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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 침전지 내에 위치하고 있는 각각의 구조물의 형태와 위치에 따라 영향을 받게 되는 침전수의 흐름을 평가함으로써 기존 정수장 침전지의 개량과 새로이 건설되는 정수처리시설의 설 계시 안정적인 흐름을 유도할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 5, 7, 9) 및 좌측(#2. 4, 6, 8, 10) 흐름으로 나누었으며, 각각의 위치에서 수심에 따라 상층부와 하충부의 시료를 시간별로 채취하여 추적자의 농도변화를 조사하였다.
- 2절에서 언급한 바와 같이 침전지 각 구간별로 추적자 농도변화를 측정하였다. 따라서 침전지의 상충과 하층흐름 그리고 좌측과 우측 흐름으로 구분하여 각각에 대한 평균값으로 흐름 특성을 분석하였으며 , 그 결과를 Fig.4~Fig.7에 나타내었다.
- 추적자의 물질이동 특성에 따른 침전지의 수리학적 효율을 조사하기 위하여 최종유출수를 시간별로 채취하여 추적자의 농도를 측정하였다. 또한 이와 별도로 조사대상 침전지의 각 구간에서 실질적인 유체흐름을 확인하기 위하여 경사판을 기준으로 경사판 전단, 경사판 중반, 경사판 후단과 최종 유출웨어 지점으로 나누고 이를 다시 우측(#1, 3. 5, 7, 9) 및 좌측(#2.
- 본 연구에서는 서울시에 위치한 정수장 3곳에서 지내 구조물의 형태와 위치가 상이하여 흐름특성의 비교가 용이한 4개의 침전지를 대상으로 추적자 실험을 실시하였으며, 각각의 수심과 구간별 지점에서 시료를 채취하여 침전지의 수리학적인 효율을 평가하고 구조물에 의한 전반적인 흐름특성을 분석하였다. 각 정수장의 조사대상 침전지 사양을 Table 1에 나타내었다.
- 불소주입은 불화나트륨(NaF)을 용해도(40g/L)까지 완전히 녹인 다음 조사대상 침전지의 유입전단 혼화지 등의 수표면 에 한번 에 주입 하는 방법 (slug dose method) 을 채 택하였으며 (Table 3), 주입시 간은 침 전지 이 론적 체류 시간의 2%를 초과하지 않는 범위 내에서 침전지 유입 부에 순간적으로 주입하였다(Kawamura, 2000: Hudson, 1981).불소는 유량과 최대검출농도를 고려하여 먹는물 수질기준(1.5mg/LasF)을 초과하지 않는 범위에서 주입하였으며, 불소측정용 이온전극 (Model 9609. ORION, USA) 을 이용하여 이온측정기 (Model 72OA, ORION, USA)로 측정하였다.
- 본 실험에서는 지내 구조가 서로 다른 침전지를 대상으로 침전지 전반의 흐름 특성을 평가하기 위해서 낮은 농도에서 인체에 무해하고 측정이 용이하며 치아보호를 위해서 일부 정수장에서 주입 하고 있는 불소를 추적자로 사용하여 2002년 5월~7월 사이에 수행되었다. 불소주입은 불화나트륨(NaF)을 용해도(40g/L)까지 완전히 녹인 다음 조사대상 침전지의 유입전단 혼화지 등의 수표면 에 한번 에 주입 하는 방법 (slug dose method) 을 채 택하였으며 (Table 3), 주입시 간은 침 전지 이 론적 체류 시간의 2%를 초과하지 않는 범위 내에서 침전지 유입 부에 순간적으로 주입하였다(Kawamura, 2000: Hudson, 1981).불소는 유량과 최대검출농도를 고려하여 먹는물 수질기준(1.
- 서울시에 위치한 정수장 3곳에서 지내 구조물의 형태와 위치가 상이한 4개의 침전지를 대상으로 추적자실험을 실시하여 침전지의 수리학적인 효율을 평가하고 구조물에 의해서 영향을 받는 전반적인 흐름 특성을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 3에 각각 나타내어 지내 구조물의 형태와 위치 그리고 구간별 시료채취지점을 표시하였다.추적자의 물질이동 특성에 따른 침전지의 수리학적 효율을 조사하기 위하여 최종유출수를 시간별로 채취하여 추적자의 농도를 측정하였다. 또한 이와 별도로 조사대상 침전지의 각 구간에서 실질적인 유체흐름을 확인하기 위하여 경사판을 기준으로 경사판 전단, 경사판 중반, 경사판 후단과 최종 유출웨어 지점으로 나누고 이를 다시 우측(#1, 3.
- 침전지의 수리학적 특성분석을 위한 정성적인 방법과 달리 침전지 각 구간에서 유체의 실질적인 흐름 특성을 파악하기 위하여 2.2절에서 언급한 바와 같이 침전지 각 구간별로 추적자 농도변화를 측정하였다. 따라서 침전지의 상충과 하층흐름 그리고 좌측과 우측 흐름으로 구분하여 각각에 대한 평균값으로 흐름 특성을 분석하였으며 , 그 결과를 Fig.
대상 데이터
- 5%를 차지하고 있으며, 경사판 전단과 후단에 각각 유입정류벽과 중간정류벽이 그리고 경사판 하부 2 개 지점에 저류벽 (solid baffle wall)이 시설되어 있다. 침전지내 측정지점 중에서 상층부3-1)는 수심 1.0m 위치에서 그리고 하층부("-2)는 수심 3.0m에서 각각 시간별로 시료를 채취하였다.
- 필요가 있다(Hudson, 1975). 본 실험에서는 지내 구조가 서로 다른 침전지를 대상으로 침전지 전반의 흐름 특성을 평가하기 위해서 낮은 농도에서 인체에 무해하고 측정이 용이하며 치아보호를 위해서 일부 정수장에서 주입 하고 있는 불소를 추적자로 사용하여 2002년 5월~7월 사이에 수행되었다. 불소주입은 불화나트륨(NaF)을 용해도(40g/L)까지 완전히 녹인 다음 조사대상 침전지의 유입전단 혼화지 등의 수표면 에 한번 에 주입 하는 방법 (slug dose method) 을 채 택하였으며 (Table 3), 주입시 간은 침 전지 이 론적 체류 시간의 2%를 초과하지 않는 범위 내에서 침전지 유입 부에 순간적으로 주입하였다(Kawamura, 2000: Hudson, 1981).
- 조사대상 침전지는 모두 수평류식의 경사판이 설치되어 있으며, GE 정수장 침전지의 경우 침전지 폭이 설계 상 35m로 표기되어 있으나 침전지 중앙이슬러지 컬렉터의 일부 작동범위를 제외하고 대부분 분리 벽으로 차단되어 있어 규격 17x31x4.5(폭 길이 수심)의 침전지가 병렬로 연결되어 있는 형태이며, 실질적인 침전수의 유입과 유출 흐름상 별개의 구조로 해석하는 것이 바람직하다. 각각의 침전지에 설치되어 있는 경사판의 사양을 Table 2에 나타내었다.
- 7%에 해당하며, 일반적인 지내 구조는 #2침전지와 같고 다만 유입정류벽과 경사판 사이에 중간정류벽이 시설되어있다. 측정지점 중에서 상충 부(n-1)는 수심 0.8m 위치에서 또한 하층부3-2)는 수심 2.5m에서 시간별로 시료를 채취하였다.
- 2%에 해당하는 부분에 경사판이 설치되어 있으며, 유입정류벽 이외에 저류벽이나 중간정류벽 둥의구조물이 전혀 없는 상태이다. 측정지점 중에서 상층부 3-1)는 수심1.0m 위치에서 그리고 하충부(n-2) 는 수심 3.0m에서 시간별로 시료를 채취하였다.
성능/효과
- SW 정수장 침전지의 추적자 실험 결과(Fig. 5, 6)침전수의 상층부 및 하충부 흐름의 경향은 경사판 외의 구조물이 없는 BG 정수장의 수리학적 흐름 특성과 유사하여 하층부 흐름(n-2)이 매우 지배적인 것으로 나타났다. 경사판 하부의 전단과 후단에 각각 설치된 패널 형태의 유공 정류벽은 바닥부분이 일부 절개되어있기 때문에 침전수의 흐름을 경사판이 설치되어 있는 상층부3-1)로 적절히 유도하지 못하였으며, #4 침전지의 경우 유입 정류벽과 경사판 사이에 시설되어 있는 중간 정류벽 역시 전체적으로 침전지 내에서 안정적인 침전수의 수평류 흐름을 유도하는데는 효과적이지 못한 것으로 나타났다.
- 경사판 설치 침전지는 경사판 자체로 침전수 흐름의 방해물로 작용하여 BG 정수장 침전지에서 처럼경사판 하부로 침전수의 흐름이 집중되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 침전수의 흐름을 개선하기 위한 노력으로 경사판이 이미 설치되어 있는 침전지의 경우, 슬러지 컬렉터 (sludge collector)의 왕복운전이 원활하도록 바닥부분이 일부 절개된 형태로 경사판 하부에 유공 정류벽을 추가로 시설하여도 정류벽 자체의 정류공과 바닥부분의 절개면으로 인하여 추가설치 전과 마찬가지로 침전수의 흐름이 경사판 하부로 집중되기 때문에 경사판에 의한 사영역의 발생을 제어하는데 효과적이지 않았다.
- 그리고 침전지의 좌측 및 우측흐름을 조사한 결과 평균적으로 경사판 중반과 후단 그리고 최종 유출 웨어 지점에서의 피크발현시간이 우측흐름(#1, 3, 5, 7, 9)에서 더 길고 피크농도는 좌측흐름(#2, 4, 6, 8, 10)°] 상대적으로 높고 일정하게 유지되는 것으로 나타나 좌측흐름방향의 각 구간을 침전수가 비교적 빠르게 이동하는 것으로 나타났다.
- 경사판 하부 2개 지점에 시설되어 있는 저류벽은 SW 정수장 침전지에 설치된 패널 형태의 유공 정류벽과 달리 정류공이 없을 뿐만 아니라 정류벽 바닥부분이 절개되어 있지 않기 때문에 효과적으로 침전수를 경사판으로 유도하여 경사판에 의한 사 영역의 발생을 최소화시켰다. 또한 좌측 및 우측 흐름 역시 시간이 경과함에 따라 경사판 전단에서부터 최종 유출웨어 지점까지 피크시간이 증가하는 경향을 나타내어 저류벽을 비롯하여 경사판과 유출웨어 사이에 시설된 중간 정류벽으로 인하여 어느 한쪽으로 침전 수의 흐름이 집중되는 편류의 발생이 억제되고 따라서 매우 안정적인 플러그 흐름을 나타내었다.
- 나타낸다. 분석결과 각 침전지의 Modal 지수는 0.44~0.72의 범위로 조사되어 GE 정수장의 침전지가 1에 가장 근접한 값을 나타내었다.
- 큰 값을 나타낸다. 분석결과 조사대상 침전지의MoriU 지수는 GE 정수장 침전지의 3.45를 비롯하여 전체적으로 2.99~3.45의 범위로서 기존의 다른 정수장 침전지에서 조사된 분석 값을 나타내었다.
- 이론적인 수리학적 체류시간에 대한 평균 수리학적 체류시간의 비율(M-HRT/T-HRTx 100)은 침전지에서 발생할 수 있는 사영역의 분포를 상대적으로 나타냄으로써 침전지의 수리학적 효율(Eh, %)을 평가할 수 있는 간접적인 지표로 평가되었다. 조사대상 침전지 중에서 수리학적 효율이 가장 높았던 GE 정수장 침전지는 Modal 지수(4개 침전지 평균 0.
- 조사대상 침전지 중에서 수리학적 효율이 가장 높았던 GE 정수장 침전지는 Modal 지수(4개 침전지 평균 0.62) 가 0.72 로 조사되어 가장 높았으며, 수리학적 효율이 가장 낮았던 BG 정수장 침전지의 경우 Modal 지수는 조사대상 침전지 중 0.44로 가장 낮은 값을 나타낸 반면 단락류 지수(4개 침전지 평균 0.31)는 0.47로 가장 높은 값을 나타내었다.
- 추적자 회수율은 93.1 ~99.7%로 문헌상에 제시된 75% 이상의 회수율을 얻어 실험시 추적자에 대한 화학적 반응이나 시료채취 시 문제점은 없었으며 (U.S. Army, 1992), 추적자의 최고유출 농도 시간대에서 유량 변동이 없어 그에 따른 추적자 실험의 오차는 없는 것으로 판단된다.
후속연구
- 그리고 경사판 하부로 침전 수가 집중되는 현상을 제어하지 않은 상태에서 중간정류벽을 추가로 시설하는 것 역시 경사판 하부에서 발생하는 단락류와 침전지 전반에 걸쳐 발생하는편류를 제어할 수 없는 것으로 조사되었다. 따라 서경 사 판 하부에 유공 정류벽이 아닌 저류벽을 시설하고 동시에 별도의 슬러지 컬렉터를 설치함으로써 침전 수의 흐름을 수리학적으로 안정화시킬 수 있을 것이다.
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