개념 한 쪽
침전 및 부상 공정은 부유물질을 제거하기 위해 체류시간과 표면적 등 물리량을 설계하는 공정이다. 침전지의 용적은 유량과 체류시간 관계로 결정하고, 표면적은 월류속도로 산정한다. 또한 침강속도는 유체와 입자의 물성에 따라 달라지므로 Stokes 법칙의 변수 관계를 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「침전 및 부상」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 막 공정 구동원리 구분 | 1 | 역삼투·투석·전기투석의 추진력을 구분하도록 요구한다 |
| 침전지 체류시간 계산 | 1 | 침전지 부피와 일일 유량으로 체류시간을 계산하도록 요구한다 |
| 침강탱크 용적·표면적 설계 | 1 | 인구·1인당 유량으로 용적과 표면적을 각각 계산하도록 요구한다 |
침전지의 체류시간은 침전지의 저장 용적을 일일 유입 유량으로 나누어 구한다. 지표치 단위가 일(day)로 나오면 필요에 따라 시간을 곱하여 시간 단위로 환산한다는 점을 항상 확인해야 한다. 체류시간 계산은 부피 계산과 단위 변환 두 단계로 이루어진다.
침전조의 용적(V)은 유량(Q)과 체류시간(t)의 곱으로 구하며, 표면적(A)은 일일 유량을 월류속도(수면적 부하율)로 나누어 구한다. 따라서 용적 계산은 시간 기반이며, 표면적 계산은 유속·부하 기반으로 독립적으로 수행한다는 점을 구분해야 한다.
수면적 부하율은 수심을 체류시간으로 나눈 값과 동등한 표현을 쓸 수 있다. 단위를 맞추기 위해 체류시간을 일 단위로 변환하는 처리가 필요하며, 이로써 m³/m²·day 단위의 값을 얻는다.
침강속도는 Stokes 법칙에 의해 설명되며, 입자의 직경과 밀도 차, 중력 가속도에 비례하고 유체의 점성도에 반비례한다. 따라서 처리수의 점성도가 커지면 침강속도는 작아진다는 결론을 얻는다.
막 이용 공정 관련 구분도 침전·부상과 함께 종종 다뤄지며, 역삼투(RO)는 외부 압력을 추진력으로 하여 용매를 통과시키는 공정이라는 점을 구별해야 한다.
대표 계산 1 — 침전지 체류시간 계산 예시: 침전지의 깊이 3m, 폭 4m, 길이 16m이므로 부피는 3×4×16 = 192m³이다. 일일 유입량이 1000m³/day이면 체류시간은 192 ÷ 1000 = 0.192일이다. 이를 시간 단위로 환산하면 0.192×24 = 4.608시간이 된다.
대표 계산 2 — 침강탱크의 용적과 표면적 계산 예시: 인구 45,000인 도시에서 1인당 유량 350L/day이면 일일 유량은 45,000×0.35 = 15,750m³/day이다. 체류시간 2hr를 적용한 용적 V는 15,750×(2/24) ≈ 1,312.5m³이다. 월류속도 35m³/m²·day를 적용한 표면적 A는 15,750 ÷ 35 = 450m²이다. 이때 용적은 시간 비율 곱셈으로, 표면적은 유량을 속도로 나누는 방식으로 각각 계산한다.
수처리를 위한 막(membrane)이용공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 문항은 막을 이용한 분리공정들의 추진력과 원리에 관한 설명 중 틀린 것을 찾는 것이다. 역삼투는 외부에서 압력을 가해 용매를 반투막을 통해 이동시키는 공정으로 추진력은 압력이며, 농도차(기전력)를 이용한다는 설명은 잘못되었다.
역삼투는 압력을 가해 용매를 이동시키므로 기전력(농도차)이 아닌 외부 압력이 추진력이다.
1000m³/day의 하수를 처리하는 처리장이 있다. 침전지의 깊이가 3m, 폭이 4m, 길이 16m인 침전지의 이론적인 하수 체류시간은?
정답 ② · 이론적 체류시간은 침전지의 체적을 유입 유량으로 나누어 구합니다. 침전지의 체적(V)은 깊이 3m * 폭 4m * 길이 16m = 192m3입니다.
침전지 체적을 유입 유량으로 나눈 후 일(day)을 시간(hour)으로 환산하면 4.6시간이 됩니다.
인구 45,000인 도시의 폐수를 처리하기 위한 처리장을 설계 하였다. 폐수의 유량은 350ℓ/인ㆍday이고 침강탱크의 체류시간 2hr, 월류속도 35m³/m²ㆍday가 되도록 설계하였다면 이 침상 탱크의 용적(v)과 표면적(A)은?
정답 ② · 도시의 총 유량은 45,000인 × 350L/인·day = 15,750,000L/day = 15,750m³/day입니다. 체류시간이 2시간(=1/12일)이므로 침강탱크의 용적(V)은 15,750 × (2/24) = 1,312.5m³(약 1313m³)입니다.
침강조의 용적은 유량×체류시간, 표면적은 유량÷월류속도로 각각 독립적으로 계산한다.
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