Water/Sewage Treatment

Sewage Treatment

Ⅰ.하수도 및 하수재이용

하수도란

생활이나 사업에 기인하거나 부수되는 오수(汚水), 우수(雨水) 배제 및 처리하기 위하여 설치되는 도관, 기타의 공작물과 시설의 총칭을 말하며,하수도의 목적은 시가지의 우수나 오수를 신속하게 배제, 도시의 생활환경 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다.
최근 엘리뇨와 같은 기상 이변으로 국지성 집중호우가 이뤄지면서 하수도정비에 의한 우수배제 기능강화가 새삼 중요시 되고 있다.

하수도의 구성

① 배수설비 :토지, 건물에서 발생하는 하수를 공공하수도에 유입시키기 위한 설비
② 관거시설 : 배제방식에 따라 오수와 우수를 동일 관거로 배제하는 합류식과 오수와 우수를 각각의 관거로 배제하는 분류식이 있다. 분류식의 경우 우수관, 오수관, 찻집관거로 구성된다.
③ 종말처리시설 : 하수를 공공수역의 수질에 적합 하도록 처리하여 방류하는 시설

(하수도 계통도)

우수배제와 집중호우

1) 우수배제란

우수배제란 도로 등 지표의 우수를 공공수역으로 방류시키는 것을 칭하며, 우수배제 계획시에는 계획우수량 산정, 우수관거 계획, 빗물펌프장 계획, 우수유출량 억제 방안에 대해서 고려한다.
계획우수량 산정 : 합리식 적용

Q =	1	× C I A
	360

(C : 유출계수, I : 강우강도 mm/hr, A : 배수면적 ha)
우수관거계획 : 계획우수량 기초로 하며 적정 유속 확보(0.8~3.0m/s)
우수유출량 억제 : 도시화 및 개발 등으로 인하여 우수침투면적 감소됨에 따라 우수저류형, 우수침투형의 우수유출량 억제 방안 필요

2) 집중호우시 문제점

유출계수 증가로 기존시설 능력 한계로 하천 등의 범람 (홍수 발생)
- 기존 관거가 계획적인 도시개발에 의해 설계·건설된 것이 아니라 도시의 팽창에 따른 관거의 연장 내지는 증설됨 에 따라 유출계수의 증대 등으로 기존 관거의 용량 부족
- 기존 관거시설의 퇴적물 침적, 타관 관통 등으로 관거 단면이 축소되어 하수소통에 지장을 주 는 곳이 많음.
- 골프장 등 대단위 개발로 투수성 지질감소로 인하여 우수 집중화
- 하천 복개 등으로 인하여 통수 단면적 감소 및 완충 작용 불가능
합류식인 경우 우천시 방류 부하량(CSOs) 증가로 공공수역 오염
- 기상이변 등으로 국지적으로 집중호우가 발생하여 계획 확률연수를 초과하여 시설 용량 부족하여 오염물질이 많은 초기 우수가 공공수역으로 유입

3) 집중호우에 따른 대책

기상 이변 등으로 인하여 집준호우가 증가 되고 있음에 따라 장기계획 하에 우수 유수지 건설 등을 통한 우수유출량 억제
난개발을 막아 투수성 지질(숨꼴)을 보호하여 자연적인 침투 최대화
현지의 분산 저류 또는 인위적인 침투를 통하여 우수 집중화 최소화
집중 호우시 일시 저류할 수 있는 자연지형을 이용한 유수지 또는 대규모의 지하 터널 등의 개발을 통하여 일시 저류후 방류
CSOs 저감대책
- 관거의 개량 : 합류식 → 분류식으로
- 우수체수지(우수 저류지) 저류후 침전 방류
- 토지이용 제한하여 유출 계수 최소화

(다목적용 유수지)

하수처리 공법

1) 물리적 처리방법

물리적인 처리에 의한 방법으로 스크린, 침전지 등에 의한 부유물질제거 및 자연침전에 의한 방법

2) 화학적 처리방법

화학적인 방법에 의한 부유물의 침전 및 BOD 제거방식이며 또한 물리적 처리방법과 복합적으로 하나의 처리 시스템을 유지함

3) 생물학적 처리방법

(1) 활성슬러지법

하수 내에 존재하는 오염물질 중 분해가능한 용해성의 유기물을 미생물에 의해 제거하는 방법으로 하수의 2차 처리, 슬러지처리 등에 활용되며 호기성 처리법과 혐기성 처리방법이 있다.

① 호기성 처리법(산소 공급)

용존산소가 하수 내에 충분토록 공기나 산소를 주입하는 것으로 표준활성슬러지법 이 가장 많이 채용됨

② 혐기성 처리법(산소 공급 없음)

폐수나 슬러지의 유기물농도가 너무 높아 호기성 처리법으로는 불가능할 때의 처리법으로 기존하수처리장의 소화조가 이 처리방법을 채택하고 있음.

(2) 생물막법

미생물이 부착할 수 있는 접촉여재를 투입하여 미생물을 여재표면에 증식시키고 성장한 미생물을 이용하여 오염물질을 처리하는 방법
생물막법에는 포기조내에 접촉여재(쇄석, 플라스틱)을 충진하여 여재 표면에 형성된 미생물막과 유기물을 접촉하여 처리하는 접촉산화법외에 호기성여상법, 살수여상법, 회전원판법 등이 있다.

(하수도 계통도)

(생물학적 하수처리)

4) 생물학적 고도하수처리

하수고도처리공정은 생물학적 하수처리공정의 배출수중에 포함되어 있는 질소와 인을 제거하기 위한 공정

(1) 질소 제거 공정

생물학적으로 질소를 제거하기 위해서는 기본적으로 두 단계의 반응이 필요하다.
- ① 첫 번째 단계 :암모니아성 질소를 질산성 질소로 산화되는 질산화 반응(Nitrification)
- ② 두 번째 단계 :질산성 질소를 질소가스로 전환시키는 탈질산화반응(Denitrification)
  ※ 질산화 반응이 선행되어야 후속적인 탈질산화 반응을 진행시킬 수 있다.

(질산화 및 탈질반응)

(2) 인 제거 공정

생물학적인 인제고 공정은 혐기조건에서 인을 방출시키고, 호기조건에서 인을 과잉섭취토록 유도하여 과잉의 인을 함유하고 있는 슬러지를 처리하므로써 인을 제거하는 공정이다.

※ 혐기상태에서 인 방출, 호기상태에서 인 과잉 섭취

혐기조 : 인방출 PolyP + VFA → PHB + P4 3(에너지 섭취)
호기조 : 인섭취 PHB + P4 3→ PolyP + H 2 + C2 (에너지 생성)

5) 막여과 고도하수처리 : MBR(Membrane BioReactor) 공법

MBR 공법은 Bio-Reactor 공정과 Membrane 공정을 결합한 하수처리 공법으로 Membrane에 의한 고액분리, 생물반응조(Bio-Reactor)에 의한 N, P 제거가 이뤄진다.
MBR 공법과 고액분리 효율이 멤브레인의 공경크기에 의해서 결정되는 반면 활성슬러지를 이용한 생물학적처리 공정(BNR)은 침강성에 의하여 이뤄지는 차이점이 있다.

(MBR 처리공정)

1) MBR공법의 특징

부유고형물을 100% 제거할 수 있어 슬러지의 침강성에 관계없이 안정적이다.
활성슬러지법에 비해 미생물 농도를 3 ~ 4배 높아 폭기조 용량 감소효과 크다.
침전조가 필요 없고, 농축조 부피 또한 감소되어 공정의 compact화 가능하다.
질산화 매우 유리, 잉여슬러지 발생량이 적다.
소독 및 여과공정 불필요 하다.

2) MBR공법과 생물학적하수처리 비교

유기물, 질소, 인 제거 : BNR 공정
SS, 대장균 제거 : Membrane 공정

(MBR 계통도)

(생물학적하수처리 공법과 MBR 공법 비교)

6) 하수 처리수 방류

하수 처리수는 UV 또는 오존 소독을 거치고 방류수 수질기준에 맞추어 강, 바다 등 수역으로 방류시키거나 재이용을 위해 재처리가 이뤄진다.

(여러종류의 유량계)

(UV 소독 및 오존 소독 설비)

Ⅱ.하수재이용

중수도

중수도란 한번 사용한 물을 처리하여 다시 이용하는 것을 말하며, 하수재이용의 경우 하수처리장의 배출수를 막 여과로 고도처리하여 청소나 소방용수 등에 이용하는 것을 말한다.
건교부의 중수도 기술개발 방안 연구보고서 의하면『 한번 사용한 물을 어떠한 형태로든 한번 혹은 반복적으로 사용하는 물을 중수 (中水) 』로 정의하고 있음.

1) 중수도 용도

농업용수 및 조경용수
산업용수 (냉각수, 보일러 용수, 공정수)
지하수 함양 및 해수침입 방지용수
레크리에이션 (호수, 연못 및 습지 보충수, 하천 유지용수)
생활용수 (소화용수, 수세식 화장실 용수, 청소용수)

(농업용수 및 조경용수 이용시설)

2) 이용에 따른 중수도 분류

① 단독이용방식>

단독 건축물이나 공장에서 발생하는 오ㆍ 폐수를 자체 처리시설에서 처리한 후 재이용하는 유형

② 복합이용방식

인접한 여러개의 건축물,공동주택 등에서 발생하는 오ㆍ폐수를 한 곳으로 모아 처리한 후 재이용하는 유형

③ 공공이용방식

하수처리장이나 폐수처리장에서 처리된 처리수(방류수)를 한번고도처리 후 재이용 방법(가장 효율적)
미국의 하와이주 오아후섬의 호노울리울리(Honouliuli) 방류수 재이용시설 등이 공공이용방식 좋은 사례

(미국 캘리포니아주 지하수 함양 계통도 및미국 오랜지카운티 하수재이용시설)

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하수도란

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우수배제와 집중호우

하수처리 공법

※ 혐기상태에서 인 방출, 호기상태에서 인 과잉 섭취

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※ 혐기상태에서 인 방출, 호기상태에서 인 과잉 섭취

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