 )
T : 온도 (℃)T: Temperature (℃)
SOTE : 표준산소전달효율 (-)SOTE: Standard oxygen transfer efficiency (-)
SAE : 표준폭기효율(mg/kwh)SAE: Standard Aeration Efficiency (mg / kwh)
ρ : 공기밀도 (0.9705 mg/ml)ρ: air density (0.9705 mg / ml)
WO2: 산소공급속도 (mg/min)W O2 : oxygen supply rate (mg / min)
VA: 폭기된 유체의 체적 (ℓ)V A : Volume of the aerated fluid (ℓ)
PP : 펌프동력 (kw)PP: Pump Power (kw)
PP = QwaterΔPPP = Q water ΔP
ΔP : 압력차 (kgf/cm2)ΔP: Pressure difference (kg f / cm 2 )
에너지효율 : η = 75%Energy efficiency: η = 75%
총 소비동력 : PP/ηTotal Power Consumption: PP / η
SAE = 296 η KLaCm */ ΔP 이다.SAE = 296 η K La C m * / ΔP.
본 발명의 초미세 기포발생장치를 이용한 하기 실시예를 통하여 상기 정의된 물질전달 특성 값을 도출함으로써 최적 조작조건을 얻고자 하였다.Through the following examples using the ultra-fine bubble generator of the present invention to obtain the optimum operating conditions by deriving the material transfer characteristic value defined above.
<실시예 2><Example 2>
초미세 기포발생장치에 미치는 폐수유속 및 액/기 비의 영향.Influence of Wastewater Flow Rate and Liquid / Air Ratio on Microbubble Generators.
실시예 1과 동일한 구성 및 조건에서 초미세 기포발생장치를 시험하되, 유입되는 유체의 압력을 3.5 kg/cm2대신 2 kg/cm2로 하였으며, 유입되는 물의 유속은 8 내지 18ℓ/min 이었다.The ultra-bubble bubble generator was tested in the same configuration and conditions as in Example 1, but the pressure of the incoming fluid was 2 kg / cm 2 instead of 3.5 kg / cm 2 , and the flow rate of the incoming water was 8-18 L / min.
그 결과를 도 5 및 도 6으로 나타냈다.The results are shown in FIGS. 5 and 6.
여기서, 도 5 및 도 6은 각 물질전달계수에 대한 폐수유속 및 액/기 비에 따른 영향을 나타내고 있으며, 액/기 비 및 폐수유속을 변화시키면서 물질전달계수를 수득하였다. 이때, 액/기 비는 액체와 기체의 부피비로써 예를 들면, 액/기 비가 10이라면 기체 부피 1 당 액체의 부피가 10이라는 의미를 나타낸다. 한편, 실험에 사용된 유체는 물이었으며, 유입되는 물의 유속을 8ℓ/min 에서 18ℓ/min으로 증가시키면 물질전달계수가 1.5에서 2.0으로 증가하였고, 액/기 비가 10에서 40으로 증가하면 물질진달계수가 1.5에서 0.5로 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 액/기 비 20을 고비로 하여 물질전달계수가 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 따라서, 액/기 비가 변화하게 되면 기포의 크기에 영향을 미치게 되므로 액/기 비가 물질전달계수에 많은 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.5 and 6 show the effects of wastewater flow rate and liquid / gas ratio on each mass transfer coefficient, and obtain a mass transfer coefficient while changing the liquid / gas ratio and wastewater flow rate. At this time, the liquid / gas ratio is a volume ratio of the liquid and gas, for example, if the liquid / gas ratio of 10 means that the volume of the liquid per gas volume of 10. On the other hand, the fluid used in the experiment was water, and when the flow rate of the incoming water increased from 8ℓ / min to 18ℓ / min, the mass transfer coefficient increased from 1.5 to 2.0, and when the liquid / gas ratio increased from 10 to 40, the mass progress coefficient It can be seen that decreases from 1.5 to 0.5. In particular, it was found that the mass transfer coefficient was significantly reduced with the liquid / base ratio of 20. Therefore, when the liquid / air ratio changes, the size of the bubble is affected, and thus the liquid / gas ratio has a large influence on the material transfer coefficient.
<실시예 3><Example 3>
표준폭기효율 및 표준산소전달효율.Standard Aeration Efficiency and Standard Oxygen Transfer Efficiency.
실시예 2와 동일한 구성 및 조건에서 초미세 기포발생장치를 실시하되, 유입되는 유체의 유속을 17L/min로 유지하였다.Ultrafine bubble generator was carried out in the same configuration and conditions as in Example 2, but the flow rate of the incoming fluid was maintained at 17 L / min.
그 결과를 도 7 내지 도 8로 나타냈다.The results are shown in FIGS. 7 to 8.
도시된 바와 같이, 표준폭기효율에 대한 배압과 액/기 비가 넓은 범위에서 표준산소전달효율에 대해 유사한 거동을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 즉, 도 7에서 배압이 0.5 내지 2.5kgf/cm2로 증가함에 따라 표준폭기효율은 4 내지 10kgfO2/kwh로 변화한 것으로 나타났다.As shown, it can be seen that the back pressure and the liquid / air ratio for the standard aeration efficiency exhibit similar behavior for the standard oxygen transfer efficiency in a wide range. That is, in FIG. 7, as the back pressure increased from 0.5 to 2.5 kg f / cm 2 , the standard aeration efficiency was changed to 4 to 10 kg f O 2 / kwh.
한편, 도 8에서는 액/기 비가 20 이상에서 표준폭기효율은 0.05kgfO2/kwh의 낮은 값으로 나타났다.Meanwhile, in FIG. 8, the standard aeration efficiency was found to be a low value of 0.05 kg f 2 / kwh at a liquid / air ratio of 20 or more.
그러므로, 본 발명에 대한 초미세 기포발생장치 최적 조작조건은 표 2와 같았다.Therefore, the optimum operating conditions of the ultra-fine bubble generator for the present invention was as shown in Table 2.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실험예 및 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해하여야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As described above, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the experimental examples and examples described above are illustrative in all respects and should be understood as not limiting. The scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the appended claims and their equivalents, rather than the detailed description, are included in the scope of the present invention.
본 발명의 초미세 기포발생장치는 기체가 혼합되어 있는 폐수를 충돌판에 충돌시킴으로서 초미세 기포를 발생하게 되는데, 그 초미세 기포는 종래의 기포발생장치에 의해 제조된 기포보다 폐수 속에 장기간 체류할 수 있을 뿐만 아니라 접촉면적이 크기 때문에 폐수에 쉽게 용해될 수 있다.The ultra-foam bubble generator of the present invention generates ultra-foam bubbles by colliding the wastewater mixed with gas on the impingement plate, and the ultra-foam bubbles have a longer stay in the wastewater than the bubbles produced by the conventional bubble generator. In addition to being able to be dissolved in the waste water, the contact area is large.
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