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초록

영어

Advanced phosphorus removal using upflow continuous filtration processes has been applied in public wastewater treatment plants; however, hydraulic instability during coagulation and sedimentation can affect long-term process reliability. In this study, hydraulic improvement strategies were investigated for an Ilshin Phosphorus Nitrogen Removal (IPNR) process to enhance total phosphorus (TP) removal performance. Long-term operational data analysis, computational fluid dynamics (CFD) simulation, and pilot-scale operation were conducted to evaluate the proposed process. A Dual- Hydrocyclone and inclined plate sedimentation module were applied to improve mixing characteristics and sedimentation efficiency. CFD results showed that an inlet velocity of 0.79 m/s formed a stable double vortex structure inside the Hydrocyclone, while excessive shear conditions were avoided. Under the optimized condition, the pilot-scale system achieved an average TP removal efficiency of 77.8%, and the effluent TP concentration ranged from 0.07 to 0.16 mg/L with an average value of 0.10 mg/L. The suspended solids removal efficiency was 84.2%, indicating enhanced particulate removal capability of the proposed system. These results suggest that CFD-based hydraulic optimization can improve TP removal stability of upflow continuous filtration processes with minimal modification of existing facilities.

한국어

본 연구에서는 공공하수처리시설에 적용되는 상향류식 연속여과(Upflow continuous filtration) 공정의 총인(Total Phosphorus, TP) 제거 성능 향상과 운전 안정성 확보를 목적으로 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 기반 수리학적 최적화를 수행하였다. 대상 시설인 강내 공공하수처리시설의 2023년 1월부터 2025년 10월까지 장기 운영자료를 분석하여 기존 IPNR(Ilshin Phosphorus Nitrogen Removal) 공정의 처리 특성과 수리학적 개선 필요성을 평가하였다. 또한 공정 내부 유동 특성을 분석하기 위해 CFD 해석을 수행하였으며, 응집 및 침전 효율 향상을 위한 Dual-Hydrocyclone과 경사판 침전 모듈을 적용하였다. CFD 해석 결과, 유입 유속 0.79 m/s 조건에서 안정적인 이중 선회류(Double vortex structure)가 형성되어 응집제와 원수 간 혼합 효율 향상에 유리한 유동 환경이 형성되는 것으로 나타났다. CFD 결과를 기반으로 구축한 파일럿 시스템 운전 결과, 처리수 TP 농도는 0.07–0.16 mg/L(평균 0.10 mg/L) 범위로 유지되었으며, 평균 TP 제거율은 77.8%로 나타났다. 또한 SS 제거율은 84.2%로 확인되어 입자성 물질 제거 및 플록(Floc) 침전 성능이 향상된 것으로 판단되었다. 본 연구 결과는 CFD 기반 수리학적 분석과 구조 개선을 통해 기존 상향류식 연속여과 공정의 TP 제거 성능 및 운영 안정성을 향상시킬 수 있는 적용 가능성을 제시하였다.

목차

Abstract
요약문
I. 서론
II. 대상 시설 현황 및 운영 자료 분석
1. 수질 지표별 장기 거동 특성 분석
2. 월별 수질 지표 변화
3. IPNR 유입·유출수 수질 변화
III. CFD 기반 설비 개선 및 신공정 적용 실험
1. 경사판 설치에 따른 유동 특성 변화
2. Dual-Hydrocyclone 적용에 따른 유동 특성 분석
3. Dual-Hydrocyclone 파일럿 운전 및 처리 성능 평가
IV. 공정 개선 방안 및 기대 효과
1. 경사판 침전 모듈 적용에 따른 침전 성능 향상
2. Dual-Hydrocyclone 기반 응집·혼화 공정 적용
3. IPNR 공정 적용 시 기대효과
V. 결론
References

키워드

저자

• 천진비 [ Jin Bi Cheon | 국립한국교통대학교 환경공학과 ]
• 김명호 [ Myeong Ho Kim | 국립한국교통대학교 환경공학과 ]
• 이명진 [ Lee Myung Jin | 국립한국교통대학교 환경공학과 ]
• 이준호 [ Jun Ho Lee | 국립한국교통대학교 환경공학과 ] Corresponding Author

참고문헌

발행기관

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• 간행물명

  한국도시환경학회지 [Journal of the Korean Society of Urban Environment]

• 간기

  계간

• pISSN

  1598-253X

• 수록기간

  2001~2026

• 십진분류

  KDC 539 DDC 628