개념 한 쪽
폐수처리에서 화학적 처리는 물리적 제거가 어려운 콜로이드나 용존유기물을 응집시키고, 소독제로 미생물을 제어하는 과정을 포함한다. 응집반응과 침전, 소독의 목적 및 설계 기준이 핵심 키워드이다.
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출제기준 단원 「화학적 처리 원리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정수처리 공정 순서 판별 | 1 | 침전·여과·소독의 일반적 순서를 구분하는 능력 |
| 약품 주입량 설계 계산 | 1 | 평균·최대 유량을 구분하여 염소 주입량을 계산하는 능력 |
| 침전지 면적·월류속도 계산 | 1 | 원형 침전지 표면적으로 월류속도를 산출하는 능력 |
응집처리는 응집제 투입으로 콜로이드나 미세 입자를 뭉치게 하여 침전이나 여과로 제거할 수 있도록 하는 공정이다. 알루미늄계 응집제(명반)를 사용하면 수산화알루미늄(Al(OH)3) 젤라틴상 플록이 생성되어 콜로이드를 포집하여 침전이 일어난다.
응집 효율은 pH, 오염물 농도, 응집제 첨가량, 온도 등 화학적·물리적 조건에 민감하다. 용존산소량(DO)은 생물학적 처리에서 중요한 변수이나 응집 반응 자체와는 직접적 관계가 적다. 응집 관련 문제는 이러한 영향인자를 정비례·반비례 관계로 구분하여 판단해야 한다.
염소 소독은 강한 산화력을 이용해 병원성 미생물을 살균하고 악취 성분을 산화하여 탈취하며 일부 유기물의 BOD를 저감하는 목적을 가진다. 반면 중금속 제거는 염소 소독의 주된 목적이 아니므로 별도의 공법을 적용해야 한다.
설비 용량 산정은 정상 평균치가 아니라 최대 부하를 기준으로 설계한다. 염소주입장치와 같은 설비는 일 최대유량을 적용하여 필요한 주입량을 계산하고, 계산값보다 약간 큰 표준 규격치를 선택하는 관례를 따른다.
침전지 관련 계산은 월류속도(표면부하율)나 제거율 공식을 정확히 적용하는 것이 중요하다. 원형 침전지의 표면적은 π×반지름²로 구하며, SS 제거율은 (유입농도-유출농도)/유입농도×100의 공식을 사용한다.
1) 염소주입장치 용량 계산 예시를 보인다. 평균 유량 25,000 m³/day, 일 최대유량 계수 1.5, 목표 잔류염소 5 mg/L(=5 g/m³)를 적용한다. 일 최대유량은 25,000×1.5=37,500 m³/day가 된다. 필요한 일간 염소량은 37,500 m³/day×5 g/m³=187,500 g/day = 187.5 kg/day가 된다. 설계상 여유를 둬서 가장 근접한 표준치 200 kg/day를 선택하는 것이 적정하다.
2) SS 제거율 계산 예시를 보인다. 유입 SS 500 mg/L, 유출 SS 200 mg/L일 때 제거율은 (500-200)/500×100=60%가 된다. 제거율 계산 시 분모는 항상 유입 농도임을 확인한다.
3) 원형 침전지의 월류속도 계산 예시를 보인다. 직경 24 m이면 반지름은 12 m이고 표면적은 π×12²≈452.39 m²이다. 일간 유입량을 1.9×10^4 m³/day로 잡으면 월류속도는 19,000 ÷ 452.39 ≈ 42.0 m³/㎡·day가 된다.
상수도의 정수처리장에서 정수처리의 일반적인 순서는?
정답 ① · 상수도 정수처리의 일반적인 공정 순서는 원수 취수 후 응집·침전을 거쳐 부유물을 가라앉히고, 이후 여과로 미세입자를 제거한 다음 마지막으로 염소소독을 통해 병원성 미생물을 살균하는 순서로 진행된다. 따라서 침전-여과-염소소독 순서이다.
상수도 정수처리는 응집침전으로 큰 입자를 제거한 후 여과로 미세 입자를 걸러내고, 마지막으로 염소소독을 한다.
폐수처리장 최종방류수에 5mg/L의 염소를 방류량에 기초 하여 주입하고자 한다. 만약 이 평균 유량이 25000m³/day이고 일 최대유량이 평균유량의 1.5배라고 하면 처리장에서 구입해야 할 염소주입장치의 용량은?
정답 ④ · 염소주입장치의 용량은 실제 운전 중 발생 가능한 최대 부하를 기준으로 설계해야 하므로 일 최대유량을 사용한다. 일 최대유량은 평균유량 25,000m3/day×1.5=37,500m3/day이며, 여기에 주입농도 5mg/L를 곱하면 37,500m3×5g/m3=187,500g/day≈187.5kg/day로 제시된 보기 중 가장 근접한 200kg/day가 설계용량으로 적절하다.
염소주입장치는 최대 부하를 기준으로 설계해야 하므로 일 최대유량을 사용한다.
폐수처리장의 최종침전지의 직경이 24m이고 유입평균 유량이 1.9×10⁴m³/day일 때 침전지의 월류속도는?
정답 ② · 월류속도(표면부하율)는 유입유량을 침전지 표면적으로 나눈 값이다. 침전지 직경 24m이므로 반지름 12m, 표면적 A=π×12²≈452.39m².
침전지 월류속도는 일일 유량을 침전지 표면적으로 나눈 값으로, 원형일 경우 반지름 제곱에 π를 곱한다.
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