목차
예제6.1) 완속 여과 방식과 급속 여과 방식의 개요에 대해서 설명하시오.
* 완속 여과의 원리 *
예제6.2) 급속 여과방식을 채용하는 일반적인 정수장의 수처리 공정과 슬러지 처리 공정을 나타내고 주요공정과 역할에 대해서 간단히 설명하시오.
예제6.3) 30000m3/d의 물을 처리하고 있는 정수장이 있다. 고형 황산 알루미늄의 평균 주입률이 30mg/l일 때 1일당 필요한 응집제의 양을 계산 하시오. 또한 황산 알루미늄과 알카리분과의 반응이 다음 식으로 표시 될 때 1일당 필요한 Ca(HCO3)를 계산 하시오.
예제6.4) 어느 도시 수도의 계획 정수량은 최대 70000m3/d, 평균 50000m3/d, 최소30000m3/d
예제6.5) 응집 처리의 원리에 대하여 간단히 설명하시오.
예제6.6)콜로이드 입자 표면의 하전에 관한 전기 이중층과 제타전위에 대하여 설명하시오.
예제6.7) 어느 도시의 수도수를 비이커에 500ml따르고, 여기에 인공 탁질로서 카올린 50mg/l를 첨가하였다. 그 후 응집제로서 PAC의 주입률(0,5,10,20mg/l의4단계)과 pH를 바꾸어 자아테스트를 행하여 아래 표의 결과를 얻었다. 이러한 조건에 있어서 pH와 상등수 탁도의 데이터로부터 응집의 최적 pH영역, 응집제 주입률의 효과, 응집 특성 등에 대하여 설명하시오. 또한 자아테스트는 급속교반 100rpm에서 5분간, 완속교반 40rpm에서 10분간, 그 후의침전시간은 20분간이었다. 또한 pH 조정제에는 0.1N NaOH와 0.1N HCl을 사용하였다. 처리 결과를 판정하기 위하여 비이커내의 수면으로부터 1cm정도 밑의 위치에서 홀피펫을 사용하여 적량의 시료를 채용하여 탁도를 측정하였다.
예제6.9) 계획 정수량 30000m3/일인 정수장에 있어서 상하류식 플록 형성지의 용적과 G값이 50sec-1일때의 수위차(입구와 출구)를 구하시오.
예제6.10) 유체중을 침강하는 단일 입자의 종말 침강속도 Vt가 다음 뉴턴 식으로 되는 것을 증명하시오.
예제 6.11)구형의 플록입자의 단립자 침강에 관하여 다음 질문에 답하시오
(1)지경 0.5mm밀도 1.02g 질량 /cm3이라 할때 침강속도 ( cm/sec )(수온 15 )를 구하시오.이때 침강속도 식으로서 Newtonn 식을 저항계수 CD로서 Laub 식을 이용하시오. 또한 15 에 있어서 물의 밀도는 9.99 10-1g/cm3 물의 동점성 계수는 1.15 10-2cm2/sec이다.
예재 6.12) 계획 정수량 (1일 최대 급수량) 60000m3/일인 정수장을 계획하고 있다.다음 조건을 만족하는 약품 침전지를 설계하시오.
예제 6.13) 이상적인 침전지에 대해 설정하는 4가지 가정에 대해 설명하시오.
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* 완속 여과의 원리 *
예제6.2) 급속 여과방식을 채용하는 일반적인 정수장의 수처리 공정과 슬러지 처리 공정을 나타내고 주요공정과 역할에 대해서 간단히 설명하시오.
예제6.3) 30000m3/d의 물을 처리하고 있는 정수장이 있다. 고형 황산 알루미늄의 평균 주입률이 30mg/l일 때 1일당 필요한 응집제의 양을 계산 하시오. 또한 황산 알루미늄과 알카리분과의 반응이 다음 식으로 표시 될 때 1일당 필요한 Ca(HCO3)를 계산 하시오.
예제6.4) 어느 도시 수도의 계획 정수량은 최대 70000m3/d, 평균 50000m3/d, 최소30000m3/d
예제6.5) 응집 처리의 원리에 대하여 간단히 설명하시오.
예제6.6)콜로이드 입자 표면의 하전에 관한 전기 이중층과 제타전위에 대하여 설명하시오.
예제6.7) 어느 도시의 수도수를 비이커에 500ml따르고, 여기에 인공 탁질로서 카올린 50mg/l를 첨가하였다. 그 후 응집제로서 PAC의 주입률(0,5,10,20mg/l의4단계)과 pH를 바꾸어 자아테스트를 행하여 아래 표의 결과를 얻었다. 이러한 조건에 있어서 pH와 상등수 탁도의 데이터로부터 응집의 최적 pH영역, 응집제 주입률의 효과, 응집 특성 등에 대하여 설명하시오. 또한 자아테스트는 급속교반 100rpm에서 5분간, 완속교반 40rpm에서 10분간, 그 후의침전시간은 20분간이었다. 또한 pH 조정제에는 0.1N NaOH와 0.1N HCl을 사용하였다. 처리 결과를 판정하기 위하여 비이커내의 수면으로부터 1cm정도 밑의 위치에서 홀피펫을 사용하여 적량의 시료를 채용하여 탁도를 측정하였다.
예제6.9) 계획 정수량 30000m3/일인 정수장에 있어서 상하류식 플록 형성지의 용적과 G값이 50sec-1일때의 수위차(입구와 출구)를 구하시오.
예제6.10) 유체중을 침강하는 단일 입자의 종말 침강속도 Vt가 다음 뉴턴 식으로 되는 것을 증명하시오.
예제 6.11)구형의 플록입자의 단립자 침강에 관하여 다음 질문에 답하시오
(1)지경 0.5mm밀도 1.02g 질량 /cm3이라 할때 침강속도 ( cm/sec )(수온 15 )를 구하시오.이때 침강속도 식으로서 Newtonn 식을 저항계수 CD로서 Laub 식을 이용하시오. 또한 15 에 있어서 물의 밀도는 9.99 10-1g/cm3 물의 동점성 계수는 1.15 10-2cm2/sec이다.
예재 6.12) 계획 정수량 (1일 최대 급수량) 60000m3/일인 정수장을 계획하고 있다.다음 조건을 만족하는 약품 침전지를 설계하시오.
예제 6.13) 이상적인 침전지에 대해 설정하는 4가지 가정에 대해 설명하시오.
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본문내용
가 적다.대개는 물을박층으로 방류하여 충분히 교반하면서 연속적으로 광선을조사한다.
유효조사 거리는 수중에서 약 30㎝ 이다. 처리비가 높으므로 일반화가 되어 있지 않다.
1)장점
①물에 어떠한 이물을 가하지 않는 소독이 가능하다.
②물의 용존물질(염소소독시 암모니아늬 경우) 살균효과를 저해하지 않는다.
③접촉 시간은 짧아도 되고, 과잉 조사하여도 전혀 문제가 없다.
④처리의 결과 이상한 맛, 이상한 냄새등이 발생하지 않는다.
2)단점
①포자 ,아포, 바이러스등에 대한효과가 약간적다.
②자외선을 흡수하는 물질을전처리 할 필요가 있다.
③잔류효과는 기대할 수 없다.
④장치,운전비등도 고가이다.
⑤조사 효과를 지키기 위해 유지 관리에 인력과 비용이 많이 든다.
예제6.23)살균과정에 있어서 , 미생물 세포의 사멸경괴가 1차 반응에 따른다고 가정하면, t시간후의 세포수 N을 구하는 식을 유도하라.
처음 세균의 수: NO dn =-KN ( k: 사멸 속도 정수)········①
살균제,t시간후 dt
세포N
(1/N)dn = -kdt
적분 ln=-kt+C t=0일때N=NO,C=lnNO··················② InN-lnNo=-kt
ln(N/No)=-kt··································③
N=Noe-kt ···································④
*실제 소독과정에서 시간에 따라 사멸속도가 빨라지거나 느려지는경우가 있으므로(③을 일반화)
ln(N/No)=-ktm ·································⑤
m<1:시간에 따라 사멸속도 증가 사멸속도 K=살균제농도Cp의 n승에 비례.
m>1:시간에 따라 사멸속도 감소 =KCnP ·················⑥
⑥을⑤에 대입
ln(N/No)=-KCnPtm N=Noe ·······················
예제6.24)다음 (1)∼(5)의 각 항목을 처리한는 경우, 가장 적당하다고 생각되는 처리 방법을 1개 선택 하시오
(1)침식성 유리탄산: (황산동 살포, 전염소처리, 에어레이숀 ,활성탄처리)
(2)곰팡이 냄새:(이온교환수지, 활성탄 처리, 전염소 처리, 소석회 처리 )
(3)용해성 철:(황산동 살포, 활성탄 처리, 전염소 처리, 소석회 처리)
(4)경도(연화처리):(황산동 살포, 소다회 주입, 활성탄 처리,생물산소)
(5)플랭크톤, 조류:(황산동 살포, 소다회 주입, 활성탄 처리, 생물산소)
예제6.25) 정수처리에 있어서 통상 멸균(소독)의 목적으로 주입되는데 살균, 살조 작용과 하메 강력한 산화력을 가지고 있으므로 여과전의 처리과정에서 전염소 처리로써 주입되는 경우가 있다. 이러한 전염소 처리의 목적에 대하여 논하시오.
전염소 처리는 원소와 유기물, 암모니아, 철, 망간, 세균등으로 상당히 오염되어 있는 경우에 유효한 방법이다. 최근에는 수원의 오탁이 현저하므로 많은 도시에서 상시 행해지고 있다.
목적
①일반 세균이 5000개/㎖ 이상, 혹은 대장균군이 2500개/100㎖ 이상 존재하는 경우,여과이전의 물의 세 균을 감소 시켜 안정성을 높이기위해 침전지와 여과지의 내부를 위생 적으로 보전 하기 위하여
②조류, 소형동물, 철박테리아등이 다수 생식하는 경우, 이것을 사멸 시키면, 또는 번식을 방지하기위하 여.
③철, 망간이 용존하여 염소 소독에 의해 탁도,색도가 증가하는 경우, 이것을 불용성의 산화물로 제거 하기 위하여
④암모니아성 질소, 아초산성 질소, 황화수소, 페놀류,유기물등을 산화하기 위하여 젼염소 처리는 상술 한 것과 같은 목적으로 행해지지만 원수수질의 상태에 따라서는 충분한 효과를 얻지 못하게 되고 오 히려 수질을 악화 시키는 경우도 있다. 또 고도의 수질 관리를 필요로 하여, 챙용되는 경우에는 신중 한 검토가 필요하다.
또한 완속여과 방식에서는 염소가 여과막에 생식하는 생물에 악영향을 미치게 되므로 원칙적으로 채 용되지 못한다.
전염소 처리를 행해도 여과후 여과수를 소독하는 경우가 있는데 전염소 처리에 대하여 소독을 후염소 처리(post - chlorination) 라고 하는수가 있다.
예제6.26) pH6.5, 알칼리도 20㎎/ 의 원수에 소다회 10㎎/ 를 주입하면 pH값은 얼마가 되는가?
(단, CO2가 물에 용해할 때 겉보기 해리정수 K는 20 에서 4.45 10-7이다.)
ph=logA-logC +log0.88/K
*A : 알칼리도
*C : 유리탄소
-> 6.5=log20-logC=log0.88/4.45*10-7
C = 20*0.88 = 12.5mg/l
4.45*10-7*6.56.5
약품의 종류
알칼리도 증감
유리탄소 증감
황산 알루미늄
-0.45
+0.40
염 소
-1.41
+1.24
소 다 회
+0.943
-0 .415
가 성 소 다
+1.25
-1.10
소 석 회
+1.35
-1.19
_ 표 약품 1㎎/ 첨가에 의한 알칼리도와 유리탄소의 증감㎎/ _
. 소다회 10㎎/ 첨가하면 위 표와 같이 알칼리도: 9.43㎎/ 증가, 유리탄소: 4.15㎎/ 감소
PH=log(20+9.43)-log(12.5-4.5)+log 0.88
4.45*10-7
= 1.47-0.92+6.3 = 6.85
PH는 6.85로 약간 상승한다.
예제 6.27) 아래 그림을 사용하여 깊이가 2.1m이고 일류율이 210/24㎝/min인 경우 전체 침전 효율을 구하라.
입자중 45% : 210/24cm 보다 큰 침전 효율
15%증가 시킴 ->60-45=15% : Vs(평균침전속도) > 102/24 cm/min
75-60-15% : Vs > 42/24cm/min
-> 나머지는 낮은 침저속도이므로 무시
·각 입자들의 제거효율
R= 45+ Vs1/V0C1 + Vs2/V0 C2 +······· + Vsn/V0 Cn, C1=C2=C3=···=15%
Vs1 =Z1/t0 , V0 =Z0/t0, Vs1/V0 = Z1/Z0, Vs2/V0 = Zt/Z0 ···
( Z1,Z2 : 침전지 수면으로부터 측정한 깊이. Z0 = 210cm)
*전체 제거 효율
R= 45+102/210*(60-45)+42/210(75-60)+····= 45+7.3+2.8+··· =55.1%
유효조사 거리는 수중에서 약 30㎝ 이다. 처리비가 높으므로 일반화가 되어 있지 않다.
1)장점
①물에 어떠한 이물을 가하지 않는 소독이 가능하다.
②물의 용존물질(염소소독시 암모니아늬 경우) 살균효과를 저해하지 않는다.
③접촉 시간은 짧아도 되고, 과잉 조사하여도 전혀 문제가 없다.
④처리의 결과 이상한 맛, 이상한 냄새등이 발생하지 않는다.
2)단점
①포자 ,아포, 바이러스등에 대한효과가 약간적다.
②자외선을 흡수하는 물질을전처리 할 필요가 있다.
③잔류효과는 기대할 수 없다.
④장치,운전비등도 고가이다.
⑤조사 효과를 지키기 위해 유지 관리에 인력과 비용이 많이 든다.
예제6.23)살균과정에 있어서 , 미생물 세포의 사멸경괴가 1차 반응에 따른다고 가정하면, t시간후의 세포수 N을 구하는 식을 유도하라.
처음 세균의 수: NO dn =-KN ( k: 사멸 속도 정수)········①
살균제,t시간후 dt
세포N
(1/N)dn = -kdt
적분 ln=-kt+C t=0일때N=NO,C=lnNO··················② InN-lnNo=-kt
ln(N/No)=-kt··································③
N=Noe-kt ···································④
*실제 소독과정에서 시간에 따라 사멸속도가 빨라지거나 느려지는경우가 있으므로(③을 일반화)
ln(N/No)=-ktm ·································⑤
m<1:시간에 따라 사멸속도 증가 사멸속도 K=살균제농도Cp의 n승에 비례.
m>1:시간에 따라 사멸속도 감소 =KCnP ·················⑥
⑥을⑤에 대입
ln(N/No)=-KCnPtm N=Noe ·······················
예제6.24)다음 (1)∼(5)의 각 항목을 처리한는 경우, 가장 적당하다고 생각되는 처리 방법을 1개 선택 하시오
(1)침식성 유리탄산: (황산동 살포, 전염소처리, 에어레이숀 ,활성탄처리)
(2)곰팡이 냄새:(이온교환수지, 활성탄 처리, 전염소 처리, 소석회 처리 )
(3)용해성 철:(황산동 살포, 활성탄 처리, 전염소 처리, 소석회 처리)
(4)경도(연화처리):(황산동 살포, 소다회 주입, 활성탄 처리,생물산소)
(5)플랭크톤, 조류:(황산동 살포, 소다회 주입, 활성탄 처리, 생물산소)
예제6.25) 정수처리에 있어서 통상 멸균(소독)의 목적으로 주입되는데 살균, 살조 작용과 하메 강력한 산화력을 가지고 있으므로 여과전의 처리과정에서 전염소 처리로써 주입되는 경우가 있다. 이러한 전염소 처리의 목적에 대하여 논하시오.
전염소 처리는 원소와 유기물, 암모니아, 철, 망간, 세균등으로 상당히 오염되어 있는 경우에 유효한 방법이다. 최근에는 수원의 오탁이 현저하므로 많은 도시에서 상시 행해지고 있다.
목적
①일반 세균이 5000개/㎖ 이상, 혹은 대장균군이 2500개/100㎖ 이상 존재하는 경우,여과이전의 물의 세 균을 감소 시켜 안정성을 높이기위해 침전지와 여과지의 내부를 위생 적으로 보전 하기 위하여
②조류, 소형동물, 철박테리아등이 다수 생식하는 경우, 이것을 사멸 시키면, 또는 번식을 방지하기위하 여.
③철, 망간이 용존하여 염소 소독에 의해 탁도,색도가 증가하는 경우, 이것을 불용성의 산화물로 제거 하기 위하여
④암모니아성 질소, 아초산성 질소, 황화수소, 페놀류,유기물등을 산화하기 위하여 젼염소 처리는 상술 한 것과 같은 목적으로 행해지지만 원수수질의 상태에 따라서는 충분한 효과를 얻지 못하게 되고 오 히려 수질을 악화 시키는 경우도 있다. 또 고도의 수질 관리를 필요로 하여, 챙용되는 경우에는 신중 한 검토가 필요하다.
또한 완속여과 방식에서는 염소가 여과막에 생식하는 생물에 악영향을 미치게 되므로 원칙적으로 채 용되지 못한다.
전염소 처리를 행해도 여과후 여과수를 소독하는 경우가 있는데 전염소 처리에 대하여 소독을 후염소 처리(post - chlorination) 라고 하는수가 있다.
예제6.26) pH6.5, 알칼리도 20㎎/ 의 원수에 소다회 10㎎/ 를 주입하면 pH값은 얼마가 되는가?
(단, CO2가 물에 용해할 때 겉보기 해리정수 K는 20 에서 4.45 10-7이다.)
ph=logA-logC +log0.88/K
*A : 알칼리도
*C : 유리탄소
-> 6.5=log20-logC=log0.88/4.45*10-7
C = 20*0.88 = 12.5mg/l
4.45*10-7*6.56.5
약품의 종류
알칼리도 증감
유리탄소 증감
황산 알루미늄
-0.45
+0.40
염 소
-1.41
+1.24
소 다 회
+0.943
-0 .415
가 성 소 다
+1.25
-1.10
소 석 회
+1.35
-1.19
_ 표 약품 1㎎/ 첨가에 의한 알칼리도와 유리탄소의 증감㎎/ _
. 소다회 10㎎/ 첨가하면 위 표와 같이 알칼리도: 9.43㎎/ 증가, 유리탄소: 4.15㎎/ 감소
PH=log(20+9.43)-log(12.5-4.5)+log 0.88
4.45*10-7
= 1.47-0.92+6.3 = 6.85
PH는 6.85로 약간 상승한다.
예제 6.27) 아래 그림을 사용하여 깊이가 2.1m이고 일류율이 210/24㎝/min인 경우 전체 침전 효율을 구하라.
입자중 45% : 210/24cm 보다 큰 침전 효율
15%증가 시킴 ->60-45=15% : Vs(평균침전속도) > 102/24 cm/min
75-60-15% : Vs > 42/24cm/min
-> 나머지는 낮은 침저속도이므로 무시
·각 입자들의 제거효율
R= 45+ Vs1/V0C1 + Vs2/V0 C2 +······· + Vsn/V0 Cn, C1=C2=C3=···=15%
Vs1 =Z1/t0 , V0 =Z0/t0, Vs1/V0 = Z1/Z0, Vs2/V0 = Zt/Z0 ···
( Z1,Z2 : 침전지 수면으로부터 측정한 깊이. Z0 = 210cm)
*전체 제거 효율
R= 45+102/210*(60-45)+42/210(75-60)+····= 45+7.3+2.8+··· =55.1%