환경분야의 유기성 폐기물 스컴제어를 위한 장치의 성능예측을 위한 시뮬레이션을 수행하였다.


스컴( scum)은 사전적 의미로 " 액체표면 등에 떠있는 찌거기, 더깽이, 버캐, 찌끼 " 또는 "녹조" 라고 풀이되어 있다.  

일반적으로 정수장에서는 원수를 정수시키는 과정에서 물속에 약품을 주입시켜 화확적 반응을 일으키고, 이를 통해 물속에 있는 불순물이 서로 엉키면서 뭉처 무게가 무거워지고, 무거워진 불순물 덩어리는 침전지의 바닥에 가라앉게 되는데, 이때 침전지 상층부에 있는 깨끗한 물만 다음 정수과정인 여과지로 이송되는것이 정상이다.  그러나 여러 이유로 인하여 불순물들이 서로 엉키면서 가라앉지 않고 수면위로 떠 올라 얇게는 1cm, 두껍게는 약 5cm 가량의 불순물 덩어리 층을 이루는 현상을 볼 수 있는데, 이 불순물 덩어리를 스컴(scum) 이라 한다.


주로 스컴은  최초침전지최종침전지중력농축조에서는 하수 중의 부유물질 안의 가벼운 것이나 부패한 슬러지가 부상해서 스컴이 되기 때문에이것을 제거하기 위한 장치이다.  침전지 유출설비의 앞에 설치하고장방형 침전지에서는 전동식의 파이프 스키머(pipe skimmer)또 원형 및 정방형 침전지에서는 슬러지를 긁어모으는 기계에 부속된 스컴을 긁어모으는 기계로 모아서 제거하는 방식이 일반적이다.  


스컴은 물보다 가벼운 작은 공기방울이 부력에 의해 상승 시 응집제 투여로 가벼운 FLOC 이 침전지에서 제거되지 않고 물속의 기포와 함께 상승하여 표면에 형성된 막으로, 정수처리 과정 중 응집지 및 침전지에서 수온, 조류, 계면활성제, 탁도 등이 원수 수질과 도수관의 압력으로 인한 과포화 용존공기, 정수약품 투입, 이산화 탄소, 질소가스 등 복합적인 작용에 의해 생성되는 것으로 추정하고 있다.   그러나 대부분 주요 원인 이 수질악화와 수온변화 등에 따른 조류의 과대증식에 의해 유발되는 것으로 보고 되고 있으며, 특히 조류와 콜로이드성 탁질이 응집된 FLOC 에 부상한 스컴에서는 미세 기포들이 부착되어 있는것으로 보아 기포의 유입에 따른 불순물의 부상효과에 의한 것으로 파악되고 있다.  


따라서, 정수장에서 발생하기 쉬운 거품의 발생원인을 약화 시킴으로써 스컴의 발생 빈도를 줄일 수 있기에 본 과제는 유체의 점도와 고형물의 함량에 따른 유기성 폐기물의 거품을 제어 함으로써 정수장 내 스컴발생 원인을 개선하고자 하는 것이다.


본 해석을 위해 아래와 같은 가정을 고려하였다.

1.  회전날개는 휘지 않는 강체(Rigid body) 이다.

2.  회전날개는 일정 속도로 계속 회전한다.

3.  오염수의 표면장력 무시한다.

4.  오염수의 밀도 및 점도는 균일하게 분포한다.


거품제어 장치의 형상은 아래 그림 1. 과 같다.

_제품형상.jpg

(그림1. 정수장 내 거품제어 장치 설비 형상)


시뮬레이션을 위한 해석 조건은 아래 표1. 과 같다.

_해석조건.JPG

(표1. 거품제어 장치 유동시뮬레이션을 위한 조건)




CFD 해석을 통해 고형물 함량에 따른 거품제어 장치 작동시 임펠러에 의해 비산되는 물의 비산거리를 그림 2. 와 같이 산출하였고, 이 구간내는  거품발생량을 감소할 수 있는 것으로 파악되었다.


_비산거리.JPG

 

                                            (그림 2. 거품제어 장치 설비 작동에 따른 시 고형물 함량에 따른 비산거리 산출)



유체점도 변화에 따른 유기성 폐기물 거품제어 장치에 대해 CFD 해석을 수행하였다. 

이때 사용된 유체 점도는 모두 5종이다.

- 해석조건으로 자유수면 모델을 적용하였으며, 초기 자유수면의 높이는 회전날개의 *** 영역이 물에 잠기는 위치이다.

- 회전중심으로 부터 날개 끝단 까지의 길이는 약 *** mm 이며, *** rpm 의 회전속도를 가지고 시계방향으로 회전한다.

- 해석결과 최대 비산 거리 및 영역, 그리고 비산유량은 아래의 표 2. 와 같다.


해석결과테이블.JPG

(표 2. 유체점도 변화에 따른 유기성 폐기물 거품제어 장치에 대한 CFD 해석 결과)

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