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[국내논문] 침전지의 유동 특성과 Lagrangian Method를 이용한 침전효율 예측에 관한 연구
A Study on Prediction of Sedimentation Efficiency for Sedimentation Basin using Lagrangian Method 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.39 no.5, 2017년, pp.229 - 236  

최종웅 (한국수자원공사 K-water 융합연구원) ,  홍성택 (한국수자원공사 K-water 융합연구원) ,  김성수 (한국수자원공사 K-water 융합연구원) ,  김연권 (한국수자원공사 K-water 융합연구원) ,  박노석 (경상대학교 토목공학과 및 공학연구원)

초록
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국내에서 설치 운영 중인 D정수장의 장방형 침전지를 대상으로 설계유량($15,864m^3/day$)과 운영유량($33,333m^3/day$))에 대하여 CFD 해석 방법을 사용하여 침전지의 유동특성 및 tracer 모의를 수행하였으며, 침전지의 유입부로 유입되는 플럭을 입자로 가정하여 모사하는 Lagrangin 기법을 적용하여 침전지의 효율을 검토하였다. 그 결과 침전지내 흐름을 plug flow 영역으로 만들기 위한 평균 속도값을 0.00193 m/s, 0.00417 m/s로 도출되었다. 또한 각 유량 조건에 대해 Tracer test를 모의한 결과 ${\beta}$(유효접촉인자) 값은 각각 0.51, 0.46, Morrill Index값은 각각 6.05와 3.21, 단락류 Index는 0.54와 0.34로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Flow characteristics analysis and tracer test simulations for the rectangular typed sedimentation basins, which have been operated at D_water treatment plant in Korea, were carried out using CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques for design ($15,864m^3/day$) and operation flowrate ...

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  • ]으로 설정한다. 경계조건으로 입구에서 단위 체적당 질량의 단위로 설정하고, 정상상태 계산을 초기조건으로 하여, 식 (5)와 같은 tracer 양으로 입구에서 유입된다고 가정한다.
  • 모든 유출공 전산모사 수행시 과도한 격자분포로 계산효율성이 저하됨으로 유출공의 직경 φ120mm로 가정하여 측면에 22개, 바닥면에 10개로 구성하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
침전공정은 무엇을 의미하는가? 침전공정은 수처리 공정 중 중력의 힘을 이용하여 고체와 액체를 분리하는 공정중의 하나이다. 그러나 침전지의 수리적 구조, 유량변동, 유출부 등 세부인자로 이루어져 있어서 국부적인 에너지의 소산, 단락류 및 밀도류, 사수부의 발생 등 복잡한 흐름 특성으로 수처리 효율이 만족스럽지 못한 경우가 자주 발생하며1,2) 세부인자의 형상에 의해 침전지내의 유동특성과과 침전효율이 크게 좌우 되는 것으로 알려져 있다.
침전공정의 한계점은 무엇인가? 침전공정은 수처리 공정 중 중력의 힘을 이용하여 고체와 액체를 분리하는 공정중의 하나이다. 그러나 침전지의 수리적 구조, 유량변동, 유출부 등 세부인자로 이루어져 있어서 국부적인 에너지의 소산, 단락류 및 밀도류, 사수부의 발생 등 복잡한 흐름 특성으로 수처리 효율이 만족스럽지 못한 경우가 자주 발생하며1,2) 세부인자의 형상에 의해 침전지내의 유동특성과과 침전효율이 크게 좌우 되는 것으로 알려져 있다.3) 많은 연구자들이 침전지의 유동특성과 침전효율을 예측하기 위한 수치모형을 개발하였다.
많은 연구자들이 수치모형을 개발한 이유는 무엇인가? 그러나 침전지의 수리적 구조, 유량변동, 유출부 등 세부인자로 이루어져 있어서 국부적인 에너지의 소산, 단락류 및 밀도류, 사수부의 발생 등 복잡한 흐름 특성으로 수처리 효율이 만족스럽지 못한 경우가 자주 발생하며1,2) 세부인자의 형상에 의해 침전지내의 유동특성과과 침전효율이 크게 좌우 되는 것으로 알려져 있다.3) 많은 연구자들이 침전지의 유동특성과 침전효율을 예측하기 위한 수치모형을 개발하였다. 4~6) Computational Fluid Dynamics (CFD, 전산유체역학)를 이용하여 다양한 조건에서 침전지내의 유동특성을 예측하였으며7) 침전지에 관한 실험적 연구로는 Acoustic Doppler Velocimeter (ADV)를 이용하여 정방형 모형 침전지에 대해 유속과 난류 성분을 측정하였다.
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참고문헌 (14)

  1. Kawamura S., Integrated design of water treatment facilities 2nd ed., John Wiley & Sons. New York(1991). 

  2. Prabhata, K. S. and Aditya, T., "Design of class-I sedimentation tanks," ASCE, J. Environ. Eng., 122(1), 71-73(1996). 

  3. Krebs, P., Stamou, A. I., Garcta-Heras, J. I. and Rodi, W., "Influence of inlet and outlet configuration on the flow in secondary clarifiers," Water Sci. Tecnol., 34(5-6), 1-9(1996). 

  4. Stamou, A. I., Adams, E. W. and Rodi W., "Numerical modelling of flow and settling in primary rectangular clarifier," J. Hydr. Res., 27(5), 665-682(1989). 

  5. Athanasia, M. G., Margaritis, K., Thodoris, D. K. and Anastasios, I. Z., "A CFD methodology for the design of sedimentation tanks in potable water treatment Case study: The influence of a feed flow control baffle," Chem. Eng. J., 140, 110-121(2008). 

  6. Maruejouls, T., Vanrolleghem, P. A., Pelletier, G. and Lessard, P., "A phenomenological retention tank model using settling velocity distributions," Water Res., 46, 6857-6867(2012). 

  7. Ta, C.T. and Brignal, W. J., "Application of computational fluid dynamics technique to storage reservoir studies," Water Sci. Technol., 37(2), 219-226(1998). 

  8. Lyn, D. A. and Rod, W., "Turbulence measurements in model settling tank," J. Hydr. Engrg., ASCE, 116(1), 3-21 (1990). 

  9. Salem, A. I., Okoth, G. and Thoming, J., "An approach to improve the separation of soli-liquid suspensions inclined plate settler: CFD simulation and experimental validation," Water Res., 45(11), 3541-3549(2011). 

  10. Park, N., Kim S., Choi, J., Sung, B. and Kang, M., "Evaluation of Hydraulic Behavior within Parallel arranged Upflow Sedimentation Basin Using CFD Simulation," J. Korean Soc. Water Waste., 27(4), 469-477(2013). 

  11. ANSYS, ANSYS ICEM CFD12 Manual, ANSYS, Inc., Southpointe U.S.A(2009) 

  12. ANSYS, ANSYS CFX 12 Manual, ANSYS, Inc., Southpointe U.S.A(2009). 

  13. Raimund, B., Stefan, D., Sebastian, F. and Ingmar, N., "On reliable and unreliable numerical methods for the simulation of secondary settling tanks in wastewater treatment," Computer and Chem. Eng., 41, 93-105(2012). 

  14. Laine, S., Phan, L., Pellarin, P. and Rober, P., "Operating diagnosis on a floccurator settling tank using FLUENT CFD software," Water Sci. & Technol., 39(4), 155-162(1999). 

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