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문제 정의
- 본 연구에서는 생물학적 폐수처리장치 내부의 슬러지를 효율적으로 배출하거나 침전조의 슬러지 배출을 원활하게 하기 위하여 간헐식 수중폭기 장 치를 응용한 슬러지 배줄장치를 개발하고자 하였다. 슬러지 배출 장치는 간헐식 수중폭기장치와 원리 는 같으나 구조를 간단하게 변형한 장치로서 주입하는 공기의 유량, 외벽의 크기, 내벽의 위치(외벽과 내벽 사이의 거리) 및 배출관경에 대한 기초실험을 수행하였으며 기존의 공기 양정펌프와의 성능 비교를 통해 적용 가능성을 고찰하였다.
제안 방법
- 배출량 측정은 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌 프를 통해 배출되는 물과 슬러지를 메스실린더로 양을 측정하였으며, 슬러지 농도는 시료 분석은 Standard Methods"에 따라 행하였고, 배줄된 슬러지의 고형물량(g)은 슬러지 농도에 배출된 부피를 곱하여 계산하였다. 배출 압력은 두 장치의 배출관 끝에 압력계를 장착하여 측정하였다.
- 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프는 내부의 공기 흐름을 효과적으로 관찰하기 위해 투명 아크릴을 사용하여 Fig. 1 (a)와 (b)같이 제작하였는데, 배출관경(슬러지 배출장치, 공기양정 펌프)을 15-50mm까지 변화시키고 각관경별 다양한 크기의 외벽 및 내벽을 원형(슬러지 배출장치)으로 제작하여 실험에 사용하였다.
- Fig. 1에서와 같은 형태로 높이 100cm의 장치를 제작하여 관경을 25, 40 및 50mm로 변화시키면서 두 장치에 대한 비교를 하였는데, 액위 90cm에서 외벽 직경을 160mm, 내벽직경을 140mm로 고정하였으며, 외벽 높이는 50mm이었고 내벽은 외벽보다 10mm 낮게 설치하였다. 배출관 끝은 수면 위로 10cm 높게 설치되었다.
- 3에 도시한 바와 같이 아크릴로 제작된 수조에 슬러지 배출 장치를 넣고 진행하였는데, 이러한 형태의 장치를 실험 조건에 맞는 크기별로 제작하여 다양한 조건에서 실험하였다. 공기는 air compressor로 주입하였는데 공기유 량계를 부착하여 유량을 조절하였고, 배출되는 슬러지의 배출 압력을 측정하기 위해 배출관의 상단에 압력계를 부착하였으며, 또한 장치상단에 슬러지수집기를 부착하여 슬러지 배출 장치에 의해 배출되는 슬러지를 수집하였다.
- 먼저 공기유량계로서 원하는 공기유량을 조절한 후 배출장치로 공기를 주입하면서 배출되는 물 또는 슬러지의 부피를 측정하였는데, 이때 배출시 간은 2분으로 하였으며, 외벽 내의 공기가 완전히 배출되는 정도, 배출 압력 및 슬러지층의 부유 정도를 관찰하였다.
- 배출량 측정은 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌 프를 통해 배출되는 물과 슬러지를 메스실린더로 양을 측정하였으며, 슬러지 농도는 시료 분석은 Standard Methods"에 따라 행하였고, 배줄된 슬러지의 고형물량(g)은 슬러지 농도에 배출된 부피를 곱하여 계산하였다. 배출 압력은 두 장치의 배출관 끝에 압력계를 장착하여 측정하였다.
- 부산 S 하수처리장의 소화슬러지를 대상으로 슬 러지 배출장치와 공기 양정펌프의 슬러지 배출 성능 비교 실험을 수행하였다. 슬러지 높이 25cm를 포함하여 전체 100cm의 액위(장치 높이 90cm에 관경 25mm인 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프를 각각 설치하여 공기량 10L/min에서 2분간 배출실험 한 결과를 Table 2에 나타내었다.
- 상기배출관경 15mm에서 실험과 동일한 조건에서 배출관경을 20mm로 하여 외벽 직경 160, 120 및 80mm에서 각각 물에 대한 배출실험을 수행하였다. 각각의 조건에서 2분간 운전하여 배출된 물의 양을 비교한 실험 결과, Fig.
- 슬러지 배출 실험은 Fig. 3에 도시한 바와 같이 아크릴로 제작된 수조에 슬러지 배출 장치를 넣고 진행하였는데, 이러한 형태의 장치를 실험 조건에 맞는 크기별로 제작하여 다양한 조건에서 실험하였다. 공기는 air compressor로 주입하였는데 공기유 량계를 부착하여 유량을 조절하였고, 배출되는 슬러지의 배출 압력을 측정하기 위해 배출관의 상단에 압력계를 부착하였으며, 또한 장치상단에 슬러지수집기를 부착하여 슬러지 배출 장치에 의해 배출되는 슬러지를 수집하였다.
- 본 연구에서는 생물학적 폐수처리장치 내부의 슬러지를 효율적으로 배출하거나 침전조의 슬러지 배출을 원활하게 하기 위하여 간헐식 수중폭기 장 치를 응용한 슬러지 배줄장치를 개발하고자 하였다. 슬러지 배출 장치는 간헐식 수중폭기장치와 원리 는 같으나 구조를 간단하게 변형한 장치로서 주입하는 공기의 유량, 외벽의 크기, 내벽의 위치(외벽과 내벽 사이의 거리) 및 배출관경에 대한 기초실험을 수행하였으며 기존의 공기 양정펌프와의 성능 비교를 통해 적용 가능성을 고찰하였다.
- 슬러지 배출 장치는 배출관경에 따라 외벽과 내벽 등이 각각 필요하고, 동일한 배출관경에 대해서도 실험조건에 따라 내벽 및 외벽의 크기가 모두 다르므로 실험할 항목에 따라 필요한 장치를 각각 제작하였다. 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프는 내부의 공기 흐름을 효과적으로 관찰하기 위해 투명 아크릴을 사용하여 Fig.
- 슬러지 배출 장치를 이용하였을 때 수면 위로 배출 가능한 높이에 관한 특성을 고찰하고 자 비교적 얕은 23cm의 액위를 기준으로 수면 위로 배출관을 7cm, 37cm 및 67cm까지 높여서 물에 대한 배출실험을 수행하였다. 본 실험장치는 배출관경 20mm, 외벽 직경 160mm 및 내벽직경 140mm이었으며, 외벽 높이는 50mm, 내벽은 이보다 10mm 낮게 설치하였고, 배출시간은 2분으로 하였다.
- 슬러지 배출 장치의 기본적인 운전조건을 확립하기 위해 아크릴로 높이 25cm인 장치를 제작하여 액 위(water levelX 23cm로 고정시키고 배출관경 15, 20, 25mm에 대한 배출실험을 수행하였는데, 배출 시 공기와 물의 흐름을 관찰하기 위해 슬러지가 아닌 물만을 대상으로 실험하였다. 장치는 Fig.
- 슬러지 배출 장치의 외벽 높이에 따른 배출 성능을 비교하기 위해 장치를 크게 제작하여 액위 90cm에서 배출관경 25mm으로 배출실험을 수행하였는데, 외벽 지름을 160mm, 내벽지름을 140mm로 하였으며, 내벽 높이는 실험한 외벽 높이(50 -180mm)보다 10mm 낮게 설치하였다. 실험은 2분간 수행하였고, 주입 공기는 5L/min으로 일정하게 유지하였으며, 배출관은 수면보다 10cm 더 높이 설치하였다.
- 액위 23cm, 배출관경 15mm에서 외벽 직경 160mm에 대해 내벽직경 40, 50, 60, 70, 90, 100 및 140mm을 각각 설치하고 공기량을 2.5, 5, 7.5 및 10L/min으로 변화시키면서 2분간 운전하여 나오는 배출량을 측정하여 Fig. 4 (a)에 도시하였다.
- 액위 변화에 따른 슬러지 배출 장치의 성능 비교를 위해 수면을 23, 53 및 83cm로 변화시키면서 배출관경 20mm에서 물을 대상으로 한 배출실험을 수행 하였다(Fig. 8). 이때 사용한 외벽 및 내벽의 직경은 각각 160 및 140mm이었고, 외벽 높이는 50mm, 내벽은 외벽보다 10mm 낮게 설치하였으며, 배출 시간은 2분, 배출관 끝은 수면 위로 7cm 높게 설치하였다.
대상 데이터
- 슬러지 배출 장치를 이용하였을 때 수면 위로 배출 가능한 높이에 관한 특성을 고찰하고 자 비교적 얕은 23cm의 액위를 기준으로 수면 위로 배출관을 7cm, 37cm 및 67cm까지 높여서 물에 대한 배출실험을 수행하였다. 본 실험장치는 배출관경 20mm, 외벽 직경 160mm 및 내벽직경 140mm이었으며, 외벽 높이는 50mm, 내벽은 이보다 10mm 낮게 설치하였고, 배출시간은 2분으로 하였다. 배출 높이 변화에 따른 배출량을 도시한 Fig.
성능/효과
- 1) 동일한 외벽 크기에서 공기량이 많을수록, 슬러지 배출 장치의 내벽은 수평 방향으로 외벽과의 거리가 가까울수록 공기chamber를 채우는 데 걸리는 시간이 짧아져 배출량이 많았으나, 슬러지를 대상으로 할 때에는 슬러지로 인해 막힐 우려가 있으므로, 최소 10mm 정도 거리를 두어야 한다. 수직 방향으로 거리 또한 10mm 정도 거리를 두는 것이 가장 효과적이었다.
- 1회 펌핑 당 배출되는 물의 양을 보면 공기량 증가에 따라 배출량은 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났는데, 이로서 소량의 공기만으로도 많은 양의 공기를 공급할 때와 같은 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 공기량을 증가시킨다면 펌핑되는데 소요되는 시간이 짧아져 일정 시간 동안 배출되는 물의 양이 상대적으로 많아질 뿐이라는 것을 알 수 있었다. 그러나 장치가 커졌을 경우에 작은 양의 공기만을 공급한다면 기액 간의 평형을 깨뜨릴 수 있는 최소한의 driving force를 충족시키는데 시간이 많이 소요되므로 적절한 공기량을 유지하는 것이 필요할 것으로 사료되었다.
- 10에서 보듯 이 외벽의 높이가 낮을수록 2분 동안 배출된 물의 양은 많았는데, 이는 외벽의 높이가 높아 부피가 증가하게 되면 같은 공기량에서 외벽을 채우는데 상대적으로 많은 시간이 소요되기 때문에, 일정시간 당 배출되는 물의 양을 비교하였을 때는 외벽의 크기가 작은 것이 펌핑 횟수가 많아지므로 배출량이 많아지게 되는 것이다. 1회 펌핑 당 배출되는 물의 양을 보면, 외벽의 부피가 커서 한꺼번에 배출되는 공기의 양이 상대적으로 많은 쪽인 높은 외벽 조건에서 더 많은 물이 배출되는 것으로 나타났다. 그러나 외벽 높이가 140 및 190mm에서의 실험에서 배출되는 공기는 외벽 위쪽 끝으로부터 각각 10 및 60mm 높이까지 공기가 완전 배출되지 않고 계속 공기층으로만 유지되는 것을 확인할 수 있었으며, 이로서 액위 90cm, 배출관경 25mm의 조건에서는 외벽의 지름을 160mm로 하였을 때 배줄될 수 있는 높이의 한계가 130mm이며, 더 이상 높게 하는 것은 장치 제조비만 많이 소요될 뿐 장치 성능에는 영향을 미치지 못한다는 것을 알 수 있었다.
- 2) 슬러지 배출 장치의 배출 성능은 액위가 증가할수록, 공기량이 증가할수록 증가하였다.
- 3) 동일한 외벽과 내벽지름에서 슬러지 배출 장치의 외벽이 높을수록 공기 포집에 걸리는 시간이 많이 소요되고 외벽의 내부에 채워진 공기가 완전히 배출되지 않아 비효율적이었다. 따라서 액위, 배출관경 및 공기량 등에 따라 적절한 크기의 외벽을 선택하여야 한다.
- 4) 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프의 물배출 비교에서 슬러지 배출 장치의 경우 최적 배출관 직경이 존재하지만 공기 양정펌프의 경우 배출관 지름이 좁을수록 공기의 slugging 흐름 발생으로 인해 배출량이 증가하고 배출관 지름이 커지면 다시 bubble 흐름으로 변화되었다.
- 5) 소화슬러지 배출 실험에서 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프를 비교해보면, 배출되는 물의 양은 공기 양정펌프가 많으나 배출 압력은 배 출 장치가 약 5배 정도 높았으며, 또한 배출되는 슬러지의 농도도 배출장치가 높게 나타났다. 슬러지 배출 관점에서 보면 고농도의 슬러지만을 작은 부피로 배출시킬 수 있는 슬러지 배출 장치의 성능이 훨씬 우수한 것으로 판단 되었다.
- 공기 양정펌프에서는 관경이 작을수록 배출량이 많았으며, 관경 40mm에서는 공기량 2.5L/min에서, 관경 50mm에서는 2.5 및 5L/min에서 전혀 배출되지 않는 것으로 나타났다. 실험시관을 따라 배출되는 공기방울을 관찰해 보았을 때, 25mm의 비교적 작은 관경에서는 일반적인 공기 양정 형태로 관끝 에서 공기를 주입하더라도 작은 관경으로 인해 공 기 방울들이 합체되는 현상이 나타났으며, 이로 인해 자연스럽게 air slugging도 유발되는 것을 관찰할 수 있었다.
- 1회 펌핑 당 배출되는 물의 양을 보면, 외벽의 부피가 커서 한꺼번에 배출되는 공기의 양이 상대적으로 많은 쪽인 높은 외벽 조건에서 더 많은 물이 배출되는 것으로 나타났다. 그러나 외벽 높이가 140 및 190mm에서의 실험에서 배출되는 공기는 외벽 위쪽 끝으로부터 각각 10 및 60mm 높이까지 공기가 완전 배출되지 않고 계속 공기층으로만 유지되는 것을 확인할 수 있었으며, 이로서 액위 90cm, 배출관경 25mm의 조건에서는 외벽의 지름을 160mm로 하였을 때 배줄될 수 있는 높이의 한계가 130mm이며, 더 이상 높게 하는 것은 장치 제조비만 많이 소요될 뿐 장치 성능에는 영향을 미치지 못한다는 것을 알 수 있었다.
- 그림에서 보듯이 동일 조건에서 공기량이 많을수록 배출되는 물의 양 또한 증가하였으며, 내벽이 커짐에 따라 배출량도 증가한다는 것을 알 수 있었다. 공기량이 많으면 외벽의 부피를 채우는데 걸리는 시간이 상대적으로 작아 2분당 배출되는 횟수가 많아지므로 배출되는 물의 양도 많아지게 된다.
- 그림에서 보듯이 배출관경, 외벽 및 내벽이 동일한 조건에서 액위가 높아질수록 배출량 또한 높아진다는 것을 알 수 있었으며, 공기량 2.5L/min에서 액위 23cm와 83m에서의 배출량이 각각 820 및 1825mL인데 비해 공기량 10L/min에서는 각각 3950 및 7700m止로서, 배출량 증가의 폭은 공기량이 작을 때보다 많을 때가 더 큰 것으로 나타났다. 이는 수심이 깊어질수록 강해지는 수압과 공기압의 차이가 커짐으로 인해 외벽을 채운 공기의 배출시 수심이 얕을 때보다 더 큰 힘으로 배출되기 때문인 것으로 사료되었다.
- 따라서 슬러지 배출 장치를 이용하면 배출되는 부피는 작더라도 공기 양정 펌프보다 더 큰 비중을 가지는 슬러지를 더 높은 위치까지 배출시킬 수 있을 것으로 판단되었다. 낮은 공기량에서 물의 배출 성능이 낮았던 관경 50mm에서의 슬러지 배출 장치 압력 또한 588 —784 Pa로서 관경 25mm의 공기 양정펌프 배출 압력보다 높았으며, 물이 전혀 배출되지 않은 관경 40 mm에서 공기량 2.5L/min, 관경 50mm에서 공기량 2.5 및 5L/min에서는 배출 압력이 전혀 측정되지 않았다.
- 그러나 장치가 커졌을 경우에 작은 양의 공기만을 공급한다면 기액 간의 평형을 깨뜨릴 수 있는 최소한의 driving force를 충족시키는데 시간이 많이 소요되므로 적절한 공기량을 유지하는 것이 필요할 것으로 사료되었다. 내벽의 크기(40-140mm)에 따른 1회 펌핑 당 배출되는 물의 양을 보면 상기 결과와 같이 내벽이 커질수록 배출량이 많아지는 것으로 나타나 내벽과 외벽 사이의 거리가 작을수록 효과적인 것을 알 수 있었다. 그러나 이 또한 슬러지로 인해 막힐 것을 대비하여 최소한의 공간은 두는 것이 바람직할 것으로 사료되었다.
- 그러나 이 또한 슬러지로 인해 막힐 것을 대비하여 최소한의 공간은 두는 것이 바람직할 것으로 사료되었다. 다른 조건은 일정하고 (내벽 직경, 60mm; air flow rate, 5L/ min) 외벽 직경이 160, 120 및 80mm일 때 1회 펌핑당 배출되는 물의 양을 계산한 결과 각각 약 70, 40 및 35mL/회정도로 외벽 직경이 클 때 더 많은 양이 배출되는 것을 알 수 있었다.
- 실험시공기 배출 현상을 관찰한 결과 외벽 내 공기가 완전히 배출되지 않고 외벽 상단부터 약 15mm 정도는 공기증으로 유지되는 것을 볼 수 있었는데, 이는 외벽 크기에 비해 배출관의 물층 부피가 작아 외벽 내의 공기가 완전히 빠져나가기 전에 공기층이 대기와 접하게 되어 더 이상의 공기배 출이 일어나지 않는 것으로 사료되었다. 따라서 배출관경과 수위 등을 고려하여 적절한 크기의 외벽을 선택하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.
- 그러나 Table 1에 나타낸 것과 같이 배출시 발생되는 압력을 보면, 배출관경 25mm에서 공기량이 10L /min에서 슬러지 배출 장치는 2352Pa의 압력으로 배출된 것에 반해 공기 양정펌프는 490Pa로서 약 5배 정도 차이가 있는 것으로 나타났는데, 이로서 작은 관경에서 운전되는 공기 양정펌프에서 발생되는 air slugging 현상은 이로 인해 힘의 증가는 다소 생겨도 슬러지 배출 장치에서처럼 외벽에 차 있던 공기가 일시에 배출되면서 발생되는 힘보다는 매우 낮은 것을 알 수 있었다. 따라서 슬러지 배출 장치를 이용하면 배출되는 부피는 작더라도 공기 양정 펌프보다 더 큰 비중을 가지는 슬러지를 더 높은 위치까지 배출시킬 수 있을 것으로 판단되었다. 낮은 공기량에서 물의 배출 성능이 낮았던 관경 50mm에서의 슬러지 배출 장치 압력 또한 588 —784 Pa로서 관경 25mm의 공기 양정펌프 배출 압력보다 높았으며, 물이 전혀 배출되지 않은 관경 40 mm에서 공기량 2.
- 배출관경 50mm의 결과에서 공기량 5L/min까지 배출량이 매우 작은 것으로 보아 상기 배출관경에서는 기액 평형을 깨고 원활한 air slugging을 유발 ' 시키는데 최소한 5L/min 이상의 공기량이 필요한 것으로 판단되었으며, 그 이상의 공기량에서 넓은 관경으로 인해 물의 배출량이 크게 증가하는 것으로 사료되었다. 또한 배출관경 40mm까지는 공기량 2.5L/min에서도 air slugging 유발이 가능하여 효과적인 장치의 운전이 가능한 것으로 판단되었다. 실제로 배출관경 50mm에서는 낮은 공기량(5L/min 이 흐卜)으로 운전할 때 air slugging이 발생은 되었으나 완전하게 관 전체를 밀고 올라가지 못하는 현상이 관찰되었으며, 이로 인해 피스톤 작용이 원활하지 못해 배출시 힘이 약하다는 것을 알 수 있었다.
- 슬러지를 배출시키는 관점에서 보면 높은 농도의 슬러지만을 배출시키는 것이 바람직하므로 상기 결과를 통해 전체 배출 부피는 작으면서 고농도의 슬러지가 배출되는 슬러지 배출 장치가 공기 양정펌 프에 비해 성능이 매우 우수하다는 것을 알 수 있었다. 또한 배출시 압력을 보면 슬러지 배출 장치가 약 5배 정도 높게 나타나, 동일 조건에서 본 배출 장치가 공기 양정펌프에 비해 높은 수면 위로 슬러지를 보낼 수 있다는 것을 알 수 있었다.
- 본 실험장치는 배출관경 20mm, 외벽 직경 160mm 및 내벽직경 140mm이었으며, 외벽 높이는 50mm, 내벽은 이보다 10mm 낮게 설치하였고, 배출시간은 2분으로 하였다. 배출 높이 변화에 따른 배출량을 도시한 Fig. 9를 보면, 액위가 23cm일 때 배출관이 수면 위로 높이 올라갈수록 배출량이 큰 폭으로 감소한다는 것을 알 수 있는데, 배출관이 액위보다 3배 정도 높은 위치인 수면 위로 67cm 높이 설치된 경우에는 전혀 배출되지 않았다. 한편 동일한 배출관경(20mm)에서 실험한 종래의 공기 양정펌프의 경우 배출 높이가 7cm에서 조금 배출되는 것이 관찰되었을 뿐 37cm와 63cm에서는 전혀 배출되지 않는 현상이 관찰되어 슬러지 배출장치의 운전조건이 더 나음을 알 수 있었다.
- 배출관경 50mm의 결과에서 공기량 5L/min까지 배출량이 매우 작은 것으로 보아 상기 배출관경에서는 기액 평형을 깨고 원활한 air slugging을 유발 ' 시키는데 최소한 5L/min 이상의 공기량이 필요한 것으로 판단되었으며, 그 이상의 공기량에서 넓은 관경으로 인해 물의 배출량이 크게 증가하는 것으로 사료되었다. 또한 배출관경 40mm까지는 공기량 2.
- 5배 많았으나, 이때의 슬러지 농도는 각각 12, 5師 mg/L 및 3, 872mg/L로서 슬러지 배출 장치가 약 3배 정도 높다는 것을 알 수 있었다. 배출된 슬러지 무게는 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프가 각각 45g 및 32g로 슬러지 배출 장치에서의 배출량이 더 많았으며, 배출시 배출관에서 측정된 압력은 배출 장치 가 2059Pa, 공기 양정 펌프가 392Pa인 것으로 나타났다.
- 소화슬러지에서 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프를 2분간 운전한 결과인 Table 2를 보면, 배출량이 각각 7.2L 및 16.8L로서 공기 양정펌프가 약 2.5배 많았으나, 이때의 슬러지 농도는 각각 12, 5師 mg/L 및 3, 872mg/L로서 슬러지 배출 장치가 약 3배 정도 높다는 것을 알 수 있었다. 배출된 슬러지 무게는 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프가 각각 45g 및 32g로 슬러지 배출 장치에서의 배출량이 더 많았으며, 배출시 배출관에서 측정된 압력은 배출 장치 가 2059Pa, 공기 양정 펌프가 392Pa인 것으로 나타났다.
- 1) 동일한 외벽 크기에서 공기량이 많을수록, 슬러지 배출 장치의 내벽은 수평 방향으로 외벽과의 거리가 가까울수록 공기chamber를 채우는 데 걸리는 시간이 짧아져 배출량이 많았으나, 슬러지를 대상으로 할 때에는 슬러지로 인해 막힐 우려가 있으므로, 최소 10mm 정도 거리를 두어야 한다. 수직 방향으로 거리 또한 10mm 정도 거리를 두는 것이 가장 효과적이었다.
- 5) 소화슬러지 배출 실험에서 슬러지 배출 장치와 공기 양정펌프를 비교해보면, 배출되는 물의 양은 공기 양정펌프가 많으나 배출 압력은 배 출 장치가 약 5배 정도 높았으며, 또한 배출되는 슬러지의 농도도 배출장치가 높게 나타났다. 슬러지 배출 관점에서 보면 고농도의 슬러지만을 작은 부피로 배출시킬 수 있는 슬러지 배출 장치의 성능이 훨씬 우수한 것으로 판단 되었다.
- 슬러지를 배출시키는 관점에서 보면 높은 농도의 슬러지만을 배출시키는 것이 바람직하므로 상기 결과를 통해 전체 배출 부피는 작으면서 고농도의 슬러지가 배출되는 슬러지 배출 장치가 공기 양정펌 프에 비해 성능이 매우 우수하다는 것을 알 수 있었다. 또한 배출시 압력을 보면 슬러지 배출 장치가 약 5배 정도 높게 나타나, 동일 조건에서 본 배출 장치가 공기 양정펌프에 비해 높은 수면 위로 슬러지를 보낼 수 있다는 것을 알 수 있었다.
- 실험 시 현상을 살펴보면, 배출관경 15nm에서는 외벽 직경 160mm에서 외벽 위로부터 약 20mm 정도, 외벽 직경 80mm에서 약 15mm 정도가 항상 공기층으로 유지되었고, 배출관경 20mm에서는 외벽 직경 160mm에서 약 10mm 정도가 항상 공기층으로 유지되는 것이 관찰되어 완전히 배출되지 않는 것을 알 수 있었으나, 배출관경 25mm에서는 외벽 내 잔류공기량이 전혀 없이 완전배출되는 것으로 나타나 배출관경에 따라 배출 공기량이 다르다는 것을 확인할 수 있었다.
- 실험시공기 배출 현상을 관찰한 결과 외벽 내 공기가 완전히 배출되지 않고 외벽 상단부터 약 15mm 정도는 공기증으로 유지되는 것을 볼 수 있었는데, 이는 외벽 크기에 비해 배출관의 물층 부피가 작아 외벽 내의 공기가 완전히 빠져나가기 전에 공기층이 대기와 접하게 되어 더 이상의 공기배 출이 일어나지 않는 것으로 사료되었다. 따라서 배출관경과 수위 등을 고려하여 적절한 크기의 외벽을 선택하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.
- 5 및 5L/min에서 전혀 배출되지 않는 것으로 나타났다. 실험시관을 따라 배출되는 공기방울을 관찰해 보았을 때, 25mm의 비교적 작은 관경에서는 일반적인 공기 양정 형태로 관끝 에서 공기를 주입하더라도 작은 관경으로 인해 공 기 방울들이 합체되는 현상이 나타났으며, 이로 인해 자연스럽게 air slugging도 유발되는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 넓은 관경인 50mm에서는 이러한 현상이 발생되지 않아 5L/min 이하의 공기량에서는 수면보다 10cm 높은 배출관까지 물을 상승시키지 못하여 전혀 배출되지 않는 것으로 나타났다.
- 슬러지 배출 장치의 외벽 높이에 따른 배출 성능을 비교하기 위해 장치를 크게 제작하여 액위 90cm에서 배출관경 25mm으로 배출실험을 수행하였는데, 외벽 지름을 160mm, 내벽지름을 140mm로 하였으며, 내벽 높이는 실험한 외벽 높이(50 -180mm)보다 10mm 낮게 설치하였다. 실험은 2분간 수행하였고, 주입 공기는 5L/min으로 일정하게 유지하였으며, 배출관은 수면보다 10cm 더 높이 설치하였다.
- (b)와 (c)에서 보는 바와 같이 공기량이 많을수록, 또한 내벽의 크기가 클수록 물의 배출량은 많은 것으로 나타나 외벽 직경 160mm일 때와 같음을 알 수 있었다. 외벽 직경 160, 120 및 80mm에서의 배출량을 비교해보면 동일한 공기량에서 외벽이 작을수록 물의 배출량이 많은 것을 알 수 있는데, 이는 외벽이 작을수록 동일 시간 동안 펌핑되는 횟수가 많아지기 때문에 상대적으로 배출량 또한 많아진다고 사료되었다.
- 9를 보면, 액위가 23cm일 때 배출관이 수면 위로 높이 올라갈수록 배출량이 큰 폭으로 감소한다는 것을 알 수 있는데, 배출관이 액위보다 3배 정도 높은 위치인 수면 위로 67cm 높이 설치된 경우에는 전혀 배출되지 않았다. 한편 동일한 배출관경(20mm)에서 실험한 종래의 공기 양정펌프의 경우 배출 높이가 7cm에서 조금 배출되는 것이 관찰되었을 뿐 37cm와 63cm에서는 전혀 배출되지 않는 현상이 관찰되어 슬러지 배출장치의 운전조건이 더 나음을 알 수 있었다.
후속연구
- 1회 펌핑 당 배출되는 물의 양을 보면 공기량 증가에 따라 배출량은 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났는데, 이로서 소량의 공기만으로도 많은 양의 공기를 공급할 때와 같은 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 공기량을 증가시킨다면 펌핑되는데 소요되는 시간이 짧아져 일정 시간 동안 배출되는 물의 양이 상대적으로 많아질 뿐이라는 것을 알 수 있었다. 그러나 장치가 커졌을 경우에 작은 양의 공기만을 공급한다면 기액 간의 평형을 깨뜨릴 수 있는 최소한의 driving force를 충족시키는데 시간이 많이 소요되므로 적절한 공기량을 유지하는 것이 필요할 것으로 사료되었다. 내벽의 크기(40-140mm)에 따른 1회 펌핑 당 배출되는 물의 양을 보면 상기 결과와 같이 내벽이 커질수록 배출량이 많아지는 것으로 나타나 내벽과 외벽 사이의 거리가 작을수록 효과적인 것을 알 수 있었다.
- 실험실 규모의 슬러지 배출 장치 실험에서 슬러지 배출 장치의 성능이 종래의 공기 양정펌프보다 우수한 것으로 나타나 적용 가능성이 있지만 생물학적 폐수처리장치 내부의 슬러지를 효율적으로 배줄하거나 침전조의 슬러지 배출에 적용하기 위해서는 pilot 규모의 연구를 거쳐 실제 장치나 시설에서의 실험이 필요할 것으로 사료되었다.
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