초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
▪ 기후변화에 의한 홍수기 고탁도 원수 및 갈수기 조류농도 유입 시 재래식 응집/침전 시스템으로는 대응이 어렵기 때문에, 고비중의 가중응집제를 사용한 응집/침전 시스템을 적용을 통해 정수장 내 안정적인 처리수질을 확보하기 위하여 연구개발을 수행함
▪ 본 시스템의 운전조건을 확립하게 된다면 재래식 공정과 비교하여 부지면적을 70% 이상 절감하고, 초기 설치비 감소와 유지관리가 용이한 시스템 개발이 기대됨
▪ 총괄기관 및 참여기업과 협업하여 가중응집제의 수처리제 등록, 환경기술인증 등을 거쳐

□ 연구의 목적 및 내용
▪ 기후변화에 의한 홍수기 고탁도 원수 및 갈수기 조류농도 유입 시 재래식 응집/침전 시스템으로는 대응이 어렵기 때문에, 고비중의 가중응집제를 사용한 응집/침전 시스템을 적용을 통해 정수장 내 안정적인 처리수질을 확보하기 위하여 연구개발을 수행함
▪ 본 시스템의 운전조건을 확립하게 된다면 재래식 공정과 비교하여 부지면적을 70% 이상 절감하고, 초기 설치비 감소와 유지관리가 용이한 시스템 개발이 기대됨
▪ 총괄기관 및 참여기업과 협업하여 가중응집제의 수처리제 등록, 환경기술인증 등을 거쳐 국내외 시장으로 진출 기대

□ 연구개발성과
▪ 1차년 연구개발성과로 기술동향파악 및 Lab-test를 통하여 가중응집제로 인한 침전속도 효과증진 조건을 수립함
▪ 2차년 연구개발성과로 Bench-scale 침전지를 제작하여 Pilot 설치 전 경사판 침전지에서의 침강플럭의 속도증진을 위한 조건 도출 및 Static mixer을 이용한 급속혼화 조건 도출함. 또한 형성된 가중응집플록의 침강속도는 최고 약 104 m/h를 달성하였으며, 처리 탁도 및 SS 역시 목표치인 각각 5 NTU, 7 mg/L를 달성함
▪ 3차년 연구개발성과는 2차년까지 중점 수행한 Lab 및 bench 실험 조건을 기반으로 설치된 Pilot 시스템을 시흥정수장에서 실운전수행함 (3차년 종료시점 까지 10개월 운영). 또한 Test bed 설치를 위하여 혼화장치, 가중응집제 회수장치, 침전지 등 Pilot 규모의 시스템 요소기술을 평가하였음. 가중응집제 회수장치는 Hydrocyclone 만을 사용하는 시스템으로 확정하였으며, Pilot 현장에서 형성된 가중응집제의 평균 침강속도는 약 45 m/h로 최종목표치를 웃도는 성과를 달성함
▪ 4차년도에는 Pilot 운영결과를 바탕으로 Test bed를 설치하였고, 장기운영을 통해 목표 가중응집제 회수율인 95%, 고탁수 유입 시 처리수 탁도 (5 NTU) 및 SS (7 mg/L) 이하를 달성하였음.
▪ CFD 해석을 활용하여 Test bed 규모의 응집/침전 시스템에 사용하는 원형 경사판 침전지 내부의 수류흐름 및 입자거동을 검토하여 침전지 설계 방안과 안정적인 처리효율 달성 가능성을 도출함
- CFD모사 결과로부터 침전지내의 사류(dead zone) 및 단락류(short circuit flow)를 정의하여 이를 최소할 할 수 있는 방안을 제시하고자함
- 일반적으로 반응조내 평균 유속의 1/10이하의 분포 용적을 사류지역(dead zone)으로 가정함
- 참고로 현재까지 plug flow 반응조인 침전지를 대상으로 한 경우 실제 추적자실험과 충분한 grid 작업(많은 수의 grid를 생성시킨 후)을 수행한 CFD의 모사 경우 그 오차가 5%안팎임이 이미 문헌을 통해서 증명되었음
▪ 5차년도에는 장기운영을 통해 계절변화에 따른 안정적인 운영조건을 도출하였고, 300 NTU의 고탁수 유입 시 처리수 탁도 1.3 NTU, SS 기준 200 mg/L 조류 유입 시 5.3 mg/L로 우수한 처리효을 나타내었음.
▪ 6차년도에는 장기운영결과를 바탕으로 가중응집침전 시스템 최적 매뉴얼을 구축함

□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
▪ 본 연구를 통해 개발된 응집/침전 공정은 기후변화에 따른 수질변동에 유연한 대응을 할 수 있어 대부분의 응집/침전 공정에 적용할 수 있는 기술임
▪ 기존 침전지의 소요되는 넓은 부지면적을 최소화 할 수 있으며, 에너지 절감 효과가 기대됨
▪ 수질 변동에 유연한 대응이 가능하기 때문에 정수처리 공정 과정에서 안정적인 수질 확보가 가능하며 공정 간의 부하가 없음

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 6
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 10
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 15
• 1-1. 연구개발 목적 ... 15
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 15
• 1-3. 연구개발 범위 ... 17
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 22
• 2-1. 연구 내용 ... 22
• 가. 응집/침전 및 가중응집침전 특허 동향 파악 ... 22
• 나. 응집/침전 및 가중응집침전 기술 동향 파악 ... 23
• 다. 적정 자성 가중응집제 개발 및 생산 ... 41
• 라. 자성 가중응집제로부터 형성된 가중응집플럭의 최적 침전방안 연구 ... 69
• 마. 자성 가중응집제 최적 회수방안 연구 ... 153
• 바. 시스템 최적화 ... 173
• 사. 기술개발의 차별성 ... 234
• 2-2. 연구 개발 성과 ... 235
• 2-3. 연구 결과 ... 237
• 가. 논문실적 ... 237
• 나. 특허실적 ... 238
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 239
• 3-1. 목표 ... 239
• 3-2. 목표 달성여부 ... 239
• 3-3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 243
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 244
• 가. 사업화 전략 및 현황 ... 244
• (1) 사업화 전략 ... 244
• (2) 사업화 성과 ... 245
• 나. 경제성 검토 ... 245
• (1) 선진사 가중응집제와 개발 가중응집제 경제성 비교 ... 245
• (2) 시스템 예상 사용 에너지량 산정 ... 247
• 붙임. 참고문헌 ... 248
• 부록 ... 253
• 끝페이지 ... 322