개념 한 쪽
산업별 폐수는 원료와 공정에 따라 오염물질의 종류와 농도가 달라지므로 처리공법과 설계 파라미터 선정이 달라진다. 폐수 관련 계산 문제는 총 부하량과 단위 환산을 정확히 적용하는 것이 핵심이다. 또한 폐수처리장 설계에서는 유량의 변동성을 고려하여 첨두유량과 균등조 등을 반영해야 안전하게 운영할 수 있다.
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출제기준 단원 「유입원수 및 단위공정별 특성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 부하량·농도 계산 | 1 | 원단위와 폐수량으로부터 BOD 농도를 산출하는 계산 능력 확인 |
| 첨두유량 산정 | 1 | 평균유량에 첨두인자를 적용해 첨두유량 공식을 선택하는 능력 확인 |
| 시간당 하수유량 산정 | 1 | 연간 총수량에서 관개용수 등을 제외하고 시간당 하수유량을 산출하는 능력 확인 |
산업폐수의 성상은 업종별로 고유한 특징을 보인다고 정리한다. 예를 들어 피혁폐수는 유기물이 매우 많아 BOD가 높고 부유물질(SS)도 많으며 무두질 과정에서 사용된 크롬 화합물로 인해 독성 중금속이 포함되는 것이 특징이라고 설명한다. 식품폐수는 음식물 찌꺼기 등으로 유기물 농도가 높지만 미생물이 이를 분해하므로 생물학적 처리가 용이하다고 설명한다.
철강, 특히 코크스 공정 폐수는 시안, 암모니아, 페놀 등 유독하고 처리하기 어려운 물질이 다수 발생하는 경향이 있다고 정리한다. 도금폐수는 크롬, 납, 수은 등 중금속과 시안 같은 특정 유해물질이 포함되므로 오염물질 종류에 따라 적절한 처리공법을 선정해야 한다고 정리한다.
폐수 관련 계산은 총 부하량과 단위 환산의 원리를 따른다. BOD 또는 기타 오염물의 총 발생량은 원단위(kg/원료-톤 등)와 원료량을 곱하여 구하고, 이를 폐수량으로 나누어 농도(mg/L 등)를 산출한다고 설명한다. 단위 환산에서는 kg→mg, m³→L 등의 변환을 먼저 확인해야 한다고 강조한다.
처리 성능 지표로서 제거율은 총 유입 부하에서 유출 부하를 빼어 전체 유입 부하로 나눈 값으로 정의한다고 정리한다. 혼합 유입원(예: 본폐수와 슬러지 탈수여액)이 있을 때는 각 유입원의 부하와 유량을 모두 포함하여 총 유입 부하와 총 유출 부하를 계산해야 정확한 제거율을 얻는다고 설명한다.
유량 산정에서는 첨두유량을 평균유량에 첨두인자를 곱하여 산정한다고 명확히 한다. 설계 시에는 시간 단위의 체류시간을 일일 유량과 일치시키는 단위 변환을 주의하고, 균등조는 예비처리 다음에 설치하여 후단 공정에 비교적 일정한 유량을 공급한다고 정리한다.
제지공장의 BOD 원단위 3kg/원료-톤, 원료 40톤/일, 폐수량 200m³/일일 때 BOD 농도를 계산한다. 먼저 총 BOD 발생량은 3kg/톤 × 40톤 = 120kg/일이며, 이를 mg와 L로 환산하면 120kg = 120,000,000mg, 200m³ = 200,000L가 된다. 농도는 120,000,000mg ÷ 200,000L = 600mg/L가 된다.
BOD 제거율 계산 예로서 본폐수 BOD 300mg/L 유량 1,000m³/day와 탈수여액 BOD 500mg/L 유량 10m³/day를 혼합하여 방류 BOD가 10mg/L이고 총 유량이 1,010m³/day인 경우를 다룬다. 총 유입 부하는 300×1,000 + 500×10 = 305,000g/일이고, 방류 부하는 10×1,010 = 10,100g/일이므로 제거율은 (305,000 - 10,100) ÷ 305,000 ≈ 96.7%라고 계산한다.
제지공장의 BOD배출 원단위가 3kg/원료-톤이다. 동일업종 공장에서 원료 40톤/일을 처리 하는 경우에 폐수량이 200m³/일이면 폐수중의 BOD농도는 몇 mg/ℓ 인가?
정답 ④ · BOD 배출 원단위를 이용하여 폐수의 BOD 농도를 계산하는 문제입니다. 원료 40톤/일을 처리할 때 발생하는 총 BOD 발생량은 3kg/원료-톤 × 40톤/일 = 120kg/일입니다.
BOD 농도는 총 발생량(원단위×원료)을 폐수량으로 나누되, 단위를 mg/L로 통일해 계산한다.
폐수 유량에서 첨두유량을 구하는 식은?
정답 ② · 폐수 처리 설비를 설계할 때는 일정 시간당 최대로 발생할 수 있는 폐수의 유량인 첨두유량(Peak flow)을 고려해야 합니다. 첨두유량은 통상 평균유량에 일 변동 폭을 나타내는 계수인 '첨두인자(Peak factor)'를 곱하여 산정합니다.
첨두유량은 평균 유량에 하루 유량 변동 폭을 나타내는 첨두인자를 곱하여 구한다.
유량계의 측정기록에서 연평균 물소비량이 4.24× 106m³인 대규모 공장개발지역 2㎞2이 있다. 총면적의 20%는 녹지이며 녹지에 적용되는 평균 관개용수량은 1.3m³/m²· yr이다. 비관개용수의 85%가 최종적으로 하수관거에 도달한다고 하면 이 지역내에 발생하는 하수유량(m³/hr)은? (단, 연중하수량은 일정하고 기타유입수는 없다.)
정답 ④ · 관개용수는 녹지면적(2km2의 20%인 0.4km2 = 400,000m2)에 1.3m3/m2·yr를 곱해 520,000m3/yr가 필요합니다. 연평균 물 소비량 4,240,000m3에서 관개를 제외한 비관개용수는 3,720,000m3이며, 이 중 85%가 하수로 유입되어 3,162,000m3가 됩니다.
총물량에서 관개용수를 차감한 후 85%를 하수로 간주하고 시간으로 나누면 시간당 하수유량이 산출된다.
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