정수지 소독능 개선연구

연 구 총 괄	기술개발부장	최 영 준
연구책임자	수 처 리 과 장	김 수 영
책임연구원	지방공업연구사	이 호 원
공동연구원	지방보건연구사	최 연 규
	지방공업연구사	조 완 선
	지방공업연구사	김 태 균
	지방시설6급	이 시 우
	지방시설7급	김 정 호
	지방계약다급	류 동 경
	지방계약다급	이 광 제

요  약  문

Ⅰ 연구제목

정수지 소독능 개선연구

Ⅱ 연구기간

2011년 1월 ～ 2012년 12월

Ⅲ 연구목적

겨울철 정수지 불활성화비 1미만인 경우가 발생되어 정수센터별 실태를 조사하고 주요 원인 분석 후 개선방안을 제시하여 건강하고 맛있는 물 생산에 기여하고자 하였다.

Ⅳ 연구내용

본 연구에서는 서울시 6개 아리수정수센터의 지아디아 포낭에 대한 불활성화비를 조사 분석하고 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭 불활성화비가 항상 1이상을 만족할 수 있는 운영 개선방안에 대하여 연구하였다.

연구범위 및 내용은 다음과 같다.

․ 서울시 6개 아리수정수센터 정수지 현황 조사

․ 겨울철 아리수정수센터 송수 목표 잔류염소 변화 조사

․ 소독공정에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비 조사

․ 소독능 개선 방안 연구

Ⅴ 연구결과

정수센터별 정수지 유출지점에서 겨울철 정수지 불활성화비 1미만 발생 실태를 조사하고 주요 원인 분석 후 개선방안에 대한 연구결론은 다음과 같다.

1. 6개 정수센터에 대하여 15개월('09.12.01～’11.02.28) 동안 후염소 공정에 의한 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭 불활성화비 1미만 발생빈도를 분석한 결과 강북(66건) > 영등포 1정수장(37건) > 뚝도(27건) > 암사(16건) > 구의(1건) > 광암(0건)으로 조사되었다. 정수지 불활성화비에 영향을 미치는 주요 인자는 수온, 잔류염소, 운영수위, 체류시간, 장폭비 환산계수이며, 겨울철에 정수지 수위와 잔류염소를 낮게 운영하여 불활성화비 1미만의 발생빈도가 증가되는 것으로 나타났다.

⋅강북은 장폭비 환산계수(0.55)가 낮아 발생빈도가 가장 높게 나타났다.

⋅영등포 1정수장은 정수지 수위(3.0m)를 낮게 운영하여 발생빈도가 2번째로 높았다.

⋅뚝도는 정수지 수위가 전년도 보다 낮아 2010년도(3.9⇒3.5m)에 많이 발생하였다.

⋅암사는 정수지 수위를 고수위 대비 낮게 운영(5.5⇒4.1m)하여 발생하였다.

2. 각 정수센터별 분석기간('09.12.01～’11.02.28) 동안 불활성화비 1미만인 경우가 발생된 정수센터에 대하여 항시 1이상 유지되도록 정수지 수위 운영기준값을 2011년 12월에 영등포 1정수장(4.6m이상), 뚝도(3.8m이상), 암사 1정수장(3.9m이상), 암사 2정수장(4.8m이상)에 설정 운영하도록 제시하였으며, 정수지 수위 운영기준값 제시 전후에 대하여 불활성화비 1미만 발생 빈도를 분석하였다. 2010년 겨울철과 2011년 겨울철 불활성화비 1미만 발생 빈도를 비교한 결과 영등포 1정수장(26⇒1), 뚝도(23⇒1), 암사 1정수장(1⇒0), 암사 2정수장(5⇒0)으로 급격히 감소하였다. 따라서 정수지 수위 운영기준값 설정이 각 정수센터별 정수지 불활성화비 1미만 발생 예방에 매우 효과적이었다. 또한 분석기간('09.12.01～’11.02.28) 이후에 강북정수센터는 정수지 도류벽 개선공사를 완료하여 장폭비가 0.55에서 0.70으로 향상되었으며, 영등포 2정수장 준공 및 신설정수지를 사용하는 구의정수센터에 대하여 정수지 수위 운영기준값을 업데이트 하였다. 광암을 제외한 5개 아리수정수센터의 정수지 수위 운영기준값은 강북(5.2m이상), 영등포 1정수장(4.6m이상), 영등포 2정수장(4.3m이상), 뚝도(3.8m이상), 암사 1정수장(3.9m이상), 암사 2정수장(4.8m이상), 구의(4.9m이상)이다. 그러나 강북정수센터의 경우 정수지 도류벽 개선 공사 후에도 정수지 수위 운영기준값이 5.2m 이상으로 정수지 고수위 높이와 같기 때문에 현재 시설에서 후염소 공정에 의한 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족하기 위해서는 송수 잔류염소 목표값을 높이는 것이 유일한 방법이다.

3. 2011년12월부터 2012년2월까지 강북정수센터에서 불활성화비 1미만 발생 건수가 22회로 타 정수센터에 비하여 많이 발생하였기에 강북정수센터 전염소 처리공정에 대하여 불활성화비를 계산하였다. 위 기간 중 생산량 최대값을 기준으로 착수정 잔류염소를 0.4 mg/L, 수온 0.5℃이하, pH7.5로 유지할 경우 지아디아 포낭에 대한 불활성화비가 0.75이며, 같은 기간 동안 정수지 불활성화비 최소값인 0.68을 합할 경우 정수지 유출지점에서 불활성화비가 1.43으로 정수지 유출지점에서 1이상을 만족하였다. 따라서 모든 정수센터에서 전염소 처리공정 불활성화비 계산값을 후염소 처리공정 불활성화비 계산값과 합할 경우 정수지 유출지점에서 항상 불활성화비 1이상을 만족할 것으로 판단되며 또한 각 정수센터에서 탄력적으로 정수지 수위 운영이 가능하다.

4. 현재 영등포정수센터는 고도정수처리공정 도입을 완료하여 오존공정을 운영하고 있으며, 그 외 5개 정수센터에서 고도정수처리공정 도입 공사가 진행 중에 있다. 영등포 2정수장 오존공정에 대하여 2011년12월부터 2012년2월까지 지아디아 포낭 불활성화비 계산 결과, 평균 1.3log 불활성화율로 오존 상시 주입시 정수지 유출지점에서 정수처리 소독공정 기준인 지아디아 포낭 0.5log 불활성화율을 항상 만족할 것으로 판단된다. 또한, 향후 모든 아리수정수센터에 고도정수처리시설이 도입되어 오존 상시 주입시 겨울철 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비는 항상 1이상을 만족할 것이다.

5. 암사 2정수장 정수지에 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용한 시설 개선을 검토한 결과, 정체지역에『ㄱ,ㄴ』모양의 내부도류벽(1.0m×1.0m)을 적용할 경우 장폭비 환산계수의 상향으로 정수지 운영 기준수위값 감소(4.8⇒4.5m)가 가능하며, 바이러스와 지아디아 포낭의 소독능이 각각 0.3, 0.1 이 향상되는 것으로 나타났다.

6. 이 보고서에서 제시한 불활성화비 분석결과는 후염소 처리공정에 의한 정수센터 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비이며, 분석결과 겨울철에 일부 정수센터의 정수지 유출지점에서 불활성화비 1미만이 발생하였다. 그러나 지금까지 취수장에서 전염소 처리를 계속 하였으나 이를 불활성화비 계산에 포함하지 않았다. 불활성화비 1미만 건수가 가장 많이 발생한 강북정수센터 운영결과를 분석하면 2012년2월3일 후염소 공정에 의한 정수지 유출지점에서 불활성화비가 0.68로 가장 낮았으며, 같은 날 전염소 공정에 의한 불활성화비는 0.55로 전염소 공정과 후염소 공정의 불활성화비값을 합할 경우 1.23으로 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족하여 정수장 직원 및 방문객에게 안전한 수돗물이 공급되었다. 따라서 전염소 공정을 포함할 경우 모든 정수장 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭 불활성화비가 1이상을 만족할 것으로 예상되며, 지금까지 정수장 직원 및 방문객에게 안전한 수돗물이 공급된 것으로 판단된다.

Ⅵ 활용방안

2011년 겨울철부터 영등포 1정수장, 뚝도, 암사 1, 2정수장이 정수지 수위 운영기준값으로 운영하여 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비 1미만 발생 빈도가 급격히 감소하였다. 또한, 기존 정수처리공정에서 전염소 처리공정을 불활성화비 계산에 포함하여 운영할 경우 강북정수센터를 포함한 모든 정수센터의 정수지 유출지점에서 불활성화비는 항상 1이상을 만족할 것으로 예상되며, 또한 모든 정수센터에서 탄력적으로 정수지 수위 운영이 가능하다.

본 연구를 통하여 정수센터에서는 정수지 유출지점까지 지아디아 포낭 불활성화비를 항상 1이상으로 운영하여 정수장 직원 및 방문객에게 안전한 아리수 공급에 활용할 수 있으며, 향후 모든 아리수정수센터에 고도정수처리시설이 도입되어 오존 상시 주입시 미생물에 대한 안전성이 강화되어 겨울철 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비는 항상 1이상을 만족할 것이다.

목    차

1. 서  론	1

1.1 연구배경 및 목적	1

1.2 연구내용	2

2. 이론적 배경	3

2.1 정수처리기준 관련법규	3

2.2 정수지 불활성화비 계산방법	4

2.3 맛있는 물 관련 가이드라인	5

3. 연구결과	7

3.1 정수지 현황	7

3.2 정수센터 송수 목표 잔류염소 변화 조사	8

3.3 정수센터 불활성화비 분석 결과	9

3.3.1 강북정수센터	10

3.3.2 영등포정수센터	11

3.3.3 뚝도정수센터	12

3.3.4 암사정수센터	13

3.3.5 구의정수센터	14

3.3.6 광암정수센터	14

3.4 정수센터 소독능 개선 방안	15

3.4.1 정수지 수위 운영기준값 제시 및 운영 결과	15

3.4.2 전염소 처리공정 불활성화비 계산	18

3.4.3 오존공정 불활성화비 계산	20

3.4.4 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)를 이용한 정수지 시설 개선	20

4. 결 론	23

참고문헌	26

표 목  차

표 1. 여과공정 및 소독공정에서 요구되는 제거 및 불활성화율	4

표 2. 일본 후생성 맛있는 물의 조건	6

표 3. 맛있는 수돗물의 가이드라인(환경부)	7

표 4. 건강하고 맛있는 물 가이드라인(서울시)	7

표 5. 서울시 정수지 현황	8

표 6. 정수센터별 불활성화비 1미만 발생건수(’09,’10년 겨울철)	10

표 7. 강북정수지 불활성화비 분석	11

표 8. 영등포 1정수장 정수지 불활성화비 분석	11

표 9. 영등포 2정수장 정수지 불활성화비 분석	12

표 10. 뚝도 정수지 불활성화비 분석	13

표 11. 암사정수지 불활성화비 분석	14

표 12. 광암정수지 불활성화비 분석	15

표 13. 정수센터별 정수지 수위 운영기준값(2011년)	16

표 14. 정수센터별 정수지 불활성화비 1미만 발생 건수(’09,’10,’11년 겨울철)	16

표 15. 정수센터별 정수지 수위 운영기준값(2012년)	17

표 16. 강북정수센터 전염소 처리공정 불활성화비 계산	19

표 17. 기존 정수지와 개선 정수지의 장폭비 환산계수 비교	22

그 림 목 차

그림 1. 환경부 소독능 평가프로그램(소독능 계산 기록부)	4

그림 2. 정수센터별 1월 송수잔류염소 변화	9

그림 3. 암사 2정수장 정수지	21

그림 4. 불소농도에 대한 추적자 시험과 CFD의 상관관계 분석	21

그림 5. 누적비율에 대한 추적자 시험과 CFD의 상관관계 분석	21

서  론

정수지에서 원수로 이용되는 지표수는 미생물을 포함하고 있기 때문에 안전한 수돗물을 공급하기 위해서는 미생물을 제거하는 과정인 소독공정을 거쳐야 한다. 정수처리공정 중 침전과 여과에 의하여 원수 중의 미생물은 대부분 제거되나 먹는 물의 안전성을 높이기 위해서는 필수적으로 소독공정을 시행하여야 한다. 소독효과는 불활성화비로 평가하고 있으며, 이 불활성화비는 병원미생물이 소독에 의하여 사멸되는 비율을 나타내는 값으로서 정수시설의 일정지점에서 소독제 농도 및 소독제와 물과의 접촉시간 등을 측정․평가하여 계산된 소독능값(CT계산값)과 대상미생물을 불활성화하기 위해 이론적으로 요구되는 소독능값(CT요구값)과의 비를 말한다.

수도법 시행규칙 제18조의2 별표5의2 규정 및 불활성화비 계산방법 및 정수처리 인증 등에 관한 규정(환경부, 2012.9.6)에 따라 여과공정의 탁도 기준을 만족하고 소독공정에서 불활성화비 값이 1.0이상이면 99.99%의 바이러스 및 99.9%의 지아디아 포낭이 제거 및 불활성화가된 것으로 판단하고 있다.

불활성화비에 영향을 미치는 인자는 잔류염소, 수온, 운영수위, 유량, 수소이온농도(pH), 장폭비 환산계수로 분류할 수 있으며, 이 중 잔류염소는 물의 맛과 안전성에 큰 영향을 미치는 인자이다. 국민의 삶의 질 향상으로 맛있는 물 요구 증대에 기여하기 위해 2006년 수도시설의 청소 및 위생관리 등에 관한 규칙이 개정되어 수도꼭지 잔류염소를 낮게(0.2 ⇒ 0.1mg/L) 유지할 수 있게 되었다.

연구배경 및 목적

서울시에서는 건강과 맛있는 물에 대한 시민의 관심도가 높아짐에 따라 안전성 차원을 넘어 건강하고 맛있는 물에 대한 욕구를 반영하기 위해 “건강하고 맛있는 물” 가이드라인을 수립하였다. 즉, 맛 냄새 및 미량물질 제거를 통해 건강한 물을 생산하고, 잔류염소 농도를 낮추어 맛있는 물을 만드는 것이다.

그러나 맛있는 물을 위해 관말 잔류염소를 낮게(0.1～0.3mg/L) 유지할 경우 송수잔류염소 목표값이 낮아져 불활성화비는 감소될 수 밖에 없다. 특히, 겨울철에는 잔류염소 휘발성이 낮아져 정수센터에서는 잔류염소 목표값을 더 낮게 운영하고 있어 정수지 불활성화비가 1미만으로 감소되는 경우가 발생하고 있다. 서울시 6개 정수센터는 송수관로 등에서 추가소독능 인증을 통해 환경부 기준(정수지 유출지점에서 1이상 유지하거나 추가소독능 인증을 통해 송수관로 또는 배수지에서 1이상 확보)을 만족하고 있으나, 서울시 가이드라인(정수지 유출지점 불활성화비 1이상, 송수관로 또는 배수지 2이상)을 만족시키지 못하고 있는 것으로 조사되었다.

따라서, 본 연구에서는 정수센터별 정수지 불활성화비 현황을 분석하고 정수지에서 불활성화비가 항시 1이상을 만족할 수 있는 운영 개선방안을 제시하여 맛있고 안전한 수돗물 생산에 기여하고자 하였다.

연구내용

본 연구에서는 서울시 6개 아리수정수센터의 소독공정에 의한 불활성화비를 조사 분석하고 정수지 유출지점에서 불활성화비가 항상 1이상을 만족할 수 있는 운영 개선방안을 제시하고자 하였다.

연구범위 및 내용은 다음과 같다.

․ 서울시 6개 아리수정수센터 정수지 현황 조사

․ 겨울철 아리수정수센터 송수 목표 잔류염소 변화 조사

․ 소독공정에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비 조사

․ 소독능 개선 방안 연구

이론적 배경

정수처리기준 관련법규

하천수나 호소수 등 지표수를 원수로 이용하는 정수장의 경우 여과 및 소독공정을 거친 처리수는 화학적·미생물학적으로 안전해야 하므로 수돗물의 안전성을 고려할 때 소독공정은 정수처리에 있어서 필수적인 공정의 하나이다.

소독공정에서 미생물을 규제하는 목적은 수인성 질병을 유발하는 미생물을 사전에 불활성화하여 시민에게 안전한 수돗물을 공급하는데 있다. 만약, 이와 같은 수인성 질병을 일으키는 병원성 미생물이 급수계통를 통하여 각 가정으로 공급될 경우 대규모 발병이라는 심각한 사회문제를 일으킬 수 있다. 대표적인 발병 예는, 1993년 미국 밀워키시에서 발생한 수돗물 속의 크립토스포리디움(Cryptosporidium)으로 인하여 약 40만명의 시민이 집단 감염된 사건이 발생하였으며, 일본의 사이타마현 오코세마치에서는 1996년 크립토스포리다움에 의해 주민의 70%가 감염되는 사건이 있었다. 이 사건을 계기로 일본에서는 1996년 10월 “수돗물의 크립토스포리디움 방지대책 지침”이 시행되었다. 미국의 경우는 1989년 제정된 지표수처리법(SWTR, Surface Water Treatment Rule)에서 지아디아 포낭(Giadia Lamblia) 99.9%(3Log), 바이러스(Virus) 99.99%(4Log) 제거 및 불활성화할 것을 규정하였으며, 1998년부터 잠정강화지표수처리법(IESWTR, Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule)에 크립토스포리디움에 대한 처리규정을 추가하였다. 국내의 경우 정수처리기준 등에 관한 규정(환경부, 2002년)을 제정하여 바이러스와 지아디아 포낭으로 부터 안전한 물을 국민에게 공급하기 시작하였다.

현재 우리나라에서는 정수처리 기준과 관련하여 수도법 제28조, 수도법 시행규칙 제18조의2 별표5의2, 불활성화비 계산방법 및 정수처리 인증 등에 관한 규정(환경부, 2012.9.6)을 제정 시행하고 있다.

불활성화비 계산방법 및 정수처리 인증 등에 관한 규정(환경부, 2012.9.6) 별표 1에서 “병원성미생물 제거율 및 불활성화비 계산방법”을 규정하고 있으며, 여과 및 소독공정에서 요구되는 바이러스 및 지아디아 포낭의 제거율 및 불활성화율은 표 1과 같다.

표 . 여과공정 및 소독공정에서 요구되는 제거 및 불활성화율

여과방식	최소제거 및 불활성화기준		여과공정에 의한 제거율		소독공정에서 요구되는 불활성화율
	바이러스	지아디아 포낭	바이러스	지아디아 포낭	바이러스	지아디아 포낭
급속여과	99.99 % (4 log)	99.9 % (3 log)	99 % (2 log)	99.68% (2.5 log)	99% (2 log)	68.38% (0.5 log)
직접여과	99.99 % (4 log)	99.9 % (3 log)	90 % (1 log)	99 % (2 log)	99.9% (3 log)	90% (1 log)
완속여과	99.99 % (4 log)	99.9 % (3 log)	99 % (2 log)	99 % (2 log)	99% (2 log)	90% (1 log)
정밀여과 (MF)	99.99 % (4 log)	99.9 % (3 log)	68.38% (0.5 log)	99.68% (2.5log)	99.97% (3.5 log)	68.38% (0.5 log)
한외여과 (UF)	99.99 % (4 log)	99.9 % (3 log)	99.9% (3.0 log)	99.68% (2.5log)	90% (1 log)	68.38% (0.5 log)

정수지 불활성화비 계산방법

수도법 시행규칙 제18조2의(정수처리기준 등) 제5항에 따라 수도사업자는 정수처리기준 운영결과 보고서(별지 제6호의 2서식)를 작성하여 다음 달 15일까지 환경부에 보고해야 한다. 서울시 6개 정수센터는 정수처리 운영 결과서를 작성하기 위해 그림 1의 소독능 평가프로그램을 이용하여 바이러스 및 지아디아 포낭에 대한 불활성화비를 산출하고 있다.

그림 . 환경부 소독능 평가프로그램(소독능 계산 기록부)

불활성화비 평가는 현재의 정수지 운영조건에서 상시적인 소독능 달성이 가능한 지를 평가하는 것으로, 우선 최악의 운영자료 및 수질조건을 적용하여 잔류소독제 농도(C)와 접촉시간(T)을 구한 후 CT요구값과 비교하여 소독능 달성 여부를 판단하며, 구체적인 절차는 다음과 같다.

① 소독능 계산 기록부에 4시간마다 운영․수질값 입력 후 최악의 조건을 적용한다.

○ 운영자료 - 실제 체류시간 - 시간당 최대통과유량 - 최저 운영수위	○ 수질자료 - 최고 pH - 최저 수온 - 최저 잔류 소독제 농도

② 운영자료로부터 이론적 체류시간, 장폭비 환산계수을 구한다.

○ 이론적 체류시간(T, 분)

= 최저 수위시 정수지 용량(㎥) / 시간당최대통과유량(㎥/시간) × 60(분/시간)

○ 장폭비 환산계수(β) : 장폭비에 따른 환산계수 산출

○ 실제 체류시간(T10, 분) = 이론적 체류시간(T) × 장폭비 환산계수(β)

③ ②에서 구한 실제체류시간과 ①의 최저 잔류소독제 농도를 다음 식에 대입하여 C․T(계산값)을 산출한다.

CT계산값 = 잔류 소독제 농도(C)×실제체류시간(T10)

④ 여과 방식을 고려하여 ①의 수질 조건에 해당하는 CT요구값을 <소독능 요구값표>에서 찾는다.

⑤ CT계산값/CT요구값이 1이상인 경우 소독능 만족으로 판정하며, 1이하인 경우 소독능 불만족으로 판정한다.

맛있는 물 관련 가이드라인

시민의 삶의 질 향상으로 과거에는 수질기준 만족에서 현재는 불쾌한 맛과 냄새 등을 제거한 건강하고 맛있는 물에 대한 요구가 증대되고 있다. 일본의 경우 1970년대부터 맛있는 물에 대한 연구를 수행해 왔으며, 미량의 이온성 물질이 물맛을 결정한다고 보고하고 있다. 맛있는 물을 정량화 하는 방법으로 오사카 대학의 하시모토 교수가 맛있는 물 지수와 건강에 좋은 물 지수를 제시했으나, 실제 적용하기에는 맞지 않는 부분이 많아 일본에서는 후생성의 맛있는 물 연구회에서 발표한 자료를 사용하고 있다.

표 . 일본 후생성 맛있는 물의 조건

성 분	맛있는 물 조건
수온	20℃ 이하
pH	6.0 ～ 7.5
미네랄(Ca, Na, K, Mg 등)	30 ～ 200 mg/L
유리탄산	3 ～ 30 mg/L
경도(Ca, Mg 등)	10 ～ 100 mg/L
과망간산칼륨소비량	3 mg/L 이하
잔류염소	0.4 mg/L 이하
증발잔류물	30 ～ 200 mg/L 이하
철	0.02 mgL 이하

국내에서는 환경부 주관으로 2005년 맛있는 물 가이드라인 필요성에 대한 공청회를 실시하였으며, 수도사업자들이 적절한 수준의 관리를 통하여 스스로 기준준수를 이행할 수 있도록 목표를 설정하는 것으로 하였다.

표 . 맛있는 수돗물의 가이드라인(환경부)

수질항목	가이드라인	비 고
잔류염소	0.2 ~ 0.4 mg/L	수도시설규칙 개정 후 잔류염소 최소값 변경 (0.2⇒0.1 mg/L)
지오지민	10 ng/L 이하	광역시 정수장에서 월1회 검사 및 소규모 정수장에서는 수원에 조류경보가 발령되었을 때 검사
2-MIB	10 ng/L 이하
맛, 냄새	TON 1 이하
알루미늄	0.1 mg/L 이하
탁 도	0.1 NTU 이하	미생물(바이러스 등)의 제거강화로 건강에 유익

이와 더불어 서울시에서는 안전성 차원을 넘어 맛있는 물에 대한 시민들의 요구를 충족시키기 위하여 “건강하고 맛있는 물에 대한 가이드라인”을 제시하였다. 즉, 미네랄 농도가 높고, 소독부산물⋅유기물농도 등이 적은 건강한 물과 잔류염소 농도, 맛⋅냄새 유발물질 등이 적은 맛있는 물에 대한 가이드라인을 제시하였다. 이 가이드라인에는 공청회와 자문회의를 통해 9개의 수질항목이 포함되었으며, 그 내용은 표 4와 같다.

표 . 건강하고 맛있는 물 가이드라인(서울시)

구분	항목	단위	먹는물 수질기준	가이드 라인	설정배경
건강관련항목	미네랄 (Ca,Mg,Na,K)	mg/L	-	20 ~ 100	․인체에 필요한 필수요소
	총유기탄소	mg/L	5.0	1.0이하	․소독부산물 제거강화로 건강에 유익
	탁도	NTU	0.5	0.3이하	․미생물제거 강화로 건강에 유익
맛관련항목	잔류염소	mg/L	4.0	0.1 ~ 0.3	․소독냄새
	2-MIB	ng/L	10	8.0이하	․곰팡이취 유발물질
	Geosmin	ng/L	10	8.0이하	․흙냄새 유발물질
	구리	mg/L	1.0	0.05이하	․청수 유발물질
	철	mg/L	0.3	0.05이하	․적수유발, 쇳내
	온도	℃	-	4 ~ 15	․청량감을 느끼며 마시기에 적당

표 4에 나타난바와 같이 맛관련 항목에 속하는 잔류염소 가이드라인을 0.1 ~ 0.3 mg/L로 하였다. 위와 같은 잔류염소 농도로 선정한 이유는 일반적으로 냄새를 인지하지 못하는 잔류염소 농도는 0.1 mg/L이하로 알려져 있으나, 수도시설의 청소 및 위생관리 등에 관한 규칙에서 수도꼭지 잔류염소를 0.1 mg/L 이상으로 규정하였다. 서울시 가이드라인에서는 잔류염소 최소값을 0.1 mg/L로 규정하였으며, 40명의 패널을 통해서 실험한 결과 0.3 mg/L를 전후해서 염소냄새를 느끼는 비율이 20%에서 40%이상으로 급격히 증가하므로 0.3 mg/L을 가이드라인 상한선으로 선정하였다.

연구결과

정수지 현황

서울시 정수지는 표 5와 같이 총 32개지로 구성되어 있으며, 구의정수지(2지) 암사정수지(6지), 강북정수지(4지), 뚝도 정수지(3지), 영등포 정수지(6지), 광암 정수지(11지)로 구성되어 있으며, 총 용량은 500,000 m3 이다.

표 . 서울시 정수지 현황

정수센터	정수장	지 수	용 량(m3)	비 고
구 의	1	2	27,000	신설정수지(2012.4 준공)
암 사	1	4	96,000
	2	2	18,000
강 북	1	2	39,000
	2	2	39,000
뚝 도	2	1	14,000	기존 1정수장 폐쇄로 23,000m3정수지를 2,3정수장에서 공동으로 사용
		1	23,000
	3
		1	14,000
영등포	1	2	25,000
	2	4	27,000
광 암	1	11	178,000
합	10	32	500,000

강북정수센터는 정수지 4지에 대해 도류벽 증설공사가 완료되었으며, 영등포 정수센터 2정수장은 2010년 9월 준공되어 1정수장과 함께 운영되고 있다.

정수센터 송수 목표 잔류염소 변화 조사

시민의 삶의 질 향상으로 맛있는 물에 대한 욕구를 만족시키기 위해 정수센터에서는 송수 잔류염소 값을 낮게 운영하고 있으며, 그림 2와 같이 5년간(2006～2011년, 1월 기준) 정수센터별 송수잔류염소 값을 분석하였다. 분석결과 2006년 대비 2011년에 잔류염소의 농도가 40~46% 낮아졌다. 정수센터별 잔류염소 변화를 세부 분석한 결과, 강북(0.80⇒0.48mg/L), 암사(0.97⇒0.57mg/L), 영등포(0.81⇒0.47mg/L), 뚝도(0.90⇒0.5mg/L), 구의(0.95⇒0.51mg/L), 광암(0.69⇒0.37mg/L)로 잔류염소가 감소되는 것으로 분석되었다.

그림 . 정수센터별 1월 송수잔류염소 변화

위와 같이 송수잔류염소 감소로 시민의 맛있는 물에 대한 욕구를 만족시킬 수 있었지만, 낮은 잔류염소로 인해 정수지 유출지점에서 불활성화비가 감소하였고, 겨울철에는 잔류염소의 낮은 휘발성으로 인해 정수센터에서 잔류염소 목표값을 더 낮게 운영하고 하였다. 그 결과 정수지 유출지점에서 불활성화비가 1미만이 되는 경우가 발생하였으며, 이에 대하여 정수센터별 불활성화비를 세부 분석하였다.

정수센터 불활성화비 분석 결과

불활성화비 계산방법 및 정수처리 인증 등에 관한 규정(환경부, 2012.9.6)은 소독공정에서 바이러스와 지아다아 포낭에 대하여 불활성화비 계산 방법을 규정하였으며, 같은 조건(수온, pH, 잔류염소농도)에서 항상 지아디아 포낭에 대한 CT요구값이 크다. 따라서 지아디아 포낭에 대한 CT요구값을 만족하면 항상 바이러스 CT요구값을 만족하므로, 이 보고서에서는 지아디아 포낭에 대한 불활성화비를 분석하였으며, 이후에 기술되는 불활성화비는 지아디아 포낭에 대한 불활성화비이다.

6개 정수센터에 대하여 15개월('09.12.01～’11.02.28)동안 후염소 공정에 의한 정수지 불활성화비 1미만 발생건수를 분석하였으며, 그 결과를 표 6과 같다.

표 . 정수센터별 불활성화비 1미만 발생건수(’09,’10년 겨울철)

구 분	계	강북	영등포	뚝도	암사		구의	광암
			1정수장		1정수장	2정수장
‘09.12.~‘10.02.	33	8	11	4	0	10	0	0
‘10.12.~‘11.02.	114	58	26	23	1	5	1	0
총 계	147	66	37	27	1	15	1	0

6개 정수센터 정수지를 분석한 결과, 분석기간 동안 불활성화비 1미만 발생빈도는 강북(66건) > 영등포 1정수장(37건) > 뚝도(27건) > 암사(16건) > 구의(1건)으로 나타났다. 분석결과, 정수지 불활성화비에 영향을 미치는 주요인자는 수온, 잔류염소, 수위, 체류시간, 장폭비 환산계수이며, 겨울철에 정수지 수위와 잔류염소를 낮게 운영하여 불활성화비 1미만의 발생빈도가 증가되는 것으로 나타났다.

각 정수센터별 불활성화비 세부 분석 결과는 다음과 같다.

강북정수센터

강북은 시설용량이 1,000,000 m3/일으로, 2개 계열로 운영하고 있으며 총 4개의 정수지로 구성되어 있다.

분석결과 표 7과 같이 정수지 불활성화비 1미만 발생건수는 15개월('09.12.01～’11.02.28)동안 총 66건으로 6개 정수센터 중 불활성화비 발생건수가 가장 많이 나타났다. 이는 장폭비 환산계수(0.55)가 타 정수센터(0.70~0.89)에 비하여 제일 낮아 발생건수가 높은 것으로 판단된다.

표 . 강북정수지 불활성화비 분석

기 간	3℃ 미만일수	발생 건수	분류	잔류염소 (mg/L)	수온 (℃)	pH	이론적 체류시간 (min)	수위 (m)	장폭비 환산계수	불활성화비
										바이 러스	지아 디아
‘09.12.～ ‘10.02.	65	8	기간 평균	0.50	2.5	7.1	125	4.6	0.55	7.00	1.19
			발생평균	0.46	1.1	7.0	119	4.5	0.55	5.49	0.97
‘10.12.～ ‘11.02.	73	58	기간평균	0.48	1.9	7.1	111	4.3	0.55	5.68	0.97
			발생평균	0.47	1.0	7.1	110	4.2	0.55	5.11	0.88
‘09.12.～ ‘11.02.	138	66	전체 평균	0.54	10.6	7.0	118	4.5	0.55	16.08	2.66

2009년도 겨울철 대비 2010년도 겨울철에 불활성화비 1미만 건수가 많이 발생한 원인은 평균 잔류염소 농도가 낮게(0.50⇒0.48) 운영되었으며, 또한 정수지 운영수위를 낮게 운영(4.6⇒4.3m)하여 정수지 체류시간이 감소(125⇒111min)하였기 때문인 것으로 판단된다.

영등포정수센터

영등포 1정수장은 시설용량이 300,000 m3/일으로, 2개의 정수지로 구성되어 있다.

표 . 영등포 1정수장 정수지 불활성화비 분석

기 간	3℃ 미만 일수	발생 건수	분류	잔류염소 (mg/L)	수온 (℃)	pH	이론적 체류시간 (min)	수위 (m)	장폭비 환산계수	불활성화비
										바이 러스	지아 디아
‘09.12. ~ ‘10.02.	8	11	기간평균	0.45	7.5	7.3	97	3.2	0.75	13.72	2.04
			발생평균	0.43	3.2	7.3	85	3.1	0.75	6.04	0.95
‘10.12. ~ ‘11.02.	53	26	기간평균	0.46	3.3	7.3	91	3.2	0.75	7.56	1.18
			발생평균	0.45	1.7	7.3	87	3.1	0.75	6.01	0.94
‘09.12. ~ ‘11.02.	61	37	전체 평균	0.52	13.1	7.3	85	3.0	0.75	20.02	3.0

정수지 불활성화비 1미만 발생건수는 표 8과 같이 2009년도 겨울철은 11건, 2010년도 겨울철은 26건으로 총 37건으로 불활성화비 발생건수가 2번째로 높게 발생하였으며, 발생원인은 정수지 운영수위(3.0m)를 고수위(5.1m) 대비 낮게 운영하고 있기 때문으로 판단된다.

2010년도 겨울철 평균 잔류염소는 0.46 mg/L, 2009년도 겨울철 평균잔류염소는 0.45 mg/L로 평균 잔류염소(0.52mg/L)보다 각각 0.06, 0.07 mg/L 낮게 운영하고 있는 반면, 수온이온농도(pH)는 겨울철(7.3)과 연평균 값(7.3)의 차이는 없는 것으로 나타났다.

영등포 2정수장은 시설용량이 250,000 m3/일으로, 4개의 정수지로 구성되어 있다. 영등포 2정수장은 정수지 유출지점에서 후염소 공정에 의한 불활성화비 결과보고를 2011년2월부터 하였으며 2011년도 겨울철 정수지 불활성화비 분석은 아래 표 9와 같다.

표 . 영등포 2정수장 정수지 불활성화비 분석

기 간	3℃ 미만일수	발생 건수	분류	잔류염소 (mg/L)	수온 (℃)	pH	이론적 체류시간 (min)	수위 (m)	장폭비 환산계수	불활성화비
										바이 러스	지아 디아
‘11.12.~ ‘12.02.	62	4	기간 평균	0.42	3.1	7.5	124	3.4	0.73	8.59	1.29
			발생 평균	0.41	1.5	7.8	119	3.3	0.73	7.14	0.98

정수지 불활성화비 1미만 발생건수는 4건으로 나타났으며, 발생원인은 높은 pH와 정수지 운영수위(3.3m)를 고수위(5.05m) 대비 낮게 운영하고 있기 때문으로 판단된다.

뚝도정수센터

뚝도정수센터는 시설 현대화 공사가 진행중에 있으며 현재 시설용량이 600,000 m3/일으로, 2개 계열로 운영하고 있으며 3개의 정수지로 구성되어 있다.

정수지 불활성화비 1미만 발생건수는 표 10과 같이 2009년도 겨울철은 4건, 2010년도 겨울철은 23건으로 총 27건 발생하였다. 불활성화비 1미만 발생건수는 2009년도와 비교하여 2010년도에 급격히 증가하였으며, 그 원인은 2009년에 비해 수위(3.9⇒3.5m)를 낮게 운영하여 평균체류시간(115⇒104min)이 감소하였기 때문인 것으로 판단된다.

표 . 뚝도 정수지 불활성화비 분석

기 간	3℃ 미만일수	발생 건수	분류	잔류염소 (mg/L)	수온 (℃)	pH	이론적 체류시간 (min)	수위 (m)	장폭비 환산계수	불활성화비
										바이 러스	지아 디아
‘09.12.~ ‘10.02.	64	4	기간 평균	0.49	3.0	7.3	115	3.9	0.70	8.35	1.29
			발생평균	0.46	1.6	7.3	103	3.8	0.70	6.21	0.97
‘10.12.~ ‘11.02.	60	23	기간 평균	0.49	2.6	7.2	104	3.5	0.70	7.29	1.18
			발생 평균	0.48	1.3	7.2	91	3.3	0.70	5.63	0.92
‘09.12.~ ‘11.02.	124	27	전체 평균	0.53	11.4	7.2	106	3.7	0.70	18.68	2.91

암사정수센터

암사정수센터 1정수장 시설용량은 1,300,000 m3/일, 2정수장 시설용량은 300,000 m3/일으로 운영되고 있으며, 1정수장은 정수지 4지, 2정수장은 정수지 2지로 구성되어 있다.

분석기간('09.12.01～’11.02.28) 동안 암사정수센터의 겨울철 평균잔류염소 값(0.54mg/L)은 타 정수센터보다 비교적 높게 운영하고 있어, 발생건수는 1정수장(1건), 2정수장(15건)으로 분석되었다. 1정수장은 2010년도 겨울철에 불활성화비 1미만이 1건 발생하였으며 이는 잔류염소(0.54⇒0.51mg/L), 운영수위(4.1⇒3.6m)가 일시적으로 낮아졌기 때문인 것으로 판단된다. 또한 2정수장은 2009년도 겨울철과 비교하여 2010년도 겨울철에 불활성화비 1미만 발생건수가 감소하였는데, 그 원인은 불활성화비 1미만 발생한 경우의 2010년 평균잔류염소 값(0.55)로 2009년 평균잔류염소 값(0.53mg/L)보다 약간 높게 운영하였기 때문인 것으로 판단된다.

표 . 암사정수지 불활성화비 분석

구분	기 간	3℃ 미만일수	발생건수	분류	잔류염소 (mg/L)	수온 (℃)	pH	이론적 체류시간 (min)	수위 (m)	장폭비 환산계수	불활성화비
											바이 러스	지아 디아
1 정 수 장	‘09.12. .~ ‘10.02.	56	0	기간평균	0.54	3.2	7.1	99	4.1	0.77	9.07	1.51
	‘10.12. ~ ‘11.02.	39	1	기간평균	0.54	2.8	7.2	95	4.1	0.77	8.29	1.34
				발생평균	0.51	1.3	7.1	79	3.6	0.77	5.71	0.97
	‘09.12. ~ ‘11.02.	95	1	전체평균	0.58	11.4	7.1	101	4.1	0.77	21.59	3.46
2 정 수 장	‘09.12. .~ ‘10.02.	56	10	기간 평균	0.54	3.2	7.1	85	4.1	0.77	7.58	1.24
				발생 평균	0.53	2.3	7.0	70	4.1	0.77	5.56	0.95
	‘10.12. .~ ‘11.02.	39	5	기간평균	0.55	2.8	7.2	90	4.1	0.77	7.86	1.27
				발생 평균	0.55	1.7	7.2	73	4.0	0.77	5.85	0.95
	‘09.12. ~ ‘11.02.	95	15	전체평균	0.58	11.3	7.1	82	4.1	0.77	16.33	2.59

구의정수센터

구의정수센터는 현재 재건설 및 고도정수시설공사가 진행 중에 있으며, 기존 정수지를 폐쇄하고 신설 정수지를 2012년4월6일부터 운영하고 있어 불활성화비 분석에서 제외하였다. 현재 구의아리수정수센터는 시설용량이 250,000 m3/일으로, 2개의 정수지로 구성되어 운영하고 있다.

광암정수센터

광암정수센터는 시설용량이 400,000 m3/일으로, 11개의 정수지가 서로 연결되어 있는 구조로 되어있다.

표 . 광암정수지 불활성화비 분석

기 간	3℃ 미만 일수	발생 건수	분류	잔류염소 (mg/L)	수온 (℃)	pH	이론적 체류시간 (min)	수위 (m)	불활성화비
									바이 러스	지아 디아
‘09.12. ~ ‘10.02.	67	0	기간 평균	0.43	2.4	7.3	451	2.0	11.65	1.87
‘10.12. ~ ‘11.02..	59	0	기간 평균	0.37	2.8	7.3	723	2.7	19.94	3.14
‘09.12. ~ ‘11.02.	126	0	전체 평균	0.43	11.4	7.2	620	1.9	41.66	6.76

광암정수지는 표 12와 같이 전체 평균잔류염소(0.43mg/L), 수위(1.9m)가 타 정수센터에 비하여 가장 낮게 운영되고 있으나, 이론적 체류시간이 620분(타 정수센터 대비 6배이상)으로 길어 정수지 유출지점에서 불활성화비 1미만 발생건수가 없는 것으로 조사되었다.

정수센터 소독능 개선 방안

정수지 수위 운영기준값 제시 및 운영 결과

정수지 유출지점에서 불활성화비 1미만 발생 빈도를 분석한 결과, 일시적으로 1건이 발생한 구의정수센터, 발생건수가 없는 광암정수센터를 제외한 나머지 4개의 정수센터에 대하여 불활성화비 증가가 필요하다.

분석기간('09.12.01～’11.02.28) 동안 4개 정수센터 모두 겨울철 수위 운영값이 고수위 대비 낮게 운영하고 있어, 정수센터별 정수지 수위 운영기준값을 설정하여 불활성화비 1이상을 만족시키고자 하였다.

정수지 수위 운영기준값 산출 방법은 분석기간 동안 불활성화비가 가장 낮은 날에 목표 잔류염소와 수온의 최저값을 적용하여 정수센터별 정수지 수위 운영기준값을 계산하였으며, 그 결과는 표 13과 같다.

표 . 정수센터별 정수지 수위 운영기준값(2011년)

정수센터		정수지 고수위 (H.W.L, m)	최저수온 (℃)	잔류염소 최저 목표값 (mg/L)	정수지 수위 운영 기준값(m)
강북		5.20	0.0	0.43	5.9 이상
영등포	1정수장	5.10	0.6	0.40	4.6 이상
뚝도		5.15	0.6	0.47	3.8 이상
암사	1정수장	5.50	1.1	0.51	3.9 이상
	2정수장				4.8 이상

위 정수지 수위 운영기준값을 영등포, 뚝도, 암사정수센터에 통보하여 2011년12월부터 정수지 운영에 반영하도록 하였으며, '11.12.01～’12.02.29기간 동안 각 정수센터별 정수지 불활성화비 1미만 건수를 분석하여 정수지 수위 운영기준값 제시 전후를 비교하였으며, 그 결과는 표 14와 같다.

표 . 정수센터별 정수지 불활성화비 1미만 발생 건수(’09,’10,’11년 겨울철)

구 분	계	강북	영등포		뚝도	암사		구의	광암
			1정수장	2정수장		1정수장	2정수장
‘09.12.~‘10.02.	33	8	11	-	4	0	10	0	0
‘10.12.~‘11.02.	114	58	26	-	23	1	5	1	0
‘11.12.~’12.02.	28	22	1	4	1	0	0	0	0

표 14에서 보는 것과 같이 2010년 겨울철과 정수지 수위 운영기준값으로 운영한 2011년 겨울철 불활성화비 1미만 발생건수를 비교한 결과, 영등포 1정수장(26⇒1), 뚝도(23⇒1), 암사 1정수장(1⇒0), 암사 2정수장(5⇒0)으로 급격히 감소하였다. 따라서 정수지 수위 운영기준값 설정이 각 정수센터별 정수지 불활성화비 1미만 발생 예방에 매우 효과적이었다. 또한, 2011년 10월부터 수질자동감시시스템에 경보를 설정하여 불활성화비가 항시 1이상으로 유지되도록 관리체계를 개선하였다.

기존에 정수센터에 통보한 정수지 수위 운영기준값은 2009년12월부터 2011년2월까지의 각 정수센터 정수지 운영 결과를 기초하여 산출하였으며 2011년 12월에 해당 정수센터에 통보한 것으로, 그 이후 구조개선 공사가 완료된 정수지 및 신설 정수지에 대한 업데이트가 필요하다. 강북은 정수지 도류벽 개선 공사를 2011년 9월에 완료하여 정수지 장폭비가 0.55에서 0.70으로 향상되었으며, 영등포 2정수장 준공과 신설 정수지를 운영하는 구의 정수센터에 대하여 정수지 수위 운영기준값을 업데이트 하였다. 최종적으로 광암을 제외한 5개 아리수정수센터의 정수지 수위 운영기준값은 표 15와 같다.

표 . 정수센터별 정수지 수위 운영기준값(2012년)

정수센터		정수지 고수위 (H.W.L, m)	최저수온 (℃)	잔류염소 최저 목표값 (mg/L)	정수지 수위 운영 기준값(m)	비고
강북		5.20	0.5	0.43	5.2 이상	정수지 도류벽 공사완료(2011.9)
영등포	1정수장	5.10	0.6	0.40	4.6 이상
	2정수장	5.05	1.0	0.40	4.3 이상	준공(2010.9)
뚝도		5.15	0.6	0.46	3.8 이상
암사	1정수장	5.50	1.1	0.50	3.9 이상
	2정수장			0.51	4.8 이상
구의		6.70	0.1	0.45	4.9 이상	신설 정수지 운영(2012.4)

정수지 수위 운영기준값 산출 방법은 강북 및 영등포 2정수장의 경우 2011년12월부터 2012년2월까지의 운영결과에서 불활성화비가 가장 낮은 날에 목표 잔류염소와 수온의 최저값을 적용하였으며, 구의 정수센터는 신설 정수지에 대하여 2012년5월부터 소독능 계산을 시행하고 있어, 2011년12월부터 2012년2월까지 구 정수지 운영결과에서 수온의 최저값, 불활성화비가 가장 낮은 날의 pH 그리고 2012년5월부터 10월까지 신설 정수지 최대 통과유량을 이용하여 정수지 수위 운영기준값을 계산하였다.

위 결과와 같이 강북정수센터의 경우 정수지 도류벽 개선 공사 후에도 정수지 수위 운영기준값이 5.2m 이상으로 정수지 고수위 높이와 같기 때문에 현재 시설에서 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족하기 위해서는 후염소 공정에서 잔류염소 목표값을 높이는 것이 유일한 방법이다.

전염소 처리공정 불활성화비 계산

일반적으로 정수센터에서 전체 에너지 소비량 중 펌프가 차지하는 비율은 각 정수센터별 차이가 있겠지만 90% 이상으로 정부 정책인 겨울철 에너지 절약을 지키기 위하여 인위적으로 정수지 수위를 일정 수위 이상으로 운영하는 것이 실질적으로 어렵다. 또한, 강북정수센터의 경우 정수지 도류벽 개선 공사 후에도 정수지 수위 운영기준값이 5.2m 이상으로 정수지 고수위 높이와 같기 때문에 현재 시설에서 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족하기 위해서는 후염소 공정에서 잔류염소 목표값을 높이는 것이 유일한 방법이지만, 전염소 공정의 불활성화비를 계산하여 후염소 공정과 합할 경우 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족할 것이라고 판단된다.

전염소 처리공정을 불활성화비 계산에 포함할 수 있는 근거는 수도법 시행규칙 제18조의2(정수처리기준 등) ①항에서 “취수지점부터 정수장의 정수지 유출지점까지”로 규정하였고, 불활성화비 계산방법 및 정수처리 인증 등에 관한 규정(2012.9.6 환경부)에서 소독에 대한 정의로 화학적 산화제 또는 이와 동등한 효능을 지닌 물질을 사용하여 물에서의 병원미생물을 일정 농도 이하로 불활성화 시키는 처리공정으로 명시하였으며, 정수처리공정에서 1회 이상의 소독을 할 경우에는 각 소독 단계에서 소독능값을 계산하고 각 단계별 불활성화비를 합한 값으로 정수처리기준 준수 여부를 판단한다고 하였다. 또한, 상수도시설기준에서 전염소 처리는 세균제거 등의 목적이 있다고 기술하였으며, 미국의 경우 EPA Guidance Manual인 LT1SWTR Disinfection Profiling and Benchmarking에서 전염소 공정과 후염소 공정의 불활성화비를 합하여 계산하였다.

2011년12월부터 2012년2월까지 강북정수센터에서 불활성화비 1미만 발생 건수가 22회로 다른 정수장에 비하여 많이 발생하였기에 강북정수센터 전염소 처리공정에 대하여 불활성화비를 계산하였다.

강북취수장에서 착수정까지 도수관로는 2,600mm×4,300m×2열로 되어있으며, 전염소 처리공정에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비 계산은 표 16과 같다.

표 . 강북정수센터 전염소 처리공정 불활성화비 계산

취수량 구 분	866,039톤/일(2012.2.5) (2011.12 ~ 2012.2 기간 중 생산량 최대값)	900,000톤/일(가정)
착수정 잔류염소 농도	0.4mg/L	0.4mg/L
수온	0.5℃이하	0.5℃이하
pH	7.5	7.5
체류기간	75분	73분
CT 계산값	30	29
CT 요구값	40	40
불활성화비	0.75	0.72

2011년12월부터 2012년2월까지 생산량 최대값을 기준으로 착수정 잔류염소를 0.4 mg/L로 유지할 경우 전염소 공정에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비 0.75이다. 계산된 전염소 처리공정 불활성화비와 같은 기간 동안 정수지 지아디아 포낭 불활성화비 최소값인 0.68(‘12.2.3)을 합할 경우 정수지 유출지점에서 불활성화비가 1.43으로 불활성화비 1이상을 만족하였다. 따라서 전염소 처리공정을 불활성화비 계산에 포함하면 강북정수센터의 경우 겨울철 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상 만족할 것으로 판단된다.

모든 아리수정수센터에서 전염소 처리공정 불활성화비 계산값을 후염소 공정과 합할 경우 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족할 것으로 예상되며, 더불어 정수센터에서 탄력적으로 정수지 수위 운영이 가능하다.

오존공정 불활성화비 계산

현재 영등포정수센터는 고도정수처리공정 도입을 완료하여 오존공정을 운영하고 있으며 그 외 5개 정수센터에서 고도정수처리공정 도입 공사가 진행 중에 있다. 영등포 2정수장 오존공정에 대하여 2011년12월부터 2012년2월까지 지아디아 포낭 불활성화비 계산 결과, 평균 1.3log 불활성화율로 오존 상시 주입시 정수지 유출지점에서 정수처리 소독공정 기준인 지아디아 포낭에 대한 0.5log 불활성화율을 항상 만족할 것으로 판단된다.

향후 모든 아리수정수센터에 고도정수처리시설이 도입되면 겨울철 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비는 항상 1이상을 만족할 것이다.

전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)를 이용한 정수지 시설 개선

지속적인 잔류염소감소와 수온저하로 정수지 운영인자에 한계가 발생할 경우에 대비하여 시설개선을 통한 소독능 개선방안을 검토하였다. 도류벽 증설을 통해 소독능을 개선시킬 수 있으나, 공사비가 단위면적당 200~300천원으로 소요비용이 높아, 본 연구에서는 기존시설 변경없이 정체지역만 효과적으로 개선시켜 소독능을 증가시키는 방법을 적용하였다. 연구 방법은 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)를 이용하였다.

전산유체역학(CFD)은 공정 내 유체흐름, 열전달 및 화학반응 등과 같은 물리․화학적 현상을 물질자료와 수치해석모델을 이용하여 공정을 해석하는 방법이다. 이 방법은 정수지를 작은 격자로 분할하여 정수지 유입․유출부 및 벽(wall)에 경계조건을 입력하여 해를 구하는 방법으로 본 연구에서는 CFD 프로그램 중 하나인 ANSYS V. 13.0을 사용하였다.

2010년 정수지 정체지역 개선방안 단기과제 보고서에서 제시된 방법으로, 정수지 모서리 및 도류벽과 측면벽이 만나는 부분에서 1.4m 떨어진 위치에『ㄱ,ㄴ』모양의 내부도류벽(W1.0m×L1.0m×H5.5m)을 적용 시 정체지역이 기존대비 67%가 감소되어 소독능을 향상시킬 수 있다고 기술하였다.

본 연구에서는 암사 2정수장을 연구대상으로 하여 기존 정수지에 대하여 추적자 시험과 CFD의 상관관계를 분석 후 개선안에 대하여 CFD를 적용하여 소독능 향상정도를 평가하였다.

그림 . 암사 2정수장 정수지

기 존	개선안

그림 . 불소농도에 대한 추적자 시험과 CFD의 상관관계 분석

그림 . 누적비율에 대한 추적자 시험과 CFD의 상관관계 분석

그림 4, 5는 불소농도와 누적비율에 대하여 추적자 시험과 CFD의 상관관계를 분석한 그림이다. 상관성을 분석하기 위해 통계학의 회귀분석을 사용하였으며, 회귀분석 값의 적합여부는 결정계수(R2)을 이용하였다. 이 결정계수는 변수사이의 관계(추적자 시험, CFD)에서 구한 회귀선이 실제 관측치를 어느 정도 대표하여 그 적합성을 보여주고 있는가를 측정하는 계수이며, 1에 가까울수록 상관관계가 높은 것으로 평가된다.

불소농도와 누적비율에 대해 분석결과, 결정계수는 각각 0.921, 0.999로 상관관계가 높게 나타났으며, 장폭비 환산계수도 각각 0.77(추적자 시험), 0.76(CFD)으로 나타나 CFD의 신뢰도가 높은 것으로 나타났다.

CFD의 신뢰도를 바탕으로 정수지 개선안에 대해 불소농도를 해석한 결과 체류시간(94분), 장폭비 환산계수(0.83)으로 분석되었으며, 기존 정수지 해석 값과 비교한 결과는 표 17과 같다.

표 . 기존 정수지와 개선 정수지의 장폭비 환산계수 비교

구 분	기 존		개선안 (CFD)	비 고
	추적자시험	CFD
실제 체류시간(T10)	87 분	86 분	94 분	CFD (Realizable k-e)
이론적 체류시간(T=V/Q)	113 분	113 분	113 분	V=7,225 m3 Q=3,840 m3/hr
장폭비 환산계수(T10/T)	0.77	0.76	0.83	-

표 17에 나타난 바와 같이 기존 정수지와 개선 정수지의 이론적 체류시간(T)은 113분으로 동일하며, 실제 체류시간(T10)은 기존 정수지(86분, CFD), 개선 정수지(94분, CFD)으로 나타났다. 기존 정수지 정체지역에『ㄱ,ㄴ』모양의 내부도류벽(1.0m×1.0m)을 적용할 경우 장폭비 환산계수가 증가되어 수위 기준값(4.8⇒4.5m)을 감소시킬 수 있다. 또한, 불활성화비가 가장 낮은 날(2010.1.12)의 최저수온(1.1℃) 및 잔류염소값(0.51mg/L)을 적용하여 불활성화비를 평가한 결과, 바이러스는 0.3, 지아디아는 0.1의 소독능 향상효과가 있는 것으로 나타났다.

위 실험 결과와 같이 추적자 실험과 전산유체역학을 이용한 모델링 결과가 잘 일치하였으므로, 향후 전산유체역학을 활용하면 정수처리공정 개선에 기여할 것으로 판단된다.

결 론

정수센터별 정수지 유출지점에서 겨울철 정수지 불활성화비 1미만 발생 실태를 조사하고 주요 원인 분석 후 개선방안에 대한 연구결론은 다음과 같다.

1. 6개 정수센터에 대하여 15개월('09.12.01～’11.02.28) 동안 후염소 공정에 의한 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭 불활성화비 1미만 발생빈도를 분석한 결과 강북(66건) > 영등포 1정수장(37건) > 뚝도(27건) > 암사(16건) > 구의(1건) > 광암(0건)으로 조사되었다. 정수지 불활성화비에 영향을 미치는 주요 인자는 수온, 잔류염소, 운영수위, 체류시간, 장폭비 환산계수이며, 겨울철에 정수지 수위와 잔류염소를 낮게 운영하여 불활성화비 1미만의 발생빈도가 증가되는 것으로 나타났다.

⋅강북은 장폭비 환산계수(0.55)가 낮아 발생빈도가 가장 높게 나타났다.

⋅영등포 1정수장은 정수지 수위(3.0m)를 낮게 운영하여 발생빈도가 2번째로 높았다.

⋅뚝도는 정수지 수위가 전년도 보다 낮아 2010년도(3.9⇒3.5m)에 많이 발생하였다.

⋅암사는 정수지 수위를 고수위 대비 낮게 운영(5.5⇒4.1m)하여 발생하였다.

2. 각 정수센터별 분석기간('09.12.01～’11.02.28) 동안 불활성화비 1미만인 경우가 발생된 정수센터에 대하여 항시 1이상 유지되도록 정수지 수위 운영기준값을 2011년 12월에 영등포 1정수장(4.6m이상), 뚝도(3.8m이상), 암사 1정수장(3.9m이상), 암사 2정수장(4.8m이상)에 설정 운영하도록 제시하였으며, 정수지 수위 운영기준값 제시 전후에 대하여 불활성화비 1미만 발생 빈도를 분석하였다. 2010년 겨울철과 2011년 겨울철 불활성화비 1미만 발생 빈도를 비교한 결과 영등포 1정수장(26⇒1), 뚝도(23⇒1), 암사 1정수장(1⇒0), 암사 2정수장(5⇒0)으로 급격히 감소하였다. 따라서 정수지 수위 운영기준값 설정이 각 정수센터별 정수지 불활성화비 1미만 발생 예방에 매우 효과적이었다. 또한 분석기간('09.12.01～’11.02.28) 이후에 강북정수센터는 정수지 도류벽 개선공사를 완료하여 장폭비가 0.55에서 0.70으로 향상되었으며, 영등포 2정수장 준공 및 신설정수지를 사용하는 구의정수센터에 대하여 정수지 수위 운영기준값을 업데이트 하였다. 광암을 제외한 5개 아리수정수센터의 정수지 수위 운영기준값은 강북(5.2m이상), 영등포 1정수장(4.6m이상), 영등포 2정수장(4.3m이상), 뚝도(3.8m이상), 암사 1정수장(3.9m이상), 암사 2정수장(4.8m이상), 구의(4.9m이상)이다. 그러나 강북정수센터의 경우 정수지 도류벽 개선 공사 후에도 정수지 수위 운영기준값이 5.2m 이상으로 정수지 고수위 높이와 같기 때문에 현재 시설에서 후염소 공정에 의한 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족하기 위해서는 송수 잔류염소 목표값을 높이는 것이 유일한 방법이다.

3. 2011년12월부터 2012년2월까지 강북정수센터에서 불활성화비 1미만 발생 건수가 22회로 타 정수센터에 비하여 많이 발생하였기에 강북정수센터 전염소 처리공정에 대하여 불활성화비를 계산하였다. 위 기간 중 생산량 최대값을 기준으로 착수정 잔류염소를 0.4 mg/L, 수온 0.5℃이하, pH7.5로 유지할 경우 지아디아 포낭에 대한 불활성화비가 0.75이며, 같은 기간 동안 정수지 불활성화비 최소값인 0.68을 합할 경우 정수지 유출지점에서 불활성화비가 1.43으로 정수지 유출지점에서 1이상을 만족하였다. 따라서 모든 정수센터에서 전염소 처리공정 불활성화비 계산값을 후염소 처리공정 불활성화비 계산값과 합할 경우 정수지 유출지점에서 항상 불활성화비 1이상을 만족할 것으로 판단되며 또한 각 정수센터에서 탄력적으로 정수지 수위 운영이 가능하다.

4. 현재 영등포정수센터는 고도정수처리공정 도입을 완료하여 오존공정을 운영하고 있으며, 그 외 5개 정수센터에서 고도정수처리공정 도입 공사가 진행 중에 있다. 영등포 2정수장 오존공정에 대하여 2011년12월부터 2012년2월까지 지아디아 포낭 불활성화비 계산 결과, 평균 1.3log 불활성화율로 오존 상시 주입시 정수지 유출지점에서 정수처리 소독공정 기준인 지아디아 포낭 0.5log 불활성화율을 항상 만족할 것으로 판단된다. 또한, 향후 모든 아리수정수센터에 고도정수처리시설이 도입되어 오존 상시 주입시 겨울철 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비는 항상 1이상을 만족할 것이다.

5. 암사 2정수장 정수지에 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용한 시설 개선을 검토한 결과, 정체지역에『ㄱ,ㄴ』모양의 내부도류벽(1.0m×1.0m)을 적용할 경우 장폭비 환산계수의 상향으로 정수지 운영 기준수위값 감소(4.8⇒4.5m)가 가능하며, 바이러스와 지아디아 포낭의 소독능이 각각 0.3, 0.1 이 향상되는 것으로 나타났다.

6. 이 보고서에서 제시한 불활성화비 분석결과는 후염소 처리공정에 의한 정수센터 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭에 대한 불활성화비이며, 분석결과 겨울철에 일부 정수센터의 정수지 유출지점에서 불활성화비 1미만이 발생하였다. 그러나 지금까지 취수장에서 전염소 처리를 계속 하였으나 이를 불활성화비 계산에 포함하지 않았다. 불활성화비 1미만 건수가 가장 많이 발생한 강북정수센터 운영결과를 분석하면 2012년2월3일 후염소 공정에 의한 정수지 유출지점에서 불활성화비가 0.68로 가장 낮았으며, 같은 날 전염소 공정에 의한 불활성화비는 0.55로 전염소 공정과 후염소 공정의 불활성화비값을 합할 경우 1.23으로 정수지 유출지점에서 불활성화비 1이상을 만족하여 정수장 직원 및 방문객에게 안전한 수돗물이 공급되었다. 따라서 전염소 공정을 포함할 경우 모든 정수장 정수지 유출지점에서 지아디아 포낭 불활성화비가 1이상을 만족할 것으로 예상되며, 지금까지 정수장 직원 및 방문객에게 안전한 수돗물이 공급된 것으로 판단된다.

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