KR20060113903A - 산기 처리 장치 - Google Patents

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KR20060113903A
KR20060113903A KR1020067008124A KR20067008124A KR20060113903A KR 20060113903 A KR20060113903 A KR 20060113903A KR 1020067008124 A KR1020067008124 A KR 1020067008124A KR 20067008124 A KR20067008124 A KR 20067008124A KR 20060113903 A KR20060113903 A KR 20060113903A
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히사오 코지마
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가부시키가이샤 아네모스
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Abstract

기액(氣液)의 혼합 교반 효율의 향상에 의한 고성능화, 에너지 절약화, 스페이스 절약화를 달성하고, 유지관리가 필요 없게 되며, 대형화가 용이한 고효율의 산기 처리 장치를 제공한다. 산기 처리 장치(15)는, 길이 방향을 실질적으로 수직으로 하여 배치된 정지형 혼합기(9)를 내부에 설치한 통형상의 유체가 통류하는 통로관(8)과 통로관(8)의 하단측에 기체를 통로관(8) 내에 기송(氣送) 라인(11)을 통하여 분출 공급하는 기체 분출부(12)를 배치하고, 기체 분출부(12)에 정지형 혼합기(13)를 배설하고, 기체 분출부(12)로부터 기체를 공급하고, 통로관(8)의 하방측의 액체 도입부(14)로부터 액체를 통로관(8) 내로 도입하고, 기체 및 액체는 통로관(8) 내를 병류(竝流)로 상승하고, 양자는 통로관(8)의 내부에서 기액 접촉하고, 통로관(8)의 상단측으로부터 액체중으로 배출된다.
산기, 산기처리장치

Description

산기 처리 장치{AIR DIFFUSING DEVICE}
본 발명은, 산업 배수, 상하수 및 호수와 늪, 하천, 지하수 등의 수처리와 정화 및 기체중의 이종 물질의 제거, 회수나 생물(生物)반응장치(바이오리액터) 등에 이용되는 산기(散氣) 처리 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 기체와 액체를 혼합, 교반시켜서 기액(氣液) 접촉시키는 조작으로서, 공기를 수중에서 폭기(曝氣)시켜서 공기중의 산소를 수중으로 용해시키거나, 수중에 용존하고 있는 암모니아, 트리클로로에탄, 염화 메테렌, 염소, 트리할로메탄 등의 휘발성 물질의 방산(放散) 및 기체중의 염화수소, 이산화 유황, 분진 등의 이종 물질을 반응 흡수, 포집에 의한 제거, 회수, 또한 효소 반응 및 미생물 반응 등에 이용되는 산기 처리 장치에 관한 것이다.
종래의 산기 처리 장치는, 대별하면, 산기식(기포식), 기계 교반식(표면 교반)이다. 특히, 산기식에 의한 정화 처리 장치(110)는, 도 16에 도시한 바와 같이, 정화조(111)의 저부에 산기판(112), 산기통 등을 다수 배치하고, 이들에 송풍기(113) 및 기송(氣送) 라인(114)을 통하여 가압 공기를 공급하여 폭기 처리를 행하고 있다. 또한, 액체중에 용존하고 있는 암모니아 등의 질소 화합물을 방산하여 정화·회수하는 경우는, 도 17에 도시한 바와 같이, 충전탑이나 붕단탑(棚段塔) 등 이 많이 이용되어 있다. 충전탑 방식에 의한 방산 처리 장치(115)의 경우, 충전탑(116) 상부로부터 액체가 공급되고, 탑 하부로부터 기체가 공급된다. 탑 내에 배치되어 있는 충전물(117)을 향류(向流)로 기액 접촉하면서, 액체중의 암모니아(NH4+), 유기 용매 등의 휘발성 물질은 기체측으로 방산되고, 액체의 정화. 회수 처리가 행하여지고 있다.
또한, 분진과 아황산 가스를 포함하는 배기 가스의 처리 장치의 기액 접촉 반응 장치로서, 다수의 가스 분출 구멍을 갖는 통형상의 배기 가스 분산관이 사용되어 있다. 이 배기 가스 분산관을 이용한 배기 가스 처리 방법이 특개평7-308536 호, 특개평9-865호에 개시되어 있는데, 액체와 다수의 가스 분출 구멍으로부터 분출하는 기포와의 기액 접촉 효율은 낮다. 또한, 반응 생성물인 석고(石膏)의 부착 성장에 의한 폐색의 문제가 있다.
또한, 종래의 정지형 혼합기를 이용한 산기 처리 장치는, 구조상의 문제로부터 산소 흡수 효율은 낮고, 또한, 대구경(직경으로 500㎜ 이상)의 산기 처리 장치의 제작은 어렵고, 제작 가능하여도 기액 접촉 효율은 낮다. 또한 제작 가공비도 고가로 된다.
또한, 종래의 정지형 혼합기의 하방에 배치되어 있는 공기 공급용 기송관의 공기 분출구멍의 구경은 10 내지 40㎜의 범위이다. 이 기송관의 윗면에 하나 또는 복수개의 분출구멍을 갖고 있다.
이 분출구멍으로부터 공급되는 기포의 기포 지름은 크기 때문에, 기액 접촉 효율은 낮아지고, 접촉 시간은 길어진다.
이 결과, 정지형 혼합기의 전체 길이는 높아지고, 설비비는 고가로 된다.
특허 문헌 1 : 특개평2-198694호 공보
특허 문헌 2 : 특개소44-8290호 공보
특허 문헌 3 : 특개소53-36182호 공보
특허 문헌 4 : 특개평5-168882호 공보
특허 문헌 5 : 특개평7-284642호 공보
특허 문헌 6 : 특개평7-308536호 공보
특허 문헌 7 : 특개평9-865호 공보
특허 문헌 8 : 특개평10-80627호 공보
특허 문헌 9 : 특개평10-85721호 공보
비특허 문헌 1 : S.J.체인, 기타 「스태틱·믹싱·핸드북」 종합화학연구소, 1973년 6월 발행
비특허 문헌 2 : 마쓰무라 데루이치로우, 모리시마 야스시, 기타 「정지형 혼합기 - 기초와 응용」 일간공업신문사, 1981년 9월 30일 발행
발명이 해결하고자 하는 과제
종래의 산기 처리 장치는, 산소의 용존 및 흡수 효율이 낮기 때문에 광대한 면적을 필요로 하고 있다. 또한, 폭기조 내의 혼합 교반을 위해, 필요 산소량 이상의 공기를 산기판 등에 가압 공급하고 있다. 그 때문에, 막대한 전력을 소비하고 있다. 또한, 종래의 충전탑, 붕단탑 등의 방산 처리 장치는, 충전물이나 붕단에 액체중의 칼슘 화합물이나 미생물 등이 부착 성장하여 눈맥힘을 일으켜서, 정기적인 보수 관리를 필요로 하고 있다. 또한, 종래의 정지형 혼합기를 이용한 산기 처리 장치는 산소 흡수 효율이 낮고, 대형화가 곤란하였다. 그래서, 본 발명의 과제는, 기액 접촉 효율의 향상과 폭기, 방산 및 반응 처리를 극히 효과적이고 에너지 절약, 공간 절약, 저비용, 유지관리 없이(maintenance free) 배수 등을 정화하고, 또한 기체중의 이종 물질을 제거·회수하는 산기 처리 장치를 제공하는 것이다. 또한 고효율의 효소 반응 및 미생물 반응에 이용할 수 있는 생물반응장치(바이오리액터)를 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1의 산기 처리 장치는, 길이 방향으로 실질적으로 수직으로 배치된 정지형 혼합기를 내부에 설치한 통형상의 유체가 통류(通流)하는 통로관과 상기 통로관의 하단측에 기체를 상기 통로관 내로 기송 라인을 통하여 분출 공급하는 기체 분출부를 배치하고, 상기 기체 분출부에 스프레이 노즐을 배설하고, 상기 기송관의 기체 분출부에 기체를 공급하고, 상기 통로관의 하방 측으로부터 액체를 상기 통로관 내로 도입하고, 상기 기체 및 액체는 상기 통로관 내를 병류(竝流)하여 상승하고, 양자는 상기 통로관의 내부에서 기액 접촉하고, 상기 통로관의 상단측으로부터 액체중으로 배출되는 산기 처리 장치. 이들의 산기 처리 장치는, 혼합교반 통력을 필요로 하지 않는 유체의 유동 에너지를 이용하여 유체의 혼합 교반을 행하는 정지형 혼합기를 배치하고, 그 하방에 기체 분출부를 배치하고, 그 분출 에너지에 의해 액체는 기체 분출부의 하방으로부터 도입된다. 액체와 기체는 통로관의 하단측으로부터 상단측으로 병류로 통류하여 기액 접촉 혼합하고, 폭기, 방산 및 반응 처리가 행하여진다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2의 산기 처리 장치는, 길이 방향을 실질적으로 수직으로 하여 배치된 정지형 혼합기를 내부에 설치한 통형상의 유체가 통류하는 통로관과 상기 통로관의 하단측에 기체를 상기 통로관 내로 공급하는 기체 분출부를 배치하고, 상기 기체 분출부에 정지형 혼합기를 배설하고, 상기 기체 분출부에 기체를 공급하고, 상기 통로관의 하방측으로부터 액체를 상기 통로관 내로 도입하고, 상기 기체 및 액체는 상기 통로관 내를 병류로 상승하고, 양자는 상기 통로관의 내부에서 기액 접촉 혼합하고, 상기 통로관의 상단측으로부터 액체중으로 배출되는 산기 처리 장치.
또한, 상기 통로관 내 및 상기 기체 분출부에 배치되는 상기 정지형 혼합기는, 오른쪽 비틀림 또는 왼쪽 비틀림의 나선(螺旋)형상의 복수개의 날개체(羽根體)를 내부에 설치하여, 복수개의 유체 통로를 형성하고, 유체 통로끼리 날개체의 길이 방향의 개구부를 통하여 연통하고, 상기 날개체는 다공판으로 형성되어 있다.
발명의 효과
본 발명의 산기 처리 장치에 의하면, 기액 접촉 효율의 고효율화에 의해, 소비 전역이 대폭적으로 삭감될 수 있다. 또한, 기액 접촉 효율의 향상에 의해, 폭기, 방산 및 반응 처리 시간은 단축된다. 또한, 산기 처리 장치는 단위 면적당의 기체 공급 능력의 향상에 의해, 수평 방향의 설치 면적이 작아지고, 스페이스 절약으로 되고, 건축 토목비, 설비비도 염가로 된다. 또한, 공기 공급용 배관 등의 공사비도 저감된다. 또한, 눔막힘에 의한 운전 정지의 발생도 없기 때문에, 보수 관리비나 생산 관리비도 염가로 된다. 또한, 유체의 정체부(죽은(死) 영역)이 없기 때문에 대형화가 용이해진다.
도 1은 본 발명에 관한 제 1 실시예를 도시한 모식도.
도 2는 본 발명에 관한 제 2 실시예를 도시한 모식도.
도 3은 본 발명에 관한 제 3 실시예를 도시한 모식도.
도 4는 본 발명에서 사용하는 정지형 혼합기의 한 실시예를 도시한 것으로 (a)는 오른족 비틀림 나선형상 날개체를 갖는 통로관의 개략 사시도, (b)는, 마찬가지로, 왼쪽 비틀림 나선형상 날개체를 갖는 통로관의 개략 사시도.
도 5는 본 발명에서 사용하는 정지형 혼합기의 실시예를 도시한 기본 구조도.
도 6은 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략도.
도 7은 본 발명의 제 1의 실시예에서 사용되는 스프레이 노즐의 한 실시예를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략도.
도 9는 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 부분 개략 저면도.
도 10은 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 기체 분출부의 부분 개략 사시도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략 단면도.
도 12는 본 발명에 관한 산기 처리 장치를 활성오니법의 폭기 처리에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도.
도 13은 마찬가지로, 배수의 방산 처리에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도.
도 14는 마찬가지로, 배기 가스 처리 장치에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도.
도 15는 마찬가지로, 효소 또는 미생물을 이용한 생물 반응에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도.
도 16은 종래의 산기판 방식에 의한 폭기 처리 장치를 도시한 모식도.
도 17은 종래의 충전물 방식에 의한 방산 처리 장치를 도시한 모식도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1, 8, 16, 23, 29, 35, 43, 50, 59, 71 : 통로관
2, 9, 13, 17, 24, 30, 41, 51, 57, 73, 77 : 정지형 혼합기
3, 10, 18, 38, 39, 42, 52, 79 : 공간부
5, 12, 20, 44, 54, 65, 76 : 기체 분출부
6, 14, 22, 47, 53, 80 : 액체 도입부
7, 15, 21, 40, 49, 58, 70, 81, 87, 94, 102 : 산기 처리 장치
4, 11, 19, 84, 90, 97, 104 : 기송 라인
45, 55, 61, 64, 75 : 기송관
이하, 본 발명의 실시예에 관해, 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 제 1 실시예를 도시한 모식도이다. 도 2는 마찬가지로 제 2 실시 예의 모식도, 도 3은 마찬가지로 제 3 실시예를 도시한 모식도, 도 4의 (a), (b)는 본 발명에서 사용하는 정지형 혼합기의 한 실시예를 도시한 날개체를 갖는 통로관의 사시도, 도 5는 본 발명에서 사용하는 정지형 혼합기의 한 실시예를 도시한 기본 구조도. 도 6은 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략도, 도 7은 본 발명의 제 1의 실시예에서 사용되는 스프레이 노즐의 한 실시예를 도시한 사시도. 도 8은 마찬가지로 제 2의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략도. 도 9는 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 부분 개략 저면도. 도 10은 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 기체 분출부의 부분 개략 사시도. 도 11은 본 발명의 제 3의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략 단면도. 도 12는 본 발명에 관한 산기 처리 장치를 활성오니법의 폭기 처리에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도이다. 도 13은 마찬가지로 배수의 방산 처리에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도이다. 도 14는 마찬가지로 배기 가스 처리 장치에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도, 도 15는 마찬가지로 효소 또는 미생물을 이용한 생물 반응에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도, 도 16은 종래의 산기판 방식에 의한 폭시 처리 장치를 도시한 모식도, 도 17은 종래의 충전물 방식에 의한 방산 처리 장치를 도시한 모식도이다.
(실시예 1)
도 1는 본 발명에 관한 제 1 실시예를 도시한 모식도이다. 길이 방향을 실질적으로 수직으로 하여 배치된 통형상의 유체가 통류하는 통로관(1) 내에서, 1조(組)의 정지형 혼합기(2)가 내부에 설치되고, 그 하방의 공간부(3) 내에 기송 라인(4)을 통하여 기체를 공급하는 스프레이 노즐을 배설한 기체 분출부(5)가 배치되고, 또한 그 하방에 액체(FL)를 도입하는 액체 도입부(6)가 배치되어 있다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(7)에서는, 기체(FG)는 통로관(1) 내의 정지형 혼합기(2)의 하단부에 공간부(3)를 통하여 기체 분출부(5)로부터 상방향으로 분출, 공급되어, 그 기체(FG)의 부력에 의해 발생하는 에어 리프트 효과에 의해 통로관(1)의 하단측의 액체 도입부(6)로부터 액체(FL)는 통로관(1) 내의 공간부(3) 내로 도입된다. 그 기체(FG)와 동반하는 액체(FL)는, 병류로 상승하면서 정지형 혼합기(2) 내를 통류하여, 미세화되어 기액 접촉하어 액체중으로 배출된다. 이로써, 액체와 기체가 충분히 기액 접촉하여, 폭기, 방산 또는 화학반응이 진행한다.
또한, 기체 분출부(5)의 위치는 정지형 혼합기(2)의 하단부터 정지형 혼합기(2)의 직경의 0.2배부터 3배 범위의 거리에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 액체 도입부(6)는 통로관(1)의 하부의 관벽에 개구부를 마련하여 사용하여도 좋다. 이로써, 액체의 순환 흐름이 향상한다.
본 실시예에서는, 정지형 혼합기(2)의 하방부터 기송 라인(4)을 통하여, 기체 분출부(5)의 스프레이 노즐로부터 기체(FG)를 상방향으로 분출, 공급함으로써, 상승하는 기체(FG)의 부력에 의해 발생하는 에어 리프트 효과에 의해 통로관(1)의 하방으로부터 도입된 액체(FL)를 휘감아들이면서 상승하는 기체(FG)와 액체(FL)를 병류로 정지형 혼합기(2) 내를 통류시킴으로써, 혼합, 교반 기능에 의해 미세화되어 기액 접촉하여 액체중으로 배출되고 폭기, 방산 또는 화학반응 처리가 행하여진다. 이 기액 혼합, 교반 조작은 무동력으로 고효율로 행하여진다. 그러므로 에너지 절약으로 된다.
(실시예 2)
도 2는, 상기한 바와 마찬가지로, 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 모식도이다. 길이 방향을 실질적으로 수직으로 하여 배치된 통형상의 유체가 통류하는 통로관(8) 내에서, 1조의 정지형 혼합기(9)가 내부에 설치되고, 그 하방의 공간부(10) 내에 기송 라인(11)을 통하여 기체(FG)를 공급하는 기체 분출부(12)가 배치되어 있다. 기체 분출부(12)에는 정지형 혼합기(13)가 내부에 설치되어 있다. 또한, 그 하방에 액체(FL)를 도입하는 액체 도입부(14)가 배치되어 있다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(15)에서는, 기체(FG)는 통로관(8) 내의 정지형 혼합기(9)의 하단부에 공간부(10)를 통하여 기체 분출부(12) 내에 배설되어 있는 정지형 혼합기(13)로부터 분출, 공급된다. 그 분출한 기체(FG)의 부력에 의해 발생하는 에어 리프트 효과에 의해 액체(FL)는 통로관(8)의 하단측의 액체 도입부(14)로부터 공간부(10) 내로 도입된다. 미세화된 기체(FG)와 동반하는 액체(FL)는 병류로 상승하면서 정지형 혼합기(9) 내를 통류하여 기액 접촉하여 액체중으로 배출된다. 이로써, 액체와 기체가 충분히 기액 접촉하여 폭기, 방산 및 화학반응이 진행한다.
(실시예 3)
도 3는, 상기한 바와 마찬가지로, 본 발명에 관한 제 3 실시예를 도시한 모식도이다. 통형상의 유체가 통류하는 통로관(16) 내에 1조의 정지형 혼합기(17)가 내부에 설치되고, 그 하방의 공간부(18) 내에는 기송 라인(19)을 통하여 기체(FG)를 공급하는 기체 분출부(20)가 복수개 배치되어 있다. 기송 라인(19)은 정지형 혼합기(17)의 길이 방향의 개구부를 통하여 상방으로부터 하방으로 배관되어 있다.
이와 같이 구성된 산기 처리 장치(21)에서는, 정지형 혼합기(17)의 하방으로부터 기송 라인(19)을 통하여 기체 분출부(20)로부터 기체(FG)를 상방향으로 분출, 공급함으로써, 상기한 바와 마찬가지로, 통로관(16)의 하단측의 액체 도입부(22)로부터 도입된 액체(FL)는 상승한 기체와 함께 정지형 혼합기(17) 내를 병류로 통류하여 기액 접촉이 진행한다.
또한, 기체 분출부(20) 에, 본 발명의 제 2 실시예와 마찬가지로, 정지형 혼합기를 배설하어 이용함으로써 기액 접촉 효율은 보다 향상한다. 기체 분출부(20)의 개수는 목적에 응하여 적절히 가감할 수 있다.
또한, 대구경(직경 500㎜ 이상)의 통로관(16)의 이용이 가능해지고, 1기(基)당의 기체 공급 능력이 대폭적으로 향상하고, 처리 시간이 단축된다. 또한, 기송 라인의 배관 수량도 저감하여 배관 공사비 및 보수 관리비도 염가로 된다. 또한, 설비의 대형화가 용이해진다.
(실시예 4)
도 4는, 본 발명에서 사용되는 정지형 혼합기의 한 실시예를 도시한 것으로, (a)는 오른쪽 비틀림 나선형상의 날개체를 갖는 통로관의 개략 사시도, (b)는, 마 찬가지로, 왼쪽 비틀림 날개체를 갖는 통로관의 개략 사시도이다. (a)에서는, 통형상의 통로관(23) 내에 배치되어 있는 정지형 혼합기(24) 내에는 3장의 오른쪽 비틀림 날개체(25)가 내부에 설치되어 있다. 그 날개체(25)는 다수의 천공된 구멍(26)을 갖는 다공판으로 형성되어 있다. 또한, 3개의 유체 통로(27)를 가지며, 그 유체 통로(27)끼리는 개구부(28)를 통하여 날개체(25)의 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐서 연통하고 있다. (b)에서는, 마찬가지로, 통형상의 통로관(29) 내에 배치되어 있는 정지형 혼합기(30) 내에는 3장의 왼쪽 비틀림 날개체(31)가 내부에 설치되어 있다. 그 날개체(31)는 다수의 천공된 구멍 32를 갖는 다공판으로 형성되어 있다. 또한 3개의 유체 통로(33)를 가지며, 그 유체 통로(33)끼리는 개구부(34)를 통하여 날개체(31)의 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐서 연통하고 있다. 정지형 혼합기(24, 30)를 배치한 (a) 또는 (b)와 같이 구성된 통로관(23, 29)에서는, 통로관(23, 29)의 하방으로부터 병류로 상승하는 기체(FG)와 액체(FL)는 오른쪽 비틀림 또는 왼쪽 비틀림의 나선 형상의 날개체를 통류하는 사이에 오른쪽 또는 왼쪽 방향의 회전 및 분할, 합류, 반전 및 전단 응력 작용을 연속적으로 반복하면서, 양자는 기액 접촉되어, 액중으로 배출된다.
또한, 날개체(25, 31)에 천공된 구멍(26, 32)의 지름은 5 내지 30㎜의 범위가 바람직하고, 또한, 구멍(26,32)의 개구율은 5 내지 80%의 범위가 바람직하다. 또한, 통로관(23, 29) 내의 기체의 상승 속도는 0.1 내지 10m/s의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5ms의 범위이다. 또한, 날개체(25, 31)의 비틀림 각도(나선 각도)는 90°, 180°, 270°가 바람직하지만, 15°, 30°, 45°, 60° 등이라도 사용할 수 있다. 대구경(직경 500㎜ 이상)의 통로관을 제작하는 경우는, 15°,30° 등의 작은 비틀림 각도의 날개체(25, 31)를 제작하여, 예를 들면 3장의 날개체를 접속하여 30°+30°+30°=90°와 같이 배치하여 사용하여도 좋다. 이렇게 함으로써, 제작 가공도 용이하게되고, 제작 가공비도 염가로 된다. 또한, 비틀림 각도가 다른 날개체의 조합은 용도에 응하여 적절히 선택 사용할 수 있다.
(실시예 5)
도 5는, 본 발명에서 사용되는 정지형 혼합기의 한 실시예를 도시한 기본 구조도이다.
도 5에서는, 통형상의 통로관(35) 내에는 복수개의 유체 통로를 갖는 나선형상의 오른쪽 비틀림 및 왼쪽 비틀림의 날개체(36, 37)가 통형상의 공간부(38)을 통하여 내부에 설치되어 있다. 또한, 왼쪽 비틀림 날개체(37)의 하방에는 통형상의 공간부(39)가 형성되어 있다. 또한, 오른쪽 비틀림 및 왼쪽 비틀림 날개체(36, 37)의 통로관(35) 내에서의 배치는, 이 기본 구조도로 한정되는 일 없이, 날개체(36, 37)의 배치의 조합은 용도에 응하여, 예를 들면, 우+좌+우, 우+좌+우+좌 등 여러가지가 이용 가능하다. 이와 같이 구성된 통형상의 통로관(35) 내에서는, 통로관(35)의 하방으로부터 공간부(39)을 통하여 병류로 상승하는 기체(FG)와 액체(FL)는, 왼쪽 비틀림 날개체(37), 공간부(38), 오른쪽 비틀림 날개체(36)를 통류하는 사이에, 양자는 왼쪽 방향, 오른쪽 방향의 회전 및 분할, 합류, 반전, 및 전단 응력 작용을 연속적으로 반복하면서 기액 접촉되어, 액중으로 배출된다.
(실시예 6)
도 6는, 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략도이다. 산기 처리 장치(40)는 정지형 혼합기(41)를 내부에 설치하고, 그 하방에 공간부(42)를 갖는 통형상의 통로관(43)과 기체 분출부(44)를 갖고서 기체를 공급하는 기송관(45)를 접속시키는 2장의 지지판(46)으로 구성되어 있다. 기송관(45)은 기체를 수직 방향으로 분출시키는 스프레이 노즐을 배설한 기체 분출부(44)를 가지며, 또한, 기체의 입구측의 반대측은 폐지(閉止)되어 있다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(40)는, 액중에 배치되고, 기체(FG)는 블로어 또는 콤프레서 등에 의해 기송관(45)을 통하여 기체 분출부(44)로부터 가압 기체(FG)가 통로관(43)의 공간부(42) 내로 공급된다. 공급된 기체(FG)의 부력에 의한 에어 리프트 효과에 의해 통로관(43)의 하단부의 액체 도입부(47)로부터 액체(FG)를 휘감아들이고, 동반시켜서 병류로 정지형 혼합기(41) 내를 통류시켜 기액 접촉을 행하고, 액체중으로 배출시켜서 폭기, 방산 및 반응 처리가 진행한다. 기체 분출부(44)에 스프레이 노즐을 사용함으로써, 기체(FG)는 효율적으로 액체(FG) 내로 분산되고, 기액 접촉 효율은 향상한다. 이 스프레이 노즐(48)은 원추형상 및 다중막형상으로 분출 상태가 가능한 구조를 갖는 도 7에 도시한 형상의 사용이 바람직하다.
(실시예 7)
도 8은, 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략도이다. 산기 처리 장치(49)는, 도 6과 마찬가지로, 그 하방에 공간부(52) 및 액체 도입부(53)를 갖는 통형상의 통로관(50)과, 정지형 혼합기(51) 및 기체 분출부(54)를 갖는 통형상의 기송관(55)과, 이 통로관(50)과 기송관(55)를 지지하는 2장의 지지 판(56)으로 구성되어 있다. 기체 분출부(54)에는 복수의 오른쪽 비틀림의 나선형상의 날개체로 형성된 정지형 혼합기(57)가 배설되어 있다. 기체(FG)와 액체(FL)의 기액 접촉 작용은, 상기 도 6과 마찬가지이기 때문에 생략하지만, 기송관(55)의 기체 분출부(54)에 정지형 혼합기(57)를 배설함으로써, 기체(FG)는 난류의 발생에 의해 미세화되어 통로관(50)의 공간부(52) 내를 액체(FL)와 병류로 상승한다. 미세화된 기체(FG)와 액체(FL)는 정지형 혼합기(51) 내를 통류하여, 고효율로 기액 접촉이 행하여지고, 액중으로 배출되고, 폭기, 방산 및 반응 처리가 진행한다.
도 9는, 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 부분 개략 저면도이다. 산기 처리 장치(58)의 저면은 통형상의 통로관(59) 내에 내부에 설치된 3장의 오른쪽 비틀림 날개체(60)와 통형상의 기송관(61)으로 구성되어 있다. 날개체(60)는 두께 방향으로 천공된 다수의 구멍(62)을 갖는 다공판으로 형성되고, 또한, 날개체(60)의 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐서 개구부(63)를 갖고 있다.
도 10은, 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 기체 분출부의 부분 개략 사시도이다. 기송관(64)은 역T자형으로 구성되어 있고, 기체 분출부(65)에는 3장의 오른쪽 비틀림의 나선형상의 날개체(66)가 배설되어 3개의 유체 통로(67)를 형성하고, 이 유체 통로(67)는 개구부(68)를 통하여 날개체(66)의 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐 연통하고 있다. 날개체(66)는 두께 방향으로 천공된 다수의 구멍(69)을 갖는 다공판으로 형성되어 있다. 이와 같은 기송관(64)에서는, 기체(FG)의 흐름은, 개구부(68)를 직진하는 직진류와 3장의 나선형상의 날개체(66)에 따라 흐르는 나선류와 날개체(66)의 구멍(69)을 통과하여 오는 분할류에 의한 난류가 발생하고, 기체(FG) 는 미세화된다. 이 미세화된 기체(FG)를 이용함으로써, 기액 접촉 효율은 보다 향상한다. 또한, 날개체(66)의 비틀림 방향, 비틀림 각도, 비틀림 방향과 각도와의 조합 및 구멍 지름, 구멍의 개구율 등은 용도에 응하여 여러가지 이용 가능하다. 또한, 기체 분출부(65)의 설치 위치는, 상기 통로관(59) 내에 설치된 정지형 혼합기의 하단측에서의 이간 거리는, 통로관의 직경의 0.2배부터 3배의 범위가 바람직하다.
(실시예 8)
도 11은, 본 발명의 제 3의 실시예에 관한 산기 처리 장치의 개략 단면도이다. 산기 처리 장치(70)는 통형상의 유체가 통류하는 통로관(71) 내에 2장 이상의 90° 오른쪽 비틀림 날개체(72)가 내부에 설치되어 정지형 혼합기(73)를 형성하고, 그 정지형 혼합기(73) 내의 개구부(74)을 통하여 기체를 공급하는 통형상의 기송관(75)이 배치되고, 2개의 기체 분출부(76)가 배설되고, 그 기체 분출부(76) 내는 정지형 혼합기(77)가 내부에 설치되어 있다. 날개체(72)는 다수의 천공된 구멍(78)을 갖고 있는 다공판으로 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(70)에서는, 기체(FG)는 블로어나 콤프레서, 가스 봄베(도시 생략) 등의 기체 공급 수단에 의해 가압된 기체(FG)를 기송관(75), 기체 분출부(76), 공간부(79)를 통하여 정지형 혼합기(73)의 하방으로부터 상방향으로 분출 공급한다. 그 기체(FG)의 부력에 의해 발생하는 에어 리프트 효과에 의해 통로관(71)의 하단부의 액체 도입부(80)로부터 액체(FL)는 통로관(71) 내의 공간부(79) 내로 도입된다. 그 기체(FG)와 동반하는 액체(FL)는, 통로관(71) 내를 병류로 상승하면서 정지형 혼합기(73) 내를 통 류하여, 혼합. 교반에 의해, 미세화되어 기액 접촉하여 액체중으로 배출된다. 이로써, 액체와 기체는 고효율로 기액 접촉하여, 폭기, 방산 또는 화학반응이 연속적으로 진행한다. 또한, 상기한 바와 마찬가지로, 실시예에서 사용되는 나선형상의 날개체의 비틀림 방향, 비틀림 각도 , 매수, 구멍 지름, 다공판의 개구율, 직경, 높이, 등은 용도에 응하여 적절히 선택 사용할 수 있다. 본 실시 예의 산기 처리 장치(70)는, 통로관(71)의 대구경(직경 500㎜ 이상)화에 의해, 1기당의 기체 공급 능력의 향상에 의한 반응 처리 시간의 단축에 의한 에너지 절약화, 폭기조의 용적의 축소에 의한 스페이스 절약화, 또한, 유체의 정체부(죽은 영역)가 발생하지 않는 구조에 의해 유지관리가 필요 없게 된다.
(실시예 9)
도 12는, 본 발명에 관한 산기 처리 장치를 활성오니법의 폭기 처리에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도이다.
산기 처리 장치(81)는 원수(原水)를 저장하고 있는 폭기조(82)의 저부에 배치되고, 이 산기 처리 장치(81)의 하부에 공기를 공급하는 블로어(83)와 기송 라인(84), 원수를 공급하는 원수 공급 라인(85) 및 처리수를 배출하는 처리수 배출 라인(86)이 마련되어 있다. 또한, 산기 처리 장치(81)의 액체 도입부는 폭기조(82)의 저면으로부터 50 내지 200㎜ 이간한 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(81)에서는, 원수는 블로어(83) 및 기송 라인(84)을 통하여 산기 처리 장치(81)의 하방으로부터 공급되는 공기의 부력에 의한 에어 리프트 효과에 의해 산기 처리 장치(81) 내를 원수와 공기는 병류로 통류하면서 혼합, 교 반되어, 공기중의 산소는 원수중으로 용해하고, 호기성 미생물에 의해 원수는 배치(batch)적 또는 연속적으로 정화 처리되고, 처리수 배출 라인(86)으로부터 배출된다.
또한, 산기 처리 장치(81) 내를 하방으로부터 상방으로 통류하는 공기량의 공급 속도는, 폭기조(82) 내의 수심 2 내지 6 미터의 경우에, 1800 내지 21000㎥/㎡·시간의 범위가 바람직하지만, 보다 바람직하게는 3600 내지 12000㎥/㎡·시간의 범위이다. 또한, 직경 150밀리미터의 산기 처리 장치(81)를 사용한 경우의 1기당의 폭기, 교반 담당 면적은 3 내지 8㎡이다. 또한, 블로어(83)의 토출 압력은 수심에서의 압력과 기송 라인(84)의 압력 손실을 더한 수치면 좋다.
종래의 산기판 방식과 본 발명법의 통풍 저항을 비교하면, 본 발명법은 1/5 내지 3/5이다. 또한, 종래의 산기통 내에 내부에 설치한 정지형 혼합기를 사용한 종래의 방식(A, B, C)과 본 발명법과의 성능 비교한 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명법에 의하면, 1기당의 공기 공급 능력은 100N㎥/㎡·Hr에 대해, 종래의 방식은 80, 12, 17N㎥/㎡·Hr이다. 또한, 마찬가지로 산소 흡수 효율은 13.5%에 대해, 8.3, 10.5, 13.0이다.
(표 1)
본 발명 종래법A 종래법B 종래법C
기액 혼합부 용적(㎥) 0.006 0.005 0.105 0.124
공기 공급 능력 (N㎥/㎡·min/기) 100 80 12 17
산소 흡수 효율% (흡수량/공급량×100) 13.5 8.3 10.5 13.0
(실시예 10)
도 13은, 본 발명에 관한 산기 처리 장치를 배수의 방산 처리에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도이다.
본 발명에 관한 산기 처리 장치(87)는, 상기 도 12의 실시예와 마찬가지이지만, 통형상의 방산조(88) 내의 저부에 배치되고, 이 산기 처리 장치(87)의 하부에게 공기를 공급하는 블로어(89)와 기송 라인(90), 배수를 공급하는 배수 공급 라인(91), 및 정화된 처리수를 배출하는 처리수 배출 라인(92)이 마련되어 있다. 또한, 배기 라인(93)에는 휘발성 물질을 회수하는 냉각 장치 또는 흡착 장치가 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(87)에서는, 배수중의 트리클로로메탄, 트리할로메탄, 암모니아, 염소, 크립톤 등의 휘발성 물질은 공급한 공기측으로 물질 이동하여 방산 처리되고, 배기 라인(93)을 통하여 냉각 장치 또는 흡착 장치에서 회수, 정화된다. 정화된 공기는 대기중으로 방출된다.
또한, 공급되는 기체의 종류는 공기로 한정되는 것이 아니라, 질소, 헬륨, 아르곤, 일산화탄소 가스 등의 불활성 가스도 적절히 이용 가능한다. 예를 들면 질소 가스를 이용함으로써 액체중의 용존 산소를 방산 처리하는 것도 가능하다. 산기 처리 장치(87) 내에 공급한 기체의 공급 속도는, 방산조(88) 내의 수심 1 내지 3 미터의 경우에서, 3600 내지 18000㎥/㎡·시간의 범위가 바람직하지만, 보다 바람직하게는 7200 내지 15000㎥/㎡·시간의 범위이다.
(실시예 11)
도 14는, 본 발명에 관한 산기 처리를 배기 가스 처리에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도이다.
산기 처리 장치(94)는 통형상의 반응조(95) 내의 소정 위치에 복수개 배치되고, 산기 처리 장치(94)의 하방에 블로어(96)을 통하여 배기 가스를 공급하는 기송 라인(97) 및 물 또는 흡수액을 공급하는 신액(新液) 공급 라인(98), 흡수액(99)을 반응조(95) 밖으로 배출하는 배출 라인(100), 청정화된 배기 가스를 반응조(95)의 상부로부터 배기하는 배기 라인(101)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(94)에서는, HCl, SOX, NOX, NH3, H2S 및 분진 등을 포함한 배기 가스는 블로어(96) 및 기송 라인(97)을 통하여, 산기 처리 장치(94)의 하방으로부터 공급되어, NaOH, CaCO3, Ca(OH)2, Mg(OH)2 등의 알칼리성 수용액 또는 H2SO4, HCl 등의 산성 수용액으로 이루어지는 흡수액과 기액 접촉되어 화학반응 처리가 진행하고, 흡수액중에 용해 또는 포집되고, 청정화된 배기 가스는 배기 라인(101)을 통하여 대기중으로 방출된다.
이와 같은 산기 처리 장치(94)를 배기 가스 중의 이종 물질의 제거, 포집 처리에 적용한 경우, 종래의 산기판, 분산관 등에 의한 기액 접촉 방식과 비교하여, 배기 가스와 액체가 고효율로 혼합·교반 되어 단시간 처리가 가능해진다. 또한, 처리 속도의 향상에 의해 스페이스 절약으로 되고, 설비비도 염가로 된다. 또한, 대구경(직경 500㎜ 이상)의 산기 처리 장치(94)를 배치함으로써, 처리 능력의 향상과 함께, 보다 스페이스 절약로 된다. 또한, 산기 처리 장치(94) 내에서의 유체의 정체부(죽은 영역)가 발생하기 어렵기 때문에, 칼슘 등의 부착, 성장을 방지하여 보수 관리비를 저감할 수 있다.
(실시예 12)
도 15는 본 발명에 관한 산기 처리 장치를 효소 또는 미생물에 의한 반응에 적용한 경우의 실시예를 도시한 블록도이다.
산기 처리 장치(102)는, 통형상의 바이오리액터(103) 내의 소정 위치에 배치되고, 산기 처리 장치(102)의 하방에 기체를 공급하는 기송 라인(104), 원액을 공급하는 원액 공급 라인(105), 반응생성물을 배출하는 반응생성물 배출 라인(106), 바이오리액터(103)의 정부(頂部)로부터 기체를 배출하는 배기 라인(107), 바이오리액터(103)의 액면보다 하부에 원액을 순환시키는 순환액 라인(108)이 마련되어 있다. 또한, 파이오리액터(103) 내에는, 효소 또는 미생물을 담지(擔持)한 촉매 담지체(109) 또는 생체 촉매가 액체중에 존재하고 있다. 이와 같이 구성된 산기 처리 장치(102)에서는, 기체는 블로어, 콤프레서, 가스봄베(도시 생략) 등의 기체 공급 수단에 의해 기송 라인(104)을 통하여 산기 처리 장치(102)의 하방으로부터 공급되고, 원액은 펌프 또는 가압 등의 공급 수단에 의해 원액 공급 라인(105)을 통하여 공급된다.
반응생성물 및 기체는, 반응생성물 배출 라인(106) 및 배기 라인(107)으로부터 외부로 배출된다. 또한, 원액은, 순환액 라인(108)에 의해 바이오리액터(103)의 면보다 하부에 순환류를 형성한다. 기체와 원액은 산기 처리 장치(102) 내를 병류로 통류하여, 원액중의 효소 또는 미생물의 생체 촉매 기능에 의해 생물 반응은 진행한다. 본 발명의 산기 처리 장치(102)를 바이오리액터로서 이용한 경우에는, 종래의 기포탑 방식과 비교하여 바이오리액터 내의 가스 유속을 0.1 내지 5m/s의 높 은 가스 유속역(流速域)으로 조작할 수 있고, 높은 산소 이동 속도를 달성할 수 있다. 또한, 바이오리액터 내의 유속 분포를 균일화하여 산소 이동 속도를 동등하게 하는 혼합, 교반 기능을 갖고 있음으로써 죽은 영역(데드 스페이스)의 발생이 없고, 대형화가 용이하게 되고, 생산량은 보다 향상한다. 또한, 기체의 채널링의 발생을 방지하고, 고점도액에서의 기체 분산도 향상한다. 또한, 반응 속도의 향상에 의해, 스페이스 절약, 에너지 절약이 달성되고 생산비가 저감된다. 또한, 생체 촉매를 사용하지 않는 기액 반응 장치로서도 이용 가능하다. 그리고, 종래의 기포탑에서의 기체의 공탑(空塔) 속도는 0.01 내지 0.1m/s의 범위이다.
도 16은, 종래의 산기판 방식에 의한 정화 처리 장치를 도시한 모식도이다.
종래의 정화 처리 장치(110)는, 폭기조(111) 내의 저면에 다수의 산기판(112)을 배설하고, 공기는 블로어(113), 기송 라인(114)을 통하여 다수의 산기판(112)에 공급된다. 산기판(112)는 미세한 다공질체로 형성되고, 미세한 기포를 발생시키고 있다. 일반적인 산기판(112)의 분출 공기량은 50 내지 400L/min이다. 그리고, 통풍 저항은 1000 내지 3000Pa이다.
도 17은, 종래의 충전물 방식에 의한 방산 처리 장치를 도시한 모식도이다. 종래의 방산 처리 장치(115)는, 통형상의 방산탑(116) 내에 규칙 또는 불규칙 충전물이 충전되어 있다. 기체와 원수는 향류(向流)로 충전물(117) 내를 통류하고, 기액 접촉하여 방산 처리가 이루어지고 있다. 일반적인 충전물 방식의 경우, 기체의 공급 속도는 10 내지 100㎥/㎡·시간의 범위이다.

Claims (12)

  1. 길이 방향을 실질적으로 수직으로 하여 배치된 정지형 혼합기를 내부에 설치한 통형상의 유체가 통류하는 통로관과 상기 통로관의 하단측에 기체를 상기 통로관 내로 기송 라인을 통하여 분출 공급하는 기체 분출부를 배치하고, 상기 기체 분출부에 스프레이 노즐을 배설하고, 상기 기체 분출부에 기체를 공급하고, 상기 통로관의 하방 측으로부터 액체를 상기 통로관 내로 도입하고, 상기 기체 및 액체는 상기 통로관 내를 병류로 상승하고, 양자는 상기 통로관의 내부에서 기액 접촉 혼합하고, 상기 통로관의 상단측으로부터 액체중으로 배출되는 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  2. 길이 방향을 실질적으로 수직으로 하여 배치된 정지형 혼합기를 내부에 설치한 통형상의 유체가 통류하는 통로관과 상기 통로관의 하단측에 기체를 상기 통로관 내로 기송 라인을 통하여 분출 공급하는 기체 분출부를 배치하고, 상기 기체 분출부에 정지형 혼합기를 배설하고, 상기 기체 분출부에 기체를 공급하고, 상기 통로관의 하방측으로부터 액체를 상기 통로관 내로 도입하고, 상기 기체 및 액체는 상기 통로관 내를 병류로 상승하고, 양자는 상기 통로관의 내부에서 기액 접촉 혼합하고, 상기 통로관의 상단측으로부터 액체중으로 배출되는 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 정지형 혼합기는, 유체가 통류하는 통형상의 통로관의 내측에 오른쪽 비틀림(시계 방향) 또는 왼쪽 비틀림(반 시계 방향)의 나선형상의 복수개의 날개체를 가지며, 상기 통로관의 내부에 복수개의 유체 통로를 형성하고, 상기 유체 통로끼리는 날개체의 길이 방향의 개구부를 통하여 연통하고, 상기 날개체는 다공판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 날개체에 천공된 구멍 지름이 5 내지 30㎜인 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 날개체에 천공된 구멍의 개구율이 5 내지 80%인 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로관 내의 기체의 상승 속도가 0.1 내지 10m/s인 것을 특징 하는 산기 처리 장치.
  7. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로관 내의 기체의 상승 속도가 0.5 내지 5m/s인 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  8. 제 3항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,
    날개체의 비틀림 각도(나선 각도)가 15°, 30°, 45°, 60°, 90°, 180°, 270°인 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  9. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산기 처리 장치를 하방으로부터 상방으로 통류하는 공기량의 공급 속도가, 폭기조조 내의 수심 2 내지 6m의 경우 1800 내지 21000㎥·시간의 범위인 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  10. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산기 처리 장치를 하방으로부터 상방으로 통류하는 공기량의 공급 속도가, 폭기조 내의 수심 2 내지 6m의 경우 3600 내지 12000㎥·시간의 범위인 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  11. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산기 처리 장치를 하방으로부터 상방으로 통류하는 기체의 공급 속도가, 방산조 내의 수심 1 내지 3m의 경우 3600 내지 18000N㎥/㎡·시간의 범위인 것 을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
  12. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산기 처리 장치를 하방으로부터 상방으로 통류하는 기체의 바이오리액터 내의 공급 속도가 0.1 내지 5m/s의 범위인 것을 특징으로 하는 산기 처리 장치.
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