상하수도 공학/정수

계획정수량, 시설능력

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• 계획 1일 최대급수량을 기준으로
• 여유수량 10% : 잊지 말자

정수장 시설 계획

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• 정수장내의 화장실과 오수 저류시설 및 폐기물 투기장 오염원은 오수누출이 되지 않도록 수밀구조
• 처리시설로부터 멀리 위치시킴(15m 이상 이격)

착수정

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• 수위를 조정, 원수량을 조절, 파악하여 다음에 오는 정수작업을 정확하고 용이하게 처리하기 위한 것. 정류설비, 유입, 유출관, 월류위어가 설치되어 있음.
• 약제 주입장소로도 활용. 조류 발생 시 황산동, pH 매우 낮을 때 소석회 주입

부유물질 제거

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• 보통침전 + 완속여과 : 보통침전은 약품 미사용. 원수를 느리게 흐르게 하거나, 정지상태로 두어 중력 침전시킴. 완속여과 전처리.
• 약품침전 + 급속여과
• 침전에 황산알루미늄(황산반토) 사용.

침전속도

스토크스의 법칙 ♣♣♣

Re < 0.5 (매우 작은 경우)

$v_{s}={\frac {g(\rho _{s}-\rho )d^{2}}{18\mu }}$

• ρ_s : 입자 밀도
• ρ : 유체 밀도
• μ : 유체 점성계수
• d : 입자의 직경

표면적 부하 ♣♣♣

$v_{0}={\frac {Q}{A}}={\frac {h_{0}}{t}}$

• Q : 유량
• A : 침전지 면적
• $h_{0}$ : 침전지의 깊이(유효 수심)
• t : 침전지 체류 시간(침전 시간)

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${\text{월 류 부 하 }}(m^{3}/m\cdot day)={\frac {{\text{유 입 유 량 }}(m^{3}/day)}{Weir{\text{길 이 }}(m)}}$

평균 유속 헷갈리지 말자.

${\text{평 균 유 속 }}={\frac {Q}{{\text{폭 }}\times {\text{유 효 깊 이 }}}}$

♣♣♣

${\text{체 류 시 간 }}(hr)={\frac {{\text{침 전 조 용 적 }}(m^{3})}{{\text{유 입 유 량 }}(m^{3}/day)}}$

침전 처리효율 ♣♣♣

$E={\frac {h}{h_{0}}}={\frac {v_{s}}{v_{0}}}={\frac {v_{s}}{\frac {Q}{A}}}$

• $v_{s}$ : 독립입자 침전속도
• $v_{0}$ : 완전 제거 가능한 입자 중 최소지름 입자의 침강속도

침전지 효율에 영향주는 인자 ♣♣♣

• 침전지 수표면적
• 체류시간 : 길면 좋음
• 유체흐름 : 등류, 층류이어야 함
• 수온 : 높으면 좋음
• 입자 직경, 응결성 : 크면 좋음.

보통침전지 구조

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• 침전시간 : 12시간 표준
• 침전지 용량 : 계획정수량의 8시간 분 표준

약품침전

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• 약품침전 : 약품첨가하여 개개 입자를 대형 입자로 응집시켜 침전을 촉진시키는 것.
• 응집제(coagulant) : 약품침전에 쓰이는 약품

• floc이란? 약품 첨가하여 미립자를 응집시켜 대형입자로 만든 것.

여과

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• 정의 : 현탁액을 다공질 여층에 통과시켜 부유물질을 제거하는 것. 침전으로 제거하기 힘든 미세 입자 제거에 효과적.

여과 방법에 따른 분류 ♣♣♣

• 속도 : 완속여과, 급속여과
• 수류 방향 : 하향류, 상향류, 2방향
• 유량 조절방법 : 일정량 여과, 감소유량 여과
• 여상의 구성 : 단층, 다층여과
• 여상 추진력 : 중력식, 압력식

여과재 입도 : 유효입경 $D_{10}$, 균등계수 $C_{u}={\frac {D_{60}}{D_{10}}}$ 사용. ♣♣♣

완속여과

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• 정의 : 미생물 활동에 의해 정수. 모래층 표면과 모래층 내 번식하는 조류, 미생물에 의해 만들어진 점질 여과막에 의해 물리, 화학, 생물학적 작용으로 부유물, 세균 제거.

원리

• 여벌효과(straining) ♣♣♣
  • 공극보다 큰 입자만 모래표면에 억류되지만, 여과가 진행되면 억류된 물질이 퇴적되어 여과막이 두꺼워져 저항력이 커지므로 물이 통과하기 어려워짐.

급속여과

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• 정의 : 비교적 굵은 모래층에 빠른 유속으로 물을 통과, 주로 여재에 부착되거나 여재 체 작용으로 현탁물질을 제거하는 것.
• 현탁물질은 미리 응집처리되어 플록상태가 되어야 함.
• 원수는 여과지 상부 수압과 하부 흡입력에 의해 여과 - 응결 - 침전 과정을 거쳐 정수됨. 대용량에 적용.

공기장애, 탁질누출

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공기장애(air binding) : 급속 여과 어느정도 진행되면 모래층 내 부압 발생. 수온 상승으로 용존 공기가 기포가 되어 모래층에 누적, 여과면적 감소. 여상을 팽창시켜 여과 방해.

• 대책
  • 원수가 공기포화상태 되지 않게 함.
  • 여과지 내 수온상승 방지
  • 여과지 모래 위 수심 크게하여 부압 방지

탁질 누출현상(break through) : 공기장애 발생 시 모래 공극이 폐쇄되거나 모관 단면이 작아져 유속이 빨라지고, 한계유속에 도달하면 여층 중에 억류되어 있던 플록이 파괴되어 여과수와 같이 유출되는 현상.

• 대책
  • 공기장애 방지
  • 응집 시 고분자 응집제(PAC) 사용

완속여과 VS 급속여과

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	완속여과	급속여과
특징	세균 제거 좋음 98 - 99.5% 처리수질 양호 약품 불필요. 유지관리비 적음 여재 세척 인력 많이 소요 여과속도 4 - 5m/day 여과 손실수두 작음. 오염된 원수 부적당 넓은 부지, 많은 건설비	세균제거 나쁨 95 - 98% 자동제어 가능. 약품 필수. 유지관리비 큼. 여재 세척 인력 적게 소요 여과속도 120 - 150m/day 여과 손실수두 큼 탁도 높은 원수처리 적당 작은 부지. 적은 건설비
설계 사항	모래층 두께 70 - 90cm 유효경 0.3 - 0.45mm 균등계수 2.0 이하 유입수 탁도 10도 이하 자갈층 두께 40 - 60cm 직사각형 형상 모래 위 수심 90 - 120cm	모래층 두께 60 - 120cm 유효경 0.45 - 1mm 균등계수 1.7 이하 최소입경 0.4mm 모래 위 수심 1m
	최대입경 2mm 이하 여과지 깊이 2.5 - 3.5m 여과지 천단까지 여유고 30cm 정도

역세척(back washing)

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여과수 흐름방향과 반대로 물을 흐르게 하여 모래층을 팽창, 억류된 물질을 배출하는 방법

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${\text{모 래 팽 창 비 }}={\frac {{\text{세 척 시 모 래 층 두 께 (부 피 )}}-{\text{세 척 전 모 래 층 두 께 (부 피 )}}}{\text{세 척 전 모 래 층 두 께 (부 피 )}}}$

정수지

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• 설치 목적 : 정수를 펌프 양수 또는 자연유하로 송수할 때 정전이나 수요량 급변에 의해 발생하는 여과 수량과 송수량 간 불균형을 조절하고 염소를 균일하게 혼화하기 위해 설치.

살균

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소독과 같은 의미. 단세포 미생물을 죽여 무해화하는 멸균과는 다른 의미.

살균제

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주로 염소, 오존 등 산화성 물질. 자외선 또는 은 화합물도 있음.

염소

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• 강한 산화력, 살균력
• 살균 지속성
• 수중에서 유리잔류염소, 결합잔류염소로 존재.
• 소독효과는 반응시간, 온도, 염소를 소비하는 물질양에 좌우.
• 저렴한 가격.
• 간단한 조작

유리잔류염소 : 염소가 물에 용해, 차아염소산(HOCl), 차아염소산이온(OCl^-)로 존재하는 것.

전염소처리

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여과 이전에 염소 주입. Fe, Mn 제거 목적

후염소 처리

정수를 위해 염소를 투입하면 염소가 살균과 산화에 소비된다. 이때 소모되는 염소의 양을 염소 요구량이라고 하고, 다음 식으로 구한다.

염소 주입량 = 염소 주입량 농도 × 유량

염소 요구 농도 = 염소 주입량 농도 ― 잔존 염소 농도

${\begin{aligned}{\text{염 소 요 구 량 }}&={\frac {\text{염 소 요 구 농 도 }}{\text{염 소 의 순 도 }}}\times {\text{유 량 }}\\&={\frac {{\text{염 소 주 입 량 농 도 }}-{\text{잔 존 염 소 농 도 }}}{\text{염 소 의 순 도 }}}\times {\text{유 량 }}\\\end{aligned}}$

잔존염소는 소독이 끝난 정수에 염소가 남아 있는 것이다. 이렇게 하면 수돗물이 수도관을 타고 이동하면서 발생할 수 있는 작은 오염에 저항할 수 있게 된다.

교과서 예제는 그냥 요구량을 mg/L 단위로 써버렸다. 문제 나오는 거 봐서 알아서 하면 될 듯.

오존

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장점

• 물에 화학물질 남지 않음
• 염소처럼 취미 남기지 않음
• 유기물에 의한 이취미 제거
• 철, 망간 제거 능력 큼

단점

• 고가
• 소독 지속효과 없음.
• 수온 높으면 오존 소비량 커짐
• 복잡한 오존발생기

고도 정수처리

흡착제 : 활성탄(야자껍데기, 톱밥, 석탄을 탄화하여 만든 흑색 다공성 탄소 물질) ♣♣♣

활성탄 처리법

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• 분말 활성탄 처리법
• 입상 활성탄 처리법

배출수 처리

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1. 조정 : 침전지 슬러지 양, 질을 균등화시켜 후속처리를 용이하게 함.
2. 농축 : 슬러지 농도 높임
3. 탈수 : 농축 슬러지 수분, 용적 감소. 운반과 처분 용이케 함.
4. 처분 : 성토, 매립, 해양투기, 소각