하수도계획은 구상, 조사, 예측 및 시설계획이 서로 관련을 가지고 있기 때문에 〈그림 1.3.1〉과 같이 흐름 및 상호관계를 고려한다.
본 하수도시설기준은 공공하수도의 설치에 필요한 하수도시설의 계획 및 설계에 적용하는 지침서이다.
본 설계지침에서 말하는 일반적인 하수도시설은 중·대규모시설을 대상으로 하고 있으며, 읍·면급의 소도시 하수도와 농어촌지역의 공공하수도로서 계획인구 약 10,000명 이하에 대해서는『소규모하수도』로 구분하고 있다. 다만, 농어촌의 마을 단위의 하수도에 대해서는『마을하수도』로 별도로 구분하고 있다.
본 설계지침은 보다 효율적이고 경제적인 신기술 개발에 대처하기 위하여 계속 보완되어야 하며, 설계지침에서 정하지 않은 시설을 설치하고자 하는 경우에는 이와 동등하거나 그 이상의 기준이나 지침에 의하여 설치하도록 하여야 한다.
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하수도 시설의 목적은 아래와 같다
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【해설】
하수도의 법적 근거인 하수도법 제1조에 따르면 법의 목적을「도시 및 지역사회의 건전한 발전과 공중위생의 향상에 기여하고 공공수역의 수질을 보전함을 목적으로 한다」고 명시하고 있으며, 이는 하수도 시설의 포괄적인 목적이기도 하다. 그러나, 향후에는 이러한 목적이외에도 건전한 도시 수변환경의 회복과 함께 지속발전 가능한 도시조성을 위한 기반시설의 한 축으로서 하수를 자원으로 유효이용 하도록 함으로써 도시의 대사기능과 자원의 순환형사회로 전환하기 위한 수단으로 이용함은 물론이고, 도시 전역에 걸쳐 설치된 하수관망을 이용하여 통신망을 부설하는 등의 복합적인 기능을 갖는 시설이 될 수 있도록 그 목적의 범위가 확대 되어야 할 것이다.
(1)에 대하여
하수도를 통해 오수를 배제함으로써 화장실의 수세화가 가능해지고, 병원균이나 해충의 배제, 악취비산 방지 등의 공중위생 향상과 쾌적한 도시생활환경 조성이 가능해진다. 또한 하수도 정비를 통해 오수를 하천수와 분리하여 유하시킴으로써 도시내 수로를 친수공간으로 조성하여 시민에게 되돌려 줄 수 있다.
(2)에 대하여
하수도의 정비에 의해 우수를 신속하게 배제하고 침수문제를 해소할 수 있다. 도시화의 진전과 토지개발 밀도 고도화에 따라 우수의 유출량은 늘어나고, 도시재산과 인명의 밀집현상이 나타나서 침수시 재산과 인명 피해가 커지게 되므로 침수대책으로서의 하수도 역할은 그 중요도가 갈수록 더해간다. 이에 대처하기 위해 관거와 펌프장 같은 기존 우수배제 시설의 정비 외에도 우수유출 저감시설을 적절히 조합하여 도시의 치수기능을 향상시켜야 한다.
(3)에 대하여
하수도는 도시활동에 의해 배출되는 오수를 적절히 처리하여 방류수역의 수질오염을 개선하는데 크게 기여하고 있다. 또한 처리수를 하천에 환원시켜 하천유지수량을 확보함으로써 생태계의 보전 및 회복에 기여한다. 우수에 대해서도 오염이 저감되어 지하수 함량, 도시녹화 등에 이용이 가능하게 된다.
한편, 도시활동이나 생활에서 유래되는 환경호르몬 등을 포함한 각종 미량 화학물질에 대해서도 향후 하수처리장에 유입, 유출되는 양을 측정하여 환경리스크 저감대책 수립 등 공공수역의 생태계 보전과 건전한 물순환에 도움이 되도록 해야 할 것이다.
수질보전과 관련하여 환경정책기본법에 수질에 관한 환경기준이 정해져 있어 이의 달성을 촉진할 필요성이 있고 이에 따라 하수도법의 목적에서도 하수도가 공공수역의 수질을 보전함을 부가하고 있다.
수질환경보전법에는 수질환경기준, 폐수배출허용기준 및 방류수수질기준이 설정되어 있어 이들 기준에 따라 하수도계획을 수립할 필요가 있다(〈참고 1-1〉, 〈참고 1-2〉 참조).
(4)에 대하여
도시활동에 따라 배출되는 하수는 하수에 포함된 열에너지와 하수처리과정에서 발생되는 슬러지 그리고 하수처리수는 자원으로서 유효하게 순환이용이 가능하다. 이들 하수도 자원을 유효하게 이용하여 자원과 에너지 절약 및 순환이용을 통해 지속발전가능한 도시건설에 기여할 수 있다. 또한, 하수도는 도시내 건물을 연결하는 공동구로서 정보화를 위한 통신선로 부설 등이 가능하므로 하수도를 도시기능 향상을 위해 다목적으로 이용가능하다.
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하수도계획은 하수도의 역할이 다양화되고 있는 사회적인 요구에 부응할 수 있도록 장기적인 전망을 고려하여 수립하되 다음사항을 포함하여야 한다.
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【해설】
하수도는 침수방지 및 생활환경의 개선을 위한 기초적인 역할을 담당하는 생활기반 시설이며, 공공수역의 수질보전뿐만 아니라 자원의 유효이용이라는 관점에서 처리수를 수자원으로 공급할 수 있는 등 다양한 역할을 하는 시설이다.
따라서 도시 및 농촌에 걸쳐서 하수도를 정비할 때는 이와 같은 하수도의 역할이 다양화되고 있는 사회적인 요구에 부응하되 장기적인 전망을 고려하여 하수도계획을 수립하여야 한다.
(1)에 대하여
하수도계획은 하수도계획 구역내의 종합적인 배수계획을 고려하여 수립한다. 하수도는 시가지 또는 농어촌의 우수를 신속히 배제함으로써 침수에 의한 재해를 방지하는 기능도 갖고 있다.
도시계획에 관한 법률에는 시가화구역에 대해서는 적어도 도로, 공원 및 하수도를 도시계획에 의해 정할 것을 규정하고 있으며, 이들 시설이 도시로서 최소한도 필요한 가장 기본적인 시설임을 분명히 하고 있다.
따라서 우수배제의 측면에서 하수도계획을 수립할 경우에는 하천, 농업용 배수로 및 기타 기존수로를 포함한 지역전체의 도시배수 실태를 파악하여, 이들 시설이 도시배수를 위하여 각각 갖추어야 할 기능을 명확히 구분한 후 이를 기초로 하여 도시의 종합적인 배수계획의 일부로서 하수도계획을 수립한다.
또한, 농어촌지역의 마을하수도계획 수립에 있어서도 침수재해를 방지하기 위한 종합적인 배수계획의 수립은 필수적이다.
(2)에 대하여
하수도계획은 수질보전에 관한 관련 법규상의 기준에 따라 수질보전과 하수도의 관계를 충분히 고려하여 수립한다. 수질오염의 급격한 진행에 따라 오늘날에는 하수도가 단순한 생활환경의 개선뿐만 아니라 공공수역의 수질보전에 의한 수자원의 보호라는 보다 중요한 역할을 수행하는 것으로 평가되고 있다.
수질보전과 관련하여 환경정책기본법에 수질에 관한 환경기준이 정해져 있어 이의 달성을 촉진할 필요성이 있고, 이에 따라 하수도법의 목적에서도 하수도가 공공수역의 수질을 보전함을 부가하고 있다.
수질환경보전법에는 수질환경기준, 폐수배출허용기준 및 방류수수질기준이 설정되어 있어 이들 기준에 따라 하수도계획을 수립할 필요가 있다(〈참고 1－1〉, 〈참고 1－2〉 참조).
(3)에 대하여
하수도계획은 수자원의 확보측면에서 종합적인 물관리계획을 고려하여 수립한다. 각종 목적으로 사용된 물은 오수로 변하여 공공수역을 오염시키는 주원인이 되고 있고, 공공수역의 수질오염이 진행되면, 하천이나 댐 등은 수자원으로서의 질적 저하를 초래하여 양호한 수자원의 확보문제는 더욱 심각해 질 것이다. 또한, 지표면을 따라 일과성으로 유출되어지는 우수역시 도시의 수자원으로 유효이용이 가능한 주요자원이다. 따라서, 하수도는 수자원의 질적인 확보측면과 함께, 한정된 수자원을 유효하게 이용하기 위해 하수처리수의 재이용, 도시지역 강우의 유효이용 등을 포함하여 종합적인 물관리계획을 고려하여 수립한다.
(4)에 대하여
하수처리과정에서 발생되는 슬러지는 하수발생원의 특성에 따라 구성성분에 다소간 차이가 있으나 다량의 유기물과 점토같은 무기질로 구성되어있기 때문에 2차 오염원이면서도 유효이용이 가능한 물질이다. 따라서, 종래에 매립과 해양투기 등의 방법으로 처분하던 계획을 수정하여 퇴비화나 건설자재 등으로 유효이용하도록 해야 하며, 하수처리장 규모와 발생슬러지 성상에 따라 적절한 전처리 계획과 재이용 계획이 수립되어야 한다. 소규모 하수처리장은 정부의 슬러지 광역화 처리계획 등을 참조하여 적절한 전처리 및 수거, 운반계획이 필요하다.
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하수도의 계획에 있어서는 우수·하수의 배제 및 처리·이용, 그리고 슬러지처리·이용의 기능을 함께 갖출 것을 기본적인 요건으로 한다. |
【해설】
하수도는 우수·오수의 배제 및 처리·이용, 그리고 슬러지처리·이용의 기능을 가진 것으로서 전자에 대응하는 하수도의 역할이 침수에 의한 재해의 방제이며, 후자에 대응하는 역할이 생활환경의 개선 및 수질보전이다. 하수처리과정에서 발생하는 슬러지도 적절하게 처리·이용되어야 한다. 따라서 이들의 기능 중 어느 하나라도 원활하지 못하면 완전한 하수도라고는 말하기 어렵다.
특히, 향후의 하수도는 단순히 재해방지와 오염의 처리에서 더 나아가 물 순환기능의 보전과 양호한 물환경 유지 및 지속가능한 도시건설을 위한 적극적인 재이용이 추진되는 등 하수도 계획범위가 미래지향적으로 확장되어야 할 것이다.
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우수배제에 관한 하수도계획은 대상지역의 우수배제와 관련있는 하천, 농업용 배수로 및 기타 배수로 등과 함께 하수도를 포함한 종합적인 우수배제계획을 수립한다. |
【해설】
시가지에서의 우수배제는 오수배제·처리와 함께 하수도 기능의 중요한 부문이나 우수배제는 단지 하수도만에 의해 이루어지는 것이 아니므로 하천, 농업용 배수로 및 기타의 기존수로와 함께 하수도를 포함한 종합적인 배수체계로서 고려할 필요가 있다.
따라서 시가지의 우수배제에 관한 하수도계획은 하수도를 포함한 우수배제에 관한 배수체계 전체로서의 우수배제계획을 전제로 하여 수립한다.
그러나, 일반적으로 도시의 우수배제실태가 매우 복잡하여 하천법상의 하천외에 하천법이 적용 또는 준용되지 않는 보통하천, 일반 구거, 기타의 기존수로, 농업용 배수로 및 도로측구 등이 도시배수의 기능면에서 매우 큰 역할을 하고 있음에도 불구하고 그 실태가 명확하지 않고 또 관리주체가 분명하지 않은 경우가 있어 충분한 관리가 이루어지지 않고 있는 실정이다.
따라서 우선 해당지역의 우수배제실태를 충분히 조사·정리하고 하천 및 농림관리자와 협의하여 하천법을 적용 또는 준용해야 할 것과 농업용 배수로로서 관리해야 할 것 등의 구분을 명확히 하고, 그 이외의 것에 대해서는 공공하수도시설로 이용해야 할 것과 하수도정비에 따라 폐지해야 할 것 등으로 구분하여 기설하수도와 새로 계획된 하수도 등을 포함한 우수배제에 관한 종합적인 배수계획을 전제로 하여 수로와 하수도, 펌프장 위주의 우수배제계획 이외에도 도시화 진전에 따른 유출유량 증가에 대처하기 위해 도시의 공공용지의 지하공간 등을 이용한 우수저류시설 건설이나 지하공간을 이용한 배수터널 등 다양한 하수도계획을 지역단위로 수립한다.
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하수처리·이용계획은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
공공수역의 수질오염을 방지하기 위한 행정상의 목표로서 환경정책기본법 제10조의 규정에 의하여 국민의 건강을 보호하고 생활환경을 보전하기 위하여 유지할 필요가 있는 수질환경기준이 설정되어 있는 바 이의 달성 및 유지를 위한 제반대책을 적극적으로 강구해야 한다.
국민건강의 보호에 관한 환경기준은 모든 공공수역에 해당되며, 생활환경보전에 관한 환경기준은 수역의 현재 및 장래의 이용목적에 따라 수역유형을 설정하고 있다. 특히 지역환경의 특수성을 고려하여 필요하다고 인정되는 경우에는 별도의 환경기준을 설정할 필요가 있다. 수질환경기준을 달성하기 위해 여러 가지 대책을 종합적으로 강구할 필요가 있으며, 특히 유역내 시가지의 하수가 수질오염의 주원인으로 되는 경우에는 하수도정비가 수질환경기준 달성의 근본적인 대책이 된다.
이를 위해서는 그 수역과 관련 있는 다른 하수도계획 및 공장폐수 등과의 관계에 대해서도 충분히 고려할 필요가 있다.
수질환경기준은 영구불변한 것이 아니라 수질오염의 상황, 수질오염원의 성상변화 및 수역이용상황의 변화 등에 따라 개정될 수 있으므로 하수도계획도 이에 대응할 수 있도록 한다.
(2)에 대하여
지자체별로 또는 광역적으로 하수도정비에 관한 종합적인 기본계획(하수도정비기본계획)을 정한다. 하수도정비에 대해서 합리적인 투자가 되도록 종합적인 하수도정비계획을 수립하여 이를 기본으로 하여 개별하수도사업을 실시하여야 한다.
만약, 광역적으로 하수도를 정비하는 경우에는 각 지자체가 독자적인 판단에 따라 사업을 계획하여 실시한다면 수질환경기준의 적절한 조기달성이 곤란하고, 또한 일시적으로 달성이 가능하더라도 지속성이 없으며, 지자체간 규제의 불공평 또는 비용부담의 불공평을 수반하게 되어 계획의 재검토, 시설의 개선 및 확장 등이 필요하게 된다.
하수도정비기본계획에서는 하수도의 역할을 최대한 합리적, 효과적으로 수행하도록 하수도의 배치, 능력 및 사업의 실시순서 등을 정한다.
하수도정비기본계획의 수립시에는
가) 하수도정비에 관한 기본방침
나) 하수도에 의하여 하수를 배제·처리할 구역에 관한 사항(유역내에서 하수도가 필요한 구역을 명확히 한다.)
다) 처리구역과 관련된 하수도의 기본적인 시설의 배치, 구조 및 능력에 관한 사항
라) 나)의 구역에 관한 하수도정비사업의 실시순서에 관한 사항(어느 지역에서 사업을 실시하는 것이 효과적인가의 순서를 결정한다.)
마) 재원조달방안 등을 정하여야 한다.
(3)에 대하여
처리수량은 하수도 보급률의 향상과 함께 계속 증가할 것이며, 장래 물이용의 불균형을 보충하는데 충분한 양이 될 것으로 예상되고 있다. 이와 같이 대량으로 발생하는 처리수는 기본적으로 물순환시스템의 중요한 구성요소로서 하천 등 공공수역으로 환원되거나 재이용을 포함한 자원화가 필요하며, 동시에 지역실정에 적합한 처리장의 입지조건 등을 고려하여 직접적인 순환이용을 적극적으로 추진하는 것이 필요하다.
이러한 처리수의 계획적인 순환이용을 하기 위해서는 해당지역의 물이용계획에 관한 종합적인 계획 중에서 처리수의 재이용 등 순환이용계획을 명확히 하여 지역에 적합한 하수도계획을 수립한다.
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슬러지처리·이용에 관한 계획은 발생하는 슬러지성상과 지역의 실정에 따라 슬러지가 가지고 있는 자원적 가치를 충분히 이용할 수 있도록 수립한다. |
【해설】
하수처리과정에서 발생되는 슬러지는 가정, 사업소, 공장 등에서 세척, 생산공정 과정과 합류식하수도에서 초기우수에 의해 지표면으로부터 유입된 유기물 및 점토질같은 무기물들을 분리한 물질로서, 그 자체가 오염물질이므로 안전한 방법에 의해 자연으로 환원시키거나 순환이용 되어야 할 물질이다.
종래에 이용했던 위생매립이나 해양투기 같은 방법으로는 슬러지를 대량으로 처분할 수 있으나 단순히 오염물질을 격리·분산시키는 기능만을 갖고 있는데다 2차오염의 문제가 있고, 슬러지가 갖고 있는 자원적인 특성을 활용하지 못했으며, 최근에 들어 다양한 재활용 방안을 모색중이나 재이용비율은 미미한 편이다.
향후에는 하수처리율 향상과 고도 하수처리에 따라 슬러지양이 증가될 것으로 전망되므로 하수도 계획시에 장기적인 발생량과 성상의 전망, 비용과 환경영향 등을 고려하여 지역특성에 적합한 유효이용계획과 안정성 있는 처리·처분계획을 수립한다.
소규모 하수처리장들은 별도의 광역처리장에서 공동처리하여 처분하는 방법이나, 슬러지 처리장 건설 여건이 유리한 하수처리장에서 인근처리장 슬러지를 통합처리하는 방안도 시설비 및 유지관리면에서 합리적인 대안이 될 수 있다.이 경우, 개별 하수처리장은 슬러지 운반 방법과 감량화를 위한 농축, 탈수등 이에 적절한 전처리 시설이 계획되어야 한다.
하수도계획은 구상, 조사, 예측 및 시설계획이 서로 관련을 가지고 있기 때문에 〈그림 1.3.1〉과 같이 흐름 및 상호관계를 고려한다.
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하수도계획의 목표년도는 원칙적으로 20년 정도로 한다. |
【해설】
하수도시설의 능력결정은 장기간에 걸친 예측을 기초로 할 필요가 있다.
하수도계획의 목표년도는 시설의 내용년수 및 건설기간이 길고 특히 관거의 경우는 하수량의 증가에 따라 단계적으로 단면을 증가시키기가 곤란하기 때문에 장기적인 관거계획을 수립할 필요가 있으므로 20년 후를 목표로 계획을 수립하는 것이 좋으며 도시기본계획상의 장기지표가 없이는 하수량 추정이 곤란하므로 도시의 성격에 따른 도시기본계획의 지표에 따라 계획목표년도를 결정하도록 한다.
그러나 처리장의 경우에는 유입하수량의 증가에 따라 단계적인 증설을 계획함으로써 사업의 효과를 조기에 거둘 수 있으며, 관거에서는 복수관을 계획하는 경우도 있다.
또한, 관련계획 및 정비목표 등에 큰 변동이 생긴 경우는 필요에 따라 여러 가지 조건을 검토하여 하수도계획의 변경 여부를 정할 필요가 있다.
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하수도의 계획구역은 처리구역과 배수구역으로 구분하여 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
하수도 계획구역은 하수도 시설계획의 기본이 되므로 투자효과와 경제성, 유지관리, 수역 목표수질달성 등을 고려하여 결정한다. 하수도의 목적인 오수처리와 우수배제의 목적달성을 위해 계획구역은 처리구역과 배수구역으로 구분하여 계획한다.
(1)에 대하여
수역 수질기준 달성을 위해서는 시가화된 도시지역 외에도 녹지대내의 취락지역을 포함한 종합적인 하수도 계획이 수립되어야 한다.
(2)에 대하여
하수도는 주로 시가화지역에서 필요로 하는 것이므로 계획구역은 도시계획에 관한 법률 제3조를 참조로 하여 원칙적으로 계획목표년도에 시가화가 예상되는 구역으로 하며, 도시계획에 관한 법률 제20조 (2)에 의거 시가화조정구역이 설정되어 있는 지역에서는 이를 참고로 하여 정한다. 또한 시가화구역이외에서도 하수도를 필요로 하는 시설 및 취락이 있는 지역이나 장래에 시가화구역으로 될 가능성이 있는 구역은 계획구역에 포함시켜야 한다. 계획구역의 결정은 장기적인 전망을 충분히 고려하여 장래의 변화에 대응할 수 있는 여유를 두어야 한다.
특히, 우수배제에서는 지형조건에 따라 시가화예상구역이외에서의 유입을 예상할 수 있으므로, 이러한 구역을 계획구역이외의 우수유입구역으로 인정하여 우수배제시설의 능력을 고려한다.
한편, 시가지내의 공장폐수 등에 대해서는 필요한 제해시설을 설치한 후 관거에 투입하는 것을 원칙으로 하나, 다량의 공장폐수를 배출하는 공장이나 특정유해물질 및 하수도시설에 악영향을 미치는 물질이 다량 포함되어 있는 공장폐수를 배출하는 공장 등에 대해서는 하수도시설과의 연계문제를 신중하게 고려한다.
(3)에 대하여
하수도는 우수배제시설로서의 역할 뿐만 아니라 공공수역의 수질보전 및 자연환경보전 등 다양한 역할을 수행하고 있다. 이와 같은 역할을 효과적으로 달성하기 위하여, 시가화가 예상되는 구역이외인 농·어촌지역의 주요 거주지역 및 호소 등의 환경보전을 위한 계획을 수립한 경우에는 계획구역으로 하는 것이 바람직하다.
(4)에 대하여
계획구역은 하수가 방류되는 하천, 해역 및 호소 등의 수질환경기준을 달성하는 것을 전제조건으로 하여 지형조건 등을 고려한 행정상의 경계에만 의존하지 말고, 광역적이고 종합적인 검토 후에 결정한다. 더욱이 행정상의 경계를 넘어 계획구역을 정하고자 할 때에는 관련 지자체간의 협의가 필요하다.
(5)에 대하여
시가지와 취락지역의 분포여건, 계획구역의 지형여건 등을 고려하면 전체 계획구역을 단일 처리장에서 처리하는 것이 불가능한 경우가 많으며, 특히 소규모 지천의 유지용수 확보 측면에서 무리한 통합처리는 효율적이지 못하다. 따라서, 처리구역은 부지확보, 경제성과 유지관리, 환경영향 등을 고려하여 통합 또는 유역별 처리를 결정하고 이에 따라 처리구역을 결정하여야 한다.
(6)에 대하여
소규모 취락지역과 같이 펌프로 오수를 이송하더라도 관리상 단일처리구역으로 하는 것이 유리한 경우를 제외하면 자연유하에 의한 오수배제를 위해 배수구역경계와 처리구역 경계를 교차시키지 않는 것이 필요하며, 우수에 대해서는 지형에 따라 시가지 후면의 산지 등과같이 처리구역 외에서 유입하는 경우가 있으므로 이를 고려한 관거 및 빗물펌프장 등이 계획되어야 한다.
(7) 에 대하여
소규모 하천의 유지용수 확보와 경제성 측면에서 분산 설치되는 소규모 하수처리장에 대해서 개별 처리장마다 별도의 운영조직과 슬러지 처리시설 등을 설치하는 것은 비합리적이므로 슬러지의 광역처리와 소규모 하수처리장들의 통합운영 등이 고려되어야 한다.
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하수의 배제방식에는 분류식과 합류식이 있으며 지역의 특성, 방류수역의 여건 등을 고려하여 배제방식을 정한다. |
【해설】
하수의 배제방식에는 분류식과 합류식이 있는데, 분류식은 오수와 우수를 별개의 관거계통으로 배제하는 방식이고, 합류식은 동일 관거계통으로 배제하는 방식인데 두 배제방식을 비교하면 〈표 1.3.1〉과 같다. 분류식은 오수만을 처리장으로 수송하는 방식으로서 우천시에 오수를 수역으로 방류하는 일이 없으므로 수질오염방지상 유리하다. 또한 재래의 우수배제시설이 비교적 정비되어 있는 지역에서는 이들의 시설을 유효하게 이용할 수가 있기 때문에 경제적으로 하수도의 보급을 추진할 수가 있다. 그러나, 분류식에 있어서도 강우초기에 비교적 오염된 노면배수가 우수관거를 통해 직접 공공수역에 방류되는 점, 도로폭이 좁고 여러 가지 지하매설물이 교차되어 있는 기존시가지에서 우수관거와 오수관거를 모두 신설할 경우에 시공상 곤란한 점, 또한 분류식의 오수관거는 소구경이기 때문에 합류식에 비해 경사가 급해지고 매설깊이가 깊어지는 등의 문제점이 있다.
한편, 합류식은 단일관거로 오수와 우수를 배제하기 때문에 침수피해의 다발지역이나 우수배제시설이 정비되어 있지 않은 지역에서는 유리한 배제방식이며, 분류식에 비해 시공이 용이하다. 그러나, 우천시에 관거내의 침전물이 일시에 유출되고 처리장에 큰 부담을 주는 경우나 우수토실로부터 어느 일정배율 이상으로 희석된 하수가 수역으로 직접방류되는 점 등 수질보전상 바람직하지 않은 문제점이 있다.
우리나라의 경우 기존하수도는 오수처리의 목적이외에 저습지대의 침수를 방지할 목적으로 하수도사업을 실시해온 지자체가 많기 때문에 대부분이 합류식으로 계획되어 있으나 사실상 완전합류식으로 우·오수가 적정한 유속으로 배출되기보다는 우수배제를 위해 노면경사를 따라 부설되어 청천시에 오수량 유하에 제유속을 확보하지 못하는 형태이다. 그러나 최근 공공수역의 수질오염방지상 하수도의 역할이 커지고 있기 때문에 하수도계획시의 배제방식은 우수에 의한 침수방지는 물론 공공수역의 수질오염방지를 위해서는 원칙적으로 분류식으로 하는 것이 바람직할 것이다.
다만 기존 하수도시설의 형태 및 지하매설물의 매설상태 등 여러 가지 여건상 분류식의 채택이 어려운 경우, 합류식에 의하여도 공공수역의 수질보전에 지장이 없다고 판단될 경우 및 방류수역의 제반조건에 대하여 적절한 대책이 강구된 경우에는 합류식을 고려할 수도 있기 때문에 분류식하수도의 오접합 같은 기술적인 문제와 경제적인 문제, 기존하수도의 여건, 방류수계의 수질보전문제, 초기우수처리시설 설치 필요성 등을 종합적으로 검토하여 형식을 결정하여야 한다.
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토구(吐口)의 위치 및 구조는 방류수역의 수질 및 수량에 미치는 영향을 종합적으로 고려하여 결정한다. |
【해설】
토구는 하수도시설로부터 하수를 공공수역에 방류하는 시설을 말하며 다음 3가지로 분류된다.
토구의 위치 및 구조의 결정은 방류수역의 수위, 수량, 물이용상황, 수질환경기준의 설정상황 및 하천개수계획 등을 충분히 조사하여, 외수의 역류를 방지할 수 있도록 하고 방류수역의 수질 및 수량에 대하여 지장이 없도록 고려한다.
특히, ③의 우수토구는 우천시에 오염부하가 방류수역에 미치는 영향을 충분히 검토하여 계획하는 것이 필요하다.
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계획외수위는 하천의 경우 해당 하천의 계획홍수위, 해역의 경우 삭망만조위(朔望滿潮位)로 한다. |
【해설】
도시지역의 하수배제계획에서는 방류하천이나 해역의 계획외수위가 극히 중요하며, 계획외수위에서도 지장없이 하수를 배제할 수 있어야 한다.
하천의 경우는 계획홍수위, 해역의 경우에는 삭망만조위를 목표로 하면 가장 안전하게 도시지역의 하수를 배제할 수 있다. 이들 목표외수위에 대한 동수경사를 조사하여 국지침수가 발생하지 않도록 계획을 수립한다. 또한, 처리시설과 펌프장등의 중요시설은 이상수위에 대해서도 시설기능이 정지나 시설손상이 되지 않도록 대책이 필요하다.
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하수도시설의 배치, 구조 및 기능은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수도시설은 관거시설, 펌프장시설 및 처리장시설로 크게 구별된다. 하수도의 목적을 달성하기 위해서는 하수도시설의 적절한 유지관리가 필요하다.
따라서 시설의 배치, 구조 및 기능에 관한 계획의 수립시에는 계획의 규모 및 유지관리체제 등 유지관리상의 모든 조건에 따라 유지관리가 용이하고, 적정하게 이루어지는 것이 기본전제가 되어야 한다.
또한, 하수배제는 자연유하를 원칙으로 하고 있어 주요시설이 일반적으로 저지대에 위치하거나 지하에 축조되는 시설이 많기 때문에 지형 및 지질조건을 충분히 고려해서 계획하며, 토구는 방류수역의 상황을 충분히 고려하여 1.3.4에 따라 배치계획을 하는 것으로 한다.
펌프장과 처리장의 배치 및 구조는 지형, 방류수역의 상황, 소음, 대기오염 및 미관상의 문제 등에 대해서도 충분히 고려한다.
또한, 하수도시설은 몇 개의 계열로 나누어 단계적으로 시공되므로, 단계적인 정비계획을 고려하여 종합계획과의 관계로부터 가장 적절한 계열의 구분 및 시설의 배치를 할 필요가 있으며, 시공상의 조건이나 경제성에 대해서도 알맞도록 고려할 필요가 있다.
(2)에 대하여
하수도시설계획의 기본적 고려사항 중에는 경험적이고 유동적인 것이 많을 뿐만 아니라 복잡하고 예측하기 힘든 것이 있다.
한편 하수도시설의 증설 및 개조 등이 간단하게 이루어지는 것이 아니므로 이들의 변동요인에 대응하기 위하여 필요에 따라 여유를 둘 필요가 있으나, 예비와 여유시설이 중복되어 시설이 커지지 않도록 주의해야 한다.
(3)에 대하여
하수도시설은 고도의 공익시설이므로 운전관리가 정지되어서는 안되는 시설이다. 따라서 예측하기 어려운 고장 및 사고뿐만 아니라 보수 및 점검시에도 항상 일정한 기능을 유지할 수 있도록 해야 할 필요성이 있기 때문에 주요시설에 대해서는 그 기능을 보충할 수 있는 예비시설을 설치할 필요가 있다.
시설에 따라서는 동일 기능 및 능력의 시설을 복수로 하여 신뢰성, 확실성 및 안전성을 높일 필요가 있다.
(4)에 대하여
하수의 양 및 질과 시설의 운전상황을 수량적으로 파악해 이것에 근거해서 시설의 운전관리를 용이하고 효율적으로 함은 물론 장래의 계획 및 증설 등에 필요한 자료의 축적을 도모하기 위하여 제어 등을 위한 적절한 계장설비를 설치한다.
관거에서는 유량의 시간적 변화 및 비정상적인 유입상황 등을 기록하여 적절한 유지관리 및 지도를 하는 것은 물론이고, 장래의 증설을 위하여 처리분구의 접속 지점에서 유량 및 수질 등의 계측이 가능하도록 고려한다.
침사지의 사용 및 펌프의 조작 등을 명확히 하기 위하여 유입량을 계측해야 하며, 운전상황을 파악한 후 양수효율에 의하여 관리 및 보수계획을 세울 수가 있다. 한편 지역특성의 변화와 유입량의 관계는 장래계획을 위하여 중요한 자료가 되며, 방류지점의 상황도 펌프운전에 대한 중요한 자료가 된다.
처리장에서는 평상시의 운전상황, 처리효율 및 방류지점의 상황 등은 물론 가장 적절한 운전방법의 검토, 증설 및 수리 등을 위하여 처리시설의 상황(수량, 수질, 수위, 슬러지량, 동력, 공기, 가스 및 온도 등)을 계측해야 한다. 특히 냄새가 발생하기 쉬운 곳에는 악취에 대한 대책을 강구해야 한다.
처리구역의 기상상황을 대표하는 위치, 펌프장 및 처리장에서는 주요한 기상상황을 항상 관측하는 것이 바람직하다.
한편, 계장설비의 규모 및 정도는 시설에 필요한 제어항목 및 유지관리인원 등을 고려하여 경제적으로 할 필요가 있으며, 정보처리장치의 도입시에는 도입목적을 명확히 함과 아울러 적용여부를 충분히 검토하여 불필요한 적용을 피한다.
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하수처리구역내에서 발생하는 수세분뇨는 관거정비상황 등을 고려하여 하수관거에 투입하는 것을 원칙으로 한다. 또, 처리구역내에서 발생하는 수거식분뇨도 하수처리장에서 전처리후 합병처리하는 것을 원칙으로 한다. |
【해설】
수세분뇨의 하수도투입은 처리구역내의 관거상태에 따라 그 시기를 결정하며, 수세분뇨의 하수관거 투입에 앞서 반드시 관거정비가 선행되어야 할 것이다. 기존시가지 등에서 하수배제방식이 합류식인 경우에는 하수운송체계가 완벽하게 정비될 때 까지는 정화조를 설치하는 것이 불가피할 것이다. 따라서 정화조의 설치는 관거정비가 시행되기까지의 잠정적인 조치일 뿐이며, 정화조 설치를 위한 공사비 및 유지관리비 등에 따른 이중투자의 방지를 위해서도 처리구역내에서 발생하는 분뇨는 하수관거를 통하여 하수처리장으로 유입하는 것이 원칙이다. 또한, 처리구역내에서 발생하는 수거식분뇨도 하수처리장에서 전처리후 합병처리하는 것을 원칙으로 한다.
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하수도계획은 하수도법 및 도시계획에 관한 법률 등과 이들 법령에 따른 시행령 및 조례와 환경정책기본법의 수질오염에 관한 환경기준 및 기타 환경관련법규상의 규제에 대하여 충분히 고려한다. |
【해설】
하수도계획에서 각 시설의 배치, 규모, 구조 및 능력 등을 결정할 때에는 하수도법 및 도시계획에 관한 법률에 근거한 법령 및 조례와 환경정책기본법에 근거한 수질환경기준을 고려하고, 수질환경보전법, 폐기물관리법, 농어촌주택개량촉진법(마을하수도), 오수·분뇨 및 축산폐수의 처리에 관한 법, 소음·진동규제법, 대기환경보전법 및 해양오염방지법 등의 관계법령에 근거한 규제를 고려하여 계획하며, 유지관리상의 문제도 신중히 검토한다(〈참고 1－1～2〉 참조).
조사는 하수도계획의 기초가 되는 것이므로 충분한 시간을 가지고 광범위하게 필요한 자료의 수집 및 조사를 한다.
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하수도계획은 계획대상지역의 자연적 조건에 관하여 다음 사항을 조사한다.
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【해설】
하수도계획에서 유의할 점은 그 지역의 자연적 조건을 어떻게 잘 활용하는가 하는 것이다.
하수의 흐름은 자연유하를 원칙으로 하므로 자연유하에 의하여 하수배제가 가능하도록 간선계통, 펌프장 및 처리장의 배치를 결정하는 것이 건설뿐만 아니라 유지관리면에서도 매우 유리하게 된다.
하수도계획의 수립시에는 자연적 조건의 파악이 중요한 요건이 되므로, 이를 위한 자료의 수집 및 조사를 충분히 실시한다.
(1)의 ①에 대하여
간선계통의 위치, 간선과 지선과의 접속위치, 펌프장 및 처리장의 위치 등을 결정하기 위하여 도로, 구릉, 호소 및 하천 등의 위치는 물론 지반의 고저, 주요수준점의 위치와 지반고 및 등고선 간격 2m 정도의 지형도를 준비해 두어야 한다. 필요에 따라서는 지형측량을 실시하여 주요지점의 지반고 결정이나 지형도의 보정 등을 행한다.
(1)의 ② 및 ③에 대하여
간선관거, 펌프장 및 처리장 등의 위치, 기초의 결정 및 공사의 난이도 등을 판단하기 위하여 지질, 토질 및 지하수위 등을 조사한다. 특히 펌프장 및 처리장 예정지에서는 보링(boring)등의 토질조사자료 및 주변건축물의 기초침하자료 등의 조사도 실시한다. 펌프장, 처리장 및 유입관거와의 접합부분에서는 우선 부등침하에 의한 영향을 고려할 필요가 있으며, 매설관거의 부상이나 침하 등의 검사를 할 필요도 있으므로 지반침하상황이나 지하수위 등에 관한 자료를 수집하여 정리한다.
(2)의 ①에 대하여
하수방류지점의 위치 및 펌프양정 등의 결정을 위하여 조사수역의 유량 및 수위 등의 자료를 수집하여 정리한다.
하천에서는 홍수위, 평수위, 저수위, 홍수량 및 저수량, 호소에서는 홍수위, 평수위 및 저수위, 해역에서는 과거의 최고조위, 연간최고조위, 삭망평균만조위, 삭망평균간조위, 소조평균만조위 및 소조평균간조위 등을 수집하여 정리한다.
(2)의 ②에 대하여
하수배제의 역할로서 하천 및 기존배수로의 유효이용을 위하여 배수계통, 배수능력, 구조 및 배수상황 등에 관하여 조사한다.
(2)의 ③에 대하여
펌프장과 처리장에서의 방류위치, 방류수위, 펌프양정 및 방류관거의 형식(저수부지까지 방류관매설의 필요유무 검토) 등을 결정하기 위하여, 펌프장 및 처리장 예정위치부근의 하천종·횡단면도를 수집한다.
(2)의 ④에 대하여
펌프장과 처리장에서의 방류위치, 방류관거의 형식결정 및 방류수가 해역에 미치는 영향을 판단하기 위하여 펌프장 및 처리장의 예정위치부근에 호소, 해역 등의 수저지형, 어업 및 항로 등의 이용상황이나 호수 및 해수의 유속과 유량에 관한 자료를 수집한다.
(3)의 ①에 대하여
우수배제계획에 필요한 계획우수량의 산정을 위한 강우강도를 결정하기 위하여 필요한 자료이다. 일반적으로 우수배제계획은 일정한 규모 이하의 강우에 의해서는 침수가 일어나지 않을 것을 목표로 수립한다. 즉, 과거의 강우기록으로부터 안전한 크기의 강우강도를 결정하여 그 강우량에 대한 배제계획을 수립하는 것이다. 따라서 가능한 한 장기간(적어도 20년 이상)에 걸쳐 강우강도, 강우지속시간 및 강우빈도 등의 강우특성이나 강우강도별 침수상황 및 피해 등에 관하여 조사한다.
(3)의 ②에 대하여
펌프장 및 처리장에서는 주변의 주민에 미치는 소음 및 악취 등의 영향을 충분히 고려하여 계획을 수립한다. 이를 위하여 이들 예정지 부근에 대하여 적어도 계절별로 풍향 등을 조사하여, 주요풍향에 관한 자료를 수집한다.
(3)의 ③에 대하여
시설 및 설비의 계획에 있어서 하수의 수온은 중요한 설계인자가 되기 때문에 기온변동 및 인근지역의 수온 자료를 수집한다. 또, 관거의 동결이 예상되는 지역에서는 적설량 등의 자료를 수집한다.
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하수도계획시에는 조사지역에 관한 장래계획에 대하여 다음 사항을 조사하여야 한다.
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【해설】
하수도계획의 규모 및 시설의 배치 등을 결정하는 경우에 조사지역에서의 상수도, 공업용수도 등의 물이용계획, 산업개발계획, 단지조성계획 등의 각종 계획 및 이들을 포함한 상위의 개발계획을 고려하여 하수도계획의 내용을 결정한다. 따라서 하수도계획의 수립에 필요한 관련계획에 관한 자료의 조사는 가능한 한 광범위하게 하도록 한다.
(1)에 대하여
하수도계획은 인구 및 산업 등에 관하여 상당히 장기간에 걸친 예측을 통하여 이에 대응하는 규모의 시설계획을 수립할 필요가 있다. 이 예측은 과거의 통계자료를 기초로 할 뿐만 아니라 조사지역에 대하여 이미 수립되어 있는 장기계획을 고려한다.
(2)의 ①에 대하여
하수도계획구역의 결정시에 참고가 되는 것은 국토의 계획 및 이용에 관한 법률에 의한 도시계획구역 또는 군계획구역에 따른 도시지역 및 관리지역이다. 도시지역 및 관리지역을 결정할 당시 인구 및 토지이용계획 등을 고려하여 하수도계획의 규모 및 시설의 배치 등을 결정하며, 도시지역 및 관리지역에 대한 도시계획시설 및 도시기반시설의 정비계획 등을 조사할 필요가 있다.
(2)의 ②에 대하여
하수도시설의 규모 및 배치 등을 결정하기 위해서 인구 및 산업의 지역적 편재여부 즉, 부하량의 지역적 분포를 알 필요가 있다. 이를 위하여 주거, 상업, 공업, 공원 및 녹지 등의 토지이용계획에 관한 자료의 조사를 한다.
(2)의 ③에 대하여
관거는 일반적으로 도로 밑에 매설되므로 계통의 선정시에는 기존도로 뿐만 아니라 이에 관한 계획계통도 조사하여 가장 유리한 관거계통을 계획하며, 이를 위하여 조사지역의 도로계획에 관하여 계통, 폭 및 표준단면 등의 계획개요와 착수예정년도 등의 자료를 수집한다.
(2)의 ④에 대하여
하수도계획구역을 결정하거나 시설의 규모를 검토할 경우 각종 개발행위의 고려가 매우 중요하다. 따라서 조사지역에서 계획하고 있는 구획정리, 주택단지 및 공업단지 등의 개발계획상의 위치, 규모 및 계획년도 등에 관한 조사를 실시한다.
(3)의 ① 및 ②에 대하여
우수토실과 처리장의 위치, 펌프시설의 필요성과 양정결정 및 차집관거의 매설위치 등의 판단을 위하여 필요한 자료로서 우수토실 및 처리장 예정위치부근의 하천종·횡단면, 계획홍수위, 계획하상고, 계획고조위 및 공사실시년도 등에 관하여 조사한다. 또 하천의 계획홍수량, 우수배제의 계획유량 및 처리수의 방류량과의 관계를 하수도계획의 수립당시에 대한 하천계획과 충분히 조정할 필요성이 있다.
(3)의 ③에 대하여
수질환경기준은 저수량(호소에서는 저수위)에서도 달성될 수 있어야 한다. 따라서 하수도정비에 의한 수질개선검토는 저수량 또는 저수위시에 대하여 이루어져야 하기 때문에 하천에서는 계획저수량, 호소에서는 계획저수위에 관한 자료를 수집한다.
(3)의 ④에 대하여
처리방법, 펌프장 및 처리장의 위치 등을 결정하기 위해서는 하천의 계획저수량을 파악할 필요가 있다.
따라서 댐이나 취수계획 등 물이용계획 및 정화용수의 도입에 의한 유황개선계획에 관한 자료를 수집한다.
(4)의 ①에 대하여
지하매설물의 계획 및 구획정리 등 도시계획의 결정 또는 변경에 의한 지하매설물의 절단 및 교체계획 등에 관하여 충분히 조사하며, 관거계통의 결정은 계획단계에서 지하매설계획을 고려하여 경우에 따라서는 공동구로 계획하는 등의 검토를 한다.
(4)의 ②에 대하여
하수도계획구역, 간선계통, 펌프장 및 처리장의 위치 등을 결정하기 위해서는 도시계획뿐만 아니라 토지개량사업계획 등의 농업투자계획도 고려한다. 따라서 하수도계획시에는 과수원정비사업, 농업용수개선사업 등의 현황 및 계획에 관한 자료를 수집한다.
(4)의 (3)에 대하여
폐기물관리법에 따라, 생활폐기물 및 사업장폐기물 처리계획 등도 고려한다. 특히, 조사지역의 폐기물관리 종합대책에서는 생활하수처리계획이 포함되는 경우가 많으므로 관련 자료를 수집한다.
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하수도계획시에는 조사지역에서의 발생부하량과 방류예정수역의 허용부하량에 대하여 다음 사항을 조사한다.
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【해설】
하수도시설의 규모, 배제방식, 처리방법, 펌프장 및 처리장 등의 위치를 결정하기 위해서는 처리장에 유입하는 하수의 양과 질 및 방류가능한 처리수의 양과 질에 관하여 정확히 파악할 필요가 있다.
(1)의 ①에 대하여
하수도시설의 용량을 결정하기 위하여 필요한 자료로서 1인1일급수량 및 각 지역별로 가정용, 상업용 등 용도별 급수량과 사용량에 관한 자료를 수집할 필요가 있다.
(1)의 ②에 대하여
공업용수량은 하수도계획에서 시설규모에 큰 영향을 미치므로, 조사지역의 공장에 대한 공업용수도의 급수현황 및 계획뿐만 아니라 지하수 사용량에 관하여 조사한다.
또 장래에는 공장내에서의 회수 및 재이용 등 물사용과정의 개선에 의하여 단위생산량당 물사용량이 감소하는 경우가 있으므로, 업종별 단위생산량당 물사용량의 연간변화 및 장래예측에 관한 자료에 대하여 조사한다.
(1)의 ③에 대하여
하수도계획은 장기에 걸친 예측을 기초로 하여 계획구역 및 시설규모 등을 결정한다. 따라서 장기예측을 하기 위해서는 인구, 공장출하액, 농림 및 축산 등에 관한 도시별 통계자료를 수집한다. 또, 마을하수도계획의 수립시는 규제미만의 가축사육현황 및 계획을 별도로 조사 수집한다.
(1)의 ④에 대하여
하수도는 계획구역내의 가정, 공장 및 사업장으로부터의 하·폐수를 모두 수용하여 처리할 수 있어야 한다. 그러나 특별히 많은 양의 폐수를 배출하는 공장이나 하수처리에 악영향을 미치는 수질의 공장 및 사업장에 대하여는 우선 하수도계획에서 제외시키거나 혹은 일정한 수질까지 공장자체에서 처리한 후 수용할 것을 계획수립당시에 검토하여 두어야 한다. 따라서 계획구역내의 주요한 공장 및 사업장에 대하여는 수량, 수질, 업종, 생산액 및 주요제품 등에 관해 조사하여야 한다.
(1)의 ⑤에 대하여
계획구역내 온천 등의 다량의 관광오수가 예상되는 경우에는 위치, 수, 양수수량, 수질, 용도 등에 관한 조사를 한다. 또, 연간 관광객의 변동 및 숙박객과 당일관광객 분석 등의 조사가 필요하다.
(1)의 ⑥에 대하여
지하수를 많이 이용하는 지역에서는 ⑤와 같은 방법의 조사가 필요하다.
(1)의 ⑦에 대하여
오염부하량 원단위는 지역에 따라 다르므로 대상구역 및 인근지역의 조사 및 기존자료를 수집한다. 원단위의 종류 및 산출방법에 대해서는 1.6.3을 참조한다.
(2)의 ①에 대하여
하수도계획의 수립시에는 하수도정비에 의하여 공공수역의 수질이 어느 정도 개선되는가에 대하여 검토할 필요가 있다. 즉 유역내에서 발생하는 오염물질량 중 얼마가 공공수역에 유출되고 있는가를 파악한다. 이렇게 유출오염물질량의 현황을 파악하여 장래예측을 위한 기초자료로 이용하므로 수질현황 및 수질측정시의 유량에 관한 자료를 수집하여 분석한다. 수질은 적어도 BOD 및 SS에 관하여 조사하며, 필요에 따라서는 질소 및 인에 관한 자료를 수집한다.
(2)의 ②에 대하여
하수도의 중요한 기능중의 하나는 공공수역의 수질보전이므로 하수도계획에서는 방류수역의 수질환경기준을 고려하여 배제방식, 처리방법 및 방류지점의 위치 등을 결정한다.
(2)의 ③에 대하여
방류지점과 우수토실의 위치, 희석배율, 처리방법결정 및 필요지점에서의 하천저수량의 추정 등을 위하여 취수지점의 위치, 취수목적(상수도, 공업용수도 및 농업용수 등), 취수량, 확장가능성, 새로운 취수계획 및 기타의 물이용에 관한 자료를 조사한다.
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조사지역의 기존시설에 관하여 다음 사항을 조사한다
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【해설】
(1)에 대하여
간선관거의 위치선정시에는 이미 설치되어 있는 지하매설물을 피하는 것이 바람직하므로 상수도관, 가스관, 공업용 수도관, 지하철, 전기 및 전화선 등 지하매설물에 관하여 충분히 조사한다.
(2)에 대하여
이미 설치되어 있는 하수도시설을 충분히 조사하여 하수도계획에 유효하게 이용한다. 이를 위하여 이미 설치되어 있는 하수도시설의 배수계통, 배수능력 및 구조 등에 대하여 조사한다.
(3)에 대하여
조사지역의 분뇨 및 축산폐수의 처리시설의 현황과 녹·농지환원 및 해양투입처분 등의 자료를 수집한다.
또한 오수정화시설, 분뇨처리시설 및 축산폐수정화시설 등이 있는 경우에는 장래계획 및 하수도정비가 완료된 후의 시설처분 등에 관해 조사하여, 하수도정비후 조사지역내 수역의 수질예측을 위한 자료로 활용한다. 또한 정화조 등의 이용상황에 대하여도 함께 조사한다.
(4)에 대하여
간선계통, 펌프장 및 처리장의 위치결정을 위해 필요한 자료로서 도로에 관해 폭, 표준단면, 포장상황, 교통량, 교통규제상황 및 우회도로의 유무 등을 조사한다.
(5)에 대하여
하수도계획시에 시설배치를 결정하기 위해 조사할 필요가 있는 기존시설로서 철도, 역, 인터체인지 및 전주(특히 고압철탑) 등의 현황에 관해 자료를 수집한다.
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하수의 자원화 및 시설의 유효이용에 관해서는 다음 각항을 조사한다.
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【해설】
(1)에 대하여
처리수의 재이용계획은 1.7을 참조한다.
처리수의 재이용을 위해서는 물의 수급 및 이용상황의 자료를 수집하여 처리수의 재이용의 필요성을 조사한다. 또한, 타지역의 처리수 재이용추진을 위한 각종 모델사업에 관한 사례도 조사한다.
(2)에 대하여
슬러지의 이용에 대해서는 1.8.2에 제시한 것과 같은 사례가 있다. 슬러지의 이용을 위해서는 해당지역의 슬러지이용 가능성, 유통경로 및 이용의 계속성 등에 대해서 조사한다. 또한, 타지역의 하수슬러지 자원이용 사례도 조사한다.
(3)에 대하여
하수처리장이나 펌프장의 상부공간은 과밀한 도시의 경우 귀중한 여백공간(open space)이다. 이들을 종합적으로 활용하는 것이 중요하다. 시설의 상부이용으로서는 1.10.5에 제시된 것과 같이 시설 및 공원으로서 이용하는 경우가 많다.
그외, 관거시설에 관해서도 다목적 이용사례가 있기 때문에 이용 및 가능성에 대해서 조사한다.
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하수도계획시에는 필요에 따라 다음 사항을 조사한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수도계획시 시설배치는 문화재나 사적에 악영향을 미치지 않도록 충분히 유의한다. 또한 계획수립시에는 조사지역에 관한 사서(史書) 및 향토지 등을 수집·조사하여 발굴되었거나 혹은 확인되고 있는 문화재 뿐만 아니라 그 지역의 다른 문화재 및 사적존재에 대하여 충분히 검토한다.
(2)에 대하여
조사지역에 발생했던 지진에 대하여 규모, 피해상황(특히 토목구조물) 및 그 지역의 최고진동수 등의 조사를 실시하여 펌프장 및 처리장의 설계자료로 이용한다.
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계획우수량은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
합리식은 식(1.5.1)로 표시된다.
식(1.5.1)을 적용하는 과정이 〈그림 1.5.1〉이다.
식(1.5.1)은 〈그림 1.5.1〉에서도 잘 나타나 있듯이 계획대상지역의 도시계획이나 강우특성 등을 계산과정에 포함시키므로 최대계획우수유출량의 산정에 많이 사용하고 있다.
합리식에서 사용하고 있는 강우강도공식의 형태는 다음과 같은 것이 있다.
가)～라)에 대하여 실측자료와의 적합도를 검정해 보면, Talbot형은 곡선의 굽은 정도가 적은 성질을 가지고 있으며, Sherman형 및 Hisano·Ishiguro형은 굽은 정도가 심하다. Talbot형은 지속시간 5～120분 사이에서 Sherman형 및 Hisano·Ishiguro형보다 약간 안전한 값을 얻을 수 있다. 여기서 유달시간이 짧은 관거 등의 유하시설을 계획할 경우에는 원칙적으로 Talbot형을 채용하는 것이 좋다. 또, 24시간 우량 등의 장시간 강우강도에 대해서는 Cleveland형이 가깝다. 저류시설 등을 계획하는 경우에도 Cleveland형을 채용하는 것이 좋다.
강우강도공식에서의 상수결정을 위한 엄밀한 계산은 강우지속시간으로 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 120분에 대응하는 최저 8조의 강우자료를 N년간(적어도 20년간 이상) 수집해, 확률계산을 통하여 동일확률년치를 5, 10, …, 120분으로부터 한 개씩 취하는 최소자승법에 의해 상수를 결정하는 방법이나, 자료가 충분치 못한 경우가 많으므로, 특성계수법에 의해서 결정해도 된다. 특성계수법이란 10분 우량과 60분 우량만을 이용하여 강우강도곡선식을 결정하는 방법이다. 계산식은 식(1.5.6)과 같다.
즉, 10분과 60분 우량으로부터 βN10은 쉽게 결정되며, βN10으로부터 a′, b가 구해지므로 IN은 간단히 구할 수 있다.
(2)에 대하여
총괄유출계수의 산정식은 식(1.5.7)과 같다.
토지이용도를 크게 나누면 침투역 및 불침투역의 두 가지가 있으며, 전자는 토질이나 식생 등에 의해 후자는 관거와의 접촉정도에 의해서 유출계수가 달라진다. 따라서 토지이용형태는 다시 세분화되며 세분화된 기초표면형태의 유출계수를 기초유출계수라 부르며, 여러 가지 사실을 실태적으로 고려한 토지이용도별 기초유출계수의 표준값은 〈표 1.5.1〉과 같다.
토지이용도별 구성은 불침투역에 대하여 용도지역별 건폐율, 도로율 및 포장율 등에 의해 엄밀하게 결정될 수 있다. 식(1.5.7)은 이와 같은 엄밀한 토지이용도별 구성을 기초로 하여 모든 기초표면 형태로부터의 유출을 합하여 구하는 유출계수로서 안전하게 사용할 수 있다(〈표 1.5.2〉 참조).
그러나 유출계수는 크기가 지면경사, 피복상태, 요부저류(요부저류), 유역형상, 지표류 속도, 침투, 토양함수조건, 선행강우조건, 강우강도 등에 따라 영향을 받는다. 유역이 산지와 같은 급경사이면 유출계수는 크게 되고 평탄지역이면 적게 된다. 피복상태가 초지인 경우에서도 보다 포장상태에서 그리고 선행강우로 토양이 습윤상태이면 유출계수는 크게 된다.
도시에서의 침수지역은 대부분이 하천연안의 저지대로서 주변의 시가화된 상류지역으로부터의 증가된 지표유출수가 저지대로 유입되어 일시적으로 정체되어 침수가 발생하고 있다. 이러한 상황에서 시외지역의 신시가지의 개발 및 호우터 잠식, 재개발, 미개발지의 개발형태의 도시화로 인하여 불투수지면의 면적이 크게 증가함에 따라 강우의 유출체적이 크게 증가하고 특히 집중호우성 강우의 지속시간이 길어짐에 따라 토양의 침투가 감소하여 유출이 증가한다.
그러므로 최근의 강우양상과 불투수면증가에 의하여 증대되는 우수유출량에 대처하기 위해서는 유출계수가 해당지역의 세분화된 토지현황을 정확하게 반영할 수 있도록 현실화시켜야 한다. 유출계수가 토지이용현황을 정확하게 반영할 수 있도록 〈표 1.5.2〉의 유출계수표준값과 하수도정비 기본계획변경(서울시, 2002)의 용도별 기초유출계수를 기초로 하고 토지이용을 크게 도시화지역과 녹지 및 오픈스페이스지역으로 나누어 세부적으로 분류한 11개 항목에 대하여 유출계수를 제시하면 다음과 같다.
또한 유출계수는 강우가 지속적으로 오는 경우 지반은 초기강우로 인하여 습윤상태를 유지하게 되고 시간이 경과함에 따라 증가되어 유출량은 늘어나게 되므로 장기강우에 대한 유출량은 토지용도만으로 산출된 유출계수와 차이가 있을 수 있다. 그러므로 상습침수지역의 경우에는 침수피해를 최대한 줄일 수 있도록 기초유출계수를 표준값 범위에서 중간값이상이나 상한값을 적용하는 방법과 유출모형에 의한 지표면유출분석을 실시하여 검토된 유출율과 비교·검토하여 총괄유출계수를 산정하는 방법도 검토가능하다.
(3)에 대하여
확률년수는 5～10년을 원칙으로 한다. 그러나 반드시 전지역이 일정치 않고 지역의 중요도나 배수구역의 크기 등 여러 가지 여건을 고려하여 확률년수를 다르게 하거나 근간적인 시설에 대해 확률년수를 크게 취하는 것은 방재상 필요하며 가능한 경제적인 면과 방재적인 면을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다. 특히 확률년수 5～10년에 대해 최근의 국지성 집중호우에 대처가 어렵고 침수피해를 입는 지역이 증가하고 있으므로 신규개발지역은 합리적인 규모내에서 확률년수를 상향조정하고 기존의 시설물에 대한 상향조정이 어려운 지역에 대해서는 하천계획을 고려하여 하수도시설만이 아니라 우수유출저감시설을 포함한 도시시설과 일체로 된 우수배제계획을 검토할 필요가 있다.
확률계산법으로서는 Thomas plot법, Hazen plot법 및 이와이(岩井)법 등이 일반적으로 쓰이고 있으나, 어느 방법으로 계산하여도 비슷한 값을 얻을 수 있으므로, 가장 간단한 Thomas plot법의 사용을 원칙으로 한다.
확률계산에는 적어도 20년 이상의 자료가 필요하나 우리나라에서는 전체적으로 자료의 정비가 미흡한 실정이다.
자료정비법에는 매년최대값법(통계기간에서의 연간 최대값을 취하여 모집단으로 하는 방법)과 비매년최대값법(통계기간내에서 최대값순으로 통계년수의 수만큼 취하여 모집단으로 하는 방법)이 있으나, 20년간의 자료가 없는 경우에는 비매년최대값법에 의하는 것을 원칙으로 한다.
비매년최대값법에 의하지 않는 경우에는 확률년수를 1년 증가시킴으로서(즉, 5년인 경우 6년으로 함) 자료부족에 의한 확률년수의 감소를 보완하도록 한다.
〈계산 예〉 확률강우강도의 산출법
어떤 지역의 26년간의 자료로부터 1년간 강우강도의 매년최대값을 조사하여 1순위로부터 순서대로 81, 63, 62, 60, 52, 51, 50, 50, 49, 46, …, 20을 얻었다. 식(1.5.8)의 Thomas plot을 이용하여 5년 확률강우강도를 구해보면 아래와 같다.
따라서 식(1.5.8)에 J와 N값을 대입하여 〈표 1.5.4〉 및 〈그림 1.5.2〉를 얻었다.
〈그림 1.5.2〉는 대수확률용지를 이용하여 〈표 1.5.4〉의 P와 강우강도값과의 관계를 나타낸 것이다.
이론적 경향선은 최소자승법을 이용하는 것이 일반적이지만, 수문량의 특성 때문에 근사적인 직선을 이용하여도 큰 차이는 나지 않는다. 따라서 5년 확률을 구하는 경우에는 매년최대값을 이용하였기 때문에 5년에 1년을 더한 6년 확률, 즉 P＝1/6＝0.167에 대응하는 경향선상의 강우강도를 구하면 59mm/h이 된다.
(4)에 대하여
우수유출의 유하현상은 홍수이동의 현상이므로 유달시간은 이를 고려하여 구한다.
유입시간의 표준값으로 〈표 1.5.5〉의 값이 사용되는 것이 보통이나, 유입시간은 최소단위배수구의 지표면거리, 경사 및 조도계수 등에 의해서 변화한다.
한편, 유입시간을 산출하는 산정식으로서 Kerby식이라고 부르는 식(1.5.9)의 것이 비교적 많이 쓰이고 있으며, 〈표 1.5.6〉에 지체계수 n 값을 보이며 계산 예는 〈표 1.5.7〉과 같다.
이론적으로 유입시간을 구하는 방법은 특성곡선법에 의해 근사적으로 구하며 식(1.5.10)에 나타낸 스에이시(未石)식에 의한다.
유입시간은 최소단위배수구의 특성을 파악하여 이상과 같은 계산식에 의해 구하는 것을 원칙으로 한다.
유하시간은 관거구간마다의 거리와 계획유량에 대한 유속으로부터 구한 구간당 유하시간을 합계하여 구한다. 이를 위해서는 가상적인 관거의 배치와 크기가 필요하다. 이 배치와 크기는 평균유속이 0.8～3.0m/s가 되도록 하며, 하류로 갈수록 경사는 완만하고 유속은 빠르며, 소류력(掃流力)을 크게 할 수 있도록 배려하여 결정하되 몇 번이고 계산을 반복하여 계획관거를 결정한다.
그리고 관거내의 유수를 등류(等流, uniform flow)로서 계획유량에 대응한 유속에 의해 산정하는 것을 원칙으로 하나, 관거내의 유량 및 수위 등은 시간에 따라 변동하므로 계획유량에 대응한 유속보다 첨두유량의 이동속도를 사용하는 경우도 있다.
즉, 유하시간의 산정식은 식(1.5.11)과 같다.
(5)에 대하여
배수면적은 비교적 경사가 있는 지역은 정확하게 지형도에 의해 구한다. 그러나 평탄한 지역에서는 배수경계를 지형도만으로는 구하기 곤란하며, 이 경우 도로 배치나 경사, 기존도로나 하천의 위치 및 흐름방향 등을 답사에 의해 충분히 조사하여 배수경계를 확정할 필요가 있다. 배수경계에 걸쳐 있는 특정용도의 토지이용, 즉 공장이나 공원 등에 대해서는 그 부지내의 배수로계통 등에 의해 배수구역에 유입할 필요가 있는 경우와 없는 경우가 있으므로 충분히 조사해 둘 필요가 있다. 또 장래의 개발계획에 의해 유역변경이 생기는 경우가 있으므로 이에 대해서도 검토해 두어야 한다.
배수면적은 정확히 구할 수 있는 유일한 요소이며, 유량에 비례적으로 영향을 미치므로 신중히 검토한다.
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관거시설의 계획은 다음사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
관거의 능력을 결정하는 경우에는 우수관거에 합류하는 계획우수량을 기초로 한다. 즉, 합류식 관거에 있어서는 계획우수량과 계획시간최대오수량을 더한 값으로 한다.
(2)에 대하여
관거는 자연유하를 원칙으로 하기 때문에 일반적으로 지형에 따라 배치계획을 하여야 한다. 지형, 지질, 도로폭원 및 지하매설물 등의 상황을 충분히 고려하여 수두손실을 최소로 하도록 배치를 하여야 한다.
암거(暗渠)의 경우는 개거(開渠)와는 달리 처음부터 매설깊이만큼 수두가 손실되는 단점이 있으므로 더욱 그러하다. 따라서 우수를 수직으로 떨어뜨리는 계통이나 구조는 가능한 한 피해야 한다. 그리고 관거배치에 대한 제약이 많고 바람직한 계통이나 구조를 선택할 수 없는 경우라도 동수경사선이 지표면 위에 오지 않도록 한다.
따라서 지표면 위에 오는 경우에는 관거의 단면을 크게 하는 등 필요한 방법을 강구해야 한다. 이와 같은 방법으로 처리할 수 없는 경우에는 방류점이나 접합점의 위치변경 및 계통의 변경 등을 한다. 이상의 검토로도 불충분한 경우에는 압력관으로 함과 아울러 우수가 분출하지 않도록 필요한 대책을 강구해야 한다.
(3)에 대하여
관거는 우수가 항상 적정한 유속으로 지장없이 흐를 수 있도록 단면적, 단면형상 및 경사 등을 정해야 하며, 특히 관거내에 침전물이 퇴적하지 않도록 고려할 필요가 있다. 특히, 관거를 우수저류관으로서 계획하는 경우에는 침전물이 퇴적하지 않도록 고려할 필요가 있다. 또한, 관거의 분·합류점, 굴곡부 및 맨홀 등에서의 에너지 손실을 가능한 한 작게 하도록 배려한다.
(4)에 대하여
우수배제 계획구역내에 기존의 배수로가 있는 경우에는 그 이용을 고려할 필요가 있다. 그때에는 배수로의 계통, 능력, 구조 및 장래계획에 대하여 충분히 고려한다.
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펌프장시설의 계획은 다음 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
펌프에 의한 배수구역은 원칙적으로 방류수역의 계획외수위를 기준으로 하여 동수경사선을 끌어 이것이 지표면에 나타나는 구역으로 한다. 즉, 계획외수위까지 수위가 상승되지 않을 때에는 자연배수가 가능한 경우이므로 펌프장을 통과시키지 않는 우회수로로 우수의 자연배수를 하는 것도 고려할 필요가 있다. 일반적인 펌프장의 입지조건 등으로는 1.6.6을 참조한다.
(2)에 대하여
빗물펌프장의 용량은 계획우수량을 신속하게 배제하도록 계획하며, 미리 우수저류관으로 계획한 경우를 제외하고는 관저류는 고려하지 않는다. 또, 합류식 하수도의 경우에는 차집량을 고려한다(3.1.1을 참조).
(3)에 대하여
펌프장의 위치는 구역내에서 낮은 곳에 설치하는 경우가 많으므로 우천시에 침수로 인해 기능이 정지되지 않도록 계획할 필요가 있다. 계획외수위 이하의 벽은 방수성으로 한다. 또한, 침사지 등에서 물이 차오르지 않도록 배려를 하며, 특히, 전기관련 기기는 절대침수되지 않도록 높은 위치에 설치할 필요가 있다.
(4)에 대하여
펌프장은 경우에 따라서 유입관이 깊게 되고 방류관연장이 길게 되어 건설비측면에서 불리하게 되므로 합리적으로 집수할 수 있는 위치를 선정하는 것이 중요하다.
또한 펌프의 배수는 충분한 배수능력이 있는 방류수역을 확보하는 것이 중요하다.
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우수배제계획시에는 우수유출저감대책에 대해 검토하고 필요에 맞게 시설계획에 반영한다.
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【해설】
최근 도시의 재개발, 도시주변의 시가화촉진 등에 따라 시가지의 경우 우수의 침투면적이 감소하고 우수의 유출량이 증가하는 동시에 단기간에 우수가 유출하고 있다. 이 때문에 우수배제계획의 수립에 있어서는 이제까지 시행하던 하천개수나 하수도정비에 의해 우수를 신속히 유출시키는 우수배제대책에 더해서, 우수를 저류 또는 침투시켜 되도록이면 우수를 천천히 유출시키거나 감소시키기도 하는 우수유출억제대책에 대해서도 검토를 할 필요가 있다.
(1)에 대하여
우수배제계획은 우수유출첨두량에 대응하는 것을 원칙으로 하고 지역실태 등을 반영하여 수립한다. 우수유출첨두량에 대응하는 것이 어려운 지역은 우수유출저감을 포함한 계획을 수립한다.
방류지점 수위의 영향을 받는 경우나 국지적인 기복이 있는 지역은 필요에 따라 등류 또는 부등류계산에 의하여 관거의 단면·종단계획을 수립한다. 기존 설치 관거가 있는 경우는 통수능력을 평가하고 부족한 경우에는 ① 배수구역의 변경, ② 관거 증설, ③ 조절지 등에 의한 첨두량의 저감, ④ 단면의 확장과 같은 대체안을 수립한다. 이들 대체안은 첨두량을 관거에 의하여 순간에 유하시키는 것으로 관거 증설이나 조정지는 보완적 역할을 하는 것으로 하며, 이 경우의 분수량이나 조정지에 의한 첨두량의 저감효과는 합리식 등을 이용하여 산정한다.
그러나 밀집된 시가지는 계획한 단면으로 관거를 시공할 수 없거나 큰 관경으로 관거연장을 길게 하는 것보다 상류에 유출저감시설을 설치한 경우가 경제적이고 방류지점의 하천하류의 통수능에 제약이 있는 경우에는 필요에 따라서 우수유출저감시설을 도입하여 우수배제를 계획한다. 또한 우수배제시설은 관거, 펌프, 저류시설, 토구가 일체가 되어 기능하는 것이고, 배제계통전체에 대한 종합적인 판단을 근거로 하여 개개의 시설능력을 결정해야 한다.
(2)에 대하여
우수유출량의 저감(억제)방법은 우수저류형과 우수침투형으로 크게 나눌 수 있다(〈그림 1.5.3〉 참조).
우수저류형은 우수유출총량은 변하지 않으나 유출량을 평균화시켜 첨두유출량을 감소시키는 효과를 발휘한다. 이 저류형에는 강우장소에서 우수를 저류하는 onsite저류(공원내 저류, 학교운동장내 저류, 광장내 저류, 주차장내 저류, 건물사이내의 저류, 집사이내의 저류 등)와 유출한 우수를 집수하여 별도의 장소에서 저류하는 offsite저류(우수조정지, 다목적유수지, 우수저류관 등)가 있다.
우수배제계획에 있어서 기존시설을 증강하는 경우에는 주변의 토지이용상황 등에 따라 우수조정지, 우수저류관 등의 저류시설을 계획하는 것이 많다.
우수침투형은 우수를 지중에 침투시키므로 우수유출총량을 감소시키는 효과를 발휘한다. 이 침투형에는 침투받이, 침투트렌치, 침투측구, 투수성포장 등이 있다.
이러한 우수유출저감책은 합류식하수도의 우천시 월류수대책으로서도 유효하다. 또한, 침투시설은 도시의 경우 지하수 함양대책으로도 이용할 수 있다. 한편, 우수유출량의 저감은 시설의 대응뿐만 아니라 유출수가 관거에 유입하기 이전에 우수량을 감소시키는 대책을 포함한 토지관리가 필요하고, 개발행위에 대한 유출저감을 위해서 행정의 적절한 지도 및 계도외에 하천, 도로 및 공원시설 등에 대한 대응 등, 행정간의 연대를 빈틈없이 하고 종합적인 치수행정체로 검토하는 것이 중요하다.
(3)에 대하여
우수유출저감을 계획할 때에는 우수유출첨두량을 어느 정도까지 저감시킬 것인가를 설정하고 유출량의 시간적 변화를 나타내는 유출수문곡선을 산출하며 유출저감시설의 저류량과 침투량을 산정한다. 우수유출저감방법을 검토할 때는 중앙집중형 등의 단기강우만이 아니라 장기강우 및 침수피해가 발생한 대표적인 기왕 실강우도 고려하여 계획강우를 설정하는 것이 바람직하다.
유출수문곡선의 산출방법은 우수유출첨두량을 산출하는 합리식과 도시지역의 유출현상을 잘 나타내는 것으로 알려진 ILLUDAS, SWMM이 있으며, 이들 모형 중에서 지역특성에 맞는 유출모형으로 한다. 저류시설은 유출수문곡선과 허용방류량 및 방류방법에서 소요저류량을 산정하고, 침투시설은 유출수문곡선에서 지역에 설치하는 침투시설의 침투량을 제외하여 산정하는 방법이 있다.
위의 방법에 의하여 유출저감시설의 위치와 규모를 결정하고 우수유출첨두량의 저감상태를 파악하고 하수관거의 통수능과 조합이 잘 이루어지고 있는지 재확인하여야 한다. 또한 기존시설의 계통이 복잡하게 분합류되어 있는 경우에는 시시각각 변하는 유량과 수위를 동시에 산정할 수 있는 부정류 해석을 실시하여 기존 관거의 통수능을 평가하고 저류시설용량을 산정할 수 있다.
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도시화에 의해 우수유출량이 증대하고, 하류시설의 유하능력이 부족한 경우에는 필요에 따라 우수조정지의 설치를 계획한다. |
【해설】
도시화에 의해 우수유출량이 증대하여 하류의 시설 및 수로 등의 능력을 높이기 곤란한 경우에는 우수조정지를 계획하는 경우가 있다. 특히, 대규모 신시가지 개발에 의한 우수유출량의 제어나 지형이 경사가 급한 지역에서 평탄한 지역으로 변하는 지점에서의 침수대책으로 우수조정지가 유효한 방법이 될 수 있다.
우수조정지의 구조에 대해서는 공원, 건물 및 기타시설의 지하에 설치하거나, 기존의 연못을 이용하는 것 외에 댐이나 웅덩이 및 관내저류 등에 의한 방법도 생각할 수 있으므로 지역실정을 고려하여 결정한다(2.8 참조).
또한, 합류식하수도에서 우수조정지를 설치하는 경우에는 취기대책 또는 침전슬러지의 대책 및 배수방법에 대해서도 고려하여야 하며, 질적 제어를 목적으로 우수체수지로서의 복합이용의 가능성에 대해서도 검토할 필요가 있다.
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계획인구는 계획목표년도에서의 계획구역내 발전상황을 예측하여 다음 사항을 기초로 하여 정한다.
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【해설】
계획인구는 하수도계획에서 시설규모와 계획유입수질 산정에 기초가 되는 것으로서 계획구역에 관한 도시계획 및 기타 장기계획을 참고로 하여 계획구역내의 계획총인구 및 그 분포상황으로 추정한다. 또한 과거 및 장래의 인구동향을 정확하게 파악하여 인구가 과대하게 산정되지 않도록 유의한다.
(1)에 대하여
계획총인구는 국토계획 및 도시계획 등에 의해 예측된 장래인구와 계획구역내의 행정구역단위별로 과거의 인구증가추세를 고려하여 결정한다.
이와 같은 계획이 결정되지 않은 경우나 목표년도의 인구가 정해지지 않은 경우에는 행정구역 단위별로 과거의 인구변동실적을 기초로 하여 계획구역의 성격에 따라 ①～⑤의 방법 중 계획구역의 성격에 가장 잘 부합하는 방법 하나를 택하여 계획목표년도의 인구를 추정한다.
인구급증지역이나 인구감소지역에서 인구추정치를 결정하는 경우에는 각종 개발계획 등에 의한 인구증가 및 기타 특수한 요소를 충분히 고려하여 결정한다.
(2)에 대하여
계획구역내의 인구분포는 토지이용계획상의 용도지역별 인구를 참고로 하여 계획총인구를 배분하지만 이미 결정되어 있는 용도지역에 인구를 수용할 수 없는 경우에는 용도지역이 확대될 것을 예상하여 계획구역을 재검토할 필요가 있다.
(3)에 대하여
인구는 일반적으로 상주인구(야간인구)를 의미하나 주간의 인구유입이 현저한 관광지역, 상업지역 등에서는 계획오수량의 추정에 큰 영향이 있으므로 주간인구를 고려할 필요가 있다. 주간인구는 사무소 및 사업장 등 취업자수의 실적 또는 건물의 연면적당의 취업자수 등을 근거로 하거나 유사지역의 주간인구의 예를 참고로 하여 추정한다. 또한 관광지역에서는 이용자수가 연간을 통하여 일정하지 않고 대부분의 경우 이용자가 집중하는 시기가 있다. 이러한 지역에 대해서는 성수기의 이동인구를 추정할 필요가 있다. 처리시설에서는 성수기의 인구만이 아니라 그 시기의 주간의 변동, 성수기의 지속기간, 비수기의 인구 등의 영향도 중요하므로 파악하도록 한다. 계절적인 관광인구 등의 이동인구는 일귀가와 숙박으로 나누고 과거의 실적, 장래의 동향, 숙박시설의 수용능력, 관광개발계획 등을 조사하여 추정한다.
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계획오수량은 생활오수량(가정오수량 및 영업오수량), 공장폐수량 및 지하수량으로 구분해 다음 사항을 고려하여 정한다. 또한, 마을하수도계획시는 필요한 경우 가축폐수량을 고려할 수 있다.
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【해설】
하수도계획의 대상이 되는 오수는 계획구역내의 일반가정, 사무소, 공장 및 사업장 등에서의 생활, 영업 및 생산활동에 의해 발생하는 오수, 폐수, 지하수 및 기타 배수량으로 분류되므로, 계획오수량을 정확히 결정한다는 것은 매우 어려운 문제이나 신중을 기하는 것이 필요하다.
또한, 오수는 시간 및 계절에 따라 변동하므로, 이러한 변동은 시설설계시에 중요한 변수가 된다. 특히, 온천, 해수욕장 및 행락지 등의 관광지에서는 변동이 현저하기 때문에 매우 신중해야 한다.
(1)에 대하여
생활오수량은 계획목표년도에서 계획지역내 상수도계획(목표년도내에 상수도계획이 없는 경우는 계획예정)상의 1인1일최대급수량을 기준으로 하여, 상수도급수량중 일부는 누수로 손실되거나 사용 후 지하침투 및 증발 등에 의해 손실되는 량을 고려하여야 하는데 과거의 통계 및 조사 등에 의한 1인1일최대급수량에 이들 요인을 감안하여 1인1일최대오수량을 산정한다.
1인1일최대오수량 산정시에 정부의 물수요관리정책으로 1인당 1일 급수량은 '97년을 정점으로 409l에서 2002년도 362l까지 꾸준히 감소하고 있고, 또한 2000년부터 추진하고 있는 물절약종합대책과 2004년의 시·도별 물수요관리종합계획인 절수기기 및 중수도설치 의무화, 수도요금 현실화에 의하여 물사용량이 계속해서 저감되고 있는 것을 고려할 필요가 있다.
우리나라의 도시규모별 보급율 및 1인1일평균급수량의 예가 〈표 1.6.1〉에 나타나 있으며, 일본에서의 용도지역별 영업오수율의 예가 〈표 1.6.2〉에 나타나 있다.
(2)에 대하여
계획구역내의 공장폐수는 공공수역의 수질오염방지를 위해 하수도에서 수용하는 것을 원칙으로 하나, 직접하천 등에 방류해도 지장이 없는 경우를 제외하는 경우도 있으나 호우시 무단방류 등 이를 상시 보증할 수 있는 방법이 상당히 어려운 일이며 감독자나 관리자에게 상당히 부담스러운 일이므로 공동처리구역으로 지정된 경우를 제외하고는 하수종말처리시설로 유입처리하는 것이 바람직하다.
일반적으로 중·소규모의 공장이나 사업장은 상수도에 의해 급수되며, 이들의 폐수는 생활오수량에 포함된다. 그러나 공업용수 및 지하수 등을 사용하고 있는 공장 등에서는 그 폐수량이 많은 경우가 일반적이므로, 개별적으로 폐수량을 조사하고 장래의 설비투자계획 등을 참고로 하여 폐수량을 예측한다.
또한 공장유치계획 등에 의해 공장의 업종 및 규모 등이 분명한 경우에는 개별적으로 폐수량을 추정한다.
기타 공장 등의 폐수량에 대하여는 출하액당 용수량 또는 공장의 부지면적당 용수량과 이들의 연간변화를 구하여 업종별로 장래 폐수량의 추정을 한 후 안전율을 고려하여 정한다(〈참고 1.3〉 참조).
(3)에 대하여
분류식의 오수관거에서 지하수의 유입은 바람직하지 않으므로 설계 및 시공시에 그 양을 최소한도로 억제하도록 노력하나, 완전히 방지한다는 것은 기술적으로 거의 불가능한 실정이다.
그 양은 관거연장 1m당 또는 배수면적 1ha당의 양(㎥)으로 표시하나 토질, 지하수위, 관거의 연결 및 공법 등에 따라 다르므로 표준치는 정해져 있지 않지만, 경험적으로 1인1일최대오수량의 10～20%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 지하수외에 맨홀 및 우수받이 등의 오접에 의해 다량의 우수가 오수관거에 유입될 염려가 있으며, 우천시에는 오수량의 몇 배에 달하는 유량이 흐르는 경우도 있는바 이 문제는 분류식의 가장 큰 난점으로서 맨홀뚜껑의 구멍을 없애거나, 시공상의 주의 또는 배수설비의 검사철저 등에 의해 방지할 수밖에 없다.
그리고 기타의 오수량으로서 온천지에서의 온천폐수 혹은 가축폐수 등을 고려하지 않으면 안되는 경우도 있다.
(4)에 대하여
계획1일최대오수량은 처리시설의 용량을 결정하는데 기초가 되는 수치로 1인1일최대오수량에 계획인구를 곱한 후 여기에 공장폐수량, 지하수량 및 기타 배수량을 더한 것으로 한다.
(5)에 대하여
유량의 시간적 변동이나 갑작스런 증가에 의한 부하량에 대하여 계획1일평균오수량에 의한 용량으로는 부족하므로 계획1일최대오수량을 처리시설의 기본량으로 한다.
오수량의 일간변화는 대개 중·소규모의 하수도에서는 크므로 계획1일평균오수량은 계획1일최대오수량에 대해 중·소규모의 하수도에서는 70%, 대규모에서는 80% 정도이다. 또, 공장폐수가 차지하는 비율이 큰 경우에는 그 변화정도를 고려할 필요가 있다.
(6)에 대하여
계획시간최대오수량은 관거 및 펌프장의 용량을 결정하는 기본량이다. 오수량의 시간적 변동은 소도시나 주택단지 등에서 특히 두드러지며, 계획1일최대오수량의 1.5～1.8배, 소규모나 관광지 등에서는 2배 이상에 달하는 수도 있다.
한편, 대규모하수도에서는 오수량의 시간적 변동이 평균화되므로 1.3배 정도이다. 또한 계획시간최대오수량의 산정방법으로 Babbit공식을 이용하는 방법이 있는데 이 방법은 지하수량을 고려하지 않은 것으로 소구경관거에서 간선관거에 이르기까지 배수인구에 따라 시간최대오수량을 구하는 방법이다.
즉, 배수인구에 따른 1일평균오수량의 평균1시간당량에 Babbit계수 M을 곱해서 각 관거에 따른 계획시간최대오수량을 산출한다(〈그림 1.6.1〉 참조).
(7)에 대하여
합류식에서는 우천시 우수토실에서의 월류 및 펌프장에서의 방류에 대한 영향을 고려하여 우천시 하수량 중에서 일부를 오수로서 차집한다. 차집하는 양은 우천시계획오수량으로 한다.
우천시 계획오수량은 방류지역의 상황이나 배수구역의 특성 등을 고려하여 오염부하량의 저감효과와 그에 따르는 비용을 검토하여 희석배율에 의해 정하지만, 원칙적으로 계획시간최대오수량의 3배 이상으로 한다.
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계획오염부하량은 생활오수, 영업오수, 공장폐수, 관광오수 및 기타오수의 오염 부하량으로 구분하고 다음 각항을 고려해서 정한다. 또한, 계획유입수질은 계획오염부하량과 계획1일평균오수량을 기초로 정한다.
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【해설】
계획오염부하량 및 계획유입수질은 계획오수량과 함께 하수도계획의 기본이 되는 값이므로 처리구역의 실태를 근거로 하여 가능한 한 실측한 값을 기본으로 구한다.
(1)에 대하여
계획오염부하량은 수처리시설 및 슬러지처리시설의 계획에서 기본인 계획유입수질을 구하기 위해 필요한 수치이다. 계획오염부하량은 일반적으로 생활오수, 영업오수, 공장폐수 및 관광오수 등의 오염부하량을 합한값으로 한다. 그러나, 계절변동을 추정할 수 있는 경우에는 그 값도 파악해둘 필요가 있다.
(2)에 대하여
계획유입수질은 처리장에 유입하는 하수의 수질로 계획오염부하량을 계획1일평균오수량으로 나눈 값이다. 즉, 수처리시설 설계에 쓰이는 계획설계수질은 계획유입수질에 슬러지처리계로 부터의 반송수 등을 고려한 수치이다.
(3)에 대하여
하수처리는 통상 BOD, SS 및 대장균군의 항목을 제거대상으로 하고 있으나, 방류수역에 따라 처리목표수질에 COD, 질소, 암모니아성질소 및 인 등을 추가시킬 경우가 있다. 이 경우에는 추가시킨 항목에 대해서도 유입하수중의 부하량을 검토해 처리방식을 선정한다. 또, COD를 규제하는 처리장에서는 유입하수중의 COD부하량 및 유입하수중의 생물학적 난분해성COD 부하량을 아는 것이 중요하다.
(4)에 대하여
생활오수에 의한 오염부하량은 일반적으로 1인당 오염부하량 원단위를 참고로 하여 구하나, 각 지자체의 실태에 따라 유입하는 계획유입수질의 변동이 있으므로, 시설을 계획하는 경우에는 각 지역의 실정 및 유사한 지역의 실태를 참고로 하여 결정할 필요가 있다. 일반적으로 생활오수의 계획유입수질은 반송수부하량을 배제시킨 것으로 분류식 하수도인 경우 BOD 및 SS의 경우 200mg/l 전후로 하는 경우가 대부분이다(〈표 1.6.3〉 및 〈표 1.6.4〉 참조).
(5)에 대하여
영업오수에 의한 오염부하량은 업무의 형태, 종사하는 사람의 존재 및 건물내의 처리·재이용의 유무 등을 감안해서 추정한다.
영업오수의 부하량은 지역에 따라 크게 다르며, 추정이 곤란한 경우는 생활오수와 유사하게 가정해서 오염부하량을 추정한다.
(6)에 대하여
배출부하량이 많은 공장의 폐수에 대하여는 하수처리시설에 미치는 영향이 크므로 그 값을 실측해야만 한다. 그러나, 배출부하량이 작은 공장 혹은 장래 입지가 예정되는 공장 등에 대해서는 업종별 제품출하액당의 오염부하량원단위(〈참고 1-3〉)의 값 등을 이용해 오염부하량을 추정한다.
처리목표수질이 COD의 경우에는 하수의 생물분해성에 유의한다. 생활오수 및 영업오수에 비교하면 공장폐수 중의 유기물의 생물분해성은 업종·공정에 따라 다르며, 정보도 충분하지 않으므로 폐수의 생물분해성을 실측할 필요가 있다.
(7)에 대하여
관광객에 의한 오염부하량은 관광객의 체재경향 및 물이용형태 등에 따라 여러 가지가 있기 때문에 계획구역내의 관광이용시설에서 배출부하량을 실측하는 것이 바람직하지만 할 수 없는 경우에는 유사한 조건을 갖는 지역의 예를 참고로 한다.
(8)에 대하여
계획구역내에 소, 돼지 등의 가축폐수가 유입되는 경우에는 이들의 부하량에 관해서도 추정한다(〈표 1.6.5〉 참조). 다만, 하수도에 실제 유입되는 오염부하량은 가축분뇨의 퇴비이용상황, 청소방법 등에 따라 적절한 유입률을 고려하여 결정한다.
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처리방법은 유입하수의 수량, 수질의 부하 및 그 변동, 방류수역의 유량, 물의 이용상황, 수질환경기준의 설정현황, 처리장의 입지조건 및 유지관리상의 조건 등에 의하여 정한다. |
【해설】
하수도법에 의거하여 설치된 공공하수도로 배제한 오수는 처리장에서 처리한 후 공공수역에 방류하는 것이 필요하다.
하수의 처리정도는 일반적으로 다음과 같이 대별된다.
활성슬러지법, 표준살수여상법 및 기타 이와 같은 정도로 처리할 수 있는 방법
여과법, 활성탄 흡착법, 질소와 인의 제거법 및 기타 이와 같은 정도로 처리할 수 있는 방법
하수의 처리방법은 이론적으로는 방류수역의 수량 및 물의 이용상황을 기초로 하여 방류수역의 목표수질(수질환경기준)을 정하고, 방류수역의 허용오염부하량과 처리장 유입하수의 오염부하량에 의해 필요한 제거율을 산정함으로써 결정된다.
그러나, 일반적으로 방류수역에는 처리장으로부터의 방류수뿐만 아니라 처리구역외의 공장폐수 등도 방류되는 한편 방류수역의 목표수질이 영구불변한 것이 아니므로 처리장의 방류수의 수질오염부하량은 일률적으로 정해지지 않는다. 따라서 처리방법은 원칙적으로는 2차처리로서 계획하되, 처리장 수질기준 강화로 하수의 고도처리가 요구되는 경우, 방류되는 수역이 호소·내만 등 폐쇄성수역으로서 질소·인으로 인한 부영양화가 문제되는 경우, 하수처리수를 중수도, 농업용수 및 공업용수 등으로 재이용할 경우, 기타 수질보전상 고도처리가 필요한 경우는 고도처리계획을 검토한다.
단, 방류수역의 성격, 처리장의 규모 등이 장래에도 수질보전에 분명히 지장이 없다고 단정될 경우에는 고도처리를 계획하지 않아도 좋으며, 또한 공장폐수 등의 전처리를 위한 중간적 처리시설의 경우는 2차처리를 검토할 필요는 없다.
구체적인 처리방법에 대하여는 유입하수의 수량, 수질, 부하변동, 처리장의 규모 및 입지조건 그리고 유지관리상의 조건을 고려하여 결정할 필요가 있으며, 특히 공장폐수가 포함된 경우의 수질적인 영향, 단지하수에 미치는 수량, 수질적인 부하변동 등에 대해 충분히 배려함과 함께 처리장의 규모 및 처리장주변의 환경조건을 고려하고, 처리관리의 체제 및 유지관리비 등을 감안하여, 유지관리가 가장 쉬운 처리방법을 선택하여야 한다.
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관거계획은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
오수량중에서 생활오수의 유출량은 계획구역의 크기, 계절 및 기후 등에 의해 큰 차이가 있으며, 하루중에도 시간에 따라 크게 변동한다. 또한 공장폐수에 대해서는 24시간 평균적으로 배출하는 경우, 주간에만 배출하는 경우 및 특정시간에 배출하는 경우 등 여러 가지로 일정하지가 않다.
따라서, 오수관거의 용량을 결정하는 경우에는 오수유입량의 변동에 대해 충분한 유하능력을 갖도록 하기 위하여 계획오수량중 가장 큰 계획시간최대오수량을 사용한다.
(2)에 대하여
합류식에서는 우수토실이나 펌프장을 통과한 후, 하수의 차집관거의 용량은 방류수역의 허용오염부하량을 고려한 희석배율에 의해서 정하는 우천시 계획오수량으로 한다. 또한 합류식에서 하수의 차집관거를 합류관거로 사용하는 것은 절대로 피해야 하며, 하수의 차집관거는 항상 우수토실이나 펌프장에서 방류수를 분리한 후 여러 가지 우천시 계획오수량만을 받아들이도록 계획한다.
(3)에 대하여
계획구역내에 분류식지역과 합류식지역이 공존하는 경우에 분류식지역의 오수를 합류관거에 유입시키는 것은 수질보전상 분류식의 효과가 없어지는 결과가 되므로, 양지역의 관거는 원칙적으로 처리장에 도달할 때까지 분리하는 것으로 하며, 부득이 합류시킬 경우에는 경제적, 기술적 검토를 하여 분류식지역의 오수관거는 합류식의 우수토실이나 펌프장에서 우천시의 방류수를 분리한 후 하수의 차집관거에 접속시키는 방안을 강구한다.
(4)에 대하여
관거는 악취발생 등 환경위생상의 관점 및 주로 도로 밑에 매설되는 점 등을 고려하여 우수관거 및 방류관거를 제외하고는 원칙적으로 암거로 한다. 필요에 따라서 수밀성 시험을 하는 것이 바람직하다.
(5)에 대하여
관거는 자연유하를 원칙으로 하므로 일반적으로 지형에 맞게 배치되도록 계획한다. 특히, 간선 등의 대구경관거에 대하여는 시공상의 문제가 있으므로 지형, 지질, 도로폭 및 지하매설물 등의 상황을 충분히 고려하여 그 배치를 결정한다.
(6)에 대하여
관거는 오수가 항상 적당한 유속으로 유하하는데 지장이 없도록 단면적, 단면형상 및 경사 등을 결정하며, 특히 관거내에 침전물이 퇴적하지 않도록 고려한다. 또한, 관거의 분·합류점, 굴곡부 및 맨홀 등에서는 에너지 손실을 가능한 한 작게 하도록 고려한다.
(7)에 대하여
관거의 역사이펀은 침전물의 퇴적에 의한 관거의 폐쇄나 부패에 의한 가스 및 악취가 발생되기 때문에 유지관리상 좋지 않으므로 가능한 한 피하도록 계획하며, 부득이 역사이펀을 설치해야 할 경우에는 충분한 유속이 확보되도록 함과 동시에 복수관으로 하는 등 유지관리가 쉽도록 구조 및 기능을 충분히 고려할 필요가 있다.
(8)에 대하여
분류식의 구역에서 오수관거와 우수관거가 교차하여 역사이펀을 피할 수 없는 경우에는 일반적으로 오수관거를 역사이펀으로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 우수관거는 시가지의 침수방지시설로서의 중요한 역할을 하는 것이므로 유수의 유하상황을 고려하여 우수배제를 우선적으로 다루는 것을 기본으로 하기 때문이다. 그러나 지형상 문제, 침수가 발생하는 경우의 피해상황, 매설관거의 시공 및 유지관리상의 문제를 충분히 고려하여 우수관거를 역사이펀으로 하는 경우도 있다.
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펌프장계획은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
오수펌프장은 관거의 매설깊이가 깊어져 비경제적으로 되는 경우 또는 어떤 지역의 오수를 처리장으로 송수하는 경우 등에 설치하는 중계펌프장과 처리장의 지반고 및 처리수 방류수면의 관계상 오수를 처리시설로 양수하기 위해 설치하는 처리장내 펌프장이 있다. 합류식의 경우에는 일반적으로 오수펌프장과 우수펌프장을 병설한다.
펌프장의 설치는 일반적으로 펌프장의 수가 많으면 건설비가 증대함과 아울러 유지관리가 번거롭고 비용도 많이 들게 되므로 가능한 한 집약화하여 그 수를 적게 하는 것이 바람직하지만, 시스템으로서의 경제성, 시공성, 유지관리의 난이도 및 주변환경의 영향을 종합적으로 검토하여 정한다.
또한 계획외수위와 평수위간에 큰 수위차가 있는 경우나 부지 등의 요건으로 처리시설로부터 자연방류가 곤란할 때에는 2단양수로 수위변동에 대응하는 것이 경제적이지만 유지관리측면의 검토를 충분히 한 후에 선택하는 것이 반드시 필요하다.
(2)에 대하여
오수펌프의 용량은 관거의 계획오수량을 항상 지체 없이 배제할 수 있도록 계획할 필요가 있으므로, 분류식에서 중계펌프장 및 처리장내 펌프장의 계획오수량은 계획시간최대오수량으로 하고 합류식에서 중계펌프장 및 처리장내 펌프장의 계획오수량은 우천시 계획오수량으로 계획한다.
(3)에 대하여
펌프장은 우천시 침수되어 그 기능이 정지되지 않도록 배려할 필요가 있으며, 예상되는 침수위까지를 방수벽으로 하며 펌프장 바닥으로부터의 침수를 방지하도록 배려하되, 특히 전기기기는 절대로 침수되지 않도록 높은 위치에 설치할 필요가 있다.
(4)에 대하여
중계펌프장은 성격상 시가지역에 설치되는 일이 많기 때문에 위치선정시에는 주변환경을 충분히 배려할 필요가 있으며, 양수한 오수는 자연유하로 송수하는 것이 원칙이지만 지형적 조건 및 간선중간의 장애물 등에 따라 어쩔수 없이 오수를 압송하는 경우에는 유지관리상으로도 압송부분의 연장을 가능한 한 짧게 하도록 고려할 필요가 있다.
합류식에서 오수와 우수의 병설펌프장은 방류수역의 유하능력 및 유수상황을 충분히 고려한다.
일반적으로 펌프장의 입지조건으로는 다음 사항을 들 수 있다.
시설계획시에는 소음, 악취, 일조피해 및 쓰레기의 산란 등에 의한 환경의 악화를 초래하지 않도록 구조 및 기능상의 배려가 필요하며, 펌프장 전체의 경관에 대하여도 충분히 고려한다.
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처리장계획은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
처리장시설의 계획에서 배치 및 규모 등은 하수도정비기본계획에 따라 정한다.
일반적으로 처리장규모가 큰 경우에는 수량 및 수질의 변동이 작은 반면에, 운전초기단계에서 유입하수량과 처리능력과의 차이로 유지관리나 사업효과에 악영향을 미칠 수 있으므로 계획단계에서 신중한 예측과 대책을 검토할 필요가 있다.
또한 소규모처리장의 경우는 수량 및 수질의 변동이 크므로 유지관리에 영향이 미칠 것이 예상되는 경우에는 시설계획에서 대응방안을 마련해 두는 것이 필요하다.
(2)에 대하여
처리장위치는 방류수역의 이수상황 및 계획구역의 지형적 조건에 의해서 대부분 정해져 왔으나, 처리장부지의 확보는 처리장계획 또는 하수도계획전체를 좌우하는 가장 중요한 요건이 된다. 그러므로 처리장위치의 결정은 오수를 자연유하로 수집할 수 있어 건설비와 유지관리비가 경제적으로 되고 주변환경과 조화되며, 침수피해가 없는 위치로서 신중히 검토하는 것이 필요하다.
(3)에 대하여
처리장의 부지확보는 매우 어려운 문제로서 부지면적에 대해서는 장래의 오수량증가에 대한 시설의 확장, 수질환경기준의 변화추세 및 처리수의 재이용 등에 따른 고도처리의 필요성 등을 검토하여 필요할 경우 소요면적을 확보할 수 있도록 계획한다.
(4)에 대하여
처리시설의 계획오수량은 공공수역의 수질오염방지를 가장 우선적으로 고려한다는 입장에서 1년을 통하여 처리시설의 과부하현상이 일어날 염려가 적은 계획1일최대오수량으로 하는 것을 원칙으로 하나, 시간변동이 큰 경우에는 합리적인 범위내에서 계획오수량을 정하거나 유량조정조를 고려한다. 합류식인 경우에 일차침전지, 소독설비 및 이들의 부대시설에 대해서는 우천시 계획오수량을 기초로 하여 계획한다.
(5)에 대하여
처리장은 어떤 경우라도 운전을 중단하는 일이 발생되어서는 안되므로 처리시설자체가 침수되지 않는 높이에 설치하는 것이 바람직하며, 방류수역의 이상수위에 대해서도 처리시설에 방류수역의 물이 역류하지 않는 높이로 하는 것이 바람직하다.
(6)에 대하여
처리장의 처리기능을 충분히 발휘하고 안정된 처리수의 수질을 유지하기 위해서는 처리시설의 규모, 유입수질의 성상 및 유지관리체제 등에 따라 가장 유지관리가 쉽도록 처리시설을 계획할 필요가 있으며, 처리방법의 선택, 처리시설의 배치, 기기의 선정, 운전방식 및 자동화방식 등에 대하여 신중히 검토할 필요가 있다.
또한 처리장계획에서는 소음, 악취 및 일조 등의 문제가 생기지 않도록 구조 및 기능상의 대책을 검토함과 아울러 처리장과 주변환경과의 조화를 이룰 수 있도록 처리시설주변의 미화 및 녹화 등에 대하여도 배려할 필요가 있다.
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처리수는 수자원으로 간주하여 재이용을 고려한다. 처리수의 재이용계획시에는 물의 수급 및 처리수의 사용대상 등을 충분히 고려하도록 한다. |
【해설】
처리수의 재이용은 지역의 실정을 고려하여 처리된 하수를 그대로 방류하기보다는 먹는물과 같은 수질이 필요하지 않는 용도로서 또는 쾌적한 물환경을 창출하기 위한 수원으로서 적극적으로 이용할 수 있도록 계획한다. 또한 재이용 용도를 명확하게 하고 해당지역의 물이용의 상황, 물수급 등을 충분히 고려하여 용도와 양을 명확하게 한다.
처리수는 하천의 유지용수, 공업용수, 농업용수, 공원이나 골프장 등의 조경용수 및 건물의 수세식 화장실 세정수, 청소용수 등의 생활용수 등으로 적극 이용할 수 있다. 이외에도 융설용수, 히트펌프를 이용한 냉난방시스템의 열원 등의 이용방법이 있다.
일본의 경우 하수처리수를 생활용수, 업무용수 그리고 공업용수로 체계적으로 이용하고 있는 사례가 많다(자료 : 중수도 기술개발방안 연구, 건설부, 1994).
미국의 경우 염소살균된 처리수를(대장균군수〈200MPN/100ml) 골프장에 사용한 예가 많고 처리수내의 영양염류 등이 비료의 역할을 함과 동시에 N, P가 제거되어 처리수의 3차처리로 간주되는 경우까지도 보고되고 있다(자료 : AWWA, implementing water reuse, 1987).
한편, 처리방식은 중수도의 처리방식인 단독이용방식, 복합이용방식 및 공공이용방식의 3가지 중 공공이용방식을 적용할 수 있으며, 이 방식은 〈그림 1.7.1〉에 제시된 것처럼, 일정한 지역을 정하여 해당지역내의 주택 및 건물 등에 중수를 공급하는 광역적이며 대규모적인 중수도사업으로 행해진다.
하수처리장 처리수를 중수로서 사용하는 경우에서의 용도별 목표수질은 〈표 1.7.1〉과 같으며, 농업용수와 공업용수로 사용할 경우의 수질기준 예가 〈표 1.7.2〉에 나타나 있다.
2차처리만으로 목표수질을 만족시킬 수 없는 경우에는 고도처리를 할 필요가 있다. 또한 오음, 오흡입이 발생하지 않도록 위생적으로 관리하고 수조나 저류탱크의 처리수에 오염물질 등이 발생하지 않도록 체류시간을 조정한다.
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발생하는 슬러지의 양 및 질의 파악은 처리·이용방법의 결정이나 시설계획에서 중요하기 때문에 계획슬러지량의 산정이나 추정시에 특히 신중을 기해야 한다. 슬러지처리·이용계획의 기본이 되는 계획발생슬러지량은 계획1일최대오수량을 기본으로 하여 하수중의 SS농도, BOD농도 제거율 및 슬러지의 함수율을 정하여 산정한다. |
【해설】
슬러지처리·처분계획은 일반적으로 〈그림 1.8.1〉의 흐름에 따라 수립되므로, 발생슬러지량과 성상에 관해서는 계획단계에서 충분히 검토할 필요가 있다.
계획발생슬러지량은 계획1일최대오수량을 기준으로 발생하는 슬러지의 양을 의미하며, 최종처리·처분계획의 기본이 된다. 슬러지의 발생은 일차침전지 등 1차처리시설에서 발생하는 슬러지와 2차처리시설에서 발생하는 잉여슬러지가 주가 되며 다음과 같은 방법으로 산정한다.
식(1.8.1)에서 ΔSSi는 일차침전지 등 1차처리시설에서의 유입수와 유출수의 고형물질 농도의 차이를 나타낸다.
유입수의 SS농도는 지역특성에 따라 차이가 있으므로 설계의 범위를 검토한다. 또한 슬러지처리방법에서 탈수의 전처리로서 약품을 첨가하는 경우는 약품첨가량도 발생슬러지량으로서 고려한다. 또한 운전초기에서는 유입오수의 양 및 농도가 계획치보다 적은 경우가 있어 실제 운전자료를 근거로 하여 발생슬러지량을 산정한다.
잉여슬러지량은 오수중에 포함되어 있는 SS가 제거되고 유기물질(BOD)의 제거 및 사용에 따라 미생물이 증식되는 양을 고려하여 산정한다.
활성슬러지에 의하여 유기물이 제거되면 제거된 유기물량(제거 BOD량)은 어떤 양적 관계를 갖고 슬러지(세포물질)로 전환된다. 오수처리에서 슬러지발생량은 BOD제거량에 관계되는 것과 반응조에서 제거되는 고형물(SS)로부터 전환한 활성슬러지(이것은 그대로 처리되지 않고 잉여슬러지로 됨)와 관계되는 것으로 분류할 수 있다. 이 중 전자는 새로이 합성된 슬러지와 자기산화(내생호흡)에 의해 소실된 슬러지를 고려한 것이다.
따라서 잉여슬러지량은 식(1.8.2)에 의해 산정할 수 있으며, 슬러지의 농도를 이용하여 유량으로 환산할 수 있다.
식(1.8.2)에 의해 잉여슬러지량을 산정할 경우 a, b 와 c의 값이 유입하수의 성상 및 처리시설의 운전에 따라 다르므로 실험에 의해 a, b 와 c의 값을 정해야 한다. 일반적으로 a는 0.4～0.6, b는 0.03～0.05, c는 0.9～1.0을 적용한다.
또한 합류식하수도에서 우천시 방류부하량 삭감계획이 수립되어 있는 지역에서는 발생되는 슬러지량을 계획슬러지량에 포함한다. 발생슬러지량은 우천시 방류부하량삭감계획 및 우수체수지의 형식 등에서 구한다.
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슬러지는 이용가치를 고려하여 적극적으로 이용을 계획한다. |
【해설】
슬러지는 하수처리의 부산물로서 하수도정비의 확대 및 생활수준의 향상에 따라 발생슬러지량은 증가한다. 따라서, 슬러지를 안정적이며 동시에 계속적으로 처리하기 위해서는 슬러지에 함유되어 있는 병원균 및 중금속 등에 따른 위해여부를 고려한 후, 슬러지의 이용가치에 따라 자원의 유효이용의 관점에서 적극적으로 슬러지의 이용을 계획할 필요가 있다.
우리나라에서는 아직 슬러지의 이용사례가 2002년에 5.1%로 크지 않지만, 일본의 경우에 1998년 발생슬러지량의 약 57%가 효과적으로 이용되고 있으며 그 중에서 26%가 녹농지이용, 74%가 건설자재이용으로 되고 있다. 녹농지이용는 약 74%가 퇴비화이며 이용의 형태로서 가장 많이 이용되고 있는 방법이지만 근년 소각재나 용융슬래그등을 건설자재로서 이용하는 예가 증가하고 있고 1995년도부터는 건설자재로서의 이용량이 녹농지로의 이용량을 상회하고 있다. 또한 하수슬러지의 혐기성소화과정에 있어서도 발생하는 소화가스의 유효이용이나 하수슬러지의 연료화, 하수슬러지의 소각폐열의 이용 등도 행해지고 있다.
한편, 슬러지의 이용을 촉진하기 위해서는 지역내 슬러지발생량의 파악 및 슬러지에서 얻을 수 있는 다양한 제품에 대한 수요 및 판매방법 등에 대해서 면밀히 조사하고, 확실한 이용용도가 있고 시장성이 높은 유망한 분야의 제품개발이 필요하다.
한편, 지금까지 알려져 있는 슬러지의 이용용도는 〈그림 1.8.2〉와 같다.
또한, 매립지는 한정이 있고 도시화의 진전에 따라 매립지의 확보가 곤란하므로 슬러지의 안정화 및 감량화를 추진하여야 할 것이다.
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슬러지의 수집, 운송은 경제적이며, 주변환경에 대한 영향이 적은 방법으로 한다. |
【해설】
처리장내 및 처리장간을 운송시키는 슬러지형태로서는 인발슬러지, 농축슬러지 및 슬러지케잌 등이 있고, 운송수단으로서는 탱크로리, 슬러지이송관 및 트럭 등을 들 수 있으며, 슬러지의 발생량, 형태 및 운송거리에 따라 어느 수단이 효율적인가에 대해서 검토할 필요가 있다. 여기서 소화슬러지를 이송관으로 수송하는 경우는 수송 중에 MAP(인산마그네슘암모니아)가 석출하고 관로에 스케일이 발생하여 관을 폐쇄시키는 경우가 있으므로 대책이 필요하다.
처리장간 슬러지를 운송할 경우에는 주변의 냄새 등에 따른 민원이 발생하므로 슬러지의 반출 및 반입측의 처리장에서 충분한 환경대책을 검토할 필요가 있다. 잉여슬러지와 농축슬러지는 수송시간이 길어지면 슬러지의 질이 변하고 농축이나 탈수성이 저하하는 경우가 있으므로 주의하여 계획할 필요가 있다.
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슬러지는 안정화, 감량화를 도모하는 것과 함께 집약·광역적으로 처리·처분하는 것을 원칙으로 한다. 처리방식은 발생하는 슬러지의 양과 성상, 슬러지의 이용, 반송수의 성상과 수처리에의 영향, 처리장의 입지조건, 경제성 및 유지관리성을 잘 검토하고 슬러지 유효이용, 에너지절약을 고려하여 정한다. |
【해설】
슬러지처리는 양의 감소(수분제거), 고형물의 감소, 위생학적 안정화 및 슬러지의 이용 목적에 따라 구분된다.
처리·처분방식의 선정에 있어서는 발생하는 슬러지의 양과 성상을 파악하고, 슬러지의 이용목적에 적합한 방식을 선택한다. 공장폐수가 유입되는 하수도에서 발생하는 슬러지는 미량이지만 중금속류 등이 포함되어 있는 경우가 있으므로 슬러지이용계획에서 검토하여 방법을 선택할 필요가 있다. 또한 슬러지의 유효이용외에 에너지절약, 여열이용, 소화가스의 이용 등을 고려하는 것과 함께 소각하는 경우에는 다이옥신류가 배출기준을 초과하여 발생되지 않는 시설로 한다. 이용목적에 따른 처리·처분방식의 예는 다음과 같다.
슬러지처리는 수처리에 비해 기계설비가 차지하는 비율이 크기 때문에 기기의 점검이나 고장시 대책 등을 유의해서 점검해둘 필요가 있다. 특히 복수의 처리장에서 슬러지를 공급받아 처리하는 경우에는 장기휴가의 전후나 슬러지수송설비의 점검 및 고장시에는 반입하는 슬러지량이 급증하므로 시설에 여유를 두는 계획을 세워야 한다.
반송수에 대해서는 반송수를 받아들일 처리장의 운전상황 및 방류수의 규제 등을 잘 감안하여 프로세스의 선정과 반송수의 부하량의 추정을 한다. 각 처리 프로세스부터 반송되는 반송수에서 특히 주의를 요하는 수질항목은 다음과 같다. 특히 COD 및 질소의 규제를 받는 처리장에서는 반송수의 문제가 중요하다.
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슬러지의 이용촉진 및 처리의 효율화를 위해서 슬러지의 광역처리계획을 수립하는 경우에는 다음 각 항을 고려한다.
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【해설】
슬러지의 처리·이용은 각 처리장에서 하고 있으나, 일반적으로 처리장규모의 다양화, 슬러지의 이용·가공을 위한 시설운영상의 문제 및 용지의 확보 등의 문제로 광역적으로 해결해야 할 필요성이 높아지고 있다. 광역처리는 몇 개의 슬러지처리시설을 통합해서 실시하는 것으로서, 지방자치체의 요청을 받아 하수슬러지 광역처리사업을 실시할 수도 있다. 또, 복수의 소규모처리장을 대상으로 이동탈수차로 순회하여 슬러지탈수를 할 수도 있다.
(1)에 대하여
슬러지의 공동처리는 광역적인 슬러지의 이용촉진 및 슬러지처리의 효율화를 목적으로 하고 있고, 대상지구 및 대상처리장은 반드시 행정구역에 구애될 필요는 없다. 하수슬러지 통합처리계획이 수립되어 있는 경우에는 이에 근거하여 효율적인 광역화를 검토하는 것과 함께 다른 환경기초사업과 연계하여 공동으로 슬러지를 처리할 수 있는 경우에 대해서는 집약처리하는 것이 바람직하다. 더욱이 슬러지의 소각은 쓰레기등과 같은 일반폐기물과 혼합하여 소각하는 방법도 검토할 필요가 있다.
(2)에 대하여
연차별, 형태별 발생슬러지량 및 슬러지성상은 이용, 처분방법, 처리 프로세스, 시설계획 및 건설계획을 기본으로 하기 때문에 대상처리장의 계획 및 현황을 정확히 파악하고 슬러지의 공동처리에 의한 슬러지발생량의 변화 등을 고려하여 정한다.
(3)에 대하여
악취가 심한 슬러지를 처리하는 시설이기 때문에 탈취를 충분히 고려하여야 한다. 또한, 슬러지처리시설은 기계설비를 중심으로 하기 때문에 주위의 환경을 고려하고 녹지화 등을 계획한다.
(4)에 대하여
슬러지처리 과정에서 생기는 분리액, 여액 및 소각 등으로부터의 반송수에는 난분해성물질, 암모니아성질소, 인 및 중금속(낮은 비등점) 등을 함유하고 있다. 한편, 소각 등의 배가스에는 금속 및 다이옥신을 함유할 가능성이 있으며, 이외에 질소산화물, 황산화물을 포함하고 있다. 이러한 오수 및 배가스의 처리에 대해서는 환경기준 및 인근의 하수처리의 상황 등을 고려하여 정하고, 필요한 경우에는 환경영향평가 결과 등에 따라서 정한다.
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합류식하수도에서 공공수역의 수질보전을 위해 우천시에 배출되는 방류부하량을 저감한다. |
【해설】
합류식하수도는 우수 및 오수를 신속하게 배제하고 수세화 보급촉진과 침수대책을 동시에 진행하는 것이 가능하다는 측면에서 우수한 시스템이지만 기능상 우천시에 오수의 일부가 처리시설을 거치지 않고 하천 등의 공공수역에 방류되므로 위생측면, 수질오염방지측면, 미관측면에서 반드시 바람직한 것은 아니다. 그러나, 우리나라의 도시형태 및 지역특성 등을 고려할 때 합류식하수도에 의한 하수도정비가 불가피한 경우가 많았다. 그러므로 지금까지 충분한 대책이 수행되지 않았던 합류식하수도 구역에 대해서는 고도처리를 중점적으로 실시하고 우천시 비점오염원에서의 오염부하, 유역내에서 발생되는 오염물을 발생원마다 종합적인 관점에서 저감시키도록 노력하여야 한다. 또한 수질오염방지의 관점에서 우수토실과 병행하여 펌프장에서의 월류수 및 처리장에서의 by-pass 등에 의한 우천시 방류부하량의 저감을 도모한다. 이와 함께 최근의 수변환경과 친수공간에 대한 관심이나 요구 등이 높아지는 것을 고려하여 월류수에 대한 협잡물유입과 위생적 측면의 방류수질의 대책도 검토할 필요가 있다.
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합류식하수도에서 우천시 방류부하량의 저감목표는 대상 처리구역 혹은 배수구역에서 배출되는 연간 BOD방류부하량을 분류식하수도로 전환하였을 경우에 배출되는 연간 BOD방류부하량과 같은 정도로 하거나 그 이하로 한다. |
【해설】
합류식하수도의 우천시 방류부하량의 문제는 간단히 우수토실과 병행한 펌프장의 월류수대책 뿐만 아니라 종합적인 수질오염대책의 일환으로서 검토할 필요가 있다. 따라서 우천시 방류부하량의 저감목표를 분류식하수도와 같은 정도로 처리구역 혹은 배수구전체에서 우천시 방류부하량의 저감을 도모한 종합적인 계획을 수립하며, 시행할 수 있는 것부터 단계적으로 실시할 필요가 있다. 한편, 토구에서의 월류BOD부하량의 비율은 연간 청천시 발생BOD부하량에 대해 약 5% 이하이다.
“분류식하수도로 바꾼 경우와 같은 정도”란 대상지역을 분류식하수도로 정비한 경우를 가정하고 합류식하수도의 처리구역에서 배출되는 오염부하량이 분류식하수도에서 배출되는 총오염부하량과 같은 정도이하로 되는 상태를 말한다. 합류식하수도의 경우 방류부하량이란 미처리방류수＋by-pass량＋2차처리수의 합이고 분류식하수도에서의 방류부하량이란 우수＋2차처리수의 합이다. 우천시 방류부하량의 영향 및 방류수역의 환경을 고려하여 “분류식하수도로 바꾼 경우와 같은”의 평가지표를 선정한다. 또한 방류수역의 상황에 따라서 BOD이외의 수질항목으로 평가할 수 있다.
합류식하수도의 우천시 방류부하량의 계산은 분류식하수도의 우수에 의한 오염부하량을 비교하여 산정한다. 우수에 의한 오염부하량은 우천시 유량 및 수질의 시계열조사데이타를 이용한 모의실험(simulation)에 의하거나, 평균수질을 구해 산정한다. 수량 및 수질데이타는 각 지역별로 독자적인 데이타를 쓰거나, 방류특성이 유사한 다른 지역의 수질데이타를 참고로 하여 계산한다.
월류수에 의한 방류수역의 영향에 대해서는 아직 체계적으로 조사·연구된 예는 없지만, 미국에서는 장기간에 걸쳐 우천시 월류수의 영향을 받고 있는 수계에 대하여 생태계에 미치는 영향을 조사하여 문제제기를 하고 있다.
또한, 최근 우리나라에서도 인근수역에 대한 주민의 의식이나 요구사항이 높아지므로 지역의 특성을 고려한 수질보전계획을 실시할 필요가 있으며, 폐쇄성수역(閉鎖性水域)으로 부영양화가 염려되는 수역 및 관광레크레이션 등 물이용이 번창한 수역에 있어서는 보다 높은 수질보전목표를 달성하기 위한 계획을 검토할 필요가 있다.
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합류식하수도의 우천시 방류부하량 저감계획 설정시, 각종 저감대책에 대한 유지관리 및 경제성에 대해 종합적으로 비교검토를 할 필요가 있다. 또한 월류수 현황을 조사하고 월류수대책의 효과검증 및 공공수역의 영향을 파악하기 위한 모니터링을 실시한다. |
【해설】
합류식하수도의 개선은 도시의 강우에 기인하는 침수문제와 수질오염의 양면에서 대책을 실시하는 것이 중요하다. 그러므로 월류수대책은 수질항목, 문제의 긴급성, 하수도정비상황, 연간투자액, 개선효과, 사업기간 등을 고려하여 해당지역의 여건에 가장 적합하도록 단계적으로 정비계획을 책정한다. 이를 위해서는 유출해석을 실시하여 대책마다 월류횟수, 월류수량, 방류수량, 방류부하량, 방류수질 등의 저감효과를 검증함으로서 최적인 대책으로 조합하고 비용대효과를 명확하게 하는 것이 바람직하다. 또한 우천시 방류부하량의 저감을 위한 시설은 부지조건 및 유지관리 등의 면에서 상당히 제약을 받기 때문에 각 대책안에 대해 방류수역의 상황 등을 감안한 기술적인 가능성을 검토하고, 경제성 및 유지관리 등의 관점에서 종합적으로 검토할 필요가 있다.
합류식하수도에서는 차집량을 증대하는 것만으로 우천시 방류부하량 저감목표인 “분류식하수도로 전환하였을 경우와 같은”을 달성하기 어려우므로 초기강우저류지나 우천시 하수처리 등 다른 대책과 조합하는 것을 종합적으로 검토하여 방류부하량을 저감하도록 한다.
우천시 방류부하량을 저감하는 대책은 다음과 같은 사항이 있다. 이들 대책은 하수관거시설의 증강 및 기능향상과 연결하여 실시하는 것이 중요하다.
합류식하수도는 우천시 합류식하수도의 일정량을 차집하고 나머지는 공공수역에 직접방류하고 있으므로 우수토실 등 차집시설 및 차집량을 적정하게 하여 공공수역으로의 직접방류량을 감소시켜 우수토실에서의 월류부하량을 저감시킬 필요가 있다.
또한 우천시 방류부하량은 도시지역에서 1차처리수가 차지하는 비율이 커서 차집량을 증가하는 것만으로 분류식 하수도와 동등하게 되기 어려우므로 우수체수지 및 우천시 하수를 처리할 수 있는 시설과 조합하여 종합적인 대책을 검토할 필요가 있다.
우천시 초기우수의 일부를 저류하고 강우종료후 처리시설에 송수하여 처리함으로서 합류식하수도에서 배출되는 우천시 방류부하량을 저감할 뿐아니라 월류횟수의 저감·월류수의 수질향상을 도모하는 시설이다. 체수지 용량은 저류한 우수를 처리장에서 처리할 수 있는 우천시 방류부하량의 저감효과에 의해 결정한다.
종래의 우수토실을 대신하는 시설로서 유입하는 하수의 유속에 의해 장치내에 선회류를 일으켜 선회류에 수반한 관성력에 의한 고액분리현상을 이용하여 고형물을 중앙에 모아 제거하므로서 우천시 방류부하량의 저감을 도모하는 시설이다.
우수토실의 월류턱에 설치하여 우천시 월류수에 포함되어 공공수역에 배출되는 쓰레기등 협잡물을 제거한다.
여과스크린은 협잡물제거시설로서 수질오염물질 제거율이 15%정도로 효과가 크지 않으므로 위생상과 미관상으로 협잡물의 영향이 큰 공공수역에 대해서는 필요에 따라서 중점적으로 검토할 필요가 있다.
우천시 하수처리장으로 유입하는 하수 중에서 1Q를 초과하는 하수량을 가능한 2차처리할 수 있도록 대책 및 처리시설을 구축하여 by-pass되는 1차처리수의 방류부하량을 저감하여야 한다. 이를 위해서는 우천시 방류되는 하수처리장의 1차처리수에 대한 방류수 수질기준이 적절하게 마련될 필요가 있다.
빗물침투시설은 빗물을 지하로 침투시켜 지하수로 함량시키는 것으로 표면유출량이 줄어들어 우천시 월류수의 양이 감소된다. 시설로서 침투받이, 침투트렌치. 침투측구, 투수성포장 등이 있다.
실시간 제어방법은 컴퓨터를 이용하여 조작 및 제어가 이루어지도록 하는 시스템이다. 우천시 하수관거내의 유량상태 및 강우형태의 변화에 적정대응하고 용량을 극대화시킬 목적으로 수문의 위치와 펌프양수량을 조절한다. 이 방법은 우천시 우수토실을 적절히 제어하므로서 차집관거내의 유량을 조절하고, 제어시스템은 여러 지점의 동시 강우측정 및 유량측정 등을 통해 최적의 유량제어방법을 도출하게 되나, 일반시설에 비하여 장치가 복잡하고 고가인 점이 단점으로 지적되고 있다.
또, 상기대책 외에 구체적으로 우수침전지의 채용도 검토할 수 있다. 우수침전지는 차집된 우수를 침전처리 함으로써 우천시 합류식하수도에서 배출되는 방류부하량을 저감하는 시설이고, 침전지용량은 침전에 의한 우천시 방류부하량의 저감효과에 의해 결정되므로 저류에 의한 저감효과는 예상할 수 없다.
그외, 합류식하수도의 우천시 방류부하량저감에 효과적인 대책으로서 〈그림 1.9.1〉에 나타난 각종 대책을 고려할 수 있으나, 계획수립시 여러개의 대책을 조합시키는 등 종합적으로 검토한다.
모니터링은 월류수의 현황을 조사하고 월류수대책의 효과검증과 공공수역의 영향을 파악하기 위하여 행한다. 모니터링의 위치 및 방법은 물이용의 실태, 우수토실의 위치 및 개소 등을 고려하고 월류횟수, 방류오염물질, 공공수역의 수질현황 등에 따라 측정항목, 측정방법, 측정빈도, 측정개소 등을 설정하여 실시한다.
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차집시설은 합류식하수도의 월류수대책에 적합하도록 효과, 경제성, 유지관리성 등 종합적으로 평가하여 결정한다. 차집관거의 용량은 우천시 계획시간최대오수량에 차집우수량을 더하여 정하며, 차집우수량은 합류식하수도의 우천시 방류부하량저감계획에 적합하도록 결정한다. |
【해설】
합류식하수도의 차집방식은 우수토실에서 오염부하가 높은 오수를 차집관거로 유입시켜 처리장으로 보내는 것이 일반적이다. 그러나 차집기능이 제대로 발휘되지 못하여 고농도의 오수가 우수토실에서 월류되는 경우가 있으므로 우수토실의 차집방식의 개선이나 충분한 능력을 가진 차집관거의 정비가 필요하다. 그러므로 차집방식은 우천시 월류수대책을 고려하여 효과, 경제성 유지관리성 등을 종합적으로 평가검토하여 결정할 필요가 있다.
한편 합류식하수도에서는 우천시에 우수토실이나 펌프장에서 연간 수십회에 걸쳐 월류가 발생하고 대부분의 우천시 하수가 미처리된 상태로 방류되고 있으므로 차집량을 증가시키면 방류량이 감소되고 특히 적은 우천시에 월류를 효과적으로 방지할 수 있다.
일반적으로 각 토구에서의 월류BOD부하량의 비율을 연간 청천시 발생BOD부하량의 약 5% 이하로 하고, 차집우수량을 2mm/h으로 하며, 차집관의 용량은 청천시 계획시간최대오수량에 차집우수량을 더하여 정한다.
차집관거의 용량=청천시 계획시간최대오수량+차집우수량(2mm/h)
차집량은 방류수역의 물이용을 고려하고 우천시 월류수대책계획에 적합하도록 결정한다. 일정량을 적정하게 차집하는 것은 월류횟수와 방류량을 저감시키고 차집관거, 저류시설 및 처리장의 기능이 충분히 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 우천시 방류부하량을 효과적으로 저감하기 위하여 중요하다.
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합류식하수도의 우천시 방류부하량을 저감하기 위해 필요에 따라 우수체수지를 계획한다. 우수체수지의 계획은 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
우수체수지는 우천시의 초기우수나 우수토실, 펌프장에서의 월류수, 혹은 차집우수의 일부를 저류 또는 침전방류하고, 저류한 우천시 합류식하수를 강우종료후 원칙적으로 처리시설에 송수하여 처리함으로서 배수구역 및 처리구역 전체에서 배출시키는 우천시 방류부하량의 저감을 도모하는 시설이다.
또한 우수체수지의 저류량은 방류수역의 수질환경기준이나 물이용의 상황 등을 감안하고 우천시 월류수대책계획에 적합하도록 결정한다.
(1)에 대하여
우수체수지는 우수토실, 펌프장 등과의 위치관계에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
일반적으로 ①이 많고, 펌프장에 우수체수지를 설치하는 경우는 우천시 펌프로 합류식하수를 유입시키며 저류한 하수는 가능한 자연유하에 의해 처리장으로 보내고 나머지는 펌프로 배수시키는 예가 많다.
또한 하수를 펌프로 우수체수지로 유입시키는 경우는 지상형이 되고, 자연유하의 경우는 지하형이 된다.
(2)에 대하여
우수체수지의 형식은 기본적으로 유입개시조건과 방류조건에 따라 〈표 1.9.1〉에 나타난 4가지 형식으로 분류한다.
Ⅰ형 및 Ⅱ형은 차집관거의 용량까지를 처리장에 우선적으로 보내고, 초과되는 수량은 우수체수지로 유입시키는 것이므로, Ⅰ형에서는 우수체수지의 만수 이후에도 우천시 합류식하수가 차집관거용량을 초과하는 경우에는 우수체수지로 계속해서 유입시키고 우수체수지의 하류단으로부터 월류시킨다. 따라서, Ⅰ형은 수리계산상의 손실수두가 커지므로 펌프양수 후에 우수체수지를 설치하는 경우가 많다.
또, 만수 이후의 차집우수는 저류한 초기우수와 혼합되어 유출될 우려가 있으므로 일반적으로 계산상으로는 침전효과를 고려하지 않지만, 유입수의 성상조사나 단락류(短絡流)의 방지 등 우수체수지의 구조에 대해 충분히 검토할 필요가 있다.
Ⅱ형은 우수체수지가 만수로 되면 차집관거 용량 이상의 하수는 공공수역에 직접 방류된다.
Ⅲ형은 수량이 계획시간최대오수량을 초과하는 시점에서 우수체수지로 유입되는 것으로서 우수체수지가 만수가 될 때까지 처리장으로는 계획시간최대오수량만이 송수된다. 만수이후는 차집관거 용량까지 처리장으로 송수되고, 그 이상의 하수는 Ⅱ형과 같은 형태로 공공수역에 직접 방류된다. 또한, Ⅲ형은 계획시간최대오수량을 약간 상회하는 경우에도 저류되므로 적은 우천시에 특히 효과가 있지만 우수체수지의 사용빈도가 많아지고 강우종료후 항상 저류수를 처리하여야 한다.
Ⅳ형은 처리장 및 그 주변에 우수체수지를 설치하고 우천시 차집관거용량을 상회하는 합류식하수는 상류의 기존 우수토실이나 펌프장 등에서 월류되는 형식으로서 계획시간최대오수량을 초과하면 우수체수지로 유입되지만 차집우수량까지만 유입된다.
따라서, Ⅳ형은 적은 강우에는 효과적이지만 큰 강우에서는 상류의 우수토실이나 펌프장에서 월류수가 발생하므로, 상류의 우수토실이나 빗물펌프장의 경우는 스월조절조(swirl regulator)의 설치나 차집관거 용량의 증대를 도모하는 등과 같은 다른 저감대책과 조합하여 실시하는 것이 보다 한층 효과적이다.
또한, 위의 4가지 형식 외에 Ⅲ형에 침전방류기능이 부가된 경우도 있다.
이상과 같이 각 형식에는 각각 특징이 있고, 우수체수지의 형식은 우천시 방류부하량의 저감효과, 입지조건, 방류수역의 상황, 시스템으로서의 경제성 및 유지관리의 용이성 등을 종합적으로 검토하여 결정할 필요가 있다.
(3)에 대하여
우수체수지의 계획유입량은 Ⅰ～Ⅲ형의 경우에 우천시 합류식하수량에서 차집관거용량 또는 계획시간최대오수량을 제외한 하수량이 대상이 된다.
그러나 우천시 합류식하수에서는 우수유출 개시직후에 상당히 고농도의 초기우수가 유하하며, 초기우수의 발생시간이 지나면 급격히 농도가 저하하는 특징이 있고, 유입량의 피크와 초기우수가 겹치는 확률은 낮으므로 계획유입량은 우천시 방류부하량의 저감효과, 건설비 및 유지관리비 등의 경제성, 유지관리의 용이성 등을 종합적으로 검토하여 결정할 필요가 있다.
또한 Ⅳ형은 차집우수량이 우수체수지의 계획유입수량이 되지만, 차집우수량을 결정할 때는 1.9.4에 따라 우천시 방류부하량의 저감효과, 건설비 등을 종합적으로 검토할 필요가 있다.
(4)에 대하여
우수체수지는 우천시에 합류식하수를 저류하는 시설이므로 기계·전기설비의 기능이 정지하지 않도록 시설을 침수되지 않는 높은 장소에 설치하거나 침수에 대한 안전시설을 설치하는 등 내수성이 있는 시설로 할 필요가 있다.
또한, 우수체수지는 펌프장이나 우수토실이 있는 주변 시가지에 설치되는 경우가 많으므로, 시설계획시 소음, 진동 및 악취 등에 대해 관련법규를 검토하며, 주변환경과 조화되도록 시설주변의 경관에 대해서도 고려할 필요가 있다.
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합류식하수도의 우천시 방류부하량을 저감하기 위해 필요에 따라 종래의 우수토실을 대신하는 시설로서 스월조절조를 계획할 수 있다. 스월조절조의 계획은 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
스월조절조는 저류, 유량조정, 침전성물질의 농축, 부유성물질 제거 등과 같은 기능을 가지고 있으므로 우천시 방류부하량 및 월류횟수를 저감시키고 월류수의 수질을 향상시킬 수 있는 시설이다.
(1)에 대하여
스월조절조는 합류식하수도의 우천시 방류부하량 저감시설로서는 비교적 소유역에 적합한 시설이고, 이에 비하여 차집관거 용량증대나 우수체수지 등은 비교적 대유역을 대상으로 한 시설이다.
또한, 스월조절조의 설계제거율은 하수처리시설의 간이처리와 같은 정도의 약 30% 정도를 표준으로 하기 때문에, 차집관거 용량증대나 우수체수지 등 다른 합류식하수도의 우천시 방류부하량의 저감대책과 조합시킬 때의 저감효과 및 경제성 등을 고려하여 결정할 필요가 있다.
(2)에 대하여
스월조절조에 유입된 오수는 조바닥부분의 오리피스에서 차집관거로 유출되고 우수는 집수구역의 공공수역으로 방류되므로 조내의 손실수두가 증가하기 때문에 오수 유입지점과 방류지점과의 수위차를 많이 필요로 한다(〈그림 1.9.2〉 참조).
따라서, 스월조절조를 계획할 경우에는 충분한 수위차가 확보되는 지점을 선정할 필요가 있다.
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합류식하수도에서 우수토실이 있는 하천 등의 방류수역에서는 월류 후에 고형물 및 협잡물이 쌓이는 경우가 많아 위생상, 미관상으로 문제가 되고 있다. 여과스크린의 계획은 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
여과스크린은 우수토실내의 월류위어에 설치하고 우천시 월류수에 의해 협잡물이 하천 등의 공공수역에 배출되는 것을 방지하는 시설이다.
(1)에 대하여
여과스크린은 협잡물의 제거를 목적으로 하고 있으므로 오염제거율은 평균 10～15% 정도로 큰 효과는 없다. 우수토실을 계속해서 유지할 경우에는 방류수역의 물이용도를 고려하여 협잡물 배출에 의해 영향을 크게 받는 수역에 대해 중점적으로 검토할 필요가 있다.
(2)에 대하여
우수토실은 우천시 차집관거 용량까지를 처리장으로 보내고 차집관거용량을 초과하는 하수는 월류위어에서 방류되므로 침수피해 방지와 처리장의 안정운전을 유지시키는 기능을 가지고 있다. 여과스크린은 기존 시설의 월류위어에 그대로 설치하면 설치후의 월류수위가 설치전보다 높게 되어 차집량에 영향을 미친다. 또한 정전이나 여과스크린이 고장이 나면 통수면이 전면 폐쇄되어 스크린 상부에서 전량 월류되는 것도 고려할 필요가 있다.
그러므로 여과스크린시설을 계획할 때는 여과스크린 설치에 의하여 손실수두가 증가하거나 스크린 폐쇄에 의하여 월류수위가 상승하여 침수가 발생되지 않도록 수위관계를 충분히 검토할 필요가 있다.
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시설계획에서는 투자효과가 조기에 발휘되고 시설이 효율적으로 운전될 수 있도록 배려함과 동시에 개축 등에도 유의한다. |
【해설】
전체시설계획의 목표년도는 원칙적으로 약 20년 후로 하고 있다. 이것은 시설의 내용년수 및 건설기간이 장기간이 걸리기 때문이며, 특히 관거의 경우는 수량의 증가에 맞추어 단계적으로 시설을 확장하는 것이 곤란하기 때문이다.
더욱이 20년 후에는 계획구역의 인구가 계획인구에 가깝다는 예측도 포함하고 있다. 그러나, 목표에 이르는 경로는 지역에 따라 다르고 또, 경제 및 사회정세에 좌우된다. 한편, 사업의 집행에는 건설단계에서 많은 투자가 필요로 될 뿐만 아니라 시설의 운전관리 및 유지보수에도 많은 비용을 필요로 한다.
따라서, 시설계획을 20년 후의 계획값 만을 대상으로 하여 관거망이나 처리장내 시설의 배치를 검토하는 것은 효율적인 사업운영을 저해할 수 있다. 이 때문에 수세화 인구나 사용수량의 증가에 따른 시계열적(時系列的) 추정으로 목표년도에 이르는 중간단계에서의 계획제원, 시설의 건설조건, 유지관리 및 비용 등을 충분히 배려하면서 정확한 예측을 하고, 그 예측치에 따른 시설계획을 세워 최종적으로 전체적인 계획이 되도록 하는 검토가 필요하다.
즉, 앞으로는 처리수가 방류되는 공공용수역의 수질환경기준의 재검토, 수질의 규제가 강화되는 방향, 처리장 등 시설의 관리체계가 시설의 대소에 관계없어지는 것, 관리인원의 재검토, 에너지절약 및 자동화 되는 경향 등 시설의 안정하고 양호한 운전관리가 중요한 과제가 된다.
따라서, 시설계획에 있어서는 효율성, 경제성뿐만 아니라, 안전성, 신뢰성 및 개축의 난이도 등에 대해서도 유의할 필요가 있다.
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간선관거, 펌프장, 처리장 등의 기간시설에 대해서는 효율적인 정비를 위해 유입수량의 증가에 따른 단계시공을 고려한다. 또, 사용개시초기의 적은유량 유입시 등 단계시공을 하여도 처리효율이 나쁘고, 통상의 유지관리가 곤란한 경우에는 초기대책에서 검토한다. |
【해설】
간선관거, 펌프장 및 처리장 등의 기간시설의 정비에 대해서는 중간년차(中間年次)의 경우 유입수량에 따라 단계적으로 시행하여 과대한 선행투자룰 억제함과 동시에 시설의 효율적인 이용을 도모할 필요가 있다.
이를 위해서 유입수량의 증가를 감안하여, 관거시설은 2계열 방식을 채용하며, 펌프장 및 처리장 시설에서는 계열로 나누어 대응하고 이러한 계열분할시 유입수량의 명확한 산정이 중요하고 정도가 높은 예측이 필요하다.
일반적으로 시설의 사용개시부터 일정기간 사이에는 계획에 비해 유입수량이 작기 때문에 단계시공을 하여도 처리수량당 처리비용이 높아지며, 안정한 처리기능의 확보가 어려운 등 운전관리상 지장을 가져오는 경우가 있다. 따라서, 수처리·슬러지 처리 방식에 대해서는 단계적인 처리 프로세스의 검토도 필요하다. 구체적으로는 표준활성슬러지법을 채용하더라도 유입수량이 적은 범위내에서는 일차침전지를 건설하지 않고 장시간포기법, 산화구법과 같은 운전을 한다. 또, 운전초기는 슬러지탈수기를 설치하지 않고 보다 간편한 슬러지처리법의 채용을 계획한다.
단계시공을 하여도 유입수량이 적고 효율적인 시설의 운전이 곤란하다고 예상되는 경우에는 초기대책에서 검토한다.
간선관거의 하류부는 상류로부터 발생하는 하수를 모두 수집하기 때문에 큰단면이 될 뿐만 아니라, 장래 증가량도 고려하기 때문에 공용개시후 당분간은 관거의 능력에 비교하여 실제의 유량은 꽤 작아진다. 그럼에도 불구하고 관거건설은 처리장에 가까운 하류측에서 부터 축조해 가지 않으면 효과가 나지 않으므로 간선관거의 선행투자는 불가피한 경우가 많다.
이 때문에 아래와 같은 수법에 대해서도 건설비용의 비교 및 그 외의 제반조건을 고려하여 검토한다.
단계시공으로서
초기대책으로서
펌프장은 구조나 시공성 및 경제적인면에서 토목구조물은 전체를 일체로 만들어야 하는 경우가 많으나 설비 등에서는 투자효율적인 면에서 배려가 가능하다.
이를 위해서 아래와 같은 대책에 대해서도 검토한다.
단계시공으로서
초기대책으로서
처리장시설에 대해서 배치, 구조 및 기능 등을 20년 후의 계획치에 따라 설계하는 것은 합리적이지 못하므로, 처리수량이 경년적으로 증가하는 것을 충분히 배려하는 것이 필요하다.
선행투자를 되도록 억제하고 경제성을 충분히 고려하여 시설의 사용을 빠르게 하고 사용개시후도 시설의 능력과 유입하수량과의 평형을 취할 수 있도록 고려할 필요가 있다. 그 때문에 처리장의 시설계획은 관거 및 펌프장과 비교하여 단계시공을 특별히 배려할 필요가 있다.
특히 유입하수량이 적고, 수질도 계획치와 대폭 다른 경향이 강한 1단계 계획은 원칙적으로 시설의 운전개시후 2～3년 정도이고, 시설의 능력을 발휘할 수 있는 규모로서 착수부터 운전개시까지의 건설비용을 억제하고 단기간에 운전할 수 있도록 고려한다. 이것이 어려울 때는 초기대책을 검토한다.
슬러지처리에 대해서는 시설계획이 수처리에서 계열로 나누는 것보다는 큰 범위의 계열로 나누는 경향이 있으므로 건설단위가 크게 된다. 또, 유입하수의 수질은 계획유입수질보다 낮은 기간이 일반적으로 길다. 이 때문에 운전개시초기는 슬러지농축탱크에서의 체류시간이 매우 길어지고 부패에 의한 부상이 생겨 농축이 안되는 등의 처리상의 문제를 일으키는 경우가 있다.
또, 슬러지처리의 기술은 진일보하므로 적합한 신기술의 도입을 하는 편이 유리하게 되는 경우도 있다. 따라서, 초기의 슬러지처리시설의 건설규모를 작게 하는 것이 유리한 경우도 있다.
효율적인 처리장을 고려하는 경우 처리방식은 전체를 반드시 동일방식으로 하지 않는다. 특히, 건설의 착수부터 운전에 이르는 1단계계획은 소규모인 시설을 고려하여 이후의 2단계 및 3단계의 계획과는 독립시켜 별도의 처리방식을 채용하는 등의 방법을 고려하며, 처리방식의 일시적인 변경 및 시설의 간소화 등 다양한 방법을 선택하는 것이 가능하다.
이 때문에 아래와 같은 대책에 대해서도 검토한다.
단계시공으로서
초기대책으로서
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설비 및 기기의 조합은 다음 각 항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
설비 및 기기의 용량은 설비전체의 효율 및 운전초기의 적은 유입하수량을 고려하고, 유입하수량의 경년변화추이에 따른 설비 및 기기의 기종, 설비의 용량이나 대수를 적절히 조합시켜 정한다.
예를 들면, 펌프설비는 운전초기의 적은 유입수량부터 2～3년 후의 유입하수량까지 대응할 수 있는 가변용량설비(可變容量設備)의 설치 등을 1단계 계획으로 하고, 이후의 유입하수량의 증가에 따른 고정설비의 증설을 2단계, 3단계 계획으로 한다.
또, 수전설비(受電設備)에 있어서도 설비용량에 균형이 맞도록 불필요하게 큰 수전설비를 처음부터 설계하는 일이 없도록 배려한다.
(2)에 대하여
1단계에 설치하는 설비 및 기기에 대해서는 유입하수량의 급증이나 차기의 설비 및 기기의 설계, 제작, 설치, 시운전 및 조정기간을 고려하여 일반적으로 운전개시후 2～3년을 목표로 용량 및 대수를 정한다.
또, 계측제어설비는 운전초기에 있어서는 정상운전 레벨보다 크게 동떨어지는 경우가 많기 때문에 아주 최소로 필요한 것만 설치하는 것이 좋다. 따라서, 설비의 운전상황을 정확히 파악하기 위한 계측장치만 설치하며, 수질계측은 수질데이타를 활용하고, 처음부터 고도계측장치를 설치하는 것은 피한다.
또한, 제어도 시설의 규모 및 유지관리의 형태에 따라 개별감시조작방식으로 하며, 처음부터 중앙감시조작방식은 하지 않도록 한다.
단, 펌프 및 송풍기 등 자동제어가 필요한 것은 별도로 고려한다.
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전체계획의 중간년차에 있어서 예측수량 등과 차이가 생기는 경우는 가능한 신속하게 재검토한다. |
【해설】
전체계획의 수립에 있어서는 중도년차의 경우 인구, 원단위 등의 기본수치를 충분히 검토한 후에 유입하수량 및 유입부하량을 가능한 한 정확히 예측하여 시설의 능력을 결정할 필요가 있다.
또한, 이 값은 예측값이므로 계획수립시점부터 시간이 지남에 따라 경제나 사회정세의 변화에 의해 당초의 계획과 크게 동떨어질 수 있다. 즉, 방류수역의 이용상황이나 수질조건의 변화에 의해 목표처리수질의 향상이 필요로 되는 경우도 있고, 우수의 정비목표레벨 향상에 의한 계획수량의 증가 등도 있다. 또, 계획구역내의 주택단지 및 공업단지의 신설이나 공업단지의 계획과 다른 업종의 진출 등, 도시의 발전형태의 변화에 따라 당초 처리구역의 변화가 있고, 수량 등의 변경이 생기는 경우도 있다.
예측수량 등에 대해서는 일부분의 공용개시에 의해 그 지역에 있던 원단위 등의 실측치를 참고하여 가능한 한 정확한 예측치로 수정하여 전체계획을 재검토하고, 적절한 시설의 건설계획을 재검토하여 지역의 실적에 맞는 계획이 필요하다.
전체계획의 완성후 또는 중간년차에 있어서도 시설은 장기간의 사용에 의해 노령화되어 물리적, 기능적으로 능력이 감소하여 최종적으로는 개량·갱신 등의 개축이 필요로 되지만, 기존시설의 상황을 정확히 파악·판단하여 계획적이고 합리적으로 시설을 재검토할 필요가 있다.
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기존하수처리장의 고도처리 및 성능개선시는 다음사항을 고려하여 처리공법의 변경 또는 시설 증설계획을 수립한다.
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【해설】
기존하수처리장에 있어서 관로정비에 의한 유입하수 수질농도 증가시나 방류수질 기준강화, 총량규제 등으로 인하여 기존시설만으로 배출기준을 달성하기 어려울 경우 가능하면 기존시설을 최대한 이용하고 불가능할 경우에 한해서 시설의 개선 및 공법변경계획을 수립 하도록 해야 한다.
(1)에 대하여
기존시설 운영실태 파악을 위하여 최소한 다음 사항에 대하여 운영자료를 수집하여 분석하는 것이 바람직하다.
(2)에 대하여
(1)항에서 조사된 자료를 기초로 하여 최소한 다음내용에 대한 처리가능성을 분석한다.
(2)의 ①에 대하여
유기물의 농도가 높을 경우는 생물학적 부하율이 문제가 되어 용해성 유기물 농도가 높은 경우와 벌킹(bulking) 및 핀플록(pin floc)등으로 인하여 2차 침전지에서의 침강특성 악화, 이차침전지 계면관리 실패로 인한 경우로 나누어 판단할 수 있으며, 침강특성에 문제가 없을 경우 F/M 비 제어를 통해 제거효율 향상가능성을 판단한다. 이 경우 운영 MLSS가 3,500～4,000mg/l 이상일 경우는 이차침전지의 부하율에 문제가 생기므로 증설이나 생물반응조로부터 미생물 유출억제방안이 필요하다.
(2)의 ②에 대하여
시간대별 부하율변동이 과다하여 상시 수질유지가 어려울 경우 유량조정조 설치 등을 검토할 수 있다. 침전지의 계면관리가 불가능하여 슬러지 유출이 생길경우는 슬러지처리시설의 부하율과의 관계가 문제가 될 경우가 크므로 부하율 개선을 위해 농축방식의 전환, 소화율 개선, 탈수기 증설 등을 검토할 필요가 있다.
(2)의 ③에 대하여
전항에서 제시한 문제점들에 대하여 기능개선과 운영방법 변화시 예상되는 처리수질을 물질수지 등을 분석하여 결정하고, 문제가 되는 수질항목을 분석한다. 특히, 유기물(BOD, COD)과 부유물(SS) 등이 문제가 생길 경우 이차침전지 기능개선을 먼저 검토하고, 소화조를 설치하여 운영중인 하수처리시설에서 소화효율이 낮거나 소각 등의 추가적인 처리를 계획함에 따라 운영의 경제성이 떨어지는 경우에는 소화효율을 높일 수 있는 방안을 먼저 검토한 후 기능전환을 검토해야 한다.
(3)의 ①에 대하여
전항에서 제시한 사항과 당해 하수처리장이 갖고 있는 문제점을 개선하더라도 충분한 처리효율을 발휘할 수 없거나 특정수질 항목이 허용수질을 넘어설 가능성이 있을 경우 공법변경 또는 3차처리, 시설 증설 등을 고려하여야 한다.
특히, 유기물(BOD, COD)과 부유물(SS) 등이 문제가 생길경우 먼저 유량조정조에 의해서 개선이 충분할지의 가능성과 슬러지 처리시설 개선 등에 의해 해결이 불가능하다면 3차처리시설 추가를 검토하여야 한다.
(3)의 ②에 대하여
총질소(T-N)가 문제될 경우는 슬러지 처리계통의 소화조와 탈수기 탈리여액에 대해 별도의 처리공정을 추가하여 고농도 총질소가 수처리계통으로 반송되는 것을 막아서 해결하는 방법과 수처리공정의 생물학적인 공정에 혐기와 호기공간을 별도로 두어서 해결하는 방법 등을 판단하되, 반응조 수리체류시간이 부족하여 미생물량 확보가 충분치 못하거나 이차침전지 여건상 과다한 MLSS 유지가 어려울 경우 미생물 확보대책을 별도로 수립하거나 생물반응 조를 증설해야 한다. 총인(T-P)이 문제가 될 경우에는 생물반응조에 인방출공정을 별도로 추가하거나 응집제에 의한 화학적인 제거를 고려할 수 있다. 생물학적인 처리의 경우 탈질이나 인방출에 필요한 탄소 공급능력이 충분한지 검토되어야 하고, 응집제에 의한 인처리시는 슬러지 발생량이 현저히 늘어나므로 슬러지 처리시설에 대한 과부하가 함께 검토되어야 한다.
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처리장, 펌프장 및 간선관거 등 하수도시설 공간의 다목적 이용에 있어서는 목적, 용도 및 지역의 상황 등을 근거로 하여 효율적인 시설의 운영관리나 공공성의 확보 등의 면에서 적절한 것으로 한다. |
【해설】
처리장, 펌프장 등의 하수도시설은 도시 가운데의 귀중한 여유공간(open space)으로서 활용이 강하게 요구된다. 최근에는 양호한 도시환경의 형성, 방재(防災)성의 향상, 지역의 활성화, 커뮤니티(community)의 형성 등을 도모하고, 지역주민의 요망에 따라 이들의 시설을 공원, 스포츠시설 및 피난장소 등에 활용하는 사례가 증가하고 있는 중이다. 이것은 하수도사업을 원활히 추진하여 하수도의 이미지(image)를 높이는 것과 밀접하게 관련되어 있다.
또, 관거시설에는 수위정보의 전달, 펌프장의 원격감시체제 등 하수도시설의 유지관리의 효율화를 목적으로 하여 광케이블(fiber cable)의 설치도 고려할 수 있다. 다목적 이용의 실시예를 〈표 1.10.1〉에 나타내었다.
앞으로도 도시의 토지이용의 고도화에 수반하여 하수도시설의 공간이용이 늘어날 것으로 예상되나, 이용시설의 선정에 있어서는 하수도의 공공적 시설로서의 위치와 결부되어 지역주민의 의견이나 주변 토지이용상황을 충분히 감안하여 다음과 같은 사항에 대해 검토할 필요가 있다.
다목적 이용의 경우는 사업내용에 따라 하수도법 이외에도 도시계획에 관한 법률, 수질환경보전법 등의 법률관계를 충분히 검토할 필요가 있다.
즉, 이용시설이 하수도시설의 구조·관리 등에 지장을 가져오지 않도록 충분한 배려함과 동시에, 장래에는 하수도시설의 개축·수선에 방해가 없도록 고려하여야 한다.
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시설의 일반구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
시설은 일반적으로 저습지나 연약지반의 지하수위가 높은 지점에 축조되는 경우가 많다. 더욱이 축조되는 깊이도 자연유하를 원칙으로 하는 점에서 깊어지게 마련이므로 그 구조는 자중, 적재하중, 수압, 토압, 풍압, 지진력, 적설하중 및 연약지반의 부마찰력 등에 대하여 충분히 안전하고 또한 내구성이 요구된다. 또한, 시설에는 관거, 펌프장 및 처리장 등이 있고 토목, 건축, 전기 및 기계 등 각분야가 포함되므로 각각의 기능을 발휘할 수 있도록 견고한 구조물로 하는 것이 필요하다.
한편, 오수에 의한 부식과 유목, 쓰레기 및 토사 등에 의한 마모를 줄이기 위하여 내마모성 및 내부식성의 구조로 함과 동시에 오수의 누수에 의한 지하수오염이나 지하수침입에 의한 하수량의 증가가 없도록 수밀한 구조로 하여야 한다. 직접 외수에 접하는 펌프시설 및 방류관거 등은 고장났을 경우 침수되어 큰 피해를 가져올 우려가 있으므로 그 구조는 견고하며 수밀한 것이 요구된다. 그리고 지하수위가 높은 지점에 축조되는 침사지 등의 구조물에 대하여는 수리 및 청소를 위해 내부를 비울 경우 등을 예상하여 부력에 대한 안전성을 고려할 필요가 있다.
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시설의 설계에 적용되는 기준은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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재료, 기계 및 기구는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
시설에 사용하는 재료, 기계 및 기구는 장기간에 걸친 기능의 확보라는 견지에서 선정하는 것이 필요하고 시공성, 경제성 및 안전성을 고려할 필요가 있다.
이 경우 KS 및 전기용품취급법규 등에 의해 규격화되어 있는 것에 대해서는 규격품을 선정하지만 규격화되어 있지 않은 것에 대해서는 형, 질, 크기 및 강도 등이 사용목적에 충분히 적합한 것이거나 혹은 동일 목적에 사용되는 규격제품이상의 것이어야 한다.
필요에 따라 수압시험, 강도시험 및 품질시험 등을 실시한다.
(1)에 대하여
기기에 사용되는 부품에 따라서는 가동시간에 제한이 있는 것 또는 제품의 형식변경 등에 따라 부품교체를 필요로 하는 것이 있는 데 일반시설은 반영구적으로 사용하므로 일반시설에 사용되는 재료, 기계 및 기구는 재질이 변화되지 않고 강도도 충분하며, 장기사용에 견디는 것이어야 한다.
(2)에 대하여
재료, 기계 및 기구는 장기적인 사용에 견딜 뿐만 아니라 관리, 운전 및 조작 등이 쉬운 것이 요구된다.
기계 및 기구의 보전면에서 정기적인 부품교환을 하는 것도 필요하고, 때에 따라서는 사고 등에 의하여 부품교환을 하는 것도 있다.
재료, 기계 및 기구의 선정에서는 부품의 신속한 조달이 가능하고 타사제품과의 호환성 등에 대하여 고려할 필요가 있다.
(3)에 대하여
재료, 기계 및 기구는 아무리 우수하더라도 그것을 사용하는 환경에 적응을 하지 못하면 기능을 충분히 발휘하는 것은 불가능하다.
특히, 수중이나 습기가 많은 환경에서 사용되는 것은 방청대책이 관리상의 문제가 되고, 임해지역 및 공업지역에서는 대기중에 포함된 염분이나 오염물질에 의해 부식이 빠르게 진행하는 경우가 있다. 따라서, 재료, 기계 및 기구의 선정시에는 환경에 대하여 충분히 고려할 필요가 있다.
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소규모하수도는 하나의 하수도 계획구역에서 계획인구가 약 10,000명 이하인 하수도를 말한다. 단, 농어촌 마을단위의 하수도사업은 마을하수도로 구분한다. |
【해설】
소규모하수도는 중·대규모의 도시형 하수도와 구분하여 읍·면급의 소도시 하수도와 농어촌지역의 공공하수도로서 계획인구 약 10,000명 이하의 하수도를 말하며, 특히, 농어촌의 마을단위의 하수도에 대해서는「마을하수도」로 별도 구분한다.
소규모하수도의 계획구역은 도시근교마을, 농어촌마을, 관광지 등 도시와 다른 자연조건 및 사회조건을 가지고 있기 때문에 소규모하수도의 특성에 적합한 관거시설, 펌프장시설 및 처리장시설을 계획할 필요가 있다.
소규모하수도의 기본계획 수립시는 소규모의 관거시설, 펌프장시설 및 처리장시설이 갖는 각각의 장·단점을 이해하고, 하수도계획을 수립하는 구역의 특성에 맞는 최적인 하수도시설을 계획 및 설계하는 것이 필요하다.
소규모하수도를 계획하는 지역의 특성은 마을에 따라 천차만별이지만 크게 나누어 보면 대체로 〈표 1.12.1〉처럼 분류할 수 있다.
소규모하수도의 계획에 있어서는 다음과 같은 소규모 고유의 특성을 충분히 고려하여 계획할 필요가 있다.
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계획에 있어서는 다음 각항에 의한 것외에 1.2, 1.3 및 1.4를 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수도는 도시뿐만 아니라 농어촌 등에서도 생활환경을 개선하고 수질보전을 꾀하는 불가결한 사회기반시설로서 인식되고 있으나, 일반적으로 소규모하수도를 계획하는 지자체는 재정규모가 작고 숙련된 하수도 기술자를 확보하는 것이 곤란하다. 또한, 소규모시설은 대·중규모시설과 비교하여 1인(또는 1호)당 혹은 단위면적당 시설의 건설비나 유지관리비가 비싸지는 경향이 있다. 따라서, 소규모하수도의 계획에 있어서는 특히, 시설의 유지관리가 용이하며 경제적인 것을 추구하는 것이 중요하다.
소규모하수도 시설계획을 경제적으로 하는 방법으로서 다음 사항을 고려할 수 있다.
또, 인근의 마을을 처리구역에 포함시킬 지의 여부를 판단하기 위해 다음사항을 검토한다(〈그림 1.12.2〉 참조).
단, 소규모하수도의 관리운영에는 지역주민에 의한 임의단체와 깊은 관련을 갖는 경우가 많기 때문에 마을의 성립은 학교구역 등의 구역경계 및 생산협동조합 등 지역조직의 사회적관계를 고려해 시설의 관리운영에 지장이 없도록 구역을 설정하는 것이 필요하다.
소규모처리장에서는 일반적으로 유입수의 수량 및 수질의 연간 및 일간변동이 크고, 유지관리가 대·중규모의 처리장과 비교하여 어려운 조건에 있다. 한편, 숙련된 유지관리요원을 확보하는 것이 곤란하고, 유지관리비를 차지하는 인건비의 비율이 커지는 경향이 있다. 이같은 이유로 소규모시설의 계획에 있어서는 다음 사항을 고려하는 것이 바람직하다. 단, 과도한 계장 및 제어기기의 설치나 자동화설비, 사용기회가 적은 수질시험기기, 슬러지탈수기 등의 설치에 있어 신중한 검토가 필요하다.
① 유지관리가 용이한 처리법의 선정
② 유지관리가 용이한 처리장 및 펌프장의 시설계획과 기기의 선정
③ 소수의 요원에 의한 유지관리가 가능한 시설
④ 순회관리나 야간 및 휴일의 무인운전이 가능한 시설
⑤ 수질 및 슬러지시험, 슬러지처리 등의 인근 처리장과의 공동화계획
(2)에 대하여
하수도는 사회기반시설로서 다른 도시시설과 마찬가지로 장기적 계획에 기초하여 정비해야만 한다. 그런데 소규모하수도의 계획구역은 인구나 산업 등이 집중한 도시부의 계획구역과 다르고 일부의 지역을 제외하면 급격한 인구의 증가, 생활양식의 변화, 개발에 의한 토지이용의 고도화 등의 큰 사회적 변동요인이 적은 경향이 있다. 따라서, 소규모하수도의 계획을 수립하는 데에 목표값을 어느 정도로 하는 지가 매우 중요하다. 예를 들면 장기계획 등을 목표로 하여 시설계획을 수립하면 불확실한 요소에 대해서는 선행적인 투자가 커져 비경제적이고, 시설이 장래에 있어서도 과대해지는 경우가 있다.
이에 따라 소규모 하수도계획에 즈음하여 지자체의 재정상황을 감안하고 초기투자를 억제하여 즉시 투자효과가 나는 시설계획으로 하는 것에 중점을 두어 다음과 같이 계획한다.
단, 예를 들면 도시주변지역의 마을에서 볼 수 있듯이 정확한 개발계획 등에 의해 인구나 사업소의 증가가 확실한 경우에는 그 개발계획 등의 목표년도를 하수도계획의 목표년차로 하여 인구나 사업소에 의한 오수량 및 오염부하량을 예상할 수 있다.
또, 장기계획이나 장래 토지이용의 대폭변경 등에 대응이 가능하도록 간선관거의 이중계열화나 처리장의 증설 등을 고려함으로서 하수도계획에 유연성을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
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배제방식은 분류식을 원칙으로 한다. 단, 우수배제계획은 원칙적으로 기존의 배수시설을 최대한 활용하여 계획한다. |
【해설】
소규모하수도의 배제방식은 분류식으로 함을 원칙으로 하되 분류식에서 나타나는 문제점을 고려하여야 한다(1.3.3 참조).
우수배제에 대해서는 일반적으로는 마을주변의 농지 등을 포함한 넓은 범위의 강우를 대상으로 한 기존의 배수시설에 의하고, 소규모하수도 자체의 우수배수시설은 정비의 필요성이 적은 경우가 많다. 이 때문에 소규모하수도에서는 생활환경의 개선과 공공수역의 수질보전을 우선하고 우수배제계획은 원칙적으로 기존의 배수시설의 활용을 도모하는 것으로 한다.
인구밀집지역 등에서 우수배제시설을 정비할 필요가 있는 경우에는 다음 각항을 고려해서 정한다.
하천 및 수로 등의 기존의 배수시설의 배수형태, 단면형식, 구배 및 유하능력 등을 조사하고 우수배제계획을 계획한다. 이 경우 과거의 침수상황, 기존 배수시설의 현황과 개량계획을 조사하고 하천 및 수로 등의 관리자와 조정하여 우수배제계획을 계획하여야만 한다.
우수배제시설의 정비를 필요로 하는 구역은 일반적으로 하수도계획구역 중에 있어서 시민생활에 침수 등의 중대한 영향을 미치는 지역에 한한다. 이곳에서 우수배제시설의 정비계획은 타관리자와 정비구역, 배수시설의 정비방법 등을 협의하여 조정하는 것이 바람직하다.
계획우수량의 산출은 1.5.1에 의해서지만 강우강도의 확률년이나 유출계수의 결정에 있어서는 토지이용의 실태를 고려한다.
빗물펌프에 의한 강제배수를 필요로 하는 경우에는 하천, 농업용의 빗물펌프장 등의 기존시설 및 정비계획을 충분히 조사하고 서로 조정을 통해 보완해 합치하도록 하는 계획이 필요하다.
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소규모하수도의 오수처리·이용계획은 일반적으로 소규모 분산형으로 처리시설을 배치하며, 다음 각항에 의한 것 외에 1.6을 고려해서 정한다.
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【해설】
소규모하수도(마을하수도 포함) 시설의 경우, 하수발생원에 가까운 곳에서 처리해서 방류하는 소규모 분산형처리를 원칙으로 하며, 이것은 시설의 자동운전 및 순회관리체계의 확립 등을 전제로 하는 것이나, 불필요한 관거부설 비용을 줄이고 관거부설로 인한 자연경관의 훼손을 방지할 수 있다. 다만 슬러지처리는 복수의 처리장을 대상으로 하는 광역화처리방안을 적극적으로 검토할 필요가 있다.
(1)에 대하여
계획인구는 상주인구와 이동인구로 나눌 수 있다.
계획인구는 계획수립시점의 경우 상주인구로 한다. 단, 정확한 개발계획이 있는 경우에는 그 개발계획을 고려한다.
관광객에 의한 오수가 상주인구에 의한 가정오수에 비해서 무시할 수 없는 경우나, 특정 시기에 관광객이 집중하고 관광객에의 영향이 더 큰 경우에는 숙박과 당일치기가 다르고 계절변동, 피크시의 주간변동, 피크시의 주기 등, 관광에 의한 이동인구의 영향을 고려한다.
(2)에 대하여
계획오수량에 대해서 1.6.2를 참조한다.
소규모하수도에서는 수량 및 수질의 연간변동이나 일간변동이 크다.
관거, 펌프장 및 처리장 등의 계획에 있어서는 시간최대오수량, 일평균오수량 및 일최대오수량을 정확히 파악하는 것이 중요하고, 상수의 사용상황이나 유사한 처리구역 등의 실태를 조사하여 계획오수량을 정한다. 또, 소규모 하수처리장에서는 공장의 수가 적은 것이 일반적이므로 개개의 공장폐수량을 조사하여 전체의 폐수량을 예측하는 것이 바람직하다. 가정오수에 비하여 공장폐수량의 비율이 큰 경우나 수산가공, 농산가공등 특정 계절에 변동이 큰 공장이 있는 경우는 공장폐수에 의한 수량 및 수질의 영향을 크게 받는 것이므로 계획수립시에 충분히 검토하는 것이 필요하다.
(3)에 대하여
관거시설의 계획에 대해서는 1.6.5를 참조한다.
소규모하수도에서는 일반적으로 대·중규모의 하수도와 비교하여 인구밀도가 작으므로 관거의 투자효율이 낮아진다. 이 때문에 관거시설의 계획에 있어서는 건설공사비 중 큰 비율을 차지하는 관거공사비를 저감시켜야 하며, 유지관리가 용이하도록 관거의 매설위치가 깊어지지 않도록 유의한다.
맨홀형식 펌프장을 사용하는 것이 유지관리비를 포함해 경제적인 경우가 있다.
(4)에 대하여
처리장 계획에 대해서는 1.6.6을 참조한다.
소규모처리장에서는 방류수가 방류수역의 수질에 주는 영향이 크고, 또 유입수의 수량 및 수질변동의 영향을 받기 쉬운 특징이 있다. 그 때문에 처리장계획에 있어서는 방류수역의 수질환경기준 등의 각종규제, 기준 및 수이용계획에 합치하고, 수량 및 수질의 부하변동에 대해서 안정한 처리가 가능하면서 유지관리가 용이하고 경제적인 시설계획을 수립해야 하며, 광역운영체계 구축이 필요한 경우 통합관리할 하수처리장이나 시설을 결정하여 관리운영시스템 계획을 별도로 수립해야 한다.
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소규모하수도의 슬러지처리·이용계획은 다음의 각 항에 의하여 1.8을 고려하여 정한다.
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【해설】
소규모처리장에서는 대·중규모의 처리장과 같이 슬러지처리·이용을 어떻게 안정하게 하는가가 중요한 과제이다. 이 때문에 슬러지의 처리·이용에 있어서는 우선 최종이용방법을 결정하고 이것에 적당한 처리이용계획을 세운다. 특히, 소규모에 따르는 불리함을 없애고 소규모하수도의 지역특성을 고려하여 복수의 처리장을 대상으로 하는 슬러지처리의 광역화나 슬러지의 녹농지이용을 검토한다.
(1)에 대하여
일반적으로 소규모하수도에서는 대·중규모의 처리장과 비교하여 개개의 처리장마다 탈수나 소각 등을 하는 경우에는 건설비 및 유지관리비가 비싸진다. 이 때문에 복수의 처리장에 의한 광역화를 적극적으로 검토한다. 이러한 사례로서 소규모처리장의 슬러지를 운반해 특정의 처리장에서 탈수 등의 공동처리·이용을 하는 경우나 이동탈수차가 복수의 처리장을 순회하여 탈수처리를 하는 경우 등이 있다.
슬러지처리의 광역화 계획을 할 경우에는 각 처리장의 규모 및 지역적조건 등을 감안하고 개별처리를 한 경우와 공동처리를 한 경우와의 비용비교나 반송수대책 등의 검토를 하는 것은 물론 슬러지처리가 간헐적이므로 슬러지의 저류방법이나 부패를 수반하는 취기대책 등의 유지관리상의 문제를 고려해야만 한다. 더욱이 복수의 지자체에 걸쳐 광역처리를 하는 경우에는 관계되는 지자체가 설치, 유지 및 운전관리의 방법에 대해서 협의, 조정을 하여 협력체제를 조정하는 것이 중요하다.
(2)에 대하여
슬러지의 처리·이용을 안정하게 하기 위해서는 슬러지의 유효이용을 계획하는 것이 중요하다.
소규모처리장에서는 슬러지 발생량이 적고 대·중규모의 처리장과 비교하여 주변에 녹농지가 많으므로 유효이용방법으로서 녹농지이용을 생각할 수 있다. 이것을 위해서 소규모처리장의 계획단계부터 주변농가나 각 지자체의 관계당국과 조정해서 슬러지의 녹농지이용에 대한 이해와 이용체제를 조정해가는 것이 필요하다.
가. 하천
나. 호소
다. 지하수
지하수환경기준항목 및 수질기준은 수도법 제4조에 의한 먹는 물의 수질기준 등에 관한규칙 제2조 및 별표 1을 적용한다. 다만, 환경부장관이 고시하는 지역 및 항목은 적용하지 아니한다.
라. 해역
(개정 ’99.8.9, 2000.10.23, 2001.12.22)
1. 생물화학적 산소요구량·화학적 산소요구량·부유물질량
2. 페놀류등 오염물질
1. 방류수 수질기준
2. 적용시기
(1) 수질환경보전법시행규칙 별표 5의 규정에 의한 청정지역
(2) 수도법 제5조의 규정에 의한 상수원보호구역 및 그 경계구역으로부터 상류로 유하거리 10km 이내 지역
(3) 수도법 제3조제15호의 규정에 의한 취수시설로부터 상류로 유하거리 15km 이내 지역
3. 적용대상 지역
하수도사업은 많은 비용과 장기간에 걸친 공사를 요하며 완성된 뒤에도 계속적으로 유지관리를 위한 경비를 필요로 한다. 따라서 하수도계획의 수립시에는 필요경비에 대한 재정계획을 수립하고 충분히 검토해 두어야 한다.
하수도사업을 실시해 나가는데 필요한 경비와 재원은 〈표 1.1〉과 같다.
하수도의 건설에는 많은 비용이 필요하다. 따라서 건설시에는 가능한 한 효과적인 투자가 이루어져야 한다. 이를 위해 하수도계획에서는 어느 지역에서부터 정비를 할 것인가, 처리장의 단계적 건설은 어떻게 할 것인가, 간선관거는 복단면으로 할 것인가 아니면 단면 또는 2개의 관거를 단계적으로 건설하는 것이 좋은가에 관하여 충분히 검토한다.
하수도시설의 유지관리에는 많은 경비가 필요하며 이 유지관리비는 하수도 사용료에 의존하는 수밖에 없다. 하수도 사용료를 부과하는 경우 가정오수에 비하여 극히 다량이고 수질이 나쁜 폐수를 배출하는 공장에 대해서는 공장폐수를 처리하는데 필요한 비용뿐만 아니라 폐수를 받아들임으로써 단위수량당 처리비용이 증가되는 경우에는 이 비용도 포함하여 공장측에 부담시켜야 한다. 또한 하수도사용료에는 공장폐수를 받아들임으로써 생기는 건설비의 증가분까지 포함할 수도 있다. 따라서 하수도 사용료는 수량 및 수질을 고려하여 적어도 시설의 유지관리에 필요한 경비를 충당하기에 충분한 금액을 징수하는 것이 필요하다.
광역하수도는 원칙적으로 시·도에서 건설하고 유지관리도 시·도에서 하는 것이 타당하지만 건설비 및 유지관리비는 관련 시·군에 분담시켜야 한다. 이 분담법으로는 면적비율에 의하는 방법 및 수량비율에 의하는 방법 등 여러 가지가 있으나 어느 방법에 의하더라도 시와 도 사이의 분담, 시 사이의 분담에 대해서는 계획책정시에 충분히 협의하여 사업시행시 지장이 없도록 해야 한다.
관거시설은 관거, 맨홀(manhole), 우수토실(雨水吐室), 토구(吐口), 물받이(오수, 우수 및 집수받이) 및 연결관 등을 포함한 시설의 총칭이며, 주택, 상업 및 공업지역 등에서 배출되는 오수나 우수를 모아서 처리장 또는 방류수역까지 유하시키는 역할을 한다.
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각 관거별 계획하수량은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
오수관거는 오수량의 시간적 변화에 충분히 대응하고 오수를 지체없이 유하시킬 수 있어야 한다. 계획시간최대오수량의 산출은 1.6.2의 (6)에 따르며, 각 지역의 실정을 고려하여 정한다.
(2)에 대하여
계획우수량은 다른 하수량에 비해 발생량이 매우 많으므로 사용하는 강우강도, 유출계수 및 유출량 산출공식에 따라 결과에 차이가 많다. 따라서 1.5.1에 의해 각 도시의 실정에 적합한 산출공식을 유도한다.
(3)에 대하여
합류식 관거의 단면을 결정할 때에는 계획시간최대오수량과 계획우수량을 합한 것을 기준으로 한다. 계획우수량은 계획시간최대오수량에 비하여 발생량이 많으므로 단면 결정시에는 계획우수량이 중요한 요소가 된다.
(4)에 대하여
합류식에서는 우천시 하수량의 일부를 우천시 계획오수량으로 하여 차집관거로 유하시켜야 한다. 우천시 계획오수량은 1.6.2의 (7)에 따라 각 지역의 실정 및 그에 따른 효과와 필요한 비용 등을 검토하여 정한다.
(5)에 대하여
계획하수량과 실제 발생하수량 간에는 큰 차이가 있을 수 있기 때문에 각 지역의 실정에 따라 계획하수량에 여유율을 두는 것이 좋다. 그러나 여유율에 따른 관경의 증가로 인한 경제적 부담, 간선관거 및 대구경 관거는 지선에서 하수의 유하시간 차이로 인한 여유율의 증가 등을 감안하여 결정한다. 따라서 일반적인 여유율로서 오수관거인 경우 계획시간최대오수량에 대해 소구경관거(200～600mm)에서는 약 100%, 중구경관거(700～1,500mm)에서는 약 50～100%, 대구경관거(1,650～3,000mm)에서는 약 25～50% 정도 여유율을 갖도록 하는 것이 좋다.
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유량은 식(2.1.1)～식(2.1.3)을 이용하여 산출한다.
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【해설】
(1)～(3)에 대하여
하수는 보통의 물에 비하여 부유물이 많이 포함되어 있으나 수리계산에 지장을 줄 정도는 아니므로 보통의 물에서와 같은 방법으로 수리계산을 한다. 따라서 하수에서도 일반적으로 사용하는 수리계산식은 자연유하에서는 Manning식 또는 Kutter식을 사용하고, 압송의 경우에는 Hazen·Williams식을 사용한다.
식(2.1.1)～식(2.1.3)에서는 각 계산인자에 대하여 다음 사항을 고려한다.
가) 경사는 이론적으로 수면의 경사값을 사용하나 배수 등의 영향은 없는 것으로 간주하고 관저경사를 사용한다.
나) 조도계수는 Manning식 또는 Kutter식은 철근콘크리트관 및 도관의 경우는 각각 0.013, 경질염화비닐관 및 강화플라스틱복합관의 경우는 0.010을 표준으로 하며, 관거 보수공법에서는 공법의 재질이나 종류 등에 따라 다르지만, 일반적으로 경질염화비닐관과 동일한 정도로 예상된다. 일반적으로 사용되고 있는 조도계수 범위는 〈표 2.1.1〉과 같다.
다) Hazen·Williams식에서 유속계수 C 값은 〈표 2.1.2〉와 같이 관내면 조도(粗度), 굴곡, 분지 등의 수에 따라 다르나 이들의 굴곡손실 등을 포함해 110을 표준으로 한다. 직선부(굴곡손실 등은 별도 계산한다)만의 경우는 130을 표준으로 한다.
라) 관거 단면적은 유량과 경사가 결정되면 식(2.1.1)～식(2.1.3)의 수리계산식으로 구할 수 있다. 여기에서 수심을 결정할 때 원형거는 만류, 직사각형거는 높이의 90%, 말굽형거는 높이의 80%로 하여 정해진 계획유량을 충분히 유하시킬 수 있도록 단면을 결정한다.
가) 유량은 하도(河道)의 상황에 따라 다르게 계산되므로 등류(等流) 혹은 부등류(不等流)를 고려하여 계산한다.
나) 평균유속은 일반적으로 Manning식을 사용하여 구하고, 조도계수는 〈표 2.1.1〉과 같은 범위로 한다.
다) 적당한 여유고를 갖도록 단면을 결정한다. 일반적으로 여유고는 계획유량이 200㎥/s 미만일 때는 0.6m로 정하지만, 계획유량이 이보다 현저히 적을 경우에는 여유고를 0.2H(H는 개거의 깊이(m), 0.2H〉0.6m의 경우는 0.6m로 함) 이상으로 한다.
각 수심별로 유속 및 유량 등은 수리특성곡선을 통해 알 수 있으며 원형거, 직사각형거, 폭과 높이가 같은 말굽형거 및 계란형거 등의 수리특성곡선은 〈그림 2.1.1〉～〈그림 2.1.11〉과 같다. 〈그림 2.1.1〉～〈그림 2.1.11〉에서 각 관거 형태별 최대유속 및 유량은 다음과 같다.
한편, 분류식 및 합류식의 유량계산표의 예는 〈표 2.1.3〉 및 〈표 2.1.4〉와 같다.
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유속은 일반적으로 하류방향으로 흐름에 따라 점차로 커지고, 관거경사는 점차 작아지도록 다음 사항을 고려하여 유속과 경사를 결정한다.
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【해설】
유속이 작으면 관거의 저부에 오물이 침전하여 항상 준설작업이 필요하며, 유지관리비가 들고 반대로 유속이 너무 크면 관거를 손상시키고 내용년수를 줄어들게 한다.
일반적으로 관거의 경사는 지표경사에 따라 결정하며, 경제성 등을 고려하여 적당한 경사를 정하여야 한다.
즉, 하수 중의 오물이 차례로 관거에 침전되는 것을 막기 위하여 하류방향으로 내려감에 따라 유속을 점차 증가하도록 해야 한다.
그러나 경사는 하류로 갈수록 감소시켜야 한다. 결국 하류로 갈수록 하수량은 증가되어 관거는 커지므로 경사가 감소되어도 유속을 크게 할 수 있다. 또한 유속을 너무 크게 하면 경사가 급하게 되어 굴착깊이가 점차 깊게 되므로 시공이 곤란하게 되고 공사비용이 증대된다.
(1)에 대하여
오수관거의 유속은 다음사항을 고려한다.
따라서, 간선관거는 적당한 유속을 유지하도록 복단면의 구조로 하거나, 관을 2개로 분할하여 단계시공하는 방법 등을 검토할 필요가 있다. 단, 이 경우에는 시공성 및 경제성 등을 종합적으로 판단하여 결정한다.
(2)에 대하여
우수관거 및 합류관거에서 오수관거보다 최소유속이 더 큰 이유는 토사류 등의 유입에 따라 침전물의 비중이 오수관거보다 크기 때문이다. 특히, 합류관거에서 청천시 또는 계획기간이 긴 경우 목표년도의 계획하수량에 대하여 최소유속을 만족하도록 계획하면 건설초기년도에는 최소유속을 유지못하는 경우가 있으므로 적당한 유속을 유지하도록 하여야 한다. 한편, 급경사지 등에서 유속이 크면 관거의 손상 뿐만 아니라 유수의 유달시간이 단축되어 하류지점에서의 유량이 크게 되므로 단차 및 계단을 두어 경사를 완만하게 하여 유속을 작게 하여야 한다.
오수관거, 우수관거 및 합류관거에서의 이상적인 유속은 1.0～1.8m/s 정도이다.
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관거는 일반적으로 다음과 같은 종류를 사용한다.
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【해설】
관거는 압력관 등을 제외하고는 내압에 대하여 고려할 필요는 없지만 외압에 대하여 충분히 견딜 수 있는 구조 및 재질을 사용하며, (1)～(10)에 제시한 것 외에 다른 관종을 사용하고자 할 때에는 내구성 및 내식성 등에 있어 KS제품과 동등한 성능 이상의 재료를 사용한다. 일반적으로 하수도에 사용되고 있는 하수도관의 종류별 규격은 〈표 2.2.1〉과 같다.
한편 관종 선정시에는 유량, 수질, 매설장소의 상황, 외압, 접합방법, 강도, 형상, 공사비 및 장래 유지관리 등을 충분히 고려하여 합리적으로 선정한다.
발명자의 이름을 따서 흄(Hume)관이라고도 한다. 재질은 철근콘크리트관과 유사하며 원심력에 의해 굳혀 강도가 뛰어나므로 하수관거용으로 가장 많이 사용되고 있다.
흄관의 규격은 KS에서 그 사용 조건에 따라 보통관과 압력관으로 구별하고 있으며, 접합형상에 따라 A형, B형, C형, NC형으로 분류된다(〈그림 2.2.1〉 (가) 참조). 또한, 이형관은 사용형태에 따라 T자관, Y자관, 곡관(U,V형)으로 구분되어 있다. 적합한 규격 및 형태는 매설장소의 하중조건 등에 따라 신중하게 결정해야 한다.
콘크리트로 된 코아관(core pipe)주위에 PC강선을 인장시켜 줌으로써 원주방향 및 관축방향으로 압축응력을 작용하게 하여 내외압에 의해 발생되는 인장응력을 소멸시켜 상당히 큰 압력에서도 견딜 수 있게 만든 것으로 흔히 PC관으로 부른다. 따라서 안전성은 좋으나 가격이 원심력철근콘크리트관 보다 비싸 내외압이 크게 걸리는 장소에서 주로 사용되고 있다. 현재 KS상에서는 1～5종으로 관종을 나누고 있으며, 제작방법에 따라 원심력방식과 축전압방식이 규정되어 있고 접합은 소켓으로 한다.
로울러(roller, 원형단면의 회전봉)를 사용하여 콘크리트 표면을 접합하여 단단히 굳혀서 만든 철근콘크리트관으로 규격은 KS에서 용도에 따라 보통관과 압력관으로 구별하고 있으며, 모양에 따라 A형, B형, C형으로 구분된다(〈그림 2.2.1〉 (나) 참조).
거푸집에 조립철근과 콘크리트를 넣은 후 진동기 또는 이것과 동등한 효과를 얻을 수 있는 방법으로 다져서 제작한 철근콘크리트관을 말하며 KS에는 외압 강도에 따라서 1종관, 2종관으로 구분되어 있다.
철근콘크리트 또는 프리스트레스트콘크리트에 의한 공장제품으로 운반경로 및 시공조건에 따라 측벽, 상판, 바닥판 등으로 분할해서 제조하는 것이 가능하기 때문에 제품화된 철근콘크리트 직사각형거는 현장타설철근콘크리트관에 비하여 공사기간이 단축된다는 이점이 있다.
도관은 내산 및 내알칼리성이 뛰어나고, 마모에 강하며 이형관을 제조하기 쉽다는 장점이 있으나, 충격에 대해서 다소 약하기 때문에 취급 및 시공에 주의해야 한다. 접합방법으로는 공장에서 제작되는 압축조인트접합과 현장시멘트모르터접합이 있는데 수밀성을 확보하기 위해서 압축조인트접합을 사용하는 것이 바람직하다.
KS에는 보통관, 두꺼운 관이 규격화되어 있으나, 오수관으로는 두꺼운 관이 적합하다. 또한 여러 가지 각도의 곡관이나 가지관도 KS에 규격화되어 있다.
한편, 국내에서는 도관의 사용실적이 많지 않으나 외국의 경우는 수질변화가 심하여 부식의 염려가 많은 400mm이하의 소형 오수관거용으로 많이 이용되고 있다.
원형의 통파이프를 외부관과 내부관으로 생산하여 외부관을 캐터필러식의 금형이 연속적으로 O링 형상을 성형하여 제조한 관으로 매끄러운 안쪽 벽면과 주름진 바깥쪽면으로 구성되어 있다. 큰 하중을 요하는 곳에 사용가능하며 경량으로 시공성, 내화학성이 우수하고 KS규격에서는 1종(고강성용)과 2종(일반용)으로 분류되어 있다. 설계시 장기허용변형율은 내경의 5% 이내로 한다.
경질염화비닐관의 재료에 충격 보강제를 추가 혼합한 관이며 경량으로 운반이 용이하다. 1종(HI-VG1, 고강성용), 2종(HI-VG2, 저강성용)이 있다. 설계시 장기허용변형율은 내경의 5% 이내로 한다.
공장제품의 사용이 불가능한 경우, 큰 단면 및 특수한 단면을 필요로 하는 경우 및 특히 고강도를 필요로 하는 경우 등에는 현장에서 직접 타설하는 철근콘크리트관을 사용한다. 단면 및 형상은 2.2.2에 따른다. 또한 원심력철근콘크리트관, 코아식프리 스트레스트콘크리트관, 로울러전압철근콘크리트관 및 철근콘크리트관의 하중계산은 흙두께가 극히 적은 경우나 3m 이상의 경우는 일단 점검해야만 하며, 최근의 노면하중 증대에 따른 관거에 대한 영향을 점검할 필요가 있다.
유리섬유, 불포화폴리에스테르, 골재를 주원료로 하며, 내외면은 유리섬유강화층이고, 중간층은 수지모르터복합관이므로 규격은 공칭지름, 공칭압력 및 이음형태에 따라 분류한다. 고강도로 내식성 및 시공성이 우수하다.
폴리에틸렌관은 폴리에틸렌 중합체를 주체로 한 고밀도 폴리에틸렌을 사용하여 압출 등의 방법에 의하여 성형하며, 가볍고 취급이 용이하여 시공성이 좋다. 또한 내산·내알칼리성이 우수한 장점이 있지만, 특히 부력에 대한 대응과 되메우시기 다짐 등에 유의하여야 한다. 설계시 장기허용변형율은 내경의 5% 이내로 한다.
내압성 및 내식성에 우수하여 일반적으로 압력관, 처리장내의 연결관 및 송풍용관, 차집관거 등 다양한 용도에 쓰이고 있다.
파형강관은 용융아연도금된 강판을 스파이럴형으로 제작한 강관으로서 하수관거 중 아연도금을 한 파형강관은 우수관거용으로 사용되고 있으며, 파형강관에 폴리에틸렌(PE)수지, PVC 등으로 피복하여 내식성 및 내마모성을 증가시키면 오수관거용으로 사용할 수 있다(〈그림 2.2.1〉 (다) 참조).
레진(수지)와 모래, 자갈 등의 골재 및 충전(진)재, 보강재로 이루어진 관이며, 내산성이 우수하고 관의 노화가 적은 관재이다. 관종은 이음 형상에 따라서 A형 및 B형으로 구분된다. A형은 유연성을 갖는 컬러를 접속하는 이음구조이며, B형은 철근콘크리트관의 B형과 유사한 수구와 삽구를 갖는 이음구조가 된다.
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관거의 단면형상에는 원형 또는 직사각형을 표준으로 하고, 소규모 하수도에서는 원형 또는 계란형을 표준으로 한다. |
【해설】
관거의 단면형상에는 암거의 경우 〈그림 2.2.2〉에 나타낸 것과 같이 원형, 직사각형(정사각형도 포함), 말굽형 및 계란형 등이 있다. 이 가운데, 가장 일반적으로 사용되는 것은 원형이다.
그러나 어떤 형상을 선정하더라도 다음 사항을 고려하여 결정한다.
일반적으로 사용되는 원형, 직사각형, 말굽형 및 계란형의 장·단점은 다음과 같다.
가) 수리학적으로 유리하다.
나) 일반적으로 내경 3,000mm 정도까지 공장제품을 사용할 수 있으므로 공사기간이 단축된다.
다) 역학계산이 간단하다.
가) 안전하게 지지시키기 위해서 모래기초 외에 별도로 적당한 기초공을 필요로 하는 경우가 있다.
나) 공장제품이므로 접합부가 많아져 지하수의 침투량이 많아질 염려가 있다.
이 형상은 일반적으로 높이가 폭보다 작다.
가) 시공장소의 흙두께 및 폭원에 제한을 받는 경우에 유리하며 공장제품을 사용할 수도 있다.
나) 역학계산이 간단하다.
다) 만류가 되기까지는 수리학적으로 유리하다.
가) 철근이 해를 받았을 경우 상부하중에 대하여 대단히 불안하게 된다.
나) 현장타설일 경우에는 공사기간이 지연된다. 따라서 공사의 신속성을 도모하기 위해 상부를 따로 제작해 나중에 덮는 방법을 사용할 수도 있다.
이 형상은 일반적으로 상부는 반원형의 아치(arch)로 하며 측벽은 직선 또는 곡선을 갖고 내측으로 굽혀 수직으로 한다.
가) 대구경 관거에 유리하며 경제적이다.
나) 수리학적으로 유리하다.
다) 상반부의 아치작용에 의해 역학적으로 유리하다.
가) 단면형상이 복잡하기 때문에 시공성이 열악하다.
나) 현장타설의 경우는 공사기간이 길어진다.
가) 유량이 적은 경우 원형거에 비해 수리학적으로 유리하다.
나) 원형거에 비해 관폭이 작아도 되므로 수직방향의 토압에 유리하다.
가) 재질에 따라 제조비가 늘어나는 경우가 있다.
나) 수직방향의 시공에 정확도가 요구되므로 면밀한 시공이 필요하다.
기타관거의 단면형상은 〈그림 2.2.3〉과 같다.
직사각형 또는 말굽형을 사용하는 경우에는 원활한 유수의 흐름을 위하여 일반적으로 관거의 저면에 폭의 1～2배 정도의 곡률반경을 가진 인버트(invert)를 설치하는 것이 좋다.
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최소관경은 다음과 같이 한다.
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【해설】
배수면적이 작으면 계획하수량도 적게 되어 필요한 관거의 내경도 매우 작은 것으로 충분하다. 그러나 관경이 너무 작으면 관거 내의 청소나 점검 및 사용후의 새로운 부착관의 설치 등 유지관리에 지장을 초래하므로 계산상 200mm 이하로 충분해도 200mm 또는 250mm의 관경을 사용한다.
단, 오수관거는 국지적으로 장래에도 하수량의 증가가 예상되지 않는 경우에는 150mm로 할 수 있다. 150mm로 할 경우에는 장래에도 공장이나 공동주택의 입지 등 토지이용의 변경이 전혀 예상되지 않는 지역에 한정하는 등 충분한 검토가 필요하다.
진공 또는 압송방식의 최소관경에 대해서는 펌프구경, 유속, 마찰손실, 오수의 종류 등을 종합적으로 판단하여 결정한다.
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매설위치는 다음 사항을 고려해서 결정하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
공사계획에 있어서 매설위치 및 깊이에 관하여 계획표준도(〈그림 2.3.1〉～〈그림 2.3.4〉 참조)를 결정하지 않으면 안된다.
공공도로내에 하수관거를 매설할 때는 매설위치 및 깊이에 관하여 도로관리자와 협의하고 공사후 유지관리를 고려하여 정한다.
사업을 실시할 때는 도로법 제40조에 의하여 도로관리자에게 점용원을 제출하고 허가를 받아야 한다. 또한 사전에 다른 매설물에 대해 충분히 조사하여 장해가 되는 구조물은 이설을 의뢰한다.
(2)에 대하여
하천부지내에서 사업을 실시할 때는 하천법 제33조에 의하여 하천관리자에게 하천공작물 신축허가원을 제출하고 허가를 받아야 한다. 또한 관거의 역사이펀을 피할 수 없는 경우에는 2.6절에 의한다.
(3)에 대하여
철도를 횡단하여 관거를 부설하는 경우에는 그 설계 및 공법에 관해서 철도관리자와 협의하여 승인을 받아야 한다. 또한 관거가 직접적으로 교통하중 및 진동을 받지 않도록 충
분한 깊이에 매설할 필요가 있으나 종단경사의 상태 등에 의해 교통하중 및 진동을 받는 경우에는 관거에 직접적인 영향이 미치지 않도록 방호공을 설치할 필요가 있다. 또한 공사시에는 차량의 운행에 영향을 주지 않도록 고려한다.
(4)에 대하여
지형 및 기타의 불가피한 이유로 관거를 사유도로 등의 사유지에 매설할 수밖에 없는 경우에는 그 토지의 소유자와 협의해 유지관리에 지장을 주지 않도록 지상권 설정 및 협의서 등의 필요한 조치를 취해야 한다.
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관거의 최소 흙두께는 원칙적으로 1m로 하나, 연결관, 노면하중, 노반두께 및 다른 매설물의 관계, 동결심도, 기타 도로점용조건을 고려하여 적절한 흙두께로 한다. |
【해설】
관거의 최소 흙두께 결정에 있어서는 연결관, 노면하중, 노반두께 및 다른 매설물의 관계, 기타 도로점용조건을 고려하여 적절한 흙두께로 할 필요가 있다. 공공도로 내에 매설하는 관거에 대해서는 도로법시행령 제24조제1항의 별표1에 따르면 “하수도관의 본선을 매설하는 경우에는 그 윗부분과 노면까지의 거리를 3m(공사시행으로 인하여 부득이한 경우에는 1m) 이상으로 할 것”으로 규정되어 있다.
닥타일주철관, 흄관(외압 1종, 2종관), 강화플라스틱복합관, 경질염화비닐관, 도관의 관종에서 300mm 이하 하수도관의 매설에 대해서 전선, 수도관, 가스관 또는 하수도관을 도로의 지하에 설치하는 경우 매설의 깊이 등에 대해서 최소 흙두께를 〈표 2.3.1〉에 준하여 운용하면 되지만, 도로관리자에게 얕은층매설기준의 운용에 대한 확인이 필요하다.
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관거의 오접 및 굴착파손을 피하기 위하여 테이프, 페인트 또는 인식장치 등을 적극 설치한다. |
【해설】
지하매설물 굴착에 따른 사고를 방지하기 위해서는 환경부제정「하수도공사 시공관리요령」을 참고로 하여 우·오수관의 식별이 용이하도록 한다. 또한, 관거 매설 후 관거탐지 장치 등으로 탐지가 가능하도록 설계·시공시 적극 고려한다. 관과 맨홀의 식별을 위하여 맨홀뚜껑에 관명칭, 관리자, 사업자 등을 기록하고 사업자, 일련번호, 부설연도 등이 표기된 명판을 맨홀벽체 상단에 부착한다. 시공완료 후 맨홀, 관거 등의 위치를 측량법에 준하여 측량을 실시하고 사업규모, 사업기간 등을 고려하여 필요한 경우 공공측량성과심사를 받아 준공도를 작성한다.
최근에는 하수도시설 운영관리의 효율화 및 통합화 추세에 따라 지리정보시스템(GIS)을 기반으로 하수도시설물 전반에 대하여 도형과 속성에 대한 데이터베이스를 구축하고 있다. 따라서, 관거 설계도 작성시부터 3차원좌표계를 도입, 수평·수직의 위치(x, y, z)를 명확히 한다.
각종 지상·지하매설물 중에서 하수도관거의 상대적 위치를 정확하게 파악할 수 있는 정보를 얻게 되면 관거의 신설 및 보수나 교체시 단시간 내에 경제적으로 시행할 수 있을 것이다. 상수도관거, 도시가스, 전력선 및 통신선로 등 다른 계통의 사업자에게 관거의 위치를 정확하게 제공하여 하수도에 대한 신뢰성을 도모할 수 있을 것이다.
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흙두께 및 재하중이 관거의 내하력을 넘는 경우, 철도 밑을 횡단하는 경우 또는 하천을 횡단하는 경우 등에는 콘크리트 또는 철근콘크리트로 바깥둘레를 쌓아서 외압에 대하여 관거를 보호한다. |
【해설】
현장타설을 제외한 관거는 일정한 하중조건에 따라 제조되므로 그 조건을 벗어나 안전율을 저하시키는 경우에는 콘크리트 또는 철근콘크리트로 바깥둘레를 싸서 외압에 대하여 관거를 보호한다. 특히, 철도횡단, 하천제방횡단 또는 하저횡단시의 바깥둘레 싸기에는 철근콘크리트로 종방향의 보강을 충분히 할 필요가 있다.
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관거의 내면이 마모 및 부식 등에 따른 손상의 위험이 있을 때에 내마모성, 내부식성 등에 우수한 재질의 관거를 사용하거나 관거의 내면을 적당한 방법에 의해 라이닝(lining) 또는 코팅(coating)을 해야 한다. |
【해설】
관거에서 경사가 급한 부분에서는 마모가 심하다. 또 압력관거의 토출구 등에서는 황화수소가 발생하기 쉽고 부식할 우려가 있다(〈참고 2-2. 황화수소대책〉 참조). 관거내가 혐기성 상태가 될 때 혐기성균이 하수에 포함된 황을 환원시켜 황화수소를 발생시키고 이 황화수소가 관거의 천정부근에서 또 다른 종류의 균에 의해 산화되어 황산이 되면서 관거를 부식시키는 관정부식(管頂腐蝕, crown corrosion)이 일어나게 된다. 따라서 관거의 내면이 마모 및 부식 등에 의해 손상될 위험이 있을 때에는 내마모성, 내식성 및 내약품성이 우수한 관을 사용하거나 합성수지나 모르터 등으로 라이닝하여 관내면을 보호할 필요가 있다. 부식에 대한 보호재료에는 모르타르, 역청재(瀝靑材), 합성수지 등이 있다.
강관 및 닥타일주철관을 전철철도나 변전설비의 주변에 매설하는 경우에는 미주전류(迷走電流, stray current)의 영향을 받아 전식(電蝕, electrolyte corrosion)이 일어날 수 있으므로 절연문제를 고려해야 하며, 상황에 따라서는 전기분해 방식(防蝕)을 고려할 필요가 있다.
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관거의 기초공은 관거의 종류 및 토질 등에 따라 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
기초공은 사용하는 관거의 종류, 토질, 지내력, 시공방법, 하중조건 및 매설조건 등에 따라 정하지만, 기초공의 선택은 공사비용에 큰 영향을 미치게 되므로 관거의 내구성 및 경제성을 충분히 검토하여 적절한 방법을 선택하도록 한다.
관거의 기초공은 철저히 시공하는 것이 중요하며, 관거의 부등침하는 하수의 정체, 부패 및 악취를 발생시키는 원인이 될 뿐만 아니라 최악의 경우에는 관거가 파손되어 누수가 일어나거나 지하수의 침입을 초래하여 관거주변의 토사가 유입하여 유지관리면에서 큰 장해가 되거나 심하면 도로가 함몰하는 현상이 나타나기도 하므로 기초공은 특히 중요하다.
〈표 2.4.1〉은 관종에 따른 기초를 개략적으로 분류한 것이지만 실제에서는 관체의 보강과 부등침하의 방지를 위하여 각각의 기초를 조합하여 시공하는 경우도 있다.
(1)에 대하여
보통지반에서 관거의 경사를 정확히 유지하고 접합을 용이하게 하기 위한 목적으로 주로 철근콘크리트관에 사용하는 매우 단순한 기초방식이다. 일반적으로 벼개동목기초의 구조는 관 1개에 대하여 2～3개의 받침을 놓고, 그 위에 관을 부설하여 쐐기로 안정시키는 방식이다. 시공시에는 횡목설치에 유의하여야 하며 횡목을 견고하게 지반에 고정하고, 동시에 일정한 높이로 설치되도록 하여야 한다.
지반이 연약한 경우 및 관거에 미치는 외압이 큰 경우에 채택한다. 모래 또는 쇄석 등을 관거 외주(하부)에 밀착되도록 견고히 관거를 지지한다. 이 기초가 관거에 접하는 폭(또는 받침각)에 따라 관거의 보강효과는 다르며, 받침각이 클수록 내하력이 증가한다. 이 경우에 주의할 점은 필요한 받침각을 확보하는 것이고 그러기 위해서는 시공상의 받침각을 크게 할 필요가 있다. 또한 관거하단의 기초두께는 최소 100～200 mm 또는 관거외경의 0.2～0.25배로 하는 것이 바람직하며, 관거의 매설지반이 암반인 경우의 기초두께는 이 범위보다 다소 두껍게 하는 것이 안전하다.
지반이 연약한 경우 및 관거에 미치는 외압이 큰 경우에 채택한다. 관거의 저부를 콘크리트로 둘러싸는 것으로 외압하중에 의한 관거의 변형을 충분히 보호할 수 있어야 한다. 이 경우에도 받침각이 클수록 내하중은 증가한다. 또한 최소 기초두께는 2.4.3, (1)의 ②에 따른다.
극연약지반에서 지지층이 매우 깊고 벼개동목기초가 비경제적인 경우 굴착구바닥에 콘크리트상판을 타설해 상부하중을 바닥으로 분산시켜 지반침하를 방지하는 방법이다. 이 경우 상판에 직접 관을 설치하면 관저부가 점받침이 되어 하중이 집중하게 되므로 상판에는 2.4.3, (1)의 ②에 기술한 모래기초 등을 하도록 한다.
매설토의 수직토압에 의해 작용하는 수직등분포 하중을 구하기 위해 수직토압공식, 마스톤(Marston)공식 및 Janssen공식 등을 이용한다.
식(2.4.1)은 흙의 마찰력을 전혀 고려하지 않고 단순히 관상부 매설토의 중량이 관에 직접 작용하는 것으로 가정해서 구하는 식으로 측면의 마찰을 무시한 것이다.
토압계산에 가장 널리 이용되는 공식으로 수직토압은 굴착도랑 바로 위의 흙기둥 중량의 전체가 관에 전달되지 않고 굴착면에 인접하는 흙기둥 사이의 전단마찰력을 상쇄한 하중이 관에 작용하는 것으로 하여 구한다. 여기서, 마찰전단력은 이들 토압의 상대적 침하로 결정되며, 여기에는 수평토압이 관련된다. 마스톤공식에서는 이 수평토압에 랭킨(Rankine)공식을 이용한다.
일반적으로 사용되는 마스톤 공식은 식(2.4.2)와 같다.
때때로 하수관거는 흙두께 외에도 지표면상에 존재하는 물체에 의하여 하중을 받게 되는데 상재하중이 하수관거에 주는 하중은 식(2.4.3)으로 계산한다.
굴착도랑에 관을 매설할 경우 굴착도랑과 매설토 사이의 전단마찰력과 매설토 자체가 갖는 점착저항력에 의해 상쇄되는 중량을 도랑내 흙기둥의 전중량에서 뺀 중량이 도랑폭에 작용한다는 가정에서 매설토에 의한 수직토압을 구하는 방법이다. 얀센공식은 관측의 매설토가 충분히 다져지므로써 굴착도랑폭 전체에 하중이 균등하게 분포한다는 가정에서 식이 성립하는 것으로 이와 같은 조건을 만족하기 위해서는 다짐 등의 시공상의 공정에서 세심한 주의를 필요로 한다.
매설관거의 상부로 차량 등이 통과하는 경우 그 하중에 의한 압력이 토압하중에 가산되는데 차량하중은 후륜하중을 사용하며 전륜하중의 영향은 무시하는 것으로 한다. 식(2.4.5)은 도로의 종방향에 타이어의 접지폭 20cm에서 45°로 분산하고, 횡방향에는 차체 점유폭 2.75m로 분산하는 것으로 고려한다.
강성관의 강도계산은 다음에 의한다.
관의 외압에 대한 강도를 나타내는 외압강도는 철근콘크리트관의 경우 균열하중을 적용하고 도관의 경우 파괴하중을 적용한다. 매설관에 등분포하중이 작용하는 경우 관체에 발생하는 최대휨모멘트는 식(2.4.6)과 같다.
관거를 매설한 경우에는 수직토압이외에도 관위를 통과하는 각종 차량에 의한 활하중이 작용하는데 이들 외압하중에 의해 관체에는 휨모멘트가 발생하게 된다. 또한, 관거의 자중 및 관거내 물의 중량이나 수직토압에 의하여 발생되는 측벽(主動土壓)에 의해서도 휨모멘트가 발생할 수 있으나, 관의 자중과 관내수의 중량에 의해 발생하는 휨모멘트와 수직토압에 수반되는 측벽(주동토압)에 의해서 발생하는 휨모멘트는 서로 상쇄되므로 일반적으로 무시한다.
따라서 휨모멘트의 계산은 수직토압과 활하중만을 고려대상으로 한다. 또한 그 휨모멘트는 관거의 기초구조나 토질 및 시공의 양부에 의해서 크게 영향을 받는다.
한편 식(2.4.6)에서 받침각에 따른 k값은 〈표 2.4.7〉과 같으며, 관의 받침형태는 〈그림 2.4.3〉과 같다.
(2)에 대하여
지반의 조건에 따라서 관체측부흙의 수동저항력을 확보하기 위해 소일시멘트(soil cement)기초, 베드 토목섬유(bed geotextile)기초 등을 이용하기도 한다.
극히 연약한 지반에서 부등침하가 우려되는 경우에는 말뚝기초 및 콘크리트+모래기초 등과 2.4.3, (1)에서 기술한 기초공을 병용할 수 있지만 벼개동목기초, 콘크리트+모래기초와 관체 사이에 충분한 모래를 깔아 틈이 없게 할 필요가 있다. 참고로 말뚝기초란 극연약지반으로 거의 지내력을 기대할 수 없는 경우에 사용되며, 사다리동목의 밑을 말뚝으로 받치는 형태이다.
a. 매설토에 의한 수직토압은 연성관의 상부토압에 의해 관 측부의 매설토와 관거가 똑같이 변형하기 때문에 관거에 작용하는 하중은 관거 폭만의 토압으로 하고 매설토에 의한 수직토압은 식(2.4.1)에 의한다.
b. 활하중에 의한 수직토압은 강성관의 경우와 같다.
매설토에 의한 토압분포는 관의 상부토압과 저면반력이 등분포의 수직토압으로 상하에 작용하는 것으로 하고 관의 변형에 의해 발생하는 반력은 이등변삼각형의 수평토압으로 좌우에 작용하는 것으로 한다.
또한, 활하중에 의한 토압분포는 관의 상부토압과 저면반력이 상하에 등분포의 수직하중으로서 작용하는 것으로 하고, 관의 변형에 의해 발생하는 반력은 직각 삼각형의 수평토압이 좌우에 작용하는 것을 산정한다.
연성관의 매설토와 활하중에 의한 휨모멘트 및 휨응력은 식(2.4.7) 및 식(2.4.8)에 의하여 구할 수 있으며, 수직방향의 변형량 및 변형률은 식(2.4.9) 및 식(2.4.10)에 의하여 구할 수 있다.
매설토와 활하중에 의한 휨모멘트 및 휨응력은 식(2.4.7) 및 식(2.4.8)과 같이 표현할 수 있다.
또한, 매설토와 활하중에 의한 수직방향의 변형량 및 변형률은 식(2.4.9) 및 식(2.4.10)과 같이 나타낼 수 있다.
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관거의 접합은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
관거의 설계에 있어서는 관거의 방향, 경사, 관경이 변화하는 장소 및 관거가 합류하는 장소에는 맨홀을 설치해야 한다. 또한 관거내 물의 흐름을 수리학적으로 원활하게 흐르게 하기 위해서는 원칙적으로 에너지경사선에 맞출 필요가 있다. 흐르는 물이 충돌이나 심한 와류, 난류 등을 일으키면 손실수두가 증가되어 유하능력이 저하되고 아울러 합류점 또는 지표경사가 급격히 변하는 경우에는 접합방법이 올바르지 못하면 맨홀로부터 하수가 분출하는 등 예측치 못한 사고가 발생할 수도 있다. 따라서 관거를 접합할 때에는 충분한 주의가 필요하다.
(1)에 대하여
관거의 접합에는 일반적으로 다음과 같은 방법을 사용한다(〈그림 2.5.1〉 참조).
이러한 접합방법은 각각의 특성을 가지고 있으므로 배수구역내 노면의 종단경사, 다른 매설물, 방류하천의 수위 및 관거의 매설깊이를 고려하여 가장 적합한 방법을 선정해야 한다. 특별한 경우를 제외하고는 원칙적으로 수면접합 또는 관정접합으로 하는 것이 좋다. 각 접합방법의 특징은 다음과 같다.
수리학적으로 대개 계획수위를 일치시켜 접합시키는 것으로서 양호한 방법이다.
관정을 일치시켜 접합하는 방법으로 유수는 원활한 흐름이 되지만 굴착깊이가 증가됨으로 공사비가 증대되고 펌프로 배수하는 지역에서는 양정이 높게 되는 단점이 있다.
관중심을 일치시키는 방법으로 수면접합과 관정접합의 중간적인 방법이다. 이 접합 방법은 계획하수량에 대응하는 수위를 산출할 필요가 없으므로 수면접합에 준용되는경우가 있다.
관거의 내면 바닥이 일치되도록 접합하는 방법이다. 이 방법은 굴착깊이를 얕게 함으로 공사비용을 줄일 수 있으며, 수위상승을 방지하고 양정고를 줄일 수 있어 펌프로 배수하는 지역에 적합하다. 그러나 상류부에서는 동수경사선이 관정보다 높이 올라 갈 우려가 있다.
(2)에 대하여
지표의 경사가 급한 경우 관내의 유속 조정과 하류측의 최소 흙두께를 유지하기 위해서, 또 상류측 굴착깊이를 줄이기 위해서 지표경사에 따라서 단차접합 또는 계단접합으로 한다(〈그림 2.5.2〉 참조).
지표의 경사에 따라 적당한 간격으로 맨홀을 설치한다. 1개소당 단차는 1.5m이내로 하는 것이 바람직하다. 단차가 0.6m 이상일 경우 합류관 및 오수관에는 부관을 사용하는 것을 원칙으로 한다.
통상 대구경관거 또는 현장타설관거에 설치한다. 계단의 높이는 1단당 0.3m 이내 정도로 하는 것이 바람직하다. 지형상황에 따라서 단차접합이나 계단접합의 설치가 곤란한 경우 유속의 억제를 목적으로 하는 감세공의 설치를 검토한다(〈그림 2.5.3〉
참조). 또한 간선관거의 접속등 고낙차에서 관거를 접합할 필요가 있는 경우에는 맨홀저부의 세굴방지 및 하수의 비산방지를 목적으로 드롭샤프트 등의 설치를 검토한다(〈그림 2.5.4〉 참조).
(3)에 대하여
대구경관거와 대구경관거가 합류하는 경우에는 물의 흐름을 원활하게 흐르도록 유의하고 유속이 크게 되는 것에 주의해야 한다. 또한 대구경관거에 소구경관거가 합류하는 경우에는 유속이 적은 소구경관거의 물의 흐름이 대구경관거의 큰 유속에 지장을 받아 소구경관거의 상류부에 유속이 정체되어 예상치 못했던 지장을 일으킬 수도 있으므로 이런 경우에는 가능한 한 작은 중심교각을 갖도록 합류시키는 것에 주의해야 한다.
이때 중심교각은 30～45˚가 이상적이지만 도로의 폭, 그 밖의 장애물과의 관계를 고려하여 60˚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편 대구경관거에 소구경관거가 합류하는 경우 소구경관거의 지름이 대구경관거 지름의 1/2 이하이고, 수면접합 혹은 관정접합에 의한 접합 이상으로 낙차를 붙이는 경우 중심교각은 90˚까지를 한도로 해도 지장이 없다.
또한 곡선을 갖고 접합하는 현장타설철근콘크리트관거 등의 경우에는 내경 5배 이상의 곡률반경으로 접합시키는 것이 바람직하다.
소구경관거가 합류하는 경우의 곡률반경은 보통 맨홀내에 대처되지만 대구경관거가 합류하는 경우의 곡률반경은 특수맨홀 또는 현장타설철근콘크리트관거를 설치해야만 부착되는 경우가 많다. 또한 관거가 단순히 곡절(曲切)하는 경우도 이와 같은 사항을 고려할 필요가 있다(〈그림 2.5.5〉 참조).
또한 반대방향의 관거가 곡절하는 경우나 관거가 예각으로 곡절하는 경우의 접합도 이와 같은 사항을 고려하며, 이상적으로는 2단계로 곡절하는 것이 바람직하다(〈그림 2.5.6〉 참조).
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【해설】
(1)에 대해서
관거는 다른 매설물에 비하여 매설깊이가 깊은 경우가 많다. 그러므로 지하수 수위가 높고 연결이 불완전한 경우에는 지하수가 다량으로 관거내에 침입한다. 따라서 펌프배수의 경우는 펌프의 증설을 필요로 하게 되고, 배수경비를 증가시키는 결과를 낳게 된다. 또한 지하수의 침입은 관거용량의 부족 및 여유의 감소를 초래하여 관거기능에 예상치 못했던 지장을 줄 뿐만 아니라 처리장 기능을 저하시킬 우려가 있으므로 충분한 주의가 필요하다.
특히, 지하수 수위가 높은 곳에서는 연결이 불완전하고 연결이 불량한 부분으로 지하수가 관거내에 침입하면서 관거주위의 지반을 불안정하게 하거나 토사를 끌어들여 관거내에 쌓이게 하고 때로는 부등침하, 노면함몰, 다른 지하매설물 등에 피해를 주는 경우가 있다.
이 때문에 연결은 기초공사와 함께 토질 및 지하수수위를 고려하여 가장 적합한 방법을 선택하고, 시공상에 있어서도 관종 및 연결구조에 따라 정확하고 면밀한 연결을 하여 항상 수밀성이 있는 동시에 내구성이 있는 것이어야 하며 수밀성 시험을 하도록 한다(참고 2-4 수밀시험방법 참조).
시공이 쉽고 고무링이나 압축조인트를 사용하는 경우에는 배수가 곤란한 곳에서도 시공이 가능하며, 수밀성도 높다. 소켓용 관거의 운반시에는 소켓이 파손될 우려가 있으므로 주의가 요구된다. 종래에는 연결부를 모르터로 충전하였으나 수중연결이 곤란하고 시공상 숙련을 필요로 하기 때문에 최근에는 모르터 대신에 고무링이나 합성수지제의 패킹을 사용한 압축조인트가 채용되고 있어 시공성, 수밀성 및 내구성이 향상되고 있다(〈그림 2.5.7〉 (a) 참조). 또한, 소켓부분에 플라스틱부착 등으로 소켓고무링 접합의 효율성을 도모하기도 한다.
중구경 및 대구경의 시공이 쉽고 배수가 곤란한 곳에서도 시공이 가능하다. 수밀성도 있지만 연결부의 관두께가 얇기 때문에 연결부가 약하고 연결시에 고무링이 이동하거나 꼬여서 벗겨지기 쉽고, 연결부에도 이것이 원인으로 누수 되는 수가 있다(〈그림 2.5.7〉 (b) 참조).
흄관의 칼라연결을 대체하는 방법으로서 수밀성이 크게 향상된 수밀밴드 등을 사용하여 시공한다(〈그림 2.5.8〉 참조).
2) 충전재
관거연결부의 수밀성을 유지하기 위해 연결에 충전하는 재료는 고착성, 지수성 및 내구성이 뛰어나고 시공성이 좋은 것을 사용한다.
일반적으로 보통 모르터가 사용되어 왔으나 강성이 있고 수축하기 쉬우며 균열이 일어나기 쉽다는 단점이 있으므로 콤포모르터(compomortar, 시멘트와 물의 비율 1:2)로 하여 수밀성을 높일 수 있다. 충전재는 토질조건 및 지하수위 등을 고려하여 선정해야 한다.
부등침하를 피할 수 없는 지반에서의 충전재로는 연성의 재질이 좋고, 역청계인 것으로는 가열주입형이나 상온주입형을 사용한다. 이외에 두 가지 액을 혼합해서 사용하는 합성수지계의 상온주입형도 있다.
(2)에 대해서
맨홀 등의 구조물과 관거와의 접속부분에 있어서 연결각도, 연결방향, 접합부 천공에 따른 관거파손과 부등침하 등에 의한 편하중에 의해 관거의 손상사고를 일으키는 경우가 있다. 이 같은 경우에는 연성연결의 사용을 고려할 필요가 있다.
검토사항으로서는
대응책으로서는 이 같은 경우에 적용이 가능한 다양한 관거 형태의 개발과 더불어 접합부 이상 및 관이음부 불량을 시공단계에서 개선하는 방안이 시급하다.
연성관, 맨홀용 연성연결, 단관의 사용, 유동성 맨홀접속제, 합성수지계 접착충전제 및 수팽창 고무접속제 등이 있으며 그외에 실트공사의 경우 연성세그먼트(segment)의 사용이 있다. 또한, 채택시에는 연성, 수밀성, 내구성, 시공성 및 경제성 등을 종합적으로 검토하여야 한다.
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역사이펀은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
하천, 수로, 철도 및 이설이 불가능한 지하매설물의 아래에 하수관을 통과시킬 경우에 역사이펀 압력관으로 시공하는 부분을 역사이펀이라고 한다. 역사이펀은 시공이 곤란할 뿐 아니라, 유지관리상에도 문제가 많다. 따라서 지하매설물 등을 잘 처리하여 가능한 한 피하는 것이 바람직하다. 부득이하게 설치할 경우에는 다음 각 항을 고려할 필요가 있다.
(1)에 대하여
역사이펀은 양측에 수직인 역사이펀실을 두고 그 사이를 수평 또는 하류가 낮게 되도록 역사이펀 관거로 접합한다(〈그림 2.6.1〉 참조).
또한, 역사이펀은 시공후의 점검 및 보수 등이 몹시 곤란하므로 특별히 부등침하가 되지 않도록 지반의 특성에 따라서 적당한 기초공을 시공한다. 역사이펀실에 접속하는 상하류측의 유입 및 유출관거의 접속부분도 구조상 약점이 되기 때문에 같은 배려가 필요하다.
소구경관의 경우에는 역사이펀실의 토사, 찌꺼기(scum) 등의 퇴적 및 부상을 없앤다는 점에서 간단한 형상으로 밴드관을 이용한 역사이펀 형식을 채용하는 경우도 있다(〈그림 2.6.2〉 참조).
(2)에 대하여
역사이펀실에는 역사이펀 관거내에 토사나 슬러지가 퇴적하는 것을 방지하기 위하여 이토실을 설치한다. 또한 역사이펀의 상류측에 별도로 침사실을 설치하는 경우도 있다.
역사이펀실이 5m 이상 깊게 되면 배수펌프의 양정을 고려하여 중간에 상판을 설치하여 설치대 또는 작업대 등을 둔다.
(3)에 대하여
역사이펀의 설치는 가능한 한 피하는 것이 바람직하나 어쩔 수 없이 설치하는 경우에는 폐쇄시의 대책이나 청소시 하수의 배수대책 등을 고려하여 역사이펀 관거는 일반적으로 복수로 한다.
복수로 하는 경우 계획하수량은 복수관으로 유하시키는 것으로 하지만 소구경관거 또는 유지관리상에 특별한 이유가 있을 때에는 1개의 관거를 완전한 예비로서 설계할 수가 있다. 예를 들어 역사이펀 관거를 실드(shield)공법으로 시공하는 경우에는 대단면의 역사이펀 관거를 우선 매설한 후에 격벽을 설치하여 소정의 단면을 분할하여 복수관으로 하는 경우가 있다. 또한 합류식에서는 청천시 유량이 우천시 유량에 비하여 몹시 적으므로 청천시용과 우천시용을 병렬로 하여 각각의 최소유량시에도 충분한 자체소류력(掃流力)을 유지하도록 하는 경우도 있다(〈그림 2.6.3〉 참조).
또한, 3개 이상의 역사이펀 관거를 각각 다른 높이에 설치하면 관거내 유속을 빠르게 유지할 수 있어 역사이펀 관거의 효율적인 유지관리를 할 수 있다(〈그림 2.6.4〉 참조).
교각이나 교대의 부등침하에 의한 영향을 직접 받지 않게 하기 위해서나 유지관리상으로도 그 바로 밑에 역사이펀을 설치하는 것은 피해야 한다.
(4)에 대하여
역사이펀에서의 손실수두는 식(2.6.1)에 의한다.
식(2.6.1)의 제2항은 역사이펀 관거의 마찰 이외의 손실수두를 간편하게 나타낸 것이다. 통상, 역사이펀실과 역사이펀 관거와의 사이의 급확(急擴) 및 급축(急縮)손실을 고려하여 β=1.0+0.5=1.5로 하고 식(2.6.1)에 의해 계산하면 된다. 그러나 역사이펀실의 단면이 작을 때, 깊을 때, 복잡한 형상일 경우 등에서 역사이펀실 내에서의 손실수두를 무시할 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는 실제 급확, 급축, 굴곡 상황을 고려하여 식(2.6.1)에 의하지 않고 계산할 필요가 있다. 또 식(2.6.1)의 α는 여유량이며, 통상은 30～50mm로 한다(〈그림 2.6.5〉 참조). 역사이펀 관거 내의 유속은 토사, 슬러지 등이 퇴적하는 것을 물의 힘으로 방지하기 위해 단면을 축소하고 상류관거 내의 유속의 20～30% 증가로 한다.
(5)에 대하여
하천부지내에 역사이펀을 설치하는 경우에는 하천법에 따라 하천관리자의 허가를 받아야 한다. 설계 및 공법에 대해서는 공사중 혹은 완성후에도 하천의 유지관리상 지장이 있어서는 안되므로 하천관리자와 충분한 협의를 할 필요가 있다.
또한, 역사이펀 관거의 흙두께는 역사이펀 관거를 방호하기 위하여 계획하상고, 계획준설면 또는 현재의 하저최심부로부터 하천의 상황에 따라 흙두께를 1m 이상으로 한다. 운하, 항만구역 등에 있어서는 항로준설을 하기도 하므로 충분히 협의할 필요가 있다.
(6)에 대하여
하천, 철도의 밑을 역사이펀으로 횡단하는 경우에는 관리자와 충분히 협의한 후 방호를 견고하게 하며, 특히 종방향의 보강을 충분히 한다.
또한 상수도, 가스, 전선케이블, 통신케이블 등의 매설관을 횡단하는 경우에는 교차로 인한 사고를 미연에 방지하기 위하여 관리자와 충분히 협의하여 필요한 방호시설을 한다.
(7)에 대하여
역사이펀은 구조상 일반적으로 이물질에 의해 폐쇄되기 쉽고, 또한 토사나 슬러지가 퇴적하기 쉬우므로 상류측에 비상용 또는 재해방지를 위한 방류관거를 설치해 두면 좋다. 특히, 역사이펀 관거가 단수 또는 하나일 때 필요하다. 또한 방류관거에는 비상시에 개방되는 수문설비 또는 밸브를 설치할 필요가 있다.
(8)에 대하여
역사이펀의 설치장소에 표식을 붙여 역사이펀 관거의 크기 및 매설깊이 등을 표시하는 것은 설치후 하천의 개수공사 등에 의해 역사이펀 관거가 손상을 받는 것을 방지하기 위함이며, 일반인에게 주의를 환기시키는 동시에 역사이펀의 관리도 철저히 할 수가 있다.
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맨홀은 다음 사항을 고려하여 설치한다.
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【해설】
(1)에 대하여
〈그림 2.7.1〉에 나타낸 맨홀은 관거내의 점검, 청소 및 환기 등을 위해 필요할 뿐만 아니라 관거의 접합을 위해 반드시 설치하며, 맨홀의 설치장소 및 간격은 유지관리의 편리성이 우선적으로 고려되어야 한다. 관거의 직선부에서도 되도록 많이 설치하는 것이 유지관리상 용이하지만 이로 인한 공사비용의 증가와 시공상의 어려움이 많으며, 분류식의 오수관거의 경우는 우천시에 맨홀뚜껑의 구멍 등을 통해 우수가 유입하는 등의 문제도 있으므로 직선부 관거에서는 관경별 최대간격으로 하는 것이 바람직하다. 대구경 관거 또는 직사각형거 등의 현장타설관거의 경우도 〈표 2.7.1〉에 준하나 현장의 상황 등에 따라 적당한 간격을 둘 수도 있다.
또한 관경이 300mm 이하이고 청소용 차량이 진입할 수 없는 좁은 도로 및 보행자 전용도로에서의 청소작업 등은 인력으로 하는 경우가 있기 때문에 이 때에는 작업효과를 좋게 하기 위해 특례적으로 맨홀간격을 최대 30m 정도로 하는 경우도 있다.
(2)에 대하여
맨홀의 종류는 관경에 따라 〈표 2.7.1〉 표준맨홀을 기준으로 하며 도시의 실정, 매설물의 관계 및 관거의 구조 등에 따라 특수한 형태를 필요로 할 때는 〈표 2.7.2〉의 특수맨홀을 기준으로 한다(〈그림 2.7.2〉～〈그림 2.7.12〉 참조).
표준맨홀에는 중간맨홀(〈표 2.7.3〉 참조)과 합류맨홀이 있는데 중간맨홀이란 1개의 유입관과 1개의 유출관이 일직선상으로 위치하는 맨홀이며, 합류맨홀이란 유입관과 유출관이 일직선상으로 위치하지 않거나 2개 이상의 관이 유입되는 형태의 맨홀을 말한다. 한편 합류맨홀은 〈표 2.7.4〉를 참고로 하여 선정한다.
특수맨홀에는 〈표 2.7.2〉와 같은 표준적인 것과 역사이펀실, 터널암거, 박스암거 및 우수토실 등에 이용되는 특수구조의 것이 있다.
한편, 맨홀의 상판 높이(인버트의 상단～맨홀상판)는 유지관리상 작업원이 서서 작업할 수 있도록 1.8～2.0m 정도로 하는 것이 바람직하나 현장 여건상 불가피한 경우에는 그 이하로 할 수 있으며, 블록의 상부와 뚜껑과의 사이에 두께 10～15cm 정도의 콘크리트 블록을 쌓아두면 노면정비때 높이를 조절하는데 편리하다. 저부는 하수의 원활한 유하를 도모하기 위해 관거의 접합이나 합류의 상황에 따라 인버트(invert)를 설치한다. 또한, 지표의 경사가 급하여 단차가 0.6m 이상인 경우에는 유하량에 적합한 부관붙임 맨홀을 고려한다. 부관은 원칙적으로 맨홀 외측에 설치하지만, 시공상 경우에 따라서 맨홀 내측에 설치하는 경우도 있다. 이 경우 유지관리를 고려하여 2호 맨홀 이상을 적용한다.
또한, 고낙차 접합에는 드롭샤프트(drop shaft) 방식의 맨홀을 사용하기도 한다. 분류식 하수도 우수관거용 맨홀에는 부관을 사용치 않은 것이 통례이다.
맨홀은 종래부터 맨홀 전체를 현장타설하는 방법과 하부는 현장타설, 상부는 블록(block)쌓기로 하는 방법이 이용되고 있으나 시공을 간편하게 하고 공사기간을 단축시키기 위하여 전체를 프리캐스트로 하는 것이 바람직하나 이 때에는 〈그림 2.11.15〉의 예와 같은 맨홀과 본관부의 충분한 수밀구조를 고려하여야 한다.
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맨홀부속물은 다음 사항을 고려하여 설치한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유지관리를 위해 작업원이 작업을 할 때 맨홀내에 퇴적물이 쌓이게 되면 상당히 불편하고 하수가 원활하게 흐르지 못하며 부패시 악취를 발생시킨다. 이를 방지하기 위해서는 바닥에 인버트를 설치하여 하수의 흐름을 원활히 하고 유지관리가 편리하도록 하는 것이 필요하다(〈그림 2.7.1〉 참조). 인버트의 종단경사는 하류관거의 경사와 동일하게 하며 상류관거의 저부와 인버트 저부에는 일정한 낙차를 두어야 하는데 이는 인버트의 재질변화에 따른 조도계수의 증가와 하수의 수위가 인버트 높이 위로 흐를때 발생하는 수두손실을 감안한 것으로 중간맨홀에서는 3cm 정도, 합류맨홀에서는 3～10cm 정도로 한다. 시공성을 고려하여 프리캐스트 인버트 및 거푸집형 인버트등을 고려한다.
(2)에 대하여
발디딤부는 맨홀내부로 출입을 위해 만든 시설로서 편리성과 안전성이 충분히 고려되어야 한다. 따라서 부식이 발생하지 않도록 피복하거나 내식성 재질을 선택하여 견고하게 고정될 수 있도록 부착시켜야 한다.
또한, 깊은 특수맨홀은 유지관리자의 안전성을 고려하여 사다리를 이용하고 3～5m마다 중간슬라브를 설치하기도 한다.
(3)에 대하여
맨홀뚜껑은 작업원의 출입, 기구 및 장비 등의 반입을 위해 설치되며 재질은 KS규격의 탄소강과 주철제가 있다. 맨홀뚜껑에는 환기용 구멍을 두어 하수도에서 발생하기 쉬운 악취 및 폭발성 기체를 방출할 수 있는 구조가 되도록 한다.
맨홀뚜껑의 형상은 일반적으로 원형(내경 64.8cm, 76.6cm)을 사용하며, 특수한 경우에는 직사각형이 사용된다. 그러나 최근 도로의 미관을 좋게 하기 위해 다양한 맨홀뚜껑이 개발 보급되고 있으며, 보도측에도 주철제 맨홀을 설치하는 도시가 증가하고 있으므로 구조적 안전성과 경제성을 함께 고려한다. 또한 방류수면의 수위가 높아져 관거가 압력관이 되는 장소나 고수부지의 차집관거와 같이 지하수위가 높거나 범람 등으로 인해 관거내로 침입수가 유입될 우려가 있는 지역에서는 압력뚜껑을 사용하고 환기시설을 설치한다. 한편 도로상에는 많은 종류의 맨홀이 설치되므로 하수도용 맨홀임을 알 수 있는 표기를 한다.
특히 분류식지역에서의 하수도 맨홀뚜껑에는 오접을 방지하고 유지관리시 착오가 없도록 우·오수맨홀을 명확히 구분할 수 있는 표기를 한다. 또한 모든 공공하수도용 맨홀의 뚜껑에는 유지관리의 책임이 있는 관리단체를 알아 볼 수 있는 고유표식을 나타내야 한다.
또한 분류식 오수 맨홀은 수밀형 뚜껑을 사용한다.
도로상에 설치되는 하수도맨홀뚜껑은 통행차량에 의한 맨홀 뚜껑이탈에 따른 인명사고의 발생을 방지하고 폐기물 불법투기방지를 위해 잠금장치를 설치하는 것이 바람직하다.
소형맨홀은 협소한 기존의 도로 및 골목길에 장비투입이 어렵고 기존지장물이 많아 지장물 이설이 곤란할 경우에 설치한다
소형맨홀은 인버트, 벽체, 뚜껑으로 구성되며 뚜껑은 주철제로 한다.
【해설】
소형맨홀은 기존의 협소도로 등에서 시공 폭원이 마련되지 않고 대형 기계에 의한 시공이 곤란한 지역이나 지하매설물이 폭주하고 지장물 이설이 곤란한 경우 등에 설치되었는데, 최근에는 유지관리 기구의 소형화 등과 함께 비용 감축 시책으로 장래 연장이 예상되지 않는 관거 기점이나 중간점 등에 소형맨홀(〈그림 2.7.13〉～〈그림 2.7.16〉 참조)의 채용이 많아지고 있다.
대부분 작업환경이 열악한 지역에 설치되므로 프리캐스트의 콘크리트 및 플라스틱 제품을 많이 사용한다.
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우수토실은 다음 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
합류식에서 우수유출량의 전량을 처리장으로 보내 처리하는 것은 관거 및 처리장시설의 증대를 초래하여 비경제적이기 때문에 우수토실을 설치하여 오수로 취급하는 하수량(우천시 계획오수량) 이상의 우수는 바로 또는 관거에 의하여 하천, 해역 및 호소 등으로 방류하도록 하고 있다.
(1)에 대하여
위치는 되도록 방류수역 부근에 설치하며 계획외수위 경우에도 충분히 방류될 수 있는 곳을 택하는 것이 바람직하다. 따라서 차집관거는 하천, 해역 및 호소 등의 방류지역 부근에 배치한다. 그러나 지형에 따라 방류관거를 압송관거로 하여 원거리에서 방류하는 경우도 있다.
방류수로 인하여 하천, 해역 및 호소 등이 오염될 우려가 있으므로 하천, 해역 및 호소 등의 흐름방향, 상수원, 수영장 및 어업 등에 영향을 주지 않도록 우수토실의 위치를 선정한다.
우수토실은 비교적 큰 구조물이므로 부지확보에 유의해야 하며 도로, 교대, 호안 및 지하매설물 등에 지장을 주지 않는 장소를 선정한다.
우수토실은 너무 많은 수를 설치하는 것보다 어느 정도까지 통합 설치하여 방류량을 다량으로 만들어 방류하는 것이 건설 및 유지관리 측면에서 유리한 경우가 많다.
(2)에 대하여
보슬비가 올 때 또는 강우 초기시의 오수는 우수에 의해 그다지 희석이 되지 않으며, 또 강우 초기시의 우수는 도로면의 오물, 먼지 등을 포함하고 있으므로 이들 우수를 방류하면 방류수역을 오염시킬 염려가 있다.
한편, 우수량이 상당히 커져 오수가 희석되면 이와같은 위험성은 적어지며, 또한 다량의 우수까지 처리장으로 도입하는 것은 처리장의 시설이 증가되므로 처리작업상에도 여러 가지 장해를 일으켜 비경제적이 된다. 오수로서 취급하는 하수량은 일반적으로 시간최대오수량의 3배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러므로 우수토실에서 우수월류량은 계획하수량에서 우천시 계획오수량을 뺀 양이 된다(1.6.2 참조).
(3)에 대하여
위어는 완전 월류를 원칙으로 한다. 월류위어의 평면형은 되도록 직선으로 하는 것이 좋으나 위어가 길어지고 우수토실이 커질 때에는 월류위어를 곡선으로 하여 우수토실이 커지는 것을 방지한다(〈그림 2.7.17〉 참조).
월류개시의 경우 유량에 대한 수심은 계획하수량과 월류개시시의 유량과의 비에 의해 수리특성곡선에서 구해진다. 오수유출관거의 수위는 월류위어높이보다 낮게 하며 오수유출관거의 관저고는 유입관거의 관저고보다 높지 않게 한다(〈그림 2.7.18〉 참조). 수중위어인 경우 위어길이의 계산은 식(2.7.2)과 같으며(〈그림 2.7.19〉 참조), 방류수역에서 우수토실로 역류되지 않도록 주의한다.
(4)에 대하여
출입구는 맨홀의 출입구와 같이 지름 60cm 정도의 원형으로 하는 것이 좋고, 위치는 오수유출구와 월류위어가 동시에 보이는 장소로 한다. 또한 우수토실에 수문을 설치할 때에는 보수할 때에 큰 재료나 기계 및 기구를 갖고 들어갈 수 있도록 출입구를 크게 하거나 폭이 좁고 길이가 긴 것으로 하고 우수토실의 상부상판을 떼어낼 수 있도록 한다.
(5)에 대하여
오수유출관거는 우천시 우수토실의 수위가 상승하면 일반적으로 압력관거가 될 위험성이 있으므로 오리피스(orifice), 밸브류, 수문 등의 적당한 방법으로 유량을 조절하는 것이 바람직하다.
(6)에 대하여
우수토실의 형태는 위어형 외에 〈표 2.7.6〉의 여러 가지 형태로 사용할 수 있다.
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우수조정지는 하류관거 유하능력이 부족한 곳, 하류지역 펌프장 능력이 부족한 곳 및 방류수로 유하능력이 부족한 곳 등에 설치하여 우수유출시에 효과적인 기능을 할 수 있는 용량 및 구조 등으로 한다. |
【해설】
우수조정지의 설치에 대해서는 1.5.5에 기술한 사항을 검토한다. 우수조정지는 신시가지와 기존시가지를 불문하고 〈표 2.8.1〉에 제시한 장소에 설치하여 하수도 및 기타 배수시설을 보완하는 시설로서 배수구역으로부터 유출되는 우수를 일시 저장하여 유량조절을 적절히 할 수 있는 위치, 용량 및 구조 등으로 한다.
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우수조정지의 구조형식은 댐식(제방높이 15m 미만), 굴착식 및 지하식으로 한다. |
【해설】
우수조정지의 구조형식은 〈표 2.8.2〉와 같이 댐식, 굴착식 및 지하식 등이 있다.
우수조정지의 구조는 침사와 침전물 제거 등의 유지관리가 용이하도록 하며, 합류식의 우수조정지에서는 환경대책도 고려할 필요가 있다.
또한 현지저류식은 토지의 유효이용 측면에서 좋은 방법이지만 설치장소는 학교교정 및 공원 등이 일반적이므로 유지관리를 포함한 제반사항에 대해서는 설치장소의 관리자와 충분히 협의할 필요가 있다.
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우수의 방류방식은 자연유하를 원칙으로 한다. |
【해설】
우수조정지로부터의 우수방류방식은 인공조작에 의하지 않는 자연유하가 바람직하다.
굴착식 및 지하식에서는 방류지역 수로와의 수위관계 때문에 자연유하를 하는 것이 곤란한 경우 펌프 또는 수문에 의한 방류방식을 채택할 수 있다.
펌프에 의한 방류방식으로 하는 경우에는 강우유출시에 펌프기능에 지장이 없도록 충분한 유지관리가 필요하다.
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우수조정지의 조절용량을 정하기 위한 계획강우의 확률년수는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
우수조정지 계획에서 계획우수량의 확률년수는 1.5.1에 기술한 것처럼 5～10년을 원칙으로 하지만, 특히 댐식의 우수조정지는 방재상 예외적으로 확률년수를 크게 하는 것이 필요하다. 댐식은 하류에 도시가 형성되어 있고 굴착식에 비해 높은 안전도가 필요하므로 지역의 상황에 따라 확률년수를 30～50년 범위에서 적절한 것으로 한다. 여기서 제시한 범위는 확률년수를 정하는 경우의 대략값이다. 유역 지형으로 인한 집수의 어려움, 주변 토지이용 상황 및 우수조정지 계획수위와 주변 지반고와의 관계 등을 고려하여 적절한 확률년수를 정한다.
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우수조정지에서 각 시간마다의 유입우수량은 장시간 강우자료에 의한 강우강도곡선에서 작성된 연평균 강우량도(hyetograph)를 기초로 하여 산정한다. |
【해설】
① 강우량을 Δt시간으로 〈그림 2.8.1〉과 같은 강우강도곡선을 구한다.
② R1=i1·Δt, R2=i2·2Δt, …, Rn＝in·nΔt로 하여 〈그림 2.8.2〉와 같은 누가우량곡선을 구한다.
③ r1=R1, r2=R2-R1, …, rn=Rn-Rn-1로 해서 〈그림 2.8.3〉과 같은 연평균강우량도를 구한다.
이 경우 피크(peak) 위치는 계획지점에서 강우실적에 따라 정해야 되지만, 지금까지 통계에 의하면 거의 중앙에 있다는 것이 알려지고 있으며, 또한 피크(peak)위치의 상위는 조절지 용량에 큰 영향이 없다는 점에서도 일반적으로 중앙에 온다고 하여도 지장이 없다고 생각된다.
④ 앞서 기술한 ③에서 구한 연평균강우량도로부터 합리식(Q=CIA/360)을 사용하여 〈그림 2.8.4〉와 같은 유입수문곡선를 구한다.
한편, Δt를 유달시간과 같도록 하면 유입수문곡선의 작성에 편리하며 유출계수의 값은 일반적으로 강우강도, 강우지속시간, 지질특성 및 배수면적 등에 의하여 변화하나, 우수조정지는 장시간 강우에 대한 유출기구임을 고려하여 0.9 정도의 값을 사용하는 예가 많다.
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조절용량이란 계획강우에 따라 발생하는 첨두유량을 우수조정지로부터 하류로 허용되는 방류량까지 조절하기 위해 필요한 용량으로, 그 산정은 우수조절계산에 따른다. |
【해설】
우수조절계산은 연속식으로 하는데 그 기본식은 식(2.8.1)과 같다.
또한 우수저류는 우수조정지에 수평으로 저류하는 것으로 하여 수치계산은 식(2.8.1)의 중앙차분식인 식(2.8.2)에 의한다.
또, Qo는 오리피스의 형상에 따라 달라지지만 H의 범위에 따라 식(2.8.3)과 같이 된다(〈그림 2.8.5〉 참조).
1.2D〈H〈1.8D H=1.2D의 Qo와 H=1.8D의 Qo를 이용한 직선근사값으로 한다.
여기서, C : 유량계수로 종모양(bell mouth)이 있는 경우 0.85～0.95, 없는 경우 0.6
따라서 우수조절계산은 H-V곡선(수위-저류량곡선)과 식(2.8.3)에 의한 H-Qo곡선(수위-방류량곡선)에서 작성된 V-Qo곡선(저류량-방류량곡선)과 식(2.8.2)을 연립시켜 반복하여 계산한다.
필요한 조절용량은 〈그림 2.8.6〉에 나타낸 것과 같이 하류에서 허용되는 방류량이 CF일 때, 유입유량도(hydrograph)의 ABCE에서 방류 오리피스로부터 유출유량도(hydrograph) AGCDH를 초과하는 부분의 면적, 즉 ABCGA의 수량을 저류할 수 있는 용량이 된다.
또한, 우수조절계산에 있어서 연속식으로 수치계산을 할 수 없을 경우에는 필요한 조절용량을 개략적으로 구하기 위해 간이식으로서 식(2.8.4)을 이용한다. 식(2.8.4)은 이미 설치된 하류수로의 유하능력이 비교적 큰 경우에는 조절용량이 크게 되는 경향이 있으므로 조절용량 및 방류 오리피스 크기를 개략적으로 검토하기 위해 사용된다.
또한, 펌프에 의한 배수의 경우에는 펌프의 배수능력이 rc이면 식(2.8.4)의 rc/2를 rc로 치환하여 계산한다.
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방류관거는 가능하면 자연유하로 하며, 현지 여건 및 경제성을 고려하여 압송으로 할 수도 있다. |
【해설】
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우수조정지에서의 퇴사량은 토지이용, 지형, 지질 및 유지관리방법 등을 고려하여 정한다. |
【해설】
우수조정지의 퇴사량은 배수구역의 상황에 따라 다르지만 신시가지의 토지조성 완료후의 퇴사량은 현재까지의 경험에 비추어 보통 1.5㎥/ha·yr 정도이다. 또한 택지조성공사기간 중의 퇴사량은 별도시설에 따라 조치하는 경우를 제외하고는 150㎥/ha·yr(실적은 70 ～240㎥/ha·yr)을 표준으로 하며, 계획퇴사년수는 1년 이하가 되지 않는 것으로 한다.
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여수토구(餘水吐口)는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
댐의 구조기준에서는 여수토구의 설계유량과 이상홍수량으로 나누어서 정의한다. 설계유량(흙댐에서는 확률년수 100년 강우의 최대우수유출량의 1.2배 이상의 유량)에 대해서는 안전하게 처리할 수가 있고, 이상홍수량(설계유량의 1.2배 이상의 유량)에 대해서는 방류가능한 여수토구를 설계하도록 규정하며, 바람 또는 지진에 의한 파랑 등을 감안하여 여유고를 가산하여 설계한다. 여기서 취급하는 우수조정지에서는 댐의 높이 15m 미만의 것임을 고려하여, 확률년수 100년 강우의 최대우수유출량의 1.44(1.2×1.2)배 이상의 유량으로 한 것이다. 또한 하류수로는 원칙적으로 개수로로 한다.
(2)에 대하여
댐의 안전확보를 위하여 댐 본체의 월류는 이상 우천시에서도 절대로 방지할 필요가 있기 때문에 (1)항의 소통능력을 갖는 여수토구를 설치한다.
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개거는 일반적으로 무근콘크리트, 돌쌓기, 콘크리트블록쌓기, 철근콘크리트 및 철근콘크리트조립흙막이 등을 사용한다. |
【해설】
개거는 구조상 측벽부와 저부로 나누어진다. 측벽부에는 외압이 주로 작용하므로 이에 충분히 견딜 수 있는 구조로 하고, 저부는 필요에 따라 콘크리트 타설 등을 사용한다.
개거의 종류는 형식 및 재료에 따라 〈그림 2.9.1〉과 같이 분류된다.
측벽은 중력식 옹벽으로 하고, 역학적으로 안전한 설계를 해야 한다.
구조가 간단하고 시공이 용이하지만 개거의 외폭이 커진다.
측벽은 돌쌓기 옹벽으로 설계하고, 돌쌓기에는 문지석, 할석, 잡할석, 야면석 및 잡석이 있고, 콘크리트블록은 각 제작자에 따라 형식이 다양하다. 양쪽 모두 법고(法高)는 5m 정도로 한다. 시공 및 부분보수가 용이하며 석재의 채취 및 콘크리트블록의 생산과정에 따라 가격이 비싸지는 경우도 있다.
측벽 및 저부를 하나의 구조로 하여 하중에 대응하도록 설계할 수 있어 시공단면이 작아도 무방하다. 측벽은 편지판(片持板)으로서 설계하지만 높이가 크게 될 때에는 양측벽의 정상지점에 보를 사용하는 등으로 강도의 증가를 도모하는 경우가 있다. 개거가 소규모일 경우에는 철근콘크리트 U형 및 철근콘크리트 반원형 등을 사용한다.
또한 현장타설의 경우에 구조적으로 안정도가 높은 반면 공사기간이 길어지게 되며 보수정비가 곤란한 경우가 있다.
취급이 용이하며 공사기간이 짧고 공사비가 저렴하지만 구조상 단면이 제약된다.
좌우에 L형의 철근콘크리트 제품을 조립하고 저부는 현장타설콘크리트로 시공한다. 이점으로는 계획단면에 대해 수로폭을 자유롭게 조정할 수 있고 시공이 용이하며 공사 기간의 단축을 도모할 수 있다는 것을 들 수 있다.
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개거의 단면형은 사다리꼴형, 직사각형 또는 반원형 등으로 한다. |
【해설】
개거의 단면형은 유량, 유속, 수로용지 및 호안의 종류 등에 따라 다음 사항을 고려하여 결정한다.
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개거의 여유고는 개거의 깊이에 따라 정한다. |
개거의 여유고는 0.2H(H는 개거의 깊이) 이상으로 할 수 있다. 단, 0.2H〉0.6m의 경우는 0.60m로 한다(〈그림 2.9.2〉 참조).
계획유량이 200㎥/s 미만의 경우의 여유고는 0.60m로 하고 계획고수위에 여유고를 더한 것이 필요한 제방고로 한다.
개거 유하능력의 계산은 하도의 상황에 따라서 등류 또는 부등류의 계산을 실시하는 것으로 한다.
또한 평균 유속공식은 일반적으로 Manning식을 이용한다. 조도계수는 대략 〈표 2.9.1〉과 같은 범위이다.
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토구는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
토구를 설치하기 위해서는 호안의 일부를 파괴 및 개조하거나 혹은 하천, 항만 등에 돌출시켜 축조하는 경우도 있어 토구의 설치미비에 의하여 유수를 저해하거나 하상을 침식하여 호안 등에 위해를 줄 수도 있으므로 다른 구조물에 해를 주지 않도록 충분히 주의한다(〈그림 2.10.1〉 참조).
(1)에 대하여
토구는 주변의 홍수 및 파랑 등에 의해서 피해를 받기 쉽다. 따라서 토구의 위치, 구조 및 기존호안의 보강방법 등은 하천, 항만 및 해안 등의 관리자와 사전에 충분히 협의하고 그 의견을 반영하여 정한다. 또한 하천, 항만 및 해안 등의 장래계획에 대하여도 충분히 협의하여 다른 시설사업과 마찰이 발생하지 않도록 계획을 수립한다.
(2)에 대하여
토구에서 유속이 큰 때에는 배가 억류되든가 착안하지 못하는 경우도 있으므로 선착장, 계선장 등에 큰 토구를 만드는 것은 바람직하지 못하다. 또 세굴(洗掘)을 일으켜 호안 등을 파괴시킬 위험도 있으므로 토구 부근에 받이를 설치하든가 콘크리트 등을 바닥에 깔아 세굴을 방지하거나 혹은 호안의 기초에 널말뚝을 박아 보호한다.
(3)에 대하여
토구의 저면높이는 하천, 해역 또는 호소의 계획홍수위와 저수위의 중간에 두지 않으면 안되지만 토구가 저수위보다 훨씬 높을 때에는 세굴을 일으키거나 기포가 발생하는 경우가 있다. 또한 물의 낙하하는 소리로 부근의 주민들에게 피해를 주게 되므로 이와 같은 일이 없도록 주의하지 않으면 안된다. 토구를 낮게 하기 위해서는 우수토실에서 위어의 하류측에 낙차를 둔다. 토구의 저면이 하천, 해역 또는 호소 저면보다 낮게 될 경우에는 계통을 변경하거나 방류관거의 단면을 크게 하여 경사를 완만하게 하는 등의 방법을 강구하여 반드시 토구의 저면은 하천, 해역 또는 호소 저면보다 높은 위치에 두는 것이 좋다.
해저에 토구를 설치하는 경우는 토사의 퇴적대책으로 방류수가 확산되도록 구조를 고려한다.
(4)에 대하여
토구의 방향은 하천의 흐름이나 바다의 조류에 순응하도록 한다. 만약에 역방향으로 하면 방류관거의 우수의 유하가 저해됨과 동시에 하천의 유하도 저해되어 범람할 우려가 있고, 또한 토구부근에 침전이 일어나기 쉽다. 토구의 위치가 만입된 강의 깊숙한 안쪽에 있으면 강내에 우수가 정체되어 부근을 오염시키므로 이러한 곳을 피하든가 또는 지장이 없으면 강을 매립하여 암거에 의하여 직접 하천 또는 바다로 방류하도록 한다.
또한 작은 하천일 경우에는 방류수에 의해 하천 법면이 세굴되지 않도록 콘크리트 벽 등의 보호공을 설치할 필요가 있다.
(5)에 대하여
방류수면의 수위가 위어정 높이 보다 높은 것은 피하도록 하지만 지형, 주변의 환경, 방류수역 등 때문에 어쩔 수 없이 높아지는 경우는 자동수문을 설치하여 하천, 해역 및 호소 등의 물이 월류위어를 넘어 오수유출관거로 역류되는 것을 방지한다. 또한 예비의 수동수문을 설치할 때에는 수문의 개폐조작이 안전하고 신속하게 되도록 설치장소 및 설치방법 등을 정한다.
수문은 확실한 개폐, 필요한 수밀성을 갖는 구조로 하고, 강철제 또는 주철제로 한다. 자동수문의 예로 제시한 〈그림 2.10.2〉는 방류수면이 높을 때에는 그 수압 때문에 수문이 접합틀에 밀착되어 역류를 막고, 반대로 관거내의 수위가 높을 때에는 그 수압에 의해 수문이 밖으로 열려 우수를 방류수면으로 향해 유출시킬 수 있는 구조로 되어 있다.
더우기 수문은 협잡물 등에 의해 충분한 기능을 하지 못할 우려가 있으므로 점검 및 관리에 특별히 유의할 필요가 있다(3.2.3 참조).
또한 해면에 방류하는 경우는 해수에 의한 부식 및 토구부근의 관거내면에 패류가 부착하는 것에 대한 대책을 세워 두는 것이 바람직하다.
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공공하수도로서의 물받이는 오수받이, 빗물받이 및 집수받이 등이 있는데 배제방식에 따라 적절히 선정하여 배치한다. |
【해설】
물받이는 배수설비와 연결관의 효율적인 유지관리를 목적으로 설치하며, 물받이는 도로상에 설치 하는 것을 원칙으로 한다. 그러나 다른 매설물의 점유위치에 따라 여유가 없는 경우 등은 사유지에 설치하여도 좋다. 빗물받이의 경우 침전물질의 사전제거 목적이 추가된다. 따라서 배제방식, 하수의 종류 및 발생원별로 물받이를 구분하여 설치한다. 한편 집수받이란 빗물받이의 일종으로 개거와 암거의 접합부분에 설치되는 물받이를 말한다. 배수관거의 기점, 종점, 합류점, 굴곡점 및 내경 또는 내폭이나 관종이 달라지는 곳에는 물받이를 설치하여야 하며, 배수관거가 직선인 부분에는 내경 또는 내폭의 120배 이하의 간격으로 물받이를 설치한다.
1) 오수받이의 설치
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오수받이는 공공도로와 사유지 경계부근의 유지관리상 지장이 없는 장소에 설치한다. |
【해설】
오수받이는 목적 및 기능상 공공도로와 사유지의 경계부근에 설치한다. 부득이 사유지에 설치시는 소유자와 협의하여 정한다. 한편 분류식의 경우 오수받이는 오수만을 수용하도록 하고 우수의 유입은 방지될 수 있는 구조로 설치한다. 합류식의 경우에도 택지내의 우·오수를 분류시켜 각각의 우·오수받이에 연결하여 배제시킨다.
또한, 단독주택 지역의 경우 오수받이의 설치간격은 유지관리상 1필지당 하나가 바람직하나 택지와 도로의 상황에 따라 2필지당 하나를 설치할 수도 있다.
2) 형상 및 구조
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【해설】
(1)에 대하여
물받이의 형상은 원형 및 각형을 사용할 수 있으나 일반적으로 원형을 많이 사용하고 있다. 그 이유는 구조적인 안정성과 물받이로 연결되는 오수관의 연결을 용이하게 하기 위함이다. 오수받이는 〈표 2.11.1〉을 표준형상으로 한다(〈그림 2.11.1〉～〈그림 2.11.3〉 참조). 한편, 오수받이는 감독관의 승인하에 프리캐스트 공장제품을 사용할 수도 있다.
(2)에 대하여
물받이의 내부치수는 사람이 물받이 내에 들어가지 않고서도 원활한 유지관리와 오수의 지체현상 등 수리학적 문제점을 최소화할 수 있는 크기로 한다. 즉, 물받이 크기가 너무 작으면 유지관리가 불편하고, 또 너무 크면 다른 지하매설물에 지장을 초래하거나 통행에 불편을 줄 수 있다. 따라서 30～70cm 정도의 크기가 사용되는데 이 중 2호 오수받이인 내경 50cm의 오수받이가 보편적으로 사용되고 있다.
(3)에 대하여
물받이로 유입되는 하수를 원활히 유하시키고 오수받이 바닥에 침전물이 퇴적되지 않도록 하기 위하여 오수받이 저부에 인버트를 설치하고, 설치후에는 오수유입관과 인버트 재질에 따라 생기는 손실수두를 줄이고 파손을 방지하기 위해 1:2 모르터 또는 콘크리트로 덧씌운다. 또한 인버트는 오수유입관의 갯수 및 관의 연결위치에 따라 형태가 달라질 수 있으므로 주변지형 및 배수관거의 접합위치 등 현지 상황을 고려하여 적당한 형태를 선정하여 설치하도록 한다.
(4)에 대하여
오수받이에서 가장 문제가 되는 것은 악취의 발생이다. 따라서 오수받이는 악취를 차단할 수 있는 구조로, 그리고 뚜껑은 밀폐형으로 설치하는 것이 바람직하며 오수받이 뚜껑 재질은 주철제 및 철근콘크리트제, 플라스틱제등 견고하고 내식성이 있는 재질의 것을 사용하도록 한다.
1) 빗물받이의 설치
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【해설】
(2)에 대하여
빗물받이는 도로내 우수를 모아서 공공하수도로 유입시키는 시설로서 원칙적으로 공공도로내에 설치하지만 분류식에서는 우수 배제에 기존 우수관거 또는 도로측구 등을 이용하는 경우도 있으므로 지역의 실정, 유지관리 등을 충분히 고려하여 정하는 것이 바람직하다. 또한 합류식에서 사유지내 우수배제는 차도측 도로배수와 별도로 고려하며, 택지내 우수도 택지내에 설치된 빗물받이에 연결하여 유하시키는 것이 바람직하다. 또한 종단경사가 큰(약 5% 이상)곳에서는 우수의 차집능력을 고려하여 낙수공 면적이 큰 2호 빗물받이를 차도측에 설치하도록 한다.
(3)에 대하여
빗물받이 간격은 도로폭, 경사별 설치간격기준을 고려하여 충분한 집수능력을 가질 수 있도록 적당한 간격으로 설치한다.
유입부 규모 40×150cm의 경우 도로경사 및 차선에 관계없이 30m 정도로 설치한다.
(4)에 대하여
빗물받이는 우천시 우수와 지표면 오염물질이 쓸려 유입되며, 이 후 접속된 관거망을 따라 유하하게 된다. 그러나, 협잡물의 과도한 유입, 인근 상가 등지에서 쓰레기 불법투입 등으로 빗물받이 유입구 막힘현상이 발생하며, 이로 인해 설치 본래 기능을 상실할 경우가 빈번하여 도로침수가 유발되는 등 많은 문제점을 낳고 있다.
따라서, 빗물받이는 다음과 같은 점을 고려하여야 한다.
(5)에 대하여
건물의 배수시설에서 공공하수도로 방류된 오수는 혐기성상태에서 황화수소를 생성하고 이 때에 발생된 황화수소는 도로상의 빗물받이 등에서 주변으로 발산되어 사람의 후각에 불쾌한 악취로 감지된다. 황화수소는 무색, 달걀썩은 냄새가 나는 유독기체로서 농도가 3 ～5ppm에서 불쾌하게 느끼게 되고 10ppm이 되면 눈의 점막을 자극하게 된다. 또한 100 ～200ppm으로 되면 눈이 가렵거나 통증이 나타나고 연속적으로 폭로되면 기관지염, 폐렴이나 폐수종에 의한 질식사, 특히 700ppm 이상의 고농도를 흡입하면 단기간으로 실신, 호흡정지, 취사에 이른다.
일본 동경도가 1986년에 제정한 “건축물에 있어서 배수조 등의 구조, 유지관리에 관한 지도요강”에서는 악취방지 지침으로서 배수시의 공공하수도 등에 포함되는 황화수소가 10ppm 이하이어야 하고 오수 1l에 포함되는 황화수소가 2mg이하로 정해놓고 있다.
악취는 방지시설의 설치에 의한 발산방지와 약품첨가에 의한 발생억제방법이 있지만 악취의 확산범위가 주로 기후에 좌우되고 발생의 원인규명이 어려우므로 일반적으로 방지시설을 설치하여 확산을 최소화시키는 방법이 주로 적용된다.
배제시스템이 합류식일 경우에는 건물의 배수시설에서 공공하수도로 유입한 악취가 개구부가 많은 빗물받이에서 발산하는 등 문제점이 발생하고 있다. 빗물받이에서 악취가 발생하는 것을 방지하기 위해서는 연결관과 빗물받이 입구에 악취방지장치를 설치하는 것을 적극적으로 고려한다.
빗물받이에서 발산하는 악취를 방지를 하기 위하여 다음과 같은 점이 고려되어야 한다.
빗물받이의 뚜껑의 바로 아래에 설치하고 도로상에서는 빗물을 배제하고 본관에서 발생된 악취의 발산을 방지한다.
빗물받이의 연결관에 설치하여 하수관거에서 빗물받이로 악취가 유입되지 않도록 한다(링에 흐름방향으로 폴리프로필렌 수지를 붙인 장치로서 연결관에 설치하여 악취의 발산을 방지).
한편 빗물받이의 이토실에 쌓인 토사에서 냄새가 발생하지 않도록 주기적으로 청소하는 등 냄새발생원을 제거할 필요가 있다.
2) 형상 및 구조
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【해설】
(1)에 대하여
빗물받이는 종경사 10%일 때를 표준형상으로 한다(〈그림 2.11.4〉～〈그림 2.11.6〉 참조). 한편 빗물받이는 감독관의 승인하에 프리캐스트 공장제품을 사용할 수도 있다.
(2)에 대하여
빗물받이가 너무 크면 교통에 지장을 주고 너무 작으면 토사의 제거 등 유지관리 작업이 불편하므로 우수의 유입량에 따라 크기를 선정하나 도로가 5% 이상의 급경사인 장소나 교차로, 광장 등에는 낙수공의 면적이 큰 차도측 2호 빗물받이를 사용하도록 한다.
(3)에 대하여
일반적으로 빗물받이 저부에 설치되는 이토실은 토사가 본관에 유입하는 것을 방지하기 위하여 설치되는 것으로서 일반적으로 빗물받이의 이토실 깊이는 연결관 연결부 저부로부터 토사의 유입량에 따라 15cm 이상의 깊이로 한다.
(4)에 대해서
뚜껑은 세로칸막이형, 가로칸막이형, 혼합형 및 격자형 등이 있는데, 격자형(grating)의 재질은 강제이나 그 외의 것은 주철제 또는 철근콘크리트제이다. 현재 시판되고 있는 빗물받이 뚜껑은 세로칸막이형과 혼합형이 많고, 그 낙수공의 면적은 500～800㎠가 보통이다. 또한 최근의 사용경향은 차도측에 빗물받이를 설치할 때 콘크리트 제품의 파손 등을 고려하여 강제 격자형(steel grating)과 주철제를 많이 사용하는 추세에 있다.
(5)에 대해서
개량형 빗물받이는 협잡물 및 토사 등에 의한 하수관거 막힘 및 도로침수를 방지하기 위해 침사조나 토사받이를 빗물받이 상부 및 외부에 1～2개 설치하여 토사, 쓰레기 등이 하수구에 유입하기 전에 상부에서 손쉽게 제거할 수 있도록 한다.
개량형 빗물받이의 예로서 침사조(혹은 여과조) 및 토사받이가 외부 및 내부에 설치된 예를 〈그림 2.11.7〉에 나타내었다.
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집수받이는 개거와 암거를 접속하는 경우 및 횡단하수구 등에 설치하며 〈표2.11.9〉를 표준으로 한다. 
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【해설】
집수받이는 빗물받이의 일종으로서 U형 측구 등과 같은 개거와 관거 및 급경사 도로의 횡단하수구에 설치하는 것으로서 집수받이 저부에 15cm 이상 이토실을 설치하고 필요에 따라 발디딤부를 설치할 수 있다. 집수받이는 〈표 2.11.9〉를 표준형상으로 한다(〈그림 2.11.8〉 ～〈그림 2.11.10〉 참조). 한편 집수받이는 감독관의 승인하에 프리캐스트 공장제품을 사용할 수도 있다.
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연결관은 다음 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
연결관에서의 지하수 침입 및 다른 지하매설물 공사에 의한 파손의 위험이 가장 크기 때문에 연결관의 재질은 내구성, 내식성 및 수밀성이 있는 것을 사용한다. 연결관의 부설방향은 〈그림 2.11.11〉과 같이 본관에 대하여 직각이며 직선적으로 연결한다.
또한 연결관은 관거내의 유수를 잘 흐르도록 하기 위하여 흐름방향에 대하여 원칙적으로 60o로 하지만, 본관이 대구경관거인 경우는 90o로 연결하여도 된다. 경사는 부유물질 등의 침전 및 퇴적이 생기지 않도록 하기 위하여 1% 이상이 적절하다. 연결관의 관저가 본관의 중심선보다 낮게 되면 유수에 저항을 일으켜 소정의 유량을 흐르게 할 수가 없다. 또한 평상시 연결관내에 본관으로부터의 배수를 받아 그 부분에 부유물질 등이 침전 및 퇴적하여 연결관을 폐쇄시킬 우려가 있으므로 본관의 중심선보다 윗쪽에 연결한다. 연결관의 최소 관경은 150mm를 표준으로 하고 국소적인 하수량의 증가가 장래에 걸쳐 예상되지 않는 경우는 본 관경을 150mm로 하고 연결관경은 100～150mm로 한다.
(2)에 대하여
연결관의 접합부분은 침입수가 발생하기 쉽고 관거준설 등 유지관리시 문제가 많이 발생하는 곳일 뿐만 아니라 시공장소가 많고 복잡하기 때문에 설계 및 시공에 철저한 주의가 필요하다. 따라서 가지달린관 및 지관과 같은 이형관을 사용하는 것이 바람직하며, 만약 맨홀 등에 연결관을 직접 접속하는 경우에는 천공기 등을 사용하여 접속할 관거의 구경에 따라 정확히 천공을 하고 고무커넥터 등의 연성재질을 사용하여 관거를 연결하는 방법도 사용한다. 또한, 연결시에는 연결관 및 모르터가 본관내에 침입되지 않도록 주의하며, 시공후 이 부분에 대한 검사를 한다(〈그림 2.11.12〉～〈그림 2.11.16〉 참조).
또한, 경우에 따라서는 도로매설물의 상태를 고려하여 본관과의 연결이 가능한가를 충분히 검토한다. 한편, 중차량이 많이 통과하는 도로 아래의 연결관은 차량하중에 의해 파손될 우려가 있으므로 콘크리트로 보호한다.
단지조성시 본관의 매설과 연결관의 매설시 시차가 있을 경우에는 지관을 설치한 후 끝을 막고 그 위치와 깊이 그리고 지관의 종류 등을 정확히 기록하여 추후 연결시 정확한 시공이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 소구경관거의 경우 소구경관거의 매설 및 사용 특성상 주거지나 일반 간선도로의 본관접속용으로 사용되어지는 것이 일반적이나, 다양한 관종이 부족한 상태이므로 현장 작업시 임기응변식으로 시설되고 있어 소구경 관거의 다방향접속관의 개발이 시급한 실정이다.
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【해설】
(1)에 대하여
악취는 소음과 같이 감각 공해에 해당되며 청각, 후각, 미각 등 신경계통에 작용하고 많은 사람에게 피해를 주고 있다. 〈그림 2.11.18〉을 참고로 악취발생 주요지점별로 조사를 실시하여 그 정도에 따른 계획 및 시설 또는 방취시설을 고려한다.
(2)에 대하여
가정잡배수와 화장실 배관을 별도 연결하여 주방내로 악취유입방지를 차단하는 방법, 부엌에서 배출되는 배수관을 화장실 배수관보다 뒤쪽에 배치하여 가정내 잡배수 유출 수류를 이용, 분뇨의 지체현상을 보완하는 방법이 있다. 오수받이내 분뇨유하에 따른 지체현상을 최소화하기 위해 인버트 설치로 침체 및 퇴적방지와 악취의 외부발산을 차단하기 위해 밀폐형 뚜껑을 사용하는 등의 계획 및 시설을 적극 고려한다.
(3) 방취시설
U트랩 내 오수에 의해 기밀유지하는 U트랩형 〈그림 2.11.19〉, 관말단에 valve 설치하는 flap valve형 〈그림 2.11.20〉, 곡관 말단부를 물에 잠기게 하는 봉수형 〈그림 2.11.21〉 등이 있다. Flap valve형은 오수받이 내부로 valve가 돌출되는 형상을 갖게 되는데 유지관리를 위해서 valve와 맞은편 벽체 또는 valve와 valve 사이는 최소 150mm 이상을 확보하는 것이 좋다. 이 모든 방취시설은 주기적인 청소와 점검으로 유지관리에 만전을 기하여야 한다.
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배수관은 암거로 하며 관종 및 크기는 다음 사항을 고려하여 정한다. 단, 우수만을 배수하는 경우에는 개거로 하여도 좋다.
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【해설】
배수설비란 하수를 공공하수도에 유입시키기 위하여 필요한 배수관, 받이 및 기타의 설비를 말한다.
시설은 관거, 펌프장 및 처리시설로 구성되는데, 각 가정 등에서 나오는 하수를 지체없이 하수도에 유입시키는 배수설비를 완비하므로서 하수도의 설치 목적이 달성된다.
(1)에 대하여
관거는 암거로 하지만 우수만을 유하시키는 관거는 개거로 할 수 있다. 오수가 누수되어 지하수 등을 오염시키는 것을 방지하기 위하여 도관, 철근콘크리트관 및 경질염화비닐관 등과 같은 수밀성의 관을 사용한다. 또한 연결부는 누수가 없도록 가장 적합한 접합제로 충전하여 완전하게 시공한다.
(2)에 대하여
관의 크기는 〈표 2.12.1〉～〈표 2.12.3〉과 같지만 이는 최소값을 표시하고 있는 것이므로, 특수하게 수량이 유집하는 곳에서는 그 수량이 지체없이 유하될 수 있는 크기와 경사를 갖도록 관을 매설하여 적은 양이라도 범람하는 일이 없도록 해야 한다.
(3)에 대하여
일반적으로 옥외배수설비는 개개의 유량계산을 하여 배수관의 관경 및 경사를 결정하지 않고 다음의 예와 같이 미리기준을 설정해 두고 이에 따라 정한다.
배수관은 원칙적으로 자연유하방식이며, 하수를 지장없이 유하시키기 위해서 적절한 관경, 경사로 할 필요가 있다. 경사를 완만하게 하면 유속이 작고 관경이 큰 것이 필요하며 경사를 급하게 하면 유속이 커지고 관경이 작아도 필요한 하수량을 유하시킬 수 있다. 지나치게 급경사이면 관거에 손상을 줄 우려가 있고 반대로 지나치게 완만한 경사이면 소류력이 저하되어 고형물이 남는다. 관내 유속은 소류력을 고려하여 0.6～1.5m/s의 범위로 한다. 단, 부득이한 경우에는 최대 유속을 3.0m/s로 할 수 있다.
(4)에 대하여
관거의 흙두께는 건물부지내에서는 최저 20cm 이상으로 하고, 공공도로에 준하는 도로, 차량이 출입하는 장소 등에 대해서는 공공하수도에 준하는 깊이로 한다. 흙두께가 적은 경우는 외압으로부터 관거를 보호하거나 하중조건에 적합한 관거를 사용한다.
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물받이의 배치 및 구조 등은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
관거는 잘 유지관리되지 않으면 침전물로 인하여 그 사용이 불가능하게 된다. 따라서 관거의 유지관리가 용이하도록 물받이를 설치하여야 한다.
물받이는 오수물받이와 우수물받이의 2종류가 있고, 양쪽 모두 견고하고 내구성이 있는 구조로 한다. 물받이는 배수관의 접합이나 합류 또는 점검, 청소 등의 유지관리가 용이하도록 하는 것을 목적으로 하여 설치한다.
따라서 관거의 유지관리가 용이하도록 하는데 직선부에서의 최대배치간격은 〈표 2.12.5〉와 같고, 좁은 장소에서 관거의 청소용으로 대나무나 철선 등 너무 긴 것이 쓰일 수 없는 곳에서는 물받이 사이의 간격을 짧게 하는 등의 장소에 따른 적절한 배려가 필요하다.
또한, 우수물받이에는 필요에 따라 우수침투물받이의 설치를 고려한다(〈그림 2.12.1〉 참조).
(2)에 대하여
물받이의 형태는 원형 또는 각형으로 하고, 좁은 장소 등에서는 이형이 되는 것도 있으나 어떤 경우라도 크기는 접속하는 관이 완벽하며 약간의 여유를 가지고 접속되어야 한다.
물받이의 크기는 유지관리의 필요상 최소 30cm로 하고, 또 깊이에 따라 〈표 2.12.5〉과 같은 크기를 표준으로 한다.
재질은 콘크리트 및 철근콘크리트 등의 수밀성이 있는 것으로 하며, 구조는 외압에 의해 파괴되지 않도록 견고한 것으로 한다.
(3)에 대하여
물받이의 뚜껑 및 저부구조는 오수받이는 2.11.2의 2)에 의하며, 빗물받이는 2.11.3의 2)에 의한다.
(4)에 대하여
트랩받이에 대해서는 2.12.3의 (2)에 의한다.
드롭받이는 그 구조상 낙하받이, 드롭받이, 저하받이로 불리며, 공공하수도에 있어서 부관붙임맨홀과 같이 상류관과 하류관의 관저고에 심한 낙차가 있는 경우에 설치한다. 더우기 우수만의 배수관에는 설치하지 않는 것이 통례이다(〈그림 2.12.2〉 참조).
또한, 배수관의 점검 청소를 위해 회합점이나 굴곡점에 받이를 설치하는 것이 원칙이지만, 부지 이용의 관계상 이것을 설치할 수 없는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 받이를 대신해서 청소구를 설치한다(〈그림 2.12.3〉 및 〈그림 2.12.4〉 참조).
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부대설비는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
고형물을 배수관에 유입시키면 관내에 침전되어 하수의 흐름을 저해하므로 고형물을 배출하는 유출구에는 유효간격 10mm 이하의 스크린 또는 스트레이너를 설치한다. 또한 스크린 및 스트레이너에 걸린 쓰레기를 자주 제거해야 하므로 점검이나 청소가 용이한 구조로 한다(〈그림 2.12.5〉 참조).
(2)에 대하여
트랩(trap) 등의 방취장치는 유출구 및 위생기구 등에 근접하게 설치하고, 관거내의 악취가 실내에 침입하는 것을 방지하는 것이다. 방취장치는 고형물 등이 침전하여 막힐 우려가 있으므로 구조를 간단하게 하고, 배수작용에 의해 트랩내부가 세척되며 검사나 청소가 용이한 장소에 설치한다(〈그림 2.12.6〉 참조).
내식성 및 내흡수성을 가진 견고한 재질의 것으로 기구 및 본체에 접속하기 쉽고, 적당한 봉수깊이를 갖고 봉수를 유지할 수 있는 구조가 바람직하다.
더우기 기구 등에 접근해서 트랩을 설치할 수 없는 경우에는 트랩받이를 설치하기도 한다. 트랩받이의 크기는 보통의 트랩에 준하면 좋으나 비위생적으로 되기 쉬우므로 청소를 고려하여 약간 크게 하는 것이 바람직하다. 봉수깊이는 50mm 이상이면 좋으나 가능하면 75mm 이상이 바람직하다. 또한, 합류식의 빗물받이에 설치하는 경우에는 이토실 깊이를 가능한 한 크게 한다(〈그림 2.12.6〉 참조).
(3)에 대하여
유지차단장치는 〈그림 2.12.7〉에서와 같이 받이의 내부에 격벽을 설치한 것으로 하수는 격벽의 하부로 유출되지만 물보다 가벼운 유지는 스컴(scum)이 되어 수면에 떠올라서 격벽에 차단되어 받이 내부에 모인다. 격벽의 수중부분이 적으면 유지 등이 그 밑을 벗어나 유출된다. 또한 모인 유지 등을 적당히 퍼내어 별도로 처분해야 하므로 받이의 상부는 유지 등을 퍼내기에 용이한 구조로 한다. 더우기 기름(oil)과 그리스(grease)로 구분해서 설치하는 것이 바람직하며, 유지류를 다량으로 배출하는 경우에는 2.12.4를 참조한다.
(4)에 대하여
우수관에서 유입하는 토사는 2.11.3의 2)와 같이 빗물받이에 이토실을 두어 공공하수도에 유입하는 것을 방지하지만, 세차장이나 제조공정에서 다량의 고형물이 발생하여 하수와 함께 유출할 우려가 있는 공장 등에서는 상당용량의 이토실을 설치하고 본관으로의 토사유입을 방지하는 구조가 바람직하다.
(5)에 대하여
통기장치는 2층 이상의 건축물에 필요하고 통기장치가 없으면 직립 관거내에 압력현상이 생겨 트랩의 봉수유지가 어렵다.
분류식의 배수설비에 있어서는 소규모인 일반주택에 대해서도 통기장치를 설치해야 하고 배수관내의 통기를 충분히 하는 것이 바람직하다.
(6)에 대하여
건축물에서 배수되는 오수 및 우수는 공공하수도 및 다른 배수설비에 원칙적으로 자연유하로 배수하지만 건축물중 그 구조 및 다른 구조에 의해 자연유하가 될 수 없는 경우에는 펌프로 배수한다.
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제해시설(除害施設)은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
폐수의 성질에 따라서 폐수를 그대로 하수관거에 배출시키면 여러 가지 장해를 발생시킬 수 있다. 예를 들면 산이나 알칼리를 함유하는 폐수와 같이 관거나 그 밖의 시설을 침식시키는 물질, 부유물이나 침전물이 많아 관거의 유하를 저해하는 것, 독성물질과 유지류를 다량으로 함유하여 처리기능에 장해를 주는 것 등이 있는데, 이와 같이 하수도시설 및 처리기능에 장해를 주는 폐수에 대해서는 2.12.3의 부대설비 이외에 제해시설을 만들어서 관거에 배출되기 전에 폐수의 종류에 따른 처리를 실시하여 하수도시설에 손해를 주지 않도록 한다.
(2)에 대하여
온도가 높은 폐수는 관거내에서 악취를 발산시키고 관거를 침식시킨다. 또한 처리장에서 침전지의 분리기능을 저하시켜 활성슬러지나 살수여상의 미생물에 악영향을 미치기도 한다. 따라서 온도가 높은 폐수는 냉각탑이나 기타의 제해시설을 만들어 냉각 후 관거로 배출시켜야 한다.
산 및 알칼리폐수는 관거, 맨홀, 받이 및 처리시설 등의 구조물을 침식하여 파괴한다. 또한 처리기능상에도 여러 가지 장해를 주게 되므로 산 및 알칼리폐수는 중화설비를 설치하여 각각의 중화제에 의해 중화시킨 후에 관거로 배출시킨다.
다량의 부유성 유기물이 관거내에 유입되면 유기물이 관저부에 체류하게 되어 유해가스를 발생시킬 뿐만 아니라 악취가 발생되기도 한다. 용해성 유기물농도가 높은 폐수는 생물처리에 과부하를 주게 되어 처리기능을 악화시킨다. 특히, 탄수화물을 다량으로 함유한 폐수는 활성슬러지의 분해와 침강성을 감소시켜 팽화현상(bulking)을 일으키기 쉽다. 일반적으로 하수도시설은 생활오수를 기본으로 하여 설계되어 있으므로 BOD가 높은 폐수가 들어가면 처리능력이 부족하여 처리가 곤란하게 된다. 따라서 하수도에서의 허용농도는 생활오수의 BOD가 평균 150～200mg/l 이므로 300mg/l 정도로 묶어둘 필요가 있다. 단, BOD가 높아도 수량이 적고 또한 도중의 관거내에서 퇴적의 우려가 없다고 판단되는 경우에는 600mg/l 정도까지는 허용될 수 있는 경우도 있다.
부유물이 많으면 관거내에 침전되어 하수의 흐름을 저해하며 대형 부유물은 소량이라도 관거를 폐쇄시켜 범람의 요인이 된다. 따라서 대형 부유물은 관거에 배출되기 전에 침전지 등에서 수거하거나 스크린을 설치하여 제거한다.
침전성 물질은 폐쇄 및 범람의 원인이 되므로 침전지에서 제거한다.
유지류는 관거의 벽에 부착하여 관거를 폐쇄하며 처리기능을 저해시킨다. 따라서 유지류는 침전지로 보내어 침전하는 것은 침전물과 같이 제거하고, 부상하는 것은 스컴과 함께 제거하지만 양이 많을 때에는 부상분리장치를 설치하여 스컴과 함께 별도로 처리한다. 이런 경우 필요에 따라 조의 저부에 설치한 산기장치에 의해 압착공기를 폐수중에 불어 넣어 스컴의 분리를 좋게 한다. 또한 원심분리설비에 의해 유지류를 분리시키는 방법도 있다.
페놀 및 시안화물 등은 처리기능에 악영향을 주는 것으로, 특히 활성슬러지나 살수여상 등의 미생물을 죽게 함으로 이들 독성물질의 독성을 제거한 후에 관거로 배출시켜야 한다.
중금속류를 함유하는 폐수는 농도가 높은 경우에는 처리기능을 파괴하며, 농도가 낮은 경우라도 처리장으로부터의 방류수중에 기준 이상의 중금속이 들어 있으면 안되며, 슬러지에 중금속 농도가 높아져 슬러지의 유출이용에 지장을 초래하게 되므로 중금속류를 제해시설로 제거시킨 후 관거로 배출시켜야 한다.
그 밖에 휘발성 물질을 다량 함유하는 폐수는 폭발의 우려가 있고, 또한 황화물, 악취를 발생하는 물질 및 착색물질 등은 여러 가지 장해를 일으키기 쉬우므로 적당한 제해시설을 설치할 필요가 있다.
(3)에 대하여
공장폐수 등의 폐수성질에 따라 제해시설에서의 폐수처리방법은 여러 가지가 있어 그 설치장소, 처리과정 등도 상이하다. 제해시설의 계획에 관한 일반적 사항은 다음과 같다.
제해시설의 계획에서는 계획전에 다음 사항에 대하여 충분한 조사를 한다.
(a) 공장의 규모와 장래계획
(b) 생산공정 및 시간적 변화
(c) 공장내 폐수처리시설용 부지
(d) 배제해야 할 하수도와의 관계
(e) 공장폐수와 다른 오수와의 관계
(a) 공정중 폐수를 생성시키는 부분의 명확성
(b) 생산물 또는 원료 단위당의 폐수량 및 처리해야 할 물질의 부하량
(c) 폐수의 양 및 질의 시간적 변화와 공장측 자료의 신뢰성
(d) 분리처리의 가능여부
(e) 발생슬러지 양 및 성상
처리방법의 선정시에는 다음 사항을 사전에 검토할 필요가 있다.
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해양방류시설은 다음의 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
해안에 인접해 있는 도시는 배제된 우수와 처리수를 해양에 방류하는 것을 고려한다. 우수의 배제를 위한 방류관은 일반적으로 짧고 방류수위가 조위의 간조내에 있게 된다.
처리수의 해양방류는 처리정도에 따라 달라진다. 즉, 살균된 2차처리수는 일반적으로 해안 가까이 방류할 수 있으나, 1차처리수는 해안의 오염을 방지하기 위하여 바다 안쪽으로 되도록이면 멀리까지 끌어내어 확산 및 희석이 잘 되도록 방류해야 한다.
하수를 해양으로 방류하는 데는 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 수로 혹은 수로박스를 이용하여 해안에 인접한 수면에 직접방류하는 표층방류 방법은 경제성 측면에서 가장 타당성이 있는 방법이나 오염물의 혼합 및 희석과정이 주로 주변 수체에 존재하는 난류성분에 의존한다. 수중에서 방류하는 방법은 해안에서 일정거리 떨어진 해역까지 관로를 설치하고 이를 통해 해저에서 고속으로 방류하는 방법으로 고속방류에 따른 방류수체의 운동량과 주변수와의 밀도차에 의한 부력의 효과를 이용하여 방류구 근접 지역에서 높은 희석률을 유도하는 방법이다.
(1)에 대하여
해양방류시설은 인근해역의 기존 어업권 및 어업활동에 대한 피해를 최소로 할 수 있도록 하여야 하며, 장래 매립계획, 방조제계획 및 항만시설계획 등 주변의 관련계획을 종합적으로 검토한 후 결정하여야 한다.
(2)에 대하여
방류지점의 선정은 인근해역의 물이용 형태와 해안으로의 이동시간 등 제반여건을 충분히 검토하여 해양방류관을 설치하는 방법과 고도처리를 하는 방법 등을 비교검토하여 지역에 적합한 방법을 선정하도록 한다.
일반적으로 동해안과 같이 해저경사가 급하고, 해류이동이 큰 개방된 해역에서는 해양방류관을 설치하는 것이 유용하나 서해안 및 남해안과 같이 섬이 많고, 해류의 이동도 적은 폐쇄성 해역에서는 해양방류관의 소요연장이 장대하게 되므로 해양방류관의 설치보다는 고도처리를 하는 것이 바람직할 수가 있다.
(3)에 대하여
처리장 방류수는 방류해역의 조위가 대조 평균만조위일 때에도 원활한 방류가 이루어지도록 하여야 하며, 이를 위하여 방류펌프시설 등이 필요하다.
(4)에 대하여
해양방류시설의 설치공법으로는 부설선법(敷設船法), 해저예방법, 부유예방법 등이 있으나 공법의 선정은 조석간만차, 수심, 파고, 해류, 관경 및 관길이 등 제반여건을 충분히 고려하여 지역에 가장 적합한 방법을 선정하여야 하며, 해양방류관의 해저부설방법은 사전굴착법과 사후굴착법이 있으나 이는 해저상태에 따라 연약지반에서는 사후굴착법을, 견고한 지반에서는 사전굴착법이 유용하다.
(5)에 대하여
하수도시설 계획과 병행하여 시행되는 환경영향평가의 자연환경, 생활환경 및 사회·경제환경에 대한 종합적인 영향을 고려하여 해양방류시설을 결정한다.
방류관거는 처리수를 확산관까지 수송하는데 그 길이는 유속, 수두손실, 구조물의 고려 및 경제성에 의해서 결정된다.
수중다공확산관(Submerged multiport diffuser)은 일방향확산관(unidirectional diffuser), 축방향확산관(staged diffuser), 양방향확산관(alternating diffuser)등 세 가지로 분류할 수 있다.
일방향확산관의 경우 주변수 흐름방향과 방류방향이 이루는 각도에 따라 공류형확산관(co- flowing diffuser)과 T형환산관(tee diffuser)으로 구분할 수 있다. 일방향확산관은 확산관에 설치된 모든 방류구가 한 방향으로 설치되어 방류되는 확산관으로써 초기 방류운동량이 다른 확산관에 비해 크기 때문에 정체수역 또는 주변수 흐름과 방류방향이 평행한 수역에 효율적이다. 일방향확산관 중 공류형확산관(co-flowing diffuser)은 확산관축과 주변수 흐름방향이 직각을 이루는 확산관으로 방류방향은 해류 흐름방향과 평행을 이루게 된다. T형확산관은 확산관축이 주변수 흐름과 평행하고 방류방향은 해류방향과 수직인 확산관이다. 공류형확산관에 비해 조석에 의해 주변수 흐름이 주기적으로 바뀌는 해역에서 효율적이다.
양방향확산관은 확산관축에 대해 양쪽으로 방류공을 설치하는 형태로 일반적으로 확산관축에 방류공들을 직각으로 설치하거나 방류각도를 확산관축에 따라 변화시켜 설치하기도 한다. 양방향확산관은 확산관축에 대해 대칭으로 하수를 방류하므로 주변수 흐름이 주기적으로 변화하는 수역에 효율적이다.
축방향확산관은 확산관 축과 방류방향의 각도가 20° 이내로 방류공을 설치한다. 일방향확산관의 경우와 마찬가지로 높은 방류운동량을 외해로 발생시키므로 해안선에서 외해로 나가는 흐름이 존재하는 해역에 설치하면 효율적이다.
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압력관거 시스템에는 수송시스템으로서의 압송식과 수집시스템으로서의 진공식 및 압력식이 있다. 각 방식에서 다른 특성을 갖기 때문에 관거 시설의 규모나 중요성을 고려하여 적절한 것을 선정한다. |
【해설】
관거 시설은 자연 유하 방식을 표준으로 하는데, 지형·지질 조건 및 하수의 유입 상황 등에 따라서는 양압 및 부압을 이용한 압력관거 시설로 하는 것이 유리해지는 경우도 고려된다.
분류식하수도의 오수를 각 가정이나 사업소에서 수집하고 펌프장이나 처리장까지 수송하는 관거를 분류하면 대략 〈그림 2.14.1〉에 나타나는 수집시스템과 수송시스템의 2가지 부분으로 구분할 수 있다.
이 두 가지 시스템을 정의하면 다음과 같다.
수집 시스템 : 주로 발생원에서 하수를 직접 받기 위해 설치되는 관거시설(본관, 받이, 부착관)으로 구성되고 관거는 자연유하방식, 압력식, 진공식 등에 의해 정비된다.
수송 시스템 : 수집 시스템에 의해 모아진 하수를 처리시설까지 수송하는 관거 및 펌프장의 총칭으로 관거는 주로 자연유하방식 또는 압송식으로 정비된다.
일반적으로 진공식 및 압력식은 수집 시스템에, 압송식은 수송 시스템에 적용된다.
수집 시스템은 다음과 같은 상황 하에 있는 지역에서는 진공식 및 압력식 하수도 수집 시스템도 검토의 대상으로 한다.
자연유하식, 진공식 및 압력식에 의한 수집 시스템의 특징을 〈표 2.14.1〉에 나타내었다.
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압송식 하수도 수송 시스템은 펌프 시설과 압력 관거로 구성된다. 압송식에 의한 압력관거는 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
압송식 하수도 수송 시스템 중, 펌프 시설에 대해서는 3. 펌프장시설에 의한 것으로 한다.
(1)에 대하여
정비 대상 구역의 지형이나 지질 및 사회적 조건(집락 형태, 시공상의 제약, 정비시기 등)에 따라서는 펌프 설비를 이용한 압송식이 유리해 지는 경우가 있다. 정비 대상 구역이 다음과 같은 특성을 갖는 경우는 자연유하방식과 압송식에 의한 비교 검토를 하고 수송 방식을 결정한다.
또한 그 결정에 있어서는 양 방식의 특성을 충분히 파악하고 다음과 같은 항목에 대해 비교 검토하도록 한다.
① 유지관리가 비교적 간편하고 특히 관거 점검이 용이하다.
② 내압이 작용하지 않기 때문에 강도가 낮은 관을 사용할 수 있다.
③ 도중 유입을 자유롭게 할 수 있다.
④ 유량이 적어져도 유속 저하는 그다지 일어나지 않는다.
⑤ 수송 에너지 비용이 싸고 유지관리 비용도 비교적 저렴하다.
⑥ 평탄지의 경우 관거가 길어질수록 관의 매설이 깊어지고 건설비가 비싸진다.
⑦ 관의 매설이 깊어짐에 따라 추진·실드 공법 등의 특수 공법을 채용하는 경우가 증가한다.
⑧ 매설이 깊으면 보수도 어려워진다.
⑨ 이음 등에서 지하수의 침입이나 하수의 누출 우려가 있다.
① 사용하는 관의 구경을 작게 할 수 있다.
② 관의 매설 깊이를 낮게 할 수 있고 건설비의 절감이나 공사 기간의 단축이 가능하다.
③ 타관과의 영향이 적어진다.
④ 불명수(지하수 등)의 침입이 없다.
⑤ 적절한 관의 재질, 이음의 구조를 선정할 필요가 있다.
⑥ 공기밸브, 배슬러지설비가 필요해진다.
⑦ 수압에 대한 이형관 방호 등이 필요하다.
⑧ 정전 대책이 필요하다.
(2)에 대하여
하나의 정비 대상 구역 내에 펌프장이 복수로 필요해 지는 경우에는 다음에 나타나는 압송식 중에 적절한 형식을 선정할 필요가 있다.
각 펌프장에서 처리장까지 개별적으로 보내는 형식
메인 압송관거에 펌프 압송으로 도중 유입시키는 형식
각 펌프의 전양정은 모든 펌프가 동시 기동했을 경우를 고려하여 계산한다. 즉, P1에서 P2 합류점까지의 압력 손실은 유량 Q1로 계산한다.
P2 합류점에서 P3 합류점까지의 압력 손실은 유량 (Q1+Q2)로 계산한다.
P3 합류점에서 처리장까지의 압력 손실은 유량 (Q1+Q2+Q3)로 계산한다.
단, 펌프 P2, P3의 가동 시간이 매우 짧고 간선 펌프 P1도 간헐적으로 가동하는 경우는 이에 한하지 않는다.
각 펌프장을 경유하여 단계적으로 압송하는 형식
도중까지 압송하고 그 후에는 자연유하로 보내는 형식.
지형 조건에 따라서는 자연압에 의한 유입도 가능하다.
압송관거의 설계 수압은 정수압과 수격압으로 이루어지고 〈그림 2.14.2〉로 나타난다.
여기서 정수압은 전양정의 수압으로 하고 수격압은 계산에 의해 구할 수 있지만, 계산에 의하지 않는 경우는 정수압이 0.44MPa{4.4kgf/㎠} 미만인 경우는 그 100%, 정수압이 0.44MPa{4.4kgf/㎠} 이상인 경우는 그 60% 또는 0.44MPa{4.5kgf/㎠} 중에 큰 값으로 한다.
(4)에 대하여
압송관거의 유량 계산에는 일반적으로 식(2.1.3)의 Hazen Williams식 및 유속 계수를 이용한다.
관내 유속은 침전물이 퇴적하지 않도록 최소 유속을 0.6m/s로 하고 관내 벽면이나 내면의 모르타르 라이닝, 도장 등에 손상이 일어나지 않도록 최대 유속은 3.0m/s 정도로 한다.
또 유속의 증가에 따른 마찰손실수두가 증가하기 때문에 경제적인 압송 펌프의 선정이 이루어지도록 압송관경과 유속과의 관계에 대해서도 고려할 필요가 있다.
(5)에 대하여
압송관거에는 관거 시설이나 펌프 시설의 유지관리 등을 위해 적절한 장소에 차단용, 관거 교체용, 드레인용, 역류방지용, 흡배기용 등의 밸브를 설치한다.
(6)에 대하여
압송관거 내에서는 오수가 공기와 차단된 상태에 있으므로 하수의 혐기화가 진행한다. 이때, 미생물에 의해 하수 중의 황산염이 환원되고 황화물이 된다. 황화물은 압송관거 말단 등에서 대기중에 개방된 지점에서 황화수소로서 방산하고 다시 미생물에 의해 황산이 된다. 황화수소는 악취 발생의 원인이 되고 황산은 콘크리트 시설 노화의 원인이 된다. 따라서 압력 개방된 개소의 관거 등에 대해서 방식 등의 황화수소 대책을 강구하는 것이 바람직하다.
황화수소 대책의 상세 설명은 〈참고 2-2. 황화수소대책〉 참조.
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진공식 하수도 수집 시스템은 다음 시설에 의해 구성된다.
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【해설】
진공식 하수도 수집 시스템은 관거 내에 발생시킨 진공과 대기와의 차압에 의해 오수를 진공과 혼합하여 이송·수집하는 시스템이며 〈그림 2.14.3〉과 같이「진공밸브 유닛」,「진공관거」,「중계펌프장」의 세 가지 요소로 구성된다.
가정에서 배출된 오수는 자연유하에 의해 유입관을 거쳐 진공 밸브 유닛에 유입한다. 진공 밸브 유닛의 저수 탱크 내의 수위가 상승하고 규정된 수위가 되면 수위 검지기가 작동하여 진공 밸브가 열리고 오수와 공기가 진공 관거 내에 흡인된다. 관내의 오수는 흐름이 정지될 때에는 리프트 저부에 고여 정지하는데, 진공 밸브가 열리면 팽창하는 공기에 의해 기액혼상류(氣液混相流)가 되어 리프트를 타고 넘어 펌프장까지 운반된다. 중계펌프장에 수집된 오수는 일정량이 도달되면 압송펌프가 작동되어 자연유하 간선 또는 하수처리장까지 보낸다.
진공식 하수도 수집 시스템은 오수를 대상으로 한 시설이며 우수를 유입시켜서는 안 된다. 따라서 택지내 오수 배수 설비에 대해서도 이러한 점을 충분히 배려하도록 한다.
(1)에 대하여
진공밸브 유닛 및 그 부속 기기로 구성되는 오수 흡입 시설의 배치 예를 〈그림 2.14.4〉에 나타내었다.
진공 밸브 유닛은 오수의 발생원에 근접하여 설치된다. 진공 밸브 유닛의 형식 및 구조는 오수의 발생원인 일반가정이나 사업장 등 설치 장소의 상황을 고려하여 최적의 시설이 되도록 선정한다.
진공 밸브에는 공칭경 50mm 및 공칭경 75mm의 2종류가 있다. 통상 이용하는 진공밸브는 공칭경 75mm로 하고 공칭경 50mm 진공 밸브에 대해서는 설치 장소의 조건에 따라 사유지 내 또는 소로에 진공밸브 유닛이 설치되는 경우에 이용한다.
진공식 하수도 수집 시스템은 어떠한 운전 상태에서도 말단 진공관거에 진공 밸브의 작동에 필요한 진공도 -25kPa(-2.5mAq)가 도달하고 시스템 전체가 바르게 기능해야 한다.
진공 밸브 유닛은 본 시스템의 진공에 의한 유속 부분과 택지 내 배관의 자연유하 부분을 연결하는 장치이며 유닛 내에 저류한 일정한 오수를 간헐적으로 진공관거로 배출한다.
진공 밸브 유닛의 설계에 있어서는 가옥 등의 배출원의 오수량이나 유입 형태, 유닛의 설치 장소, 정전시 오수 저류 용량 등을 고려하여 진공 밸브의 설치 개수, 재질, 형식 등을 적절하게 결정한다.
진공 밸브 유닛은 건설비, 유지관리성을 고려하여 소형·경량인 것을 선정하는 것이 바람직하다. 설치 장소가 윤하중을 고려할 필요가 없는 경우는 수지제 유닛을, 윤하중을 고려할 필요가 있는 경우는 콘크리트제의 유닛을 선정한다. 또한 소로나 사유지 내에 설치하는 경우는 소형 수지 유닛을 선정한다. 진공 밸브 유닛의 부속 기기로서 필요에 따라 다음을 고려한다.
진공 밸브 유닛의 관리를 위해 진공 밸브 유닛의 내부 또는 접속관에 차단 밸브를 설치한다.
진공 밸브 유닛에서 5m 이내에 오수와 동시에 흡인하는 공기를 취입하는 공기 취입관을 설치한다. 공기 취입관은 진공 밸브 유닛에 직접 혹은 유입관에 설치한다.
Pneumatic형 컨트롤러는 신선한 공기를 필요로 하기 때문에 브리더관을 진공 밸브 유닛 외부의 침수시나 적설(積雪)시에 수몰 또는 매몰하지 않는 위치에 설치하고 신선한 공기를 취입하거나 진공밸브유닛 내부용 브리더를 설치한다.
(2)에 대하여
관거의 명칭으로 진공 유닛에서 제1분기점까지를 접속관, 그 앞을 본관으로 하고 진공 본관과 접속관을 합쳐 진공관거로 총칭한다.
진공관거는「내리막 경사의 직선부」와「리프트」(〈그림 2.14.5〉 참조)라 불리는 단차의 조합으로 구성되며 허용압력손실 한도 내라면 모든 지형에도 부설이 가능하다.
본관 관경은 100mm, 150mm, 200mm, 250mm로 한다. 또한 접속관 관경은 75mm를 원칙으로 하고 관 길이는 20m를 한도로 한다. 단, 공칭경 50mm의 진공 유닛을 사용할 경우의 접속관의 관경은 50mm로 하고 관 길이가 20m를 초과하는 부분은 관경을 75mm로 한다.
평탄 또는 오르막 경사 지형에서는 0.2% 이상의 내리막 경사로 관거를 부설하고 매설 깊이가 깊어지면 리프트를 설치하여 얕게 한다. 내리막 경사의 지형에서는 0.2%를 하회하지 않는 경사로 지면과 평행하여 관거를 부설하면 좋고 리프트를 설치할 필요는 없다. 연약지반 지대나 소규모 시설 등에서는 특수한 경사로 하는 경우가 있다.
표준 리프트 높이는 0.3m, 0.45m, 0.6m로 하고 관경에 관계없이 낮은 쪽을 사용한다. 표준 리프트 높이를 초과하는 리프트가 필요한 경우는 표준 리프트를 복수 설치한다. 또한 리프트의 끌어올림 각도는 45° 이하로 하고 리프트 설치 간격은 6m로 한다.
진공관거에는 폴리에틸렌관 또는 경질염화비닐관(PVC관)을 표준으로 사용한다. 또한 이음은 기밀성 및 내구성이 있는 것으로 하고 폴리에틸렌관의 접합에는 열융착접합을 사용하고 경질염화비닐관의 이음에는 고무링접합을 원칙으로 사용한다.
또한, 관거가 수관교 또는 교량 첨가가 되는 경우나 토피가 부족한 경우에는 적당한 방호공을 설치하거나 스테인리스관 등의 내구성 및 안전성을 고려한 관재를 사용하도록 한다.
진공관거에는 유지관리를 위해 구간 밸브 및 점검구를 설치한다.
(3)에 대하여
중계 펌프장에는「진공 발생 장치」,「집수 탱크 설비」,「오수 펌프 설비」및「전기 설비」등이 설치된다. 진공 관거를 거쳐 집수 탱크까지 이송된 오수가 일정량으로 도달하면 오수 펌프가 작동하여 오수는 집수 탱크에서 하수처리장 또는 자연유하 간선에 수송된다.
중계 펌프장에는 다음의 3가지 형태가 있으며 시공성, 경제성, 운전 및 유지관리를 고려하여 적절한 형식을 선정한다.
진공 발생 장치에는 진공 펌프식과 이젝터(Ejector)식이 있으며 설계에 이용하는 기액비(대기압 환산)는 진공펌프식 2:1～3:1, 이젝터식 1.5:1이다. 이젝터식은 진공 펌프식에 비해 진공 도달 및 기액비(氣液比)가 낮은 반면, 설비 구성이 간단하고 유지관리성이 용이하기 때문에 소규모 시스템으로 채용한다.
오수 펌프는 충분한 흡입성능을 갖고 회전차는 오수 내의 이물질로 막히지 않는 충분한 이물질 통과 성능을 갖는 것이어야 한다. 또한, 전동기는 옥내 전폐외선형(全閉外扇型)이 바람직하다. 오수 펌프의 설치 대수는 2대로 하고 그 중 1대를 예비기로 한다.
오수 펌프는 집수 탱크 내의 진공도가 가장 높고 실 양정이 가장 높은 상태에서 1대로 시간 최대 오수량의 110% 이상의 배수 성능을 갖는 것으로 한다.
집수 탱크의 용량은 오수 펌프의 운전 빈도에 따라 구한 운전 용량의 3배 정도의 용량으로 하는 것이 바람직하다.
또한 집수 탱크는 종형 또는 횡형 원통형의 강제를 표준으로 하고 -80kPa(-8mAq)의 진공도에 대해 안전한 구조로 함과 동시에 내구성, 내식성을 고려한다.
집수 탱크의 설치 기수는 1기로 하고 예비는 설치하지 않는다.
전기·계측제어설비는 수전설비, 동력제어 설비 및 전등 분전 설비로 이루어진다.
중계 펌프장은 상용 전원을 기본으로 하고 수전방식은 가능한 한 저압 수전이 되도록 계획하는 것이 바람직하다. 단, 처리 시설 병설형의 경우는 처리 시설의 기기 용량에 의해 고압 수전이 되는 경우도 있다.
중계펌프장은 무인 운전, 순회감시의 관리 체제에 대응하여 자동 운전으로 한다.
통상, 진공 펌프는 집수 탱크의 압력에 의해 제어되고 오수 펌프는 집수탱크의 수위에 의해 제어된다.
진공펌프·오수 펌프 모두 기동 빈도를 경감하기 위해 예비기를 포함한 자동 교대 운전으로 하고 고장시에는 자동적으로 예비기로 교체하도록 한다. 또한, 통상 회복시에는 자동적으로 복귀하는 것이 바람직하다.
계측 항목은 운전 방식, 관리 체제에 따라서 계측 목적에 의해 필요한 최소항목으로 한다.
시스템의 운전 상황은 집수 탱크의 압력 변화와 진공 펌프와 오수 펌프의 기동 빈도 및 운전 시간을 아는 것으로 파악할 수 있으므로 이들을 기록할 수 있는 설비로 한다.
통상, 비상용 자가 발전 설비는 설치하지 않도록 하지만, 과거 정전 시간 등의 지역 특성에 따라 비상용 자가 발전 설비의 필요성을 검토하도록 한다.
자가 발전 설비를 설치하지 않는 경우라도 비상시에 대비하여 발전기가 접속 가능한 단자를 설치해 두면 좋다.
중계 펌프장의 이상은 시스템 전체의 기능에 중대한 영향을 끼친다. 따라서 조기에 확인하고 대응할 필요가 있으므로 경고 내용을 장외로 통보한다.
감시 방식에는 이상에 의한 주변 환경에 대한 영향, 통보처의 관리자나 주민과의 거리, 이상시 감시 체제 등을 고려하여 결정한다.
중계 펌프장의 관련 설비로서 필요에 따라서 다음 설비를 고려한다.
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압력식 하수도 수집 시스템은 다음 시설로 구성된다.
압송식 하수도 수집 시스템의 시설은 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
압력식 하수도 수집 시스템이란 〈그림 2.14.6〉과 같이 파쇄기 부착 소형 수중 펌프를 이용한 압송 시스템이며, 가정 등에서 배출된 오수를 저수 탱크에 모으고 처리장 또는 자연유하관까지 압송하는 오수 수집 시스템이다. 따라서 자연유하방식에 비해 소구경관을 이용할 수 있으며 본관을 지형에 따라 얕게 매설하는 것이 가능하다.
저수 탱크의 표준적인 구조는 〈그림 2.14.7〉과 같으며 저수 탱크 및 GP, 전기 설비 등을 일괄해서 GP 유닛이라 한다.
또한, GP의 토출구에서 제1분기점까지를 접속관, 그 앞을 압송 본관으로 하고 압송 본관과 접속관을 합쳐 압송관거라 총칭한다.
(1)에 대하여
본 시스템에서 이용하는 GP에는 일반적으로 원심형과 용적형이 있다. 원심형과 용적형의 특성 곡선에는 큰 차이가 있으며 각각의 특징을 충분히 검토하고 펌프 형식을 선정하도록 한다.
GP 유닛에 유입하는 시간 최대 오수량은 실측에 따라 결정하는 것이 바람직한데, 지역의 특성이나 가정의 물 사용 상태, 접속 가정 수 등에 의해 크게 다르며 그 값의 파악이 곤란한 경우가 있다. 1인 하루 평균 생활 오수량에서 피크 수량을 구하는 방법으로 GP 유닛에 접속하는 인구를 변수로 한 Gifft의 식이 제안되고 있으며 식(2.14.1)로 나타난다.
GP는 빈도에 ON-OFF를 반복하면 그 내구성에 크게 영향을 받는다. 1시간당 10회 정도의 기동을 최대로 하는 것으로 한다. 즉, 1시간당 최대 오수량이 유입했을 때에 1시간에 평균 10회 정도 기동하도록 고려한다. 또한, 1회당 2～3분의 운전 시간이 되도록 선정의 기초가 되는 토출량을 식(2.14.2)에 따라 설정한다.
GP의 전 양정은 각각의 GP유닛에 따라 식(2.14.3)에 의해 산정한다.
또한, GP 설치 대수는 유입 오수량의 증가 경향, 시간 변동 및 초기 대책을 고려하여 정한다. 예비기는 GP 유닛마다 설치하는 경우와 시스템 전체를 대상으로 처리장 등에 공통하는 예비기를 설치하는 경우가 있다. 예비기의 설치 방법은 GP의 고장에 의한 영향, 고장시 대응 방법, 경제성 등을 고려하여 결정하도록 한다.
GP 유닛의 수를 줄이고 1유닛당 접속 호수를 많게 한 경우에는 유입관의 연장이나 깊이가 커지고 유입관 건설비의 증대, GP의 대형화를 초래하게 된다. 따라서 1유닛당 접속 호수는 지형, 입지조건, 지반 등을 고려하여 최적의 접속 호수를 선정하도록 한다. 또한 GP 유닛의 설치 장소는 집수의 용이성, 유지관리의 작업성, 경제성을 고려하여 결정한다. 저수 탱크의 상시 운전 용량은 작으면 펌프의 운전 회수가 많아지고 고장의 원인이 되는 경우가 염려된다. 그러나 지나치게 크면 저수 탱크 용량이 커지고 비경제적이 되므로 1회 운전 시간이 2～3분 정도가 되도록 정하도록 한다. 또한 계획을 초과하는 오수의 유입이나 정전시 및 GP 등의 수리 시 오수의 유입도 고려할 필요가 있다.
저수 탱크의 저부에는 테이퍼를 붙이고 침전물이 적어지는 구조로 하고 GP의 위치는 가능한 저수 탱크 중심으로 오도록 설치한다. 저수 탱크 내의 접속관에는 조인트부를 설치하는 등 고장시 GP 교환이 간편하게 이루어지는 구조로 한다. 또 저수 탱크의 구조는 상재하중 및 토압, 수압에 대해 안전하고 수밀성을 갖는 것으로 하는데 가능한 한 간단한 것으로 한다.
유닛 내에 설치하는 수위계는 전도식, 에어퍼지식, 차압식 등으로 하고 수문, 스크린설비 및 침사지는 원칙적으로 설치하지 않는다. 또 GP 유닛의 보수 및 점검 등을 고려하여 GP 유닛의 토출측에 필요에 따라서 역지밸브를 설치한다. 뚜껑의 형상, 구조는 필요한 강도, 크기를 갖고 동시에 유지관리의 취급의 용이성을 충분히 고려한 것으로 한다. 외부로의 이상 통보는 제어반 상부의 경보용 램프 등에 의한 것을 표준으로 한다. 따라서 제어반은 이상 발생이 신속하게 발견되도록 사람 눈에 띄기 쉬운 위치에 설치할 필요가 있다.
(2)에 대하여
관거의 청소 및 보수를 고려하여 압송관거 상류단 및 간선의 주요 합류부에, 또한 기타 관거구 내에서는 적절한 간격으로 세정구를 배치하는 것이 바람직하다.
1. 부식 메커니즘
하수관거 시설의 황화수소에 의한 부식 사례는 압송관의 출구, 역사이펀, 맨홀의 단락부, 관내 저류를 이용하여 유량조정 운전을 하는 펌프의 주변부 등에 많이 보고되고 있다.
황화수소의 생성 및 콘크리트 부식의 메커니즘은 다음과 같이 고려된다.
황산염 환원 세균
SO42-+2C+2H2O→H2S+2HCO3-
유황산화세균
H2S+2O2→H2SO4
Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4·2H2O
3CaSO4·2H2O+3CaO·Al2O3+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
압송관의 출구 부근에서는 압력관 내에서 발생한 황화수소가 기상 중에 개방되고 생물화학 반응에 따라 황산을 생성하고 콘크리트 부식이 진행한다고 한다.
또한 관내 저류를 이용하여 유량 조정을 하는 펌프장에서는 야간의 고수위, 저류량시에 관내에 침전한 퇴적물이 황화수소를 생성하고 관내 유속의 변동 또는 펌프에 의해 교반되어 기상 중으로 확산하고 동일한 황화수소 부식 현상이 진행한다고 한다.
2. 황화수소에 의한 부식 대책
관거 시설의 부식 대책은 콘크리트 부식의 메커니즘을 끊는 것이 중요하므로 관거가 놓여져 있는 환경에 적합한 방법으로 실시한다. 관거 시설의 황화수소 부식 대책에는 다음을 들 수 있다.
공기, 산소, 과산화수소, 초산염 등의 약품 주입에 의해 하수의 혐기화를 억제, 황화수소의 발생을 방지한다.
관거의 청소로 황화수소 발생의 원인이 되는 관내 퇴적물을 제거하고 황산염 환원 세균, 유황산화 세균의 생식 장소를 제거한다.
황화수소가스가 저농도인 경우, 유황산화 세균의 증식이 억제된다. 환기에 의해 관내 황화수소를 희석한다.
산화제의 첨가에 의한 황화물의 산화, 금속염의 첨가에 의한 황화수소의 고정화 등의 방법에 의해 황화수소의 대기중으로의 확산을 방지한다.
황산염 환원 세균에 선택적으로 작용하는 약제를 주입하고 살균 또는 세균 활동을 억제한다.
유황산화 세균에 선택적으로 작용하는 약제를 혼입한 콘크리트(방균, 항균 콘크리트)를 이용한다.
수지계 자재나 피복(라이닝) 등에 의해 부식을 받는 콘크리트 표면을 방호한다.
구체적으로는 〈그림 2.4〉와 같은 각종 대책 방법이 있다.
3. 압송관거의 황화수소의 생성 억제 대책의 실시 예
압송관거 시설은 1990년부터 공용되었는데, 현재까지 여러 가지 조사를 실시, 공기 주입에 의한 황화수소 생성 억제 효과를 확인하였다.
관거 시설의 개요도 및 펌프장에서의 오수와 공기의 흐름을 〈그림 2.5〉, 〈그림 2.6〉에 나타내었다.
압송관거는 유지관리를 고려하여 병렬관으로 되어 있으며 ø350닥타일 주철관으로 연장 3,433m이다. 관거는 공기주입에 따른 에어포켓 발생을 피하기 위해 전노선 상승경사로 하였다. 이것은 에어포켓 발생에 의한 관거 폐색을 방지하고 하강 경사에서의 공기와 오수의 혼합유체의 압력손실 증대에 의한 송수량 저하를 방지하기 위한 것이다.
공기 주입에 의한 황화수소 생성의 억제 효과의 예로서 압송관로 종점의 맨홀 내 황화수소 농도의 측정을 실시하였다〈그림 2.7〉.
공기 주입을 실시한 경우 3ppm 이하였던 황화수소 농도는 공기 주입을 정지한 경우에 100ppm 이상의 농도가 되었다.
하수 중의 용존산소량 및 하수의 산화 환원 전위가 황화수소 발생량을 크게 좌우하는 지표가 되고 있으며 황화수소 생성 억제에는 압송 관로 종점에서 용존산소량이 1mg/l 이상, 산화 환원 전위가 -100mV 이상으로 할 필요가 있다는 것을 확인하였다.
본 보고에 의해 공기 주입 시스템의 유용성은 확인되었는데, 향후 다양한 경사·형상의 관로로의 적용성의 확인이 필요하다.
황화수소 생성 억제 외의 접근으로서 일본 하수도사업단에서는 치바현에서 염화제2철 주입 시스템에 의한 억제 방법의 개발 조사를 통해 양호한 결과를 얻었다.
이 시스템은 치바현 인방 소(沼)유역 하수도에서 채용되고 있으며 압송관의 구경은 ø900, 연장 3,260m, 사용관재는 강화플라스틱 복합관(FRPM관), 주철관 및 강관의 3종류이다. 또한 오수펌프의 능력은 32㎥/min이다.
주입설비는 펌프장 부지 내에 설치되고 염화제2철 약액을 펌프정에 주입한다. 유입량은 소형 컴퓨터를 이용하여 수온, 수량에 의해 자동 제어된다.
황화제2철 주입에 의한 황화수소 생성의 억제 효과는 현저하게 보이며 염화제2철을 80mg/l 주입하면 황화수소 발생을 거의 모두 억제할 수 있다고 보고 된다. 단, 이 주입량은 화학량론적인 이론치의 16배에 상당하는 것이다.
하수도 압송관거 연구회에서는 하수 압송 관로의 통수 장애가 되는 관내 퇴적물이나 공기 제거를 위해「하수도 압송관거 크리닝 시스템(PSP 시스템)」을 제창하고 있으며 그 운전 등에 관한 실태 조사를 실시하였다.
하수도 압송관거 크리닝 시스템은 pig라고 하는 발포수지제의 포탄형 청소기구를 펌프장의 펌프 압력을 이용하여 관내 주행시켜서 관내 퇴적물, 슬라임, 가스, 공기를 배출시키는 세관 시스템이다.
청소기구인 pig라는 명칭의 유래는 그 형상이 “돼지”와 비슷하기 때문이라고도 한다. 미국에서 개발되어 상수도 분야의 적수(탁수) 대책에 이용되었는데, 하수 압송의 증가에 따른 하수도 분야에서의 적용 사례가 증가하고 있다.
본 시스템의 구성 기기는 펌프장 내에 설치하는 pig 발사 장치, 관거 도중에 설치하는 pig 통과 확인 장치 등으로 이루어지고 발사장치의 밸브 조작만으로 세관 작업이 가능하기 때문에 압송관로의 간편한 유지관리를 실현하는 것이다.
〈특징〉
상용 구경은 ø50～ø600 닥타일 주철관이다.
〈그림 2.9〉, 〈그림 2.10〉에 시스템 개요도, 기기도를 나타내었다.
비점오염원부하는 오염물질이 특정한 지점(특점오염원)으로 부터가 아닌, 불특정지점에서 분포하여 강수에 의해 운반 배수계통으로 유출되는 것이라 할 수 있다. 도시지역 비점오염원으로서 큰 역활을 하는 것은 가로상에 쌓인 각종 퇴적물이며, 이들 퇴적물은 유기성 부유슬러지, 수생 동식물 사체, 기름, 중금속, 각종 도시 폐기물, Silt, 모래, 자갈 등으로 이루어져 있다. 이러한 비점오염원은 유출의 간헐성, 배출지점의 확산, 오염원 종류 및 부하의 다양성 때문에 점오염보다 관리하기 매우 어렵다.
1. 저류형 시설
강수유출수의 오염부하를 줄이는 가장 일반적인 방법임. 강우유출수를 저류하고 조절하여 공공수역으로 방류하는 시설로 저류지, 연못, 이중목적 저류지, 인공습지 등이 있다.
□ 도시지역
일정 지역의 말단부에 설치되어 지역으로부터 유입되는 강우를 저류하는 지역외 저류와 우수관거, 유수지 및 하천으로 강우유출을 억제하는 지역내 저류로 구분한다.
□ 비도시지역
물리적 침전과 생물학적 처리를 통해 용해성 오염물질까지 제거할 수 있는 영구 연못과 우천시 일시적으로 체류되는 임시연못으로 구분한다.
강우유출수 범람조절과 오염물질제거의 두가지 기능 수행한다.
□ 도시지역
인공습지는 수문학적 특성에 따라 자유흐름시스템, 지하흐름시스템, 부유식물시스템으로 분류되며, 강우유출수량 및 오염부하량에 따라 2～3개의 습지를 직렬 또는 병렬로 구성한다.
□ 비도시지역
도시지역에서의 인공습지 조성방법 및 원리와 동일하나 자연발생적인 습지를 활용할 수 있다.
2. 침투형 시설
침투형시설은 토양을 통해 강우유출수를 지하로 침투시키기기 위한 시설로서 저류기능도 수행하며, 침투조, 침투토랑, 건조정, 유공포장 등이 있다.
강우유출수의 차집과 임시저장 및 침투를 위해 투수성 토양에 설치된다.
강우유출수 수집과 임시저장, 지속적인 주변 토양으로의 침투를 유도하여 지하수 함양을 돕고, 강우유출량과 첨두유량을 감소시킨다.
지붕에서 떨어지는 강우유출수와 같이 오염이 적은 물을 침투시키는 구조물이다.
유공성포장재를 사용해 주차지역, 광장, 도로 등을 포장하여 강우의 유출을 저감한다.
3. 식생형시설
식생형시설은 비점오염물질 제거뿐만 아니라, 동·식물 서식공간 제공, 녹지경관 조성 등의 기능도 수행하고, 식생수로, 식생여과대 등이 있으며, 다단계로 조합하여 설치하는 것이 효과적이다.
우천시 토양의 침식을 줄이기 위하여 수로에 식생을 도입한다.
강우유출수를 식생여과대에 유입시켜 유출속도를 감소시키고 오염물질을 제거한다.
4. 장치형시설
강우유출수에 포함된 오염물질을 제거하기 위하여 물리·화학적 장치를 이용하며, 여과조(stormfilter, sandfilter), swirl concentrators/vortex solids separators, 수유입장치(water quality inlets/oil-grit separators), stormceptor 등이 있다.
모래, 활성탄 등의 여과매체가 들어있는 시설을 이용하여 강우유출수를 처리한다.
미세고형물을 분리하는 장치로 움직이는 부분이 없어 관리가 거의 필요없다.
기름과 침전물 분리기로 알려진 수유입장치는 일련의 침전조와 수류 분리장치(baffle), 역곡관 등을 사용해서 부유성 오염물질과 침전성 오염물질을 분리와 침전과정으로 제거한다.
도로, 상용주차장, 공항, 터미널, 기차역, 주택단지 등에서 강우유출수의 오염물질을 처리하는 장치로 inlet형과 관거형(submerged)이 있다.
오리피스나 웨어를 조정하여 초기강우유출수를 후속 처리시설(여과시설, 수유입장치 등)로 보내는 장치이다.
5. 하수처리형시설
하수처리형 시설은 에너지 소모적이고 비용이 비싸나, 고도로 개발된 지역이나 현지 사정상 하수처리형시설을 설치하는 방안도 고려될 수 있으며, 물리화학적 응집·침전처리, 생물학적 방법이 있다.
응집제를 사용하여 오염물질을 응집시킨후 침전시켜 처리하는 방법으로 고속응집침전법이 있다.
고도처리로 양호한 처리효율을 가지지만 공정에 필요한 토지소요 면적이 크고 유지관리비가 높다.
여과에 의하여 모염물질을 분리시키는 방법이다. 필요시 약품(무기응집제 또는 고분자응집제) 주입에 의한 전처리를 수행할 수 있다. 예로 상향류식 모래여과, 마이크로디스크필터 등이 있다.
6. 복합접촉산화시설
복합접촉산화시설이란 하천변이나 하천내에 설치해 강우유출수나 하천내 오염물질을 처리하는 시설이다. 여재사이에서 수중의 오염물질이 접촉하여 침전, 흡착, 산화분해 과정을 거쳐 유기물 및 영양물질을 제거하며, 역간접촉산화시설, 복합접촉산화수로, 끈상접촉산화시설 등이 있다.
ο 자갈, 쇄석 등의 여재층에 강우유출수를 유입시켜 오염물질을 침전, 흡착, 산화분해시킴
ο 역간접촉산화시설과 비슷하며, 하천가를 따라 수로형식으로 설치
ο 하천수로내의 유하단면 전체에 끈상 미생물접촉재를 철근봉 등을 이용하여 설치하거나 하천변에 설치
기존 및 신설하수관의 수밀성을 조사하는 방법으로 누수시험, 침입수시험, 공기압시험, 송연(연막)조사, 패커시험 등이 있다. 지하수위와 관거조건을 고려하여 실시한다.
1. 누수시험
지하수위가 관거의 하부에 있는 경우에 유효하며 물로 가득찬 관거에서 누수량을 일정시간동안 측정하는 방법이다. 되도록 맨홀과 본관을 동시에 시험하여 맨홀의 수밀성도 조사하는 것이 좋다.
연결관의 경우도 본관과 동일한 방법으로 실시한다.
2. 침입수시험
지하수위가 관거 보다 상부에 있고, 현재 침입수가 있는 경우에 유효한 방법이다. 맨홀사이의 상류측과 연결관을 지수 air plug로 지수하고, 하류측의 맨홀에 weir를 설치하여 수면이 안정된후에 바로 유량을 계측한다.
지하수위위 변동에 의해 침입수량이 다르기 때문에 측정한 수량이 항상 침입하고 있다고는 할 수 없다. 따라서 침입수량을 알고 싶을 경우에는 강우직후는 피하는 것이 바람직하다.
3. 공기압시험
맨홀 및 본관에 물을 주입하는 대신 저압공기(0.2～0.4kgf/㎠)를 관거내에 불어넣는 것으로 일정압을 유지시키면서 관거의 기밀성을 조사한다.
4. 송연(연막, smoke)조사
시험대상 관거에 연기를 유입시켜 연기발생을 통해 관거 현황을 조사·평가한다. 관파손, 맨홀 결손에 의한 누수, 지붕배수관 등에 오수관거 접합, 분류식 하수관거의 오접 등을 조사할 수 있다.
연장이 다소 긴 구간에서 한꺼번에 송연시험을 하는 것은 피해야 한다. 이는 송연시험시 연기발생시간이 한정되어 있기 때문에 작업자가 전체 구역을 조사하기는 어렵기 때문이다.
5. 연결부시험
맨홀과 맨홀사이의 관거 전체를 대상으로 하는 누수시험 및 공기압시험과는 다르게 연결부 또는 일부분의 수밀성을 조사하고자 할 때 실시한다.
패커를 관거 이음부 또는 시험하고자 하는 특정부위에 정지시켜 공기 또는 물을 분사하여 일정시간동안 압력을 측정하는 방법이다.
말단관거에서는 유량이 적고 시간변동이 크므로 기존의 설계 수법인 정상 흐름에 따른 오물의 유하·반송을 기대할 수 없다.
관거의 유하능력, 오물의 청소에 관하여 순간 최대유량에 착안하여 유량의 시간변화, 소류연장과 경사 등의 특성에 대하여 조사한 연구에 따르면 욕조 및 세탁 배수에 의한 영향이 크고 배수의 반복에 의해 오물이 반송되는 것이 확실해진다.
순간최대 유량에 기초하여 말단관거의 경사, 관경, 배수량을 결정하는 경우의 고찰을 다음에 나타내었다. 퇴적 문제 등이 일반적으로 발생하지 않고 또 비정상 흐름에 기초한 새로운 설계 방법에 대한 지식이 아직 불충분하다.
공칭 100mm·경사 5‰의 경질염화비닐 계란형관(조도계수를 0.010으로 한다)에 의한 1호분의 욕조배수 (90l)의 유하 실험을 실시했을 때의 유량의 시간변화를 나타내면 〈그림 2.17〉과 같다.
①은 유입점의 유량의 시간변화이며, 순간최대유량은 0.88l/s이다. ⑥은 그것보다 375초 경과한 200m 하류 지점에서의 유량으로 순간최대유량은 0.50l/s로 쇠퇴한다. 이와 같은 순간최대유량의 감쇠는 유입점에서의 흐름의 단속시간에 관계하며 예를 들어, 화장실의 수세수(15l)에서의 동일한 실험에 의하면 유입점의 유량 0.90l/s가 25m 하류 지점에서 0.40l/s로 감쇠한다.
또 경사 7‰ 및 3‰의 경우의 시간변화를 〈그림 2.18〉, 〈그림 2.19〉에 나타내었다.
1가구분의 오수를 받는 경우의 단말오수관거에 대해서 고형물을 소류하는 것에 필요한 관거의 경사를 구하기 위해 경질염화비닐제의 계란형관(조도계수를 0.010으로 한다)를 이용하여 실험한 결과를 나타내면 〈표 2.1〉과 같다.
〈표 2.1〉중의 소류연장은 1회 화장실의 배수에 수중중량 28mN{29g} 및 단위체적중량 10.3kN/㎥{1.05g/㎥}의 대용오물 4개를 투입하고 욕조배수나 세탁배수를 조합시킨 4일간 분의 오수의 유하에 의해 대용오물이 반송된 거리를 나타낸 것이다.
이어서 이상의 경질염화비닐 계란형관을 이용하여 실시한 유하실험의 결과에서 상정한 말단오수관거의 ① 최상류부에서 1가구만을 수집한 경우의 경사와 연장, ② 경사별 수집가능가구수와 연장 및 추정 최대 동시배수가구수를 〈표 2.2〉에 나타내었다.
1. 하수관거 정비의 수행절차
하수관거 정비사업은 장기간의 투자가 소요되는 절대 필요한 기간사업으로 정부의 지속적인 관심과 정책 의지가 있어야 성공할 수 있는 사업이다. 한정된 사업비로 보다 효율적이고 경제적인 관거정비사업을 수행하기 위해서는 철저한 관거조사를 전제로 한 사업우선 대상지역의 선정과 함께 지역 특성을 고려한 사업우선순위의 결정이 이루어져야 하며, 이는 최종적으로 지방 재정계획과의 연계방안을 통해 단계적으로 사업이 수행되어야 한다. 또한 사업우선지역의 선정전에 조사우선지역 순위결정안을 도입하여 사업시행 초기에 모든 지역에 걸쳐 CCTV 조사를 수행하는 번거로움 및 시간낭비를 줄여야 될 필요가 있다고 판단된다.
관거 정비과정 중 시발단계인 사업우선지역에 대한 현행 선정과정을 종합화하여 개략적으로 도시하면 〈그림 2.21〉과 같다.
합류식지역의 조사우선지역의 선정은 1차적으로 처리장 유입수량의 평가, 관거의 시설연도 등의 기초자료의 조사, 기존 보수현황 자료의 반영 등을 통해 결정한 후 보다 세부적인 지역별 사업우선순위의 선정은 소규모 배수유역별 불명수량의 산정을 통해 선정한다.
그 절차는 〈그림 2.22〉에 나타내었다.
분류식 관거지역에서는 오접과 관거수밀성에 중점을 둔 사전 조사과정을 거쳐 조사 우선 지역을 선정한다. 선정된 조사지역의 관거 내부 조사시 합류식 하수관거 조사 판단기준을 준용하되 오접에 대한 정밀 조사를 병행하여 관거 정비계획에 적극 반영하므로써 오접된 곳은 한 곳도 있어서는 안된다.
분류식관거지역의 개선절차는 〈그림 2.23〉과 같다.
관거조사 방법은 다음과 같이 다양한 방법이 활용될 수 있으나, 국내 여건상 육안 조사와 CCTV 조사가 가장 현실적이라 판단되며, 아울러 동 방법에 의한 조사시 보다 세심한 주의를 기울이는 것이 바람직하리라 판단된다. 또한 다른 지하구조물 공사시나 도로 공사시 필요한 자료를 수집하는 것도 시간적 경제적으로 효율적인 방법이다.
대구경 관거 및 접속관, 맨홀 등의 상태를 라이트, 반사경 등을 활용하여 육안으로 점검하며, 사진촬영 등을 통해 정밀성을 기하며, 추후 분석자료로 활용한다. 육안조사는 비교적 접근이 용이한 관거에 한해서 제한적으로 실시되며, CCTV 조사를 위한 사전 조사단계로서 활용되기도 한다.
육안조사가 접근의 용이성, 관경의 크기 등에 제약을 받음에 따라 최근 사용이 증대되고 있는 방법으로 이동 가능한 TV 카메라를 관거 내부로 투입하여 균열, 침입수 여부, 이음부 상태, 관 돌출 등 관의 전반적 파손상태를 조사하며, 조사결과를 지상에서 TV로 관측하거나, 연속기록 촬영하여 추후 분석·활용하는 방법이다. 최근에는 첨단 장비를 장착한 로봇의 개발로 상기에 제시한 조사방법외에 관거 개·보수시 장애물의 제거, 유량 및 유속의 실측, 접합관 연결부위에 대한 천공 등 다양한 작업이 부수적으로 병행되어 이루어지고 있다(〈그림 2.24〉 참조).
염료조사는 하수관거의 유하상황 등을 확인하기 위해 실시하며, 추적자(tracer)를 유하시켜 이의 경로 및 농도 등을 분석함으로서 관거의 상태를 조사하게 된다. 염료조사를 실시하면 하수배수경로의 추적 및 이와 관련된 누수, 침입수 여부, 관거 실 유하유속 등의 평가가 가능하며, 분류식 관거의 오접여부 평가도구로서도 그 활용도가 크다.
관거 시설의 올바른 접속 여부를 평가하기 위한 방법으로 배수설비와 하수관거 본관과의 연결여부 및 경로를 파악하기 위한 도구로 음향 조사는 유용하게 활용될 수 있다. 이 조사방법은 발신기에 의해 음을 생성시켜 측정지점에서 그 음을 수신 정도를 분석, 이를 통해 연결경로 등을 파악하며 특히 접합관의 접합여부 검사에 유효하게 활용된다.
관거의 개·보수 사업을 위한 관거 판단기준의 설정은 발생 우·오수를 효과적으로 계획된 양 만큼 정확히 배제할 수 있도록 하는 관거의 구조적·기능적 개선에 목표를 두어야 한다. 또한 판단기준은 재정계획과 연계된 개·보수사업의 우선순위를 설정할 수 있는 기초자료를 제공하여야 하며, 관거 개·보수 사업시 적용될 수 있는 공법의 선정에 있어서도 합리적이고 경제적인 기준을 제시하여야 한다.
관거 개·보수사업을 수행하고자 하는 대상지역의 관거시스템에 관거 판단기준을 적용시, 관거자체의 결함에만 치중할 것이 아니라 발생 우·오수 배제능력, 지역 하수처리장의 운전 조건, 방류수역의 목표수질, 지역 주민의 민원, 재정능력 등에 따라 별도의 판단기준을 융통성있게 적용하여야 할 것이다.
우리나라 경우는 외국과 달리 관거 사용중에 발생되는 결함뿐만 아니라 시공단계로부터의 관거 결함이 다수 발생되고 있으며, 총체적인 관거시스템의 부실로 관거결함의 정도가 외국에 비하여 상대적으로 높아 전면적인 보수가 필요한 경우가 많다.
여기에서 제시하는 판단기준(안)은 〈표 2.4〉와 같으며,『도심하수관 정비기법연구, 1997. 8 환경부』에서 각국에서 사용되고 있는 판단기준상의 항목별 비교를 통하여 우리실정에 맞도록 도출한 판단기준으로서, 제시된 판단기준에서는 기존에 발표된 관거조사 결과의 분석·평가와 구체적인 결함등급 기준 및 점수화를 반영하였으며, 관파괴, 이음부 결함, 관의 단차, 맨홀부 이상과 통수능을 저해하는 항목들로 장애물, 점착, 침전, 관돌출 및 관 휨 등의 항목이 포함되었다.
앞에서 제시한 조사우선순위 선정방안과 이를 통해 도출된 지역에 대한 관거조사 및 판단기준의 적용을 거쳐 산출된 지역별, 관거 매설 구간별 차등 점수는 지역특성에 맞는 보수공법의 선정 과정을 거쳐 실제 사업 집행 단계에 들어가게 된다.
이상 제시한 사업 흐름도를 종합적으로 도시하면 〈그림 2.25〉와 같다.
2. 하수관거의 개·보수공법
관거조사 완료후 조사결과에 의해 보수의 범위가 산출되게 되며 이를 통해 제반여건등을 통해 바람직한 공법의 선정과정이 이루어지게 된다. 개·보수 대상으로 선정된 하수관거에 대한 공사 규모 및 범위의 판단은 주로 맨홀간의 관연장을 위주로 산정되며, 판단기준상의 평점 여부에 따라 교체, 전체 보수, 부분보수 등 사업여부가 결정된다. 일반적으로 사용되는 불량 하수관거 개·보수공법 선정흐름도는 〈그림 2.26〉과 같다.
각 관거의 구간별 조사자료의 검토, 분석에 따라 보수, 보강의 수준 즉, 부분보수 또는 전체 보강방법이 결정되면 각 방법에 대한 공법이 선정되어야 한다.
현재까지 부분보수 및 전체 보강공법은 사용재료, 공사방법 등에 따라 각국에서 여러 가지 공법이 개발되어 사용 중이거나 시험시공단계에 있다.
지금까지 개발되어 상용화되어 있는 공법을 공사방법에 따라 분류하면 〈그림 2.27〉과 같다.
펌프장은 지형적인 자연경사에 의해 하수를 유하시키기가 곤란한 경우, 관거의 매설깊이가 현저히 깊어져 우수를 공공수역으로 자연방류시키기가 곤란한 경우 또는 처리장에서 자연유하에 의해 처리할 수 없는 경우에 설치하는 양수시설이며, 가능한 한 간이시설로 한다.
펌프장은 용도에 따라 다음과 같이 구분된다.
빗물펌프장은 강우시에 지반이 낮은 지역에서는 자연유하에 의해 우수를 배제할 수 없으므로 배수구역내의 우수를 방류지역으로 배제할 수 있도록 설치하는 펌프장이다.
중계펌프장은 관로가 길 경우 관거의 매설깊이가 깊어져 비경제적으로 되는 경우 유입구역의 오수를 다음의 펌프장 또는 처리장으로 수송하는 목적을 가진 펌프장이다.
처리장내 펌프장은 유입하수를 자연유하로 처리해서 항상 하천이나 해역으로 방류시킬 수 있도록 설치한 펌프장이다.
이와 같이 펌프장은 용도에 따라 시설이 다르므로 용도의 특성을 고려하여 계획한다.
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펌프장시설의 계획하수량은 〈표 3.1.1〉과 같이 정한다. 
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【해설】
① 중계펌프장 및 처리장내 펌프장의 계획하수량은 오수관거내의 오수를 지체없이 배제할 필요성이 있으므로 계획시간최대오수량(2.1.1의 (1) 참조)으로 한다. 더우기 맨홀 및 빗물받이로부터 우수의 침입을 피할 수 없는 경우의 펌프용량은 계획하수량의 여유(2.1.1의 (5) 참조)를 고려하여 예비용을 설치하는데 예비용량 및 여유율 등을 종합적으로 고려하여 과대한 용량이 되지 않도록 주의한다. 소규모시설에서는 유입하수량의 변동이 크므로 소용량 펌프의 대수를 증가시켜 설치하는데 이 경우에는 배관 등의 조정기능을 고려한다.
② 분류식에서 빗물펌프장은 계획구역내의 우수유출량을 신속하게 배제하여 우수에 의한 침수방지를 목적으로 설치되므로 빗물펌프장의 계획하수량은 계획우수량(2.1.1의 (2) 참조)으로 한다.
① 중계펌프장 및 처리장내 펌프장은 오수로 취급하는 하수를 수송해야 하기 때문에 계획하수량은 강우시 계획오수량(2.1.1의 (4) 참조)으로 한다.
② 빗물펌프장의 계획하수량은 합류관거의 계획하수량에서 강우시 계획오수량을 뺀 것으로 한다.
또한, 펌프장시설의 용량을 결정할 때에는 지역의 실정에 알맞는 여유율을 고려할 필요 가 있다. 그러나 특수한 예로서 우수량을 합리식으로 산정하고, 특히 배수면적이 큰 경우에는 단기간의 고강도 호우에서는 하류에서, 장기간의 중강도 호우에서는 상류에서 관거단면에 여유가 생기므로 관거내의 저류를 고려하여 펌프의 용량을 20～30% 줄일 수 있는 경우가 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
빗물 펌프장은 되도록 방류수역에 가까이 위치하여 펌프로부터 직접 방류할 수 있거나 방류관거를 사용하더라도 단거리인 것이 유리하다. 중계펌프장은 가능한 설치 수가 적게 되도록 그 위치를 정한다.
또한, 처리장내 펌프장은 유입관거, 처리시설의 배치, 방류관거 등을 종합적으로 검토하고, 합리적인 배치계획에 기초하여 위치를 결정한다.
(2)에 대하여
펌프장은 하천 부근의 저지대에 설치하는 경우가 많고 태풍 등 홍수에 의해 범람 및 펌프장이 침수하는 경우를 예상하여야 한다.
또한, 계획 우수량을 초과하는 강우가 있는 경우에도 일시적으로 펌프장이 침수되는 경우도 고려하여야 한다. 이 때문에 기상 최고 내수위 등을 충분히 조사하여 펌프장 주변이 침수되어도 펌프장 기능을 발휘할 수 있는 구조로 한다.
대응 예로서
2) 펌프실, 전기실, 감시제어실 등 중요 설비실의 외부 개구부, 환기 구멍 등은 구내 지반보다 높게 하거나 수밀화 등으로 보호해야 한다.
3) 배수 기능 확보에 필요한 전동기, 제어반, 축봉수 펌프 등의 설비에 대해서는 침수가 되지 않도록 한다.
4) 방류 관거에 연결하는 토출 수조 등의 상부 개구부 위치는 방류수역의 계획 고수위 및 하천 등의 제방 높이 이상으로 한다.
등의 대책을 준비할 필요가 있다.
(3)에 대하여
펌프의 급 기동, 급정지나 과도한 고수위, 저수위 운전에 의한 펌프 계획운전 범위를 이탈하는 경우 등도 고려해야 한다.
펌프 회전차나 동체 속에 흐르는 압력이 국소적으로 저하하여 그 액체의 포화증기압이하로 떨어지면 발생하는 현상이다.
펌프 캐비테이션은 펌프 성능을 현저히 저하시키고 회전차의 침식과 소음을 유발하고 수명을 저하시킨다.
펌프 운전중에 토출량과 토출압이 주기적으로 변동하는 상태를 일으키는 현상으로 펌프 특성 곡선이 산고형에서 발생하며 큰 진동을 발생하는 경우가 있다.
만관내에 흐르고 있는 물의 속도가 급격히 변화하여 압력변화가 발생하는 현상이다.
수격 작용에 의한 압력상승 및 압력 강하의 크기는 유속의 변화정도, 관로 상황, 유속, 펌프의 성능 등에 따라 다르지만, 펌프, 밸브, 배관 등에 이상 압력이 걸려 진동, 소음을 유발하고, 펌프 및 원동기가 역회전하는 경우도 있으므로 충분한 검토가 필요하다.
(4)에 대하여
펌프장의 설치에 있어서는 관련법에 저촉되지 않도록 충분히 고려하여야 한다.
특히, 시가지의 인구 밀집지역에 설치하지 않으면 안되는 경우에는 진동, 소음, 악취 등의 대책을 충분히 고려하여야 한다.
또한, 침사 및 협잡물 등의 저장, 처리, 처분에 있어서도 주변에서 민원이 생기지 않도록 고려함과 동시에 가능한 한 주변에 녹지 등으로 주변과 조화를 도모하는 것이 필요하다.
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펌프의 흡입수위는 유입관거 수위에서 펌프 흡수정에 이르기까지의 손실수두를 빼서 결정한다.
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【해설】
펌프의 흡입수위를 결정하는 경우 유입관으로부터 펌프 흡수정까지의 손실수두는 침사지, 유입수문, 스크린의 손실수두 등이 있다.
(1)에 대하여
오수펌프의 축동력을 결정하는 흡입수위는 유입관거 일평균 오수량이 유입할 때의 수위로부터 손실수두를 뺀 수위로 한다. 또한, 펌프의 흡입관 위치는 유입관거 최저 수위를 유지시키는 위치로 한다.
(2)에 대하여
빗물펌프의 축동력을 결정하는 흡입수위는 유입관거 계획 하수량이 유입할 때의 수위로부터 손실수두를 뺀 수위를 표준으로 한다.
또한, 빗물펌프장의 유입수위는 강우의 상황에 따라서 각각 변화하는 것이며, 여러 대의 펌프를 자동운전하기 위해 펌프흡수정의 수위를 일정하게 유지하기는 곤란하다. 따라서, 펌프 흡수정의 수위를 일정 이상으로 올라가지 않도록 펌프 흡입관을 깊게 하거나 펌프 흡수정 바닥을 내릴 필요가 있다.
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빗물펌프장에서는 배수구역의 중요도에 따라 최고배출수위를 정한다. |
【해설】
배출수위는 중계펌프장 및 처리장내 펌프장의 경우는 각각의 계획에 의해서 일정하지만, 빗물펌프장의 경우는 방류수면의 수위가 항상 변동하므로 배출수위를 외수의 최고수위로 하는 것은 경제적이지 못하며, 또한 최고수위를 기준으로 하여 설계하면 청천시의 수위는 최고수위에 훨씬 미치지 못하므로 펌프의 운전효율 측면에서 보면 불리하다. 외수(外水)의 이상고조시(異常高潮時)나 하천홍수시와 내수(內水)의 최대유출시가 일치하는 경우가 드물기 때문에 빈도가 높은 외수의 고수위를 대상으로 해서 기준배출수위를 정한다. 계획홍수위를 기준배출수위로 하면, 이때의 펌프 실양정은 계획외수(계획 홍수위)와 계획내수의 차에서 70～80%를 일반적으로 채택하는 것이 좋다.
오수펌프를 청천시의 배수에 사용하고 있는 경우에는 외수의 최다빈도수위를 배출수위로 하면 좋으며, 고수위에 대해서는 흡입수위의 최고수위를 저수위로 하여 실제양정으로 산정하여도 된다.
이와 같이 오수용 펌프는 흡입수위 및 배출수위의 변동이 많기 때문에 펌프의 설계는 이에 대응하고, 우수용 펌프는 최다양정에서 최대효율을 얻을 수 있게 해야 하며, 필요한 양정변화의 범위내에서는 현저하게 효율이 저하되지 않도록 한다.
그러나 외수의 최고수위시에서도 계획우수량을 배제할 수 있어야 하는 것이 본래의 취지이므로, 배수구역의 중요도에 따라서는 최대 외수시에도 충분히 양정할 수 있도록 펌프설계를 하여야 한다. 또한, 여과설비, 소독설비등을 설치하는 경우, 설비의 손실수두를 충분히 검토하고 원칙적으로 처리수가 자연유하 배수할 수 있도록 처리장내 펌프의 배출수위를 정한다.
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원동기는 안정성, 경제성 및 불시의 운전정지가 배수구역에 주는 영향을 고려하여 정한다. |
【해설】
원동기의 선정에 있어서는 오수 또는 우수용 등의 펌프용량, 사용목적, 연간가동시간 또는 운전조작 및 보수의 용이, 안정성, 경제성 등을 고려한다. 또한 불시의 운전정지는 배수구역에 크게 영향을 주므로 비상용 또는 예비의 동력원을 갖추는 것이 필요하다. 중계펌프장 및 처리장내 펌프장의 펌프에는 안정성, 운전의 용이 및 저렴한 동력비 등의 관점으로부터 대부분의 경우 원동기로 전동기가 사용되지만, 중요도에 따라 정전사고에 대비하여 2회선 또는 지하매설선의 설치를 고려한다.
특히 호우일 때 운전하는 빗물펌프는 운전시간이 적고 전력사용이 비경제적이며, 현재로는 태풍이나 뇌우 등의 비상시에는 정전을 피하기 어려운 상태이므로, 전동기를 디젤기관 및 가솔린기관으로 하거나 자가발전시설을 갖추는 것이 바람직하다. 이러한 경우 디젤기관 및 가솔린기관은 유지관리상 정기적으로 실부하운전(實負荷運轉)을 할 필요가 있다.
특히, 갈수기에는 장기간에 걸쳐 운전정지상태가 지속되므로 이러한 경우에 시운전을 할 수 있는 설비를 갖추는 것이 바람직하다. 이를 위한 시설로는 토출관에서 펌프흡수정에 이르는 측관(側管, bypass)을 설치하고 흡수정의 저류수를 순환해서 사용하면 된다. 그러나 중간 강도의 강우빈도가 비교적 높고, 즉시 기동할 수 있는 유리한 점이 있으므로 우수용 펌프의 일부는 전동펌프로 하고, 되도록 유량조절을 할 수 있도록 기종이나 대수를 선정해 두는 것이 필요하다.
또한 주요한 펌프장에 대하여는 보안용 전원으로서 축전지를 준비하고, 기동용 펌프, 자동수문, 자동밸브, 기계스크린 및 기타 필요한 동력을 정전시에도 공급할 수 있는 발전기를 준비해 두는 것이 바람직하다.
침사지는 일반적으로 하수중의 직경 0.2mm 이상의 비부패성 무기물 및 입자가 큰 부유물을 제거하여 방류수역의 오염 및 토사의 침전을 방지하고 또는 펌프 및 처리시설의 파손이나 빗물받이를 방지하여 처리작업을 원활히 하도록 펌프 및 처리시설의 앞에 설치한다.
침사지는 첨두유량 유입시에도 그리트(grit)제거를 효율적으로 할 수 있도록 설계하여야 한다. 특히, 합류식에서 강우시 계획하수량(약 3Q)을 처리할 수 있는 용량이 확보되어 있어야 한다. 최근에는 종전보다 적은(입경 0.15mm 정도) 무기물입자까지도 제거하는 것을 목표로 설계하고 있는데, 이것은 작은 입자들이 다음의 공정들에 악영향을 미친다는 것이 밝혀졌기 때문이다.
침사설비가 설치된 중계펌프장을 거쳐 하수가 유입되는 경우는 중계펌프장의 침사설비 용량을 제외한 하수처리장 침사설비 용량으로 계산한다.
파쇄장치는 하수중의 고형물류를 분쇄하여 유하시키는 장치로서 스크린 협잡물의 처리가 필요 없어 악취 및 파리의 발생을 방지할 수 있으므로, 주택단지나 농·어촌지역 등의 소규모시설에서 설치되고 있다.
1) 중력식 침사지
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침사지의 형상은 직사각형이나 정사각형 등으로 하고, 지수는 2지 이상으로 하는 것을 원칙으로 한다. |
【해설】
형상은 부지형태, 시설배치, 하수의 유입, 유출방향 및 그리트 제거방식 등과 관련하여 검토하며 일반적으로 직사각형 또는 정사각형이 이용된다.
형상에 관계 없이 편류(偏流)나 사수(死水)가 생기지 않도록 세부적인 사항을 고려한다. 한편 유입하수량은 항상 증감하며, 특히 합류식에서는 그 차이가 현저하여 1지만으로는 침사지내 유속을 일정한 범위내로 유지할 수가 없으며, 침사지의 청소, 부속기계시설의 점검 및 보수 등을 위하여 침사지를 비울 필요가 자주 생기므로 간이시설이 아닐 때는 2지 이상으로 하고 강우시 계획하수량에 따라 침사지의 수를 결정한다.
또한 소규모시설 또는 초기의 유입하수량이 적은 경우 등은 침사지를 설치하지 않는 경우도 있다. 이 경우 침사지는 예비로 설치하지 않고 보수 등을 할 때에는 측관으로 대응하도록 한다.
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침사지의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
침사지는 일반적으로 지하 깊숙이 축조되므로 지하수에 의한 부력에 대응할 것과 지하수의 침투에 의해 유량이 증가하는 일이 없도록 견고하고 수밀성 있는 철근콘크리트구조로 한다. 직사각형의 것은 부등침하 등에 대비하여 종방향의 강도를 고려할 필요가 있으며, 유입관거 및 펌프실 등의 연결부에서는 하중 및 지지조건이 다르게 되는 경우가 많으므로, 부등침하에 대비하여 신축이음, 단차의 시정방법 등을 배려할 필요가 있다.
(2)에 대하여
유입관거는 편류로 인한 유속의 불균형을 방지하기 위하여 침사지에 근접하여 굴곡하는 것은 되도록 피해야 하며, 침사지의 유하방향과 일치시켜 유입시키고, 양자의 중심선을 일치시키는 것이 바람직하다.
유입부는 유입하수량을 각 침사지에 균등하게 배분하고, 다음의 침전부에서 편류를 일으키지 않는 균일한 유속을 얻기 위해 도류벽(導流壁)을 설치하지만, 수리학적 현상이 복잡하기 때문에 도류벽의 형상, 방향, 유입구의 크기 등을 결정할 때에는 신중을 기해야 한다. 그러나, 유입부는 직접 침사되지 않는 부분이므로 과대단면이 되지 않도록 할 필요가 있다.
(3)에 대하여
침사지의 청소, 부속기계시설의 유지 및 보수 등을 위한 배수를 용이하게 하기 위하여, 유입부쪽으로 침사지바닥에 1/100～2/100 정도의 하향경사를 둔다. 그리트 제거시설를 설치할 때는 경사를 둘 필요성이 적지만, 그리트 제거시설의 특성에 따라서는 저부의 형상을 여러 가지로 검토할 필요가 있다.
(4)에 대하여
합류식의 침사지에서 우수와 오수를 함께 받아 들이는 것은 청천시의 유입하수량이 계획하수량에 비하여 현저히 적으므로, 청천시에는 무기물 외에 유기물이 침전하여 부패를 일으키게 되어 처리시설을 갖지 않을 때는 방류수역을 오염시킬 염려가 있다.
여러 개의 침사지를 병렬로 배치하여 유량변화에 따라 가동 침사지수를 가감하는 것은 운용이 번잡하고 적당하지 않을 우려도 있으며, 그리트 제거시설 및 스크린 등의 기계시설을 청천시와 강우시용으로 동시에 적용시키는 것은 기능 및 강도상으로 곤란한 점이 많다.
따라서 오수용과 우수용을 분리해서 각각의 기능에 적합한 침사지를 설치하여, 목적을 충분히 달성할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이때 청천시에 우수침사지에 오수가 유입하지 않도록 수문(gate)을 설치하는 것도 하나의 방법이 될 수 있으나, 강우시에 여는 것이 지체될 우려가 있으므로 오수침사지를 한 단 낮게 설치하여 청천시에 우수침사지에 하수가 남지 않도록 하는 경우가 있다(〈그림 3.2.1〉 참조).
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침사지의 평균유속은 0.30m/s를 표준으로 한다. |
【해설】
침사지의 유속이 너무 느리면 미세한 유기물까지 침전하고, 유속이 커서 토사의 한계유속을 넘을 때는 침전된 토사가 부상하게 된다.
한계유속은 Shield공식에 Darcy Weisbach의 유속공식을 이용하면 식(3.2.1)과 같다.
입자의 직경이 0.2mm인 토사(비중 2.65)의 한계유속은, 식(3.2.1)에 의해 계산하면 0.23 m/s이고, 0.4mm인 토사의 직경은 0.32m/s이므로, 일반적으로 침사지의 평균유속은 제거대상에 따라 다르지만 0.30m/s를 표준으로 한다.
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체류시간은 30～60초를 표준으로 한다. |
【해설】
체류시간은 침사지의 규모 및 중요도에 따라 다르지만 과거의 실험, 실적 및 침전효율 등으로부터 30～60초 정도로 한다.
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수심은 유효수심에 모래퇴적부의 깊이를 더한 것으로 한다. |
【해설】
유효수심은 침전효율에는 관계가 없으며, 표면부하율, 평균유속 및 체류시간에 따라 정한다.
침사지의 유효길이, 유효폭 및 유효수심간에는 식(3.2.2)～식(3.2.4)와 같은 관계를 가지고 있다.
유효수심의 기준수면은 일반적으로 오수침사지에서는 계획시간최대오수량, 우수침사지에서는 계획우수량을 대상으로 한다. 수위는 유량 등에 따라 변하므로 수위변동에 따른 침사지의 수리학적 조건을 충분히 검토한다.
침사량은 일반적으로 하수량 1,000㎥에 대해 분류식의 경우 오수는 0.001～0.02㎥ 정도이고, 우수는 0.001～0.05㎥ 정도이며, 합류식인 경우는 0.001～0.02㎥ 정도이다. 그러나 침사량은 지역의 상황에 따라서 차이가 있으며, 호우시에 분류식의 우수 및 합류식의 경우에는 몇 배에서 몇 수십배에 달하는 경우가 있으므로 모래퇴적부의 깊이는 일시에 이를 수용할 수 있도록 예상되는 침사량, 청소방법 및 빈도 등을 고려하여 일반적으로 수심의 10～30%로 보며, 적어도 30cm 이상으로 할 필요가 있다.
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침사지의 표면부하율은 오수침사지의 경우 1,800㎥/㎡·d 정도로 하고, 우수침사지의 경우 3,600㎥/㎡·d 정도로 한다. |
【해설】
식(3.2.3)에서 v(=표면부하율)는 다음 식으로 나타낸다.
이고, 침사지에서 제거되는 토사의 침전속도는 수심과는 무관하며, 침사지의 표면적과 관계가 있다(〈그림 3.2.2〉 참조).
일반적으로 표면부하율은 오수침사지의 경우 약 1,800㎥/㎡·d, 우수침사지의 경우 약 3,600㎥/㎡·d을 표준으로 한다. 따라서 토사의 비중이 2.65인 경우, 이와 같은 표면부하율에서 최소제거입자의 직경은 오수침사지의 경우 0.2mm, 우수침사지의 경우 0.4mm 정도이다. 입자의 침전속도는 〈표 3.2.1〉과 같다.
2) 포기식 침사지
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포기침사지는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
포기침사지는 바닥에 산기관을 설치하여 침사지내의 하수에 선회류(旋回流)를 일으켜, 원심력으로 무거운 토사를 분리시키는 것이다(〈그림 3.2.3〉 참조).
종래의 침사지와 비교하여 일종의 세척작용에 의해 침전한 토사에는 유기물이 비교적 적어 예비포기의 효과도 있을 수 있다. 공기량에 따라서는 그리트 제거율을 조절하는 것을 기대할 수 있지만 자연유하식의 침사지에 비하여 기능적이므로 산기관의 위치, 침사지 바닥의 경사, 모래퇴적부의 형상 및 그리트 제거시설 등에 대해서는 규모에 따라서 충분히 검토한다.
포기침사지는 소규모시설에 많이 사용하고, 유기물 함유량이 많은 오수침사지에 유효하다.
(1)에 대하여
3.2.1에 따른다.
(2)에 대하여
3.2.2에 따른다.
(3)에 대하여
체류시간은 일반적으로 1～2분이 적당하며, 예비포기를 겸하여 사용하는 경우에는 체류시간을 적당히 조정하면 된다.
(4)에 대하여
유효수심은 유입관거의 유효수심과 무관하게 정하지만 일반적으로 2～3m로 하고, 여유고는 50cm를 표준으로 한다. 침사지의 바닥에는 깊이 30cm 이상의 모래퇴적부를 두지만, 침전효과를 좋게 하기 위해서는 침사지내에 선회류에 의한 정체현상이 생기지 않도록 한다.
그리트 제거방법은 여러 가지가 있지만 에어리프트펌프(air lift pump)가 많이 사용되고 있으며, 규모가 큰 경우에는 버킷컨베이어(bucket conveyer) 등이 적합하다.
(5)에 대하여
송기량은 일반적으로 오수량 1㎥에 대하여 1～2㎥/h로 하며, 산기관은 침사지의 바닥보다 60cm 이상 위에 설치하는 것으로 한다.
또한 송풍관에는 포기침사지로 유입하는 송풍량을 조절할 수 있는 밸브를 설치한다.
(6)에 대하여
포기침사지는 자연유하식의 침사지와는 달리 세제 등으로 인한 거품현상이 자주 발생하므로 소포장치를 설치하며, 소포장치의 구조는 4.6.14의 12)에 따른다.
3) 원형 침사지
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원형 침사지는 다음사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유입하수량은 항상 증감하며, 특히 합류식에서는 그 차이가 현저하여 1지만으로는 침사지내 유속을 일정한 범위내로 유지할 수 없으며, 침사지의 청소 및 유지관리를 위하여 침사지를 비울 필요가 있어 2지 이상으로 하고 강우시 계획하수량에 따라 침사지의 수를 결정한다.
(2)에 대하여
형상은 와류가 형성될 수 있는 원형을 원칙으로 하고, 하수의 유입, 유출방향 및 침사 제거 등과 관련하여 검토하고 일반적으로 하수가 원형침사지의 접선방향으로 유입된다. 편류(偏流)나 사수(死水)가 생기지 않도록 세부적인 사항을 고려한다.
(3)에 대하여
침사지의 청소 및 유지관리 등을 위해 배수의 용이성과 침사물(grit)이 자연적으로 그리트 저장조(hopper)에 포집되기 위하여, 원형침사지 몸통 바닥부는 하향경사를 둔다. 포집된 침사를 침사지에서 제거하기 위해 저장조(hopper)에 침사이송펌프를 설치하여 침사를 주기적으로 제거할 수 있도록 충분한 유량과 수두를 가지는 침사이송펌프를 이용한다. 펌프로 이송된 침사는 침사 분리기를 사용하여 대부분의 유기물질을 제거하여 처분한다.
표면부하율은 원형 침사지의 지름, 처리하고자 하는 입자의 효율, 처리유량 등에 따라 정해진다. 원형침사지의 표면부하율은 식(3.2.5)와 같은 관계를 가지고 있다.
침사지에서 제거되는 토사의 침전속도는 수심과는 무관하며, 침사지의 표면적과 관계가 있다. 침전물의 비중이 2.65인 경우, 이와 같은 표면 부하율에서 직경 0.3mm 입자가 95%이상 제거되는 정도이다.
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일체형 기계식 침사설비는 다음사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
일체형 기계식 침사제거기는 강판제 탱크내에 중력식 침강을 이용한 침전부에서 침강 처리 한 후 수평식 및 경사식 스크류(screw) 컨베이어의 조합에 의하여 고형물을 스크리닝-이송-압착-탈수하여 수거 처리될 수 있는 〈그림 3.2.4〉와 같은 구조로 제작되고 이러한 모든 공정은 단일 탱크 안에서 이루어질 수 있는 구조이다.
일체형 기계식 침사설비는 다음사항을 고려하여 정한다.
(1)에 대하여
일체형 기계식 침사제거기의 보수 및 점검 등 유지관리를 고려하여 2대 이상 설치하는 것이 유리할 것이나, 1대의 처리용량이 screw 치수를 고려하면 최소 2,000㎥/d이므로 소규모하수처리시설 및 마을하수도시설에서는 과다하게 설계되므로 by-pass관을 이용하는 등 경제성 및 유지관리 편의성을 고려하여 설계에 반영하여야 한다.
(2)에 대하여
3.2.1 1) 중력식 침사지설비에 따른다.
(3)에 대하여
일반적으로 경사스크린 공정은 스크리닝-이송-압착-탈수하는 구조로서 탈수효율이 60 %에 달하므로 별도의 세정장치를 설치하지 않는다.
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침사지의 조작, 불시의 정전 및 펌프장의 보수 등을 위하여 침사지 유입구에 수문을 설치하고, 유출구에도 수문 또는 각락(角落, stop log)을 설치한다.
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【해설】
침사지는 유량의 증감으로 인하여 통수지(通水池) 수(數)의 조작, 스크린 및 침사 제거시설의 점검이나 보수, 구조물의 보수나 개선, 침사지의 청소, 펌프흡수정의 점검, 펌프시설의 보수 및 정전시 by-pass할 경우가 많다.
따라서 가시설 또는 평상시에 by-pass수로로 이용할 수 있는 경우 외에는 침사지를 2지 이상으로 나누고, 각각에 수문을 설치해 전환하여 사용할 수 있도록 한다.
침사지는 일반적으로 구조가 깊기 때문에 각락으로 제어작업이 용이하지 않을 뿐만 아니라 신속한 대응을 필요로 하는 경우가 많으므로 입구는 원칙적으로 수문을 설치한다.
침사지내부의 배수를 완전히 하기 위해 출구에도 제어장치가 필요하지만 입구만큼 위급한 상황이 적으므로, 중요하지 않은 것은 각락으로 하여도 된다.
수문의 개폐장치는 수동조작 및 동력조작의 것이 있으며, 선정은 개폐빈도, 개폐의 난이도(수문의 대소, 수압의 대소 및 설치장소 등) 및 원격조작 등의 운전조건에 따라 검토해야 하고, 단지 침사지를 비우기 위한 것으로는 수동식이 많이 사용된다.
수동식 수문을 쓸 때는 조작을 1인이 10～15kg의 힘으로 간단히 작동할 수 있는 개폐장치를 택할 필요가 있다.
동력식 수문은 사용하는 동력에 따라 전동식, 내연기관 구동식 및 유압식 등으로 분류하지만, 불시의 정전 또는 고장 등에 대비하여 수동조작이 가능하거나 자중강하식 차단이 될 수 있도록 해 두어야 한다. 전동 및 내연기관 구동식의 것은 과부하에 의한 보호정지장치도 병행하여 설치할 필요가 있다. 또한 개폐장치에는 반드시 개도지시계를 설치하며, 전동인 경우 중앙제어실에 원격제어가 가능하도록 하여야 하며, 문과 틀은 내부식성을 고려하여 주철제, 스테인리스제 혹은 HDPE제등의 재질을 사용할 수 있다(〈그림 3.2.5〉～〈그림 3.2.7〉 참조).
소규모 수문은 일반적으로 각락이나 수동식 수문을 사용하고 관리조건에 따라 전동식 수문을 사용한다.
(1)에 대하여
수문의 개폐장치는 수동조작 및 동력조작의 것이 있으나, 침사지의 유입 및 유출수문은 수로의 유지관리용으로 설치되어 개폐빈도가 거의 없으므로 수동조작을 하여야 하며 수동식 수문을 쓸 때는 조작을 1인이 10～15kg의 힘으로 간단히 작동할 수 있는 개폐장치를 택할 필요가 있다.
(2)에 대하여
마을하수도 또는 소규모하수처리시설인 경우 운영자가 상주하지 않고 순회 및 모니터링으로 원격감시운전함으로 인하여 비상 시 현장조작 및 중앙조작이 가능하도록 전동수문을 설치하여야 한다.
(3)에 대하여
자중강하식 수문은 비상 정전 시 등 펌프장내 급격한 하수가 유입되어 침사지 및 펌프장설비의 침수로 인한 피해방지를 목적으로 설치하나 중계펌프장에서의 압송되는 경우와 같이 정전 등 비상시에도 침사지 등 하수처리장 시설물에 침수가 되지 않을 경우는 전동 또는 수동으로도 충분하므로 설치하지 않는다. 전동 및 내연기관 구동식의 것은 과부하에 의한 보호정지장치도 병행하여 설치할 필요가 있다.
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스크린(screen)은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
오수중에는 여러 가지 부유물이 있으므로 그것을 제거하는 것은 중요하며, 단순히 방류수역의 오염방지 및 펌프기계류의 보호뿐만 아니라 처리공정을 원활히 하기 위하여 필요하다. 소규모시설에서는 파쇄장치의 설치를 고려하며, 침사지의 하류측에 설치하는 것이 원칙적이지만, 처리시설에 적합한 형식의 것을 선정한다.
(1)에 대하여
부유물에는 먼지, 주방쓰레기, 섬유 및 나무토막 등 여러 가지의 것이 있으므로 제거효율을 높이기 위하여, 대형 하수처리장인 경우 침사지 앞에는 조목스크린, 침사지 뒤에는 세목스크린을 설치하였으나, 관거가 정비되고, 중·소규모 하수처리장인 경우 협잡물의 양과 크기가 작으므로 침사지 앞에는 세목스크린을, 침사지 뒤에는 미세목스크린을 설치한다. 스크린 협잡물의 양은 일반적으로 하수량 1,000㎥당 분류식의 경우는 하수가 0.001～0.015㎥이고, 우수는 0.001～0.03㎥ 정도이며, 합류식의 경우는 0.001～0.015㎥ 정도이나 지역상황에 따라 차이가 있다.
스크린의 형식에는 레이크 바(rake bar)식, 스크류 바(screw bar)식 및 계단(step)식 등의 여러 가지가 있으나, 일반적으로 평강제의 격자형의 스크린이 사용된다.
평강판의 유효간격은 펌프구경의 크기에 따라 설정한다. 일반적으로 스크린의 목폭의 유효간격은 오수용의 경우 15～25mm, 우수용의 경우 25～50mm 정도로 하며, 조목스크린의 유효간격은 50～150mm 정도로 한다.
한편, 스크린의 간격을 2～5mm의 미세목스크린을 채용하면 일차침전지(또는 포기조)에서 넘치는 부유성 스컴의 양을 줄이고, 스컴반송수로 인한 초침의 유입오염부하량이 설계값보다 크게 되는 경우를 방지할 수 있다. 미세목스크린의 경우 간극막힘을 효과적으로 방지하기 위해서 역삼각형 단면의 바(wedge-bar)식 또는 계단식스크린(step screen)식이 사용되고 있다.
스크린의 경사각은 협잡물 제거장치가 있는 경우는 70도 전후로 하고, 제거장치가 없는 경우에는 45～60°로 한다.
스크린 부분을 통과하는 유속을 크게 하면 침사지의 효율을 방해하므로 통과 유속에 신중을 기하여야 한다.
(2)에 대하여
스크린의 강도는 전후의 수위차를 1.0m 이상으로 하여 계산한다.
특히, 스크린은 침사 및 협잡물의 퇴적에 의해서 수위가 차이나며 심한 때는 1m 이상의 수위차를 초래하는 경우도 있으므로 스크린 및 설치대는 충분히 이에 견딜 수 있고 휘지 않을 정도의 강도가 필요하다. 또 재해시에 수위가 스크린 높이를 넘는 경우가 있을 수도 있으므로 하수가 스크린을 거치지 않고 펌프에 유입하여 펌프운전을 할 수 없는 경우 등이 없도록 스크린 상부를 구조물까지 바 스크린(bar screen) 설치하고, 또 수평으로는 휘지 않도록 보강 바를 설치하여야 한다.
바 스크린(bar screen)은 보통 평강판을 사용할 경우 두께 6～12mm, 폭 60～100mm, 역삼각형 단면의 바(wedge-bar)를 사용할 경우 두께 2～5mm, 폭 2～10mm의 것을 등간격으로 나란히 하고 등간격을 유지하기 위해 스페이서(spacer) (흔히 강관을 고리모양으로 자른 것을 사용한다)를 끼워 놓고 가운데를 통해 볼트로 조여 놓은 구조의 것이 바람직하다(〈그림 3.2.8 참조〉).
지의 폭이 넓은 경우에는 분해조립으로 운반에 편리하도록 폭 0.6～1.0m 정도로 해서 몇 개로 나누어 각각의 끝에 다시 스페이서를 끼워 넣고 볼트로 연결하는 것이 좋다. 스크린의 긴 것 또는 눈금엮음에 의해 수위차가 생길 우려가 있는 것은 도중에 몇 본의 형강을 양단 벽에 매설하여 보강할 것이 필요하다.
스크린의 길이가 5m 이상이 되면 수동식으로 긁어 올리는 경우는 저부의 협잡물을 긁어 올리는 것이 곤란하게 되므로, 도중에 작업대를 설치하지 않으면 안된다.
(3)에 대하여
스크린은 협잡물의 양 및 성상을 충분히 검토한다.
스크린은 일반적으로 다음과 같이 분류된다.
인력에 의하여 협잡물을 제거한다.
기계장치에 의하여 협잡물을 연속적으로 제거한다.
기계장치에 의하여 협잡물을 간헐적으로 제거한다.
한편, 소규모시설에서는 규모 및 관리체제면에서 전에는 수동식으로 하는 것을 원칙으로 하지만, 무인자동화에 따른 유지관리를 고려하여 기계식을 설치할 수 있다.
기계식 제거장치의 설계상 주의사항은 다음과 같다.
기계 각부의 강도는 사용하는 전동기가 100%의 회전력을 전달하는 경우에도 안전하게 운전할 수 있도록 충분한 안전율을 고려한다.
스크린과 레이크 사이에 큰 나무조각이 끼어들거나 레이크가 반전하는 곳에 침전된 토사가 쌓이게 되면 기계가 파손되기 때문에 전기 또는 기계적인 안전장치를 설치한다.
하수중에 잠기는 재료는 부식에 견딜 수 있도록 두께를 크게 하고 부분에 따라서는 특수강재를 사용한다.
스크린에 있는 협잡물을 인양할 때 좌우의 체인에 힘이 불균등하게 걸리기 쉬우므로, 힘이 한 쪽에 100% 집중되더라도 안전한 것을 선정할 필요가 있다.
(4)에 대하여
기계식 바 스크린(bar screen)은 레이크 양단에 체인을 부착하고 체인을 안내하는 가이드 후레임(guide frame)상을 회전하는 구조의 것이지만, 스크린에 부착한 협잡물을 인양할 때 좌우의 체인에 힘이 불균둥하게 걸리기 쉬우므로, 사용하는 체인을 올리는 힘이 안쪽에 100% 걸리더라도 안전한 것을 설정할 필요가 있다.
체인은 롤러체인, 푸시드체인(pushed chain) 또는 핀틀체인이 사용되며, 비교적 피치가 큰 것이 좋으며, 하수에 사용되므로 강도 및 부식에 강한 재질을 사용하여야 한다.
하수중에 잠기는 부재는 강도가 충분하더라도 부식이 두드러지므로 부식여유를 두거나 또는 부식에 강한 재질을 사용하는 편이 좋다.
특히, 인양 체인(chain), 하부축, 바(bar), 레이크(rake) 등은 하수, 미세한 모래 등의 침입에 의해 원활한 회전을 할 수 없게 되므로, 스테인리스(stainless)강 등의 내식성 특수강을 사용한다.
특히 현저하다고 생각되므로 수중부와 상중부의 프레임(frame)은 둘 이상의 부분으로 나누어 후일 양상이 현저한 것부터 교체할 수 있는 구조로 하면 유지관리상 좋다.
(5)에 대하여
벨트식은 V-벨트를 표준으로 하며 내마모성과 내약품성을 갖춘 것으로, 벨트폭은 보통 50～90cm 정도를 사용한다. 수송하는 협잡물이 벨트에서 떨어지지 않도록 컨베이어와 트랩의 각도는 20° 정도로 하며 필요에 따라서는 협잡물의 낙하방지를 위해 컨베이어 밑에 협잡물 낙하방지 트랩을 설치하는 것이 바람직하다. 또 협잡물 낙하방지 트랩에는 세척장치를 하기도 한다.
스크류식은 벨트식에 비하여 구조가 간단하고 탈취에 대한 대책이 양호하나, 정지 시 스크류와 협잡물의 접착을 고려하여 세척하여야 한다.
공기압식 컨베이어는 설치가 간단하고, 설치면적이 작지만 운전방법 및 협잡물을 이송하는 배관은 내마모성 재질등에 신중을 기하여야 한다.
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침사지에는 그리트 제거시설을 설치한다. 침사지에는 원칙적으로 침사제거설비를 설치한다.
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【해설】
침전된 토사의 제거작업을 항상 인력으로 하는 것은 곤란하며, 제거작업의 지체는 침사지가 목적으로 하는 효과를 낼 수 없으므로, 가능한 한 기계식 침사 제거시설을 설치한다.
특히 오수침사지의 침사 제거작업은 비위생적이므로 가능한 한 인력작업을 피하는 것이 좋으며, 우수침사지의 침사 제거시설은 호우시에는 단시간에 다량의 토사가 유입하는 경우가 있으므로 침사지내의 침사 제거시설이 과부하로 인하여 사용불능이 되지 않도록 선정시 고려할 필요가 있다.
침사 제거시설로서는 다음과 같은 것이 있으며, 침사 제거시설의 선정시에는 침사지의 형상 등을 고려한다.
(1)에 대하여
침사지는 일반적으로 구조상 지하에 설치되어 항상 악취가 발생되어 침사 및 고형물의 침전·부패되어 악취방지에 대한 대책을 강구하여야 한다.
(2)에 대하여
중력식 등 구조물에 설치하는 침사시설은 대부분 지하에 설치되어 있어 설치비용이 과다하게 소요되고, 기계·전기설비의 부식이 심하여 내구연한이 떨어지고, 운영관리가 불편하며, 악취를 배출하고 있는 대표적인 시설임. 따라서, 소규모 하수처리장 또는 마을하수도의 침사지시설을 설계할 경우에는 공사비 및 무인자동화 등 유지관리성을 고려하여 협잡물과 침사를 동시에 제거할 수 있는 기계일체형 침사제거기를 설치하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
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침사 및 협잡물의 처리는 다음 각항을 고려하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
수세화의 보급에 따라 침사 및 스크린 협잡물의 성상이 주변환경을 악화시킬 염려가 있으므로 적절한 처분방법 등을 고려하여 필요에 따라 세척 및 탈수장치를 설치한다. 한편, 처리 흐름도는 〈그림 3.2.15〉와 같다.
침사지에는 어느 정도 유기물을 함유한 부유물이 침전하기 때문에 반출 및 매립 등의 작업을 용이하게 하기 위해, 침사를 물로 씻는 것이 좋다.
침사지의 그리트 제거시설로서 샌드펌프에 의한 경우는 그대로 세척장치에 투입할 수 있으나, 그 밖의 그리트 제거시설의 경우는 컨베이어를 이용하여 세척장치로 보낸다.
침사의 세척장치로는 침사를 세척수로 씻은 후 모래는 침전시켜 제거하며, 세척수는 침사지로 보내는 방법이 많이 이용되고 있다.
대형하수처리장인 경우 이송된 협잡물을 탈수기로 압축하여 협잡물 량을 감량하는 경우도 있으나, 탈수기의 효율성을 고려하여 신중히 설계하여야 한다.
(2)에 대하여
침사제거기 및 스크린에서 인양된 침사 및 협잡물은 악취 발생물로서 설비의 노후화의 원인이 되므로, 비산 및 낙하를 방지하는 시설 및 배관을 설치하며 탈취시설을 설치하는 것이 좋다.
반출은 보통 정기적으로 하기 때문에 스크린 협잡물을 어느 정도 쌓아 두어 방치해 두기 쉬우므로 필요한 용기를 갖추어 일시에 받아낼 수 있도록 하기 위해 소독약 등을 적시에 살포해 둔다.
소각법은 악취가 발생하기 쉬우므로 소각장치는 오일버너식의 보조연소장치를 설치하거나 탈취장치를 설치한다.
(3)에 대하여
초기우수 처리방법은 하수종말처리장으로 이송하여 처리하거나 또는 펌프장내에 간이처리시설을 설치하여 자체처리하는 방안 등이 있다.
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파쇄장치를 설치하는 경우에는 다음 사항에 유의해서 시설한다.
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【해설】
(1)에 대하여
파쇄장치는 유입되는 하수에 포함된 협잡물을 부수어 펌핑(pumping)시 막힘 등으로 인한 펌프의 고장을 방지하는 목적으로 설치하는 것이나 스크린(screen)설치 시에는 펌프 회전차(impeller)의 성능향상 및 목간격(5mm 이하)조정으로 막힘으로 인한 장애가 없으므로 설치하지 않는 것을 원칙으로 한다.
(2)에 대하여
파쇄장치는 하수처리과정에서 전처리로 쓰이기 때문에 유입하수의 시간적 변화에 크게 영향을 받는다. 따라서 관거 및 침사지 등의 계획과 마찬가지로 계획시간최대오수량을 기본으로 하여 계획하며, 유입하수를 지체없이 처리하지 않으면 안된다.
(3)에 대하여
처리시설에 유입되는 하수에는 협잡물 이외에 때로는 못 등의 금속제품이 섞여 들어오는 경우가 있으며, 이것들이 파쇄기(communitor)의 전단칼날 등의 손상을 초래하는 요인이 되므로 파쇄장치는 침사제거설비의 유출측에 설치하도록 한다. 또한 일반적으로 쓰여지고 있는 펌프는 고형물로 인하여 막히기 쉬우므로 이러한 부담을 덜기 위하여 파쇄장치는 펌프시설의 유입측에 설치한다.
이 밖에 특별한 예로 지형 또는 처리시설의 구조상 파쇄장치를 펌프시설의 유출측에 설치하는 것이 좋을 때에는 고형물 종류를 쉽게 배제할 수 있도록 특별히 고려된 구조의 펌프를 쓰도록 한다.
한편 파쇄장치는 침사지와 하나의 구조로 하는 것이 경제적이나 유입토사에 의한 파쇄기의 사고 우려가 있는 경우에는 분리방식을 택한다(〈그림 3.2.16〉 참조).
(4)에 대하여
파쇄기는 보통 〈그림 3.2.17〉과 같이 파쇄장치의 유로와 측관을 조합시킨 하나의 구조로 하고 각각의 유입 및 유출측에 수문 또는 stop log를 설치하는 것을 표준으로 한다. 파쇄장치에서 유로의 형상은 파쇄기의 종류에 따라 정하지만 일반적으로 많이 사용되고 있는 드럼모양의 경우는 〈그림 3.2.17〉과 같이 유로종단면을 U자형으로 하고, h는 될 수 있는 한 H/2 이상이 되도록 유출측의 바닥높이를 조절하여 파쇄효율을 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다.
파쇄기의 설치부위는 〈그림 3.2.17〉과 같이 편심하중을 받게 되는 구조가 되기 쉽고 또한 파쇄기의 가동시에 진동을 일으키게 되므로 지반의 지지력 및 진동억제에 대해 충분히 고려한다.
성토 및 연약지반에서는 나무말뚝 및 콘크리트파일 등의 지지파일을 시공하고, 파쇄기 설치부위의 중량은 적어도 파쇄기중량의 2배 정도로 하는 것이 좋다.
(5)에 대하여
파쇄기의 설치대수는 1～2대를 표준으로 한다. 파쇄기는 고장시 등을 고려하여 동일 성능을 가진 예비기의 설치가 바람직하지만 소규모 처리시설에서는 건설비가 커지게 되므로 일반적으로 측관을 병설하므로서 해결하고 있다.
따라서 처리대상 20,000명 정도까지는 1대, 그 이상은 유입하수량의 시간적 변동을 고려해서 2대를 설치하는 방법이 가장 많이 사용되고 있다.
단, 펌프형(파쇄 및 양수겸용) 파쇄기를 사용하는 경우는 펌프시설의 기준에 준하도록 한다.
파쇄기에는 여러 종류가 있으나 소규모 처리시설에 많이 쓰이는 것으로 드럼형 및 스크린형 등이 있으며 그 밖에 펌프형이 있다. 이들은 처리시설의 규모 및 처리과정 등에 따라 형식을 선정하지만 일반적으로 처리대상인구 3,000명 정도의 비교적 적은 처리시설에서는 〈그림 3.2.17〉과 같은 드럼형을 사용하고, 그 이상의 처리시설에서는 〈그림 3.2.18〉과 같은 스크린형을 사용한다.
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침사지 및 스크린에는 다음 사항을 고려하여 안전시설 및 환경보전시설을 설치한다.
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【해설】
(1)에 대하여
침사지 및 스크린에는 수문, 침사지, 스크린, 침사 및 스크린 협잡물 처리장치 등의 시설이 있지만, 이에 따르는 보수점검용의 통로 또는 작업상 위험한 곳에서는 강관 또는 강재를 써서 위험방지를 위해 난간 또는 울타리 등을 설치할 필요가 있다.
(2)에 대하여
실내에 침사지를 두는 경우에는 환경위생상 충분한 환기시설를 고려할 필요가 있다. 또한 냄새가 주위에 공해를 끼칠 우려가 있는 경우에는, 탈취시설를 설치함과 아울러 실내의 환경에 대해서도 충분히 배려할 필요가 있다.
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침사지와 펌프흡입실이 떨어져 있는 경우에는 연결관거로 연결하고 관거내의 유속은 1m/s를 표준으로 한다. 연결관거와 펌프흡입실과의 접속은 가능한 한 직각으로 한다. |
【해설】
침사지와 펌프흡입실은 직결하여 침사지의 저수량도 펌프기동시의 수량변화의 조정에 이용하는 편이 펌프흡입실의 용량도 적게 되어 경제적이고 운전도 원활히될 뿐만 아니라 지의 구조상에도 지장이 적다. 그러나 배치의 형편상 또는 유량계를 삽입할 경우 양자를 떨어지게 해야 하는 경우에도 연결관거를 설치하여 접속한다.
연결관거는 하수의 유통을 신속 원활히 하기 위하여 유입구 및 유출구를 확대하고 단면은 평평하고 매끈하게 크게 잡고 유속은 토사의 침하를 막기 위해 최대 1m/s를 표준으로 하지만 펌프의 흡입실 입구에서는 0.5m/s 이하가 되도록 하고 와류의 발생, 공기흡입 및 흡입관의 진동 등의 이상현상이 발생하지 않도록 한다. 또한 되도록 굴곡을 적게 하고 길이도 짧게 하며 펌프흡입은 직각으로 접속하도록 한다. 한편 하수의 유입방향을 펌프흡입의 장방향(펌프가 늘어서는 방향과 동일방향)으로 할 때에는 흡수에 의한 수위저하가 크게 되며 펌프흡입부를 필요 이상으로 크게 해야하므로 배치가 허락하는 한 피하는 것이 좋다.
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토출측의 수위가 낮을 때에는 자연방류를 위하여 스크린을 거친 뒤의 적당한 장소에 측관을 설치하는 것이 좋다. |
【해설】
펌프시설의 고장, 정전 및 그 밖의 펌프에 의한 배수가 불가능하게 되었을 때 달리 배제방법이 없다면 펌프장을 설치하지 않은 경우보다도 더욱 큰 수해를 초래하게 됨으로 이러한 비상시의 배수를 위해 토출측의 수위가 배수구역의 지반고보다 낮을 때에는 스크린을 지난 뒤의 적당한 장소에 측관을 설치하여 자연배수를 할 수 있도록 해둔다. 물론 평상시는 수문은 닫아 두고 외수가 역류하지 않도록 한다.
펌프에는 원심펌프, 왕복펌프, 회전펌프 및 스크류(screw)펌프 등 여러 가지가 있으나 원심펌프는 구조가 간단해서 기체가 작고 가격이 저렴하여 광범위에 걸친 양정을 할 때와 수량이 많을 때 적합할 뿐만 아니라 연속적인 양수, 전동기와의 직결 및 운전이 간단한 것 등 많은 이점이 있다. 따라서 하수도용으로는 원심펌프, 사류펌프 및 축류펌프 또는 수중모터펌프를 표준으로 한다. 원심펌프에는 터빈펌프와 볼류트펌프(volute pump)가 있으며, 하수도용에는 일반적으로 볼류트펌프를 사용한다.
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펌프의 계획하수량과 설치대수는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
펌프의 설치대수는 계획오수량 및 계획우수량을 기본으로 해서 정하지만 용도별 건설비의 대소 및 유지관리 등을 고려해서 다음 사항으로부터 정한다.
(2)에 대하여
오수펌프의 설치대수는 분류식의 경우는 계획시간최대오수량을 기준으로, 합류식의 경우는 강우시 계획 오수량을 기준으로 정한다.
오수펌프는 펌프장 운전초기 유입량과 시간 변동에 의한 수량변화에 대하여 용량이 다른 2～3종류의 펌프의 설치를 고려한다.
빗물펌프의 설치대수는 빈도가 많고 적은 양의 강우일 때를 고려하면, 운전대응의 용이성으로 동일형식의 대소펌프의 조합이 바람직하다. 그러나, 대수가 많은 대규모 배수펌프장에는 동일형식, 동일용량의 것을 설치하는 것이 좋다.
빗물펌프는 예비기를 설치하지 않는 것을 원칙으로 하지만, 강우시 펌프의 고장이 발생하여 펌프장의 기능이 저하하고 그 지역의 특성에서 침수가 일어나 사회적 영향이 크다고 판단되는 경우에는 예비기의 설치를 검토한다.
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펌프흡수조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
펌프흡수조는 지하수에 의한 부력이나 지하수의 침투 및 누수를 방지하기 위하여 철근콘크리트 구조로 축조한다.
(2)에 대하여
합류식에서는 오수용과 우수용으로 구분하여 설치하는 것이 유지관리상 바람직하다.
(3)에 대하여
펌프흡수조를 펌프고정대 위치에서 수직으로 설치하면 흡입관의 손실수두가 가장 적게 되어 바람직하지만, 불가피한 경우에도 가능한 한 가까이에 설치하여 흡입관의 손실수두를 적게하는 것이 필요하다. 그러나 오수펌프에서는 펌프흡수조의 옆을 건정(乾井)으로 하고 여기에 펌프를 설치하여 삽입식으로 하면 기동에 필요한 마중물이 필요없이 기동이 빠르고 자동운전 및 보수가 용이하여 유리하게 되므로 필요에 따라 건설비등을 감안하여 선정한다.
펌프흡입 및 유입구는 구조, 형상, 크기 및 위치가 적당하지 않으면 흡수조내에서 와류(vortex)가 생기고 공기를 흡입해서 펌프의 운전상태가 불안정하게 되어 양수가 될 수 없으므로 〈그림 3.4.1〉과 같은 구조로 하는 것이 좋다.
또한 2대 이상의 펌프를 설치하는 경우에는 각 펌프의 흡입조건이 대등하게 되도록 한다. 펌프흡수조내의 난류를 방지하기 위해서는 적당한 저류판이나 정류벽 등을 설치하면 효과가 있다.
대용량의 펌프에 대해서는 펌프흡수조의 크기 및 형상이 건설비에 크게 영향을 미치므로 모형실험 등에 의해 경제적인 흡수조의 형상, 치수를 정하는 것이 좋으며 〈그림 3.4.2〉와 같다.
펌프흡수조의 유효용적은 계획하수량, 펌프용량, 대수, 침사지와의 관계위치 및 건설비 등을 충분히 고려하여 정한다. 충분한 용량이 아니면 흡입수위의 변동이 격심하고 펌프를 자주 기동, 정지하게 되어 강우시에 펌프의 운전조작이 곤란하게 되고, 또 기기의 소모를 빠르게 하거나 펌프의 운전 및 보수상 좋지 않으므로 주의한다.
(4)에 대하여
펌프실의 바닥이 지반면 이하인 경우에는 실내에 지하수가 침투하거나 침수하는 것을 막기 위해 바닥 및 주위벽은 모두 방수구조로 하고, 필요에 따라 통기공을 지붕높이까지 설치한다.
(5)에 대하여
펌프흡수조의 상부바닥 또는 흡수조로 통하는 적당한 위치에 흡입부의 내부점검 및 준설 등을 위하여 맨홀을 설치한다. 맨홀은 필요에 따라 침수방지 및 방취 등을 위하여 수밀성 있는 구조로 한다.
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펌프구경(口徑)은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
펌프의 크기는 구경에 의해 표시되어 흡입구경과 토출구경이 다른 경우는 양자를 같이 표기하고, 같은 경우에는 하나의 구경으로 나타낸다.
요즈음 와류펌프의 효율을 좋게 하기 위하여 와류(볼류트)실을 적게 해서 실내의 유속을 빠르게 하고 양정이 높아지는 만큼 와류실 토출구경을 모두 적게 한다. 따라서 와류펌프에서는 양정이 높을 수록 토출구경은 흡입구경보다 작게 한다.
사류 및 축류펌프는 낮은 양정에 사용되는 것으로 양구경이 서로 다른 경우는 적고, 같은 경우가 많다. 입축형의 사류 및 축류펌프는 흡입구가 나팔모양으로 되어 있으므로 토출구경으로 표시한다.
(1)에 대하여
와류펌프의 토출구경은 토출량만으로 결정되지 않으며, 흡입구경으로써 토출량을 정한다. 펌프의 흡입구경은 펌프의 토출량을 기준으로 해서 흡입구의 유속에 따라 식(3.4.1)에 의해 정한다.
펌프흡입구의 유속은 1.5～3.0m/s를 표준으로 하지만, 흡입실의 양정 또는 흡입측 손실수두가 큰 경우 또는 온도가 높은 물 등의 경우는 흡입조건을 좋게 하기 위하여 유속을 느리게 한다.
(2)에 대하여
원심펌프에서는 토출구경은 토출량 뿐만 아니라 양정에 의해 변하고 흡입구경에 따라 1단 또는 2단의 소구경으로 되므로 전양정, 비교회전도 및 제조회사의 제조기준 등을 고려하여 정한다. 토출측 관경과 펌프의 토출구경이 다른 경우는 무리해서 같게 하지 말고 확대관으로 접속하는 것이 좋다. 사류 및 축류펌프에서는 일반적으로 토출구경은 흡입구경과 같게 된다.
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펌프의 전양정(全揚程)은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
펌프의 토출수면과 흡입수면과의 차이를 실양정이라 한다. 펌프의 전양정은 실양정에 펌프에 달린 흡입관, 토출관 및 밸브류 등의 손실수두를 고려하여 식(3.4.2)에 의해 정한다(〈그림 3.4.3〉 참조).
손실수두는 식(3.4.3)으로 나타낸다.
중요한 것에 대한 손실계수 f 값은 다음과 같다.
fi는 흡입구 모양에 따라 다르며 값은 〈그림 3.4.4〉와 같다. 구경이 클 경우에는 작은 값을 취한다.
fi = 1.5~2.0
fb = fb1×fb2
〈그림 3.4.5〉에서는 fb1, fb2의 값으로 앤더슨(Anderson) 및 스트라우브(Straub)에 의한 것을 나타내며 마찰손실을 포함하지 않는다. 또 fb1는 매끄러운 관에 대한 값으로, fb1은 곡률반경과 관경의 비(ρ/D)에 의해 결정되는 손실계수이다(단, 곡선의 중심각이 90도인 경우).
또한 fb2는 임의의 중심각인 경우의 손실과 중심각 90°인 경우와의 손실차이며 ρ는 곡률반경, D는 관경 그리고 θ는 중심각(도)을 의미한다.
fcv = 0.8~1.2
ffv = 0.2~0.5
fbv = 0.2~0.4 (완전히 열어 놓은 경우)
손실계수 fe는 〈그림 3.4.6〉과 〈그림 3.4.7〉과 같다.
(2)에 대하여
하수도용의 펌프는 흡입수위와 배출수위의 변동이 많기 때문에 펌프의 실양정을 얼마로 하는가는 변동범위, 계획하수량, 펌프의 특성, 사용목적 및 운전의 경제성 등을 고려하여 정한다.
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펌프의 형식은 표준특성을 고려해서 다음 사항에 따라서 정한다.
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【해설】
펌프형식의 선정시에는 펌프의 표준특성을 충분히 검토한 후 사용목적에 적합한 것을 결정한다. 펌프는 토출량 및 전양정을 결정하면 비교회전도(Ns) 또는 표준특성을 고려해서 회전수를 정하고 가장 적당한 형식을 선정한다. 회전수는 특별한 경우를 제외하고 될 수 있는 대로 4～8극의 일반용 전동기를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 Ns가 과대하게 되면 양흡입식으로 하든가 회전수를 낮춘다. 또 Ns가 과소할 때는 회전수를 높이는 등 Ns를 적당한 값으로 조정한다. 또 공동현상(cavitation)의 발생 우려가 있는 경우는 이것을 방지하기 위해 낮은 회전수로 한다.
(1)에 대하여
펌프는 Ns의 값에 따라 그 형식이 변한다. Ns는 펌프형식을 나타내는 지수로 Ns가 동일하면 펌프의 크기에 관계 없이 같은 형식의 펌프로 하고, 특성도 대체로 같게 된다. Ns는 식(3.4.7)로 계산된다.
Ns는 사용하는 단위에 따라 수치가 다르게 되지만, 일반적으로는 식(3.4.7)의 단위가 쓰여진다. 식(3.4.7)에서 알 수 있듯이 일반적으로 Ns가 적으면 유량이 적은 고양정의 펌프로 되고, Ns가 크면 유량이 많은 저양정의 펌프로 된다.
또 수량 및 전양정이 같다면 회전수가 많을수록 Ns가 크게 된다.
펌프의 형식과 Ns와의 관계는 대략 〈표 3.4.4〉과 같다. Ns가 어느 형식에도 취할 수 있는 경우에는 사용조건 등에 의해 가장 적당한 것을 선택한다.
회전수가 일정할 때에 Ns가 변하거나 펌프의 형식이 다르면 펌프의 표준특성을 나타내는 특성곡선의 형태도 변하지만 그 상황은 〈그림 3.4.8〉～〈그림 3.4.10〉과 같다.
Ns가 적을 때는 수량의 변화에 대해 양정의 변화율이 적고 체절양정(shut off head)도 규정양정보다 그다지 크게 되지 않는다. Ns가 크게 될수록 체절양정은 크게 되고, 규정양정의 2배 이상으로도 되어 수량변화에 대해 양정변화의 비율이 커 경사가 급한 양정곡선으로 된다. 또 Ns가 200 이하로 되면 체절양정이 최고 양정보다 아래로 산모양의 양정곡선으로 되는 경향이 있다(〈그림 3.4.8〉 참조).
Ns가 대체로 600이하일 때는 유량이 적을 수록 축동력이 떨어져 체절양정이 최소로 된다. Ns가 작을수록 이 경향이 강하고 규정수량 이상의 점에서는 과부하로 될 우려가 있다. Ns가 650～700 부근은 유량변화에 대해 축동력은 거의 변화하지 않는다. Ns가 700을 넘으면 유량이 적을 수록 축동력이 증가하여 1,100 이상에서는 체절축동력은 규정점의 2배 이상으로 된다(〈그림 3.4.9〉 참조).
Ns가 작을수록 효율곡선은 완만하게 되고, 유량변화에 대해 효율변화의 비율이 적다(〈그림 3.4.10〉 참조).
일반적으로 Ns가 크게 될수록 흡입성능이 나쁘고 공동현상이 발생하기 쉽다.
펌프를 규정회전수 N 이외의 회전수 N′로 운전하는 경우, 표준특성은 식(3.4.8)～식(3.4.10)과 같이 변화한다.
회전수 N′인 경우의 토출량 Q′ :
회전수 N′인 경우의 전양정 H′ :
회전수 N′인 경우의 축동력 P′ :
식(3.4.8)～식(3.4.10)은 N′/N=0.8～1.2의 범위에서 적용된다. 또 축류펌프는 회전차의 날개 각도를 변화시켜 최고효율을 변화시키지 않고 펌프의 표준특성을 바꿀 수 있다. 단, 최고효율점의 위치는 이동하므로 주의를 요한다.
(2)에 대하여
하수도용의 펌프는 항상 양정고가 변동한다. 더구나 배수펌프에서는 그 변동률이 크므로 년중을 통해서 가장 많이 사용되는 양정인 경우에 효율이 좋은 펌프로 하고 또한 최대양정일 때도 양수할 수 있는 성능을 가져야 한다. 〈표 3.4.4〉는 전양정으로부터 본 펌프의 형식선정을 가늠하는 것으로써 펌프의 형식선정 및 흡입실양정에 대해서도 충분히 검토하고 사용목적 및 설치장소에 적합한 것을 선정한다.
양정, Ns 등에 의해 어느 형식이라도 좋은 경우는 다음의 사항을 비교 검토해서 가장 적합한 것을 선정한다.
원심펌프의 특성은 일반적으로 효율이 높고, 적용 범위가 넓으며, 적은 유량을 가감하는 경우 소요동력은 적어도 운전에 지장이 없다. 또 흡입성능도 우수하고 공동현상(cavitation)이 잘 발생하지 않는다. 구조적으로 날개는 견고하지만 원심실이 크고 반경 및 축방향으로도 장소를 차지한다. 일반적으로 사류펌프는 수중베어링를 가지지만 원심펌프는 수중베어링를 필요로 하지 않으므로 보수가 쉽다(〈그림 3.4.11〉～〈그림 3.4.13〉 참조).
사류펌프는 양정변화에 대하여 수량의 변동이 적고 또 수량변동에 대해 동력의 변화도 적으므로 우수용 펌프 등 수위변동이 큰 곳에 적합하다. 구조적으로는 축방향으로 길게 되지만 일반적으로 원심펌프보다 소형이 된다. 흡입성능은 원심펌프보다 떨어지지만 축류펌프보다 우수하다. 최근에 원심사류형 펌프의 사용 빈도가 많아졌지만, 이 형식의 펌프는 사류펌프와 다르게 안내날개가 없이 회전차를 개방형으로 하면 이물질로 인한 폐쇄가 적다. 또 횡축형으로 해서 조의 바깥에 설치하는 방식으로 하면 주요부분이 수중에 있는 입축사류펌프에 비해 부식이 적고 유지관리가 쉽다(〈그림 3.4.14〉 및 〈그림 3.4.15〉 참조).
축류펌프는 회전수를 높게 할 수 있으므로, 사류펌프보다 소형으로 되며 전양정이 4m 이하인 경우에는 축류펌프가 경제적으로 유리하다. 그러나 축류펌프는 규정양정의 130% 이상이 되면 소음 및 진동이 발생하여 축동력이 급속하게 증가해서 과부하로 되기 쉬우므로 수위가 변동이 현저한 경우에는 이 점에 유의한다. 또 체절운전이 불가능하고 흡입성능이 낮고 효율폭이 좁다(〈그림 3.4.16〉 및 〈그림 3.4.17〉 참조).
수중펌프는 펌프와 전동기를 일체로 펌프흡입실내에 설치한다. 펌프실이 작고, 시동이 간단하며, 유입수량이 적은 경우 및 펌프장의 크기에 제한을 받는 경우 등에 사용한다. 사용할 때는 점검과 정비가 용이하고, 탈착이 쉬운 방식을 채택한다. 한편, 전원케이블의 손상 등의 방지대책을 고려하여야 한다.
스크류(screw)펌프는 스크류(screw)형의 날개를 용접한 속이 빈 축을 상부 및 하부의 수중베어링로 지지하고 수평에 대해 약 30도 경사인 U자형 드럼통 속에서 회전시켜 하부로부터 양수하는 펌프이다(〈그림 3.4.18〉 참조).
스크류펌프의 성능은 〈그림 3.4.19〉와 같이 최대양정은 그 구조상으로부터 약 8m가 한도이고, 효율은 평균 75～80% 정도이며 회전수가 낮아 분당 100회 이하이다.
유입하수량의 변동에 따른 대응성이 양호하여 펌프대수를 적게 하면서 같은 용량의 펌프를 설치하는 것이 좋다.
흡입수면이 기준흡입수면보다 높은 경우는 토출량은 일정하고 효율과 축동력도 거의 일정하나 기준흡입수면보다 낮게 되면 토출량, 효율 및 축동력이 급격히 저하한다.
스크류펌프의 장점은 다음과 같다.
한편, 스크류펌프의 단점은 다음과 같다.
중계펌프장에서는 스크류펌프를 사용하면 폐쇄 및 마모가 적으므로 침사지를 적게 하거나 생략할 수 있다.
따라서 침사지 및 펌프실 등의 토목구조물을 포함시킨다면 일반 펌프장에 비하여 건설비 절감이 가능한 경우가 있다. 또한 소규모 펌프장에서의 무인운전 또는 슬러지펌프로서 이용하는 것도 적합하다.
(3)에 대하여
입축형과 횡축형 펌프는 각각의 장·단점을 가지고 있기 때문에 펌프의 선정시에는 장·단점을 충분히 고려한다. 입축형은 고정부분의 면적이 적고 공동현상 발생의 염려가 없으며, 일반적으로 기동할 때 기동수가 불필요해서 기동이 빠르고 자동운전이 쉬워서 우수배제에 적합하다. 반면에 분해 및 보수가 곤란하고, 원동기를 입축형으로 특수하게 하든가 또는 원동기를 횡축형으로 하려면 전동장치가 복잡하게 된다. 또한 일반적으로 주요부분이 수중에 있으므로 부식되기 쉽고 수질이 나쁜 장소에서는 부적당한 단점이 있다.
일반적으로 고정부분의 면적이 협소한 곳 또는 흡입조건이 나쁘고 공동현상이 발생할 우려가 있는 곳에는 원동기를 상부에 두어 침수하더라도 안전한 구조로 되어 있는 입축형 펌프를 쓰는 것이 좋다.
(4)에 대하여
하수도용의 펌프는 회전차입구(回轉車入口)가 쓰레기, 나무조각 및 천 등에 의하여 막힐 우려가 있으므로 회전차를 개방형으로 하든가 날개수를 가능한 한 적게 하는 등 이를 방지함과 아울러 청소를 쉽게 하기 위해 청소구를 설치하고 분해하기 쉬운 구조로 하는 것이 좋다.
또한, 오수쓰레기, 토사에 의한 부식 및 마모를 적게 하기 위해 펌프 각 부의 재질은 부식 및 마모에 견디는 것을 사용해야 한다.
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펌프의 축동력은 식(3.4.11)에 의하여 정한다. 
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【해설】
펌프의 축동력은 토출량, 전양정 및 펌프효율에 의해 식(3.4.11)의 식으로 구한다.
펌프의 효율은 펌프의 형식과 토출량에 의해 다르지만, 〈표 3.4.5〉를 표준으로 한다. 하지만, 대구경의 펌프에서는 그 형식(축형식 및 회전차형식)에 의해 다소 변하기 때문에 주의한다.
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펌프를 운전하는 원동기 출력은 축동력의 여유율을 보아 식(3.4.1)에 의하여 계산한다. 
단, 여유 α는 펌프의 형식, 원동기의 종류 및 양정의 변동에 따라 다르므로 〈표 3.4.6〉을 표준으로 한다. 
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【해설】
펌프를 운전하는 경우 전동기는 전압 및 주파수의 변동에 의해 내연기관은 연료 및 취급하는 정도에 따라서 출력이 변동한다. 또, 펌프의 운전상황 변화 등에 따라서도 축동력이 변하는 것이 있으므로 원동기가 과부하로 되지 않도록 여유율을 두는 것이 좋다.
전동기가 다소의 과부하에는 견딜 수 있어서 여유율은 적어도 좋으나 내연기관은 과부하로 되면 운전이 불안정하게 되고 수명이 짧아지므로 여유율을 많이 잡는다.
또, 원동기에 내연기관을 채택한 경우, 출력의 산출은 감속기 등의 동력전달장치 효율을 고려한다. 감속기전달 효율은 기어(gear)의 종류에 따라 다르나 0.94～0.97 정도의 범위이며, 유체커플링을 사용하는 경우 전달효율은 0.96 정도이다.
또 펌프의 형식에 따라 여유율(α)이 다른 것은 형식에 따라 축동력의 특성이 다르고 양정의 변화에 대해 축동력의 변동이 다르게 되기 때문이다. 전동기의 경우 앞의 식(3.4.12)로 계산한 P값에 끝수가 있을 때는 반올림하여 사용한다. 전동기는 정격출력 200kW까지는 가능한 한 KS의 규격품 또는 동등 이상을 쓰도록 한다(〈표 3.6.2〉 참조). 또한 펌프구매 시방서 작성시는 원동기 출력을 최대소요전력으로 하여 효율향상을 꾀하도록 한다.
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펌프의 흡입실양정은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
펌프는 토출량, 전양정, 회전수에 의해 흡입실양정에 한계가 있으며, 그 한계 이상으로 되면 공동현상이 발생한다. 펌프내에서 공동현상이 발생하면 그 성능을 현저하게 저하시켜 소음 및 진동이 발생하고, 그 부분의 재료를 침식하게 되므로 반드시 피한다. 펌프의 흡입실양정은 가능한 한 작게 하는 편이 좋으므로 원심펌프의 흡입실양정 5m 이하를 표준으로 하고, 될 수 있으면 이보다 작게 하는 것이 좋다. 또 사류 및 축류펌프는 원심펌프보다 흡입성능이 떨어지므로 흡입실양정은 사류펌프에서는 4m 이하, 축류펌프에서는 2m 이하를 표준으로 한다.
(2)에 대하여
펌프가 공동현상을 일으키지 않으면서 운전하기 위해서는 시설에서 이용할 수 있는 유효흡입수두가 어느 한도 이상일 것이 필요하다.
시설로부터 이용할 수 있는 유효흡입수두는 식(3.4.13)과 같다(〈그림 3.4.20〉 참조).
단, 식(3.4.13)의 계산에서는 흡입실양정(Hs)는 흡입수면으로부터 펌프의 회전차 흡입 최상위까지 수직거리를 잡는 것이 좋다.
펌프가 공동현상에 대해 안전하기 위해서는 시설상으로부터 이용 가능한 유효 흡입수두(Hsv)가 펌프가 필요로 하는 유효흡입수두(hsv)보다 커야 한다.
펌프가 필요로 하는 유효흡수수두라 함은 펌프가 공동현상을 일으키지 않으면서 물을 회전차 입구의 최상위에 이르는 최소의 수두로서 식(3.4.14)로 나타낸다.
공동현상계수의 σ는 일반적으로는 펌프의 비교회전도(Ns)의 함수로 표시되며, 그 관계는 〈그림 3.4.21〉과 같다.
펌프의 전양정, 토출량 및 회전수가 변하면 hsv값도 다르게 된다.
일반적으로 펌프의 운전은 반드시 계획수량으로 이루어지는 것으로 한정되지 않고, 계획수량보다 작든가 또는 큰 수량으로 운전하는 경우가 많으므로 실제 계획에서는 1～1.5m 정도의 여유를 가지도록 식(3.4.15)와 같이 한다.
또 펌프의 날개 입구의 형상이 서로 같으면 날개의 외경이 다른 경우에도 같은 수량에서 공동현상이 발생된다고 생각되므로, 식(3.4.16)에 의해 흡입 비교회전도를 계산한다.
펌프의 전양정, 토출량 및 회전수가 변하면 hsv값도 변한다.
일반적으로 펌프를 운전하는 경우, 양정이 크게 변동하기 때문에 규정수량과 다른 수량에서 운전되는 경우가 많기 때문에 실제 계획할 때에는 예상되는 운전범위(최고효율점보다 큰 수량치)에 대해 펌프가 필요로 하는 흡입수두를 검토하여야 한다.
통상 hsv-Hsv=1.0-1.5m 정도의 여유를 보인다.
계산치에는 최고효율점과 일반적으로 목표로하여 최고 효율점 수량보다 20% 증가하는 수량의 hsv과 Hsv를 각각 구하고, 예상되는 운전범위에서 여유가 있는 것을 확인한다. 흡입비속도(S) 값은 펌프 고유의 것이지만 토출량의 변화에 의해 그 자신도 변한다. 특히 설계점보다 대수량측에 있어서 S값은 감소하고, hsv가 현저히 증가한다. 일반적으로 S값의 한계는 최고 효율점 또는 120% 점수량에서 〈표 3.4.8〉과 같다.
〈그림 3.4.22〉는 S를 1,200으로 한 경우 여러가지의 토출량과 회전수에 대해서 펌프가 필요로 하는 유효흡입수두(hsv)를 나타낸다. 이것을 이용하여 hsv를 정하는 경우 식(3.4.16)과 같이 1～1.5m의 여유를 두는 것이 좋다.
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펌프의 토출측 관로의 상황에 의하여 수격작용(水擊作用, water hammer)이 발생할 우려가 있는 경우에는 이것을 방지하기 위하여 적당한 장치를 설치한다. |
【해설】
하수 등을 펌프로 압력수송하는 경우 운전중 펌프가 정전 등에 의해 급정지한 경우 관내를 흐르고 있던 하수등은 갑자기 유속이 떨어져 결국에는 정지상태로 되고 이어 역류하게 되며, 그 사이에 관내압력은 크게 상승 또는 하강한다. 이러한 과도현상을 수격작용이라 하고, 펌프의 급기동 또는 토출측 밸브를 급격히 개폐할 경우에도 일어나는 수가 있다. 수격작용의 분석은 매우 복잡한 작업으로 전문가에 의해 이루어져야 한다. 다만, 경험적인 지침서로서 (1)～(3)의 경우는 반드시 수격작용의 분석을 하는 것이 바람직하다.
수격작용의 정도는 관내유속의 시간적 변화(펌프의 기동, 정지 및 밸브의 개폐에 필요한 시간), 관로의 기복과 연장, 펌프나 원동기의 회전관성 및 펌프의 특성 등에 따라 다르다(〈그림 3.4.23〉 참조).
수격작용에 의해 다음과 같은 피해가 발생할 우려가 있다.
펌프의 송풍관획에서 수격작용을 충분히 검토하는 것은 중요하며, 이와 관련한 컴퓨터 프로그램이 개발되어 있으므로 편리하게 프로그램을 이용할 수가 있다.
수격작용을 방지 또는 줄이는 데는 다음과 같은 방법이 있지만 수격작용의 정도에 따라 시설하기에 적합한 방법을 선택한다.
가) 펌프에 플라이휠(fly wheel)을 붙여 펌프의 관성을 증가시켜 급격한 압력강하를 완화한다. 소용량의 펌프에는 유리하지만 용량이 큰 펌프나 토출측 관로연장이 긴 경우는 플라이휠이 과대하게 된다. 플라이휠이 클 때는 베어링을 별도로 설치하고 기동방법도 고려를 한다.
나) 토출측 관로에 압력조절수조(surge tank)를 설치해서 부압 발생장소에 물을 보급하여 부압을 방지함과 아울러 압력상승도 흡수한다. 압력조절수조는 건설비는 커지지만 안전하고 확실한 방법이다.
다) 토출측 관로에 일방향 압력조절수조를 설치하여 압력강하시에 물을 보급해서 부압 발생을 방지한다. 평상시에 역지밸브(check valve)는 관로와 분리된다. 압력조절수조에 비해 소형으로 되어 경제적이나 유효범위가 한정되고 또 하수의 경우는 역지밸브에 이물질이 낄 우려가 있다.
라) 펌프 토출구 부근에 공기탱크를 두거나 또는 부압 발생지점에 흡기밸브를 설치해서 압력강하시에 공기를 불어 넣는다. 공기흡입점보다 하류측이 자연류하로 되는 경우는 좋지만 그 이외에서는 공기를 배제하는 데 문제가 따른다. 소용량의 펌프에서 쓰이고 있다.
마) 관내유속을 낮추거나 관거상황을 변경한다.
가) 펌프의 토출구에 완만히 닫을 수 있는 역지밸브(소용량 펌프의 경우) 또는 완만히 닫을 수 있는 측관이 달린 역지밸브(중급 용량 이상의 펌프)를 설치하여 역류하는 물을 서서히 차단해서 압력상승을 적게 한다. 관로가 비교적 짧은 경우에 적합하다.
나) 역지밸브를 설치하지 않고서 펌프의 토출측 밸브를 유압 또는 수압에 의해 자동적으로 서서히 폐쇄한다. 고양정, 대용량의 펌프에 적합하다.
다) 그 밖에 급히 폐쇄하는 역지밸브(소용량 펌프의 경우) 또는 관로에 안전밸브를 두는 방법이 있으나, 하수의 경우 그다지 적당하지 않다. 또 물을 역류시키는 방법도 있지만 원동기의 역전과 펌프흡입부의 크기를 고려해야 할 필요가 있다.
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펌프의 흡입관은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
펌프의 흡입관은 시공의 양부에 따라 흡입관의 진공도에 중대한 관계가 있어 양수능력을 좌우하는 것이므로 다음 사항에 주의해야 한다.
(1)에 대하여
펌프의 흡입관에서 자연흡입 하는 경우에는 관내가 진공으로 되어야 한다. 이 경우 공통의 흡입관을 두어 슬루스밸브를 붙여서 각 펌프에 연결하면 밸브 및 펌프의 글랜드패킹 등으로부터 공기가 흡입되어 양수불능이 될 수도 있다. 따라서 반드시 펌프 1대에 1개의 흡입관을 연결한다. 단 흡입측이 수압에 의해 강제흡입이 되는 경우는 공동 흡입관으로 해도 지장이 없다.
(2)에 대하여
흡입관은 펌프를 기동시킬 때에 공기를 쉽게 뽑아내고, 또 관내의 손실수두를 적게 하기 위해 펌프 바로 아래에 수직으로 부설하는 것이 바람직하지만 부득이 수평으로 부설해야 하는 경우에는 가능한 한 길이를 짧게 하며 펌프를 향해 상향경사를 만들어 둘 필요가 있다.
(3) 및 (4)에 대하여
흡입관은 플랜지접속으로 하고 연결부로 부터 절대로 공기가 새어들지 않도록 함과 동시에 흡입관 중에는 공기가 모여 고이는 곳이 없도록 굴곡부도 적게 할 필요가 있다.
(5)에 대하여
펌프를 운전할 때 흡입관이 수면 아래에서 잠기게 하지 않으면 저수위가 되었을 때 공기를 흡입하게 되어 양수불능으로 되고 또, 흡입관 끝에서부터 펌프흡입부의 바닥면까지의 깊이가 얕으면 토사 등을 흡수하여 펌프날개에 손상을 주므로 충분한 깊이로 한다. 흡입관 상호간의 거리가 너무 가까우면 펌프의 흡입작용으로 인해 소용돌이가 생기게 하여 공기를 흡입해서 양수를 할 수 없게 되기 때문에 〈그림 3.4.1〉과 같이 한다.
(7)에 대하여
펌프를 기동할 때 펌프 및 흡입관 중에 마중물(priming water)을 채우기 위해 펌프내부를 진공으로 해야 하므로 토출관 끝은 항상 수중에 잠겨 있도록 한다.
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펌프의 기초는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
펌프의 기초는 그 중량에 의해 펌프의 진동을 작게 하는 것이므로 진동을 억제할 수 있는 충분한 무게를 가지는 크기로 하며, 가능한 한 원동기와 같은 콘크리트 기초로 한다.
기초의 중량은 전동기를 직결하는 경우는 적어도 기계중량의 3배 이상, 내연기관을 직결하는 경우에는 기계중량의 4배 이상으로 하는 것이 바람직하다.
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펌프의 부대설비 및 보조설비는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
펌프의 토출구 또는 토출관 중에서 펌프 기동시의 부하경감, 토출량 절감 또는 역류방지를 위해 슬루스밸브 또는 버터플라이밸브를 설치한다. 차단용에는 슬루스밸브, 유량조절용에는 버터플라이밸브 등을 쓰는 것이 좋다. 밸브의 개폐는 구경 400mm 정도까지는 수동식을 사용하지만 그 이상 일때는 동력개폐식으로 한다. 단, 사용빈도가 적은 경우에는 수동식으로 해도 좋다. 또, 구경 400mm 이하에서도 자동 또는 원격제어를 할 때는 동력개폐식으로 한다. 동력개폐식에는 전동식과 압력식(수압 또는 유압식)이 있다. 또한 밸브에는 열림 정도를 표시하기 위해 적당한 개도지시계가 필요하다.
(2)에 대하여
토출측 수위가 펌프보다 상당히 높고 정전 및 기타의 사고시에 역류를 발생할 우려가 있는 경우는 역류방지용의 밸브를 설치한다.
역류방지용 밸브는 가능한 한 저항이 적은 구조로 하고, 보통 토출관의 도중에 역류방지밸브가 쓰여진다.
저양정의 대형펌프에서 토출측 관로가 짧은 경우에도 관 끝에 플랩밸브를 쓰는 것이 좋다.
(3) 및 (4)에 대하여
펌프의 운전상황을 확인하고자 진공계 및 압력계를 설치하며 또, 운전조작을 안전하게 하기 위해 펌프흡입부 및 토출측 수면의 수위를 계측하여 수위계를 설치하는 것이 바람직하다.
(5)에 대하여
펌프의 흡입측이 수압에 의해 강제흡입하는 경우와 입축펌프에서 날개가 항상 수중에 있는 경우에는 마중물을 위한 급수장치가 필요없다. 그러나 이외의 펌프에서는 마중물을 위해 진공펌프를 설치한다. 진공펌프 및 진공시설의 용량은 기동 후 2～3분간에 주펌프를 물로 채울 수 있는 것으로 한다.
진공펌프는 건식진공펌프 및 습식인 낫슈형이 가장 많이 사용되지만 이 습식진공펌프는 펌프본체내에 항시 일정량의 물이 필요하므로 진공펌프의 최초의 마중물 및 운전중의 물공급용으로서 보조수조가 필요하다.
하수도용의 펌프에서는 오수 중의 슬러지 및 모래 등이 진공펌프 내부로 들어오는 것을 막기 위해 진공탱크 등을 두는 것이 바람직하다. 다시 말하여 자흡수(自吸收)펌프는 펌프 본체의 내부구조를 기동에 필요한 물을 공급할 수 있는 특수구조로 한 것이다.
(6)에 대하여
펌프실에는 천정크레인(crane) 또는 호이스트(hoist)를 설치하는 것이 좋다. 그러나 필요에 따라서는 체인블록(chain block)을 쓰는 것도 좋다. 천정크레인은 작업조건에 따라 고속형, 보급형 및 저속형의 3종류가 있으나 펌프장용으로서는 되도록 저속의 것을 쓰는 편이 좋다. 천정크레인 또는 호이스트를 설치할 때는 해당 KS 및 관계법규를 따라야 한다.
(7)에 대하여
펌프의 축봉수(軸封水) 또는 펌프 및 전동기의 베어링 등의 냉각용수, 저양정 펌프에서 토출압력이 극히 낮은 경우, 하수도용의 펌프와 같이 양수에 슬러지, 모래 등을 포함하고 있는 경우 및 물로 윤활을 하는 수중베어링을 사용하고 있는 펌프에서도 별도로 보조급수펌프 등의 적당한 급수장치가 필요하다. 또 펌프실의 바닥면이 지반보다 낮은 경우, 마중물의 누수 및 잡용수 등을 자연배수할 수 없으므로 펌프실의 일부에 배수구를 설치해서 실내 배수펌프로 배수한다.
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펌프의 제어방식은 펌프의 형식과 사용조건, 건설비, 유지관리비 및 원동기의 종류 등을 고려하고 운전의 합리화를 도모하기 위하여 적당한 제어방식을 선정한다. |
【해설】
일반적으로 물을 양수하는데는 펌프의 기동에 필요한 마중물(priming water), 축봉수, 냉각, 윤활, 원동기의 기동 및 정지, 토출측 밸브의 개폐 등 일련의 조작을 한다.
종래에는 이들의 조작을 현장에서 개별적으로 수동조작하여 왔으나 근래 기술이 진보함에 따라 운전관리를 합리화하기 위해 연동(連動) 또는 자동화하는 것이 일반적이다. 펌프의 운전방식을 선정하는데 있어서는 유입하수량의 변동, 펌프의 형식과 사용빈도, 건설비, 유지관리비, 운전원의 수, 기술수준 및 단계적 시공에 따른 초기대책 등을 종합적으로 검토하지만 제어기술의 진보, 기계화 및 에너지 절약화 등에 따라 자동제어방식이 많이 채용되는 경향이다.
그러나 어떠한 경우라도 시운전과 조정을 위하여 현장에는 단독운전을 할 수 있도록 현장제어반을 설치한다. 또한 안전하게 자동화한 방식에서도 1인 조작제어방식으로 운전이 가능하도록 설치하면 편리하므로 이를 권장한다.
펌프의 자동제어에는 수위와 연관하여 자동적으로 기동 또는 정지하는 간단한 방법에서 대수를 선택하고, 토출량을 제어하는 등 복잡하고 다양하며 이들 목적에 따라 대별하면 수위제어, 유량제어 및 압력제어로 구분된다. 하수처리장에서 일반적으로 채용되는 수위 및 유량제어는 다음과 같다.
유량의 변동에 따라 펌프정의 수위 또는 그 변화를 검출하여 펌프정의 수위를 일정하게 유지하도록 유입하수량에 비례한 유량을 양수하는 방식이다.
펌프정의 수위에 의한 목표토출량을 수위목표 토출량곡선 및 수위변화 보정률로부터 출량을 제어하는 방식이다.
이러한 수위 및 유량제어는 다음과 같은 방법으로 이루어진다.
펌프정 수위에 의해 펌프마다 설정수위를 설치하여 수위의 증감에 따라 펌프의 운전대수를 증감하는 것이다.
펌프의 회전수를 변화시켜 토출량을 조절하는 방식이다.
건설단계의 일부 통수시 또는 청천시 등 수량이 적은 경우와 수량변화가 현저한 경우 유지관리상 경제적으로 운전하기 위하여 용량이 다른 펌프를 설치 또는 동일 용량의 펌프를 설치하여 이를 회전수 제어하므로서 처리공정의 안정화 및 자동화를 도모한다.
펌프의 토출밸브를 조절하여 토출량을 조절하는 방법으로 밸브를 개방할 때 손실이 크고 운전효율이 나쁘므로 기기에 미치는 영향을 적게 하기 위하여 정격용량의 70% 정도까지 수량조절을 하는 것이 좋다.
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펌프를 자동 또는 원격제어하는 경우 기동 및 정지의 작동과정을 자동적으로 진행시키기 위하여 다음 사항중 필요한 장치를 설치한다.
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【해설】
펌프의 기동, 정지를 자동적으로 또는 원격제어(1인제어의 경우를 포함한다.)로 하는 경우에는 펌프의 형식 및 시설 내용에 따라 다르지만, 축봉용, 냉각, 윤활, 마중물, 원동기의 기동 및 정지토출측 밸브의 열림정도 등 일련의 과정을 자동적으로 원활히 진행시키기 위해 필요한 물을 채우는 경우에 대해 설명하면 다음과 같다(〈그림 3.5.1〉 참조).
주조작스위치를 기동측에 넣든가 또는 다르게 기동지령에 의해 다음의 기동과정이 순차로 자동으로 진행한다.
단, 펌프의 흡입측이 수압에 의해 흡입하는 경우와 입축펌프 등에서 펌프속이 항시 물이 차있을 때는 기동에 필요한 물 조작이 필요 없으므로 기동과정이 간단하게 된다. 또 원격제어의 경우는 토출측 밸브의 개폐를 앞서 기술한 일련의 과정으로부터 제외시켜 행하는 것도 있다.
펌프의 정지는 주조작스위치를 정지측으로 넣든가 또는 다르게 정지명령에 의해 다음의 순서로 행한다.
단, 냉각수급수펌프 1대로 2대 이상의 주펌프를 급수하고 있을 때는 정지시키지 않는다. 농형 유도전동기의 경우는 전전압기동(全電壓起動)과 기동장치에 의한 기동이 있지만 각각 기동방식에 적합한 기동순서로 하지 않으면 안된다. 또 디젤기관구동의 펌프에서 공기기동의 경우는 펌프를 물로 채운 후 기동용 공기배관의 전자밸브를 열어 기동하고 회전수 상승을 확인해서 전자밸브를 닫아 공기의 공급을 멈추도록 한다(〈그림 3.5.2〉 참조).
사류펌프 및 축류펌프에서 물로 윤활하는 베어링을 사용하고 있는 경우는 이것에 확실하게 급수하는 것을 기동과정의 중점으로 한다(〈그림 3.5.3〉 참조).
이상의 기동 및 정지를 자동적으로 행하기 위해 사용하는 기기로서는 (1)～(5)중에서 시설에 적합한 것을 선택하면 좋다.
(1)에 대하여
펌프의 케이싱(casing)안에 채워진 것을 검지하고 펌프의 기동과정을 진행시키기 위하여 만수검지장치를 설치한다.
이것에는 전극식(정전용)과 부자식 등이 있지만 양수 중에 협잡물, 비닐, 기름 등에 의해 잘못 작동할 우려가 있으므로 그 대책을 충분히 고려함과 아울러 청소하기 쉬운 구조로 한다.
(2)에 대하여
펌프의 기동중에 토출압력이 소정압력으로 된 것을 검지하고, 필요에 따라 토출측 밸브의 열림명령을 내게 하기 위해 압력검지장치를 설치한다. 또, 압력검지장치는 펌프운전중의 토출압력 또는 축받이, 냉각수, 마중물 등의 급수압이 비정상으로 저하한 것을 검지하여 경보 또는 고장표시를 하는 보호장치로 사용한다.
(3)에 대하여
펌프기동 중에 마중물, 냉각수 및 수중베어링의 윤활수가 흐르고 있는 것을 검지하고 기동과정을 진행하기 위해 유수검지장치를 설치한다. 또, 유수검지장치는 펌프운전중에 있어서 앞서 기술한 급수의 단수(斷水)를 검지하고, 경보 또는 고장표시를 하는 보호장치로서 사용한다. 마중물과 같은 아주 적은 수량일 때는 유수검지장치 대신에 압력스위치를 쓰는 경우가 있지만 관이 막힌 때는 효과가 없으므로 주의한다.
(4)에 대하여
마중물, 냉각, 축봉용, 윤활용 등의 작은 배관 중간의 밸브에는 일반적으로 전자밸브 또는 전동밸브를 쓴다. 하수도용 등과 같이 하수를 양수하는 펌프의 마중물의 배관에서는 협잡물이나 불순물 등에 의해 잘못 작동되지 않도록 그 대책을 고려한다. 다이어프램밸브(diaphragm valve) 또는 볼밸브(ball valve, 공기 또는 수압개폐식)는 그 장해가 적으므로 이를 사용하는 것도 좋다.
(5)에 대하여
토출측 밸브에는 완전히 열거나 닫거나 또는 어느 정도에서 밸브를 멈출 수 있게 하기 위해 제한스위치를 설치한다. 전동밸브의 경우는 밸브에 이물질이 들어간 경우의 보호장치로서 토크스위치(torque switch)를 설치하여 밸브 구동용 전동기를 멈추도록 한다. 또 수동으로 밸브를 개폐할 때는 조작하는 사람의 안전을 위해 전동조작이 되도록 한다.
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펌프 및 원동기에는 운전중 발생되는 이상을 검출하고, 이상정도에 따라 운전정지, 경보 또는 고장표시를 할 수 있는 적합한 보호장치를 설치한다. |
【해설】
펌프를 운전하기 위해서는 펌프가 기동중 또는 운전중에 발생하는 이상을 검출해 내어 감시실 등 필요한 장소로 경보 또는 고장표시를 하기 위한 적당한 보호장치를 설치한다.
펌프가 기동중 또는 운전중에 일으키는 이상현상은 시설의 내용에 따라 다르지만 일반적으로 다음과 같은 것이 있다.
이들의 이상현상을 검토하는 기기로 압력검지기, 유수검지기, 수위검지기, 온도스위치, 과전류계전기 또는 과부하계전기 등이 있으며 펌프의 형식, 운전방식 및 사용조건 등에 따라 필요한 것을 사용한다.
이상의 것 이외에 기동과정에 있어서 정해진 조건을 만족하지 못하는 경우 다음의 과정으로 넘어가지 않도록 하는 연동장치를 설치해 두고 또 필요에 따라서는 조작반에 펌프 비상용 정지조작스위치를 둔다.
고장은 그 중요성에 따라 중(重)고장과 경(輕)고장으로 나누고, 중고장의 경우에는 펌프를 정지시킴과 동시에 경보 및 고장표시를 하고, 경고장의 경우는 경보 및 고장표시만으로 한다. 고장표시는 조작반 또는 감시반에 집합고장표시기에 의해 집중적으로 표시하여 감시하기 쉽도록 하는 것이 좋다.
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전동기는 3상유도전동기를 표준으로 한다. |
【해설】
전동기의 종류는 다양하지만 그 중에서도 3상유도전동기는 구조가 간단하고 운전보수가 용이한 점 등의 이점이 있기 때문에 가장 일반적으로 사용되므로 하수도용 기계의 전동기도 이것을 표준으로 한다.
3상유도전동기는 회전자(回轉子)의 구조에 따라 다음과 같이 분류되고 있다.
특수바스킷형(1종, 2종)이라 함은 기동전류를 제한하거나 또는 기동토크(torque)를 크게 하기 위해 회전자를 특수한 구조로 한 것으로 기동토크가 1종은 전부하토오크의 100% 이상, 2종은 전부하토오크의 150% 이상의 것이다.
전동기의 정격출력의 정격주파수 및 정격전압은 〈표 3.6.1〉과 같고 전동기축에 연속발생하는 출력의 표준은 〈표 3.6.2〉와 같다.
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전동기의 형식은 설치(지지)장소 및 주위의 상황에 따라 〈표 3.6.3〉을 표준으로 한다. 
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【해설】
전동기의 외피형과 보호방식은 부하의 종류 및 설치장소의 상황에 따라 정해야 한다. 〈표 3.6.3〉은 설치장소의 상황에 적합한 형식의 표준을 나타낸 것이다. 습기가 적고 통풍환기가 양호한 환경에서는 저렴한 값으로 보수가 용이한 개방형이 가장 적합하지만, 물방울의 영향을 받을 수 있는 곳에서는 방포말보호형(防泡沫保護形)이 좋다. 물이 스며들거나 습기가 현저한 곳에서는 전폐방수형(全閉防水形), 부식성 가스의 영향을 받을 우려가 있는 장소에서는 전폐외선형(全閉外扇形) 또는 전폐방부식형(全閉防腐蝕形)이 적당하다. 실외에 설치되는 전동기에는 전폐실외형(全閉室外形)이 사용된다. 또, 수중에서 사용하는 경우는 전폐수중형(全閉水中形)이 좋다. 더우기 주택지 또는 시가지 등에서 특히 소음방지를 고려하는 경우는 저소음전동기를 사용한다(〈그림 3.6.1〉～〈그림 3.6.4〉 참조).
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전동기는 전전압기동의 경우 외에는 〈표 3.6.4〉의 기동장치를 설치한다. 
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【해설】
정지하고 있는 유도전동기에 정격전압을 가하면 큰 전류가 흐른다. 이 전류(기동전류)는 역율(力率)이 나쁘고 전원용량이 작은 경우에는 전자접촉기가 떨어지며, 같은 계통의 다른 기기에 악영향을 준다.
바스킷형 유도전동기는 구조상 기동시에 2차측 회로에 저항기를 삽입할 수 없으므로 기동전류제어는 일반적으로 1차측 전압을 변화시키는 것으로 한다.
기동전류는 단자전압(端子電壓)에 비례하며 기동토크는 단자전압의 제곱에 비례하기 때문에 기동방법 및 감전압(減電壓) 탭(tap)의 선정은 전원용량 및 필요 기동토크 등을 충분히 고려할 필요가 있다.
전전압기동방식은 전동기의 단자에 직접 정격전압을 가해서 기동하는 방식으로 일반적으로 기동전류는 전부하전류의 500～600%, 기동토크는 전부하토크의 100～150%이다. 3.7kW 이하의 전동기는 전원의 대소에 관계없이 이 기동방법을 취한다. 전원용량이 충분하다면 5.5kW 이상의 전동기에서도 전원용량에 따라서 이 기동방식을 취한다. 단, 전원용량이 작을 때는 전력회사와 협의할 필요가 있다.
스타델타기동방식은 기동할 때 1차전선을 스타에 접속하고 대체로 정격속도로 된 후에 델타에 접속하는 기동방법이다. 이 방식은 5.5kW～37kW까지의 저압전동기에 쓰여지고 있다. 기동전류 및 기동토크는 전전압기동시의 약 1/3이다.
보상기동방식(補償起動方式)은 단권변압기(單券變壓器)를 사용하여 전동기 단자전압을 정격전압보다 저하시켜 기동하는 방법으로 기동토크 및 전원측의 전류는 모두 변압비의 제곱에 비례한다. 리액터(reactor)기동방식은 1차회로에 직렬로 기동리액터(reactor)를 넣어 기동하는 방법이다. 이 방법은 직렬로 넣은 리액터(reactor) 중에서 전압을 강하시키는 것이므로 보상기동방식에 비해 기동시의 입력전력이 크게 되는 단점을 가지고 있다.
2차저항기 기동방식은 권선형 유도전동기를 기동할 때 쓰이는 방법으로 2차에 삽입한 저항을 가감해서 기동전류 및 기동토크를 변화시키는 것이다. 삽입한 2차저항을 속도가 상승하는데 따라 점차로 적게 되도록 하다가 후에 단락한다.
이 방법은 기동전류도 적고 시동역율도 좋아 바스킷형 유도전동기에 비해 기동특성은 매우 좋아진다.
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전동방식(傳動方式)은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
전동기와 부하와의 연결은 일반적으로 플랜지형, 휨축 커플링을 표준으로 한다. 이것은 축심이 약간 휘는 정도로는 운전상 큰 지장을 주는 일이 없기 때문이다. 그러나 자재축 커플링은 아니기 때문에 조립과정이나 설치에 있어서나 정확히 중심선이 맞도록 해야 한다.
또 전동기와 부하가 기초를 달리하는 구조에서 부등침하의 우려가 있는 경우 또는 휨축 커플링에서는 축의 편심에 의한 진동을 흡수할 수 없는 경우에는 자재축 커플링을 사용한다.
더우기 출력이 큰 전동기에서 플랜지형 휨축 커플링에 의해서는 축동력을 전할 수 없는 경우에는 기어형 커플링을 사용하는 수도 있으나, 입축펌프에서 휨축 커플링을 사용할 수 없는 경우는 고정축 커플링을 사용한다.
(2)에 대하여
부하관계로 회전수를 변화시킬 필요가 있는 경우는 간단하고 값싼 방법으로서 기어 또는 벨트의 방법을 표준으로 한다. 변속비에 대해서는 기어는 정확하지만, 벨트는 정확하지 않다. 아울러 그 제작, 붙임이 잘 되고 못되는 것에 따라 전동효율에 상당한 차가 있으므로 계획에서는 충분히 주의할 필요가 있다.
기어전동장치는 일반적으로 유욕식(油浴式)으로 한다. 대용량의 것은 강제급유식으로 하고 기름냉각기나 초기주유장치 등의 부속장치가 필요하다.
(3)에 대하여
기계스크린 및 침사스크레이퍼 등의 전동은 기능상 부하가 대폭으로 변동하기 때문에 축커플링으로서 유체축커플링, 분체축커플링 및 전자축커플링 등을 사용하면 과부하인 경우는 슬라이딩에 의해 이를 흡수해서 전동기를 보호함과 동시에 피동측을 원활히 운전할 수가 있다.
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전동기의 보호장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
기동기를 가진 권선형 전동기의 조작절차가 잘못된 경우에 일어나는 전기사고를 막기위해 기동기와 전동기의 2차측 단락장치가 기동상태로 되돌아오지 않을 때는 계전기가 작동해서 개폐기를 넣더라도 회로가 닫혀 있도록 하는 연동장치를 설치한다.
(2)에 대하여
전동기에는 과부하에 의한 손실, 파손 및 정전 후의 재송전에 의한 위험을 방지하기 위해 배전반에 과부하 및 저전압의 차단장치를 부착한다.
전원의 결상(缺相)에 의한 전동기 손실을 방지하기 위하여 2E(과부하 및 결상)계전기를 사용하고 역상보호가 필요한 경우에는 3E계전기를 사용한다. 단, 지락(地絡)보호장치를 할 필요가 있는 경우에는 지락시 정전에 의한 영향범위를 고려하여 주배선용 차단기 또는 차단기에 지락보호장치를 조합한 것을 사용한다.
진공식 차단기는 개폐동요에 의한 이상 고전압이 발생하므로 동요흡수기(動搖吸收器)의 설치를 검토할 필요가 있다.
유도전동기에 과부하의 단락보호를 하는 경우 검토할 사항은 다음과 같다.
지락보호에 대하여는 수전용차단기(收電用遮斷器)로 보호하는 경우 정전에 의한 영향범위가 커지므로 각 전동기마다 지락방향계전기의 설치가 요망된다. 또한 전력퓨즈와 고압전자접촉기의 조합은 전력퓨즈 용단(湧斷)시의 결상보호로서 2E계전기(과부하 및 차상보호)로 결상을 검출하여 접촉기를 개방한다.
정전시에는 부족전압 계전기에 의해 접촉기 또는 차단기를 개방시키지만 펌프의 기동장치는 동시에 기동되지 않도록 한다.
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펌프 및 예비발전용의 원동기로서 사용하는 내연기관은 〈표 3.7.1〉을 표준으로 한다. 
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【해설】
펌프운전 및 예비발전용 원동기로서 사용하는 내연기관은 기동이 쉽고 취급이 간편하고 운전경비가 싼 것으로 한다. 이 조건을 만족시키기 위해 디젤기관 또는 가솔린기관이 쓰여진다. 디젤기관은 소용량으로부터 대용량까지 널리 쓰이고 있지만 가솔린기관은 30PS 정도 이하의 소용량의 것에 쓰이고 있다.
저속기관은 비싸고 중량이 크므로 하수도용으로는 주로 중속 및 고속기관을 쓰는 것이 좋다. 내연기관에서 고속, 중속 및 저속의 구분은 명확하지 않지만 대개 500회/min 미만을 저속, 500～1,000회/min을 중속, 1,000회/min 이상을 고속이라 부른다. 한편 최근에는 과급기를 붙인 디젤기관이 보급되고 있으며 동출력의 무과급디젤기관에 비해 크기 및 중량이 작아도 된다. 또 배기가스 터빈의 발달에 따라 이것을 과급기로서 응용해서 값도 싸고 안전하며 기술적으로도 신뢰할 수 있는 것이 제조되고 있으므로 건설비, 설치장소 및 사용조건 등을 고려해서 사용을 검토하는 것이 좋다. 한냉지에서는 동절기에 디젤기관의 기동이 곤란하게 되므로 기온 및 기관의 제조 등에 따라서 기관의 난방, 냉각수, 연료 및 윤활유의 예열, 또는 예열전에 의하여 연료실을 예열하는 등 기관의 기동을 쉽게 하는 대책을 강구할 필요가 있다. 또한 연료 및 윤활유는 기온에 적합한 양질의 것을 사용하는 것이 필요하다(〈그림 3.7.1〉 참조).
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예비발전용 기관의 출력은 식(3.7.1)에 의하여 정한다. 
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【해설】
예비발전용 기관의 출력은 식(3.7.1)에 의한 것이지만 소요전력 Pr은 발전기의 부하로 되는 주펌프용 전동기, 잡동력 및 전등용 전력의 입력치(kW)로부터 구한 값으로 한다. 발전기는 그 출력을 kVA로 표시하므로 소요전력(kW)을 부하의 역률로 나누어 발전기의 출력(kVA)으로 한다.
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디젤기관에는 보조설비로서 다음 사항의 설비를 설치한다.
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【해설】
(1)～(4)에 있는 시설은 디젤기관을 설치하는 경우의 최소한도의 보조시설를 열거한 것으로 반드시 설치한다.
(1)에 대하여
연료탱크는 디젤기관의 윗부분 보다 약간 높은 곳에 설치하여 중력에 의해 연료를 기관으로 보내는 것으로 그 용량은 되도록 장기간 전부하 운전을 할 수 있는 것으로 한다. 운전시간이 긴 경우, 또는 비상시에 대비하여 필요한 경우는 별도로 기관실 가까이 적당한 저장탱크를 설치하여 연료이송펌프 등에 의해 연료탱크로 송유한다. 저장탱크에는 옥내탱크, 옥외탱크 및 지하탱크가 있으나 입지조건, 건설비 등을 고려해서 결정한다. 연료저장탱크 및 연료탱크는 그 설치위치, 구조 및 취급 등에 대하여 소방법과 관계법규에 따라야 한다.
(2)에 대하여
디젤기관은 15PS 정도 이하는 인력에 의해 기동하지만 그 이상에서는 공기기동 및 전기기동이 쓰여진다. 공기기동의 경우 압축공기탱크는 상용압력 25～30kg/㎠로 그 용량은 연속 3회 이상 기동할 수 있는 것으로 한다. 단 소요공기량은 기온, 윤활유의 종류 등의 영향이 크므로 잘 검토하여야 한다. 또한 자동기동방식을 사용하는 경우 공기탱크의 용량은 수동의 경우 2배 정도로 하는 것이 바람직하다. 공기탱크는 동력기준법에 기초를 둔 보일러 및 압력용기안전규칙에 적합한 것이어야 한다. 공기압축기는 압축공기를 공기탱크에 충전하는 것으로 토출압력은 30kg/㎠ 정도이고 용량은 공기충전에 요하는 시간이 30～60분 정도로 하는 것이 적당하다. 전기기동의 경우 기동발전기는 보통 직류 24V로 축전지의 용량은 연속 3회 이상 기동할 수 있는 것으로 한다.
(3)에 대하여
디젤기관은 실린더 및 윤활유 등의 냉각수를 필요로 하므로 적당한 냉각수원 및 냉각수탱크 등의 냉각수 시설을 설치하지 않으면 안된다. 기관에 부속된 냉각수펌프는 최대흡수양정이 2～3m 정도의 것이 많으므로 냉각수원의 위치 및 흡입관의 배관에 주의하지 않으면 안된다. 필요에 따라 냉각수펌프를 설치한다.
순환식의 냉각수펌프를 설치하는 경우는 수온상승에 의한 냉각효과의 저하를 막기 위해 그 용량은 10시간분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단 냉각탑을 설치하는 경우는 이 제한이 없다.
(4)에 대하여
대형 디젤기관을 설치하는 곳에는 설치, 분해 및 보수 등을 위해 천정크레인 또는 호이스트를 설치한다(3.4.12의 (6) 참조).
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기초는 진동에 대하여 충분한 넓이와 중량의 것으로 한다. |
【해설】
내연기관의 기초는 적어도 기관중량의 4배 이상의 콘크리트 기초로 하는 것이 바람직하다. 특히 연약지반인 곳에서는 충분한 기초파일을 한다(3.4.11 참조).
또한, 필요하다면 독립기초를 할 필요가 있다.
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펌프, 내연기관 및 전동기 등의 소음에 의하여 주위의 주민에게 악영향을 미칠 우려가 있는 곳에서는 다음과 같은 방음조치를 강구한다.
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【해설】
민가에 근접하여 펌프실을 위치시키면 기계 및 전기시설로부터 생기는 소음 때문에 부근의 주민이 악영향을 받게 되므로 충분한 방음장치를 강구한다.
소음에 대해서는 환경정책기본법 및 소음·진동규제법에 의해 규제되고 있으므로 이에 준하여 적당한 방음장치를 설치할 필요가 있다.
(1) 및 (2)에 대하여
전동기에서는 소음장치를 부착한 것 또는 전폐내냉형(全閉內冷形) 또는 전폐수냉형(全閉水冷形) 등 소음이 적은 것을 사용한다. 디젤기관에서는 배기관 계통에 소음기를 설치하고, 특히 필요한 때에는 콘크리트실내에 설치하여 방음효과를 높인다. 변압기에는 철심 및 권선 등의 내부구조를 고려하는 외에 실외형으로 대용량인 경우에는 이중탱크식 또는 콘크리트방음식으로 한다.
(3)에 대하여
건물을 방음구조로 하는 것에는 벽면에 흡입판을 설치함과 아울러 창문을 다른 곳에 설치하거나 적게 설치한다. 또는 지하식 및 반지하식 구조로 하며, 이 경우에는 적당한 환기장치를 설치하는 것이 필요하다.
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펌프실은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
빗물펌프장에서 펌프 및 전기 시설의 설치는 침수선 이상으로 설치하여 홍수시 기준 강도 이상의 우수에도 안전하도록 하고, 주 펌프 가동을 위한 윤활유 펌프, 냉각수 펌프 등 보조기기의 설치 위치도 침수에 안전하여야 한다. 또한, 변압기, 수배전 설비는 옥내에 설치하여 침수 위험에 대비하고, MCC반과 중앙감시반은 가급적 2층에 위치하는 것이 좋으며, 2층 배치가 곤란할 시 1층에 설치하되 침수되지 않도록 한다.
펌프실은 전동기, 내연기관의 발열량을 감안하여 환기방식은 강제 환기가 좋으며, 채광과 자연환기를 할 수 있도록 충분한 창문을 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 크레인의 용량은 분해, 조립, 설치시 발생하는 최대 하중량을 기준으로 선정하며, 크레인의 인양 높이는 2상식 입축 펌프에서 설치 및 유지보수를 고려하여 펌프 흡수조까지 내릴 수 있는 충분한 높이로 계획한다.
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방류관거 및 부속설비는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
방류관거의 토구는 특히 선박의 운항 및 세굴 등 주위에 영향을 미치지 않도록 하천 및 해양관리자와 사전에 충분한 협의를 거칠 필요가 있다(2.10 참조).
(1)에 대하여
방류관거는 일반적으로 암거이지만 입지조건에 따라 개거 구조상 자체가 하천이나 바다의 호안 또는 제방과 동일성격을 가지는 것이므로 동등 이상으로 충분히 견고한 구조로 하지 않으면 안된다. 측벽의 높이는 방류수면의 최대수위, 또는 최대수위시에 유하에 요하는 손실수두를 고려하여 방류수가 절대로 넘쳐 흐르지 않도록 충분한 여유가 있는 높이로 한다. 또 점검 및 보수 등을 위해 토출 부근에 각락 또는 수문을 설치한다.
(2)에 대하여
방류관거가 암거인 경우 정수압 및 동수압이 걸리므로 반드시 수밀성이 있는 구조로 한다. 일반적으로 철근콘크리트구조의 관거를 사용하며 특히 종단방향으로 부등침하가 일어나지 않도록 유의해야 한다. 또 관을 사용할 때는 이음 및 보호공 등을 신중히 시공한다. 토구가 완전히 물에 잠겨있든가 또는 잠기는 일이 있을 때에는 공기가 있지 않도록 적당한 장소에 배기공 또는 수문실 등 개구부의 천단높이는 방류수면의 최대조위 또는 최대수위의 유하에 필요한 손실수두외에 펌프의 기동 및 정지시의 동수압에 의한 수두를 가산하여 절대로 하수가 흘러 넘칠 수 없도록 한다. 물론 토구부근에 하천이나 바다의 제방이 있을 때는 그것보다 낮게 해서는 안된다.
완전가동시 정전으로 인해 펌프가 일제히 정지한 경우의 동수압이 크기 때문에 구조물의 강도에 대하여 주의한다.
(3)에 대하여
측관은 외수위가 펌프장의 유입수위보다 낮을 때 이용한다. 단, 펌프설비의 고장 등에 의해 우수의 배수가 불가능한 경우 부분적으로 자연유하로 배수를 가능하게 하는 것이다. 측관에는 외수가 역류하지 않도록 수문을 설치한다.
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소규모펌프장은 다음사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
펌프장의 규모는 계획오수량외에 양정이나 유입관저(管底)에 의해 결정되기 때문에 소규모펌프장을 계획오수량에 따라 대·중규모펌프장과 일반적으로 구분하는 것은 어렵다.
소규모하수도에서는 토사의 유입이 극히 소량이고, 가능한한 경제적인 시설을 추구하므로 펌프장시설도 수중펌프를 사용하고, 대·중규모펌프장에 설치되는 침사지를 생략하는 것이 일반적이다. 소규모펌프장을 이와 같은 방식으로 할 경우는 저압수전(低壓受電)의 범위에서 대체로 6.0㎥/min 정도의 규모까지 설치하는 것이 가능하며 펌프의 유지관리를 위하여 수중펌프인 경우 자동탈착펌프를 설치하는 것이 좋다.
소규모펌프장은 사용상황에 따라서 〈그림 3.11.1〉과 같이 3종류로 구분할 수 있다.
비교적 평탄한 지형에 관거를 설치하는 경우 관거의 연장이 길어지면, 필요한 경사에 의해 매설깊이가 현저히 깊어지고, 건설비가 비싸지기 때문에 경제성을 고려하여 적당한 위치에서 양수하여 관로를 얕게 할 필요가 생긴다. 이 때 사용하는 펌프장을 양수펌프장이라고 한다.
양수펌프장의 설치 및 위치의 선정에 있어서는 건설비 외에 유지관리비도 고려할 필요가 있다.
양수펌프장의 전양정은 실양정이 주이고 관거의 손실수두가 적기 때문에 비교적 작다.
비교적 기복이 큰 지형을 대상으로 관거를 포설하는 경우, 저지대보다 고지대에 오수를 압송할 필요가 생기는 경우 및 가까운 거리에서 펌프압송에 의한 방법이 자연유하방법보다 득이 많은 경우 등이다. 이처럼 오수를 필요한 위치까지 압송하는 펌프장시설을 압송펌프장이라 말한다.
전양정은 실양정에 압송거리에 의한 손실수두가 가산되기 때문에 비교적 크다.
우천시에 지반이 낮은 지역에서는 자연유하에 의해 빗물을 배제할 수 없으므로 펌프로서 배제할 필요가 생긴다. 빗물펌프장은 우수를 방류지역으로 압송하는 펌프시설을 말한다.
소규모처리장내에 설치하고 유입한 오수를 수처리시설까지 양수 혹은 압송하는 펌프장을 말한다. 유입오수외에 슬러지처리분리액, 스컴배수, 세척배출수 등의 반송수가 유입하는 경우가 있고, 그 양이 큰 경우는 계획오수량에 가산하며, 그 성상에 따라서는 협잡물이나 스컴의 제거 등 대책이 필요하다.
(2)에 대해서
환기시설에 대해서는 자연환기 등을 고려하며, 환기설비는 설치하지 않는 것을 원칙으로 한다. 다만 펌프실이 크고, 습기 및 악취에 의하여 관련기기의 부식이 우려되는 경우 환기설비를 설치하는 것이 좋다.
(3)에 대해서
탈취시설에 대해서는 원칙적으로 설치하지 않으나, 주변상황을 고려한 후에 민가 등이 인접하고 있는 경우에는 설치를 검토할 수 있다. 탈취시설에 대해서는 콤팩트(compact)하고 유지관리가 간편하여야 한다.
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펌프장의 계획은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대해서
소규모펌프장은 효율적인 하수도정비를 도모하기 위해 유효한 시설이지만 수집시스템 전체의 합리성, 유지관리비를 포함한 장기간 동안의 경제성에 대해서도 충분히 검토하고 효과적으로 계획하는 것이 필요하다.
예를 들면 압송관 내에서의 하수의 부패나 유입변동의 증대 등 펌프장을 사용하는 경우의 단점 등도 있으므로 자연유하, 다중압송 등 다른 수집시스템을 채용하는 경우와 득실을 비교하여 합리적인 펌프장배치가 되도록 충분히 검토할 필요가 있다.
(2)에 대해서
소규모펌프장은 무인운전이 원칙이고, 시설의 점검은 순회점검 정도이기 때문에 시설 및 설비를 간소화하여 경제성을 도모함과 동시에 유지관리가 쉬운 시설로 한다.
예를 들면, 침사 및 스크린 협잡물에 대해서는 펌프장의 유지관리가 쉽지 않기 때문에 펌프장내에서 발생하지 않게 하던가 혹은 소량으로 발생되도록 한다.
또한, 자가발전시설은 정전시에 펌프가 정지한 경우 주변에 중대한 영향을 미치는 경우 이외에는 설치하지 않는다.
(3)에 대해서
소규모펌프장은 무인자동화로 운전되므로 용량이 3.0㎥/min 이상인 경우 침사 및 자동 스크린시설 이 불가피하나, 규모가 적은 경우는 간소한 스크린시설 또는 파쇄기를 설치한 간이형 펌프장 및 맨홀형식 펌프장으로 한다(〈그림 3.11.2～그림3.11.3〉).
맨홀형식 펌프장은 대개 1.0㎥/min까지 많이 사용하고 있으며, 최대 3.0㎥/min까지로 한다. 유입구역에 특수성이 있는 경우나 발전기를 설치할 필요가 있는 경우는 맨홀형식을 사용하지 않는다.
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펌프장의 계획오수량은 계획시간 최대오수량으로 한다. |
【해설】
계획오수량에 대해서는 3.1.1을 참조.
단, 소규모처리장의 처리장내 펌프장에서는 반송수량이 유입유량에 비해서 비교적 큰 경우에는 계획시간최대오수량에 가산하는 것을 고려한다.
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펌프장의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대해서
펌프장의 형상은 계획오수량, 펌프실의 용량, 깊이, 펌프장의 양정, 형식, 시설대수 및 설치의 방법 등을 고려하여 결정한다.
간이형펌프장에서는 침사 및 협잡물 제거설비 등을 고려하고 구조를 결정한다.
(2)에 대해서
시설의 구조는 외력에 대해서 안전하고 수밀성 및 콘크리트부식 등에 대하여 내구성을 갖도록 한다.
구조물은 원칙적으로 철근콘크리트 구조로 한다. 맨홀형식 펌프장에서는 조립식 맨홀을 이용하는 경우도 있다.
(3)에 대해서
펌프장의 기자재류는 부식되기 쉬운 환경에 설치되므로 내부식성이 우수한 재질로 한다.
(4)에 대해서
모래받이 또는 펌프실의 이상 수위상승에 따른 침수를 고려하여, 전동기, 현장조작반 등의 전기시설의 구조 및 배치시에는 침수되지 않도록 계획한다.
(5)에 대해서
간이형펌프장에서는 모래받이, 스크린 등이 설치될 수도 있으므로 청소 혹은 고장시를 고려하여 측관 등의 설치를 검토한다.
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수문시설은 다음사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
수문 및 밸브는 기계의 선택운전, 정전시 및 보수시의 유입하수의 일시개폐, 긴급시의 펌프장시설의 보호 등을 목적으로 설치된다. 수문의 개폐장치는 유입 및 유출수문은 펌프장의 유지관리용으로 설치되어 개폐빈도가 거의 없으므로 수동조작을 원칙으로 하며, 소규모펌프장 특성상 토출밸브는 개폐빈도가 빈번하므로 수격작용을 검토하여 개폐장치를 택하여야 한다. 입구에 유입수문을 설치하고 출구에 수문 또는 각락을 설치한다. 단, 지수(止水)플러그(plug)로 대체할 수 있는 경우에는 수문시설을 생략할 수 있다(〈그림 3.11.4〉 참조).
수문시설은 사용빈도나 유지관리성을 고려하여 수동식 또는 전동식을 선택한다.
소규모펌프장의 수문, 각락의 설치 예를 〈그림 3.11.5〉에 나타내었다.
(2)에 대하여
무인 원격감시운전 등을 위한 자동화시스템이 도입된 경우 운영자가 상주하지 않고 순회 및 모니터링함으로 비상시 현장조작 및 중앙조작이 가능하도록 전동수문을 설치하여야 한다.
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침사 및 협잡물 제거설비는 다음사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
분류식을 대상으로 한 소규모펌프장에서는 토사의 유입이 적을 것으로 예상되므로, 대·중규모에서 사용되는 침사지는 생략하는 것이 가능하다.
한편 관거의 상황에 따라 자갈이나 금속편, 토사류의 유입이 많을 것으로 예상되는 경우에는 모래받이 정도의 간단한 시설을 설치한다. 단, 모래받이에 협잡물이 퇴적하여 부패하는 경우도 있기 때문에 유지관리에 유의할 필요가 있다.
(1)에 대해서
소규모펌프장에서는 일반적으로 조목스크린을 생략하고 세목스크린을 유입직후에 설치하는 경우가 많으며, 하수의 도달시간이 짧기 때문에 협잡물 및 분뇨(night soil solid)가 원형 그대로 유입하여 모래받이에 침전되므로 악취 발생의 원인이 되고 유지관리가 어렵다. 따라서 침사와 협잡물을 설치할 경우 펌프장내 악취방지 및 유지관리가 유리한 기계일체형 침사제거기를 설치하는 것이 유리하다.
또한, 처리장내의 맨홀형식 펌프장에서는 양수 후에 기계일체형 침사제거기를 설치하는 경우도 있다.
(2)에 대해서
소규모펌프장에서는 처리구역이 작아 대형협잡물이 유입하지 않으며, 유지관리가 용이하기 때문에 스크린시설을 생략하거나 간단한 시설을 설치한다.
소규모펌프장의 스크린시설은 다음과 같은 방법을 검토할 수 있다.
시설의 선정에 있어서는 처리구역의 상황, 무인자동화 등 유지관리체제 등을 검토한 후에 결정한다.
간이형펌프장에 설치되는 예가 많다.
스크린은 세목형으로 하지만, 목폭(目幅)이 작으면 스크린협잡물량이 많아지고, 스크린협잡물의 반출작업 빈도가 증가하게 된다. 통상, 목폭 20～30mm 정도를 쓸 수 있다.
스크린은 유지관리를 고려하여 자동인양기부착 스크린으로 하는 것이 바람직하다.
또, 스크린협잡물의 반출작업을 경감하는 탈수능력을 갖춘 자동인양기부착 스크린도 개발되고 있다.
앞으로도 계속적으로 관거정비가 필요한 경우나, 나무조각 등이 혼입하는 경우에는 자동제진기 및 펌프 등의 보호를 위해 앞단에 수동식 조목스크린을 설치하는 것을 고려한다.
측관에 스크린을 설치하는 경우는 사용빈도가 적기 때문에 수동식으로 한다. 반출작업은 콘테이너 등에 의한 것 외에, 직접 쓰레기자루에 채우는 방법도 있으나 어느 경우에도 반출작업이 쉽도록 계획한다.
맨홀형식 펌프장에 채용되고 있는 예가 많다.
이 경우 간이바구니 등의 장치가 필요하다(〈그림 3.11.6〉 참조).
처리장내의 펌프장에 채용할 수 있다.
스크린 협잡물을 반출하는 작업은 없지만, 펌프의 폐쇄 염려로 펌프의 선정에 유의할 필요가 있다. 적은 수량의 맨홀형식 펌프장에 사용 예가 많다.
(3)에 대하여
파쇄기는 펌프장내에 발생하는 협잡물을 파쇄하여 본 처리장까지 이송하는 방법으로 간이형 펌프장에 설치되는 예가 있다.
유입오수 중의 모래, 자갈 및 금속편에 의해 파쇄기가 마모 또는 파손되는 두려움이 있기 때문에 모래받이를 설치하고, 그 후단에 설치하는 것이 일반적이다.
단, 펌프장에 분뇨 등의 유입이 많고 모래받이에 퇴적하는 경우는, 그것을 파쇄할 목적으로 모래받이 전단에 설치하여 사용하는 방법도 있다. 그 경우는 마모에 강한 기종의 선정을 고려한다.
파쇄기는 협잡물을 인양하는데 드는 수고가 생략되는 유리한 점도 있고, 부득이 하게 펌프장의 순회를 할 수 없는 경우는 채용할 수 있지만, 펌프 스컴대책이 필요하며, 보수비 및 전력소비도 비교적 크므로 채용시에는 충분히 검토할 필요가 있다.
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【해설】
펌프의 시동정지 빈도가 많으면 고장의 원인이 되기 쉽기 때문에 펌프실의 용량은 시동정지빈도를 되도록 적게 하도록 결정한다(계산 예 참조).
또한, 펌프장에 대해서는 2대 이상의 펌프가 동시에 가동 시 와류에 의하여 펌프의 성능이 저하되므로 필요 설치간격, 밸브(valve) 등 부대설비 설치 공간, 및 유지관리공간을 추가하여야 하며, 맨홀형 펌프장은 〈표 3.11.1〉의 크기를 표준으로 한다.
맨홀형 펌프장은 버킷차(bucket car) 등에서 정기적으로 청소하는 것을 고려하여 깊이는 7m 이내로 하는 것이 바람직하다.
맨홀형식 펌프장의 유효용량은 다음과 같다.
소요유효용량(V) : 맨홀내수위가 유입관저의 높이인 펌프시동수위(HWL)와 펌프정지수위(LWL)와의 차(〈그림 3.11.8〉, ▨부)의 체적을 유효용량(V)으로 한다.
HWL～LWL 간의 수위폭은 운전조작상 0.5m 이상을 확보하는 것이 바람직하다.
즉, 스컴발생의 원인인 부유물을 가능한 한 남기지 않고 펌프로 양수하는 방법으로서 펌프실의 펌프흡입측에 특수한 형상의 장치(선회조, 인버트뷰레트, 저수위조) 등이 있다(〈그림 3.11.8〉 참조).
형상에 따라 펌프의 LWL이 다르기 때문에 계획시에 충분히 검토할 필요가 있다.
〈계산 예〉 펌프실의 유효용량의 결정방법
펌프의 시동간격에서 펌프실의 유효용량을 산출하는 방법은 다음과 같다.
펌프의 시동간격, 운전시간, 정지시간 및 펌프실용량의 관계는 식(3.11.1～3.11.3)과 같다.
식(3.11.1)에서
식(3.11.4)에서
식(3.11.3～3.11.5)에서
식(3.11.6)에서 시동간격 T가 최소(최대시동빈도)로 되려면, {Q1-(1/2)Q0}가 최소, 즉, Q1=(1/2)Q0로 되는 것이 조건이다.
펌프실의 유효용량의 결정은 식(3.11.6)에서 펌프최소시동간격 (T)=8분, 유입량 (Q1)=펌프양수량(Q0)×1/2로 하면, 8=(V×Q0)/{(1/4)Q02} V=2.0Q0에 의해, 펌프최소시동간격을 8분으로 하면 펌프유효용량은 펌프양수량의 2.0분간 용량분이 필요로 된다(〈그림 3.11.9〉 참조).
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펌프기종의 선정에 있어서는 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대해서
펌프형식은 범용성, 경제성 및 보수점검의 용이성을 고려하고, 탈착식 수중펌프를 채용하는 것이 좋다.
펌프형식의 선정시에는 펌프의 표준특성을 충분히 검토한 후, 사용목적에 적합한 것을 결정한다. 펌프는 토출량 및 전양정을 결정하면 비교회전도(Ns) 또는 표준특성을 고려해서 회전수를 정하고 가장 적당한 형식을 선정한다.
(2)에 대해서
소규모펌프장에서는 스크린을 설치하지 않는 경우가 있으므로, 펌프는 유지관리면에서 막힘 등 고장이 없는 무폐쇄형 임펠러이어야 한다. 무폐쇄형 임펠러로서는 볼텍스 또는 오픈형 등이 있으며 보수점검이 용이한 형식으로 한다.
또, 펌프실의 내부에 설치하는 부속품 등은 부식을 배려하여야 하며, 특히 소규모펌프는 침전물을 동시에 양수하므로 부식 및 마모에 강한 재질을 사용하여야 한다.
(3)에 대해서
3.4.8 펌프계통의 수격작용에 준한다.
(4)에 대하여
소규모 펌프의 용량은 약 0.1㎥/min인 경우 펌프의 구경이 50mm정도인 것도 있다. 배관의 구경이 작으면 유속이 빨라 손실수두가 커지고 막힘 등으로 인하여 펌프의 고장을 초래하게 되므로 토출관은 유지관리를 고려하여 원칙적으로 80mm이상으로 한다.
단, 관의 길이가 짧고, 큰 협잡물의 제거에 관해서 충분히 대응이 가능한 경우에는 토출관 구경을 65mm로 하는 것이 가능하다.
(5)에 대하여
펌프설치 대수는 예비기를 포함해 2대 이상으로 하고, 펌프대수 조합은 장래 계획하수량, 시간변동 및 초기 대응에 유지관리 측면을 고려하여 결정한다.
단, 도로조건 등에 의해 아주 소규모의 맨홀에 펌프를 설치하는 경우는 1대로 하는 것이 가능하다. 이 경우 예비기로서 1대 정도 처리장 등에 보관하여 고장시에 대응할 수 있도록 하여야 한다.
(6)에 대하여
소규모펌프장에서의 금회와 장래 계획하수량과의 차이가 많은 경우가 있다.
따라서 압송관은 관의 수명 및 공사비 문제로 장래에 맞추어 설계되므로 금회 펌프를 장래하수량에 맞추어 설계시 양정 차이로 인하여 용량이 과다하여 펌프의 빈번한 운전 등 유지관리상 문제점이 있으므로 펌프 양정 산정시 종합적으로 검토 후 양정을 고려하여야 한다.
(7)에 대하여
소규모펌프장에서 펌프는 일반적으로 예비를 포함하여 2대가 설치됨에 따라, 1대의 펌프만 가동할 경우 단락 운전에 따른 펌프의 수명저하가 불가피하다.
따라서, 주기적으로 상시 및 예비펌프가 번갈아 운전될 수 있도록 자동운전 프로그램의설치를 고려하여야 한다.
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계획하수량과 수질은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
처리시설은 계획하수량을 모두 처리할 수 있어야 하며 계획하수량은 〈표 4.1.1〉과 같다. 합류식 하수도의 우천시계획오수량은 1.6.2를 참조하고, 합류식 지역의 경우 우천시 청천시에 비해 강우 초기에 오염물의 농도가 매우 높은 경우가 생기므로 이에 대한 대책으로 우천시는 우천시계획오수량을 유입시켜 1차처리해야 한다. 따라서 합류식의 경우 표면부하율은 우천시 침전시간이 0.5시간 이상 확보되도록 계획1일최대오수량에 대해 25～50㎥/㎡·d 정도로 한다(4.3.1 일차침전지, 3) 표면부하율 참조). 합류식 지역에서의 1차처리를 위한 처리장내 연결관거는 첨두유량, 장래 계획하수량 등을 고려해서 원칙적으로 3Q로 하되 지역 여건을 고려하여 정하여야 한다.
또한 합류식지역에서 소독을 고려할 때 우천시 일차침전지 유출수에 대한 소독이 고려되어야하므로 고탁도에도 안정적인 소독이 가능하도록 소독방법을 선정하여야 한다. 한편 분류식하수도에서도 초기우수오염에 따른 대책이 필요한 경우 처리장내 연결관거에 여유를 둔다. 유입하수량의 변동이 큰 경우에는 유량조정조를 설치해서 과다한 하수의 유입을 막아 처리시설에 손상을 입히지 않도록 하고 유입하수의 부하변동을 완화시킨다.
(2)에 대하여
유입하수량, BOD, SS 등의 수질과 이들의 시간적 변동 등은 그 지역의 환경과 유사한 처리구역을 사전에 충분히 조사함과 동시에 주야간 인구변동 및 그 이외의 장래계획도 고려해서 정한다. 또한 공장폐수의 유입이 예상되는 처리장에서는 처리에 악영향을 미치지 않도록 계획처리구역을 미리 조사해서 필요한 대책을 강구한다. 슬러지 처리시설로 부터의 반류수에 대해서는 통상의 경우 양이 적기 때문에 방류수질에는 크게 영향을 미치지 않으나, 반류수의 수질이 지나치게 높거나, 타처리장의 슬러지를 연계처리할 경우 등에 대해서는 고형물수지산정을 통해 계획설계수질을 결정하는 것이 바람직하고 필요하다면 별도의 반류수처리시설 등을 고려할 수도 있다.
(3)에 대하여
처리장에 유입되는 하수량과 수질의 변동은 처리구역의 규모 등에 따라 다르다. 처리구역이 작은 경우 특히 소규모 하수처리시설에서는 발생하수가 처리장까지 도달하는 시간이 짧아 처리구역의 주민생활양상이 유입하수에 직접 나타나며, 유입하수의 유량과 수질의 시간변동이 커서 처리기능을 저하시키는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는 운전조건의 범위가 넓은 처리방법을 채용하거나 유량조정조를 설치하는 등 유량 및 수질의 균등화를 검토한다.
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처리방법의 선택시에 다음 사항을 고려한다.
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처리방법을 선택할 때 각 처리방법의 특징을 파악한 후 건설비, 유지관리비, 운전의 난이도, 에너지 사용량, 환경성, 통합운영시 중심처리장(주처리장)과의 호환성 등에 대한 검토가 이루어져야하고, 필요하다면 LCA(life cycle assessment) 혹은 LCC(life cycle cost)기법 등을 이용할 수 있다.
처리장 시설은 단위처리공정을 조합한 종합체로서 일반적인 하수처리의 흐름도의 예를 〈그림 4.1.1〉에 나타내었다. 또한, 물리적, 화학적 및 생물학적 처리공정과 그 적용 예는 〈표 4.1.2〉～〈표 4.1.4〉와 같다.
(1)에 대하여
유입하수량 및 수질에 대해서는 1.6.2와 1.6.3에 따르고 그 변동범위를 고려한다.
(2)에 대하여
처리수의 목표수질에 대하여 고려할 사항은 다음과 같다.
(3)에 대하여
처리장의 입지조건은 1.6.7과 관련하여 다음과 같은 사항을 사전에 조사한다.
(4)에 대하여
방류수역의 현재 및 장래 이용상황에 대하여 고려할 사항은 다음과 같다.
(5)에 대하여
시설의 건설비 및 유지관리비는 가급적 저렴한 것이 좋다. 그러나 건설비나 유지관리비가 다소 비싸더라도 처리수의 재이용이 가능하며 발생슬러지의 양이 적어 최종처분비용을 감소시킬 수 있는 공정이 보다 경제적일 수 있다. 따라서 처리공정 선정시 건설비, 유지관리비가 적정한 수준이어야 함은 물론이고, 재이용, 슬러지발생량감소 등의 부가적인 비용절감의 측면을 고려하고, 필요하다면 LCA(life cycle assessment) 혹은 LCC(life cycle cost)기법을 이용할 수 있다.
(6)에 대하여
처리공정에 사용되는 기계 및 약품은 구입하기 쉽고 투입인력을 최소화할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 유입수의 성상 변화에 따라서 신속한 대처가 가능한, 자동화 또는 반자동화된 제어방식이 도입되어야 하며, 계측제어 및 자동제어장치의 경우 주위의 여건 변화로 인하여 쉽게 고장이 나지 않는 것을 선택하고, 비상시를 대비해 수동운전방법 등에 대해서도 고려하여야 한다.
(7)에 대하여(1.3.8 참조)
하수도법 제16조 수질환경보전법시행규칙 제40조의 별표11에 제시하고 있는 방류수수질기준을 참고하여 처리장 시설의 운전목표를 정하고 적정한 유지관리체제를 확립하며 이와 같은 법규에 따라야 한다.
(8)에 대하여
처리수의 직접적인 이용으로는 다음과 같은 경우를 생각할 수 있다.
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처리시설의 배열과 그 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수처리시설이 그 기능을 다하기 위해서는 각 시설이 적정하게 유지관리되어야 한다. 따라서 시설의 배치, 구조 및 기능에 관한 계획을 세울 때에는 그 규모, 체계 등의 조건에 대해서 유지관리가 가장 용이하고 적절하게 이루어지는 것을 전제로 한다. 또한 위험을 방지할 수 있는 안전대책을 강구한다.
(2)에 대하여
처리시설 중에 특히 부식이 심한 곳은 방식도장 등 부식방지를 위한 대책을 강구한다.
(3)에 대하여
침사지, 침전지, 포기조 등과 같이 중요한 시설은 점검, 수리, 청소 또는 고장에 의한 운휴를 감안하여 2계열 이상으로 설계하여 처리를 계속할 수 있도록 한다.
(4)에 대하여
일반적으로 전체시설은 몇 개의 계열로 나누어 단계적으로 시공하므로 시설의 배치 및 구조에 대하여 단계적 정비계획을 예상해서 전체계획과의 관계, 시공상 조건, 건설비의 경제성 및 이미 설치한 부분의 유지관리조건에서 가장 적절한 계열과 시설배치를 선택한다. 그럼에도 불구하고 유입하수량이 설계치 보다 장기간 적게 유입되는 경우에는 일부 시설에 대한 잠정조치 및 공정관리의 효율성을 꾀할 수 있도록 고려한다.
(5)에 대하여
처리장의 배치 및 구조에 있어서 지형, 방류수역의 상황 등 이외에도 주변지역에 미치는 악취, 소음, 일조장애, 대기오염, 전파장애, 미관상 문제 등에 대하여 충분한 배려를 하여 설계 및 시공을 한다.
1) 수리계산의 필요성
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수리계산을 통한 처리시설의 수리종단도를 작성함으로써 시설의 수리학적 안정성확보, 펌프소요수두 및 각 시설 설치지반고 산정 등이 가능하다. |
【해설】
하수종말처리시설은 일반적으로 침사지까지 하수를 자연 유하시킨 다음 펌프로 양수하여 본 처리시설을 거쳐 자연유하의 형식으로 방류될 수 있도록 한다. 수리계산은 이러한 유수의 자연유하가 가능하도록 각 시설간의 소요 수위차를 산정한 후 수리종단도를 작성하기 위하여 필요하며, 수리종단도를 이용하여 자연유하에 의한 수리학적 구배의 안정성을 검토하고, 펌프 등 기타 부대시설에 요구되는 동력요구를 산정할 수 있으며, 각 처리시설의 적절한 굴착깊이 및 첨두유량 등 최악의 상태에서 시설의 정상운전 등을 검토할 수 있다.
수리계산은 하수종말처리시설의 설계시 기본이 되는 사항으로, 올바르고 정확한 수리계산으로 각 전후 시설간의 적정 수위차를 유지하고 높이를 결정하여 시설들 간의 연결관거를 적절하게 설계할 필요가 있다. 수리계산은 대부분의 처리시설 수위차 계산에 적용되나, 슬러지처리시설의 수위관계는 수리계산상으로 결정되는 것이 적으므로 자연유하에 의한 상징액의 유출을 유도하는 슬러지농축조를 제외하고는 일반적으로 수리계산대상에서 제외한다.
2) 수리계산시 고려사항
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수리계산시 다음과 같은 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수종말처리시설의 방류수역 수위를 결정하는 것은 매우 중요한 기본적인 사항으로, 방류에 앞서 하천에 있어서는 해당 하천의 계획고수위, 해역에 있어서는 최고조수위를 결정한다. 하천계획은 통상 100년 확률 강우강도에 의한 수위를 예상하는데 계획고수위가 매우 높은 경우가 많으며, 계획고수위에서도 처리수를 자연유하로 방류하려면 시설의 수위를 상당히 높게 할 필요가 있다. 그러나 시설을 지나치게 높게 설치하면 유입펌프의 소요 양정이 높아지므로 비경제적이 된다. 이러한 계획방류수위의 결정에 있어서는 계획고수위를 정한 다음 주변의 조건, 경제성을 충분히 검토하여야 하며, 일반적인 설계순서는 다음과 같다.
계획지반고는 계획방류수위와 밀접한 관계가 있는데, 유의해야 할 점은 침수방지대책에 있다. 종말처리장은 지표면에 중요한 기기가 설치되어 있는데, 이들 기기들은 일단 침수하면 기능회복에는 장시간 및 막대한 경비가 소요된다. 방류수역의 상황, 제방의 개수상황 및 부지부근에 있어서 과거의 침수상황을 파악하여 침수방지대책에 적합하도록 선정하여야 한다. 또한 장내의 맨홀 등의 개구부에 대비하도록 충분한 주의를 하고, 주변환경과의 조화, 공사비, 유지관리의 용이 등을 종합적으로 검토하여 결정한다.
(2)에 대하여
각 처리시설은 수리학적으로 유리하도록 수량 및 유속에 대하여 충분한 검토를 해야 한다. 각 시설간의 소요 수위차는 각 시설마다의 계획수량 및 유속에 의한 손실수두 및 여유치에 의하여 계산되는데 각 처리시설의 계획수량 및 평균유속은 〈표 4.1.5〉와 같다. 장내의 물수지에는 각종 슬러지처리시설 반송수, 인출슬러지, 소포수, 장내재이용수 등을 고려하지만 일반적으로 그 수량은 적다. 활성슬러지법에 대해서는 반송슬러지량만을 수리계산상 고려하는 경우가 많으며, 그러한 경우 반송슬러지량은 계획상한치를 취한다. 특히 포기조와 이차침전지사이의 도수관거의 설계시 슬러지반송을 고려하여야 하는데, 슬러지반송량은 운전관리상의 인자이고 가변적인 요소로서 통상 유입수량의 50～150% 정도이다.
(3)에 대하여
수위관계는 통상 전체 계획시 수량을 이용하여 계산하고 각각의 시설 및 연결용 도수관거에 대한 충분한 조사를 하여야 한다. 통상 처리장 시설들 간의 도수관거 설계시 주의할 점은 다음과 같다.
(4)에 대하여
각 시설은 구조상의 수위변화량에 관거, 계량설비 등의 수위변화량을 가산하여 소요 수위차를 갖도록 하며, 기본적으로 수리학적인 계산에 의하여 설계를 할 때에는 필요한 여유를 예측하여야 한다. 수리계산이 여러 가지 가정에 기준한 근사계산인 경우, 계획치 하수량이 유입하는 경우 장래의 증설, 유량의 증가 및 지반침하 등 예상치 못한 사태에 대비할 필요가 있으므로 이를 고려하여 다소 여유를 가지게 하는 것이 좋다. 여유치는 수리계산시의 통일성을 기하기 위하여 나타내는 것으로 지형조건에 의해서 충분한 여유를 두어도 경제적인 경우, 지반침하 등이 예측되는 경우, 충분한 여유를 잡을 필요가 없는 경우 등 각 경우에 대하여 검토할 필요가 있다. 그러나 포기조와 이차침전지 사이는 슬러지 플록을 파괴하지 않기 위하여 가능한 한 여유수위를 작게 하는 것이 좋다.
(5)에 대하여
수리계산과정에 있어서 각 시설의 구조에 대하여 타당성을 충분히 검토한다. 즉 처리시설의 구조는 단위처리시설 사이의 유량분배를 균등화할 수 있고, 미생물의 손실을 방지하기 위하여 극도의 첨두유량에서는 이차처리시설을 우회할 수 있는 대책을 마련하여야 하며, 관로나 수로에서 하수가 흐르는 방향이 변환되는 경우를 최소화하는 것이 필요하다. 침사지나 침전지에 있어서는 사수부(dead space)나 단락류 등이 발생하지 않는 구조가 되도록 해야 한다. 또한 포기조나 소독조에 대하여는 혼합상태를 양호하게 하기 위하여 우회수로를 설치하는 경우가 많으나 우회부분에 사수부가 발생하기 쉽기 때문에 구조를 원만한 각도로 하는 것이 필요하다. 또한 다소 건설비 및 유지비가 증가하여도 각 시설의 구조는 될 수 있는 대로 수리학적으로 유리하도록 설계하는 것이 좋다. 그러나 일차침전지, 포기조, 이차침전지, 접촉조, 정류판, 정류벽 등의 수처리시설들은 계산상의 손실이 정상적이지 못한 경우가 많다.
(6)에 대하여
처리장내의 기계설비 고장 등으로 인하여 가동을 중지한 상태에서의 수리학적 상태 와 유량이나 수질면에서 최악의 상태 등에 대비하여 수리계산을 행하여야 한다. 처리장의 높이는 방류수역의 이상고수위시 역류가 발생하지 않도록 설정할 필요가 있으며, 특히 전기, 기계설비 등은 침수하지 않는 높이로 설치하여야 한다.
3) 수리계산 방법
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【해설】
(1)에 대하여
처리공정을 선택하고 각 시설의 크기를 결정한 후 행하는 수리계산은 계획방류수위를 먼저 정한 다음 방류관거로부터 처리시설의 펌프시설이나 유입관거까지 역으로 계산한다. 이에 각 시설별로 연결관로와 수로의 크기를 결정하고, 적정 손실수두 및 수위차를 산정하여 자연유하가 원활하도록 하고 시설의 구조 및 위치, 지형조건 등을 고려하여 계산한다. 하수의 특성에 따라 고형물의 농도가 다르나 통상 물과 같은 수리특성을 지닌다고 가정하고 유입량의 증가, 수질의 악화에 대응할 수 있도록 여유를 준다. 일반적인 하수종말처리시설의 수리계산시에는 각 시설의 계열화 및 사용계열의 결정, 유량증가나 유입수질 악화시의 대책들을 고려하고 다음과 같은 순서로 한다.
· [집수트러프에 의한 수위] 하류단 자유낙하가 아닌 경우 한계수심의 산정으로 상류단수위를 결정하며, 주트러프 및 분지트러프의 흐름을 고려하고 유출이나 굴곡에 의한 수위변화를 검토한다. 그러나 설계상 자유낙하로 하는 것은 유량증가에 대처할 수 있도록 하고, 처리시설내 예상치 않은 수위상승에 대비할 수 있으며 기본적인 여유고를 확보할 수 있다.
· [삼각위어에 의한 월류수위] 월류량 및 월류수심을 산정한다.
· [침전지내의 수위] 지내의 평균유속은 0.3m/s 이하로 유속에 의한 손실수두는 매우 작기 때문에 무시할 수 있다. 정류벽에 의한 수위변화는 중간정류벽, 유입부 정류벽, 정류판에 의한 수위변화를 고려하여야 하며, 또한 여유고를 고려하는 것이 바람직하다.
(2)에 대하여
각 처리시설간의 수두차에 의한 수위를 계산함에 있어서는 가장 적합한 수리공식이 적용되어야 하고 계산은 정확하여야 한다. 수리계산은 될 수 있는 대로 엄밀하게 계산을 하는 것이 좋으며, 불가피하게 간이계산에 의한 경우 등은 그에 상당하는 여유를 예측하거나 자유월류부를 설치하여 수위를 단절하는 것이 필요하다. 특히 수면접합의 경우에는 다소의 수량증가나 수류의 방해요인 등에 의한 수위의 상승이 각 부분에서는 미소하다 하여도 누적되면 높은 수위상승을 초래할 염려가 있으므로 주의를 요한다. 각 처리시설간의 소요수위차는 지형이나 처리시설의 형상 등에 의하여 변화하지만, 활성슬러지법에 의한 하수처리의 경우 일차침전지에서 방류수역 수면까지의 소요수위차는 일반적으로 자유월류에 의한 유출지형을 이용한 수면접합에 의한 유하의 경우 1.0～1.5m 정도, 방류수역 수면의 이상고수위나 유입하수량의 급속한 증가 등에 의한 배수의 수위상승을 극복하기 위한 계량 둑이나 집수트러프 등의 자유월류형식의 경우에는 1.5～2.5m 정도이다. 또한 수리계산은 일반적으로 m단위에서 소수점 이하 3자리까지 계산하여 소수점 이하 2자리까지 표시한다. 이는 수리계산상의 편리를 위하여 정한 것이나 엄밀한 수리계산시에는 이러한 제한은 필요없다. 수리계산에 관련되는 손실수두의 계산은 각종 수리공식집을 참고한다.
4) 수리종단도
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수리계산시는 수리종단도를 작성하여 처리시설에 대한 수리계산의 적합성 및 수리경사의 안정성 등을 확인하여야 한다. |
【해설】
일반적으로 수리계산을 행한 후 각 시설 수리의 적합성 및 기타 부대시설의 설치 등을 고려한 여유를 파악하기 위하여 수리종단도를 작성한다. 수리종단도를 작성할 때에는 보통시설물을 묘사하기 위하여 변형된 수직 및 수평 축척이 사용되며 계획수위는 고수위(high water level : HWL), 평균수위(mean water level : MWL) 및 저수위(low water level: LWL) 등으로 나누어 작성하고, 지반고(ground level : GL) 등도 나타낸다. 이때 고수위는 시간최대 유량, 평균수위는 일최대 유량 및 저수위는 일평균 유량을 기준으로 하여 결정한다. 단 합류식 배제방식의 경우에는 별도로 강우시 수위(WWFL : wet weather flow level)를 나타낼 수 있다.
하수처리장내의 수위변화의 예를 〈그림 4.1.2〉에 나타내었다.
유량조정조는 유입하수의 유량과 수질의 변동을 흡수해서 균등화함으로써 처리시설의 처리효율을 높이고 처리수질의 향상을 도모할 목적으로 설치하는 시설로서, 소규모 도시의 처리장의 경우에는 유입수량과 수질의 변동폭이 크게 되므로 필요시에 설치할 수 있다. 주택단지와 같이 처음부터 수량 및 수질의 큰 변동이 예상되는 경우에는 경제성, 부지확보 가능여부 등을 고려하여 설치한다. 또한 후속 수처리공법의 HRT(수리학적 체류시간)이 비교적 짧거나 유입수량 변화에 악영향을 받기 쉬운 공법인 경우에는 유량조정조의 필요성이 더욱 증대된다.
유입하수의 조정방법으로는 직렬(in-line)방식과 병렬(off-line)방식이 있다. 직렬방식에서는 유입하수의 전량이 유량조정조를 통과하므로 수량 및 수질 모두를 균일화하는 효과가 있지만 병렬방식에서는 1일최대하수량을 넘는 양만 유량조정조에 유입하므로 직렬방식에 비하여 수질의 균일화 효과가 적다. 직렬방식과 병렬방식에 대한 선택은 유입하수의 변동형태, 유량조정조에서의 송수량, 송수방식, 제어방식 등을 검토해서 경제성, 유지관리의 난이도, 조정효과 등을 평가하여 선정한다.
유입하수량의 조정에는 완전한 균등화를 꾀하는 방법과 어느 정도 변동을 두는 방식이 있지만, 전자의 방식은 비경제적이므로 유입하수 조정 후 변동비를 1.3～1.5로 유지하는 것을 표준으로 한다. 조정방식의 예를 〈그림 4.2.1〉에 나타내었다.
유량조정조는 24시간 균등하게 조정되도록 하는 것이 이상적이지만 이런 경우 조의 용량이 커지고 건설비도 늘어나 비경제적이 되므로 조의 용량은 계획1일최대오수량을 넘는 유량을 일시적으로 저류해서 계획시간최대오수량이 계획1일최대오수량에 대하여 1.5배 이하로 되도록 처리장의 특성과 건설비 등을 고려하여 정한다.
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조의 용량은 유입하수량 및 유입부하량의 시간변동을 고려하여 설정수량을 초과하는 수량을 일시 저류하도록 정한다. |
【해설】
조의 용량은 처리장에 유입되는 하수량의 시간변동에 의해 정한다. 일반적으로 시간최대하수량이 일간평균치(계획1일최대하수량의 시간평균치)에 대해 1.5배 이상이 되는 경우, 고려할 수 있다. 단, 산화구법, 장기포기법, 연속회분식활성슬러지법(SBR) 등과 같이 체류시간이 길어 유량변동에 강한 처리시설의 경우는 예외로 한다. 유입하수의 변동형태는 처리구역내의 지형, 토지이용현황, 생활형태 등을 검토하여 정한다. 유량조정조에서는 양·질과 함께 24시간 균등하게 조정하는 것이 이상적이지만, 지의 용량이 크게 되고 건설비도 커져 비경제적임과 동시에 부하량을 균등화하는 것은 실제로는 운전·제어가 복잡하게 되기 떄문에 유입량의 조정에 의한 유입부하량의 조정을 행하게 된다.
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조의 형상 및 수는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
형상은 부지의 형태, 시설의 배치, 교반 방식, 침전물의 제거설비 등을 감안해서 정하는데 일반적으로 직사각형 또는 정사각형으로 한다.
(2)에 대하여
부속기계설비의 점검 및 수리를 위해 조의 배수가 필요한 경우에는 2조 이상을 원칙으로 하나, 그 이외의 경우, 수량 및 수질의 균등화를 위해 1조를 원칙으로 한다. 기존 처리장을 개조하면서 조정조를 설치할 경우에는 유입하수량에 대한 실측자료에 근거하여 유량변동 pattern을 설정하고 신규 하수처리장의 경우에는 유사처리장의 자료를 참조할 수 있다.
위와 같은 유량변동 특성이 조사되면 아래그림과 같이 유입량 누가곡선을 작성하여 도상에서 소요조정조 용량을 구하는 방안도 있다.
실제 용량은 포기 및 교반을 위한 최소수심유지, 구내반송수 유입 및 주간유량 변화에 대한 여유율을 고려하여 20% 정도 크게 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
조는 지하수가 침투하거나 오수가 침출되어 지하수를 오염시키는 일이 없도록 수밀성 구조로 한다. 또한 조는 보통 지표면 아래에 축조되므로 지하수가 높은 지반에서는 부력에 대하여 안전한 구조로 한다.
(2)에 대하여
유효수심은 송수펌프의 양정을 작게 하기 위하여 3～5m 정도로 한다.
(3)에 대하여
유량조정조의 경우, 관거를 유하되는 동안 혐기화된 하수가 공기와 접촉하여 황하수소(H2S)를 발생시킬 가능성이 큰 곳으로 악취와 함께 상부가 복개된 경우 부식의 우려가 큰 곳으로 상부를 복개하는 경우, 조 및 연결수로 내면의 콘크리트 방식도장을 고려하여야 한다.
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조내에 침전물의 발생을 방지하기 위해 교반장치를 설치한다. |
【해설】
유량조정조에는 오염물의 침전을 방지함과 동시에 유출수의 수질을 균질화하기 위해 교반을 한다. 또한 체류시간이 긴 경우에는 유입하수가 혐기성으로 되어 부패하므로 이를 방지하기 위하여 산소를 공급할 필요가 있다.
교반방식은 조내의 수위변동이 크므로 특히 저수위 때의 교반을 고려해서 정하며, 간헐교반, 간헐포기방식을 고려할 수 있다. 교반장치에는 산기식 및 기계식(부상포기식, 수중산기로터식, 수중제트펌프식 등)이 있다. 교반을 해도 슬러지가 침강되는 처리장에서는 슬러지수집기 및 슬러지 배출설비 등과 같은 장치를 설치한다.
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유량조정조의 유출수는 침사지에 반송하거나 펌프로 일차침전지 혹은 생물반응조에 송수한다. |
【해설】
유량조정조의 유출은 직렬방식의 경우에는 펌프로, 병렬방식의 경우에는 자연유하로 유량조정조 하부로부터 침사지 등에 반송하는 것이 유리한 경우를 제외하고, 펌프에 의해 수처리시설로 송수한다. 이 경우 적절한 장소에 유량계를 설치하고 유입하수량의 변동에 대응하여 송수펌프의 운전을 제어한다. 또한 가능한 한 균등한 송수가 되도록 유출부에 삼각위어 등을 설치하여 일정유량이상의 수량을 조정조로 반송하는 방법도 고려할 수 있다.
침전지는 고형물입자를 침전, 제거해서 하수를 정화하는 시설로서 대상 고형물에 따라 일차침전지와 이차침전지로 나눌 수 있다.
일차침전지는 1차처리 및 생물학적 처리를 위한 예비처리의 역할을 수행하며, 이차침전지는 생물학적 처리에 의해 발생되는 슬러지와 처리수를 분리하고, 침전한 슬러지의 농축을 주목적으로 한다. 소규모 하수처리시설에서는 처리방식에 따라서 일차침전지를 생략할 수도 있다.
침전된 슬러지는 부패를 방지하기 위하여 슬러지수집기를 이용하여 신속하게 제거하여야 한다. 또한 부패된 침전슬러지의 부상 및 침전 불량으로 인하여 스컴이 발생할 수 있으므로 스컴제거장치를 설치할 수 있다. 또 이차침전지의 경우 슬러지 부상유출에 따른 처리수의 악화를 방지하기 위하여 월류위어의 배치에 유의하여야 한다.
1) 형상 및 지수
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침전지의 형상 및 지수는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
형상은 처리장의 규모, 부지면적 및 시설의 전반적인 배치에 따라 원형, 직사각형 또는 정사각형으로 한다. 이때 침전지내에서 단락류(short circuiting)나 국지적인 와류가 발생되지 않도록 저류판의 설치 등 설계시에 각별한 유의를 한다.
(2)에 대하여
직사각형의 경우 길이에 비해 폭이 지나치게 크면, 지내의 흐름이 불균등하게 되어 정체부가 많이 발생되고 이로 인해 편류 등이 발생하여 침전효과가 저하된다. 이러한 사항을 고려하여 폭과 길이의 비는 1:3 이상으로 하고, 폭은 체인플레이트식 슬러지수집기를 채용하는 경우 슬러지수집기의 폭을 고려하여 3～4m를 표준으로 하되 5m 정도를 최대로 한다. 또한 침전지폭은 지수에 영향을 미치므로 필요 없는 세분화는 피하여야 한다.
침전지가 원형 및 정사각형인 경우 중심부로 하수가 유입될 때 유체의 유속이 충분히 감소되도록 유입지역을 충분히 크게 한다. 단, 수심을 지나치게 크게 할 경우 지내의 흐름이 불균일하게 되고 이에 따라 정체부가 증가되어 침전효과가 저하될 수 있다. 수류상태를 균일하게 하고 침전효과를 높이기 위해서는 한 변의 길이(폭)과 깊이의 비를 6:1～12:1 정도로 하는 것이 좋다
(3)에 대하여
청소, 수리, 개조 등을 위하여 최소한 2지 이상으로 한다.
2) 구조
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침전지의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
지하수위가 높은 경우 부력에 대한 안전성을 높이기 위해 구조물의 자중을 크게 함과 동시에 구조물의 마찰저항을 증대시키거나 구조물을 기초에 정착시킴 등을 고려할 수 있다.
(2)에 대하여
침전된 슬러지가 장시간 체류하게 되면 부패현상이 일어날 수 있으므로 이러한 부패현상을 막고 또한 유효침전 구역을 되도록 넓게 하기 위해서 침전된 슬러지는 신속히 슬러지수집기를 이용하여 제거한다.
(3)에 대하여
조의 바닥은 침전된 슬러지를 어느 한쪽으로 모으기 쉽게 적당한 기울기를 두는 것이 바람직한데 원형인 경우 8/100가 가장 일반적이며, 만약 침전된 슬러지를 농축시키기 위해서는 17/100까지 증가시킬 수 있다. 또한 침전된 슬러지를 진공펌프 등으로 제거시키는 경우에는 기울기가 비교적 완만하므로 사용되는 슬러지수집기와 관련하여 결정한다. 직사각형 침전지에서는 한쪽의 수심이 너무 깊게 될 수 있으므로 원형 및 정사각형 침전지보다 기울기를 완만하게 한다. 또한 호퍼의 기울기는 긁어모은 슬러지가 경사부에 퇴적되지 않게 수평에 대하여 60° 이상으로 한다.
(4)에 대하여
처리장의 악취대책 및 지역특성을 고려하여 일차침전지상부 및 유입, 유출수로를 복개할 수 있다. 이 경우 조나 수로내면의 콘크리트면에는 방식처리 등이 필요하다. 또한 환기 및 탈취설비를 설치할 수 있다. 한편 한랭지역에서의 수온저하방지대책으로 복개를 할 경우에는 건설비 및 유지관리비가 증가하므로 충분한 검토가 필요하다.
(5)에 대하여
가동초기에는 유입수량 및 유입수질이 계획수량 및 계획수질에 도달하지 못하는 경우가 많아 반응조의 생물처리에 필요한 영양원을 확보할 수 없는 경우가 발생한다. 이 경우 일차침전지를 거치지 않고 우회수로를 통하여 원수를 직접 반응조로 유입시켜 처리효과를 향상시켜야 한다. 그러나 이때 협잡물이 반응조에 유입되지 않도록 스크린설비의 설치 등을 고려할 수 있다.
3) 표면부하율
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표면부하율은 계획1일최대오수량에 대하여 분류식의 경우 35～70㎥/㎡·d, 합류식의 경우 25～50㎥/㎡·d로 한다. |
【해설】
침전에 의해 부유고형물(SS)을 제거하는 경우 제거율은 입자의 침강속도와 침전지에서의 체류시간에 의해 정해진다. 기준이 되는 입자의 침강속도는 유입유량을 침전지의 표면적으로 나눈 표면부하율로 중요한 설계인자가 된다. 지의 용량은 우선 표면부하율을 정한 다음 유효수심과 침전시간을 고려하여 정한다. SS제거율은 하수의 수질, 침강성 물질의 비율, SS농도 등에 의해 달라진다. 분류식의 경우 SS제거율이 높아지면 반응조유입수의 BOD/SS비가 상승하여 벌킹의 원인이 되기도 하고 활성슬러지의 SVI가 높게 되어 처리수질을 악화시킬 수도 있으므로 표면부하율은 35～70㎥/㎡·d를 기준으로 한다.
한편 합류식에서는 우천시 처리 등을 고려하여 표면부하율 25～50㎥/㎡·d를 기준으로 한다.
4) 유효수심
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유효수심은 2.5～4m를 표준으로 한다. |
【해설】
침전효과는 침전지의 표면적에 좌우되고 깊이에는 큰 영향이 없다고 하나, 실제 침전지 깊이가 너무 얕으면 유체의 흐름에 의해 영향을 받거나 슬러지를 제거할 때 슬러지가 부상할 수도 있다. 또한 온도, 풍향 등의 외적 환경영향을 크게 받을 수 있어 침전효과가 감소될 수도 있다. 유효수심이란 침전지에서 가장 얕은 부분의 수심을 말한다.
5) 침전시간
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침전시간은 계획1일 최대오수량에 대하여 표면부하율과 유효수심을 고려하여 정하며, 일반적으로 2～4시간으로 한다. |
【해설】
침전시간에 대한 표면부하율과 유효수심의 상호관계는 〈표 4.3.1〉과 같다.
침전시간을 길게 할수록 SS의 제거효율은 높아지는 반면, 시간이 너무 길면 침전지의 크기가 커지는데 비해 효율이 별로 증가하지 않고 침전된 슬러지가 부패하여 오히려 수질악화를 초래하는 경우가 생긴다. 따라서 침전시간은 침전시키려는 하수의 수질 등을 고려해서 정하여야 하지만 분류식에 있어서 일반적으로 1.5시간 정도로 하며, 합류식의 경우에는 계획1일 최대오수량에 대하여 3시간 정도로 하면, 우천시 계획오수량에 대해 30분 이상의 침전시간확보가 가능하게 된다(〈표 4.3.2〉 참조).
6) 여유고
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침전지 수면의 여유고는 40～60cm 정도로 한다. |
【해설】
여유고를 필요이상 두게 되는 경우에는 시설비를 증대시키며 유지관리상 불편하다. 따라서 여유고는 수위의 변화 및 바람에 의한 요소 등을 고려하여 40～60cm 정도로 한다. 또한 구조보가 있을 경우의 여유고는 별도로 고려할 필요가 있다.
7) 정류설비
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정류설비에 대하여 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
정류설비는 유입수를 단면전체에 대해 균등하게 분포시켜 침전지로 유입하는 유체의 흐름을 층류(laminar flow)로 유지시키기 위하여 설치하는 것이다. 정류설비 설치시 와류가 발생되지 않도록 하여야 하며 침전지내의 유효침전구역을 좁히지 않도록 한다.
(1)에 대하여
직사각형 침전지의 경우는 유입된 하수가 침전지의 전체 폭에 균일하게 도달하게 하기 위해 유공정류벽을 설치한다. 유공정류벽을 사용하는 경우에는 구멍의 면적을 저류판 면적의 6～20% 정도로 한다. 저류판에 의해 유효침전구역으로 유입되는 하수의 유속은 0.08m/s 이하가 되도록 하며, 유입지역에서의 유속은 1m/s 정도로 한다. 2개 이상의 침전지인 경우는 유입량을 균등하게 하기 위해서 유입구에 수문을 설치하여 조정하는 것이 좋다. 또한 유입부에 스컴이 체류하지 않도록 구조적으로 고려하여야 한다.
(2)에 대하여
원형침전지의 정류통의 직경은 침전지 직경의 15～20%, 수면 아래의 침수 깊이는 90cm 정도가 되도록 설치한다. 정류통을 수면 아래로 너무 깊게 하면 침전된 슬러지를 부상시킬 우려가 있고, 너무 낮게 하면 단락류가 발생할 우려가 있으므로 주의해야 한다.
8) 유출설비 및 스컴제거기
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유출설비 및 스컴제거장치는 다음 사항을 고려하여 설치한다.
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【해설】
(1)에 대하여
침전지내의 유속이 불균일하게 되는 주요 원인은 유입과 유출설비를 불량하게 설치하기 때문이며 이로 인하여 침전지내에 난류상태가 발생한다. 유출설비는 침전지의 전면적에 대하여 유체가 일정하게 유출되도록 하여 균일한 유속을 유지시키기 위하여 설치하는데 주로 월류위어가 사용되고 있다. 월류위어의 수심이 낮을 경우 바람 등의 영향으로 위어전체길이에 대해 일정한 월류수량을 확보하기 어렵기 때문에 보통 위어의 상부를 파형으로 하는 삼각위어로 하고, 수위변동 및 구조물의 부등침하등에 대응하기 위하여 보통 상하로 조정 가능한 구조로 된 철판이나 플라스틱판을 사용한다.
한편, 하수중의 부유물질중 가볍거나 슬러지가 부패하면 부상하여 스컴이 되므로, 유출설비 앞에서 스컴이 유출되지 않도록 스컴저류판을 설치함과 동시에 스컴제거기를 설치한다.
(2)에 대하여
스컴은 자연적으로 월류위어 쪽으로 모이게 되므로 월류위어의 전면에 스컴저류판을 수면 위 10cm, 수면 아래 30～40cm 정도로 설치하는데, 스컴저류판에 놓인 스컴은 침전된 슬러지를 수집하는 슬러지수집기의 구동장치와 연결시킨 스컴제거기(skimmer)로 일정한 곳으로 수집하여 제거할 수 있도록 한다. 스컴제거기는 동력식인 전동식 및 공기작동식인 파이프스키머(pipe skimmer)등이 있으나, 최근에는 무동력식이 유지관리비가 적게 들어 많이 채용되고 있다. 제거된 스컴은 수분을 최대한 제거한 뒤 적절한 처분이 될 수 있도록 고려하여야 한다.
(3)에 대하여
위어의 월류수심이 높게 되면 위어로 향하는 접근속도가 크게 되어 침전성물질의 부상을 동반하게 된다. 따라서 미립자의 부상효과를 억제하고 침전효율을 높이기 위해서는 월류길이당의 월류량(월류부하)를 작게 하는 것이 필요하다. 일반적인 월류부하는 250㎥/m·d 이하로 한다.
한편 월류위어는 침전지의 후방에 설치하나, 지면적에 대해 필요한 위어길이가 길기 때문에 물의 흐름방향에 대해 몆 개의 유출 트라프(trough)를 설치하여 그 위에 위어를 설치하는 것이 좋다. 또 원형침전지의 경우 위어의 길이는 원주로 하는 것이 바람직하다.
9) 슬러지수집기
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【해설】
(1)에 대하여
직사각형 침전지의 경우 연쇄(chain-flight)식을 많이 채용하고 있다. 연쇄체인의 재질은 과거에는 금속물이 많았으나 최근에는 내마모성 및 내부식 등에 탁월하고, 경량화등으로 작업성이 우수한 스테인리스 및 합성수지체인 등이 많이 사용되고 있다. 지수가 많은 경우에는 연쇄(chain-flight)구동장치에 2지의 연쇄체인을 연결하는 2지1구동방식을 채용하는 경우가 많다. 특히 지수가 많은 대규모처리장의 경우 종방향의 복수의 슬러지수집기가 긁어모은 슬러지를 횡방향으로 설치된 슬러지수집기로 수집하는 방식도 많이 채용되고 있다.
(2)에 대하여
원형침전지 및 정사각형침전지의 경우 회전식이 이용되고 있고 지 중앙의 지주를 축으로 회전하여 순차적으로 슬러지를 중앙으로 수집하게 된다. 구동방식은 기계설비를 중앙지주위에 두는 중앙구동방식과 원주에 놓는 주변구동방식이 있으나 주로 큰 원형침전지에는 주변구동방식을 이용하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
슬러지수집기의 속도는 침전물의 침전을 방해하거나 침전된 슬러지가 뜨거나 또는 스컴이 발생하지 않을 정도로 완만하게 한다. 직사각형 침전지에서 슬러지수집기의 속도는 연쇄(chain-flight)식의 경우 0.3～1.2m/min 정도, 원형침전지에서 스크레이퍼(scraper)의 원주속도는 1.5～3.0m/min, 회전속도는 1～3회/h가 적당하다. 원형침전지에서 직경이 매우 큰 경우에는 원주속도를 1.5～3.0m/min으로 유지시키면 침전지의 중심부분에는 거의 속도가 없게 되므로 〈그림 4.3.8〉과 같이 짧은 길이의 스크레이퍼를 더 설치하는 방법도 있다. 슬러지수집은 스크레이퍼를 이용하는 방법 외에도 수두차를 이용하여 슬러지를 스크레이퍼에 설치된 관을 통하여 흡입시키는 방법도 있다. 만약 직사각형인 침전지에 회전식 슬러지수집기를 설치할 때에는 〈그림 4.3.9〉에 나타난 바와 같이 구석진 곳에 쌓인 슬러지를 제거하기 위해 특별히 고안된 코너-스위퍼(corner-sweeper)를 설치하여 구석에 침전한 슬러지를 수거한다.
10) 슬러지배출설비
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슬러지수집기에 의하여 모아진 슬러지는 다음 사항을 고려하여 배출한다.
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【해설】
(1)에 대하여
일차침전지슬러지는 이차침전지슬러지에 비해 무기질을 다량 포함하여 비중이 크고 큰 협잡물이 다량 포함되어 있으므로 수위차에 의한 슬러지배출은 폐쇄가 되기 쉽고, 특히 우천시에는 배출관의 폐쇄가 심화될 수 있으므로 일차침전지의 슬러지는 펌프에 의한 강제배출을 기본으로 한다. 펌프를 사용하여 슬러지를 뽑아내는 경우에는 침전지 수위보다 낮은 곳에 펌프를 설치하며 슬러지를 쉽게 뽑아내기 위하여 침전지 하부에 슬러지호퍼를 설치한다. 슬러지 관에는 일정한 주기로 개폐시킬 수 있도록 수동식 혹은 자동식으로 개폐가 가능한 밸브를 설치한다.
또한 발생슬러지량은 유입수량 및 수질의 변동, 강우 등에 의한 영향으로 통상의 2배 정도 증가할 수 있으므로 배출설비는 이를 고려하여야 한다.
(2)에 대하여
관의 부등침하 및 부식 등에 의한 문제가 없도록 견고하고 내식성을 갖는 재질을 사용하며, 관경은 슬러지에 의해 폐쇄되지 않을 정도로 하며 150mm 이상으로 한다.
(3)에 대하여
슬러지배출관은 청소가 쉽도록 배관하며, 관이 막혔을 때는 압력수나 공기 또는 막대기를 이용하여 쉽게 청소할 수 있도록 배관의 굴곡부 등에 청소구를 설치한다. 또한 슬러지 배출관은 슬러지호퍼의 하부에 쌓인 토사 등에 의해 막히지 않도록 호퍼하부로부터 30cm 이상의 위치에 설치한다.
1) 형상 및 지수
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침전지의 형상 및 지수는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
4.3.1의 1) 참조.
2) 구조
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침전지의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
4.3.1의 2) 참조.
3) 표면부하율
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표준활성슬러지법의 경우, 계획1일 최대오수량에 대하여 20～30㎥/㎡·d로 한다. |
【해설】
이차침전지에서 제거되는 SS는 주로 미생물 응결물(floc)이므로 일차침전지의 SS에 비해 침강속도가 느리고, 따라서 표면부하율은 일차침전지보다 작아야 한다. 지의 용량은 일차침전지와 마찬가지로 우선 표면부하율을 정하고, 다음으로 유효수심과 침전시간을 고려하여 결정한다. 한편, 처리공법상 SRT가 긴 경우나 MLSS농도가 높아 슬러지의 침강특성이 나쁜 경우에는 그 값을 15～25㎥/㎡·d로 낮출 수도 있다.
4) 고형물부하율
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이차침전지의 고형물부하율은 40～125kg/㎡·d로 한다. |
【해설】
이차침전지에서 침전되는 슬러지의 SS농도가 매우 크므로 지역침전(zone settling)현상이 일어난다. 특히 활성슬러지법인 경우, MLSS(mixed liquor suspended solids)농도가 매우 높은 경우에는 침전속도가 매우 느리므로 표면부하율로 침전지를 설계하면 문제가 발생되는 경우가 있다. 따라서 침전시키려는 고형물의 양을 토대로 하여 계산된 값과 표면부하율에 의하여 계산된 값을 비교하여 소요면적이 큰 것으로 침전지의 표면적을 결정한다. 고형물부하는 유입하수의 성상 및 포기조 운전방법 등을 고려하여 산정하는 것이 좋으며, 슬러지의 침강성이 나쁜 경우는 부하를 낮추는 것이 좋다.
5) 유효수심
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유효수심은 2.5～4m를 표준으로 한다. |
【해설】
지의 유효수심에 대하여는 4.3.1 4) 및 〈표 4.3.3〉을 참조한다.
6) 침전시간
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침전시간은 계획1일 최대오수량에 따라 정하며 일반적으로 3～5시간으로 한다. |
【해설】
이차침전지는 생물학적 처리과정에서 발생되는 슬러지를 침전 제거시켜 맑고 깨끗한 처리수를 얻는 것을 목적으로 하므로 표면부하율을 결정한 후 유효수심을 고려해서 정한다. 표준적인 표면부하율 및 유효수심의 경우는 3～4시간 정도, 침강특성이 양호하지 않을 경우는 4～5시간 정도 확보하여야 한다.
7) 여유고
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침전지 수면의 여유고는 40～60cm 정도로 한다. |
【해설】
4.3.1의 6) 참조.
8) 정류설비
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정류설비에 대하여 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
4.3.1의 7) 참조.
9) 유출설비 및 스컴제거기
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유출설비 및 스컴제거장치는 다음 사항을 고려하여 설치한다.
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【해설】
(1)과 (2)에 대하여
4.3.1의 8) 참조.
(3)에 대하여
월류위어의 부하율은 일본에 있어서는 150㎥/m·d, 미국의 10개주 기준에서는 190㎥/m·d로 양자에 차이가 있는데, 일본은 침전시간이 미국에 비하여 약간 짧은 경향이 있으므로 낮은 부하율을 사용하는 것으로 보인다. 그러므로 침전시간이 긴 경우에는 190㎥/m·d로 한다.
(4)에 대하여
월류위어 및 유출수로에 조류가 발생되면 부분적으로 월류가 방해되어 편류가 생성되기 쉬우므로 침전슬러지의 부상 및 미생물플록의 유출이 발생되어 처리수질이 악화될 수가 있다. 또한 미관상의 문제를 위해서도 조류증식 방지대책을 고려할 수 있다.
조류증식의 억제되면 방류수질의 수질확보 및 미관확보 뿐만 아니라 조류제거작업에 소요되는 유지관리 인력의 절감에도 효과적이다. 조류증식 방지대책으로는 동판 및 스테인리스판 부착, 조류증식억제 약품처리 등이 있다.
10) 슬러지수집기
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슬러지수집기는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
주행사이펀식은 진공주행장치 및 사이펀관 선회장치를 설치하여 약 30～120cm/min의 속도로 왕복하면서 저부에 침전된 슬러지를 뽑아 올리는 방식이다(〈그림 4.3.14〉 참조).
연쇄식은 4.3.1의 9)를 참조.
(2)에 대하여
회전식은 4.3.1의 9)를 참조.
(3)에 대하여
이차침전지에서의 슬러지수집기 속도는 일차침전지에 비해 느리게 하여, 연쇄식에서는 0.3m/min 정도가 일반적이다. 원형에서는 원주속도가 0.6～1.2m/min 정도이며, 2.5m/min을 초과하지 않도록 한다(기타사항은 4.3.1의 9) 참조).
11) 슬러지배출설비
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슬러지수집기에 의하여 모아진 슬러지는 다음 사항을 고려하여 배출한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지배출은 연속적으로 하는 것이 일반적이다. 수위차에 의한 슬러지의 배출 밸브에는 슬루이스밸브(sluice valve) 또는 텔레스코픽형(telescopic type) 월류밸브 등을 사용한다(〈그림 4.3.15〉 참조). 이 월류밸브는 무동력으로 슬러지의 성상, 퇴적량 등에 따라 그 수위차를 조절할 수 있는 이점이 있는 반면 농도변동이나 협잡물 등에 의해 슬러지 배출주기가 단축될 수 있다.
펌프에 의한 슬러지의 배출은 4.3.1의 10)을 참조한다.
(2) 및 (3)에 대하여
4.3.1의 10) 참조.
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침전지를 다층식으로 하는 경우는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
원형이나 정사각형인 것은 구조상 다층으로 하는 것이 곤란하다. 우회류식도 생각할 수 있지만 슬러지제거 등에 문제가 있다.
(2)에 대하여
유입부의 위치 및 형상은 가능한 한 상하층에 균등하게 유입하도록 하며 월류부의 조절로 균등화를 도모할 수 있는 구조로 한다.
(3)에 대하여
하층의 유출설비를 상층과 동일한 높이로 설치할 수가 없는 경우는 집수관에 의해 유출시키는 것이 좋다. 집수관은 유하방향과 직각으로 교차하도록 설치하고 각 유출관마다 균등한 유량조절이 되도록 집수관의 개구면적을 하류단으로 갈수록 작게 하여야 한다. 또한 협잡물에 의한 폐쇄를 방지하기 위해 집수관의 직경은 5cm 정도로 한다. 처리시설의 다층화는 2층 및 3층 침전지외에 반응조와 이차침전지를 다층화 할 수 있다.
(4)에 대하여
〈그림 4.3.16〉을 참조한다.
(5)에 대하여
슬러지 배출관에 대해서는 4.3.1의 10)을 참조한다.
(6)에 대해서
표면부하율은 4.3.1의 3), 4.3.2의 3) 을 참조한다.
하층의 수면적은 정류벽으로부터 침전지 종단까지의 길이를 기준으로 산출한다.
자연계에는 유기물을 분해, 제거하는 미생물이 많이 존재한다. 유기물을 함유하고 있는 오수가 하천 등의 자연 수역에 배출되면 돌 등에 부착되어 있는 미생물이 산소가 존재하는 상태에서 수중의 유기물을 분해한다. 이것이 자연계의 자정작용이다.
하수의 생물처리는 주로 자연계에 존재하는 이러한 호기성 미생물을 이용하여 하수중의 유기물 및 질소, 인 등의 제거를 도모하는 것이다. 〈그림 4.4.1〉에 제시한 것과 같이 미생물을 수중에 부유된 상태로 이용하는 방법(부유생물법)과 미생물을 매질에 부착된 상태에서 이용하는 방법(생물막법), 그리고 부유생물법에 미생물을 고정시킨 담체를 투입하여 처리하는 방법(담체이용처리법)등이 있다. 단 질소, 인 제거와 관련된 고도처리에 관련된 사항은 후단의 4.6 고도처리절에서 상세히 기술하기로 하고, 여기서는 유기물제거에 관련된 사항을 중심으로 생물처리의 원리에 대해 기술하고자 한다.
하수에 공기를 불어넣고 교반시키면 각종의 미생물이 하수중의 유기물을 이용하여 증식하고 응집성의 플록을 형성한다. 이것이 활성슬러지라 불리는 것인데 세균류, 원생동물, 후생동물 등의 미생물 및 비생물성의 무기물과 유기물 등으로 구성된다.
활성슬러지를 산소와 함께 혼합하면 하수중의 유기물은 활성슬러지에 흡착되어 활성슬러지를 형성하는 미생물군의 대사기능에 따라 슬러지체류시간(SRT)동안 산화 또는 동화되며 그 일부는 활성슬러지로 전환된다. 활성슬러지법에서는 공기를 불어넣거나 기계적인 수면 교반 등에 의해 반응조내에 산소를 공급하며 이 때 발생하는 반응조내의 수류에 의해 활성슬러지가 부유상태로 유지된다. 반응조로부터 유출된 활성슬러지 혼합액은 〈그림 4.4.2〉와 같이 이차침전지에서 중력침전에 의해 고액 분리되고 상징수는 처리수로서 방류된다. 침전·농축된 활성슬러지는 반응조에 반송되고 하수와 혼합되어 다시 하수처리에 이용됨과 동시에 일부는 잉여슬러지로서 처리된다.
즉, 활성슬러지법에 의한 하수중의 오탁물질 제거과정은 활성슬러지 미생물에 의한 반응조에서의 오탁물질 제거(흡착·산화·동화)와 이차침전지에서의 활성슬러지 고액분리로 요약될 수 있다. 활성슬러지 미생물에 의해 제거되는 하수중의 주요성분은 탄소를 주요 구성성분으로 하는 탄소계유기물, 질소함유화합물, 인함유화합물 등이 있다.
한편, 이러한 유기물을 제거하는 활성슬러지 미생물은 생리적인 특성에 의해 다음과 같이 네 가지 군으로 나누어 생각해 볼 수 있다.
활성슬러지법의 운전조건의 제어는 이러한 4가지 군의 미생물들이 각각 탁월한 생리특성을 발휘할 수 있는 조건을 인위적으로 실현하는 것이다. 반응조내의 슬러지체류시간(SRT: solids retention time)을 상대적으로 짧게 하면 종속영양생물에 따른 탄소계유기물의 제거는 진행되지만, 암모니아의 산화(질산화)는 진행되지 않도록 할 수 있으며, 반대로 SRT를 상대적으로 길게 하면 질산화 미생물의 증식이 진행되어 암모니아의 질산화가 일어나기 쉽다. 또 질산화가 진행된 뒤(질산·아질산 포함) 활성슬러지혼합액을 탄소계유기물이 존재하는 조건하에서 용존산소가 없는 상태로 유지한다면, 탈질미생물이 활동하여 질소제거가 일어난다. 이것이 생물학적 질산화탈질법의 기본원리이다. 또한 인 축적미생물이 성장할 수 있는 환경을 조성하여 인제거를 꾀하는 것이 생물학적 인제거법이다.
기체와 액체, 고체와 액체 등 서로 다른 계면에서는 물질이 물리적·화학적으로 농축되는 경향이 있으며 이 현상을 일반적으로 흡착이라 부른다. 활성슬러지에 의한 유기물의 흡착은 활성슬러지의 표면에 유기물이 농축되는 현상이다.
하수와 활성슬러지를 혼합하여 포기시키면 하수로부터 C-BOD로서 표현되는 유기물이 제거된다. 하수로부터의 유기물 제거량과 활성슬러지가 이용하는 산소량의 시간적인 변화 관계를 그려 보면 〈그림 4.4.3〉과 같다. 즉, 하수중의 유기물은 활성슬러지와 접촉하면 단시간에 대부분이 제거된다. 이러한 현상을 초기흡착이라 한다. 초기흡착에 의해 제거된 유기물은 슬러지 체류시간(SRT)동안 가수분해를 거쳐 미생물 체내로 섭취되어 산화 및 동화된다. 따라서 활성슬러지의 산소이용량은 외관상으로는 유기물 제거량과 관계없고, 산화 및 동화가 진행되는 시간까지의 포기시간에 비례하여 증가하게 된다. 하수의 유기물과 그 제거량이 클수록 산소소비량이 증가한다.
활성슬러지에 흡착된 유기물은 미생물의 영양원으로 이용되며 다음과 같이 산화와 동화에 이용된다.
산화는 생체의 유지, 세포합성 등에 필요한 에너지를 얻기 위하여 흡착된 유기물을 분해하는 것으로서 식(4.4.1)과 같이 그 관계를 나타낼 수 있다.
또한, 동화는 산화에 의해 얻어진 에너지를 이용하여 유기물을 새로운 세포물질로 합성하는 것(활성슬러지의 증식)으로서 식(4.4.2)와 같이 그 관계를 나타낼 수 있다.
하수중의 유기물이 적어지면 활성슬러지 미생물은 체내에 축적된 유기물과 세포물질을 산화하여 생명유지에 필요한 에너지를 얻는다. 이것을 내생호흡이라 부르며 식(4.4.3)과 같이 관계를 나타낼 수 있다.
활성슬러지에 의한 하수중의 유기물 제거를 〈그림 4.4.4〉에 모식적으로 나타내었다. 하수중에 함유되어 있는 유기물은 일부가 처리수중에 유출되지만 대부분은 활성슬러지에 의해 흡착된 후 산화 및 동화에 의해 이용되어 제거된다. 또 산화·동화되지 않은 유기물은 처리시스템내에 저류되어 내생호흡에 의해 산화되지 않은 세포물질과 함께 최종적으로 잉여슬러지로서 처리시스템 외부로 배출된다.
활성슬러지법에서 보다 깨끗한 처리수를 얻기 위해서는 이차침전지에서의 활성슬러지의 양호한 응집성과 침강성이 보장되어야 한다. 활성슬러지의 응집성과 침강성은 활성슬러지 미생물의 증식과정에 따라 변화되는데 이러한 증식과정을 〈그림 4.4.5〉와 같이 나타낼 수 있다. 대수증식기는 미생물에 대한 유기물의 비율(F/M비)이 클 때에 일어나며, 이때 미생물의 유기물 제거속도는 커지지만 응집성과 침강성은 떨어진다. 시간이 경과하여 미생물의 증식이 진행되면 F/M비가 감소하며, 미생물은 순차적으로 감쇠증식기로부터 내생호흡 단계에 접근하여 미생물의 흡착력, 응집성 및 침강성이 향상된다. 하수처리에 폭넓게 응용되는 표준활성슬러지법에는 감쇠증식기로부터 내생호흡기에 걸쳐 존재하는 미생물에 의해 하수가 처리되며 이에 따라 활성슬러지 미생물에 의한 유기물 제거가 반응조내에서 양호하게 진행되며, 이차침전지에서 활성슬러지의 양호한 침전 및 분리가 도모될 수 있는 것이다.
활성슬러지의 침강성의 악화에 따른 이차침전지의 고액분리 장애의 중요한 원인으로 사상균 벌킹을 들 수 있다. 사상균 벌킹을 유발하는 운전조건으로서는 낮은 용존산소농도, 낮은 F/M비, 부패된 오수(황화수소의 존재), 영양염류의 부족, 낮은 pH 등이 보고되고 있다. 이 중에서 낮은 F/M비가 문제되는 경우 생물학적 대응책으로서는 다음과 같은 방법이 있다.
활성슬러지법에서는 유입수의 질·양의 일 변화와 수온, 반응조의 형태에 따라 반응조내의 기질농도, 활성슬러지의 산소소비속도 및 용존산소 농도가 변하며 그 결과 처리수질도 변화한다. 이러한 변화를 예측하는 수법으로 〈그림 4.4.6〉에 제시한 활성슬러지법의 동력학 모형이 이용된다.
이 모형에 필요한 가정은 다음과 같다.
ⅰ) 활성슬러지 미생물에 의한 비용해성기질은 흡착 후 가수분해되어 용해성기질이 되어 저류된다.
ⅱ) 저류된 기질은 용해성기질과 마찬가지로 Monod 식에 따라 미생물에 의한 세포합성이 이루어진다.
〈그림 4.4.7〉에서 제시한 관계를 반응조내의 기질농도, 활성슬러지의 산소소비속도, 활성슬러지 미생물농도의 시간적 또는 장소적 변화율에 의해 나타낸 것이 반응속도식이다. 또한 시설구조와 운전조건이 다른 각종 활성슬러지법의 동력학 모형을 완성하기 위해서는 반응조내의 기질, 활성슬러지 미생물 및 용존산소에 대한 물질수지계산을 할 필요가 있다. 따라서 반응조에서 미생물에 의한 오염물질의 생물반응을 쉽게 이해하기 위하여 아래와 같은 가정을 하여 SRT와 처리수의 기질농도(S), 그리고 미생물농도(X) 사이의 관계를 정량적으로 설명할 수 있다.
[가정]
대상이 되는 미생물의 비증식속도(μ)와 그 미생물의 제한 기질농도(S)의 관계를 Monod식에 의하여 식(4.4.4)와 같이 나타낼 수 있다(〈그림 4.4.7〉). 이 경우에 대상이 되는 기질로서는 유기물 제거에 있어서는 C-BOD 또는 CODcr, 질산화에 있어서는 암모니아성 질소를 각각 대상으로 한다.
미생물의 증식속도 (γg)는γg=μ·X(X:미생물농도)로 정의되므로 식(4.4.4)는 식(4.4.5)로 된다.
수율(Y) 즉, 제거된 기질량에 대하여 증식된 미생물량의 비율은 식(4.4.6)으로 정의된다.
기질이용속도 (즉, 기질제거속도)는 식(4.4.7)로 나타난다.
최대기질이용속도(k)를 k=μm/Y로 정의하면, 식(4.4.7)은 식(4.4.8)이 된다.
미생물의 자기분해속도(γd)가 식(4.4.9)와 같이 일차 반응을 따른다고 가정하면, 자기 분해를 고려한 미생물의 증식속도(γg')는 식(4.4.10) 또는 식(4.4.11)이 된다.
〈그림 4.4.2〉과 같은 슬러지반송이 있는 연속류식 완전혼합형 활성슬러지법 모형에 있어서는 반응조의 HRT와 SRT는 식(4.4.12)와 식(4.4.13)으로 정의할 수 있다.
한편, 반응조의 미생물 물질수지는 식(4.4.14)와 같다.
반응조에서의 축적율=유입율-유출율+증식율
이 모형에서는 정상상태 (dX/dt=0)를 대상으로 하고 유입수 중의 미생물농도를 무시하는 것으로 가정하기 때문에 식(4.4.14)는 식(4.4.15)와 같이 변형될 수 있다.
또, 이 모형이 정상상태에서의 완전혼합형이기 때문에 기질이용속도는 식(4.4.16)으로 표현된다.
따라서, 식(4.4.15)와 식(4.4,16)으로 부터 미생물농도는 식(4.4.17)로 나타낼 수 있다.
또, 식(4.4.15)는 식(4.4.8)을 이용하면 식(4.4.18)의 형태로도 나타낼 수 있다.
식(4.4.18)에 의하여 정상상태에서의 완전혼합형 활성슬러지법의 처리수농도(S)는 식(4.4.19)와 같이 주어진다.
포기에 의한 산소의 용해는 가스상 산소가 용액중으로 확산하는 현상이며, 그 기구를 설명하는데 있어서는 이중경막설, 표면갱신설 등의 몇 개의 모형이 제안되고 있지만, 이것은 기체-액체 계면에서의 산소 확산 현상을 간단하게 정량화하기 위한 모형이다. 이와 같은 확산이론을 정리하면 활성슬러지법에 있어서 산소이동에 관한 식(4.4.20)이 얻어진다.
또, 반응조의 단위 부피당 산소이동속도를 고려하면 단위 부피당 기체-액체 접촉 면적(a)가 A/V가 되기 때문에 식(4.4.20)은 식(4.4.21)과 같이 표현된다.
KLa는 각각의 포기장치 고유계수는 아니고 송풍량, 산기 심도, 수온, 하수의 특성 등 많은 인자에 의하여 결정된다.
기포 직경이 작고 수중에서의 기포 체류시간이 길면 KLa는 증가한다. 반응조 단위 체적당 기체-액체 접촉면적은 송풍량에 따라서 증가한다. 기포 직경 및 기포 상승 속도가 송풍량에 관계없이 일정하면 송풍량과 기체-액체 접촉 면적과의 관계는 기포 발생속도와 단일 기포체적 및 기포체류시간으로 부터 식(4.4.22)로 표현될 수 있다.
또, KL도 송풍량에 관계없이 일정하다고 가정하면, KLa는 식(4.4.22)를 이용하여 식(4.4.23)과 같이 나타낼 수 있다.
식(4.4.23)에서 KLa·V는 송풍량과 산기 심도에 비례하지만, Eckenfelder는 이들 사이의 관계를 식(4.4.24)와 같이 정리하였다.
식(4.4.18)에 있어서 KLa·V는 송풍량의 (1-n)승에 비례한다. 각종 포기 장치의 (1-n) 및 (1-m)의 값에 대한 측정 결과를 〈표 4.4.1〉에 나타내었다.
KLa·V가 산기심도의 0.7승에 비례하여 증대한다고 가정하면 산소이동 속도(N)는 산기 심도를 크게 하면 증가하지만 그것과 함께 단위 공기량을 송풍하기 위하여 송풍기의 소요 동력 PS도 증가한다. 이 관계는 PS=Hq로 표현되며 18m까지는 q=0.67의 값을 갖는다고 알려져 있다. 이 값은 전술한 (1-m)=0.7과 유사한 값이기 때문에 산기 심도가 증가하여도 동일한 산소이동속도를 얻기 위한 소요 동력은 변화하지 않는다고 알려져 있다.
물에 대한 산소의 용해는 수온이 높을수록 용해속도는 증가하지만 용해도, 즉 DOS는 감소된다. KLa는 일반적으로 수온 20℃에서의 값으로 나타내지만 임의의 온도(T℃)와의 관계는 식(4.4.25)로 나타낼 수 있다.
θ값은 보고에 따르면 1.016～1.047 범위로 알려져 있지만 일반적으로는 1.02를 사용한다.
활성슬러지에서 포기를 행하는 경우 하수중에 함유되어 있는 성분이나 그 농도에 의하여 KLa값에 차이가 발생한다. 깨끗한물에 대한 변화 정도를 계수 α로 표시하면 이 관계는 식(4.4.26)과 같이 표현된다.
활성슬러지에 대한 α값으로서는 다음과 같은 값이 보고 되어 있다.
산기식 포기 경우 0.3～0.9
기계교반식 포기 경우 0.6～1.2
하수 중에 함유된 성분이나 그 농도에 의하여 DOS에 차이가 발생한다. 깨끗한 물에 대한 변화 정도를 계수 β로 표시하면 이 관계는 식(4.4.27)과 같이 표현된다.
계수 β값은 생하수에서는 0.8 전후이고, 처리수에서는 처리 공정에 따라 다르지만 약 1.0에 근사값을 나타낸다. Henry 법칙과 같이 산소의 용해도는 산소 분압에 비례하지만 DOS는 산기심도가 증가하면 증가한다. 일반적으로는 DOS의 값을 식(4.4.28)과 같이 보정한다.
포기장치 효율은 일반적으로 산소전달효율이나 산소이동 동력효율로서 나타내는 경우가 많다. 동일 포기장치에 있어서도 효율은 포기 조건에 따라 변화하기 때문에 효율을 나타내는 경우는 송풍량, 산기심도, 수온, 하수 특성, 반응조의 크기 등 조건을 모두 포함하여 나타내는 것이 바람직하다.
산소전달효율은 식(4.4.29)와 같이 반응조에 송입된 산소 중량에 대한 용해 산소 중량의 비로서 표시할 수 있다.
식(4.4.29)에서의 DO값은 조작인자이고 다른 조와 비교하는 경우 DO값에 의해 KLa가 다르기 때문에 일반적으로 EA는 온도가 0인 경우의 식(4.4.30)으로부터 구한다.
활성슬러지법의 각종 변법에 있어서 조작 조건으로는 F/M비, MLSS 농도, SRT, 송풍량, 포기시간, 슬러지반송비, 유기물부하, 잉여슬러지 발생량, 용존산소농도, 필요산소량, 슬러지의 침강성 등이 있다.
생물반응조의 체류시간(HRT)이 6시간～8시간인 표준활성슬러지법의 경우 동계 및 하계와 같이 질산화가 완전히 정지되거나, 완전질산화가 이루어지는 경우에는 N－BOD의 영향이 상대적으로 적게 나타나 BOD제거효율이 높게 유지되나, 수온이 상승하거나 하강하는 경우 불완전 질산화의 영향으로 N－BOD가 나타나 BOD제거효율이 상대적으로 저하될 수 있다.
SRT는 반응조 유입수질을 가정하여 각각의 활성슬러지법의 경험적인 HRT과 MLSS농도를 설정하여 구할 수 있다. 여기서 MLSS농도는 반송슬러지농도와 슬러지반송비에 의해 구해진다. 또 잉여슬러지의 발생량은 SRT가 길수록 적고, SRT가 긴 경우 질산화반응에 필요한 산소량과 활성슬러지의 내생호흡에 필요로 하는 산소량이 증가됨으로 결과적으로 처리수량당의 소비산소량(결과적으로 필요공기량)이 증가된다.
활성슬러지의 침강성과 농축성을 악화시키는 원인의 한가지로 사상균 벌킹이 있다. 활성슬러지 혼합액중에 사상성세균이 증식함으로 인해 활성슬러지의 침강성과 농축성이 악화함으로 이 경우 사상성세균의 증식을 억제하는 운전인자를 고려하여 적절한 대책을 취하는 것이 필요하다.
활성슬러지법의 설계인자, 조작인자 및 이러한 인자에 영향을 미치는 조건을 정리하면, 〈그림 4.4.8〉과 같다.
활성슬러지법의 반응조의 형상에는 사각형 수로와 장원형 무한수로가 있다. 사각형수로 반응조는 활성슬러지법을 사용하는 대부분의 하수처리장에서 일반적으로 사용되는 형식이며, 수심을 깊게 하는 것이 가능하고 처리시설의 평면배치라는 관점에서 보면 가장 유리한 방법이라 할 수 있다. 한편, 장원형무한수로 반응조는 산화구법에서 채용되는 것으로 수심이 얕고 활성슬러지가 반응조내에 침전되지 않도록 최저유속을 주어야만 하지만, 흐름의 방향에 무산소지역과 호기지역을 설정하거나 간헐포기등에 의해 질산화·탈질운전이 가능하다.
반응조는 혼합액의 혼합방식에 따라 플러그흐름형 반응조와 완전혼합형 반응조로 구분된다. 완전혼합형 반응조는 〈그림 4.4.9〉의 처리계통과 같이 유입된 하수가 반응조내의 혼합액과 매우 빠른 시간에 혼합될 수 있도록 형상, 하수의 유입방식, 산기장치 등을 설치한다.
플러그흐름형 반응조는 〈그림 4.4.10〉의 처리계통에 나타나 있는 것과 같이 긴 장방형 수로의 반응조로서 한쪽 끝으로부터 하수를 연속적으로 유입시켜 반응조내 혼합액을 다른 쪽 끝으로 유출시키는 방식이다. 이상적인 플러그흐름형 반응조는 전체의 유입수가 반응조내에서 체류시간이 동일하여야 한다.
실제 시설에서는 플러그흐름형 반응조의 조건을 완벽하게 설정하는 것이 불가능하기 때문에 일반적으로 〈그림 4.4.11〉과 같이 여러 개의 완전혼합형 반응조를 격벽으로 분리하여 단락류를 방지하는 다단완전혼합형 반응조가 채용되고 있다.
최근의 활성슬러지법의 연구·개발 성과에 따라 다음에 제시된 예와 같이 반응조에 있어서 활성슬러지혼합액을 부분적으로 포기하거나 간헐포기 하는 경우가 있다.
단일 반응조 중에 하수의 유입, 반응, 활성슬러지의 고액분리(침전) 및 처리수의 배출을 시간적으로 연속시키는 것에 따라 하수를 처리하는 연속회분식 활성슬러지법이 최근 들어 중소규모의 하수처리장에 채용되고 있다. 연속식활성슬러지법과 회분식활성슬러지법의 비교를 〈그림 4.4.12〉에 나타내었다.
SRT는 반응조, 이차침전지, 반송슬러지등의 처리장내에 존재하는 활성슬러지가 전체 시스템내에 체재하는 시간을 의미하며, 식(4.4.25)와 같이 정의된다. 반송슬러지의 경로와 이차침전지중에 포함되어 있는 활성슬러지량을 무시하면, 〈그림 4.4.13〉에 제시한 반응조 및 이차침전지에서의 활성슬러지 미생물 물질수지식에 따라 식(4.4.31)은 식(4.4.13)과 같이 표현된다.
SRT의 설정은 활성슬러지중의 특정한 미생물의 증식의 가부를 결정하기 때문에 활성슬러지법의 하수처리장 설계에 있어 잉여슬러지량의 예측뿐만 아니라 유기물제거 및 질산화반응의 예측에도 이용이 가능하다.
반응조내의 활성슬러지량에 비해 처리수중의 활성슬러지량은 무시될 수 있기 때문에 식(4.4.13)은 식(4.4.32)처럼 쓸 수 있다.
활성슬러지의 비증식속도는 자기분해를 고려하는 경우 SRT의 역수와 같다고 볼 수 있다. 활성슬러지법의 처리성능을 고려하는 경우에는 활성슬러지의 정화능력과 관련 깊은 미생물의 비증식속도를 고려하여 SRT를 설정하고 관리할 필요가 있다. 특히 질산화미생물은 유기물을 제거하는 미생물과 비교하여 비증식속도가 작기 때문에 증식속도에 큰 영향을 주는 수온에 따라 다르지만, SRT를 크게 함으로써 질산화가 진행된다.
〈그림 4.4.14〉에 실제 처리장의 SRT와 이차침전지 유출수의 C-BOD의 관계를 제시하였다. 이 결과는 정상상태에서의 완전혼합형 활성슬러지법의 처리수농도(S)를 예측한 식(4.4.19)와 동일한 경향을 나타내 동일 수온에서는 SRT가 길수록 처리수의 C-BOD가 낮고, 동일한 SRT에 대해 수온이 낮은 경우 처리수의 C-BOD농도가 크게 되어 수온이 활성슬러지법의 C-BOD 제거특성에 영향을 주고 있음을 알 수 있다.
종래의 BOD-SS부하(F/M비)를 이용하여 경험적으로 처리수의 수질 (BOD)을 예측하는 방법 이외에 정상상태에서의 완전혼합형 활성슬러지법의 동력학적 모형을 통한 계산 결과로부터 알 수 있으며, 이는 미생물의 활동에 영향을 주는 수온 등의 인자와 SRT라는 개념을 사용함으로써 보다 정확하게 활성슬러지법의 하수처리에서의 유기물 제거성능을 예측할 수 있다.
더구나 〈그림 4.4.14〉의 관계는 처리수의 C-BOD의 월평균치를 대상으로 하는 것이며, 실제 상정된 처리수의 C-BOD의 최대치와 월평균치의 비교가 주어지게 되면 설정한 수온과 SRT의 값에서 처리수의 C-BOD룰 예측할 수 있다. 한편, 표준활성슬러지법을 채용하고 있는 실제 처리장의 처리수의 C-BOD의 95% 비초과확률치와 평균치의 비는 2.2 정도, 최대치와 평균치의 비는 3.0 정도로 〈그림 4.4.14〉의 C-BOD의 평균치가 6mg/l이면 최대일 때에도 20mg/l을 넘지 않는다.
활성슬러지 미생물은 산화와 동화작용을 통해 하수중의 유기물을 영양원으로 사용하여 증식하고 하수중의 유기물은 산화 분해되어 처리된다. SRT를 관리하기 위해서는 HRT, 활성슬러지 미생물량, 유기물량 등의 인자가 사용되며, 일반적으로 이러한 인자를 유기물량과 활성슬러지 미생물량의 비(F/M비)로 표현하고, 실제로는 유기물을 BOD, 활성슬러지 미생물을 반응조내의 SS로 대표하여 BOD-SS부하 (kgBOD/kgMLSS·d)로써 설계와 운전관리의 지표로 활용하고 있다. 한편 반응조내의 MLSS중 미생물의 비율은 하수처리장으로 유입되는 하수의 조성 차이, 일차침전지의 유무, SRT로 대표되는 반응조의 운전조건에 따라 크게 달라진다. BOD부하로는 식(4.4.33)에 정의된 BOD-SS부하 이외에 식(4.4.34)에 정의된 BOD용적부하(kg BOD/㎥·d)를 사용하는 경우도 있다.
식(4.4.35)에 정의된 하수의 수리학적 체류시간 (HRT : Hydraulic Retention Time)은 하수가 반응조내에 체류하는 시간이며, 각 활성슬러지변법의 HRT의 대소는 반응조의 필요용적의 대소를 의미한다.
BOD-SS부하, BOD용적부하 및 HRT의 관계는 식(4.4.36, 4.4.37)과 같이 된다.
통상 도시하수에서는 유입수의 평균 BOD가 거의 일정하기 때문에 활성슬러지법의 처리성능을 생각하는 경우 HRT와 BOD 용적부하는 서로 반비례 관계에 있는 지표가 된다. 한편 BOD-SS부하는 경험적으로 처리수의 BOD와 BOD 제거율의 예측 및 산소소비량의 예측을 위한 지표로 사용될 수 있다. 활성슬러지법의 설계 및 관리 지표로서 SRT와 BOD- SS부하는 중요한 인자이지만 이들은 유입부하량에 따라 적량의 활성슬러지를 반응조에 유지하기 위한 지표로 하수처리에 따라 증가하는 활성슬러지를 잉여슬러지로써 공정외로 방출됨에 따라 SRT 또는 BOD-SS부하를 관리한다.
SRT와 BOD-SS부하의 관계는 식(4.4.37)와 식(4.4.17)로 부터 식(4.4.38)처럼 표현된다.
슬러지의 자기분해가 작고(kd가 작고), BOD제거율이 큰 경우 식(4.4.38)은 식(4.4.39)와 같이 되며, SRT와 BOD-SS부하가 거의 반비례 관계에 있음을 알 수 있다.
지금까지 활성슬러지법을 채용하는 하수처리장의 반응조의 설계는 BOD-SS부하를 사용하여 경험치에 따라 이루어져 왔다. 하지만 〈그림 4.4.15〉에 나타난 것과 같이 처리장 개별적 혹은 도시별로는 BOD-SS부하와 처리수질(BOD)이 일반적으로 좋은 상관관계를 나타내지만, 처리수질이 낮은 영역에서는 반드시 상관성이 좋지는 않다. 이는 처리장 및 도시별로 유입수질과 수온 등이 다르기 때문에 단순히 BOD-SS부하만으로는 처리수질을 정확하게 예측하는 것은 불가능함을 알 수 있다.
활성슬러지법을 통한 하수처리에서는 미생물이 유기물을 분해·섭취하기 때문에 처리에 관여하는 미생물농도가 가장 중요한 조작 조건의 하나가 된다. 그러나 활성슬러지중에는 많은 불활성유기물이 포함되어 있기 때문에 미생물만의 농도를 측정하는 것은 불가능하다. 〈그림 4.4.16〉에 유입수의 조성과 활성슬러지의 조성의 관계를 모형적으로 나타내었다. 일반적으로 활성슬러지 미생물농도를 대표하는 것으로서 MLSS농도 또는 MLVSS농도를 사용하고 있지만, 유입하수의 조성, 일차침전지에서의 BOD와 SS의 제거율, F/M비, SRT의 대소에 따라 미생물농도, MLVSS농도 및 MLSS농도의 비율이 달라진다.
반응조내의 MLSS농도(X)와 슬러지반송비의 관계는 반응조의 고형물수지로부터 식(4.4.40)과 같이 나타낼 수 있다.
유입수의 SS농도(Sss)는 R·XR값에 비해 너무 작기 때문에 무시한다면 슬러지반송비(R)는 반송슬러지의 SS농도(XR)와 MLSS농도(X)에 의해 식(4.4.41)과 같이 된다.
〈그림 4.4.17〉에 MLSS농도를 유지하기 위하여 필요한 슬러지반송비와 반송슬러지의 SS농도의 관계를 보여준다. 그림에서 알 수 있듯이 설정한 MLSS농도가 표준활성슬러지법처럼 비교적 낮은(1,500～3,000mg/l) 경우에도 반송슬러지의 SS농도가 낮게 되면 슬러지반송비를 100% 정도로 할 필요가 생긴다. 또, 장기포기법과 산화구법처럼 MLSS농도가 3,000 ～4,000mg/l로 큰 경우에는 반송슬러지의 SS농도가 높을지라도 슬러지반송비를 150～200 % 정도로 비교적 높게 유지할 필요가 있다. 활성슬러지법의 운전관리에서 반응조에서의 설정 MLSS농도를 유지하기 위해 이차침전지에서의 활성슬러지의 농축성을 확보할 수 있도록 구조적인 배려를 함과 동시에 활성슬러지의 벌킹이 일어나지 않도록 대책을 강구할 필요가 있다.
잉여슬러지량은 유입수중의 용해성유기물(S-BOD)로부터 전환된 활성슬러지와 유입수중의 고형물(SS)로부터 전환된 활성슬러지량의 합계에서 활성슬러지 미생물의 내생호흡에 따른 자기분해량을 뺀 값이며 식(4.4.42)처럼 구할 수 있다.
일반적으로 식(4.4.37)의 계수 a, b, c의 값은 다음과 같은 범위이다.
c는 미생물의 자기분해속도상수 kd(1/d)에 상당하는 것으로 수온이 저하되면 미생물의 반응이 저하되어 계수값이 작게 되어 결과적으로 잉여슬러지 발생량이 증가한다.
슬러지지표는 활성슬러지의 침강성을 보여주는 지표로서 광범위하게 사용되며, 간단히 슬러지지표라고 하면 통상 슬러지용량지표(SVI : sludge volume index)를 의미한다. SVI는 반응조내 혼합액을 30분간 정체한 경우 1g의 활성슬러지 부유물질이 포함하는 용적을 ml로 표시한 것이며, 동일한 시료에 대해 MLSS농도 및 활성슬러지 침전율(SV30 : 용적 1l의 메스실린더에 시료를 30분간 정체시킨 후의 침전슬러지량을 그 시료량에 대한 백분율로 표시한 것)을 측정하여 식(4.4.43)에 의해 산출한다.
SVI가 100 전후로 활성슬러지의 침강성이 양호한 경우에는 용량 1l의 메스실린더에 30분간 정치 후에는 일반적으로 압밀침강에 해당된다. 따라서 이때의 침전슬러지의 SS농도는 반송슬러지의 최대 SS농도로 생각할 수 있으므로, 반응조내의 최대 MLSS농도는 식(4.4.44)와 같이 슬러지반송비와 SVI에 의해 구할 수 있다.
그러나 SVI가 높은 경우 활성슬러지의 침강과정에 있어서 메스실리더의 벽면효과를 무시할 수 없으므로 SVI에 의해 이차침전지에서의 반송슬러지농도를 정량적으로 예측하기 어렵다. 한편 수온저하에 따른 활성슬러지의 침강성 및 농축성의 악화로 인해 반송슬러지농도가 저하되는 경우도 많다.
활성슬러지의 이차침전지에서 침강성과 농축성을 보다 잘 예측하기 위해서는 침강과정에서의 벽면효과를 가능한 한 적게 하도록 직경과 높이가 큰 침강관에서 정지상태의 활성슬러지 계면 침강곡선을 조사할 필요가 있다. 일반적으로 활성슬러지의 침강곡선은 〈그림 4.4.18〉처럼 정속침강구간과 그에 비해 완만한 감속침강구간으로 나뉘어 진다. 이 정속침강구간에서의 슬러지 계면의 침강속도를 구하고, 활성슬러지의 침강특성을 조사하여 이차침전지에서의 활성슬러지 농축성을 보다 정확하게 파악할 수 있다. 〈그림 4.4.19〉에 직경 70mm, 높이 1,000mm의 침강관에서 활성슬러지 초기 침강속도와 수온의 관계를 MLSS농도별로 정리하였다. 여기서는 SVI가 150이하의 기간의 데이터를 이용하였다. 일반적으로 활성슬러지의 초기 침강속도는 수온과 MLSS농도에 의해 영향을 받는다. 즉, 수온이 낮은 동절기에는 사상균의 벌킹이 일어나지 않아도 활성슬러지의 농축성이 저하되고, 반송슬러지의 SS농도가 떨어질 수 있다.
포기의 목적은 활성슬러지 미생물의 산화 및 동화작용(BOD제거)와 질산화 반응에 필요한 산소의 공급과 하수와 활성슬러지와의 혼합액을 교반하여 활성슬러지를 부유상태로 유지하기 위함이다. 하수처리장에서는 유입하수량 및 수질이 항상 변동하므로 안전한 운전을 행하기 위해서는 반응조유출구에서 약 2～3mg/l의 DO농도를 유지하는 것이 바람직하다. 특히 질산화를 위해서는 반응조의 DO농도가 1mg/l 이하가 되지 않도록 주의하여야 한다.
필요산소량은 탄소화합물(BOD)의 산화 및 활성슬러지 미생물의 내생호흡에 필요한 산소량를 고려하고 만약 질산화반응이 진행되는 경우에는 질산화에 필요한 산소량도 고려해야 한다. 활성슬러지법의 하수처리에 있어서 필요산소량은 식(4.4.45)와 같다.
상기의 ①, ②, ③, ④의 합계가 필요 산소량이 된다.
식(4.4.46～4.4.49)중의 계수 A, B, C, K로서 다음과 같은 값이 보고되고 있다.
A : 0.5～0.7, B : 0.05～0.15, C : 4.57, K : 2.0～3.0
따라서 유입수질과 운전방식의 차이, 처리방식 등에 따라 필요산소량은 크게 변하게 되므로 유입 및 운전조건 등을 고려하여 적절한 계수값의 채택을 통해 필요산소량을 산출하여야 한다.
포기장치는 송풍기로부터 공급되는 공기를 미세한 기포로 반응조에 주입하여 활성슬러지의 침전을 방지하고 하수와 혼합시켜 하수와 공기와의 접촉면적을 크게하여 활성슬러지의 미생물이 필요로 하는 공기를 공급하는 장치이다. MLSS의 침전방지를 위해 포기조내의 유속을 대략 0.3m/s로 해야 하는데, 최소한 0.1m/s 이상이 되어야만 한다. 활성슬러지공법에 사용되는 포기장치는 크게 산기식과 기계식으로 분류할 수 있다. 〈표 4.4.2〉에 각종 포기장치의 특성을 나타내었다.
산기식 포기장치는 공기의 산기판, 산기관, 다공관 및 미세산기판 등이 있다.
산기판 및 산기관류에는 공기의 분출방법, 기포의 크기, 부착위치 등에 의해 각종 구조 및 재질이 사용되고 있고 미세기포장치와 조대기포장치로 구분된다. 통상 반응조에는 미세기포장치가 채용되고 있다(〈그림 4.4.20〉 참조).
미세기포장치로는 세라믹제 혹은 합성수지제의 산기판 및 산기관, 그리고 멤브레인 디퓨저 등이 있다. 이형식의 산기장치는 기포가 미세함으로 하수와 공기와의 접촉면적이 커 산소전달효율이 크다. 산기판 및 산기관은 공기중의 미세한 먼지, 기름등에 의해 막힘현상이 일어날 가능성이 있으므로 송풍기의 흡입구에서 공기여과기를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 송풍기정지시 하수의 역류로 인해 막힘현상이 다발할 가능성이 있다.
조대산기장치는 금속제 혹은 합성수지제가 많고, 다공관, 디스크 디퓨저 등이 있다. 이 형식은 기포가 크므로 미세기포장치에 비교하여 단위공기량당 하수와 공기의 접촉면적이 작고 산소전달효율이 낮기 때문에 흡입 공기량이 많아 막힘현상이 적고 설치가 간단한 것이 특징이다.
산기판은 미세기포가 균일하게 발생하도록 균일한 기공을 가진 것으로 내충격성 및 내구성이 뛰어나 장시간 안정적인 통기성등을 가져야 한다. 이를 위해 산기판에는 균일한 입경의 세라믹입자를 결합제와 같이 고온소성 시킨 다공성경질자기, 경질합성수지에 화학적 가공을 한 다공성경질합성수지 혹은 소성결합시킨 금속을 성형가공한 극미세기포 장치 등 다양한 재료가 있고 형상은 구형 및 원형이 있다. 산기판의 특성은, 일반적으로 건식통기량, 습식통기저항 및 항절력으로 나타낼 수 있다. 건식통기량은 건조상태의 산기판에 통기저항 0.5kPa의 조건일 때 표준흡입공기(20℃, 101.2kPa)의 통기량을 의미한다.
습식통기저항은 산기판의 표준통기량에 대하여 수중의 실 저항을 의미한다. 항절력은 산기판의 물리적인 강도를 나타내는 것으로, 일반적으로는 한편의 길이가 30cm로 평형한 두변을 지지한 상태로 980N이상의 하중을 견딜 수 있도록 하여야 한다.
산기판은 통기량을 증가시키면 기포가 크게 되어 산소전달효율이 저하되고 통기저항도 증가한다. 또한 통기량을 적게하면 기포가 작게 되어 산소전달효율은 크게 되나 통기가 불균일하게 되어 막힘현상에 의한 통기저항의 증가 등이 문제가 된다. 따라서 설계시 적당한 통기량의 범위를 설정할 필요가 있고 이 양을 표준통기량으로 산기판의 설치수량등을 결정하는데 이용하여야 한다(〈표 4.4.2〉 참조).
선회류식의 산기판의 설치는 반응조의 저부 혹은 중간수심의 벽측에 산기판 4～10장을 한조로 하여 산기판고정판에 설치하여 송풍관의 말단과 산기판고정판을 연결한다. 산기판을 이용한 산기장치는 형상이 크고 중량이 무거워 고정식을 원칙으로 한다.
전면포기식의 산기판은 선회류식의 산기판보다 소형의 세라믹제 혹은 합성수지제를 많이 사용하고, 기포는 종래의 산기판보다 미세하다. 통기특성은 세라믹제의 경우 20～40l/min·매정도로 통기저항은 종래의 산기판보다 약간 크고 기포는 극히 미세하다. 기공경이 150μm의 산기장치를 이용하는 경우 송풍기의 공기여과기에 대해 주의하여야 한다.
산기관은 미세기포가 균일하게 발생되도록 균일한 기공을 가진 원통으로 재질은 다공성자기 및 다공성경질합성수지로 되어 있다. 통기특성으로는 산기판의 경우와 거의 동일하다. 산기관의 설치는 반응조 저부 혹은 중간수심의 벽측에 산기관 4～32본을 한 조로 하여 송풍관과 연결된 연결관(이하 헤더(header)라 함)에 연결한다.
조대기포를 발생시키는 산기장치로 스테인리스제 강관 등에 공경 4mm 정도의 구멍을 다수 뚫어 놓은 것으로 막힘현상 및 부식 등의 우려가 적은 산기관으로, 산소전달효율은 적지만 반응조의 교반 등을 목적으로 할 경우 많이 사용되는 산기장치이다.
그외 산기장치로는 디스크형 디퓨저와 멤브레인디퓨저가 많이 사용된다. 디스크형 디퓨저는 송풍중에는 디스크가 상승하여 본체와 디스크의 틈으로 공기를 분출하고, 송풍을 멈추는 경우에는 디스크와 본체가 밀착되어 하수가 송풍관으로 역류하는 것을 막는 구조로 되어 있다.
멤브레인 디퓨저는 미세공을 가진 특수 폴리우레탄재질의 막을 판위에 고정시켜놓은 것으로 산기시에는 판과 막 사이에 공기를 불어넣어 막이 팽창되어 내압이 수압을 상향하게 되어 막표면의 기공으로부터 공기가 분출된다. 산소전달효율은 높으나 통기저항이 높다.
기계식 포기장치는 기계식 표면포기기, 수중교반식 포기기로 구분되며, 표면포기기는 방사형 저속형(radial flow low speed), 축류형 고속형(axial flow high speed)과 브러시 로터형(brush rotor)으로 나누며, 수중교반식 포기기는 수중모타식 교반산기장치, 흡입튜브(draft tube)식 교반산기장치 등이 있다. 이들 포기장치는 부동형 또는 고정형으로 설치한다. 방사형은 포기의 회전속도를 기어감속기로 감속시키며, 축류형 고속포기장치는 일반적으로 전동기와 직결되어 있다. 저속과 고속 포기장치는 수면과 직각으로 설치한다. 브러시 로터(brush rotor)는 수면과 평행으로 설치하며 저속으로 회전하도록 되어 있다. 기계식 포기장치의 설치 특성으로는 브러시 로터를 제외하고는 직사각형의 포기조에 잘 맞지 않으며 작은 포기조보다 큰 포기조에 비교적 흔히 사용된다. 표면 포기장치의 산소전달효율은 회전날개(impeller)가 수중에 잠기는 깊이와 관계가 있는데 어느 경우에는 양수력이 좋으나 포기는 좋지 못한 경우가 있다. 표면 포기장치는 포기조의 깊이가 4.5～9m 이상인 경우, 즉 불완전한 혼합이 이루어질 가능성이 클 때는 흡입유도관(draft tube)을 설치하기도 한다.
〈그림 4.4.22〉는 방사형 저속포기장치를 나타난 것이다.
축류형 고속표면 포기장치는 포기식 산화지에 사용되는 경향이 증가되고 있는데 회전날개의 속도가 매우 빨라 미생물 플록을 깨뜨리는 경향이 있어 좋지 않다는 주장도 있다. 고속포기장치는 저속보다 양수력이 비교적 적어서 교반깊이와 산소전달능력에 제한이 있다. 따라서 이러한 두 가지의 결점이 크게 문제가 되지 않는 포기식 산화지에 흔히 사용된다. 브러시 로터는 수평축으로 연결된 회전날개가 회전하는 형상을 가졌는데 회전속도는 저속방사형 포기장치와 거의 같다. 유럽에서는 길고 좁은 형상의 활성슬러지법에서도 이용하고 있다. 포기기의 효율은 산화구의 수심에 따라 변화되는데 수심이 클수록 에너지가 많이 소요된다. 산화구의 수심은 1.5～4.5m 정도를 표준으로 하나 최대 깊이는 4.5m 정도이다.
수중교반식 포기기는 수중교반기의 토출부에 산기장치를 설치하여 교반기능과 산기기능을 일체화한 것으로 반응조내에 설치하여 송풍기에서 공급되는 공기를 교반날개로 미세하게 전단시켜 높은 산소전달효율을 얻을 수 있는 것이 장점이다. 최근 고도처리 도입으로 인해 교반 및 산기기능이 일체화되어 송풍을 멈추면 교반만의 운전도 가능해 동일한 기계측제어치로 혐기조 및 호기조 동시에 사용할 수 있다는 것과 경우에 따라서는 동일반응조를 혐기 및 호기운전을 교대로 수행할 수 있는 장점이 있다.
너무 많은 공기를 주입하면 회전날개가 헛도는 경우가 있어 결과적으로 산소전달율이 감소되므로, 공기주입량을 적절히 하여야 한다. 수중포기기에 있어서 공기주입은 공기파이프 또는 압력튜브를 통하여 공급시키는데 축류형이 방사형보다 산소전달효율이 좋다. 수중형포기기의 산소전달률은 200～300mg O2/l·h 이상으로써 산기식 포기기의 60～80mg O2/l시에 비하여 매우 큰 값으로 고농도 폐수가 유입되거나 혹은 포기조의 체류시간이 비교적 짧을 경우에 적합하다. 수중형포기기의 영향범위는 4～13㎥/kW인데 조의 형상과 크기에 따라 변한다. 수중형포기기의 임펠라 회전속도는 37～100rpm이며, 기어박스(gear box)의 사용계수(service factor)는 2.0 이상이며, 산소전달률은 송풍기 동력까지 포함해서 1.2～2.0kg O2/kWh이다. 수중형 포기기의 최대 크기는 150Hp이며 350Hp까지 증대시킬 수 있다. 공기량은 4～8l/s이며 산소전달효율은 15～35% 정도이다.
한편 심층식 반응조의 경우 표면포기기와 마찬가지로 수심 약 5m 정도에 수중교반포기기를 설치하고 그 하단에 흡입유도관(draft tube)을 설치한다.
산기식 및 수중형 포기기에는 송풍기(blower)로 공기를 공급하는데 기계식 표면 포기장치보다 포기조내로 공급되는 공기량을 쉽게 조정할 수 있다.
송풍기의 소요 전력량은 전동기의 회전속도와 공기 공급지점의 압력에 의하여 결정되는데 하수처리에 사용되는 송풍기는 상대습도와 운전속도에 공기량이 크게 영향을 받지 않으며 최대압력은 120kg/㎡이다. 원심력식 송풍기(centrifugal blower)는 두 형태로 나누어지는데 수평분리형(horizontally split centrifugal)은 효율이 75～85%이며 유지관리가 쉬우나 가격이 비교적 비싸고, 수직분리형(vertically split centrifugal)은 효율이 60～79%이나 가격이 저렴하다. 수평분리형은 약 340kg/㎡의 압력까지 작동 가능하나 수직분리형은 80kg/㎡의 압력까지만 작동 가능하다.
공기공급계통의 저항은 관거, 밸브, 산기방식, 산기기의 수면깊이에 따라 결정되는데 산기기를 2.5～4.0m에 설치하는 것이 비교적 손실수두면에서 경제적이다.
송풍기를 사용할 때 열이 발생되는데 에너지 절약효과 측면을 고려하여 이러한 발생열은 열교환기를 사용하여 소화조에 공급하거나 또한 처리장 건물의 난방용으로도 사용이 가능하도록 고려한다. 예를 들면 65℃의 공기를 배출하는 송풍기는 매 ㎥/s 당 52kJ/s의 열이 발생하게 되는데 이것은 시간당 2.8l의 유류와 상당하는 열량이다. 특히 깊은 포기조에 공기를 공급시키는 경우에는 높은 압력에 의하여 송풍기 방출공기의 온도가 더욱 상승하며 이 때에는 보다 많은 에너지의 회수가 가능할 수 있다.
포기장치의 선정에 있어서 포기장치의 산소공급능력 이외에 포기조내에 MLSS가 침전되지 않도록 충분한 혼합을 줄 수 있는 능력을 고려한다. 〈표 4.4.5〉는 혼합을 위하여 소요되는 공기량과 소요동력을 나타내고 있다.
1) 활성슬러지 변법
활성슬러지법의 처리방식은 처리방법의 선정시 고려사항(4.1.2 참조) 이외에도 시설의 규모, 주변 환경조건, 경제성 등을 고려하여 적절한 방식을 선택한다. 활성슬러지법에는 그 처리 목적에 따라 여러가지 변법이 실용화되고 있으며, 〈표 4.4.6〉은 각 처리방법에 따른 특징을 나타낸 것이다.
2) 반응조의 설계
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활성슬러지법의 반응조의 설계는 수리학적체류시간(HRT)의 설정을 기본으로 한다. |
【해설】
활성슬러지법의 반응조 설계 순서에는 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 여기서는 반응조의 기본적인 설계 방안을 〈그림 4.4.24 ①〉에 나타내었다.
반응조의 용량(VA)은 유입수량(Q)와 설정된 경험적인 HRT(θ)로부터 식(4.4.50)에 의해 구한다.
또, 식(4.4.50)과 식(4.4.32), (4.4.42)로부터 다음 식이 유도된다.
반응조에의 유입수 수질(So, Sss)를 가정하고 경험적인 HRT와 MLSS농도(X)를 설정하면 식(4.4.51)에 의해 SRT(θC)가 구해진다. SRT와 처리수의 C-BOD, 수온의 관계(〈그림 4.4.14〉)를 이용하여 처리 수질을 예측한다. 또한 SRT와 질산화율, 수온의 관계(〈그림 4.6.11〉)를 이용하여 질산화의 유무를 확인한다. 단, 〈그림 4.4.24 ①〉의 방식에 의해 예측된 처리수질이 목표 처리수질을 만족하지 못하는 경우에는 〈그림 4.4.24 ②〉의 설계 방식에 의해 반응조의 HRT를 결정한다. 다음, 목표 처리 수질 (C-BOD, 질산화의 유무)를 설정하고 SRT와 처리수의 C-BOD, 수온과의 관계(〈그림 4.4.14〉) 및 SRT와 질산화율, 수온의 관계(〈그림 4.6.11〉)를 이용하여 필요한 SRT값을 결정한다.
SRT가 결정되고 반응조에의 유입수질을 가정하여 MLSS 농도를 설정하면 식(4.4.51)을 변형한 식(4.4.52)으로부터 필요한 HRT가 구해진다.
HRT가 결정되면 반응조의 용량은 식(4.4.50)에 의해 구한다.
〈그림 4.4.25〉는 반응조 설계에 있어서 슬러지반송비의 결정 위치를 나타내었다. 적정한 MLSS농도를 설정하는 것도 중요하지만, 설정한 MLSS농도를 유지하기 위해서 예상되는 반송슬러지의 SS농도에 적합한 슬러지반송비를 결정하지 않으면 안 된다.
활성슬러지법에는 반응조의 HRT, MLSS농도, F/M비, 반응조의 수심 및 형상 등에 따른 많은 방식이 있다. 현재, 전국에서 가동되고 있는 하수처리장에서 가장 많이 채용되고 있는 처리법이 표준활성슬러지법이다. 표준활성슬러지법은 처리수질, 시설의 건설비, 운전관리 등을 모두 고려할 때 중규모 이상의 하수처리장에 경제적인 처리법으로 채용되고 있다. 표준활성슬러지법의 처리계통은 〈그림 4.4.26〉과 같다. 반응조에의 유입수는 반송슬러지와 함께 반응조에 투입되어 조내에서 혼합되며 일정시간동안 연속적으로 포기가 이루어진다. 그 후 활성슬러지 혼합액은 이차침전지에 유출되어 고액분리를 행하게 된다. 이차침전지의 상징수는 처리수로서 월류되고 침전된 슬러지는 반송슬러지로서 반응조에 이송되어 다시 생물처리에 사용된다. 이중 일부는 잉여슬러지로서 배출되게 된다.
1) 수리학적 체류시간(HRT)
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표준활성슬러지법의 HRT는 6～8시간을 표준으로 한다. 단 유입수온이 낮거나 유입수질(용해성 BOD, SS)농도가 높아 처리수질을 만족할 수 없는 경우에는 필요한 SRT로부터 HRT를 구한다. |
【해설】
HRT는 계획하수량에 따라서 결정한다. 따라서 반송슬러지량은 고려하지 않는다.
표준활성슬러지의 HRT는 6～8시간을 표준으로 하나, 수온이 낮거나 유입수질(용해성BOD, SS)농도가 높아 처리수질을 만족할 수 없는 경우 〈그림 4.4.14〉에 따라 처리수질 예측결과, 처리수질이 목표처리수질을 만족할 수 없을 경우는 필요한 SRT, MLSS농도를 설정하고 식(4.4.52)로부터 반응조의 HRT를 구한다.
2) MLSS농도와 슬러지반송비
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MLSS 농도는 1,500～2,500mg/l를 표준으로 한다. 또한, 슬러지반송비는 반송슬러지의 SS농도를 고려하여 적정하게 설정한다. |
【해설】
반응조내의 MLSS농도는 일반적으로 1,500～2,500mg/l의 범위로 운전하는 것을 표준으로 한다. MLSS농도가 너무 낮게 되면 처리가 안정되지 않고, 너무 높으면 필요산소량이 증가하거나 이차침전지의 침전효율이 악화될 우려가 있다.
MLSS농도를 일정하게 유지하기 위한 반송슬러지의 SS농도와 슬러지반송비의 관계는 〈그림 4.4.17〉과 같다. 반송슬러지의 SS농도에 대하여 설정한 MLSS농도를 유지하기 위해서 필요한 슬러지반송비는 식(4.4.53)으로부터 구할 수 있다.
위식을 이용하여 설정된 MLSS농도를 유지하기 위하여 예상되는 반송슬러지의 SS농도에 대한 슬러지반송비를 결정하여야 한다.
3) 포기방식
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포기방식은 전면포기식, 선회류식, 미세기포 분사식, 수중교반식 등이 있다. 이들의 선택은 충분한 기액혼합과 높은 산소전달효율, 경제성, 입지조건 등을 고려하여 정한다. |
【해설】
포기방식에는 포기조의 형상이나 산기장치의 배치에 따라서 여러 종류가 있으나 크게 나누어 산기식과 기계식으로 구별된다. 〈표 4.4.7〉에 나타난 각 포기방식별로 필요산소량에 대한 필요공기량, 장치의 대수, 소비에너지 등을 결정하는 방법이 각각 다르다.
전면포기식은 산기판과 비교해서 소형이고 산기구멍이 작은 산기판을 포기조의 밑바닥 전체에 분산시켜 설치한다. 이 포기방법은 발포면적의 축소와 기포를 미세하게 하여 포기조내에서 기포의 분산성을 좋게 하여 산소전달효율을 높이는 방식이다.
선회류식은 〈그림 4.4.27〉과 같이 포기조의 밑바닥에 수평으로 포기조의 길이방향으로 한쪽에 산기기를 설치하여 공기를 분출시키는 방법이다. 반응조의 수심이 6m 이상되는 것을 심층식이라 하고 일반적으로 10m 전후가 많다. 선회류식은 포기조의 밑바닥 부근으로 공기를 분출시키는 고압식과 수면하 80cm 정도에서 공기를 분출시키는 저압식이 있다. 고압식의 경우는 송풍량의 3～7배 이지만, 저압식의 경우에는 공기의 압력이 적고 효율이 불충분하며 또한 산소전달 효율이 적으며 혼합후 선회류가 생기게 하기 위해서 고압식의 4배 정도 송풍량이 필요하다. 반면에 고압식은 혼합이 충분하고 산소전달효율은 크나 동력이 많이 드는 단점이 있다.
미세기포 분사식은 포기조내 혼합액을 펌프에 의해 순환시켜 그 에너지에 의하여 공기를 분산 및 세분화시키고 노즐에서 미세기포를 혼합시킨 기액혼합 순환수를 포기조 내부를 향해 고속으로 분출시킴으로써 산소전달효율을 높이는 방식이다. 수중교반식은 송풍기에서 나온 공기를 수중에 설치한 수중포기기의 날개로 교반하는 방식이다. 이 방식은 기계식 교반의 강한 전단작용에 의해 기포를 미세화 시키고 동시에 강한 유체의 흐름에 의해 기포를 분산시켜 기액의 접촉을 좋게 해서 산소전달효율을 높이는 방식이다.
4) 반응조의 형상, 구조 및 수
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반응조의 형상, 구조 및 수는 다음의 항목을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
활성슬러지를 혼합시키기 위해 포기조내에서의 수류상태를 최적으로 하기 위해 포기조의 폭은 수심의 1～2배 정도로 한다. 특히 선회류식 포기방식인 경우에는 포기조의 형상이 포기조내의 MLSS 혼합에 매우 관계가 크다. 포기조의 폭을 수심에 비하여 너무 크게 하는 경우에는 유체의 흐름이 불균형하게 된다. 또한 폭에 비해 수심을 깊게 하는 경우에는 송풍관의 압력이 증대되어 비경제적이다. 포기조에 유입되는 반송슬러지와 유입하수가 충분히 혼합되도록 혼합지점에 포기장치 또는 기계적인 혼합장치, 저류판 등을 설치하는 경우도 있다
(2)에 대하여
선회류식 포기방식에서는 단락류(short circuiting)방지와 포기조내의 균질화를 목적으로 조류벽을 설치하기도 한다. 조류벽의 하부에는 보수점검 등을 고려하여 개구를 설치함과 동시에 상부에도 스컴등의 체류를 방지하기 위해 개구를 설치하여야 한다. 또한 조류벽은 벌킹대책으로 혐기운전시의 구별벽으로서 혹은 고도처리시설로의 개조시 조 구별벽으로서 사용된다.
(3)에 대하여
포기조는 다른 구조물에서와 마찬가지로 수밀성 철근콘크리트 구조로 하며, 주벽의 상단은 계획지반보다 15cm 이상 높게 하여 토사나 지표수가 포기조에 유입되는 것을 방지하도록 한다. 또한 선회류식인 경우에는 일반적으로 포기조 횡단면의 사각에는 수평에 대하여 곡면 또는 45°의 기울기를 준다.
(5)에 대하여
청소, 보수 등을 고려하여 2조 이상으로 할 필요가 있다.
(6)에 대하여
도류판은 선회류식 심층포기에 있어서 산소전달효율과 혼합액의 순환효율을 높임과 동시에 저면유속을 확보하기 위하여 설치한다. 산기부분과 다른 부분과를 구분하여 상승기포분포를 동일하게 함과 동시에 동일한 상승류를 일으켜 선회류를 극대화하기 위하여 반응조의 흐름방향에 평형하게 설치한다. 또한 도류판을 설치함으로 인해 산기수심을 낮게(4.5 ～5.0m) 할 수 있다.
5) 수심 및 여유고
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포기조의 수심 및 여유고는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
포기조의 수심은 처리장의 면적이 협소한 경우에는 어쩔 수 없이 깊게 할 경우도 있으나 수심이 너무 깊으면 구조물의 건설비 등이 늘어나 비경제적이 된다. 또한 수심이 너무 얕으면 포기 효과를 충분하게 할 수가 없으며 동시에 포기조의 소요면적이 커져서 불리하게 되므로 유효수심은 일반적으로 4～6m로 하는 것이 적당하다. 심층식은 처리장의 면적이 협소한 경우 등 용지의 이용효율을 높이기 위하여 고려할 수 있고, 유효수심은 8～12m 정도가 이용되고 있다.
(2)에 대하여
포기조의 여유고를 필요 이상으로 할 때에는 건설비를 증대시킬 뿐만 아니라 포기조의 수리, 청소 등 유지관리상 문제가 발생하므로 보통 80cm 정도로 한다. 심층식은 송풍관구경이 크므로 송풍관 공간을 고려하여 100cm 정도로 하여야 한다.
6) 계측제어설비
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포기조에는 유입하수량, 반송슬러지량 및 공기량을 계측할 수 있는 계측제어설비를 설치한다. |
【해설】
6장 참조.
7) 산기장치
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산기장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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(1)에 대하여
4.4.4의 9)를 참조.
(2)에 대하여
산기장치는 설치 및 탈착이 간편한 형식을 선정할 필요가 있다. 또한 산기장치를 들어올릴 수 있게 설치하는 것도 유지관리면에서 이점이 있으므로 설계시 고려해볼 사항이다. 들어올리는 방법은 포기조의 형상, 산기장치의 종류, 배열, 중량, 높이 등에 의하여 정하도록 한다.
(3)에 대하여
산기장치는 균일하게 공기를 분출하지 않으면 포기효과가 저하되므로 통기지관에 조정밸브를 설치함과 동시에 홀더와 모관에도 조정장치를 설치하는 것이 좋다.
(4)에 대하여
산기장치는 가능한 한 장기간에 걸쳐 고장 없이 사용할 수 있는 것이라야 한다. 산기기의 재질은 내부식성 재질을 사용한다.
8) 송풍량 및 송풍압
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송풍기의 송풍량 및 송풍압은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
공기공급을 필요로 하는 시설은 포기조가 주된 것이지만, 그 이외에 처리장내 연결관거, 포기침전지, 유량조정조, 예비포기조, 에어리프트(air lift)펌프 등이 있다.
송풍기의 용량 및 송풍관의 크기는 연결되는 시설 등에 필요한 최대 송풍량을 공급할 수 있는 것으로 한다.
송풍량은 식(4.4.54) 및 식(4.4.55)에 의해서 구한다.
(2)에 대하여
반응조의 필요공기량은 4.4.4의 8)을 참조
(3)에 대하여
송풍압은 산기장치 등의 포기효과를 만족시킬 수 있는 것으로 한다. 송풍압은 식(4.4.56)으로 구할 수 있다.
송풍관의 압력손실은 배관의 길이, 관경, 유속 및 손실계수에서 식(4.4.57～4.4.59)에 의해 구한다.
〈그림 4.4.30〉은 강관을 사용할 경우의 압력손실로서 주철관에 대하여는 이 값에 20%를 증가시켜 사용하며, 경질염화비닐관에서는 10% 정도 감하여 사용한다.
20℃, 대기압의 조건에서 손실계수를 0.005(강관), 공기의 밀도 1.2kg/㎥라 하면 직관부의 압력손실은 식(4.4.58)이 된다.
산기장치 등의 통과저항에 대한 압력손실은 〈표 4.4.9〉에 의한다.
송풍관의 관경 및 유속은 경제성, 관의 방진 등을 고려하여 〈표 4.4.10〉을 참고로 하여 정한다.
단, 송풍기의 흡입 및 토출접속관은 각 관의 통과풍량에 송풍유속이 20～30m/s가 되도록 정한다. 송풍기의 흡입접속관풍량은 20℃, 대기압하에서 토출접속관의 풍량은 압축에 의해 축소된 상태로 한다. 압축된 축소풍량은 다음 식(4.4.60)과 같다.
9) 송풍관
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송풍관은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
송풍관은 아연도금을 한 강관을 원칙으로 한다. 지중에 매설하거나 하수와 접촉되는 부분은 방식대책과 침하방지를 위한 기초공사를 고려하여야 한다.
송풍관은 압력관으로 포기조 수심이 5m 정도일 경우 송풍기 토출구 부근의 온도는 약 80℃ 정도에 달하므로 화상방지 및 방열저감의 목적으로 단열피복을 하고 관의 연장이 긴 경우에는 신축이음을 둘 필요가 있다. 경질염화비닐관은 열에 약하므로 송풍온도가 낮은 지관 등에만 사용하는 것이 안전하다.
(2)에 대하여
송풍관이 포기기의 수면 이하에 있을 때 운전조작 등의 실수로 송풍관내의 하수가 역류하여 녹이 생기게 되는 원인이 되고 동시에 다시 송풍을 시작하는데 지장을 줄 수 있다. 그러므로 송풍관은 하수의 역류를 방지할 목적으로 〈그림 4.4.31〉의 송풍관(A) 및 (B)와 같이 반응조의 수면보다 높게 배관의 일부분을 설치하여야 한다.
(3)에 대하여
송풍관의 이음은 관의 종류에 따라 다음과 같다.
(4)에 대하여
공기밸브로는 버터플라이(butterfly)형 혹은 슬루스(sluice)형을 사용하는데 관경 및 설치 위치를 고려하여 사용한다.
(5)에 대하여
송풍량 측정장치는 측정이 정확하고 압력손실 및 고장이 적은 것을 선정하는데 보통 오리피스를 사용한다. 계량장치를 설치하는 송풍관에는 측정장치 앞에 송풍관경의 10배 이상 그리고 뒤에서는 5배 이상의 직관부를 설치하는 것이 좋다. 제어용 측정장치는 송풍본관 및 포기 계열마다 설치하고 또한 산기장치가 있는 설비에 설치하는 것이 좋다. 포기에 사용하는 송풍량은 자유공기량으로 나타내므로 측정장치는 송풍기의 흡입관부에 부착하는 것이 바람직하다.
10) 송풍기(blower) 설비
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송풍기는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
송풍기는 송풍량, 송풍압, 가스의 성질, 사용목적 등에 따라 기종 및 형식을 다르게 사용할 수 있다. 산기식 포기조에 사용하는 송풍기는 〈표 4.4.11〉에 표시한 바와 같이 원심터보형 송풍기와 용적형 루츠송풍기가 일반적으로 사용된다.
규모가 큰 산기식 포기조에는 터보(turbo)다단식 또는 단단식 송풍기가 사용된다. 터보 다단식 송풍기는 2극 전동기와 직결되어 주파수 60Hz의 경우에는 3600회/min의 회전수를 가지며 1단당 1m의 수두에 해당되는 송풍압을 얻을 수 있다. 즉, 5m의 수두에 해당되는 송풍압을 얻기 위해서는 5단식 송풍기를 사용한다. 전동기의 출력에 관한 식은 다음과 같다.
식(4.4.61)과 (4.4.62)는 표준상태(20℃)인 경우에 적용되며, 겨울철에 온도가 저하되면 t℃ 저하에 따라 소요동력은 (273＋20)/(273＋t)의 배로 증가되며 이때에 과부하가 걸리지 않도록 전동기의 크기를 결정할 필요가 있다. 또한 송풍기의 토출공기는 압축에 따라 온도가 80℃ 정도까지 상승하므로 송풍관의 접합부에는 신축관 또는 신축이음을 설치한다.
산기식 포기조에서는 산기방식 이외에 증속기어방식에 의한 터보 송풍기나 루츠(roots) 송풍기를 사용하는 경우도 있다. 또한 루츠 송풍기는 터보 송풍기와 다르게 송풍량을 산출하여 압력은 송풍량-동력 특성이 직선이 되고 송풍량은 회로수에 대체로 비례하여 변화하는데, 설치하는 사용조건을 고려하여 과부하가 없도록 충분히 주의해야 한다. 일반적으로 송풍량은 500㎥/min, 압력은 20m(수두) 정도까지이며, 구동장치에는 벨트를 사용하는 경우가 많다. 전동기 출력은 터보 송풍기와 같으나 송풍기보다 효율이 나쁘다. 루츠 송풍기는 취급이 간편하며, 터보 송풍기는 토출시에 공기중에 유류가 포함될 걱정은 없으나 소음이 크고 송풍량 조절에 어려운 점이 있으므로 미세한 송풍량을 필요로 하지 않는 비교적 소용량에 사용하면 좋다.
터보 송풍기와 루츠 송풍기의 사용범위는 대략 〈그림 4.4.33〉과 같다.
처리장의 근처에 쓰레기 소각기 등과 같은 증기발생원이 있을 경우에는 포기용 터빈송풍기의 구동에 증기터빈을 사용하면 대단히 경제적이다. 설계할 때에는 다음 몇 가지 점에 유의한다.
(2)에 대하여
송풍기는 고속회전으로 연속 운전할 때 허용한계를 초과하면 진동, 베어링의 온도상승 등 악영향이 발생하므로 감시제어장치를 설치하여 이상운전 방지를 고려하여야 한다. 또한 송풍압 이상상승을 방지하기 위하여 감압변, 안전변 등 과부하방지장치를 설치한다.
(3)에 대하여
산기식 포기를 위하여 사용되는 송풍기는 장시간 운전되고 회전수가 높아서 마모와 고장 등이 발생하기 쉬우므로 2대이상으로 하고 송풍기의 대수에 여유를 둔다.
송풍량은 하수의 유입량과 수질에 대응하여 조정할 필요가 있기 때문에 최대 필요 용량의 송풍기 1대로 하면 평상시에는 항상 송풍량을 감소시켜 운전하게 되어 조작이 불편할 뿐만 아니라 전력손실도 크다. 따라서 평균 필요량에 대한 1대와 최대 필요량에 대하여 별도의 1대를 설치하여 On-Off제어하거나, 같은 용량의 것 2대를 설치하는 등 여러 가지 방법으로 효율적으로 설치하는 것이 바람직하다.
한편송풍기의 용량은 “8) 송풍량 및 송풍압”에서 구한 용량에 대하여 부하변동률 등을 고려하여 10% 정도 여유를 두고 설계한다.
처리장에서의 유입부하량은 일반적으로 처리장 운전개시부터 상당기간은 계획치에 미달하는 경우가 많다. 또한, 주야간의 하수량의 비는 수배에 달한다. 송풍기의 전용량은 계획 일최대부하에 대응하여 용량을 정하는데 변동되는 필요공기량에 대응하기 위하여 송풍량 조절이 필요하다.
송풍기의 용량 및 대수는 송풍기의 풍량제어 가능범위, 처리장 운전개시 초에서 이후 년차 별 유입부하량 변동, 주야간 하수량의 비, 처리장의 규모 등을 고려하여 정한다.
풍량의 조절방법으로는 송풍기의 베인 각도를 조절하는 풍량제어 및 대수제어가 있다. 풍량제어방법으로는 제어효율, 성능의 안정성, 조작 등을 고려하여 정한다.
다단터보송풍기인 경우 in-let vane제어와 흡입밸브 제어가 있고, 단단 터보송풍기인 경우 in-let vane제어, 가변토출 디퓨져제어 및 효율 보상을 고려하여 두 가지 제어기능을 함께 설치하는 경우도 있다. 단단 터보송풍기인 경우 조절범위가 제작사마다 차이는 있으나 45%까지 가능하고 단열 효율이 약 80%에 달한다.
루츠송풍기의 풍량조절방법으로는 벨트풀리를 조절하는 방법, 회전수를 변환하는 방법, 토출측에 방풍밸브를 설치하여 풍량을 조절하는 방법이 있고, 방풍밸브를 이용하는 방법은 일반적인 사용되는 방법이나 비경제적이다. 풍량조절범위가 50% 정도이며 효율은 약 60%로서 기계의 특성상 낮다.
(4)에 대하여
산기기의 구멍은 수중에서 폐쇄될 가능성이 있으므로 송풍기의 흡입구 측에는 공기청정기가 흔히 설치된다. 공기청정기에는 건식공기여과기와 습식공기여과기가 있다.
습식공기여과기는 유리섬유, 비닐, 동섬유, 금속망 등에 기름을 먹여, 통과하는 공기중의 먼지를 유면에 충돌시켜 부착시켜서 제거하는 것이고 유지성 먼지에 특히 유효하다. 습식공기여과기에는 일정한 틀에 끼어 넣어 고정시킨 것과 〈그림 4.4.36〉에서와 같이 자동적인 회전으로 세척하는 것이 있다. 전자는 여재가 더러워 질 때는 세척하고 새 기름을 발라 재사용하거나 여재만을 교체하여 사용한다. 후자는 메틱판넬(matic panel)이라고도 불리며 금속망의 커튼을 여러 겹으로 매달리게 하여 타임스위치에 의하여 기름탱크를 통과하도록 회전시켜 자동적으로 세척할 수 있도록 한 것이고, 세척탱크 중의 기름이 더러워지면 기름에서 오염을 제거시키거나 혹은 새로운 세척유로 교체시킨다.
건식공기여과기는 유리섬유, 모직섬유, 여과지, 나일론섬유, 면, 석면 등이 이용되고 이것을 통과한 공기중의 먼지를 여재에 포착시키는 것인데, 섬유상의 먼지는 잘 여과되지만 기름분의 먼지가 통과되면 포집능력은 갑자기 저하된다.
모직섬유, 나이론섬유의 경우는 오염된 후에는 진공청소기로 청소하거나 또는 드라이크리닝을 하여 재생하지만 유리섬유 등의 경우에는 새것으로 보충한다. 또한 건식공기여과기에도 〈그림 4.4.37〉에서와 같이 일정한 틀에 끼어 넣어 고정된 것과 여재가 자동적으로 감겨 하부로 보내지도록 하거나 혹은 여재가 접어지도록 하는 방법이 있다.
(5)에 대하여
송풍기는 고속회전에 의한 진동과 마모로 인한 고장이 발생하기 쉽다. 운전시에 진동은 편진동 1/100 이하가 요망된다. 송풍기의 기초는 건물의 바닥과 별개로 하기도 하고, 방진장치를 설치할 때에는 진동을 흡수하도록 충분한 크기로 하며, 건물에 진동을 전달하여 공진이 조성되지 않도록 가능한 한 방진에 대해 충분히 고려하여야 한다. 또한 송풍기 회전날개의 회전수와 공기의 유속이 크기 때문에 송풍기는 매우 큰 소음을 발생시키므로 방음시설을 하여 가능한 한 소음이 밖으로 나오지 않도록 한다. 일반적으로 루츠식 송풍기는 터보식 송풍기 보다 소음이 크다.
(6)에 대하여
송풍기의 풍량은 20℃, 1기압, 습도 65%의 표준상태를 기준으로 나타내고, 산소필요량은 중량으로 표시하지만 표준 값을 20℃로 환산하여 산정한다.
동력 및 원동기의 출력은 다음 식에 따른다.
송풍기의 성능은 흡입상태의 변화에 따라 압력 및 동력이 변화된다. 상기식에서 구한 송풍기의 동력은 표준 흡입상태의 공기를 환산하고, 겨울철에는 기온 T를 20℃이하일 경우 필요동력은 (273＋20)/(273＋T) 배이다.
11) 송풍기실
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송풍기실은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
송풍기실은 열이 발생하므로 불연성 재료를 사용하여야 하며, 송풍기 등의 자체 중량에 의한 부등침하가 없는 구조이어야 하고, 지하수의 침투, 우수에 의한 침수가 없도록 한다.
(2)에 대하여
송풍기는 그 회전수와 공기의 유속이 크기 때문에 소음이 많이 발생된다. 따라서 송풍기실의 벽, 천정 등에 방음시설을 하여 소음이 반사되지 않도록 하며, 특히 주거지가 인접되어 있는 경우에는 특히 유의하여 소음발생을 최소한으로 줄일 수 있는 시설을 하는 것이 좋다. 송풍기의 소음은 일반적으로 루츠 브로와≒다단 터보 브로와〉단단증속 브로와의 순으로 높고 소음의 발생을 최소화하기 위해서는 다음과 같은 방법을 고려할 수 있다.
(3)에 대하여
송풍기실은 송풍기, 송풍관, 밸브류 등 예상되는 기타 기계의 분해 및 조립 등에 대비하여 기계 상호간의 간격, 기기류와 건물벽과의 간격, 관리통로 등을 고려하여 충분한 작업공간을 확보하여야 한다. 또한 천정에는 크레인과 같은 설비를 설치하는 것도 필요하다. 한편 송풍기실에는 송풍기설비로부터의 방열에 의해 실내온도가 상승하는 것을 방지하기 위하여 환기설비를 고려하여야 한다.
(4)에 대하여
송풍기 및 원동기의 기초는 기동시 및 운전시의 최대하중를 고려하여 설계하여 침하, 구조물의 균열이 발생하지 않도록 하고, 운전시의 진동이 송풍기 원동기 및 건물에 악영향을 미치지 않도록 송풍기 및 원동기의 지지대와 기초 사이에 방진장치를 설치하는 것을 고려하여야 한다.
12) 슬러지반송설비
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이차침전지의 슬러지를 포기조로 반송하기 위해서는 다음 사항을 고려해서 슬러지 반송펌프 및 기타 설비를 정한다.
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【해설】
슬러지 반송설비는 포기조의 MLSS를 설계치로 유지하기 위해 이차침전지의 활성슬러지를 포기조에 반송하도록 설치한다. 반송슬러지량은 하수량과 수질 또는 MLSS의 농도 등에 의하여 변화되기 때문에 반송슬러지 펌프의 대수는 많은 편이 좋지만 소용량 펌프는 대용량 펌프에 비하여 효율이 저조하고 시설비가 비싸고 유지관리상 불편하기 때문에 이와 같은 점 등을 고려하여 결정한다. 또한 펌프는 가능한 한 설계시의 유량과 양정에 대하여 운전하는 것이 경제적이나 반송슬러지량의 현저한 변화가 있는 경우에는 이에 대응하여 대소용량의 펌프를 효율적으로 사용해야 한다.
반송슬러지는 함수율이 약 99% 정도이므로 일반적으로 볼류트(volute)펌프를 사용한다. 그러나 머리카락이나 기타 잡물에 의하여 폐쇄되어 고장이 날수 있기 때문에 펌프의 구경은 100mm 이상으로 하고 쉽게 분해·조립할 수 있는 구조가 좋다. 또한 소정의 반송슬러지량에 대해 펌프의 구경이 작은 것을 사용하는 경우에는 펌프 회전날개에 다른 물질이 끼기 쉽기 때문에 이러한 이물질에 대해 특별히 설계된 슬러지 펌프 또는 에어리프트 펌프를 사용한다.
(1)에 대하여
포기조의 F/M비, MLSS농도를 유지하기 위하여 슬러지를 반송시킬 때 그 반송율은 시간적 혹은 계절적으로 다를 수 있으며 또한 SVI에 의해서도 다를 수 있다. MLSS를 일정하게 유지하기 위해서는 반송슬러지량을 제어하는 것이 필요하다. 정상적인 운전시의 반송슬러지 펌프 계획용량은 처리방법과 규모, 분류식 및 합류식에 따른 구분, 예상되는 반송슬러지농도 및 장래의 단계적 시공 그리고 잉여슬러지의 배출을 같은 펌프로 할 경우 등을 고려하여 계획반송슬러지양의 50～100%의 여유를 두어 정한다.
(2)에 대하여
반송슬러지 펌프의 대수는 보통 제어 계열마다 2대 이상 설치하는 경우가 많고, 포기조의 규모, 계획반송슬러지양 및 반송슬러지양의 변동폭을 고려해서 펌프의 대수를 정하는 것이 좋다. 슬러지 반송펌프는 최대 슬러지반송비를 확보하면 예비펌프는 필요하지 않다. 반송슬러지의 조절은 펌프의 대수에 의한 방법 이외에도 토출밸브의 개폐제어 및 회전수 제어로도 가능하다.
(3)에 대하여
활성슬러지의 침전성 및 기타 성질은 그 시험방법에 따라서 판정할 수 있지만, 보통 경험적으로 육안으로 관찰하는 경우와 평상시 운전자료를 사용하여 판단할 수 있다. 활성슬러지의 침전율과 SVI는 가능한 한 매일 여러 번 측정하여 처리조작을 정확하게 할 필요가 있다. 따라서 이러한 슬러지의 관측과 슬러지 반송량 및 폐슬러지량 등을 쉽게 측정하기 위하여 슬러지 반송설비를 결정하지 않으면 안 된다.
13) 부대설비
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부대설비는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
반응조유입구에는 하수의 차단과 유량조절을 목적으로 제수밸브 혹은 제수문 혹은 조절용 위어 등을 설치한다. 반응조의 배수를 위해 배수구를 설치하고 반응조 저면에 배수용 측구를 설치한다.
(2)에 대하여
포기조의 표면에 많은 거품이 생성되면 거품이 포기조의 보도와 수면을 덮어서 작업에 위험을 초래할 뿐만 아니라 거품에 포함된 오염물질에 의하여 의류, 도장 및 구조물 등을 손상시킨다. 또한 바람이 불면 인근 주거지로 거품이 날아가 민원을 야기시킬 수도 있다. 따라서 거품이 많은 경우에는 거품제거를 위한 소포설비를 하는데 소포설비에는 소포장치. 방포망, 방포덮개 등이 있다.
소포장치는 기포가 모이는 수면에 소포노즐에서 물을 분사 살수하여 소포한다. 소포노즐은 포기조의 수면위에서 0.3～0.6m 높이로 1.2～1.5m의 간격으로 설치한다. 일반적으로 분사압은 1.0～1.5kg/㎠이고, 분사수량은 6～8l/min으로 한다(〈그림 4.4.38〉 참조). 경우에 따라서는 거품이 비산하는 것을 막기 위해 금속망을 설치하기도 한다. 포기조의 복개는 콘크리트 슬래브, FRP 등과 같은 재질로 된 것을 사용한다.
1) 원리
활성슬러지는 포기조내에서 호기성 미생물을 부유시켜 하수와 접촉시키면서 하수를 정화시키는 방법이지만 공기 공급방법으로는 산소공급능력에 한계가 있으므로 포기조내에서 유지할 수 있는 MLSS농도에 한계가 있다. 하수의 정화능력은 MLSS농도와 관계가 있기 때문에 포기조내 혼합액의 농도를 높일 수 있다면 포기조를 작게 해도 정화가 가능할 것이다. 순산소 공급에 의한 순산소활성슬러지법은 이와 같은 요구를 만족시키기 위해 개발된 처리방식이다.
순산소활성슬러지법의 기본적인 원리는 공기 대신에 산소를 직접 포기조에 공급하는 방법으로 이것 이외에는 일반 활성슬러지법과 동일하다. 순산소활성슬러지법에는 산소분압이 공기에 비해 5배 정도 높으므로 포기조내에서 용존산소를 높게 유지할 수 있다.
즉, 순산소활성슬러지법은 공기에 의한 종래의 방법에 비해서 순산소활성슬러지법이 고농도의 하수에 대해 보다 적용성이 높고, 또한 동일한 성질의 하수라면 공기에 의한 종래의 방법과 비교해서 포기조의 용량을 작게 할 수 있다는 것을 뜻한다.
순산소활성슬러지법에서는 필요한 산소를 처리장내에서 순산소를 발생시켜 이용함에 있어서 포기시킨 산소가 충분히 이용될 수 있도록 개발되어 있는 방법은 다음과 같다.
순산소활성슬러지법의 시설은 일차침전지, 반응조 및 이차침전지외 산소발생장치로 구성되어 있다(〈그림 4.4.39〉 참조). 본법은 기본적으로 공기에 의한 활성슬러지법과 유사하지만 공기 대신 산소를 이용하여 포기하기 때문에 처리장내에 산소발생장치를 설치할 필요가 있다. 한편, 표준활성슬러지법에 비해 반응시간이 짧아 유량변동의 영향을 받기 쉽기 때문에 필요에 따라 유량조정조를 설치할 수 있다.
2) 특징
순산소활성슬러지법의 특징은 다음과 같다.
3) 반응조의 용량
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반응조의 용량은 HRT 1.5～3.0시간을 표준으로 한다. |
【해설】
순산소활성슬러지법의 설계제원은 조사결과에 의하면 〈표 4.4.12〉과 같다.
순산소활성슬러지법은 MLSS농도가 높고 용존산소농도도 높기 때문에 질산화가 진행되기 쉬운 조건이다. 특히 고수온기에는 질산화반응과 동반하여 필요산소량이 증가하는 경우가 많다. 또한 밀폐구조로 되어 있어 탄산가스가 수중에 용해되기 쉬워 pH가 약산성이 되기 쉬우나 수로 및 이차침전지에서 탄산가스의 방출로 인해 중성으로 회복된다.
4) 반응조의 형상, 구조 및 수
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조의 형상 및 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
조는 산소이용률을 높이기 위해서 특별한 경우가 아니면 기밀성으로 된 복개구조로 하고 산소가스의 누출을 방지할 수 있는 구조라야 한다. 그리고 압력은 통상적으로 운전시에 +50mmHg 정도로서 유지 가능하도록 한다.
산소의 용해는 기계식 산기장치를 이용하므로 조 내부에는 격벽을 설치해서 3～4실로 구분하고, 포기를 위한 에너지를 효율적으로 이용하기 위해서 각 실은 되도록 정방형에 가깝게 하고, 각 실은 동일한 용량으로 하는 것이 보통이며 1실의 폭(W)와 길이(L)와의 관계는 식(4.4.66)과 같다.
유효수심(H)은 기계식 혼합장치의 성능에 따라서 다르나 6.0m 이하로 하는 것이 일반적이다. 폭(W)과 길이(L) 및 수심(H)과의 관계는 식(4.4.67)의 조건을 만족할 수 있도록 하는 것이 좋다.
상부의 복개 아래에서 수면까지 높이는 기계식 혼합에 의한 혼합액의 비산높이 이상으로 하고, 혼합액이 비산하는 높이는 교반기 날개의 외경길이, 회전수, 형식 등에 따라 다르지만 보통 1.0m 이내로 하기 때문에 상부 상판 아래에서 수면까지의 높이는 0.8～1.0m 정도로 한다.
(2)에 대하여
조의 각 실에는 교반기 날개의 회전에 따라서 혼합액이 함께 도는 것을 방지하고, 하수와 활성슬러지의 혼합 및 조의 깊은 부분까지 산소가 충분히 공급되도록 철근 콘크리트 구조로된 주상의 컬럼배플(column baffle)을 설치한다. 이 컬럼배플은 비산혼합액과 접촉하므로 기상부에서 액상부에 걸쳐서 스테인리스제의 판을 설치하는 것이 좋다. 또한 포기조에는 격벽을 설치하는데 다음과 같은 3종류의 개구부를 설치한다.
여기서 ③의 통과공은 혼합액의 흐름에 단락류가 발생되지 않도록 좌우교대로 설치하는 것이 바람직하다. 또한 반응조의 최종단에는 수위를 유지하기 위해 월류위어를 설치하는데, 높은 DO농도의 혼합액이 직접 유출되지 않도록 격벽과 동일한 위치에 설치하든지 또는 측벽의 외부에 설치하고, 이때 기상부의 액체가 밀봉되는 구조로 하고 월류위어 앞에 조류벽을 설치한다. 수몰형 위어를 설치할 경우 최종단 부근에는 스컴이 쌓이므로 유출부에는 스컴 파쇄용 스프레이를 고려하여야 한다. 반응조의 구조를 나타낸 예가 〈그림 4.4.40〉과 같다.
(3)에 대하여
조는 보통 수밀한 콘크리트 구조로 하지만 탄산가스의 축적으로 야기되는 콘크리트의 중성화에 따른 부식에 충분히 주의를 해야 한다.
(4)에 대하여
청소, 보수 등의 경우를 고려하여, 조는 2조 이상으로 한다.
5) 포기장치
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포기장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
포기장치의 능력은 포기조에 있어서 필요산소량의 용해 및 혼합액의 교반이 효율적으로 이루어지는가에 좌우된다. 필요능력은 하수의 성상 및 포기조의 형상에 크게 영향을 받기 때문에 교반 날개의 형상 및 길이, 침적심, 회전수, 저부교반기의 유무, 전동기의 출력 등을 충분히 검토할 필요가 있다. 포기장치에는 산소의 용해를 효율적으로 수행하는 교반날개를 설치하는 것 외에, H/(W·L)1/2이 0.3을 넘는 경우에는 활성슬러지의 침전방지 및 조내에서 교반과 산소확산이 충분히 이루어지도록 보조 교반날개를 설치한다.
(2)에 대하여
회전축은 수봉식으로 하여 산소의 누출을 방지하도록 한다.
(3)에 대하여
구동용 전동기는 유입부하변동에 대해 산소공급량을 제어하여 에너지 절약을 할 수 있도록 회전수 변동이 가능한 것으로 하여야 한다.
6) 산소발생장치
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산소발생장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
산소발생장치는 공기의 액화분류에 의한 것(심냉분리방식)과 선택적으로 산소를 흡착하는 흡착제를 이용해서 압력변화에 따라 산소를 분리하는 것(흡착분리방식)이 있다. 전자는 대규모방식이고 보통은 흡착분리방식을 채택하고 있다. 흡착분리방식은 가압식과 감압식으로 구분되나 최근에는 에너지 절약형인 감압식이 많이 채용되고 있다. 감압식 흡착분리방식에 의한 산소발생장치의 구성은 공기를 가압하는 공기압축기, 3탑 또는 4탑으로 된 흡착탑, 공기중의 수분과 유분을 분리하고 제거하는 미스트 분리기(mist separator), 연결배관, 자동변화밸브와 기타 조작용 제어기구, 배가스(질소가스)의 질소제거장치, 경보장치, 제어판넬 등이 있다. 산소발생장치의 예를 〈그림 4.4.41〉에 나타내었다.
(1)에 대하여
산소발생장치의 적정한 용량을 정하는데 있어서는 조내의 필요산소량을 파악하는 것이 필요하다. 필요산소량은 4.4.4 8)을 참조하여 구할 수 있다. 반응조로의 공급되는 산소 중량 및 체적은 필요산소량과 산소전달효율, 산소가스의 밀도 및 산소가스의 순도로부터 구할 수 있다(식(4.4.63), (4.4.64) 참조). 포기조내에서 산소전달효율은 85～90% 정도로 하는 것이 일반적이다. 한편 산소발생장치의 설계에 있어서는 수량 및 수질의 시간변동을 고려하여 첨두부하(peak loading)에 대해 설계하여야 한다.
(2)에 대하여
산소발생장치의 점검 및 보수를 위해 원칙적으로 산소발생장치의 예비기를 설치하거나, 액체산소저장설비를 설치하여야 한다. 액체산소저장설비는 처리장의 규모, 산소구입의 용이성 등을 감안해서 저장용량을 정한다. 이 저장설비는 고압가스취급법의 적용을 받는다. 한편 산소저장조내의 산소는 1일 0.3% 정도의 비율로 증발하므로 정기적인 보충이 필요하다.
(3)에 대하여
공기흐름, 자동교체밸브 등에 의한 소음의 방지대책으로 산소발생장치는 옥내에 설치하거나 차음설비를 설치한다.
7) 이차침전지
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이차침전지의 형상, 지수 및 구조는 표준활성슬러지법에 준한다. 또한, 반응조와 마찬가지로 콘크리트 중성화에 대한 배려가 필요하다. |
【해설】
이차침전지의 수면적부하 및 월류부하는 표준활성슬러지법과 같은 정도 또는 그 이하로 설정하는 것이 적당하다. 순산소활성슬러지법에서는 높은 MLSS농도를 유지하기 위해서 반송슬러지를 항상 높은 농도로 안정되게 공급할 필요가 있다. 따라서 유효수심은 활성슬러지를 양호하게 농축하기 위해 3m 이상으로 한다.
1) 개요
심층포기조는 수심이 깊은 조를 이용하여 용지이용율을 높이고자 고안된 공법으로 그 특징은 다음과 같다.
이들 특징중에서 ①과 ②는 수심에 관계되는 일반적인 경향이지만 ③은 종래의 산기식 포기조에서 잘 일어나지 않는 심층포기조의 독특한 특징으로서 산기수심이 5m를 넘을 때 슬러지의 부상경향이 뚜렷해진다. 최근에는 초심층포기조가 개발되어 소개되고 있다. 이 포기조는 깊이가 50～150m이고 직경이 2～6m인 우물형 포기조로 조의 깊이에 따라 수압이 커져 산소전달율이 좋은 것으로 알려져 있다.
2) 크기, 형상, 구조 및 수
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포기조의 크기 및 형상은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(2)에 대하여
4.4.6의 4)를 참조.
(3)에 대하여
산기수심을 깊게 할수록 용존질소의 재기포화에 대한 대책을 확실하게 한다. 조의 수심이 10～15m 정도를 넘는 경우에는 포기방식에 특별한 대책이 필요하다.
(4)에 대하여
4.4.6의 4)의 (6)을 참조.
활성슬러지의 정화기능을 촉진시키기 충분한 산소의 공급과 하수의 균일한 혼합을 위하여 포기가 필요하다. 산소전달과 혼합이 잘 이루어지도록 조의 형상 및 포기방식을 정하는 것이 좋은데 조 내 혼합을 균일하게 하기 위해서는 송풍량당 조 내 혼합액의 순환량이 많은 것이 바람직하고, 선회류식(spiral flow)이 적합하다. 선회류식은 선회류 효율이 좋은 포기방식으로 폭은 수심이 10m 정도의 조에서 포기방식이 선회류식인 경우에 폭은 수심의 1배 정도로 하는 것이 바람직하다. 정류벽은 산소전달률, 혼합액의 순환 및 혼합률을 높이기 위해서 부착하는데 두 가지 방법이 있다.
(5)에 대하여
조의 구조는 4.4.6의 4)에 의하여 정한다.
3) 포기방식 및 송풍량
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포기방식 및 송풍량은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
심층포기방식으로 혼합액에 용해된 가스가 과포화된 상태이면 이차침전지에서 과포화분의 용존가스가 다시 기포화하는 경우가 있다. 그 기포화에 의해서 발생하는 미세기포가 슬러지에 부착해서 슬러지의 침강성을 악화시키며 기포량이 많은 경우에는 슬러지가 부상하는 경우도 있다. 기포화하는 가스는 주로 질소가스인데 그 용존농도는 조의 산기수심에 비례하며 〈그림 4.4.42〉와 같이 추정할 수 있다. 산기수심이 깊을수록 슬러지의 부상현상이 일어나는 경향이 있는데, 부상현상의 방지책으로 다음과 같은 방법이 있다.
(2)에 대하여
산기장치를 조의 깊이의 중간부분에 설치한 예가 〈그림 4.4.43〉인데 선회류에 의한 방법으로 혼합액을 혼합시킨다. 이 경우 조 전체의 산소요구량은 한정된 산기 부분에서 공급되므로 여기서 포기가 과도하게 되어 활성슬러지의 해체가 일어나지 않도록 주의할 필요가 있다. 그러나 경험상 부분적으로 강하게 포기할 경우에는 슬러지의 해체영향이 비교적 적으므로 종래의 산기식 포기강도 보다 큰 포기강도도 허용된다.
(3)에 대하여
재포기 수심은 4～5m보다 얕게 하고, 용존질소가스의 재기포화에 의한 활성슬러지의 침강성 저하가 없도록 한다. 재포기에 의한 용존질소가스의 탈기효율은 질소에 관한 총괄질소전달계수 KLa(N2)(l/h)와 산기수심에 비례하는 포화용존질소농도 CS(N2)로 나타내는 탈기속도에서 추정된다. KLa(N2)는 혼합방식에 따라 식(4.4.70)과 식(4.4.71)로 계산할 수 있다.
CN은 지금까지의 경험치로 19mg/l 정도이고, KLa(N2)는 쉽게 측정이 가능한 총괄산소전달계수 KLa의 80～90% 정도로 하면 좋다. 따라서 재포기 효율을 향상시키기 위해서는 CS를 낮추기 위해 산기수심을 얕게 하면 KLa(N2)도 저하하기 때문에 보통 산기수심은 4～5m 정도를 표준으로 한다. 그러나 산기효율이 좋은 방식인 경우에는 달리할 수 있다. 재포기도 포기의 일부이므로 포기시간에 포함되지만 재포기조가 커지는 것은 앞의 산소용해능력이 큰 심층식포기를 행하는 의도에 적합하지 않으므로 충분히 검토할 필요가 있다.
(4)에 대하여
4.5.4 8) 참조.
4) 송풍기 설비
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송풍기 설비는 4.4.6 9)와 10)을 고려해서 정한다. |
【해설】
산기수심이 5m 이상인 경우에는 토출압이 높은 송풍기를 필요로 하지만, 송풍기설비에 대해서는 4.4.6의 9)와 10)을 참조한다.
5) 산기장치
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산기장치는 4.4.4의 9)을 고려해서 정한다. |
【해설】
4.4.4의 9) 참조.
6) 부대설비
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부대설비는 4.4.6의 12)를 고려해서 정한다. |
【해설】
4.4.6의 12) 참조.
7) 초심층포기법
초심층포기법은 수심 50～150m의 대심도 반응조와 고액 분리시설로 구성된 활성 슬러지법의 일종이다. 초심층포기조는 하강유로와 상승유로로 구성된 사프트부와 정부의 헤드 탱크로 구성된다. 탱크내 혼합액은 에어리프트방식 또는 펌프방식에 의하여 헤드 탱크부와 샤프트 저부간을 하강유로와 상승유로를 통하여 순환된다. 하강유로에 유입된 기포는 난류 형태의 순환류에 함께 유하함에 따라 그 깊이에 따른 큰 정수압을 받기 때문에 간단하게 기포내 산소가 수중으로 쉽게 용해된다. 정수압의 증가에 따른 액중 포화산소농도가 상승과 순환류에 동반하는 기포가 하강유로와 상승유로의 긴 수로를 통과함으로 인한 긴 접촉시간 때문에 높은 산소 용해 효율을 얻을 수 있다. 일반적으로 초심층포기법은 표준활성슬러지법에 비하여 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
통상, 사용되고 있는 대표적인 처리계통을 〈그림 4.4.44〉에 나타내었다. 또한, 〈그림 4.4.45〉에 포기조내 혼합액의 순환을 행하는 에어리프트방식 및 펌프방식을 나타내었다.
설계에 있어서 고려해야 할 점은 다음과 같다.
① 축 형상은 원형을 기본으로 한다.
② 수심은 50～150m로 한다.
① F/M비 1.0kg BOD/kg SS·d 이하
② MLSS농도 2,000～4,000 mg/l
③ HRT 1.2시간 이상
초심층포기조에서의 용존산소농도는 깊이에 따른 큰 정수압과 기체-액체 접촉 시간이 길기 때문에 높은 값을 나타낸다.
초심층포기조로부터의 혼합액은 기포를 다량 함유하기 때문에 슬러지와 처리수를 분리하기 위한 고액분리법으로서 아래와 같은 방식이 있다.
일반적으로 사용되고 있는 진공 탈기탑 및 이차침전지로 구성된 고액 분리설비에 있어서는 슬러지 혼합액이 약 0.3기압(30kPa)의 진공도를 유지하고 있는 진공 탈기탑내에서 진공 상태를 거친면서 탈기된 후 이차침전지로 보내진다. 이차침전지에서 분리된 슬러지는 초심층포기조로 반송되며 일부는 잉여슬러지로서 슬러지 처리시설로 보내진다.
1) 원리
연속회분식(sequencing batch)활성슬러지법은 〈그림 4.4.46〉에 나타나 있는 것과 같이 1개의 반응조에 반응조와 이차침전지의 기능을 갖게 하여 활성슬러지에 의한 반응과 혼합액의 침전, 상징수의 배수, 침전슬러지의 배출공정 등을 반복하여 처리하는 방식이다. 연속회분식활성슬러지법에는 고부하형과 저부하형이 있다.
2) 특징
본법은 다른 처리방식에 비해 유입수량변동의 영향을 받기 쉬우므로 관리를 용이하게 하기 위해서는 유량조정조가 필요하다. 또한 본법은 원칙적으로 일차침전지가 필요 없으므로 반응조내의 큰 고형물의 축적이나 스컴부상 등을 방지하기 위해 반응조 유입수에 스크린 등을 설치하는 것을 고려하여야 한다. 또한 처리수의 방류가 간헐적으로 이루어지게 되므로 처리수조를 설치하여 소포수 등을 확보하여야 한다.
연속회분식활성슬러지법의 특징은 다음과 같다.
3) 시설의 구성
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시설은 산기장치 및 상징수 배출장치를 설치한 회분조로 구성된다. |
【해설】
연속회분식활성슬러지법의 구성은 〈그림 4.4.47〉과 같다.
4) 회분조의 형상, 구조 및 수
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회분조의 형상, 구조 및 수는 다음의 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
회분조는 지폭과 지장의 비를 1:1～1:2 정도의 정사각형 또는 직사각형으로 한다. 또한, 본법의 회분조의 수심에 대해서는 다음과 같은 특성을 고려하여 설정한다.
이상의 점을 고려하여 유효수심은 4～6m 정도로 한다.
(2)에 대하여
동일조에서 배수와 슬러지 배출을 행하기 때문에 배출시 회분조의 수심이 낮아지게 되므로 부력에 대한 안정성을 검토한다.
(3)에 대하여
청소, 보수 등의 경우를 고려하여 회분조는 원칙적으로 2조 이상으로 한다.
(4)에 대하여
회분조로의 유입량이 설정된 이상 유입될 때 혹은 고장 등을 대비해 단락류 방지시설을 설치한다. 간헐식의 경우 유입부에 단락방지판 혹은 단락방지관 및 월류수도입관을 설치함과 동시에 월류구를 설치하여 월류 및 예비반응조로의 월류가 될 수 있도록 하여야 한다.
(5)에 대하여
복개등을 하는 경우 상등수배출장치의 형상 등을 고려하여 여유고를 설정하여야 한다.
5) 유입방식
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유입방식은 원칙적으로 간헐적으로 한다. |
【해설】
회분조에의 오수 유입방식에는 연속식과 간헐식이 있지만 소규모시설에서는 원칙적으로 간헐방식으로 한다. 연속방식은 회분조가 1조인 경우에 사용되는 방법으로 오수는 모든 공정에 연속적으로 유입된다. 따라서 침전, 배수 공정에 있어서 오수가 미처리된 상태로 방류되지 않도록 반응조의 구조에 유의할 필요가 있다. 이 방식은 유입수량의 변동이 매우 큰 경우에는 1일 1회의 주기로 운전하는 경우도 있다. 또한, 1일 수회의 주기로 운전하는 경우는 단락류를 방지하기 위하여 회분조 용량을 크게 할 필요가 있다.
간헐방식은 복수의 회분조를 이용하는 경우에 사용되는 방식으로 침전, 배수 공정에 있어서도 1조는 반드시 오수를 유입할 수 있도록 운전하는 방법이다. 또한, 유입오수량의 시간변동에 대처하기 위해 주기 수, 각 처리공정의 공정시간을 타이머 등으로 조정할 수 있도록 한다.
6) 설계제원
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회분조의 계획오수량은 계획1일최대오수량으로 하며, 설계제원은 계획오수량에 따라 〈표 4.4.13〉을 표준으로 한다. 
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【해설】
연속회분식활성슬러지법은 F/M비, 계획 MLSS농도 및 HRT를 표준활성슬러지법과 산화구법 사이의 값으로부터 정할 수 있으며, 표준활성슬러지법 등 높은 F/M비 조건으로 설계할 수 있는 고부하형과 산화구법 등 낮은 F/M비 조건으로 설계할 수 있는 저부하형이 있다.
고부하형 및 저부하형에는 〈그림 4.4.48〉 및 〈표 4.4.14〉에 나타난 바와 같은 특징이 있다. 용지면적이 제한을 받는 등 저부하형이 곤란한 경우는 고부하형으로 한다. 다만, 부하변동이 큰 소규모시설에서는 운전의 유연성 등을 고려하여 저부하형을 검토한다.
연속회분식활성슬러지법에 있어서 F/M비는 포기시간을 반응시간과 함께 고려하여 계획1일최대오수량에 대한 회분조의 유효용량을 Vs라 하고 식(4.4.72)와 같이 정의할 수 있다.
고부하형 및 저부하형의 특징 및 적용성은 〈표 4.4.14〉 및 〈그림 4.4.48〉에 나타나 있는 바와 같은데 여기서 유출비(1/m)는 회분조에서의 기준수위에 상당하는 수심에 대한 기준 수위와 배수종료시의 수위차의 비이며, 식(4.4.73)으로 표시하였다(〈그림 4.4.51〉 참조).
회분조의 용량은 다음과 같이 정한다.
연속회분식활성슬러지법의 1주기의 운전은 〈그림 4.4.49〉에 나타나 있는 것처럼 유입, 반응, 침전, 배수, 슬러지 배출 등의 각 공정으로 구성할 수 있다.
1계열 N조를 단위로 하여 연속적으로 유입오수를 받는 각조에 순번대로 처리를 하고, 유입공정중에 침전 및 배출을 행하지 않는 것을 전제조건으로 할 때 각 공정의 소요시간은 다음과 같은 조건을 만족시키지 않으면 안 된다.
식(4.4.74)에서, 1주기의 최소소요시간은 TA＋TS＋TD가 된다. 또한 주기수 n은 식(4.4. 77)에서 구할 수 있다.
유입오수량(Qs)과 회분조의 유효용량(Vs), 유출비(1/m) 및 주기수(n)는
의 관계를 갖기 때문에 F/M비(Ls)는 식(4.4.77)로부터 식(4.4.78)으로 나타낼 수 있다.
1주기 안의 포기시간(TA)는 포기시간비(e)가
의 관계를 갖기 때문에 식(4.4.78)로부터 식(4.4.79)를 구할 수 있다.
따라서 1주기당의 필요포기시간은 F/M비, 유출비, 유입오수의 BOD 및 MLSS농도를 알면 식(4.4.79)로부터 구할 수 있다.
활성슬러지계면의 정속침강이 종료한 시점에서 배수를 행할 경우 필요한 침전시간 TS는 식(4.4.80)에 의해서 구할 수 있다.
식(4.4.80)은 활성슬러지 계면의 정속침강구간을 고려한 유출비 1/m의 범위에서 적용될 수 있다. 예를 들어 MLSS농도가 2,000mg/l 정도인 경우에는 슬러지계면이 반응조의 수심의 50% 이하가 될 때까지 정속침전이 계속되기 때문에 1/m이 1/2 정도가 될 때까지 식(4.4.80)을 적용할 수 있다. 활성슬러지계면의 초기침강속도(υo)는 MLSS 농도, 수온 등과 관련이 있지만 MLSS농도 2,000mg/l 정도에서는 통상적으로 2～4m/h가 된다. 또한, 배수공정에서 슬러지가 따라 올라오는 것을 억제하기 위하여 상징수배출장치의 월류부하 설정과 활성슬러지 계면상의 최소수심(ε)의 설정이 중요하다. 이 최소수심에 대해서는 상징수 배출장치의 형식에 따르게 되지만 일반적으로 30～60cm이다.
표준활성슬러지법 등의 연속유입식의 처리방식에서는 단위시간당의 유입오수량과 처리수량은 같다. 그러나 연속회분식활성슬러지법에서는 〈그림 4.4.50〉에 나타나 있는 바와 같이 1 주기에서의 유입시간과 배출시간이 다르게 되기 때문에 단위시간당 처리수의 배출량은 유입오수량과 비교할 때 크게 된다.
1주기당의 배출시간은 배출장치의 설치대수 및 월류부하에 따라 조정될 수 있지만 배출시간을 짧게 하면 접촉조의 용량 및 방류관거의 단면적이 커지게 되기 때문에 유의할 필요가 있다. 또한, 처리수를 수면 부근에서 배출하는 방식에서는 침전공정중에도 배출을 개시할 수 있다.
연속회분식활성슬러지법에서는 일반적으로 유량조정조를 설치하지 않는다. 이 때문에 간헐방식으로 유입을 행하는 경우 유입오수량의 시간변동을 회분조내에 흡수할 필요가 있으며 회분조의 유량의 산정에 있어서는 유입오수량의 시간변동을 고려한다.
이 유량변동에 대응하는 용량에 대해서는 높이 방향에 의한 조정 방법과 횡방향의 조정에 의한 방법이 있지만 일반적으로 높이 방향에 의한 조정을 하게 되고 6～8m 수심이 일반적이다.
아래에 유량변동을 높이방향으로 조정하는 경우의 회분조 1조당의 유효용량(V)을 구하는 방법을 나타내었다. 회분조의 바닥으로부터 배수종료수위까지의 수심(h1)에 해당하는 용량을 V1, 배수종료수위로부터 계획1일최대오수량에 해당하는 수위(기준수위)까지의 수심(h2-h1) 에 상당하는 용량을 V2, 기준수위로부터 peak시의 수위까지의 수심 (h3-h2)에 상당하는 용량을 V3라 할 때 유입오수의 시간변동에 대응할 수 있는 회분조의 유효용량 V는 식(4.4.81)에 의해 산출될 수 있다(〈그림 4.4.51〉 참조).
식(4.4.81)에서 V1은 V2와 유출비(1/m)의 관계로 식(4.4.82)와 같이 나타낼 수 있다.
또한, V2는 배수종료수위로부터 기준수위까지의 용량에 상당하기 때문에 1계열당의 계획1일최대오수량을 q라 하면, 1주기당 1개의 회분조에 유입하는 오수량 V2는 식(4.4.83)과 같이 구할 수 있다.
한편, 최대수량에 대응하는 용량(V3)은 각 회분조의 1주기 당의 유입시간(TF)에 있어서 평균유입오수량(계획1일 최대오수량의 1시간량×TF)을 넘는 누계량의 최대량(Δq) 에 상당하기 때문에 최대유량변동비(평균유입오수량에 대한 1주기 내의 최대유입오수량의 비)를 Υ이라 하면 V3는 식(4.4.84)에 의해 산출될 수 있다.
여기서, 최대유량변동비의 설정에 있어서는 계획1일 최대오수량에 대응하는 시간변동 패턴을 가정하여 오수의 유입개시시간을 변동시키는 것으로 각 모드의 주기의 평균유입오수량의 초과수량을 산정한다. 따라서 유입오수량의 시간변동에 대응할 수 있는 회분조의 유효용량(V)는 식(4.4.81)에 식(4.4.83) 및 (4.4.84)를 대입하여 정리하면,
가 되며, 식(4.4.83)으로부터 식(4.4.85)를 얻을 수 있다.
여기서, 설정된 최대유량변동비 Υ을 초과하는 유입변동에 대해서는 최대수위(hs)보다 높은 수위가 되기 때문에 그 위부터 월류할 수 있는 구조로 해야 한다.
7) 산기장치 및 송풍량
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산기장치 및 송풍량은 다음의 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
연속회분식활성슬러지법에서는 1개의 반응조에서 활성슬러지의 포기 및 침전을 행하므로 산기장치가 막히지 않도록 해야 할 필요가 있다. 연속회분식활성슬러지법에서는 무산소공정과 혐기공정을 설정하여 생물학적인 질소, 인의 제거를 수행할 수 있기 떄문에 포기를 하지 않아도 교반을 하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에는 호기시간내에 필요한 산소를 공급할 수 있는 송풍설비 등의 능력에 유의할 필요가 있다.
(2)에 대하여
산기장치의 선택에 있어서는 기액혼합, 산소전달효율, 경제성, 유지관리성 등을 검토하여야 한다. 주요한 산기방식으로는 미세기포분사식, 산기장치+교반식과 수중교반방식 등이 있다(〈표 4.4.15〉 참조). 이중 기액혼합분사식은 노즐의 막힘이 생기지 않도록 고려해야 한다.
(3)에 대하여
필요산소량은 제거 BOD량, 반응조내에 존재하는 생물량, 질산화량 및 탈질량에 관계된다. 이 때문에 산기장치로부터의 산소공급량의 결정은 유기탄소화합물의 제거와 자기산화에 필요한 산소량 이외에 질산화가 일어나는 경우에는 질산화반응에 필요한 산소량 및 질산화반응을 저감할 수 있는 산소량에 대해서도 고려한다.
8) 상징수 배출장치 및 스컴제거장치
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상징수배출장치 및 스컴제거장치는 다음의 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
연속회분식활성슬러지법의 배출장치는 침전공정에서 활성슬러지와 분리된 상징수를 배출하는 장치이므로 다음과 같은 특징을 갖지 않으면 안 된다.
배출장치의 구조형식에는 승강방법으로 부유식과 기계식 그리고 승강기능이 없는 고정식이 있다.
부유식은 배수장치의 집수부가 부유구조로 되어 수면에 부상한 상태에서 수위에 따라 승강한다. 따라서 수위가 배출유량에 따라 변동되므로 배출장치의 승강은 수위에 의하여 결정된다. 배출장치의 승강이 자동적으로 조정되므로 기구의 간소화가 이루어진다. 반면 배출유량이 기능의 기본이 되기 때문에 배출유량의 설정 및 배출기능에 영향을 주는 집수부의 끝부분 등에 충분히 주의를 할 필요가 있다.
기계식은 집수부의 승강을 기계를 사용하여 강제적으로 수행하는 방식이다. 배수유량과 수위는 집수부의 승강속도에 따라 결정된다. 때문에 배출과 수위제어는 확실히 이루어지지만 승강을 위해 동력을 필요로 하고 처리메카니즘이 복잡하다. 또한, 배출개시 수위와 정지수위는 수위계에 의한 제어도 검토할 필요가 있다.
고정식은 가장 간단한 메카니즘으로 될 수 있지만 수위에 따라 배출유량이 변동하므로 집수부를 복수단으로 하여야 하고 유출비가 작은 시설에 사용하는 것이 좋다. 고정식은 비상시배출장치로서 적합한 방법이다.
처리수의 배출방법은 반응조의 유출수위와 방류점의 수위간에 수위차가 충분히 큰 경우에는 자연유하방식의 채용이 가능하며, 수위차가 크지 않은 경우에는 펌프에 의한 강제적인 배출방식을 사용한다.
배출량제어방법에는 다음의 방식이 있다.
집수 메커니즘에는 집수관에 의한 방법과 위어 및 월류관에 의한 방법이 있지만, 포기 공정중에 집수부가 수중에 있게 되는 경우에는 혼합액의 혼입을 피하기 위해서 초기 배출수의 분리를 고려할 필요가 있다. 배출장치의 성능과 관련하여 슬러지계면상의 최소수심은 슬러지가 따라 올라오는 것을 방지한다는 점에서 중요한 항목이 된다. 기능상 가능하면 수심을 낮게 하는 것이 바람직하다.
(2)에 대하여
상징수의 배출장치는 표준활성슬러지법의 이차침전지와는 달리 본법에서만의 특유한 것이고 기계적, 전기적 조작이 필요하기 때문에 고장 등의 이상사태가 발생한 경우 상징수의 배출이 행해지지 않는 가능성이 있다.
이 때문에 비상용의 배출장치를 설치한다. 비상용의 배출장치로서는 수중에 고정된 배출구를 설치한다. 또한 받아들일 능력이상으로 수량이 유입되는 경우를 고려하여 다른 조로 월류될 수 있는 설비를 설치한다.
(4)에 대하여
회분조에는 스컴이 축적되기 쉽기 때문에 스컴의 제거 대책이 필요하다. 반응공정 종료전 5～10분간 소포수를 살포하여 스컴을 침전시키는 방법, 수중기계교반식 및 기액혼합분사식 산기장치의 경우는 포기공정 종료후에 펌프를 정지시키고 공기를 15분간 정도 분출시켜 수면을 교반하여 스컴을 파쇄하는 방법, 스컴제거기 및 부유식펌프 등에 의해 강제적으로 스컴을 제거하는 방법 등이 있다.
1) 개요
산화구(oxidation ditch)법은 일차침전지를 설치하지 않고 타원형무한수로의 반응조를 이용하여 기계식 포기장치에 의해 포기를 행하며, 이차침전지에서 고액분리가 이루어지는 저부하형 활성슬러지 공법이다. 기계식 포기장치는 처리에 필요한 산소를 공급하는 이외에, 산화구내의 활성슬러지와 유입하수를 혼합·교반시키고 혼합액에 유속을 부여하여 산화구내를 순환시켜 활성슬러지가 침강되지 않도록 하는 기능을 갖는다. 산화구법의 처리계통 예를 〈그림 4.4.52〉에 나타내었다.
본법은 저부하조건(F/M비 0.03～0.05kg BOD/kg SS·d)에서 처리를 수행하므로 고형물체류시간(SRT)이 길어 질산화반응이 진행되기 쉽다. 또한 산화구내에 무산소지역을 설치하여 질소의 제거를 기대할 수 있다.
산화구법은 다음과 같은 특징을 갖고 있다.
2) 용량, 형상, 구조 및 수
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산화구의 용량 및 형상 등은 다음의 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
본법은 질산화반응이 불가피하게 진행되므로 BOD제거를 안정적으로 수행하기 위해서는 질산화, 탈질반응을 함께 고려하여 설계하는 것이 일반적이다.
(2)에 대하여
산화구의 형상은 장원형의 무한수로로 한다. 그러나 부지 형상에 의해 형상이 변경되어야 할 필요가 있는 경우에는 수로가 굽은 형태의 무한수로로 하는 것도 가능하다. 수심은 1.0～3.0m 정도를 표준으로 한다. 수로폭은 2.0～6.0m 정도를 표준으로 하지만 이차침전지와의 관계를 고려하여 특별한 경우에는 그 제한을 두지 않는다. 굴곡부에 있어서는 외측의 유속이 내측의 유속에 비해 빠르게 되어 흐름의 정류부가 발생하게 되므로 슬러지의 침강 및 유효용량의 감소 등이 발생하기 때문에 굴곡부에는 도류벽을 설치하여 내측의 유속을 증대시키는 것이 바람직하다(〈그림 4.4.53〉참조).
(3)에 대하여
철근콘크리트조를 표준으로 하지만 간이 구조로서 아스팔트라이닝, 모르터라이닝, 석적, 석장, 블록쌓기 등을 이용하는 것도 가능하다. 그러나 포기 장치의 설치부분은 수류가 격렬하기 때문에 철근콘크리트조로 하여야 한다. 소규모 시설의 경우, 용지조건, 재료비, 시공비, 유지관리비 등을 비교하여 간이구조의 시설을 설치할 수 있다. 이러한 예로서는 조립식 산화구법이 있다. 이법은 프리캐스트 부재를 현장조립하여 설치하는 것으로 동심원의 외관부에 반응조를 내관부에 이차침전지를 배치하는 것으로 그 예를 〈그림 4.4.54〉에 나타내었다.
(4)에 대하여
지수는 청소, 보수 등의 경우를 고려하여 2지 이상으로 한다. 단, 유입수량이 적은 경우에는 1지로 할 수도 있다.
3) 포기장치
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포기장치는 다음의 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
설치 대수는 고장에 의한 정지를 고려하여 2대 이상으로 하는 것이 바람직하지만 처리수량이 작은 경우와 방류 수질을 양호하게 유지하는 것이 가능한 경우에는 1대로 하는 것도 가능하다.
(2)에 대하여
포기장치는 산소를 공급하고 혼합액에 순환유속을 부여하며 유입하수나 활성슬러지를 혼합 교반한다. 산화구내의 유속은 최저유속(저부유속) 0.1m/s 이상, 평균유속 0.25m/s 정도로 한다. 각 형식에 따라 운전방법이 다르고 효율이 좋은 산소공급이 수행되는 동력투입밀도(단위혼합액당의 투입동력)의 범위 및 동력투입밀도와 유속 및 유속분포의 관계, 또한 산소공급효율이 다르기 때문에 각각의 특징을 충분히 파악하여 선정할 필요가 있다.
(3)에 대하여
유기물의 산화 및 질산화, 탈질은 구내의 용존산소농도 상태와 깊게 관련되어 있다. 용존산소농도는 유입하수의 수량, 수질, 수온 및 MLSS농도에 따라 변화한다. 산소공급량의 조정은 포기장치의 운전방법에 따라서(간헐운전, 운전대수제어 등) 또한, 산소공급능력의 제어(회전수 제어, 침적심도의 조절 등)와 연계하여 수행한다.
(4)에 대하여
포기장치의 종류는 〈표 4.4.17〉을 참조한다. 기계교반식은 산소공급 및 교반 및 유속의 확보를 모두 수행하지만, 축류펌프, 프로펠라형은 교반 및 유속의 확보를 수행하고 산소의 공급은 별도 산기장치로 수행한다.
4) 부대설비
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부대설비는 다음의 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
수위 조절을 행하기 위해 유출구에 게이트를 설치한다.
(2)에 대하여
구동부가 지상에 있을 때에는 안전대책으로 덮개 등을 설치한다.
5) 이차침전지
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이차침전지는 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
이차침전지의 형상은 원칙적으로 원형방사류식으로 한다(〈그림 4.4.55〉 참조). 이 방식은 슬러지수집기의 유지관리가 용이하며 일반적으로 소규모인 경우 경제적이다.
이차침전지의 설계제원은 〈표 4.4.18〉와 같다.
이차침전지에서는 구내의 MLSS농도를 높게 유지하기 위해 활성슬러지를 충분히 농축할 필요가 있다. 또한, MLSS농도가 표준활성슬러지법의 2배 이상으로 계면침강이 지배적이므로 침강 속도가 늦다. 따라서 수면적부하는 시간최대오수량 유입시에 20㎥/㎡·d이 확보될 수 있게 정한다. 슬러지 계면의 위치를 상대적으로 낮게 유지하기 위해서는 유효수심을 3.0～4.0m로 크게 하여야 한다.
(2)에 대하여
산화구법의 이차침전지는 연속식을 원칙으로 하지만 간헐식의 예도 있다.
(3)에 대하여
지수에 대해서는 4.3.2 이차침전지에 준한다.
6) 이차침전지 부대설비
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부대설비는 다음의 각항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
Picket fence 등을 설치함으로써 슬러지의 침강성을 개선하는 것이 가능하다.
(2)에 대하여
산화구법은 일차침전지를 설치하지 않으므로 스컴이 이차침전지에 유입되기 때문에 스컴제거장치를 설치한다. 또한, 이차침전지에서 스컴 발생을 줄이기 위해 산화구 유입전에 간격 2～5mm의 미세목 스크린을 설치하기도 한다.
(3)에 대하여
활성슬러지의 침강성이 악화되어 반송슬러지농도가 낮아지는 경우에는, MLSS농도를 적정히 유지하기 위해 슬러지반송비를 증가시킬 필요가 있다.
1) 개요
장기포기법은 활성슬러지법의 변법으로 플러그흐름 형태의 반응조에 HRT와 SRT를 길게 유지하고 동시에 MLSS농도를 높게 유지하면서 오수를 처리하는 방법으로 특징은 다음과 같다.
2) 시설의 구성
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시설은 산기장치를 설치한 반응조와 이차침전지로 구성된다. |
【해설】
장기포기법의 구성은 〈그림 4.4.56〉과 같다.
원칙적으로 유량조정조 및 일차침전지는 설계하지 않으며 유량변동이 매우 큰 경우에는 이차침전지에의 유입량의 균등화를 도모하기 위해 유량조정조 및 유량조정장치의 설치 등을 검토할 필요가 있다.
3) 반응조의 형상, 구조 및 수
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반응조의 형상, 구조 및 수는 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
활성슬러지의 혼합과 조내의 수류상태를 양호하게 하기 위해 조의 폭은 유효수심의 1～2배로 하는 것이 좋다. 특히 선회류식의 경우 오수와 활성슬러지와의 혼합액의 수류상태는 조의 폭과 수심의 비에 관계가 있는데 조의 폭을 수심에 비하여 크게 하면 수류가 불균등하게 된다. 조에 유입되는 하수와 반송슬러지를 충분히 혼합시키기 위해 저류판 등을 설치하는 것을 검토한다.
(4)에 대하여
질산화가 진행됨에 따라 pH가 저하되는 것을 막기 위해 반응조내에 탈질공정을 도입하여 알칼리도를 회수하는 것이 바람직하며 이를 위해 반응조를 적절히 분할할 필요가 있다. 조를 40～50% 정도로 분할하여 운전의 상황에 따라 최적의 무산소시간과 호기시간과의 비를 조정한다.
(7)에 대하여
청소, 보수 등의 경우를 고려하여 조는 원칙적으로 2조 이상 필요하다.
4) 반응조의 설계제원
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반응조의 계획오수량은 계획1일최대오수량으로 하며, 설계제원은 계획오수량에 대하여 〈표 4.4.19〉를 표준으로 한다. 
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【해설】
본법에 있어서 F/M비, MLSS농도 및 슬러지반송비에 대해서는 산화구법과 동일한 정도의 값을 갖게 되지만 HRT는 16～24 시간으로 한다. 통상적으로 저수온시에는 16시간 정도의 HRT로는 안정된 처리를 유지할 수 없기 때문에 24시간 정도로 하는 것이 바람직하다.
5) 산기장치 및 송풍량
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산기장치 및 송풍량은 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
본법에 사용하는 산기장치는 반응조의 운전방법에 따라 산기식, 기계식 및 병용식으로 선정할 수 있지만 질산화-탈질 운전의 경우는 기계식을 선정한다. 또한 산기장치의 선정에 있어서는 필요한 공기량을 공급할 수 있고 반응조내에서 고형물의 퇴적이 일어나지 않도록 충분한 교반능력을 갖추어야 하며, 질산화-탈질 운전을 행하는 경우에도 지장이 없는 기종을 선정한다.
(2)에 대하여
본법과 같이 낮은 F/M비로 운전하는 활성슬러지법에 있어서 필요한 산소공급량은 유입 BOD의 산화, 암모니아성질소의 질산화 및 내생호흡과 같은 자산화 반응에 필요한 산소량을 총합하는데 대략적으로 BOD 1kg당 1.8～2.2kg의 O2가 필요하다.
장기포기법에서는 대부분의 경우 질산화가 일어나지만 질산화작용은 알칼리도의 소비를 동반한다. 통상적으로 암모니아성 질소 1kg이 질산화되는 데에는 7.14kg의 알칼리도가 소비되게 된다. 예를 들어 암모니아성 질소농도 25mg/l의 유입수를 완전히 질산화시키기 위해서 알칼리도는 약 180mg/l 정도 소비되는 것으로 계산된다. 하수중의 알칼리도가 100～200mg/l 정도인 경우 알칼리도가 부족하여 pH의 저하가 발생하게 된다. 이런 현상을 예방하기 위해 알칼리제(수산화나트륨등)를 첨가하는 방법이 있지만 소규모처리시설에 있어서는 탈질작용에 의한 알칼리도의 회수를 도모하는 방법을 택하는 것이 바람직하다. 반응조1의 앞부분을 무산소반응조로 하며, 이 무산소반응조는 포기를 하지 않으면서 유입오수와 반송슬러지를 혼합할 수 있는 구조로 만들며, 반응조의 뒷부분은 포기를 행할 수 있는 구조로 만든다.
또한, 초기 운전시와 같이 유입수량이 작은 때에는 과잉 포기가 되지 않도록 포기 강도를 계획치에 1/3 정도로 낮추어 운전하도록 한다. 조내의 교반 능력은 조의 형상과 포기장치의 배치에 따라 크게 차이가 나는데 저부의 최저유속이 10cm/초 이상이 되면, 고형물의 침전이 일어나지 않는다.
하수의 호기성생물처리법은 부유생물을 이용하는 활성슬러지법과 접촉재의 표면에 부착한 생물막을 이용하는 생물막법으로 대별된다. 또한 생물막법은 호기성 생물처리 뿐만 아니라 무산소 및 혐기공정에도 사용되고 있다.
활성슬러지법에서는 미생물이 플록을 구성하고, 산소와 유기물은 플록 전면으로부터 3차원적으로 미생물에 공급된다. 이에 대해 생물막법에서는 일반적으로 생물막이 매체상에 평면적인 넓이를 가지고 형성되기 때문에 산소와 유기물은 생물막 표면으로 부터 2차원적으로 공급될 수밖에 없다. 또, 생물막의 지지매체로 부터 산소와 유기물의 공급이 없기 때문에 생물막법에서는 생물학적인 동력학뿐만 아니라 산소와 유기물 등의 물질이동이 처리반응에 큰 영향을 준다.
생물막에서의 물질이동을 〈그림 4.5.1〉에 개념적으로 나타내었다. 오수중의 유기물은 교반·혼합에 따라 생물막 표면으로 움직이며 생물막내로 확산하는 과정에서 미생물에 의해 분해된다. 한편, 미생물은 이 유기물을 이용하여 증식하고 생물막의 두께가 증가한다. 유기물의 공급량에 비례하여 생물막이 두꺼워지면 매체 부근의 미생물에 충분한 유기물이 공급되지 않으며, 이 부분의 미생물이 내생호흡상의 상태로 된다. 미생물에 의한 유기물의 산화 및 동화에 필요한 산소는 공기중으로부터 오수에 용해된 후 생물막 표면으로부터 내부로 확산된다. 이 과정에서 용존산소는 미생물에 의해 소비되어 감소되며, 생물막이 매체 부근에서 혐기상태로 되는 경우도 있다. 유기물의 생물학적 분해에 따라 발생하는 CO2와 기타 반응생성물은 산소와 유기물과는 역방향으로 매체로부터 생물막 표면으로 확산되어 하수중으로 방출된다.
내생호흡상태인 생물막과 혐기성상태의 생물막은 매체로의 부착력이 약하며, 이러한 상태가 매체 부근에서 일어나면 생물막의 탈리가 발생한다. 탈리 후의 매체 표면에서는 다시 생물막의 형성 및 증식이 시작된다. 또 오수의 교반과 매체의 이동에 따라 생기는 전단력에 의해서도 생물막의 표면부분의 탈리가 일어난다.
생물막의 증식과 탈리에 의해 매체상에 형성된 생물막의 양, 즉 반응조내의 미생물량이 조건에 따라 자동적으로 조정된다. 이 결과 활성슬러지법에서는 불가결한 슬러지 반송과 반응조내의 슬러지량의 조절이 특별히 필요하지 않기 때문에 생물막은 활성슬러지법에 비해 운전관리상의 조작은 간단하다. 그렇지만 생물막법에서는 반응조내의 미생물량을 인위적으로 변화시키는 것이 어려우며, 처리가 악화된 경우 반응조내의 미생물량을 조절하여 단시간내 대응하는 것이 불가능하다. 특히 운전을 개시할 때처럼 매체상에 생물막을 새로 형성해야 하는 경우 다른 처리장에서 잉여슬러지를 운반해 와서 순양하는 것은 불가능하기 때문에 정상상태의 처리를 할 수 있을 때까지 비교적 긴 기간이 소요된다.
부유생물법은 활성슬러지가 처리프로세스내를 순환하기 때문에 활성슬러지의 생물상은 처리프로세스내 위치에 관계없이 거의 일정하다. 한편 생물막법에서는 생물막지지체가 반응조의 일정부분에 부착되어 있기 때문에 생물막의 생물상은 그 부분의 환경조건의 영향을 상시 받게 된다. 이 때문에 하수의 유입측은 고부하운전상태의 생물상이 그리고 방류측에는 저부하운전에 대응한 생물상이 형성된다. 또한 활성슬러지법에서는 질산화세균의 유지하기위해 활성슬러지의 SRT를 길게 하지만, 생물막법에서는 반응조 후단으로 갈수록 유기물농도가 저하하여 질산화세균의 증식에 적합한 환경이 조성됨과 동시에 미생물의 생물막이 탈리되지 않는 한 반응조로부터 유출되지 않기 때문에 부착 미생물의 SRT가 길어져 질산화반응이 진행되기 쉽다.
〈그림 4.5.2〉는 회전원판법에서의 부하조건(BOD면적부하)와 TKN 제거율의 관계 예를 나타내었다.
2차처리시설로 회전원판법을 이용하는 경우 BOD면적부하를 5～7g BOD/㎡·d 정도로 결정하는 경우가 많지만, 이 부하 범위에서도 질산화가 진행됨을 알 수 있다. 활성슬러지법에서의 하수처리 경우와 동일하게 생물막법에서도 질산화에 의하여 오수 중의 알칼리도가 소비되기 때문에 알칼리도가 낮은 오수의 pH가 극단적으로 저하되는 경우도 있다. 이 경우 알칼리 성분을 보급하거나 유입수를 단계적으로 유입시키거나 가동중인 계열수를 감소시켜서 질산화 반응을 억제할 필요가 있다.
생물막에서는 통상의 미생물류에 비하여 증식속도가 작은 원생동물이나 미소후생동물도 안정적으로 증식할 수 있다. 이 결과 생물막법에서는 활성슬러지법에 비하여 다양한 생물종이 생물막을 구성하게 된다. 일반적으로 먹이 고리가 복잡해지는 만큼 생태계는 안정되기 때문에 생물막법은 유기물부하나 수온 등의 환경의 변화에 대하여 저항성이 상승할 것으로 생각된다. 또, 생물막내에서의 먹이 연쇄가 길어짐에 따라 섭취된 유기물이 에너지로서 소비되는 비율이 크게 되며 발생슬러지량이 감소된다고 알려져 있다. 후생 동물은 생물막을 구성하는 다른 미생물을 포식하며, 생물막의 과도한 발달을 억제함과 더불어 적절한 탈리를 활성화시켜서 생물막에 의한 처리를 정상적으로 유지하는데 기여하기도 하지만, 과도한 탈리슬러지로 인하여 운전 관리상의 문제가 발생하는 경우도 있다.
생물막에서의 생물상의 다양성은 반응조를 다단화함으로써 촉진된다. 하수의 생물처리에서는, 다단화에 의하여 반응효율이 향상되며 처리의 안정성도 향상되는 것으로 생각되지만, 활성슬러지법에서는 생물상의 다단화를 행하면 〈그림 4.5.3〉에 나타난 것처럼 이차침전지가 여러 단이 필요하게 된다. 이에 대하여 생물막법에서는 미생물이 매체에 부착되어 있기 때문에 생물상의 다단화를 쉽게 이룰 수 있다.
회전원판법이나 접촉산화법에서는 〈그림 4.5.4〉에 나타난 것처럼 반응조를 다단화 하는 경우가 많고, 살수여상법에서도 다단화 한 예가 있다.
생물막법에 있어서 반응조를 다단화하면 각각의 부하조건에 따른 생물상의 생물막이 각 처리 단계에서 형성된다. 최상류측의 처리단에 있어서는 유기물부하가 가장 높기 때문에 종속영양미생물이 주종을 이루는 비교적 두꺼운 생물막이 형성된다. 하류측 처리단으로 이동됨에 따라 각단에 유입되는 유기물부하가 점차 감소하기 때문에 생물막의 두께가 감소된다. 유기물을 이용하는 종속영양미생물은 하류측 처리단으로 이동됨에 따라 감소하고 질산화미생물 등의 독립영양미생물이 증가한다. 〈그림 4.5.5〉는 회전원판법에서 4단 처리를 행한 경우의 용해성 BOD와 질소화합물농도의 변화 예를 나타낸 것으로 그림 중의 각각의 점은 각각의 처리단을 나타내고 있다. 이 예로부터도 알 수 있듯이 유기물 제거는 상류측의 처리단에서 행해지며 하류측의 처리단에서는 질산화가 진행되고 있다. 생물막법에서는 생물막이 형성되어도 상호 적당한 공간이 유지되도록 매체의 형상이나 배치에 여러 가지 방안이 행해지고 있지만 과부하 등의 이유로 인해 생물막이 지나치게 두꺼워지고 매체가 폐쇄되는 경우가 발생한다. 특히, 플러그흐름형의 반응조 유입 말단부 부근에서 이와 같은 폐쇄가 발생하기 쉽다.
살수여상법에서 행해지는 것과 마찬가지로 처리수를 순환하여 유입수 유기물 농도를 저하시키기도 하며 또한, 유입 수량을 증가하여 폐쇄를 방지하기도 하지만 반응조로의 단계 유입도 효과적인 대책이다.
하수처리에서의 고액분리 조작에서는 침강입자의 응집성과 농도가 큰 효과를 지니며 침강형태는 이러한 사항을 변수로 하여 분산침강, 계면침강 또는 압밀침강으로 분류된다. 생물막법 반응조 유출수중의 고형물은 대부분이 생물막으로부터 탈리된 부착 생물이고 그 농도는 〈표 4.5.1〉에 나타난 바와 같이 20～150mg/l로 활성슬러지법에 비하여 작다. 탈리된 슬러지는 응집성이 부족하기 때문에 이차침전지에서는 활성슬러지법의 경우와 같은 고액 계면이 형성되지 않고 각각의 슬러지 입자가 단독으로 침강하는 분산침강의 형태가 된다. 이차침전지 내의 고형물농도는 수면으로부터 수심이 깊어질수록 완만하게 증가하며 일반적으로 침전지 저부에 수 cm의 압밀지역이 형성된다.
이차침전지에서 제거될 수 있는 SS 입경은 통상의 침전 시간에서는 약 74μm 이상이며 미세한 SS를 제거하기 위해서는 수면적부하를 감소시키는 것만으로는 효과적인 대책이 될 수 없다. 처리수 SS농도를 효과적으로 감소시키고 투명도를 개선하기 위해서는 스크린, 여과 등의 후처리가 필요하다.
회전원판법의 반응조 유출수의 정지침전시험(내경 40cm, 높이 2m의 침강관을 사용)결과 예를 〈그림 4.5.6〉에 나타내었다. 여기서는 수면 아래 30cm 지점의 SS농도의 시간변화를 나타내고 있다. 생물막법의 탈리슬러지는 형상이나 크기가 일정하지 않으며 긴 섬유상의 물질로부터 미세한 물질까지 다양하며 플록을 형성하지 않는다. 이런 예에 나타난 바와 같이 탈리슬러지를 정지 침전시키면 비교적 큰 입자는 단순하게 빠른 속도로 침강하지만 침강속도가 느린 미세한 입자가 상징수 중에 잔류하기 쉽다. 연속 유입식의 이차침전지에서는 밀도류 등의 지내 흐름에 교란이 발생하기 때문에 미세한 입자가 처리수와 함께 유출될 뿐만 아니라 일단 침전된 응집성이 부족한 탈리슬러지가 상향류 등의 영향을 받아 재부상하여 유출되는 경향이 강하다. 이로 인하여 생물막법의 처리수는 활성슬러지법에 비하여 투명도가 낮은 특성을 갖는다.
한편 접촉산화법에서 정기적으로 생물막의 강제탈리를 행하는 경우나 1일에 1회 정도의 역세를 행하는 호기성여상법에 있어서는 생물막미생물의 조내체류시간이 다른 생물막법과 비교하여 짧기 때문에 생물막의 응집성이 높고, 생물막의 자연적인 탈리가 적기 때문에 반응조로부터 유출되는 처리수중의 SS농도는 낮은 경향을 보인다.
생물막법은 대기, 하수 및 생물막의 상호 접촉양식에 따라 살수여상법, 회전원판법, 접촉산화법 및 침적여과형의 호기성여상법으로 분류된다.
호기성여상법은 3～5mm 정도의 여재를 충전한 여상의 상부에 오수를 유하시켜 여상의 하부로 부터 호기성 생물처리에 필요한 공기를 불어넣는 것이며, 오수중의 부유물은 여재사이에 포획되고 용해성 유기물은 여재 표면에서 증식한 생물막에서 처리된다. 따라서 운전관리는 공기량의 조정과 역세척만으로 이루어진다.
또 호기성여상법의 여재는 조밀하게 충전되어 있기 때문에 생물막의 기능과 동시에 여과기능을 가지고 있어 다른 생물막법과 달리 이차침전지를 필요로 하지 않아 〈그림 4.5.7〉에 제시한 흐름도와 같이 이 처리법은 일차침전지와 반응조로 구성되어 있어 벌킹, 스컴의 발생 등 활성슬러지법에서 나타나는 문제점도 없다.
살수여상법, 회전원판법 및 접촉산화법은 〈그림 4.5.8～4.5.10〉의 처리계통도와 같이 일차침전지, 반응조 및 이차침전지로 구성되며, 반응조내의 여재 등과 같은 접촉재의 표면에 주로 미생물로 구성된 생물막을 만들어 오수를 접촉시키는 것으로 오수중의 유기물을 분해·처리하는 것이다.
살수여상법에서는 고정된 쇄석과 플라스틱 등의 여재 표면에 부착한 생물막의 표면을 하수가 박막의 형태로 흘러내린다. 하수가 여재 사이의 적당한 공간을 통과할 때에 공기중으로부터 하수에 산소가 공급되며 하수로부터 생물막으로 산소와 기질이 공급된다.
접촉산화법에서 접촉여재는 통상 물에 잠겨 있다. 이 때문에 하수에 산소를 공급하며 또한 하수와 생물막의 접촉을 촉진하기 위한 교반을 하는 장치가 필요하다. 접촉산화법은 접촉여재를 고정시킨 것과 부유상태 또는 유동상태인 것으로 대별되며 전자를 고정상식, 후자를 유동상식이라고 한다.
회전원판법에서는 반응조의 상태가 살수여상법과 접촉산화법의 중간에 위치해 있다. 이 방법에서는 플라스틱 등으로 만들어진 접촉체가 구동축을 중심으로 회전한다. 접촉체는 일반적으로 그 표면의 40% 정도가 하수중에 침적되어 있으며, 접촉체의 회전에 동반하여 그 표면에 부착된 미생물막은 하수중과 대기중을 상호로 왕복한다. 그러나 대기, 하수 및 생물막의 접촉양식은 접촉체가 대기중에 있는 시간은 살수여상법과 또 접촉체가 하수중에 있는 시간은 접촉산화법과 유사하게 된다.
이러한 세 가지 처리법은 설계 및 운전관리 인자가 각각 다르지만 같은 호기성 처리인 활성슬러지법과 비교한 경우 공통적으로 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
한편, 생물막법에서는 공통적으로 다음과 같은 문제점이 지적되고 있다.
접촉산화법은 생물막을 이용한 처리방식의 한가지로서, 반응조내의 접촉재 표면에 발생 부착된 호기성미생물(이하 ‘부착생물’이라 칭함)의 대사활동에 의해 하수를 처리하는 방식이다. 일차침전지 유출수 중의 유기물은 호기상태의 반응조내에서 접촉재 표면에 부착된 생물에 흡착되어 미생물의 산화 및 동화작용에 의해 분해 제거된다.
부착생물의 증식에 필요한 산소는 포기장치로부터 조 내에 공급된다. 접촉재 표면의 과잉부착생물은 탈리되어 이차침전지에서 침전분리되지만, 활성슬러지법에서처럼 반송슬러지로서 이용되는 것이 아니라 잉여슬러지로서 인출된다.
접촉산화법의 특징은 다음과 같다.
이러한 접촉산화법의 장단점을 요약하면 〈표 4.5.2〉와 같다.
1) 시설의 구성
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시설은 일차침전지, 반응조(접촉산화조), 이차침전지 등으로 구성된다. |
【해설】
접촉산화법의 시설구성을 〈그림 4.5.11〉에 나타내었다.
접촉산화법에 있어서 유입수량의 일간변동이 큰 경우는 유량조정조를 설치할 수 있다. 이차침전지에서의 고액분리가 불충분하게 되는 경우에는 경제성, 유지관리성 등을 검토하여 이차침전지 뒤에 여과시설을 설치할 수 있다. 여과의 방법으로는 급속여과지, 스크린, 스트레이너 등이 있다.
2) 침전지
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일차 및 이차 침전지는 다음의 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대해
일차 및 이차침전지의 설계제원은 〈표 4.5.3〉과 〈표 4.5.4〉에 따른다.
(2)에 대하여
일차침전지의 지수, 구조 등에 대해서는 4.3.1의 1)과 2)를 참조.
이차침전지의 지수, 구조 등에 대해서는 4.3.2의 1)과 2)를 참조.
3) 반응조의 형상, 구조 및 수
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조의 형상, 구조 및 수는 다음의 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수가 조내의 접촉재 전체에 균등히 접촉되어 양호한 수류상태를 유지하기 위해 조의 폭은 수심에 1～2배 정도로 하는 것이 좋다. 조의 폭을 수심에 비하여 크게 하면 수류상태가 불균등하게 되어 접촉재 전체가 유효하게 이용되지 못한다.
(2)에 대하여
수심을 크게 하면 건설비가 비경제적이고, 작게 하면 소요면적이 커져서 불리하다. 따라서 유효수심은 일반적으로 3～5m로 하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
청소, 보수 등의 경우를 고려하여 조는 2기 이상이 필요하다.
(4)에 대하여
조 내에서의 유입수의 단락류방지를 위하고 각 실의 기능의 상호보완작용에 의한 처리성능의 향상을 위해 실수는 2실 이상으로 한다.
제1실의 기능이 상승하면 제2실은 제1실 보다 저부하가 되어 안정성이 증대한다. 역으로 제1실의 기능이 저하되면 제2실의 기능이 상승되어 이것을 보완하게 되기 때문에 이러한 각 실의 상호기능보완에 의해 처리수질의 안정화를 도모할 수 있다. 또한 부하가 높은 경우는 실수를 증가시키는 것이 가능하다. 제1실과 제2실의 용량비는 3:2 정도가 바람직하다.
(5)에 대하여
반응조는 철근콘크리트조로 제작하며 충전된 접촉재에 균등히 오수가 접촉되어 단락류를 일으키지 않는 형상으로 한다. 또한 바닥에는 흐름 방향으로 1～2% 정도의 구배를 주어 슬러지를 배제시키는 슬러지배출장치를 설치한다.
4) BOD 용적부하
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BOD 용적부하는 계획오수량에 대하여 0.3kg/㎥·d 정도를 표준으로 한다. |
【해설】
접촉재의 비표면적이 커지면 이에 따라 BOD 용적부하를 높게 하는 것이 가능하다. 그러나 부하가 높아지게 되면 접촉재의 공극부위에 슬러지가 과잉 축적되어 조의 막힘을 야기하기 때문에 안정된 처리효과를 기대하기 어렵게 된다. 이렇게 조의 막힘을 방지하고 안정된 처리를 유지하기 위해서는 반응조의 BOD 용적부하를 계획1일최대오수량에 대하여 0.3kg/㎥·d 정도로 한다.
5) 송풍량
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송풍량은 접촉재를 전면에 설치하는 경우 계획오수량에 대하여 8배를 표준으로 한다. |
【해설】
접촉재의 설치형식은 고정형과 유동상형이 있으며 고정형에는 〈그림 4.5.12〉에서 볼 수 있듯이 일반적으로 ① 전면설치, ② 양측설치 및 ③ 편측설치의 3종류가 있다.
①의 전면설치형식의 경우에 있어서 공기량은 조내의 오수를 균일하게 교반하고, 조 유출구에서의 용존산소를 2～3mg/l 정도로 유지하기 위해 계획오수량의 8배 정도가 필요하다. 그러나 ② 및 ③의 경우는 선회류를 유지하기 위해, 송풍량을 더욱 늘려야 할 필요가 있다. 고부하운전을 계속하면 생물막이 비대화되어서 접촉재가 막히게 되는 경우가 있다. 이 경우에는 접촉재 바로 밑에 배치한 역세용 공기배관을 통하여 공기로 세척해냄으로써 비대화된 생물막을 탈리시킨다.
6) 접촉재의 형상 및 재질
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접촉재의 형상 및 재질은 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
접촉재는 오수가 접촉재와 균등하게 충분하게 접촉할 수 있도록 균질하고 공극률이 충분하여야 하며 생물막이 부착하는 비표면적이 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 수류에 의해서 손상되지 않는 강도를 가져야 하고, 오수에 의한 변질이 생기지 않도록 화학적 강도를 갖는 재질을 선정할 필요가 있다.
접촉재의 형상은 튜브모양, 끈모양, 망모양, 망상골격체모양, 평판모양, 공모양 등의 다양한 종류가 있으나 이러한 형상에 따라 처리특성과 충전방법 및 포기 방법이 달라진다. 따라서 유입오수의 특성에 적합한 접촉재를 선정하고 그 접촉재에 적합한 산기장치의 설치를 검토한다. 일반적으로 반응조내의 접촉재의 충전율은 55% 정도로 하며, 접촉재는 1실과 2실의 종류를 다르게 하여 1실에는 공극률이 크고, 2실에는 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다.
(2)에 대하여
접촉재의 재질은 일반적으로 가벼우며 부식성이 없는 합성수지제품을 사용하는 것을 표준으로 한다. 접촉재표면의 부착미생물량을 확인하기 위해 접촉재의 일부분을 들어올려 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
호기성여상법은 〈그림 4.5.13〉에 나타나 있는 것처럼 3～5mm 정도의 접촉여재를 충전시킨 여상의 상부에 일차침전지 유출수를 유입시켜 여재를 통과하는 사이에 여재의 표면에 부착된 호기성미생물로 하여금 유기물의 분해와 SS의 포착을 동시에 행하게 하는 처리방식으로 이차침전지는 설치하지 않는다.
미생물의 산화 및 동화작용에 필요한 산소의 공급은 여상하부의 산기장치로부터 이루어진다. 처리시간의 경과와 더불어 포착된 SS와 증식된 미생물에 의해 여상이 폐쇄되기 때문에 여과기능을 회복하기 위해서 공기 또는 물을 이용하여 역세척을 하게 된다. 이때 발생하는 역세배수는 유량조정조 혹은 일차침전지로 반송되어 역세배수 중의 SS 등을 침전시켜 제거한다.
호기성여상법의 특징은 다음과 같다.
1) 시설의 구성
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호기성여상법의 시설은 일차침전지 및 호기성여상조와 송풍기, 역세수를 저류하는 처리수조, 역세배수를 저류하는 역세배수조 등으로 구성된다. |
【해설】
호기성여상법의 기본적인 처리계통은 〈그림 4.5.14〉와 같다.
본법은 일차침전지 및 호기성여상, 여상의 역세에 필요한 역세수를 저장하는 처리수조, 그리고 역세배수를 저류하는 역세배수조등으로 구성되어 있다.
일간의 유량변동이 현저한 소규모의 경우, 역세배수조에 오수량의 조정기능을 추가시킬 것을 검토한다. 단, 이때는 스컴, 악취, 부식성 가스등이 일반적인 일차침전지보다 많이 발생하기 때문에 충분한 대책을 검토하여야 한다. 보다 안정된 처리효율 및 운전을 위해서는 일차침전지 전단에 유량조정조의 설치를 검토하여야 한다.
일차침전지의 수면적부하는 역세배수에 의한 부하를 고려하여 계획1일최대오수량에 대하여 30㎥/㎡·d, 계획시간최대오수량에 대하여 50㎥/㎡·d 이하로 하고 월류부하는 250㎥/㎡·d 이하로 한다.
2) 여상의 형상, 구조 및 수
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여상의 형상, 수 및 구조는 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유입오수가 여상전체에 균일한 여과속도로 통수되기 위해서 평면형상을 정방형, 장방형 또는 원형으로 한다. 여상내부는 단락류 및 슬러지의 퇴적을 방지하기 위해서 균일한 단면형상이어야 한다.
(2)에 대하여
청소, 보수, 역세척 등 통수가 불가능한 경우를 고려하여, 2기 이상 설치한다.
(3)에 대하여
반응조는 다른 처리시설과 마찬가지로 수밀한 철근콘크리트조로 제작한다. 다만, 조의 용량이 매우 작게 되는 경우는 철재조로 제작할 수 있다. 조의 최상단 높이는 역세척시 상승하는 수위 및 역세배수 유출 트랩의 부착위치 등을 고려하여 결정한다.
3) 설계제원
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호기성여상조의 설계제원은 다음과 같다.
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【해설】
(1)에 대하여
호기성여상법은 일차침전지의 처리성능을 고려하여 여과속도와 BOD용적부하에 의해 설계한다. 호기성여상의 여상면적은 다음 식(4.5.1)에 의해 구한다.
BOD용적부하는 다음 식(4.5.2)에 의해 구한다. 단, 여기서 용적이란 여상의 충전용적을 말한다.
여과속도와 BOD 제거율의 관계를 〈그림 4.5.15〉에 나타내었다. 여과속도가 50m/d 인 경우에는 BOD 제거율이 90% 이상이 되며 처리수질이 양호하다. 따라서 유입오수량의 시간변동을 고려하여 계획1일최대오수량에 대한 여과속도는 25m/d 이하로 하는 것이 좋다.
(2)에 대하여
안정된 처리수질을 얻기 위해서 계획1일 최대오수량에 대하여 BOD 용적부하를 2kg/㎥·d 이하로 할 필요가 있다.
4) 산기장치 및 송풍량
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【해설】
(1)에 대하여
산기장치로부터 공급되는 공기는 여재 간에 보유되면서 여층 내를 분산하여 상승한다. 때문에 미세한 공기로 공급되어도 모여서 큰 기포로 형성되기 쉬우므로 산기장치는 다공관으로 충분하다. 그러나 여층에 공급된 공기가 여층 전체에 균일하게 분산되지 않으면 단락류가 발생되어 공기가 공급되지 않은 부분이 혐기성으로 되어 수질이 악화되는 경우가 발생한다. 이런 이유로 여층내에 복수의 산기장치를 설치하여 여상 전체에 공기가 공급될 수 있도록 배려해야 한다. 더욱이 본법은 통상적으로 역세척을 1일 1회 정도로 간헐적으로 이루어지기 때문에 산기장치는 폐쇄가 이루어지지 않는 구조로 하여야 한다.
(2)에 대하여
호기성여상법에서는 공급된 공기가 여재 사이에 보유되면서 여층 내를 비교적 천천히 상승하게 되므로 산소용해효율이 높아 유입 BOD 1kg당의 필요산소량은 저부하형 처리방식에 비하여 낮은 0.9～1.4kg O2이다. 단 질산화반응을 고려할 경우에는 증가분의 공기량은 별도 고려하여야 한다.
5) 여재 및 여층의 높이
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여재 및 여층의 높이는 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
여재의 표면에 형성된 생물막은 오수의 처리역할을 담당하기 때문에 여재로서는 그 표면이 생물이 부착되기 용이한 정도로 거친 것이 좋다. 또한, 역세척을 행하므로 파쇄되거나 하수에 의해 침식되지 않는 내구성이 필요하다.
(2)에 대하여
여재의 입경은 작을수록 오수의 처리효율이 좋지만 반대로 여재 사이 특히, 표층부에서는 탈리된 슬러지가 퇴적되기 쉬우므로 역세척 빈도가 많아지게 된다. 또한, 입경이 클수록 생물의 부착량이 부족하게 되고 SS의 포착이 불충분하여 처리수질의 악화를 초래하게 된다. 이런 이유로 경험적인 최적 입경은 3～5mm이다.
(3)에 대하여
여층의 높이는 산소용해효율 및 시설면적 등을 고려하여 정하나 일반적으로 충전층이 높을수록 유리하다. 단 역세시 역세수의 유속 및 역세공기의 유속에 소요되는 동력과 여재의 강도를 고려하면 낮을수록 유리하다. 따라서 여재의 입경이 3～5mm인 경우 2m 정도로 한다.
6) 역세척공정
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역세척공정은 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
역세척공정은 여과시간이 경과함에 따라 포착된 SS와 여재 사이에 증식된 생물에 의하여 여상이 폐쇄되기 때문에 여과기능을 회복하기 위하여 강제적으로 여재를 세척하는 것이다. 〈표 4.5.5〉에 역세척공정의 한 예를 나타내었다.
또한, 여상의 폐쇄 정도에 따라 역세척공정을 2회 반복하는 것이 효과적인 경우도 있다. 세척수는 보통 처리수를 이용한다.
역세를 위해 포기용 송풍기와 별도로 역세용 송풍기를 둘 수 있다. 통상의 경우 역세공정에 필요한 시간은 1조당 약 30분 정도 소요되므로 각조별 역세시작 시간을 다르게 설정하여 역세용 송풍기를 공용으로 사용하도록 하여야 한다. 여상의 지수가 많을 경우 역세에 필요한 시간대를 고려하여 역세용 송풍기 대수를 정하여야 한다.
(2)에 대하여
호기성여상법의 초기여과저항 및 여과저항상승 특성은 사여과와는 다르다. 역세종료후 처리를 재개하여도 당분간은 거의 여과저항이 상승하지 않지만 일정시간 처리를 행하면 여과저항상승이 시작되고 그 후 급격히 여과저항상승속도가 증가하는 경향이 있다. 따라서 급격한 여과저항상승이 시작되기 전에 정기적인 역세를 행하는 것이 바람직하다.
여상의 지수, 처리장의 수질특성에 따라서는 적절한 역세방법이 달라지나, 원칙적으로는 정해진 시각에 역세를 행하는 타이머 설정 역세방법을 기본으로 한다.
통상 여과지속시간이 24시간이 넘어도 양호한 수질을 유지할 수 있어도 운전조작을 용이하게 행하기 위하여 역세척은 타이머 설정에 의하여 1일 1회 정도로 유입수량이 적은 시간대에 행하는 것이 좋다. 한편 유입수량 및 유입 SS가 급격히 증가할 때에는 타이머로 설정한 역세시각 이전에 여과저항이 급격히 상승하게 된다. 이러한 때를 대비하여 수위탐지에 의해 역세를 수행할 수 있도록 수위스위치를 설치하여야 한다.
(3)에 대하여
역세배수조는 역세 1회분의 수량을 확실히 보유할 수 있는 용량으로 하며 일차침전지로의 반송은 호기성여상의 처리기능에 지장을 주지 않도록 충분히 고려하여야 하고, 만약 일차침전지 처리성능에 영향이 미칠 경우는 유량조정조를 설치하여 유량조정조로 반송하여야 한다. 또한, 역세배수조에 유량조정기능을 갖게 하는 경우에는 역세 1회분의 수량 혹은 유량조정량에 상당하게 그 용량을 결정한다.
「고도처리」는 통상의 유기물제거를 주목적으로 하는 2차처리에서 얻어지는 처리수질 이상의 수질을 얻기 위하여 행해지는 처리이다. 전에는「3차처리」라는 용어가 사용되었는데 이는 활성슬러지법 등에 의한 2차처리를 행한 후 부가적으로 수행되는 처리를 의미하였지만, 근년에 들어서는 기술 개발에 의하여 단독 공정으로도 2차처리 이상의 수질을 얻을 수 있는 처리기술들이 많이 등장하였기 때문에「3차처리」라는 용어 대신에「고도처리」라는 용어를 사용하게 되었다.
고도처리를 도입하는 이유는 다음과 같다.
도시하천과 같이 고유유량이 적고 하수처리수로서 수량의 대부분이 점유되는 경우와 폐쇄성수역 및 수질의 총량규제가 이루어지는 경우에는 방류수역의 수질환경기준 혹은 수질의 방류기준을 달성하기 위하여 BOD, COD, SS, 질소, 인 등을 대상으로 하는 고도처리가 필요하다.
만의 안쪽 및 호소등과 같은 폐쇄성 수역에서는 적조 또는 수화(water bloom) 등 플랑크톤의 발생 등에 의한 이수상의 피해를 방지하기 위해서 그 원인이 되는 질소, 인의 유입부하량을 줄여야 할 필요가 있다. 이와 같은 폐쇄성 수역에 처리수를 방류하는 경우에는 질소, 인을 대상으로 하는 고도처리가 필요하게 된다.
방류수역의 이수상의 이유에 의해 고도의 방류수질이 요구되는 경우가 있다. 고도처리의 제거 대상 물질은 부유물, 유기물, 영양염류 등이 있으며, 각각의 제거 대상 물질에 대하여 다양한 처리 방식이 존재한다.
하수처리수의 재이용에는 수세용수, 살수용수로서의 이용과 조경용수로서의 이용이 있다. 재이용에는 그 이용 목적에 따라 처리대상 물질이 다르게 된다. 따라서 각 용도에 맞는 고도처리를 행하는 것이 필요하다.
고도처리시설 설치시 다음사항에 대해서 검토를 하여야 한다.
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고도처리의 처리방식은 처리대상에 따라 다음의 공정에서 선정한다.
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【해설】
고도처리의 처리방식은 처리대상에 따라서 아래와 같은 공법들 중에서 다양하게 선정하게 되지만 아래에 제시된 공법들 이외에도 현재 여러 기술들이 국내외에서 연구 개발되어 이미 특허 또는 신기술을 득하였거나 개발중에 있다. 따라서 처리장의 방류수역 조건, 경제성, 유지관리의 용이성 등 제반조건을 고려하여 적절한 공법을 선정할 필요가 있다.
(1)에 대하여
잔류 SS 및 잔류 용존유기물 제거공정으로는 〈표 4.6.1〉과 같은 대표적인 방법들이 있다.
(2)에 대하여
질산화 공정에는 단일단계(single-stage) 질산화공정과 분리단계(separated-stage) 질산화공정이 있다. 공정의 선택은 기존 처리장의 증설 또는 신 처리장의 건설 여부, 방류수의 질소농도 규제기준, 계절별 또는 연중 규제기준의 설정 여부, 운전온도의 범위 및 경제성 등을 고려하여 결정하여야 한다.
(3)에 대하여
질소 제거공정은 〈표 4.6.2〉와 같다.
(4)에 대하여
인 제거공정으로는 화학적공정과 생물학적공정이 있으며 〈표 4.6.3〉과 같이 나타낼 수 있다.
(5)에 대하여
생물학적 질소, 인 동시 제거공정을 〈표4.6.4〉에 나타내었다.
1) 급속여과법
급속여과법은 안정된 처리성능을 얻을 수 있고 운전도 용이하며 2차 처리수질의 향상을 기대할 수 있는 고도처리의 기본공정이다. 급속여과법은 모래, 모래와 안트라사이트, 섬유사, 폴리에틸렌 등의 여재로 이루어진 여층에 비교적 높은 속도로 유입수를 통과시켜 부유물을 제거하는 방법이다.
활성슬러지법 등에 의한 하수의 2차처리수에는 통상 5～20mg/l 정도의 미생물플록을 주체로 한 SS가 포함되어 있다. 이 SS를 제거하면 더욱 청정한 처리수를 얻을 수 있다. 또한 질소, 인제거를 목적으로 한 처리공정의 처리수중에 포함된 SS를 제거함으로써 보다 안정된 질소, 인제거를 기대할 수 있다. 더욱이 처리수의 재이용에 있어서 SS의 제거에 의해 탁도가 감소되어 처리수의 미관이 향상되며, 소독전에 부유물을 제거함으로써 소독의 효과가 증대한다.
급속여과지의 형식은 주로 3가지의 요인에 의해 다음과 같이 분류할 수 있다.
이것을 보다 자세히 〈표 4.6.5〉에 나타내었다.
처리수의 처리장내 재이용을 위한 여과시설로서는 압력식 여과 등이 사용되고 있으며, 고도처리 및 재이용을 위한 대형시설로서는 고정상 및 이동상을 포함한 중력식 하향류 여과 및 상향류 여과가 많이 채용되고 있다.
본법의 계획처리수량은 고도처리로서 전량여과를 행하는 경우는 계획1일 최대여과수량 (계획1일 최대처리수량), 재이용 등을 위해 처리수의 일부를 여과하는 경우에는 목표로 하는 최대수량으로 한다. 계획유입수질은 미리 충분히 조사하여 결정한다. 여과지 유입수의 시료를 얻기 어려운 경우에는 SS농도를 20mg/l로 한다. 여과속도는 압력식여과를 포함하여 모래여과인 경우 계획1일 최대여과수량에 대하여 300m/d를 상한으로 하고, 계획시간최대오수량에 대하여 450m/d을 상한으로 정하나 기타 여과재를 사용하는 경우 그 이상으로 할 수 있다. 여과를 계속하게 되면 포착된 부유물질에 의해 여층의 손실수두가 증대하기 때문에 설정수두에 도달하거나 정기적으로 세척할 필요가 있다. 여과를 개시한 후 세척을 하기 전까지 여층에 포착된 SS량을 SS포착량이라 한다. SS포착량은 하향류에서는 2～5kg/㎡(여상면적)정도, 상향류에서는 사용여재가 크고, 여층이 깊기 때문에 그 값이 보다 커진다. 여과지의 세척방법에는 일반적으로 표면세척, 공기세척 및 물역세척 등의 조합으로 구분하나 공기세척없이 물역세척으로만 세척하는 방법이 있다. 하수처리장에 있어서는 일반적으로 공기세척, 공기·물동시세척으로 여층내에 포착된 부유물을 이탈시키고, 물역세척으로 부유물의 배출과 여층의 성층화를 행하는 방법이 사용되고 있다. 상향류는 격자에 의해 여층의 팽창이 억제되어 하향류보다 세척이 어렵다. 때문에 상향류는 세척이 복잡하고 소요시간이 길다. 통상 상기의 조합을 2회 정도 반복하여 수행한다. 세척수는 하향류에서는 여과수를, 상향류에서는 2차처리수를 사용한다. 2차처리수의 SS농도가 높으면 여층이 단시간에 막히게 되어 세척빈도가 증가한다. 또한, 미세입자와 콜로이드는 처리되기 어려우며 처리효율을 저하시킨다. 따라서 급속여과지를 정상적으로 운영하기 위해서는 2차처리의 적정한 관리가 불가결하다.
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급속여과시설의 설계유량은 〈표 4.6.6〉과 같다. 
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급속여과장치는 다음 사항을 고려해서 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
일반적으로 쓰는 급속여과장치를 나타내면 〈표 4.6.7〉과 같다. 중력식 여과장치는 여과지내에 자유수면을 가지며, 지내의 수위와 유출수 수위의 수두차를 이용해서 여과가 이루어지고, 강재 또는 철근콘크리트재로 제작된다. 압력식 여과장치는 밀폐구조로 되어 있는 여층의 위쪽 면에 압력이 걸리게 되어 있다(〈그림 4.6.1〉 a) 참조). 중력식에서는 손실수두를 크게 취하기 위해 측벽을 높게 하지만 압력식에서는 유입압력을 높이는 것만으로도 여과조작이 가능하다. 그러나 압력식에서는 내압이 걸리므로 재질은 강판이어야 하고, 형상도 원통형으로 하는 것이 일반적이다. 또 계획수량이 비교적 적은 경우에 주로 사용된다.
(2)에 대하여
종래에는 여재가 모래, 안트라사이트(anthracite)로 한정되었으나 폴리에틸렌, 섬유사 등 다양한 국내·외의 다양한 여재 기술 및 여과방식의 개발로 여과효율의 증대, 유지관리의 편의성을 도모하게 되어 2차 처리수의 수질 및 양을 면밀히 검토하여 유지관리성 및 경제성을 고려하여 선정하여야 한다.
모래여과인 경우 일반적으로 하향류식 여과의 경우에는 안트라사이트(anthracite)와 모래로 구성된 2층 구조로 사용하고, 상향류식 여과의 경우에는 모래로만 된 단층으로 사용한다.
(3)에 대하여
여과속도는 2차 처리수와 여과수의 수질, 여재의 SS의 포획 능력 및 여과지속시간이 다르므로 유지관리 및 경제성을 고려하여 여과속도를 정한다.
모래여과기인 경우 여과속도는 일반적으로 300m/d 이하를 사용하나 폴리에틸렌, 섬유사인 경우 역세척 수의 발생량을 적도록 개발하여 여과지속시간을 짧게 하는 대신 여과속도를 약 500m/d까지 사용하기도 한다.
(4)에 대하여
여과능력의 재생을 위하여 여층을 역세척한다. 역세척은 여층의 하부에서 역세척수를 주입하여 여층의 상부에서 배수하는 방법이 일반적이다.
역세척의 방법으로는 여재 및 그 방법에 따라 조금씩 차이는 있으나 역세척수(여과수 또는 2차 처리수)만으로 역세척하는 방법과 역세척수와 공기세척을 병용하는 방법으로 대별할 수 있다.
급속모래여과에서는 역세척을 촉진하기 위해 하향류식 여과에서는 표면세척과 공기세척을 함께 하고, 상향류식 여과에서는 여층의 하부에서 역세척수와 공기를 동시에 주입하여 세척한다.
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【해설】
(1)에 대하여
계획여과수량을 Q(㎥/d), 여과속도를 v(m/d)라 하면 소요여과면적 S(㎡)는 식(4.6.1)과 같다.
(2)에 대하여
급속여과장치는 기종에 따라 역세척과 동시에 여과를 할 수 있고, 역세척 운전시간 3분 이내로 매우 짧은 경우도 있으므로 예비를 반드시 둘 필요는 없다. 그러나 여과장치의 보수, 점검 등 유지관리를 고려하여 원칙적으로 2대 이상을 설치하는 것이 좋다.
식(4.6.2)에 의하여 nmin은 식(4.6.3)로 구할 수 있다.
2차처리계통으로 반송되는 역세척폐수의 수량, 부유물, BOD 등의 부하를 균등하게 2차처리계통에 반송하기 위한 역세척폐수조를 설치하지 않고, 또한 2차처리계통이 역세척폐수에 의해 과부하로 되지 않게 하기 위해서는 저수량시에 여과지의 역세척을 하는 것이 바람직하다. 저수량시에 1지씩 연속세척을 한다고 가정하면 식(4.6.4)가 성립된다.
식(4.6.4)에 의해 nmax는 식(4.6.5)로 구할 수 있다.
1지가 역세척되고 있는 경우, 다른 여과지의 여과속도(vw)는 식(4.6.6)과 같다.
식(4.6.6)에 의하면 n=4, 6, 8, 10의 경우 1지 역세척에 의해 다른 여과지의 여과속도는 역세척전과 역세척중의 유입수량에 변화가 없다고 하면 역세척전의 여과속도의 1.33, 1.20, 1.14, 1.11 배가 된다. 역세척에 의한 여과운전중 여과지의 여과속도 증가로 인해 여과수질이 나빠지지 않도록 지수를 결정해야 한다.
(3)에 대하여
급속여과장치는 처리장의 규모, 처리수질의 조건, 유지관리 및 경제성을 고려하여 기종을 정하여야 한다.
여과지인 경우 형상은 철근 콘크리트제의 경우 직사각형을 표준으로 한다.
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급속여과에 사용하는 여재는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
여과란 부유물 특히, 침전으로 제거되지 않는 미세한 입자의 제거에 가장 효과적인 방법으로 다공성 물질에 액체를 통과시켜 여재의 공극보다 더 큰 입자가 제거되며 공극보다 더 작은 입자는 부착, 응결, 침전, 거름 등에 의해 제거되는데, 원수가 여재의 공극 사이를 통과할 때 일부 미세 부유물은 모여서 응결되어지는 과정, 커진 부유물은 공극부에 침적되는 과정, 축적된 부유물의 거름현상 유발 과정 및 일부 유입 부유물의 직접 여과에 의해 제거된다.
여재는 그 종류에 따라 제거율이 다르고 같은 조건에서도 공극률, 비표면적이 크고 균등계수가 균일하면 처리유량을 크게 할 수 있다.
(2)에 대하여
여과가 계속되면 압력손실이 증가하여 제거된 입자들이 농축되어 여재가 폐색되면 여과공정을 중단하고 역세공정을 행해야 한다. 여과지속시간은 원수의 부유물 농도, 형상, 성질 등과 여재의 공극률, 여재의 충전높이에 따라 다르다.
유입수중의 플록(floc)이 크고 탁도가 높은 경우에는 표면제거가 일어나며 공극공간은 급속히 막히게 되어 상대적으로 여과상의 운영시간이 짧아지게 된다. 유입수의 플록이 작고 탁도가 낮은 경우에는 심층제거가 일어나는데 부유물질이 여과상 내부로 깊이 스며들며 여과지속시간이 길어지게 된다.
또한 같은 충전높이라도 여재의 특성에 따라 여과효율 및 여과지속시간이 달라지므로 여재의 특성을 고려하여 설치하여야 한다.
2) 막분리법
압력차에 의해서 막을 통과시켜 물질을 분리하는 방법이 막분리법이다. 막의 두께는 보통 0.05～2mm 정도이다. 한외여과시설이 고분자량 물질의 분리를 목적으로 하는 것에 비하여 역삼투시설에서는 저분자량의 이온영역까지의 분리를 목적으로 한다. 나노여과는 역삼투의 변형으로 분리범위도 역삼투와 비슷하나 주로 조대 유기분자들이 제거된다. 정밀여과에서 분리되는 입경이 가장 크며 주로 부유물, 박테리아, 효소 등이 제거된다. 막의 분리기구는 용질의 입자가 단순히 기계적으로 막의 표면에 부착하는 것과 막표면이나 내부에 흡착되는 것으로 나누어진다. 부착·흡착된 입자는 모두 용매의 투과속도를 저하시키지만 전자의 기구로 제거된 입자는 비교적 간단히 역세척에 의해 제거된다. 그러나 흡착에 의한 막힘은 적절한 약품처리에 의해서만 제거 가능하다. 막분리시설에서는 고압축에 제거물질이 농축되기 때문에 시간이 지날수록 막면에 제거물질이 침착하여 겔층이 형성되어 간다. 겔층의 형성은 막면을 막히게 하기 때문에 막면을 세척하지 않으면 안 된다. 하수의 고도처리에서는 일반적으로 원수중의 SS, 콜로이드입자(탁도유발물질), 고분자 유기물 및 박테리아 등은 막의 세공을 통과할 수 없기 때문에 농축액으로 분리되나, 무기염류나 저분자량의 유기물은 막을 투과수와 같이 통과한다.
역삼투막의 투과수는 무취, 무색투명하고 수도물과 같은 외관을 띠며, 입자에서 용존성물질이 대부분 제거되는 반면 한외여과막 및 정밀여과막의 투과수는 약간의 색도와 악취가 남아있고 무기물 및 박테리아보다 작은 크기의 미생물류는 제거가 어렵다. 일반적으로 막분리법은 설치 및 유지비용이 높기 때문에 현 시점에서는 그 적용분야가 한정되어 있다.
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분리막의 선정시에는 다음과 같은 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
일반적으로 역삼투막을 제외한 막의 분리성능은 막에 의해 거의 완전히 저지되는 물질의 입경 또는 분자량으로 나타낸다. 이것은 분자량 또는 입경을 알고 있는 표준물질을 이용하여 그 값을 정한다. 이것을 지표로 하여 대상물질에 따른 막의 종류를 선택할 수 있다. 정밀여과막에서는 입경인 공칭분획경으로, 한외여과막에서는 분자량 크기인 분획분자량으로, 역삼투막에서는 특정조건의 운전조건에서의 염제거율(예를 들면, 공급수 1,500mg/l 식염수, 압력 30kg/㎠, 온도 25℃, 회수율 75%)로 나타낸다.
(2)에 대하여
막의 투과능력은 막면적당 투과수량인 투과유속, 또는 투과계수 등으로 나타내며, 그 관계는 다음 식(4.6.7)과 같다. 단, 모듈에서는 모듈당 순수투과수량으로 통상 표시한다.
온도별 압력과 투과유속의 관계의 예는 〈그림 4.6.2〉과 같은데 투과유속은 압력에 비례 하고 온도에 의존하는 것을 알 수 있다. 이 그림에서 기울기가 투과계수이다. 투과능력은 온도의 영향을 받기 때문에 통상 25℃에서의 값으로 처리특성을 평가한다.
(3)에 대하여
막의 수명은 막의 폐쇄에 의한 투과수량의 감소 또는 막의 물리적 손상이나 화학변화에 의한 분리성능의 저하로 결정된다. 한외여과막은 물론 역삼투막도 응집침전 및 모래여과 등으로 수질개선을 철저히 한 뒤에 막에 공급하면 이론상 만시간 이상 경과해도 성능저하는 적으나 제작회사에 따라 큰 차이가 있다.
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주요 막분리시설로는 다음과 같은 시설들이 있으며 각각의 특징을 파악하여 처리목적에 적합하게 선택한다.
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【해설】
(1)에 대하여
한외여과는 용존물질 또는 콜로이드물질을 제거하기 위해 다공성 막을 이용하여 가압 운전하는 시설로서, 보통 콜로이드 물질과 분자량 5,000 이상인 고분자의 제거에 이용된다. 한외여과막 공경의 크기는 보통 0.001～0.02μm이다. 이 시설은 역삼투보다 상대적으로 낮은 압력에서 운전되는데 일반적으로 1～10kg/㎠ 정도이다. 한외여과의 응용분야로는 물로부터의 기름제거와 유색 콜로이드로부터의 탁도제거 등이 있다. 〈그림 4.6.3〉은 가압에 의해서 처리수중의 미립자가 물과 분리되는 상황을 모델적으로 표시한 것이다. 이 방식을 교차(cross)흐름방식이라 하며 흐름의 방향과 압력이 걸리는 방향이 수직이다. 유입수는 투과수와 농축액으로 분리된다. 한외여과법에서의 막의 투과기구는 세공설에 의해 설명할 수 있다. 한외여과막은 막에 다수의 세공을 가지고 있는데, 용매는 다공성막을 통과하나 다른 성분 즉, 용질은 막표면에 걸리게 되는 성질에 의해 용매로부터 물리적인 여과에 의해 분리된다. 한외여과막에 의해 분리되는 물질은 막의 구멍의 크기와 용질의 분자의 크기 및 형상에 의해 좌우된다. 한외여과막으로는 셀룰로즈 아세테이트, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐클로라이드 등이 사용된다.
(2)에 대하여
역삼투시설은 용매는 통과하지만 용질은 통과하지 않는 반투막 성질을 이용한 처리시설이다. 원리를 나타내면 다음 〈그림 4.6.4〉와 같다. 물은 자유롭게 통과하지만 용질은 통과하지 않는 반투막에 의해서 2개의 실로 나뉜 용기 A에 염류용액을, B에는 물을 넣은 경우 B의 물 일부는 A의 용액으로 침입하여 평행에 달한다. 이때 A, B 사이에서 압력차가 발생하여 〈그림 4.6.4〉의 Ⅰ의 상태로 된다. 이 압력차를 삼투압이라고 하며, 이 삼투압에 견딜 수 있는 만큼의 외압을 농후용액측에 가하면 〈그림 4.6.4〉의 Ⅱ와 같이 역으로 용액중의 용매가 수측으로 이동한다. 이 현상을 역삼투라고 한다. 이것을 이용하여 용액에서 용매를 분리하는 방법이 역삼투법이다. 삼투압과 농도와의 관계에는 다음 식(4.6.8)이 성립한다.
(3)에 대하여
정밀여과는 주로 현탁입자, 각종의 균체 등의 분리에 넓게 사용되고 있다. 역삼투막과 한외여과막에 비하여 낮은 압력으로 큰 여과속도를 얻는 것이 가능하다. 막의 공경은 0.01 ～수μm 정도로 분리 대상은 입자이다. 정밀여과는 제거대상이 입자이기 때문에 제거대상물이 현탁성분, 박테리아이고 역삼투막의 전처리로 사용되기도 한다. 막의 투과기구 및 운전방법은 한외여과와 유사하다.
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분리막 모듈에는 다음과 같은 형식이 있다.
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【해설】
막에는 막 자체만으로 구성된 것, 얇은 막과 그것을 지지하는 다공층이 하나로 되어 있는 비대상막, 얇은 막과 지지막을 별도로 만들어 조합시킨 복합막이 있다. 복합막은 얇은 막과 지지막의 조합을 자유롭게 할 수 있기 때문에 최근에 개발은 이 경향으로 향하고 있다. 이러한 투과막을 공업적으로 이용가능하도록 한 장치를 모듈이라 한다.
(1)에 대하여
판형은 〈그림 4.6.5〉와 같이 평면상의 막을 여러 장 겹쳐서 조이는 형이며, 구조가 간단하고 조립되어 있어 분해하여 보수하기가 용이하다. 한외여과용에 주로 사용되고 대상 원액은 슬러지에서 고분자용액까지 비교적 폭이 넓다. 원수 유로의 폭을 매우 좁게 하는 것으로 유속을 크게하여 막면에 겔층이 부착하는 것을 방지한다. 물리적 세척은 불가능하고 약품세척을 실시한다.
(2)에 대하여
관형은 〈그림 4.6.6〉에 나타낸 것과 같이 원통형으로 만들어진 막을 같은 원통형의 통수성을 갖는 내압지지체의 내측 또는 외측에 장착하고 있다. 내경은 10～20mm, 길이는 1.5 ～3m의 것이 많이 사용되고 있다. 단관식과 복수로 구성된 다관식 모듈이 있다. 공급액의 유로폭이 크기 때문에 전처리는 조대입자를 제거하는 것만으로 충분하다. 공급액의 유속을 크게하기 쉽고 막면에 스케일 부착이 적다. 세척이 용이하며 물리적 세척법을 적용할 수 있다. 약품세척도 수시로 병용한다. 막교환은 용이하지만 막면적당 장치용량이 크고 설비용적도 커진다. 통상 고유속으로 운전하기 때문에 여과량당 소비동력이 크다.
(3)에 대하여
나선형(소용돌이상) 모듈은 〈그림 4.6.7〉에 나타난 것과 같이 막, 막지지체, 스페이서, 투과액 채수관 등으로 이루어진다. 2장의 평막 사이에 통수성 지지물질을 끼워 넣고 막의 외측면에는 망상의 스페이서를 겹치고 막의 세 변을 접착제로 봉하여 투과액 채수관을 중심으로 말아 넣은 것이다. 원수는 스페이서부에 들어가고 막을 통과한 액은 지지체부에서 투과액 채수관을 통과하여 배출된다. 나선형 모듈은 모듈당 막면적이 크고 투과속도도 빠르기 때문에 장치의 콤팩트화가 가능하다. 스페이서는 활류촉진효과를 갖고 있기 때문에 막으로의 공급량이 적어도 막면에서의 유속이 커지고 염분이 막표면 부근에 농축되어 염분제거율이 저하되는 농도분극현상을 방지할 수 있다. 따라서 소비동력이 적게 드는 에너지절약형이다. 반면 유로단면이 작기 때문에 유로폐쇄를 방지하기 위한 전처리를 필요로 한다.
(4)에 대하여
중공사형은 〈그림 4.6.8〉에서 볼 수 있듯이 내면적 중의 한면 또는 외측면이 0.1～1μm정도의 활성막면으로 되어 있는 중공사 여러 개를 하나의 모듈에 수납하고 있다. 다른 형식과는 달리 지지체를 사용하지 않고 자기지지구조로 되어 있기 때문에 막 자체에 어느 정도의 기계적 강도가 요구된다. 원수가 중공사의 외측과 내측에 공급되는 두 가지 형이 있다. 단위용적당 유효면적이 크고, 보다 낮은 압력으로 소정의 처리 능력을 달성할 수 있어 소비동력이 적다. 출구측에서 압입하는 역세척과 약품세척을 실시한다.
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막분리시설은 모듈, 가압펌프로 구성되며 농축수를 순환시켜 원수와 혼합시킨 뒤 재투과시키는 경우도 있다. |
【해설】
막분리시설의 기본흐름을 〈그림 4.6.9〉에서 보면 원수는 펌프로 가압되어 모듈로 보내지고 투과수와 농축수로 분리된다. 농축수는 순환해서 유입수와 혼합하여 재투과시키는 경우도 있다. 또, 유입수는 응집침전, 모래여과 등으로 전처리하는 경우가 많다. 실용적으로는 단일막으로 처리하는 경우가 적고 여러 단에서 투과수를 통과하는 것이 보통이다. 모듈의 배열 예인 〈그림 4.6.10〉에서도 볼 수 있듯이 단을 직렬 또는 병렬로 여러 단을 연결하여 처리한다. 예를 들면, 제일단에서 50%를 회수하여 그 농축수를 제이단에 통과시키고 25%를 회수하여 다시 제삼단에 통과시켜 합계 85% 정도를 회수한다.
1) 질산화
활성슬러지법에 의한 하수의 처리는 일반적으로 유기물의 제거를 목적으로 하기 때문에 유기물을 에너지원으로 하는 종속영양미생물이 주가 되지만, 활성슬러지중에는 유황, 질소, 철 및 그 화합물을 산화하여 얻는 에너지를 이용하여 성장하는 미생물군도 존재한다. 이것들을 종속영양미생물과 대응하여 독립영양미생물이라 부른다. 활성슬러지법에 의한 하수처리에는 질소화합물을 산화하는 질산화미생물에 의한 질산화반응이 일어나는데 이러한 질산화반응에 관여하는 미생물인 질산화균이 바로 독립영양미생물 중의 하나라고 할 수 있다.
하수중에 포함되어 있는 질소화합물에는 유기성질소, 암모니아성질소, 아질산성질소, 질산성질소 등이 있다. 유기성질소와 암모니아성질소를 포함하는 TKN 화합물은 하수중의 질소화합물의 대부분을 차지한다. 유기성질소는 주로 식물류와 분뇨에 함유된 단백질과 분해생성물로부터 유래한다. 단백질 등이 미생물에 의해 분해되면 식(4.6.9)과 같이 탈아미노반응에 의한 암모니아성 질소가 생성된다.
이 반응에는 1g의 암모니아성질소의 생성에 따라서 3.57g의 알칼리도(CaCO3로서)가 생성된다. 질산화미생물의 증식속도는 통상적으로 활성슬러지중에 있는 종속영양미생물보다 늦기 때문에 활성슬러지중에서 그 개체수가 유지되기 위해서는 비교적 긴 SRT를 필요로 한다. 또 질산화미생물의 증식속도는 수온, 용존산소농도, pH 등에 의해 크게 영향을 받는다. 질산화미생물에는 암모니아성질소를 아질산성질소로 산화하는 암모니아 산화미생물(Nitrosomonas)과 아질산성질소를 질산성질소로 산화하는 아질산산화미생물(Nitrobacter)이 있으며, 이러한 질산화미생물에 의한 질산화 반응을 반응식에 의해 표현하면 식(4.6.10 ～4.6.12)와 같다.
식(4.6.11)의 반응은 식(4.6.10)의 반응에 비해 속도가 빠르기 때문에 식(4.6.12)의 전체반응속도는 식(4.6.10)의 반응속도에 따라 결정된다.
유기물의 제거를 대상으로 하는 활성슬러지 미생물의 비증식속도와 BOD와의 관계가 질산화미생물의 비증식속도와 암모니아성 질소와의 관계에도 성립한다. 활성슬러지중의 질산화미생물을 측정하는 것은 실제상 곤란하기 때문에 일반적으로 단위 활성슬러지량당 암모니아성질소(NH4-N)의 감소속도, 또는 아질산성질소(NO2-N)＋질산성질소(NO3-N)의 증가속도로서 질산화반응의 속도가 표시되는 경우가 많다. 질산화는 질산화미생물에 의한 암모니아성 질소의 산화작용이며, 기질로서의 암모니아성 질소농도에 관하여 식(4.6.13)으로 표현할 수 있다.
KL은 식(4.6.14)로부터 주어지며, 예를 들면 T(수온℃)가 15℃일 때 0.4mg/l로 상당히 작은 값이기 때문에 SRT가 충분히 큰 반응조내에 질산화미생물이 충분히 존재하는 경우에는 질산화반응은 암모니아성질소농도에 대해 실제로 0차 반응이라고 볼 수 있다.
질산화미생물의 증식속도는 유기물을 분해하는 미생물의 증식속도와 비교하여 상당히 작은 값이기 때문에 생물학적 질산화·탈질공정에서 BOD의 산화분해와 질산화를 동일한 조내에서 하는 경우에는 질산화미생물을 계내에 유지하는 것에 주의해야 한다. 질산화미생물의 유지에 최저한도로 필요한 SRT는 식(4.6.15)로 나타낼 수 있다.
활성슬러지중의 질산화미생물의 양은 적기 때문에 활성슬러지법 시스템의 SRT는 일반적으로 질산화미생물의 양의 다소에 거의 영향을 받지 않는다. 즉, 활성슬러지법의 질산화반응의 예측에 대해서는 다음과 같은 사항이 고려되어야 한다.
질산화미생물의 증식속도는 수온의 영향을 받기 때문에 저수온기에는 질산화미생물을 시스템내에 유지하기 위해 필요한 SRT는 길어진다. 표준활성슬러지법으로 설계된 하수처리장에서 질산화반응에 대한 수온과 SRT의 영향을 정리한 것이 〈그림 4.6.11〉이다. 그림중의 직선은 질산화율 (유입수의 TKN농도-처리수의 TKN농도)×100/유입수의 TKN농도(%))가 80% 이상의 자료에서 각 수온에 대한 SRT값의 하한값을 보여주고 있다. 이 선보다 상부 영역이 충분한 질산화를 시키는 조건임을 의미하고 있다. 이 그림을 사용함으로써 충분한 질산화가 가능한 수온마다의 SRT값을 경험적으로 정량화하는 것이 가능하다.
활성슬러지법의 하수처리에서 질산화 촉진을 전제로 운전을 하는 경우 1g의 암모니아성질소가 질산성질소로 산화되기 위해서 4.57g의 산소가 필요하므로 반응조의 DO농도의 유지에 주의를 기울일 필요가 있다. 〈그림 4.6.12〉에 질산화속도와 활성슬러지 혼합액의 DO농도의 관계 예를 보여주고 있지만, 그림에서 DO농도가 1mg/l 이하로 되면 질산화속도가 저하하는 것을 알 수 있다.
2) 질산화공정
질산화공정은 BOD제거와 질산화기능의 분리정도에 따라 분류될 수 있는데 BOD제거와 질산화가 하나의 반응조에서 일어나는 것을 단일단계(single-stage) 질산화공정, 다른 반응조에서 일어나는 것을 분리단계(separated-stage) 질산화공정이라 하며 이에 대한 비교를 〈표 4.6.8〉에 정리하였다. 공정의 선택은 기존 처리장의 증설 또는 신 처리장의 건설 여부, 방류수의 질소 농도 규제 기준, 계절별 또는 연중 규제기준의 설정 여부, 운전온도의 범위 및 경제성 등을 고려하여 결정하여야 한다. 또한 공정의 선정 이전에 처리도 실험을 행하여 설계인자를 도출하는 것이 바람직하다. 단일단계 질산화공정과 분리단계 질산화공정을 〈그림 4.6.13〉에 나타내었다.
3) 질산화촉진형활성슬러지법
질산화촉진형활성슬러지법은 단일단계 질산화 공정으로 기본적인 처리계통은 표준활성슬러지법과 같다. 본법의 처리계통을 〈그림 4.6.14〉에 나타내었다.
이 처리법에 있어서 1년 내내 암모니아성 질소를 제거하기 위해서는 질산화미생물에 의한 질산화반응을 연중 유지시키는 것이 중요하다. 그러므로 저수온시에도 질산화가 촉진되는 SRT를 설정할 필요가 있으며, 연간의 최저 기온을 기록한 동기의 조건(수온 및 수량)이 설계 대상이 된다.
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질산화반응의 예측은 SRT를 이용한다. SRT는 동절기의 최저 수온 등에 따라 적절히 설정한다. |
【해설】
SRT는 〈그림 4.6.11〉(질산화율과 SRT, 수온의 관계)과 같이 결정한다. 동절기의 최저수온시에 있어서도 충분한 질산화가 달성될 수 있는 SRT를 선정한다.
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반응조의 HRT는 설정된 SRT, 잉여슬러지의 발생량 및 설정한 MLSS농도로부터 구한다. |
【해설】
질산화촉진형활성슬러지법의 반응조 용량은 목표로 한 SRT를 얻기 위해 필요한 HRT값으로부터 결정한다. 반응조의 HRT는 반응조 유입수의 BOD와 SS농도, SRT 및 MLSS농도를 설정하여 식(4.6.16)으로부터 구한다.
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각종 활성슬러지법의 특징 및 활성슬러지의 침강성, 농축성을 고려하여 MLSS농도와 슬러지반송비를 적정하게 설정한다. |
【해설】
MLSS농도를 일정하게 유지할 수 있는 반송슬러지의 SS농도와 슬러지반송비의 관계는 〈그림 4.6.15〉와 같다. 또한, 이 처리법에서는 긴 SRT가 필요하기 때문에 MLSS농도를 2,000 ～3,500mg/l로 설정하는 것이 바람직하다.
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산소공급량은 유입수질 및 처리방식에 따라서 질산화에 필요한 산소량이 공급될 수 있도록 설정한다. |
【해설】
질산화촉진형활성슬러지법의 경우 필요산소량이 증가하기 때문에, 특히 반응조의 용존산소농도가 적절히 유지될 수 있도록 주의해야 한다. 질산화속도와 용존산소농도와의 관계(〈그림 4.6.12〉 참조)로부터 질산화를 촉진하기 위해서는 용존산소농도를 항상 1mg/l 이상이 되도록 유지해야 하며 용존산소계에 의해 송풍량을 제어하는 것이 바람직하다.
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질산화 반응이 진행됨에 따라 알칼리도가 소비되어 반응조내의 pH가 저하되는 경우에는 수산화나트륨 등을 첨가하여 pH저하 방지를 도모한다. |
【해설】
유입하수의 질소농도 및 알칼리도에 따라서 질산화가 진행됨에 따라 반응조의 pH가 저하된다. 반면, 질산화반응은 pH에 의해 영향을 많이 받게 되는데 pH가 저하함에 따라 질산화 속도가 저하된다. 통상, 반응조의 pH를 6.5에 유지하는 것이 필요하며 이를 위해서는 〈그림 4.6.16〉에 나타나 있는 바와 같이 질산화 반응 종료시 수치계산을 행하여 알칼리도가 부족한 경우에는 수산화나트륨을 첨가해야 한다.
본법의 반응조 말단에 있어서 활성슬러지 혼합액의 알칼리도(CALK, A)는 질산화가 이미 반응조에서 수행되었고, 반응조에서의 탈질이 없는 경우 식(4.6.17)에서 구한다.
식(4.6.17)의 우변의 제 2항은 반응조에서의 알칼리도 소비량, 제 3항은 유기성 질소의 탈 아미노화에 의하여 알칼리도가 생성되는 양을 나타낸 것이다.
잔류 필요 알칼리도를 50mg/l로 하려면 식(4.6.18)이 만족되지 않으면 안 된다.
식(4.6.18)이 만족되지 않는 경우에는 식(4.6.19)와 같이 알칼리도의 부족분 CALK, L(mg/l)를 반응조에 첨가할 필요가 있다.
이 부족량을 수산화나트륨 C'OH(%)용액으로 보충하는 경우 설계 유입수량과 반송슬러지량과의 합계량에 대한 농도로서 그 첨가량 RALK, L(mg/l)은 식(4.6.20)과 같다.
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이차침전지는 다음의 각항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
본법은 MLSS농도를 높게 유지하여 운전하기 때문에 이차침전지에 유입되는 고형물 부하가 증가한다. 따라서 표준활성슬러지법보다는 낮은 수면적부하에서 운전하는 것이 바람직하다. 그러나, 설계 MLSS 농도를 고려하여 표준활성슬러지법과 유사한 설계 MLSS농도에서는 4.3.2 이차침전지 3)항에 준한다.
(2)에 대하여
또한 유효수심에 대하여도 미세 슬러지의 유출에 의하여 처리수중의 질소농도가 상승하는 등의 경우를 고려하여 운전관리를 용이하게 할 수 있도록 여유있게 설정한다.
(3)에 대하여
기존 하수처리장 이차침전지의 경우 표준활성슬러지법 수면적부하기준인 20～30㎥/㎡·d에 근거하여 시설되어 있어 상기 (1), (2)항을 일률적으로 적용할 경우 불가피하게 운전개선 및 시설개량에 큰 제약이 되는 경우가 생길 수 있다. 따라서 이러한 경우 기존시설의 이차침전지 성능 개선을 위해서 운전 및 구조개선을 통해 침전효율을 증대시키는 등의 효율향상 방안을 고려하여야 한다.
1) 탈질
활성슬러지에 포함되어 있는 종속영양미생물 중에는 혼합액중의 용존산소가 결핍되더라도 질산성질소에 함유된 산소(결합산소)를 이용하여 유기물을 분해하는 미생물군이 있다. 이 미생물군은 산소이용형태에 따라 통성혐기성미생물로 분류된다. 통성혐기성 미생물군이 유기물을 이용하여 아질산성질소와 질산성질소를 질소가스로 환원하는 반응을 생물학적 탈질소반응이라 하며, 이 반응에 관여하는 미생물군을 탈질미생물이라 부른다.
탈질반응은 용존산소가 존재하지 않는 조건하에서 통성혐기성미생물의 호흡(질산성호흡 또는 아질산성호흡)이며, 식(4.6.21)～(4.6.23)과 같이 나타낼 수 있다.
위의 반응에 있어서 (H2)는 수소공여체(기질)로부터 주어지게 된다. 이 수소공여체는 하수중의 유기물, 메탄올 등의 유기물과 미생물계내 축적물 등의 분해에 의해 공급되는 것이다. 이 탈질반응이 진행되기 위해서는 활성슬러지 혼합액에 용존산소가 존재하지 않아야 하고 활성슬러지 혼합액 또는 반응에 관여하는 미생물내에 산화의 대상이 되는 유기물이 존재해야 한다.
식(4.6.23)의 탈질반응에 따라 1g의 질산성질소로부터 3.57g의 알칼리도가 생성되고, 1g의 질산성질소를 환원하기 위해서는 2.86g의 BOD에 해당하는 유기물이 필요하다. 최근에는 질산화반응과 이러한 탈질반응을 이용하여 하수로부터 질소를 제거하는 방법이 고안되어 실용화되고 있다. 생물학적 질소제거방법은 수소공여체인 유기탄소와 중화제인 알칼리도의 절감 등을 목표로 하여 각종 공정에 제안되고 있지만 크게 나누어 보면 직렬방식, 순환방식 및 이것들을 조합시키는 방법으로서 분류된다. 생물학적 탈질의 원리를 〈그림 4.6.17〉에 나타내었다.
2) 순환식질산화탈질법
순환식질산화탈질법은 〈그림 4.6.18〉에서 볼 수 있듯이 반응조를 무산소(탈질)반응조, 호기(질산화)반응조의 순서로 배열하여 유입수 및 반송슬러지를 무산소반응조에 유입시키고 한편으로는 연속되는 호기반응조의 질산화 혼합액의 일부를 무산소반응조에 순환시켜 처리하는 방식이다. 호기반응조에서는 유입된 암모니아성질소가 아질산성질소로, 그리고 다시 질산성질소로 산화되며, 무산소반응조에서는 질산성질소가 유입수중의 유기물의 산화반응에 의해서 질소가스로 환원된다. 본법은 하수중의 유기물의 일부가 탈질 반응시 수소공여체로 이용되기 때문에 질산화촉진형 활성슬러지법에 비해 BOD제거에 필요한 산소공급량이 적어지게 된다.
또한, 질소제거율 향상을 목적으로 〈그림 4.6.19〉에 나타나 있는 것처럼 2단순환방식이 있다. 이 방식에서는 무산소반응조 및 호기반응조를 2단 직렬로 조합시켜 유입수를 각단의 무산소반응조에 단계유입시킴으로써 높은 MLSS농도와 긴 SRT를 가능하게 한다. 이와 같은 조작에 의해 전단의 질산화반응조로부터의 유출수를 후단의 무산소반응조로 유입시키는 것이 가능하여 높은 질소 제거율을 얻을 수 있다(Bardenpho공법은 이 방식에서 (1)의 step 유입 및 (2)의 질산화액 순환이 없는 방식임).
일반 도시하수의 경우 유입수(일차침전지 유출수)에 대하여 총질소(T-N)제거율은 연 평균 60～70%를 기대할 수 있으며, 동시에 표준활성슬러지법과 비교해서 BOD, SS에 대해서도 제거율이 높은 편이다.
본법의 질소제거 성능은 유입수의 수온, 유입수의 질소 및 유기물농도, 호기반응조의 고형물체류시간(ASRT), 순환비, MLSS농도, 호기반응조 용존산소농도, pH 등에 의해 지배된다. 그러므로 설계목표수질을 정하는 경우에는 이러한 사항을 충분히 고려할 필요가 있다. 다단식의 순환법을 채용하는 경우 총질소제거율은 단단식에 비해 10% 정도 향상되지만, 질소제거성능은 전술한 인자들 뿐만 아니라 각단에의 단계유입비, 전단과 후단의 반응조 용량비 등에 의하여 크게 좌우되기 때문에 운전관리는 그리 쉽지 않다.
본법(단단)의 설계 및 유지관리상의 유의점은 다음과 같다.
3) 질산화내생탈질법
질산화내생탈질법은 〈그림 4.6.20〉의 처리계통에 나타나 있는 것처럼, 질산화공정 이후에 탈질공정을 배치하여 탈질반응에 필요한 수소공여체로서 활성슬러지에 흡착되어 세포내에 축적된 유기물을 이용하게 된다. 따라서 탈질반응에 필요한 유기물을 외부로부터 첨가하지 않으며 질산화액의 순환도 행하지 않는다.
본법에서는 전단의 호기반응조에서 질산화된 질소의 전량을 후단의 무산소반응조에서 탈질하는 것이 가능하기 때문에 높은 질소제거율이 가능하다. 반면, 탈질반응의 수소공여체로서 활성슬러지에 흡착되어 세포내에 축적된 유기물을 이용하게 되기 때문에 탈질속도가 느리고 큰 무산소반응조가 필요하게 된다.
일반적인 도시하수인 경우에는 탈질을 위해 메탄올 등의 첨가가 필요하지 않으나, 유입수의 수질에 따라서는 질산화에 의한 알칼리도의 저하를 보충하기 위하여 수산화나트륨의 첨가를 필요로 하는 경우도 있다. 후단의 재포기반응조는 무산소반응조로부터 유출하는 혼합액을 이차침전지에서의 탈질에 의한 슬러지 부상을 방지하고, 방류수의 용존산소농도를 확보하기 위해서 설치한다.
일반적인 도시하수의 경우 일차침전지를 설치하지 않은 하수처리장에 있어서 T-N제거율은 70～90% 정도가 가능하며, 처리수의 총질소농도는 5mg/l 이하까지 되는 것이 가능하다.
본법은 질소제거율의 목표치가 높은 경우, 또는 장기포기법과 같은 정도의 시설을 설치할 여유가 있는 경우에 유력한 처리공정이다. 또한, 기존의 장기포기법의 처리시설에 질소제거의 기능을 부가하는 방법으로 본법을 충분히 활용할 수 있다. 그러나 본법의 질소제거율은, 유입수의 총질소 및 유기물 농도, 호기반응조(질산화 반응조 및 재포기반응조) 및 무산소반응조에 있어서의 HRT, 수온, pH, MLSS농도, SRT, DO농도 등에 의하여 지배 받는다.
본법과 순환식질산화탈질법(순환법)과의 중요한 차이점은 다음과 같다.
그러나, 유입수의 알칼리도, 총질소 농도에 따라서는 전단에 질산화공정이 설치되어 있기 때문에 알칼리도 소비에 의한 pH 저하대책을 확실히 세워야 할 필요가 있다. 알칼리도의 보충이 필요한 경우 통상 수산화나트륨 첨가 설비를 설치한다.
4) 외부탄소원탈질법
메탄올을 탄소원으로 사용할 경우 탈질의 화학 양론은 다음 식(4.6.24～4.6.27)과 같다.
총괄 에너지반응 :
한편 전형적인 합성반응은 다음과 같다.
실질적으로 에너지로 요구되는 메탄올량의 25～30%가 합성에 소요된다. 질산성질소의 총괄제거반응은 다음식과 같이 표현될 수 있다.
만일 모든 질소가 질산염의 형태로 존재한다면 총메탄올 요구량은 식(4.6.26)을 이용하여 구할 수 있다. 그러나 생물학적으로 탈질을 해야 할 유입수에는 약간의 아질산염과 용존산소가 있을 수 있다. 따라서 질산염, 아질산염 그리고 용존산소가 존재한다면 메탄올 요구량은 다음의 경험식에 의하여 계산할 수 있다.
5) 단계혐기호기법
단계혐기호기법은 표준활성슬러지법의 문제점인 빈번한 벌킹발생, T-N 제거기능 등을 보완하기 위하여 유입하수를 2단이상으로 분리하여 유입시키면서 생물반응조를 혐기(무산소), 호기, 무산소, 호기(재포기) 반응조의 순서로 배치하여 질산화, 내부순환 없는 내생탈질 반응이 동시에 일어나게 하는 방법이다. 본법의 기본적인 처리계통은 〈그림 4.6.21〉과 같다. 본법은 가정오수를 주로 하는 분류식 하수처리장의 벌킹 대책과 질산화 및 탈질화를 위하여 주로 적용되고 있다.
유입부하의 변동과 수온저하에 대해서 안정된 처리를 기대할 수 있으며 특히 동절기의 사상성 벌킹을 방지할 수 있다. 질소제거는 내부순환 없이 탈질반응에 필요한 탄소원을 내부탄소 및 유입하수를 직접 이용하기 때문에 질소제거 효율이 50～60%로 안정적이다. 또, 혐기조 운전에 따라서는 인제거도 가능하다.
6) 연속회분식활성슬러지법
연속회분식활성슬러지법에서 SRT를 길게 하여 유기물 부하를 낮게 설정할 수 있는 경우에는 질산화반응이 진행되고 탈질공정을 도입하여 동일한 반응조에서 용이하게 질소제거를 행할 수 있다(4.9 연속회분식활성슬러지법 참조).
7) 간헐포기법
간헐포기법은 단일단계 질소 제거방법으로 활성슬러지법에서 포기를 일정주기로 간헐적으로 행함으로써 호기성 및 무산소단계를 반복하여 질소를 제거하는 방법으로 다음과 같은 운전 요건을 필요로 한다.
- 포기기에 타이머를 연결하여 일정시간비의 호기－무산소단계를 주기적으로 수행함.
- 질산화와 탈질을 위하여 반응조의 용량을 적절히 조절함.
- 탈질단계에서의 혼합액 혼합, 유입수의 유입을 위한 설비
8) 산화구법
산화구법은 SRT가 길기 때문에 처리과정에서 질산화반응이 일어나기 쉽다. 반응조내에 무산소 상태를 도입하여 탈질반응을 발생시키고 생물학적 질소제거를 도모함으로써 안정성의 향상을 기할 수 있다(4.10 산화구법 참조).
9) 탈질생물막법
부유성장식의 순환식질산화탈질법, 질산화내생탈질법, 외부탄소원탈질법 등은 매체를 이용한 생물막법에 의하여서도 가능하다. 즉, 무산소, 호기 생물막 반응조를 조합하고, 다양한 매체를 활용하여 부착성장식의 안정적인 질소제거가 이루어질 수 있다. 부유성장식에 비하여 SRT를 용이하게 길게 할 수 있고 질산화, 탈질미생물의 분리배양이 가능하여 체류시간의 감소가 가능하다(4.13 생물막법 참조).
10) 기타
위에 제시된 공법 이외에 부유성장식과 부착성장식이 조합된 공법등 다양한 질소 제거 공법들이 국내외에서 개발 또는 연구 진행중이다.
1) 응집제첨가활성슬러지법
응집제첨가활성슬러지법의 인제거기작은 3가금속이온이 하수중의 3가인산이온과 반응하여 난수용성의 인산염을 생성하는 반응에 기초를 둔다.
M3+ +PO43- → MPO4↓
통상적으로 중성부근에서 침전물을 생성하는 알루미늄염이나 3가철염이 응집제로 사용된다. 이와 같은 원리에 기초한 제거공정은 응집제와 하수와의 혼화, 플록형성 및 침전분리의 3가지 공정이 필요하지만, 본법에서는 혼화 및 플록형성은 반응조내의 흐름에 따라 이루어지고 생물플록과 합쳐진 플록을 형성하며 이것이 이차침전지에서 침전분리된다. 본법에 적용 가능한 응집제로서는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄(PAC), 염화제이철, 황산제일철 등이 있다.
본법의 기본적인 처리계통은 〈그림 4.6.22〉와 같다.
본법은 활성슬러지법에 의한 처리시설에 응집제 주입설비와 배관, 제어시스템 등을 부가한 방식이다. 따라서 기존의 처리시설에도 간단히 적용가능하다. 또한, 응집제첨가 위치는 응집제로서 알루미늄염, 제이철염 등을 사용하는 경우는 반응조의 말단부분에 첨가한다. 응집제로서 제일철염을 사용하는 경우는 제일철이 반응조의 말단부분에서 제이철로 산화되는 것이 가능한 위치로 한다.
본법은 적절한 운전조건을 선택하면 용해성총인농도 0.3mg/l 이하, 총인농도 0.5mg/l 이하의 처리수를 얻는 것이 가능하다.
본법과 표준활성슬러지법 사이에 유기물제거에 대하여는 특별한 차이가 없다.
응집제의 선정에 있어서는 응집제의 성질, 처리시설의 특성, 응집제의 가격 등을 고려하여 선정한다.
유입수의 용해성총인농도에 대한 응집제의 첨가 mole비는 목표 처리수 인농도와 응집제 몰비의 관계로부터 설정한다. 응집제의 종류에 따라 첨가 mole비는 달라진다.
각종 응집제가 활성슬러지 미생물의 생물활성에 거의 악영향을 주지는 않지만, 어느 응집제를 사용하여도 본법에 의한 처리 개시시에는 활성슬러지의 응집제에 대한 순응이 필요하다. 본법의 응집 반응에 동반되는 알칼리도 소비에 따라 질산화 반응이 저해를 받을 가능성이 있지만, 반응조 말단에 첨가하는 경우에는 그런 가능성이 거의 없다.
응집제로서 알루미늄염을 사용하는 경우는 첨가한 알루미늄량의 5배 정도의 SS가, 철염을 사용하는 경우에는 첨가된 철의 3.5배의 SS가 발생하여 잉여슬러지량이 증가하게 된다. 본법에서는 2～4g Al3+/㎥의 알루미늄염을 첨가하는 경우 잉여슬러지량이 5～20% 증가한 사례가 있다. 잉여슬러지의 농축성, 탈수성은 표준활성슬러지법의 잉여슬러지와 거의 같다.
2) 정석탈인법
정석탈인법의 인제거 원리는 정인산이온이 칼슘이온과 난용해성의 염인 하이드록시 아파타이트([Ca10(OH)2(PO4)6], 이하「아파타이트」라 칭함)를 생성하는 반응에 기초를 둔다.
기본적인 화학반응식은 식(4.6.28)과 같다.
본법에 있어서 아파타이트의 제거 메카니즘은 다음과 같다.
어느 물질의 과포화용액에 그 물질의 결정을 넣으면 용질이 결정을 핵으로 하여 석출되는 원리를 응용한 것이다. 〈그림 4.6.23〉에 나타나 있는 바와 같이 인산과 칼슘이 혼합된 용액은 각각의 성분의 농도에 따라서 아파타이트를 검출하는 경계, 즉 용해도 곡선이 존재한다. 또한 준안정지역이 존재하여 이 지역의 경계이상으로 칼슘이온을 첨가하면 아파타이트가 응집침전되기 시작한다. 통상, 석회응집침전법은 이 불안정지역에서의 반응을 응용한 것이다. 준안정지역의 상태에서 그 용질과 동일하거나 유사한 물질의 종결정이 존재하면, 결정표면에 아파타이트가 석출되어 그 결과로서 인산과 칼슘이 제거된다.
정석탈인법의 이점은 응집침전법에 비하여 석회의 주입량을 30～90mg/l로 적게 할 수 있으며, 따라서 슬러지의 발생이 적어지게 된다. 본법에 의해 2차 처리수중의 총인 농도를 0.5mg/l이하로 할 수 있는 것이 확인되었지만, 하수중에 포함되어 있는 총 탄산이온의 알칼리도가 정석반응을 방해하기 때문에 전단에 산첨가에 의한 탈탄산공정이 필요하다.
본법의 기본적인 처리계통은 〈그림 4.6.24〉와 같다.
전처리공정은 정석탈인반응이 실용적인 속도로 안정되게 진행되도록 유입수를 조정하는 공정이다. 과용해도 부근의 준안정지역의 상태로 하기 위해 칼슘농도와 pH의 조정을 행하고 필요에 따라서는 방해물질을 제거하는 공정을 포함한다. 정석반응공정은 전처리된 유입수를 종결정(종결정에는 인광석, 전로슬래그 및 골탄 등이 있다)과 접촉시켜 인을 제거하는 공정이다. 후처리공정은 필요에 따라서 처리수의 중화 등을 행하는 공정으로 처리수의 pH가 배수기준인 8.6 이하가 되지 않는 경우에 필요한 시설이다.
본법은 비교적 고농도의 인(10mg/l 정도)을 함유하고 있는 유입수로부터 1mg/l 정도의 비교적 낮은 농도의 인을 함유하는 유입수까지 적용가능한 방법이다. 통상의 하수 2차 처리수를 본법으로 처리한 경우 총인농도 0.5mg/l 이하(용해성 정인산형태의 인(PO4-P)농도는 0.3mg/l 이하)의 처리수질을 기대할 수 있지만 탈인 성능은 설정 pH, 칼슘농도, 수온, 원수중의 방해물질, 접촉시간, 종결정의 성질에 따라 지배된다. 또한 제거대상은 용해성 정인산과는 다른 형태의 인(폴리인산, 유기인 및 현탁인)인 경우, 여과등의 부차적인 기능에 의한 경우를 제외하면 제거할 수 없다.
정석탈인법에 있어서 처리성능에 영향을 미치는 인자로는 총탄산이온, 정석반응조의 SV(space velocity), 유입수의 인농도, 수온 등을 생각해 볼 수 있다. 설계시에는 이런 모든 점들을 충분히 검토할 필요가 있다.
3) 생물학적 탈인
활성슬러지 미생물에 의한 인 과잉섭취 현상을 이용하여 원수중의 인을 생물학적으로 제거하는 방법으로 〈그림 4.6.25〉에 활성슬러지 미생물의 인 과잉섭취현상의 원리를 나타내었다. 활성슬러지 미생물에 의한 인의 방출 및 섭취의 대사 기작에 대해서는 명확히 밝혀지지 않은 부분이 많지만 현재까지의 대사 기작에 대한 설명은 다음과 같다.
활성슬러지 미생물의 인 과잉섭취현상을 이용한 생물학적 탈인법, 즉 혐기호기활성슬러지법은 일반적으로 반응조 일부를 용존산소가 존재하는 상태와 용존산소가 없는 상태(아질산상태 및 질산상태)인 혐기상태로 유지하여 이를 반복시켜 활성슬러지중의 인 함유율을 증가시킴으로써 인제거 효율을 높이는 것을 목표로 한다.
활성슬러지 미생물에 의한 하수중의 인제거 과정에서, 인은 가스로서 휘발되는 것이 아니고 잉여슬러지에 포함되어 제거되는 것인데 이것이 인의 제거량이 된다. 즉 〈그림 4.6.26〉의 활성슬러지법에 있어서의 인 수지 개념도는 잉여슬러지의 인 함유율 RPW이 커지게 되면 인의 제거율도 커지게 된다는 것을 의미한다.
4) 혐기호기조합법
혐기호기조합법은 하수유입과 반송슬러지의 유입이 첫 단계의 혐기조로 함께 유입되는 mainstream 생물학적 탈인 공정의 대표적인 예이다.
본법의 기본적인 처리계통는 〈그림 4.6.27〉과 같다.
본법은 도시하수의 처리에 있어서 ① 처리수의 BOD 및 SS농도를 표준활성슬러지법과 동등하게 처리할 수 있고, ② 유입수중에 총인농도가 5.0mg/l 정도되면, 처리수의 총인농도를 1.0mg/l 이하로 처리하는 것이 가능하며, 총인 제거율은 80% 이상 가능하다. 그러나 Mainstream 공정에서는 최종유출수의 총인 농도를 1mg/l 이하로 유지하기 위해서 용존성 BOD와 용존성 인의 비가 10～15가 되어야 하며, 유출수 총인 농도를 0.5mg/l 이하로 유지하기 위해서는 용존성 BOD와 용존성 인의 비가 20～25가 되어야 하는 것으로 보고되고 있으며 MLSS농도, SRT, 혐기반응조 및 호기반응조 HRT, 혐기반응조의 산화환원전위(ORP), 호기반응조의 DO농도, 슬러지 처리계통으로부터의 인 부하등에 의해 영향을 받기 때문에 제반 조건을 충분히 고려할 필요가 있다. 또한, 혐기호기활성슬러지법은 인제거 기능 이외에 사상성미생물에 의한 벌킹이 억제되는 효과가 있는 것으로 알려지고 있다.
본법의 설계 및 유지관리상의 유의점은 다음과 같다.
5) Sidestream 공정
Sidestream 공정은 반송슬러지의 일부만이 포기조로 유입되고, 분리된 단위 공정에 의해 생물학적 탈인조에서 슬러지의 인을 방출시킨 후 그 상징액을 화학적인 방법으로 침전시켜 제거한다는 점이 mainstream 공정과 다르다. 〈그림 4.6.28〉에 sidestream 공정의 대표적인 공법인 phostrip 공정을 나타내었다.
이 공정은 비교적 유입수의 유기물 부하에 영향을 받지 않고 인을 과잉으로 함유하여 잉여슬러지로 배출하는 mainstream 공정에 비해 슬러지의 처리가 용이하다. 또한, 석회주입량은 알루미늄이나 금속염과 달리 알칼리도에 의하여 결정되고 탈인조 상징액이 총유입수량에 비하여 아주 적으므로 인을 침전시키기 위하여 소요되는 석회의 양이 순수화학처리방법보다 적게 된다.
6) 기타
위에 제시된 공법이외에 국내외에서 다양한 신기술들이 연구, 개발중이다.
1) 혐기무산소호기조합법
혐기무산소호기조합법은 생물학적 인제거공정과 생물학적 질소제거공정을 조합시킨 처리법으로 활성슬러지 미생물에 의한 인 과잉섭취현상 및 질산화, 탈질반응을 이용한 것이다. 본법에 적용한 인제거공정은 혐기호기조합법이며 혐기반응조, 무산소(탈질)반응조, 호기(질산화)반응조의 순서로 배치하여 유입수와 반송슬러지를 혐기반응조에 유입시키면서, 호기반응조 혼합액을 무산소반응조에 순환시키는 방법이다.
본법의 기본적인 처리계통는 〈그림 4.6.29〉와 같다.
그리고 이런 기본적인 처리계통을 토대로 하여 〈그림 4.6.29〉에서의 (1)과 같이 무산소조로부터 혐기조로의 순환을 추가하고 (2)와 같이 반송슬러지 유입을 무산소조로 변경하여 적용한 특허공법 등이 있으며, 호기조 이후에 무산소조와 호기조를 추가한 특허공법 등이 있다.
국내의 경우 이 혐기무산소호기조합공법을 기본으로 하여 여러 특허, 신기술공법들이
다양하게 개발되었고 또한 개발중에 있다.
표준 도시하수의 경우 일차침전지 유출수에 대하여 총질소 제거율 60～70% 정도, 총인 제거율 70～80% 정도가 기대된다. 인제거율 또는 인제거량은 잉여슬러지량과 잉여슬러지의 인함량에 의해 결정되지만 이를 지배하는 인자는 유입하수의 BOD-P비, SRT, BOD-SS 등이다. 또한, 수온에 의한 인제거율의 영향은 적지만 우수가 유입되는 경우에는 인제거성능이 저하되는 경우가 많다. 이러한 원인은 우수에 포함된 DO의 영향과 유기물농도 저하 등으로, 혐기조에서의 인방출이 불충분해지기 때문이다. 본 공법의 질소, 인제거는 유입하수의 질소, 인농도, 유기물농도, 슬러지처리 계통으로부터의 인 반류부하 등에 지배된다. 본법의 처리 성능, 특히 인 제거성능은 우천시에 저하하는 경향이 있기 때문에 보다 안정적인 처리수의 인농도를 확보할 필요가 있는 보완적 설비로서 응집제 첨가 등의 물리화학적 인 제거공정의 병용이 필요한 경우가 많다. 또한, 기존의 생물반응조 말단에 응집제를 첨가하여 인제거를 행하는 처리장에 본법을 채용하여 응집제의 절감이 가능하다고 보고되고 있다.
본법의 설계 및 유지관리상의 유의점은 다음과 같다.
기존 활성슬러지법 처리시설을 본법으로 개량할 경우에는 다음과 같은 장치를 고려하여야 한다.
2) 응집제병용형 생물학적 질소제거법
응집제병용형 생물학적 질소제거법은 생물학적 질소제거법의 순환식질산화탈질법 또는 질산화내생탈질법의 생물반응조에 응집제를 첨가하여 기존의 생물처리기능에 인 제거기능을 부가한 고도처리공정이며 인 및 질소를 동시에 제거할 수 있는 공정이다. 인의 제거기작에 대해서는 응집제첨가활성슬러지법의 항을, 질소의 제거기작에 대해서는 순환식질산화-탈질법 및 질산화내생탈질법의 항을 참조한다.
순환식질산화-탈질법 및 질산화내생탈질법의 기본적인 처리계통은 〈그림 4.6.30, 4.6.31〉과 같다.
① 응집제병용형 순환식질산화-탈질법
표준 도시하수의 경우 유입수(일차침전지 유출수)에 대한 총질소 제거율은 60～70%, 총인제거율은 70～80%로 기대할 수 있다.
3) Sidestream 공정
질소와 인을 동시에 제거하고자 고안된 sidestream 공정은 기존의 phostrip 공법에서 탈인조 앞에 탈질조를 설치하여 탈질과 후속되는 탈인조에서 질산성질소의 영향을 최소화하여 탈인 효율을 높인 수정 phostrip 공법, 이에 더하여 포기조 이전에 미생물 선택조를 추가하여 낮은 F/M비에 의한 사상성미생물의 슬러지벌킹을 방지하는 공법 등이 있다. 수정 phostrip 공법을 〈그림 4.6.32〉에 나타내었다.
4) 기타
연속회분식활성슬러지법, 간헐포기식활성슬러지법 등의 공법들과 특허법 및 실용신안법의 규정에 의하여 등록된 특허 및 실용신안 기술, 환경기술개발및지원에관한법률에 의해 지정된 환경신기술, 건설기술관리법 제18조의 규정에 의해 지정된 신기술, 기술개발촉진법 제2조 제4호에 의해 지정된 국산신기술(KT), 공업발전법 제15조 및 동법 시행령 제14조에 의한 신기술(NT) 및 품질인증 기술, 공업 및 에너지기술개발조성에 관한 법률 시행령 제15조의 규정에 의한 K마크 품질인증 기술, 기타 국책과제로서 연구 진행 중인 신기술 등 다양한 기술들이 현재 연구 개발되고 있다.
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기존의 하수처리장에 고도처리시설을 설치하고자 하는 경우에는 다음과 같은 사항을 검토하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
기존하수처리장에 고도처리시설을 설치하고자 하는 경우에는 기본설계과정에서 처리장의 운영실태 정밀분석을 실시한 후 이를 근거로 사업추진방향 및 범위 등을 설계에 반영하고 사업을 추진하여야 한다.
처리장의 운영실태 정밀분석은 다음과 같은 내용을 포함한다.
- 유입하수량 및 수질특성 분석(분뇨, 축산폐수, 침출수 등 연계처리수가 차지하는 오염부하량 등)
- 하수처리구역내 배출특성 및 주요 하수관거 실태조사
- 수처리 및 슬러지처리공정의 공정별 기능평가
- 각종설비의 기능평가
- 처리시설 운전방법 및 처리효율 검토
- 인력, 조직 및 유지관리 등 하수처리장 운영실태조사
- 현상진단에서 도출된 문제점에 대한 원인분석 및 대안제시
- 처리효율 및 경제성 향상을 위한 장단기대책 방안 제시
- 시설개선의 방향설정 및 소요되는 개략비용의 산정
(2)에 대하여
기존하수처리장의 고도처리시설 설치사업은 운전개선방식(renovation)에 의한 추진방안을 우선적으로 검토하되 방류수수질기준 준수가 곤란한 경우 시설개량방식(retrofitting)으로 추진하여야 한다.
(3)에 대하여
기존하수처리장에 고도처리시설을 설치할 경우에는 하수처리장의 부지여건을 충분히 고려하여 고도처리시설 설치계획을 수립하여야 한다.
(4)에 대하여
기존하수처리장에 고도처리시설을 설치하는 경우에는 기존 시설물 및 처리공정을 최대한 활용하여 중복투자가 발생하지 않도록 하여야 한다.
(5)에 대하여
표준활성슬러지법이 설치된 기존처리장에 고도처리시설을 도입할 경우에는 개선대상 오염물질별 처리특성을 감안하여 효율적인 설계가 되도록 하여야 한다.
· 노후설비의 교체 및 개량
· 유량조정시설 및 전처리시설 기능강화
· 운전모드 개선(포기조 관리, OFF-GAS TEST에 의한 산소전달효율)
· 슬러지 처리계통 기능개선(구내 반송수관리)
· 연계처리수(분뇨, 축산, 침출수 등)의 효율적 관리
· 2차 처리시설 후단에 여과시설 설치검토
· 유량조절기능 및 전처리설비개선
· 슬러지설비 기능개선(구내 반송수관리)
· 이차침전지 용량 및 구조개선
· 운전개선방식에 의한 사항을 검토후 반영
· 침전지 용량 증설 및 여과시설 설치검토
· 운전개선방식에 의한 사항을 검토후 반영
· 기존 포기조의 HRT를 고려한 고도처리공법 선정
- 기존 하수처리장의 T-P 처리는 생물학적 처리방식보다 화학적 처리방식이 효율적, 경제적이므로 운전개선방식에 의한 사항을 검토후 반영하며 필요시 시설개량방식을 검토한다.
- 기존하수처리장에 T-N 및 T-P 항목에 대하여 동시에 처리효율 향상이 필요할 경우에는 T-N 처리방법은 상기의 T-N 처리방식을 채택하되 T-P의 경우에는 생물학적처리방식과 화학적처리방식에 대한 경제성 및 효율성 등을 비교 평가후 결정한다.
하수종말처리장에서 시행되는 소독의 목적은 처리 중에 생존할 우려가 있는 병원성세균을 사멸시켜 처리수의 위생적인 안전성을 높이는데 있다. 사람의 대변 1g에는 1012마리 정도의 생물체가 존재하며 그 중 총 대장균 군수는 107～109마리, 그리고 분변성균은 106～109마리인 것으로 알려져 있다. 한편 가정오수 내에 존재하는 대장균, Streptococcus, virus 등의 수를 조사한 예가 〈표 4.7.1〉에 주어져 있으며 재래식 하수처리과정에서의 이들 미생물들의 제거 효율과 개략적인 MPN값이 각각 〈표 4.7.2〉, 〈표 4.7.3〉에 제시되어 있다. 그리고 〈표 4.7.4〉는 소독전의 2차 처리수내에 존재하는 지표세균과 병균들의 개체수를 나타낸다. 이들 표에서 보는 바와 같이 하수내에는 각종 세균들이 대단히 많이 존재하므로 일반적인 하수처리과정에서 99%의 높은 율로 제거된다 하더라도 처리수에는 여전히 많은 수의 세균들이 존재하므로 결국 소독이 필요하게 된다.
환경정책기본법 시행령 제2조(환경기준)의 〈별표 1〉에는 하천, 호소, 해역 등에 대하여 〈표 4.7.5〉와 같이 대장균군수에 대한 기준이 정해져 있다.
1) 소독시설 설치대상
소독시설을 설치하여야 할 대상 시설은 다음과 같다.
- 수질환경보전법시행규칙 별표 5의 규정에 의한 청정지역
- 수도법 제5조의 규정에 의한 상수원보호구역 및 그 경계구역으로부터 상류로 유하거리 10km 이내 지역
- 수도법 제3조 제15호의 규정에 의한 취수시설로부터 상류로 15km이내 지역
2) 소독방법의 선택
소독방법은 방류수역의 이수특성, 경제성, 효율성을 종합적으로 검토하여 적정한 소독방법을 선정하여야 한다.
일반적으로 이용될 수 있는 소독방법에는 다음과 같은 것들이 있다.
- 가열
- 자외선(UV)조사
- 감마선 조사
- X선 조사
- 할로겐족 산화제 : 액화염소, 차아염소산나트륨, 클로라민, 유기염소제, 이산화염소 등 각종 염소화합물, 브롬
- 비할로겐족 산화제 : 오존, 과망간산칼륨, 과산화수소
- 금속 : 은이온, 동이온
- 계면활성제
- 이온교환체 : 이온교환수지, 이온교환막
소독방법의 선택시에는 다음과 같은 요건을 고려하여 가장 적절한 방법을 택하여야 한다.
상기 요건 중 첫 번째에서 세 번째까지의 사항은 소독제로서의 당연한 조건이지만, 실무적인 관점에서는 마지막의 세 가지 요건이 중요하기 때문에 첫 번째에서 다섯 번째까지의 요건을 만족시킨다고 할지라도 조작 및 취급이 어려우면 적합한 방법으로 선택할 수 없게 된다. 이들 요구조건을 만족시킬 수 있다고 현재까지 알려져 있는 방법으로서는 염소, 이산화염소, 오존 및 자외선 조사법 등이다.
또한, 소독방법의 선정시 다음과 같은 사항을 고려하여야 한다.
3) 소독시설 설계시 주요 고려사항
소독시설의 설계시 다음과 같은 사항을 고려하여야 한다.
- 순수생활하수만 유입 처리하는 하수처리장의 경우에는 생물학적 처리과정에서 미생물에 의한 대장균군수 제거효과가 높은 경우가 있으므로 처리수의 대장균군수가 방류수 수질기준을 준수할 수 있을 경우에는 소독시설을 설치하지 않아도 된다.
- 채택된 하수처리공법이 멸균효과가 높은 미생물(특수미생물 등)을 사용하여 별도의 소독공정이 없어도 처리수의 대장균군수가 방류수 수질기준이하로 배출되는 경우에는 소독공정을 설치하지 않아도 된다.
- 염소소독시설을 폐쇄하고 새로운 소독시설을 도입하는 경우에는 사업비용의 중복투자가 우려되므로 기존 처리방법과 호환성이 있는 처리방법이 우선적으로 도입되도록 검토하여야 한다.
- 소독방법은 처리시설 규모별로 처리효율에 미치는 영향이 클 수 있으므로 대상사업 처리장의 시설용량을 감안하여 적정한 처리방법이 채택되도록 조치하여야 한다.
- 소독방법은 하수처리수의 방류수역의 이수상황에 따라 경제적이고 효율적인 적정한 처리방법이 채택되도록 조치하여야 한다.
- 염소계 소독방법을 선정할 경우에는 잔류염소로 인한 2차 오염문제를 해소하기 위한 대책을 반드시 강구해야 한다.
- 자외선 소독방법을 선정할 경우에는 유량, 체류시간 및 자외선 강도를 고려하여야 한다.
- 단순 소독이 필요한 처리장의 경우에는 특별한 경우를 제외하고는 오존소독방법을 채택하지 않아야 한다.
4) 주요 소독방법의 원리
원소상태의 염소는 보통의 온도와 압력에서 독성이 있는 황록색의 기체이며 수분이 존재하면 부식성이 매우 강하므로 높은 압력 하에서 건조한 액체로 저장된다. 또한 염소가스는 공기보다 약 2.5배 무거우며 자극성이 강한 냄새를 가진다. 염소가스는 비폭발성, 비가연성이지만 250℃의 높은 온도에서는 연소를 도울 수 있다. 염소의 특성은 〈표 4.7.6〉～〈표 4.7.8〉과 같다. 염소는 특수 제작된 강철제 고압용기에 압축된 액체상태로 저장하여 사용한다. 액체 염소는 비가연성으로 깨끗한 호박색을 띠며 물보다 1.5배 무거우며, 기화하면 부피가 460배로 늘어난다. 보통 액체염소는 불순물 및 수분함량에 있어서 제한을 받게 되는데, 불순물이 있으면 염소주입기를 폐쇄시키게 되고 수분은 염소와 반응하여 부식성이 강하게 되므로 주의를 요한다.
하수에 염소를 주입하면 여러 가지 반응이 동시에 일어나지만 온도, pH, 하수의 완충력, 염소의 특성에 따라 반응에 영향을 끼친다. 염소가스를 물에 주입하면 반응은 식(4.7.1) 및 식(4.7.2)와 같이 된다.
이 반응에서 주어진 바와 같이 HOCl과 OCl-의 비는 수용액의 최종 pH에 의하여 결정되며 그 변화가 〈그림 4.7.1〉과 같다.
하수내에는 각종 오염물이 존재하는데 그 중에서 S-2, HS-, SO3-2, NO2-, Fe+ 등과 같은 환원상태의 무기물은 염소와 즉시 반응하여 염화물을 형성함으로써 소독을 위한 염소의 양을 감소시킨다. 하수에는 또한 상당한 양의 암모니아를 함유하는데 염소가 주입되면 상호 반응하여 클로라민(chloramine)화합물을 형성한다. 그 반응은 식(4.7.3), (4.7.4) 및 (4.7.5)와 같다.
이러한 반응은 pH, 온도, 접촉시간, 초기의 염소와 암모니아의 비 등에 크게 영향을 받으며, 이들도 소독작용이 있다.
또 염소는 하수내의 암모니아 외에도 아미노산, 단백질 등과 반응하며, 하수가 공장폐수를 함유하면 페놀(phenol) 등의 오염물과도 반응하므로 염소 소모량이 증가하게 된다. 암모니아를 함유한 물에 염소를 첨가하였을 때의 단계적 현상은 〈그림 4.7.2〉와 같다.
염소는 독성가스로서 액화시켜 고압용기로 저장, 이용되기 때문에 취급에 주의해야 하고, 고압가스안전관리법에 의해 고압가스 사용시설 및 저장시설로 구분되어 규제를 받아야 하며 안전설비 및 제해설비를 갖추어야 한다. 염소처리는 원래 탈취의 목적으로 하수처리장에서 사용되기 시작하였으나 간편하고 경제적이며 소독의 효과가 확실하기 때문에, 미국에서는 1958년경에 전체 하수처리장의 30%가, 그리고 1982년에는 약 7,800여 개소의 하수처리장이 염소처리를 택하기에 이르렀다. 그러나 염소처리시 발생하는 발암물질인 THM의 위해성, 환경에 미치는 2차적 독성, 수생 생물에 대한 영향 등으로 인하여 염소소독에 대한 재검토 작업이 최근 각국에서 활발히 전개되고 있다. 염소처리된 하수처리장 유출수의 수생 생물에 대한 독성은 첨가된 염소량 뿐 만 아니라 잔류염소의 농도 및 종류에 의해서 결정되는 것으로 알려져 있다.
실험에 의하면 염소처리된 하수는 수생생물에 대하여 급성 및 만성의 독성을 나타내는 것 외에도 물고기의 종류 수를 감소시키는 현상도 보여준다. 또한, 하수처리시 virus 제거는 염소처리보다 흡착작용에 의한 영향을 크게 받으며 대장균은 염소처리로 대응이 가능하나 E. Histolytica 및 장티푸스 병원균은 제거가 불충분하다. 따라서 병원균들은 염소처리에 대하여 대장균보다 강한 내성을 보이기 때문에 대장균이 검출되지 않더라도 병원균은 존재할 수 있는 것이다.
염소처리된 하수가 수역에 방류될 때 제기될 수 있는 문제점을 요약하면 다음과 같다.
따라서 염소처리 여부는 이상의 문제점들을 종합적으로 판단한 다음 염소처리에 의해 얻을 수 있는 이익을 검토하여 각 경우별로 채택 여부를 결정하여야 할 것이다. 또한 미처리 하수, 시가지 유출수, 홍수 유출수 등에 의한 총체적인 환경과 위락 등에 대한 영향도 고려하여야 할 것이다.
이산화염소(ClO2)는 일반적으로 사용되고 있는 열처리, 자외선 조사 및 오존(O3) 주입 등의 소독방법과는 달리 지속적인 소독력을 가진 대체 소독제로서 최근에 각광을 받기 시작하였다. 적황색의 가스 또는 완충용액의 형태로 되어 있으며, 상온에서의 용해도는 2.9g ClO2/l이고 밀도는 2.4로 공기보다 무겁다.
그동안 대규모의 상업적 생산방식이 개발되지 않아 일반적으로 사용이 제한되어 왔으나 최근 상업적인 제조방법이 개발되고 일반 염소계통 약품의 단점을 보완하게 됨으로써 유럽 및 미국 등 선진국에서는 먹는물의 소독 및 식품가공 분야 등에서 사용이 점차 증가되고 있는 추세이다. 이산화염소는 〈표 4.7.10〉에 주어진 바와 같이 물에 쉽게 녹고 냄새가 없으며 산화력이 강하고, pH에 의한 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 할로겐 화합물을 생성하지 않는다는 장점이 있으나, 불안전한 가스상태로는 저장 및 운반이 불가능하고 일정 농도 이상에서는 폭발 위험성이 있으며 공기 또는 일광과 접촉할 경우 분해되는 단점이 있기 때문에 현장에서 특별히 제조하여 완충용액 상태로 생산하여 사용하여야 한다.
차아염소산나트륨은 시판용을 주입하는 방법과 현장에서 염수 또는 해수를 원료로 해서 전기분해에 의한 방법으로 차아염소산나트륨을 생산해서 주입하는 방법이 있다. 시판용을 사용하는 경우에는 구입 및 운반에 따른 문제점을 충분히 검토한다. 또한 해수를 이용하는 경우에는 수질 문제를 고려해야 하며, 특히 염소이온농도가 높고 불순물이 적은 것이어야 한다.
일반적으로 시판용 차아염소산나트륨용액은 수산화나트륨용액에 염소가스를 흡수시켜 제조하는데 유효염소가 5～12%의 수용액으로 황갈색의 투명한 액체이고, 염소와 유사한 특유의 냄새를 갖는다.
또한 수용액 이외에도 무수물 및 수화물이 있으며 이들도 황갈색의 결정으로 조해성이다. 또한, 상온에서 불안정한 화합물이며 가용염소(available chlorine)의 양에 따라 분해정도가 다르나 통상 가용염소가 10～15%인 경우 최대저장기간을 60～90일로 하는 것이 좋다. 〈표 4.7.11〉은 그 분해율을 나타낸 것이다. 또한 차아염소산나트륨은 자외선에 의해 분해가 촉진되고 온도상승과 함께 분해율이 증가되므로 보관장소로서는 건조하고 차며 어두운 곳에 저장하고, 강한 알칼리성이므로 취급시 특히 주의를 해야 한다. 저장용기는 내식성 용기를 사용한다.
이에 반해 현장 제조형 전기분해 차아염소산나트륨의 경우에는 원료가 소금이므로 구입과 운반이 쉽고 위험이 없으며 유효염소농도가 1% 이하로 시판용 차아염소산나트륨보다 안정적이고 가용염소의 유지성이 높다. 그리고 현장 제조형이므로 소요되는 차아염소산나트륨과 비례하여 생산하기 때문에 저장용량이 크지 않아도 되며(약 1일) 그에 따른 보관 장소도 크게 구애받지 않는다. 또 낮은 농도로 인해 주입량의 제어가 더 쉽고 확산이 빠른 반면 시판용보다 주입장치 용량이 커야 한다.
현장 제조형 전기분해 차아염소산나트륨은 초기 설치비가 시판용보다 고가이나 유지비용이 저렴하여 장기간 사용으로 볼 때 유리하며 화학적 성질이 염소가스와 비슷하지만 소독효과가 더 높고 유독성인 염소가스에 비해 안전성에서 뛰어난 편이다.
오존은 산소원자가 3개가 결합한 분자로서 그 구조는 결합각도 116.8˚, O-O 결합거리 1.278Å이며, 〈그림 4.7.3〉에 나타낸 것처럼 (a)～(d)의 4개의 혼성체로 되어 있다. 이 때문에 오존은 구전자시약, 구핵시약으로 사용될 뿐만 아니라 1.3-쌍극자로도 반응한다. 가스 상에서는 (e)와 같은 비라디칼 구조도 생각되지만 수중에서는 그 형태가 중요하지 않다고 생각된다.
기체상태의 오존은 엷은 청색이지만, 액체와 고체는 각각 흑청색 및 암자색이다. 그 이름의 유래와 같이 특이한 취기를 가지므로 공기중에 1/500,000 정도의 부피로 존재하여도 감지할 수 있다. 오존의 물리적 특성이 〈표 4.7.12〉에 정리되어 있다.
오존에는 Hartley Band라고 불리는 200～300nm의 자외선(UV)의 파장흡수특성이 있다. 극대흡수 파장은 가스상에서 245nm, 수중에서 260nm(물 흡광계수 ε=3.292/M.cm)이 있다. 이 때문에 성층권에 있는 오존이 태양광선중의 자외선(UV)을 흡수하므로 지상에는 보다 장파장인 가시광선 밖에 도달하지 않는다. 따라서 오존 홀(ozone hole)의 생성에 동반하여 자외선이 지상에 도달함으로써 피해를 받는 것도 이 때문이다. 수중에서의 오존용해도는 오존농도, 온도, pH 등에 의해 결정된다. 용해특성을 나타내는 수치나 식으로서 헨리정수(H), 분배계수(D), 액측총괄물질이동계수(Ke), 또는 가스총괄 물질이동계수(Kg) 등이 있다.
오존은 상당히 불안정하여 대기중 또는 수중에서 자기분해하며 그 속도는 온도, 농도, 압력 등에 따라 다르다. 수중에서의 안정성은 pH의 영향을 크게 받아 산성에서는 안정하지만 알칼리성으로 됨에 따라 불안정하게 된다. 오존가스는 폭발성이 있고, 오존처리시 생성물에는 다양한 과산화물질이 있으므로 그 취급에는 주의가 필요하다.
오존은 강력한 산화력을 이용하여 살균, 바이러스, 미생물 등의 불활성화 등에 이용되고 있는 반면에 사람의 생체에 독성을 나타낸다. 상세한 반응론은 아직 충분히 규명되어 있지 않지만, 생체막 및 조직을 구성하는 지질, 단백질, 핵산 등이 오존의 공격을 받는다고 생각된다. 그리고 오존 자신에 의한 독성뿐만 아니라 그에 유래하는 hydroxyl radical 등 다른 활성물질에 의한 독성도 생각된다. 오존의 농도에 따른 독성을 〈표 4.7.13〉에 요약하였다. 이러한 오존의 독성을 방지하기 위해서도 오존을 이용하는 경우에는 잔존한 오존을 분해하여 제거시킬 필요가 있다.
오존의 일반적인 장단점은 〈표 4.7.14〉에 주어진 바와 같다.
〈표 4.7.15〉에 나타낸 바와 같이 오존을 수처리에 이용하는 경우 염소나 이산화염소에 비하여 장점도 많다.
오존은 효과적이고 강력한 소독물질이지만 산화력이 대단히 강하여 수중에 존재하는 물질, 특히 유기물질에 의해 다량으로 소비되고, 이들 간의 산화반응은 비교적 신속히 일어나므로 후속되는 소독과정에서의 충분한 소독효과를 기대하기 어렵다. 그러므로 유기물질을
함유하는 경우에는 소독조에 잔류오존을 확보하기 위해 다량의 오존주입이 필요한 경우가 많다. 또, 자기분해 속도가 빨라 비록 수중에 오존 소비물질이 존재하지 않더라도 장시간 수중에 잔존시킬 수 없다.
따라서 상수도 분야에서는 오존을 유일한 소독제로 사용하지 않고 다른 잔류성 소독제를 병용해야 하지만 원생동물의 아포(cyst) 및 바이러스 문제에 대처하기 위한 주 소독제로서의 오존은 장래성이 높다. 반대로 잔류효과가 없어 하수처리에서는 물 환경생태계에 대한 악영향이 거의 없다고 생각되므로 하수처리를 위한 소독제로서 매우 우수하다고 할 수 있으나, 처리수중에 잔존하는 유기물질에 의한 오존의 소비가 현저하므로 많은 양의 오존주입을 해야 하는 어려운 문제점이 있다.
오존의 경우 수중 잔류농도가 0.2mg/l 미만이면 거의 독성을 나타내지 않는 것으로 알려져 있다. 또한 살균효과 외에 탈색 및 탈취효과가 있으므로 최근 일본에서는 하수의 고도처리에 오존을 이용함으로써 처리수를 수경용수 또는 중수도에 이용하고 있다.
〈표 4.7.16〉은 2차처리 이상의 처리를 거친 하수를 오존으로 소독하는 경우에 표에 명시된 소독정도를 위하여 요구되는 오존주입농도의 일반적인 값으로서, 통상 오존주입은 질산화나 여과를 거친 매우 깨끗한 처리수에 대하여 실시되며 적은 비용으로 산소를 구할 수 있거나 특별한 경우가 아니고서는 여과되지 않은 2차처리수에는 잘 적용되지 않는다.
자외선(UV)의 소독작용은 주파장이 253.7nm인 자외선이 박테리아나 virus의 핵산에 흡수되어 화학변화를 일으킴으로써 핵산의 회복기능이 상실되는데 기인한다고 알려져 있다. 따라서 물의 소독에는 주 파장 253.7nm를 방사하는 자외선램프가 사용되고 있으며, 그 기본구조와 작동원리는 일반 형광램프와 거의 같고 유리관의 재료로는 자외선 투과율이 좋은 석영유리가 사용된다. 자외선 조사에 의한 물의 소독방법은 물이 흐르는 상태에서 외부로부터 자외선을 조사하는 외조식과 석영유리 램프에 의해 유수중의 내부로부터 자외선을 조사하는 내조식으로 대별되고 있으나, 단순한 장치로서 다량의 물을 처리할 수 있는 내조식이 주로 이용된다. 자외선에 의한 물의 소독은 화학물질의 첨가를 필요로 하지 않기 때문에 인체나 생물에 해가 없어 안전성이 높을 뿐만 아니라 경제적으로 양질의 물을 얻을 수 있는 소독방법으로 다음과 같은 장점을 가지고 있으며 염소소독과 비교하여 자외선 소독의 장단점을 〈표 4.7.17〉에 수록하였다.
자외선은 〈그림 4.7.4〉에 도시된 바와 같이 가시광선의 파장(400nm)보다는 짧고, X-선(100nm)보다는 긴 파장의 범위 안에 있는 파장을 가진 전자방사선을 의미하는데 그 중에 살균력을 갖는 가장 적합한 파장은 253.7nm이며, 이 파장 범위내에서 대부분의 에너지는 대기에 흡수되어 태양광선에는 매우 적은 양이 존재하고 있다.
현재 보유하고 있는 기술에서 에너지 주 발생원은 저압수은 아크램프로부터 나오는 것인데 이것이 널리 사용되는 이유는 아크램프에서 나오는 자외선 에너지의 85% 정도가 253.7nm의 파장인 것이다. 램프의 수은가스를 통해 전기아크가 발생하며 수은을 자극하여 생긴 에너지의 방출이 자외선 방사가 되는 것이다. 253.7nm의 파장을 갖는 자외선은 박테리아나 바이러스 등이 갖고 있는 유전인자의 특성에 변형을 주어 이들이 번식하지 못하게 하며 특히 각종 세균의 세포막을 투과하여 핵산(DNA)을 손상시킴으로써 소독을 하게 된다. 살균에 필요한 자외선의 조사량은 microwatt second/㎠로 나타내며 이는 광선의 강도에 따라 접촉시간을 곱한 것이다.
자외선 조사량은 자외선램프의 출력감소와 램프 슬리브의 오염정도에 따라 점차 감소한다. 그러므로 이러한 감소율을 고려한 자외선 조사량을 결정하여 목표로 하는 살균율을 확보하여야 한다.
방류수 중의 대장균군수를 3,000개/ml 이하로 하는 대장균 살균율을 만족하기 위해 필요한 자외선 조사량은 일반적으로 아래와 같다.
자외선 강도와 접촉시간에 영향을 미치는 요소들은 〈표 4.7.18〉과 같으며, 이들 요소들은 자외선 소독설비의 효율에 많은 영향을 미친다.
· 자외선 투과율
자외선 투과율은 시료 1cm를 자외선이 통과한 후에 흡수되지 않고 남은 254nm 파장을 가진 자외선의 백분율(%)로 정의된다. 이 투과율은 수중에 용해 또는 부유상태의 물질의
농도에 따라 좌우되는데, 투과율이 낮으면 수중에서 자외선의 강도가 떨어지므로 적절한 조사량을 유지시키기 위해서는 더 오랜 시간동안 자외선을 조사시켜야 한다.
· 용존 유기물의 농도
하수에 함유되어 있는 유기물은 살균효과를 갖는 파장 범위에 있는 에너지를 흡수할 수 있다.
· 부유물의 농도
부유물은 입자들로 되어 있으므로 광선을 분산시키거나 흡수함으로써 자외선의 투과를 저하시키며, 또한 이들은 박테리아가 자외선에 노출되는 것을 막아서 살균효과를 감소시킨다. 그러므로 하수의 부유물 농도가 높으면 더욱 강한 자외선의 조사가 필요하게 되는데, 일반적으로 하수처리장의 이차처리 방류수의 부유물 농도는 5～30mg/l이다.
· 총경도
하수내에 마그네슘이나 칼슘의 화합물이 많이 존재하면 석영 슬리브에 막을 씌우는 역할을 한다.
· 슬리브의 깨끗한 정도
자외선 소독시설의 효과를 최대로 하기 위해서는 석영 슬리브를 항상 청결하게 유지해야 하며 이 슬리브에 막이 생기면 물에 투과하는 자외선량이 줄어들게 되므로 세척에 주의하여야 한다. 세척주기는 기계식 자동세척의 경우 세척주기와 횟수를 현장 여건에 따라 세팅하여 세척이 이루어져야 한다.
· 사용기간 및 노후상태
1년 사용한 자외선램프의 자외선 강도는 100시간 사용 후 강도의 약 65%에 해당되며 2년 후에는 58% 정도로 줄어든다.
· 처리 공정
생물학적 처리공정에 따라 자외선 투과상태가 달라지고 슬리브의 세척빈도가 다르므로 UV시스템의 효율이 다르게 나타나게 된다.
· 유량
유량은 접촉시간을 결정하게 되며 유지시간 및 자외선의 강도에 따라 자외선 조사량이 결정된다.
· 반응조의 설계
반응조내의 수리학적 특성은 소독효과에 결정적인 영향을 미치게 되는데 살균작용에 있어서 가장 적절한 수리학적 형태는 플러그흐름 형태이며 손실수두가 적어야 한다.
UV 소독법을 오존소독법, 염소소독법, 이산화염소소독법 및 차아염소산나트륨소독법과 비교하여 요약하면 〈표 4.7.19〉와 같다.
방사선에 의한 소독은 방사선 조사에 의한 전리작용을 이용하여 미생물을 살균하는 방법으로 화학약품을 필요로 하지 않기 때문에 화학약품을 살균제로 사용하는 화학적 처리법에서와 같은 잔류농도나 유해유기물의 생성 등에 의한 2차 공해에 대한 문제점이 없고 수질에 거의 영향을 주지 않을 뿐만 아니라 화학적 처리법에서는 자멸되지 않는 spores 및 virus 등에 대해서도 소독효과가 뛰어나다는 장점이 있다. 방사선법도 자외선법과 같은 물리적 소독법이나 방사선법은 자외선법에 비해 상당히 대형의 장치를 필요로 하기 때문에 주로 대량의 하수의 이차처리수 소독 등과 같은 대규모 처리에 적합한 것으로 평가되고 있다. 하수처리수의 방사선 조사가 최초로 시도된 것은 1953년이며 그 후 각국에서 응용연구가 활발히 진행되었지만 종래의 소독법에 비해 처리단가가 고가이며 안전성 등의 이유에서 실용되지는 못하였다. 그러나 최근 전자가속기 제조기술의 진보에 따라 대출력의 장치가 개발되고, 대량처리에 의한 처리단가의 저감화가 기대되기 때문에 실용화가 기대되는 신기술이다.
각 소독방식들의 장단점 및 효과를 요약하면 〈표 4.7.20〉과 같다.
1) 주입위치
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염소는 하수가 접촉조에 유입하기 전에 주입되어야 하며, 주입되는 즉시 하수와 잘 혼합되어야 한다. |
【해설】
소독용 염소는 염소접촉조의 입구나 혹은 〈그림 4.7.5〉에 주어진 바와 같이 접촉조 앞에 별도로 설치된 염소주입조에 주입되며, 주입되는 즉시 하수와 잘 혼합되도록 하는 것이 소독효과를 크게 한다. 그러나 접촉조에서 단락류를 방지하기 위하여 가능한 한 혼합이 일어나서는 안 된다.
염소주입조에서의 혼합은 도관이나 하수내에서의 빠른 유속을 혹은 〈그림 4.7.6〉과 같이 수리학적 도수를 이용하여 실시될 수 있는데 그렇지 못한 경우에는 혼합기를 설치하는 것이 좋다.
2) 접촉조
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접촉조는 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
접촉조는 염소가 주입된 후 소독이 진행되도록 하수가 머무는 조이다.
(1)에 대하여
소독을 대상으로 하는 하수량은 계획1일오수량으로 하는 것이 좋으나 합류식에 있어서는 강우량에 따라서 수중의 대장균수가 현저하게 변동하기 때문에 그 관계를 미리 고려해 둘 필요가 있다. 즉 강우량이 많은 경우에는 희석에 의해서 세균농도가 감소하지만 강우량이 적은 경우에는 부근의 오물이 혼입되기 쉽기 때문에 세균수가 증가할 수도 있으므로 이 점을 염두에 두고서 소독시설을 설계한다.
(2)에 대하여
접촉조의 주목적은 주입된 염소에 의하여 박테리아의 수가 허용치로 감소될 수 있도록 충분한 체류기간을 부여하는 것이다. 염소의 소독효과는 하수의 성질, 접촉시간, 혼합도, 온도 및 염소주입률에 의해서도 영향을 받는다. 소독효과를 높이기 위해서는 접촉시간은 최저 15분간으로 하고, 염소를 충분히 혼합 및 접촉시킬 필요가 있다. 또 방류관거에서 접촉시간이 충분히 확보되는 경우에는 접촉조를 생략하는 것도 가능하다. 접촉조는 단락류가 생기거나 사공간(dead space)이 형성되지 않는 플러그흐름형의 구조로 한다.
(3)에 대하여
하수에 염소를 주입하면 고형물의 침전성을 향상시킨다. 따라서 접촉조를 2개 만들어 교대로 침전물을 제거하든지 또는 슬러지제거시설을 갖추어야 하며 저류판(baffle)을 설치하여 스컴이 유실되지 않도록 해야 한다. 그 외에도 유속의 증가, 포기, 경사진 바닥 등 여러 가지 방법에 의하여 고형물의 침전을 방지할 수 있으나 권장되는 방법은 아니다. 접촉조 다음에 침전지를 두어서 접촉조에서 씻겨 내려오는 침전물을 침전시킬 수도 있다. 처리수를 방출시키는 방류관도 플러그흐름형 접촉조로 이용될 수 있는데 이런 경우 하수가 방류관을 흘러가는데 최소한 15～20분은 소요되어야 하며, 관내면에 미생물막이 생성되는 것을 방지하기 위하여 잔류염소농도를 충분히 유지시켜야 한다.
3) 염소주입
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염소주입은 하수의 수질과 요망되는 살균효율 및 방류수역의 대장균수에 대한 환경기준을 감안하여 결정한다. 【해설】 |
일반적으로 염소소독시설의 설계에서 맨 먼저 고려해야 할 사항은 처리장에서 요구되는 염소의 양으로 소독을 위하여 요구되는 염소주입은 처리되는 하수의 수질에 따라 다르고, 결정된 주입률은 주어진 접촉시간에서 요구되는 소독효과를 줄 수 있어야 한다. 그러나 잔류염소가 과다하게 투입되면 비경제적일 뿐만 아니라 방류수역의 수생생물에 영향을 미치기 때문에 방류수역의 수질오염 한계를 초과하지 않는 정도로 한다. 현재 대장균수에 대한 환경기준은 〈표 4.7.5〉에 주어져 있다.
일본의 예를 보면 염소주입률이 대장균수로 1㎤ 중 3000개 이하로 정하고 있으며, 이를 초과하는 경우에는 염소주입 후 15분 후에 잔류염소가 0.1mg/l 정도 되도록 하면 대장균을 사멸할 수 있다고 한다.
각종 하수의 소독에 요구되는 염소주입농도는 일반적으로 다음 〈표 4.7.21〉과 같다.
4) 액체염소주입장치
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염소주입장치의 용량은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
염소주입장치의 용량은 계획1일최대오수량에 주입률을 곱하여 정한다. 합류식의 경우에는 우천시를 고려하여 염소주입장치의 용량을 결정한다.
(2)에 대하여
염소주입기는 실린더 또는 기화기에서 연속적으로 공급되는 염소가스를 안전하고 정확하게 계량해서 물에 녹여 이를 처리하려는 물에 주입하는 것이다. 염소주입기의 용량 및 대수는 처리수의 수량 및 수질 변동에 대응할 수 있도록 정한다. 또 염소주입기의 제어는 정격치의 60～80% 범위에서 조작하는 것이 가장 사용하기 쉬우므로 일상적인 운전시 이 범위가 되도록 염소주입기의 용량, 대수 등을 정하는 것이 좋다.
또한 염소주입을 위한 혼합용수의 소요압력 및 수량은 염소주입기의 종류와 용량에 따라 다르지만 〈표 4.7.22〉를 표준으로 한다.
액체염소의 주입량 제어는 직접 염소주입기를 조작하는 방법과 소정의 주입률에 방류수량에 따라 비례하여 제어하는 방법 등이 있다. 비례주입제어는 주입비율 설정기에 의해 필요한 주입률을 정하여 방류수량의 증감에 맞게 염소량 조절계를 작동시켜 정해진 비율의 염소를 주입한다.
(3)에 대하여
염소주입기는 안전성 및 유지관리면에서 널리 쓰이고 있는 장치로 습식진공형 염소주입기를 사용하고 있다. 습식진공형 염소주입기에서는 실린더로부터 염소가스가 도관을 통하여 통제밸브(control valve)로 유도되어 벨자르(belljar)내로 방출된다. 벨자르의 하부는 물로 봉해져 있기 때문에 염소가스는 오리피스(orifice)계량기로 계량되어 인젝터(injector)로 유도된다. 한편 압력수를 공급감압밸브로 조절하여 벨자르내가 항상 -40 mmH2O를 유지되도록 인젝터에 급수하며(인젝터의 고유의 흡인력은 700 mmHg이상), 여기에서 염소가스를 흡인, 혼합하여 필요한 농도의 염소수를 만들어 처리수에 주입한다. 소요염소량은 눈금이 있는 관을 대조하여 오리피스계량기의 진공가감관을 상하로 조절하여 계량한다. 또 다른 종류의 습식진공형 염소주입기에서는 실린더로부터의 염소가스를 여과하여 유도밸브로 -90 mmHg를 유지하도록 감압시킨 뒤에 캐피린리계량기로 계량하여 진공조절밸브, 역지밸브를 통하여 인젝터로 유도한다. 한편 압력수는 급수조절밸브로 조절하여 인젝터로 유도하며, 여기에서 염소가스를 혼합시켜서 필요한 농도의 염소를 만들어 처리수에 주입시킨다. 이 장치는 압력이 내려가면 기계내의 진공도가 0으로 되고, 그 결과 자동정지밸브도관을 통하여 자동정지밸브가 작동하여 실린더로부터 염소가스의 공급을 중지시킨다. 또한 어떤 사고로 인하여 물이 인젝터로부터 기계내로 역류하는 경우에는 물 역지밸브의 부자가 작동하여 물의 침입을 방지하는 구조로 되어 있다.
위에서 설명된 진공형은 보통형과 비교하여 높은 압력수를 필요로 하지만 실린더에 염소가 남지 않으며, 새지 않는 특징이 있다.
(4)에 대하여
염소주입기는 고장 및 소독강화를 고려하여 반드시 예비 또는 비상용 소독장치(예를 들어 수동식)를 설치할 필요가 있다. 예비대수는 1대인 경우에는 1대를 예비로 더 설치하고, 2대 이상의 경우에는 필요에 맞게 예비대수를 정하여 설치한다.
5) 염소주입기실
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염소주입기실은 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
염소주입기실은 일반기계실, 휴식실과 완전히 격리시켜 독립되게 설치한다. 또한 지하실이나 낮은 곳을 피하여 지면보다 높게 하는 것은 염소가스가 공기보다도 2.5배나 무겁기 때문에 새는 경우에도 마루바닥에 정체하여 배제시키기가 곤란하다는 것과 또한 염소는 습기가 있으면 강한 부식성을 나타내므로 습기가 많은 장소를 피하기 위함이다.
(2)에 대하여
건물을 내화성으로 하는 것은 염소가 폭발하는 염려가 있기 때문이다. 또한 염소가 새어서 위험이 따를 경우에는 건물을 밀폐시키면 외부에 대한 위험을 방지할 수 있다.환기용의 작은 창을 측벽하부의 마루바닥 부근에 설치하면 염소가스가 새는 경우 바닥부근에 머물므로 배제시키기가 쉽다. 개폐식의 갤러리나 외부조작이 가능한 환기용 선풍기를 설치하는 것도 좋다.
실내온도를 15℃ 이상으로 유지하는 것은 온도가 너무 낮으면 기화가 완만하며 염소의 수화물 형성을 쉽게 하기 때문이다. 가능하면 21℃이상으로 유지하는 것이 좋으며, 염소의 주입과 저장이 별도의 방에서 실시된다면 염소저장실의 온도가 10℃ 이하로 떨어지지 않도록 해야 한다. 그러나 온도가 너무 높으면 실린더내의 액체염소의 용량과 가스압이 증대하여 파열될 우려가 있으므로 35℃를 넘지 않도록 주의를 요한다.
(3)에 대하여
염소주입기실의 요구면적 및 배관은 염소주입기 생산업자에 의하여 보통 제안되며 그 예가 〈그림 4.7.7〉에 주어져 있다. 모든 기기에 접근이 용이하고 기기와 염소용기의 취급에 편리한 공간이 부여되어야 한다. 일반적으로 다음 사항을 만족시키면 된다.
그리고 3대 이상의 염소주입기를 설치할 경우에는 1대당 3㎡ 정도의 면적을 제공하는 것이 좋다.
(4)에 대하여
기기에의 접근, 수리와 정비 등의 편리성을 위하여 염소주입기는 벽면, 주위의 염소주입기 등에서 최소한 50cm 정도는 떨어져야 한다.
(5)에 대하여
염소주입기의 계량기가 나타내는 값과 실제로 실린더에서 유출한 양을 비교하여 주입기가 효율적으로 작동하고 있는가를 확인하여 주입의 정확을 기하며 실린더내의 잔류량을 검사하여 손실없이 염소가스를 이용하기 위해서는 계량장치를 설치하여 검사한다.
(6)에 대하여
실린더에서 유출되는 염소가스는 주입기의 감압밸브(유도밸브)로 감압된 다음 사용되지만 일시에 다량의 가스가 사용되면 〈표 4.7.23〉에 주어진 증발잠열 때문에 온도가 내려가고 가스의 유출이 나빠져서 소요량의 주입이 불가능하게 되기 쉽다. 실린더내의 액체염소가 가스화하는 양과 주입량간에 균형이 유지되기 위해서는 실온 15～19℃에서는 경험상 1kg/h의 사용량에 대해서 50kg 실린더 1대의 비율로 하는 것이 적당하다. 또한 감압설비와 주입설비 사이의 배관에는 역류방지장치를 설치한다.
(7)에 대하여
미량의 염소가스가 실내로 새어나오는 경우 습기가 있으면 염소는 대단히 부식성이 강하므로 내산처리된 기구류를 사용하는 것이 좋다.
(8)에 대하여
염소주입기실은 보수 등을 고려하여 전면에 공간을 두고 주입기실 주위에 고압가스배관을 제외한 배관용 덕트를 설치한다. 고압가스배관은 점검상 노출시키는 것이 바람직하다. 주입기실의 전면은 경질유리를 사용하여 조작실과 구분시키고 현장용 조작반 등을 배열하면 감시하기도 좋다.
6) 액체염소의 저장
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액체염소의 저장은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
저장량은 저장실의 크기에 관계되지만 액체염소의 반입빈도가 너무 많게 되지 않도록 항상 어느 정도의 저장량의 여유를 갖고 있도록 고려하는 것이 좋다.
(2)에 대하여
실린더의 용량은 100kg 또는 1ton이지만 하루의 염소주입량에 따라 실린더의 교환회수를 고려하여 실린더의 크기를 선정한다.
(3)에 대하여
조에 의한 저장은 대규모의 소독시설에 이용되는데 고장 혹은 보수에 대비하여 2조 이상으로 나누어서 설치하는 것이 좋다. 조로 액체염소를 받아들이기 위해서는 탱크차로부터 관을 접속시켜 실시하는데 이때 고압건조공기가 필요하다. 고압건조공기를 얻기 위해서는 다음과 같은 시설이 요구된다.
(4)에 대하여
주입기의 계량기와 실제 실린더나 조에서 유출되는 양을 비교하여 주입기가 유효하게 작동하고 있는 가를 확인함으로써 주입에 정확을 기하고, 실린더나 탱크의 잔류량을 검사하여 손실없이 사용할 수 있도록 액량계 등의 계량장치를 설치한다.
7) 염소저장실
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염소저장실은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
염소저장은 위험방지를 위하여 내화성으로 하고 통풍이 잘 되어야 한다. 건물의 내면과 외면은 불연재료로 피복되어야 한다. 가능한 한 저장능력 1ton 이상의 경우는 두께 12cm 이상의 철근콘크리트 또는 이와 동등이상인 구조의 장벽을 저장실의 주위에 설치하고, 그 외벽은 주위의 주택이나 기타 건물로부터 15m 이상 떨어진다. 또한 연속적인 염소주입이 가능하고 필요시는 염소주입을 강화할 수 있도록 어느 정도의 여유량을 저장하여 둔다.
(2)에 대하여
염소저장능력 1ton 이상의 경우는 안전을 위하여 염소저장실을 염소주입기실로부터 분리시켜야 한다.
(4)에 대하여
1일 최대염소사용량이 200kg/d을 넘는 시설에 대해서는 실린더 이동용으로 기중기(hoist)의 설치를 고려할 필요가 있다. 기중기의 적재하중은 2ton 이상으로 하되 실린더의 교환을 위하여 알맞은 형식의 것을 사용한다.
8) 중화설비
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염소는 독성이 강하기 때문에 누출 및 기타의 사고에 대비하여 필요한 방독 및 재해시설을 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
염소주입기실의 적당한 장소에 다음 약품류를 준비하여 두는 것이 좋다.
방독면, 암모니아, 치오황산소다, 소석회, 가성소다, 소다회 등
산소흡입기, 양치질용 중조수, 알콜 등
(2)에 대하여
저장능력 1ton 이상의 경우에는 제해시설을 설치하는 것이 좋으며 염소의 중화시설에는 다음과 같은 것이 있다.
누출염소가스를 검지하여 중화시설의 제기기를 작동시키는 것으로서, 검지시간은 검지용 배관 1m당 약 1초를 요하고 검지가능거리는 100m까지이다. 또한 검지를 위해서는 실온 15℃ 이하가 바람직하고 40℃ 이상에서는 감도가 둔하다.
중화반응탱크는 반응탑과 가성소다, 용액탱크로 구성되며 반응탑 내에서 염소가스를 가성소다용액에 접촉시켜 중화한다. 또한 재질은 염화비닐 또는 강철판에 염화비닐을 피복 시킨 것으로 내식성의 것을 사용한다.
환풍기는 염소가스를 누출점으로부터 덕트 또는 배관에 의하여 흡인한 다음 중화반응탑에 보내고 또한 중화된 가스를 배출시킨다. 일반적으로 터보팬(turbo fan)을 사용하지만 재질은 경질염화비닐 또는 강철판을 염화비닐로 피복시킨 내식성의 것을 사용하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
중화장치의 능력은 염소저장량에 따라서 정하지만 일반적으로 누출염소량 1ton을 중화시킬 수 있도록 하는 것이 좋다. 가성소다를 이용한 중화반응은 식(4.7.9)와 같다.
식(4.7.9)로부터 식(4.7.10)이 유도된다.
9) 차아염소산나트륨 주입장치
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차아염소산나트륨의 저장은 다음 사항을 고려해서 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
차아염소산염의 구입 및 수송의 편의성에 따라 저장량이 달라지겠지만 대략 7일분을 저장하는 것이 알맞으며, 부식성이 대단히 강하므로 내식성의 용량에 저장해야 한다.
(2)에 대하여
저장방법은 저장조를 표준으로 하지만 소량인 경우는 용기에 의한 방법도 있다.
(3)에 대하여
저장장소는 차아염소산나트륨의 물리 및 화학적특성을 충분히 고려해서 직사광선을 피하고 가능한 차고 어둡고 통풍이 잘되는 곳으로 정하여 설치한다.
(4)에 대하여
저장조는 고장 또는 점검과 수리를 고려해서 2조 이상으로 설치하는 것이 좋다. 저장조는 입형과 횡형이 있고 설치공간에 따라서 정하도록 한다. 저장조의 재질은 강화프라스틱 또는 강철재를 사용하며 내면에 내식성 차아염소산나트륨의 라이닝재를 쓰거나 또는 내식성 차아염소산나트륨용의 강화플라스틱재를 사용한다. 대용량인 경우 철근콘크리트 구조로 할 수도 있다. 저장조에는 액면계, 점검용 맨홀, 차아염소산나트륨의 저장 및 인출, 배액, 월류, 가스배출, 세척 등에 관련된 배관 및 접속구를 필요에 맞추어 사다리등의 부대장치를 설치해 기초홀더로 견고하게 부착한다.
(6)의 ①에 대하여
현장에 필요한 용량의 발생기가 선정되므로 소모되는 용량의 차아염소산나트륨의 연속적으로 발생되어 차아염소산나트륨 저장용량은 1～2일로 하여 계속 생성하도록 하고, 현장 제조형 차아염소산나트륨의 원료가 되는 소금의 저장용량은 구입 및 수송의 편의성에 따라 대략 10일분 이상으로 저장하는 것이 좋다.
(6)의 ②에 대하여
차아염소산나트륨의 물리 및 화학적 특성을 충분히 고려해서 직사광선을 피하고 가능한 차고 어둡고 통풍이 잘되는 곳으로 정하여 설치하는 것을 표준으로 하되 시판용보다 농도가 낮고 그 저장되는 기간이 짧아 가용염소의 반감이 거의 없으므로 외부 노출 탱크를 사용하여도 무방하나 결빙온도가 약 -10℃이므로 동절기에 대한 결빙 대책을 마련하여야 한다.
10) 차아염소산나트륨 용액저장실
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차아염소산나트륨 용액저장실은 다음 사항을 고려해서 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
차아염소산나트륨 저장실은 내진 및 내화성으로 하고 통풍을 좋게 한다.
(2)에 대하여
차아염소산나트륨 저장실에는 저장조 전체에서 차아염소산나트륨이 새는 경우도 있을 수 있으므로 이에 대비하여 방액벽 또는 피트를 설치한다. 또한 누출된 액의 처리가 쉽게 이루어질 수 있는 구조로 한다.
(3)에 대하여
차아염소산나트륨은 온도 등의 여러 가지 조건에 따라 분해가 촉진된다. 따라서 필요에 맞게 환기장치를 설치한다.
11) 이산화염소의 주입
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이산화염소의 생산을 위한 염소용액의 pH는 4 이하가 되어야 한다. |
【해설】
이산화염소를 생산하기 위해서는 pH를 4이하로 유지해야 하므로 주입되는 염소용액의 pH도 4이하가 되어야 한다. 이는 염소용액의 농도가 결코 500mg/l 이하가 되어서는 안 된다는 것을 뜻한다. 또한 주입점에서 분자상태의 염소가 파괴되지 않도록 염소농도가 3,500mg/l를 초과해서는 안 되므로 결국 이산화염소의 생산을 위한 효율적인 범위는 약 7:1이 되는 셈이다. 그러나 실제 약품주입기는 유량에 비례해서 20:1까지 주입통제시스템에 의하면 200:1까지 취급할 수 있게 되어 있다.
차아염소산염이 염소대신 사용되는 경우에는 산성화를 위해서 황산이 사용된다. 이런 경우 차아염소산염, 아염산나트륨 그리고 황산의 공급을 위하여 3대의 다이아프램(diaphram)펌프가 요구되며, 각 용액의 공급률은 모두 같게 하여 다음 반응식(4.7.11)이 일어날 수 있도록 농도를 알맞게 맞추면 좋다.
12) 아염소산나트륨의 주입
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이산화염소의 생산을 위한 아염소산나트륨의 용액은 농도가 무게로 20% 이하가 되도록 공급되어야 하며, 용기는 1일 소비량을 저장할 수 있는 크기가 되어야 한다. |
【해설】
아염소산나트륨(NaClO2)은 유기성이 없으면 어느 정도 거칠게 취급해도 관계없으나 유기물과 접촉하면 점화될 수 있으며 열, 충격, 마찰 등에 대해서 민감하다. 따라서 고체로 취급하는 것보다는 용액을 이용하는 것이 좋다. 아염소산나트륨용액을 위한 펌프의 규모는 용액의 농도가 무게로 20%를 초과하지 않도록 선정되어야 하며 피스톤 펌프보다는 다이아프램펌프를 이용하는 것이 좋다. 또한 최소한도 1일분의 소모량을 저장할 수 있는 용기를 준비해야 한다.
13) 이산화염소의 반응탑
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이산화염소의 생산을 위하여 주입되는 염소용액은 반응탑에 들어가기 직전에 아염소산나트륨용액과 혼합되어야 하며, 반응탑에서도 생성된 이산화염소용액은 바로 주입점으로 보낸다. |
【해설】
반응탑에서 이산화염소가 생성되며 용액이 녹색으로 변할 때 이산화염소가 생긴다. 반응탑의 유출구에는 검사유리창이 있어서 반응탑 내부를 볼 수 있도록 해야 한다. 반응탑은 아염소산나트륨을 하루에 110kg 정도를 저장할 수 있는 용량으로 한다. 또한 안정성을 고려하여 생성된 이산화염소의 농도는 10%(부피기준) 미만으로 유지되어야 하며, 가스누출로 인한 냄새가 발생하지 않도록 하여야 한다.
14) 염소소독시설 운영관리시 고려할 사항
염소는 다른 소독제에 비해 비교적 낮은 주입량, 간편한 공급 및 조절, 낮은 가격 때문에 비교적 널리 쓰이나 소독제 중에서 가장 위험한 물질로서 독성이 매우 높고, 취급부주의로 누출이 발생하여 이를 흡입하게 될 경우 관리자의 생명에 치명적인 손상을 입히게 된다.
염소 소독시설은 액체시설은 액체염소저장용기, 저장용기 자동교체장치, 증발기, 염소주입장치, 잔류염소 측정장치, 가스주입장치, 염소가스 누출감지장치 및 안전장치 등으로 이루어지는데 이러한 시설을 운영함에 있어 장비의 수명과 효율을 증가시키기 위한 예방정비의 차원에서 아래 사항을 주기적으로 수행하여야 한다.
염소소독시설의 운영 중에 발생되는 문제점과 이에 대한 대처방안은 다음과 같다.
이상과 같이 염소소독에서 염소가 누출될 경우에는 매우 위험하므로 염소소독 시설은 엄격하게 통제되어야 하고 잘 훈련된 관리자만이 다루어야 한다. 특히 염소를 다룰 때는 항상 2인 1조로 하여 필히 개인 휴대용 호흡장치 및 개인보호장구를 착용하고 작업에 임하여야 한다.
1) 아황산가스
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잔류염소 1mg/l를 제거하기 위하여 약 1mg/l의 비율로 아황산가스를 주입할 수 있도록 탈염소 시설을 설계한다. |
【해설】
아황산가스는 자유 및 결합상태의 잔류염소와 순간적으로 반응한다.
식(4.7.12)～식(4.7.14)에 의하면 탈염소를 위한 아황산가스 요구량은 1mg/l보다 적지만 경험에 의하여 염소 1mg/l를 제거하기 위하여 아황산가스를 대략 1mg/l의 비율로 주입한다.
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아황산가스 실린더를 액체염소 실린더와 같은 곳에 저장하도록 고려한다. |
【해설】
아황산가스는 액체염소와 마찬가지로 강철제 실린더에 압축되어 공급되는 것이 보통이며, 실린더 취급상의 유의사항은 염소가스 실린더의 취급과 마찬가지이다. 아황산가스 실린더는 염소 실린더와 함께 저장될 수 있다. 아황산가스는 통상 약 2.5kg/㎠의 낮은 압력 하에 저장되므로 압력감소밸브가 불필요하며, 이 정도의 낮은 압력 하에서도 염소보다도 더 쉽게 재액화하므로 헤더(header)는 증가되어야 한다. 상온에서 실린더로부터 180kg/d의 비율로 아황산가스를 뽑아 쓸 수 있다.
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주입된 아황산가스는 하수와 충분히 혼합하여야 한다. |
【해설】
아황산가스에 의한 탈염소 효율을 좋게 하기 위해서는 아황산가스와 하수를 충분히 혼합해야 한다. 자연적인 혼합만으로 불충분한 경우에는 혼합기를 설치하는 것이 바람직하다.
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아황산가스에 의한 탈염소 효율을 좋게 유지하기 위해서는 염소접촉조 유출수의 잔류염소측정기를 위시하여 각종 통제시설을 설치한다. |
【해설】
탈염소 시스템은 잔류농도를 통제하는데 기본을 두고 있다. 특히 아황산가스는 과도히 주입되어 물 속에 잔류하게 되면 하수나 강물의 용존산소를 소모시키게 되므로 주입이 철저히 통제되어야 한다. 중요통제시설로서 염소접촉조의 유출구에 잔류염소측정기를 설치해야 하며, 아황산가스로 처리된 유출수도 채취하여 분석해야 한다. 아황산가스와 염소는 순식간에 반응하므로 혼합후 바로 하류에서 시료채취를 한다.
탈염소 시스템의 관측(monitoring)은 잔류염소분석기로 하게 된다. 분석기는 케이블을 통하여 600～900m까지 떨어진 잔류농도기록계 및 통제기에 전기통제신호를 보낼 수 있다. 그러면 잔류농도기록계는 진공송신기에 의하여 100V 교류회로를 통하여 진공조정기에 전기통제신호를 보낸다. 회로시간(loop time)을 알맞은 범위 내에 유지하기 위해서 아황산가스 주입기를 산기관 부근에 위치시키는 것이 좋으며 인젝터에 필요한 물은 시료채취지점에서 취하면 된다. 대부분의 경우 아황산가스주입점이 공급지점에서 멀리 떨어져 있으므로 잔류염소기록계, 아황산가스주입기 그리고 인젝터펌프를 주입점부근의 별개 건물내에 위치시키는 것이 좋다. 아황산가스는 PVC진공관으로 저장지점에서 주입점으로 수송될 수 있다.
2) 아이중황산나트륨(Na2S2O5)
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탈염소를 위하여 아이중황산나트륨(sodiummetrbisalfite, Na2S2O5)을 사용하는 경우 주입시설은 1mg/l의 염소를 제거하기 위하여 1.5mg/l의 율로 주입될 수 있도록 설계한다. |
【해설】
도시지역의 하수처리장에서 아황산가스를 저장하는 것이 위험하다고 판단되는 경우에는 아황산가스대신에 아이중황산나트륨의 사용을 고려해 볼 필요가 있다. 또한 하수량이 3,800 ㎥/d 이하이거나 아황산가스 소모량이 약 2kg/d 이하인 경우에는 아이중황산나트륨의 사용을 고려해 보아야 한다. 아이중황산나트륨은 물에 녹으면 아황산나트륨이온(NaHSO3)으로 해리하며, 0.45kg을 용해시키는데 5분이 걸리며 최소한 7.6l의 물이 요구된다. 탈염소는 식(4.7.15)와 같은 반응에 의하여 실시된다.
위의 식에 의하면 이론적으로는 1mg/l의 염소를 제거하는데 1.34mg/l의 아이중황산나트륨이 요구되나, 실제는 1mg/l의 잔류염소를 제거하기 위하여 1.5mg/l의 율로 아이중황산나트륨을 주입할 수 있도록 시설의 규모를 결정한다.
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아이중황산나트륨은 생산업자로부터 공급되는 용기내에 그대로 저장되어야 하며 취급기기는 내식성이어야 한다. |
【해설】
아이중황산나트륨은 흰색 또는 크림색의 가루로 물에 잘 녹는다. 석회와 마찬가지로 건조된 상태로 취급될 수 있으며 용액을 만들어 다이아프램펌프(diaphragm pump)로 계량할 수도 있다. 포장하지 않은 채로 쌓아서 저장하기는 어려우며 가능한 한 사용직전까지 공급시의 밀폐된 용기에 그대로 저장해야 한다. 용액으로 만들어 탈염소에 이용하는 경우 기기의 재료는 차아염소산 용액취급기기와 마찬가지이나 건조상태인 경우에는 철제 혹은 강철제도 사용될 수 있다.
3) 활성탄
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탈염소를 위한 활성탄접촉조의 설계를 위해 다음 사항들을 고려하여야 한다.
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【해설】
하수처리장 유출수에서 염소를 제거하기 위하여 과립상의 활성탄을 사용할 수도 있다. 이 경우 탈염소 반응은 잔류염소의 화학적 상태, 염소농도와 유량, 활성탄의 물리적 특성 및 폐수의 특성에 의하여 영향을 받는다. 활성탄에 의한 탈염소 과정은 순수한 흡착과정이 아니며 염소와 물 사이의 화학반응에서 활성탄이 촉매작용을 할 수도 있다. 활성탄의 표면에서 일어나는 반응은 식(4.7.16)과 같이 가정된다.
그러나 실제반응은 식(4.7.17)과 같이 설명된다.
잔류염소의 화학적상태에 의해서 탈염소 과정은 크게 영향을 받는다. 즉 크로라민은 탈염소 효율을 크게 감소시킨다. 유입수의 염소농도에 의해서도 효율이 영향을 받는다. 염소농도가 10배 증가하면 동일한 제거농도를 유지하기 위해서 활성탄층의 두께가 3.3배 증가해야 한다고 보고되고 있다. 활성탄입자가 작을수록 탈염소 효율은 증가하겠지만 수두손실이 증가한다는 제약을 받게 된다. 활성탄에 의한 탈염소 반응은 무기물 및 유기물제거반응과 동시에 진행되므로 가장 쉽게 산화될 수 있는 물질은 염소에 의하여 산화될 것이며, 나머지 흡착된 물질은 표면반응시 생성되는 발생기산소에 의하여 산화된다. 따라서 활성탄에 의한 탈염소 효율은 하수내의 유기물 및 무기물에 의해서도 감소된다.
(1)에 대하여
활성탄에 의한 탈염소는 중력식 또는 가압식 활성탄 여과기에 의하여 실시되는데 이때 하수량은 여과기내의 활성탄층 표면적 1㎡당 2l/s를 초과해서는 안 된다.
(2)에 대하여
접촉조내에서의 체류기간은 너무 짧으면 탈염소가 제대로 일어나지 않는다. 따라서, 접촉조를 비운 상태에서 하수가 머무는 시간이 최소한 15～20분이 되도록 설계한다. 위와 같은 조건아래 활성탄접촉조를 설계하면 유입수의 자유잔류염소가 3～4mg/l 이하이고 양호한 질의 활성탄을 사용하는 경우 3년의 수명을 유지할 수 있다. 물론 활성탄의 탈염소 효율을 좋게 유지하기 위해서는 접촉조를 규칙적으로 역세척해야 한다.
오존소독시설은 오존반응설비와 오존발생설비로 크게 구성되며 오존반응설비는 주입장치, 반응조, 배오존처리장치로, 오존발생설비는 원료가스공급장치, 오존발생장치, 냉각장치 등으로 각각 구성된다.
1) 오존반응설비
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【해설】
(1)에 대하여
계획수량은 분류식의 경우 계획1일최대오수량, 합류식의 경우에는 우천시 설계유량을 고려한다. 오존주입장치로는 산기장치, 인젝터 등이 있지만, 오존의 대상수에의 용해효율, 유지관리성에 따라 일반적으로 산기장치가 많이 채용되고 있다. 산기장치는 반응조에 오존배관을 설치하고, 다공질 세라믹제의 산기통 및 산기판을 반응조의 바닥에 설치하여 오존가스를 기포로서 수중에 산기한다. 기포경이 작을수록 용해효율이 좋으나 기포경은 산기통(산기판)의 기공경에 의해 결정되며 일반적으로 기공경은 100μm 정도가 많이 채택되고 있다.
(2)에 대하여
반응조는 내식성 및 안전성을 고려하여 콘크리트제의 수조 또는 스테인리스제의 밀폐구조로 설치하며 미반응된 오존이 외부로 누출되지 않도록 하여야 한다. 접촉수심이 클수록 좋지만 수심이 커질수록 오존발생장치에의 압력이 증가하기 때문에 오존발생효율이 저하하고 반응조에 오존을 주입하는 동력비가 증대한다. 따라서 반응조의 수심은 4～6m가 적당하다.
(3)에 대하여
반응조에서 미반응된 오존이 대기에 방출될 경우 인체에 매우 유해하기 때문에 반응조에 미반응된 오존을 분해하기 위한 처리장치를 설치한다. 또한, 만일의 경우를 대비하여 오존반응설비를 설치한 실내에 환기설비를 설치하고 환경오존모니터 등의 검출기를 설치하여 작업환경중의 오존농도를 감시하고, 0.1ppm 이상이 되면 경보를 발생하게 하는 것이 바람직하다. 배오존처리장치에는 활성탄흡착분해법, 촉매분해법 등이 있다. 활성탄흡착분해법은 설계가 간단하고 적절한 관리를 행하면 신뢰성이 향상되지만, 오존의 강력한 산화력에 의해 활성탄이 파괴되기 때문에 6개월에 1회 정도 활성탄을 교환해야 한다. 촉매분해법은 가온하에 금속표면에서 오존이 촉매분해되는 것을 이용하는 것으로서 금속은 망간계, 철계, 니켈계, 동-망간계 등이 촉매로 이용된다. 촉매는 자주 교환할 필요가 없어서 경제적으로 유리하다.
산소활성슬러지법의 경우 배오존은 산소원으로서 이용할 수 있다.
2) 오존발생설비
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【해설】
(1)에 대하여
원료가스는 공기와 산소로 크게 구별되며 설비용량에 따라서 경제성, 유지관리성 등을 고려하여 선정한다. 공기를 원료로 할 경우 수분이 오존발생장치내에서 오존의 발생을 방해하기 때문에 수분을 충분히 제거하여야 한다. 또한, 오존과 질소화합물과 결합하여 질산을 생성하는 경우 방전전극에 부착되어 오존발생효율이 저하된다.
(2)에 대하여
공업용오존발생장치로는 전극의 구조에 따라 원통다관전극형, 평판전극형의 2가지로 분류된다. 원통다관전극형에는 유리관삽입형과 스테인리스관유리라이닝형이 있고, 냉각방식은 수냉식이 적당하다.
평판전극형은 전극, 유도체가 평판에 배치되기 때문에 설치면적이 작고, 냉각방식은 공랭식이 적당하다.
오존발생장치는 장치의 점검, 수리, 고장 등을 고려하여 예비시설을 설치한다.
(3)에 대하여
냉각방식은 공랭식과 수냉식이 있는데 일반적으로 공랭식은 구조가 간단하지만 풍량의 제약이 있기 때문에 중소형에 사용하고, 수냉식은 구조가 복잡하지만 효율이 좋기 때문에 중대형에 사용한다. 수냉식에는 일과식, 열교환기에 의한 순환식, 냉각탑에 의한 순환식이 있다.
1) 소독수로
자외선(UV) 소독시설에서는 UV 램프 모듈이 설치되는 소독수로를 함께 설계해야 한다. 용량이 작은 하수처리장에서는 스테인리스 스틸 재질의 반응조를 제작하여 최종방류수의 배관에 플랜지를 연결하여 사용할 수도 있으나 용량이 큰 하수처리장에서는 철근콘크리트 구조물의 수로에 소독장비를 장착하여 운영한다. 모듈은 수개의 램프를 하나의 단위로 묶은 것이며 뱅크는 수개의 모듈이 합쳐져서 구성된다. 램프와 모듈, 뱅크의 규격은 설계시 제품의 특성을 충분히 파악하여 결정하여야 한다.
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소독수로는 다음 사항을 고려하여 설계하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
합류식 지역의 하수처리장에서는 우천시 발생되는 유량을 일차침전지 및 우회 수로를 통해 소독시켜 방류시켜야 한다. 그러나 통상 우천시의 유량은 청천시 하수량의 3배에 달하므로 이를 모두 자외선으로 소독하는 것은 경제적으로 낭비가 된다. 또한 우회된 하수는 일차처리만을 거친 것이므로 탁도가 높아 이차처리수와 혼합하여 UV 소독을 하면 오히려 소독효과가 저하되어 비효율적이다. 따라서 이 경우 이차처리수만을 UV로 소독하고 우회 유량은 별도의 수로에서 비상 염소소독에 의해 소독을 하거나 그대로 방류시키는 것이 불가피하다. 비상시의 염소소독은 설비비가 적은 차아염소산나트륨 또는 차아염소산칼슘 소독이 바람직하다.
(2)에 대하여
수로는 요구되는 램프 수의 배치형태에 의해 규격이 결정되고 자외선이 병원성 미생물을 소독할 수 있도록 체류시간을 충분히 가져야 한다. 저압램프의 경우는 처리 대상 수질에 따라 다르지만 4～14초로 광범위하고 중압램프의 경우에는 1초 내외로 하며 소독의 안전성 확보를 위하여 가급적 접촉시간이 길수록 유리하다.
램프 배열에 의해 수로 깊이가 지나치게 깊어지지 않도록 주의해야 하고 유속이 커져서 손실 수두가 커지지 않도록 수리계산을 적절히 수행하여 플러그흐름형 흐름을 유지하며 전체 영역에 걸쳐 자외선이 방사되어 소독될 수 있도록 UV설비에 적합한 구조를 가져야 한다. 수로의 규격은 UV설비 제작 회사에 따라 달라지므로 설계 전에 UV 제작설비업체에 문의하여 설계하여야 한다.
(3)에 대하여
수로 내 뱅크를 두 개 이상 둠으로써 소독의 효과를 높이고 램프와 석영슬리브의 교체 및 청소시 또는 기타 유지보수시 전수로를 폐쇄시키지 않고서도 작업할 수 있는 환경을 제공한다.
(4)에 대하여
1차처리수를 소독할 경우에는 수로 상단에 전처리설비를 갖추면 조류와 작은 부유물이 램프 사이에 끼어 램프가 손상되는 것을 줄이고 오염도를 최소화시킬 수 있으며, 결국 자외선 소독의 효과를 증대시키게 된다. 그러나 통상적으로 이차처리수의 소독에는 전처리 설비를 하지 않는다. 또한 방류 수문을 설치하여 수위를 항상 일정하게 유지해야 하고, 살균에 효율적인 단면적을 제공하여 최종유출수가 소독되지 않고서 방류되는 것을 막을 수 있도록 한다. 또한 플러그흐름형 흐름을 도모하기 위해 자외선램프 전단부에 정류벽을 두는 것이 좋다.
(5)에 대하여
수로 전체 길이에 걸쳐 격자상의 그레이팅을 설치하면 유지보수 및 운영자의 안전을 도모하며, 외부물질이 수로 내에 유입되어 소독에 영향을 미치지 않도록 한다. 이때 램프, 모듈 또는 기타 부수장비의 유지관리를 위한 적당한 공간이 수로 주변에 마련되어야 한다.
2) 자외선(UV) 소독시설의 구성
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자외선소독장치는 다음과 같은 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
자외선소독장치는 대상수에 대한 자외선투과율에 의해 소독의 성능이 좌우되기 때문에 합류식하수도의 경우 SS가 높고 투과율이 낮은 우천시 월류수에 자외선소독을 적용할 때에는 충분한 고려가 있어야 한다.
(2)에 대하여
조사된 자외선은 하수중의 SS, 탁도를 갖는 유기성물질 등에 흡수되기 때문에 조사된 자외선이 모두 살균에 이용되지 않는다. 자외선의 소독효과는 하수의 성질, 접촉시간, 온도 및 자외선조사량에 의해 영향을 받는다. 소정의 자외선소독 효과를 얻기 위해서는 자외선 투과율이 70% 이상이 되어야 한다.
3) 자외선(UV)램프의 종류
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자외선램프는 저압(고출력을 포함)과 중압의 두 가지 종류가 있다.
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【해설】
하수처리수의 소독에 사용되는 램프는 현재 2가지 종류의 램프가 실용화되고 있다. 램프 점등시의 수은증기압에 의해 저압자외선램프, 중압자외선램프로 구별되며, 발생하는 자외선의 파장분포, 램프의 출력, 설치방법, 전력소비량 등이 다르기 때문에 각 처리장의 상황에 맞게 선택하여야 한다. 램프의 표준수명은 1～1.5년이 표준이다.
(1)에 대하여
살균효과가 높은 260nm 부근의 자외선을 발생하기 때문에 에너지 효율이 높은 장점을 갖고 있다. 저압램프의 출력은 최대 100W(고출력의 경우 1kW) 정도이다. 저압자외선램프는 램프 표면의 온도가 낮고 석영 슬리브에 오염물질이 비교적 덜 부착되는 이점을 갖는다.
(2)에 대하여
중압자외선램프는 비교적 에너지 효율이 낮지만 살균력이 있는 광역의 파장에 의해 램프당 소독력이 강하다. 램프 출력 2～3kW와 대출력의 램프가 있어서 대용량의 처리수를 대상으로 하는 경우에 유효하다. 램프 표면의 온도가 높고 석영슬리브에의 오염에 대한 세척장치가 필요하다.
4) 장치의 형식
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자외선소독장치는 아래와 같은 형식으로 분류되며 형식의 선정은 사용목적, 설치공간, 보수관리성 등을 고려하여 결정하여야 한다.
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【해설】
자외선 소독장치의 형식은 장치의 설치방법에 따라 수로방식(channel)과 탱크(tank)방식으로 크게 구분된다. 또한 조사방식에는 램프가 석영관내에 장치되어 하수에 잠기는 형식인 접촉식(contact)과 하수가 자외선을 투과하는 튜브안으로 흐르고 램프는 튜브밖에 설치하므로서 튜브안의 하수를 조사하는 방식인 비접촉식(noncontact)이 있다.
처리수의 재이용은 공공수역으로 배출되는 오염부하의 총량삭감 및 상수사용량의 절감 과 같은 수자원을 효율적으로 이용한다는 면에서 그 필요성이 증가하고 있다.
처리수의 재이용은 그 용도에 따라서 다음과 같이 크게 구분할 수 있다.
시설운전용으로서의 주요한 용도는 다음과 같이 고려해 볼 수 있다.
※ 화장실 용수는 변기에만 해당하며 사용 시에는 배관 부식, 막힘 및 소독을 고려하여야 한다.
※ 기타 펌프로는 탈수기(여포)세척수 펌프, 약품용해수 펌프 등이 있으며 소규모 하수처리장에서는 자동급수장치를 사용하여도 충분하나 중·대규모하수처리장에서는 탈수기의 세척수, 소포수 및 약품용해수의 가동빈도 및 양이 많아 별도의 펌프를 두어 사용하는 것이 효과적임.
1) 계획수량, 취수장소 및 계열수
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수조는 다음 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
시설에 사용되는 용수량은 각 시간대에 따라 다르므로 계획수량은 각 시간대에 따른 사용량의 변화를 충분히 고려해서 정하도록 한다. 또한 시간 평균 사용수량으로 시설계획하면 순간최대사용수량에서는 적은 시설이 될 수 있으므로 재이용시설을 통과한 여과수의 저류조를 설치하여 시간변동에 대처할 수 있는 방법을 강구하여 적절한 계획수량을 정한다.
(2)에 대하여
구내 용수시설의 수조는 수위변동이 적고 취수량을 충분히 확보할 수 있는 장소로 한다. 특히 처리장에서 방류되는 최종방류수의 양은 야간에 최저가 되는 경우가 많으므로 저류조의 규모는 이 시간대를 충분히 고려한다.
보통 취수장소는 이차침전지의 처리수, 여과기의 여과수를 소독 전에 방류되는 유출수를 취수한다. 그러나 이와 같은 장소는 보통 유하속도가 느리고 침전물이 모이기 쉬우므로 이들의 영향을 받지 않도록 취수구의 높이와 구조 등에 충분한 주의를 할 필요가 있다.
또한, 저류조 설치위치가 방류수 수위 이상으로 설치하여 over flow되지 않도록 하며, 설비동과 같이 재이용수를 많이 필요로 하는 곳에 수조를 설치하면 유지관리 편의성 및 경제적으로도 유리하다.
(3)에 대하여
구내 용수시설에는 일반적으로 여과수의 저류조를 설치하는데 그 용량은 용수의 안정공급 확보라는 측면에서 유의하여 정한다. 보수, 점검 등을 고려하여 2계열 이상으로 하는 것이 효과적이다.
그러나 여과수 저류조는 청소 등을 제외하고는 유지보수가 거의 없으므로 소규모하수처리시설 또는 마을하수도인 경우 구조물의 크기가 비대해져 비경제적이다.
또 재이용 보조용수로써 상수 등을 여과저류조에 급수할 수 있도록 하면 비상시에 대응할 수 있다. 그러나 이러한 경우 상수 배관에 재이용수를 혼입시켜서는 안 된다.
2) 기종의 선정
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처리수 재이용시설의 종류선정은 사용목적, 요망되는 수질 등을 참고해서 정한다. |
【해설】
처리수 재이용시설의 종류는 재이용수의 용도에 따라서 요망되는 수질에 차이가 있으므로, 그 사용 목적에 적합한 종류를 선정하도록 한다.
처리수재이용설비에는 다음과 같은 기종이 있으며 사용목적에 따라 단독 또는 조합하여 사용한다.
(1) 기계식 스트레이너
(2) 급속여과장치(고도처리편의 급속여과장치 참조)
예를 들면, 펌프의 축봉수, 슬러지탈수설비의 세척수, 슬러지소각설비의 세척수 등은 급속여과수를 사용하며, 침사지 기계설비 등의 세척수, 소포수 등은 기계식 스트레이너의 여과수를 사용한다.
이차처리수에 협잡물이 많은 경우에는 급속여과장치의 전처리로서 기계식 스트레이너를 설치한다.
3) 급수방식
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각 시설에의 급수방식은 이용수량, 급수압 및 설치조건 등을 고려하여 결정한다. |
【해설】
각종펌프의 수봉수 등 중요한 기기에의 급수방식은 시설의 배치 및 급수압을 고려하여 직접펌프에 송수하도록 하고 고압수조, 압력조 등을 조합하여 설치한다.
4) 자동용수공급장치의 용량 및 압력
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자동용수공급장치의 용량 및 압력은 다음을 고려하여 결정한다.
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【해설】
처리수 재이용시설의 종류는 재이용수의 용도에 따라서 요망되는 수질에 차이가 있으므로 그 사용 목적에 적합한 종류를 선정하도록 한다.
일반적으로 소포수용을 제외하고는 압력과 소요용량을 여러 곳에 동시에 공급할 수 있는 자동용수공급장치를 이용한다.
자동용수공급장치로는 공기압을 이용한 압력탱크식과 펌프의 회전수제어에 의한 inverter식이 있다.
(1)에 대하여
자동용수공급장치는 여러 시설물에 동시다발로 여과수를 공급하여야 하나 시설물의 운전시간 등 운전조건이 다양하여 순간최대사용량으로 처리용량 선정시 기계의 크기가 과대해지고 빈번한 운전이 불가피하여 펌프의 수명을 단축한다.
따라서, 각 시설의 용량, 운전시간, 운전빈도 등 운전조건을 고려한 급수를 요구하는 시설물 중 동시에 사용되는 순간최대사용량의 면밀한 검토가 필요하여 용량을 선정하여야 한다.
(2)에 대하여
여과수를 공급 받고자 하는 모든 기자재는 요구압력이 다양하다. 자동용수공급장치의 최대압력을 설정할 경우 실양정, 손실수두 뿐만 아니라 기자재의 요구압력을 고려하여야 하며, 여러 시설물의 압력조건을 면밀히 검토하여 선정하여야 한다.
(3)에 대하여
자동급수장치에 포함되는 펌프는 보수, 점검 등을 고려하여 2대 이상 설치하여야 한다.
각 시설물마다 요구하는 수량의 차가 많으므로 1대의 펌프로 가동하는 경우 펌프의 운전이 빈번하고 2대 이상 설치시는 장비가 커지는 경향이 있으므로 면밀히 검토하여 선정하여야 한다.
또한, 예비펌프를 포함하여 2대인 펌프는 빈번한 운전에 따른 펌프 수명 저하를 고려하여 2대가 상시운전이 되도록 하고, 3대 이상의 펌프를 설치할 경우에는 예비펌프를 두지 않고 순번으로 운전하는 것이 펌프의 가동횟수를 줄여 펌프 수명 향상 등 효과적이라 할 수 있다.
만약 1대가 고장 날 경우 수동으로 운전하거나 냉각수 등 불가피한 시설물은 제외하고는 제한적으로 공급하여야 한다.
다목적이용으로서의 주요한 용도는 다음과 같이 고려해 볼 수 있다.
친수용수 등과 같이 인체와의 접촉이 야기되는 경우에는 처리수를 재이용함을 나타내어 주의를 환기시킬 필요가 있다.
1) 목표수질과 처리방법의 선정, 취수방법
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【해설】
(1)에 대하여
다목적이용의 경우 처리수의 용도에 따라서 목표수질을 설정한다.
(2)에 대하여
요구되는 수질에 따라 처리방법을 결정한다. 처리수를 대부분 재이용하는 경우에는 처리시설 전체를 목표수질에 도달하도록 할 필요가 있지만 처리수의 일부를 재이용하는 경우에는 재이용을 위한 특별한 처리공정을 도입해야 한다.
재이용을 위하여 도입되는 처리공정은 대상처리항목에 따라서 〈표 4.8.1〉과 같이 나타낼 수 있다. 목표수질에 따라서는 각 처리공정을 적절히 조합한다.
(3)에 대하여
살수용수와 세차용수 등으로 이용하는 경우에는 필요에 따라 호스 등의 접속이 가능한 구조의 취수구를 설치한다.
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처리장내 연결관거는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수처리장으로 유입되는 하수량은 매일 변할 뿐만 아니라 시간에 따라 변하므로 하수처리장내에 위치하는 관거는 이러한 점을 미리 고려하여 설계해야 한다. 분류식하수도의 연결관거 및 합류식하수도의 일차침전지 이후 각 시설간의 연결관거는 일변동, 시간변동을 고려한 계획시간최대오수량을 표준으로 한다. 합류식하수도의 경우 펌프토구에서 일차침전지까지 그리고 일차침전지에서 토구까지는 일반적으로 우천시계획오수량을 기준으로 한다. 또, 분류식하수도의 경우에는 우천시의 peak 수량을 고려한 여유를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
(2)에 대하여
처리장내 연결관거의 평균유속은 하수처리장내 각 시설의 수위관계를 고려하되 0.6～1.0m/s로 한다. 유속이 너무 낮으면 관거 저부에 슬러지가 침전하기 쉽고, 또 유속이 너무 빠르면 수위차가 크게 되어 펌프의 양정을 증가시켜야 하므로 비경제적이 된다. 포기조와 이차침전지를 연결하는 관거는 활성슬러지가 침전할 우려도 있지만 플록이 파괴될 우려도 있으므로 유속을 0.6m/s 정도로 하는 것이 바람직하다. 그리고 이러한 관거에는 활성슬러지의 침전을 방지하기 위하여 필요에 따라서는 산기장치를 설치하여 포기를 실시하는 것이 바람직하다.
(3)에 대하여
처리장내 연결관거는 일반적으로 수밀성 철근콘크리트 구조물로 하며 철근콘크리트관, 주철관 등의 관 종류를 사용하는 경우에는 이음, 보호공, 지지를 완전히 함과 동시에 종단방향에 부등침하가 생기지 않도록 유의해야 한다. 특히 연약지반에서의 구조물과 연결관거의 접속부, 기초조건이 크게 다른 접속부, 지반이 급변하는 장소에는 신축이음을 설치하여야 하며 지진에 대비한 내진대책이 필요하다. 또한 관거내에 공기가 머물지 않도록 적절한 장소에 배기밸브를 설치한다.
(4)에 대하여
일차침전지, 살수여상, 포기조, 이차침전지 등의 주요시설은 통상 2개 이상 만들게 되는데, 상호간의 연결관이 1개이면 사고시 전체 기능이 일시적으로 정지될 염려가 있으며, 사고가 장시간 계속되면 처리기능에 영향을 줄 우려가 있다. 따라서 주요시설간의 연결관을 가능하면 복수로 하여 어떠한 경우에도 연결이 되도록 하는 것이 바람직하다.
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관랑을 설치할 경우에는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
하수처리장에는 각 시설을 연결하는 다수의 연결관거를 필요로 한다. 포기조의 송풍관, 반송슬러지관, 슬러지소화조의 가스관, 증기관, 온수관 등을 지상이나 공중에 배관한 것도 있다. 그러나 일반적으로 관의 종류는 가능한 한 관랑 등 공동경로를 통하도록 집약적으로 배관하는 것이 바람직하다. 대규모하수처리장에서는 배관류를 관랑에 수용하면 관의 기울기와 지지가 안정함과 동시에 점검 수리에 대단히 편리하다. 또 관랑을 각 시설의 지하실이나 관리건물 등에 연결하여 두면 통로로 이용하는 것이 가능하고 특히 풍우시나 혹한기에도 처리장의 운영에 유리하다. 그리고 관랑에는 주요시설간의 연결관외에도 송풍관, 슬러지관, 시료채취관, 각종 급수관, 잡용수관 등이 수용될 수 있다. 그 외에도 각 시설을 위한 동력케이블, 조작케이블 등도 절연체로 피복된 경우에는 관랑에 수용될 수 있다.
(1)에 대하여
관랑내의 관의 지지는 일반적으로 배관선반이나 걸이(hanger)로 하는 경우가 많다. 그러한 금속지지물과 구조물간의 밀착이 나쁘면 관이 진동하거나 굽기도 하여 안정한 지지가 불가능하게 된다. 배관선반이나 걸이를 사용하는 경우에는 구조물에 완전히 밀착하도록 고려해 둘 필요가 있다. 또한 관이나 밸브를 직접 구조물에 정착시킬 때에는 구조물에 신축이음을 설치하는 경우 관에도 필히 신축이음을 설치하지 않으면 관이 절단될 수도 있다. 그 외에 온도변화에 따른 관로의 신축, 지반의 부등침하 및 여러 가지 기계의 진동에 대응시키기 위하여 신축성이 있는 관 또는 관재료를 사용하는 경우를 제외하고는 배관 중에 신축이음을 설치할 필요가 있다.
신축이음에는 〈그림 4.9.1〉에 나타낸 것과 같은 것들이 있는데 필요한 장소의 관내물질의 성질, 온도, 압력, 지반의 강약에 따른 진동의 대소 등을 고려하여 신축 이음의 종류, 재질의 선정, 장치수, 설치 위치, 설치 방법을 결정한다. 또한 지하매설시 구조물을 관통하여 배관하는 경우, 기초 구조가 다른 구조물을 연속하여 배관하는 경우 등은 부등침하를 고려하여 신축이음을 설치한다.
(2)에 대하여
관랑내에서 관은 한정된 넓이에 밸브나 이형관을 연속시켜 배관하기 때문에 관의 정착지지 및 배치에 특히 주의하며 수리시 관과 밸브를 알맞게 떼어낼 수 있도록 하고, 출입이 가능한 크기로 하고 근무자의 통행에 충분한 통로를 확보하여 점검 및 수리에 편리하도록 설계시 충분히 고려한다. 또한 관랑에는 관과 밸브류의 크기를 고려하여 반출입구를 설치함으로써 고정 및 수리시 관의 이동과 근무자의 출입이 쉽도록 출입구를 설치한다.
(3)에 대하여
일반적으로 관랑은 축조비의 절약, 시설의 조밀한 배치를 고려할 때 각 시설의 연결수로 하부나 시설간의 지하에 매설하는 경우가 많아서 환기 및 조명을 충분히 고려한다. 또한 수리하는 경우 일시적으로 관이나 밸브를 떼어내어서 관내를 청소해야 할 때가 있기 때문에 관랑의 바닥에는 배수를 위한 기울기를 두어야 하며 배수구, 배수웅덩이를 설치하여 배수가 쉽게 되도록 할 필요가 있으며 배수펌프를 설치할 수도 있다.
(4)에 대하여
관랑내에 우수가 침수하거나 화재가 발생하는 경우 수용되어 있는 기기들을 손상시키고 처리시설을 정지시킬 정도가 되어서 관랑과 연결되어 있는 다른 시설에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서 관랑의 개구부는 수밀한 구조로 하여 우수 및 기타 지표수의 침입을 방지함과 동시에 지하실과 관랑 사이에 방화벽, 방수벽 등의 절단벽을 설치하는 것이 요망된다. 또한 관랑내에는 관과 밸브, 덕트(duct), 걸이(hanger) 등의 돌출부, 관의 횡단 등이 많으므로 수용물의 배치, 지지금속물의 위치, 높이, 형상 등에 주의하여 위험한 장소는 명시해 둔다.
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토구는 다음 사항을 고려하여 설계하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
토구의 주변은 홍수, 파랑 등에 대하여 약점을 갖기 쉽다. 따라서 토구의 위치, 구조, 호안의 보강방법 등은 방류수역의 관리자와 사전에 충분히 협의하여야 할 필요가 있다.
(3)에 대하여
방류수는 특히 급속혼합 등의 충격을 가하지 않는 한 거품이 일지는 않지만 하천이나 해역 등 방류지의 수위와 낙차가 있는 경우, 방류관거에 낙차를 만들어 위어를 월류하여 유하시키는 경우 등에는 거품이 발생할 수도 있기 때문에 토구의 높이를 가능한 한 하천이나 해역등 방류지의 저수위 부근으로 하고 방류관거의 저면과 토구의 저면 사이에는 가능한 한 낙차가 생기지 않도록 하는 것이 좋다. 부득이 하천이나 해역등 방류지의 저수위 이상에 방류시키기 위해 방류관거에 낙차를 만들거나 위어를 설치하는 때에는 그 하류에 살수장치를 부착하여 거품이 하천이나 해역으로 유출하는 것을 방지한다.
(4)에 대하여
토구의 방향은 하천의 수류 및 바다의 조류방향에 따라야 한다. 또한, 소하천의 경우에는 방류수에 의해 대안이 세굴 될 수 있으므로 관리자와의 협의에 의해 보호공사를 해야 할 필요가 있다.
(5)에 대하여
토구에 하천·항만·해안 등의 관리자와 협의에 의해 필요에 따라 게이트를 설치한다. 또한, 외수의 역류방지 및 유지관리를 위해 게이트, 각락 등을 필요로 하는 경우가 있고, 토구가 수면하에 있는 경우에는 보수관리를 위해 게이트, 각락이 필요하다.
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하수처리장내의 급배수관은 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수처리장에서는 다량의 용수를 필요로 한다. 이런 목적의 급수를 위하여 용수사용량에 대응하는 급수관을 설치하는데, 수봉수, 냉각수 등 재사용이 가능한 것은 가급적 회수하여 순환 사용할 수 있도록 연구한다.
또한, 처리수를 사용하여도 문제가 발생하지 않는 곳에서는 가능한 한 처리수를 이용함으로써 상수의 절약을 도모할 필요가 있다. 이 경우 상수도의 급수관과 처리수의 급수관은 완전히 별개의 계통으로 배관하고 색상 등에 의해 쉽게 구별이 될 수 있도록 하여야 한다.
(2)에 대하여
하수처리장은 일반적으로 저지, 습지 등의 배수가 불량한 위치에 설치되는 경우가 많기 때문에 처리장내의 배수설비를 완비해야 한다. 처리장내의 배수에는 우수, 각종 지표수, 오수, 각 시설의 배수, 잡배수, 세척수, 건물바닥의 배수 등이 포함된다. 이들을 배수하기 위해서 배수관을 설치하고 필요에 따라서는 각 시설에 부속시켜 배수펌프를 설치하거나 혹은 각종 배수관을 몇 군데로 모이게 하여 거기에 배수펌프를 설치할 수도 있지만 가능한 한 자연배수가 되도록 하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
관로시설의 2.3, 2.4, 2.5 및 2.7 참조.
1) 소규모 하수처리장 시설의 계획과 설계에 있어서 고려할 사항
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소규모 하수처리장 시설의 계획 및 설계에 있어서는 소규모 시설 고유의 특성, 지역의 특성, 지자체의 관리체제를 고려하여 유지관리가 용이하고 경제적인 시설이 되도록 유의하여야 한다. |
【해설】
소규모 하수처리장 시설의 계획 및 설계는 대상으로 하는 지역의 형태, 산업구성 등에 의해 유입오수의 수량 및 수질이 달라지고, 시간대별, 일별, 계절별 변동이 커지는 경향이 있기 때문에 처리장시설 용지, 처리수의 방류 등이 대, 중 도시와는 다르게 되는 경우가 있다.
일반적으로 유지관리를 전담할 수 있는 기술자의 확보가 용이하지 않고 원격지인 관계로 유지보수에 신속한 대응이 어렵다는 점을 충분히 배려하여야 할 필요가 있다.
또, 소규모 시설은 대, 중 규모시설에 비해 건설비와 유지관리비가 할증되는 경향이 있다는 것을 염두에 두고 지자체의 관리체제를 고려하여 시설의 계획과 설계를 진행해야할 필요가 있다. 한편, 소규모 시설을 설계하는 경우에는 각 처리 시설의 기능과 역할을 고려하고, 각 처리 시설간의 상호 관계를 고려하여 필요에 따라서는 일부 시설을 생략 또는 간략화 하는 방법을 검토해야 한다. 따라서 이러한 계획 및 설계에 관한 유의 사항을 고려하여 안정된 처리가 이루어지고 유지관리가 용이하여 투자효율이 좋은 시설을 만들기 위해서 다음과 같은 사항들을 고려하여야 할 필요가 있다.
2) 처리시설의 선정
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소규모시설의 처리방식에 대해서는 소규모시설 고유의 특성, 지역의 조건 등을 고려하여 종합적인 견지에서 선정한다.
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【해설】
소규모시설의 경우 대, 중규모 시설과는 지역의 특성을 비롯하여 계획 및 설계의 조건이 많이 다르기 때문에 지역의 특성에 적합한 처리시설을 선정할 필요가 있다. 소규모 시설은 용지의 조건 등의 이유로 대, 중규모 도시에서는 채택할 수 없는 처리시설을 선택하게 되는 반면에 유지관리가 복잡하고 빈도가 높은 처리시설은 적합하지 않다.
그러므로 소규모시설 고유의 특성 및 지역의 조건을 충분히 검토하고, 유사한 도시의 실태 등을 참고하여 처리시설을 선택하는 것이 중요하다. 소규모시설의 대표적인 처리방법에는 활성슬러지법으로 산화구법, 장기포기법, 연속회분식활성슬러지법 등이 있고, 생물막법으로는 회전원판법, 접촉산화법 등이 있다. 또한 경우에 따라서는 표준활성슬러지법, 순산소활성슬러지법 등을 채택한다.
이러한 처리시설의 표준구성 예를 〈표 4.10.1〉에 나타내었다. 소규모 시설의 처리방식은 이러한 처리시설 중에서 처리효과, 처리의 안정성, 부하변동에 대한 처리의 유연성 등의 처리 성능 및 슬러지 발생량, 유지관리성, 용지 조건에의 적합성, 경제성 등과 관련하여 4.1.2 및 위의 (1)-(6)의 각 항목을 고려하여 종합적인 견지에서 결정해야 한다.
(1)에 대하여
계획처리 구역이 작은 경우 유입 수질은 처리구역내의 공장 및 사업소 폐수의 부하에 따라서 큰 영향을 받게 된다. 예를 들어 어촌(부락)에 규모가 큰 수산 가공 공장이 있는 경우 유입수의 오탁 부하가 높아지게 된다. 그러므로 처리구역내의 공장의 종류, 수 및 배출 부하량을 충분히 조사하여 계획 유입수질을 결정하여야 하고, 계획 유입수질이 높은 경우 고유입 부하에 대하여 안정된 처리가 가능한 처리방식을 선정한다.
또한, 폐쇄성 수역 및 상수도 수원 등과 같이 방류수수질기준이 엄격한 지역에서는 각각 요구되는 수질 항목에 대하여 처리효율이 높은 처리 방식을 선정하여야 하고, 그래도 수질기준을 만족시키지 못할 경우에는 별도 고도처리의 도입을 검토해야 한다.
(2)에 대하여
처리장에의 유입오수량은 가정, 사업소 등의 물 사용 형태에 따라 시간대별로 변동한다. 가정오수량은 생활양식, 생활의 정도, 요일, 계절 등에 따라 차이가 발생하지만, 일반 가정의 생활 패턴은 비교적 규칙성을 갖기 때문에 처리장에 유입되는 오수의 수량 및 수질은 시간대별로 변화하는 것이 보통이다.
특히, 소규모 시설에서는 처리구역내의 주민의 생활패턴이 유사하기 때문에 시간 변동비가 비정상적으로 커지지 않으며, 계획오수량에 대하여 공장 배수량이 점유하는 비율이 큰 경우에는 시간 변동 및 요일에 따른 변동이 커지게 된다. 더욱이 관광지 등에 있어서는 시간적 변동에 비해 계절적인 변동이 현저하다.
계획처리구역의 인구 규모, 인구 구성, 산업 구성 등과 관련하여 유사한 지자체의 유입오수의 실상을 조사하고 수질 및 수량의 시간변동, 일간변동, 계절변동의 특성을 파악할 필요가 있다. 이러한 변동이 크게 예상되는 경우에는 변동에 대응할 수 있는 저부하형의 처리방식을 채용하고 유량조정조 또는 반응조의 유량조정기능에 의한 부하변동의 완화를 검토한다.
(3)에 대하여
처리장의 용지에 관해서는 도시근교, 농촌, 산촌, 어촌 및 관광지 등과 같은 집락의 형태와 토지의 이용상황 등에 따라서 취득할 용지의 형상이 다르게 된다. 일반적으로 도시근교 및 농촌에서는 넓은 면적의 용지를 용이하게 취득할 수 있는데 반하여 산촌 및 어촌 등에서는 취득할 용지가 협소하게 되며 관광지에서는 용지의 취득이 어려운 경우가 많다. 관광지에서는 처리장 주변의 토지이용 상황에 따라서 주변환경 대책 상 녹지대 등의 완충지역을 설치할 필요가 있다. 따라서 용지의 위치, 면적, 형상, 주변환경 등의 요건을 검토하여 처리방식을 선정할 필요가 있다.
(4)에 대하여
일반적으로 인구 규모가 작은 경우에는 하수도를 전담하여 유지 관리할 요원의 확보가 어렵기 때문에, 자치체의 유지관리 체제를 먼저 확정시킬 필요가 있다.
계획오수량이 대략 2,000㎥/d 이하의 소규모하수처리시설에서는 최소한의 유지관리요원만 배치하고 주 2, 3회의 순회 또는 통합관리시스템을 병용하는 방식을 채택하는 것이 바람직하고, 처리시설에 대해서는 이와 같은 유지 관리체제를 수용할 수 있는 처리시설을 선정할 필요가 있다.
또한, 멀리 떨어진 지역의 경우 고장 등에 대한 서비스에 시간이 많이 소요된다. 그러므로 시설 및 기기의 자동화로 관리요소를 감소시켜야 할 필요가 있으므로 복잡한 관리를 요하는 시설을 최소화하는 처리방식을 선정하는 것이 바람직하다.
(5)에 대하여
소규모 시설은 대, 중규모시설에 비해서 건설비 및 유지관리비가 비교적 많이 들게 되는 경향이 있다. 이에 반하여 소규모 시설을 계획하는 자치체들은 일반적으로 재정이 약하여 처리장의 건설이 재정적으로 크게 부담을 주게 되는 경우가 많다. 따라서 처리방식을 선정함에 있어서 건설비 및 유지관리비가 재정적으로 부담이 되지 않도록 배려할 필요가 있다.
(6)에 대하여
슬러지 처리시설은 수처리시설에 비해 복잡한 기계를 설치하게 되기 때문에 슬러지처리에 있어서의 운전조작 및 유지관리는 고도의 기술이 필요하게 된다.
또한 소규모시설의 경우 슬러지 발생량이 적더라도 기계류의 최소규격의 제약 등이 있으므로 대규모 시설에 비해서 단위 슬러지량에 대한 건설비 및 유지관리비가 높아지게 된다. 때문에 유지관리 체제는 슬러지 처리시설의 간소화 및 유지관리비의 저감을 도모하고 슬러지 발생을 최소화 할 수 있는 처리 방식을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 소규모하수처리장에서 발생되는 슬러지는 처리의 효율화를 도모하기 위하여 슬러지 탈수 설비의 공동처리 또는 개별 처리방안에 대한 경제성, 기술성 및 환경성을 검토한 후 공동처리하는 방안을 적극 강구하여야 한다.
처리방식 선택에 관련한 처리계통도를 〈그림 4.10.1〉에 나타내었다.
3) 계획오수량과 계획유입수질
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소규모 시설의 계획오수량 및 계획유입수질에 관해서는 4.1.1의 각 항과 계획구역의 특성을 고려하여 결정한다. |
【해설】
소규모 시설의 계획오수량 및 계획유입 수질은 4.1.1을 기본으로 하고 다음과 같은 사항을 고려하여 결정한다. 대, 중규모시설에 있어서 계획1일 최대오수량은 통상적으로 상수 사용량이 최대가 되는 여름철에 기록되는 경우가 많은데 비하여, 소규모 시설의 경우는 가을철 또는 겨울철 등 관광시즌 또는 축제 등과 같은 이벤트가 개최되는 시기에 기록되는 것이 보통이다. 때문에 이와 같은 지역에서는 일반적인 1일 평균오수량에 의한 비율로 산정하는 것보다는 지역특성 등 유사한 도시의 실적치를 충분히 조사하여 계획1일최대오수량을 결정한다.
소규모 시설에서는 관거의 총 연장이 짧고 주민의 생활양식이 유사한 경향이 강하므로 유입수량 및 유입수질의 시간적 변동이 크게 된다. 또한 축제 등의 개최 혹은 공장의 조업상태 등에 의한 영향을 받게 되므로 일 단위의 변동이 계절 및 요일에 따라서 크게 된다. 따라서 오수량 및 오탁부하량 원단위의 설정, 계획1일최대오수량과 계획시간최대오수량 또한 계획1일 평균오수량과의 비율의 설정에 있어서는 처리구역내의 실태를 가능한 한 정확히 파악하고, 유사한 도시의 실적을 참고하여 결정할 필요가 있다.
또한 다른 처리장으로부터 슬러지를 수용하여 일괄적으로 슬러지처리를 수행하는 경우에는 슬러지처리 반송수의 부하에 따라 유입수의 오탁부하가 높아지게 되는 점을 검토할 필요가 있다.
전처리시설은 1차처리 전에 유량조정, 침사 및 협잡물제거 등을 행하는 처리시설이다.
소규모 처리시설에 있어서는 유입수의 일간 변동이 큰 경우가 많은데 이처럼 일간 변동폭이 특별히 큰 경우에는 수처리의 안정성을 보장하기가 어렵다. 또한 처리장내의 양수 펌프와 슬러지 펌프의 구경이 작기 때문에 특별히 큰 협잡물이 유입되는 경우에는 펌프 흡입구가 폐쇄되는 등 처리기능에 지장을 주는 일이 생기게 된다. 이 때문에 전처리 시설의 설치를 검토할 필요가 있지만, 반면에 건설비가 증가하고 유지관리 작업이 늘어나므로 소규모 처리 시설의 특성을 충분히 고려하여 전처리시설의 형식, 설치 여부를 검토하지 않으면 안 된다.
1) 유량조정조
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소규모 시설의 유량조정조는 다음의 각항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
소규모 시설에 있어서 유입오수의 수량 및 수질은 하루 내에서 크게 변동하는 것이 일반적이다. 그러나 처리구역이 비교적 크고, 펌프장이 많은 경우에는 수집시설내에 유입오수의 수량 및 수질의 균등화가 기대되기 때문에 변동비가 크지 않을 수도 있다.
이 때문에 유입오수의 변동패턴에 대한 예상은 유사한 처리구내의 자료를 참고로 하고, 혹은 계획오수의 구성요소와의 변동패턴을 중첩하여 판단하는 방법을 택하는 것이 좋다. 또한 실측 자료가 있는 경우에는 이동평균법, 조화해석법의 통계적 수법을 이용하여 결정하는 것이 좋다.
(2)에 대하여
표준활성슬러지법, 순산소활성슬러지법, 연속회분식활성슬러지법(고부하형) 등과 같이 비교적 반응시간이 짧은 처리방식에서는 유입오수의 시간변동이 현저한 경우 그 최고 시간대에 충분한 처리수질을 얻기가 어렵게 된다.
이 때문에 계획시간최대오수량과 계획1일 최대오수량의 비가 1.5 이상인 경우, 혹은 현저한 부하변동이 발생하는 경우에는 유량조정조의 설치를 고려한다. 다만, 조정기능을 다른 시설에 의해 보완하여 변동을 흡수할 수 있는 경우에는 유량조정조를 생략할 수 있다.
(3)에 대하여
산화구법, 장기포기법 및 연속회분식활성슬러지법(저부하형) 등과 같은 저부하형의 처리방식에 있어서는 반응조의 용량이 크고 일시적으로 높은 유입 부하가 있는 경우라도 이를 흡수할 여유가 있기 때문에 반응조의 정화 기능은 저하되지 않는다. 이 때문에 저부하형의 처리방식에서는 원칙적으로 유량조정조를 설치하지 않는다. 그러나 이차침전지의 부유물질 제거기능이 침전지의 유입수량 부하에 의하여 영향을 받게 되고 최대 유량시에는 활성슬러지 플록의 유출이 발생할 우려가 있다. 따라서 일간 유입변동이 현저할 것으로 예상되는 경우에는 이차침전지의 수면적부하를 작게하도록 설계할 것을 검토하고, 이차침전지에의 유입수량의 균등화를 목적으로 유량조정조 등의 설치를 검토할 수 있다.
(4)에 대하여
일반적인 활성슬러지법에 있어서는 오수와 활성슬러지가 혼합되어 오수 중의 오탁물이 급속히 활성슬러지로 이동되어 제거되는 초기 흡착현상이 일어나지만 생물막법에서는 이러한 현상이 두드러지지 않는다. 따라서 생물막법에서는 오탁물의 제거를 위해 일정시간의 반응시간이 확보되어야 할 필요가 있다. 생물막법의 처리시설에 있어서는 원칙적으로 유량조정조를 설치한다. 다만, 호기성여상법과 같이 역세배수조에서 유량조정조 기능을 갖게 될 때에는 유량조정조를 설치할 필요가 없다.
(5)에 대하여
유량조정조의 방식, 용량, 형상, 지수, 구조등은 4.2 유량조정조를 참조한다. 유량조정조의 지수는 지의 청소, 점검 등과 관련하여 2지 이상으로 하게 되지만, 계획오수량이 대략 1,000㎥/d 이하인 경우에는 경제성, 유지관리 등을 검토하여 1지로 설계할 수 있다.
이 경우 유지관리 및 비상시에 대응할 수 있는 우회수로 및 배관을 설치한다.
2) 침사 및 협잡물 제거시설
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소규모시설에 있어서의 침사 및 협잡물 제거시설에 대해서는 3.11.6에 준한다. |
【해설】
소규모시설에 있어서의 침사 및 협잡물 제거시설에 대해서는 3.11.6을 참조한다.
3) 스크린시설
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소규모시설에 있어서의 스크린시설에 대해서는 3.11.6에 준한다. |
【해설】
소규모시설에 있어서의 스크린시설에 대해서는 3.11.6을 참조한다.
1) 일차침전지
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소규모시설에 있어서 일차침전지의 설치에 대해서는 다음의 각 항을 따른다.
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【해설】
일차침전지는 오수중에 부유하는 유기물을 주성분으로 하는 비중이 큰 SS를 침전시켜 오수를 정화하는 시설로서, 후속 생물처리가 적절하게 기능을 발휘할 수 있도록 예비처리를 수행하는 시설이다.
따라서 소규모하수처리시설에서는 일반적으로 협잡물 제거설비 목폭이(미세목스크린 2～5mm) 작아 일차침전지를 설치하여도 부하가 작아 공사비 및 유지관리비 측면에서 그리 효과적이지 못하므로 꼭 필요한 경우를 제외하고는 설치하지 않는 것을 원칙으로 한다.
또한 질소·인 처리를 위한 고도처리공법을 도입하는 경우에는 일차침전지 설치에 대한 타당성, 시설설치비, 운영관리비에 대한 경제성 등을 비교 평가하여 일차침전지가 필요없는 공법이 우수한 경우에는 이를 적극적으로 도입하는 방안을 강구하여야 한다.
다만, 처리시설의 신·증설시 하수관거정비계획을 수립 시행하여 처리시설 가동과 동시에 적정한 설계유입수질을 확보할 수 있는 경우에는 처리수질 및 처리효율 준수 등을 감안하여 일차침전지 설치 방안을 강구하여야 한다.
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지의 형상, 지수, 구조 등은 4.3.1 일차침전지의 각 항을 따르고 소규모 시설에서는 다음의 각 항을 고려하여 정할 수 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
침전지의 평면 형상은 원형, 정방형 및 장방형이 있으며, 물의 흐름 방향으로는 평행류, 방사류 및 상향류식이 있다. 평행류는 정방형 및 장방형 침전지에, 방사류는 원형 및 정방형 침전지에 채택하며, 상향류는 응집성이 있는 슬러지를 대상으로 하는 침전지에 채택하는 경우가 많다. 통상적으로 일차침전지는 슬러지교반기를 설치한 원형 방사류식, 정방형 방사류식 및 장방형 평행류식 등의 형식 중에서 선정되지만, 소규모 시설의 경우 무인 운전되는 경우가 많으므로 점검 항목이 적은 중심 구동식 현수형 슬러지교반기가 설치된 원형 방사류식 침전지를 채택하는 것이 효과적이다.
다만, 계획오수량이 대략 2,000㎥/d을 넘는 경우 혹은 부지의 형상에 따라서는 장방형 침전지를 설치할 수 있다. 이 경우 장방형 침전지의 슬러지 교반방식은 연쇄식으로 하고 이에 대한 보수점검을 충분히 할 수 있는 경우 채택을 검토한다.
더욱이 임호프조 일체형을 채택하는 경우 및 1지의 수면적이 7㎡ 정도 이하의 경우에는 바닥부분을 호퍼형식으로 하여 슬러지 교반기를 생략할 수 있다. 또한 평면 형상도 정방형으로 할 수 있다(임호프조에 대해서는 (2)를 참조).
(2)에 대하여
지수는 청소 및 수리 등의 편이성을 이유로 2지 이상으로 한다. 계획오수량이 대략 1,000㎥/d 이하인 경우에는 시설의 배치, 처리기능, 경제성 등을 검토하여 1지로 할 수 있다. 다만 이 경우 유지관리 및 비상시 등에 대응 할 수 있는 우회수로 및 배관을 설치하지 않으면 안 된다.
(3)에 대하여
일차침전지에서 발생하는 스컴은 오수중의 고무, 비닐, 모발 및 지의 측벽 및 수중에 설치된 기기류로부터 벗겨져서 떠오른 슬러지 등으로 구성된다. 이런 스컴을 방치하면 수면에 부상 퇴적하여 시각적으로도 보기에 좋지 않을 뿐만 아니라 취기 및 병해충 등이 발생하여 작업환경이 악화되고 처리장 주변환경에 심한 악영향을 미치게 된다.
따라서 일차침전지는 원칙적으로 스컴제거장치를 설치한다. 다만, 임호프조 일체형 일차침전지 및 슬러지교반기를 설치하지 않는 침전지에서는 복개하여 밀폐화하고, 슬러지를 장외 반출할 때 스컴을 배제하는 등의 방법을 강구하여 스컴제거장치를 생략할 수 있다.
(4)에 대하여
일차침전지로부터 발생하는 슬러지는 잉여 슬러지에 비해 무기분이 다량 함유되어 있고 비중이 크며, 거칠고 큰 협잡물을 많이 함유하고 있기 때문에 배관 구경이 작게되면 수위 차에 따라 슬러지인발기가 막히게 되는 수가 있다. 그러므로 일차침전지에서 슬러지를 인발하는 방식은 펌프를 이용하여 강제로 인발하는 방식을 채택한다.
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일차침전지의 계획오수량은 계획1일최대오수량으로 하고 유효수심, 수면적부하 및 월류부하는 계획오수량에 대하여 〈표 4.10.2〉를 표준으로 한다. 
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【해설】
일차침전지의 계획오수량은 계획1일최대오수량으로 한다. 활성슬러지법에서는 일차침전지에서 SS 및 BOD의 제거율이 높아 반응시설에 적정부하를 계속 유지하기가 곤란하므로 벌킹이 야기되거나 질산화 반응에 저해를 줄 가능성이 있기 때문에 일차침전지를 설치하는 경우에는 설계치의 설정에 충분히 유의할 필요가 있다. 활성슬러지법에서 침전시간은 표준수심 및 표준 수면적부하에서 1.5시간 정도로 한다. 또한, 반응시설의 적정부하의 확보와 비상시에 대한 대응을 용이하게 하기 위해 우회수로 및 배관 혹은 일차침전지 슬러지인발 펌프를 이용한 반응시설에의 오수압송배관을 설치할 것을 검토한다. 생물막법의 침전시간은 표준수심 및 수면적부하에서는 2시간 정도로 한다.
생물막법은 오수가 여재 혹은 접촉재 시기를 통과하는 과정에 오수 중의 오탁물을 처리하는 방식이기 때문에 반응조의 유입수에 부유물질이 많이 함유되어 있으면 충전재가 폐쇄되고 역세 회수가 증가하는 등 유지관리에 지장을 주게 된다. 따라서 생물막법의 일차침전지는 부유물질을 최대한도로 제거할 수 있는 제원을 갖도록 한다.
더욱이 원형침전지의 경우는 수류의 균일화를 위하여 전체의 둘레에 월류위어를 설치한다.
2) 이차침전지
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소규모시설에 있어서 이차침전지의 설치는 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
이차침전지는 생물학적 처리과정에서 발생하는 활성슬러지 혼합액으로부터 슬러지를 침전시켜 청징한 처리수를 얻기 위해 설치하는 시설이다. 이차침전지에서 침전되는 슬러지는 미생물 플록을 주체로 하는 비중이 작은 SS로서 일반적으로 침강성이 나쁘다. 또한, MLSS농도가 높으면 침전지 내에 밀도류가 발생하기 쉬운 특성을 갖고 있다.
소규모시설에 있어서는 MLSS농도가 높은 상태에서 운전하게 되는 경우가 많으므로 이런 특성이 현저히 나타날 수 있다. 따라서 소규모시설의 이차침전지는 이러한 점에 대하여 설계상의 배려를 하여야 할 필요가 있다.
(1)에 대하여
연속회분식활성슬러지법을 제외한 활성슬러지법에서는 반응조로부터의 유출수를 슬러지와 처리수로 분리하는 시설이 필요하기 때문에 슬러지교반기를 갖춘 이차침전지를 설치한다. 연속회분식활성슬러지법에서는 반응조에서 처리한 활성슬러지 혼합액을 동일 반응조내에서 정치시켜 슬러지와 처리수를 분리하는 처리메커니즘을 갖는 처리방식이므로 이차침전지를 설치하지 않는다.
(2), (3)에 대하여
호기성여상법에서는 반응조내에서 생물처리가 수행되지만 오수중의 부유물을 접촉여재에서 포착하는 침전지의 기능과 유사한 기능을 갖기 때문에 이차침전지를 생략한다. 호기성여상법을 제외한 생물막법에 있어서 반응조부터의 유출수는 접촉재 등으로부터 떨어진 슬러지에 응집성이 나쁜 미세한 플록을 다량 함유하기 때문에 (1)과 마찬가지로 슬러지교반기를 갖춘 이차침전지를 설치한다. 더욱이 이차침전지에서의 고액분리가 불충분하게 되는 경우에는 이차침전지의 기능을 보완하기 위해 여과시설의 설치를 고려한다.
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지의 형상, 지수, 구조 등은 4.3.2 이차침전지의 각 항을 따르나 소규모시설에서는 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
통상적으로 이차침전지에서는 장방형평행류식 또는 원형방사류식이 이용되게 된다. 소규모시설에서는 침사지와 처리방식에 따라서 일차침전지가 생략되는 경우가 많기 때문에 이차침전지의 슬러지교반기에 부담을 주기 쉽고 점검빈도가 높아지기 때문에 유지관리 개소수를 감소시켜야 할 필요가 있다. 따라서 소규모시설에서의 이차침전지는 일차침전지와 동일하게 중앙구동식 현수형 슬러지교반기를 갖춘 원형방사류식 침전지의 채택하는 것이 효과적이다. 다만, 계획오수량이 대략 2,000㎥/d을 넘는 경우 혹은 부지의 형상에 따라서는 연쇄식 슬러지교반기를 사용하는 장방형 평행류침전지를 설치할 수 있다. 이 경우 슬러지교반기의 보수점검, 농축효과를 고려한 슬러지 펌프용량, 복수지의 경우 균등유입, 정류판 설치와 같은 밀도류 대책 등의 검토가 필요하다. 또한, 형식은 임호프조 일체형의 일차침전지를 설치하는 경우를 제외하고는 일차침전지의 형식과 통일시키는 것이 바람직하다.
소규모시설에서 원형방사류식을 채택하는 경우 직경을 작게하기 위해 직경과 깊이의 비를 확보할 수 있으나 침전효율의 저하가 예상된다. 이에 대한 대책으로서 유입구의 주위에 feedwell을 설치하여 정류효과를 높일 수 있다.
(2)에 대하여
이차침전지는 이차처리의 최종처리공정으로서 전체의 지가 동시에 운전이 휴지되는 것을 피하지 않으면 안 된다. 또한, 침전지의 청소, 수리, 개축 등에 의해 운전이 휴지되는 것을 막기 위해 반드시 1지는 운전이 될 수 있도록 이차침전지의 지수는 2지 이상으로 한다. 다만, 계획오수량이 대략 1,000㎥/d로서 적은 경우에는 유지관리 및 비상시 등에 대응할 수 있는 한 이차침전지를 1지로 할 수 있다.
(3)에 대하여
이차침전지에서 발생하는 스컴은 반응조 유출수의 활성슬러지와 이차침전지 수면 밑의 구조물, 기기류 등에서 떨어진 슬러지 등이 산기와 탈질에 의하여 발생된 미세기포에 부착하여 부상한 것들로 주종을 이룬다. 이러한 스컴을 방치하면 처리수가 청징하더라도 시각적으로 더럽게 보이기 때문에 견학하는 사람들로 하여금 처리가 불충분한 것처럼 인상을 갖게 할 수 있다. 그러므로 이차침전지에는 원칙적으로 스컴제거장치를 설치하며 스컴 제거를 효율적으로 행할 수 있는 구조로 설계한다. 또한, 원형침전지에서는 슬러지교반기의 arm의 일부를 이용한 간이 처리방법을 검토한다.
(4)에 대하여
이차침전지로부터 슬러지를 인발하는 방식으로는 다음과 같은 것이 있다.
이차침전지로부터의 슬러지 인발은 반응조 및 이차침전지의 처리기능을 확보하는 관점에서 연속적으로 안정되게 수행되어야 할 필요가 있다. 또한 소규모시설의 경우 슬러지의 처리·처분량이 비교적 적고, 특히 운전초기에는 이런 점이 두드러지므로 반송슬러지량을 정확하게 산정하여야 한다. 이를 위해 소규모시설에서는 펌프에 의한 인발방식을 원칙으로 하고 밸브 또는 필요에 따라서는 회전수 제어와 같은 반송슬러지량의 제어를 검토한다.
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이차침전지의 계획오수량은 계획1일최대오수량으로 하고 유효수심, 수면적부하 및 월류부하는 계획오수량에 대하여 〈표 4.10.3〉을 표준으로 한다. 
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【해설】
이차침전지는 생물학적 처리과정에서 발생하는 활성슬러지를 침전시켜 청징한 처리수를 얻는 것을 목적으로 하는 시설로서 이차처리에서의 실질적인 최종처리공정이다. 때문에 유입수량의 변동, MLSS 농도, 활성슬러지 침강성 악화 등의 요인에 대하여 항상 기능이 충분히 발휘될 수 있도록 하지 않으면 안 된다.
이차침전지의 계획오수량은 계획1일 최대오수량으로 한다. 그러나 소규모시설에서는 슬러지펌프 설치 대수가 적고 이차침전지에의 유입이 간헐적이기 때문에 반응조에서의 수량 변동에 대한 흡수가 불충분한 경우에는 슬러지 펌프가 가동하는 시간대에 이차침전지로부터 SS가 유출될 수 있다. 따라서 유입수량의 시간변동이 현저하고 오수펌프의 설치대수가 적은 경우에는 필요에 따라서 유량조정조의 설치 및 오수 펌프 의 회전수제어 등과 같은 균등유입 방법을 검토하는 것이 바람직하다.
소규모시설에서의 침전지의 설계 제원은 표준활성슬러지법, 순산소활성슬러지법 등의 고부하형 활성슬러지법과 생물막법 및 산화구법, 장기포기법 등의 저부하형활성슬러지법에 있어서 각각 달라지며 〈표 4.10.3〉에 나타난 수치를 표준으로 하여 설계한다. 표준적인 수심 및 수면적부하에서의 침전시간은 고부하형 활성슬러지법 및 생물막법에서는 3～4시간, 저부하형 활성슬러지법에서는 6～12시간으로 한다. 또한, 회전원판법에서는 활성슬러지법에 비해 미세한 SS가 유출되기 쉽기 때문에 이차침전지 이후에 여과시설의 설치를 검토하는 것이 바람직하다.
유량조정조의 설치와 같이 처리수량의 균일화를 도모하는 경우의 수면적부하는 상기 제원의 상한치를, 또한, 유입수량의 시간변동에 대하여 균일화 등의 대책을 수행하지 않거나 슬러지 침강성의 악화가 예상되는 경우에는 하한치를 각각 이용하여 설계하는 것이 바람직하다.
원형침전지의 경우 수류의 균일화를 도모하기 위하여 지의 전체 둘레에 월류위어를 설치한다.
소규모시설에서 통상적으로 채용하는 처리방식은 활성슬러지법으로는 산화구법, 장기포기법, 연속회분식활성슬러지법, 표준활성슬러지법, 순산소활성슬러지법 등이, 생물막법으로는 호기성여상법, 접촉산화법, 회전원판법 등이 있다.
이러한 처리법의 기본원리에 대해서는 4.4 및 4.5의 기본원리를 참조한다.
1) 산화구법
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산화구법에서의 시설의 조합, 형상, 반응조의 용량 등은 4.4.10 산화구법의 각 항에 준한다. |
【해설】
산화구법에서의 시설의 조합, 형상, 반응조의 용량 등은 4.4.10 산화구법을 참조.
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계획오수량이 비교적 작은 경우는 용지조건, 건설, 유지관리 등을 고려하여 간이 구조의 시설을 설치할 수 있다. |
【해설】
종래의 수처리시설의 현장 구조물은 현장타설 콘크리트조가 일반적이었지만 비교적 소규모시설에 있어서는 용지조건, 재료비, 시공비, 유지관리 등을 고려하여 간이구조의 시설을 설치할 수 있다. 이와 같은 시설의 예로는 프리캐스트부재를 이용한 산화구 시설, 반응조의 저부 및 측벽부를 방수시트, 석적 등으로 제작한 시설 등이 있다.
2) 장기포기법
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장기포기법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.4.11 장기포기법의 각 항에 준한다. |
【해설】
장기포기법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.4.11 장기포기법의 각 항을 참조.
3) 표준활성슬러지법
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표준활성슬러지법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.4.6 표준활성슬러지법의 각 항에 준한다. |
【해설】
표준활성슬러지법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.4.6 표준활성슬러지법의 각 항을 참조.
4) 순산소활성슬러지법
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순산소식 활성슬러지법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은, 4.4.7 순산소활성슬러지법의 각 항에 준한다. |
【해설】
순산소활성슬러지법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.4.7 순산소활성슬러지법의 각 항을 참조.
5) 연속회분식활성슬러지법
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연속회분식활성슬러지법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.4.9 연속회분식활성슬러지법의 각 항에 준한다. |
【해설】
연속회분식활성슬러지법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.4.9 연속회분식활성슬러지법의 각 항을 참조.
6) 회전원판법
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회전원판법에 있어서 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 참고 4-3 회전원판법의 각 항에 준한다. |
【해설】
회전원판법에 있어서 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 참고 4-3 회전원판법의 각 항을 참조.
7) 접촉산화법
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접촉산화법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.5.4 접촉산화법의 각 항에 준한다. |
【해설】
접촉산화법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.5.4 접촉산화법의 각 항을 참조.
8) 호기성여상법
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호기성여상법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.5.5 호기성여상법의 각 항에 준한다. |
【해설】
호기성여상법에 있어서의 시설의 조합, 형상, 구조, 반응조의 용량 등은 4.5.5 호기성여상법의 각 항을 참조.
1) 소독설비
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소규모시설에서의 소독설비에 대해서는 다음의 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
소독설비는 처리수중의 대장균군수를 방류수역의 수질등급에 따른 환경기준을 준수할 수 있도록 하기 위하여 설치한다. 수처리가 안정되고 양호하게 행하여지는 경우에는 처리수중의 대장균군수가 기준치 이하로 유지되는 경우가 많으나 소규모시설에서는 염소의 사용량이 적지 않고, 또한, 무인운전의 경우 약품의 보충이 상시 행해진다는 점을 고려하여 소독설비의 계획과 설계를 수행할 필요가 있다.
(2)에 대하여
방류수의 소독에는 액화염소, 차아염소산나트륨, 차아염소산나트륨, 염소화이소시아메놀산, 오존, 자외선 등을 사용하는 방법이 있다.
소규모시설에 있어서는 안전성, 관리의 용이성 등을 고려하여 차아염소산나트륨용액 혹은 차아염소산칼슘 등의 정제(이하, ‘고형염소’라 함)를 사용하는 것을 원칙으로 한다. 다만, 처리규모가 극히 작은 경우에 차아염소산나트륨용액을 사용할 경우에는 주입 펌프와 배관의 구경이 작아서 용액중의 미소한 잡물이 폐쇄가 일어날 수 있으므로 고형염소의 채용이 바람직하다.
차아염소산나트륨용액의 유효염소농도가 저류일수, 직사일광 및 온도의 영향을 받아 감소하기 때문에 저류조의 설치에 대해서는 직사일광이 쪼이는 장소를 피하고 액온이 상승하지 않도록 배려할 필요가 있으며, 또한 장시간 저장되어 있지 않도록 용량을 정한다. 고형염소에는 차아염소산칼슘과 염소화이소시아메놀산이 통상적으로 사용되고 있다. 이것들은 처리수의 소독용으로 1정 20그람 또는 100그람으로 되어 있으며 유효염소량은 중량비로 70% 이상이 된다. 차아염소산나트륨용액에 비해서는 장시간의 저장에 대하여 유효염소량의 저하가 크지 않지만 온도와 고온에 대해서는 충분히 배려해야 한다.
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소규모시설의 고도처리시설은 방류 여건 등을 고려하여 결정한다. |
【해설】
소규모 시설에 있어서 방류수역의 수로나 하천의 수량이 적어 2차처리로는 수질환경기준의 달성이 어려운 경우와 상수도의 수원, 농업, 어업 등에 이용되는 경우에는 고도처리의 도입을 검토하여야 한다.
〈4.6 고도처리편 참조〉
4.6.4 질산화 절을 참조.
(3)에 대하여
4.6.5 질소제거 절을 참조.
(4)에 대하여
4.6.6 인제거 절을 참조.
(5)에 대하여
4.6.7 질소, 인 동시제거 절을 참조.
(1) pH 조정시설
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pH 조정시설은 유입수의 pH가 후속 생물학적처리에 영향을 미치는 경우 중화하거나 후속 화학적처리를 위하여 적정 pH로 조정하기 위하여 설치된다. |
【해설】
pH 조정은 유입수의 중화는 물론 각종 처리공정의 최적화를 위한 pH 조정을 포함한다. 산업폐수의 유입에 의한 산성 또는 알칼리성의 하수의 경우에는 생물학적 처리시설이전에 pH를 중성부근으로 조정하여야 할 필요가 있다.
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pH 조정에는 다음과 같은 종류가 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수종말처리시설로 유입되는 유입수내의 과잉의 산성 및 알칼리성 물질에 의한 pH의 저하 또는 상승을 중성 부근으로 조정하는 것을 중화라 한다. pH를 조정하는 것은 이론적으로는 간단하지만 실제로 처리시설에서 중화처리를 계획하는 것은 여러 가지 변수가 작용하므로 곤란할 경우가 많다. 하수종말처리시설내의 유량조정조에 의하여 어느 정도 중화 효과가 있을 수 있지만 실질적으로 하수의 특성, 중화반응의 특성 등을 검토하고 유지관리면의 경제성, 용이성을 충분히 고려한 후 중화시설을 설치하여야 한다.
(2)에 대하여
pH 조정은 응집이나 인의 침전처리에 많이 사용되며, 기타 각종 단위공정의 반응을 양호하게 하기 위하여 하수를 산성화 및 알칼리성화 시킬 수 있다.
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pH 조정에는 산성 및 알칼리성 화학약품이 사용된다. |
【해설】
pH 조정은 화학약품을 사용하기 때문에 이에 필요한 장비가 화학약품의 종류에 따라 달라지고 비용의 변화가 크게 된다. 또한, 중화되거나 부분적으로 제거되어야 할 하수중의 산이나 알칼리의 종류, 양 등에 따라 다양한 화학약품을 선택하여야 한다.
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pH 조정제의 선택시 고려사항은 다음과 같다.
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【해설】
pH 조정제의 선택시에는 유량, 수질특성, 처리계통 등을 고려하여야 하며, 조정목적에 적합한 pH 조정제를 선택한다. pH 조정제의 선택에 있어서는 경제성, 취급의 간편성, 그리고 pH 조정후의 후속공정인 침전등에 의해 발생되는 침전물의 탈수성 등에 따라 제약을 받게 된다. 또한 pH 조정제의 반응속도가 너무 느려서 불완전한 경우에는 이단처리로 분리조정을 하여 두 가지 종류의 약품을 사용할 수도 있다. pH 조정제의 일반적인 선택조건은 다음과 같다.
(1)에 대하여
pH 조정제는 약품의 pH 조정능력, 가격 등의 경제성을 검토하여야 한다.
(2)에 대하여
pH 조정에 사용되는 화학약품은 주로 수용액상태로 주입하는 것이 용이하므로 용해도에 대한 검토가 충분히 이루어져야 한다. 예를 들면 나트륨염은 칼슘염, 마그네슘에 비하여 용해도가 커서 pH의 자동제어를 용이하게 하고, pH 조정에 필요한 인건비, 보수 유지관리에 필요한 비용을 절감시키는 이점이 있다.
(3)에 대하여
반응속도는 용해도와 관련된다. 나트륨염은 가용성이고 용해가 균일하며, 확산하여 혼합하는 속도가 빠른 반면, 용해도가 낮은 물질을 사용하면 반응탱크가 커지고, 교반 조건에 따라 영향을 많이 받으므로 운전이 어렵고 유지관리비가 많이 소요된다.
(4)에 대하여
용해도가 큰 pH 조정제가 난용성의 염을 생성하는 경우에는 pH 조정제의 자체 용해도는 낮지만 염을 적게 생성하는 약품을 선택하는 것이 경제적이므로 약품반응결과와 슬러지 발생량에 대해서도 충분히 검토하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
pH 조정조는 하수를 교반하여 난류를 일으켜 약품과의 혼합을 급속하게 하여 pH의 조정반응을 촉진시켜야 하는데 체류시간은 하수에 사용되는 약품의 종류, 교반 상황 등에 따라 다르지만 대개의 경우 10～15분 정도가 적당하며, 교반정도 등을 고려하여 5분 정도까지 줄일 수 있다. 대개의 경우 소석회를 사용할 경우 20분 정도, 나트륨염의 경우는 약 10분 정도이다.
(2)에 대하여
pH 조정조의 형태에는 원형과 사각형이 있는데 원형인 경우 교반 효과를 크게 하기 위해서 저류판을 설치하여 단락류를 방지하는 것이 좋다. 원형일 경우 조의 크기는 대체로 깊이 : 직경의 비가 1:1에서 1:1.5의 범위가 바람직하다.
(3)에 대하여
교반조는 급속교반을 이루어 pH 조정제와 하수와의 혼합이 잘 되도록 하고 교반 강도를 나타내는 속도경사(G)는 300～1500/s 정도로 유지하게 한다. 교반 속도는 약품의 혼합과 단락류의 현상을 방지하기 위하여 통상 120～180rpm의 범위로 운전하나 이는 하수의 특성 및 약품의 종류에 따라 다르고 임펠러나 프로펠러의 크기 및 조의 형상에 따라 다르므로 실험적인 자료를 이용하여 적당한 범위로 운전하는 것이 가장 바람직하다.
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【해설】
(2)에 대하여
pH 조정시설은 자동제어방식에 의하여 대부분 운전이 되고 교반에 의하여 급속혼합이 이루어져야 하므로 다음과 같은 부대시설을 필요로 한다.
(2) 응집시설
2차 처리수중에는 침전이 어려운 미세입자, 부유고형물 등이 존재하는데 이는 전하를 지니고 서로 안정되게 수중에 존재하며 탁도를 유발하고 생물학적 처리시설로는 제거가 어려운 경우가 있다. 따라서 응집제를 사용하여 미세입자들을 응집시켜 플록으로 형성하고, 완속교반으로 플록입자를 크게 성장시켜 침전성을 양호하게 하여 미세부유물질등을 제거한다. 이때 응집보조제를 병행하면 효율이 증진된다. 또한 조대화된 플록들이 안전하게 침강할 수 있는 침전시설을 갖추면 응집공정이 완료되는데 이 때에는 조대화된 플록들이 다시 깨어지지 않도록 수중의 조건을 적절히 조정할 필요가 있다.
응집반응은 응집제의 종류 및 투여량, 교반조건 등에 따라서도 달라지지만 하수중의 온도, pH, 알칼리도 등에 의해서도 효과가 달라지므로 하수의 특성을 파악하는 것이 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다. 이러한 응집공정을 지배하는 인자는 〈표 4.1〉과 같다.
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【해설】
(1)에 대하여
응집은 수중에 존재하는 미세입자 등의 침강성을 증가시켜 침전에 유리한 조대플록을 형성시킨다. 응집에 의한 침전은 부유물질(SS), 부유물질 유래의 BOD 및 COD, 그리고 인의 제거에 있어서 처리효율을 높게 유지할 수 있고 유량 및 수질의 변동에 대한 융통성있는 운전이 가능하다는 장점을 가지나 처리단가가 높고 다량의 화학슬러지가 발생하여 슬러지 처리처분 비용도 상승할 뿐 아니라 하수중의 용존성BOD, 용존성COD 등의 용존유기물의 제거에는 거의 효과가 없는 등 많은 단점도 지니고 있어 응집공정의 적용시에는 처리의 목적을 분명히 하고, 하수의 성상은 물론 전후처리시설 및 슬러지처리시설과의 연계성에 관한 면밀한 검토가 요망된다. 응집효과를 극대화하기 위해서는 응집제 투여시 적정 온도 및 pH를 유지하는 것이 필요하며, 유기성하수인 경우 과도한 응집제 투여는 후속 생물학적 처리시 인 등의 영양염류의 부족을 초래할 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
(2)에 대하여
응집시설은 그 제거가능 물질이 다양하여 하수에 적용될 수 있으나 타 공정으로도 경제적으로 제거가능한 물질의 제거에 남용되어서는 안 된다. 즉 응집시설은 약품 종류 및 주입량의 변경에 의하여 어느 정도 제거대상물질 및 처리효율을 조정할 수 있기 때문에 응집시설이 일단 설치된 후에는 그 설치 위치에 관계없이 타 처리 공정의 불안정한 운전시 뿐만 아니라 평상시에도 웅집처리에 의존하게 되기 쉽다. 극단적인 경우에는 그 처리효율이 저조함에도 불구하고 응집처리를 위하여 불필요한 다량의 약품을 소모하게 될 뿐 아니라 다량의 슬러지발생이 초래되어 전체 처리시설의 정상적인 운영을 어렵게 할 수 있으므로 응집공정의 적용시에는 이에 유의할 필요가 있다. 따라서 응집시설의 설치시에는 하수의 성상, 경제성을 고려한 분명한 응집처리 목적을 갖도록 하여야 한다.
(3)에 대하여
경우에 따라서는 별도의 응집조를 설치하지 않고도 수로내 응집약품 혼화시설 및 배플의 설치 등으로 수류에 의한 응집제와 하수를 흔합하여 응집효과를 기대할 수 있다. 전체 공정라인상에서 응집제와 응집보조제의 적절한 투여와 수류의 조절 등으로 본처리시설의 처리효율을 극대화할 수도 있다. 이러한 방법은 별도의 시설 없이 인을 제거할 때 흔히 이용되는 방법이다. 응집제의 주입은 가능한 한 공정의 운영에 따라 여러 지점에서 주입할 수 있도록 하여 유량이나 수질의 변동에 따른 융통성있는 공정변화를 기대하는 것이 바람직하다.
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가장 널리 사용되고 있는 응집제로는 알루미늄염이나 철염이며, 하수의 특성을 고려하여 응집보조제를 함께 사용하면 응집효과가 증대된다. |
【해설】
응집제로는 알루미늄염, 철염 등이 가장 많이 사용되고 있다. 주요 응집제의 종류는 〈표 4.2〉와 같다.
중탄산칼슘 및 중탄산마그네슘에 의한 알칼리도를 함유한 하수에 황산알루미늄(알럼)을 가하면 다음과 같은 반응이 일어나고 일반적으로 하수에 대해서는 투입량이 50 ～300g/㎥ 정도이다. 황산알루미늄은 주로 건조상으로 된 입자상의 약품을 주로 용해하여 사용하고, 액체상은 50% 알럼이며 탱크트럭으로 운반된다. 황산알루미늄과 반응을 하려면 충분한 알칼리도가 공급되어야 하고 알칼리도가 부족한 경우에는 소석회를 사용하여 알칼리도를 공급하기도 하는데, 반응에 적당한 pH의 범위는 4.5～8 정도이다. 황산알루미늄은 다른 응집제에 비하여 가격이 저렴하고 탁도, 세균, 조류 등의 거의 모든 현탁성 물질 또는 부유물의 제거에 유효하며 독성이 없으므로 대량으로 주입할 수 있다. 또한 결정은 부식성이 없어 취급이 용이하며 철염과 같이 시설을 더럽히지 않는다는 장점을 지니고 있으나 생성된 플록의 비중이 가볍고 적정 pH폭이 좁다는 단점도 있다.
[상품화된 폴리머] 일반적으로 상품화된 폴리머의 구조식은 다음과 같다
Aln(OH)p(Cl)q(SO4)r
분자비(R)는 대부분 0.4～0.6의 범위이고, 안정성은 즉각적인 중합반응을 방해하는 황산이온의 존재에 의해 결정된다. 황산알루미늄을 사용할 때 보다 낮은 처리효율을 나타내기도 하고 응결물을 넣어 주어야 하지만 슬러지의 부착성이 좋다.
· PCBA(basic polymerization chloride)
분자비는 원수의 특성에 따라 다르지만 대개 2.5 정도이다. 재래식 알루미늄염과 비교할 때 PCBA는 응결이 빠르고 유기물질을 효과적으로 제거시키고, 슬러지발생 량을 감소시키는 등의 장점을 가지고 있으며 응결물의 추가가 필요하지 않을 때도 있다.
· [염화제2철(ferric chloride)] 일반적으로 액체로 주입하며 하수에 대하여 50～300g/㎥ 정도 주입한다.
· [염화제2철 및 석회] 일반적으로 하수에 대하여 50～300g/㎥의 염화제2철과 50～500g/㎥의 석회를 투입하는 것이 적당하다.
· [황산제2철]
· [황산제2철 및 석회] 알칼리도 보조제로서 석회를 사용하여 침전이 빠른 플록을 형성하고 반응에 적정한 pH 범위는 4～12이다.
· [황산제1철 및 석회] 황산제1철을 빠르게 반응시키기 위해서는 pH가 상승되어야 하고 그에 따른 알칼리도가 필요하기 때문에 일반적으로 석회를 동시에 투입하여 응집을 실시하며, 이는 황산알루미늄에 비하여 가격이 저렴하고 형성된 응결물의 침전이 빠르다. 일반적으로 건조상의 입자상을 사용한다.
일반적으로 황산제1철과 같이 사용될 때보다 더 많은 양이 필요하다. 탄산칼슘을 침전시키기 위해서는 pH가 9.5 이상되어야 하고, 수산화마그네슘을 침전시키기 위해서는 pH가 10.8 이상되어야 하며 일반적으로 pH가 증가함에 따라 인산염이온의 제거량이 증가하므로 pH를 높게 할수록 유리하다.
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적정 응집제 및 적정투입량은 실험을 통하여 유입수질에 적합하게 선정하여야 한다. |
【해설】
응집시설에서 적정응집제의 종류 및 적정농도의 선정은 유사한 공업 및 농공단지의 수질자료를 검토하고 쟈테스트(jar-test)를 통하여 응집제 및 응집보조제의 종류, 적정 투입량에 대하여 예측하는 것이 경제적이고 합리적인 하수종말처리시설 설계 및 관리에 바람직하다. 이 때에는 온도 및 pH 등의 영향과 주입응집제의 강도를 주의 깊게 파악하여 처리하고자 하는 수질에 적합한 응집제와 투입량을 결정한다.
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약품주입시설은 다음 사항을 충분히 고려하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
응집제 및 응집보조제는 보관 및 적정주입의 편리성으로 인하여 액상으로 많이 주입시키나 점성이 높아질 가능성과 응고될 가능성 등을 충분히 고려하여야 한다.
(2)에 대하여
pH 조정조에서와 마찬가지로 응집조에 투입되는 응집제 및 응집보조제를 선정하려면 약품의 용해도 및 응집과정에서의 염의 생성 가능성 등을 충분히 파악하는 것이 필요하다. 일반적으로 석회의 경우는 수분과 쉽게 반응하므로 밀폐용기에 저장하여야 하고 황산반토의 경우 액상과 고체상에서의 부식의 정도가 다르다. 주입약품의 물리화학적 성질을 검토하는 것은 경제적이고 효과적인 응집시설을 설계하는데 있어 필수적인 요소라고 볼 수 있다.
(3)에 대하여
쟈테스트를 통하여 응집제의 소요투입량을 추정할 수 있지만 실제 응집시설에서의 응집효과는 수질 및 온도 등에 의하여 영향을 많이 받는다. 수질에 따른 약품주입량이 달라질 수 있으므로 필요에 따라 주입후의 상징액의 탁도 등의 측정을 통해 적절한 주입량이 제어될 수 있는 제어시스템의 도입이 필요하다.
(4)에 대하여
약품저장탱크는 약품에 대하여 내산·내알칼리, 내구성이 뛰어난 재질을 사용하여야 하고, 주입조건 및 약품의 특성을 고려하여 저장용량을 결정하여야 한다. 또한 약품의 응고 및 침적을 방지하기 위하여 혼합을 하며 적절한 온도와 습도가 유지되게 하여야 한다.
(5)에 대하여
약품주입기의 용량은 계획시간최대오수량과 수질에 대한 최대약품주입량을 기준으로 한다. 그리고 유지관리와 청소 및 고장 등을 고려하여 2대 이상의 약품주입기를 설치하는 것을 원칙으로 한다. 일반적으로 습식주입기가 건식주입기보다 많이 사용되고 있다.
석회와 같이 압축되기 쉽고 가교현상을 일으키는 분말에서 사용되는 호퍼는 호퍼 교반기와 먼지수집장치를 갖추어야 한다. 건식약품주입기는 용량에 의한 부피식과 중량식이 있는데 부피식에는 주입된 건식화학약품의 부피를 재고, 중량식에는 무게를 재며 일반적으로 건식장치에서는 용해작용이 가장 중요하다. 용해조의 용적은 체류시간에 의하여 결정이 되고 용액의 강도를 일정하게 유지하기 위하여 물을 많이 공급할 수 없을 때에는 기계식 교반기를 사용하여야만 한다.
(6)에 대하여
약품을 저장탱크로부터 주입지점으로 일정한 주입률로 주입하는 방법으로는 수동식과 자동식이 있으며(〈그림 4.1〉 참조), 약품의 특성에 따라 적절한 방식과 보조장치를 선정하고 특히 밸브 및 펌프 등은 내구성, 내산, 내알칼리성의 재질을 선택하며, 습식약품주입기의 경우 약품용액의 점성 등에 특히 유의하여야 한다.
(7)에 대하여
약품주입펌프는 약품의 물리화학적인 특성에 대하여 충분히 내구성, 내마모 및 내식성이 있어야 하며 약품의 특성에 적합한 것을 사용하여야 한다.
가. 급속교반의 목적
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급속교반의 목적은 응집제를 하수중에 신속하게 분산시켜 하수중의 입자와의 혼합시키는데 있다. |
【해설】
응집제와 하수내 입자와의 혼합의 극대화를 이루기 위하여 급속교반을 한다. 응집제를 투여하고 급속으로 교반하면 응집제의 균일한 분산이 이루어져 하수중 입자의 제타전위가 감소된다.
나. 급속교반기의 종류
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급속교반기는 터빈형과 프로펠라형을 사용한다. |
【해설】
급속교반시 사용되는 교반기는 혼합의 극대화를 이루기 위하여 터빈형과 프로펠라형을 사용하며 유량의 변화에 큰 영향을 받지 않고 수두손실이 적은 것을 사용한다. 이러한 기계적인 교반기 외에도 급속교반의 효과는 라인상의 수류혼합, 펌프, 정류막 및 공기혼합기 등의 시설에 의해서도 급속교반의 효과를 기대할 수 있다. 기계식교반이나 수류상의 혼합은 유량의 변동에 대하여 충분히 대처할 수 있는 능력을 가지고 있으나 비용부담이 커지고 수중에 존재하는 협잡물들을 함께 응집시키는 경우가 발생할 가능성이 있다. 그러나 공기에 의한 교반은 포기식수로나 포기식침사지가 있는 경우 협잡물에 의한 문제점을 경감할 수 있다.
다. 급속교반시설 설계인자
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급속교반시설을 설계시에는 다음에 준한다.
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【해설】
(1)에 대하여
레이놀드수(Revnolds number)가 105 이상인 경우 난류상태를 유지하기 위하여 소요되는 교반기의 동력은 다음식에 의하여 산정한다.
상수 KT는 임펠러의 형상, 크기, 저류판의 수 등에 따라 달라지며 일반적으로 저류판이 있는 교반조에 소요되는 동력은 저류판이 없는 교반조에 필요한 동력보다 적게 든다. 〈표 4.3〉은 바닥이 평평한 원통형이고 조의 벽면에 4개의 정류판이 직경의 1/10 정도 나와 있으며 깊이와 직경의 크기가 같고 임펠러 직경이 조직경의 30%인 응집조에서의 KT 값이다. 혼합의 강도를 나타내는 지표로서 속도경사를 사용하는데 그 식은 다음과 같이 표현된다.
일반적으로 속도경사가 클수록 응집제와 콜로이드 입자간의 혼합의 기회는 증대된다. 여기에 수리학적 체류시간인 td(=V/Q)를 곱하면 아래와 같다.
경험적으로 낮은 농도에서는 응집제의 투입량에 비례하여 생성된 플록의 농도와 부피가 증가한다. 교반의 강도와 지속시간은 과도 및 과소 교반을 피하여야 하고 과도하게 교반 되는 경우 이미 수중에 존재하는 고형물과 새롭게 형성되는 플록을 파괴할 우려가 있고, 과소교반인 경우 응집제 등의 화학약품의 분산이 잘 안되어 약품의 사용량이 증가하고 처리효율을 감소시킨다. 급속교반시 속도경사는 하수의 특성에 따라 다소 다르지만 일반적으로 속도경사(G)값은 400～1,500/s가 적당하며 최소한 400/s 이상은 유지되어야 하는데, 너무 높은 속도경사값에서는 오히려 전단력이 발생하여 플록이 파괴된다. 그리고 속도경사는 점성의 함수이므로 온도에 따라 영향을 받는데 다음과 같이 표현된다.
(2)에 대하여
교반기의 회전속도는 소요동력에 따라 다르지만 동력의 변화 없이 프로펠러의 크기나 피치의 조정으로 회전속도를 변화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 또한 유입수량과 수질의 변화에 충분히 대처할 수 있도록 회전속도를 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
(3)에 대하여
하수 및 약품특성에 따라 다르나 급속교반시 하수의 체류시간은 일반적으로 1분 이내로 충분한 교반 강도가 확보되어야 한다.
(4)에 대하여
조의 형태는 원형 및 사각형이 있는데 사각형의 경우 길이:폭:깊이의 비가 1:1:1～1.2가 적당하며 유입과 유출을 대각선에 위치시킴으로써 단락류를 방지하여야 한다.
라. 완속교반기
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교반기는 패들형과 터빈형을 사용한다. |
【해설】
완속교반은 교반기의 회전속도를 비교적 저속으로 유지하여 플록간의 응집을 촉진하여 플록의 크기를 증대시키는 하는 역할을 한다. 완속교반기의 형태로는 패들형과 터빈형이 있는데 그 특징은 다음과 같다.
일반적으로 회전축당 패들의 폭을 합한 전단폭은 수심의 25%이고 저항계수는 1.3～2.0의 범위로서 1.50～1.65가 흔히 사용된다. 또한 패들의 물에 대한 상대속도는 경험적으로 날개 선속도의 3/4를 사용한다.
마. 완속교반시설 설계인자
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【해설】
플록간의 응집효과를 증가시키기 위해서는 교반을 서서히 해주어야 하므로 일반적으로 침전이 잘되는 플록의 형성시에는 40～100/s 정도의 속도경사가 필요하다. 응집조의 형상은 단락류가 발생하지 않도록 유입구와 유출구를 대각선으로 위치시키는 것이 좋다. 유출구는 응결물이 깨어지지 않도록 구조를 설계하는 것이 좋다. 또한 체류시간은 약품의 혼합과 응결이 충분히 이루어지도록 통상 20～30분의 범위로 설정하는 것이 적당하고, 조의 형태는 일반적으로 폭과 길이 및 깊이를 비슷하게 설계하는 것이 바람직하다. 완속교반의 효과는 완속교반조와 같이 독립된 구조물을 설치해야 되는 경우도 있지만 다른 목적으로 사용되고 있는 수로, 조 등 기존의 시설물의 정류벽이 설치된 곳에서도 이를 기대할 수 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
응집침전지는 완속교반으로 형성된 플록을 침전시키기 위하여 필요한 시설이며, 조대화된 플록을 파괴시키지 않게 유입시켜 침전시킬 필요가 있다. 체류시간은 통상 1～4시간으로 유지하는 것이 적당하며, 응집효율 및 유량에 따라 변동한다. 또한 표면 부하율은 25～50㎥/㎡·d 정도로 한다.
(2)에 대하여
응집침전지의 설계는 일차침전지의 설계와 비슷하다. 유출수중의 플록이 포함되어 있을 가능성도 배제할 수 없으므로 유입 및 유출에 의한 난류의 형성을 방지하여야 하고, 유입부에는 플록이 파괴되지 않도록 지나친 낙차 등에 유의한다.
1) 산화지의 종류
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산화지법은 생물학적처리법의 일종으로 다음과 같이 분류된다.
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【해설】
(1)에 대하여
호기성산화지의 깊이는 0.3～0.6m 정도이며 산소는 바람에 의한 표면포기와 조류에 의한 광합성에 의하여 공급된다. 호기성산화지는 전 수심에 거쳐 일정한 용존산소농도를 유지하기 위해 주기적으로 혼합시켜 주어야 한다.
(2)에 대하여
산기식 혹은 기계식표면포기기를 사용하며 지의 깊이는 3～6m, 체류시간은 7～20일 정도이다. 포기식산화지는 임의성산화지보다 높은 BOD부하를 받아들이며 악취문제가 적고 소요부지 또한 비교적 작은 편이다. 포기식산화지 다음에는 임의성산화지나 침전지를 설치하여 방류수내의 SS함량을 줄이도록 한다.
(3)에 대하여
임의성산화지의 깊이는 1.5～2.5m, 체류시간은 25～180일 정도이다. 임의성산화지에 있어서는 호기성산화지나 포기식산화지와는 달리 부유물질이 산화지 내에서 침전되어 혐기성지역이 형성되도록 하며 혐기성 분해가 이루어지도록 설계된다. 따라서 수면과 대기의 접촉부분은 호기성, 밑바닥은 혐기성이 되어 임의성산화지가 형성된다.
각종 산화지별 생물학적 특성과 장단점을 각각 〈표 4.6〉과 〈표 4.7〉에 나타내었다.
2) 산화지의 설계요소
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산화지를 설계할 때에는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
산소공급의 필요성여부는 산화지의 성질에 따라 결정된다. 즉 호기성 및 임의성산화지에 있어서 유입하수를 처리하기 위한 소요크기는 산소공급능력 및 미생물과 하수내 유기물의 혼합정도에 따라 결정된다. 혼합정도가 증가하면 효율이 증대된다. 포기식산화지에 있어서 산소공급과 혼합은 산기식 및 기계식포기기에 의해서 수행되므로 소요체적은 다른 산화지보다 적으나 시설비 및 유지관리비가 높아진다.
〈표 4.8〉은 포기기의 크기에 따르는 산소전달량(kg O2/HP·h)과 완전혼합되는 거리(직경으로), 산소전달 가능거리(직경으로), 산소전달기의 양수능력을 나타내고 있다.
일반적으로 포기식산화지내의 용존산소농도는 1～2mg/l를 유지하도록 하고 있다. 또한 포기식산화지에 있어서 소요산소량은 식(4.1)과 같이 표시된다.
호기성산화지에 있어서 산소공급원은 조류의 탄소동화작용에 의한 것인데 조류에 의한 산소생산량은 식(4.2)로 나타낸다.
또한, 산소생산계수 F는 제거된 유입하수의 최종 BOD에 대하여 조류에 의해서 생산된 산소의 비(kg O2/kg O2)로서 최종BOD 제거율을 약 90%로 하려면 F값은 1.6 가량 되어야 한다. 조류에 의한 산소생산량은 유입하수내에 있는 영양소의 양과 질, 일조시간, 온도, 산화지의 체류시간, pH 및 혼합정도에 따라서 다르며 식(4.3)과 같은 관계가 성립한다.
포기식 호기성산화지는 MLSS를 침전시키지 않는 공법이며 포기식 임의성산화지는 MLSS를 산화지 내에서 침전시키도록 한 공법이다. 포기식 임의성산화지에 있어서의 산소소요량은 식(4.4)와 같다.
(2)에 대하여
호기성 및 임의성산화지의 설계기준으로서 흔히 사용되는 것이 유기물질 부하량인데 기온에 따라 매우 큰 차이가 있다. 포기식 임의성산화지의 설계에 사용되는 공식은 식(4.5)와 같다.
또한 포기식 임의성산화지에 있어서의 유기물질의 부하량에 대한 공식을 보면
로 표시되며 체적에 대한 공식은 다음과 같다.
일반적으로 포기식 호기성산화지는 혐기성, 임의성산화지보다 짧은 체류기간으로 처리효율이 좋으며 일반적으로 포기식 임의성산화지는 호기성산화지의 체류기간의 약 2배 정도가 되어야 한다.
(3)에 대하여
공사비를 고려할 때 정사각형 또는 직사각형산화지가 경제적이나 길이 : 폭의 비를 3 이상으로 하는 것은 좋지 않다. 특히 산화지의 바닥이 수밀성이 아닌 경우 길이 : 폭의 비가 너무 크면 바람에 의하여 산화지의 바닥에 영향을 주므로 길이 : 폭의 비를 감소시키지 않으면 안 된다.
산화지의 깊이는 지형, 소요체적, 소요면적 사용될 포기기 등에 따라 크게 변한다. 깊이는 1～4m 정도가 가능하며 깊이가 깊어지면 포기기를 사용한다. 특히 수심이 얕고 표면적이 넓어지면 단락류가 형성될 가능성이 크므로 이러한 단락류가 형성되지 않도록 적절히 수심과 표면적이 되도록 조정하고 유입 및 유출하수거를 적절히 배관한다. 수심이 얕고 표면적이 넓은 경우에는 겨울철에 대기중에 노출면이 크게 되어 수온이 강하되는 경향이 있으므로 소요대지의 감소 및 에너지의 축적이라는 면에서 수심이 깊은 산화지가 유리할 수도 있다. 다만 표면을 통한 산소공급이 감소되는 것을 종합적으로 고려하여 수심을 결정하는 것이 타당하다.
겨울철에 산화지는 동결될 가능성이 크며 이러한 경우에 하수의 유출입이 불가능해진다. 따라서 이러한 문제점을 감안하여 겨울철에 충분히 하수를 저장할 수 있도록 산화지의 규모를 결정할 것이다. 즉, 겨울철 초기에 수심을 0.5～0.6m로 내린 후 겨울철동안 유입하수를 저류시킬 수 있도록 하는 것이 좋은 방법이다.
(4)에 대하여
유기물질의 제거에 있어서 온도가 매우 중요한 역할을 하는데 연중 기준 처리효율을 계속 유지하기 위해서는 겨울철을 기준으로 산화지를 설계한다. 일반적으로 겨울철에 산화지의 수면온도는 1～1.5℃로 수심 3m에서의 온도보다 낮다. 수면온도는 대기와의 접촉면의 크기와 유입하수량에 의해서도 달라진다. 산화지의 운전온도를 계산하는 방법으로 식(4.8)을 이용한다.
3) 산화지의 설비
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산화지의 설비는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
산화지에는 제방과 배수로를 설치한다. 제방상단의 폭은 최소한 유지관리용 트럭이 다닐 수 있도록 경사를 둔다. 일반적으로 물이 접촉되지 않는 외부의 경사는 4:1～5:1로서 잔디 심기가 편하도록 하여야 하는데 반하여 제방내부는 3:1～2:1을 두어 부유물질이 침전되는 경우에 안쪽으로 침전될 수 있도록 한다. 산화지의 바닥은 되도록 평평하게 하고, 여유고는 5m 정도로 한다. 표면 포기기를 사용하는 산화지에 있어서는 포기기의 바로 밑바닥이 포기기에 의하여 침식되므로 콘크리트로 깔판을 만들거나 약 15cm 두께로 분석을 설치하는 것도 좋다.
(2)에 대하여
산화지의 바닥으로부터의 누수를 막기 위하여 점토를 다져서 깔거나 필요한 경우에 특히 소규모인 경우에 콘크리트라이닝 혹은 5mm 두께의 geomembrane으로 뒤집어 씌우기도 한다. 산화지의 경사면(안쪽)은 잡초가 자라는 것을 방지하여야 하며 또한 경사면이 무너져 내리는 것을 방지하기 위하여 자갈을 깔거나 콘크리트로 적절히 라이닝하는 것도 좋다. 수면적이 2.5ha 이하인 산화지를 제외하고는 되도록 2지 이상의 산화지를 설치하여 직렬 혹은 병렬로 연결시켜 사용하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
산화지에 소요되는 관거는 자연유하식으로 맨홀이 부설되어야 하며 유속은 0.6m/s 이상으로 설계한다. 포기기를 설치하는 경우에는 수면적에 대해서 골고루 혼합이 되도록 여러대의 포기기를 설치하는 것이 좋으며 포기기의 회전방향을 서로 다르게 하여 단락류를 방지하도록 한다.
1) 개요
회전원판법은 호기성여상법으로 대표되는 생물막을 이용하여 하수를 처리하는 방식으로서, 원판의 일부가 수면에 잠기도록 원판을 설치하여 이를 천천히 회전시키면서 원판 위에 자연적으로 발생하는 호기성 미생물(이하 “부착생물”이라 함)을 이용하여 하수를 처리하는 것이다. 원판이 회전함에 따라서 생물막 위의 하수막에 용해되는 공기중의 산소를 부착생물이 흡수하고, 하수중의 유기물을 흡착하여 산화 및 동화작용을 통해 하수를 정화시킨다. 또한 원판의 회전으로 인해 부착생물과 회전판 사이에 전단력이 생겨 과잉의 부착생물은 자연적으로 떨어지게(탈리) 된다. 이러한 작용에 의해 회전판에 일정한 두께의 부착생물이 유지된다. 원판전단에서 오수중의 유기물농도가 저하되면 후단원판표면에 질산화세균이 우점적으로 부착증식하여 질산화반응이 진행된다.
회전판 표면에 대한 모식도는 〈그림 4.4〉와 같다.
회전원판법의 특징은 다음과 같다.
2) 시설의 구성
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【해설】
(1)에 대하여
회전원판법은 기본적으로 용해성 유기물 산화 및 질산화 반응이 주요한 처리작용이다. 따라서 유입수의 SS는 일차침전지에서 가능한 한 제거후 반응조로 유입시켜야 한다. 만약 유입수중 부유물질이 거의 없는 경우에는 일차침전지의 생략도 가능하다.
(2) 에 대하여
회전원판의 기본적 조합은 〈그림 4.5〉와 같으며, 살수여상과의 조합 및 표준활성슬러지법과의 조합 예를 〈그림 4.6〉과 〈그림 4.7〉에 나타내었다. 살수여상과의 조합은 살수여상의 부유성 BOD 제거효율과 용해성BOD 제거효율을 결합함으로서 효율성을 높일 수 있고, 활성슬러지법과의 조합은 활성슬러지법의 장점인 제거효율의 향상과 활성슬러지법의 단점인 벌킹으로 인한 처리성능의 악화를 방지하여 안정적인 처리가 가능하다.
이차침전지에서의 고액분리가 불충분한 경우는 이차침전지 뒤에 여과시설을 설치하는 경우가 있으며, 또한 이차침전지 대신에 여과시설을 설치하는 것도 고려할 수 있다. 여과방식은 급속여과지, 스크린, 스트레이너(strainer) 등이 있다.
(3)에 대하여
회전원판의 기수는 일반적으로 유량규모, 점검, 수리, 청소 등을 위해 가동중지와 단계적 시공에 맞추어 결정되지만 보통 2기 이상으로 하는 것이 좋다.
회전원판은 조 1기를 분할하여 직렬다단으로 되게 하며 처리단수는 보통 3～4단으로 한다. 또한, 회전원판은 운전변수가 적으므로 처리단수의 변경 또는 스텝(step)유입에 의해 운전방법을 변경시킬 수 있도록 하는 것이 좋다. 하수의 유입방향에는 축직각류, 축직각역류, 축평행류의 3종류가 있다(〈그림 4.8〉 참조).
3) 회전원판의 재질 및 형상
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회전원판의 재질 및 형상은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
회전원판의 재질로는 일반적으로 가볍고 부식에 강한 합성수지가 쓰인다.
(2)에 대하여
회전원판의 평면 형상에는 원형 또는 다각형이 있으며, 원판표면은 평면, 파형 등의 여러 종류가 있다. 회전원판의 직경은 보통 3.0～4.0m이며 지름을 크게 할수록 단위 축길이당 회전원판의 면적을 증가시킬 수 있지만 조립, 운반, 조의 크기 등 때문에 한계가 있다. 회전원판의 두께는 폴리에틸렌이나 염화비닐의 경우에 0.7～2.0mm, 폴리스틸렌인 경우는 7mm 정도이다. 회전원판의 조립방법에는 직접 축에 부착시키는 방법과 분할시켜 회전원판을 조립하는 방법 등이 있다.
(3)에 대하여
회전원판의 간격은 보통 15mm 이상으로 한다. 회전원판의 간격이 너무 좁으면 부착생물에 의해 폐쇄되어 처리효율이 악화될 수 있다. 부착생물의 두께는 부하, 회전속도 등의 변수에 영향을 받는다. 특히 전단일수록 생물막이 두꺼워지므로 원판의 간격을 크게 하는 것이 좋다.
(4)에 대하여
회전원판의 축은 통상 강제의 용접구조로 한다. 원판부착생물의 중량을 고려하여 장기간의 사용에 내구성을 갖는 축지름을 갖도록 하는 것이 좋다.
4) 반응조의 형상 및 구조
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조의 형상 및 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
조의 단면에는 직사각형 및 반원형이 있다. 직사각형은 탈리된 슬러지가 퇴적하지 않도록 구석에 45°의 헌치를 설치하면 좋다. 회전원판과 주벽 그리고 저부와의 간격은 10～40cm 정도로 하는 것이 좋다. 또한 조에는 세척장치와 배수장치를 설치한다.
(2)에 대하여
조의 구조는 수밀한 철근콘크리트 구조로 하며 주벽의 끝은 지면 높이보다 15cm 이상 높게 하여 지표수가 조에 유입되는 것을 방지하도록 한다.
5) 반응조 설계인자
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회전원판의 면적 및 조의 용량은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
BOD면적부하는 유량부하 및 체류시간과 함께 회전원판의 처리성에 관계되는 변수이다. BOD면적부하는 회전원판 단위면적당 1일 BOD량으로 정의하고 식(4.9)와 같다.
회전원판의 소요면적은 BOD면적부하를 기초로 하여 식(4.10)으로 계산한다. BOD면적부하는 유입수의 BOD농도와 처리목표수질에 따라서 정한다. 또 회전원판의 소요면적은 유량부하를 기초로 설계할 경우도 있다. 유량부하는 회전원판 단위면적당 1일 공급되는 하수량으로 정의하고 식(4.10)과 같이 표현할 수 있다.
식(4.9)와 식(4.10)에서 BOD면적부하와 유량부하와의 관계는 식(4.11)과 같다.
(2)에 대하여
체류시간은 식(4.12)와 같다.
액량면적비는 조의 실용적과 회전원판 면적과의 비이다. 일반적으로 회전원판의 액량면적비는 5l/㎡ 이상이 많다. 조의 소요 용적도 식(4.12)에서 구할 수 있다.
6) 침적률 및 회전속도
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침적율 및 회전속도는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
침적률은 총회전원판면적에 대한 수중부분의 회전원판면적비로서 식(4.13)으로 나타낸다.
침적률은 일반적으로 35～45% 정도로 한다.
(2)에 대하여
회전속도는 부착생물의 탈리, 조 내의 혼합 및 산소공급능력과 관계된다. 회전속도가 너무 작으면 부착생물에 의한 폐쇄, 탈리된 슬러지의 퇴적, 단락류, 조 내의 혐기화 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한 회전속도가 너무 크면 소비전력이 증가하는 단점이 있다.
7) 부대설비
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회전원판조에는 덮개를 설치하는 것이 좋다. |
【해설】
바람, 비, 햇빛 등에 의한 악영향을 막기 위해 덮개를 설치한다. 그러나 회전원판을 옥내에 설치하는 경우는 덮개를 반드시 설치할 필요는 없다. 일반적으로 덮개를 설치함으로써 저온효과, 하루살이의 발생방지, 악취방지 등의 효과를 얻을 수 있다. 덮개는 통기구멍과 점검용 창을 설치한다. 덮개의 재질로는 강화 플라스틱 등이 있다.
8) 침전지
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지의 형상 및 지수, 구조는 4.3.1 1), 2) 및 4.3.2 1), 2)에 준한다. |
【해설】
지의 형상 및 지수, 구조는 표준활성슬러지법의 일차 및 이차침전지의 지수 및 구조를 참조.
설계제원을 〈표 4.9〉에 나타내었다.
회전원판법 반응조에 있어서의 생물반응은 주로, 용해성유기물에 의해 진행된다. 때문에 SS는 앞부분의 일차침전지에서 가능한 한 침전 제거시켜야 하고, 일차침전지의 수면적부하를 25～50㎥/㎡·d이 되도록 한다.
활성탄(activated carbon)은 다양한 종류의 유기화합물을 흡착하므로 정수처리, 하수의 고도처리 그리고 유기산업폐수의 처리에 광범위하게 사용되고 있다. 하수의 활성탄 처리는 일반적으로 정상적인 생물학적 처리를 거친 물의 최종처리 공정으로 이용되고 있으며, 이때 활성탄은 잔류용존유기물의 제거에 사용된다. 흡착이란 흡착제(adsorbent)를 사용하여 용액으로부터 오염물을 제거하는 것으로서 흡착장치는 회분식(batch), 컬럼식(고정상과 역류이동) 또는 유동층 흡착조 등이 있으며 하수처리에서 사용되는 활성탄은 과립 형태의 입상활성탄을 일반적으로 사용하고 있다.
흡착은 통상 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 분류되는데 물리적 흡착은 주로 van der waals힘에 의하여 가역적으로 발생한다. 즉, 용질과 흡착제 사이에서 분자의 인력이 용질과 용매 사이의 인력보다 클 때 용질은 흡착제표면에 달라붙게 된다. 활성탄에 의한 흡착은 이와 같은 물리적 흡착의 대표적인 예이다. 화학적 흡착은 화학반응이 흡착제와 흡착된 용질 사이에서 발생하며 그 반응은 보통 비가역적으로 하수처리의 경우에는 매우 미약하므로 고려하지 않는다.
흡착제에 흡착될 수 있는 흡착질의 양은 흡착질의 농도와 온도의 함수이다. 일반적으로 흡착되는 물질의 양은 일정 온도에서 농도의 함수로 나타내는데 이를 흡착등온선(adsorption isotherm)이라 한다. 실험 등온선 자료를 나타내는데 자주 쓰이는 식으로는 Freundlich, Langmuir 그리고 Brunauer, Emmet 및 Teller(BET 등온선) 등의 식이 있다. 활성탄을 이용한 하수처리에서는 Freundlich와 Langmuir의 식이 주로 사용된다.
실험식으로서 식(4.14)와 같다.
위의 식은 log그래프상에서 x/m을 y측에, C를 x축에 놓았을 때 직선으로 나타남을 알 수 있다. 이 직선의 기울기(1/n)로부터 n값을 구할 수 있고, K값은 절편으로부터 구한다.
이론적으로 유도한 것으로 식(4.15)와 같다.
보통 하수처리를 위하여 필요한 활성탄 양은 Freundlich의 식을 주로 이용하고 있다. 활성탄은 원료 및 활성화방법에 따라서 그 흡착능력이 다르다. 활성탄과 액체간의 흡착에 영향을 미치는 요소들을 열거하면 용질에 대한 활성탄의 인력, 용매에 대한 활성탄의 인력, 용질에 대한 용매의 용해능력, 분자의 회합(association), 이온화, 두 물질간의 경계면에서 정위(orientation)에 대한 용매의 영향, 여러 종류의 용질이 존재하는 경우 흡착면에 대한 상호경쟁, 공흡착(co-adsorption), 분자의 크기, 활성탄의 공극크기 분포, 활성탄의 표면적, 용질의 농도 등이다.
활성탄을 흡착제로 사용하면 공극이 유기물에 의해서 점유되므로 활성탄의 흡착능력은 저하되게 된다. 따라서 활성탄을 재생시켜야 하며 활성탄의 재생방법은 다음과 같다.
〈그림 4.9〉와 같이 활성탄흡착시설은 하수의 고급처리방법으로 채택될 수 있는데, 흡착시설 이전에 하수내의 부유물과 용해된 미생물에 의해서 분해가능한 유기물이 모두 제거되어야 하며 응집침전도 흡착이전에 실시되어야 한다. 고도처리법으로 활성탄흡착을 실시하는 이유는 2차 처리수에 존재하는 소량의 미생물에 의하여 분해되지 않는 유기물을 제거하기 위함이다.
활성탄은 〈그림 4.10〉에 주어진 바와 같이 물리·화학적 처리수내의 용해된 유기물을 제거하기 위하여도 채택된다. 이때 물리·화학적 처리과정에서는 1차처리수내의 부유물과 그에 관련된 유기물을 제거하기 위하여 응집, 침전 및 여과를 실시한다.
가. 유입하수의 수질
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활성탄 흡착시설의 유입수는 가능한 한 수질이 일정하고 부유물을 함유하지 않도록 설계시 고려한다. |
【해설】
효율적인 처리를 위해서 흡착시설로 유입되는 유입수는 수질이 균등해야 하고 유량변동이 크지 않아야 한다. 또한 기타 부유물, 유기물, 페놀, 용존산소 등도 흡착시설의 운영에 영향을 미치며 하수의 pH와 온도도 중요한 변수가 된다. 부유물이 흡착제의 능력에 미치는 영향에 관해서는 확실히 알려진 바 없지만, 흡착제의 표면에 부유물이 침적하면 흡착제간의 공극이 막히게 되어 수중의 유기물들이 흡착제와 접촉하기에 불리해지므로 활성탄층내에 부유물이 여과되어 축적되면 손실수두가 증가하고 결과적으로 하수의 통과가 어렵게 된다. 마찬가지로 유입하수의 pH, 온도, 그리고 유량이 크게 변해도 흡착시설의 처리효율이 저하된다.
나. 흡착탑의 운영방법
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활성탄 흡착조를 설계할 때 유체의 흐름은 하향 또는 상향으로 하며, 흡착조의 운전방법은 고정상(fixed bed) 또는 유동상(fluidizeded bed)으로 한다. |
【해설】
활성탄흡착탑에는 운영방법에 따라 여러 가지로 분류될 수 있다. 첫째는 동력요구에 따라 중력식과 압력식이 있는데 가능하다면 중력식으로 하는 것이 운영비가 적게 요구된다. 둘째는 유체의 흐름에 따라 상향식과 하향식으로 구분되며 마지막으로 활성탄층이 고정되는지 아니면 팽창되는지에 따라 고정상과 유동상으로 구분된다.
상향식에서는 하수가 밑에서 위로 흐르기 때문에 활성탄이 유기물을 흡착함에 따라 활성탄 입자의 겉보기 비중이 증가하여 입자의 밀도가 증가하여 흡착탑의 바닥 또는 유입구로 소모된 활성탄을 떨어뜨리려는 경향을 가지게 된다. 그리고 상향식에서는 하향식에 비하여 유출수에 미세한 탄소입자를 더 많이 함유한다. 하향식 활성탄 흡착탑은 통상 2～3개의 흡착탑이 직렬로 연결되어 사용되며 유체의 흐름이 바뀌어도 계속 사용할 수 있도록 배관되어 있다. 하향식을 채택하면 유기물의 흡착과 여과가 동시에 일어나는 이점이 있지만 배관이 좀더 복잡하기 때문에 시설비의 절감은 기대할 수 없다. 여과는 상향식에 비해서 잘되는 장점도 있지만 부유물이 많을 경우 손실수두가 커지고 활성탄의 흡착능력이 감소되는 단점이 있다.
고정상흡착탑을 사용하면 하수내의 부유물이 축적되므로 역세척이 필요하다. 고정상에서 상향식이면 부유물을 역세척으로도 제거하기 어렵게 상의 바닥에 모이므로 통상 하향식으로 하며, 상의 바닥에는 모래나 자갈을 깔아서 활성탄층을 지지하도록 할 수도 있다.
상향식흡착탑에서는 하수가 밑에서 위로 흐르며, 활성탄층은 유동상이 되도록 하여 부유물이 층내에 축적되지 않도록 한다. 흡착능력이 소모된 활성탄은 밑에서 제거되고 새로운 혹은 재생된 활성탄을 그 만큼 위에서 보충시켜야 한다. 유동상에서 유기물제거율은 고정상과 비슷하지만, 반면에 낮은 펌프압력이 요구되고 휴지기간이 짧으며 활성탄 표면의 포기가 보다 쉽다. 많이 이용되는 운영방법은 아니지만 역류흡착을 할 수도 있다. 역류흡착의 원리는 한번 사용된 활성탄도 하수내의 오염물농도가 대단히 높으면 오염물을 더 제거할 수 있다는 점에 근거를 두고 있다. 이런 경우 하수는 먼저 한번 사용된 활성탄과 접촉하게 되고 그 다음 새로운 활성탄과 접촉하게 된다.
다. 흡착탑의 크기
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활성탄 흡착탑을 설계할 때 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
흡착탑에서의 접촉기간은 보통 활성탄에 의해서 점유된 부피를 기준으로 계산된다. 통상 적용방법, 하수의 특성, 요구되는 수질에 따라 15～35분의 접촉시간이 채택된다.
고도처리의 경우 유출수의 COD가 10～20mg/l 되도록 요구된다면 15～20분의 접촉기간을 주고, 그리고 5～15mg/l이면 30～35분의 접촉시간을 준다. 물리·화학적 하수처리 방법에서는 접촉시간이 통상 20～35분이지만 평균 30분 정도이다. 상향류식 흡착탑의 바닥형상은 평면, 원추, 접시모양 등 여러 가지의 용기가 있으며, 상부에 활성탄을 붙잡아두기 위한 스크린, 하부의 바닥에는 지지용 그리트(grit)가 설치되어 있다. 일반적인 높이:직경의 최소비는 2:1이다.
(2)에 대하여
상의 단면 1㎡에 대하여 상향식인 경우 2.5～6.8l/s, 하향식인 경우에는 2.0～3.3l/s의 수리학적 부하가 적용된다. 실제 운영시 압력은 상의 깊이 0.3m당 0.07kg/㎠ 이상이 되는 경우가 드물다.
(3)에 대하여
상의 깊이는 주로 접촉시간에 따라 상당히 변하는데 3～12m 정도이다. 최소 깊이는 3m 이하가 되어서는 안 된다. 활성탄층의 깊이는 4.5～6m가 보통이며 역세척시나 유동상의 경우 10～50%의 팽창을 고려하여 여유고를 두어야 한다. 정해진 상의 팽창을 위하여 필요한 역세척수양은 활성탄의 입자크기와 수온에 의하여 결정된다.
(4)에 대하여
어떤 규모의 처리장에서도 최소한 2개의 흡착탑을 병렬로 배치해야 한다. 이렇게 해야만 1개의 흡착탑을 재생시키거나 새로운 활성탄으로 교환할 때 나머지 1개로 하수처리를 계속할 수 있게 된다.
라. 역세척
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활성탄 흡착탑은 역세척이 가능하도록 배관을 설계한다. |
【해설】
활성탄흡착탑의 역세척은 흡착탑내에 축적된 부유물을 제거하기 위하여 충분한 양의 물을 통과시킴으로써 실시되는데 역세척률과 횟수는 수리학적 부하, 하수내 부유물질(SS)의 성질과 농도, 탄소입자의 크기 그리고 접촉방법에 의하여 좌우되는데 역세척 횟수는 시간간격, 손실수두, 탁도와 같은 운전기준에 따라 결정되고, 역세척시간은 대략 10～15분이다.
하향식흡착탑은 유기물을 흡착 제거하면서 동시에 부유물을 여과시킬 수도 있다. 그러나 부유물의 축적때문에 역세척을 주기적으로 철저히 실시해야 한다. 일반적으로 역세척수의 양은 층의 두께가 0.8m인 경우 처리된 물의 5% 이하이며, 층의 두께가 4.5m인 경우에는 10～20%정도 된다. 입상 활성탄에서 일반적인 역세척수의 유량은 8×12 혹은 12×30체눈(mesh)의 활성탄에서 8.2～13.7l/㎡·초이다. 상향식의 충전상에서 축적된 부유물을 제거하기 위하여는 두 가지 단계를 거쳐야 한다. 먼저 상을 임시로 하향식으로 운영함으로써 바닥에 축적된 부유물을 느슨하게 하며, 그 다음에 상의 중앙에 축적된 부유물은 상을 팽창시켜서 제거해야 한다. 상향식 흡착탑을 역세척시키는 경우 상의 바닥이 부유물에 의하여 막히는 것을 방지하기 위하여 역세척시간이 더 길어야 하고 수질이 좋은 물을 대량 사용해야 한다. 상향식인 충전상흡착탑의 역세척시간은 일반적인 흡착탑의 역세척 시간인 10 ～15분보다 두 배 더 길다. 흡착탑의 역세척과 제어를 위한 기기는 정수용 모래여과지에서와 거의 비슷하다. 상향식 및 하향식 흡착탑 모두 비슷한 밸브 및 배치가 요구되며 상향식 흡착탑은 하향식으로도 이용될 수 있고 역세척이 가능하도록 배관되어야 한다. 각 흡착탑은 개별적으로 역세척이 가능하도록 배관하고 몇 개의 흡착탑이 연속으로 연결된 하향식에서는 개개의 흡착탑 위치를 상호 교환 가능하도록 밸브 및 배관을 하고, 직렬로 연결된 경우에는 흐름방향이 바뀔 수 있도록 배관해야 한다.
마. 제어장치
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각각의 흡착탑은 유량 및 손실수두의 측정이 가능하도록 설계시 고려한다. |
【해설】
흡착탑에 하수를 균등하게 공급하고 실제 활성탄과의 접촉시간을 알기 위하여 각 흡착탑에 유량측정장치를 설치해야 한다. 또한 흡착탑에서 수두손실을 파악하여 역세척의 필요성을 판단할 수 있어야 한다.
바. 미생물에 의한 영향
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활성탄흡착시설의 설계시에는 미생물의 활동에 의한 영향을 고려한다. |
【해설】
활성탄을 흡착제로 사용하여 하수를 처리하는 경우 흡착현상과 미생물의 활동에는 밀접한 관계가 있다는 것이 관찰되었다. 미생물도 흡착능력이 있으며 하수내의 유기물을 제거할 수 있는 능력이 있다. 따라서 흡착탑 내의 활성탄층에 미생물이 번식하여 실험실 결과에 의해서 예측했던 값보다 유기물 흡착능력이 50～100% 더 클 수도 있다. 이런 경우 예측했던 흡착능력이 다 소모된 후에도 미생물의 활동 때문에 흡착은 계속 일어나게 된다. 흡착탑에서 용존산소공급이 불충분하면 혐기성상태가 발생할 수도 있다. 이러한 경우 질산염, 황산염, 탄수화물 등의 산화물과 미생물에 의하여 잘 분해되는 유기물이 함께 존재하면 이들 산화물과 유기물이 혐기성 미생물에 의하여 반응하여 질소, 황화수소, 메탄가스 등이 발생하게 된다. 황화수소의 발생은 혐기성 상태 하에서 황산염을 환원시키는 박테리아에 의해서 일어나는데, 흡착탑내에서 환원상태는 체류시간이 너무 길거나 유입하수의 용존산소농도가 너무 낮으면 발생할 수 있다. 흡착탑내에서 황화수소 발생을 방지하기 위하여 다음과 같은 방법을 채택할 수 있다.
사. 활성탄의 공급 및 제거
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활성탄 흡착탑을 설계할 때에는 흡착탑으로부터 활성탄제거, 흡착탑으로의 활성탄 공급에 필요한 시설을 고려한다. |
【해설】
활성탄 흡착탑에서 사용된 활성탄은 제거되어야 한다. 하향식흡착탑에서는 모든 활성탄을 한꺼번에 제거하고, 다시 재생된 활성탄 또는 새로운 활성탄을 채운다. 그러나 상향식유동상흡착탑에서는 재생시키기 전에 활성탄을 철저히 이용하기 위하여 전체의 5～25%만을 한번에 제거한다. 흡착탑에서 활성탄을 제거할 때 층이 수평이 되도록 일정하게 제거해야 하는데 〈그림 4.11〉과 같이 흡착탑의 밑부분을 원추형으로 하고 물분사 설비를 하면 이 목적을 달성할 수 있다. 이때 활성탄층을 지지하기 위한 자갈이 활성탄과 함께 제거되지 않도록 주의해야 한다.
아. 활성탄 재생설비
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다량의 활성탄을 사용하는 경우에는 활성탄 재생설비를 갖추도록 설계시 고려한다. |
【해설】
활성탄재생설비의 규모를 결정하기 위한 활성탄주입율은 흡착탑 유입하수의 수질과 요구되는 유출수의 수질에 따라 결정된다. 도시하수의 처리를 위한 활성탄주입양의 대표적인 값이 〈표 4.10〉에 주어져 있다.
· 피흡착제의 제거, 혹은 증발을 위해 낮은 압력의 증기통과
· 용매로 피흡착제 추출
· 열처리방법에 의한 재생
· 산화가스에 활성탄을 노출시키는 방법
· 활성탄 슬러리를 재생시설로 이송
· 흡착된 오염물을 산화, 휘발시키기 위해서 활성탄을 탈수 및 재생로로 이송
· 활성탄의 수냉각
· 미세입자 제거를 위한 수세척
· 재사용을 위한 활성탄 이동
· 연소가스 제거
1) 오존산화법의 적용범위
오존산화법의 효과는 다음과 같다.
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효과 |
·색도제거 ·악취제거 ·TOC, COD, 발포물질, 일부 n-핵산추출물의 제거 ·NO2-N, Fe2+, Mn2+의 산화 ·미생물 플록에 의한 탁도물질의 제거 ·세균제거 ·용존산소의 증대 ·고분자 유기화합물의 저분자화 |
【해설】
오존처리는 유기물, 색도, 악취의 제거 및 살균 등에 광범위한 효과가 있다. 오존의 살균력은 이산화염소나 염소에 비하여 수십 배 강하기 때문에 더 효과적이며 수중에 암모니아가 존재하는 경우 염소는 암모니아와 반응하여 클로라민을 생성하므로 살균효과를 저하시키지만 오존의 경우는 이와 같은 문제가 없다. 그러나 유기물의 제거에는 오존의 산화특성(무기물까지 산화하기는 힘들다)상 한계가 있으며 다량의 오존을 필요로 하므로 처리비용도 높아진다. 오존산화처리에 의한 용존성 유기물의 제거는 유입수의 특성, pH, 오존가스의 접촉방법, 오존농도, 접촉시간 등에 따라 달라진다. 일반적으로 접촉시간 10～30분 정도의 반응조가 이용되고 오존은 반응조의 하부에서 유입된다. 유입되는 오존농도는 10～30mg/l 정도이다.
2) 오존산화시설의 구성
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오존산화시설은 다음의 세 공정으로 나누어진다.
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【해설】
오존은 불안정한 물질이고 기체상태에서 공기-오존 혼합기체의 오존농도가 30%를 넘으면 폭발하기 쉬워 염소와 같이 액체상태 또는 고농도, 고압력상태로 저장하는 것이 불가능하다. 따라서 현장에서 제조하여 사용한다. 오존처리공정은 다음 〈그림 4.12〉와 같으며, 원료공기정제공정, 오존발생공정, 오존반응공정의 세 단계로 나누어진다.
(1)에 대해서
현재 주로 이용되는 오존발생방법은 유리 등의 유전체를 끼운 한 쌍의 전극간에 원료공기를 통과시켜 5～18kV의 전압을 가하는 무성방전법이다. 따라서 오존발생효율을 높이기 위해 오존발생기에 유입하는 공기는 무진의 건조공기이어야 한다. 원료공기는 필터에 의해 제진한 후에 제습효과를 높이기 위해 냉각장치에서 5℃ 정도까지 냉각한 다음에 제습용 흡착제를 충전한 제습장치에 의해 원료공기의 이슬점온도가 -50℃ 이하가 되도록 제습한다.
(2)에 대해서
오존발생방법은 여러 가지가 있으나 공업적으로 널리 실용화되어 있는 것은 무성방전법이다. 이 방법은 유리 혹은 세라믹과 같은 유전체를 끼워 넣은 전극간에 공기, 산소, 또는 산소농도를 높인 공기를 흘려보내면서 5～18kV의 교류고전압을 가하여 오존과 공기를 발생시키는 방법이다. 소비되는 전력의 상당 부분이 열로 전환되므로 발생장치를 냉각하기 위하여 열교환기가 필요하다. 오존발생장치는 에너지 효율이 나쁘고 공기를 원료로 할 경우 원료중 산소가 오존으로 전환되는 것은 1% 이하이다. 오존생성에 필요한 전력과 오존화 공기중의 오존농도와의 관계를 보면 과거에 비하여 오존생성에 필요한 전력이 줄어들고 있으며, 산소를 이용할 경우에는 공기를 이용하는 것보다 두 배 이상의 오존농도를 얻을 수 있다.
(3)에 대해서
오존화공기는 오존농도가 낮고 물에 대한 용해도도 작으므로 수중에 효율적으로 용해시켜 처리대상물질과 반응시킬 필요가 있다. 오존반응조는 각종 가스흡착탑 흡수용으로 이용되고 있는 장치를 이용할 수 있으나 오존함유기제를 하부에서 산기장치를 이용하여 수중으로 분산시키는 기포탑방식이 일반적으로 이용되고 있다. 하수성상에 따라 다르나 반응조 체류시간은 평균 10분～30분 정도이다. 배출오존은 순환시키고 일부는 무해처리하여 배출한다. 순환시킬 경우 먼저 유출측의 반응조에서 물과 접촉시켜 배출오존을 유입칙으로 재순환시키는 방식이 효율적이며 90% 정도의 흡수효율이 얻어진다. 단, 순환용 설비비, 운전동력비의 흡수효율개선에 의한 비용회수 가능성이 검토되어야 한다. 오존반응탑에서 배출되는 미반응의 오존은 광화학 스모그의 원인이 되므로 반드시 처리하여야만 한다. 이 처리방법으로는 활성탄접촉법이 널리 이용되고 있다. 활성탄에 의한 미반응 오존의 분해는 다음 식과 같이 활성탄과 오존의 직접반응과 활성탄표면에서의 촉매적 접촉분해가 병행되어 일어난다.
미반응 오존분해장치의 크기는 활성탄 단위중량당 오존의 분해량 4g 정도, 선속도 300 ～600m/h일 때 활성탄의 교환빈도를 고려하여 결정한다.
하수도정비의 진전으로 생활환경의 향상과 공공용수역에 수질개선 등의 성과를 달성할 수 있게 되었지만, 하수도정비에 따라 하수처리량이 증대하고 혹은 고도처리에 의해 수처리 과정에서 발생하는 슬러지량 또한 증가하고 있다. 슬러지는 하수처리과정에서 반드시 발생하는 것이므로 발생된 슬러지를 효율적, 안정적, 영구적으로 처리해야 한다.
일반적으로 슬러지 성상은 수분외에 자연석에 근접한 무기물조성과 비료가 될 수 있는 유기물로 구성되어 있으며, 유기물당 석탄과 비슷한 발열량을 내는 유용한 자원이다. 이와 같은 특성을 갖는 슬러지의 바람직한 처리형태는 녹지 및 농지이용, 건설자재 및 에너지이용 등으로 유효하게 이용될 수 있다.
또한, 사회경제활동의 고도화로 폐기물 발생량의 증대, 폐기물최종처분장의 신규입지 확보의 어려움 등으로 최종처분장의 잔여공간 부족 현상이 예상된다. 따라서 최종처분량을 줄이기 위해서는 하수슬러지의 효율적 처리 및 유효이용 등의 방법으로 감량화를 추진할 필요가 있다.
향후에는 온실가스인 이산화탄소, 메탄, 일산화이질소 및 다이옥신류 등의 배출억제에 한층 더 총력을 기울여야 하며, 소화가스발전 및 슬러지소각열의 유효이용에 의한 자원순환형 사회형성을 위하여 하수처리의 에너지 절약화 및 하수도의 자원 에너지화에 적극적인 활용과 노력이 필요하다.
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슬러지처리시설 용량은 계획발생슬러지량을 기초로 하여 각 슬러지처리시설로부터 반송되어 순환하는 고형물량을 고려한 시설계획슬러지량 및 운전방법을 감안하여 산정한다. |
【해설】
하수처리과정에서는 수중 부유물이 물로부터 분리되어 별도로 처리 및 처분되는데 이것이 슬러지(sludge)이다. 슬러지는 수중의 부유물이 중력작용에 의하여 침전지의 바닥에 침전한 고형물로서 고형물의 양에 비하여 훨씬 많은 양의 수분을 함유한다. 이와는 반대로 부력에 의해서 침전지의 표면에 뜬 것을 스컴(scum)이라고 하고, 스크린에 걸린 큰 부유물을 협잡물(screenings)이라고 하는데 이들도 통상 슬러지와 함께 처리되므로 광의적으로 슬러지에 포함시킨다. 하수처리과정에서 발생한 슬러지는 유기물을 다량 포함하므로 그대로 방치하면 부패하여 악취를 유발한다. 또한, 위생 및 환경오염의 관점에서 위해성을 잠재하고 있으므로 슬러지의 부피를 감소시키고 안정화시킨 후에 최종처분하여야 한다.
슬러지처리시설의 처리용량은 수처리시설, 고도처리시설 및 우수저류지 등에서 발생하는 계획발생슬러지에 각 슬러지처리시설로부터의 반송 및 처리과정에서 발생하는 증감량을 고려하여 정한다.
계획발생슬러지량은 〈표 5.1.1〉에 나타낸 바와 같이 수처리 방식에 따라 다르다. 또한, 표준활성슬러지법과 비교해 볼 때 응집제첨가활성슬러지법은 약 2배 정도 슬러지발생량이 증가하고, 혐기호기활성슬러지법은 표준활성슬러지법과 비슷한 정도로 슬러지가 발생하며 순환식질산화·탈질산화법보다는 약 2% 정도 슬러지발생량이 감소한다는 사례가 있다.
활성슬러지법에 있어서 계획발생슬러지량은
이와 같은 1)～3)의 값은 하수의 특성, 수처리방식, 수처리 및 슬러지처리에 첨가하는 약제 등에 의해 달라진다.
활성슬러지법에 있어 잉여슬러지 발생량(ΔX) 예측식으로는 식(5.1.1)이 있다.
식(5.1.1)은 생물반응조의 SS가 그대로 슬러지가 되고, 여기에 용해성 BOD로부터 전환된 슬러지가 첨가된 것에서 활성슬러지 미생물의 내생호흡에 의한 슬러지감량분 및 방류수중의 SS를 배제한 것이다.
그러나, 실용적으로는 수처리시설 전체에서의 슬러지발생량은 SS제거량을 기준으로 한 식(5.1.2)로 계산해도 된다.
식(5.1.2)에서 제거SS량당 슬러지발생률은 수처리방식에 따라 다르고, 표준활성슬러지법의 경우 1.0으로 하고, 장기포기법이나 산화구법 등은 1.0보다 작은 값을 이용한다(표 5.1.1 참조). 수처리시설에서 총SS제거량은 〈표 5.1.2〉와 같다.
또한 용해성 BOD가 일반적인 하수와 비교할 때 높은 경우나 급속여과법등의 고도처리 및 우수저류지등에서 제거되는 슬러지량은 별도로 고려한다. 그리고, 습윤상태의 계획발생슬러지는 다음 식(5.1.3)으로 구한다.
슬러지농도는 〈표 5.1.3〉과 같으며, 일반적인 습윤상태의 슬러지 비중은 1.0t/㎥로 한다.
슬러지 처리시설에서 하수처리시설로 반송되는 상징수, 탈리액, 여액 등에 의한 SS부하량은 슬러지 처리방식이나 운전상황에 따라 유입하수에 수반되는 SS의 부하량에 대하여 100% 이상 해당하는 경우도 있으나, 양호한 슬러지처리가 되면 20～40% 정도에 해당한다. 또한 BOD부하량도 20% 이하로 된다.
각 슬러지 처리시설의 용량 산정시에는 각 시설에서의 반송부하나 가스화 등에 의한 감소, 약품첨가 등에 의한 증가를 고려한 슬러지 처리시설 전체의 고형물 물질수지를 기초로 슬러지의 함수율, 체류시간, 운전시간 등을 고려해야 하며 반송되는 고형물량은 최소한의 양을 계획슬러지량에 고려하도록 한다. 특히 슬러지 탈수설비는 처리장내에 반송되는 슬러지의 양이 증가되지 않도록 하기 위한 중요한 시설이므로 탈수성능 설정시에는 슬러지의 함수율이나 질의 변동을 고려하여 결정해야 한다.
실태조사에 따른 고형물수지의 예는 〈그림 5.1.1〉과 같다. 여기에서 a는 직접탈수소각방식(농축-원심탈수-유동소각)의 경우이고, b는 소화탈수방식(농축-소화-벨트프레스탈수)의 경우를 나타낸다.
유입하수에 의한 부하를 100으로 하고, a에서는 반류수에 의한 부하 22.1과 합한 부하 122.1가 수처리시설로 부하된다. 이중 처리수로서 방류되는 부하 10을 뺀 부하 112.1가 슬러지처리장치에 부하된다. 슬러지는 농축, 감량화 되어 이 분리액의 부하 11.2가 수처리시설로 반송되어, 탈수기로는 100.9이 부하된다.
슬러지 탈수를 거치면 96.6가 소각처리되고 처리과정중에 발생되는 여액에 의한 부하 5.1가 수처리시설로 반송된다.
슬러지소각에따라 부하 67.6이 연소가스화되어 감소되고, 부하 23.2가 시설 밖으로 방출되고, 스크러버 배수에 의해 부하 5.8이 수처리시설로 반송된다.
동일하게 b의 경우는 슬러지처리시설로 116.4의 부하가 걸리게 되고, 이중 38.3에 해당하는 부하가 가스화되어 감소된다.
슬러지 처리시설의 고형물 물질수지를 구하기 위해서는 각 처리과정의 고형물 회수율을 알아야 하는데, 이것은 전후의 처리과정이나 슬러지 성상에 따라 변동된다. 〈표 5.1.4〉에는 양호한 처리가 이루어진 경우의 처리공정별 고형물 회수율의 예를 나타내고 있다.
[계산 예] 각 시설의 계획슬러지량의 산정
유입고형물량을 100으로 가정하고, 계획발생슬러지량 D를 90으로 한 경우 각 시설의 고형물회수율을 〈표 5.1.4〉으로 부터 다음과 같다고 하면(〈그림 5.1.1〉 참조),
이상으로부터 〈그림 5.1.1〉 a의 경우 각 시설의 계획 슬러지량 X1～X4는 다음과 같이 구해진다.
슬러지처리계로부터 반송수의 고형물함량을 R로 하고, 그 전량이 다시 슬러지처리계로 들어간다고 할 때,
또한 〈그림 5.1.1〉 b의 경우 각시설의 계획슬러지량 X1～X4은 다음과 같이 된다. 〈그림 5.1.3〉 a와 같이 슬러지처리계로부터의 반송수중의 고형물량을 R이라 하고 그 전량이 다시 슬러지처리계로 들어간다고 할 때,
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슬러지의 처리 및 처분 방법은 슬러지의 특성, 처리효율, 처리시설의 규모, 최종처분방법, 입지조건, 건설비, 유지관리비, 관리의 난이도, 그리고 환경오염대책 등을 종합적으로 검토하고 평가하여 결정한다. |
【해설】
슬러지의 처리방법에는 농축, 개량, 소화, 탈수, 소각 등 여러 가지가 있으며 이들 방법은 통상 〈그림 5.1.2〉에 주어진 바와 같은 계통을 따른다.
그러나, 반드시 〈그림 5.1.2〉에 주어진 순서를 지킬 필요는 없으며 〈그림 5.1.3〉에 주어진 바와 같이 요구되는 방법을 선택조합하여 사용할 수 있다. 슬러지 처리시설의 건설비 및 유지관리비는 매우 높으므로 소화가스를 이용하거나 슬러지 소각에서 생기는 재를 슬러지 개량시 응집제로 재사용하는 등의 방법을 최대한 고려하여 경비를 절감하도록 노력하여야 한다.
슬러지의 최종처리·처분방법에는 〈그림 5.1.3〉과 같은 여러 방법이 있으며 현재 우리나라에서는 주로 ②번과 같은 농축→소화→탈수→육상매립의 형태를 취하고 있다. 그러나 앞으로는 슬러지의 VS함량, 매립지의 확보 가능여부 등을 충분히 고려하여 슬러지의 재사용(퇴비화 등), 건조, 소각을 이용한 경제적인 최종처리·처분이 이루어져야 할 것이다. 각 방법별 특징을 설명하면 다음과 같다.
①의 방법은 슬러지를 함수율만 낮추어서 최종 처분하는 것으로, 슬러지내의 유기물이 안정화되어 있지 않으며 위생적으로도 안전하지 못하나 소규모시설에 이용가능하다. 원심농축탈수기를 이용하여 별도의 농축공정없이 직접 탈수하기도 한다.
②의 방법은 슬러지를 소화시킨 후 탈수·건조시켜 최종 처분하는 것으로 유기물을 안정화시키고 슬러지 부피도 감소시킬 수 있다. 보통 슬러지의 건조를 위해서는 건조기나 건조상을 이용하여야 하지만 경제성 또는 부지확보의 어려움 때문에 잘 적용하지 않는다.
③의 방법은 탈수케잌을 퇴비로 사용하는 것으로 탈수케잌은 함수율이 높아 퇴비화가 곤란하므로 수분함량을 조정하여야 한다. 슬러지를 녹지에 투여하는 경우에는 슬러지의 직접 주입이 고려되는 경우도 있다.
④의 방법은 탈수 후 소각하는 방법으로 도시지역 등과 같이 매립지 확보가 어렵거나 매립처리가 어려운 경우에 검토할 필요가 있다. 슬러지를 소각하는 경우에 혐기성 소화의 채택 여부는 슬러지 소화시 슬러지의 감량화로 인한 후속 처리시설규모의 축소, 소화가스의 이용, 슬러지의 저류효과 등의 장점과 수처리시설에 미치는 상징수의 영향, 슬러지 발열량의 저하, 가온의 필요성, 부지면적, 시설의 복잡정도 등의 단점을 종합적으로 판단해서 결정한다.
⑤의 방법은 열처리에 의해 탈수성을 향상시키는 것으로, 가열에너지가 필요하므로 슬러지 소각시 발생하는 폐열 이용을 전제로 하며 탈리액은 BOD가 높고 슬러지에서는 독특한 악취가 난다. 또한, 유지관리가 어려운 단점이 있다.
슬러지의 각 단위공정에 의한 슬러지 부피의 감량화 계산 예를 〈표 5.1.5〉에 나타내었다. 슬러지의 농축, 소화, 개량, 탈수 및 소각 등의 처리방법에 관해서는 5.4～5.9를 참조하면 된다. 슬러지의 최종처분방법으로는 해양투기, 매립, 퇴비화, 소각재의 이용 등의 방법이 있으며 이에 관해서는 5.12～5.13을 참조하면 된다.
이상의 설명과 같이 하수슬러지의 처리 및 처분에는 여러 가지 방법이 있으나 궁극적으로는 최종 부산물의 자원화를 목표로 감량화가 이루어져야 한다. 슬러지 부산물의 자원화 방법으로는 건설자재로의 이용과 녹·농지 이용 등을 들 수 있는데 제품의 안전성과 유통과정에 대한 충분한 검토가 있어야 한다.
효과적인 감량화 방법으로는 소각을 고려할 수 있는데 이 경우 환경오염 방지시설이 필요하다. 또 슬러지 반출 및 작업환경 등의 공해대책을 고려하여 설계 및 시공되어야 한다.
효과적인 슬러지 처리·처분을 위하여 슬러지 광역처리도 고려할 필요가 있다. 슬러지의 광역처리란 여러 개의 중·소규모 하수처리장에서 발생하는 슬러지를 수송관이나 운반차량에 의해 한 곳의 처리장에 모아 처리하는 방법으로 그 개념을 〈그림 5.1.4〉에 나타내었다. 슬러지 광역처리의 장점으로는 광역화로 처리의 경제성이 높아지며 악취 등의 환경문제를 최소화시킬 수 있고, 슬러지의 자원화를 추진하기 유리하다는 점을 들 수 있다. 슬러지 광역처리를 실시할 때의 대표적인 수송방법으로는 탈수슬러지의 운반, 액상 슬러지의 운반, 수송관에 의한 수송을 고려할 수 있다. 탈수슬러지는 양이 적으므로 다량의 슬러지가 발생하는 경우에 적합하며, 액상슬러지 운반은 비교적 소규모 처리장에서 발생되는 슬러지에 적합하다. 수송관에 의한 장거리 수송은 발생량이 많을 때 장기적인 관점에서 유리하며 수송 슬러지 농도는 1% 내외가 적당한 것으로 알려져 있다. 이는 슬러지의 농도가 증가하면 마찰손실이 급격히 증가되기 때문이다.
하수처리에 따라 발생하는 슬러지, 관로 시설로부터 제거된 토사, 침전지로부터 제거된 침사 등 발생 슬러지량은 하수도 정비의 확대 및 생활수준의 향상에 따라 급격하게 증가하고 있다. 이들 슬러지의 대부분은 매립처리 되었으나 도시화의 진전에 따라서 매립지 확보는 더욱 곤란해지고 있으며, 그 비용도 증가하여 한시적인 방법에 불과한 실정이다.
이와 같은 문제에 대응하기 위해서는 최종 처분량을 감소시키는 것이 가장 중요하며, 소각·용융 등의 감량화 시설을 이용하거나, 하수슬러지의 녹지·농지 이용, 건설 자재로서의 이용 등을 적극적으로 추진해야 할 필요가 있다. 특히, 향후 자원 및 에너지 절약의 관점에 있어서 슬러지의 녹지·농지 이용, 건설 자재 이용 또는 에너지 이용 등은 적극적으로 추진할 필요가 있다. 슬러지 자원화에 관한 자세한 사항은 5.12에 나타나 있다.
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슬러지처리의 각 처리공정에서 발생하는 반류수는 일반적으로 수처리시설로 보내어 처리하든지 필요에 따라 반류수 단독처리를 한다. |
슬러지의 각 처리공정에서 생성된 농축분리액, 소화탈리액, 탈수여액 등을 총칭하여 반류수라고 한다. 일반적으로 수처리시설로 보내어져 처리한다. 각 처리과정에서 발생하는 반류수에 대하여 주의해야 할 수질항목은 다음과 같다.
개개의 처리장으로부터 발생하는 슬러지만을 처리하는 경우에는 슬러지처리로부터 발생하는 반류수의 부하를 고려한 수처리시설을 설계하기 위해 일반적으로 반류수가 수처리시설에 악영향을 주지 않는다. 그러나, 반류수의 수량 및 수질이 시간적변동이 큰 경우는 반류수저류조를 설치하여 반류수를 저류시켜 일정량의 반류수가 처리시설로 유입되도록 할 필요가 있다. 반류수는 침사지 혹은 일차침전지의 유입부로 반송하는데, 침사지로 반송하는 경우에 반류수를 포함하지 않는 유입하수를 채수할 수 있게 배려해야 한다.
또한, 수처리시설과 슬러지처리시설과의 시설간을 순환하는 반류부하를 감소시키는 방법으로는 반류수를 단독으로 처리하는 방법이 있다. 다른 처리장으로부터 슬러지를 받는 경우 혐기성처리를 하는 경우는 반류수의 BOD, SS, COD, 질소 및 인의 부하량이 높아지므로 단독으로 반류수를 처리하든지 적절한 전처리를 하여 수처리시설로 반송하는 방법도 있다. 특히 모아진 슬러지만을 처리하는 처리장은 상세한 검토가 필요하다.
반류수를 단독처리하는 경우 처리수질을 유입수정까지 처리한 2차처리시설로 반송시키는 방법과 직접방류가 가능한 정도까지 처리하는 방법이 있으나, 처리비용등의 경제성 및 처리수질의 안정성 등의 종합적인 판단을 하여 결정할 필요가 있다.
슬러지의 수송방식으로는 일반적으로 슬러지관에 의한 관로수송방식과 진공차나 트럭에 의한 차량수송방식이 있다. 슬러지를 액상으로 수송할 때는 관로수송이나 진공차를 이용하고, 탈수슬러지 등의 고체슬러지로 수송할 때는 트럭을 이용한다. 관로수송방식은 슬러지의 대량 수송이 가능하지만 시설의 건설, 유지관리가 필요하다. 차량수송방식은 액상의 슬러지의 대량 수송은 부적합하지만 개별처리장에 있어 특별한 시설이 불필요한 소규모하수도에 적합하다.
관로수송방식으로 액상슬러지를 수송할 때는 시설간의 연계가 원활하게 하기 위해 중계기능을 하는 슬러지펌프나 슬러지저장조가 필요하다.
관로 수송방식에 의한 슬러지 수송은 수처리시설과 슬러지처리시설이 같은 장소에 계획되어 있는 경우 비교적 단거리에 있으나, 경우에 따라서 멀리 떨어져 있는 곳으로 이동시켜 집약하여 처리할 때는 가능하면 신선한 슬러지를 빠른 시간에 보내야 한다.
하수처리장에서는 침전지나 슬러지농축조로부터 슬러지 소화조로, 2차침전지에서 포기조로 또는 슬러지 소화조에서 슬러지 저류조나 탈수시설로 슬러지를 수송해야 한다. 이때 사용되는 펌프를 선택할 때에는 1차슬러지, 반송슬러지, 잉여슬러지 및 소화슬러지 등과 같은 슬러지의 종류, 점성, 유속, 농도 및 수두 등을 고려하여야 한다.
이상의 여러 가지 요소를 모두 만족시키는 펌프는 거의 없으므로 실제 하수처리장에서는 한 종류의 펌프만을 사용할 수 없는 경우가 대부분이다.
슬러지 수송관이 단거리인 경우는 1계열로 설치하는 경우가 많다. 그러나 각 시설을 하수도 보급에 맞추어 단계적으로 건설하는 경우는 유지관리상 수송관을 2계열로 분리하여 설치하는 것이 편리할 때도 있다. 수송관이 장거리인 경우는 관로의 도중에 예기치 못했던 사고가 일어날 위험성이 있으므로 2계열로 하는 것이 바람직하다. 2계열로 하는 경우는 각각 별도 노선으로 하여 필요에 따라 연결관을 설치하면 안전성이 높고 유지관리상 어느 한 계열이 사고로 슬러지를 수송할 수 없는 경우라도 지장을 받지 않게 된다. 수송관을 1계열로 하는 경우는 슬러지 저류조를 설치하여 만약의 사고에 대비할 필요가 있다. 또한, 소규모시설에서의 슬러지 수송은 슬러지 발생량 및 수송거리를 고려하여 수송관이나 탱크수송차량을 이용한다. 특히, 수송관을 이용할 경우에는 최소관경 및 최소유속 등을 충분히 고려해서 정한다. 〈표 5.2.1〉에는 슬러지의 장거리 수송 예가 나타나 있다. 소규모시설의 슬러지를 공동처리하기 위한 수송체계로는 차량에 의한 방법이 유리한 경우가 많다. 슬러지는 하수에 비하여 많은 양의 고형물을 함유하며 점성이 높고 부패하기 쉬우므로 슬러지 수송관 및 펌프의 설계시에는 특별한 주의를 하여야 한다.
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슬러지 수송관 설계시에는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지는 펌프로 압송하므로 내압 및 외압에 안전하고 수밀성, 안전성 및 경제성을 고려하여 관을 선택한다. 관의 재질은 일반적으로 관내부의 마찰손실을 감소시키기 위하여 에폭시수지 분체 도장 혹은 모르터 라이닝(mortar lining)한 주철관을 주로 이용하지만, 시공장소의 조건에 따라 스테인리스(stainless)강관을 사용하는 경우도 있으며 이때는 향후 교체나 보수를 위한 대책을 강구해 두는 것이 중요하다.
최근에는 황화수소로 인한 부식방지대책으로 폴리에틸렌 혹은 FRP관 등의 수지관을 이용하는 경우도 있다. 슬러지관이 교량을 따라 설치되는 경우 강관을 사용할 때에는 관의 부식방지에 유의하여야 한다.
(2)에 대하여
슬러지관의 관내유속 및 관경은 계획슬러지량, 수송시간, 슬러지농도 등을 고려하여 결정하는데, 관내유속은 고형물의 침적에 의한 막힘을 피하기 위해 1.0～1.5m/s를 표준으로 한다. 장거리 수송시에는 관내 마찰손실을 감소시키기 위하여 유속을 1m/s 전후로 하면 좋다.
관경은 관이 막히는 경우가 없도록 150mm 이상인 것으로 한다. 또한 장거리 수송의 경우 슬러지농도는 수송거리, 수송시간, 슬러지량, 경제성, 슬러지관의 설치상황, 유지관리성, 처리공정 등을 고려하여 판단할 때 일반적으로 1.0%로 하는 경우가 일반적이다. 슬러지 수송량 결정에는 슬러지농도의 변동, 고장에 따른 슬러지 수송의 중단을 고려하여 1일 운전시간에는 어느 정도 여유를 주어 정하는 것이 좋다.
고형물농도가 약 2% 이하이며, 유속이 1m/s 이상이면 슬러지 수송은 난류가 되므로 수송 슬러지의 손실수두를 계산하는 방법으로 하젠·월리암스(Hazen-Williams)공식을 수정하여 사용하는 방법이 있다.
슬러지의 고형물농도가 4～6%이면 유속계수 C값이 깨끗한 물의 60～80%가 되도록 하고 슬러지의 고형물농도가 8～10%이면 C값이 깨끗한 물의 25～40%가 되도록 한다. 잘 설계된 슬러지관은 8～12%의 고형물을 함유하는 슬러지도 수송이 가능하다.
슬러지의 수리학적 특성은 슬러지의 종류에 따라 크게 다르므로 슬러지의 종류별로 유속, 마찰손실 등을 고려하여야 한다.
슬러지의 함수율을 감소시키면 수송상 어려운 점이 생길 수 있다. 예를 들어 고형물농도가 8～10%로 농축된 슬러지를 관경 100mm 및 150mm의 강관을 사용하여 수송하는 경우에는 깨끗한 물에 비하여 6～8배의 손실수두가 발생한다고 한다. 소화슬러지를 펌프로 수송할 경우의 임계유속(critical velocity)은 〈표 5.2.2〉와 같으며 150mm 관내에서 유속에 따른 속도수두는 〈그림 5.2.1〉과 같다.
활성슬러지 및 활성슬러지와 1차슬러지의 혼합슬러지 고형물 농도는 각각 2.5～6% 및 4～10%로 높으며, 그에 따라 점성이 증가하므로 수송시 손실수두도 증가한다. 20% 농도의 활성슬러지도 양수가 가능하지만 보통 농도가 4% 이상이면 양수하기가 어렵다고 알려져 있다. 부상법에 의하여 농축된 활성슬러지는 내부에 공기방울을 많이 함유할 수 있으므로 원심력펌프에서 에어 바인딩(air-binding)을 일으킬 수 있다.
슬러지 케잌의 수리학적 특성에 관하여는 잘 알려져 있지 않다. 슬러지 케잌은 펌프를 이용하여 수송할 수 있는 경우가 많으며 이때 손실수두는 매우 크다. 예를 들어 28%의 고형물을 함유하는 슬러지 케잌을 건조무게 0.23kg/s의 속도로 76mm관을 사용하여 양수시킨 결과 손실수두는 〈표 5.2.3〉과 같다. 양수시 손실수두와 양수량은 슬러지 케잌의 점성에 의하여 크게 영향을 받는데 대부분의 슬러지 케잌은 10,000～30,000CP(centipoise)의 점도를 갖는다. 〈그림 5.2.2〉는 점도가 펌프의 양수량에 미치는 영향을 나타낸다.
관내에서 슬러지 케잌의 유속은 0.06m/s를 초과해서는 안 되며, 관경은 150mm 이상이 요구된다. 관내에서의 손실수두는 유속보다 관경의 변화에 의하여 더 크게 영향을 받는다. 1차 및 활성슬러지의 혼합물을 탈수시킨 다음 0.06m/s의 속도로 150mm관을 사용하여 수송하는 경우의 손실수두는 대략 〈표 5.2.4〉와 같다. 다른 관경에서의 손실수두는 대략적으로 식(5.2.1)을 사용하여 추정할 수 있다.
수송되는 물질이 유사소성(pseudo-plastic)인 경우 n값은 0이 되며, 손실수두는 관경만의 함수가 된다.
슬러지를 130～210℃로 가열하면 양수특성이 완전히 변한다. 즉 열처리에 의하여 슬러지내에 결합된 물은 모두 파괴되므로 유동성이 250～400% 증가한다. 그러나 열처리된 슬러지를 농축시키면 손실수두가 〈그림 5.2.1〉에 보인 함수율 90%인 슬러지의 손실수두보다 100% 더 크게 된다.
(3)에 대하여
슬러지 수송을 간헐적으로 하는 경우는 수처리수 등으로 슬러지수송관을 세정할 수 있도록 하고, 간헐적이지만 자주 운전하는 경우는 슬러지와 처리수를 혼합하여 연속운전 하여 슬러지 침전을 방지하는 방법도 있지만, 슬러지 침전이나 수송관의 막힘 등의 문제점 발생 방지를 고려하여 관내에 세정장치를 설치하는 것이 바람직하다.
(4)의 ①에 대하여
수송관을 동수경사선 이상으로 포설하면 그 부분은 가스에 의해서 막히게 되어 슬러지의 흐름이 방해를 받게 되므로 슬러지관은 동수경사선 이하로 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 장거리 수송의 경우 관의 튀어 나온 부분에 가스가 모이게 되면 슬러지의 흐름이 방해를 받게 되므로 그 부분에 공기밸브를 설치해야 한다.
(4)의 ②에 대하여
펌프주변이나 펌프장 내에 곡관을 사용하는 빈도가 높아지는데 급격한 곡관은 피한다.
(4)의 ③에 대하여
내압에 의해 슬러지가 새어 나올 염려가 있는 곳은 콘크리트 블록 등으로 방호한다.
(5)에 대하여
슬러지 구성물 중 비중이 큰 침전물이 오목한 부분에 침전하여 관을 폐쇄시키게 되면 슬러지 수송이 곤란하게 되므로 이 부분에 배수관을 설치할 필요가 있다. 물론 공기밸브의 전후, 배수관의 전후 및 교량 시공장소의 전후 등에는 제수밸브를 설치하여 만약의 경우 슬러지의 흐름을 중단시킬 수 있도록 준비해야 한다. 관로의 길이가 긴 경우에도 중간에 일정한 간격을 두고 공기밸브와 배수관을 설치하는 것이 좋다(〈그림 5.2.3〉 참조).
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슬러지 펌프는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
하수처리장에서 발생하는 슬러지의 양과 특성은 각각의 성상에 따라 다르다. 특히 1차슬러지는 함수율이 94～98%로서 모래 및 작은 걸레조각 등 각종 협잡물이 함유되어 있으므로 수송 전에 미리 제거하는 것이 좋으며, 펌프도 이들 협잡물에 의하여 막히지 않아야 한다. 활성슬러지법의 반송슬러지는 함수율이 99% 정도이며 활성슬러지 플럭이 파괴되지 않도록 회전속도가 낮은 펌프를 선정하여야 한다. 농축된 슬러지나 세정된 슬러지를 일정한 율로 수송하는 경우에는 플랜저펌프를 이용하는 것이 좋다.
(1)에 대하여
슬러지에 포함된 큰 협잡물은 펌프를 폐쇄시킬 위험성이 있으므로 특수한 임펠러를 가진 원심펌프를 사용하는 것이 좋으며, 임펠러 날개의 수는 2～4개인 것이 좋다.
(2)에 대하여
펌프의 임펠러는 슬러지에 포함된 모래와 같은 경질의 물질에 의하여 마모되기 쉬우므로 경도가 높은 내마모성의 재료로 제작한다. 펌프의 축베어링과 같이 청동 등의 연질재료를 사용하는 곳에는 일반적으로 펌프의 양정보다 더 높은 압력수를 주입하여 그 부분으로 슬러지가 침투하지 않도록 하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
펌프보호장치나 토출관에는 청소구를 설치하여 이물질이 걸린 경우에 청소가 가능한 구조로 한다. 또한 슬러지 펌프는 청소나 수리를 위하여 분해할 필요가 있으므로 분해와 조립이 용이한 구조로 한다.
(4)에 대하여
슬러지 수송을 위한 펌프의 설치대수는 계획슬러지량에 의하여 결정되며, 펌프의 유지관리상 가능한 한 적은 수로 설치하는 것이 좋으나, 펌프의 고장에 대비하기 위하여 2대 이상 설치하는 것이 바람직하다.
슬러지 수송을 위한 펌프의 예비능력은 펌프의 목적, 처리장의 규모, 사용기간, 수리에 요구되는 시간 및 펌프배열 등 여러 가지 요소에 의하여 결정된다. 1차슬러지 및 잉여슬러지의 양수는 각각 다른 두 대의 펌프를 사용하거나 이중목적을 위한 펌프를 설치함으로써 예비펌프가 제공되는 셈이다. 스컴의 양수는 1차슬러지 펌프에 의해서 예비능력이 제공된다. 반면 슬러지 소화조의 스컴조절용 펌프는 며칠간 작동되지 않더라도 슬러지 소화조의 운영이 크게 지장을 받지 않고 조가 크기 때문에 반드시 이중으로 할 필요는 없다.
용도별로 한 대씩의 펌프를 설치하는 경우에는 용량이 크고 가능한 한 현장에서 신속한 수리가 가능하며, 부속품을 쉽게 구할 수 있는 펌프를 채택하는 것이 좋다. 따라서 설계자는 최초의 펌프공급시 필요한 양의 부속품도 공급이 되도록 고려해야 할 것이다. 슬러지의 반송이 제대로 실시되지 않으면 유출수의 수질이 곧 나빠지기 쉬우므로 반송슬러지의 예비펌프는 반드시 준비되어야 한다.
(5)에 대하여
슬러지에 모래나 걸레조각 등의 각종 협잡물이 함유되면 슬러지 양수시 이들의 흡입이 어려우므로 펌프를 수면 이하로 설치하여 공동현상이 생기지 않도록 하는 것이 좋다. 만약 양압력식인 경우에는 펌프가 협잡물에 의하여 폐쇄되지 않도록 특수 임펠러가 있는 펌프가 좋으며 흡입고는 2.5m 이하로 되는 것이 좋다.
(6)에 대하여
펌프의 급시동 등 혹은 운전 중 펌프가 정전 등으로 급정지 될 경우 펌프 토출 부위의 관로상황에 의해 수격작용(water hammer)이 발생하므로 이것을 방지하기 위한 필요장비를 설치한다.
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슬러지 펌프는 슬러지의 종류와 특성에 따라서 선정한다. |
【해설】
슬러지는 특성에 따라서 점성이 높은 슬러지, 점성이 낮은 슬러지, 스컴과 협잡물 및 슬러지 케잌의 네가지 경우로 나눌 수 있다.
슬러지 펌프의 선정기준은 펌프에 의한 슬러지의 수송가능 여부이다. 만약 슬러지가 흐를 수 없으면 정량펌프를 사용해야 하며, 슬러지가 흐를 수 있으면 원심펌프가 이용할 수 있다. 그러나 이 경우에도 원심펌프의 경제성은 슬러지의 농도 및 점성에 의하여 결정된다. 즉, 슬러지 농도가 너무 높으면 원심펌프를 통한 손실수두가 크기 때문에 다른 방법으로 슬러지를 수송하는 것이 더 경제적일 수도 있다.
하수처리장에서는 활성슬러지의 반송 및 처분, 1차슬러지의 수송, 농축슬러지의 수송, 소화슬러지의 수송, 슬러지 케잌의 수송 및 소각재 슬러리의 수송 등 여러 가지 경우를 위하여 펌프가 필요하다. 펌프는 경제적이고 유지관리가 쉬우며 문제점 발생이 적은 것이 효율이 높은 것보다 더 중요하다. 이는 비록 효율이 높다고 하더라도 잘 막히거나 마모가 잘되면 비용이 더 많이 들 수도 있기 때문이다.
펌프의 최종선정은 지정된 용도, 처리장의 규모, 운영방법 및 유지관리의 용이성 등에 따라 설계자가 결정한다. 〈표 5.2.5〉는 일반적인 펌프의 요구사항을 나타내고 있는 바 실제 요구사항은 처리장의 하수 특성에 따라 변할 수 있다.
잉여슬러지는 1차슬러지에 비하여 균질성이 높으며, 잉여슬러지의 점도는 SVI에 의하여 크게 영향을 받는다. 점도가 낮은 슬러지의 총고형물농도는 〈표 5.2.6〉과 같다.
하수를 고도처리하면 화학적 슬러지나 화학적 슬러지와 하수슬러지의 혼합물을 취급해야 할 경우가 더 많아진다. 이 경우 각 구성 슬러지의 특성을 파악하면 적합한 펌프를 선정하는 데 도움이 된다.
일반적으로 점도가 낮은 슬러지를 위하여 가장 경제적인 펌프는 원심펌프이다. 원심펌프는 농축되지 않은 1차슬러지, 잉여슬러지, 화학적 슬러지 및 소각재슬러리를 수송하기 위하여 사용될 수 있다. 에어리프트펌프(air-lift pump)와 스크루펌프(screw-lift pump)도 점도가 낮은 슬러지의 수송을 위해서 이용되는 수가 있으나 일반적으로 원심펌프가 다음과 같은 이유 때문에 널리 사용된다.
농축된 잉여슬러지, 1차슬러지와 잉여슬러지의 혼합물이나 소화슬러지 등은 점도가 높기 때문에 별도의 펌프가 필요하다. 흡입양정이 높지 않으면 슬러지가 펌프로 흘러 들어오지 않기 때문에 점도가 높은 슬러지를 위한 펌프는 모두 흡입양정이 높다는 특성이 있다. 정량펌프(positive displacement pump)를 사용하면 슬러지의 유량을 조절할 수도 있고 효과적으로 유량을 측정할 수도 있다. 슬러지의 농도가 변할 때 원심펌프와 달리 정량펌프의 수리학적 특성은 유량이 펌프속도의 함수로 나타난다는 것이다. 점도가 높은 슬러지의 고형물농도는 〈표 5.2.7〉과 같다. 경우에 따라 고분자응집제를 첨가함으로써 슬러지의 흐름 상태를 향상시킬 수도 있다.
점도가 높은 슬러지의 수송을 위하여 정량펌프를 이용하며 그 이유는 다음과 같다.
1차침전지에서 제거되는 스컴의 양수는 1차슬러지의 양수와 밀접한 관계가 있으며 때로는 1차슬러지 펌프가 스컴양수의 용도로 설계될 수도 있다. 스컴은 1차슬러지의 특성과 비슷하며 고형물농도가 상당히 높다.
원심펌프로 스컴의 양수가 어려울 때는 스컴을 휘저어서 혼합시키거나 표면에 물을 뿌려서 양수가 쉽도록 만들어야 한다. 스컴은 막대기나 큰 부유물질을 함유할 수도 있으므로 펌프의 틈이 넓어야 할 필요성이 있다.
슬러지 소화조내의 스컴조절은 별도의 문제이다. 즉, 소화조에는 수면의 스컴을 슬러지와 함께 제거하여 재순환시킬 필요성이 있다. 이 때 관마찰, 유입구와 유출구의 손실수두 등의 합계가 2.4～3.6m를 넘지 않으면 큰 원심펌프를 사용할 수 있다.
협잡물의 최대 크기가 펌프의 틈에 의하여 제약을 받는 경우에는 오목한 임펠러펌프나 회전캠펌프가 이용될 수 있다. 협잡물을 별도로 취급하지 않는 경우에는 분쇄기로 분쇄한 다음 수처리계통으로 되돌려 보내 1차침전지에서 침전하게 하여 1차슬러지로 제거하게 한다. 이렇게 하면 협잡물을 별도로 취급하는데서 생기는 문제점을 제거할 수 있다. 협잡물을 용이하게 양수하거나 분쇄하기 위해서는 부유물의 농도가 2% 이하가 되도록 충분한 양의 물을 첨가해야 한다.
최근에 개발된 펌프 중에는 슬러지 케잌을 단거리 수송할 수 있게 설계된 것들이 있다. 이들 펌프는 펌프에 케잌을 주입시키기 위하여 일체나선력을 이용하는 변형된 프로그레싱케비티펌프(progressing cavity pump)로서 농도가 높은 슬러지 케잌을 쉽게 수송할 수 있다. 25% 혹은 그 이상의 잉여슬러지 고형물을 함유하는 슬러지 케잌도 펌프에 의해서 수송될 수 있으나 문제점은 고형물을 펌프에 주입시키는 것이다. 철염이나 황산반토의 침전물을 함유하는 혼합된 슬러지도 프로그레싱케비티펌프를 이용하여 수송할 수 있다.
1차슬러지와 같이 섬유성 고형물을 함유한 슬러지는 양수하기가 어렵다. 압력하에서 물은 앞으로 이동하지만 슬러지 케잌은 소성을 잃으면서 구조적인 강도를 갖게 되므로 관로가 점차 막히게 된다. 〈표 5.2.8〉는 펌프에 의해서 31m의 거리까지 수송될 수 있는 슬러지 케잌의 종류와 농도를 나타내고 있다. 석회침전물과 혼합된 1차슬러지 및 잉여슬러지도 펌프에 의해서 수송될 수 있으나 CaCO3로 나타낸 칼슘의 농도가 슬러지의 50%가 되면 탈수시에 보통 총고형물농도가 30% 이상되므로 펌프로 수송하기가 어렵게 된다. 석회를 사용하여 하수내의 인산염을 침전시킬 때 생기는 슬러지는 함수율이 높기 때문에 펌프로 양수하기가 비교적 쉽다.
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슬러지펌프의 제어를 위하여 다음 항목을 측정할 수 있는 설비를 갖춘다.
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【해설】
하수처리장에서 슬러지 펌프의 운영을 적절히 제어하기 위해서는 슬러지의 유량과 고형물농도 또는 밀도를 정확히 측정할 필요가 있다.
(1)에 대하여
하수처리장에서는 슬러지의 반송이나 처리·처분을 위하여 슬러지의 유량을 측정하고 조절하는 것이 중요하다. 압력과 마찬가지로 유량의 변화를 감시함으로써 운영상 또는 기계상의 이상을 쉽게 발견할 수 있기 때문이다. 반면 스크린, 분쇄기 및 슬러지농축조의 유입펌프와 같은 설비에서는 유량을 측정할 필요가 별로 없다. 유량측정이 필요하거나 요구되는 경우와 유량측정장치는 〈표 5.2.9〉와 같다.
유량의 측정, 기록 및 제어를 위한 시설의 정밀도는 처리장의 설계 및 운영상의 융통성과 균형을 이루어야 한다. 전자유량계는 슬러지의 유량측정용으로 좋으며 고형물 유량을 자동적으로 제어할 수 있도록 밀도계와 연결될 수 있다. 벤추리 유량계와 관형 유량계는 잉여슬러지에 알맞으며 쉽게 청소할 수 있도록 준비하여야 한다.
소규모 처리장에서는 작은 유량의 측정을 위하여 정량펌프를 사용할 수 있으며, 펌프의 마모가 유량에 영향을 미칠 수 있으나 제어에 지장을 줄 정도여서는 안 된다.
(2)에 대하여
하수처리장에서는 알맞은 양의 고형물을 요구하는 시간과 장소로 수송하는 것이 매우 중요하며, 하수처리장의 효율적인 운영을 위해서 슬러지의 밀도는 반드시 측정되어야 한다. 밀도를 측정해야 할 대상은 별도의 농축을 실시 않는 경우의 1차슬러지, 포기조의 MLSS 및 농축조에서 농축된 다음 제거되는 슬러지 등이다. 이들 측정자료는 하수처리장의 운영자가 처리장을 운영하는 기본자료로 활용할 수 있다.
슬러지 농도의 측정방법중에는 방사성 동위원소 이용법(γ-선식), 초음파 밀도계, 광학식 밀도계 등이 있다. 방사성 동위원소 이용법은 측정의 재현성이 좋으나 방사선 물질의 취급이 번거롭다.
초음파밀도계(ultrasonic density meter)는 가격이 싸고 간단하여 일반적으로 많이 사용되고 있으며 타이머와 연결하여 사용하면 슬러지 펌프를 작동 및 정지시킬 수 있다. 그러나, 측정 원리상 측정액중 기포가 존재하면 오차가 크기 때문에 배관계통에서 기포가 존재할 경우에는 기포를 없애는 소포(消泡)장치가 필요하다.
광학식 밀도계는 구조가 단순하며 취급도 용이하지만 슬러지의 상태(특히 색의 변화)에 취약하며, 광학계의 오염에 따라 지시 변동이 되는 단점이 있다. 활성슬러지와 같이 비교적 상태가 균일하여 안정한 슬러지의 농도 측정에 적합하다.
하수처리장의 운영자가 잉여슬러지의 제거율과 양을 결정하는 데 도움이 될 수 있는 또 하나의 기구는 MLSS 연속분석기(continuous MLSS analyzer)이다. 포기조내에 설치된 MLSS 연속분석기는 매주 정기적인 청소를 해야 하며, 유량을 정확히 측정하고 포기조에서 완전혼합이 이루어질 경우에 매우 효과적으로 이용될 수 있다.
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슬러지 펌프실은 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지 펌프는 공동현상 등에 의한 지장을 받지 않도록 수면 이하의 위치에 설치해야 하는 경우가 많으므로 펌프실은 지하에 위치하는 철근콘크리트 또는 철골콘크리트 구조물로서 방수구조이어야 한다. 또한, 펌프실의 입구는 침수를 방지하기 위하여 위치를 높게 하거나 각을 낮추어 물이 고이지 않게 하는 설치 등 배려가 필요하다. 또한, 배수구, 전기닥트 등으로 빗물이 유입되지 않도록 한다.
(2)에 대하여
슬러지 펌프실의 크기는 슬러지 펌프, 배관, 기타 기계의 배치와 이들의 반출입에 충분하여야 하며 슬러지중 모래, 걸레조각 등의 협잡물이 흡입될 경우 펌프를 분해, 청소, 수리해야 하므로 이들 작업을 충분히 할 수 있는 공간으로 한다.
(3)에 대하여
슬러지 펌프실에는 슬러지 부패시에 생기는 휘발성, 유기성 기체가 혼입될 우려가 있으므로 충분한 환기시설을 갖추어야 하며 작업 및 안전 등의 기준에 알맞은 조명시설을 갖추어야 한다.
(4)에 대하여
슬러지 펌프실은 위에서 언급된 바와 같이 지하에 위치하는 경우가 많으므로 지하수가 침투한 경우나 펌프밀폐용수(sealing water) 및 잡용수 등을 배수시킬 필요가 있으며 이를 위한 펌프를 설치한다.
(5)에 대하여
슬러지 펌프실에 위치하는 전기설비는 침수나 습기에 의한 사고를 막는 것 이외에도 수리, 점검 등의 작업성을 고려해서 설치위치를 정한다.
(6)에 대하여
슬러지인발 펌프의 구경과 인발관경은 반드시 같지 않으며, 인발관경을 협잡물의 유입으로 인한 막힘을 막기 위해 최소관경은 150mm로 한다. 또한 관내유속의 감소로 인한 모래성분의 침적이 있으므로 슬러지 인발관은 역세가 가능하게 설계한다.
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슬러지를 수송하여야 하는 경우에는 그 기능에 맞는 용량으로 슬러지 저류조를 설치한다. 슬러지 저류탱크는 다음의 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
슬러지를 수송하는 경우, 수송하여야 할 슬러지를 제때에 수송할 수 없는 경우에 대비하고 슬러지 펌프의 운영을 원활히 하기 위해서는 슬러지 저류조가 필요하다. 슬러지 저류조의 용량은 단위시간당 저류조에 유입되는 슬러지의 양과 저류조에서 유출되는 양을 고려하여 결정하여야 한다. 슬러지는 모래나 섬유질과 같은 부유물을 함유하므로 슬러지를 수송하는데 지장을 초래할 수 있다. 따라서 슬러지 저류조에서 이들을 제거하기 위한 시설이 필요하다.
저류조에서 수송되는 슬러지의 농도를 균일하게 만들어주기 위해 교반 등의 간단한 방법으로 저류조내의 슬러지를 혼합시킬 필요가 있다. 청소, 부속기기의 점검, 수리 등을 위하여 저류조는 충분한 공간을 갖추어야 하며 원칙상 2개 이상이 좋을 뿐만 아니라 월류장치를 설치하는 것이 좋다. 또한, 슬러지 저류조에서는 슬러지의 부패로 인하여 냄새가 발생할 수 있으므로 필요한 경우에는 복개를 하여야 하며, 환기시설을 고려하여야 한다.
혹은 침강하여 하부에 슬러지가 축적된다. 이를 방지하기 위해 공기를 주입하거나 교반하기도 한다. 설치하는 장소에 따라서는 모래제거장치 및 스크린 설비를 설치하는 방법도 있다.
(1)에 대하여
탱크용량은 투입량, 슬러지인발량, 슬러지수송방식(연속, 간헐) 및 유지관리상 필요한 저류시간을 고려하여 정한다.
(2)에 대하여
슬러지저류조는 지하에 위치할 경우가 많으므로 철근콘크리트구조로 하고 지하수의 침투가 되지 않는 구조로 한다. 또한, 슬러지는 부패되어 황화수소가 발생되므로 이로 인한 조내의 부식방지를 위해 내면을 피복한다.
(3)에 대하여
조의 수는 5.4.3 슬러지농축조 참조.
(4)에 대하여
슬러지저류조에 슬러지를 장시간 방치하면 부패작용으로 변질되거나, 스컴이 발생되거나, 침강한 저부에 슬러지나 모래가 모이게 되는데 필요에 따라 공기를 주입 혹은 교반 및 스컴제거장치를 설치한다.
(5)에 대하여
저류조내에서 발생하는 냄새의 유출을 방지하기 위하여 악취를 포집 및 탈취한다. 또한 공기 교반을 할 경우에는 주입공기량 이상의 흡인이 필요하다.
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필요에 따라 1차슬러지에 포함된 그리트를 제거하기 위한 시설을 설치한다. |
【해설】
1차슬러지내의 그리트는 제거하지 않으면 후속처리과정에서 여러 가지 부작용이 생길 수 있기 때문에 1차침전지에서 제거되는 슬러지내의 그리트를 제거할 수 있는 시설이 필요할 때도 있다. 일반적으로 수처리공정의 앞부분에 중력식 또는 포기식 침사지를 설치해 최소한 210μm(65mesh) 크기의 모래입자를 제거하도록 하고 있으나 유량이 최대인 경우와 합류식 관거지역에서 초기 강우시에 대량의 토사가 유입되는 경우에는 저류조내에 슬러지를 장기간 방치할 경우 부패하여 변질되거나 스컴이 부상하거나 설계 목적대로 그리트가 제거되지 않는다. 따라서 1차슬러지를 농축시키기 전에 1차슬러지내의 그리트를 제거할 필요가 있다. 경험에 의하면 작은 그리트 입자를 유기성 슬러지 입자로부터 분리시키기 위해서는 원심력을 이용하는 것이 효과적인 것으로 알려져 있으며, 하이드로사이클론(hydrocyclone)을 이용하는 경우 65～75μm 이상의 크기를 가진 그리트를 효과적으로 제거할 수 있다.
하이드로사이클론은 제작과 운영면에서 제진용 사이클론과 비슷하며 〈그림 5.3.1〉에 보인 바와 같이 움직이는 부분이 없이 다음의 요소로 구성된다.
주입구를 통해서 원통형 몸체에 접선방향으로 들어온 슬러지는 원심력에 의해서 분리되어 무거운 그리트 입자는 사이클론의 둘레부분으로 밀려 벽을 따라 밑으로 미끌어지게 되며, 원추형 하단에 모여지는 그리트는 밸브를 조절함으로써 일정하게 배출시켜 제거하게 된다.
하이드로사이클론의 효율은 압력과 슬러지의 유기물농도에 의하여 영향을 받는다. 슬러지의 농도가 증가하면 제거되는 입자의 크기도 증가되므로 효율이 감소하게 된다. 효율의 감소는 압력을 증가시키면 어느 정도는 극복될 수 있다. 〈표 5.3.1〉에는 하이드로사이클론에 의한 그리트 제거효과를 나타내었는데 슬러지 농도가 1% 이상이 되면 하이드로사이클론의 그리트 제거효율이 크게 떨어짐을 알 수 있다. 따라서 효과적인 그리트 제거를 위해서는 일반적으로 낮은 농도의 슬러지를 하이드로사이클론으로 주입시켜야 한다. 수처리시설이 일최대오수량에 기초하여 설계된 경우에도 주입슬러지의 고형물농도가 1～1.5% 이하가 되도록 하이드로사이클론의 크기를 결정하는 것이 좋다. 소화슬러지는 점성이 낮고 섬유성 물질을 적게 함유하므로 3～4%의 농도에서도 75μm 보다 큰 입자가 제거될 수 있다.
그리트 제거용 하이드로사이클론의 직경은 보통 150～600mm이다. 그러나 250mm 이하인 것은 쉽게 막힐 수 있으므로 사이클론의 앞에 스크린이 설치되어야 한다. 직경 300mm 규격은 50mm 크기의 입자도 통과시킬 수 있다.
일반적으로 사이클론의 크기가 증가할수록 그리트 제거효율은 감소한다. 사이클론의 능력은 직경, 슬러지 주입압력 그리고 월류구 직경의 함수이다. 직경이 600mm인 사이클론은 농도가 낮은 슬러지를 63l/s까지 취급할 수 있으며 주입슬러지의 농도가 0.5%이라면 이는 평균유량 190,000㎥/d 규모의 하수처리장에 해당된다.
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1차슬러지에서 제거된 그리트에 유기성분이 많이 포함된 경우에 이를 감소시키기 위한 시설을 설치할 수 있다. |
【해설】
1차슬러지가 유기성 그리트를 많이 함유할 경우 하이드로사이클론에서 유기성과 무기성 그리트를 분리시킬 수 없으므로 하이드로사이클론에서 제거되는 그리트도 마찬가지로 유기성 그리트를 많이 함유하게 된다. 따라서 그리트를 씻어서 유기성분을 폐수로 되돌려 보낼 필요가 있다.
그리트의 세척과 탈수는 보통 그리트 분류기(grit classifier)를 사용하여 실시할 수 있다. 그리트 분류기는 스크루식세척장치(screw washer)나 왕복식갈퀴(reciperocating rake)가 장치되어 있으며 하이드로사이클론에서 제거되는 그리트를 취급할 수 있는 크기로 선택되어야 한다. 보통 하이드로사이클론에서 제거된 그리트중에서 유기성 물질은 월류되고 잔모래도 분류될 수 있도록 세척기의 침전면적이 충분히 주어져야 한다. 즉, 처리되는 그리트의 유량 1l/s당 최소한 0.7㎡의 면적이 제공되어야 한다.
분류기에서 침전된 그리트는 스크루식 또는 왕복식 갈퀴에 의하여 물 밖의 경사판에 옮겨짐으로써 유기성 그리트와 분리되고 탈수도 된다. 경사판을 지난 그리트가 잔모래나 실트를 많이 함유하면 수분함량이 증가하게 된다.
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1차슬러지로부터 제거된 그리트는 적절하게 처분하여야 한다. |
【해설】
1차슬러지에서 분리된 그리트는 유기성분을 상당히 함유하여 잘못 처분하면 부작용을 유발할 수 있으므로 적절하게 처분하여야 한다. 때로는 그리트를 소각시켜 유기성분을 없앤 다음 매립하는 경우도 있으나, 이런 경우 그리트를 발생지에서 소각장까지 수송하는 시설이 필요하며 그 시설(컨베이어 등)의 유지관리가 요구된다.
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필요한 경우 슬러지내의 큰 부유물을 분쇄시킬 수 있는 시설을 설치한다. |
【해설】
슬러지 분쇄의 필요성은 슬러지내에 존재하는 입자의 크기와 슬러지를 취급할 기구의 종류에 따라서 결정된다. 비록 하수처리시설로서 분쇄기를 설치하였다 하더라도 걸레조각 등의 큰 부유물에 의해서 발생하는 문제점이 완전히 없어지지는 않으며 펌프, 관, 열교환기, 원심분리기가 막힐 수 있고 슬러지 소화조의 혼합장치 운영이 곤란할 수도 있다.
슬러지 분쇄기를 사용하면 희석되거나 농축된 슬러지내의 큰 부유물을 최대크기 6～13mm 정도로 분쇄시킬 수 있다. 슬러지 분쇄기에서 슬러지는 구멍 뚫린 그리트판(grit plate)으로 주입되며 고속으로 회전하는 여러 개의 칼날에 의해서 절단된다. 이때 판의 구멍크기와 칼날의 회전속도에 의해서 잘린 부유물의 크기가 결정된다. 구멍은 직경 11mm의 원형이나 16×38mm의 직사각형이다. 슬러지 분쇄기는 슬러지 펌프의 유출부에 설치하면 유출압력이 낮아지게 되므로 흡입부에 설치한다. 슬러지 펌프의 방출압이 너무 높으면 펌프의 밀폐부(seal)에 과도한 압력이 작용하여 밀폐부와 축의 수명이 단축된다.
슬러지 분쇄기는 큰 유기성 입자를 쉽게 분쇄시킬 수 있지만 암석 및 금속입자에 의해서 심하게 마모될 수 있다. 이에 대한 대비책으로 분쇄기 앞에 설치된 슬러지관내에 길이 300mm, 직경 250mm인 웅덩이(sump)를 설치하면 관의 바닥을 따라 흐르는 무거운 물질들이 이 통으로 떨어져 모이게 되므로 분쇄기의 마모를 방지할 수 있다.
슬러지 농축의 역할은 수처리시설에서 발생한 저농도 슬러지를 농축한 다음 슬러지소화나 슬러지탈수를 효과적으로 기능하게 하는데 있다. 농축하는 슬러지는 일차침전지에서 발생하는 일차침전지 슬러지와 이차침전지에서 발생하는 잉여슬러지가 있다.
슬러지 농축에는 중력식, 부상식, 원심분리식, 중력식벨트 농축으로 크게 나눌 수 있다. 여기에서 부상농축은 가압부상농축과 상압부상농축 등이 해당된다.
슬러지의 함수율은
슬러지 농축이 충분하지 못하면 슬러지처리 효율저하를 초래하는 것뿐만 아니라 상징수중에 다량의 부유물이 포함되어 반송되므로 처리수의 수질악화의 원인이 된다.
이를 위해 중력농축이 어려운 잉여슬러지 등은 원심농축기나 부상농축조 등에서 기계농축한다. 특히 농축슬러지의 함수율이 98% 이상이 되는 경우에는 분리농축에 대한 검토가 필요하다.
슬러지 농축방법들의 장단점을 〈표 5.4.1〉에 나타내었다.
중력식 농축조는 조내에 슬러지를 체류시켜 중력을 이용하여 농축한 후 바닥에 침강한 농축슬러지를 슬러지 제거기(scraper)로 배출구에 모으는 것이다(〈그림 5.4.1〉 참조). 중력식에 의한 슬러지 농축은 계절변화의 영향을 받으므로 안정적인 운전이 어렵고, 특히 수온이 상승하는 여름에는 슬러지가 부패하기 쉬우므로 겨울에 비해 농축하기 어려운 것이 일반적이다.
중력식 슬러지농축조는 주로 1차슬러지, 석회슬러지 그리고 1차슬러지와 잉여슬러지의 혼합물을 농축시키기 위하여 채택되며, 잉여슬러지만을 농축시키기 위해서는 별로 채택되지 않는다. 이는 1차슬러지는 잉여슬러지와 비교해 무기분이 많고 입자도 크므로 농축하기 쉬우나, 잉여슬러지는 유기분이 많고 농축하기 어렵기 때문이다. 1차침전지에 잉여슬러지를 유입시켜 침전시킨 슬러지의 농축성은 앞에 말한 슬러지들의 중간 정도이다.
잉여슬러지는 농축이 어려우며 생분해로 인한 가스에 의해 슬러지 부상을 초래하므로 1차슬러지와의 분리농축이 요망되나 기온이 20℃ 이상이며, 고형물체류시간이 20일 이상인 경우에는 분리농축을 피한다.
소규모처리시설에서 슬러지 농축시 유의사항은 다음과 같다.
1) 형상과 수
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중력식 농축조의 형상과 수는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
중력식 농축조에서는 슬러지내의 부유물을 중력을 이용하여 바닥에 침전시킨 다음 제거기를 사용하여 바닥 중앙에 위치하는 호퍼에 모으게 된다. 형상은 원형을 원칙으로 하며 설계상 불가피한 경우에는 직사각형으로 한다.
(2)에 대하여
바닥의 기울기를 증가시키면 탱크 중앙에서의 슬러지층 두께가 커지고 슬러지 체류시간을 단축시킬 뿐만 아니라 슬러지 배출관 위의 슬러지 깊이를 크게 해 슬러지를 긁어 모으는데 드는 노력이 감소된다. 대체적으로 바닥의 기울기를 5/100 이상으로 하면 제거기가 슬러지를 긁어 모으는데 큰 문제가 없다.
슬러지 농축조 바닥의 중앙에 위치하는 슬러지 호퍼는 제거기가 긁어모은 슬러지를 저장시켜 잘 농축된 슬러지가 슬러지 배출관으로 빠져 나가도록 한다. 이때 호퍼측벽의 기울기가 충분히 커야만 슬러지가 잘 제거될 수 있다.
(3)에 대하여
소규모시설에서는 슬러지 제거기없이 호퍼식으로 하는 경우도 있으며 조의 직경이 커지면 농축슬러지가 잘 제거되지 않으므로 슬러지 제거기를 설치하는 것이 일반적이다.
(4)에 대하여
슬러지농축조의 청소, 정비 혹은 기계의 고장수리 등에 대비하기 위하여 농축조는 2조 또는 그 이상 설치하는 것이 좋다. 그러나 슬러지 제거기를 설치하지 않는 경우나 농축조를 사용할 수 없을 때 슬러지를 일시적으로 다른 방법에 의해 처리할 수 있는 경우는 농축조가 1조라도 좋다.
2) 용량
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슬러지농축조의 용량은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
농축조의 용량은 경험에 비추어 고형물부하, 수리학적부하 등을 고려해서 정하는 경우가 많다. 대부분 탱크의 용량을 계획슬러지량의 18시간 분량 이하로 하는 것이 무난하다.
(2)에 대하여
중력식 농축조에서 슬러지가 농축될 때 〈그림 5.4.2〉에서와 같이 상징구역, 침강구역 그리고 농축구역의 세 부분이 형성되며 침강구역에서는 지역침전, 농축구역에서는 농축침전이 일어날 것이다. 따라서 슬러지농축조의 소요면적은 상징구역에서 넘치는 물이 부유물을 상승시키지 않을 정도로 커야 하며, 침전 및 농축에 필요한 소요면적을 비교해 큰 면적을 사용하여야 한다.
대체적으로 농축조로 유입되는 슬러지의 농도가 낮은 경우에는 상징구역에서의 수면적부하가 소요면적의 결정을 지배하고, 반대로 농축되는 슬러지의 농도가 높은 경우에는 침강구역에서의 고형물부하가 소요면적의 결정에 영향을 크게 미친다. 농축조로 유입되는 슬러지의 고형물질량이 일정하더라도 함수율에 따라서 슬러지량이 크게 변한다. 슬러지의 함수율이 크면 슬러지의 양은 증가하나 경계면침강속도는 빠르게 되며 함수율이 감소하면 그 반대가 된다. 따라서, 농축조로 유입되는 슬러지의 농도가 낮으면 고형물부하가 적으며 농도가 높으면 수면적부하가 적게 된다. 미국의 경우 고형물부하율은 〈표 5.4.2〉에 제시되어 있는데 1차와 잉여슬러지가 혼합된 경우는 25～70kg/㎡·d이고, 분리농축시에는 1차슬러지에 대하여 100～150kg/㎡·일, 잉여슬러지에 대하여 20～40kg/㎡·d 정도로 나타나 있다. 우리나라의 슬러지는 침강농축특성이 다르므로 보통 이 부하율보다 낮게 설계하는 것이 좋다. 참고로 〈표 5.4.3〉에 나타낸 우리나라 하수처리장의 중력식 농축조에 관한 자료를 보면 고형물부하율은 평균 60kg/㎡·d 정도로 설계되고 있으나 실제는 약 40kg/㎡·d 정도로 운전되고 있음을 알 수 있다.
수리학적 부하율은 미국의 경우에는 1차슬러지에 대하여 16～32㎥/㎡·d, 잉여슬러지에 대하여 4～8㎥/㎡·d이 사용되고 있다. 특히, 잉여슬러지의 경우에 미생물의 활동을 억제시키기 위해 농축조의 체류시간은 18시간 이하가 되어야 한다고 추천되고 있다.
〈표 5.4.2〉에 따르면 황산반토나 철염 등의 응집제를 사용해서 얻은 슬러지는 석회를 응집제로 사용한 경우보다 농축시키기가 어려움을 알 수 있다. 사용한 화학약품의 양은 슬러지의 특성에 큰 영향을 미치는 바 전형적인 응집제 주입률은 〈표 5.4.4〉에 주어져 있다.
슬러지농축조의 소요단면적은 위에서 언급된 바와 같이 유량과 고형물부하 두 가지 조건을 만족시켜야 하는데 고형물부하에 의한 농축조의 소요단면적은 식(5.4.2)에 의하여, 그리고 수면적부하에 의한 값은 식(5.4.3)에 의하여 구할 수 있다.
식(5.4.2)와 식(5.4.3)을 이용하려면 슬러지 농도 C와 경계면 침강속도 V와의 관계를 알아야 한다. 그러기 위해서는 침전관 실험을 실시하여 여러 가지 슬러지 농도에 대한 슬러지의 침전속도를 측정하여야 하며, 각각의 C값에 대하여 얻은 V값을 식(5.4.2)에 대입하여 A값을 구하고 여러 가지 A값 중에서 가장 큰 것을 식(5.4.3)로부터 구한 A와 비교하여 둘 중에서 큰 값을 소요단면적으로 취한다.
예를 들어 고형물농도 9kg/㎥, 함수율 99.1%, 유량 1,000㎥/d인 슬러지를 고형물농도가 45kg/㎥이고 함수율이 95.5%인 슬러지로 농축시키고자 하는 경우 요구되는 농축조의 단면적은 다음과 같이 구한다.
여러 가지 슬러지 농도 C에 대한 경계면 침강속도 V를 실험에 의하여 구해야 하며, 그 값들을 식(5.4.2)에 대입시켜 각각의 단면적을 구한 결과가 〈표 5.4.5〉와 같다.
〈표 5.4.5〉로부터 고형물부하에 의한 슬러지 농축조 최대소요단면적은 C가 12.0kg/㎥·d 때 57.2㎡이라는 것을 알 수 있다. 이 조건에서 수면적부하에 의한 소요단면적을 식(5.4.3)에 의해 구하면 83.3㎡가 된다.
따라서, 소요단면적은 57.2㎡ 대신 83.3㎡이 되어야 한다. 만약 동일한 조건에서 수면적부하를 6～8㎥/㎡·d로 하면 소요단면적은
그리고, 고형물부하는
체류시간을 14시간으로 할 경우 조의 용량은
그리고, 유효수심은
3) 구조
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중력식 농축조의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
농축조는 지하에 설치하는 경우가 많으므로 철근콘크리트 구조물로 하되 지하수의 침투하지 않는 구조로 한다. 또한, 슬러지는 부패성이 높으므로 농축조 내면은 내식도장(耐蝕塗裝) 등을 한다.
4) 부대장치
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중력식 농축조의 부대장치는 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
중력식 농축조에서 슬러지의 농축을 향상시키기 위하여 피켓을 장치하는 것이 좋다. 피켓의 설계는 대상 슬러지의 특성에 따라 달라지지만 구동장치는 1차침전지의 슬러지 제거장치에 비해서 부하가 크다. 석회슬러지나 열처리된 슬러지 등 특수한 슬러지를 취급할 경우에는 부하가 미리 정해진 값보다 크면 피켓이 자동적으로 들어올려지도록 힌지장치를 하는 수도 있지만, 보통 1차 및 잉여슬러지를 처리하는 경우에는 그런 특수한 장치는 불필요하다.
(2)에 대하여
조의 내경이 작은 경우에는 현수식의 제거기, 내경이 15m를 넘는 경우에는 지주식 제거기를 설치하며 속도는 3m/min 정도로 한다.
(3)에 대하여
슬러지 배출펌프의 최소구경은 80mm로 한다. 이 경우 소규모시설에서는 조의 용량에 비해 슬러지 배출시설이 너무 크게 되므로 호퍼식으로 하고, 청소가 쉬운 수중펌프 또는 에어리프트펌프로 배출하는 것도 검토한다.
(4), (5)에 대하여
슬러지 배출펌프의 구경과 배출관의 관경이 항상 같지는 않다. 배출관의 협잡물에 의한 폐쇄를 방지하기 위해 150mm이상으로 한 경우는 관내 유속이 작아져 모래가 침적하기도 한다. 따라서 슬러지 배출관은 역세척할 수 있도록 하며 청소구를 설치한다.
(6)에 대하여
농축조의 체류시간이 비교적 길기 때문에 슬러지가 부패하여 가스가 발생하며 이 가스가 슬러지나 다른 협잡물을 부착하며 수면에 부상한다. 이것을 방치하면 상징수의 월류위어에 스컴이 부착되어 유출량이 부분적으로 편재하여 슬러지가 유출되는 원인이 되므로 농축조에 스컴제거기를 설치하는 것이 좋다. 그렇지 않으면 농축조의 스컴이 상징수와 함께 하수처리과정으로 재순환된다. 1차침전지에서 제거된 슬러지와 스컴을 함께 농축조로 보내면 스컴의 일부는 슬러지와 함께 농축슬러지로 제거되고 상징수면의 스컴은 농축조에 설치된 스컴웅덩이(scum pit)에 모여져서 별도로 처리된다.
(7)에 대하여
하수처리장의 입지조건에 따라서는 농축조에서 발생되는 악취가 주변의 생활환경을 악화시킬 우려가 있으므로 악취방지대책을 고려하여야 한다. 악취방지를 위해서는 발생원이 되는 농축조를 복개하고 반드시 환기 또는 탈취시설을 설치한다. 또한 배치설계시에 인근으로부터 충분한 거리를 두어 자연환기와 바람에 의한 희석으로 악취가 감소되도록 할 필요가 있다.
복개된 농축조에서 배기구를 통해 배출되는 가스에는 악취의 원인물질인 황화수소, 암모니아, 아민(amine)류 등이 포함되어 있다. 악취 원인물질을 제거하기 위해서는 방취, 희석, 방향(masking), 탈취 등의 방법이 적용될 수 있다. 탈취방법의 선정에 있어서는 탈취풍량, 악취물질의 종류와 양, 탈취목표효율, 주변환경, 유지관리의 용이성과 경제성을 충분히 검토하여 최적의 방법을 선택하여야 한다.
부상식에 의한 고액분리는 부유물질에 미세한 기포를 부착시켜 고형물의 비중을 물보다 작게 해서 부상분리시키는 것으로, 기포를 발생시키는 방법에 따라 가압부상농축과 상압부상농축으로 나눌수 있다. 현재까지는 가압부상농축이 많이 이용되어 왔으나 최근에는 고형물회수율이 높고 장치가 콤팩트하며 고속회전체나 고압력을 쓰지 않기 때문에 보수빈도가 적은 상압부상농축이 소규모처리장을 중심으로 급속하게 이용되고 있다. 부상농축을 이용하는 경우는 중력농축에서 농축성이 나쁜 잉여슬러지 등을 대상으로 처리하는 경우가 많다.
가. 가압부상농축
부상식 농축조의 예를 〈그림 5.4.3〉에 나타내었다. 부상식에서는 적절한 크기의 미세기포를 발생시키는 것과 슬러지 입자에 미세 기포를 효과적으로 부착시키는 것이 중요하다. 기포의 부착특성은 입자표면의 물리적·화학적 성질에 따라 다르다.
부분가압법은 유입슬러지의 일부를 직접 가압펌프로 공기포화조에 넣기 때문에 다른 방법에 비해 공기포화도가 낮으므로 슬러지 처리에는 별로 사용되지 않는다.
전량가압법은 유입슬러지의 전량을 가압펌프로 공기포화조에 보내기 때문에 순환수가압법에 비해 간단하지만, 공기포화도에 한계가 있으므로 유입슬러지의 농도가 비교적 낮은 경우에 쓰이는 경우가 많다.
순환수가압법은 유입슬러지와 순환수의 혼합을 위해 이젝터(ejecter)를 사용하는 방법으로 슬러지 펌프의 동력을 절약할 수 있으나, 슬러지 성상에 따라 적합성 여부를 판단하여 사용해야 한다.
최근에는 가압수에 유입슬러지를 가압해서 혼합하는 방법(가압혼합방식) 및 가압수를 감압한 직후에 유입슬러지를 혼합하는 방법도 사용되고 있다. 순환수가압법에는 가압수로 분리액 또는 처리수가 쓰여진다.
부상식 농축은 중력식에서는 농축성이 나쁜 잉여슬러지만을 대상으로 하는 것이 바람직하다. 부상식 농축은 활성슬러지나 살수여상슬러지와 같이 비교적 가벼운 슬러지의 농축에 많이 이용되며 1차슬러지같이 무거운 슬러지의 농축은 중력식이 좋다. 그러나 잉여슬러지량이 대단히 많은 대규모 하수처리장에서는 부상식 농축조를 사용하거나 1차슬러지와 잉여슬러지를 분리처리함으로써 비용을 줄일 수 있다.
부상식 농축조 설계에 영향을 미치는 요소에는 유입슬러지 농도, 공기량, 입자의 부상속도 등이 있다. 공기/고형물비(A/S)는 사용되는 공기의 무게를 유입슬러지중의 고형물 무게로 나눈 값으로, 공기방울의 상승속도와 가압수가 고형물을 부상시킬 수 있는 능력을 결정하기 위한 적용압력과 함께 사용되어야 한다.
공기/고형물 비에 대한 식은 식(5.4.4)와 식(5.4.5)와 같다.
가압수의 반송이 있는 경우에는
A/S비가 너무 높으면 심한 와류에 의한 전단력(shearing)의 발생으로 플럭이나 스컴이 깨져서 오히려 부상효과가 나빠질 수 있다.
1) 용량과 형상
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부상식 농축조의 용량과 형상은 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(2)에 대하여
부상농축조의 고형물부하는 유입슬러지의 종류, 농도, 공기/고형물비(A/S비)를 고려하여 정한다. A/S비가 클수록 농축슬러지의 농도는 커지지만 너무 커도 동력비에 비해 농축효과는 증가하지 않는다.
일반적으로 A/S비는 0.006～0.04kg공기/(kg·ds)정도이며, 고형물부하는 100～120kg/(㎡·d), 함수율은 96～97%를 표준으로 한다. 또한, 고형물회수율은 85～95%를 표준으로 한다.
미국의 경우 잉여슬러지 농축의 A/S비는 0.02～0.04kg/kg 정도이며, 고형물부하는 약품주입없이 40～120kg/㎡·d로 3～5% 농도를 얻으며, 약품주입시 80～240kg/㎡·d의 부하로 3.5～6.0%의 농도를 얻을 수 있다(〈표 5.4.6〉 참조).
(3)에 대하여
체류시간은 기포부착된 입자의 상승속도와 조의 수심에 의해 정해진다. 순환수가압법에서는 유입슬러지와 가압수와의 합계에 대한 체류시간을 고려해 일반적으로 2시간 이상이 바람직하다. 부상조의 유효수심은 부상슬러지 형성에 필요한 압밀을 주기 위한 깊이가 필요한데 일반적으로 4.0～5.0m를 표준으로 한다. 또한, 체류시간은 부상분리면적과 조의 수심에 의해 정해지며 일반적으로 2시간 이상으로 한다. 순환수가압법에서는 투입슬러지와 가압수와의 합계량에 대한 적절한 체류시간을 고려한다.
(4)에 대하여
다른 하수처리시설과 마찬가지로 부상농축조도 2조 또는 그 이상 설치하여 고장, 수리, 청소 등에 대비하여야 한다.
2) 구조
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부상식 농축조의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(2)에 대하여
부상식 농축조에서 슬러지 입자는 수면으로 부상하여 150～300mm 정도의 두께로 슬러지층을 형성하며 부상슬러지 제거기에 의하여 제거된다. 이때 슬러지 입자에 부착된 기포가 떨어지지 않도록 부상슬러지층을 가능하면 흩트리지 않도록 한다. 이를 위해서는 슬라이드(slide)식의 제거기보다 직접 수면상에 부상한 슬러지를 제거하는 것이 바람직하다. 한편 유입슬러지 중에는 하수 중에 있던 모래나 고형물 등의 무거운 물질들이 바닥으로 침전하므로 침전슬러지 제거기도 설치되어야 한다.
(3)에 대하여
슬러지의 부상농축시 유출수는 저류판 밑을 지나 수위가 조정될 수 있는 위어 너머로 흘러나가게 된다. 농축조내의 수위는 유입되는 슬러지의 양과 재순환되는 유출수의 양에 따라 변할 수 있으므로 수위가 조절될 수 있도록 월류위어를 설치하여야 한다.
3) 가압펌프
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가압펌프는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
용존공기부상법에서는 보통 유입슬러지를 재순환수와 혼합시킨 다음 부상조로 보내는데 슬러지 압력펌프에 공기가 혼입되면 공동현상이 발생하여 펌프를 손상시킬 우려가 있으므로 이를 고려하여야 한다. 또한, 공기의 주입위치가 흡입측인가 혹은 토출측인가에 따라서 펌프가 선정되어야 한다.
(2)에 대하여
헨리의 법칙(Henry's Law)에 의하면 공기가 물 속으로 녹아 들어가는 용해도는 압력에 비례하고 온도에 반비례한다. 즉, 물에 대한 공기의 용해도는 압력이 높아지면 증가하지만 경제적인 면에서 한계가 있다. 일반적으로 채택되는 펌프의 토출압력은 2～5kg/㎠ 정도이다.
(3)에 대하여
슬러지의 부상농축시 가압수량은 슬러지의 농도, 특성, 공기주입방법 및 압력에 따라서 좌우된다. 일반적으로 공기용해량은 압력이 3kg/㎠일 때 이론량의 50% 정도 되므로 슬러지 농도가 8kg/㎥, 가압수 압력이 3kg/㎠, 가압수량이 슬러지 유량의 3배, 수온이 20 ℃이면 〈그림 5.4.8〉에서 이론적인 공기용해량이 69.5mg/l이므로 식(5.4.5)에 의해서 공기/고형물 비는 0.013이 된다.
4) 공기포화조
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공기포화조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(2)에 대하여
공기포화조에서 물에 대한 공기의 포화용해도는 체류시간내에 공급되는 공기량과 관계가 있다. 공기와 물의 접촉이 양호할 경우 체류시간이 1～2분이면 공기용해율은 60～80% 정도된다. 따라서 공기포화조의 체류시간은 2분 정도되는 것이 좋다.
5) 부대장치
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부상식 농축조의 부대장치는 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유입슬러지 저류조는 유입슬러지의 농도 및 유입량의 변동을 어느 정도 완화시키는 것으로 슬러지의 침전을 막기 위해 교반과 부패방지를 겸한 공기공급장치 등을 설치하면 좋다.
(2)에 대하여
부상조에서 제거된 부상슬러지에 함유되어 있는 기포를 탈기하기 위한 것으로 그 용량은 부상슬러지를 1회 떠낸 용적의 1.5배 정도로 한다. 탈기조의 깊이가 얕거나 폭이 좁고 긴 것은 탈기효과가 나쁘다.
(3)에 대하여
농축슬러지를 다음 처리과정으로 보낼 때는 그 속에 기포가 들어 있을 염려가 있으므로 스크루펌프 등을 사용한다.
(4)에 대하여
부상조에서 유출되는 분리액을 받아 다시 가압수로 사용하기 위한 조로서, 용량은 가압수량의 20분간에 해당하는 정도로 한다.
(5)에 대하여
연간을 통해 볼 때 비나 눈이 많은 지역에서는 부상된 슬러지를 보호하기 위해 간단한 지붕형태를 만드는 것이 바람직할 때도 있으며 복개하는 경우에는 환기 및 탈취시설을 설치하고 부식방지도 고려하여야 한다.
나. 상압부상농축
상압부상농축은 기포조제 첨가로 형성된 기포와 슬러지중의 고형물을 혼합장치에서 고분자응집제를 첨가하여 흡착시켜 슬러지를 부력으로 부상농축시키는 방법이다.
1) 용량과 형상
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부상조의 용량과 형상은 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(2)에 대하여
고형물부하는 부상장치의 단위면적당 처리고형물량으로 나타내고 통상 25kg·ds/(㎡·h) 정도로 한다. A/S비는 0.05～0.1kg공기/(kg·ds)를 표준으로 한다. 슬러지농축설비의 성능은 농축슬러지농도 4～5% 및 고형물회수율은 95～96%을 표준으로 한다.
(3)에 대하여
분리액과 부상시킨 슬러지가 충분하게 분리할 수 있는 충분한 공간을 두어 분리액쪽으로 슬러지가 유출되지 않도록 유효수심을 4.0m 정도로 한다.
(4)에 대하여
고장, 수리, 청소 등에 대비하여 부상농축조는 2조 이상 설치한다.
2) 구조
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부상조의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
부상조 본체의 구조는 내구성, 내식성을 고려한 강판제를 표준으로 한다. 조의 상부에서는 슬러지 제거기의 수리점검이 용이하게 하고 분리기포 및 악취가 외부로 퍼져나가지 않도록 덮개를 설치한다.
(2)에 대하여
부상슬러지 농도조정을 위해 수위조정 가능장치를 설치한다. 위어높이를 너무 높게 하면 수면위로 부상슬러지 두께가 크게 되고 부상슬러지가 제거될 때까지 체류시간이 길게 되기 때문에, 부상슬러지의 압밀에 의한 자유수의 낙하가 일어나 농축슬러지 농도가 높게 된다.
3) 기포(起泡)공급·혼합장치
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기포공급·혼합장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
기포장치는 기포조제가 첨가된 기포용수와 공기의 혼합물을 터빈 교반시켜 미세한 기포를 생성하는 장치로 내구성·내식성을 고려한 강판제의 밀폐형을 표준으로 한다.
(2)에 대하여
기포용수펌프는 기포용수조로부터 기포용수를 기포장치에 공급하는 것이므로, 와권펌프로 한다. 기포용수량은 기포용공기량과 동량으로 한다.
(3)에 대하여
공기압축기 용량은 기포용 공기를 기포장치에 공급하는 양에 공기작용밸브나 응집제공급기에 사용하는 양을 고려해야 한다.
(4)에 대하여
혼합장치는 기포장치에서 발생한 기포를 혼합시킨 슬러지와 응집제를 혼합하고, 슬러지에 기포를 부착시키는 장치로서 내구성·내식성을 고려한 강판제의 밀폐형을 표준으로 한다. 내부에는 교반기를 설치한다.
4) 약품공급장치
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약품공급장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
기포조제주입펌프는 기포조제를 기포장치에 주입하는 것으로 다이어프램 정량펌프로 한다.
(2)에 대하여
기포조제희석조는 기포조제원액을 규정농도로 희석하고 저장하는 것으로 내구성·내식성을 고려한 강판제의 밀폐형을 표준으로 한다. 내부에는 교반기를 설치한다.
(3)에 대하여
응집제용해조는 응집제 공급기로부터 공급되는 약품을 일정농도로 희석해서 혼합장치에 공급하는 것으로 조 본체, 믹서 및 지지대 등으로 구성된다.
(4)에 대하여
응집제공급기는 응집제용해조에 일정농도가 되도록 물과 고분자응집제를 정량공급하는 것으로 유입호퍼, 계량장치, 공급기본체, 가변구동장치, 혼합기 및 급수공급장치 등으로 구성된다.
(5)에 대하여
응집제주입펌프는 응집제를 혼합장치에 공급하는 것으로 일축스크류펌프로 한다.
5) 부대장치
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부대장치는 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
5.2.6 슬러지저류조를 참조.
(2), (3), (4), (5)에 대하여
5.4.2.1의 부대설비 항을 참조.
원심농축기는 중력만으로는 침강농축하기 어려운 슬러지를 원심력을 이용해 효과적으로 농축하는 것으로 보통 횡형의 솔리드-보울 컨베이어형(solid-bowl conveyer type)과 입형의 디스크-노즐형(disk-nozzle type), 배스킷형(basket type)이 있다. 그러나 최근에는 입형 원심농축기는 폐쇄와 마모 등 유지관리상의 어려움이 많아 슬러지농축에는 거의 사용하지 않는 추세이다.
솔리드 보울 컨베이어형 원심농축기는 슬러지 유입방향과 농축된 슬러지의 이동방향이 같은 정류형과 그 방향이 서로 반대인 역류형으로 구분된다. 솔리드 보울 컨베이어형 원심농축기는 원심탈수기와 외형이 비슷하며 보울(bowl)에서 유출되는 분리액의 액측수심을 슬러지측의 배출구 높이 정도까지 높게 운전하고, 농축슬러지가 보울의 경사부를 올라가기 쉽도록 설계되어 있다(〈그림 5.4.9〉 참조). 유입슬러지는 보울내에서 원심력을 받아 농축슬러지는 보울내의 주변부에 분리되고, 자기식 차속제어에 의해 보울과 근소한 회전속도차로 돌고 있는 스크루에 의해 경사부를 말아올려 연속적으로 배출시킨다.
농축슬러지의 농도, 고형물회수율(또는 분리액의 수질) 등 농축효과가 유입슬러지의 성상에 따라 최적상태가 되도록 하기 위해서는 운전상의 주요인자인 유입슬러지량, 회전수, 보울과 스크루의 속도차, 액측수심 등이 설치 후에도 조절가능한 설비를 선정하는 것이 중요하다. 참고로 미국의 원심농축기에 관한 운전결과가 〈표 5.4.7〉에 나타나 있다.
1) 용량 및 효율
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슬러지의 농축을 위하여 원심농축기를 선택할 때에는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1), (2)에 대하여
원심농축기의 용량 및 성능을 결정하기 위해서는 슬러지의 성상, 고형물의 농도 및 운전시간을 고려하여 결정한다. 제작업체마다 슬러지 성상에 따른 원심효과, 보울과 스크루 컨베이어간의 속도차, 액측수심 등이 다르므로 선정시 주의하여야 한다. 점검 및 수리 등 유지관리를 고려하여 예비를 두는 것은 바람직하나 장비가 고가이고, 비경제적이므로 근무시간 상시가동 기준으로 2대 이상을 설치한다.
(3)에 대하여
일반적으로 함수율 96% 이하 및 고형물회수율 90% 이상을 목표로 이에 맞도록 각 형식마다 원심효과를 결정한다. 원심효과는 횡형에서는 중력의 1,500～3,000배 정도이다.
(4)에 대하여
횡형은 보울과 스크루가 고속회전하므로 슬러지와 접한 부분이 슬러지에 포함된 모래로 인해 마모되기 쉽다. 따라서 마모에 견디는 견고한 재질을 사용하며, 특히 심하게 마모되는 부분은 경도가 높은 금속을 피복하는 방법, 텅스텐 카바이드 타일 부착 등을 고려한다.
2) 슬러지 유입펌프
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슬러지 공급펌프는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유입슬러지량이 운전상의 중요인자 중의 하나이므로 슬러지 공급펌프의 유량이 일정하도록 용적형 펌프를 사용한다.
(2) 및 (3)에 대하여
슬러지 공급펌프 예비를 설치하지 않을 경우 점검 및 수리시 원심농축기 운전 중단이 불가피하므로 슬러지 농축처리에 지장을 초래하므로 예비대수를 설치하고 상시 운전펌프와 농축기는 1:1로 개별배관하고, 예비펌프는 각 농축기에 모두 연결배관하면 어떠한 펌프의 고장시에도 정상운전이 가능하게 된다.
3) 부대장치
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부대장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지에 포함된 모래에 의해 보울, 스크루, 슬러지 배출구 등에 의한 마모를 방지하기 위하여 경도가 높은 금속제를 사용하게 되면 보수비가 높아진다. 그러므로 모래성분이 많은 슬러지는 가능하면 사전에 모래를 제거하는 것이 좋다.
(2)에 대하여
원심농축기의 본체는 수분의 발산과 소음, 악취 등을 방지하기 위해 케이싱과 충분히 밀착되어야 하며, 필요에 따라 커버를 설치할 경우 내부청소와 수리가 용이하도록 외부덮개를 분해할 수 있는 구조로 만들어져야 한다. 또한, 본체의 진동으로 인한 소음발생 및 기계장치의 손상을 방지하기 위해 다음과 같은 점을 고려한다.
(3)에 대하여
유입슬러지의 농도변화에 대해서도 농축슬러지의 농도를 96% 이하로 유지할 수 있도록 약품주입설비를 설치할 수 있다.
일반적으로 혼합슬러지를 원심농축할 때 응집제주입률은 처리고형물당 0.2% 이하로 한다.
중력식 벨트농축기의 농축은 연속적으로 이동하는 한 장의 여과포 위에서 이루어지며 〈그림 5.4.10〉에서와 같이 혼화조에서 응집된 슬러지는 수위센셔에 의해 최적의 조건으로 투입된다. 투입된 슬러지는 경사지역 및 중력지역에서 농축되고, 피켙 바(picket bar)에 의한 여과포의 상면을 긁어 슬러지를 뒤집어 줌으로써 농축을 촉진 시켜주는 강제 중력농축 및 레이크를 부착하여 여과포의 하부에 발생되는 응축수를 효과적으로 제거하는 방식이다(〈그림 5.4.10〉 참조).
1) 용량 및 효율
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슬러지의 농축을 위하여 중력식벨트농축기를 선택할 때에는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1), (2)에 대하여
중력식벨트 농축기의 용량 및 성능 결정은 슬러지 성상에 따른 농축효과, 여과포 선정, 벨트속도 등의 결정으로 정해진다. 점검과 수리 대비를 위해 예비를 포함한 2기 이상을 설치한다.
(3)에 대하여
일반적으로 함수율 96% 이하 및 고형물회수율 85% 이상을 목표로 각 형식마다 농축효과를 결정한다. 벨트식의 경우 구동속도조절을 통해 원하는 농축효율을 얻을 수 있다.
(4)에 대하여
프레임은 운전중에 견딜 수 있도록 일반구조용 압연강재 또는 스테인리스 강재로 제작하고 부식방지를 위하여 샌딩 및 에폭시 프라이머(epoxy primer)로 표면처리 한다. 롤러류는 압력 배관용 탄소강관을 사용하여 제작하고 강관은 작용하는 굽힘 모멘트에 견딜 수 있어야 하며 표면은 부식방지를 위하여 고무 혹은 폴리아미드로 코팅을 한다. 여액 받이 및 덮개는 부식방지를 위하여 스테인리스 강재로 제작하고 쟁기는 여과포에 손상을 주지 않는 재질을 사용한다.
2) 슬러지 유입펌프
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슬러지 유입펌프는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유입슬러지량이 운전상의 중요인자 중의 하나이므로 슬러지 유입펌프의 유량이 일정하도록 정량성 있는 펌프를 사용한다.
(2)에 대하여
슬러지 유입펌프를 2대 이상의 벨트식 농축기에 연결한 경우, 그 중 벨트식 농축기가 1대라도 정지해야 될 경우는 운전관리가 복잡해지고 유입펌프의 예비시설도 대형화 되므로 비경제적이다.
3) 부대장치
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부대장치는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유입슬러지의 농도변화에 대해서 농축슬러지의 농도를 96% 이하로 일정하게 유지할 수 있도록 슬러지 및 폴리머량을 자동 조절할 수 있는 슬러지 유량 자동제어장치를 설치할 수 있다.
(2)에 대하여
폴리머의 일정농도 유지 및 원활한 용해를 통해 무인운전을 위한 자동제어가 용이하도록 폴리머 용해장치를 설치할 수 있다.
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혐기성 소화는 하수슬러지를 감량화, 안정화하는 것으로 소화과정, 목적, 영향인자 및 운전시 주의사항은 다음과 같다.
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【해설】
(1)에 대하여
혐기성 소화란 용존산소가 존재하지 않는 환경에서 유기물이 미생물에 의해 분해되는 과정으로 슬러지중의 유기물은 혐기성균의 활동에 의해 분해된다.
혐기성 소화에 의한 슬러지의 분해과정은 크게 〈그림 5.5.1〉에 나타낸 바와 같이 가수분해단계, 산생성단계, 그리고 메탄생성단계의 세 단계로 나눌 수 있다. 각 단계의 반응은 발효균, 아세트산 및 수소생성균, 그리고 메탄생성균 등 서로 다른 미생물에 의하여 이루어지며, 이들의 활동은 서로 유기적으로 연결되어 있다.
가수분해 및 발효 단계에서는 슬러지가 휘발성 유기산, 단당류, 아미노산 등과 같은 용해성 유기물을 거쳐 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 고분자 유기산 및 H2와 CO2로 변화하게 된다. 이 단계에서는 유기물이 분해되어 무기물로 변하지 않고 단지 다른 형태의 유기물로 변하기 때문에 유기물의 총 COD는 변하지 않는다. 슬러지의 혐기성 소화과정에서는 가수분해단계가 느리기 때문에 전체 처리 속도를 제한한다.
아세트산은 발효단계에서 직접 생성되기도 하지만, 발효단계의 생산물인 프로피온산, 부티르산 및 고분자 휘발성 유기산 등에서도 생성된다. 후자의 경우를 아세트산과 수소생성단계라고 칭한다.
메탄화 과정에서는 앞 단계에서 생성된 수소 및 아세트산이 메탄으로 변화한다. 이 과정에서 유기물의 COD가 가스상태의 메탄으로 변화함으로써 실질적인 유기물의 제거가 이루어지게 된다. 수소 및 아세트산으로부터의 메탄생성식은 다음 식(5.5.1), (5.5.2)와 같다.
혐기성 소화가 호기성 소화에 비해 지닌 장점으로는 다음과 같은 점을 들 수 있다.
혐기성 소화의 단점으로는 높은 온도(35℃ 혹은 55℃)를 요구한다는 것인데, 이는 발생하는 메탄가스를 열원으로 이용하면 해결할 수 있는 문제이다. 또한, 미생물의 성장속도가 느리기 때문에 초기운전시나 온도, 부하량의 변화 등 운전조건이 변화할 때 그에 적응하는 시간이 길다는 점과 암모니아와 H2S에 의한 악취도 단점으로 지적될 수 있다.
혐기성 처리에서는 외부로부터 산소가 주입되지 않기 때문에 유기물의 안정화는 메탄의 생성을 통하여서만 일어나며, 이 때 생성되는 메탄과 미생물의 양은 적절한 양론식을 세움으로써 예측할 수 있다. McCarty에 의하면 체류시간 20일인 혐기성 소화조에서 하수슬러지의 소화시 일어나는 반응식은 다음 식(5.5.3)과 같다.
식(5.5.3)에서 보면 약 210g의 하수슬러지가 혐기성 분해되면 5.78mols(129l)의 메탄과 0.19mols(21.5g)의 미생물, 그리고 0.81mols(40.5g as CaCO3)의 알칼리도가 생성됨을 알 수 있다. 또한, 가스중 메탄 구성비는 약 70%(5.78/(5.78+2.47))이다.
(2)에 대하여
하수처리장에서 발생하는 슬러지를 혐기성으로 소화시키는 목적은 다음과 같다.
슬러지의 혐기성 소화법은 하수슬러지의 처리를 위하여 많이 이용되어 왔으며 유기성 공장폐수의 처리를 위해서도 좋은 방법이다. 소화중 휘발성 고형물은 감소되고 물과 결합하는 능력도 감소하므로 소화된 슬러지는 탈수시키기가 쉬울 뿐만 아니라 소화되지 않은 슬러지보다 탈수비용이 적게 들 수도 있다.
(3)에 대하여
슬러지는 소화조에 유입되어 적절한 소화온도로 적당한 소화일수를 지내면 유기물은 가스화되어 25～60% 정도 감소한다. 유입된 슬러지는 소화 후 침전분리하면 용해성 유기물을 포함한 상징수, 소화가스 및 안정된 소화슬러지가 된다.
상징수는 잔류유기물 농도가 높아 방류할 수 있는 수질이 되기 위해서는 호기성 처리 등의 2차처리가 필요하다. 통상 상징수는 하수처리계통에 되돌려져 재처리된다. 슬러지의 혐기성 소화시설은 많은 양의 유기물이 가스로 전환될 수 있도록 설계되어야 한다. 이를 위하여 pH와 온도가 적합하여야 하며, 충분한 양의 영양소가 있어야 할 뿐만 아니라 중금속 및 유기용매와 같은 독성물질이 없어야 한다.
혐기성 소화는 소화온도에 따라 중온소화영역 및 고온소화영역으로 구별할 수 있다. 각 소화영역의 효율적인 소화온도는 중온소화영역이 36℃ 전후, 고온소화영역이 55～60℃로서 온도상승에 따라 가스발생속도도 상승한다. 일반적으로 소화온도는 중온소화영역을 사용한다.
소화조내에는 여러 가지 화학물질들이 평형상태를 유지하고 있기 때문에 pH를 조절하는 것은 그리 쉬운 일만은 아니다. 그러나 중성 pH(6～8)에서는 주로 CO2-HCO3-의 평형상태에 의하여 다음과 같이 pH가 결정된다.
HCO3- 알칼리도는 소화조의 CO2분압에 비례하고, H+이온의 농도에 반비례한다. 〈그림 5.5.2〉는 식(5.5.4)의 관계를 나타낸 것이다. 유기산의 농도가 낮은 경우 소화조 내의 알칼리도는 HCO3-양에 의하여 결정된다. 그러나 유기산의 농도가 증가하면 유기산이 HCO3-에 의하여 중화되고 HCO3- 알칼리도는 유기산의 알칼리도로 대치되게 된다. 이 같은 경우 HCO3- 알칼리도는 다음과 같이 계산할 수 있다.
예를 들어 TA가 2,500mg/l로 일정하여도 TVA이 50mg/l인 경우에 BA는 2,465mg/l, TVA이 3,000mg/l인 경우에 BA는 370mg/l로 HCO3- 알칼리도는 총유기산의 농도에 따라 변하게 된다.
〈그림 5.5.2〉에 의하면 CO2가 40%, HCO3- 알칼리도가 1,000mg/l인 경우 pH는 약 6.6이다. 만일 유기산이 생성되어 HCO3- 알칼리도가 감소하는 경우에는 pH가 더욱 감소하여 소화조가 정상적으로 운영되지 못하게 된다. 이 같은 현상을 방지하고 안전율을 고려하여 HCO3- 알칼리도는 2,500～5,000mg/l로 유지하는 것이 바람직하다고 보고 되었다.
유기산 축적에 의하여 pH가 저하된 경우에는 유기산이 완전히 분해될 때까지 슬러지 유입속도를 줄이는 방법과 라임(Ca(OH)2), NaHCO3 또는 NaOH, KOH 등을 주입하여 pH를 정상적으로 유지시키는 방법이 있다. 라임은 비교적 저렴하다는 장점이 있으나 칼슘염의 불용성의 문제가 있다. 라임은 CO2와 반응하여 Ca(HCO3)2를 형성하지만 이 칼슘염은 용해도가 낮아 소화조내의 HCO3- 알칼리도는 약 500～1,000mg/l로 유지하게 된다. 이 상태에서 라임을 더 주입하면 라임은 CO2와 결합하여 불용성의 CaCO3를 형성하므로 HCO3- 알칼리도는 더 이상 증가하지 않는다. 이 경우, CO2의 소모는 일시적으로 소화조 pH를 증가시킬 수 있지만 미생물의 활동에 의하여 CO2가 생성되면 pH는 다시 감소하게 된다. 그러므로 라임으로 pH를 약 6.7 이상으로 유지시키기는 것은 거의 무의미하다. 가장 경제적으로 라임을 사용하기 위하여서는 pH 조정범위를 6.5에서 6.8로 고정하여 6.5 이하일 때만 라임을 첨가하며 그 양은 pH가 6.8 이상이 되지 않도록 조정한다.
NaHCO3는 pH를 조정하는데 가장 효과적인 수단의 하나로서 비교적 값이 싸고 CO2와 반응하지 않으며, pH를 지나치게 높히지 않으며, 용해성이 높은 등의 장점을 가지고 있다. NaHCO3로는 알칼리도를 약 5,000～6,000mg/l까지 높이 올릴 수 있고 라임보다 적은 양으로 pH조정이 가능하다.
미생물이 필요로 하는 영양물질은 주로 질소(N)와 인(P), 그리고 그 밖의 미량원소 등이 있다. 질소는 단백질, 효소, DNA, RNA의 합성 등에 쓰이며, 미생물의 화학식을 C5H7O2N이라고 가정하면 미생물 중량 중 질소는 약 12%를 차지한다. 질소를 소화조에 공급할 때에는 암모니아의 형태로 첨가되어야 한다. NO2-, NO3-를 첨가하면 혐기성상태에서 N2로 변화되므로 (탈질의 원리) 직접 영양분으로 사용할 수는 없다. 인은 ATP, RNA, DNA의 합성 등에 쓰이며, 인의 요구량은 질소의 약 1/5～1/7이라고 알려져 있다. 유기물의 분해되며 생성하는 모든 형태의 비유기성 인 그리고 일부 형태의 유기성 인은 미생물이 직접 섭취할 수 있다. 미생물 성장에 필요한 미량원소로는 Fe, Ni, Co, Ca, 그 밖에 미량원소의 유기물질 등을 들 수 있지만 아직 메탄균에 대한 정확한 미량원소요구량은 밝혀지지 않고 있다. 일반적으로 도시 하수의 1차 및 2차 슬러지는 다량의 N과 P 그리고 여러 종류의 영양물질을 함유하고 있으므로 영양분을 공급할 필요가 없다고 알려져 있다. 그러나, 경우에 따라서는 미량원소인 철분 첨가가 (30～60mg/l) 효율을 증가시킨다고 보고 되어 있으므로 도시 하수에 영양물질이 충분하게 포함되었다고 단정하기는 어렵다.
혐기성 처리에 영향을 미칠 수 있는 독성물질의 종류는 크게 알칼리성 양이온, 암모니아, 황화물, 독성유기물, 그리고 중금속의 5가지로 나눌 수 있으며 그 밖에도 CN- 등이 독성을 미칠 수 있다. 일반적으로 혐기성 처리시 하수의 경우에는 주로 중금속이 문제가 될 수 있다.
중금속중 용해성 Cu, Zn, Ni 등은 독성이 상당히 강하여 낮은 농도에서도 소화조의 운전에 큰 영향을 미친다. Cr+6도 역시 독성이 강하지만 소화조내에서는 3가로 환원되어 비용해성 상태로 존재하게 되므로 큰 영향을 미치지는 못한다. 철이나 알루미늄염 역시 용해도가 작아 독성이 크지는 않지만 1차 및 2차 슬러지를 처리하기 위하여 많이 사용한 경우에는 응결작용에 의하여 분해도가 저하되는 경우가 있다. 〈표 5.5.1〉에 혐기성 처리에 영향을 미치는 중금속의 농도를 표시하였다.
중금속의 독성을 제거하는 가장 보편적인 방법이 중금속 황화물에 의한 침전법으로 소화조내에 황화물이 충분하지 않을 때에는 Na2S를 첨가하면 된다. 이 때 약 1mole의 황화물(S의 분자량 32)은 같은 mole(분자량 58～65)의 중금속과 결합하므로 1mg/l의 중금속을 제거하기 위해서는 약 0.5mg/l의 황화물이 필요하게 된다.
혐기성 처리에 독성을 미치는 유기물질의 범위는 유기용매에서부터 알코올, 고분자 지방산 등의 흔한 물질에 이르기까지 매우 다양하다. 일반적으로 대부분의 독성유기물질은 미생물을 죽이는 것보다는 미생물의 활성을 저하시키는 효과를 지니므로, 일부의 독성물질은 순응기간을 거치면 미생물의 기질로 사용될 수 있다.
유기산에 의한 독성은 pH와 밀접한 관계가 있다. 유기산이 축적하면 소화조의 pH는 낮아지게 되어 소화효율이 저하되게 된다. 총유기산(TVA)은 이온화 된 것(IVA)과 이온화 되지 않은 휘발성산(UVA)으로 나눌 수 있는 데 소화조내에서 pH의 메탄화에 저해작용은 주로 UVA의 양에 의해 결정된다. 이는 UVA는 미생물막을 쉽게 통과하기 때문에 미생물내에 축적되어 신진대사를 저하시키기 때문이다. UVA의 농도는 소화조내의 pH와 총휘발성산의 함수이다. 아세트산의 경우, UVA과 TVA의 분포를 계산하면 TVA의 총량이 500mg/l인 경우, pH 7, 6.5, 6 에서 각각 UVA가 2.5, 7.8, 23.9mg/l이다. 저해작용을 일으킨다고 보고된 이온화 되지 않은 산의 농도는 아세트산일 경우는 10～25mg/l, 총유기산의 경우는 30～60mg/l라고 알려져 있다. 그러므로, pH를 알맞은 범위로 조절할 경우 유기산의 농도가 높아도 메탄 생성량이 영향을 받지 않게 되며, 이로부터 pH 조절이 매우 중요함을 알 수 있다.
위에서 언급한 독성물질이외에도 산소도 혐기성균에 독성을 미치는 물질이다. 메탄생성균이나 기타 편성 혐기성균들은 미량의 용존산소에도 매우 치명적인 손상을 입기 쉬우므로, 소화조는 항상 밀폐가 되어야 하며, 이 조건은 메탄의 회수에도 필수적이다. 산소에 의한 영향도 가역적으로 혐기성 미생물이 산소에 노출된 후 약 10일 정도 이후에는 가스발생량이 정상상태로 회복됨이 보고 되었다.
(4)에 대하여
혐기성 소화공정을 적절하게 운전 및 관리하기 위하여 다음을 고려하여야 한다.
혐기성 소화조 관리자들이 흔히 겪는 문제중의 하나가 거품과 스컴이다. 스컴은 가스방울이 없는 경우에도 물보다 비중이 작은 물질(기름, 식물성분 등)이 부유하며 발생하는 것이고 거품은 반드시 가스 방울이 존재하는 경우에만 생성된다. 이 문제들은 주로 초기시동단계와 유기물 과부하시나 소화조의 균형이 맞지 않을 때 발생하게 된다. 초기시동단계에서는 유기산생성균의 활동은 활발하고 메탄균은 그 활동이 미약하여 유기산이 축적되는 경우 거품이 흔히 발생하기도 하지만 약 1～2주 후면 소멸한다. 두번째 경우에는 검고 두꺼운 스컴층이 형성된다.
혐기성 소화조에서 거품이 발생하는 원인으로는 유입수의 과다한 기름성분 함유, 과다 혹은 과소 혼합, 유입수중 높은 활성슬러지 함유량, 심한 온도 변화, 높은 CO2 농도, 높은 알칼리도 등을 들고 있다. 이 문제의 해결방안으로는 원수 중의 활성슬러지의 양을 줄이는 방법, 온도의 변화폭을 작게 유지하고 유입을 균등히 하며, CO2의 분압을 낮추는 방법 등이 제시되고 있다. CO2의 분압을 낮추는 방법으로는 가스를 KOH용액에 통과시켜 CO2를 흡수하거나 메탄 등의 가스를 주입하는 방법 등이 있다. 물리적으로 거품을 제거하는 방법으로는 소화조의 표층을 혼합시키는 방법도 고려할 수 있다.
혐기성 소화조에서 흔히 발생하지만 별로 알려지지 않은 문제의 하나가 struvite, 즉 magnesium ammonium phosphate (MgNH4PO4) 스케일의 형성이다. 이 스케일은 관로나 열교환기를 막는 문제를 일으키며 일단 생성이 되면 쉽게 제거할 수가 없다. 소화조내에서는 암모니아와 인산은 미생물의 작용에 의하여 생성되므로 Mg가 충분한 양이 유입되면 MgNH4PO4의 용해도적을 넘어 스케일이 형성되게 된다. 용해도적은 온도 pH의 함수이다. 이 스케일을 방지하는 방법으로는 표면이 매끄러운 PVC와 같은 관과 polyethylene 혹은 teflon coated plug valve를 사용하거나 관리를 철저히 하는 방법이 있고, 보다 적극적인 방법으로는 철분을 주입하여 인산염을 침전시키는 방법이 있다. 혐기성 소화조 운전시 발생할 수 있는 일반적인 문제점과 그 대책을 〈표 5.5.2〉에 나타내었다.
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혐기성 소화조를 설계할 경우에는 다음 사항을 고려하여 조의 크기를 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
소화조 유입슬러지의 양은 하수의 특성, 하수처리방법 그리고 슬러지 고형물농도에 의하여 좌우된다. 분석자료가 없는 경우에는 유입하수내에 있는 부유물의 양은 일반적으로 추정될 수도 있는데, 미국의 경우 0.07～0.09kg SS/d·인의 값이 이용된다. 우리나라의 경우 수세식 화장실 및 수거식 화장실의 분포상황에 따라 부유물배출량이 다르며 하수가 공장폐수를 함유하는 경우에는 부유물의 양이 변할 수도 있다.
유입슬러지와 소화슬러지의 특성은 물리적 또는 화학적 측정용어로 표현될 수 있다. 물리적 특성은 함수율, 휘발성 고형물, 밀도, 색도, 액성, 소성 등을 포함하며 화학적 특성에는 질소, 인, 단백질, 탄수화물, 지방질 등의 농도가 있다.
슬러지의 특성은 하수 및 슬러지 처리방법에 따라 변한다. 〈표 5.5.3〉에 1차슬러지, 소화된 1차슬러지 및 잉여슬러지의 구성에 관한 대표적인 값들이 주어져 있다.
유입슬러지의 특성은 직접 소화조의 운전에 영향을 미치기 때문에 혐기성 소화조의 설계에 있어서 대단히 중요하다. 혐기성 소화조를 운전하는데 중요한 유입슬러지의 특성에는 다음과 같은 것들이 있다.
우리나라의 1차와 잉여슬러지의 성상을 나타낸 것이 〈표 5.5.4〉와 〈표 5.5.5〉인데 우리나라 슬러지는 VSS/TSS 비가 미국과 비교해 매우 낮다는 특징이 있다.
(2)에 대하여
슬러지의 혐기성 소화효율은 체류시간 및 온도의 영향을 받게 되며, 각 온도영역에서 효율이 최대이고 고형물체류시간이 최소인 최적온도가 존재하게 된다. 따라서 소화에 필요한 기간도 온도에 따라 다르게 된다.
수리학적 체류시간(hydraulic retention time)은 슬러지 입자가 처리시설내에 머무는 시간을 뜻하며, 혐기성 소화시에는 고형물체류시간과 혼용되고 있다. 1950년대까지는 슬러지를 친온성 영역에서 30～60일간 소화시키는 방법이 채택되었으나 고율처리공정이 발달되면서 비교적 짧은 소화기간으로도 슬러지를 성공적으로 혐기성 소화시킬 수 있게 되었으며 11 ～15일 정도의 수리학적 체류시간에서도 만족스럽게 슬러지를 소화시킬 수 있다는 것이 알려졌다.
안정된 상태에서 박테리아의 성장을 가장 단순하게 표현하는 모델은 영양분과 박테리아가 일정한 유량과 농도로 유입 및 유출하는 완전혼합 반응조의 모델이다. 하수처리장의 1차슬러지 처리시 palmitic, stearic, olelic acids 등으로 구성된 지방성분과 프로피온산의 분해속도가 가장 느리므로 SRT가 10일 이상이 되어야 분해되기 시작하며 이때 셀룰로스, 단백질, acetate의 분해는 거의 완전하게 이루어진다. 따라서, SRT가 10일 이상이 될 때에는 COD중 메탄화된 양은 지방성분과 propionate의 분해성 여부에 의하여 좌우되는데 이들을 분해시키는 미생물의 Y, k, 그리고 b의 값이 크게 다르지 않다고 보면 슬러지 반송을 실시하지 않는 완전혼합형 소화조에서 하수처리장의 1차슬러지 처리에 대하여 다음과 같다.
위의 식(5.5.6)와 (5.5.7)에서 온도가 20～35℃의 범위인 경우 하수슬러지에 대한 각 계수의 값은 다음과 같다.
식(5.5.6)와 식(5.5.7)에서 보면 θc, 즉 미생물 체류시간이 전형적인 혐기성 소화조의 설계 및 운영에 있어서 가장 중요한 변수임을 알 수 있다.
위의 계수를 사용하여 Sto=28.4g COD/l, Sro=8.8g COD/l, Sdo=19.6g COD/l인 1차슬러지의 처리시 유출수의 수질과 메탄발생량을 예측한 것이 〈그림 5.5.3〉에 나타나 있다. 전반적으로 SRT가 30일 이상일 경우에는 처리효율이 온도와 무관하지만 SRT가 짧아지고 온도가 낮아지면 처리효율도 저하됨을 알 수 있다. 온도가 35℃일 경우에는 SRT가 10일을 넘을 경우 SRT를 증가시켜도 처리효율이 거의 증가하지 않는다. 통상적으로 소화조는 30일 정도의 SRT에서 운영되기 때문에 운영온도는 처리효율에 그다지 큰 영향을 미치지는 않게 된다. 그러나 온도가 높거나 SRT가 긴 경우에는 소화조 운영의 안정성이 커지게 된다. 또한, 온도가 15℃ 이하이면 지방성분이 분해되지 못하므로 적어도 그 이상의 온도는 유지하여야 한다.
소화조의 운영에 있어서 교반의 역할은 매우 중요하다. 교반은 소화조내의 성층화에 의한 스컴층 및 온도경사의 발생 억제, 독성물질의 분산, 미생물효소와 유기물과의 접촉증대에 필요하며, 불완전할 경우에는 유효용적을 감소시킴으로써 처리효율을 저하시킨다. 실제로 현장에서는 불완전 교반에 의하여 소화조 유효용적이 약 70%정도까지 감소한 예가 보고되었다. 이와 같은 불완전 교반의 영향은 〈그림 5.5.3〉에 의하여 파악할 수 있다. 유효용적이 50% 감소하는 것은 SRT가 반으로 감소하는 것으로 생각할 수 있다. 〈그림 5.5.3〉에서 SRT가 20일인 경우 유효용적이 50% 감소하면(점 a) 처리효율이 약 5%정도 감소한다. 이때 온도 역시 35℃에서 30℃로 낮아지면(점 a') 처리효율이 약 16% 정도 감소함을 알 수 있다. 하지만 SRT가 10일인 경우 35℃에서 유효용적이 50% 감소하는 경우(점 b) 처리효율이 약 48%정도 감소하며 온도가 30℃인 경우에는(점 b'') 소화조 운영이 완전히 실패함을 알 수 있다.
완전혼합되는 혐기성슬러지 소화조를 설계하기 위해서는 최대유량에서도 충분한 체류시간이 되도록 함으로써 가스생성량이 알맞도록 할 수 있는 고형물체류시간(solids retention time, SRT)을 선택해야 하는데 이에 관한 참고자료가 〈표 5.5.7〉에 주어져 있다.
(3)에 대하여
과거에는 슬러지를 혐기성으로 소화시키기 위하여 30～60일의 고형물 체류시간을 이용하였지만 고율처리공정이 개발되면서 재래식 방법에서 통제하기 어려웠던 여러 가지 요소를 통제할 수 있게 되었으므로 체류시간이 상당히 단축되었다.
고율처리공정에서는 소화조내의 슬러지를 계속 활발하게 혼합시켜주며 체류시간을 상당히 짧게 하면서 슬러지를 가열하여 온도를 높게 유지한다. 고율이라 하여 재래식의 표준율에 비하여 박테리아가 유기물을 빨리 메탄가스로 분해시킨다는 뜻은 결코 아니다. 실제에 있어서 온도만 같다면 화학적 반응상수는 양쪽 모두 동일하다고 할 수 있다. 그러나 고율에서는 슬러지를 혐기성으로 소화시키는데 좀 더 적합한 상태를 조성해 줄 뿐이다. 소화조내의 슬러지를 계속 혼합시키고 가열하고 슬러지를 계속적으로 유입시킴으로써 미생물이 슬러지내의 유기물과 보다 완전한 접촉을 하게 된다.
고율처리공정에서는 체류시간이 10～15일이면 만족스러운 슬러지 소화를 달성할 수 있지만 대부분의 경우 15～25일로 함으로써 공정을 좀 더 안전성 있게 한다. 〈그림 5.5.4〉에 재래식 표준율 및 고율 소화공정의 설명도가 주어져 있다. 고율소화조에서는 슬러지가 완전히 혼합되므로 상징수층이 형성되지 않으며 따라서 슬러지를 최종처리·처분하기 전에 상징수를 분리시키려면 침전지역할을 할 수 있는 별도의 조가 필요하게 되는데 이와 같은 경우를 이단계 소화라고 한다. 소화조가 하나만 있는 경우를 일단계 소화라 하고 이때는 별도의 고액분리과정을 거쳐 화학적 개량 후에 탈수시키도록 한다.
슬러지를 혐기성으로 소화시키는 경우 혼합이 필요한 이유는 다음과 같다.
고율소화단계와 슬러지 농축단계가 분리되면 더 좋은 상징수를 얻을 수 있다. 따라서 슬러지 소화는 보통 2단으로 설계한다. 즉, 1단계에서는 슬러지를 가열 및 혼합시켜 소화가스의 생성을 최대로 하며 2단계에서 슬러지를 가열시키지 않고 장기간 저류시킴으로써 깨끗한 상징수를 슬러지로부터 분리시키게 된다.
슬러지 소화조의 상징수는 BOD와 고형물농도가 높아 하수처리장 유입부로 되돌려 보내 재처리되도록 하므로 하수처리장의 설계시 소화조 상징수에 의한 부하를 고려하여야 하며 이를 무시하는 경우 하수처리효율이 떨어질 수도 있다.
(4)에 대하여
소화조로 유입되는 슬러지의 고형물농도는 소화조내에서의 생물학적 반응에 영향을 미치므로 결국 소화조의 크기에도 영향을 미치게 된다. 1차슬러지의 고형물농도는 2～5%, 잉여슬러지의 경우는 0.8～1.5%이므로 생물학적 처리방법을 채택하는 하수처리장에서는 슬러지를 농축하여 소화조로 유입시킨다. 슬러지를 소화시키기 전에 농축시키면 다음과 같은 장점이 있다.
표준율 소화인 경우 유입슬러지를 농축시키면 고형물부하를 증가시킬 수 있다. 예를 들어 〈그림 5.5.5〉에서 보는 바와 같이 유입슬러지의 고형물농도가 6%이면 체류시간을 20일로 하는 경우 고형물부하가 3.1kg/㎥·d이나 10%이면 5.2kg/㎥·d로 증가될 수 있다.
유입슬러지의 휘발성 고형물농도가 증가함에 따라 같은 휘발성고형물제거효율을 얻는데 요구되는 체류시간은 짧아진다. 예를 들어 휘발성고형물이 70%인 슬러지를 처리하여 휘발성고형물의 제거효율이 60%되게 하려면 58일의 체류시간이 요구되나, 80%인 경우에는 60% 제거하는데 30일이 요구된다(〈그림 5.5.9〉 참조). 슬러지의 고형물 농도가 너무 높으면 양수하기가 어렵게 되며 소화조내에서 알맞게 혼합시키기도 어렵기 때문에 10～12%를 최대치로 사용한다.
소화된 슬러지의 양과 특성도 후속 처리와 처분을 위하여 중요성을 갖는다. 소화조의 바닥에서 제거되는 소화슬러지는 상당한 양의 그리트, 머리카락, 걸레조각, 합성수지 등 미생물에 의해서 분해가 안되는 물질을 함유한다.
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소화방식은 일단소화 또는 이단소화방식으로 한다. |
【해설】
혐기성 소화조의 주된 기능은 복잡한 유기물을 혐기성 미생물에 의해 분해시키는 것이지만 일반적으로 고액분리도 기대하는 경우가 많다. 이 경우에 생물반응조와 고액분리조를 분리해서 설치하는 2단소화가 바람직하다. 그러나, 소화과정에서 슬러지 소화조에 유입되는 슬러지 농도가 높아 고액분리를 하지 않아도 소화 후의 슬러지 농도가 높아 직접 탈수할 수 있는 경우나 슬러지 세정조에서 고액분리를 함께 시키려는 경우에는 1단소화도 가능하다.
소화방식은 일반적으로 2단소화가 많이 사용되며, 1단계 소화조에서 가온 및 교반하고, 2단계 소화조에서는 비교적 정치된 상태에서 소화슬러지와 상징수를 분리시킨다. 2단소화에서는 소화조 2기를 직렬사용하는 방식과 이중소화조방식이 있다. 이중소화조는 동심원형의 내측에 1단계 소화조, 외측에 2단계 소화조를 설치하여 사용하므로 열손실이 적어 에너지면에서 유리하지만, 2단계 소화조의 형상때문에 소화슬러지의 배출에 어려움이 있다.
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소화조의 용량은 다음에 주어진 공식을 이용하여 계산할 수 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
재래식 일단 소화조의 용량은 〈그림 5.5.6〉을 이용하면 합리적으로 산출할 수 있다. 즉, 유입슬러지는 V1(㎥/d)의 유량으로 소화조에 유입되어 T1(일) 동안 소화를 거치면서 유기물의 분해, 상징수의 제거 등으로 인하여 유량 V2(㎥/d)로 감소된다. 소화된 슬러지는 바로 소화조에서 제거되는 것이 아니고 후속 처리나 처분을 위하여 T2 동안 같은 소화조내에 머물러 있게 된다. 따라서 요구되는 소화조의 전체용량은 식(5.5.8)로 구하면 된다.
(2)에 대하여
고율 2단소화조는 2개의 조로 구성되므로 1단계 소화조의 용량은 식(5.5.9)를 이용하고, 2단계 소화조의 용량은 식(5.5.10)을 이용하여 구하면 된다. 유량 V1(㎥/d)인 슬러지는 〈그림 5.5.1〉에 보인 바와 같이 1단계 소화조에 유입된 다음 T(일) 동안 소화를 거치나 상징수의 제거가 없으므로 유량변화가 없다. 1단계 소화조에서 소화된 슬러지는 2단계 소화조로 이동된 다음 T1(일) 사이에 침전농축되어 유량 V2로 줄어들며 그 후 T2(일) 동안 저장되다가 후속처리를 위해 배출된다.
그러나 실제 소화처리되어야 할 슬러지의 양과 특성, 소화슬러지의 양 등을 추정하기가 곤란하므로 소화조의 용량을 〈표 5.5.8〉에 주어진 바와 같이 등가인구(population equivalent)에 기준을 두고 정하는 수도 있다.
1단계 소화조는 체류시간이 20일 정도면 충분한 소화가스가 발생한다. 2단계 소화조는 고액분리를 주된 목적으로 하므로 체류시간은 10일 정도면 좋다. 그러나 슬러지의 성상 및 소화 후의 슬러지 처리·처분형태 등 운전상의 편의를 위하여 체류시간을 적절히 조절할 수가 있다. 소화조 하부의 원추부분에는 그리트가 퇴적되기 쉬우며 소화조 상부에는 스컴과 소화가스가 모이는 여유공간이 있어야 하므로 이 부분은 유효용량에서 제외되는 경우가 많다.
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【해설】
(1)에 대하여
소화효율은 투입슬러지중의 유기성분이 가스화하여 감소하는 비율을 말하는데 소화일수, 소화온도, 투입슬러지의 유기성분 등에 따라 정해진다. 소화효율의 산출은 식(5.5.11)과 같이 표시된다.
일반적으로 소화온도 30～35℃, 소화일수 20일 정도의 중온소화에서 투입슬러지의 유기성분이 70% 이상이면 소화율은 50%정도가 얻어진다.
〈그림 5.5.7〉은 우리나라 하수처리장에서 채취된 1차와 잉여슬러지를 농축시킨 후 완전혼합형 혐기성 소화조에서 소화시켰을 때의 VS(휘발성고형물질)의 소화제거효율을 나타내고 있다. 1차슬러지의 경우에는 1kgVS/㎥·일의 부하에서 약 50%의 제거효율을 나타내며, 잉여슬러지는 같은 부하에서 약 30% 내외의 제거효율을 나타내었다.
〈그림 5.5.8〉은 슬러지 VS부하율(kgVS/㎥·d)에 따른 가스발생량으로서 1차슬러지는 1kgVS/㎥·일에서 약 0.55㎥gas/kg(VS유입), 잉여슬러지는 약 0.25㎥gas/kg(VS 유입)으로 나타나고 있다. 가스내의 CH4 함량은 1차슬러지가 63～65%, 잉여슬러지는 65～68% 정도였다.
〈그림 5.5.9〉는 유입슬러지의 VS함량과 소화기간(일)에 따르는 VS제거효율을 나타내고 있다.
완전혼합형 소화조 후에는 고액분리용 소화조를 설치하는데 소화된 슬러지의 함수율은 96～97.5%로 유입슬러지의 함수율과 거의 같다.
(2)에 대하여
소화슬러지량은 소화효율 등을 고려하여 식(5.5.12)에 의해 정해진다.
식(5.5.12) 중 (VS1/100)×(D/100)는 고형물 감소율로서 그 값은 약 30～40% 정도이다. 탈리액을 뽑아내는 경우는 소화탱크의 고형물회수율에 의한 소화슬러지량을 보정한다.
탈리액을 뽑아내는 경우 소화슬러지의 함수율은 96.0～97.5% 정도로서 투입슬러지의 함수율과 비슷한 정도이다. 탈리액을 분리하지 않는 경우 소화슬러지량은 투입슬러지와 같으므로 소화슬러지의 함수율은 소화탱크내에서 유기성분이 분해됨에 따라 투입슬러지보다 증가한다.
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소화조의 수와 형상은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
슬러지 소화조의 수와 형상은 슬러지 부하율, 요구되는 소화효율, 운영방법, 소화가스의 저장, 소화슬러지의 저장, 융통성의 정도, 구조물의 기초문제 등에 의하여 결정되며, 고율소화에서는 체류시간이 짧으므로 조의 크기가 작아도 된다. 특수한 소형 소화조를 제외한 일반적인 소화조의 용적은 대체로 다음과 같이 나눌 수 있다.
(1)에 대하여
슬러지 소화조의 형상은 슬러지의 교반, 조내 온도의 균일화, 가온, 보온 및 구조상의 경제성과 안정성을 고려해서 결정하는데 원통형이 가장 많이 사용되어 왔다. 원통형인 경우 내경은 10～30m가 많은데 내경과 측심(유효수심)의 비가 2:1 정도로 한다. 가스교반을 할 경우에는 유효수심이 얕으면 교반효과가 적으므로 최저 4m는 확보되도록 한다.
소화조의 다른 형상으로 우리나라에서도 건설되어 가동되고 있는 계란형 소화조가 있다. 계란형 소화조는 역학적, 구조적, 기술적, 미적 관점에서 장점이 있어 1956년부터 독일을 선두로 유럽에서 많이 건설되었으며, 미국에서도 활발하게 건설되고 있다. 계란형 소화조의 특징으로는
〈그림 5.5.10〉에는 다양한 소화조의 형태를 나타내었다.
(2)에 대하여
하수처리장에서는 침사지를 이용하여 그리트를 제거하지만 소화슬러지내에도 상당한 양의 무거운 입자가 존재하므로 이를 제거하기 위하여 소화조의 바닥에 경사를 둔다. 미국에서는 대부분의 경우 1/12 정도의 기울기를 요구하며, 일본에서는 원통형일 때 30/100 이상을, 계란형일 때 1/1 정도로 한다. 따라서, 조건이 허락하면 가능한 기울기를 크게 하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
소화조의 수는 수리, 점검, 청소 등에 의한 운전정지를 대비해 2계열 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 계열수가 적을 때는 슬러지 소화조의 용량에 여유를 두도록 한다. 또, 2단계 소화조에 슬러지 유입, 가온 및 교반장치를 설치해 1단계 소화조로서 사용가능 하도록 하는 방법도 있다. 2단소화에 있어서, 1단계 소화조와 2단계 소화조의 용량비를 2:1로 한 경우 슬러지 소화조를 3조 건설하여 그중 2조를 1단계조로 병렬운전하고, 남은 1조를 2단계조로 하면 같은 형태로 더 많은 용량을 처리할 수 있다.
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소화조의 구조는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지 소화조는 다른 하수처리시설과 마찬가지로 수밀성의 철근콘크리트 구조물이 좋다. 그러나 계란형 소화조의 경우에는 시공상의 편리성 때문에 철제구조가 훨씬 많이 쓰이고 있다. 혐기성 소화조는 다른 시설물과 달리 슬러지가 분해할 때 소화가스가 발생하며 소화가스가 누출되면 폭발이나 악취 발생의 위험성이 있으므로 이를 방지하기 위하여 기밀성의 구조물이어야 한다. 또한, 소화가스내의 황화수소는 부식성이 강하므로 내식성의 구조이어야 한다.
(2)에 대하여
소화조는 열발산을 최소로 하여 열효율을 상승시켜야 한다. 따라서 조의 벽과 지붕을 열전도율이 낮은 재료로 피복하거나 벽을 이중으로 하여 보온이 되도록 하여야 한다.
주변벽을 적당한 두께의 복토로 보온하는 경우도 있다. 이 경우에 복토재로는 점토질이 적고 투수성이 좋은 흙을 사용한다. 슬러지 소화조의 보온구조를 〈그림 5.5.11〉에 나타내었다.
(3)에 대하여
슬러지 소화조에서는 〈그림 5.5.12〉에 보인 바와 같이 고정식 지붕과 부유식(浮遊式) 지붕이 가장 많이 이용되며 때로는 이 두 종류를 혼합한 것도 이용된다. 2단소화를 채택하는 경우에는 1단계 소화조에는 고정식 지붕을 설치하고 2단계 소화조에 부유식 지붕을 설치하여 소화가스의 대부분을 저장시키는 것이 좋다. 물론 두 조에 모두 부유식 지붕을 설치하거나 고정식 지붕을 설치할 수도 있지만 1단계 소화조에 부유식 지붕을 설치하거나 2단계 소화조에 고정식 지붕을 설치하는 것은 좋지 않다.
부유식 지붕에는 두 종류가 있는데 하나는 슬러지 표면에 바로 얹힘으로써 가스저장공간이 제한된 형이고 또 하나는 둘레에 굽도리널(skirt)이 있어서 소화가스의 완충력에 의하여 지지되는 가스저장형이다.
고정식 지붕에는 철근콘크리트로된 돔형, 원추형, 평면슬래브형 그리고 철제 돔형이 있다. 고정식 지붕에 비하여 부유식은 다음과 같은 장점이 있다.
그러나 부유식 지붕은 고정식에 비하여 고가라는 단점이 있다. 과거에는 부유식 지붕을 사용하는 경우 공기가 새어 들어올 위험성이 있었으나, 조내의 압력이 대기압보다 낮게 되면 가스저장실의 가스가 소화조로 흐르도록 하는 자동시설이 생기면서 이 문제는 부분적으로 해소되었다.
모든 지붕에는 압력 및 진공제거밸브, 역화방지장치(flame trap)가 갖추어져야 한다. 또한, 직경이 최소 200mm이며, 재빨리 여닫을 수 있는 가스밀폐형의 뚜껑이 부착된 가스시료 채취관이 2개 설치되어야 한다.
소화조의 지붕에는 최소한 2개의 맨홀을 설치하는 것이 좋다. 맨홀의 내경은 보통 0.6m이나 0.7m 정도로 크게 만들어 스컴 제거, 내부수리 등을 쉽게 할 수 있도록 하는 것이 좋으며, 맨홀 뚜껑을 여는 경우에는 화재 및 폭발에 각별히 유의하여야 한다.
(4)에 대하여
슬러지 소화조의 여유고는 지붕의 종류와 소화가스의 최대압력을 고려하여 결정되어져야 한다. 부유식 지붕인 경우 실제 수위는 벽의 상단으로부터 0.8m 아래에 위치하므로 액체면과 벽상단면에 0.5～0.6m의 여유고가 있게 된다. 고정식의 평탄한 슬래브인 경우 실제수위상부에 0.3～0.6m의 여유고가 제공된다. 그러나 고정식의 원추형 또는 돔(dome)형 지붕에서는 실제 수위와 측벽상단간의 여유고가 0.3m보다 적을 수도 있다. 제한된 여유고를 가진 고정식 지붕의 경우 압력에 의해 파괴되는 것을 방지하기 위하여 소화가스와 상징수를 자동적으로 제거할 수 있는 시설을 갖추어야 한다.
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슬러지 소화조에는 다음에 열거된 방법의 혼합장치를 준비하여 조내의 온도분포를 균일하게 하고, 유입되는 슬러지를 조내에 골고루 분산시켜 전체적으로 균질한 상태로 만들어 주는 것이 좋다.
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【해설】
혼합의 목적은 투입슬러지와 소화슬러지와의 혼합, 탱크내 온도의 균일화, 입자에 부착된 가스의 분리에 의한 소화효율의 향상 및 스컴 발생에 의한 유효용량의 감소를 방지하는 것이다. 혼합 방법으로는 기계식 혼합기를 설치할 수도 있고, 펌프를 설치하여 조내의 슬러지를 재순환시킬 수도 있으며, 소화조의 바닥에 설치된 산기관을 통하여 소화가스를 재순환시켜 슬러지를 혼합시킬 수도 있다. 〈그림 5.5.13〉에는 소화조의 혼합방법을 나타내고 있다.
혼합정도의 적정 여부는 조내의 고형물농도의 차이를 확인함으로써 판단할 수 있다. 즉, 조에서 고형물농도 차이가 10% 이하이면 완전혼합이 일어나고 있다고 본다. 이때 바닥에 축적된 부유하기 어려운 그리트는 제외된다.
소화조내의 슬러지를 반드시 계속 혼합시켜야만 효과적이라고는 할 수 없다. 1～3시간 정도로 매일 3～6회 혼합시켜도 충분하다. 최근의 연구결과에 의하면 소화조내의 슬러지를 재순환펌프 등을 사용하여 30분에 한번씩 양수시키는 것으로도 충분했다고 한다. 그러나 슬러지가 소화조에 유입될 때 혼합은 반드시 실시되어야 한다. 이때 슬러지는 혼합기, 펌프 또는 소화가스주입점 등의 위치에 유입시켜 혼합이 잘 되도록 해야 한다.
(1)에 대하여
소화가스를 재순환시켜 슬러지를 혼합시키는 방법은 널리 이용되며 여러 가지 방법이 있다. 산기관을 사용하는 경우에는 압축기로 소화가스를 압축시켜 소화조의 바닥에 볼트로 고정되거나 조의 바닥 중앙의 콘크리트대에 설치된 산기관으로 뿜어줌으로써 혼합을 한다. 산기관에 의한 재순환 방법의 예는 〈그림 5.5.13〉의 a)에 나타내었으며, 산기관을 통하여 공급해야 하는 가스의 유량을 〈표 5.5.9〉에 나타내었다.
재순환되는 가스를 여러 개의 방출관으로 방출시키는 방법(〈그림 5.5.13〉의 b) 참조)에서는 소화조의 둘레를 따라 조 깊이의 1/2～3/4 지점에 설치된 관을 이용한다. 이때 각 관은 각각 다른 시간에 가스가 방출될 수 있도록 시간조정기에 의해서 통제된다. 따라서, 가스방출관은 정해진 시간간격으로 압축기에서 보내지는 가스를 방출시키게 된다. 슬러지 소화조의 고형물부하가 높은 경우에는 이 방법을 사용하여 소화조를 완전혼합시키면 효과적이다.
(2)에 대하여
여러 가지 형태의 기계식 혼합기(〈그림 5.5.13〉의 c) 참조)가 소화조의 혼합을 위하여 이용될 수 있는데 평판날개터빈(flat-bladed turbine)이나 위드레스프로펠러(weedless propeller) 등이 그 예이다. 소화조의 지붕이 부유식인 경우에는 혼합기를 측벽에 설치하는 것도 좋다. 프로펠러식인 경우에는 소화조의 깊이가 얼마든간에 프로펠러가 물속에 잠기기만 하면 일정한 혼합을 유지할 수 있다. 또한 측벽에 설치된 혼합기는 소화조 바닥을 깨끗이 유지하기 위해서도 알맞다. 그러나 정비시에는 소화조를 비워야 한다는 단점이 있다.
지붕에 설치된 혼합기는 고정식 및 부유식 지붕에 모두 이용되며, 소화조내의 슬러지를 모두 혼합시키면서 동시에 스컴이 축적되지 않도록 소화조내의 수면을 유지할 수 있다. 혼합기 구동장치는 패킹상자(stuffing box)나 기계식 밀폐법에 의하여 소화조의 슬러지로부터 격리시킬 수 있다.
(3)에 대하여
펌프와 순환관(draft tube)에 의한 혼합(〈그림 5.5.13〉의 d) 참조)은 소화조에 유입되는 슬러지를 소화중인 슬러지와 효과적으로 혼합시키는 방법으로 외국에서 가장 많이 쓰이고 있다. 펌프의 용량조절로 소화조내의 혼합정도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
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슬러지 유입관 및 소화슬러지 배출관은 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
슬러지 배관 계통도의 예를 〈그림 5.5.14〉에 나타내었다.
(1)에 대하여
슬러지 유입관은 유입된 슬러지가 소화중인 슬러지와 혼합되어 소화가 잘 진행될 수 있도록 위치하여야 한다. 따라서 슬러지는 소화가 최대로 활발히 진행되는 층에 유입되어야 하며, 슬러지가 유입된 후 즉시 조내에 완전히 분산될 수 있는 위치에 유입관을 배치할 필요가 있다. 일반적으로 슬러지를 조의 중심부근 수면상에 유입시킨 다음 혼합장치로 강하게 혼합시켜 슬러지가 분산되도록 한다. 소규모 소화조에서는 단일유입관을 사용하지만 대규모 소화조에서는 2개 또는 그 이상의 유입관을 배치시켜 슬러지가 균등히 분배되도록 한다.
(2)에 대하여
일반적으로 소화된 슬러지는 소화조의 바닥에 침전하여 농축되므로 소화슬러지 배출관을 조의 바닥 중심부근에 위치시키는 것이 보통이다.
(3)에 대하여
슬러지관은 부유물에 의하여 폐쇄되는 것을 방지하기 위하여 내경이 150mm 이상인 관을 사용하는 것이 좋으며, 펌프로 상징수를 압송하여 슬러지관을 역세척시킬 수 있도록 하는 것이 좋다.
1단계 소화조에서 2단계 소화조로의 슬러지 수송은 원칙적으로 월류관에 의한 자연유하식으로 이루어지도록 하는데 월류관이 대기중에 개방되어 스컴이 발생하는 경우가 있으므로 직접 이송할 수 있는 배관도 설치한다.
(4)에 대하여
소화슬러지의 배출을 중력식으로 수행하는 경우에 제거밸브가 열렸을 때 정전이 되면 밸브가 닫히지 않아 슬러지가 계속 배출되므로 역작동되는 공기밸브 등 긴급차단장치를 고려한다.
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분뇨를 혐기성 소화조에서 연계처리하는 경우에는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
하수처리장 인근의 위생처리장에서 시설용량을 초과하는 분뇨가 유입되거나 정화조폐액을 하수처리장에서 연계처리해야 할 필요가 있는 경우에는 수용 가능한 처리용량, 유입위치, 전처리방법, 운전방법 등을 신중히 고려하여야 한다. 슬러지를 처리하는 혐기성 소화조에 분뇨가 유입되는 경우에는 고농도의 소화조 상징수가 다시 하수처리시설로 반송되는 것을 고려하여 충분한 대책을 마련하여야 한다. 또한, 분뇨정화조에서 정기적으로 제거되는 정화조 폐액을 하수처리장에서 연계처리하여야 할 경우 이를 위한 주입설비나 처리용량, 전처리방법 등도 분뇨와 마찬가지로 고려하여야 한다. 정화조 폐액의 경우에는 특히 주입지점의 선정시 침전특성에 따라 1차침전지에 주입하거나, 전처리 후 포기조에 주입하는 방법을 고려하여야 한다.
(1)에 대하여
하수처리장에서 연계수용 가능한 분뇨처리용량은 과다 설계되었거나 설계용량에 비하여 실제 처리용량이 적은 처리장에 대하여 하수처리계통 및 슬러지 처리계통 전체를 고려한 여유용량 만큼으로만 한정하는 것을 원칙으로 한다. 또한, 분뇨의 유입지점도 수처리시설에 직접 유입시키는 것보다는 혐기성 소화조에서 소화과정를 거친 후 소화상징수를 수처리시설로 반송하는 것이 유기물과 영양소에 의한 과부하를 방지할 수 있는 방법이다. 분뇨나 정화조 폐액을 주입하는 경우에는 악취문제가 발생할 수 있으므로 이에 대한 대책을 마련하여야 한다. 특히, 분뇨를 차량으로 수송하는 경우 도착된 분뇨를 일정시간 간격으로 나누어 주입하여 고부하를 방지할 필요가 있다.
(2)에 대하여
분뇨는 하수에 비하여 대단히 많은 양의 협잡물과 모래성분을 함유하고 있으므로 각별한 전처리 대책을 강구하여야 한다. 이를 위해서 드럼스크린(drum screen)이나 분쇄기, 침사제거설비를 추가 설치하는 것이 필요하다.
(3)에 대하여
분뇨를 혐기성 소화시키는 경우에는 슬러지와 분뇨를 혼합하여 처리하지 말고 여러 개의 소화조중에서 하나를 선택하여 분뇨만 분리시켜 처리하는 것이 좋다. 유입되는 분뇨의 특성을 파악하여 적절한 부하량을 선정하여 체류시간을 조절하고 가스생산량과 발생되는 소화슬러지량 등도 고려하여 후속처리시설에서의 문제발생을 줄이도록 한다.
(4)에 대하여
분뇨를 혐기성 소화시켰을 때 발생되는 상징수는 소화과정에서 가수분해과정만을 거치고 액화된 유기물과 암모니아와 같은 용해성 영양소를 다량 함유하고 있다. 따라서 이 상징수가 하수처리계통으로 반송되어 하수처리시설에 과부하를 유발하지 않도록 주의하여야 한다. 침사지나 1차침전지로 반송하는 경우에는 소화조 상징수 중에 포함된 고형물과 스컴성분을 상당량 제거시킬 수 있으므로 유리하다. 하수처리시설의 용량이 충분하여 직접 포기조로 반송하는 경우에는 산소섭취량, 유기물질 부하량의 변동, 그리고 거품발생문제도 고려하여야 한다.
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소화조 상징수의 제거와 처리를 위해서는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
1단소화조와 2단소화의 2단계 소화조는 소화된 슬러지가 침전해서 바닥에는 농도가 높은 소화슬러지가, 수면에는 농도가 높은 스컴층이 존재하고 그 중간에 고형물농도가 낮은 상징수층이 위치하게 된다. 소화의 정도에 따라 양호한 수질의 상징수층이 위치하게 되는 수심이 변하므로 수심을 달리하는 3～4개의 상징수 제거관을 설치하여 가장 양호한 수질의 상징수를 제거할 수 있는 깊이를 선택할 수 있도록 한다. 소화조간의 슬러지와 상징수의 이송의 예를 〈그림 5.5.15〉에 나타내었다.
2단계 소화조에서의 상징수 배출은 월류관을 이용한다. 소화슬러지 제거 및 2단계 소화조로의 이송시의 관경은 150mm 이상으로 한다.
(2)에 대하여
소화조의 상징수는 혐기성 상태를 거친 것이므로 색상이 검고 상당한 양의 부유물과 유기물을 함유하므로 재처리해야 한다. 보통 하수처리장의 하수처리계통으로 되돌려 보내어 처리한다. 혐기성 소화조의 상징수를 반송수로서 1차침전지로 반송시킴에 따라 하수가 설계유량보다 과다유입되는 경우 과부하로 인하여 1차처리수의 수질이 악화되고, by-pass되는 경우에는 방류수역의 수질을 악화시킨다. 따라서 설계용량보다 하수가 과다유입되는 경우 오전과 오후 유입유량이 시간당 평균유량보다 2배 이상 많은 경우, 또한 1차 처리후 by-pass시키는 경우에는 혐기성 소화조의 상징수를 1차침전지로 반송시키지 말고 별도의 저류조로 이송시켜 과부하에 따른 오염부하를 줄이는 대책을 강구할 필요가 있다. 즉, 유입유량의 0.2～0.3% 정도 발생하는 혐기성 소화조 상징수에 대하여 체류시간 24시간의 저류조를 건설한다. 저류조에서 상징수를 24시간 체류시킨 후 침강된 슬러지는 탈수기로 보내고, 상징수는 포기조로 유입시켜 처리하면 하수처리장의 과부하시 및 설계용량보다 하수의 과다유입시에 방류수역의 수질악화를 줄일 수 있다.
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소화조의 가온을 위한 설비는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
슬러지 소화조를 가온하는 목적은 소화속도를 가속시킬 수 있는 알맞는 온도를 유지함에 있다. 따라서 소화조의 가온시설을 설계하려면 소화조의 에너지 수지를 검토하여야 하며, 가온되지 않는 경우와의 장·단점을 비교해 볼 필요성도 있다.
(1)에 대하여
소화조의 가온방법으로는 다음과 같은 방법들이 있다.
슬러지 소화조를 외부의 열원으로부터 가온하는 이중관식 열교환기의 예를 〈그림 5.5.16〉에 나타내었다. 슬러지나 상징수를 흘려보내는 내관으로는 강관을 사용하고, 온
수용의 외관으로는 주철관을 이용하는 이중관식으로 관내의 흐름을 서로 반대방향이 되게 하며, 유속은 슬러지나 온수 모두를 1.0～2.0m/s 정도로 유지시킨다. 이 방법을 채택하면 시설비가 많이 들고 슬러지나 상징수를 온수의 경우와 마찬가지로 관내에 강제순환시켜야 한다는 단점이 있으나 열전도율이 높고 조 외부에 설치되므로 청소, 수리 등이 용이할 뿐만 아니라 90℃ 정도의 온수를 사용하면 50～60℃의 고온소화를 실시할 수 있다는 장점이 있다.
열교환기를 사용하는 경우 요구되는 이중관의 전체길이는 식(5.5.13)을 이용하여 구할 수 있다.
이 방법은 고온의 수증기를 직접 슬러지에 주입하는 방법으로 시설비가 낮고 조작이 간편하다는 장점이 있다. 우리나라의 대규모 하수처리장에서는 대부분 이 방법에 의해 소화조를 가온하고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 주입되는 수증기량에 상당하는 양의 물을 공급해야 하므로 슬러지가 희석되며 완벽한 혼합이 이루어지지 않으면 부분적인 과열현상이 발생할 가능성이 크다.
(2)에 대하여
가) 단일조인 경우
나) 이중조의 경우(동심원형 이중 소화조)
외측조에서는 내측조에서 옮겨가는 슬러지의 열량과 내측조의 측벽으로부터 복사되는 열량의 합이 외측조로부터 배출되는 슬러지 또는 상징수에 의해 없어지는 열량과 외측조로부터 외부로 방사되는 열량의 합과 같게 되도록 계산한다.
식(5.5.17)～식(5.5.19)의 1.2는 온수, 증기, 가온배관 등의 열손실을 고려한 수치이다. 따라서, 슬러지 소화조의 가온열량 및 보일러의 소요발생열량은 식(5.5.20)과 (5.5.21)로 구할 수 있다.
슬러지 소화조의 가온에 소요되는 최대열량은 중온소화에서는 35～37℃를 유지할 수 있을 정도로 하며 유입슬러지의 부하에 따라 소화온도 조정이 되도록 한다. 보온재를 2종 이상 조합하여 사용하는 경우의 열전달계수는 식(5.5.22)를 이용하여 계산할 수 있다. 보통 많이 사용되는 보온재의 두께 1cm당 열전도율은 〈표 5.5.10〉과 같으며, 〈표 5.5.11〉은 소화조 각 부분의 열전도율이다.
보일러의 용량은 식(5.5.23)으로 구하면 된다.
포화수증기의 엔탈피를 〈표 5.5.12〉에 나타내었다.
온수보일러의 용량은 식(5.5.24)로 구할 수 있다.
보일러는 2대 이상 설치하는데 가온용 보일러는 가온하는 방법에 따라 형식이 다르다. 열교환기로 가온하는 경우에는 압력이 낮으므로 보통 주철제 보일러를 보통 사용하나 증기를 주입하는 경우에는 노통연관식(爐筒煙管式, fire-tube boiler) 보일러나 노통수관식(爐筒水管式, water-tube boiler) 보일러가 사용된다. 노통연관식 보일러는 노통수관식 보일러에 비하여 효율이 낮으나, 설치면적이 작고 가격이 저렴하며 가스연소가온부의 스케일 제거가 편리하다. 상당증발량 10,000kg/h을 초과하는 경우 이외에는 노통연관식 보일러를 보통 사용한다.
보일러의 연료로는 슬러지 소화조에서 생기는 가스를 이용할 수 있으나, 가스발생량이 부족한 경우에는 중유 등을 연료로 사용할 수 있는 버너를 선택한다.
(3)에 대하여
보일러는 수위저하, 불완전연소 등의 사고가 발생할 수 있으므로 연소, 급수, 온도 등을 자동제어 할 수 있도록 한다. 또한, 고장시나 정기 성능검사시에는 운전을 정지하여야 한다는 점을 고려하여 2대 이상의 보일러를 설치하는 것이 좋다.
보일러는 폭발의 위험이 있으므로 설치장소 및 유입구의 결정에 특히 유의하여야 한다. 소화가스를 연료로 이용하는 경우에는 실내의 환기에 유의하며 가스누출탐지기를 준비해야 한다.
(4)에 대하여
보일러, 열교환기, 증기관, 온수관 등은 단열재로 싸서 열손실을 감소시킨다. 증기관에는 응축수 여과를 위한 스팀트랩(steam trap)을 설치한다. 온수관에는 팽창조 및 공기밸브를 설치하고, 가온배관은 필요한 곳에 신축관을 설치할 필요가 있다. 추운지방에서는 운전정지시에 증기관내의 응축수가 동결되는 경우가 있으므로 필요에 따라 배관가온용 히터를 설치하며 배관내의 물은 전부 배수되도록 한다. 증기관의 관경은 식(5.5.25)로 구할 수 있다.
또, 증기배관의 내경은 50mm 이상, 배관내의 포화증기속도는 20～30m/s로 하는 경우가 많다.
(5)에 대하여
증기주입부의 증기속도를 20m/s 이상으로 하며, 주입관의 측면에도 노즐을 설치하여 증기주입을 분산시키며 액면 아래 4.0m 이상의 깊이에서 주입될 수 있도록 한다. 주입관의 관경은 50～80mm로 한다.
(6)에 대하여
보일러용수가 칼슘 및 마그네슘 등 경도유발물질을 많이 함유한 경우에는 보일러용수를 여러번 재사용함에 따라 관내면에 스케일이 생기게 되어 열전달효율이 떨어지며 열을 받는 부분이 과열되어 보일러가 파손되는 원인이 되기도 한다. 이를 방지하기 위하여 보일러용수의 수질이 나쁜 경우에는 경수연화장치를 설치하며, 스케일방지제나 탈산소제를 주입하는 장치를 하기도 한다.
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슬러지 소화가스의 포집과 저장을 위한 시설은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
소화가 원활하게 이루어지는 경우의 소화가스량은 1차슬러지의 경우에는 1.0㎥가스/(kgVS제거), 잉여슬러지는 0.75㎥가스/(kgVS제거)이다. 소화가스의 성분은 소화상태에 따라 다르나 〈표 5.5.13〉에 나타낸 바와 같으며, 약 3～15배 정도의 공기가 혼입되면 폭발할 위험성을 지니고 있으므로 소화가스포집시설은 정압하에 유지되어야 한다.
(1)에 대하여
슬러지의 소화상태, 슬러지의 유입, 소화슬러지의 제거 및 상징수의 배출 등에 따라 슬러지 소화조내에서의 가스발생량 및 가스압이 현저히 변하며, 부압이 생기는 경우에는 소화조로 공기가 혼입되어 가스폭발의 위험이 생길 수도 있다. 그러므로 슬러지 소화조내의 가스압이 항상 100～300mmHg 이상 유지되도록 배관계통이 설계되어야 하며 그 한 예가 〈그림 5.5.17〉에 주어져 있다.
(2)에 대하여
슬러지 소화조에서 가스를 채취하려면 슬러지 소화조의 중앙부에 가스돔을 설치하여 가스포집관으로 가스를 포집, 계량한다. 포집관의 위치는 슬러지 소화조의 최고수위로부터 최소한도 1m 정도 높아야 하며 포집관으로 거품, 스컴 등이 유입되어서는 안된다.
가스압력이 계속 변동하여 이상고압이 발생함으로써 소화조를 파괴시키는 것을 방지하기 위하여는 감압밸브를 설치하여 소화조를 보호하는 것이 좋다. 또한 가스돔의 내면은 방식성 도장을 하거나 방식성 재료를 사용하여 보호해야 한다.
(3)에 대하여
슬러지 소화조에서는 가스포집, 소화슬러지 및 상징수의 제거 등에 의하여 수위가 내려가며 이때 소화조내의 가스압이 부압이 될 경우가 있으므로 소화조 상호 및 가스저장조간에는 충분한 관경의 연결관을 설치하여 부압이 발생하지 않도록 해야 한다. 또한 단기간에 다량의 가스가 발생할 수도 있으므로 가스포집관의 내경은 100～300mm 정도가 되도록 한다.
소화가스중의 포화증기는 온도가 내려가면 응축하여 물이 되어 가스포집관내에 모이게 되어 가스의 이동에 방해가 되므로 배관은 가스 흐름방향에 따라 약 1/200 정도의 기울기를 가져야 하며, 관의 수직부분 바로 앞에는 제수밸브를 위치시켜야 한다. 또한, 사고시 화염이 번지는 것을 방지하기 위하여 보일러 등 중요부분에는 프레임트랩이나 수봉식(水封式) 안전밸브 등의 역화방지장치를 설치하여야 한다. 지하실에 설치된 가스펌프에서 관내의 응축수 배수시 소량으로 누출되는 메탄가스가 누적되는 경우 지하실 작업시 질식 및 폭발의 위험이 있으므로 배수관은 지하실 밖으로 설치해야 한다. 한냉지역에서는 동결에 대비하여 부동액, 가온, 연속급수 등을 고려해야 한다.(4)에 대하여
소화가스내의 황화수소(H2S)농도는 통상 100～200ppm이나 처리상황에 따라 400～600ppm, 분뇨와 혼합처리하는 경우 1,000～2,000ppm에 달하기도 한다. 황화수소는 무색의 기체로 부패취가 심하고 비중(공기비)이 1.2이며 대단히 유독성이다. 특히, 습윤상태에서는 600ppm의 농도에서 급속히 금속을 부식시킨다. 또한, 연소하면 부식성이 강한 아황산가스가 발생하므로 소화가스는 일반적으로 탈황시킨다. 소화가스의 탈황은 황화수소의 부식성 및 연소 후의 영향을 고려해 50ppm 정도 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 소화가스를 알칼리세정 하거나 또는 탈황제를 통과시키면 황화수소 함유율은 10ppm 이하가 된다. 소화가스내의 황화수소를 제거하기 위한 방법에는 건식 탈황법과 습식 탈황법이 있다.
산화철분식은 산화철과 대팻밥을 용적비 1:5～1:10, 중량비 약 2:1의 비율로 혼합한 철스폰지(iron sponge)를 내식성의 탈황기에 40～60cm 정도의 두께로 채워서 소화가스를 통과시키면 식(5.5.26)와 같은 반응이 일어나면서 황화물이 제거된다.
산화철이 황화철로 많이 바뀌어 철스폰지의 탈황능력이 감소되면 철스폰지를 탈황기에서 꺼낸 다음 물을 뿌리면서 공기에 노출시키면 식(5.5.27)과 같은 반응에 의하여 재생될 수 있다.
성형탈황제식은 철분과 점토 등을 혼합해 펠릿(pellet)형태로 만든 성형탈황제를 충전시켜 소화가스와 접촉시키는 것으로 사용 후의 탈황제는 매립처분한다.
건식방법을 채택하면 부지면적은 적게 필요하나 탈황제를 자주 교체 또는 재생시켜야 하는 단점이 있다. 탈황제의 교체나 재생을 위하여 탈황기는 2대 이상 설치하는 것이 좋다.
습식 탈황법에는 수세정식과 알칼리세정식, 약액세정식이 있다. 수세정식은 지하수나 2차처리수로 소화가스를 세정하는 방법으로 건설비는 적으나 다량의 세정수가 발생하며 황화수소제거율도 비교적 낮다. 알칼리세정식은 2～3%의 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 수산화나트륨(NaOH)용액과 소화가스를 접촉시키는 것으로 약액은 순환사용가능하며, 일부는 새로운 약액과 교환해야 한다. 약액농도의 관리가 필요하지만 황화수소제거율은 높다. 약액세정식은 흡수탑과 재생탑을 결합한 것으로 알칼리세정 후 약액은 재생탑에서 촉매를 사용하여 황화물을 분리재생시켜 반복사용하는 것이다. 약액세정식은 건설비가 많이드나 황화수소가 고농도이고 소화가스량이 많은 경우는 유지관리비가 싸게 든다.
(5)에 대하여
슬러지의 소화과정에서 생기는 가스의 양은 식(5.5.30)과 같은 경험식을 사용하여 하수의 BOD농도로부터 계산할 수 있다.
식(5.5.30)에서 계수 0.35는 표준상태(0℃, 1기압)에서 1kg의 최종BOD(BODu)가 분해될 때 발생가능한 메탄가스의 이론적인 부피를 ㎥의 단위로 나타낸 값이며, 1.42는 1kg의 미생물체의 휘발성 고형물을 최종 BOD(BODu)로 나타내기 위한 환산계수이다. 정상적인 운영상태하에서 e값은 0.80～0.95이다.
가스발생량은 유입되는 슬러지의 휘발성 고형물의 함량과 소화조내에서의 미생물의 활동에 따라 크게 변한다. 통상 가스발생량은 소화조의 휘발성 고형물부하나 휘발성 고형물의 제거율에 의하여 추정할 수 있으며 그 값은 유입된 휘발성 고형물 1kg당 0.25～0.75㎥, 또는 제거된 휘발성 고형물 1kg당 0.75～1.1㎥이다. 소화조 자체내에 가스를 저류시킬 때의 압력은 150～200mmH2O이다.
앞에서 언급된 바와 같이 가스발생량은 슬러지의 유입, 배출 등에 따라 증감하므로 가스저장조를 설치한다. 소화조수가 많은 경우는 총발생소화가스량이 비교적 균일하므로 가스저장조의 저류량은 1일 평균발생소화가스량의 1/2 정도의 용량으로 하고, 슬러지 소화조의 수가 적은 경우나 소화가스를 최대로 유효이용하는 경우는 가스저장조 저류량을 크게 한다.
(6)에 대하여
가스저장조는 사용하는 가스밀폐제의 종류(〈그림 5.5.18〉 참조)에 따라 유수식과 무수식 그리고 저장압력에 따라 중력식(저압식)과 중압식(구형)으로 분류된다. 유수식에서는 물을 사용하여 가스를 차단하며, 무수식에서는 고무와 같은 밀폐제를 사용하여 가스를 차단시킨다. 저압식 저장조내의 가스압력은 100～300mmH2O 정도이나 중압식에서는 4～6kg/㎠로 한다. 소화조에서 생성된 가스는 소화가스로 작동되는 압축기에 의하여 저장조로 압송될 수 있으며 압축기를 실내에 설치하는 경우에는 완전 밀폐되어야 한다. 가스저장조가 중압식인 경우에는 폭발의 위험이 있으므로 내압용기에 관한 관계법규에 저촉되지 않도록 설계 및 제작되어야 한다.
(7)에 대하여
소화가스는 폭발성이 강하므로 잉여가스는 안전하게 연소시켜야 한다. 잉여가스연소장치는 주위의 상황을 고려하여 안전한 장소에 위치시켜야 하며 역화방지장치, 자동차단장치를 갖추어야 한다. 일반적으로 잉여가스 연소시설은 소화조의 지붕이나 가스저장조로부터 최소한 15m는 떨어져 있어야 하며 눈에 잘 띄는 곳에 위치시켜야 한다.
잉여가스 연소장치로는 노내연소형과 노외연소형이 있고, 버너에 공급하는 가스 및 노에 보내는 공기의 가압여부에 따른 구분도 있다. 가스홀더의 보수중에 소화가스를 직접 소화조에서 빼내 연소시킬 필요가 있는 경우에는 소화가스를 가압하지 않는 기종이 적합하나, 대규모시설에서는 많은 양의 가스를 이동시켜야 하므로 가압하는 기종이 필요하다.
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가능한 한 소화가스를 폐기시키지 말고 다음에 열거된 목적을 위하여 이용할 수 있도록 필요한 시설을 갖추는 것이 좋다.
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【해설】
하수처리장에서 생기는 슬러지 소화가스를 이용할 수 있도록 시설을 설계하는 것은 보편화되고 있으며, 주로 가온용 또는 동력원으로 이용된다. 과거에는 소화가스를 이용하여 동력을 생산하는 것이 비경제적일 수도 있었으나 계속 상승하는 에너지가격 때문에 특히 대규모 하수처리장에서는 소화가스가 훌륭한 에너지원이 될 수 있다.
(1)에 대하여
소화가스는 소화조내의 슬러지를 가온시키기 위하여 많이 이용되고 있다. 소화가스를 연료로 이용하려면 부식문제가 발생하지 않도록 가스 중의 황화물성분을 제거해야 한다. 소화가스를 동력장치의 연료로 이용하는 경우에도 가스연소에 의해 발생된 에너지의 약 50%를 열로 회수하여 슬러지 가온에 이용할 수 있다.
식(5.5.30)을 이용하여 계산한 메탄생성량과 이를 이용하여 슬러지를 가열할 때의 온도와의 관계를 계산한 예는 〈그림 5.5.19〉와 같다. 〈그림 5.5.19〉에서 소화조에서 발생한 메탄을 이용하여 슬러지 온도를 10℃ 올리기 위하여는 유입수 BODU가 최소 6,000mg/l이어야 함을 알 수 있다. 따라서, 처리대상 슬러지의 유기물 함량이 낮고 체류시간이 긴 경우에는 메탄생성량이 작아 잉여 가온동력비가 요구되므로 가능한 한 중온 이상의 슬러지를 직접 소화조에 공급하는 것이 바람직하며 설계시에도 이를 고려한다.
(2)에 대하여
소화가스의 양이 충분하면 슬러지를 건조시키는데 이용할 수도 있다. 즉, 진공탈수된 슬러지 케잌의 수분을 증발시키기 위하여 이용된다. 이런 경우 소화가스의 양과 발열량을 면밀히 분석하여야 한다.
(3)에 대하여
대규모의 하수처리장에서는 소화가스를 보일러의 연료로 이용하는 것 외에 오수의 양수, 송풍기의 가동, 발전 등을 목적으로 하는 내연기관의 연료로 이용하는 경우도 많다. 표준온도 및 압력에서 1㎥의 메탄가스는 약 8,640kcal의 발열량을 가지는데 소화가스는 65% 정도가 메탄가스이므로 약 5,600kcal의 발열량을 갖는 셈이다. 소화가스를 동력원으로 이용하는 경우에도 엔진의 부식을 방지하기 위하여 가스내의 황화물을 제거해야 한다.
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슬러지 소화조의 밸브 조작실은 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
밸브조작실은 슬러지 소화조에 부속된 관, 밸브, 기타 여러 가지 기기를 수용하는 건물로서 소화조와 인접한 곳에 위치시키는 것이 좋다. 슬러지 소화조의 외벽은 밸브조작실의 벽으로 이용하는 것이 경제적이며 배관상에도 유리하다. 슬러지 소화조가 2기 이상이면 소화조 사이에 밸브조작실을 위치시키는 것이 보통이다. 이런 경우 부등침하 등으로 인하여 관이 파손되는 것에 주의하여야 한다.
(2)에 대하여
슬러지 소화조의 외벽을 타건물의 벽으로 이용하려면 소화조의 벽이 수밀성 및 기밀성의 철근콘크리트구조이어야 하며 벽두께도 충분하여 물이나 가스가 새지 않도록 주의해야 한다. 그리고 외벽, 바닥, 창 등은 불연성의 재료를 사용하여 내화성의 건물이 되도록 해야한다. 또한, 밸브조작실은 소화가스관, 송풍기 등을 수용하고 있어 소화가스가 새어 나올 수 있으므로 폭발성의 메탄가스에 대한 자동경보장치를 설치할 것이 요망된다. 또한, 모든 폭발에 대비한 구조로 설치되어야 한다.
(3)에 대하여
밸브조작실에서는 기기들 간의 간격, 위치, 높이 등에 관하여 특히 유의하여야 하며, 운전자가 쉽게 접근할 수 있고 기기의 작동에 불편이 없도록 충분히 넓어야 한다. 또한, 모든 기기류의 반출입이 가능하도록 공간이 넓어야 하며, 설치, 점검, 수리에 불편이 없도록 하여야 한다.
(4)에 대하여
밸브조작실은 운전자가 수시로 출입하여 기기를 작동, 점검, 수리하는데 지장이 없도록 조명시설이 충분하여야 하며, 가스가 새는 것에 대비하여 환기장치도 충분하여야 한다. 수리가 필요한 경우에는 밸브를 열어서 관내의 물질을 배출시킬 수 있어야 한다.
관이 막힌 경우 관내부를 청소해야 하므로 밸브조작실의 바닥에는 배수를 위하여 적절한 기울기를 주어야 하고, 배수구 또는 배수웅덩이를 설치하여 배수가 용이하도록 하고 필요한 경우 배수펌프도 설치하여야 한다.
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슬러지 소화조에는 가온설비, 교반장치, 소화가스 포집 및 저장설비 외에도 스컴 방지 및 제거장치, 맨홀, 시료채취장치, 온도측정장치, 수위계 및 투시창과 보호관 등을 설치하는 것이 좋다. |
【해설】
소화조내에 스컴이 발생하여 수면에 스컴층을 형성하면 가스의 발생을 저해하고 소화가 억제될 뿐만 아니라 소화조의 유효용량이 감소하여 과부하상태가 될 수도 있으므로 스컴의 형성을 방지하거나 발생된 스컴층을 파괴시켜야 한다. 스컴방지는 2단계 소화조보다 1단계 소화조에 중점을 둔다. 스컴층의 형성을 방지하거나 파괴시키기 위해서는 다음과 같은 방법이 있다.
이 외에도 강력한 혼합기를 설치하여 스컴층의 발생을 방지하는 방법과 교반력을 크게 하기 위하여 소화가스를 이용하는 방법도 있다.
맨홀은 소화조 내부의 점검, 수리 및 청소 등을 위하여 필요하다. 맨홀의 뚜껑은 덕타일 주철제를 사용하되 고무패킹을 한 다음 볼트로 조여서 기체가 새지 않도록 해야 한다. 소용량의 조에서는 가스돔을 맨홀과 겹치게 하기도 한다. 이때, 가스돔의 배관은 맨홀측벽에 접속시키며 맨홀 뚜껑은 단독으로 열릴 수 있는 구조로 한다. 맨홀은 소화조의 지붕에 적어도 2개는 설치되어야 하며 직경이 0.6m 이상이 되어야 한다.
각각의 소화조마다 내경이 최소한도 40cm 이상인 관을 최저수위 아래 1.0m 정도까지 내려 소화조내 여러 깊이로부터 상징수나 슬러지를 뽑아낼 수 있도록 한다. 슬러지의 시료채취를 위한 배관은 세척 및 배수가 편리한 장소에 설치한다.
온도는 소화조의 운전상 대단히 중요한 요소이므로 상시 측정할 필요가 있으며, 이를 위해서 지시 및 기록온도계가 이용된다. 고온수로 소화조를 가온하는 경우에는 각 소화조에 공급되는 온수와 사용된 온수의 온도를 측정하기 위하여 지시온도계가 필요하다. 온도계는 보통 소화조에 인접한 조정실에 위치한다.
소화조의 슬러지 온도를 측정하기 위해서도 지시온도계가 이용되며 조정실에서 읽을 수 있도록 알맞는 장소에 위치되어야 한다. 때로는 원격지시온도계를 설치하여 조정실에서 읽을 수 있도록 할 수도 있다.
소화조내의 슬러지 온도를 측정하기 위한 온도계는 소화중인 슬러지층에 설치되어야 하며, 가스압력형으로서 강철 또는 구리제 자켓(jacket)으로 보호되어야 한다. 온도계는 소화조의 벽체로부터 3.3m 이상 내부에 위치해야 하며 효율적인 측정을 위해 온도계의 위치를 상, 중, 하 3곳에 설치하는 것이 좋고, 청소시 침적된 슬러지 제거를 위한 세척시설을 준비하는 것이 좋다.
소화조내의 수위는 일정하지 않으므로 각 소화조마다 계기판과 수위측정기로 구성된 수위지시기가 필요하다. 부자식 수위계를 사용하면 부자관이 스컴으로 막히는 경우 부정확하게 될 위험이 있다. 부유식 지붕인 경우에는 수위계가 지붕의 운동에 의해 작동되며 지붕이 상단 및 하단에 도달하면 경보가 울리게 되어 있다.
조내의 액면상태를 관찰하기 위해 조의 천정부분에 2개 정도의 투시창을 설치해 그 내면에 청소용 와이퍼와 수세노즐을 설치해 손전 등으로 조 내부를 비춰볼 수 있는 구조로 하면 편리하다.
공기주입관, 가스주입관 등을 조 속의 슬러지중에 배관할 경우는 보호관내에서 시공해야한다.
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슬러지 소화시설의 설계시 소화조를 주기적으로 청소할 수 있는 시설이 되도록 고려한다. |
【해설】
계란형 소화조의 경우에는 그리트의 축적이 적을 수 있으나 그 외의 소화조내에는 상당한 양의 그리트가 축적될 수 있으므로 소화조를 주기적으로 청소할 수 있는 시설을 설계시 고려해야만 소화조의 설계용량을 유지할 수 있다. 소화조의 바닥에서 제거되는 소화슬러지는 상당한 양의 그리트, 머리카락, 걸레조각, 합성수지 등 미생물에 의해서 분해가 안되는 물질을 함유한다. 따라서 소화조의 상태에 따라서 주기적으로 소화조를 청소하여 처리효율을 높여야 한다. 또한, 혐기성 소화조의 유효용적 확보와 효율적인 분해를 하기 위해서는 농축조에서 농축슬러지를 혐기성 소화조로 이송할 때 드럼스크린 등과 같은 장치에 의하여 협잡물(머리카락, 씨앗류, 비닐 등)을 제거하는 방법 등도 고려할 수 있다. 소화조내의 슬러지를 혼합시킨다고 해서 그리트의 축적을 방지할 수는 없으므로 그리트 제거는 설계시에 충분히 고려하여야 한다.
한편, 소화조의 청소시에는 소화조 내에 축적된 슬러지를 수처리계통으로 반송시키지 않도록 하는 것이 좋으며, 소화조의 부대시설 즉, 혼합가스 블로워 또는 교반시설, 소화슬러지 인발 배관에의 침적여부, 가온 보일러 배관 등 소화조 관련 시설도 동시에 점검하는 것이 바람직하다.
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호기성 소화는 미생물의 내생호흡을 이용하여 유기물의 안정화를 도모하며, 슬러지 감량뿐만 아니라 차후의 처리 및 처분에 알맞는 슬러지를 만드는데 있다. |
【해설】
슬러지를 호기성으로 소화시키는 주목적은 생슬러지나 부분적으로 산화된 슬러지를 안정화시키고 차후의 처리 및 처분에 알맞는 슬러지를 만드는데 있다. 통상 가온되는 혐기성 소화에 비하여 호기성 소화는 가온시키지 않고 슬러지를 장기간 포기시킴으로써 달성된다. 슬러지의 혐기성 소화에 비하여 호기성 소화는 최초 시공비가 낮고, 처리된 슬러지에서 악취가 나지 않으며 상징수의 BOD 농도가 낮을 뿐만 아니라 운영이 비교적 간단하다. 그러나 슬러지의 호기성 소화는 가온되는 혐기성 소화에 비하여 최초 시공비는 낮으나 포기를 위한 동력요구량 때문에 운영비는 더 높을 수 있다. 또한 수온이 낮은 겨울철에는 처리효율이 떨어지며, 가치있는 부산물이 생기지 않는다는 단점이 있다(〈표 5.6.1〉 참조).
슬러지의 호기성 소화와 혐기성 소화간의 차이는 주로 관련 미생물의 물질대사 특성에 의해서 생긴다. 혐기성 소화에서는 임의성 또는 순수한 혐기성 박테리아가 복합유기물을 최종적으로 탄산가스, 메탄 그리고 물로 분해시킨다. 한편, 호기성 소화에서는 호기성 및 임의성 미생물들이 산소를 이용하여 분해가능한 유기물과 세포질을 분해시킴으로써 에너지를 얻는다. 양분이 제한된 상태에서 미생물체를 포기시키면 미생물들은 체내에 저장해 두었던 양분을 이용하여 생존하게 되며 점차로 오래된 미생물은 분해되고 그 결과 다른 미생물에게 먹이가 되는 유기물을 방출시키게 된다. 호기성 소화의 최종생성물은 주로 탄산가스, 물, 그리고 미생물에 의하여 분해되지 않는 유기물들로서 이들 유기물은 폴리싸카라이드(polysaccharides), 헤미셀룰로오스(hemicellulose) 그리고 셀룰로오스(cellulose)로 구성된다. 그리고 소화중에 생기는 암모니아는 아질산 및 질산으로 산화된다. 이 과정에서 알칼리도가 상당히 파괴되어 pH가 떨어질 수 있으므로 알칼리도 소모량을 추정하여 부족한 경우에는 보충해 주어야 한다.
슬러지의 혐기성 및 호기성 소화의 근본적인 목적은 생물학적 고형물을 안정화시켜서 최종처분에 알맞는 물질로 바꾸는 것이다. 호기성 소화는 혐기성 소화에 비해서 운전이 쉽고 상징수의 수질이 좋으며 최종처분에 알맞는 고형물을 생성시킬 뿐만 아니라 더 짧은 체류시간에서도 동일한 휘발성 고형물 감소율을 얻을 수 있으며, 또한 1차슬러지보다는 농도가 낮은 잉여슬러지에 적용하는 경우 슬러지의 탈수능력이 향상된다. 호기성 소화는 장기포기식 소규모하수처리장에서 성공적으로 이용되어 왔으며 최근에는 대규모하수처리장에서도 채택되고 있다.
호기성 소화는 하수를 1차침전지없이 호기성의 생물학적인 방법으로 처리하기 위하여 많이 채택되어 왔으며, 이때 포기는 낮은 유기물 부하와 긴 체류시간에서 실시된다. 이러한 생물학적 처리과정에서 생기는 슬러지의 산소요구량은 상당히 낮기 때문에 슬러지를 더 포기시켜도 비용면에서 큰 부담이 안되며, 슬러지 생성량도 내호흡으로 인하여 상당히 적다.
슬러지의 호기성 소화는 1차슬러지가 생기는 하수처리장에도 적용될 수 있다. 그런 경우 1차슬러지와 잉여슬러지 또는 살수여상슬러지의 혼합물은 1차슬러지 때문에 잉여슬러지에 비하여 산소요구량이 크며, 연구결과에 의하면 9배 정도되는 것으로 알려졌다. 따라서, 1차슬러지는 혐기성으로 소화시키고 잉여슬러지만 호기성으로 소화시키는 것이 더 경제적일 수도 있다. 하수처리장의 스크린에 의해서 제거되는 협잡물, 그리스, 스컴 등도 별도의 처리방법이 없으면 호기성으로 소화시킬 수 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지의 호기성 소화시 고형물제거효율은 체류시간 뿐만 아니라 온도에 의해서도 크게 영향을 받는다. 즉, 온도가 내려가면 휘발성 고형물 제거효율도 감소한다. 〈그림 5.6.1〉은 고형물체류시간과 운전온도의 곱에 대한 휘발성 부유물 제거효율을 나타낸 것으로 20℃인 경우 체류시간의 실질적인 상한치는 16～20일 이라는 것을 알 수 있다. 따라서 추운 겨울에는 소화효율이 최소가 될 것이라는 것을 알 수 있다.
온도에 의한 영향, 즉, 겨울철의 소화효율 감소를 극복할 수 있는 한 방법은 소화중인 고형물의 양을 증가시켜 고형물 체류시간을 길게 하는 것이다. 소화조내의 고형물량을 증가시키기 위해서는 슬러지의 고형물농도나 소화조의 부피를 크게 하면 된다. 그러나 일정한 소화효율을 유지하기 위하여 소화부피를 증가시키는 것보다 소화효율의 감소를 감수하는 것이 더 현명한 일일 수도 있다. 왜냐하면 소화조의 부피를 증가시키면 비용이 크게 요구되고 조의 노출면적이 커지면서 표면이 얼어붙을 위험성도 있기 때문이다.
(2)에 대하여
슬러지의 호기성 소화에서 체류시간이 효율결정에 주된 역할을 하므로 유입슬러지의 농축여부는 소화조의 설계 및 운영면에서 큰 중요성을 갖는다. 소화조의 운영시 농축을 실시하여 유입슬러지의 농도를 증가시키면 소화조내에서의 고형물체류시간을 크게하며 그 결과 휘발성 고형물 제거효율을 증가시키게 될 뿐만 아니라 상징수제거량을 줄이게 된다. 1차침전지가 있는 하수처리장에서는 1차슬러지를 별도로 농축시킬 필요가 없다. 슬러지의 농축에 관해서는 5.4를 참조하기 바란다.
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호기성 소화조의 용량은 식 (5.6.1)을 사용하여 계산할 수 있다. 
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【해설】
지금까지의 경험에 의하면 잉여슬러지를 호기성으로 소화시키는 경우 고형물을 기준으로 대략 15일의 체류시간이 요구되며 약 10일 이상 소화시키면 슬러지의 탈수성이 좋아진다. 그러나, 슬러지의 특성과 소화요구정도에 따라 소화기간이 다를 수도 있다. 어떤 경우이든 슬러지의 전단계 처리과정(예를 들어 활성슬러지 처리 과정에서의 체류시간)을 고려하여 호기성 소화조의 체류시간을 결정하여야 한다. 만약 잉여슬러지가 포기조에서의 체류시간이 대단히 길었다면 호기성으로 소화시킬 미생물 양이 크게 감소한다.
소화조의 체류시간이 슬러지의 호기성 소화에 미치는 영향을 평가하기 위하여 많은 연구가 실시되어 왔으며, 그 결과 〈그림 5.6.2〉에 보인 바와 같이 10～15일의 체류시간을 주면 휘발성 고형물의 제거효율이 요구되는 정도가 된다.
〈그림 5.6.3〉은 연속흐름형 호기성 소화시설의 개념도로서 침전지는 소화된 슬러지를 농축시키는 역할을 한다. 연속흐름형에서는 활성슬러지법에서와 같이 침전지로부터 농축된 슬러지를 제거한 다음 일부는 소화조로 반송시키고 나머지는 시스템에서 제거시킨다. 〈그림 5.5.4〉에서 소화조와 침전조에 대하여 물질수지를 취하면 식(5.6.2)와 식(5.6.3)이 성립된다.
한편, 고형물체류시간(SRT)은 식(5.6.4)와 같이 정의된다.
위의 3개의 방정식을 연립으로 풀면 식(5.6.1)과 같이 호기성 소화조의 부피계산을 위한 식을 얻을 수 있다.
호기성 소화조에 유입되는 슬러지가 1차슬러지같은 유기성 슬러지를 함유하지 않고 단지 잉여슬러지만 함유한다면 식(5.6.1)에서 Y·Si항을 0이라고 가정할 수 있다. 결과적으로 호기성 소화조의 부피는 유입슬러지의 특성인 Qi, Xi, Y, b 및 Si 그리고 운영시 요구되는 SRT와 X를 식(5.6.1)에 대입시켜 계산할 수 있다. 〈그림 5.6.4〉는 소화조의 온도에 따르는 내호흡률을 보여주고 있다.
식(5.6.1)은 질산화를 위하여 요구되는 산소량이 적어서 무시될 수 있는 경우에 알맞으며 대부분의 경우가 그러하다. 그러나 1차슬러지나 고율 살수여상 슬러지를 취급하는 경우는 그렇지 않기 때문에 주의하여야 한다.
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호기성 소화조의 수와 형상은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
소화조의 수는 소화조의 전체용량과 융통성의 필요정도에 따라 결정되어야 하며 최소한 2개를 준비해서 청소, 수리시에도 나머지 하나로 계속 처리가 가능하도록 하여야 한다.
(2)에 대하여
호기성 소화조는 혐기성 소화조와는 달리 원형뿐만 아니라 직사각형도 될 수 있으며 이런 점에서 활성슬러지법에서의 포기조와 비슷하다. 슬러지 제거를 용이하게 할 수 있도록 원형인 경우 바닥은 10～25%의 기울기를 갖는 것이 좋다.
(3)에 대하여
소화조의 측심은 여러 가지 조건에 의하여 결정되겠지만 포기조와 비슷하게 5m 정도가 알맞으며, 때때로 심하게 발생하는 거품에 대비하여 0.9～1.2m의 여유고를 제공하는 것이 안전하다. 혐기성 소화조와는 달리 호기성 소화조는 지붕이 불필요하며 가온시킬 필요성도 없다.
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호기성 소화조는 수밀성의 구조로 한다. |
【해설】
호기성 소화조는 혐기성 소화조와 달리 부식성이나 폭발성 또는 유독성의 가스가 발생하지 않으므로 수밀성의 철근콘크리트 구조로 하면 된다.
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호기성 소화조의 설계시 소화조가 다음에 열거된 두 가지 방법중에서 어느 방법에 의하여 운전될 것인가를 고려한다.
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【해설】
다른 하수처리시설의 운전과 마찬가지로 호기성 소화조도 회분식 또는 연속으로 운전될 수 있는데 선택되는 운전방법에 따라 설계시 여러 가지 차이점이 생긴다.
(1)에 대하여
회분식 운전에서는 소화된 슬러지를 수동식으로 제거하게 된다. 즉, 간헐적으로 소화조의 혼합 및 산소공급시설을 가동중지시킨 다음 슬러지를 침전시켜서 상징수는 하수처리계통으로 되돌려 보내 다시 처리하고, 소화된 슬러지는 제거시켜 탈수 등의 후속처리를 한다. 이때 약 2시간 정도 소화조의 가동이 중단되는데 소화조에서의 산소요구량이 적고 질산화물 상태의 산소가 충분하여 전자수용체의 역할을 할 수 있으므로 호기성 상태를 유지하는데는 특별한 문제가 없다. 상징수 및 슬러지 제거를 통하여 소화조내의 수위가 일시적으로 0.3～0.6m 낮아지며 그 결과 슬러지를 더 투입할 수 있다. 소화슬러지 및 상징수의 제거횟수는 소화조의 운전특성과 유입슬러지의 특성에 따라 결정되지만, 소화슬러지 제거율은 소화조의 슬러지 체류시간의 소요정도에 따라 조정되며, 상징수 제거율은 슬러지 유입에 필요한 소화조 부피의 요구정도에 의하여 결정된다. 이 방법은 운전이 단순하다는 장점 때문에 소규모 소화조에 많이 적용된다.
(2)에 대하여
호기성 소화조는 소규모의 침전조나 소화조내에 정지정(stilling well)을 갖추면 연속적으로 운전될 수 있다. 그러나 정지정을 사용하면 소화조와 정지정의 연결부분에서 소화조내의 포기로 인한 와류가 파급되어 정지정 상징수의 고형물농도가 대단히 높아지기 때문에 그다지 좋은 방법은 아니다.
〈그림 5.6.3〉에서와 같이 소화조에서 소화된 슬러지가 침전지로 흘러 들어가면 소화슬러지는 침전되어 소화조로 다시 보내지고 상징수는 하수처리시설로 되돌려 보내진다. 탈질현상에 의하여 수면에 부상하는 슬러지도 제거된 다음 소화조로 되돌려 보내진다.
대규모의 호기성 소화조는 대부분 별도의 침전지를 가짐으로서 운전이 더욱 연속적으로 되게끔 한다. 침전지의 목적은 고형물농도가 낮은 상징수를 얻음과 동시에 슬러지를 농축시켜 소화조로 반송시키거나 폐기시킬 수 있도록 함이다.
호기성 소화조의 침전지 설계는 잉여슬러지의 중력식 농축조 설계와 비슷하다. 호기성으로 소화된 슬러지는 지역 및 압축침전을 일으키므로 침전지의 고형물부하와 재순환유량을 모두 고려해야 한다. 슬러지의 부상에 의해서 야기되는 문제를 최소화시키기 위해서는 침전된 슬러지를 침전지로부터 빨리 제거하는 것이 중요하다. 수면으로 부상한 슬러지가 상징수와 함께 흘러나가는 것을 방지하기 위하여 저류벽을 설치하는 것도 중요한 일이다. 수면에 스컴제거기를 설치하여 계속 작동시킴으로써 수면으로 부상한 슬러지가 축적되는 것을 막을 수 있다.
소화조의 침전지에서 제거된 농축슬러지는 고형물농도가 2～3%이다. 일반적으로 폐기시킬 슬러지의 부피를 최소화시킨다는 관점에서 볼 때 과도한 부상슬러지 문제만 없다면 농축슬러지의 고형물농도가 높을수록 좋다. 이는 호기성 소화를 거쳐 농축된 슬러지를 모래 건조상이나 진공탈수기 등으로 탈수시킬 때 유입슬러지의 농도가 높은 것이 좋기 때문이다.
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호기성 소화는 상징수에 관하여 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
호기성 소화조를 회분식으로 운전하든지 연속운전하든지 상징수의 BOD와 SS농도가 가능한 한 낮게 되도록 노력하여야 한다. 그렇다고 상징수를 하수처리장의 유출수와 함께 방류할 수 있을 정도로 BOD와 SS를 대단히 낮게 만들 수는 없다. 결국 소화조의 상징수를 하수처리시설로 되돌려 보내 재처리시켜야 하므로 하수처리시설에 가해지는 부하를 낮추기 위해 상징수의 BOD와 SS를 가급적 낮게 만들도록 해야 한다.
호기성 소화조 상징수의 수질의 예가 〈표 5.6.2〉에 주어져 있다.
(2)에 대하여
호기성 소화조의 상징수는 특히 부유성 고형물의 농도가 높기 때문에 그냥 방류시킬 수는 없으며, 하수처리장의 1차침전지나 생물학적 처리시설로 반송시켜서 재처리한다. 따라서 하수처리장의 설계시 이를 고려하여야 한다.
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호기성 소화조는 슬러지의 유입, 상징수의 제거, 소화슬러지의 제거, 그리고 포기용 공기공급을 위한 배관을 고려하여 설계한다. |
【해설】
회분식으로 운전되는 소규모 호기성 소화조에서 소화슬러지와 상징수는 자연유하식이나 공기양수펌프를 이용하여 제거되는데, 소화슬러지는 각 조의 바닥 가장 낮은 지점에서 제거된다. 운전상의 융통성을 좋게 하기 위하여 최소한 2개의 상징수제거관이 각각 다른 깊이에 설치되어야 한다. 소화조내에서는 완전혼합이 이루어지므로 단지 한 개의 슬러지 유입관이면 충분하게 된다. 소화조가 넘쳐흐를 위험성이 있는 경우에는 월류관이 필요하다.
침전지가 있는 대규모 호기성 소화조에서는 소화슬러지 및 상징수의 제거를 위한 배관이 침전지에 필요하며, 반송슬러지 및 잉여슬러지를 위한 배관도 요구된다. 상징수는 활성슬러지 공정에서와 같이 소화조의 월류위어를 넘쳐흐르게 된다.
슬러지관을 하수처리장 유출수로 세척시킬 수 있는 시설도 필요하다. 그러나 소화조에 생기는 거품을 없애기 위하여 물을 뿌리는 방법은 별로 채택되지 않는다. 왜냐하면 대량의 물이 소화조에 가해져서 슬러지를 희석시키게 되고 그 결과 여러 가지 부작용이 생기기 때문이다.
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슬러지를 호기성으로 소화시키기 위하여 요구되는 산소의 양은 식 (5.6.5)로 계산할 수 있다. 
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【해설】
슬러지의 호기성 소화를 위하여 요구되는 산소의 양은 소화조에 유입되는 슬러지의 특성과 전체 포기시스템이 운전되는 방법에 따라 결정된다. 잉여슬러지를 소화시키는 경우 요구되는 산소의 양은 적지만 1차슬러지가 존재하면 산소요구량은 증가한다.
식(5.6.5)는 하수처리계통 전체를 기준한 것으로 〈그림 5.6.5〉에 보인 바와 같이 필요한 산소량은 하수처리계통의 포기조에서 BOD를 제거하기 위하여 소모된 산소량을 고려함으로써 구해진다. 하수처리계통의 포기조에서 질산화가 일어나면 〈그림 5.6.5〉의 B곡선이 소모된 산소량을 뜻하고, 그렇지 않으면 A곡선이 이용된다.
〈그림 5.6.5〉는 하수처리장 유입하수내에 100kg의 BOD당 12.5kg의 암모니아성 질소가 있고 운전온도는 20℃, 그리고 슬러지 미생물내의 질소함량이 8%로서 유기성 고형물이 산화되면 그에 대응하는 세포내의 질소도 산화된다는 가정 아래 만들어진 것이다. 〈그림 5.6.5〉를 사용하기 위해서는 먼저 하수처리계통의 포기조의 부하와 이에 상당하는 산소요구량을 먼저 결정한다. 그 다음 포기조와 소화조의 고형물을 이용하여 전체시스템의 부하를 결정한다. 예를 들어 슬러지 고형물 1kg당 포기조의 부하가 0.3, 소화조의 부하가 0.02kgBOD5이면 곡선 A로부터 산소요구량이 각각 0.8 및 1.6kgO2/kgBOD5이라는 것을 알 수 있으며 소화조의 산소요구량은 1.6～0.8=0.8kgO2/kgBOD5가 된다. 식(5.6.5)에 K값으로 1.0을 대입시키면 0.87kgO2/kgBOD5를 얻는다. 직렬로 연결된 2개의 소화조를 사용한다면 약 60%의 산소는 첫번째 조에 공급하며 40%는 두번째 조에 공급한다.
온도변화에 대해서 설계를 조정하는 것은 호기성 소화조의 경우 그다지 중요하지 않으며 포기조에서 질산화가 일어나느냐 않느냐 하는 것도 소화조에서의 산소요구량을 크게 변화시키지 않는다. 그러나 여름철에 온도가 25～30℃로 상승하면 계산에 의하여 구한 소화조의 산소요구량을 15～25% 증가시켜야 한다. 미국의 설계기준에 의하면 최대슬러지 부하시를 기준으로 kgVS유입량의 2배의 산소를 주입하면 과다한 것으로 나타나고 있다.
소화조의 실제 산소요구량은 산소흡수특성, 용존산소, 온도 그리고 압력을 고려하여 표준산소요구량으로 조정되어야 한다. 대부분의 포기시설 생산업자들은 그들의 포기기능력을 표준산소전달률로 표시하게 되는데 실제 전달률은 표준치의 60～70%밖에 되지 않는다. 표준산소전달률은 식(5.6.6)으로 계산된다.
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소화조에서의 산소공급 및 슬러지혼합을 위한 포기시설은 다음의 세 종류 중에서 알맞는 것을 선택한다.
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【해설】
슬러지를 호기성으로 소화시키기 위하여 요구되는 산소의 양은 비교적 적기 때문에 포기시설의 선택시 슬러지의 혼합이 주결정요소이다. 호기성 소화조에 이용될 수 있는 포기시설에는 여러 가지가 있으며 산소요구량과 혼합을 만족시키면서 동시에 충분한 융통성을 제공하는 포기시설이 가장 이상적이다.
(1)에 대하여
호기성 소화조를 위한 산기시설의 설계는 활성슬러지 시설을 위한 것과 비슷하다. 산기관은 슬러지에 나선회전운동을 일으킬 수 있도록 소화조의 한쪽 바닥 가까이에 위치한다. 필요한 산기관의 수와 공기량은 시스템의 산소 및 혼합요구도에 의하여 결정되나 연구결과에 의하면 산소공급을 위해서는 소화조부피 1,000㎥당 15～20㎡/min의 공기가 필요하며 혼합을 위해서는 20～40㎥/min의 공기가 필요하다고 한다.
현재 시판되고 있는 산기기에는 발생되는 기포의 크기에 따라 소기포형과 대기포형의 두 가지가 있다. 소기포산기관의 산소전달효율은 9～12%이며 대기포에는 오리피스형 비다공성 산기관의 산소전달효율은 5～7%이다. 여기에서 산소전달효율이라 함은 전달된 산소량을 산소공급량으로 나눈 값을 뜻하는데 기포의 크기, 산기관의 공기공급률, 산기관의 위치, 주위 슬러지의 상대유속 등 여러 가지 요소에 의하여 결정된다.
산기식 포기방법을 호기성 소화조에 적용하는 경우의 장점은 다음과 같다.
산기식 포기법의 단점은 산기관이 막힘으로써 정비가 많이 요구된다는 점이다. 특히 슬러지 소화조에서는 고형물의 농도가 대단히 높기 때문에 활성슬러지 공정에 비해서 산기관이 막힐 우려가 더 크다. 소화조를 회분식 운전하면 산기관이 막힐 우려가 더 크며 산기관이 그리트, 유기성 또는 무기성 고형물로 막힐 때마다 수동식으로 산기관을 청소해야 한다. 막힘에 대한 저항만을 고려한다면 대기포-오리피스형의 산기관보다는 다공성 물질로 만들어진 산기관이 더 좋다.
(2)에 대하여
저속 및 고속 기계식 표면포기기도 호기성 소화조에 이용되어 왔는데 이들 포기기는 통상 수면에 떠 있는 부교에 설치되므로 포기기가 회전하거나 갑작스럽게 움직이는 것을 방지하기 위하여 잘 고정시켜야 한다. 이러한 포기기의 생산업자들은 케이블이나 기둥을 사용하여 포기기를 고정시키는 방법을 제시하고 있다. 완전고정식 표면포기기는 수위변화가 크지 않은 소화조에서만 사용할 수 있다.
기계식 표면포기기의 산소전달률은 상당히 높기 때문에 소화조에 이용하는 경우 그 규모는 보통 혼합요구정도에 의하여 결정된다. 고속표면포기기의 깨끗한 물에 대한 표준산소전달률은 약 1.51～1.69kgO2/kW·시이며, 반면 저속표면포기기는 고속에 비하여 산소전달률은 낮지만 가격이 싸다는 장점이 있어 고속포기기보다 많이 사용되고 있다. 〈그림 5.6.6〉과 〈그림 5.6.7〉은 슬러지의 고형물농도가 1%인 경우 호기성 소화조에 이용되는 고속 및 저속표면포기기의 특성을 나타낸다. 예를 들어 〈그림 5.6.6〉에서 소화조의 부피가 1,300㎥인 경우 39.5kW의 동력과 68kg/h의 산소 즉, 1.72kgO2/kW·h의 산소전달이 요구된다. 저속인 경우에도 〈그림 5.6.7〉을 사용하여 마찬가지 방법으로 구할 수 있다.
슬러지의 농도가 1% 이상인 경우에 혼합을 위하여 요구되는 동력은 〈그림 5.6.1〉과 〈그림 5.6.8〉에 주어진 K값을 곱하여 구한다. 예를 들어 저속표면포기기인 경우 〈그림 5.6.8〉에서 소화조의 부피가 560㎥이고 슬러지 농도가 3%이면 K값이 1.3이므로 혼합을 위하여 요구되는 동력은 20×1.3=26hp=19.4kW 이다.
기계식 표면포기기를 슬러지의 호기성 소화에 이용하는 경우 장점은 다음과 같다.
반면, 다음과 같은 단점이 있다.
(3)에 대하여
기계식 수중포기기는 소화조에 수직으로 설치된 구동축에 지지된 임펠러로 구성되어 있으며 압축공기가 회전임펠러 밑으로 공급되면 기포가 형성되면서 조 전체에 퍼지게 된다.
수중터빈포기기의 산소전달률은 공기유량, 터빈의 형상, 직경 그리고 속도에 의하여 변한다. 통상 임펠러에 공급되는 압축공기의 양을 변화시킴으로서 산소전달률을 조절한다. 대부분의 경우 산소전달률은 0.60～1.81kgO2/kW·h이다.
수중터빈포기기는 소화조내의 수위가 크게 변하는 경우에 이용하면 좋다. 또한 포기기가 수중에 위치하므로 얼음에 의한 문제가 생기지 않는다. 대략 소화조 부피 1,600㎥당 27～40kW의 동력을 공급하면 슬러지 혼합에 적당하다.
기계식 수중포기기를 호기성 소화조에 이용하면 다음과 같은 장점이 있다.
그러나 수중터빈포기기는 표면포기기에 비해서 고가이며 산기식 포기기와 거의 비슷한 가격이다. 따라서 수중포기기를 선택하려면 경제성을 고려해야 한다.
하수슬러지는 복잡한 구조를 갖는 유기물과 무기물의 집합체로서, 슬러지의 입자는 물과 친화력이 강하므로 적절한 예비처리를 하지 않으면, 입자와 물을 효과적으로 분리하기 어렵다. 이런 슬러지의 특성을 개선하는 처리를 슬러지 개량이라 한다. 슬러지를 개량시키면 슬러지의 물리적 및 화학적 특성이 바뀌면서 탈수량 및 탈수율이 크게 증가한다. 슬러지의 개량방법으로는 세정, 열처리, 동결, 약품첨가 등이 있다.
슬러지의 세정은 슬러지량의 2～4배의 물을 혼합해서 슬러지중의 미세립자를 침전에 의해 제거하는 방법이다. 통상 세정작업만으로는 충분한 탈수특성을 높이기 어려우므로 응집제를 첨가해야 하는 경우가 생기는데 이때 세정작업에 의해 슬러지중의 알칼리성분이 씻겨져서 응집제량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
약품첨가는 슬러지중의 미세립자를 결합시켜 응결물을 형성시켜 고액분리를 쉽게하여 탈수성을 향상시키기 위한 것이다.
열처리법은 단백질, 탄수화물, 유지, 섬유류 등을 포함한 친수성 콜로이드로 형성된 하수슬러지를 130℃ 이상으로 열처리하여 세포막의 파괴 및 유기물의 구조 변경을 일으켜 탈수성을 개선시키는 방법이다. 열처리법은 약품첨가에 의한 슬러지량의 증가가 없고 탈수케잌중의 미생물이 사멸되는 이점이 있는 반면, 상징수의 수질이 나쁘며 가열중에 악취가 나는 경우도 있음을 고려해야 한다.
동결-융해(freeze-thaw)에 의한 슬러지 개량은 열처리와 마찬가지로 슬러지의 탈수성을 증대시키는데 효과적이라는 연구결과가 있으나 에너지 소비가 크고 설비의 유지관리비가 높아 경제적인 면에서 적용이 어려운 것으로 알려지고 있다. 각 슬러지의 개량법을 〈표 5.7.1〉에 비교하였다.
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슬러지 세정장치는 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
세정은 소화된 슬러지에 세정수를 첨가하여 알칼리도를 희석시키고 고형물을 분리, 농축시키는 단위 공정이다. 응집제사용량 감소로 인한 비용절감효과가 세정조 운전비에 비해 크므로 과거에는 많은 하수처리장에 적용되어 왔으나 세정조 상징수에 포함되어 있는 다량의 용해성 유기물과 암모니아, 인 등의 영양염류, 그리고 혐기성 소화를 거치면서 생성된 난분해성 미세립자들이 하수처리계통에 다시 반송되었을 때 완전히 처리되지 않고 방류되어 처리효율을 격감시키는 원인이 되므로 최근에는 적용하는 사례가 줄어들고 있다.
(1)에 대하여
소화슬러지는 소화시에 발생되는 중탄산염에 의해 알칼리도가 2,000～3,000mg/l 정도이며, 이들 중탄산염은 염화제2철 등의 응집제에 대해 식(5.7.1)과 같이 반응한다.
따라서 소화슬러지를 탈수시킬 때 알칼리도가 높을수록 더 많은 양의 응집제를 소모시키므로 비경제적이 된다. 소화슬러지를 최종처리수 등을 이용하여 세정시키면 알칼리도가 400～600mg/l 정도로 감소되며 탈수시 장해가 되는 물질을 씻어 내므로 응집제의 주입량을 크게 감소시킬 수 있다. 또한 소화슬러지를 세정시키면 슬러지내의 가스방울을 없애주므로 부력을 감소시켜 농축이 잘된다.
(2)에 대하여
슬러지 세정조는 슬러지와 세정수의 혼합액을 체류시킴으로써 세정조 상징수는 조 외부로 흘러나가고 세정슬러지는 유입슬러지와 같은 농도 또는 10%의 높은 농도로 제거되는 일종의 연속적인 슬러지농축조라고 생각할 수 있다. 따라서 각 슬러지 세정조의 고형물부하는 50～90kg/㎡·d 정도로 한다.
(3)에 대하여
규모가 작은 세정조는 원형 또는 정사각형으로 하며, 규모가 큰 경우는 통상 직사각형으로 만든다. 조의 바닥에는 조의 형상에 따라 적절한 위치에 슬러지 호퍼 및 슬러지 수집기가 설치되어야 하며 유효수심은 4m 정도로 한다.
(4)에 대하여
슬러지 세정시 발생하는 세정조 상징수는 슬러지 소화조의 상징수나 진공탈수기의 탈리액과 같이 오염물을 많이 함유하므로 하수처리장으로 반송시켜 유입하수와 함께 다시 처리한다.
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약품을 이용하는 슬러지의 화학적 개량장치는 다음의 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
슬러지는 콜로이드성 미립자가 주 구성물질로 화학적으로 복잡한 구조를 가지고 있으며, 물과 친화력이 대단히 강하기 때문에 적당한 예비처리를 거치지 않으면 기계적으로 탈수시키기가 곤란하다. 따라서 탈수시키기 전에 슬러지 입자의 성질을 물리화학적으로 변화시킴으로서 물과의 친화력을 감소시키고, 응집력을 증대시키며 입자를 크게 함으로써 탈수시에 비저항을 감소시켜 탈수효율을 향상시킬 필요가 있다. 이 목적을 달성하기 위한 방법중의 하나가 약품처리법이다.
응집제로는 무기성과 유기성 응집제가 있다. 일반적으로 진공탈수기와 가압탈수기에는 무기성을, 원심탈수와 벨트프레스탈수기에는 유기성 응집제를 사용한다. 〈표 5.7.2〉는 슬러지 개량을 위한 응집제 사용량의 예를 나타내고 있다.
무기성 응집제에는 염화제2철과 소석회를 병용하기도 한다. 고분자응집제에 의한 탈수는 소석회에 비해 건조고형물량은 증가되지 않으나 탈수케잌의 취급과 악취방지를 위한 대책이 필요하다.
(1)에 대하여
응집제와 응집보조제로 많이 이용되는 약품들의 특성이 〈표 5.7.3〉에 주어져 있으며 이들 중에서 가장 많이 이용되는 것은 염화제2철이나 황산제1철을 석회와 병용하는 경우이다. 석회는 중탄산염에 의한 알칼리도를 제거함으로써 염화제2철의 요구량을 감소시키며 응집시 응결물의 무게를 크게 하고 응결물형성을 위한 핵작용을 한다.
응집제와 응집보조제의 첨가량은 슬러지 성상에 따라 다르나 유기응집제(고분자응집제)는 양이온성폴리머, 음이온성폴리머, 난이온성폴리머, 양성폴리머의 4종류로 나눈다. 일반적으로 하수슬러지에는 양이온성폴리머가 이용되고 0.2～0.3% 농도로 용해해서 이 용액을 슬러지 건조고형물에 대해 0.5～1.5%가 되도록 첨가한다. 무기응집제의 경우는 슬러지 건조고형물에 대해 염화제2철(결합수 제외) 3～10%, 소석회 5～15% 정도를 첨가한다. 과산화수소는 황산제1철과 반응하여 큰 응집효과를 내지만 황산제1철은 슬러지 건조고형물의 15 ～25%, 과산화수소는 800～1,500mg/l 정도를 첨가해야 한다. 과산화수소는 수용액으로 농도가 36%(중량) 이상의 것은 폭발성이 있는 위험물에 해당되므로 보통 35%의 것이 사용된다.
(2)에 대하여
응집제 용해조는 계획슬러지량에 따라 정해진 약품주입량을 용해시킬 수 있는 용량으로 예비를 포함하여 2대 이상 설치해야 한다.
응집제로 염화제2철을 사용하는 경우 일정농도의 용액을 만들기 위해서는 전자유량계를 사용하여 슬러지량에 대하여 알맞는 양의 약품이 자동적으로 주입될 수 있는 비례 제어방식을 택하면 좋다. 염화제2철용액을 콘크리트조나 강철조에 사용하는 경우에는 아스팔트, 경질염화비닐판 등으로 보강하며, 에폭시수지 등의 내산도료를 바르고 라이닝 등의 방식처리를 실시해야 한다. 또한, 주입관이나 기타 장치에는 경질염화비닐, 납, 도자기, 경질고무 등으로 라이닝된 철관을 사용한다. 최근에 경질염화비닐관을 많이 사용하는 경향이나 약품에 대하여 내산성이 크지만 내열성이 약하며, 60℃ 이상에서는 연화되고 충격에 약하다는 단점이 있다. 나머지 응집제들도 정도의 차이는 있으나 모두 부식성이 강하므로 장치의 방식에 유의해야 한다.
약품을 관을 통하여 흘러보낼 때는 자연유하식이 좋으며 관은 일정한 기울기를 가지고 굴곡부가 생기지 않도록 하되 굴곡부가 있는 경우는 청소가 쉽도록 플랜지 연결을 채택한다. 또한 주입관의 세척설비 및 측관 등을 고려해야 한다. 특히, 석회액은 관을 폐쇄시키는 경우가 많으므로 주의를 요한다. 약품용액을 펌프로 압송하는 경우에는 사용하는 펌프의 밸브류를 내산, 내알칼리성의 재료로 만들어야 한다.
(3)에 대하여
응집혼합조는 최소한 2개를 설치하는 것이 좋으며 조의 내면은 약품용해조와 마찬가지로 처리하는 것이 바람직하다.
슬러지에 주입되는 응집제는 혼합에 의하여 슬러지중의 고형물과 작용하여 응결물을 형성하는데 혼합의 세기 및 시간 등에 따라 응결물형성효과가 현저하게 다르다. 일반적으로 급속교반을 하는 것이 효과적이며 통상 5분 이내가 좋다. 너무 장시간 급속혼합을 하면 응결물이 파괴될 위험이 있다.
응집혼합조에서 혼합된 슬러지를 탈수기로 보낼 때는 자연유하식이 좋으며 펌프로 압송하면 응결물이 파괴되어 탈수효율이 떨어진다.
(4)에 대하여
필요한 약품량을 매일 주문하는 것보다 소요량의 변화에 대비하고 유사시의 반입불가능을 고려하여 계획주입량의 7일분 정도는 저장해 두는 것이 좋다.
(5)에 대하여
소석회는 습기가 많으면 Ca(OH)2+CO2 → CaCO3+H2O의 반응에 따라 CaCO3로 변하여 유효함량이 감소하게 되므로 저장고를 완전한 방습구조로 하여야 한다. 약품을 마루바닥에다 직접 놓아두는 것보다 포대에 담아서 선반에 저장하는 것이 좋다. 약품이 분말상태이면 먼지가 생겨서 작업조건이 악화되므로 환기장치를 하여야 하며 필요한 경우에는 제진시설을 갖추어야 한다.
(6)에 대하여
소석회는 통상 포대에 담아서 판매되므로 운반 및 취급이 용이하나 많은 양의 응집제를 취급할 경우 노력이 많이 들고 분말상태이면 분진이 생겨서 작업조건이 나빠지므로 저장고를 가능한 한 용해조 가까이 위치시키는 것이 좋다. 또한, 운반량이 많을 때는 엘리베이터, 벨트컨베이어(belt conveyor), 포크리프트(fork-lift) 등을 사용하는 것도 좋다. 때때로 응집제를 주입기 상부에 위치한 사일로(silo)에 저장하는 수도 있다.
(7)에 대하여
약품주입기의 용량은 최소한 10:1의 범위로 주입할 수 있을 정도가 되어야 하며 설계주입률의 0.5～5배의 용량을 가져야 한다. 실제의 주입률을 감소시켜야 하는 경우 용액의 농도를 감소시키고 유량은 감소시키지 않는 것이 좋다. 약품주입기의 규모를 결정하기 위해서는 실제 운전중인 처리장의 자료를 참조하는 것이 좋지만 자료가 없으면 〈표 5.7.2〉를 참조하여 선택할 수 있다.
(8)에 대하여
유기성 응집제로 고분자응집제를 사용할 때는 슬러지 건조고형물량의 0.5～1.5% 정도를 0.1～0.3% 수용액으로 희석해서 첨가한다. 고분자응집제는 약품교반실험(jar test)에 의한 응집효과측정과 CST(capillary suction time) 실험에 의한 투과시간 측정에 의해 종류와 사용량을 결정하는 것이 좋다. 고분자응집제는 흡습성이 높고 흡습하면 고형화하므로 특히 방습에 유의해야 한다. 고분자응집제 첨가장치에는 응집혼합조, 교반기, 약품저장조 등을 설치해야 한다.
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슬러지의 개량을 위한 열처리장치는 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
슬러지의 열처리는 슬러지를 130～210℃에서 30～60분간 가온해 슬러지중의 콜로이드(colloid) 또는 겔(gel)상태의 물질을 변화시켜 농축성을 높이면서 탈수성 좋은 슬러지로 만드는 방법으로, 약품을 첨가하지 않고 함수율이 낮은 탈수케잌을 얻을 수 있다. 열처리설비는 액상슬러지를 연속적으로 반응조에 넣어 슬러지중 유기물 성상이 변하는 온도까지 가온한다. 따라서 대부분이 고형잔류물이되고 일부는 용해성 유기물을 포함한 분리액과 기체로 된다. 그러나, 열처리에는 연료 사용에 따라 운전비가 많이 소요되므로 열처리설비의 단독운영보다 슬러지 소각처리시의 회수열을 이용하는 등의 고려가 필요하다. 슬러지 열처리장치의 주요부분은 〈그림 5.7.1〉에 주어진 바와 같이 고압슬러지 펌프, 열교환기, 반응조, 열공급보일러 등이다.
(1)에 대하여
열처리된 슬러지의 탈수성과 농축성은 슬러지의 특성, 가열온도, 시간 및 압력에 따라 다르나 일반적으로 하수슬러지인 경우 〈그림 5.7.1〉에 보인 바와 같이 130～210℃에서 탈수성이 좋은 것으로 나타났다.
가열온도가 결정되면 그에 대응하여 알맞는 압력을 정하며, 증기를 사용하여 가온하는 경우의 압력은 9～17kg/㎠으로 한다. 특수한 공장폐수슬러지에서는 60～100℃에서 탈수성이 현저히 좋아지는 경우도 있다. 슬러지의 최적가온시간은 가열온도에 따라 크게 변하며 통상 20～120분으로 한다. 열처리된 슬러지를 탈수시키면 슬러지 케잌의 함수율이 진공탈수기인 경우 60～70%, 가압탈수기인 경우에는 45～55% 정도가 된다.
(2)에 대하여
열처리장치의 용량은 계획슬러지량의 10% 정도를 여유로 두고 결정한다.
(3)에 대하여
정기적인 장치의 세척, 점검, 정비에 대비하여 2계열 이상으로 시설하는 것이 좋다.
(4)에 대하여
반응조, 열교환기 및 압력배관 등의 재질 및 구조는 압력에 안전하여야 하며 내식성 및 내마모성의 재료를 선택하여야 한다.
(5)에 대하여
고압 슬러지 펌프의 고장과 수리에 대비할 수 있도록 1계열인 경우에는 계획용량의 100%의 펌프 1대를 예비로 포함시켜 2대 이상 설치해야 한다. 장치가 2계열 이상인 경우에도 용량 100%의 펌프 1대를 예비로 설치하면 각 계열에 공동이용할 수 있다.
(7)에 대하여
열교환기는 관의 폐쇄가 일어나지 않도록 슬러지의 흐름이 원활한 이중관식으로 한다. 또한 관의 청소 및 폐쇄를 고려하여 U형 곡관부는 플랜지 연결로 한다.
(8)에 대하여
열교환기의 관경과 유속은 관의 폐쇄를 일으키지 않는 값이어야 한다. 또한, 슬러지의 경도가 높은 경우에는 스케일의 부착을 고려하여 스케일 방지장치 또는 연화제 주입장치를 설치하여야 한다.
(9)에 대하여
열교환기의 열전달면적은 식(5.7.2)로 구할 수 있다.
열교환기의 열전달계수가 저하되면 열전달면적이 커져야 하므로 열교환기를 주기적으로 세척하여 열전달계수가 높게 유지되도록 한다.
(10)에 대하여
슬러지의 열처리에 필요한 반응시간은 30～120분 정도이나 슬러지의 질적, 양적변화에 따른 반응조내에서의 가스의 체적변화를 고려하여 계획슬러지량에 대하여 충분한 여유를 주어야 한다.
(11)에 대하여
반응조의 정기검사시 작업인부가 내부에 들어가서 청소를 할 수 있는 구조가 되어야 한다.
(12)에 대하여
열처리장치에 필요한 수증기량은 식(5.7.3)으로 구할 수 있다.
보일러의 압력은 증기배관과 보일러의 자동압력제어장치의 압력손실을 고려하되 반응조내의 압력을 충분히 높이도록 한다.
(13)에 대하여
보일러 정기검사, 청소, 수리 등에 대비하여 일반적으로 2대 이상 설치하는 것이 좋다.
(14)에 대하여
일반적으로 반응조내의 수위는 수위제어장치나 자동 슬러지 제거밸브에 의하여 정해진 위치에서 유지된다. 반응조내의 가열온도를 소정의 온도에 유지시키기 위하여 증기의 유량이나 가열매체를 자동 조정할 필요가 있으며, 동시에 반응조내에서 발생하는 가스를 적당히 배출시켜 반응조내의 압력을 일정하게 유지하는 것이 좋다. 위에서 언급된 밸브들은 마모나 부식 등에 대하여 안전성을 고려하여 각각 2개씩 설치하는 것이 좋다.
(15)에 대하여
운전정지시에는 반응탑내의 토사가 보일러로 역류하여 관의 폐쇄를 일으킬 위험이 있으므로 역류방지밸브를 설치해야 한다.
(16)에 대하여
슬러지의 열처리장치에서 배관은 가능한 한 짧게 하여 폐쇄, 마모, 부식, 압력손실을 적게 해야 하며 곡관부를 없애되 부득이한 경우는 반경을 충분히 크게 해서 폐쇄를 방지해야 한다.
(17)에 대하여
슬러지의 균질화와 그리트의 분리 등을 위하여 필요하며 체류시간을 12시간 이상으로 한다.
열처리장치내에서의 폐쇄방지를 위하여 필요하며 협잡물을 입경 4～5mm 정도로 분쇄시킨다. 반드시 예비설비가 필요하다.
열처리장치에서의 악취발생원은 반응조로부터 발생하는 배기가스, 열처리슬러지 농축조의 상징수 등이다. 냄새발생을 방지하기 위하여 열처리된 슬러지를 상온까지 냉각시키는 과정에서 적절한 방취 또는 탈취설비가 필요하다.
열처리된 슬러지의 탈수는 슬러지 농도가 높을수록 유리하며 펌프수송을 위해서는 15% 정도의 농도가 적당하다. 따라서 슬러지농축조가 필요하며 고형물부하를 250～400kg/㎡로 한다.
슬러지를 최종처분하기 전에 부피를 감소시키고 취급이 용이하도록 만들기 위해서 탈수시킨다. 일반적으로 농축슬러지 혹은 소화슬러지의 함수율은 96～98% 상태인데 이 슬러지를 함수율 80%로 탈수하면 케잌상태가 되고 슬러지 용량은 1/5～1/10로 감소하게 되어 취급하기 쉽게 된다. 슬러지를 탈수시키는 방법에는 기계를 이용한 기계탈수와 태양열이나 바람 등의 자연에너지를 이용한 천일건조가 있다.
천일건조는 소화슬러지의 건조에 적합하며 동력비가 들지 않아 경제적인 방법이지만 설치면적, 주변환경 등의 입지조건적인 제약이 있으므로 현재는 기계탈수를 많이 이용한다. 기계적인 방법에는 진공탈수, 가압(filter press)탈수, 벨트프레스(belt press)탈수, 원심탈수 등이 있다. 기계적인 방법에는 진공탈수, 가압(filter press)탈수, 벨트프레스(belt press)탈수, 원심탈수 등이 있는데 그 중 진공탈수는 국내외에서 거의 사용되고 있지 않다. 가압탈수는 여포형 탈수(filter press) 및 스크류프레스(screw press) 탈수 방식으로 분류할 수 있다. 슬러지 탈수기의 특성들을 비교하여 〈표 5.8.1〉에 나타내었다.
가압탈수는 여포형 탈수(filter press) 및 스크류프레스(screw press) 탈수 방식으로 분류할 수 있다.
가. 여포형 가압탈수기(filter press)
〈그림 5.8.1〉은 여포형 가압탈수기로 여포를 2매의 주철제 탈수판에 붙여서 하나의 탈수실이 되도록 한 것으로서 필요용량에 맞추어 실수를 증가시키면 된다.
가압탈수방법에는 단면탈수와 양면탈수가 있는데, 두 방법 모두 탈수를 실시할 경우에는 유압으로 탈수판 전체를 연결시킨 다음 탈수판의 가운데에 있는 구멍으로 유입펌프를 이용하여 슬러지를 각 탈수실내로 유입시킨다. 탈수실 전체에 슬러지가 가득 찰 때까지 가압이 계속되며, 탈수실내에 슬러지가 가득 차게 되면 슬러지의 공급이 정지되고 유압실린더에 의해 탈수판이 가압되어 슬러지에 포함된 수분을 압출시켜서 탈수가 실시된다. 탈수판을 분리시키면 케잌은 여포에서 박리되어 밑으로 떨어지고, 탈리액은 탈수판상에 파여있는 다수의 작은 홈을 통하여 탈수판 밑에 있는 탈수여액 배출구로 빠져 나간다.
가압탈수기의 운전방식에는 수동, 반자동 및 완전자동이 있다. 슬러지의 진공탈수시와 마찬가지로 가압탈수시에도 미리 슬러지를 개량시키는 경우가 많다. 가압탈수의 계통도의 예가 〈그림 5.8.2〉에 나타나 있다.
1) 가압탈수기
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탈수기는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
탈수면적은 모형실험기에 의한 실험결과와 운전실적으로부터 탈수속도를 결정한 다음, 식(5.8.1)을 사용하여 구한다.
가압탈수기의 탈수속도를 결정하기 위해서는 슬러지 유입, 공기주입, 탈수판의 개폐, 기타 과정에 요구되는 시간을 모두 포함시킨 순환기간(cycle time)을 고려하여야 하는데 압축기구가 있으면 탈수시간이 단축되어 20～40분 정도가 1사이클이 될 수 있다.
슬러지의 유입압력은 압축기구의 유무에 상관없이 통상 3～5kg/㎠를 사용한다(〈그림 5.8.3〉 참조).
탈수속도로부터 소요탈수면적을 구하고 탈수판의 단위치수에 의한 탈수실의 면적, 기타 조건을 감안하여 적당한 대수를 선택한다.
(2)에 대하여
여포는 장기간 사용하면 폐쇄되어 물이나 약품으로 세척해야 하며, 파손되면 새것으로 교환해야 한다. 또한 불시의 기계적 고장에 대처하기 위하여 최소한 1대 이상의 예비 탈수기가 필요하다. 또한 점검 및 수리 등 유지관리를 고려하여 예비를 두는 것은 바람직하나 장비가 고가이고, 비경제적이므로 근무시간 상시가동 기준으로 2대 이상을 설치한다.
(3)에 대하여
슬러지를 탈수시키는 경우 여포는 표면이 매끈하고 눈이 잘 막히지 않아야 하며 탈수상태가 끝까지 변하지 않고 케잌의 박리가 용이한 합성섬유제의 여포를 많이 사용한다. 여포는 다음과 같은 구비요건을 만족시키는 것이 좋다.
따라서 위의 조건을 대체적으로 잘 만족시키는 나일론, 테트론, 비닐론, 폴리프로피렌 등의 합성섬유가 많이 이용된다.
가압탈수기에서 케잌의 박리는 케잌의 자중에 의해서 일어나지만 박리가 곤란한 경우에는 진동기를 사용하여 여포를 진동시켜 박리를 쉽게 할 수도 있다. 여포는 장기간 사용하면 눈이 막히므로 물이나 약품으로 세척하여야 하므로 가압탈수기에는 여포세척장치를 설치하여야 한다.
2) 슬러지 유입펌프
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슬러지 유입펌프는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지 유입펌프는 회전식 슬러지 펌프가 유지하기에 간편하나 토출량이 많은 경우에는 왕복운동식 펌프를 사용한다.
왕복운동식 또는 다이아프램펌프의 경우 토출관에다 안전밸브를 설치하나 일정압력 이상이 되는 경우에는 펌프의 흡입측에다 배관한다.
회전식 펌프의 경우 유입이 시작되는 최초에는 저양정이므로 실제토출량은 겉보기 토출량보다 많으나 시간이 흐름에 따라 감소하므로 유입슬러지량/시간곡선의 평균토출량을 기준으로 한다. 왕복운동식 펌프의 경우는 일정한 용량이므로 유입슬러지량/시간곡선의 평균토출량의 약 2배를 기준으로 한다.
펌프의 동력은 회전식 펌프의 경우 유입이 시작되는 최초에는 양정이 낮아서 큰 동력을 요구하므로 기준양정에서 소요동력의 약 2배로 한다.
(2)에 대하여
슬러지 유입펌프 1대로 가압탈수기 2대 이상에 슬러지를 유입할 때는 동시에 가동하지 않으면 슬러지가 꼭 같은 압축상태가 될 때까지 먼저 운전된 가압탈수기에 유입되므로 탈수시간이 부족하여 함수율이 높고 케잌의 박리가 어렵게 되므로 자동운전의 경우 다음 탈수과정에 지장을 일으킬 수도 있다. 따라서 가압탈수기마다 슬러지 유입펌프를 설치하여야 한다.
3) 공기압축기
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송풍용 공기압축기는 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
탈수과정이 끝난 후 탈수여액의 배출, 케잌함수율의 저하, 그리고 케잌의 박리성을 향상시키기 위하여 공기송풍을 실시한다.
(1)에 대하여
소요공기량은 여포의 연결상태 및 압축상태에 따라 영향을 받으나 대기압하에서 탈수실용량 1㎥에 대하여 약 2㎥/min으로 한다.
(2)에 대하여
토출압력은 탈수압력과 같거나 그보다 1～3kg/㎠ 높은 압력으로 한다. 송풍시간이 길수록 케잌의 함수율이 감소되지만 탈수효율을 고려하여 1～5분 정도로 한다. 기종에 따라서는 순풍과 역풍을 병행하는 것과 순풍만 하는 것이 있다.
4) 부대설비
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부대장치로서 슬러지 저류조, 압축설비, 여포세척, 약품주입 및 슬러지공급펌프, 탈수케잌 이송 및 저장설비 등을 설치한다. |
【해설】
부대장치는 〈그림 5.8.2〉를 참조하여 슬러지 저류조, 압축설비, 여포세척, 약품주입 및 슬러지공급펌프, 탈수케잌 이송 및 저장설비 등을 설치한다.
나. 스크류프레스 탈수방식(screw press)
스크류프레스 탈수기는 스크류프레스 탈수 방식의 원형으로 원통의 스크린과 스크류 날개로 구성되며 양자간의 용적은 탈수슬러지 유출부에 가까울 수록 축소 압축되어 탈수된다. 분리된 탈수여액은 원통스크린을 통해 배출된다. 스크류의 회전수는 2회/분 정도이고 스크린의 세정은 탈수종류후 수행한다.
응집제의 투입은 양이온고분자 응집제를 1.0～1.3%로 함수율은 76～82%의 범위로, 회전수가 높을수록 탈수양을 증가하나 함수율을 높아진다.
다중판형 스크류프레스 탈수기는 고정축에 의해 스크류의 내통을 형성하는 고정판과 고정판 사이에서 편심축에 의해 편심운동을 하는 유동판(링)과 내통 사이에서 저속 회전하는 스크류에 의해 이송 및 압축하여 슬러지를 출구방향에 이송하면서 탈수가 진행되는 탈수기이다.
본 탈수기는 응집제 투입시설, 탈수기 본체, 조작반등슬러지공급펌프등이 하나의 유닛으로 구성되어 있어 시설이 콤팩트하며, 탈수기본체는 최대5본까지 하나의 유닛으로 구성된다. 본 탈수기의 특징은 다음과 같다.
다중원판형 탈수기는 상단과 하단에 얇은 원판을 배치하고 구동장치를 통해 회전시키며 상하의 원판사이에 슬러지를 통과시켜 탈수시키는 방식이다.
슬러지는 응집조에서 응집제와 혼합되어 플록을 형성시킨뒤 상하의 원판사이로 유입되어 원판의 회전운동에 의해 슬러지는 탈수되며 이동하여 여액은 하부의 원판을 통과하여 배출된다.
이 탈수기의 특징은 다음과 같다.
벨트프레스 탈수는 〈그림 5.8.5〉에 나타낸 것처럼 슬러지에서 물을 짜내기 위하여 벨트(belt)와 로울러(roller)를 사용하여 압력을 가하는 방법이다.
탈수할 때, 여포를 연속이동시키면서 여포 위에 고분자응집제를 첨가시킨 응집슬러지를 공급하면, 응결물 사이의 간극수가 중력에 의해 탈수되고 이동된 슬러지는 상하의 여포압축에 의해 탈수된다. 탈수케잌은 제거기에 의해 여포에서 박리된다. 탈수케잌이 박리된 여포는 압력수로 세척되어 다시 탈수부에 돌아가며 다시 앞의 과정이 연속적으로 반복된다. 벨트프레스탈수의 계통도의 예를 〈그림 5.8.5〉에 나타내었다.
1) 벨트프레스 탈수기
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【해설】
(1)에 대하여
여포폭은 슬러지 성상변화에 따른 탈수실험결과와 벨트프레스 탈수기의 운전실적으로부터 탈수속도를 정해 식(5.8.3)에 의해 정한다.
(2)에 대하여
대수는 점검 및 수리 등 유지관리를 고려하여 예비를 두는 것은 바람직하나 장비가 고가이고, 비경제적이므로 근무시간 상시가동 기준으로 2대 이상을 설치한다.
(3)에 대하여
탈수슬러지의 함수율은 슬러지의 종류, 슬러지농도, 유기물함유율 등의 슬러지 특성과 약품종류, 약품첨가량, 벨트속도등의 운전조건에 의해 달라진다. 탈수슬러지 함수율 설정은 가능하면 낮게 하는 것이 좋으나, 처리슬러지 특성과 탈수슬러지 처리방법, 경제성을 유의하여 적당한 함수율을 설정한다(〈표 5.8.2〉 참조).
최근의 경향은 슬러지의 난탈수화·탈수슬러지처분비의 저감등을 감안하여 탈수슬러지함수율의 저감화를 목적으로한 고효율형 벨트프레스여과기를 사용하는 처리장이 증가하고 있다. 고효율형은 탈수기내의 유효탈수시간이 길고, 또한 슬러지를 전압하기위한 최고 면압도 높아서 표준형에 비하여 탈수슬러지의 함수율을 약 3% 정도 낮게 탈수성능을 발휘할 수 있다. 이러한 조건을 만족시키기 위해서는 구조적으로 탈수에 기여하는 많은 롤의 수가 필요하고, 또한 여포의 길이도 길게 된다.
(4)에 대하여
여포는 표면이 매끄럽고 막힘이 적으며 탈수케잌을 박리하기 쉬운 합성섬유여포를 선정한다. 탈수케잌은 제거기에 의해서 박리되므로 여포의 연결부분에 대한 충분한 고려가 필요하다. 특히 여포는 로울러를 사이에 두고 인장력이 걸리므로 연결부분이 기계적인 강도를 갖춤과 동시에 주름이 생기지 않고 여포의 횡축에서 슬러지가 새지 않도록 고려하여야 한다.
여포는 주기적으로 약품세척을 하여야 한다. 여포의 세척장치는 상하 각 여포가 세척되도록 하며 여포폭에 맞도록 노즐을 설치한다. 벨트프레스 탈수기는 다른 탈수기에 비해 세척수량이 많다. 또 벨트프레스 탈수기에서 나는 악취를 방지하기 위한 덮게 등을 고려하는 것이 바람직하다.
여포의 수명은 슬러지성상이나 운전조건에 따라 다르지만 일반적으로 3,000～5,000시간 정도이다.
2) 벨트프레스 탈수기실
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벨트프레스 탈수실은 작업하기에 충분한 넓이로 환기, 조명, 배수가 좋아야 하며, 탈수케잌의 반출이 편리한 위치에 설치한다. |
3) 탈수케잌 수송장치
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탈수케잌 수송용 컨베이어의 기울기는 20° 이하로 하며, 벨트폭은 40～90cm 정도로 한다. |
【해설】
벨트는 수평벨트를 표준으로 하며 내마모성과 내약품성을 갖춘 것으로 벨트폭은 보통 40～90cm 정도를 사용한다. 수송하는 탈수케잌이 벨트에서 떨어지지 않도록 컨베이어와 트랩의 각도는 20° 정도로 하며 필요에 따라서는 케잌의 낙하방지를 위해 컨베이어 밑에 탈수케잌 낙하방지 트랩을 설치하는 것이 바람직하다. 또 탈수케잌 낙하방지 트랩에는 세척장치를 하기도 한다. 벨트 컨베이어의 기울기는 슬러지 케잌의 성상에 따라 다르나 벨트에서 미끄러지지 않도록 20°이하로 한다.
4) 부대설비
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부대장치로서 슬러지 저류조, 압축설비, 여포세척, 약품주입 및 슬러지공급펌프, 탈수케잌 이송 및 저장설비 등을 설치한다. |
【해설】
부대장치는 슬러지 저류조, 압축설비, 여포세척, 약품주입 및 슬러지공급펌프, 탈수케잌 이송 및 저장설비 등을 설치한다.
슬러지에 약품을 첨가하여 중력가속도의 2,000～3,500배의 원심력으로 원심분리시키면 슬러지가 탈수된다. 중력에 의한 입자의 침강속도는 Stokes의 법칙에 따라 식(5.8.4)로 구할 수 있다.
원심력에 의한 침강속도는 g 대신에 r·ω2을 넣으면 식(5.8.5)를 얻을 수 있다.
원심력에 의한 침강속도는 고체입자 직경의 자승에 비례하므로 응집제를 첨가해 슬러지 입자의 크기를 증대시키고 Z를 크게 할수록 빨라진다. 분리특성은 슬러지의 입자직경, 밀도 및 교반작용에 따라 변화한다. 원심탈수기는 고액분리기능과 침강분리된 고형물의 함수율을 낮추는 탈수기능으로 나눌 수 있다. 〈그림 5.8.6〉에는 원심탈수기의 예를, 〈그림 5.8.7〉에는 원심탈수기의 계통도를 나타내었다.
1) 원심탈수기
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원심탈수기에 의한 탈수효율을 증가시키기 위해서는 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
원심탈수기의 탈수효율에 영향을 미치는 기본변수에는 슬러지 유입률, 입자의 크기와 밀도, 고형물농도, 온도, 그리고 응집제의 사용여부 등이 있다. 이들 변수들의 영향은 주어진 슬러지 유입률에서 얻을 수 있는 고형물회수율과 슬러지 케잌의 함수율로 표현되는데 고형물의 특성은 탈수효율에 영향을 미치지만 통제할 수는 없다.
(1)에 대하여
탈수기의 탈수조건 및 성능을 정하는 방법에는 실험운전, 원심분리실험, 기존 원심탈수기의 운전자료 등에 의한 방법이 있다. 원심탈수기의 용량 및 성능을 결정하기 위해서는 슬러지의 성상, 고형물의 농도 및 운전시간을 고려하여 결정한다. 제작업체마다 슬러지 성상에 따른 원심효과, 보울과 스크류 콘베이어간의 속도차, 액측수심 등이 다르므로 선정 시 주의하여야 한다. 원심효과가 중력가속도의 2,000～3,500배일 때 1대당 슬러지 최대처리용량이 150㎥/h 정도의 것도 개발되어 있으며 동일처리용량에 대한 시설면적이 다른 기종보다 적게 드는 장점이 있다.
(2)에 대하여
정기점검과 마모되기 쉬운 부분(스크루 및 슬러지 배출구)의 유지관리를 고려하여 예비를 두는 것은 바람직하나 장비가 고가이고, 비경제적이므로 근무시간 상시가동 기준으로 2대 이상을 설치한다.
(3)에 대하여
횡형은 보울과 스크류가 고속회전하므로 슬러지와 접한 부분이 슬러지에 포함된 모래로 인해 마모되기 쉽다. 따라서 마모에 견디는 견고한 재질을 사용하며, 특히 심하게 마모되는 부분은 경도가 높은 금속을 피복하는 방법, 텅스텐 카바이드 타일 부착 등을 고려한다.
2) 부대 설비
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부대장치로서 슬러지 저류조, 세척, 약품주입 및 슬러지공급펌프, 탈수케잌 이송 및 저장설비 등을 설치한다. |
【해설】
부대장치는 슬러지 저류조, 세척, 약품주입 및 슬러지공급펌프, 탈수케잌 이송 및 저장설비 등을 설치한다.
탈수슬러지의 함수율은 슬러지량성상, 슬러지량, 원심효과, 약품종류, 약품첨가량에 따라 달라진다. 탈수슬러지 함수율 설정은 가능하면 낮게 하는 것이 좋으나, 처리슬러지 특성과 탈수슬러지 처리방법, 경제성을 유의하여 적당한 함수율을 설정한다(〈표 5.8.3〉 참조).
기계농축슬러지등의 고농도슬러지를 탈수하는 경우 탈수기내의 고형물부하량이 탈수기 고유의 허용부하량을 넘어 분리액측면에 고형물입자의 갈라짐이 발생하여 SS회수율이 떨어지게 되므로 투입슬러지량을 표준보다 낮은 농도로 운전한다.
또한 슬러지의 난탈수화·탈수슬러지처분비의 저감등을 감안하여 탈수슬러지함수율의 저감화를 목적으로한 고효율형 원심탈수기를 사용하는 처리장이 증가하고 있다.
(4)에 대하여
스크루 선단의 날, 슬러지 유입구, 케잌배출구 등의 표면은 마모되기 쉬우므로 경도가 높은 재료를 사용한다.
2) 원심탈수기실
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탈수기실은 작업하기에 충분한 넓이로 환기, 조명, 급배수가 좋도록 한다. 또한, 원심탈수기에서 발생하는 진동이 건물과 공진하지 않도록 배려한다. |
3) 탈수케잌 수송장치
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농축슬러지를 탈수시키는 경우는 탈수케잌의 악취가 심하므로 탈수케잌 수송장치, 저류설비 등의 방취방법을 고려한다. |
4) 부대장치
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부대장치는 5.4.3의 3)을 참조할 것. |
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슬러지의 탈수를 위하여 지금까지 설명된 기계적 방법 외에도 다음과 같은 기계적 방법을 고려해 볼 필요가 있다.
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【해설】
지금까지 설명된 기계적인 슬러지 탈수방법 외에도 여러 가지 기계적인 방법이 있으며 이들 새로운 기계는 슬러지 케잌의 함수율을 줄이고 경제적인 이득을 얻으며 공정의 신뢰도를 높이기 위하여 개발된 것으로 에너지 비용과 슬러지 케잌의 최종처분비용을 감소시키는데 큰 의의를 갖는다. 이들 공정들은 주로 소규모 하수처리장에서 채택되었지만 대규모 하수처리장에도 충분히 적용이 가능한 방법이다.
(1)에 대하여
중력식 탈수기는 여러 가지로 설계될 수 있으며 슬러지로부터 수분을 제거하기 위하여 중력을 이용한다. 일반적으로 탈수될 슬러지는 먼저 약품처리되며 그 다음 스크린처리를 받는다. 슬러지를 스크린처리만 시키는 경우도 있으며, 함수율을 더욱 감소시키기 위하여 탈수된 슬러지를 재처리하는 경우도 있다.
(2)에 대하여
슬러지를 탈수시키기 위하여 중력 및 가압법을 모두 적용시키는 방법이다.
(3)에 대하여
반연속다이아프램(diaphram)가압기가 일예로서 수동 또는 자동으로 조작될 수 있는 여러 개의 수직압출판으로 구성된다. 이런 종류의 가압기는 화학적 슬러지와 같이 대단히 탈수시키기 어려운 슬러지를 탈수시키기 위하여 사용되며 섬유질이나 큰 고형물을 함유하는 슬러지의 탈수를 위해서는 부적합하다.
(4)에 대하여
슬러지를 탈수할 때 압출되는 탈수여액을 스크린이나 다공성의 벨트로 여과처리하기 위하여 연속작용시키는 기계로, 슬러지는 탈수되기 전에 약품에 의한 개량이 필요하다.
(5)에 대하여
처리규모가 매우 적은 경우에는 고정식 탈수설비를 설치하지 않고 진공차를 이용하여 광역슬러지처리 또는 이동식 탈수차 순회처리를 할 수 있다.
1) 슬러지 및 약품 공급펌프
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공급펌프는 다음 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
5.4.3 원심농축기 2)슬러지공급펌프 해설 참조.
2) 공기압축기
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공기압축기는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
여포형 탈수기인 경우 여포의 막힘방지 및 탈수과정이 끝난 후 탈수여액의 배출, 케잌함수율의 저하, 그리고 케잌의 박리성을 향상시키기 위하여 압축공기를 공급한다.
(1)에 대하여
공기압축기의 용량은 탈수기의 요구압에서 토출공기량, 탈수기에서의 압축공기요구시간을 고려한 압축기의 운전시간을 고려하여 토출용량을 결정한다.
(2)에 대하여
공기압축기는 적정한 크기의 압력탱크를 설치하여 압축기의 용량보다 일시에 많은 용량을 요구할 때를 대비하여야 하며 습기는 기기를 부식시켜 고장의 원인이 되므로 기기에 공급되는 압축공기를 건조를 위하여 반드시 건조기를 설치하는데 공기압축기보다 조금 큰 용량으로 산정하여야 한다.
(3)에 대하여
유지관리를 고려하여 예비를 포함하여 2대 이상을 설치한다.
3) 탈수케잌 이송장치
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탈수케잌 이송장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
이송장치의 용량은 탈수기의 시간당 배출 케익의 양과 대수를 고려하여 정하는데 컨베이어식인 경우 여러대의 탈수기를 병렬로 연결하여 1대의 컨베이어로 이송하므로 고장시 대책을 강구하여야 하며, 펌프식인 경우 일반적으로 탈수기 1대에 1대의 펌프로 운전하는데 케잌 함수율이 낮아 막힘 등에 세척장치를 고려하여야 한다.
(2)에 대하여
3.2.4 스크린 5) ①에 해설 참조.
슬러지 건조 설비는 녹지·농지 이용 등의 유효 이용을 목적으로 한 수분량 조절, 소각·용융 처리의 에너지 절약화 및 안정화 또는 다양한 용도에 적합한 취급성 향상 등을 목적으로서 사용한다. 슬러지를 건조하기 위해서는 건조 방식에 상관없이 잠열로서 다량의 에너지를 투입해야 하므로 건조의 효율화를 도모하기 위해서는 슬러지 건조 설비의 전 공정인 탈수 조작의 단계에서 가능한 한 수분을 제거하는 것이 중요하다.
건조슬러지의 함수량 설정은 이용 용도에 따라 다르지만, 녹지·농지 이용이나 토양 개량제 등으로 이용하는 경우는 대략 20% 이하이다. 소각 처리나 용융 처리의 전 처리로서 건조하는 경우는 로 형식 등에 따라 적절한 함수량으로 조정한다.
건조방식은 가열방식에 따라서 직접가열건조방식과 간접가열건조방식의 2가지 종류로 크게 나눌 수 있으며, 이들은 구성 흐름도 및 건조특성도 다르다. 따라서 건조방식의 결정에는 후속 처리 방식, 건조 후 슬러지의 수분량 및 건조에 이용할 수 있는 열원의 양이나 종류 등을 종합적으로 검토할 필요가 있다. 어떤 방식의 경우에도 건조기에서 발생한 배기가스에는 악취 성분이 높은 농도로 포함되어 있는 경우가 많다. 배기가스 처리 방법중 가스세정기 등의 수분 제거 장치에는 배수 중에 악취 성분이 이동하기 때문에 이를 충분한 고려하여야 한다. 또한, 배기가스를 대기로 배출하는 경우에는 독립된 탈취 설비의 검토하여야 하며, 소각로의 소각용 공기로서 이용하는 경우에는 고온 연소 탈취 등 악취에 대한 충분한 배려가 필요하다.
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슬러지 건조는 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
슬러지의 함수율을 나타내는 방법은 함수율을 슬러지 습윤 중량에 대하여 표시하는 방법과 건조 중량에 대하여 표시하는 경우의 2가지 방법이 있다. 첫 번째를 습윤중량기준 함수율(Ww), 두 번째를 건조중량기준 함수율(Wd)라고 한다.
즉, 두 방법은 식(5.9.1)로 나타낼 수 있다.
또한, 두 방법은 식(5.9.2)의 관계를 갖는다.
하수도의 설계 및 유지 관리에 있어서는 일반적으로 슬러지 함수율을 나타내는 경우는 습윤중량기준 함수율을 사용하는 경우가 많다. 본 절에서의 함수율 표기에 있어서도 습윤중량기준 함수율로 나타내기로 한다.
(1)에 대하여
슬러지 건조설비는 녹지·농지 이용 등의 유효 이용을 목적으로 한 수분량 조정, 소각·용융 처리의 에너지 절약화 및 안정화, 또는 다양한 용도에 적합한 취급성 향상 등을 목적으로 하여 사용한다. 건조슬러지의 용도에 따른 함수율 정도는 다음에 나타내었다.
보조 연료 소비량 삭감을 위한 자연 소각을 목표로 슬러지를 건조하는 경우에는 슬러지 성상이나 열적 특성, 소각 방식, 소각 시스템에 따라 투입슬러지의 자연 한계 함수율은 다르다. 자연 한계 함수율보다 낮은 함수율의 슬러지를 로내로 투입하는 경우, 로내에서의 발생열량이 소각에 필요한 열량 이상으로 많게 되어 로내 온도가 이상 고온이 되는 등 제어가 불가능한 상태가 되는 경우가 있기 때문에 투입슬러지 함수율의 설정에 주의할 필요가 있다.
유효 열량이 큰 슬러지에서는 함수율 70% 전후에서 자연 가능한 경우도 있지만, 건조기로부터 배출 또는 반송시 취급의 용이성을 고려하여 건조기에서는 50% 이하까지 건조하고 이를 건조되지 않은 원슬러지를 이용하여 함수율을 조정하는 경우가 많다.
더우기 통상의 소각 설비에 있어 배기가스를 이용하여 열회수를 시행하는 경우에는 포화 증기로서 인출하는 경우가 많기 때문에 증기 간접 수증 건조방식의 교반기부착형 건조기를 사용할 수 있다.
대부분의 경우 보조 연료 소비량의 절감 및 소각·용융을 효과적으로 행하기 위해서는 기본적으로는 가능한 한 낮은 함수율의 투입슬러지를 이용하는 것이 바람직하다. 건조슬러지의 함수율 또는 로 투입시의 형상은 로 구조 또는 건조기의 특성에 의하여 결정된다(〈표 5.9.1〉 참조).
(2)에 대하여
슬러지는 종류나 성상에 따라 건조 특성이 다르므로 건조기 기종의 선정, 용량 결정시에는 대상 슬러지의 건조 특성을 사전에 실험 등을 통하여 파악하는 것이 바람직하다.
하수슬러지의 건조 속도는 슬러지 함수율, 종류, 특성에 따라 다르다. 또한, 처리장으로 유입되는 원수의 종류, 소화·열처리의 유무, 탈수 보조제의 종류, 목표로 하는 건조슬러지 함수율 등 제반 인자에 의하여 슬러지의 건조 특성은 다양해진다. 일반적으로 함수율이 높은 범위에서는 급속하게 건조하며, 그 이후에는 수분의 감소 비율이 현격하게 감소되는 경향이 있다. 함수율이 높은 하수슬러지를 일정한 온도, 습도 및 운반기체 유량에서 건조할 때 경과 시간과 함수율 및 슬러지 온도와의 관계는 〈그림 5.9.1〉에 나타나 있다.
건조 과정은 다음의 3 구간으로 크게 나눌 수 있다.
건조 특성을 나타내는 항목은 다음과 같다.
건조기의 검토시 대상슬러지가 있는 경우에는 실험 등에 의하여 〈그림 5.9.1〉에 나타난 바와 같이 실제 슬러지 함수율 감소 변화율로부터 기본적인 슬러지 건조 특성을 파악하는 것이 바람직하다. 건조 속도는 일반적으로 단위건조고형물 중량당 단위 시간에 증발하는 수분 중량(kgH2O/kg·h)으로 나타낸다. 건조 속도의 값이 크면 단시간내에 슬러지의 함수율을 저하시킬 수 있다.
항률건조기간으로부터 감률건조기간으로 변화하는 점, 즉 건조 속도의 변화 비율의 변곡점에서의 함수율을 한계함수율이라고 한다. 한계함수율의 파악은 목표 함수율 까지 건조에 필요한 시간 설정에 효과적이지만 현재에는 실험에 의하여 추정한다. 일반적인 슬러지에서 한계함수율은 25～40% 범위이다.
감률건조기간의 종료 시점에서 슬러지 함수율은 평형값에 도달한다. 이와 같이 일정한 온도, 습도 등의 조건에서 일정한 수분이 잔류하여 평형에 도달한 때의 함수율을 평형함수율이라고 한다. 평형함수율은 응집제 종류나 슬러지 고유 특성에 따라 다른데 건조 목표함수율을 설정하는데 자료가 된다.
하수슬러지를 건조하는 경우 슬러지 점성이 변한다. 일반적으로 슬러지를 건조함에 따라 함수율 90% 이상에서는 액상, 50～70%에서는 점성이 대단히 큰 덩어리, 30～50%에서는 입자 그리고 30% 이하에서는 점진적으로 분말로 변화한다. 슬러지 성상에 따라 차이가 있지만 함수율 50～70%의 영역에서 건조기의 열전달면에 부착하거나 반송면에서의 취급성이 악화되는 경향이 있다. 따라서 건조슬러지 함수율은 건조기내에서 한번에 50% 이하로 하는 것이 바람직하다.
일반적인 슬러지 건조 특성은 다음과 같다.
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건조 방식은 일반적으로 가열 방법에 따라 다음의 두 가지가 있다.
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【해설】
건조방식은 슬러지 건조설비 전후 설비 구성, 건조 목적, 건조 정도, 열원 종류나 양 등을 고려하여 종합적으로 판단하여 선정하는 것이 바람직하다.
산업체에서 대규모로 건조를 행하는 경우에는 취급 재료의 종류, 제품의 종류가 다양하기 때문에 건조 장치도 다양한 형식의 종류가 사용된다. 그러나 하수슬러지는 수분이 많고, 점착성이 있으며, 비 Newton 유체 특성의 거동을 보이며, 슬러지의 종류에 따라 특성이 다르기 때문에 건조하기 어렵다. 따라서 하수슬러지에 최적 건조 장치를 결정하기는 곤란하지만 현재의 실적 등을 고려하여 채택되고 있는 건조 방법은 직접가열 건조방식과 간접가열 건조방식이 주류를 이루고 있다.
직접가열 건조방식과 간접가열 건조방식의 대표적인 건조기 종류 및 특징은 〈표 5.9.2〉에 나타나 있다. 두 건조방식 모두 물을 기화하여 제거하기 때문에 1kg의 수분을 제거하기 위해서는 적어도 539kcal의 발열 잠열 이상의 열량이 필요한데, 필요열량을 저하시키기 위한 다양한 기술 개발이 진행되고 있다.
〈표 5.9.2〉의 열효율은 식(5.9.3)에 의해 정의된다.
(1)에 대하여
직접가열 건조방식은 열매체와 슬러지 사이에 집적적인 접촉을 통하여 가열하기 때문에 열매체로서 주로 열풍을 이용한다. 가열 증기를 이용하는 경우도 있다.
비교적 함수율이 높은 슬러지를 다량으로, 또는 함수율이 낮은 슬러지를 경제적으로 건조시키기 위해서는 직접가열 건조방식을 선정하는 것이 일반적이다.
대표적인 직접가열 건조기는 다음의 두 가지 종류가 있다.
효율적으로 다량의 열에너지를 슬러지에 공급하기 위해서는 가능한 한 고온 공기를 투입하고, 접촉 면적을 넓게 확보하여 긴 시간 동안 슬러지에 열량을 공급하는 것이 바람직하다. 그러나 설비 용량이 증가하는 것과 슬러지와 고온 공기의 접촉에 의한 건조기 발화 위험성에 대한 주의가 필요하다.
이 건조기는 600～800℃ 정도의 열풍을 건조기내에서 슬러지와 접촉시켜 건조하는 것으로 그 구조는 〈그림 5.9.2〉에 나타나 있다.
회전드럼 안으로 투입된 슬러지는 내부에 설치된 리프트의 작동에 의해 드럼상부로 이송되어 낙하시 열풍과 접촉한다. 점착성이 큰 덩어리 모양의 슬러지는 미건조시 리프트에 부착하여 건조가 원활하게 진행되지 않기 때문에 고속 회전하는 교반 날개로 파쇄한다. 회전드럼 입구로부터 출구까지 이 작동은 반복되는데, 특히 새로운 슬러지면이 열풍과 접촉하는 출구 부근에서는 긁어 올리는 장치에 의해 위로 운반된 입상의 슬러지는 커튼 형상으로 낙하하여 최종 마무리 건조가 행해져 입자상 또는 분말상의 건조슬러지로서 배출된다.
건조기에서 열매체 온도는 600～800℃ 정도로 고온이며 슬러지중 가연분의 일부가 휘발되어 악취의 원인이 되므로 탈취 처리가 필요하다.
열용량 계수는 일반적으로 200～500kcal/㎥·h·℃이며, 건조슬러지 함수율은 통상 0～15% 정도로 비교적 함수율이 낮다. 증발 속도는 보통 100～150kgH2O/㎥·h 정도이며, 1대의 최대증발능력은 5,000kgH2O/h 정도이다. 이 건조기는 열효율이 높고 비교적 경제적이며, 슬러지 수분·부하변동에 대하여 안정하게 대량 연속 처리가 가능하다.
기류건조기는 〈그림 5.9.3〉에 나타난 것과 같이 분쇄기, 기류건조관, 사이클론 등으로 구성되어 있다. 슬러지는 적절하게 수분 조정한 후 분쇄기 내의 400℃ 정도의 열풍 흐름 가운데 투입되어 급속하게 파쇄·건조된다. 더욱이 이 열풍 흐름에 의하여 미분화된 슬러지가 기류건조관을 통과할 때 효과적인 열전달이 발생하며 보통 함수율 15% 이하로 건조된다. 건조된 슬러지는 사이클론 또는 백필터에서 포집된다. 증발 수분량의 1/3～2/3은 분쇄기 내에서 증발하며 나머지는 기류건조관에서 증발된다. 건조 시간은 2～10초 정도이다.
건조기 입구 슬러지 함수율을 건조기에 적합한 수분으로 조정하기 위하여 건조슬러지 일부를 건조전 슬러지와 혼합하기 위하여 반송시킨다. 일반적으로 열용량 계수는 분쇄기는 5,000～6,000kcal/㎥·h·℃, 건조관은 2,000～3,000kcal/㎥·h·℃ 정도이며, 건조슬러지 수분은 대개 한계함수율보다 낮은 15% 이하이다. 증발속도는 100～150kgH2O/㎥·h로서 건조기 1대의 최대증발능력은 9,000kgH2O/h 정도이다.
기류건조기는 건조 과정의 열효율이 높으며 함수율이 높은 다량의 슬러지 건조에 적합하다. 또한, 장치 설치면적도 다른 형식의 건조기에 비하여 작게 할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 건조가 순간적으로 이루어지기 때문에 슬러지의 성상이나 양의 순간적인 변동에 대한 대응이 곤란하다.
(2)에 대하여
간접가열 건조방식은 열매체와 슬러지의 간접적 접촉을 통하여 열을 전달한다. 열매체로서 증기를 이용하는 것이 일반적이지만 기름을 이용한 경우도 있다. 간접가열 건조방식은 직접가열 건조방식보다 악취 처리 대상 공기량이 작다. 즉 슬러지로부터 증발 되는 수분만이 건조기에서 가스로 발생하기 때문이다. 따라서 탈취에 필요한 시설이나 비용이 감소되는 경제적인 장점이 있다.
형식으로서는 교반기부착형 건조기가 대표적인데 패들건조기라고도 한다. 〈그림 5.9.4〉에 나타난 것과 같이 0.5～3도의 작은 경사로 설치된 구형의 케이싱에 1～4개의 교반 날개를 장착한 회전샤프트를 설치한 것도 있다. 회전 샤프트는 케이싱을 따라 배열되며, 인접한 축은 서로 반대방향으로 각속도 0.1～1.5m/s로 회전한다. 케이싱 쟈켓 또는 중공 패들 내에 포화증기를 공급하고 쟈켓과 패들 벽면으로부터 슬러지에 열을 가하는 구조이다. 슬러지는 입구에서 연속적으로 투입되며 회전 샤프트와 케이싱 사이를 채우면서 혼합, 교반된다. 이때 슬러지가 열전달면과의 접촉을 반복하면서 수분이 증발되며 건조된 슬러지는 출구에서 순차적으로 배출된다. 케이싱내의 증발 수분은 외부로부터 흡입된 약간의 건조용 공기(수송가스)와 함께 기계 외부로 배출된다.
교반기부착형 건조기의 사용상 가장 큰 문제점은 열전달면에 슬러지 부착이다.
열매체로서는 압력 7～9kg/㎠·G(170～180℃)의 포화수증기를 이용하는 것이 일반적이다. 총열전달계수는 100～180kcal/㎡·h·℃ 정도이고, 증발속도는 보통 8～15kgH2O/㎡·h이다. 1대당 최대 증발 능력은 2,500kgH2O/㎡·h이며, 열전달면적은 200㎡ 정도이다. 건조슬러지 함수율은 20～40%로, 목표함수율이 비교적 높을 때 이용되는 경우가 많다.
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건조기 설계는 다음의 순서에 따라 행한다.
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【해설】
건조기 설계 순서 흐름은 〈그림 5.9.5〉에 나타내었다.
(1)에 대하여
설계 조건으로 다음의 사항을 결정한다.
슬러지나 탈수 보조제 종류에 따라 건조 특성이나 점성이 다르기 때문에 설계시 충분한 배려가 필요하다.
슬러지 케잌은 일반적으로 함수율의 변동 폭이 비교적 크기 때문에 수분과 건조되는 처리량과의 관계를 명확하게 파악해야 한다.
(2)에 대하여
증발수분량은 식(5.9.4)에 의하여 구한다.
(3)에 대하여
직접가열 건조기의 경우는 필요용적, 간접가열 건조기의 경우는 필요 열전달면적을 식(5.9.5)에 의하여 계산한다.
하수슬러지의 증발속도 예는 〈표 5.9.3〉에 나타나 있다.
(4)에 대하여
열전달량은 식(5.9.6) 및 식(5.9.7)에 의하여 계산한다.
일반적인 하수슬러지의 열용량계수(직접가열 건조기) 혹은 총열전달계수(간접가열 건조기)는 〈표 5.9.4〉에 나타내었다.
(5)에 대하여
배기가스로부터 회수한 열량을 이용하여 건조에 필요한 열량을 모두 공급할 수 있는 가를 검토하여 부족한 경우에는 보조 열원을 검토한다. 보조 열원으로는 직접가열 건조기의 경우 열풍발생기 등이 있으며, 간접가열 건조기의 경우 전연소보일러 등이 있다.
(6)에 대하여
슬러지 성상 및 건조 목적에 따라 건조 장치 형식은 다르다. 따라서 (1)～(5)의 순서에 따라 경제성, 입지 조건 등을 충분히 파악하고 검토하여 건조 장치를 결정한다. 또한, 배기가스 중의 악취, 먼지, 유해가스, 가연성 가스 등의 적절한 처리가 필요하다.
(7)에 대하여
건조 설비의 주요 보조 기기에는 정량 공급 장치, 보일러 및 급수 장치(증기 간접 건조기 경우), 가스세정기, 악취제거장치 등이 있다.
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용량 등은 다음의 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
용량 결정은 건조기 형식에 따라 열용량계수, 총열전달계수 또는 증발속도로부터 식(5.9.8)～(5.9.10)을 이용하여 구한다.
회전건조기 또는 기류건조기는 일반적으로 열용량계수에 따라 건조기 본체의 부피를 산출한다. 열용량계수 Hd는 슬러지 케잌의 형상 및 수분에 따라 변하지만 일반적으로 회전건조기는 200～500kcal/㎥·h·℃ 정도이다. 기류건조에서 케이싱 부분은 5,000～6,000kcal/ ㎥·h·℃ 이며, 기류건조관은 2,000～3,000kcal/㎥·h·℃ 정도이다.
교반기부착형 건조기에서는 총열전달계수 또는 증발속도로 건조 열전달 면적을 산출하는 바, 일반적으로 후자의 방법을 이용한다. 총열전달계수 U는 100～180kcal/㎥·h·℃, 증발속도 W는 보통 8～15kgH2O/㎡·h 정도이다.
(2)에 대하여
건조기 대수는 1대당 최대 증발능력, 연속되는 공정의 계열수 및 증설 계획을 고려하여 결정한다.
건조 능력을 나타내는 총열전달계수, 열용량계수 및 증발 속도 값은 열매체 온도에 따라, 건조슬러지 함수율은 건조기 조작 조건 및 슬러지 성상에 따라 다르다. 열용량계수나 총열전달계수 값은 원칙적으로는 각 처리장에서 실제 슬러지 운전 실적으로부터 결정하는 것이 바람직하다. 각종 계수는 건조기의 고유한 값이 아니라 건조 과정의 슬러지 함수량 변화에 따라 변하며 슬러지 형상이나 부착성 차이에 따라서도 크게 다르기 때문에 실제 시설 설계에 있어서는 충분한 검토가 필요하다.
건조기 scale-up factor는 슬러지의 건조 특성이 복잡하기 때문에 이론적인 해석에 의한 예측이 곤란하다. 따라서 경험적인 값을 기본으로 하여 〈표 5.9.5〉에 정리한 최대 증발능력을 기준으로 계획한다.
건조기 대수는 앞서 기술한 1대당 최대 증발 능력을 기본으로 하여 결정하지만 탈수 보조제 종류나 건조 정도, 시설 증설 계획 등을 충분히 고려하여 결정한다. 특히, 소각이나 용융 전처리로서 슬러지 건조 설비를 설치하는 경우에는 시설의 안정적인 연속 운전을 전제로 한 능력 또는 여유 대수 등을 고려한다.
(3)에 대하여
건조기 내부는 고온, 고습이고 악취 성분을 다량 함유하기 때문에 부식이나 마모가 발생하기 쉬운 환경이다. 따라서, 슬러지 접촉부나 기류관은 내열, 내식 및 내마모성을 고려한 재질을 사용할 필요가 있다. 교반기부착형 건조기에서는 케이싱 쟈켓이나 패들 내에 압력 7～9kg/㎠·G(170～180℃)의 증기가 통과하기 때문에 재질과 함께 압력 용기로서의 설계 또는 관리를 행할 필요가 있다.
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건조 조건은 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
열매체의 건조기 입구 온도는 건조 장치 형식에 따라 다르지만 다음에 나타낸 온도를 목표로 한다. 회전건조기의 열풍 온도는 건조 시스템 효과 및 사용되는 풍량을 고려하여 650～700℃로 한다. 기류건조기의 열풍 온도는 효율, 풍량 및 건조 분체 슬러지의 열적 변질 및 과건조에 의한 발화를 고려하여 300～500℃로 한다. 교반기부착형 건조기의 증기 온도는 효율, 열전도면에서의 슬러지 부착, 발화성 및 급격한 과잉 건조를 고려하여 170～180℃로 한다.
(2)에 대하여
열풍이나 증기량은 슬러지 건조에 직접 필요한 열풍과 더불어 슬러지 건조에 직접 기여하지 않고 대기로 방열되는 열손실부분을 고려하여 산출하며, 그 온도 또는 에너지를 기초로 하여 결정한다.
슬러지 건조에 필요한 열량은 식(5.9.11)을 이용하여 구한다.
q4의 발산 열량은 계산하는 것이 곤란하며 보통 건조기로 투입되는 열량의 5～10% 정도이다.
(3)에 대하여
건조용 공기는 가능한 한 소량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나 건조기내에서 제거된 수분을 확실하게 건조기 외부로 배출하는 위해서는 건조용 가스 중의 수증기가 건조기 내부 및 먼지중에서 응축되지 않을 정도의 양과 온도가 필요하다.
교반기부착형 건조기에서 건조용 공기의 일반적인 외부 배출 온도는 80～90℃이기 때문에 배출시 가스 중의 절대 습도는 0.5～0.8kgH2O/kg 건조공기 정도가 된다. 일반적으로 배기가스 온도가 설정된 값보다 10～20℃ 저하된 경우에서도 응결되지 않도록 검토한다. 건조용 공기의 배출 온도 저하를 방지하기 위해서 건조기로 유입 전에 120～130℃로 예열하기도 한다.
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부대장치로서 정량 공급 장치, 보일러 및 열풍 발생로, 가스 세정기, 열교환기, 필요에 따라 독립된 탈취 장치를 설치하기도 한다. |
【해설】
건조 설비의 부대장치의 예를 기류건조기 경우는 〈그림 5.9.6〉에, 교반기부착형 건조기 경우는 〈그림 5.9.7〉에 나타내었다.
건조기의 안정적인 운전을 위해서는 건조기로의 유입슬러지를 정량적으로 공급하는 것이 중요하다. 그러므로 정량 공급 장치는 슬러지 건조 설비의 중요한 구성 요소이다. 통상적으로 나사식 펌프나 호퍼 부착 스크루 피더(screw feeder) 등이 사용된다.
정량 공급 장치에서 가장 주의해야 하는 점은 함수율이 높은 슬러지 케잌 성상과 형태를 충분히 파악하는 것이다. 습윤 상태의 슬러지가 정량 공급될 수 없는 원인은 주입 호퍼나 투입 슈트에서 가교나 부착에 의한 막힘, 주입부 내에서의 부착이나 압밀에 의한 막힘, 또는 슬러지의 요동성(搖動性)으로 인해 원활하게 배출되지 않는 점 등이다. 따라서 슬러지의 이와 같은 특성을 각 부분의 구조에 충분히 배려할 필요가 있다.
기류건조설비에서 열풍발생로는 슬러지 건조용 열매체인 열풍을 발생시키는 장치는 중유나 도시가스 등을 연료로 사용하는 버너이다. 보일러도 열매체인 과열 증기를 발생시키는 장치이다. 구성 기기로는 보일러 본체의 급수 수질을 개선하기 위한 연수화 장치, 약품주입장치나 급수펌프 등이 있다. 일반적으로는 보일러 기사가 운전 관리를 행한다.
대부분의 건조 설비에서는 다른 공정에서 발생한 증기 또는 소화 가스를 효과적으로 이용하여 시스템 전체의 열효율을 향상시킨다.
가스세정기의 목적은 건조용 공기중 수분과 먼지를 제거하는 것으로 형식은 습식 배기가스 세정 장치이다. 건조용 공기를 처리하는 세정 배수는 현탁고형물질 및 악취의 용해 성분을 함유하므로 처리에 유의할 필요가 있다. 일반적으로는 처리장의 반송수 관로에 의하여 수처리시설로 반송하여 처리한다.
황화수소 및 암모니아 등의 악취 성분을 함유한 건조 배기가스는 미처리 상태로 대기로 배출할 수 없기 때문에 소규모의 악취제거장치를 설치하는 것을 원칙으로 한다. 악취제거로에 의한 처리에서는 배기가스를 800℃ 정도에서 수 초간 체류시켜 고온 열분해에 의하여 악취를 제거한다. 이 경우 악취제거로에서 보조 연료 소비량 절감을 위하여 배기가스를 악취제거로 입구의 건조 배기가스 온도 상승을 위하여 사용하는 등의 방안이 필요하다.
악취제거장치에서 발생하는 열에너지를 건조 설비 열원으로서 순환이용하는 방법은 다음과 같다. 열풍을 열매체로 이용한 건조의 경우에는 악취제거로로부터 배출되는 고온 배기가스와 공기를 교환기를 이용하여 순환 이용한다. 증기를 열매체로 이용한 경우에는 폐열 보일러에서 과열 증기를 발생시켜 건조 열원으로서 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 슬러지 소각처리시설을 위한 건조 설비의 경우에는 건조 배기가스를 순환 사용하고, 나머지 양을 연소용 공기로서 로내로 투입하여 악취를 제거하는 것이 일반적이다.
3하수슬러지는 질소 및 인 등의 비료 성분 이외에 각종 유기물과 무기물로 구성되어 있기 때문에 녹지·농지에 유기질 보급원으로서의 이용 가치가 높다. 하수슬러지의 녹지·농지로의 이용 형태로서는, 하수슬러지 퇴비, 건조슬러지, 슬러지 케잌, 소각재 등이 있지만 비료로서의 가치, 취급의 용이성, 위생 등을 고려할 때 하수슬러지 퇴비화가 바람직한 방법이다.
하수슬러지의 퇴비화는 하수슬러지중 분해가 쉬운 유기물을 호기성 분위기에서 미생물에 의해서 분해시켜서 녹지·농지로의 이용 가능한 형태로 안정화시키는 과정을 말한다.
퇴비화 시설의 기본 공정과 주요 설비를 정리하여 〈그림 5.10.1〉에 나타내었다.
전처리 공정에서는 양호한 퇴비화를 진행시키기 위하여 통기성 개선, 함수율 및 pH 조정을 행한다. 이를 위해 퇴비 원료가 되는 슬러지 케잌에 퇴비의 반송, 왕겨, 톱밥 등을 첨가하고, 파쇄·혼합을 행하여 퇴비화조로 투입한다.
퇴비화 공정에서는 유기물의 분해와 수분의 증발이 진행되며 일반적으로 반응과정은 1차퇴비화와 2차퇴비화로 구분된다. 1차퇴비화에서는 온도 상승과 수분 증발이 급속하게 진행되며, 2차퇴비화에서는 완만한 속도로 진행된다. 퇴비화 기간중에는 분해에 필요한 산소를 공급하고 분해산물을 적당한 빈도로 뒤집기를 행하여 반응을 촉진시킨다.
호기성 미생물은 성장에 적절한 환경 조건(온도, pH, 수분, 호기성 상태 등)에서 슬러지 케잌에 포함된 유기물을 최종적으로 탄산가스, 암모니아, 수분 및 무기염류로 분해시킨다. 발생된 탄산가스나 암모니아의 대부분은 대기중으로 배출되며 슬러지 케잌중의 수분은 분해에 따른 발열에 의해 증발된다.
이와 같은 유기물 분해에 의한 안정화의 주된 효과는 다음과 같다.
퇴비화 설비에서는 이러한 점을 효율적으로 행하기 위하여 미생물 반응에 적절한 환경 조건을 조성함으로써 분해를 촉진시키며, 분해시간의 단축이나 수분 증발의 효율화를 도모하는 것이 중요하다.
제품화 공정에서는 주로 제품 퇴비 출하, 사용 및 저장시 취급이 용이하도록 체분류를 통해 입상화하고 포장한다.
재료나 제품의 저장 설비는 퇴비화 시설내의 원료, 제품 등의 간헐적인 흐름에 대한 완충적 설비로서 중요하다. 또한, 발생된 가스 등에 의한 시설의 부식, 작업 환경 및 주변 환경에 대한 대책의 하나로 악취제거 시설이 필요하다.
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퇴비화 시설의 기본 조건은 다음의 각 항을 종합적으로 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
퇴비화 시설의 규모는 퇴비 수요량 예측값에 적합한 양을 기준으로 설정해야 한다. 따라서 지역 특성을 고려한 시장 조사 등에 의해 품질목표 설정과 수요량 예측을 행한 후 퇴비 생산량을 설정하며, 뒤에 언급할 물질 수지를 기초로 퇴비화 계획 슬러지 케잌량을 설정한다. 또한, 시설의 가동중지시 대체 처리 시설이 없는 경우에는 시설의 계열수를 복수화하는 것이 바람직하다.
퇴비화 계획 슬러지 케잌량과 퇴비 생산량과의 관계는 첨가물의 분해가 없는 것을 가정하면 식(5.10.1)과 같이 나타낼 수 있다.
(2)에 대하여
슬러지 케잌은 분뇨, 식물에 유해한 병원균, 기생충알, 잡초 종자 등이 포함되었을 가능성이 높다. 따라서, 보건 위생상 고온 살균 효과를 고려하여 퇴비는 65℃ 이상에서 2일 이상 경과하도록 한다.
(3)에 대하여
퇴비의 품질은 크게 다음 항목으로 나눌 수 있다.
퇴비화에 의해 생산되는 제품의 품질은 퇴비화 방식에 따라 차이가 날 수는 있지만 원료인 슬러지 케잌 성분 특성과 비슷한 경우가 대부분이다. 일반적으로 슬러지 케잌의 특성(함수율, 강열감량, pH, 질소, Ca 함유량 등)은 수처리 및 슬러지 처리 방식에 따라 크게 달라진다.
취급에 있어서는 퇴비의 외관, 냄새, 손 접촉, 첨가물량 및 입경 등을 고려하여야 한다. 또한, 중금속 등의 토양 축적에 대하여는 법령 등에 의한 규제는 물론이며, 시비시의 상황이나 시비량 등을 고려하여 충분한 주의를 기울여야 한다.
이러한 점을 감안하여 품질목표를 설정할 필요가 있으며, 구체적인 설정 항목의 예로서는 다음과 같은 항목을 들 수 있다.
이러한 품질 항목 가운데 pH는 6～8.5, 함수율은 30～40%, C/N비는 20 이하, BOD는 30mg/g-건조고형물량 이하가 바람직하다.
미생물 체내의 C/N 비는 평균 5～6이므로, C/N비가 높으면 질소 부족으로 인해 미생물의 증식 기능이 제한되어 유기물의 분해 속도가 감소된다. C/N비가 낮으면 질소 화합물의 분해가 진행되어 퇴비중의 질소 성분이 감소하며 악취가 발생한다.
함수율은 제품, 입경, 시비 방법에 따라 다르나 기계식 시비의 경우에는 건조 설비 등으로 함수율을 20% 정도까지 감소시키는 것이 좋다.
(4)에 대하여
퇴비화 시설은 처리장이나 수요처와의 위치 관계, 주변 환경 등이 경제성에 큰 영향을 미치기 때문에 입지 조건을 충분히 고려해야 한다.
(5)에 대하여
투입 조건 설정은 미생물의 적절한 환경 조건 유지와 생성 퇴비의 품질목표를 만족시키기 위하여 중요한 항목이다. 정상상태의 퇴비화에서는 투입 혼합물량, 분해유기물량, 발열량, 증발 수분량, 생성 퇴비량 사이에서 일정한 순환계가 형성된다.
퇴비화에 있어서 물질(고형물 및 수분)의 흐름은 〈그림 5.10.2〉와 같다. 물질 수지의 고려대상 물질은 원료, 각종 퇴비, 분해 유기물 또는 증발 수분 등이며, 이는 처리 대상 슬러지 케잌, 투입 혼합물의 함수율, 기대되는 분해물질량의 비율, 필요한 퇴비의 함수율을 계산하여 구할 수 있다. 〈그림 5.10.3〉에 나타난 물질수지의 계산 순서를 이용하여 산출한 계산 예를 〈표 5.10.1〉에 나타내었다.
퇴비화에 있어서는 온도 조건도 중요한 조작 인자이기 때문에 먼저 설정한 물질 수지를 기본으로 유기물 분해에 의한 분해 열량, 외기온도, 배기가스 온도 등의 설정을 행하고 열수지의 검토를 행한다. 〈그림 5.10.4〉에 퇴비화조 주변에 있어서의 열수지의 예를 나타내었다.
이와 같이 물질수지 및 열수지를 산정하여, 목표한 품질을 얻기 위한 반송률이나 첨가물의 투입 조건이 적당한가를 확인한다. 일반적으로 퇴비화는 반송 퇴비만을 이용하여 첨가물을 사용하지 않는 무첨가 방식과 반송 퇴비와 첨가물의 모두를 사용하는 첨가 방식으로 분류된다. 석회계 슬러지 케잌의 경우에는 무첨가 방식을, 고분자계 슬러지 케잌의 경우에는 첨가방식을 채택하는 경우가 많다.
반송률 및 첨가율은 주로 투입 혼합물의 통기성을 확보하기 위하여 실시하며, 이때 지표로는 함수율을 사용하지만 품질도 고려할 필요가 있다. 통기성의 기준이 되는 투입 혼합물의 함수율은 석탄계 슬러지 케잌의 경우에는 50% 정도, 고분자계 슬러지 케잌의 경우에는 60～65% 정도이다. 따라서 슬러지 케잌의 함수율을 고려하면 석회계의 반송률(중량비)은 100～200%, 고분자계의 반송률(중량비)은 50% 정도이며, 첨가율(중량비)은 C/N비 등을 고려하여 10～30% 정도가 일반적이다.
고농도의 약품이 주입된 석회계 슬러지 케잌의 경우에는 반송률을 낮게 설정하면 투입 혼합물의 pH가 상승하기 쉽고, 분해시 장애가 발생하는 경우가 있기 때문에 주의할 필요가 있다. 혼합물의 최적 pH는 8 부근이지만, pH 6～9의 경우에도 큰 지장이 없다고 한다. 〈표 5.10.2〉에 첨가율과 반송률 예를 나타냈다.
반송 퇴비는 일차 분해물을 사용하는 경우와 이차 분해물을 사용하는 경우가 있지만 미생물의 종류와 pH 조정의 관점에서 보면 분해가 진행중인 일차 분해물을 이용하는 편이 효과적이며, 이 경우 이차 퇴비화조의 용량을 감소시킬 수도 있다.
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전처리 설비는 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
전처리 설비는 슬러지 케잌을 호기성 미생물에 의해 분해 시키기 위한 환경조건(유기물량, pH, 함수율, 통기성 및 온도)을 조정하기 위해 설치한다.
(1)에 대하여
슬러지 케잌 또는 반송 퇴비와 같이 습윤상태로 부착성이 높은 물질의 혼합이나, 첨가물과 같이 물성 차가 매우 다른 물질을 혼합하는 경우에는 내부에 교반장치를 부착한다.
교반장치의 주축에 주어지는 토크 또는 회전 날개에 작용하는 힘이 일정하지 않기 때문에 구조는 강도상 충분히 여유있게 고정한다. 각 부재는 내식성 및 내마모성이 우수한 재료를 사용한다.
(2)에 대하여
슬러지 케잌 함수율이 특히 높거나 반송 퇴비 혹은 첨가재료만으로 수분 조정이 곤란한 경우는 건조설비를 설치한다. 경우에 따라 하루 정도 노천건조방식을 채택하는 경우도 있다.
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분해 일수 및 유효 용량은 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
분해 시간은 투입 혼합물이 퇴비화조를 통과하는 시간을 나타내는 분해시간과 반송 퇴비의 분해시간이 있지만, 여기에서는 일반적으로 투입 혼합물이 퇴비화조내에 체류하는 분해시간을 사용한다.
분해시간은 〈표 5.10.3〉을 표준으로 결정한다.
(2)에 대하여
퇴비화 과정에 있어서는 유기물 분해, 수분 증발, 혼합물 미세 입자화 등으로 용량이 감소된다.
유효 용량은 투입량과 평균 인출량에 분해시간을 곱하여 식(5.10.2)에 의해 구한다.
더우기, 횡형 퇴비화조나 입형 다단식 퇴비화조의 일부 또는 퇴적형과 같이 구조상 퇴적 높이의 감소에 대한 조 단면을 구하기 곤란한 경우는 Q1=Q2로 가정한다.
투입 혼합물 또는 인출된 퇴비 부피는 각각에 겉보기 비중 값을 설정하여 식(5.10.3)에 따라 산출한다.
겉보기 비중 값은 슬러지 케잌의 종류, 첨가물의 유무, 함수율 등에 따라서 다르기 때문에 예비실험 등을 통하여 결정하는 것이 바람직하다. 일반적으로는 〈표 5.10.4〉의 겉보기 비중의 예(실측치)를 참고로 하여 결정한다.
퇴비화조에 있어서 혼합물의 퇴적 높이는 3m 이하를 표준으로 한다. 단, 첨가 방식의 경우는 퇴적 높이가 5.5m까지도 가능하다.
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퇴비화조 형식과 구조는 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
형식 결정은 시설 용량, 원료 성상, 유지 관리성, 환경(작업 환경 및 주변 환경)에 미치는 영향, 실적 등을 충분히 고려하여 종합적으로 결정한다. 일반적으로 일차분해는 반응이 급속하게 진행되며, 발생 가스도 많기 때문에 악취 대책이 쉬운 입형이, 분해 속도가 비교적 완만한 이차분해에서는 퇴적형 또는 횡형이 채택되는 경우가 많다.
입형 또는 횡형과 비교하여 설비가 필요하지 않지만 넓은 부지 면적을 필요로 하며 기상 조건에 따른 영향도 받기 쉽다. 또 통기 시설이 없는 경우가 많기 때문에 장기간의 분해시간을 필요로 한다.
혼합물의 투입, 분쇄 혼합, 이동을 자동 굴진차(shovel roader)로 수행하는 방법과 퇴비화조의 부대 장치로 수행하는 방법이 있으며, 육안으로 분해 상태나 분쇄 혼합 장치를 감시할 수 있다. 입형에 비교하여 퇴비화조 부지면적당 처리 능력이 작다. 악취, 분진, 수증기 등의 관리에 주의가 필요하다.
혼합물은 상부로부터 투입되며 부대 장치로 분쇄·혼합하면서 자중에 의해 아래로 이동하는 구조로 구성되어 있다. 밀폐식 구조이기 때문에 작업 환경이 양호하고, 횡형 등의 개방식 퇴비화조와 비교하여 열 손실이 적으며, 악취 대책이 용이하다. 그러나, 다른 형식에 비하여 퇴비화조 설비가 약간 복잡하다. 각 형식의 개요를 〈표 5.10.5〉 및 〈그림 5.10.5〉～〈그림 5.10.7〉에 나타내었다.
(2)에 대하여
1) 실내식의 경우는 분쇄·혼합·반출에 필요한 작업 공간을 확보하는 것과 함께 악취가 외부로 유출되지 않도록 배려한다.
2) 실내식, 실외식 모두 퇴비화조 하부는 콘크리트로 작업한다.
1) 조내 각 부위의 혼합물을 이동시킬 수 있는 분쇄·혼합장치를 설치한다.
2) 악취 및 분진 대책을 고려한다.
1) 자립형으로서 자중, 집적 하중, 풍압 또는 지진에 내구성이 있는 구조로 한다.
2) 기밀 구조로서 보온을 고려한다.
3) 수리 점검이나 시료 채취를 위한 개구부를 고려한다.
4) 조내 혼합물의 이동이 적절하게 행해질 수 있는 구조로 한다.
5) 단수는 1～10단으로 한다.
(3)에 대하여
퇴비화조 본체는 입형의 경우를 제외하고는 철근콘크리트제로 시공하는 것이 원칙이며, 배기가스가 접촉되는 부분에 대하여는 스테인리스 재질을 사용하거나 방식도장 등의 부식 대책을 고려한다.
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공기공급설비는 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
공기공급량은 공기공급 방법, 퇴비화조 형식, 분해시간 등의 조건에 따라 다르지만 〈표 5.10.6〉에 나타난 값을 참고로 한다.
이차퇴비화조에는 공기공급이 반드시 필요하지는 않지만, 분해시간을 단축하고자 할 경우에는 공기공급을 고려한다. 공기공급량은 퇴비화조내 혼합물 1㎥당 10～20l/min을 표준으로 한다.
(2)에 대하여
송풍기의 종류에는 터보 송풍기, 축류팬, 로타리 송풍기 등이 있다. 기종의 선정은 풍압 또는 풍량에 따라 가장 합리적이고 효율이 우수한 것을 사용한다. 또한, 원칙적으로 예비 송풍기를 계획한다.
풍압은 투입 혼합물의 함수율, 공기공급성, 퇴적 높이, 배관 밸브의 마찰 손실 등에 따라 다르므로 이를 고려하여 적절한 풍압(송풍기) 또는 진공압(배풍기)을 선정한다.
지금까지의 실적에 의하면 퇴비화조 형식에 따른 풍압의 대략적인 범위는 다음과 같다.
(3)에 대하여
공기공급장치의 용량은 필요 공기량에 따라 결정하며, 주입된 공기가 퇴적 혼합물을 한 번에 통과하도록 배관 및 공기공급공을 배치한다. 공기공급장치의 구조는 혼합물에 의하여 막힘이 없도록 한다.
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제품화 설비는 필요에 따라 다음의 각 설비를 설치한다.
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【해설】
(1)에 대하여
체분류 설비는 입경의 균일화, 미분해부분이 많은 큰 덩어리의 제거, 첨가물 등의 회수, 포장기계 조작상의 문제방지 등을 위하여 설치한다.
체분류기의 선정시에는 체간격의 크기, 처리량, 원료의 점성에 따른 막힘, 포장기계의 특성 및 진동강도 등을 검토하여 사용 목적에 맞도록 결정하여야 하지만 일반적으로 진동 체분류방식 가운데서 선정하는 것이 바람직하다. 또한, 분진의 발생에 대한 대책도 고려할 필요가 있다.
(2)에 대하여
입상화 설비는 퇴비 제품을 3～10mm 정도의 원주 또는 입자 형태로 가공하는 것으로 시비상(농업기계 등)의 편리성 향상, 비산 방지 등을 위하여 설치한다.
입상화 설비에는 원료를 스크루를 이용하여 한쪽 끝에서 스크린으로 밀어 넣어 입상화하는 스크루압출형, 원료를 둥근 롤러에 의해 스크루로 압입하여 입상화하는 롤러 압입형, 경사진 pan(원통형)을 회전시켜 공전 및 자전에 의하여 입상화하는 경사판형이 있다.
(3)에 대하여
포장 설비는 유통시 저장, 운반 및 취급의 용이성을 도모하기 위하여 설치한다. 포장기는 상부 저장 호퍼, 계량기, 포대 탈착기, 포대 밀봉기, 컨베이어 벨트 등으로 구성되며, 전자동방식과 반자동방식이 있다.
전자동식은 모든 공정을 자동으로 행하는 것이고, 반자동은 계량을 자동으로 행하지만 밀봉은 수동으로 행하는 방식이다.
1시간당 처리량이 100포대 정도까지는 반자동 방식이 가능하지만, 이 이상의 처리가 필요한 경우에는 전자동 방식을 채택하는 것이 바람직하다.
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저류 설비는 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
퇴비화 시설내의 원료, 제품 등의 간헐적인 흐름의 완충 설비로서 필요에 따라 저류조 또는 저류상을 설치한다.
저류조는 원료나 반송 퇴비의 일차 저류용으로 설치하며 원료에 따른 형식은 강철제 호퍼형으로서 브릿지 현상 등이 발생하지 않는 구조로 한다. 또한, 스크루 분쇄, 인출기 등의 분쇄·인출 장치를 설치한다. 저류상은 임시 설비인데 바닥면은 콘크리트로 시공한다. 저류 설비의 사용 예를 〈그림 5.10.8〉에 나타내었다.
(2)에 대하여
저류 설비는 일시적인 저류를 수행하는 것이기 때문에 최소한의 용량으로 한다.
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저장 설비는 수요량의 계절적 변동을 고려한 용량으로 한다. |
【해설】
퇴비 수요는 통상 봄과 가을에 최대가 되며 변동이 크다. 특히 적설 한냉지등에서는 겨울동안 수요의 극단적인 감소가 예상되기 때문에 연간 수요 변동이나 유통 경로에서의 비축량도 고려하여 필요한 저장 설비를 설치한다.
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악취제거 시설을 설치한다. |
【해설】
퇴비화 설비에 있어 주요 악취원은 저류조, 퇴비화조, 반송 장치 등이며 특히 퇴비화조의 배기가스의 악취 강도가 높다. 배기가스 중의 악취 물질의 주성분은 암모니아. 메틸머켑탄, 이황화메칠, 트리메틸아민 등이 있지만 성분은 슬러지 케잌 종류에 따라 다르며, 생탈수케잌을 원료로 하는 경우가 소화슬러지 케잌의 경우보다 암모니아, 메틸머켑탄 또는 이황화메칠의 악취 강도가 높은 경향을 나타낸다.
퇴비화조의 형식에 따라서도 배기가스량이나 악취 물질 농도가 다르다.
탈취 설비로부터의 세정배수는 고농도의 암모니아 등을 포함하기 때문에 하수 처리장으로 직접 유입시킨다. 소량인 경우에는 진공 운반 차량으로 흡입하여 하수 처리장으로 투입할 수 있다. 어떠한 경우도 세정배수는 처리 시설에 의해 적절하게 처리할 필요가 있다.
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하수슬러지를 이용하여 퇴비를 생산할 경우는 다음 사항을 고려하여야 한다.
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【해설】
퇴비의 함수율은 약 35% 이하를 목표로 하며, 양호한 퇴비화가 이뤄진 경우에는 적갈색 혹은 다갈색의 균일한 입자가 된다. 퇴비화가 불량하고 혐기성이 강한 경우에는 흑갈색이며, 슬러지 덩어리가 생긴다.
(1)에 대하여
슬러지로 생산한 퇴비의 품질에 대해서는 사용목적에 맞도록 정기적인 검사를 실시하여 안전성을 확보하여야 하며 판매를 위해서는 비료관리법 제14조의 규정에 의한 부산물 비료로 지정받아야 한다.
탈수케잌중에 유해물질이 미량이라도 들어 있으면 퇴비 속에도 이러한 유해물질이 잔류할 가능성이 있다. 퇴비를 작물에 사용할 경우에는 농림부에서 정한 부산물 비료의 중금속 위해성 기준을 만족시켜야 한다(〈표 5.10.7〉 참조).
하수슬러지중에는 병원균, 기생충, 바이러스 및 잡초씨 등이 들어 있을 가능성이 있으므로 이에 대한 위생처리가 필요하다. 위생처리란 슬러지 퇴비 사용자의 건강에 대한 안전성과 작물에 대한 식물병리상의 안전성 등을 고려하는 것을 말한다.
유해생물에 대해서는 분해온도 65～70℃ 이상의 상태가 1～2일 이상 지속되면 일반적으로 위생처리 되었다고 볼 수 있으나 제품화하여 공급할 퇴비에 대해서는 반드시 정기적인 확인검사를 실시하도록 한다. 〈표 5.10.8〉에 병원균 및 기생충의 불활성화 온도를 참고로 제시한다.
(2)에 대하여
퇴비는 연중 지속적으로 생산되므로 농가의 수급 시기와 맞지 않는 경우가 발생한다. 따라서, 보관 및 저장체계에 대한 고려가 필요하며 도시 부근의 녹지대나 공원, 도로 및 건설현장, 쓰레기 매립장의 복토재 등 지속적인 사용이 가능한 시장확보도 고려하여야 한다.
슬러지의 소각은 슬러지에 열을 가함으로써 산화 가능한 유기물질을 이산화탄소와 수분으로 전환시켜 제거하는 것으로 슬러지 처분량의 감소 및 안정화를 도모하는 것이다. 슬러지 소각의 장점으로는
그러나, 단점으로
는 점 등이 있다.
슬러지 소각방식은 열조작방식에 따라 소각, 용융, 건류, 습식산화 등으로 분류된다. 또한, 소각로의 구조에 따라 다단소각로, 회전소각로(로타리킬른), 기류건조소각로, 유동층소각로, 분무소각로, 사이클론소각로, 그리고 열분해(pyrolysis) 등이 있다. 습식산화는 슬러지를 액상 그대로 고압에서 공기를 공급해 산화시키고, 액상의 재를 탈수하는 방법이다. 주요 소각로의 특성을 비교한 자료가 〈표 5.11.1〉에 나타나 있다.
슬러지를 혐기성 소화시킬 것인가 소각시킬 것인가를 판단하기 위해서는 신중한 고려가 필요하다. 혐기성 소화와 소각처분은 각각 장단점을 지니고 있으며 이러한 처분방법의 결정에는 건설비와 장기적인 유지관리비, 슬러지의 최종처분방법, 지역적 규모와 특성, 운전관리 능력, 매립지의 확보 가능 여부 등의 종합적인 요소를 고려하여야 한다. 하수슬러지의 처리방식에 따른 에너지측면에서 유지관리비를 비교해보면, 일반적으로 슬러지 처리시에 소요되는 에너지량은 하수처리장의 총전력사용량의 약 10～20%를 차지하는 것으로 알려져 있으며, 슬러지를 소각하는 경우 소각로의 형식, 운전조건 등에 따라 소요 에너지량도 다르게 나타난다.
혐기성 소화조에 의한 슬러지 소화방식과 소각방식을 비교하여 슬러지 처리과정을 선택할 때에는 최종처분 방법을 충분히 고려하여야 한다(〈표 5.11.2〉 참조).
슬러지 소각설비를 선택할 때에는 슬러지의 처리방법 및 최종처분방법을 검토하며, 처리장의 입지조건, 경제성, 운전조작의 편리성, 안전성, 환경대책 등을 고려해야 한다. 또한, 슬러지 소각설비를 하는 경우는 악취, 배기가스 등이 주변 환경에 미치는 영향을 고려해 충분한 대기오염방지장치를 설치해야 한다.
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슬러지 소각로는 다음 사항을 고려하여 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
연소는 연료와 산소가 반응하여 열을 내는 것으로, 하수슬러지의 구성원소 중에서 연소가능한 성분은 탄소, 수소, 황 등이다.
연소시 필요한 산소의 공급을 목적으로 공기가 주입되어야 하며 완전연소 결과 탄산가스, 수증기, 아황산가스 그리고 불활성의 재가 생긴다. 연소가 잘되기 위해서는 연료와 공기를 알맞는 비율로 공급하여 완전히 혼합시켜야 하며 지속적인 점화가 되도록 유지해야 한다.
다음은 주요 물질연소의 기본식이다.
각각의 보조연료는 유효열량을 가지고 있는데 유효열량은 연소실 내에서 발생하는 총발열량에서 건배기가스와 수분의 손실을 뺀 열량으로 계산된다.
수분을 함유하는 유기성 슬러지를 연소시킬 때 기체상태의 생성물은 식(5.11.6)에 주어진 바와 같이 슬러지의 수분증발과 수소의 산화 때문에 수증기를 함유한다. 배기가스의 열량은 각 성분 가스의 무게에 출구온도에서의 열량을 곱하면 된다. 슬러지내 수소의 연소로 생기는 배기가스 중의 수분은 분리시켜 유입슬러지의 수분무게에 더함으로써 연소가스내에 존재하는 전체수분의 열량계산이 가능하게 된다. 배기가스 내에 존재하는 수분의 전체 열량은 출구온도에서의 잠열(latent heat)과 감열(sensible heat)의 합계와 같다. 보조연료가 사용되는 경우에는 슬러지는 물론 보조연료의 연소로부터 생기는 연소가스의 부피와 열량을 계산할 필요가 있다.
소각공정의 설계에 있어서 기본요소중의 하나는 연소되는 연료의 구성과 양이다. 연료의 구성은 연료의 열량을 결정하며, 연료량은 소각로의 크기에 영향을 미칠 수 있다. 연료의 열량은 연료의 탄소, 수소 그리고 황 함량에 의하여 결정되는데 이들의 열량은 식(5.11.5)～(5.11.7)에 주어진 것과 같다. 따라서 연료의 탄소 및 수소 함량에 변화가 생기면 열량에도 변화가 일어난다는 것을 알 수 있다.
각 연료는 특징적인 열량을 가지는데 유효열(effective heat)은 연료의 열량에서 배기가스로 빠져 나가는 열량을 뺀 것이다. 슬러지나 연료의 열량을 조사하는 방법에는 열량계에 의한 방법과 원소분석에 의한 방법, 추정식에 의한 방법이 있다. 일정량의 물질을 연소시켜 발생되는 열량을 기계적으로 측정할 수 있는 장치중 하나가 단열열량계(bomb calorimeter)이다. 단열열량계로 측정된 슬러지의 열량의 대표적인 값들이 〈표 5.11.3〉에 주어져 있다. 그러나 이 값은 미국의 자료이므로 소각로 설계시에는 실제 슬러지의 발열량 분석이 선행되어야 한다.
슬러지의 총열량을 대략적으로 결정하는 추정식중의 하나로 식(5.11.4)로 표시되는 두롱공식(Dulong formula)이 있는데 이 공식을 이용하기 위해서는 슬러지의 탄소, 수소, 황 및 산소함량을 알아야 한다.
연소과정을 적당히 조절하면 슬러지 내의 유기성 질소는 질소산화물로 산화되지 않으므로 질소는 열량 계산에 영향을 미치지 않는다.
소각시설의 운영을 이해하는데 있어서 감열과 잠열의 이해가 대단히 중요하다. 감열은 물체가 열을 얻거나 잃었을 때 물체의 온도변화에 사용되는 열로서 식(5.11.5)와 같이 그 물질의 열용량 또는 비열에 기준온도(보통 0℃ 혹은 15.5℃)와 소각온도와의 차이를 곱해서 구한다.
잠열은 온도변화없이 상변화를 일으키는데 요구되는 열량이다. 대부분의 열수지 계산에서 취급되는 상변화는 액체와 기체간의 전이를 의미하며 주로 증발잠열과 관련이 있다. 잠열은 온도에 따라 변하며 연소계산에서 0℃ 혹은 15.5℃를 기준으로 가정한다.
식(5.11.5)를 T에 대해 정리하면 식(5.11.6)과 같이 소각시의 이론적인 소각온도를 구할 수 있다.
이론적인 소각온도는 모든 열이 회수되어 소각생성물의 온도를 올리는데 이용되기 때문에 소각환경에서 열손실이 전혀 없다는 가정 아래 성립된다. 그러나 실제에 있어서는 소각시 다음에 열거된 이유에 의하여 이론소각온도보다 낮은 온도가 된다.
따라서, 소각과정에서는 연료의 소각에 의하여 공급되는 열량과 열손실이 같은 평형상태의 최종온도를 유지하게 된다. 이와 같은 평형온도가 자체의 연료에 의하여 유지되는 경우 자생연소온도(autogenous burning temperature)라 한다.
하수슬러지의 구성은 여러 가지 요소에 의해서 크게 변한다. 예를 들어 1차슬러지는 생물학적 슬러지보다 그리스 함량이 높기 때문에 열량도 높다. 슬러지를 소화시키면 유기물이 감소되어 열량이 줄어들므로 소화슬러지보다는 소화되지 않은 슬러지를 소각시키는 것이 더 경제적이다. 여러 가지 슬러지의 평균 성상은 〈표 5.11.4〉와 같다.
슬러지의 열량을 증가시킬 수 있는 유일한 방법은 슬러지의 유기물농도를 증가시키는 것으로 다음과 같은 방법이 있다.
슬러지 소각로 내에서 자생연소의 유지 가능성은 슬러지의 열량, 기체상태의 생성물을 필요한 출구온도까지 올리는데 요구되는 열량에 달려있다. 이들 생성물에는 슬러지의 수분에 의하여 생기는 수증기도 포함한다. 슬러지내의 수분은 상태의 변화가 일어나므로 감열외에 배기가스의 온도까지 올릴 수 있도록 증발잠열도 공급되어야 한다.
상태의 변화를 위한 잠열요구량이 대단히 크므로 자생연소 또는 보조연료의 필요 여부는 슬러지의 수분함량에 따라 크게 달라진다. 〈그림 5.11.1〉은 슬러지 소각시 요구되는 연료량이 슬러지의 수분함량에 따라서 어떻게 변하는가를 보여주고 있다. 그림에서 보는 바와 같이 슬러지의 수분함량을 80%에서 70%로 낮추고 소각로를 50%의 과잉공기와 배기가스온도 650℃에서 운영하는 경우 연료요구량은 1.5×106kcal/t에서 0으로 줄어들면서 자생연소가 실시된다. 따라서 소각되는 슬러지의 수분을 가능한 한 적게 만드는 것이 대단히 중요하다.
슬러지 내의 고형물은 주위 환경으로부터 열을 빼앗음으로써 점화온도까지 온도가 올라간다. 제공된 열이 요구되는 열을 보충시킬 수 있을 만큼 충분한 경우 소각은 유지되며, 그렇지 않은 경우에는 배기가스로부터 열을 회수하든지 보조연료에 의해서 열이 제공되어야 한다. 〈표 5.11.5〉에 각종연료의 열량이 비교되어 있다. 보조연료의 유효열량은 그 연료의 공칭열량보다 적을 수 있으며 특정한 배기가스온도와 과잉공기량에 대하여 계산되어야 한다.
(2)에 대하여
소각에 필요한 산소는 공기로부터 공급되는데, 공기는 많은 양의 질소를 함유하므로 순수산소가 사용되는 경우에 비하여 훨씬 많은 부피의 공기가 공급되어야 한다. 즉, 요구되는 산소 1kg에 대하여 4.6kg의 공기가 공급되어야 한다.
이론공기량은 슬러지나 연료의 원소분석(ultimate analysis)을 실시함으로써 식(5.11.7)을 이용하여 이론적으로 구할 수 있다.
위의 식에서 C, H, S, O는 각각 슬러지나 연료의 탄소, 수소, 황 및 산소의 함량을 %로 나타낸 값이다.
이론공기량은 슬러지나 연료의 열량으로부터도 구할 수 있다. 즉, 연료열량 100kcal/l당 2.352㎥의 이론공기가 공급되어야 한다. 연료와 산소가 잘 접촉되게 하여 완전연소가 일어나도록 하기 위하여 요구되는 과잉공기량은 소각로의 종류에 따라 다르며, 슬러지를 소각시키는 경우 이론공기량의 25～75% 정도 되어야 한다.
과잉공기량이 부족한 경우에는 연소가 부분적으로 일어나서 일산화탄소, 검댕, 악취가 나는 탄화수소, 기타 불완전산화된 가스가 생겨서 대기오염문제를 야기시킬 수 있다.
(3)에 대하여
슬러지 소각로 배기가스에 함유된 열은 폐열회수 보일러나 공기예열기를 사용하여 회수할 수 있다. 열회수는 고형물폐기공정의 에너지 경제성을 향상시켜 보조연료의 필요성을 제거하거나 감소시키기 위하여 채택된다. 폐열회수시설은 열경제성을 최대로 하는 것이 목적이다. 슬러지를 열처리에 의하여 개량시키면 자생연소가 될 수 있을 정도로 슬러지가 탈수된다. 배기가스로부터 회수되는 열량은 항상 슬러지의 열처리를 위하여 요구되는 열량을 충족시키고도 남는다. 따라서, 연료는 점화나 비상상태에 대비하기 위하여 요구된다. 폐열보일러를 사용하면 열처리된 슬러지 고형물 1kg당 1～1.25×106kcal의 열량을 절약할 수 있다. 예를 들어 〈그림 5.11.1〉에서 공기예열기를 사용하여 배기가스온도를 871℃에서 649℃로 낮추고 75%의 함수율을 가진 슬러지를 50%의 과잉공기로 태우는 경우 보조연료요구량이 슬러지 고형물 1톤당 약 1.7×106에서 0.7×106kcal로 감소된다.
다단소각로는 〈그림 5.11.2〉에 나타낸 것처럼 내부는 내화성 물질로 만들어진 구조물로서 6～12단 정도의 내화성 수평로상, 방열을 막는 노벽, 탈수케잌을 혼합이동시키는 중앙축, 혼합기팔(arm) 및 보조연료장치, 구동장치 등으로 구성되어 있다.
다단소각로는 형태나 방식에 따라 다음의 네 가지로 구분된다.
노에 공급된 탈수케잌은 중앙축에 고정된 혼합기팔의 회전에 의해 각 단의 노상위에 뿌려져서 타면서 밑의 단으로 떨어지는 과정을 계속해 점차적으로 건조, 소각 및 냉각의 과정으로 이행한다.
탈수케잌은 건조과정에서 연소가스와 역류접촉되어 건조되고, 연소가스는 수증기를 많이 포함한 250～350℃의 가스로서 노의 위로 배출된다. 탈수케잌은 소각용공기와 노측면에서 나오는 1,000℃ 정도의 조연용 열풍에 의해 700～900℃에서 연소된다. 소각재는 냉각과정에서 신선한 공기와 역류접촉하여 냉각되며 노의 외부로 배출된다.
다단소각로의 장점은 다음과 같다.
그러나, 다음과 같은 단점도 포함하고 있다.
1) 노상면적, 단수 및 기수
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다단소각로의 노상면적, 단수 및 기수는 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
다단로 내로 투입되는 슬러지 케잌은 건조, 소각 및 냉각을 거쳐서 소각이 달성되므로 다단로의 소요상면적은 각 과정을 수행하는데 필요한 면적의 합이 되며 다음 식들로 구할 수 있다.
단, 건조과정에서 소각과정으로의 이행은 케잌이 완전히 건조되기 전에 실시하며 소각단 입구에 케잌의 함수율은 일반적으로 30～50% 정도로 한다.
냉각단의 노상면적은 다음의 관계식을 만족시키도록 고려하는 것이 좋다.
따라서 식(5.11.8)에 식(5.11.9)～(5.11.13)을 대입시키면 다음 식들을 얻을 수 있다.
여기에서 V는 다단로의 케잌면적부하율(kg/㎡·h)을 고려한 것으로 일반적으로 30～40kg/㎡·h의 값으로 한다.
(2)에 대하여
노의 단수는 전노상면적과 노의 직경에 의해 정해지는데, 일반적으로 6～12단 정도이며, 위에서부터 건조, 소각 및 냉각의 영역으로 구분된다.
단간격은 다음 식에 의하여 결정할 수 있다.
다단로의 경우 투입되는 전체열량은 소각단의 부하이므로 소각실 용적부하율은 150,000 ～300,000kcal/㎥·h의 값이 된다. 또한 H′의 값은 최소 0.3m, H-H′의 값은 노의 작업을 고려하여 최소 0.4m가 필요하다. 따라서 다단로에서 단간격은 일반적으로 0.6～1.2m로 한다.
(3)에 대하여
소각로 1기당의 용량과 설치대수는 시설계획슬러지량을 기초로 결정하지만, 노의 정기점검 및 고장시를 고려해서 다음 항목에 의해 정한다.
2) 구조와 재질
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다단로의 구조와 재질은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
다단로의 설계를 위한 설계하중은 소각로 자체의 무게와 소각로의 부대시설의 무게, 투입되는 슬러지 케잌의 하중 및 지진과 풍압에 의한 전도모멘트의 크기를 고려해야 한다.
(2)에 대하여
소각로는 대단히 높은 온도에서 운영되므로 노상과 벽은 내화도가 높을 뿐만 아니라 고온에서도 충분한 강도를 가질 수 있는 내화벽돌로 축조되어야 한다. 즉, 1,300℃ 이상에서도 견딜 수 있어야 한다.
(3)에 대하여
소각로의 운전조작시에는 가끔 슬러지 덩어리(clinker)가 발생하여 바닥벽돌의 파괴 및 낙하가 일어날 수 있으므로 노내부의 점검, 정비, 수리 등을 위하여 출입구를 설치하여야 한다. 출입구를 통한 공기흡입이 일어나지 않도록 기밀성을 유지한다.
(4)에 대하여
소각로 저온부분은 저크롬주철 등의 내열주철을 사용하여 만들면 되지만 500～600℃ 이상의 고온부분은 고크롬니켈주철강을 사용하여야 한다. 따라서 특히 온도가 높은 부분에 위치하는 중앙축과 혼합기팔 및 혼합기의 이는 내열성 및 내식성이 높아야 하고 내부를 공기로 식혀줄 수 있도록 만들어야 한다.
다단로에서 노내의 케잌을 혼합 및 이동시키는 기능을 발휘하는 혼합기는 중앙축에 의해 지지되며, 케잌 이동능력은 노의 최대처리능력보다 크게 설계되어야 한다. 또한, 슬러지 케잌의 물리적 특성이 현저히 변하는 경우에는 그에 맞추어 혼합기팔의 설계를 변경시킬 필요가 있다. 그러한 설계를 실시함에 있어서 이동능력이 처리능력보다 크게 되는 경우 중앙구동축축의 회전수는 케잌 공급속도와 무관하므로 소각로 내부에서 각 과정의 저항이 최소로 되는 조건으로 하여야 한다.
(5)에 대하여
중앙구동축은 고온에 견딜 수 있는 재질로 설계되며 특히 전체가 충분한 응력을 가지도록 설계되어야 한다. 이 중앙구동축은 충분한 공기로 계속해서 냉각을 하여야 깨지는 일이 없다. 또한, 이들 기기를 보호하기 위해서는 노내 온도를 갑작스럽게 올리거나 내리는 방식의 운전은 가급적 피하는 것이 좋다. 정상가동을 위하여 노를 승온할 경우 적정승온율은 시간당 28℃ 정도가 적당하다.
(6)에 대하여
운전시 노내의 압력변동은 유인팬으로 조정한다. 정전, 단수 등의 비상시에는 이런 조절이 불가능하므로 노를 보호하기 위해 노의 정지를 인식해 노내의 가스를 배출하는 긴급개방밸브를 설치한다. 이상 연소 등의 경우에는 순간적으로 노내압을 개방할 필요가 있으므로 개방판을 작동시킨다.
3) 소각온도, 공기비 및 노내압
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소각온도, 공기비 및 노내압은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
다단로에서는 각 단마다 온도차가 생기는데 소각단에서의 소각온도가 최고온도이다. 소각로내에서의 온도는 노내의 각 단의 처리능력과 노의 열효율에 영향을 미치는데 온도의 결정인자로서는 소각단의 소각속도(소각률을 결정하는 최저치)와 노내에서 사용하는 재료의 내열성 등이 있다. 슬러지 케잌의 소각속도로 보아서는 소각온도가 가급적 높은 것이 좋으나 노내에 사용되는 재료의 내열성을 고려하여 700～900℃로 하는 것이 다단로의 소각온도로서 타당하다.
(2)에 대하여
열효율을 높여 배기가스 처리장치의 용량을 감소시키는 등의 견지에서 공기량은 이론공기량에 접근하는 것이 바람직하지만, 공기량을 감소시키면 건조작용의 저하 및 소각 영역의 고온화를 초래한다. 일반적으로 공기비(보조연료 및 탈수케잌의 소각에 필요한 공급공기량과 이론공기량과의 비)는 1.3～2.0 정도로 한다. 보조연료의 저감과 배기가스량을 감소시키기 위해 공기비를 1.3에 가깝도록 하는 경우에는 노상에서의 건조 및 소각효과를 향상시킬 필요가 있으므로, 배기가스의 일부를 노내에 순환시켜 소각공기를 불어 넣는 방법이나 처리량의 제어를 하는 등의 대책이 강구되어야 한다.
(3)에 대하여
노내압은 소각가스가 출입구에서 흘러나오는 것을 막기 위해 항상 부압(-5～-20mmH2O)을 유지한다.
4) 부대장치
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부대장치는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
슬러지 탈수케잌을 고무벨트컨베이어로 반송하는 경우에는 케잌이 벨트에 부착할 수 있으므로 벨트의 청소에 특히 주의를 요한다.
벨트의 재질은 내유, 내산 그리고 내열성의 고무를 사용하는 것이 바람직하며, 케잌을 정량공급하기 위해 탈수케잌 계량장치를 설치하는 것이 바람직하다.
(1)에 대하여
일반적으로 소각가열장치의 열효율 η은 식(5.11.18)로 표시될 수 있다.
식(5.11.18) 및 식(5.11.20)으로부터 소각로의 열효율 계산을 위한 식(5.11.21)을 유도할 수 있다.
또, 식(5.11.21)로부터 노내에 보급된 열량을 계산할 수 있는 식(5.11.22)를 얻을 수 있다.
노내에 보급된 열량을 구하기 위해서는 수분의 증발잠열을 정할 필요가 있다. 노내의 건조단에서 수분은 대개 소각가스의 습구온도(약 70～80℃)에서 증발함을 고려하여야 하며, 수분의 증발잠열은 열수지의 기준온도에서의 값을 사용하지 않으면 안된다. 그런 값을 사용하는 경우 다단로의 정상부하시의 열효율은 50～60%정도 된다.
하수슬러지 휘발성 물질의 고위발열량은 5,000～6,000kcal/kg이 된다. 일반적으로 소석회의 주입률이 20% 전후인 탈수케잌의 건조중량 기준의 고위발열량은 대략 다음과 같다.
소화슬러지 탈수케잌 : 1,500～2,000kcal/kg
농축슬러지 탈수케잌 : 2,000～3,000kcal/kg
(2)에 대하여
다단로에서는 여러 개의 보조소각용버너를 소각단 노벽에 붙여서 설치한다. 연료로서는 중유나 슬러지 소화가스를 사용하되 버너의 형식은 중유의 경우는 저압공기분무식 비례버너가 일반적으로 사용되며, 병용하는 경우는 오일, 가스 혼합소각식버너를 사용하는 것이 좋다. 버너의 설치위치는 노벽의 개폐가 가능한 구조이며 발생된 슬러지 덩어리의 제거작업이 용이하게 실시될 수 있도록 하는 것이 좋다.
보조소각장치로서는 버너 외에 연료저장탱크, 오일펌프, 송풍기 등을 설치하여야 하며, 만약 qc≥(W·l)/η이면 케잌은 자체의 발열량으로 소각하나 소각로 가동 초기의 온도 상승을 위하여 보조연료공급장치가 필요하다. 중유 및 등유 저장조의 용량은 대략 1일 사용량을 기준으로 3～7일분으로 한다.
(3)에 대하여
슬러지 탈수케잌의 소각시 발생하는 소각재의 양은 케잌의 가연성분의 소각효율을 100%로 가정했을 때 식(5.11.23)을 이용하여 사용하여 구할 수 있다.
일반적으로 소석회 주입률 20% 전후의 탈수케잌을 소각할 때 건조중량중 소각재 성분은 대략 다음과 같다.
노의 바닥에서 배출되는 소각재는 컨베이어를 사용하여 수송한다.
소각재 저류호퍼의 용량은 소각재 발생량, 배출능력, 고장 등을 고려해 1일 소각재 발생량 이상으로 한다. 소각재 발생량을 파악하기 위해 계량장치를 설치하면 좋다. 소각재 저류호퍼는 소각재의 비산방지와 흡습에 의한 고화방지를 고려해서 밀폐구조로 하고 필요에 따라서는 배기장치를 한다.
가습장치는 중량비 30% 정도의 물을 균일하게 가습할 수 있는 장치로 하며 배출시, 운송 및 매립시에 비산을 방지한다.
(4)에 대하여
노에서 배출되는 배기가스는 황산화물, 매연, 질소산화물, 염화수소 등을 함유하고 있으므로 배기가스 처리시설의 설치가 필요하다. 일반적으로 배기가스 처리장치는 황산화물 및 매연의 제거를 주목적으로 세정탑, 알칼리세정탑, 전기집진기, 배기가스유입팬 및 굴뚝으로 구성된다.
세정탑은 배기가스를 40℃ 정도까지 냉각해 가스용량을 감소시키며 주로 매연제거 역할을 한다. 알칼리세정탑은 수산화나트륨용액 등의 알칼리액을 배기가스와 접촉시켜 황산화물, 염화수소 등을 제거한다. 전기집진기는 매연을 추가로 제거시키는 경우에 쓰이며 습식이 많이 사용된다. 배기가스 유입팬은 수세정탑 및 알칼리세정탑 뒤에 설치해 용량 및 동력 절감을 도모하며 매연의 부착에 의한 진동, 마모 및 부식을 방지한다.
악취에 대해서는 일반적으로 배기가스 처리장치로 만족할 만 하나 탈수케잌의 성상 및 주변조건에 따라서 탈취장치가 설치한 경우가 있다. 또한, 굴뚝에서 나오는 배기가스가 기상조건에 따라 백연(白煙)이 되는 경우도 있다. 이것은 배기가스를 재가열하거나 노의 축에 냉각공기를 혼합하여 방지할 수 있다.
소각시 발생하는 악취성분을 제거하는 방법으로는 직접연소법, 촉매연소법, 흡착법, 가스세정법, 오존산화법, 정전포집법 등을 사용한다. 이중 제거효율이 높고 신뢰도가 높은 것은 직접연소법과 촉매연소법이다. 연소법을 채택하는 경우에는 배출가스의 온도를 700℃까지 상승시킨 후 후연소를 시키는 방식을 채택할 수 있다. 후연소법의 경우 760～816℃에서 1초나 2초동안 체류시킨다. 설치위치는 다단로의 상부나 노 외에 설치한다. 후연소법을 사용할 경우에도 보조연료를 필요로 하기 때문에 운전유지비가 추가된다는 것을 설치시에 고려하여야 한다.
(5)에 대하여
연소기의 종류에는 다음과 같은 것들이 있다.
또한, 연소기의 선정시에는 다음의 사항을 고려한다.
다단소각로는 발열량 3,900kcal/kg을 기준으로 고형물농도가 20～35%인 경우에 아주 효과적인 소각법이다. 유입되는 슬러지는 최소 15% 이상의 고형물을 슬러지내에 포함하고 있어야 하고 보조연료는 고형물 함량이 20% 이하인 경우에 필요하다. 그러나, 고형물 함량이 50%를 초과할 경우에는 노의 내화제에 손상을 가할 수 있으므로 주의해야 한다.
(6)에 대하여
소각로에 사용하는 송풍기는 연소공기공급용, 냉각공기, 건조공기 등의 유입용과 배기가스 배출용이 있다. 설계시에는 다음사항을 고려한다.
송풍기 및 유인용 배풍기를 선정할 경우에는 우선 필요한 풍량과 정압을 구하고, 소각시설에서의 사용상태, 가스온도, 가스의 종류, 입자상 물질의 성상 및 함진량을 고려한다. 또한, 기기의 효율 및 특성을 고려하여 적정기종을 선정한다.
송풍기의 용량은 풍량과 정압을 토대로 결정하는데 풍량과 정압에 대한 자료는 송풍기 제작사의 카달로그를 참고한다. 유입송풍기의 재질은 내식성 및 내마모성 등을 고려하여 정한다. 유출송풍기에 있어서 상온에서 연소가 시작될 경우에는 전동기의 정압이 커지고 연소가스량도 적기 때문에 댐퍼에 의해 제어하고, 100～200℃ 온도에서 소요동력으로 운전하는 것이 경제적이다. 송풍량은 연소계산에서 구한 양에 30～40% 정도의 여유를 두는 것이 좋다. 일반적으로 송풍량은 휘발성고형물당 10kg공기/kg휘발성고형물 또는 15l/s를 공급할 수 있는 양으로 한다. 유인용을 사용하는 경우의 용량은 음압 0.12～0.5kg/㎡에서 산정할 필요가 있다.
송·배풍기와 덕트를 연결할 경우에는 급격한 축소나 확대를 피하고 굽은 경우에는 유선형으로 한다. 직접 밴드를 접속하는 경우에는 정류판을 설치한다.
회전소각은 로터리킬른(rotary kiln)이라 불리는 것으로 〈그림 5.11.4〉에 나타낸 것처럼 내화재를 내부에 설치한 원형회전본체, 고정부인 공급후드, 그리고 소각후드로 구성된다. 본체의 기울기와 회전운동에 의해 탈수케잌이 점차적으로 건조 및 소각과정으로 이행된다.
공급된 탈수케잌은 건조영역에서 분쇄되고 섞이면서 소각가스와의 역류접촉에 의해 건조되고 소각영역에서 교반되면서 소각된 후 냉각된 소각재로서 소각후드의 밑으로 배출된다. 본체는 가운데가 빈 원통구조이므로 탈수케잌의 공급구, 건조영역 및 소각영역 등 노내 전 과정을 한눈으로 볼 수 있는 특징이 있다.
소각부하의 변동에 대한 운전제어는 주로 보조연료의 증감으로 인한 온도제어로서 비교적 제어조건이 적다. 보조연료는 소각후드에 부착된 버너로 공급한다.
원칙으로는 연속운전으로 하지만 간헐운전의 경우는 내화재의 온도변화를 막기 위해 정지시간 중이라도 보온을 위한 가온이 필요하다.
1) 공정개요
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원통형 소각로를 수평으로 설치하여 연속적으로 회전시키면서 소각하는 방법으로 건조와 소각을 동시에 할 수 있다. 노는 역류직화식 형태로 사용하며 전체적으로는 부압상태에서 운전된다. 노의 운전상태는 외부로 배출되는 가스의 온도를 검사하여 조절하는데 대략 850℃ 정도를 유지한다. |
【해설】
회전소각로는 주로 연속형으로 운전되는 것으로 원통형의 본체가 약간 기울어져 가로로 놓여 있다. 이 본체는 하부의 받이롤러가 지지하며, 구동장치에 의해 천천히 회전한다. 슬러지는 위에 있는 투입호퍼를 통하여 투입된다. 투입된 슬러지는 반전교반을 되풀이하여 킬른 하위단 또는 상위단에 설치한 고정연소기의 연소가스와 향류 또는 병류 접촉을 하면서 건조착화하여 차례로 아래로 옮겨 소각된다. 소각재의 배출구조는 간단하며, 건조효과를 발휘할 수 있어서 착화연소하기 쉬운 점이 특징이다. 그러나, 점착성 물질이나 섬유상 물질 등은 반전을 되풀이 하는 동안에 표면만이 고온에 노출되어 급격히 용해된 후 덩어리 형태로 변할 수 있다.
슬러지내 연소가 잘 안되는 물질이 포함된 경우에 인위적으로 연소물을 착화시켜 연소시켜도 노가 계속 회전하므로 연소반응의 조절이 저해되는 결점이 있다. 점착성이 적은 슬러지에 적합하며, 연소성이 양호한 기타 물질과 동시에 소각하는 경우 연소가스를 향류로킬른 내의 슬러지에 유입하여 접촉시키는 방법을 취하면 보조연료의 양이 절감된다.
회전소각을 회분식으로 운전할 수도 있는데 이 경우 슬러지의 투입은 노의 중앙부나 앞부분을 통하여 회전시키면서 주입하며, 킬른의 한쪽 끝에서 보조연료연소기 연소가스와 공기를 불어넣고 노의 다른 쪽 끝에서 가스를 배출하는 구조로 운전한다. 소각재는 소각이 끝났을 때 일괄 반출한다.
소각부하에 대한 운전제어는 주로 보조연료의 증감에 의한 온도제어로 비교적 제어조건이 적은 편이다. 원칙적으로 연속운전으로 하지만 간헐운전인 경우에는 내화재의 온도변화를 막기 위해 정지시간 중이라도 보온을 위한 가온을 필요로한다. 〈그림 5.11.4〉 및 〈그림 5.11.5〉에는 회전건조소각로가 예시되어 있다.
회전소각로는 비교적 효율이 좋은 편이지만 설치시에는 다음과 같은 단점을 주의깊게 고려하여야 한다.
반면, 다음과 같은 장점도 있다.
2) 형상, 용적 및 대수
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회전소각로의 형상, 용적 그리고 대수는 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
역류직화식은 열가스를 탈수케잌의 진행방향과 반대방향으로 흐르게 하는 방식으로 열가스를 탈수케잌의 건조와 가열에 이용할 수 있다.
(2)에 대하여
회전소각로에서 노에 주입된 슬러지 케잌은 건조와 소각의 과정을 거쳐 소각되므로 노의 용적은 각 과정을 수행하는데 필요한 용적을 합한 것인데 식(5.11.24)와 같이 구할 수 있다.
식(5.11.25)의 V를 개략적으로 계산하기 위하여 식(5.11.26)을 이용할 수도 있다.
소각영역의 용량은 식(5.11.27)로 구하면 된다.
식(5.11.27)에서 Qi를 개략적으로 계산하기 위하여 다음 식을 이용할 수 있다.
단, 소각영역 및 소성영역의 용적은 소성온도와 소성시간 간의 관계를 실험으로 구하여 결정한다. 이때 노의 용적은 보조연료소비량 등을 결정하는데 필요한 탈수케잌의 조성에 관한 다음 항목을 구하여야 한다.
(3)에 대하여
회전소각로는 회전체이므로 그의 단면은 원형이며 강철제로 만들어야 하나 길이를 길게 하면 열효율은 좋지만 지지점, 기초 등의 시공, 고정 등이 곤란하다. 또한, 단면을 너무 크게 하면 강도 및 제작기술상 곤란한 점이 있으며 열효율도 좋지 않다.
직경과 길이는 다음 식을 이용하여 구할 수 있다.
K·D는 200～300이다. 설계 순서는 다음과 같다. 먼저, 소각영역 출구의 가스온도를 700 ～900℃의 범위로 정하고, 노에 들어가는 입열과 출열과의 열수지를 계산한 후 보조연료사용량을 산출하여 가스질량을 산정한다. 이로부터 식(5.11.25)와 식(5.11.27)을 이용하여 전체용적을 계산한 후 식(5.11.29)로 노의 내경을 계산한다. 소각영역 직후의 탈수케잌의 함수율은 약 30～50%이며, 1기당 소각능력은 슬러지 케잌 기준 25～50t/d 정도가 된다.
3) 구조와 재질
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회전건조소각로의 구조와 재질은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
강철제 쉘을 열로부터 보호하기 위하여 내화재로 내부를 피복하여야 하며, 중규모의 것도 수십 톤의 하중을 가지므로 부등침하가 발생하면 안된다. 그러므로 기초는 일체구조로 하며 운전중의 동하중에도 충분히 견딜 수 있도록 해야 한다.
(2)에 대하여
노의 벽은 벽돌 등의 내화재 구조로 하여 열손실을 방지하여야 한다. 또한 쉘의 철과 내부 내화재 간의 열팽창에 큰 차이가 생기면 고온의 회전체에서는 열팽창에 의한 응력이 발생하므로 이를 고려해야 한다.
(3)에 대하여
노의 회전 및 기울기는 탈수케잌의 교반 및 수송에 필요하므로 열효율을 좋게 하기 위해서 노에 날개를 부착하여 교반 및 열가스와의 접촉을 도모한다. 또한, 노의 회전수는 2회/min, 기울기는 2/100 정도로 하지만, 공급된 탈수케잌의 양 및 성상변화에 대응하기 위해 회전수를 1～3회/min 정도로 변속시킬 수 있는 구조로 하는 것이 좋다.
탈수케잌의 체류시간은 식(5.11.31)로 산정된다.
4) 소각온도
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【해설】
(1)에 대하여
소각온도는 노내의 사용재료의 내열성, 미소각분량의 증대, 슬러지 덩어리의 발생 등을 고려해서 850℃로 한다.
(2)에 대하여
열효율을 높이고 배기가스 처리장치의 용량을 감소시키는 등의 관점에서 보면 공기량을 이론공기량에 근접하게 하는 것이 바람직하지만, 공기량을 줄이면 건조작용의 저하를 초래한다. 실제로 공급 후드와 연소후드 등에서의 공기 누출에 의한 손실이 있기 때문에 일반적으로 공기비는 1.5～2.0 정도로 한다.
(3)에 대하여
연소후드 및 공급후드와 연통회전부 등으로부터 연소가스의 유출을 방지하기 위해 항상 부압(-20～-100Pa)으로 유지한다.
5) 부대장치
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회전소각로의 부대장치는 다음의 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
5.11.2의 4)를 참조할 것.
(2)에 대하여
노의 가동중에 정전이나 기타 사고에 의해서 노구동용 전동기의 운전이 정지될 경우에 노의 쉘이 열에 의하여 변형되는 것을 방지하기 위하여 노 자체를 계속 운전해야 할 필요가 있으므로 비상용 구동설비를 설치할 필요가 있다.
소결할 경우에는 배출되는 덩어리의 온도가 높아서 냉각시켜야 하므로 공냉장치를 설치할 필요가 있다. 또한 덩어리의 조도를 균일하게 해야 할 필요가 있는 경우에는 분쇄 및 체분류 설비를 설치할 필요가 있다.
6) 보조연료 공급장치
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보조연소장치 및 보조연료공급장치는 다음의 각항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
직접가열방식은 보조연소용 버너를 연소후드에 부착시켜 직접 화염을 노내로 보내는 방식인데 연소버너는 long flame 버너로 한다.
(3)에 대하여
연료의 선정에 있어서는 경제성, 취급의 용이성, 조작성 등을 고려한다.
보조연료로서 중유 또는 등유를 사용하는 경우 저류탱크의 용량은 처리장의 입지조건, 취급의 용이성, 법령 등에 따라서도 정하지만 연휴 등을 고려하여 1일 사용량을 기준으로 3～10일분으로 한다.
7) 공기공급장치
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회전소각로에 주로 사용되는 공기공급방식은 송·배풍방식을 사용한다. 공기공급장치의 용량은 연소계산에 잉여공기량을 감안하여 산정한다. 공기공급장치의 설치대수는 고장 등에 대비하여 2대로 하는 것이 좋다. |
【해설】
공기공급장치에 대한 자세한 사항은 5.11.2 4) 공기공급장치를 참조한다.
유동층소각로는 〈그림 5.11.6〉에 나타낸 것처럼 송풍실, 유동층 및 프리보드로 구성되며, 노 본체는 내화벽돌 등의 내벽을 강판으로 피복하고 있는 형태이다.
유동층바닥에 설치된 공기분산판은 유동용 공기가 균일하게 분사되도록 하고, 노의 정지시에는 유동매체가 송풍실로 낙하하는 것을 방지한다.
노내에서 유동층을 형성하는 유동매체는 송풍실에서 주입하는 공기에 의해 물의 비 등상태와 같이 움직이면서 노내에 체류하며, 보조연료에 의해 작열된다. 최근에는 공기분산판을 설계할 때 파이프 등의 분산 노즐을 설치하는 방식이 채택되고 있다.
노에 투입된 탈수케잌은 유동층내의 유동매체와 접촉해서 교반되며 빠른 속도로 열을 전달받아 수분증발 및 슬러지 입자의 소각분해가 일어난다. 소각온도는 850℃ 정도이다. 소각재는 프리보드에 날아올라가 4～6초만에 타고, 남은 가연물은 유동층내 휘발하는 가연가스와 함께 전부 연소된다. 노에서 배출되는 소각재의 크기는 약 50～300μm 정도이다.
유동층소각로는 건조와 소각이 순간적으로 일어나고 배기가스가 고온이므로 열회수를 할 수 있고 가스중 악취성분은 열에 의해 분해되므로 일반적으로 탈취시설은 필요없다. 연소된 물질은 회분을 형성하여 배기가스와 함께 배출되는데 온도는 대략 850℃ 정도이다.
배기가스내의 소각재를 회수하는 방법으로는 다음과 같은 방법이 있다.
배기가스로부터 회수된 열은 연소실에 주입되는 연소용 공기의 예열 또는 스팀을 만드는데 사용된다. 발생되는 가스중 먼지를 미리 제거하지 않는 경우에는 습식세정을 거쳐야 한다. 고농도의 염분을 함유하고 있는 슬러지의 경우에는 노내에서 재가 용융할 가능성이 있으므로 주의해야 한다. 유동층소각로는 노의 직경이 10m보다 크고 그리드(grid) 표면적이 90㎡인 경우 시간당 25톤의 물을 증발시킬 수 있는데 이 양은 대략 단위 그리드면적당 단위시간당 300kg의 물을 처리할 수 있는 용량이다. 이러한 유동층소각로의 장점은 다음과 같다.
반면에 단점은 다음과 같다.
1) 용량 및 수
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【해설】
(1)에 대하여
유동층소각로는 다단소각로보다 소형의 것이 많고 처리능력이 탈수케잌 10～100t/d 정도의 것이 사용된다.
(2)에 대하여
소각로의 규모는 원칙적으로 슬러지 성상의 연간 변동 및 정기점검, 고장시의 대응을 고려하여 식(5.11.32)에 의해 계산한다.
슬러지 소각설비는 1일 24시간 연속운전을 원칙으로 하지만 정기점검, 고장시에는 노를 정지한다. 또한, 소각처리 슬러지량이 계획량에 미치지 못하는 경우 등에는 간헐운전을 행한다. 이 때문에 소각설비의 가동률(케잌 투입일수/연간일수)는 통상 75～80%로 하며 상한은 90% 정도이다.
한편, 소각설비는 낮은 부하 또는 간헐운전시에는 처리슬러지량당 보조연료와 전력의 소비량이 많아지게 된다. 이 때문에 소각설비 운전 시작 시점부터 가능한 한 가동률을 높게 하는 것이 바람직하다. 운전시작시의 가동률은 30% 이상을 목표로 하며 가동후 4～5년 정도에서 최대 가동률이 되도록 계획하는 것이 바람직하다.
노의 정지시에 다른 대체처리방식이 있는 경우는 가동률을 100%로 할 수도 있다. 실제로 노 1기당 소각능력은 1일당 15～300톤-케잌 정도이다.
2) 노상면적
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노상면적은 공탑속도, 연소실(유동층)의 용적부하율, 노상면적부하율 및 수분부하율을 검토하여 정한다. |
【해설】
노상면적을 구할 때는 공탑속도(프리보드내의 연소가스속도), 연소실 용적부하율 및 노상면적부하율 및 수분부하율을 검토하여 구한다. 그러나 공탑속도와 각종부하율에는 차이가 있고 속도를 제한하는 조건도 다르기 때문에 각 수치를 일률적으로 정하는 것은 불가능하다. 결정되는 노상면적은 다음의 4가지를 기초로 계산한 범위내에서 결정하는 것을 원칙으로 한다.
유동매체가 유동상태를 유지하기 위해서는 공탑속도가 유동매체의 최소 유동화 속도와 종말속도 사이에 있어야 하는데 이 값은 0.5～1.2m/s로 하는 것이 일반적이다.
유동층에 있어서 양호한 연소상태를 유지하기 위해서 연소실(유동층)의 용적부하율은 25～60만kcal/㎥·h 정도로 하는 것이 일반적이다.
노상면적과 연소실(유동층)의 용적부하율과의 관계는 다음 식(5.11.33)과 같다.
노상 단위면적당 슬러지 케잌 소각량(노상면적부하율)은 슬러지 케잌의 함수율이 작을수록 커지는데 함수율은 65～80% 사이에서 300～200kg/㎡·h 정도로 하는 것이 일반적이다.
노상면적과 노상면적부하율과의 관계식은 다음과 같다.
노상에 투입하는 슬러지 케잌에 포함된 수분량은 일정한 범위 내로 한정할 필요가 있다. 수분부하율은 200～280kg/㎡·h로 하는 것이 일반적이다.
노상면적과 수분부하율과의 관계는 다음과 같다.
3) 구조 및 재질
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구조 및 재질은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
5.11.2의 2)를 참조할 것.
(2)에 대하여
노의 높이는 송풍실, 유동층 및 프리보드의 높이로 정해진다. 송풍실은 유동송풍기에서 송풍되는 유동공기를 정류하는 곳이므로, 정류된 공기는 분산판에 의해 균일하게 유동층에 배출된다. 분산판은 폐쇄 및 유동매체의 누출방지, 내열성을 충분히 고려하여야 한다.
유동층부의 높이는 정지시에는 1.0m 정도이며 유동시에는 1.5배 정도가 된다. 유동매체는 일반적으로 내마모성 및 내열성이 뛰어난 규사를 선정해 입경 14～48mesh 정도의 것을 사용한다. 프리보드부에서의 체류시간은 4～6초 정도이며, 프리보드부의 높이는 6～7m 정도가 일반적이다.
(3)에 대하여
내화벽돌은 노내온도에 충분히 견디는 것으로 하며, 내화벽돌과 외벽사이는 내화단열재를 2층으로 설치하는 것이 바람직하다.
(4)에 대하여
노내의 내화벽돌은 파손 및 탈락하는 경우가 있으므로 노내의 점검, 수리를 위해 점검구를 설치한다.
(5)에 대하여
5.11.2의 2)를 참조할 것.
4) 소각온도, 공기비 및 노내압
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소각온도, 소각용 공기 및 노내압은 다음 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
소각온도를 낮추면 보조연료가 적게 들어 경제적이지만 소각의 불안정 및 악취성분의 제거 등을 고려하여 850℃로 한다.
(4)에 대하여
유동층소각로의 배기가스는 800～850℃이므로 공기예열기를 설치해 배기가스열을 회수해 소각용 공기를 500℃ 이상으로 예열한다.
5) 탈수케잌 및 연료의 공급장치
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탈수케잌 공급장치 및 연료공급장치는 5.11.2의 4)에 준한다. |
6) 보조소각장치
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보조소각장치로는 유동층부에 항상 연료분사기, 송풍실에 시동용 열풍 발생로 등이 있다. |
【해설】
연료분사기는 탈수케잌 소각에 부족열량을 보충하기 위해 유동층부에 설치하는 것으로 노 1대당 2개 이상 설치한다.
7) 배기가스 처리장치
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노에서 배출되는 배기가스중에 포함된 매연을 제거하기 위해 배기가스 처리장치를 설치한다. |
【해설】
유동층소각로에서 노 출구의 배기가스중에는 30～80g/N㎥의 소각재가 포함되어 있어 사이클론이나 건식전기집진기 등으로 포집한다. 사이클론 집진율은 80～90%, 건식전기집진기는 85～95% 정도이다. 사이클론은 고온가스에 접하므로 내열성을 충분히 고려해야 하며 소각재로 인한 마모 및 막힘이 적은 재질과 구조로 한다.
건식전기집진기는 장시간 사용하여도 효율이 좋은 구조의 것으로 집진전극 및 절연애자에 분진이 부착되는 것을 고려한다. 흰 연기를 방지할 경우에는 배기가스 열을 회수하는 열교환기로 공기온도를 상승시켜 굴뚝내의 배기가스와 혼합시키는 방법이 있다.
8) 유동층소각로 유동매체 및 유동장치
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유동매체와 유동장치는 유동층소각로의 중요한 부분이므로 설계시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
모래층의 깊이는 대략 0.5～1.0m 정도이고 유동시에는 1.5～2.0배 정도로 팽창된다. 일반적으로 유동매체는 내마모성 및 내열성이 뛰어난 모래를 선정해 입경 0.1～0.5mm 정도를 사용한다.
(2)에 대하여
유동층소각로내 모래의 양은 모래입자와 케잌 충돌효율, 모래입자의 열전도도, 유입되는 케잌의 온도 등에 의해 달라진다. 투입되는 모래의 양은 케잌의 수분 증발 및 건조 케잌의 착화온도까지 필요한 열량을 계산하여 모래의 평균입자표면적, 체적, 열전달계수를 구하여 역산하면 구할 수 있다.
(3)에 대하여
유동매체가 유동층과 노의 공탑부에 체류하지 못하는 경우 회분과 함께 노외로 배출되게 된다. 이렇게 배출된 모래는 후속장치의 마모를 초래하고 내화재에 문제를 일으키며, 배기가스로나 대기오염방지시설에 영향을 준다. 유동매체의 손실은 작을수록 좋은데 유동부 체적의 5% 이내가 되도록 하므로 탈수케잌 1톤당 20kg 정도이다. 보충용 유동매체는 노 상부를 통하여 직접 공급되며, 그외 특별한 경우로는 그리트가 함유된 슬러지를 직접 소각할 경우 그리트를 노내에서 회수하여 사용하는 경우도 있다.
(4)에 대하여
주입되는 공기는 모래를 유동시키고 연소에 필요한 공기를 충분히 공급할 수 있을 정도로 하는데 모래를 날려보낼 정도로 주입량이 커서는 안된다.
9) 열회수장치
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열회수장치는 다음의 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
유동층소각로에서 배기가스는 850℃ 정도로 배출되기 때문에 공기예열기를 설치, 배기가스중의 폐열을 회수하여 연소용 공기를 500℃ 정도로 예열한다. 또한, 슬러지 케잌 성성의 변화에 대응할 수 있도록 필요에 따라 냉각기 등의 설치도 고려한다.
공기예열기의 구조는 배기가스중의 소각재에 의한 막힘과 스케일의 부착을 고려하여 청소가 용이하도록 하는데 일반적으로 다관식열교환기를 많이 사용한다.
연소공기의 예열온도의 범위에 따라 다음의 두 가지 방식이 있다.
배기가스에서 나오는 열량을 회수하여 연소용 공기를 400～500℃로 가온하는 방식
배기가스로부터 열회수의 효율을 향상시켜 연소용 공기의 온도를 600～650℃까지 가온하는 방식
(2)에 대하여
배기가스는 공기예열기에서 열회수된 후에도 500～550℃의 고온이기 때문에 다시 백연방지 예열기에서 열을 회수하여 250～350℃까지 냉각시킨다. 주변환경을 고려하여 백연방지 예열기에서는 상온의 공기를 200～300℃의 열풍으로 회수하고 굴뚝내에서도 세정, 냉각후의 배기가스와의 혼합하여 백연방지용으로 이용한다.
(3)에 대하여
슬러지 케잌의 유기물 함량이 높고, 함수율이 낮거나 또는 함수율이 높더라도 건조시켜 함수율을 낮춘 경우에는 자연연소한다. 그러므로 배기가스로부터 회수된 열을 이용하여 슬러지 케잌을 건조시킴으로서 보조연료의 절약을 도모할 수 있다. 자연연소한계점 부근에서의 조작이 예측되는 경우에는 안전운전을 고려한 설비계획을 행할 필요가 있다. 슬러지 케잌의 유기분과 함수율에 의한 자연연소영역 및 보조연소영역과의 관계는 〈그림 5.11.7〉에 나타낸 바와 같다.
슬러지 케잌의 건조방식에는 배기가스로부터 열회수방법에 따라 다음의 세 가지 방식이 있다.
공기예열기 출구의 배기가스로부터 열교환기에 의한 열회수를 행하여 고열풍(400～500℃)을 직접 슬러지 케잌에 접촉시켜 건조를 행하는 방식
배기가스 열량을 폐열보일러에서 회수하고 열매체(증기 또는 열매개오일)와 케잌과의 열교환을 금속면을 통하여 간접적으로 행하는 방식
배기가스열량을 열교환기에서 공기예열을 통해 열회수하는 방식
여기에서 앞의 방식과 같은 식으로 폐열 보일러에서 열을 회수한다. 열매체와 케잌과의 열교환을 금속면을 통해 간접적으로 행하는 방식이다.
건조기의 종류는 사용하는 열매체에 따라 열풍가열식, 증기가열식 및 열매개오일가열식이 있는데, 선정시에는 열의 이용형태, 부하율, 사용빈도, 배치공간 등을 종합적으로 검토하여야 한다.
(4)에 대하여
세연배수는 40～60℃의 온수로 비교적 저온이기 때문에 열이용방법은 한계가 있지만, 다량의 열량을 포함하고 있으므로 이용방안을 대해서 종합적으로 검토할 필요가 있다. 처리장 내에서의 이용 예로서는 슬러지 처리동의 급탕 및 난방의 열원으로 이용 등을 들 수 있다. 또한, 처리장외에는 주변지역의 온수공급의 열원으로서 이용할 수 있다.
건조건류로는 〈그림 5.11.13〉에 보인 바와 같이 일반적으로 4～6 단의 내화벽돌의 노상, 방열을 막는 노벽, 슬러지(건조) 케잌을 교반혼합시키는 중앙축과 팔, 노 전체를 지지하는 셀, 보조연소장치, 구동장치 등으로 구성된다.
건류로 형태에는 함수율이 낮은 슬러지 케잌을 직접 건류로로 투입하는 직접건류방식과 사전에 슬러지 케잌을 함수율 30～40%까지 예비건조하여 이 건조케잌을 건류로로 투입하는 건조건류방식이 있는데, 건조건류방식이 연료소비량 등에서 유리하기 때문에 많이 채택된다.
건조건류로에는 슬러지 케잌에 포함된 크롬을 환원성 상태에서 산화억제연소를 시켜 소각재중의 크롬 형태를 3가크롬으로 하여 6가크롬이 용출되지 않도록 고려한 것도 있다.
수증기 건조기 등에서 미리 30～40% 정도로 건조시킨 건조케잌은 노의 상부의 공급구에서 공급되고 중앙축에 고정된 팔의 회전에 따라 서서히 이동, 낙하를 하며 열분해 건류된다.
연소용 공기는 노 하단부에서 이론공기량에 대해 0.4～0.8의 비율로 공급되고 건류가스는 500℃ 전후의 배기가스로서 노 상부로 배출된다. 700～900℃의 주 연소영역에서 건류된 건류재는 노 밖으로 배출되고 다음 공정의 소각재 냉각 컨베이어에서 대기와 접촉하여 100～200℃까지 간접 냉각된다. 건조건류로에서는 저수분의 건조 케잌을 공급하여 이론공기비 이하의 적은 공기량으로 건조 케잌을 부분 연소시키기 때문에 연료소모량이 적다. 한편, 노로부터는 악취성분을 포함한 가연성 가스가 다량으로 발생하기 때문에 후단의 배기가스 재연소실에서 악취성분을 열분해한다.
건조건류로의 흐름도의 예를 표시하면 〈그림 5.11.14〉와 같다.
1) 규모 및 대수
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처리규모 및 대수는 5.11.4 1)에 준한다. |
【해설】
건조건류로 1 기당 소각능력은 1일당 30～140톤-케잌 정도이며, 처리규모 및 대수는 5.11.4의 1)에 준한다.
2) 노상면적
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노상면적 및 단수는 다음의 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
건류로의 노상면적은 30～40%의 건조 케잌을 투입하는 경우 다음 식으로 구할 수 있다.
슬러지 케잌을 직접 투입하는 직접투입건류방식의 경우는 식(5.11.8)에서 구한 건조단상면적을 식(5.11.36)에 더하여 전노상면적을 구하는 것이 좋다.
(2)에 대하여
건조건류방식의 단수는 4～6단, 직접투입건류방식의 단수는 6～12단 정도로 한다.
단의 간격은 바닥벽돌의 두께와 팔의 형상 등을 포함한 계산법을 기본으로 하여 여기에 경제성과 점검작업을 고려하여 0.8～1.2m 정도로 한다.
3) 연소온도, 공기량 및 노내압
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연소온도, 공기비 및 노내압은 다음의 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(2)에 대하여
건류조작에 있어서 노 출구의 산소농도는 거의 0이 되고 공기비는 부분연소율(전가연분량에 대한 가연분연소량의 비)과 거의 같게 된다.
공기비가 낮을 경우 노에서의 보조연료가 많이 필요하고, 반면 높을 경우 건류조작 유지가 불가능하게 된다. 따라서 최적 공기비는 0.4～0.8의 범위에서 보조연료가 최저로 되는 값이다.
(3)에 대하여
노내압은 연소가스가 점검구 등에서 유출되는 것을 막기 위해 항상 부압으로 유지할 필요가 있으며, 부압이 강하면 누출되는 공기량이 많아지기 때문에 통상 미소부압(-50～-200Pa) 정도를 유지한다.
4) 배기가스 처리장치
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노로부터 배출되는 배기가스중에 포함된 매연을 제거하기 위해서 배기가스 처리장치를 설치한다. |
【해설】
노로부터 배출되는 배기가스중에는 다른 소각로와 마찬가지로 매연으로서 황산화물, 분진, 질소산화물, 염화수소 등이 많고, 건류로의 특성으로서 가연성 가스를 다량 포함하고 있다. 이 악취를 포함한 가연성 가스를 완전히 열분해하기 위해서 배기가스 재연소실을 설치한다. 재연소실에서는 건류로로 투입된 공기량과 합한 총 공기비가 약 1.3정도 되도록 부족한 연소용 공기를 공급한다. 연소실온도는 850～900℃ 정도가 바람직하다.
분진은 노 출구에서 5～10g/N㎥ 정도인데 노 출구에 사이클론, 배기가스 처리설비로서 배연처리탑 및 습식전기집진기를 설치하는 경우가 많다.
황산화물 및 염화수소는 다른 소각방식과 마찬가지로 배연처리탑에서 알칼리세정으로 제거한다. 질소산화물은 건류로에서는 거의 발생하지 않으며 배기가스 재연소실에서 주로 발생한다. 배기가스 재연소실에서는 질소산화물 억제 대책으로서 다단연소방식 등을 채택하면 그 농도를 100ppm 이하까지도 유지할 수 있다.
습식산화는 액상 슬러지중의 가연성물질을 고온, 고압에서 보조연료없이 공기중의 산소를 산화제로 이용하여 습식산화시키는 방법이다. 실제 처리장치에서는 액체상태의 슬러지에 공기를 주입하기 위하여 반응조에 압력을 가하며, 슬러지에 포함된 유기물이 산화반응에 의하여 용해하거나 무기화할 수 있는 온도까지 가열한다. 이렇게 산화된 슬러지는 소량의 불활성고형잔유물(재), 용해성 유기물을 함유한 분리액, 그리고 기체(가스)로 변한다. 재는 약품을 첨가하지 않아도 쉽게 탈수되며, 강열감량이 15% 이하로 안정된다. 처리 후 양은 농축슬러지량의 1/30～1/40로 감소된다. 분리액은 보통 하수처리시설에 반송되어 처리한다. 가스는 탈취해서 배출하는데, 질소산화물이나 황산화물 등은 다른 소각법에 비교해 낮다. 〈그림 5.11.15〉에는 슬러지 습식산화시설의 계통도가 주어져 있다.
습식산화법의 장점은 다음과 같다.
반면에 단점은 다음과 같다.
습식산화법에 있어서 고압과 가열의 문제점을 해결하기 위해서 길이 1,500m의 수직원통관을 지하에 매설하여 슬러지 산화를 시도한 실험 결과에 의하면 바닥의 온도 260℃에서 COD제거효율은 75～80%였으며, VSS제거효율은 평균 97%였다(〈그림 5.11.16〉 참조).
1) 습식산화시설 설계시 고려사항
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습식산화시설의 설계에는 다음 사항을 고려하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
설계시 산화도는 슬러지의 CODCr(이하 COD) 감소율로 평가할 수 있다. 산화도는 온도나 압력에 따라 다르지만 유입되는 슬러지의 성상 및 농도에도 영향을 받는다. 습식산화시 부산물로 생성되는 습식산화액이 처리장에 미치는 영향도 있으므로 이를 고려한다. 일반적으로 산화도는 처리후 탈수케잌중 유기물 함량이 15% 이하가 되도록 하는 것이 좋다. 심정습식산화법은 일반법이나 고압법에 비해 다소 산화도가 높아 SS, VS, COD의 경우에 각각 70～80%, 95%, 75～80% 정도이다.
(2)에 대하여
산화반응에 필요한 소요공기량은 케잌의 COD농도를 이용하여 다음 식으로 계산할 수 있다.
여기에서 0.232는 공기중 산소의 중량이다. 사용되는 공기량은 일반법에서는 대략 2.8㎥/kg-건조고형물이 필요하고, 고압법에서는 6.2㎥/kg-건조고형물이 필요하다.
이때 사용되는 슬러지의 COD는 30～45g/l정도 범위에 있는 것이 경제적이다.
(3)에 대하여
습식산화시설의 처리능력은 정기적인 열교환기의 세정, 점검 및 수리 등을 고려하여 계획슬러지량의 10% 정도의 여유를 고려하여 결정하는 것이 운전의 융통성이나 처리의 안정성면에서 바람직하다.
(4)에 대하여
일반적인 화학반응과 마찬가지로 반응시간이 길수록 반응은 더 진행되지만 습식산화반응은 비교적 단시간에 반응이 완결되어 평형상태에 도달한다. 산화도는 반응온도에 크게 영향을 받으므로 반응은 대략 40분에서 1시간 정도면 충분하다.
2) 온도와 압력
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반응온도와 압력은 요구되는 산화도 및 적용방법에 따라 결정한다. |
【해설】
반응온도와 압력은 습식산화의 방법에 따라 달라진다. 즉, 중압법, 고압법 그리고 심정습식산화인 경우에 다소 차이가 난다.
온도 및 압력이 높을수록 산화도는 증가하지만 이에 따라 처리비용도 상승하므로 적절한 범위내에서 산화시키는 것이 바람직하다.
3) 구조
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습식산화장치는 고온 및 고압에 견딜 수 있는 내압 및 내식성의 재질을 사용한다. |
4) 가압펌프
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가압펌프는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
예비를 고려한 가압펌프의 용량 및 대수는 장치의 규모에 따라 변하며, 장치가 1계열이면 계획슬러지를 100%를 감당할 수 있는 1대의 예비를 포함하여 모두 2대를 준비하여야 한다.
장치가 2계열 이상인 경우에는 용량 100%인 1대의 예비를 준비하여 각 계열에 모두 사용하면 된다.
5) 공기압축기
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공기압축기는 다음의 사항을 고려하여 정하는 것이 좋다.
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【해설】
습식산화에 필요한 공기량은 식(5.11.39)를 이용하여 계산할 수 있다.
(2)에 대하여
공기압축기는 고압을 얻기 위해서 다단식으로 한다. 각 단의 토출온도는 150℃ 이하로 하고, 최종단의 토출온도는 100℃ 이하로 한다. 이를 위해서 각 단의 중간과 최종단의 끝에는 각각 냉각기를 설치하는 것이 좋다.
6) 열교환기
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열교환기는 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
습식산화장치에 유입되는 슬러지는 전처리 분쇄하지만 그래도 열교환기의 가는 관이 막힐 위험성이 있으므로 이중관을 사용한다. 이중관은 막히는 경우를 고려하여 U형 곡관부를 플랜지 구조로 하는 등 청소에 편리하도록 한다.
(2)에 대하여
열교환기에 스케일이 부착하는 것을 방지하기 위하여 유입 슬러지의 경도에 따라 연화제를 첨가하지만, 장기간 운전하면 스케일 부착이 많아지므로, 매달 1번 정도 약품세척장치로 세척하는 것이 좋다. 또한, 스케일이 관벽에 부착하는 것을 방지하기 위하여 관내의 유속을 어느 정도 빠르게 할 필요가 있다. 유속은 공기압축기와 고압펌프의 최대유량에 대하여 마찰, 부식이 일어나지 않는 범위인 3.0～4.5m/s 정도로 설계하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
열교환기의 열전달계수가 저하하는 것은 열전달면이 더러워지기 때문이므로 열교환기의 약품세척주기를 정함으로써 설계열전달계수를 결정하는 방법을 고려하는 것이 좋다.
7) 반응탑
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반응탑은 다음의 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
반응탑 내부는 슬러지와 공기의 혼합물이 흐르므로 이에 대한 반응시간을 고려해야 하나 실용상으로는 슬러지 처리량에 대하여 60분 정도이고, 모래퇴적을 고려해서 10～15분의 여유를 두는 것이 좋다(〈그림 5.11.18〉 참조).
(2)에 대하여
반응탑의 직경과 길이의 비는 용량에 따라 다르나 경제성을 고려한 탑의 높이를 생각하여 2대를 직렬로 설치하는 것이 좋다. 또한, 청소할 수 있도록 최소한 75cm 정도의 직경을 주어야 한다. 최신 공법인 지하원통관법은 길이가 1,500m나 되며 직경은 30cm에 불과한 경우도 있다.
(3)에 대하여
슬러지에 함유되어 있는 모래가 반응탑내에 축적되면 반응탑의 유효용량을 감소시키므로 매년 1회 정도 탑 내부를 청소할 필요가 있다. 따라서 반응탑의 상부와 하부에 맨홀을 설치하는 것이 좋다.
8) 관 및 밸브
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관 및 밸브는 다음 사항을 고려하여 설치한다.
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【해설】
습식산화장치는 고압을 유지하므로 배관은 기밀성과 안전성을 확보할 수 있는 것이어야 한다. 장치내 압력은 압력조절밸브에 의해 유지되며 밸브를 통과하는 속도가 매우 크므로 형식과 구조에 주의한다. 압력조절밸브 및 액면조절밸브는 예비를 포함하여 2개씩 설치하는 것이 좋으며 반응탑 입구에는 역류방지밸브를 설치한다. 고압하에서 일반적으로 사용하는 배관연결에는 링 연결 및 플랜지 연결이 있다.
(1)에 대하여
습식산화장치내의 압력은 압력조정밸브와 수위조절밸브에 의해서 일정한 값으로 유지되어야 한다. 이들 밸브를 통과하는 유체의 속도는 대단히 빠르므로 모양 및 재질의 선정에 유의하여야 하며, 장기간 동안 운전을 중단시키지 않고 밸브의 변경이 가능하도록 2개씩 설치한다.
그 외 압력을 유지하기 위하여 사용하는 블록밸브는 고장이 나기 쉬우므로 가능한 한 그 수를 줄이는 것이 좋다.
(2)에 대하여
운전정지시에는 반응탑내의 토사가 열교환기로 역류하여 막힘을 일으킬 수도 있으므로 역류방지밸브를 설치할 필요가 있다.
(3)에 대하여
습식산화장치에서는 고압이 유지되어야 하므로 배관이 기밀성과 안전성을 유지할 수 있도록 나사식 연결 대신에 링 연결을 사용한다. 연결 위치 등의 조건에 따라 부득이한 장소에는 플랜지 연결을 사용한다.
9) 부대장치
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부대장치로는 저류조, 분쇄기, 기액분리기, 연화제 주입설비, 탈취설비, 약품세척설비, 고액분리조, 세정장치, 시동용보일러, 계측설비 등이 있다. |
【해설】
(1) 저류조
저류능력이 2일 정도인 제1저류조와 슬러지 이송상의 완충을 겸한 소형의 제2저류조를 준비하여야 한다.
(2) 분쇄기
10mm 정도 이하의 크기로 분쇄시킬 수 있어야 하며 반드시 예비분쇄기를 보유하여야 한다.
(3) 기액분리기
기액분리기는 단지 비중차에 의해 기체(산화가스)를 상부로, 고체 및 액체를 하부로 분리하는 것이므로 액면의 안정 및 충분한 분리효과를 얻기 위해서는 액상의 체류시간을 3분이상, 가스상은 공탑속도 2cm/s로 하여 2분 이상으로 한다.
(4) 연화제 주입설비
슬러지의 경도를 낮출 목적으로 탄산나트륨, 수산화나트륨, 무수암모니아 등이 연화제로 이용된다. 연화제의 첨가위치는 일반적으로 공급슬러지 펌프의 흡입측이다. 첨가시 혼합을 충분히 고려할 필요가 있으며, 주입량은 슬러지의 경도변화에 따라 달라야 하므로 설비용량은 여유가 있어야 한다.
(5) 탈취설비
고압펌프 이후의 시설은 고압으로 유지되므로 냄새의 누설이 있을 수 있으며, 배기가스나 고액분리액에서 독특한 냄새가 생길 수 있다. 따라서, 이런 것들에 대비할 필요가 있다.
(6) 약품세척설비
경도연화제를 첨가하여 운전을 실시해도 열교환기에 스케일이 부착한다. 통상 5%의 질산용액을 사용하는데 물과 교대로 세척할 수 있어야 한다.
(7) 고액분리조
습식산화를 거친 슬러지는 침전에 의하여 고액이 분리되는데 농축된 슬러지는 농도가 20% 정도이나 액상이므로 펌프수송이 가능하다. 이 정도의 농도를 얻기 위하여 고액분리의 고형물부하는 150～300kg/㎡·d 정도로 한다.
(8) 여과설비
가압탈수기를 사용하는 경우 산화도에 관계없이 약품주입을 하지 않고 탈수를 실시하며 탈수속도는 5.5kg/㎡·h 정도로 한다.
(9) 세정장치
연화제를 첨가하고 운전하여도 일반적으로 30～35일 정도 운전하면 스케일이 생성되어 열전달률이 저하되므로 운전정지시에 질산용액을 이용하여 열교환기를 세정하여야 한다.
(10) 시동용 보일러
습식산화장치 시동중에 증기를 발생시켜 증기가열기의 외관측에 공급하여 산화반응을 시작하는 온도까지 승온시키는 역할을 하는 것으로 증기발생시간이 짧은 관류펌프를 사용한다.
(11) 계측설비
습식산화장치의 운전제어에는 열교환기, 반응탑, 기액분리기 등의 일련의 장치부에 온도기록계 및 조절계, 압력기록조절계, 액면지시조절계, 유량조절계, 산소농도계 등의 각종 계측설비를 확보하여 확실한 운전이 되도록 한다.
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슬러지의 소각을 위하여 다단소각로와 회전건조소각로 외에 다음에 열거된 소각법의 채택을 고려해 볼 필요가 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
기류건조 소각로는 슬러지를 더운 기류 속에 주입시킴으로써 수분이 제거되게 하는 것이다. 이 단위공법은 4가지로 뚜렷이 구별될 수 있는 사이클시스템의 일부분으로 다음과 같이 여러 방법으로 조합이 되면서 최대의 융통성을 부여할 수 있다.
기류건조 설비는 고온가스 덕트, 분쇄기, 혼합기, 승강덕트, 사이클론, 공기밸브, 건조슬러지 분쇄기, 수증기팬 등으로 구성된다. 슬러지의 기류건조시 습윤상태의 슬러지 케잌은 혼합기에서 미리 건조된 슬러지와 혼합되며, 혼합된 슬러지는 분쇄기에 들어가기 전에 노에서 나오는 700℃ 정도의 고온 가스를 만나면서 수분이 급속히 증발하기 시작한다.
분쇄기에서 슬러지와 고온가스는 기계적으로 혼합되면서 거의 완전히 건조되어 함수율이 8～10% 정도로 감소된다. 건조된 슬러지가 소각되는 경우 소각재는 노의 바닥에서 제거되며 소각가스의 일부는 분쇄기로 보내져서 슬러지 케잌을 건조시키는데 이용된다(〈그림 5.11.19〉 참조). 기류건조소각로내에서 움직이는 슬러지중에는 경질의 미세한 모래가 포함되어 있어 곡관부의 마찰이 크며, 사이클론 하부의 건조슬러지 분쇄기가 폐쇄될 우려가 클 뿐만 아니라 분쇄기의 마모도 크므로 이런 점에 유의하여 재질을 선택하여야 한다.
슬러지의 기류건조는 연료비 때문에 비교적 비싼 편이다. 슬러지 케잌 1kg 건조시키는데 대략 4,450kcal의 열량이 요구된다고 추정되며 실제하수처리장에서의 경험에 의하면 기류건조된 슬러지의 함수율은 평균 5%이었다.
(2)에 대하여
약 4.5～11%에 농축된 슬러지내의 고형물을 25μm 이하의 크기로 분쇄시킨 후 반응조의 상부에서 뿌리며 슬러지를 건조 및 소각시키는 방법이다.
(3)에 대하여
원추형의 반응조에다 고속의 예열된 공기를 원추방면으로 주입시키면서 슬러지를 뿌려주며 연소시키는 방법이며, 소규모의 하수처리장에 이용된다.
(4)에 대하여
이 방법에서는 슬러지를 산소공급없이 고온으로 유지하면 휘발성 고형물이 증발되고 탄소와 불활성물질의 재가 남게 되는데, 폐기물의 이용이라는 점에서 고려해 볼만하다.
(5)에 대하여
전기소각로는 투입호퍼를 통하여 유입된 슬러지나 케잌이 섬유상으로 제작된 판상의 벨트위에 놓인다. 벨트 밑의 롤러의 연동작용에 의하여 주입된 케잌의 높이가 대략 2.5cm 정도로 균일하게 된 후 교반장치가 연소를 용이하게 하기 위해 케잌층을 교반함과 동시에 균질화시킨다. 이와 동시에 슬러지는 벨트를 타고 적외선이 방출되는 지역을 통과하면서 연소과정이 시작된다.
소각이 완료된 후 소각재는 벨트와 함께 이동하여 소각로의 맨 마지막 부분에서 노외로 배출된다. 소각용 공기는 케잌 이동방향과 반대방향으로 주입되며 잉여공기량은 대체로 20 ～70% 정도를 사용한다. 전기소각로의 주요 구성은 케잌 유입부분, 건조부분, 연소부분, 소각재 배출의 4 부분으로 구성되며, 케잌 유입부분과 소각재 배출부분의 길이는 약 2.4m 정도이나 건조와 연소부분의 길이는 처리정도, 유입슬러지의 성상에 따라 달라질 수 있다. 최적의 화상부하율은 다단소각로에 비해 약간 높은 편이고, 보조연료의 사용량은 다단소각로나 유동층소각로 및 사이클론소각로와 비슷하다. 이 소각로는 대규모에도 설치할 수 있으나 전기를 사용하므로 유지비가 다소 높을 수 있다. 일반적으로는 소규모에 적용할 경우 경제적으로 유리하다.
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슬러지 용융 설계시 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
슬러지 용융은 매립지 확보가 곤란한 경우나 슬러지 소각을 이용한 감량화도 어려운 대도시 및 하수슬러지 광역처리 사업 등 대량의 하수슬러지를 처리하는 경우에 도입되기 시작한 방법이다. 슬러지 용융은 감량화, 안정화 및 자재화가 가능하여 유효이용을 적극적으로 할 수 있는 것이 장점이다.
슬러지 용융설비로서는 코우크스베드용융로, 회전용융로, 표면용융로 및 아아크용융로가 있으며, 개발 중인 것으로서 전기저항로, 마이크로파용융로가 있다.
(1)에 대하여
슬러지의 용융은 용융의 목적과 슬래그의 이용방법을 고려한 시스템으로 할 필요가 있다. 슬러지 용융 시스템은 〈그림 5.11.20〉에 나타난 바와 같이 전처리장치, 용융로, 열회수장치, 배가스처리장치 및 슬래그 생성장치의 각 단위 공정으로 구성되는 것이 일반적이다. 여기에서 용융로와 슬래그생성장치 이외는 슬러지 소각설비의 기술을 응용하면 된다.
슬러지 용융설비의 큰 특징은 용융 공정의 온도가 1,200～1,500℃로 대단히 높다는 점이다. 하수슬러지 용융설비의 특성은 여러 가지가 있지만 슬러지에 대한 효과는 다음의 3가지 정도가 있다.
슬러지를 감량화에서 감량화 정도는 대상 슬러지의 성상(함수율, 유기물 함량 등) 및 생성 슬래그의 형상에 따라 매우 다르다. 유기계 슬러지(유기응집제를 사용한 슬러지 케잌)를 감량화하여 슬래그화한 경우 슬러지 케잌을 기준으로 1/15～1/20 정도가 되며, 건조슬러지(완전 건조상태) 기준으로 1/9 정도 된다. 소각재를 기준으로 하면 1/3 정도가 된다.
무기계 슬러지(소석회 및 염화제이철을 사용한 슬러지 케잌)를 용융하여 슬래그화한 경우 슬러지 케잌(소석회의 약품주입률은 고형물의 40%)를 기준으로 1/3 정도로 감량화된다.
용융 슬래그 중에는 슬러지 케잌 중의 유기물이 완전히 산화·연소하여 무기물인 회분으로 안정화된다. 용융 슬래그 중에 포함된 카드뮴 등의 중금속도 고정화되기 때문에 폐기물 공정 시험법 상의 용출시험에서도 용출 값이 매우 낮게 나타나 용융은 슬러지의 안정화에 매우 효과적이라 할 수 있다.
슬러지 용융 시스템중 슬래그 생성 공정은 슬래그의 냉각방법에 따라 급냉식과 서냉식으로 구분할 수 있다. 냉각방식에 따라 용융액의 냉각 속도는 크게 다르며 이에 따라 생성된 용융 슬래그의 성상도 크게 변한다. 한편, 슬래그의 부가가치를 높히는 방법으로는 냉각속도를 제어하는 방법과 슬래그를 재가열하여 슬래그를 결정화하는 공정이 있다.
슬래그 생성 공정의 냉각방법에 따른 슬래그의 특징은 〈표 5.11.6〉과 같다.
(2)에 대하여
슬러지의 종류에 따라 용융 특성이 다르기 때문에 용융 방식과 용융 온도 등을 결정할 때는 대상이 되는 슬러지의 용융 특성을 사전에 실험 등을 통해 파악해야 한다. 슬러지의 용융 특성으로는 용융 온도 특성 및 발열량이 있는데 일반적으로는 다음과 같다.
용융에서 조작 온도는 승온된 액상의 용융물이 용융로 내에서 다시 고체상태로 변할 수 있기 때문에 신속히 배출할 필요가 있다. 이 때문에 슬러지의 온도 등에 대한 용융 특성을 파악하는 것이 매우 중요하다. 용융 온도 특성의 지표에는 용류점(溶流点), 융점(融点) 및 연화점(軟化点)을 사용하는 것이 일반적이다. 슬러지의 용류점, 융점 및 연화점은 다음과 같다.
시험추의 상부 끝이 녹기 시작하는 상태(〈그림 5.11.21〉의 a)의 온도
시험추가 용융하여 그 높이가 아래쪽 폭의 1/2이 될 때(〈그림 5.11.21〉의 b)의 온도
용융물이 바닥 지지판으로 흘러 융점에서의 높이의 1/3이 될 때(〈그림 5.11.21〉의 c)의 온도
용융로 내에서는 용류점 이상의 온도가 안정적으로 유지될 필요가 있다. 용류점은 일반적으로 염기도(염기성 산화물/산성 산화물)에 따라 다르다. 염기도의 정의는 하수슬러지의 경우 CaO/SiO2로 정의하는 것이 실용적이면서 타당하다고 생각된다. 슬러지 용융 시스템의 보조연료 소비량 절감을 고려하면 용류점을 낮게 할수록 유리한데 통상 염기도를 지표로 조정할 필요가 있다. 일반적으로 무기응집제를 사용한 슬러지 케잌(무기계 슬러지)의 경우 염기도는 통상 1 보다 높고 용류점이 높은 경향이 있다. 이런 경우에는 규산 성분을 첨가하여 염기도를 1 정도로 조정하여 용류점을 낮출 수 있다. 반면, 유기응집제를 사용한 슬러지 케잌(유기계 슬러지)의 경우 염기도는 통상 0.1～0.2로 낮아 무기응집제를 사용한 슬러지 케잌에 비해 용류점은 낮은 경향이 있다. 그러나 염기도가 낮은 경우에는 용융액의 점성이 높은 경향이 있기 때문에 안정한 용융액을 만들기 위해서는 석회 성분을 첨가하여 점성을 낮출 필요가 있는 경우도 있다.
하수슬러지 회분의 염기도와 용류점의 관계는 〈그림 5.11.22〉와 같다. 〈그림 5.11.23〉을 보면 염기도 0.2～0.7 부근에서는 용류점이 낮아지지만 이 온도는 슬러지에 따라 100℃ 정도까지 차이가 난다. 이 온도차는 CaO와 SiO2비 이외의 다른 성분 영향이라고 생각된다. 이러한 가정하에서「SiO2-CaO-기타 성분」의 3성분의 상태에 따라 하수슬러지의 회분 조성과 용류점간의 관계를 나타내면 〈그림 5.11.23〉과 같다.
〈그림 5.11.23〉을 보면 하수슬러지의 회분 조성과 용류점과의 관계로부터 다음과 같은 관계가 성립한다.
용융시 용융 온도는 대단히 높기 때문에 다량의 열에너지를 필요로 한다. 이 에너지는 슬러지 자신의 연소에 따른 열에너지와 배기가스에서 회수한 열에너지를 사용할 수 있는데 열수지상 이것만으로는 부족하기 때문에 다량의 보조연료가 필요하다.
슬러지 케잌의 발열량은 유기계 슬러지의 경우 3,000～4,000kcal/kg-DS 정도로서 열원으로서의 가치가 대단히 높다. 이 슬러지 케잌의 발열량은 〈그림 5.11.24〉에 나타난 바와 같이 슬러지의 유기성분 함량에 따라 결정되며 유기계 슬러지의 경우 고위발열량은 다음의 식(5.11.40)과 같다.
슬러지 용융시설의 운전 온도가 대단히 높기 때문에 슬러지 자체가 가지고 있는 발열량을 감안하더라도 열수지상 입열이 부족하기 때문에 보조연료를 다량으로 소비하는 경우가 많다. 그러나, 용융은 소각에 비해 감량화, 안전화 및 자재화가 훨씬 유리하기 때문에 유효이용의 관점에서는 적용할 수 있다. 열수지의 모식도는 〈그림 5.11.25〉와 같다.
1) 결정화는 주로 SiO2, Al2O3, CaO의 3가지 성분이 중요 요소고, 슬러지의 성질과 상태에 따라서 조성(화합물을 구성하는 원소의 질량 혹은 원자 수의 비)조정이 필요하다.
2) 결정화온도, 유지시간을 충분히 파악해야 한다.
(3)에 관하여
슬러지용융시스템의 설계에 있어서는 각 용융방식의 특징을 충분히 검토하는 것과 함께 건조탈수슬러지용융시스템과 소각재용융시스템 중 어느 것을 채택하는가도 유의할 필요가 있다.
슬러지를 용융하는 경우 탈수슬러지를 직접 용융하는 건조탈수슬러지용융시스템과 일단 소각하여 그 재를 용융하는 소각재용융시스템이 있다.
슬러지처리로서 용융설비를 도입할 경우 여러 가지 케이스가 고려되어야 한다. 예를 들면 새로운 용융설비를 신설하는 경우 기존설치 소각설비에 소각재용융시스템을 증설하는 경우랑 장래적으로 용융설비를 계획하고 있다든지 당분간은(우선은) 소각만을 행하는 경우 등이 고려되어야 한다.
또 어떤 것의 경우도 건설시기, 슬러지가 지닌 에너지의 유효 이용효과 보수비나 연료비 등 유지관리비를 종합적으로 비교 검토할 필요가 있다.
선회용융설비에 있어서 건조탈수슬러지용융시스템과 소각재용융시스템의 비교를 〈표 5.11.7〉에 나타내었다.
슬러지 소각 및 건조시설에서 발생하는 배기가스는 대기오염을 일으킬 수 있으므로 적절한 대기오염방지시설을 설치하여야 한다. 대기오염방지시설을 설치할 경우에는 배기가스내의 대기오염물질 종류에 따라 적절한 방법을 선정하며 다음 사항을 고려한다.
· 물리적 집진
· 습식세정법
· 여과집진
· 전기집진
· 질소산화물 제어
· 황산화물을 함유한 산가스 제어
대기오염방지시설을 설치할 경우에는 현재 배출기준을 만족시켜야 할 뿐만 아니라 장래의 배출기준도 고려해야 한다.
1) 소각로 배기가스 처리시설
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슬러지 소각로의 배기가스에 의한 대기오염을 방지하기 위하여 배기가스 처리장치를 설치하여 배기가스내의 대기오염물 농도가 법에서 규정하는 허용치 이하가 되도록 한다. |
【해설】
슬러지를 소각시키면 부피가 감소되면서 완전살균되지만 소각로를 잘못 설계하거나 운전하면 대기오염을 일으킬 수 있다. 예를 들어 소각이 불완전하면 탄화수소, 질소산화물, 일산화탄소, 매연, 검댕 등의 중간생성물이 생겨 대기에서 광화학적인 반응을 일으킴으로써 가시거리의 감소 등 여러 가지 대기오염현상을 일으킬 수 있다. 이 같은 현상은 배기가스내의 산소량을 지속적으로 감시하거나 굴뚝연기의 온도를 높임으로써 그 정도를 줄일 수도 있다.
소각로에 의한 분진배출정도는 대부분 제진시설의 효율에 의하여 결정되며, 소각로의 상태에 의해서는 별로 영향을 받지 않는다. 분진제거시설로는 사이클론, 전기집진기, 백하우스(bag house), 습식집진기 등 여러 가지가 있는데 그 중에서도 습식집진기가 많이 이용된다. 습식집진기를 사용하면 분진 외에도 각종 가스의 제거에 도움이 되며 알칼리용액을 이용하면 산에 의한 부식을 방지할 수 있다. 2단 또는 3단 집진기를 사용하여 제진효율을 높일 수도 있다. 고율집진기에서의 압력손실은 400～800mmH2O이며, 표준온도와 압력하에서 배기가스의 분진농도를 0.05mg/l 이하로 줄일 수도 있다.
하수슬러지를 소각하는 경우 중금속을 방출할 수도 있다. 그러나, 슬러지내의 금속은 수은을 제외하고는 대부분 소각과정에서 산화물로 산화되어 소각재로서 또는 제진시설에서 제거된다.
슬러지의 소각에 의한 기체상태의 대기오염물로는 염화수소, 아황산가스, 질소산화물, 이산화탄소 등이 있으나 소각로의 설계와 운전이 적절하다면 일산화탄소는 큰 문제가 되지 않는다. 플라스틱 제품의 분해에 의해 발생되는 염화수소는 습식집진기에 의한 제거효율이 높다. 대부분의 경우 슬러지의 황함량은 낮고 또한 대부분이 황산염으로 존재하기 때문에 SO2에 의한 문제도 심각하지 않다고 볼 수 있다.
슬러지는 단백질과 암모늄염 때문에 질소함량이 높으나 질소산화물이 생성되려면 870℃ 이상의 온도가 필요하다. 대부분의 슬러지 소각로에서 소각온도는 이보다 낮기 때문에 소각로를 적절히 운전하면 질소산화물의 농도를 100ppm 이하로 배출할 수도 있다.
슬러지는 농약 등의 각종 독성물질을 함유하므로 슬러지를 소각시키면 배기가스내에 그러한 독성물질이 함유되어 있을 수도 있다. 그러나 대부분의 살충제는 500℃ 정도에서 열분해되며 900℃에서는 거의 완전히 분해될 수 있다.
하수슬러지로 실시한 실험의 결과에 의하면 PCB(poly chloro biphenyl)는 590℃의 배기가스온도에서 슬러지와 함께 산화되었으며, 다단소각로에서 배기가스 온도가 370℃인 경우에도 재소각없이 파괴되는 율이 높았다.
슬러지 소각로에서 생기는 냄새를 통제하기 위해서 두 가지의 방법이 주로 채택된다. 하나는 배기가스내의 유기물을 완전히 산화시킬 수 있도록 배기가스를 650～760℃의 높은 온도에서 충분한 시간동안 정체시키는 것으로 효율적이며 가장 널리 이용되고 있다. 그 다음으로 많이 이용되는 방법은 배기가스를 제2소각실이나 재소각기를 사용하여 처리하는 방법으로 연료가스나 오일을 태워서 유기물을 산화시킨다. 이때 촉매를 사용하면 소각온도를 낮출 수 있으므로 연료가 절약될 수 있다. 어느 경우에도 공기를 추가로 공급해 주어서 완전소각이 일어나도록 해야 한다.
〈표 5.11.8〉은 대기환경보전법 제12조 관련 시행규칙에 제시되어 있는 소각시설에 대한 배출허용기준을, 〈표 5.11.9〉는 폐기물관리법 제24조 관련 시행규칙에 제시된 소각시설 다이옥신 배출기준을 나타낸 것이며, 슬러지 소각로의 경우에도 이 기준을 따르도록 해야 한다.
하수처리시 발생하는 슬러지, 관로 시설로부터 제거된 토사, 침전지로부터 제거된 침사 등은 녹지 및 농지 이용, 건설자재화 등의 방법으로 적극적으로 이용할 필요가 있으며, 이와 같은 이용이 불가능한 경우는 매립 등을 행할 필요가 있다.
최근 하수도 정비의 확대 및 생활수준의 향상에 따라 슬러지 발생량은 급격하게 증가하고 있으며 이들 대부분은 매립처분되고 있다. 그러나 매립지는 한계가 있고, 도시화의 진전에 따라서 그 확보가 더욱 곤란해지고 비용도 증가 일로에 있다.
이와 같은 문제의 가장 좋은 대응방안은 최종 처분량을 감소시키는 것이며, 소각·용융 등의 감량화 방안을 고려할 수 있다. 또한, 향후 자원 및 에너지 절약의 관점에 있어서 슬러지의 녹지 및 농지 이용, 건설자재 이용 또는 에너지 이용 등 도 적극적으로 추진해야 할 필요가 있다. 또한, 퇴비화 및 고화처리된 슬러지는 매립지 복토재로도 재이용할 수 있다.
더욱이 우리나라에서는 2002년 8월 개정된 폐기물관리법 시행규칙 별표 폐기물의 수집·운반·보관·처리에 관한 구체적 기준 및 방법에 따르면 수질환경보전법 제25조 및 하수도법 제2조의 규정에 의한 1일 10,000㎥ 이상 종말처리시설과 1일 폐수배출량 2,000㎥ 이상인 배출업소의 유기성 슬러지를 바로 매립하여서는 아니 되며, 소각·퇴비화 처리후 잔재물만을 매립하여야 한다.”고 규정되어 있어 하수슬러지의 직매립이 금지되어 있다. 따라서 이를 고려하여 자원화 방안을 확실하게 수립하여야 한다.
우리나라의 농지는 화학비료를 다량 이용하여 왔기 때문에 지력의 저하가 현저하여 유기성 퇴비사용의 필요성이 인식되기 시작했다. 유기성 퇴비의 원료로서는 가축 분뇨, 나무껍질, 하수슬러지, 분뇨슬러지, 식품가공슬러지 등이 있으며 이들을 이용한 퇴비의 생산량이 최근 증가하고 있다.
슬러지는 질소 및 인 등의 비료 성분 이외에도 각종 유용한 무기물이 포함되어 있기 때문에 자원으로의 이용 가치가 높으며, 녹지 및 농지 이용도 바람직한 이용 형태로 생각된다. 하수슬러지의 녹지 및 농지 이용은 다양한 비료로서의 효과뿐만 아니라 농지의 토질 개량을 겸한 합리적인 이용 형태의 하나로서 매우 유망하다.
1) 녹지 및 농지 이용 형태
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녹지 및 농지에의 이용형태는 시비된 토지의 상황이나 이용자측의 사용 방법을 고려하여 결정하며 주로 다음의 네 가지 종류가 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수슬러지로 만든 퇴비는 유기물이 생물학적으로 분해·안정화되었기 때문에 슬러지를 그대로 녹지 및 농지로 투기함으로써 급격하게 분해되어 식물의 생육에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있으며, 비료 특성을 지니고 운반, 저류, 보관 등에 있어 작업성 또는 취급성이 좋다. 또한, 퇴비화시 발생열에 의하여 유해한 미생물 등의 제거가 가능하며, 품질·위생면에 있어서도 녹지 및 농지 이용에 적합하다.
(2)에 대하여
건조처리를 하면 운반, 저류, 보관 등의 작업성 및 취급성이 개선되며, 아울러 유해한 미생물 등을 제거할 수 있다.
건조공정은 슬러지 케잌의 수분을 증발하는 것이 목적이고, 슬러지중 유기물은 기본적으로 감량화되지 않는다. 생슬러지를 건조하는 경우에는 유기물의 안정화가 충분하지 않기 때문에, 농지 등에 사용하면 유기물이 분해되며 작물의 생육 장해를 일으킬 수 있다. 따라서 농지에 이용하는 건조슬러지로는 소화슬러지를 이용하는 것이 좋다. 녹지 및 농지로 이용하는 경우의 함수율은 20% 이하가 되어야 취급성에 있어서 적당하다.
(3)에 대하여
슬러지 탈수설비로부터 인출된 슬러지 케잌을 그대로 이용하는 경우 부패가 가능한 유기물이 많으며, 응집제로서 석회를 사용하는 경우에는 pH가 높다. 또한, 함수율 70～80% 정도의 슬러지 케잌인 경우에는 취급이 곤란하다. 이 때문에 슬러지 케잌을 야적하여 장기간 방치한 후 토양에 매립하여 작물을 재배하는 등의 배려가 필요하다. 더우기, 악취도 강하기 때문에 도시 근교 농지에서 이용하기에는 곤란한 점이 많다.
(4)에 대하여
토양에 유기물 공급이라고 하는 목적에는 적합하지 않지만, 소각재에는 인, 마그네슘, 철, 규소 등의 식물 생육에 필수 원소가 함유되어 있어 비료로서 이용가치가 있다. 그러나 소각재는 비산하기 쉽고 취급이 곤란하기 때문에, 가습 등을 통한 취급성의 개선이 필요하다.
2) 비료로서의 품질
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슬러지를 녹지 및 농지에 이용하는 경우는 다음의 각 항목에 유의한다.
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【해설】
(1)에 대하여
농촌진흥청 고시의 공정비료규격에 대한 중금속 위해성 기준은 〈표 5.10.7〉에 나타나 있다.
지를 그대로 녹지 및 농지로 투기함으로써 급격하게 분해되어 식물의 생육에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있으며, 비료 특성을 지니고 운반, 저류, 보관 등에 있어 작업성 또는 취급성이 좋다. 또한, 퇴비화시 발생열에 의하여 유해한 미생물 등의 제거가 가능하며, 품질·위생면에 있어서도 녹지 및 농지 이용에 적합하다.
(2)에 대하여
건조처리를 하면 운반, 저류, 보관 등의 작업성 및 취급성이 개선되며, 아울러 유해한 미생물 등을 제거할 수 있다.
건조공정은 슬러지 케잌의 수분을 증발하는 것이 목적이고, 슬러지중 유기물은 기본적으로 감량화되지 않는다. 생슬러지를 건조하는 경우에는 유기물의 안정화가 충분하지 않기 때문에 농지 등에 사용하면 유기물이 분해되며 작물의 생육 장해를 일으킬 수 있다. 따라서 농지에 이용하는 건조슬러지로는 소화슬러지를 이용하는 것이 좋다. 녹지 및 농지로 이용하는 경우의 함수율은 20% 이하가 되어야 취급성에 있어서 적당하다.
(3)에 대하여
슬러지 탈수설비로부터 인출된 슬러지 케잌을 그대로 이용하는 경우 부패가 가능한 유기물이 많으며, 응집제로서 석회를 사용하는 경우에는 pH가 높다. 또한, 함수율 70～80% 정도의 슬러지 케잌인 경우에는 취급이 곤란하다. 이 때문에 슬러지 케잌을 야적하여 장기간 방치한 후 토양에 매립하여 작물을 재배하는 등의 배려가 필요하다. 더우기, 악취도 강하기 때문에 도시 근교 농지에서 이용하기에는 곤란한 점이 많다.
(4)에 대하여
토양에 유기물 공급이라고 하는 목적에는 적합하지 않지만, 소각재에는 인, 마그네슘, 철, 규소 등의 식물 생육에 필수 원소가 함유되어 있어 비료로서 이용가치가 있다. 그러나 소각재는 비산하기 쉽고 취급이 곤란하기 때문에 가습 등을 통한 취급성의 개선이 필요하다.
2) 비료로서의 품질
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슬러지를 녹지 및 농지에 이용하는 경우는 다음의 각 항목에 유의한다.
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【해설】
(1)에 대하여
농림부 고시의 부산물 비료 등에 대한 중금속 위해성 기준은 〈표 5.10.7〉에 나타나 있다.
(2)에 대하여
슬러지를 녹지 및 농지에 이용할 때 이용자는 하수도 사업과는 무관하기 때문에 슬러지의 지속적 소비를 제3자에게 위임하는 것과 같다. 따라서 〈표 5.10.7〉의 법적 기준에 적합해야 할 것은 물론, 양호한 유통성을 확보하기 위하여 공급자측이 제품품질 및 이용방법 등 기술 정보를 제공하는 한편, 사용자측으로부터 제품 품질에 대한 평가를 받아들이는 등 양자의 협조 체제를 확립하는 것이 바람직하다.
3) 저장 및 유통체계
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슬러지의 저장 및 유통 체계는 다음의 각 항목을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
퇴비 저장 설비는 5.10.8 참조.
(2)에 대하여
이용 대상지역의 지역 특성이나 이용 형태별 잠재 수요량을 고려하여 유통 체계를 명확하게 확립해 두는 것이 하수슬러지의 안정된 녹지 및 농지 이용을 위하여 필요하다.
생산을 포함한 유통체계는 〈그림 5.12.1〉에 나타낸 5개의 형태로 크게 나눌 수 있는 바, 유통체계의 선정은 지역 특성이나 이용 촉진 방안 등을 충분히 고려하여 설정한다.
4) 유의사항
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하수 슬러지를 농지에 이용할 경우에는 농지에 있어서 토양중 중금속 등의 축적을 방지하기 위하여 관리 기준에 유의할 필요가 있다. |
【해설】
하수슬러지의 농지로의 이용을 안정적이고 지속적으로 추진하기 위해서는 농지에 있어서 토양 중 중금속 등의 축척 방지에 관한 관리 기준에 대하여 유의할 필요가 있다. 현재 우리나라의 토양환경보전법 제4조의 2(토양오염우려기준)에는 사람의 건강 및 재산과 동식물의 생육에 지장을 초래할 우려가 있는 토양오염의 기준(이하 “우려기준”이라 한다)을 환경부령으로 정하도록 규정되어 있다. 이에 따라 토양환경보전법 시행규칙에 규정된 우려 기준은 다음의 〈표 5.12.1〉과 같다.
도시를 중심으로 한 지역에서 발생한 슬러지 소각재 또는 용융 슬래그의 가장 적합한 이용 형태의 하나가 건설자재로서의 이용이다.
1) 건설자재로의 이용 형태
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건설자재 이용의 주된 이용 형태로서는 다음의 2가지 종류가 있다.
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【해설】
슬러지의 소각재 및 용용 슬래그는 그대로 또는 가공하여 건설자재, 토질 개량제 등으로 이용될 수 있다. 소각재 및 용융 슬래그의 조성은 종래의 건설자재와 유사하기 때문에 건설자재 또는 그 원료로서 사용이 가능하며 다른 용도로도 이용된다. 토질 개량제로의 이용에서는 무기성 소각재가 건설 잔토 등을 개량하는데 효과적이다.
(1)에 대하여
슬러지를 처리할 때 사용되는 응집제는 염화제일철과 소석회 등을 포함한 무기계 소각재와 유기 응집제를 포함한 유기계 소각재의 두 종류로 나뉜다.
무기계 소각재는 이에 함유되어 있는 Ca의 수경성을 이용하는 경우가 많기 때문에 그 함유량을 파악할 필요가 있다. 소각재의 Ca 함유량은 슬러지의 성상 또는 계절적인 변화에 따라 변동하는 경우가 있기 때문에 그 변동 범위를 파악할 필요가 있다.
토질 개량제로서 이용하는 경우에는 개량된 토지의 강도를 적절한 범위로 상승시키는 것이 목표이다. 효과를 높히기 위해서는 소각재를 함수율이 비교적 낮은 상태로 사용하는 것이 바람직하지만, 이 경우에는 비산 방지 등의 배려가 필요하다.
도로 포장재로의 이용시 소각재는 단독으로 또는 다른 재료의 혼합재로 사용된다. 혼합재로서 사용되는 경우는 소각재 단독으로 사용할 때 목적 기준을 만족하지 못하거나 용융 슬래그와 혼합하여 사용하는 경우 등이 있다. 도로 포장재로서 사용하는 경우에는 소각재를 대량으로 현지에서 취급하기 때문에 토질 개량제로 사용하는 경우 보다 소각재 비산 등에 대하여 더욱 주의를 기울일 필요가 있다.
고분자계 소각재의 이용은 소각재에 함유된 규소(SiO2)나 알루미나(Al2O3) 등을 점토 등의 대체재로서 이용하는 것이다. 이용시에는 소각재 성분과 계절적인 변동을 파악할 필요가 있다. 특히, 소성(燒成)하는 경우 소성 온도의 영향이 크기 때문에 주의를 요한다. 더우기, 소각재의 첨가율이 수 %를 초과하는 경우에는 소각재 색(갈색 계통)에 의하여 제품이 착색될 수 있다.
(2)에 대하여
용융 슬래그는 용융액의 냉각 방법에 따라 크게 급냉 슬래그와 서냉 슬래그로 나눌 수 있다. 이들은 입경이나 성상이 다르지만, 각각 세사 또는 쇄석의 대체재로서 이용이 가능하다. 용용 슬래그는 슬러지의 성상, 용융로의 형식, 계절적 변동에 따라 그 성상에 차이가 발생하기 때문에 비중, 입도분포 등을 파악할 필요가 있다. 일반적으로 서냉 슬래그가 급냉 슬래그에 비하여 비중이 크고 강도도 큰 경향을 나타낸다. 도로 포장재 또는 콘크리트 골재 등으로의 이용에 있어서는 입도분포를 조정하기 위하여 용융 슬래그를 파쇄하거나 쇄석 등을 혼합하여 사용하기도 한다.
2) 품질 또는 사용 방법
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품질 또는 사용 방법은 다음의 각 항목을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
원료 또는 가공품은 과거로부터 사용되어 온 건설자재 등과 비교하여 동일 정도의 제품 또는 성상을 요구한다. 그러므로 원료인 슬러지 및 소각재 등의 품질 안정화를 도모하는 것과 함께 품질 관리를 적절하게 행할 필요도 있다.
(2)에 대하여
사용 방법 선정에 있어서는 지역 상황을 조사하여 충분히 고려함은 물론 건설자재로 이용되는 방법이 확립될 때가지 한 가지의 방법에 한정하지 말고 복수의 이용 방법을 검토하여 유연한 대응이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
소각재 및 용융 슬래그의 건설자재로 이용은 이미 실용화된 것, 시험 제작·시험 시행 단계의 것 등 다양한 방법이 있다. 이러한 것들의 형태별 사용 예를 〈표 5.12.2〉에 나타내었다. 또한 각각의 사용 예에 대하여 개략적인 첨가율(습윤중량%)도 나타나 있다.
3) 저장 및 유통체계
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건설자재의 저장 및 유통 체계는 다음의 각 항목을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
제품의 형상으로서는, 벽돌, 블록 등과 같은 덩어리 형태, 도로 포장재·경량 골재등과 같은 쇄석 형태 및 분말 등으로 크게 나눌 수 있다. 이러한 형상에 적합한 저장 시설을 설치할 필요가 있다. 건설 재료의 계절적 수요 변동은 그다지 발생하지 않는다고 생각되지만 추운 곳에서는 겨울철 수요가 발생하지 않기 때문에 이를 고려한 저장 시설이 필요하다.
(2)에 대하여
건설자재화 제품은 무겁기 때문에 운반에 많은 비용이 요구되어, 경제성 및 유통범위가 한정되는 경우가 많다. 제품 유통체계에 대하여는 5.12.1의 3)을 참고하기 바란다.
4) 유의사항
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건설 자재로의 이용에 있어서는 다음의 각 항목과 같은 요건을 만족할 필요가 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
건설자재 등으로 사용된 경우 주변 환경 및 자연 환경 변화에 대한 안정성 등에 대하여 주의할 필요가 있다. 안전성에 있어서는 소각재 및 용융 슬래그 용출 시험 등을 행하여 확인할 필요가 있다. 또한, 이용 실적이 축적되기 전까지는 필요에 따라 추적 조사도 고려한다.
(2)에 대하여
건설자재로 널리 이용되기 위해서는 어느 정도의 유통성을 지닐 필요가 있다. 이용 촉진에 있어서는 먼저 공공사업의 이용 실적을 쌓을 필요가 있다. 또한, 수요 변동에 대하여 안정된 공급이 가능하도록 건설자재화 제품의 저장에 대하여 배려하는 것이 바람직하다.
경제성에 대하여는 사회적 배경을 감안하여 검토한다.
하수 처리장에서 필요한 전력을 얻기 위해서는 정유 또는 중유 등 다량의 에너지를 필요로 하며, 향후 보급률의 증대나 처리 수준의 향상에 따라 그 양은 점점 증가된다. 우리나라는 에너지 자원이 풍부하지 않기 때문에 에너지원의 대부분을 해외에 의존하고 있는 상황이다. 최근, 화석 에너지의 대량 소비에 의한 지구 온난화 등의 지구환경 문제가 제기되고 있어 에너지 이용의 효율화가 중요시 되고 있다.
하수슬러지는 탄소, 수소, 황 등으로 구성된 유기물을 함유하고 있어 잠재적인 에너지 가치는 높다. 에너지 이용 방법으로서는 소화가스로서 에너지를 회수하여 가온용 연료나 발전 등에 이용하는 방법과 건조슬러지를 연료로서 이용하는 방법 등이 있다. 또한, 슬러지 소각 등에서 발생하는 배기가스의 열에너지를 이용하는 방법도 있다.
슬러지의 에너지 이용시 슬러지중에 포함된 수분은 에너지소비량 또는 에너지 회수에 큰 영향을 미친다. 따라서 농축슬러지의 초기 탈수나 소각 등의 공정에 있어서 가능한 수분 저감을 도모하여 종합적으로 에너지 이용 효율 향상을 도모하는 것이 중요하다.
하수슬러지의 에너지 이용은 아직 초보 상태이지만, 향후 하수 처리장 에너지 자급률의 향상뿐만 아니라 장기적으로 하수 처리장 운전의 안정성을 확보하고 지구 환경의 보호에 공헌하기 위해서도 추진할 필요가 있다.
1) 에너지 이용의 형태
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슬러지의 에너지 이용의 형태로서는 다음의 3 가지 종류가 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
소화가스의 저위발열량은 5,000～5,500kcal/N㎥이므로 일반적인 도시 가스의 에너지원으로 이용이 가능하다. 소화가스의 이용으로서는 일반적으로 소화조 가온용 보일러, 슬러지 소각로 등의 보조 연료로 사용되지만, 소화가스가 다량으로 발생하는 경우에는 발전이나 동력원으로서의 이용이 가능하다.
(2)에 대하여
슬러지 케잌의 발열량은 유기 응집제 사용 슬러지의 경우 3,000～4,000kcal/kg-건조슬러지 정도로 열원으로서의 잠재적 가치는 대단히 높다. 건조된 슬러지 케잌은 자연 소각이 가능하며 증발법에 의하여 수분을 제거한 건조슬러지는 고체 연료로서의 이용도 가능하다.
(3)에 대하여
소각로나 용융로 등의 배기가스는 다량의 열에너지를 보유하기 때문에 공기 예열이나 백연 방지 예열, 슬러지 케잌 건조에 이용될 수 있다. 또한, 굴뚝 청소시 발생하는 세연배수(洗煙排水)도 대량이기 때문에 그 이용에 대한 검토가 필요하다.
2) 유의사항
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슬러지 에너지 이용에 있어서는 다음의 각 항목에 유의하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
이용 가능 에너지량은 슬러지 처리 공정에 발생하는 에너지량과 처리에 필요한 에너지량과의 차이로서 이는 슬러지 양과 질, 운전 방법 등에 따라서 크게 변동된다. 따라서, 에너지 이용 장치의 용량 결정시에는 연간 장치가 효율적으로 가동될 수 있도록 이용 가능한 에너지량의 변동에 대한 충분한 파악이 필요하다.
또한, 에너지 이용 장치 및 관련 슬러지 처리 설비의 에너지 수지를 종합적으로 검토하여 전체 에너지 이용 효율이 최대가 될 수 있는 장치 용량을 결정할 필요가 있다.
(2)에 대하여
에너지 이용 효율 향상과 함께 중요한 것은 이용 가능한 에너지량을 가능한 증대시키는 것이다. 발생된 에너지량은 슬러지 양과 질에 의하여 거의 한정되기 때문에 이용 가능한 에너지량을 증대시키기 위해서는 처리에 필요한 에너지량을 가능한 적게 할 필요가 있다. 슬러지 처리 공정에 있어서 수분의 제거가 에너지 소비량 또는 에너지 회수면에서 큰 영향을 미치기 때문에 슬러지 농축, 탈수, 소각 등 각 공정에 있어서 효율적으로 수분 저감을 도모하는 것이 중요하다. 또한, 시스템 전체의 경제성에 대해서도 고려한다.
(3)에 대하여
시스템 안정성 및 신뢰성 확보를 위해서는 필요에 따라 여유 장치를 설치한다.
하수도로부터 발생된 슬러지는 가능한 한 자원화하여 이용하는 것이 바람직하다. 녹지 및 농지나 건설자재 등으로 적극적으로 이용되지 않는 것은 매립되고 있다. 매립에는 슬러지 단독매립과 다른 폐기물과의 혼합매립의 두 가지 방법이 있다.
매립을 원활하고 합리적, 경제적으로 행하기 위해서는 관계법규 등에 의거하여 충분히 검토하고 계획적으로 행하는 것이 바람직하다. 특히, 우리나라에서는 2001년 이후부터 하수처리장에서 발생하는 유기성 슬러지의 직접 매립이 금지되고, 소각 또는 퇴비화 등의 처리 후 잔재물만이 매립 가능하게 되므로 이를 충분히 고려하여야 한다.
하수슬러지의 고화(固化)는 유해폐기물의 고형화와는 별도의 개념으로 슬러지 케잌의 성상을 물리·화학적으로 개선하기 위해 생석회나 시멘트 등의 고화제를 소량 혼합한 후 일정기간(3일 내외) 양생시켜 슬러지의 입자를 단입자화시킴으로써 일반토양과 유사하게 변화시켜 매립작업을 용이하게 하는 방법으로 슬러지 처리방법 중 고도의 기술이 요구되지 않아 비교적 쉽게 적용가능한 방법이다.
현재 국내에서 발생되는 하수슬러지의 대부분은 탈수 후 일반폐기물과 함께 매립처분되고 있지만, 슬러지의 높은 함수율 및 유기물 함유 등으로 인하여 작업차량의 진입이 어려워지는 등의 문제점과 생활수준의 변화 등에 따른 일반폐기물의 성상변화 등으로 혼합매립이 더욱 어려워지고 있어 이에 대한 적절한 처분대책이 시급히 요망되고 있다. 이런 하수슬러지의 대량 처분을 위한 방법으로 슬러지 케잌을 고화처리하여 매립작업을 용이하게 하거나, 나아가서는 단독매립 또는 위생매립지에서 중간복토재로 활용하는 방안을 고려할 수 있다. 특히 고화방법은 슬러지케잌의 처분을 매립에 의존하고 있는 도시지역에 적합한 이용형태이다.
1) 고화방법
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고화방법은 크게 나누어 다음의 2종류로 구분할 수 있다.
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【해설】
하수슬러지 케잌의 고화에 요구되는 고화제의 요건은 다음과 같다.
(1)에 대하여
일반적으로 쉽게 적용할 수 있는 고화방법은 고화제로 특수시멘트를 사용하는 방법이다. 이런 특수시멘트는 대부분이 고가의 알루미나계 시멘트로 이들을 사용할 경우에는 고화의 효과는 우수하나 경제적인 면에서 불리한 점이 있다.
(2)에 대하여
슬러지케잌의 고화처리에 생석회나 시멘트 등의 고화제와 고화보조제로의 역할이 가능한 소각재, 시멘트킬른 먼지(cement kiln dust), 플라이애쉬(fly ash), 제강 슬래그 등의 폐기물을 활용함으로써 고화제의 사용 비율을 낮추어 경제성을 도모하는 방법으로 최근 들어 관심이 높아지고 있는 방법이다.
2) 품질
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고화된 슬러지는 매립작업에 지장이 없는 강도를 가져야 한다. |
【해설】
고화된 슬러지의 원활한 매립작업을 위해서는 작업차량의 운전에 지장을 주지 않을 정도의 강도를 가져야 한다. 일반적으로 매립작업에는 불도우저가 많이 이용되므로 이 경우 한계강도는 일축압축강도로서 0.5kgf/㎠ 이상이어야 한다.
3) 고화처리 및 이용시 유의사항
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【해설】
(1)에 대하여
고화된 슬러지의 매립으로 인한 주변의 환경에 대한 안전성, 자연환경의 변화에 대한 안전성 등에 대하여 주의가 필요하다. 안전성에 대해서는 고화된 슬러지를 대상으로 용출시험 등을 실시하여 확인할 필요가 있다.
(2)에 대하여
하수슬러지의 성상은 계절적 요인 및 사용 응집제의 종류, 탈수방식 등에 의해서 변한다. 따라서 보다 효율적인 고화처리를 위한 최적의 혼합비 및 양생기간을 결정할 때에는 대상 슬러지에 대한 연간의 변화를 충분히 파악할 필요가 있다.
(3)에 대하여
혼합 및 양생장치의 안정성 및 신뢰성을 확보하기 위해서는 대상 시설의 규모 및 현지 여건을 고려하여 한다. 혼합방법에는 연속식과 회분식이 있으며, 양생방법에는 기계식과 야적식이 있다. 필요에 따라서 장치를 설계한다.
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슬러지 매립에 있어서는 다음의 각 항목에 유의해야 한다.
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【해설】
(2)에 대하여
2002년 8월 개정된 폐기물관리법 시행규칙 별표 폐기물의 수집·운반·보관·처리에 관한 구체적 기준 및 방법에 따르면 “수질환경보전법 제25조 및 하수도법 제2조의 규정에 의한 1일 10,000㎥ 이상 종말처리시설과 1일 폐수배출량 2,000㎥ 이상인 배출업소의 유기성 슬러지를 바로 매립하여서는 아니되며, 소각·퇴비화 처리후 잔재물만을 매립하여야 한다.”고 규정되어 있어 하수슬러지의 직매립이 금지되어 있다. 다만 수분 함량이 75% 이하인 유기성슬러지는 그러하지 아니하다.
폐기물관리법 시행규칙 별표 폐기물처리시설의 관리기준에는 슬러지는 유기성으로서 부패성 물질의 함량이 40% 이상인 슬러지만 매립할 경우에는 폐기물의 높이가 매 3m가 되기 전에 복토를 하도록 규정되어 있다. 또한, 매립시설의 사용이 종료된 때에는 최종복토층을 기울기가 2퍼센트 이상이 되도록 설치하여야 한다. 이 경우 최종복토층은 하부로부터 다음과 같은 가스배제층(유기성 폐기물을 매립하여 가스가 발생되는 경우에 한한다)·차단층·배수층 및 식생대층을 차례대로 설치하여야 한다.
1) 계획 매립 용량
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계획 매립 용량은 계획 목표년도에 도달할 때까지 매년 다음 계획연간매립용량의 총량에 복토의 용량을 더한 것으로 한다. |
【해설】
계획목표년도는 약 10년 후를 목표로 한다. 단기간에 매립이 완료되어 버리는 소규모 처분지는 처분지의 구성 등에 필요한 경비가 상승하게 되므로 처분 단가를 절감시키기 위해서는 가능한 한 대규모의 매립지로 하는 것이 바람직하다.
복토 용량은 샌드위치(sandwitch)방식 또는 셀(cell)방식에 의한 중간 복토 용량을 포함시키며 슬러지의 종류, 지형, 사후 매립지 이용 등도 감안하여 결정한다.
2) 매립지 선정
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매립지 선정에 있어서는 다음의 각 항목을 고려하여 종합적으로 검토한다.
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【해설】
슬러지의 매립은 슬러지 단독매립, 폐기물과의 혼합매립 등이 있다. 슬러지의 함수율에 따라 매립지 내부에서 압밀시 유동특성이 다르고, 폐기물과의 혼합비율 및 매립조건에 따라 침출수량 및 가스발생량이 달라지므로 혼합매립시에는 이에 대한 충분한 검토를 한 후에 설계해야 한다. 또한 단독매립시에도 매립공법선택에 주의해야 한다.
(1)에 대하여
매립지까지의 운반거리는 가능한 한 짧은 것이 좋다. 교통상황, 도로의 사정 등을 고려하여 가능하다면 대형차로 반입이 가능한 노선을 선정한다. 또한, 복토의 운반이 필요한 경우에는 토취장까지의 거리, 경로 등에 대하여 검토하고 굴삭하여 매립하는 경우에는 임시적환장 및 잔토 처분장에 대해서도 고려한다.
(2)에 대하여
가능한 한 불투수성 지반 위에 건설하는 것이 좋으며 연약지반과 지반침하가 있는 장소를 피하고 지지력을 얻을 수 있는 지질인 장소가 바람직하다.
(3)에 대하여
매립지역에서는 소음, 악취, 분진 등이 발생하여 주변환경에 영향을 줄 염려가 있으므로 주택지나 경작지 등에 인접하지 않도록 선정하는 것이 바람직하다.
(4)에 대하여
매립완료후의 침하, 가스의 발생 등을 면밀히 검토하여 매립지의 사후 이용이 효율적이고 경제적인 장소를 선정하며, 주변의 토지이용계획 등도 고려하여 정한다.
(5)에 대하여
우수의 유출이 많은 지역과 지질이 미끄러운 지역 등의 위험지대를 피하는 것이 좋다.
3) 매립지의 시설 및 관리
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【해설】
생활환경 보전상 침출수의 외부유출, 지하수오염, 쓰레기의 비산, 가스의 발생, 해충의 발생 등을 방지하기 위하여 하수슬러지를 안전하게 매립하도록 하여야 한다.
(가)에 대하여
가. 고밀도 폴리에틸렌 또는 이에 준하는 재질의 합성수지를 사용하는 경우 두께 2mm 이상의 것을 1겹 이상 포설하여야 하고, 매립시설의 바닥에 설치하는 합성수지 차수막 상부에는 모래 등으로 30cm 이상의 합성수지 보호층을 설치하여야 하며, 매립시설의 바닥과 측면에 설치하는 합성수지 차수막 하부에는 투수계수가 1초당 1천만분의 1cm 이하가 되도록 점토·벤토나이트 등의 차수재를 50cm 이상을 포설하여야 한다. 하만, 매립시설 측면의 경사가 급하여 합성수지 차수막 하부에 점토 등의 차수제를 포설하는 것이 불가능한 경우에는 합성수지 차수막 하부에 동등 이상의 차수효과를 가지는 벤토나이트매트 등으로 포설할 수 있다.
나. 점토·벤토나이트 등 점토류를 사용하는 경우 1m 이상의 두께로 포설하여 투수계수가 1초당 1천만분의 1cm 이하가 되도록 하여야 하며, 상부에 모래 등으로 30cm 이상의 보호층을 설치하여야 한다.
다. 기타의 차수재료를 사용하는 경우 가. 또는 나.와 동등한 차수효과를 가지도록 차수처리하여야 한다.
하수슬러지를 해양투기할 경우 면밀한 조사를 실시하여 안전하고 경제적인 처분이 될 수 있도록 다음 사항들에 대한 영향을 조사한다.
슬러지, 농축슬러지, 소화슬러지, 슬러지 케잌 등은 해양에 투입될 수 있지만 각각의 경제성 및 안전성을 잘 고려하되 해역을 오염시키지 않도록 해야 한다. 슬러지를 해양투기하는 경우에는 해양오염방지법의 규제를 받게 되므로 동법시행규칙에서 정하는 방법과 투입지역, 배출기준 등에 따라야 함을 원칙으로 한다. 해양오염방지법 시행규칙(해양수산부령)에는 해양투기가 가능한 폐기물의 종류와 공유수면 매립시의 해안매립장으로의 투입방법, 각 지정해역별 배출폐기물의 종류와 처리방법 등이 상세하게 제시되어 있다.
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소규모 처리장의 슬러지 처리시설 및 이용은 해당 시설의 자연적, 사회적, 경제적 환경을 염두에 두고 아래의 각 항목에 대해 충분히 고려하여 정하도록 한다.
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【해설】
슬러지 처리 및 이용의 목적은 경제적으로 자연환경 또는 사회환경에 수용 가능한 상태와 양으로 하여 슬러지를 환원하는 것이다. 따라서, 슬러지 처리시설설계에 있어서는 해당 처리시설의 입지조건을 고려하여 최종적인 이용처(녹지 및 농지이용이나 매립 등)의 질 및 양 등 제약조건에 적합한 경제적인 배려가 필요하다.
소규모 처리장에 있어서 슬러지 처리·이용의 기본방침은 기본적으로 〈그림 5.14.1〉을 참고하여 검토한다.
(1)에 대하여
슬러지 처리 및 이용시설은 일반적으로 건설비와 유지관리비가 높으며 설비의 유지관리에 숙련된 조작원을 요구하는 경우가 많다. 슬러지 처리 및 이용의 공동화는 수처리를 포함한 처리장 전체의 유지관리형태에도 관련되며, 경제성 향상을 위한 유지관리 기술자 부족에도 대응할 수 있다. 그러므로 소규모 처리장에 있어서는 슬러지 처리 및 이용에 있어서 에너지 절약과 경제성을 고려하면 인근 처리장과 슬러지 처리·이용의 공동화를 적극적으로 행하는 것이 바람직하다. 이 경우 행정구역에 제약이 있지만 가능한 한 광범위한 지역을 대상으로 하여 공동처리 및 이용의 가능성을 검토한다.
(2)에 대하여
슬러지의 최종이용방법은 계획대상지역의 상황을 고려하여 장래에 가장 경제적인 방법으로 한다. 슬러지의 최종적인 이용방법을 각 처리시설단위에서 분류하면 다음과 같다.
소규모 처리장에 있어서는 처리장 주변에 농지 및 녹지가 충분히 존재한다고 예상되므로 슬러지 자원의 유효이용 및 경제성의 관점에서 녹지 및 농지이용을 적극적으로 추진한다.
녹지 및 농지이용이 가능하지 않은 경우 일반적으로 탈수슬러지의 형태로 매립 또는 해양투기하게 되는데 매립지의 확보가 곤란한 경우에는 매립량의 감량화, 매립 슬러지의 안정화를 위한 슬러지 소각도 고려할 수 있다.
다른 처리장에의 이송은 슬러지 처리시설이 있는 인근의 대규모 처리장에 슬러지를 이송하여 처리하는 방법이다. 이 경우 대규모 처리시설에서는 소규모 처리시설로부터 이송되어 온 슬러지를 포함하여 최종적인 이용 방법을 검토할 필요가 있다.
이 밖에도 건설자재로 이용하는 것도 있는데 건설자재로서 이용할 때에는 소각재 또는 용융후 생성물을 다시 건설자재로서 이용 가능한 형태로 가공하여야 한다. 이 방법은 경우에 따라 처리 비용이 높거나 고도의 유지관리가 필요하며 수요와 공급 균형 조정과 유통 시스템의 구축 등이 필요한데, 소규모 시설에서 단독으로 실시하는 것은 바람직하지 않기 때문에 건설자재로서의 이용은 검토대상에서 제외한다.
슬러지의 성상 및 수요의 상황에 따라서는 최종이용방법이 제한되는 경우가 있으므로 주의가 필요하다.
(3)에 대하여
최종처리 슬러지의 형태로서는 다음과 같은 것들이 고려된다.
이들 슬러지 형태는 선택된 슬러지의 최종 이용방법에 적합하여야 한다. 또한, 유지관리형태도 고려되어야 하는데 각 처리장에 따라 가장 경제적인 최종처리형태를 선택하여 슬러지 처리 형태를 결정한다.
현재 슬러지의 소각처리 시스템은 경제성과 유지관리성 등을 고려할 때 소규모 시설에서 단독으로 설치하는 것은 적당하지 않기 때문에 충분한 검토가 필요하다.
(4)에 대하여
하수처리장의 시설 설계는 유지관리를 상주방식으로 하는 것과 순회방식으로 하는 것에 따라 큰 영향을 받는다.
소규모 처리장은 사업운영상의 관점(경제성, 기술자의 확보 등)때문에 순회방식으로 하는 경우가 많고, 순회관리의 가능성과 순회관리의 최적빈도를 고려하여 슬러지 처리시설을 설계할 필요가 있다. 순회관리방식에서는 슬러지 처리시설을 개별적으로 설치하고 관리인이 순회하는 방식과 슬러지 탈수차에 의해 슬러지 처리시설과 관리인이 함께 순회하는 방식이 있다. 이들 방식의 결정은 순회관리 대상 처리장의 위치관계, 수처리 및 슬러지 처리 내용 등에 따라 결정된다. 이동탈수차는 탑재 가능한 탈수기의 처리능력이 제약된다.
이상에서 서술한 여러 관점에서 슬러지 처리·이용의 기본방침을 결정한 후 슬러지 처리시설의 설계를 행하여야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지를 녹지 및 농지에 이용하는 경우에는 슬러지의 공동처리 및 이용지역 전체를 대상으로 한 수요량의 경년변화와 계절변동을 충분히 검토한다. 수요량의 경년변화로서는 이용대상의 녹지 및 농지의 용도변화(택지화와 토지의 휴경 등) 및 이용자의 의식의 변화에 따른 다른 비료로의 전환 등을 생각할 수 있다. 녹지 및 농지이용시에는 겨울철에는 수요량이 적게 되므로 지역의 특성에 대응하여 제품의 저장 등 계절변동대책을 검토한다.
때로는 슬러지 전량이 이용 가능하지 않은 시기가 나타날 수 있으므로 이를 고려하여 대체 최종이용법을 수립하는 등 장기적으로 안정된 이용가능한 계획을 세울 필요가 있다.
(2)에 대하여
슬러지의 최종이용법과 관련된 법률은 〈표 5.10.7〉을 참조하기 바란다.
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슬러지 처리방법은 수처리 방식 및 슬러지의 최종이용법에 적합하고, 유지관리가 용이하며 경제적인 방법을 선택한다. |
【해설】
소규모 처리장에서는 비교적 소량의 슬러지가 발생하므로 간단하고 경제적으로 처리하여야 한다. 이 때문에 슬러지 처리방법은 처리장의 규모와 지역 특성, 수처리방식 및 슬러지의 최종 이용법에 적합하며 가능한 한 간소화하는 것이 바람직하다.
소규모 처리장에서 슬러지 처리 방법은 최종이용방법을 고려한 〈그림 5.14.2〉를 참조하여 정한다. 산화구법과 장기포기법 등의 수처리방식을 채택할 경우와 같이 잉여슬러지가 호기적으로 안정된 경우는 소화공정을 일반적으로 채택하지 않는다.
슬러지 처리가 정체하여 수처리시설로부터 슬러지를 인출하지 못하면 수처리에 지장을 초래하기 때문에 슬러지의 저류시설 또는 저류기능을 필요에 따라 적절히 부가한다. 이는 슬러지를 다른 처리장에 이송하는 경우 또는 슬러지를 순회처리하는 경우에 특히 필요가 있다.
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【해설】
(1)에 대하여
소규모 처리장에 대한 계획 발생 슬러지 고형물량은 식(5.14.1)에 따라 구한다.
수처리방식별 제거 SS량 당 슬러지 발생률은 〈표 5.14.1〉과 같다.
〈표 5.14.1〉은 수처리방식별 표준적인 수치이기 때문에 관광지, 스키장과 같이 계절적으로 유입하수량이 극단적으로 많아지는 경우의 계획슬러지량 결정은 별도로 고려하여야 한다. 또한, 유입 BOD가 유입 SS농도에 비해 극단적으로 높은 경우에는 BOD의 SS전환율을 고려하여 발생 슬러지량을 결정하여야 한다. 〈표 5.14.1〉에 기재되지 않은 수처리방식에 대해서는 실적 등을 면밀히 검토하여 적절히 산정한다. 계획슬러지량은 〈표 5.14.1〉의 수처리방식별 슬러지 농도를 참고하여 식(5.14.2)에 따라 산출한다.
(2)에 대하여
슬러지 처리시설의 설계시에는 계획발생슬러지량에서 순환 슬러지량을 더한 시설계획슬러지량을 설정하고, 이에 따라 각 시설의 설계를 행한다. 특히, 슬러지 처리 및 이용을 공동화하는 경우 슬러지를 받는 처리장에 있어서는 슬러지를 보내는 측의 발생 슬러지량 및 질의 경년변화와 계절변동에 대해서도 충분히 고려할 필요가 있다.
시설계획슬러지량을 산정하기 위한 고형물 회수율은 〈표 5.14.2〉를 표준으로 한다.
소규모 처리장의 슬러지 처리 공정은 간헐적으로 운전되는 경우가 많다. 이때 발생한 반송수를 한번에 수처리시설로 반송시킴으로써 수처리효율에 악영향을 주게 되는 경우를 대비하여 반송수를 일시 저류하여 여유가 있을 때 수처리시설로 반송하는 것을 검토한다.
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【해설】
(1)에 대하여
슬러지의 수송 목적은 다른 처리장에의 이송, 녹지 및 농지이용, 매립 등이며, 목적에 따라서 수송하는 슬러지의 질 및 양도 다르게 된다.
이송 대상이 되는 슬러지의 종류에는 생슬러지, 농축슬러지 및 탈수슬러지가 있다. 이들 슬러지의 수송방법으로서는 관로수송, 탱크롤리 수송 및 트럭 수송이 있고 각 수송방법의 특징은 다음과 같다.
일반적으로 생슬러지 등 저농도의 액상 슬러지가 대상이 된다.
교통사정과 자연조건에 관계없이 대량 수송이 가능하지만 슬러지 수송 시설의 건설과 관리가 필요하다. 특히, 장거리 수송하는 경우와 발생 슬러지량이 적은 경우에는 경제성과 유지관리성 면에서 불리하게 되는 경향이 있으므로 충분한 검토가 필요하다. 또한, 보수공사와 점검작업 등에 의해 수송이 불가능한 경우에 대한 대책을 검토하여야 한다.
농축슬러지 등 비교적 고농도의 액상 슬러지가 대상이 된다. 이송하는 처리장이 다수인 경우에도 수송이 가능하며 수송경로의 변경도 가능하지만, 수송량이 많은 경우는 양에 대한 비용의 저감효과가 작아지므로 경제성이 저하된다. 또한, 저류탱크의 설치 이외에 슬러지 펌프와 악취 대책이 필요한 경우가 있다.
탈수슬러지 등 고체상태의 슬러지가 대상이 된다. 탱크로리 수송과 비슷한 특징을 가지고 있지만 탱크로리 수송에 비해 수송회수를 줄일 수 있다. 그러나 운반중 슬러지의 비산과 분리액의 누출 방지대책이 필요하다.
위에 서술한 수송방식은 어떤 방식을 채택하더라도 건설비, 유지관리비, 수송거리, 수송경비, 적립비 등을 종합적으로 경제성 비교하고, 나아가 받는 쪽 처리장에서의 반송수 처리에 관한 검토와 슬러지 처리가 집중함으로 인해 발생하는 주변환경에의 영향 및 슬러지를 보내는 처리장에서의 슬러지 저류방법 등도 검토하여서 결정한다.
(2)에 대하여
시설 순회형 슬러지 처리는 이동 탈수차 외에 탈수기(경우에 따라서는 농축기도 포함)를 차량에 탑재하여 시설운전기술자와 함께 각 처리장을 순회하며 처리하는 방법으로 유지관리비를 절감할 수 있다. 시설순회형 슬러지 처리를 채택하기 위해서는 대상 처리장의 수와 처리장간 거리 및 이동 경로, 각 처리장의 규모와 처리방식 및 투입슬러지의 성상을 파악하여 순회에 사용하는 슬러지 처리시설 규모, 순회 빈도, 이동시간, 처리시간, 처리후의 슬러지의 양과 성상 등을 예측·검토할 필요가 있다. 또한, 탈수 공정이 수일에 1회 정도로 간헐 운전되기 때문에 슬러지의 저류가 필요한데, 저류탱크의 설치 이외에 수처리시설내에서의 저류, 농축 탱크와 소화탱크의 설치 등도 검토한다.
이외에 이동식 시설의 전원과 사용 약품 및 일회에 발생하는 탈수여액의 처리 등에 관하여서도 충분히 검토한다.
(3)에 대하여
일반적으로 슬러지의 개별처리를 행하고 있는 처리장에 대해서는 슬러지 처리공정으로부터 연속적으로 발생하는 반송수는 BOD, SS, 질소, 인 등이 고농도이지만 직접 수처리시설로 반송하더라도 극단적인 악영향은 없다고 한다.
소규모 처리장의 슬러지 처리는 단독처리 및 공동처리 모두 슬러지 처리공정의 상시 운전은 적으며, 간헐 운전의 경우가 많기 때문에 반송수도 집중하여 발생하는 경향이 있다. 반송수를 직접 수처리시설로 반송할 때 악영향을 줄 수 있다고 생각되는 경우에는 반송수를 일시 저류하여 여유가 있을 때 수처리계로 보내는 것이 좋다. 특히, 농축과 탈수 등 다량의 반송수가 발생하는 시설을 사용하고 있는 슬러지의 공동처리장에서는 일시적으로 다량의 반송수가 발생하기 때문에 저류조 등을 설치하여 여유가 있을 때 수처리시설로 반송하든지 수처리에 악영향을 주지 않을 정도로 전처리를 하여 반송하는 것을 검토한다.
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【해설】
(1)에 대하여
소규모 시설에서는 발생하는 슬러지의 단독처리 및 공동처리가 있으며, 경우에 따라 야간에 처리를 정지하거나 간헐적으로 운전한다. 따라서, 슬러지의 저류용량 및 저류방법 등에 대한 충분한 검토가 필요하다.
슬러지의 저류방법으로는 저류 탱크의 설치 또는 시스템내 저류를 생각할 수 있다. 저류 탱크의 경우에는 통상은 처리공정의 마지막에 저류 탱크를 설치하지만 시스템내 저류의 경우에는 1차침전지, 반응탱크, 농축탱크, 소화탱크 등을 저류탱크와 병용한다. 따라서, 시스템내 저류의 경우에 각 시설이 갖는 특수한 기능을 극단적으로 손상시키지 않도록 저류 슬러지량을 조정할 필요가 있다.
저류용량은 1회당 처리 가능한 슬러지량을 공급 가능한 용량으로 하는 것을 원칙으로 하지만, 발생 슬러지량에 비해 처리능력이 충분히 큰 경우에는 슬러지의 성상과 저류장소, 반송 또는 순회 빈도를 고려하여 결정한다.
수송 또는 순회 빈도를 결정조건으로 하는 경우에는 기후 등의 자연조건에 따른 발생량의 급증, 교통 사정에 따른 체증을 고려하여 다소의 여유를 주는 것이 일반적이다.
저류장소가 침전지 또는 농축탱크인 경우에는 슬러지는 생슬러지이므로 저류에 따라 슬러지 체류시간이 길어지고 혐기성 분해가 발생하여 스컴 부상, 침강성 및 탈수성의 악화, 악취문제 등이 발생하므로 주의할 필요가 있다(임호프 탱크를 1차침전지로서 사용한 경우도 이와 같다). 저류탱크에서도 같은 문제가 발생하므로 저부의 슬러지에 대하여 필요에 따라 포기, 교반, 스컴제거 등의 대책을 고려한다.
[계산 예] 순회빈도에 따른 저류용량의 결정 방법
(1.5%의 농축 슬러지를 저류하는 경우)
계획슬러지량을 Q(㎥/d), 순회빈도를 D(일)로 하면 저류용량 V(㎥)는 V=Q×D(㎥)가 된다. 예를 들면, 유입하수량 1,000㎥/d, 계획유입 SS농도 200mg/l, 수처리시설의 총 SS제거율 95%, 제거 SS량당 슬러지 발생률 75%의 산화구법에서 4일에 1회 순환처리를 하는 경우
이 되고, 저류용량=9.5×4=38㎥의 저류탱크가 필요하다.
여기에 여러 가지 조건을 고려하여 여유를 준다.
(2)에 대하여
소규모 처리시설에서 슬러지의 농축방법을 선택하는 경우 에너지를 전혀 필요로 하지 않는 중력농축이 가장 무난하지만 유입 BOD 농도가 SS에 비해 높은 경향이 있기 때문에 슬러지중 유기물 함유율이 높으면 농축성이 악화되는 경우가 많다. 따라서 가정하수가 많은 소규모 하수도에서는 특히 농축성에 대한 주의가 필요하다. 또한, 여름철에는 수온이 상승하기 때문에 슬러지가 부식하고 침강성이 악화되는 경향이 있으므로 농축조의 슬러지 체류시간을 짧게하는 등의 대책이 필요하다. 그러므로, 슬러지의 농축이 불충분한 경우에 대비하여 이후의 슬러지 처리시설의 용량에서는 여유를 준다.
중력농축에서 슬러지 제거는 용량이 작아도 되는 호퍼식이 좋으며 슬러지 제거기를 생략하기도 한다. 슬러지의 질에 따라서는 수중펌프 또는 에어리프트펌프로 제거하기도 있다.
소규모의 중력농축조에서는 펌프에서 한번에 다량을 보내기 때문에 슬러지가 월류하는 경우가 있으므로 투입방법은 유지관리를 고려하여 설계한다. 농축탱크의 설계 제원은 〈표 5.14.3〉을 표준으로 한다.
기계농축에는 원심농축, 부상농축, 조립(造粒)농축 등이 있다. 기계농축은 중력농축과 비교하여 동력비가 들고 유지관리가 필요한 결점이 있다. 그러나, 농축슬러지 농도가 높고 단시간에 처리 가능하므로 탈수설비를 갖추면 기계농축이 경제적으로 될 수 있으므로 검토 대상이 된다. 농축과 탈수를 병행하여 순회처리하는 경우에도 검토의 대상이 된다.
원심농축은 안정한 농축 슬러지를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 조작면에서도 보조 기계류가 작으며 운전관리가 용이하다. 이 때문에 농축성이 나쁜 잉여슬러지에 사용할 수 있다. 그러나, 소규모 처리장에서 1차침전지 슬러지와 잉여슬러지를 분리 농축하는 것은 비경제적이기 때문에 혼합농축을 원칙으로 하며, 이 경우 농축기의 내마모성을 고려하여야 한다. 농축슬러지의 함수율은 96～97%, 회수율은 80～90%를 표준으로 한다. 원심농축기에는 입형 및 횡형 외에 여과장치를 부착한 것도 있다. 또한, 고형물회수율을 높히기 위해 약품주입을 하는 경우도 있다.
부상농축에는 가압부상방식과 상압부상방식이 있다. 가압부상방식은 보조기계류가 많고 조작인자도 많기 때문에 운전조작이 복잡하므로 소규모시설에는 잘 사용하지 않는다. 상압부상방식은 원심농축과 같이 안정한 농축슬러지를 얻을 수 있는데 조작면에서도 비교적 보조기계류가 작고 운전관리가 용이하기 때문에 소규모시설에서 사용이 가능하다.
조립농축은 무기응집제(염화알미늄 또는 황산철)와 양성 고분자응집제를 사용하여 슬러지 플럭을 만들고, 이것을 다시 응집반응조 내에서 물을 빼면서 벽면의 회전작용을 이용하여 큰 플럭(펠릿)화하는 방식으로 통상은 탈수기에 바로 투입하여 탈수한다. 농축설비가 소형이면서도 인도 제거가능한 장점이 있다.
(3)에 대하여
소규모 시설에서 슬러지의 소화를 행하는 경우는 시설의 유지관리의 난이도 및 유지관리비가 중요한 인자가 된다. 따라서, 유지관리가 다른 것에 비해 용이하고 유지관리비도 저렴한 혐기성 무가온소화법은 가장 유력한 방법이다. 호기성 소화법은 혐기성 소화법과 비교하여 발생 악취가 낮다는 장점이 있다.
소규모 시설의 경우 혐기성 무가온소화법 및 호기성 소화법을 채택하면 소화기능 뿐만 아니라 저류효과도 기대된다. 따라서, 용량을 산정할 경우에는 저류조건을 충분히 고려한다. 산화구법과 장기포기법 등의 수처리방식을 채택하고 있어 잉여슬러지가 호기적으로 안정한 경우에는 일반적으로 소화공정을 생략한다.
혐기성 무가온소화는 저온소화인데 소화일수를 길게 하기 때문에 슬러지 탱크의 용량이 커진다. 또한, 소화온도가 기온의 영향을 받기 때문에 한랭지에서는 소화일수가 매우 길어진다. 그러나, 가온장치가 필요없기 때문에 에너지 절약 및 유지관리가 편리하여 주로 투입슬러지의 양이 적을 때 사용한다.
소화일수는 겨울철 슬러지 온도 및 기온을 고려하여 정하는데 보통은 60～90일 정도로 하며, 한랭지에서는 이보다 길게 한다.
호기성 슬러지 소화는 슬러지를 장시간 공기 또는 기계로 포기함으로써 미생물의 내생호흡을 이용하여 슬러지 안정화 및 SS 감소를 도모하는 방법이다. 시설은 슬러지를 소화하는 포기탱크와 소화슬러지를 고액분리하는 슬러지 농축탱크로 구성된다. 혐기성 슬러지 소화에 비해 운전에 드는 에너지 소비, 소화슬러지의 탈수성, 유기물의 감소율, 건설부지, 저온시의 효율저하, 유익한 부산물이 없다는 등의 단점이 있는 반면, 운전조작성, 악취 발생, 건설비, 분리액의 수질면에서 유리하다. 호기성 소화는 설계기준이 필요하면서도 명확하지 않은 점이 있으며 건설비가 저렴하고 운전이 비교적 용이하기 때문에 소규모시설에서 사용하는 경우가 있다.
설계시 고려해야 할 사항으로는 다음과 같은 것들이 있다.
· 탱크의 형상은 장방형 또는 원형으로 하고 장방형의 유로폭은 수심의 1～2배의 범위에서 정한다. 또 필요에 따라 정류벽을 설치한다.
· 탱크의 유효수심은 3.5～5.0m를 표준으로 한다.
· 탱크는 2기 이상으로 하는 것이 좋다.
탱크의 용량은 하루에 투입하는 슬러지량에 소화일수를 곱하여 정한다.
소화일수는 목표 유기물의 감소율에 따라 달라진다. 〈그림 5.6.1〉에 보인 바와 같이 유기물의 감소율은 수온(℃)×소화일수(일)와 관계가 있는데 유기물의 감소율 38%, 400℃·일 정도에서 변곡점이 나타나기 때문에 유기물의 감소율을 40% 정도 이상으로 하는 것은 비경제적이다. 따라서 400℃·일 정도에서 수온에 따라 정하는 것이 좋다. 탱크 내의 온도는 호기성 소화 반응이 발열반응이기 때문에 투입슬러지의 온도보다 약간 높은 경향이 있다. 따라서 평균수온은 지역적 조건에 따라서는 차이가 있지만 약 20～25℃의 범위에서 정한다.
농축슬러지를 포기하는 탱크내에서 혼합액의 교반 및 필요한 용존산소의 농도를 적정하게 유지하기 위해서는 투입슬러지의 농도가 제한을 받게 된다. 소규모시설에서는 슬러지 농축탱크를 경유하여 직접 1차침전지 또는 2차침전지로부터 투입하는 경우가 많은데 혼합슬러지에서는 1.5% 전후를, 잉여슬러지에서는 1% 전후를 표준으로 한다.
슬러지에 포함된 유기물의 감소에 필요한 공기량은 감소유기물당 2.0O2kg/VSkg정도이다. 여기에서 구해진 공기량은 실제보다 약간 작으며 슬러지의 교반 및 용존산소의 농도 1～2mg/l를 유지하기 위해 탱크의 용량당 25～40㎥/㎥·d을 표준으로 한다.
호기성 소화를 행함에 따라 pH가 저하하기 때문에 중화장치를 설치하는 등의 주의가 필요하다.
(4)에 대하여
기계탈수에는 고분자응집제를 사용하는 원심탈수, 벨트프레스탈수, 다중원판탈수 등과 염화제이철 등의 무기응집제와 석회를 탈수보조제로서 사용하는 가압탈수 등이 있다. 가압탈수기는 탈수기 자체가 대형이고 대량의 보조제를 주입하기 때문에 탈수슬러지량이 증대하게 되며 약제의 취급에 많은 인력을 요구하므로 소규모시설에는 적합하지 않다. 따라서, 기계탈수를 채택하는 경우에는 유기응집제를 사용하는 기종이 좋다.
원심탈수기 및 벨트프레스 탈수기에서 얻어진 탈수슬러지의 함수율은 〈표 5.14.4〉의 값을 참고하여 정한다. 또한, 벨트프레스 탈수기의 여과속도는 〈표 5.14.5〉를 참고하여 정한다.
산화구법에 의한 슬러지를 조립농축한 경우 벨트프레스 탈수기를 사용하면 여과속도 100～150kg/m·h에서 함수율 80% 이하를 얻을 수 있다.
고분자응집제는 여러 종류의 제품이 시판되고 있는데 이의 선정은 대단히 중요하다. 슬러지의 성상은 연간 수시로 변화하는데 여기에 합당한 최적의 종류와 약품 주입률을 정하여야 한다.
벨트프레스 탈수기의 경우는 비교적 다량의 세정수를 필요로 한다.
다중원판탈수기는 대, 소의 원판을 중합시킨 구조로 된 여과체가 저속으로 회전함에 따라 탈수가 행해지는 것으로 원심탈수기와 벨트프레스 탈수기와 비슷한 정도의 탈수성능을 갖으면서도 운전조작을 자동화할 수 있으므로 유지관리가 쉽다. 충분한 내구성 및 경제성도 있기 때문에 소규모 시설에서 채택할 수 있다.
천일건조는 주로 자연의 에너지를 이용하며 탈수 보조제를 필요로 하지 않기 때문에 경제적이며 기계탈수에 수반되는 복잡한 유지관리가 필요없는 반면, 건조슬러지를 수거하는 등의 일손을 필요로 한다. 소규모 처리장에 있어서 넓은 토지를 확보할 수 있는 가능성이 높고 주변에의 영향이 그다지 염려되지 않는 장소에 대해서는 천일건조에 의한 슬러지 건조상의 채택을 고려한다.
일반적으로 슬러지 건조상은 소화슬러지에 적용하는 것이 좋다. 생슬러지나 소화가 불충분한 슬러지는 소화슬러지보다도 넓은 건조상이 필요하며, 악취와 해충 등의 발생과 같은 이차오염이 염려된다. 이러한 경우에는 석회를 사용하여 슬러지를 안정화시키거나 악취 방지를 위하여 석회와 응집제를 사용하는 것이 좋다. 또한, 투수속도를 향상시키는 등의 개선책도 필요하다.
슬러지 건조상의 필요 면적은 투입슬러지의 성상, 양, 해당지역의 기상조건을 고려한 건조일수, 투입 고형물 부하, 투입 두께에 따라 달라지는데, 투입고형물부하는 원칙적으로 4.0kg/㎡ 이내로 한다.
슬러지 건조상의 여과층은 원칙적으로 모래층(200～300mm 정도)과 굵은 모래층(150～300mm 정도, 모래입경 0.7～2.0mm)으로 구성하도록 하며, 모래층 하부에는 여액의 배수를 고려하여 적절한 구배를 주고, 최심부에는 100～200mm정도의 유공관을 이용한 집수시설(구배 10‰ 정도)을 설치한다. 강우에 의한 영향을 피하기 위해서는 필요에 따라 고정식 또는 이동식의 지붕을 설치한다.
건조상의 시설계획에 있어서는 건조슬러지 수거와 반출, 보충용 여과재의 반입방법 등에 대해서도 충분한 검토가 필요하다.
[설계 예] 건조상의 설계
함수율 98～98.5(VTS 75～80%) 정도의 산화구법 농축슬러지를 함수율 60% 정도의 건조슬러지로 하는 경우 소요 슬러지 건조상 면적은 다음과 같다. 단, 건조슬러지 함수율을 60% 이하로 하는 경우와 중력탈수일수를 단축하는 목적으로 응집제를 병용하는 경우 등에 대해서는 별도로 생각한다.
슬러지 건조상의 필요면적은 식(5.14.3)에 따른다.
건조일수는 중력탈수과정과 증발건조과정에 필요한 일수의 합으로서 식(5.14.4)와 같이 표시된다.
중력탈수일수(Nw)는 TS 1.5～2.0%, VTS 75～80% 정도의 투입슬러지에 대해 2～4일 정도로 한다.
증발건조일수(Nd)는 풍량, 기온, 상대습도 등에 따라 변하지만 실험결과에 의하면 식(5.14.5)와 같다. 이 때 기상 데이터는 원칙적으로 가장 조건이 나쁜 달을 평균치로 한다.
또한, 풍속 V는 풍향의 변화와 주변 건축물 등의 영향을 고려하여 평균풍속이 2.0m/s 이하인 경우에는 안전율을 고려하여 풍속을 무시하는 것이 바람직하다.
증발가능량(D)는 공기 1㎥당 증발가능한 수분량인데 식(5.14.6)과 같이 표시된다.
실험에 따르면 강우량이 3.0mm/d 이상이면 건조일수에 영향을 미치기 때문에 식(5.14.7)을 이용하여 건조일수를 보정하거나 경제성을 충분히 검토하여 지붕을 설치한다.
또한 투입고형부하가 3.0～4.0kg/㎡을 넘으면 탈수속도가 저하하기 때문에 식(5.14.8)에서 산정한 필요면적을 기초로 하여 투입고형물부하를 검토할 필요가 있다.
(5)에 대하여
퇴비화중 야적식은 기계식에 비해 일반적으로 건설비 및 유지관리비가 낮은 장점이 있는 반면 부지면적이 크다는 단점이 있다.
기계식에는 회분식과 연속식이 있다. 회분식은 야적식과 비슷하지만, 바닥에 설치한 송풍관으로 공기를 강제적으로 공급하는 점이 다르다. 이 때문에 일차분해는 10～14일 정도에서 종료된다. 뒤집기는 일차분해 후 야적에 의한 2차 분해과정으로 옮기는 과정에서 하기도 하지만 표면부와 중앙부를 균일하게 분해·안정화시키기 위해서는 여러 번의 뒤집기가 필요하다.
연속식에서는 공기 공급 및 교반 등 슬러지의 호기적인 분해에 필요한 조건을 기계적으로 최적상태로 유지하며 퇴비화를 행하기 때문에 단기간에 안정한 퇴비 슬러지를 얻을 수 있다. 한편, 건설비 및 유지관리비도 이에 비례하여 높아지므로 이를 채택하기 위해서는 경제성을 충분히 검토하여야 한다.
콘크리트 등의 바닥 위에 등의 첨가물과 기계적으로 혼합한 탈수슬러지를 쌓아서 퇴비화하는 방법인데, 인력과 경비는 별로 들지 않지만 분해기간이 길어지기 때문에 안정화하기 위해서는 2～3개월이 소요된다. 슬러지량이 많은 경우에는 포크레인이나 타이어-도저 등으로 1.5～2.5m 정도 쌓는다. 뒤집기 빈도는 5일에 1회에서 1달에 1회 정도로 하는데 일반적으로 뒤집기 빈도가 높으면 슬러지가 안정화하는 기간이 단축된다고 알려져 있다.
슬러지의 퇴비화를 위해서는 원료가 되는 탈수슬러지의 수분은 낮은 편이 좋다. 이 때문에 퇴비화를 행하는 경우는 낮은 함수율을 얻을 수 있는 탈수방식을 선정하는 것이 바람직하다. 또한, 퇴비화시설에서 악취가 발생하므로 필요에 따라 악취방지대책을 세운다.
1) 기본 사항
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전기설비의 설계에 있어서 수처리방식, 시설규모 및 형태, 유지관리방식 등을 기초로 신뢰성과 경제성을 고려하여 적정하게 해당시설을 설계하고 효율적인 운영 및 유지관리가 될 수 있도록 하여야 하며, 장래 증설 및 설비개선이 용이하도록 하여야 한다. |
【해설】
전기설비 설계시 기본적으로 고려하여야 할 사항 중에는 신뢰성, 경제성, 유지관리성, 안전성, 확장성, 조작성 등이 있다. 각 설비별 연관사항에 대해서는 충분히 검토하여야 하며, 특히 토목ㆍ건축구조물 및 기계설비의 설계조건을 고려하여 이들과 부합된 전기설비가 설치되도록 설계한다.
① 하수처리장에는 비상시 수동운전 조건, 열악한 사용 환경조건 등 많은 특수성이 있으므로 사용기기는 성능 및 신뢰성이 높고 일정기간 이상의 내용년수 확보가 가능한 것으로 한다.
② 하수처리시설은 공공성이 강하므로 만일의 고장에 대비하여 주요기기는 이중화, 백업(back-up), 기능분산을 고려한다.
③ 하수 및 부식성가스 등에 의해서 부식의 우려가 있는 장소에 설치될 기기는 구조, 재질의 선정에 유의한다.
④ 전력배분이 적정하고 교체 및 증설공사 중에도 안정적으로 운전될 수 있도록 한다.
설비투자 최소화 및 유지관리비의 절감화(운영 및 유지관리인력의 최소화, 에너지절감, 자원의 절감 등)를 도모한다.
① 보수점검이 용이토록 하고 점검회수가 최소화되도록 한다.
② 기기의 호환성을 확보한다.
③ 합리적으로 기기를 배치하고 적당한 여유공간을 확보한다.
① 화재, 감전사고 등을 미연에 방지하도록 한다.
② 감전의 우려가 있는 부분에는 감전방지용 보호덮개를 설치한다.
③ 폭발성 또는 인화성 물질이 있는 장소는 폭발에 대비한 시설을 설치하여야 한다.
④ 조작스위치, 램프 등은 오조작이나 착오의 우려가 없도록 배치함과 동시에 조작회로에는 필요에 따라 인터록 회로를 설치한다.
① 증설 용이 및 기술혁신 대비 등을 고려한다.
② 사용년수 경과 후 개조 및 변경이 용이하도록 한다.
① 운전조작이 용이하고 오조작이 발생하지 않도록 한다.
② 조작의 안전성을 확보한다.
③ 운전조작의 연동 및 자동화를 채택한다.
① 지역특성에 따라서 한랭지대책, 염해대책, 방진대책 등을 고려한다.
② 공해(소음, 진동 등)발생이 최소화되도록 한다.
③ 초기 및 연차별 하수 유입계획을 고려한다.
2) 법규의 준수
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전기설비의 설계에서는 관계법령에 저촉되지 않도록 충분히 검토하여야 한다. |
【해설】
하수도시설에 있어서 전기설비의 설치 및 유지관리 업무와 관계가 있는 법령은 다음과 같다.
3) 규격 등의 적용
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전기설비 설계시 기술적인 사항은 관련 국내규격, 규정, 지침을 적용하여야 하며, 해당내용이 불충분 할 경우에는 국제규격이나 지침을 적용할 수 있다. |
【해설】
전기설비 설계시 기술적인 사항은 국내규격, 규정, 지침 등을 적용하되 해당내용이 불충분할 경우에는 국제규격이나 기준을 적용할 수 있다.
관계되는 국내외 규격, 규정, 지침 등은 다음과 같다.
① 전기설비시설기준
② 내선규정 (사단법인 대한전기협회)
③ 배전규정 (사단법인 대한전기협회)
④ 한국산업규격 (KS)
⑤ 한국전기공업협동조합 표준규격 (KEMC)
⑥ 변전설계 (ESB, 한국전력공사)
⑦ 전기공급약관 (한국전력공사)
① ISO (국제표준화기구)
② IEC (국제전기기술위원회)
③ NEMA (미국 전기제작자협회)
④ JEM (일본 전기공업협회규격)
⑤ JIS (일본공업규격)
⑥ NEC (미국전기규격협회)
4) 시공범위
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전기설비의 설계에 있어서는 타 공종과의 시공범위, 상호관계 및 장래 공사와의 시공범위를 명확히 한다. |
【해설】
하수처리장 및 펌프장 설치공사는 토목, 건축, 기계 및 전기·계측제어설비로 구성된 복합플랜트 공종임에 따라 최상의 기능 발휘를 위해서는 각 공종간의 연계성 및 시공구분을 명확히 함은 매우 중요하다. 시공구분이 불명확하면 기자재 등의 누락 또는 중복공급, 취부불능 등으로 공사기간의 연장을 초래하거나 신뢰성 및 유지관리 편의성의 저하를 초래하게 된다.
따라서, 설계의 최적화를 위해 다음 사항을 유의한다.
① 자재공급의 구분 (사급 또는 관급 구분 등)
② 다른 공사와의 관계(전원공급, 통신선로공급 범위 및 통합운영시스템과의 공사범위)
① 전기·계측제어설비간 및 전기·계측제어설비와 기계설비와의 연동 또는 상호 인터록 등
② 토목, 건축, 기계 등 타 공종간의 상관관계
① 금회와 장래공사의 구분
② 장래공사에 대비한 금회 공사의 시공 범위 및 방법
5) 지역적 특성
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전기설비의 설계에 있어서는 해당지역의 적설, 한랭, 해변지역 등의 지리적, 기후적 환경조건 및 관광지, 그 지방 산업지역 등의 사회적 입지조건에 대해서 고려한다. |
【해설】
① 설비의 기능, 용량, 배치 등에 관한 사항
② 프로세스의 제어에 관한 사항
6) 설비계획
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각 전기설비는 처리장 전체계획과 조화되도록 계획하고 연차계획에 의한 단계적인 시설의 증설 및 부하의 증가에 대응할 수 있도록 설계한다. |
【해설】
전기설비의 계획시에는 1)항의 기본사항을 고려하고, 처리시설내 부하수, 용량, 부하의 분포상황 등을 파악하여 설치방식, 용량, 대수 및 기종을 결정하되 설비전체를 일관성 있는 시스템으로 구성하여 배치한다.
또한, 케이블의 포설, 기기의 반입 및 반출 경로를 검토하여 효율적인 시공이 되도록 한다.
설계 입안시에는 연차계획에 따른 단계적인 시설용량 증대시 설비의 증설 및 개조가 용이하도록 계획한다. 처리장 전체가 합리적으로 설치되고 운영 관리가 용이하도록 아래의 사항을 고려하여 시설계획을 한다.
전기설비의 사용년수는 토목, 건축 및 기계설비에 비하여 짧을 뿐만 아니라 기술발전의 속도가 빠른 특성이 있다.
이에 따라 부식 등으로 인하여 해당 기기의 교환 부품 확보가 곤란할 수 있으며 유지보수 비용의 증가 및 설비의 개조로 인하여 경제성확보가 곤란할 수 있다.
전기설비는 처리서설의 운영에 관련된 주기자재이므로 설치공간을 충분히 확보하여 감시제어 및 보수·점검이 용이하도록 한다.
운영관리체계 및 자동화 운전방안은 에너지를 절감하고 유지관리가 용이하도록 계획하고, 정전을 수반하는 점검 작업시에는 시설의 기능저하를 방지하기 위하여 적절하게 정전구분을 할 수 있도록 고려한다.
증설공사시에는 정전 및 감시제어기능이 정지될 수 있으나 유입하수의 처리기능이 장시간 정지되지 않도록 하여야 하며 안전시공이 될 수 있도록 고려한다.
유입하수량은 시간이 경과할수록 증가됨에 따라 처리장이 단계적으로 시공되도록 계획하고 있으나 전기설비는 단계적 증설이 곤란한 부분이 많으므로 이에 대한 고려가 필요하며, 다음 사항에 대하여 충분히 검토하여 견실한 설비계획이 되도록 한다.
1) 수전계획
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수전계획시 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
수요전력을 예측하기 위해서는 연차계획에 따른 부하 리스트를 작성하고, 그 부하설비 용량에 수요율은 곱하여 최대수요전력을 산정한다.
최대수요전력의 발생 시간대가 각 시설별로 상이할 경우에는 부등률을 고려하여야 한다.
단계적으로 증설되는 처리장의 경우는 시설단계별 최대수요전력을 산정하되 최종목표년도의 시설규모를 고려하여 주요설비의 정격 및 용량을 산정하여 경제적이고 합리적인 시설계획이 되도록 하여야 한다.
(2)에 대하여
전기사업법에 의해 운용되고 있는 전기공급약관에 따라 한국전력공사와 협의 후 계약전력을 결정하여야 한다.
한국전력공사의 전기공급약관에는 개별입력을 합계한 전력에 대하여 75kW까지는 100%를 적용하고 그 다음부터는 75kW를 단위로 하여 85%, 75%, 65%를 적용하며, 300kW 초과분은 60%를 적용하여 합계한 것을 계약전력으로 하거나 변압기설비에 의한 계약전력을 한국전력공사에서 전기를 공급받는 1차변압기 표시용량의 합계(1kVA=1kW)로 하고 있다.
(3)에 대하여
수전은 상용·예비 2회선 수전을 원칙으로 하나 한국전력공사의 배전계통에 문제가 있거나 예비회선 수전용 선로공사비가 현저히 높을 경우에는 1회선 수전을 하고 비상발전기를 설치할 수 있다. 이 경우 비상발전기의 용량산정은「제 3장 예비전원설비의 자가발전설비」에 따른다.
(4)에 대하여
변압기 사고에 대비하여 예비변압기를 설치하고 별도의 결선변경 등의 조치 없이 현장 및 원격에서 즉시 예비변압기로 회로를 변경하여 부하설비에 전력을 공급할 수 있도록 하고, 사고 변압기 보수·교체시 물리적인 안전기능이 확보되도록 한다.
2) 수전방식
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수전방식은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
(2)에 대하여
타수용가와 공용되는 일반 기존 배전선로에서 T분기하여 인입하면 고객부담 공사비는 저렴하지만 전기사고 또는 보수 등의 원인으로 인해 정전빈도가 높아지므로 하수처리장과 같이 공익성이 높은 시설은 가능한 정전을 최소화 하여야 하므로 전용선로에 의한 수전이 바람직하다. 그러나 한전의 배전선로계통에서 전용 배전선로의 시설이 곤란한 경우가 많고(특히 도심 및 그 주변과 공업단지 경우) 한전변전소에 전용기기 설치 공간확보가 어려울 경우, 그 이외에도 많은 공사비 소요로 인하여 일반 배전선로로부터 수전하는 경우가 많다. 일반 배전선로는 물론 전용 배전선로의 경우에도 배전선로의 사고, 공사, 보수, 점검 등에 의한 정전이 불가피하므로 가능한 한 인입선(또는 전용선로)은 예비선을 포함한 2회선(예비회선방식) 수전이 바람직하나 2회선 수전이 불가능한 경우 비상발전기를 설치 할 수 있다.
(3)에 대하여
특별고압 수전설비의 주회로 구성은 ‘내선규정의 제705절 특별고압 수전설비’에 기재된 기술적인 사항과 특별고압 수전설비 표준결선도 또는 특별고압 간이수전설비 표준결선도를 참고하여 작성한다.
대용량이거나 전력공급의 신뢰성이 특별히 높아야 할 경우에는 스포트네트워크 수전방식을 고려하거나 한전 변전설계기준을 참조하여 모선배치나 보호설비를 결정한다.
3) 수변전설비 계획
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수변전설비 계획에서는 신뢰성, 안전성, 경제성, 에너지절감, 장래의 증설 등을 고려하여 결정한다. |
【해설】
수변전설비의 계획에서는 아래사항을 고려하여 결정한다.
① 한전으로부터의 전력 인입차단기 및 변압기 2차 주차단기는 인출형을 선정하여 유지보수상의 안전을 확보토록 한다.
② 변압기 2차에서 저압반까지의 저압선로 주 간선은 케이블 외에도 부스덕트 등을 선정하여 신뢰성 확보가 용이하도록 한다.
4) 전기실 계획
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전기실은 다음 각 항을 고려하여 계획한다.
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【해설】
① 대용량 부하설비에 가까운 위치로 계획한다.
② 한국전력공사의 수급지점과 가까우며 수전인입선은 배전선로 확보가 용이하고 인입선로 길이가 짧은 위치에 계획한다.
③ 전기실은 긴급상황시 신속한 대응을 위하여 사무실, 중앙제어실에서 가까운 위치에 계획한다.
염해가 많은 지역의 경우는 환기, 공기조화설비에 있어서 급기구에 염해방지용 필터의 설치를 고려한다.
5) 수변전설비 구성
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수변전설비는 다음 사항을 고려하여 구성한다.
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【해설】
(1)에 대하여
전력인입선로에서 한전과 처리장의 책임분기점에는 보수 및 점검을 위하여 구분개폐기를 설치한다. 부하전류 및 고장전류를 안전하게 차단하기 위한 차단기는 보호계전기의 동작과 연동이 되도록 한다.
개폐기에는 단로기와 부하개폐기가 있으며, 단로기는 부하측 충전전류는 차단할 수 있으나 부하전류 및 고장전류는 차단할 수 없음에 따라 오조작에 의한 사고를 방지하기 위하여 조작회로 구성시 차단기 등 관련기기와의 연동조건을 구성한다.
사고시 흐르는 단락 및 지락전류는 한전의 전원계통용량에 따라 정해지므로 한전과 협의하여 정한다.
또한, 수전선로의 인입부 차단기 또는 퓨우즈 등 고장전류 차단기능을 갖는 기기는 한전 변전소의 차단기와 보호협조가 가능하여야 한다.
(2)에 대하여
수배전반 설비는 안전에 대하여 특별히 고려하여야 함에 따라 보수점검이 용이하고 안전하며 방진·방습성이 양호할 뿐만 아니라 사고발생시 외부로의 파급을 최소화 할 수 있는 폐쇄형 배전반 사용을 표준으로 한다.
아울러, 전원의 신뢰성 확보 및 설치면적의 최소화를 도모할 필요가 있는 경우에는 최근 특별고압계통에서 사용이 확대되고 있는 가스절연개폐장치의 사용을 고려할 수 있다.
(3)에 대하여
변압기를 단일뱅크로 구성하면 계통구성이 간단해지고 경제성 및 설치면적에서 유리한 점이 있다. 하지만 고장 또는 보수점검시 정전범위가 확대될 뿐만 아니라 차단기의 개폐용량 및 단락용량이 크지는 단점이 있다.
여러 뱅크의 변압기로 계통을 구성하면 전력공급 신뢰도가 향상되고 고장 및 보수점검시 대응에 용이한 점이 있음에 따라 경제성을 고려하여 2뱅크 구성을 표준으로 하되 시설규모에 따라서 그 이상의 뱅크로 구성할 수도 있다.
(4)에 대하여
2회선 수전시에는 수전측에 자동부하절환개폐기(automatic load transfer switch)를 설치하며 상용전원 정전시 일정시간 이내에 예비전원으로 절환되어 부하설비가 정전 없이 운전이 가능하도록 하여야 한다.
(5)에 대하여
최근의 하수처리장이 소용량화 되고 있는 추세에 따라 운영관리의 효율성 제고를 위하여 통합운영시스템 도입이 확대되고 있으며 수변전설비의 감시 및 제어 또한 중요한 항목중의 하나로 되어 있다. 이에 따라 단위 처리장별 중앙감시제어설비 또는 지역별·수계별 통합운영센터에서 수변전설비의 아래 사항을 선택적으로 감시제어할 수 있도록 관련 변환기나 통신설비를 설치한다.
(6)에 대하여
수변전설비의 구성방식에 따라 과부하, 단락, 지락, 결상(퓨우즈 사용시) 등의 보호 기능을 갖도록 보호계전기를 설치하며 상위 및 하위 보호계전기와 보호협조가 가능하여야 한다.
보호계전기의 형식에는 아날로그형과 디지털형이 있으며 디지털형을 사용할 경우에는 전자파 및 고주파 등에 의한 장애가 최소화되도록 한다.
(7)에 대하여
피뢰설비의 설계는 건축법, 소방법, 산업안전기준에 관한 규칙, 총포·도검·화약류 등 단속법 시행규칙 및 소방기술기준에 관한 규칙에 따라 각각 정해진 대상물에 피뢰설비를 하여야 한다.
피뢰방식에는 돌침방식, 수평도체방식, 케이지방식, 가공지선방식 등이 있으며 설계조건에 따라 적정한 방식을 선정한다.
낙뢰로 인한 인명피해를 예방하기 위하여 낙뢰검지기라고 하는 것을 설치하여 뇌운이 다가오는 것을 뇌운의 전하량으로 검출하여 경보, 대피 등의 경계음을 발생하여 인명 안전대책으로 활용되는 선행 스트리머방사형 피뢰침방식(ESE lightning conductor)이 있다.
6) 차단기
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고압 및 특별고압차단기는 진공차단기 및 가스차단기를 표준으로 한다. |
【해설】
고압 및 특별고압차단기는 아래의 〈표 6.1.7〉을 참조하여 선정한다.
폐쇄형 배전반에 수납되는 차단기는 진공차단기가 일반적으로 사용되고 있으며, 최근에는 가스차단기도 사용이 확대되고 있는 추세임에 따라 경제성 및 유지관리성을 종합적으로 검토하여 적정 차단기를 선정한다.
7) 변압기의 선정
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변압기는 다음 사항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
변압기 용량[kVA]는 동시에 운전되는 각 부하의 출력[kW]의 합을 변압기 입력용량으로 환산하고 이 값에 10～20%의 여유를 주어 선정하며, 규격품의 경우에는 가장 근접한 상위용량의 변압기를 선정한다.
kW를 kVA로의 환산은 부하의 출력을 합한 kW를 부하의 종합역률로 나누어서 구한다.
변압기의 용량을 구하는 식은 다음과 같다.
(※ 부등률 적용은 2단 강압방식에서 적용하되 전력계통 구성방식에 따라 적정 부등률을 적용하여 변압기 용량이 과대하게 선정되지 않도록 한다.)
수요율은 각 부하설비용량의 총합과 실제 걸리는 부하의 최대값과의 비이므로 각 시설별 적용공법 등에 따른 특수성, 설비별 용량산정 기준, 초기운전방안 및 장래 증설계획 등을 고려해서 결정함으로써 변압기 용량이 과대하게 선정되지 않도록 유의하여야 하며, 참고로 각 설비별 수요율은 아래표와 같다.
(2)에 대하여
최근 변압기의 절연재료 및 제작기술이 현저하게 향상되어 고장율이 현저히 낮아지게 되었다. 이에 따라 3상을 변압하는 경우에는 경제성, 보수성, 에너지 절약 등의 측면에서 단상변압기에 비하여 유리한 3상 변압기를 사용하는 것을 표준으로 한다.
(3)에 대하여
변압기의 절연방식에는 유입식, 건식 및 가스식이 있으며, 냉각방식에는 자냉식과 타냉식이 있음에 따라 전압, 용량, 설치장소, 경제성, 보수성 등을 고려하여 변압기 기종을 결정한다.
에폭시 수지를 절연재로 이용한 몰드변압기는 소형 경량이며 난연성 및 내습성이 우수할 뿐만 아니라 유입식 변압기에 비해 화재의 위험성이 적은 특성이 있으며, SF6가스를 절연 및 냉각매체로 이용한 가스절연 변압기는 불연화가 필요한 장소나 가스절연개폐장치와 조합하여 사용하는 경우에 적합하다.
(4)에 대하여
일반적으로 소규모설비에는 경제적인 ‘1뱅크방식’을 중·대규모설비에서는 신뢰성을 고려하고 증설에 대비하여야 함에 따라 ‘2뱅크방식’을 채용하는 것이 바람직하다. 하수도시설에서 채용되는 변압기뱅크의 구성에 따른 비교는 〈표 6.1.10〉과 같으며 이를 종합적으로 판단하여 경제적인 방식이 되도록 결정한다.
8) 계통보호 및 보안장치
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전력설비에는 다음 각 항을 고려하여 적용된 계통을 보호할 수 있는 장치를 설치한다.
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【해설】
적용된 소내계통의 보호 및 보안장치는 각 기술기준에 정한 바에 따라 설치하되 아래의 사항을 검토하여 선정한다.
(1)에 대하여
전력회사와의 보안상 책임분기점에는 구분개폐기를 설치하며, 보안상의 책임분기점은 인입선로의 특성을 고려하여 전력회사와 협의하여 결정한다.
여기서 보안상 책임분기점이란 일반적으로 재산분기점을 의미한다.
구분개폐기는 소내계통의 전력설비를 보수 및 점검할 때 전력공급계통에서 전로를 구분하기 위한 장치로 고장전류의 개폐는 할 수 없지만 부하전류는 개폐가 가능하여야 한다.
고압교류부하개폐기에는 기중개폐기, 진공개폐기, 가스개폐기 등이 있으며, 계통의 특성에 따라 방향성 보호특성을 구비토록 하기도 한다.
(2)에 대하여
특별고압수전설비의 과전류보호에는 전력회사 송전단의 해당 변압기 이하의 계통과 보호협조가 되어야 한다.
과전류보호에는 순시요소 및 한시요소 등을 조합하여 적정하게 보호협조가 되어야 한다.
지락보호에는 지락과 전류보호계전기를 사용하며, 지락검출은 직접접지계통, 중성점 접지계통 및 비접지계통 등 계통특성을 고려하여 적정한 방법을 선정한다.
수전설비의 보호계전기를 정정(setting)할 때에는 전력회사의 전력공급 변전소 보호계전기와 보호협조가 되도록 하여 소내계통사고가 외부로 파급되지 않도록 한다. 또한 소내의 전력계통에도 보호협조를 실시하여 사고발생시 피해범위가 최소화 되도록 하여 전력공급의 신뢰도를 높여야 한다.
보호협조시에는 각 보호장치별 동작특성그래프를 검토하여 보호협조가 되지 않는 구간이 없도록 하여야 한다. 과전류계전기 또는 지락과전류계전기와 조합되는 변류기(CT)는 해당계통의 최대 사고전류에도 포화되지 않는 특정을 지닌 것으로 선정한다.
(3)에 대하여
변압기 내부의 이상온도 검출에는 온도계전기가 사용되며, 변압기 내부 또는 외부 사고시 권선의 과열로 온도가 이상적으로 상승하게 됨에 따라 회로를 차단하되 필요시 일차적으로 경보를 발하게 할 수도 있다.
대용량 변압기에는 비율차동계전기의 적용도 고려하여 기기보호의 기능을 제고할 수 있다.
(4)에 대하여
각 부하에 전력을 공급하는 소내 배전선로에도 과전류보호계전기 및 지락보호계전장치를 설치하여 전로사고시 경보를 발하거나 선택적으로 회로를 차단토록 한다.
또한 지락보호를 위해 전기설비기술기준 및 산업안전보건법에 따라 누전차단기 또는 지락경보장치를 설치한다.
동력설비에 있어 고압전동기의 경우에는 과전류계전기를 설치하고 필요에 따라 방향성지락과전류계전기를 설치하여 전로의 과전류 및 지락을 검출하여 경보를 발하거나 선택적으로 회로를 차단하도록 한다. 소용량 전동기의 경우에는 과전류계전기로 열동형계전기를 사용할 수 있으나 가능한 전자식계전기(3E 또는 4E relay)를 설치하여 전동기 및 부하의 특성에 따라 계전기의 동작값을 조정할 수 있도록 한다.
단락전류는 배선용차단기가 차단하도록 적정 정격을 선정한다.
(5)에 대하여
대용량의 콘덴서회로에는 각 용량에 적합한 과전류계전기, 전압계전기 및 내부고장검출장치를 설치하고 해당사고를 검출하여 경보를 발하거나 회로를 차단한다. 단 소용량의 콘덴서에는 이와 같은 장치를 생략할 수 있다.
(6)에 대하여
발전설비의 보호장치는 전기설비기술기준 및 한국전력공사의 관련 기술기준이 정하는 바에 따라 설치하고 운전중 감시가 필요한 사항의 설비도 설치한다.
일반적으로 적용하는 발전기의 보호항목은 〈표 6.1.11〉과 같다.
(7)에 대하여
직·교류 변환회로 및 그 외 회로의 전압 이상, 지락 및 과전류발생 등 이상상태가 발생하면 경보 또는 회로를 차단하고 축전지의 이상상태도 감지할 수 있도록 한다.
9) 접지
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전기설비의 접지는 그 목적 및 기준에 따라 적합한 종별과 계통을 선정하여 시공한다.
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【해설】
(1)에 대하여
접지의 목적은 외부로부터의 서지유입 또는 처리장 내부사고 발생시 대지전위의 상승을 제한하여 인명과 설비를 보호하기 위함이다.
접지의 종류는 전기설비기술기준령에 정한 바에 따라 아래의 〈표 6.1.12〉와 같이 제1종, 제2종, 제3종 및 특별제3종으로 구분되며, 목적에 따라 계통접지, 기기접지, 뇌접지, 정전접지, 전자(기기)접지로 구분하고 각 접지대상기기의 해당 접지종은 아래의 〈표 6.1.13〉과 같다.
(2)에 대하여
시설부지의 협소, 부지토양 특성에 따른 기준저항값 확보곤란 또는 접지봉 매설 곤란 및 단독접지에 비해 경제성 확보가 유리한 경우 등의 경우에는 관련 국제규격에 따라 공용으로 접지를 시공할 수 있다. 단, 피뢰기(연관설비 포함) 및 제2종 접지는 가능한 단독으로 접지를 시공하고 공용접지계통과는 충분한 이격거리를 확보하여 낙뢰 및 소내계통사고로 인한 이상전압이 공용접지계통으로 유기되지 않도록 한다.
(3)에 대하여
각 접지선의 단면적은 계통의 사고전류, 시고지속시간 등에 따라 계산하여 산정하여야 하지만 일반적으로 아래의 표와 같이 접지간선 및 접지분기선을 선정할 수 있다.
1) 배전설비
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배전설비는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
배전선로는 원칙적으로 전력케이블을 사용하며, 가교폴리에틸렌절연 비닐시스 케이블(CV)을 사용함으로써 우수한 유전특성에 따른 전력손실저감을 도모하여 에너지를 절약을 할 수 있을 뿐만 아니라 취급 및 보수가 용이한 점등의 장점이 있으므로 원칙적으로 이를 사용한다.
배전선로가 케이블 트레이 형태이면 난연성케이블을 사용하고, 수밀을 요하는 장소에는 수밀형케이블을 사용한다.
(2)에 대하여
기계설비의 사용 전력량 측정 필요부하 또는 원 단위 전력량 산정 필요시에는 해당부하설비에 별도의 전력량계를 설치한다. 또한 처리장 전체의 합리적인 운영자료를 얻어야 할 경우에도 관련 부하설비에 각각 전력량계를 설치할 수 있다.
(3)에 대하여
6.1.2 5)의 (5)항의 계측기능을 갖도록 하되 주파수계 및 역률계는 설치하지 않는다.
(4)에 대하여
고압의 경우는 금속형 폐쇄배전반을 사용하며 상세한 사항은 6.1.2 5)의 (2)항을 참조한다. 저압의 경우에도 폐쇄형배전반 및 콘트롤센터를 사용하며 보수 및 점검이 용이하고 안전할 뿐만 아니라 부식의 우려가 없으며 사고발생시 이의 파급을 최소화 할 수 있는 구조이어야 한다.
(5)에 대하여
㉠ 전동기 출력과 최적 전압의 관계(삼상유도전동기 경우 - 〈표 6.1.19〉
㉡ 차단기용량 : 계통 단락전류를 적게 하기 위하여 높은 전압을 선정한다.
㉢ 케이블의 굵기 : 처리장 구내가 넓은 경우 부하 분산의 정도에 따라 상시 허용전류와 전압강하를 검토하여 배전전압을 선정한다.
㉣ 배전반 : 절연레벨과 기기비용의 관계로부터 전압을 결정한다. 위와 같은 조건 중에서 기기비용, 배전반비용, 케이블공사비용 및 시공성을 종합적으로 비교하여 배전전압을 결정한다.
(6)에 대하여
배전방식은 설비의 신뢰성 및 경제성과 운용방식에 따라 선정하는데 일반적으로 소규모시설은 1회선 배전을, 중·대규모설비는 2회선 배전 또는 루프배전을 선택할 수 있다.
(7)에 대하여
각 전선로의 인입측에는 부하측에서 고장 발생시 그 구간을 확실하고 신속하게 분리하여 타 전선로에 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 차단기를 설치하여 부하차단기와 보호협조가 가능하도록 하여야 한다.
저압 간선로에서는 저압 배선용 차단기를 사용하여 전 용량 차단이 가능하도록 한다.
또한 전기설비기술기준에서 정한 바에 따라 필요한 장소에 누전차단기를 설치한다.
2) 동력설비
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동력설비는 다음 각항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
동력설비에는 전동기 등을 운전제어하기 위한 제어장치와 전력을 공급하기 위한 배선 등이 있다.
(1)에 대하여
차단기는 과부하 및 단락사고시 전원을 차단하여 설비를 보호할 수 있어야 하며, 고압 교류전자접촉기는 부하의 개폐 및 과부하보호를 행하며 전력퓨즈는 단락보호를 행한다. 또한 제어, 계측 및 보호장치 등이 포함되어야 한다.
(2)에 대하여
최근에는 콤팩트형 전동기제어반이 개발·보급됨에 따라 설치면적을 절감할 수 있으나 유지관리 편의성 저하 등의 단점도 발생할 수 있으므로 적정 사이즈의 유니트가 선정될 수 있도록 고려하여야 한다.
(3)에 대하여
농형 유도전동기는 기동시 정격전류의 5～8배의 전류가 흐르며 기동전류가 변압기나 케이블에 흘러서 전압강하가 발생한다.
전압강하가 커지면 상시 여자방식인 전자접촉기나 보조계전기 등이 오동작 할 수 있으므로 정격출력이 수전용 변압기용량(kVA)의 1/10을 초과하는 3상 유도전동기는 감전압 기동방식 등으로 할 필요가 있다.
다음의 〈표 6.1.22〉는 전동기의 각종 기동방식에 대한 비교표이다.
(4)에 대하여
전동기에 공급하는 전압은 전력계통과 전동기 단위용량에 의해 결정되며 경제성, 운영성, 유지보수성 등을 고려하여 결정한다. 전동기용량이 100kW 이상이면 고압으로 100kW 미만이면 저압으로 하는 것이 일반적이나 전원용량, 소내계통의 구성방식 및 전력설비 전체의 시설비 경제성 등을 고려하여 결정하는 것이 좋다.
3) 속도제어설비
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속도제어방식의 선정은 제어의 목적이나 경제성, 유지관리성 및 설치 공간등을 고려하여 제어방식을 선정하도록 한다. |
【해설】
속도제어방식은 운전시간, 회전수 조정범위, 대상 기기의 용량 및 대수, 시설비, 설치공간, 유지관리의 용이성 및 경제성을 종합적으로 검토하여 결정한다.
반도체 소자를 사용하는 인버터 제어방식은 그 특성상 고조파가 발생하여 전원측으로 유입되고 전압파형에 왜형파를 포함하게 함으로써 콘덴서의 과열, 이상소음 발생, 전자형 보호계전기의 오동작 및 통신기기의 유도장해를 일으킬 뿐만 아니라 소 외의 타 수용가에도 영향을 미치게 한다. 이와 같은 고조파장해 방지대책으로서는 리액터 설치를 설치하거나 관련필터를 설치한다.
속도제어방식별 개요와 특징은 아래의 〈표 6.1.24〉와 같다.
권선형 유도전동기 회전수제어에 가장 간단하게 적용할 수 있는 방식으로 다른 방식에 비해 시설비가 저렴하지만 2차 저항에 의한 전력손실발생으로 대용량의 경우에는 부적당하다.
정지셀비우스장치는 부하를 구동하는 권선형 유도전동기와 유도전동기의 슬립에 비례한 2차 출력을 직류로 변환하기 위한 실리콘정류기, 고조파용의 직류리액터, 직류로 변환된 2차 출력을 다시 전원주파수의 교류출력으로서 회수하여 전원에 반환하기 위한 싸이리스터 타여자 인버터 및 변압기로 구성되며, 싸이리스터 인버터의 점호각을 제어하여 직류역전압을 제어함으로써 유도전동기의 속도제한을 한다.
인버터는 상용전원으로부터 교류전동기구동용의 가변전압, 가변주파수의 전원을 만드는 변환장치이기 때문에 VVVF(variable voltage variable frequency)라고도 한다.
범용인버터는 3상 교류전원(상용)을 전파 정류하여 콘덴서에 의해 리플이 적은 직류전압을 만드는 콘버터부와 평활된 일정한 직류전압을 가변전압 가변주파수를 교류전압으로 변환하는 인버터부로 구성되어 있다.
농형유도전동기에 직결되어 있는 드럼과 부하에 직결되어 있는 인덕터와의 회전속도 차에 의해 발생하는 와전류와 자속과의 상호작용을 이용하여 부하의 회전속도를 제어한다.
극수를 변환하여 회전수를 변환한다.
4) 역률개선설비
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역률개선설비는 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
고압 및 저압에 관계없이 전동기의 대수가 비교적 적은 경우는 전동기와 병렬로 콘덴서를 부착하는 편이 경제성 및 유지관리면에서 유리하다. 또한, 전동기 대수가 많은 경우는 모선에 콘덴서군을 부착하여 부하의 증감에 따라서 역률 조정을 할 수 있도록 하는 편이 유리하다(〈그림 6.1.2〉 및 〈그림 6.1.3〉 참조).
일반적으로 비교적 용량이 큰 전동기에 대해서는 직접 콘덴서를 병렬로 설치하고 변압기의 여자분 보상 및 기타 부하에 대한 보상은 고압측 또는 저압측모선에 설치된 콘덴서군이 담당하도록 한다. 콘덴서군의 위치는 고압기기의 유무, 고압전기실의 수, 유지관리성, 경제성 등을 고려하여 결정한다.
소규모시설의 수변전설비 콘덴서군은 저압측에 설치하는 것을 표준으로 한다. 또한, 설비용량이 크고 현장변전소가 있는 경우 등에는 저압측에 설치하면 분산설치로 되어 설비비용이 증대하기 때문에 이러한 경우는 고압측에 설치하는 것이 바람직하다.
(2)에 대하여
모선에 콘덴서군을 부착하는 경우는 콘덴서를 전로에서 분리시킬 때에 잔류전하가 쉽게 방전되지 않기 때문에 이 잔류전하를 신속하게 방전시키기 위해서 방전장치를 설치하여야 하며, 고압은 개폐 후 5초 이내에 50V 이하, 저압은 개폐 3분 후 75V 이하로 방전시키도록 하여 보수점검시의 안전성을 확보할 수 있어야 한다.
단, 콘덴서가 전동기에 병렬로 접속되어 있는 경우에는 전동기 권선을 통해서 잔류전하가 방전하기 때문에 특별히 방전장치를 설치할 필요가 없다.
고압 콘덴서에 있어서는 직렬리액터 설치를 표준으로 한다.
배전선로에 인버터 등의 반도체응용장치가 접속되어 있으면 선로전압은 고조파를 포함하게 되며 이에 콘덴서를 접속하면, 점점 고조파가 확대되어 전압파형의 변형(비뚤어짐)이 커지게 된다. 또 콘덴서회로를 개폐하면 과도전압전류가 발생하며 콘덴서에 나쁜 영향을 주기 때문에 이러한 현상을 방지하기 위해서 콘덴서용량의 약 6%에 상당하는 직렬리액터를 설치하며 설치지점의 제3고조파 전압왜곡이 매우 큰 경우에는 13%의 직렬리액터를 설치한다. 또, 리액터용량이 커지면 콘덴서의 단자전압이 상승하기 때문에 사용전압에 주의할 필요가 있다.
(3)에 대하여
역률의 개선 목표는 특별고압 및 고압수전의 경우 90% 이상으로 유지한다.
콘덴서용량은 소용량부하의 경우에는 전기공급약관에 콘덴서 설치용량의 기준이 제시되고 있으며 저압전동기의 경우 〈표 6.1.25〉와 같다. 또한 기타 부하에 대해서는 다음 용량산출식을 적용할 수 있다.
한편, 유도전동기회로의 자기여자현상(self-excitation phenomenon)주)에 의한 과전압을 방지하기 위해서 콘덴서용량은 유도전동기의 자기여자용량보다 작아야 한다. 일반적으로 부하단에 콘덴서를 설치하는 경우에는 연속운전되는 부하를 대상으로 하는 것이 좋다. 부하가 많고 설비비가 비싸거나 역률을 원하는 값으로 조정할 수 없는 경우에는 고압모선에서 종합역률을 조정한다.
주) 자기여자현상이란 전동기의 무부하 여자용량 이상의 콘덴서를 직결한 경우에 회로개방 후에도 콘덴서의 잔류전하에 의해서 전동기의 단자전압은 영으로 되지 않고 상승하거나, 또 상당한 시간 감소하지 않는 경우가 있다. 이것을 유도전동기의 자기여자현상이라고 한다.
(4)에 대하여
콘덴서용량이 크고 콘덴서용량을 고정한 경우 야간 등의 경부하시에 말단은 진상역률이 되어 수전단 전압이 상승하여 피해가 발생할 우려가 있다. 따라서, 시설규모가 비교적 크고 고압측에 군 콘덴서를 설치하고 있는 경우에는 경제효과, 에너지절감 등을 고려하여 자동역률제어방식을 채용하는 것이 바람직하다.
소규모시설에 있어서는 부하수, 군 콘덴서대수, 용량, 경제효과 등을 고려하여 자동·수동방식이 가능하도록 구성한다.
역률 자동제어방식에서는 무효전력을 검출하여 이에 따라 콘덴서 투입 또는 개방을 하는 제어가 일반적으로 많이 채용된다. 단, 개폐기의 on/off 빈도가 많아져 지나치지 않도록 투입·개방용량을 적절하게 설정하는 것이 필요하다.
(5)에 대하여
역률개선설비에는 전류계, 상태표시등, 고장표시등 및 전로를 안전히 개폐할 수 있는 개폐기, 충전전류 및 고장전류를 안전하게 차단할 수 있는 차단기 등을 설치한다.
5) 조명설비
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【해설】
(1)에 대하여
조명의 광원으로서는 백열등, 형광등, 수은등 및 메탈할라이드등 등이 있으며, 고효율등과 기구를 사용해야 한다. 기계실과 전기실의 조명은 기기의 조작, 점검, 수리 등의 보수작업에 지장이 없는 밝기 및 색조로 한다.
감시실은 계기를 감시하고 조작반을 조작할 때에 조작원에게 피로를 주지 않도록 천장, 벽, 마루의 색상에 조화되는 조명방법과 기구를 선정해야 한다.
기기를 점검하거나 수리할 때에 특히 높은 조도가 필요한 경우에는 전반조명뿐만 아니라 국부조명을 병용할 수 있다.
소요조도에 대해서는 한국산업규격(KS A 3011)의 조도기준에 의해 선정하는 것이 바람직하며, 고주파점등방식의 형광램프(Hf형광등), HID 램프 등 효율이 높은 광원을 사용한 조명기구를 가능한 한 채용한다. 특히, 고효율에너지 기자재 및 조명 절전기 등의 채용도 확대하여 에너지를 절감할 수 있도록 계획한다.
또한 설비감시를 위해 상시 점등하는 것과 유지보수 시에만 일시적으로 사용하는 것을 구분하여 설치하고 지하공동구실, 공동구등 점등상태를 외부에서 확인하기 어려운 장소에는 불필요한 점등을 방지하기 위해 타임스위치를 설치하는 방안을 고려하고, 타임스위치 설치시는 장시간 점등도 가능하도록 by-pass 스위치를 설치하는 것이 바람직하다.
점검통로 등 출입구가 2개 이상인 곳에서는 출입구마다 점멸이 가능하도록 스위치를 설치하고 점멸조작이 잦은 장소에는 점등시간이 긴 고압방전등 사용을 피하는 것이 좋다.
(2)에 대하여
비상용조명은「건축법」등에 규정되어 있지만, 감시실 및 관리실에는 설비의 운전관리상 정전시 운전감시 및 응급조치에 지장 없도록 필요점등시간을 검토하고 비상조명용 전원용량을 산정하여야 한다.
지하층펌프실 등의 입구에는 회중전등 등을 비차하는 방안을 고려한다.
(3)에 대하여
조명기구는 교환이 용이한 위치에 설치하고 배전반이나 배관 등으로 가려지거나 반사에 의해 눈부심이 없도록 해야만 한다. 특히 높은 천정부분에 설치하는 경우에는 유지관리 방안을 충분히 고려하여야 한다.
반내조명기구는 보수시 감전의 위험성이 높으므로 충전부를 차폐하는 것이 바람직하며 콘센트는 다목적으로 사용되기 때문에 적정용량과 설치위치를 고려하여야 한다. 지하실의 콘센트 부착위치는 침수 등의 우려가 없도록 한다.
1) 자가발전설비
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자가발전설비는 다음과 같이 계획한다.
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【해설】
예비전원설비는 건축법에 의한 예비전원, 소방법에 의한 비상전원으로 그 기능을 충분히 발휘할 수 있어야 한다. 또한 한국산업규격(KS), 한국전기공업협동조합규격(KEMC), 또는 이와 동등한 수준 이상의 규격 및 기준 등에 적합하여야 한다.
(1)에 대하여
펌프장 및 처리장 운전은 주로 전력회사로 부터 공급되는 전력으로 운영하고 있지만 정전사고나 작업정전에 의해 정지될 수 있다. 이런 이유로 정전시 펌프장이나 처리장 배수 등 최소한도의 수처리 기능유지를 함과 동시에 조명, 환기, 통신, 방재 등 최소한 보안전력을 확보하기 위해 비상용 발전설비를 설치한다.
단, 소규모시설에서 정전시간 내에 주변환경 및 하수도시설의 기능에 중대한 손상을 줄 가능성이 적은 경우는 자가발전설비를 생략할 수가 있다.
빗물 펌프장 등 연간 가동률이 낮은 시설에서는 기본전력요금의 절감을 위해 발전설비를 설치하여 자가발전전력으로 운전을 하는 경우가 있다. 이 경우, 전력회사와의 계약전력은 보안전력이 대부분을 차지하게 되어 시설운전시에는 발전설비에 의해 전력이 공급되기 때문에 상용 발전설비로 된다.
비상용 발전설비와 상용 발전설비는 전기사업법 등에 의해 규제내용이 다르기 때문에 유의할 필요가 있다.
(2)에 대하여
관내 저류 등에 의한 저류량이 대략 6시간 이상인 경우는 초기단계 시설계획에서는 자가발전기를 설치하지 않을 수 있다.
(3)에 대하여
가스터어빈은 디젤기관에 비하면 연료소비율이 높고 흡배기설비가 대규모이고 본체의 값이 비싸다. 특징으로 가격·연료 면에서는 경쟁력이 뒤떨어지지만, 소형경량·부대설비경량·배기가스의 청정도, 신뢰성, 안정한 운전, 일상보수 면에서는 우수하다.
가스터어빈은 회전운동기관이면서 진동이 적고 설치에는 특별한 기초공사나 방진공사가 필요하지 않으며 운전소음은 고주파가 주체이므로 방음이 용이하다.
또, 냉각방식이 자기공냉식이고 냉각수가 불필요하기 때문에 냉각수의 동결이나 단수 등에 의한 사고발생이 없다. 최근에는 지진재해대책에서 신뢰성이 높은 발전설비로서 가스터어빈의 설치가 증가하는 추세이다.
일축식 가스터어빈은 구조가 간단하고 속도의 변동이 적으며 안정된 양질의 전력을 얻을 수 있으므로 비상용으로서 적합하다.
디젤기관은 연료소비율이 다른 내연기관에 비하여 낮고 내구성이 높다는 등의 이점이 있다. 디젤기관의 선택에는 다음 여러 사항에 주의해야 한다.
또 과급기장치가 부착된 디젤기관은 과급기가 없는 것에 비해서 출력을 대폭 크게 할 수 있다.
가스터어빈과의 비교는 〈표 6.2.26〉과 같다.
(4)에 대하여
자가발전설비 운전시간은 하수도시설의 중요성, 지역조건, 한전에서 공급되는 전력의 신뢰성(배전방식, 정전시간 발생기록 등)에 의해 결정되는 자가발전설비의 운전계속 가능시간(사용시간)을 종합적으로 고려하여 결정한다.
(5)에 대하여
자가발전설비는 위험물에 관한 규제, 소음·진동규제법 등의 규제를 받기 때문에 각 관계법령 등을 기준으로 계획하여야 한다.
특히, 연료사용량이 지정수량 이상인 경우에는 일반 취급소로 규제를 받기 때문에 건물구조, 방재설비 설치에 대해 충분히 검토하고 사전에 소방서 등의 감독관청과 협의한다.
(6)에 대하여
무인 운전되는 중계펌프장 및 소규모처리장의 발전기는 상시전원 정전시 자동운전이 가능하여야 하며 또한 원격지에서도 감시제어가 가능한 시스템을 적용하여야 한다.
주) 1. 2회선 수전(상용 및 예비)일 경우 비상발전기는 일반적으로 설치하지 않는다.
2. 비상발전기의 설치는 2회선 수전이 불가능할 경우 시설의 중요도에 따라 검토되어야 한다.
2) 발전기 형식
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발전기는 3상교류발전기를 표준으로 한다.
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【해설】
발전기는 3상의 동기교류발전기를 표준으로 하며 상세사항은 KEMC 1111, KS C 4002, KS C 0913에 따른다.
(1)에 대하여
3상교류 발전기는 동기발전기와 유도발전기가 있지만 비상용 발전설비는 동기발전기를 표준으로 한다.
상용발전설비내의 전력계통과 병렬로 운전되는 것은 유도발전기가 사용될 수 있다(단, 이 경우 상용전원 정전시 기동할 수 없다).
(2)에 대하여
회전자의 여자권선을 여자하는 방식에는 자여자방식과 타여자방식이 있는데 일반적으로 내연기관 발전기에는 자여자 브러시레스방식을 표준으로 한다.
(3)에 대하여
정격전압은 연결된 수변전계통의 발전전력 공급범위, 발전전력 공급용량, 수전-발전 전환방식 등을 종합적으로 검토하고 결정하여야 한다.
일반적으로는 저압수전을 하고 고압변압기 1대 시설인 경우에는 저압발전기를, 고압변압기가 복수대로 설치된 시설에는 고압발전기를 설치한다.
단, 부하설비가 대부분 220V일 경우에는 발전기 표준전압을 220V로 한다.
3) 발전기 대상부하
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발전기용량은 배수 및 양수능력이 확보될 수 있고 처리기능을 최소한 유지할 수 있음과 동시에 펌프장, 처리장 유지관리나 보안상 필요한 부하를 확보할 수 있는 용량으로 한다. |
【해설】
발전설비는 정전시에 필요한 전력공급을 확보할 목적으로 설치된다. 발전기용량은 수전지역의 전력회사 공급계통의 신뢰도를 조사하여 정전시 운전에 필요로 하는 부하에 따라 결정하며 대상부하는 아래와 같이 선정한다.
정전시 시설의 최소기능을 유지 운전하도록 하며 발전기용량이 과대하지 않도록 한다.
배수 및 양수펌프 용량은 분류식에서는 계획시간 최대오수량으로 하고 합류식에서는 계획시간 최대오수량+계획우수량으로 한다.
수처리시설은 정전시 정상운전이 불가능함에 따라 발전기는 복전시 까지 수처리 기능을 최소한 확보할 수 있는 용량으로 한다.
수처리 기능의 최소한 확보는 처리규모, 처리방식 등의 차이에 의해 획일적으로 정하는 것은 어렵지만 표준활성슬러지법을 기준하면 〈표 6.1.30〉과 같다.
슬러지처리시설은 정전시에 운전하지 않는다. 단, 소각로 등 지장이 있는 시설의 기능유지에 필요한 부하는 포함시킨다.
유지관리에 필요한 조명, 환기, 통신, 소방설비 등 정전시에도 필요로 하는 보안용 전력은 포함시킨다.
자가발전운전시 부하의 인터록은 부하 운용을 제약하기 때문에 원칙적으로 하지 않는다.
그렇지만, 특히 소규모시설의 기기는 대부분 자동운전방식으로 되어 있기 때문에 자가발전운전 중 대상부하 이외의 기기가 자동운전을 하면 자가발전설비의 용량부족이 발생되는 경우도 있다. 따라서, 발전기용량에 적당한 부하 이상의 기기가 자동운전 되지 않도록 인터록 회로구성을 고려하여야 한다.
인터록 부하가 대부분이고 복잡한 회로로 되는 경우에는 일반부하와 자가발전기부하를 미리 회로 분할하는 방법도 검토한다.
4) 발전기 및 원동기 용량
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【해설】
발전기용량 결정은 그 사용목적에서 따라 부하용량뿐만 아니라 그 부하군으로서 기동특성, 기동순서 등을 충분히 검토할 필요가 있다. 보통 발전기용량은 다음의 4가지 조건에 의해 계산한 값 중 최대의 것을 만족하는 용량으로 선정한다.
(1)에 대하여
발전설비 발전기용량은 다음 계산식에 의해 산출한 용량 중에서 가장 큰 용량을 기초로 표준발전기 출력을 선정한다. 단, PG1과 비교해서 PG2, PG3, PG4가 현저히 큰 경우는 기동방식, 고조파전류 저감화 등을 검토한다.
표준 발전기용량(kVA)은 아래와 같다.
20, 37.5, 50, 62.5, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 375, 500, 625, 750, 875, 1000, 1250, 1500, 2000, 2500, 3125
ΣP0의 용량산출은 아래를 참고로 한다.
Pi = 정격출력[kW]
Pi = 정격[kVA]×부하역률(0.9)
Pi = 정격직류전압[V]×직류측의 정격전류[A]
Pi = 정격소비전력 또는 램프전력[kW]
= 형광등 부하용량이 [kVA]로 계산되어 있는 경우는
Pi = [kVA]×0.8
로 한다.
ηL : 부하의 종합효율 0.85
øL : 부하의 종합역률 0.8
α : 종합수용률 0.8
(펌프장등은 0.8～1.0으로 하여 부하의 가동현황에 따라 결정한다)
Sf : 불평형부하에 의한 선전류 증가계수는 다음 식에 의한다.
(저압발전기로 스콧트결선 변압기를 사용하는 경우는 Sf=1로 한다)
삼상 각 상에 단상부하 A, B, C 출력이 있고
A≥ B≥ C 경우
이 식은 ΔP/ΣP0≤0.3의 경우에 적용할 수 있다.
단상조명부하 용량은 아래에 의한다.
보안용 조명설비용량은 정전 중에도 보안업무가 필요한 시설, 건물을 대상으로 전등설비용량의 30% 정도로 한다. 단, 자가발전기에 전용의 조명회로를 계획한 경우는 별도 고려한다.
삼상 각 상에 단상부하 A, B 및 C 출력값(kW)이 있고, A≥B≥C 경우
허용역상전류로 필요로 하는 용량 PG4는 상기 식(6.4.5)에 의하여 계산한다(단, 고조파 억제장치를 고려한 경우는 제외).
실용식은 아래와 같다.
(2)에 대하여
원동기출력은 아래의 식에 따라 산정한 용량(PE1)과 최대용량의 전동기를 최후에 기동하기 위하여 필요로 하는 용량(PE2)을 비교해서 큰 값 이상으로 용량을 정한다.
원동기출력 PE1
PE2가 PE1보다 현저히 클 경우에는 해당 전동기의 기동방식을 재검토한다.
또한 엔진 기종에 따라 순간부하투입시 해당 특성이 다른 경우도 있으므로 이를 고려하여야 하며, 원동기 설치고도에 따라 출력저하가 발생하므로 이에 대해 보정을 하여야 한다.
차단기 등의 제어전원 및 계측·감시제어설비용 전원의 종류에는 상용전원, 직류전원, 교류무정전전원이 있다. 일반적으로 각종 제어전원으로는 상용전원이 사용된다. 하지만 정전시 상시 감시 및 조작이 필요한 경우에는 전원전압의 영향을 받지 않는 전원설비를 설치하여야 한다.
부하설비의 중요도 및 특성을 종합적으로 검토하여 상용전원 이외에 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 직류전원장치 및 교류무정전전원장치를 설치한다.
1) 직류전원장치
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직류전원장치는 다음의 각 항을 고려하여 결정한다.
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【해설】
직류전원장치는 축전지, 충전장치, 분전함 등으로 구성되므로 아래의 사항을 검토하여 반영한다.
(1)에 대하여
차단기 등의 제어, 보호계전기·표시등 전원, 비상조명용 전원 등으로 직류전원장치를 설치한다. 하지만 저압수전이나 기타 특수한 경우에는 이를 제한적으로 설치하지 않을 수 있다.
직류전원장치에 사용되는 축전지는 그 용도에 따라 여러 가지가 있으며 설치방식으로는 거치용 축전지를 사용한다. 거치용 축전지에는 연축전지와 알칼리전지가 있다. 일반적으로 가격은 연축전지가 알칼리전지에 비해 저렴하나 수명은 알칼리전지가 연축전지보다 더 길므로 그 용도, 설치장소, 설치대수, 사용년수, 유지관리성, 경제성, 신뢰성 등을 종합적으로 검토하여 선정한다. 각 축전지 형식별로 단시간 방전특성이 우수한 기종이 있는 반면 장시간 방전특성이 우수한 기종이 있음에 따라 부하의 특성에 적합하도록 형식을 선정한다.
수처리시설의 특성, 유지관리성, 경제성 및 최근사용실적을 감안하여 가능한 무보수 밀폐형 연축전지를 표준으로 사용한다.
(2)에 대하여
부동충전이라 함은 축전지를 충전용 기기와 병렬로 접속하여 축전지의 자기방전을 보충하는 정도의 소전류로 충전하여 항상 충전상태를 유지하고 평상시의 작은 부하는 충전용 기기로부터 공급하고 일시적인 큰 부하는 축전지로부터 공급하는 것이다. 이 장치의 충전은 축전지 단자전압이 떨어질 때 자동으로 충전을 행한다. 부동충전 방식은 축전지, 충전기 모두 용량이 적어져서 경제적이다.
충전장치에서는 고조파를 발생하는 경우가 있으므로 적정한 고조파 방지대책을 수립하여야 한다.
(3)에 대하여
충전기에는 필요시 부하단자전압이 일정범위 내에 들어가도록 부하보상장치를 설치하고, 정전시 비상등이 점등되어 장시간이 경과한 경우 축전지 전압이 저하하여 그 밖의 제어대상 기기가 정상적으로 동작되지 않을 경우에 대비하여 비상등 회로에 과방전 보호장치를 설치하는 것을 고려해야 한다.
(4)에 대하여
직류전원장치에는 전압계, 전류계, 상태표시등, 고장표시등, 간선 및 기타 회로에 개폐용의 배선용차단기 등의 필요장치를 설치한다.
2) 무정전전원장치
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교류무정전전원장치는 아래의 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
교류무정전전원장치(UPS)는 정류기와 축전지로 구성되는 직류전원장치부와 인버터 및 절환회로로 구성된다. 이 장치는 만일 교류입력전력이 정전되면 축전지의 직류전원이 교류변환장치로 공급되고 직류를 교류로 변환하여 부하에 무정전으로 전력을 공급하게 되며, 인버터부의 점검 및 보수시에는 바이패스회로로 절체하여 부하에 교류전원을 연속적으로 공급한다.
여기서 UPS를 CVCF라고도 부르며 아래와 같은 축약어이다.
일반적으로 UPS의 부하는 아래와 같다.
무정전전원장치의 상세사양은 한국전기공업협동조합규격 KEMC 1114(교류 무정전 전원장치) 등의 규정에 따르며 중요사양은 아래와 같다.
최근 소규모처리장·펌프장에서 시스템상 지장이 없는 경우 범용미니UPS를 사용하는 경우가 많아지고 있다. 이는 일반 산업용UPS에 비해 신뢰성은 떨어지나 경제적인 측면에서는 유리하므로 보수성, 기대수명이 짧음에 따른 교환시기 등을 종합적으로 고려하여 채용한다.
(1)에 대하여
인버터 상시운전방식은 아래와 같이 운전된다.
(2)에 대하여
인버터의 용량은 아래와 같이 3가지 방식으로 계산할 수 있으나 원칙적으로는 정상부하로 결정한다.
정상부하로 결정되는 용량에 비해 허용전압으로 결정되는 용량 또는 과전류가 되지 않기 위하여 필요로 하는 용량이 더 큰 경우가 발생할 수 있는데 이 경우는 아래의 사항을 면밀히 검토 후 용량을 결정하여야 한다.
각 방식별 계산식은 아래와 같다.
3) 축전지 및 충전기의 용량 산출
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【해설】
(1)에 대하여
축전지의 용량을 구하기 위해서는 축전지에서 공급하는 부하의 종류별 용량, 최대정전시간 예측, 축전지의 사용방법, 온도 및 경년변화에 따른 용량의 변동, 축전지 배선케이블의 전압강하, 자가발전설비의 유무, 유지관리체계 등을 종합적으로 검토한다.
일반적인 축전지용량 계산식은 아래와 같다.
첨자 1, 2, 3, …, n : 방전전류 변화 순서에 번호를 붙인 T, K, I 로 아래 그림의 부하특성 예에 의한다.
이 일반식을 적용하는 경우, 상기의 우측 그림과 같이 시간경과와 함께 방전전류가 감소하는 부하특성은 전류가 감소하는 직전까지의 부하특성에 의해 구분하고 필요한 축전지용량을 구한다. 이렇게 구한 축전지용량 중 최대치가 전체 부하에 필요한 정격방전율 환산용량이다. 예를 들면, 〈그림 6.1.6〉에서와 같은 부하특성의 경우는 A점 및 B점에서 전류가 감소하고 있다. 따라서, A점 및 B점까지 필요한 정격방전율 환산용량 CA, CB중 큰 값의 용량이 전체 부하에 필요한 정격방전율 환산용량이 된다.
(2)에 대하여
상시부하전류로는 직류전원부하, 무정전 전원장치 등을 말한다.
무정전 전원장치 전용의 상시인버터 운전방식인 경우 충전기 출력전류는 다음 식에 의한다.
충전기 충전전류는 표준용량 바로 위의 값으로 한다.
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하수 처리장에는 화재와 뇌해 등에 의한 방재 설비를 갖추어야 한다.
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【해설】
(1)에 대하여
소방법에 의해 처리장내의 건축물에 설치하게 되어 있다. 이 설비는 감지→통보→소화의 기능으로 되어 있으며 인명과 재산을 보호하는데 그 목적이 있다.
(2)에 대하여
피난구 유도등과 통로 유도등 및 비상조명으로 구분되며 화재시 신속하게 대피할 수 있도록 유도하는데 그 목적이 있다. 직선거리로 20m 떨어진 위치에서 시력 1.0～1.2 범위의 눈으로 문자나 색채가 쉽게 식별될 수 있어야 한다.
(3)에 대하여
피뢰설비는 보호하고자 하는 대상물에 근접하는 뇌격을 확실하게 흡입해서 안전하게 대지로 방류함으로써 건축물과 인명을 보호하는데 있다. 건축기준법에 의하여 지반면상 20 m 이상의 건축물 또는 공작물에는 피뢰설비를 하도록 규정되어 있다. 그러나 하수처리장 시설의 특성 및 위치 등으로 인해 뇌해 위험도가 높은 경우에는 20m 이하의 경우에도 피뢰 설비를 설치하여야 하며 피뢰설비의 시설에 대한 상세 사항은 6.1.2 5)항, KSC 9609 및 KSC IEC 61024에 따른다.
하수도의 계측제어설비는 시설의 처리공정을 포함하는 처리시설 전반의 합리적 관리운영을 위하여 중요한 것으로 계측 장치나 감시제어장치, 정보처리장치 등이 갖는 우수한 기능을 활용하기 위하여 계측제어설비가 갖는 각종 기능, 특성을 충분히 인식하고, 시설 목적에 맞게 안전하고 합리적이고 안정된 운용을 도모할 수 있도록 계측화를 검토한다.
또, 동시에 설비의 규모, 시설의 특성, 유지관리체제나 운영자의 기술 수준, 장래 확장 계획, 기술 혁신의 동향, 설비의 표준적 내구 연수와 보수, 개조, 투자 효과 등을 충분히 검토하여 설치할 필요가 있다.
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계측제어설비의 계획에 있어서는 다음 각항에 대하여 고려한다.
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【해설】
계측제어의 정의는「측정장치, 제어장치 등을 장비하는 것」이며 계측, 감시와 제어 및 정보처리를 위한 장치 및 기술을 총칭하는 용어이다.
계측제어라는 것은 〈그림 6.2.1〉에 표시한 것 같이 운영자가 시설의 상태를 표시 장치 및 계측 장치에 의하여 물리적으로 양을 파악하고, 판단한 다음 운영자가 직접 또는 제어 장치 및 조정 장치를 통하여 그 상태를 변화시키든가 일정하게 유지시키기 위하여 조작하기 위한 장치 및 기술을 말한다.
이전의 시설에 있어서의 계측제어설비는 공업 계기를 주체로 한 개별 시설의 계측, 감시 및 단순한 제어(개별감시제어)였다. 그 이후 전자기술의 비약적인 발전에 의하여 감시제어를 위한 계측, 제어기기류를 감시조작실 등에 집중시킨 중앙감시제어방식이 보급되었다. 또한 마이크로프로세서(microprocessor)의 개발보급에 의하여 시퀀스 제어기(sequence controller)나 마이크로 제어기(micro controller)에 의한 현장 직접 제어방식이 도입되어 정보처리장치의 기능 향상과 더불어 중앙감시 분산제어방식도 일반화되어 가고 있다.
(1)에 대하여
계측제어의 목적은 처리의 안정화, 조작의 확실성, 처리 효율의 향상, 작업 환경의 개선, 인건비 감소의 추진 등을 통하여 합리적인 관리와 원활한 운전 및 자원, 에너지의 절감을 도모하는 것이다.
(2)에 대하여
시설에 계측제어설비 도입을 계획할 경우에는 계측장치, 감시제어장치 및 정보처리장치간의 조화를 도모함과 동시에 각각의 특징을 파악하여 시스템으로서 그 효과가 발휘될 수 있도록 하여야 하며, 운전개시 초기대책도 고려한 후 대상이 되는 시설 및 그 규모 처리과정, 환경 조건, 관리체제, 작업내용 등을 충분히 파악하여 각각의 특징, 특성 및 문제점을 명확히 하고, 처리시설 전체의 조화를 도모하지 않으면 안 된다. 계측설비는 다른 설비와 비교하여 설치 환경이나 각종 조건 등에 의하여 기능적 사용 한계에 도달하기 쉽고, 또 기술혁신에 의한 상대적 노화도 빠르므로, 수선, 개조에 대하여 고려할 필요가 있다.
계측제어의 기본 사항은 다음과 같다.
각종 시설에 따라 다양한 계측제어방식이 사용되고 있는데 계측제어설비의 계획은 선행투자나 과다한 계측설비가 되지 않도록 유지관리에도 유의하여 그 목적에 맞는 범위와 정도로 한다.
하수도시설은 일반적인 시설과 달리 유동적인 유입조건, 하수 및 슬러지 형태, 열악한 환경 조건 등 많은 특수성이 있으므로 계측제어설비는 이러한 사항에 적합한 계측기기 및 계측방식을 검토하여 필요한 신뢰도를 얻을 수 있는 설비가 되도록 계획한다.
계측장치, 감시제어장치 및 정보처리장치는 처리 프로세서에 따라 반드시 높은 정밀도를 요구하지는 않으나 열악한 환경 조건에서 사용될 경우, 빠른 응답성을 요구할 경우 등 정밀도 및 제어시스템 선정 방법에 따라 안정성 등을 결정하고 환경 조건에 따라 설치가 불가능 할 경우도 있으므로 기기의 선정 및 계측제어방식 등에 관하여 충분히 검토하여야 한다.
또한 신호방식의 통일, 낙뢰·전자유도장해 대책으로 적절한 접지 등을 통하여 안정성을 도모하는 것이 필요하며, 하수처리시설은 공공성이 높으므로 일부분 고장이 발생한 경우에도 안정성을 확보하기 위하여 필요에 따라서 백업(back up), 이중화 등을 도입하여 안전대책, 기능 유지적 측면을 배려하여야 한다.
시설 목표연도 내에 단계별 시공이나 변경에 따라 계측제어설비도 순차증설 및 변경되므로 이 경우에도 시설에 지장을 초래하지 않도록 고려하여 계획한다. 특히 운전 개시 단계와 전체 계획 단계 처리량에 큰 차이가 있는 경우에는 충분히 검토한 다음 그 대책을 강구할 필요가 있다.
인간의 기능을 대행할 수 있는 작업, 위험이 따르는 작업, 열악한 환경 조건하에서의 작업 및 인간의 능력을 초월하는 다량, 신속, 적정 및 정확한 처리를 요하는 작업 등을 계측설비를 도입하기 위해서는 보전관리방법, 유지관리체제 및 기술수준 등을 고려후, 종합적인 견지에서 계측기능과 작업성과의 균형을 고려하는 것이 바람직하다. 그러나 과대한 계측제어설비는 운영자에게 필요 이상의 심리적 부담 및 기술적인 부담을 줄뿐만 아니라 투자효과도 저하되므로 유의하여야 한다.
각 처리 시설의 계측제어 자동화 시스템은 토목, 건축, 수질, 기계, 전기 등 각 기술 분야가 충분히 융합된 종합 기술로서 계획할 필요가 있다.
1) 계측항목
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■ 계측항목 결정 계측항목은 측정항목 일람표(기본 플로우도)를 참조하고 결정한다. 기본 플로우도 내의 채용순위 표시기호
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【해설】
(1) 처리방법, 시설의 규모 및 운전관리, 유지관리의 체제 등을 고려하여 측정항목을 결정한다.
· 펌프정 수위 일정제어, DO일정제어, 반송슬러지제어 등 루프제어를 할 항목을 선정한다.
· 수위와 밸브개도 등 운전에 필요한 감시항목을 선정한다.
· 오수량, 방류량, 전력량 등의 양 관리, DO, pH, MLSS, COD 등의 수질관리에 필요한 항목을 선정한다.
(2) 기본 플로우도 내의「중앙감시실」로 기재한 표시 계기류는 반드시 설치하는 것을 나타낸 것은 아니고 측정항목을 표현할 때에는 유의할 것.
(3) 기본 플로우도 내의 적용 계측장치란에서 [ ]로 표현하고 있는 장치는 하수처리시설에서 채용빈도가 적은 것을 참고하여 표시하였다.
2) 계측장치 선정
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계측장치는 설비별 기본 플로우도내 적용 계측장치를 참조하여 선정한다. |
【해설】
[ ]로 표현하고 있는 장치는 처리장 등에서는 채용빈도가 적은 것을 나타낸다.
잡음장해대책으로서는 그 발생원을 규명하고 발생원측에서 대책을 수립하면 장해를 받는 계기전부에 대한 대책을 세울 필요가 없어지기 때문에 바람직하다.
예를 들면, 릴레이 코일이나 접점에 병렬로 바리스타, 다이오드와 저항(직류전원의 경우) 또는 콘덴서와 저항(교류전원의 경우)을 넣어 서지전압을 억제한다.
전기기기의 잡음은 전원선을 통하여 들어오는 것이 많기 때문에 LC필터를 삽입하는 것이 바람직하다.
옥외에 설치하는 계측제어(발신기 등)의 신호선 및 전원선에는 유도뢰 방지장치(피뢰기)를 설치하는 것을 원칙으로 한다.
측정항목일람표
3) 측정방식
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계측장치의 측정방식 선정은 계측장치 일람표(계측장치 측정방식)를 참조한다. |
【해설】
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【해설】
유량계의 설치에서 오차를 최소한으로 줄이기 위하여 각각의 유량계에 가장 알맞은 위치선정, 설치형식 및 설치방법을 고려할 필요가 있다. 또한, 각 유량계에 최소한의 필요한 직관부의 길이를 표시하면 아래와 같이 된다.
특히, 질적 계측기에 있어서 과도한 계측제어화는 가능한 최소화하여야 한다. 대표 값으로 좋은 것은 전부 또는 일부(계통·계통별 등)로 구분한다.
4) 계측눈금
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계기눈금의 선정 전기적 또는 기계적 물리량 등의 측정치를 외부에 표시하는 경우 그 표시 눈금은 아래를 참고로 한다. |
【해설】
계측장치일람표
1) 일반사항
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【해설】
참고로 감시제어의 개략적인 시스템을 표시한다.
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【해설】
감시제어시스템의 설치목적을 명확히 하고 대상시설의 규모 및 특성(유량, 수질 등)의 적합성에 대한 세밀한 사전조사와 타 공정에 대한 연계성과 시스템의 운용관리측면에 관한 사항을 충분히 검토 반영한다.
하수도시설은 시설의 확장성, 유동성 및 개량 보수 등의 요소가 크므로 이에 대비하여 감시제어시스템의 확장 및 변경이 용이하도록 설계되어야 하며 H/W 및 S/W도 호환성이 확보되도록 상·하위 네트워크를 원할히 지원하는 국제표준규격을 준용하는 개방형구조를 가져야 한다.
감시기능의 향상을 위하여 시설전반을 감시하는 동시에 부분적, 지역적으로 설비 및 시설의 세부관리가 가능하여야 한다. 또, 조작기능의 향상을 위해서는 없이 용이한 조작이 가능하여야 하며 하수의 효율적 관리를 위해 중앙감시제어실에서 중계펌프장 및 수처리시설, 탈수시설 등을 종합적으로 감시제어가 가능하여야 한다.
가) 하수종말처리장의 많은 시설물을 운영관리하는데 소요되는 인력의 효율적, 경제적 관리방안의 하나로서 본 감시제어시스템의 도입을 통해 가능한 무인자동화운전이 이루어질 수 있도록 계획, 설계하며 이에 필요한 제반 기술적 사항을 검토 반영하여야 하고, 고정관리자 및 이동관리자를 지원할 수 있는 유·무선 실시간 감시 제어기술의 적용을 검토하여야 한다.
나) 자동화·무인화 운전을 위하여 시스템 구성의 단순화 및 운전개소를 최소화하여야 한다.
다) 각 공정별 설비를 package화하여 자동운전이 되도록 구성한다.
시스템 설계시 가급적 최신기술이 도입된 설비를 선정할 수 있도록 하여야 하며 운영 및 유지보수가 용이한 H/W 및 S/W를 검토 반영하여야 한다.
시스템은 운영 및 관리자에게 편리성 및 이용성을 제고시키고 주변환경과 조화된 환경친화적 개념의 도입과 법적 규제에 대한 대응 그리고 공해방지 및 예방차원의 설계개념이 시스템 설계시 반영되어야 한다.
2) 감시제어설비
처리장의 규모, 유지관리체제, 장래 대응 등을 고려하여 최적한 시스템을 선정하여야 한다. |
【해설】
다음에 참고로 비계층형의 시스템 그림을 나타낸다.
대규모처리장, 소각설비 등이 설치된 시설에 채용한다.
다음에 참고로서 계층형 시스템의 예를 표시한다.
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【해설】
감시제어 시스템의 기능분류
유지관리에 필요한 플랜트 전체의 기기정보(운전, 정지, 고장 등), 계측정보(유량, 수위 등)의 실시간 이력관리 및 감시를 한다.
감시방법은 그래픽반, CCTV, POS 감시 등이 있다.
POS의 표시화면은 표시항목이 한정되기 때문에 계통별, 블록별, 기능별로 분류하여 표시한다.
〈참고〉 POS화면의 일반적인 종류와 기능은 다음과 같다.
그래픽 표시 : 시설 플로우도, 단선결선도, 설비의 운전, 고장, 이상상태 및 관련하는 프로세스 값의 표시
경보 표시 : 설비의 이상, 고장의 내용을 발생시각과 동시에 표시하는 화면
계측값 표시 : 시설의 처리 상황을 파악하기 위해 관련된 프로세스 값을 한 화면에 여러 항목을 동시에 표시한다.
트랜드 표시 : 각종 프로세스 값의 시간별 변화를 꺾은 그래프로 표시한다.
트랜드 표시에는 최신 데이터를 표시하는 real time 모드와 보존 데이터를 표시하는 historical 모드 2개의 모드가 있다.
그룹화면 표시 : 이상, 고장 발생시에 그 공정에 관계되는 모든 데이터를 동일화면에 표시한다.
Point화면 표시 : 각 계측제어항목의 제어정수(설정치) 및 계측치, 각종 정보를 표시한다.
Guide message : 조작방법의 설명, 이상, 고장발생시의 대처방법을 설명 표시한다.
장표 표시화면 : 일보, 월보 데이터를 인자서식과 동일형식으로 표시하여 수정도 할 수 있다.
POS에 의해 조작대상 기기의 수동조작, 자동제어, 제어모드의 변경, 각종 설정치의 변경 등을 한다.
또, POS 조작은 조작대상 기기의 운전순서의 설정변경, 루프설정 등 해당화면을 선택하여 그 화면을 보며 조작할 수 있다.
시설의 유지관리에 필요한 프로세스량, 전력량, 플랜트 기기의 운전기록, 이상기록, 고장기록 등을 수행하며, 일보 월보 등의 저장 및 출력이 가능하여야 하며, 비상관리 및 이동관리자 지원용 messaging 등을 수행한다.
기록의 방법에는 기록계, 적산계, 프린터, 하드카피 등이 있고 가공처리방법에는 mail, UMS, web service 등이 있다.
프로세스 제어기능 분담의 예를 다음 그림에 표시한다.
KT선 사용, 동축케이블 사용, 광파이버 케이블 사용
버스형 LAN … 버스라고 불리는 1본의 전송로에 각 노드가 접속된다. 전송로는 공유되어 있고 각 노드는 필요할 때마다 필요한 상수노드와 데이터 신호를 주고 받는다.
링형 LAN … 환상에 접속된 전송로에 각 노드가 임의의 간격으로 접속되는 구성. 신호는 원을 따라 한 방향으로 흐르면서 개별 노드를 모두 거친다.
스타형 LAN … 중앙의 노드로부터 스타상의 전송로에 각 노드가 고정 접속되는 구성. 송신노드가 전송한 신호는 허브를 통해 네트워크의 모든 노드에 보내진다.
망 토폴로지(네트워크의 형상)의 분류에 따른 비교는 다음과 같다.
CSMA/CD방식(carrier sense multiple access with collision detection)
… 버스형 네트워크의 액세스 방식에 각 노드가 데이터를 송신하기 전에 다른 노드로부터의 데이터가 전송로 상에 없는가를 캐리어의 유무에 의해 체크하여 캐리어가 없는 경우에 데이터를 송신하는 방식
Token passing방식
… 링형 네트워크의 액세스방식에 토큰(송신권)신호가 링형의 전송로를 순회할 때 송신데이터를 가진 노드는 다른 어떤 노드에도 사용되고 있지 않은 프리 상태를 표시하는 토큰을 잡는 것에 의해 송신권을 획득한다.
TDMA방식(time division multiple access)
… 링형 네트워크의 액세스방식에 전송로를 시분할 다중기술에 의해서 복수의 채널에 분할(시분할)하여 노드에 할당하는 방식
○ 각종 액세스방식 비교
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【해설】
검토항목
참고 예로 아래의 방식이 있다.
중앙감시실에서 제어항목, 설정항목, 데이터 관리항목 등에 관해서 검토를 한다. 항목에 있어서 감시제어의 형태, 제어기능의 분담범위에 의한 검토, 각 설비 및 처리상황의 파악을 정확하고 효율적으로 하기 위하여 필요한 것을 선정한다.
처리장의 동별 전기실 배치계획에 의해 전송장치, 전원설비, 제어장치의 기능분산, 설치분산화에 대한 검토를 한다.
감시제어 시스템은 하수처리시설을 안정적, 효율적으로 운전하는데 필요하므로 시스템 가동률을 높게 하여 이상발생시에도 안정한 운전을 계속할 수 있어야 한다. 또한, 대체수단이 필요한 시스템이 요구된다.
상세한 것은「(4) 시스템 구성의 고신뢰성」에 의한다.
하수처리시설은 시설의 확장성, 유동성 및 유지보수 등의 변동요소가 많으므로 이에 대비하여 감시제어설비도 확장 및 변경이 용이하도록 H/W와 S/W의 구조는 개방형으로 검토하여 설계에 반영하여야 한다.
전체계획 안에서 경제성을 고려하여 초기에 어느 정도의 기능을 필요로 하지만 증설시 가동시설의 영향, 타 시설과의 부합에 관해서 충분히 검토한다.
시·군 단위별로 산재해 있는 소규모 및 단위처리장의 통합운영을 위하여 감시제어항목의 선정, network구성방식, 주변 하수처리장의 자동화관련 사항을 정확히 파악하여 중앙통합관리처리장에서 통합관리가 가능하도록 설계시 반영하여야 한다.
중·소규모처리시설의 감시제어설비는 유지관리가 편리하고 확장이 용이하며 무인 자동화가 가능한 경제적인 시스템으로 한다.
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【해설】
시설 일부에 고장이 발생하더라도 전체시설에 작동불능상태를 초래하지 않는 시스템의 검토, surge, EMI, 전자 및 정전유도 등 각종 에러발생 요소로부터 보존될 수 있도록 설계시부터 검토하여 반영한다.
데이터 수집부터 입출력제어, 그래픽표시, POS조작, 장표 작성까지 모든 기능을 가진다. 구성은 간단하지만 많은 종류의 자료를 동시에 처리하지 않으면 안되므로 처리효율이 저하되기 쉽고 이상시는 모든 기능이 정지한다.
즉, 각종기능(CRT조작, 그래픽 표시, 장표작성 등)별로 컨트롤러를 분산 설치한다. 이상시는 상호기능으로 백업이 가능하다.
그래픽판넬 감시는 시설의 전반적인 운전상황 감시를 주체로 한다.
CRT 감시는 각 시설에 대하여 상세한 운전상황이나 제어상태의 이상·고장시의 대응처리와 운전재개시의 안내표시를 주체로 한다. 또, 조작모드의 변경, 설비의 운전·정지, 설비의 운전순서설정, 제어 값의 설정 등 기능을 갖는다.
멀티 컨트롤러, 원루프 컨트롤러에 의한다. 제어루프가 적은 시설에서는 원루프 컨트롤러의 분산채용을 검토한다.
시퀀스 컨트롤러, 릴레이반에 의한다. 시퀀스 컨트롤러는 연동제어, 입출력기능을 분담하여 릴레이반의 기능에 있어서 기측 단독회로, 기기 보호회로, 접점증폭 등의 기능을 가진다.
처리시설마다(수변전, 자가발전기, 수처리, 슬러지처리 등) 분산설치 하면 신뢰성은 높게 되지만 경제성이 떨어지기 때문에 고장에 의한 영향범위를 최소한으로 하는 분산설치로 한다. 시설의 규모, 배치 등에 의한 검토를 한다.
증설시 기 설치된 자동제어기기와 연관되는 경우에 정지가 필요하므로 기 설치된 기기는 현장조작반에 의한 수동운전을 할 수 있도록 구성하여 처리능력을 최소한으로 유지할 수 있도록 고려한다.
중앙감시제어설비의 주컴퓨터, data way, 현장제어반(RTU)의 CPU, system 및 기기의 전원부 등 중요부분의 이중화 구성을 고려한다(중앙감시제어설비의 주컴퓨터 이중화는 dual system 방식으로 검토한다).
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【해설】
기기의 점검시 이상을 발견하였을 때 해당기기의 정지나 기동을 한다. 또한, 기기를 수리하였을 때 해당기기의 상태확인을 위해 시운전이나 동작시험을 한다.
현장의 상황을 파악하고 나서 조작할 필요가 있는 경우 또는 안전확보상 기측 조작이 적정한 경우에 조작할 수 있도록 한다.
주로 전기실에서 조작을 의미하며 중앙조작이 생략되는 시설, 중앙조작의 백업시설로서 중앙조작과 같은 기능을 갖게 한다.
연동, 자동운전을 주로 하며 주요 기기의 조작은 중앙에서 조작할 수 있도록 한다.
조작장소가 2개소 이상 있는 경우 기측조작을 우선으로 하고 선택 절체스위치는 기측(현장) 조작반에 마련하여 운전개소를 선택하도록 한다.
가. 1단계 조작방식은 기측 조작반에서 운전조작 하는 경우 또는 중앙감시실의 운전조작 항목이 적은 경우에 적용한다. 또한, 설비의 비상정지, 긴급차단 등을 하는 경우도 1단계 조작방식을 채용한다. 비상정지, 긴급차단은 기기의 정지조건 확립에 관계없이 정지, 차단되기 때문에 스위치는 오조작 방지대책을 수립한다.
나. 다단계 조작방식은 중앙감시실의 운전조작 항목이 비교적 많은 경우에 채용하며 일반적으로는 2단계 조작방식을 채용하도록 한다.
가. 연동운전은 해당 기기의 제어만으로는 설비 그 자체의 기능이 충분히 발휘되지 않고 관련 기기와의 연계가 요구되는 경우에 해당 기기에 대응한 연동운전의 기능을 갖게 한다.
나. 단독운전은 기기에 있어서 최소한 구비해야 할 운전제어 기능이다.
가. 자동운전은 계측기기, 컨트롤러, 타이머 등의 신호를 받아 기기가 자동으로 운전하는 것을 말한다.
나. 수동운전은 인위적으로 기기의 개폐조작 하는 것을 말한다.
가. 교대운전은 자동운전하는 기기의 운전빈도를 평준화한다.
나. 우선 운전은 동일용도의 기기를 2대 이상 설치하여 2대 동시에 기동할때 문제가 있는 경우 선택에 의한 우선운전을 시행한다.
3) 원격감시제어장치
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【해설】
도입계획에 있어서는 경제성, 유지관리성, 신뢰성 등을 고려하는 것 외에 아래의 사항에 유의한다.
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【해설】
①에 대하여
원격감시제어장치를 계획하는 경우 전송항목의 결정이 중요한 작업이 된다.
전송항목이 많으면 그것으로부터 각부의 상황이 판단되는 것이지만 장치의 가격이 비싸게 되기 때문에 피제어소의 규모, 중요도 등에 따라 충분한 항목을 선정하여 적절한 운전이 될 수 있도록 할 필요가 있다.
원격감시제어항목에는 다음의 종류가 있다.
다음에 펌프장의 원격감시제어 항목의 예를 표시한다.
②에 대하여
결합방식은 1:1, (1:1)×N, 1:N, N:N 등이 있고 신뢰성, 경제성, 보수성, 확장성 등을 고려하여 선정한다.
다음에 (1:1)×N, 1:N, N:N 결합방식의 비교를 나타낸다.
③ 전송속도는 감시제어에 필요한 전송속도로 선정한다.
2,400BPS, 4,800BPS, 9,600BPS, 56KBPS, 128KBPS, 256KBPS, 512KBPS, 1.544MBPS, 2.048MBPS 등을 필요에 따라 선정한다.
자료전송은 실시간 전송을 목표로 하며 자료전송을 일원화하도록 한다.
④ 전송로의 종류에 있어서
전송로는 유선식으로 하며 아래를 표준으로 한다.
무선식에 있어서는 RF 무선통신 또는 CDMA 등으로 할 수 있다.
⑤ 외부와 인터페이스
원격감시제어장치와 외부와의 인터페이스는 다음과 같이 분류된다.
4) 통합관리시스템
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【해설】
처리장의 통합관리는 인원관리, data관리, 운영관리를 중앙통합관리 처리장으로 집중화하여 관리의 전문화, 과학화를 통한 처리장의 운영개선에 그 목적이 있다.
①에 대하여
②에 대하여
시·군 단위의 모든 처리장을 통합관리하기 위한 처리장의 선정은 다음 사항을 검토하여 선정한다.
③에 대하여
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【해설】
①에 대하여
②에 대하여
③에 대하여
④에 대하여
⑤에 대하여
⑥에 대하여
중앙통합관리 처리장은 단위처리장으로부터 전송 받은 자료를 필요에 따라 실시간 및 주기적으로 인터넷을 이용하여 자료 공개를 하여 외부 관련자들에게 자료 검색이 가능하도록 web server 구축을 검토하여야 한다.
※ 단위처리장에서 인터넷을 이용하여 통합할 경우 중앙통합관리 처리장과 같은 설비의 구성 및 기능을 가져야 한다.
⑦에 대하여
전용회선 또는 공중망 이용시 해커의 침입으로 내부자료 손상 등 시스템운영에 막대한 지장을 초래할 수 있으므로 시스템을 완벽하게 방호할 수 있는 다단계 보안 및 방화벽 체계를 검토하여야 하며, 또한 아래사항은 포함하여야 한다.
- 프로토콜 교환시 난수화
- 인증절차의 암호키
- 신뢰성이 입증된 방화벽
⑧에 대하여
5) 비상통보장치
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【해설】
비상통보장치는 음성통보로 하기 위해서 수신자를 한정하여 확실히 연락할 수 있도록 한다. 또한, 다수의 직원이 수신하는 등의 경우는 별도 기록장치를 설치하는 것이 바람직하다.
문자의 경우는 관리자가 통보대상자 데이터베이스(DB)에 기록된 fax 또는 phone, PDA 등으로 전송할 수 있도록 하고, 메시지 변경이 용이하여야 한다.
6) 중앙감시반
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【해설】
※ 단, 중·소규모처리시설의 중앙감시반은 지역주민에게 시각적인 교육 및 홍보효과를 줄 수 있으므로 시·군 단위별 1개소만 설치하는 것을 원칙으로 하고 나머지 처리시설에는 특별한 경우가 아니면 설치하지 않는다.
그러나, 장래분의 감시항목에 대한 수용이 원활하지 못하므로 중앙통합관리처리장에서의 중앙감시반은 확장 및 변경이 용이하며 현장의 모든 계측기의 지시값과 설비의 상태를 표시할 수 있는 projector 감시반 설치를 검토할 수 있다.
감시반의 특성은 아래와 같다.
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【해설】
7) CCTV 장치
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【해설】
① 처리장, 펌프장에서 시설의 운전상태 파악과 감시업무 보완을 목적으로 도입한다.
② 침사 및 탈수케익의 상황감시, 소각시설의 연소상황 감시, 기타 위험장소의 출입금지상황의 감시 및 무인 펌프장 등에 설치를 검토한다.
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【해설】
CCTV를 통한 화상감시는 야간에도 선명하게 감시가 가능하여야 하며 우천시 또는 외부환경의 변화에도 원활하게 감시할 수 있도록 시스템을 구축하여야 한다.
설치장소에 따른 표준사항은 다음표를 참조한다.
20인치 칼라모니터를 표준으로 한다.
(중앙감시반으로 projector가 설치될 경우 모니터 및 projector에서도 영상감시가 가능하도록 구성한다.)
1대의 모니터로 복수대의 카메라 영상을 분활 및 바꿔서 감시하는 경우에 사용한다.
조명기구는 할로겐 램프를 표준으로 한다.
1) 일반사항
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【해설】
여기서 기술하고 있는 계측제어는 표준활성슬러지법을 중심으로 하고 있다. 단, 소규모처리장의 산화구법 및 회분법 등 프로세스에 적용할 수 있는 것은 준용한다.
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【해설】
①에 대하여
각 처리시설의 계측제어목적은 안전하고 안정적인 운전을 전제로 다음 점을 고려한다.
②에 대하여
처리시설은 계획의 목표년차 내에서 단계적 시공 및 시설의 변경이 있는 것으로 이 경우에 지장을 초래하지 않도록 고려하여 계획한다. 특히, 초기시는 유입하수량, 슬러지발생량이 적기 때문에 이에 대한 계측제어의 방식, 계측범위, 기기 및 장치 선정에 유의한다. 또한, 각 처리시설의 규모, 프로세스 특성, 운전상의 요구를 기초하여 제어시스템의 기능, 보수성, 확장성, 기타 처리시설과 관련 등에 대하여 검토한다.
③에 대하여
계측제어를 적절히 계획함으로서 각 시설의 효율적인 운용, 처리성능의 개선, 에너지절감, 작업성 향상 등의 효과를 기대할 수 있다. 따라서 기본설계에 있어서는 설치지역의 사정을 감안하여 유지관리체제 등의 관리운용에 관계되는 계측제어의 기능분담 및 위치를 명확히 한다.
④에 대하여
계측제어의 신뢰성 및 안전성은 처리장, 펌프장 등 각 시설의 특성에 의한 내 환경, 내 노이즈, 확장성, 오조작방지 등에 대하여 검토를 한다. 또한, 기기의 고장시 안전장치나 백업 등에 대하여 충분히 배려한 계획으로 한다.
⑤에 대하여
처리시설 운전에 있어서 주요한 외란 요인은 지역특성에 의한 유입하수량, 유입수질의 변동 등이다. 계측제어 시스템은 그것들의 특성과 처리시설, 플랜트의 특성 등을 부합시켜 최적한 운전이 될 수 있도록 계획한다.
⑥에 대하여
계측제어에 의해 안전한 처리시설 운전을 확보하기 위해서는 처리시설, 기계설비 등의 특성, 기능 등을 조사하여 최적의 설계를 한다.
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【해설】
①에 대하여
제어장치의 시퀀스 컨트롤러 및 원루프 컨트롤러는 1개 장치의 다운이 다른 루프에 미치는 영향을 피하기 위해 단위 루프마다 구축하는 것을 원칙으로 한다.
그러나, 시퀀스 컨트롤러는 복수의 루프제어와 공통으로 되므로 처리시설마다 위험요소를 최소화 할 수 있도록 하여야 한다.
②에 대하여
시퀀스제어는 시퀀스 컨트롤러를 적용하는 것을 원칙으로 하지만 시퀀스 컨트롤러가 다운될 경우에 최소한의 운전레벨을 확보하기 위하여 일부 하드 릴레이를 적용한다.
또한, 계측제어의 종류는 원루프 컨트롤러 등을 사용한 디지털 계측 및 지시조절계 등을 사용한 아날로그 계측으로 구분되지만 어느 것을 적용하는가는 대상으로 하는 프로세스의 성질, 제어내용 또는 처리장규모를 감안하여 결정할 필요가 있다.
디지털 계측과 아날로그 계측의 비교
또, 원루프 컨트롤러 또는 지시조절계를 사용하는 외에 제어루프가 집중적으로 많은 경우에 경제성, 효율성 및 유지관리성을 고려한 경우 멀티루프형 컨트롤러(마이크로 컨트롤러 등)를 적용하는 쪽이 유리하여질 수 있기 때문에 비교 검토가 바람직하다.
2) 각 시설의 계측제어방식
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각 시설의 제어방식은 각 설비계측제어방식 일람표에 의한다. |
【해설】
각 설비의 계측제어방식 일람표
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소규모 시설의 전기설비 계획 및 설계에 있어서는, 시설규모, 처리방식, 유지관리체제를 고려함과 동시에 건설비, 유지관리비 등을 고려하여 유지관리가 용이하고 경제적인 것으로 한다. |
【해설】
전기설비의 계획 및 설계는 6.1.1에 의하는데 소규모 시설의 계획 및 설계에 있어서는 시설규모, 처리방식 및 유지관리체제를 고려함과 동시에 건설비, 유지관리비도 고려하여 경제적인 설비로 한다.
특히, 감시·제어 계측 및 기록에 관한 설비는 복잡하게 될 우려가 있으므로 최소한의 설비로 한다. 또, 소규모 시설의 유지관리는 소수 인원 또는 순회에 의하여 실행되는 일이 많고 전문 기술자가 관리에 참여하는 일도 적으므로 전기설비는 유지관리가 용이한 설비로 한다.
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수전계획, 수전설비 등은 6.1.2 및 6.1.5에 따르며 이외에 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
계약 전력이 100kW 미만의 경우는 변압기 등의 수전설비가 필요치 않고 저가 및 소형화되므로 저압으로 수전한다. 단, 저압 수전인 경우 2회선 수전이 불가하므로 예비전원을 확보하기 위하여 비상 발전기를 설치하도록 한다.
전력 계통도의 예를 〈그림 6.3.1〉에 표시하였다.
(2)에 대하여
소규모 시설의 경우 부하의 수도 적고 설비용량도 적으나 시설이 공공시설임을 고려하여 주 변압기 댓수는 2대(1대 예비)를 원칙으로 한다. 단, 수처리 계열수가 많고 설비용량이 커지는 경우에는 주 변압기를 여러대 설치하는 것을 검토한다.
(3)에 대하여
사용하는 전압의 종류를 가능한 한 적게 하기 위하여 동력 설비의 전압은 1종류로 하는 것이 바람직하다.
동력설비의 전압은 국내 표준으로 하며 3φ은 380V, 단상은 220V를 채용한다.
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자가발전설비는 6.1.4에 의하는 이외에 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
자가발전설비는 정전시간에 주변환경 및 처리장 기능에 중대한 손상을 줄 것으로 예측되는 경우에 설치하며, 정전시간의 결정은 과거 그 지역의 정전시간을 참고로 결정한다.
일반적으로 전력 회사로 부터 2회선(1회선 예비) 수전인 경우는 비상발전기 설비가 불필요한 경우가 많고, 1회선 수전인 경우는 대체적으로 비상발전기 설비가 필요하다.
(2)에 대하여
자가발전설비 용량은 양수 능력을 확보할 수 있고, 수처리가 최소한도로 유지되며, 또한 처리장내의 유지관리상 및 보안상 필요한 최소 부하가 확보될 수 있는 용량으로 한다.
양수용의 부하는 시간 최대오수량을 추정하는 것으로 하고 수처리용의 부하는 처리 방식, 정전 계통 시간 등을 고려하여 결정하는데 그 부하는 최소한으로 한다.
단, 처리방식, 정전 지속 시간 등에 따라 수처리의 부하를 추정하지 않아도 좋은 경우가 있으므로 충분한 검토가 필요하다. 또, 소규모 시설의 발전설비 용량은 작으므로 주펌프 등 용량이 큰 부하가 동시 작동하지 않는 대책(기동 전류의 제어) 및 자가 발전 대상 부하 이외의 설비가 자동 운전하지 않는 대책(제어의 인터록 등)이 필요한 경우도 있다.
(3)에 대하여
소규모 설비의 발전설비 용량은 작으므로 범용의 탑재형 발전기를 표준으로 하며, 냉각 방식의 간소화를 도모하기 위하여 라지에타 등에 의한 냉각 방법을 검토한다. 범용 탑재형 발전기는 발전기, 원동기, 발전설비 및 기동용 축전지를 한 곳에 탑재한 것으로 축전 전압은 저압인 것을 말하며, 구조 등은 제조자에 의하여 표준화되어 있다.
(4)에 대하여
자가발전설비는 무인운전이 가능하도록 자동 기동 및 자동 정지를 기본으로 한다(정전 확인→자가발전설비 기동→회로 절체→정상 운전→복전 확인→회로 절체→자가발전설비 정지).
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계측제어 전원설비는 6.1.5 이외에 다음 항을 고려하여 정한다. 계측제어 전원설비의 대상 부하는 필요 최소한으로 한다. |
【해설】
일반적인 계측제어전원은 ① 수변전용 기기의 제어용 전원, ② 계측·제어 표시용 전원, ③비상용 조명 전원이다. 계측제어 전원의 대상 부하를 필요 최소한으로 하기 위하여 다음 사항에 대하여 검토한다.
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계측장치는 6.2.3에 의하는 이외에 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
처리 현황을 자세하게 파악하기 위한 계측 항목의 증가는 설비비 및 보수 점검비의 증가를 초래한다. 따라서 계측 항목의 선정시는 처리방식, 운전방식, 유지관리체제 등을 고려하여 필요 최소한의 것으로 한다. 계측 항목의 예를 〈표 6.3.1〉에 표시한다.
(2)에 대하여
처리장의 처리 기능의 점검, 기기의 운전에 필요한 계측치는 일반적으로 정도 및 신뢰성이 높은 것이 필요하다. 따라서 계측장치 결정은 정도, 신뢰성 및 유지 관리성을 고려하여 선정한다. 단, 항목에 따라서는 정도를 좋게 계측하지 않아도 처리가 가능하고 유지에 지장을 초래하지 않는 경우도 있으므로 측정치의 사용목적에 따른 계측 방법을 검토한다.
(3)에 대하여
처리장내에 있어서의 계측은 오수중의 협잡물, 파동, 기포 및 습기, 부식성 등에 의한 측정 장해가 발생하기 쉬우므로 계측장치의 선정에 있어서는 측정 원리 등을 충분히 파악하여 측정 장해 등에 대응할 수 있는 기기를 선정함과 동시에 관리성이 좋은 기기를 선정한다.
(4)에 대하여
적산 및 기록하는 항목은 최소한으로 한다.
처리 수량 감시에 필요한 방류 유량은 적산 및 기록한다.
기록계는 사용 목적에 따라 선정하며, 특히 필요한 경우는 자동 기록 장치도 검토한다. 또, 설비의 점검 시간 등을 알기 위한 운전 시간계는 설치하는 것이 바람직하다.
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감시제어설비는 6.2.4에 의하는 이외에 다음 각 항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
처리 규모 및 유지 관리 체제를 고려하여 수작업, 수동 운전 및 자동 운전하는 설비를 구분하는데 펌프장 수처리시설은 자동 운전, 오수 처리시설은 자동 운전 또는 수동 조작에 의한 연동 운전을 원칙으로 한다.
단, 스크린 협잡물 방출, 슬러지 케잌의 방출 등 수작업에 있어서 대체할 수 있는 것은 제외한다. 또, 필요한 설비는 정전 발생후 복전시에 자동적으로 재운전 할 수 있도록 고려한다.
(2)에 대하여
자동 운전에 있어서의 운전 방법은 수위 및 타이머에 의하여 실행하는 것을 기본으로 한다. 유량, 농도 등에 의한 제어는 복잡한 것이 되므로 가급적 피하는 것이 바람직하다.
단, 회전수 제어를 도입함으로 효과가 큰 경우에는 설치를 검토한다.
평일과 공휴일 등의 유입 부하의 변동이 큰 경우에는 타이머 등에 의하여 운전 조건을 가변할 수 있도록 하는 것이 바람직하다 또, 타이머 등의 설정 변수는 용이하게 할 수 있도록 고려한다.
각 설비의 제어 방법의 예를 〈표 6.3.2〉에 표시한다.
(3)에 대하여
처리장내 감시조작설비는 처리규모, 처리방식, 유지관리체제 등에 의하여 다르나 가급적 간소화하여 경제적인 것을 선정한다.
예컨대, 소규모 시설에서 부하의 수는 비교적 적고 관리동과 현장기기와의 거리도 가까우므로 현장 조작반의 수를 적게 하고, 기기의 수동 운전은 감시 설비를 포함한 감시 조작반 등으로 하는 것을 검토한다.
또, 현장 조작반을 설치하는 경우는 스위치 박스 정도의 간소한 것을 검토한다.
(4)에 대하여
소규모 시설에 있어서의 관리 체제는 차츰 순회나 평일의 주간에만 상주하는 경우가 증가되고 있다. 그러나 이러한 경우 각종 기기고장 등으로 비상사태가 발생될 수 있으며 방치하였을 경우 주변 환경이나 처리장 기능에 중대한 손상을 줄 수 있으므로 장외에 통보하는 시스템을 고려한다.
통보시스템은 경제적이고 필요 최소한의 것으로 한다. 간단한 통보 방법의 예로서 〈그림 6.3.2〉와 같은 시스템도 있다. 또, 지역 주민의 협력을 얻을 수 있는 경우는 이상 사태를 경보 등으로 통보하여 지역 주민이 공공 기관에 연락하는 방법도 검토한다(맨홀 형식의 펌프장 등).
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【해설】
(1)에 대하여
하수도시설은 하수를 모은 후 처리함으로써 그 지역주민의 생활환경을 향상시킴과 아울러 공공수역의 수질을 보존하는 데에 의의가 있다.
법적으로는 방류수 수질기준에 따라 하수처리장 유출수의 수질을 유지하여야 하며 방류수가 배출되는 공공수역의 수질이 환경기준에 맞도록 하기 위한 목표하에 하수처리장 유출수의 수질을 분석·검사한다. 하수도법상 하수처리장 방류수 수질기준은 제1장 기본계획의【참고 1-3】에 제시한 것과 같이 특정지역기준과 기타지역기준으로 구분하고 있다. 기타지역기준은 생화학적 산소요구량(BOD) 20mg/l 이하, 부유물질(SS) 20mg/l 이하, 총질소(T-N) 60mg/l 이하, 총인(T-P) 8mg/l 이하가 되도록 규정하고 있고 특정지역기준은 BOD 10mg/l 이하, SS 10mg/l 이하, T-N 20mg/l 이하, T-P 2mg/l 이하로 규정하고 있으며 환경기준상 공공수역 수질기준은 수역구분마다 다르게 규정하고 있다. 또한 특정지역기준을 적용받는 지역외의 지역은 기타지역기준을 적용하되, 이 지역에 대해서도 2008년 1월 1일부터는 특정지역기준을 적용한다.
(2)에 대하여
하수도법 시행령 제12조에 의하면 하수종말처리장에 의하여 처리되는 방류수의 수질검사는 매일 1회 이상 실시하도록 규정되어 있으며 방류수의 수질이 현저하게 악화되었다고 인정될 때에는 앞의 규정에 불구하고 수시로 수질검사를 실시하도록 규정하고 있다. 규정에 의해 수질검사를 할 때에는 환경부령이 정하는 방류수의 수질검사서에 의하여 검사한 방류수를 채취한 일시, 장소, 일기, 기온 및 당해 방류수의 온도와 검사 결과를 기록하고 이를 5년간 보관하여야 한다.
방류수 수질기준에 해당하는 항목으로는 BOD, COD, SS, T-N, T-P가 있다. 그러나 이외에도 슬러지의 적절한 처리 및 처분, 처리장의 원활한 유지관리를 위해서는 수시로 또는 주기적으로 실험을 실시하여야 하는데 이를 정리하면 다음의 〈표 7.1.1〉과 같다.
한편, 〈표 7.1.2〉에는 처리장의 유지관리 및 방류수의 수질 측정을 위해 실시하는 수질 및 슬러지의 측정 지점 및 측정 항목의 예가 나타나 있다.
(3)에 대하여
일반적으로 하수처리장에서 실시하는 수질분석시험항목과 수질오염공정시험방법에 의한 주요 분석기기의 내용은 〈표 7.1.3〉과 같으며, 이외에 유지관리를 위해 실시하는 실험 항목 및 분석기기는 〈표 7.1.4〉와 같다.
시험항목 중 비교적 시험이 간단하고, 고도의 기술을 요하지 않는 온도, 수온, 색도, 냄새, pH, DO, BOD, SS(VSS), 알칼리도 등을 일반시험이라 하고, 시험 빈도는 많지 않으나 비교적 고도의 분석능력이나 기기를 필요로 하는 총인, 총질소, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 세제, 중금속 등 유해물질에 대한 시험을 정밀시험으로 분류하기도 한다.
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시험실은 처리장내의 각 시설로부터 채취한 시료를 운반하기에 편리하고 처리장 유지관리상 편리한 곳에 배치한다. |
【해설】
수질 및 슬러지 분석시험결과를 각 단위공정의 운전과 유지관리에 반영하기 쉬운 위치에 시험실을 두는 것이 바람직하며 악취발생의 우려가 있으므로 사람이 많이 다니는 곳은 피하는 것이 좋다.
또 하수처리장내의 모든 단위시설로부터 시료를 운반할 때 통행로가 하수나 슬러지에 의하여 더러워질 수도 있으므로 외래인의 통행로를 피하여 시료를 직접 시험실로 반입할 수 있도록 계획하는 것이 좋다. 시험실은 1층이나 2층에 두는 것이 좋으며 부득이 3층 이상에 두어야 할 때에는 승강기를 설치하는 것이 바람직하다.
종래에는 직사광선에 의한 시약의 변질, 정밀기기, 현미경 등의 보관을 이유로 시험실 위치를 북쪽이나 서쪽에 두는 경향이 있었지만 최근에는 차광시설이 우수하고 기기도 개선되었기 때문에 햇빛의 위치를 고려할 필요는 없다.
시험실 바닥이나 출입구는 운반차를 밀고 다닐 수 있도록 평탄하여야 하며 턱이 있어서는 안 된다.
시험실 위치로서 1층이 바람직한 이유는 운반이 편리하고, 그 밑에 지하실이 없을 때 바닥방수를 안 해도 되며, 자동채수장치를 설치했을 때 펌프의 양정이 적어지는 이점 등을 들 수 있다.
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시험실은 시험항목, 빈도 등을 고려하여 시험에 지장이 없는 면적을 갖도록 하며 〈표 7.2.1〉을 표준으로 한다. 
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【해설】
시험실 면적은 처리장 규모, 처리방법, 입지조건 외에도 조사 및 연구의 수행여부에 따라 달라진다. 일반적으로 한 시험종사원이 사용하는 바닥면적은 25～30㎡ 정도가 적당하며, 특수장치나 기구를 배치하고 작업을 원활히 할 수 있는 면적을 따로 갖추는 것이 바람직하다.
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시험실의 구성요소를 계획할 때에는 다음 사항에 유의한다.
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【해설】
(1)에 대하여
일반적으로 하수처리장에서의 시험업무는 크게 물리화학시험, 생물시험 및 세균시험 등이 있다. 따라서 시험실의 기본구성은 물리화학시험실, 생물시험실 및 세균시험실로 되지만 이들 시험에 따른 보조작업을 하기 위해 특수한 목적을 갖는 각종 별실이 필요하다.
하수 및 슬러지에 관계된 전분석항목의 분석과 병행하여 연구업무까지 수행하는 경우에는 시험실을 구성할 때 위와 같은 별실을 두는 것을 표준으로 한다.
처리장에서는 일상적인 수질관리에 필요한 일반시험과 정밀시험을 실시하여야 하지만 정밀시험은 외부에 위탁하거나 다른 대규모처리장의 시험실을 공동사용함으로써 사용빈도가 낮은 고가의 정밀장비를 효율적으로 운영하고 유지관리할 수 있도록 고려하여야 한다. 이와 같은 경우의 시험실은 직접 수행하는 시험에 필요한 최소한의 별실만을 구성하는 것이 좋다. 일반시험만 하는 경우에는 물리화학시험실, 천칭실 및 창고를 두고, 정밀시험까지 하는 경우에는 이외에 세균시험실(혐기성 생물시험실)을 두는 것을 표준으로 하며 상황에 따라 다음과 같은 별실을 추가할 수 있다.
시험의 결과를 정리하고 보고서를 작성하는 등의 작업을 하기 위해 필요하다. 자료실과 도서실도 함께 두는 것이 좋다. 그러나 일반사무실이 근처에 있을 때는 따로 설치할 필요는 없다.
pH, DO, COD, SS, 증발잔유물, 질소, 인, 시안, 페놀, 불소, 노말핵산추출물질 등의 분석시험과 같은 물리화학시험을 하는 곳이며 수질 및 슬러지 시험의 대부분을 이곳에서 시행한다.
원자흡광광도계, 가스크로마토그래피 등의 정밀기기를 설치하여 중금속, PCB 등의 함유량을 측정하기 위한 곳이다.
생물의 사육과 배양, 현미경시험 등을 하기 위한 곳이다. 경우에 따라서는 세균시험실과 병행하여 사용할 수 있다.
시험용 기구의 세척과 멸균, 배지의 조제 등을 하기위한 곳이다.
세균의 배양작업을 하기 위한 곳이며 자외선 살균장치 등을 설치하는 것이 좋다.
저울을 설치하는 곳이며 저울의 특성상 바람, 먼지, 진동 등을 피하기 위하여 별도의 공간으로 분리하는 것이 좋다.
예비품, 약품, 채수용구, 우의, 고무장화, 평상시에 사용하지 않는 시험기구 등을 두는 곳이다.
사진을 현상하고 섬광발색시험 등의 용도에 이용하지만 사진현상을 외부에 맡기는 경우에는 필요없다.
주로 BOD시험의 배양병 등을 넣어두어 인큐베이터의 대용으로 사용하거나 특별한 시험을 위해 일정한 온도를 유지시켜야 하는 경우에 이용하는 곳이다.
시료의 보존과 특수한 약품을 저장하는 곳이다. 냉장고로만 충분한 경우에는 없어도 된다.
원자흡광분석 등에 필요한 질소, 아르곤, 아세틸렌, 수소, 헬륨 등의 가스용기를 비치하는 곳이다.
연구업무를 위해 실내시험과 특수한 항목의 시험을 하는 경우에 사용되는 곳이다.
보통 ①에 열거한 별실은 중앙시험실 주변에, ②에 열거한 별실은 시험실 특성에 따라, 그리고 ③에 열거한 별실은 중앙시험실에서 떨어진 곳에 설치한다.
(2)에 대하여
중앙시험실의 사용빈도가 가장 높으며 여기서 전처리된 시료를 별실로 옮기는 경우가 많으므로 중앙시험실과 각 별실을 직접 연결하는 것이 바람직하다. 처리장 내 시험실에서 정밀시험까지 실시하는 경우 각 별실의 배치 예는 〈그림 7.2.1〉과 같다.
한편, 시험 종사원의 원활한 시험동작을 위하여 필요한 설비의 치수는 〈그림 7.2.2〉와 같다. 〈그림 7.2.3〉은 시험실 평면도의 예이다.
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시험실 형태는 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
시험실에서는 증기가 발생하는 경우가 많고 유해가스나 악취가 발생하기 쉬워 환기에 충분할 정도의 창문을 설치하고 필요한 장소에는 문, 환풍기 등을 설치해야 한다. 물리화학시험실의 환기는 악취, 부식 등의 문제 때문에 개별환기를 하는 것이 좋다. 또한 정밀한 작업이 많은 경우에는 채광 및 조명에 충분한 배려를 하고 실내는 적당한 온도를 유지하도록 한다.
(2)에 대하여
시험실에서는 물과 약품을 사용하므로 바닥은 내수 및 내식성인 재질로 만들어져야 한다. 특히 방수가 필요한 경우에는 아스팔트방수 등으로 바닥을 시공한 후에 비닐을 까는 것이 좋다. 타일은 깨지기 쉽고 먼지가 앉기 쉬우며 유리로 만든 시험기구가 떨어져 깨지기 쉬우므로 가급적 피하는 것이 좋다.
(3)에 대하여
시험실에서는 화기를 많이 사용하고 또한 증기가 발생하기 쉬워 천정은 될 수 있는 한 높게 하고 재질은 내화, 내습성 및 온도의 변화에 쉽게 영향을 받지 않는 것으로 한다.
(4)에 대하여
시험실에는 기기대, 전기로, 건조기, 냉장고 등과 같이 벽면을 이용하여 배치하는 설비가 많으므로 어느 정도 벽면을 확보한다.
(5)에 대하여
시험대를 비롯한 부피가 큰 실험장치를 실내의 출입구를 통해 운반하기 위해 문은 양쪽으로 개폐되는 것이 좋고 운반통로도 확보해야 한다.
정밀시험까지 실시하는 시험실에서 고정적으로 비치해야 할 주요설비는 대체로 〈표 7.3.1〉과 같다.
일반시험만을 실시하는 시험실에서 필요로 하는 주요기기는 〈표 7.3.2〉와 같으며 정밀시험까지 실시하는 시험실에서 필요로 하는 주요기기는 〈표 7.3.3〉과 같다.
시험실에서 사용하는 기기의 종류와 수는 많지만 여기서는 설계할 때 꼭 고려되어야 할 것만을 표시하였고 소모성 기기는 제외하였으므로 실제로 수질시험실을 설계할 때에는 좀 더 여유를 주는 것이 좋다.
한편 중앙시험실과 각 별실별 관련설비 및 기기는 대체로 〈표 7.3.4〉에 나타낸 바와 같다.
하수처리장의 운영상태 및 오수처리효율은 철저한 감독 및 유지에 의하여 크게 좌우되기 때문에 하수처리장내의 건물은 일반적으로 근무자의 활동을 충분히 고려하여 설계한다. 하수처리장의 건물에 투자되는 비용은 전체투자비에 비하여 적은 비율이지만 건물은 견고하고 수명이 길어야 하며 기기에 접근이 용이하고, 각종 사고와 위험에 대하여 안전하고 적당한 환기, 조명, 급수 및 위생시설도 갖추어야 한다.
관리건물은 다층으로 설계되기도 하는데 이러한 경우 1층을 주활동공간으로 이용하고 지하실은 배관 및 창고로 이용하면 된다.
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하수처리장에서는 배관 및 운영자의 통행에 편리하도록 건물이나 처리시설 사이에 운영회랑을 설치하는 것을 고려한다. |
【해설】
특히 대규모 하수처리장에서는 건물과 하수처리시설 사이에 터널로 된 운영회랑을 설치하여 관랑 및 운영자의 통행로로 이용하면 하수처리장의 건설비용은 증가하나 배관에 편리하고 운영자의 근무능률을 향상시켜 처리장의 운영효율을 크게 증대시킬 수 있다. 그러나 소규모 하수처리장에서는 비용관계 때문에 운영회랑을 설치하는 것이 어려울 수 있다.
운영회랑의 설계시에는 누수, 출입의 편의성, 환기, 조명, 배수 및 화재예방 등에 특히 유의하여야 한다.
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슬러지소화조 관리건물의 설계시에는 관 및 기구의 적절한 배치와 접근가능성 및 안전 등에 특히 유의한다. |
【해설】
슬러지 소화조 관리건물에는 슬러지, 상징액 및 소화가스를 위한 수많은 관과 밸브류, 측정기, 시료채취기구, 가온장치, 펌프 및 소화가스압축기 등이 설치되므로 이들 설비가 알맞게 배치되어야 하고, 접근이 용이해서 운영에 지장이 없도록 한다. 또한 시설이 복잡하고 폭발성의 소화가스를 취급하므로 안전에 유의하여 설계한다.
대규모 하수처리장에서는 슬러지 소화조를 여러 개 밀집시켜 설치하는 경우가 많으므로 소화조의 벽 사이에 소화조관리건물을 위치시켜 소화조의 벽이 관리건물의 벽이 되도록 하면 경제적이다. 이런 경우 소화조내의 가스나 액체가 관리건물내로 스며들지 않도록 누수 및 누기에 특히 유의한다. 소화조관리실내의 수많은 관과 밸브를 잘못 배치하면, 운영자의 접근이 어렵게 되므로 가능한 한 관을 마루바닥에서 충분히 격리시켜 벽체를 따라 배치시키는 것이 좋다. 이런 경우 밸브류는 체인을 연결시켜 작동이 쉽게 되도록 하면 편리하다.
소화가스를 취급하는 기기는 특히 안전에 유의해야 하며, 폭발탐지경보장치를 설치하는 것이 좋다. 가스엔진이나 연소기는 가능한 한 외부에서 출입이 가능한 별개의 방에 위치시킨다.
바닥에는 배수구를 충분히 배치하여 내부가 슬러지에 의하여 더러워지지 않도록 하며, 지붕에는 충분한 조명시설을 갖추어 야간·비상시에 소화조 지붕을 검사할 수 있도록 한다.
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화학약품의 저장 및 취급을 위한 건물은 약품수송, 저장, 주입 및 용액준비에 편리하도록 설계하며, 필요한 경우에는 환기 및 냉·난방시설을 갖춘다. |
【해설】
하수처리장에서는 슬러지의 응집침전처리 및 염소살균 등의 목적을 위하여 여러 가지 화학약품이 이용되는데 약품취급이 가능한 한 간편하도록 하는 것이 대단히 중요하며, 저장 및 취급시 지정된 온도를 요구하는 경우에는 냉·난방시설을 갖춘다.
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하수처리장의 위치, 규모 및 지역기후 등의 여건을 고려하여 스크린 및 침사지건물의 필요성을 설계시 고려한다. |
【해설】
하수처리장의 스크린과 침사지를 건물내에 설치하면 처리시설을 보호하고 불결한 협잡물이 눈에 띄지 않게 하며 협잡물을 취급하기 편리하게 할 수 있다. 그러나 반드시 건물을 만들 필요는 없으며 그 지역의 기후, 처리장의 위치와 규모 및 기타 요소 등을 고려하여 필요여부를 결정하면 된다.
스크린 및 침사지건물은 황화수소가스로 인하여 악취가 발생하거나 습도가 높게 될 가능성이 있고, 하수에서 제거된 협잡물이 바닥에 방치될 가능성이 크기 때문에 습기에 잘 견디는 물질로 시공해야 할 뿐만 아니라 바닥은 배수 및 건조가 쉽게 되는 구조로 만들어야 한다.
스크린과 침사지가 지하에 위치하는 경우에는 난간이 있는 계단을 설치하여 접근이 용이하도록 한다.
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하수처리장에서 기기수리를 위한 공장은 충분한 조명 및 환기설비를 갖추도록 한다. |
【해설】
하수처리장에서 수리공장의 중요성은 하수처리장의 규모가 클수록 그리고 상업적인 수리공장에서 멀수록 그 중요성이 커진다. 대체적으로 하수처리장의 규모가 약 4,000㎥/d 이상이면 수리공장이 반드시 필요하다.
수리공장은 크게 일반수리공장과 기계공장으로 구분될 수 있는데 가능하면 같은 건물내의 다른 방에 배치시키는 것이 좋다. 기계공장에서 사용되는 정밀기계는 일반수리공장에서 사용하면 파손되기 쉬우므로 반드시 기계공장에 보관하게 하며, 각 공장에는 강철로 만들어진 저장고를 준비하여 소도구를 보관하도록 하면 좋다.
또한 수리공장에는 책상과 의자를 준비하여 일일기록과 보고서작성에 편리하도록 하고 충분한 환기 및 조명을 제공하여 작업 분위기를 조성한다.
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하수처리장에서 기기의 부속품, 재료 및 기타 처리장운영에 필요한 물품을 저장하기 위하여 처리장의 중앙에 일반저장고가 위치하도록 설계한다. |
【해설】
하수처리장에서는 가능한 한 중앙에 일반창고를 위치시켜 여러 가지 기기의 부속품이나 처리장운영에 필요한 물품을 보관시킬 수 있도록 설계되어야 하며, 저장고에는 선반이나 상자 등을 필요에 따라 배치시켜야 한다.
그리고 필요한 경우에는 조명, 환기 및 보안설비를 갖추어야 하며, 대규모하수처리장에서는 근무자를 배정하는 것도 고려할 필요가 있다.
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하수처리장은 근무자의 편의를 위하여 휴게실이 제공되도록 설계한다. |
【해설】
하수처리장 근무자의 편의를 위해 휴게실을 설치하고 여기에 1 인당 1～2개의 로커를 설치하여 제공하는 것이 좋다. 휴게실에는 벤치, 테이블, 음료수, 냉장고, 싱크대 및 캐비넷 등을 설치하여 근무자가 취사 및 식사를 할 수 있도록 하는 것이 좋다.
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하수처리장은 근무자의 편의를 위하여 샤워장 및 화장실이 갖추어지도록 설계한다. |
【해설】
하수처리장에는 로커실 근처에 샤워장과 화장실을 배치하는 것이 좋으며, 샤워장에는 더운물과 찬물이 항상 공급될 수 있도록 설계한다. 최근에 와서 실험실요원, 경리사원 및 비서로서 여성이 많이 채용되고 있으므로 이러한 시설은 남녀 구분하여 설계하도록 한다.
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하수처리장에서는 충분한 공간을 가진 차고가 갖추어지도록 한다. |
【해설】
하수처리장에서는 규모에 따라 수는 다르지만 여러 가지 차량, 트랙터 및 잔디 깎는 기계 등이 필요하므로 이들을 보관할 수 있는 차고가 필요하다. 차고는 가능한 한 3m×3m 크기의 출입구가 있어서 화물을 적재한 차량도 주차시킬 수 있도록 해야 한다.
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하수처리장은 처리장의 규모에 따라 알맞은 수의 도구 및 기구를 설치한다. |
【해설】
하수처리장에서 갖추어야 할 도구와 기구의 종류 및 수는 처리장의 규모, 하수처리방법 및 시설에 따라 결정되겠지만, 대체적으로 처리장의 규모가 커질수록 더 많은 종류와 수의 도구 및 기구가 필요하게 된다. 이들 도구와 기구는 건물, 처리시설 및 차량의 정비에 요구되는 소도구로부터 수리공장에서 필요한 정밀기구까지 여러 가지가 있을 수 있다.
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하수처리장의 설계시에는 처리장의 규모에 따라 알맞은 크기의 사무실이 갖추어지도록 고려한다. |
【해설】
소규모처리장에서는 하나의 사무실만으로도 모든 근무자가 이용할 수 있지만 처리장의 규모가 커질수록 근무자의 수가 증가할 뿐만 아니라 업무내용이 다양화되며, 많은 사람과의 접촉이 잦아지므로 여러 종류의 사무실이 필요하게 된다.
하수처리장에서 필요한 사무실 중에서 중요한 것을 들면 처리장장사무실, 과장사무실, 접수처, 경리사무실, 기록실, 회의실, 숙직실 및 제도실 등이 있다.
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하수처리장에서는 다양한 기록을 보관할 수 있는 관리실이 갖추어지도록 고려한다. |
【해설】
하수처리장에서는 다음의 목적을 위하여 처리장기록철과 운영기록철이 기록 보관되어야 한다.
여러 가지 형태의 기록양식이 사용될 수 있지만 이들 양식은 특히 처리장의 특수한 사정을 고려하여 만들어져야 하며, 대체적으로 실험실에서의 분석결과를 기록하기 위한 양식은 인쇄하여 미리 많이 준비해 두는 것이 좋다. 처리공정의 제어, 운영, 비용 및 검사가 실시됨에 따라 특별한 기록이 생길 수 있으며, 대규모처리장에서는 예방정비를 위하여 기록하는 수도 있다.
기록철은 침수되기 쉬운 지하실이나 보관에 부적합 곳에는 보관하지 않도록 한다. 특히 중요한 서류, 기록철 및 원도 등은 금고나 특수보관실에 보관한다.
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하수처리장에는 필요에 따라 도서실을 준비하도록 고려한다. |
【해설】
하수처리장에서는 처리장의 운영, 제어 및 실험실의 분석절차에 필요한 참고서적, 정기 발간지, 관계관청에서 발간되는 회보 및 각종 생산업체의 명세서 등을 보관하여, 근무자들이 필요한 자료를 열람하기에 편리하도록 도서실을 갖추는 것이 필요하다. 물론 소규모처리장에서는 사무실의 일부분을 자료의 보관 및 열람용으로 이용할 수도 있지만 대규모처리장에서는 자료의 양이 많으므로 도서실을 별도로 갖추는 것이 좋다.
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하수처리장 배관시스템의 식별을 용이하게 할 수 있도록 일정한 도색 또는 문자표시규정을 정하는 것이 좋다. |
【해설】
일반 생산업체에서 채택하고 있는 바와 같이 하수처리장에서도 관내에 흐르는 물질의 종류에 따라 관을 다르게 도색하거나 문자로 표시함으로써 관의 용도를 쉽게 구분할 수 있도록 하는 것이 편리하다.
하수처리 기능에 대한 편리성, 안전성 및 내구성을 감안할 때 처리장내 배관은 다음과 같은 색상 및 표시 기준을 정하는 시행하는 것이 좋다.
배관시스템의 식별법으로 관내의 물질명을 완전히 또는 약자로 표시하는 문자표시법이 있다. 이때 관내의 흐름방향을 나타내기 위하여 화살표시를 할 수 있으며 범례는 배관시스템 전체를 통하여 일정한 간격으로 배치하되 조작, 수리 및 비상시에 식별이 용이하도록 밸브와 연결부 부근은 확실하게 표시한다. 또한 근무자의 근무위치보다 높은 곳에 위치하는 관에서는 관의 수평중심선보다 낮은 곳에 표식을 한다.
색띠와 범례문자의 크기를 예를 들면 〈표 8.4.1〉과 같다.
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하수처리장설계시에는 다음 두 종류의 시료채취방법을 고려하여 필요한 시설을 설계한다.
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【해설】
(1)에 대하여
모든 하수처리장에는 규모에 관계없이 수동식으로 시료를 채취할 수 있도록 시설한다. 대부분의 경우 유입하수와 처리장의 유출수는 특별한 시설을 하지 않아도 시료를 채취할 수 있지만, 때로는 시료채취지점에 접근이 가능하도록 설비를 갖추어야 하며 조명시설 및 안전시설이 필요한 경우도 있다. 또한 유량에 비례하여 시료를 채취하는 경우에는 유량계를 설치하여야 하며, 유량계를 쉽게 판독할 수 있도록 조명시설도 설치되어야 한다.
하수처리장의 처리효율을 파악하기 위해서는 유입수와 유출수의 시료를 반드시 채취하여 분석한다. 활성슬러지법을 이용한 하수처리장에서는 유량측정위어에서 반송슬러지의 시료를 채취할 수 있도록 설비하는 것이 좋다.
슬러지 소화조에서 시료를 채취하기 위해서는 소화조의 여러 수위로부터 시료채취대까지 배관하여 밸브를 설치하면 된다. 각 소화조의 지붕에는 소화조내의 여러지점에서 슬러지 시료를 채취할 수 있도록 최소한 4개 이상의 시료채취구를 설치한다. 소화조의 슬러지를 채취하기 위하여 다양한 슬러지 시료채취기가 제작·판매되고 있다. 또한 유입슬러지와 상징수 그리고 소화슬러지도 시료채취할 수 있도록 설비해야 한다. 슬러지의 세정을 실시한다면 세정조에 주입되는 슬러지, 세정된 슬러지 및 세정조 유출수의 시료도 채취할 수 있도록 시설한다.
수동식으로 시료를 채취하는 경우에는 여분의 시료를 제거할 수 있는 배수구와 청소를 위한 급수시설을 갖춘다. 때로는 시료채취지점에 펌프를 설치하여 시료를 계속 분석실로 보내게 할 수도 있으나 이때에 배관이 너무 길면 수질이 변하므로 좋지 않다.
(2)에 대하여
하수처리장에서 사용될 수 있는 여러 가지 종류의 자동시료채취기가 판매되고 있으며, 모두 시료채취기간의 전체유량에 대하여 대표적인 시료를 채취할 수 있도록 제작된다. 자동시료채취기의 작동원리를 종류별로 간단히 설명하면 다음과 같다.
①～⑤에 열거된 자동시료채취기는 시료의 수질변화를 방지하기 위하여 시료를 4～10℃로 유지할 수 있도록 냉장실을 갖추고 있다.
자동시료채취기는 수동시료채취에 비하여 더 정확한 정보를 제공하지만 만약의 고장에 대비하여 수동식 채취법을 적용시켜 이상 유무를 확인할 필요가 있다. 자동시료채취기는 소규모하수처리장에서는 별로 이용되지 않으며, 공장폐수를 많이 받아들이는 하수처리장에서 이용하면 공장폐수에 의한 영향을 잘 파악할 수 있는 이점도 있다. 특히 도시하수처리장에서 공장폐수를 처리해 주면서 특별부가료금을 징수할 경우 공장폐수에 대하여 자동시료채취기를 사용하면 매우 효과적이다.
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하수처리장에서의 악취방지를 위해서 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수처리장의 위치선정시 지형적 특성, 기후, 주풍향·풍속, 인구밀집지역과의 인접여부 등을 고려하여, 발생되는 악취가 최대한 분산되는 곳을 선정한다.
(2)에 대하여
처리장내에서 주악취원이 되는 펌프장, 슬러지 농축조, 소화조, 탈수실 등을 배치할 때는 처리장 경계선으로부터 내부로 일정한 거리 이상 떨어지게 배치하여 발생된 악취가 경계선 이내에서 충분히 희석되어 주변지역에 영향을 주지 않도록 한다.
(3)에 대하여
모든 처리시설에 대하여 수리학적 고려를 한다. 각종 관거에서는 최소유량에 대해 0.45m/s 이상의 유속을 확보하여 고형물의 침전·부패를 방지하고, 직사각형의 침전지, 포기조 등에는 사각지역를 최소화하며, 슬러지 처리시설에서 발생되는 각종 상징수와 탈리액 등을 처리장 유입부로 반송할 때는 난류발생을 억제하여 수중에서 유입되도록 설계한다.
(4)에 대하여
분배수로, 예비포기조, 유량조정조 등에 고형물의 축적·부패를 억제하기 위해 필요하면 간단한 포기시설을 설치해 산소를 공급해 준다. 폐수의 특성상 포기시 용존황화물이 탈기될 가능성이 있는 경우에는 피한다.
(5)에 대하여
악취발생 가능성이 큰 중력식 농축조, 열처리슬러지의 침전지, 슬러지 탈수시설, 슬러지 저류조, 정화조폐액 투입/저장 설비 등은 복개하여 악취의 발산을 막고 배기가스를 포집하여 별도처리하도록 한다.
(6)에 대하여
작업자가 들어가 활동하는 건물이나 공간에서는 환기가 필수적이다. 특히 농축조, 탈수기, 소화조 등의 건물 내부에는 황화수소류 등이 존재할 수 있으며 악취문제 뿐만 아니라 중독사고의 위험을 방지하기 위해 6～12회/h의 속도로 환기하도록 하고 상대습도도 60% 이하가 되게 조정하도록 권장되고 있다.
(7)에 대하여
처리시설에는 표면이 조밀하고 평탄하며 밝은 색의 건설재료를 사용하여 악취물질이 흡착되어 실내조건에 따라 장기적인 악취를 발생하지 않도록 한다. 또한 화학물질에 대해 안정하고, 열전도율이 낮은 재료를 사용한다.
(8)에 대하여
수로, 스컴웅덩이, 저류조, 스크린, 그리트 컨베이어와 같은 시설에 대하여 주기적인 청소가 가능하도록 압력수를 제공할 수 있는 수도시설과 30m 이상의 호스를 비치하며, 바닥은 배수가 쉬운 구조로 설계한다.
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악취방지를 위해서는 다음 사항을 고려하여 적절한 방법을 선정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
우리나라에서 하수처리장에서의 악취에 대한 법적 규제는 구체적으로 설정되어 있지 않으나 최근 대기환경보전법상의 생활악취의 규제(제30조)조항과 관련하여 장차 주택가에 인접한 하수처리장의 경우는 규제의 대상이 될 것으로 예상된다. 따라서 하수처리장의 설계시에도 관련법규를 충분히 고려하여 적절한 악취방지대책을 강구해야 한다.
대기오염공정시험방법의 악취편에는 악취의 배출허용기준 및 배출물질 유량측정을 위해 관능법, 식염수법, 배출물질 유량산정법에 대하여 규정하고 있다. 일반적으로 악취의 측정방법에는 인간의 감각적 요소에 의존하는 관능법과 악취유발물질의 농도를 측정하는 성분분석법이 있으나 우리나라에서는 관능적인 평가방법을 도입하고 있으므로 이에 따라 악취발생현장의 부지경계선상이나 피해지점에서 악취강도가 가장 높은 지점을 선정하여 판정자로 하여금 악취의 악취강도를 측정하게 하고 판정자의 다수가 판정한 악취강도에 따라 2도 이하이면 적합, 3도 이상이면 부적합으로 판정한다. 〈표 8.6.1〉에는 관능법에 의해 악취강도를 표시하는 방법이 제시되어 있다.
(2)에 대하여
악취의 발생장소로는 침사지, 침사 및 협잡물 저류조, 예비포기조, 일차침전지, 살수여상, 포기조, 슬러지 농축조, 슬러지 소화조, 슬러지 저류조, 슬러지 세정조, 슬러지 건조상, 열처리설비, 슬러지 탈수설비, 슬러지 소각설비, 탈수케잌 저류조 등을 생각할 수 있다. 하수중계펌프장에서는 하수가 빠른 속도로 토출될 때 맨홀에서 악취가 나기도 한다. 각 장소에서 어떤 악취가 발생하는 가는 시설의 방식, 규모, 구조, 운전방법, 기온 등에 따라 다르므로 다른 처리장들의 실례를 충분히 조사하여 참고하는 것이 바람직하다.
소규모시설은 일반적으로 시가지에서 거리가 먼 경우가 많으므로 악취방지대책은 꼭 필요한 것만 설치하고 가능한 한 간단한 방법을 적용하는 것이 좋다. 그러나 인가에 근접해 있는 경우에는 특별한 배려를 할 필요가 있다. 각 시설의 악취의 실측 예를 참고로 나타내면 〈표 8.6.2〉와 같다.
〈표 8.6.3〉에는 〈표 8.6.1〉의 판정 기준에 따른 일본의 악취강도와 악취물질농도의 관계 및 부지경계선에서의 악취강도에 따른 규제기준의 예를 보였다.
악취의 방제방법에는 다음과 같은 방법들이 있다.
악취의 발생장소 및 발생량을 최소화하는 것으로 다음의 방법이 있다.
복개, 밀폐뚜껑, 기밀문, 수봉트랩 또는 에어커튼 등을 사용하여 악취를 차단시키는 방법이다.
유기물이 혐기성 세균에 의해 분해되어 악취를 발생시키는 것을 방지하는 방법으로 살균시키는 방법과 호기적 환경을 유지시키는 방법 등이 있다.
침사지의 스크린, 제사설비, 세정장치 등의 주변은 불결해지기 쉬우므로 청소세정하여 악취를 방지하는 것으로 청소세정하기 쉬운 구조 및 설비로 설계한다.
발생한 악취를 환기시켜 희석 및 확산시킴으로써 악취를 없애는 방법이다.
악취물질에 대해 강한 방향액을 스프레이로 살포하는 방법이다. 방향제를 선정할 때는 미리 그 효용을 충분히 확인한다.
탈취에는 여러 가지 방법이 있으나 그 선정에 있어서는 탈취의 풍량, 악취물질의 종류와 양, 탈취목표, 주변의 환경, 유지관리의 용이성과 경제성 등을 충분히 검토해 가장 적합한 방법을 정한다. 또 펌프장과 처리장의 모든 악취를 모아 탈취할 것인지 또는 발생장소마다 몇 개의 구역으로 나누어 각 장소에서 탈취할 것인지를 검토해야 한다. 같은 풍량이라도, 풍압에 따라 동력비가 달라지므로 반응탑, 덕트 등의 설계에 주의하고 배출구의 높이와 방향, 팬의 소음 등도 고려할 필요가 있다.
일반적으로는 탈취후의 악취강도(또는 농도)를 어느 정도로 할 것인가에 따라 다르나 복수의 방법을 조합하여 사용하는 경우가 많다. 탈취에는 다음과 같은 방법이 있다(〈그림 8.6.1〉 참조).
악취물질을 물에 접촉·용해시켜 제거
암모니아, 아민류 등 물에 용해하기 쉬운 물질
설비비 및 유지관리비가 싸다. 탈취보다는 다른 방법의 전처리로 사용되는 경우가 많다. 2차 처리수를 세정수로 사용하면 오히려 악취가 나는 경우가 있으므로 주의한다.
산세정법은 악취물질을 염산 또는 황산에 접촉시켜 중화반응으로 제거
암모니아 및 아민(산세정법), 황화수소 및 메틸머켑탄(알칼리세정법)
약액의 중화설비가 필요하다. 약액과 악취의 접촉방법으로는 여러 가지의 방식이 있으므로 충분한 검토가 필요하다. 또 약액의 pH가 탈취효율에 관계되므로 주의할 필요가 있다.
악취물질을 연소로에서 800℃ 정도로 연소시켜 분해
거의 모든 악취물질
탈취효과는 좋으나 연료비가 높다. 폭발하한계 이하의 높은 농도의 장소에 유리하다. 연소가스중의 SOX를 고려할 필요가 있다. 또 산소농도가 낮아지지 않도록 주의한다.
악취물질을 열교환기에서 350℃ 정도로 가열해, 백금, 파라디움 등의 촉매가 들어 있는 연소로에 통과시켜 저온연소시켜 분해
거의 모든 악취물질
연료비는 직접연소에 비해 적다. 폭발한계 이하의 고농도인 장소에 유리하다. 악취중에 납 등이 있으면 촉매표면에 부착되어 활성을 저하시키므로 1년에 1～2회의 세정 및 제거가 필요하다.
악취물질을 오존과 접촉시켜 산화작용으로 제거
고농도에서 대용량의 악취물질(단, 암모니아에는 부적합)
오존은 유독 및 유취하므로 처리가스중의 잔류오존이 과다하지 않도록 주의하며 필요에 따라 오존 제거용 활성탄을 설치한다. 악취물질을 습윤상태로 오존과 접촉시키면 탈취효과가 좋아진다.
악취물질을 염소수, 차아염소산나트륨, 이산화염소, 취화나트륨 등의 용액과 접촉시켜 산화작용에 의해 제거
피산화성물질
처리가스내 잔류염소제거를 위해 알칼리용액에 의한 흡수설비가 필요하다.
악취물질을 토양에 주입시켜 세균 등의 작용에 의해 흡착·산화시켜 분해
세균의 영양이 되는 유기성 물질
유지관리비는 싸지만 넓은 부지를 필요로 한다. 토양을 습윤하고 비옥한 상태로 유지할 필요가 있다.
악취물질을 포기조에 보내어 활성슬러지의 작용에 의해 산화분해
황화합물
설비비 및 유지관리비 모두 싸다. 포기조내의 송풍기 등의 부식에 주의한다.
악취물질을 활성탄에 통과시켜 물리적 흡착에 의해 제거
황화수소 및 메틸머켑탄(암모니아 및 아민)
활성탄은 비교적 고가이며 수두손실이 크다. 또 수명이 다되면 교환해야 한다. 가스중에 수분이 있으면 흡착력이 떨어진다. 저농도의 악취에 적합하므로 탈취 최종단계에서 쓰인다. 일반적인 활성탄에 산, 염기 또는 할로겐을 첨착시킨 첨착활성탄이 있으며 이것을 사용하면 암모니아, 아민 등의 물질의 제거도 가능하다.
(3)에 대하여
시설의 주변상황에 따라 필요에 맞게 복개를 하고 그 내부를 환기 및 탈취해서 외부로 누출되는 것을 방지하는 방법이 있으나, 가능하면 적은 양으로 고농도의 악취를 포집해 탈취하는 것이 경제적이고 효과적이다. 따라서 수면과 덮게 등의 비작업공간과 상판, 천정, 벽 등의 작업공간은 기기를 유지관리할 수 있으면서 가능한 한 작게 하고 환기횟수도 비작업공간에서는 덮개 등에서 악취가 나오지 않는 정도로 하고, 작업공간에서는 주변환경에 지장이 없는 정도로 적게 할 필요가 있다. 더욱이 기계설비에 있어서 본체는 처음부터 탈수케잌 호퍼, 스크린협잡물 호퍼, 벨트컨베이어 등의 부대설비에도 탈취카바 등을 설치하면 더욱 효과적이다.
복개를 하는 장소의 내측(지측)은 대단히 환경이 나빠지므로 토목구조물, 기계설비, 덮개 등의 내부식성을 충분히 고려한다. 또 점검시의 조작성, 미관 및 주위와의 조화를 고려한다.
일반적으로 사람이 통행하는 상면 또는 천정에는 PC 판 또는 RC 구조, 덮개는 강화유리섬유가 들어 있는 폴리에틸렌 수지, 착색한 염화비닐수지, 또는 알루미늄을 사용하고 있다. 복개방법으로는 다음과 같은 종류가 있다(〈그림 8.6.2〉 참조).
지의 수면 가까이의 상판상에 복개를 한다. 일차침전지, 슬러지 농축조 등의 비교적 악취가 센 지의 상부를 특별한 용도로 이용하지 않는 경우에 쓴다.
지의 위에 건물을 지어 복개한다.
①과 ②를 조합한 것이다.
(4)에 대하여
하수도시설은 악취발생 장소가 많고 발생원 면적이 큰 편이나 악취성분은 다양하게 대량으로 존재하므로 탈취방식 중에서 비교적 건설비와 유지관리비가 저렴한 방식으로 현장여건을 고려하여 선정한다.
약액세정방식은 악취성분과 약액의 주성분과의 사이에 비가역적인 화학반응에 의해서 탈취되는 것이지만, 악취성분에 따라서는 화학반응을 일으키는 것과 일으키지 않는 것, 완만한 것 등이 있다.
1～10%의 수산화소다용액을 사용하여 황화수소를 제거한다.
0.5～5%의 황산용액, 1～10%의 염산용액을 사용하여 암모니아, 트리메틸아민 등의 저급아민류를 제거한다.
산화제로 차아염소산소다와 과망간산칼륨을 이용하여 탈취한다.
조내에 비표면적이 큰 물질을 넣고 약액을 탑의 상부로부터 유하시키고 가스와 접촉시키며, 일반적으로 액가스비는 1～3l/㎥이고, 충전탑은 높이 2～5m, 통과 유속 0.5～1.0m/s, 압력손실은 충전물의 높이 1m당 50mmH2O 정도이다.
조내의 합성수지나 금속제의 망을 수직 또는 경사를 두어 설치하고, 망의 상부에서 액막을 연속적으로 유입시켜서 악취가스와 약액을 접촉시키며 통과유속은 3～6m/s, 액가스비는 2～5l/㎥, 압력손실은 50～100mmH2O 정도이다.
펌프에 의해 용매가 노즐에서 분출될 때 또 다른 혼합 area에 원주로 회전하고 있는 용매와 강력한 속도에 의해 수많은 양의 와류가 형성되며 오염된 가스는 가스챔버를 통하여 용매가 회전하는 방향과 같은 방향으로 분출시켜 형성된 와류의 용매와 오염된 가스가 접촉하여 처리하는 방법이다.
악취가스내의 유기물 및 무기화합물을 매체로 부착성장하는 미생물을 이용하여 생분해시키는 탈취법으로 필터의 재질로는 퇴비, 나무껍질, 나뭇잎 등이 이용되어 왔으나 최근에는 표면적이 큰 다공성점토, 폴리스틸렌, 바다조가비 등을 주로 이용한다. 악취가스의 유량 및 농도의 변화가 심한 경우에는 필터의 완충용량을 증가시키기 위하여 활성탄을 첨가하며, 탈취가스는 아세트알데히드, 스틸렌, 이황화메틸, 황화수소, 메틸메르캅탄, 황화메틸류, 아민류, 암모니아 등을 제거하는데 효과적이다.
활성탄흡착방식은 활성탄 표면을 화학처리(첨착성활성탄)하여 악취를 흡착 처리하는 방식이다.
① 평균세공직경(Å) : 10～40
② 비표면적(㎥/g) : 700～1,400
③ 충전밀도(g/㎥) : 0.35～0.6
① 악취가스 온도가 60℃ 이상이면 흡착효과가 급격히 감소하므로 40℃ 이하로 유지하는 것을 원칙으로 한다.
② 악취가스중에 수분이 많으면 활성탄 표면에 응축해서 탈취효율을 저하시키므로 가급적 수분을 배제한다.
③ 가스중에 분진, 훈연이 다량 함유되어 있으면 활성탄 표면을 폐쇄하므로 미리 제거할 필요가 있다.
(5)에 대하여
일반적으로 탈취 풍량에서 탈취 환기횟수는 침사지의 경우 수면적당 10㎥/㎡·시간, 스크린 등 기자재류는 공간면적당 7회/시간으로 하는 것이 보통이나 탈취 또는 환기횟수가 적을 경우 온도차에 의한 응결로 인하여 기자재의 부식이 우려되고, 전체 탈취량에 비하여 기자재의 탈취 풍량은 미미하므로 충분히(10～15회/시간) 고려하는 것이 좋다.
(6)에 대하여
탈취팬은 점거 및 유지관리를 고려하여 2대로 하고 소풍량 또는 민가에 근접되어 있는 경우를 제외하고 상용 1대로 해도 좋다.
악취에 포함된 부식성 물질을 고려하여 탈취팬의 재질은 FRP, 스테인리스제로 한다.
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급수시설은 다음을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
하수처리장에서의 시수를 사용하는 곳으로서는 먹는 물, 세면기, 샤워, 변기 등 생활용수와 소방용수, 냉·난방수 등이 있고, 처리장 운영 용수로는 실험실 수가 있다.
일반적으로 급수량은 근무자와 내방객의 수로 생활용수와 실험실이 있는 경우 급수기구 가산하여 산정한다.
(2)에 대하여
건물내 급수방식은 수도직결방식, 고가수조방식, 가압수조방식 및 펌프 직송방식 등이 일반적으로 사용되나 건물의 용도, 규모 및 설치 환경을 고려하여 선택한다.
하수처리장은 처리 위치 상 시 외곽에 시 상수의 꼭지점에 있어 수압 및 시수량의 확보에 있어서 문제가 있을 것이다. 따라서 시 수량 및 수압이 낮은 주간에도 안정적으로 시수를 사용하기 위해서는 사용이 적고 수압이 높은 은 야간에 시수량을 확보되도록 하여야 한다.
수도 본관으로부터 급수관을 직접 분기하여 건물내의 필요한 곳에 급수하는 방식이다.
시수를 일단 지하 저수조에 저수시킨 다음 펌프로 옥상이나 또는 별도로 설치된 고가수조로 송수하여 중력으로 필요한 곳에 급수하는 방식이다.
시수를 일단 지하저수조에 저수시킨 다음 급수가압 펌프에 의해 필요한 곳에 직접 급수하는 방식이다.
상수를 일단 지하 저수조에 저수한 다음 급수가압펌프에 의해 필요한 장소로 직송하는 급수방식이다.
(3)에 대하여
시수와 여과수를 교차연결하면 시수보다 처리수위 압력이 높아 시수로 역류되어 오염의 원인이 되므로 불가피하게 교차 연결할 경우 체크밸브 등 안전장치를 설치하여야 한다.
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냉·난방시설은 다음을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
난방방식을 열원공급위치로 분류하면 중앙난방과 개별난방이 있다.
중앙난방은 열원이 비교적 값싼 등유 등을 사용하고, 열 효율이 좋고 배관 또는 덕트로 어느 곳이나 공급이 가능하다.
그러나 개별 난방방식에 비하여 초기투자비가 많이 들고 규모가 큰 경우에는 전문인력이 필요하므로 시간대별, 사용 용도별로 면밀히 검토하여 선정하여야 한다.
(2), (3)에 대하여
중앙제어실과 같이 온·습도에 민감한 계장기구류 설치하는 구역에는 항온항습기 등을 설치하여 대책을 강구하여야 하며, 유지관리를 고려하여 사용용도, 시간대별로 분류하여 관리하여야 한다.
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하수처리장의 급수시설에서는 교차연결이 일어나지 않도록 유의하여 설계한다. |
【해설】
하수처리장내의 급수시설에 교차연결이 존재하면 하수나 오염된 물이 음료수와 혼합될 수 있으므로 특히 유의하여야 한다. 또한 하수처리장을 위한 주급수관에다 점검밸브를 이중으로 설치하여 하수처리장의 급수관에서 도시의 급수관으로 물이 역류하는 것을 방지하여야 한다.
하수처리장에서 교차연결과 관련하여 다음과 같은 것을 유의하여야 한다.
교차연결을 방지하기 위한 한 방법으로 수면이 급수관 밑 15cm 정도에 도달하면 물이 월류할 수 있게 만들어진 물탱크를 사용할 수 있다. 물탱크에 의한 급수시 수압이 모자라면 탱크의 위치를 높이거나 펌프를 사용하면 된다. 또 한 가지의 방법은 급수관과 사용지점 사이에 특별한 유도관으로 된 휘기 쉬운 연결부를 설치하는 것으로 물 사용시에는 이 유도관을 손으로 지지해 주어야 하고, 물 사용이 끝나서 놓으면 자동적으로 단수가 되게 한다. 이 방법은 벤추리관을 세척하거나 기타 일정한 간격으로 세척을 실시하는 경우에는 많이 사용된다.
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환기시설은 다음을 고려하여 정한다.
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【해설】
(1)에 대하여
환기방식으로는 강제급·배기의 1종환기, 강제급기＋자연배기의 2종환기, 자연급기＋강제배기의 3종환기로 구분되며 일반적으로 악취가 다량으로 발생하고, 열 발생이 많은 기계실은 1종 환기를 채택한다.
(2)에 대하여
탈수기실, 침사지, 송풍기실 및 전기실 등 열 발생, 악취 발생지역은 1종 환기로 하여 전체실이 균등하게 환기되도록 닥트방식으로 적극 검토하여야 한다.
이외의 각 실의 사용빈도 및 용도에 따라 적정한 환기방식을 채택해야 한다.
(3)에 대하여
환기횟수는 화장실, 탈수기 실, 침사지, 송풍기실 및 전기실 등 열 발생, 악취 발생구역은 보통 10～15회/시간, 사무실, 복도구역은 5회/시간 이내로 하는 것이 보통이다.
또한, 송풍기, 전기실 등 열 발생이 많은 지역은 기자재의 오동작을 고려하여 적정온도가 되도록 하여야 한다. 이러한 지역은 전체실이 균등하게 환기되도록 닥트방식으로 적극 검토하여야 한다.
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하수처리장에서는 무거운 기기와 물질의 반출입을 위하여 필요한 곳에 크레인 또는 호이스트를 설치하도록 고려한다. |
【해설】
하수처리장에서 무거운 기기가 사용되는 곳에는 이들의 반출입 또는 분해를 편리하게 할 수 있도록 크레인을 영구적으로 설치하는 것이 좋다. 보통 대규모의 펌프실, 발전실, 슬러지 탈수기실 및 송풍기실 등에 크레인이 많이 이용된다.
크레인은 자주 사용되는 것이 아니므로 보통 수동으로 작동되며, 최대하중에 25%의 충격하중을 고려하여 설계된다.
호이스트는 스크린의 협잡물, 그리트, 화학약품 및 가벼운 기기를 들어올리기 위하여 사용되는데 해당작업의 요구에 맞도록 설계되어야 한다. 호이스트는 크레인과 달리 처리장의 정상적인 운영에 계속 이용되므로 원거리작동 또는 이와 비슷한 제어방법이 있으면서 전기작동이 되어야 한다. 보통 최대하중에 들어올리는 속도에 따른 충격치를 허용하여 설계하며, 때로는 단궤철도 또는 회전 호이스트에 설치되기도 한다.
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하수처리장에서는 알맞은 수와 종류의 차량이 갖추어 지도록 설계시 고려한다. |
【해설】
하수처리장에서 요구되는 차량의 수와 종류는 보통 처리장의 규모와 처리과정에 의하여 결정되는데, 소규모처리장에서는 스크린에서 제거된 협잡물, 그리트, 슬러지 케잌을 운반하기 위하여 1대의 덤프트럭이면 족하나 대규모처리장에서는 이 목적을 위하여 동력윈치가 있는 중덤프트럭이 요구된다.
호퍼로부터 차량에 화물을 적재하는 경우에는 호퍼 밑에 차량을 위치시킬 수 있도록 충분한 공간이 있어야 하며, 때로는 콘테이너 트럭을 이용할 수도 있다. 대규모의 하수처리장에서는 근무자들을 위하여 픽업트럭이 알맞으며 시료수집 등의 목적을 위해서는 지프차를 채택하는 것이 좋을 것이다.
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하수처리장의 조경을 위해서는 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
하수처리장의 조경은 처리장 운영요원들의 정서적 안정 및 주변환경과의 조화를 위하여 계획수립시에 고려하여야 한다. 조경계획은 배수, 도로 및 보도, 울타리 조경을 위한 기본시설의 배치와 구성을 위한 조경기본계획과 파종, 잔디, 식수 등에 관한 식재계획, 조경시설물의 설치계획 등으로 세분되며, 구체적인 시설기준은 건축관계법에 그 규모와 용도지역에 따라 정한 기준을 준수하도록 한다.
(1)에 대하여
배수설비를 갖추면 우수를 차단하고 처리장지역에 물이 고이는 것을 막을 수 있다. 처리장지역에 물이 고여 겨울에 얼어붙으면 근무자에게 위험하다. 배수설비의 용량은 5～10년의 빈도를 갖는 강우에 대처할 수 있도록 하면 알맞다.
처리장의 배치가 결정되기 전에 배수계획을 완료하면 지면배수설비의 비용이 감소될 수 있다. 도로를 포함하여 자연배수형태를 고려하고 처리장의 구조물은 지면배수에 방해가 되지 않도록 배치해야 한다.
우수가 살수여상, 모래여과지, 슬러지 건조상 등으로 흘러 들어가면 운영효율이 감소할 수 있으므로 배수계획시 이를 고려한다.
하수처리장의 배수는 개수로나 암거를 이용하여 달성될 수 있지만, 평탄한 지역에서는 물이 고이게 되므로 덮개가 있는 수로를 사용하는 것이 좋다.
(2)에 대하여
도로나 보도의 위치는 필요에 의하여 결정된다. 살수여상에서 여재를 교환할 때와 같이 고형물을 차량으로 자주 제거해야 하는 곳은 진입도로가 있어야 하며, 물자나 기기가 사용되는 건물과 근무자의 왕래가 빈번한 곳에도 도로나 보도가 있어야 한다.
일반적으로 처리시설간의 왕래는 하수처리장내에 국한되어야 하므로 때로는 부근의 공용도로와 평행하게 처리장내에 도로가 위치하게 되는 수도 있지만 처리장을 주위지역으로부터 분리시킨다는 점에서는 수긍되어야 한다. 마찬가지로 가능한 한 근무자나 방문자를 위한 출입구는 차량의 출입구와 분리되는 것이 좋다. 물론 차량 출입구도 허가되지 않은 사람들의 출입을 통제할 수 있는 곳에 위치시켜야 한다.
보통 차도는 포장을 해서 영구적인 것이 되도록 하며, 차도가 많고 사용빈도가 일정하지 않은 경우에는 차량의 왕래가 가장 빈번한 도로에만 포장을 하는 수도 있다. 처리시설간이나 도로 사이에는 콘크리트 또는 자갈보도를 위치시키면 좋다. 보도의 필요한 지점에서는 계단이나 난간을 설치하여야 한다.
차도와 보도의 배치는 하수처리장의 조경에 큰 몫을 차지한다. 부지가 허용한다면 직선보다는 곡선으로 된 도로가 미관상 좋다.
(3)에 대하여
풀씨를 뿌려야 하는 곳에는 표토를 약 10cm 정도 깔고 비료도 뿌려야 한다. 표토는 보통 6～10%의 유기질을 함유하며 배수가 잘 되도록 충분히 과립상태를 유지해야 한다. 여러 종류의 풀씨를 혼합하여 뿌리면 식물의 종류에 따라 성장속도가 다르므로 조심하여야 한다. 경사가 급하거나 식물의 성장이 어려운 곳에는 씨를 뿌리지 말고, 잔디를 입히거나 아예 풀을 심지 않는 것이 좋다.
(4)에 대하여
모든 보도와 차도의 주변 그리고 씨뿌리기가 어려운 급경사지역엔 잔디를 입히는 것이 좋다.
(5)에 대하여
하수처리장은 자칫 잘못하면 불결한 곳으로 인식받기 쉬우므로 꽃나무, 넝쿨나무, 관상목, 기타 나무를 심어서 미관을 향상시키는 것은 바람직하다. 즉 불결한 곳이나 보기에 좋지 않는 곳은 그 주위에 나무를 심어 숨기면 구조물이 좋게 보임은 당연하다. 그러나 나무를 너무 많이 심으면 원래의 목적에 어긋나게 하수처리보다는 나무의 관리가 문제가 될 수 있으므로 주의를 요한다.
처리시설주위의 축대에는 넝쿨나무, 딸기 등을 심으면 좋고, 처리시설이 지상에 축조된 경우에는 그 주위에 키가 큰 관목을 심으면 알맞다. 보도나 차도주변, 좁은 공터의 잔디에는 부분적으로 화초를 심으면 좋으나 겨울에 관리가 필요한 화초는 심지 않는 것이 좋다.
넓은 잔디밭의 중간중간이나 처리장 둘레에는 큰 나무를 심고, 벽주위나 건물모퉁이 부근에는 상록수를 심으면 좋다.
(6)에 대하여
하수처리장의 둘레는 완전히 울타리가 되어 있어서 비인가자의 출입을 막아야 하며, 특히 어린이들이 몰래 들어와서 사고를 발생시키지 않도록 하는 것이 바람직하다. 가장 많이 사용되는 기둥은 콘크리트 기초에 고정된 도금파이프에 도금된 철강을 부착시킨 것이며, 출입구와 코너의 파이프기둥은 다른 것보다 직경이 크고 단단하게 지지해야 한다. 울타리의 상단에는 외부를 향하여 경사지게 3～4줄의 가시철사를 고정시켜 사람들이 울타리를 뛰어넘지 못하게 한다.
모든 출입구에는 자물쇠장치가 되어 있어야 하며 울타리주위를 따라 일정한 간격으로 출입금지의 표식을 다는 것이 요망된다.
(7)에 대하여
관련법규에 의하면 일정한 규모이상의 시설물에 대해서는 미려하고 친근한 공간조성을 위하여 건축조례 등에서 정하는 기준에 따라 회화·조각 등의 조경시설물의 설치를 권장하고 있으므로 이를 고려하여 내부 근무자 및 외부 방문객에게 친근감을 줄 수 있는 조경시설물을 설치하는 것이 좋다.
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【해설】
(1)에 대하여
수질 및 슬러지 시험의 항목과 분석체제는 7.1 및 7.2에 제시한 바와 같이 처리장의 규모에 따라 정한다.
(2)에 대하여
수질 및 슬러지 시험은 수질 검사원 및 항목에 따라서는 각종 시험기구를 필요로 한다. 소규모처리장에서는 대규모처리장에 비해 관리체제가 작고, 실험 시료수가 적기 때문에 각각의 처리장에서 모든 시험항목에 대해 전문 검사원을 확보하거나 시험기기를 확보하는 것은 곤란할 뿐만 아니라 불합리할 경우가 많다. 따라서 처리장의 관리체제의 간소화를 위해 현장에서 측정 가능한 간이시험항목 외에는 적절한 수질시험실을 보유하고 있는 처리장에서 분석하든지, 혹은 다수의 소규모처리장에서의 공동분석, 전문분석기관에 위탁하는 것이 보다 합리적이다.
수질 및 슬러지 시험은 처리능력, 처리방식, 관리체제 등을 고려하여 시험실의 유무, 전문 수질검사원의 유무에 따라 다음 중에서 선정한다.
각 처리장에 시험실을 설치하지 않는 방식으로 각 처리장에서 현장관리를 위해서 실시하는 시험항목은 전문 지식이 없는 직원이 휴대형 시험기기로 체크할 수 있는 정도로서 법률 등에 따라 정해진 시험항목은 채취한 시료를 시험실이 있는 처리장 또는 전문분석기관에 시험을 위탁한다.
채취한 시료를 〈그림 8.10.1〉과 같은 간이 시험실에서 전문성이 없는 직원이 분석하는 방식으로 전문 분석기술을 요하는 실험은 전문 분석기관에 위탁한다.
〈그림 8.10.2〉와 같은 시험실에서 전문 수질검사원이 상주하여 법정 시험항목 및 유지관리에 필요한 물질수지 파악에 필요한 기타 실험을 행하는 방식. 다른 처리장의 수질 및 슬러지 시험도 병행할 수 있다. 정밀한 분석은 전문 분석기관에 위탁한다.
휴대형 기기에 의해 할 수 있는 간단한 시험의 항목과 시험실을 필요로 하는 시험항목은 다음과 같이 분류할 수 있다.
· 일반처리장
기온, 수온, 외관색도, 악취, 투시도, pH, DO(측정기), 잔류염소, MLSS(측정기), SV
· 질산화촉진형 및 NP처리장
ORP(산화환원전위), NH4-N(이온전극측정기)
· 일반처리장
pH, DO, BOD, COD, SS, 증발잔류물, 강열잔류물, MLSS, MLVSS, 현미경시험, 대장균군수 및 악취도
· 질산화촉진형 및 NP처리장
T-N, NH4-N, NO2-N, NO3-N, T-P, O-P, 알칼리도
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【해설】
(1)에 대하여
시험실은 가능한 한 1층으로 하며 능률적인 시험이 가능하도록 수질분석기기를 배치하는데 적합한 규모로 한다. 시험항목과 시험기기 예, 시험실의 참고 예는 〈표 8.10.2〉 및 〈그림 8.10.1〉, 〈그림 8.10.2〉와 같다.
(2)에 대하여
공조설비는 7.2.3을 참조한다.
(3)에 대하여
건물은 처리능력, 처리방식, 유지관리 및 지역 특성을 고려하여 계획한다. 일반적으로 소규모처리시설에서는 전기실, 관리실, 수질시험실, 창고 등 각 방의 소요면적이 작기 때문에 1동으로 집약하는 것이 합리적이다. 또, 소규모펌프장, 송풍기, 슬러지 탈수기 등을 설치하는 경우에는 배관연장, 건물의 구조, 악취, 진동 등을 고려하여 동을 따로 할 것인가, 한 동으로 할 것인가를 비교 검토한다.
건물구조 및 사용 재료는 지역의 환경과 조화되도록 하여 반영구적인 내구성 재료인 철근콘크리트 외에 ALC, 콘크리트블럭 등 간단한 구조에 대해서도 검토한다. 물론, 지진, 풍하중, 눈하중에 대해 충분한 강도를 가져야 한다.
(4)에 대하여
배전반, 작업반, 자가발전기 등 간물 내에 설치한 전기설비는 침수에 대하여 안전하도록 배치한다. 따라서, 건물을 지반보다 높은 위치에 설치하여 전기설비를 바닥면보다 높게 하기 위해서는 기초위에 설치하는 등의 방법을 검토한다.
(5)에 대하여
환기설비는 유지관리체제를 고려하여 공조대상실을 필요최소한으로 한정하고 개별식 냉온열원을 채용하는 등 경제적인 시설이 되도록 하는 것이 중요하다. 건물의 설치위치는 염해(鹽害)대책, 사해(砂害)대책, 방충방조(防蟲防鳥)대책을 강구하되 건물이 작기 때문에 흡입구와 배기구가 인접되지 않도록 주의할 필요가 있다.
위생설비는 건물의 규모에 따라 수도직접연결방식, 국소급탕방식, 대변기와 소변기를 함께 사용하든지 또는 남자·여자 변기를 구별하지 않는 방법도 검토하여 간단하게 한다.
진입도로 및 장내도로는 순회 감시 등의 통로, 기기 등의 반출입로로서 각각에 필요한 도로폭을 갖도록 하며 간이포장을 표준으로 하여 시설한다.
야간조명은 처리장과 진입로의 위치를 파악할 수 있을 정도의 안전상 최소한의 밝기로 하며, 긴급시 야간작업은 휴대용 또는 가설조명을 사용하는 것이 유리하다.
마을하수도는 인구 약 10,000인 이하의 소규모하수도에 속하나 특히 농어촌 마을단위로 설치되며, 하수도법 및 농어촌주택개량촉진법, 농어촌정비법에 근거한 공공하수도로서 농어촌지역의 생활환경을 개선하고 수질오염을 초기단계에서 방지하기 위하여 설치한다.
【해설】
마을하수도 사업은 우루과이라운드(UR)협상 결과로 침체된 농어촌의 분위기를 일신하기 위해서 기존의 농어촌 구조개선사업과는 별도로 1995년부터 2004년까지 10년간에 걸쳐 농어촌 투자를 위한 별도의 농어촌특별세를 신설하여 실시하게 되면서 본격화하였다.
농어촌특별세사업의 투자계획중 농어촌생활환경개선사업에 의거 농어촌 하수도사업 및 오염 소하천정화사업으로 시작되어 면단위 하수도사업과 마을단위 하수도사업을 중심으로 추진되고 있다. 그러나 마을하수처리시설은 비법정시설로서 구체적인 시설기준 등의 근거가 마련되지 않아 환경부, 내무부 및 농림부 등 각 부처에서 무계획적으로 설치하여 관리하다가 1996년 7월 “간이오수처리시설”을 마을하수도로 개명하여 비로소 법정시설이 되었다.
마을하수도가 공공하수도로 수용되기 시작한 것은 1997년 3월 제5차 하수도법의 개정시 하수도 설치의 인가권이 시도지사에게로 이양된 후부터이며, 1999년 2월 제6차 개정을 통하여 하수도법에 마을하수도 기본계획과 관련된 포함사항이 법에 명시되게 되었다. 2002년 8월 행정자치부, 농림부, 환경부에서『마을하수도사업통합지침(개정)』을 내어 체계적인 사업시행과 유지관리를 위해서 마을하수도사업으로 통합관리하고 있다. 최근 2004년 10월에 개정된『마을하수도사업통합지침(개정)』이 활용되고 있다.
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마을하수도라 함은 농어촌지구의 수질오염을 초기단계에서 예방하기 위하여 자연마을단위로 설치하는 하수도로서 1일 하수처리능력이 50㎥이상 500㎥미만인 공공하수도를 말한다. |
【해설】
마을하수도는 하수도법(환경부, 법률 제6451호, 01.3.28 개정)에 의거하여 하수도시설의 설치 및 관리의 책임이 자치단체장에게 있는 공공하수도로서 1일 하수처리능력이 50㎥이상 500㎥미만으로 규정하고 있고, 1일 하수처리능력 50㎥미만인 소규모 자연마을의 하수처리는 현재 “오수분뇨 및 축산폐수처리에 관한 법률(일명 오분법이라 한다)”에 근거하는 오수처리시설로 분류되어 있다. 오수처리시설은 사업주체, 비용부담, 유지관리 등에서 마을하수도와는 현격한 차이를 나타내고 있어 국가서비스의 형평성 문제가 크게 제기되고 있는 실정이므로 향후 생활오수처리를 위한 현행의 오수처리시설은 하수도시설로 일원화하여 설치 및 관리되어야 할 것이다.
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마을하수도시설의 목적은 합리적인 건설비와 유지관리비를 투자하여 농어촌마을의 건전한 발전과 공중위생의 향상에 기여하고 공공수역의 수질을 보전하여 쾌적한 생활환경을 조성하는데 있다. |
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마을하수도의 적용범위는 환경부, 행정자치부 및 농림부에서 주관이 되어 농어촌지역에 실시하는 사업중 모든 하수도시설에 적용하는 것을 원칙으로 한다. |
현재 마을하수도 사업은 행정자치부에서 농어촌주택개량 촉진법에 의거 주관하는 농어촌주거환경개선사업과 농림부에서 농어촌발전특별조치법 및 농어촌정비법에 의거 농어촌정주생활권개발사업, 그리고 환경부에서 하수도법에 의한 일반하수도사업 등에 의해 실시되고 있다.
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농어촌주거환경개선사업에 의한 마을하수도정비사업은 다음사항에 따른다.
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【해설】
(1)에 대해서
농어촌주택개량촉진법에 의거한 농어촌주거환경개선사업에 의한 마을하수도사업의 추진방침은 다음과 같다.
(2)에 대해서
사업시행절차 및 시행방법은 〈그림 9.2.1〉 및 〈표 9.2.1〉과 같다.
(3)에 대해서
농어촌주거환경개선사업을 시행할 경우 농어촌주택개량촉진법 제6조에 의거 하수도법에 대한 다음 사항을 허가, 인가, 승인 또는 동의 등을 얻거나 협의, 신고 등을 한 것으로 의해 처리되어 있다.
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농어촌정주권개발사업 및 농어촌생활환경정비사업에 의한 마을하수도사업은 다음사항에 따른다.
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【해설】
(1)에 대해서
(2)에 대해서
사업시행절차 및 시행방법은 〈그림 9.2.2〉 및 〈표 9.2.2〉와 같다.
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마을하수도 정비사업의 대상지역을 선정할 때에는 관계법령이 정하는 바에 따라 선정하되 마을하수도 사업의 효율성 제고를 위하여 다음 지역이 우선적으로 선정되도록 고려한다.
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【해설】
마을하수도 정비사업의 대상지역을 선정할 때에는 전술한 바와 같이 행정자치부, 농림부 소관의 사업 대상지역 선정이 별개의 법에 의거 시행되고 있기 때문에 그것과 연계하여 선정하는 것이 중요하다.
① 수도법 제5조의 규정에 의한 상수원보호구역에 위치한 마을
② 자연공원법 제16조의 규정에 의하여 결정된 취락지구에 위치한 마을
③ 수해·산사태·해일 등 재해가 우려되어 이주가 불가피한 마을
④ 관광지·사적지 또는 주요도로변 등에 위치한 마을로서 농어촌주거환경개선사업(이하 “개선사업”이라 한다)이 특히 필요하다고 시장·군수·구청장이 인정하는 마을
⑤ 노후·불량한 주택이 주택총수의 3분의 1 이상이고 세대주의 3분의 2 이상이 농어촌주거환경개선지구 지정을 희망하는 마을
① 문화마을조성사업지구로 기선정된 지구와 하수체계상 병행처리가 가능한 인근마을
② 문화마을조성사업지구가 아닌 지역은 가급적 마을규모가 50호 수준 이상인 지역으로써 기존마을의 하수체계, 도로, 상·하수도 등 생활기반시설이 비교적 잘 정비 되어 환경개선효과가 큰 마을
③ 환경오염이 심하여 하천수질오염이나 영농에 지장을 받고 있는 마을
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농어촌 주거환경개선사업이나 농어촌생활환경정비사업, 일반하수도사업에 의하여 마을하수도 사업을 추진할 경우 다음 사항이 포함된 사업계획서를 작성한 후 시·도지사와 협의하여야 한다.
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【해설】
농어촌 주택개량촉진법에 의거 농어촌주거환경개선사업을 추진할 경우 하수도 정비기본계획승인, 공공하수도설치 인가 등의 공공하수도사업에 대한 인·허가 등을 거친 것으로 되어 있으므로 농어촌 주거환경개선사업이나 농어촌정주권 개발사업 등에 의하여 마을 하수도 사업을 추진할 경우 소정의 사업계획서를 작성한 후 환경부장관과 협의하여야 한다. 다만, 공공하수도 관리청이 공공하수도관리청이 아닌자에게 마을하수도공사 또는 유지관리를 허가할 경우에는 「공공하수도 설치인가에 관한 사항」과 동일한 자료를 첨부하여야 한다.
(1)에 대해서
마을하수도 정비기본계획에 관한 사항은 다음과 같다.
(2)에 대해서
공공하수도 설치인가에 관한 사항은 다음과 같다.
① 사업시행자의 명칭 및 주소
② 사업시행의 목적
③ 사업시행의 위치 및 면적
④ 설치하고자 하는 시설의 종류 및 명칭
⑤ 예정배수구역 및 예정하수처리구역
⑥ 사업시행기간
⑦ 토지 등의 소유자 및 이해관계인의 성명과 주소
① 예정배수구역 또는 예정하수처리구역과 그 인근지역의 지형 및 토지의 용도를 표시한 도면
② 계획하수량 및 그 산출근거에 관한 서류
③ 하수종말처리시설에서 처리하여야 할 하수와 방류수의 예정수질 및 그 추정근거에 관한 서류
④ 하수방류지점의 상황을 표시한 도면
⑤ 재원조서 및 매 회계연도의 공사비 예정액에 관한 서류
⑥ 시가지도와 공공하수도의 계획평면도 및 그 설계도서
⑦ 수용 및 사용할 토지·건물의 조서, 그 지번 및 지목등과 소유권의 권리명세서
⑧ 기타 환경부령이 정하는 도서
(3)에 대해서
마을하수도 사업계획서에 관한 사항은 다음과 같다.
① 사업시행자의 명칭 및 주소
② 사업시행의 목적 및 기본방침
③ 사업시행지의 위치 및 면적
④ 설치하고자 하는 시설의 종류 및 명칭
⑤ 예정배수구역 및 예정하수처리구역
⑥ 사업시행기간
⑦ 토지 등의 소유자 및 이해관계인의 성명과 주소
① 예정배수구역 또는 예정하수처리구역과 그 인근지역의 지형 및 토지의 용도를 표시한 도면
② 계획하수량 및 그 산출근거에 관한 서류
③ 마을하수도의 하수종말처리시설에서 처리하여야 할 하수와 방류수의 예정수질 및 그 추정근거에 관한 서류
④ 시가지도와 마을하수도의 계획평면도 및 그 설계도서
⑤ 수용 또는 사용할 토지·건물의 조서, 그 지번 및 지목 등과 소유권외의 권리의 명세서
⑥ 하수방류지점의 상황을 표시한 도면
⑦ 재원조서 및 매 회계연도의 공사비 예정액에 관한 서류
⑧ 마을하수도(부속설비를 포함한다)의 수위관계도, 구조도 등 사업계획의 설명을 위하여 필요한 도서
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마을하수도계획의 기본 방침은 다음 사항과 같다.
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마을하수도계획은 구상, 조사, 예측 및 시설계획이 서로 관련을 가지고 있기 때문에 그에 대한 흐름 및 상호관계를 고려한다. |
【해설】
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마을하수도의 기본적 사항은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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【해설】
(5)에 대해서
마을하수도시설의 배치, 구조 및 기능은 다음 사항을 고려하여 정한다.
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마을하수도사업을 추진하기 위한 조사는 다음 사항과 같다.
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【해설】
조사는 마을하수도계획의 기초가 되는 것이므로 충분한 시간을 가지고 광범위하게 필요한 자료의 수집 및 조사를 한다. 조사내용은 기초조사, 관련계획조사, 부하량 및 기존시설에 대한 조사이다. 각각의 조사내용은 다음과 같다.
(1)에 대하여
기초조사는 다음과 같다.
(2)에 대하여
관련계획에 관한 조사는 다음과 같다.
① 하수도 정비계획 또는 상수원수질보전 대책 사업계획
② 행정자치부 주택개량 촉진사업 계획
③ 농림부 정주권 개발 사업 및 문화마을 조성 계획
① 계획종·횡단면
② 계획홍수위 및 계획홍수량
③ 계획저수위 및 계획저수량
④ 기타 유황개선계획
① 지하매설계획
② 토지개량사업계획
(3)에 대하여
부하량에 관한 조사는 다음과 같다.
① 상수도 급수량의 현황 및 계획
② 인구, 공장출하액, 농림 및 축산에 관한 통계자료
③ 주요 공장, 사업장 및 축산시설의 폐수량 및 수질자료
④ 지하수에 관한 조사
⑤ 오염부하량 원단위에 대한 조사
⑥ 경지 비료 사용량에 관한 조사
① 수질현황 및 수질측정시의 수량
② 수질환경기준의 유형 및 수질기준점의 위치
③ 물의 이용현황 및 장래계획
(4)에 대하여
기존 시설에 관한 조사는 다음과 같다.
(5)에 대하여
기타조사는 다음과 같다.
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마을하수도의 우수배제계획은 원칙적으로 기존의 배수시설을 활용하여 계획하며, 대상지역의 우수배제와 관련있는 하천, 농업용 배수로 및 기타 배수로 등과 함께 마을하수도를 포함한 종합적인 우수배제계획을 수립한다. |
【해설】
마을하수도의 배제방식은 분류식을 원칙으로 하며, 우수배제계획은 원칙적으로 기존의 배수시설을 활용하여 계획한다.
우수배제계획에서 계획우수량의 산정, 우수관로계획, 빗물펌프장계획 등은 1.5를 참조한다.
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마을하수도의 하수처리계획은 다음 사항을 고려한다.
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【해설】
(1)에 대하여
계획인구는 마을의 거주현황자료에 근거한 인구를 기초로 하여 정한다. 다만, 인구증감이 있는 마을은 시설의 설치목표년도의 인구를 추정하여 기준으로 한다.
(2)에 대하여
계획하수량은 생활오수량(가정오수량 및 영업오수량), 가축폐수량, 지하수량으로 구분해 다음 사항을 고려하여 정한다.
생활오수량의 1인1일최대오수량은 계획목표년도에서 계획지역내 상수도계획(혹은 계획예정)상의 1인1일최대급수량을 감안하여 결정하며, 용도지역별로 가정오수량과 영업오수량의 비율을 고려한다.
소, 돼지를 기준으로 가축폐수원단위를 적용한다.
지하수량은 1인1일최대오수량의 10～20%로 한다.
계획1일최대오수량은 1인1일최대오수량에 계획인구를 곱한 후 여기에 지하수량 및 기타 배수량을 더한 것으로 한다.
계획1일평균오수량은 계획1일오수량의 50～70%를 표준으로 한다.
계획시간최대오수량은 계획1일최대오수량의 1시간당 수량의 2.0～2.5배를 표준으로 한다.
(3)에 대하여
계획유입수질은 생활오수 및 가축폐수로 구분하여 다음 사항을 고려하여 정한다.
(4)에 대하여
하수의 처리방법은 유입하수의 수량, 수질의 부하 및 그 변동, 방류수역의 유량, 물의 이용상황, 수질환경기준의 설정 현황, 처리장의 입지조건 및 유지관리상의 조건 등에 따라 정한다. 수질환경기준이 설정되어 있는 수역의 하수처리방법은 해당수역의 수질환경기준 달성을 전제로 하여 정한다. 한편, 수질환경기준이 설정되어 있지 않은 수역의 하수처리방법은 물이용상황에 따른 수질환경기준을 예상하여 기준설정수역에 준하여 정한다.
(5)에 대하여
관거계획은 1.6.5의 각항을 고려하여 정하되 하수관과 배수설비의 일체적 시공계획을 기준한다. 단, 진공식 및 압력식 하수도의 경우는 별도로 한다.
(6)에 대하여
펌프장계획은 1.6.6의 각항을 고려하여 정한다.
(7)에 대하여
마을하수도의 처리장은 크게 공동처리방식과 개별처리방식으로 나뉘는데, 공동처리방식의 처리장계획은 1.6.7을 참조한다.
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마을하수도의 슬러지처리·이용계획은 1.8을 고려하여 발생하는 슬러지성상과 지역실정에 따라 슬러지가 가지고 있는 자원적 가치를 충분히 이용할 수 있도록 수립한다. |
【해설】
마을하수도의 슬러지처리·이용에 있어서는 우선 최종 이용방법을 결정하고 이것에 적당한 처리이용계획을 세운다. 특히, 소규모에 따르는 불리함을 없애고 마을하수도의 지역특성을 고려하여 복수의 처리장을 대상으로 하는 슬러지처리의 광역화나 슬러지의 녹농지이용을 검토한다.
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마을하수도의 하수처리시설에서의 방류수의 수질기준은 하수도법 시행규칙 제6조 제1항 [별표1]의 규정에 의한 방류수수질기준을 적용한다. |
【해설】
마을하수도의 방류수는 마을하수도통합지침 운영관리에 의해 하수도법 시행규칙 제6조 제1항 [별표1]의 규정에 의한 방류수 수질기준 이하로 처리한 후 방류하여야 한다.
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마을하수도와 같이 소규모인 경우 관거시설의 설치는 하수처리시설의 설치보다도 오히려 더 중요하다고 할 수 있는데, 관거설계시 고려해야 할 계획하수량, 유속 및 경사, 하수수집방식 등은 2.1을 참조한다. |
【해설】
관거설계시 고려해야 할 계획하수량, 유속 및 경사, 하수수집방식 등은 2.1을 참조 한다.
한편, 하수수집방식은 자연유하식을 원칙으로 하지만, 다음과 같은 상황하에 있는 지역에서는 압력식 또는 진공식하수도 수집방식도 도입이 가능하다.
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관거의 종류와 단면은 2.2를 참조한다. 최소관경은 오수관거에서는 150mm, 우수관거는 200mm로 한다. 다만, 진공식 및 압력식 수집시스템인 경우에는 오수관의 최소관경은 100mm로 한다. |
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관거의 매설위치 및 깊이는 2.3을 참조한다. 관거의 매설심도가 지하 5m 이상인 경우에는 가능한 한 진공식 또는 압력식 하수관거로 계획하여 매설심도를 낮추는 방안을 강구한다. |
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관거의 접합과 연결은 2.5를 참조한다. |
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마을하수도에 이용하는 맨홀의 규격 및 설치는 2.7.1을 참조한다. |
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마을하수도에 이용하는 개거의 종류와 단면은 2.9를 참조한다. |
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마을하수도에 이용하는 토구는 2.10을 참조한다. |
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마을하수도에 이용하는 물받이와 연결관은 2.11을 참조한다. 단, 오수 및 우수물받이에는 협잡물을 걸러낼 수 있는 간격 5mm 이하인 스크린 또는 스트레이너를 설치하여 관거내로 협잡물이 유입하지 않도록 할 것을 권장한다. 또한, 연결관의 최소관경은 80mm로 한다. |
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마을하수도에 이용하는 배수설비(택지 물받이)는 표준 물받이 또는 분리 물받이 중에서 채용한다. |
【해설】
배수설비(택지 물받이)에 대해서는 2.12.2를 참조한다.
분리 물받이는 펌프설비의 보호 또는 처리시설의 부하량을 줄이기 때문에 모래, 입자가 큰 고형물, 유지류 등의 오물을 하수도로 배출하기 전에 배출자가 분리하는 것이다.
한편, 제거작업 및 제거물의 처분 등의 문제에서 주민의 부담이 생기기 때문에 채용시에는 주민의 협력을 얻을 수 있는 가에 대해 충분히 조사함과 동시에 처분방법의 구체적인 방안 등에 대한 검토가 필요하다. 또, 분리 물받이를 채용하는 경우에는 분뇨와 잡배수의 받이를 분리하여 설치하는 것을 필요로 한다. 또, 화장실에서 배수가 분리 물받이에 역류하지 않도록 위치, 높이 등을 검토해야 한다.
〈그림 9.4.1〉에 분리 물받이의 예를 나타내었고, 〈그림 9.4.2〉에 분리 물받이의 설치 예를 나타내었다.
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역사이펀은 원칙적으로 설치하지 않는 것을 원칙으로 한다. 부득이 역사이펀을 설치할 경우에는 2.6을 참조하며, 청천시용과 우천시용을 분리함과 동시에 전자에 대하여는 역사이펀관을 2개로 하는 등의 고려가 필요하다. |
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마을하수도의 펌프장시설은 소규모펌프장시설의 3.11에 따른다. |
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마을하수도에서의 하수처리방식은 공동처리방식을 기본으로 한다. |
【해설】
공동처리방식은 일반적으로 생물학적 방법과 물리화학적 방법으로 일정 규모이상에서 유지관리가 용이하고 또한 경제적인 하수처리공정으로 구성한다.
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마을하수도의 계획하수량과 수질은 소규모 하수처리시설의 4.10.1의 3)항에 따른다. |
【해설】
마을하수도의 계획하수량과 수질은 소규모하수처리시설의 4.10.1의 3)항에 따르며, 지역특성을 충분히 반영한다.
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마을하수도에서 하수처리방법을 선정할 경우 고려하는 사항은 소규모하수처리시설의 4.10.1의 2)항에 따른다. |
【해설】
마을하수도에서 하수처리방법을 선정할 경우 고려하는 사항은 소규모하수처리시설의 4.10.1의 2)항에 따른다.
하수처리방법은 건설비, 방류수수질기준 달성여부, 유지관리 용이성 등을 고려하여 가장 경제적이고 효율적인 처리공법을 선정하고, 처리공법 선정시 현재 정상적으로 설치·가동중인 공법이거나, 관계법령의 규정에 의하여 신기술 지정 등으로 기술이 검증된 공법을 선정하되, 기타 공법도 유지관리상의 문제점에 대한 하수도분야 전문가의 타당성 있는 충분한 의견을 수렴하여 선정하여야 한다.
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마을하수도에서 사용하는 전처리시설은 소규모하수처리시설의 4.10.2에 따른다. |
【해설】
마을하수도에서 사용하는 전처리시설은 유량조정조, 제사시설 및 제진시설 등이 있으며 소규모하수처리시설의 4.10.2에 따른다.
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마을하수도의 침전지설치에 대해서는 소규모하수처리시설의 4.10.3에 따르며 다음 각항을 고려한다.
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【해설】
마을하수도의 침전지설치에 대해서는 소규모하수처리시설의 4.10.3에 따른다.
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마을하수도의 하수처리방법 중 공동처리방식은 일반적으로 생물학적 방법과 물리화학적 방법이 있다. |
【해설】
마을하수도의 하수처리방법 중 공동처리방식의 원리와 설계사항은 4.4의 활성슬러지법 및 4.10의 소규모 하수처리시설의 각 항을 참조한다.
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마을하수도의 소독설비는 소규모 하수처리시설의 4.10.5에 따른다. |
【해설】
마을하수도의 소독설비는 4.10.5의 각 항과 4.7의 소독시설을 고려하여 결정한다.
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마을하수도의 슬러지처리는 소규모 슬러지처리시설의 5.14에 따른다. 마을하수도에서 발생되는 하수슬러지를 처리하기 위한 탈수시설은 설치하지 않아야 하며, 슬러지를 일정기간 저장할 수 있는 저류조를 설치한 후, 인근 하수종말처리시설에서 수거 또는 이송하여 통합 탈수처리할 수 있는 처리방식을 선정하여야 한다. |
【해설】
마을하수도에서 발생하는 하수슬러지량은 대부분 소량이기 때문에 탈수처리시설을 별도로 설치하지 않고 적당한 기간 저장할 수 있는 저류조를 설치하여 인근 하수처리장으로 수거하거나 이송하여 통합 탈수처리하거나 연계처리하는 것이 경제적이며, 별도 처리하여 해당지역에 환원시키면 농촌의 지력 향상에 크게 이바지 할 수 있다.
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마을하수도에서 발생하는 슬러지는 원칙적으로 농촌지역의 특성을 살리고 유가자원의 회수라는 측면에서 퇴비화하는 것을 원칙으로 하며, 퇴비화여건이 조성이 안된 경우에는 고화처리나 건조후 녹농지에 이용하거나 매립하는 것으로 한다. |
【해설】
마을하수도에서 슬러지처리 공동화계획시 유의사항은 5.14.5에 따르며, 슬러지처리시설은 5.14.6에 따른다.
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마을하수도의 전기설비는 소규모 전기·계측제어설비의 6.3에 따르며, 특히 유지관리에 용이하도록 시설되어야 한다. |
【해설】
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마을하수도의 계측제어설비는 소규모 전기·계측제어설비의 6.3에 따르며, 특히 과다한 비용이 들지 않도록 필요한 최소설비를 정한다. |
【해설】
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마을하수도의 관리시설은 8.10.2에 따르며, 다음 각항을 참조한다.
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마을하수도시설의 설계시에 관련법규를 충분히 고려하여 적절한 악취방지대책을 강구해야 한다. |
【해설】
마을하수도의 악취방지시설은 8.6을 참조한다.
본 하수도시설기준에 사용되는 주요용어의 정의는 다음과 같으며, 다음에 수록된 이외의 용어는 건설교통부 제정 건설용어대사전에 따른다.
-ㄱ-
가스발생세균(gas-forming bacteria)
유기물을 발효에 의해 분해하여 가스를 생성시키는 세균류. 혐기성 소화조에는 메탄가스, 탄산가스, 황화수소가스 등을 생성하는 가스 발생세균이 다수 존재함.
가압탈수기(filter press, press filter)
여포사이에 슬러지를 주입하고 수압 또는 유압으로 여과판을 눌러서 압축, 여과, 탈수시키는 슬러지 탈수설비
가압탈수(pressure filtration for sludge dewatering)
슬러지의 탈수방법의 하나로 내구성이 있는 여포사이에 슬러지를 유입시키고 수압 또는 유압으로 여포가 들어 있는 탈수실을 가압하여 탈수하는 방법
가정오수(domestic wastewater)
가정에서 배출되는 오수로서 세면, 조리, 청소용수와 수세변소수를 포함한다.
가축폐수(animal wastewater)
농어가에서 가축으로 사육하는 소, 돼지로부터 발생하는 폐수를 말하며, 구체적으로는 소 2두, 돼지 1두까지를 고려할 수 있는 것으로, 법적규제대상이 되는 축산폐수와는 구별된다.
개거(open ditch)
자유수면을 갖고 흐르는 수로단면으로 뚜껑이 없는 수로
개수로(open channel)
수리학적으로 유체가 대기에 접해 있는 자유수면을 갖고 흐르는 수로를 지칭하며, 상수도 관망과 같이 펌프 등에 의해 압력을 받아 흐르는 관수로에 대비되는 용어
간선(main sewer)
하수관망에서 여러 개의 지선이 연결되는 주하수관거를 뜻함.
강열감량(volatile solids ignition loss, VS)
건조고형물을 약 550℃ 정도로 가열한 다음에 남은 물질의 중량으로 유기물함량의 지표로서 쓰여짐.
강성관(rigid pipe)
도관, 원심력철근콘크리트관 등으로 설계시 외력에 의한 처짐 등의 변형을 고려하지 않는 관
강우강도(rainfall intensity)
한 지점에서의 비의 세기 정도를 표현하는 것으로 단위시간당의 강우량으로 mm/h 단위로 표시한 것.
강제환기(artificial ventilation, forced ventilation)
자연환기와 반대되는 용어로서 자연환기가 온도차나 통풍에 의한 것임에 비해 강제환기는 송풍기를 이용해서 흡기, 배기 또는 그 양쪽 모두를 하는 것을 말함.
개별처리(on-site treatment)
한 집 또는 몇 집만을 대상으로 별도로 오수발생 현장에서 처리하는 경우이며, 간선 오수관거는 없는 점이 특징이다.
결정화(crystallization)
액체화된 용융슬래그를 천천히 냉각시켜 융점 이하에서 결정체를 형성시키는 것을 말하며, 결정화슬래그는 융액을 온도 조절하면서 천천히 식히거나 냉각후에 슬래그를 재가열함으로 얻어지는 슬래그를 말함.
경량골재(lightweight aggregate)
골재중 굵은 골재에서 비중 2.0 이하, 가는 골재에서 1.3 이하의 것으로 천연골재와 인공골재로 나눌 수 있음.
계란형 소화조(egg-shaped digester)
계란형 슬러지소화조로서 조내의 교반특성이 좋고 슬러지의 퇴적이 적으며, 스컴생성이 적은 등의 형상에 따른 특징이 있음.
계획오수량(design wastewater flow)
오수처리계획에 있어서 관로, 오수중계 펌프장, 하수종말처리장 등의 용량을 결정하기 위해 이용하는 오수량
계획우수량(design stormwater flow)
우수배제계획을 수립하는 경우, 관로, 펌프장 등의 용량을 결정하기 위해 사용하는 우수류출량을 말함. 산정공식으로서는 합리식 또는 실험식을 사용함.
계획하수량(design sewage flow)
계획오수량과 계획우수량의 합을 말함. 합류식 하수배제방식인 경우 하수도시설의 용량을 결정하기 위하여 쓰이는 하수량임.
계획시간최대오수량(design hourly maximum wastewater flow)
계획목표년도에 있어서 1시간당 최대가 되는 계획오수량. 지하수량 및 공장폐수량을 포함함.
계획인구(design population)
하수도계획의 목표년도에 하수도 계획구역내의 인구로 하수처리에 있어서 계획오수량 산정의 기초가 됨.
계획1인1일최대급수량(design daily maximum water consumption per capita)
계획1일최대급수량을 1인당으로 나타낸 것. 하수도 계획에서 오수량의 기본인 생활오수량은 해당지역 상수도의 계획1인1일최대급수량에 하수전환율 등을 고려해서 정함.
계획1인 1일최대오수량(design daily maximum wastewater flow per capita)
연중 가장 유량이 많은 날의 오수량. 일최대오수량은 관광지 등과 같이 계절에 따라 인구변동이 큰 지역에서는 평균오수량의 두 배 이상이 되는 경우도 있음.
계획일평균급수량(daily mean water consumption)
연간을 통해 급수되는 총수량을 365일로 나눈 것을 말함. 보통 일최대급수량의 75～85%임.
계획일평균오수량(average daily wastewater flow)
일정기간의 오수량의 누적량을 그 기간의 일수로 나눈 수량. 통상 기간을 1년간으로 하는 경우가 많음.
고도처리(tertiary treatment, advanced treatment)
2차처리방법으로는 사용목적에 맞도록 요구되는 만큼 처리되지 않은 여러 가지 물질(유기물, 질소(N), 인(P), 색도, 탁도, 냄새 등)을 처리하기 위해 2차처리시설에 선택적으로 처리시설을 추가보완하는 것.
고분자 응집제(polyelectrolyte flocculant, polymer coagulant)
수용성 고분자 물질중 수처리에 유효한 응집제로 가교작용, 전화중화작용등에 의하여 현탁립자에 대해 우수한 응집작용을 나타냄. 음이온계(anion), 양이온계(cation), 비이온계(nonion)로 크게 구분됨.
고형물 체류시간(solids retention time, SRT)
하수의 생물학적 처리공정에서 활성슬러지 즉 MLSS가 공정내에 체류하는 이론적인 평균시간을 의미함. 공정내의 전 MLSS량을 매일 공정에서 유출되는 MLSS로 나누어 구할 수 있음. 슬러지체류시간이라고도 함.
고형물 회수율(solids capture efficiency)
슬러지의 농축이나 탈수 등의 단위조작으로 유입된 슬러지의 고형물량중에서 농축이나 탈수로서 얻어지는 슬러지의 고형물량 비율을 말하고 일반적으로 백분율로 나타냄.
공공하수도(public sewerage)
하수도법에 의하여 정해지는 하수도로서 공공하수도 관리청이 설치 또는 관리하는 하수도를 말함.
공동처리(centralized treatment)
20호 이상의 마을을 대상으로 집집마다 발생하는 오수를 매설관거를 이용하여 한곳으로 모아 처리하는 공동처리가 유리한 마을간을 연결하여 오수를 하류마을로 집중시켜 하나의 처리장에서 처리하는 경우로 공공하수도의 지위를 갖는다.
공기/고형물비(A/S비)
슬러지의 부상농축시 공급된 공기량중에서 유효하게 사용되는 공기량 A와 처리된 고형물량 S와의 비율로서, 이 배율이 클수록 농축슬러지의 농도는 높아지지만 너무 높아도 동력비에 비교해 농축효과는 높아지지 않음.
공장·사업장 폐수(industrial wastewater)
공장, 사업장의 생산활동에 의해 생긴 폐수
관거(pipe ＆ culvert)
암거 및 개거를 총칭해서 말함.
관거시설
관거, 맨홀, 우수토실, 토구, 물받이(오수, 우수 및 집수받이) 및 연결관 등의 총칭
관거접합(pipe connection)
관거의 지름, 기울기, 방향이 변하는 장소 및 관거가 합류하는 곳에 맨홀을 이용하여 관과 관을 연결하는 것을 말함.
관수로(pipe line)
물이 충만해서 흐르며 자유수면을 가지지 않는 수로. 개수로에 대비되는 용어
-ㄴ-
난류(turbulent flow)
유속이 어느 한계를 넘으면 물의 입자가 서로 혼합되어 흐트러져서 흐르는 흐름. 관수로의 경우에는 레이놀즈수(Re)가 4,000보다 클 때의 흐름이고, 개수로의 경우에는 레이놀즈수가 500보다 큰 흐름임.
내부라이닝(inside lining)
부식을 방지할 목적으로 관이나 조등의 내면에 내산 또는 내알칼리성 재료를 바르는 작업을 말함.
노말부피(N㎥)
Normal ㎥의 약칭으로 온도 0℃에서 압력 1기압의 상태로 환산했을 때의 기체의 부피를 나타내는 단위를 말함.
농축(thickening)
슬러지의 고형물농도를 높이고 부피를 감소시키기 위한 조작으로 중력식, 부상식, 원심분리식 등이 있음.
-ㄷ-
단차접합
하수관거의 경사도가 매우 클 때 수세를 완화하기 위하여 도중에 단차를 두는 접합
도관(vitrified-clay pipe)
점토를 규격에 맞게 성형하고 가열하여 만든 관으로 내산, 내알칼리성이 우수하고 마모에도 강하며 이형관을 제작하기 쉽다는 등의 장점이 있음.
도시하수(municipal sewage)
생활하수에 공장폐수, 축산폐수 및 농업용 폐수 등을 포함시킨 것을 말함.
DO(dissolved oxygen)
용존산소라고 하며 수중에 용해되어 있는 산소를 말함.
-ㄹ-
라군(lagoon)
기온이 높은 지역의 소규모하수처리장에 많이 이용되는 방법으로 슬러지를 연못에 투입하여 장시간 저류시켜 침전, 압밀, 소화, 탈수가 진행되도록 한 방법으로서 생물학적 관점에서는 호기성라군, 임의성라군, 혐기성라군 등으로 분류됨.
-ㅁ-
물받이(inlet)
하수를 집수하여 연결관에 의해 관거에 유하시키기 위한 시설을 말하며 오수받이, 빗물받이 및 집수받이로 나눌 수 있음.
매닝공식(Manning formula)
일반적으로 개수로에 적용되는 평균유속공식의 하나로 수로의 경심을 R, 동수경사를 I, 조도계수를 n이라 할 때 평균유속 V는
맨홀(manhole)
하수관거의 청소, 환기, 점검 및 조사 등을 위한 시설로서 일반적으로 하수관거가 합류하는 장소, 경사, 방향 및 관경이 변하는 장소 및 일정간격마다 설치됨.
메탄발효(methane fermentation)
슬러지의 혐기성 소화에 있어서 슬러지의 가수분해후 산생성과정에서 생성되는 유기산 등을 절대혐기성 세균인 메탄생성균의 작용에 의해 메탄을 발생시키는 현상.
-ㅂ-
반류수(return sewage flow)
수처리시설로 되돌려 보내지는 슬러지의 각 처리과정에서 생기는 농축조 상징액, 소화조 상징액, 세정액, 탈리액 등의 총칭
반송슬러지(return sludge, return activated sludge)
활성슬러지법에서 포기조내의 MLSS농도를 일정수준으로 유지하기 위해 2차침전지에서 배출되는 슬러지중 포기조로 반송하여 순환사용하는 활성슬러지를 말함.
반송퇴비(return compost)
퇴비화 과정에 있어서 발효조에 탈수케이크를 투입할 때에 수분조정 및 종균을 목적으로 1차 또는 2차 처리된 퇴비의 일부를 혼합하는데 이 퇴비를 반송퇴비라 함.
퇴비화설비(composting facilities)
전처리된 하수슬러지를 통기, 교반, 이송하여 호기성분해를 촉진시켜 퇴비화하기 위한 설비 일체를 말함.
배기가스처리장치(exhaust gas treatment equipment)
소각, 연소, 연소장치에서 배출되는 가스내에 들어 있는 악취, 매연, 분진, 질소산화물, 염화수소 등의 유해물질을 제거하기 위한 장치의 총칭
배수관(drain pipe)
배수설비에서 배수관이란 옥내 및 옥외에서 발생하는 하수를 공공하수도로 배수하는 관을 말함.
배수설비(drainage equipment)
배수를 공공하수도로 유입시키기 위해 설치하는 건물 또는 부지내의 배수관거 및 부대설비의 총칭
배제방식(sewerage system)
하수를 배제하기 위한 방식을 말하며, 우수와 오수를 동일관으로 배제하는 합류식과 우수와 오수를 각각의 관으로 배제하는 분류식이 있음.
베빗 공식(Babbit formula)
배수인구에 따라 시간최대오수량을 구하는 공식. M=5÷P1/5(여기서 P는 1,000명 단위의 인구수)로 표시되는 Babbitt 계수 M을 일평균오수량에 곱해서 시간최대오수량을 산출
보조연료(auxiliary fuel, supplemental fuel)
주연료의 공급이 중단되었을 때나 주연료가 갖는 열량이 저하되었을 때 등에 사용하는 연료를 말하며 소화조의 가온이나 슬러지 소각에 사용됨.
부관(bypass pipe)
관거의 접합이 단차접합(보통 0.6m 이상)이 되는 경우 맨홀 저부의 세굴을 방지하거나 또는 하수의 맨홀 유입을 용이하게 하기 위해 설치하는 관
부식(corrosion)
주로 하수중의 유리탄산(free CO2), H2S, 메탄류 및 용존산소 등에 의하여 철제나 콘크리트가 산화되어 손상되는 것을 말함.
부패조(septic tank)
건물이나 주택의 오수(주로 분뇨)를 처리하기 위하여 지하에 설치한 통으로 주로 침전 및 혐기성 소화가 이루어짐.
분류식 하수도(separate sewer system)
우수와 오수를 분리하여 배제하는 하수도
불완전 분류식 하수도(incomplete separate sewer system)
우수와 오수를 분리하여 배제하는 하수도로서 오수는 오수관거에 의해 하수처리시설로 배제하여 처리하고, 우수의 경우에는 기존의 자연배수로나 측구 등을 최대한 이용하여 배제하고 기존배수로가 없는 경우에만 우수관거를 매설하여 우수를 배제하는 방식임.
BOD(biochemical oxygen demand)
생화학적 산소요구량이라고 하며 수중의 유기물질이 안정화될 때까지 소비될 수중의 용존산소량을 mg/l로 표시한 것. 물의 오염상태를 나타내는 지표중의 하나임. 20℃에서 5일간에 소비되는 산소량을 표준으로 함.
BOD부하(BOD loading, activated sludge loading)
생물처리공정 및 호소 등에 부하되는 1일당 BOD총량. 통상은 BOD-SS부하(F/M비), BOD용적부하, BOD면적부하 등으로 사용함.
BOD용적부하(BOD volumetric loading)
포기조의 단위용적당, 1일에 유입하는 BOD량(BOD kg/㎥·일)으로 주로 포기조용적의 설계 등에 이용함.
빗물받이(street inlet, strom-water inlet)
도로측구 또는 가옥으로부터 유입하는 빗물을 모아서 하수관거에 유입시키기 전에 설치하는 물받이
-ㅅ-
사질토(sandy soil)
모래질 흙의 통칭으로 세립토 및 비점성토의 일종
산성 발효(acid fermentation)
슬러지를 혐기성 소화시킬 때 제1단계에서 각종 유기물의 분해로 인해 유기산, 황화수소, 탄산가스 및 중탄산염이 발생되는 과정. pH가 5.1～6.8로 저하됨.
살수여상법(trickling filter, percolating filter)
하수를 여재(쇄석 또는 플라스틱 매체 등)에 살수하여 공기와 접촉시킴으로서 여재에 부착된 미생물의 활동에 의해 호기성으로 처리하는 방법. 살수부하등의 차이에 따라 표준살수여상(standard-rate trickling filter, low-rate trickling filter)과 고율살수여상(high-rate trickling filter) 등이 있음.
상재하중(vertical load)
매설관거의 상부에 작용하는 활하중, 사하중 등을 말함.
생화학적 산화(biochemical oxidation)
유기물과 산소의 화합이 생물학적 활성에 의해 일어나는 산화
생물학적 인제거법(biological phosphorus removal process)
활성슬러지를 용존산소 및 화학적 결합산소가 존재하지 않는 혐기성 상태로 만들어 함유되어 있던 인을 방출시키고, 그 후 호기성 상태가 되도록 포기하여 주면 인을 과잉으로 섭취하는 생물현상을 이용해서 생물학적으로 인을 제거하는 방법
생물학적 질소제거법(bioiogical nitrogen removel process)
미생물에 의해 하수중의 질소를 제거하는 방법. 이것은 암모니아를 아질산 및 질산으로 생물학적으로 산화시키는 질화과정과 질화된 아질산과 질산을 생물학적으로 질소가스로 환원시키는 탈질과정으로 구분함.
소각(incineration)
탈수된 슬러지에 열을 가하여 연소시킴으로써 슬러지의 유기물이나 수분을 제거하고 잔존무기물을 재로 바꾸는 공정. 소각에 의해 슬러지의 최종처분량을 감소시키고 질적 안정화를 도모할 수 있음.
소석회(slaked lime, hydrated lime)
석회석을 가열하여 만든 생석회에 수분을 가한 것으로 분자식은 Ca(OH)2. 순도가 높은 것은 72～74%의 CaO와 23～24%의 물을 포함하고 있으며, 순도가 낮은 것은 40～48%의 CaO, 25～34%의 MgO, 15～27%의 물을 포함함.
소켓연결(socket joint)
철근콘크리트관이나 도관에서 사용하는 연결방법중의 하나. 충전제를 채워시공함. 고무링이나 압축조인트를 채용하여 시공성, 수밀성, 내구성을 높이고 있음.
소화(digestion)
슬러지중 생물 또는 유기물질을 혐기성 또는 호기성 미생물의 작용으로 가스화, 액화, 무기화하여 안정화·감량화하는 것.
소화가스(sludge-digestion gas, digester gas)
혐기성 소화조에서 하수슬러지중의 유기물이 미생물에 의해 분해되어 발생하는 가스. 통상의 가스조성은 메탄이 60～70%, 탄산가스가 30～40%이고 그 밖에 질소, 수소, 황화수소를 포함한다.
소화슬러지(digested sludge)
슬러지 소화조에서 슬러지중의 유기물이 분해되고 안정화된 슬러지를 말함.
수중위어(submerged weir)
위어의 하류수심이 위어높이보다 높은 경우 물속에 잠겨 있는 위어를 말함.
손실수두(head loss)
단위중량의 물이 흐를때 잃는 에너지의 양. 물이 흐를 때 손실수두가 생기는 원인은 마찰, 단면변화, 방향변화 및 장애물 등 때문임.
수면접합(water surface connection)
상류관과 하류관의 계획수위를 수리학적으로 일치시키는 접합.
수리특성곡선(hydraulic characteristic curve)
관거내의 흐름상태는 단면의 형상이나 수심정도에 따라서 유속 및 유량이 변하며 이 관계를 나타낸 곡선을 수리특성곡선이라 함.
숙성(curing)
1차분해를 끝낸 퇴비를 더욱 안정화시키기 위해 별도의 분해조에 투입하거나 1～2m 정도의 높이로 야적하여 2주에 1회 정도 혼합시키면서 분해 가능한 유기물(셀룰로오스, 리그닌 등) 및 분해하기 어려운 유기물(유지, 탄닌, 고급지방산 등)을 분해시키는 과정. 통기하는 경우와 하지 않는 경우가 있으며 20～60일 정도 소요됨.
숙성설비(curing facilities)
분해설비에서 나온 퇴비를 필요에 따라 야적하는 등의 방법으로 숙성정도를 높이는 설비를 말하며 통풍장치, 혼합장치 등으로 구성됨.
스컴(scum)
침전지, 슬러지 저류조, 소화조 등의 수면에 부상하여 모인 유지, 섬유, 고형물 등을 말함.
슬러리(slurry)
고농도의 현탁물질을 함유한 유동성이 적은 액상상태를 말함. 하수도에서는 농축슬러지, 소화슬러지, 액상소각재 등이 이에 해당됨.
슬러지(sludge)
하수처리장, 정수장, 공장폐수처리시설 등에서 발생하는 액상부유물질의 총칭. 하수슬러지를 좁은 의미로는 1차슬러지, 잉여슬러지, 반송슬러지, 농축슬러지 및 소화슬러지 등이라 하고, 넓은 의미로는 침사, 스크린 협잡물 및 스컴도 포함함.
슬러지 건조(sludge drying)
탈수슬러지나 스크린에 걸린 협잡물 등을 자연적인 방법 및 기계적인 방법으로 건조시켜 함수율 30% 정도 이하로 떨어뜨림.
슬러지 건조상(sludge-drying bed, drying bed)
태양열이나 바람등 자연에너지를 이용한 슬러지탈수방법으로 슬러지건조상은 통상 모래층과 자갈층으로 이루어지고 그 하부에는 유공관등 집수관을 설치함.
슬러지 경량골재화(sludge sintering to light weight aggregate production)
하수슬러지중의 무기성분을 이용해서 경량골재를 제조하는 것. 하수슬러지를 소각한 후 1,000～1,150℃ 정도의 고온에서 소각재중의 무기분을 반용융(sintering)상태로 하여 냉각시켜 제조함.
슬러지 고형물(sludge solids)
슬러지중 용해성 및 부유성 고형물로 통상, 중량백분율로 나타내고 100에서 함수율을 뺀 값. 일반적으로 TS(total solids)라고 함.
슬러지 교반(sludge mixing)
소화조내의 슬러지를 균질하게 혼합시키는 것.
슬러지 개량(sludge conditioning)
탈수처리의 전처리로 슬러지의 탈수성 향상을 위해 세정, 약품처리, 열처리, 동결처리등의 조작을 하는 것을 말하며, 일반적으로 약품처리가 이용됨. 슬러지에 약품을 첨가하면, 슬러지 입자의 성질, 상태가 물리화학적으로 변화하여 물과의 친화력이 감소하고, 입자의 응결이 일어나 슬러지의 탈수성이 향상됨. 약품에는 소석회, 염화제2철, 유기고분자 응집제 등이 사용됨.
슬러지 녹·농지이용(sludge utilization for landscaping ＆ farming)
슬러지를 유효이용하는 처분방법의 하나로서, 슬러지의 적정처리후 공원녹지나 골프장 잔디 등의 조성 및 농경지에 슬러지를 이용하는 방법
슬러지 밀도지수(sludge density index, SDI)
포기조의 혼합액을 30분간 정치시킨 후 침전한 혼합액 100ml중에 포함된 활성슬러지 고형물을 그램수로 나타낸 것.
슬러지 반송비(return sludge ratio, recirculation ratio)
활성슬러지법에서 2차침전지로부터의 반송슬러지양과 유입하수량의 비
슬러지 식종(sludge seeding)
하수나 슬러지의 생물학적 처리에서 생물학적 활성이 있는 슬러지를 단위공정으로 식종하는 것. 이 방법에 의해 공정의 초기운전 또는 재가동기간이 짧아질 수 있음.
슬러지 용적지수(sludge volume index, SVI)
슬러지의 침강농축성을 나타내는 지표로서 포기조의 혼합액을 1ℓ 메스실린더에서 1ℓ의 활성슬러지를 30분 동안 침전시켰을때 침전된 슬러지고형물 1g이 차지하는 부피를 ml로 나타낸 값.
슬러지 처리(sludge treatment)
하수처리시 발생하는 슬러지를 농축·소화·탈수·건조·소각 등의 처리과정을 거쳐 처리하는 것. 슬러지중의 유기물을 무기물로 바꾸는 안정화와 처리·처분대상량을 적게하는 감량화 등을 목적으로 함.
슬러지 처분(sludge disposal)
슬러지를 지상, 지중 또는 수중으로 최종처분하는 것. 장기적으로 안정되고 경제적이어야 하며, 자연과 사회환경에 악영향을 끼치지 않아야 함.
슬러지 탈수(sludge dewatering)
슬러지중의 수분을 제거해서 용적을 감소시켜, 슬러지처리 및 처분을 쉽게 하기 위한 공정. 태양열, 바람 등의 자연에너지를 이용한 태양열건조와 진공탈수, 가압탈수, 원심탈수, 밸트프레스(belt press)탈수 등 기계탈수가 있음.
-ㅇ-
암거(culvert)
지중에 매설한 관거 또는 밀폐용 덮개가 있는 것을 말함.
압력관(pressure pipe)
수로의 내면 전체에 걸쳐 수압이 작용하는 관
SS(suspended solids)
부유물질이라고 하며 수중에 부유하고 있는 물질의 총칭. 콜로이드 입자(colloid particle)로부터 상당히 큰 현탁물까지 여러 가지 형태로 존재하며, 보통 부유물의 측정방법에 의해 측정되는 것을 말함.
N-BOD(nitrogenous biochemical oxygen demand)
BOD측정중에 질화반응에 의한 산소요구량. 질화반응을 억제하지 않고 측정한 BOD치와 질화반응을 억제하며 측정한 BOD치의 차로서 구함.
MLSS(mixed liquor suspended solids)
포기조내 혼합액의 부유물을 mg/l로 표시한 것.
MLVSS(mixed liquor volatile suspended solids)
MLSS중의 휘발성 고형물을 mg/l로 표시한 것으로 주로 미생물량을 나타냄.
역사이펀(inverted siphon)
하천, 도로, 철도의 밑에 하수도를 통과시킬 경우에 사용되는 역사이펀 압력관. 횡단하려고 하는 장애물의 양측에 수직으로 쳄버(chamber)를 설치하고 그 사이를 수평 또는 하향경사를 가진 수로로 연결한 구조임.
연결관(connection pipe)
오수받이, 우수받이 또는 집수받이와 본관을 접속하기 위하여 부설하는 관
연성관(flexible pipe)
설계시 외력에 의해 처짐 등의 변형을 고려하고, 하중이 없어지면 형상이 복원되는 관
연약지반(soft foundation)
구성토층이 일반적으로 표준관입시험의 N치가 0～4 정도이고, 압축성이 큰 점토, 실트, 이토 등으로 되어 있어 구조물의 기초지반으로서 충분한 지지력을 갖지 못하는 지반
연소실 용적부하율(specific heat value, combustion chamber calorific capacity)
슬러지소각로의 연소실 단위용적에 있어서, 단위시간당 발생하는 열량(kcal/m3·h)을 말함.
연소율(combustion rate)
보일러의 연소판 단위면적당 단위시간당 연소하는 연료의 양(m3/m2·h)을 말함.
연소효율(combustion efficiency)
완전연소되었을 때의 발생열량과 실제로 연소되었을 때의 발생열량의 비를 말함. 완전연소의 정도를 나타냄.
열처리(heat treatment, thermal treatment)
슬러지 개량법의 일종. 일반적으로 가압하에서 130～210℃, 30～60분간 가열함에 따라 슬러지중의 콜로이드성 또는 겔(gel)상의 물질을 변화시켜 농축성을 높이는 동시에 탈수성을 개선하여 이후의 처리를 쉽게 하는 방법
영양염류(nutrients, nutrient salts)
생물이 정상적인 생명유지를 하는데 필요한 염류를 말함. 부영양화의 주요 제한인자로 질소(N)와 인(P)으로 알려져 있음.
영업오수(commercial wastewater)
사무소, 병원, 학교, 여관, 식당 등에서 배출되는 오수
오수(wastewater)
일반가정, 사무소, 사업장(경작사업은 제외), 공장 등에서 생활, 영업 및 생산활동에 의한 폐수를 말함.
오수관거(sanitary sewer)
오수를 배제하기 위한 관거
오수받이(house inlet)
가정하수 또는 공장폐수 등의 오수를 관거로 유입시키기 전에 설치하는 물받이
옥내배수관(house drain)
가옥내 주방이나 위생기구에서 발생하는 하수를 옥외하수도에 접속하는 관거
용융슬래그(melted slag, smelted slag, slag)
일반적으로는 금속의 융해과정에서 생성되는 비금속물질(광재) 또는 용접부에서 생기는 비금속물질을 말함. 탈수케이크를 용융로에서 용융하면, 규산을 주성분으로 한 혼합물을 얻을 수 있고 이것을 용융슬래그라고 함.
우수관거(storm sewer)
우수를 배제하기 위한 관거
우수토실(storm overflow chamber)
합류식 하수도에서 우천시에 어떤 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장에 수송하고 나머지 하수를 하천등의 수역으로 방류하기 위한 위어 등의 시설
우천시 계획오수량(design wet weather flow)
합류식에서 우천시 하수량중 오수로서 취급하는 하수량으로 차집관거나 중계펌프장 및 처리장내 펌프장의 규모를 결정하기 위한 계획하수량임. 통상 계획시간최대오수량의 3배 이상으로 하는 경우가 많음.
원심력 철근콘크리트관(centrifugal reinforced concrete pipe)
고속회전에 의한 큰 원심력을 이용하여 콘크리트를 굳힌 철근콘크리트관. 흄(hume)관이라고도 함.
유달시간(time of concentration)
하수관거의 어느 지점의 우수량을 산출할 때 사용하는 유입시간과 유하시간의 합을 말함.
유입시간(inlet time)
우수가 배수구역의 가장 원거리의 지점으로부터 관거에 유입할 때까지의 시간을 말함.
유하시간(time of flow)
관거에 유입한 하수가 관거내 어느 지점까지 유하하는데 소요되는 시간을 말함.
유출계수(runoff coefficient)
강우량중에서 수로, 관거내 등으로 유출하는 우수량의 비율을 말함.
응집제(coagulant)
수중의 SS나 콜로이드를 응집시키기 위하여 첨가하는 약품
2차처리(secondary treatment)
1차처리(침전처리)한 하수를 활성슬러지법, 살수여상법 등의 생물학적 방법으로 처리하는 것.
이토실(sediment trap)
빗물받이의 저부에 설치하는 것으로 토사등이 관거로 유출하는 것을 방지하는 시설을 말함.
인버트(invert)
하수의 유하를 원활히 하기 위하여 맨홀 및 오수받이 등의 저부에 설치한 반원형의 수로를 말함.
임의성(facultative)
용존산소와 화학적으로 결합된 산소를 섭취하는 양성을 말함.
잉여슬러지(execss sludge, waste sludge)
2차침전지의 슬러지중 반송슬러지를 제외한 부분의 슬러지
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재가습장치(ash humidifier)
슬러지소각설비에서 소각재에 수분을 가해 중량비가 약 30% 정도로 균일하게 가습하는 장치를 말함.
점성토(cohesive soil)
건조했을 때는 상당히 큰 일축압축강도가 있고 함수율이 높을 때에도 상당한 점착력이 있는 흙
조도계수(roughness coefficient)
유수가 접하는 수로 벽면의 거칠은 정도를 표시하는 계수
직접기초(spread foundation)
구조물의 하중이 직접 지반에 전달되는 기초. 이러한 기초는 비교적 기초가 얕으므로 얕은 기초라고도 함.
질소산화물(nitrogen oxides)
NO, NO2, N2O, N2O3, N2O5 등의 총칭
질산염(nitrate)
질산염은 주로 단백질 등의 분해에 의해 생긴 암모니아가 질화균의 작용에 의해 질화될 때의 최종생성물이기 때문에 하수처리에서는 오염물질의 처리정도를 알기 위한 지표가 됨.
-ㅊ-
차집관거(intercepting sewer)
합류식에서 청천시의 하수나 우천시 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장으로 수송하기 위한 관거
처리(treatment)
처리장에 유입된 오수를 물과 슬러지로 분리하여 물은 방류가능할 때까지 정화하고, 슬러지는 처분가능하도록 안정화 및 감량화하는 것을 말함.
처분(disposal)
처리수의 공공수역내 방류 또는 슬러지의 해양투입, 유효이용, 매립 등을 말함.
총경도(total hardness)
수중의 칼슘과 마그네슘의 총량에 대응하는 탄산칼슘량을 mg/l로 표시한 것.
축류펌프(axial flow pump)
펌프의 축방향으로 흐르는 저양정펌프
축산폐수(animal wastewater)
『오수·분뇨 및 축산폐수의 처리에 관한 법률』제24조 1항에 따른 일정시설규모 이상의 가축사육으로 인해 배출되는 액체성 또는 고체성의 오염물질을 말한다.
측구(gutter)
도로의 노면배수를 위하여 연석에 접하여 설치한 배수시설(L형 측구, U형 측구 등)
침출수(leachate)
매립지등 최종처분장에 처분된 슬러지나 그 밖의 폐기물로부터 침출되어 나오는 오수로 침출오수라고도 함.
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카올린(kaolin)
함수규산알루미늄을 주성분으로 하는 점토의 구성성분. 수처리에서는 팽화방지제로 쓰임.
커비식(Kerby formula)
계획우수량 산정에 있어서 유입시간의 산출에 이용되는 식의 하나
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탈수시험(sludge dehydration, dewatering test)
슬러지 자체의 여과특성, 적합한 응집제 및 응집보조제의 종류와 첨가량, 첨가방법, 탈수기의 운전조건 등 탈수시설의 설계나 유지관리에 필요한 정보를 얻기 위하여 행하는 시험
탈수케이크(dewatered sludge, sludge cake)
고형물로서 취급할 수 있는 정도까지 탈수된 슬러지이며 통상 함수율이 85% 이하인 것을 말함.
토구(sewer outlet)
하수도시설에서 처리수나 우수를 공공수역에 방류하는 방류구시설을 말함.
토피(cover)
지표면에서부터 매설하는 바깥쪽 제일 윗부분까지의 덮게흙 깊이를 말함.
통기(aeration)
발효조내의 혼합물에 공기를 공급하는 것으로 혼합물내에 기체가 이동하는 정도를 통기성이라 함. 공급하는 공기량을 통기량이라고 하며, 일반적으로 혼합물의 단위 용적당 1분간의 공기량(l/㎥·min)으로 나타냄. 통기속도는 m/min로 나타냄.
퇴비화(composting)
유기물 함량이 높은 폐기물을 단독 혹은 슬러지나 분뇨와 혼합시킨 다음 호기성, 혐기성 혹은 임의성 상태에서 분해시킴으로서 비료효과를 증가시키는 것.
퇴비반송(compost return)
퇴비 또는 발효중의 슬러지 일부를 전처리시설 또는 발효설비의 입구에 반송하여 미생물의 활성화 및 수분조정효과를 얻음.
-ㅍ-
팽화(bulking)
활성슬러지의 침강성이 악화되어 SVI가 증대되는 현상을 말함.
팽화제(bulking agent)
C/N비와 수분함량을 조정하고 통기성이 좋도록 하기 위하여 첨가하는 것. 팽화제로 왕겨, 톱밥, 잡초, 짚 등을 이용함.
폐수(wastewater)
인간생활이나 생산활동에서 사용하고 폐기한 물을 말하며, 공공수역으로 방류하기 전에 필요에 따라 처리하여야 함.
포기(aeration)
공기와 액체를 접촉시켜 액체에 산소를 공급하는 것.
-ㅎ-
하수(sewage)
생활이나 사업에 기인하거나 부수되는 오수·빗물과 건물, 그 밖의 시설물의 부지로부터 공공하수도에 배출되는 지하수를 말함.
하수도(sewerage)
하수를 배제 또는 처리하기 위하여 설치되는 하수관거, 하수종말처리시설, 기타의 공작물과 시설의 총체를 말함.
한계수심(critical depth)
유량이 일정할 때는 비에너지가 최소, 비에너지가 일정할 때는 유량이 최대가 되는 때의 수심. 이때의 유량을 한계유량(critical flow)이라 하고 유속을 한계속도(cirtical velocity)이라 함.
함수율과 함수비(moisture content, water content)
함수율은 물질의 전체중량에 대해 그 중에 포함되어 있는 물의 중량비율을 백분율로 나타낸 것. 100%에서 함수율을 뺀값이 고형분 또는 고형물량. 수분의 고형물에 대한 비를 함수비라 함.
합류
2개 이상의 관이 맨홀(또는 물받이)로 유입되는 것을 말함.
합류관거(combined sewer)
오수와 우수를 동시에 배제하는 관거
합류식(combind sewer system)
오수 및 우수를 동일 관거로 배제하는 방식을 말함.
합리식(rational formula)
계획강우강도(I)와 유역면적(A) 및 유출계수(C)를 곱하여 유역의 첨두홍수량을 산정하는 공식. Q=CIA 보통의 경우 소유역이면서 포장도가 높은 유역에서 많이 사용됨.
허용오염부하량(allowable pollution load)
하천, 오수 등의 공공수역에 대하여 그 이용목적에 따라 정해진 목표수질을 보호유지할 수 있는 한도내에서 배출이 허용되는 오염부하량.
활성슬러지(activated sludge)
하·폐수에 공기를 주입시켰을 때 성장하며 잘 가라앉는 성질을 가지고 있는 호기성 미생물의 집단
활성슬러지법(conventional activated sludge)
폐수처리에 사용되는 생물학적 방법으로 폐수와 활성슬러지와의 혼합물을 혼합시켜 공기를 주입시킴으로서 생물학적으로 폐수를 처리하는 방법
횡월류(side overflow)
개수로의 측벽에 무넘이 위어를 설치할 때 수로내의 수류에 직각방향으로 물이 넘쳐 흐르는 현상. 가로 무넘이라고도 함.