정수처리시스템 (Water Treatment System)

명지대학교 환경생물공학과 이용훈 교수

- 목 차 -

요 약

1. 서 론

2. 정수처리 현황과 문제점

3. 정수처리시스템 최적구성

4. 결 론

참고문헌

- 정수처리란 물을 깨끗하게 하는 과정을 말합니다.

자연상태의 물은 사람들이 마시기에 항상 깨끗한 것은 아닙니다. 1850 년에 현미경이 발명되었을

때 처음으로 물 속에서 병원균들이 발견됐습니다. 벨기에는 1902 년, 염소를 이용해 정수하여

국민들에게 물을 공급한 첫번째 나라입니다.

- 정수 처리장에서 하는 일

1. 취수 : 물은 수원으로부터 얻어집니다. 이때 나무조각, 쓰레기 등이 흘러 드는 과정에서

걸러진 다음 정수기관으로 들어옵니다. 만약 수원이 지하수일 경우에는 지표면을 통해

흡수되면서 걸러지게 됩니다. 지하수일 경우에는 정수 과정이 필요 없는 경우도 있습니다.

2. 약품처리 : 물에 황산알루미늄, 염소같은 약품이 투입됩니다. 이것들은 균을 죽이고 맛을 좋게

하며, 냄새를 없애고, 또한 물 속의 고체들을 가라앉혀 줍니다. 그런 다음 물과 화학약품들이 잘

섞이게 합니다.

3. 응교와 응집 : 여기에서 투여된 황산알루미늄과 같은 약품이 물 속의 불순물 알갱이에 달라

붙습니다. 이를 응교라 합니다. 응고된 알갱이들은 또 서로 달라붙어 커다란 알갱이를 형성하게

되는데 이를 응집이라 합니다.

4. 침전 : 응집된 알갱이와 물은 침전지로 흘러 들어 갑니다. 이곳에서 응집된 알갱이들이

가라앉게 되고 물에서 떨어져 나갑니다.

5. 여과 : 침전지로부터 물은 여과되어 흘러갑니다. 여과장치는 모래와 자갈 층으로 만들어져

있습니다. 여과장치는 물 속에 남아있는 모든 알갱이들을 없애는 구실을 합니다.

6. 소독 : 약간의 염소나 다른 약품들이 첨가됩니다. 이것은 남아있는 세균을 죽이고, 사람들에게

공급되기까지 운반되는 동안 안전하게 하기 위해서 입니다. 어떤 수도 시스템에서는, 특히

지하수를 수원으로 하는 경우에는 단지 이와 같은 처리만 하는 경우도 있습니다.

7. 저장 : 정수 처리된 물은 탱크나 정수지라 불리는 저수지에 저장됩니다. 이 시간동안 염소가

물 전체로 퍼져 섞이게 되어 완전 소독이 되게 됩니다. 그런 다음 물을 보내는 파이프를 통해 흘

러가게 됩니다.

※ 본 교육자료는 수자원공사 김정현박사의 자료를 보완 재구성하였습니다.

요 약

최적의 정수처리시스템을 구성하기 위해서는 각 단위공정의 최적화와 단위공정들의 적절한

조합, 그리고 효율적인 운영관리가 이루어져야 한다. 경제적이고 효율적인 정수생산을 위해서는

정수처리시스템을 구성하는 각 요소들에 대한 현황 및 문제점 조사와 이론에 근거한 단위공정의

최적화를 통한 최적정수처리시스템을 구성이 반드시 필요하다.

우리공사를 비롯한 국내의 정수처리시스템은 원수의 수질 특성 분석과 각 단위공정별

처리효율의 파악을 통하여 공정별 최적기준을 도출하고 운영관리기법을 확립하여,

정수처리시스템의 최적화를 이루어야 한다. 수처리공정의 선정은 취수원 종류별 수질특성을

충분히 고려하여야하며, 기존시설의 원수특성 및 정수처리공정의 효율을 평가하여 기존공정을

개선하거나, 신규시설의 경우 기존의 자료를 검토하고 원수수질에 적합한 효율적인

정수처리공정의 구성과 선정이 이루어져야 한다.

정수처리시스템의 최적화를 위해서는 수질자료와 파이롯트플랜트 운영자료에 의해 도출된

설계인자를 이용하여 설계 및 운영방안을 결정하는 것이 바람직하며, 정수시설은 구조물, 설비,

장치등 각종 프로세스가 종합적으로 구성된 시스템이므로, 계획 및 설계, 운영, 유지관리를

담당하는 토목, 기계, 전기, 전자통신, 환경등 분야별 기술자들은 수질기준이나 정수처리공정

전체에 대한 이론과 기능 등 여러 가지 사항들을 충분히 파악하여 시스템 전체가 효율적이고

유기적인 운용이 되도록 하여야 한다.

또한, 깨끗한 수질과 공급지역의 수요에 충분한 양의 물을 안전하게 생산 공급하기 위해서는

새로운 신기술과 고도의 고가장비들의 조합만으로 충분치 않고, 잘 훈련되어 지식과 경험을 갖춘

기술자들에 의해 운영되어야 한다. 그러므로, 직원들에 대한 교육훈련 프로그램의 개발과

운영중인 정수장과 아울러 신규정수장 운영전에 운영 및 유지관리 지침의 준비가 반드시

필요하다.

1. 서 론

오늘날 현대사회가 당면한 가장 심각한 문제중의 하나가 환경문제이고, 그 중에서도 인간생활과

가장 밀접한 부분이 수질문제이다. 급속한 산업화와 인구의 증가에 따라 환경오염이 심화됨으로

인해 상수원수의 수질이 점점 나빠지는 반면에 사람들의 복지에 대한 관심이 증대되면서 양질의

먹는물을 요구하게 되었다. 이에 대해 대부분의 나라에서는 정책적으로 먹는물의 수질기준을

강화시켜 가고 있는 추세이며, 오염물질 제어와 수질기준 강화, 규제등의 수질관리 측면의 대처와

아울러 효율적인 정수처리기술의 개발 및 도입이 필요하게 되었다. 또한, 복잡 다양화되어가는

수질오염 성분들을 제어하기 위해 기존의 정수처리공정의 개선 및 새로운 정수처리기술의 도입과

개발이 요구되고 있다.

수질오염에 대한 문제는 이미 세계 모든 나라들의 공통적인 문제로서 이에 대응할 수 있는

정수처리기술의 개발이 필요하다. 이웃 일본에서는 후생성이 안전하고 쾌적한 수도수를 공급하는

것을 목적으로 수질기준을 개정, 시행하고 있다. 미국에서도 정수처리 대상물질별 정수처리기술을

정리하여 BAT(Best Available Technology)라는 최적처리기술을 제시하였다. BAT 는

미국환경보호청(EPA)에서 수질기준을 작성할 때 수치적 제한치인 최대허용기준(MCL, Maximum

Contaminant Level)대신 제시된 구체적인 처리기술을 의미하며, 법적규제대상 영역에 포함되는

기술이다.

우리나라의 상수도 보급현황을 살펴보면, 2001 년 12 월말 현재 우리나라에서는 905 개

급수구역(82 市, 204 邑, 619 面)내에 전체인구의 87.8%인 약 4,240 만명이 상수도를 공급받고

있고, 상수도 시설용량은 1 일 2,775 만톤이다. 1 일 1 인당 급수량은 374ℓ(공업용수 제외시

361ℓ)로 ‘94 년 이후 가장 낮은 수준을 보이고 있는데, 이는 절수기 설치와 물아껴쓰기 운동 전개

등으로 물사용량이 줄고 노후관 교체 등으로 누수량이 감소하였기 때문인 것으로 분석된다.

표 1. 상수도 보급현황

구 분 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01

총인구(만명) 4,551 4,597 4,643 4,688 4,717 4,754 4,798 4,829

급수인구(만명) 3,735 3,811 3,882 3,961 4,019 4,095 4,177 4,240

보급율(%) 82.1 82.9 83.6 84.5 85.2 86.1 87.1 81.8

시설용량(만톤/일) 2,097 2,184 2,291 2,396 2,569 2,659 2,698 2,775

1 일 1 인당급수량(ℓ ) 408 398 409 409 395 388 380 374

지역규모별로 상수도 보급 수준을 비교해 보면 7 대 특광역시의 상수도 보급율이 98.4%,

시지역이 96.5%, 읍지역이 77.4%, 면단위 농어촌지역이 29.0%이다.

표 2. 지역규모별 상수도 보급 수준

구 분 총인구

(천명)

급수인구

(천명)

보급율

(%)

시설용량

(천톤/일)

급수량

(천톤/일)

1 일 1 인당

급수량(ℓ)

전 국

특광역시

시지역

읍지역

면지역

48,289

23,095

15,570

3,857

5,767

42,402

22,720

15,024

2,986

1,672

87.8

98.4

96.5

77.4

29.0

27,751

15,625

9,223

1,865

1,037

15,856

8,755

5,561

1,007

533

374

385

370

337

319

2001 년 12 월말을 기준으로 간이상수도를 이용하고 있는 인구는 203 만명으로 전체 인구의

4.2%를, 소규모급수시설 이용 인구는 72 만명으로 1.5%, 전용상수도인구는 27 만명으로

0.6%를, 기타 우물 등을 이용하는 인구는 287 만명으로 5.9%를 차지하고 있다.

표 3. 간이전용상수도 현황

이용인구(천명) 시설수(개소) 구 분

'97 '98 '99 '00 '01 '97 '98 '99 '00 '01

간이상수도 3,135 2,198 2,153 2,078 2,033 24,968 11,451 11,250 10,976 11,085

소규모급수시설 - 779 745 739 719 - 13,201 12,944 12,949 12,755

전용상수도 341 321 270 289 269 603 1,236 756 750 799

기타(우물등) 3,792 3,683 3,426 3,099 2,866 - 6,064 70 - -

※ 소규모급수시설은 수도법 개정에 따라 '98 년부터 종전의 간이상수도에서 별도로 구분하였음

우리나라 정수처리의 시작은 1900 년대초 뚝섬수원지에서 12,000m3/일 규모의 완속여과지

시설로 급수를 시작하여, 60 년대 이후 계속적으로 확충되어, 96 년 12 월말 현재 총 618 개소

정수장이 가동중인데, 양적인 성장에 비해 질적인 면에서는 큰 변화가 없는 실정이다. 또한,

관련취수장은 810 개소로 시설용량은 22,908,000 톤/일이며, 수원의 종류는 하천표류수 72.3%,

하천복류수 7.0%, 저수지수 18.7%, 용천수 포함 지하수는 2.0%를 차지하고 있으며,

정수처리공정은 대부분인 91.1%가 약품에의한 응집침전 분리방식인 급속여과시스템을 채택하고

있다.

국민이 안심하고 수돗물을 마신다는 것은 정수처리기술과 정수처리기관에 대한 신뢰를

반영하는 것이라 할 수 있다. 다른 산업에 비해 국민의 관심을 끌지 못했으나 반면에 비교적

안정되고 비판과 도전없이 운영되던 우리나라의 정수처리분야는 1990 년대에 들어오면서 새로운

변환기를 맞게 되었다. 분석기술의 향상과 더불어 더 많은 오염물질의 존재가 규명되고 그들이

인체에 미치는 영향이 알려지게 되었고, 여러곳에서 발생한 수질사고는 먹는물 수질에 대한

불신감과 불안감을 팽배하게 하였다.

우리나라의 경우 원수의 수질이 날로 악화되고 수질기준은 점차 강화 되는데 비해 기존의

정수처리시설은 원수의 수질을 충분히 고려한 설계가 이루어지지 않았으며, 각 공정별로 최적의

메카니즘에 근거한 효율적인 설계가 이루어지지 않았다. 그러므로 현재의 기존 정수처리공정은

가장 효율적인 최적구성이라고 이야기하기 어려우며, 기존 정수처리시설에 대한 성능평가 및

기능향상을 위한 노력도 미진하였다. 그러므로 현재의 시설을 평가하기위한 기능진단이 필요하며,

외국과 같이 정수처리시설에서는 처리수 탁도를 0.5NTU 이하로 유지하여 병원균 제거효율을

향상시키는 등의 목표를 세우고 목표를 달성하기위한 여러가지 노력들이 필요하다. 또한,

기존시설의 운영자료를 기초로하여 향후 건설예정인 정수처리시설의 설계 및 운영에 반드시

이용을 하여야 한다.

수돗물의 처리방식은 원수의 수질과 먹는물의 수질기준에 따라 결정되기 때문에 수질기준이

강화되면 기존의 처리방식을 개선하거나 새로운 기술을 개발하여 정수처리를 하여야 한다. 기존

정수장에서의 문제는 원수의 악화와 강화된 수질기준을 만족하는 정수생산에 있다. 그러므로

이러한 문제점의 해결과 미래에 대한 대처방안으로 기존정수처리시설의 현황을 조사하고

종합적인 효율검토를 실시하여 각 처리공정을 검토하고 처리효율의 평가 및 기능저하 요인의

분석을 통한 정수처리효율향상을 위한 시설 개선과 개량이 뒤따라야 하겠다. 또한, 새로운 연구가

진행되어도 실공정에 적용되는 경우가 극히 드물었고, 기존정수장에서 문제점을 개선한후

다른곳으로 전파가 되지않고 있으며, 현재 운전중인 정수장 대부분이 성능 발휘가 미흡하므로

이에 대한 적절한 대책이 필요하다.

정수처리공정의 효과적인 개선을 위해서는 원수수질을 고려한 정수처리시설의 최적효율을

도출하기 위한 기존정수처리공정 개선과 새로운 처리공정의 적용, 단위공정의 최적 조합방안 및

고도정수처리공정의 도입 등이 필요한데, 우리나라의 경우 상수도 역사에 비해 정수처리공정의

개선과 개발을 위한 노력과 고도정수처리기술의 적용성평가 등이 매우 미흡하다고 볼 수 있다.

최적의 정수처리시스템을 구성하기 위해서는 각 단위공정의 최적화와 단위공정들의 적절한

조합, 그리고 효율적인 운영관리가 이루어져야 한다. 경제적이고 효율적인 정수생산을 위해서는

정수처리시스템을 구성하는 각 요소들에 대한 현황 및 문제점 조사와 이론에 근거한 단위공정의

최적화를 통한 최적정수처리시스템을 구성이 반드시 필요하다.

2. 정수처리 현황 및 문제점

2.1 정수처리시스템

정수시스템은 각 단위공정(process)의 조합으로 구성되는데, 정수시스템의 조합 기준은

일반적으로 불순물의 크기, 불순물의 화학적 반응성, 불순물의 농도 등으로 분류되며, 각

공정들의 처리특성을 고려하여 시스템으로 조합한다. 즉, 어떠한 물질을 제거하는가, 어느정도의

농도를 함유한 원수인가에 따라서 여러 가지공정들이 정수시스템을 구성하게 된다. 불순물의 크기,

수중에 존재하는 상태가 용해성인가 현탁성(불용해성)인가, 분자의 크기, 입자표면의 전하상태나

친수성, 소수성의 성질등에 따라서 적절한 분리공정이 적용되어 진다. 이때 무엇보다도

기본적이고 중요한 사항으로 효율적인 물생산을 위해서는 원수의 수질현황을 먼저 파악하고

원수수질의 특성에 적합한 정수처리시스템을 구성하여야 한다.

일반적으로 알려진 공정의 경제적 배열은 큰 불순물 성분 및 고농도 물질을 먼저 처리하고,

전처리등으로 물질의 성질을 변경한 후 처리를 행한다.

정수처리공정의 종류는 여과방식에 따라 완속여과와 표준모래여과, 다층여과, 심층여과,

활성탄여과등의 급속여과로 분류되며, 처리정도에 따라서는 표준정수공정과 고도정수공정으로

분류된다.

완속여과시스템과 급속여과시스템의 오염물질 제거원리를 다음의 표 4 에 비교 정리하였다.

표 4. 완속여과 및 급속여과시스템의 제거원리 비교

완속여과시스템 급속여과시스템

- 여과지 표면에 얇은 생물막 생성

- 현탁물 억류

- 용해성분 산화 및 흡착

- 세균 억류제거

- 색도제거 불가능

- 탁도 10도이하 적용가능

- 암모니아 2㎎/ℓ 이하

- 응집제 주입으로 현탁성, 콜로이드성, 색도 등의 표

면 특성을 변화시킴

- 침전가능한 floc을 만듬 : 응집

- 침전성이 큰 floc의 제거 : 침전

- 큰 여재공극내에서 미세입자의 거름 및 부착 : 여과

- 고탁도 원수 처리가능

- 일부 색도제거 가능

- 암모니아 제거 불가능 (단, 염소로 처리가능)

또한 일반적으로 원수수질에 따라 탁도 10 NTU 이상은 일반급속여과공정으로, 탁도 10

NTU 이하는 직접여과공정으로 분류할 수 있다.

직접여과공정은 침전공정없이 혼화/응집, 여과공정으로 구성되어 입자의 침전성에 무관하고,

응집제 주입율의 감소와 시설 및 운영비용의 절감효과가 있다.

또한, 평균탁도 2∼3 NTU, 평균수온 5 ℃ 정도의 저수온 저탁도 원수의 정수방법으로 기존의

표준식 정수방법에서는 침강속도 향상을 위해서 응집제를 과량주입하거나 응집보조제를 사용하며,

직접여과공정의 적용이 가능하다.

2.2 정수처리 현황

2.2.1 주요 취·정수장 현황

우리나라의 수자원 이용현황을 살펴 볼 때, 상수원수로서 하천수가 주요수원으로 이용되며,

댐·호소수 및 지하수가 일부 이용되나 다목적댐에 의한 상수원수 공급도 댐내의 체류시간이

비교적 짧아 하천수 개념에 가까우며 지하수의 경우 그 양이 많지 않아 주요 상수원이 되지

못하고 주로 간이상수도로 많이 이용된다.

우리나라의 주요 취·정수장 현황을 정리하여 보면,

ㅇ 5대강이 주요 수원

ㅇ 5대강 상류의 다목적댐이 광역상수도의 주요 수원

ㅇ 5대강(한강, 금강, 영산강, 낙동강, 섬진강) 유역에 대부분의 취수장, 정수장이 위치

1992 년 환경부(당시 환경처)의 보고서에 의하면 많은 취수장들이 있는 5 대강 중·하류에서의

수질은 섬진강을 제외하고 모두 BOD 가 3.0 ㎎/ℓ 이상의 수질환경기준 2 등급이상을 나타낼

정도로 오염이 가속화되고 있는 실정이다.

수원의 수질현황은 광역상수도를 위한 강 상류의 댐지역중의 일부가 1 등급에 속하며 대부분의

수원은 2∼3 등급에 속한다. 그리고, 현재 전국적으로 한강, 금강, 영산강 및 낙동강

환경관리청하의 정수장이 약 300 개 이상있으며, 고도정수처리 방식을 도입 운영하는 정수장은

18 개소이다. (환경관리연구소, 1996)

따라서 대부분의 정수장이 간이 및 기존의 재래식 정수처리 방식에 의존하고 있으므로

원수수질 악화와 수질기준이 강화됨에 따라 수질기준을 준수하고 경제적이며 효율적인

정수처리를 위해서는 기존 정수처리공정의 검토와 개선이 모색되어야 하겠다.

2.2.2 기존 정수처리 방식

일반적으로 사용되고 있는 정수처리 방식은 크게 3 가지 방법이 있다.

- 염소소독만의 방식: 원수의 수질이 아주 양호하여 살균만하여 공급하는 방식

- 완속여과 방식: 여과속도 2∼5m/day로 여과지를 운전하는 방식으로 모래여재에 의한 filtering

과 미생물의 작용에 의하며, 적합한 수질은 일반적으로 연평균 탁도 10도, BOD 3㎎/ℓ, 암모니

아성 질소 0.1㎎/ℓ 정도이다.

- 급속여과 방식: 통상 여과속도 120∼150m/day로 여과지를 운전하며, 전단계에서 화학적 응집

이 필요하여 약품침전공정과 연계되며, 탁도가 높거나 수질변화가 심한 원수처리에 효율적이다.

일반적인 정수처리방식은 탁도, 철, 망간, 일반세균 및 대장균 등의 제거에 효과적이나

증발잔유물, 계면활성제 및 이취미 물질에 대해서는 거의 효과가 없는 것으로 알려져 있다. 또한

원수중 암모니아성질소 존재시 염소요구량 증대와 소독효과 감소 및 암모니아성질소의

정수처리공정에서의 제거방법에 대한 검토와 응집침전 방해 및 여과지 폐색을 비롯한

정수처리공정에 장애를 유발하는 조류문제에 대한 적절한 처리기법의 개발이 요구된다.

2.2.3 처리기법의 선정

정수처리 시설을 결정하기 위해서는 처리목적에 맞춰 원수수질 및 처리수 목표수질, 각 공정별

효율평가, 운전 및 유지관리, 경제성, 장래 용수공급계획 및 향후 처리공정과의 연계등 여러 가지

기본적인 사항을 고려하여야 한다.

2.3 정수처리시설 운영현황 및 문제점

현재 운영중인 정수장의 운전, 유지관리 현황을 조사해보면 여러 가지 문제점을 엿볼 수 있다.

정수장에 유입되는 유량에 대한 유량측정장비의 미비등으로 정확한 유량의 산정이 어렵고

유입유량의 변화가 극심하다. 유량 및 수질변화에 대처할 수 있는 적정 약품주입량의 산정과

투입방법에 대한 고려가 필요한데, 현재 응집제 및 염소주입에 관한 자동주입시스템이 구축되지

않아 경험적으로 비효율적으로 행해지고 있으며, 약품투입량의 결정은 Jar Test 에 의해 산정되고

있는데 형식에 치우치지 않는 정확성이 요구된다. 또한 각종 화학약품의 보관 및 취급부주의로

약품의 성능효율을 떨어뜨리고 있다.

또한, 수질변화에 따른 고탁도, 독성물질 유입 등의 shock load 에 대한 신속하고 적절한 대처

방안이 미흡한 실정이다.

정수처리공정의 첫 단계인 혼화공정의 경우 현재 대부분의 정수장에서는 back mix type 의

mechanical mixer 를 주로 사용하고 있으며, 응집제의 주입위치 및 방법 등에 관한 이론적 검토와

실험결과에 따른 과학적인 방법이 정착되지 않고 있는 실정이다. 응집지의 경우에는 여러가지

방법이 고려될 수 있으나 기계적 교반 방법이 일반적이며, 설비의 기계적인 부분, 시설물의

구조적인 부분, 운전·유지관리에 관한 정립이 필요하다.

침전지에서는 유입부의 정류벽을 비롯한 유입설비 및 trough, weir 등의 유출설비들과 도류벽과

같은 지내구조물에 의해 효율이 영향을 받게 된다. 그리고, sludge 제거설비가 제대로 설치가

되어있지 않거나 설치되어 있는 sludge 제거기의 고장, 작동불량 등의 문제가 발생하기도 하며,

수동에의해 sludge 를 배출하는 경우가 일반적이다. 또한 침전지의 월류 trough 설치 미비 및

설치된 trough 의 설계 시공 오류와 운영관리의 미숙등으로 침전 sludge 가 월류되어 여과지로

유출되는 경향이 있다.

경사판침전지는 장치자체의 결함도 있으나 무엇보다도 청소불량 등의 운영상의 문제로 그

기능을 다하지 못하고 있다.

여과지의 경우 역세척시 역세유량의 균등분배 문제와 역세수두 변화가 문제시 되며 역세척시

에너지 및 세척수의 낭비 등의 비효율적인 부분이 문제가 된다.

취수원을 비롯한 수처리의 각 공정별 운영관리 현황을 정리하여 보면 다음과 같다.

2.3.1 취수원

- 하천표류수

ㅇ 강우량의 계절적 편중(6∼9월)으로 수량 부족 현상 발생

ㅇ 각종 오염원에 노출되어 수질저하로 인한 정수처리 곤란

(암모니아성 질소, 음이온계면활성제, 유기성 오염물질 등)

- 복류수

ㅇ 오염물질 퇴적으로 인한 수질저하 (철, 망간 용출)

ㅇ 집수매거 여층 유실로 인한 표류수 유입

ㅇ 강우시 탁질 유입

- 저수지수

ㅇ 부영양화 현상으로 인한 수질저하 (이취미, 여과지 폐색, pH상승)

ㅇ 저층수 취수로 인한 수질저하 (철, 망간, 탁도, 이취미)

- 지하수

ㅇ 한계 양수량 이상 양수하여 탁질유입, 지하수 고갈, 해수침입 발생

ㅇ 지질특성에 따른 불소, 질산성질소, 경도물질 과다로 정수처리 곤란

2.3.2 취수장

- 취수펌프

ㅇ 펌프용량이 정수처리 시설에 비하여 과다하여 정수처리 효율저하 경우 발생

ㅇ 흡입관 및 토출관이 부적합하게 시설되어 에어포켓 발생으로 인한 양수량 감소

ㅇ 전력요금 과다 부담

ㅇ 수격현상 방지 설비 미설치 및 부적절한 관리

ㅇ 수요증가에 대비해 펌프용량만 늘려 관로의 송수능력 부족으로 펌프의 저효율 운전 및 관

로사고 발생 우려

2.3.3 착수정

- 유량측정

ㅇ유량계가 설치되어 있으나 설치조건 부적합으로 오차가 심하거나 관리소홀로 인한 고장발생

ㅇ착수정 웨어 미활용

·수중웨어 형성

·수위표 미설치 또는 설치위치 부적합

- 착수정 기능 활용 미흡

ㅇ웨어부 낙차를 이용한 응집약품, 전염소 투입지점으로 미활용

2.3.4 약품투입시설

- 경험적인 약품투입

ㅇ수질시험기기(Jar-tester) 미확보로 경험적인 약품투입률 결정

ㅇ응집약품 투입지점이 부적합하여 응집효율 저하

ㅇ각 계통별로 균등한 약품분배 투입 곤란

- 액체약품 주입시설

ㅇ정량펌프의 용량과다로 정량투입 곤란

ㅇ투입배관이 미비하여 싸이폰 현상으로 인한 과다 투입 현상 발생

ㅇ약품투입배관이 부적합해 약품석출로 인한 막힘현상 발생

ㅇ응집약품 (PAC)의 장시간 보관으로 응집약품 효과 저하

- 고체약품 투입시설

ㅇ바이브레이타의 빈번한 작동으로 다짐현상이 발생

ㅇ소석회 투입관경이 작아 막힘현상 발생

ㅇ장시간 운휴로 투입기내 약품이 응고

ㅇ호퍼가 천정과 미분리되어 바이브레타 가동효과 감소 및 벽체손상

ㅇ 고체약품을 바닥에 보관하여 습기로 인한 약품 응고

2.3.5 혼화공정

ㅇ혼화기 교반강도 부족

ㅇ회전수, 임펠러 크기 부적합 (소비전력 과소)

ㅇ터빈 설치 위치 부적합

ㅇ혼화지에 단락류가 발생되어 혼화효율 저하

ㅇ급속여과기 또는 응집침전기 시설에 혼화장치 미설치

2.3.6 응집공정

ㅇ유입부 저류벽, 각단별 정류벽이 미설치되어 단락류 발생으로 인한 응집효과율 저하

ㅇ응집기의 각단별 회전속도 부적합

2.3.7 침전공정

ㅇ침전지 용량부족으로 침전효율 저하 발생

※ 체류시간 부족, 표면부하율 과다

ㅇ유입부 정류벽 미설치로 단락류 발생

ㅇ침전유출 웨어 설치거리가 짧고 설치간격이 부적합하여 Carry over 발생

ㅇScum, 벽체 조류 성장

ㅇ경사판이 침전지 전단에 설치되어 비효율적이며 저류벽 미설치로 경사판저부 유속상승으로

인한 침전효율 저하

ㅇ슬러지 청소가 미흡하여 침전효율 저하 및 부패로 인한 수질저하

ㅇ배출수 처리시설이 미설치되어 방류수역의 수질오염 심화

2.3.8 여과공정

- 완속여과

ㅇ원수 수질이 완속여과에 부적합하여 운영관리 곤란 (탁수유입, 조류성장)

ㅇ여과지 표면의 조류 성장으로 인한 청소빈도 증가

ㅇ청소작업 후 역송 미실시로 여과수질 저하

ㅇ여과사 규격이 부적합하고 여과속도가 과다하여 탁질 누출

- 응집침전(급속)여과기

ㅇ응집약품 투입설비가 없거나 혼화장치가 없어 탁질 유입시 처리곤란

ㅇ응집약품을 투입하지 않아 탁질이 누출되며 여과사 오염가중

ㅇ자동 역세척으로 운영함에 따라 역세척 주기가 1개월 이상 소요되어 여과사 오염이 심함

- 급속여과지

ㅇ여과사면이 노출되게 운영하여 부분여과로 인한 여과수질 저하

ㅇ역세척 미흡으로 인한 머드볼 발생

·역세순서 부적합

·역세수압 및 수량부족

·표면세척 미실시

·응집약품 미투입

ㅇ하부집수장치의 파손, 자갈층 전도, 여과사 함몰

·역세수압 및 수량의 과다

·역세밸브의 급격한 개방

·머드볼 발생

ㅇ이중여재를 사용하는 경우 안트라싸이트 유실 과다

·역세유속 과다

·트러프 높이 미수정

·표면세척과 역세척을 동시에 실시하는 시간이 과다 (3분이상)

ㅇ각종 밸브 고장으로 적정 역세척 곤란

2.3.9 염소소독 및 안전관리

- 염소투입시설

ㅇ간헐적인 염소투입으로 일정 잔류염소 유지 곤란

ㅇ염소투입기 용량이 과다하여 정량 염소투입 곤란

ㅇ염소투입량을 계량할 수 있는 저울 미활용

ㅇ급수펌프의 양정이 부족하여 적정 염소투입 곤란

ㅇ염소투입지점이 부적합하여 소독효과 저감

ㅇ염소제 약품을 장기간 보관해 소독능력 저하

- 염소가스 안전관리

ㅇ고압가스 안전관리법상의 안전 조치사항 미이행

·염소가스 중화설비 미설치

·안전관리자 미선임

·손해배상 책임보험 미가입

·전장구 미비치

ㅇ중화설비 장기가동 점검 미실시와 가성소다 수분증발로 인한 응고

ㅇ계장설비가 염소실내 설치되어 가스누출로 인한 부식으로 각종 설비의 작동 불능

2.3.10 배수지

ㅇ배수지 용량부족으로 수량관리가 어렵고 사고시 완충기능 부족

ㅇ환기구 방충망 미설치 및 부식으로 곤충류 유입 우려

ㅇ유입유출 제수변이 내부에 시설되어 부식으로 인해 작동 곤란

2.4 정수처리기술 현황

미국을 비롯한 외국의 경우, 기존정수장에 대한 연구가 80 년대 전까지 활발히 진행되다가 그

이후 연구가 활성화되지 못하였다. 90 년대에 들어서면서 국민에게 안전한 먹는물을 공급하는

것이 어떠한 것보다도 가장 기본적이고 우선적으로 고려할 당면과제임을 인식함으로써 최근

관심이 집중되고 있으며 연구가 활발히 진행되고 있다.

최근 EPA 에서는 수질규제기준을 국민건강을 위협하는 물질로서, 정수처리공정에서 반드시

처리하여 제거되어야 할 항목인 법적규제 대상물질을 제 1 차오염물질로 정하고, 건강을 위협하는

것은 아니지만 심미적인 영향을 주는 물질이나 법적규제 대상물질은 아니지만 각 정수장에서

자발적인 개선책으로 처리할 수 있는 물질들을 제 2 차오염물질로 정리하였다. 또한,

수질안전법(Safe Drinking Water Act)을 제정 집행하고 있으며, 미국수도협회(AWWA)에서도

여기에 동참하여 적극적으로 연구와 홍보활동을 하고 있다.

이러한 상황에 대해 정수관련분야에서는, 시설의 Design 상태, 공정의 기능 및 운영관리 등의

내용을 검토하는 자체시설운영평가(Comprehensive Performance Evaluation)단계를 거친다.

그리고나서 처리목표 수질치 운영 및 운전조건 등의 공정관리 확립에 의한 최적운영(Optimize

Plant Performance)을 달성하는 향상기술의 제공(Comprehensive Technical Assistance)단계로

된다. 여기서 완성되어지는 복합수정프로그램(Composite Correction Program,

종합개선프로그램)의 운영과 함께 정수부분의 전반적인 운영에 대한 정보자료 교환의 활성화

등을 대비책과 향상방안으로 하고 있다.

또한, 먹는물 규제수준과 규제를 만족시키기 위해 수행되어야 할 항목들에 대한 검토와 새로이

강화 제안된 지표수처리법(Enhanced Surface Water Treatment Rules) 및 소독물/소독부산물

규정(Disinfectants/Disinfection By-Products Rules)의 사항들을 어떻게 맞출수 있는가와

대체소독제에 관한 연구 및 Cryptosporidium 과 Giardia 두가지 원생동물에 의한 수질사고

발생현황과 처리 및 제거방법에 대한 많은 연구들이 진행되고 있다. 또한 천연유기물(Natural

Organic Matter, NOM)의 환경 내에서의 반응과 수처리계통에서의 소독부산물을 형성하는

전구물질로서의 NOM 제거효율 향상 등에 초점이 맞춰지고 있다.

그리고, 이취미(Taste & Odor)의 저감대책으로 원수의 조류 등의 지속적인 monitoring 과

분말활성탄(Powdered Activated Carbon), 과망간산칼륨(KMnO4), 오존(Ozone) 및

이산화염소(ClO2) 등의 여러 가지 수처리제에 대한 평가도 수행되고 있다.

아울러, 기존의 대규모 정수처리시설과, 보다 안전하고 깨끗한 먹는물을 효율적으로 공급하기

위해 정부와 민간단체에서 경쟁적으로 건설, 운전하고 있는 수많은 소규모정수시스템에서의

운전상의 문제점을 파악하고, 이에 따른 해결방안에 관한 연구와 정수처리시설의

감시제어시스템과 처리능력에 관한 연구등도 활발히 진행되고 있다.

우리나라의 경우, 우선 안전한 먹는물을 생산 공급함에 있어 정수처리공정의 효율향상에 관한

연구개발이 요구되어지고 있다. 그러나 기존의 재래식정수처리공정과 고도정수처리공정은

처리하고자 하는 목적(target)을 달리 설정하여 연구개발이 이루어져야 한다. 각 수계별

원수특성을 파악하고 기존정수처리공정이 제 구실을 하고 있는가에 대한 현황파악과 평가를

선행하고 개선방안을 강구하여 효율적인 최적의 정수처리공정의 구성과 운용방안을 제시하여야

할 것이다. 또한, 현재 개선하여 효율을 향상시켜야 할 기존의 정수장은 전국에 산재한 정수장

거의 대부분이므로 기존정수처리공정의 효율향상을 위한 연구개발이 무엇보다도 선행되어야 할

것이다.

또한, 국내의 경우 기존 재래식 정수처리공정이 수십년간 큰 변화없이 설계, 시공, 운영되어

왔으며, 새로운 연구개발이 진행되어도 실공정에 적용되는 경우는 극히 드물었기에 연구뿐만

아니라 설계, 시공, 운영 등 전반적인 기술들이 낙후된 상태이다.

2.4.1 혼화/응집공정

미국 등 선진국에서는 점차 강화되는 음용수 수질기준을 맞추기 위한 노력을 기울여

혼화/응집공정을 철저히 연구하여 응집공정의 최적화를 이루고 그에 따라 안정된 물을

경제적으로 생산하고 있다. 특히 최근에는 소독시 발생하는 부산물(DBP)과 그에 따른 규제

때문에 응집공정에 더욱 중요성을 강조하여 응집공정에서 유기물을 제거하도록 하는 Enhanced

Coagulation 의 개념이 도입되고 있는 실정이다. 또한 미생물도 소독에 의해 제거하는 것이

아니라, 여과에서 제거하도록 함에 따라 최적의 여과를 일으키도록 하는 전처리공정으로서의

혼화/응집공정의 중요성은 날로 더해가고 있다.

또한, 효율적인 혼화/응집공정을 위해서, 목표를 응집약품의 저감, 침전 및 여과효율의 증대,

처리수의 탁도, Giardia 와 Cryptosporidium 및 NOM 의 제거에 두고, 주요 연구검토사항으로

에너지를 이용하거나 In-line mixer 등에 의한 혼화응집방법의 개선과 체류시간과 적정 pH 등의

운전조건 검토, 대상 수질에 적합한 약품의 선정 및 Jar-Test, SCM(Stream Current Monitor),

Zeta potential 측정에 의한 공정 monitoring 등의 개선에 의한 최적응집조건 및 설계인자를

도출하고 있다.

외국의 경우 교반강도 및 체류시간을 혼화 메카니즘에 따라 설계함으로써 기존 sweep 방식에

비해 월등한 효율을 나타내고 있으며, 최적 pH 구간에서 혼화를 시킴으로써 원수내

용존유기물질을 최대한 제거시켜 소독부산물 생성을 최소화 하는 Enhanced coagulation 의

채택이 증가하고 있다.

응집공정은 생성된 floc 을 최대한 파괴없이 침전가능한 입자로 성장시키는 것이 주목적이다.

선진외국의 경우 이러한 목적을 달성하기 위하여 많은 연구가 수행되었고, 실제 정수장에 도입

운영되고 있다. 연구방향으로는 먼저 단회로를 방지하기 위하여 수평식 응집지의 경우 흐름의

직각 방향으로 길게 임펠라를 설치하는 것을 자제하고 흐름 방향으로 길게 임펠라를 설치하는

쪽으로 방향을 잡고 있으며, floc 파괴 방지를 위해 수평식 응집지 보다는 수직식 응집지 설치를

권장하고 있는 등 실공정에 연구 결과를 적용하고 있는 실정이다.

국내에서의 혼화공정은 주로 sweep 방식에 의존한 메카니즘을 따르고 있으며 불필요한 시설

설치가 많고, 기술발전이나 연구성과는 한정되어 있으며, 기술수준도 낮은 상태이다. 응집공정의

국내 기술수준은 최근에 들어서서 선진외국의 기술을 일부 도입한 것이 전부라 해도 과언이

아니다. 그것도 임펠라 형상을 수평식에서 수직식으로 바뀐 정도이고 원수특성별이나 혼화공정과

연계된 응집지 설계는 전무한 상태이다.

우리나라에서 설계된 정수장들은 대개 수도시설기준에 정한 수치만을 맞추는 것을 목표로

설계되어 있어, 원수의 수질에 관계없이 일정하게 설계되어 있거나 안전율을 내세워 설계하기

때문에 과대하게 설계된 경우가 있다. 또한 정수장을 설계할 때 외국에서는 모두 기본적으로

행하는 pilot 실험도 충분히 거치지 않고, 외국의 문헌자료나 과거의 경험만을 위주로 하고 있다.

세부적인 설계에 들어가서는 응집공정의 주요한 인자인 응집제 주입방법, 기계교반강도, 유지관리

기법등에 관한 기술개발이 이루어지지 않고 있는 실정이다.

국내에서는 응집공정을 설계할 때 단지 상수도시설기준만을 참고로 하여 기준 내에 제시된

수치범위의 안에만 들도록 관행적으로 설계해왔다. 이와 같은 방법으로는 최적의 조건을

과학적으로 찾아내기 어렵고 더 이상의 기술발전이 없어왔다. 응집제 주입량을 결정하는 것은

단지 하루에 1∼2 회 정도 Jar test 를 실시하여 응집제 주입량을 결정하는 방법을 사용하고 있어

계절적 또는 시간적으로 변동하는 수질 및 수량에 대처하여 최적의 응집상태로 유지하는 것이

곤란하였다. 외국에서는 응집공정을 설계할 때 파이로트 실험을 이용하여 최적의 구조와 응집제

주입방법을 파악하여 설계하고 있으며 또한 기존 정수장에서도 응집공정의 최적화를 도모하기

위하여 응집공정의 성능을 평가할 수 있는 기법을 개발하여 최적의 상태로 운전되도록 노력하고

있으며, 원수의 수질이나 수량적 변화에 따라 자동으로 응집제 주입량을 조절하는 장치를

이용하여 경제적이고 효율적으로 정수를 생산하고 있다.

2.4.2 침전공정

입자제거효율을 향상시키기 위하여 일반적으로 정수처리공정에서 널리 채택되고 있는

침전부분의 연구로서 장방형침전지를 기본으로, 효율개선을 위한 경사판침전지(Plate settler),

경사관침전지(Tube settler) 등의 중력식침전지 부분과 용존공기부상법(Dissolved air flotation)과

같은 부상식, 고속응집침전(Clarifier or Upflow solids contactor) 및 맥동식(pulsator) 등의

혼합식침전 부분 등 여러부분으로 연구개발이 진행되고 있으며, 특히 기존의 conventional 한

방법인 중력식침전의 경우 장폭비, 정류벽 등의 지내구조물과 유입·유출설비 등을 중심으로

검토되고 있고, 표면부하율 감소 및 처리수량 증대를 위해 개발된 경사판침전지의 경우는

수처리효율 향상과 compact 화 차원에서 package 화된 상품으로 여러업체에서 개발이

이루어지고 있다.

침전공정은 주로 70 년대 말까지 연구가 주로 수행되었으며 최근에는 엔지니어링 부분에서

연구가 진행되고 있다. 침전지는 장방형, 경사판, 슬러지 블랭킷 등 여러 가지가 있으며 각

형식별로 이를 설치하는 회사에서 기술을 개발하고 직접 시공, 설치하는 경우가 대부분이다.

기술수준은 각 회사별로 독특한 know-how 를 갖고 있으며, 처리효율을 개선하고 compact 한

침전지를 상품화하고 있다.

우리나라의 침전공정은 주로 수십년전에 일본이나 미국에서 들여온 기술을 답습하고 있는

상황이므로 장방형 침전지가 주류를 이루고 있다. 침전지내의 지내 구조물의 영향과

유입·유출설비들의 효율평가 등의 구조적인 부분의 시설기준의 정립과 수리학적 특성평가 기법의

확립기술이 필요하다. 또한 일부에서는 경사판 침전지가 운영되고 있으나, 설계 및 시공, 운영

등에 모두 문제점을 안고 있어 국내에서는 환영을 받지 못하고 있는 실정이므로 이에 대한

현황과 문제점 파악 및 개선방안을 검토하여 설계와 운전에 대한 기준의 제시가 요구되어진다.

2.4.3 여과공정

현재까지 구미에서는 여과공정의 개선을 위한 노력이 꾸준히 계속되고 있는데, 우선 여과지의

수리특성도 기존의 중력식 하향류에서 벗어나 continuous filter, bi-flow filter 등이 실용화되고

있으며 pre coat filter, shallow bed filter, triple media high rate filter 등 여러종류의 여과지가

시도되고 있다. 이외에도 기존의 여과지에서 여과지 수량분배 구조물의 개선, 새로운

하부집수장치의 개발, 역세척 효율증대를 위한 air scouring, 표면세정장비의 개선을 통하여

여과지속시간과 여과속도의 증대를 꾀하고 있으며 직접여과법의 도입으로 정수장의 compact 화를

시도하기도 하고 있다.

일본도 최근에 급속여과 여층에 있어서 억류물질의 거동, 직접여과지 여재의 입경혼합이

탁질제거에 미치는 영향, 유기물질을 함유한 원수의 직접여과에 관한 연구 등을 수행하였다.

여과공정의 경우 산업계에서는 새로운 기술과 상품화 가능한 기술쪽에 관심을 갖고 있어 막이나

여재종류 등 제품쪽으로 많은 기술을 축척하고 있으며 학계에서는 생물막 여과나 역세척시의

효율적 운영 등 수질향상 쪽에서 많은 기술이 개발되고 있다.

우리나라의 경우 여과부분에서는 물과 공기의 역세척, 하부집수장치의 개선, 역세척 직후의

여과수의 처리, 여재의 개선 등을 통하여 이루어 지고 있다. 주로 미국의 여과지를 도입한

우리나라의 정수시설도 미국의 개선방향과 유사한 궤도를 따라가는 것이 타당하다고 판단된다.

여과공정은 기존에 모래에 의한 단일여과에 의존하고 있었으나 최근에는 이중여재에 대한

사용이 점차 증가하고 있다. 하지만 하부집수장치나 여재 구성의 문제점, 역세척시의 비효율

등으로 많은 문제점을 갖고 있다. 특히 여과공정의 경우는 그동안 국내에서 연구실적이 비교적

적은 공정으로 문제점 제기뿐만 아니라 기술개발후 현장적용이 필요한 공정으로 평가되고 있다.

여과공정의 개선을 위하여 개발되는 자재와 설비 및 설계기술은 국내에서만 이용되는 것이

아니라 제 3 국에 정수장을 건설할 때에도 적용할 수 있는 것으로 우리나라의 기업이 국제적

경쟁력을 강화하기 위하여서도 연구 개발하여야 할 사항이다.

2.4.4 살균·소독 공정

살균공정은 최근에 가장 많은 관심이 기울여지고 있는 분야로서 소독과 소독부산물 제어,

두가지 부분으로 나뉘어 연구가 활발히 진행되고 있다. 효과적인 소독내성미생물의 불활성화를

위한 소독부분과, 소독제 사용에 의해 생성된 소독부산물의 저감·제어부분이다. 또한, 새로 제안된

D/DBP Rule 을 맞추기 위한 연구에 주안점을 두고 있다.

가장 널리 사용되는 소독제인 염소처리에서의 부산물인 THMs 이 인체에서 발암물질로

작용한다는 보고이래 많은 연구가 진행되어 염소주입방법의 변경이나 대체소독제에 대한

필요성에 따라 오존을 비롯한 고도산화(Advanced Oxidation Process, AOP)등에 대한 개발 및

운영 등에 많은 진전을 이루었다. 하지만 대체소독제도 유해 소독부산물을 발생시킨다는 새로운

문제점이 도출되어 이에 대한 해결방안을 강구하는 노력이 진행되고 있다.

대부분의 국내 정수장에서 염소를 소독제로 사용하고 있으므로 부산물로서 트리할로메탄이

필연적으로 생성되고 있다. 이에 대해 대체소독제에 관한 연구개발이 고려되어지지만 확실한

해결책을 찾지 못하고 있는 실정이다. 정수처리공정에서 트리할로메탄과 같은 소독부산물

생성특성을 파악하거나 저감방안을 구체화하는 노력이 미미하였으며, 현 정수처리기술의 기술적

한계나 다른 대안기술과의 상대적인 위험성에 대한 평가없이 새로운 정수처리공정의 도입 및

개발에만 치중하기도 한다.

현재 국내에서 염소주입량의 결정은 소독제의 특성과 정수장 설계에 맞는 필요소독능을

달성하는 방향으로 운영되는 것이 아니라, 단지 관망에서의 2 차오염에 대한 잔류염소 유지와

원수 암모니아농도 제거가 기준이므로 과학성이 결여되어 이에 대한 개선이 필요하다.

현재 국내에서 원수의 특성과 기존 정수처리공정에서 최적 염소처리 및 부산물제어기법에 대한

실용적 연구가 수행되고 있는데, 기존 정수처리공정에서 소독부산물제어를 위한 과학적 기반을

구축하기 위한 것이며, 현재 대부분의 정수장에서 사용하고 있는 염소의 최적 주입량을 산정하기

위한 기준으로 응용될 수 있을 것이므로, 염소주입량을 산정하는데 과학적인 산정방법으로

필요소독능을 준수하면서 소독부산물을 최소화하는 정수장 운영을 달성할 수 있을 것으로

생각된다.

2.5 정수처리기술 발전 동향

2.5.1 혼화공정

혼화의 처리효율은 여러변수에 의해서 결정된다. 즉, 원수의 수온이나 알칼리도, pH, 응집제의

종류 및 투입량, 응집제 수화종의 종류 및 생성동역학 등과 같은 화학적 인자와

교반강도(속도구배)나 체류시간과 같은 물리적 인자, 지의 종류와 교반익의 구조 및 형상 등의

기하학적인 인자 등에 의해서 결정된다. 따라서 혼화지의 설계 및 운영에 있어서 위와 같은 여러

인자들에 대한 총체적 고려는 어렵다 하더라도 몇몇 주요인자들의 최적 조합에 대한 검토가

반드시 선행되어야 한다.

화학적, 물리적 인자들을 살펴보면 먼저 원수의 수질특성을 감안하여 혼화방식을 결정하여야

한다. 혼화 메카니즘에 따른 방식으로는 크게 교반강도는 강하게 하고 체류시간을 짧게 하여

흡착- 비안정화를 유도하는 방식과 교반강도는 비교적 약하나 체류시간을 다소 연장시키는

sweep 방식이 있으며, 원수의 pH 를 조정하여 용존유기물질 제거율을 향상시키는 enhanced

coagulation 방식이 있다. 이밖에 물리·화학적 인자중 중요한 요인으로는 응집제 주입량, 응집제

종류 및 갑작스런 원수 수질의 변화가 있다. 응집제 주입량 결정은 Jar test 후 상징수의 탁도를

기준으로 최적 응집제 주입량을 결정하고 있다. 하지만 최근에 들어 소독부산물이나 미량유해물질

그리고 심미적인 물질들에 대한 관심이 높아지면서 이제는 더 이상 탁도 위주의 정수처리로는

국민의 욕구에 부응하기가 점차 어려워지고 있다. 따라서 용존유기물질과 같은 미량 유해물질

제거효율을 향상시켜야 한다. 또한 SCD(Stream Current Detector)나 on-line

입자입도분석기(Particle Counter/Analyzer)와 같은 장치를 이용해 응집제 주입량과 정수의

수질변화를 연속 관찰하여 원수의 수질변화에 능동적으로 대처하여야 한다.

응집제 종류는 원수의 수질특성에 따라 선정하여야 하며, 이때 응집제 종류에 따라 갖는 특성을

정확히 이해하고 있어야 한다. 또한 응집제외에 알칼리제, 분말활성탄, 응집보조제 등

수처리제들이 사용되고 있는데, 현재 국내 대부분의 정수장에서는 각 수처리제 상호간의 영향에

대한 고려없이 동시에 투입하고 있는 실정이다. 하지만 이들 상호간의 간섭작용이 수처리 효율에

매우 큰 영향을 미치므로 이에 대한 고려가 필요하다. 예를 들어 분말활성탄의 경우 응집제와

동시에 투입했을 경우와 시차투입의 경우를 비교하면 같은 응집제와 분말활성탄 주입량에서도

시차투입의 경우가 효율이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 또한 분말활성탄은 접촉시간과

교반을 하여 주어야 한다. 그러나 대부분의 정수장들은 시차투입에 필요한 별도의 분말활성탄

접촉조를 두지 않고 있다.

이밖에 응집제와 관련된 중요한 인자로는 응집제 주입위치와 결정된 응집제 주입량의 정량

주입 여부이다. 응집제 주입위치는 현재까지 알려진 바로는 혼화지 임펠라 부근에 주입하는 것이

효율적인 것으로 알려져 있으므로 가급적 임펠라 근처에서 응집제를 주입하여야 한다. 그러나

혼화조의 내벽면을 따라 주입시키는 경우가 많다. 응집제의 주입량은 주로 Jar test 에 의해서

최적 응집제 주입량이 결정된다. 이처럼 결정된 응집제 주입량은 유량과 수질의 변동에 따라

능동적으로 대처해야 하므로 실시간으로 대응할 수 있는 응집제 주입방법으로 모색해야 한다.

정수장 운영중 가장 어려운 부분중 하나는 갑작스런 수질변화라 해도 과언이 아니다. 갑작스런

수질변화로는 크게 고탁도 고알칼리도, 저탁도 저알칼리도, 저수온 저탁도, 고탁도 저알칼리도

등이 있다. 이의 대처방안으로는 탁도 변화의 경우 응집제 주입량 변화와 응집보조제 사용 등

화학적인 반응에 의존하는 경우가 일반적이다. 반면에 수온변화의 경우에는 응집제 주입량이나

응집보조제 사용 등 화학적으로 대처하는 경우도 있으나 응집지의 교반기 속도 변경 등

물리적으로 대처하는 경우가 많다.

우리 나라의 경우 혼화공정이 대부분 sweep 방식을 따르고 있기 때문에 혼화지의 형상과 같은

기하학적인 면에 대해서는 그다지 크게 주의를 기울이지 않았다. 최근에 들어 교반강도를 강하게

하고 체류시간을 짧게 하는 방식이 수처리 효율면이나 응집제 및 동력의 절감측면에서

유리하다고 밝혀지고 있다.

혼화지는 혼화지내에 교반기를 설치하여 응집제를 혼화시키는 방법인 Agitated Tank, 별도의

혼화지 없이 유입관내에 응집제를 투입하여 혼화하는 관내혼합방식, 낙차 또는 도수에 의한

Hydraulic mixing 방식, 공기혼합방식 등이 있다. 우리나라의 경우는 대부분 획일적으로 Agitated

Tank 방식을 적용하고 있으나 Agitated Tank 방식은 단회로 발생 가능성이 높고 혼화효율이 낮은

단점을 갖고 있다. 최근에 선호되고 있는 방식은 관내혼합방식으로서 혼화효율이 높고

유지관리비가 적게드는 장점을 갖고 있으며, 1997 년 12 월 한국수자원공사에서는 수년간의

자체연구 및 G-7 환경공학기술 "기존정수장 효율향상 기술"과제의 연구결과

「In-line blender 혼화장치를 이용한 2 단혼화방식 정수처리기술」의 신기술지정을 받았다.

2.5.2 응집공정

응집공정에서 간과되기 쉽지만 매우 중요한 부분으로는 혼화지와 응집지 사이의 체류시간과

교반강도 변화, 점감식 응집지에서 응집지와 응집지 사이의 교반강도 변화이다. 혼화지와 응집지

사이가 너무 멀면 floc 의 성장과 함께 상당부분에서 floc 의 파괴 현상이 나타날 수 있다.

일반적으로 한 번 파괴된 floc 을 재응집시키기는 매우 어려우므로 이들 파괴된 floc 은

상당부분이 여과지로 유출되게 된다. 또한 혼화지와 응집지 사이가 길고 구조물에 의한 교반강도

변화가 심한 경우는 응집지 유입전에 floc 의 성장과 파괴가 반복적으로 일어날 수 있다. 응집지와

응집지 사이의 교반강도 변화도 매우 중요하다. 일반적으로 응집지는 점감식으로 운영되기 때문에

응집지간의 단회로 방지를 위해 격벽을 설치하게 된다. 하지만 격벽의 설치가 과다하게 되면

격벽을 통과할 때 유속이 증가하게 되어 floc 이 파괴될 수 있다. 하지만 혼화지와 응집지,

응집지와 응집지 사이에 대한 영향이 실제로는 매우 큰 인자임에도 불구하고 상수도시설기준은

물론 이에 대해 보고 된 자료도 거의 없었다.

응집공정의 설계 및 유지관리에 있어서 중요한 점은 단회로 방지이다. 단회로 방지를 위한

방안은 주로 응집지의 임펠라 구조와 응집지와 임펠라와의 구조적 위치 및 형상에 주안점을 두고

기술개발을 하고 있다. 선진외국의 경우 이러한 목적을 달성하기 위하여 많은 연구가 수행되었고

실제 정수장에 도입 운영되고 있다. 단회로를 방지를 위해서는 수평식 응집지의 경우 흐름의 직각

방향으로 임펠라를 설치하는 것 보다는 흐름 방향으로 임펠라를 설치하는 것이 유리한 것으로

알려져 있으며 floc 파괴를 방지하기 위해서는 수평식보다는 수직식이 유리한 것으로 알려져 있다.

2.5.3 침전공정

침전지 형태는 장방형과 원형으로 크게 분류할 수 있으며, 입자들의 침전성을 증가시키기

위하여 슬러지 접촉이나 순환 등의 기법을 적용한 다양한 침전지들이 있다. 1920 년대에는

침전지의 표면부하율을 증가시키기 위한 방법으로 경사판에 대한 침전이론이 소개되었으며,

1950 년대 스웨덴에서 최초로 정수장에 도입되었다. 미국에서는 1960 년대 경사판을 이용한

침전기법이 도입되기 시작하였으며, 침전지의 크기를 축소시키고 입자들의 제거효율을 향상시키기

위하여 폭 넓게 사용되어 오고 있다. 경사판 침전지는 수온이 낮아 침전성이 불량한 지역이나,

수질의 변화가 일반적으로 큰 스웨덴과 같은 북유럽지역이나 북미지역을 중심으로 많이 사용되어

왔다.

최근에는 floc-blanket 형성지역에 간격이 넓은 경사판을 달아 blanket 의 농도를 높여

침전효율을 향상시키는 침전지(Superpulsator)들이 개발되고 있다. 이러한 침전지들은 입자의

침전성 향상과 동시에 침전지의 침전면적을 늘려줌으로써 대폭적으로 침전 효율을 향상시킬 수

있는 공법으로 평가할 수 있다.

우리나라의 경우에는 대부분이 장방형 침전지로서 기술개발보다는 외국의 사례 등을 그대로

적용하는 경우가 대부분이다. 또한 과거에 잘못된 경사판을 적용하여 효율에 성과가 없자

경사판과 같이 새로운 기술에 대한 거부감이 매우 심해 장방형 침전지만을 고집하고 있기도 하다.

그러나 정수장에서 가장 큰 부지를 차지하는 장방형 중력식침전지만을 고집하기 보다는

선진외국에서 실용화되고 있는 경사판침전, 고속응집침전, 용존공기부상분리침전(DAF) 등을

원수의 수질특성에 맞게 적용함으로서 건설비의 절감을 유도할 필요가 있다.

침전조 설계시 고려할 사항으로서 유입부 구조는 물을 가능한 한 전체단면에 고르게 유입시킬

수 있도록 설계되어야 한다. 이를 위해 정류벽 등이 사용되고 있으며, 정류벽은 침전지내의

흐름이 직선방향이 되도록 유도하는 역할을 한다. 정류벽은 공의 크기가 작고 간격이 세밀한 것이

좋은 것으로 알려져 있다. 유입부 구조에서 주의할 점은 응집지에서 유출되는 floc 은 충분히

성장한 상태이므로 유입부에서의 과다한 저항이나 유속변화는 floc 을 파괴할 수 있으므로 유입부

구조 설계시 이에 대해 고려되어야 한다. 유출부구조는 침전지내의 물이 일정하게 유출될 수

있도록 월류웨어를 설치해야 한다. 침전지는 대부분 입자들의 무게에 의해서 밀도류가 발생하므로

이론적인 체류시간보다는 짧은 시간동안 체류하게 된다. 그러므로 가능한 한 실제 체류시간을

증대시키기 위해서는 월류웨어의 구조와 월류웨어 부하율이 매우 중요하게 된다.

이밖에 침전조내 조류의 형성으로 침전지 유출수 탁도를 증가시키고 이취미를 유발하는 문제가

발생하기도 한다. 이의 해결은 주로 전염소 처리로 대처하고 있으며, 과다하게 유입되는

조류제거를 위해 용존공기부상법이 고려되기도 한다. 용존공기부상법은 비교적 입자들의 비중이

낮은 원수에서 효과적이므로 조류제거 능력이 뛰어나고 원수내의 용존유기물질 제거율도 기존

장방형 침전지보다 높은 것으로 알려져 있다.

2.5.4 여과공정

여과공정이 미비한 경우에 유출되는 floc 들은 미생물의 피난처가 되므로 소독과정에서

미생물의 사멸이 어렵게 된다. 최근 미국 위스콘신 주의 밀워키에서 발생하여 40 만명 이상이

고통을 겪고 100 명 이상이 사망한 Cryptospor dium 오염사고 역시 여과지의 운영 미숙으로

Cryptosporidium 을 포함한 탁질 누출로 인해 발생한 것임을 감안할 때 여과공정의 중요성은

아무리 강조를 하여도 부족하다 할 것이다.

i

우리나라의 경우 Giardia, Crytosporidium 과 같은 소독내성미생물에 대한 조사가 전무하므로

이들에 대한 조사가 필요하다. 아직까지 위와 같은 미생물에 의한 수질사고가 발생하지 않았다고

해서 우리나라 원수에 포함되어 있지 않다고 장담할 수 없으므로 이에 대한 대책을 세워야 되며,

여과지에 대한 기존의 인식과 여재구성 등 여과지 설계인자에 대해서도 새로운 기준이

제시되어야 한다. Giardia 나 Crytosporidium 같은 미생물은 소독에 의해 처리하고자 할 경우에는

과량의 소독제가 필요하게 되고 이렇게 될 경우 경제성은 물론 또다른 인체에 해로운

소독부산물을 생성시키는 결과를 초래한다. 그러나 미국의 경우 여과지를 적절히 설계 및

운영함으로서 위와 같은 소독내성미생물을 제거시키고 있다.

현재 미국의 경우 대부분의 정수장에서 탁도 0.1 ∼ 0.2NTU 의 물을 공급하고 있다. 그러나

한국의 경우 설계 및 시설미비, 운영미숙 등으로 1NTU 를 겨우 맞추고 있는 실정이며 소규모

정수장의 경우는 넘고 있는 실정이다. 여과된 정수중에 남아 있는 입자들에 대해 Particle

counter 를 이용하여 입자분석한 결과를 그 때의 탁도(NTU)와 비교한 연구결과를 보면

여과지에서 탁도를 조금만 더 낮추어도 엄청난 량의 입자들을 제거하게 되는 것을 알 수 있다.

다시 말해서 여과지를 최적 설계 및 운영하게 되면 먹는물 속에 남아 있는 우리가 얼마나

유해한지 알지도 못하는 미량물질들을 그 만큼 더 제거하게 되는 것이다.

여과지 설계시에 고려되는 여재 크기와 깊이, 여과속도, 하부집수장치, 역세척조건, 이용가능한

손실수두 등은 반드시 원수 수질, 여과지 형태, 요구되는 여과수 수질 등을 기초로 하여야만 된다.

우리나라의 여과지에서 발생하고 있는 문제점들은 크게 여재선정, 역세척, 여과지내 조류 번식,

여과유량 균등 분배 문제 등이 있다. 이중에서 여재에 대한 문제점은 주로 이중여재에서 발생하고

있다. 아직까지 이중여재에 대한 충분한 자료가 부족한 상태이기 때문에 mudball 이나 역세척시

여재 유실 등의 문제가 발생되고 있다.

여과공정은 그동안 기존의 모래에 의한 단일여과에 의존하고 있었으나 최근에는 이중여재에

대한 사용이 점차 증가하고 있다. 그러나 아직까지 하부집수장치나 여재 구성의 문제점,

역세척시의 비효율 등으로 많은 문제점을 갖고 있다. 특히 여과공정의 경우는 그동안 국내에서

연구실적이 비교적 적은 공정으로 문제점 제기뿐만 아니라 기술개발후 현장적용시에도 꾸준한

관찰이 요구되는 공정으로 평가되고 있다. 선진외국에서는 이중여재 여과지의 고효율화를 꾀하여

우리나라 상수도시설기준에서는 엄두도 못 낼 고속여과기법을 개발하고 있으며, 실제 실용화되고

있다.

2.5.5 살균·소독 공정

살균공정의 목적은 먼저 미생물의 불활성화인데, 국내의 살균, 소독공정에서의 미생물 불활성화

판단은 단지 대장균에 의하여서만 결정되기 때문에 소독내성미생물에 대한 고려가 전혀 없는

상태이다. 또한 이들 소독내성미생물 뿐만 아니라 병원성 미생물에 대한 최소 살균소독 정도에

대한 연구나 보고가 없었기 때문에 정수장에서도 CT(Concentration×Time)치에 대한 고려가 전혀

없었다. 그리고 또 하나의 문제점은 소독부산물이다. 현재까지 소독부산물에 대한 일부 보고는

있었으나 전반적으로 매우 낮은 연구 및 기술수준을 보이고 있어, 안전한 먹는물 생산을 위해

시급히 개선되어야 할 공정으로 판단된다.

살균공정은 크게 두가지 분야가 집중적으로 기술 개발되고 있다. 첫째는 효과적인

소독내성미생물의 불활성화이며, 두번째는 소독부산물의 저감이다. THMs 이 인체에서 발암물질로

작용한다는 보고 이래 많은 연구가 진행되었고, 대체소독제에 대한 필요성에 따라 오존이나

AOP 등에 대한 개발 및 운영 등에 많은 진전을 이루었다. 하지만 대체소독제도 유해

소독부산물을 발생시키며 일부 대체소독제의 소독부산물은 염소계 소독부산물인 THMs 보다

수백에서 수천배까지 발암성이 강한 것으로 보고 되고 있다. 또한 대체소독제는 아직까지 충분히

밝혀지지 않은 상태에서 앞으로 또다른 소독부산물이 밝혀질 것으로 예상되고 있다. 그러나

이러한 문제점에도 불구하고 아직까지 해결방안을 찾지 못하고 있는 실정이다. 우리나라의

경우에는 염소의 소독부산물로 THMs 만을 가지고 평가를 하고 있으나 염소의 소독부산물은

현재까지 밝혀진 것만도 100 여 가지가 넘게 보고 되고 있다. 특히 염소계 소독부산물중 HAAs,

TOX, HANs 등과 같이 발암성이 강하고 기타 염소계 소독부산물 생성 정도와 깊은 관계를 맺고

있는 물질들에 대해서는 반드시 조사가 이루어져야 한다.

대체소독제 역시 충분한 검토없이 단지 염소에서 발생되는 소독부산물인 THMs 가 형성되지

않는다는 이유만으로 대체소독제 적용을 시도한 적(안정화 이산화염소)이 있고 지금도

시도(오존)하고 있으나, 대체소독제의 적용은 반드시 각 원수에 따른 소독부산물의 생성정도를

수년에 걸쳐 면밀히 검토한 후에야 적용되어야 한다.

살균공정은 최근에 가장 많이 연구되고 기술이 발전된 분야이기는 하지만 아직까지는 어떤

해결점을 찾지 못한 상황이므로 연구 및 기술개발이 다른 공정에 비하여 시급하며, 연구가

우선적으로 계속되어야 하는 공정으로 분류되고 있다. 특히, 우리나라의 경우는 염소가 주

소독제이며, 염소의 소독부산물중 가장 대표적인 THMs 발생량이 크게 문제가 되지 않으므로

대체소독제에 대한 검토보다는 염소에 대한 기술개발 및 연구가 훨씬 가치있고 시급한 분야로

생각된다.

3. 정수처리시스템 최적구성

3.1 원수 전처리공정

3.1.1 저수지

오염된 원수(raw water)의 수질을 사용목적에 적합하도록 개선하는 것을 정수(water

purification)라고 한다. 따라서 정수처리방법은 원수수질의 상태와 사용목적에 의해서 결정되며,

계획된 용수공급량을 수질기준에 적합하게 처리하여 공급하여야 한다.

일반적인 정수처리 방법은 원수의 수질이 양호할 때 정수처리과정을 생략하고 소독만으로

처리하는 방법, 침전과 완속여과법에 의한 방법, 약품침전에 의한 급속여과방식, 다양화된 수질에

대처하기 위한 특수처리방법등이 있다.

유럽이나 미국등지에서는 저수지나 호소에서 장시간의 침전을 통하여 미세한 현탁물까지

제거한 후 여과지에 유입하든지 기존 정수처리공정에 유입하는 경우가 많으며, 일본에서도

8∼12 시간 정도의 체류시간을 갖는 보통침전지에서 큰 현탁물만 제거하고 여과지에 유입시키는

경우도 있다.

미국의 경우 용수의 공급에 있어 항상 비축하는 습관이 있어 거의 모든 정수시설은 약 24 시간

체류시간을 갖는 raw water basin 을 가지고 있으며, reservoir 의 기능과 시설은 각 지방마다

천차만별 이다. 일반적으로 reservoir 에 대한 특별한 법적 요구사항은 없고 주정부와의 협상에

의해 결정이 되는데 가장 요구되는 사항을 정리해보면 다음과 같다.

ㅇHydraulic significance with respect to the region

(지역에 미치는 수리적 문제, 즉 강우량, 배제, 유출 등)

ㅇRegulations (먹는물 규제와 Crean Water Act 규제법)

ㅇ주민에 끼치는 심미적(aesthatic) 영향과 레크레이션 목적(recreational purpose)

ㅇ최근의 가장 큰 issue에 대한 대책

- Giardia & Cryptosporidium

- Algal bloom/Taste & Odor

- Zebra mussel(말조개) 번식

그리고 EPA 및 주정부에서 권고하는 가이드라인으로 public water supply manual 과 design

standards 등의 내용을 기준으로 하고 있다.

미국의 예로서 2∼3 일 정도의 체류시간을 갖는 presedimentation basin 이 갖추어진 정수장이

많이 있는데, 이러한 개념은 우리나라에는 없는 것으로, 일단 긴 체류시간으로 인해 원수수질 및

수량에 대해 정수장의 운영에 안정성을 줄 수 있으며, 조류의 번식 등의 원수 수질조건의 변화에

따라 여러 가지 수처리제를 간헐적으로 주입하기도 한다.

3.1.2 강변여과

강변여과의 국내에서의 적용가능성 및 활용방안을 검토하기 위하여 먼저, 하상퇴적층의

자연적인 정수능력을 이용한 취수원 개발방식을 다수 시행하여 온 유럽 등의 외국국가들의

수리지질적, 수문학적 특성과 개발사례 및 개발시설 특성의 검토가 필요하다.

독일에서는 강변여과(River-Bank Filtration)를 이용하여 19 세기 후반부터 라인강을 따라

산재하여 있는 여러 정수장에서 안정적으로 먹는물을 공급하여 왔다. 20 세기 전반까지는

라인강의 수질이 악화됨에 따라 활성탄여과, 오존처리 등의 고도정수공정을 병행하고 있다.

네덜란드에서는 주로 사막의 사구(Dune)에 표류수를 유도 침투시키는 인공함양 방법을 이용하여

오염을 저감시킨후 관정에서 재취수하는 방법을 이용하고 있다. 미국 등의 나라에서도

하상퇴적층의 높은 투수성과 여과특성을 이용하는 방안으로, 하천이나 호수 근처에 설치한

정호에서 양수하여 주변 지하수위를 낮추므로써 표류수의 지하 충진을 유도시키는 Induced

Infiltration 을 사용하여 양질의 수원으로 이용하거나 갈수기를 대비하여 지하에 지하수를

저장하는, 지표수와 지하수를 연계한 시스템을 운용하고 있다. 현재 국내에서는 수자원공사

등에서 부산, 경남지역 및 금강지역 등 몇 군데 적용 타당성을 조사하였다.

3.1.3 생물막여과

일반적으로 수도원수의 생물처리는 수중에 존재하는 각종물질을 미생물의 대사작용에 의해서

분해 또는 포집(흡착, 흡수)하여 정화하는 처리방식이다. 정수과정에서는 대부분 부착미생물의

생물막을 이용한다. 생물처리법의 이용은 암모니아 등의 오염물질 제거율이 월등하여

염소소비량을 저감할 수 있는 경제적인 처리공법으로 평가된다.

반응조의 체류시간 및 여재의 특성에 따라 차이가 있으나 국내외 실험결과에 따르면 대체로

암모니아 제거율 70∼80% 이상, 맛, 냄새물질 및 THM 전구물질, TOC 제거 등에 효과를

나타내었다.

수도분야에서 지금까지는 사여과층의 표면에 형성된 생물막에 의해 탁질, 유기물,

암모니아성질소, 세균 등을 제거하는 완속여과법이 이용되어져 왔으며, 최근 원수수질의 악화에

따라서 암모니아성질소, 조류 등이 증가하고 있기 때문에 이것의 제거를 목적으로 한

생물처리법으로 회전원판방식, 침적여상법등이 개발되어 있으며 일본에서는 일부 수도사업체에

도입되어 있다.

또한, 수도수의 원수는 하폐수처리와 비교했을 경우 생물의 기질이 되는 유기물농도가 현저히

적으며, 대상대상물질도 하폐수에서는 BOD, 질소등이지만, 수도에서는 조류, 암모니아성질소,

취기, 철, 망간 등이다. 그러므로 하폐수처리에서 많이 이용되는 혐기성처리나 부유성 미생물에

의한 호기성처리법등 보다는 호기성 조건하에서 충진재 표면에 부착된 생물막(부착생물막법)에

의한 방법의 적용이 가능하다.

생물처리법 중 호기성 산화분해를 이용한 부착생물막법은 통상 원수를 전염소처리 및

응집침전을 행하기 전에 처리하는 방법이다. 생물처리에서는 미생물이 부착할 수 있는 표면적을

현저히 증가시키기 위하여 충진재를 반응조내에 설치하여 물과의 접촉빈도를 충분히 확보하여

항상 호기적인 조건이 될 수 있도록 설치한다. 미생물을 부착시키는 충진여재로는 수중에 고정된

플라스틱제(침적여상, 하니콤), 입상여재(생물막여과), 회전원판등이 사용되고 용존산소가 부족한

경우 강제적인 포기에 의해 산소를 공급한다.

생물막여과법은 미생물을 부착, 서식시키는 입상의 충진재에 원수를 접촉시켜 수중의

암모니아성질소 등을 생물학적으로 산화제거하는 방법이다.

충진재는 여과손실수두, 여과지속시간, 여과속도 등을 고려하여 세라믹, 합성수지등이 개발되어

있다. 흐름형식은 상향류와 하향류로 대별되는데, 상향류의 경우 유동상태를 안정적으로

유지하기가 곤란하므로 하향류가 대부분을 이룬다. 생물막은 원수 통수후 2-3 주 후에 형성되며

암모니아성질소, 용존망간 등의 제거에 효과적이며, 탁도, 색도, 조류, 취기 등에 대해서도 어느

정도 제거효율이 있지만 용존유기물의 제거는 기대하기 어렵다.

또한, 소요부지면적이 적은 장점이 있으나 미생물에 의한 처리방식이므로 수온에 영향을

받으므로 5℃ 이상이 요구된다. 원수중의 무기질소 농도가 10 ㎎/ℓ이상이면 처리수중의

질산성질소가 수질기준을 초과할 수도 있으며, 질산화 반응시 알칼리도가 소비되므로

암모니아성질소 농도의 10 배정도의 알칼리도가 필요하다.

일본등지의 기준을 조사해 보면, 생물막여과의 구조는 중력식 하향류 여과방식을 표준으로 한다.

충진여재는 일반적으로 1.0m 이상으로 하고, 역세척시 유동을 용이하게 하기 위해 비중이 작은

것이 좋다. 하부집수장치는 균등한 공기, 수 세정이 가능하게 하는 것이 좋으며, 배수 trough 는

최대배수량의 약 20% 여유를 두고 trough 의 간격은 1.5m 이하로 한다. 또한, 암모니아성질소의

산화에 필요한 산소의 공급과 역세척시 공기세정을 위한 산기장치를 여층하부에 설치한다.

국내에서는 80 년대 후반부터 부산광역시, 수자원공사 등에서 정수장에서의 pilot plant

실험등이 수행되었으며, 아직 실제 현장에 적용된 사례는 없다.

3.2 정수처리공정 선정

국내의 기존정수시설은 거의 대부분이 표준식 정수처리시설이므로 원수수질 특성분석과

단위처리공정별 수처리 효율파악을 통해 공정별 최적기준을 도출하여 공정을 선정하여야 한다.

일일 수질검사 또는 수질자동측정기 자료, 염소요구량 및 Jar-Test 실적등을 통하여 원수수질

분석을 수행하고, 각 정수처리공정별 최적기준 및 운영관리 기준을 설정하여 상수원 종류별

수질특성을 고려하여 원수수질에 적합한 수처리공정을 선정하여야 한다.

처리공정기술을 선정할 떄는 처리목적과 제어시 요구되는 사항들의 내용과 한계를

명확히하여야 하며, 다음과 같은 내용의 기초적인 데이터와 기타 고려사항들과 관계가 있다.

ㅇ 처리수(유출수) 요구 수준

ㅇ 유입수(원수)의 특성

ㅇ 기존 시스템의 배열

ㅇ 소요 투자비용

ㅇ 운전 및 유지관리

ㅇ 전처리공정 및 후처리공정의 추가

ㅇ 슬러지 처리 처분

표 5. 국내 상수원에 따른 수질특성

호 소 하 천 구분

수질 선택취수 비선택취수 상·중류 하 류

탁 도

5NTU이하 년중

80%

10NTU이하 년중

80%

200NTU이상고탁

수 발생

좌 동

좌 동

pH 6.5∼9.0 6.0∼9.0 6.0∼9.0 6.0∼9.0

알칼리도

20∼30㎎/ℓ

안정

15∼40㎎/ℓ

불안정

평상시:

25∼35㎎/ℓ

장마시:5∼10㎎/ℓ

불안정

평상시:45∼50㎎/ℓ

비교적 높게 유지

장마시:5∼10㎎/ℓ

불안정

조류영향 보통 크다 적다 적다

선택취수가 가능한 댐원수인 경우는 수질특성이 년중 저탁도를 유지하므로 다음과 같은 공정의

구성이 가능하다.

선택취수가 불가능한 댐원수인 경우의 수질특성은 장마시 고탁수 발생 및 조류영향이 크므로

다음과 같은 공정으로 구성되어야 한다.

수질변화 폭이 큰 하천수를 취수하는 경우의 공정구성은 다음과 같다.

또한, 기존정수시설은 저탁도시에는 여과공정 위주로, 고탁도시에는 침전공정 위주로 운영관리

방법을 2 원화하여 경제성을 도모할 수 있다.

현재 전국적으로 수도시설은 계속적으로 확충되고 있는데, 앞으로 건설되는 신규

정수처리시설은 상수원의 수질조사와 파이롯트플랜트 운영을 통하여 수처리공정 선정 및

설계인자 도출하고 정수시설을 설계·시공하여 최적화된 정수시설을 설치하여야 한다. 상수원

수질조사 및 분석은 상수원의 이온밸런스를 조사하고, 기본적인 수질항목들을 수질자동측정기로

1 년이상 조사하고 자료를 분석하여 원수수질에 따른 수처리공정의 선정이 이루어져야 한다.

표 6. 원수수질에 따른 정수처리공정 선정

구 분 표준식처리 2단여과 직접여과 In-line여과

탁도(NTU)

대장균(#/ml)

조류(Asu/ml)

맛, 냄새(TON)

< 5,000

< 107

< 105

< 30

< 50

< 105

< 5×103

< 10

< 15

< 103

< 5×102

< 3

< 5

< 103

< 102

< 3

또한, 상수도시설기준에 의존해온 설계기술에서 탈피, 원수수질특성을 반영하여 비용절감 및

수처리 효율향상을 위한 설계, 운영기술의 도입 및 개발이 필요하다. 상수원의 오염과 계속

강화되는 수질기준에 부합하기 위하여 정수처리공정의 선정과 운영의 최적화 및

고도정수처리공정에 대한 설계 및 영기술의 확보도 이루어져야 하는데, 이와함께 상수원의

수질자동측정시스템 구축을 통한 유역별, 수계별 수질현황 파악 및 수질보전 대책도 시급한

실정이다.

현재 수자원공사에서 운영, 관리중인 모든 정수장은 표준식정수처리공정(Conventional Water

Treatment System) 으로 설치되어 있으며, 표준식 정수처리공정은 침전지에서 탁질을 주로

제거하기 위한 목적으로 건설되며, 이러한 약품침전지의 특성은 수질변화에 대한 완충효과가 커서

통상 원수의 탁도가 높은 경우에 채택되고 있다. 호소수나 댐을 원수로 사용하는 경우에는 원수의

탁도가 비교적 안정적이어서 경사판 침전지, 고형접촉 침전지 등과 같은 고속형 침전지 또는

부상분리의 적용이 가능하나 수자원공사에서는 표준식 약품침전지로만 시행되고 있는 실정이다.

다음에 우리공사의 몇군데 취수원별 탁도분포 현황과 운영중인 정수장의 정수처리 공정을

비교하였다.

표 7. 취수원별 탁도분포 검사기간: 92년-94년

발생빈도(%)

상수원 5 NTU 5-10 NTU 10-50 NTU > 50 NTU

팔당댐 83 10 6 1

광동댐 82 9 7 2

대청댐 87 12 2 -

신탄진(금강) 79 13 7 1

부여(금강) 5 79 12 4

구미(낙동강) 80 14 10 6

본포(창원) 10 40 47 3

남강댐 7 80 9 4

연초댐 80 10 10 -

구천댐 91 8 1 -

표 8. 수자원공사 운영정수장 정수처리공정 비교

구 분 취 수 혼화 응집 침전 여과 소독 슬러지 기 타

기 준 취수방식

선택취수 혼화방식 응집기 침전방식

여재

여과방식 - 탈수 -

성남 취수탑

불가

수리낙차

터빈임펠러 수직 프로펠러 장방형

anth+sand

연립감쇄 염소

belt

press

와부 -

기계식

터빈임펠러 수직 프로팰러 장방형

anth+sand

연립감쇠 염소

belt

press

반월 -

기계식

터빈임펠러 수직패들

장방형

경사판

sand

정속 염소

belt

press

팔

당

시흥 -

기계식

터빈임펠러 수직패들 장방형

sand

유입분배 염소

belt

press

일 산 취수관

불가

기계식

터빈임펠러 수직패들 장방형

anth+sand

연립감쇄 염소

belt

press

황 지 취수문

불가

기계식

터빈임펠러 수평패들 장방형

sand

유입분배 염소

belt

press

대 덕 취수문

불가

기계식

터빈임펠러

수직프로펠러

pitched blade 장방형

sand

연립여과 염소

belt

press

청 주 Ⅰ 취수탑

불가

기계식

터빈임펠러 수직패들 장방형

sand(+ant)

정속 염소

belt

press 불소화

금강석성 취수관

불가 water jet 수평패들 장방형

sand

정속 염소

belt

press

보 령 취수탑

불가

기계식

터빈임펠러 수평패들 장방형

sand

유입분배 염소

belt

press

산 성 취수문

불가

기계식

터빈임펠러 수평패들 장방형

sand

유입분배 염소

drying

bed

부 안 취수탑

선택가능

기계식

터빈임펠러 수직패들 장방형

sand

유입분배 염소

belt

press

화 순 취수문

불가

기계식

터빈임펠러 수직터빈 장방형

sand

유입분배 염소

belt

press

대 불 취수문

불가

기계식

터빈임펠러 수직패들 장방형 - 전염소

belt

press

PAC

접촉조

구 미 취수문

불가

기계식

터빈임펠러

수직프로펠러

수직패들

수평패들

장방형 anth+sand

정속 염소

belt

press

자 인 취수탑

선택가능

Watetr Jet

터빈임펠러 수직패들 장방형

anth+sand

유입분배 염소

belt

press

운 문 취수탑

선택가능

Water Jet

터빈임펠러 수직패들 장방형

anth+sand

유입분배 염소

belt

press

창원반송 취수문

불가

기계식

터빈임펠러 수평패들

장방형

경사판

sand

유입분배 염소

belt

press

사 천 취수문

불가

자연낙하

터빈임펠러 수평패들 장방형

sand

정속 염소

belt

press

연 초 취수탑

선택가능

기계식

터빈임펠러 수평패들 장방형

sand

자동연립 염소

drying

bed

구 천 취수탑

선택가능

기계식

터빈임펠러 수평패들 장방형

sand

정속 염소

belt

press

3.3 정수처리시스템 구성

3.3.1 일반적인 정수처리

기존정수처리공정 분석

- 수질기준항목별 처리 가능한 공정의 분류

수질기준항목별 처리 가능한 공정은 미생물의 처리는 염소처리, 오존처리, 자외선처리,

클로라민처리, 이산화염소로 제거가능하고, 중금속 및 유해영향무기물질의 처리 가능한 공정은

이온교환법, 역삼투압법, 오존처리, 염소처리, 응집침전여과처리, 분말활성탄처리 등으로 무기물

특히 중금속류는 응집침전여과처리로 효율적으로 처리가능하고, 이온의 경우는 이온교환법으로

대부분 처리가능하다.

유해영향유기물질중 합성유기화합물(SOCs)의 처리는 염소처리, 분말활성탄처리,

오존+입상활성탄처리가 효율적이고, 유해영향유기물질중 휘발성유기화합물(VOCs)은 폭기처리와

분말활성탄처리, 가열로 제거 가능하다. 맛·냄새물질의 처리는 염소처리와 분말활성탄처리,

오존처리로 제거 가능하다.

■ 이취미, 철, 망간, SOC 및 농약류 제거 : 호소수, 하천수

■ In-line 여과/직접(Direct) 여과: 호소수

3.3.2 기존정수장의 공정별 분류

원수수질악화에 따라 97 년까지 18 개 정수장에 고도정수처리공정을 도입하게 되며, 94 년말

현재 고도정수처리공정을 도입한 곳은 부산 화명(오존, 생물활성탄), 경산군 하양(입성활성탄),

달성군 논공(입상활성탄), 인천 부평(입상활성탄, ClO2), 마산 칠서(입상활성탄 ; 완공예정)정수장

등이며, 이외의 정수장은 대부분 기존의 표준식정수처리공정으로 구성되어 있다.

기존 정수처리공정

- 완속여과공정

완속여과공정은 취수 → 보통침전 → 완속여과 → 소독의 공정으로 구성되어있고, 완속여과지가

정수처리를 위한 주공정이 되며, 처리공정개략도는 그림 1 과 같다.

그림 1. 완속여과공정의 개략도

제거가능한 주요오염물질로는 생물학적으로 분해가능한 유기물질들이며, 특히 암모니아성질소,

음이온계면활성체, 맛·냄새 유발물질 등의 제거에도 효과가 있다. 그러나 완속 여과공정은

유입되는 오염물질의 농도가 저농도일 때 효과적이기 때문에 돌발적인 사고발생시의

이상오염물질 유입시에는 큰 기대를 할 수 없다.

- 급속여과공정

급속여과공정은 취수 → 혼화·응집 → 침전 → 급속여과 → 소독의 공정으로 구성되어 있으며,

혼화지와 응집, 침전지에서의 약품투입 양이나 종류에 따라 제거효율에 상당한 차이를 보인다.

급속여과공정의 개략도는 그림 2.와 같다.

그림 2. 급속여과공정의 개략도

급속여과공정에서 응집·침전공정을 효율적으로 운영함으로써 일반적인 중금속물질이나

무기물질에 대하여 거의 90% 정도 제거할 수 있는데 그 대상 오염물질별 제거율은 다음과 같다.

급속여과공정에 의한 오염물질별 처리효율은 표 5 와 같다.

표 9. 급속여과공정에 의한 오염물질별 처리효율

항 목 처 리 공 정 처리효율(%) 비 고

일반세균 및 대장균군 일 반 60 ∼ 100

납 (Pb) 일 반 90 ∼ 100 경도낮은 경우

관부식에 의해 높은 농도

불 소 (F) 일반, 탈불소설비

(이온교환수지) 20 ∼ 90 1ml/L 이상 → 반상치

비 소 (As) 일 반 20 ∼ 100 비철금속 제련과정

동 (Cu) 일 반 60 ∼ 90 위장경련 주유출원

(관로의 동관 부식에 의해)

색 도(Color) 일 반 20 ∼ 90

pH 소석회, 가성소다

CO2로 조절

아 연 (Zn) 일 반 0 ∼ 20 맛·취기

염소이온(Cl-) 일 반 0 ∼ 20 짠맛

증발 잔류물 일 반 0 ∼ 20 불쾌감 (심리적인)

세 레 늄(Se) 일 반 10 ∼ 90 급성독, 신장, 간장, 심신장해

수 은 (Hg) 일 반 20 ∼ 90 무기수은 (신장장애)

유기수은 (신장계통)

6가 크롬(Cr+6) 일 반 0 ∼ 20 간장, 신장, 내출혈, 호흡기 장해,

광산, 도금, 석탄연소

NH+4 -N

일반

(전염소처리) -

질산성 질소 일반산화재 20 미만 Blue Baby

Nitro Samine 생성

카드륨(Cd) 일 반 60 ∼ 100 음용수수질기준 → 신장에 미치

는 독성 흡입시 발암성

페 놀

산화제

(O,ClO2,KMnO4)

활성탄

(크로로페놀)

- 냄새 유발

THMs 기존 정수처리공정포

기나 Air Stripping

전구물질감소

(20 ∼ 90)

THMs제거

(60 ∼ 100)

발 암 성

농 약 류

(다이아지논, 파라티온,

말라티온, 페니트로티온)

일반 PAC or GAC 0 ∼ 90

60 ∼ 100

경 도(Hardness) 석회소다법

이온교환수지 공업용수 - 스케일

KMnO4 소비량 일 반 0 ∼ 60 오염도 지표

냄새·맛 유발물질 일반 활성탄 0 ∼ 60

0 ∼ 100

철 (Fe) 및 망간(Mn) 전처리 (오존,

ClO2,KMnO4, Cl2) 20 ∼ 100

탁 도 (Turbidity) 일 반 90 ∼ 100 소독 효율 감소

황산이온 (SO4-2) 일 반 0 ∼ 20

주) 일반 : 기존 정수처리공정인 혼화+응집+침전+여과+소독공정을 거치는 처리공정

(출처 : 오염물질 유입시의 정수처리기법 연구, 1995, 환경부)

3.3.3 처리대상물질별 정수처리기술

처리목적과 관련하여 적용 가능한 정수기술들을 상호 비교함에 있어 근거로 한 항목들은

다음과 같다.

- 처리효율

- 처리장 규모별 적용성

- 처리기술의 적용단계

- 효율적인 운전을 위한 요구조건

- 유지·보수에 대한 요구사항

- 기타 처리공정과의 연계성

표 10 에서는 여과공정, 소독공정, 유기물 제거공정, 무기물 제거공정 그리고 부식방지 등

5 가지로 처리목적을 구분하여 각각에 대한 처리기술들을 요약·비교하였다. 여기에서 각

처리기술들의 개발 및 적용단계는 experimental, emerging, estabished, BAT 등 4 가지 단계로

구분하였다.

여기서 experimental technology 란 기존의 적용례가 있으나 광범위한 시험을 거치지 않는

기술이며, Emerging technology 란 실험실규모의 운전이 이미 수행되었거나, 현재 수행되고

있으나, 현장에는 아직 적용되지 않은 기술을 의미한다. 또한 Established technology 는 실제

정수처리장에서 널리 사용되는 기술이며, BAT 란 EPA 에서 수질기준을 작성할 때 수치적인

제한치인 MCL 대신 구체적 처리기술을 제시하는 경우가 있는데 이때 명시된 처리기술을

의미하며 법적규제대상영역에 포함되는 기술이다. 이들 BAT 는 대부분이 established

technology 에 속한다.

처리목적별로 5 가지로 분류된 처리기술들에 대한 세부내용은 다음과 같다.

표 10. 처리목적별 정수처리기술 효율 비교

처리

목표 처 리 기 술 적용단계

처리공규모별

적용성 비 고

Conventional

filtration Established 전체규모

▶ 가장 폭넓게 사용

▶ 타공정과의 연계 가능

Direct filtration Established 전체규모 ▶ 재래식 filtration에 비해 비용효율적

Slow sand

filtration Established

전체규모

(특히소규모)

▶ 운전간편, 낮은 처리비용

▶ 넓은 부지 소요

Package plant

filtration Established 소규모

▶ compact

▶ 다양한 형태의 공정 조합 가능

Diatomaceous

earth filtration Established 소규모

▶ 적용의 제한성

▶ 소규모처리시설에 대하여 상대적으

로 높은 처리비용

Membrane

filtration Emerging 소규모 ▶ 높은 처리비용

탁도

및

미생물

제거

Cartridge filtration Emerging 소규모 ▶ 높은 처리비용

Granular activated

carbon BAT 전체규모

▶ 고효율

▶ 처리장폐기물 처리 문제

Packed column

aeration BAT 전체규모

▶ VOC 제거에 높은 효율

▶ 대기오염문제 유발가능

Powdered

activated carbon Established 대규모 ▶ 적용시 재래식처리공정 연계 필요

유기물

제거

Diffused aeration Established 전체규모 ▶ 처리효율 다양

Multiple tray

aeration Established 전체규모 ▶ 처리효율 다양

Oxidation Experimental 전체규모 ▶ 부산물 문제

Reverse osmosis Emerging 중·소규모 ▶ 처리효율 다양

▶ 높은 처리비용

Mechanical

aeration Experimental 전체규모

▶ 주로 폐수처리에 사용

▶ 높은 에너지 소요량

▶ 운전 간편

Catenary guid Experimental 전체규모 ▶ 적용자료 부족

▶ 대기오염문제 유발 가능

Higee aeration Experimental 소규모

▶ compact

▶ 높은 에너지 소요량

▶ 대기오염문제 유발 가능

Resins Experimental 소규모 ▶ 적용자료 부족

Ultrafiltration Emerging 소규모 ▶ 주로 탁도 제거

▶ 유기물제거 적용자료 부족

Reverse osmosis Established 중·소규모 ▶ 고효율, 높은 처리비용

▶ 처리장폐기물 처리 문제

Ion exchange Established 중·소규모 ▶ 고효율, 높은 처리비용

▶ 처리장폐기물 처리 문제

Activated alumina Established 소규모 ▶ 고효율, 높은 처리비용

▶ 처리장폐기물 처리 문제

무기물

및

방사성

물질

제거

Granular activated

carbon Experimental 소규모

▶ 방사성물질에 대한 적용사례 있음

▶ 처리장폐기물 처리문제

pH control Established 전체규모 ▶ 타 처리공정과의 충돌가능 부식

방지 Corrosion

Inhibitors Established 전체규모 ▶ Inhibitor 종류별 효율다양

Chlorine Established 전체규모 ▶ 가장 폭넓게 사용

▶ 유해 소독부산물 문제

Chlorine dioxide Established 전체규모 ▶ 비교적 새로운 기술

▶ 무기성 소독부산물 문제

소독

Monochloramine Established 전체규모 ▶ 2차 소독공정으로만 적용

▶소독부산물 문제 다소 발생

Ozone Established 전체규모 ▶ 고효율

▶ 2차 소독공정 필요

Ultraviolet

radiation Established 전체규모

▶ 운전 간편

▶ 유해 소독부산물 없음

▶ 2차 소독공정 필요

Advanced

oxidation

(ozone plus H2O2

and ozone plus

ultraviolet

radiation)

Emerging 전체규모 ▶ 새로운 기술

▶ 적용자료 부족

출처 : USEPA, Technology for Upgrading Existing or Designing New Drinking Water Treatment Facilites, 1990

또한, 여러 가지 자료들을 종합적으로 정리하여 보면, 정수처리공정별 처리목적과 수질특성에

따른 처리목적, 제거 대상물질에 따른 처리기술들을 정리하여 보면 다음과 같다.

표 11. 일반적인 여러 가지 목적의 처리기구

Treatment measure Quality improvement

Filtration (all) Particulate reduction

Bacteria, virus, cyst reduction

Coagulation, rapid sand filtration (additional) Precursor & by-product reduction

Color removal

Oxidation

Pathogen inactivation

Color removal

Taste & Odor control

Iron & manganese reduction (after filtration)

GAC media

Rapid sand filter particulate removal

Color removal

Precursor & by-product reduction

Precursor reduction with preozonation

Taste & Odor control

출처 : Water Treatment Plant Design(3rd Ed), AWWA, ASCE, Mcgraw-hill

표 12. 가장 일반적인 정수처리공정

Water quality parameter (수질인자) Process components (프로세스 구성)

Tubidity-particulate reduction

Filtration

·Rapid sand - conventional

coagulation, Flocculation, Sedimentation, Filtration

·Rapid sand - direct mode

Coagulation/flocculation, Filtration

·Slow sand filtration

·Diatomaceous earth foltration

·Membrane filtration

Bacteria, viruses, cyst removal

Partial reduction - filtration (above)

Inactivation - disinfection

·Chlorine

·Chloramine

·Chlorine dioxide

·Ozone

Color

Coagulation/rapid sand filtration

Adsorption

·Granular activated carbon (GAC) media

·Powered activated carbon (PAC) addition

·Synthetic resins (ion exchange)

Oxidation

·Ozone

·Chlorine

·Potassium permanganate

·Chlorine dioxide

Taste & Odor control

Oxidation

·Ozone

·Chlorine

·Potassium permanganate

·Chlorine dioxide

BAC adsorption

Volitile organic reduction

Air stripping

GAC adsorption

Combination of avove

THM & HA control

Precursor reduction

·Enhanced coagulation

·GAC adsorption

·Biologically activated carbon (BAC) media-

preozonation

By-product removal

·GAC adsorption

·Air stipping (partial)

Iron, manganese reduction/sequestring

Filtration of precipitator formed by preoxidation

Coagulation/filtration of colloids

Polyphosphate sequestering agents

Hardness reduction Cold lime softening

Ion exchange

Inorganic, organic chemical reduction

Ion exchange

Biologically activated carbon (BAC) media adsorption

Membrane filtration

출처 : Water Treatment Plant Design(3rd Ed), AWWA, ASCE, Mcgraw-hill

여과(filtration)와 관련된 규제대상 수질인자에는 탁도, 색도 등의 심미적 수질항목과 Giardia

cyst, enteric virus, coliform bacteria 등의 미생물학적 수질항목들이 포함된다.

여과기술 선정시 고려되어야 할 핵심적인 고려사항에는 다음과 같은 것들이 포함된다.

- 여과싸이클의 빈도

- 화학적 첨가제 필요유무

- 운전상의 복잡성

- 슬러지 부피 및 독성

대부분의 재래식여과시스템 (conventional filtration system)에서는 혼합(mixing),

응집(flocculation), 침전(sedimentation) 공정이 실제 여과공정이 이전에 선행되는 것이

일반적이다. 이러한 전처리공정들은 재래식여과시스템에는 항상 포함되어 있지만, 최근 개발된

기술에서는 그렇지 않다. 전술한 3 단계 전처리공정에 부가적으로 pH 조절물질, 응집제,

응집보조제, polymer 등의 화학첨가제가 여과공정과 결합되어 널리 사용된다. 이러한 모든

공정들은 여과시스템의 전체 효율에 영향을 미친다.

검토대상이 되는 여과기술에는 다음과 같이 크게 7 가지 기술이 포함되어 있다.

- Conventional filtration

- Direct filtration

- Slow sand filtration

- Package plant filtration

- Diatomaceous earth filtration

- Membrane earth filtration (reverse osmosis)

- Cartridge filtration

각 기술들의 효율은 유입 수질 및 적정 설계여부에 좌우되며 이들 기술들이 효과적으로

적용되기 위하여 만족되어야 할 유입수의 수질특성은 표 13 와 같다.

표 13. 여과기술별 유입수 권장수질 및 처리용량 비교

Filtration

Options

Turbidity

(NTU)

Color

(TCU)

Coliform Count

(No./100ml)

Typical Capacity

(m3/sec)

Conventional No restrictions ＜ 75 ＜ 20,000 All sizes

Direct ＜ 14 ＜ 40 ＜ 500 All sizes

Slow sand ＜ 5 ＜ 10 ＜ 800 ＜ 0.66

Package plant [depends on processes utilized] ＜ 0.264

Diatimaceous

earth ＜ 5 ＜ 5 ＜ 50 ＜ 4.4

Membrane ＜ 1 [fouling index of ＜ 10] ＜ 0.022

Cartridge ＜ 2 NA NA ＜ 0.044

비 고 : NA=not available

출 처 : USEPA, Technology for Upgrading Existing or Designing New Water Treatment Facilities, 1990

급속혼화, 응집, 침전공정으로 이루어진 재래식여과시스템은 다양한 수질의 유입원수를

처리함에 있어 그 효율이 매우 가변적이라는 것은 잘 알려진 사실이다. 따라서 이러한

coagulation/filtration system 은 적절한 응집작용을 이끌어내기 위하여 원수의 화학적 특성을

맞추여 주어야 하므로 slow sand filtration 또는 diatomaceous earth filtration 보다 제어가 어렵다.

Slow sand, diatomaceous earth, membrane 그리고 cartridge filtration 공정은 응집단계가

포함되지 않는다. 또한 package plant filtration 공정은 제조업체 모델에 따라 운전상의

복잡성정도가 상이하다. Package Slow sand, membrane, cartridge filtration 은 소규모 처리장에

적합하다. 위의 7 종의 filtration system 에 의한 Giardia cysts, viruses 제거효율은 표 14 과 같다.

표 14. 여과기술별 주요 미생물 제거효율 비교

기 술 명 Giadia cyst 제거율 (%) Virus 제거율 (%)

Conventional 99.9 99.0

Direct 99.9 99.0

Slow sand 99.99 99.9999

Package plant varies with manufacturer

Diatimaceous earth 99.99 ＞ 99.95

Membrane 100 Very low

Cartridge ＞ 99 Little data available

출 처 : USEPA, Technology for Upgrading Existing or Designing New Water Treatment Facilities, 1990

소독공정에서, 1 차 소독제 (pribmary disinfectant) 원수에 포함된 Giadia cyst, virus, bacteria 의

제거의 사용되는 소독제이며, 2 차 소독제(secondary disinfectant)는 급배수관망 내에서의 미생물

번식을 억제하기 위한 용도로 투입되는 소독제를 의미한다.

일반적인 1 차 소독제에는 chlorine, chlorine dieoxide, ozone 은 그리고 UV radiation 이 있으며,

chlorine, chlorine dieoxide, ozone 은 양쪽에 적용이 가능한 반면 UV radiation 은 Giardia

cyst 에는 효과가 떨어지므로 지하수에만 적용할 수 있다. 2 차 소독제에는 chlorine, chlorine

dieoxide, 그리고 chloramines 가 포함된다.

소독제의 효율은 잔류농도와 접촉시간에 의해 평가된다. 또한 주요 영향인자로는 원수 수질,

온도, pH 를 들을 수 있으며 만약 여과 또는 산화공정이 소독공정에 선행하거나 수온이 높은 경우

또는 pH 가 낮을 경우에는 소독제 투여량을 줄일 수 있다.

앞에서 열거한 5 종의 소독제에 대하여 각각의 장·단점을 표 15 에서 정리하였다.

표 15. 소독제 종류별 장·단점 비교

처 리 기 술 장 점 단 점

Chlorine

▶ 효율적, 폭넓게 사용

▶ 투여가능, 지점 다변화 가능

▶ 경제적임

▶ 1차 및 2차 소독에 모두 적용

▶ 유해 소독부산물 생성

▶ 2차 소독제로 사용할 때 부식방지

를 위한 pH 조절과 충돌 가능

Ozone

▶ 대단히 효율적

▶ 유해부산물 최소 발생

▶ Slow sand 및 GAC filter 효율증대

▶ 산화 및 소독 동시 수행

▶ 2차 소독공정 필요

▶ 비교적 높은 처리비용

▶ 현장제조되므로 운전이 복잡

Ultraviolt radiation

▶ Virus 및 bacteria 제거시 대단히 효

율적

▶ 유해부산물이 없음

▶ 유지· 보수가 간편

▶ Giardia cyst처리에는 부적합

▶ 높은 suspended solid, color,

turbidity, soluble organics

▶ 2차 소독공정 필요

Chlorine dioxide

▶ 효율적

▶ 비교적 처리비용 낮음

▶ 대체적으로 THMs 발생 안됨

▶ 약간의 유해소독부산물 생성

▶ 현장제조 필요

Monochloramine

▶ Bacteria에 대해 비교적 효율적

▶ 잔류물질 장기간 구축

▶ 대체적으로 THMs 발생 안됨

▶ 약간의 유해소독부산물 생성

▶ 신장투석 환자에게는 독성효과

▶ 2차 소독공정으로만 권장

▶ Virus 및 cyst 제거에는 비효율적

일부 소독제는 안정성이 떨어지므로 현장에서 제조되어야 한다. 표 16 에서는 5 종의 소독제에

대하여 화학적 안정성과 현장제조여부 그리고 제조방식을 나타내었다. 또한 소독일정 운영시

기초적인 고려사항인 제조방식을 나타내었다. 또한 소독공정 운영시 기초적인 고려사항인 원수의

최적 pH, 부산물 생성여부, 운전의 간편성, 유지·보수의 필요성 등에 대하여 소독제 종류별로

정리하여 표 16 에 수록하였다.

표 16 소독제 제조시 고려사항

소독제

고려사항 Chlorine

Chlorine

Dioxide

Mono-

chloramine Ozone

Ultraviolet

Radiation

화확적 안정성 Yes Yes Yes No NA

현장 제조여부 No Yes Yes Yes Yes

제조방식 NA 31) 22) 33) NA

비 고 : ▶NA = not application

표 17. 소독공정운영시의 고려사항

소독제

고려사항 Chlorine

Chlorine

Dioxide

Mono-

chloramine Ozone

Ultraviolet

Radiation

Optium water pH 7 6-9 7-8 6 NA

By-products presnt Yes Yes Yes Yes No

Operational simplicity Yes No No No1) Yes

Maintenance required Low Low Low High High

비 고 : ▶NA = not application

소독제 평가시 가장 중요한 사항중의 하나는 미생물 제거효율과 부산물 생성정도를 조절하는

것이다. 최근 가장 문제시되고 있는 소독부산물에는 trihalomethane 을 비롯한 halogenated

organic compounds 를 들수 있으며, 소독제 중 chlorine 은 유해소독부산물을 생성할 수 있는

잠재성이 가장 높은 것으로 알려져 있다.

chlorine 에 의해 생성되는 소독부산물의 양은 다음 요건들의 의해 영향을 받는다.

- Chlorine 투여량

- 유입원수의 유기물 종류 및 농도

- 유입원수의 온도

- 유입원수의 pH

- Free chlorine에 대한 접촉시간

- 잔류물질의 특성 (free chlorine 및 combined chlorine과의 관계)

- Bromide ion의 존재여부

3.4 부식방지

먹는물에서 발견되는 납, 카드뮴은 주로 급배수시설 및 가정연관시설에서 사용된 금속재료에서

유래되며, 철, 납, 구리등도 부식부산물로 발견되는 주요 무기물이다.

부식문제는 금속성물질이 물과 접촉하여 산화됨으로써 금속표면에 안정된 고형물이 형성되어

생성되며 이러한 물질들은 인체에 유해영향을 주거나 심미적인 불쾌감을 준다.

물은 금속에 대해 어느정도 부식성은 가지고 있으나, 여러 가지 인자들에 의해 부식의 정도 및

속도가 달라지게 된다. 부식방지(corrosion control)의 목적은 부식에 의한 생성물을 최소화하거나

발견되지 않도록 하는데 있으며, pH, 탄산/중탄산 알칼리도, 경도, 소독잔유물등의 영향인자인

수질특성과 pipe, valve 등의 급배수시설의 구성 재질특성의 측면에서 고려되어 진다.

부식방지기술은 크게 다음과 같이 분류된다.

- 물의 pH 조절

- 부식성 물질 표면 막처리위한 부식방지제(corrosion inhibitor) 첨가

- Electronic cathodic protection

- 코팅(coating)과 라이닝(lining)

이중 pH조절방식이 가장 저렴하고 적용이 용이하므로 일반적으로 사용되지만 소독공정에서 요

구되는 pH 조건과 맞지 않을수 있는 단점이 있으므로 두가지 목적을 만족시키는 처리기술과 운영

방안이 요구되며, 표 15.에 여러 가지 기술들의 특성을 비교하였다.

표 18. 부식방지기술 특성 비교

부식제어

(corrosion control)

Amount of System

Covered by the Control

Compleely Agreeable

with Consumers

Optimum Level of

Additive in the Water

Water Treatment

pH adjustment

inorganic phosphates

silicates

Cathodic Protection

Coating & Lining

Total

Total

Total

Partial

Partial

Yes

Usually

Yes

Yes

Yes

> 8.0 pH

Varies

2∼12 ㎎ℓ

NA

NA

비 고 : ▶NA = not applicable

출 처 : USEPA, Technology for Upgrading Existing or Designing New Water Treatment Facilities, 1990

4. 결 론

정수처리시스템은 원수의 수질 특성 분석과 각 단위공정별 처리효율의 파악을 통하여 공정별

최적기준을 도출하고 운영관리기법을 확립하여, 정수처리시스템의 최적화를 이루어야 한다.

수처리공정의 선정은 취수원 종류별 수질특성을 충분히 고려하여야하며, 기존시설의 원수특성

및 정수처리공정의 효율을 평가하여 기존공정을 개선하거나, 신규시설의 경우 기존의 자료를

검토하고 원수수질에 적합한 효율적인 정수처리공정의 구성과 선정이 이루어져야 한다.

정수처리시스템의 최적화를 위해서는 수질자료와 파이롯트플랜트 운영자료에 의해 도출된

설계인자를 이용하여 설계 및 운영방안을 결정하는 것이 바람직하다.

정수시설은 구조물, 설비, 장치등 각종 프로세스가 종합적으로 구성된 시스템이므로, 계획 및

설계, 운영, 유지관리를 담당하는 토목, 기계, 전기, 전자통신, 환경등 분야별 기술자들은

수질기준이나 정수처리공정 전체에 대한 이론과 기능 등 여러 가지 사항들을 충분히 파악하여

시스템 전체가 효율적이고 유기적인 운용이 되도록 하여야 한다.

깨끗한 수질과 공급지역의 수요에 충분한 양의 물을 안전하게 생산 공급하기 위해서는 새로운

신기술과 고도의 고가장비들의 조합만으로 충분치 않고, 잘 훈련되어 지식과 경험을 갖춘

기술자들에 의해 운영되어야 한다. 그러므로, 직원들에 대한 교육훈련 프로그램의 개발과

운영중인 정수장과 아울러 신규정수장 운영전에 운영 및 유지관리 지침의 준비가 반드시

필요하다.

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