수질환경기사 침전 및 부상 — 침강속도와 표면부하

침전은 입자 농도와 입자 사이의 상호작용에 따라 네 가지로 나눈다. 독립침전은 낮은 농도에서 입자가 서로 간섭 없이 가라앉는 현상이고, 응집침전은 입자가 뭉치면서 침강속도가 변하는 현상이다. 간섭침전은 중간 정도 농도에서 입자 사이의 힘으로 침전이 방해받으며 계면이 형성되는 현상이고, 압밀침전은 높은 농도의 슬러지가 바닥에서 압축되며 수분이 빠져나가는 현상이다.

스토크식에서 침강속도는 입자 지름의 제곱에 비례한다. 비중이 같은 두 입자의 침강속도 비는 지름 비의 제곱이므로, 지름 2×10⁻²cm와 5×10⁻²cm인 입자의 속도 비는 (2/5)² = 0.16이다. 상대밀도 1.002, 지름 1.0mm인 명반플럭은 침강속도가 약 0.000834m/s이고, 수심 3.0m를 내려가는 데 약 3,600초, 즉 1시간이 걸린다.

이상적인 침전지에서 입자를 100% 제거하는 최소 수면적은 유량을 침강속도로 나누어 구한다. A = Q / v이다. 유량 50m³/h, 침강속도 0.2m/h이면 최소 수면적은 250m²이고, 유효 수심은 이 계산에 직접 쓰이지 않는다. 수면적 55m²의 침전지에 하루 400m³가 들어오면 표면부하는 400 / 55 ≈ 7.27m/일이고, 이를 밀리미터/분으로 바꾸면 약 5.05mm/min이다.

침전지의 수면적은 유량을 표면부하로 나누어 구하고, 원형 침전지의 직경은 D = √(4A/π)로 구한다. 유량 8,000m³/일, 표면부하 40m³/m²·일이면 수면적은 200m²이고 직경은 약 16m이다. 장방형 침전조는 체류시간과 깊이로 용량과 수면적을 구할 수 있다. 유량 850m³/일, 체류시간 2.4시간, 깊이 4.0m이면 용량은 85m³, 수면적은 21.25m²이므로 표면부하는 40m³/m²·일이다.

1차 침전지에서 발생하는 슬러지 부피는 제거된 고형물 질량을 슬러지 비중과 고형물 함량으로 나누어 구한다. 유량 1,000m³/일, SS 330mg/L, 제거율 60%이면 제거된 SS는 198kg/일이고, 비중 1.03, 함수율 94%이면 슬러지 부피는 198 / (1.03 × 1,000 × 0.06) ≈ 3.2m³/일이다.

부상조에서는 상승속도를 표면부하로 환산한다. 상승속도 200mm/min은 200 × 60 × 24 / 1,000 = 288m/일이므로 표면부하는 288m³/m²·일이다.