[논문]유입유량과 연계한 여과지 가동지수 변동 운영이 여과수 수질에 미치는 영향

김진근; 이정택

유입유량과 연계한 여과지 가동지수 변동 운영이 여과수 수질에 미치는 영향
Influence of Filtrate Quality by Variation of Operating Filter Number Based on Inflow 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.31 no.9, 2009년, pp.817 - 824

김진근 (한국수자원공사 수도관리처.한국수자원공사 정읍수도서비스센터) , 이정택 (한국수자원공사 수도관리처.한국수자원공사 정읍수도서비스센터)

초록
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여과공정에서 수리적 충격부하로 인한 탁질누출을 방지하기 위하여, 여과지 유입량 변화에 대응하여 여과지 운영지수를 변화시키면서 여과수의 탁도 및 입자수를 고찰하였다. S 정수장은 여과지 유입량 최대/최소의 비가 2.2였으며, 이에 따라 여과속도도 변동하였다. S 정수장에서는 여과속도 변동 최소화를 위하여 여과유입수량 변동에 따라 여과지수를 변동시켰다. 여과지 유입유량 변화에 따라 가동, 휴지, 재가동을 반복하였을 경우 탁질누출은 심하지 않았다. 여과가동 누계시간이 10 h 이전이나 50 h 이후에 재가동시는 탁질누출현상이 일부 발견되었다. 이런 현상은 여재의 숙성이 충분하지 않거나 입자물질의 부착량 과다에 기인할 수 있다. 따라서 여과지를 재가동할 때는 누계여과지속시간이 10 h 이상, 50 h 미만인 여과지를 선택하는 것이 효율적인 것으로 조사되었다. 여과지 유입유량 변동에 따른 여과지수 변동은 UFRV 향상을 위한 방법으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

To prevent turbidity breakthrough in a depth filter caused by hydraulic shock loads, influence of turbidity and particle number in filtrate by variation of operating filter number depending on inflow change was investigated. Inflow quantity at the S water treatment plant (WTP) was varied and ratio of maximum/minimum inflow quantity was 2.2, therefore filtration velocity was also subsequently changed. The S WTP changed operating filter number depending on inflow variation to minimize change of filtration velocity. Particle breakthrough was not severe when operation system was changed, out-of-operation and re-start of filter was repeated depending on inflow quantity. Slight particle breakthrough was noticed when re-start of filter was implemented at the filter that had a cumulative filtration run time of less than 10 h or more than 50 h. This can be attributed to the inadequate ripening and over accumulation of particles on media. Therefore, it is more efficient to choose a re-starting filter basin which has cumulative filtration run time more than 10 h or less than 50 h to reduce particle breakthrough. Filter number variation depending on inflow change was proven to be a method for improvement of unit filter run volume (UFRV).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

S 정수장에서는 G 정수장에서 발생한 것과 같은 여과지 유입유량 변동에 따른 탁도누출을 방지하기 위하여 여과지 유입유량과 연계하여 여과지 가동지수를 변동함으로써 여과속도의 급격한 증가를 방지하고자 하였다. S 정수장의 경우 시설용량은 3,750 m3/h (90,000 m³/day)이나, Fig 2에 나타난 바와 같이 시간대 별로 유입유량의 변화폭이 크고 최대/최소유입량의 비는 2.
본 연구에서는 여과지 가동지수를 여과속도 증감과 연계해 운영하고 여과지 가동지수 변동이 여과수 수질에 미치는 영향을 고찰하여 실제 정수장에서 수리적 충격부하 발생시 입자물질 파과 최소화 방안을 제시하였다. 또한 유입물량에 따른 여과지수 변동운영이 단위여과면적당여과량(UFRV, unit filter run volume)에 미치는 영향도 고찰하였다.
정수장 운영과정 중에 취수펌프 유량제어 등의 설비개선을 통하지 않고 여과속도의 급변을 방지하는 방법 중의 하나는 여과지 운영지수를 취수물량과 연계하여 가변적으로 운영하는 것이다. 본 연구에서는 여과지 가동지수를 여과속도 증감과 연계해 운영하고 여과지 가동지수 변동이 여과수 수질에 미치는 영향을 고찰하여 실제 정수장에서 수리적 충격부하 발생시 입자물질 파과 최소화 방안을 제시하였다. 또한 유입물량에 따른 여과지수 변동운영이 단위여과면적당여과량(UFRV, unit filter run volume)에 미치는 영향도 고찰하였다.

제안 방법

G 정수장의 경우 여과지 유입유량 변동에 따른 탁도변화를 여과지별로 설치된 온라인(on-line) 탁도계를 이용하여 관찰하였다.
또한, 개별 여과지에서‘07년, ‘08년 각각 2개월간(2~3월) 여과지 단위면적당 여과개시 후 역세척 전까지 여과수량 파악을 위하여 여과면적 1 m2 당 총여과수량으로 표시되는 단위여과면적당여과량(UFRV, unit filter run volume)을 조사하여 유입유량 증감에 따른 여과지수 변동운영의 경제성을 조사하였다.
여과수 탁도조사는 온라인 탁도계(HF Micro Tol3)를 사용하여 측정하였으며, 입자수는 입자계수기(2200PCX)를 사용하여 1 ㎛ 이상의 입자수를 측정하였다. S 정수장에서는 적정여과속도 유지를 위한 여과지 가동대수를 연구기간 동안 Table 2와 같은 기준을 설정하여 운영하였다.
입자물질 파과를 방지하기 위해서는 여과공정에서 수리적 충격부하의 최소화, 즉 여과속도의 급격한 변동을 방지하는 것이 중요하다. 이를 위해, 영국의 바데노크 전문가 그룹은 여과속도의 단계적 변화를 분당 5% 이하로 권장하였으며, 플록의 강도가 낮을 경우에는 분당 1.5%의 여과속도 변화를 상한 값으로 제안하였다. 이는 플럭의 강도가 강할수록 수류전단력에 대한 저항력이 강해지고 입자물질의 탈착이 발생한 이후에 탈착지점보다 아래의 여층에서 재부착 가능성이 높기 때문이다.
한편, 여과지 가동지수 변동에 따른 여과속도 변화와 탁질누출 상관관계 파악을 위하여 S 정수장을 대상으로 ‘08.2~‘08.3 중 유입유량 변동에 따라 여과지 사용, 운휴, 재사용을 반복하면서 여과수의 탁도 및 입자수 변화를 분석하였다.

대상 데이터

연구대상은 낙동강과 섬진강에서 지표수를 취수하여 정수하는 G, S 정수장이었다. G, S 정수장은 모두 일반적인 정수처리공정으로 구성되어 있으며, 세부적인 여과지 및 유입량변동 현황은 Table 1과 같다.
유입유량의 변화에 따른 여과지수 변동운영의 경제적 효용성을 평가하기 위하여, UFRV를‘07년과‘08년의 동일시기(2~3월)를 대상으로 조사하였다.

성능/효과

1. 역세척 직후에는 여재 미숙성으로 입자물질의 부착이 잘 이루어지 않아 입자물질의 파과가 발생했으며 안정화까지 약 3시간이 소요되었다. 그러나 일정기간 운영한 여과지를 운휴 후 재가동하였을 경우는 여재가 이미 숙성되어 초기 입자물질의 파과는 심하지 않았으며, 여과개시 약 20분 후에 안정화 되었다.
2. 일정기간 운영한 여과지를 운휴 후 재가동할 경우에는 누계여과지속시간이 길수록 입자물질의 파과정도가 심했으며, 이는 부착량이 증가할수록 수류에 의한 전단력이 상승하여 나타나는 현상으로 판단된다.
누계여과지속시간이 길수록 여과수에서 입자물질의 누출이 높게 나타나는데 이는 여과지속시간이 길수록 동일한 수리적 부하에서 입자물질의 파과정도가 심하다고 보고한 다른 연구결과와 유사하다.²¹⁾ 누계여과지속시간이 70 h이상일 경우는 입자수가 여과지속시간이 15 h 이후 재가동한 경우에 비하여 약 2배 정도 높게 나타나는 것으로 조사되었다. 여과지속시간이 70 h 이상의 경우 탁도, 입자수, 손실수두 변화에 대한 지속적인 모니터링을 통해 입자물질의 누출을 감시하고 일정 기준 이상으로 상승할 경우는 역세척을 실시하여야 할 것으로 판단된다.
3. 일정시간 여과지 가동 후, 운휴, 재가동하였을 경우 여과지속시간이 지나치게 짧거나 길 경우 입자물질의 파과가능성이 높았다. 지나치게 짧을 경우는 여재 숙성이 미흡하고 길 경우에는 수류에 의한 전단력이 증가하여 나타나는 현상으로 생각된다.
4. 여과속도를 설계속도에 근접한 값으로 유지함으로써 UFRV가 7~23% 상승하는 효과를 가져왔다. 따라서, 유입량 변동과 연계한 여과지수 운영이 여과지 운휴 후입자물질의 파과를 발생시키지 않으면서, UFRV를 향상시킬 수 있는 유용한 방법이라고 생각된다.
1부터는 정수처리기준 적용대상을 시설용량5,000 m3/일 이상으로 확대하였다(환경부, 2008). 정수처리기준에 의하면 통합여과수의 탁도가 0.3 NTU 이하, 95% 이상이고 최고 탁도가 1.0 NTU 이하일 경우 원생동물의 일종인 Giardia는 2.5 log(99.68%), 바이러스는 2 log(99%) 불활성화 되었다고 인증해주고 있다.⁶⁾
13의 경우 여과지 재가동 시점에서 입자수가 가장 높게 나타났는데, 재가동 시점에서 누계여과지속시간은 9 h 이었다. 즉, 역세척 후 9 h를 운영하다가 7 h 30 min 운휴 후 재가동한 직후의 30분간 측정결과를 살펴보면, 여과초기시 입자수가 22 particles/mL로 가장 높았으며 이후 지속적으로 개선되어 30분 후에는 16으로 감소되었는데, 초기에 입자개체수가 높게 검출된 것은 여과숙성(ripening)이 불충분하거나 역세척 미흡, 초기여과속도의 과다 등을 원인으로 들 수 있다.
이 경우 여과초기에 입자물질의 누출이 일부 발생하였으며, 이에 대한 개선대책 수립이 필요한 것으로 판단된다. 한편, 탁도는 재가동 직후 0.07 NTU로 나타났으며, 30분 가동후에는 0.05 NTU, 입자수는 11 particles/mL로 조사되어 30분이 지난 후에는 다른 여과지와 유사한 수준으로 안정화되는 것으로 나타났다. 2.

후속연구

0 NTU이하로 관리되어 여과지속시간에 큰 영향을 주는 것으로 판단되지는 않는다. 그러나 보다 정확한 분석을 위해서는 원수 수질이 유사한 기간을 선정하여 추가 조사가 필요한 것으로 판단된다. 전반적으로, 여과속도 변동과 연계한 여과지 운영은 재가동에 의한 여과수 수질의 저하는 크지 않으면서 UFRV를 향상시킬 수 있는 유용한 방법이라고 생각된다.
이러한 차이의 원인 파악을 위해 밸브개폐시간, 여층구성, 하부집수장치 파손, 역세척 효율 등에 대한 여과지별 조사가 필요하다. 또한, 초기 30분간 배출되는 여과수량, 역세척 후 여재나 하부집수장치에 남아 있던 역세척수의 탁질누출 영향 등에 대한 추가조사도 필요하다.
즉 가동시간이 지나치게 짧은 여과지를 운휴하고 재가동시에는 여재 미숙성에 의한 파과가능성이 있으며, 지나치게 긴 여과지를 운휴하고 재가동시에는 입자물질 부착량이 많아 재가동시 작은 수리적 부하에도 입자물질 파과가능성이 크기 때문이다. 한편, 누계운전시간 뿐만 아니라 여과후 중단 지속시간도 여과효율에 영향을 미칠 것으로 생각되며, 이에 대한 추가연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	급속여과공정은 부착력을 향상시키기 위해 전처리로 무엇이 반드시 필요한가?	일반적인 정수처리공정에서 여과지 유입수내 존재하는 입자물질의 크기는 여재공극보다 매우 작아 여과지 유입 입자물질의 제거 메커니즘은 체거름보다는 입자물질과 여재표면 또는 입자물질과 여재에 이미 부착된 입자물질 표면과의 부착에 의해서 발생하고 있다. 부착력을 향상시키기 위해 급속여과공정은 특성상 전처리로 약품주입공정이 반드시 필요하며, 전처리를 통한 입자물질의 불안정화 정도에 따라 입자물질 제거율에 많은 차이를 보이고 있다.7,8)
	정수처리공정에서 여과지 유입 입자물질의 제거 메커니즘은 무엇에 의해 발생하는가?	일반적인 정수처리공정에서 여과지 유입수내 존재하는 입자물질의 크기는 여재공극보다 매우 작아 여과지 유입 입자물질의 제거 메커니즘은 체거름보다는 입자물질과 여재표면 또는 입자물질과 여재에 이미 부착된 입자물질 표면과의 부착에 의해서 발생하고 있다. 부착력을 향상시키기 위해 급속여과공정은 특성상 전처리로 약품주입공정이 반드시 필요하며, 전처리를 통한 입자물질의 불안정화 정도에 따라 입자물질 제거율에 많은 차이를 보이고 있다.
	실공정 여과지를 대상으로 조사한 결과 여과지 유입물량은 시간별로 많은 변동이 있었으며, 유입물량의 변동은 여과속도 변동의 직접적인 원인이 되어 입자물질의 파과를 초래하는데, 이러한 현상의 개선방안으로 S 정수장에서 여과지 유입물량 변동에 따라 여과지 가동지수를 연계운영한 결과는?	1. 역세척 직후에는 여재 미숙성으로 입자물질의 부착이 잘 이루어지 않아 입자물질의 파과가 발생했으며 안정화까지 약 3시간이 소요되었다. 그러나 일정기간 운영한 여과지를 운휴 후 재가동하였을 경우는 여재가 이미 숙성되어 초기 입자물질의 파과는 심하지 않았으며, 여과개시 약 20분 후에 안정화 되었다. 2. 일정기간 운영한 여과지를 운휴 후 재가동할 경우에는 누계여과지속시간이 길수록 입자물질의 파과정도가 심했으며, 이는 부착량이 증가할수록 수류에 의한 전단력이 상승하여 나타나는 현상으로 판단된다. 3. 일정시간 여과지 가동 후, 운휴, 재가동하였을 경우 여과지속시간이 지나치게 짧거나 길 경우 입자물질의 파과가능성이 높았다. 지나치게 짧을 경우는 여재 숙성이 미흡하고 길 경우에는 수류에 의한 전단력이 증가하여 나타나는 현상으로 생각된다. 따라서 S 정수장의 경우 누계여과지속시간이 10시간~50시간인 경우에 여과지 운휴, 재가동이 권장된다. 4. 여과속도를 설계속도에 근접한 값으로 유지함으로써 UFRV가 7~23% 상승하는 효과를 가져왔다. 따라서, 유입량 변동과 연계한 여과지수 운영이 여과지 운휴 후입자물질의 파과를 발생시키지 않으면서, UFRV를 향상시킬 수 있는 유용한 방법이라고 생각된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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