Basic design of wastewater treatment plants

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1 Basic design of wastewater treatment plants
하수종말처리시설 설계실무 Basic design of wastewater treatment plants

2 목 차 1 2 3 4 5 하수도 일반사항 ------------------1 기본계획 수립시 고려사항 ------ 12
Basic design of WWTPs 목 차 하 수종말처리시설 설계 4 관거 & 펌프장 설계 3 하수도 일반사항 1 기본계획 수립시 고려사항 2 하 수종말처리장 설계예 5

3 하수도 일반사항 1

4 1 하수도 일반사항 환경기초시설 용어설명(1) 1 Basic design of WWTPs 하수종말처리시설 구 분 하수도법
관련법 하수를 최종처리하여 공유수면에 방류하기 위한 처리시설과 이를 보완하는 시설(차집관거, 중계펌프장 등) 기본계획상 최종목표년도의 시설용량이 500㎥/일 이상인 하수처리장 용어정의 마을하수도 오수처리시설 단독정화조 오분법 농어촌지역의 수질오염을 초기단계에서 예방하기 위하여 자연마을 단위로 설치하는 하수도로서 50㎥/일 이상 500 ㎥/일 미만인 시설 건물에서 배출되는 분뇨, 생활하수, 기타잡배수 등을 침전, 분해 등을 통하여 정화하는 시설(단독 또는 공동으로 설치 수세식화장실에서 나오는 오수만을 정화시켜 방류하는 정화조 설치주체 지방자치단체 건물소유자 운영관리 비용부담 양여금: 10∼53% 지방비: 90∼47% 건물주: 100% 양여금: 50% 지방비: 30% 건물주: 20% 양여금: 70% 협의 및 인가권자 기본계획 승인,설치 인가 및 설계자문 ☞환경부장관 설치협의 및 설계자문 ☞시도지사 해당 시군에 신고 1

5 1 하수도 일반사항 환경기초시설 용어설명(2) 2 Basic design of WWTPs 폐수종말처리시설 구 분 수질환경보전법
관련법 수질오염이 악화되어 환경기준의 유지가 곤란하거나, 수질보전상 필요하다고 인정되는 지역안의 각 사업장에서 배출되는 오염물질을 공동으로 처리하기 위해 설치 산업단지폐수종말처리시설, 농공단지폐수종말처리시설 용어정의 개별 폐수처리시설 폐수배출시설에서 배출되는 오염물질을 배출허용기준(지역별 기준) 이하로 처리하기위한 방지시설(개별 또는 공동으로 설치) 설치주체 국가, 지방자치단체, 민간전문업체 사업주(개별 또는 공동) 운영관리 (환경관리인선임 → 환경부장관 신고) 비용부담 공업단지내 입주업체 등(오염원인자) 설치비용 일부 국고지원 및 융자가능 국고: 산업단지 50%, 농공단지: 30-70% 협의 및 인가권자 개발실시계획 승인 ☞환경부장관 설치허가 및 신고 설치비용 융자가능 2

6 1 하수도 일반사항 환경기초시설 용어설명(3) 3 하 수 폐 수 오 수 분 뇨 축산폐수 폐기물
Basic design of WWTPs 1 하수도 일반사항 환경기초시설 용어설명(3) 하 수 생활이나 사업에 기인하거나 부속되는 오수, 빗물과 건물 그 밖의 시설물의 부지로부터 공공하수도에 배출되는 지하수 폐 수 물에 액체성 또는 고체성의 수질오염물질이 혼입되어 그대로 사용할수 없는 물 오 수 액체성 또는 고체성의 더러운 물질이 섞이어 그 상태로는 사람의 생활이나 사업활동에 사용할 수 없는 물 ☞ 수세식화장실, 목욕탕, 주방에서 발생 분 뇨 수거식화장실에서 수거되는 액체성 또는 고체성의 오염물질 가축분뇨와 축산폐수 배출시설을 청소한 물이 가축분뇨에 섞인것 축산폐수 쓰레기, 오니, 폐액, 폐산, 폐알카리, 동물의 사체 등으로서 사람의 생활이나 사업활동에 필요하지 아니하게된 물질 폐기물 3

7 1 하수도 일반사항 하수배제방식 비교 및 차집관거 4 합류식 분류식 불완전 차 집 관 거
Basic design of WWTPs 1 하수도 일반사항 하수배제방식 비교 및 차집관거 합류식 오수와 우수를 동일 관거계통으로 배제하는 방식 ☞침수다발지역, 우수배제시설이 정비되지 않은 지역에 유리 분류식 오수와 우수를 별개의 관거계통으로 배제하는 방식 ☞우천시에 오수를 수역으로 방류하지 않으므로 수질오염방지상 유리 불완전 오수는 오수관거, 우수는 기존 자연배수로나 측구를 이용 ☞기존배수로가 없는 경우에만 우수관거 매설 차 집 관 거 합류식 배제방식에서 청천시의 하수나 우천시 일정량의 하수를 차집하여 하수처리장으로 수송하기 위한 관거 4

8 1 하수도 일반사항 방류수수질기준 5 하수종말처리시설 방류수기준(㎎/L) 강화 오염항목 종전/현행 강화기준 적 용 시 기
Basic design of WWTPs 1 하수도 일반사항 방류수수질기준 하수종말처리시설 방류수기준(㎎/L) 강화 오염항목 종전/현행 강화기준 BOD, SS → 총 질 소 → 총 인 → 적 용 시 기 - 잠실수중보상류 특별대책지역 : - 4대강 수계지역 : - 전 국 : 폐수종말처리시설 방류수기준(㎎/L) 강화 오염항목 종전/현행 강화기준 BOD, SS → 총 질 소 → 총 인 → 5

9 Basic design of WWTPs 1 하수도 일반사항 폐수배출허용기준 6

10 Basic design of WWTPs 1 하수도 일반사항 7

11 1 하수도 일반사항 하수도정비기본계획 승인 및 변경승인 흐름 8 Basic plan & design of WWTPs 건교부장관
환경부장관 관계국 검토 해 당 도 경 유 기본계획작성 (시장·군수) 관계 시장·군수 (협의기간 20일) (승인기간 40일) 의견 협의 승 인 승인 요청 (수질보전군, 환경관리공단 등) 8

12 1 하수도 일반사항 하수종말처리시설 설치인가 흐름 9 Basic plan & design of WWTPs 건교부장관 환경부장관
관 보 도 지 사 경 유 설치인가서 작성 (시장·군수) 비 관 리 청 (협의기간 30일) 통보 협의 고 시 인 가 신 청 허가 허가요청 설치인가 즉시 고시 공고, 일간신문 설치인가통보즉시 고시 하수처리장 설계 및 시장·군수일 경우에 한함 9

13 1 하수도 일반사항 하수도 민간투자 정부고시사업 10 Basic plan & design of WWTPs 대상사업 지정
2천억미만: 지자체 2천억이상: 기획예산처 기본계획수립 고시(지자체) 사업계획 제출 사업계획의 검토·평가 (협상대상자 지정) 실시협약 체결 등 사업시행자 지정(지자체) 실시계획 승인(지자체) 준공확인(지자체) 설계자문신청 (지자체→환경부) 환경부장관에게 보고 실시계획승인신청 (실시설계 포함) 공사시행 공공부문 출자비율 50%미만 제한 설계인가협의 10

14 1 하수도 일반사항 하수도 민간투자 민간제안사업 11 Basic plan & design of WWTPs 제안서 접수
민간→시장·군수 제안내용 검토 제안내용 공고 (시장·군수) 시장·군수 ↔PICKO 환경부장관에게 보고 타제안이 없을경우 타제안이 있을경우 제안내용 검토·평가(시군) 협상대상자 지정(시장군수) 사업시행자 지정(시장군수) 11

15 기본계획 수립시 고려사항 2

16 2 기본계획 수립시 고려사항 12 고 려 사 항 계획 초기 및 목표년도(Initial & design years)
Basic design of WWTPs 2 기본계획 수립시 고려사항 계획 초기 및 목표년도(Initial & design years) 계획구역(Service area ; 배수구역 & 처리구역) 계획인구(Design population) 오염부하량 및 법적기준(Regulatory control and effluent limitations) 하 ·폐수의 특성(Characteristics of wastewater) 처리수준(Degree of treatment) 처리공법의 선정(Selection of treatment processes) 단위설비의 선정(Equipment selection) 처리장 계획도 및 수리계통도(Plant layout & hydraulic profile) 고 려 사 항 12

17 2 기본계획 수립시 고려사항 Initial Year & Design Year 1 Initial Year 2
Basic design of WWTPs 2 기본계획 수립시 고려사항 Initial Year & Design Year 하수처리시설 완료후 운전이 시작되는 년도 처리시설이 Full designed capacity에 도달하는 년도 → 보통 20년(initial year에서 design year 까지의 기간) 기본계획은 도시계획과 부합되는 5년 단위로 계획 하 · 폐수종말처리시설은 보통 10년 단위로 단계별 계획 → 최초침전지, 생물반응조, 최종침전지, 슬러지처리시설 등 1 Initial Year 2 Design Year 13

18 2 기본계획 수립시 고려사항 Service Area 1 배 수 구 역 2 처 리 구 역 14
Basic design of WWTPs 2 기본계획 수립시 고려사항 Service Area 하수(오수 & 우수)를 배제하는 구역 → 배수계통별로 분할한 것을 배수구(1개의 토출구를 갖는 구역) 배제되는 하수를 처리장에서 처리가능한 구역 → 처리계통별로 분할한 것을 처리구(1개의 처리장을 갖는 구역) 1 배 수 구 역 2 처 리 구 역 14

19 2 기본계획 수립시 고려사항 Quantity of Sewage 1 계획오수량 2 일 최대오수량 3 일 평균오수량 4
Basic design of WWTPs 2 기본계획 수립시 고려사항 Quantity of Sewage 생활오수량(가정 및 영업오수량) + 공장폐수량 + 지하수량 + 연계처리수량(분뇨, 축산폐수, 매립장 침출수 등) 1인 1일 최대급수량 x 인구 x 유수율 x 오수전환율 + 지하수량 + 공장폐수량 + 연계수량 ☞ 처리시설의 용량산정 기준 1 계획오수량 2 일 최대오수량 일 최대급수량 x 70∼80%(중소규모: 70%, 대규모: 80%) ☞ 하수처리장 유지관리비, 하수도요금 산정 기준 3 일 평균오수량 일 최대급수량/24 x 1.3∼2.0(중소규모: 1.5, 대규모: 2.0) ☞ 하수관거 및 펌프장 설계 기준 4 시간최대오수량 15

20 2 기본계획 수립시 고려사항 5 합류식의 우천시 계획오수량 16 계획 시간최대 오수량의 3배(합병식일 경우 2배 정도)
Basic design of WWTPs 2 기본계획 수립시 고려사항 5 합류식의 우천시 계획오수량 계획 시간최대 오수량의 3배(합병식일 경우 2배 정도) → 합류식하수도의 월류수 대책 필요(상수원 수질오염 유발) <차집관거> <하수종말처리장> <처리구역> <합류관거(오수+우수) <우수토실> 오수 우수 계획외 수위에도 충분히 방류가 가능한 방류수역의 인근에 설치 우수월류량은 계획하수량에서 우천시 계획오수량을 뺀 양 우수월류 웨어는 완전 월류형이 원칙, 월류웨어 길이(L) = Q/(1.8H 3/2) 우수토실 16

21 2 기본계획 수립시 고려사항 5 시설별 계획수량 17 구 분 분 류 식 관 로 시 설 시간최대 합 류 식 시간최대 X 3
Basic design of WWTPs 2 기본계획 수립시 고려사항 5 시설별 계획수량 구 분 분 류 식 관 로 시 설 시간최대 합 류 식 시간최대 X 3 펌 프 장 시 설 1차침전지 까지 처리시설 연결관거 일최대 2차 및 고도처리 슬러지처리시설 17

22 2 기본계획 수립시 고려사항 계획오염부하량 및 유입수질 1 유입수질(㎎/L) 2 연계처리시 전처리기준 18
Basic design of WWTPs 2 기본계획 수립시 고려사항 계획오염부하량 및 유입수질 [오염부하량(생활+영업오수) + 연계수량] / 일 최대오수량 공장폐수 → “나지역” 배출허용기준 적용(합류식 & 분류식) 축산폐수 및 분뇨 → 질소 및 인이 다량 함유되어 있으므로 처리시설의 정상운영을 위해 연계 전처리수의 총질소 오염부하량이 하수를 포함한 전체오염 부하량의 10% 이내까지 전처리후 연계가능 쓰레기 매립장 침출수 → 유해물질 다량 함유되어 있어 “나지역”까지 처리후 연계토록하나 총질소부하량의 10% 이내에서 가능 1 유입수질(㎎/L) 2 연계처리시 전처리기준 18

23 관거 및 펌프장 설계 3

24 3 관거종류 및 계획하수량 오수관거 : peak flow 유량계산식 Manning 공식 사용
Basic design of WWTPs 3 Design of intercepting sewers & Pumping station Design of intercepting sewers 관거종류 및 계획하수량 오수관거 : peak flow 우수관거 : storm flow 합류관거 : peak + storm flow 차집관거 : peak flow x 3 유량계산식 Manning 공식 사용 Q=A·V V= (1/n)·R 2/3·I 1/2 n : 조도계수(0.013), R : 경심 = A/P P : 윤변, I : 동수경사(관저경사 사용) 19

25 3 Minium Size Velocity Design of intercepting sewers & Pumping station
Basic design of WWTPs 3 Design of intercepting sewers & Pumping station 구 분 오 수 관 거 대 처 리 구 D250mm 우수, 합류, 차집관거 D300mm 소 처 리 구 D200mm Minium Size Velocity 최대유속(m/초) 3.0 최소유속(m/초) 0.6 0.8 이상적인 유속(m/초) 1.0 ∼ 1.8 주: 유속은 하류로 갈수록 증가, 구배는 감소 20

26 3 압력식 하수관거 시스템 Design of intercepting sewers & Pumping station 21
Basic design of WWTPs 3 Design of intercepting sewers & Pumping station 압력식 하수관거 시스템 GP시스템 : 파쇄기부착 소형수중펌프(grinder pump)를 쓴 압송시스템 STEP시스템 : 가정오수의 고형물을 부패조에 의해 제거후 그 유출수를 소형 수중펌프에 의해 압송 21

27 3 진공식 하수관거 시스템 Design of intercepting sewers & Pumping station 22
Basic design of WWTPs 3 Design of intercepting sewers & Pumping station 진공식 하수관거 시스템 관거내에 진공을 발생시켜 오수를 공기와 혼합하여 진공의 힘에 의해 수집 22

28 3 Pumping Station Design of intercepting sewers & Pumping station 23
Basic design of WWTPs 3 Design of intercepting sewers & Pumping station Pumping Station 배수펌프장 → 호우시 저지대의 침수를 막기 위해 우수배제 목적으로 설치 중계펌프장 → 저지대에서 고지대로 하수를 압송하거나 평탄지에서 관 구배로 인해 토피가 증가할때 위치를 높여주는 펌프장 (오수관거, 차집관거 중간에 설치) 처리장내 펌프장 → 처리장 유입하수를 양수시켜 이후 처리시설에 자연유하 되도록 하는 유입펌프장 펌프장의 구성 23

29 하수종말수처리시설 설계 4

30 4 하수의 발생 & 처리계통도 Design of Wastewater Treatment Plant 24 분 류 식 P 합 류 식
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 하수의 발생 & 처리계통도 <가정> <공장> <차 집 관 거> 공공수역 분 류 식 P 주방,욕실 화장실 개 별 방지시설 오수관 하수종말처리장 수거분뇨 및 정화조 폐액은 분뇨(위생)처리장에서 처리 <도로 등> 우수 우수관 공공하수도 합 류 식 <가정> 오수,우수 <공장> 방지시설 <도로 등> WWTP 공공수역 <차 집 관 거> <청천시> <우천시> P 24

31 Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 하수처리계통 25

32 4 스크린(screen) Design of Wastewater Treatment Plant 26
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 스크린(screen) 조목 ⇒ 침사지 ⇒ 세목 ⇒ 미세목 스크린순으로 설치 스크린 찌꺼기의 양 : 하수량 1,000㎥당 ∼ 0.03㎥ 미세목스크린 : 침사물 및 협잡물의 제거율을 높이고, 무기성 침전물 일부 제거 협잡물 제거는 연속 자동스크린에 의해 제거하는 것을 원칙(설치각도 70도정도) 스크린부의 유효유속을 수동스크린 0.3∼0.45m/초, 자동스크린 0.45∼0.6m/초 구 분 조목스크린 대 규 모 40 ∼ 100mm 미세목스크린 - 중·소규모 2 ∼ 5mm 세목스크린 20mm 10 ∼ 40mm 26

33 4 침사지(Grit Chamber) Design of Wastewater Treatment Plant 27 설치목적 설치위치
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 침사지(Grit Chamber) 설치목적 펌프 등 기계류의 불필요한 마모, 파손 및 폐쇄 방지 퍼리시설내 관로에서의 grit의 퇴적 방지 반응조 및 슬러지처리시설내 grit의 축적 방지 grit: 토사, 자갈이나 유기성 고형물보다 단위중량이나 침전속도가 큰 고형물 (비중 2.65, 입경 0.2mm이상) 구 분 수평류식 형식 및 제거원리 직·정사각형 수평류식 수평방향의 흐름으로 중력 에 의해 침사제거 침사물은 V-Bucket체인 침사제거기에 의해 제거 특수침사지 협잡물처리기: 협잡물과 침사를 일체형 연속적으로 제거 사이크론식: 회전터빈에 의해 형성된 와류에 의하여 grit는 침사지내를 회전하면서 호퍼로 침전, 침사물은 터보펌프로 제거 포기식 바닥에 산기관을 설치하여 선회류를 일으켜, 원심력으로 침사물을 분리(예비포기 효과) 선회속도 0.6m/초 일반적으로 스크린 뒤, 일차침전지 앞에 설치 펌프장 뒤에 설치: 스크류펌프 도입 및 특수펌프 사용시 설치 가능하며 지상에 침사지 설치로 운전 및 운전관리의 용이성 확보 설치위치 27

34 4 Grit Removal Design of Wastewater Treatment Plant 28
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant Grit Removal 28

35 4 Design of Wastewater Treatment Plant 29 침사지 설계
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 침사지 설계 유 입 부 출 Grit 제거부(L) Q V Vs H 평균유속(V) = 0.3m/sec 정도 ☞ 한계유속 이상이 되면 grit가 재부상, 유속이 너무 느리면 미세한 유기물까지 침전 체류시간(HRT) = 30 ∼ 60초 정도 표면부하율(Lv) = 1,800㎥/㎡.일 정도 ※ 침전효율(E) = Vs/Lv = Vs/(Q/A) Lv = Q/A = Q/(L·W) L = V · HRT = V(0.3m/초) × HRT(30 ∼ 60초) = 9 ∼ 18m 수심(H) L = V · HRT, W = Q/(V · T · Lv), ΔH = T · V 29

36 4 유량조정조 Design of Wastewater Treatment Plant 30 설치목적
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 유량조정조 설치목적 유입유량 및 수질변동에 의해 발생할 수 있는 처리효율 저하를 방지하기 위하여 유입유량뿐만아니라 유입부하를 균등화하여 시설의 용량감소 및 운전비용의 절감(특히 소규모 처리시설 및 폐수처리시설에 설치) IN-LINE 방식 구 분 계통도 조정방법 설명 OFF - LINE 방식 용량결정 유입수 전량이 유량조정조를 거치게 하는 방식으로 유입수질과 유량을 목표로하는 수질과 유량으로 거의 일정하게 할 수 있음. 유량변화가 심할경우 반드시 설치 계획일최대 수량을 넘는 유량에 대해 유량조정조로 유입시키는 방식, 펌프용량은 감소시킬수 있으나 유입수질의 균등면에서 상대적으로 불리 유량변화가 크지 않을 경우, 빈도가 적을 경우 설치 침사지 유 량 조정조 유량계 초 침 반송수 월류장치 실측 24시간 유량자료를 이용하여 Ripple Method에 의해 용량 결정 OFF LINE 방식이 원칙(실측자료 없을 경우) 30

37 4 Design of Wastewater Treatment Plant 31
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 송수량의 설정치(송수량/일평균)가 1.3 ∼ 1.5일 경우 계획 일최대 수량의 약 3 ∼ 4시간분, 설정치 1.0일 경우 약 6시간 이상의 용량으로 설계 유량조정조의 교반(기계식 교반장치 또는 산기식 교반장치 사용) 상당기간 저류로 부패 및 침전 방지(혼합 및 고형물 침전 방지 목적) 형상 및 소요조수 직사각형 및 정사각형 소요조수 : 1조 이상(유지관리 위해 2조 이상) 소요수심 : 3 ∼ 5m 정도(송수펌프의 양정을 작게하기 위해) 31

38 4 침전지(Sedimentation Tank) Design of Wastewater Treatment Plant 32 설치목적
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 침전지(Sedimentation Tank) 설치목적 침전가능한 고형물 제거로써 생물학적 처리공정의 부하경감, 후속처리시설 용량의 감소, 운전비용의 안정적인 저감을 위해 설치 분 류 일차침전지, 이차침전지, 화학응집침전지(화학응집후 형성된 플록을 침전시켜 고액분리) 형 상 방사류에 의한 원형 및 정사각형 침전지, 직사각형 침전지, 이층식 침전지 직사각형 침전지의 길이 15 ∼ 90m 정도, 원형 최대 90m 정도 32

39 4 Design of Wastewater Treatment Plant 33 1st & 2nd 침전지 설계기준
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 1st & 2nd 침전지 설계기준 구 분 1st(초침) 표면부하율 25 ∼ 40㎥/㎡·일 2nd(종침) 유효수심 2.5 ∼ 4.0m 침전시간 분류식 1.5hr, 합류식 3hr 20 ∼ 30㎥/㎡·일 3 ∼ 5hr 월류웨어부하율 250㎥/m·일 190㎥/m·일 원형 & 구형침전지 비교 구 분 원형 하수흐름 방사류 구형 바람의 영향 大 소요면적 수평류 小 유지관리 지의 분산으로 작업동선 길다. 초침, 포기조, 종침을 한구조물 연결가능(유지관리 용이) Scraper 중심, 주변구동식 체인플라이트 33

40 4 Design of Wastewater Treatment Plant 34 정류설비 유출시설 및 스컴제거 시설
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 정류설비 원형 : 중앙에 정류통 설치(방사류 유입) 각형 : 유입부에 유공정류벽 설치(단회로 방지, 단면적 전체의 6% 정도) 유출시설 및 스컴제거 시설 침전지 유출부분에 침전지내 유체의 흐름을 층류로 유지시키기 위한 유출설비 및 스컴저류판 설치(일차침전지내 설치, 고도처리시설 도입시 종침에도 설치 → Scum Baffle) 일차침전지 Weir 부하율 : 250 ㎥/m.일 이차침전지 Weir 부하율 : 190 ㎥/m.일 34

41 4 농축조 설비 Design of Wastewater Treatment Plant 35 1 중력농축조의 문제점 2 대 책
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 농축조 설비 슬러지의 성상변화에 따라 침강성 및 농축성이 나빠지고, 여름철에 농축슬러지의 농도가 낮아지거나 슬러지의 일부가 부상하여 고형물의 회수율이 낮음 심한 악취 발생으로 주민의 민원을 유발시키는 원인 장기간 체류로 인한 혐기화로 고도처리공정에서 제거된 인(P)성분이 방출되어 처리시설로 재유입 1 중력농축조의 문제점 2 대 책 부상식농축, 기계농축 + 기계탈수, 농축공정이 없는 기계탈수공정에 대하여 기술성 및 경제성을 비교검토후 선정 35

42 Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 탈수기 설비 36

43 4 소독조 설비 Design of Wastewater Treatment Plant 37 소독방법 비교
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 소독조 설비 2003년 1월 1일 부터 대장균군수에 대한 법적 관리기준 적용 ☞ 특정 및 기타지역 : 3,000개/㎖ 이하, 상수원보호구역 등 1,000개/㎖ 이하 소독방법 비교 없 다 37

44 4 호기성 부유성장식 생물학적처리 Design of Wastewater Treatment Plant 38
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 호기성 부유성장식 생물학적처리 호기성 부유성장식 생물학적처리 개요 호기성 부유성장식 생물학적 처리 : ☞ 포기조 혼합액내에서 부유상태로 성장하는 호기성미생물을 이용하여 폐수내의 유 기물을 새로운 미생물세포나 최종산물로 전환시키는 모든 공정을 말하며, 포기조 로 유입된 폐수가 부유상태의 미생물과 혼합되어 포기된 후 포기조 혼합액은 침전 조로 이송되어 분리된다. 미생물이 유기물을 안정화시키는 과정 유기물 + O2 + 영양염류 새로운 미생물 + CO2 + H2O + 기타 대사부산물 호기성 부유성장식 공정의 기본적 시스템 구성요소 ⊙ 포기조 ⊙ 공기공급시설 ⊙ 포기조혼합액 교반장치 ⊙ 고액분리시설 ⊙ 잉여슬러지 폐기시설 등 38

45 4 Design of Wastewater Treatment Plant 39 호기성 부유성장식 생물학적처리의 종류
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 호기성 부유성장식 생물학적처리의 종류 표준활성슬러지법 호기식 또는 포기식산화지 순산소 활성슬러지법 산화구법 심층포기법 접촉안정화법 연속회분식 활성슬러지법 완전혼합형 활성슬러지법 장기포기법 점감식 포기법 계단식 포기법 39

46 4 활성슬러지 공정 설계 Design of Wastewater Treatment Plant 40 설계시 고려할 사항
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 활성슬러지 공정 설계 설계시 고려할 사항 유입하수의 성상 ☞ 생물학적 난분해성 물질, pH가 상당히 높거나 낮은 상태, 중금속과 같은 독성물질 유입시의 경우, 미생물에 악영향을 주므로 적절히 처리하여야 한다. 폐수의 BOD, COD(BDCOD, NBDCOD), TOC를 이용하여 생물학적 분해가능성 판단 유량 및 부하변동 ☞ 활성슬러지에서 포기조내 미생물은 유기물부하변동에 민감하기 때문에 유량조절 을 통해 유량변동폭을 줄인다. 영양물질 ☞ BOD 제거를 위한 질소, 인의 기준은 BOD : N : P = 100 : 5 : 1로서 이 비가 커질 수록(예, 150 : 5 : 1) BOD 제거율은 감소하고 사상균 성장 촉진 유출수 특성 ㉮ 생물학적 분해가능한 용존성유기물(미처리된 유기물) ㉯ 미처리 부유물질 ㉰ 생물학적 난분해성 유기물 환경조건 ㉮ 온도:10도 감소시 반응속도는 반으로 감소, 10도 이하 35도 이상시 처리기능 저하 ㉯ 최적 pH : 6.5 ∼ 8.5 40

47 4 Design of Wastewater Treatment Plant 41
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 반응조 형태 ; 완전혼합형(Continuous Flow Stirred Tank) Qw Qe Qr, Xr Q+Qr 반응조 침전지 Q 포기조내의 혼합액 부유물(MLSS)의 농도가 탱크전체에 걸처 동일 즉, 유입된 하수가 순간적으로 포기조내에 분산되어 포기조내의 수질이 포기조로 부터 유출되는 수질의 성질과 일치 산소의 이용속도가 일정하고 공기가 유효하게 이용되므로 고농도처리 가능 유독물질 유입등 충격부하에 강함(순간적인 분산으로 미생물에 영향 적음) 포기조의 형상, 포기방법 등에 제약 및 완전혼합 및 포기에 동력이 큼 동일 용량의 Plug Flow보다 처리효율이 낮다. 41

48 4 Design of Wastewater Treatment Plant 42 반응조 형태 ; Plug Flow Tank
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 반응조 형태 ; Plug Flow Tank 침전지 처리수 유입 유출 잉여슬러지 포기조 길이 방향에 따라 생물학적 환경조건이 변함 즉, 슬러지부하는 포기조 유입단에 크고, 유출단에서는 내호흡 수준 유기물 제거효율이 높아 동일용량 처리시 소요용량이 적다. 점감식 포기법, 계단식 포기법 등의 구조변경이 가능 수량, 수질, 농도 등의 부하변동 대응성이 약함 유입부에 BOD 부하가 높아 DO부족 및 불균형으로 벌킹 유발 42

49 4 Design of Wastewater Treatment Plant 43 포기조의 용적부하 및 F/M비
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 포기조의 용적부하 및 F/M비 미생물대사범위 내생효율범위 미생물순성장 잔류 BOD 0.05 0.1 0.25 0.5 1 2 5 제거된BOD/ 초기BOD F/M비 BOD 용적부하: (kg.BOD/㎥.day) 포기조 1㎥당 하루에 가해지는 BOD무게 1일 BOD 유입량(kg.BOD/day) 포기조 용적(㎥) F/M비: MLSS단위 무게당 하루에 가해지는 BOD무게 포기조 MLSS량(kg.MLSS) Qw Q Qe Qr, Xr Q+Qr V,X 미생물 체류시간(SRT) 최종침전지에서 분리된 고형물의 일부는 폐기되고 일부는 다시 반송되어 포기시간보 다 긴시간 동안 조내에 체류 V · X / { Xr · Qw · + (Q - Qw) · Xe} 미생물체류시간(SRT) 43

50 4 Design of Wastewater Treatment Plant 44 MLSS 농도 및 반송비
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant MLSS 농도 및 반송비 슬러지 반송: 포기조의 운영관리에 있어 포기조 미생물 즉, MLSS의 적정유지는 처리의 효율에 중요 유입되는 유기물과 이를 섭취 분해 제거하는 미생물간에 균형유지로 처리효율 상승 반송슬러지농도 = 106/SVI 슬러지 용량지표(SVI) SVI란 슬러지의 침강농축을 나타내는 지표로서, 포기조 30분 혼합액 1ℓ를 침전시킨후 1g의 MLSS가 슬러지로 형성시 차지하는 부피(㎖) 30분 침강후 슬러지 부피(㎖/ℓ) Χ 1,000 포기조 MLSS농도(㎎/ℓ) 5 10 15 20 25 30 2000 MLSS 포기조 온도 1000 3000 4000 5000 SVI 100 125 150 200 1 2 3 슬러지 반송비 SVI 50 6000 SV100 SVI 150 SVI 200 SVI 400 예상되는 최고치 44

51 4 Design of Wastewater Treatment Plant 45 포기조 용량 산정 기준
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 포기조 용량 산정 기준 유입폐수량 유입 BOD, SS농도 오니반송비 반송오니농도 탱크내 MLSS 농도 결정 BOD-SS부하 처리방식 결정 탱크용량 결정 BOD용적부하에 의한 Check Aeration 시간에 의한 Check 45

52 4 Design of Wastewater Treatment Plant 46 포기조의 용량 산정
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 포기조의 용량 산정 활성슬러지 포기조의 소요용량은 적정한 F/M비, BOD용적부하, 미생물농도 및 처리효율을 동시에 만족시킬 수 있는 수리학적 체류시간에 의해 결정된다. 소요용적(V) = Q · T 활성슬러지 공정시스템의 전체 소요용적 즉, 포기조 및 침전지 용적의 합은 활성슬러지 농도와 밀접한 관계임 동일처리 효율을 얻을 경우: 활성슬러지 농도 ↑, 포기조 용적 ↓, 고농도 슬러지 농축 : 침전지 용적 ↑ 활성슬러지 농도가 감소되면 그 반대 가 되어 시스템 전체 소요용적의 최소 화를 위한 이상적인 최적 활성슬러지 농도가 존재 단위용적 활성슬러지 농도 침전조 포기조 46

53 4 Design of Wastewater Treatment Plant 47 산소요구량 및 필요산소량
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 산소요구량 및 필요산소량 산소요구량(탄소성 유기물 제거) 이론적 산소요구량(kg.O2/일) = 총 BOD5 소모량 × (폐슬러지량) = Q(So - S) × (1,000g/kg) (Px) f 공기 소요량(㎥공기/분) = (a Lr + b Sa) × 22.4㎥ × × × Ta × 32 kg μ ,440 여기서, Lr : BOD제거량(kg/일), Sa : 포기조내 미생물량(kg) a : BOD제거량중 산화분해율(보통 0.5) b : 미생물의 내호흡계수(보통 0.06) μ : 수중의 산소흡수율(5 ∼ 10%) Ta : 토출 공기온도 47

54 4 Design of Wastewater Treatment Plant 48 슬러지 발생량
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 슬러지 발생량 유입폐수의 성상, 처리온도, 처리방식에 따라 달라진다. Px = Yobs × Q(So - S), Yobs = Y/(1 + kd × Qc) 여기서, Px : 잉여슬러지 발생량(kg/일), Yobs : 실제 미생물 계수 Q(So - S) : BOD 제거량(kg/일), Y : 미생물 최대 생성계수 Qc : 평균 미생물 체류시간(일), Kd : 내생분해계수(1/hr) 또는, ΔX = a Sr - b X + C 여기서, ΔX : 잉여슬러지 발생량(kg/일), a : 제거BOD의 슬러지 전환율(0.5정도) Sr : BOD 제거량(kg/일), b : 내호흡계수(1/일) X : 포기조내 미생물량(kg), C : 불활성 부유물질량 ※ 미생물 생성계수 및 내생 호흡계수 등 동력학적 상수는 처리도 실험을 통해 구함 일반적인 값 Y : 0.4 ∼ 0.8, Kd : 0.02 ∼ 0.1 48

55 4 Design of Wastewater Treatment Plant 49 운영상의 주요 예상문제 및 대책
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 운영상의 주요 예상문제 및 대책 슬러지 팽화(Sludge Bulking) 원인: 유기물(BOD)의 과도한 부하(F/M비 과대), DO부족, 낮은 pH, 영양분 불균형, 낮은 SRT, 운전미숙 등ㅇ로 사상균의 과도한 번식 ⇒ 최종침전지에서 침전이 안됨 대책: 반송슬러지에 염소, 오존, 과산화수소 등의 살균제 주입, MLSS를 증가시켜 F/M비 낮춤, 소화 및 침전슬러지를 포기조네 주입하여 SVI 감소, 철염 및 알루미늄 등의 응집제 또는 규조토, CaCO3 등을 주입하여 침전성 향상, 반송오니에 재포기시켜 산소공급 증가, 영양물질(N,P)을 주입하여 운전조건 향상 활성슬러지의 부상(Sudge Rising) 원인: 질소성분이 포기에 의해 질산화되고 치종침전지에서 DO가 부족하면 탈질산화 현상이 일 어나면서 이때 발생하는 질소가스가 슬러지를 부상시키거나, 침전된 슬러지가 혐기성분 해를 일으켜 생성되는 기포와 함께 덩어리로 부상 대책: 질화작용을 감소시키기 위해 포기를 줄이거나 체류시간을 짧게 함, 최종침전지로 부터의 슬러지 인출량을 증가시키거나 슬러지를 끌어 모으는 속도를 크게하여 침전한 슬러지의 두께를 줄임 활성슬러지의 해체 원인: 독성물질 우입, 혐기성상태, 포기조의 과부하, 질소, 인의 부족, 과도한 난류의 전단력 ⇒ 활성슬러지 FLOC이 침전지에서 미세하게 분산되면서 침전되지 않고 상등수와 함께 유실 대책: 송기량의 과잉이나 과도한 혼합에 의한 경우에는 송기량을 감소, MLSS가 유입수의 수질 에 대하여 너무 높거나 너무 낮은 경우에는 MLSS를 적절히 조절, 유해물질이나 다량의 해수유입시에는 그 원인 조사하여 제거 49

56 4 하수처리공법별 현황 Design of Wastewater Treatment Plant 50
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 하수처리공법별 현황 50

57 4 공법 및 규모별 현황 Design of Wastewater Treatment Plant 51
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 공법 및 규모별 현황 51

58 4 Design of Wastewater Treatment Plant 52 폐수종말처리시설 현황(2000년말 현재)
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 폐수종말처리시설 현황(2000년말 현재) 시설수 처리용량 비 고 119 702천톤/일 지자체 직영 : 27개 시설 환경관리공단 : 2개 시설 민간전문업체 : 90개 시설 주처리공정 표준활성슬러지법 응집침전법 가압부상방식 등 규모별 현황 시설규모(톤/일) 비 율(%) 1,000 미만 63.1 시 설 개 소 75 1,000 ∼ 10,000 23.5 28 10,000 ∼ 50,000 10.9 13 50,000 ∼ 100,000 10.8 1 100,000 이상 1.7 2 계 100 119 52

59 4 질소, 인제거 이론적 배경 Design of Wastewater Treatment Plant 53 질산화 반응 탈질화 반응
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 질소, 인제거 이론적 배경 질산화 반응 탈질화 반응 53

60 4 Design of Wastewater Treatment Plant 54 생물학적 인제거 반응
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 생물학적 인제거 반응 54

61 4 생물학적 질소 인 제거 공법(A2/O) Design of Wastewater Treatment Plant 55 초침 혐기조
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 생물학적 질소 인 제거 공법(A2/O) 질산화 필수조건: SRT 5∼10일 이상, DO 2㎎/ℓ 유지 탈질반응 : DO가 없이 질산염이 존재하는 무산소 상태 유지 생물학적 인제거 : 휘발성 유기물이 풍부하고, DO와 질산염이 존재하지 않는 혐기성 조건을 거친후 반드시 호기성 조건이 유지되어야 함 5단계 Badenpho : 호기조 이후에 무산소조와 호기조 추가(내생탈질) MUCT : A2/O공법에 (1)과 같이 무산소조부터 혐기조로 순환 추가하고 (2) 와 같이 반송슬러지 유입을 무산소조로 변경 DNR : 혐기조에서 반송된 슬러지의 탈질을 수행(혐기조앞에 탈질조 설치) 생슬러지 초침 혐기조 (인방출) 무산소조 (탈질) 호기조 (질산화, 인섭취) 종침 유입수 (by pass) (1) 내부반송 (100 ∼ 300%) 응집제 처리수 잉여슬러지 반송슬러지(25 ∼ 50%) (2) 55

62 4 생물학적 고도처리공법 비교(1) Design of Wastewater Treatment Plant 56
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 생물학적 고도처리공법 비교(1) 56

63 4 생물학적 고도처리공법 비교(2) Design of Wastewater Treatment Plant 57
Basic design of WWTPs 4 Design of Wastewater Treatment Plant 생물학적 고도처리공법 비교(2) 57

64 하수종말처리장 설계예 5

65 Basic design of WWTPs 5 하수종말처리시설 설계예 기본설계 수행절차(FLOW-CHART) 58

66 Basic design of WWTPs 5 하수종말처리시설 설계예 사 업 개 요 59

67 5 하수종말처리시설 설계예 60 설계하수량(㎥/일) 설계수질 Basic design of WWTPs 구 분 일평균 시간최대
유입하수량 160,882 일최대 우천시 200,306 299,665 398,521 설계하수량 160,000 200,000 300,000 400,000 설계수질 60

68 오염부하량 및 유입하수수질 Basic design of WWTPs 61

69 Basic design of WWTPs 5 하수종말처리시설 설계예 BIOSTYR 공법개요 62

70 Basic design of WWTPs 5 하수종말처리시설 설계예 하수처리공정계획 63

71 Basic design of WWTPs 5 하수종말처리시설 설계예 부지배치계획 64

72 Basic design of WWTPs 5 하수종말처리시설 설계예 동선계획 65

73 Basic design of WWTPs 5 하수종말처리시설 설계예 처리장 조감도 66

74 감사합니다. 끝