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유입구 및 정류벽 최적설계에 의한 최종 침전지 성능 개선 연구
Performance Enhancement Study of a Final Clarifier by the Optimum Design of Inlet and Baffle Condition

김혜숙   (충남대학교 환경공학과UU0001302  ); 신미수   (충남대학교 환경공학과UU0001302  ); 장동순   (충남대학교 환경공학과UU0001302  ); 정성희   (한국원자력연구소CC0186830  ); 강동효   (부산광역시 환경시설공단CC0187773  );
  • 초록

    하 폐수 처리장의 방류수 수질은 최종 침전지의 성능에 의해 직접적으로 영향을 받으므로 최종 침전지의 효율적 설계 및 운전은 하 폐수 처리에 소요되는 비용 절감과 더불어 수질보전을 위한 하수 정화의 목표를 달성할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 장방형 최종 침전지의 성능 개선을 위하여 유입구 위치와 정류벽 설치에 따른 내부 유동특성 및 고형물질의 제거효율을 수치해석방법을 통해 평가하였다. 개발된 2차원 컴퓨터 프로그램은 방사성 추적자를 이용한 체재시간분포 곡선과의 비교를 통해 성공적으로 검증된 수치해석 모델로 수력학적 구조변경에 대한 침전지의 성능 예측을 가능하게 하였다. 최종 침전지의 유입구 위치는 낮을수록 침전지에 형성된 강력한 바닥흐름과 수표면 역흐름으로 나타나는 밀도류를 저감시켰으며 침강된 슬러지의 하류 이동을 감소시켰다. 최종 침전지 유입부에 설치된 정류벽은 유입수가 출구로 직접 흐르는 단락류를 방지하고 밀도 저류로 유입되도록 하여 방류수 수질을 향상시키나 유입구 위치가 낮은 경우에 설치된 정류벽은 오히려 방류수 수질을 떨어뜨리는 결과를 초래하였다. 결국 최종 침전지의 성능 개선을 위한 수력학적 구조변경 및 설계는 다양한 변수에 대한 조직적인 수치해석 연구가 필요하며 선행되어야 할 것으로 판단된다.

    The effluent quality is directly affected by the separation of biological solids in a final clarifier because the majority of discharged $BOD_5$ and SS are virtually dependent on the results of biological solids in the sedimentation tank effluent. If a final clarifier is effectively designed and operated, the desired goal of clarification for wastewater can be achieved together with the cost reduction in the treatment of wastewater. To this end flow characteristics and the removal efficiency of SS are numerically investigated especially by the change of the inlet position and the installation of baffle to improve the performance of a rectangular final clarifier. The 2-D computer program developed in a rectangular coordinates has been successfully validated against experimental residence time distribution(RTD) curves obtained by tracing radio-isotope. The lowering of the inlet position weakens the density current and induces the settling of SS in the front zone of a clarifier. Thus the decreased traveling distance of the sludge increases the removal efficiency of SS in the effluent. The inlet baffle installed in the front region of clarifier prevents the short circuiting flow and induces to flow into the dense underflow, which eventually improves the effluent quality. In the case of lower inlet position, however, installation of baffle results in degradation of effluent quality. Consequently it is strongly recommended that in-depth numerical study be performed in advance for optimizing a clarifier design and retrofitting to improve effluent quality in a final clarifier.

  • 주제어

    방사성 추적자 .   체재시간분포 .   밀도류 .   정류벽 .   단락류.  

  • 참고문헌 (14)

    1. McCorquodale, J. A., and Zhou, S., 'Effect of Hydraulic and Solids Loading on Clarifier Performance,' J. Hydraulic Research, 31(4), 461-478(1993) 
    2. Chimelewski, A. G., Owczarczyk, A., and Palige, J., 'Tracer Investigations of Sedimentation Processes after Biological Treatment of Waste Water,' Institute of Nuclear Chemistry and Technology, Warsaw, Poland Annual Report 206, 121-122(1999) 
    3. Kim, H. S., 'Numerical Modeling of SS Separation, Thermal Drying and Incineration Pollutant Abatement in a Sludge and Wastes Related Combined System,' Ph. D. Thesis, Chungnam National University(2004) 
    4. Stamou, A. I., 'Modelling of Settling Tanks - A Critical Review,' 3rd International Conference, Water Pollution 95, Porto Carras, Greece, 25-28 April(1995) 
    5. Esler, J. K., 'Optimizing Clarifier Performance,' paper presented at 57th Annu. Conf. Water Pollut. Control Fed., New Orleans, La.(1984) 
    6. Krebs, P., 'Success and Shortcomings of Clarifier Modelling,' Water Sci. Technol., 31(2), 181-191(1995) 
    7. 김혜숙, 신미수, 장동순, 정성희, 강동효, '수표면 열손실 및 수력학적 구조변경에 의한 최종 침전지 유동 특성 연구(II),' 대한환경공학회지, 26(9), 1017-1024(2004) 
    8. Mazzolani, G., Pirozzi, F., and d'Antonoi, G., 'A Generalized Settling Approach in the Numerical Modeling of Sedimentation Tanks,' Water Sci. Technol., 38(3), 95 -102(1998) 
    9. Launder, B. E., Spalding, D. B., 'Mathematical Models of Turbulence,' Academic Press, New York(1972) 
    10. Patankar, S. V., 'Numerical Heat Transfer and Fluid Flow,' McGraw-Hill Company(1980) 
    11. Piirtola, L., Hultman, B., Andersson, C., and Lundeberg, Y., 'Activated Sludge Ballasting in Batch Tests,' Water Res., 33(8), 711-723(1999) 
    12. Parker, D. S., Kinnear, D. J., Gerges, H. Z., and Wahlberg, E. J., 'Approach for Diagnosing Secondary Clarifier Performance Problems and Prescribing Improvements,' WEF plant Operations Specialty Conference, 6-9 June, Milwaukee, Wisconsin, USA(1999) 
    13. 김혜숙, 신미수, 장동순, 정성희, 강동효, '부유고형물질에 의해 유도된 최종 침전지 유동 특성 연구(I),' 대한환경공학회지, 26(6), 629-634(2004) 
    14. Wahlberg, E. J., Merrill, D. T., and Parker, D. S., 'Troubleshooting Activated Sludge Secondary Clarifier Performance using Simple Diagnostic Tests,' Proc. 68th Annual WEF Conference and Exposition on Water Quality and Wastewater Treatment, 23 October, Miami, Florida, USA(1995) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Cho, Young-Man ; Yoo, Soo-Jeon ; Roh, Jae-Soon ; Kim, taek-Jun ; Kim, Chang-Won 2009. "Evaluation of the Effect of Flocculator Rotation Direction in Floccualation Basin on Hydrodynamic Behavior using CFD" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 31(5): 364~370     

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    2. 2005 "소형 오리멀젼 보일러의 연소특성 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 27 (10): 1081~1089    
    3. 2005 "산업용 보일러의 질소산화물 제어를 위한 SNCR 적용 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 27 (3): 286~292    
    4. 2006 "접촉 반응조 혼합효율 향상을 위한 전산 유체역학적 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (8): 860~865    
    5. 2007 "시설하우스 에너지 절감을 위한 열유동 수치 해석 심층 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 29 (4): 466~471    
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