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문제 정의
- 그러나 현장에서 운영 중인 PAC 접촉조를 대상으로 그 성능을 체계적으로 조사한 연구가 없다. 이와 같은 배경에서 본 연구에서는 한국수자원공사의 2개 정수장(C 정수장, H 정수장)에서 운영 중인 PAC 접촉조를 대상으로 맛·냄새 물질과 유기물질 제거효율을 평가하였다. 또한, 2 개 정수장을 대상으로 추적자실험을 수행하여 흐름특성을 조사하였다.
제안 방법
- 냄새에 대응하기 위하여 한시적으로 PAC 를 투입하고 있다. 2007년 10월과 11월에 PAC를 각각 10 및 5 mg/L 투입하였고, 2008년 9월과 10월에 PAC를 10 mg/L 투입하였다. 그림에서 보는 바와 같이 PAC를 5~10 mg/L 투입한 시기에 제거된 TOC 농도는 PAC를 투입하지 않은 시기에 제거된 TOC와 거의 비슷하다.
- PAC 투입량은 20 mg/L로 동일하였다. PAC 접촉조로 유입되는 원수를 포함하여 중간부와 유출부에서 시료를 채취하였고, 수심 2 m에서 4까지 1m 간격으로 채수하였다.
- PAC 접촉조의 성능 평가를 위해 불소(F) 추적자실험을 수행하였으며, 맛.냄새 및 유기물질 제거효율을 조사하였다.
- 3분이었다. 그러나, C 정수장 접촉조는 교반강도(G)를 증가하기 위하여 Fig. 2에서 보는 바와 같이 PDF(polyethylene double frame) 판넬을 이용하여 접촉조 내 Baffle(도류벽)을 추가로 설치하고 수로를 미로형(maze-type) 으로 변경하였다.
- 맛.냄새 및 유기물질 제거효율을 조사하였다. 본 연구에서 얻은 결론은 다음과 같다.
- C 정수장 PAC 접촉조의 유기물 및 맛.냄새 제거율을 조사하기 위하여 PAC 가 투입되고 있는 현장에서 시료를 채취하여 SS(suspended solids), UV254와 DOC, 그리고 Geo- smin 농도를 측정하였다. 1차 실험(09년 8월 17일) 당시 유량은 83, 552 m3/d로 체류시간은 34분이었고, 2차 실험(09 년 8월 24일) 당시 유량은 74, 464 m3/d로 체류시간은 38.
- 이와 같은 배경에서 본 연구에서는 한국수자원공사의 2개 정수장(C 정수장, H 정수장)에서 운영 중인 PAC 접촉조를 대상으로 맛·냄새 물질과 유기물질 제거효율을 평가하였다. 또한, 2 개 정수장을 대상으로 추적자실험을 수행하여 흐름특성을 조사하였다.
- DOC의 측정을 위해 시료를 GF/C 여지로 여과하였다. 또한, 유기물 함량을 나타내는 지표로 UV254 흡광도를 분석하였다. UV254 흡광도는 UV/VIS spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu)를 이용하여 측정하였다.
- 유기물의 정량화를 위하여 DOC 의 농도를 TOC 분석계 (VCPH, Shimadzu)를 사용하여 분석하였다. DOC의 측정을 위해 시료를 GF/C 여지로 여과하였다.
- 6은 교반강도와 반응시간에 따른 PAC의 홉착효율을 조사한 결과이다. 초기 UV254 값이 0.060인 H 정수장 원수에 현장에서 사용하는 PAC(SPS-100)를 10 mg/L 투입하고, 교반강도와 반응시간에 따른 UV254의 변화를 Jar test로 측 정하였다. 그림에서 보는 바와 같이 교반강도가 20 sec-1 보다 작은 경우, 반응시간 20분까지는 UV254 제거율이 1.
- 추적자(racer)로는 분석의 용이성과 안전성을 고려하여 불화나트륨 (NaF, Onoda Chemical, Japan)을 선정하였고, 목표농도는 환경부 수질 기준(1.5 mg/L) 미만인 0.6 mg/L로 주입하였다. 또한, 일정한 시간 간격으로 유출부(수심 2 m 한 지점)에서 시료를 채취하여 발색법(Hach, DR-2010)으로 측정하였으며, 무차원 시간(θ= 비T, t=경과시간, T= 이론적 체류시간)에 대한 유입수 농도와 유출수 농도비 (C/Co)를 나타내었다(Kim and Bae, 2007).
대상 데이터
- 7 mg/L로 C 정수장보다 높은 수준이다. H 정수장에서는 원수의 높은 TOC 농도에 대응하고자 2007 년 5월부터 11월까지 지속적으로 PAC 를 투입하였고(5~10 mg/L), 2008년에도 10월부터 11월까지 PAC 5~6 mg/L를 투입하였다. 2007년도 원수와 정수의 원별 TOC 농도를 비교하면, PAC 비투입기에 제거된 TOC 농도는 평균 0.
- 냄새 강도에 따라 PAC 를 따로 투입할 수 있도록 원수유입 라인이 완전히 구분되어 있다. PAC 접촉조 (Fig. 1의 수로 ①)는 2지로 구성되어 있고, 접촉조의 제원은 길이 69.5 m, 폭 8.2 m, 수심 4.0 m이다. 격벽의 수는 수평우류식 도류벽의 형태로 9 개씩 설치되어 있다.
- PAC 접촉조의 성능평가를 위해 한국수자원공사의 C 정수장과 H 정수장을 모델정수장으로 선정하였다. Fig.
- DOC를 측정한 결과이다. PAC 접촉조의 유입부와 중간 지점, 그리고 유출부에서 시료를 채취하였으며, 채수수심은 2 m이었다. 채수 직후에 시료를 GF/C 여지로 걸러 PAC 입자의 영향을 배제하였다.
- 또한, 유기물 함량을 나타내는 지표로 UV254 흡광도를 분석하였다. UV254 흡광도는 UV/VIS spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu)를 이용하여 측정하였다. 대표적인 맛.
- 3은 H 정수장의 PAC 접촉조의 평면도이다. 좌우대칭형(bisymmetry-type)의 2지로 구성되어 있고, 길이 25.0 m, 폭 6.0 m, 그리고 수심 3.0 m로 설계되었다. 격벽은 수평우류식으로 각각 20 개씩 설치되어 있고, 만곡부의 폭은 통수 단멱적의 약 30%에 해당하는 1.
이론/모형
- Index 분석방법은 혼합의 정도와 사영역의 크기를 정량적으로 결정할 수 없고 단지 정성적인 평가만 가능하기 때문에 Rebhun 과 Argaman 이 제시한 그래프 분석방법으로 흐름특성을 정량적으로 평가하였다(Hudson, 1981). Index 분석방법에서 Modal Index(tp/T)는 반응조 내에서의 압출형 흐름의 정도를 나타내는 상수로 1에 가까울수록 이상적 상태의 압출형 흐름에 가까운 것을 의미한다.
- PAC 접촉조의 흐름특성을 조사하기 위하여 pulse dose 법을 이용하여 추적자실험을 수행하였다. 추적자(racer)로는 분석의 용이성과 안전성을 고려하여 불화나트륨 (NaF, Onoda Chemical, Japan)을 선정하였고, 목표농도는 환경부 수질 기준(1.
- 대표적인 맛.냄새 물질인 Geosmin의 정량분석을 위해 closed-loop stripping analysis(CLSA)+GC/ MS를 사용하였으며(배병욱 등, 1999), Standard Methods 6040B에 따라 분석하였다(APHA, 2005).
- 6 mg/L로 주입하였다. 또한, 일정한 시간 간격으로 유출부(수심 2 m 한 지점)에서 시료를 채취하여 발색법(Hach, DR-2010)으로 측정하였으며, 무차원 시간(θ= 비T, t=경과시간, T= 이론적 체류시간)에 대한 유입수 농도와 유출수 농도비 (C/Co)를 나타내었다(Kim and Bae, 2007).
성능/효과
- 1) 불소추적자 실험결과, 좌우대칭형(bisymmetry-type)으로 설계된 H 정수장의 PAC 접촉조는 압출형흐름 분율이 70% 이상으로 양호한 흐름특성을 보였다. 한편, 격벽을 보완한 미로형(maze-type)인 C 정수장 접촉조도 압출형 흐름 분율이 70% 이상으로 흐름특성이 양호하였다.
- 2) 지난 2년 동안의 C 정수장 운영자료에 의하면, 5 내지 10 mg/L의 PAC를 일시적으로 투입하였음에도 불구하고, PAC의 투입으로 인해 정수의 TOC가 개선되었다는 뚜렷한 증거를 발견할 수 없었다. H 정수장의 경우에도 5~10 mg/L의 PAC를 지속적으로 투입하였음에도 불구하고, TOC 제거 효과가 미미하였다.
- 3) H 정수장 접촉조에서는 PAC의 투입으로 인한 유기물 제거효과가 거의 없었던 반면에, 실험실 Jar test에서는 PAC에 의한 유기물 제거를 확인할 수 있었다. 실험실 Jar test 로 얻은 결과와 현장 접촉조에서 얻은 결과에 현저한 차이가 나는 것은 교반강도 달랐기 때문인 것으로 판단된다.
- 4) 대상정수장의 가동률(설계유량 대비 운전유량)을 조사한 결과, C 정수장이 27%, H 정수장 50%로 확인되었다. 결론적으로 낮은 가동률로 인한 교반강도의 감소가 접촉조의 효율저하를 초래하는 결정적인 원인임을 확인하였다.
- 확인되었다. 결론적으로 낮은 가동률로 인한 교반강도의 감소가 접촉조의 효율저하를 초래하는 결정적인 원인임을 확인하였다.
- 대상 정수장의 지난 2년간(2007년 1월부터 2008년 12월까지) 가동률(설계유량 대비 운전유량)을 조사한 결과, C 정수장의 평균 가동률은 27%, H 정수장의 평균 가동률은 50%이었다. 가동률이 작아지면 접촉조 내 유속이 그에 비례해서 작아지고, 결국 교반강도도 감소하게 된다.
- 2분이었으며, PAC 투입량은 5 mg/L로 동일하였다. 모든 실험에서의 DOC 제거율은 1% 미만이었는데, 이는 현장 접촉조의 유기물 제거율이 극히 저조함을 의미한다.
- 4는 대상정수장 접촉조의 추적자실험 결과이다. 실험 당시 실제 체류시간은 C 정수장의 경우 처리 수량 (3, 264 m3/hr)을 기준으로 한 이론 체류시간(약 42분)의 약 64%에 해당하는 27분이었고, H 정수장은 처리수량(1, 270 m3/hr) 을 기준으로 한 이론 체류시간(약 21.3 분)과 거의 유사한 20.3분이었다.
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