기술개요
원천기술선 소개
Weber Ultrasonics AG 사는 초음파 관련장비로는 (세척, 용접, 절삭가공) 세계 최고의 제조 업체이며, Weber Entec GmbH는 Weber Ultrasonics AG 사의 자회사입니다. 웨버엔텍은 특히 환경 공학 분야인 초음파 가용화 분야의 시스템 엔지니어링 및 응용 분야에 중점을 두고 있으며 제조, 설비, 판매, 시스템분석, 최적화까지 광범위한 원스톱서비스를 제공합니다.
1초음파 기술원리
초음파는 일반적으로 16,000Hz 이상의 진동수를 가지고 있고 석영과 같은 압전성 (piezoelectric)물질에 의해 발생되는데 압전성 물질의 판(plate) 양면에 크기가 같고 방향이 반대인 전하를 교대로 걸어주게 되면 그 물질은 팽창과 수축을 반복하게 되며 이와 같은 과정을 통해 압전성 물질은 전기에너지를 기계 에너지로 변환하게 됩니다. 이때 발생된 기계적 진동이 초음파를 발생시키게 된다. 액체 매질에 초음파를 조사할 경우 공동화(cavitation) 현상을 일으키며 이때 발생된 공동화 기포는 핵형성, 기포로의 성장, 그리고 충분히 성장한 기포의 파열과 같은 생성과 소멸을 반복하게 됩니다. 기포가 파열되면서 생성된 충격파로 인한 높은 압력의 영향으로 분자 간에 충돌이 활발하게 일어나게 함으로써 각종 화학반응에서의 반응율을 증대시킵니다.
2초음파를 이용한 찌꺼기 가용화 원리
초음파 처리(sonication)는 초음파를 이용하여 활성찌꺼기의 미생물을 파괴하는 방법으로 초음파 진동자의 표면에서 초음파를 방출시 생기는 음향공동화(acoustic cavitation) 현상을 이용하며, 이러한 초음파 분해는 세포내 물질을 추출하기 위해 미생물의 세포벽을 파괴하는 방법입니다. 유체에 초음파를 조사하면 기포의 내파(implosion)현상인 공동화 기포의 생성과 붕괴가 일어나며 붕괴되는 공동화 기포 내부의 온도와 압력은 약 5,000K와 수백에서 수천기압까지 상승하며 이런 극한적인 조건이 공동화 기포내에 존재하는 화합물의 열적 파괴와 매우 반응성이 강한 OH radical을 생성합니다. 하수찌꺼기는 물과 고형물로 이루어져 있기 때문에 초음파 분해에 의해 플록이 해체되고 미생물 등의 세포분해가 되어 세포액이 용출되는 찌꺼기의 물리·화학적 파괴가 가능하며 찌꺼기가용화 효율이 향상됩니다.
비접촉식 초음파가용화장치 구성
당사의 하수찌꺼기 비접촉식 초음파 가용화 장치의 가장 큰 특징은 초음파 진동자가 하수찌꺼기가 이송되는 배관(각형배관) 외벽에 설치되어 초음파 진동자의 부식 우려가 없어내구연수가 15년 이상으로 유지관리성 및 경제성이 매우 뛰어납니다.
초음파 진동자는 각형 배관 사면에 총 24개가 부착되어 1개 모듈로 구성됩니다. 한개의 모듈 길이는 약 1m로 초음파를 조사함에 있어 사공간이 없는 것이 특징입니다.
기존 초음파가용화 장치 개선사항
| 구분 | 내용 | |
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| 기준초음파장치기술의 한계 |  |
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| 문제점 |
초음파 진동자의 찌꺼기 접촉에 따른 높은 부식성 부식으로 인한 심각한 성능저하 스팟 조사에 의한 반균일적 초음파 구역 발생(Dead Space 발생) 빈번한 세척, 교반기 등의 추가설비, 수선비의 증가로 인한 유지보수 비용 증가 (초음파 진동자 전량 교체 : 약 7년/1회) 유지보수 교체시 플랜트 운전 정지 → 높은 운영비 및 수선비 증가 → 진동자의 부식, 이물질 부착, 막힘현상에 따른 효율저하로 운전자의 불편 증가 |
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| 구분 | 내용 | |
|---|---|---|
| 고효율찌꺼기비접촉식초음파장치 |  |
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| 장점및개선사항 |
초음파 진동자와 찌꺼기 비접촉으로 진동자의 내구성 향상(반영구적). 막힘현상 및 부식이 없음 안정적인 처리효율. 배관의 4면 모두 초음파를 조사하여 사 공간이 없는 균일한 가용화처리 가능. 초음파장치 외 추가기기가 없으며 유지 보수가 없어 운영비 감소 이송관 형식으로 기기(모듈) 고장시에도 지속운전이 가능. 모듈 교체시간이 짧음. → 운영비 및 수선비 대폭 감소 → 막힘현상 및 고장이 없어 처리효율향상과 운전자의 편의성 증가 |
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특허 및 연구자료
