[수질] 상수도 정수시설

● 상수도 정수시설

- 수도시설의 중추시설

 

1. 정수처리방법과 정수시설의 선정

1) 수질현황의 파악
a. 수질조사 항목
현재의 수질을 파악하기 위한 수질조사 항목으로서는 원수수질이 가장 악화되는 홍수시와 갈수시 등을 포함하여 적어도 월1회의 비율로 1년동안 ｢먹는물수질기준｣의 전 항목은 물론이고 필요에 따라서는 생물화학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 부유물질(SS), 침식성유리탄산, 총유기탄소(TOC), 총질소, 총인, 트리할로메탄전구물질, 농약 등에 대하여 조사하는 것이 바람직하다.

① 하천표류수인 경우
- 하천표류수의 수질은 기온, 유량, 유역의 지질, 폐수 등이 자연환경이나 사회환경의 영향을 받기 쉬우며, 그 영향의 정도는 지역이나 시기에 따라 다르므로 수질조사 항목은 각 상수원의 상황에 따라 시험지점, 시험항목 및 시험빈도 등을 적절히 정하는 것이 필요하다.
- 홍수시에는 특히 탁도변동이 심하기 때문에 가능하면 시간변동까지 상세히 조사하는 것도 필요하다. 한편 갈수기일 때에는 유량이 감소됨에 따라 용해성 물질의 농도가 증가하며, 수질은 유입되는 폐수의 영향을 받기 쉬우므로 암모니아성질소(NH3N), 과망간산칼륨(KMnO4)소비량, 생물학적산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD), 음성이온계면 활성제, 미량 유해물질(페놀, 1-4다이옥산 등) 대하여 특히 주의하여 조사해야 한다.

② 댐, 호소수인 경우
- 기존의 댐호로부터 취수할 경우에는 부영양화의 원인 물질인 총질소와 총인 뿐 아니라 여과장애 및 맛과 냄새 등의 문제를 일으키는 플랑크톤(plankton)조류 등의 생물에 대해서도 조사해야 한다. 생물은 댐․호소의 성층기나 순환기 등에 따라 변동하므로 연간을 통하여 그 종류와 개체수, 클로르필-a,냄새 등을 조사해야 한다.
- 댐․호소의 저층부에는 용존산소가 저하됨에 따라 철이나 망간이 용출되므로 깊이별로 수온, 용존산소(DO), 철, 망간 등을 조사해야 하며, 신설된 댐으로부터 취수할 경우에는 유사한 댐에 대하여 조사하여 참고하는 것이 바람직하다(다만, 기존자료가 충분히 있을 경우에는 이를 이용하는 것이 더 확실할 경우도 있다).

 

③ 지하수인 경우
- 지하수에는 천층수와 심층수가 있고 수질이 양호한 것이 일반적이지만, 천층지하수는 지표수의 영향을 받기 쉽고 심층지하수는 대수층 주위의 지질에 따른 고유의 특징이 있다.
- 수질조사 항목으로는 수온, pH, 색도, 경도, 침식성유리탄산, 암모니아성질소, 아질산성질소, 질산성질소, 철, 망간, 세균 등의 조사가 필요하며, 지역에 따라서는 불소를 추가하는 경우도 있다. 또한 유기용제에 의한 오염사례가 많으므로 트리클로로에틸렌(trichloroethylene), 테트라클로로에틸렌 (tetrachloroethylene), 1,1,1-트리클로로에탄(trichloroethane) 등의 휘발성 유기화합물에 대해서도 조사해야 한다.

④ 복류수(subsoil water)인 경우
- 복류수는 하천수가 투수성이 좋은 지층으로 흐르는 상태이므로 하천표류수에서 탁질 등이 제거되었
기 때문에 탁도가 낮고 수온도 비교적 안정되어 있다. 

- 수질적으로는 복류수가 지표수와 지하수의 중간 성질을 가지며 시험항목은 하천수와 지하수의 경우에 준하여 선정하여야 한다.

⑤ 강변여과수인 경우
- 강변여과수는 하천이 하상 주변을 통과하는 동안 탁질과 유기물이 일정 부분 제거되었기 때문에 탁
도와 유기물의 농도가 대부분 낮다. 

- 철과 망간이 높게 측정되는 경우가 많으며, 경도가 높게 측정되기도 한다. 이러한 사항을 고려하여 하천수와 지하수의 경우에 준하여 시험항목을 선정하여야 한다.

b. 수질자료의 해석
- 정수시설은 원수수질이 나쁠 때에라도 충분히 처리할 수 있도록 계획해야 하며 원수수질은 동일 하 천에서도 취수지점과 시기에 따라 다르고 특히 홍수기, 갈수기, 해빙기 등에는 탁도, 알칼리도, pH, 암모니아성질소, 과망간산칼륨소비량, 세균수 등이 심하게 변동한다. 이와 같이 하천표류수나 지표수는 수질변동이 심하고 탁도는 평균치에 비하여 최대치가 수십배가 되기도 하며 호소수나 댐호에서는 계절 에 따라 부영양화가 진행됨에 따라 조류가 증식된다.
- 변동하는 수질특성을 파악하기 위해서는 통계처리가 유효한 수단이며, 연평균치의 75 %값이나 95 %값과 같은 대표치에 의하여 장기변동을 해석하며 유량과 수온 등의 계절적인 변화가 원인으로 되어 발생하는 변동을 시계열적으로 처리하고 해석해야 할 경우도 있다.

- 수원의 수질특성을 파악하고 수질자료와 유역환경, 홍수, 갈수, 해빙, 기온 등의 관계에 대하여 규명해야 한다. 특히 갈수기로 하천유량이 감소하거나 호소나 댐의 수위가 이상 저하되었을 때에는 수질이 심하게 악화되므로, 이 시기의 자료는 통계적 해석에서 특이치로서 취급해야 한다.

2) 장래의 수질예측
- 하천수, 댐물, 호소수가 상수원수로 사용되는 경우에는 원수가 장기적으로는 유역개발 등으로 오염되거나 부영양화될 것으로 예측해야 한다. 그 예측방법으로는 추세에 의한 방법 또는 오염부하량을 발생원별로 해석하여 예측하는 방법, 댐물이나 호소수의 수질예측에 적용하는 유사댐 비교법, 모델법 등이 알려져 있으며 상세한 사항은 관련 문헌을 참고하는 것으로 한다.
- 추세에 의한 방법은 유역 내의 자연적 및 사회적인 조건변화가 단순한 경우에 과거의 수질변동추세를 파악하고, 그 추세에 최적추세추정식을 사용하여 장래의 원수수질 동향을 예측한다. 오염부하량에 의한 예측인 경우에는 오염부하원을 각각 설정한 다음 각 요인마다 오염부하량을 분석하고 장래의 지역개발이나 하수도정비계획 등에 근거하여 오염부하량의 변화를 추정하고 장래의 수질을예측한다.
- 유사댐 비교법은 총저수량, 수심, 체류일수 등이 유사한 댐이나 저수지에 대한 과거의 수질변화에 근거하여 해당 댐이나 저수지의 장래 수질을 예측하는 방법이고, 모델법은 호소 등 유역 내에서의 오염부하량과 호소수질과의 관계를 모델로 작성한 다음 장래 오염부하량의 변화를 추정하고 해당 모델을 사용하여 해석함으로써 장래의 수질을 예측하는 방법이다.

 

3) 처리특성 등
- 원수의 수질조사 이외에 처리수와 다른 인자들의 특성에 대해서도 조사하는 것이 필요하며 이 경우 동일수계의 원수를 취수하고 있는 다른 정수장이나 원수수질이 유사하고 시설규모가 비슷한 다른 정수장에 대하여 다음 사항을 조사하여 참고하는 것이 바람직하다.

⑴ 정수장 계획단계에 고려해야 할 사항과 실제 운전처리의 상황
⑵ 전체적인 정수장의 물 수지(收支)
⑶ 원수수질과 정수수질의 관리목표치 및 각 공정별 처리수의 수질
⑷ 정수처리방식과 시설규모의 특징
⑸ 응집․침전․여과 등 단위공정의 처리특성
⑹ 사용약품의 종류와 주입상황
⑺ 배출수의 농축․탈수특성, 케익의 발생량과 처분상황, 배출수의 원수로의 반송과 정수처리에 미치는 영향
⑻ 사용기기의 신뢰성, 운전제어 및 유지관리의 용이함

 

4) 계획정수량과 시설능력

 

• 계획정수량은 계획1일최대급수량을 기준으로 하고, 여기에 작업용수와 기타용수를 고려하여 결정한다.
• 소비자에게 고품질의 수도 서비스를 중단없이 제공하기 위하여 정수시설은 유지보수, 사고대비, 시설 개량
  및 확장 등에 대비하여 적절한 예비용량을 갖춤으로서 수도시스템으로서의 안정성을 높여야 한다. 이를 위
  하여 예비용량을 감안한 정수시설의 가동율은 75 % 내외가 적정하다.

1) 개량하거나 갱신하는 동안의 예비능력
시설을 개량하거나 갱신하는 동안 또는 고도정수시설을 도입하기 위한 공사로 인하여 장시간에 걸쳐
정수능력을 저하시켜야 하는 경우에 예비능력을 투입하여 정수능력의 감소를 보완해야 한다.

2) 사고나 고장에 대한 예비능력
정수시설이 독립된 몇 개의 처리계열로 구성되어 있을 경우에 기기고장이나 사고로 인하여 한 계열을 정지시켜야 할 경우에는 예비능력을 투입하여 정수능력의 감소를 보완해야 한다.

 

3) 예비능력의 설정
- 예비능력은 일상적인 소규모 고장, 청소, 점검 등에 의한 것이 아닌 장기적인 정수능력의 감소에 대비하여 고려되어야 한다. 

- 목표연도가 도래한 시설의 적정가동율을 100 %로 할 경우 개량, 교체 등의 시설물 정비에 한계가 있으며, 시설 노후화에 따른 정수능력 저하로 수질기준의 만족이 곤란하다. 

- 정수장의 예비능력은 정수장이 여러 계열로 구성되어 있는 경우에는 그 1계열에 상당하는 용량으로서 당해 정수장 계획 정수량의 25 % 정도를 표준으로 한다. 적정가동율은 약 75 % 내외가 적정하다.

 

5) 정수처리방법과 정수시설의 선정

• 정수방법은 ｢먹는물수질기준｣에 적합한 수돗물을 안정적으로 급수할 수 있는 것
• 원수수질, 정수수질의 관리목표, 정수시설의 규모, 운전제어 및 유지관리기술의 수준 등에 따라 소독만의 방식, 완속여과방식, 급속여과방식, 막여과방식 중에서 선정해야 하며 필요에 따라 고도정수처리방식 등을 조합할 수 있다.

(1) 정수방법의 선정조건
① 원수수질
② 정수수질의 관리목표
③ 정수시설의 규모
④ 정수시설의 운전제어와 유지관리기술의 수준

 

(2) 정수처리공정의 선정

① 소독만의 방식

② 완속여과방식

 ③ 급속여과방식

④ 막여과방식

⑤ 고도정수처리 등

일반적인 정수처리방식으로 제거하기 어려운 원수의 냄새물질(2-MIB, geosmin 등의 곰팡이 냄새), 색도, 미량유기물질, 소독부산물 전구물질, 암모니아성질소, 음이온계면활성제, 휘발성 유기물질, 등을 제거하는 방식

 

• 해수 또는 기수(brackish water)를 담수화하는 경우에는 역삼투법이나 전기투석법 등의 탈염처리에
  적합한 처리방법을 선정하고 필요에 따라 다른 처리방법을 조합할 수 있다.

• 크립토스포리디움 등의 병원성 미생물로 원수가 오염될 우려가 있는 경우에는 급속여과방식, 완속여과방식
  또는 막여과방식 중의 어느 방식을 사용한다.
• 고도정수처리방식 등에는 기존시설의 가동상황이나 실험자료 등을 충분히 조사한 다음 기존의 지식으로 불
  충분한 경우에는 해당 정수장의 원수를 사용한 실험으로 처리성이나 안전성을 확인한다.
• 원수수질, 정수수질의 관리목표, 시설규모, 시설의 운전․계측제어 및 유지관리 방법, 건설비, 유지관리비, 용
  지조건(넓이 및 위치, 취득조건) 등을 고려하여 신뢰성이 높은 정수처리시설을 선정한다.

5) 배출수 처리

• 침전지로부터 슬러지와 여과지의 세척배출수는 구분하여 처리해야 하며, 여과지의 세척배출수를 재활용하는
  경우에는 상징수를 정수시설의 착수정으로 직접반송하거나 또는 침전과 소독공정을 거친 다음 상징수를 착
  수정으로 반송한다.
• 세척배출수에서 발생된 슬러지와 정수공정의 침전지슬러지는 배출수처리시설의 농축조에서 농축처리하며
  그 상징수는 정수공정으로는 반송하지 않는다.
• 슬러지처리시설은 정수처리시설에서 발생하는 슬러지를 처리하고 처분하는데 충분한 기능과 능력을 갖추어
  야 한다.
• 슬러지처리시설의 방식은 정수처리시설과의 관계, 원수수질, 배출수의 양과 질, 슬러지 특성, 유지관리, 용
  지면적, 건설비, 지역 환경을 고려하여 적절한 방식을 선정해야 한다.

6) 정수시설의 배치계획

• 정수시설을 배치할 때에는 정수처리방법에 따라 각 정수처리공정의 시설이 각각 기능을 충분히 발휘할 수
  있고 또한 정수장 전체의 조화와 효율화를 도모하며 유지관리나 시설확장, 개량 및 갱신이 용이하도록 배
  치한다.
• 처리계열은 시설규모 등에 따라 가능한 한 독립된 2계열 이상으로 분할하는 것이 바람직하다(시설용량이
  중 ․ 소규모인 경우에는 기능별로 계열의 기능이 발휘될 수 있도록 한다).
• 각 시설간의 수위결정을 위한 손실수두는 수리계산이나 실험으로 결정한다.
• 정수장 내의 화장실, 오수저류시설 및 폐기물수집소 등은 정수시설에 대하여 위생상 문제가 없도록 구조와
  배치에 유의해야 한다.

2. 착수정

도수시설에서 도수되는 원수의 수위동요를 안정시키고 원수량을 조절하여 다음에 연결되는 약품주입, 침전, 여과 등 일련의 정수작업이 정확하고 용이하게 처리될 수 있도록 하기 위하여 설치되는 시설

 

1) 구조와 형상

• 착수정은 2지 이상으로 분할하는 것이 원칙이나 분할하지 않는 경우에는 반드시 우회관을 설치하며 배수설비를 설치한다.
• 형상은 일반적으로 직사각형 또는 원형으로 하고 유입구에는 제수밸브 등을 설치한다.
• 수위가 고수위 이상으로 올라가지 않도록 월류관이나 월류위어를 설치한다.
• 착수정의 고수위와 주변벽체의 상단 간에는 60cm 이상의 여유를 두어야 한다.
• 부유물이나 조류 등을 제거할 필요가 있는 장소에는 스크린을 설치한다.

2) 용량과 설비

• 착수정의 용량은 체류시간을 1.5분 이상으로 하고 수심은 3~5m 정도로 한다.
• 원수수량을 정확하게 측정하기 위하여 유량측정장치를 설치한다. 유량측정장치는 위어나 유량계로 하고 유
  량계를 설치할 경우에는 유량계실을 설치한다.
• 필요에 따라 분말활성탄을 주입할 수 있는 장치를 설치하는 것이 바람직하다.
• 착수정에는 원수수질을 파악할 수 있도록 채수설비와 수질측정장치를 설치하는 것이 바람직하다.

3. 응집용 약품주입설비

1) 응집제

2) pH조정제

3) 응집보조제

4) 검수설비와 저장설비

5) 주입설비

 

4. 응집지

1) 급속혼화시설

2) 플록형성지

• 플록형성지는 혼화지와 침전지 사이에 위치하고 침전지에 붙여서 설치한다.
• 플록형성지는 직사각형이 표준이며 플록큐레이터(flocculator)를 설치하거나 또는 저류판을 설치한 유수로로
  하는 등 유지관리면을 고려하여 효과적인 방법을 선정한다.
• 플록형성시간은 계획정수량에 대하여 20~40분간을 표준으로 한다.
•  플록형성은 응집된 미소플록을 크게 성장시키기 위하여 적당한 기계식교반이나 우류식교반이 필요하다.
  1) 기계식교반에서 플록큐레이터의 주변속도는 15~80 cm/s로 하고 우류식교반에서는 평균유속을 15~30
  cm/s를 표준으로 한다.
  2) 플록형성지 내의 교반강도는 하류로 갈수록 점차 감소시키는 것이 바람직하다.
  3) 교반설비는 수질변화에 따라 교반강도를 조절할 수 있는 구조로 한다.

• 플록형성지는 단락류나 정체부가 생기지 않으면서 충분하게 교반될 수 있는 구조로 한다.
• 플록형성지에서 발생한 슬러지나 스컴이 쉽게 제거될 수 있는 구조로 한다.
• 야간근무자도 플록형성상태를 감시할 수 있는 적절한 조명장치를 설치한다.

 

5. 침전지

1) 횡류식 침전지

2) 경사판 등의 침전지

3) 고속응집침전지

4) 정류설비와 유출설비

5) 스러지 배출설비

6) 월류관, 배출수관 및 슬러지 배출관

 

6. 용존공기부상 

1) 플록형성지

2) 용존공기부상지

3) 예비침전지

4) DAF와 다른 공정과의 조합

 

7. 급속여과지

 

8. 완속여과지

 

9. 정수지

 

10. 부식성 개선

 

11. 소독설비

 

12. 전염소, 중간염소처리

 

13. 폭기설비

 

14. 오존처리설비

 

15. 자외선소독설비

 

16. 분말활성탄 흡착설비

 

17. 입상활성탄 흡착설비

 

18. 막여과시설

 

19. 맛, 냄새 제거

 

20. 철, 망간 제거설비

 

21. 기타 오염물질 처리

 

22. 해수 담수화 시설 

 

23. 배출수 및 슬러지 처리 시설

 

24. 구내배관과 수로 

1) 연결관과 연결수로 

 

2) 평균유속 

- 플록형성지, 약품침전지, 급속여과지의 연결관로내의 평균 유속은 15~80 cm/s를 표준

- 그 외의 연결관과 연결수로의 평균유속은 50~150 cm/s를 표준으로 한다.

 

(1) 연결관의 손실수두계산공식

① 마찰에 의한 손실수두(ha)

▶ Darcy-Weisbach의 식

h：마찰손실수두
f ：원형단면관로류의 마찰손실계수
f' : 일반 단면형 관로에서 관의 경심을 사용하는 경우의 마찰손실계수(원관인 경우 f'= f/4)

L：수로의 길이
D：원관의 지름
R：수로의 경심
V：평균유속
g：중력가속도

 

▶ 마찰손실계수 f'는 Manning의 식(m․sec 단위)에 의한 표현

 

 

출처: 상수도시설기준(2010)