공공폐수처리시설의 효율적인 운영과 설계를 위한 수리계산 및 침전지 구조와 수심 설계의 주요 고려사항 doc_id PCY_201705230336248041_23

공공폐수처리시설은 일반적으로 침사지까지 폐수를 자연유하시킨 다음 펌프로 양수하여 본처리 시설을 거쳐 자연유하의 형식으로 방류될 수 있도록 한다. 수리계산은 이러한 유수의 자연유하가 가능하도록 각 시설간의 소요수위차를 산정한 후 수위관계도를 작성하기 위하여 필요하며, 수위관계도를 이용하여 자연유하에 의한 수리학적구배의 안정성을 검토하고 펌프 등 기타 부대시설에 요구되는 동력요구를 산정할 수 있으며 각 처리시설의 적절한 굴착깊이 및 첨두유량 등 최악의 상태에서 시설의 정상운전 등을 검토할 수 있다. 수리계산은 공공폐수처리시설의 설계 시 기본이 되는 사항으로, 올바르고 정확한 수리계산으로 각 전후 시설간의 적정 수위차를 유지하고 높이를 결정하여 시설들 간의 연결관로를 적절하게 설계할 필요가 있다. 수리계산은 대부분의 처리시설 수위차 계산에 적용되나 슬러지처리시설의 수위관계는 수리계산상으로 결정되는 것이 적으므로 자연유하에 의한 상징액의 유출을 유도하는 슬러지농축조를 제외하고는 일반적으로 수리계산 대상에서 제외한다. 수리계산과정에 있어서 각 시설의 구조에 대하여 타당성을 충분히 검토한다. 즉 처리시설의 구조는 단위처리시설 사이의 유량분배를 균등화할 수 있고, 미생물의 손실을 방지하기 위하여 극도의 첨두유량에서는 2차처리시설을 우회할 수 있는 대책을 마련하여야 하며, 관로나 수로에서 폐수가 흐르는 방향이 변환되는 경우를 최소화하는 것이 필요하다. 침사지나 침전지에 있어서는 사수부(dead space)나 단회로 등이 발생하는 수리적으로 불리한 구조로 되지 않도록 하는 것이 필요하다. 또한 포기조나 소독조에 대해서는 혼합상태를 양호하게 하기 위하여 우회수로로 하는 경우가 많으나 우회부분에 사수부가 발생하기 쉽기 때문에 구조를 원만한 각도로 하는 것이 필요하다. 또한 다소 건설비 및 유지비가 증가하여도 각 시설의 구조는 될 수 있는 대로 수리학적으로 유리하도록 설계하는 것이 좋다. 각 시설은 구조상의 수위변화량에 관로, 계량설비 등의 수위변화량을 계산하여 소요수위차를 갖도록 하며, 기본적으로 수리학적인 계산에 의하여 설계를 할 때에는 필요한 여유를 예측하여야 한다. 수리계산이 여러 가지 가정에 기준한 근사계산인 경우, 계획치 폐수량이 유입하는 경우, 장래의 증설, 유량의 증가 및 지반침하 등 예상치 못한 사태에 대비할 필요가 있으므 로 이를 고려하여 다소 여유를 가지게 하는 것이 좋다. 여유치는 수리계산시의 통일성을 기하기 위하여 나타내는 것으로, 지형조건에 의해서 충분한 여유를 잡아도 경제적인 경우, 지반침하 등이 예측되는 경우, 충분한 여유를 잡을 필요가 없는 경우 등에 대하여 각각 검토할 필요가 있다. 그러나 포기조와 2차침전지 사이는 슬러지플록을 파괴하지 않기 위하여 가능한 한 여유수위를 작게 하는 것이 좋다. 직사각형침전지의 장점은 용지를 효율적으로 이용할 수 있고 정류벽이나 도류벽을 설치함으로써 흐름의 균등화를 얻을 수 있다는 점 등이 있다. 길이와 폭의 비는 3 : 1~5 : 1 정도로 하는데, 이 비가 너무 작으면 지내의 흐름이 불균등하고, 정체부가 발생하여 침전효율이 저하하게 된다. 또한, 길이에 비하여 폭이 지나치게 커지면 침전지내 폐수의 안정한 흐름을 방해하기 쉽고 와류나 편류가 발생하여 침전효율에 악영향을 미친다. 따라서 침전지의 폭이 적당히 좁아지면 폐수의 흐름은 안정하게 되나, 침전지의 폭은 슬러지제거기의 종류와 침전효율에 의해서 결정하는 것이 좋다. 폭과 깊이의 비는 1 : 1~2.25 : 1 정도로 하는 것이 좋다. 침전지의 폭은 체인플라이트식의 경우에는 3~5m 정도, 이동식 브릿지의 경우에는 최대 20m 정도까지 가능하다. 침전지내의 안정한 흐름을 고려할 때에는 폭이 3~5m로 하는 것이 좋다. 유입지역의 정류판(baffle)을 통한 유속을 0.08~0.16m/s 범위로 한다. 또한 바닥면에는 슬러지피트를 향하여 1/100~2/100 정도의 경사를 두는 것이 좋다. 유효수심이란 침전지에서 가장 얕은 부분의 수심을 말한다. 침전지 설계상, 표면부하율을 작게 할수록 제거효율이 증가하기 때문에 표면부하율을 작게 하는 것이 유리할 것 같으나 동일체류시간으로 할 경우 유효수심이 그 만큼 감소한다. 실제 침전지에서는 동일 수면적에서 유효수심이 깊을수록 침전효율이 좋고 수량 및 수질의 변동에 대해 안전한 운전을 할 수 있다. 또한 침전지에서의 유효수심은 슬러지제거설비, 침전슬러지의 저장, 침전된 고형물의 재부상방지 및 유출수에 의한 소류를 방지 할 수 있도록 충분히 깊어야 한다. 1차침전지의 유효수심은 범위 3~5m이며, 일반적으로 직사각형침전지는 3.5m로 하며, 원형침전지는 4.5m로 한다. 그러나 수심이 과도하게 깊어지면 침전시간이 길어져 침전슬러지의 인출을 신속하게 하지 않으면 침전된 고형물의 부패가 우려되므로 되도록이면 피하는 것이 좋다. 한편 계속적인 슬러지의 제거가 가능하다면 수심은 얕아도 좋으나 침전지 깊이가 너무 얕으면 유체의 흐름에 의해 영향을 받거나, 슬러지를 제거할 때 슬러지가 부상할 수 있다. 침전지의 깊이는 곧바로 슬러지의 침강성, 슬러지반송펌프가동 등과 관련이 있으며, 유량변동, 포기조내 MLSS변동, 슬러지 침강성의 변화 등을 고려하여 설계한다. 따라서 침전지는 슬러지가 침강하여 충분히 농축되고, 동시에 유입되는 수류에 의한 교란의 영향을 받지 않도록 충분한 깊이를 가져야 하는데, 일반적으로 침전지의 깊이를 총부유고형물 및 반송슬러지농도에 따라 증가시키면 침전효율이 증가한다. 침전지가 깊은 경우의 장점은 효율의 향상 이외에 활성슬러지공정이 운전상의 문제나 변화가 있을 경우에 안전한 운전을 보장할 수 있어 유연성 있는 운전이 된다는 것이다. 그러나 너무 깊은 경우는 건설비가 많이 소요되고, 슬러지가 부패할 가능성도 있으므로 처리효율을 유지할 수 있는 면에서 적절하게 정한다. 미국의 경우 원형침전지인 경우, 직경에 따라 3m~5m 정도를 주로 사용하며, 대부분의 처리장에서 운전중인 침전지유효수심은 평균 4.8m 정도이다(WEF and ASCE, 1992). 원형은 구조상 가운데를 중심으로 회전하는 스크래퍼형(scraper type)이 주로 사용되며, 형상에 따라 쟁기형(plow type)과 나선형(spiral type)으로 나누어진다. 전형적인 원형침 전지의 슬러지수집설비 예이다. 쟁기형은 이중 트러스암에 고정된 쟁기모양의 스크래퍼를 이용하여 회전시에 점진적으로 슬러지를 중앙의 슬러지호퍼로 이동시키는 역할을 한다. 침전지 직경 이 20m를 초과하는 경우 원주속도는 1.5m/분 정도이다. 이 형태는 주로 활성슬러지에 많이 쓰이며 살수여상이나 회전원판법 등에도 사용할 수 있다. 바닥의 기울기는 다소 큰 것이 요구된다. 나선형은 직선스크래퍼 대신 나선모양의 스크래퍼를 사용하는 것으로, 스크래퍼 반대편에 추가로 직선스크래퍼를 설치할 수도 있다. 대개 나선의 각도는 35° 정도이며 각도는 슬러지성상, 운전상황 등을 고려하여 변화시킬 수 있다. 또한 침전지벽 주위를 회전하는 구동부에 경첩(힌지)형태로 고정이 되기 때문에 점검 및 고장시에 침전지를 비울 필요가 없다. 흡입식은 침전지 내외의 수압차를 이용하여 슬러지를 수집하는 방법으로 일반적으로 텔레스코프형(telescope)이라고도 한다. 수두차는 펌프나 웨어, 게이트를 사용함으로써 일으킬 수 있다.