상하수도 공학/하수처리 문서 원본 보기

== 계획하수량 ==
{| class="wikitable"
|+
! colspan="2" rowspan="2" |
! colspan="2" |계획하수량
|-
!분류식
!합류식
|-
| rowspan="2" |1차 침전지까지
|처리시설
|계획 1일 최대오수량
|우천시 계획오수량(3Q)
|-
|처리장 내 연결관
|계획 시간최대 오수량(Q)
|우천시 계획오수량(3Q 이상)
|-
| rowspan="2" |2차 처리
|처리시설
| colspan="2" |계획 1일 최대오수량
|-
|처리장 내 연결관
| colspan="2" |계획 시간최대 오수량(Q)
|}

== 기본 개념 ==
MLSS란? ♣♣♣

하수처리 방법 3가지 분류

* 물리적 처리
* 화학적 처리 : 주로 질소, 인
* 생물학적 처리
**호기성 처리 : <u>활성슬러지법, 살수여상법, 회전원판법</u>♣♣♣, 산화지법, 호기성 소화법
**혐기성 처리
**임의성 처리

== 침사지 ==
♣ 유효수심, 용량, 표면부하(우수침사지, 오수침사지)

== 침전지 ==

* 1차 침전지 체류시간 : 2-4시간(너무 길면 혐기상태가 되어 수질악화됨)

=== 침전속도 - 스토크스의 법칙 ===
♣♣♣

Re < 0.5 (매우 작은 경우)

<math>v_s = \frac{g (\rho_s - \rho) d^2}{18 \mu}</math>

* ρ<sub>s</sub> : 입자 밀도
* ρ : 유체 밀도
* μ : 유체 점성계수
* d : 입자의 직경

표면적 부하 ♣♣♣

<math>v_0=\frac{Q}{A}=\frac{h_0}{t}</math>
* Q : 유량
* A : 침전지 면적
* <math>h_0</math> : 침전지의 깊이(유효 수심)
* t : 침전지 체류 시간(침전 시간)

♣♣♣ 교과서 예제로 이해하기

<math>\text{월 류  부 하 }(m^3/m \cdot day) = \frac{\text{유 입 유 량 }(m^3/day) }{Weir \text{길 이 }(m)}</math>

평균 유속 헷갈리지 말자.
[[파일:Sedimentation_basin.jpg|대체글=|섬네일|침전지]]
<math>\text{평 균  유 속 } = \frac{Q}{\text{폭 } \times \text{유 효  깊 이 }}</math>

♣♣♣

<math>\text{체 류 시 간 }(hr) = \frac{\text{침 전 조  용 적 }(m^3)}{\text{유 입 유 량 }(m^3/day) }</math>

침전 처리효율 ♣♣♣

<math>E = \frac{h}{h_0} = \frac{v_s}{v_0} = \frac{v_s}{\frac{Q}{A} }</math>

* <math>v_s</math> : 독립입자 침전속도
* <math>v_0</math> : 완전 제거 가능한 입자 중 최소지름 입자의 침강속도

침전 효율 높이기♣♣♣

* 입자 침강속도 크게(응집제 사용)
* 표면적 부하 작게(침전면적 크게)

== 생물학적 처리 ==
BOD : N : P의 비는?

* 100 : 5 : 1

== 활성슬러지법 설계공식 ==
=== BOD 용적 부하 ===
16-2 기사

<math>\text{BOD 용 적  부 하 }=\frac{\text{BOD 농 도 }\cdot Q}{V}</math>

* V = Q t

'''97, 17-1 기사'''

유량 3000m³/day, BOD 농도 200mg/L 하수를 용량 500m³폭기조로 처리할 때 BOD 용적부하는?
----
'''풀이'''

공식 외우기보다... 단위를 가지고 잘 생각해보면 공식을 유도할 수 있다.

<math>\begin{align} \text{BOD 용 적 부 하 } & = \frac{\text{1일  BOD 유 입 량 }(kg BOD/day)}{\text{폭 기 조  용 적 }(m^3)} \\
                                      & = \frac{\text{BOD 농 도 }(kg/m^3)\times \text{유 량 }(m^3/day)}{\text{폭 기 조  용 적 }(m^3)} \\
                                      & = \frac{0.2kg/m^3 \times 3000m^3/day}{500m^3} \\
                                      & = 1.20 kg BOD/m^3\cdot day \end{align}</math>
----
=== 슬러지 일령 ===
슬러지 일령(sludge age) : 유입된 부유물에 폭기가 되는 평균적인 시간.<ref>{{서적인용|제목=상하수도 공학|날짜=|성=이종형 외|이름=|출판사=구미서관|쪽=369|판=5|장=}}</ref><ref name=":0">{{서적인용|제목=상하수도 공학|날짜=2016|성=노재식 외|이름=|출판사=한솔아카데미|쪽=318|판=|장=}}</ref>

슬러지 반송이 없는 경우 사용
[[파일:Activated Sludge 2.png|섬네일|400x400픽셀|♣♣♣이 그림으로 슬러지 일령, SRT 유도하는 것임. 식 단순 암기하지 말 것.]]

<math>\text{슬 러 지  일 령 } = \frac{V \cdot X}{SS \cdot Q} = \frac{V \cdot X}{SS \times \frac{V}{t}} = \frac{X \cdot t}{SS}</math>

* V: 폭기조 부피(m<sup>3</sup>)
* Q: 유입수량(m<sup>3</sup>/day)
* X: 폭기조 내의 MLSS 농도(mg/L)
* SS: 폭기조로의 유입 부유물 농도(mg/L)
* t: 폭기 시간(day) <math>\left( = \frac{V}{Q} \right)</math>

----
'''2. 98'''

활성슬러지법을 사용하는 어떤 폭기조의 용적이 2800m<sup>3</sup>, 폭기조 내 MLSS가 3600mg/L, 유입하수량 140m<sup>3</sup>/day, 폭기조로 유입하는 SS농도가 12000mg/L일 때 고형물 체류시간 SRT는?
----
'''풀이'''

SRT 문제이지만 슬러지 반송이 없어서 슬러지 일령 공식으로 푼다.

SS = 12000mg/L = 12 kg/m<sup>3</sup>

MLSS = 3600 mg/L = 3.6 kg/m<sup>3</sup>

슬러지 일령 = <math>\frac{V \times X}{SS \times Q} = \frac{2800 \times 3.6}{12 \times 140} = 6 days</math>

=== 고형물 체류시간(SRT) ===
= Solids Retention Time

사용된 슬러지 일부는 폐기되고, 일부는 다시 폭기조로 돌아가는데 이 슬러지는 폭기시간보다 긴 시간동안 폭기조에 체류한다. 이 시간을 고형물 체류시간(SRT)이라고 한다.<ref name=":0" />
<br /><math>SRT = \frac{VX}{Q_w X_r + (Q - Q_w) X_e}</math>

* Q<sub>w</sub> : 잉여슬러지량(m<sup>3</sup>/day)
* X<sub>r</sub> : 반송슬러지 SS 농도(mg/L)
* X<sub>e</sub> : 유출수 내의 SS 농도(mg/L)

KDS 61 50 00 :2017 수처리시설 설계기준 5.1.3 SRT에 따르면♣♣♣ <u>그림과 함께 이걸 잘 이해해야 한다.</u>

<math>\begin{align} SRT & = \frac{ \text{수 처 리  시 스 템  내  존 재  활 성 슬 러 지 량 }(kg) }{ {\color{red} \text{하 루 에  시 스 템  외 부 로  배 출 되 는  슬 러 지 량 } } (kg/day) } \\
                  & = \frac{VX}{Q_w X_r} \\ \end{align}</math>

여기서 <math>X_r = X_w</math>이고, <math>X_e \doteqdot 0</math>이기 때문에 설계기준의 식과 위 식은 같은 의미이다.

반송슬러지는 다시 유입수에 들어가니까 첫 식의 분모에 <math>Q_r</math>이 안 들어가는 것임.

다음 자료를 추가로 참고함

* {{서적인용|제목=상하수도 공학|성=이종형|이름=|날짜=|판=5|출판사=구미서관|쪽=365, 371|장=}} 식 형태는 위 두 가지와 다르나, 같은 이야길 하고 있음.
*학교 수업 PPT. 역시 문자만 다르게 쓰고 같은 이야기.

----
15-2

폭기조내 MLSS 3000mg/L, 체류시간 4시간, 폭기조 크기 1000m<sup>3</sup>인 활성슬러지 공정이 있다. 최종 유출수 SS는 20mg/L이고 매일 폐기되는 슬러지는 60m<sup>3</sup>이다. 폐슬러지 농도는 10000mg/L일 때 세포 평균체류시간은?

----
유입수량

<math>Q = \frac{1000m^3}{4 hr} \times 24hr = 6000m^3/day</math>

<math>\begin{align} SRT & = \frac{VX}{Q_w X_r + (Q - Q_w) X_e} \\
                  & = \frac{1000m^3 \times 3000mg/L}{60m^3/day \times 10000mg/L + (6000 - 60)m^3/day \times 20mg/L} \\
                  & = 4.17 days \end{align}</math>

=== 슬러지 용적(SV) ===
정의

* 포기조 혼합액을 1L 실린더에 30분 침전시켰을 때 침전된 슬러지 부피(ml)

<math>SV = \frac{ \text{30분  후  침 전 슬 러 지  부 피 }(ml) }{ \text{시 료 (포 기 조  혼 합 액 ) 양 } (ml) } \times 100 (\%)</math>

=== 슬러지 용적 지수(SVI) ===
♣♣♣기사 04, 15-3, 19-2(정의)

<math>\begin{align} SVI & = \frac{\text{1L 시 료  중 , 30분 간  침 전 된  슬 러 지  부 피 }(SV_{30})(mL/ \cancel L)}{MLSS \text{농 도 }(mg/ \cancel L)}\times 1,000 \qquad (\because mg \longrightarrow g) \\
                  & = \frac{SV_{30}(\%)}{MLSS \text{농 도 }(mg/L)}\times 10,000 \\
                  & = \frac{SV_{30}(\%)}{MLSS(\%)} \end{align}</math>

* MLSS란? Mixed Liquor Suspended Solids. 폭기조 중의 부유물질(기사 13)
* <math>SV_{30} (\%)</math> : 메스실린더 1L에 혼합물을 30분 정체시킨 뒤 침전슬러지 양을 시료량에 대한 백분율로 나타낸 것.

기사 05, 06, 09, 12, 19-2

* SVI: 폭기조 내 혼합물을 30분 정치한 뒤 침강한 <u>'''1g'''</u>의 슬러지가 차지하는 부피(mL)
* 정상 운전 폭기조 SVI 범위: 50 - 150
* 영향 인자: 폭기시간, BOD 농도, 수온

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참고 자료
* KDS 61 50 00 :2017 수처리시설 설계기준 5.1.7 찌꺼기(슬러지) 침강성
* {{서적인용|제목=토목기사 블랙박스 하권|성=|이름=|날짜=2020|판=|출판사=한솔아카데미|쪽=|장=}}
* {{서적인용|제목=토목기사 필기 상하수도 공학|성=노재식 외|이름=|날짜=2016|판=|출판사=한솔아카데미|쪽=|장=}}
* {{서적인용|제목=상하수도 공학|성=이종형 외|이름=|날짜=|판=5|출판사=구미서관|쪽=|장=}}

==== 슬러지 밀도 지수 ====
♣♣♣기사 06, 09, 12, 15-3, 19-2

<math>SDI=\frac{100}{SVI}</math>

=== F/M 비 ===
Food-to-Microorganism
* FM비 높으면 대수성장단계

99, 00, 02

= BOD 슬러지 부하 = BOD-SS 부하

t가 폭기 시간, MLSS가 폭기조 내의 부유물질(Mixed Liquor Suspended Solids)

♣♣♣14-3, 16-2

<math>\begin{align} F/M & = \frac{\text{BOD 농 도 }\cdot Q}{MLSS \text{농 도 }\cdot V} =\frac{\text{BOD 농 도 }}{MLSS \text{농 도 }\cdot t} \\
                  & = \frac{BOD \text{용 적 부 하 }}{MLSS \text{농 도 }} \\ \end{align}</math>

=== 슬러지 반송율 ===
♣

유입수량과 반송슬러지량의 반송률

<math>r = \frac{Q_r}{Q}</math>

슬러지 부하 수지관계에 의한 반송률(아래 거랑 비슷함...)

<math>r = \frac{X}{X_r - X}</math>

♣♣04, 16-4, 19-1 기사

<math> r = \frac{\text{폭 기 조 의  MLSS 농 도 }(mg/L) - \text{유 입 수 의  SS 농 도 }(mg/L)}{\text{반 송 슬 러 지 의  SS 농 도 }(mg/L) - \text{폭 기 조 의  MLSS 농 도 }(mg/L)}</math>

슬러지 침강률에서 반송률 추산

<math>r = \frac{100SV(\%)}{100 - SV(\%)}</math>

== 각주 ==