초록
본 연구에서 고형침전물이 누적되어 쌓이는 것을 효과적으로 부유시키고 혼합하여 미세한 공기방울이 액비에 접촉함으로서 발효촉진을 도모하고자 폭기식 2류체 제트노즐 설계조건 구명시험을 실시하여 1차 노즐과 2차 노즐 구경비 설정 및 1차 노즐에서의 액체의 적정 유속을 설정하고, CFD 이용 유동해석에 의한 노즐 분사구 위치를 설정하였다. 이 결과를 토대로 가축분뇨 액비저장조 침전물 교반장치를 제작하여 농가에 많이 보급되고 있는 200 ton 규모의 액비저장조에 설치하여 침전물 교반 성능을 평가한 결과는 다음과 같다. 1. 침전물 교반기의 설계조건 구명을 위해 2류체 노즐을 공시하여 시험한 결과 1차 노즐과 2차 노즐의 구경비를 1:2로 한 상태에서 1차 노즐의 유속을 12.3 m/s 이상으로 하여야 기체 기포의 미세화가 가능한 것으로 판단되었다. 2. 컴퓨터유동해석을 한 결과 노즐의 설치간격을 같게 하는 것이 노즐당 담당부피를 같게 설치하는 것보다 효율적인 것으로 분석되었다. 3. 설계요인 시험과 유동해석을 토대로 4개의 노즐이 일자형 관에 설치된 침전물교반 장치를 제작 200톤 저장조에 설치 가동시험을 실시하였다. 먼저, 전체 평균 TS와 VS가 각각 23.4 g/L, 15.5 g/L인데 반하여, 교반 전 40 cm 이상 높이의 TS 및 VS가 평균 21.1 g/L, 13.3 g/L으로 교반기를 가동하지 않는 경우는 많은 고형물이 바닥에 가라앉아 있음을 알 수 있다. 또한, 가동 후 45분이 경과한 후에는 TS와 VS 모두 전체 평균과 동일한 값을 나타내고 있어 침전물들이 충분히 부유되어 혼합됨을 확인할 수 있다. 액체제트 분사교반 45 분후에 평균 23.5 g/L, 15.5 g/L로, 액체-기체 2류체 노즐 사용시 23.6 g/L, 14.9 g/L로 증가한 것은 교반 전에 바닥에 침전되어 있던 고형물들을 부유시켜 교반 혼합하는 것이 가능한 것으로 판단되었으며, 호기발효를 고려하지 않은 균일도 측면에서는 액체제트를 사용한 것이 보다 균일한 것으로 나타났다. 4. 침전물 교반기의 가동주기를 알아보기 위해 가축분뇨의 교반을 중지하였을 때 2시간 후에도 0.4 m 높이에서 TS 및 VS가 증가하고 있어 교반정지 간격을 2시간으로 주어도 교반기 운영에는 큰 지장이 없을 것으로 판단된다.
There are around 7,500 manure tanks to treat the manures from pigs in Korea. In the tank, there are too much sediments deposited on the base and wall, which causes low efficiency of stock capacity and manure fermentation. In order to minimize sediments and to ferment manure effectively, we developed a 2-fluid jet mixer for mixing sediments in liquid livestock manure tank. For developing the prototype, we tested a factorial experimental system with various nozzles, and simulated CFD models with two kinds of nozzle arrangement. From the results of factorial experiment and CFD simulation, we concluded the dia. ratio of primary : secondary nozzle should be 1:2 and the nozzles should be arranged at the same distances toward to the circumferential direction. With this results, we manufactured a 2-fluid jet mixer which is consists of four 2-phase nozzles, centrifugal slurry pump and root's type air blower. And, we carried out the performance test of the prototype in the round shaped liquid manure tank in the farm. The performance test results showed that the uniformity of TS (Total Solid) and VS (Volatile Solid) was raised from 21.3 g/L, 13.3 g/L In steady state to TS and VS to 23.0 g/L, 14.1 g/L in the mixing operation. Therefore, we could conclude that the prototype of 2-fluid mixer could make the solid material which could be sediments in the tank not to be deposited in the tank and to be contacted to air bubbles which could enhance the efficiency of the fermentation of livestock manure.
