다시 뛰는 공정도시 서울!

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 유입비상시 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) 【 한강 수문 댐 위치도 】 ○ 남한강 : 충주댐 저수율이 67.6% → 78.9% 증가하였으며, 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.

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20210928170600

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정수과-3662

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