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상하수도공학Ⅰ(상수도)
이범섭 교수
서울시립대학교 대학원 토목공학과 석사과정
서울시립대학교 대학원 토목공학과 박사졸업
서울시립대학교 대학원 토목공학과 석사과정
서울시립대학교 대학원 토목공학과 박사졸업
서울시립대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 10개 챕터, 25강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 상하수도공학 오리엔테이션
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상하수도공학 개론 및 강의 구성 안내
• 상수도 시스템: 수원 확보, 취수, 정수, 도·송수, 배수 및 급수로 이어지는 용수 공급 체계와 공정별 기능 정의 • 하수도 시스템: 오수와 우수의 차집, 관로 이송, 하수 및 슬러지 처리, 고도 정화 후 방류 및 재사용 메커니즘 • 상하수도공학 학습 체계: 물의 순환 원리 이해, 전문 용어 숙지 및 국가기술자격증·공무원 시험 대비를 위한 이론과 기출 풀이 전략 |
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| 1장. 상수도 개설 | ||
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[2강] 상수도 개설
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상수도 개설 및 구성 체계 요약
• 상수도 기술적 3요소 및 목적: 공공 보건 및 산업 활동 지원을 위한 양질의 수질·수량·수압 확보 체계 정리 • 상수도 구성 계통: 수원·취수·도수·정수·송수·배수·급수로 이어지는 정수 및 이송 단계별 물리적 구조 분석 • 수도 시설 및 법적 분류: 광역·지방·마을상수도 구분 및 중수도와 빗물이용시설 등 용도별 공급 체계 정의 |
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| 2장. 상수도시설계획 | ||
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[3강] 상수도시설계획 (1)
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상하수도공학 상수도 시설 계획 및 장래 인구 추정
• 상수도 시설 기본계획: 15~20년 계획기간 기반 수량·수질·수압 안전성 확보 및 도시 규모별 급수량 산정 표준 • 시설별 규모 결정 기준: 1일 최대급수량(취수·정수) 및 시간 최대급수량(배수관경)을 적용한 공학적 설계 규격 정의 • 장래 수요 및 인구 추정: 등차·등비급수법 등 통계적 기법을 활용한 급수인구 예측 및 비상용 소화용수량 계획 |
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[4강] 상수도시설계획 (2)
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상수도 시설 계획 수질 분석 및 기준 요약
• 수질 물리·화학적 지표: 탁도·색도·$pH$·알칼리도 등 원수 특성 분석 및 관로 부식 방지와 응집 효율 극대화를 위한 공학적 관리 • 세균학적 오염 지표: 대장균군 및 일반세균수 기반의 분뇨 오염 판별과 수인성 전염병 예방을 위한 안전성 검증 • 먹는 물 수질 관리 기준: 잔류염소 농도 및 항목별 검사 주기 준수를 통한 정수 처리 공정의 신뢰도 확보와 법적 수질 기준 유지 |
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[5강] 상수도시설계획 (3)
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상수도 시설 계획 수질오염 지표 BOD COD DO SS 고형물 분류
• 유기물 오염지표(BOD·COD·DO): 미생물 분해 및 화학적 산화 산소 소모량과 수중 용존 산소 농도 측정을 통한 수질 오염도 및 하천 자정작용 정량화 • 고형물 분류체계(TS·SS·DS): 휘발성 및 용존 상태에 따른 유·무기물 성상 구분과 유리섬유여지(GF/C)를 활용한 입자상 물질 농도 측정 및 분석 • 수질 해석 공식 및 응용: 하천 혼합 농도(Cm)·BOD 소비 및 잔존량 산출 공식을 통한 오염 부하량 예측과 수역별 최적 설계 인자 도출 |
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[6강] 상수도시설계획 (4)
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상수도 시설 계획 및 수질 지표 계산 문제 풀이
• 상수도 수요 예측: 등차·등비급수법 기반 장래 인구 추정과 일최대·시간최대 급수량 산정 등 시설 규모 설계 기준 확립 • 음용수 수질 지표: 대장균(분변 오염), THM(소독 부산물), 경도(미네랄 함량) 등 법적 기준 및 오염 특성 분석 • 수질 환경 공학: BOD(생물화학적 산소요구량) 연산 및 하천 자정계수(재폭기/탈산소)를 통한 오염 부하와 정화 능력 산출 |
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| 3장. 수원 | ||
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[7강] 수원 (1)
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상하수도공학 수원의 종류와 특성 및 수질 관리
• 수자원 분류 및 하천 관리: 수원별(천수·지표수·지하수·복류수) 특성 분류와 하천 유량 4대 기준 및 자정작용 4단계 메커니즘 요약 • 호소 수질 변화 및 부영양화: 온도 밀도 차에 의한 성층·전도 현상 분석과 질소·인 유입에 따른 부영양화 발생 조건 및 수질 영향 정리 • 해수 담수화 및 취수 공법: 증발법·역침투법·전기투석법의 담수화 원리와 수량·수질을 고려한 최적 취수 지점 결정 방식 구조화 |
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[8강] 수원 (2)
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상하수도공학 수원 구비 요건 및 수질 특성 분석
• 수원 구비 요건 및 분류: 수량·수질·수위·경제성 기반의 선정 기준과 지표수·지하수(복류수)의 취수 안정성 및 수질적 특성 체계화 • 하천 자정작용 및 자정계수: 재폭기·탈산소 계수 비를 통한 자정 능력($f$) 산출 및 유기물 유입에 따른 지대별 DO 변화 메커니즘 분석 • 호소 부영양화 및 수직 순환: 질소·인에 의한 부영양화 지표 분석과 계절별 성층·전도 현상이 수심별 수질 관리에 미치는 영향 규명 |
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| 4장. 취수 | ||
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[9강] 취수 (1)
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상하수도공학 취수 지점 선정 및 수원별 취수 시설 특징
• 수원별 취수 시설 특성: 하천수·지하수·복류수 등 수원에 따른 취수탑(대량 취수), 취수보, 취수관의 구조적 차이와 수위 변동 대응 및 유입 속도 설계 기준 정리 • 지하수 및 복류수 취수 시스템: 천층수·심층수 층별 취수 시설(천정호, 심정호, 굴정호) 분류와 집수매거 매설 깊이(5m 이상) 및 유입 속도(3cm/sec 이하) 기준 분석 • 저수지 및 침사지 공학적 설계: 용량누가곡선법(Ripples Method)을 활용한 유효 저수량 산출과 펌프 보호를 위한 침사지 체류 시간(10~20분) 및 평균 유속 규격화 |
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[10강] 취수 (2)
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상하수도공학 취수 시설 특징 및 저수 용량 산정
• 취수 시설 계통: 취수탑·취수문·집수매거의 수위별 적합성과 유입 속도 및 스크린 설치 기준 구조화 • 계획량 및 저수 산정: 계획 1일 최대급수량 1.1배 적용과 Ripple 곡선 및 강우량 공식 기반 저수 용량 결정 절차 • 지하수 특성 및 침사지: Darcy 법칙 기반 유속 산출과 침사지 유효수심(3~4m)·지내시간(10~20분) 설계 규격 |
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| 5장. 도수 및 송수 | ||
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[11강] 도수 및 송수 (1)
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상수도공학 도수 및 송수 방식과 관로 설계 및 부대설비
• 도수·송수 시스템: 계획수량 기준 수송 체계 확립 및 지형 조건에 따른 자연유하·펌프 압송 방식의 효율적 노선 선정 • 관로 수리 설계: Hazen-Williams 및 Manning 공식을 적용한 유속 계산과 동수경사선 기반의 마찰 손실 수두 분석 • 수리 안정성 부대설비: 수격작용 방지를 위한 서지 탱크·제어 밸브 운용 및 과도 수압 경감용 접합정 설계 기준 적용 |
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[12강] 도수 및 송수 (2)
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상하수도공학 도수 및 송수 시설 설계 및 수리 특성 문제 풀이
• 도수·송수 관로 설계: 자연유하·가압 방식 특성 비교 및 유속(0.3~3.0m/sec)·계획 1일 최대급수량 기준 규정 • 관로 수리 및 부속 시설: 동수경사선 기반 노선 선정과 공기·제수·역지·이토밸브의 기능별 적정 배치 • 수격작용 및 마찰손실수두: 조압수조·에어챔버 등 수압 안정화 대책과 Hazen-Williams·Darcy-Weisbach 공식 기반 수리 산출 |
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| 6장. 정수 | ||
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[13강] 정수 (1)
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상하수도공학 정수 처리 계통 및 침전 응집 원리
• 정수처리 계통: 완속·급속·고도 처리별 공정 구성 및 원수 탁도에 따른 최적 계통 선정 기준 정리 • 침전 이론 및 Stokes 법칙: 침전 형태 4가지 분류 및 입자 직경·점성계수·수온 변화에 따른 침강 속도 산출 원리 • 응집 메커니즘 및 약품 특성: 콜로이드 전하 중화를 통한 플록 형성 절차와 황산알루미늄·PAC 등 응집제별 화학적 성질 분석 |
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[14강] 정수 (2)
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상하수도공학 정수 처리 응집 침전 자테스트 요약
• 약품 교반 시험(Jar-Test): 응집제 최적 주입량 및 pH 결정과 수온·알칼리도 등 응집 지배 인자 분석 • 정수 처리 계통 및 설비: 계획 1일 최대급수량 기반 착수정·혼화·플록 형성·침전 등 공정 구조 체계화 • Stokes 법칙 및 침전 설계: 입자 침강 속도 원리와 표면부하율을 활용한 침전지 제거 효율 산정 절차 |
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[15강] 정수 (3)
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상하수도공학 정수 처리 완속 및 급속 여과 핵심 정리
• 완속 여과(SSF): 미생물막 표면 여과를 통한 물리·생물학적 정화와 4~5m/day 저속 정수 체계 구조 • 급속 여과(RSF): 약품 응집과 내부 여과 기반 120~150m/day 대용량 처리 및 기계식 역세척 공정 특징 • 여재 설계 제원: 유효경($D_{10}$), 균등계수 기준의 여재 선정과 계획 수량에 따른 소요 면적($A$) 산출 원리 |
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[16강] 정수 (4)
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상하수도공학 정수 처리 급속 및 완속 여과 공정 핵심 정리
• 완속 및 급속 여과 메커니즘: 표면 미생물 막과 내부 여재를 활용한 여과 원리 및 유효경·균등계수·여과속도별 성능 비교 • 고도 여과 및 유량 제어 시스템: 안트라사이트 활용 다층 여과 구조와 정속·정압 여과 방식별 유량 조절 메커니즘 분석 • 여과 장애 및 운영 최적화: 공기 장애(Air Binding)와 Mud Ball 발생 원인 규명, 표면 세정법 및 탁도·수두 손실 인자 관리 요약 |
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[17강] 정수 (5)
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정수 처리 공정 소독 및 염소 처리 기술 요약
• 유리잔류염소 소독 기제: pH·수온 조건에 따른 차아염소산(HOCl) 생성 및 미생물 사멸 효율 최적화 원리 정리 • 불연속점 염소 처리: 염소 요구량 산출 및 암모니아성 질소 반응을 통한 유리잔류염소 확보와 잔류 효과 유지 절차 요약 • 소독 부산물 및 대체 공법: THM 발생 영향 인자 분석과 이산화염소·자외선 소독의 살균 특성 및 공정별 적용성 비교 |
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[18강] 정수 (6)
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상하수도공학 정수 처리 염소 소독 원리와 계산 문제 풀이
• 염소 소독 원리 및 영향 인자: $HOCl$ 중심의 살균 메커니즘과 pH·온도·접촉 시간에 따른 살균 효율 최적화 조건 분석 • 트리할로메탄(THM) 발생 및 제어: 유기물 반응에 의한 발암물질 생성 기전과 오존·활성탄 등을 활용한 소독 부산물 저감 대책 • 파괴점 염소 소독 및 주입량 계산: 파괴점 곡선 해석을 통한 잔류 염소 기준 준수와 염소 요구량·주입량 산출 실무 공식 적용 |
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[19강] 정수 (7)
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상하수도공학 특수정수 및 고도정수처리 기술 요약
• 특수정수 및 경도 관리: 폭기·산화제를 이용한 철·망간 제거 및 소석회·소다회를 활용한 일시·영구경도 연수화 공정 • 흡착 및 취미 제거: 분말(PAC)·입상(GAC) 활성탄의 물리적 흡착을 통한 맛·냄새 유발 물질 및 미량 유기물 정화 • 고도정수 및 막여과: 오존($O_{3}$)·생물활성탄(BAC)의 강력한 산화·분해와 막분리(MF/UF/NF/RO)를 통한 소독 부산물 및 오염원 정밀 제거 |
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[20강] 정수 (8)
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정수장 배출 슬러지 처리 계통 및 고도정수처리 특징
• 배출 슬러지 처리 계통: 조정·농축·탈수·처분 공정을 통한 상수 슬러지 부피 최소화 및 폐기 비용 절감 프로세스 정리 • 살균 및 고도처리 공법: 염소(잔류성)·오존(산화력)·활성탄(흡착)·암모니아 스트리핑을 활용한 소독 부산물 억제 및 오염 물질 제거 기술 • 배출수 시설 설계 인자: 농축조 고형물 부하($10 \sim 20 kg/m^{2} \cdot day$)와 체류 시간($24 \sim 48$시간) 등 정수장 운영을 위한 표준 설계 기준 분석 |
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| 7장. 배수 | ||
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[21강] 배수 (1)
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상하수도공학 배수시설 및 배수관망의 이해와 설계
• 배수방식 및 설계기준: 자연유하·펌프가압 방식별 공급 특성과 계획시간 최대급수량 중심의 설계 원칙 정의 • 배수지 기능 및 용량: 시간별 수요 변동 조절을 위한 12시간분 저류 확보와 적정 동수압($1.5 \sim 7.1kg/cm^{2}$) 유지 기준 요약 • 배수관망 및 매설: 수질 안정성을 위한 격자식 구조 채택과 관경별 최소 매설 깊이(1.0~1.5m) 및 하중 고려 사항 정리 |
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[22강] 배수 (2)
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상하수도공학 상수도 배수 시스템 및 관망 설계
• 배수 설계 및 공급 방식: 계획 시간 최대 급수량 기준의 관로 설계와 자연 유하·펌프 가압·병용 방식별 수송 체계 구축 • 배수지 및 관망 수리 해석: 12시간 표준 유효 용량 산정 및 Hardy-Cross법 기반의 격자식·수지상식 관망 수리 계산 수행 • 배수 설비 및 수압 관리: 적정 동수압(1.5~7.0 kg/cm²) 유지와 제수·공기·이토·체크 밸브 등 부속 설비별 배치 및 기능 정의 |
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| 8장. 급수 시설 | ||
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[23강] 급수 시설
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상하수도공학 급수 시설의 계획 및 급수 방식과 교차 연결
• 급수 방식 및 시설 관리: 배수관(공공)·급수관(개인) 관리 주체 구분과 수압 조건에 따른 직결 및 저수조 방식 선정 체계 • 급수 장치 설계 및 매설 기준: 내구성 확보를 위한 최소 동수압 1.5kgf/cm² 유지 및 동결 방지를 위한 60cm 이상의 매설 심도 준수 • 교차 연결(Cross Connection) 방지: 음용수 오염 방지를 위한 타 계통과의 물리적 분리·공기 밸브 설치·사이펀 역류 방지 구조 적용 |
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| 9장. 중수도 | ||
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[24강] 중수도
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중수도 정의 용도 및 순환 방식별 특징
• 중수도 정의 및 용도: 오수 재처리를 통한 생활·공업용수 확보 및 수세식 화장실·냉각수·조경수 등 비음용 용도 활용 • 순환 체계 및 유형: 개방형 및 폐쇄형(개별·지구·광역) 순환 방식 분류와 규모별 운영 주체 및 수자원 선순환 구조 • 처리 공정 및 보급 요인: 물리·생물·고도처리 단계별 오염물질 제거 절차와 수도 요금·유지관리비 등 경제적 기술적 한계 |
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| 부록 | ||
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[25강] 정오표
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교재만 있습니다.
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이범섭 교수님
상하수도공학Ⅰ(상수도)
