상하수도 공학/하수처리

계획하수량

		계획하수량
		분류식	합류식
1차 침전지까지	처리시설	계획 1일 최대오수량	우천시 계획오수량(3Q)
	처리장 내 연결관	계획 시간최대 오수량(Q)	우천시 계획오수량(3Q 이상)
2차 처리	처리시설	계획 1일 최대오수량
	처리장 내 연결관	계획 시간최대 오수량(Q)

기본 개념

MLSS란? ♣♣♣

하수처리 방법 3가지 분류

• 물리적 처리
• 화학적 처리 : 주로 질소, 인
• 생물학적 처리
  • 호기성 처리 : 활성슬러지법, 살수여상법, 회전원판법♣♣♣, 산화지법, 호기성 소화법
  • 혐기성 처리
  • 임의성 처리

침사지

♣ 유효수심, 용량, 표면부하(우수침사지, 오수침사지)

침전지

• 1차 침전지 체류시간 : 2-4시간(너무 길면 혐기상태가 되어 수질악화됨)

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)

♣♣♣ 교과서 예제로 이해하기

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

평균 유속 헷갈리지 말자.

침전지

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

♣♣♣

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

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

침전 효율 높이기♣♣♣

• 입자 침강속도 크게(응집제 사용)
• 표면적 부하 작게(침전면적 크게)

생물학적 처리

BOD : N : P의 비는?

• 100 : 5 : 1

활성슬러지법 설계공식

BOD 용적 부하

16-2 기사

${\text{BOD 용 적 부 하 }}={\frac {{\text{BOD 농 도 }}\cdot Q}{V}}$

• V = Q t

97, 17-1 기사

유량 3000m³/day, BOD 농도 200mg/L 하수를 용량 500m³폭기조로 처리할 때 BOD 용적부하는?

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풀이

공식 외우기보다... 단위를 가지고 잘 생각해보면 공식을 유도할 수 있다.

${\begin{aligned}{\text{BOD 용 적 부 하 }}&={\frac {{\text{1일 BOD 유 입 량 }}(kgBOD/day)}{{\text{폭 기 조 용 적 }}(m^{3})}}\\&={\frac {{\text{BOD 농 도 }}(kg/m^{3})\times {\text{유 량 }}(m^{3}/day)}{{\text{폭 기 조 용 적 }}(m^{3})}}\\&={\frac {0.2kg/m^{3}\times 3000m^{3}/day}{500m^{3}}}\\&=1.20kgBOD/m^{3}\cdot day\end{aligned}}$

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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.

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

• V: 폭기조 부피(m³)
• Q: 유입수량(m³/day)
• X: 폭기조 내의 MLSS 농도(mg/L)
• 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 = ${\frac {V\times X}{SS\times Q}}={\frac {2800\times 3.6}{12\times 140}}=6days$

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(SV)

정의

• 포기조 혼합액을 1L 실린더에 30분 침전시켰을 때 침전된 슬러지 부피(ml)

$SV={\frac {{\text{30분 후 침 전 슬 러 지 부 피 }}(ml)}{{\text{시 료 (포 기 조 혼 합 액 ) 양 }}(ml)}}\times 100(\%)$

슬러지 용적 지수(SVI)

♣♣♣기사 04, 15-3, 19-2(정의)

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

• MLSS란? Mixed Liquor Suspended Solids. 폭기조 중의 부유물질(기사 13)
• $SV_{30}(\%)$ : 메스실린더 1L에 혼합물을 30분 정체시킨 뒤 침전슬러지 양을 시료량에 대한 백분율로 나타낸 것.

기사 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

♣♣♣기사 06, 09, 12, 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)

♣♣♣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

♣

유입수량과 반송슬러지량의 반송률

$r={\frac {Q_{r}}{Q}}$

슬러지 부하 수지관계에 의한 반송률(아래 거랑 비슷함...)

$r={\frac {X}{X_{r}-X}}$

♣♣04, 16-4, 19-1 기사

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

슬러지 침강률에서 반송률 추산

$r={\frac {100SV(\%)}{100-SV(\%)}}$