사용자:Gcd822/토목기사 오답노트/상하수도 공학/하수처리장 시설

하수처리 개요

1. 예비처리
   • 굵은 부유물, 고형물, 유지 제거와 분리(고체, 액체 분리)
   • 침사지, 스크린, 유량조정조, 예비폭기조
2. 1차처리
   • 미세 부유물질, 유기물 일부를 물리화학적으로 제거.
   • 1차(최초) 침전지
3. 2차 처리
   • 생물학적 처리. BOD, 콜로이드성 고형물 제거
   • 폭기조, 2차(최종) 침전지
   • 생물학적 처리 조건
     • BOD : N : P 농도비 = 100 : 5 : 1
     • 폭기조 내 용존산소 2mg/L
     • pH 최적조건 6.8-7.2
     • 높은 수온일수록 경제적(20-40도)
4. 3차 처리 또는 고도처리

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참고 자료

• 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 
• 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도공학》. 한솔아카데미. 
• KDS 61 50 00 :2017 수처리시설 설계기준

활성슬러지법 설계공식

슬러지 일령

슬러지 일령(sludge age) : 유입된 부유물에 폭기가 되는 평균적인 시간.

슬러지 반송이 없는 경우 사용

♣♣♣이 그림으로 슬러지 일령, SRT 유도하는 것임. 식 단순 암기하지 말 것.

${\text{슬 러 지 일 령 }}={\frac {V\cdot X}{Q\cdot SS}}={\frac {V\cdot X}{{\frac {V}{t}}\times SS}}={\frac {tX}{SS}}$

• V: 폭기조 부피(m³)
• X: 폭기조 내의 MLSS 농도(mg/L)
• Q: 유입수량(m³/day)
• SS: 폭기조로의 유입 부유물 농도(mg/L)
• t: 폭기 시간(day) $\left(={\frac {V}{Q}}\right)$

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2. 98

활성슬러지법을 사용하는 어떤 폭기조의 용적이 2800m³, 폭기조 내 MLSS가 3600mg/L, 유입하수량 140m³/day, 폭기조로 유입하는 SS농도가 12000mg/L일 때 고형물 체류시간 SRT는?

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풀이

SRT 문제이지만 슬러지 반송이 없어서 슬러지 일령 공식으로 푼다.

SS = 12000mg/L = 12 kg/m³

MLSS = 3600 mg/L = 3.6 kg/m³

슬러지 일령 = ${\frac {V\times X}{Q\times SS}}={\frac {2800\times 3.6}{140\times 12}}=6days$

고형물 체류시간(SRT)

= Solids Retention Time

사용된 슬러지 일부는 폐기되고, 일부는 다시 폭기조로 돌아가는데 이 슬러지는 폭기시간보다 긴 시간동안 폭기조에 체류한다. 이 시간을 고형물 체류시간(SRT)이라고 한다.
$SRT={\frac {VX}{Q_{w}X_{r}+(Q-Q_{w})X_{e}}}$

• Q_w : 잉여슬러지량(m³/day)
• X_r : 반송슬러지 SS 농도(mg/L)
• X_e : 유출수 내의 SS 농도(mg/L)

KDS 61 50 00 :2017 수처리시설 설계기준 5.1.3 SRT에 따르면♣♣♣ 그림과 함께 이걸 잘 이해해야 한다.

${\begin{aligned}SRT&={\frac {{\text{수 처 리 시 스 템 내 존 재 활 성 슬 러 지 량 }}(kg)}{{\color {red}{\text{하 루 에 시 스 템 외 부 로 배 출 되 는 슬 러 지 량 }}}(kg/day)}}\\&={\frac {VX}{Q_{w}X_{r}}}\\\end{aligned}}$

여기서 $X_{r}=X_{w}$이고, $X_{e}\doteqdot 0$이기 때문에 설계기준의 식과 위 식은 같은 의미이다.

반송슬러지는 다시 유입수에 들어가니까 첫 식의 분모에 $Q_{r}$이 안 들어가는 것임.

다음 자료를 추가로 참고함

• 이종형. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 365, 371쪽.  식 형태는 위 두 가지와 다르나, 같은 이야길 하고 있음.
• 학교 수업 PPT. 역시 문자만 다르게 쓰고 같은 이야기.

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15-2

폭기조내 MLSS 3000mg/L, 체류시간 4시간, 폭기조 크기 1000m³인 활성슬러지 공정이 있다. 최종 유출수 SS는 20mg/L이고 매일 폐기되는 슬러지는 60m³이다. 폐슬러지 농도는 10000mg/L일 때 세포 평균체류시간은?

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유입수량

$Q={\frac {1000m^{3}}{4hr}}\times 24hr=6000m^{3}/day$

${\begin{aligned}SRT&={\frac {VX}{Q_{w}X_{r}+(Q-Q_{w})X_{e}}}\\&={\frac {1000m^{3}\times 3000mg/L}{60m^{3}/day\times 10000mg/L+(6000-60)m^{3}/day\times 20mg/L}}\\&=4.17days\end{aligned}}$

슬러지 용적 지수(SVI)

♣♣♣04, 15-3, 19-2(정의)

${\begin{aligned}SVI&={\frac {{\text{1L 시 료 중 , 30분 간 침 전 된 슬 러 지 부 피 }}(SV_{30})(mL/{\cancel {L}})}{MLSS{\text{농 도 }}(mg/{\cancel {L}})}}\times 1,000\qquad (\because mg\longrightarrow g)\\&={\frac {SV_{30}(\%)}{MLSS{\text{농 도 }}(mg/L)}}\times 10,000\\&={\frac {SV_{30}(\%)}{MLSS(\%)}}\end{aligned}}$

• $SV_{30}(\%)$ : 메스실린더 1L에 혼합물을 30분 정체시킨 뒤 침전슬러지 양을 시료량에 대한 백분율로 나타낸 것.

05, 06, 09, 12, 19-2

• SVI: 폭기조 내 혼합물을 30분 정치한 뒤 침강한 1g의 슬러지가 차지하는 부피(mL)
• 정상 운전 폭기조 SVI 범위: 50 - 150
• 영향 인자: 폭기시간, BOD 농도, 수온

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참고 자료

• KDS 61 50 00 :2017 수처리시설 설계기준 5.1.7 찌꺼기(슬러지) 침강성
• 《토목기사 블랙박스 하권》. 한솔아카데미. 2020. 
• 노재식 외 (2016). 《토목기사 필기 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 
• 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 

슬러지 밀도 지수

06, 09, 12, 14-2, 15-3, 19-2

$SDI={\frac {100}{SVI}}$

F/M 비

Food-to-Microorganism

• FM비 높으면 대수성장단계

99, 00, 02

= BOD 슬러지 부하 = BOD-SS 부하

t가 폭기 시간, MLSS가 폭기조 내의 부유물질(Mixed Liquor Suspended Solids)

13-1, 14-3, 16-2

${\begin{aligned}F/M&={\frac {{\text{BOD 농 도 }}\cdot Q}{MLSS{\text{농 도 }}\cdot V}}={\frac {\text{BOD 농 도 }}{MLSS{\text{농 도 }}\cdot t}}\\&={\frac {BOD{\text{용 적 부 하 }}}{MLSS{\text{농 도 }}}}\\\end{aligned}}$

슬러지 반송율

04, 16-4, 19-1

$r={\frac {{\text{폭 기 조 의 MLSS 농 도 }}(mg/L)-{\text{유 입 수 의 SS 농 도 }}(mg/L)}{{\text{반 송 슬 러 지 의 SS 농 도 }}(mg/L)-{\text{폭 기 조 의 MLSS 농 도 }}(mg/L)}}$

잉여슬러지 건조중량, 발생체적

12-3, 15-3

${\text{잉 여 슬 러 지 건 조 중 량 }}(kg/day)={\text{처 리 수 량 }}(m^{3}/day)\times {\text{제 거 되 는 부 유 물 }}(SS){\text{농 도 }}(mg/L)$

${\displaystyle {\text{잉 여 슬 러 지 발 생 체 적 }}(m^{3}/day)={\text{처 리 수 량 }}(m^{3}/day)\times {\text{제 거 되 는 부 유 물 }}(SS){\text{농 도 }}(mg/L)}\times {\frac {100}{100-{\text{함 수 율 }}}}\times {\frac {1}{\text{비 중 }}}$

최종침전지

18-2

• 유효수심: 2.5-4m
• 침전시간이 길면 침전 효율은 좋으나 어느 시간을 초과하면 제거 효율은 더이상 증가하지 않음
• 침전시간은 계획1일평균오수량에 따라 정하며 3-5시간
• 유속감소, 유량분산을 유도하여 흐름을 양호하게 하려고 유입구에 정류판(baffle) 설치
• 표면부하율은 표준활성슬러지의 경우 계획 1일최대오수량에 대해 20-30m³/m²·day
• 수면 여유고는 40-60cm로 함.

상하수도 수조 제원정리

대분류	시설	유효수심	체류시간
상수도	취수 시설 - 침사지	3-4m	계획취수량의 10-20분
	정수장 - 착수정	3-5m	1.5분 이상
	정수지	3-6m
	배수지	3-6m
하수도	하수 침사지		30-60초
	최초 침전지	2.5-4m	2-4시간
	최종 침전지	2.5-4m

하수고도처리

질소와 인을 동시 제거하는 방법(00, 04, 15-2, 18-3)

• A²/O(Anaerobic Anoxic Oxic)법(혐기무산소호기조합법)

질소, 인 제거 고도처리 도입 이유(14-3)

• 폐쇄성 수역 부영양화 방지
• 처리수 재이용
• 수질환경기준 만족
• 슬러지 발생량 저감 이건 아님!

인 제거 방법

14-2, 18-2

• 응집제첨가 활성슬러지법
• 정석 탈인법(=정석법, 접촉여과법) : ${\ce {Ca5 OH(PO4)3}}$은 인산을 불용화하는 촉매. ${\ce {Ca5 OH(PO4)3}}$ 입상물이 든 수조에 소석회(수산화칼슘(${\ce {Ca (OH)2}}$))를 넣으면 물에 있던 인산이 불용화되어 여재 표면에 붙는다. 이렇게 인산을 제거함.
• 생물 탈인법
  1. 혐기상태에 두면 인산(H₃PO₄)이 수중에 나오고,
  2. 호기상태로 바꾸면 슬러지가 인을 평상시의 슬러지보다 고농도로 흡수.(활성슬러지의 인 과잉섭취) 이 슬러지를 제거하면 인을 없앨 수 있음.

질소 제거 방법

04, 08, 14-1

• 생물학적 질화-탈질법 : 호기→혐기
  • 호기 : 질산화. NH₃-N → NO₂-N → NO₃-N (16-1)
  • 혐기 : 탈질화. 질산성 질소 - 아질산성 질소 - 질소 가스 (01, 19-2)
• 이온교환법
• break point(파괴점) 염소주입법
• Air Stripping(=ammonia stripping, 암모니아 탈기법) : 암모니아(NH₃) 제거

슬러지 처리 과정

• 농축 - 소화 - 탈수 - 최종처분(96)

혐기성 소화

04, 08, 09, 19-1

• 병원균 사멸률 높음
• 동력시설 없이 연속처리 가능
• 유지관리비 적게 소요
• 슬러지 발생량 적음
• 유기물 농도가 높은 하수처리에 적합
• 반응 느림. 에너지 효율 낮음.
• 운전조건 변화에 적응하는 시간 길다.

호기성 소화

00, 14-2, 17-1

• 최초 시공비가 혐기성에 비해 적음
• 상징수(상등액) 수질 좋음
• 혐기성보다 악취 적음
• 운전 용이
• 소화슬러지 탈수불량