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상수원수 수질저하가 정수처리 비용에 미치는 영향
Effect of raw water quality decrease on water treatment costs 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.34 no.4, 2020년, pp.239 - 250  

김진근 (제주대학교 환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, effects of five raw water quality parameters (turbidity, odor compounds caused by algae, filter clogging caused by algae, pH increase caused by algae, and organic matter) on improvements and operations costs of typical water treatment plant (WTP) were estimated. The raw water quality ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 국내 상수원의 가장 큰 비중을 차지하는 호소수를 취수하는 급속여과시설을 대상으로 상수원수 수질과 관련한 5가지(탁도, 조류기인 이취미 물질, 조류기인 여과지 막힘, 조류기인 pH, 유기물 농도) 항목에 대해 국내 상수원에서 과거 자료를 바탕으로 발생가능한 최악의 조건을 가정하고 해당 조건에서 예상되는 정수시설 개선비 또는 운영비를 산정하였다.
  • 본 연구에서는 국내 상수도시설에서 가장 비율이 높은 호소수를 취수하는 급속모래여과시설을 대상으로 호소 수질저하에 따라 추가적으로 소요되는 정수처리 시설비 및 운영비를 추정하였다. 특정 오염물질의 유입으로 인한 수질사고 사례를 제외하고 호소 상류로부터의 일반적인 오염물질 유입 및 기상현상 등에 기인해 호소 내에서 발생가능한 오염물질의 농도 수준을 기존 자료 분석 등을 통해 가정하고 각각의 오염물질의 농도 증가에 따른 정수처리 비용 상승 정도를 산출하였다.

가설 설정

  • 이와 같이 원수의 수질은 정수처리 시설비 및 운영비에 직접적인 영향을 미친다고 할 수 있으나, 기존 수도시설에서 원수의 수질이 당초 설계시보다 저하될 경우 추가로 소요될 수 있는 비용에 대한 연구는 거의 없는 상태이다. 따라서 본 연구에서는 원수 수질저하로 추가 소요가 예상되는 정수처리 시설설치비 및 운영비를 해당 상수원에서 발생가능한 최악의 수질조건을 가정하여 산정하였다. 이를 통해 상수원 수질개선사업 추진에 대한 타당성의 일부 근거를 제시할 수 있을 것으로 예상한다.
  • 식 (1)의 공사비 함수식에서 취수시설을 기존 지표수 취수형식에서 취수탑을 이용한 선택취수 형식으로 전환시 총 취수시설 공사비의 30%가 소요되는 것으로 가정하였으며, 이는 기존 취수구로부터 신설하는 취수탑까지의 이격거리, 취수탑의 설치 수심 등 현장여건에 따라 공사비의 증감이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 기존 취수시설에서 취수펌프 등은 그대로 사용하고 취수 형식만 지표수 취수 방식에서 수심에 따른 선택취수가 가능한 취수탑 시설로 개선하는 비용만 고려하였다.
  • 원수의 탁도 상승 정도에 따라 상이할 수는 있으나 집중호우가 발생하는 장마기 및 태풍시기 등의 기간을 약 2개월로 가정할 경우 해당 시기에 정수처리공정에서 응집제 주입률이 평균 10 mg/L 정도 증가가 예상된다. 이에 따라서 동일 기간 동안 침전슬러지 발생량 증가에 따라 탈수슬러지 케익의 발생량 및 탈수시설 전력비는 20% 증가하고, 여과지속시간은 25% 감소되어 역세척 빈도 및 여과지 전력사용량은 50% 증가하는 것으로 가정하였다.
  • 따라서 본 논문에서는 탁도, 조류 개체수, 유기물 농도의 증가로 인한 호소수의 수질저하를 가정하고 각각의 수질저하에 따른 추가적인 정수처리 시설비 및 운영비를 추정하였다. 정확한 정수처리 비용은 특정 상수원에서 실측한 수질자료를 바탕으로 산정하여야 하나, 본 논문에는 향후 원수 수질이 저하될 경우에 예상되는 국내 수도시설에서의 추가 정수처리 비용을 국내 주요 호소 상수원의 과거 수질자료를 토대로 발생 가능한 최악의 경우를 가정하여 추정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양질의 상수원수를 취수하여 최적의 처리를 통해 최상의 품질을 가지는 수돗물을 생산공급 해야하는 이유는? 수도사업자 입장에서는 양질의 상수원수를 취수하여 최적의 처리를 통해 최상의 품질을 가지는 수돗물을 생산공급하는 것이 가장 바람직하다. 상수원수의 수질이 양호해야만 추가적인 정수처리시설의 설치 필요성이 없고 수처리제 주입량도 낮아져서 정수처리비용을 저감할 수 있다.
수처리제로는 어떤 것이 있는가? 따라서 수질기준 준수를 위해서는 유입원수의 수질에 따라 다양한 수처리공정을 운영하게 되는데 이 과정에서 원수 수질에 대응한 수처리제를 사용하게 된다. 대표적인 수처리제로는 탁질 물질 제거를 위한 응집제, 병원성 미생물 제거를 위한 소독제, 응집효과 상승을 위한 응집보조제, 여과기능 향상을 위한 응집/여과보조제, 슬러지 탈수능 향상을 위한 고분자 응집제, 이취미 물질 제거를 위한 활성탄, 원수 pH 조정을 위한 산제 및 알칼리제 등이 있다. 이러한 수처리제는 원수수질에 따라 주입률의 차이가 발생할 수 있는데 원수의 수질이 저하될수록 일반적으로 수처리제의 주입률이 증가하게 된다.
추가적인 수처리제의 주입으로도 원수 수질저하에 대처가 어려울 경우에는 어떤 방안이 필요한가? 또한, 추가적인 수처리제의 주입으로도 원수 수질저하에 대처가 어려울 경우에는 보다 안정적인 정수처리를 위해서 유기물 및 조류기인 이취미 물질 제거를 위한 고도처리시설, 여과지 막힘 개선을 위해 단일여재여과지에서 이중여재여과지로 시설개선, 최상의 상수원수 수질 취수를 위해 선택적 취수가 가능한 취수탑 설치, 수돗물 공급과정에서 적정 잔류염소 농도 유지를 위한 재염소 주입시설 설치 등이 필요할 수 있다 (MOE, 2017a).
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참고문헌 (13)

  1. Kim, J.K. (2007) Current status and countermeasure of turbid water occurrence in Imha Dam, Water Journal (38) 

  2. Kim, J.K. and Han, J.A. (2014). Rechlorination for residual chlorine concentration equalization in distribution system, J. Korean Soc. Water Wastewater, 208(1), 91-101. 

  3. K-water. (2019). 2018 Annual report of waterworks management. 

  4. K-water. (2020). Internal data. 

  5. Ministry of Environment (MOE). (2016a). Manual for installation, management and operation of non-point pollution reduction facilities. 

  6. MOE. (2016b). Criteria for rough estimation of water facility operation and construction costs, 8-11. 

  7. MOE. (2017a). Waterworks design criteria. 

  8. MOE. (2017b). Preparing measures to strengthen the use of chemicals and by-products in the water treatment plant in connection with the water quality of raw water, 29-120. 

  9. MOE. (2017c). Standards, specifications, and presentation criteria for water treatment chemicals. 

  10. MOE. (2019a). 2017 waterworks statistics. 

  11. MOE. (2019b). 2019 white paper of environment, 135-141. 

  12. MOE. (2020). Regulations on drinking water quality standards and inspection. 

  13. Yum, K.T., Park, E.S., Song, S.J. and Lee, G.S. (2007). Consideration on the status and improvement factors of the turbid-water management in multi-purpose dam, J. Korean Soc. Civ. Eng., 55(12), 123-131. 

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