정수장시설

박윤식parkyounshik@gmail.com

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정수장 시설

• 계획 정수량계획 1일 최대 급수량을 기준, 10% 여유수량 추가 (작업용수, 잡용용수, 손실 등)

• 일반적인 정수 처리장

염소 살균실

정수장 시설 – 정수처리 계통도

• 완속 여과, 급속 여과, 고도 정수처리

취수 도수 착수정 정수지 송수

보통침전지

완속여과지

혼화지

염소소독

플록형성지

약품침전지

급속여과지

혼화지플록형성지

약품침전지

급속여과지

오존처리 활성탄

정수방법 – 정수 대상 물질

• 부유물질 (SS, Suspended solid)직경 10㎛ 이하의 입자. 탁도 유발. (약품) 침전, 여과 등으로 제거

• 용해성 물질 (dissolved solid)이온, 콜로이드 등. 탁도 및 색도 유발. 약품 침전, 활성탄으로 제거

• 세균 · 미생물침전, 여과, 소독에 의해 제거

• 맛, 냄새일반적인 정수처리 공정으로 불가능, 오존산화 등 고도처리로 제거

• 색도 제거전염소처리, 오존처리, 활성탄처리

정수방법 – 침전, Sedimentation

• I 형 침전 (독립침전, 자유침전)비중이 1 보다 큰 입자의 침전다른 입자의 영향을 받지 않고 중력에 의해 침강침사지, 침전지

• II 형 침전 (응집 침전)부유물질, 화학 응집 입자서로 응결되어 커지면서 침전

정수방법 – 침전, Sedimentation

• III 형 침전 (지역 침전, 방해 침전)I, II 형 침전 이후의 침전입자가 서로 간섭하며 침전 속도가 감소

• IV 형 침전 (압축 침전)침전이 일어난 후 서로 압축을 하면서 물이 빠져나감

정수방법 – 침전, Sedimentation

• Stokes의 법칙입자가 침강할 때, 독립 입자가 가속도를 받다가,중력과 물의 저항이 평형을 이룸

• Stokes 법칙의 가정입자의 크기는 일정하다.입자는 구형이다.물의 흐름은 층류 상태 (Re <0.5)이다.

• = = () :입자의침강속도 /:중력가속도:입자의밀도 / 3:물의밀도 / 3:비중:물의점성계수 / ∙ :물의동점성계수:입자의직경( )

정수방법 – 침전, Sedimentation

• 침전 관계 이론 = , :유입유량 / , :침전지표면적

• 침전 속도가 V0보다 작은 입자의 평균 제거율 (침전 효율, 침전 효과) % = × 100 = / × 100 = ℎ/ × 100Vs: 침전 속도 (m/s)h: 유효 수심 (m)t: 체류 시간 (h)Vs ≥ V0 : 모든 퇴적부에 침전Vs ≤ V0 : 유출부로 유출

• 침전 효율을 높이기 위한 조건유량을 작게, 침전지 표면적을 크게,표면 부하율 (침전지 내 유속)을 작게, 체류 시간을 길게,유효 수심을 낮게, 플록의 침강 속도를 높게

정수방법 – 침전, Sedimentation

• 침전지 체류 시간 = ′ , :체류시간 ℎ , :침전지체적 3 , :유입유량(3/)

• 표면 부하율 (수면적 부하)침전지에서 입자가 100% 제거되기 위한 침전 속도 (V0)

정수방법 – 침전, Sedimentation

• 보통 침전중력에 의해 부유 물질을 가라 앉히는 것

- Stokes 등의 이론 법칙 적용이 가능- 입자 크기 0.01mm, 비중은 2.6, 10℃에서 6×10-3cm/s의 침강속도

• 침전지의 구조2개 이상길이는 폭의 3~8배의 직사각형유효 수심은 4.5~5.5m, 슬러지 퇴적 심도로 30cm고수위에서 침전지 벽체 상단까지 여유고 30cm용량은 계획 정수량의 8시간분평균 유속은 30cm/min

정수방법 – 침전, Sedimentation

• 약품 침전유기물 침전에 장시간 필요미세한 부유물질,콜로이드 물질 침강

- 입자 크기 0.003mm, 비중은 1.2~1.4

• 침전지의 구조2개 이상길이는 폭의 3~8배의 직사각형유효 수심은 4.5~5.5m, 슬러지 퇴적 심도로 30cm고수위에서 침전지 벽체 상단까지 여유고 30cm용량은 계획 정수량의 3~5시간분평균 유속은 40cm/min

정수방법 – 침전, Sedimentation

• 고속 응집 침전지플록이 이미 존재하는 상태에서 새로운 플록을 형성

탁도 10도 정도가 적당, 최고 탁도는 1,000 이하탁도와 수온의 변동이 적어야 함처리 수량의 변동이 적어야 함

• 구조계획 정수량의 1.5~2.0시간분평균 상승 유속은 40~50mm/min

정수방법 – 응집, coagulation

• 침전처리로 안 되는 미세 점토, 유기물, 세균, 조류, 색도, 탁도, 콜로이드 상태

• 응집된 덩어리를 플록 (floc)

• 응집을 위해 가해진 약품을 응집제

정수방법 – 응집제

• 황산알루미늄 (황산반토, Al2(SO4)3·18H2O)저렴하고 무독성 à대량 첨가 가능, 모든 수질에 적용 가능부식성 및 자극성이 없어 취급 용이황산반토 수용액은 강산성, 취급 주의철염에 의한 플록보다는 가볍고, 적정 pH (5.5~7.5)에 적용 가능 à 단점

• 폴리염화알루미늄 (poly aluminum chloride, PAC)응집력 우수, 응집 및 플록 형성이 황산반토 보다 빠름pH 및 알칼리도 저하는 황산반토의 ½탁도의 제거 효과 탁월적정 주입률의 폭이 넓음 à 홍수기 고탁도에도 효과 좋음비쌈

정수방법 – 응집제

• 알루민산나트륨 (sodium aluminate, NaAlO2)단독으로는 응집 효과가 낮음 à 보통 황산알루미늄과 함께 사용색도가 높은 물에 적용보일러용수의 특수 정수

• 암모늄 명반소규모 정수 장치, 느린 용해 속도

• 황산 제1철 (ferrous sulfate, FeSO4)플록이 무거움 à 빠른 침강속도저온이나 pH 변화에 적은 영향을 받음알칼리도가 높은 고탁도의 원수에 사용산화해야 하며 철 이온이 남음소석회와 함께 사용해야 하며 부식성이 강함

• 염화 제2철 (ferric sulfate, Fe2(SO4)3)플록이 무거움 à 빠른 침강속도넓은 응집 pH 범위, 소석회 불필요더운 물에 용해해야 하며 부식성이 강함

정수방법 – 응집보조제

• 무기성 보조 응집제점토: 응결물의 형성을 촉진함, 벤토나이트 (bentonite)활성규산: 물에서 전하를 띤 졸(sol, 우유상태)을 형성

• 유기성 보조 응집제

벤토나이트: 화산이 폭발할 때 발생한 화산재가 점토 광물이 된 것

정수방법 – 약품교반시험 (Jar-test, 응집 교반시험)

• 경제적인 응집제를 찾을 때 하는 시험

1) 6개의 비커에 물 (500mL 혹은 1L) 채움2) 교반기로 급속 교반 (15~90초)3) pH 조정을 위한 약품과 응집제를 주입, 응집제는 6개의 비커에 다르게4) 교반기로 완속 교반 (20~60분) à플록의 크기 증가시킴5) 30~60분간 침전

정수방법 – 여과 (filtration)

• 다공질의 여층에 현탁액을 유입시켜 부유물질을 제거

• 흐름 방향에 따라: 하향류, 상향류, 2방향• 여상 구성에 따라: 단층, 다층 여과• 여상의 추진력에 따라: 중력식, 압력식• 유량 조절 방법에 따라: 일정 유량, 감소유량• 여과 속도에 따라: 완속, 급속

정수방법 – 여과 (filtration)

• 유효경가적통과율 10%의 모래가 차지하는 입경, 완속은 0.3~0.45mm, 급속은 0.45~1.0mm

• 균등계수가적통과율 60%의 모래가 차지하는 입경 / 유효경 = 1에 가까울수록 입도 분포가 양호

• 여과면적 = × Q: 계획정수량 (m3/d), V: 여과속도 (m/d), A: 총 여과 면적 (m2), n: 여과지 수

가적통과율 = 100 - 누적잔류율

정수방법 – 여과 (filtration)

• 완속 여과 (slow sand filtration)채거름, 흡착, 침전, 생물학적 및 산화 작용부유물질이나 세균을 고도 처리

세균 제거율이 98~99.5%여과 속도는 4~5m/d약품 불필요, 저렴한 유지 관리비처리수의 수질 양호여과 속도가 낮음 à 여과지 면적이 넓음 à 높은 건설비탁도나 오염도가 너무 높을 경우 불가능 (미생물에 의한 분해가 불가능하니까)탁도가 10 이상이면 불가능

정수방법 – 여과 (filtration)

• 급속 여과 (rapid sand filtration)약품으로 침전한 후 분리

고탁도수 가능, 색도, 철, 조류도 가능여과속도는 120~150m/d부지 소요가 낮음 à 적은 건설비자동 제어화 가능 à 적은 인력 요구약품 사용 등의 높은 유지 관리비여과 시 손실 수두가 큼 (속도가 빠르므로 필터 되어 버려지는 물이 많음)세균 처리가 낮음 (속도가 빠르니까)

정수방법 – 소독 (disinfection, =살균)

• 주로 염소(Cl2), 오존(O3), 자외선, 과산화수소(H2O2), 브롬(Br), 요오드(I2)

• 조건다양한 병원균에 적용 가능살균 속도가 빠르고 지속성이 있음 à 재번식 방지잔류 농도가 인체에 무해 (사람 몸을 소독?)무미 무취주입 시 농도 측정 가능

• 전염소처리 (prechlorination)살균이 주목적이 아님색도, 철, 망간, 암모니아성 질소, 조류, 세균, 맛, 냄새 제거

정수방법 – 소독 (disinfection, =살균)

• 염소(chlorine)강력하고 지속성 있는 살균제, 상수의 정수 처리에 가장 많이 사용저렴한 가격, 간단한 주입 방법색도 제거는 불가능

• 유리 잔류 염소이온의 형태로 존재하는 염소

• 결합 잔류 염소암모니아성 질소나 질소 화합물과 결합하여 잔류

• 염소 요구량 = 염소 주입량 농도 – 잔류 염소

정수방법 – 오존 (O3)

장점 단점

화학물질이 잔류하지 않음염소처럼 이취미를 남기지 않음철, 망간, 색도, 페놀류 제거에 효과적염소보다 높은 살균력

경제성이 없음소독 잔류 효과 없음 = 지속적이지 않음복잡한 설비 필요높은 수온에는 많은 양 필요암모니아 제거 불가능

정수시설 및 배출수처리시설 – 착수정

• 원수의 수위를 안정시키고 원수량을 조절

체류시간은 1.5분 이상수심은 3~5m여유고는 60cm 이상

정수시설 및 배출수처리시설 – 배출수처리시설 계통

• 조정시설침전지와 여과지에서 배출되는 슬러지의 양을 조절세척 배출수와 침전 슬러지의 양과 질이 불규칙하기 때문에

• 농축시설슬러지 농도를 높이기 위한 시설용량은 계획 슬러지양의 24~48시간고형물질 부하는 10~20kg/m2/day유효 수심은 3.5~4.0m, 여유고는 30cm 이상바닥경사는 1/10이상슬러지관경은 200mm 이상

• 탈수시설농축 슬러지의 함수량 감소

• 건조시설

• 처분시설발생한 케이크를 매립지까지 운반