정수처리 공정개선 운영 사례 2005년 11월 9일 서울시(구의) 허 방련외 14인

차 례 서 론 본 론 결 론(향후대책) - 정수공정의 이론적 고찰과 연구 배경 차 례 서 론 본 론 - 정수공정의 이론적 고찰과 연구 배경 - 노후 경사판의 상향류식 개량에 대한 비교연구 - 단층여재를 다층여재로 시설개선 효과분석 - 염소 균등화 주입 시설개량으로 수질안전성 확보 - 신규응집제 현장 실증시험으로 약품효능 비교평가 결 론(향후대책)

정수장 운영자 전문성, 숙련기능 팀별 학습조직 활용연구 복합적인 기능 업무 Know-how 축적 처리공정별 시설검토 (신기술, 과학적기법 현장 실증실험) 복합적인 기능 업무 Know-how 축적 처리공정별 시설검토 실시간 연산제어관리 정수장 운영자 전문성, 숙련기능 본 시스템의 기능을 간략히 설명 드리겠습니다. 본 시스템은 크게 1) 사업소 수질감시시스템과 2) 본부.연구소 수질감시시스템 3) 수질자료공유시스템(Web) 4) 대민수질자료공개 시스템 등으로 구성되어 있습니다. 먼저 사업소 수질감시시스템의 경우 정수 및 수도사업소별 실시간 통합감시 기능과 과거측정자료 및 경보이력에 대한 검색기능, 실시간 및 과거데이터에 대한 트랜드 조회기능, 시보/일보/월보 등의 보고서 작성 기능 등으로 구성되어 있습니다. 본부.연구소 수질감시시스템의 경우 사업소 수질감시시스템과 동일하나 사업소 수질감시시스템의 경우 해당 사업소의 데이터를 감시하는데 반해 본부.연수소 수질감시시스템은 전체사업소의 수질감시가 가능한 점입니다. 나머지 기능은 동일합니다. 다음은 수질자료 공유시스템(Web) 입니다. 이 시스템은 Web 버전으로 개발되어 있으므로 전 직원이 사무관리시스템을 통해 접속하여 전 사업소의 수질데이터를 바로 조회할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 먼저 전체 취.송수 공정의 수질을 통합감시 할 수 있고 사업소별 실시간 통합감시가 가능합니다. 과거데이터 이력이나 경보데이터 이력조회, 트렌드 조회가 가능하며 실험실 측정자료 입출력과 보고서 작성 기능이 있습니다. 또한 경보가 발생하면 관련 운영자에게 핸드폰을 통한 SMS 메시지 전송과 전송된 경보메시지에 대한 이력을 조회할 수 있는 기능이 구현되어 있습니다. 다음은 대민수질자료 공개 기능입니다. 이 기능은 정수사업소의 취수공정 7개항목과 송수공정 5개 항목, 수도사업소의 공급과정 5개 항목의 수질측정데이터를 상수도사업본부 홈페이지를 통해 공개 함으로서 일반 시민들이 자신들이 마시는 수돗물의 수질을 바로 조회할 수 있도록 하였습니다. 이를 통해 시민들이 수돗물에 대한 막연한 불안감을 없애고 수질에 대한 신뢰를 갖게 함으로서 안심하고 수돗물을 마실수 있도록 하는데 본 기능이 큰 홍보가 될 것으로 기대합니다. 원수특성 부하운전능력 사전예측판단운전능력 수질수량의 통합조정 이상발생시 대처능력 물레방아, 물사랑, 아리수, 물안개팀

정수처리 이론 정수시설 현황 정수장 운영 : 원수특성, 먹는물 수질기준, 급수수요량, 경제성 등 - 시설용량 : 650,000 m3/일(3정수 ~ 40만 m3/일, 4정수 ~ 25만 m3/일) - 연 혁 : 1974년 7월 준공 - 기구 및 인력 : 2과 1팀, 정원 91명에 현원 85명 - 침전시설 : 침전지 14지(경사판), 체류시간 140분 - 여과시설 : 52면, 여과속도 133m/일, GLF형 및 자연평형형 - 급수구역 : 서울시 광진구 등 7개구 90개동 - 급수인구 : 596천가구, 173만명 정수장 운영 : 원수특성, 먹는물 수질기준, 급수수요량, 경제성 등

상향류식 경사판 침전지개량 비교연구 목 적 추진내역 기존과 개량시설 비교  신공법 시설로 개량, 비교평가하여 새로운 방식 Model제시 추진내역  시설용량 : 400,000 m3/일(경사판 침전지 8지)  기존 방식 문제점 : 슬러지 막힘현상과 청소시 파손  1지 개량 소요예산 : 435백만원(8㎝간격×225매×34열, 18m)  제 1차 상향류 경사판 설치 : 2005. 3. 28  2005. 7 .11  제 2차 트라후 수평조정 작업 : 2005. 7. 31  2005. 8. 1. 기존과 개량시설 비교 구 분 C-1(상향류식 경사판) C-2(횡류식 경사판) 시설기준 설치내역 경사판 높이(m) 1 3 특 징 유수단면적 커 유속느림(1/6.7) 유수단면적이 작아 유속빠름 표면부하율(㎜/min) 7 ~ 14 7.07 4 ~ 9 6.46 웨어부하(㎥/일․m) 350이하 96.9 500이하 220.3 평균유속(m/min) 0.08이하 0.057 0.6이하 0.38

연구 팀 추진내역  1차 탁도와 입자수 분석  2차 유량균등 분배후 탁도와 입자수분석  물레방아 팀(환경 6급 고병희 외 3명)  1차 탁도와 입자수 분석  분석일시 : 2005. 7. 15 ~ 2005. 7. 21  분석결과 : 상향류식 0.75 ~ 0.53NTU, 기존 횡류식 0.61 ~ 0.58로 (하절기 전력부하운전에 따른 탄력운전)  상향류식 유출웨어 불균형으로 인한 난류?  유량변화에 영향이 매우 큼  D-1경사판 개량공사로 밸브개도율 조정  2차 유량균등 분배후 탁도와 입자수분석 분석일시 : 2005. 7. 27 ~ 2005. 8. 4 분석결과 : 기존 횡류식(C-1)이 최고 0.76NTU로 1차 분석때 보다 오히려 높게 나타나고 상향류식(C-2)경사판은 최고 0.69 NTU로 1차 최고값 0.75NTU 보다 오히려 낮게 유지 됨

□ 향후 운영 방안  3차 측정지점 다변화(20점) 정밀분석 분석일시 : 2005. 8. 8일 ~ 2005. 8. 16일 측정지점별 탁도편차가 최고 1.14NTU(C1-9지점), 최저 0.39NTU(C1-14)로 3배까지 발생되고, 지점별 평균값은 상향류식이 기존 방식보다 10%전후(0.67, 0.60) 침강 양호 □ 향후 운영 방안 채수지점을 20개지점으로 확대하여 유량변화에 대한 영향을 비교분석 향후 상수도 시설기준의 상향류 경사판 설치면적(90%이상, 현재 60%설치)에 대해 정밀 분석과 data축적으로 계절(유량)별 침강성을 판단하여 시설개량시 기초자료 활용 본 사업의 추진경과를 말씀 드리겠습니다. 본 사업은 Seoul Water-Now 기본 계획에 따라 지난 2001년과 2002년도에 1, 2차 사업이 진행되었고, 본 사업은 마지막 3차 사업으로 뚝도, 강북수계 등 공급과정 29개소에 수질자동측정기를 설치하고 6개 정수장 여과지에 지별 탁도계를 설치하였으며, 15개 공급과정 유입부에 대한 수질감시 측정기를 설치하고 이 모든 데이터를 통합 감시할 수 있도록 통합수질감시시스템을 구축하였습니다. 60바퀴 55바퀴 45바퀴

다층여과지 시설개량에 따른 효과 분석 목적 연구팀(물사랑 팀) 시설개선 현황 - 기존 단층여과지 일부를 이중여재로 개량하여 새로운 여과방식의 지속적인 비교평가로 향후 신공법 선정시 기초자료 활용 연구팀(물사랑 팀) - 최진수(6급), 박근희(7급), 박형수(7급) 송경인(연구사) 시설개선 현황 - 대  상 : 4정수장 9호지 시범설치(총 12지) - 공사기간 : 2004. 10. 13  2004. 12. 20 - 소요예산 : 46,500천원/1지 - 시설개선 내용  정수변 전동화 및 무동력 배수싸이폰 설치  여재별 깊이 재구성 < 배수싸이폰설치> 계 자갈층 모래(0.6mm) 안트라싸이트(1.0mm) 구  분 (유효경) 90 cm 15 cm 35 cm 40 cm 변  경 100 cm 65 cm - 당  초 여과사 유출방지 역세효율 상승 “ 여과효율 상승 비 고

실험기간 분석내용 역세척 프로그램 변경내역 - 여과지속시간별 탁도 및 수위변화 - 역세척 효율 비교판단 - 2004. 12. 22  현재까지 분석내용 - 여과지속시간별 탁도 및 수위변화 - 역세척 효율 비교판단 - 계절별 여과수질(탁도, 입자수 등) 비교분석 역세척 프로그램 변경내역 원수차단 배 수 표세 + 역세척 배수차단 원수유입 생산 ( 당초 : 감쇄여과 25분  배수 2.5분  표면+역세척11.5분  안정 1분  차단 2분) 원수차단 정수변 차단 배 수 표 세 정수변개방 역세척 배수차단 원수유입 생산 ( 변경 : 감쇄여과 20분  배수 5분  표면세척 7분  안정 1분  역세척 10분  차단 2분)

1차분석 - 여과지속시간별 탁도변화  초기탁도누출(0.15NTU) : 1시간 진행  안정적인 탁도 유지시간 : 다층여재는 70시간, 단층여재는 30시간 전후 - 여과지속시간별 손실수두 발생  다층여재는 약 100시간 경과후 손실 수두(HWL)에 도달되어 여과지속시간 을 72시간으로 재조정하여 운전한바 초기 탁도누출이 둔화 됨 - 다층여과 지속시간 약 72시간(3일간)으로 운영하고 기존 단층여과지속시간을 약 40시 간 전후로 유지하면서 2차 정밀분석을 지속적 추진

2차 정밀분석(월별, 계절별, 조류 등) ① 월별 여과지속시간 변화 2005년 1월–9월 분석결과 ② 조류(시네드라)에 따른 여과지속시간 분석  ③ 동절기 여과지속시간별 탁도변화 2005년 1월–9월 분석결과  이중여재 : 평균 72시간14분(97시간52분 ~ 66시간09분) 단일여재 : 평균 38시간27분(45시간 50분~35시간 23분) 이중여재 여과지속시간이 약 1.88배 더 연장 됨  동 기간중 장마기간인 6월 가장 여과지속시간이 짧게 나 타났는데 이는 고탁도 및 알카리제 투입에 따른 잔류탁도 가 여과지 심층부에 까지 억류된 것으로 판단 됨 규조류(Synedra)가 1000cell/ml전후에 비교분석한 결과 이중여재가 개체가 많을수록 지속효율이 좋았고 여과지속시간도 단일여재 보다 평균 2.06배 길었으며, 안트라사이트 층 높이가 높을수록 여과효율도 비례하여 증가 됨 동일 조건하에 3호지 선택  안정적 탁도(0.05NTU내외)를 유지하였고 초기 탁도누출 이 약 2시간정도 지속  여과지속시간은 이중여재(76시간)가 단일여재에(45시간) 비해 약 1.68배 증가되었음

⑧ 기타, 여과사 오염도조사 및 역세척 배출수 탁도변화 ④ 갈수기 여과지속시간별 탁도변화   ⑤ 장마철 여과지속시간별 탁도변화 ⑥ 월별 입자수 변화 ⑦ 역세 팽창율 분석 ⑧ 기타, 여과사 오염도조사 및 역세척 배출수 탁도변화    동절기와 마찬가지로 초기 탁도누출이 2시간정도 지속되고 탁도 0.0420.064NTU유지, 이중여재(75시간)지속시간이 단일(56시간)에 비해 1.34배로 동절기에 비해 다소 둔화된 경향 동절기와 갈수기 보다 약간 길게 나타나고 여과수탁도가 높게 유지되어 HWL감시로 탁도누출 예방 필요 2005년 9월까지 이중여재가 단일여재에 비해 여과지속시간이 약 1.86배 연장되었고 2㎛이상 여과수 총입자수 9호지가 평균 25개, 3호지 24개로 비슷함 또한 동 기간 중 cyclotella조류가 크게 증가 2  4월 총입자수가 증가(평균 40개이하)한 결과를 보면 여재입경과 미세조류의 상관관계 검토가 필요 함 평균 9.3%(나머지 지 : 평균 2.3%) 탁도 및 머드볼 상태 : 기존 여재와 비슷하고 안트라사이트의 유실은 없었으며 역세척 시간은 약 9 ~ 10분 정도가 적정하였음

다층여과 선택시 기초자료 활용 탁질억류량에 대한 손실수두가 적어 여과지속시간 증대 조류 다량 발생시 여과폐색 예방 역세척 횟수 감소에 따른 전력비, 약품비 절감  역세수 절감량 : (1,100㎥/회 x 224회)- (1,165㎥/회 x 120회) ≒ 106,600㎥/년  생산성 향상 : (513-23)원/㎥,(‘04년결산,가정용) x 106,600㎥/년 = 52,234천원 조류 다량 발생시 여과폐색 예방 여과 지속시간 연장  평균 38시간57분72시간37분  남조류(시네드라)과다 출현시 효과 증대 향후 정밀분석 대책  시설운영시 역세 sequence time 재 조정 효과분석  심층여과에 대한 여과층별 입경분포 분석 필요

3정수 후염소 다점화 시설개량으로 수질안전성 확보 목적 - 3정수 GLF여과지 자기역류 역세방식으로 계열별 잔류염소 불균등화가 초래되어 목표 값 많은 편차를 발생시키므로 염소투입 배관을 개량하고 다점식으로 다시 개선하여 목 표 잔류염소 유지와 안정적 소독능 확보 시설 운영현황 - 여과지 : 40지(4계열로 구분, 1계열 당 10지) - 염소수 투입 방법 : 가압수 펌프(20HP)를 이용 1계열 당 3개소(2지, 6지, 10지) - 문제점 : 10개 여과지(1계열)의 통합된 공동수로에 염소투입으로 역세척시 편차 유발 연구 팀(물안개 팀) - 연구원 : 이태일(6급), 권해준(7급), 이천호(8급) 이종관(연구사) 세부 개선사항 - 1차 개선('04. 11.30) 분배조 설치 및 계열별 배관 분리 - 2차 개선('05. 5. 30) 공동수로 내 다점화 투입 (펌프 가압 → 송수 자연유압 방식)

개선 효과 향후 대책 - 역세척시 계열별 잔류염소 편차축소로 송수 잔류염소 목표±0.05ppm유지 - 안전성이 확보 된 소독능 유지 - 약품비 및 동력비 절감 : 년간 1,035만원 (모타 펌프20HP 1대 가동 중단 - 년 약 740만원/년) - 기타, 여과지 내 각종 시설물 부식방지와 정수수질 안전성 확보 향후 대책 - 향후 지속적으로 송수 잔류염소 목표값과 배수지 및 관말 잔류염소를 feed-back하고 계절별 배급수에 염소소비량을 환산하여 원정수에서 수도꼭지까지 전공정에 걸쳐 최적화를 검토코자 함.

개선 전후 잔류염소 트렌드 < 계열별 잔류염소 > < 정수 및 송수 잔류염소 > 개선 전 1차 개선 04.11.11 04.11.11 개선 전 개선 전후 잔류염소 트렌드 최대 0.89   최소 0.73 05. 1. 11 05. 1. 11 1차 개선 최대 0.86   최소 0.74 05. 6.12 05. 6.12 2차 개선 최대 0.83   최소 0.76 역세척시 peak값 해소

신규응집제(PAHCS)현장 실증실험의 평가연구  저탁도 및 중 수온 실험 (13.5NTU, pH 7.3. 수온 13.7℃) 연구 목적 - 신규 응집제(PAHCS)에 대한 정수장 현장에 적합여부를 실증실험을 통해 분석비교하고 기존 응집제와 처리효과, 경제성 평가하여 최적 응집제를 사용함으로써 수질개선 도모 연구 팀(아리수 팀) - 연구원 : 이태호(6급), 박근희(7급), 박형수(7급) 이종관(연구사) 실험 개요 - 실험 대상 : 4종류(기존2, 신규2) - 실험기간 : 2003. 5. 8 ~ 2005. 현재  자-시험 구 분 화 학 식 Al2O3 농도 비 고 (%) 동일농도 투입비 PAC Al(OH)x(Cl)y(3=x+y) 17 1 기존 응집제 PACS Ala(OH)b(Cl)c(Si)d PAHCS Al13(OH)28Cl19SO4 12.5 1.36배 신규 10.5 1.62배  고탁도 실험 (70NTU, pH 7.0. Alk 35) 고탁도, 동일투입율에서 신규응집제는 기존에 비해 알칼리도와 pH변화가 적고, 정치 15분후 탁도가 약 40% 낮음, 이는 고염기도 약품의 특성으로 분석 됨  저탁도 및 중 수온 실험 (13.5NTU, pH 7.3. 수온 13.7℃) 신규응집제 PAHCS가 기존PACS에 비해 적정 투입률에서 침전탁도가 훨씬 낮고(약 42%) 거대floc을 형성, 특히 기존 응집제는 적정주입률 보다 과량 투입시 수질이 나빠졌으나(자-시험), PAHCS는 많이 주입될수록 수질이 향상되어 여름장마철 고탁도시나 수질급변시에 수질관리에 안전성이 확보될 수 있음, 경제적 효과

 실 공정-시험 - 정수처리 효율 평가  Jar-Test실험결과 비교, #4공장 약품 - 경제성 평가  ‘04,  ’05년 단가기준, 침전지 말 탁도 - 안정성 평가  적정, 과량투입시 탁도 상승여부 조사 년 도 기 간 실 험 대 상 비 고 2003 (1차실험) 11.27 ~ 12.06(10일) PACS17% PAHCS12.5% 저탁도 조건 저수온 조건 2004 (2차실험) 06.29 ~ 07.01( 3일) 07.13 ~ 07.20( 8일) 11.25 ~ 11.30( 6일) PAC17% PAHCS10.5% 고탁도 조건 2005 (3차실험) 07.19 ~ 07.20( 2일) 중탁도 조건 과투입 조건  1차 저탁도 실험 동일한 투입률에서 침전말 탁도는 0.4~0.5NTU로 비슷하나 동일 금액단위 주입률로 증가시킨 결과 PAHCS가 현저히 낮은 결과를 보였고, 침전말 입자수는 탁도와 대체로 비슷한 경향을 보였음(여과수 평균 15~25개/mL), 정수 KMnO4소비량 제거율은 각각 70.3%, 68.7%로써 신규 PAHCS가 약간 상회한 결과를 보임

침전수 pH변화 : 신규응집제가 기존 응집제에 비해 0.16(0.29→0.13) 적게 감소 pH  2차 고탁도 실험 (30 - 70NTU) 신규응집제[PAHCS(10.5%)]가 기존 PAC대비 1.40배 때 침전수질이 비슷하고 경제성이 높아 원수여건이 급변하는 하절기에 사용하면 효과가 배가 될 것으로 판단  1% Al2O3 농도대비 효과 : 22% 증가(1.62 - 1.40) 침전수 pH변화 : 신규응집제가 기존 응집제에 비해 0.16(0.29→0.13) 적게 감소 pH 조절제를 절감할 수 있어 경제적, 장마철 산성비가 내릴 경우에 수질관리가 용이 규조류 발생 : 제4정수장의 PAC17%를 PAHCS10.5%로 대체한 후 규조류(Synedra) 및남조류 변화를 조사한 결과 PAC대비 1.4218배 투입할 때 제거효율 0.7% 상승 함 구 분 실 공정 활용결과 PAC PAHCS 원수 탁도(NTU) 29.5 28.7 30.9 32.8 72.5 72.1 74.5 응집제 주입률(PPM) 17.9 25.0 26.5 27.9 23.1 32.2 35.0 PAC대비 투입비 1 1.40 1.48 1.56 1.39 1.52 침전수 탁도(NTU) 0.97 0.96 0.92 0.91 1.28 1.30 1.12 처리 효율(NTU) 0.01 0.05 0.06 0.02 0.16 응집제 동일금액 투입비  - PAC 17%(1) ≒ PAHCS 10.5%(1.4218배)    ※ 동일금액(경제성 분기점)투입률    PAC(17%) 17.9 PPM ≒ PAHCS(10.5%) 25.44PPM  PAC(17%) 23.1 PPM ≒ PAHCS(10.5%) 32.83PPM

PAHCS를 실공정에 투입 결과 침전말 탁도가 0.57NTU에서 0.39NTU로 31% 더 제거 - 향후대책  3차 중탁도 실험(과량 투입시) - 원수탁도 : 12NTU전후 - 실험결과  기존 PAC 13.4ppm 대비 약1.7배인 22.9ppm PAHCS를 실공정에 투입 결과 침전말 탁도가 0.57NTU에서 0.39NTU로 31% 더 제거 - 향후대책  신규응집제를 직접 과량투입 할 경우 기존 PAC는 탁도가 상승하였으나(자-시험결과) 신규 응집제는 오히려 감소, 초기 강우나 원수 수질 급변시에도 수질의 안 전성을 확보 할 수 있어 부가적인 효과가 기대 됨.  구 분 실 공정 활용결과 PAC PAHCS 원수 탁도(NTU) 12.5 12.7 응집제 주입률(PPm) 13.4 22.9 PAC대비 투입비 1 1.70 침전수 탁도(NTU) 0.57 0.39 처리 효율(%) 0.18(31%)

신규 응집제 향후 사용검토 정수처리 효율 약품 과량투입시 안전성 경제성 비교 신규 응집제(PAHCS 10.5%)가 기존약품 대비 이론투입비 162%이나 탁도는140% 이상 투입에서 동등한 수질효과 여과 폐쇄성 조류인 Synedra제거율은 투입비 142%에서 기존(PAC17%) - 96.5%, 신규(PAHCS 10.5%) - 97.3%로 신규응집제 제거율이 0.7%이상 높음 침전수 pH증감은 신규 응집제 (PAHCS 10.5%)가 동일투입비 156%에서 0.12 낮아 하절기 고탁도 및 산성비 유입시 경제적이고 수질관리 대처 용이 약품 과량투입시 안전성 기존응집제 대비 신규응집제(PAHCS 10.5%)를 170% 과량 주입시 탁도가 상승 하지 않고 더 낮아져 초기 강우나 원수수질 급변시에 수질관리 안정성을 확보 경제성 비교 탁도기준 동등한 수질수준 적용시 약품절감액 : 약 0.0218배 효과(1.4218→1.40) PAHCS(10.5%) 14배 와 PAC(17%) 1배 투입시 절감액 : 10,080천원 총PAC 사용금액(657,387천원,년)/x0.0218/1.4218=10,080천원(년간 대체사용시) (현재, Al2O3%당 : PAHCS가 PAC보다 14% 높아 예산절감 둔화) 본 사업의 추진경과를 말씀 드리겠습니다. 본 사업은 Seoul Water-Now 기본 계획에 따라 지난 2001년과 2002년도에 1, 2차 사업이 진행되었고, 본 사업은 마지막 3차 사업으로 뚝도, 강북수계 등 공급과정 29개소에 수질자동측정기를 설치하고 6개 정수장 여과지에 지별 탁도계를 설치하였으며, 15개 공급과정 유입부에 대한 수질감시 측정기를 설치하고 이 모든 데이터를 통합 감시할 수 있도록 통합수질감시시스템을 구축하였습니다. 구 분 PAHCS 10.5%(175,830원/m3) PAC 17%(249,997원/m3) 이론 투입비 1.62 1 동일금액 투입비 1.4218 탁도기준 동등이상 주입비 1.40 기대 효과 0.0218 원가/1% Al2O3 16,746(14%) 14,706

결론(향후대책) 상향류식 경사판 modeling 기초자료 활용 1 2 다층 여과시설 개량으로 생산성 향상 3 다점식 균등화 염소주입으로 안전성 확보 4 신규응집제의 현장 실증시험으로 수질개선 5 현장 Full-Scale 의 Value Engineering