• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.633-643
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• 2015

본 연구의 목적은 고효율 미세기포 공급장치인 산기관을 개발하기 위하여, 미세기포를 이용하여 하폐수에 용존산소를 효율적으로 공급하고 슬러지에 의한 기공의 막힘을 최소화함으로써 호기성 미생물에 의한 유기물 분해공정의 효율성과 내구성을 개선하고자 하였다. 종래의 미세기포 산기관을 개선하기 위하여, 실험과 전산해석 방법을 이용하여 미세기포를 발생시키면서 슬러지에 의한 막힘현상이 없는 원뿔형 산기관을 개발하였다. 전산해석을 통하여 단위 산기관 내부의 공기유동패턴을 확인하여 산기관 설계를 보완하고, 모의 생물반응기에 단위 산기관을 적용하여 발생 기포 거동 실험과 2상유체유동에 대한 전산해석을 수행하였다. 실험 결과로서 모의 생물반응기 내에서 발생기포 수직 길이 및 상승속도 등 기포거동에 대한 통계치를 도출하였으며, 전산해석 결과로서 기포군의 거동을 포함한 유동특성에 대한 메커니즘을 규명하였다. 이를 통하여 고효율 산기관 설계를 체계화하였고 모의 생물반응기 내에서 기포거동과 내부유동 현상을 규명함으로써, 실증 수처리장 규모 생물반응기에 산기관 군체를 적용하여 산소전달특성 및 내부유동특성을 파악하고 시스템을 설계하는데 중요한 근거를 제시하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권11호
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• pp.772-779
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• 2012

본 연구에서는 원뿔형으로 개발된 미세기포형 산기관의 성능향상을 위하여 운용적 측면에서 실험과 전산모사적 방법을 이용하였다. 산기관 잠김깊이의 변화에 대해 성능실험이 용이한 실증 규모의 타워형 생물반응기에 산기관을 장착하여, 잠김깊이가 표준산소전달계수($K_{L}a_{20}$) 및 표준산소전달효율(SOTE) 등 산소전달 성능에 미치는 영향을 실험적으로 연구하였다. 또한, 2상 유동에 관한 유체역학적 전산모사를 이용하여 산기관 수와 잠김깊이에 대한 유동현상을 파악함으로써 산소전달 성능변화에 대한 원인을 규명하였다. 산소전달 성능실험결과, 산기관의 잠김깊이를 6 m에서 12 m로 증가시킴에 따라 표준산소 전달계수는 7% 증가하였으나 표준산소전달효율은 39~72% (5.6 %/m)로 대폭 상승하였다. 유동 해석결과, 산기관의 수가 증가함에 따라 공기 체적분율 및 공기와 시험수의 유속 모두 증가하였으며, 공기와 시험수의 유속 경향은 유사하게 나타났다. 잠김깊이가 증가함에 따라서 공기 체적분율, 공기 및 시험수의 유속은 조금씩 감소하는 경향을 나타냈다. 선회 병류유동은 기포류의 확산과 상승속도를 결정하는 주요 인자로서 선회강도가 과도하게 큰 경우에는 기포 체류시간과 체류량이 감소되므로 산소전달 성능을 저하를 예측할 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권9호
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• pp.948-954
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• 2008

침지형 MBR 공정에서 막 오염과 플럭스 감소의 주요 원인인 케이크층에 의한 저항을 저감하기 위하여 분리막 모듈의 외부에 원통형 관을 도입하였다. 도입된 원통형관 안에 노즐과 산기관을 적용하여 공기 주입량에 따른 공기와 액체의 2상흐름(Two phase flow)중 slug 흐름을 유도하여 공기 방울에 의한 막세정의 효과를 비교 분석하였다. 실험결과 동일한 유량의 공기를 공급할 경우 노즐에서 발생한 공기방울이 원통형관으로 유입되면서 효율적인 slug 흐름을 형성으로 산기관을 사용한 공급 방식보다는 막오염 방지에 효과적이었음을 알 수 있었다. 그러나 노즐로 공급되는 공기의 유량을 최적화하지 않는다면 원통형 관의 벽 부분부터 활성슬러지 혼합액이 퇴적하게 되거나 막간에 슬러지가 퇴적되어 관 내부의 급격한 막힘 현상이 발생하여 일정시간이 경과하면, 오히려 산기관보다 급격한 막오염 현상을 나타냄을 알 수 있었다. 또한 원통형 관 내부에 침지된 분리막의 면적의 최적 비율, A$_m$/A$_t$가 비율이 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 산기관의 경우에는 A$_m$/A$_t$ 비율이 0.27일 때 최소화된 막오염이 관찰된 반면에, 노즐의 경우에는 A$_m$/A$_t$ 비율이 0.55일 때 막오염이 최소값을 보였다. 따라서 상승하는 공기방울에 의한 막오염 저감효과는 관 내부의 중공사막이 차지하고 있는 비율, A$_m$/A$_t$에 크게 의존하고 있으며, 산기관과 노즐의 경우 그 최적비율은 각각 다름을 알 수 있었다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2004년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.604-608
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• 2004

Experimental study was conducted to increase the oxygen transfer efficiency of air diffusers in clean water. By measuring the bubble size from the bubbly two-phase flow visualization with several air diffusers the size of air bubbles near the top surface of aeration tank seems to be independent on the diffuser types. Considering design parameters for the better breakup of larger bubbles around the air diffusers, advanced conceptual air diffusers using nozzle-type throat showing the higher oxygen transfer efficiencies were made.

• 상하수도학회지
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• 제25권1호
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• pp.41-49
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• 2011

The diffuser which is conventionally adapted to MBR, has problem that decreasing the cleaning effect of membrane module by inflexible air supply due to the occlusion of sludge from diffuser hole. To solve this problem, diffuser structure of submerged module should be improved to discharge sludge which is flow into the diffuser for prevent occlusion in the diffuser. In this study, the structure of the diffuser was reformed to open lower part for preclusion the blocking. And the outlet diameter of the diffuser was drawn through the condition for the depth of water and air rate, to prevent air-leak condition of improved diffuser. Moreover, application is evaluated by comparing test with occlusion effect of the conventional and improved diffuser. From the results, air-water boundary changes are steady with changes of water depth and it shows linear relation about air rate. By using this linear numerical formula, the height of diffuser's outlet can be decided. Also, it displays that it can prevent the occlusion effect during the comparing test. Hereafter, if this diffuser is applied to practical MBR process, the occlusion problem of diffuser will be disappeared.

• 한국방재학회지
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• 제6권4호통권23호
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• pp.113-116
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• 2006

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제8권5호
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• pp.7-12
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• 2005

Experimental study was conducted to increase the oxygen transfer efficiency of air diffusers in clean water. By measuring the bubble size from the bubbly two-phase flow visualization with several air diffusers, the size of air bubbles near the top surface of aeration tank seems to be independent on the diffuser types. Considering design parameters for the better break-up of larger bubbles around the air diffusers, advanced conceptual air diffusers using nozzle-type throat showing the higher oxygen transfer efficiencies were made.

• 한국음향학회지
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• 제15권6호
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• pp.52-58
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• 1996

음파와 진동에너지를 활용하는 음파기술의 응용 연구분야로 음향공진 및 맥진동 현상을 이용하여 기액상에서 산소절달효율을 극대화 할 수 있는 폐수처리용 음향공진 산기관의 개념을 제안하였으며 원리와 성능시험을 수행하였다. 또한 저압용 헬름흘쯔 공진기, 실린더형 및 고리형 반사공진기 그리고 복합 공진시스템의 설계개념과 원리를 구현하였다. 물질전달 과정을 촉진하는 음향공진 에너지는 산소전달효율을 높여주며, 노즐에서 분출하는 공기 제트의 불평형에 의해 발생하는 주기적인 맥진동 현상은 미세한 공기방울을 만들어 내는데, 이 두가지 원리가 가장 잘 적용되는 고리형 반사공진기(AJR)의 성능이 가장 우수한 것으로 평가되었으며 기존의 산기관 보다도 $20{\sim}30%$ 정도 높은 효율을 실험으로 확인하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권4호
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• pp.25-32
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• 2006

본 연구는 산기관(diffuser) 형태로 운전되는 중공사막 생물반응기(Hollow Fiber Membrane Diffuser) 시스템을 복합오염물질(benzene, toluene, p-xylene, BTX)처리에 적용해 보고, 생물반응기에 의한 각 물질의 생분해 특성을 평가하기 위하여 수행되었다. 우선 toluene을 단일오염물질로 적용한 예비 실험기간 동안에 75%수준의 안정적인 처리 효율을 확인할 수 있었다. 이후 BTX 복합오염물질을 적용한 본 실험기간 동안에도 별도의 적응기간 및 악영향 없이 70%수준의 처리효율을 얻어낼 수 있었다. 이를 통하여 toluene분해 미생물의 benzene, p-xylene의 분해 능력을 확인하였으며, toluene의 경우 복합오염물질 적용 시 다른 두 물질에 의해 소폭의 분해 저해가 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한 분해능 실험에서 측정한 생물반응기의 BTX 분해능은 약 360 $g/m^3/hr$이었으며, 이는 기존의 생물여과공법에 제시된 최대분해능보다 높은 우수한 분해능이었다. 따라서 산기관 형태의 중공사막 생물반응기는 복합오염물질 처리에도 안정적인 운전특성을 나타내었으며, 기존의 VOCs 저감기술을 대체할 수 있는 친환경적인 기술이라고 판단된다.

• 월간 기계설비
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• 통권95호
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• pp.55-64
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• 1998