개념 한 쪽
물리적 처리 단계는 폐수중의 큰 협잡물, 중·소입자, 용존 성분을 구분된 방법으로 제거하는 공정들을 포함한다. 스크린·침사·응집·침전·활성탄 흡착 등 각 설비의 목적과 작동 원리를 이해하고, 실험 절차와 설계 변수를 올바르게 적용하는 능력이 중요하다.
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출제기준 단원 「물리적 처리의 유지관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 정류판 기능 판단 | 1 | 침전지 유입구 정류판의 목적과 효과를 가려내기 |
| 응집 적용 대상 선택 | 1 | 응집으로 처리 가능한 물질과 불가능한 물질을 구분하기 |
| 흡착제량 계산 | 1 | Freundlich 식에 대입해 필요한 활성탄량을 계산하기 |
스크린은 하수·폐수 유입단에 설치되어 큰 협잡물과 부유물 등을 물리적으로 제거하여 후속 장비의 손상을 방지하는 전처리 시설이다. 용해성 물질이나 콜로이드, 미세 침강성 입자는 스크린으로 제거되지 않으므로 후속 공정에서 처리한다.
침사지는 모래 등 비중이 큰 무기성 부유물을 중력에 의해 침강시켜 제거하는 시설이다. 침전지의 효율을 높이기 위해 유입구에 정류판(baffle)을 설치하여 유입 유속의 에너지를 완화하고 유량을 분산시켜 단락류를 방지한다. 정류판의 핵심 목적은 유속 감소와 균등한 흐름 분포 확보이다.
응집(응집침전)은 콜로이드나 탁도 원인 물질처럼 전하를 띠어 안정화된 미세입자들을 응집제로 전하 중화시켜 플록으로 만들고 침전시켜 제거하는 공정이다. 응집은 입자 상태의 오염물 제거에 적합하며, 용존 상태로 존재하는 탄산염과 같은 이온성 물질은 응집으로 제거되지 않는다.
활성탄은 다공성 구조를 통해 표면에 오염물질을 붙이는 흡착 원리를 이용한다. 흡착 등온식(예: Freundlich 식)을 이용해 제거량과 평형농도, 등온 상수를 대입하면 필요한 활성탄량을 역산할 수 있다. 등온식 변수 정의를 명확히 하고 제거량(X)과 평형농도(Ce)의 구분을 정확히 해야 올바른 계산을 수행할 수 있다.
응집실험(Jar test)은 응집제 및 응집보조제의 적정 투여량을 결정하기 위한 실험으로, 약품 주입 → 급속교반(고른 분산) → 완속교반(플록 성장) → 침전(분리)의 순서를 따른다. 급속에서 완속으로 교반 속도가 느려지며 플록이 성장하는 과정이 핵심이다.
활성탄 흡착 문제의 대표 계산을 보인다. 초기농도 30mg/L에서 평형잔류농도 10mg/L로 감소시킬 때 제거량 X는 30 − 10 = 20mg/L이다. Freundlich 식 X/M = K·Ce^(1/n)에 K=0.5, n=1, Ce=10mg/L, X=20mg/L을 대입하면 20/M = 0.5×10 = 5이므로 M = 20/5 = 4.0mg/L가 필요한 활성탄량이 된다. 계산 과정에서 X(제거량)와 Ce(평형잔류농도)를 혼동하면 잘못된 결과가 도출되므로 주의한다.
침전지 유입구에 설치하는 정류판(baffle)의 목적은?
정답 ② · 침전지 유입구에 설치하는 정류판(baffle)은 유입되는 폐수의 흐름 에너지를 완화시켜 유속을 감소시키고, 유입 단면 전체에 유량이 고르게 분산되도록 유도하는 역할을 한다. 이를 통해 단락류(short-circuiting)를 방지하고 침전지 내 균등한 흐름 분포를 확보하여 침전 효율을 높인다.
침전지 유입구 정류판(baffle)은 유입 에너지 완화를 통해 유속 감소 및 유량 분산유도, 단락류 방지가 목적이다.
다음 중 일반적으로 응집원리를 이용하여 처리하지 않는 것은?
정답 ④ · 응집처리는 콜로이드성 입자, 색도, 탁도 유발물질처럼 전하를 띠어 안정화된 미세입자를 전기적 중화로 뭉치게 하여 제거하는 공정이다. 탄산염은 용존성 이온물질로 응집이 아닌 이온교환이나 연수화(석회소다법 등)로 제거되므로 응집원리로 처리하지 않는다.
응집은 전하를 띤 미세 입자를 뭉치게 하는 공정으로, 용존 이온인 탄산염은 이 원리로 제거되지 않는다.
A폐수를 활성탄을 이용하여 흡착법으로 처리하고자한다. 폐수 내 오염물질의 농도를 30mg/L에서 10mg/L로 줄이는데 필요한 활성탄의 양은? (단, X=M+KC1/n 사용, K=0.5, n=1)
정답 ③ · Freundlich 등온흡착식 X/M=K·C^(1/n)에서 K=0.5, n=1이고, 제거된 오염물질량 X=C0-C=30-10=20mg/L이므로, M=X/(K·C^(1/n))=20/(0.5×10^1)=20/5=4.0mg/L이 되어 필요한 활성탄의 양은 4.0mg/L이 정답이다.
Freundlich 식 X/M=KC^(1/n)에 제거량과 평형농도를 대입하여 필요한 활성탄 양을 계산한다.
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