TIMWORK-inc/kds-kcs-standards huggingface dataset:
상수도에서 맛·냄새 문제는 자연 발생적인 것과 인위적인 것으로 구분된다. 맛·냄새 문제는 원인물질이 다양하고, 이들의 생성경로가 복잡하며, 정성적인 분석이 용이하지 않다는 특징을 지니고 있다. 특히, 지표수는 조류와 방선균에 기인한 맛·냄새와 수질사고에 의한 맛·냄새에 노출되어 있으며, 계절에 따른 맛·냄새 변동 폭이 크다. 또한, 맛·냄새 원인물질은 원수뿐만 아니라, 정수와 급배수 등 모든 단계에서 발생될 수 있다. 지하수의 경우에도 철과 망간, 그리고 황화수소에 의한 맛·냄새 문제가 야기되기도 한다.
[그림 1.19.1] 상수도의 맛․냄새 종류 및 원인물질(출처：IAWPRC)
국내는 호소수의 부영양화에 의한 조류 개체수 증가로 맛·냄새가 발생하는 사례가 급증하고 있다. 수도권 최대 상수원인 팔당호의 경우 겨울과 봄에는 규조류, 초여름부터 가을까지 남조류, 그리고 봄철에 녹조류 및 편모조류가 일시 우점하는 현상을 보이고 있다. 특히 장마 이후 수체가 안정화되면 녹조류 및 편모조류에서 남조류로 우점조류의 천이가 일어나 가을까지 출현하며 여름철 강우 패턴에 따라 매년 남조류의 발생량은 다르게 나타난다. 맛·냄새 유발 조류의 점유율은 전체 조류의 3/4 정도를 차지하며 여름철 강우기간을 제외하고는 맛·냄새 문제가 연중 지속되는 것으로 보고되었다.
[그림 1.19.2]는 2004년부터 2014년까지 서울시 한강원수의 geosmin, 2-MIB 발생현황이다. 최근 한반도에도 기후변화에 따라 심각한 조류녹조현상과 갈수기가 발생되고 있으며 2012년에는 한강에 유사이래 가장 심각한 녹조현상이 발생되어 지오즈민이 1,000ng/L 이상 증가하는 사태가 발생되었으며, 맛,냄새발생시기 역시 불규칙해지는 경향을 나타내고 있어 향후 계속적으로 정수처리에 어려움이 있을 것으로 전망되며, 이에 대한 해결책으로 서울시를 비롯한 수도권 정수장에서 고도정수처리 도입이 활발해지고 있다.
[그림 1.19.2] ’04~’14년 서울시 원수 geosmin, 2-MIB 발생현황 (출처：서울 물연구원)
(1) 생물학적인 발생원
① 방선균(actinomycetes)
방선균은 섬유상 세균으로 토양에 널리 분포하며, 빗물에 의해 상수원에 유입된다. 방선균 중 일부는 항생제 제조에 이용되며, 자연 상태에서 섬유질을 분해하는 중요한 역할을 수행한다. 일반적으로 호소 내 퇴적물과 수초에서 분포하며, 살아있는 식물세포의 표면이나 내부에서도 성장할 수 있다. 또한, 혐기성 및 호기성으로 구분된 생태주기를 갖는데, 호기성일 때 맛․냄새 물질을 발산하는 것으로 알려져 있다.
방선균이 흙냄새의 원인이라는 것은 Geber(1829)가 방선균에서 geosmin을 분리함으로서 확인 되었으며, 이후 2-isopropyl-3-methoxy pyrazine(IPMP)와 같은 맛․냄새 물질이 방선균에서 추가 분리되었다. 일반적으로 방선균은 포자상태로 존재할 때는 냄새를 내지 않는 것으로 알려져 있다.
[그림 1.19.3] 방선균(actinomycetes)
② 조류(algae)
맛․냄새와 관련된 조류는 원핵세포인 남조류(Cyanophyceae), 진핵세포인 편모조류, 규조류(Bacillariophyceae)이다. 남조류 중에서 Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria, 그리고 Phormidium에 속하는 종들이 가장 심하게 냄새를 유발한다. 이들 남조류에 의해 생성되는 냄새는 종과 밀도, 생존여부에 따라 차이는 있지만, 주로 흙/곰팡이냄새, 풀냄새 혹은 부패냄새이다. 편모조류 가운데 냄새와 관련되어 가장 잘 알려진 속은 Dinobryon, Synura, Uroglena, 그리고 Uroglenopsis이며, 수화(bloom)가 발생하면 주로 물고기 비린내가 난다. Asterionella, Cyclotella, 그리고 Tabellaria가 냄새와 관련된 대표적인 규조류이며, 편모조류와 함께 대부분 비린내를 유발한다. 냄새와 관련된 편모조류는 Ceratium과 Peridinium이며, 이들은 비린내와 함께 가끔은 부패냄새를 유발한다. 한편, 몇몇 녹조류도 비린내를 유발하는 것으로 보고되고 있다. <표 1.19.1> <표 1.19.2> 및 <표 1.19.3>에 대표적인 조류 종과 조류와 관련된 주요 맛․냄새 물질의 특성을 나타내었다.
③ 황산염 환원균(sulfate reducing bacteria)
황산염 환원균은 그램 음성의 혐기성 세균으로 육수와 해수, 유기물이 풍부한 토양, 지하수와 기름 및 천연가스 유정, 그리고 하수 등에 널리 분포한다. 대표적인 속은 Desulfovibrio와 Desulfotoma- culum이며, 이들은 황산염을 황화수소(H2S)로 환원시키면서 에너지를 얻는다. 계란 썩는 냄새로 묘사되는 황화수소는 종종 지하수에서 문제가 되기도 하고, 성층화된 호수의 무산소층에서 검출되기도 한다.
<표 1.19.1> 대표적인 상수원 조류종

남조강

Microcystis sp.

Anabaena sp.

Oscillatoria sp.

규조강

Aulacoseira sp.

Asterionella sp.

Fragilaria sp.

녹조강

Pediastrum sp.

Scenedesmus sp.

Eudorina sp.
(출처：한강 물환경연구소)
<표 1.19.2> 조류종에 따른 냄새 종류 및 발취농도

구분

조 류 종

냄새발생 조류수/mL

맛냄새

세포수

군체수

방

향

취

규조강

Asterionella

Cyclotella

Diatoma

Fragilaria

Melosira

3,000

2,200

100～300

3,000

방향취→약미취→비린내

방향취→비린내

방향취

방향취→곰팡내

방향취→곰팡내

풀

냄

새

남조강

Anabaena

Aphanizomenon

Nostoc

Oscillatoria

Microcystis

5,300

6,600

53,000

35,000

200

200

3,000

풀냄새→곰팡내→돼지우리냄새

풀냄새→곰팡내→부패냄새

풀냄새→곰팡내→부패냄새

풀냄새→곰팡내→약미취

풀냄새→곰팡내

규조강

Synedra

3,000

풀냄새→곰팡내

녹조강

Actinastrum

Closterium

Cosmarium

Pediastrum

Scenedesmus

Spirogyra

Ulothrix

200

80

풀냄새→곰팡내

풀냄새

풀냄새

풀냄새→오이냄새→비린내

풀냄새→곰팡내

풀냄새

풀냄새

비

린

내

규조강

Tabellaria

750

비린내

녹조강

Chlamydomonas

Dictyosphaerium

Eudorina

Pandorina

Volvox

3,600

200

곰팡내→비린내,부패냄새

풀냄새→비린내

비린내

비린내

비린내

황색

편모조강

Dinobryon

Mallomonas

Synura

Uroglena

3,400

450

1

제비꽃냄새→비린내

방향취→제비꽃냄새→비린내

약미취,오이냄새→페론향→비린내

간유취→오이냄새→비린내

와편모

조강

Ceratium

Glenodinium

Peridinium

200

비린내→부패냄새

비린내

오이냄새→비린내

갈색편모조강

Cryptomonas

1,200

비린내
(출처：국립환경연구원)
<표 1.19.3> 조류와 관련된 주요 맛․냄새 물질의 특성

분자구조

일반명

화학명

분자량

화학식

발생냄새

Geosmin

trans-1,10-

dimethyl

trans-9-

decalol

182

C12H22O

흙냄새

곰팡이냄새

2-MIB

2-methyl

isoborneol

168

C11H20O

흙냄새

곰팡이냄새

TCA

2,3,6-

trichloro

anisole

212

C7H5OCl3

곰팡이냄새

IPMP

2-isopropyl

3-methoxy

pyrazine

152

C8H12ON2

흙냄새

곰팡이냄새

IBMP

2-isobutyl

3-methoxy

pyrazine

166

C9H14ON2

흙냄새

곰팡이냄새

풀냄새
(1) 산업활동 및 강우유출과 관련된 발생원
산업체에서 원료로 사용되거나 생산되는 화학물질은 종종 지하수를 통하여 하천으로 유입되며, 가끔은 사고에 의해 유출되기도 한다. 강우에 의해 수계로 유입되는 영양물질과 각종 오염물질도 직․간접적으로 맛․냄새에 영향을 미친다. 강우에 의해 유입된 휴믹물질(humic material)은 정수과정에서 이산화염소나 결합염소와 반응하면 냄새가 심한 알데히드(aldehyde)로 변한다는 보고도 있다. 강우에 의해 유입되는 영양물질은 조류 개체수 증가를 초래하며, 이로 인해 맛․냄새 문제가 발생한다. 한편, 수계로 방류되는 도시하수에 존재하는 각종 화합물도 맛․냄새에 영향을 미친다.
(2) 정수공정과 관련된 발생원
정수공정에서도 냄새유발 물질이 형성될 수 있는데, 대표적인 공정이 염소소독과 오존산화공정이다. <표 1.19.4>는 염소소독 과정에서 생성되는 각종 염소화합물의 맛․냄새 임계치이다. 또한, 염소소독 과정에서는 알데히드, 페놀과 2-클로로페놀, 그리고 THM(trihalomethane)과 같은 화합물이 생성되는데, 이들도 맛․냄새를 유발한다. 오존은 원수에 존재하는 맛․냄새를 제거하는데 탁월한 능력이 있지만, 오존 산화반응 동안에 생성되는 각종 부산물인 지방족 및 방향족 알데히드는 주로 과일과 오렌지 향기를 낸다. 오존반응에서 생성되는 냄새는 활성탄 흡착공정에 의해 쉽게 제거된다.
<표 1.19.4> 염소산화에서 생성되는 염소화합물의 맛․냄새 임계농도

염소화합물

냄새 임계농도

맛 임계농도

HOCl

0.28 mg/L

0.24 mg/L

OCl-

0.36 mg/L

0.30 mg/L

NH2Cl

0.65 mg/L as Cl2

0.48 mg/L as Cl2

NHCl2

0.15 mg/L as Cl2

0.13 mg/L as Cl2

NCl3

0.02 mg/L as Cl2

-
츨처：Suffet 등
(4) 급수관망과 관련된 발생원
소비자들의 심미적인 기호를 만족시키기 위해서는 급수관망에서 발생하는 맛․냄새의 발생을 최소화 하는 것이 중요하지만, 관망에서의 맛․냄새는 주로 일시적으로 발생하기 때문에 맛․냄새발생 기작을 정확히 이해하기 어렵다. 일반적으로 관망에서 발생하는 맛․냄새는 미생물의 재성장(biofilm), 관망에 잔류하는 소독제와 그 부산물, 관 내부 코팅제에서 발생하는 유기물, 그리고 합성수지 파이프에 의한 것 등으로 분류된다.
19.3 맛·냄새 물질의 제거
(1) 폭기
폭기(Aeration)는 황화수소와 같은 휘발성 유기화합물(VOCs) 제거에 주로 활용된다. 제거원리는 액체에 작은 공기방울을 넣어 물속의 휘발성 물질을 공기방울로 이동시킨 다음 대기중으로 방출시키는 것이다. 휘발성 유기화합물은 고유의 헨리상수를 갖고 있어 액체 표면으로부터 휘발되는 정도가 서로 다르다. 맛․냄새 물질인 geosmin과 2-MIB의 헨리상수는 25 ℃에서 각각 8.9×10-6, 1.18×10-5 m3․atm/mol으로 벤젠 5.28×10-3 m3․atm/mol, TCE 1.71×10-2 m3․atm/mol 등에 비하면 작은 값이나 휘발성을 갖고 있기 때문에 탈기에 의한 제거가 가능하다. 상수원에서 흙냄새와 곰팡이 냄새 유발물질인 geosmin, 2-MIB의 탈기에 의한 제거효율은 클로로포름의 약 1/50 정도라는 보고도 있다. 또한, 분말활성탄 주입과 30분 이상의 폭기를 병행할 경우 냄새 유발물질의 제거효율을 향상시킬 수 있는 것으로 보고된다.
(2) 염소처리법
염소처리는 다양한 냄새의 제거와 마스킹(masking)에 효과가 있지만, 곰팡이 냄새의 제거에는 효과가 없는 것으로 알려져 있다. 페놀류는 염소로 분해할 수 있지만, 염소와 반응하여 2-클로로페놀, 2,4-디클로로페놀, 2,4,6-트리클로로페놀 등이 생성되며, 생성된 페놀 화합물의 냄새는 페놀보다 최대 10,000배, 맛은 최대 1,000배 강한 것으로 보고되고 있어 주의가 필요하다. <표 1.19.5>에 페놀화합물의 맛․냄새와 맛의 임계농도를 나타내었다.
<표 1.19.5> 페놀화합물의 맛․냄새 임계농도 (단위：mg/L)

종 류

냄 새

맛

페 놀

1

0.1

2-클로로페놀

0.0001~0.001

0.001

2,4,6-트리클로로페놀

0.1

0.001
(3) 분말활성탄 처리법
분말활성탄 처리는 각종 맛․냄새 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 방법으로 많은 정수장에서 오랫동안 활용되고 있다. 통상 분말활성탄 주입율 10 mg/L, 접촉시간 1시간에서 2-MIB, geosmin의 제거율은 각각 60%, 85% 정도다. 또한, 분말활성탄 투입일수가 연간 3개월을 초과하는 경우에는 입상활성탄 공정으로의 전환을 고려하여야 한다. [그림 1.19.4]에 분말활성탄에 의한 2-MIB, geosmin 제거효율을 나타내었다.
분말활성탄처리에서 교반강도(혼합정도)와 접촉시간은 맛․냄새 물질의 흡착능에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 충분한 교반강도를 유지하기 위하여 기계 교반장치를 사용하나, 수리학적 에너지를 이용할 수 있다. 기계교반은 유량, 수온 그리고 원수의 수질에 따라 교반강도를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다. 수리학적 에너지를 이용한 교반은 교반강도가 유량의 함수이기 때문에 임의로 조절하기가 어렵고, 수두손실이 생기며, 청소가 쉽지 않은 단점이 있다. [그림 1.19.5]은 수리학적 에너지를 이용한 교반조의 구조를 나타낸다.
[그림 1.19.4] 분말활성탄(역청탄)에 의한 2-MIB, geosmin 제거효율(출처：홍성호 등)
[그림 1.19.5] 수리학적 에너지를 이용한 교반시설 구조
(4) 입상활성탄 처리법
입상활성탄 흡착은 제거하고자 하는 대상물질에 따라 활성탄 흡착지에서의 파과특성이 다르게 나타나기 때문에 입상활성탄 도입목적을 달성하기 위하여 최적의 운전방법을 도출하여야 한다.
혼화․응집 공정에서 자연유기물질(NOM) 제거율을 높일 경우 입상활성탄 흡착성능 향상과 사용기간을 연장시킬 수 있는 것으로 보고된다.
활성탄 재질별 geosmin과 2-MIB의 최대 흡착량은 석탄계 재질의 활성탄이 가장 우수한 것으로 보고된다. 또한, 입상활성탄 공정은 물리적 흡착 기능 외에 미생물의 활성화를 통해 생물학적으로 맛․냄새 물질을 제거할 수 있다. 수온이 상승하면 geosmin과 2-MIB의 제거율이 증가하며, 5℃ 이하의 낮은 온도에서는 생물학적인 처리효율이 저하된다. 통상 입상활성탄 흡착지에서의 미생물 활성화 기간은 조건에 따라 다르지만 4~8주 정도로 보고된다.
(5) 오존처리
오존은 강력한 산화제로서 다양한 맛․냄새 물질의 제거에 효과적이다. 오존에 의한 맛․냄새 물질 제거는 주입 오존 농도와 자연유기물(NOM), 알칼리도 및 수온 등 원수 특성에 의하여 영향을 받는다. 대표적 맛․냄새 물질인 geosmin, 2-MIB의 제거시 오존 주입량에 따라 geosmin 제거율은 1 mg/L에서 32~45%, 2mg/L에서 49~60%, 2-MIB는 1mg/L에서 31~39%, 2mg/L에서 42 ~50%의 제거율을 나타내며 동일한 오존 주입율에서 geosmin의 제거율이 2-MIB에 비하여 더 높은 것으로 보고된다. <표 1.19.6>에 오존에 의한 2-MIB와 geosmin 처리효율을 나타내었다.
원수의 자연유기물(NOM) 농도는 오존 분해속도에 영향을 미친다. 2-MIB와 geosmin의 제거는 주로 OH 라디칼을 통해서 이루어지며, OH 라디칼의 형성은 자연유기물(NOM)과 오존의 반응하에서 촉진된다. 따라서, 높은 오존 요구량을 가지는 원수는 높은 농도의 OH 라디칼을 형성시켜 제거율을 증가시킨다. 알칼리도 물질인 탄산염(CO32-), 중탄산염(HCO3-)은 오존과 직접적인 반응을 하지 않으나, OH 라디칼의 소모제(scavenger)로 작용하여 오존의 분해를 안정화시켜 2-MIB와 geosmin의 제거효율을 감소시킨다.
최근에는 오존과 과산화수소(H2O2)를 동시에 주입하여 산화력을 크게 향상시킨 고도산화(AOP, advanced oxidation process) 공정이 오존 단독처리보다 geosmin, 2-MIB 제거효율이 높은 것으로 보고된다.
[표 1.19.6] 오존에 의한 2-MIB와 geosmin 처리효율

구 분

오존주입농도( mg/L)

접촉시간 5분

접촉시간 10분

접촉시간 15분

Geosmin

1

32.4 %

39.8 %

45.3 %

2

48.6 %

54.0 %

60.3 %

2-MIB

1

31.3 %

34.3 %

39.2 %

2

41.7 %

46.5 %

50.0 %
출처：한국수자원공사
(6) 오존·입상활성탄 처리
국내에는 대부분 맛.냄새물질 처리를 위해 오존과 입상활성탄을 조합한 고도처리공정을 도입하고 있으며, 최근 국내 고도처리현황 및 세부시설제원을 <표 1.19.8>에 나타내었다. 오존․입상활성탄 처리는 오존공정에 입상활성탄 흡착공정을 조합한 것으로 오존의 산화력뿐만 아니라 활성탄의 흡착능력을 이용할 수 있는 장점이 있다. 서울시 등 한강수계에서의 실제 운영사례를 보면 geosmin의 경우 통상 여름철 수온이 높은 시기(7∼8월)에 발생하고, 이 시기에는 생물활성탄공정 (수온이 높은 경우 미생물의 활성도가 높음)으로 운영되므로 높은 처리효율을 나타내었다. 2-MIB의 경우 통상 겨울에서 봄철에 이르는 저수온시기에 발생하므로 생물활성탄 효과가 없어 입상활성탄에서의 제거효율을 기대하기 어려우며 거의 오존산화로 제거하여야 한다. 입상활성탄 공정의 경우 사용기간 증가에 따라 처리효율이 감소하며, 장기간 맛․냄새물질이 계속적으로 유입하는 경우 처리효율이 불안정할 수 있으며, 즉각적인 대처(교체나 재생)가 어려운 공정이나, 오존공정의 경우 오존주입량 조절을 통해 맛․냄새물질 제거 조절기능이 있어 고농도 맛․냄새물질 유입시 즉각적인 대처공정으로 오존공정운영이 매우 중요하다.
원수의 맛․냄새물질(지오즈민)의 형태(세포성 혹은 용존성)에 따라 공정별 처리효과에 차이가 있으며, 세포성 형태로 유입되는 지오즈민의 경우는 기존 정수처리공정의 최적화(전염소 중단, 응집효율 증대)로도 맛 냄새제거효과가 크므로 오존/입상활성탄공정 이전단계에서 맛․냄새물질을 최대한 제거하는 것이 바람직하다. <표 1.19.7>는 실제 맛.냄새물질 발생시기의 서울시정수장에서 운영한 고도정수처리 운영결과를 정리하여 나타내었다.
[표 1.19.7] 오존 입상활성탄처리 운영사례 (서울시 영등포 정수장)

발생시점

geosmin 형태

당시 공정별 제거효율

비 고

2012년

8월

세포성 geosmin(조류에 함유되는 있는 맛 ․ 냄새물질)이 많은 경우

원수농도 : 최대 491ng/L

응집,침전,여과 46% 제거

오존처리 35% 제거

(오존주입률 0.5～1.2ppm)

입상활성탄 처리 19% 제거

전염소를 중단하여 조류의 세포파괴를 막으면서 응집침전여과공정에서 최대한 조류자체를 충분히 제거하는 것이 중요함

2011년

12월

용존성 geosmin

(조류가 사멸하면서 외부로 방출된 맛 ․ 냄새물질)이 많은 경우

원수농도 : 최대 147ng/L

응집,침전,여과 15% 제거

오존처리 42% 제거

(오존주입률 0.23～0.5ppm)

입상활성탄 처리 43% 제거

기존정수처리에서

높은 제거효율 기대하기 어려움
출처：서울 물연구원
[표 1.19.8] 국내 고도정수처리시설 현황, 2015

정수장

시설용량

(천m3/일)

도입년도

주요공정

오존/UV

입상활성탄

접촉시간

(min)

용량

(mg/L)

주입방식

접촉시간

(EBCT)

LV

(m/hr)

층고

(m)

서울 영등포

600

2011

후오존+GAC

20.0

2

injector

15.0

10.0

2.5

서울 광암

400

2013

후오존+GAC

24.0

2

injector

15.2

10.0

2.5

서울 강북

1,000

2014

후오존+GAC

24.0

1.5

injector

15.2

11.0

2.9

서울 암사

1,600

2014

후오존(AOP)+GAC

20.0

1.5

injector

15.0

10.0

2.5

서울 구의

500

2015

후오존(AOP)+GAC

16.5

1.5

injector

15.1

10.0

2.5

서울 뚝도

700

2015

후오존(AOP)+GAC

15.8

1.5

injector

15.4

10.9

2.8

고양(kwater)

350

2008

후오존+GAC

15.4

2.0

Injector

14.1

10.2

2.4

반월(kwater)

190

2007

전오존+F/A

10.2

3.0

Injector

14.5

6.0

1.4

성남(kwater)

780

2012

후오존(AOP)+GAC

15.6

3.0

Injector

14.1

15.3

3.6

시흥(kwater)

110

2015

UV(AOP)+F/A

0.07

kWh/m3

저압램프

0.9

덕소(kwater)

200

2015

전오존(AOP)+F/A

2.0

Injector

인천 부평

270

2016

후오존+GAC

15.3

2.0

Injector

15.2

9.8

2.5

파주 문산

96

후오존+GAC

2.5

김포 고촌

140

2012

전오존+F/A

동두천

60

1998

GAC

-

-

-

15.6

9.7

2.5

원주 제2

85

2000

GAC

-

-

-

2.0

대구 매곡

800

1998

전,후오존+GAC

전 4.0

후 10

전

후

전 Injector

후 Diffuser

10.0

15.0

2.5

대구 문산

200

2009

전,후오존+GAC

전 5.0

후 13.0

전 2.0

후

전 Injector

후 Diffuser

2.5

진해 석동

70

1999

전,후오존+GAC

25.9

2.3

3.0

김해 삼계

165

2001

전,후오존+GAC

전 8.0

후 16.0

전 1.5

후

전 Diffuser

후 Diffuser

15.9

34.7

2.5

김해 명동

105

2003

전,후오존+GAC

전 8.0

후 15.0

전 1.5

후

전 Diffuser

후 Diffuser

2.5

양산 웅상

55

2001

후오존+GAC

Diffuser

2.0

양산 범어

37

1998

후오존+GAC

Diffuser

10.0

2.6

2.0

울산 회야

270

1999

후오존+GAC

전 4.0

후 8.0

전 2.0

후 0.8

Diffuser

14.0

10.3

2.5

울산 천상

60

2002

후오존+GAC

Diffuser

2.5

부산 덕산

1,555

2002

전,후오존+GAC

전 4.0

후 7.5

전 1.5

후 2.5

Diffuser

16.9

10.7

3.0

부산 화명

600

1994

전,후오존+GAC

전 2.0

후 6.0

전+후 2.5

Diffuser

12.2

17.3

3.3

부산 명장

277

1999

전,후오존+GAC

전 4.0

후 6.0

전 2.0

후 2.5

Diffuser

12.8

16.5

3.5

창원 반송(kwater)

120

2004

전오존(AOP)+F/A

3

Injector

1.2

창원 칠서

400

1998

전,후오존+GAC

전 5.0

후 12.0

전 1.0

후 2.0

전 Diffuser

후 Diffuser

11.0

12.0

2.0

창원 대산

60

2001

폭기 + GAC

Diffuser

2.0

창원 북면

10

2001

폭기 + GAC

Diffuser

2.0

고령(kwater)

36

2008

후오존(AOP)+GAC

12

3

Injector

22.0

10.2

3.0

거제 연초(kwater)

16

전오존+막+GAC

20.0

3.0

공주 옥룡

28

1999

전,후오존+GAC

Diffuser

30.0

6.5

2.5
20. 철·망간 제거
20.1 총칙
수돗물에 철이 다량으로 포함되면 물에 쇠맛뿐 아니라 세탁이나 세척시 의류나 기구 등이 적갈색을 띠게 되고 또 공업용수로도 부적당하다.
｢먹는물 수질기준｣에서는 철은 0.3mg/L이하로 정해져 있으므로 수돗물에는 그 이상 포함될 가능성이 있을 경우에는 제거해야 한다. 그러나 원수 중에 포함된 철은 대개의 경우 침전과 여과과정에서 어느 정도 제거되므로 철을 제거하는 설비를 설치할 필요성 여부는 포함된 철의 양과 성질 및 그 수도설비 등을 구체적으로 고려한 다음에 결정해야 한다.
망간은 지하수, 특히 화강암지대, 분지, 가스함유지대 등의 지하수에 대부분 포함되는 경우가 있고, 하천수 중에는 통상 망간이 포함되는 경우가 적지만 광산폐수, 공장폐수, 하수 등의 영향으로 포함되는 경우가 있다.
호소나 저수지에서는 여름철에 물이 정체되어 수온성층을 형성하면 저층수가 무산소상태로 되어 바닥의 슬러지로부터 철과 망간이 용출되는 경우가 있다.
수돗물에 망간이 포함되면 수질기준(2011년부터 0.05 mg/L이하 입법예고, 현재는 0.3 mg/L이하)에 적합할 정도의 양이라도 유리잔류염소로 인하여 망간의 양에 대하여 300～400배의 색도가 생기거나, 관의 내면에 흑색 부착물이 생기는 등 흑수(黑水)의 원인이 될 뿐더러 기물이나 세탁물에 흑색의 반점을 띠게 되는 경우가 있다. 또 망간과 철이 혼재될 경우에는 철이 녹은 색이 혼합되므로 흑갈색을 띠게 된다. 원수 중에는 망간이 포함되면 보통 정수처리에서는 거의 제거되지 않으므로 망간에 의한 장애가 발생할 우려가 있을 경우나 ｢먹는물수질기준｣이상인 경우에는 처리효과가 확실한 방식으로 망간을 제거하기 위한 처리를 할 필요가 있다.
철과 망간의 제거방법에는 물리·화학적 처리와 생물학적처리로 구분할 수 있다.
20.1.1 물리·화학적 제거
공기폭기로 철이 산화되어 γ-FeOOH(lepidocrocite)가 생성되고, γ-FeOOH는 급속모래 여과지에서 모래에 퇴적되거나 수중에 존재하는 γ-FeOOH에 우선 Mn(Ⅱ)가 빠르게 흡착된다. 흡착된 Mn(Ⅱ)은 산소가 충분하고 pH가 7이상의 조건에서 수중에서 산화되는 것보다 훨씬 빠른 속도로 γ-FeOOH의 표면에서 산화되어 망간산화물(MnO2 or MnOOH)을 형성한다.
위의 자촉매 반응이 계속 진행되면서 모래에 퇴적된 망간산화물과 철산화물이 숙성되어 모래를 코팅, 층이 형성되면 수중의 Mn(Ⅱ)의 흡착과 산화반응이 촉매화되어 더욱 효과적으로 Mn(Ⅱ)을 제거하게 된다.
20.1.2 생물학적 제거
철과 망간을 산화하는 세균에는 철을 에너지원으로 사용하고 이산화탄소를 탄소원으로 사용하는 독립영양세균(chemolithotrophic autotroph)과 유기물을 에너지원과 탄소원으로 사용하는 종속영양세균(chemoorganotrophic hetrotroph)이 있다.
이들 미생물들은 토양 내 잘 서식하는 미생물로서 철과 망간은 효소작용에 의해 세포 내에서 산화가 이루어지거나, 철과 망간 산화세균의 대사과정 중에 배출된 폴리머의 촉매작용에 의한 세포 외 산화작용에 의해 제거된다.
철 산화세균의 대사산물로 γ-FeOOH와 α-FeOOH 등의 철 산화물과 망간의 대사과정을 통해 MnO2와 MnOOH 등의 망간산화 대사산물이 생성되어 세포를 코팅하며, 이들 대사산물에 Mn(Ⅱ)이 물리·화학적인 기작에 의해서 추가적으로 제거된다. 철 산화세균은 모래에 부착하여 생물막 층을 형성하며 성장한다.
철 산화세균과 마찬가지로 망간의 대사과정을 통해 MnO2와 MnOOH 등의 망간산화 대사산물이 생성되어 세포를 코팅하며, 이들 대사산물에 Mn(Ⅱ)이 물리·화학적인 기작에 의해서 추가적으로 제거된다.
또 철이 많이 포함된 물에는 망간이 공존하는 경우가 많으므로 철의 제거방법을 검토할 때에는 망간제거의 필요성 유무에 대해서도 함께 검토해야 하며, 철과 망간의 처리공정으로는 공기폭기+급속모래여과, 산화제(염소, 오존, KMnO4 등), 산화 코팅 또는 촉매 여재를 이용한 여과, 폭기+생물여과(완속여과) 등이 있다.
20.2 철 제거설비
철 제거에는 폭기, 전염소처리 및 pH값 조정 등의 방법을 단독 또는 적당히 조합한 전처리설비와 여과지를 설치한다.
20.3 망간 제거설비
(1) 망간 제거에는 pH조정, 약품산화 및 약품침전처리 등을 단독 또는 적당히 조합한 전처리설비와 여과지를 설치해야 한다.
(2) 약품산화처리는 전·중간염소처리, 오존처리 또는 과망간산칼륨처리에 의한다.
20.4 망간모래의 접촉산화작용
잔류염소 존재 하에서 망간이온의 망간모래로 접촉산화작용을 이용해서 망간을 제거하는 망간접촉여과방식을 주로 사용한다.
21. 기타 오염물질 처리
21.1 총칙
일반적인 정수처리를 하더라도 수질관리목표에 적합한 처리수가 얻어질 수 없을 경우에는 통상의 처리에 고도정수시설 등 별도의 시설을 조합시켜서 정수처리하는 것이 필요하다.
그 대상으로 되는 주된 수질항목은 pH, 침식성유리탄산, 불소, 색도, 트리할로메탄(THM) 등 소독부산물, 트리클로로에틸렌(trichloroethylene) 등 휘발성유기화합물(VOCs), 음이온계면활성제, 질산성질소, 경도, 조류 등이 있다.
처리방식을 선택하고 설계할 때에는 기존시설의 운전실적과 원수수질의 변화를 고려하여 충분히 검토한다.
21.2 pH 조정
pH 높거나 낮을 경우에는 산제(이산화탄소, 황산) 또는 알칼리제(소석회, 수산화나트륨 등)를 주입하여 처리수의 pH를 적정하게 조정한다.
21.3 침식성유리탄산 제거
침식성유리탄산을 많이 포함한 경우에는 침식성유리탄산을 제거하기 위하여 폭기처리나 알칼리처리를 한다.
21.4 불소주입 및 제거
불소는 충치를 예방할 목적으로 주입시설을 설치할 수 있으며, 원수 중에 과량으로 존재하면 반상치(반점치) 등을 일으키므로 제거해야 한다.
(1) 불소주입
치아우식증 예방을 위하여 정수처리 과정에 불소를 주입할 경우 불소주입기 등 관련시설을 설치하고 불소화합물을 주입한다.
(2) 불소제거
원수 중에 불소가 과량으로 포함된 경우에는 불소를 감소시키기 위하여 응집침전, 활성알루미나, 골탄, 전해 등의 처리를 한다.
21.5 비소 제거
비소가 다량 포함되어 있는 원수에서 비소를 제거하기 위하여 응집처리 또는 활성알루미나, 수산화세륨, 이산화망간 중 하나를 사용하여 흡착처리를 한다.
21.6 색도 제거
색도가 높을 경우에는 색도를 제거하기 위하여 응집침전처리, 활성탄처리 또는 오존처리를 한다.
21.7 소독부산물 대책
소독부산물 전구물질을 다량으로 함유한 경우에는 그 저감을 위하여 활성탄처리 또는 전염소처리를 대신하여 중간염소처리 등을 한다.
21.8 휘발성유기화합물 대책
휘발성유기화합물(트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 1,1,1-트리클로로에탄 등)을 함유한 경우에는 이를 저감시키기 위하여 폭기처리나 입상활성탄처리를 한다.
21.9 음이온계면활성제의 제거
음이온계면활성제를 다량으로 함유한 경우에는 음이온계면활성제를 제거하기 위하여 활성탄처리나 생물처리를 한다.
21.10 질산성질소 제거
질산성질소를 다량으로 함유한 경우에는 질산성질소를 제거하기 위하여 이온교환처리, 생물처리, 막처리 등을 한다.
21.11 경수연화(경도 저감)
경도가 높은 경우에는 경도를 감소시키기 위하여 정석(晶析)연화법, 응석침전법, 이온교환법, 제오라이트법 등의 처리를 한다.
21.12 조류제거 대책
정수시설 내에서 조류를 제거하는 방법으로는 약품처리 후 침전처리 등으로 제거하는 방법과 여과로 제거하는 방법이 있다.
21.13 생물학적 처리
생물학적 처리방법으로는 수중에 고정된 플라스틱 소통의 집합체인 하니콤(honeycomb)방식, 회전하는 원판에 의한 회전원판방식(rotating biocontactor, RBC), 입상여재에 의한 생물접촉여과방식 등이 있다.
22. 해수담수화시설
22.1 총칙
22.1.1. 해수담수화의 특징과 유의할 사항
지표수만으로 충분한 상수원 개발이 곤란한 일부 해안지역과 도서지역에서 계절에 관계없는 안정된 수자원으로 해수를 이용하는 해수담수화시설을 도입함으로써 갈수기에 대비하고 장래 상수의 안정공급에 이바지할 수 있다.
세계적으로 해수담수화시설 도입이 증가하고 있으며, 역삼투 분리막, 동력회수장치, 공정 설계 기술의 비약적인 발전으로 시설 규모에 따른 차이는 있으나, 저렴한 가격으로 청정한 담수를 생산하여 상수도사업에 활용하고 있다.
해수담수화시설의 특징과 유의할 사항으로서는 다음과 같다.
<특징>
① 계절에 영향을 받지 않고, 안정된 수량을 확보할 수 있다.
② 건설에 장기간이 소요되는 댐의 개발에 비하여 상대적으로 단기간에 건설할 수 있다.
③ 지표수의 취수에 따른 관련 기관과의 복잡한 문제발생이 적고, 수도사업자가 독자적으로 도입할 수 있다.
④ 해수담수화시설은 해양환경영향 및 운영비의 소요가 높은 시설이므로 경제성 및 지역적 환경 문제를 고려한 지점을 선택해야 한다.
<유의할 사항>
① 하천수를 이용하여 상수를 생산하는 방법에 비하여, 전기요금, 막 교체비 등의 운영비가 상대적으로 많이 소요된다.
② 에너지의 절약대책이나 농축해수의 방류로 인한 생태계에의 영향에 관한 대책 등 환경적 측면에서의 문제점을 고려해야 한다.
22.1.2. 해수담수화시설의 도입계획
해수담수화시설의 도입계획은 해당 수도사업이 관할하는 지역의 물 수급계획을 합리적이고 경제적으로 만족시키는 수도사업계획의 범주 안에서 수립되어야 한다. 또한 장래의 수요예측에 대하여 확실한 수원확보대책으로 지표수원과 해수담수화 양쪽을 어떠한 방법으로 개발할 것인가를 선택하는 것이 문제이다.
해수담수화시설 도입과 시설규모 결정에는,
① 지표수계 수원개발의 가능성 및 안정성과 그 전망(갈수에의 대처도 고려)
② 지표수계 수원개발과 해수담수화로 생산된 물의 가격 비교 및 입지조건
③ 지표수계 수원과 해수담수화시설의 종합적 운용방법 등에 관하여 포괄적으로 검토한다.
일반적인 도입과정의 흐름을 [그림 1.22.1]에 나타내었다.
물 수요예측을 포함한 기초조사 등 기본항목 검토방법에는 1.2 기본계획을 참조한다.
[그림 1.22.1] 해수담수화시설 도입과정의 흐름도
22.2 해수담수화방식의 선정
해수담수화방식은 해수원수의 수질, 정수수질의 관리목표치, 시설의 운전제어나 유지관리, 시설면적, 운전비용 등을 고려하여 적절한 방식을 선정한다.
22.3 해수담수화시설
해수담수화시설에는 다음 각 항목에 대하여 고려한다.
(1) 역삼투막 모듈에 대하여 막 모듈 공급업체에서 요구하는 수준의 SDI 및 허용탁도 이하의 해수를 공급하기 위한 전처리설비 및 막투과수의 pH조절이나 필요에 따라 경도를 조절하기 위한 후처리설비 또는 담수를 혼합하는 설비를 설치하는 등의 설비구성을 고려한다.
(2) 생산된 물의 수질에 대해서는 보론과 트리할로메탄이 ｢먹는물수질기준｣에 적합하도록 유의한다.
(3) 역삼투설비의 계열 수는 유지관리나 사고 등으로 인한 운전정지를 고려하여 2계열이상으로 한다.
(4) 해수담수화시설을 설치하는 장소에 대해서는 가능한 한 청정한 해수원수를 취수할 수 있고, 농축해수를 방류하는데 따른 환경영향을 고려하여 선정한다.
(5) 운영비용을 저감시키기 위하여 에너지절약대책을 강구하고 회수율을 높이는 등 에너지 효율을 높이는 방안을 고려한다.
(6) 시설이나 배관의 부식방지대책을 마련한다.
(7) 자연재해, 기기의 사고, 수질사고 등에 대한 안전대책을 강구하고 시설에 기인되는 소음 등 환경에 나쁜 영향을 미치지 않도록 유의한다.
22.4 조정설비
전처리설비의 설치는 다음 각 항에 의한다.
(1) 전처리설비는 막에 요구되는 공급수의 청정도를 나타내는 SDI가 4.0 이하가 되도록 안정적으로 처리할 수 있는 설비로 한다.
(2) 처리방식은 해수원수 중의 탁도 또는 현탁물질, 조류발생 정도에 따라 적절한 방법을 선정한다.
(3) 응집제를 사용하는 경우에는 염화제2철을 사용한다.
(4) 여과수조(전처리수조)는 여과장치가 세척 중에도 막모듈에 안정적으로 해수를 공급할 수 있도록 충분한 용량을 가져야 하며 외부로부터 오염되지 않는 구조이어야 한다.
22.5 역삼투막 및 막모듈
역삼투막 및 막모듈의 종류는 처리성, 내구성, 내화학성 등을 고려하여 선정하며 막의 종류에 따라 미생물의 영향이나 스케일생성을 방지하기 위한 적절한 대책을 강구한다.
22.6 역삼투설비
역삼투설비는 다음 각 항에 따른다.
(1) 공급수 중의 이물질로 고압펌프와 막모듈이 손상되지 않도록 하기 위하여 고압펌프의 흡입측 공급수 배관계통에 스트레이너(보호 필터, 카트리지 필터)를 설치한다.
(2) 고압펌프의 운전압력은 막모듈의 허용압력, 수온 및 회수율 등을 고려하여 동력비가 가장 경제적으로 되도록 설정한다.
(3) 고압펌프는 효율과 내식성이 좋은 기종으로 하며 그 형식은 시설규모 등에 따라 선정한다.
(4) 동력회수장치는 에너지 효율성 증대를 위해 설치를 장려하고, 그 형식은 효율, 운전조작성 및 유지관리의 용이성 등을 고려하여 선정한다.
(5) 고압펌프가 정지할 때에 발생하는 드로백(draw-back 또는 suck-back)에 대처하기 위하여 필요에 따라 드로백수조(담수수조겸용의 경우도 있다)를 설치한다.
(6) 막모듈은 플러싱과 약품세척 등을 조합하여 세척하며, 장기간 운전중지하는 경우에는 중아황산나트륨 등의 막보존액을 사용하여 보관한다.
(7) 해수담수화시설에서 생산된 물은 pH나 경도가 낮기 때문에 필요에 따라 적절한 약품을 주입하거나 다른 육지의 물과 혼합하여 수질을 조정한다.
(8) 막의 손상과 같은 고장을 곧바로 용이하게 발견할 수 있어야 하고 고장난 모듈을 쉽게 교환할 수 있도록 한다.
22.7 방류설비
방류설비는 다음 각 항에 따른다.
(1) 배출수처리는 배출수기준 이하가 되도록 pH조정, 폭기처리, 중화 등의 처리를 하여 농축해수와 혼합하여 방류하는 것이 바람직하다. 다만, 막모듈의 세척폐액은 세척액의 종류에 따라 오염도가 높은 경우에는 하수도에 방류할 수 있다.
(2) 방류방식이나 방류위치는 방류량이나 해역의 상황 등을 고려하고 방류해수가 방류해역의 생태계에 미치는 영향이 최소가 되도록 하여 방류방식과 위치를 선정한다.
22.8 약품주입설비
약품주입설비는 다음 각각 항에 따른다.
(1) 사용하는 약품류는 처리목적, 처리대상인 물의 수질, 역삼투막에 미치는 영향 등을 고려하여 적절한 약품을 선정한다.
(2) 주입방식은 약품의 종류와 성상에 따라 적절한 방식을 선정한다.
(3)저장설비는 구조상 안전하고 약품 종류와 성상에 따라 적절한 재질의 설비로 한다.
(4) 저장설비의 용량은 시설의 설치장소에 따라 여유 있는 용량으로 한다.
22.9 기계·전기·계측제어설비
기계·전기·계측제어설비는 8. 기계 및 전기·계측제어설비에 준하는 것 외에, 다음 각 항에 의한다. 또한 계측제어설비는 8.11 계측제어용기기 및 8.13.16 해수의 담수화설비(역삼투설비)를 참조하는 것으로 한다.
(1) 주요기기와 배관 등은 해수에 의한 부식대책과 염해방지대책에 대하여 고려한다.
(2) 고압펌프와 제어밸브 등에서 발생하는 진동은 역삼투막에 영향을 미치는 경우가 있으므로 진동을 억제하기 위하여 필요한 조치를 강구하고, 정전 등의 사고대책에 대비해야 한다.
(3) 생산량 변동으로 인하여 가동률이 저하되거나 점검보수 등으로 장기간 정지함으로 인하여 체류되거나 수질악화가 예상되는 경우에는 물을 뽑아내거나 방류관으로 배수(排水)하는 등 필요조치를 강구할 수 있는 구조로 한다.
23. 배출수 및 슬러지처리 시설
23.1 총칙
23.1.1. 설치목적과 처리시설의 선정
상상수도사업시설은 「수질 및 수생태계 보전에 관한법률」에 의거한 특정수질유해물질이 발생되는 폐수배출시설에 해당되므로 적정한 오염방지시설(배출수처리시설 등)을 설치하여 배출허용기준 및 폐수종말처리시설 방류수수질기준(또는 하수도법에 의한 공공하수도처리시설의 방류수수질기준)이하로 오염도를 저감하여 공공수역에 방류하거나 재활용하여야 한다. 정수시설에서 발생되는 폐수의 종류는 역세척 과정에서 발생하는 역세척배출수와 침전지에서 배출되는 침전슬러지가 대부분이며, 기타 정수공정에서 배출수처리시설로 유입되는 월류수 및 배수도 포함된다. 또한 슬러지처리를 통하여 발생되는 케이크는 사업장 폐기물이며 「폐기물관리법」에 따라 적정하게 수집, 운반 및 처분되어야 한다. 이러한 처리시설은 정수처리와 관련되므로 정수시설의 계획단계에서 하나의 시스템으로 통합하여 계획해야 한다.
이들 처리방식은 정수처리공정, 원수수질, 배출수의 양과 질, 슬러지의 성상, 발생케이크의 처분방법, 유지관리의 편의성, 소요부지면적, 건설비 및 지역의 환경여건을 고려해야 하며 기본적인 처리방법은 다음과 같다.
① 자연건조(천일건조상, 라군)
② 기계탈수
③ 탈수·열건조
④ 위탁 또는 하수처리장 이송처리
배출수처리시설을 계획하고 설계할 때는 다음 사항을 고려해야 한다.
① 발생된 케이크는 처분 또는 재활용이 가능하도록 한다.
② 원수의 탁도 변화가 큰 시설에서는 고탁도시에 발생된 고형물을 일시 저류시켜 평상시에 처리할 수 있도록 고려해야 한다.
③ 처리시설과 처분시설의 입지는 지역의 자연환경과 사회환경 등을 고려하고 장기적인 관점에서 유리한 지역을 선정한다.
23.1.2 원수수질과 슬러지량의 파악
표류수를 취수하는 정수장의 슬러지는 강우특성과 계절에 따른 원수수질의 변화 또는 상수원의 오염정도에 따라 성상과 발생량이 달라진다. 따라서 슬러지 발생량 예측과 성상 파악을 위해서는 원수 수질자료의 사전 조사가 중요하다. 또한 사용된 약품의 종류 및 주입율, 정수처리 공정구성, 침전지 및 여과지의 형식 등 정수시설의 특성과 운전방식에 따라서도 영향을 받게 된다.
슬러지의 고형물 농도, 밀도, 농축특성 및 탈수성은 원수 특성에 크게 영향을 받고 계절에 따라서도 변한다. 고탁도일 때에 발생하는 슬러지는 농축성과 탈수성이 좋은 반면에 저탁도 또는 조류가 번성할 때 발생하는 슬러지는 침강·농축성 및 탈수성이 나쁘다.
정수장의 슬러지 성분은 대부분 무기질로 구성되어 있으나, 오염된 하천수나 부영양화된 호소수는 유기물질이 많이 포함되어 있다(<표 1.23.1> 참조). 장래 수질변화로 유기물질이 증가되는 경우에는 탈수기 운영에 영향을 미치므로 장래의 수질을 예측해야 한다.
<표 1.23.1> 알럼(alum)슬러지의 화학적 조성

성 분

BOD(mg/ℓ)

COD(mg/ℓ)

Al2O3(%)

SiO2(%)

유기물(%)

함 량

30～300

30～5000

15～40

35～70

15～25
출처：Kawamura, 정수시설의 종합설계와 유지관리, 2001
슬러지 발생량은 원수수질 특성과 함께 다음과 같은 시설의 특성을 고려하여 예측한다.
(1) 정수장 기본계획과 시설현황
계획정수량：정수장 운영현황, 평균 정수생산량
침 전 지：약품침전지, 고속응집침전지, 경사판침전지 등
여 과 지：급속여과지, 철·망간을 제거하기 위한 여과지, 활성탄접촉조, 막여과설비
기 타：세사기, 마이크로스트레이너 등
(2) 약품의 종류와 주입상황
응 집 제：황산알루미늄, PACl, PAHCS, PASS, PSO-M, PACS 등
응집보조제：알긴산나트륨, 폴리머
알칼리제：소석회, 수산화나트륨
기 타：분말활성탄
정수시설의 특성과 운전방식 등에 따라 배출수의 양과 성상에 차이가 있으므로 슬러지 처리설비를 계획할 때에는 운영 중인 시설로부터 배출된 역세척배출수와 침전슬러지의 특성을 파악하는 것이 필요하다. 알럼(alum)슬러지는 압축성이 나쁘기 때문에 0.1～1% 정도의 고형물 농도를 나타내며, 1개월 이상 침전지에 축적되면 4～6 %로 농축되기도 한다.
역세척 과정에서 발생하는 역세척배출수의 발생량은 정수생산량의 1～5%(평균 2%) 정도이며, 고형물량으로는 정수공정에서 제거되는 전체 고형물의 1.0～1.5 %를 차지한다. 역세척배출수의 슬러지 물성은 <표 1.23.2>와 같다.
<표 1.23.2> 역세척 배출수의 슬러지 물성

성 분

BOD(mg/L)

COD(mg/L)

Al2O3(%)

SiO2(%)

유기물(%)

함 량

2～10

28～160

25～50

24～35

15～22
23.1.3 침강·농축·탈수성의 조사
정수장으로부터 배출된 슬러지의 성상은 슬러지 처리설비를 설계할 때 가장 중요하므로 실험을 통하여 슬러지의 침강·농축특성과 슬러지의 탈수성 등을 조사해야 한다. 슬러지의 침강·농축특성을 조사하기 위해서는 통상 실린더-테스트를 실시하는데, 10cm(D)×100cm(H) 원통에 슬러지를 넣고 침강계면을 외부에서 관찰하는 방법이다.
슬러지의 탈수성 조사는 실제 탈수기를 사용하는 방법이 가장 좋으나, 리프테스트(leaf test)를 실시하여 슬러지의 여과성을 나타내는 비저항치를 구하는 방법도 유효한 방법이다. 비저항치가 크면 수분이 슬러지를 통과하기 어려워 탈수성이 나쁘다는 의미이다. 비저항치 실험결과를 활용하여 탈수기의 기종을 어느 정도 추정할 수가 있다.
슬러지의 탈수성에 크게 영향을 미치는 인자로서는 응집제주입량과 탁도의 비를 나타내는 Al/T비이다. Al/T비가 낮을수록 비저항 값이 적어서 탈수성이 양호하다는 의미이다. 탈수성은 겨울철에 저하되는 등 계절별로 다르므로 4계절에 걸쳐 조사하는 것이 바람직하며 고탁도시와 평상시에 대해서도 반복 실험하는 것이 좋다. 상수원의 부영양화로 유기물이 증가하면 비저항치가 커져서 탈수성이 나빠진다. [그림 1.23.1]은 Al/T비와 비저항과의 관계를 나타내었다.
[그림 1.23.1] Al/T비와 비저항과의 관계
23.1.4 배출수처리시설의 구성과 기능
배출수처리시설에는 정수처리공정으로부터 역세척배출수와 침전슬러지가 유입되어 처리수의 하천방류, 원수로서의 회수, 발생케이크의 매립, 또는 재활용 등의 처분으로 종료된다.
지금까지는 세척배출수를 침전지로부터 배출되는 침전슬러지와 함께 혼합하여 처리하는 방법을 채택하여 왔다. 그러나 이러한 방법은 이미 농축된 슬러지를 세척배출수 중에 희석시키기 때문에 바람직하지 않다. 침전슬러지의 고형물 농도는 0.5∼1.5 %로서 원수로부터 추출되어 침전된 미생물, 유기화합물, 중금속들이다. 이에 비하여 세척배출수의 고형물 농도는 0.01∼0.04 %이다. 만약 이 두 가지를 혼합하면 배출수의 탁도는 증가하고 침전슬러지와 세척배출수를 혼합시켜 처리하는데 더 많은 처리약품이 필요하게 된다. 또한 이렇게 처리한 상징수를 재이용하는 경우에는 바람직하지 않은 화학물질이 순환·축적되고 침전슬러지의 불쾌한 맛·냄새가 정수에 남을 가능성이 있다. 그러므로 침전지로부터 배출되는 슬러지는 순환되는 세척배출수와 섞어서는 안 되며 슬러지처리시설로 배출시켜야 한다.
배출수처리시설에서 여과지 역세척배출수는 배출수지를 통하여 회수하고 슬러지처리공정에는 조정, 농축, 탈수 및 처분공정의 전부 또는 일부로 구성되며, 이들 처리공정의 개념도를 [그림 1.23.2]에 나타내었다. 처리설비의 계측제어설비는 KDS 57 31 00 11. 계측제어용 기기 및 KDS 57 31 00 13.17 배출수처리 설비를 참조한다.
(1) 여과지 역세척배출수의 처리
미국의 「지표수처리규칙」에서는 여과지 역세척배출수를 반송시키기 전에 플록형성과 침전 및 소독처리 등의 고도처리를 하도록 규정하는 등 정수처리를 더욱 엄격하게 규제하는 추세이다. 회수지점도 여과지 유입지점이 아니라 착수정으로 반송하도록 규정하고 있다.
역세척배출수 처리시설을 설계할 때에는 반송수의 수질문제로 정수처리에 장애를 초래하지 않도록 고려해야 한다. 특히 여과지 폐색을 일으키는 규조류 발생시에는 반송으로 인한 조류의 농축현상으로 문제가 악화될 수 있으므로 배슬러지지 또는 농축조로 배출할 수 있도록 고려하여 해야 한다.
[그림 1.23.2] 배출수 처리방식의 개념도
(2) 정수장에서 발생되는 슬러지의 처리와 처분
정수장에서 발생되는 슬러지는 원수 중의 탁질과 응집약품에 의한 약품슬러지로 분류되며 주로 불활성물질로 구성되어 있다. 대부분의 정수장은 알루미늄 계통의 응집제를 사용하고 있으며 이를 알럼(alum)슬러지라고 한다. 알럼슬러지는 탈수가 어렵고 건조된 슬러지는 요변성(搖變性)이 있어서 물과 함께 흔들리면 현탁액으로 되돌아갈 수 있다. 설계자는 비용 대 효과가 최적이며 실행가능한 슬러지처리(조정, 농축, 탈수)와 처분방법을 채택해야 하고, 정수장에 인접하여 하수처리시설이 있는 경우에는 관련부서와 협의하여 하수처리시설로 이송하여 처리할 수도 있다.
3) 조정시설
조정시설은 배출량을 조정하는 과정이며 배출수지와 배슬러지지로 구성된다. 통상 급속여과지로부터 역세척배출수를 받아들이는 시설을 배출수지, 약품침전지나 고속응집침전지 또는 배출수지로부터 슬러지를 받아들이는 시설을 배슬러지지라고 한다(지금까지는 이를 구별하지 않았으며 양자로부터 배출수와 슬러지를 함께 받아들이는 경우는 배슬러지지라고 하였다). 배출수지와 배슬러지지는 배출량의 시간적 변화를 조정하고 이후의 공정에서 일정한 처리로 이어지도록 조정하는 시설이다.
침전슬러지가 단시간에 유입되는 배슬러지지에서는 고액분리가 어려울 뿐 아니라 슬러지의 부패로 인한 맛·냄새문제의 발생, 크립토스포리디움 등 원생동물의 오염이 우려되므로 배슬러지지의 상징수를 정수공정으로는 절대로 반송하지 않는다.
(4) 농축시설
① 여과지 역세척배출수
역세척배출수 처리공정의 형식은 기본적으로 통상의 응집·침전공정과 소독공정으로 구성된다. 내부순환류를 갖는 고속응집침전지는 공정효율이 좋고 충격부하에도 내성이 있다. 또한 슬러지의 농축성이 높고 슬러지 제거가 쉬우며 필요로 하는 부지면적이 작다.
일반 횡류식장방형 침전지가 배출수를 취급하기는 쉽지만, 수리적 허용부하량이 낮아서 고속응집침전지보다 큰 부지면적이 필요하다. 미세모래고속침강공정(high-speed microsand settling process-ACTIFLO)도 고려해 볼만하다. 이 침전시설에서 발생된 슬러지는 배슬러지지 또는 슬러지 농축시설로 보낸다.
② 슬러지농축시설