[상하수도 기술사] (19일) 이상적인 침전이론

개요

1. 침전지는 현탁물질이나 플록의 대부분을 중력침강작용으로 제거함으로 후속되는 여과지의 부담을 경감시키기 위하여 설치한다.

2. 침전지는 침전, 완충 및 슬러지배출 등의 3가지 기능을 갖는 것으로, 이 기능들은 정수처리공정 전체의 흐름에서 검토되어야 한다. 

3. 침전기능이란 유입된 탁질을 가장 효과적으로 침전시켜 제거하는 기능으로, 침전지에서 침전효율을 나타내는 가장 기본적인 지표가 표면부하율(surface loading)이다. 

단위는 일반적으로 mm/min

4. 침강속도 V가 표면부하율 V0보다 적은 플록은 V/V0의 부분제거율을 나타내게 됨

횡류식 침전지(이상적인 흐름상태)

 

침전효율 증대방안

1. 침전지의 침강면적 A를 크게 하고 -> 다층침전지

2. 플록의 침강속도 V를 크게 하며 -> 응집제나 응집보조제의 연구, 응집조작의 원리 구명 등에 노력 경주

3. 유량 Q를 적게하는, 세 가지를 고려할 수 있다. -> 침전지 중간에서 상징수를 유출시키면 효율이 증대된다. 

중간 인출식 침전지의 효과

  * 응집침전에서 가장 핵심적인 사항은 원수 중에 있는 부유물질을 응집하고 효율적으로 플록을 형성하는 것임

 

침전지의 완충 기능

1. 침전지로 유입된 원수의 수량과 수질은 연간을 통하여 크게 변동함, 침전지는 이와 같은 탁질양의 변동을 흡수하여 여과지 부담을 가능한 한 일정하게 유지되도록 하는 완충기능을 가지고 있음

2. 침전의 효율화를 도모하고 체류시간을 단축시키는 것은 완충기능을 저하시키는 요인이 될 때가 많다. 

 - 플록의 침강상황이나 슬러지 재부상 유무 등을 감시하여 적절하게 약품 주입

 - 크립토스포리디움 등의 병원성 미생물로 상수원이 오염될 우려가 있는 경우 침전지의 체류시간, 침전지 내의 유속에 특히 유의하여 침전 처리 필요

 - 침전효과를 높일 필요가 있을 경우 -> 경사판 등을 설치 고려

 

침전지의 슬러지 배출 기능

1. 원활한 슬러지 배출이 이루어지지 않을 경우에는 침전지 사용을 정지시켜야 할 수도 있으므로 슬러지 배출기구는 고장이 적고 퇴적된 슬러지를 충분히 배출시킬 수 있어야 함

 

침전지의 주요형식

 침전지의 주요형식을 분류하면 횡류식 장방형침전지, 상향류식 침전지 및 상향류접촉반응형 침전지 등의 3가지가 있다. 

침전지의 분류

 

횡류식 침전지의 구성과 구조

1. 침전지의 수는 원칙적으로 2지 이상으로 한다.-> 청소, 검사 및 수리 등을 고려

2. 배치는 각 침전지에 균등하게 유출입될 수 있도록 수리적으로 고려하여 결정 -> 수량이 균일하게 배분되도록 수로구조, 정류설비 및 유출입밸브의 설치 등을 고려

3. 각 지마다 독립하여 사용가능한 구조로 한다

4. 침전지의 형상은 직사각형으로 하고 길이는 폭의 3~8배로 이상으로 한다. -> 편류를 방지하여 침전지 내의 수류상태를 최대한으로 균등하게 하고 침전지 용량을 유효하게 활용하여 침전시간을 길게 하기 위하여 횡류식 침전지의 평면형상은 직사각형으로 하고 수류는 유입단에서 유출단까지 직선적으로 흐르도록 하는 것이 좋다. 

5. 유효수심은 3~5.5m로 하고 슬러지 퇴적심도로서 30cm 이상을 고려하되 슬러지 제거설비와 침전지의 구조상 필요한 경우에는 합리적으로 조정할 수 있다.

 - 슬러지 퇴적량은 원수탁도, 응집제의 종류와 주입량, 수온, 퇴적슬러지의 압밀성상 등의 영향인자가 많아서 추정하는 것이 쉽지 않으므로 동일 수계의 유사한 정수시설의 실적으로 참고하는 것이 바람직함

 - 침전지의 유입측일수록 대량의 슬러지가 퇴적되므로 유입측의 퇴적심도를 크게 하고 바닥을 유출측으로 향하여 상향경사로 하는 것이 양호한 효과를 가져왔다.  

6. 고수위에서 침전지 벽체 상단까지의 여유고는 30cm 이상으로 한다. -> 자유수면의 크기, 월류설비의 용량 등을 기초로 하여 수면변동의 해석이나 바람에 의한 수면상승 등을 고려하여 결정

7. 침전지 바닥에는 슬러지 배제에 편리하도록 배수구를 향하여 경사지게 한다. -> 슬러지 배수구는 배출할 때의 슬러지 이송거리가 될수록 짧게 하는 장소에 설치한다. 

8. 필요에 따라 복개 등을 한다. -> 복개는 햇빛에 의한 밀도류의 발생방지, 부유 및 부착조류의 성장억제, 조류에 의한 스컴 발생방지, 염소소비량의 저감, 경사판 등 침강자치의 열화방지, 바람의 영향방지, 쓰레기나 낙엽의 유입방지 대책으로도 유효하다. 

 

횡류식 침전지의 용량과 평균유속

1. 보통침전지(응집처리를 하지 않은 것)

  - 표면부하율은 5~10mm/min를 표준으로 한다. -> 체류시간은 약 8시간 정도로 된다. 

 - 침전지 내의 평균유속은 0.3m/min 이하를 표준으로 한다.

2. 약품침전지(응집처리를 수반하는 단층침전지)

 - 표면부하율은 15~30mm/min으로 한다. -> 표면부하율(또는 체류시간)은 원수수질, 응집의 성과, 침전지의 정류정도 및 수온 등에 따라 크게 차이가 있다. 최근에는 다층침전지를 설계하지 않는 추세이다. 

 - 침전지 내의 평균유속은 0.4m/min 이하를 표준으로 한다. -> 침전지 내의 유속은 입자의 침강속도, 수류의 정류 정도 및 침강거리 등과 밀접한 관계가 있으며 또 바닥에 침전된 슬러지를 재부상시키지 않는 한계소류 유속으로부터도 한도가 있으며 경험상의 실적을 고려하여 평균유속으로 0.4m/min 이하를 표준으로 한다. 

 

고속응집침전지

1. 고속응집침전지는 기성 플록이 존재하는 중에 새로운 플록을 형성시키는 방식의 침전지로 응집침전의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 하는 방식이다.

2. 고속응집침전지는 원리상 또는 기구상으로 슬러리 순환형, 슬러지 블랑키트형 및 양자의 복합형으로 크게 나눌 수 있다.

 - 슬러리 순환형:  유입원수와 응집제는 순환되는 기존 슬러리와 혼화되고 교반된 후에 순환류와 함께 분리부에 유입되며, 이 분리부에 상징수의 상승수류와 침강 분리되어 순환하는 하강슬러리류로 분리된다. 상징수는 수면에 배치된 트로프를 통하여 유출되고 잉여슬러지는 바닥 또는 순환부에 설치된 슬러지 호퍼에서 배출된다.  

슬러리 순환형

 

 - 슬러지 블랑키트형: 상승수류로 부유상태인 슬러리의 아래쪽에서 응집제가 혼합된 원수가 통과하면서 현탁물질은 많은 기존 플록과 접초하여 한 덩어리가 되고 슬러리층의 상면에 도달할 때까지 성장하며 상승수류보다 침강속도가 커진 플록은 상승수류에서 분리되어 기존의 부유슬러지층으로 들어간다. 일반적으로 순환류는 없으며 슬러지를 부유시키는 것은 상승수류에만 의존하는 형식들이 많다. 

 교반은 회전날개에 의한 방식 외에 맥동에 의한 방식, 펌프가압수류에 의한 살수기의 회전에 의한 방식 등이 있다. 잉여슬러지의 배출은 침전지 바닥에서 이루어지는 경우가 많으나, 맥동형에서는 분리면의 상단에서 월류시킨 다음 슬러지를 배출시키고 있다. 

슬러지 블랑키트형

 

 - 복합형: 응집과정을 슬러리 순환으로 하고 다음에 플록의 성장과 분리를 슬러지 블랑키트로 하는 방식이 많이 사용되고 있음. 

복합형

 

3. 고속응집침전지를 선택할 때에는 다음 조건을 고려하여 결정한다.

 - 원수 탁도는 10NTU 이상이어야 한다.

 - 최고 탁도는 1,000NTU 이하인 것이 바람직하다

 - 탁도와 수온의 변동이 적어야 한다.-> 탁도변화 1시간에 100NTU, 수온변화 1시간에 0.5~1.0도씨, 원수의 탁도에 관해서는 시간변화와 지속시간의 검토가 필요하고 수온에 관해서는 특히 상승시의 변화상황을 조사하는 것이 필요

 - 처리수량의 변동이 적어야 한다.

4. 고속응집침전지의 지수와 구조는 

 - 표면부하율은 40~60 mm/min을 표준으로 한다. -> 표면부하율은 침전효과를 크게 좌우하며 그 결과가 건설비에 영향을 미치므로 설계할 때에는 기초적 조사항목 중에서 가장 중요한 항목 중의 하나이다. 

 - 용량은 계획정수량의 1.5~2.0시간분으로 한다.

 - 경사판 등의 침강장치를 설치하는 경우에는 슬러지 계면의 상부에 설치한다.

 - 슬러지 배출설비는 지내의 잉여슬러지를 수시로 또는 상시 연속으로 충분하게 배출할 수 있는 구조로 한다.

 - 침전지를 청소하거나 고장인 경우에도 정수처리에 지장이 없는 침전지의 지수로 한다.