문서번호	정수과-3228
결재일자	2020.7.13.
공개여부	대시민공개
방침번호

			시 민
주무관		정수과장	구의아리수정수센터소장
권학선		이해원	07/13 임정규
협 조
	주무관			정승열
	주무관			박형수
	주무관			나용운

아리수愛 환경을 품다. 수돗물에 건강을 담다

안정적 수질관리를 위한

응집제 주입 연산식(DAS) 개선 결과 보고

2020. 7.

구의아리수정수센터

(정 수 과)

안정적 수질관리를 위한

응집제 주입 연산식(DAS) 개선 결과 보고

최근 3년간의 1,2정수장 원수 수질을 분석하여 실시간 응집제 주입 연산식 업데이트를 위한 회귀분석 결과 및 향후 제어 프로그램 개선 계획을 보고 드림

Ⅰ		관련 문서

□ 안정적 수질관리를 위한 응집제 주입 연산식(DAS) 개선․보완 계획

(정수과-1931, 2020.4.23.)

Ⅱ		운영 현황

□ 실시간 응집제 투입 현황

○ 원수 수질 :  착수정에서 수질자동측정기로 실시간 측정 → 중앙제어실로 전송

※ 탁도, pH, 알카리도, 수온 등

○ 응집제 주입률 결정 : 제어실 DAS (Data Acquisition System) 연산식 프로그램으로 산출하여, 취수유량 대비 응집제 주입량 결정

○ 실시간 자동 응집제 투입 : 혼화지에 정량펌프 이용하여 응집제 이송 투입

[ 실시간 응집제 투입 모식도]

< DAS 연산식 구성 > 3년간 자료를 통계적으로 구한 경험식

응집제 주입률(mg/L)= K × exp (A×Ln(탁도) + B×Ln(pH) + C×Ln(알카리도)

+ D×Ln(수온) + E×Ln(전기전도도) + F×Ln(취수유량))

※ A : 탁도 계수, B : pH 계수, C : 알카리도 계수, D : 수온 계수, E : 전기전도도 계수, F : 취수유량 계수

K : 연산식 보정 상수 (자-시험결과 값 반영)

□ 현 응집제 주입률 설정 현황

○ 현 응집제 연산식은 2011년 9월 취수장 이전(구의 → 강북) 계획에 따라 강북 취수 원수 수질을 기준으로 만들어진 연산식임

수질 계수 원수 수질		A (탁도)	B (pH)	C (알카리도)	D (수온)
수온 5℃ 이하		0.22455	0.56203	0.23255	-0.04186
수온 5℃ 이상	탁도 5~10 NTU	0.24445	1.08457	0.03132	-0.12785
	탁도 10~50 NTU	0.20076	1.94800	-0.44112	-0.03370
	탁도 50 NTU 이상	0.32135	1.92441	-0.36376	-0.20301

○ ’16년 10월부터 기득수리권 효율적 활용을 위해 자양 원수 공급 시작됨

- 제1착수정 원수 ➡ 강북:자양 = 6:4  (총 185,000 ㎥/일)

- 제2착수정 원수 ➡ 자양원수 전량      (총 157,000 ㎥/일)

○ 고염기도 응집제인 PAHCS는 현재 DAS 시스템에서 응집제 종류를 선택하여 투입할 수 없으므로 PAHCS 선택 투입할 수 있도록 구축 필요

⇒ PAHCS 조견표 및 쟈시험 결과에 일치하도록 비례상수 K값을 수시로 조정하여 PAHCS 약품투입률을 조정하고 있음

Ⅲ		추진 내용

□ 최근 3년간(’17~’19년) 운영결과 토대로 자료 취합 및 이상 데이터 선별

- 1,2정수장별로 각각 응집제(PACl 17%, PAHCS 12%) 투입률 분석

□ 원수 수질(탁도, pH, 알칼리도, 수온)에 따른 응집제 주입률 회귀분석

- 수온별(5℃기준), 원수 탁도별(10 NTU 및 50 NTU 기준)

□ 회귀분석 결과 검증 및 응집제 투입률 예측

□ 응집제별 조견표 작성 : PACl, PAHCS

Ⅳ		연산식 회귀분석 결과

□ 연산식 회귀분석 개요

○ 분석법 : 제1정수장 및 제2정수장 운영결과 적용한 다중 회귀분석

○ 분석자료 : ’17.1.1. ~ ’19.12.31. (3년간, 매 시간 자료 26,280건)

○ 분석 방법 : 기존과 동일하게 원수 수질(수온, 탁도 기준) 4개 조건으로 분류

․ 원수 수질 : 1,2정수장 착수정 원수 (NaOH, CO2 투입 이전 수질)

․ 독립변수(x) 4항목 : 착수정 원수 (탁도, pH, 알카리도, 수온)

․ 종속변수(y) 1항목 : 응집제 주입률 (PACl, PAHCS)

○ 데이터 처리 : 1시간 주기 수질측정 및 운영 자료 중 비정상 값과 침전지    수질을 반영 및 이상 데이터 배제하여 통계처리

□ 연산식 회귀분석 결과

<1>  제 1정수장 PACl

○ 연산 계수 업데이트 결과 (K=1일때)

구분	연산 계수 원수 수질		A (탁도)	B (pH)	C (알카리도)	D (수온)	비고 (관측수)
1정수장 PACl 응집제	수온 5℃ 이하		0.2165	0.4101	0.3418	-0.0268	2,497
	수온 5℃ 이상	탁도 10 NTU 이하	0.0852	1.0949	-0.0017	0.0149	17,319
		탁도 10~50 NTU	0.3131	1.2290	-0.2259	0.0679	934
		탁도 50 NTU 이상	0.3436	1.5927	-0.1934	-0.2297	103

PACl 주입률(mg/L) = K × exp (A×Ln(탁도) + B×Ln(pH) + C×Ln(알카리도) + D×Ln(수온))

○ 회귀분석 적합도 평가

- F검정 : "유의한 F값"이 0.00으로 95% 신뢰도에서 유의수준 0.05보다 낮으므로 회귀식은 적정함

- 결정계수 : 0.999 이상으로 회귀식은 적정함

수온 5℃이하	수온 5℃이상 (원수 탁도 10 NTU 이하)
수온 5℃이상 (원수 탁도 10~50 NTU)	수온 5℃이상 (원수 탁도 50 NTU 이상)

[ 회귀분석 결과 및 적합도 평가 ]

- 잔차분석 및 선 적합도 분석

․대상 : 수온 5℃이상, 고탁도 원수(50NTU 이상) 유입시

․평가결과 : 적합

- 잔차는 실제값과 회귀모델에 의해 예측값과의 차를 말함

- 회귀모델 적합도는 예측값에 대한 잔차가 0에 가까울수록 좋으며, 잔차도에서 0인 기준선에서 멀리 떨어진 데이터는 이상치로 분류함

- 선 적합도 평가 결과, 탁도, pH, 알칼리도, 수온에 대해 예측치가 실제 주입률을 잘 반영하고 있음.

<탁도 선 적합도 평가>	<pH 선 적합도 평가>
<알칼리도 선 적합도 평가>	<수온 선 적합도 평가>

[ 각 수질항목별 선 적합도 평가 (수온 5℃이상, 탁도 50NTU 이상 조건) ]

○ 신규 연산식 적용성 평가

- 대 상 : 2018년 5월, 1정수장 고탁도 원수 유입 시기

- 평 가 : 실제 PACl 투입률과 신규 연산식 예측 투입률 결과 비교

- 결 과 : 신규 연산식에 의한 예측 PACl 투입률과 실제 투입률 일치 경향

[ 원수탁도 ]		[ PACl 응집제 투입율 비교 ]

<2>  제 1정수장 PAHCS

○ 연산 계수 업데이트 결과 (K=1일때)

구분	연산 계수 원수 수질		A (탁도)	B (pH)	C (알카리도)	D (수온)	비고 (관측수)
1정수장 PAHCS 응집제	수온 5℃ 이하		0.0603	2.0120	-0.4194	-0.0468	3,035
	수온 5℃ 이상	탁도 10 NTU 이하	0.2644	1.4573	-0.2285	0.0433	841
		탁도 10~50 NTU	0.1955	1.5809	-0.2532	0.0572	1,134
		탁도 50 NTU 이상	0.3767	1.7754	-0.1262	-0.3918	349

PAHCS 주입률(mg/L) = K × exp (A×Ln(탁도) + B×Ln(pH) + C×Ln(알카리도) + D×Ln(수온))

○ 회귀분석 적합도 평가

- F검정 : "유의한 F값"이 0.00으로 95% 신뢰도에서 유의수준 0.05보다 낮으므로 회귀식은 적정함

- 결정계수 : 0.996 이상으로 회귀식은 적정함

<3>  제 2정수장 PACl

○ 연산 계수 업데이트 결과 (K=1일때)

구분	연산 계수 원수 수질		A (탁도)	B (pH)	C (알카리도)	D (수온)	비고 (관측수)
2정수장 PACl 응집제	수온 5℃ 이하		0.1919	0.4295	0.3488	-0.0128	2,991
	수온 5℃ 이상	탁도 10 NTU 이하	0.1214	1.0036	0.0694	-0.0032	14,784
		탁도 10~50 NTU	0.3536	0.9935	-0.0626	0.0019	2,450
		탁도 50 NTU 이상	0.2360	0.5187	-0.2987	0.8557	90

PACl 주입률(mg/L) = K × exp (A×Ln(탁도) + B×Ln(pH) + C×Ln(알카리도) + D×Ln(수온))

○ 회귀분석 적합도 평가

- F검정 : "유의한 F값"이 0.00으로 95% 신뢰도에서 유의수준 0.05보다 낮으므로 회귀식은 적정함

- 결정계수 : 0.999 이상으로 회귀식은 적정함

<4>  제 2정수장 PAHCS

○ 연산 계수 업데이트 결과 (K=1일때)

구분	연산 계수 원수 수질		A (탁도)	B (pH)	C (알카리도)	D (수온)	비고 (관측수)
2정수장 PAHCS 응집제	수온 5℃ 이하		-0.0961	1.0893	0.1116	0.0253	2,889
	수온 5℃ 이상	탁도 10 NTU 이하	0.3853	0.6013	0.0701	0.1547	72
		탁도 10~50 NTU	0.2104	1.5388	-0.2122	0.0498	1,138
		탁도 50 NTU 이상	0.4087	2.0293	-0.1677	-0.5227	384

PAHCS 주입률(mg/L) = K × exp (A×Ln(탁도) + B×Ln(pH) + C×Ln(알카리도) + D×Ln(수온))

○ 회귀분석 적합도 평가

- F검정 : "유의한 F값"이 0.00으로 95% 신뢰도에서 유의수준 0.05보다 낮으므로 회귀식은 적정함

- 결정계수 : 0.998 이상으로 회귀식은 적정함

□ 조견표 작성

○ 원수 탁도 기준 조견표 개선 (※ 붙임 1 참고)

․신규 연산식을 반영하여 정수장별 응집제(PAC, PAHCS) 투입률 조견표 개선

․탁도 외 수질(pH, 알칼리도, 수온)은 각 조건별 평균값 이용하여 산출

Ⅴ		향후 계획

○ DAS 연산식 프로그램에 PAHCS 투입 제어를 위한 프로그램 신규 추가

- 각 정수장별 PACl 응집제 외 PAHCS 선택 투입 가능토록 개선 계획임

○ 정수시설과 : 제어실 프로그램 수정 (별도 협의)

붙임 :  1. 응집제 주입률 신규 조견표     1부

2. 연산식 회귀분석 결과	각 1부.  끝.

【붙임 1-1】		제1정수장 응집제 주입률 조견표
(구의아리수 정수센터)				제1정수장 원수 (강북:자양=6:4)
수온 5℃ 이상					2020년 7월
탁도 (NTU)	PACl		PAHCS	탁도 (NTU)	PACl	PAHCS
10	11.5		16.1	100	28.5	34.0
15	14.2		18.0	120	30.4	36.4
20	15.5		19.1	140	32.0	38.6
25	16.6		19.9	160	33.5	40.5
30	17.6		20.7	180	34.9	42.4
35	18.5		21.3	200	36.2	44.1
40	19.3		21.9	230	38.0	46.5
45	20.0		22.4	260	39.6	48.7
50	20.7		22.8	300	41.6	51.4
55	23.2		27.1	350	43.9	54.5
60	23.9		28.0	400	45.9	57.3
65	24.6		28.9	500	49.6	62.3
70	25.2		29.7	600	52.8	66.7
80	26.4		31.2	700	55.7	70.7
90	27.5		32.6	-	-	-
수질연구실

【붙임 1-2】		제2정수장 응집제 주입률 조견표
(구의아리수 정수센터)				제2정수장 원수 (자양 전량)
수온 5℃ 이상					2020년 7월
탁도 (NTU)	PACl		PAHCS	탁도 (NTU)	PACl	PAHCS
10	13.1		17.2	100	30.7	36.4
15	15.1		19.7	120	32.1	39.2
20	16.7		20.9	140	33.3	41.7
25	18.1		21.9	160	34.3	44.1
30	19.3		22.8	180	35.3	45.9
35	20.4		23.5	200	36.2	47.0
40	21.3		24.2	230	37.4	48.6
45	22.2		24.8	260	38.5	50.0
50	23.1		25.4	300	39.8	51.8
55	26.7		28.5	350	41.3	53.7
60	27.2		29.5	400	42.6	55.4
65	27.7		30.5	500	44.9	58.4
70	28.2		31.4	600	46.9	60.9
80	29.1		33.2	700	48.6	63.2
90	30.0		34.8	-
수질연구실