입상활성탄지 거품관련 시설개선 종합대책 제안

상수도연구원

정수지, 배수지 거품누출현상과 관련하여, 정수센터 입상활성탄지 시설상의 문제점과 종합적 대책방안을 제안함.

□ 거품누출원인

○ 갈수기(1～4월) 활성탄 층내 비소포성 거품(생물 대사작용에 의해 단백질, 당, 지질 등 포함) 발생, 수온증가시(하절기) 완화되는 경향 있음 (영등포정수센터 사례)

⇒ 갈수기 (저수온시기)에도 충분한 세척속도 확보 필요

○ 시설적인 측면에서 활성탄 유효경별 충분한 역세척속도 미확보 및 역세척 퇴수기능 부족으로 활성탄 층내 생성 잔류거품이 여과시 정수지 혹은 배수지로 유출

⇒ 활성탄지 시설 성능제한 요소 파악 및 시설최적화 필요

□ 6개 정수센터 입상활성탄지 현황

정수센터		활성탄 유효경 (mm)		역세속도(5월) (m/min)		층고 (m/min)		거품발생유무	비 고
		설계	실제	설계	실제	설계	실제
영등포	1	0.65	0.86	0.43	0.43	2.5	2.5	발생	역세속도 0.6m/min 퇴수안됨
	2	0.65	0.80	0.43	0.48	2.5	2.5	발생	역세속도 0.6m/min 퇴수안됨
암사		0.65	0.68	0.47	0.48	2.5	평균 2.8	발생	동절기 역세속도 증가시 활성탄 유실 우려
구의		0.65	0.63	0.47	0.40	2.5	2.5	미발생	최초 소량 발생되었으나 현재는 미발생
광암		0.65	0.84	0.43	0.60	2.5	2.5	미발생	역세속도 0.6m/min 퇴수가능
강북		0.86	0.86	0.70	0.60	2.9	2.9	미발생
뚝도		0.65	0.74	0.43	-	2.8	-	통수전	역세속도 부족 거품발생 우려

※ 활성탄 입경 0.8mm, 역세속도 0.6m/min에서 거품 미발생  (강북, 광암 운영결과)

□ 문제점 및 시설개선대책

○ 영등포 정수센터 (1.2정수장)

- 문 제 점 : ① 설계 역세척속도(0.43m/min)에 대한 퇴수물량 과소 설계

② 활성탄 입경 과다 (설계 0.65mm, 실제 >0.8mm)

- 개선대책 : ① 역세속도 증가(0.6m/min) and 활성탄지 퇴수관, 퇴수밸브 확대

② 활성탄 교체(0.8mm ⇒ 0.65mm)

- 하자처리 진행사항 (본부 시설과)

․ 영등포 2 : 퇴수관 확대 완료, 퇴수밸브 확대 예정 (현대건설)

․ 영등포 1 : 퇴수관 확대 예정, 퇴수밸브 교체 어려움 (신우eng.)

○ 암사정수센터

- 문 제 점  : 설계 활성탄 입경(0.65mm)은 정상이나 층고과다 (설계 2.5m ⇒ 약 2.8m)

층고과다로 동절기(갈수기) 역세척 속도 증가시 트라프로 활성탄 유실

및 여과지속시간 단축(손실수두증가)현상 보임

- 개선대책 : 설계 입상활성탄 층고 조정으로 충분한 역세속도 확보

⇒ 성능최적화를 위하여 활성탄 : 1510m3 제거필요

(B4.0m × L14.3m × 2cell × 44지 × 층고 0.3m)

○ 뚝도정수센터

- 문 제 점  : ①  활성탄 입경 과다 : 설계 0.65mm, 실제 0.61～0.87mm (평균 0.75mm)

② 현재 자가 역세척방식으로, 설계상 수두 미확보로 역세유량 부족 예상

- 개선대책 : 역세척유량 확보 및 수온별 역세속도 조절 위한 펌프 설치 필요

□ 세부 시행방안 제안

○ 영등포 정수센터 하자처리 조속완료

- 2정수장 : 퇴수밸브확대, 1정수장 : 퇴수관 확대

○ 암사정수장 잉여활성탄(6개월 경과 신탄수준) ⇒ 영등포 1 정수장에 투입

- 영등포 1 총 2,300m3로서 암사 잉여 활성탄 약 1,500m3 영등포 1정수장에 투입(전체 65%)하여 당초 설계 및 운영조건에 맞는 활성탄 층고, 규격으로 대체

- 영등포 1정수장, 1～5호지보다 6～10호지의 경우 퇴수관로가 길어 퇴수상태가 불량하여 6～10호지부터 투입 바람직

활성탄지

배출수지

1～5호

6～10호

<그림 1. 영등포 1정수장 활성탄지 퇴수관로 도면>

- 영등포 활성탄 시범재생사업(2015.6) 및 뚝도 고도처리 공사 진행 중으로 활성탄 굴상 및 이송작업 연계처리 바람직.

- 영등포 1 활성탄은 강북정수센터 활성탄 규격(0.86mm)과 일치하여

강북정수센터에서 우선 보관하고 향후 재생 후 투입

※ 강북정수센터 : 36지 운영중/총 48지, 생산용량 증대 계획 있음

나머지 12지 운영시 2,610m3 (217m3/지) 필요

= B5.0m × L15m × 1cell × 12지 × 층고 2.9m

- 영등포 1정수장 활성탄 1500m3 (강북 7지 물량) 재생투입시 예산절감 : 12.8억원

= 1500m3 × (신탄구매비 130만원 – 재생비 45만원)/m3 활성탄)

※ 세부시행계획 수립 및 예산확보는 본부 주관 시행 바람

□ 기대효과

○ 입상활성탄 시설 최적화를 통한 거품누출현상 해결 기대

○ 입상활성탄 재생비용 절감 및 신탄구매비 예산절감

참고 : 6개 정수센터 활성탄지 시설 및 운영현황 1부.

뚝도 정수센터 활성탄지 역세척 설계수리 검토 1부.

참고 1 : 6개 정수센터 활성탄여과지 시설 및 운영현황 (5월)

구 분	영등포		광 암	암 사	강 북	구 의	뚝 도
	1	2
고도용량	22.5만톤/일	22.5만톤/일	25만톤/일	110만톤/일	95만톤/일	45만톤/일	60만톤/일
지 수 (실제 운영)	10지	10지	10지	44지	48지 ( 36지 운영)	16지	22지
층고(설계)	2.5m	2.5m	2.5m	2.5m	2.9m	2.5m	2.8m
층고(실제)	2.5m	2.5m	2.5m	2.8m	2.9m	2.5m	- (미충진)
재 질	석탄계 (중국산)	석탄계 (칼곤사)	석탄계 (중국산)	석탄계 (중국산)	석탄계 (중국산)	석탄계 (칼곤사)	석탄계 (칼곤사)
유효경 (mm) 설계	0.65	0.65	0.65	0.65	0.86	0.65	0.65
유효경 (mm) 실제	0.86	0.80	0.84	0.68	0.86	0.63	0.75
충전밀도 (g/cc)	0.47	0.46	0.43	0.42	0.40	0.46	0.46
역세주기(일)	10⇒5	10⇒5	13	11⇒7	15⇒10	8	-
역세척 Sequence(현재)	공기(3분) 공기+물(4분) 물(20분)	공기(3분) 공기+물(4분) 물(20분)	공기(3분) 물(30분) 휴지(3분)	공기(1분) 공기+물(2분) 물(30분) 휴지(10분)	물(30분) 휴지 60분	물(2분) 물(25분)	-
시동방수시간 (분)	60분	300분	480~540분	90분	-	60분	-
공기속도(m/min)-설계	0.80	0.80	0.83	0.83	1.0	0.8	0.5
물린스속도(m/min)-설계	0.43	0.43	0.43	0.47	0.69	0.47	0.43 (자가역세)
물린스속도(m/min)-실제 (펌프대수)	0.2⇒0.43~0.50 (펌프2대) 역세배출어려움 ※ 0.6(펌프3대) 운영필요	0.2⇒0.48~0.54 (펌프2대) 역세배출어려움 ※ 0.6(펌프3대) 운영필요	0.6 (펌프3대) 예비펌프 사용	0.47 (펌프2대) ※ 동절기에 활성탄 유실	0.6 (펌프2대)	0.18⇒0.40 (펌프2대)	-
공기속도(m/min)	0.8	0.8	0.83	0.83	1.0	0.8	0.8
최근 팽창율 % (수온 ℃)	17% (11.5℃)	20% (12.0℃)	25~30% (12℃)	30% (12.7℃)		25-30% (12℃)	-
역세퇴수밸브 (mm)	600	600	700	700	700	700	800
시동방수퇴수관 (mm)	200	200	150	400	400	200	-
역세척수종류 (모래여과, 활성탄수, 정수, 인위적 차염투입등)	여과수+차염	정수+차염	활성탄수	활성탄수	모래여과수	정수	정수

참고 2 : 뚝도정수센터 입상활성탄지 역세척 설계 수리 검토

□ 현 황

○ 입상활성탄지 역세척이 자연유하방식으로 설계되어 있어, 향후 원활한 역세척  가능여부 기술검토 필요

○ 입상활성탄 구매규격 유효경 : 0.6~1.0mm (설계 : 0.65mm)

입고된 입상활성탄 유효경 : 0.61~0.87mm (평균 : 0.74mm)

○ 역세척 설계현황

구 분	Scouring공정(공기+물)	Rinse 공정	최대역세속도
역세척속도	0.2㎥/㎡·분	0.43㎥/㎡·분	0.47㎥/㎡·분
흡착지 면적	120 ㎡ (1지당)
유 량	0.4 ㎥/s (24 ㎥/분)	0.86 ㎥/s (51.6㎥/분)	0.94 ㎥/s (56.4㎥/분)
관로손실	D700×120m, 곡관, 밸브, 유입/유출
	0.549 m	2.361 m	2.805 m
집수장치 손실	0.210 m	0.390 m	0.451 m
손실수두 계	0.759 m	2.751 m	3.256 m

□ 수리검토결과

○ 역세척시 입상활성탄 팽창을 위한 여재손실 수두 누락

hL(m) = 여층(활성탄WET비중-1)(1- 공극율) = 2.8m(1.5-1)*(1-0.6) = 0.56m 추가필요

구 분	현재 설계 (감리단 검토)	검토결과 (연구원 검토)
유입수위	13.80 m	13.80 m
손실수두	2.751 m	3.256 m
여재손실수두		0.56m
유출수위	10.50 m	10.50 m
여유수두	0.55 m	-0.516m
검 토	공급가능	재검토요망

□ 검토결과

○ 활성탄 유효경 0.75mm(설계 0.65mm) 조건에서 갈수기 및 하절기 거품문제 등 해결 위해 충분한 팽창율 확보 위한 최대역세척속도(0.47m/min) 이상 운영 필요

○ 현재 자연유하방식 역세방식으로는 수두부족 및 계절별 역세속도 조절 어려움

⇒ 역세척 펌프 설치 권고