토목기사 요약/상하수도 공학/정수장 시설

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정수장 계획[편집]

  • 계획정수량은 일 최대급수량 기준.(03, 14-3)
  • 급속여과: 응결 - floc 형성 - 침전 - 급속여과 - 살균(96, 02)
  • 일반적인 정수과정: 스크린 - 응집침전 - 여과 - 살균(05, 08, 11)
  • 일반적인 상수처리 계통: 취수 - 착수정 - 침전지 - 여과지 - 소독설비 - 배수지

정수방법 선정 시 고려사항(15-1)

  • 원수 수질
  • 수질관리 목표
  • 정수시설 규모
  • 도시발전 상황, 물 사용량

착수정 및 응집 시설[편집]

착수정[편집]

16-4

  • 체류시간 : 1.5분 이상
  • 수심 : 3-5m

응집시설[편집]

  • 명반 상수 침전 시 응집조에서 완속교반 하는 이유는 floc 크기를 증가시키려고.(95)
  • 황산 알루미늄(Al2(SO4)3) (=황산반토) 수용액은 강산성. 철염에 비해 생성 floc이 가벼움. 적정 pH 폭 좁음.(5.5 - 8.5) (96)
  • 기타 응집제 : 염화 제 2철(FeCl3), 황산 제 1철(Ferrous Sulfate; FeSO4·7H2O), 황산 제 2철(Ferric Sulfate; Fe2(SO4)3) 등
  • 약품 침전 시 점토같은 콜로이드를 넣는 이유는 콜로이드 농도를 올려 응집효율을 높이기 위해서이다.
  • 알칼리제(pH 조절제): 탄산 나트륨(Na2CO3 = 소다회)(00, 15)
  • 보조제: 활성 규산(00, 15)

Jar test[편집]

  • Jar test
    Jar test에서 급속교반 후 완속교반하는 이유: 플록을 성장시키기 위해(04, 07, 09-1, 13-1, 18-1)

교반기 속도경사(00)

[sec-1]

  • P: 축동력(W)
  • η: 효율
  • μ: 점성계수(kg/m s)
  • V: 응집지 부피(m3)

침전지[편집]

침전지 종류: 보통, 약품 침전지

  • 보통침전지: 침전시간 8시간 표준.(02)
  • 약품침전지: 완속 여과지 전처리로는 사용하지 않음. 급속 여과지의 전처리용. 4시간 전후 침전.
  • 고속 응집 침전지 : 혼화, 플록형성, 침전이 하나의 반응조 내에서 이루어지는 침전지(00, 13)

침전 이론[편집]

계산 문제 98, 99, 01, 05

모든 입자가 100% 제거되는 침전 속도를 v0이라 하면, 침전 속도를 다음 식으로 나타낼 수 있다. 침전 속도는 표면적 부하율과 같은 값이다.

Q : 유량
A : 침전지 면적
 : 침전지의 깊이(유효 수심)
t : 침전지 체류 시간(침전 시간)

스토크스의 법칙

  • 스토크스 법칙 기본 가정: 입자 크기 일정, 구형. 물 흐름은 층류상태.(01)

입자의 침전속도 (15-1)

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

1. 00

침사지 직경 0.01mm 토립자 침강 속도가 0.008cm/s일 때 같은 침사지에 밀도가 같고 토립자 직경이 0.02mm인 토립자의 침강 속도는?

풀이

직경 제외 모든 조건이 같다. 따라서 v와 d의 관계만 보면 된다.

알맞는 값을 대입하면 v2 = 0.032cm/s


18-3

침전지 내 비중 0.7인 입자의 부상속도 V, 비중이 0.4인 입자 부상 속도는?(다른 조건은 모두 동일)



침전 제거율[편집]

  •  : 독립 입자의 침강 속도


  • 지(池) 제거율 크게 하려면 유량을 작게 한다.(00)

여과지[편집]

95 - 요건 외울 것 없이 원리 알고 Q = AV로 풀면 됨!!

여과지 소요면적(m2) =

여과지 수(개) =

♣♣ 03, 11, 14-3, 15-2, 16-4, 19-2

완속, 급속여과지 요약표
완속여과지 급속여과지
모래층 유효경 0.3 - 0.45mm 0.45 - 0.7mm 0.9 - 1.1mm
최대입경 2mm
두께 70 - 90cm 60 - 70cm 90 - 100cm
균등계수 Cu 2 이하 1.7 이하
여과속도 4 - 5m/day 120 - 150m/day


완속 여과지[편집]

보통침전지를 통과한 침전수를 모래 여과하여 물을 정화하는 시설을 말한다.

  • 모래층 표면에 배양한 미생물에 의해 유기물을 제거한다.(14-3)
  • 완속 여과는 표면 여과 작용을 한다.
  • 탁도가 낮은 물의 정화에 사용한다.(19-2)
  • 급속 여과지에 비해 건설비가 많이 든다. 면적이 많이 필요(14-3, 19-2) 급속여과에 비해 일반적으로 수질이 좋다.
  • 모래 여과 시 수두손실에 영향을 주는 인자: 여과속도, 모래층 두께, 물의 점성도(99)

구조, 형상

완속여과지.png
  • 깊이 : 하부집수장치 높이에 자갈, 모래층 두께, 모래면 위 수심과 여유고를 더해 2.5-3.5m를 표준으로 함.[1](16-1)
  • 형상 : 직사각형 표준(16-1)
  • 배치 : 1-2열(16-1)
  • 주위벽 상단은 지반보다 15cm 이상(16-1)

급속 여과지[편집]

Rapid sand filter EPA.jpg

약품 응집 및 침전을 시킨 침전수를 모래 여과하여 물을 정화하는 시설을 말한다.

  • 전처리로 반드시 응집 침전이 요구된다.(14-3, 18-2, 19-2)
  • 탁도가 잘 제거되며, 여과지 면적이 완속 여과지에 비해 작으므로 건설비가 저렴한 장점이 있다.
  • 원수가 고농도 현탁물일 때는 급속여과가 유리. 손실수두 큼.(98, 18-2)

99, 02

  • 1지의 여과면적은 150m2 이하
  • 지수는 예비지 포함 2지 이상


정수위 여과(00)
  • 급속여과 순서: 부수압 - airbinding - scour - 탁질누출현상(00)
    • airbinding : 부수압이 됐을 때 물 속의 공기가 기포가 되어 모래층 공극에 남는 현상. 이후 모래의 공극이 줄어들며 모관 내를 흐르는 물의 유속이 빨라짐.
    • scour : 유속이 어느 한계를 넘으면 모래에 붙어있던 탁질이 세류(scour)됨
    • 탁질누출현상 : 여재층 속의 floc이 파괴되어 여과수와 같이 누출됨. 탁질 누출
  • 표면세정 목적: 여층 내 교상물질로 된 mud-ball 현상 저하(00)
    • mud ball 현상 : 여과가 어느정도 진행되면 여재 표면에 각종 오염물질로 인한 덩어리가 형성되어 여과를 어렵게 만드는데 이걸 mud ball 현상이라 함.
  • 막 여과 시설 약품세척 중 무기물질 제거에 쓰이는 약품 : 염산, 황산, 구연산(16-2)
  • 막 여과 공법 중 금속 이온, 염소 이온(염화나트륨 93% 이상 제거) 제거 가능한 공법 : 역삼투법(16-2)

염소 소독[편집]

  • 살균력 순위: 오존 > 차아염소산(HOCl) > 차아염소산이온(OCl-) > 클로라민(NH2Cl, NHCl2) (00, 10)
    • 클로라민(NH2Cl, NHCl2) : 암모니아와 염소가 결합 시 생성. 이런 걸 결합염소라 부름.[2] 유리염소(차아염소산, 차아염소산 이온)보다 살균작용 오래 지속.
  • 급수관 잔류염소는 0.2ppm 이상 유지되어야 함.(00, 10)
파괴점 염소주입


  • 불연속점(파괴점, breakpoint) 염소주입에 의해 파괴점 이후 일어나는 현상 : 살균작용이 비로소 활발히 시작
  • 염소 소독은 가격이 저렴하고, 잔류 효과가 있으며, 소독 효과가 완전하다는 장점이 있다.
  • 단점으로는 트리할로메탄(THM)이 생긴다는 것이 있다.

전염소 처리[편집]

전염소 처리(prechlorination)는 소독작용이 아닌 산화, 분해 작용을 목적으로 침전지 이전에 염소를 투입하는 정수 처리 과정이다. 조류, 세균, 암모니아질소, 아질산성 질소, 황화 수소(H2S), 페놀류, 철, 망간, 맛, 냄새 등을 제거할 수 있다.(07, 09, 14-3, 19-1)

중간염소처리[편집]

18-2

  • 침전지와 여과지 사이에 하는 염소처리

후염소 처리[편집]

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

01, 08, 14-3, 15-2

염소 주입량 = 염소 주입량 농도 × 유량

염소 요구 농도 = 염소 주입량 농도 ― 잔존 염소 농도

잔존염소는 소독이 끝난 정수에 염소가 남아 있는 것이다. 이렇게 하면 수돗물이 수도관을 타고 이동하면서 발생할 수 있는 작은 오염에 저항할 수 있게 된다.[3]

정수지[편집]

18-1

  • 정수를 저류하는 탱크. 정수시설 중 최종 단계
  • 정수지 상부는 반드시 복개(덮어야)해야 함.
  • 유효수심 3 ~ 6m
  • 정수지 바닥은 저수위보다 15cm정도 낮게 한다.

고도 정수 처리법[편집]

일반적인 정수 처리 과정만으로 먹는 물 수질 기준을 확보할 수 없을 때, 추가적으로 실시하는 정수 처리 과정을 고도 정수 처리라고 한다. 대표적으로 오존(O3) 처리법, 활성탄 처리법 등이 있다.

  • 오존 처리법 : 장점은 염소 소독에 비해 처리된 물에 맛과 냄새가 남지 않으며, 물에 트리할로메탄(THM)과 같은 화학물질을 남기지 않는다는 점이 있다. 폭기효과도 있음. 맛 냄새 제거 가능. 철, 망간 산화능력 큼. 유기물 생분해성 증가. 단점으로는 지속 시간이 짧아 잔류 효과가 없으며 경제성이 낮다는 점이 있다. 염소살균보다 효율 떨어짐. 처리 비용 염소보다 비쌈.
  • 활성탄 처리법 : 활성탄을 통해 오염 물질을 흡착시켜 제거하는 방법이다. 입상 활성탄(Granular Activated Carbon; GAC)과 분말 활성탄(Powdered Activated Carbon; PAC) 처리법 두 가지로 나뉜다. 맛, 냄새, 색도 제거에 효과적이다. 염소 소독으로 인한 트리할로메탄(THM)도 제거할 수 있다.
  • 물이 너무 더러운 경우 조류처리, 전염소처리도 사용할 수 있다.(95)
  • 상수 원수 중 암모니아 처리법: 폭기방법, 염소주입, 생물활성탄(00)
  • 색도 제거법: 오존처리, 활성탄 처리, 응집침전 처리(01, 09, 16-2)

정수장 배출수 처리[편집]

  • 정수장 배출수 처리 과정 : 조정, 농축, 탈수, 건조(09)
  • 배출수 처리 대상 : 침전슬러지, 여과지 역세척수, 응집물질(98)
  • 정수장 슬러지 농축조 용량(계획 슬러지 양의 몇 시간 분), 고형물 부하: 24-48시간 분, 10-20kg/m2/day (96, 12)
    • 농축조는 슬러지 용량 감소가 주목적(09)
  • 가압여과기: 슬러지 탈수방법. 슬러지 케이크 함수율 55-70%정도로 생산 (95)
  • 농축 슬러지 탈수성 개선 전처리 종류: 동결융해 처리, 열처리, 고분자응집제 처리

기타[편집]

  • 상수원의 부영양화는 정수시설에 가장 큰 영향을 줌.(18-3)

각주[편집]

  1. KDS 57 55 00 :2017 정수시설 설계기준. 8.2 구조와 형상
  2. 물 백과사전 - 유리염소
  3. 이종형 외. 《상하수도 공학》 4판. 구미서관. 181쪽.