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수리동력학적 캐비테이션을 이용한 하수 슬러지의 전처리-1
맹장우(Jang Woo Maeng),이은영(Eun Young Lee),배재호(Jae Ho Bae) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.12
하수 슬러지의 혐기성 소화성을 향상시키기 위한 다양한 전처리 방법이 제시되어 있지만, 대부분 낮은 경제성 등의 문제로 현장 적용에 제한을 받고 있다. 본 연구는 장치의 구성 및 유지관리가 용이한 수리동력학적 캐비테이션 방법을 이용한 venturi cavitation system (VCS)의 전처리 효율을 향상시키기 위한 최적 설계 및 운전조건을 도출하기 위하여 수행하였다. VCS에서 벤츄리의 직렬 연결 개수는 3개일 때 가장 높은 전처리 효율을 나타내었고, 펌프는 흡입방식이 압송방식에 비하여 단위 에너지 투입량 당 1.6배 높은 전처리 효율을 나타내었다. 캐비테이션이 발생하는 조건에서 벤츄리의 목 직경 조합은 전처리 효율에 영향을 주지 않았다. 또한 3개의 벤츄리가 직렬로 연결된 벤츄리를 병렬로 설치할 경우 에너지 투입량 당 전처리 효율이 30% 향상되었다. 병렬 연결 운전조건으로 슬러지를 처리하였을 때, 에너지 소모량 당 가용화 효율은 5.6 mg ΔSCOD/g TS/kWh로 기존의 수리동력학적 전처리장치보다 우수하였다. Most of the sludge pre-treatment methods to improve the anaerobic digestibility of sludge are not practied in the fields with low economical efficiency. The venturi cavitation system (VCS) adopting hydrodynamic cavitation is simple and requires low energy. This research was conducted to investigate the optimum design and operating conditions of the VCS. The experimental results indicated that the optimum number of venturi in series was three, and the suction mode operation of the pump yielded 1.6 times higher pre-treatment efficiency per unit energy consumption than the discharge mode. The combination of venturies with different throat sizes did not affect the pre-treatment efficiency. Also, the parallel installation of the three in series venture unit yielded 30% higher pre-treatment efficiency per unit energy consumption than the single unit. Under parallel conditions, the solubilization efficiency was 5.6 mg ΔSCOD/g TS/kWh, which is higher than the previously reported value.
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수리동력학적 및 초음파 캐비테이션 슬러지 전처리 장치의 비교 연구
맹장우(Jang Woo Maeng),배재호(Jae Ho Bae) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.2
슬러지 전처리 방법으로 상용화되어 있는 cavitation을 이용한 방법은 서로 다른 원리, 초음파발생기(sonotrode)와 수리동역학을 이용하고 있지만 이들 방법의 효율을 비교한 연구는 없었다. 본 연구에서는 이 두 전처리 방법에서 슬러지 가용화 효율, 전처리 후 입경변화, 전처리 전후의 메탄 생성량 변화를 평가하였다. 두 방법에 있어서 단위 에너지 투입량 당 가용화 효율은 유사하였으며, 최대 가용화 효율은 0.18 kWh/L에서 302 mg △SCOD/g TS이었다. 전처리 초기에는 슬러지의 floc 해체가 주로 일어났고, 전처리가 진행됨에 따라 1 ㎛ 이하의 입자가 증가하여 셀이 파괴되는 것을 확인할 수 있었다. BMP 시험 결과 슬러지의 메탄가스 발생량은 전처리 방법별 차이는 없이 최대 24.3%까지 증가하였으나, 투입 에너지에 비례하여 증가하지는 않았다. 비록 두 방법의 에너지 효율을 유사하지만 운영 및 유지비와 향후 에너지효율 개선 잠재력 면에서 볼 때 수리동력학적 원리를 이용하는 방법이 현장 적용에 유리하다고 판단된다. Sludge pre-treatment utilizing cavitation is one of the commercialized methods at present. Cavitation can be generated by two different methods, sonotrode and hydrodynamic principle, and there has been no direct comparison between the two methods. In this study, solubilization efficiency, changes in sludge size distribution, and the methane production potential after pre-treatment by the two methods were compared. The maximum solubilization efficiency per unit energy input with the two methods was similar, and was 302 mg △SCOD/g TS at the energy input of 0.18 kWh/L. Break-up of sludge flocs were dominant during the early period of pre-treatment, while cell disintegration continued through the pre-treatment with the increase in the number of particles with less than 1 ㎛. BMP test results indicated that the methane potential increased up to 24.3% without differences between the two pre-treatments, and the increase in methane potential did not proportional to energy input. Although the energy efficiency of the two methods was quite similar, hydrodynamic methods might be a better choice for field application considering the operation and maintenance cost, and its potential improvement in energy efficiency.
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