• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.7
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• pp.617-624
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• 2015

The dissolved air flotation (DAF) system is a water treatment process that removes contaminants by attaching micro bubbles to them, causing them to float to the water surface. In the present study, two-phase flow of air-water mixture is simulated to investigate changes in the internal flow analysis of DAF systems caused by using different turbulence models. Internal micro bubble distribution, velocity, and computation time are compared between several turbulence models for a given DAF geometry and condition. As a result, it is observed that the standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model, which has been frequently used in previous research, predicts somewhat different behavior than other turbulence models.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2006.05a
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• pp.326-329
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• 2006

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2001.05b
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• pp.1173-1176
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• 2001

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.122-122
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• 2014

수중방전을 환경분야에 적용하기 위한 플라즈마 부상법이 개발되었다. 플라즈마 부상법은 물 속에서 발생시킨 플라즈마가 가지고 있는 주요특성 중 물리적 특징인 쇼크웨이브, UV조사, 버블생성 등과 화학적 특징인 OH라디칼 및 염소산화물 생성 등을 이용하여 물 속에 존재하는 용존성 및 입자성 물질을 부상분리 기법으로 제거하는 공법이다. 유기물을 제거하는 기작으로는 침전, 여과, 분해 등이 있고, 이를 구현하기 위한 공정으로 중력침강법, 부상분리법, 멤브레인법, 미생물법 등이 있다. 이 중에서 가압공기부상법은 침강법에 비해 부지면적을 적게 소모하고 처리시간이 50% 이상 감소되는 특징이 있다. 가압공기부상법은 물 속에 공기를 과포화시킨 후 노즐을 통해 재분사할 때 발생하는 압력차에 의해 미세기포가 발생함을 이용하여 유기물을 분리하는 공법이다. 그러나, 가압용 장비 및 반송수가 필요하고, 미생물분리는 불가능한 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 미생물살균과 유기물 분리가 동시에 일어나는 플라즈마를 이용한 부상분리기법을 개발하였다. 본 연구에서는 난분해성 용존유기물인 휴믹산 100 mg/L의 플라즈마 공기부상법에 의한 제거능을 확인하였다. 용존성 휴믹산을 입자성 물질로 전환하여 플록을 형성시키고자 알루미늄설페이트(Al2(SO4) $3{\cdot}18H2O$)를 100 mg/L 주입하였고, 침출수와 같이 염도가 높은 물을 모사하고자 35 g/L의 염화나트륨을 첨가한 상태에서 방전을 실시하였다. 방전에 사용된 전원은 EESYS사에서 제작한 펄스형 고전압 전원장치를 사용하였고 최대 15 kW의 출력 중 6 kW의 전력을 인가하였다. 전극 한 개는 2 mm 텅스텐봉을 세라믹튜브로 감싼 구조로 총 사용전극은 28개이다. 전극 한 개당 대략 200 Watt의 전력이 소모되며 이 때 최대의 버블이 생성됨을 확인하였다. 전극 1개에서 생성되는 버블의 부피는 14 mL/min 로 측정되었다. 버블의 크기는 평균 70 um이고 가압공기부상법에서 최적공기크기로 제시하고 있는 40~80 um 의 버블은 약 80% 가량 생성된다. 본 연구에서 사용된 반응시스템에서의 물의 높이는 약 500 mm 이고 전체 40 L의 수조가 3개의 벽으로 분리되어 4개의 수조로 분리되었다. 각 수조는 하부에 7개의 전극을 포함하고 있다. 플라즈마 발생시 생성되는 기포는 약 1분 방전 후에 포화농도에 도달하며 방전종료 후 약 4분간 수체 내에 남아있게 된다. 이를 공정에 적용하여 1분 방전 및 4분 휴지의 순서로 플라즈마를 인가하였다. 휴믹산 용액의 유량을 2 lpm 으로 운전하였을 때 최종 처리율은 94% 이고 이때의 대장균 살균능은 99%이다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.29 no.1
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• pp.82-88
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• 2007

The objective of this study is to examine the effect of the waste oyster shell powder as the addition agent in bulking sludge thickening of paper manufacturing plant using DAF(Dissolved Air Flotation) and gravitational sedimentation. The effect of parameters such as dosage and size distribution of oyster shell were examined. The results showed that the optimum dosage of mixed oyster shell(size range : $\sim250{\mu}m$) was 0.8 g/L. The oyster shell addition of 5.0 g/L in sedimentation process was increased thickening concentration of 3.25 times. When 5.0 g/L of oyster shell was added in DAF process, water content of sludge was decreased from 95.5% to 82.7% in dewatering process using Buchner funnel test device. When size of oyster shell was divided four ranges($\sim53{\mu}m$, $53\sim106{\mu}m$, $106\sim150{\mu}m$, $150\sim250{\mu}m$), optimum size range for the flotation and dewatering was $53\sim106{\mu}m$.

• Journal of the Korean GEO-environmental Society
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• v.11 no.10
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• pp.49-55
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• 2010

The oil spill occurred frequently due to probably the increased consumption of oil as the energy source and the raw materials of various chemicals. For the treatment of oil contaminated groundwater, DAF(Dissolved Air Flotation) is being used but the removal efficiency is low. Therefore it is necessary to reduce the free phase oil, oil-in water type or water-in oil type emulsified oil, and soluble oil which are the main sources of contaminated groundwater. In this study, treatment of contaminated groundwater was performed using the Fenton oxidation process. The optimum conditions for the removal of THP(Total Petroleum Hydrocarbon) were 3 of pH, 25mM of $H_2O_2$ concentration and 25mM of $Fe^{2+}$ concentration. THP and COD(Chemical Oxygen Demand) concentrations decreased less than 1.5mg/L and 40.0mg/L in 7 minutes using DAF and Fenton oxidation process. However it is necessary to install the settling basin as the sludge concentration increased approximately 5 times.

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.18 no.2
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• pp.228-234
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• 2004

Dissolved air flotation (DAF), in which suspended solids are removed from water by means of micro-size air bubbles raising slowly up in water and lifting solids from water (smaller than those) attached onto the micro-bubbles as well as those (larger than solids) being attached on these, have been used in water and wastewater since 1920s. The dissolved air flotation technology was originally based on the laminar flow conditions prevailing in water to be treated, but the latest development in that technology has led now to a situation, in which the flow conditions may also be turbulent ones in the modem dissolved air flotation units. Despite of that, the flotation phenomenon used in this unit operation for removal suspended solids from water or wastewater is still the same.

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.18 no.2
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• pp.201-207
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• 2004

Dissolved air flotation (DAF) is a solid-liquid separation process that uses fine rising bubbles to remove particles in water. Most of particle-bubble collision occurs in the DAF contact zone. This initial contact considered by the researchers to play a important role for DAF performance. It is hard to make up conceptual model through simple mass balance for estimating collision efficiency in the contact zone because coupled behavior of the solid-liquid-gas phase in DAF system is 90 complicate. In this study, 2-phase(gas-liquid) flow equations for the conservation of mass, momentum and turbulence quantities were solved using an Eulerian-Eulerian approach based on the assumption that very small particle is applied in the DAF system. For the modeling of turbulent 2-phase flow in the reactor, the standard $k-{\varepsilon}$ mode I(liquid phase) and zero-equation(gas phase) were used in CFD code because it is widely accepted and the coefficients for the model are well established. Particle-bubble collision efficiency was calculated using predicted turbulent energy dissipation rate and gas volume fraction. As the result of this study, the authors concluded that bubble size and recycle ratio play important role for flow pattern change in the reactor. Predicted collision efficiency using CFD showed good agreement with measured removal efficiency in the contact zone. Also, simulation results indicated that collision efficiency at 15% recycle ratio is higher than that of 10% and showed increasing tendency of the collision efficiency according to the decrease of the bubble size.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.19-19
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• 2011

수중방전은 다양한 라디칼을 직접 물 속에서 발생시키기 때문에 수처리 공정에 다양한 응용이 가능하다. 특히, 최근에 선박평형수 등의 살균이 국제적인 이슈가 되고 있고, 2017년까지는 모든 선박에 살균을 위한 수처리 설비가 의무화된다. 본 연구에서는 염분이 있는 수체에서의 방전공정을 연구하고 이를 수처리공정에 적용할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 해수의 경우 전도도가 53mS로 자유로운 전하의 이동이 가능하기 때문에 일반적인 민물방전의 전원과 전극 등으로는 방전을 할 수 없다. 이에 세라믹과 금속의 이중구조로 되어 있는 모세관전극을 개발하여 전도성이 있는 수체에서의 방전을 이루었다. 전원장치로는 60 Hz, 380 V를 1차측에 인가하여 2차측에서 약 3 kV, 10 kW의 파워가 발생하는 12위상차 교류전원장치를 개발하여 사용하였다. 모세관 내부에 전압이 인가되면 전류가 발생하여 joule heating에 의하여 모세관 내부에 기포가 형성된다. 이 때, 전류의 단락이 이루어지면서 고전압쪽에 전하가 축적되며 기포내부의 E-field가 상승한다. 이후 기포 내에서 방전이 개시되며 각종 라디칼을 생성한다. 방전에 의해 생성되는 산화제로는 오존, OH라디칼, 과산화수소 등이 있으며, 해수에서는 Cl-의 결합에 의하여 Cl2 가스가 발생한다. 약 30,000 J/L의 체적에너지에 대하여 생성되는 총염소의 농도는 2.5 mg/L이다. 수중방전의 적용대상으로 선박평형수, 멤브레인과의 결합, 용존기포부상법을 선정하여 적용가능성을 연구하였다. 먼저 선박평형수 살균처리를 위해 해수의 처리유량을 20 lpm으로 유지하고 대장균, 바실러스, 조류(테트라셀미스) 등을 투입하여 전극 12개가 삽입된 12위상차 플라즈마 반응기를 통과시켰더니, 약 30,000 J/L의 체적에너지에 대하여 1일 후의 살균력이 각각 99.99, 99.99, 99.9%의 살균력을 나타내었다. 이는 국제해사기구에서 권장하는 살균수준인 99.9%를 초과하는 수치이다. 플라즈마를 이용한 해수살균공정의 안정적 운전을 위해 후단에 UF멤브레인을 추가하여 잔류생존 미생물을 제거할 수 있다. 이를 위해 플라즈마가 후단의 멤브레인 운전에 미치는 영향을 평가하였다. 카올린과 탄산칼슘을 오염원으로 각각 투입하여 멤브레인으로 처리를 하였을 때, 방전 직후 멤브레인에 걸리는 막간압력차가 약 30% 감소하였는데, 이는 막에 형성된 파울링이 방전에 의해 제거된 것으로 평가할 수 있다. 수중방전은 다양한 산화제를 생성함과 동시에 미세기포를 발생시키는데 이는 수중유기물의 부상분리에 적용될 수 있다. 방전모세관전극의 내부직경을 1 mm로 유지하고, 60 Hz, 교류전원으로 방전한 결과 평균입경 44 um의 기포를 발생시켰고, 이는 일반적으로 용존공기부상법에 사용되는 기포의 크기와 일치한다.

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.20 no.2
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• pp.303-309
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• 2006

Yongdam reservoir located in Jeoliabuk-do has had a lot of concerns for its algal blooming since it has started to fill water. Many water utilities near Yongdam area use reservoirs even though they have some problems with certain algae that cause tastes and odors and clog filters. In this research, dissolved air flotation (DAF) technology was examined for feasibility for removal of algae. OAF can save the capital cost for its compactness, because its hydraulic loadings (overflow rates) are 10 times higher than sedimentation, and hydraulic detention times are much shorter, typically 5 to 15 minutes. As a result of this research, PAC is effective rather than Alum to DAF for pretreatment. Higher DOC plays an important role to change zetapotential negatively to inhibit destabilization of particle to coagulation. The length of pipeline to carry pressurized water into reactor does not affect reaction.