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가상의 물 수요곡선에 따른 수충격에 의한 염소농도변동 모의연구
Simulation of chlorine decay by waterhammer in water distribution system based on hypothetical water demand curve 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.32 no.2, 2018년, pp.107 - 113  

백다원 (부산대학교 환경공학과) ,  김현준 (부산대학교 환경공학과) ,  김상현 (부산대학교 환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Maintaining adequate residual chlorine concentration is an important criteria to provide secure drinking water. The chlorine decay can be influenced by unstable flow due to the transient event caused by operation of hydraulic devices in the pipeline system. In order to understand the relationship be...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구를 통해 수충격 발생횟수는 같으나 가상의 물 수요곡선을 바탕으로 형성되는 불규칙적인 시간 간격의 수충격과 규칙적인 시간 간격의 수충격 발생에 의한 염소감쇄거동을 비교해봄으로써 수충격 발생과 염소감쇄거동 간의 상관관계를 살펴보았다. 그리고 실험적 염소감쇄거동을 바탕으로 GA을 이용하여 표준 염소감쇄모델들의 매개변수 최적화를 수행하였다.
  • 본 연구의 목표는 물 수요곡선의 가정을 통해 상수관망에 근접하게 구현한 비정상 유동을 가진 물 분배시스템에서의 수충격 발생횟수와 잔류염소거동의 상관관계를 밝히는 것이다. 이를 위하여 소규모 물 분배시스템에서 가정된 물 수요곡선을 바탕으로 한 확률밀도함수를 이용하여 수충격을 발생시키는 장치를 구성하였다.
  • Steady, ADC, R 조건에서 매개변수 최적화를 수행한 표준 염소감쇄모델들은 모두 실험적 염소감쇄거동을 잘 모의하였으나 그 중 결합된‘n+n’ 모델이 적합도가 가장 높았다. 이 연구에서는 가정된 물 수요곡선과 매개변수 최적화를 수행한 표준 염소감쇄모델을 통해 염소감쇄거동에 대한 중요인자를 판별하고자 하였다. 이후 연구는 실제 상수관망의 물 수요곡선을 활용한 염소감쇄거동을 검증하는 연구가 반드시 필요하다.

가설 설정

  • Goyal and Patel (2015)는 실제 상수관망에서는 소비자들에 의해 간헐적으로 식수가 공급되므로 불규칙한 주기를 가진 수충격이 발생한다고 하였다. 본 연구에서, 수충격 발생 주기는 시스템의 물 소비곡선과 유사하다고 가정하였고 수충격 발생 확률은 확률밀도함수(Probability density function)를 이용해 근사치를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 전체적인 물 소비량에 비해 상대적으로 새벽의 물 소비량이 작다고 가정한 물 수요곡선(Fig.
  • 본 연구에서는 식(2)의 TOC와 N가 동일하다고 가정하며 ADC와 R을 위의 식을 통해 동일 온도로 보정한 염소감쇄속도를 비교하였다. 동일 온도로 보정하였을 때 ADR의 염소감쇄속도상수(kcal,ADC)와 R의 염소감쇄속도상수(kcal,R)의 차이는 kcal,R–kcal,ADC=0.
  • 본 연구에서, 수충격 발생 주기는 시스템의 물 소비곡선과 유사하다고 가정하였고 수충격 발생 확률은 확률밀도함수(Probability density function)를 이용해 근사치를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 전체적인 물 소비량에 비해 상대적으로 새벽의 물 소비량이 작다고 가정한 물 수요곡선(Fig. 1)에 따른 5차 다항식의 확률밀도함수를 구성하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
염소 소독제를 적절한 농도로 유지해야 하는 이유는? 그런데 정수장으로부터 가정으로의 분배되는 과정에서의 수질은 수많은 위험들에 노출되고 있다. 그러므로 이러한 노출에 의해 멸균된 식수가 분배 시스템을 통해 가정으로 전달되는 과정에서의 2차적 오염이 일어나는 것을 방지하도록 염소 소독제의 적절한 농도를 유지하는 것은 필수적이다 (Abokifa et al., 2015).
염소의 소독제로써의 의의는? , 2015). 염소는 소독된 식수에서의 미생물과 병원균의 증식을 효율적으로 방지하며 경제적인 소독제이며 급배수관망에서 안전한 수질을 확보하기 위해 잔류 염소농도는 0.2 mg/L로 유지되어야 한다(Termini and Viviani, 2015).
실제 관망에 대한 염소감쇄거동은 어떠한가? 이전의 많은 논문들이 정상 상태의 흐름에서의 염소 감쇄 거동을 연구하였으나 비정상류인 현실 여건은 이전의 연구들을 통해 실제 관망에 대한 염소감쇄거동을 정확하게 구현하는 것에는 한계가 있다. 실제 관망에서는 밸브 제어, 펌프 가동, 다양한 시간대별 물 수요량 등의 요소에 의해서 정상 상태의 유동이 비정상 상태의 유동으로 변하며, 염소감쇄가 더 빠르게 혹은 더 느리게 거동할 수도 있다. 밸브로 인한 유속의 변화에 의해 수충격(Transient)이 발생된 비정상 상태의 유동에서 그와 동시에 레이놀즈수가 줄어들어 염소감쇄속도가 느려진다는 연구 결과가 있다 (Ramos et al.
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참고문헌 (12)

  1. Abokifa, A.A., Yang, Y.J., Lo, C.S. and Biswas, P. (2016). Water quality modeling in the dead end sections of drinking water distribution, Water Res., 89, 107-117. 

  2. Biwas, P., Clark, R.M. (1993). A model for chlorine concentration decay in pipes, Water Res., 27, 1712-1724. 

  3. Clark, R.M. (1998). Chlorine demand and TTHM formation kinetics: a second-order model, J. Environ. Eng., 124(1), 16-24. 

  4. Goyal R.V, Patel, H.M. (2015). Analysis of residual chlorine in simple drinking water distribution system with intermittent water supply, Appl. Water Sci., 5(3), 311-319. 

  5. Hallam, N.B., Hua, F., West, J.R., Forster, C.F. and Simms, J. (2003). Bulk decay of chlorine in water distribution systems, J. Water Resour. Plann. Manage., 129(1), 78-82. 

  6. Kiene, L., Lu, W. and Levi, Y. (1998). Relative importance of the phenomena responsible for chlorine decay in drinking water distribution systems, Water Sci. Technol., 38, 219-227. 

  7. Kim, H., Kim, S. (2017). Evaluation of chlorine decay models under transient conditions in a water distribution system, J. Hydroinf., 19, 522-537. 

  8. Kim, H., Koo, J. and Kim, S. (2015). A general framework of chlorine decay modeling at a pilot-scale water distribution system, J. Water Supply: Res. Technol., 64(5), 543-557. 

  9. Powell, J.C., Hallam, N.B., West, J.R., Forster, C.F. and Simms, J. (2000). Factors which control bulk chlorine decay rates, Water Res., 34(1), 117-126. 

  10. Ramos, H.M., Loureiro, D., Lopes, A., Fernandes, C., Covas, D., Reis, F. and Cunha, M.C. (2010). Evaluation of chlorine decay in drinking water systems for different flow conditions: from theory to practice, Water Res. Manage., 24(4), 815-834. 

  11. Rossman, L.A., Clark, R.M. and Grayman, W.M. (1994). Modeling chlorine residuals in drinking water distribution systems, J. Environ. Eng., 120(4), 803-820. 

  12. Termini, D., Viviani, G. (2015). Spatial diversity of chlorine residual in a drinking water distribution system: application of an integrated fuzzy logic technique, J. Hydroinform., 17, 293-306. 

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