하수 및 폐수 처리 공정에서 사용되는 살수여상의 플라스틱 여재 특성과 통풍 방식, 그리고 산기식 포기장치의 구성 및 운전 요소에 관한 기술적 특성 doc_id PCY_201705230336248041_6

플라스틱여재는 모양(표면적/부피의 비 차이)의 차이, 무게/부피의 비, 재질에 따라 차이를 나타낸다. 일부 플라스틱 여재는 벌집 모양을 지니고 있다. 여재는 균일충전(ordered packing), 비균일충전(random packing)로 크게 두 가지로 나눌 수 있으며 다시 각종 모양의 패킹형 여재와 파형의 판으로 구성된 모듈로 나누어 질 수 있다. 플라스틱여재는 석재여재의 단점을 극복할 수 있다. 높은 공극의 증가로 폐쇄의 위험을 줄일 수 있고 원활한 공기의 공급이 가능하여 결과적으로 높은 BOD부하에서 운전가능하다. 또한 플라스틱여재는 가볍기 때문에 여상의 구조물에 대하여 고부하와 높이를 높게 할 수 있어 사용부지의 면적을 줄일 수 있다. 플라스틱과 이용할 때 살수여상의 높이는 12m가 일반적이다. 시중에서 시판되고 있는 여재중 폐쇄를 막기 위해 공극 비가 90% 이상이고 4-10m의 여상높이를 유지할 수 있도록 가볍고 충분히 기계적인 강도를 지닌 것을 선정한다. 플라스틱여재의 수명은 일반적으로 10년이다. 살수여상은 호기성 생물학적 처리방법의 하나로 적절한 통풍은 성공적인 살수여상의 설계 및 운전을 위한 기본적인 요소이다. 만약 충분한 공기통로가 제공된다면 폐수와 공기간의 온도, 습도의 차이, 대기와 살수여상내 공기의 온도차이로 인하여 자연적으로 충분한 공기가 공급되어 호기성 상태가 유지된다. 그러나 많은 경우에 이러한 차이는 작고 결과적으로 적절한 통풍이 이루어지지 않아 호기성 상태를 유지할 수 없게 된다. 이러한 현상은 주로 온도차가 적은 여름철에 발생하여 악취의 원인이 된다. 이와 같이 자연통풍은 항상 적당한 방법이 아니므로, 저압력 팬을 이용하여 신뢰성 있고 안정적인 공기흐름을 제공할 수 있다. 개방형 살수여상에서 공기의 흐름에 관련된 원리적 요소는 자연적인 통풍과 풍력이다. 자연적인 통풍에서 공기흐름은 대기중의 공기와 폐수(여상내 공극사이)의 온도차이에 의해서 생긴다. 만약 대기중의 온도 보다 폐수의 온도가 더 낮다면 공극내의 공기는 차가워지고 흐름의 방향은 아래가 될 것이다. 대기중의 온도가 폐수의 온도 보다 낮다면 공기의 흐름은 위로 흐르게 될 것이다. 통풍방법에는 동력의 사용여부에 따라 자연식 통풍장치, 강제식 통풍장치로 나누어지며 공기의 흐름 방향에 따라 상향식과 하향식으로 나눌 수 있다. 통풍을 적절하게 유지하게 위해 적당 크기의 하부집수시설과 유출수로를 필요로 한다. 자연통풍장치는 여상 원주에 통풍구, 여상의 주변 벽까지 확장된 하부집수시설, 통풍맨홀, 하부집수시설옆 탑주변벽 통풍구, 처리수를 침전지로 이송하는 개수로 혹은 부분적으로 채워진 파이프로 구성되어 있다. 자연식 통풍장치는 자연적인 통풍의 힘이 약하거나 높은 효율의 산소전달이 요구될 때는 적절하지 못하다. 하수처리에 있어 플라스틱 여재제조자들은 통풍면적으로 1~2m2 /1000m3 여재, 원주형 탑의 살수여상 3~4.6m마다 0.1m2의 통풍면적을 추천하고 있다. 현재 많은 설계자들은 강제식 통풍장치를 이용하고 있다. 강제통풍 팬의 사용은 신뢰성 있는 산소의 공급을 위하여 설계시 고려된다. 여상의 깊이가 매우 깊거나 많은 부하가 유입되는 경우 강제식 통풍장치를 이용한다. 산기식 포기장치는 포기조내 하부에 산기기를 설치하여 포기하는 방법으로, 주 구성요소는 공기공급용 본관, 산기장치, 송풍기, 송기관을 포함한 부속장치로 구성된다. 과거에는 주로 작은 방울(fine bubble)과 큰 방울(coarse bubble)로 나누었는데 현재 개발되고 있는 산기기들은 이 구별을 명확하게 하기가 어려운 것이 많다. 따라서 산기식포기장치를 구별하는 방법으로 장치의 물리적 특성에 따라 구별한다. 여기에는 세 가지의 종류가 있는데 다공성(porous) 혹은 세형산기기(fine bubble), 비다공성(nonporous)또는 조형(coarse bubble) 그리고 기타의 제트(jet)형포기기, 흡기형(aspirating) 등으로 구분된다. 다공성(多孔性) 산기장치는 일반적으로 판형(plate), 돔형(dome), 디스크형(disc), 관(tube)형 등으로 나뉜다. 판형의 경우는 나머지 세 종류의 출현과 더불어 사용이 급격히 감소하고 있다. 판형의 경우는 설치비가 비싸고 유지관리하기가 어려울 뿐만 아니라 연속적인 운전시에는 문제가 없으나 간헐적인 운전이 될 경우에는 막힘현상이 발생하여 유지관리하는데 어려움이 있다. 판형산기기의 설치는 대부분 콘크리트나 알루미늄판홀더에 6개 이상의 지지체로 포기조의 바닥에 오목한 형태로 고정된다. 판형홀더는 송기관과 포기조 길이방향으로 연결되며 각각은 밸브로 조작된다. 돔형산기기는 18cm 정도의 직경을 갖는 두꺼운 원형으로 대개 세라믹재질로 제작되며 PVC파이프위에 센터볼트로 설치된다. 디스크형 산기기는 세라믹이나 다공성플라스틱을 사용할 경우 직경이 18~24cm 정도이며, 다공성멤브레인을 사용할 경우는 20~51cm 정도이다. 그리고 수두손실은 산기기와 분배용 오리피스를 합쳐서 0.3~0.6bar 정도이며, 이것 역시 돔형과 마찬가지로 PVC파이프 위에 볼트나 클램프링으로 장착된다. 공급되는 공기량의 적정여부, 균등분배여부 등을 판단하고 조절하기 위하여, 산기기그룹별 송기량측정을 위한 공기유량계를 설치하는 것이 좋다. 공기유량계를 적절하게 설치하면 유입폐수의 성상, MLDO, MLSS 등과 연계한 자동제어에 의해 공기량을 조절할 수도 있다. 공기유량측정방 법에는 오리피스관, 벤튜리미터, 유량노즐, 피토관 등을 사용하며 일반적으로 압력손실이 적고 유지관리가 용이한 것을 선정한다. 그리고 공기유량계와 함께 유량조절용 스로트밸브와 차단밸브를 설치하며, 공기유량계 앞에는 송기관경의 10배 이상, 뒷부분에는 5배 이상의 직관부를 설치하는 것이 좋다. 제어용 측정장치는 송기본관 및 포기조의 계열마다 설치하는 것이 좋다. 다공성 산기기중 멤브레인재질 등을 사용하는 경우 적절한 압력조절이 필요하기 때문에 압력을 측정 하고 제어하기 위한 압력계를 설치한다. 그러나 비다공성인 경우는 정확한 압력측정이 어려우므로 설치하지 않는 것이 보통이다. 포기조의 종류는 사용되는 포기기의 종류에 따라 산기식, 기계식, 수중포기식 등으로 구분할 수 있다. 포기조에의 공기공급은 활성슬러지공정을 채택한 전체처리시설에서 에너지소비가 가장 많이 요구되는 단위조작으로서, 포기에 소요되는 동력은 전체처리시설 소요동력의 50~90% 정도를 차지한다고 한다(Wesner 등, 1977). 포기조에 소요되는 동력은 포기형식, 포기조내 미생물농도, 유입폐수의 성상 및 유량, 포기조용적에 따라 달라진다. 그리고 혼합에 소요되는 동력은 포기조의 용적 및 포기조내 MLSS농도에 따라 달라진다. 어떤 경우에는 혼합에 요구되는 동력이 산소전달에 필요한 동력요구량을 능가하는 경우도 있다. 그리고 고농도미생물이 포기조내 존재하는 경우는 일반적으로 산소전달에 필요한 동력이 혼합에 필요한 동력을 포함한다. 단, 포기식산화지인 경우는 보통 혼합에 필요한 동력을 표준으로 한다.