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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 수평흐름식 여과기술을 CSOs에 적용하기 위한 공정최적화에 집중하였으며, 탁수의 여과특성을 수리측면과 효율측면에서 고찰하고자 하였다.
제안 방법
- 여과반응조는 W2.4m × L1.0m × H1.2m 규격으로 제작하였고, 내부에 칸막이 형태로 여재카트리지를 7단까지 장착할 수 있도록 구성하였다.
- 본 연구에서는 인공시료를 이용한 사전실험과 S하수처리장에서 유입하수를 적용한 현장실험으로 구분되어 수행되었다. 사전실험에서 사용된 인공시료는 325mesh 이하의 입자로 조제된 상업용 황토를 이용하였고, 평균 TSS 농도 250㎎/L를 목표로 제조하였다.
- 인공시료를 이용한 사전실험에서는 시료제조를 위해 인접한 하천수를 취수하여 공급하였고, 실험장치를 거쳐 처리된 유출수는 다시 하천으로 배출하도록 하였다. 유입수조에 교반기와 수중펌프를 설치하여 균일한 시료가 연속 공급되도록 하였고, 유량계량조에서 by-pass의 밸브 개도조절하는 방식으로 유량을 조절하였다.
- 인공시료를 이용한 사전실험에서는 시료제조를 위해 인접한 하천수를 취수하여 공급하였고, 실험장치를 거쳐 처리된 유출수는 다시 하천으로 배출하도록 하였다. 유입수조에 교반기와 수중펌프를 설치하여 균일한 시료가 연속 공급되도록 하였고, 유량계량조에서 by-pass의 밸브 개도조절하는 방식으로 유량을 조절하였다. 유량은 무부하 조건에서 0.
- 하수를 적용한 현장실험에서는 처리장 내 분배조에서 유입수를 취수하였고, 전처리과정을 거친 후 유량계량조로 유입시키도록 하였다. 이후의 과정은 사전실험과 동일하게 수행하였다.
- 이후의 과정은 사전실험과 동일하게 수행하였다. 현장실험에서 적용된 전처리과정은 여재의 조기폐색을 방지하기 위한 수단으로 다음의 세가지 조건으로 변경하여 실험을 수행하였으며 각 조건별 여과반응조의 운전특성 및 성능변화를 고찰하였다. 조건 1은 섬유여과 기술의 기본 구성으로 전처리 과정에서 경사판 침전조가 조합된 구성이다.
- 사전실험과 현장실험에서 공통적으로 여재의 수리적 특성평가는 손실수두의 변화 및 여과지속시간의 변화 등을 중점적으로 분석하였고, 수질면에서는 SS 제거특성을 중심으로 평가하였다.
- 본 연구에서 여과기술의 수리적 특성은 손실수두를 계측하여 평가하였다. 손실수두는 여과반응조 내부에 장착된 눈금자를 가동시간에 따라 육안으로 확인하여 그 차이를 산출하였다.
- 본 연구에서 여과기술의 수리적 특성은 손실수두를 계측하여 평가하였다. 손실수두는 여과반응조 내부에 장착된 눈금자를 가동시간에 따라 육안으로 확인하여 그 차이를 산출하였다. 여과기술의 고형물 제거효율 평가를 위해 SS를 분석하였으며, SS는 중량법으로 분석하였다.
- 그림에서 초기 1일부터 5일까지는 조건 1에 준하여 운전한 결과로 평균 73%의 SS 제거효율을 보였으나 가동 39분만에 여재의 조기폐색이 발생하였다. 따라서, 여과지속시간의 증가를 위해 가동 7일부터 10일까지는 조건 2에 준하여 운전하였다. 그 결과, SS 제거효율은 77.
- 따라서, CSOs의 안정적인 처리를 위해서는 최소한 여과지속시간이 2시간 내외로 유지되어야 초기강우에 의한 고농도 오염물을 처리할 수 있다. 따라서 본 연구에서도 여과지속시간을 보다 더 증가시키기 위해 조건 3으로 전처리공정을 강화하여 가동하였다. 가동 12일부터 15일까지는 조건 3에 준한 결과이며, SS 제거효율은 84.
- 로프형 섬유여재가 적용된 Pilot 규모의 여과장치를 이용하여 CSOs의 안정적 처리를 위해 공정최적화 연구를 수행하였다. 연구는 인공시료를 적용한 사전연구와 하수를 적용한 현장연구로 구분하여 수행하였으며, 다음과 같은 결론에 도달하였다.
- 로프형 섬유여재가 적용된 Pilot 규모의 여과장치를 이용하여 CSOs의 안정적 처리를 위해 공정최적화 연구를 수행하였다. 연구는 인공시료를 적용한 사전연구와 하수를 적용한 현장연구로 구분하여 수행하였으며, 다음과 같은 결론에 도달하였다.
대상 데이터
- 여재는 금속재질의 사각 판재 가운데에 수로용 홀을 W1.16m × H0.9m 규격으로 내고 유입부에 로프형 여재를 고정하여 제작되었다.
- 본 연구에서 사용된 여과장치는 유입수조, 유량계량조, 여과반응조로 구성되어 있다. 부대설비로 역세척을 위한 송풍기가 설치되어 있다.
- 부대설비로 역세척을 위한 송풍기가 설치되어 있다. 유입수조는 2㎥ 용량의 PE재질로 제작된 탱크를 2조 설치하여 병행사용하였고, 유량계량조는 V-notch type으로 제작하여 설치하였다. 여과반응조는 W2.
- 본 연구에서 사용된 여재는 고리모양으로 제조된 로프형 섬유여재로, PE, PP, 나일론 재질의 3종류의 원사를 이용하여 제작되었다. 여재의 물리화학적 특성을 다음의 Table 2에 나타내었다.
- 9m 규격으로 내고 유입부에 로프형 여재를 고정하여 제작되었다. 5단~7단으로 여재판을 조합하여 필터카트리지로 구성하였다.
- 본 연구에서는 인공시료를 이용한 사전실험과 S하수처리장에서 유입하수를 적용한 현장실험으로 구분되어 수행되었다. 사전실험에서 사용된 인공시료는 325mesh 이하의 입자로 조제된 상업용 황토를 이용하였고, 평균 TSS 농도 250㎎/L를 목표로 제조하였다. 현장실험에서 는 유입하수를 그대로 적용하였다.
이론/모형
- 손실수두는 여과반응조 내부에 장착된 눈금자를 가동시간에 따라 육안으로 확인하여 그 차이를 산출하였다. 여과기술의 고형물 제거효율 평가를 위해 SS를 분석하였으며, SS는 중량법으로 분석하였다. 유입수에 함유된 고형물의 입자분포는 AccuSizer 780A 모델의 입도분석기를 이용하여 분석하였다.
- 여과기술의 고형물 제거효율 평가를 위해 SS를 분석하였으며, SS는 중량법으로 분석하였다. 유입수에 함유된 고형물의 입자분포는 AccuSizer 780A 모델의 입도분석기를 이용하여 분석하였다. 이 외의 수질항목에 대해서는 공해공정시험법에 준하여 분석을 수행하였다.
- 유입수에 함유된 고형물의 입자분포는 AccuSizer 780A 모델의 입도분석기를 이용하여 분석하였다. 이 외의 수질항목에 대해서는 공해공정시험법에 준하여 분석을 수행하였다.
성능/효과
- 현장실험에서 는 유입하수를 그대로 적용하였다. 인공시료와 하수 모두 0~10 ㎛ 범위의 입자가 가장 많은 비율을 차지하는 것으로 분석되었고, 하수 내 입자가 황토입자보다 더 미세한 것으로 확인되었다. 각 시료의 입자분포는 아래의 Table 3과 Fig.
- 청수 유입조건(무부하조건)에서 여재의 손실수두는 여과선속도 변화에 따라 선형적 증가추이를 보였다. 선속도 15.
- 2)인 것으로 나타났다. 각 운전주기별 제거효율은 81.4%인 것으로 분석되었고, 80% 이상의 효율을 6시간 이상 유지하는 안정성을 보여주었다. 가동 6시간이 지난 이후에는 고형물 제거효율이 80% 이하로 미세하게 감소되는 경향을 보여 6시간 전에 역세척이 필요한 것으로 판단된다.
- 4kg/m2이었다. 이 같은 결과를 종합한 평균 회복율은 98.0%로 분석되었다.
- 8에 나타내었다. 그림에서 초기 1일부터 5일까지는 조건 1에 준하여 운전한 결과로 평균 73%의 SS 제거효율을 보였으나 가동 39분만에 여재의 조기폐색이 발생하였다. 따라서, 여과지속시간의 증가를 위해 가동 7일부터 10일까지는 조건 2에 준하여 운전하였다.
- 따라서, 여과지속시간의 증가를 위해 가동 7일부터 10일까지는 조건 2에 준하여 운전하였다. 그 결과, SS 제거효율은 77.8%로, 여과지속시간은 75분으로 증가하였다. 초기강우에 의한 고농도의 CSOs의 발생은 지역적 차이가 크지만 강우발생 후 약 2시간 정도인 것으로 알려져 있다.
- 따라서 본 연구에서도 여과지속시간을 보다 더 증가시키기 위해 조건 3으로 전처리공정을 강화하여 가동하였다. 가동 12일부터 15일까지는 조건 3에 준한 결과이며, SS 제거효율은 84.4%로, 여과지속시간은 90분으로 증가하였음을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 가동 후 16일경에 폐색된 7단 및 6단 여재를 제거한 후 재가동한 결과 여과지속시간이 120분까지 증가되는 결과를 얻을 수 있었다.
- 4%로, 여과지속시간은 90분으로 증가하였음을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 가동 후 16일경에 폐색된 7단 및 6단 여재를 제거한 후 재가동한 결과 여과지속시간이 120분까지 증가되는 결과를 얻을 수 있었다.
- 10에 나타내었다. SS의 제거효율은 조건 1, 조건 2, 조건 3의 경우에 대해 각각 73.0%, 77.8%, 83.9%의 최종제거효율을 보였고, 여과방류수의 수질은 조건 3에 대하여 평균 45mg/L인 것으로 분석되었다. 이처럼 각 조건에 따른 제거효율의 차이는 그리 크지 않은 것으로 나타났는데, 이는 강제여과 원리에서 기인된 것으로 추정된다.
- 11에 나타내었다. 선속도 11.8m/hr로 운전한 경우 손실수두가 10cm까지 증가하는데 소요된 시간은 평균적으로 약 185분이었고, 선속도를 14.7m/hr로 증가시켜 운전한 경우 손실수두가 10cm까지 증가하는데 소요된 시간은 평균적으로 약 158분인 것으로 나타났다. 또한, 선속도를 20.
- 7m/hr로 증가시켜 운전한 경우 손실수두가 10cm까지 증가하는데 소요된 시간은 평균적으로 약 158분인 것으로 나타났다. 또한, 선속도를 20.0m/hr, 25.9m/hr로 증가시키면 손실수두가 10cm까지 증가하는데 각각 평균 121분, 78분이 소요된 것으로 분석되었다.
- 이는 CSOs 및 SSOs를 여과처리함에 있어 고형물에 의한 저항력보다는 수리부하에 의한 저항력이 훨씬 큰 것으로 판단된다. 선속도별 역세척회복율 분석 결과에서는 선속도를 20m/hr 이하로 운전한 경우에는 선속도 변화에 따라 역세척회복율이 99.4% 수준을 유지하면서 큰 변화가 관찰되지 않았다. 반면, 선속도를 25.
- 본 개발기술을 적용하여 처리했을 때 SS의 제거효율은 청천시와 강우시가 각각 84.0%, 83.9% 수준으로 거의 같은 수준을 유지하였다. 이 외의 수질항목에 대해서도 유입수질 및 제거효율에 있어 매우 유사한 수준을 유지하는 것으로 분석되었다.
- 9% 수준으로 거의 같은 수준을 유지하였다. 이 외의 수질항목에 대해서도 유입수질 및 제거효율에 있어 매우 유사한 수준을 유지하는 것으로 분석되었다.
- 1) 여재 자체가 갖는 손실수두는 약 1.1cm정도로 분석되었고, 선속도 10m/hr 증가에 따라 약 0.1cm 정도의 손실수두 증가를 유발하는 것으로 나타났다.
- 2) 인공시료 적용 시 SS 제거효율은 81.4% 정도로 안정적이었고, 여과지속시간은 6시간 이상 유지되었다. 역세척공기 선속도 66.
- 4% 정도로 안정적이었고, 여과지속시간은 6시간 이상 유지되었다. 역세척공기 선속도 66.3m/hr에서 15분간 공기역세를 수행할 경우 손실수두 평균 회복율은 약 98%로 분석되었다.
- 3) 본 연구를 수행한 S하수처리장으로 유입된 하수를 적용한 현장평가에서 유입수의 직접여과는 여재의 조기폐색을 유발하므로 전처리공정으로 벨트형 미세스크린(450mesh 이상)을 적용함으로써 2시간 내외의 여과지속시간을 확보할 수 있었다.
- 4) 오염물 제거효율 측면에서 전처리 조건에 따라 효율차이는 크지 않았고 이는 강제여과 방식의 여재적용에서 기인된 것으로 사료된다.
- 5) CSOs 및 SSOs에 여과공정 적용을 위해서는 효율적 측면보다 여과지속시간을 안정적으로 유지하는 것이 중요한 요소이며, 전처리공정에 의해 여과공정의 수리적 특성이 크게 달라지는 것을 확인하였다.
- 6) 우기의 유입하수 수질은 건기와 비교하여 대부분의 수질항목에서 낮은 농도로 분석되었고, 이는 분류식 관거 비율이 높은 배수구역의 특성에서 기인된 것으로 추정된다. 우기와 건기의 유입수질에 따른 제거효율 차이는 미미하였다.
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