1. 서 론
국민에게 필요한 용수를 안정적으로 공급하기 위한 용수공급 시스템은 현재 높은 보급률을 가지 고 있어 양적인 부분에서는 큰 어려움이 없는 것 이 현실이다. 그러나 현재의 용수공급 시설이 많 은 부분 노후화가 진행되고 있고, 여러 가지 인프 라의 손상을 가져올 수 있는 다양한 재난 상황에 지속적으로 노출되고 있는 부분도 현실이다. 이러 한 상황에서 현재의 대단위 집중형 용수공급 시설
에 대한 시설분산화를 근간으로 하는 분산형 용수 공급시스템에 대한 연구가 국가과제로 진행되고 있다. 정수시설의 시설 분산화를 통한 분산형 용 수공급시스템의 구축을 위해서는 정수장의 적절 한 용량과 설치 지점 선정, 용수공급 인프라 최적 설계, 정수처리 시스템의 효율적 운영기술, 각 분 산화 정수장의 비상용수 용량 확보 등을 통해 기 존 광역형 용수공급시스템에 비해 용수의 안정성 과 안전성을 제고시키기 위한 연구개발이 필요하 다. 또한, 소비자 인근에 정수처리시스템을 설치 하기 위해서는 각 공정별 컴팩트한 설계 기술의 개발을 통해 필요 부지면적을 최소화하고, 도시
•Received 09 May 2014, revised 01 August 2014, accepted 07 August 2014.
* Corresponding author: Tel : +82-42-870-7541 E-mail : [email protected]
Abstract : The ozonation process has been widely used for drinking water disinfection around the world. Recently, the pres- surized ozone contactor, in which the side stream typed ozone injection method is installed, has been applied to water treatment system. In this study, numerical calculations were conducted to compare prototype and screw-type ozone contactors based on hydraulic effectiveness in more details. The prototype ozone contactor was already installed and operated in domestic water treatment plant, and the screw-type is the suggested one for improving ozone contact efficiency installing the screw plate to the prototype. Screw turn numbers of screw plate were changed as 3, 5, 7 and 9, respectively for numerical simulation. The CT(concentration of disinfectant in mg/L times time in minutes) value was considered as one of the options for evaluating disin- fection ability. From the results, it could be concluded that the performance of the screw-type is higher than that of the protype contactor by controlling the variable T as the tracer time. Also, Morill index of the screw-type(turn numbers = 5 ) appeared to be lower than the other.
Key words : CFD, ozone contactor, tracer, Morrill Index, CT 주제어 : 전산유체해석, 오존 접촉조, 추적자, Morrill 지수, CT
Study on performance improved design of pressure-type ozone contactor in multistorey water treatment plant by CFD
CFD에 의한 수직형 정수처리 실증시설 내 압력식 오존접촉조 성능개선에 관한 연구
Jong-Woong Choi
1*·Seong-Su Kim
1·Jeong-Hyun Kim
1·Kwanyeop Kim
2최종웅1*·김성수1·김정현1·김관엽2
1한국수자원공사 상하수도연구소·2포스코건설 R&D Cneter
설치하는 것이 요구되어 진다.
수직형 정수처리 시스템의 최적 정수처리 공 정은 원수 수질 특성과 목표 수질 등 여러 가지 검토를 통해 결정되어져야 하며, 통상적으로 국 내에 적용되어 운영 중에 있는 수처리 공정은 혼 화/응집/침전/여과의 표준정수처리 공정과 목표 수질 달성을 위해 표준정수처리 공정으로 처리 가 되지 않는 처리 대상 물질이 있는 경우 이를 처리하기 위해 오존 및 입상활성탄 공정의 고도 정수처리 공정으로 구분되어 진다. 이외에 오존 및 입상활성탄의 고도정수처리 공정과 고도산화 공정(AOP), UV산화 공정, 막여과 공정 등 다양 한 단위공정을 중심으로 수직 배열에 대한 새로 운 개념의 설계기술 개발이 필요하다. 이에 새로 운 설계기술 개발을 위하여 모델공정으로서 막 여과 공정과 오존산화, 활성탄 흡착, UV 공정
에 대한 연구가 진행 중이다.
Fig. 1에 소비자 인근에 정수처리 시설을 설치 하기 위한 미적 요소가 가미된 시설 조감도(예) 와 수직형/빌딩형 시설 내 막여과, 오존산화, 활 성탄 흡착, UV 공정을 수직 배열하기 위한 층간 공정 배치(예)를 나타내었다. 또한 해당 시설은 현재 1,000 m3/day 규모로 설계되어 한국수자 원공사 내 충청지역본부 정수처리장 내 부지에 실증시설이 구축되어 운영중에 있다. 기존 평면 형 정수장에서 오존 접촉조는 접촉시간 확보를 위한 대형 콘크리트 구조물을 설치하여 운영 중 에 있으나, 빌딩/수직형 구조의 소규모 분산화 정수장의 경우에는 건물 형태의 처리시설 배치 를 위해 내오존성 금속성 재질의 압력식 오존접 촉조를 적용하여 막 여과 공급펌프의 공급 압력 을 활용한 압력식 처리시스템을 도입하였다. 일 반적으로 고도정수처리 공정으로서 오존공정이 도입되는 이유는 오존의 산화력을 이용한 맛냄 새 물질 및 미량오염물질 등의 제거대상 물질을 산화 처리하기 위해 도입되어 진다. 본 연구에서 는 도입된 오존접촉조의 수리적 설계 인자에 대 한 평가를 위하여 일반적으로 정수지 등에서 수 행되어 지는 추적자 시험 기법을 적용하여 연구 를 수행하였다. 즉, 오존 접촉조의 미생물에 대 한 불활성화 효율을 높이기 위해서는 적절한 오 존의 주입 후 제거대상 미생물과의 반응에 있어 서 수리적으로 사류구역을 최소화하여 유효 접 촉 효율을 높여야 한다. 미생물의 불활성화 율 은 원수의 온도, pH 등 다양한 인자에 영향을 받으며(Slawomir et al., 1999), 식(1)과 같이 표현된다.
여기서, N0는 미생물의 초기수(n/L), N은 미 생물의 농도(n/L), k는 오존의 감소비(s-1), C는 접촉조 출구에서의 오존 농도(g/L), T는 미생물 의 접촉시간(min)이다.
Fig. 1. Multi-story water treatment demonstration facility.
= -kCT (1) logN
N0
이러한 오존 접촉조에 대한 수리적 인자에 대 한 연구가 현재까지 활발하게 진행되고 있으며 (Talvy et al., 2011)(Pauline et al., 2012), CT에 대한 여러 수학적 모델들을 제시하고 있 다.(Robert M, 2002 ~ 2003). 정수처리 시설에 서 오존의 접촉시간은 원수 수질조건에 따라 다소 차이를 나타내지만, 일반적으로 10 ~ 15분 이내 의 수리적 접촉시간으로 설계하고 있다. 본 연구 에서는 전산유체해석(CFD) 상용 프로그램을 이 용하여 압력식 구조의 오존 접촉조에 대한 구조 적 형상에 대한 수리흐름 특성과 접촉조 내 추적 자 시험을 모사하여 수직형 정수처리 시스템 오 존 접촉조의 최적 오존 접촉효율 향상을 위한 구 조적인 형상 최적화에 대한 연구를 수행하였다.
2. 수치해석
2.1 수치해석 대상본 연구를 위한 수직형 정수처리 시설은 Fig.
2와 같이 구성되며, 착수정으로 유입된 물은 6 개의 펌프를 통하여 막여과 설비로 이송된다. 이 중 하나의 펌프는 예비 작동을 위하여 설치된 것 이다. 막여과 설비를 통과한 물은 소독 설비과정 인 오존 접촉조로 이송된다. 이후, 활성탄 흡착
설비를 거친 물은 정수지로 저장된다. 본 연구 를 위한 압력식 오존 접촉조는 2개로 구성되어 있다. 전체 오존 접촉조는 설계용량 1,000 m3/ day를 처리하도록 설계되었으며, 한 개의 오존 접촉조는 500 m3/day를 처리한다. 오존 접촉조 의 접촉시간은 15분으로 설계되었으며, 오존은 오존 접촉조 입구부 파이프에 설치된 인젝터를 통하여 side stream 방식으로 유입된다.
Fig. 3은 수직형 정수처리 시설의 오존 접촉 조에 대한 치수를 나타내고 있다. 100 mm 입 구 직경을 갖는 원형 입구관을 통하여 오존 접촉 조로 오존이 용해된 물이 유입되며 오존과 물의 접촉시간을 향상시키기 위하여 내부에는 원형 plate가 2개 설치되어 있다. 오존 접촉조의 반경 은 844 mm, 높이 2697.3 mm이 치수를 갖는 다. Plate는 접촉조 중심에서 각각 반경 245.0 mm, 495.0 mm 떨어진 곳에 위치하고 있다.
Fig. 4는 실증설비로서 prototype 오존 접촉조 형상과 오존의 접촉 시간과 접촉조 내부에서 발 생하는 사류를 줄이기 위한 screw 형태의 plate 의 형상을 나타내고 있으며, screwtype 오존
Fig. 2. Ozone contactor in the water treatment facilities.
Fig. 3. 2D drawing of the prototype ozone contactor.
Fig. 4. Prototype and screwtype geometry for the ozone contactor.
접촉조 형상은 prototype 오존 접촉조 형상의 내부 plate 사이에 screw 형태의 plate를 추가 한 형상이다. 설계사양에 대한 세부적인 사항을 Table 1에 나타내었으며, scewtype의 오존 접 촉조의 screw turn numbers는 3, 5, 7, 9에 대 하여 수치해석을 수행하였다.
2.2 수치해석 방법
Fig. 5는 본 해석에 사용된 격자 분포를 나타 내고 있으며, ANSYS AMP 격자 생성툴을 사 용하였다. 격자 형태는 tetra, prsim, prymid 의 형태의 혼합 격자로 구성하였으며, 벽면근처 에는 충분한 해상을 위하여 조밀한 격자분포를 사용하였다. 그리고 Table 2에 격자에 대한 정 보를 나타냈었다. 수치계산은 상용프로그램인 ANSYS CFX 12.1(ANSYS, 2009)를 사용하였 으며, 경계조건으로는 입구에는 유량조건, 출구 에는 압력조건을 적용하였다. 벽면조건으로는 no-slip condition을 적용하였으며, 난류 모델 은 scalable 벽법칙을 사용하는 standard k-ε 난류 모델을 적용하여 정상상태와 추적자 해석 을 위한 비정상상태 해석을 수행하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 Prototype과 screwtype(screw turn numbers
= 5) 오존 접촉조의 유동특성
Fig. 6은 오존 접촉조 바닥면으로부터 0.2 m, 0.9 m, 1.5 m, 2.3 m에 위치한 평면과 유입부 의 중심 단면에서의 속도 분포를 나타내고 있 다. Fig. 6(a)는 속도 0.00 m/s ~ 0.04 m/
s의 속도범위를 나타내고 있으며 유입부의 빠 른 속도는 단면적이 변화하는 영역에서 급격한 속도 감소와 함께 낮은 속도를 갖는 정체역역 을 갖는 속도 영역이 나타났다. Fig. 6(b)는 속 도 범위 0.00 m/s ~ 0.08 m/s의 구배를 나타 낸 것이다. screw형상이 설치된 부분에서는 유 로 통과 단면적 변화로 인하여 속도가 상대적으 로 증가하는 것을 볼수 있다. Screwtype의 속 도가 상대적으로 prototype의 속도보다 빠른 것
Pipe number prototype screwtype Design capacity (m3/day) 500 500
Inlet diameter (mm) 100 100
Outlet diameter (nmm) 100 100
Inner plate I diameter (mm) 245 245 Inner plate II diameter (mm) 495 495 Ozone contactor diameter (mm) 844 844
Inner plate thickness 10 10
Screw plate thickness - 8
Turn numbers of screw plate - 3, 5, 7, 9
Fig. 5. Mesh distribution of the ozone contactor for the CFD.
(a) proto-type
(b) screw-type
Mesh type Prototype Screwtype
Node numbers 1,150,000 1,940,000
Element numbers 1,920,000 6,740,000 Table 2. Mesh information for the CFD
을 알 수 있으며, prototype의 일부 영역에서는 저속의 유동영역이 발생한다. Table 3에는 접촉 조 내부의 유량변화에 따른 평균속도를 정량적 으로 나타내었으며, 설계유량에서의 prototype 의 평균유속은 0.0145 m/s이며, screwtype의 평균유속은 0.0456 m/s로 나타났다. 설계유량 에서, screwtype의 평균유속이 약 3배 높게 발 생하는 것을 알 수 있으며, 유량 변화에 따라 screwtype 접촉조의 내부 유속이 상대적으로 2 배 이상 빠르게 발생하는 것을 정량적으로 알 수 있다.
식(2)는 오존 접촉조의 유동에 의한 압력 손 실을 구하기 위한 방정식이며, Fig. 7은 proto- type과 screwtype에 대한 유량변화에 따른 압 력 손실을 나타낸 그래프이다. 유량이 증가할수 록 오존 접촉조 입구와 출구에서의 차압은 증가 하며 이로 인하여 압력 손실은 증가한다. 설계 유량 80%에서 120%로 증가 할수록 압력손실 은 prototype 경우 0.025 mm에서 0.06 mm 로 선형적으로 상승한다. 그리고 prototype과 screwtype(screw turn numbers= 5)의 압력 손실 차이는 최소 1.2 mm, 최대 2.8 mm의 값 으로 미미한 차이를 보인다.
여기서, ∆P는 오존 탱크 입구, 출구의 압력 차(Pa), ρ는 물의 밀도(kg/m3), g는 중력가속도 (m/s2)이다.
Fig. 8은 screwtype 오존 접촉조의 screw turn numbers에 따른 설계유량에서의 압력 손 실을 나타낸 것이다. Turn numbers가 증가할 수록 유로의 흐름 단면적의 감소로 인하여 유 속이 증가한다. 증가된 유속은 오존접촉조 입구 와 출구 사이의 압력 차이를 상승시킨다. Screw turn numbers가 3에서 5로 증가하는 경우 완만 한 경사도의 압력 손실을 가지나 turn numbers
(2) Hloss = ∆P
ρg
Table 3. Average velocity in the ozone contactor
Flow rate(%) Average velocity (m/s) Proto-type Screw-type
80 0.0111 0.0379
90 0.0116 0.0424
100 0.0145 0.0456
110 0.0147 0.0511
120 0.0157 0.0569
Fig. 6. Velocity distribution of the ozone tank at the design flow rate 100%.
(a) prototype
(b) screwtype Fig. 7. Comparison of the head loss for prototype and the screwtype ozone contactor (screw turn numbers=5).
가 5에서 9로 증가하는 경우 상대적으로 급경사 의 압력 손실을 가진다. Turn numbers가 3에 서는 압력손실 43.79 mm이고, 9에서는 50.39 mm 압력손실이 나타났으며, turn numbers의 3과 9의 압력손실 차이는 6.6 mm로 나타났다.
3.2 오존 접촉의 tracer 특성
오존 접촉조의 성능을 비교하기 위한 방법으 로 본 연구에서는 접촉조 내부의 미생물의 불활 성화 율을 결정할 때 사용되어 지는 추적자 시 험을 통한 유효 접촉시간 산정 기법을 적용하여 평가하였다. 수직형 정수처리 실증시설의 오존 접촉조 prototype과 개선된 형상 screwtype에 대한 접촉조의 추적자 시간을 비교하였다. 추적 자 시간을 예측하기 위하여 입구에서, 물과 동일 한 물성치로 유입되는 물질로 정의하여 접촉조 에 유입되는 것으로 가정하였으며, 비정상 상태 계산을 수행하였다. Fig. 9는 각각의 유량에 따 른 시간 변화에 대한 접촉조 출구에서의 무차원 농도를 나타내고 있다. 유량이 증가할수록 접촉 조의 유동 속도는 증가하여 입구에서 출구까지 의 유체의 흐름 시간이 감소하는 것을 알 수 있 다. Prototype의 경우 출구에서 최대 농도 도달 시간은 설계유량 대비 80%, 100%, 120%인 경 우 각각 13.7 min, 10.4 min, 8.2 min으로 나 타났으며, screwtype(screw turn numbers = 5) 경우 각각 15.7 min, 12.6 min, 10.8 min으 로 나타났다. screwtype이 prototype의 오존
분 정도 더 소요되고, 최대 농도 이후의 추적자 그래프에 대한 특성은 와류, 선회류 등과 같은 접촉조 내에서 발생하는 유동 특성으로 인하여 상대적으로 prototype이 특정시간 이후 완만한 기울기를 갖는다.
Fig. 10은 출구에서 유동이 유출되는 추적자 누적 비율(%)를 나타낸 것이다. prototype의 경 우 100% 도달 시까지 시간변화에 대한 불안정 한 유동 특성이 나타났으며, screwtype의 오존 접촉조는 상대적으로 안정된 유동특성이 나타났 다. 그리고 prototype의 각각의 유량에 따른 동 일 추적자 누적 비율(%)에 대한 시간 간격이 누 적 비율이 커질수록 증가하였으나 screwtype의 접촉조는 거의 일정한 간격을 가지고 있다. 이것 은 접촉조 내부에 설치된 screw 형태가 유로 방 향으로 가이드 역할을 하여 접촉조 내부에서 발
Fig. 8. Head loss for turn numbers of the screwtype ozone con- tactor at the design flow rate 100%.
Fig. 9. Dimensionless concentration of the tracer for the proto- type and screwtype ozone contactor.
(a) prototype
(b) screwtype(with turn numbers = 5)
생하는 와류, 선회류 등의 유동 특성을 감소시키 기 때문이다.
Fig. 11은 출구에서 유량 변화에 따른 추적자 누적 비율(%)에 대한 시간을 표현한 그래프이
다. 추적자 누적 비율 90%까지는 일정한 기울기 를 가지며, 유량이 적을수록 큰 기울기 값을 갖 는다. 누적 비율 90% 이후 오존 접촉조에서 유 체가 급격한 기울기 변화를 가지고 출구로 유출 되며, 같은 유량의 서로 다른 오존 접촉조 형태 에서 prototype이 screwtype보다 긴 시간을 가 지고 출구로 유출된다.
Table 4는 prototype과 screwtype(screw turn numbers=5)의 오존 접촉조에 대하여 설 계 유량 대비 80% ~ 120% 조건에 대하여 출구 로 유출되는 추적자 시간을 추적자 누적 비율(%)
Fig. 10. Cumulative tracer rate for the prototype and screwtype ozone contactor.
(a) prototype
(b) screwtype(with turn numbers=5)
Fig. 11. Comparision of the prototype and the screwtype for the time of cumulate tracer rate.
Table 4. Trace time of the ozone contactor at the exit
Flow rate for the ozone contactor
80 % 90 % 100 % 110 % 120 %
pro scr diff pro scr diff pro scr diff pro scr diff pro scr diff
T10 11.5 14.3 2.8 11.1 12.6 1.5 8.6 11.4 2.8 8.0 10.4 2.4 7.9 9.5 1.6
T20 12.6 15.0 2.4 12.2 13.4 1.2 8.9 12.0 3.1 8.7 11.0 2.3 8.9 10.0 1.1
T30 13.5 15.8 2.3 12.6 14.0 1.4 9.4 12.6 3.2 9.3 11.5 2.2 9.2 10.5 1.3
T40 14.5 16.5 2.0 12.8 14.7 1.9 10.2 13.2 3.0 10.1 12.1 2.0 9.3 11.0 1.7
T50 15.3 17.3 2.0 13.1 15.4 2.3 11.3 13.8 2.5 10.7 12.7 2.0 9.5 11.5 2.0
T60 16.9 18.1 1.2 13.6 16.2 2.6 11.6 14.4 2.8 11.7 13.4 1.7 9.7 11.9 2.2
T70 18.5 19.1 0.6 14.4 17.0 2.6 12.1 15.1 3.0 12.8 14.0 1.2 10.0 12.6 2.6
T80 21.4 20.5 -0.9 15.9 18.2 2.3 13.3 16.3 3.0 14.4 15.1 0.7 10.8 13.6 2.8
T90 28.0 23.2 -4.8 19.5 20.6 1.1 16.2 18.6 2.4 17.3 16.8 -0.5 13.4 15.2 1.8
T100 46.9 34.9 -12 39.0 30.5 -8.5 32.4 28.3 -4.1 31.2 25.5 -5.7 26.6 23.7 -2.9
Tp 13.7 15.7 2.0 11.9 13.7 1.8 10.4 12.6 2.2 9.3 11.2 1.9 8.2 10.8 2.6
* Unit : min
* T10 : passage time for 10% of the tracer at the exit
* Referenc flow rate : 500 m3/day
* pro: proto-type contactor, scre : screw-type contactor
독능을 구하기 위한 변수 T는 일반적으로 T10을 사용하며(USEPA, 1999), T10은 출구를 통하여 누적 농도 10%가 유출할 때의 시간을 의미한다.
설계 유량 대비 입구유량에 따라 screwtype의 접촉조의 tracer 시간이 누적 농도 80% 이상으 로 나타나는 시간이 상대적으로 감소한다. Pro- totype의 접촉조가 screwtype 접촉조 내부에서 발생하는 와류 또는 선회류가 활발하게 발생하 여 접촉조 출구를 통하여 유출되는 시간이 길어 지기 때문이다. 그리고 추적자 누적 비율 80%에 도달하기 전까지는 screwtype이 상대적으로 추 적자 시간이 높게 나타났다. 추적자 누적 비율 10%인 T10의 설계유량에서는 추적자 시간이 8.6 min, 11.4 min으로 prototype과 screwtype 접촉조에 각각 나타났으며, 최대 농도에 도달시 간은 설계유량을 기준으로 각각 10.4 min, 12.8 min으로 나타났다. 이러한 정량적인 추적자 모 사를 통하여 접촉조 내에 설치된 screw 형태는 유체가 입구에서 출구사이에서 발생하는 와류의 저감과 적절한 유체 유동을 위한 역할을 하는 것 으로 판단된다.
Fig. 12는 screwtype 오존 접촉조의 screw turn numbers(3,5,7,9)에 따른 추적자 특성을 나타낸 결과이다. Fig. 12(a)의 turn numbers 에 상관없이 최대 농도까지는 급격한 경사도를 가지고 상승한 이후 감소하는 유사한 경향이 나 타났으며, turn numbers가 3인 경우 최대 농 도 이후 고저의 값이 나타나는 특성을 가지고 있
생하는 와류에 의한 추적자의 이송 지연으로 사 료된다. Fig. 12(b)에서는 추적자 누적 비율이 30%까지는 turn numbers와 상관없이 증가하 다가 30% 이후 turn numbers에 따라 서로 다 른 간격이 나타났으며, turn numbers가 3인 경 우 가장 낮게 나타났다. 그리고 turn numbers 5와 7의 경우 비슷한 결과가 나타났다.
일반적으로 오존 접촉조의 효율 지표로 식 (3) 과 같은 Morrill 지수를 사용하여 평가한다(van der Walt, 2002). Morril 지수는 반응조 내의 교반정도를 나타내는 상수로서 지수값 1인 경 우 이상적인 plug flow를 나타내며, 이 값이 크 면 클수록 완전혼합상태를 나타낸다. 접촉조가 plug flow에 가까울수록 이상적인 설계가 된다 (Wools, 2012)
여기서, T10과 T90은 각각 접촉조 입구에서 주 입된 추적자의 10%와 90%가 유출되기까지의 시 간이다.
Table 5는 prototype과 screwtype의 설계 유량에서의 Morill 지수를 구한 값이다. proto- type에서는 Morrill 지수가 1.884로 나타났으 며, screwtype에서는 screw turn numbers(3, 5, 7, 9)에 따라 1.903, 1.632, 1.632, 1.798 로 각각 나타났다. turn numbers가 3인 경우, prototype보다 높게 나타났으며, turn num-
(3) Morrill Index = T90
T10
Fig. 12. Dimensionless concentration & cumulative tracer rate of the turn numbers(3, 5, 7, 9) for the screw-type ozone contactor.
(a) demensionaless concentraiton (b) cumulative tracer rate
bers 5 이상 설치되는 경우 모두 prototype 의 Morill 지수 보다 낮은 값를 갖는다. 그러 나 turn numbers가 9인 경우의 Morrill 지수 는 turn numbers 5, 7 보다 높은 값을 가진다.
Table 5에서 turn numbers가 5인 screwtype 오존 접촉조의 Morrill 지수가 가장 낮은 값을 가지므로, 상대적으로 가장 이상적인 설계의 접 촉조로 사료된다.
4. 결 론
본 연구에서는 정수처리시스템의 압력식 오존 접촉조의 성능개선을 위한 screw 형태의 screw turn numbers(3, 5, 7, 9)에 따른 형상에 대하 여 수치해석 기법을 사용하여 실증설비 오존 접촉 조와 비교하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 오존 접촉조 prototype이 screwtype 보다 많은 와류 영역을 가지며, 설계유량 100%
에서 접촉조의 평균 속도는 screwtype이 0.0456 m/s로 prototype의 0.0145 m/s 보다 약 3배 빠른 유속이 발생하였다. 그 러나 추적자 시간은 T10을 기준으로 할 때, 8.6 min, 11.4 min으로 screwtype이 2.8 min이 더 소요됨으로 screwtype이 설계 기준에 부합된다.
2) Prototype과 screwtype의 압력에 의한 손실차이는 screwtype 설계 유량비(80%
~ 120%)에 따라 1.2 mm ~ 2.4 mm로 나타났으며, screwtype의 screw turn numbers에 따른 turn numbers 3과 5 의 압력 손실 차이는 6.6 mm로 미미한 값 이 나타났다.
3) Morill 지수는 screw turn numbers가 5
인 screwtype에서 1.632값으로 1에 가장 근접한 값으로서 상대적인 plugflow 유동 특성을 갖는다.
4) 상기의 결과로부터 본 연구에서 가장 적절 한 설계 적용 형태는 screwtype의 screw turn numbers가 5인 오존 접촉조로 사 료된다.
본 연구에서는 오존공정의 수리적 효율을 개 선하기 위해 접촉시간 변수만을 고려하였으며, 향후 실증설비의 실험을 통한 오존의 농도와 감 쇠비를 고려한 수리적 인자에 대한 추가적 연구 가 필요하다.
사 사
본 연구는 국토교통부 물관리연구사업의 연구 비 지원(과제번호 : 10 기술혁신 C01)에 의하여 수행되었습니다.
참고문헌
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Paulin e T., Laure M., Samuel T., Eric C. and Beno H. (2012) “Ozone inactivation of resistant microorganisms: Laboratory analysis and evaluation of the efficiency of plants” Wa- ter Research vol.46, pp.5893-5903.
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100%
item prototype screwtype
Turn numbers - 3 5 7 9
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