활성 슬러지조 폭기를 위한 에너지 절감형 판형 멤브레인 산기장치의 개발

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

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 $K_{La(15)}$는 $16.34hr^{-1}$, 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 $K_{La(15)}$는 $5.8hr^{-1}$, 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.

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%).