10-c. 가스교반송풍기 자동운전에 따른 소화조 운영분석
 

 『하수처리에서 DCS 적용 및 자동운전 사례』
  Automation of Sewage Treatment Facilities by DCS 

  연구 : 서울특별시  가양하수처리사업소 (현재 서남하수처리사업소) 김영수

10-c. 가스교반송풍기 자동운전에 따른 소화조 운영분석 본 내용중에서 목차의 3, 4번 항목은 10-17. 소화조 가스교반 송풍기 자동운전 내용을 참고하시기 바랍니다. 1. 머 리 말 2. 소화조 개요 3. 소화조 가스교반 송풍기 개요 3-1. 가스교반 송풍기 현황 3-2. 가스교반 송풍기 기존 수동운전 방법 3-3. 가스교반 송풍기 자동운전에 따른 계장반 개선 3-4. 가스교반 송풍기 이상상태 경보표시기 개선 작업 4. 가스교반 송풍기 자동운전 세부사항 4-1. 자동운전 개요 4-2. 자동운전에 따른 운전 선택 4-3. 가스교반 송풍기 운영자 운전선택 4-4. 운전시간 및 휴식시간 지정 4-5. 가스교반 송풍기 자동운전 조건 설정 5. 가스교반 송풍기 자동운전에 따른 소화조 운영 분석 5-1. 소화조 운영 분석 개요 5-2. 제1처리장 주요 공정별 설계치 계산 5-3. 제1처리장 소화조 운영 현황 5-4. 제1처리장 소화조 운영자료 분석 5-5. 가스교반 송풍기 기존 단속운전 운영자료 분석 5-6. 가스교반 송풍기 단속운전 경제성 검토 5-7. 가스교반 송풍기 중앙감시실 자동운전 의견 5-8. 가스교반 송풍기 자동운전 주요내용 및 추진일정 6. 맺 음 말 1. 머 리 말 가스교반 송풍기(Gas Agitation Blower)는 소화가스를 재순환시켜 소 화조내의 슬러지를 혼합시키는 장치이며, 24시간 연속운전으로 운전관리 를 해왔으므로 자동운전의 필요성이 크게 부각되지 않았었다. 최근 들어 하수처리 공정에 경영 합리화 개념을 도입하여 지금까지의 고정관념을 탈피하여 24시간 연속으로 운전하는 소화조 가스교반 송풍기 운전시간에 대하여 처리수질에 영향을 주지 않는 범위에서 효율적으로 관리하여 하수처리 예산을 절감시키는 방안이 연구되고 있다. 환경부 제정 하수도 시설기준(한국수도협회 발행 1998. 2) 책자의 혐 기성 소화 혼합장치 내용을 참조하면,소화조내의 슬러지를 계속 혼합시 켜야만 효과적이라고 할 수 없으며 1∼3시간 정도로 매일3∼6회 혼합 하여도 충분하다고 설명되어 있다. 혐기성 소화조 혼합장치를 단속운전으로 하여도 충분하다는 것에 자신 감을 얻어 중앙감시실 분산제어시스템(DCS) 컴퓨터에 의한 제1처리장 소화조 가스교반 송풍기 자동운전을 계획하여 추진하게 되었다. 가스교반 송풍기는 용량이 55Kw이며 냉각장치, 윤활장치, 각종 보호 장치 등의 여러 부속기기를 포함하고 있으므로 기계적으로 복잡하다. 가스교반 송풍기를 중앙감시실에서 컴퓨터로 자동운전 하기 위해서는 위와 같은 부속기기를 제어하는 소화조 2층 현장의 가스교반 송풍기 현 장 조작반(LCP)과 송풍기를 Y-△방식으로 구동시키는 3상 유도전동기 전동기 제어반(MCC)을 제어할 수 있어야 한다. 또한 기존 소화조 계장반의 수동운전 방법을 그대로 유지시키면서 중 앙감시실 컴퓨터로 자동운전이 가능하도록 운전선택(수동, 자동) 전환스 위치를 추가로 설치하여야 하므로 소화조 계장반에 대한 제어회로 개선 작업이 필수적이다. 중앙감시실 컴퓨터에 의한 가스교반 송풍기 자동운전을 실시하게 되면 소화조 현장 여건에 적합하도록 운전조건과 운전시간, 휴식시간 등을 융 통성있게 설정하여 운전할 수 있으므로 유지관리에 효과적이다.

 

2. 소화조 개요 

   혐기성 소화란 용존산소가 존재하지 않는 환경에서 유기물이  미생물
에 의해 분해되는 과정으로 슬러지 중의 유기물은 미생물의 활동에 의하
여 제거된다. 
  소화조는 혐기성 미생물에 의한 슬러지중의 유기물을 분해시켜 슬러지
의 안정화, 슬러지량의 감소 및 멸균과 소화과정의 부산물인 메탄가스를 
얻기 위하여 설치한다.
  혐기성 가온 2단 소화방식을 채용한 가양하수처리사업소 제1처리장 소
화조에 유입된 농축슬러지는 약 35℃의 온도로 중온 소화되어 약 30일간 
체류되며, 혐기성 발효에 의하여 슬러지  중에 포함된 유기물의 약 50%
가 메탄올 주성분으로 소화가스와 물로 전환된다. 
  혐기성 소화에 의한 슬러지의 분해과정은 크게 [그림 1]에 나타난 바와 
같이 3단계로 나룰수 있다.  각 단계의 반응은 발효균, 아세트산 및 수소
생성균, 그리고 메탄 생성균 등 서로  다른 미생물에 의하여 이루어지며 
이들의 활동은 유기적으로 연결되어 있다.

    [그림 1] 혐기성 분해의 3단계 (자료 : 하수도 시설기준)


  가스분해 및 발효 단계에서는 슬러지가 휘발성 유기산, 단당류, 아미노
산과 같은 용해성 유기물을 거쳐  아세트산, 프로피온산, 부티르산, 고분
자 유기산 및 H2와 CO2로 변화하게 된다.
  이 단계에서는 유기물이 분해되어 무기물로 변하지 않고 단지 다른 형
태의 유기물로 변하기 때문에 유기물의 총 COD는 변하지 않는다.
  슬러지의 혐기성 소화과정에서는 가수분해 단계가 느리기 때문에 전체 
처리 속도를 제한한다.
  아세트산은 발효단계에서 직접 생성되기도 하지만, 발효단계의 생산물
인 프로피온산, 부티르산 및 고분자 휘발성 유기산 등에서도 생성된다.
  후자의 경우를 아세트산과 수소생성 단계라고 칭한다.
  메탄화 과정에서는 앞 단계에서 생성된 수소 및 아세트산이  메탄으로 
변화한다. 이 과정에서 유기물의 COD가 가스 상태의 메탄으로 변화함으
로써 실질적인 유기물의 제거가 이루어지게 된다. 
  수소 및 아세트산으로 부터의 메탄 생성식은 다음과 같다.

  4H2+CO2 → CH4+2H2O (메탄가스+물)
  CH3COOH → CH4+CO2 (메탄가스+이산화탄소)

  혐기성 소화의 단점으로는  높은 온도(35℃  혹은 55℃)를  요구한다는 
것인데 이는 발생하는 메탄가스를 열원으로 이용하면 해결할 수 있는 문
제이다. 또한 미생물의 성장속도가  느리기 때문에 초기 운전시나  온도, 
부하량의 변화 등 운전조건이 변화할  때 그에 적응하는 시간이  길다는 
점과 암모니아와 H2S에 의한 악취도 단점으로 지적될 수 있다.

  하수처리장에서 발생하는 슬러지를 혐기성으로 소화시키는 목적은  다
음과 같다.
  1) 슬러지내의 유기물을 분해시킴으로서 슬러지를 안정화시킨다.
  2) 슬러지의 무게와 부피를 감소시킨다.
  3) 이용 가치가 있는 메탄을 부산물로 얻을 수 있다.
  4) 병원균을 죽이거나 통제할 수 있다. 

  소화조 운영에 있어서 교반의 역할은 매우 중요하다. 교반은 소화조내
의 성층화에 의한 스컴층 및 온도 경사의 억제, 독성물질의 분산, 미생물
효소와 유기물과의 접촉증대에 필요하다.
  슬러지를 혐기성으로 소화시킬 때 혼합이 필요한 이유는 다음과 같다.
  1) 유입되는 슬러지를 소화조내에 균등히 분배하여 미생물에 연속적인 
양분을 공급
  2) 소화조 온도를 모든 부분에 같게하며, 층이 형성되는 것을 방지
  3) 완충제인 알카리도를 소화조내에 균등하게 분배함으로서 pH 조정
  4) 미생물의 성장을 방해하는 물질의 농도를 최소화
  5) 스컴의 형성을 줄이거나 방지

  소화조에 유입된 슬러지는 적절한 소화 온도로 적당한 소화 일수를 지
내면 가스화되어 25∼60% 정도 감소한다. 
  유입된 슬러지는 소화 후 침전 분리하면 용해성 유기물을 포함한 상징
수, 소화가스 및 안정된 소화슬러지가 된다.
  혐기성 소화공정을 적절하게 운전 및 관리하기 위해서는 유입슬러지의 
상태 및 주입량, 소화조 내의 슬러지 성상, 거품 등을 지속적으로 파악하
여 이상 상태가 발생하면 신속하고 적절한 조치를 취할 수  있도록 다음 
사항을 고려하여야 한다. 
  1) 운전상태 및 소화의 진행상태 파악을 위해 유입슬러지량,  소화슬러
지량, 상징수량 및 가스발생량을 측정한다.
  2) 유입슬러지, 소화슬러지, 소화조내의 슬러지  성상을 파악하기 위해 
온도, TS, VS, pH, 휘발산 및 알카리도를 측정한다.
  3) 상징수의 TS, VS, pH 등을 측정하고 하수처리 계통에  미치는 영향
을 파악하기 위해 BOD, 질소, 인, 농도를 측정한다.
  4) 위의 사항을 정기적으로 측정하여  이상이 발생하였을 경우 정상시 
기록과 비교하여 그 원인을 파악하고 신속히 적절한 조치를 취한다.
   (자료 : 하수도 시설 기준)

  혐기성 가온 2단 소화방식으로 운영하는 경우 1단 소화조에서는  농축
오니가 유입되고 가스교반 송풍기에 의한 교반작용을 실시하여 소화조내
에 슬러지를 분산 혼합시켜서 슬러지의 질을 균등하게 하고  온도분포를 
균일하게 유지시키고 발생한 소화가스 발생을 촉진시킨다. 
  또한 소화조 온도를 유지하기 위하여 열교환기로부터 가온된 슬러지가 
순환오니 펌프에 의하여 이송된다.
  2단 소화조는 정지되어 있으므로 슬러지 중의 미세한 기포가 부착하여 
스컴이 액면을 덮으므로 스컴 방지장치를 설치한다.
  가스교반 송풍기는 1단 (Primary)  소화조의 슬러지 교반작용  및 2단
(Secondary) 소화조의 스컴 파쇄 작용을 위하여 소화가스 압축 및  공급
을 수행한다. 
  소화된 소화오니는 2단 소화조 하부에서 소화오니펌프에 의하여  탈수
기동 저류조로 이송된 후 케익(Cake)라 불리는 고형물로 탈수된 후 반출 
처리되고 소화상징수는 수처리 계열로 반송되어 재처리된다.

 

    [그림 2] 가양하수처리사업소 제1처리장 혐기성2단 소화조 계통도 



    [그림 3] 가양하수처리사업소 제1처리장 오니(Sludge) 처리 계통도  




    [그림 4] 가양하수처리사업소 제1처리장 소화조 단면도  



    [표 1] 가양하수처리사업소 제1처리장 소화조 주요 구성설비
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    기기명          규   격      대수         기     능
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 1 소화조      ø26m              16  농축슬러지를 30일간 중온혐기성 소화
                 유효높이 12.5m        시켜  가스발생과 슬러지안정화
 2 가스교반    ø200㎜×20m3/분   16  1단소화조의 슬러지를 혼합교반 및 2단
   송풍기       11,500㎜Aq×55Kw       소화조의 스컴브레이크 장치 가스공급
 3 센터 돔     원형 가스돔       16  스테인레스 강재구조, 가스수집통
   장치         ø2,600㎜ 
 4 소화조      과압 방출기       16  소화조나 가스홀더의 안전을 위해 부착,
   안전기       ø200㎜×350㎜Aq       탱크의 팽창 및 가스누출 방지
 5 소화조      자동식            16  탱크 외부로부터 화염의 역류 차단,
   역화방지기   ø200㎜                작은 압력차에서도 큰 유량을 제공
 6 스컴 브레   가스분사식         8  소화가스를 이용 기계실 브로워를 거쳐
   이크장치     STS파이프ø80㎜        2단소화조의 스컴 파괴 역할
 7 중앙 가스   가스드래프트튜브식 8  소화가스를 이용 기계실 브로워를 거쳐
   교반장치     ø200㎜ 액면하10m      1단의 오니를 혼합교반이 주목적
 8 워터 트랩   정치식 원통형      8  가스에 포함된 수증기의 결로수 제거 및
                ø200㎜                배관막힘을 방지, 응축수를 포집
 9 가스 필터  건식 원통형         8  가스내에 내포된 먼지등을 제거,
                ø200㎜                가스교반송풍기 보호
10 오일 트랩  정치식 원통형       8  토출가스에 포함된 오일을 효율적으로
                ø200㎜                제거 배관의 막힘 방지
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  소화조에서 발생한 소화가스는 가스교반 송풍기에 의하여 1단  소화조 
중앙에 설치된 중앙가스 교반장치(Draft Tube 식)의 가스주입  파이프로 
분사되어, 소화조 하부로 부터 가스압력에 의해 슬러지는 중앙가스 교반
장치 하부에서 상부로, 상부 슬러지 계열에서 가장자리로, 가장자리 계면
에서 하부로 순환한다. 
  1단 소화조는 교반장치가 가동되어 스컴 발생이 적으나, 2단 소화조는 
정지되어 있으므로 스컴 발생이  쉬우므로 2단 소화조 상부로  부상되는 
스컴을 분쇄시키기 위하여 주기적(1주  1회 정도)으로 스컴파쇄기(Scum 
Breaker)를 이용하여 스컴을 파쇄한다.


3. 소화조 가스교반 송풍기 개요
   3-1. 가스교반 송풍기 현황
   3-2. 가스교반 송풍기 기존 수동운전 방법
   3-3. 가스교반 송풍기 자동운전에 따른 계장반 개선
   3-4. 가스교반 송풍기 이상상태 경보표시기 개선 작업

4. 가스교반 송풍기 자동운전 세부사항
   4-1. 자동운전 개요
   4-2. 자동운전에 따른 운전 선택
   4-3. 가스교반 송풍기 운영자 운전선택  
   4-4. 운전시간 및 휴식시간 지정  
   4-5. 가스교반 송풍기 자동운전 조건 설정


 

5. 가스교반 송풍기 단속운전에 따른 소화조 운영 분석

    5-1. 소화조 운영분석 개요 

       혐기성 소화조에서 혼합의 목적은 투입슬러지와 소화슬러지를 균
등히 혼합시켜 미생물에 연속적인 양분을 공급하고, 소화조내 온도를 균
일화하고, 입자에 부착된 가스의 분리에 의한 소화 효율의 향상, 스컴 발
생에 의한 유효용량의 감소를 방지하는 것이다.
  가스교반송풍기를 단속운전하면 운전을  정지한 시간에는  소화조에서 
혼합이 이루어지지 않으므로, 실제 단속운전을  현장에 적용시 효율적인 
관리가 될 수 있도록 장, 단점을 면밀히 분석하여 소화조 운영을 예측하
고 하수처리에 주는 영향을 극소화시키면서 경제적으로 운영할 수  있는 
방안을 찾아야 한다. 
  가스교반송풍기의 연속운전을 단속운전으로  전환하면 일단은  운전을 
정지한 시간만큼 전기요금 등을 비롯한  유지관리 비용이 절감되겠지만, 
직접적으로는 소화조 가스발생량 등이 감소되므로 이에 따른 소화상징수 
수질악화 및 탈수기 케익 반출비용 증가가 예상된다. 
  제1처리장 가스교반송풍기 단속운전에 따른 소화조 시설을 최대한  효
과적으로 활용하는 방안을 찾고자 설계치를 기준으로 실제 운영값과  비
교함으로서 하수처리 공정을 종합적인 분석이 되도록 ①소화조 관련  설
계치 및 수질자료 등을 검토하고 ②실제 운영관리한 과거의  수질자료를 
분석하고 ③단속운전의 장, 단점을 조사하였다. 
  본 분석내용을 정확하고 객관성 있게 작성을 하고자 노력을  하였으나 
중앙감시실 컴퓨터에 의한 가스교반  송풍기 자동운전을 추진하기  위한 
욕심(?)으로 인하여, 단속운전에 대해 부정적인 측면보다 긍정적인  시각
으로 접근하였음을 밝혀둔다. 
  본 내용 중에 잘못된 점이나  설명이 미비하여 보충할 내용이  있으면 
보완하여 주길 바라며, 소화조 현장에서 유지관리에  참고할 수 있는 지
침으로 활용하길 바란다. 


   5-2. 제1처리장 주요 공정별 설계치 계산

         서울시는 한강의 수질보전  및 쾌적한 도시환경을  지켜나가기 
위한 노력의 일환으로 1984년 3월에 서울시 전역에 대한 하수도정비 기
본계획을 수립하고, 이에 따라 중랑, 탄천, 가양, 난지 4개 하수처리장에 
대하여 중기단계 하수처리장을 건설하였다.
  1991년 2월에는 기시행된 바 있는 중기단계의  하수도 사업을 재평가
하고 하수도 정비 기본계획 수립  이후의 조정된 각종 관련  상위계획을 
반영토록 하여 장기단계의 하수도 사업을 효율적으로 추진하기 위해  하
수도 기본계획 재정비를 수립하였다. 
  가양하수처리장은 서울시 하수도정비 기본계획의 개념에 따라 최종 목
표년도를 2001년으로 하고 중기 및 장기단계로 구분하여 건설사업을 추
진토록 계획하였다. 가양하수처리장 설계수질은 계획 유입수질에 슬러지 
처리시설에서 발생하는 반송수에 의한 오탁부하량을 고려하여 고형물 수
지 계산을 통해 계획하였으며, 기본설계에서는  계획 유입수질, 하수 및 
슬러지 처리공정 등을 고려하여 다음과 같이 설계수질을 계획하였다.
   - 중기계획 : 1986년 
   - 장기계획 : 1단계 1996년,  2단계  2001년

    [표 3] 가양하수처리장 설계수질 및 처리효율  
   ---------------------------------------------------   
                          1996년            2001년       
                         BOD   S S         BOD   S S 
   ---------------------------------------------------
    유입수질 (mg/ℓ)     130   150         150   170 
    방류수질 (mg/ℓ)      13    12          15    14 
    전체제거율  (%)       90    92          90    92 
   ---------------------------------------------------
   자료: 가양하수처리장 증설공사 실시설계보고서 (1992. 7)

  [표 3]에서 설계수질은 오니처리 공정의  반송수에 의한 오탁부하량을 
고려한 것이므로 침사지로 유입되는 하수의  수질기준이 아니고, 침사지 
유입 하수와 처리장내 반송수가  합쳐지는 혼합수의 수질을  의미하므로 
최초침전지에 유입되는 하수의 수질을 말한다. 

  하수처리 공정에서 다루는 수질 항목은 공정별로 다양하고 광범위하지
만 물질수지에서 필요로 하는  항목은 단순히 공정별  처리효율(제거율), 
그리고 유량과 SS의 흐름이다. 
  물질수지 계산에 필수적인 SS와 DS에 대하여 간단히 설명을 하였다.

  - SS (suspended solids)
    수중의 고형물 입자들을 크기에 따라 분류할 때 10-3㎛ 이하의 입자
를 용존물질, 1㎛ 이상의 입자를 부유물질, 그 중간의 것을  콜로이드 물
질이라고 정의한다. 
  SS는 물 속에 있는 입자의 직경이 1㎛이상인 입자를 말하며 부유물질 
이라고 하며 단위는 mg/ℓ이다.  [mg/ℓ=mg/kg=g/1,000,000g=PPM]
  SS는 물의 오염도를 평가하는데 중요한 지표로서 슬러지 생성량과 직
접적인 관계가 있으며,  여과지에 일정량의 하수를  여과시켜 건조한 후 
여과지에 걸린 고형물의 무게를 측정하여 구한다.
  수중의 고형물을 측정하는 다른 개념으로 TS(총고형물, total solids)는 
시료를 여과하지 않고 건조기에서 건조시켜 수분을 증발시킨 후  남아있
는 증발 잔유물를 측정하여 얻는다. 
  TS는 SS를 측정할 때 여과지를 통과하는 직경 1㎛이하인 입자까지도 
측정되므로 엄밀하게 따지면 TS가  SS보다 미약하게나마 약간  높지만, 
하수처리장 물질수지 계산시에는 TS≒SS라고 보고 TS=SS로 계산한다.
  일반적으로 10,000mg/ℓ이하일 때는 SS를 사용하고, 10,000mg/ℓ이상
일 때는 TS를 사용한다.  [10,000mg/ℓ=1%]

  - DS (dry solids) 
    DS는 물 속에 포함되어 있는 함수율 0%의 이론적인 고형물 무게이
며, 유량과 SS를 곱한 값으로 계산(DS=유량×SS)하고, 단위는 Kg 또는 
톤(ton)을 사용한다. 
  즉 DS는 하수중에 포함된 SS성분을 고형물 무게로 환산한 것이며, 하
수처리 물질수지 계산시에 각 처리공정별로 발생되는 유량이나 슬러지의  
계산에 사용한다. 


     1) 최초침전지 생오니 유량 설계치 계산
        최초침전지 유입하수 1일 100만톤, 유입수질 SS 170mg/ℓ일 때 
[SS 170mg/ℓ=170g/1000ℓ=170g/m3=0.17Kg/m3이고 물1m3≒1톤이므로 
유입수질 SS 170mg/ℓ는 물1톤 중에 고형물 0.17Kg 있는 것을 말한다.] 
  최초침전지에서 SS의 제거율이 45%일 때 DS를 계산하면 
  DS=유량1,000,000(m3)×SS(170mg/ℓ)×제거율(0.45)=76,500(kg/일)
  생오니 농도 설계치 3% (함수율 97%)를 적용하면 
  생오니유량 1일 발생유량=생오니DS/생오니농도
                         =76,500(kg/일)/0.03=2,550,000(kg/일) 
  생오니유량=2,550,000(kg/일)=2,550(톤/일)≒2,550 m3/일이 된다.

     2) 최종침전지 방류수질 및 잉여오니 유량 설계치 계산
        포기조에 유입되는 최초침전지 1차처리수의 설계수질 SS는 
  포기조 유입SS=170mg/ℓ×(1-0.45)=93.5mg/ℓ≒94mg/ℓ이고
  포기조에서 SS의 제거율이 85%이므로 최종침전지에서 한강으로 방류
되는 2차처리수 SS=93.5×(1-0.85)=14.015≒14mg/ℓ이다.
  포기조에서 제거되어야 할 DS를 계산하면 
  DS=유량1,000,000(m3)×SS(93.5mg/ℓ)×제거율(0.85) =79,475(kg/일)
  잉여오니 농도(SS) 설계치  8,000mg/ℓ(0.8%)를 적용하여  최종침전지 
잉여오니 유량 1일 발생량=잉여오니 DS/잉여오니 농도
        =79,475(kg/일)/0.008=9,934,375(kg/일)≒9,934 m3/일이 된다.

     3) 포기조 MLSS 설계치 계산
       포기조 설계치 반송오니 농도 0.8%, 반송률  30%일 때 반송오니 
유량〓유입유량×반송률이므로〓1,000,000(m3/일)×0.3〓300,000(m3/일)
   반송률(%)〓MLSS / (반송농도-MLSS) 이므로 
   MLSS〓(반송농도×반송률) / (1+반송률)
       〓 (0.008×0.3) / (1+0.3) 〓1,846.15≒1,846(mg/ℓ) 

     4) 농축조 유입 혼합오니(생오니+잉여오니) 유량 설계치 계산
        농축조에 유입되는 혼합오니(생오니+잉여오니) 유량을 계산하면
  생오니와 잉여오니의 합계는 2,550+9,934=12,484(m3)이 되고
    혼합오니DS = 생오니DS+잉여오니DS=76.5+79.475=155.975(톤)
    혼합오니SS = 혼합오니DS / 혼합오니유량 = 155.975/12,484
                =12,494mg/ℓ≒1.25%

     5) 농축조 농축오니 유량 설계치 계산
        농축조에 유입된 혼합오니 중에서 농축조 효율 85%을 적용하면 
1일 제거해야 할 DS=155.975×0.85=132.579(톤)이다.  농축오니 농도설계
치 3.0% 일 때 농축오니 1일 발생량=농축오니DS/농축오니 농도
  =132.579(톤)/0.03=4,419.3(톤/일)≒4,419(m3/일)이 된다.

     6) 소화조 소화오니 유량 설계치 계산
        소화조에 투입되는 농축오니와 정화조 오니를 계산하면 
  소화조유입유량=농축오니유량+정화오니유량 =4,419+500=4,919(m3/일)
  소화조유입 DS=농축오니DS+정화오니DS=132.579+25=157.579(톤/일)
  소화조유입 TS=소화조유입DS/소화조유입유량=157.579/4,919≒3.2(%)
  소화조 유기물(VS)비율 55%, 소화율50%, 가스발생비 800(㎥/tonVSS) 
일 때,  소화조에서 감량되는 DS=157.579×0.55×0.50≒43.334(톤)이다.
  가스발생량=유입오니 DS×유기물 비율×소화율×가스 발생비
            =157.579×0.55×0.50×800(㎥/tonVSS)≒34,667(㎥)이 된다.
  그러므로 1일 처리 소화오니 DS=소화조유입DS-소화조감량DS 이므로
157.579-43.334=114.245(톤/일)이다.
  소화조 효율 95%를 적용한 1일 처리 DS=114.245×0.95=108.533(톤/일)
  이것을 소화오니농도 5%를 적용하여 소화오니 유량으로 환산하면 
  소화오니 유량=DS/농도=108.533/0.05=2170.66≒2171(m3/일)

     7) 탈수기 케익량 설계치 계산
        소화오니 DS 108.533(톤/일), 소화오니 유량 2171(m3/일)일 때
  탈수기 제거율 95%를 적용하여 탈수기 케익량 설계치를 계산하면
  탈수기에서 1일 처리할 DS=108.533×0.95=103.106(톤/일)이고
  이것을 함수율 75%를 적용하여 케익 반출량을 계산하면 
   [ 함수율 75%≒고형물 농도 25%≒SS 250,000(mg/ℓ) ]
  케익 반출량=DS/농도≒103.106/0.25=412.42(톤/일)≒412(톤/일)이다. 

  참고로 제1처리장 탈수기는 벨트프레스 필터형의  150kg.DS/m.h의 기
계식 탈수장치로서 총15대가 설치되었으며, 여포 폭이 3m이므로 탈수기 
1대의 설계치 처리능력은 150kg.DS/m.h×3m=450kg.DS/.h이다.
  이것은 탈수기 1대가 1시간에  최대 450Kg.DS(0.45톤.DS)의 고형물을 
탈수할 수 있다는 것을 의미하며, 이것을 농도 5%의 소화오니 유량으로 
환산하면 0.45/0.05=9.0톤/h이고  함수율 75%의  탈수케익으로  환산하면 
0.45/(1-0,75)=1.8톤/h을 처리할 수 있는 표준능력을 말한다. 
  실제로 유지관리하면서 생산가능한 탈수기의 능력은 소화오니 농도 및 
약품주입비 등에 따라 처리능력이 달라지게 되므로 표준능력에 운전효율
을 적용하여 계산하는데, 설계치에 의한 탈수기 운전효율은 85%이다. 

  그러므로 실제 탈수기를 운영하면서 1대가 1시간동안 처리할 수  있는 
탈수케익량은 앞서 계산한 표준능력1.8톤/h×운전효율85%=1.53톤/h이다.
  탈수기 1대가 1일 20시간(설계치)을 가동한다면 1일 최대로 생산이 가
능한 탈수케익량은 1.53톤/h×20시간=30.6톤이 된다.
  제1처리장 탈수기는 총  15대가 설치되었으므로 탈수기동에서  최대로 
생산가능한 탈수케익량은 30.6×15=459톤이다.
  이것은 앞서 계산한 탈수케익량 설계치 412톤에 대하여 약 10%정도의 
여유가 있는 수치이다. 
  지금까지 제1처리장의 주요 물질수지와 관련되어 각 공정별로  슬러지
의 유량과 농도에 대하여 조사  보았는데, 제1처리장의 정화조오니 위생
처리장의 설계치에 대하여 검토하기로 하자.

     8) 정화조 오니 위생처리장 설계값 분석
        제1처리장 100만톤 하수처리시설 부지에 정화조오니 2,000㎘/일 
처리시설과 유기적인 관련을 갖고 합병처리를 하고 있다. 
  정화조오니 위생처리장의 처리 용량은 하수처리시설의 용량에  비하여 
소량이지만 일반적으로 BOD, SS 농도가  매우 높아서 하수처리장에 큰 
부담을 주게 된다.
  정화조오니는 정화조 투입동에 유입되어 침사조, 투입조,  저류조의 전
처리 과정을 거치면서 협잡물과 침사를 제거시킨 후에 정화조  농축조에 
투입된다.  정화조 농축조에  유입된 정화조 농축오니는  중력 농축하여 
농축오니는 하수처리장 오니처리 계열의 소화조에 투입하여 혐기성 소화
과정을 거치게 되고, 정화조 농축상징수는 수처리 계열의 침사지로 유입
되어 하수와 병합처리 하도록 설계되었다. 

  정화조 투입동에 2,000㎘/일(2,000㎘=2,000㎥) 정화조오니 설계치  유입
수질 BOD 8,000mg/ℓ, SS 21,000 mg/ℓ이므로 
  정화조 오니 유입DS=2,000㎥×21,000mg/ℓ=42.0톤 이다.
  정화조 농축조 효율 60%를 적용하여 농축조에서 제거되는 DS를 계산
하면 42톤×0.6=25.2톤이 되고, 이것을 농도  5%의 농축오니로 환산하면 
정화조 농축오니 유량은 25.2톤/0.05=504≒500톤이 된다.
  정화조 농축상징수 유량=투입오니 유량-농축오니 유량
                        =2,000-500=1,500(m3/일)
  정화농축상징수 DS=투입오니 DS-농축오니 DS=42.0-25.2=16.8(톤/일)
  정화농축상징수 SS=정화농축상징수 DS/정화농축상징수 유량
                    =16.8/1,500=11,200(mg/ℓ)
  제1처리장에서 정화조오니는 반송수를 제외시키고 유입되는  하수에서 
차지하는 비율을 계산하면 유량은  2,000/(1,000,000+2,000)≒0.2%로 매우 
적은 량이지만, SS는 DS로 환산시 16.8/(170+16.8)≒9.0%이다.
  또한 오니처리 계열의 소화조 유입오니에서 유량은  500/(4,419+500)≒
10.2%, SS는 DS로 환산시 25/(132.578+25)≒15.9%의 비율이다.

     9) 오니처리 공정의 반송수 설계값 분석
        100만톤 처리시 오니처리 계열에서 발생되는 반송수를 계산하면
  농축상징수 유량=(생오니 유량+잉여오니 유량)-농축오니 유량
                   =(2,550+9,934)-4,419=8,065(m3/일)
  농축상징수 DS=(생오니 DS+잉여오니 DS)-농축오니 DS
                =(76.5+79.475)-132.579=23.396(톤/일)
  농축상징수 SS=농축상징수 DS/농축상징수 유량
                =23.396/8,065=2,900.93≒2,901(mg/ℓ)

  소화상징수 유량=(농축오니 유량+정화오니 유량)-소화오니유량     
                   =(4,419+500)-2,171=2,748(m3/일)
  소화상징수 DS=(농축오니   DS+정화오니 DS)-(소화오니  DS+소화조 
감량DS)=(132.579+25)-(108.533+43.334)=5.712(톤/일)
  소화상징수 SS=소화상징수 DS/소화상징수 유량
                =5.712/2,748=2,078.6≒2,079(mg/ℓ)

  탈수기 탈리액 유량=소화오니 유량-탈수기 케익량
                    =2,171-412=1,759(m3/일)
  탈수기 탈리액DS=소화오니DS-탈수케잌DS
               =108.533-103.106=5.427(톤/일)
  탈수기 탈리액 SS=탈수기 탈리액 DS/탈수기 탈리액 유량
                   =5.427/1759=3,085.28≒3,085(mg/ℓ)

  탈수기동에서 수처리계열로 반송되는 반송수는 탈수기 탈리액에  탈수
기 가동시에 반드시 필요한 여포세척수와 탈수기에 공급되는 약품용해수
를 합한 유량이다. 
  탈수케익 412톤을 생산할 때 필요한 여포세척수 유량을 계산하면 
  설계치 여포세척수 유량은 탈수기 여포 폭 1m에 대하여 0.12㎥/분이므
로, 여포 폭3m의 시간당 유량=0.12×3m×60=21.6㎥/h 이 된다.
  즉 탈수기 1대를 1시간 가동시에 21.6㎥의 여포세척수가 필요하다.

  1일 제거할 탈수케익 412톤의 DS 103.106(톤/일)을  제거하기 위한 탈
수기 가동시간= 1일 제거 탈수케익DS / (탈수기능력×탈수기 운전효율)
=103.106/(0.45×0.85)≒269.6시간이 된다.
  그러므로 1일  제거할 탈수케익  412톤에  필요한 여포세척수  유량은 
269.6시간×21.6=5,823㎥이 된다. 즉 설계치에 의한 탈수케익 1톤을 생산
하는데 여포세척수 유량=5,823/412≒14.13톤이 필요하다.
  또한 탈수케익 412톤(DS  103.106톤)을 생산할 때  필요한 약품용해수 
유량을 계산하면 탈수기 약품 공급능력은 탈수기  표준능력의 50∼150% 
까지 공급할 수 있도록 설계되었다. 
  그러므로 설계치에 의한 약품용해수 유량은 최소 412×0.5=206톤 에서 
최대 412×1.5=618톤이 되고, 중간값은 (206+618)/2=412톤이 된다

  다른 방법으로 약품주입률과 약품용액 비율에 의한 약품용해수 유량을 
계산하면, 설계치에 의한 약품주입률은 DS당 0.8% 이므로
  약품사용량=탈수케익DS×약품주입률=103.106×0.008≒0.8248톤 이고
  설계치에 의한 약품용액 비율은  0.2%이므로 약품용해수 유량=약품사
용량/용액비율=0.8248/0.002=412㎥으로 앞서  계산한 탈수기  표준능력에 
의해 계산한 중간값과 동일한 수치가 된다.  즉 설계치에 의한 탈수케익 
1톤을 생산하는데 필요한 약품용해수 유량은 412/412=1톤이 필요하다.
 그러므로 탈수케익 1톤을 생산하는데  필요한 급수동 사여과수  유량은 
여포세정수+약품용해수=14.13+1.0≒15.13톤이 필요하다.

  탈수기동 반송수 유량=탈수기 탈리액+(여포세척수+약품용해수) 이므로
                      =1,759+(5,823+412)=1,759+6,235=7,994㎥ 이다. 
  여포세척수와 약품용해수의 합계는  6,235㎥이고 사여과수 SS는  보통 
2∼4(mg/ℓ)이므로 중간값 3(mg/ℓ)을 적용하여 DS를 계산하면 6,235㎥
×3(mg/ℓ)≒0.0187톤이 된다.
  즉 여포세척수와 약품용해수 합계 유량이 탈수기 반송수에서 차지하는 
비율은 6,235/7,994≒80.0%로 매우 높으나 DS가 탈수기 반송수에서 차지
하는 비율은 0.0187/5.427≒0.3%로 매우 적다는 것을 알 수 있다.
  그러므로 탈수기동 반송수에서  여포세척수와 약품용해수  합계 DS가 
물질수지 계산에 미치는 영향이 미약하므로 탈수기동  반송수 DS≒탈리
액 DS로 계산이 가능하다.
  탈수기동 반송수 SS=탈수기동 반송수 DS/탈수기동 반송수 유량
                     =5.427/7,994=678.88≒679(mg/ℓ)

  지금까지 오니처리 주요공정인  농축조, 소화조, 탈수기동의  반송수에 
대한 조사를 하였고, 이외에도 오니처리 공정에서 수처리로 반송되는 각
종 잡용수, 세정수 등의 기타 반송수를 생각할 수 있다. 
  오니처리 계열의 기타 반송수는 청소용수, 농축조 세정수 등이 있는데 
이 것을 정확히 계측하기 곤란하고  설계서 등에 명확히 명기되어  있지 
않으므로, 수처리 계열에서 발생하는 농축조 유입 오니유량(생오니와 잉
여오니 유량 합계)의 20%를 기타 잡용수로 계산하고자 한다. 
  기타 잡용수 유량=(생오니유량+잉여오니유량)×0.2
                  =(2,550+9,934)×0.2=2,497m3/일
  여기서 기타 잡용수 유량의 계산을 농축조 유입되는 생오니와  잉여오
니 유량합계의 20%를 적용한 수치는, 유지관리지침서, 실시설계 보고서, 
처리장 운영자료 등을 참조하여 운영치와 근접한 비율을 물질수지에  추
가시킨 항목이다.

  지금까지 오니처리 계열에서 발생하는 각 공정의 반송수 유량과 SS를  
정리하여 합계를 구하여 보자.
  총 반송수 유량=농축상징수+소화상징수+탈수기상징수+기타 잡용수
                =8,065+2,748+7,994+2,497=21,304(m3/일)
  총 반송수 DS=농축상징수 DS+소화상징수 DS+탈수기 탈리액 DS
               =23.396+5.712+5.427=34.535(톤/일)
  총 반송수SS=총반송수 DS/총 반송수 유량 
              = 34.535/21,304=1,621.06≒1,621(mg/ℓ)이다.

     10) 물질수지 계산 설계값 검증 
         서울특별시 종합건설본부 발행(1995년  6월)의 가양하수처리장 
제1처리장 2차처리시설 공사감리 종료보고 공사지 206쪽을 보면
  제1처리장 유입유량 100만(m3/일), 설계 유입수  SS 126(mg/ℓ)일 때,  
최초침전지 유입되는 혼합수 SS 설계치가 170(mg/ℓ)이다.
  그러므로 유입수 SS 126(mg/ℓ)에 지금까지 계산한  오니처리 계열의 
반송수 SS를 합한 최초침전지 혼합수  SS가 170(mg/ℓ)이 나오면 지금
까지 각 공정별 유량과 SS의 계산이 맞는 것을 증명하는 것이 된다.

  지금까지 계산한 주요공정 물질수지에 대한 혼합수 유량과 SS의 값에 
대한 검증을 실시하여 확인하여 보자. 
  최초침전지 유입 혼합수 유량=침사지 유입수+정화상징수+반송수
  혼합수 유량=1,000,000+1,500+21,304=1,022,804(m3/일)
  혼합수 DS=유입하수 DS+정화조 상징수DS+반송수 DS
         =(1,000,000×126mg/ℓ)+(1,500×11,200mg/ℓ)+34.535
         =126.0+16.8+34.535=177.335(톤/일) 
  혼합수SS=혼합수DS/혼합수유량=177.335/1,022,804=173.38≒173(mg/ℓ)

  하수처리장 물질수지는 각 처리공정별로 처리효율과 들어오고  나오는 
유량과 농도(SS)를 계산한 것이므로  수처리 최초침전지 유입  유량부터 
오니처리 탈수케익 반출량까지 유량과 농도에 대한 계산이 가능하다. 
  그런데 지금까지 각 처리공정별로 설계치 자료를 근거로 계산한  혼합
수 SS 173(mg/ℓ)의 수치와 설계치 최초침전지  유입 SS 170(mg/ℓ)와  
2% 정도의 오차가 발생하는 이유는 무엇일까? 
  개인적으로 면밀히 검토결과 탈수기 효율은  99%이상으로 관리되는데 
물질수지 계산에서는 95%를 적용하여 탈리액 DS가 높아져 반송수 계산 
설계치가 그에 상당하는 만큼 혼합수 SS가 높아지는 것으로 생각한다.
  실제로 탈수기 효율을  99%로 적용하여  물질수지 계산을  하게 되면  
최초침전지 혼합수 수질 SS는 170(mg/ℓ)으로 정확히 산출된다.

  물질수지는 주어진 조작시간에 유입물질, 유출물질, 적체물질, 혹은 없
어진 물질 등을 모든 물질에 관한 수지 계산이다.
  만일 주어진 시간 동안에 공정에 들어간 흐름이나 나오는 흐름의 흐름
의 무게나 조성 또는 그  시간 동안의 내용물의 변화를 직접  측정할 수 
있다면 아무런 계산이 필요없을 것이다.
  그러나 이러한 경우는 거의 없으며 미지량의 계산은 불가피하게 된다.
  하수처리장의 유지관리에 있어서 예측하고, 실제  운영에 적용하여 분
석함으로서 효율적인 유지관리를 할 수 있다.
  이것을 분석하기 위해서는  처리장에 유입하는  부하(유량, SS)로부터 
발생할 수 있는 모든 사안을 현장 조건에 맞추어 수리학적으로 검토함으
로서 물질의 양부를 파악하는데 도움을 준다.
  자료 : 가양하수처리사업소 하수처리업무편람 (1997년 6월)

  다음 장 [표 4]에 지금까지 계산한 제1처리장의 주요 공정별로 유량과 
DS, SS를 요약하여  정리하였고 설계치 수질이  2001년도부터 변경됨에 
따라 기존 설계치와 변경 설계치를 비교할 수 있도록 하였다.
  설계치 계산은 실시설계보고서, 하수처리업무편람, 공사관련 책자 등을 
참고하였고, 사여과수 용수 등을 추가하여 정확을 기하고자 하였다.

  [표 4]에서 왼쪽 기존 설계치는 최초침전지 유입SS를 150(mg/ℓ)으로 
설정하여 계산한 것으로 2000년 12월까지 적용되며, 오른쪽의 변경 설계
치는 최초침전지   유입SS를 170(mg/ℓ)으로  설정하여 계산한   것으로 
2001년 1월부터 새롭게 적용되는 설계치이다.
  지금까지 계산한 제1처리장의 설계치 내역을 하수처리 공정에  똑같이 
적용할 수는 없겠으나, 가양하수처리장  제1처리장에 근무하는 직원들은 
자신이 맡고 있는 처리공정에 대한 물질수지 설계치를 숙지하여  유지관
리 업무에 참고하여야 할 것이다.
  하수처리를 담당하고 있는 부서별 또는 단위 공정별로 이해 관계가 조
금씩 다르므로, 처리공정을 종합적으로 판단하여  서로 협조하여 최적의 
운전으로 경제적이고 효과적인 수질향상이 되도록 노력하여야 한다.


 
        [표 4] 제1처리장 (1,000,000㎥/일) 물질수지 설계치 현황  
===============================================================================
 항목           기존  설계치(2000년 까지)           변경 설계치 (2001년부터) 
                최초침전지 유입SS:150(㎎/ℓ)      최초침전지 유입SS:170(㎎/ℓ) 
===============================================================================
최초침전지      유 량        D S       S S         유 량         D S      S S   
최종침전지   m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ      m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ
-------------------------------------------------------------------------------
생  오니     2,250 20.4  67.500 49.0  30,000     2,550 20.4  76.500 49.0 30,000
잉여오니     8,766 79.6  70.125 51.0   9,934     9,934 79.6  79.475 51.0  8,000
-------------------------------------------------------------------------------
소  계      11,016      137.625       12,493    12,484      155.975      12,494

===============================================================================
농 축 조        유 량        D S       S S         유 량         D S      S S   
             m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ      m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ
-------------------------------------------------------------------------------
하수농축오니 3,899 88.6 116.981 82.4  30,000     4,419 89.8 132.579 84.1 30,000
정화농축오니   500 11.4  25.000 17.6  50,000       500 10.2  25.000 15.9 50,000
------------------------------------------------------------------------------- 
소  계       4,399      141.981       32,276     4,919      157.579      32,034 
      
===============================================================================
소 화 조        유 량        D S       S S         유 량         D S      S S   
             m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ      m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ
-------------------------------------------------------------------------------
소화오니     1,956      97.789 71.5   50,000     2,171      108.533 71.5 50,000
소화가스    31,236      39.045 28.5             34,667       43.334 28.5 
------------------------------------------------------------------------------- 
소  계                 136.834                              151.867 

===============================================================================
탈수기 케잌량   유 량        D S       S S         유 량         D S      S S   
             m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ      m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ
-------------------------------------------------------------------------------
탈수케익     372        92.900       250,000     412        103.106     250,000

===============================================================================
반 송 수        유 량        D S       S S         유 량         D S      S S   
             m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ      m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ
-------------------------------------------------------------------------------
농축 상징수  7,117 37.5  20.644 67.3   2,901     8,065 37.8  23.396 67.8  2,901
소화 상징수  2,443 12.9   5.147 16.8   2,107     2,748 12.9   5.712 16.5  2,079 
탈수 탈리액 (1,584) 8.4   4.889 15.9  (3,086)   (1,759) 8.3   5.427 15.7 (3,085)
탈수기 용수  5,619 29.6                  679     6,235 29.3                 679     
기타 반송수  2,203 11.6                          2,497 11.7
-------------------------------------------------------------------------------
반송수 합계 18,966       30.680        1,618    21,304       34.535       1,621

================================================================================
최초침전지      유 량        D S       S S         유 량         D S      S S   
유입수 현황  m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ      m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ
--------------------------------------------------------------------------------
유입 하수 1,000,000 98.0 110.000 69.8    110  1,000,000 97.8 126.000 71.0    126 
정화상징수    1,500  0.1  16.800 10.7 11,200      1,500  0.1  16.800  9.5 11,200
반송수 합계  18,966  1.9  30.680 19.5  1,618     21,304  2.1  34.535 19.5  1,621
--------------------------------------------------------------------------------
유입수 합계 1,020,466    157.480         154  1,022,804      177.335         173 

================================================================================
최종침전지      유 량        D S       S S         유 량         D S      S S   
방류수 현황  m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ      m3/일 비율  m3/일  비율  ㎎/ℓ
--------------------------------------------------------------------------------
방류수 현황  1,000,000  12.000         12         1,000,000  14.000       14
================================================================================

 

        [그림 12] 제1처리장 주요 공정 처리 계통도  (2001년부터 적용)
      
             수처리 주요공정    
      
 정화상징수    하 수 유 입 
 1,500㎥       1,000,000㎥(150㎎/ℓ)              
(11,200㎎/ℓ)       ↓      
   ↓          침  사  지                 체류시간 : 2분
                                          유입하수 중의 모래 및 협잡물 제거    
                    ↓    
               유입펌프장                 자연유하 하수처리를 위한 수위상승 
                    ↓      
               분  수  조 ← 반 송 수     유입하수 및 반송수를 분배  
                    ↓       21,304㎥
                            (1,621㎎/ℓ) 
              1,022,804㎥                 혼합수=유입하수+반송수+정화상징수 
               (170㎎/ℓ)
                    ↓                                  
 생오니    ←  최초침전지                 체류시간 : 2시간    
 2,550㎥            ↓                               SS 45%, BOD 30% 제거   
 (30,000㎎/ℓ)     
               1차 처리수      
                    ↓
               포  기  조  ← 반송오니    체류시간: 6시간
              (1,900㎎/ℓ)    300,000㎥             SS 85%, BOD 90% 제거   
                    ↓       (8,000㎎/ℓ)  
 잉여오니   ← 최종침전지                 체류시간: 3.5시간 (처리수 방류)     
 9,934㎥            ↓                              활성오니 침전물회수 및
(8,000㎎/ℓ)    한강 방류                             잉여오니 반출 
                1,000,000㎥(14㎎/ℓ)      
                
        

               오니처리 주요공정     
        
 혼합오니 →    농  축  조  → 농축상징수            체류시간 : 12시간,     
 12,484㎥            ↓        8,065㎥(2,903㎎/ℓ)   생오니, 잉여오니를   
(12,494㎎/ℓ)   농축오니                               혼합시켜 농축
                4,419㎥(30,000㎎/ℓ)         
                     ↓     
 정화오니 →    소  화  조  → 소화상징수            소화일수 30일,    
    500㎥                      2,748㎥(2,079㎎/ℓ)   슬러지를 감량화,안정화
(50,000㎎/ℓ)        ↓     → 감량 DS(43.33톤)      
                소화오니 
                2,171㎥(50,000㎎/ℓ)
                     ↓
                탈  수  기  → 탈수탈리액            함수율 : 75%이하  
                     ↓        1,759㎥(679㎎/ℓ)     슬러지를 탈수하여 
                탈 수 오 니                            장외 반출     
                412톤(함수율75%)


   5-3. 제1처리장 소화조 운영 현황

     제1처리장 소화조는 혐기성  2단 소화방식으로 외부  열교환방식에 
의한 가온방식이며 혼합은 가스교반 방식이다.
  소화일수는 30일, 소화온도는 35℃, 유입슬러지의 유기물 비율은 55%,  
소화율은 50%, 소화슬러지 농도는 5%로 설계되었다.
  소화조(지름26m, 높이12.5m) 1조 용량=원면적(πD2/4)×높이≒6,633m3 
이고, 1개 계열당 1단 소화조 2조, 2단 소화조 2조가  설치되어 있으므로  
소화조 1단 및 2단의 용량은  각 8조이므로 각각 6,633×8=53,064m3이고 
총 용량(1단+2단)은 53,064×2=106,128m3 이다.

  소화조에  유입되는  농축오니(4,419m3)와  정화오니(500m3)의  합계는 
4,919m3이고 유출되는 소화오니 유량은 2,171m3 이므로 일반적으로
 소화조 소화일수= (소화조 용량) / (유입오니+유출오니)/2 
                = 106,128 / (4,919+2,171)/2
                 =106,128/3,545≒29.94≒30일 이다.  ☞[공식A]

  또한 소화조에 투입되는 투입 슬러지의 체류일수로 계산하는 
  소화조 소화일수=1단 소화조 용량/(소화조 유입오니량)
                     =106,128/4,919≒21.58≒22일이다.  ☞[공식B]

  소화조의 소화일수는 2단 소화방식인 경우 1단 소화조에서는 슬러지가  
유입되어 소화과정을 거치지만 상징수 제거가 없어 유량의 변화가  없으
므로 1단소화조에서 소화일수는 유입슬러지의 체류시간과 같다. 
  2단소화조에서는 1단소화조의 슬러지가  이동되어 침전,농축되고 소화
상징수와 감량DS에 해당되는 유량이 감소되며 소화오니  펌프에 의하여 
탈수기로 이송된 후 케잌으로 반출 처리된다. 
  그러므로 제1처리장의  실질적인 소화일수를  계산하면 1단  소화조는 
[공식B]을 적용하고 2단 소화조는 [공식A]를 적용시키면  
  실제 소화조 소화일수=1단소화조 소화일수+2단소화조 소화일수
                      =10.79+14.97≒25.8≒26일이다.
  소화율은 유입오니의 유기분이 감소하는 비율로서 소화조  유입오니의 
유기물 비율 55%일 때 소화율 50%를  적용시켜서 유출되는 소화오니의 
유기물 비율을 역으로 계산하면 37.93 %가 된다. 


    [그림 13] 제1처리장 소화조 유기분 감소에 따른 소화율 산출도


  무기분(%) 〓1―유기분(%) 이므로 소화조에서 유입오니 유기분55%가 
소화과정을 거쳐 유기분이 37.93%로 될 때의 소화율을 구하면
  소화율(%)=1 - (유입오니 무기분(%) ×소화오니 유기분(%)) /  
                (유입오니~유기분(%) ×소화오니~무기분(%))
           =1 - (45(%) ×37.93(%) / (55(%) ×62.07(%))
           ≒ 1-0.5=50% 이다.

  소화조 상부에 모아진  소화가스는 탈황장치(540N㎥/h×2.6m×4대)를 
거친 후 가스 저장탱크(6000㎥×3기, Φ23.2m×16m)에 포집되어  발전기
와 보일러 가동에 사용되며 잉여가스는 소각 처리된다. 
  소화조에서 발생하는 소화가스는  메탄(60∼65%), 탄산가스(33∼35%), 
수소(0∼2%), 질소(0∼6%), 황화수소(0.01∼0.02%) 등으로  구성되며, 소
화조에 이상이 있을 경우  메탄성분은 감소하고 탄산가스는  증가하므로 
발생량 성분을 수시로 검사할 필요가 있다.
  소화조 가스발생량은 대체적으로 투입오니(함수율95∼98% 정도) 유량
의 7∼8배 정도를 예상한다.
  제1처리장의 소화조에서 발생된 소화가스는  탈황장치(540N㎥/h×4)를 
거쳐서 가스탱크(6000㎥×3)에  저장된 후  발전기(1,600Kw×2), 보일러 
등의 연료로 사용되며 발열량은 5,500Kcal/N.㎥이다. 

  소화조 가온은 열교환기에 의한 외부가온 온수순환식이며, 소화조내의 
교반은 드라프트 튜브에 의한 가스교반 방식이다.
  소화조 온도를 유지하기 위한 가온장치로 가스연료겸용 온수보일러3대
(1,500,000Kcal/hr×2대, 3,000,000Kcal/hr×1대)와 LNG 전용 보일러  1대
(3,000,000Kcal/hr)가 설치되었고, 소화가스 발전기의 폐열회수를 위한 폐
열보일러(736,000Kcal/hr) 2대가 설치되어 있다.
  보일러에서 가온된 고온수는 지하의 고온수조에 저장되고 고온수 순환
펌프에 의하여 소화조 각조의 제1열교환기로 이송된다. 소화조에서 온도
가 내려가면 순환오니펌프에 의하여 소화조내 슬러지가 열교환기로 이송
되어 가온된 후에 소화조 상부의 슬러지 투입구로 재투입된다..
  소화상징수 설계치는 유량 2,748㎥,  SS 2,079mg/ℓ이고, 혐기성  상태
를 거쳐 색상이 검고 수처리 시설로 반송되어 재처리된다.
  소화가 잘 된  경우에 소화상징수의  SS는 2000∼5000mg/ℓ정도이며 
SS가 10,000mg/ℓ이상이면 탈수기 가동을 늘려서 반송수로 인한 영향을 
최소화시켜야 한다. 

  국가적으로 막대한 예산을 투입하여 운영하는 하수처리장의  처리공정
을 주의 깊게 살펴보면 수처리 계통에서는 유입된 하수를 깨끗하게 처리
하여 방류하고 오니처리 계통에서는 수처리에서 발생한 슬러지를 최종적
으로는 오니케익 반출을 통하여 해양투기 또는 매립하므로,  지구(Earth)
라는 시각으로 바라보면 결국은 슬러지의 이동이다.
  그런 의미에서 본다면 소화조에서는 슬러지 중의 유기물이 혐기성  미
생물 활동에 의하여 분해되고 가스화로 제거되므로 하수처리장에서 소화
조의 역할은 매우 중요하고 효율적으로 관리하여야 한다. 


 
    5-4. 제1처리장 소화조 운영자료 분석 

    [표 5] 제1처리장 소화조 운영자료 (1998년∼1999년)
===========================================================================
     침사지            소화조 운영 자료                소화조 계산 자료 
년도  하수    유입  유입  유입  유출  가스  소화조  유입 소화율 감량  VS당
1998 유입량  오니량  TS    VS    VS   발생량 온도    DS           DS 가스량
      ㎥/일   ㎥/일   %     %     %   ㎥/일   ℃    톤/일   %   톤/일 ㎥/톤
---------------------------------------------------------------------------
 1월 1689189  3846  3.10  55.7  39.8  43956  29.4  119.2  47.4  31.5  662
 2월 1740177  5132  3.31  59.0  40.9  44138  29.3  169.9  51.9  52.0  440
 3월 1672045  6648  3.80  54.6  39.6  47791  30.2  252.6  45.5  62.8  347
 4월 1432599  5549  3.86  45.5  36.5  44068  31.7  214.2  31.1  30.3  452
 5월 1233113  4942  3.70  46.6  36.8  35401  32.6  182.9  33.3  28.4  415
 6월 1578822  5529  3.82  52.6  38.0  39005  33.1  211.2  44.8  49.8  351
 7월 1612258  5793  3.90  49.9  37.5  38491  33.7  225.9  39.8  44.9  342
 8월 1496772  3259  3.80  46.7  36.3  30383  33.9  123.8  35.0  20.2  526
 9월 1217700  3742  3.09  41.2  32.2  30533  33.8  115.6  32.2  15.3  641
10월 1079995  3587  2.69  43.0  33.3  34443  33.5   96.5  33.8  14.0  831
11월  902580  2862  2.87  48.6  36.8  34479  32.4   82.1  38.4  15.3  864
12월  687307  3776  3.33  51.4  34.9  35514  31.4  125.7  49.3  31.9  550
---------------------------------------------------------------------------
평균 1361879  4555  3.44  49.6  36.9  38183  32.1  160.0  40.6  33.0  535
===========================================================================

===========================================================================
     침사지            소화조 운영 자료                 소화조 계산 자료 
년도  하수    유입  유입  유입  유출  가스  소화조  유입 소화율 감량  VS당
1999 유입량  오니량  TS    VS    VS   발생량 온도    DS           DS 가스량
      ㎥/일   ㎥/일   %     %     %   ㎥/일   ℃   톤/일   %    톤/일 ㎥/톤
---------------------------------------------------------------------------
 1월  695905  2434  2.89  54.0  35.5  32579  34.1   70.3  53.1  20.2  858
 2월  693036  2913  2.50  59.1  38.6  32947  33.0   72.8  56.5  24.3  766
 3월  801691  5204  2.38  64.7  46.4  40108  31.4  123.8  37.0  29.6  501
 4월  962390  7412  3.07  60.1  51.0  31537  31.5  227.5  30.9  42.2  231
 5월  920296  6350  2.57  57.1  50.2  23153  32.0  163.2  24.3  22.6  248
 6월  908732  5503  2.60  53.1  47.9  20226  33.5  143.1  18.8  14.3  266
 7월  925399  6718  2.67  53.6  49.2  18319  33.7  179.4  16.2  15.6  191
 8월  751036  6997  2.95  46.9  41.8  18933  34.3  206.4  18.7  18.1  196
 9월  954878  6870  2.69  50.1  41.1  21898  33.8  184.8  30.5  28.2  237
10월  932634  5294  3.40  51.1  35.1  31490  35.1  180.0  48.2  44.3  342
11월  882729  4539  3.02  60.1  38.3  32438  33.3  137.1  58.8  48.4  393
12월  801019  3644  2.97  64.5  44.3  31554  33.1  108.2  56.2  39.8  452
---------------------------------------------------------------------------
평균  852478  5323  2.81  56.2  43.3  27931  33.2  149.7  37.4  29.0  390
===========================================================================

  [표 5]에서 우측의 소화조 계산자료는 좌측 운영자료를 근거로 계산한 
것이며 계산 공식은 아래와 같다.
  유입DS=유입오니량×유입오니TS (톤)
  소화율(%)=1 - (유입오니 무기분(%) ×소화오니 유기분(%)) /  
                (유입오니~유기분(%) ×소화오니~무기분(%))
  감량DS= 유입오니DS×유입오니VS×소화율 (톤)
  VS당 가스발생량=가스발생량/(유입오니DS×유입오니VS) (㎥/톤.VSS)

  제1처리장 유입하수량은 1997년에는 약 180만톤 정도가  유입되었으나 
제2처리장 운영에 따른 부분 통수로 1998년부터 서서히 감소하기 시작하
였으며 (1998년 말과 1999년  초는 국제통화기금(IMF) 구제금융 영향으
로 추정) 1998년 11월 이후에는 시설용량 100만톤 이하로 유입되었다.
  제2처리장의 운영이 확대되면서 제1처리장 하수유입량 감소가  소화조 
전반적으로 영향을 주면서 특히 가스발생량이 많이 감소되었다. 
  [표 5]에서 제1처리장 1998년 자료는 제2처리장 부분통수에 따른 유입
하수량이 월평균 68만톤∼174만톤으로 불규칙한  시기이므로, 소화조 운
영분석 자료로 활용하는데 정확성을 기하기가 곤란하다.
  본 소화조 운영분석에서는 1999년 1년간의 소화조 운영자료 년평균 수
치와 설계치를 아래의 [표 6]에 조사하여 비교하였다.

    [표 6]  제1처리장 소화조 1999년 운영자료 평균 
===========================================================================
     침사지            소화조 운영 자료                 소화조 계산 자료 
년도  하수    유입  유입  유입  유출  가스  소화조  유입 소화율 감량  VS당
1999 유입량  오니량  TS    VS    VS   발생량 온도    DS           DS 가스량
      ㎥/일   ㎥/일   %     %     %   ㎥/일   ℃    톤/일   %   톤/일 ㎥/톤
---------------------------------------------------------------------------
설계 1000000  4919  3.20  55.0  37.9  34667  35.0  57.6   50.0  43.3  800
평균  852478  5323  2.81  56.2  43.3  27931  33.2  49.7   37.4  29.0  390
비율    85.%  108%   88%  102%   88%    81%   95%   95%    75%   67%  49%
===========================================================================

  [표 6]의 제1처리장 소화조 1999년  운영자료 년간 평균에서 소화조에 
유입되는 유입오니량을 제외하고 모든 자료가 설계치를 밑돌고 있다. 
  역으로 설명하면 소화조 유입오니량과 소화조 온도 등을 설계치에  근
접시키면 설계치에 근접한 운영자료를 얻을 수 있을 것이다. 
  소화조의 소화율은 설계치가 50%이나 계절적인 온도 영향을  많이 받
아 겨울철인 12월∼2월에는 소화율이 53∼57%로 높은 편이나, 여름철인 
6월∼8월에는 소화율이 16∼19% 정도로 낮게 나타나고 있다. 

  특히 1999년 4월부터 9월까지  소화조 운영자료를 살펴보면  전년도에 
비하여 소화율, VS당 가스 발생량이 급격히 떨어져 소화조 운영이 효율
적이지 못한 것을 알 수 있는데, 이 것은 농축조에서 소화조로 저농도의 
농축오니량이 다량으로 투입되었기 때문으로 판단된다. 
  근본적인 원인은 봄철 해빙기에 수질관리의 유효적절한 조치가 이루어
지지 않음으로 인하여 수처리 계열에서 발생하는 오니발생량이 설계치에 
비하여 생오니는 2∼3배, 잉여오니는 1.5배 정도로 농축조로 다량으로 이
송되어 농축조 효율이 급격히 떨어진데에 직접적인 원인이 있다. 
  농축조 효율저하는 곧 바로 소화조 효율을 떨어뜨렸고 결국은 이 기간
동안 소화율 저하로 가스화로 인한 감량DS의 감소  및 탈수케잌의 함수
율 증가로 인한 반출비 증가와 탈수약품비 증가로 이어졌다. 
  이와 같은 농축조 효율저하로 인한 오니처리 계열의 비효율적인  운영
은 수처리 계열로 되돌려 재처리되는 반송수 수질악화를 불러와  결국은 
하수처리 전 공정의 유지관리에 어려움을 겪게 되었다.
  하수처리 특성상 수처리와 오니처리는 공정별로 서로 영향을 주고  받
는데 반송수 악순환시에는 수처리 공정은 발생되는 오니를 가능한  많이 
보내려고 하고, 오니처리  공정에서는 수질이  악화된 반송수로  보답(?) 
함으로서 하수처리의 효율적인 운영에 어려움이 있다. 
  1999년 4월부터 8월까지 유입하수량과 유입수질이 설계치 이하로 들어
오고 있는데도 불구하고 각종 운영자료 및 처리현황은 년간 평균치 이하
로 양호하지 않은 것을 알 수 있다. 

   일반적으로 겨울에서 봄으로 이어지는 환절기에는 수온이 상승하면서 
하수처리 수질관리에 어려움을 겪게 되는데 여러 가지 요인이  복합적인 
원인이 있겠지만 크게 다음의 두 가지라고 예상한다.
  1) 수처리 계열 포기조에서 수온상승으로 저온성  미생물과 고온성 미
생물의 교체로 인한 미생물의 생화학적 반응 변화와 
  2) 오니처리 계열 소화조에서  투입슬러지 유기물(VS) 저하로  인하여  
소화율이 떨어지는 것으로 판단된다. 
  활성오니법은 미생물의 생화학적반응을  이용하는 방법이므로  온도의 
영향을 받으며, BOD 제거속도, 산소흡입속도, 활성오니 증식속도는 일반
적으로 수온이 10℃ 높아지면 1.5∼2.5배 정도 된다고 한다. 
  실제 처리시설에서는 수온이 15℃ 부근을 경계로 하여 고온기에  적당
한 미생물과 저온기에 적당한 미생물이 교대한다고 한다. 
  (자료 : 石田耕一 著 활성슬러지법, 동화기술)

  봄철에는 수온이 상승하면서 슬러지중의 유기물(VS) 성분이 낮아지고 
직접적으로 가스발생량이 감소하며 이로 인하여 소화조에서는  가스화로 
감량되는 DS가 겨울철에 비하여 줄어들게 된다. 
  소화조에서 소화율이 50%에서  40%로 감소될 때  가스화로 감량되는 
DS의 감소분을 탈수케잌량을 계산하면 
  소화조 유입DS=농축오니DS+정화오니DS=132.579+25=157.579(톤/일)
  유입DS 중에서 유기물 55%이고 소화율 50%라고 할 때 
  소화조에서의 감량 DS=157.579×0.55×0.5=43.334(톤/일)이므로
  겨울에서 봄으로 이어지는 환절기 기간에 소화율이 40%로 낮아질 때
  소화조에서의 감량 DS=157.579×0.55×0.4=34.667(톤/일)이므로
  소화율이 50%에서 40%로 저하될 떄  감량 DS는 8.667(톤/일)이 되고 
이것을 탈수케잌(함수율75%)으로 환산하면 약 35(톤/일)이 된다. 

  즉 하수처리장에 유입하수 유량과 수질이 동일하더라도 겨울철에서 봄
철로 이어지는 환절기에는 소화율이 감소되는 DS에 해당하는 만큼 탈수
케잌으로 더 반출시켜야 처리공정에 슬러지가 적체되지 않을 것이다.
  예를 들어 앞서 계산한 것처럼 소화율이 50%에서  40%로 저하 될 때 
유입하수 유량과 수질이 동일하다고 봄철에도 겨울철처럼 동일하게 탈수
케잌을 반출한다면 한 달간 누적되면 적체되는 월누적DS=8.667×30=260
톤이 되고 탈수 케잌으로 환산하면 1,040톤이다. 만약에 소화율이 30%로 
저하되면 상기 수치의 두 배의 슬러지가 처리공정상에 적체되는 것이다.
  겨울철에 소화조의 소화율이 좋을  때만을 단순히 판단하여  봄철에도 
겨울철 유입하수 대비한 탈수 케익량만을 반출하게 되면, 소화조에서 소
화율이 저하되는 것만큼 결국에는  소화조에서 수처리 계열로  반송되는 
소화상징수의 수질악화로 이어지게 된다. 
  소화조에서 반송되는 소화상징수는  혐기성소화로 BOD가  매우 높고   
혼합 과정을 거쳤기 때문에 분해가 어려운 유기물을 포함하면서  비중이 
가볍고 내부에 기포 등이 포함되어 부상하기 쉬운 성질이다. 
  수질이 악화된 부상성 소화상징수가 수처리 계열에 되돌아가 적체되어 
악순환하면, 최초침전지에서는 수면위로 스컴이 대규모로 발생하고, 포기
조 활성오니의 침강성이 떨어지면서 최종침전지에서 활성오니가  부상하
기 쉬워져 방류수질에 좋지 않은 영향을 준다.

  이와 같은 상황에서 오니처리 계열의 농축조 처리용량과 정상적인  운
영을 고려하지 않고 수처리 계열의 방류수질에만 중점을 두고  관리하여 
설계치보다 생오니와 잉여오니  발생량을 과다하게  발생시키면, 결국은 
농축조 효율저하로 인한 반송수  악순환이 가속화되고 하수처리  전체에 
악영향을 주면서 장기적으로는 오니처리 시설의 유지관리는 물론이고 수
처리 방류수질에도 좋지 않은 영향을 주게 되는 것이다. 
  농축조 상징수는 [표 4]에서 처리장내 반송수에서 차지하는 비율이 유
량은 약37.5%이나, DS는 약67.3%를 차지하므로 반송수 악순환이 발생할 
때에는 농축조 효율을 높일 수 있도록 중점관리하여야 한다. 
  농축조 상징수의 약 80%는 잉여오니 성분이고 포기조에서  호기성 분
해과정을 거쳤기 때문에 분해가 어려운 유기물을 포함하고 부상성이  있
으므로 농축조 상징수질 악화시 수처리 계열에 악영향을 미치게 된다.

 
    [그림 14] 제1처리장 오니처리 계열 반송수 배관도 


  수처리 계열에서 생오니와 잉여오니가 설계치를 훨씬 초과하여 농축조
에 다량 유입되면 농축조에서는  체류시간 감소로 농축효율이  저하되고 
농축조가 정상적인 기능을 발휘하기가 곤란하게 된다.
  최악의 경우에는 농축조가 단순히 생오니와 잉여오니를 혼합시키는 혼
합조 역할만 하게 되어 결국은 소화조로  투입되는 농축오니의 SS와 수
처리로 반송되는 농축상징수의 SS가 비슷하게 될 수도 있다. 
  수처리에서 발생되는 생오니와 잉여오니량을 오니처리 계열에서 100% 
처리하여 준다면 좋겠지만 처리시설은 한정되어 있으므로 농축조 처리용
량을 초과하는 오니 유량은 수처리  계열로 반송되어 나쁜 영향을  주게 
됨을 명심하고, 각 공정별로 양보와 협조에  의한 종합적인 판단과 장기
적 안목으로 최적의 운영방법을 찾아 실천해야 한다.

  제1처리장 농축조 4개 계열 총 8조의 농축조(지름20m, 높이3.0m) 용량 
합계는 Q=원면적(πD2/4)×높이(3)×수조(8)≒7,536(m3)이므로
  체류시간 12시간 이상을 감안하면 1일 (24시간) 제1처리장 농축조에서 
정상적으로 처리가능한 수처리에서 발생하는  슬러지 (생오니+잉여오니) 
유입유량은 최대 7,536(m3)×2≒15,072(m3)이 된다. 
  이는 앞서 계산한 하수유입량 100만(m3/일) 하수처리일  때 생오니 유
량 약 2,550(m3/일)과, 잉여오니 유량  9,934 (m3/일)을 합한 유량 12,484 
(m3/일)의 20%(15,072/12,484≒120%) 정도 설계상으로 여유가 있다.
  하수처리장의 유입하수량과 수질이 설계치보다 낮게 들어오고  탈수기
에서 반출되는 케잌량도 설계치보다 적게 반출시키면서 운영함에도 불구
하고, 유독 수처리 과정에서 발생되는 생오니와 잉여오니에 대해서 설계
치을 과다하게 초과시키면서 운영하는 방법은 바람직하지 않으며 효율적
인 유지관리와 반송수 악순환을 차단시키는 것을 어렵게 할 뿐이다. 

  일부 직원들 중에는 하수처리  공정중에 슬러지가 적체되면  않되므로 
재순환시켜야만 된다고 주장하는 의견도 있으나, 이것은 한정된  하수처
리 시설의 종합적인 최선의 운전방법이라고 볼 수 없고 반송수 악순환을 
가속화시키고 기기 운전에 비효율적이므로 주의하여야 한다. 
  반송수 악순환시에도 수처리 계열에서 발생하는 오니를 농축조에서 처
리할 수 있는 만큼만 적절히 보내면 단기적으로는 수처리 계통에 오니가 
적체가 되겠지만, 장기적으로는 농축조에서는 고농도 오니를 효율적으로 
처리하여 소화조 효율을 높이고 반송수 수질도 향상될 것이다.
  즉 반송수 악순환시에는 오니처리 계열의 농축조와 소화조의 효율향상
을 시키는 것이 빠른 시일 내에 반송수 악순환을 차단하여 최종적으로는 
수처리 분야의 방류수질 향상에도 도움이 된다.
  반송수의 수질향상으로 최초침전지에 유입되는 혼합수(유입수+반송수)
수질이 좋아지면 최초침전지 방류수인 1차 처리수질이 향상되고  결국은 
포기조 운영 및 최종침전지 방류수질  향상에도 영향을 주게 되어  빠른 
시일내에 반송수 악순환을 해소시키고 처리수질을 향상시킬 수가 있다.

  이와 같은 반송수에 의한 슬러지 악순환에 대하여 하수처리장에  근무
하는 대부분 직원들이 알고는 있으나, 실제로 처리공정내에 슬러지 적체
로 인한 반송수 악순환이 발생시에는 서로의 입장만을 고집하는  경우가 
종종 발생하게 된다.   이로 인하여 타 공정의  하수처리에 나쁜 영향을 
주고 결국은 자신이 맡고 있는  공정에도 장기적으로 나쁜 영향을  주게 
되며 슬러지 악순환을 정상적으로 복구하는 기간이 오래 걸리는  고충이 
따르고 처리수질 악화 및 비효율적인 기기 운전을 할 수가 있다. 
  제1처리장 농축조는 중력식이므로 농축효율을 높이는 방법은 간단하여 
투입되는 슬러지가 고농도로 농축되도록 체류시간을 길게주면 된다.
  그러므로 생오니와 잉여오니를 적절한 투입비로 농축조에  정상적으로 
처리 가능한 용량인 15,000(m3/일) 이하로 유지하는 것이다.
  결국 처리 가능한 15,000(m3/일)  이상으로 농축조로 투입되는  수처리 
공정의 생오니와 잉여오니 유량은 농축조 효율 저하로 인하여  소화조로 
투입되는 농축오니 농도 저하 및 수처리로 반송되는 농축상징수  혼합수
질 악화로 이어지고 반송수 악순환을 가속화시키게 된다. 
  최초침전지 생오니는 [표 4]에서 농축조 유입슬러지 유량의 약 20%를 
차지하나 DS에서 차지하는 비율은 약 49%정도로 높으므로 반송수 악순
환시 생오니 유량의 관리는 매우 중요하다.  

  특히 반송수 악순환시에는 슬러지가 적체되어 있어 어쩔 수 없다는 이
유로 부득이 생오니를 다량으로 농축조로 보내어 단기간내에 해결하려고 
하는 경향이 있는데 이 방법은 오히려 나쁜 영향을 주게 된다. 
  여기서 최초침전지에서 발생하는 생오니 특성에 대하여 짚고 넘어가야 
할 것이 있는데 하수처리공정에서 발생하는 각종 슬러지 중에서  농도의 
변화가 가장 심한 것이 생오니이다. 
  즉 인발 초기에는 생오니 농도가 대단히 높아 SS가 5%이상 나오다가
도 슬러지 호퍼에 쌓인 것이 빠지면서 농도도 서서히 저하되다가 호퍼의 
슬러지가 거의 빠지게  되면 생오니  농도(SS)가 0.1%이하의  맹물(?)로 
농축조로 인발이 된다. 
  공정상에 슬러지가 적체되어 생오니가  많이 발생될 때는  고정관념을 
탈피하여 농축조 처리용량 범위내로  생오니 유량을 적절하게  고농도로 
보내면 반송수 악순환을 빠른 시일내 차단하는데 도움이 된다.
  특히 봄철에 생오니 유량이 증가될 때 최초침전지에 슬러지가  적체되
는 것을 우려하여 생오니 농도 설정치를 낮게 하여 농축조로  많이 보내
려는 경향이 있는데, 이 방법보다는 오히려  생오니 농도 설정치를 높게 
하여 농축조로 처리용량 범위내로  고농도의 생오니를 적절하게  보내는 
것이 유지관리에 효과적이다. 

  예를 들어서 생오니 유량을 저농도 2%로  4,000톤을 보내는 것보다는, 
고농도 3%로 3,000톤을 보내는 것이 농축조 관리에서 효과적이다. 
  이것은 겉으로 보기에는 생오니유량이 4,000톤에서 3,000톤으로 25%나 
줄어들어 최초침전지에 슬러지 적체가 증가될  것 같지만, 실질적으로는 
DS로 환산하면 오히려 80톤에서 90톤으로 13% 증가한 10톤(탈수케익으
로 환산시 약 40톤)이 더 많이 반출되므로 오히려 최초침전지 슬러지 적
체를 빠른 시일내에 해소하는데 도움이 된다. 
  농축조 입장에서도 고농도의 생오니 유량이 적게 유입되면 고농도  농
축오니를 소화조에 투입할 수가 있으며,  체류시간이 길어져 농축효율이 
오르게 되면 농축상징수질이 향상되어 수처리에 주는 영향을 최소화하게 
되고 오니처리 이후의 소화조와 탈수기 공정에 도움이 된다. 
  그러므로 반송수 악순환시에는 단순하게 생오니 유량만을 많이 발생시
키려는 것 보다는 농축조 효율을 높이는데 중점을 두고 생오니 DS에 초
점을 맞춰 관리하는 것이 현명한 유지관리 방법일 것이다. 

  농축조에 유입되는 생오니와 잉여오니의  혼합비가 DS대비 1:1정도의   
비율일 떄 오니처리 공정의 효율이  비교적 높은 것으로 각종  시험결과 
등에서 발표하고 있으며, 가양하수처리장 운영개선 연구문 제1집의 『생
오니와 잉여오니 혼합비율에 따른 비교연구』에서도 생오니 및 잉여오니 
투입비에 따른 소화율, 안정화, 탈수상태 등에서 DS 대비 1:1일 때 양호
하게 나타나는 것으로 보고되고 있다. 
  설계치 생오니 농도가  3.0%이고 잉여오니  농도가 0.8%이므로 DS를 
농도에 따른 유량으로 환산하면 약 1:4의 비율이 된다. 
  [표 4]에서 제1처리장  설계치 생오니(2,550톤/일)와 잉여오니(9,934톤/
일)의 유량비율이 20%:80%이므로 약 1:4 이고, DS는  76.5톤과 79.5톤으
로 DS 비율이 49%:51%이므로 약 1:1이다. 
  농축조의 효율적인 관리를 위하여 생오니 유량과 잉여오니 유량의  비
율을 1:4 정도로 유지하는 것에 대하여, 설계치에 근접한 효과적인  운영
방법이라고 긍정적으로 생각한다.  
  이 방법을 하수처리가 공정별로 설계치로 근접하게 정상적으로 운영될 
때 적용하는 것에는 이견이 없으나 반송수 악순환이 발생하여  공정상에 
슬러지가 적체되어 설계치를 과도하게 넘어 발생하였을 때도 유량비율을 
무조건 1:4로 맞추어서 운영하는 방법은 신중히 검토하여야 한다.
  예를 들어 생오니 유량 2,500톤일  때 잉여오니 유량 10,000톤  정도를 
발생하고, 생오니 유량  3,000톤일 떄 잉여오니  유량은 12,000톤 정도를 
발생시켜 운영하는 것은 농축조의 처리가능한 용량 범위에서 유효  적절
한 효율적인 운전관리라고 말할 수 있다. 
  그런데 반송수 악순환으로 슬러지가 공정상에 적체되었을 때 농축조의 
처리용량에 관계없이   생오니 유량이  5,000톤이라면  잉여오니 유량을 
20,000톤 정도를 발생시키고, 생오니 유량이 10,000톤이라면 잉여오니 유
량은 40,000톤을 인발을 하였다면 유량  비율 1:4 비율을 맞춘  것이므로 
농축조에 효율적인 운전관리를 하였다고 말할 수 있을까? 
  최종침전지 잉여오니는 농축조 유입슬러지 유량의 약 80%를 차지하나 
DS로 차지하는 비율은 약 51%정도로 낮아지므로 반송수 악순환시 생오
니 유량과 더블어 잉여오니 유량의 관리는 중요하다.  

  반송수 악순환시에는 농축조의 효율향상 및 수처리 계열의 수질향상을 
위해서 농축조 용량 등을 검토하여 잉여오니 보다는 생오니 인발에 비중
을 두어야 하고, 잉여오니가 가능한 적게  발생하도록 수처리 계열의 포
기조 관리를 하는 것이 반송수 악순환을 조기에 차단하는 방법이다.
  즉 반송수 악순환시에는 전체적인  공정을 판단하여 각  처리공정에서 
상호 협조하여 농축조를 효율적으로 운영하는 방법을 모색하고 빠른  시
일 내에 반송수 악순환을  차단시켜 처리공정을 정상적으로  운영되도록 
업무를 주력하여야 할 것이다. 
  하수처리장 유지관리에 있어 강력하게 주장하는 것이 2가지 있는데 
첫 째는 설계치에 근접시켜서 각종 기기들을 운전하는 것이고, 둘 째는 
각 계열(또는 수조) 별로 수질을 균등히 유지시키는 것이다. 

  특히 대규모 하수처리장에서는 공정별로 분리된 각 계열의 처리용량이 
소규모 하수처리장 전체 처리용량보다 큰  경우에는, 소규모 하수처리장
에 비교하여 유입유량이나 수질변동시에 이에 대응한 운전제어를 신속하
게 대처하기가 불리하다.
  그러므로 대규모 하수처리장에서는 공정별로 운영되는 각종  기기들을 
가능한 설계치에 근접시키면서 수질을 균일하도록 운영하는 것이 수질관
리나 인력의 배치 등 유지관리에 있어서 효과적이라고 판단된다. 
  이 것은 하수처리를 유지관리하면서 각 처리공정별로 설계치에 반드시 
맞추어서 운전하라는 것은 아니고 설계치에 근접하게 운영할 수  있도록 
각종 기기들을 운전관리하도록 노력하자는 것이며, 특히 하수처리 각 공
정중에서 부분적으로 어느 한 공정상의 운영값만 설계치에 크게  벗어나
면서 장기적으로 운영하는 것은 삼가하여야 한다. 
  일부에서는 설계치를 그냥 참고사항에 불과하다는 의견도 있으나 하수
처리장의 각종 수질기준을 비롯하여 시설물 용량이나 운전기기들이 설계
치를 기준으로 설치되었는데 어떻게 설계치를 무시하고 하수처리를 효과
적으로 처리할 수 있을 것인가에 대하여 반대로 질문을 하고 싶다. 
  가양하수처리사업소 운영 자료 등을 살펴보면 처리 효율이 높고  처리
수질이 양호할 때는 한가지 공통점을 발견할 수 있는데, 그것은 각 처리
공정의 운영자료가 설계치에 근접한 운영이었음을 확인할 수 있다.

  또한 대규모 하수처리장에서는 각종  계측기들이 가격이 비싼  관계로 
계열별로 충분하게 설치되지 않는 경우가 많이 있다.
  예를 들어 기양하수처리사업소 제1처리장 방류수질에 직접적인 영향을 
미치는 포기조가 24개지이나 각종 수질측정기(MLSS, DO)와  유량계 등
은 12개소에 불과하므로 전체적으로  수질을 균등하게 유지시키는  것이 
운전관리에 있어 대단히 중요하다. 
  각종 계측기를 정확하게 유지관리한다고  하더라도 각 지별로  수질이 
상이한 상태에서의 운전제어는 사람에 의한 수동운전이나 컴퓨터에 의한 
자동운전이나 결국은 반쪽 제어가 되어버리고 다른 반쪽의 수질에는  나
쁜 영향을 미칠 수가 있는 것이다.

  그러나 실제 유지관리시에는 유입하수량과 수질이 시시각각  변화되고 
각종 기계나 시설물은 고장이나 점검 등으로 인하여 처리공백이  생기게 
되므로 상기 두 가지 항목을 충족시키기가 쉽지는 않다. 
  하수처리장은 처리공정들이 서로 영향을 주고받는 복합적인  공정으로 
효율적인 운영을 하기 위해서는 수처리와 오니처리 공정간의 연계가  잘 
이루어져야만 전체 시설이 정상적으로 운영된다. 
  단순하게 수처리 계열의 방류수질에만 중점을 두고 관리하여 오니처리 
계열에서의 비효율적인 운영으로 이어진다면 결국에는 수처리 계열의 유
지관리에도 나쁜 영향을 주게되고 방류수질에도 악영향을 준다는 사실을 
명심하여야 한다.

  하수처리의 특성상 수처리와 오니처리의 여러 공정 중에서 어느 한 부
분에서 이상이 발생하면 다른 공정에 직접 또는 간접적으로 영향을 주게 
되므로 하수처리장에 근무하는 직원들은 자신이 근무하는 하수처리 공정
은 물론이고 자신이 근무하는 다른 하수공정의 연관된 시설현황 및 수질
기준 등에 관한 설계치를  항상 숙지하여, 위에서 말한  두 가지 항목이 
충족되는 유지관리가 되도록 끊임없이 노력하여야 한다. 
  또한 하수처리 공정에 유지관리되는  운영사항에 대하여 각  공정별로 
상호간에 긴밀한 협조체제를 구축하고 유지관리와 관련한 사항은 하수처
리를 현장에서 직접 체험하는 직원들이 많이 알고 있으므로 합리적인 의
견은 존중하여 현장 기기 운영에 반영하여야 한다.
  자기가 맡은 분야에서 열심히 일하면서 연구를 하고 최선을  다하여도 
근무자 본인에게 돌아오는 이익이 미미하거나 소신을 갖고 열심히  일한 
것에 대하여 오히려 책임만을 강요받거나 상급부서 감사 때 부족한 면에 
대하여 질책을 받게 된다면 하수처리 현장근무자의 개선작업이나 연구개
발 실적을 기대하기 어렵다고 본다. 
  주어진 업무에 관심을 갖고 적극적으로 일하면서 수질개선이나 예산절
감 등의 성과는 물론이고 새로운 아이디어 등을 제안한 직원에 대하여는 
그에 상응하는 물질적인 보상이나 진급 등의 포상으로 우대하여  준다면 
열심히 근무하며 연구하는 직장분위기를 조성하게 될 것이다. 

  현장 근무자 의견이 반영되지  않은 상급자들의 불필요한  수질간섭이
나, 현장여건을 고려하지 않고 단기일내에  해결하려는 일방적인 지시는 
부분적으로는 개선되겠지만 전체적으로는 오히려 하수처리 공정에  충격
을 주는 경우가 많으며, 현장 근무자의  근무의욕을 떨어뜨려 사기를 저
하시키고 자신이 맡은 업무에 열정을 갖지 않고 방관자처럼  소극적으로 
일하게 될 것이다.  하수처리가 아무리 고도화, 자동화 되더라고  결국은 
사람이 애완동물을 돌보듯이 눈에 보이지 않는 호기성 또는 혐기성 미생
물을 관리하는 것이므로 현장 근무자가 정성을 갖고 일하지 않는다면 하
수처리 완성도는 낮아지게 된다. 
  하수처리는 어느 한 사람만 열심히 한다고 깨끗하게 처리되는 것이 아
니고, 처리방법을 결정함에 있어서도 사람마다 보는 시각과 생각이 다를
수 있으므로 한 사람의 단편적인 지식보다는 두 사람 이상의  지혜를 모
아 서로의 의견을 존중하고 최선의 방안을 찾아서 효율적인  하수처리가 
되도록 운영자료를 정확히 분석하고 현장의 기기 운전에 반영을  시켜는 
것은 유지관리에서 매우 중요하다. 

   제1처리장 하수처리 주요공정에 대하여 중앙감시실 컴퓨터에 의한 자
동운전을 실시하고 있으며 전체적인  처리공정을 판단하여 현장  사정에 
적합하도록 각종 운전 설정값을 지정하여 24시간 연속적으로 유연성  있
게 대처할 수가 있다. 
  그런데 각 단위 공정별로 반송수 악순환이 생기거나 이해 관계가 상반
되는 경우가 있을 경우에는 컴퓨터에 의한 자동운전과 관련된 운전조건, 
설정값 등에 대하여 각 공정 별로 요구하는 것이 상이하게 된다.
  또한 현장에서는 기기 운전을 수동으로 선택하여 운전을 하지  않거나 
반대로 수동으로 운전을 고집하는  경우가 발생하므로 반송수  악순환이 
발생시에는 컴퓨터에 의한 자동운전 효과를 제대로 발휘하지 못하는  경
우도 발생하고 있다.

  일반적으로 하수처리에 자동화를 적용할  때 대부분이 자동화로  인한 
무인화와 수질개선으로 잘못 인식되어 있는데, 실지로 자동화가 모든 것
을 해결해 주지 못하는 경우가 많다.
  자동화는 사람이 하는 작업을 동일한 방법으로 인공의 기계장치로  대
행시키는 것이며 하수처리는 자연  현상을 사람이 효율적으로  이용하는 
것이므로 자동화로 인하여 무인화 및 수질개선이 저절로 되고 모든 것을 
해결해 준다는 사고 방식은 버려야 할 것이다. 
  하수처리 자동운전이 원활하게 관리되기 위해서는 자동운전을  유지관
리하는 사람이 운영분석을 통하여 각종 운전조건과 설정치가 최적이  되
도록 현장여건에 맞도록 설정해 주어야만 하는 것이다.  
  컴퓨터는 정해진 프로그램에 의해 운전을 하는 단순한 기계에  불과할 
뿐이며 현장에서 입력되는 각종 신호에 이상이 생길 경우에는 인간이 원
하는 결과를 얻을 수가 없으며 현장에서 입력되는 신호는 한정되어 있으
므로, 축적된 경험과 풍부한 감성을 지닌 사람의 점검과 확인이 더욱 필
요함을 강조하고 싶다. 
  본 소화조 운영분석은 과거의  운영자료를 끄집어내어 비판하기  위한 
것은 아니며, 좀 더 효율적이고 향상된 하수처리를 위하여 가양하수처리
장을 사랑하는 순수한 마음으로 작성하였다.
  또한 필자(육해공을 주름잡는 오리)의 개인적인 판단으로 객관성이 부
족할 수도 있음을 알려드리며, 내용 중에  잘못된 점이 있으면 지적하여 
주고 보충할 내용이 있으면 보강시켜 주기를 부탁드린다.

 
    5-5. 가스교반 송풍기 기존 단속운전 운영자료 분석 

      제1처리장 가스교반 송풍기는 1998년 9월3일∼30일까지 약 한달간 
2시간 운전 2시간 휴식으로 소화조 4A, 5B에 대하여 부분적으로 실시한 
적이 있었다. 
  또한 서울특별시 하수계획과의 운전방식  비교운전 결과 제출에  따라 
1999년 10월8일∼19일까지 소화조 3A,  3B, 4A를 실시하고,  10월19일∼
28일까지 소화조 4B, 5A, 5B, 6A,  6B에 대하여 4시간 운전 2시간 휴식
으로 시범적으로 실시한 적이 있었다. 
  1998년 9월에 실시한 단속운전 자료는 제1처리장 소화조 운영자료에서 
볼 수 있듯이 제2처리장 운영에 따른 통수 영향으로 제1처리장의 하수유
입량이 감소되는 것과 비례하여 소화조에 유입되는 슬러지가 급격히  감
소하여 가스발생량이 줄어드는 시기이다.  또한 1999년 10월의 단속운전 
자료는 소화조의 오니유입량이 설계치를 과다하게 초과하여 유입되어 소
화율과 VS당 가스발생량이 떨어진 시기이다. 
  소화조의 소화일수가 30일인 것을 감안한다면 정확한 운영자료 분석을 
위해서는 시험기간이 최소한 3개월 정도의 기간이 필요하고 소화조 운영
과 관련한 각종 수질자료를 종합적으로 분석해야 정확한 운전분석이  가
능하나 우선은 기존의 운전자료를 앞으로 가스교반송풍기 단속운전에 참
고하기 위하여 비교 조사하였다. 

  1998년과 1999년의 가스교반 송풍기  단속운전 자료가 10∼15일  정도
의 비교적 짧은 기간이지만 소화조 유입된 오니량이 A측과 B측이  비교
적 균등한 4계열의 운전자료를 [표 7]과 [표 8]에 비교하였다.
  단속운전 비교자료에서 단속운전을 하여도  소화조 온도와 압력은  큰 
변화가 없이 일정한  편이지만, 소화조 가스발생량은  영향을 많이 받아 
감소되는 것을 알 수 있다.
  소화조 가스발생량 자료만으로 단순 비교할 때 가스교반송풍기 단속운
전으로 2시간 운전후 2시간 정지시 가스량이 약 24∼29% 정도 감소하였
고, 4시간 운전 후 2시간 가동시 약 17∼19% 정도 감소되었다. 

    [표 7] 1998년  9월 가스교반 송풍기 운영자료 (1일 평균)
          (진한 부분이 단속운전-2시간 운전, 2시간 정지)
==========================================================================
1998년       유입     가스      가스      1단소화조         2단소화조  
9.05-20    오니량     유량      압력         온도             온도
            1단    1단  2단   1단  2단    상   중   하     상   중   하
--------------------------------------------------------------------------
 4A         467   2148  501   213  189   34.8 35.0 27.2   33.5 33.0 25.7
 4B         384   3293  190   227  187   34.7 34.5 29.2   31.6 34.0 27.5
==========================================================================

==========================================================================
1998년       유입     가스      가스      1단소화조         2단소화조  
9.24-30    오니량     유량      압력         온도             온도
            1단    1단  2단   1단  2단    상   중   하     상   중   하
--------------------------------------------------------------------------
 4A         450   3741  192   212  168   33.6 34.4 27.0   32.7 33.0 26.5
 4B         355   2062  735   197  171   34.1 33.9 26.6   31.3 34.8 27.4
==========================================================================


    [표 8] 1999년 10월 가스교반 송풍기 운영자료 평균 (1일 평균)
          (진한 부분이 단속운전-4시간 운전, 2시간 정지)
==========================================================================
1999년       유입     가스      가스      1단소화조         2단소화조  
10.10-19   오니량     유량      압력         온도             온도
            1단    1단  2단   1단  2단    상   중   하     상   중   하
--------------------------------------------------------------------------
 4A         798   3530  1795  317  292   36.4 35.0 27.6   33.0 34.1 24.0
 4B         757   4138  2472  336  297   34.1 34.2 36.2   33.0 34.6 33.4
==========================================================================

==========================================================================
1999년       유입     가스      가스      1단소화조         2단소화조  
10.21-25   오니량     유량      압력         온도             온도
            1단    1단  2단   1단  2단    상   중   하     상   중   하
--------------------------------------------------------------------------
 4A         756   4346 1862   348  310   36.1 34.7 27.3   33.4 34.1 24.7
 4B         870   3617 1555   344  315   33.2 33.4 35.3   33.1 34.8 33.3
==========================================================================

 
    5-6. 가스교반 송풍기 단속운전 경제성 검토   

      가스교반 송풍기 단속운전시 운전  정지에 따른 전기요금  절감과 
가스발생량 감소에 따른 케잌반출량 증가에 대하여 기존 운영자료를  비
교하여 경제성을 비교하였다.

      1) 단속운전시 전기요금 절감액 계산
        ※ 전기요금은 계절별 시간대별로 적용하는 방식이 다르지만 대
략적으로 평균 단가가 1(Kwh)에 56원 정도가 된다.
  제1처리장 가스교반송풍기 1시간 운전 정지시 절감액 
    ① 가스교반 송풍기(55Kw)×8대×56원/Kwh=24,640원
    ② 부속장치(윤활유 펌프(0.37Kw), 냉각수 밸브 등) 절감량 
        0.5Kw×8대×56원/Kwh=224원 
  ∴ 1시간 전기절감 예상액 = ①+②=24,640+224=24,864원 이다.
  단속운전을 2시간 운전하고 2시간 정지를 반복하면 하루에 운전을  정
지하는 시간은 12시간이므로 1일 절감액=24,864×12=298,368(원/일)이고
  년간 전기요금 절감액은 298,368×365≒108,904,000(원/년) 
  단속운전을 4시간 운전하고 2시간 정지를 반복하면 하루에 운전을  정
지하는 시간은 8시간이므로 1일 절감액=24,864×8=198,912(원/일)이고
  년간 전기요금 절감액은 198,912×365≒72,602,000(원/년) 

      2) 단속운전시 가스발생량 감소로 인한 케익반출비 증가액 계산
         케잌반출 처리비용은  톤당 매립(60%)이  27,374원(운반비6,414
원, 수수료20,960원)이고, 해양투입(40%) 27,216원(운반비9,516원,  처리비
17,700원) 이므로 평균적인 탈수케익  처리단가는 대략 27,310(원/톤)  정
도 된다.
  제1처리장 설계치 가스발생량은 34,667(m3/일)이므로 가스발생율이 1% 
감소될 때 감량되지 않는 가스발생량은 34,667×0.01〓346.67(m3/일)이다.
  이것을 설계치 가스발생율 800(㎥/tonVSS)을 적용하여 소화조에서 감
량되지 않는DS를 역으로 계산하면 DS는 346.67/800≒0.433(톤/일)이다.
  위에서 계산한 소화조에서  감량되지 않는 DS  0.433(톤/일)을 함수율
75%의 탈수케익으로 계산하면 0.433/(1-0.75)=1.732(톤/일)이 된다.
  참고로 탈수케익  1.732(톤/일)은 소화조에서  가스발생량이 1%감소할 
때 증가되는 케익량을 설계치로 계산한  것이므로, 단속운전으로 감량되
는 DS를 [표 4]의 1999년  제1처리장 운영자료를 적용하여 실제로 운영
치에 의한 DS감소 예상량을 계산하면
  1999년 소화조   운영자료중에서 소화율은   설계치 50%의   약75%인 
37.5%이고 VS당 가스발생량은 설계치  800(㎥/tonVSS)의 약 49%에 불
과한 390(㎥/tonVSS) 이다. 
  그러므로 가스발생량 1% 감소에 따른 운영치에 의한 실제 케잌발생량
증가분은 1.732×(390/800)〓0.844(톤/일)이다. 

  단속운전을 2시간 운전하고 2시간 정지를 반복하면 가스발생량이 26%
정도 감소되므로 이것을 운영치에 의한 케잌반출량으로 계산하면
  케잌량=0.844×26=21.9(톤/일)이 되고 케잌  반출비용 27,310(원/톤)을 
적용하면 21.9×27,310=598,089(원/일)이고
  년간 케익비용 반출비 증가액은 598,089×365≒218,302,000(원/년) 
  단속운전을 4시간 운전하고 2시간 정지를 반복하면 가스발생량이 18%
정도 감소되므로 이것을 운영치에 의한 케잌반출량으로 계산하면
  케잌량=0.844×18=15.19(톤/일)이 되고 케잌 반출비용 27,310(원/톤)을 
적용하면 15.19×27,310=414,838(원/일)이고
  년간 케익비용 반출비 증가액은 414,838×365≒151,415,000(원/년) 

    [표 9] 단속운전에 따른 년간 전기절감액과 케익증가액 예상
====================================================================
    운전방법         전기요금 절감액  케익비용 증가액    손익 계산
                         (56원/Kwh)    (27,310원/톤)      (원/년)
--------------------------------------------------------------------
 2시간운전 2시간정지   108,904,000      218,302,000    -109,398,000
 4시간운전 2시간정지    72,602,000      151,415,000     -78,813,000
====================================================================

  [표 9]의 비교내용은 단순히 전기절감액과  케잌반출 비용만을 계산하
였으며 기타 검토하여야 할 사항으로 단속운전으로  인한 유지관리비(윤
활유, 냉각수)의 절감 비용과 탈수케잌 증가에 따른 탈수기 추가 가동에 
따른 전기요금 증가에 대하여도 비용 계산이 필요하다.
  또한 단속운전에 따른 소화조 상징수, 소화율  등의 변화가 수처리 계
통에 어떤 영향을 미칠 것인가에  관한 수질분석 및 가스교반  송풍기의 
기기 수명 등에 대한 종합적인 검토가 필요하다. 
  비교적 짧은 기간에 걸친 기존의 가스교반 송풍기 단속운전 자료에 의
한 비교 분석이지만 단속운전으로 인한 장점은 단순히 전기절감액과  유
지관리비 절감에 불과하였다.

  그러나 단속운전의 단점은 소화가스 발생량 감소로 인한 탈수케잌  증
가로 반출 증가비용이 전기요금 절감액에 비하여 약 2배 정도  추가되어 
비경제적이고, 소화조는 소화율 감소에 따른  소화상징수 수질악화 등이 
예상되므로 제1처리장 소화조 가스교반 송풍기는 연속운전으로 운영하는 
것이 바람직하다고 기존의 단속운전 운영자료 분석을 하였다. 
  수동운전으로 연속적으로 운영하였던 소화조 가스교반송풍기를 컴퓨터
로 자동으로 단속운전을 하게되면 무조건 장점만 있는 것은 아니고 문제
점도 나타나게 될 것이다. 

  하수처리장 유지관리에 있어서 예산절감이나 수질향상을 하기 위한 개
선을 하려면 얼마만큼 효과가 있는 가를  정확히 검토할 필요가 있으며, 
그렇기 위해서는 각종 운영자료나 개선사항에 따른 투자와 효과 등을 반
드시 수치로 표시하는 것이 대단히 중요하다. 
  제1처리장 가스교반 송풍기를 중앙감시실에서 컴퓨터에 의한 자동운전
을 추진하기 위하여 기존 소화조 운영자료 및 가스교반송풍기  단속운전
자료에 대한 분석을 하면서 단속운전보다는 연속운전으로  유지관리하는 
것이 오히려 경제적이고 소화조  운영에 바람직하다는 결론을  내리면서 
정말로 황당(?)한 마음이다.  
  ~쩝 ~우째 이런 일이!! ~이 일을 우짜노!!  -.-;; 


   5-7. 가스교반 송풍기 단속운전의 중앙감시실 자동운전 의견 

       소화조 가스교반 송풍기  단속운전은 분명히 유지관리에  있어서 
연구대상이라고 생각한다.
  기존의 두 차례에 걸친 단속운전 분석에 대한 시험기간 운전자료는 소
화조 운영이 불안정한 시기의 2주일 정도 짧은 기간에 걸친  수동운전이
므로 자료의 정확성과 객관성이 부족한 편이므로 이를 보완한  단속운전
의 필요성이 있다.

  일반적으로 1단 소화조에 농축오니가 투입될 때는 교반이 이루어져 슬
러지를 혼합시켜 줄  필요가 있는데, 기존의  수동운전에 의한 단속운전 
시험은 이 부분에 대한 배려 없이 단순하게 실시되었다. 
  현재 중앙감시실에서는 농축조의 농축오니 인발 자동운전도  실시하고 
있으므로, 가스교반송풍기 단속운전과  농축오니 인발운전을 연계시켜서 
소화조에 농축오니가 투입될 때는 혼합과정이 반드시 이루어지도록 보완
하여 단속운전을 컴퓨터로 실시하게 된다면 기존의 운영 자료보다 좀 더 
개선된 운영결과를 얻을 수 있다고 확신한다. 

  또한 단속운전으로 가스교반송풍기가 운전과 정지를 자주반복하게  되
는데 소화조 각 계열별로 4대의 가스교반송풍기 중에서 2대는  예비이므
로, 자동운전시 운전대상 가스교반송풍기를 운영자가  지정하지 않고 운
전조건이 되었을 때 교대로 2대가 자동으로 번갈아가면서 운전하도록 한
다면 단속운전으로 인한 기계적인 충격을 최소화 할 수 있을 것이다. 
  예를 들어 2시간 운전 2시간 휴식으로 이와 같은 방식으로 단속운전을 
실시하면 가스교반송풍기 자체는 실지로는 2시간 운전하고 6시간을 정지
를 반복하면서 운전하는 것이 된다. 

  지금은 전기요금이 케익 반출비용에 비하여 저렴하여 전기요금 절감액
보다 케익반출 비용이 높으나, 앞으로  가양하수처리장내 2002년 6월 준
공 예정인 소각로 시설이 가동된다면 처리장 운영에도 변화가 예상된다.
  전기요금은 물가상승과 함께 점진적으로 오르겠지만, 케익반출 비용은 
소각로 시설이 운영되면 대폭 낮아지게 될 것이다.
  그러므로 장기적인 계획으로 컴퓨터에 의한 자동운전을 실시하여 단속
운전에 대하여 종합적인 운영분석 자료를 확보하여 소각로 시설이  준공
되었을 때를 미리 예측하고 준비하는 것도 중요하다.

  하수처리 분야의 각종 연구논문 등을 살펴봐도 아직까지는 소화조  가
스교반송풍기 단속운전에 대한 연구논문이 미비하거나 구체적인  연구결
과가 없는 실정이므로, 우리 처리장에서 자동운전에 의한 장기적인 계획
으로 단속운전에 대하여 철저히  연구하여 타 처리장에서도  유지관리에 
참고할 수 있는 운전자료를  확보한다면 이 분야에서  가양하수처리장이 
선두주자의 역할을 담당하게 될 것으로 생각한다.

  문제점에 대하여 그 것을 개선하면  그 만큼 개선 비용도  투자하여야 
하고 또한 그 결과에 투자한 것 만큼 효과가 있을까? 등의 부담도  있어 
충분한 검토를 하고 실천하기까지 결정을 내리려면 용기가 필요하다.
  그러므로 어렵게 생각하면 아무  결정도 못하므로 긍적적인  생각으로 
열정과 프로정신을 갖고, 시행초기에는 쉽고 간단한 것부터 하나씩 해결
하고 최적의 운영방안을 찾아 작은 개선부터 시행하여 나간다면  최종적
으로는 계획한 목표를 달성하게 될 것이다. 

  기존의 소화조 운영분석에서도 알 수 있듯이 소화조 운영은  계절별로 
온도의 영향을 많이 받으므로, 운영자료를 면밀히 분석하여 최적의 경제
적인 운영방안을 찾아 현장상황에 따라서 연속운전과 단속운전을 융통성
있게 관리하여 유지관리하는 방안도 강구하여야 할 것이다.
  제1처리장 소화조 가스교반송풍기 16대에 대하여 중앙감시실 컴퓨터에 
의한 자동운전이 가능하도록 시행하기 위하여 기존 소화조 계장반을  개
조하는데 필요한 비용은 재료비 십만원(₩100,000-)정도에 불과하였으므
로 충분히 투자(?) 가치가 있었다고 생각한다. 
  소화조 가스교반 송풍기 자동운전  실시로 하수처리 공정에  컴퓨터에 
의한 자동운전을 확대시키는 큰 의미가 있으며, 공정감시 체계를 강화시
키고 계획적인 운전관리가 가능하다. 
  창의는 무한하고 개선은 영원하다. 


   5-8. 가스교반 송풍기 자동운전 주요내용 및 추진 일정

        제1처리장 소화조 가스교반송풍기 자동운전은 가양하수처리사업
소 2000년도 운영개선 및 연구과제로 선정하여 실시하였다. 
  중앙감시실 컴퓨터에 의한 소화조 가스교반송풍기 자동운전으로  연속
운전과 단속운전의 운영자료를 비교분석 연구하여 최적의 조건으로 소화
조를 운영하는데 목적이 있다.
  금번 계획에서는 가스교반송충기 자동운전이 가능하도록 소화조  계장
반 제어회로를 개조하고, 이상발생시 경보표시기로  경보발생 및 표시를 
하도록 개선을 하였으며, 약 2주간에 걸쳐 자동운전을 실시하였다.

      자동운전 및 계장반 개선 주요 내용 
       - 24시간 연속운전하는 소화조 가스교반송풍기를 중앙감시실 컴
퓨터를 이용하여 자동으로 단속 운전
       - 가스교반송풍기 및 부속장치의 현장 이상 발생시 소화조 계장
반에 경보표시기 경보 발생 및 표시 

     자동운전 추진일정  
      1) 준비기간 2000년 9월 4일∼10월 14일 (6주간)
        - 자동운전 프로그램 무부하 시운전 및 보완 
        - 각종 운전 설정값 조사 및 감시용 Graphic 화면구성 보완  
        - 소화조 계장반, MCC, 현장조작 판넬 등 점검
        - 소화조 계장반  가스교반송풍기 운전선택스위치 추가  설치에 
따른 제어회로 개선 작업 (10월 2일∼14일) 
        - 담당 직원 자동운전 교육실시 (1999년 10월12∼13일)

      2) 자동운전 및 개선 기간 2000년 10월 16일∼11월 4일 (3주간)
        - 소화조 5계열 자동운전 실시 (10월16∼17일)
        - 소화조 4계열 자동운전 실시 (10월17∼27일)
        - 가스교반송풍기 이상  발생시 소화조  계장반 및  중앙감시실 
감시가 가능하도록 경보표시기 개선 작업 (10월23일∼11월 4일) 

 

6. 맺 음 말 

    자동운전을 준비하는 과정으로 소화조 가스교반 송풍기의 현장 조작 
판넬(LCP)과 MCC, 계장반 제어회로 및 기계적인 작동사항 등에 대하여 
자동운전 가능성을 조사하였다.
  또한 단속운전에 따른 기존의 소화조  운영자료를 검토 분석하였으며, 
소화조 현장컴퓨터(DCU8)의 메모리가 지원하는 범위내에서 자동운전 프
로그램을 작성하였다.
  가스교반 송풍기의 현장조작 판넬 내부의 제어회로는 부속기기와 운전
조건이 연동으로 복잡하게 구성되어 있으나,  중앙감시실 컴퓨터로 가스
교반 송풍기를 자동운전하기 위하여 현장조작 판넬의 연동 시이퀸스  제
어회로에 운전 명령을 주는 방법으로 자동운전을 실시하도록 하였다.
  이에 따라 제1처리장 소화조 계장반  계장반 제어회로를 변경하고, 자
동운전과 별도로 이상 상태에 대한 경보감시 개선작업을 추진하였다. 
  컴퓨터에 의한 가스교반 송풍기 자동운전 방법은 소화조 현장의  현장
조작 판넬에서 운전조건을 감시하면서 운전하는 방법과 전기적으로는 동
일한 것이며 기계적으로도 안전한 운전조작 방법이다.

  그러므로 가스교반  송풍기와 같이  부속기기를 거느린  하수처리장의  
대용량 기기의 자동운전에 참고하여 충분히 응용할 수 있을 것이다. 
  가스교반 송풍기 자동운전은 하수처리 공정의 대용량 기기에 대한  자
동운전의 첫걸음이라 할  수 있으며, 이를  디딤돌로 삼아서 수동운전에 
의존하고 있는 대용량 기기의 자동운전에 대해서 꾸준한 연구로  실현될 
수 있도록 노력을 하여야겠으며 이에따른 지속적인 관심과 지원이 필요
하다고 생각한다. 
  끝으로 자동운전을 현장에 적용시킬 때 적극적으로 협조하여 주신  담
당 직원들에게 감사드리며, 개선사항 등에 대하여 충고를 부탁드린다. 
  본 내용이 하수처리장 업무에 근무하는 분들에게 도움이 되길 바라며, 
하수처리 자동제어와 관련된 자료 및 문의는 필자 김영수 개인 홈페이지 
에이블덕닷컴 http://www.ableduck.com 을 참고하기 바란다.   끝.

10-17. 소화조 가스교반송풍기 자동운전   끝.     메인메뉴로 이동 자동제어 자료실 메인메뉴로 이동