KR100324308B1 - 약품침전지의 침전수 유출제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 약품침전지의 침전수 유출제어장치에 관한 것으로, 지내흐름의 유속을 균등하게 조절하기 위해 지내 중앙부에서 종방향으로 놓이는 유출트로프(22)에 침전수의 월류방지턱(22a)을 형성하여 지내흐름이 균등해지도록 시정하고, 지내흐름이 차단되는 종단의 차단벽(10)에 의한 배수곡선 및 와류현상에 기인하는 플록의 부상 및 월류를 방지하기 위하여, 차단벽과 가까이 위치하는 횡방향 유출트로프(26)를 충분히 이격시키고, 인접한 종방향 유출트로프(21,23)의 종단부에도 월류방지턱(21a,23a)을 형성하는 한편, 각 유출트로프를 월류한 침전수가 용이하게 합류하여 유출될 수 있게 종방향 유출트로프를 단계적으로 확장시켜 구성한다. 이에 따르면 지내흐름이 이상적인 흐름에 가깝게 유지되어 침전효율이 높아지고, 차단벽 부근에서의 플록의 월류가 방지되고 한층 강화된 침전기능으로 탁도가 낮은 양질의 침전수를 얻을 수 있게 되며, 또한 여과지와의 손실수두를 최소화 하고 양호한 침전기능을 유지하는 완충기능이 강화되는 효과가 있다.

Description

약품침전지의 침전수 유출제어장치{EFFLUENT CONTROL DEVICE FOR INCREASING EFFICIENCY OF SEDIMENTATION BASIN}

본 발명은 약품침전지에서 처리된 침전수의 유출을 제어하는 장치에 관한 것으로서, 특히 지내의 수평방향 유속분포를 균등하게 할 수 있는 약품침전지의 침전수 유출제어장치에 관한 것이다.

상수도의 정수처리에 있어서 약품침전지는 약품주입, 혼화 및 플록(flocks) 형성의 단계를 거쳐 크고 무겁게 성장한 플록의 대부분을 침전 및 분리시키는 기능을 함으로써 후속되는 급속여과지의 부담을 경감시키기 위해 시설되며, 이와같은 침전기능 외에도, 유입된 원수의 수량과 수질이 항상 일정치 않으므로 그 수량 또는 수질 변화에 기인하는 탁질량의 변동을 흡수함으로써 여과지가 받는 부담을 되도록 일정하게 유지하여주는 완충기능, 그리고 그 침전기능 및 완충기능이 충분히 발휘될 수 있게 침적된 슬러지를 배출하는 슬러지배출기능을 한다.

침전지는 응집지(플록형성지)와 여과지 사이에 시설되는데, 플록형성지에서 성장한 플록이 침전지에 도달하는 과정에서 수류에 의해 유동되거나 외부로부터의 어떤 영향을 받아서 파괴될 염려가 있기 때문에 일반적으로는 그 플록형성지와 일체구조로 시설되며, 기본적으로는 지내에 유입되는 원수의 흐름을 균등하게 하는 정류설비와 처리수(침전수)의 유출설비 그리고 바닥에 침전된 슬러지의 배출설비를 갖추어 된다.

첨부된 도면중 도 1 및 도 2는 플록형성지와 일체구조로 되는 종래의 전형적인 횡류식 약품침전지 전체를 보인 것으로서, 크게, 원수유입거(1), 플록형성지(3), 침전지(6) 및 침전수거(13)로 구분된다. 원수유입거(1)는 도면에는 나타나지 않은 약품혼화지로부터 약품이 혼화된 원수가 도입된다. 원수유입거(1)에 도입된 원수는 그 하단의 유입구(2)를 통해 플록형성지(3)로 유입된다. 플록형성지(3)는 유입되는 원수의 흐름을 균등하게 하도록 그 유입부에 설치된 정류벽(4)을 구비하며, 통상 다단으로 형성되어, 유입된 원수에 부유하는 작은 플록들을 단계적인 응집작용으로 점차 크고 무겁게 성장시킨다. 플록형성지(3)에서 크고 무겁게 성장한 플록은 원수와 함께 그 유출구(5)를 통해 침전지(6)로 유입된다.

침전지(6)는 후술하는 표면부하율(surface loading)과 수리적 조건을 감안하여 최적의 침전기능을 하도록 하는 일정한 장폭비와 수심을 갖도록 양측 벽체(7,8)와 바닥(9) 그리고 종단에서 지내흐름을 차단하는 차단벽(10)을 콘크리트로 타설한 개수로 형태로 구축되며, 플록형성지(3)로부터 유입되는 원수의 흐름을 균등하게 하는 정류설비로서 그 유입부에 설치된 정류벽(11), 유출측인 종단부에서 처리수를 침전수거(12)로 유출시키기 위한 유출설비인 유출트로프(effluent trough; 13), 그리고 플록이 침전함에 따라 바닥(9)에 쌓이는 슬러지(14)의 배출설비인 슬러지호퍼(sludge hopper; 15)와 슬러지배출관(16) 및 슬러지배출거(17) 등을 구비한다.

즉, 플록형성지(3)에서 크고 무겁게 성장한 플록이 원수와 함께 침전지(6)로 유입되면, 플록은 침전기능에 의해 지내 바닥(9)으로 침강하여 슬러지(14) 형태로 쌓인다. 침전지(6) 바닥(9)에 쌓인 슬러지(14)는 도시하지 않은 슬러지제거기에 의해 그 바닥(9) 한쪽에 오목하게 형성된 슬러지호퍼(15)에 주기적으로 수집된 다음, 그 슬러지호퍼(15)와 연결된 슬러지배출관(16)을 통해 슬러지배출거(17)로 이송되어 그로부터 외부로 배출된다. 한편, 플록의 침전으로 가장 탁도가 낮아진 수표상에 있는 침전수는 그 수위가 일정높이로 상승되면서 침전지(6)의 유출부에 설치된 유출트로프(13)를 월류하여 그 유출트로프(13)를 따라서 침전수거(12)로 안내되고, 침전수거(12)를 따라서 도시되지 않은 급속여과지로 이송된다.

여기서 본 발명과 관련있는 유출설비는 일반적으로 종 및 횡방향으로 교차하거나 종방향으로만 설치되는 트로프들로 구성된다. 그 예로서 도 2는 종 및 횡방향으로 교차하는 형태인 종래의 유출설비를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 종 및 횡방향으로 교차하고 있고 각방향으로는 3개씩 일정간격으로 배치된 총 6개의 유출트로프(13a∼13f)로 이루어져 있으며, 그 종 및 횡방향에 있는 모든 유출트로프(13a∼13f)들의 모든 구간에서 침전수가 월류(화살표 참조)할 수 있게 되어 있다. 그리고 종 및 횡방향에 있는 각 유출트로프를 월류한 침전수는 그들의 교차지점에서 합류하여 종방향 유출트로프(13a∼13c)들의 종단부가 연결되어 있는 침전수거(12)로 안내된다.

개수로 형태의 침전지내 원수의 흐름(이하 '지내흐름'이라 한다)은 비록 유입부에 설치된 정류벽에 의하여 그 유입 초기에는 대체로 균등한 유속으로 되나, 유출측으로 흐르면서 벽체(7,8)와 접하여 흐르는 부분의 유속이 점차 느려지고 상대적으로 중앙부분의 유속이 빨라지는 수리적 특성 때문에 도 2에 표시한 유속분포곡선(A)과 같이 되어 횡방향으로 불균일한 유속으로 된다. 그럼에도 불구하고 종래의 유출트로프(13;13a∼13f)는, 유속이 빨라지는 중앙부분에 대응하여 설치되어 있는 종방향 유출트로프(13b)에 의하여 그 중앙부에서의 월류량이 벽체측부에서의 월류량보다 더 많기 때문에, 침전지 종단부에 이를수록 그 중앙부의 유속이 더욱 빨라지게 되고 이에 따라 지내흐름의 유속 불균등을 더욱 심화시키는 요인이 되고 있다.

이와같이 유속 불균형이 심해지면 부분적으로 플록의 침강속도가 표면부하율보다 적게 되어 침전효율이 떨어진다. 표면부하율 V₀는 침전지에 유입하는 유량을 Q, 침전지의 표면적을 A라 할 때, V₀=Q/A로 정의된다. 이는 'mm/분'과 같은 속도 단위를 가지며, 침전지가 이상적인 흐름, 즉 균일한 유속분포을 갖는 경우에 유입측 최상단으로부터 유입하여 바닥으로 침전하는 플록의 침강속도의 저항력을 의미한다. 구체적으로는, 이상적인 흐름에서는 침강속도가 그 표면부하율보다 큰 플록의 경우 100% 제거되고, 그보다 적은 플록은 표면부하율대 침강속도의 비율로 부분제거된다. 따라서 유속의 불균등이 심해지면, 표면부하율도 증가되므로 플록의 부분제거율이 낮아지고 결국 침전지의 가장 주요한 기능이라 할 수 있는 침전기능이 저하되는 것이다. 침전기능의 저하는 곧 후속되는 급속여과지의 부담으로 작용하게 됨은 물론이다.

한편, 종래의 약품침전지와 같은 개수로 끝은 차단벽(10)으로 가로막혀 있는데, 그 차단벽(10) 부근의 수면이 배수곡선현상에 의하여 상승하게 되며, 상승하는수위의 유속차이에 의하여 와류현상이 발생되어 이 부분에서 플록이 파괴되고 떠올라서 인근에 있는 유출트로프로 월류하는 문제가 발생되고 있다.

또한 종래의 유출트로프는 모두 단면적이 일정한 개수로 형태로 되어 있다. 그래서 종방향에 있는 유출트로프(13a,13b,13c)를 월류한 침전수와 횡방향에 있는 유출트로프(13d,13e,13f)를 월류한 침전수가 합류하게 되는 그들의 각 교차지점에서는 유량이 증가하게 되고 그 합류지점 이후의 수로가 상대적으로 좁아지게 된다. 그렇기 때문에 유출트로프들의 각 교차지점에서의 수위상승으로 인한 역류(back water)가 작용하게 되어 그 상류측에서 수위가 상승하여, 경우에 따라서는 횡방향에 있는 유출트로프 내의 수위가 침전지 수위와 같아지게 된다.

이와같이 유출트로프 내의 수위가 침전지 수위와 같아지면 유출트로프의 월류기능이 상실하게 됨은 물론, 이로 인하여 침전지별 수위 불균형으로 전체 침전지의 침전효율을 더욱 저하시키고 침전지와 후속 여과지와의 사이에 손실수두까지 유발하는 문제가 발생된다.

본 발명의 주된 목적은, 약품침전지의 침전효율을 높이기 위하여 지내흐름의 유속을 균등하게 조절할 수 있는 약품침전지의 침전수 유출제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 지내흐름이 차단되는 종단의 차단벽에 의한 배수곡선 및 와류현상에 기인하는 플록의 부상 및 월류를 방지할 수 있는 약품침전지의 침전수 유출제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 침전수가 유출부에서 역류하는 것에 의한 손실수두를 방지할 수 있는 약품침전지의 침전수 유출제어장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 종래의 횡류식 약품침전지 전체를 보인 종단면도.

도 2는 종래의 횡류식 약품침전지의 유출부를 도시한 평면도.

도 3은 본 발명이 적용된 약품침전지의 유출부를 도시한 평면도.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도.

도 5는 도 3의 Ⅴ부분을 확대하여 보인 평면도.

도 6은 도 3의 Ⅵ부분을 확대하여 보인 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

6 : 침전지 7,8 : 벽체

9 : 차단벽 20 : 유출설비

21,22,23 : 종방향 유출트로프 21a,22a,23a : 월류방지턱

24,25,26 : 횡방향 유출트로프 27 : 월류가이드

상기한 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유출부의 요구유속이 지내의 불균등한 유속분포곡선과 반대의 분포형태가 되도록 하여 지내흐름이 느린 부분은 유출부에서의 유출을 촉진시켜서 빨라질 수 있게 하고, 상대적으로 빠른 부분은 그 유출을 지연시켜서 지내흐름을 대체로 균등하게 시정하여 이상적인 지내흐름을 유도하는데 초점을 두었다.

이를 위해, 침전지의 유출부에서 침천수를 월류시키고 월류한 침전수를 침전수거로 유출시키도록 종 및 횡방향으로 교차되고 각 방향에 간격을 두고 설치되는 통상적인 복수의 유출트로프중에서, 중앙부에서 종방향으로 놓이는 유출트로프에서는 침전수의 월류를 방지하는 월류방지턱을 형성하였다. 즉, 지내흐름이 빠른 부분(중앙부)의 월류(유출)를 방지하고 나머지 지내흐름이 느린 벽체측에 종방향으로 놓이는 유출트로프 및 횡방향의 모든 유출트로프로만 침전수가 월류(유출)할 수 있게 한 것이다.

다음, 두 번째 목적에 따라 지내흐름이 차단되는 종단의 차단벽에 의한 배수곡선 및 와류현상에 기인하는 플록의 부상 및 월류를 방지함에 있어서, 본 발명에서는 복수의 유출트로프중 지내흐름을 차단하는 종단의 차단벽과 가까이 위치하는 횡방향 유출트로프를 그 차단벽으로부터 충분히 이격시키고, 종방향에 있는 전술한 중앙부의 유출트로프를 포함한 다른 유출트로프에도 그 차단벽에 인접한 부분에 침천수의 월류를 방지하는 월류방지턱을 설치하였다. 즉, 차단벽에 의한 수리적 배수곡선 및 와류현상으로 인하여 파괴 및 상승되는 플록의 월류(유출)을 방지하는 것이다.

한편, 세 번째 목적에 따라 침전수가 유출부에서 역류하는 것에 의한 손실수두를 방지함에 있어서 본 발명에서는 복수의 유출트로프중에서 종방향의 유출트로프를, 횡방향의 유출트로프와의 교차지점 이후의 부분이 그 이전의 부분보다 넓어지게 형성함으로써, 각 유출트로프를 월류하여 유출되는 침전수가 그 합류되는 교차지점에서 역류하는 일이 없게 하였다.

이하, 본발명에 따른 약품침전지의 침전수 유출장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면중 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 3에 있어서, 부호 6은 전술한 바와 같은 침전지로서, 좌우벽체(7,8)를 따라 개수로 형태로 되며, 그 종단부의 침전수거(12)의 사이에 지내흐름을 차단하는 차단벽(10) 부근의 유출부에 본 발명에 따라 개선된 유출설비(20)가 설치된다.

본 발명에 따라 개선된 유출설비(20)는 통상과 같이 침전지(6)의 중앙부와 양측 벽체(7,8)를 따라 종방향으로 형성된 유출트로프(21,22,23)와 이 종방향 유출트로프(21,22)를 따라 간격을 두고 교차하도록 횡방향으로 유출트로프(24,25,26)로 이루어지는데, 그중에서 중앙부에 종방향으로 형성된 유출트로프(22)는 도 4에 나타난 바와 같이 그 측면이 침전지의 최고수위(WL)보다 높게 되어 침전수가 월류하지 못하게 된 월류방지턱(22a)을 갖게 하고, 나머지 벽체(7,8)에 형성된 종방향의 유출트로프(21,23) 및 횡방향 유출트로프(24,25,26)에는 침전수의 월류를 안내하도록 일정한 간격으로 노치(notch)형 홈(27a) 또는 오리피스(orifice; 27a')가 형성되어 있는 월류가이드(27,27')를 설치하였다.

도 3에 있어서, 부호 B는 본 발명의 유출부에 의해 지내흐름의 변경된 유속분포곡선을 나타내며, C는 본 발명의 유출부에서 요구하는 월류부요구유속분포곡선을 나타낸다. 즉, 상기의 실시예와 같이 중앙부에서 횡방향으로 설치되는 유출트로프(22)에 월류방지턱(22a)을 형성하여주면 그 월류부요구유속곡선(C)처럼 그 중앙부의 월류요구유속이 작아지고 양 벽체(7,8)에 있는 유출트로프(21,23)에 의한 월류요구유속이 커지며, 횡방향 유출트로프(24,25,26)의 월류요구유속은 대체로 일정하게 되며, 이에 따라 유입부측의 불균등한 유속분폭곡선(A)은 그 유출측에 이르면서 대체로 균등하게 변경된 유속분폭곡선(B)으로 바뀐다. 그러므로 본 발명은 지내흐름을 전체적으로 이상적인 흐름에 가깝게 시정하여 침전지의 표면부하율을 낮추어 그 침전효율을 향상시킨다.

다음, 도 3에 있어서, 횡방향 유출트로프(24,25,26)중에서 차단벽(10)측에 위치하는 유출트로프(26)는 그 차단벽(10)으로부터 전술한 수리적 배수곡선 및 와류현상으로 인하여 상승하는 플록이 재침강할 수 있는 거리를 감안하여 충분히 이격되었으며, 그 거리 내에서 차단벽(10)과 연결되는 종방향 유출트로프(21,22,23)중 전술한 중앙부의 유출트로프(22)의 종단부는 물론 벽체(7,8)측 유출트로프(21,23)의 종단부에도 침전수의 월류를 방지하는 월류방지턱(21a,23a)이 형성되어 있다.

즉, 차단벽(10)에 부딪혀 수리적으로 배수곡선 및 와류가 형성되어 그 부분에서 플록이 부상하게 되더라도 그 부상되는 플록은 비교적 멀이 있는 횡방향 유출트로프(26)쪽으로 다가가지 못하고 다시 침강되며, 또한 옆에 있는 종방향 유출트로프(21,22,23)에 이르러서는 상기 월류방지턱(21a,22a,23a)에 의하여 월류하지 못하므로 역시 다시 침강된다.

한편, 종방향 유출트로프(21,22,23)는 각각 횡방향 유출트로프(24,25,26)와 교차하는 지점을 기준으로 하여 단계적으로 단면적이 커지도록 큰 폭으로 넓혀져 있다. 즉, 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 종방향 유출트로프(21,22,23)는 횡방향 유출트로프(24,25,26)가 교차하는 지점의 이전 부분의 수로폭(W1)이 좁고 그 이후 부분의 수로폭(W2,W2')이 넓게 형성되어, 그 이전부분과 횡방향 유출트로프(24,25,26)를 따라 흐르는 침전수가 합류하여 그 넓어진 부분으로 용이하게 흘러갈 수 있게 된 것이다. 또한 그 합류하는 교차지점의 합류측 가각을 45°정도의 경사부(28,28')로 함으로써 각방향으로부터 합류하는 수리적 조건을 완화시켜 침전수가 간섭없이 용이하게 합류하여 흘러갈 수 있게 함으로써 그 지점에서 수리적 합류저항에 의한 상류부의 수위상이 발생되지 않게 하였다.

상기한 실시예에서 보인 바와 같이 본 발명은 유출부에서 침전지의 지내흐름을 균등하게 조절하는 기능을 통해 침전지의 지내흐름을 이상적인 흐름에 가깝게 유지함으로써 그 표면부하율을 낮추고 침전효율을 높인다. 또한 침전지 종단부에 설치되는 차단벽에 의한 수리적 배수곡선 및 와류현상에 의해 떠오르는 플록의 월류를 방지하는 것이다.

따라서 본 발명은 플록을 효과적으로 침강시키는 침전기능의 강화로 탁도가낮은 양질의 침전수를 처리하여 후속되는 여과지의 부담을 크게 경감시키는 효과를 발휘한다.

뿐만 아니라 본 발명은 유출부에서 월류한 침전수가 종 및 횡방향 유출토로프들이 교차하는 합류지점에서 수리적 저항으로 인하여 그 상류측 수위가 상승하지 못하게 하여 그 유출부의 월류기능을 항상 유지시킬 수 있고 여과지와의 손실수두를 최소화하는 등 침전지의 완충기능을 강화하는 효과도 발휘하는 것이다.

Claims (4)

1. 개수로 형태의 약품침전지의 유출부에 종 및 횡방향으로 교차하고 각 방향에 간격을 두고 설치되어 침전수를 월류시키고 월류된 침전수를 외부로 유출시키는 복수개의 유출트로프를 포함하여 되는 약품침전지의 침전수 유출장치에 있어서,

   상기 복수개의 유출트로프중에서 지내흐름이 빠른 부분에 대하여 종방향으로 설치되는 유출트로프에 설치되어 침전수의 월류를 방지하는 월류방지턱이 구비되어 있고, 상기 약품침전지의 종단부에 지내흐름을 차단하는 차단벽이 있고, 상기 유출트로프중 횡방향으로 설치되고 그 차단벽측에 위치하는 유출트로프가 그 부근에서 상승하는 플록이 다시 침강할 수 있는 거리를 두고 그 차단벽으로부터 충분히 이격되어 있으며, 종방향에 있는 상기 중앙부의 유출트로프를 포함한 나머지 유출트로프의 그 거리 내에 위치하는 부분에 침천수의 월류를 방지하는 또다른 월류방지턱이 구비되며, 상기 횡방향 유출트로프와 교차되는 종방향 유출트로프가 그 교차 지점의 이전 부분보다 그 이후 부분에서 큰 단면적을 갖도록 단계적으로 확장되어 있는 것을 특징으로 하는 약품침전지의 침전수 유출제어장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 종방향 유출트로프와 횡방향 유출트로프를 각각 월류한 침전수가 합류하는 그 교차지점의 합류측 가각이 직각이 아닌 경사부로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 약품침전지의 침전수 유출제어장치.