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문제 정의
- 합성여재는 모래여과와 달리 많은 종류가 나와 있고 막힘의 경향과 역세척후 여과 유속변화가 달리 나타난다. 본 연구에서는 역세후의 섬유사 여재의 여과 특성을 알아보기 위하여 여재 시험법중의 하나를 채택하여 시험하였다. 본 연구에서는 여과후 폐색이 진행된 여재를 꺼내어 원통형의 1 L의 주상시험관을 통하여 대기압하의 일정 압력에서 여과유속변화를 시험하였다.
제안 방법
- 여과후 여재의 특성 파악하기 위하여 여과속도 변화와 역세의 관계를 여재시험 방법을 응용하여 1 L 원통형 주상실험을 통하여 실시하였다(Wakeman, 2007). 또한 CSOs의 특성을 바탕으로 적정한 여과 운전조건 및 효율을 제시하기 위하여 CSOs의 특성이 모니터링되었다. 강우지속시간에 따라 부유고형물(SS), 탁도 (turbidity), T-P 및 COD 가 측정되었으며 분석방법은 Standard Methods (APHA, 1998)에 따랐다.
- 1은 현장에설치한 실험장치의 모습이다. 반응조에는 유량계와 압를 부착하여 실험하였다. 여재는 충전후 압축이 가능하도록 하였으며 여층은 약 1 m의 높이로 운전하였다.
- 본 실험에서는 상향류로서 여과하는 방식을 채택하고 유속을 240∼1,200 m3/m2/d 변화시키면서 처리효율을 실험하였다.
- 합성수지 여재를 이용한 여과는 상당히 큰 여과선속도에서도 양호하게 운전할 수 있는 특성을 지닌다. 본 실험에서는 여과속도를 430 m3/m2/d에서 여과속도를 1,200 m3/m2/d까지 변화시키면서 주요 수질인자를 측정하였다. Table 2는 실험결과를 보여주는데 여과선속도가 낮아지면 오염물질의 제거효과가 높아지는 것이 뚜렷하다.
- 본 연구에서 섬유사로 구성된 여재를 사용한 상향류식 여과시스템으로 CSOs를 처리하였다. 여과 처리시스템의 운전 조건 및 SS, T-P, COD 등의 기본적인 수질의 특성을 연구하였다.
- 본 연구에서는 역세후의 섬유사 여재의 여과 특성을 알아보기 위하여 여재 시험법중의 하나를 채택하여 시험하였다. 본 연구에서는 여과후 폐색이 진행된 여재를 꺼내어 원통형의 1 L의 주상시험관을 통하여 대기압하의 일정 압력에서 여과유속변화를 시험하였다. Fig.
- 섬유사 여재로 충전된 합성수지 압축여재 여과공정을 CSOs 처리에 적용하여 일련의 실험 후 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 본 연구에서 섬유사로 구성된 여재를 사용한 상향류식 여과시스템으로 CSOs를 처리하였다. 여과 처리시스템의 운전 조건 및 SS, T-P, COD 등의 기본적인 수질의 특성을 연구하였다.
- 여과후 여재의 특성 파악하기 위하여 여과속도 변화와 역세의 관계를 여재시험 방법을 응용하여 1 L 원통형 주상실험을 통하여 실시하였다(Wakeman, 2007). 또한 CSOs의 특성을 바탕으로 적정한 여과 운전조건 및 효율을 제시하기 위하여 CSOs의 특성이 모니터링되었다.
- 반응조에는 유량계와 압를 부착하여 실험하였다. 여재는 충전후 압축이 가능하도록 하였으며 여층은 약 1 m의 높이로 운전하였다. 본 실험에서는 상향류로서 여과하는 방식을 채택하고 유속을 240∼1,200 m3/m2/d 변화시키면서 처리효율을 실험하였다.
- T-P도 유사한 경향을 보이지만 SS에 비하여 상당히 처리 효율이 낮은 편이다. 이것을 Fujita(1977)이 제시한 여과의 처리효율과 통수 속도에 관한 식을 응용하여 지수형태의 식(1)을 도출하고 이 관계식을 이용하여 Fig .4에 도시해 보았다.
대상 데이터
- 본 여과실험에 사용된 여재는 합성수지제 섬유사로 이루어진 지름 50 mm 정도의 구형여재 (Sphere media)의 여재를 사용하여 실험하였다. 섬유사로 충전한 다음 공극률은 약 98.
- 본 연구는 서울 중랑하수처리장에서 실제 CSOs를 대상으로 아크릴로 제작된 실험실 규모의 지름 170mm (내경, 150mm) 반응조를 사용하여 실시하였다. Fig.
이론/모형
- 또한 CSOs의 특성을 바탕으로 적정한 여과 운전조건 및 효율을 제시하기 위하여 CSOs의 특성이 모니터링되었다. 강우지속시간에 따라 부유고형물(SS), 탁도 (turbidity), T-P 및 COD 가 측정되었으며 분석방법은 Standard Methods (APHA, 1998)에 따랐다.
성능/효과
- 1) CSOs는 발생되는 수량의 변동이 심하므로 CSOs 처리장치는 이러한 변동 특성을 반영하여야 할 것으로 생각된다.
- 2) 여과선속도인 240 m3/m2/d에서 운전했을 경우 70% 압축 후 처리효율이 약 50%정도에 80%정도로 높아졌다.
- 3) 처리수질의 경우, 여과 속도가 낮아질수록 제거효율이 높았다. 그러나 여과속도750 m3/m2/d이상에서는 거의 변화하지 않는 경향을 보였다.
- 4) 지수식으로 표시한 여과속도와 k값은 수질항목에 따라 처리효율이 차이가 있었으며 SS의 경우 90, T-P의 경우 45의 값으로 SS가 T-P에 비하여 처리효율이 높았다.
- 5) 6번의 여과와 역세 반복시 유속의 변화가 거의 일어나지 않았다.
- 같은 부피의 여재를 70%정도 압축하면, 처리효율은 80%정도로 높아졌다. 그러나 압축효과와 함께 통수 속도의 효과가 더욱 더 크게 나타났으며 통수속도가 480 m3/m2/d이상에서는 통수 속도가 증가하여도 처리효율의 저하는 많이 나지 않았다. 물론 이러한 처리효율의 절대 값은 강우유입이 없을 때, 강유유입량이 최대일 때 등 유입 원수의 상태에 따라 변화하지만 처리효율의 변화 추세는 동일한 경향을 보인다.
- 따라서 기존의 최적화된 수리학적 체류시간 등을 적용하는 처리장치는 대응하기가 상당히 어려움을 알 수 있다. 본 연구에서도 Fig. 2.와 같이 조사시 좀 지체시간이 길어지기는 하였지만 유량과 수질이 변화하는 양상은 강우 개시후 SS와 유량이 4배가량 증가하였다. 반면에 COD와 T-P는 그다지 많이 증가하지 않는 양상을 보인다.
- 이렇게 유속이 떨어진 여재를 역세한 후 다시 여과실험을 몇 회 반복하였다. 총 5회의 반복 실험 결과 유속의 변화가 거의 일어나지 않았다.
후속연구
- 그러나 여과속도 860m3/m2/d과 1,200 m3/m2/d은 큰 차이를 보이지 않았다. 본 실험의 결과로부터 섬유사와 같은 합성수지 여재에 의한 CSOs여과는 매우 유속이 빠를 경우에도 일정정도 이상의 여과처리 효과가 있어 유량 변동이 심한 초기우수의 유량에 대응할 수 있을 것으로 생각된다.
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