슬러지처리를 하기 위해 위생처리장 활성슬러지(1%농도) 80m³를 농축조에 넣어 농축한 결과 슬러지의 농도가 35,000mg/L가 되었다. 농축된 슬러지양(m³)은?
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정답과 해설 보기
정답 ② · 농축 전후 슬러지 부피를 고형물 질량 보존으로 구하는 문제이다. 농축에서 고형물량은 보존되므로 농도와 부피의 곱이 일정하다.
농축 전후 고형물량 보존: 1%×80 = 3.5%×V → V = 80÷3.5 ≈ 23m³.
개념 한 쪽
폐기물처리기사 용융·증발·농축·정제 기술 — 슬러지 농축과 함수율·탈수 지표
슬러지 처리에서 농축·탈수는 물만 제거하여 고형물량을 줄이는 핵심 공정이다. 함수율과 고형물 비율을 바르게 해석하면 농축 전후의 부피와 분리액을 계산할 수 있다. 탈수성 평가는 CST 등 간단한 실험으로 판단한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「용융·증발·농축·정제 기술」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 농도×부피 보존 계산 | 1 | 농축 전후의 부피를 고형물 보존식으로 계산하기 |
| 함수율·건량 이용 분리액 산정 | 1 | 함수율 변화로 농축 전후 전체부피와 분리액을 구하기 |
| 수분 종류와 탈수성 판단 | 1 | 모관수·표면부착수 등 수분 종류별 탈수 용이성을 가리기 |
뜻
농축 과정에서는 슬러지 속 고형물(건량)의 총량이 보존된다는 원리를 사용한다. 따라서 농축 전후의 농도와 부피는 V₁·C₁ = V₂·C₂의 관계로 묶어 계산한다. 농도 단위 환산(예: 35,000 mg/L은 질량비로 약 3.5퍼센트에 해당함)을 정확히 해야 계산 오류를 피한다.
함수율은 슬러지 전체 질량에서 물이 차지하는 비율을 뜻한다. 함수율 p일 때 고형물 분율은 1−p로 계산하며, 건량(고형물량)이 주어지면 전체 부피는 건량 ÷ (1−p)로 구한다. 함수율 변화 문제는 항상 고형물 보존 등식 하나로 정리하면 풀린다.
탈수성과 관련된 수분의 결합 형태는 제거 용이도 순으로 자유수 > 모관수 > 표면부착수 > 내부수이다. 기계적 탈수는 주로 모관결합수와 자유수를 제거하며, 표면부착수와 내부수는 더 강한 처치나 건조가 필요하다.
탈수성 평가는 CST(모세관 흡수시간)와 여과비저항 등 서로 다른 지표로 이루어진다. CST는 여과지 위로 물이 전파되는 데 걸리는 시간을 측정하는 간단한 방법으로, 값이 클수록 탈수성이 나쁘다는 것을 의미한다. 뷔히너 깔때기·메스실린더는 비저항 시험 장비로 CST 장비와는 구분된다.
예제
대표 계산 1 — 농축에 의한 부피 계산: 활성슬러지 1% 농도 80m³을 농축하여 최종 농도가 35,000 mg/L로 되었다면, 35,000 mg/L는 약 3.5%에 해당하므로 고형물 보존식으로 1%×80 = 3.5%×V를 세운다. 따라서 V = 80 ÷ 3.5 ≈ 22.9m³ → 약 23m³가 된다.
대표 계산 2 — 함수율 이용 분리액량 계산: 건량이 3m³이고 함수율이 95%인 슬러지를 함수율 80%로 농축하면 처음 전체부피는 3 ÷ 0.05 = 60m³, 농축 후 전체부피는 3 ÷ 0.20 = 15m³이므로 분리액은 60 − 15 = 45m³가 된다.
대표 기출 3문항
슬러지처리를 하기 위해 위생처리장 활성슬러지(1% 농도) 80m³를 농축조에 넣어 농축한 결과 슬러지의 농도가 35,000mg/L가 되었다. 농축된 슬러지의 량(m³)은? (단, 슬러지비중은 1.0으로 가정함)
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정답과 해설 보기
정답 ② · 농축 전후 슬러지 부피를 고형물 질량보존 원리로 계산하는 문제이다. 농축 중 고형물 총량은 변하지 않으므로 V1C1=V2C2가 성립한다.
농축은 고형물 질량보존, V₁C₁=V₂C₂ → 80×10,000÷35,000 ≈ 23m³.
슬러지에 함유된 수분중 탈수가 가장 용이한 것은?
- 모관결합수
- 표면부착수
- 간극모관결합수
- 내부수
정답과 해설 보기
정답 ① · 슬러지에 함유된 수분 중 탈수가 가장 용이한 것을 고르는 문제이다. 슬러지 수분의 제거 용이성은 자유수가 가장 높고, 이어서 모관 또는 간극수, 표면부착수, 내부수 순으로 어려워진다.
수분 제거 용이 순서는 자유수>모관수>표면부착수>내부수, 보기 중 가장 쉬운 것은 모관결합수이다.
자주 묻는 물음
- 농축 문제에서 가장 먼저 세울 식은 무엇인가?
- 고형물량 보존식 V₁·C₁ = V₂·C₂를 세운다. 농도 단위 환산(예: mg/L→%)부터 정확히 한 뒤 등식을 풀면 된다.
- 함수율이 주어질 때 전체 부피는 어떻게 구하나?
- 건량(고형물)을 알고 있으면 전체부피 = 건량 ÷ (1 − 함수율)로 계산한다. 함수율이 물의 비율이고 1−함수율이 고형물 비율임을 항상 확인한다.
- 탈수성 지표인 CST와 비저항 시험은 어떻게 구분하나?
- CST는 여과지 위 물의 전파시간을 재는 시험으로 값이 클수록 탈수성이 나쁘다. 뷔히너 깔때기나 메스실린더는 여액량을 이용한 비저항 시험 장비로 CST와 장비·원리가 다르다.
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