문서번호	정수과-6956
결재일자	2017.12.15.
공개여부	대시민공개
방침번호

			시 민
주무관		정수과장	구의아리수정수센터소장
경규선		서한호	12/15 이달영
협 조
	주무관			박근희
	주무관			권학선

제2정수장 여과지 유입유량 균등화 연구결과 보고

2017. 12.

구의아리수정수센터

(정수과)

제2정수장 여과지 유입유량 균등화 연구결과 보고

여과지별 유입유량 편차로 인하여 여과지속시간 및 역세척 주기 등의 차이가 발생함에 따라 효율적인 여과공정 관리를 위하여 유량 균등화 연구를 추진한 결과 보고임.

Ⅰ		현황 및 문제점

□ 시설현황 및 구조

구 분	시설용량	여과지수	여과면적	여과속도	여층두께	여과방식
제2정수장 여 과 지	25만m3/일	10지	124.6m2/지	200m/d	120cm	수위제어형

□ 문제점 및 원인분석

○ 여과지별 유입유량 불균등

- 여과지 10호지의 유입유량이 많고, 6호지의 유입유량 적음(유출개도율 편차 발생)

- 여과지속시간 및 역세척 주기 차이 발생

2016년 8월 운영자료

여과지	1계열					2계열
	1지	2지	3지	4지	5지	6지	7지	8지	9지	10지
유입수문 개도율(%)	30	25	50	30	100	100	100	100	100	100
유출밸브 평균개도율(%)	22.8	25.1	29.7	23.1	17.7	11.8	21.0	25.2	25.5	30.5
역세척 횟수	6	7	7	6	6	6	6	7	9	10

※ 1계열(1지~5지) : 유입수문 개도율 조정에 따른 자체 시범 운영

○ 원인분석

- 수로단면적 및 여과지로의 유입 개구비가 동일한 경우 계열별 유입유량의 관성력으로 인하여 직선거리의 끝단 유출부(1호지, 10호지)로 쏠림현상 발생

☞  여과지별 유량균등화를 위해 연구 추진 필요

Ⅱ		연구개요

□ 추진근거

○ 제2정수장 여과지 유입유량 균등화 연구계획(정수과-6686, 2016.12.27.)

○ 2017년 기술협력프로그램 추진 계획(수처리연구과-682,2017.2.1.)

□ 기 간 : 2017년 2월 ～ 12월

□ 추진방법 : 기술협력프로그램(정수센터↔서울물연구원)을 통한 공동연구

○ 연구부서 : 구의아리수정수센터 정수과 및 서울물연구원 수처리연구과

○ 연구방향 : 여과지별 유입수문 개도율 설정에 따른 유입유량 균등화

(여과지별 유입유량 편차 최소화 추진)

○ 연구방법

- 전산유체해석(CFD)에 의한 유동해석(서울물연구원 수처리연구과)

․유체흐름 파악에 따른 유속분포 분석

․여과지별 유입수문 개도율에 따른 유입유량 편차 분석

․여과지 유입유량에 따른 지별 유입유량 편차 여부 파악

- 실공정 실증실험(구의아리수정수센터 정수과)

․전산유체해석 결과에 따른 현장 운영결과 분석

․개도율 미세조정에 따른 유입유량 편차 최소화 추진

→ 유출밸브 개도율 데이터 분석

Ⅱ		연구결과

□ 전산유체해석(CFD) 결과

☞ 자료출처 : 구의2정수장 여과지 유입유량 균등방안 결과보고(수처리연구과-6274,2017.9.25.)

○ 기    간 : 2017년 3월 ~ 9월

○ 대    상 : 제2정수장 여과지 2계열(6호지~10호지)

○ 실험조건 : 총 12개 조건별 유입유량 편차 분석

○ 결    과

- 유입수문 개도율 100%일 때 6호지 유출량 최소 및 10호지 유출량 최대

- 개도율 10개 조건별 시뮬레이션 결과 여과지별 유출량 편차 최소화

- 여과지별 유량 균등화를 위한 최적 유입 개도율 도출

(표준편차 8.1 → 1.0으로 균등화 가능)

□ 실공정 실증실험 결과

○ 기    간 : 2017년 10월 ~ 12월

○ 대    상 : 제2정수장 여과지 1,2계열(1지~10지)

○ 실험조건 : 계열별 4개 조건으로 유출밸브 평균 개도율 편차 분석

- 유출밸브 개도율 분석 사유

․유입․유출 유량 측정이 불가능한 상태에서 수위제어형 여과지의 여과 유량은 여재조건이 동일하다는 가정 하에 여과지내 부하증가에 따른 유출밸브의 개도율 증가와 상관관계가 있음.

- 여과지별 2회 주기의 동일 여과지속시간내 개도율 데이터(15분 간격)로 분석

○ 결    과 :

- 1계열 2,3,4호지 조정 결과 여과지별 표준편차 축소(3.8 → 1.7)

구 분	평균유량 (m3/h)	유입수문 개도율(%)					유출밸브 평균 개도율(%)					표준편차
		1지	2지	3지	4지	5지	1지	2지	3지	4지	5지
과거운영	9,237	30	25	50	30	100	22.4	24.3	29.6	21.8	18.2	3.8
조정전	9,869	30	35	50	40	100	19.6	24.3	28.0	23.0	17.3	3.7
조정1	9,466	30	30	35	35	100	18.1	24.3	21.0	22.7	16.4	2.9
조정2	8,895	30	25	35	35	100	16.9	19.2	20.0	21.7	14.2	2.6
조정3	9,300	30	25	30	30	100	19.7	21.2	20.9	22.3	17.2	1.7

- 2계열 7~10호지 조정 결과 여과지별 표준편차 축소(6.3 → 0.7)

구 분	평균유량 (m3/h)	유입수문 개도율(%)					유출밸브 평균 개도율(%)					표준편차
		6지	7지	8지	9지	10지	6지	7지	8지	9지	10지
초기	9,237	100	100	100	100	100	10.4	21.5	24.8	26.0	28.0	6.3
CFD개선안	9,869	100	20	20	18	18	30.9	16.8	12.7	11.6	20.5	7.0
조정1	9,466	100	25	25	20	20	24.5	16.8	14.9	10.3	17.6	4.6
조정2	8,895	100	35	35	30	20	13.6	17.3	17.2	14.2	13.7	1.7
조정3	9,300	100	30	30	30	25	15.9	17.2	16.2	15.7	17.5	0.7

※ 평균유량 : 실험기간 전체 여과지로의 평균 유입유량

- 2계열 CFD개선(안) 개도율 결과와 실공정 실험 결과 차이 발생

․유입수문 close시 개구 바닥과 수문받침 지지대 사이의 단차로 오차 발생

☞ 수문 개폐 높이 75cm 중 단차(약 5~7cm) 존재

(예시 : 7호지 현장개도율 9% = CFD 개도율 0%)

<여과지별 유입수문(수동) 하부 단차 발생 부위>

□ 결론 및 기대효과

○ 전산유체해석 및 실공정 실증 실험을 통해 여과지별 유입유량 균등화 추진 완료(유입수문 최적 개도율 설정․운영 시행)

○ 여과지별 여과기능 균등 유지 및 역세척 횟수 차이를 발생 방지함으로써 안정적인 여재 관리 및 수질관리 가능

붙임 : 1. 실공정 실증실험 결과 도표 1부.

2. 여과지별 유출밸브 개도율 분석 데이터 1부.

3. 구의2정수장 여과지 유량 균등방안 결과 보고(서울물연구원) 1부.  끝.

【붙임1】실공정 실증실험 결과 도표

1계열(경험적 개도율) / 2계열(100%개도율)	1계열(변경 개도율) / 2계열(CFD최적개도율)
【조정1】1계열(3지조정) / 2계열(개도율확대)	【조정2】1계열(2지조정) / 2계열(개도율확대)
【조정3】1계열(3․4지축소) / 2계열(7․8지축소) ☞ 5지,6지 유입량 확대	최적 유입수문 개도율 설정