다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 수처리연구과-344 결재일자 2022. 1. 11. 공개여부 대시민공개 방침번호 시 민 ★주무관 수처리연구과장 수도연구부장 김태균 조우현 01/11 안재찬 협조 정수공정 성능평가·개선방안 검토를 위한 침전지·오존접촉조 CFD 해석결과 2022. 1. 서울물연구원 (수처리연구과) 침전지·오존접촉조 CFD 해석결과 강북 침전지와 뚝도·광암 오존접촉조 흐름 분석에 전산유체역학(CFD)을 활용하여 성능을 평가하고 개선방안을 검토하고자 함 Ⅰ 개 요 목적: 침전지, 오존접촉조 성능평가를 통한 개선방안 검토 - 강북 침전지 물 흐름 해석 (기술진단과-3047호, ’21.04.07) - 뚝도·광암 오존접촉조 심층 기술검토 (기술진단과-7973호, ’21.10.19.) 대상: 강북 침전지, 뚝도·광암 오존접촉조 시설현황 구 분 강북 뚝도 광암 대상 침전지 오존접촉지 오존접촉지 시설용량 (생산량, 천m3/d) 1,000 (680) 600 (410) 400 (220) 규격(m) 20 x 62.4 x 5 (24지) 16 x 24.9 x 8.5 (2지) 18 x 18 x 6.1 (2지) 이론적 체류시간 (min) 300 24 25 구조 추진내용 - 강북 침전지 3구역으로 분류하여 물 흐름 해석 ？ 중장기 침전지 개량방향 검토 - 뚝도·광암 오존접촉조 성능평가 및 적정검토 ？ 추적자를 활용한 실 체류시간 및 장폭비 환산계수 평가 추진과정 침전지·오존접촉조 현황분석 ？ 물 흐름해석 (CFD) ？ 개선방안 검토 ？시설 및 운영현황 ？2D 설계도 분석 ？ 3D 설계 및 분석 ？ 유속, 체류시간, 환산계수 ？침전지·오존접촉조 평가 ？개선안 검토 연구자: 김태균, 이준호, 백영애, 양윤선, 이광제 Ⅱ 추진결과 강북 침전지 - 유입유량 720,000 m3/d 기준으로 침전지 구역별 물 흐름 해석 - 3구역 트라프(오리피스)에서 상승유속이 발생하지만, 1구역 정류벽과 2구역의 완충영역으로 인해 침전효율은 양호하다고 사료됨 (0.5 NTU 내외) 구분 침전지 유입부(1구역) 완충영역(2구역) 트라프(3구역) 구조 정류벽 (정류공 Φ 100) 정류공 통과 후 36m 완충영역 트라프 (오리피스 Φ 25) 해석 결과 정류공 통과 후 불균일한 유속이 균일한 유속으로 나타남 침전효율을 높일 수 있는 안정된 유속구역 트라프 1~4번 오리피스에서 유속증가 강북 침전지 흐름 해석결과 (0~0.3 m/s) (a) 침전지 단면도 1구역 2구역 3구역 (b) 침전지 유입부 (정류벽) (c) 침전지 트라프 침전지 개량방향 검토 - 소형생물 제거 등 침전효율 증가를 위해 고효율·집약화가 가능한 침전지 개량방안 필요 - 경사판 침전지로 검토시 표면부하율 및 부지면적 저감가능 (부대설비 면적별도) · 침전효율에 영향을 미치는 표면부하율은 44% 저감 (17 ？ 9.5 mm/min) · 침전지 부지면적 47% 저감 (30,000 ？ 16,000 m2) ⇒ 현재 추진예정인 2정수장 신설(25만톤/일, 별도침전지 건설)과 침전지 개량을 통한 용량증대방안에 대한 비교 검토 필요 - 저감 부지면적 활용방안: 활성탄지 후단 필터시스템, 전오존 공정 도입가능 구분 기존 개량검토안 형식 장방형 경사판　 유량 (m3/d) 720,000 1,250,000　 규격 (m) B20 x L62.4 x H5.0 B20 x L40 x H5.0 지수 24 22 침전면적 (m2) 30,000 16,000 용적 (m3) 149,760 80,080 체류시간 (hr) 5 1.5 표면부하율 (mm/min) 17 9.5 부지면적 감소비율 (%) 47% ※ 경사판 규격 검토(안) : B 0.82m x L 1m, 각도 60o, 경사판 간격 0.06m 강북침전지 개량검토 안 (기존) 30,000m2 47% 감소 (개량) 16,000m2 뚝도 오존접촉조 - 오존접촉조 구조 및 물 흐름도 · (유입부) 정류벽(Φ150):유속 균등화, 수문형(2.7m): 난류증가로 혼화도 증가 · (유출부) 3m 높이의 중간벽 4개 설치: 상·하 부분으로 물 흐름 유도 뚝도 오존접촉조 정류벽 유입 유출 2.7m (수문형) 3m 중간벽 정류벽 유입 유입부 유출부 - 해석결과 · 물 흐름 길이는 100m 이며, 평균유속은 0.123 m/s 로 분석됨 · 수리학적 체류시간 21분, CFD를 활용한 추적자 체류시간은 13분으로 나타남 ？ 오존접촉조 성능인자인 장폭비 환산계수는 0.61 로 분석됨 (이론: 0.6) 구분 오존접촉조 수리적 특성 분석 비고 물흐름 길이 (m) 100 m 최대유량 기준 470,000 m3/d 장폭비 26 물 흐름 회전수 (회) 4회 평균유속 (m/s) 0.123 m/s 수리학적 체류시간 (T,분) 21분 장폭비 20~30 (이론적 환산계수 0.6) CFD 추적자 체류시간 (t10,분) 13분 장폭비 환산계수 (t10/T) 0.61 광암 오존접촉조 - 오존접촉조 구조 및 물 흐름도 · (유입부) 월류웨어, 수문형(1.5m): 난류증가로 혼화도 증가 ※ 월류웨어(5.9m)로 인한 공기유입 가능 · (도류벽) 유입·유출부는 4.2m 간격, 중간부는 1.9m 간격으로 도류벽 배치 광암 오존접촉조 웨어 유입 유출 수문형 유출 유입 웨어 수문형 (1.5m) - 해석결과 · 물 흐름 길이는 94m 이며, 평균유속은 0.137 m/s 로 분석됨 · 수리학적 체류시간 21.8분, CFD를 활용한 추적자 체류시간은 14분로 나타남 ？ 오존접촉조 성능인자인 장폭비 환산계수는 0.64 (이론: 0.65) 구분 오존접촉조 수리적 특성 분석 비고 물흐름 길이 (m) 94 m 최대유량 기준 250,000 m3/d 장폭비 36 물 흐름 회전수 (회) 5회 평균유속 (m/s) 0.137 m/s 수리학적 체류시간 (T,분) 21.8분 장폭비 30~40 (이론적 환산계수 0.65) 추적자 체류시간 (t10,분) 14분 장폭비 환산계수 (t10/T) 0.64 Ⅲ 결 론 (강북 침전지) 정류벽과 완충영역(36m)로 인해 침전효율은 양호하지만 고효율·집적화를 위해 현재 장방형 침전지를 경사판 침전지로 검토 필요 - 경사판 침전지 검토시 표면부하율, 부지면적 약 40% 저감가능 ？ 저감 부지면적은 추가공정 도입가능 (필터시스템, 전오존 공정 등) (뚝도 오존접촉조) 환산계수는 0.61 로 평가되어 이론(0.60) 대비 적정함 - (구조) 혼화강도를 높이기 위해 유입부에 정류벽, 유출부에 중간벽 설치 - (체류시간) 이론적 체류시간 21분, 실 체류시간 13분으로 분석됨 ※ 현 소독능 평가시 환산계수 0.63 을 사용하고 있어 적정하다고 사료됨 (광암 오존접촉조) 환산계수는 0.64 로 평가되어 이론(0.65) 대비 적정하다고 판단되지만, 현 소독능 평가시 환산계수 0.88을 사용하고 있어 재검토 요망 - (구조) 유입부 월류웨어 설치로 유속 안정화 도모 (다만, 공기유입 가능) - (체류시간) 이론적 체류시간 21.8분, 실 체류시간 14분으로 분석됨 붙임: CFD를 활용한 오존접촉조 추적자 실험결과 (t10, 체류시간 산출) 뚝도 광암 13분 14분

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수처리연구과-344

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