사용자:Gcd822/토목기사 오답노트/상하수도 공학/하수처리장 시설

하수처리 개요

예비처리
- 굵은 부유물, 고형물, 유지 제거와 분리(고체, 액체 분리)
- 침사지, 스크린, 유량조정조, 예비폭기조
1차처리
- 미세 부유물질, 유기물 일부를 물리화학적으로 제거.
- 1차(최초) 침전지
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)
3차 처리 또는 고도처리

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.^[1]^[2]

슬러지 반송이 없는 경우 사용

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

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) $\left(={\frac {V}{Q}}\right)$

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?

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.^[2]
$SRT={\frac {VX}{Q_{w}X_{r}+(Q-Q_{w})X_{e}}}$

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.

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?

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

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^[3]^[4]
- 호기 : 질산화^[5]. NH₃-N → NO₂-N → NO₃-N (16-1)
- 혐기 : 탈질화^[6]. 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

각주

↑ 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 369쪽.
↑ ^2.0 ^2.1 노재식 외 (2016). 《상하수도 공학》. 한솔아카데미. 318쪽.
↑ 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 454쪽.
↑ 노재식 외 (2016). 《토목기사 상하수도공학》. 한솔아카데미. 305쪽.
↑ 아리수 수질환경기사 블로그 - 질산화와 탈질화
↑ 혐기성 상태 탈질산화 과정

[1] 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 369쪽.

[:0-2] 2.0 ^2.1 노재식 외 (2016). 《상하수도 공학》. 한솔아카데미. 318쪽.

[3] 이종형 외. 《상하수도 공학》 5판. 구미서관. 454쪽.

[4] 노재식 외 (2016). 《토목기사 상하수도공학》. 한솔아카데미. 305쪽.

[5] 아리수 수질환경기사 블로그 - 질산화와 탈질화

[6] 혐기성 상태 탈질산화 과정

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