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상하수도공학Ⅱ(하수도)
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 7개 챕터, 36강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 1장. 하수도 개설 | ||
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[1강] 하수도 개설 (1)
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0:
41:
06
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하수도 개설 목적 효과 및 분류식 합류식 체계 비교
• 하수도 시스템 체계: 하수관거·처리시설·펌프장 구성 및 오수·우수·폐수 이송·정화 공정의 구조적 정의 • 합류식 및 분류식 하수관거: 오수·우수 혼합 및 분리 배제 방식에 따른 악취 제어와 처리 효율 비교 분석 • 하수도 정비의 다각적 효과: 수인성 전염병 예방·도시 침수 방지·수질 보전을 통한 공공보건 및 환경 보호 기능 |
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[2강] 하수도 개설 (2)
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1:
02:
48
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하수도 배제 방식 및 구성 체계 요약
• 하수도 배제 방식: 합류식(구시가지)과 분류식(신시가지)의 장단점 비교 및 오수·우수 분리 배제 원리 정리 • 지형별 배수 계통: 직각식·차집식·방사식 등 지형 특성에 따른 하수 배제 시스템 분류와 적용 방식 요약 • 하수관거 배치 원칙: 자연유하 기반의 간선·지선 설계 기준과 상수도·우수관·오수관의 수직적 매설 순서 규정 |
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[3강] 하수도 개설 (3)
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0:
26:
38
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하수도 계획 수립 기본 사항 및 목표년도 설정
• 하수도 기본계획 체계: 상위 도시계획 연계 기반 20년 단위 장기 목표 설정 및 5년 주기 정비계획 수립 • 계획목표년도 설정 근거: 시설의 긴 내용년수와 관거의 사후 단면 확대 곤란성을 고려한 20년 선행 계획 • 하수 배제 방식 및 처리 기준: 신도시 분류식 관거 적용 원칙과 법적 오염 부하량 기반 고도 처리 공법 선정 |
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[4강] 하수도 개설 (4)
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0:
47:
25
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상하수도공학 하수도 개설 및 계획 예제 풀이
• 하수도 기본 계획: 20년 단위 목표 연도 설정 및 5년 주기 타당성 검토를 통한 광역적 시가화 계획 구역 수립 • 하수 배제 및 처리 체계: 합류식·분류식 관거 시스템의 기능적 분류와 물리·생물·화학적 처리 시설의 계통적 구성 • 계획 하수량 산정 기준: 1일 최대 오수량 기반 처리 시설 용량 결정 및 지하수 유입량(10~20%) 반영 설계 인자 최적화 |
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| 2장. 하수량 | ||
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[5강] 하수량 (1)
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1:
00:
17
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하수량 산정 기준 및 계획 오수량 결정 방법
• 하수량 구성 체계 및 지하수 유입 기준: 오수·우수·지하수량의 구성 분석과 1일 최대 오수량 대비 10~20% 수준의 지하수 유입률 및 영향 인자 정의 • 계획 오수량 지표 및 도시별 변동 부하율: 처리장 규모 결정을 위한 1일 최대량과 관경 설계를 위한 시간 최대량 구분 및 지역별 차등 부하율 적용 • 합류식 관거 설계 및 수리 계산 원리: 우천시 시간 최대 오수의 3배 이상 적용 기준과 매닝(Manning) 공식을 활용한 관경·유속 산출 절차 요약 |
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[6강] 하수량 (2)
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0:
58:
59
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상하수도공학 우수량 산정 합리식 및 유달시간
• 합리식($Q = 1/360 CIA$): 유출계수·강우강도·배수면적 인자를 활용한 최대 계획 우수 유출량 산정 및 관거 규격 결정 체계 • 강우강도 및 설계 빈도: Talbot·Sherman 등 지역별 공식 적용과 시설별 확률년수(10~50년) 기준에 따른 수해 방지 안전성 확보 구조 • 유출계수와 유달시간: 토지 이용별 유출 특성($C$)과 우수 도달 시간($T=T_1+T_2$) 분석을 통한 도시화 영향 평가 및 첨두 유량 제어 원리 |
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[7강] 하수량 (3)
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1:
04:
19
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하수량 산정 및 하수 배제 방식 예제 풀이
• 계획 오수량 및 지하수량 산정: 1인 1일 최대 오수량 기반 산정식과 도시 규모별 평균·최대 비율(70~80%) 및 지하수량 표준(10~20%) 적용 원리 정리 • 유달시간 및 합리식 우수량 산출: 유입·유하시간의 합산 체계와 합리식(Q=CIA/360)을 활용한 첨두유량 및 면적(ha) 단위 기반의 우수 유출량 산정 절차 • 하수 배제 방식 비교: 오수·우수를 분리하는 분류식의 수질 보전 효율성과 단일 관거를 사용하는 합류식의 경제성 및 우천 시 배제 특성 분석 |
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| 3장. 하수관로 | ||
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[8강] 하수관로 (1)
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1:
04:
51
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하수관로 유량 산정 및 관정부식 방지 대책
• 하수관로 유량 산정 체계: 합리식과 Manning 공식을 활용한 우수유출량 산출 및 설계 적합성 검토 과정 • 관정부식 메커니즘 및 대책: 황화수소의 산화에 따른 황산 부식 원인 규명 및 내부식성 재질 피복과 유속 관리 방안 • 수리 설계 기준: 관내 침전 방지 및 유지관리를 위한 오수·우수관거의 제한 유속 범위와 적정 구배 설정 원칙 |
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[9강] 하수관로 (2)
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08:
11
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하수관로 합리식 계산 및 설계 유속 기준
• 합리식 및 유출량 산정: 합리식($Q=1/360 CIA$) 기반 우수 유출량 산출과 면적(ha)·도달시간·강우강도 변수의 단위 환산 및 산출 원리 정리 • 하수관로 설계 기준: 관종별 표준 유속(0.6~3.0 m/s) 범위 준수 및 하류 방향 관경 확대·경사 완화·유속 증가 설계 원칙 적용 • 관거 유지관리 및 보호: 퇴적·부패·마모 방지를 위한 유속 제한 사유와 동결 방지를 위한 최소 흙덮기 및 맨홀 설치 기준 명시 |
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[10강] 하수관로 (3)
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1:
06:
20
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하수관로의 종류 단면 및 접합 방법 요약
• 관거 단면 및 재질 특성: 원형·직사각형 단면의 수리학적 효율성과 흄관·주철관·플라스틱관의 내식성·강도 기반 용도 분류 • 관거 접합 체계: 관정(표준)·관저·수면 접합의 메커니즘과 지형 조건 및 시공 경제성을 고려한 연결 방식 정의 • 설계 및 합류 기준: 교각 60도 이하 및 곡률 반경 내경 5배 확보, 급경사 유속 제어를 위한 단차 접합 기술 지침 요약 |
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[11강] 하수관로 (4)
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1:
01:
51
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하수관로 최소 기준 단면형 접합 방식 및 관정 부식
• 하수관거 설계 및 단면 기준: 최소 관경(우수 250mm·오수 150mm) 및 매설 깊이와 수리학적 효율 중심의 단면 선정 원리 • 관거 접합 및 배제 방식: 지형 조건에 따른 관정·관저·수면·단차 접합의 특성과 중심 교각 및 합리식 적용 기준 • 관정 부식 원인 및 방지: 황화수소($H_{2}S$) 발생 기전과 유속 관리·표면 처리·내부식성 재질을 통한 내구성 확보 방안 |
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[12강] 하수관로 (5)
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0:
59:
49
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하수관로 기초 및 부대설비: 역사이펀과 맨홀의 특징
• 관거 기초 및 외압 설계: 강성·연성관별 맞춤형 기초 공법과 마스턴(Marston) 공식 기반의 정밀 토압 산정 및 구조적 안정성 확보 • 역사이펀 및 유수지: 지형 극복을 위한 하부 횡단 시설의 유속 증속(20~30%) 설계와 강우 시 유량 조절 및 오염 부하 저감을 위한 저류 기능 최적화 • 맨홀 및 부대시설: 관거 변곡점별 배치 기준 준수와 유지관리 효율성 제고를 위한 인버트 설치 및 용도별(오수·우수) 받이 시설의 구조적 차별화 |
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[13강] 하수관로 (6)
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1:
02:
25
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하수관로 설계 및 부속 설비 예제 풀이
• 하수관로 설계 및 시공: Marston 공식 기반 외압 하중 산정 및 지반 조건별 개착·실드·추진 공법의 특성 분석 • 하수관 부속 설비 기준: 역사이펀의 유속 및 매설 깊이 원칙과 맨홀의 관경별 설치 간격 및 황화수소($H_2S$) 관정부식 방지 체계 정리 • 유량 제어 및 수질 관리: 인버트 설치를 통한 오수 유하 효율화와 우수 조정지·저류지의 첨두유량 저감 및 오염 부하 제어 기능 요약 |
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| 4장. 펌프장 | ||
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[14강] 펌프장 (1)
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0:
59:
17
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상하수도공학 펌프장 계획 및 펌프 종류별 특성 요약
• 상하수도 펌프장 설계 기준: 시설별 계획 유량(취수·도수·송수·배수) 산정 및 유지관리 효율을 고려한 펌프 대수 결정 원칙 • 펌프 형식별 공학적 특성: 비속도($N_s$) 기반 원심력·축류·사류 펌프의 양정별 분류 및 공동현상(Cavitation) 방지 조건 • 스크류 펌프 구조 및 운영: 협잡물 이송용 저속 회전 개방형 구조의 메커니즘과 양정 제한(8m) 등 물리적 특성 요약 |
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[15강] 펌프장 (2)
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0:
54:
44
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상하수도공학 펌프장 설계 및 종류별 특성
• 펌프장 설계 기준: 설치 대수 결정 원칙, 최고 효율점 운전 기준, 습정 용량($V=Q \times T$) 및 계통별 설계 수량 산정 방식 정리 • 펌프 종류 및 작동 원리: 원심력(고양정), 축류(저양정·고유량), 사류(저양정·변동 수위), 스크루(슬러지 이송) 등 형식별 구조와 핵심 기능 분류 • 펌프 운전 및 유지관리: 취수·송수·배수 계통별 기준 수량 설정, 양수 불능 원인 분석 및 캐비테이션 방지를 위한 수직형 펌프 특성 요약 |
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[16강] 펌프장 (3)
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1:
03:
46
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상하수도공학 펌프 특성 운전 및 용량 설계 요약
• 비교 회전도 및 운전 방식: $N_S$ 지표 기반 펌프 형식 선정과 시스템 수두 곡선을 활용한 직·병렬 운전 효율화 • 공동현상 및 수격작용: NPSH 관리와 조압수조·에어챔버 등 설비 배치를 통한 압력 변화 방지 및 안정성 확보 • 펌프 제원 및 동력 설계: 구경·전양정·축동력 산정 공식을 적용한 정량적 용량 결정 및 원동기 출력 최적화 |
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[17강] 펌프장 (4)
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0:
37:
45
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상하수도공학 펌프 관경 및 동력 산정 핵심 요약
• 펌프 관경 및 표준 유속: 관경 결정 공식($D=146\sqrt{Q/V}$) 및 흡입구 유속 범위(1.5~3.0 m/sec) 설계 기준 • 시스템 안정화 및 유량 제어: 조압수조·에어밸브를 통한 부압 방지 및 회전수·대수·토출밸브 중심 양수량 조절 • 전양정 및 축동력 산정: 실양정과 마찰손실 수두 합산 및 단위별(HP·kW) 동력 계산 공식 적용 |
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[18강] 펌프장 (5)
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0:
56:
20
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상하수도공학 펌프장 동력 계산 및 공동·수격 현상
• 펌프 동력 및 비속도: 전양정·단위별 축동력 산출 공식과 비교 회전도($N_s$) 기반의 펌프 규격 및 특성 분석 • 공동 현상(Cavitation): 흡입 양정 단축과 회전수 제어를 통한 압력 저하 방지 및 펌프 기동 안정성 확보 • 수격 현상(Water Hammer): 조압 수조와 에어 챔버 등 압력 조절 시설을 활용한 관내 유속 급변 대응 및 시설 보호 |
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| 5장. 하수처리 | ||
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[19강] 하수처리 (1)
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0:
51:
00
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상하수도공학 하수처리 시스템 계통 및 공정 개요
• 하수도 순환 체계: 상·하수도 순환 구조와 합류식·분류식 관거를 통한 오수 및 우수 이송 원리 정리 • 물리적·생물학적 공정: 침사지·침전지의 물리적 제거와 부유식·고정식 미생물 공법을 활용한 유기물 분해 기능 • 고도처리 및 슬러지 계통: 질소·인 제거를 통한 부영양화 방지 및 농축·소화·탈수를 거치는 슬러지 최종 처분 단계 |
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[20강] 하수처리 (2)
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0:
57:
39
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하수처리 공정 단계별 특징 및 수질 기준
• 물리·생물학적 기초 공정: 스크린·침사지·유량조정조를 통한 물리적 제거와 활성슬러지법 기반의 유기물 분해 원리 체계화 • 고도처리 및 슬러지 관리: 질소·인 제거를 위한 3차 처리 절차와 농축·소화·탈수 중심의 슬러지 감량 및 안정화 공정 구조 • 방류수 기준 및 설계 하수량: 지역별 수질 규제 지표와 계획 1일 최대·1시간 최대 오수량 산정 기준 및 생태독성 관리 체계 |
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[21강] 하수처리 (3)
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0:
48:
57
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하수처리시설 예비처리 및 1·2차 처리시설 핵심 계통
• 예비처리 및 침사 시설: 스크린·침사지·유량조정조를 통한 협잡물 및 토사 제거와 유입 하수 성상 균등화 • 최초침전지: 물리적 침전 방식을 활용한 부유물질(SS) 및 BOD 1차 제거와 설계 부하율 최적화 • 폭기조 및 최종침전지: 미생물 반응 기반 유기물 생물학적 분해 및 슬러지 고액 분리를 통한 방류 수질 확보 |
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[22강] 하수처리 (4)
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1:
09:
02
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생물학적 하수처리 활성 슬러지법 원리 및 운영 문제점
• 활성 슬러지법 및 미생물 성장 조건: 호기성 미생물 플록 형성을 통한 유기물 분해와 내성 성장 단계 기반 침전 효율 최적화 • 슬러지 팽화(Bulking) 원인 및 제어: 사상형 미생물 과잉 증식과 F/M비 불균형 해결을 위한 폭기 관리 및 응집제 투여 • 슬러지 부상(Rising) 기전 및 관리: 침전지 내 탈질 현상에 따른 질소가스 발생 억제와 슬러지 체류 시간(SRT) 단축 및 신속 반송 |
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[23강] 하수처리 (5)
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0:
52:
32
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하수처리 활성 슬러지법 주요 관계식 및 운전 지표
• F/M 비 및 BOD 용적부하 : 유입 유기물과 미생물 농도의 상관관계를 통한 슬러지 팽화 방지 및 적정 운전 상태 진단 지표 • SRT(고형물 체류시간) 및 HRT(수리학적 체류시간) : 미생물 시스템 내 체류 시간 제어를 통한 슬러지 생산량 조절 및 처리 효율 안정화 기제 • SVI(슬러지 침강 지표) 및 MLSS : 슬러지 침강성 판별과 미생물 농도 유지를 통한 최종 침전지 관리 및 공정 안정성 확보 원리 |
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[24강] 하수처리 (6)
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1:
01:
33
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하수처리 활성 슬러지 변법 및 살수 여상법 핵심 정리
• 활성 슬러지 변법: 계단식·장기간·접촉 안정법 등 유입 방식 및 폭기 시간 조절을 통한 부하 대응력 강화와 잉여 슬러지 저감 • 살수 여상법: 생물막 부착 성장 원리를 활용한 호기성 처리 공법으로 여재 조건 및 부하량 설계를 통한 안정적 수질 정화 • 공법별 설계 인자 및 운영 특성: SRT·F/M비 등 핵심 지표 최적화와 벌킹(Bulking) 현상 억제 및 부유·부착식 공법의 장단점 비교 분석 |
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[25강] 하수처리 (7)
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1:
08:
35
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하수처리 생물막법 및 기타 호기성 처리 공법 요약
• 살수여상 및 회전원판법: 생물막 접촉을 통한 유기물 분해와 운전 장애(Ponding) 대응 및 활성슬러지 대비 저슬러지 처리 기전 • 산화지법: 박테리아의 이산화탄소와 조류의 산소 발생 광합성을 이용한 공생 메커니즘 및 층별 호기·혐기 자연 정화 원리 • 접촉산화법: 반응조 내 접촉재와 포기 장치를 결합하여 슬러지 반송 없이 부하 변동에 대응하는 소규모 고효율 수처리 방식 |
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[26강] 하수처리 (8)
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1:
00:
05
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상하수도공학 하수처리 공정 및 생물학적 처리 예제 풀이
• 하수처리 공정 체계: 물리적(1차)·생물학적(2차)·고도처리(3차) 단계별 부유물, 유기물(BOD), 영양염류 제거 공정 구조와 계통 확립 • 생물학적 처리 공법: 활성 슬러지법(부유 성장식) 및 살수 여상법·회전 원판법(부착 성장식)의 미생물 대사 원리와 유기물 제거 효율 비교 • 고도처리 및 최적 조건: A2/O 공법 기반의 질소·인 제거 기전과 미생물 성장을 위한 최적 영양비(100:5:1) 및 환경 인자(DO, pH, 온도) 관리 |
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[27강] 하수처리 (9)
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1:
05:
16
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활성 슬러지법 공정 설계 및 SVI 지표 분석
• 활성 슬러지법 표준 운전 조건: HRT(6~8hr)·SRT(3~6일)·MLSS(1,500~3,000mg/L) 등 하수 내 BOD 및 SS 제거 효율 최적화를 위한 설계 인자 기준 정립 • 슬러지 용적 지수(SVI): 포기조 혼합액의 침강 특성 수치화 및 팽화(Bulking) 현상 진단을 통한 최종 침전지 고형물 분리 효율 분석 • 공정 설계 핵심 산출식: 고형물 체류 시간(SRT)과 유기물 부하(F/M 비) 공식 기반의 미생물 관리 및 수처리 공정 용적 산정 체계 구축 |
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[28강] 하수처리 (10)
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1:
02:
41
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하수처리 공법별 특징 및 활성슬러지 변법 분석
• 활성슬러지 변법: 장기 폭기법(내생 호흡·슬러지 최소화) 및 계단식 폭기법(산소 이용 균등화·F/M비 유지)의 처리 원리 분석 • 생물막 공법: 살수여상법(호기성 미생물막·부하 변동 대응) 및 회전원판법(RBC, 저전력·자연 환기·질화 반응)의 특징 요약 • 하수처리 계통 및 설비 기준: 공정 단계(침전·폭기·소독)의 배치 순서와 스크린(조목·세목)의 청소 방식별 설치 각도 규정 |
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[29강] 하수처리 (11)
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1:
03:
14
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하수처리 시설 설계 기준 및 활성슬러지법 부하 계산
• 침사지 및 스크린 설계 규격 : 유속($0.3 \sim 0.6 m/sec$)과 체류 시간($30 \sim 60$초) 기준을 통한 무기물 및 부유물질 제거 공정 최적화 • 활성슬러지 공법 설계 인자 : HRT($6 \sim 8$시간), SRT($3 \sim 6$일), MLSS, F/M비 등 생물학적 처리 효율 결정을 위한 표준 매개변수 정의 • BOD 용적 부하 및 폭기조 산정 : 유량·농도·반송률 기반의 반응조 용적 산출 공식 및 유기물 부하량 계산 체계화 |
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[30강] 하수처리 (12)
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1:
03:
45
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하수처리시설 설계 인자 및 수처리 부하량 계산
• BOD 부하 산정 및 F/M비: 유입 농도와 미생물량(MLSS) 기반의 용적·슬러지 부하량 계산 및 공정 효율 관리 • 포기조 설계 및 수력학적 체류 시간(HRT): 설계 유량 대비 필요 용적 산출과 적정 HRT($6 \sim 8h$) 유지를 통한 처리 최적화 • 침전지 설계 제원: 최초 및 최종 침전지의 표면부하율·유효수심·침전시간 등 표준 수치 분석과 침전 면적 산정 |
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[31강] 하수처리 (13)
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0:
49:
54
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하수처리 침전지 설계 및 표면부하율 계산
• 침전지 설계 지표 및 표면 부하율: 유량·면적·수심·체류 시간의 상관관계($V=AH=QT$)와 표면 부하율($v_0=Q/A$)을 활용한 침전 효율 산정 및 규모 결정 • 반송 슬러지 고려 설계: 활성 슬러지 반송률($r$)을 반영한 총 유입 유량($Q_{total}$) 산출 및 최종 침전지의 유효 용적과 체류 시간 보정 • 공정별 설계 기준 및 월류 부하: 1·2차 침전지별 표면 부하율 표준 수치 적용 및 위어 길이를 이용한 월류 부하 산정 구조 정립 |
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| 6장. 슬러지 처리 | ||
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[32강] 슬러지 처리 (1)
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0:
56:
18
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상하수도공학 슬러지 처리 정의 및 농축 공정 특징
• 슬러지 처리 3대 목표 및 계통: 감량화·안정화·안전화 달성을 위한 농축·소화·개량·탈수·처분 공정의 구조적 이해 • 함수율 기반 부피 산정 원리: 고형물량 불변 원칙을 활용한 함수율 변화에 따른 슬러지 부피 감소율 수식화 및 계산 • 슬러지 농축 공법별 기술 특성: 중력식(1차 슬러지), 부상식 및 원심력식(잉여 슬러지)의 농축 원리와 고형물 부하 기준 비교 |
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[33강] 슬러지 처리 (2)
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0:
50:
12
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상하수도공학 슬러지 소화 개량 탈수 및 최종처분
• 슬러지 소화 및 안정화: 혐기성·호기성 미생물을 이용한 유기물 분해와 메탄가스 에너지 회수 및 부피 감소 원리 • 슬러지 개량 및 탈수 공정: 약품·열처리 전처리를 통한 탈수 성능 향상 및 방식별 함수율 최적화 기술 • 최종처분 및 자원화 전략: 환경 규제에 따른 매립·해양투기 금지와 소각·퇴비화 중심의 폐기물 에너지화 체계 |
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[34강] 슬러지 처리 (3)
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0:
53:
11
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상하수도공학 슬러지 처리 공정 계통 및 계산
• 슬러지 처리 공정 및 목적: 농축·소화·계량·탈수 계통을 통한 유기물 안정화, 위생적 안전화 및 함수율 저감을 통한 부피 감량화 구현 • 슬러지 체적 및 함수율 관계식: 고형물량 보존 법칙($V_1(100-W_1) = V_2(100-W_2)$)을 활용한 공정 전후의 슬러지 부피 변화 및 BOD 제거량 기반 발생량 산출 • 공정별 기술 및 탈수 성능: 중력·부상·원심 농축과 호기·혐기성 소화 방식의 특징 및 가압·진공·원심 탈수 기법별 함수율 도달 성능 비교 분석 |
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[35강] 슬러지 처리 (4)
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0:
48:
08
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상하수도공학 슬러지 처리 및 농축 소화 공정 요약
• 슬러지 농축 및 소화: 중력·부상·원심력 방식의 부피 감량과 혐기성 분해를 통한 메탄 생성 및 유기물 안정화 과정 요약 • 공정별 부피 감소율: 함수율 제어를 통한 농축(1/3)·소화(1/6)·탈수(1/25) 단계별 체적 최소화 및 가압 탈수 장치별 효율 분석 • 탈수 및 최종 처분: 전처리와 기계적 탈수를 통한 케이크 형성 및 환경 규제에 따른 비료화·연료화 중심의 자원순환 체계 구축 |
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| 7장. 고도처리 | ||
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[36강] 고도처리
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상하수도공학 고도처리 개념 및 질소 인 제거 기술 요약
• 고도처리(3차 처리): 기존 활성슬러지법의 한계인 질소·인(N, P) 제거 효율 극대화 및 수계 부영양화 방지를 위한 기술적 정의 • 시설 도입 및 개량 전략: 기존 시설 활용 방식인 운전개선(Retrofitting)과 공법 자체를 변경하는 시설개량(Renovation)의 판단 기준 및 공정 선정 • 오염물질별 제거 기전: 질산화·탈질산화 기반의 생물학적 질소 처리와 N/P 비 분석 및 화학적 방식을 활용한 인 제거 기술 체계 구축 |
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이범섭 교수님
상하수도공학Ⅱ(하수도)
