개념 한 쪽
폐수처리에서 물리적 처리는 약품 반응이 아닌 물리적 힘이나 물질의 성질을 이용해 오염물을 제거하는 공정을 말한다. 대표적 방법으로 침전, 부상, 스크린 전처리, 활성탄 흡착, 쟈-테스트를 통한 응집제 최적화 등이 있다. 각 방법은 대상 오염물의 성상에 따라 선택하여 적용한다.
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출제기준 단원 「물리적 처리의 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 침강속도 영향인자 판별 | 1 | 스토크스 법칙의 비례·반비례 관계로 최적 조건을 찾기 |
| 화학/물리적 처리 분류 | 1 | 제시된 공정이 화학적 처리인지 물리적 처리인지 구분하기 |
| 부상법 적용 대상 판단 | 1 | 비중이 낮은 물질 제거에 적합한 처리법을 고르기 |
침전은 중력에 의해 고형물질을 가라앉혀 제거하는 공정이며, 침강속도는 Stokes(또는 스토크스) 법칙으로 설명할 수 있다. 이 법칙에 따르면 침강속도는 고형물과 물의 밀도차 및 입자 직경의 제곱에 비례하고, 물의 점성도에 반비례한다. 따라서 밀도차가 크고 점성도가 작으며 입자 직경이 클수록 침강속도가 빨라진다.
부상법(Flotation)은 미세 기포를 이용해 물보다 비중이 작은 유지류나 부유성 고형물을 수면으로 띄워 제거하는 방법이다. 기름이나 지방처럼 자연 침강이 어려운, 비중이 낮은 고형물이 많은 폐수에 특히 적합하다. 부상은 물리적 부력 작용을 이용하므로 화학적 처리는 아니다.
스크린은 전처리 단계에서 큰 고형물(나뭇조각, 플라스틱, 헝겊 등)을 물리적으로 걸러내어 후공정의 막힘과 손상을 방지하는 장치이다. 스크린은 용존물질이나 미세입자 제거에는 적합하지 않으므로 침전·여과·생물학적 처리와 역할을 구분하여 적용한다.
활성탄은 다공성 구조로 비표면적이 넓어 폐수 중의 용존 유기물이나 난분해성 유해물질을 표면에 흡착하여 제거하는 고도처리 수단이다. 활성탄의 주된 작용원리는 물질의 흡착이며, 중화·침전·부유와는 다른 원리로 작동한다.
쟈-테스트(Jar test)는 실험실 수준에서 여러 농도의 응집제를 투입하여 교반 및 침전 후 SS(부유물질) 잔류량을 측정해 최적 응집제 투입량을 결정하는 시험이다. 응집 효과 판정의 주요 지표는 SS 또는 탁도이며, 알칼리도·용존산소·대장균수는 응집 최적화의 직접적 지표가 아니다.
침전지 관련 문제는 스토크스 법칙의 비례·반비례 관계 적용으로 해결한다. 예컨대 입자 직경이 커지면 침강속도는 제곱으로 증가하므로 같은 조건에서 더 빨리 가라앉는다고 판단한다.
부상법 적용 문제는 대상 물질의 비중을 확인하는 방식으로 접근한다. 기름이나 지방처럼 물보다 가벼운 물질이 다량 포함된 폐수라면 부상법이 적절하다고 결정한다.
쟈-테스트 관련 문제는 실험 목적이 '최적 응집제 투입량 결정'이고 측정 지표가 'SS 잔류량'임을 근거로 정답을 고른다.
침전지에서 고형물질의 침강속도를 증가시키려면 다음 중 어느 경우가 가장 효과적인가?
정답 ① · 스토크스 법칙에 따르면 침강속도는 폐수와 고형물 간 밀도차 및 입자직경의 제곱에 비례하고 폐수의 점성도에 반비례하므로, 밀도차가 크고 점성도가 작으며 입자직경이 클수록 침강속도가 커져 가장 효과적으로 침전이 이루어진다.
스토크스 법칙에 따라 밀도차와 입자크기는 비례, 점성도는 반비례하므로 밀도차 크고 점성도 작고 입자 클수록 침강이 빠르다.
다음 중 폐수의 화학적 처리에 해당되지 않는 것은?
정답 ④ · 폐수의 화학적 처리에는 산화 제거, 오존 살균, 화학적 침전(중화·응집 등)이 포함되지만, 부상분리(부상법)는 기포를 이용해 물리적으로 부유물질을 떠오르게 하여 제거하는 물리적 처리 공정이므로 화학적 처리에 해당하지 않는다.
부상분리는 기포를 이용해 물리적으로 부유물질을 떠오르게 하는 물리적 처리 공정이므로 화학적 처리가 아닙니다.
부상법으로 처리해야 할 폐수의 성상으로 가장 적합한 것은?
정답 ② · 부상법(부상분리, flotation)은 물보다 비중이 작아 자연 침강이 어려운 유지류나 부유성 고형물을 미세기포를 이용해 수면 위로 띄워 제거하는 처리방법이다. 따라서 비중이 물보다 낮은 고형물(유지, 기름 성분 등)이 많이 함유된 폐수에 가장 적합하며, 용존유기물 농도가 높거나 수온이 높은 경우, 독성물질을 함유한 경우는 부상법의 적용 대상과는 거리가 멀다.
부상법은 물보다 비중이 작은 유지류나 부유성 고형물을 제거하는 방법이므로 비중이 낮은 고형물이 많은 폐수에 적합하다.
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