다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 정수과-6403 결재일자 2019.6.10. 공개여부 부분공개(2 3) 방침번호 시 민 ★주무관 정수과장 암사아리수정수센터소장 송만식 하은경 06/10 유성종 협 조 ★정수시설과장 양영민 상수도사업본부 발족 30년, 수돗물 통수 111년, 믿고 마시는 아리수! 잔류오존제거제 “티오황산나트륨” 현장 적용실험 결과 보고 추진근거 대내(외) 협력 현황 사 업 비 부서(단체)명 협의내용 협의결과 2019. 6. 암사아리수정수센터 정 수 과 잔류오존제거제 “티오황산나트륨” 현장 적용실험 결과 보고 활성탄흡착지 유입수의 용존오존 휘산에 의한 오존가스로 인하여 시설부식 및 안전사고 등의 우려가 있어 잔류오존제거제로 신규 지정된 티오황산나트륨을 현장 시범적용하고 결과를 보고함 Ⅰ 실 험 배 경 ○ 활성탄지내 유입수 잔류 오존을 제거하기 위해 퀜칭시설(H2O2 주입)을 운영중 ※ 퀜칭시설 용량 : 최대주입률 / 접촉시간 ？ 암사 : 0.17ppm / 1계열 100초, 2계열 30초 ？ 광암 : 3.7ppm / 10분, 구의 : 6ppm / 8.6분 ○ ○ ‘17 신규 지정된 잔류오존제거제 티오황산나트륨(Na2S2O3？5H2O 50%)를 현장 적용？효과를 분석함 Ⅱ 실 험 개 요 ○ 실험기간 : 2018. 12. ～ 2019. 4. ○ 실험대상 : 과산화수소(H2O2), 티오황산나트륨(Na2S2O3？5H2O) ○ 실험방법 - 오존접촉조 말단 유출수로(기존 퀜칭지점) 1,2계열에 H2O2(자동), Na2S2O3？5H2O(수동)을 교차 주입 후 활성탄지 유입수 용존오존 및 대기오존 비교 측정함 ※ 티오황산나트륨 시범 주입시설 현황 ？？약품 저장탱크 : 1톤 × 2기 ？？약품 투입방식 : 정량 튜빙펌프 + 전기자기식 유량계 · 최대 1.0L/min ± 오차범위 2.0%, 7.0kgf/cm2 1대 ？？약품 주입지점 : 오존처리수 유출부 직상부(수심의 10% 상부) <티오황산나트륨 시범 주입시설 및 비교평가 흐름도> ○ 분석항목 : 오존농도(용존오존, 대기오존), 염소 소모량, 경제성 등 - 오존농도 측정방법 ？<방법1> 활성탄지 유입수의 잔류 용존오존 및 활성탄지내 대기오존이 존재하는 상태에서 잔류오존제거제 주입 → 용존？대기오존 측정 ？<방법2> 오존 주입을 중단하여 활성탄지내 농축된 대기오존을 제거한후 오존 재주입 및 잔류오존제거제 주입 → 용존？대기오존 측정 - 오존농도 측정지점 ？ 용존오존 : 활성탄지 계열별 1지 유입수(오존처리수) ？ 대기오존 : 활성탄지 계열별 1, 6, 11, 12, 17, 22지 진입로 1지 2지 3지 4지 5지 6지 7지 8지 9지 10지 11지 오존 접촉지 GAC흡착지 (1계열, 2계열) 1정수지 2정수지 12지 13지 14지 15지 16지 17지 18지 19지 20지 21호 22지 - 오존농도 측정기기 ？ HACH 휴대용측정기(용존오존), ATI 휴대용검출기(대기오존) ○ 실험조건 수온 송수 약 3∼13 ℃ 오존 주입률 0∼1.3 ppm 과산화수소 주입률 (원액기준) AOP 0∼0.34 ppm 퀜칭 0∼0.17 ppm - 퀜칭제 접촉시간 ？1계열 약 100초 ？2계열 약 30초 티오황산나트륨 주입률(원액기준) 퀜칭 0∼0.56 ppm 퀜칭전 용존오존/대기오존 0∼0.08 ppm / 0∼15.6 ppm 퀜칭가압수/약품희석수 퀜칭 가압수 : 펌프 1대(30ℓ/min) 또는 2대 티오황산나트륨 희석수 : 5ℓ/min 정수 생산량 약 1,000,000 m3/일 ○ 참여자 : 송만식,이경우,백영애,서홍교,조성연,조광호,박종훈,최필규 Ⅲ 실 험 결 과 ？？ 오존농도(용존오존, 대기오존) ○ 활성탄지 내 고농도 오존 존재시 실험한 결과 - 실험방법 ？티오황산나트륨을 1계열은 미주입, 2계열은 주입 또는 1계열 주입 2계열 미주입하고 → 1, 2계열 교차실험 ？주입 즉시 ~ 4시간이상 경과 후 용존오존 및 대기오존을 측정함 - 실험결과 (단위 : ppm) 일시 AOP농도 (O3 + H2O2) 1계열 2계열 주입률 용존오존 대기오존 주입률 용존오존 대기오존 주입전 주입후 주입전 주입후 주입전 주입후 주입전 주입후 1/24 0.3 + 0 미주입 0.07 0.07 0.56 0.07 0.003 1/31 0.3 + 0 미주입 0.038 0.042 0.46 0.036 0.003 2/8 0.3 + 0 0.37 0.03 0.003 미주입 0.03 0.03 2/14 0.3 + 0 0.46 0.08 0.003 미주입 0.08 0.08 < 티오황산나트륨 주입전？후 용존오존 및 대기오존 농도변화 (4시간 경과) > ※ 티오황산나트륨 주입률(1계열 0.37～0.46ppm, 2계열 0.46～0.56ppm) 산출 ？？ 활성탄지 유입수의 용존오존 0.003ppm 이하1) 달성 주입률 (퀜칭가압수 펌프 1대 가동) ？？ 1계열 주입률이 2계열 보다 적은 사유는 접촉시간(1계열 100초, 2계열 30초) 영향으로 판단 1)용존오존 0.003ppm이하 시 활성탄지 대기오존 0.00ppm 도달(？실험결과) ？ 활성탄지 유입수 용존오존 농도 ？티오황산나트륨을 주입하지 않은 경우에는 0.03~ 0.08ppm으로 변동이 없었으나 ？티오황산나트륨을 주입한 경우에는 0.03~0.08ppm에서 0∼0.003ppm으로 매우 신속하게 저감됨 ？ 약20초∼최대 5분 이내에 반응 완결 S _{2} O _{3} ^{2-} `+`4`O _{3} `+`H _{2} O` -> `2`SO _{4} ^{2-} `+`4`O _{2} `+`2H ^{+} < 티오황산나트륨 주입전？후 활성탄지 유입수 용존오존 농도변화(‘19.1.24) > ？ 활성탄지 대기오존 농도 ？ ？티오황산나트륨 주입한 경우에는 용존오존이 제거됨에 따라 대기오존 ※ 작업장(실내) 대기오존 농도 기준 : 8시간 평균 0.06ppm이하 시간 14:35 티오황산나트륨 주입 (14:37) → 14:40 → 17:30 → 20:00 용존오존 0.07 0.003 0.003 0.003 대기오존 - 0～0.06 0～0.06 < 티오황산나트륨 주입후 시간별 용존？대기오존 농도 변화 (‘19.1.24) > ○ 활성탄지 내 오존 제거후 실험한 결과 - 실험방법 ？오존 주입을 중단(1~3일)하여 활성탄지 대기오존을 제거(0ppm)한 후 ？오존을 재주입하고 1계열은 과산화수소 0~0.17ppm, 2계열은 티오황산나트륨 0.46~0.56ppm을 주입하여 ？주입 즉시~ 4시간 경과 후 용존오존 및 대기오존을 측정함 - 실험결과 (단위 : ppm) 일시 AOP농도 (O3+H2O2) 1계열 (H2O2) 2계열 (Na2S2O3？5H2O) 주입률 용존오존 대기오존 주입률 용존오존 대기오존 주입전 주입후 주입전 주입후 주입전 주입후 주입전 주입후 1/29 0.3 + 0 미주입 0.00 0.05 0.00 0.56 0.00 0.003 0.00 0.00 2/27 0.3 + 0.1 0.17 0.00 0.02 0.00 0.46 0.00 0.001 0.00 0.00 3/6 0.5 + 0.17 0.17 0.00 0.06 0.00 0.50 0.00 0.001 0.00 0.00 3/15 0.3 + 0.1 0.17 0.00 0.06 0.00 0.52 0.00 0.00 0.00 0.00 < 과산화수소와 티오황산나트륨 주입전？후 용존오존 및 대기오존 농도변화 (4시간 경과) > ※ 과산화수소 주입률(0.17ppm) : 기존 퀜칭시설 최대 주입률 ？ 활성탄지 유입수 용존오존 농도 ？과산화수소를 미주입/주입한 1계열은 0ppm에서 0.02~0.06ppm 으로 상승한 반면 ？티오황산나트륨을 주입한 2계열은 0ppm에서 0~0.003ppm으로 변동이 미미하였음 ？ 활성탄지 대기오존 농도 ？ ？티오황산나트륨을 주입한 2계열은 0ppm으로 불검출됨 ？？ 염소 소모량 ○ 티오황산나트륨 주입시 후염소 주입률 변화 < 티오황산나트륨 주입시 제2정수장 후염소 주입률 변화 (‘19.1.24.) > - 티오황산나트륨 주입 시 제2정수장 후염소 주입률을 모니터링한 결과 변동이 미미하여 후속공정 안정성 확인됨 ？티오황산나트륨 주입전？후 후염소 주입률은 0.65ppm로 일정하게 유지됨 ？？ 약품 주입률 ○ 티오황산나트륨 주입률 도출 - 실험방법 ？활성탄지 2계열 유입수에 티오황산나트륨 주입 시 가압수 펌프 1대 또는 2대 가동 및 약품 희석수 사용에 따른 주입률 변동을 비교함 수리혼화 조건 티오황산나트륨 주입량 퀜칭 가압수 유량 약품희석수 접촉시간 유량 및 시간 80∼300 ㎖/min (0.15～0.56 mg/L) 30ℓ/min/대 (5 kgf/cm2/대) 5ℓ/min 1계열 100초 2계열 30초 < 티오황산나트륨 주입량 및 접촉시간 > - 실험결과 ？ 퀜칭 가압수 펌프 가동대수 대비 약품 주입률 (단위 : ppm) 일시 가압수 펌프 AOP농도 (O3+H2O2) 약품주입률 용존오존 대기오존 주입전 주입후 주입전 주입후 3/15 1대 (30ℓ/min) 0.3 + 0 0.52 0.00 0.00 0.00 0.00 3/19 2대 (60ℓ/min) 0.3 + 0 0.19 0.00 0.00 0.00 0.00 ？용존오존 및 대기오존 농도 0ppm을 달성하기 위해 티오황산나트륨 주입률을 조정한 결과 ？가압수 펌프 1대 가동 시에는 0.52ppm이었으나, 2대 가동 시에는 0.19ppm으로 63% 급감함 ？이는 퀜칭 가압수 유량이 증가(약품유량 대비 가압수 100~750배 소요)에 따라 접촉효율이 향상된 것으로 판단됨 ？ 약품 희석수 대비 약품 주입률 (단위 : ppm) 일시 펌프2대 +약품희석수 (ℓ/min) AOP농도 (O3+H2O2) 약품주입률 용존오존 주입전 주입후 4/4 60ℓ+ 미주입 0.3 + 0.1 0.24 0.07 0.003 4/4 60ℓ+ 5ℓ 0.3 + 0.1 0.22 0.07 0.003 ？티오황산나트륨 주입시 가압수 펌프 2대 가동 또는 약품희석수(약품주입 노즐 내부에 희석수 공급)+가압수 펌프 2대 가동하여 주입률을 비교 실험한 결과 ？가압수 펌프 2대만 가동 시에는 0.24ppm, 약품희석수+가압수펌프 2대 가동 시에는 0.22ppm으로 약품 희석수 효과는 미미한 것으로 나타남 ？？ 경제성 ○ 약품비용 - 오존접촉조 말단(3단) 용존오존 농도 0.05ppm 유지 조건(서울시 고도정수처리시설 운영매뉴얼)으로 약품비를 비교한 결과 - 티오황산나트륨 사용시 과산화수소 대비 퀜칭비용 약 963백만원 절감 ？과산화수소 사용량이(4.4ppm) 티오황산나트륨(0.34ppm) 대비 13배 소요 구분 주입률(ppm) 약품단가(원/kg) 약품비(백만원/년) 약품비 산출근거 과산화수소 4.4 690 1,044 4.4ppm × 103 kg/일 × 365일 × 690원/kg 티오황산나트륨 0.34 650 81 0.34ppm × 103 kg/일 × 365일 × 650원/kg ※ 과산화수소 주입률 4.4 mg/ℓ : 퀜칭 목적 달성 가능한 주입률 (서울시 운영매뉴얼) 티오황산나트륨 주임률 0.34mg/ℓ : 시범시설에서 실험기간 도출한 평균값 Ⅳ 결 론 ○ 용존오존 및 대기오존 농도 - 용존오존 : 0.03~0.08ppm → 0~0.003ppm ？오존접촉조 유출수로 기존 퀜칭지점에 티오황산나트륨을 평균 0.34ppm 주입한 결과, 약 20초~최대 5분이내 신속 반응하여 활성탄지 유입수 용존오존 농도가 0.03~0.08ppm에서 0~0.003ppm으로 급감됨 - 대기오존 : ？용존오존 농도가 0~0.003ppm이하로 제거됨에 따라 활성탄지 대기오존농도가 0.06ppm이하로 작업장 기준(8시간 평균 0.06ppm)을 만족함 ？ 활성탄지 유입수 용존오존 목표값 0.003ppm이하로 설정관리 필요 ○ 염소소모량 - 티오황산나트륨 주입전？후 후염소 주입률을 모니터링한 결과 변동이 미미하여 후속공정 안정성 확인됨 ○ 약품주입률 - 티오황산나트륨 주입시 가압수를 증량함에 따라 주입률이 저감됨 ？티오황산나트륨 주입률이 가압수 펌프 1대(30ℓ/min/대) 가동시에는 0.52ppm이었으나, 2대 가동시에는 0.19ppm으로 63% 저감됨 ？퀜칭 가압수량 증가에 따라 약품 혼화효율이 향상된 것으로 판단됨 ？ 티오황산나트륨 자동 주입시설 도입시 적정 가압수량, 약품주입률 등 도출 ○ 경제성 - 티오황산나트륨 사용시 과산화수소 대비 약 963백만원/년 절감 ？퀜칭 목표 달성 주입률(ppm) : 과산화수소 4.4, 티오황산나트륨 0.34 ？퀜칭비용(백만원/년) : 과산화수소 1,044, 티오황산나트륨 81 - 기존 퀜칭시설 증설 비용 절감 ？현재 과산화수소 주입시설 용량(최대 주입률 0.17ppm)으로는 퀜칭 목적 달성 어려워 증설(최대주입률 약 5ppm) 필요 ？ 티오황산나트륨 주입시설 설치？운영이 경제적이고 효과적임 ○ 안정성 - 정수의 나트륨 및 황산이온 농도 증가(잔류성) 미미함 ？정수의 나트륨 및 황산이온은 각각 10mg/L, 15mg/L 내외로 티오황산나트륨 주입률 평균 0.34mg/L의 영향은 미미한 수준임 - 티오황산나트륨은 발암성, 유해성 등의 독성, 부식성 등이 없어 약품 취급 안전성 개선됨 Ⅴ 향후계획 ○ 티오황산나트륨 투입 자동화시스템 구축？운영(검토) - 시설용량(최대 주입률 1 ppm), 약품투입지점, 약품투입방식 등 ○ 운영 보완사항 도출 및 공정 영향 평가 - 혼화 조건별(가압수량, 수온 등) 약품 최적 주입률 조사 - 수온별 반응속도(산화환원반응, 오존분해반응), 반응 완결도 평가 - 티오황산이온의 거동 조사(황산이온으로 전환하는 시점 파악 등) ○ 실용화 기술 확립 및 국내외 기술전파 등 첨부 : 티오황산나트륨 현장 실험자료 1부. 끝.

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정수과-6403

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