단위작업으로서의 침전분리는 오랫동안 수처리 제어에 사용되어 왔으며 비교적 실용적인 수처리 기술이다. 침전 분리 효과를 높이기 위해 사용 중에 침전 영역에 경사판이나 경사 관을 설치하는 경우가 많으므로 얕은 층 원리를 적용하여 넓은 면적과 높은 분리 효율성을 활용할 수 있습니다. 그러나 적용 중에 발생하는 문제는 거의 주목을 받지 못했습니다. 본 논문은 적용 과정에서 나타나는 주요 문제점을 분석하고, 참고할 수 있는 해결책을 제시하는 데 중점을 두고 있습니다.
1. 경사형 튜브 세틀러 적용시 발생하는 문제점
경사형 튜브 침전지 입구의 물 분포가 균일하지 않으면 입구 근처의 액체 이동에 심각한 난류가 발생합니다. 이로 인해 입구에서 극도로 높은 국지적 유속이 발생하여 이전에 경사진 튜브에 퇴적되었던 슬러지가 다시 상승하게 됩니다.
정상 작동 중 경사관 정착기의 내부 상황은 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1에서 물의 흐름과 슬러지의 흐름은 각각 고유한 경로를 가지고 있음을 알 수 있습니다. 정상적인 작동이 오랫동안 계속되면 슬러지 흐름의 움직임은 기본적으로 동적 평형에 가깝습니다.
이때 폐수의 SS 제거 효율은 좋다.
그러나 입구의 흐름 분포가 충분히 균일하지 않으면 일부 튜브 입구의 유속이 너무 높아져 심각한 난류가 발생하고 유출수 품질이 저하됩니다.
2. 문제의 유체역학 분석
전체 불리한 프로세스 동안 유체는 그림 2에 표시된 상황을 나타냅니다.
위와 같은 현상의 원인을 다음과 같은 측면에서 분석한다.
2.1 불리한 상황의 수리학적 분석
실제로 경사관 내 물과 슬러지의 상향 및 하향 흐름은 대략적인 유동화 현상으로 간주할 수 있습니다. v는 튜브를 통과하는 물의 표면 속도, u₁는 슬러지 입자를 통과하는 물의 실제 속도, ε는 (슬러지 입자 층의) 공극률이라고 가정합니다. 그러면 그림 3과 같이 u₁=v/ε가 됩니다.
부유 물질의 공극률이 작을 경우 입자층을 통과하는 물의 실제 속도는 상대적으로 높습니다. 입자 침전 속도가 고정 값 u로 알려진 경우세트, 다양한 유동화 단계 이론에 따르면, 입자층을 통과하는 물의 실제 속도 u₁=u세트, 유동화 상태는 안정적인 공극률 ε을 갖는 고정층 단계에 있습니다. u₁ > u일 때세트, 원래의 공극률 ε이 깨져 공극률이 증가합니다. 기울어진 튜브 침강기의 경우 이는 입자가 상승하여 분리 효율이 감소함을 의미합니다.
2.2 다양한 상태의 재현탁 슬러지 입자의 다양한 침강 속도 분석
재현탁된 슬러지 입자는 ① 개별 입자와 ② 다양한 크기(공극률 ε')의 입자 클러스터 형태로 존재합니다. 스톡스 법칙 영역의 개별 입자에 대한 침전 속도 공식에 따르면:
Steinour의 경험적 관계에 따른 입자 클러스터의 정착 속도에 대해:
어디:
vt,그룹- 입자 클러스터의 정착 속도, m/s;
t - 정착 시간, s;
g - 중력 가속도, m/s²;
ρs, ρL- 입자 및 액체의 밀도, kg/m³;
Dp- 입자 직경, m;
μ - 동적 점도 계수, kg/(m·s);
ε - 공극률.
0 < ε² < 1 및 0 < 10이므로-1.82(1-ε)< 1이면 ε²·10이 됩니다.-1.82(1-ε)< 1, 따라서 vt,그룹
침전 이론과 위의 증명에 따르면, 재현탁된 후 입자 클러스터는 침전될 가능성이 적습니다. 즉, 물 흐름에 의해 더 쉽게 운반되어 침전 효율이 감소합니다.
2.3 불리한 상태에서의 유동특성
그림 2와 같은 불리한 상황이 발생할 경우, 침전지의 수면을 내려다보면 그림 4와 같은 흐름 분포가 나타납니다.
그림 4에서 볼 수 있듯이 수면에는 세 개의 구역이 나타납니다: ① 상대적으로 잔잔한 구역, ② 전이 구역, ③ 심한 난류 구역. 심한 난기류 구역에서는 심각한 경우 수면이 작은 곡선 호로 불룩해질 수도 있습니다. 여기서 SS 농도는 유입수와 거의 동일할 정도로 매우 높습니다.
2.4 위의 분석을 바탕으로 보정 후-현장 테스트 결과
특정 폐수 처리 프로젝트에서는 위의 문제로 인해 유출수가 다소 탁했습니다. 물 분포를 균일하게 하기 위한 수리학적 분석 및 엔지니어링 수정 후, 유출수에서 플록이 상승하는 현상이 더 이상 나타나지 않았습니다. 테스트 결과는 표 1에 나와 있습니다.
표 1 특정 공장의 폐수에 대한 CODcr 테스트 결과
| 물 샘플 배치 | 유입수 CODcr/(mg·L⁻²) | 배출수 CODcr/(mg·L⁻²) | 제거율/% |
| 1 | 1272 | 261 | 79.5 |
| 2 | 1153 | 245 | 78.7 |
표 1에서 보정 및 균일한 물 분포 후에 CODcr 제거율이 상대적으로 높은 수준에 도달했음을 알 수 있습니다.
3. 경사형 튜브 세틀러에 대한 몇 가지 참고 사항
3.1 다양한 입자 분석
모래 침전, 인쇄 및 염색 폐수의 플록 침전, 석탄 슬러리 침전과 같은 다양한 입자의 경우 입자 밀도, 모양 및 공극률의 차이로 인해 침전에 차이가 있습니다. 모래 입자는 상대적으로 밀도가 높고 크기가 작기 때문에 빠르게 침전됩니다. 날염폐수에서 발생하는 플록은 상대적으로 밀도가 낮고, 물에 가깝고, 형태가 크고, 공극률이 높기 때문에 천천히 침전됩니다. 석탄 슬러리는 둘 사이에 떨어집니다. 따라서 모래침강의 경우 유량변동의 영향이 상대적으로 작은 반면, 날염폐수의 경우 유량변동의 영향이 상대적으로 크다. 따라서 입자마다 흐름 분포에 대한 요구 사항이 다릅니다. 인쇄 및 염색 폐수의 경우 유입구의 흐름 분포가 상대적으로 균일해야 합니다.
3.2 경사형 튜브 침전지에는 보다 균일한 물 분배가 필요합니다.
침전조에는 경사관(일반적으로 직경 35mm, 50mm)을 배치하기 때문에 관 아래 수력 분포가 균일하지 않으면 ν{2}} Q/A로 인해 일부 관에서는 유속이 너무 빨라져 플록이 상승하여 관이 없는 경우보다 유출수 품질이 더욱 악화됩니다. 따라서 경사관 침전조의 물 분포는 일반 침전조보다 더 균일해야 합니다.
3.3 경사관의 설치 방향은 유입 방향과 반대가 되어야 합니다.
유입 파이프에서 침전지로 물이 들어가는 과정에서는 흐름 단면이 갑자기 확대됩니다.- 따라서 흐름은 잠시 변경됩니다. 이러한 변화를 방지하려면 경사관의 설치 방향이 유입 방향과 반대가 되어야 합니다. 이는 흐름의 급격한 변화가 플록의 침전 효율에 미치는 영향을 완화할 수 있습니다.