문서번호	정수과-3662
결재일자	2020.8.6.
공개여부	부분공개(5)
방침번호

			시 민
주무관		정수과장
권학선		08/06 이해원
협 조
	주무관			박형수
	주무관			정승열
	주무관			이병주
	주무관			나용운
	주무관			이수한

아리수愛 환경을 품다. 수돗물에 건강을 담다

집중강우로 응집제(PACl) 비상 교체시 최적 약품투입량 결정

2020. 8. 6.

구의아리수정수센터

( 정 수 과)

집중강우*****************************

응집제(PACl) 비상 교체시 최적 약품투입량 결정

최근 8/1(토) 중부지방 집중강우에 따라 고탁도 원수 유입***********************************비상시 응집제(PACl) 전환 투입시 최적 약품투입량을 산출함으로써 아리수 생산에 만전을 기하고자 함

□ 강우 현황 및 예보

○ 8/1일부터 중부지방 300mm 이상 집중강우 발생

【 8/1일부터 강우 현황 】                                               <기상청 자료>

	서울/ 경기			강원/충청
지역	연천	가평(북면)	서울(강남)	화천 (광덕산)	충주 (엄정)
강우량 누계(mm)	587mm	503mm	224mm	479mm	442mm

○ 8/5일 21시 기준 서울 등 중부지방 호우경보/강풍 특보 발령 등 폭우 장기화 예보   (8/7일까지 300mm 이상 강우 예보)

□ 한강 수문 현황 및 팔당댐 방류량 (’20.8.5. 21시 기준)

○ 남한강 : 충주댐 저수율이 67.6% → 78.9% 증가하였으며,

【 한강 수문 댐 위치도 】

총방류량도 493 → 2,994 ㎥/sec로 증가

○ 북한강

1) 소양강댐 저수율이 67.4% → 83.2% 증가하였으며,

총방류량이 0.5 → 2,130 ㎥/sec로 증가

2) 춘천댐 저수율이 81.7% → 76.1%로 감소하였으며,

총방류량이 0 → 4,905 ㎥/sec로 증가

○ 팔당댐 : 저수율이 91.3% → 85.2%로 감소하였으며,

총방류량이 1,419 → 10,460 ㎥/sec로 증가

※ 춘천댐과 팔당댐은 홍수조절 기능이 없음

【 한강 수문현황 】                                    <한강홍수통제소, 8/5일 21시 기준>

	남한강	북한강		팔당댐
	충주댐	소양강댐	춘천댐
계획홍수위(EL, m)	145.0	198.00	104.90	27.00
제한 수위(EL, m)	138.0	190.3	102.0	25.5
현재 수위(EL, m)	140.06	192.42	100.40	24.61
저수율(%)	78.9	83.2	76.1	85.2
유입량(㎥/sec)	2,517	2,798	4,413	10,676
방류량(㎥/sec)	2,994	2,130	4,905	10,460
비고			홍수 조절 기능 없음

○ 시간별 댐방류량 추이 (8/1~8/5)

□ 문제점 및 대응방안

○ 중부지방 집중강우에 따라 *******************************공급 부족이 우려됨 (서울시 6개정수장 및 경기도 소재 정수장 동시 이용)

○ 현재 원수 탁도가 200~600 NTU****************************** 알칼리 보조제인 NaOH *****************사용량 급증에 따른 수급 문제가 발생할 우려가 있음

○ ******공급 부족 해결을 위해 ********응집제 비상 투입에 대비하여 정수약품(응집제, NaOH) 최적 투입률을 조사하여 만일의 사태에 즉각 조치할 필요가 있음

□ 정수약품 수질변화 추적 위한 예비 실험

○ 원수 수질 현황

- 시험 일시 : 8/5 14시~17시

- 대상 : 제2정수장 착수정 원수(자양원수)

- 방법 : 쟈테스트 실시

【 쟈테스트 조건】

급속교반	완속교반			침전	비고
240 rpm, 1분	46 rpm, 5분	38 rpm, 5분	26 rpm, 5분	15분	- 완속교반은 점감식 운영 여름철 현장 G값 운영조건 반영

- 원수 수질 현황

【 제2정수장 착수정 유입 자양원수 수질 】                        < 8/5일 14시~17시 >

수온	전기 전도도	탁도	pH	알칼리도
19.5 ℃	120 μS/cm	100~130 NTU	6.96	24.5 mg/L

○ 예비 실험 결과 (쟈시험이 아님)

1) 알칼리 보조제 NaOH 투입에 따른 pH, 알칼리도 변화 조사

- 제2정수장 착수정 유입수는 pH 6.96, 알칼리도 24.5 mg/L를 나타냄

- NaOH 투입에 따라 pH 및 알칼리도는 상승하였으며, 현장 투입조건인 NaOH 25 mg/L에서 pH 7.60, 알칼리도 30.0 mg/L를 나타냄

【 NaOH 투입률에 따른 pH, 알칼리도 변화 】

NaOH 투입률 (mg/L)	0 (미투입) = 유입원수	5	10	15	20	25 (현장조건)	30	35	40	45	50	60
pH 변화	6.96	7.08	7.16	7.23	7.38	7.60	7.74	8.26	8.58	8.85	9.02	9.28
알칼리도 (mg/L)	24.5	25.0	27.0	27.5	28.5	30.0	31.0	32.0	33.0	34.0	35.0	37.0

2) 응집제 종류(PAHCS, PACl)에 따른  pH, 알칼리도 강하 비교

- NaOH 30 mg/L 투입하에서,

․현장 투입중인 PAHCS 40 mg/L 조건에서 pH 7.18, 알칼리도 27 mg/L를 나타내었으며

․대체 예정 응집제인 PACl 40mg/L 투입시에는 pH 6.45, 알칼리도 18 mg/L로 PACl 투입시에 pH 및 알칼리도 강하가 크게 나타남

	pH 변화	알칼리도 (mg/L)	비 고 (조견표)
PAHCS 40 mg/L 투입시	7.18	27	조견표에서 원수탁도 130 NTU일 때 PAHCS 주입률은 40 mg/L임
PACl 40 mg/L 투입시	6.45	18	조견표에서 원수탁도 130 NTU일 때 PACl 주입률은 32 mg/L임

※ 현장 운영 NaOH 25mg/L, PAHCS 41mg/L 투입 결과 pH 7.0, 알칼리도 23.4 mg/L를 나타냄 (랩실험시보다 알칼리도를 5 mg/L 적게 투입하여 pH와 알칼리도가 더 낮게 나타났음)

3) NaOH 30 mg/L 조건하 PACl 투입에 따른 pH, 알칼리도 변화

- 쟈시험 없이 원수에 정수약품만을 투입한 예비 실험 결과, 원수 시료에 NaOH 투입시 pH가 6.96 → 7.74, 알칼리도가 24.5 → 31.0 mg/L로 증가하였으며

- 계속해서 PACl 주입 농도가 증가함에 따라 pH 및 알칼리도가 점차 감소하였음

- NaOH 30 mg/L에서 조견표에 따라 PACl 30 mg/L를 투입할 경우 pH 6.7, 알칼리도 21 mg/L였음

⇒ 추론 사항

가. 응집제 조견표보다 다소 적은 양의 PACl을 투입하여 pH가 6.7보다 높게 유지하는 것이 유리하다고 판단되며(알칼리도 20 mg/L 이상),

나. 정수약품 투입률은 PACl : NaOH 비율이 1.0~1.2 범위로 투입하는 것이 바람직하다고 판단됨 (PACl은 조견표 투입율 유지 또는 다소 적은 양 투입)

․ 원수 알칼리도가 낮은 상태(25 mg/L 이하)에서 PACl 대비 NaOH 투입률이 1.2배 이상 과량 투입되면 백탁현상이 발생될수 있으며

․ 1.0배 이하 과소 투입시에는 알칼리도 부족 및 pH가 낮아져 적정 응집범위를 벗어나 침전 탁도 상승이 우려됨

【 PACl 투입에 따른 pH, 알칼리도 변화 (NaOH 30 mg/L 투입)】      <사전 실험>

원수 수질	탁도 100NTU, pH 6.96, 알칼리도 24.5mg/L (8/5 15시 )
NaOH 투입률	0	30 mg/L로 동일
PACl 투입률 (mg/L)	0	0	20	25	30	35	40	45
	원수	미투입	조견표 대비 과소 투입		(조견표)	조견표 대비 과량 투입
pH 변화	6.96	7.74	6.90	6.82	6.70	6.55	6.45	6.33
알칼리도 (mg/L)	24.5	31.0	23.0	22.5	21.0	19.5	18.0	17.0
비 고 (약품주입률비= PACl:NaOH)	-	-	1.5	1.2	1.0	0.86	0.75	0.67

4) PACl 조견표를 이용한 NaOH 알칼리 보조제 투입률 추정

- 유입 원수 수질에 해당하는 PACl을 조견표에서 정한 30 mg/L으로 투입할 경우, 알칼리제 NaOH의 최적 투입률 산정을 위해  예비 실험한 결과,

- 알카리도를 20 mg/L 이상 유지하면서 응집 pH 6.9 이상인 조건, 즉 NaOH 25~35 mg/L 범위에서 응집․침전 효율이 좋을 것으로 추정됨

⇒ 정수약품은 PACl : NaOH 비율이 0.83~1.17 범위내로 운영(1.0 추천)

【 PACl 조견표에 따른 NaOH 적정 투입률 추정 】

NaOH 투입률 (mg/L)		0	10	20	25	30	35	40	50
pH 변화	PACl 미투입	6.96 (원수)	7.16	7.38	7.60	7.74	8.26	8.58	9.02
알칼리도 (mg/L)		24.5 (원수)	27.0	28.5	30.0	31.0	32.0	33.0	35.0
pH 변화	PACl 30mg/L 투입 (조견표 농도)	6.43	6.57	6.85	6.90	6.98	7.15	7.22	7.65
알칼리도 (mg/L)		15.5	17.5	19.5	21.5	23.0	24.5	26.0	29.0
약품주입률비 (PACl:NaOH)		-	0.33	0.67	0.83	1.0	1.17	1.33	1.67

□ 정수약품 최적 투입률 쟈시험 결과

○ 쟈 시험 방법

- 조견표를 활용하여 응집제 투입률을 먼저 결정하고, 추후 적정 pH범위에서 응집이 잘 될 수 있도록 NaOH를 투입하여 알칼리도 보충 양을 결정코자 함

- 유입 원수 탁도 100 NTU에 해당하는 조견표의 PACl 투입률은 30mg/L이므로, 이를 기준으로 NaOH를 각각 20, 25, 30, 35 mg/L 투입하여 쟈시험 실시함

(아래 표에서 #2, #4, #5, #6)

- 또한, 현장 투입중인 NaOH 25 mg/L를 기준으로 PACl 25, 30, 35 mg/L 조건에서 쟈시험 실시하여 비교함 (아래 표에서 #1, #2, #3)

○ 쟈 시험 결과

- 조견표 기준으로 PACl 30 mg/L 투입시

․ NaOH 주입비가 1.0보다 낮은 20, 25 mg/L 투입률에서는 알칼리도를 충분히 보충해 주지 못하여(20mg/L 이하) 응집 pH 6.8 이하 수질을 나타냄

⇒ 플록 형성 육안 관찰 결과, 응집공정에서 응결력이 낮아 플록이 작고 단단하지 않았으며, 침전 탁도도 각각 3.26, 2.76 NTU로 다소 침강력이 떨어짐

․ NaOH 주입비가 1.0~1.17 범위인 30, 35 mg/L NaOH 투입률에서는 알칼리도가 21 mg/L 이상이었으며,  pH도 6.89 이상으로 침전후 탁도가 각각 2.14, 1.96 NTU로 침전 탁도가 우수하였음

- 조견표 기준으로 PACl 과량 투입시

․ 조견표 적정 PACl 투입률인 30 mg/L보다 PACl을 과량 투입하거나 NaOH 투입률이 낮아 PACl:NaOH 비가 1.0보다 낮을 경우(#3), 알칼리도가 18mg/L로써 부족하고 pH가 6.72로 낮아져 플록형성이 잘 안되어 침강력이 매우 낮아짐을 육안 관찰하였음.

․ #2의 경우와 같이 적정 PACl 투입률에서도 NaOH 투입률이 0.83으로 낮아 알카리도가 부족한 경우 플록 형성 및 침강력이 좋지 않았음

【쟈 시험 정수약품 최적 투입률 산출 결과 】

쟈시험 일자	원수 수질		시료 번호	알칼리제 (NaOH) 주입률 (mg/L)	응집제 (PACl) 주입률 (mg/L)	침전후			추천 순위	판정 (투명도 포함)	약품주입률비 (PACl:NaOH)
	항목	수질				탁도 (NTU)	pH	알카리도 (mg/L)
8/5 17시	채취지점	제2착수정	#1	25	25	2.92	7.00	21.5	2	◎ (투명)	1.0
	전도도	120 μS/cm	#2	25	30	2.76	6.87	19.5	4	△	0.83
	수온	19.5 ℃	#3	25	35	7.03	6.72	18.0	6	× (백탁)	0.71
	탁도	100 NTU	#4	20	30	3.26	6.75	19.0	5	× (준백탁)	0.67
	pH	6.96	#5	30	30	2.14	6.89	21.0	3	○	1.0
	알칼리도	24.5 mg/L	#6	35	30	1.96	6.93	22.0	1	◎ (투명)	1.17

※ 공정 실주입률 (PAHCS 40 mg/L, NaOH 25 mg/L), 침전지 탁도 1.30 NTU

□ 알칼리제 이론적 주입률 비교 평가

○ 이론적 알칼리제 주입률 계산은 아래와 같음

W = { (A2 + K×R ) - A1}× F

○ 실험 당시 원수 수질에서 응집제 PACl(17%)을 조견표대로 30 mg/L 투입시,응집․침전수에서 알칼리도 21mg/L를 유지하기 위한 NaOH(20%)의 이론적 주입률은 21.5 mg/L로 산출되었음

⇒ PACl:NaOH 주입비는 0.72로써, 자시험결과(#4)와 비교시 실제로 알칼리도는 19 m/L로 나타나 2 mg/L 부족하였음.

알칼리도 1mg/L를 상승시키는데 5mg/L의 NaOH(20%)가 필요하므로 10 mg/L의 NaOH를 추가하여 실제로는 31.5 mg/L를 투입하여야 알칼리도 21 mg/L 유지가 가능함(#4, #5)

⇒ PACl:NaOH 주입비를 1.0 수준으로 NaOH를 투입하는 것이 타당함

○ 현장 운영중인 PAHCS에 대해, 침전수 알칼리도 24 mg/L 유지를 위한 NaOH(20%)의 이론적 주입률도 21.5 mg/L로 산출되었음

⇒ 실제로는 NaOH를 이론 주입률 보다 16% 많은 25 mg/L로 투입하고 있음

【응집제 종류별 알칼리제 이론적 주입률 산출】

구분		사용 응집제		사용 알칼리제		비고
		PACl 17% (염기도 50%)	PAHCS 12.5% (염기도 70%)	NaOH 20%	소석회 (CaO 72%)
A2=	처리수 중에 남아있어야 할 알칼리도 (mg/L)	21	24	-	-
K=	사용 응집제 1 mg/L당 알칼리도의 감소율	0.26	0.12	-	-
R=	응집제 주입률 (mg/L)	30	40	-	-	원수탁도 100~130 NTU
A1=	원수중의 알칼리도(mg/L)	24.5	24.5	-	-	원수 알칼리도
F=	알칼리도를 1 mg/L 상승시키는데 필요한 알칼리제의 양 (mg/L)	-	-	5 (실험치)	0.775
W=	알칼리제 주입률(mg/L)	NaOH 20%	NaOH 20%	-	-	계산결과
		21.5	21.5
		소석회	소석회
		3.33	3.33

□ 보고자 의견

○ ***************************응집제 비상 투입에 대비하여, 쟈시험을 통한 정수약품(응집제, NaOH) 투입률 결정은 다음과 같이 추천함

- 조견표를 활용하여 응집제 투입률을 먼저 결정하고, 적정 pH 및 알칼리도 범위에서 응집이 잘 될 수 있도록 NaOH 투입률을 결정함

- 원수 탁도에 해당하는 응집제 PACl 투입률을 조견표 기준으로 투입하되, PACl 대비 NaOH 주입비가 1.0~1.17 범위일 때 적정 pH(6.9~7.0) 및 알칼리도 20 mg/L 이상을 유지하여 플록 응집 및 침전 탁도가 우수한 것으로 나타남

○ 알칼리제는 이론적 주입률 결과도 참고하되, 실제로는 이론치 보다 알칼리제를 다소 많이 투입해야 함

□ 향후 계획

○ 8월 집중 강우 기간 동안 PACl/NaOH 쟈시험 지속적 실시

붙임 : 1. 응집제 투입률 조견표	1부

2. 이론적 알칼리제 주입률 계산	1부.  끝.