정수처리공정(Purification of Water Process) 개선 사례 역세척배출수 침전지 도입을 통한… 정수처리공정(Purification of Water Process) 개선 사례 2005. 11. 09 조재창, 김진수 백용태, 김재영 한 국 수 자 원 공 사

목 차 Ⅰ. 서 론 Ⅱ. 본 론 Ⅲ. 결 론 검토 배경 기존 정수처리공정의 문제점 설계기준 고찰 배출수처리공정 설계 목 차 Ⅰ. 서 론 검토 배경 기존 정수처리공정의 문제점 Ⅱ. 본 론 설계기준 고찰 배출수처리공정 설계 주요 설계인자 결정 역세척 배출수 침전지 용량 결정 역세척 배출수 침전지 설계 적용 Ⅲ. 결 론 기대 효과 향후 과제

Ⅰ. 서 론 ◇ 금회 최초로 역세척배출수 침전지를 도입 - 역세척 과정에서 발생하는 배출수 수질 개선 Ⅰ. 서 론 검토배경 ◇ 기존 정수처리공정에서 발생되는 배출수 - 회수되어 원수로 재사용 - 배출수처리시설에서 농축, 처리되어 하천에 방류 ◇ 내염소성 미생물 등으로 인해 수질에 악영향 ◇ 한정적인 수자원의 낭비 및 처리비용, 원수 요금 상승 ◇ 금회 최초로 역세척배출수 침전지를 도입 - 역세척 과정에서 발생하는 배출수 수질 개선 - 전량 회수로 한정적 수자원 효율적인 활용

Ⅰ. 서 론 정수처리공정 문 제 점 기존 정수처리공정의 문제점 (방류) ◇ 원수 수질 악화 Ⅰ. 서 론 기존 정수처리공정의 문제점 ▣ 원수처리 : 원수 → 혼화 → 응집 → 침전 → 여과 → 정수 ▣ 배출수처리 : (회수) → 조정 → 농축 → 탈수 → 처분 (방류) 정수처리공정 ◇ 원수 수질 악화 ◇ 미생물, 총유기탄소, 소독부산물, 금속, 이취미유발물질 증가 ◇ 한정적 수자원 낭비 및 원수 요금 증가 ◇ 역세척배출수(3%) 방류, 조정조 용량과대, 약품 사용량 증가 ◇ 대국민 수돗물 불신 가중 ◇ 역세척 배출수를 별도 재처리없이 회수, 사용하여 수돗물 불신 가중 문 제 점

Ⅰ. 서 론 기존 정수처리공정의 문제점 기존 정수처리공정도

Ⅱ. 본 론 설계기준 고찰 관련 규정 ◇ 수질환경보전법 및 시행규칙(환경부) ◇ 먹는물 수질관리 강화(환경부, 1998) Ⅱ. 본 론 설계기준 고찰 관련 규정 ◇ 수질환경보전법 및 시행규칙(환경부) -1,000㎥/일 이상 수도사업시설은 폐수배출시설로써 배출수처리시설 설치 필요 -배출수는 정수공정중 오염되지 않는 물이나 배출되지 않는 물과 섞어서 처리 하면 안되며, 배출수처리시설에서 처리된후 방류시설을 통해 최종 방류 ◇ 먹는물 수질관리 강화(환경부, 1998) -침전지 슬러지 농축후 월류수(상징수) 상수 원수로 재이용 금지 ◇ 침전슬러지,여과지역세척수 농축상징액 재이용 기준(수자원공사, 2003) -침전슬러지 조정 및 농축 상징수는 재이용 금지 -역세척배출수는 원수 수질보다 양호한 경우만 재이용 ◇ 역세척수 재사용에 관한 법률(FBRR, 미국) -배출수처리시설에서 정수공정으로 회수되는 물은 여과공정 이전으로 회수 ◇ 지표수처리규칙(SWTR, 미국) -역세척배출수는 반송전 플록형성, 침전 및 소독처리 등의 고도처리 시행 필요 -회수지점은 여과지 유입지점이 아니라 착수정으로 반송

Ⅱ. 본 론 설계기준 고찰 시설 기준 ◇ 상수도시설기준(환경부, 2004) Ⅱ. 본 론 설계기준 고찰 시설 기준 ◇ 상수도시설기준(환경부, 2004) -여과지 역세척배출수 침전처리시 플록형성, 침전시설, 소독시설 구비 상징수는 재이용하거나 하천 방류 · 전처리공정으로 세척배출수 저류조(배출수지) 설치 · 역세척배출수 침전시설 착수정보다 높은 위치 설치(자연유하 회수) ◇ 원수특성 고려 상수도배출수처리시설 최적설계 연구 (수자원공사, 2002) -안정적인 역세척의 회수를 위하여 역세척수 회수용 저류조와 역세척수 회수용 중력 침전지로 구성된 역세척수 회수시스템 제안 · 주기적 배출되는 역세척수 저류조에 저장후 침전지로 상시 이송, 고액분리 · 침전지의 유출수는 혼화지 이전으로 회수, 슬러지는 배제후 조정조 이송 ◇ 정수시설의 종합설계와 유지관리(S.KAWAMURA, 2003) -정화처리된 세척배출수는 원수요금 경감을 위해 방류하기보다는 재순환 -세척배출수 처리시설 정수장보다 높은 곳에 설치(자연유하 회수) -세척배출수 침전처리시 플록형성, 침전공정, 소독설비 필요

Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 배출수처리시설 설계순서 정수장 설계유량 설계탁도 결정 응집제 환산계수 결정 처리공정 세부설계 Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 배출수처리시설 설계순서 정수장 설계유량 설계탁도 결정 응집제 환산계수 결정 처리공정 세부설계 SS/NTU비 결정 배출수 발생량 산정 물질수지 확정 배출수 처리공정 선택 탈수기 조정조 농축조 역세척수 회수시스템 설계완료 설계시작

Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 배출수 처리공정

Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 주요 설계인자 역세척배출수 SS/NTU 비 슬러지발생량 설계탁도 Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 주요 설계인자 역세척배출수 ·탁도 : 150 – 250 NTU ·BOD : 2 – 10 mg/L ·COD : 30 – 150 mg/L ·pH : 6.7 – 7.5 ·TDS : 0.01 – 0.05% ·발생량: 설계유량의 2 - 3% SS/NTU 비 ·슬러지량《 SS농도《 탁도 ·국내 SS/NTU 비 : 1.2 – 1.6 (한강1.4,낙동강1.6,대청1.25) 슬러지발생량 ·산정방식 -계산(응집제와 알칼리도 반응식) -실측(쟈테스트후 SS 측정) -추정(탈수케이크 발생량 역추정) ·슬러지 발생량의 주요 영향인자 -SS(부유물질)/NTU(탁도) -응집제의 종류와 투입량 설계탁도 ·상수도시설기준 – 95% 확률탁도 (하천수 – 연평균탁도의 4배) ·한강수계 탁도 현황(‘97 –‘99) -하천수 : 평균 9.0, 95% 25.7 -호소수 : 평균 11.9, 95% 32.8 -95% 초과지속일 비슷(3.5-13.5일)

Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 주요 설계인자 각종 수처리제 물질수지 고형물농도 부하(Loading) Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 주요 설계인자 각종 수처리제 ·슬러지량 《 응집제 종류,투입량 ·응집제 : alum, PACl, 철염계통 ·알칼리제 : 소석회,소다회,NaOH ·응집제 환산계수(k) -SAS(0.248),LAS(0.164) -PACl(0.184), PACS(0.556) 물질수지 ·단위공정별 유입·유출 고형물량 및 유량을 계산해내는 방법 ·고형물량 산정시 주요 가정 -역세척수량 3%, 침전지농도 0.5%) 고형물농도 ·각종 고형물 농도 -침전지 유출 0.5 – 2.0% -여과지 유출 0.01 – 0.04% -농축조 유출 2.0 – 5.0% -탈수 cake 20.0 – 40.0% 부하(Loading) ·월류부하(㎥/㎡·d) -월류웨어의 단위길이당 처리량 ·표면부하율(Wo=Q/A) -침전지에서 100% 제거가능한 가장 작은 입자의 침강속도(Wo=Q/A)

Ⅱ. 본 론 설 치 기 준 배출수처리공정 설계 구 분 상수도시설기준 배출수처리시설 최적설계연구 정수시설의 종합 설계와 유지관리 Ⅱ. 본 론 배출수처리공정 설계 설 치 기 준 구 분 상수도시설기준 배출수처리시설 최적설계연구 정수시설의 종합 설계와 유지관리 표면부하율 (㎥/㎡·일) 48 ∼144 20 ∼80 체류시간(Hr) 0.5∼2.0 1.0정도 소독시설 필 요 - 약품주입시설 (필요시) 응집제 양이온폴리머

Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 침전관 실험 침 전 관 실 험 장 치 Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 ▣ 목적 : 표면부하율 적정성 검증, 적용 가능한 월류부하율 산정 ◇ 규 격 - 유효높이 2.0m, 직경 0.15m, 시료채취구 0.4m간격 ◇ 시험방법 – 침전관내 역세척슬러지 채운후 질소가스 공급 내부 SS농도 균일 10분 간격 시료채취후 SS제거율을 구한 후 등농도곡선 작도 적정 SS제거율에 따른 표면부하율 도출 침전관 실험 침 전 관 실 험 장 치

Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 침전관 실험 결과 침전시간별 고형물 제거효율 등농도 곡선 표면부하율에 따른 SS제거율 Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 침전관 실험 결과 침전시간별 고형물 제거효율 등농도 곡선 표면부하율에 따른 SS제거율 침전시간에 따른 SS제거율

Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 침전관 실험 결과 고찰 Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 ▣ 역세척배출수 SS농도는 268mg/L로 40분 침전후 SS의 90% 이상 제거 ▣ SS제거율 70%를 달성시 표면부하율 80㎥/㎡·일, 체류시간 30분임 ▣ 수심 2m, 침전시간 60분인 경우 SS제거율 96% 이상 침전관 실험 결과 고찰 ▣ 원수탁도 ◇ 적 용 : 평균 12NTU, 설계 36NTU ※한강수계 과거치(평균 11.9, 설계 32.8) ▣ SS/NTU 비 ◇ 적 용 : 1.41 ※상수도시설기준 : 1.2-1.6 ※한강수계 과거 실측 평균치 : 1.4 설계탁도 및 SS/NTU 비 한강수계 호소수 SS/NTU 비

Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 슬러지 발생량 산정 ▣ 산정방법 : 계산식 (응집제와 알칼리도의 반응식 이용) ▣ 설계조건 슬 Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 ▣ 주요인자 : 정수용량,설계탁도,SS/NTU비,응집제환산계수 ▣ 산정방법 : 계산식 (응집제와 알칼리도의 반응식 이용) ▣ 설계조건 ◇ 설계용량(Q) : 367,500㎥/일 ◇ SS/NTU 비(b) : 1.41 ◇ 응집제 환산계수(K) : PACl 0.184, PACS 0.429 ◇ 원수탁도(NTU) : 평균 12NTU, 설계 36NTU 슬러지 발생량 산정 슬 러 지 량 산 정 ▣ 적용공식 ◇ Ws = Q × {b × NTU + K × B + P} × 10-3 ※ P : 양이온폴리머 사용량, B : 응집제 사용량 ▣ 슬러지 산정량 (kg/일(SS), ㎥/일(Q)) ◇ 설계유량-설계탁도시 침전지 21,652.5(SS) 3,608(Q), 역세척배출수침전지 321.0(SS) 53(Q) ◇ 평균유량-평균탁도시 침전지 6,094.9(SS) 2,031(Q), 역세척배출수침전지 252.6(SS) 84(Q)

Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 물질수지도 (설계유량-설계탁도)

Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 역세척배출수 발생량 산정 ▣ 산정방법 : 계산식 ▣ 설계조건 배 출 수 량 산 정 Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 ▣ 주요인자 : 여과표면적, 표면·역세척속도,표면·역세척시간 ▣ 산정방법 : 계산식 ▣ 설계조건 ◇ 여과지 규격 : 폭 5m, 길이 15m, 높이 1.35, 0.8(활성탄여과지) ◇ 역세척시간 : 15분 (공기공급 5분, 물공급 5분+9분) 역세척배출수 발생량 산정 배 출 수 량 산 정 ▣ 적용공식 ◇ Qf = A × {v1 × T1 + v2 × T2} × a ※ a : 역세척 전후 잔류수량의 차, v1,2 : 표면·역세척속도 ▣ 역세척배출수 발생량 (㎥/일) ◇ 여과지(총 20지) - 평균탁도(1지1회/3일) 3,069.3, 설계탁도(1지1회/1일) 9,310.0 ◇ 활성탄여과지 (총20지) - 평균탁도, 설계탁도 동일 543.0(1지1회/1일)

Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 역세척 Time Chart(여과지) 약 5분 5 분 (평시) 9 분 송풍기 1대 PUMP 2대 Ⅱ. 본 론 주요 설계인자 결정 역세척 Time Chart(여과지) 약 5분 5 분 (평시) 9 분 송풍기 1대 PUMP 2대 15 분

Ⅱ. 본 론 역세척배출수 침전지 용량 결정 흐 름 도 용량 계산 설계 검증 ◇ 설계기준 ◇ 설계조건 ◇ 규격 결정 (가정) Ⅱ. 본 론 역세척배출수 침전지 용량 결정 흐 름 도 용량 계산 ◇ 설계기준 - 표면부하율 2∼6m/hr - 체류시간 0.5∼2.0시간 - 소독시설 : 필요 ◇ 설계조건 - 유입량 9,844㎥/일 (물질수지도) ◇ 규격 결정 (가정) - 형식 : 원형 R.C조 - 직경 : 11.0m - 유효수심 : 4.0m - 소독시설 : 염소소독 설계 검증 ◇ 표면부하율 - 유입량/표면적=9844/24/95*2 =2.16m/hr [0.K] (2∼6m/hr) ◇ 체류시간 - 유효용량/유입량=380*2/9844*24 =1.85시간 [0.K] (0.5∼2.0시간) ◇ 용량 결정 (가정) - 표면적 : 95.0㎥ (1지) ※ D*D*3.14/4(11*11*3.14/4) - 유효용량 : 380.0㎥ (1지) ※ 표면적*수심 (95*4)

Ⅱ. 본 론 역세척배출수 침전지 설계 적용 설계 도면

Ⅱ. 본 론 역세척배출수 침전지 설계 적용 배출수처리시설 현황도

Ⅱ. 본 론 역세척배출수 침전지 설계 적용 정수처리공정 현황도

Ⅱ. 본 론 정수장 조감도

Ⅲ. 결 론 기대 효과 ▣ 기존 정수처리공정 발생 배출수 별도 처리없이 회수, 재사용 Ⅲ. 결 론 기대 효과 ▣ 기존 정수처리공정 발생 배출수 별도 처리없이 회수, 재사용 고탁도 유입등 원수 수질악화시 전량 농축, 처리 ◇ 원수의 탁도증가, 불쾌한 맛, 냄새 잔류 등 수질 악화 ◇ 전량 농축 처리시 수처리비용 증가, 한정적 수자원 낭비 ▣ 최근 상수도시설기준 개정 역세척배출수 처리시설 설계 기준 마련 우리공사 수행 연구용역 성과 및 문헌 참조, ◇ 국내 최초 역세척배출수침전지 도입 ◈ 간헐적으로 발생하는 배출수의 연속처리가 가능 ◈ 양질의 처리수 회수로 원수에 미치는 영향을 최소화 ◈ 수돗물 불신에 대한 대국민 이미지 제고 기여 ◈ 수처리비용 절감, 조정조 용량과대 방지, 수자원 효율적 활용

Ⅲ. 결 론 향후 과제 현안 사항 ▣ 역세척배출수 침강특성, 운영상 문제점등 적정 설계기준 적립 부족 Ⅲ. 결 론 향후 과제 ▣ 국내 최초 도입으로 운영 실적 전무 ▣ 역세척배출수 침강특성, 운영상 문제점등 적정 설계기준 적립 부족 ▣ 「플록형성 및 약품주입」필요성 및 적정성 연구 부족 현안 사항 ◈ 건설후 운영관리 단계에서 각종 data 축적 및 분석을 통해 설계 적정성 판단 ◈ 역세척배출수의 침강특성, 플록형성, 약품주입 필요성 및 적정성 추가 연구 용역 수행, 그 결과에 따라 국내 여건에 맞는 설계기준 수립 향후 과제

감 사 합 니 다 !