수질오염과 폐수처리 수자원 오 태 선.

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1 수질오염과 폐수처리 수자원 오 태 선

2 우리나라 수자원 실태(1) 우리나라 연평균 강수량 1,274mm 하천의 환경용량이 적다.
강수량의 2/3가 여름 장마철 때 일시에 내려 평상시 하천에 흐르는 물이 적다 하상이 급하다 우리나라는 연도별, 지역별, 계절별 강수량의 차이가 커서 수자원관리에 매우 불리하다                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       넓은 의미로는 전 우주를 형성하고 있는 모든 요소들의 총체이며 인간을 중심으로 살펴보면 진화과정에서 나온 여러 가지 요소와 문화 등이 인간을 둘러싸고있는 유형, 무형의 모든 객체

3 우리나라 수자원 이용실태(2) 넓은 의미로는 전 우주를 형성하고 있는 모든 요소들의 총체이며
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      넓은 의미로는 전 우주를 형성하고 있는 모든 요소들의 총체이며 인간을 중심으로 살펴보면 진화과정에서 나온 여러 가지 요소와 문화 등이 인간을 둘러싸고있는 유형, 무형의 모든 객체

4 각국의 월별 강수량 분포 넓은 의미로는 전 우주를 형성하고 있는 모든 요소들의 총체이며
각국의 월별 강수량 분포                                                                                                                                                                                넓은 의미로는 전 우주를 형성하고 있는 모든 요소들의 총체이며 인간을 중심으로 살펴보면 진화과정에서 나온 여러 가지 요소와 문화 등이 인간을 둘러싸고있는 유형, 무형의 모든 객체

5 우리나라 연평균 강수량 넓은 의미로는 전 우주를 형성하고 있는 모든 요소들의 총체이며
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           넓은 의미로는 전 우주를 형성하고 있는 모든 요소들의 총체이며 인간을 중심으로 살펴보면 진화과정에서 나온 여러 가지 요소와 문화 등이 인간을 둘러싸고있는 유형, 무형의 모든 객체

6 @ 강수 = 강우(rain fall) + 강설(snow fall)
@ 증산 : 식물의 호흡작용으로 인해 수증기로 날아간 양 @ 증발 : 자연생태계에서의 수분이수증기로 변한 양

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8 항상성(Homeostasis) 계(System)에서 생물체가 외부 자극에 대항 내적인 균형을 유지하려는 능력
동물의 체액에 관해서 이러한 항상성의 중요성을 최초로 지적한 사람은 프랑스의 생리학자 C. 베르나르 평형제어이론 Positive Feedback System Negative Feedback System

9 수질오염 상하수도와 수처리 오 태 선

10 상하수도와 수처리개요 상수도의 구성 취수 및 집수시설 송수 및 도수시설 - 관수로와 개수로 정수시설 배수 및 급수시설
도수 : 취수한 물을 정수장까지 공급하는 것 송수 : 정수장에서 배수지까지 물을 유송 - 관수로와 개수로 정수시설 배수 및 급수시설 배수지, 급수계통, 급수전 등 위생조사 - 급수를 위한 물의 질적인 면에 영향을 미치는 조건을 조사하기 위한것 오염조사 - 폐수의 희석용수에 대한 영향을 조사하기 위한 것 (1)임의 채취 - 폐수의 유량과 농도가 일정한 경우에 적용 (2)종합 채취 - 일정한 시간 간격으로 시료를 채취하여 종합하여 분석시키는 방법 (3)연속 체취 - 시간 간격 없이 연속적으로 시료를 채취하여 종합하여 분석하는 방법

11 계획급수량 = (1인1일당급수량)*(계획급수인구) 게획급수인구 = (계획년도의 총인구)*(급수 보급율) 계획1일최대급수량
= (계획1인1일당최대급수량)*(계획급수인구) 계획1일평균급수량 = (계획1일최대급수량)*(0.7~0.8) 계획시간최대급수량 = (계획1일최대급수량/24)*(1.3~1.5) 세균성장곡선 영양분이 부한 배지에 있으면, 개체수는 세균성장곡선이라고 불리는 독특한 형태에 따라 증가한다. 처음 새로운 배지에 옮겨지면, 세균은 고유의 세대기간에 따라 증가하는 것이 아니라 상당 기간 동안 일정한 수에 머문다. 이 기간 동안 각 세균은 새 환경에 생리적으로 적응한 후 활발히 대사작용을 하여 크기가 증가한다. 최적조건에서의 최대 개체수(약 1010/㎖)는 대수증식기 끝에서 얻는다. 이후 개체수 증가율은 현저히 떨어지는데 이 기간을 감소증식기(정지기)라고 부르며, 그 기간은 종에 따라 다르다. 증가율 감소에는 억제물질의 생산, 영양소의 고갈, 세포의 죽음 등이 복합적으로 작용한다. 정 감소증식기(정지기)는 세균이 죽는 속도가 분열하는 속도보다 빨라지면 끝이 난다. 내호흡기에 들어서면 개체수는 이후 서서히 감소하다가 결국에는 모두 죽는다.

12 하수도 계획하수량 하수량=배수구역내의 하수,폐수,우수,지하수 1일당 가정 하수량
= (1인1일당 가정 하수량)*(배수구역내 인구) @ 상수도의 급수량과 동일 합리식(우수량) Q = 1/360 CIA (C는 유출계수, A는 배수면적, I 는 강우강도이며, I는 지역의 강우특성에 따라 정해진다.) 세균성장곡선 영양분이 부한 배지에 있으면, 개체수는 세균성장곡선이라고 불리는 독특한 형태에 따라 증가한다. 처음 새로운 배지에 옮겨지면, 세균은 고유의 세대기간에 따라 증가하는 것이 아니라 상당 기간 동안 일정한 수에 머문다. 이 기간 동안 각 세균은 새 환경에 생리적으로 적응한 후 활발히 대사작용을 하여 크기가 증가한다. 최적조건에서의 최대 개체수(약 1010/㎖)는 대수증식기 끝에서 얻는다. 이후 개체수 증가율은 현저히 떨어지는데 이 기간을 감소증식기(정지기)라고 부르며, 그 기간은 종에 따라 다르다. 증가율 감소에는 억제물질의 생산, 영양소의 고갈, 세포의 죽음 등이 복합적으로 작용한다. 정 감소증식기(정지기)는 세균이 죽는 속도가 분열하는 속도보다 빨라지면 끝이 난다. 내호흡기에 들어서면 개체수는 이후 서서히 감소하다가 결국에는 모두 죽는다.

13 음료수의 수질 미생물에 관한 기준 물리적 기준 화학적 기준 대장균과 일반세균에 관한 규정 미관이나 기분때문에 설정
합성세제와 중금속 등의 화학물질에 관한 규정 Abs,비소, 염화물, 황산염, SS, 구리, 페놀, 카드뮴, 바륨, 크롬, 불소, 시안, 철과 망간,납, 셀레늄, 아연, 질산염 및 아질산염, 기타 유기화학물질 등

14 확산, 분산 및 혼합 분자의 확산( Molecular diffution) 분 산(Dispertion) 혼 합(Mixing)
고요한 물에 물감을 조용히 한 방울 떨어뜨리면 시간이 흐름에 따라 물은 점점 색깔을 띄게 되는 현상 분 산(Dispertion) 이 물을 조용히 흔들어 주면 확산의 정도가 커지는 현상 혼 합(Mixing) 여기에서 흔들어 주었기 때문에 확산이 생겼으므로 흔들어 주는 동작 완전혼합(Ideal complate mixing) 분산이 순간적으로 이루어 졌을 경우의 혼합상태 여기에서 혼합작용은 정수나 폐수처리를 위한 반응조 설계에 매우 중요한 요소이고,급속혼합은 응접처리에서의 중요한 요소이다

15 혼합과 체류시간 난류와 분산류 난류상태 층류와 난류 레이놀드 수 공기나 물의 불규칙적 흐름으로 뒤섞이는 상태
층류가 난류로 바뀌기 시작하는 임계속도는 튜브의 지름, 액체의 점도, 밀도 및 평균 유속 등 4가지 변수에 의하여 좌우된다. 레이놀드 수 관을 통과하는 유체의 흐름 모양을 시각적으로 관찰하여 층류인지 난류인지 전이영역인지를 파악한다. 또한 각 영역에서 평균 유속의 측정으로부터 Reynolds수를 계산하고 기존의 f-NRe 그래프와 비교함으로써 Reynolds 수와 흐름형태(층류,난류,전이영역)의 상관 관계를 연구한다. 亂流 (turbulent flow) 유체(기체 또는 액체) 흐름의 한 종류. 층류(層流)는 매끄러운 유로나 층을 이루는 흐름인 데 반해 난류는 불규칙하게 움직이면서 서로 섞이는 흐름이다. 난류는 한 점에서 속도의 크기와 방향이 계속해서 변하므로 흐름이 잔잔하다 할지라도 바람이나 강은 일반적으로 난류이며, 전체적인 흐름이 일정한 방향으로 움직이더라도 공기 또는 물은 소용돌이를 친다. 대부분의 유체흐름은 난류이지만 유체 속을 움직이는 물체의 앞부분이나 관(管)의 내면, 또는 점성이 큰 유체가 폭이 좁은 수로를 천천히 움직이는 경우처럼 물체의 표면과 매우 가까운 부분에서는 층류가 나타난다. 난류의 대표적인 예로는 동맥 피의 흐름, 송유관 속의 기름의 흐름, 용암의 흐름, 기류 및 해류, 펌프나 터빈 속의 유체의 흐름, 배가 지나갈 때 물의 흐름 및 항공기 날개 끝 주위의 공기의 흐름 등이 있다. 지표면의 부등가열과 기복, 수목, 건물 등에 의하여 소용돌이가 생긴다. 난 류 지표면 부근의 불규칙한 공기의 흐름.(1km 이내의 대기경계층에서 발생. ) 지표면 부근의 열과 수증기를 상층으로 이동 시키는 역할. 난류가 강하면 공기층 내에서 상하의 혼합이 잘 됨. 층 류 : 1km 이상의 상공에서 비교적 규칙적인 공기의 흐름

16 폭기와 용존산소(DO) 폭 기(Aeration) 용존산소(DO) 기체의 분압에 의해 분산 흡수되어 물 속에 녹아있는 산소
공기를 물 속으로 주입시키는 것 대기의 부피는 질소 약 78.1%, 산소20.9%, 기타로 구성되어 있다. 대기중의 산소는 Fick법칙에의해서 물 속으로 분산흡수된다.

17 입 자(Colloids) 부유물질(S.S.) 용해(용존)물질 직경이 0.1㎛이상의 크기를 가진 입자들로 탁도 유발
침전 가능한 물질 침전 불가능한 물질 용해(용존)물질 0.001 ㎛이하 크기를 가진 입자들 Colloids 부유물질과 용해상태의 중간상태 (0.1㎛ 이하0.001 ㎛까지) Brawian motion으로 침전되지 않는다 물 속의 불순물은 크기에 따라 분류 침전 가능 물질은 침전지에서 쉽게 제거되는 물질들로 하수의 50~60 % 를 차지하고, 침전불가능한 즉, 분산상태의 ss는화학적, 또는 생물학적으로 처리한다.

18 Jar Test(응집교반실험) 처리대상 수를 1,000㎖씩 6개의 비이커에 채운다. 최대의 속도로 교반시켜 급속혼합시킨다.
Ph조정을 위한 약품과 응집제를 짧은 시간 내에 주입시킨다. (이 때 응집제의 주입량은 왼쪽에서 오른쪽으로 증가기켜가며 세번째 비이커에서 응집이 가장 잘 일어나도록 한다.) 교반기 속도를 20~70rpm으로 감소시키고 약 10~30분간 교반한다. Flog이 형성되는 시간을 기록한다. 약 30~60분간 침전시킨 후 상등수를 분석한다. 오염된 물로부터 콜로이드 물질을 제거하기 위해서는 응집시켜야 하는데, 물의 세기,Ph등에 따라 응집제의 양의 화학식이 달라지므로 적정량의 주입량을 구하기 위해서는 약품교반시험을 실시.

19 용액과 용해도 용 액 용 질 용 매 용해도 기체나 고체가 액체 속에 고르게 혼합되어 있는 상태 녹아있는 기체나 고체
용 액 기체나 고체가 액체 속에 고르게 혼합되어 있는 상태 용 질 녹아있는 기체나 고체 용 매 녹이는 액체 용해도 용매에 대하여 용질을 녹일 수 있는 최대의 량 설탕(용질)과 물(용매) 커피 (용질) 와 물 녹일 수 있는 최대량은 포화용액이라고도 하며 온도에 의해 좌우된다

20 BOD Biochemical Oxygen Demand 생화학적 산소요구량
어떠한 유기물을 미생물에 의해서 호기성 상태에서 분해 안정시키는데 요구되는 산소량. 즉, 미생물은 유기물을 분해 섭취하여 세포를 합성하는데 이때 산소가 필요하게 되는데 유기물질의 종류를 일일이 분석하지 않고 호기성 미생물로 합성시키는데 필요한 산소량을 측정하면 유기물의 양을 간접적으로 측정 가능하게 된다.

21 COD Chemical Oxygen Demand 화학적 산소요구량
유기물을 화학적으로 산화시킬 때 얼마만큼의 산소가 소모되는지를 측정하는 방법으로 COD 시험에 사용되는 산화제로는 중크롬산칼륨이다. 측정 소요시간은 2시간으로 BOD 값을 모르는 폐수를 위하여 측정하여, COD와 BOD의 비로 이용하기도 한다.

22 SS(Suspended Solids) 부유물질 무기물과 유기물을 함유하는 고형물질 TSS = VSS + FSS
VSS ( Volitile Suspended Solids) 휘발성 고형물질 FSS ( Fixed Suspended Solids) 작열감량 고형물질 TSS ( Total Suspended Solids) 총 고형물질 TSS = VSS + FSS

23 BOD, COD 및 SS간의 관계 BOD = IBOD ＋ SBOD COD = ICOD ＋ SCOD
COD = BD COD ＋ NBD COD BDCOD = BODa + K × BOD5 NBDCOD = COD - BOD ICOD = BD ICOD + NBD ICOD BD ICOD = IBOD = K × IBOD5 NBD ICOD = ICOD - IBOD

24 폐수처리 오 태 선

25 하수처리공법(1) 하수중에 포함된 오염물질의 제거 목적
처리방식에 따라 1차 처리, 2차 처리, 3차 처리 및 고도처리등으로 분류. 1차 처리- 하수중 부유물질, 침강성 물질을 물리적으로 제거하는 방법 2차 처리 -화학적처리와 생물학적처리 3차 처리 - 부영양화 원인물질인 질소(N)와 인(P)을 처리하는 기술. 고도처리 기술 - 처리수의 수질을 개선 청정지역의 공공수역 수질 확보 처리수를 재이용하기 위하여 도입

26 조작과 공정 단위조작:물리적인 힘이 처리방법의 주원인(망,혼합,응결,침전,부상,세척,여과,건조 등)
단위공정:화학적, 생물학적 방법으로 제거(화학침전,소각,활성슬러지법, 살수여상 등) 1차처리:폐수에 용해되어 있지 않은 물질을 물과 분리하는 데 그 목적을 둔다. 이 방법으로 폐수의 성상변화가 나타나지 않지만, 협잡물처리·여과·중력침강 등을 통하여 2차 처리에 대한 부하를 감소시키며, 고형물질을 제거

27 물리적 처리 (1차 처리) 스크리닝: 협잡물제거 파쇄, 분쇄: 균등한 크기 분해
유량조정:시간 따른 유량 및 농도의 변화 최소화 혼합:처리약품과 폐수의 혼합(교반). 응집:colloid물질의 침전이 잘 되도록 서로 결합시켜 큰 입자로 형성(화학적 처리.) 침전:침전성 고형물(grit, ss 등)을 제거(침사지,1.2 침전지),슬러지 농축. 부상:응집침전이 힘든입자,미세한 부유입자의 제거, 미생물 슬러지 농축.

28 물리적 처리 (1차 처리) 여과:생물학적 처리나 화학적 처리 후에 남아있는 미세한 부유물질의 제거.
Microstraining(미세막 여과);미생물 및 algae 제거. 흡착:흡착제와 피 흡착제의 물리적 특성에 의해 흡착. 농축:탈수처리 전 슬러지 부피를 감소시킴으로서 탈수효율을 증대. 탈수

29 물리적 처리 (1차 처리) ③침전(Sedimentation) 화학적처리 및 생물학적처리 고도처리의 최종처리 시설에 해당, 가장 널리 쓰이고 있는 처리 시설. 체류시간(3-6hr), 유효수심(2-4m), 수면적부하( ㎥/m.d)등이 설계의 중요인자. ④부상(Floatation) 침전의 반대적인 처리방식, 가벼운물질을 포함하는 폐수나 침전을 할 수 없을 경우 부상의 종류에는 공기 및 가압수의 공급방식에 따라 용존공기 부상법(DAF), 유도공기 부상법(IAF), 진공부상법(VF)등

30 물리적 처리 (1차 처리) ⑤여과(Filteration)
화학적 및 생물학적 처리 후 폐수중에 잔류하는 미세한 부유물을 제거하는 장치로 일반적으로는 고도 처리에 포함이 되나 화학적처리 및 생물학적처리의 슬러지를 처리하는 것도 여기에 속한다. ⑥흡착(Adsorption) 여과시설을 거친 처리수 또는 화학적 생물학적 처리수에 대하여 잔존 BOD, COD의 제거 탈취,  합성세제의 제거기능을 수행하는 시설

31 물리적 처리 (1차 처리) ①스크린(Screen) 일차적으로 폐수중에 함유되어 있는 비교적 부피가 큰 물질을 제거하는 시설로 망을 설치하여협잡물 제거. ②침사지(Grit chamber) 일반적인 침전의 한 형태로 입경이 큰 모래나 자갈등을 제거하는 시설로 수직류식, 수평류식, 폭기식 등이 있다.

32 침전의 4형식 독립침전(Ι형);각입자의 특성에 의한 침전
독립 또는 분별침전에서는 비중이 1보다 큰 무기성 침사고형물 입자는 입자 간의 상호 결합력 없이도 자연침강한다. 따라서 중력식 침사지는 설계할 때 침사물의 침전형태는 독립침전의 특성을 따른다고 보며, 이 때 고형물입자의 침전은 Stokes의 법칙을 따른다. 제 I형 침전은 비중이 물보다 아주 큰 경우, 유체의 점성과 입자의 특성에만 영향을 받는다.

33 침전의 4형식 2. II형 침전 (응집침전) 공동하수, 폐수처리장 등에서 1차 침전을 설비하는 이유는 물속의 부유물질 중 쉽게 제거 가능한 물질을 제거하여 후처리 과정에서의 부하를 줄이고자 하는 것이며, 이때 침전 설계원리는 주로 응집침전의 형태를 활용한다. 보통 큰 침전속도를 가진 입자는 작은 속도를 가진 입자와 결합해서 더 빨리 침전하게 되며, 또한 침전지의 깊이가 깊을수록 입자가 결합할 기회가 많기 때문에 더욱 증가하게 된다. 따라서 침전효율은 유량, 속도경사, 입자의 농도와 크기, 표면적과 깊이 등에 영향을 받는다.

34 침전의 4형식 3. III형 침전 (지역침전) 물 속에 함유된 부유고형물질의 농도가 높으면 2차 침전에서 입자가 서로 접할 때 상호간 인력에 의해 부탁되어서 겉보기 비중이 (bulk density)이 커지면서 침강속도가 빨라져 고형물 플럭과 물이 경계면을 이루면서 침전이 이루어지게 되는데 이를 지역침전이라 한다. 지역침전은 플럭층의 하부에 있는 물이 플럭층 사이로 빠져나가면서 작은 플럭이 큰 플럭에 부착되어 동시에 함께 침전되기도 하고, 혹은 물이 빠져 나와 상승하면서 가벼운 플럭의 상승을 일으키기도 한다

35 침전의 4형식 4. IV형 침전 (압축침전) 물 속에 함유된 부유고형물질의 농도가 아주 높은 경우에, 슬러지 상호 간의 압밀성에 의해 슬러지는 압축되어 하부로 서서히 하강하고, 슬러지층 하부의 물이 상부로 올라오면서 고형물이 분리되는 침전을 압축침전이라 한다. 물체가 그 무게에 의해 유체 속에서 낙하하고 있는 경우라면, 부력과 마찰력의 합이 중력과 같아질 때 그 종단 속도(terminal velocity)에 도달하며, 종단 속도는 다음 식과 같이 구할 수 있다. 여기서, Vs는 입자의 종단 속도 (m/s) r는 입자의 스토크스 반경 (m) g는 중력가속도 (m/s2) ρp는 입자의 밀도 (kg/m3) ρf는 유체의 밀도 (kg/m3) η는 유체의 점성 계수 (Pa-s) 이다.

36 침전의 원리 침전지

37 물리적 처리 (침전)

38 침전과정은 부유물질의 농도와 입자의 특성에 따라 I, II, III, IV 형의 4종류로 구분된다.
침전지의 설계조건 - 유효수심 : 2~4 m - 유속: 0.3 m/min m/min - 체류시간: 1~3 hr - 폭과 길이의 비: 장방형1:4~1:5 정도이고, 원형 깊이와 지름의 비 1:1.25 폭이 너무 넓으면 dead space가 생기므로 주의한다. - Hopper의 저부구배: 수평에 대해 60o 이상으로 한다. 특히 구배가 적으면 침전 슬러지가 모아지지 않고 혐기성 분해가 일어나 슬러지 침전효율이 나빠지므로 유의해야 한다. - 월류부하 (overflow load): 63~126 m3/m-day 정도로 한다. 특히 weir의 길이가 부족할 때는 U형, E형 및 H형으로 유출용 draft를 설치해서 길이의 부족을 보충해주어야 한다. - 수심: 전침전지는 1.5~2.5 m, 후침전지는 2~3 m 정도로 하며, 깊이와 길이의 비는 1:15~1:20 정도가 통용되고 있다.

39 화학적 처리 물체가 그 무게에 의해 유체 속에서 낙하하고 있는 경우라면, 부력과 마찰력의 합이 중력과 같아질 때 그 종단 속도(terminal velocity)에 도달하며, 종단 속도는 다음 식과 같이 구할 수 있다. 여기서, Vs는 입자의 종단 속도 (m/s) r는 입자의 스토크스 반경 (m) g는 중력가속도 (m/s2) ρp는 입자의 밀도 (kg/m3) ρf는 유체의 밀도 (kg/m3) η는 유체의 점성 계수 (Pa-s) 이다.

40 생물학적처리 (Biological treatment) 표준활성 슬러지법 (Activate sludge method)
하수처리 공법중 가장 많이 사용 살수 여상법 (trickling filter method) 미생물의 서식 형태와 산소공급방법 다름. 회전 원판법 (Rotated biological contactor ) 산화구법 (Oxidation ditch) method)

41 건설현장환경관련법규 비산먼지발생사업신고 : 대기환경보전법 제28조 오탁방지시설 - 하천공사시 설계에 반영된 경우
특정공사 사전신고 : 소음진동규제법 제25조 소음진동관련장비 사용시 모두관련 비산먼지발생사업신고 : 대기환경보전법 제28조 비산먼지 발생사업의 경우 건설폐기물배출자신고 : 건설폐기물재활용촉진에관한법률 제17조 - 폐기물 발생사업장의 경우 소음진동배출시설설치신고 : 소음진동규제법 제10조 - 크랏샤 등 장비설치 경우 해당 토양오염 유발시설설치신고 : 토양환경보전법 제11조  오탁방지시설 - 하천공사시 설계에 반영된 경우

42 감사합니다.