문서번호	정수과-5680
결재일자	2023. 11. 23.
공개여부	부분공개(5)
방침번호

			시 민
주무관		정수과장
권학선		11/23
		김경진
협 조

2023년 상반기

여과지 오염도조사 결과 보고

2023. 11.

구의아리수정수센터

( 정 수 과 )

2023년 상반기

여과지 오염도 조사 결과 보고

여과공정의 안정적인 운영관리를 위하여 2023년 상반기 여과지 오염도 조사 결과를 보고 드림

※ 여재층 두께 조사는 별도 보고(매월 조사)

Ⅰ		추진근거 및 시설현황

□ 추진근거

○ 상수도시설 유지관리 매뉴얼(환경부, 2007년)

○ 여과지 여재 최적관리기준 수립통보(기술진단과-4646, 2017.7.5.)

○ 여과지 여재 최적관리 자체 기준수립(정수과-6698, 2017.12.5.)

○ 2023년 상반기 여과지 오염도, 입도분포, 머드볼 조사 계획(정수과-2055, 2023.5.1)

□ 여과지 시설현황

구 분		제1정수장		제2정수장
여과/역세척 방식		자연평형형/물세척(표면+역세)		수위제어형/물․공기세척
여과지수		12지 (좌/우면 구분)		10지 (좌/우면 구분 없음)
여과면적		131.6m2(14m×9.4m)		124.6m2(16.5m×7.55m)
여층두께	총 두께	75cm		120cm
	안트라사이트	40cm	30cm(2,4,6지)	90cm
	모래	35cm	45cm(2,4,6지)	30cm

Ⅱ		조사 개요

○ 조사기간 : 2023.5.2. ~ 6.30.

○ 조 사 자 : 정수과(제어실, 수질연구실 직원)

○ 조사방법 : 오염도 조사(세척탁도), 입도분포 조사, 역세척 배수탁도,

역세척 전후 플록 억류량 조사

○ 조사 대상

조사항목	구분	금회 조사 대상	비고
			기술진단병행	자체
오염도 조사 (세척탁도)	1정수장	1지, 2지, 5지, 7지, 9지, 10지	10지	나머지
	2정수장	2지, 4지, 5지, 7지, 10지	2지	나머지
입도분포 조사	1정수장	1지, 10지	1지	10지
	2정수장	2지, 4지	2지	4지
역세척 배수 탁도조사	1정수장	1지(중간), 2지	2지	1지
	2정수장	7지(중간), 5지	5지	7지
역세척 전후 플록억류량조사	1정수장	1지, 10지	(10지)	1지
	2정수장	7지, 2지	(2지)	7지
여재팽창률조사	1정수장	1지, 2지	2지	1지
	2정수장	7지, 5지	5지	7지

※ 본부 기술진단과 기술진단 병행으로 조사대상이 기존 계획과는 다소 변경됨

Ⅲ		조사 결과

여과재 오염도 조사 (세척탁도)

□ 측정방법 : 원통형 쟈테스트

□ 평가기준 : 시료 100mL당 세척탁도로 오염도 평가

< 여과재 오염도 기준 >

※ Kawamura(2000) : Integrated Design and Operation of Water Treatment facilities

세척탁도 (NTU)	여 층 상 태	판단기준	비 고
10～30	․매우 깨끗함, 여층이 숙성되지 않음	최적	Kawamura(2000) ※ 시료 100mL 기준
30～60	․깨끗하고 부분적으로 여층 숙성됨	정상
60～120	․깨끗하고 여층이 잘 숙성되어 있음
120～300	․여재오염, 여층이 잘 숙성되어 있음	불량
300～600	․여재오염 머드볼 가능성, 여층이 잘 숙성되어 있음	매우불량
600～1,200	․여층이 매우 오염되어 있고 머드볼이 많음
1,200이상	․매우오염, 화학적 세척 또는 여재교체 필요

□ 조사결과 : 여과지의 오염도는 기준 대비 ‘최적’, ‘정상’ 상태로 유지되고 있음

제1여과지 세척탁도 (상층, 중층, 하층 평균)	제2여과지 세척탁도 (상층, 중층, 하층 평균)

○ 제1정수장 여과지 평균 세척탁도는 37.3 NTU였으며, 제2정수장 평균 세척탁도는 8.2 NTU로 나타났음.

- 1정수장 여과지 오염상태가 제2정수장에 비해 다소 높은 이유는 역세척방식상 표세기 표면세척과 물역세척을 실시하여 공기+물 병용세척시 보다 심층 여과재의 탁질배출 효율이 상대적으로 작아 일부 숙성된 여재상태로 존재함

※ 2정수장(공기+물세척)은 여층 전체적으로 역세척이 균질하게 진행됨

- 이러한 이유로 1정수장의 경우 상·중·하 깊이별 세척탁도 편차를 나타냄

(표층부가 중층·하층부에 비해 더 깨끗한 상태를 유지함)

여과지 여재입도 분석

○ 여재 입도분포에 대한 자체 관리기준은 다음과 같음(상수도시설기준 준용)

여재	정수장	유효경	균등계수	최대경	최소경
안트라 사이트	제1정수장	1.0±0.1mm	1.5이하	2.8mm 이하	0.5mm 이상
	제2정수장
모래	제1정수장	0.6±0.05mm	1.7이하	2.0mm 이하	0.3mm 이상
	제2정수장

○ 입도 조사결과, 기술진단과와 합동조사한 제1정수장 1지 및 제2정수장 2지에 대해 유효경, 균등계수, 최대경이 부분적으로 자체기준을 벗어남

- 원인 : 장기간 여과지 역세척으로 인한 세사 유실 현상

- 개선방안 : 여과수 수질 지속적 감시, 여재 보사시 유효경 조정 검토 등

- 상수도시설 유지관리 매뉴얼(환경부, 2007)에 의하면 수질이 보장되지 아니할 때 교체를 하도록 하고 있어, 현 상황에서는 지속적으로 수질을 모니터링 하면서 정기적으로 입도조사를 실시하는 것이 바람직.

	< 상수도시설 유지관리 매뉴얼(환경부, 2007) >
「여과모래의 교환은 반드시 필요한 것은 아니나 오랜 사용과 역세척으로 마모되어 형상과 입도분포가 변하여 기준범위에 들지 아니하고 정수의 수질을 보장할 수 없는 단계가 되면 교체를 하도록 한다.」 ◈ 유효경(D10) : 여재를 체거름 했을 때 무게 10%의 입자가 통과할 수 있는 입자의 직경 ◈ 균등계수(D60/D10) = 60% 무게의 입자의 지름/10% 무게의 입자의 지름

○ 나머지 1-10지 및 2-4지는 양호한 상태임

<입도조사 결과>

구분		여과지		유효경	균등계수	최대경	최소경	비고
안트라사이트	1정수장	1지	좌면	0.92	1.50	2.08	0.58	균등계수 이상
			우면	0.96	1.60	2.29	0.55
		10지	좌면	0.91	1.33	1.69	0.71
			우면	0.91	1.32	1.71	0.73
	2정수장	2지		1.12	1.51	3.17	0.75	유효경, 균등계수, 최대경 이상
		4지		0.91	1.48	2.35	0.69
모래	1정수장	1지	좌면	0.71	1.35	1.96	0.53	유효경 이상
			우면	0.73	1.32	1.90	0.57
		10지	좌면	0.64	1.33	1.71	0.53
			우면	0.63	1.36	1.65	0.52
	2정수장	2지		0.65	1.38	2.25	0.53	최대경 이상
		4지		0.62	1.35	1.19	0.53

○ 특히, 제1정수장 1지는 L/De가 932로 기준 1,000에 미달하여, 2023년 하반기(10월~11월)에 여재 증출(拯出)하여 세척 및 모래/안트라사이트 보충 실시 계획

역세척 배수 탁도 조사

○ 조사 방식 : 역세척 직후 역세척수가 트로프를 월류하는 시점에서 종료하는 시점까지 일정시간 간격(1분)으로 채수함

○ 자체 조사 결과 (’23.5.8.)

< 제1정수장 1지 >

○ 제 1정수장 역세척 조건 (표세기+물세척)

역세단계	운영시간	역세 단계 설명	비고
T1	30분	감쇄여과	※ 여과지속시간 : 55시간
T2	10분	정수변닫기, 배수변열기
T3	15분	표세기가동+ 정수변열어역세 ※ 초기 2분 : 표세기만 가동, 이후 13분 : 물과 동시 세척	정수변 개도율: (22.5 %)
T4	1분	표세기 가동중지
T5	20분	정수변 100%열어 역세만 실시	물역세 (역세팽창율:10%)
T6	2분	배수변닫음 (정수변은열림)
T7	68분	원수변 열음

○ 상기 역세척 조건에서 배수 탁도는

- 표면세척 배수탁도

· 표면세척 시간동안 4분 경과시점에서부터 트로프로 월류하기 시작하였으며, 트로프 월류시점을 기준(0분)으로 배수탁도는 92NTU에서 11분 경과후 표면세척이 종료시점에서는 30.2NTU의 배수탁도를 나타냄

- 물세척 배수탁도

· 물 역세척(T5단계) 후 최종 종료시점의 배수탁도는 1.4NTU를 나타냄

<제 1정수장 1지 역세척 배수 탁도 현황 >

○ 일반적으로 최고 탁도가 역세척 초기에 나타나면 표면세척의 효율이 높고 반대의 경우에는 표면세척 효율을 저하시키는 요인이 있음을 나타내므로, 1정수장의 1지의 경우 표면 세척 효과는 67%의 탁질 제거 효과를 나타냄

- 역세방법에 따라 차이가 있으나 통상 역세척 배수의 탁도가 10NTU 내외가 될 때까지로 역세하는 것이 바람직하나,

- T5단계 13분 경과후에도 육안으로 관찰시 여층 표면이 부분적으로 흐릴만큼 탁질배출이 완전하지 않았으며,

- T5단계 20분 경과후 탁도 측정치는 1.4NTU이나, 크기가 큰 (1mm내외) 탁질 플록들이 육안 관찰되어 플록이 완벽히 배출되지 못함

- 여과 개시후 여층이 숙성된 상태로 회복될때까지는 20분 정도 소요되었음(여과 탁도 0.09→0.06NTU)

⇒ T5단계(물세척) 시간 조정 : 20분 유지함

< 제2정수장 7지 >

○ 제 2정수장 역세척 조건 (공기+물 세척)

역세 단계	역세 조건		역세 시간	비고
3단계	공기	2대	2분	역세 배수는 트로프로 미월류
	물	1대	2분
4단계	공기	1대	1분
	물	1대
5단계	물	3대	12분→9분	세척유량 : 5,400 ㎥/hr 역세팽창율 : 15%

<제2정수장 7지 5단계 경과시간에 따른 역세척 배수 탁도 현황 >

○ 상기 5단계 역세척 조건에서 배수 탁도는 1.5분 경과후 STS 트로프로 월류되기 시작하였으며

· STS 트로프 월류시점(기준 0분) 143 NTU에서 5분 경과시 6.5NTU에 도달하였으며, 7분 도달시 1.5NTU에 도달했으며, 종료시 0.84NTU였음

- 2정수장은 여과 개시후 여층이 숙성된 상태로 회복될때까지는 40분 정도 소요되었으나(여과 탁도 0.09→0.05NTU), 초기 누출 여과 탁도가 낮아 운영상 문제가 없음

- 5단계 역세시간을 플록(1mm내외)이 육안 관찰되지 않는 9분으로 조정함

⇒ 5단계(물세척) 시간 조정 : 12분 → 9분으로 단축

○ 본부 기술진단과 합동 조사 결과

- 본부 기술진단 결과(’23.5.16~18.)

· 제1정수장(2지) : 표면세척 25분 경과시 역세배출수 탁도는 2.3 NTU로,표면세척 과다를 지적함

· 제2정수장(5지) : 역세척 수량 완화를 위해 물린스 단계 조건 11분을 조정 검토 필요

<제1정수장 2지 역세배출수 탁도>	<제2정수장 5지 역세배출수 탁도>

○ 조치사항 : 여과지 역세척 시퀀스 시간 조정 개선 완료 (’23.7.17)

- 제1여과지(4지) 및 제2여과지(6지) 측정결과에 따라

· 제1여과지 : 표면세척 T3단계(표세기+물) 시간 25분 → 15분으로 조정

☞ 역세척 배출탁도 10NTU 기준으로 함

<제1정수장 4지 역세척 배수 탁도 현황 >

· 제2여과지 : 역세5단계(물역세) 시간 11분 → 7분으로 조정

<제2정수장 6지 역세척 배수 탁도 현황 >

역세척 전·후 플록 억류량 조사 (시료 100mL기준)

○ 조사방식 : 채취시료 세척탁도 측정(쟈테스트 이용)

- 역세척 전 여과지 하부까지 배수 후 10cm 깊이별 시료 채취

- 역세척 후 여과지 하부까지 배수 후 10cm 깊이별 시료 채취

○ 일반적으로 역세척 후의 잔류탁도가 120NTU 이상 되면 역세척 설비 및 세정방법을 재검토하여야 하며, 300NTU를 초과하면 심각한 머드볼 문제가 있다는 것을 의미함

○ 또한 역세척 전후 탁질 제거량은 85% 이상이 바람직(S. Kawamura).

< 제1정수장 > 1지, 10지

○ 역세 전 탁질 억류량

- 역세척 이전 여과에 따른 여층 표층부(안트라사이트) 탁질이 좌·우면 175~225NTU로 상층에 포설된 안트라사이트(40cm)층에 전체적으로 탁질이 억류되어 있었음..

○ 역세 후 탁질 억류량

- 표세기 표면세척과 물세척 이후, 표층부에서 심층부까지 탁질은 24~65NTU까지 존재하였으며, 「정상」 상태의 역세척 효율을 나타냄

제1정수장 1지 역세척 전·후 탁질 억류량 (좌면, 우면), ‘23.5.8 조사

제1정수장 10지 역세척 전·후 탁질 억류량 (좌면, 우면), ‘23.5.18 조사

< 제2정수장 > 2지, 7지,

○ 역세 전 탁질 억류량

- 역세척 이전 여과에 따른 여재 표층부 안트라사이트 탁질이 125~155 NTU 이었으며, 탁질 억류는 표층부~30cm 깊이에서 대부분 억류됨

- 안트라사이트 심층부(30cm→90cm)로 갈수록 탁질 억류량은 10~32 NTU로 감소함

- 하부에 위치한 모래층(30cm) 은 10NTU 이하로 억류억류가 미미함

○ 역세 전 탁질 억류량

- 공기+물 병행 역세척 후, 세척탁질은 최대 13NTU로 여과지 깊이 전체적으로 ‘최적’ 상태의 오염도를 나타냄

제2정수장 역세척 전·후 탁질 억류량 (2지, 7지), ‘23.5월 조사

역세척시 여재팽창률 조사

○ 하층부 모래 및 상층부 안트로사이트로 구성된 이중여재의 역세척 팽창률 본부 기술진단과와 합동 조사 결과,

< 제 1정수장 2지>

- 표면세척시 여재 팽창률

· 표면세척 시간동안 4분 경과시점에서부터 트로프로 월류하기 시작하였으며, 이때 여재 팽창률은 100%에 도달하였으나,

· 상층부 안트라사이트가 트로프까지 도달하지 않아 유실되는 여재는 발생하지 않음

- 물 역세척시

·  자기 역류 역세척을 실시하는 제1정수장의 물린스 속도는 0.42 m/분이었으며, 여재 팽창률은 20%로 측정됨

·  다만, 자기 역류 역세방식으로 물린스 속도 증가 불가하여, 공기+물 조합의 역세척 방식에 비해 물린스 시간을 증가하여 운영함(계절별로 10~20분 조정)

< 제 2정수장 5지>

- 공기+물 조합세척시 여재 팽창률

· 공기+물 조합세척시 수위가 최대 STS 트로프 저부 수준(89cm)까지만 도달하여 최대 팽창률은 70%였으며, STS 트로프 상단까지 수위가 미치지 못하여 월류가 안되므로 여재 유실 없음

- 물세척시 여재 팽창률

· 펌프 3대(5,900㎥/hr, 0.79m/min)로 역세척시 1.5분 경과 후부터 수위가 STS 트로프 상단에 도달하여 월류하기 시작하였으며, 이때 여재 팽창률은 25%를 나타냄

<여과지 역세척 팽창률>           (’23년 5월, 본부 기술진단과 기술진단 결과)

구 분	1정수장(2지)	2정수장(5지)
물린스속도 (m/분)	0.42	0.79
여재 팽창율 (%)	20 %	25 %

Ⅳ		결론 및 보고자 의견

○ 여과지 오염도조사(세척탁도) 결과, 1,2정수장 모두 안정적인 여과기능을 할 수 있는 정상적인 상태이나, 지속적인 수질감시가 필요하고

○ 제1정수장 1지의 경우, L/De 충족 및 여재 입도 분포 기준치 만족을 위하여 여재를 꺼내어 세척(증출 세척) 뿐만 아니라 여재 보사가  필요(11월 중 예정)

○ 제1정수장 여과지의 경우 표면세척이 매우 중요하므로 역세척시 표면세척기, 표세밸브 등의 이상유무를 상시 감시하고, 이상시 신속한 수리가 이루어질 수 있도록 부품재고 확보 등 조치가 필요함

붙임 : 1. 2023년 상반기 세척탁도	결과	1부

2. 2023년 상반기 입도시험 결과	1부.  끝.