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『농축조의 효율적 운영 방안』
연 구 : 서울특별시 가양하수처리사업소 (현재 서남하수처리사업소) 김영수
농축조의 효율적 운영 방안 목 차
1. 머 리 말
2. 농축조 개요
3. 농축조 관련 각종 설계값 분석
4. 농축조 운영 자료 분석
5. 반송수 악순환시 대책
6. 생오니 배관 개선
7. 맺 음 말
1. 머 리 말
가양하수처리사업소의 제1처리장 하수처리 시설에서 수처리 시설은
계획대로 시공되었으나, 오니처리 시설의 농축조는 설계 당시 6개계열에
서 2개계열이 유보됨에 따라 농축조를 효율적으로 유지관리하는데 어려
움을 겪고 있다.
특히 SS가 높은 하수가 유입되거나, 최초침전지나 농축조 등의 기기
고장, 매립지 사정 또는 연휴 등으로 인하여 탈수기 가동 중지 등이 발
생하게 되면 곧 바로 농축조 효율 저하를 가져온다.
농축조 효율저하는 수처리 시설로 반송되는 농축조 상징수질의 악화를
불러와 처리수질에 나쁜 영향을 주고, 효율이 저하된 농축오니는 농축조
다음 공정인 소화조와 탈수기에도 나쁜 영향을 주어 전체적인 하수처리
공정에 악영향을 미치게 된다.
그러므로 가양하수처리사업소 제1처리장 유지관리에서 중요한 관건은
하수처리 시설에서 모든 공정이 중요하겠지만 그 중에서 설계보다 축소
설치된 농축조 시설의 취약점을 극복하여 농축조를 얼마나 효율적으로
운영하는가에 달렸다고 하여도 과장된 표현은 아닐 것이다.
이와 같은 유지관리의 어려움을 극복하여 한정된 농축조 시설을 효율
적으로 활용하는 방안을 찾고자 ①제2처리장 가동으로 제1처리장 유입하
수량이 일평균 190만톤에서 설계값인 100만톤 정도로 감소하면서 정상
운영이 가능해짐에 따라 처리공정의 물질수지를 검토하고 ②제1처리장
농축조 운영상태를 분석하여 반송수 악순환시에 현장 기기 운전에 신속
하게 적용할 수 있는 지침으로 활용하고 ③최초침전지 생오니 배관 계통
을 개선하여 농축조를 효율적으로 운영하는 방안을 제시하고자 한다.
농축조 운영 분석은 설계값을 기준으로 유량과 농도(SS)에 의한 물질
수지 흐름에 중점을 두었으며, 하수처리 공정을 종합적으로 판단을 하여
객관성 있게 작성을 하고자 노력하였다.
2. 농축조 개요
1) 농축조의 중요성
하수처리 과정에서 농축조는 수처리와 오니처리가 접하는 곳이며
수처리 시설에서 발생하는 생오니 중에 포함된 협잡물을 제거하며 생오
니와 잉여오니를 혼합 침강시켜 슬러지를 고액 분리하여 고형물 농도를
높이고 부피를 감소시켜서 이 후의 오니처리 공정인 소화조와 탈수기의
처리효율을 높여 주는 하수처리 공정에서 중요한 시설이다.
가양하수처리사업소 제1처리장의 운영자료를 검토하면 하수처리 과정
에서 필연적으로 발생되는 반송수가 유입 하수량에 비하면 1∼2(%) 정
도의 적은 유량이지만, 최초침전지 혼합수 SS에 미치는 영향은 정상적
인 가동시 20∼30(%)이고 반송수 악순환시에는 100∼200(%)에 이르는
것을 알 수가 있다.
오니처리 공정에서 수처리 시설로 돌아가는 반송수는 농축조 상징수,
소화조 상징수, 탈수기 탈리액으로 크게 3 가지로 분류가 되며 이중에서
농축조 상징수가 전체 반송수에서 차지하는 비율은 유량의 약 60%, DS
의 약 80%로 대단히 높고 반송수 악순환시에는 더욱 높아진다.
또한 농축조는 오니처리 공정의 출발점으로 농축조에서 발생하는 농축
오니가 소화조로 투입되는 슬러지 유량의 90% 이상을 담당하게 되어 소
화조 운영에 직접적인 영향을 주고, 이로 인하여 탈수기 유지관리에도
영향을 주게 된다.
즉 농축조는 수처리와 오니처리의 경계라고 말할 수 있으며 하수처리
공정에서 직접 또는 간접적으로 결국은 농축조 영향을 받게 되므로 농축
조를 효율적으로 유지관리하는 것은 매우 중요하다.
특히 제1처리장 농축조는 설계 당시 6개 계열 중에서 2개 계열이 유보
됨에 따라 농축조 용량이 여유가 없으므로, 농축조 이상 발생시 수처리
계열에서 발생되는 생오니와 잉여오니를 효과적으로 처리할 수 있도록
융통성있는 관리가 요구되고 있다.
2) 농축조 현황`
가양하수처리사업소 제1처리장 (시설용량:100만m3/일)의 농축조
용량은 Φ20m×3m×8조＝7,536㎥이고 중력식 농축방식으로 고형물 부하
60Kg/㎡/일로 설계되었고 슬러지 체류시간은 12시간이다.
농축된 슬러지는 슬러지 수집기에 의하여 농축조 중심부 하단의 호퍼
에 수집된 후 농축오니 펌프에 의하여 함수율 97%의 슬러지로 소화조로
이송된다. 또한 고액 분리된 상징수는 농축조 주변 V형 웨어를 통해
월류된 후 상징수조에 집수되고 상징수 펌프에 의하여 수처리 시설의 분
수조로 이송된다.
[그림 1] 가양하수처리사업소 오니 처리 계통도
3) 농축조 유지관리 보완점
하수처리를 담당하고 있는 부서별 또는 단위 공정별로 이해 관계
가 조금씩 다르게 됨으로서, 단일 공정별로 단기적으로 판단할 경우에
적법한 운전이라고 생각될 수 있으나 처리공정을 종합적으로 장기적으로
판단할 경우에는 비효율적인 운전이 되는 경우가 발생할 수 있으므로 이
에 대한 종합적인 보완 대책 및 지침이 필요하다.
예를 들어 처리장에 유입되는 생하수의 유입수질에 비해 최초침전지에
유입되는 혼합수 수질이 현저하게 나쁠 경우에 농축조의 처리효율 저하
로 인한 반송수질의 악화로 판단된다.
이럴 경우 농축조 용량을 감안하지 않고 최초침전지 생오니와 최종침
전지 잉여오니를 발생하는 데로 농축조로 보내면 농축조 수조의 용량은
한정되어 있으므로 처리용량을 초과하게 되고 결국은 농축조 효율을 저
하시키게 된다.
농축조 효율저하는 농축조 반송수의 수질악화로 이어지고 즉시 수처리
시설로 되돌아와 슬러지의 악순환을 계속하여 비효율적인 기기 운전을
가져오고 처리 수질에 나쁜 영향을 가져온다.
또한 농축효율이 떨어진 농축오니가 소화조에 투입됨으로서 소화조 온
도 및 가스발생에 나쁜 영향을 가져오고 탈수기 효율저하로 약품공급이
늘게 되며 소화조와 탈수기의 효율 저하는 곧바로 소화상징수와 탈리액
수질이 악화로 이어져 수처리 시설로 되돌아 간다.
이와 같은 반송수에 의한 슬러지 악순환에 대하여 우리 처리장에 근무
하는 대부분 직원들이 알고는 있으나 실제 슬러지 악순환이 발생시에는
서로의 입장만을 고집하는 경우가 발생하게 된다.
이로 인하여 타 공정의 하수처리에 나쁜 영향을 주고 결국은 자신이
맡고 있는 공정에도 장기적으로 나쁜 영향을 주게 되며 이로 인하여 슬
러지 악순환을 정상적으로 복구하는데 기간이 오래 걸리는 고충이 따르
고 처리수질 악화 및 비효율적인 기기 운전을 할 수가 있다.
그러나 처리 현장의 실제 운영을 담당하고 있는 현장 근무자 입장에서
살펴보면 이와 같은 슬러지 악순환 발생시 조치할 지침이 확실하게 있는
것도 아니고, 또한 전체적인 처리공정을 종합적으로 판단하기가 어려운
실정에서 자신이 맡고 있는 단일 공정에 대해 확신을 갖고 신속하고 정
확하게 기기 운영하기가 현실적으로 매우 어렵다.
또한 소신껏 일하다가 잘 된다는 보장도 없는 상황에서 기기 운전에
대하여 문제 발생시 그에 대한 책임을 감수하는 것을 선택하기 보다는
타 공정의 하수처리에 미치는 영향을 전혀 고려하지 않고 자신이 맡은
단일공정에 대해서만 판단하여 운전을 함으로서 전체 공정에 대해서는
비효율적인 운전을 하는 경우도 발생하게 된다.
농축조에 유입되는 최초침전지 생오니와 최종침전지 잉여오니는 물론
이고 유출되는 농축오니, 그리고 소화오니에 대하여 중앙감시실 컴퓨터
에 의한 자동운전을 실시함에 따라 현장 기기 운전과 관련한 각종 운전
설정치나 운전시간 등을 현장 여건에 적합하도록 신속하게 조정이 가능
하므로 종합적인 판단에 의한 운전지침이 요구되고 있다.
또한 중앙감시실 컴퓨터에 의한 자동운전은 전체적인 처리공정을 판단
하여 현장 사정에 적합하도록 각종 운전 설정값을 지정하여 24시간 연속
적으로 유연성 있게 대처할 수가 있다.
그러나 각 단위 공정별로 이해 관계가 상반되는 경우가 있을 경우에는
컴퓨터에 의한 자동운전과 관련된 운전조건, 설정값 등에 부서별로 요구
하는 것이 상이하고, 현장에서 기기 운전을 수동으로 선택하여 운전을
하지 않거나 반대로 수동으로 운전을 고집하는 경우가 발생하므로 반송
수 악순환이 발생시에는 컴퓨터에 의한 자동운전 효과를 제대로 발휘하
지 못하는 경우도 발생하고 있다.
이것은 생오니, 잉여오니, 농축오니 등에 대한 자동운전과 수질분석 업
무는 수질관리과에서, 최초침전지, 최종침전지 운영은 수처리과에서, 농
축조, 소화조 운영은 오니처리과에서 담당하여 부서별로 이해 관계가 상
반되는 경우가 생기면 종합적이며 효율적인 처리를 어렵게 하고 있다.
4) 운영 분석 방법
하수처리의 특성상 유입되는 유량과 수질이 일정하지 않고 시간대
별, 계절별, 요일별로 시시각각으로 변하고 있으므로 이에 맞춰서 현장
기기를 운영하여야 효율적인 하수처리로 처리수질을 향상시킬 수가 있으
므로 유지관리는 매우 중요하다.
그러나 하수처리 운영과 관련한 각 공정별 수질시험 항목(예 BOD,
COD, SS, PH, TN, TP 등)의 분석치가 시료채취 시간과 채취지점에 따
른 정확한 평균값 측정에 어려움이 있을 뿐만 아니라 실험 분석에 따른
시간이 걸리고, 실험 분석 결과가 보통 1일∼5일 후에 나오게 됨으로서
사실상 현장 기기 운전에 즉각적으로 반영하는데 곤란하다.
본 농축조 운영 분석에서는 수질자료 중에서 유량과 농도(SS)의 관계
를 집중적으로 분석하여 종합적인 수질분석에는 미흡하나, 실제로 현장
근무자가 실시간으로 직접 확인하고 감시할 수 있는 것이 유량계와 농도
계라는 것을 감안하면 유량과 농도의 관계는 현실성이 있어 현장 변화에
신속히 대처할 수 있는 매우 중요한 자료라고 생각된다.
또한 물질수지 자료의 흐름이 처리장내 유량과 SS(농도)에 의한 DS
계산이고, 각종 수질 자료를 검토하여 보면 BOD, COD 등이 SS 에 거
의 정비례하여 변하므로 실제 처리장 운영에 적용하는데 큰 무리는 없을
것으로 판단된다.
기타 검토사항으로 농축조는 악취방지를 위한 탈취용 덮개를 설치하여
기기 고장시에는 부수적으로 덮개 해체 조립 작업이 추가되어 슬러지 수
집기 등의 고장 발생시는 수리 기간이 필연적으로 길어지게 된다.
또한 농축조 5, 6계열은 가동한지 10년이 넘어 노후화로 인하여 성능
저하 및 고장 빈도가 높아지고 기기 등의 고장 발생시 수리 기간(보통 1
주일 이상) 동안 가동이 중지될 것으로 예상된다.
또한 농축오니가 투입되는 소화조도 퇴적물을 2∼3년 주기로 청소를
실시하여야 하므로 이에 따른 기간(소화조 계열당 약 1∼2개월)동안 농
축조 유지관리 계획도 수립하여야 할 것이다.
[그림 2] 제1처리장 처리 계통도
수처리 주요공정
정화상징수 하 수 유 입
1,500㎥ 1,000,000㎥(110㎎/ℓ)
(10,700㎎/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
↓ 11,127㎥
(2,364㎎/ℓ)
1,012,627㎥ 혼합수=유입하수+반송수+정화상징수
(150㎎/ℓ)
↓
생오니 ← 최초침전지 체류시간 : 2시간
2,250㎥ ↓ SS 35%, BOD 30% 제거
(30,000㎎/ℓ)
1차 처리수
↓
포 기 조 ← 반송오니 체류시간: 6시간
(1,900㎎/ℓ) 311,475㎥ SS 92%, BOD 90% 제거
↓ (8,000㎎/ℓ)
잉여오니 ← 최종침전지 체류시간: 3.5시간 (처리수 방류)
8,766㎥ ↓ 활성오니 침전물회수 및
(8,000㎎/ℓ) 한강 방류 잉여오니 반출
1,001,611㎥(12㎎/ℓ)
오니처리 주요공정
혼합오니 → 농 축 조 → 농축상징수 체류시간 : 12시간,
11,016㎥ ↓ 7,117㎥(2,903㎎/ℓ) 생오니,잉여오니를
(12,493㎎/ℓ) 농축오니 혼합시켜 농축
3,899㎥(30,000㎎/ℓ)
↓
정화오니 → 소 화 조 → 소화상징수 소화일수 30일,
500㎥ 2,443㎥(2,100㎎/ℓ) 슬러지를 감량화,안정화
(50,000㎎/ℓ) ↓ → 감량 DS(39.04톤)
소화오니
1,956㎥(50,000㎎/ℓ)
↓
탈 수 기 → 탈수탈리액 함수율 : 75%이하
↓ 1,567㎥(325㎎/ℓ) 슬러지를 탈수하여
탈 수 오 니 장외 반출
389톤(함수율75%)
3. 농축조 관련 각종 설계값 분석
1) 농축조 용량 설계값 분석
농축조를 효율적으로 관리하는 것은 투입된 생오니와 잉여오니를
침강시켜 적절한 농축시간을 갖도록 하여 수처리로 되돌아가는 반송수
영향을 최소화하고 소화조로 투입되는 농축오니를 효과적으로 관리하는
것이 매우 중요하다.
제1처리장 농축조 4개 계열 총 8조의 농축조(지름20m, 높이3.0m) 용량
합계는 Q=원면적(πD2/4)×높이(3)×수조(8)≒7536(m3)이므로
농축조 용량은 약 7500(m3) 이고
체류시간 12시간을 감안하면 1일 (24시간) 제1처리장 농축조에서 정상
적으로 처리할 수 있는 슬러지 (생오니+잉여오니) 유입유량은 7500(m3)
×2≒15,000(m3)이 된다.
2) 농축조 유입 생오니 유량 설계값 분석
또한 최초침전지 생오니 유량은 유입하수 SS 150mg/ℓ이고 1일
100만톤 처리 시 발생되는 DS를 계산하면
[SS 150mg/ℓ=150g/1000ℓ=150g/m3=0.15Kg/m3]
DS=유량1,000,000(m3)×SS(150mg/ℓ)×제거율(0.45)=67,500(kg/일)
생오니 농도 설계치 3% (함수율 97%)를 적용하면
생오니유량 1일 발생유량=생오니DS/생오니농도
=67,500(kg/일)/0.03=2,250,000(kg/일)
[1000Kg=1Ton(톤)이고 물 1톤≒물 1(m3)이므로 1000Kg≒1(m3)]
생오니유량= 2,250,000(kg/일)=2,250(톤/일)≒2250 m3/일이 된다.
이는 유입하수량 100만(m3/일) 기준이고 기존에 제1처리장 유입 하수
량 평균 190만(m3/일)일 때 생오니 유량은 2250×1.9=4,275(m3/일)이 되
므로 약 4,300 (m3)이다.
3) 농축조 유입 잉여오니 유량 설계값 분석
생오니 유량 계산과 같은 방법으로 최종침전지 잉여오니 발생량을
계산하면 100만톤 처리시
최초침전지 유입유량 설계치 SS 150mg/ℓ이고 제거율이 45%이므로
포기조 유입 1차처리수의 SS는 150mg/ℓ(1-0.45)=82.5mg/ℓ이므로
[SS 82.5mg/ℓ=82.5g/1000ℓ=82.5g/m3=0.0825Kg/m3]
DS=유량1,000,000(m3)×SS(82.5mg/ℓ)×제거율(0.85)=70,125(kg/일)
반송오니 농도 설계치 8,000ppm(0.8%)를 적용하면 잉여오니 유량의 1
일 발생량은
잉여오니 유량=잉여오니 DS/잉여오니 농도
=70,125(kg/일)/0.008=8,765,625(kg/일)
[1000Kg=1Ton(톤)이고 물 1톤≒물 1(m3)이므로 1000Kg≒1(m3)]
잉여오니 유량=8,765,625(kg/일)≒8,766(톤/일)≒8,766 m3/일이 된다.
이는 100만톤/일 기준이고 기존 제1처리장에서 처리하고 있는 포기조
유입량 평균120만(m3/일) 일 때의 잉여오니 유량은 8,766×1.2=10,519
(m3/일)이므로 약 10,500 (m3)이다.
4) 농축조 유입 혼합오니(생오니+잉여오니) 유량 설계값 분석
제1처리장 농축조 용량은 약 7500(m3) 이고 체류시간 12시간일 때
1일 농축조에서 정상적으로 처리할 수 있는 유량은 7500(m3)×24시간/12
시간≒15,000(m3/일)이 된다.
이는 앞에서 계산한 1일 하수유입량 190만(m3/일) 하수처리일 때 생오
니 인발 유량 약 4,300(m3/일)과, 1일 포기조 유입량 120(만톤/일) 때의
잉여오니 유량 10,500 (m3/일)을 합한 유량14,900(m3/일)과 거의 동일한
(14,800/15000≒98.7%) 수치이고, 설계상으로는 하수유입량 190만(m3/일)
처리시 에도 6개의 수처리 계열에서 발생하는 생오니와 잉여오니를 4개
계열의 농축조에서 처리할 수 있는 용량이 된다.
그러나 실제로 농축조를 운영을 하다보면 각종 기기 등에 고장이 발생
하고 각종 기기에 대한 점검 및 청소 등으로 인한 부득이한 처리공백이
생기고 매립장 사정 등으로 인한 탈수기 가동중지 등이 종종 발생되므로
농축조의 용량에 대하여 부족함을 느끼고 있다.
제1처리장 농축조에 유입되는 혼합오니(생오니+잉여오니)의 100만톤
하수처리시 설계치를 계산하면
최초침전지의 생오니 유량 2,250(m3), SS는 30,000mg/ℓ이고
최종침전지의 잉여오니 유량 8,766(m3), SS는 8,000mg/ℓ이므로
수처리 계열에서 발생하여 농축조로 유입되는 생오니와 잉여오니 유량
의 합계는 2,250+8,766=11,016(m3)이 되고
설계 혼합오니SS = 투입오니 DS/투입오니 유량
= (2,250×0.03)+(8,766×0.008)/11,016=12,493mg/ℓ
1차처리 190만(m3/일) 이고, 2차처리 120만(m3/일)일 때
이 때의 혼합오니(생오니+잉여오니)는 4,275+10,519=14,794(m3/일) 이고
혼합오니SS =투입오니 DS/투입오니 유량
=(4,275×0.03)+(10,519×0.008)/14,794=14,357mg/ℓ이다.
5) 농축조 유출 농축오니 설계값 분석
농축조에서 유출되는 농축오니 설계치를 계산하면 100만톤 처리시
DS=혼합오니 유량11,016(m3)×SS(12,493mg/ℓ)×제거율(0.85)
=116,979(kg/일)이고
농축오니 농도설계치 3.0%(함수율97%)를 적용하면
농축오니 유량 1일 발생량=농축오니 DS/농축오니 농도
=116,979(kg/일)/0.03=3,899,300(kg/일)이고
[1000Kg=1Ton(톤)이고 물 1톤≒물 1(m3)이므로 1000Kg≒1(m3)]
농축오니 유량= 3,899,300(kg/일)≒3,899(톤/일)≒3,899m3/일이 된다.
이와 같은 방법으로 1차처리 190만(m3/일) 이고, 2차처리 120만(m3/일)
일 때 농축오니 유량을 위와 같은 방법으로 계산하면
DS=혼합유량14,794(m3)×SS(14,357mg/ℓ)×제거율(0.85)
=180,538(kg/일)이고
농축오니 농도설계치 3.0%(함수율97%)을 적용하면 농축오니 유량 1일
발생량=농축DS/농축오니농도=180,538(kg/일)/0.03=6,017,933(kg/일)이고
[1000Kg=1Ton(톤)이고 물 1톤≒물 1(m3)이므로 1000Kg≒1(m3)]
제1처리장의 1차처리 190만톤, 2차처리120만톤 처리시
농축오니 유량= 6,017,933(kg/일)≒6,018(톤/일)≒6,018m3/일이 된다.
6) 소화조 설계값 분석
농축오니가 투입되는 소화조의 설계치를 검토하면 100만톤 처리시
소화조 유입DS=농축오니DS+정화오니DS=116.97+25=141.97(톤/일)
유입DS중 유기물 55%이고 소화율 50%라고 할 때
소화조에서의 감량 DS=141.97×0.55×0.5=39.04(톤/일)이므로
1일 처리할 소화오니 DS=141.97-39.04=102.93(톤/일) 이되고
소화조 효율 95%를 적용한 1일 처리 DS=102.93×0.95=97.78(톤/일)
이것을 소화오니농도 5%를 적용하여 소화오니 유량으로 환산하면
소화오니 유량=DS/농도=97.78/0.05=1955.6≒1956(m3/일)
위와 같은 방법으로 1일 190(m3/일) 처리시 소화오니 유량을 계산하면
DS=140.15(톤/일)이고 이때 소화오니 유량은 2,831(m3/일)이 된다.
7) 탈수기 설계값 분석
여기서 탈수기 케익반출량 설계치를 계산하면 100만톤 처리시
처리할 소화오니 유량은 1,956(m3/일)이고 농도 5%일 때 처리할
DS=1,956×0.05=97.78(톤/일)이고 되고 탈수기 효율 99.5%를 적용하면
실제 1일 처리할 DS=97.78×0.995=97.29(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≒97.29/0.25≒389.16(톤/일)≒389(톤/일)이 된다.
☞ 탈수기 제거 효율은 해당 제작업체 제작사양서나 카다로그를 조사
하였으나 구체적인 수치가 없었고 실시설계 보고서에는 90% 이상으로만
되어 있다.
실제로 탈수기 탈리액은 약간의 SS를 포함하고 있어 실험실 분석치를
참고하여 설계값과 운영값에 근접한 탈수기 효율(SS 회수율)을 적용시
킨 것이 99.5%이다
위와 같은 방법으로 1일 190(m3/일)처리시 탈수케익반출량을 계산하면
DS=140.15(톤/일)이고 이때 케잌 반출량은 560.6≒561(톤/일)이 된다.
8) 반송수 설계값 분석
또한 오니처리 공정에서 발생되는 반송수는 각 공정별로 유입유량
에서 유출유량의 차의 값으로 간단히 구할 수 가 있다
100만톤 처리시 오니처리 계열에서 발생되는 반송수를 계산하면
농축조 상징수 유량=(생오니 유량+잉여오니 유량)-농축오니 유량
=(2,250+8,766)-3,899=7117(m3/일)
농축조 상징수 DS=(생오니 DS+잉여오니 DS)-농축오니 DS
=(67.5+70.13)-116.97=20.66(톤/일)
농축조 상징수 SS=농축조 상징수 DS/농축조 상징수 유량
=20.66/7117=2903(mg/ℓ)
소화조 상징수 유량=(농축오니 유량+정화오니 유량)-소화오니유량
=(3,899+500)-1,956=2,443(m3/일)
소화조 상징수 DS=(농축오니 DS+정화오니 DS)-(소화오니 DS+소화
조 감량DS)=(116.97+25)-(97.80+39.04)=5.13(톤/일)
소화조 상징수 SS=소화조 상징수 DS/소화조 상징수 유량
=5.13/2,443=2,100(mg/ℓ)
탈수기 탈리액 유량=소화오니 유량-탈수기 케익량
=1,956-389=1,567(m3/일)
탈수기 탈리액DS=소화오니DS-탈수케잌DS
=97.80-97.29=0.51(톤/일)
탈수기 탈리액 SS=탈수기 탈리액 DS/탈수기 탈리액 유량
=0.51/1,567=325(mg/ℓ)
반송수 유량=농축조 상징수+소화조 상징수+탈수기 탈리액
=7,117+2,443+1,567=11,127(m3/일)
반송수 DS=농축조 상징수 DS+소화조 상징수 DS+탈수기 탈리액 DS
=20.66+5.13+0.51=26.3(톤/일)
반송수 SS=반송수 DS/반송수 유량=26.3/11,127=2,364(mg/ℓ)이다.
기존에 제2처리장 가동전에 제1처리장에서 190만톤 처리시의 반송수도
위와 같은 방법으로 [표 1]에 작성하였다.
9) 물질수지 계산 설계값 검증
지금까지 계산한 주요공정의 물질수지에 대한 유량과 SS의 값에
대한 검증을 실시하여 확인하여 보자.
가양하수처리사업소 제1처리장 유입수 100만(m3/일), 설계 유입수 SS
110(mg/ℓ)일 때, 혼합수 SS 설계값이 150(mg/ℓ)이므로
유입수 SS 110(mg/ℓ)에 지금까지 계산한 반송수 SS를 합한 혼합수
SS 값이 150(mg/ℓ)이 같으면 지금까지의 각 처리공정별 유량과 SS의
계산값이 맞는 것을 증명하는 것이 된다.
혼합수 유량=유입하수+반송수+정화조 상징수
=1,000,000+11,127+1,500=1,012,627(m3/일)
혼합수 DS=유입하수 DS+반송수 DS+정화조 상징수DS
=1,000,000×110+11,127×2,364+1,500×10,700=152.35(톤/일)
혼합수 SS=혼합수 DS/혼합수 유량
=152.35/1,012,627≒150.4≒150(mg/ℓ)이다.
이제까지 계산하여 설명한 가양하수처리사업소 제1처리장의 주요 공정
물질수지 관련된 것을 요약하면 다음 장 [표 1]과 같다
[표 1] 제1처리장 주요 공정 슬러지 현황
--------------------------------------------------------------------------
설 계 값 운 영 값
항 목 1차 처리 100만(㎥/일) 1차 처리 190만(㎥/일)
2차 처리 100만(㎥/일) 2차 처리 120만(㎥/일)
--------------------------------------------------------------------------
공정별 현황 유 량 D S S S 유 량 D S S S
(m3/일) (톤/일) (㎎/ℓ) (m3/일) (톤/일) (㎎/ℓ)
--------------------------------------------------------------------------
유 입 수 1,000,000 110.00 110 1,900,000 209.00 110
정화상징수 1,500 16.05 10,700 1,500 16.05 10,700
반 송 수 11,127 26.30 2,364 14,721 40.04 2,720
혼 합 수 1,012,627 152.35 150 1,916,221 265.09 138
--------------------------------------------------------------------------
생 오니 2,250 67.50 30,000 4,275 128.25 30,000
잉여오니 8,766 70.13 8,000 10,519 84.15 8,000
소 계 11,016 137.63 12,493 14,794 212.40 14,357
--------------------------------------------------------------------------
농축오니 3,899 116.97 30,000 6,018 180.54 30,000
정화오니 500 25.00 50,000 500 25.00 50,000
소 계 4,399 141.97 32,273 6,518 205.54 31,534
--------------------------------------------------------------------------
소화오니 1,956 97.80 50,000 2,831 141.57 50,000
감량 DS 39.04 56.52
소 계 136.84 198.09
--------------------------------------------------------------------------
탈수오니 389 97.29 250,000 563 140.86 250,000
--------------------------------------------------------------------------
농축조 상징수 7,117 20.66 2,903 8,766 31.86 3,634
소화조 상징수 2,443 5.13 2,100 3,687 7.47 2,026
탈수기 탈리액 1,567 0.51 325 2,268 0.71 313
소 계 11,127 26.30 2,364 14,721 40.04 2,720
--------------------------------------------------------------------------
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10-a. 농축조의 효율적 운영 방안 
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① 생오니 배관 2차 개선
생오니 배관 2차 개선은 농축조 이상 발생시 (특히 협잡물 제
거기) 해당 계열의 최초침전지에서 발생되는 생오니의 1, 2계열의 배관
계통을 각각 농축조 연결 관로를 1개소씩 추가 설치하는 것으로서, 1계
열의 생오니 배관이 농축조 5, 6계열로 투입되도록 되어 있는 것을 농축
조 4계열로도 투입되도록 개선하고, 2계열의 생오니 배관이 농축조 3, 4
계열로 투입되도록 되어 있는 것을 농축조 5계열로도 투입되도록 하는
비교적 간단한 배관 추가 작업이다. ( [그림 3]의 굵은 점선 배관 참고)
생오니 배관 2차 개선이 되면 농축조 4개소중 어느 1개소가 고장이 발
생하더라도 [표 5]와 같이 균등한 분산 운영이 가능하여 정상인 3개소
농축조가 균등하게 최초침전지 생오니 2개소를 담당하여 기존의 생오니
인발 방법(인발주기 6시간)에 전혀 영향을 끼치지 않고 농축조 운영 및
생오니 인발이 가능하다.
[표 5]에서 보면 2차 개선작업인 생오니 1계열과 2계열의 간단한 배관
개선으로 농축조 4개소 중에서 어느 곳이든지 1개소에 고장이 있을 경우
나머지 3개의 농축조에서 최초침전지 1∼6계열 생오니를 평상시와 같이
정상적으로 인발이 가능하다.
즉 농축조 4개소중 1개소를 예비 개념으로 활용이 가능한 것이다.
(꼭 맞는 표현은 아니지만 농축조 4개소중 1개소를 예비로 생각하자)
그리고 운영 중에 3, 4계열이나 5, 6계열이 동시에 고장이 났을 경우 1
차 개선 배관으로는 3, 4계열과 5, 6계열은 당연히 생오니 인발은 불가능
하고 이와 관련한 최초침전지 1계열이나 2계열의 생오니 인발도 못하는
데 2차 개선 후에는 최초침전지 1, 2계열은 운전이 가능하다.
또한 유지관리 중에 농축조 3, 4계열이나 5, 6계열 동시 고장이 아닌
농축조 2개소 고장인 경우에는 나머지 정상적인 농축조 2개소에서 생오
니를 3개소씩 균등하게 맡아 처리가 가능하여 충분하지는 않지만 고장으
로 인한 처리공백을 최소화시킬 수가 있다.
2차 개선은 농축조 2개소 고장시 문제가 있어 3차 개선을 추가하였다.
[표 5] 생오니 배관 2차 개선작업 후 계열별 투입방법
-------------------------------------------------------------------
농 축 조 농 축 조 생오니 생오니 생오니 생오니 생오니 생오니
이상상태 이상개소 1계열 2계열 3계열 4계열 5계열 6계열
-------------------------------------------------------------------
정 상 없 음 5, 6 3, 4 3 4 5 6
농축조 3 6 5 4 4 5 6
1개소 4 6 5 3 3 5 6
고 장 5 4 3 3 4 6 6
6 4 3 3 4 5 5
농축조 3, 4 6 5 x x 5 6
2개소 3, 5 6 4 4 4 6 6
고 장 3, 6 5 4 4 4 5 5
4, 5 6 3 3 3 6 6
4, 6 5 3 3 3 5 5
5, 6 4 3 3 4 x x
농축조 3, 4, 5 6 x x x 6 6
3개소 3, 4, 6 5 x x x 5 5
고 장 3, 5, 6 x 4 4 4 x x
4, 5, 6 x 3 3 3 x x
-------------------------------------------------------------------
[표 6] 생오니 배관 3차 개선작업 후 계열별 투입방법
-------------------------------------------------------------------
농 축 조 농 축 조 생오니 생오니 생오니 생오니 생오니 생오니
이상상태 이상개소 1계열 2계열 3계열 4계열 5계열 6계열
-------------------------------------------------------------------
정 상 없 음 5, 6 3, 4 3 4 5 6
농축조 3 6 5 4 4 5 6
1개소 4 6 5 3 3 5 6
고 장 5 4 3 3 4 6 6
6 4 3 3 4 5 5
농축조 3, 4 6 5 5 5 5 6
2개소 3, 5 6 4 4 4 6 6
고 장 3, 6 5 4 4 4 5 5
4, 5 6 3 3 3 6 6
4, 6 5 3 3 3 5 5
5, 6 4 3 3 4 4 4
농축조 3, 4, 5 6 x 6 6 6 6
3개소 3, 4, 6 5 5 5 5 5 5
고 장 3, 5, 6 4 4 4 4 4 4
4, 5, 6 x 3 3 3 3 4
-------------------------------------------------------------------
② 생오니 배관 3차 개선
앞서 2차 개선은 농축조의 1개소에만 이상이 발생할 경우에는
나머지 농축조에서 최초침전지 생오니를 정상적으로 처리가 가능하지만,
만일 농축조 2개소에 동시에 이상이 발생하는 경우에는 생오니 인발을
못하는 곳이 생기게 되는 문제점이 발생하게 된다.
즉 농축조 4개소 중에서 2개소가 동시에 이상이 발생될 경우 정상적인
농축조 2개소에서 각각 최초침전지 생오니 3개소를 맡아서 운영을 하면
되는데 [표 5]를 보면 농축조 3, 4계열과 5, 6계열이 동시에 고장이 발생
되는 경우에 해당 생오니 3, 4계열이나 5, 6계열은 인발을 하지 못하는
경우가 발생한다.
생오니 배관 3차 개선은 농축조 2개소 동시 이상이 발생시 (특히 3, 4
계열과 5, 6계열) 정상적인 농축조 2개소에서 각각 최초침전지 생오니 3
개소를 처리하도록, 생오니 4계열과 5계열의 배관 계통을 서로 연결을
시켜주는 간단한 배관 작업이다. ( [그림 3]의 가는 점선 배관 참고)
(※ 2차 개선작업을 시행할 때 가능하면 3차 개선작업도 시행한다.)
3차 개선은 완벽한 개선작업으로는 볼 수는 없으나 2차개선에 비하면
농축조 2개소에 장기간 고장이 발생할 경우에는 부족한 시설을 최대한
이용하고 동시에 농축조 점검이나 작업시에도 현장 사정에 따라 유연한
대처를 할 수 있게 한다.
[표 5]와 [표 6]을 종합하여 검토하면 농축조 1개소 고장시에는 생오니
인발 방법은 동일하나 농축조 2개소 또는 3개소에서 동시에 고장이 발생
시에는 3차 개선이 융통성있게 대처할 수 있음을 알 수 있다.
3차 개선으로 물론 농축조 2개소 고장시 3, 4계열, 5, 6계열 동시 고장
을 제외하곤 정상적인 농축조 2개소에서 생오니 3개소씩을 맡아서 운영
이 가능하다. 단 농축조 2개소 고장이 3, 4계열, 5, 6계열 동시 고장일
경우에는 정상적인 농축조 2개소중 한군데는 생오니 4개소를, 다른 한군
데는 생오니 2개소를 맡는 불균등한 운전의 문제점은 있지만 2차 개선만
시행하여 운영하는 것 보다는 융통성이 있다.
3차 개선은 최악의 경우 농축조 4개소 중에서 3개소에 이상이 있는 경
우에도 정상적인 농축조 1개소에서 최초침전지 생오니 6개소 전부를 받
을 수가 있다. (단 농축조 3, 4, 5계열 이상시 생오니 2계열 인발 불가,
농축조 4, 5, 6계열 고장시 생오니 1계열 인발 불가)
그러므로 3차 개선은 제2처리장의 가동으로 유입하수량 부담을 줄게
될 경우에 농축조 운영을 더욱 효과적으로 운영할 수 있다.
4) 배관개선에 따른 중앙감시실 생오니 인발 자동운전 검토
중앙감시실 컴퓨터에 의한 자동운전은 생오니 인발과 관련된 배관
변경이 있을 경우에 현장 여건에 적합하게 신속하고 융통성있는 조치가
가능하도록 프로그램 되어 있다.
그러나 배관 변경과 관련된 밸브의 조작이 수동으로 이루어지고 밸브
의 상태(Open, Close)를 감시할 수가 없는 상태이므로 생오니 배관의 변
경된 사항에 대해서는 컴퓨터가 인식할 수 있도록 중앙감시실 운영자가
키보드를 통해 설정값을 현장과 맞도록 조정하여 주어아 가능하다.
최초침전지 각 1∼6 계열별로 6개의 자동운전 시이퀸스에서 현장에서
변경된 생오니 배관에 맞도록 해당 생오니 자동운전 SEC(security)모듈
항목에 농축조 3∼6계열의 협잡물 제거기와 상징수조 번호를 키보드를
통하여 조정하면 된다.
또한 농축조 1개소가 최초침전지 생오니를 2개소가 아닌 3개소에서 받
게 되는 경우에 운전시간 및 휴식시간을 인발주기(6시간)에 범위내에서
운전시간 타이머(2시간), 휴식시간 타이머(4시간)의 시간 및 지당 운전시
간(최대15분)을 설정하여 2시간 간격으로 운전명령을 내리면 가능하다.
만일 농축조가 1개소만 정상이고 생오니 배관이 6개 계열이 투입되는
경우에도 열악한 조건이지만 컴퓨터에 의한 자동운전은 가능하다.
이 경우 인발주기가 6시간일 때 각 계열당 운전시간 1시간, 휴식시간
은 5시간이 되고, 지당 운전시간은(최대 7분30초) 7분으로 설정한 후에
1시간 간격으로 운전 명령을 실행하여 자동운전을 관리할 수 있다.
5) 생오니 배관 개선작업 내용
개선작업은 [그림 3]에서 굵은 점선인 2차 개선작업과, 가는 점선
인 3차 개선의 배관(주철관Φ250)을 추가하고, 밸브(게이트밸브 250mm)
를 연결시키는 것으로 비교적 작업자체는 단순하다.
6) 개 선 효 과
- 농축조 이상 발생시에도 최초침전지 생오니 인발을 정상적으로
처리가 가능하여 수질악화 방지로 인한 간접적인 수질개선 효과 및 처리
공백 최소화로 인한 효율적인 기기 운영
- 농축조 1개소를 예비로 확보하는 효과를 가져와서 유지관리의
편리함을 주고, 유지관리 비용 절감
- 농축조 1개소(Φ20m×3m×2조)의 시설에 소요되는 공사비용
약 10억원 (￦1,000,000,000) 절감 효과
- 농축조 4개소 중에서 동시에 2개소나 3개소에 이상이 있을 때
에도 최초침전지 생오니 인발 방안 확보
- 기타 처리 공백 최소화에 따른 타 공정의 효과적인 하수처리
운영 기대 및 비효율적인 기기 운전을 줄여 처리예산 절감
7. 맺 음 말
『농축조의 효율적 운영 방안』내용 자체는 비교적 단순하고 하수처리
장에 근무하는 직원이면 한 번만 읽어보면 누구나 알 수 있는 것이다.
하수처리 주요 공정의 설계값을 중심으로 설명을 자세히 하려고 노력
했으나 부족한 느낌이며, 작성 중에 잘못된 점이나 보충할 내용이 있으
면 보완하여 주길 바란다.
본 내용 중에 운영 자료 분석에서는 기존의 운영 방법을 지적한 것도
있으며, 반송수 악순환시 대책에서는 각 처리 부서별로 긴밀한 협조와
양보는 물론이고 평상시보다 업무적으로 더 큰 노력을 요구하고 있다.
그러나 하수처리 전체 공정을 종합적으로 판단할 때는 현장의 한정된
시설을 최선의 방법으로 효율적으로 운영하여 반송수 악순환을 조기에
차단하는데 도움을 주게 된다.
또한 장기적으로 하수처리를 깨끗이 하게 됨은 물론 비효율적인 기기
운전을 줄여서 처리예산을 절감하고 결국은 유지관리의 편리함으로 돌아
온다는 사실을 명심하여야겠다.
제2처리장 가동에 따른 제1처리장 유지관리 업무 변화에 만전을 기하
고 처리수질 개선에 노력을 하여야겠다.