초록
이 연구는 값싸고 높은 비 표면적을 제공할 수 있는 발포스티로폼 입자를 packed column 에어레이터의 산소전달 매질로 이용 가능성을 알기 위하여 매질의 깊이와 수리학적부하량에 따른 산소 전달 특성과 효율을 조사 하였다. 이용된 발포스티로폼 입자는 직경 2.5 mm의 구형이었으며, 비표면적이 1350 $m^2$/$m^3$으로 일반적으로 이용되는 매질에 비해 약 3.7~7.0배 더 넓은 비표면적을 제공할 수 있다. 이 매질을 직경 10 cm, 높이 1 m의 내부 관찰이 용이한 아크릴 관으로 제작한 packed column 에어 레이터에 0, 4.5, 9그리고 18 cm의 매질을 채워 넣고, 수온 20, 25 및 3$0^{\circ}C$에 대해 수리학적 부하량을 2, 4 및 5.6 $m^3$/$m^2$/min로 각각 달리하여 산소전달특성을 실험한 결과(Exp. 1),모든 실험 수온에서 수리학적 부하량이 증가함에 따라 표준산소전달률이 증가하였으나 매질의 깊이는 9 cm 까지는 증가하다가 18 cm에서는 감소하였다. 표준산소전달률은 매질 깊이 9 cm에서 수리학적 부하량이 5.6 $m^3$/$m^2$/min일 때 가장 높았다. 그러나 수리학적 부하량이 증가함에 따라 펌프의 소모 전력이 증가하여, 단위소모 전력당 표준에어레이션 효율은 매질의 깊이 9 cm에서 수리학적부하량 2 $m^3$/$m^2$/min일 때 가장 높았다. 따라서 모든 수리학적 부하량에서 매질의 깊이 9 cm 일 때 표준산소전달률과 표준에어레이션 효율이 가장 좋았다. 이 매질을 직경 20 cm, 높이 2 m의 PVC관으로 제작한 packed column 에어레이터에 깊이를 0, 9, 18, 27 및 36 cm로 넣고 순환여과식 시설 내에 실험실 규모의 적용실험을 통해 에어레이터의 효율을 조사하였는데 (Exp.2), 실험 수온 27$^{\circ}C$에서, Exp. 1에서와 동일한 3개의 수리학적 부하량에서 산소 전달률을 측정한 결과, Exp. 1에서와 같이 수리학적 부하량과 매질의 깊이의 증가에 따라 산소 전달률이 증가하였으며, 매질의 깊이가 가장 깊은 36 cm에 대해, 수리학적 부하량이 2 $m^3$/$m^2$/min 일때, 2 kg 02 kg $O_2$/kW-hr의 가장 높은 표준에어레이션효율을 나타내었다. 위의 두 실험 결과에 따라 packed column 에어레이터에서 발포스티로폼 입자를 산소전달 매질로 이용하여 산소 전달률을 증가시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
To evaluate the characteristics and efficiency of oxygen transfer rate of a polystyrene foam bead as media in a packed column aerator was tested. This media has more surface area and cheaper than other ordinary plastic media. The polystyrene foam media was a sphere-shaped bead with 2.5 mm in diameter and specific surface area was 1,350 $m^2$/$m^3$. Oxygen transfer rate and standard aeration efficiency were tested under different hydraulic loading rates, depths of the media and temperatures. Experiment 1 was performed using a small packed column aerator with 10 cm in diameter and 1 m in length. The aerator filled with 0, 4.5, 9.0 and 18.0 cm of the media was tested under hydraulic loading rates of 2.0, 4.0 and 5.6 $m^3$/$m^2$/min at temperatures of 20, 25 and 3$0^{\circ}C$, respectively. In this experiment, standard oxygen transfer rate (SOTR) increased with the hydraulic loading rate and depth of the media increased. The maximum SOTR was reached at 5.6 $m^3$/$m^2$/min of hydraulic loading rate with 9 cm in depth of the media. However, standard aeration efficiency (SAE) decreased with the hydraulic loading rate increased because electricity consumed by pump increased as hydraulic loading rate increased. The highest SAE was reached at hydraulic loading rate of 2.0 $m^3$/$m^2$/min with 9.0 cm in depth of the media. Therefore, the highest SOTR and SAE were achieved at 9.0 cm in depth of the media regardless of the hydraulic loading rate. The maximum SAE was about 1.8 kg $O_2$/kW-hr with the hydraulic loading .ate of $m^3$/$m^2$/min at temperature of 20 $^{\circ}C$.Experiment 2 was performed using a larger aerator, 20 cm in diameter with 2 m in height. The aerator filled with 0, 9, 18, 27 and 36 cm of the media was operated under hydraulic loading rate of 2.0, 4.0 and 5.6 $m^3$/$m^2$/min at temperature of 27 $^{\circ}C$. The SAE reached to the highest efficiency (1.9 kg $O_2$/kW-hr) at 2.0 $m^3$/$m^2$/min of hydraulic loading rate and 36 cm in depth of the media. According to the above results, the polystyrene foam bead as a media in a packed column aerator was effective to increase oxygen transfer rate.
