개념 한 쪽
생물학적 처리 공정에서는 1차·2차 처리 과정에서 발생하는 부하, 희석, 제거율, 생성 슬러지 등이 2차 오염을 유발할 수 있으므로 이를 계산하고 제어해야 한다. 보존성 물질을 이용한 희석 보정, 산기관 설계와 수량 계산, 희석 후 요구 제거율 산정, 슬러지 발생량 추정, 퇴비화 영향 인자와 음식물쓰레기 처리 적합성 판단이 핵심이다.
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출제기준 단원 「2차 환경오염방지 기술」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 보존이온으로 희석배수 및 효율 계산 | 1 | Cl⁻ 등 보존지표로 희석배수를 구해 유입 BOD와 처리효율을 복원·산정하는 방법을 묻는다 |
| 산기관 수 산정 계산 | 1 | 유입 BOD 부하와 효율, 단위 소요공기량으로 일일 필요 공기량과 산기관수를 계산하는 절차를 묻는다 |
| 희석 후 요구 제거율 산정 | 1 | 희석된 유입농도에서 목표 방류기준을 만족시키기 위한 제거율을 구하는 방법을 묻는다 |
2차 환경오염방지 기술은 1차 처리 이후의 공정에서 발생할 수 있는 오염물의 잔류와 확산을 줄이기 위한 원리와 계산 방법을 말한다. 분뇨나 폐수의 희석이 있을 때는 보존성 지표(예: Cl⁻)의 농도 변화를 이용해 희석배수를 역산하고, 그 배수로 원래 유입농도를 복원해 처리효율을 계산해야 한다는 점이 핵심이다.
공정 설계에서는 오염물의 질량부하를 출발점으로 삼아 제거율과 단위소요량을 곱해 필요한 설비 용량을 산정한다. 예컨대 호기성 소화에서는 유입 BOD(kg/일) × 처리효율 × 소요공기량(m³/kg)을 구해 하루 필요 공기량을 얻고, 개별 산기관의 일일 통풍량으로 나누어 산기관 수를 산정한다.
퇴비화와 같은 자원화 공정에서는 미생물 활동을 좌우하는 인자를 관리해 2차 오염을 막아야 한다. 대표 인자는 수분, 온도, pH, C/N비, 산소 공급이며, 이들을 벗어나는 조건에서는 냄새·침출수·불완전 분해 등 2차 문제가 발생할 수 있다. 반대로 단순 수질 지표(예: SS)는 퇴비화의 주요 제어 인자가 아니므로 혼동하지 않아야 한다.
음식물쓰레기는 수분과 부패성이 높아 직접매립이 부적합하며, 침출수와 악취·가스 발생으로 2차 오염을 유발하므로 자원화(바이오가스·퇴비·사료화)가 권장된다. 또한 폐기물의 화학조성을 통해 C/N비를 계산하면 퇴비화 등에서 질소·탄소 균형을 맞춰 2차 오염을 줄일 수 있다.
예1 — 보존성 이온으로 희석배수와 처리효율 계산하기: 원수 Cl⁻ 800ppm, 처리수 Cl⁻ 40ppm이면 희석배수 = 800 ÷ 40 = 20배이다. 원수 BOD가 15,000mg/L이었으면 희석으로 유입된 농도는 15,000 ÷ 20 = 750mg/L가 된다. 처리 후 BOD가 30mg/L이면 처리효율 = (750 − 30) ÷ 750 × 100 = 96%가 된다.
예2 — 호기성 소화용 산기관수 산정: 유량 500m³/일, BOD 20,000mg/L(=20kg/m³)이면 BOD 부하는 500 × 20 = 10,000kg/일이다. 1차 처리효율 60% 적용 시 제거 BOD = 6,000kg/일이고, 소요 공기량 50m³/kg을 곱하면 하루 필요 공기량은 300,000m³/일이다. 산기관 1대의 일일 통풍량이 0.5m³/min이면 일간값은 0.5 × 1,440 = 720m³/일이므로 산기관수 = 300,000 ÷ 720 ≈ 417대가 필요하다.
BOD가 15000mg/ℓ , Cl-이 800ppm인 분뇨를 희석하여 활성 오니법으로 처리한 결과 BOD가 30mg/ℓ , Cl-이 40ppm이었다면 처리효율은? (단, 희석수중에 BOD, Cl-은 없음)
정답 ④ · 희석된 분뇨의 활성오니법 처리효율을 계산하는 문제이다. 염소이온은 생물학적으로 제거되지 않는 보존물질이므로 희석배수는 800 나누기 40으로 20배이다.
Cl⁻은 제거되지 않으므로 희석배수=800/40=20, 유입 BOD 750mg/ℓ로 환산해 효율 96%다.
호기성 소화방식으로 분뇨를 500m³/day로 처리하고자 한다. 1차 처리에 필요한 산기관수는? (단, 분뇨 BOD 20,000mg/L, 1차 처리효율 60%, 소요공기량 50m³/BOD kg, 산기관 통풍량 0.5m³/min·개)
정답 ② · 호기성 소화의 1차 처리에 필요한 산기관 수를 구하는 계산 문제이다. 먼저 유입 BOD 부하는 20kg/m³에 500m³/일을 곱해 1일 10,000kg이다.
산기관수 = (유입 BOD×효율×소요공기량) ÷ (산기관 통풍량×1440분/일)로 구한다.
분뇨를 1차 처리한 후 BOD 농도가 4000mg/L 이었다. 이를 약 20배로 희석한 후 2차 처리를 하려 한다. 분뇨의 방류수 허용기준 이하로 처리하려면 2차 처리 공정에서 요구되는 BOD 제거 효율은? (단, 분뇨 BOD 방류수 허용기준 : 40mg/L, 기타 조건은 고려하지 않음)
정답 ④ · 희석 후 2차 처리에서 요구되는 BOD 제거 효율을 계산하는 문제이다. 1차 처리 후 BOD 4000mg/L를 20배로 희석하면 유입 BOD는 4000 나누기 20 = 200mg/L가 된다.
희석 후 BOD=4000÷20=200mg/L, 요구 제거율=(200−40)÷200=80% 이상.
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