초록 ▼

본 시스템은 합류식 하수관거에서 강우시 발생되는 고농도 월류수 제거를 목적으로 개발되어 수리동력학적 구동원리를 이용하여 무동력으로 가동되며, 본 시스템에 대한 처리성 시험 및 전사유체 모의분석을 수행한 결과는 다음과 같다.
1) 유입수는 선회류에 의한 입자제거와 함께 중심부의 중력침전과 Screening에 의한 처리효율 향상을 확인하였다.
2) 수리학적 실험결과 시스템의 수두차는 유도수위와 유입관경에만 영향을 받았으며, 스크린 지름과 구경은 별다른 영향을 미치지 않았다.
3) 총괄입자 주입실험을 통해 System 반

본 시스템은 합류식 하수관거에서 강우시 발생되는 고농도 월류수 제거를 목적으로 개발되어 수리동력학적 구동원리를 이용하여 무동력으로 가동되며, 본 시스템에 대한 처리성 시험 및 전사유체 모의분석을 수행한 결과는 다음과 같다.
1) 유입수는 선회류에 의한 입자제거와 함께 중심부의 중력침전과 Screening에 의한 처리효율 향상을 확인하였다.
2) 수리학적 실험결과 시스템의 수두차는 유도수위와 유입관경에만 영향을 받았으며, 스크린 지름과 구경은 별다른 영향을 미치지 않았다.
3) 총괄입자 주입실험을 통해 System 반응조의 체류시간이 $1.5{\sim}2.0$분으로 짧은 시간에 높은 처리효율을 나타냈다.
4) 스크린별 비교실험 결과, 다이아몬드형 스크린을 사용하였을 경우에 안정적인 처리가 가능하였으며, 월류수 최대유입농도 유입시 SS 70%, COD 50% 내외의 처리효율이 나타났다.
5) 스크린 내부에 담체를 투입하였을 때 투입초기 다소간의 처리효율 향상을 가져왔으나, 담체의 제거능 한계로 인해 일정시간 경과후 효율이 감소하였다.
5) 3차원 전사유체 모사 분석 결과, System 내부에 설치된 스크린은 고형물 제거와 더불어 외부의 스크린 내부의 유속을 감소시켜 정적 침전기능을 향상시키는 것으로 나타났으며, 하단부의 고형물 부상방지 구조물도 스크린 내부의 Upflow 방지, 정적 침전을 위한 유속 감소, 스크린 외부의 고속 선회류 형성에 도움이 되는 것으로 나타났다.

Abstract ▼

The management of stormwater(rainwater runoff) in the domestic is focused on protecting of flooding. Sewage, which is overflowing of intercepting sewer, is flowing to the river at rainfall duration in Combined Sewer System. According to the rainfall`s characteristics of severe rain storm by typhoon

The management of stormwater(rainwater runoff) in the domestic is focused on protecting of flooding. Sewage, which is overflowing of intercepting sewer, is flowing to the river at rainfall duration in Combined Sewer System. According to the rainfall`s characteristics of severe rain storm by typhoon and rainy spell in summer in our country, Rainwater pumping facilities are worked to protect flooding. Based on design guideline, Intercepting sewer collects 3Qp(3 times of hourly maximum sewage flow) and treats 3Qp. But 3Qp does not go to sewage treatment facility, only some of them go to the facility, the rest go to the river directly. This study is targeting to treat NPS(Non Point Source), which include PS(point source), effectively by "Development of technology on CSOs(Combined Sewer Overflows) using hydrodynamic separator"
Recently, First flush or CSOs(Combined Sewer Overflows) treatment technologies, which applied to sewer pipe project, are imported technologies. Hydrodynamic separator doesn`t easy to design and construct because rainfall patterns and the method of flow measuring are differ from that of in the oversea. Therefore, Imported technologies can`t supply full technical service to us. It is necessary to develop technology to consider our situations, which we mention above. There is a problem to be inundated and destroyed because discharge chamber and intercepting sewer collect are located in the terrace land on the river when CSOs(Combined Sewer Overflows) is overflowing. Most of hydrodynamic separators take inflow, which it can not be treated fully, So it is necessary to predict unexpected sever conditions by computer based modeling. CFD(Computational fluid dynamics) is applied to have the solution to predict unexpected situations.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...10
• CONTENTS...13
• 목차...17
• 표차례...21
• 그림차례...26
• 제1장 연구개발과제의 개요...32
• 제1절 기술개발의 중요성...32
• 1. CSOs 및 비점오염원 대책의 중요성...32
• 2. 처리기술개발과 유체흐름해석 기술개발의 중요성...33
• 제2절 연구 목적...34
• 제3절 연구 내용 및 범위...35
• 제2장 국내외 기술개발 현황...38
• 제1절 기초문헌 조사...38
• 1. 합류식 하수관거의 현황...38
• 2. CSOs 부하량 저감방안...38
• 가. 하수관거 System내의 방안...38
• (1) 배출원의 조절...38
• (2) 차집관거 용량 증대...38
• (3) 실시간 제어방법...39
• (4) 하수관거 분류식화...39
• (5) 하수관거에 의한 유량 조절방법...39
• 나. 하수관거 System 외의 처리방안...40
• (1) 저류시설의 설치...40
• (2) 물리적 처리...40
• (3) 생물학적 처리...40
• (4) 화학적 살균(Disinfection)...41
• 3. 입자분리장치의 기작 및 작용원리...41
• 4. 전산 유체 역학(CFD)...42
• 제2절 국내외 기술개발 동향...43
• 1. CSOs 처리 기술개발 현황...43
• 가. 국외 기술개발 현황...44
• (1) VortechTM System...44
• (2) Stormceptorⓡ...45
• (3) Downstrem Defender & StormKing...46
• (4) CDS(Continues Deflective Separator)...47
• (5) 상기 주요기술의 평가...48
• 나. 국내 기술개발 현황...48
• 제3장 연구개발 내용 및 결과...52
• 제1절 연구방법...52
• 1. SYSTEM 개요...52
• 가. 전처리 장치...53
• 나. 고효율 분리장치...53
• 다. 처리수 저류조...53
• 라. 웨어...53
• 마. 유지관리...54
• 2. SYSTEM의 수리학적 이론배경...55
• 3. Lab scale검증 실험에 의한 System 연구...58
• 가. 실험 장치 및 장비...58
• (1) 장치의 구성 및 설치...58
• (2) 스크린의 재질 및 형상...60
• (3) 실험 장비...62
• 나. 실험 방법 및 조건...64
• (1) 기본 조건 및 변화 조건...64
• (2) 수위 및 유량측정방법...65
• (3) 유속측정방법...65
• (4) 입자 주입방법...67
• (5) 기타실험방법...71
• (6) 담체적용 실험...72
• 4. Pilot Plant 실험에 의한 System 연구...76
• 가. 실험 장치 및 장비...76
• (1) Pilot-scale 장치의 구성 및 설치...76
• (2) 실험 장비...77
• 나. 실험 방법 및 조건...77
• (1) 기본 조건 및 변화 조건...77
• (2) 수두 및 유량측정 방법...77
• (3) 수질 실험 분석 방법...79
• (4) 3D 유속계를 이용한 유속측정방법...80
• (5) 담체적용...81
• 5. 전산유체역학...83
• 가. 이론적 배경...83
• (1) FLUENT 모형의 개요...83
• (2) 지배방정식...84
• (3) 초기·경계 조건...86
• (4) 자유수면 해석...88
• (5) 난류모델...88
• (6) 입자 궤도 모의...90
• (7) 수치 기법...92
• 나. 스크린을 Porous jump로 처리한 경우...92
• (1) 격자 Program...92
• (2) 수치해석 모델 및 조건...94
• (3) 검증 실험 방법...96
• 다. 스크린 조건을 개선한 전산유체역학 모의...97
• (1) 입자 주입 범위...97
• (2) 수치 해석 방법...98
• (3) 검증 실험 방법...105
• 제2절 연구 결과...107
• 1. Lab-scale System 실험결과...107
• 가. 수위...107
• 나. 유량...110
• (1) 실측유량...110
• (2) 실측유량과 오리피스공식에서의 유량 비교...110
• (3) 평균수위차와 평균유량을 이용한 유량계수 및 System 손실계수...111
• 다. 유속...113
• (1) MATLAB을 이용한 3차원 유속분석...114
• (2) 조건별 유속분석...127
• (3) 유속결과 해석...139
• 라. 입자 제거 실험...145
• (1) glass bead를 이용한 입자 제거 실험...145
• (2) 총괄입자 주입실험 전체결과...152
• (3) 일정크기입자 주입실험...166
• 마. 기타실험...172
• (1) 하부배출량 영향...172
• (2) 입자비중 및 형태 측정...173
• (3) 제거 가능한 입자크기 예측...176
• 바. 담체 적용실험...179
• (1) 담체를 이용한 수리학적 실험...179
• (2) 담체에 대한 종합평가...183
• 2. Pilot-scale System 실험결과...184
• 가. 건기시 CSOs특성 및 Pilot System연구...184
• (1) 건기시 CSOs 특성조사...184
• (2) 건기시 Pilot System 연구...188
• (3) 3D 유속계를 이용한 유속측정 결과...189
• (4) 스크린 형태별, 유량별 SS 및 COD 처리효율...192
• 나. 우천시 CSOs 특성 및 Pilot System연구...196
• (1) 우천시 CSOs 특성조사...196
• (2) 우천시 스크린별 Pilot System 처리효율 분석...200
• 3. 전산유체역학...209
• 가. 스크린을 Porous jump로 처리한 경우...209
• (1) 수리 거동과 입자의 수치해석 결과...209
• (2) 검증 실험 결과...235
• 나. 스크린 조건을 개선한 전산유체역학 모의...248
• (1) 검증 실험 결과...248
• 제3절 결론...269
• 1. Lab 실험...269
• 가. 수리학적 실험...269
• 나. 3차원 유속측정 실험...269
• 다. 입자제거실험...269
• 라. 담체적용 실험...270
• 2. Pilot 실험...270
• 3. 3차원 전산유체모사 분석...271
• 가. 스크린을 Porous jump로 처리한 경우...271
• 나. 스크린 조건을 개선한 전산유체역학 모의...272
• 제4장 연구개발 목표달성도 및 대외기여도...276
• 제1절 연구개발 목표달성도...276
• 제2절 연구성과...278
• 제3절 대외 기여도...278
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...282
• 제6장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학기술정보...286
• 제7장 참고문헌...310
• 제8장 부록...318
• 1. Data Sheet...318
• 2. 실험 및 장치 사진...380
• 3. 사진대장...386
• 4. 제작 시방서...391