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5-2-5. 약품주입장치
• 액상주입방식 : 저장 탱크에 일정농도 약품준비
2개의 저장탱크 →1개 사용 중에 1개는 약품준비
→ 정량 펌프로 용액 계측
ex) FeCl3(염화 제2철)
2) 건조 약품 주입 방식 : 많이 사용
저장 탱크에서 용해 탱크로 이송하는 건조 약품량 측정
소량의 물에 용해 → 혼합조에 용액으로써 주입
ex) 생석회
생석회를 투입 → 생석회와 물이 교반
→ 수산화칼슘 슬러리 형성
→ 약 10%로 희석하여 혼합조에 투입
5-2-6. 급속혼합과 응결
급속 혼합조 : 약품을 균일하게, 응집제와 SS가 접촉하게
→ 격렬한 혼합과 교반이 필요
→ 미세 floc 형성
응결조 : 미세 floc → 더 큰 floc 형성(완속 교반)
교반 장치 ① 기계식 교반 장치 : 일반적
② 압축 공기에 의한 교반 장치
③ 방해판에 의한 우회식 교반 장치
혼합 정도 : 물에 가해지는 동력에 기초, 속도 경사로 측정
ex) 0.05m 떨어져 있고 상대 속도가 2m/sec
→ 2/0.05 = 40m/m∙sec
5-2-6. 급속혼합과 응결
※ 속도경사 식(기계식 혹은 공기식 교반)
G : 속도경사 W : 반응조 단위체적 당 물에 가해지는 동력
μ : 물의 점도 P : 물에 가해지는 동력 V : 반응조 체적
※ 속도경사식(방해판에 의한 우회식 교반 장치)
γ : 물의 비중량 hL : 수두손실 T : 체류시간
입자의 충돌율 : G에 비례
총입자 충돌수 : G와 T의 곱에 비례 (GT : 설계시 중요인자)
5-2-6. 급속 혼합과 응결
• 급속 혼합
a) 관내 혼합장치 : 가장 간단한 방법
b) 기계식 교반 : 가장 일반적
- 조작 확실, 매우 효과적
- 유량 변화에 영향이 적음
- 수두손실이 낮음
종류 : Turbine impeller, Paddle impeller,
Propeller impeller
혼합조의 형상 : 원형, 정방형
→ 깊이는 직경 혹은 너비의 1~1.25배
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
※ 터빈 임펠러(Turbine impeller)
Impeller의 날개 : 경사진 것, 수직으로 똑바로 선 것
일반적
Impeller의 직경 : 탱크 직경 또는 너비의 30~50%
탱크바닥에서 위로 임펠러 직경만큼
떨어진 곳에 설치
Impeller 속력 : 10~150rpm
방해판 : 탱크 너비 또는 지름의 0.1배
와류, 순환유 최소화
5-2-6. 급속혼합과 응결
※ Paddle impeller : 2개 혹은 4개의 날개
Paddle impeller 직경 : 탱크 직경 혹은 너비의 50~80%
Paddle의 너비 : Paddle 직경의 1/6~1/10
설치위치 : Paddle 직경의 1/2 정도 높이
Paddle의 속력 : 20~150rpm
※ Propeller impeller : 2~3개의 날개
속력이 크므로 큰 탱크에 효과적
Propeller의 최대 직경 : 45cm
Propeller의 속력 : 400~1,750rpm
작은 탱크에서는 순환류를 피하기 위해 impeller를
중심부에서 벗어나도록 설치
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
- Impeller가 유체에 가하는 동력
(난류, NRe > 10,000, 방해판 부착)
P : 동력
KT : 난류에서의 impeller 상수 n : 회전 속도
Di : Impeller 직경 γ : 액체의 비중량 gc : 중력가속도
- Impeller가 유체에 가하는 동력
(층류 , NRe > 10~20, 방해판 유무에 관계 없음)
KL : 층류에서의 imperller 상수
μ : 액체의 절대 점도
5-2-6. 급속혼합과 응결
Impeller에서의
- 난류에서 방해판이 없는 정방형 탱크에 가해지는 동력
은 방해판이 있는 탱크에 가해지는 동력의 75% 정도
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
c) 공기식 혼합조 : 공기 유량 변화 → G값 변화
- 유입 유량 변화의 영향을 받지 않으며, 수두손실이 적음
- 공기유량과 동력과의 관계식
P : 동력 (1bf-ft/sec)
Ga : 공기유량 (cfm)
h : 산기관의 깊이 (ft)
d) 우회식 혼합조 : 속도경사는 수리학적 난류에 좌우
- 수두손실 : 0.3~1m
- 유량변화가 클 경우에 부적당
- 속도경사 변화 불가능
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
2) 응결(flocculation)
응결(저속 교반) → 기계식 교반 : Paddle이 주종
응결과정의 완결 정도 : floc 특성, G, GT값에 좌우
총충돌수와 관계
if, G값이 ↑ → 전단력에 의해 큰 floc 형성 방해
G값이 ↓ → 충돌이 안 일어나 floc 형성 안됨
점감식 응결조 : 유량이 응결조를 통과함에 따라 G값이
감소
최적응결을 위함
3개의 연속적인 칸막이 → 단회로 최소화
기계식 응결 장치 : 1:4 정도의 가변 속도 장치
→ 수질 변화에 대응
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-6. 급속혼합과 응결
※ Paddle 바퀴에 의해 물에 가해지는 동력
마찰항력,
(Newton의 법칙)
FD : Paddle의 마찰항력
CD : 항력계수
A : 운동방향에 직각인 paddle 날개 면적
ρ : 물의 밀도(=γ/gc)
v : 물에 대한 peddle 날개의 상대속도
5-2-6. 급속혼합과 응결
동력 = 힘 × 속도
Paddle 날개의 원주속도 : 0.3~3fps
수평축 paddle 날개의 총면적은 총반응조 면적의
15~20%
그 이상이면 회전류 발생
G값, GT값 중요
5-2-6. 급속혼합과 응결
3) 고형물 접촉조 : 상향류식 정화조
한 구조물내에서 혼합, 응결, 침전이 동시에 일어남
(1) 슬러지 재순환형 (2) sludge-blanket 여과형
장점 : 크기를 줄일 수 있음
단점 : 수질변동이 심한 유입수 처리가 어려움
(체류시간 짧음)
5-2-6. 급속혼합과 응결
5-2-7, Lime-soda softening
경도 : Ca과 Mg 존재에 기인
Ca(OH)2와 Na2CO3를 가해 침전 → 연수화
- FeSO4를 생석회와 소다회에 같이 가해 응집, 응결촉진
- 총경도 : Ca과 Mg 이온 농도의 합
- 알칼리도 : 중탄산이온, 탄산이온, 수산이온 농도에 기인
if, 총경도 > 알칼리도
탄산경도(CH) = 알칼리도(Alk)
비탄산경도(NCH) = 총경도(TH) - 탄산경도(CH)
if, 총경도 < 알칼리도
탄산경도(CH) = 총경도(TH)
비탄산경도(NCH) = 0
5-2-7, lime-soda softening
생석회에 물을 가하면 CO2와 반응
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓+ H2O
석회는 탄산경도와 반응
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3↓+ 2H2O
Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 → CaCO3↓+ MgCO3 + 2H2O
석회를 더 가하면 탄산마그네슘 제거
Ca(OH)2 + MgCO3 → CaCO3↓+ Mg(OH)2↓
MgSO4 형태의 비탄산경도 : 석회로 제거
Ca(OH)2 + MgSO4 → CaSO4 + Mg(OH)2↓
5-2-7, lime-soda softening
앞의 Ca를 제거하기 위해 Na2CO3 필요
Na2CO3 + CaSO4 → Na2SO4 + CaCO3↓
CaCO3침전 : pH 9.5
Mg(OH)2침전 : pH 10.8
pH를 높이기 위해 1.25meq/L의
석회 추가
∴ 필요한 석회량 : CO2(meq/L) + 탄산경도+ Mg2+ + 1.25(meq/L)
pH 상승
필요한 소오다회량 : 비탄산경도(meq/L)
잉여석회와 수산화 마그네슘을 CO2로 안정화 → pH 9.5로 떨어짐
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓+ H2O
CO2 + Mg(OH)2 → MgCO3 + H2O
더욱 안정화, CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2
5-2-8. 용수처리에서의 응집과 응결
응집제 : 황산알루미늄, 황산제1철, 석회
응집보조제 : 활성실리카, 점토, 고분자응집보조제
Lime-soda softenning → CaCO3, Mg(OH)2 침전물 형성
체거름 현상에 의해 SS, 탁도도 제거
고형물 접촉조
- 원수 수질이 일정할 때 사용
- 호소수의 응집 및 연수화에 사용
- 우물물 연수화에 사용
5-2-9. 폐수처리에 있어서의 응집과
응결
도시하수는 탁도와 SS 농도가 높음 → 약품투여 많이
300mg/L 이상
Al2(SO4)3는 인 제거
Al2(SO4)3 + 2PO43- → 2AlPO4↓+ 3SO43pH 5.5~6.5 정도 최적
철염도 인 제거 : pH 의존성( pH 4.5~8이 최적)
5-2-9. 폐수처리에 있어서의 응집과
응결
석회의 인 제거효율 우수
석회에 의한 인의 침전 반응
5Ca2+ + 4OH- + 3HPO42- → Ca5(OH)(PO4)3↓+3H2O
Calcium hydroxyapatite
pH↑→ 용해도↓
air stripping에 의한 NH3제거
pH 10.8 이상
응집보조제 : 고분자 응집제, 탁도부가법, 석회첨가법
명반, 철염에 의한 응집에 있어서 급속 혼합조의 체류시간
: 1~2 min

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