[상하수도학]제 5장 정수장 시설(침전이론/침전지와 여과지)#2

 3. 침전이론

  (1)침전종류

   1)침전공정 방식

    ㉠보통침전: 응집제를 사용하지 않고 독립된 별개의 입자로 침전시키며 후속공정인 완속여과 공정으로 보내어진다.

    ㉡약품침전: 응집제의 사용으로 미세한 입자가 플록을 형성하여 침전되며 후속공정인 급속여과 공정으로 보내어진다.

   2)입자의 침전형태

    ㉠1형 침전(독립침전): 비응집성 입자의 침전으로 입자 상호간에 간섭이 없는 형태로 침사지, 보통침전지 등에서 이루어진다.

    ㉡2형 침전(응집침전): 응집성 입자들이 침전하면서 주변의 입자들과 충돌 결합하여 더 큰 입자로 침전하는 형태로 약품침전지 등에서 이루어진다.

 

  (2)Stokes 법칙

여기서, v_s: 독립입자의 침강속도, g: 중력가속도, rho_s: 독립입자의 밀도, rho: 액체의 밀도, d: 독립입자의 직경, mu: 액체의 점성계수

   ※보통 침전(지) 설계법칙 or 제 1형 입자형태

   1)기본가정 및 조건

    ㉠Re(Reynolds Number) 값이 0.5보다 작은 층류흐름상태이다.

    ㉡입자는 크기가 일정하며 구형으로서 독립입자(=단독입자, 비응집성)이다.

    ㉢원수중의 입자는 물의 흐름방향의 직각단면에 균등하게 분포한다.

 

  (3)침전지 관계식

   1)침전속도(V_0, 표(수)면적 부하율)

여기서, V_0: 모든 입자가 100% 제거되는 침전속도(m/day), h_0: 침전지 높이(유효수심(m)), t: 침전지 체류시간(침전시간)=V/Q(day), Q: 유량, 계획 1일 최대급수량(m^3/day), A: 침전지 표면적(=Bl_0, m^2)

   2)침전제거율(E)

여기서, v_s는 독립입자의 침강속도로 간주하므로 Stokes법칙으로 구해야 한다.

 

    ㉠침전지의 제거효율을 향상시키기 위한 방법

     ·침전지의 침전면적 A를 크게 한다.

     ·플록(floc)의 침강속도 를 크게 한다.

     ·유량 Q를 적게 한다.

     ·표면적 부하율 Q/A를 작게 한다.

 

 4. 침전지와 여과지

  (1)침전지

   1)보통침전지

    ㉠직경 약 0.01mm이상, 비중 2.65정도인 부유물질이 제거되며 세균 등도 상당히 제거된다.(물 보다 무거운 물질 제거)

    ㉡구성 및 구조: 약품침전지의 기준에 준한다.

    ㉢용량은 계획정수량의 8시간분(침전 또는 체류시간), 평균유속은 0.3m/min이하, 표면부하율은 5~10m/min을 표준으로 한다.

   2)약품침전지

    ㉠보통침전으로 제거하지 못하는 미세한 부유물질, 콜로이드성 물질, 미생물 및 비교적 분자가 큰 용해성 물질의 제거에 약품을 투입하여 제거한다.

    ㉡구성 및 구조

     ·보통 2지로 설치하며, 지의 형상은 직사각형으로 하고 길이는 폭의 3~8배를 표준으로 한다.

     ·유효수심은 3~5.5m, 슬러지의 퇴적 심도로서 30cm 이상을 두어야 하며, 편류와 밀도류를 방지하기 위해 정류설비를 설치한다.

    ㉢용량은 계획정수량의 3~5시간분, 평균유속은 0.4m/min 이하를 표준으로 한다.

 

  (2)여과지

   1)완속여과지

    ㉠원리

     ·보통침전지를 통과한 침전수를 모래층에 의해 수중의 현탁물질, 세균을 제거함은 물론 모래층 표면에 증식된 미생물군에 의해 유기물질 등을 산화 분해시켜 제거한다.

     ·완속여과는 표면여과 작용을 한다.

      ◎완속여과의 주기능

    ·여벌작용(체거름작용, straining): 여재층의 공극크기에 의해 입자를 제거한다.

    ·흡착 및 침전: 여재층을 통과하면서 플록을 형성하여 공극내에서 침전, 모래표면에 흡착된다.

    ·생물학적 작용: 여재층 표면 또는 내부에 생물막이 형성되어 콜로이드, 세균, NH_3등을 흡착시켜 분해, 제거한다.

    ·산화작용: 여재층 표면의 미생물에 의해 철, 망간 등을 산화시켜 제거한다.

     ※여재: 필터

    ㉡구조

     ·형상: 직사각형으로 하며 1열 또는 2열로 축조하여 배치한다.

    ◎면적

여기서, A: 여과지 면적(m^2), Q: 계획정수량(m^3/day), v: 여과속도(m/day)

    ㉢여과속도: 4~5m/day

    ㉣완속여과지 제원

     ·모래층 및 자갈층: 유효경 0.3~0.45mm의 모래를 70~90cm 두께로 하며, 자갈층은 40~60cm 두께로 설치한다.

     ·모래의 최대경은 2.0mm 이하, 균등계수는 2.0 이하로 한다.

   2)급속여과지

    ㉠원리

     ·약품응집 및 침전을 전제로 침전지를 통과한 침전수를 모래 여과하여 물을 정화하는 시설을 말한다.

     ·급속여과는 내부여과 작용을 한다.

    ㉡구조

     ·형상: 직사각형이 표준이며 2지 이상으로 한다.

     ·면적: 여과지 1지의 면적이 150m^2 이하여야 한다.(면적공식은 완속여과와 동일하나 여과지 면적이 작으므로 건설비가 저렴함)

     ·여과속도: 120~150m/day

    ◎급속여과지 제원

     ·모래층: 유효경 0.45~0.7(1.0)mm 모래를 60~70(120)cm 두께로 설치한다.

     ·모래의 최대경 2.0mm 이하, 최소경 0.3mm 이상, 균등계수 1.7이하로 한다.

   3)여과지의 손실수두(에너지 손실)

    ·여과층의 깊이가 클수록 증가한다.

    ·모래입자의 크기가 클수록 감소한다.

    ·여과속도가 클수록 증가한다.

    ·물의 점성도가 클수록 증가한다.

    ·여과층의 공극률이 클수록 감소한다.

     ※영향인자: 표면적은 해당되지 않음.