개념 한 쪽
여과는 모래층 등 다공질 여재를 통과시켜 부유물과 입자를 제거하는 단계이다. 급속모래여과는 하향 여과 방식이므로 여과상 팽창 문제가 주요 이슈가 아니고, 운전에서는 수두손실·공기결합·여과상 수축·진흙매트 형성 등이 주요 관리 대상이다. 역세정은 면적·역세정률·시간의 곱으로 소요량을 계산하므로 단위 변환이 핵심이다.
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출제기준 단원 「여과」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 급속여과의 운영문제 판별 | 1 | 급속여과에서 주된 문제와 아닌 것을 구분하기 |
| 수두손실 영향인자 판별 | 1 | 여과수두손실에 영향을 주는 인자 구분하기 |
| 여과면적·역세정량 계산 | 1 | 처리유량과 여과속도로 면적 또는 역세정수량 계산하기 |
급속모래여과조는 물을 빠르게 통과시키며 하향 여과가 일반적이므로 여과상 팽창 현상은 주된 문제가 아니다. 대신 모래의 공극이 줄어드는 여과상 수축, 모래 사이에 공기가 갇히는 공기결합, 표면에 미세 찌꺼기가 쌓여 형성되는 진흙매트 등이 운영관리상 중요한 문제로 나타난다.
여과공정에서 수두손실은 여층 두께, 여과속도(단위 면적당 유속), 그리고 물의 점도 같은 유체역학적 인자에 의해 결정된다. 여과 면적 자체는 단위 면적당 유속이 같을 때 여과 저항을 직접 바꾸지 못하므로, 면적은 처리용량과 관련되고 손실은 속도와 여층 특성에 의해 좌우된다는 점을 구분해야 한다.
여과재의 입도 분포를 나타내는 균등계수는 입자 크기 균일성을 나타낸다. 균등계수가 클수록 입도 편차가 커져 작은 입자가 큰 입자 사이를 채워 공극률이 감소하고 여과 저항이 증가하는 경향이 있으므로, 균등계수와 공극률·저항의 관계를 이해해야 한다.
역세정에서 소요되는 물량은 여과지 표면적에 역세정 율과 시간을 곱하여 구한다. 시간 단위(분→초)와 부피 단위(L→m³) 변환을 정확히 처리해야 하며, 계산된 역세정수량을 일일 처리유량으로 나누어 비율을 구하면 역세정이 전체 처리량에서 차지하는 비중을 알 수 있다.
예: 처리수 100 m³/day, 여과속도 2 m/hr 일 때 필요한 여과 면적을 구한다. 먼저 시간당 유량으로 환산하면 100 ÷ 24 ≈ 4.17 m³/hr가 된다. 이를 여과속도 2 m/hr로 나누면 면적 ≈ 2.08 m²가 되어 약 2.1 m²가 필요함을 알 수 있다.
또 다른 예: 표면적 40 m², 역세정 율 20 L/m²·s, 시간 20분일 때 역세정수량을 구한다. 시간 20분은 1,200초이므로 부피 = 40 × 20 L/m²·s × 1,200 s = 960,000 L = 960 m³가 된다. 이 계산에서 분→초와 L→m³ 변환을 누락하면 큰 오차가 발생하므로 주의한다.
급속모래여과조의 직면하게 되는 운영관리상 주요 문제점이 아닌 것은?
정답 ② · 문항은 급속모래여과조에서 직면하는 운영 문제 중 해당되지 않는 것을 묻고 있다. 급속모래여과는 하향 여과 방식이므로 여과상이 팽창하지 않고 오히려 수축 현상, 공기결합, 진흙매트 형성 같은 문제가 주로 발생한다.
급속모래여과는 고속으로 여과하므로 여과상이 팽창하지 않고 수축 또는 공기결합 문제가 주된 운영 관리상 이슈이다.
급속모래 여과장치에 있어서 수두손실에 영향을 미치지 않는 인자는?
정답 ④ · 급속 모래 여과장치의 수두손실은 여과층 내의 입자 크기, 여층의 두께, 여과 속도, 물의 점성(수온에 따라 변함) 등 여러 인자의 영향을 받습니다. 특히 Kozeny나 Carman-Kozeny 공식에 의하면 수두손실은 통과하는 유속과 여재 입경의 제곱, 층의 두께 등에 비례하여 계산됩니다.
여과 면적은 총 처리량과 관련되나, 단위 면적당 유속이 일정할 때 수두손실에는 직접적인 영향을 미치지 않는다.
응집침전 처리수가 100[m³/day]이다. 이처리수를 모래 여과하여 방류한다면 필요한 여과 면적은? (단, 여과속도는 2[m/hr]로 할 경우)
정답 ② · 문항은 일 처리수량을 주어진 여과속도로 처리할 때 필요한 여과 면적을 구하는 문제이다. 일일 유량 100 m³/day를 시간당 유량으로 바꾸면 100/24 ≈ 4.167 m³/hr가 되고, 여과속도 2 m/hr로 나누면 필요한 면적은 4.167÷2 ≈ 2.0835 m²가 된다.
필요 여과 면적은 일 처리유량을 시간당 여과속도로 나누어 시간 단위를 맞춘 후 계산한다.
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