개념 한 쪽
폐수·정수 처리를 위한 화학적 처리는 응집제 투입으로 콜로이드와 미세 입자를 뭉쳐 제거하는 공정이 핵심이다. 각 공정의 목적과 설계 인자, 영향을 주는 조건을 정확히 구분해야 유지관리에서 적절한 운영 판단을 내릴 수 있다.
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출제기준 단원 「화학적 처리의 유지관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 스톡스 법칙 적용 공정 판별 | 1 | 독립침전 조건과 연결하여 어느 공정에 적용되는지 판별 |
| 침사지 설치 목적 판별 | 1 | 침사지의 주요 제거대상과 거리가 먼 항목을 가리기 |
| 급속여과 전처리와 속도 상관관계 | 1 | 급속여과에서는 응집제와 침전이 필요한 이유를 밝히기 |
스톡스 법칙은 작은 입자가 층류 상태에서 서로 간섭 없이 독립적으로 침강할 때 적용되는 공식이다. 이 조건이 충족되는 독립침전이 이루어지는 1차 침전지에서 스톡스 법칙이 가장 잘 성립한다. 생물학적 처리나 소화작용, 살균·산소공급을 주로 하는 소화조·살균조·포기조는 스톡스 법칙 적용 대상이 아니다.
침사지는 하수의 초기 단계에서 모래·자갈 등 비중이 큰 무기물을 제거해 펌프나 배관, 산기관의 마모와 막힘을 방지하는 장치다. 콜로이드처럼 미세하고 물과 비중이 비슷한 물질은 침사지로 제거되지 않으므로 응집제 투입과 침전지 또는 다른 공정이 필요하다.
여과 공정은 완속여과와 급속여과로 구분된다. 급속여과는 처리속도를 크게 높여 120~150m/d 정도의 여과속도를 사용하고, 원수의 탁도 제거를 위해 응집제 투입과 침전 전처리가 필수적이다. 완속여과는 생물막에 의한 제거가 주요 메커니즘으로 속도가 느리다.
침전지 성능을 평가하는 지표로 표면 부하율(또는 표면 부하)이 있다. 표면 부하율은 유량을 침전지 표면적으로 나눈 값이며, 이 값은 이론적으로 100% 제거 가능한 입자의 한계 침강속도와 동일한 개념이다. 따라서 침전지 설계 시 필요한 표면적은 유량을 목표 침강속도로 나누어 산정한다.
응집침전 공정의 효율은 수온, pH, 콜로이드 특성 등 물리화학적 인자에 의해 좌우된다. 반대로 용존산소(DO)는 주로 생물학적 처리의 활성도 지표로서 응집침전 공정의 직접적 영향 인자는 아니다. 공정 목적과 관련 인자를 구분하여 운영·유지관리 판단을 내려야 한다.
슬러지 농축은 슬러지의 부피를 줄여 후속 처리의 효율을 높이고 비용을 절감하는 물리적 공정이다. 농축 공정은 부피 감소가 목적일 뿐 난분해성 중금속 같은 오염물질을 제거하는 공정은 아니다. 또한 오존 처리는 강한 산화력으로 탈취·탈색과 소독에 유리하지만 잔류성이 없어서 잔류 소독을 위해 염소 보충이 필요할 수 있다.
예1) SS 제거율 계산: 유입 SS가 150mg/L, 유출 SS가 90mg/L일 때 SS 제거율은 (150-90)÷150×100으로 계산한다. 계산 결과는 40%가 된다. 유량 수치는 제거율 계산에는 필요하지 않으므로 무시한다.
예2) 침전지 표면적 계산: 하수 유량이 2,000m³/day이고 목표 침강속도가 2m/day이면 필요한 표면적은 A=Q/v로 2000÷2=1000m²가 된다. 표면 부하율 개념을 이용해 표면적을 산정해야 한다.
다음 수처리 공정 중 스톡스(Stokes) 법칙이 가장 잘 적용되는 공정은?
정답 ② · 스톡스 법칙은 입자가 유체 중에서 층류 상태로 등속 자유침강할 때의 침강속도를 나타내는 식으로, 입자 간 간섭이 없는 독립침전(Type-1) 조건에 적용된다. 1차 침전지는 유입수 중 부유물질이 서로 방해받지 않고 독립적으로 침강하는 공정이므로 스톡스 법칙이 가장 잘 적용되며, 소화조·살균조·포기조는 침강 원리와 직접 관련이 없다.
스톡스 법칙은 입자 간 간섭이 없는 독립침전 조건에서 적용되므로 1차 침전지가 가장 적합하다.
다음 중 침사지 설치의 주요 목적으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ② · 침사지는 하수 중 비중이 크고 침강성이 좋은 모래·자갈 등 무기성 입자를 제거하여 이후 처리시설(펌프, 관로, 산기관 등)의 마모나 폐쇄를 방지하는 목적으로 설치된다. 반면 콜로이드 물질은 입자가 매우 작고 비중이 물과 비슷해 침강이 거의 일어나지 않으므로 침사지가 아닌 응집·침전 등의 후속 공정에서 제거 대상이 되어, 콜로이드 물질 제거는 침사지 설치 목적과 거리가 멀다.
침사지는 모래 등 비중이 큰 무기물 제거용이므로, 미세한 콜로이드 물질 제거 목적과는 거리가 멀다.
상수도계획시 여과에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 급속여과는 여과속도가 약 120~150m/day로 완속여과(3~5m/day)보다 훨씬 빠르며, 원수 탁도를 낮추기 위해 응집제 등 약품 주입과 침전 과정이 필수적으로 요구된다. 따라서 '여과속도 70~90m/d, 약품사용 불필요'라는 설명은 옳지 않은 내용이며 이 문항이 정답으로 선택된 이유이다.
급속여과는 높은 여과속도(120~150m/d)를 위해 응집제 투입과 침전 공정이 필수이므로, 약품 사용 불필요한 설명은 틀렸다.
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