다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 기술진단과-9739 결재일자 2020. 12. 4. 공개여부 대시민공개 방침번호 시 민 주무관 기술진단과장 생산부장 장현성 유통희 12/04 서대훈 “상수도사업본부 발족 30년, 수돗물 통수 111년, 믿음직한 아리수!” 소독공정 추적자 실험결과 보고 구의 소독공정 추적자 실험결과 보고 2020. 12. 생산부 (기술진단과) 구의 소독공정 추적자 실험결과 2020년 구의정수센터 기술진단 관련 소독공정에서의 체류시간 (T10) 산출 및 흐름특성 분석을 위한 추적자 실험결과를 보고드림 Ⅰ 추진근거 및 배경 ？？ 추진근거 ？「2020년 수도시설 기술진단 추진계획 (기술진단과-1824, 2020.2.24.) ？？ 추진배경 ？ 오존접촉지, 정수지 소독능 계산을 위한 체류시간 환산계수 산출 ？ 이론적 체류시간과 실 체류시간 비교 및 지내 흐름특성 분석 Ⅱ 추진내용 ？？ 추진기간 : ‘20.11.1 ~ 11.30 ？？ 추진부서 : 기술진단과, 수처리연구과, 구의센터 정수과 협업 ？？ 추진방법 ？ 시설현황 : 500,000 m3/d (고도처리 450,000 m3/d) 구 분 세부내역 크기(L×W×H) 용적(㎥) 지 수 비 고 오존접촉지 18×25×6 5,400 2지 접촉시간 16.5분 정 수 지 32×63×5.5 44,352 4지 체류시간 120분 ？ 정수지 추적자 실험 - 정수지 유입부 맨홀에 순간주입방식(Pulse)으로 불화규산 (Hydrofluorosilicic acid, H2SiF6)을 투입 후 정수지 유출부에서 불소농도 연속측정 ？ 오존접촉지 추적자 실험 - 전산유체해석(CFD)을 활용하여 실 체류시간, 환산계수 산출 Ⅲ 오존접촉지 추적자 실험결과 ？？ 장폭비에 따른 이론적 환산계수 분석 ？ 오존접촉조 장폭비는 36 이며, 이론적 환산계수는 0.65 로 분석됨 ？ 오존접촉조 말단 도류벽이 월류웨어로 설계되어 정밀한 환산계수 산출을 위해 CFD 활용하여 추적자 시험 실시 오존접촉조 물 흐름길이 장폭비와 환산계수 1 3 5 10 15 12 7 4 13 11 9 2 6 8 14 오존접촉조 장폭비 계산 합계 1 2 3 4 5 6 7 8 36 1.8 1.7 0.2 3.2 7.1 1.2 6.2 1.2 9 10 11 12 13 14 15 6.2 1.1 5.8 0.1 0.1 0.1 0.1 ※ 장폭비(L/W): 물 흐름 길이(L)와 물 흐름 폭(W)의 비 장폭비에 따른 이론적 환산계수(T10/T) 구분 15 이상 20 미만 20 이상 30 미만 30 이상 40 미만 40 이상 50 미만 50 이상 환산계수 0.5 0.6 0.65 0.7 추적자 ？？ 유속분포 물흐름 해석결과 오 존 접 촉조 조 정 조 1 2 3 수위 (5m) 물흐름 해석결과 정류벽 월류 웨어 1 월류웨어 2 조정조 3 물흐름길이 125 m 유속범위 1.1x10-3 ~ 2.51 m/s 평균유속 0.147 m/s ？ 오존접촉조 ~ 조정조 유량 균등분배를 위해 도류벽을 월류웨어로 설계추정 ？？ 물 흐름 유속이 현저히 낮은 영역 분석 ？ 평균유속 보다 현저히 낮은 정체지역 (평균유속 10% 미만) - 정체지역 존재시 물의 흐름이 끊어지는 단락류 (short circuit flow) 발생 ？ 도류벽 회전영역(안쪽) 및 월류웨어 우측(오존접촉조 말단)에 단락류 발생 구분 오존접촉조 단 락 류 ？？ 수리학적 효율 평가 ？ 추적자 모의 시험방법 (CFD) - 2020년 최대 생산량(414,669 m3/d) 반영 (최악조건 적용) - 추적자를 오존접촉조 유입부에 384 L 주입 후 유출부에서 시간별 추적자 해석 ？ 오존접촉조 소독능에 미치는 영향인자: 실 체류시간 (T10) - 오존접촉조 실 체류시간은 1단 3.7분, 2단 8.4분, 3단 12.2분으로 분석됨 ？ 현재 오존접촉조 3단 기준으로 오존 소독능 계산 오존 소독능 계산값(CT10) = 잔류오존농도 (C, mg/L) x 실 체류시간 (T10, min) - 조정조 활용시(4단) 실 체류시간은 기존 12.2분에서 17.8분으로 46% 증가됨 ※ 실 체류시간(T10): 추적자 누적분율이 유출부에서 10% 도달 되었을 때 시간 구 분 (기준: 오존접촉조 1지) 오존접촉조 4단 (오존접촉조+조정조) 1단 2단 3단 유량 (Q, m3/d) 207,335 용량 (V, m3) 720 1,580 2,650 3,880 이론적 체류시간 (T, min) 5 분 11 분 18.4 분 26.9 분 실 체류시간 (T10, min) 3.7 분 8.4 분 12.2 분 17.8 분 실 체류시간 증가폭 - 4.7 분 3.8 분 5.6 분 구분 추적자가 최고농도에 도달한 시간 (min) 추적자 누적분율이 10% 도달한 시간 (min) 추적자 분 율 & 추적자 누 적 분 율 4.9분 10분 16분 22분 T10 ？？ 수리학적 효율(환산계수, T10/T) 평가 구분 오존접촉지 오존접촉지 + 조정조 1단 2단 3단 환산계수 (T10/T, min) 0.74 0.76 0.66 0.66 ？ 1, 2단 환산계수는 0.7 이상이며, 3, 4단은 0.66으로 분석됨 ？ 3단은 도류벽 대신 월류웨어 적용으로 감소된 걸로 판단되며, 다만, 3단 환산계수 0.66 은 EPA 성능평가 기준인 0.5(보통)~0.7(우수)에 해당되어 양호함 ？ 오존접촉조(1~3단) 환산계수와 조정조(4단) 환산계수 선택적 사용가능 ※ 기존 오존 소독능 계산: 3단만 사용하여 3단 오존농도가 0 일 때 소독능 산출 불가 ？ 시간에 따른 추적자 농도분포 (a) 5분 경과 (b) 10분 경과 (c) 20분 경과 Ⅳ 정수지 추적자 실험결과 ？？ 정수지 현황도 <제2정수지 평면도 - 추적자 투입지점 및 불소농도 측정지점> ？？ 추적자(불화규산) 회수율 평가 ？ 투입된 추적자의 회수율은 90.5~98.3%로 매우 양호 구분 투입총량 (g) 회수량 (g) 회수율 (%) 정수지 유출수 불소 최고 농도 (Cmax, mg/L) 1정수지 1지 5322.3 4900.5 92.1 1.69 2지 5322.3 5231.2 98.3 1.88 2정수지 3지 5322.3 4980.3 93.6 1.31 4지 5322.3 4817.9 90.5 1.10 ？？ 수리학적 효율(환산계수, T10/T) 평가 ？ 환산계수(β=t10/T) 산출 결과 - 추적자 시험 결과에 의하여 소독능 환산계수(t10/T)는 최종적으로 1정수지 1지 0.75, 2지 0.80 및 2정수지 3지 0.75, 4지 0.78로 나타났음 <제 1 정수지> 1정수지 (1지) 추적자 농도 및 t10곡선 1정수지 (2지) 추적자 농도 및 t10곡선 <제 2 정수지> 2정수지 (3지) 추적자 농도 및 t10곡선 2정수지 (4지) 추적자 농도 및 t10곡선 <환산계수 산출 결과> 구분 장폭비 (L/W) t10 (분) T (분) 환산계수 (t10/T) 최대농도 도달시간 (분) t50 (분) 밸브 개도율 (%) 1정수지 1지 76:1 112 148.6 0.75 140.5 146.5 100 2지 76:1 119 148.7 0.80 144.5 148.0 100 2정수지 3지 76:1 86.0 114.7 0.75 116 116.5 100 4지 76:1 88.5 113.8 0.78 125.5 125.5 100 Ⅴ 결론 ？？ 오존접촉조 ？ 오존접촉조 장폭비는 36으로 분석되어 이론적 환산계수는 0.65 ？ 추적자를 활용하여 오존접촉조(1~3단)과 조정조(4단)의 실 체류시간 평가결과 1단 3.7분, 2단 8.4분, 3단 12.2분, 4단 17.8분으로 분석됨 ？ 실 체류시간을 바탕으로 환산계수를 산출결과, 1단 0.74, 2단 0.76, 3단 0.66, 4단 0.66 으로 분석되어 3단 오존 소독능 계산시 환산계수 0.66 적용 ？ 오존 소독능 계산시 1~4단 환산계수 선택적 사용으로 오존접촉조 활용 극대화 가능 ？？ 정수지 ？ 투입된 추적자의 회수율은 90.5~98.3%로 매우 양호 ？ 환산계수(β=t10/T) 산출 결과,1정수지 1지 0.75, 2지 0.80 및 2정수지 3지 0.75, 4지 0.78로 나타나 0.75로 적용 Ⅵ 오존접촉지, 정수지 운영방안 ？？ 추적자 실험에 의한 환산계수를 적용하여 소독능 계산하여 운영하도록 지시. ？ 오존접촉지 : 1단 0.74, 2단 0.76, 3단 0.66, 4단 0.66(선택하여 적용) ？ 정수지 : 0.75. 끝.

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