KR102480266B1

KR102480266B1 - Air supply system for bioreactor

Info

Publication number: KR102480266B1
Application number: KR1020220041475A
Authority: KR
Inventors: 박해식; 김형호; 김성태; 주윤식; 강문후; 이혜영; 박정수
Original assignee: (주)우진; 부산환경공단
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2022-04-04
Publication date: 2022-12-23

Abstract

The present invention relates to an air supply system for a bioreactor. According to one aspect of the present invention, the air supply system of a bioreactor, an air supply system installed in the bioreactor, comprises: a vertical stirrer installed inside the bioreactor and provided with a multi-stage impeller to form a downward flow; an air injection device located in a vertical upper part of the impeller located at an uppermost end and injecting air from below a water surface; a blocking member located on a part of a water surface in the vertical upper part of the air injection device and preventing the air injected from the air injection device from being discharged to the water surface, wherein the blocking member has a through hole such that a part of the air injected from the air injection device is discharged onto the water surface. The present invention provides the air supply system minimizing power consumption, reducing maintenance days, and improving oxygen delivery efficiency.

Description

Biological reactor air supply system {AIR SUPPLY SYSTEM FOR BIOREACTOR}

본 발명은 생물반응조에 공기를 효율적으로 공급할 수 있는 공기공급 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an air supply system capable of efficiently supplying air to a bioreactor.

하수처리장내 송풍기의 전력 사용량은 전체 30 ~ 50%를 차지하나 산기관 효율 저하시 급격하게 소비 전력이 증가한다. 기존 산기관의 산소전달효율은 청수를 기준으로는 20 ~ 30%이나 하수 처리장 내에서는 5 ~ 8%에 그치고 있어 매우 낮은 효율로 사용되고 있다. 이는 산기관이 호기조인 경우 주로 바닥에 배치되고, 심층일 경우는 수심 중간 부분에 배치가 되어 폭기시 기포 등 공급 공기의 상승 등으로 수표면에서 많은 양의 방기가 발생하기 때문이다. 이로 인해 산소의 완전 혼합으로 양호한 플럭을 형성시켜 호기조내 유기 오염 물질들을 생물학적으로 분해시켜 제거하기에 많은 전력과 공기량을 사용하는 등 다소 비효율적인 구성으로 되어 있다. The power consumption of the blower in the sewage treatment plant accounts for 30 to 50% of the total, but when the efficiency of the diffuser decreases, the power consumption increases rapidly. The oxygen transfer efficiency of existing diffusers is 20 to 30% in fresh water, but only 5 to 8% in sewage treatment plants, so they are used with very low efficiency. This is because the diffuser is mainly placed on the bottom in case of an aerobic tank, and in the case of a deep layer, it is placed in the middle of the water depth, so that a large amount of air is released from the surface of the water due to the rise of air bubbles and the like during aeration. As a result, it has a rather inefficient configuration, such as using a large amount of power and air to form good flocs with perfect mixing of oxygen and biologically decompose and remove organic pollutants in the aerobic tank.

또한, 기존 산기관의 설치 위치 등 내부 여건상 오염물로 인해 산기관 표면의 구멍 막힘, 재질 경화, 변형으로 통기 압력이 상승하며, 이로 인해 송풍기 토출 압력 상승으로 소비 전력이 상승하고 고장 발생율이 증가한다. In addition, ventilation pressure increases due to contaminants on the surface of the diffuser pipe, hardening of the material, and deformation due to contaminants due to internal conditions such as the installation location of the existing diffuser pipe. .

도 1은 종래의 공기공급 시스템이 적용된 호기조와, 유입부 및 유출부에서 공기량의 변화를 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing changes in the amount of air in an aerobic tank to which a conventional air supply system is applied, and an inlet and an outlet.

도 1을 참고하면, 호기조 유입부에서 유출부로 갈수록 오염물로 인한 산기관 표면의 구멍 막힘, 변형 등으로 공기량 및 교반력은 점차 감소되며 이로 인해 유입부에서는 통기 압력 상승으로 구멍, 기포 크기 확대로 인해 산소전달효율이 저하되는 요인이 된다. Referring to FIG. 1, from the inlet to the outlet of the aerobic tank, the amount of air and the agitation force gradually decrease due to clogging and deformation of the surface of the air diffuser due to contaminants. It becomes a factor that lowers the oxygen transfer efficiency.

한편, 종래의 공기공급 시스템은 산기관 고장시 지(池) 배수 등 점검에 많은 시일과 비용이 소요된다. 그리고 이 기간내 공기 공급량 부족 발생으로 인해 수처리 효율 저하 및 찌꺼기 등의 침전 등이 발생하여 방류 수질에 악 영향 등이 연속적으로 나타나는 문제점이 있다. On the other hand, in the conventional air supply system, it takes a lot of time and money to check the ground drainage when the diffuser fails. In addition, due to insufficient air supply within this period, there is a problem in that water treatment efficiency is lowered and sediments such as sediment occur, which continuously adversely affects the quality of discharged water.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 전력 사용량을 최소화하고 유지 관리 일자를 줄이며, 산소전달 효율을 개선한 공기공급 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, the present invention has been derived to solve the above problems, and aims to provide an air supply system that minimizes power consumption, reduces maintenance days, and improves oxygen transfer efficiency.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become clearer through the examples described below.

본 발명의 일 측면에 따른 생물반응조의 공기공급 시스템은, 생물반응조에 설치되는 공기공급 시스템으로서, 생물반응조의 내부에 설치되고 다단의 임펠러를 구비해서 하향류를 형성하는 수직형 교반기와, 최상단에 위치하는 임펠러의 수직 상부에 위치하고 수면 아래에서 공기를 분사하는 공기주입장치와, 공기주입장치의 수직 상부에서 수면 중에 일부 위치하면서 공기주입장치에서 분사된 공기가 수면 위로 방기되는 것을 방지하는 차단부재를 포함하고, 차단부재는 관통홀을 구비해서 공기주입장치에서 분사된 공기의 일부가 수면 위로 방기되도록 한다. An air supply system for a bioreactor according to an aspect of the present invention is an air supply system installed in a bioreactor, and includes a vertical agitator installed inside the bioreactor and having multi-stage impellers to form a downward flow; An air injection device located at the vertical upper part of the positioned impeller and injecting air from below the water surface, and a blocking member that prevents the air injected from the air injection device from being discharged to the surface of the water while being partially located in the water surface at the vertical upper part of the air injection device. Including, the blocking member is provided with a through hole so that a part of the air injected from the air injection device is discharged onto the surface of the water.

본 발명에 따른 공기공급 시스템은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 차단부재는 다수 개의 관통홀이 형성된 플레이트 구조를 가질 수 있다. An air supply system according to the present invention may have one or more of the following embodiments. For example, the blocking member may have a plate structure in which a plurality of through holes are formed.

공기주입관은 차단부재의 하부에 위치하는 걸림부재를 구비할 수 있다. 그리고 공기주입장치나 차단부재는 인양될 수 있다. The air injection pipe may include a holding member positioned below the blocking member. And the air injection device or blocking member can be lifted.

공기주입장치는 수직형 교반기의 샤프트 둘레에 배치되고, 원형의 주입관과, 주입관의 둘레에 형성되어 공기를 배출하는 다수 개의 배출홀을 구비할 수 있다.The air injection device may be disposed around the shaft of the vertical agitator, and may include a circular injection pipe and a plurality of discharge holes formed around the injection pipe to discharge air.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명은 아래의 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다. According to the problem solving means of the present invention as described above, various effects including the following can be expected. However, the present invention is not established when all of the following effects are exerted.

본 발명은 전력 사용량을 최소화하고 유지 관리 일자를 줄이며, 산소전달 효율을 개선한 공기공급 시스템을 제공할 수 있다. The present invention can provide an air supply system that minimizes power consumption, reduces maintenance days, and improves oxygen delivery efficiency.

도 1은 종래의 공기공급 시스템이 적용된 호기조와, 유입부 및 유출부에서 공기량의 변화를 나타낸 그래프이다
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기공급 시스템을 예시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 예시된 공기주입장치의 AA선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2에 예시된 차단부재의 BB선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공기공급 시스템을 예시하는 도면이다.
도 6은 도 5에 예시된 공기공급장치의 CC선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기주입장치를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차단부재를 예시하는 단면도이다.
도 9는7은 본 발명에 따른 공기공급 시스템에 적용되는 제어부를 예시하는 도면이다.
도 8은 수직형교반기의 작동에 의해 발생하는 유동분포를 나타내는 도면이다. 1 is a graph showing changes in the amount of air in an aerobic tank to which a conventional air supply system is applied, and an inlet and an outlet.
2 is a diagram illustrating an air supply system according to a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line AA of the air injection device illustrated in FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view taken along line BB of the blocking member illustrated in FIG. 2;
5 is a diagram illustrating an air supply system according to a second embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line CC of the air supply device illustrated in FIG. 5 .
7 is a view illustrating an air injection device according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view illustrating a blocking member according to another embodiment of the present invention.
9 and 7 are diagrams illustrating a control unit applied to an air supply system according to the present invention.
8 is a view showing the flow distribution generated by the operation of the vertical agitator.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. description is omitted.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)을 예시하는 도면이다. 참고로, 도 2에서 화살표는 생물반응조(110)의 내부에서 유체의 이동을 예시한다. 그리고 도 3은 도 2에 예시된 공기주입장치(132)의 AA선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2에 예시된 차단부재(150)의 BB선에 따른 단면도이다. 2 is a diagram illustrating an air supply system 100 according to a first embodiment of the present invention. For reference, arrows in FIG. 2 illustrate the movement of fluid inside the bioreactor 110 . And FIG. 3 is a cross-sectional view of the air injection device 132 illustrated in FIG. 2 along line AA, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the blocking member 150 illustrated in FIG. 2 along line BB.

도 2 내지 도 4를 참고하면 제1 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은, 공기를 주입하는 공기주입장치(132)가 수면 아래에서 수직형 교반기(134)의 상부임펠러(134a) 수직 상부에 위치하고, 생물반응조(110)의 중앙에 다단의 임펠러(134a, 134b)를 갖는 수직형교반기(134)를 배치해서 강한 하향류를 형성하는 것을 특징으로 한다. 그리고 공기주입장치(132)의 수직 상부에는 주입된 공기 중 일부가 수표면으로 빠르게 방기되는 것을 방지하기 위해서 차단부재(150)를 구비한 것을 특징으로 한다 Referring to Figures 2 to 4, the air supply system 100 according to the first embodiment, the air injection device 132 for injecting air is a vertical upper part of the upper impeller 134a of the vertical agitator 134 under the water surface Located in the bioreactor 110, characterized in that by arranging a vertical stirrer 134 having a multi-stage impeller (134a, 134b) in the center of the bioreactor 110 to form a strong downward flow. And it is characterized in that the blocking member 150 is provided at the vertical upper part of the air injection device 132 to prevent some of the injected air from being quickly released to the water surface.

제1 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 하수처리장의 호기조 등과 같은 생물반응조(110)에 적용될 수 있지만, 본 발명은 공기공급 시스템(100)이 적용되는 장소, 위치 및 목적에 의해서 제한되지 않는다.The air supply system 100 according to the first embodiment may be applied to a bioreactor 110 such as an aerobic tank of a sewage treatment plant, but the present invention is not limited by the place, location and purpose to which the air supply system 100 is applied. don't

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 공기송풍기(122)를 포함한다. 공기송풍기(122)는 대기 중의 공기를 흡입해서 생물반응조(100)의 내부로 강제로 주입하는 장치로서, 제어부(140)에 의해서 그 작동이 제어될 수 있다. 공기송풍기(122)가 흡입한 공기는 유량계(128) 및 체크밸브(130)를 거쳐서 공기주입장치(132)에 전달된다. The air supply system 100 according to this embodiment includes an air blower 122. The air blower 122 is a device that inhales atmospheric air and injects it forcibly into the bioreactor 100, and its operation may be controlled by the controller 140. The air sucked in by the air blower 122 is delivered to the air injection device 132 via the flow meter 128 and the check valve 130.

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 산소송풍기(124)를 포함한다. 산소송풍기(124)는 산소탱크(126)에 저장된 산소를 생물반응조(110)에 공급하는 장치로서, 제어부(140)에 의해서 그 작동이 제어될 수 있다. 산소송풍기(124)를 통해서 공급되는 산소는 유량계(128) 및 체크밸브(130)를 거쳐서 공기주입장치(132)에 전달된다. The air supply system 100 according to this embodiment includes an oxygen blower 124. The oxygen blower 124 is a device that supplies oxygen stored in the oxygen tank 126 to the bioreactor 110, and its operation can be controlled by the control unit 140. Oxygen supplied through the oxygen blower 124 is delivered to the air injection device 132 via the flow meter 128 and the check valve 130.

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 공기송풍기(122)와는 별도로 산소를 공급하는 산소송풍기(124) 및 산소탱크(126)를 구비함으로써, 생물반응조(110) 내부에서 산소 포화도가 급격하게 저하되는 등의 경우에 산소를 공급함으로써 산소 포화도를 단시간에 급격하게 높일 수 있다. 특히, 공기송풍기(122)를 이용해서 공기를 지속적으로 공급하는 과정에서, 산소송풍기(124)를 이용해서 고농도의 산소를 간헐적으로 공급할 수 있기 때문에, 효율적인 호기가 가능하고 이로 인해 전력 사용량을 줄일 수 있다.The air supply system 100 according to the present embodiment includes an oxygen blower 124 and an oxygen tank 126 for supplying oxygen separately from the air blower 122, so that the oxygen saturation in the bioreactor 110 rapidly increases. By supplying oxygen in the case of a decrease in oxygen saturation, the oxygen saturation can be rapidly increased in a short time. In particular, in the process of continuously supplying air using the air blower 122, since high-concentration oxygen can be supplied intermittently using the oxygen blower 124, efficient expiration is possible, thereby reducing power consumption. there is.

산소탱크(126)의 내부에는 100%의 산소가 저장될 수 있다. Inside the oxygen tank 126, 100% oxygen may be stored.

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 공기송풍기(122) 및 산소송풍기(124)를 각각 구비하는 것으로 예시하였지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기공급 시스템은 하나의 송풍기를 구비하고, 송풍기가 공기 또는 산소 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 생물반응조(110)에 공급하도록 구성할 수 있다. The air supply system 100 according to this embodiment is illustrated as having an air blower 122 and an oxygen blower 124, respectively, but an air supply system according to another embodiment of the present invention includes one blower, The blower may be configured to selectively supply at least one of air or oxygen to the bioreactor 110 .

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 유량계(128) 및 체크밸브(130)를 포함한다. 유량계(128)는 생물반응조(110)에 공급되는 공기 및 산소의 양을 측정해서 그 측정값을 제어부(140)에 전달한다. 그리고 체크밸브(130)는 제어부(140)에 의해서 원격 개폐될 수 있는 자동제어밸브(솔레노이드 밸브)에 해당할 수 있다. 제어부(140)는 용존산소센서(136)의 측정값에 기초해서 생물반응조(110) 내부의 용존 산소가 부족한 경우에는 공기송풍기(122) 및 산소송풍기(124)가 더욱 많은 양의 공기 및/또는 산소를 공급하도록 하고 체크밸브(130)를 개방할 수 있다.The air supply system 100 according to this embodiment includes a flow meter 128 and a check valve 130. The flowmeter 128 measures the amount of air and oxygen supplied to the bioreactor 110 and transmits the measured values to the control unit 140 . And the check valve 130 may correspond to an automatic control valve (solenoid valve) that can be remotely opened and closed by the controller 140. The controller 140 controls the air blower 122 and the oxygen blower 124 to supply a larger amount of air and/or when the dissolved oxygen inside the bioreactor 110 is insufficient based on the measured value of the dissolved oxygen sensor 136. It is possible to supply oxygen and open the check valve 130.

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 공기주입장치(132)를 포함한다. 공기주입장치(132)는 상부임펠러(134a)의 수직 상부에서 중공의 원기둥 형상으로 배열되고, 도 3과 같은 링 형상의 주입관(144)이 다단으로 배열된 것을 특징으로 한다. 주입관(144)의 중앙에는 수직형 교반기(134)의 샤프트(135)가 위치한다. 도 2에서는 주입관(144)이 다2단으로 이루어진 공기주입장치(132)가 개시되어 있다. 그리고 각 주입관(144)에는 공기송풍기(122) 또는 산소송풍기(124)에서 공급된 공기 및/또는 산소를 배출하는 다수 개의 배출홀(146)이 일정한 간격으로 형성되어 있다. The air supply system 100 according to this embodiment includes an air injection device 132. The air injection device 132 is arranged in a hollow cylindrical shape at the vertical top of the upper impeller 134a, and the ring-shaped injection pipe 144 as shown in FIG. 3 is arranged in multiple stages. The shaft 135 of the vertical stirrer 134 is located at the center of the injection pipe 144. In FIG. 2, an air injection device 132 having a multi-stage injection tube 144 is disclosed. In addition, a plurality of discharge holes 146 for discharging air and/or oxygen supplied from the air blower 122 or the oxygen blower 124 are formed at regular intervals in each injection pipe 144 .

공기주입장치(132)의 배출홀(146)을 통해서 생물반응조(110)의 내부로 배출된 공기 및/또는 산소는 다단의 수직형 교반기(134)에 의해서 대부분 하향 이동해서 생물반응조(110)의 내부에서 용이하게 혼합될 수 있다. 다만, 공기주입장치(132)를 통해서 배출된 공기 및/또는 산소 중 일부는 상승할 수 있는데, 이와 같이 상승한 공기 및/또는 산소는 공기주입장치(132)의 수직 상부에 위치한 차단부재(150)에 의해서 수표면으로 빠르게 방기되는 것을 방지할 수 있다. Most of the air and/or oxygen discharged into the bioreactor 110 through the discharge hole 146 of the air injection device 132 is moved downward by the multi-stage vertical agitator 134, and the bioreactor 110 It can be easily mixed inside. However, some of the air and / or oxygen discharged through the air injection device 132 may rise, and the air and / or oxygen that rises in this way is blocked by the blocking member 150 located vertically above the air injection device 132. This can prevent rapid release to the water surface.

공기주입장치(132)는 링 형상을 갖는 주입관(144)을 구비할 수 있고, 주입관(144)의 외경은 수직형교반기(134)의 반경에 해당하는 0.5D에 비해 크지 않게 형성할 수 있다. 이는, 공기주입장치(132)에서 배출된 공기 등이 수직형교반기(134)에 의해서 하향 이동이 용이하도록 하기 위한 것이다. 만약, 주입관(144)의 외경이 0.5D에 비해서 큰 경우 공기의 하향 이동이 원활하지 않을 수 있다. The air injection device 132 may include an injection pipe 144 having a ring shape, and the outer diameter of the injection pipe 144 may be formed not larger than 0.5D corresponding to the radius of the vertical agitator 134. there is. This is to facilitate the downward movement of the air discharged from the air injection device 132 by the vertical agitator 134. If the outer diameter of the injection tube 144 is greater than 0.5D, the downward movement of air may not be smooth.

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)은 수직형교반기(134)를 포함한다. 수직형교반기(134)는 생물반응조(110)의 내부 중앙에 수직으로 위치하고, 모터(도면부호 없음)에서 회전력을 상부임펠러(134a) 및 하부임펠러(134b)에 전달한다. 상부임펠러(134a)의 수직 상부에는 공기주입장치(132)가 구비되어 있다. 그리고 하부임펠러(134b)는 생물반응조(110)의 바닥에서 일정 높이를 갖고 위치한다. 또한, 수직형교반기(134)는 제어부(140)에 의해서 그 회전 여부 및 속도가 제어될 수 있다. The air supply system 100 according to this embodiment includes a vertical agitator 134. The vertical stirrer 134 is vertically positioned at the inner center of the bioreactor 110 and transfers rotational force from a motor (no reference numeral) to the upper impeller 134a and the lower impeller 134b. An air injection device 132 is provided at a vertical upper portion of the upper impeller 134a. And the lower impeller (134b) is located at a certain height from the bottom of the bioreactor (110). In addition, whether or not the vertical agitator 134 rotates and its speed can be controlled by the control unit 140 .

상부임펠러(134a) 및 하부임펠러(134b)는 상호 동일하거나 다른 직경(D)을 가질 수 있다. The upper impeller 134a and the lower impeller 134b may have the same or different diameters D.

수직형교반기(134)는 다단의 임펠러 즉 상부임펠러(134a) 및 하부임펠러(134b) 를 가져서 생물반응조(110) 내부에서 강한 하향류를 생성하는데, 이로 인해 생물반응조(110)의 내부 중앙 부분에서는 하향류가 발생하고 측면 부분에서는 상승류가 발생한다. 그리고 생물반응조(110)의 내부에는 수직형교반기(134)를 기준으로 좌우 대칭 구조의 유체 흐름이 생성될 수 있다. The vertical agitator 134 has a multi-stage impeller, that is, an upper impeller 134a and a lower impeller 134b to generate a strong downward flow inside the bioreactor 110, which causes the inner central portion of the bioreactor 110 to A downward flow occurs and an upward flow occurs in the side part. In addition, a fluid flow having a left-right symmetrical structure based on the vertical agitator 134 may be generated inside the bioreactor 110 .

상부임펠러(134a)에서 최상부에 위치하는 공기주입장치(132) 사이의 수직 거리 a는 상부임펠러(134a)의 반경(0.5D)와 동일하거나 작게 형성될 수 있다. 만약, 수직 거리 a가 0.5D에 비해서 크게 형성되는 경우, 공기주입장치(132)에서 배출된 공기가 상부임펠러(134a)의 회전에 의한 하향 이동이 원활하지 않을 수 있다. The vertical distance a between the upper impeller 134a and the uppermost air injection device 132 may be formed equal to or smaller than the radius 0.5D of the upper impeller 134a. If the vertical distance a is larger than 0.5D, the air discharged from the air injection device 132 may not move smoothly downward due to the rotation of the upper impeller 134a.

생물반응조(110)의 하부 및 상부에는 용존산소센서(136)가 구비될 수 있다. 용존산소센서(136)는 생물반응조(110) 내부 유체에 포함된 용존 산소량을 측정해서 그 측정값을 제어부(140)에 전달한다. 그리고 제어부(140)는 측정된 용존 산소값을 이용해서 생물반응조(110) 내부의 용존 산소량이 설정치에 미달하는 경우 공기송풍기(122) 및 산소송풍기(124)를 작동시켜서 산소 주입량을 확대하고, 수직형교반기(134)의 회전수를 증가시킬 수 있다. Dissolved oxygen sensors 136 may be provided at the bottom and top of the bioreactor 110 . The dissolved oxygen sensor 136 measures the amount of dissolved oxygen contained in the fluid inside the bioreactor 110 and transmits the measured value to the controller 140 . In addition, the control unit 140 operates the air blower 122 and the oxygen blower 124 to expand the amount of oxygen injected when the amount of dissolved oxygen in the bioreactor 110 is less than the set value using the measured dissolved oxygen value, and The number of revolutions of the mold agitator 134 may be increased.

수직형교반기(134)의 수직 상부에는 차단부재(150)가 구비된다. 차단부재(150)는 도 4에 예시된 바와 같이 다수 개의 관통홀(152)을 구비하는 디스크 형상의 횡단면을 구비할 수 있다. 그리고 차단부재(150)는 상부임펠러(134a)의 수직 상부에서 수표면 근처에 배치될 수 있다. 따라서 차단부재(150)는 일정한 높이를 갖는 원기둥 형상을 가져서 의 일부는 수면 아래에 위치하고 나머지 일부는 수면 상에 위치할 수 있다. A blocking member 150 is provided at a vertical upper portion of the vertical agitator 134 . As illustrated in FIG. 4 , the blocking member 150 may have a disk-shaped cross section having a plurality of through holes 152 . Also, the blocking member 150 may be disposed near the water surface at a vertical upper portion of the upper impeller 134a. Accordingly, the blocking member 150 has a cylindrical shape having a certain height, so that a part of the block member 150 may be located below the water surface and the remaining part may be located above the water surface.

다른 실시예에 따른 차단부재는 두께가 얇은 디스크 형상을 가져서 수면에 배치되거나 또는 수중에서 상부임펠러(134a)의 상부에 배치될 수 있다. The blocking member according to another embodiment has a thin disc shape and may be disposed on the surface of the water or above the upper impeller 134a underwater.

차단부재(150)에는 다수 개의 관통홀(152)이 형성되어 있고, 그 중앙에는 직경이 관통홀(152)에 비해서 크게 형성된 센터홀(154)이 형성되어 있다. 센터홀(154)에는 수직형 교반기의 샤프트(135)가 통과한다. A plurality of through holes 152 are formed in the blocking member 150, and a center hole 154 having a larger diameter than the through hole 152 is formed at the center thereof. The shaft 135 of the vertical agitator passes through the center hole 154.

차단부재(150)는 공기주입장치(132)의 수직 상부에 위치해서, 공기주입장치(132)에 의해 주입되었지만 수직형교반기(134)에 의해서 하강하지 않고 상승하는 공기가 수면 상부로 빠르게 방기되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 차단부재(150)는 공기주입장치(132)에 의해 주입된 공기 및/또는 산소가 수중에서 효율적으로 용존될 수 있게 한다. The blocking member 150 is located vertically above the air injection device 132, so that the air injected by the air injection device 132 but not descended by the vertical agitator 134 and rising is quickly discharged to the top of the water surface. serves to prevent That is, the blocking member 150 allows the air and/or oxygen injected by the air injection device 132 to be efficiently dissolved in water.

차단부재(150)는 금속이나 플라스틱 재질에 의해서 제작될 수 있다. 그리고 차단부재(150)는 공기주입장치(132)의 단면 형상과 동일한 평면 형상을 가질 수 있는데, 예를 들면 본 실시예에 따른 공기주입장치(132)는 원형링 형상의 단면 형상을 구비하므로, 이에 대응해서 공기주입장치(132)차단부재(150)도 원형의 평면 형상을 가질 수 있다. The blocking member 150 may be made of metal or plastic material. And the blocking member 150 may have the same plane shape as the cross-sectional shape of the air injection device 132. For example, since the air injection device 132 according to the present embodiment has a circular ring-shaped cross-sectional shape, Correspondingly, the blocking member 150 of the air injection device 132 may also have a circular flat shape.

차단부재(150)는 다수 개의 관통홀(152)을 구비할 수 있다. 관통홀(152)을 통해서 주입된 공기가 수면 상부로 방기될 수 있는데, 이로 인해 스컴 발생 및 부패 등을 방지할 수 있고 차단부재(150)가 수면 상부로 부상 또는 부유되는 것을 방지할 수 있다. The blocking member 150 may have a plurality of through holes 152 . Air injected through the through hole 152 can be released to the upper surface of the water surface, thereby preventing scum generation and decay, and preventing the blocking member 150 from floating or floating to the upper surface of the water surface.

본 실시예에 따른 수직형교반기(134)는 다단의 임펠러(134a, 134b)를 가져서 강한 하향류를 형성할 수 있고, 상부 임펠러(134a)의 수직 상부에 공기주입장치(132)를 배치해서 수직형교반기(134)에 의해 발생하는 하향류에 의해서 생물반응조(110)의 내부에서 산소가 용이하게 혼합되게 할 수 있다. 또한, 공기주입장치(132)의 수직 상부에 차단부재(150)를 설치해서 공기의 빠른 방기를 방지함으로써 생물반응조(110) 내부에서 산소가 용이하게 혼합되게 할 수 있다. The vertical agitator 134 according to the present embodiment has multi-stage impellers 134a and 134b to form a strong downward flow, and the air injection device 132 is placed vertically above the upper impeller 134a to create a vertical flow. Oxygen can be easily mixed inside the bioreactor 110 by the downward flow generated by the type agitator 134 . In addition, by installing the blocking member 150 on the vertical upper part of the air injection device 132 to prevent rapid release of air, oxygen can be easily mixed inside the bioreactor 110.

임펠러(134a, 134b)는 공기주입장치(132)에서 배출된 공기가 그 회전력에 의해서 하향 이동할 수 있을 정도의 회전 속도로 교반할 수 있다. 공기주입장치(132)에서 배출된 공기가 하향 이동하기 위한 임펠러(134a, 134b)의 회전 속도는 반응조(110)의 크기, 임펠러(134a, 134b)의 직경(D), 반응조(110) 내부의 유체의 성질이나 상태 등을 고려해서 결정될 수 있다. The impellers 134a and 134b may agitate the air discharged from the air injection device 132 at a rotational speed sufficient to move downward by its rotational force. The rotational speed of the impellers 134a and 134b for the downward movement of the air discharged from the air injection device 132 depends on the size of the reaction tank 110, the diameter D of the impellers 134a and 134b, and the inside of the reaction tank 110. It can be determined by considering the nature or state of the fluid.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공기공급 시스템(170)을 예시하는 도면이고, 도 6은 도 5에 예시된 공기공급장치(172)의 CC선에 따른 단면도이다. FIG. 5 is a diagram illustrating an air supply system 170 according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line CC of the air supply device 172 illustrated in FIG. 5 .

도 5 및 도 6을 참고하면, 제2 실시예에 따른 공기공급 시스템(170)은 수직형 교반기(134)의 샤프트(135) 둘레에 원형의 공기주입장치(172)를 배치한 것을 특징으로 한다. 그리고 공기주입장치(172)는 상부임펠러(134a)의 수직 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다. 5 and 6, the air supply system 170 according to the second embodiment is characterized by disposing a circular air injection device 172 around the shaft 135 of the vertical agitator 134 . And the air injection device 172 is characterized in that located in the vertical upper portion of the upper impeller (134a).

도 5에서 공기주입장치(172)는 일 단으로 형성된 것으로 예시하였지만, 공기주입장치(172)는 2단 이상으로 배열될 수 있다. 그리고 공기주입장치(172)는 원형의 평면 형상을 갖는 것으로 예시하였지만, 타원 또는 다각형 등의 평면 형상을 갖거나 또는 직선으로 배열된 형상을 가질 수도 있다 .Although the air injection device 172 in FIG. 5 is illustrated as being formed in one stage, the air injection device 172 may be arranged in two or more stages. And the air injection device 172 has been illustrated as having a circular planar shape, but may have a planar shape such as an ellipse or polygon, or may have a shape arranged in a straight line.

본 실시예에 따른 공기공급 시스템(170)도 공기주입장치(172)의 수직 상부에 차단부재(150)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 차단부재(150)의 일부는 수면 아래 위치하고 나머지 일부는 수면 상에 위치한다. 차단부재(150)는 제1 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)의 차단부재와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. The air supply system 170 according to this embodiment is also characterized in that the blocking member 150 is provided at the top of the air injection device 172 vertically. A part of the blocking member 150 is located under the water surface and the other part is located on the surface of the water surface. Since the blocking member 150 is the same as the blocking member of the air supply system 100 according to the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

제2 실시예에 따른 공기공급 시스템(170)의 나머지 구성은 제1 실시예에 따른 공기공급 시스템(100)과 동일하거나 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Since the rest of the configuration of the air supply system 170 according to the second embodiment is the same as or similar to the air supply system 100 according to the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

도 7은 본 발명에 따른 공기공급 시스템(100, 170)에 적용되는 제어부(140)를 예시하는 도면이다. 7 is a diagram illustrating a controller 140 applied to the air supply systems 100 and 170 according to the present invention.

도 7을 참고하면, 제어부(140)는 공기송풍기(122), 산소송풍기(124), 유량계(128), 체크밸브(130), 수직형 교반기(134) 및 용존산소센서(136)와 각각 연결되어 있다. 제어부(140)는 용존산소센서(136)에 의해 측정된 생물반응조(110) 내부의 용존 산소량에 기초해서 공기 송풍기(122) 및 산소송풍기(124) 그리고 수직형 교반기(134)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 생물반응조(110) 내부의 용존 산소량이 설정치에 비해서 적은 경우, 제어부(140)는 산소송풍기(124) 및 공기송풍기(122)의 송풍량을 확대하고 수직형 교반기(134)의 회전수를 증가시킬 수 있다. Referring to FIG. 7 , the controller 140 is connected to an air blower 122, an oxygen blower 124, a flow meter 128, a check valve 130, a vertical stirrer 134, and a dissolved oxygen sensor 136, respectively. has been The controller 140 may control the air blower 122, the oxygen blower 124, and the vertical stirrer 134 based on the amount of dissolved oxygen inside the bioreactor 110 measured by the dissolved oxygen sensor 136. . For example, when the amount of dissolved oxygen in the bioreactor 110 is less than the set value, the control unit 140 increases the amount of air blown by the oxygen blower 124 and the air blower 122 and rotates the vertical agitator 134. can increase

도 8은 수직형교반기(134)의 작동에 의해 발생하는 유체의 유동분포(velocity(m/sec))를 나타내는 도면이다. 8 is a diagram showing the flow distribution (velocity (m/sec)) of the fluid generated by the operation of the vertical agitator 134.

도 8의 유동분포는, 임펠러 직경(D) 3000mm, 반응조(110)의 길이 및 폭이 각각 8m, 반응조(110)의 등가직경(사각조를 원형조로 계산) 9.04m, 반응조(110)의 수심 5.0m, 바닥에서 임펠러 설치 높이 2.3m, 반응조(110) 체적 320㎥인 경우, 수직형 교반기(132)가 26.7rpm의 속도로 교반하는 경우 반응조(110) 내부의 유체 속도를 나타낸다. In the flow distribution of FIG. 8, the impeller diameter (D) is 3000 mm, the length and width of the reaction tank 110 are 8 m, respectively, the equivalent diameter of the reaction tank 110 (calculated as a square tank) is 9.04 m, and the water depth of the reaction tank 110 is 9.04 m. In the case of 5.0 m, an impeller installation height of 2.3 m from the bottom, and a volume of the reaction tank 110 of 320 m 3 , when the vertical agitator 132 stirs at a speed of 26.7 rpm, the velocity of the fluid inside the reaction tank 110 is indicated.

도 8을 참고하면, 수직형 교반기(132)의 교반력에 의해서 강한 하향류가 발생함을 알 수 있고, 이로 인해 공기주입장치(132)를 통해서 주입된 공기도 하향류에 의해서 하향 이동함을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be seen that a strong downward flow is generated by the stirring force of the vertical agitator 132, and thus the air injected through the air injection device 132 also moves downward by the downward flow. Able to know.

도 8의 조건에서, 수직형 교반기(132)가 26.7rpm의 속도 미만으로 회전하는 경우, 공기주입장치(132)에서 분사된 공기가 하향 이동이 거의 발생하지 않지만, 26.7rpm 이상으로 회전하는 경우 분사된 공기의 하향 이동이 유발된다. In the conditions of FIG. 8, when the vertical agitator 132 rotates at a speed less than 26.7 rpm, the air injected from the air injection device 132 hardly moves downward, but when it rotates at 26.7 rpm or more, the spray A downward movement of the air is caused.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to an embodiment of the present invention, those skilled in the art can make various modifications to the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that modifications and changes may be made.

100, 170: 공기공급 시스템
110: 생물반응조
122: 공기송풍기
124: 산소송풍기
126: 산소탱크
128: 유량계
130: 체크밸브
132, 172: 공기주입장치
134: 수직형 교반기
136: 용존산소센서
140: 제어부
144: 주입관
146: 배출홀
150: 차단부재
152: 관통홀100, 170: air supply system
110: bioreactor
122: air blower
124: oxygen blower
126: oxygen tank
128: flow meter
130: check valve
132, 172: air injection device
134: vertical agitator
136: dissolved oxygen sensor
140: control unit
144: injection tube
146: discharge hole
150: blocking member
152: through hole

Claims

As an air supply system installed in a bioreactor,
A vertical agitator installed inside the bioreactor and having a shaft and an upper impeller and a lower impeller positioned at regular intervals in the longitudinal direction of the shaft to form a downward flow;
an air injection device located vertically above the upper impeller, injecting air from below the surface of the water, and having ring-shaped injection tubes vertically arranged in multiple stages;
an air blower for supplying air to the air injection device, an oxygen tank for storing oxygen, and an oxygen blower for supplying oxygen from the oxygen tank; and
A blocking member that partially prevents the air injected from the air injection device from being discharged onto the surface of the water while being partially positioned in the water surface at the vertical upper part of the air injection device,
The upper impeller and the lower impeller have the same diameter,
The blocking member has a center hole at the center through which the shaft passes, and a plurality of through holes located around the center hole and discharging part of the injected air onto the surface of the water,
The radius of the injection tube is formed not larger than the radius of the upper impeller, and the vertical distance between the injection tubes located at the top of the upper impeller is equal to or smaller than the radius of the upper impeller,
The injection tube has a plurality of discharge holes formed around it to discharge air or oxygen in a lateral direction,
The blocking member has a circular planar shape and covers a part of the plane of the bioreactor.

delete