수처리공정설계 용어설명좀 해주세요

1. 항력계수 C_D

유체 동역학에서 항력(drag)은

물체가 유체 내를 움직일 때 이 움직임에 저항하는 힘이다.

항력은 마찰력과 압력으로 나뉜다.

마찰력은 물체의 표면에 평행한 방향으로 작용하며,

압력은 물체의 표면에 수직한 방향으로 작용한다.

유체 내에서 움직이는 고체 물체의 경우,

항력은 유체의 유동과 동일한 방향으로 작용하는 모든 유체역학적 힘의 합이다.

따라서 항력은 물체의 움직임을 방해하는 힘이다.

항공기에서 추력이 필요한 것은 이 항력이라는 힘을 극복하고 나아가기 위해서이다.

유체 유동의 방향에 수직으로 작용하는 힘은 양력(lift)이라고 한다.

물체에 대한 항력은 무차원수인

항력계수(C_D, drag coefficient, coefficient of drag)로 나타낼 수 있으며,

항력 방정식을 사용해 계산할 수 있다.

항력 계수를 상수라고 가정한다면, 일반적으로 항력은 속도의 제곱에 비례한다.

항력 방정식

이것은 물체가 유체 내에서 움직일 때 작용하는 항력을 계산하는 식으로, 다음과 같다.

힘/정사영의 넓이 = (항력계수)×(운동 energy/물체의 부피)

여기서, F_D는 항력, ρ는 유체의 밀도, v는 유체에 대한 물체의 상대속도, A는 기준 면적,

C_D는 항력 계수, vector v는 속도의 방향을 나타내는 단위 vector이다.

(앞에 붙은 음수 기호는 항력이 이 속도 vector의 반대 방향으로 작용함을 나타낸다.)

기준 면적 A는 물체를 물체의 운동 방향에 수직한 평면에 투영한 면적과 관계한다.

같은 물체에 대해서도 다른 기준 면적이 주어질 때가 있는데,

이 때에는 각각의 기준 면적에 대한 항력 계수가 각각 주어져야 한다.

날개에 대해서는, 기준 면적은 전방 면적(frontal area)이 아닌 plane area이다.

정사영 곧 projection area라는 말이죠.

항력계수는 무차원 상수이며, 예를 들어 자동차에 대해서는 0.25~0.45의 값을 가집니다.

항력 극복에 필요한 동력

항력을 극복하기 위한 동력은 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.

위 식을 보면, 항력을 극복하기 위한 동력이 속도의 3제곱에 비례함을 알 수 있다.

예를 들어, 고속도로에서 80km/h로 달리는 자동차가 공기의 항력을 극복하는 데에

7.5kW의 동력이 필요하다고 하면,

같은 차가 160km/h로 달린다면 60kW(7.5×2³ = 60)라는 동력이 필요하다.

항력 방정식은 근사식일 뿐이며, 오차가 클 때도 있는 식이라는 점에 유의해야 하겠지요.

따라서 이 식을 사용하기 위해 가정할 때는 주의를 기울여야죠.

 

항력

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... 상태에 의해서 결정되는 상수로 보통 이것을 항력계수(drag coefficient)라 한다. 공기... 본떠서 유선형으로 만들기도 한다. 또 어류의 비늘과 유사한 특성을 가지는 표면을 만들...

출처 : 두산백과사전 EnCyber

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2. 고속응집침전장치

Solids-contact unit은 softening 공정에서 발생하는 많은 양의 sludge를 처리하기 위해서

미국 중서부에서 처음 사용했고,

점차 먹는물 생산을 위한 탁도제거에도 사용이 증가하였다.

Solids-contact unit은 solids-contact clarifiers, upflow clarifiers, reactivators, precipitators

등 몇가지 이름으로 불리운다.

제작사들에 따라 고형물을 제거하는 mechanism을 설명하기 위해 다른 용어를 사용하지만

기본적인 운영원리는 모두 같다.

혼화와 침전공정에서 침전한 물질은 sludge라고 불리우고

slurry는 침전지에서 floc이 엉겨붙은 부유물질을 가리키기만 동일한 용어로 쓰기도 하지요.

내부의 mechanism은 통상 혼화, 응집, 침전공정처럼 뚜렷한 3부분의 장치로 이루어집니다.

장치에 의해 생긴 sludge는 공정에서 재순환하면서 혼화보조제처럼 작용하여

혼화, 응집, 침전효율을 높인다. 

이러한 형태는 일반적인 혼화, 응집, 침전공정과 동일한 원리이다.

Solids-contact clarifier의 운영은 일반적인 장방형 침전지의 운영과 비교했을 때 

장점이 많지만 단점들도 적지 않다. 

예를 들면 모든 공정이 하나의 tank 내에서 이루어지므로

설치 및 유지관리 비용이 아주 적지만 높은 수준의 운영지식/기술을 요구한다.

따라서 운영자는 이러한 공정 운영방법에 대해 완전히 이해하고 있어야 한다.

 

3. 보통침전

약품침전과 양립하는 개념으로 응집제를 주입하지 않는 침전입니다.

전처리공정에서 응집약품을 사용하는지 여부에 따라

응집처리를 수반하는 약품 침전지와 자연침강으로 원수-현탁물질을 분리하는 보통 침전지.. 

보통침전지는 완속여과지의 부담을 경감시키기 위하여 설치하지만

침전효율을 개선하기 위하여

침전지의 형상이나 유입부와 유출부, 정류설비 등을 충분히 고려하여 설계해야 한다.

원수의 연간최고탁도가 30NTU 이상일 때는 응집처리할 수 있는 시설을 설치해 두어야 한다. 

또 저수지의 물이나 지하수를 상수원으로 하는 경우 등

원수탁도가 대체로 10NTU 이하인 경우에는 보통침전지를 생략할 수 있다.

원수 중에 다량의 plankton 조류가 들어 있으면

일반적으로 plankton 조류의 번식으로 pH가 올라가고

저수지 물이 초록-암적색으로 착색하고 냄새가 나는 경우도 있다. 

이러한 경우에는 염소처리가 가능한 설비를 고려해 두어야 한다. 

다만 이것은 후속하는 완속여과지의 여과막 생물에 미치는 영향을 고려하여 신중을 기한다.

수평류식 침전지에서 약품침전지의 구성과 구조는 다음 각 항에 따른다. 

보통침전지의 구성과 구조는 이에 준한다.

1. 침전지의 수는 원칙적으로 2지 이상으로 한다.

2. 배치는 각 침전지에 균등하게 유출하도록 수리적으로 고려하여 결정한다.

3. 각 지마다 독립하여 사용할 수 있는 구조로 만든다.

4. 침전지의 형상은 직사각형으로 하고 길이는 폭의 3-8배 이상으로 한다.

5. 유효수심은 3-5.5m로 하고 sludge 퇴적심도로서 30cm 이상을 고려하되

sludge 제거설비와 침전지의 구조상 필요한 경우에는 합리적으로 조정할 수 있다.

6. 고수위에서 침전지 벽체 상단까지 여유고는 30cm 이상으로 한다.

7. 침전지 바닥에는 sludge 배제에 편리하도록 배수구를 향하여 경사지게 한다.

8. 필요에 따라 복개 등을 한다.

 

보통침전의 구성과 구조는 위의 각항에 준한다.  그러나 다음 사항을 고려해야 한다.

완속여과지의 전처리로서 보통침전지에서는

일반적으로 고탁도의 원수유입이 적기 때문에 sludge의 퇴적량이 적다. 

따라서 약품침전지와 같이 sludge 수집기를 고정하여 설치할 필요는 없으며

침전지를 비워서 sludge를 제거하는 등으로 배출할 수 있도록 하거나

또는 압력수를 분사하여 sludge를 씻어버리며 바닥 배수구에서 배수하게 해 놓으면 충분하다.

또한 침전지가 급격한 수면변동에 대처하기 위하거나

침전지에 부유하는 쓰레기나 기름 등을 제거시키기 위하여 월류관을 설치한다. 

월류관은 침전지 바닥의 배수(drain)관과 동일계통으로 방류하면 배수관 가까이에 설치하고

도중에서 공통으로 하면 경제적이다.

침전지의 sludge 배출, 청소, 수리 등을 위하여 침전지를 비울 수 있도록 하기 위하여

침전지 바닥에 배수관을 설치한다. 

관과 vlave의 구경은 필요로 하는 배수시간으로부터 정해지지만

배수를 빨리 또한 안전하게 하기 위해서는

침전지 바닥보다 한층 낮은 위치에 배수구를 설치한다. 

배수관의 상단은 침전지 바닥보다 낮은 위치에 설치하며

배수는 자연유하에 의하는 것이 바람직하다.

보통침전지(응집처리를 하지 않은 것)

(1) 표면부하율은 5-10mm/분을 표준으로 한다.

(2) 침전지내의 평균유속은 0.3m/분 이하를 표준으로 한다.

약품침전지(응집처리를 수반하는 단층침전지)는..

(1) 표면부하율은 15-30mm/분으로 한다.

(2) 침전지내의 평균유속은 0.4m/분 이하를 표준으로 한다.

표면부하율은 원수의 탁질 분포와 침강속도의 실측자료 등을 기초로 하여 결정한다. 

표면부하율은  5-10mm/분으로 하고

깊이를 시설기준의 5.5.2 횡류식 침전지의 구성과 구조(pg. 331)로 정하면

체류시간은 약 8시간 정도다. 

또한 고탁도 시에 응집처리하는 경우에도 실례로부터 보아 이값으로 충분하다.

보통침전지의 침전지 내의 평균유속은 0.3m/분 이하를 표준으로 한다. 

유속이 너무 크면 침전을 저해하거나 침전 sludge를 부상시킬 우려가 있어서

경험상으로 침전지 내 평균유속은 0.3m/분 이하를 표준으로 한다.

 

4. 단락류(단회로)

단락류는 침전지 내에서 물이 정상적인 유로를 통과하지 않아
적정 체류시간보다 빨리 유출부에 물이 도달하는 현상을 말하며
짧은 침전시간으로 인하여 floc이 유출할 수 있다.
단락류가 발생하는 주요원인은 침전지 유입부에 설치하는 정류벽의 구조적 결함에 있다. 
침전지에 원수가 유입하면 먼저 정류벽을 거치며
이때 정류벽의 구조가 적합하지 않을 때는 편류와 함께 단락류가 발생한다.
정류벽을 설치함으로써
유입부에서 발생하는 큰 흐름을 억제시키고 침전지 내 유속을 균등하게 분배할 수 있다. 
침전지에서 단락류 발생이 문제로 작용하면
소금이나 염료를 사용하여 실제 체류시간을 알아낼 수 있다. 

밀도류에 의한 단락류는 많은 정수장에서 발견했고(Harleman, 1961/Kao, 1977/Camp, 1946),

밀도류 효과를 최소화하는 방법도 많은 연구자들이 발표하였다.

(Camp, 1946/Fitch and Lutz, 1960/Harleman, 1961/Hudson, 1972/Kao, 1977/Sank, 1978)

침전지 유입부와 유출부 설계에 특별히 관심을 가진다면

단락류의 효과는 어느정도 최소화할 수 있다. 

유입부의 적용기술은 다음과 같다.

(1) 유입수를 확산벽으로 침전지 전단면에 균등하게 분배

(2) 유입수의 stream을 부수고 난류를 형성하여 강제적으로 energy 분산

밀도류를 개선하기 위한 방안은 침전지 내에 적용할 수도 있다. 

Tube settler, 재분배 baffle, 또는 중간 diffuser wall 등이 있다. 

침전지 내에 설치한 launder(월류 weir)는 일반적으로 유출수 분산을 위해서 사용한다. 

이러한 방안들은 표면 밀도류보다 바닥 밀도류 제어를 위해서 더 효율적이다.