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표제지

목차

국문초록 11

1. 서론 13

가. 연구배경 및 목적 13

나. 연구 내용 및 방법 14

다. 선행 연구 15

1) 장치형을 이용한 CSOs 처리 15

2) 하이드로사이클론 17

2. 이론적 배경 19

가. 콜로이드와 응집제 19

1) 콜로이드의 분류 19

2) 응집제 종류 및 특징 23

3) 응집에 영향을 미치는 요인 26

4) 응집 플럭의 물리적 특성 분석 28

나. 하이드로사이클론 41

1) 하이드로사이클론 개요 41

2) 하이드로사이클론의 특성 및 장·단점 43

3) 하이드로사이클론의 유체 및 입자의 흐름 패턴 44

4) 하이드로사이클론 입자 분리 특성 48

5) 유체내에서 입자들의 분리 효율 49

6) 주요 영향 요소 53

3. 실험 방법 및 분석 57

가. 응집 플럭 형성 및 플럭 강도 57

1) 응집제와 응집강화제 57

2) 플럭 형성 및 물리적 특성 61

3) 교반강도 변화 따른 플럭 특성 및 수질 변화 65

4) 응집보조제 투입량에 따른 플럭 특성 변화 66

나. 하이드로사이클론에 의한 CSOs 입자 분리 67

1) 하이드로사이클론 오염물질 제거 67

2) 하이드로사이클론 분리효율 70

4. 결과 및 고찰 73

가. 응집 효율 변화 73

1) 응집 강화 평가 73

2) 응집제에 따른 플럭 크기와 밀도 변화 76

3) 교반강도 변화에 따른 플럭 특성 및 수질 변화 91

4) 응집보조제 주입량에 따른 플럭의 밀도 변화 94

5) 하수에 대한 평가 97

나. 하이드로사이클론에 의한 CSOs 입자 분리 104

1) 오염물질 제거 효율 104

2) 하이드로사이클론 구성 변화에 따른 제거 효율 107

5. 결론 109

참고문헌 111

Abstract 117

부록 120

표목차

표 2.1. 플럭의 크기를 결정하는 방법 30

표 2.2. 플럭 크기 측정 및 크기 결정방법 31

표 2.3. 플럭 강도 측정 및 계산방법 39

표 2.4. 전형적인 하이드로사이클론의 기하학적인 설계 비율 55

표 3.1. 양평하수처리장 수질 현황(ppm) 59

표 3.2. 응집제 주입방식 모식도 60

표 3.3. 하이드로사이클론의 운전 변수 변화 67

표 4.1. Ferric, Ferric+Polymer, Microsand+Ferric+Polymer 주입에 따른 플럭의 특성 77

표 4.2. Alum, Alum+Polymer, Microsand+Alum+Polymer 주입에 따른 플럭의 특성 80

표 4.3. 주입 방식에 따른 플럭의 특성 82

표 4.4. 단일응집제와 이중응집제로 형성된 플럭의 Strength factor 83

표 4.5. 단일응집제와 이중응집제로 형성된 플럭의 크기와 교반강도 식 84

표 4.6. Ferri, Polymer, Microsand 조합에 따른 플럭의 Strength factor 85

표 4.7. Ferric, Polymer, Microsand로 형성된 플럭의 크기와 교반강도 식 86

표 4.8. Alum, Polymer, Microsand 조합에 따른 플럭의 Strength factor 87

표 4.9. Ferric, Polymer, Microsand로 형성된 플럭의 크기와 교반강도 식 88

표 4.10. Ferric+Alum, Polymer, Microsand 조합에 따른 플럭의 Strength Factor 89

표 4.11. Ferric+Alum, Polymer, Microsand로 형성된 플럭의 크기와 교반강도 식 90

표 4.12. 교반강도에 따른 원수의 수질 변화 92

표 4.13. 교반강도의 차이에 따른 플럭 밀도의 변화 93

표 4.14. 낮은 SS(100㎎/L)에서 생성되는 플럭의 크기변화 94

표 4.15. 높은 SS(300㎎/L)에서 생성되는 플럭의 크기변화 94

표 4.16. 낮은 SS(100㎎/L)에서 생성되는 플럭의 밀도변화 96

표 4.17. 높은 SS(300㎎/L)에서 생성되는 플럭의 밀도변화 96

표 4.18. 플럭 양의 Peak Time 97

표 4.19. 기본 수질항목에 대한 수질기준 98

표 4.20. 시료 응집제 미투여 수질농도 104

표 4.21. 하이드로사이클론의 운전 변수 변화 105

그림목차

그림 2.1. 대전된 입자 주위의 이온 분포 20

그림 2.2. 콜로이드입자의 응집 22

그림 2.3. 디지털 이미지 분석과정 및 분석원리 32

그림 2.4. 프랙탈값에 따른 입자 집합체의 형성모양 34

그림 2.5. 레이놀드 수와 항력계수의 관계 36

그림 2.6. 플럭의 표면 부식 파괴 37

그림 2.7. 결합된 입자들 간의 붕괴에 의한 플럭파괴 37

그림 2.8. 하이드로사이클론 모식도 42

그림 2.9. 하이드로사이클론 유체와 입자의 거동 45

그림 2.10. 하이드로사이클론 입자의 회전 거동 49

그림 2.11. 하이드로사이클론 물질수지 모식도 49

그림 3.1. 하수처리장의 건기 및 우기시 샘플 수질변화 58

그림 3.2. Jar-test 장치 및 사각형 교반기 61

그림 3.3. 침강 플럭 촬영 장치 62

그림 3.4. 이미지분석프로그램을 사용한 이미지분석과정 63

그림 3.5. 디지털 이미지 분석과정 및 분석원리 64

그림 3.6. Jar 측면을 이용한 샘플 채취 66

그림 3.7. 하이드로사이클론 설계도면 68

그림 3.8. 하이드로사이클론을 이용한 실험 배치도 69

그림 3.9. 고속 가중 응집 교반장치 및 구동 장치 71

그림 3.10. 제작한 3종의 상부 유출구 모형 72

그림 4.1. 양평 하수처리장 하수의 MLSS 투입에 따른 응집 효율 변화 75

그림 4.2. Ferric, Ferric+Polymer, Microsand+Ferric+Polymer 주입에 따른 플럭크기 분포 76

그림 4.3. Ferric, Ferric+Polymer, Microsand+Ferric+Polymer 주입에 따른 플럭크기와 유효밀도와의 관계 77

그림 4.4. Alum, Alum+Polymer 주입에 따른 플럭의 크기 분포 78

그림 4.5. Microsand+Alum+Polymer 주입에 따른 플럭의 크기 분포 79

그림 4.6. Alum, Alum+Polymer, Microsand+Alum+Polymer 주입에 따른 플럭의 크기와 유효밀도와의 관계 79

그림 4.7. Ferric+Alum 주입에 따른 플럭의 크기 분포 80

그림 4.8. (Ferric+Alum)+Polymer, Microsand+(Ferric+Alum)+Polymer 주입에 따른 플럭의 크기 분포 81

그림 4.9. Ferric+Alum, (Ferric+Alum)+Polymer, Microsand+(Ferric+Alum)+Polymer의 주입에 따른 플럭의 크기와 유효밀도와의 관계 81

그림 4.10. 단일응집제와 이중응집제로 형성된 플럭의 Strength Factor 와 교반강도 관계 83

그림 4.11. 단일응집제와 이중응집제로 형성된 플럭의 크기와 교반강도 관계 84

그림 4.12. Ferric, Polymer, Microsand 조합에 따라 형성된 플럭의 Strength factor와 교반강도 관계 85

그림 4.13. Ferric, Polymer, Microsand 조합에 따라 형성된 플럭의 크기와 교반강도 관계 86

그림 4.14. Alum, Polymer, Microsand 조합에 따라 형성된 플럭의 Strength factor와 교반강도 관계 87

그림 4.15. Ferric, Polymer, Microsand 조합에 따라 형성된 플럭의 크기와 교반강도 관계 88

그림 4.16. Ferric+Alum, Polymer, Microsand 조합에 따라 형성된 플럭의 Strength factor와 교반강도 관계 89

그림 4.17. Ferric+Alum, Polymer, Microsand 조합에 따라 형성된 플럭의 크기와 교반강도 관계 90

그림 4.18. Suspended solid of settled supernatant and floc photographs at progressively increasing mixing intensity. 91

그림 4.19. 교반강도의 차이에 따른 플럭 밀도의 변화 92

그림 4.20. 교반강도 증가에 따른 플럭의 상태변화와 현미경 사진 93

그림 4.21. Polymer 주입량 증가에 따른 편차의 증가 95

그림 4.22. 구리 하수처리장의 응집제 투입량에 따른 BOD5 저감(이미지참조) 98

그림 4.23. 난지 하수처리장의 응집제 투입량에 따른 BOD5 저감(이미지참조) 99

그림 4.24. 구리 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 CODmn 저감(이미지참조) 99

그림 4.25. 난지 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 CODmn 저감(이미지참조) 100

그림 4.26. 구리 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 CODCr 저감(이미지참조) 100

그림 4.27. 난지 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 CODCr 저감(이미지참조) 101

그림 4.28. 구리 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 T-N 저감 101

그림 4.29. 난지 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 T-N 저감 102

그림 4.30. 구리 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 T-P 저감 102

그림 4.31. 난지 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 T-P 저감 103

그림 4.32. 구리 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 SS 저감 103

그림 4.33. 난지 하수 처리장의 응집제 투입량에 따른 SS 저감 104

그림 4.34. COD 저감효율 105

그림 4.35. SS 저감효율 106

그림 4.36. 탁도 저감효율 106

그림 4.37. 하이드로사이클론의 구성변화에 따른 수질(SS, T-P)의 변화 108

초록보기

 급속한 산업의 발달과 인구의 증가와 함께 인간의 무분별한 개발로 인해 수자원의 오염과 도시팽창화가 더욱 가속화 되었다. 과거 선진국에서는 점오염원의 처리에 주안점을 두고 정책을 추진하였으나, 20세기 중반이후 토지이용의 고도화에 따른 비점오염원의 증가로 인하여 점오원염만으로는 목표수질 달성에 어려움이 있다는 사실이 인식되기 시작하였다. 이러한 비점오염원 중 도시의 공공수역을 오염시키는 발생원의 하나인 합류식 하수관거 월류수는 건기시 노면에 축적 되어있던 오염물질들은 강우 시작과 함께 하천이나 호수로 유입되는 등 유역 전체에 쌓여 있는 먼지나 오염물질과 화학물질이 결합된 입자들로 우수에 의해 단시간에 하천으로 유입되어 심각한 수질문제를 일으킬 수 있으며, 실제 하수 처리장 운영시 과다한 우수가 유입되는 경우 하수 처리장 내 유입 자체를 차단하는 경우까지 감안한다면 수질 오염에 대한 영향은 보다 더 심각한 수준이다.

본 논문은 합류식 하수관거에서 우천시 우수와 오수가 혼합되어 일부가 미처리되어 방류되거나 처리장으로 유입시 높은 오염부하로 인해 처리효율을 저하시키는 CSOs를 장치형 시설인 하이드로사이클론을 이용한 오염물질 제거 효율에 관한 연구이며, 연구를 통하여 아래와 같은 결론을 얻게 되었다.

첫째, 강도에 따른 플럭의 입자 변화는 Ferric 과 Alum 을 주입하였을 경우 파괴시 모두 70%정도 플럭의 크기가 감소하였으며, 응집제를 혼합하여 주입하였을 경우 파괴시 40%정도 플럭의 크기가 감소하였다. 또한 강도의 증가에 따른 플럭 파괴의 변화율은 Ferric, Ferric+Alum, Alum 순으로 나타났다.

둘째, 이중응집제를 사용하였을 경우가 폴리머와 마이크로샌드를 주입하였을 때보다 초기 강도에 대한 플럭크기 감소율이 낮았다. 이는 이중응집제로 만들어진 플럭이 내부결합력이 높다는 것을 의미한다. 폴리머와 마이크로샌드를 주입하였을 경우 40~50%정도의 플럭크기 감소율을 보인다.

셋째, 플럭 밀도는 마이크로샌드의 투입량이 증가할수록 1.05mg/L에서 1.07mg/L로 증가하며 높아지는 것으로 나타났으나 폴리머는 투입량이 증가하여도 1.06mg/L 전후의 값으로 유지되어 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났으며, 81mg/L의 FeCl3에 대하여 4g/L의 마이크로샌드 투입량까지 증가하다 그 뒤로는 증가폭이 낮아져 4g/L가 가장 효율이 좋은 투입량으로 나타났다.

넷째, 수질은 유속이 빠르고 상부 유출구의 길이가 길수록 저감 효가가 높았다. 즉, 같은 양의 응집제를 투입하였을 때 유량이 많고, 상부 유출구의 길이가 길수록 응집제의 혼화, 하이드로사이클론의 Mixing 기능이 더 원활이 이루어 졌다. 하지만 추후 분리공정을 고려하면 플럭이 생성되는 크기가 중요할 것이다.

다섯째, Alum 응집제를 이용한 응집실험에 응집 보조제로서 활성슬러지를 첨가하였을 경우 BOD5, CODCr, CODmn, SS와 같은 항목은 응집제 0.05ml/L의 조건에서 MLSS를 투입하지 않았을 경우에 비해 MLSS를 투입했을 경우 10% 이상의 제거 효율 향상을 나타내었으며, 최적 MLSS의 투입량은 200ppm인 것으로 나타났다. 한편 T-N 항목은 제거 효율에 크게 영향 받지 않는 것으로 나타났으며, T-P의 경우 활성슬러지 내의 미생물이 혐기 상태에서 인을 용출함으로써 원수의 농도보다 T-P의 농도가 높게 형성되었다.

마지막으로 크기가 큰 서브 하이드로사이클론이 메인 하이드로사이클론 뒤에 위치할 경우 SS가 각각 39.71%, 35.61%씩 저감하는 것으로 나타났고, T-P는 31.57%, 16.67% 각각 저감되는 것으로 나타났다. 서브 하이드로사이클론이 메인 하이드로사이클론 앞에 위치할 경우 SS가 각각 45.97%, 42.03% 저감되는 것으로 나타났고, T-P는 36.05%, 22.70% 저감되는 것으로 나타났다.

참고문헌 (66건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

참고문헌 목록에 대한 테이블로 번호, 참고문헌, 국회도서관 소장유무로 구성되어 있습니다.
번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
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3 Characteristics of Dredged Sediment Classification by Hydrocyclone 소장
4 Influencing Facters on NOM Removal using Blended Coagulants 소장
5 Status of Combined Sewer Overflow (CSO) Treatment 네이버 미소장
6 Particle removal efficiency evaluation of a separator for CSOs control 네이버 미소장
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8 Study on Combined Sewer Overflows(CSOs) Treatments by SWIRL SCREEN 네이버 미소장
9 (2004). 용수처리(상수처리기술). 서울: 동화기술. 미소장
10 Articles : The Treatment of dyeing effluents by Al ( 3 ) and Fe-Al coagulants and their physico - chemical properties 소장
11 응집공정에서 유기물질의 제거를 위한 단일응집제와 혼합응집제의 효과 비교 소장
12 Treatment of Microparticle using the Perlite Filter 네이버 미소장
13 슬러지의 플럭 강도에 관한 연구 소장
14 Measurement of Particle Size and Particle Size Distribution 소장
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21 Characterization of Alum Floc by Image Analysis 네이버 미소장
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