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문제 정의
- 즉 여과사의 세척 효과가 공기 역 세척 방식과 같이 극대화 될 수 있도록 분사 노즐을 기존의 고정식 노즐에서 회전식 노즐로 변경하였다. 그 다음으로 회전식 분사 노즐 방식으로 실험을 통하여 여과사의 세척 방법이 여과 수질에 미치는 영향 등을 검토하고자 한다.
- 따라서 본 연구는 위에서 언급한 경제성과 문제점을 감안하여 기존의 물 역 세척 방식을 다음과 같이 개선하였다. 즉 여과사의 세척 효과가 공기 역 세척 방식과 같이 극대화 될 수 있도록 분사 노즐을 기존의 고정식 노즐에서 회전식 노즐로 변경하였다.
- 여부와 분사 노즐의 회전에 의한 여과사의 유실 정도를 분석하였다. 또한 여과사의 여과 지속 시간의 증가로 인한 여과사의 교체 주기도 검토하였다.
제안 방법
- 그 실험 결과치를 분석하고 기존의 고정식 분사 노즐 방식과 비교하여 다음의 결과를 얻었다.
- 기타 사항으로 여과된 정수의 탁도 농도를 비교하여 정수에 미치는 영향이 있는지의 여부와 분사 노즐의 회전에 의한 여과사의 유실 정도를 분석하였다. 또한 여과사의 여과 지속 시간의 증가로 인한 여과사의 교체 주기도 검토하였다.
- 분사배관의 재질은 STS 304로 하여 부식을 방지를 하였고 분사 배관의 회전 시 노즐의 분사반경이 중첩되도록 분사노즐의 설치 이격 거리를 다르게 하였다. 또한 분사 배관의 회전 중 편차 회전을 방지하기 위하여 Turn Buckle을 설치하였고, 끝단에 설치한 고정식 분사 노즐의 압력분사에 의하여 회전력을 발휘한다. 여과지의 상태에 따라 회전각을 조절하여 적절한 분당 회전수(rpm)를 유지할 수 있으며, 회전 도중 분사배관의 충돌을 방지하기 위하여 표면세척기 끝단 사이의 이격 거리를 5㎝ 이상으로 하였다.
- 실험의 정확성을 기하기 위해 5회 반복하여 시험 평균치를 사용하였다. 또한 세척정도에 따라 여과사의 사용시간의 변화를 살펴보기 위하여 사용 전후의 여과지의 여과지속 시간을 약 1개월 간 측정하여 평균치를 냄으로서 효과 분석의 정확성을 기하였다.
- 본 연구는 여과 공정의 여과사를 세척하는 방법으로 회전식 분사 노즐을 사용하여 실험하였다. 그 실험 결과치를 분석하고 기존의 고정식 분사 노즐 방식과 비교하여 다음의 결과를 얻었다.
- 또한 분사 배관은 소켓 니플 체결식으로 회전노즐 설치가 용이하게 하였다. 분사배관의 재질은 STS 304로 하여 부식을 방지를 하였고 분사 배관의 회전 시 노즐의 분사반경이 중첩되도록 분사노즐의 설치 이격 거리를 다르게 하였다. 또한 분사 배관의 회전 중 편차 회전을 방지하기 위하여 Turn Buckle을 설치하였고, 끝단에 설치한 고정식 분사 노즐의 압력분사에 의하여 회전력을 발휘한다.
- 세척기의 배치는 세척 효율의 극대화를 위하여 크기가 같은 회전식 노즐 세척기를 동일한 여과지에 2열로 설치하여 수중파동 효과를 증대시킬 수 있도록 하였다. 표면 세척수의 유입 배관은 수격작용 방지를 위하여 세척수의 순환이 가능하도록 정방형의 순환 배관을 동일 크기의 관경으로 제작하였다.
- 세척기의 사면과의 이격 거리는 최대 15㎝, 최소 5㎝를 유지하여 여과의 사면 팽창에 대하여 여유 거리를 갖고 세척 분사압이 유지되도록 하였다. 세척기의 끝단에 사구간방지용 고정 노즐을 설치하여 표면 세척 회전직경을 기존 방식보다 약 50~ 100㎝ 정도 확대시켰다.
- 실험 방법은 여과사 세척수의 탁도를 측정하여 세척 정도를 회전식 분사 노즐 세척기의 사용 전후를 비교 분석하였다. 여과사의 세척 정도를 비교하기 위해 여과사를 채집하여 탁질의 제거율과 여과수의 탁도 등을 비교하였다.
- 실험의 정확성을 기하기 위해 5회 반복하여 시험 평균치를 사용하였다. 또한 세척정도에 따라 여과사의 사용시간의 변화를 살펴보기 위하여 사용 전후의 여과지의 여과지속 시간을 약 1개월 간 측정하여 평균치를 냄으로서 효과 분석의 정확성을 기하였다.
- 여과사 세척 후의 여과 모래에 대한 청결도를 측정하여 이물질의 혼합정도를 나타내는 세척도로 비교하였다. 그 결과 표 2와 같이 회전식 노즐을 사용한 경우가 고정식보다 약 2.
- 사용 전후를 비교 분석하였다. 여과사의 세척 정도를 비교하기 위해 여과사를 채집하여 탁질의 제거율과 여과수의 탁도 등을 비교하였다. 탁도 실험 기기는 탁도계로 HACH.
- 또한 분사 배관의 회전 중 편차 회전을 방지하기 위하여 Turn Buckle을 설치하였고, 끝단에 설치한 고정식 분사 노즐의 압력분사에 의하여 회전력을 발휘한다. 여과지의 상태에 따라 회전각을 조절하여 적절한 분당 회전수(rpm)를 유지할 수 있으며, 회전 도중 분사배관의 충돌을 방지하기 위하여 표면세척기 끝단 사이의 이격 거리를 5㎝ 이상으로 하였다.
- 다음과 같이 개선하였다. 즉 여과사의 세척 효과가 공기 역 세척 방식과 같이 극대화 될 수 있도록 분사 노즐을 기존의 고정식 노즐에서 회전식 노즐로 변경하였다. 그 다음으로 회전식 분사 노즐 방식으로 실험을 통하여 여과사의 세척 방법이 여과 수질에 미치는 영향 등을 검토하고자 한다.
- 표면 세척수의 유입 배관은 수격작용 방지를 위하여 세척수의 순환이 가능하도록 정방형의 순환 배관을 동일 크기의 관경으로 제작하였다.
- 플랜지의 접합은 고무 패킹을 삽입하여 누수방지와 절연이 될 수 있게 설계하였다.
- 회전 노즐의 설치 각도는 사면과 30~45°각도로 설치하여 여과사를 수직 전단력에 의한 파쇄를 하지 않고 경사 분사에 의한 사면와류 현상에 의한 세척이 발생하도록 하였다. 한편 수압에 의해 세척 효과가 영향을 받기 때문에 수압이 강한 경우는 노즐의 각도를 30°로 하고 수압이 낮을 경우는 45°로 하였다.
- 회전체의 재질은 스테인레스 스틸(STS) 혹은 회주철(grey castiron)로 하여 부식방지를 고려하고 상·하부 케이스로 구성하였으며, 회전체의 하부케이스는 볼 베어링(Thrust Ball BearingX 설치하여 회전력에 의한 하중을 충분히 견딜 수 있게 고려하였다. 플랜지의 접합은 고무 패킹을 삽입하여 누수방지와 절연이 될 수 있게 설계하였다.
대상 데이터
- 실험에 활용한 여과지는 “B" 정수장 한 곳을 선택하여 시행하였으며, 그 규모는 가로×세로(=12, 600×8,700)로 회전체가 12개이며, 회전노즐은 회전체 하나에 13개씩 설치하여 총 156(=12×13)개이다.
- 졌다. 분사노즐의 재질은 SUS, 니플 재질은 회주철로 하여 부식방지에 대비하였고 노즐의 회전수는 수압 4㎏/㎠에서 200rpm 이상이 되도록 설계하였다. 수중와류 현상 및 파동효과는 노즐의 회전수가 200rpm 이상이 되어야만 효과가 있다.
- 실험에 사용된 원수의 조건은 한강 잠실 수중보 위의 취수장에서 취수한 원수로 수온의 연 변화(1)는 3~29℃로 평균은 약 16℃이며, 탁도는 0.67-12.2 NTU로 평균 3.53 NTU 이다.
성능/효과
- (1) 여과사의 청결도 시험에서 회전식 분사 노즐 방식이 고정식 분사노즐 방식 보다 약 2.8배의 청결도를 나타내어 뛰어난 세척효과가 있음을 알 수 있었다.
- (2) 여과사 세척수의 탁도 시험 결과 회전식 분사 노즐 방식의 NTU 값이 항상 고정식 보다 높아 탁질 제거 능력이 우수함을 알 수 있었다.
- (3) 회전식 분사 노즐 방식의 여과 공정을 거친 정수의 탁도 시험 결과, 최대 값이 0.12NTU로 항상 음용 기준을 만족할 뿐 아니라 뛰어난 여과 효율을 나타내었다. 또한 여과사의 세척 효율 향상이 여과수의 정수 탁도를 낮추는 것과 직결됨을 확인하였다.
- (4) 회전식 분사 노즐의 균등 분사에 의해 여과사의 불연속 면이 없어져서 탁질류의 사면 잔류에 의한 이물질의 누출 위험성이 줄어들었다.
- (5) 여과사 청결도 향상으로 인해 여과 지속시간이 약 30% 증가하여 여과사 교체 비용이 절감될 수 있었다.
- 참조)함으로서 이물질이 침투되어 누출의 위험성이 있다. 그러나 회전식 방식은 분사노즐의 불규칙한 회전에 의해 회전 시마다 각기 다른 세척면이 이루어져, 세척 면의 불균형이 완전히 해소되어 균일한 세척면 (그림 7 참조)이 이루어지는 것을 확인하였다.
- 8배의 청결도를 나타내어 우수한 세척 효과를 확인할 수 있다. 그리고 세척 전의 여과사의 탁도와 세척 후의 탁도를 비교한 결과는 표 3에서와 같이 회전식 일 경우의 탁도 제거율이 94.7%로 고정식보다 월등히 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 되었다. 따라서 여과지의 사각 부분인 모서리와 세척기의 회전반경 범위 밖까지 세척이 가능하게 되어 사면의 전부분을 균일하게 세척할 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 12NTU로 항상 음용 기준을 만족할 뿐 아니라 뛰어난 여과 효율을 나타내었다. 또한 여과사의 세척 효율 향상이 여과수의 정수 탁도를 낮추는 것과 직결됨을 확인하였다.
- 또한 여과사의 청결도 향상으로 여과 지속시간을 약 30% 정도 증가시킬 수 있어 여과사 교체시간의 연장에 의해 비용이 절감되었다. 특히 Synedra acus와 같은 조류 발생 시 강력한 세척으로 여과사 표면에 잔류하는 조류를 제거하여 여과 지속 시간이 연장될 뿐 아니라 청결도 증가로 인하여 결과적으로 정수탁도를 높일 수 있다는 것을 확인하였다.
- 여유 거리를 갖고 세척 분사압이 유지되도록 하였다. 세척기의 끝단에 사구간방지용 고정 노즐을 설치하여 표면 세척 회전직경을 기존 방식보다 약 50~ 100㎝ 정도 확대시켰다.
- 이상의 결과를 종합하면, 여과사 세척에 있어 기존의 고정식 분사 노즐 방식을 회전식 분사 노즐 방식으로 변경함으로서 여과 공정의 정수 탁도를 높힘과 동시에 공기 역 세척 방식에 비해 경제성도 갖출 수 있겠다.
- 또한 그림 8은 표 5를 달리 표현한 것이다. 즉 시간의 경과에 따른 여과사를 세척한 세척수의 탁도를 나타낸 것으로 회전식 방식이 효과가 월등한 것을 확인할 수 있다.
- 하는 것을 표 6을 통해 알 수 있었다. 즉 여과사의 세척 효율이 정수 탁도의 효율과 직결됨을 확인하였다.
- 교체시간의 연장에 의해 비용이 절감되었다. 특히 Synedra acus와 같은 조류 발생 시 강력한 세척으로 여과사 표면에 잔류하는 조류를 제거하여 여과 지속 시간이 연장될 뿐 아니라 청결도 증가로 인하여 결과적으로 정수탁도를 높일 수 있다는 것을 확인하였다.
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