KR100334154B1 - 응집기의 운전방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수처리장의 응집기를 운전함에 있어서 물의 온도와 유입유량을 측정하여 조정함으로써 플로크 형성을 최적화하고 양호한 침전을 하게 하도록 한 것으로, 최적 상태가 되는 Gtd(속도경사값과 체류시간값의 곱)가 결정되면 이 값으로응집기가 운전되도록 물의 온도와 유입유량을 측정하고, 이들이 콘버터 등을 거쳐 중앙연산처리기로 전달되고, 이 값을이용하여 미리 저장된 데이터와 연산식으로 모타의 회전 속도나 모타에 걸리는 힘 등을 계산하고, 계산된 값을 다시 디에이 컨버터(D/A converter)를 통하여 모타 조절기나 인버터 등에 전달하여 모터를 조정하도록 하여 응집 효율을 높이고 소요동력을 절감토록 한 것이다.

Description

응집기의 운전방법 및 그 장치{Operating methods of Flocculator}

본 발명은 정수시설의 응집기의 효율을 높이기 위한 방법으로,더욱 상세하게는 응집기를 운전함에 있어서 물의 온도와 유입수의 양에 따라 회전 속도가 최적으로 조절되어 플로크 형성이 최적 상태로 발생하고 응집 및 침전이 효과적으로 일어나도록한 응집기에 관한 것이다.

정수시설의 응집기는 원수중의 탁질 입경이 0.01㎜ 이상인 것은 통상의 침전방법으로 침전이 가능하나, 미세한 콜로이드입자는 제거가 어려우므로 콜로이드상의 탁질을 플로크화 하여 제거한다.

응집기 효율을 높이는 방법으로는 설비 자체를 개선하는 방안과 응집기의 운전을 조절하는 방안으로 나누어 볼 수 있으며전자의경우는 미국특허 US4963257, US4865734, US5035795나 US5084165외에도 매우 많은 방법이 개발 사용되고 있다.

후자의 경우는 플로크 형성을 효과적으로 제어하는 방법이 개발되고 있다.

미세입자가 플로크화되는 과정은 몇 가지 인자에 의하여 지배받게 되는데 그 기초 이론 식은 캠프(Camp)와 스타인(Stein)의 식이 있다. 플로크의 성장은 입자의 충돌횟수에 비례하는데 이 충돌회수는 G값으로 불리는 속도경사값에 비례한다.그러나 G값을 크게 하면 플로크의 성장은 커지지만 전단력의 증가로 성장된 플로크가 다시 파괴되므로 적정 G값을 유지하는것이 바람직하다. 일반적으로 플로크의 형성초기에는 G값을 크게 하고 입자가 작아지면 G값을 작게 하여 양호한 침전이일어나도록 G를 조정하여 사용한다. 경사 응집일 경우는 각 단계에서 일정 G값으로 설정 운전하게 된다. 하지만 임펠러의속도를 일정하게 유지하여 G값을 일정하게 유지하려는 종래의 방법은 G값이 용액의 점도의 함수임으로 온도에 따라 변화하는 점도의 특성 때문에 온도가 변화하면 같은 임펠러 속도에서 변화하게 되어 운전 효율이 떨어진다.

이러한 단점을 해소하고자 실용신안 공고 94-1655는 G값 지시 연산자와 PID조절기 등을 설치하여 물의 온도변화에 관계없이 일정한 속도 구배 값을 유지토록 함으로써 양호한 응집 및 침전 효과를 얻고자 하였으며, 같은 고안자에 의하여 고안된 실용신안 제 137238은 응집기의 감속기에 회전 토오크 측정수단과, 날개 축에 회전수 측정수단을 부착하고, 물속에서직접 점도 측정 수단을 설치하여 응집기의 날개축과 연결된 전동기 용량에 관계없이 정확한 G값을 측정하여 회전속도를정확하게 운전토록 하여 응집기 효율을 높이도록 하였다.

이 고안의 방법은 매우 효율적으로 보여진다. 하지만 이 방법은 정수시설의 유입수의 유량이 일정하게 조절된다면 적합하지만 그렇지 않으면 연산에 의하여 구해진 G값이 같더라도 체류 시간이 달라지므로 실제 플로크의 형성이 달라지게 된다.

이를 고려한 개념이 G값에 체류 시간을 곱한 GT라고 하고 이 값이 23.000에서 210.000의 범위가 적합하다고 알려져 있다.물론 유입수 유속이 일정하다면 G값에 의한 응집기 운전 방법이 쉽고도 효과적인 방법이 되겠으나 유입유량이 설계치와다르게 운전 될 때는 이를 고려하여야 할 것이다. 같은 임펠러 회전 속도일 때 유입유량이 적어지면 체류 시간이 길어져서 이미 플로크 성장의 한계점에 도달하여서도 유입수가 체류되므로 운전효율이 떨어지고 반대로 유량이 많아지면 아직성장하지 못한 플로크가 발생하게 될 것이다.

대개의 경우는 설계 유입수가 운전 최대 유입수 일 것이므로 실제 유입수는 설계 유입수보다 작게 되고 실제로 운전되는임펠러 회전 속도는 적정 G값을 가지는 속도보다 빠르게 되어 과다한 에너지의 투입에도 불구하고 응집과 침전효과가 만족하다고 할 수 없다. 왜냐하면 원수중에 미세 탁질은 플로크 형성에는 한계점에 다 다른 반면 플로크의 충돌에 의한 파괴가 발생 될 것이기 때문이다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하고자 원수의 온도에 따른 점도와 유입유량에 따른 응집지내의 체류시간을 고려하여 응집기를 운전하여 좀더 안정적이고 효과적인 플로크의 형성 및 침전이 일어나도록 하고자 하였다.

전술하였던 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 G값과 체류 시간(td)값의 곱인 Gtd값을 이용하여 응집기를 운전하므로서필요 없는 전력 소모를 없애면서도 응집기 효율이 최대가 되도록 응집기를 운전하는 방안을 찾았다. 평균 속도경사 G 값은 (P/㎶)1/2 로 정의된다. 여기서 P는 요구동력이고 μ는 동점도이며, V는 응집조의 체적이다. 요구동력 P는 이론적으로Cd·A·ρ·v3 /2 로 구해진다. 여기서 Cd는 임펠러의 저항계수이며, A는 임펠러의 면적, p는 밀도, v는 임펠러 날개 주변속도이다.

상기 관계식으로 부터 그 응집조에서 최적인 G값이 결정되면 응집조의 체적이나 저항계수 등은 모두 일정하므로 동점도에따라 요구동력 P나 회전속도 V가결정된다.

이 방법이 종래의 G값 지시계에 의한 응집기의 운전방법이다. 그러나 응집기의 설계 조건은 대개가 최대 유입유량을 기준으로 설계되므로 플로크 생성속도가 최대가 되는 G값으로 운전 할때 만약 유입수가 최대값보다 적으면 체류 시간이 길어져서 그 길어진 시간만큼은 플로크가 너무 커지거나 충돌에 의하여 파괴되어 오히려 효율이 감소할 우려마져 있다. 때문에 체류 시간이 길어지면 플로크의 성장속도를 그 만큼 늦추어도 되며 곧 G값이 작아져도 된다. G값이 작아지면 소요동력이 그 만큼 작아지므로 운전비용이 절감되는 것이다.

이런 원리로 일정한 유입수의 유지하도록 운전하지 않는 모든 응집기에서는 G값과 체류시간 td의 곱인 Gtd를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 유압수의 체류시간 td는 V/Q로 표현된다. 여기서 Q는 유입유량이다. 그러므로 Gtd는 (1/Q) ·(PV/μ)1/2로 표현된다. 이 관계식으로부터 최적 Gtd값이 결정되면 운전 할 때 소용되어야 할 동력 P 혹은 회전속도 V가결정된다. 이는 다음과 같이 쓸 수 있다.

P = (Ctd)2·Q2·μ/V 이고

V = {2·(Gtd)2 /V·Cd·A·ρ}1/3·Q2/3 ·μ1/3 이다.

이 관계식으로 부터 유입유량의 제곱에 비례하고 점도에 비례하도록 전력 값을 유지하거나, 유입수량의 2/3에 비례하고,점도에 1/3에 비례하도록 임펠러 속도를 조절하면 Gtd값을 일정하게 유지하면서 운전할 수 있다.

다시 말하여 유입수의 유량을 측정하고, 응집조 내의 물의 점도를 직간접적으로 측정하여 나머지 상수들과 함께 연산하면쉽게 원하는 응집기의 운전조건 을 결정할 수 있게 되는 것이다.

이렇게 조절된 응집기는 응집효율이 높을 뿐만 아니라 유입유량이 줄어들었을 때 회전속도나 소요 동력이 낮아져서 운전비용 절감 효과가 크게 나타나도록 한것이 본 발명의 특징이다.

이하의 첨부된 도면에 의해 본 발명을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 구성을 나타낸 공정도이다. 먼저 유입유량 측정기(1) 에서 측정된 유량과 응집조내 온도 측정기(2)에서 측정된 온도가 신호선에 의하여 중앙조작반의 연산기(3)로 전달된다.

연산기(3)에는 별도로 위에서 언급한 여러가지 상수값 및 필요한 함수 즉, 온도에 따른 용액의 점도, 유량에 따른 응집지내의 체류시간 환산식 등이 별도로 입력 가능하도록 입력기와 기억장치들을 가지고 있으며, 이들 정보들을 이용하여 연산기(3)는 소요동력 P 혹은 회전 속도 V등을 연산하여 그 결과 응집기 임펠라 조절기(4)에 전달된다. 임펠라 조절기(4)는속도측정기(5)와 비교하면서 연산된 속도로 응집기를 운전한다. 위에서 언급한 과정은 여러가지 방법으로 구현이 가능하다. 도 2는 도1의 과정을 좀더 구체적으로 구성한 예를 보인 브록다이아그램 이다. 먼저 온도는 온도측정센서(RTD,Pt100ohm)에서 온도에 비례하는 저항값을 검출하고 이를 온도측정 증폭기(amplifier)에서 온도에 비례하는 전압으로 변환한다. 이 값은 아나로그값 이므로 아나로그/디지탈 변화기(A/D converter)에서 디지탈 값으로 변환한다. 유량은 기본적으로펄스(pulse)형태로 출력이 되므로 직접 펄수수로 읽어 중앙연산처기 버스(CPUbus)에 연결한다. 조작자와 컨트롤러와의 대화를 위하여 LCD 와 키보드를 준비하고있다. CPU는 그림과 같이 대부분의 주변회로가 집적되어있는 단일칩 마이크로 콘트롤러(single chip micro controller) 혹은 퍼스날 컴퓨터 등도 사용이 가능하다. 전자의 경우를 사용하면 기기가 매우작고 더욱 저렴해질 수 있다. 내장된 롬(ROM)에는 필요한 데이타와 장비구동을 위한 소프트웨어가 기록된다.

소프트웨어에 의하여 연산 된 값은 디지털/아나로그 변환기(D/A converter)로 출력되어 모타 조절기(motor controller)나 인버터(inverter)로 입력되어 결국 모타의 속도를 제어하게된다.위에서 언급한 상수나 함수들은 최적조건이 되도록 언제든지 수정할 수 있어서 사용자의 요구에 따라 언제든지 최적 조건을 유지 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 정수장에 유입되는 원수의 유입유량이나 온도 등의 변동에 능동적으로 대처하여 응집기의 효율을 최대로 유지하면서도 종래에 방법보다 소요동력이 적어 운전비용이 절감되고, 수질이나 사용조건 등이 변화하여도 사용자가 최적 조건으로 쉽게 변경이 가능한 장점이 있다.

Claims (2)

1. 정수처리장의 응집기의 운전에 있어서,

   유입유량과 응집수의 점도를 동시에 측정하고 이를 이용하여 G값과체류시간과의 곱이 일정하도록 하는 소요동력 혹은 임펠러 회전속도를 구하여 이 값으로 운전되도록 구성된 응집기의 운전방법.
2. 제 1항에 있어서,

   소요동력이나 회전속도를 연산하는데 필요한 상수나 함수 등을 수정, 추가 입력하여 연산이 가능하고, 이 연산 결과로 조절된 소요동력이나 회전 속도 등을 직접 측정한 값과 비교하여 운전되도록 한 응집기 운전방법.