개념 한 쪽
전처리 단계에서 2차 환경오염을 줄이려면 선별·농축·탈수 등 물리적 처리 공정을 적절히 설계하고 운전해야 한다는 점을 중심으로 개념을 정리한다. 트롬멜 스크린의 설계 조건과 농축·탈수 과정의 물질수지 계산법이 핵심이다.
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출제기준 단원 「2차 환경오염방지 기술」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 농축 후 고형물 함유율 계산 | 1 | 농축 전후 고형물 보존으로 농축 후 농도 구하기 |
| 탈수 슬러지량 계산 | 1 | 전처리 제거 SS와 함수율로 최종 슬러지량 산정하기 |
| 여과면적 설계 계산 | 1 | 유입량·함수율·여과율로 필요한 여과면적 산출하기 |
스크린은 폐기물을 크기로 가려내는 설비로, 회전하는 기울어진 원통인 트롬멜 스크린이 대표적이다. 트롬멜은 작은 입자는 구멍으로 통과시키고 큰 입자는 원통 끝으로 내보내 분리하는 방식으로 작동한다. 트롬멜의 적정 경사는 2~3°로 설계하는 이유는 경사가 너무 크면 폐기물이 빠르게 미끄러져 체류시간이 짧아지고 선별효율이 떨어지며, 경사가 너무 작으면 이동이 늦어 처리량이 저하되기 때문이다.
스크린의 운전 조건 가운데 회전속도는 중요한 변수다. 회전속도를 과다하게 올리면 원심력 때문에 폐기물이 원통 벽에 붙어 함께 돌아 선별효율이 오히려 떨어지는 현상이 발생하므로 과도한 고속 운전을 피해야 한다. 또한 파쇄설비 보호용 스크린은 파쇄 이전에 설치하여 큰 이물질을 걸러 파쇄기의 손상을 방지하는 목적을 가진다.
농축·탈수 공정의 기본 원리는 고형물 총량 보존이다. 농축이나 탈수 과정에서는 주로 물만 제거되므로 고형물의 총 질량은 변하지 않는다는 가정을 우선 적용한다. 이 가정으로부터 농축 후의 고형물 함유율이나 탈수 후의 케이크량을 계산하는 식을 세울 수 있다.
탈수·건조 설비의 설계에서 여과율이나 처리능력은 보통 고형물 기준으로 표시되므로 유입 슬러지의 고형물량을 함수율로 환산하여 설계치와 비교해 필요한 면적이나 용량을 산정해야 한다.
1) 농축 후 고형물 함유율 계산 사례 고형물 비율이 6.3%인 슬러지 150,000kg을 농축하여 농축 후 질량이 70,000kg일 경우 농축물의 고형물 함유율을 계산한다. 고형물 총량은 150,000 × 0.063 = 9,450kg으로 보존된다. 따라서 농축 후 함유율 = 9,450 ÷ 70,000 × 100 = 13.5%로 계산한다.
2) 진공 여과 탈수기의 필요 여과면적 계산 사례 슬러지 유입량이 120m³/hr이고 함수율이 95%이며, 고형물 기준 여과율을 100kg/m²·hr로 가정하면 필요 여과면적을 구한다. 비중 1.0 기준으로 유입 질량은 120,000kg/hr이고 고형물량은 120,000 × 0.05 = 6,000kg/hr이다. 면적 = 고형물 유입량 ÷ 여과율 = 6,000 ÷ 100 = 60m²로 산정한다.
고형물 4.2%를 함유한 슬러지 120,000kg을 농축조로 이송 한다. 농축조에서 손실을 무시하고 소화조로 이송할 경우 슬러지의 무게가 80,000kg 일 때 농축된 슬러지의 고형물 함유율은? (단, 슬러지 비중은 1.0으로 가정함)
정답 ③ · 농축 후 슬러지의 고형물 함유율을 물질수지로 계산하는 문제이다. 농축조에서 손실이 없으므로 농축 전후 고형물 총량은 불변이다.
농축 전후 고형물 총량은 불변: 120,000×0.042÷80,000×100 = 6.3%.
수분함량 95%(무게%)의 슬러지에 응집제를 소량 가해 농축시킨 결과 상등액과 침전 슬러지의 용적비가 3:5 이었다. 이 침전 슬러지의 함수율(%)은? (단, 응집제의 주입량은 소량이므로 무시한다. 농축전후 슬러지 비중은 1로 한다.)
정답 ③ · 농축 후 침전 슬러지의 함수율을 구하는 문제이다. 응집제 주입량은 무시하고 비중이 1이므로 부피와 무게가 같다고 볼 수 있고, 농축 전후로 고형물 총량은 불변이다.
농축 후에도 고형물 총량 불변: 침전 슬러지 부피 5에 고형물 0.4 → 함수율=(5−0.4)/5=92%.
진공 여과 탈수기로 투입되는 슬러지량이 120m³/hr 이고 슬러지 함수율 95%, 여과율(고형물기준)이 100kg/m²-hr의 조건을 가질 때 여과 면적은? (단, 슬러지 비중은 1.0 기준)
정답 ③ · 진공 여과 탈수기의 필요 여과 면적을 구하는 계산 문제이다. 여과율이 고형물 기준이므로 함수율을 이용해 고형물 유입량을 먼저 구해야 한다.
여과면적=고형물 유입량÷여과율=120×0.05×1000÷100=60m²이다.
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