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수질오염개론
문진영 교수
인하대학교 환경공학 석사
인하대학교 환경공학 박사
인하대학교 환경공학 석사
인하대학교 환경공학 박사
한국방송통신대학교
인천대학교
인하공업전문대학교, 인하대학교
인천재능대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 8개 챕터, 30강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 수질오염개론 오리엔테이션
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수질오염개론 오리엔테이션 및 학습 가이드
• 환경 체계 분류: 자연환경과 생활환경 구분을 통한 수질 환경공학의 학문적 범주 및 기초 정의 수립 • 수질오염 지표: BOD·COD·SS 등 주요 오염 측정 항목 정의와 지표물질 특성 파악을 통한 오염도 분석 • 수계 관리 체계: 하천 자정작용·DO 곡선 및 호소 성층현상·부영양화 등 수역별 오염 관리와 방지 기술 기초 |
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| 1장. 물의 특성 | ||
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[2강] 물의 일반적 특성, 물의 분포와 순환
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물의 일반적 특성 및 지구상 물의 분포와 순환
• 물의 물리화학적 특성 : 수소 결합과 극성에 기반한 높은 비열·표면장력·용매 특성 및 4°C 최대 밀도 형성 원리 • 수자원 분포와 가용성 : 해수(97%) 대비 담수(3%)의 희소성과 빙하·지하수·지표수 순의 분포량 및 실질적 가용성 분석 • 물의 순환과 유출 체계 : 증발산·침투·침루를 통한 수권 순환 및 지표면·중간·지하수 유출의 물리적 구조 정의 |
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[3강] 우리나라의 수자원 부존량과 이용현황
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수질오염개론 우리나라 수자원 현황 및 특성 분석
• 수자원 부존량 및 이용 현황: 지형적 특성(산악·경사)에 따른 유출 손실, 26%의 낮은 이용률 및 용도별(농업·공업·유지용수) 변화 추이 분석 • 수자원 관리 및 하천 기능: 댐·저수지의 용수 저장 및 홍수 예방 체계, 하천의 자정작용·생태 보전·친수·공간적 역할 구조 정리 • 수원별 물리화학적 지표: 우수(pH 5.6·산성비), 해수(고염도·약알칼리성·이온 구성), 지표수(연수·높은 탁도·용존산소) 등 자원별 고유 성질 요약 |
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[4강] 수자원 특성(지표수 및 지하수)
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수자원의 특성: 지표수 및 지하수의 물리화학적 성질
• 지하수 및 지표수의 성상 비교: 수온·경도·자정속도·산성도 중심의 물리화학적 특성 및 오염 기작 분석 • 담수 분포 및 복류수의 특징: 지구상 수자원 존재량 순위와 여과 작용을 통한 복류수의 고수질 원리 정리 • 물의 물리적 성질 및 수층 현상: 수온에 따른 밀도·점성 변화와 계절별 성층 및 전도 현상의 메커니즘 요약 |
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| 2장. 수질오염과 기초 | ||
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[5강] 수질오염의 정의, 수질오염원 (1)
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수질오염의 정의 및 점오염원과 비점오염원의 특성 분석
• 수질오염 및 자정작용 메커니즘: 환경용량 초과에 따른 인위적 오염 정의와 물리·화학·생물학적 정화 원리 체계화 • 산소처짐곡선 및 자정계수 상관성: 임계점 중심의 용존산소(DO) 회복 과정 분석 및 온도가 재포기·탈산소 계수에 미치는 영향 정립 • 점오염원 및 비점오염원 관리 전략: 배출 지점 및 시기별 오염 특성 비교를 통한 사후 처리와 사전 예방적 관리 방안 도출 |
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[6강] 수질오염원 (2), 기초화학 (1)
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수질오염원 분류 및 기초화학 농도와 당량 계산
• 수질오염원 및 하수도 시스템: 가정하수·산업폐수·비점오염원의 성상 차이와 합류식·분류식 관로 체계의 구조적 특징 정리 • 수질 분석 농도 단위: 백분율(%)·백만분율(ppm)·mg/L 간의 상관관계와 물의 밀도 특성을 이용한 단위 환산 체계 정립 • 몰농도와 노르말농도 산출: 용질의 분자량·당량 개념 및 산·염기·산화제(과망간산칼륨, 중크롬산칼륨)의 가수 결정 원리 요약 |
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[7강] 기초화학 (2)
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수질오염개론 기초화학 용액 용해도 및 산염기 산화환원
• 용해도 및 용해도적(Ksp) : 용액 구성 및 이온화 개념과 Ksp 비교를 통한 침전 형성 조건 판정 기법 • 산·염기 및 산화·환원 : 전자·양성자 이동에 따른 화학적 정의와 수중 질소 제거(질산화·탈질) 공정 적용 • 기초화학 농도 계산 : ppm·% 단위 환산 및 몰농도(M)·규정농도(N) 산출을 위한 정량적 분석 방법 |
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[8강] 수질오염의 지표 (1)
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수질오염 지표 수소이온농도 pH와 용존산소 DO의 특성 및 계산
• 수소이온농도(pH): 수소이온 몰농도의 역대수 지표, 미생물 자정작용 및 수처리 응집·소독 공정 효율 결정 인자 • 용존산소(DO): 물속 분자상 산소량, 수온·압력·난류 등 물리적 요인과 광합성·유기물 산화에 따른 농도 변화 메커니즘 • 용존산소 부족곡선 및 임계점: 유기물 분해에 의한 산소 소비와 재포기 공급 간의 평형, 최저 DO 지점인 임계점을 통한 하천 자정능력 평가 |
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[9강] 수질오염의 지표 (2)
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수질오염 지표 BOD 및 COD 개념 및 측정 원리 요약
• BOD 산분해 및 산소요구량: 호기성 미생물 분해 원리·BOD5 표준 산정 공식·탄소성(CBOD) 및 질소성(NBOD) 단계별 요구량 산출 • COD 측정 메커니즘: 화학적 산화제(KMnO4, K2Cr2O7) 기반 유기물 분해·단시간 측정 절차·해수 및 공장폐수 지표 활용 • 수질 지표 비교 분석: COD-BOD 상관관계 원인·난분해성 유기물 및 독성 물질 영향·수역 성상별 최적 측정법 선택 기준 |
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[10강] 수질오염의 지표 (3)
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수질오염 지표 SS 부유물질 질소 형태 경도 분석
• SS(부유물질): 직경 0.1μm 이상의 현탁고형물 정의와 수중 빛 전달 방해 및 용존산소(DO) 감소 등 수생태계 영향 분석 • 질소 형태 및 오염 지표: 유기성·무기성 질소 분류와 TKN 비중을 활용한 오염 신선도 판별 및 부영양화·청색증 유발 기전 정리 • 경도(Hardness): 2가 양이온 함량의 CaCO3 환산법과 일시·영구 경도 구분을 통한 용수 특성 및 스케일 형성 원리 요약 |
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[11강] 수질오염의 지표 (4), 중금속의 피해 영향 (1)
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수질오염 지표 알칼리도 및 중금속 피해 영향
• 수질 오염 지표 체계: 알칼리도의 산 중화 완충 능력, TOC의 유기물 산화 기기 분석, 대장균군의 분변 오염 지표성 정의 • 화학적 수질 분석: 2가 양이온 기반 총경도 측정 및 탄산칼슘($CaCO_3$) 당량 환산을 통한 오염 농도 정량화 절차 • 중금속 및 생물농축 위해성: 수은·카드뮴·납·비소의 인체 독성 기전과 생물농축에 따른 주요 환경 질병(미나마타·이따이이따이병 등) 분류 |
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[12강] 중금속의 피해 영향 (2), 독성물질에 대한 생물분석
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중금속 피해 영향 및 독성물질 생물분석
• 중금속 특성 및 유해성: 구리(간경변)·6가 크롬(폐암)·아연(부식성) 등 금속별 물리화학적 성질과 인체·수생태계 피해 영향 요약 • 독성 정량화 지표: TLm·LC50·LD50·생물농축계수(BF)를 통한 급성·만성 독성 판정 및 수질 기준 설정을 위한 정량적 분석 체계 • 환경 유해물질 및 상호작용: 난분해성 PCB의 생체 축적 원리와 상승·길항 작용 및 독성단위(TU) 기반 복합 독성 평가 구조 정립 |
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| 3장. 수질오염과 생태계 | ||
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[13강] 생태계의 정의, 생태계의 구성과 기능
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수질오염과 생태계의 정의 구성 및 물질순환
• 생태계 구성 및 에너지 흐름: 생산자·소비자·분해자 간 상호의존 체계와 태양에너지 기반의 단방향 에너지 소비 흐름 및 효율성 정의 • 산업 생태학 및 탄소 순환: 생태산업단지(EIP)의 자원 순환 원리와 광합성·호흡 작용을 통한 온실가스($CO_{2}$) 농도 및 산성비 영향 분석 • 공학적 질소 순환: 질산화·탈질 반응의 단계별 미생물(니트로소모나스·니트로박터) 기전과 알칼리도 변화 및 아산화질소($N_{2}O$) 관리 공정 요약 |
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[14강] 생태계의 오염특성, 수질오염과 생태계 (1)
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생태계 오염 특성과 수질 미생물 성장 원리
• 생태계 오염 및 생물 농축 기작: 농축계수(CF) 산정과 산성비(pH 5.6 이하) 생성 및 기후 변화에 따른 광역적 식생 변동 분석 • 미생물 성장 단계와 공정 최적화: 대수·감소·내생성장 곡선 및 F/M비 조절을 통한 분산성장·핀플럭 방지와 하수처리 침전 효율 극대화 • 환경 조건별 미생물 분류 및 반응조 설계: 용존산소 유무에 따른 호기성·혐기성·임의성 균주 특성과 질소 제거용 반응조(호기·무산소·혐기) 운영 원리 |
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[15강] 수질오염과 생태계 (2), 3장 예제
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수질오염 미생물 분류 및 증식속도 모노드식 핵심 정리
• 미생물 분류 체계: 영양원(종속·독립영양) 및 온도(친냉·중온·친열)별 구분과 BOD:N:P(100:5:1) 영양소 비율 및 수온(13℃) 최적화 • 미생물별 공정 특성: 세균($C_5H_7O_2N$)·조류($C_5H_8O_2N$) 분자식 구조, 사상균에 의한 슬러지 벌킹, 원생·후생동물의 수질 지표 및 플럭 형성 역할 • Monod 식 및 증식 단계: 유도기~사멸기 성장 곡선 분석과 기질 농도($S$) 및 반포화 상수($K_s$)를 활용한 세포 비증식속도($\mu$) 정량화 |
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| 4장. 하천의 자정작용 | ||
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[16강] 하천의 자정작용 (1)
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하천의 자정작용 원리와 Wipple의 4지대 분석
• 하천 자정작용: 물리적(희석·확산·침전), 화학적, 생물학적(미생물 산화) 기작을 통한 수질 회복 및 오염물질 자기조정능력 • Wipple의 하천 자정 4지대: 분해(DO 감소), 활발한 분해(혐기성·악취·스컴), 회복(DO 재상승·질산화), 정수(자연수 회복) 단계별 천이 과정 • 수질 회복 지표 및 환경 인자: 용존산소(DO) 농도 변화, 질소 형태 전환(암모니아성→질산성), 수온 및 환경용량에 따른 정화 메커니즘 분석 |
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[17강] 하천의 자정작용 (2)
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하천의 BOD-DO 시스템 및 수질관리 체계
• 하천의 BOD-DO 시스템: 탄소성(C-BOD)·질소성(N-BOD) 산화 기전 및 저질 산소요구량(SOD) 중심의 탈산소화 원리 요약 • 용존산소(DO) 자정작용: 재포기·광합성 공급 원리와 산소수하곡선(Oxygen Sag Curve) 임계점 기반의 수질 회복 단계 구조 분석 • 수질관리 규제 체계: 7단계 등급별 환경기준 및 배출허용기준(농도)에서 오염총량관리(부하량)로의 정책 전환 정의 및 관리 방식 정리 |
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[18강] 하천의 자정작용 (3)
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수질오염개론 하천 수질 규제 및 모델링 기초
• 수질 규제 및 생물 지표: 배출허용기준·방류수수질기준 이원화 및 생물지표종(산천어·잉어 등) 기반 4단계 수질 등급 평가 체계 • 수질 모델링 분류: 공간성(차원)·시간성·역동성 기준에 따른 오염물질 분포 분석 및 하천·호소 생태계 변화 예측 기법 • Streeter-Phelps 모델: 점오염원 기반 BOD-DO 반응 분석과 유기물 분해 및 재포기 기작을 적용한 최초의 수질 모형화 원리 |
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| 5장. 호수의 수질관리 | ||
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[19강] 호수의 수질관리 (1)
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호수의 수질관리 성층현상 전도현상 부영양화
• 성층 및 전도현상: 수온 밀도 차에 따른 층상 구조(표수층·수온약층·심수층) 형성 및 계절별 수직 혼합 기전 요약 • 부영양화 메커니즘: 질소(N)·인(P) 유입에 따른 남조류 증식, COD 상승, 심수층 혐기화 및 오염물질 용출 과정 분석 • 수질 평가 및 관리: Carlson 지수(TSI)와 Vollenweider 모델 기반 상태 진단 및 고도처리를 통한 영양염류 차단 대책 정리 |
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[20강] 호수의 수질관리 (2)
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호수 부영양화의 영향 평가 방법 및 수질관리 대책 요약
• 부영양화의 수산·상수도 영향: 정수 처리 공정의 여과·응집 장애 유발 및 수중 무산소층 형성에 따른 생태계 파괴와 경제적 손실 분석 • 부영양화 평가 지표: 투명도·클로로필-a·인(P) 농도 기반의 Carlson 지수 산출 및 정성·정량적 분석을 통한 수질 등급 판정 • 수질관리 대책: 질소·인 유입 억제를 위한 고도처리와 오염 총량규제, 준설·수중폭기·수생식물 재배를 통한 호소 내 직접 정화 시행 |
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[21강] 호수의 수질관리 (3)
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국내 호소의 녹조 관리 대책 및 수질 모델링 분석
• 조류경보제 및 수질예보제: 수질 분석과 IT 기반 수치모델링을 활용한 남조류 및 클로로필-a 농도 예측과 대국민 신속 전파 체계 • 국내 호소의 수문·수질 특성: 높은 하상계수와 여름철 집중 강우에 따른 비점오염원 유입 및 N/P비 변화 기반의 남조류 발생 메커니즘 • 수질 모델링 및 부영양화 예측: Vollenweider 모형과 경험적 인모형을 활용한 인 부하량 분석 및 호수의 장기적 수질 변화 예측 기술 적용 |
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| 6장. 토양의 구성 | ||
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[22강] 토양의 구성 (1)
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수질오염개론 토양의 구성 및 오염 특성 요약
• 토양 삼상 구조: 고상·액상·기상의 물리적 조성과 입경에 따른 자갈·모래·미사·점토의 분류 및 구성 체계 정의 • 토양수 및 오염 특성: 흡습수·모세관수·결합수 기반 수분 분류와 이동성이 낮은 오염의 축적성·장기성·복합성 분석 • 오염 평가 및 정화: 나트륨 흡착비(SAR) 지표를 통한 농업용수 적합성 판정과 인시추·엑스시추 기반 정화 처리 기법 절차 |
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[23강] 토양의 구성 (2)
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토양 복원 기술의 종류 및 오염 사례 분석
• 물리·화학적 복원 공법: 인시추·엑시추 분류 기반의 토양세척, 증기추출(SVE), 투수성 반응 벽체(PRB) 등 오염물질 특성별 처리 기술 구조화 • 생물학적 정화 기술: 미생물 분해 활성화 및 식물재배정화법을 활용한 무기성 오염물질 제거와 토양 환경 최적화 기제 분석 • 토양 오염 사례 분석: 러브 커널(Love Canal) 사건의 유독성 물질 매립 경로와 장기적 환경 피해를 통한 토양·지하수 관리 필요성 제시 |
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| 7장. 해양오염 | ||
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[24강] 해수의 특성, 해양오염 (1)
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해수의 물리화학적 특성 및 해양오염 물질의 거동과 방제
• 해양 물리화학 구조: 수온약층·성층현상 기반의 층상 구조와 35‰ 염분 농도 및 위도별 영양염류 분포 특성 분석 • 오염물질 거동 메커니즘: 이류·난류확산에 의한 분산 원리와 연근해·폐쇄성 해역의 오염 축적 및 정체 현상 요약 • 유류 오염 및 방제 기술: 방향족 탄화수소의 독성 체계와 오일펜스·유처리제 등 물리·화학적 방제 공정 정리 |
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[25강] 해양오염 (2)
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해양오염의 구분 기름유출 사례 및 적조현상 기작 관리대책
• 기름오염 방제 기술: 오일펜스·유처리제·유흡착제 등 물리·화학적 공정을 통한 유류 확산 방지 및 오염원 제거 체계 • 적조현상 발생 기작: 부영양화(N·P)·수온 성층화·염도 저하 환경에서 편모조류가 급증하며 발생하는 해수 정체 원리 • 적조 피해 및 관리 대책: 어패류 질식·독성 차단을 위한 근본적 영양염류 관리와 황토 살포를 이용한 응집 침전 기술 건의 |
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| 8장. 수질오염방지기술 | ||
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[26강] 폐수처리시스템, 공정분석
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폐수처리시스템 구성 및 반응조 공정 분석 핵심 요약
• 수처리 시스템 분류 및 단계별 공정: 1·2·3차 처리와 물리·화학·생물학적 방식을 결합한 부유물질·유기물·영양염류 제거 체계 • 소독 공정 및 부산물 제어 기술: 염소·오존 소독의 잔류성 특성과 트리할로메탄(THM) 발생 억제를 위한 수질 관리 기작 • 반응속도론 및 반응조 운영 특성: 반응 차수별 농도 변화 수식과 Batch·PFR·CSTR 구조에 따른 수처리 효율 분석 기초 원리 |
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[27강] 생물학적 폐수처리 (1)
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생물학적 폐수처리 활성슬러지공법 원리 및 문제점
• 활성슬러지공법: 호기성·임의성 미생물을 이용한 유기물 산화 및 2차 처리 공정의 표준 운영 원리 • 슬러지 침전 장애: 사상균 증식에 의한 벌킹(SVI)과 탈질 반응에 따른 부상(Rising) 현상의 기전 및 대책 • 공정 부하 지수: F/M비와 BOD 용적 부하를 활용한 미생물 증식 제어 및 분산성장·핀플럭 방지 기술 |
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[28강] 생물학적 폐수처리 (2)
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생물학적 폐수처리 회전원판법 RBC 및 생물막법 특징
• 생물막법: 여재 부착 성장 원리와 슬러지 반송 생략 및 미생물 종 다양성을 통한 처리 부하 내성 확보 • 회전원판법(RBC) 메커니즘: 원판의 40% 침수 및 60% 대기 노출 회전을 통한 자연 폭기와 플러그 흐름(PFR) 기반 유기물 제거 • 공정 최적화 및 운영 변수: 위치별 F/M비에 따른 생물막 두께 조절과 결빙 방지 및 pH 저하 대응을 통한 유지관리 효율화 |
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[29강] 생물학적 폐수처리 (3)
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생물학적 폐수처리 살수여상 공법 특징 및 운영 관리
• 살수여상 공법 메커니즘: 여재 표면의 미생물막과 폐수 접촉을 통한 유기물 분해 및 침전 분리 과정 정리 • 표준 및 고속 살수여상: 유입 방식·재순환 여부·BOD 제거 효율 및 질산화 기전 차이 분석 • 운영 문제 및 유지관리: 연못화·파리 발생 원인별 대책과 동력비 절감 등 공법별 장단점 비교 |
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[30강] 화학적 폐수처리
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화학적 폐수처리: 응집 및 응결의 원리와 공정 운영
• 콜로이드 안정성 및 응집·응결 원리: 제타전위 중화를 통한 전기적 안정성 파괴 및 가교작용 기반의 플록 형성 체계 • 응집제 종류 및 공정 영향 인자: Alum·철염·PAC의 화학적 특성 비교 및 pH·수온·교반 강도에 따른 효율 변화 분석 • 자테스트(Jar Test) 최적화 공정: 실험 데이터 기반 적정 pH 선정 및 경제적 응집제 최적 투여량 결정 절차 요약 |
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문진영 교수님
수질오염개론