[논문]인공순환에 의한 저수지 수질관리

정상만; 임경호; 이주헌; 한영성; 허강희

문제 정의

여름철 조류발생 억제와 수온성층 형성방지를 위하여 국내에서 광범위하게 적용되고 있는 인공순환 수중폭기장치의 최적 가동과 부작용 해소방안을 연구하여 상수원으로 이용되는 중소규모 용수전용댐의 효율적인 수질관리 방안을 제시하고자 2000년 1월부터 9개월간 수행한 결과는 다음과같다. 첫째, 인공순환을 실시하지 않을 경우 3월초까지는 자연전도 현상에 의해 수심별 수온분포가균일하게 유지되나 기온상승에 따라 4월부터 성층형성이 관찰되므로 호소 등온화를 위한 인공폭기가동시기는 3월말에서 4월초가 적정하였다.
투명도가 감소하는 경우가 있다. 연초댐의 수중폭기장치를 가동하면 그림 5와 같이 이러한 현상이 지속적으로 관찰되며 폭기장치 영향권에서는 탁도가 상승하여 이틀 원수로 사웅하는 연초정수장의 약품 주입량과 슬러 지 발생 량을 증가 시 키는 원인이 되고 있으므로 수중폭기장치 가동으로인한 원수 탁도상승의 정도와 원인, 이의 개선방안을 연구하였다. 간헐식장치의 경우 양수튱 하부에 공기 실을 두어 육상 compressor로 공급한 압축공기로 생성된 공기탄이 수면으로 부상할 때 심층수를 홉입하는 구조상 호소 바닥에서 약 1m를 이격시켜 설치하므로써 간헐식 폭기장치의 가동으로 인한 원수 탁도상승은 미미하거나 없었고 설치지점이 산기식보다 취수탑 외곽에 있어 본 연구에서는 연초정수장 원수 탁도에 직접 영향을 미치는 산기식에 대해서만 조사를 수행하였다.
건을 설정 . 제시하며산기식 수중폭기의 부작용으로 대두되고 있는 원수 탁도상승현상을 개선하기 위한 방안을 제시하고자 한다.

제안 방법

37kW(50HP) 공기압축기 4대를 이용하여 폭기장치 가동 수량에 따라 1, 2대씩 교행 운전되도록 조정 하여 가동기 간에 따른 수질 변화를 조사하였다. 그 결과 연초댐 에 설치 된 수중폭기장치 의 설 치수량과 용량은 현재 적정한 것으로 판단되며 수온성층이 형성되었을 경우 수중폭기 장치의 가동으로 인한 성층해소는 7일 이내에 완료되는 것으로 조사되었다.
연초댐의 수중폭기장치를 가동하면 그림 5와 같이 이러한 현상이 지속적으로 관찰되며 폭기장치 영향권에서는 탁도가 상승하여 이틀 원수로 사웅하는 연초정수장의 약품 주입량과 슬러 지 발생 량을 증가 시 키는 원인이 되고 있으므로 수중폭기장치 가동으로인한 원수 탁도상승의 정도와 원인, 이의 개선방안을 연구하였다. 간헐식장치의 경우 양수튱 하부에 공기 실을 두어 육상 compressor로 공급한 압축공기로 생성된 공기탄이 수면으로 부상할 때 심층수를 홉입하는 구조상 호소 바닥에서 약 1m를 이격시켜 설치하므로써 간헐식 폭기장치의 가동으로 인한 원수 탁도상승은 미미하거나 없었고 설치지점이 산기식보다 취수탑 외곽에 있어 본 연구에서는 연초정수장 원수 탁도에 직접 영향을 미치는 산기식에 대해서만 조사를 수행하였다. 그 결과 수중폭기 전·후의 원수 탁도변화는 그림 5와 같으며 수중폭기 가동으로 인한 부작용인 호저침전물 부상에 따른 원수 탁도상승을 확인할 수 있었으며, 이는 두께 5.
본 연구에서는 건설과 관리에 비교적 부작용이 적고 용이한 중소규모 용수전용댐인 연초 댐을 대상으로 국내 여러 호소에서 적용하고 있는 수중폭기장치의 설치목적인 성층해소와 심층 웅존산소 공급, 조류발생 억제 등에 대한 연구조사를 수행하고, 이를 근거로 우리나라 실정에 맞는 가 동조.건을 설정 .
원수 수질개선과 악화억제를 위한 수중폭기장치외 효율적인 운영으로 비용절감 방안을 제시하고자 인공순환을 중지할 경우에 대한 수질변화 연구를 수행하였으며, 가동중지 시기는 site 1의 수온이 하강하고 조류 현존량이 감소하는 9월로 선정하였으며, 제14호 태풍의 영향으로 4일간 204mm의 연속 강우가 있은 직후인 2000년 9월 16일부터 가동을 중지하였다. 조사연구는 가동 증지 후 7일간 3회, 가동 재개 후 5일간 3회를 수행하였고 비교자료는 동일 지점(site 1의 취수탑)의 수중 폭기 연속가동 시기인 2000년 9월 7일로 하였으며 그 결과는 그림 8과 같다.

대상 데이터

고림 1과 같이 연초댐에 설치되어 운영중인 간헐식 및 산기식 수중폭기장치 16기를 대상으로수중폭기 영향권인 site 1과 비영향권인 site 2를 조사지점으로 선정하였다.
연구 대상지인 연초댐은 경상남도 거제시에 위치하고 있며 수문이 없는 자연월류식 용수전용댐으로 일반현황은 표 1과 같다. 거제지역의 생공용수 공급을 위해 건설한 유역면적연초탬은 총 저수용량 대비 저수지 수면적비가 (M26으로 총저수량대암댐, 선암댐의 0.
연속 강우가 있은 직후인 2000년 9월 16일부터 가동을 중지하였다. 조사연구는 가동 증지 후 7일간 3회, 가동 재개 후 5일간 3회를 수행하였고 비교자료는 동일 지점(site 1의 취수탑)의 수중 폭기 연속가동 시기인 2000년 9월 7일로 하였으며 그 결과는 그림 8과 같다.

성능/효과

간헐식장치의 경우 양수튱 하부에 공기 실을 두어 육상 compressor로 공급한 압축공기로 생성된 공기탄이 수면으로 부상할 때 심층수를 홉입하는 구조상 호소 바닥에서 약 1m를 이격시켜 설치하므로써 간헐식 폭기장치의 가동으로 인한 원수 탁도상승은 미미하거나 없었고 설치지점이 산기식보다 취수탑 외곽에 있어 본 연구에서는 연초정수장 원수 탁도에 직접 영향을 미치는 산기식에 대해서만 조사를 수행하였다. 그 결과 수중폭기 전·후의 원수 탁도변화는 그림 5와 같으며 수중폭기 가동으로 인한 부작용인 호저침전물 부상에 따른 원수 탁도상승을 확인할 수 있었으며, 이는 두께 5.54cm의 산기식 수중폭기장치 산기판이 호소 바닥에 설치되어 압축공기에 의한 미세기포를 연속 분출시 공기가 상승하면서주변에 불안정한 상태로 존재하던 침전물을 포획하여 수중에 분산시키는 결과라 사료된다. 이의 개선을 위해 2차에 걸친 실험을 그림 6과 같이 산기판의 위치를 조절하여 수행하였으며, 개선 전후의결과는 그림 7과 같다.
하여 가동기 간에 따른 수질 변화를 조사하였다. 그 결과 연초댐 에 설치 된 수중폭기장치 의 설 치수량과 용량은 현재 적정한 것으로 판단되며 수온성층이 형성되었을 경우 수중폭기 장치의 가동으로 인한 성층해소는 7일 이내에 완료되는 것으로 조사되었다. 수온성층의 형성방지 또는 심 수층에서.
셋째, 본 연구 대상지인연초댐의 수중폭기장치 가동에의한 수온성층의 해소는 7일 이내에 완료되어 현재의 설치 수량과용량은 적합한 것으로 판단되며 표층과 중층의 수온은 낮아지고 심수층에서는 높아졌다. 넷째, 심수층에 형성된 무산소층은 수중폭기 가동으로 개선할 수 있었으며 가동 초기 표층의 DO는 감소하고 중, 하층은 증가하여 수온변화와 같은 경향을 보였으며 7일 이내에 전 수층에서 높은 상태로 균일해졌다. 다섯째, 수중폭기장치의 연속가동 시기의 지속적인 수온상승과 조류 발생량 증가에도 수온성층의 재형성과 심층 무산소층은 관찰되지 않았고 식물플랑크톤의 수표면 집괴현상은 비영향권에 비해 미약하였으나 조류 발생량의 증감은 기온, 강우 등 환경요인에 영향을 받으므로 지속적인연구가 필요하였다.
첫째, 인공순환을 실시하지 않을 경우 3월초까지는 자연전도 현상에 의해 수심별 수온분포가균일하게 유지되나 기온상승에 따라 4월부터 성층형성이 관찰되므로 호소 등온화를 위한 인공폭기가동시기는 3월말에서 4월초가 적정하였다. 둘째, 수온상승에 따른 심수층에서의 DO감소는 4월초부터 시작되어 중층으로 빠르게 확산되므로 심층 무산소층 형성방지를 위해서는 심수층 DO가 5mg/l 이하로 감소하는 4월 중순까지는 인공폭기장치를 가동하여야 한다. 셋째, 본 연구 대상지인연초댐의 수중폭기장치 가동에의한 수온성층의 해소는 7일 이내에 완료되어 현재의 설치 수량과용량은 적합한 것으로 판단되며 표층과 중층의 수온은 낮아지고 심수층에서는 높아졌다.
6-(5월 2일로 변화하여 중층 이하에서의 무(저)산소층 형성억 제를 위 한수중폭기 장치의 가동은 DO 농도가 5mg/ℓ 내외로 감소되기 시작하는 4월초 또는 4월 중순까지는 가동하여야 할 것으로 판단된다. 따라서 가동시기의 결정은 유해한 혐기성 분해산물 생성방지를 할수있고 경제적인 전력비 절감과 효율적인 수질악화 억제를 위해 3월말에서 4월초가 적정한 것으로 조사되었으며, DO를 우선적으로 고려하여가 동시기를 결정하여야 한다.
산기판을 대상으로 2차 개선을 수행한 결과, 1차 개선에서 나타났던 산기판의 수중회전에 의한간헐적인 탁도 상승현상은 제어가 되었으며 원수 탁도는 개선 후 1일 동안 17.76NTU에서 18%가감소하였다.
둘째, 수온상승에 따른 심수층에서의 DO감소는 4월초부터 시작되어 중층으로 빠르게 확산되므로 심층 무산소층 형성방지를 위해서는 심수층 DO가 5mg/l 이하로 감소하는 4월 중순까지는 인공폭기장치를 가동하여야 한다. 셋째, 본 연구 대상지인연초댐의 수중폭기장치 가동에의한 수온성층의 해소는 7일 이내에 완료되어 현재의 설치 수량과용량은 적합한 것으로 판단되며 표층과 중층의 수온은 낮아지고 심수층에서는 높아졌다. 넷째, 심수층에 형성된 무산소층은 수중폭기 가동으로 개선할 수 있었으며 가동 초기 표층의 DO는 감소하고 중, 하층은 증가하여 수온변화와 같은 경향을 보였으며 7일 이내에 전 수층에서 높은 상태로 균일해졌다.
식물플랑크톤의 경우는 종 출현량이 6월초까지는 큰 증가를 보이지 않다가 6월말 이후 급격히 증가하여 site 1에서는 8월에 최대 출현량을 보였고 site 2에서는 7월에 최대로 출현하였고 수중 폭기 영향권에서는 그림 4와 같이 수표면보다 2~6m 수심대의 중층에서 식물플랑크톤 현존량이 최대로 존재하는 것이 확인되었다. 수중폭기로 인하여 조류는 전 수층으로 분산되었으며 이미 번성한 조류가 표면집괴 하는 것을 방해함으로써 초류 대량발생과 표면집괴로 인한 상수원의 수질 악화를 방해하였다.
수중폭기로 인하여 조류는 전 수층으로 분산되었으며 이미 번성한 조류가 표면집괴 하는 것을 방해함으로써 초류 대량발생과 표면집괴로 인한 상수원의 수질 악화를 방해하였다. 실험결과를 종합할 때, 연초댐의 수중폭기장치는 수체의 성층해소와 재형성 방지에 적절하였으나 표층에서의 조류 현존량이 10, 000 cells M 이하에서는 조류를 수층 전체로 분산시킴으로써 표층에 집중 서식하는 현상이 나타나지 않았으나 남소류 특히, Microcystis spp.의 강한 우점현상을 관찰할 수 있었다.
실험대상 유역인 연초댐의 수온분포는 3월초까지는 자연 전도현상(turn over)에 의해 수심별 수욘분포가 균일하므로 수온성층 형성방지를 위한 수중폭기장치의 적정 가동시기는 수층간 수온편차가 커지는 3월말에서 4월초까지는 가동하는 것이 적절하였다. 또한 수체가 호소 바닥과접하는 상부 1m에서의 DO는 9.
연구대상지인 연초댐의 2000년 1월부터 10월까지의 월별 수온, DO 분포 변화는 그림 3과 같으며 수중폭기에 의해 여름철 고수온기에 수온성층 형성은 억제되었다. 수중 용존산소도 수중폭기 가동 전에 최대 7.
수온성층의 형성방지 또는 심 수층에서.의 무산소 상태를 해소하기 위한 수중폭기장치는 수온성층기에 호소 중층 이하에 형성된 저산소층을 개선할 수 있었으며 가동 초기 표층과 중층의 DO는 감소하는 반면 심수층에서 증가하였고 가동 6일 이후에는 전 수층의 DO가 높은 상태로 균일화되는 것으로 조사되었다.
첫째, 인공순환을 실시하지 않을 경우 3월초까지는 자연전도 현상에 의해 수심별 수온분포가균일하게 유지되나 기온상승에 따라 4월부터 성층형성이 관찰되므로 호소 등온화를 위한 인공폭기가동시기는 3월말에서 4월초가 적정하였다. 둘째, 수온상승에 따른 심수층에서의 DO감소는 4월초부터 시작되어 중층으로 빠르게 확산되므로 심층 무산소층 형성방지를 위해서는 심수층 DO가 5mg/l 이하로 감소하는 4월 중순까지는 인공폭기장치를 가동하여야 한다.

후속연구

넷째, 심수층에 형성된 무산소층은 수중폭기 가동으로 개선할 수 있었으며 가동 초기 표층의 DO는 감소하고 중, 하층은 증가하여 수온변화와 같은 경향을 보였으며 7일 이내에 전 수층에서 높은 상태로 균일해졌다. 다섯째, 수중폭기장치의 연속가동 시기의 지속적인 수온상승과 조류 발생량 증가에도 수온성층의 재형성과 심층 무산소층은 관찰되지 않았고 식물플랑크톤의 수표면 집괴현상은 비영향권에 비해 미약하였으나 조류 발생량의 증감은 기온, 강우 등 환경요인에 영향을 받으므로 지속적인연구가 필요하였다.

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