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Development of Energy Saving Aeration Panel for Aerating in Activated Sludge System

활성 슬러지조 폭기를 위한 에너지 절감형 판형 멤브레인 산기장치의 개발

  • Kim, Ji Tae (Department of Environmental & Energy Systems Engineering, Kyonggi University) ;
  • Tak, Hyon Ki (ENET Com.) ;
  • Kim, Jong Kuk (Department of Chemical and Bio Engineering, Konyang University)
  • Received : 2012.02.07
  • Accepted : 2012.06.27
  • Published : 2012.06.30

Abstract

In an effort to commercialization of energy saving aeration apparatus, panel-type aeration membranes were prepared from polyurethane sheet of J company in Korea having tensile strength higher than $400kg_f/cm^2$ with thickness of 0.5mm. Micropores of 100 m size were made by poring technique utilizing needles. From lab-tests in 450 L water tank at temperature of $20^{\circ}C$, the performance of aeration panels at 40 L/min aeration rate showed 5 mg/L DO in less than 3 minutes approaching saturation point of 8 mg/L within 8 minutes. The results show very high efficiency with $K_{La(15)}$ ($16.34hr^{-1}$), Standard oxygen transfer efficiency (SOTE 54.7%) and Standard aeration efficienct (SAE 7.88 kg/kwh). Other pilot scale test in a $2m^3$ water tank with water temperature ($19^{\circ}C$) and aeration rate (30 L/min) showed DO exceeding 5 mg/L within 8 minutes along with $K_{La(15)}$ ($5.8hr^{-1}$), SOTE (42.1%) and SAE (6.41 kg/kwh). These efficiencies represent 2~2.5 times higher than conventional aeration devices. Especially, the achievement of higher Oxygen Transfer Rate indicate higher commercial viability. Conventional aeration devices when applied to clean water and wastewater frequently cause problems due to differences in actual Oxygen Transfer Rate. Our actual tests with $40^{\circ}C$ animal farm wastewater resulted very high efficiencies with Oxygen transfer efficiency ($OTE_f$ 22.1%) and $OTE_{pw40}$ (39.6%).

에너지 절감형 산기장치의 상용화를 목적으로 국내 J사의 인장강도 $400kg_f/cm^2$ 이상, 두께가 0.5 mm의 폴리 우레탄 시트를 확보하고 고무 시트의 천공에 가장 널리 이용되는 방식인 needle을 이용한 천공방법을 택하여 기공의 크기가 $100{\mu}m$ 정도의 판형 멤브레인 산기장치를 제작하였다. 판형 산기 모듈 제작 후 실험실 및 파일롯 규모의 테스트 결과, 수조 450 L, 수온 $20^{\circ}C$, 공기량 40 L/min인 실험실 테스트에서 3분 내에 DO가 5 mg/L을 넘었고, 8분 내에 DO가 포화치에 가까운 8 mg/L 이상이 됨을 알 수 있었다. 이때의 $K_{La(15)}$$16.34hr^{-1}$, 표준산소전달효율은 54.7%, 표준폭기효율는 7.88 kg/kwh로 상당히 높은 효율의 실험결과를 보였다. 수조 2 $m^3$, 수온 $19^{\circ}C$, 공기량 30 L/min인 파이롯 규모의 테스트에서는 8분 내에 DO 농도가 5 mg/L를 넘었고, 이때의 $K_{La(15)}$$5.8hr^{-1}$, 표준산소전달효율은 42.1%, 표준폭기효율는 6.41 kg/kwh로 기존 산기관의 2~2.5배 높은 효율의 실험결과를 보였다. 특히 단위 동력당 산소전달률이 높아 경제성이 높음을 나타내었다. 기존 산기관의 적용에서 청수에서의 산소전달효율이 실제 폐수에서의 산소전달률의 차이로 인한 문제가 빈발하여 실제 $40^{\circ}C$ 축산폐수에서 테스트한 결과 $OTE_f$는 22.1% $OTE_{pw40}$이 39.6%로 매우 높은 효율을 보였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 환경부

References

  1. Changqing, L, Shuai. L. and Feng, Z., "The Oxygen Transfer Efficiency and Economic Cost Analysis of Aeration System in Municipal Waste Water Treatment Plant," Energy Proc., 5, 2437(2011). https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.03.419
  2. An, K,. Diego, R., Shao, Y. L. and Michael, M. S., "Fine-Pore Aeration Diffusers: Accelerated Membrane Ageing Studies," Water Res., 42, 467(2008). https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.07.039
  3. Antti H., Pertti O. and Juhani A., "Measurement of local bubble size distributions from various flexible membrane diffusers," Chem. Eng. Proc., 45, 291(2006). https://doi.org/10.1016/j.cep.2005.09.003
  4. Martin, J., Steve, G., Cindy, W. L. and Annelle, B., "Energy Saving in Activated Sludge Plants by the Use of More Efficient Fine Bubble Diffusers," Water Environ. J., 24, 58(2010). https://doi.org/10.1111/j.1747-6593.2009.00164.x
  5. Diego, R., Judy, A. L., Wolfgang, W. and Michael, K. S., "Membrane Properties Change in Fine-Pore Aeration Diffusers: Full-Scale Variations of Transfer Efficiency and Headloss," Water Res., 42, 2640(2008). https://doi.org/10.1016/j.watres.2008.01.014
  6. 한영립, 최영익, 윤태경, 이강춘, 정병길, "마이크로-나노버블 및 일반버블 산기장치 시스템의 산소전달효율 비교연구," 한국수처리학회지, 19(5), 11(2011).
  7. 임동렬, 조남효, "음향공진 산기관의 설계인자 특성," 대한환경공학회지, 26(4), 446(2004).
  8. 최상용, 고광백, 박승룡, 신동록, 임세호, "하수처리장 폭기조내 산기관 종류에 따른 산소전달 효율," 한국물환경학회 및 대한상하수도학회 공동춘계학술발표회, D-14(2004).
  9. An K, Diego. R., Shao Y. L. and Michael K. S., "Fine-pore aeration diffusers: Accelerated membrane ageing studies," Water Res., 42, 467(2008). https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.07.039
  10. US patent, WO 2007/051150 A3, "Flexible aeration panel and methods of use," Parkson Corporation(2007).
  11. "Measurement of Oxygen Transfer in Clean Water," ANCI/ ASCE, 2-91.
  12. "Standard Guidelines for In-Process Oxygen Transfer Testing," ASCE, 18-9.