물噴射 筒形 有機堆積物 收去 및 處理시스템에 관한 硏究

Abstract

연안의 해양환경은 육상으로부터 유입되는 산업폐수와 도시하수 등 오염된 퇴적물과 양식장 자체 오염물질의 장기누적에 따라 해역이 자체적으로 정화할 수 있는 용량을 초과함으로써 퇴적물에 축적된 오염물질의 농도는 갈수록 높아지고 있다. 오염된 퇴적물은 수질오염의 근본적인 원인을 제공하여 생태계 파괴에 치명적인 영향을 주고 있으며, 선진 외국에서는 1960년대부터 환경에 대한 관심과 더불어 퇴적된 오니 준설 및 수질개선에 대한 기술개발을 빠르게 진행하여 오고 있다. 오염퇴적물의 준설 목적은 지형적으로 폐쇄 또는 반폐쇄성 해역의 오염 퇴적물을 준설하고 해수수질 개선을 통해 주민생활환경을 개선하는 것이다. 준설은 일반적으로 항만 및 하천에서 준설선에 의해서 행하여지며, 해역에서의 준설은 막대한 예산이 소요되고 국가적으로 추진되는 대규모 사업이므로 작업의 목적, 해상조건, 준설량, 운반 경로, 공사기간 등을 충분히 고려한 준설작업의 경제성을 추구하는 수법과 효율적으로 오염퇴적물의 수거ㆍ처리할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 해저의 오염퇴적물중 오염의 주원인인 압밀되어 있지 않은 퇴적물층만을 선별 준설하고, 오탁확산에 의한 2차 오염 방지 또는 최소화 할 수 있는 박층 준설방식의 수거장비 및 처리를 위한 시스템을 개발하였으며, 수거된 퇴적물의 처리공정 및 처리선박에 대한 이론적 정립과 산업에의 적용 가능성 등을 제시하였다. 본 논문에서 수행된 연구내용은 다음과 같다. (1) 유기퇴적물의 수거 시스템 퇴적물을 수거하는 펌프시스템의 최적설계인자를 도출하기 위한 설계 최적화에서는 ⓐ 퇴적물을 퍼 올리는 소요시간의 단축, ⓑ 배관 크기의 축소, ⓒ 펌프 규모의 축소 등 서로 경합관계(Trade-off)에 있는 각각의 설계목표를 최적화하는 것으로 배관의 가지배관 직경(), 주배관 직경(), 펌프의 규격(총양정) 를 설계변수로 하는 배관 크기의 축소에 대하여 최적화하였다. 유기퇴적물 수거를 위한 시스템 설계 및 개발에 있어서는 기술적으로 문제가 되고 있는 오탁확산에 의한 2차 오염 방지 또는 최소화 할 수 있는 Pilot 규모 형태의 흡입식 펌프 준설 시스템을 설계ㆍ제작하였으며, 시스템의 성능시험을 통한 적용 가능성을 제시하였다. 유기퇴적물 수거를 위한 최적의 시스템 형태를 도출하기 위하여 수치해석기법을 통한 퇴적물 수거 시스템의 형상과 그 유체역학적 특성에 대해 파악하고, 제작 시스템의 성능시험에 있어서는 시스템의 정지 상태와 이동 상태에서의 퇴적물 수거 성능에 대한 실험을 수행하였다. (2) 유기퇴적물의 처리 시스템 퇴적물 중의 주된 오염 물질은 비교적 작은 입자를 가진 silt나 clay에 부착하려는 경향이 있고, 오염퇴적물을 입자별로 분리하게 되면 오염퇴적물의 부피를 감소시킬 수 있으므로, 본 연구에서는 고ㆍ액 분리장치를 사용한 유기퇴적물의 처리를 위하여 해양오염 퇴적물의 처리기술에 대한 분석 및 오염퇴적물의 처리를 위한 하이드로사이클론의 이론적 배경을 정리하였으며, 물리적 처리시스템으로 구성되는 오염퇴적물의 유입시스템, 스크린, 하이드로사이클론 및 탈수장비 등의 선상 처리시스템을 구성하였다. 유기퇴적물 수거 및 처리를 위한 선박으로는, 준설대상이 함수비가 높은 미립의 오니층이고 준설시의 2차 오염을 최소화해야 하므로 특수한 기능을 가진 펌프선의 형태가 요구되며, 또한 준설은 넓은 지역에 걸쳐 실시하지 않으면 주변 해역으로부터의 재 오염 때문에 준설의 효과가 떨어지므로 단기간에 넓은 지역을 효율적으로 처리할 수 있는 선박의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 향후 연안의 해저면 뿐만 아니라 강 및 댐 등에서 오염퇴적물을 효율적으로 수거할 수 있는 쐐기형태의 선수형상을 가지는 쌍동형 선형을 설계하여 선수선형의 변화에 따른 조파저항성분에 대해 전산유체역학으로 검증하였으며, 계산결과를 회류수조에서의 모형시험결과와 비교/분석하여 선형개발에 있어서 본 수치해석기법의 적용 가능성을 제시하였다.|The ocean environment of coastline has been polluted by industrial waste, residential sewage and fisheries wastes. Though ocean can engulf the waste, unfortunately the concentration of pollution of ocean is increasing at a faster rate than its natural restoring capacity Contaminated sediments are the actual cause for deterioration of our coastline-ecosystem. So the developed countries have been in the process of making an effort to develop new techniques for monitoring and solving this problem since 1960. The dredging of contaminated sediments is done by two methods; one is to close the area of operation perfectly and secondly to restrict the area of operation only to half of the region so as to be able to dredge effectively thereby increasing the quality of seawater. This helps in the improvement of the residential living conditions. The dredging operation, done in port, stream and coastline, are large scale project in the national arena as it involves a huge budget. For economical optimization of these projects, we need to be cautious about the purpose, sea conditions, dredging area, construction period, etc. Hence it is of utmost importance to develop techniques for recovery, storage and handling of polluted sediments. This paper makes a research on developing a total system which utilizes a thin-layer dredging method using which, it is possible to recover organic and harmful sediments layer-by-layer distinctly. This characteristic makes an indication that this research can be applied for industrial usage. In this research, a system is developed that can prevent or minimize secondary pollution by filth diffusion using suction type pump dredging system and make a study on the system handling and the recovery vessels. The contents of this dissertation are summarized as follows: (1) Remove System of Organic Sediments Factors affecting the optimum design of the pump system for removing sediments are ⓐ shortened time of deposit suction, ⓑ pipe size reduction and ⓒ pump size reduction. Optimum design is the optimization of the above factors that has trade-off relation respectively. In this research, optimization of the pipe size reduction has been carried out with main pipe diameter ( ), branch pipe diameter ( ) and suction head of pump( ) as the design variables . In making the design and developments of system for collecting the filth from the seabed, suction type pump dredging system of pilot size has been designed and manufactured that can prevent or minimize the secondary pollution. For the practical use, the application possibility of the developed system has been checked through a system performance test. And, the evaluation of system performance according to the system type has been carried out for system optimization by using CFD. The performance tests for checking the efficiency of sediment collecting system are done under two conditions i.e. when the system is non-operational and when the system is self-propelled. (2) Treatment System of Organic Sediment The main contaminants in the sediment adhere to silt- and clay- sized particles. Particle separation processes separate the fine clay and silt particles from the coarse particles and thus concentrate the contaminants to smaller volume of sediment, that can be treated effectively in the post step processes. This paper is an organized effort of a study on organic sediments handling using solid-liquid separation device. The two main objectives are: ① Analysis of handling techniques of ocean polluting sediments. ② Theoretical background of hyro-cyclone for handling of pollution sediments. The sediment handling system consists of inflow system of contaminated sediment, screen, hydro-cyclone and dehydrator etc. are organized on the vessel as physical handling system. The main motives of the dredging/recovery vessel for organic sediments are the removal of fine grained sludge layer and minimize secondary pollution during operation. The dredging operation has to be carried out in a wider region for more efficiency. In smaller region the dredging capabilities are reduced owing to secondary pollutions of nearby coast. Due to the above reasons, recovery vessels for harmful organic sediments are needed. Moreover these vessels are very efficient for sediment handling in short time span. This research deals with the proper and effective design of twin hull forms having wedge shape bows. These vessels can effectively aid in the removal of pollution sediments in coastal seabed as well as rivers, dams etc. For an effective operation, the wave-making resistance for these vessels is analyzed and verified with the help of CFD so as to make necessary changes in the bow forms. The application possibility of numerical analysis has been checked, mainly for hull form development. By using CFD, we performed a theoretical verification and from the results of these experiments the probability of application for the hull form development was suggested. The performance of vessels was in turn checked by model testing in the CWC (Circulating Water Channel) and a comparative study has been done on the results from CFD and model tests.