KR100340244B1 - 회분식침전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 상하수도용 횡류식침전지에서 발생하는 수온과 탁질 변화에 의한 밀도류와 수류 유입유출의 불균일에 따른 편류, 침전지에서 필연적으로 발생되는 난류적 흐름과 수심별 유속차 발생 등과 같은 모든 침전효율 저하요인을 근본적으로 해결한 회분식침전지에 관한 것이다.

본 발명은 이와 같이 기존의 횡류식침전지에서 발생되는 편류, 밀도류, 단락류 등의 침전효율 저하요인을 제거하여 침전효율을 극대화하기 위하여 안출된 것이다. 본 발명의 회분식 침전지는 전체 침전지를 2계열로 나누어 1계열의 침전지에서 정치상태로 일정시간 동안 침전이 이루어지고 침전이 완전히 끝나면 처리수가 유입되어 상징수를 웨어로 유출시키고 2계열 침전지는 운전상태에서 정치상태로 전환되는 방식으로 1계열과 2계열의 침전지가 정치(침전)-운전(월류)를 주기적으로 반복하는 침전지이다.

본 발명의 회분식 침전지는 가장 이상적인 침전상태인 레이놀즈수(Reynolds Number)가 0(zero)인 상태(정치상태)에서 침전이 이루어지므로 침전시간을 크게 단축시킬 수 있고 침전효율을 크게 개선되어 약품비 절감 및 생산량 증산과 후속공정에 공정부하을 줄임으로써 운전비를 절감 할 수 있다.

Description

회분식 침전지{batch setting basin}

본 발명은 기존의 상하수도용 횡류식침전지에서 발생하는 수온과 탁질 변화에 의한 밀도류와 수류의 유입유출에 불균일에 따른 편류, 침전지에서 필연적으로 발생되는 난류적 흐름과 수심별 유속차 발생 등과 같은 모든 침전효율 저하요인을 근본적으로 해결한 회분식침전지에 관한 것이다.

기존의 횡류식 침전지는 직사각형의 침전지에 일정한 처리수를 연속적으로 흐르게 하면서 무거운 플럭은 침전지 바닥에 가라앉히고 상징수를 유출시키는 개수로 형태로 단면은 양측면, 바닥과 자유수면 즉 4개의 경계를 가지고 있다. 자유수면에서의 유체는 일정속도를 가지는 반면 고체표면과 접촉하는 유체는 점착조건을 만족해야 하며 속도분포는 일반적으로 3방향 및 3차원이나 일정한 단면을 갖고 있으므로 주속도 성분이 수로 축에 평형하고 대략적으로 1방향 유동을 가진다고 말할 수 있다.

이와 같은 개수로 형태의 횡류식 침전지내 수류의 흐름은 필연적으로 유체역학적 인자 요인에 의해 수류의 속도차를 발생되며 대개의 경우 침전지 수심의 약 20-30% 위치에서 최대속도가 나타나며 깊이가 얕은 침전지일 수록 표면에서 더 가깝다. 또한 횡류식침전지 내로 처리수의 유입 유출의 동역학적 불균일 등에 의한 편류 발생과 유입수와 지내수 간의 온도, 밀도차에 의한 밀도류 발생은 침전지 수류가 일정한 수평류를 형성하지 못하는 요인이 된다. 침전지내의 속도차는 수류의 실제 체류시간 단축과 수표면부하를 증가시켜 침전효율 저하의 주요인이 되며 기존 횡류식 침전지가 안고 있는 근본적인 문제점이다.

또 횡류식침전지는 연속적인 수류의 흐름으로 인해 수류의 뒤섞임 현상인 난류적 흐름이 형성되는데 난류는 수류의 불안정성의 척도인 레이놀즈수로 표시된다.횡류식침전지 안을 흐르는 물은 중력, 수로 벽면에서의 마찰, 자유표면에서의 표면장력 등의 영향을 받으며 유체역학적 영향 인자는 레이놀즈수(Reynolds Number), 플우드수(Froude Number), 웨버수(Weber Number) 등이 있으며 횡류식 침전지에서 수로의 깊이에 비해 표면장력은 무시할 수 있으므로 웨버수는 무시되며, 자유수면의 표면파의 전파 지표인 플우드수는 바람 등과 같은 침전지 외부의 영향 정도를 나타내는 지표인데 실제적으로 침전 효율을 결정진는 가장 중요한 역체역학적 인자는 유체 흐름의 안정도를 나타내는 레이놀즈수이다.

유체는 층류(Laminar flow)와 난류(Turbulent flow)로 나누어지고 층류는 유체의 흐름이 마치 얇은 판 모양으로 서로 층을 이루면서 미끄러지는 구조를 이루며 유체 입자들이 고정된 유선을 따라 흐르고 유선을 가르는 방향으로 혼합은 거의 일어나지 않는 흐름을 말하고 난류는 유체의 각 입자가 불규칙적으로 흐르며 강한 혼합을 동반하는 흐름을 말한다. 레이놀즈수가 500이하이면 흐름에 교란이 없는 층류이고 2000이상이 되면 교란적 흐름인 난류상태가 되는데 기존의 모든 횡류식 침전지는 레이놀즈수가 10,000이상의 난류상태여서 침전효율을 크게 기대할 수 없다.

이와 같은 난류상태의 흐름을 층류적 흐름으로 개선하기 위해서는 침전지내 유속을 매우 작게 해야 하는데 이를 경우 유속감소와 비례해서 생산량이 감소하므로 생산량을 감소시키지 않으려면 침전지 부지를 수십배로 키워야 한다. 그러므로 침전지내 흐름을 층류적 흐름으로 개선하는 것은 현실적으로 불가능하며 기존의 횡류식 침전지는 침전효율이나 침전수질에 개선에 한계가 있을 수 밖에 없다.

즉 기존의 횡류식침전지 침전효율을 향상시키기 위해서는 건설비 증대나 감량생산을 전제로 해야 하며 생산량을 늘리면 침전효율은 저하될 수 밖에 없는 유체역학적 요인을 안고 있는 것이다.

본 발명은 이와 같은 기존 횡류식침전지의 침전효율 저하요인인 난류적 흐름과 단락류, 밀도류, 편류 등 문제점을 근본적으로 해결하고자 하였다.

기존 횡류식침전지의 침전효율 저하요인은 수류의 불안정 때문이며 이 불안정의 유체역학적 지표인 레이놀즈수를 감소시킬수록 안정도는 증가한다. 레이놀즈수는 유속이 감소할수록 작아지고 흐름이 정지되면 레이놀즈수가 0이 되어 가장 안정도가 높은 상태가 된다. 즉 침전효율을 증가시키기 위해서는 가능한 레이놀즈수를 감소시켜 수류의 안정도를 높혀야 하며 안정도의 극한점은 레이놀즈수가 0인 흐름이 없는 정치상태이다

유체가 흐르지 않는 정치상태는 가장 이상적인 침전조건으로 유체흐름에 의한 어떤 종류의 수류의 교란도 없는 이상적인 상태에서 침전이 이루어진다.

본 발명은 이와 같은 정치상태의 이상적인 침전조건인 레이놀즈수가 0인 상태에서 침전이 이루어지는 회분식침전지이다.

도1 회분식 침전지의 구성도

도2 정류공이 분포된 고정식 정류장치 구성도

도3 정류공의 크기가 조절되는 고정식 정류장치 구성도

도4 고정식 정류장치의 감아올린 상태도

도5 도3의 정류공의 크기가 조절되는 상태도

도6 자동 이동식 정류장치 구성도

도7 자동 이동식 정류벽을 감아올린 상태도

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

1 관랑 2 밸브 3 응집기

4 침전지 5 응집지 8 제어선

9 제어기 10 손잡이 11,26 지지대

12,17,29 정류벽 13,14,15,16,20 정류공

19 닫힌부분 22,28 연결끈 23 하중부

24 모타 27 이동바퀴 30 감겨진정류벽

이와 같은 정치상태의 침전조건을 형성하기 위해 전체 침전지를 2계열로 나누어 1계열(도1의 A,B침전지)은 처리수를 처리하고 다른 계열(도1의 C,D침전지)의 침전지에서는 정치상태에서 침전이 이루어지도록 한 다음 완전히 침전이 끝나면 처리수를 유입시켜 침전이 끝난 상징수를 유출시키고 또 다시 1계열(도1의 A,B침전지)의 침전지는 처리수를 차단하여 정치상태로 침전이 이루어지는 방식으로 일정 주기로 침전(정치)-유출(처리수유입)이 교차되게 된다.

본 발명은 침전지에 일정 주기로 처리수를 유입 차단시키는 유입 밸브(2)와 응집기(flocculator)(3)를 자동으로 연동시키는 자동제어기(9) 그리고 침전지내 이상적 흐름를 유도하는 정류장치(도2,도3,도6)와 상징수 월류 웨어(6)로 구성된다.

유입 밸브는 자동제어가 가능한 전동밸브로 자동제어기에 의해 주기적인 개폐되며 응집지(5) 유입부분에 설치된다. 응집지는 우류식과 기계식이 있으며 기계식일 경우 응집기(3)는 밸브가 개폐되는 주기와 같이 자동제어기에 의해 제어되며 자동제어기(9)는 연결선(8)에 의해 밸브, 응집기, 자동이동식장류장치 등으로 연결되어 운전을 제어한다.

고정식 정류장치(도2, 도3)는 천이나 비닐,프라스틱 등과 같이 설치와 철거가 가능한 재질을 사용하며 이동이나 철거시에는 손잡이(10)를 잡고 감아 올려(도4) 침전지 상부에서 쉽게 인력 이동이 가능하다

고정식정류장치(도2,도3)은 지지대(11)의 양쪽 끝이 침전지 상부에 걸쳐서 설치되고 정류벽(12)는 지지대에 연결끈(22)으로 연결되며 정류벽(12)이 일정한 형태와 충분한 지지력을 확보하기 위해 일정한 하중을 갖을 수 있도록 무거운 자재가 충진된 하중부(23)를 둔다

유공이 분포된 고정식정류장치(도2)의 정류공(13)은 정류벽(12) 전면에 균일하게 배치되거나 또는 침전지의 유속 분포에 따라 유속이 빠른 부분은 드물게 배치하고 유속이 느린부분은 촘촘하게 배치하는 방식으로 유공의 배치를 불균일하게 배치할 수 있고 전체적으로 정류공의 면적은 침전지 단면의 약 10% 정도로 한다.

정류공의 크기가 조절되는 고정식정류장치(도3)은 정류공(14)이 단순히 일정 형태의 유공과 다르며 유속에 따라 자동적으로 유공면적이 조절되면서 정류효과를증대시킬 수 있도록 고안되었다. 즉 정류공(14) 면적이 유속이 느린 곳에서는 도5의 15와 같이 열려 있게 되고 유속이 빠른 곳에서는 16,19처럼 닫히게 되어 유속에 따라 자동으로 유공이 조절되게 되어 있다. 이와 같이 정류공이 조절되도록 하기 위해 도5의 닫히고 열리는 부분(19)이 연결되는 부분(21)은 비닐 등의 소재를 사용하여 열린상태(15)로 성형 제작하여 복원성과 탄력성을 갖추도록 하며 19와 같이 닫혔다가 15와 같이 복원되도록 한다.

고정식정류장치(도2, 도3)는 침전지내 단독 또는 조합하여 적절한 위치에 여러 개를 설치할 수 있다.

자동이동식정류장치(도6)는 침전지 양쪽 상부에 레일을 설치하여 이 레일 위에 이동바퀴(27)를 올려 놓고 이동바퀴가 레일 위를 구르면서 침전지를 이동하게 되며 이 때 이동속도는 침전지 수류의 평균유속과 동일하게 하여 침전지내 수류의 유속차이를 강제적으로 제어하여 수류의 흐름을 일정하게 제어하며 유입수와 상징수가 섞이는 것을 방지하게 된다. 자동이동식 정류장치의 정류벽(29)은 비닐이나 천, 프라스틱과 같은 감겨질 수 있는 재질을 사용하며 유공이 있는 경우와 유공이 없는 경우 모두 가능하며 연결끈(28)은 지지대(26)에 연결되며 이동바퀴 중앙에는 지지대가 통과되도록 제작된다.

자동이동식 정류장치는 침전지내 처리수가 유입되어 평균유속과 동일하게 침전지를 이동함으로써 침전지내 유속차를 강제적으로 균일하게 하며 침전지의 첫 월류웨어 부분에 도착하기 직전에 자동제어기(9)에 의해 유입밸브(2)가 차단되고 자동이동식정류장치는 이동이 정지되며 정류벽(29)은 모타(24)에 의해 감아 올려져(도7) 침전지 전단으로 레일을 따라 이동하게 되고 침전지는 정치상태로 전환되게된다. 즉 자동이동식 정류벽은 침전이 끝난 계열의 침전지에 처리수를 유입시킬 때 침전지 전단에서 수류와 함께 이동하면서 처리수가 침전수와 섞이지 않고 일정한 수평류를 형성하면서 상징수만을 월류웨어(6)로 유출시키는 역할을 한다.

정류장치는 고정식(도2,도3)과 자동식(6) 중에서 선택적으로 설치할 수 있다.

월류웨어는 침전지내의 유입수가 일정시간 충분히 침전된 후에 재차 유입수가 유입되면서 침전이 끝난 상징수가 유출되게 하는 시설로 유입수에 의해 침전슬러지가 재차 상승하지 않도록 충분한 월류길이를 확보한다.

본 발명의 회분식 침전지는 기존의 횡류식침전지보다 약30% 이상의 침전효율 향상을 기대할 수 있어 이에 따른 30% 이상의 생산량을 증산할 수 있으며 또한 후속공정부하 감소에 따른 운전비용 절감, 약품비 감소 효과를 기대할 수 있고, 하.정수장의 수질 안정성을 크게 높일 수 있는 새로운 형태의 침전지다.

Claims (3)

1. 회분식침전지에서 유입밸브와 응집기가 시간별 자동제어기에 의해 자동으로 연동 제어되고 침전지내 수평류 흐름을 유도하는 정류장치가 겸비되고 전체 침전지를 2계열로 나누어 정치와 침전이 주기적으로 반복되는 회분식 침전지
2. 1항에서 자동이동식정류장치(도6)는 침전지내를 이동할 수 있는 레일과 이동바퀴 그리고 수류의 흐름을 개선하는 정류벽 등으로 구성되어 운전이 자동제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 회분식침전지
3. 1항에서 고정식정류장치(도2,도3)는 설치와 이동, 철거가 가능한 재질(천,비닐 등)의 정류벽에 일정한 형태의 정류공이 배치되고 정류공의 크기를 조절(도5)할 수 있는 것을 특징으로 하는 회분식침전지