Vortex Separator와 응집 및 CFD를 이용한 CSOs의 처리 개선 연구 = A Study on development for CSOs treatment by vortex separators, flocculation and CFD simulation

국문 초록 (Abstract)

합류식 하수관거 월류수 처리에 와류형 분리장치의 이용가능성을 평가한 선행 연구(이, 2009)의 결과 40∼100㎛의 입경의 처리효율은 평균 99.7%였지만 그 이하의 입경범위에서의 처리효율은 50∼80%였다. 유입되는 고형물 floc size에 따라서 와류형 분리장치의 전체 처리 효율에도 크게 변화하기 때문에 이에 대한 해결이 필요한 실정이다. 또한 분리장치의 유입 유량에 따른 반응조 내부의 유체 흐름에 대한 연구가 미흡한 실정으로 효율 증진을 위한 장치의 설계 인자 변경에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 초기강우 및 합류식 하수관거 월류수에서 가장 문제시되는 입자의 크기에 따른 처리효율의 변동과 영양물질인 TP의 효율적인 제거를 위하여 인라인믹서를 통한 응집과 와류형 분리장치를 이용하여 개선 방안과 유량의 변화에 따른 4가지의 운전 mode를 통해 적절한 운전 조건을 제시하고 전산유체역학(CFD) 모델링을 이용하여 검증하였다.
본 연구 결과, 25 L/min의 경우가 가장 좋은 효율을 보였으며 15 L/min에서는 내부 와류가 생성되지 않아 반응조안에서 고형물이 배출되지 않고 침전이 일어나 일정 시간 이후, 고형물이 처리수와 함께 배출되었다. 유속이 빠른 50 L/min과 70 L/min에서는 와류형 분리장치 유입시의 충격으로 생성된 floc이 깨어지는 현상을 보였으며 이에 따라 충분한 침전이 생기지 않았다. 전산유체역학(CFD) 모델링을 통해 유속이 빠른 경우에 와류형 분리장치 내부에서 상향류의 흐름이 생기는 것을 확인하였고 내통에서 커다란 와류를 형성하는 것 역시 확인하였다.
와류형 분리장치에 응집 공정을 도입하였을 경우 도입하지 않았던 선행연구에 비하여 TP 기준으로 약 7배의 처리 효율 증진을 보였으며 유속의 변화에 따라 응집 floc의 깨어짐 현상이 발생할 수 있기 때문에 적절한 유속의 설정이 가장 중요할 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 범위 4
• 제2장 이론적 배경 5
• 2.1 합류식 하수관거 월류수 5
• 2.1.1 하수관거의 구성 5
• 2.1.2 합류식 하수관거 월류수 개요 8
• 2.2 와류형 분리장치 21
• 2.2.1 와류형 분리장치의 원리 21
• 2.2.2 와류형 분리장치의 특징 22
• 2.3 응집 23
• 2.3.1 응집 공정의 필요성 23
• 2.3.2 응집 메커니즘 23
• 2.3.3 응집제 24
• 2.4 전산유체역학 26
• 2.4.1 수치해석이론 26
• 2.4.2 기본 지배 방정식 29
• 2.4.3 경계조건 29
• 2.4.4 난류 30
• 제3장 실험장치 및 방법 32
• 3.1 실험장치 32
• 3.1.1 와류형 분리장치 32
• 3.1.2 In-line mixer 33
• 3.1.3 전체공정개요 34
• 3.2 실험 방법 35
• 3.2.1 Jar test 35
• 3.2.2 Continuous operating 36
• 3.2.3 Particle size analysis 36
• 3.2.4 전산유체역학 37
• 제4장 실험결과 및 고찰 38
• 4.1 Jar test 38
• 4.1.1 원수 성상 분석 38
• 4.1.2 Jar test 40
• 4.2 Continuous operating 42
• 4.2.1 원수 성상 분석 42
• 4.2.2 Continuous operating 결과 44
• 4.2.3 Floc size analysis 48
• 4.2.4 전산유체역학 51
• 제5장 결론 63
• References 65