제1장 상수도(上水道) 시설계획 3-4 침사지(grit chamber)

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1 제1장 상수도(上水道) 시설계획 3-4 침사지(grit chamber)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 3-4 침사지(grit chamber)     원수로부터 취수된 물 속의 모래가 도수관거 내에서 침전하는 것을 방지하기 위하여 취수구 부근의 안전한 제내지에 설치 (1) 침사지 설치 목적 ① 취수펌프의 보호: 펌프의 임펠러(impeller) 마모는 효율저하의 가장 큰 원인  ② 도수관의 모래 침전방지: 모래 침전되면 생물체 번식, 관경 협소로 취수량 감소 원인 ③ 침전지로의 모래 유입방지: 침전지내 모래가 유입 퇴적되면 침전물 제거기 부담 가중 시키고, 침전물 제거기가 없는 경우에는 지내 유속을 증가시켜 침전효율 저하시킴 (2) 침사지의 위치와 구조     ① 침사지의 위치 : 취수구에 가까운 제내지에 설치     ② 침사지의 구조 : 침전지 구조에 준함

2 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ③ 침사지의 모양 장방형으로 하며, 유입부는 점차 확대, 유출부는 점차 축소하여 침사지 내
제1장 상수도(上水道) 시설계획   ③ 침사지의 모양 장방형으로 하며, 유입부는 점차 확대, 유출부는 점차 축소하여 침사지 내 와류 방지    ④ 침사지의 길이 길이는 폭의 3~8배 [ 표 1-5침사지의 구조 ] 침사지의 내용 침사지의 제원 침사지의 형상 장방형, 길이는 폭의 3～8배 계획 취수량 10～20분 침사지 내의 유속 2～7cm/sec 유효수심 3～4m 여유고(퇴사층높이) 0.5～1m 침사지 바닥의 경사 종방향 1/1,000,   횡방향 1/50

3 제1장 상수도(上水道) 시설계획 4. 수질오염 4-1 수질오염의 발생원
제1장 상수도(上水道) 시설계획 4. 수질오염 4-1 수질오염의 발생원 수질오염이란 인위적인 요인에 의해 자연 수자원이 오염되어 이용가치를 저하 시키거나 피해를 주는 현상 (1) 가정 및 도시하수     ① 가정하수, 학교, 연구소, 병원, 세차장, 식당, 호텔 등의 폐수이며, 각종 유기물, 무기물 및 유분이 주 성분이며, 이 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 유기물     ② 도시하수가 1인당 200~400 ℓ/day이며, 인구증가와 생활수준에 따라 변함.     ③ 유기물은 동․식물을 근원으로 한 단백질, 지방, 탄수화물과 그들의 분해물     ④ 물리적 성질로는 침강설, 현탁성, 용해성으로 구분되며, 침강성, 현탁성이 전 유기물의 70%를 차지

4 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (2) 공장폐수
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (2) 공장폐수     화학공업, 금속공업, 식품공업, 석유화학공업, 섬유공업 등 각종 공업의 폐수로서 유기물, 무기물, 유류, 중금속 등이 함유 (3) 공업폐수     채광, 정련, 광산폐수 등으로서 카드뮴, 구리, 아연, 크롬 등 각종 중금속 함유 (4) 농업폐수     농업, 임업, 수산업 폐수로서 유기물, 무기물 등이 주요 성분이며, 특히 비료 및 농약 사용에 따른 오염물질의 배출이 중요시된다. (5) 오염원(pollution sources)    ① 점오염원 :가정하수, 공장폐수, 오물처리장, 축산농장 등의 유․무기물 오염    ② 비점원 오염원 : 지표면, 대기, 토양속의 유기물질 및 유해화학물질 오염

5 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (6) 수질에 관한 농도 표시 ① 미량성분의 농도
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (6) 수질에 관한 농도 표시    ① 미량성분의 농도     ㉮ ppm : 10-6 = 1/106 (100만분율 : parts per million)     ㉯ pphm : 10-8 = 1/108 (1억분율 : parts per hundred million)     ㉰ ppb : 10-9 = 1/109 (10억분율  : parts per billion)    ② 체적분율(V/V)        체적비(용적비)를 의미하며, 예를들어 (m3/m3×100)면 Vol(%)가 된다.     ③ W/W        중량비(질량비)를 의미하며, 예를들어 (kg/kg×100)면 Wt(%)가 된다.

6 제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-2 수질오염의 영향 (1) 수질오염의 영향물질
제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-2 수질오염의 영향 (1) 수질오염의 영향물질    ① 무기물 : 식염, 인산염, 질산염, 암모늄염, 철분 등을 포함하며, 부영양화 및 적조 현상의 원인이 되며, COD 증가요인     ② 유기물 : 용존산소(DO)를 소모하여 부패, 악취의 원인. BOD, COD 증가요인    ③ 유류 : 수면에 유막 형성. 수산물의 기름냄새, 수산물의 폐사    ④ 분뇨 : BOD 및 COD 증가, DO 감소 원인이며, 부패, 악취, 부영양화의 원인이 됨. 수인성 전염병(콜레라, 이질, 장티푸스, 파라티푸스, 유행성감염, 소아마비 등)의 유행을 가져오기도 함.     ⑤ 유해화학물질      ㉮ 급성중독 : 유해물질을 섭취한 즉시 발병(시안, 크롬)      ㉯ 만성중독 : 체내에 유해물질이 농축되어 서서히 발병(수은, 카드뮴)    ⑥ 부유물질(SS) : 탁도 증가, 어패류의 아가미에 부착하여 호흡장애

7 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (2) 수질오염이 농업에 미치는 영향
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (2) 수질오염이 농업에 미치는 영향    ① 유해물질에 의한 농작물의 오염    ② 유해물질에 의한 농작물의 생육저해    ③ 발생한 슬러지 등에 의한 농작물의 피해 (3) 수질오염이 수산업에 미치는 영향    ① 독물에 의한 급성중독사     ② 생산량의 저하     ③ 상품가치의 저하    ④ 어구․선박의 손상․부식 (4) 오염물질이 사람에게 미치는 영향    ① 알킬수은 : 미나마따 병이라고도 하며, 시야협착, 언어장애, 수족마비 등    ② 무기수은 : 복통, 구토, 설사, 전신권태감, 기억력감퇴    ③ 카드뮴 : 이따이이따이 병이라고도 하며, 신장의 기능이 나빠지고, 전신에 통증과 뼈속에서 Ca과 P이 체외로 배출되어 골연화증

8 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ④ 유기인 : 중추신경의 장애 ⑤ 시안 : 조직호흡장애, 질식
제1장 상수도(上水道) 시설계획    ④ 유기인 : 중추신경의 장애 ⑤ 시안 : 조직호흡장애, 질식    ⑥ 납 : 헤모글로빈생성저해, 적혈구저해, 구토, 설사, 수족마비    ⑦ 크롬 : 복통, 구토, 신장염, 뇨도증, 피부염    ⑧ PCB : 안질발생, 손과 발톱 변색, 사지무력감, 구토, 관절통    ⑨ 총트리할호메탄(THM) : 발암, 독성 (5) 생활환경에 미치는 영향    ① 악취로 인한 식욕감퇴    ② 가스로 인한 인후점막, 안정막 등의 염증, 기침의 발생, 금속류의 부식    ③ 불쾌감, 형오감 등을 중심으로 정신적 장애    ④ 여가선용의 가치상실

9 제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-3 수질오염의 현상 (1) 부영양화(eutrophication) ① 부영화 된 호수의 특징
제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-3 수질오염의 현상 (1) 부영양화(eutrophication)   ① 부영화 된 호수의 특징      ㉮ 사멸된 조류의 분해작용으로 심층수의 용존 산소(DO)가 감소한다.     ㉯ 조류합성에 의한 유기물의 증가로 COD가 증가한다     ㉰ 수심이 낮은 곳에서 나타나며, 한번 부영양화 되면 회복되기 어렵다     ㉱ 조류의 번식 등으로 투명도가 저하된다.     ㉲ 조류에 의한 맛과 냄새 발생 등으로 상수원으로 사용하기가 어렵다.     ㉳ 저수지 등에 조류(algae)가 번식하면 pH가 높아진다.

10 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ● 주간 : 광합성 작용 CO2 + H2O → (CH2O) + O2
제1장 상수도(上水道) 시설계획  ● 주간 : 광합성 작용 CO2 + H2O → (CH2O) + O2 (CO2소비: pH 증가(9~10), O2제공: DO 증가)   ● 야간 : 호흡 작용 CH2O + O2 → CO2 + H2O     (CO2제공: pH 감소(산성), O2소비: DO 감소)   ② 부영양화 현상의 방지대책     ㉮ 질소/인 유입 방지 위해 폐수의 고도(3차) 처리  ㉯ 인이 함유된 합성세제의 사용 금지     ㉰ 조류 이상 번식 시 황산구리(CuSO4) 또는 활성탄 투입제거     ㉱ 수역의 자가오염 제거     ㉲ 해수교환 촉진 및 성층화 현상 제거

11 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (2) 적조(red tide)현상 : 도시하수나 산업폐수의 유입에 의한 해역의 부영양화가 되어
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (2) 적조(red tide)현상 : 도시하수나 산업폐수의 유입에 의한 해역의 부영양화가 되어 해수 중에 서식하고 있는 식물성 플랑크톤이 단기간에 급격히 증식한 결과 해수가 적색, 갈색 또는 녹색으로 변하는 현상   ① 적조현상의 발생조건     ㉮ 플랑크톤의 증식을 위한 햇빛이 강하고 수온이 높을 때     ㉯ 영양염류인 인(P), 질소(P)가 풍부할 때      ㉰ 염분이 낮을 때(하계 강우 후)      ㉱ 바람이 강하게 불어 취송 순환류가 발달할 때(저층 영양염류 부상)   ② 적조현상의 대책      ㉮ 인(P), 질소(P) 유입감소에 의한 부영양화 제거     ㉯ 준설 등에 의한 연안수역 정화     ㉰ 공유수면 매립의 제한     ㉱ 수역의 자가오염 제거     ㉲ 황토 살포 등으로 적조생물 제거

12 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (3) 성층(stratification)현상 및 전도현상(turn over)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (3) 성층(stratification)현상 및 전도현상(turn over)     ㉮ 순수한 물은 4oC에서 밀도가 최대로 되며, 수온이 증가하거나 감소하면 밀도는 감소    ㉯ 저수지, 호수, 연안 역에서 수심에 따른 수온과 염분의 변화로 밀도차가 발생하며, 이 밀도차에 의해 수괴가 뚜렷한 층을 이루는 것을 성층이라 한다.     ㉰ 표층의 물은 저층으로, 저층의 물은 표층으로 상승 이동하는 물의 수직운동     ㉱ 수심에 따른 수온의 급격한 감소로 발생하는 것을 수온약층(thermocline)이라 하며, 염분의 급격한 증가로 발생하는 층을 염분 약층(halocline)이라 한다.       ㉲ 성층현상의 결과로 생긴 층을 수면으로부터 표층을 순환대(epilimnion), 중간층을 변천대(수온약층, thermocline, mesolimnion), 저층을 정체대(hypolimnion)라 함.     ㉳ 성층현상은 주로 여름철과 겨울철에 일어나며, 여름이 더욱 심하다.     ㉴ 수온이 내려가기 시작하는 가을과 수온이 올라가는 봄에는 수직적인 정체현상이 파괴되어 전도현상이 일어나며, 호수/ 저수지에서는 성층 파괴로 수괴의 연직혼합이 발달 수질은 나빠짐     ㉵ 저수지에서 수질이 가장 좋은 곳은 보통 수심의 윗부분이다.

13 제1장 상수도(上水道) 시설계획 그림 1-19 수심에 따른 수온의 계절적 변화 그림 1-18 호수의 성층현상

14 제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-4 수질기준 (1) 음용수 수질 기준 ① 미생물에 관한 기준
제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-4 수질기준 (1) 음용수 수질 기준   ① 미생물에 관한 기준    ㉮ 일반 세균은 검수 1㎖ 중 100을 넘지 아니할 것    ㉯ 대장균군은 50㎖에서 검출되지 아니할 것   ② 건강상 유해영향 무기물질에 관한 기준    ㉮ 납(Pb)은 0.05 mg/ℓ 이하    ㉯ 불소(F)는 1.0 mg/ℓ 이하    ㉰ 비소(As)는 0.05 mg/ℓ 이하   ㉱ 세레륨(Se)은 0.01 mg/ℓ 이하    ㉲ 수은(Hg)은 검출되지 아니할 것    ㉳ 시안(CN-)은 검출되지 아니할 것   ㉴ 6가크롬(Cr+6)은 0.05 mg/ℓ 이하    ㉵ 암모니아성질소(NH3-N)는 0.5 mg/ℓ 이하

15 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ㉷ 카드늄(Cd)은 0.01 mg/ℓ 이하 ③ 건강상 유해영향 유기물질에 관한 기준
제1장 상수도(上水道) 시설계획   ㉷ 카드늄(Cd)은 0.01 mg/ℓ 이하 ③ 건강상 유해영향 유기물질에 관한 기준 ㉮ 페놀(C6H5OH)은 mg/ℓ 이하   ㉯ 총 트리할로메탄(THM)은 0.1 mg/ℓ 이하   ㉰ 다이아지논(C12H21N2O3PS)은 0.02 mg/ℓ 이하 ㉱ 파라티온(C10H14NO5PS)은 0.06 mg/ℓ 이하    ㉲ 말라티온(C10H19O6PS2)은 0.25 mg/ℓ 이하 ㉳ 페니트로티온(C9H12NO5PS)은 0.04 mg/ℓ 이하

16 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ④ 심미적 영향물질에 관한 기준 ㉮ 경도는 300 mg/ℓ 이하
제1장 상수도(上水道) 시설계획   ④ 심미적 영향물질에 관한 기준    ㉮ 경도는 300 mg/ℓ 이하   ㉯ 과망간산칼륨(KMnO4) 소비량은 10 mg/ℓ 이하    ㉰ 구리(Cu)는 1 mg/ℓ 이하 ㉱ 색도는 5도 이하    ㉲ 세제(음이온계면활성제)는 0.5 mg/ℓ 이하   ㉳ 아연(Zn)은 1 mg/ℓ 이하    ㉴ 수소이온농도(pH)는 5.8~8.5    ㉵ 염소이온(Cl-)은 150 mg/ℓ 이하    ㉶ 증발잔류물은 500 mg/ℓ 이하 ㉷ 철(Fe)과 망간(Mn)은 각각 0.3 mg/ℓ 이하   ㉸ 탁도는 2도 이하    ㉹ 황산이온(SO4-2)은 각각 200 mg/ℓ 이하   ㉺ 냄생와 맛은 소독으로 인한 냄새와 맛 이외의 냄새와 맛은 있어서는 안될 것

17 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (2) 수질검사 ① 수질검사 목적 ㉮ 원수의 수질파악 ㉯ 정수처리시설의 적정한 운전관리
제1장 상수도(上水道) 시설계획  (2) 수질검사    ① 수질검사 목적      ㉮ 원수의 수질파악      ㉯ 정수처리시설의 적정한 운전관리       ㉰ 급수개시 전 안정성 확인 수질검사에는 물리적 검사, 화학적 검사, 생물학적 검사, 세균학적 검사로 분류   ② 물리적 검사      ㉮ 수온(temperature) : 화학반응과 생물의 번식에 양향. 수온은 가급적 9~12oC 이상 되어야 한다. 18~24oC 사이에서는 수중 미생물이 번식하고, 9~12oC 보다 낮으면 황산동의 약품침전과 염소살균 능력 감소.

18 제1장 상수도(上水道) 시설계획      ㉯ 탁도(turbidity): 백도토 1 mg이 증류수 1ℓ에 포함되어 있을 때의 탁도를 1도라 함. 탁도가 높으면 침전을 위하여 황산알루미늄(Al2(SO4)3H2O)이 다량 필요하고, 또한 여과지에서 여과막 폐쇄가 자주 발생.      ㉰ 색도(color): 백금 1 mg을 포함한 색도 표준액을 증류수 1ℓ에 용해 시켰을 때의 색상을 말함. 색도가 높으면 유기물이 다량 포함되어 있고 공장폐수 유입정도 판단      ㉱ 냄새(oder): 무취이어야 하며, 물의 냄새는 오수나 페놀류를 포함하는 공장폐수의 유입 및 플랑크톤의 번식이 원인      ㉲ 맛(taste): 무미이어야 하며, 맛은 지질의 원인, 해수의 혼입, 플랑크톤의 번식, 하수, 공장폐수의 유입으로 발생  

19 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ③ 화학적 검사
제1장 상수도(上水道) 시설계획    ③ 화학적 검사      ㉮ pH(수소이온농도) : 물의 액성(산성, 중성, 알칼리성)의 정도를 나타내는 지표로, 용액 1ℓ중에 용존하는 이온수를 말하며 수소이온(H-) 농도 역수의 상대대수.      ㉯ 알칼리도(alkalinity) : 수중에 포함되어 있는 알칼리분(수산화물, 탄산염, 중탄 산염)을 탄산칼슘(CaCO3)로 환산해서 1ℓ 중의 mg(ppm)량으로 표시.        ● 알칼리도가 높으면 응집의 최적영역을 벗어나 황산알루미늄의 양을 많이 소비. 응집에 적합한 알칼리도는 원수의 탁도가 100도 이하일 때 30~50 mg/ℓ.        ● 알칼리도가 부족할 때는 소다회(Na2CO3)나 소석회(Ca(OH)2)와 같은 알칼리제 를 가해 조절한다.      ㉰ 산도(acidity): 수중의 탄산, 유기산 등을 중화 시키는데 필요한 알칼리를 탄산 칼슘의 ppm으로 표시.      ㉱ 유리탄산(free carbon dioxide): 수중에 용해되어 있는 이산화탄소

20 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ㉲ 염소이온(chroline) : 수중 염화물 중의 염소를 말하며, 하수나 분뇨 또는 공장
제1장 상수도(上水道) 시설계획       ㉲ 염소이온(chroline) : 수중 염화물 중의 염소를 말하며, 하수나 분뇨 또는 공장 폐수에 다량 함수되어 있음.      ㉳ 황산이온(sulphate ion) : 자연수에는 지질에 의해 기인되며, 분뇨, 화학비료, 광 산배수, 공장폐수의 유입에 의해 증가하며, 농도가 높으면 철관이나 콘크리트를 부식시킴.      ㉴ 과망간산칼륨 소비량(potassium permaganate consumed) : 수중의 산화되기 쉬운 물질에 의해 소비되는 과망간산칼륨의 양      ㉵ 잔류염소(residual chroline): 염소처리 후 수중에 잔존하는 염소      ㉶ 증발잔류물(total solids): 105oC 전후에서 증발건조시킨 후 남는 고형물        ● 증발 잔류물(TS)=부유물질(TSS)+용해성 물질(TDS)                          =FS(강열잔류고형물)+VS(휘발성 고형물, 강열감량)        ● 강열감량=증발 잔류물-강열 잔류물

21 제1장 상수도(上水道) 시설계획      ㉷ 경도(hardness) : 물의 세기 정도를 나타내며, 수중에 용존하고 있는 Ca++, Mg++, Fe++, Mn++, Sr++ 등 2가 양이온 금속의 함량을 이에 대응하는 탄산칼슘(CaCO3) 의 mg/ℓ으로 환산하여 나타낸 값으로 일시경도(temporary hardness)와 영구경 도(permanent hardness)가 있다.         ● 경도(CaCO3 mg/ℓ) : 0~15mg/ℓ: 매우 연수, 15~50mg/ℓ: 연수, 50~100mg/ℓ: 적당한 경수, 100~200mg/ℓ: 경수, 200mg/ℓ: 매우 경수         ● 일시경도(탄산경도) : 끓임에 의해 제거되는 경도로 수중에 존재하는 음이온 중 OH-, HCO3-, CO3-에 의한 알칼리도를 화학적으로 상당하는 경도를 CaCO3 로 환산한 값         ● 영구경도(비탄산경도) : 끓여도 제거되지 않으며, 수중에 존재하는 음이온 중 Cl-, NO3-, SO4-에 의한 알칼리도를 화학적으로 상당하는 경도를 CaCO3로 환산한 값

22 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ④ 생물학적 검사 수중의 생물의 종류와 수를 조사하여 ㉮ 물의 오염도 추정
제1장 상수도(上水道) 시설계획     ④ 생물학적 검사       수중의 생물의 종류와 수를 조사하여      ㉮ 물의 오염도 추정       ㉯ 침전 및 여과효율의 판정      ㉰ 냄새와 맛의 원인 발견    ㉱ 정수방법의 검토      ㉲ 저수지 조류의 제거방법 모색    ⑤ 세균학적 검사(bacterialogical exammination)      ㉮ 일반 세균수(bacterial count): 검수 1cc 중에 함유되어 있는 균으로서 보통 한천 배지에서 생육하는 모든 세균수      ㉯ 대장균군(bacteria coli group): 소화게 계통의 전염병은 항상 대장균군과 함께 존재하며, 병원균보다 저항력이 강함.

23 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ● 인체에 유해하지 않으나 대장균 존재여부로 수인성 전염병의 존재 가능성 추정
제1장 상수도(上水道) 시설계획       ● 인체에 유해하지 않으나 대장균 존재여부로 수인성 전염병의 존재 가능성 추정        ● 대장균군의 수는 검수 100 ㎖에 있는 세균의 수인 최확수(MPN)으로 나타낸다.   ⑥ 정기 수질검사 : 급수전 물에 관하여 1일 1회 이상 행하는 매일 검사, 대략 1개월 마다 1회 행하는 매월 검사 및 원수에 관하여 적어도 분기 1회 행하는 분기검사     ㉮ 정수장에서 검사      ● 매일 검사 : 냄새, 맛, 색도, 탁도, pH, 유리잔류염소      ● 매주 검사 : 대장균군, 일반세균, 암모니아성질소, 질산성질소, 과망간산칼륨 소비량, 증발잔류물      ● 매월 검사 : 나머지 항목(염소이온, 시안, 수은, 유기인, 아질산성질소 등)     ㉯ 수도전(급수전)에서 검사         일반세균, 대장균군, 유리잔류염소를 매월 1회 이상 검서

24 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ⑦ 수질의 시료채취법 ㉮ 임의채취: 어느 한 순간의 상태를 조사하기 위해 임으로 시료를 채취
제1장 상수도(上水道) 시설계획   ⑦ 수질의 시료채취법      ㉮ 임의채취: 어느 한 순간의 상태를 조사하기 위해 임으로 시료를 채취      ㉯ 종합채취: 일정한 시간간격을 두고 시료를 채취하여 종합분석하는 방법      ㉰ 연속채취: 시간 간격없이 연속적으로 시료를 채취하여 종합 분석하는 방법    ⑧ 수질검사 항목         탁도, 색도, 취(냄새), 맛, pH, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질산성 질소, 염소 이온, 과망간산칼륨 소비량, 잔류염소, 철 및 망간, 유기인, 방사능, 시안화합물, 수은, 구리, 불소, 납, 아연, 크롬, phenol류 화합물, 황산염, 염화물, 총고형물, 카 드뮴, 바륨, 비소, 은, 셀레늄, 질산염, THM(trihalomethane), 증발잔유물, 합성세 제, 일반세균, 대장균군

25 제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-5 정화작용 (1) 물의 자정작용(self purification)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 4-5 정화작용 (1) 물의 자정작용(self purification)   ① 물리적 작용 : 희석, 확산, 혼합, 침전, 흡착, 여과 등이며, 자정작용 중 침전은 가장 큰 요소   ② 화학적 작용 : 용존 산소에 의해서 철이나 망간 등이 수산화물로 되어 자연적으로 응집된 후 침전되는 것으로서 이를 산화(oxidation)이라 함.   ③ 생물학적 작용 : 물의 자정작용에서 가장 중요한 위치를 차지하고 있으며, 생물 학적 자정작용을 좌우하는 중요한 외적 조건으로는 온도, pH, DO, 햇빛 등 (2) 하천의 자정작용    ① 수온이 낮을 것    ② 하천의 유속이 급류일 것    ③ 하천의 수심이 얕을 것 ④ 자정계수 f(무차원) ⑤ 하상이 자갈, 모래 등으로 바닥경사가 클 것   

26 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (3) 호소의 자정작용 ① 물의 수직운동이 활발 ② 성층현상이 발생하지 않을수록
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (3) 호소의 자정작용    ① 물의 수직운동이 활발    ② 성층현상이 발생하지 않을수록 ③ 침전이 잘 될수록 ④ 재포기가 클수록     ⑤ 생물학적 분해작용이 클수록 활발해 짐. (4) 하천의 수질변화     유입수에 따른 하천의 수빌변화 상태를 Whipple의 4단계인 분해지대→활발한 분해지대→회복지대→정수지대로 구분

27 제1장 상수도(上水道) 시설계획 [ 표 1-6 Whopple의 4지대 ] 지대(zone) 변화과정
제1장 상수도(上水道) 시설계획 [ 표 1-6 Whopple의 4지대 ] 지대(zone) 변화과정 분해지대(zone of degradation) ① 희석이 잘되는 큰 하천보다는 작은 하천에서 더 뚜렷 ② 오염된 물의 물리적, 화학적 성질의 저하 ③ 고등생물이 오염에 강한 미생물로 교체되며, 그 수가 증가 ④ 호기성 미생물(박테리아)의 활동에 의해 BOD가 감소 ⑤ 용존산소량이 크게 줄어드는 대신 CO2가 증가, pH 감소(DO 포화도 45% 정도) ⑥ 분해가 심해지면 곰팡이류(fungi)가 심하게 번식 활발한 분해지대(zone of active decomposition) ① DO가 거의 없어 부패상태에 도달되며 악취가 발생 ② 혐기성분해가 진행되어 CO2, H2S, NH3-N 증가, 기포 발생 ③ 호기성세균이 혐기성세균으로 교체되며, 균류(fungi)가 사라짐 ④ 회색 및 흙색을 띠며, pH가 많이 낮아짐 회복지대(zone of recovery) ① 분해지대와 반대현상이 일어나며, DO증가, 물이 차츰 깨끗해짐, CO2감소, NO2-N, NO3-N 증가 ② 혐기성균에서 호기성균으로 교체, ③ 오염된 물의 유입감소로 세균(bacteria)수가 감소하고, 원생동물, 윤충류, 갑각류의 번식 시작 ④ fungi, 청조류, 녹조류 번식, 하류에는 많은 규조류가 성장하며, 내성이 강한 황어, 은어, 생무지 등이 자람 정수지대(zone of clear water) ① DO가 풍부하며, 오염된 물에서 살 수 없는 동․식물 번식 ② 자연수와 수질이 거의 같으며, pH가 정상 ③ 물의 탁도, 색도가 거의 사라지며, 냄새가 없다.

28 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (4) 부유물질(suspended solid : SS)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (4) 부유물질(suspended solid : SS)   ① SS(부유물질) : 현탁물질이라 하며, 침전 및 여과에 의하여 제거될 수 있으며, 0.1μm~2mm 입자를 말한다.   ② colloid : 용존물질과 부유물질 사이의 분산질로서 보통여과로서는 분리가 불가능 하고, ultrafiltration 또는 투석분리로서 동물의 모공이나 인공박막으로 분리가 가능 함(0.001μm~0.1μm)   ③ 용존물질 : 분자나 ion으로서 용질이 용매에 등분포된 상태로 어떤 형태의 여과로 도 제거할 수 없는 용액의 상태(0.001μm 이하)   ④ colloid 특수한 성질     ㉮ 틴들현상(tyndall phenomena): 암실에서 콜로이드 용액에 센 빛을 통해주면 빛이 콜로이드 입자의 표면에서 산란 되어 빛의 진로가 보이는 현상

29 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ㉯ 브라운 운동(brown motion) : 콜로이드 입자가 분산매분자(물입자)의 불규치적인
제1장 상수도(上水道) 시설계획     ㉯ 브라운 운동(brown motion) : 콜로이드 입자가 분산매분자(물입자)의 불규치적인 충돌을 받아서 불규적적인 직선운동을 하는 현상     ㉰ 다이알리시스(dialysis 투석): 콜로이드용액과 진용액이 혼합된 용액을 반투막에 넣어 흐르는 물속에 담가두면 진용액을 만드는 용질(분자이온) 등은 반투막을 통과하여 제거되고 콜로이드 입자만 남게되는 현상     ㉱ 흡착(adsorption): 콜로이드 입자는 질량에 비해 그 표면적이 크기 때문에 분자, 이온 또는 다른 물질을 잘 흡착하는 성질이 있다.     ㉲ 응석(coagulation, 응결): 콜로이드 입자는 대전하고 있기 때문에 그 전하와 반대 의 이온을 가하면 전기적으로 중화되어 큰 입자가 되어 침전한다.

30 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (5) 용존산소(DO : dissoived oxygen)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (5) 용존산소(DO : dissoived oxygen)   ① 수중에 용해되어 있는 산소를 말하며, 어류가 살 수 있는 용존산소량의 최소치는 5mg/ℓ, DO가 2mg/ℓ이하이면 악취가 발생하기 시작   ② 하천에 오염물질(BODanfwlf)이 유입되고 재포기가 일어나면, DO가 물의 이동, 시간의 경과에 따라 변하게 되며, 종축에 용존산소량, 횡축에 시간을 나타낸 곡선 을 용존 산소 곡선(DO sag curve)이라 한다.   ③ 용존산소 부족량의 단면도를 보면 스푼모양을 이루며, 산소부족량(oxygen deficit) 이란 주어진 수온에서 포화산소량과 실제 용존산소량과의 차이   ④ 용존산소 곡선의 특징은 다음과 같다.     ㉮ 오염된 물(BOD가 큼)은 DO 농도낮음 ㉯ 수중 염분이 증가할수록 DO 농도는 감소     ㉰ 수온이 높을수록 DO 농도 감소     ㉱ 수면의 교란이 클수록, 기압이 높을수록, 수압이 낮을수록 DO 농도는 증가     ㉲ 수중생물의 탄소동화작용이 활발할수록 DO 농도 증가

31 그림 1-20 용존산소곡선(DO sag curve)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 그림 1-20 용존산소곡선(DO sag curve)

32 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (6) 생물 화학적 산소요구량(BOD : biochemical oxygen demand)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (6) 생물 화학적 산소요구량(BOD : biochemical oxygen demand)      BOD란 일반적으로 수중의 미생물이 호기성 상태에서 분해가능한 유기물을 분해하여 안정화시키는데 요구되는 산소량으로, 자연수에서 악취발생한계는 3mg/ℓ임    ① BOD 측정 : 시료를 20oC의 암실에서 5일간 배양했을 때소비된 용존산소량으로 표시한다. 일반적으로, BOD=BOD5를 의미한다.       최종 BOD=BODu=1.5BOD5=BOD20    ② BOD 측정단계      ㉮ 제1단계 : 20oC에서 미생물에 의해 분해되기 쉬운 탄소화합물이 분해되는데 소비 되는 20일간의 산소소비량      ㉯ 제2단계: 20oC에서 질소화합물이 질화균에 의해 분해되는데 소모되는 산소량 (100일 이상 요구)

33 제1장 상수도(上水道) 시설계획 그림 1-21 BOD 곡선

34 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (7) 화학적 산소요구량(COD: chemical oxygen demand)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (7) 화학적 산소요구량(COD: chemical oxygen demand)    ① COD는 가정하수나 산업폐수의 유기물 함량을 측정하기 위한 수단으로 BOD와 함께 유기물을 간접적으로 나타내는 지표로 널리 이용.    ② 산화제(KMnO4, K2Cr2O7)를 이용 수중의 피산화물(분해가능한 물질+분해불가능한 물질)을 산화하는데 소요 된 산화제의 양을 산소량으로 환산한 값으로 ppm.    ③ 일반적으로 공장폐수는 유해물질을 함유하고 있어 BOD 측정 불가능, COD로 측정, 해역에서도 COD 적용    ④ COD는 BOD보다 단시간(1~3시간)에 측정이 가능    ⑤ 일반적으로 폐수의 COD값은 BOD값보다 높은데 이것은 미생물에 의해 분해되지 않는 유기물까지 화학적으로 산화하기 때문

35 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (8) 수질오염에 관한 생물관계(미생물) ① 박테리아(bacteria)
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (8) 수질오염에 관한 생물관계(미생물)    ① 박테리아(bacteria)     ㉮ 가장 간단한 단세포생물로서 염록소가 없기 때문에 탄소동화작용은 못하지만, 그 대신 용해된 유기물을 섭취하며, 세포분열에 의해 증식     ㉯ 폐수처리에 있어서 가장 중요한 미생물    ② 균류(fungi)     ㉮ 곰팡이(molds), 효모(yeasts) 등이 여기에 속하며, 탄소동화작용을 하지 않는 미생물이지만, 폐수 내에 질소와 용존산소가 부족해도 잘 성장하며 유기물을 섭취.     ㉯ 폐수처리과정에서 균류가 많이 발생하면 유출수로부터 분리가 잘 안되는데 이를 sludge bulking라 함.     ③ 조류(algae)       ㉮ 일명 plankton이라 한다. 그러나, 조류는 식물(식물성 플랑크톤)이고 plankton에 는 식물성plankton(식물)과 동물성 plankton(동물)이 있음.

36 제1장 상수도(上水道) 시설계획 ㉯ 염록소를 띠고 있는 단세포 또는 다세포로 탄소동화작용을 하며, 무기물을 섭취
제1장 상수도(上水道) 시설계획       ㉯ 염록소를 띠고 있는 단세포 또는 다세포로 탄소동화작용을 하며, 무기물을 섭취 하고 갖가지 맛과 냄새를 유발       ㉰ 수중의 CO2를 흡수하고 O2를 방출     ④ 원생동물(protozoa)        모두 호기성으로 박테리아 같은 미생물을 잡아 먹는다. 처리수에서 원생동물이 발견되는 폐수는 잘 처리되었음을 의미     ⑤ 슬러지 벌레(sludge worms) (후생동물, 고등동물)       ㉮ 다세포 무척추 동물고서 윤충류(rotifer), 갑각류 등의 고등생물은 박테리아 및 원 생동물로 구성되어 있는 슬러지를 먹는다.       ㉯ 하천에서 rotifer가 발견되면 청정한 것으로 간주. DO가 충분해야 성장

37 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (10) 오염물질의 확산
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (10) 오염물질의 확산 ① 분자확산(molecular diffusion) : 물이 담긴 beaker에 ink를 넣으면 ink는 물분자의 Brownian 운동으로 점차 수중에 퍼지는 현상(분자확산계수: 10-2~10-5 cm2/sec).   ② 난류확산(turbulent diffusion): beaker 중의 ink를 혼합봉을 사용하여 저으면 빠르게 확산됨. 이와 같이 turbulent 및 eddy에 의한 물질의 퍼짐을 난류확산(수평방향의 와동확산계수: 102~108 cm2/sec, 연직방향의 와동확산계수: 10-1~101 cm2/sec).   ③ 이류확산(advection diffusion): 흐름(조류, 밀도류 등)의 수평 및 연직 유속에 의해 한지점에서 다른 지점으로 물질이 이동하는 현상    ④ 분산(dispersion)(전단확산,shear diffusion): 유속의 연직분포차에 의한 전단력의 차에 의해 확산되는 현상

38 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (11) 물리적 처리 단위조작 [ 표 1-7 물리적 처리 단위조작 및 적용 내용 ] 단위조작
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (11) 물리적 처리 단위조작 [ 표 1-7 물리적 처리 단위조작 및 적용 내용 ] 단위조작 적                    용 스 크 린 파 쇄 유량 균등조 혼 화 조 침 전 지 부 상 조 Microstraining 응집 침전조 흡 착 ․큰 부유물을 제거 ․큰 부유물을 균등한 크기로 분쇄 ․유량 및 BOD, SS에 대한 농도 및 부하량을 일정하게 유지 ․처리약품과 폐수가 잘 혼합되도록 교반 ․침전성 고형물을 제거(SS 등). 슬러지 농축 ․미세한 현탁고형물제거(유분 등), 슬러지 농축 ․스크린에 분류하기도 하나 여과와 같다(algae 및 미생물 제거). ․침전이 잘 되도록 작은 입자들을 결합시켜 큰 입자로 형성 침전 ․흡착제와 피흡착제의 물리적 특성에 의해 흡착

39 제1장 상수도(上水道) 시설계획 (12) 해수의 담수화 ① 증류 : 물을 증발시킨 다음 냉각시키는 방법
제1장 상수도(上水道) 시설계획 (12) 해수의 담수화   ① 증류 : 물을 증발시킨 다음 냉각시키는 방법   ② 냉각법 : 냉각시키면 순수한 물로 된 얼음이 생겨 높은 염도를 가진 물과 구분   ③ 역삼투법 : 물은 통과시킬 수 있으면서도 용존고형물은 통과시킬 수 없는 여과 막(반투막) 사용   ④ 이온삼투법: 이온을 선택해서 통과시키는 막을 사용하는 전기투석의 일종   ⑤ 전기투석법: 물은 통과시키지 않고 특수한 이온만 선택적으로 통과시킬 수 있는 플라스틱막에 전하를 가하여 담수화시킴. (13) 경수의 연수법    ① 세탁용이나 공업용수로 부적당하기 때문에 원수의 경도를 낮추는 것    ② 비등법 : 일시적인 경수를 끓이면 탄산을 유리하여 탄산칼슘 및 산화마그네슘으로 되어 침전하므로 용이하게 산화할 수 있으나 많은 수량에는 부적당

40 제1장 상수도(上水道) 시설계획    ③ Zeolite법 : 녹사(green sand zeolite)라 칭하며 알루미늄과 나트륨의 규산염으로 되며 천연 또는 합성화물로서 permutit를 합성한 것이며, 천연의 녹사를 여과재로 이온교환을 하여 Ca, Mg를 제거하는 방법.    ④ 석회소다법(lime-soda process) : 원수 중의 Ca, Mg, 중탄산염(탄산염경도) 및 기타의 Mg염을 소석회의 첨가에 의하여 탄산칼슘 및 수산화마그네슘으로 바뀌어 서 침전제거하는 것