1. 정수처리 표준 흐름
취수 → 전처리 (스크린·전염소·전오존) → 응집 (coagulation) → 플록형성 (flocculation) →
침전 (sedimentation) → 여과 (filtration) → 소독 (disinfection) → 청수지 → 배수.
2. 응집 G-value (Velocity Gradient)
$$ G = \sqrt{\frac{P}{\mu V}} \quad [\text{s}^{-1}] $$
— P 동력 (W), μ 점성계수 (Pa·s), V 반응조 부피 (m³).
급속혼화 G ≈ 600~1,000 s⁻¹ (10~30 s),
플록형성 G ≈ 20~70 s⁻¹ (15~30 분).
Gt 적정값 10⁴~10⁵.
3. 침전 — Stokes 식 & 표면부하율
Stokes (구형 입자):
$$ V_s = \frac{g (\rho_s - \rho) d^2}{18 \mu} $$
표면부하율 (Overflow rate):
$$ v_o = \frac{Q}{A_s} \quad [\text{m/s 또는 gpd/ft²}] $$
— 입자 침강속도 Vs ≥ vo 이면 100 % 제거.
일반 1차 침전 vo = 600~1,200 gpd/ft² (≈ 24~50 m³/m²/d).
4. 여과 — 여과율 & 역세
$$ q = \frac{Q}{A_f} \quad [\text{gpm/ft}^2 \text{ 또는 m/h}] $$
— 급속모래여과 q = 2~5 gpm/ft² (5~12 m/h).
이중매체 (anthracite + sand) 더 높은 여과율 가능.
역세속도 ≈ 15~20 gpm/ft² (모래 부유 50% 팽창).
5. 소독 — CT 개념 (USEPA SWTR)
$$ CT = C \times t_{10} $$
— C: 잔류 소독제 농도 (mg/L), t10: 90 % 잔류 시간 (분).
Cl₂ 1-log Giardia 불활성화 (5 °C, pH 7) ≈ 35 mg·min/L.
Cryptosporidium 은 Cl₂ 효과 없음 → UV 또는 O₃ 필요.
6. 분배계 — Hazen-Williams & 동수경사
분배망에서 마찰손실은 H-W 가 표준. 동수경사 (HGL) = 압력수두 + 표고. 사용자 최저 압력 기준 35~80 psi (240~550 kPa).
7. 수요 패턴 & 저수지 용량
설계 유량 기준
- 평균일 (ADD): 인구 × 1인당 사용량 (250~400 L/인/d)
- 최대일 = 1.5~1.8 ADD (정수장·송수)
- 최대시 = 2.5~3.0 ADD (배수관)
- 화재 + 최대일 = 배수지 용량 산정
8. 경도·알칼리도 (단위)
모두 $\text{mg/L as CaCO}_3$ 기준 환산.
$$ \text{mg/L as CaCO}_3 = \text{mg/L 이온} \times \frac{50}{\text{이온 EW}} $$
Ca²⁺ EW = 20, Mg²⁺ EW = 12.2.
⚠️ 핵심 함정 — CT 의 t 는 평균 체류시간이 아닌 t10 (90 % 잔류, 단락류 보정).
플러그흐름 t10/T ≈ 0.7, 완전혼합 t10/T ≈ 0.1.
① 응집 G-value
$$ G = \sqrt{P/(\mu V)} $$
② Stokes 침강속도
$$ V_s = g(\rho_s-\rho)d^2/(18\mu) $$
③ 표면부하율
$$ v_o = Q/A_s $$
④ 여과율
$$ q = Q/A_f $$
⑤ CT (소독)
$$ CT = C \cdot t_{10} $$
⑥ 경도 환산
$$ [\text{mg/L as CaCO}_3] = [\text{이온 mg/L}] \cdot \tfrac{50}{\text{EW}} $$
예제 3 · 응집 G-value
Coagulation
급속혼화조 부피 V = 5 m³, 동력 P = 1,200 W, 물 점성 μ = 1.0 × 10⁻³ Pa·s. G 값은 약 s⁻¹?
- A. 약 245
- B. 약 489
- C. 약 692
- D. 약 980
✅ 단계별 풀이
Step 1. G 공식
$$ G = \sqrt{\frac{P}{\mu V}} = \sqrt{\frac{1200}{1.0\times 10^{-3} \times 5}} $$
$$ = \sqrt{\frac{1200}{0.005}} = \sqrt{240000} \approx 489.9~\text{s}^{-1} $$
급속혼화 G ≈ 600~1,000 권장 → 490 은 약간 낮은 편 (충분하긴 하나 동력 ↑ 검토).
최종 답
$$\boxed{G \approx 490~\text{s}^{-1}}$$
✔ 정답: B. 약 489
Q1. 표준 정수처리 흐름에서 응집 직후 단위공정은?
- A. 침전
- B. 플록형성
- C. 여과
- D. 소독
Q2. CT 의 t 는 어떤 시간을 의미하나?
- A. 평균 체류시간 T
- B. 최대 체류시간
- C. t10 (90 % 잔류 시간)
- D. 가속시간
Q3. Cryptosporidium 에 효과 없는 소독제는?
- A. 자유 염소 (Cl₂)
- B. UV
- C. 오존
- D. 모두 효과적
Q4. 일반 급속모래여과 여과율 범위 (gpm/ft²) 는?
- A. 0.05~0.15
- B. 0.5~1.0
- C. 10~20
- D. 2~5
Q5. Q = 8,640 m³/d, As = 360 m² 침전지의 vo 는?
- A. 0.5 m/h
- B. 1.0 m/h
- C. 2.0 m/h
- D. 4.0 m/h
Q6. 최대시 수요는 일평균 (ADD) 의 약 몇 배인가?
- A. 1.0배
- B. 1.5~1.8배
- C. 2.5~3.0배
- D. 5배 이상
Q7. 플러그흐름 반응조에서 t10/T 비는 약?
- A. 0.1
- B. 0.7
- C. 1.0
- D. 0.3
Q8. Ca²⁺ 40 mg/L 의 경도 (mg/L as CaCO₃) 는?
- A. 100
- B. 50
- C. 200
- D. 80