개념 한 쪽
일차침전지와 관련된 문제는 침전지의 전체 체적을 정확히 구한 뒤 체류시간과 유량 관계를 이용해 수면적 또는 일일 유량을 계산하는 패턴이 주가 된다. 또한 침전지의 수면적 부하율 계산은 체류시간으로부터 부피를 역산하여 깊이로 나눈 수면적을 도출한 뒤 일일 유량을 나누는 절차를 요구한다.
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출제기준 단원 「스크린」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 수면적 부하율 계산 | 1 | 체류시간과 깊이로 수면적을 역산하여 수면적 부하율을 구하기 |
| 체류시간에서 시간 단위 변환 후 유량 산출 | 1 | 복합 형상 체적을 구해 주어진 침전시간으로 일일 유량을 계산하기 |
| 설계기준 수치 판별 | 1 | 1차 침전지의 표준 침전시간 등 설계기준 중 부적절한 수치 고르기 |
복합 형상 침전지의 체적은 구성 요소별 부피 합으로 구한다. 원통형 부분은 πr²h 공식을 사용하고, 원추형 부분은 그 원통형 부피의 1/3에 해당하는 (1/3)πr²h 공식을 사용한다. 직경과 높이가 주어지면 반지름을 취해 각 부분 부피를 계산한 뒤 합계를 체적으로 본다.
체류시간 t와 처리유량 Q, 체적 V 사이에는 기본 관계식 t = V/Q가 성립한다. 이를 변형하면 Q = V/t 또는 V = Qt로 쓸 수 있다. 체류시간이 시간 단위로 주어질 때는 일유량 단위와 맞추기 위해 시간을 일(day) 단위로 환산해야 한다(예: 6시간 = 0.25일).
수면적 부하율은 하루 유량을 수면적으로 나눈 값으로 표기한다(단위 m³/m²·day). 체류시간으로부터 침전지의 부피를 구한 후 깊이로 나누어 수면적을 산출하고, 일유량을 그 수면적으로 나누어 수면적 부하율을 얻는다.
침전지 설계 관련 수치적 기준은 문제에서 제시된 값을 따르며, 일반적으로 1차 침전지의 표준 침전시간은 1.5~3시간 범위를 기준으로 본다. 설계 판단 문제에서는 지나치게 큰 침전시간이나 과도한 여유고 같은 비현실적 수치가 틀린 보기로 출제되는 경향이 있다.
다단 산기기나 가스 제거 문제는 지수식 C/Co = e^(-kt)를 적용하는 패턴이 많다. 속도상수 k와 트레이 수 t를 대입해 감쇠비를 구한 뒤 초기 농도에 곱해 유출 농도를 산출한다.
문제 풀이 팁은 다음과 같다. 원추 부피 계산 시 1/3 계수를 반드시 적용하고 반지름과 지름을 혼동하지 않도록 주의한다. 체류시간을 일 단위로 변환한 뒤 일유량과 결합하는 순서를 지키면 계산 오류를 줄일 수 있다.
유량이 20000m³/d, 체류시간 3시간인 침전지의 수면적 부하율은? (단, 침전지 깊이는 3m 이다.)
정답 ② · 문제는 주어진 유량과 체류시간, 깊이로 침전지의 수면적 부하율을 구하는 문제이다. 일유량 20000 m3/d에 체류시간 3시간이므로 필요한 용적은 20000×(3/24)=2500 m3이고, 깊이 3 m에서 수면적은 2500/3 ≈ 833.33 m2이다.
수면적 부하율은 유량을 수면적으로 나눈 값으로, 체류시간과 깊이를 이용해 수면적을 구하면 24m³/m²·d가 됩니다.
원추형 바닥을 가진 원형의 일차침전지의 직경이 40m, 측벽 깊이가 3m, 원추형바닥의 깊이가 1m인 경우, 하수의 체류시간은? (단, 이 침전지의 처리유량은 18168m³/day 이다. )
정답 ③ · 원추형 침전지의 총 체적은 원통형 부분과 원추형 바닥 부분의 합으로 계산됩니다. 원통 부피 = π × 20^2 × 3 = 3,770m3이고, 원추 부피 = (1/3) × π × 20^2 × 1 = 418.9m3입니다.
침전지 체류시간은 원통과 원추 부분의 체적 합을 처리유량으로 나눈 후 시간 단위로 변환한다.
하수처리를 위한 일차침전지의 설계기준 중 잘못된 것은?
정답 ② · 하수처리장의 1차 침전지 설계 기준을 살펴보면, 침전시간은 통상적으로 계획 1일 최대 오수량에 대하여 1.5~3시간 정도를 표준으로 산정합니다. 따라서 보기의 6~8시간은 2차 침전지의 기준에 가깝거나 과도하게 긴 시간으로 잘못된 설계 기준입니다.
1차 침전지의 표준 침전시간은 1.5~3시간이며, 6~8시간은 2차 침전지 기준에 가깝거나 과도하다.
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