미세기포 통기 산소화 시험 보고서

폐수 처리 시스템에서 폭기 공정은 전체 폐수 처리장 에너지 소비의 45 % ~ 75 %를 차지하며, 폭기 공정의 산소 전달 효율을 향상시키기 위해 현재 폐수 처리장은 미세 다공성 폭기 시스템.대형 및 중간 크기 기포의 폭기 시스템과 비교하여 미세 다공성 폭기 시스템은 에너지 소비를 약 50% 절약할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 폭기 공정의 산소 이용률도 20~30% 범위에 있습니다. 또한, 중국에서는 오염된 하천 처리를 위해 미세 다공성 폭기 기술을 사용하는 지역이 늘어나고 있지만, 다양한 수질 조건에 따라 미세 다공성 폭기 장치를 합리적으로 선택하는 방법에 대한 연구는 없습니다. 따라서 실제 생산 및 적용을 위한 미세다공성 폭기장치 산소화 성능 매개변수의 최적화는 매우 중요합니다.

미세다공성 통기 및 산소화 성능에 영향을 미치는 많은 요소가 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 통기량, 기공 크기 및 수심 설치입니다.

현재 미세다공성 폭기장치의 산소화 성능과 기공크기 및 설치깊이와의 관계에 대한 국내외 연구는 적은 편이다. 이 연구는 총 산소 질량 전달 계수와 산소화 용량의 향상에 더 초점을 맞추고 폭기 과정의 에너지 소비 문제는 무시합니다. 우리는 이론적인 전력 효율을 주요 연구 지표로 삼고 산소화 용량 및 산소 활용 추세를 결합하여 처음에는 통기 효율이 가장 높을 때 통기량, 구멍 직경 및 설치 깊이를 최적화하여 적용에 대한 참고 자료를 제공합니다. 실제 프로젝트의 미세다공성 통기 기술.

1.재료 및 방법

1.1 테스트 설정
테스트 설정은 Plexiglas로 이루어졌으며 본체는 수면 아래 0.5m에 용존 산소 프로브가 있는 D 0.4m × 2m 원통형 폭기조였습니다(그림 1 참조).


그림 1 폭기 및 산소화 테스트 설정

1.2 시험자료
고무 막으로 만들어진 미세 다공성 통풍 장치, 직경 215mm, 기공 크기 50, 100, 200, 500, 1000μm. sension378 벤치탑 용존 산소 시험기, HACH, 미국. 가스 로터 유량계, 범위 0~3m3/h, 정확도 ±0.2%. HC-S 송풍기. 촉매: 분석적으로 순수한 CoCl2-6H2O; 탈산소제: Na2SO3, 분석적으로 순수함.



1.3 시험방법
시험은 정적 비고정법(Static Non-stationary Method)을 사용하여 시험 중 탈산소를 위해 Na2SO3와 CoCl2-6H2O를 먼저 투입하고 물속의 용존산소가 0이 되면 통기를 시작하였다. 용존산소 농도의 변화 시간에 따른 물 속에서의 변화를 기록하고 KLa 값을 계산했습니다. 산소화 성능은 다양한 통기량(0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3m3/h), 다양한 기공 크기(50, 100, 200, 500, 1,000μm) 및 다양한 수심(0.8, 1.1, 1,000μm)에서 테스트되었습니다. 1.3, 1.5, 1.8, 2.0m), CJ/T도 참조되었습니다.
3015.2 -1993 "Aerator 맑은 물 산소화 성능 결정" 및 미국 맑은 물 산소화 테스트 표준.

산소 이용률(SOTE, %)은 식(4)로 표현된다.

여기서: q - 표준 조건에서의 통기량, m3/h.

이론적인 전력효율[E, kg/(kW-h)]은 식 (5)로 표현된다.

여기서: P - 폭기 장비 전력, kW.

폭기장치 산소화 성능을 평가하기 위해 일반적으로 사용되는 지표는 총 산소 질량 전달 계수 KLa, 산소화 용량 OC, 산소 이용률 SOTE 및 이론적 전력 효율 E입니다[7]. 기존 연구에서는 총 산소 질량 전달 계수, 산소화 용량 및 산소 활용의 추세에 더 초점을 맞추고 이론적인 전력 효율에는 덜 초점을 맞췄습니다[8, 9]. 유일한 효율지수인 이론적 전력효율[10]은 본 실험의 초점인 폭기 과정의 에너지 소비 문제를 반영할 수 있다.

2.2 산소화 성능에 대한 폭기의 영향

다양한 폭기 수준에서의 산소화 성능은 기공 크기 200μm의 폭기 장치 바닥 2m에서 폭기를 통해 평가되었으며 결과는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 폭기율에 따른 K 및 산소 이용률의 변화

그림 2에서 볼 수 있듯이 KLa는 통기량이 증가함에 따라 점차 증가합니다. 이는 주로 통기량이 클수록 기액 접촉 면적이 커지고 산소화 효율이 높아지기 때문입니다. 반면, 일부 연구자들은 통기량의 증가에 따라 산소 이용률이 감소한다는 사실을 발견하였고, 본 실험에서도 유사한 상황이 발견되었다. 이는 특정 수심에서 폭기량이 작을 때 물 속 기포의 체류 시간이 증가하고 기액 접촉 시간이 길어지기 때문입니다. 폭기량이 크면 수역의 교란이 강하고 대부분의 산소가 효과적으로 활용되지 않아 결국 물 표면에서 기포 형태로 공기 중으로 방출됩니다. 본 실험에서 도출된 산소 이용률은 문헌에 비해 높지 않았는데, 이는 아마도 반응기 높이가 충분히 높지 않았고, 물기둥과 접촉하지 않고 많은 양의 산소가 빠져나가 산소 이용률이 감소했기 때문일 것입니다.

폭기에 따른 이론적 전력 효율(E)의 변화는 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3. 이론적인 전력 효율과 통기량

그림 3에서 볼 수 있듯이 이론적인 전력 효율은 통기가 증가함에 따라 점차 감소합니다. 이는 특정 수심 조건에서 폭기량의 증가에 따라 표준 산소 전달률이 증가하지만, 표준 산소 전달률의 증가보다 송풍기가 소비하는 유효 일의 증가가 더 크기 때문에 이론적인 전력 효율은 실험에서 살펴본 폭기량 범위 내에서는 폭기량의 증가에 따라 감소한다. 그림의 추세를 결합합니다. 도 2 및 3을 통해, 최고의 산소화 성능은 0.5m3/h의 통기량에서 달성됨을 알 수 있다.

2.3 산소화 성능에 대한 기공 크기의 영향

기공 크기는 기포 형성에 큰 영향을 미치며, 기공 크기가 클수록 기포의 크기도 커집니다. 충격의 산소화 성능에 대한 기포는 주로 두 가지 측면에서 나타납니다. 첫째, 개별 기포가 작을수록 전체 기포 비표면적이 커지고 기액 물질 전달 접촉 면적이 커질수록 전달에 더 도움이 됩니다. 산소; 둘째, 기포가 클수록 물을 교반하는 역할이 강해지고 기액 혼합이 빨라질수록 산소화 효과가 좋아집니다. 대량 이전 프로세스의 첫 번째 지점이 중요한 역할을 하는 경우가 많습니다. 테스트에서는 기공 크기가 KLa 및 산소 활용에 미치는 영향을 조사하기 위해 0.5m3/h로 설정된 통기량을 사용합니다. 그림 4를 참조하세요.


그림 4. 기공 크기에 따른 KLa 및 산소 이용률의 변화 곡선

그림 4에서 볼 수 있듯이 기공 크기가 증가함에 따라 KLa와 산소 이용률이 모두 감소했습니다. 동일한 수심과 폭기량 조건에서 50μm 구경 폭기 장치의 KLa는 1,000μm 구경 통풍 장치의 KLa의 약 3배입니다. 따라서 폭기 장치를 특정 수심에 설치하면 폭기 장치의 산소화 용량 및 산소 이용률의 구멍이 작을수록 커집니다.

기공 크기에 따른 이론적 전력 효율의 변화는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 5 이론적인 전력 효율과 기공 크기 비교
그림 5에서 볼 수 있듯이 이론적인 전력 효율은 개구 크기의 증가에 따라 증가하다가 감소하는 경향을 보인다. 이는 한편으로는 작은 구멍 폭기 장치가 더 큰 KLa와 산소화 용량을 가지므로 산소화에 도움이 되기 때문입니다. 반면, 특정 수심에서 저항 손실은 구멍 직경이 감소함에 따라 증가합니다. 촉진 효과의 저항 손실에 대한 기공 크기 감소가 산소 질량 전달의 역할보다 클 경우, 기공 크기 감소에 따라 이론적 전력 효율이 감소하게 됩니다. 따라서 개구 직경이 작을 때 개구 직경이 증가함에 따라 이론적인 전력 효율이 증가하고 개구 직경이 200μm인 경우 최대값 1.91kg/(kW-h)에 도달합니다. 조리개 직경 > 200μm인 경우 폭기 과정의 저항 손실은 더 이상 폭기 과정에서 지배적인 역할을 하지 않으며 폭기 장치의 구멍 직경이 증가함에 따라 KLa 및 산소화 용량이 감소하므로 이론적인 전력 효율이 크게 감소하는 추세를 보입니다.

2.4 설치 수심이 산소화 성능에 미치는 영향

에어레이터가 설치된 수심은 폭기 및 산소화 효과에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 실험 연구의 목표는 2m 미만의 얕은 수로였습니다. 에어레이터의 폭기 깊이는 수영장의 수심에 따라 결정되었습니다. 기존 연구에서는 주로 에어레이터의 수중 깊이(즉, 에어레이터를 수영장 바닥에 설치하고 물의 양을 늘려 수심을 증가시키는 것)에 중점을 두었고, 테스트는 주로 에어레이터의 설치 깊이에 중점을 두었습니다. aerator(즉, 수영장 물의 양을 일정하게 유지하고, aerator의 설치 높이를 조절하여 폭기 효과를 위한 최적의 수심을 찾는 것), 수심에 따른 KLa 및 산소 이용률의 변화는 다음과 같습니다. 그림 6에 표시됩니다.


그림 6 수심에 따른 K 및 산소 이용률의 변화 곡선
그림 6은 수심이 증가함에 따라 KLa와 산소 이용률 모두 분명한 증가 추세를 보여주며 KLa는 수심 0.8m와 수심 2m에서 4배 이상 차이가 납니다. 이는 물이 깊을수록 물기둥 내 기포의 체류 시간이 길어지고 기액 접촉 시간이 길어질수록 산소 전달 효과가 좋아지기 때문입니다. 따라서 통풍장치가 더 깊게 설치될수록 산소화 용량과 산소 활용에 더 도움이 됩니다. 그러나 설치 수심이 증가함과 동시에 저항 손실도 증가하게 되는데, 저항 손실을 극복하기 위해서는 통기량을 늘려야 하므로 필연적으로 에너지 소비 및 운영 비용이 증가하게 됩니다. 따라서 최적의 설치깊이를 얻기 위해서는 이론적인 전력효율과 수심과의 관계를 평가할 필요가 있다(표 1 참조).

표 1 수심에 따른 이론적 전력 효율
깊이/m	E/(kg.kw-1.h-1)	깊이/m	E/(kg.kw-1.h-1)
0.8	0.50	1.1	1.10

표 1은 설치 깊이 0.8m에서 이론적인 전력 효율이 0.5kg/(kW-h)에 불과하여 매우 낮아 얕은 물 통기가 부적절함을 보여줍니다. 1.1 ~ 1.5m 범위의 수심에 설치하면 산소화 용량이 크게 증가하지만 폭기 장치의 저항 효과는 분명하지 않으므로 이론적 전력 효율이 급격히 증가합니다. 수심이 1.8m로 더 증가함에 따라 산소화 성능에 대한 저항 손실의 영향이 점점 더 커져 이론적 전력 효율의 증가는 평준화되는 경향이 있지만 여전히 증가하는 추세를 보이고 있으며, 수심 2m에서 이론 전력 효율은 최대 1.97kg/(kW-h)에 이릅니다. 따라서 채널 < 2m의 경우 최적의 산소 공급을 위해 바닥 통기가 선호됩니다.

3.결론

미세다공성 폭기 맑은 물 산소화 시험을 위한 정적 비고정법을 사용하여 시험 수심(< 2 m) 및 기공 크기(50 ~ 1,000 μm) 조건에서 총 산소 질량 전달 계수 KLa 및 산소 이용률이 증가했습니다. 수심 설치; 모공 크기는 증가하고 감소했습니다. 폭기량을 0.5m3/h에서 3m3/h로 증가시키는 과정에서 총 산소 질량 전달 계수와 산소화 용량은 점차 증가하고 산소 이용률은 감소했습니다.

이론적 전력 효율성은 효율성을 나타내는 유일한 지표입니다. 테스트 조건에서 폭기 및 수심 설치에 따른 이론적 전력 효율은 증가하며 조리개가 증가하면 먼저 증가한 다음 감소합니다. 산소화 성능을 최상으로 만들기 위해서는 수심과 구멍의 설치가 합리적인 조합이어야 합니다. 일반적으로 통풍기 구멍의 수심 선택이 클수록 더 커집니다.

테스트 결과에 따르면 얕은 물에 폭기를 사용해서는 안 됩니다. 설치 깊이 2m에서 폭기량 0.5m3/h, 기공 크기 200μm의 폭기 장치에서 최대 이론 전력 효율은 1.97kg/(kW-h)입니다.

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