여과공정 최적 운영관리

여과공정 최적 운영관리
엄격한 여과수질의 목표를 달성하기 위해서는 여과 메커니즘, 즉 입자 부착과 물리적 체가름 작용이 잘 이루어지도록 운영하고 그 결과를 반영한 여과지 평가나

진단을 그때그때 실시하여 피드백이 잘 이루어져야 여과공정 최적화가 될 수 있다.
① 주기적으로 역세척 현장을 확인하여 역세시간의 적정성, 하부집수장치의 이상여부를 검토한다.
② 여과지별 사층조사(1회/월), 오염도조사(1회/분기), 여과모래 재질 적정여부 등은 계열별 대표지점에 대해 반드시 주기적으로 확인하고, 지별 여과지 이상

    발생시는 수시로 확인하여 정비한다.
    - 여과모래 오염은 역세척 시간, 역세 효율 및 여과수 수질에 영향을 주고, 여과층 내부에서 오염이 진행될 수 있으므로 오염도조사를 층별로 실시하여 오염

       여부를 확인 (여과모래층 하부가 오염되어 있으면 평상시 여과지 오염도조사를 소홀히 하였거나 관리를 하지 않았다는 증거).
   - 지별 여과지 관리카드를 만들어 제반제원이나 운영상황을 기록하고, 여과지 성능을 비교/평가하여 유지관리 하여야 한다.

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여과지 성능･평가관리 : 여과지 내에서 어떤 일이 일어나고 예상되는가를 운영일지의 데이터나 기록등을 분석하고 여과성능에 대한 정보를 읽혀, 여과지가 지금까지 어떻게 가동되어 왔는지 파악하므로 여과지 최적운영을 위한 정확한 의사결정을 내리는 것이다.

여과지 성능은 여러가지 방법으로 평가할 수 있는데 개별(통합) 여과지의 탁도, 입자수 측정, 여과지속시간 및 오염도 측정 등이 있으며 탁도나 입자계수의 급상승정도와 지속시간, 그 외 유출유량, 손실수두, UFRV 등이 있다. 

여과성능 평가지표는 여과지속시간 내 처리된 여과지 단위면적(m2)당 여과수량(m3)(unit filter run volumn, UFRV=여과속도(m/분)× 여과지속시간(분))으로 나타내며, UFRV값으로 아래와 같이 판단할 수 있다.

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① UFRV값 200 m3/m2 이하 : 여과지속시간이 너무 짧다
② UFRV값 410 m3/m2 초과 : 여과지 성능 양호
③ UFRV값 610 m3/m2 이상 : 재래식 정수공정에서 여과성능이 좋다

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정수장 기술진단 매뉴얼에 UFRV 300이하 정수장은 원인조사와 분석을 실시하여 대책을 강구토록 되어 있다. 매일 여과수 탁도, 유량 및 손실수두 경향을 지속적Monitoring하여 주어진 목표 및 해당 처리시설의 “정상” “비정상” 여부를 판단하여 조치를 취하고 그 내용을 기록한다.
- 여과수질을 0.1 NTU 미만으로 유지하고 역세척 후 초기 탁도 급상승의 정도를 최소화하여야 한다.
- Partnership for Safe Water(미국, AWWA)의 목표는 역세척 후에 탁도 급상승이 0.3 NTU를 초과하지 않으며, 여과수 공급 시작 후 15분 안에 탁도가 0.1 NTU미만으로 떨어지는 여과수를 생산하는 것이다.

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입자계수는 탁도 데이터 보다 더 자세한 데이터를 제공해 주는데 탁도는 물의 흐림 정도에 대한 총체적인 척도인 반면, 입자계수는 여과수 내에 있는 입자의 수와크기 범위에 대한 추정값을 제공하는데, 여기에는 계수 셀을 통과하는 입자에 해당하는 액체의 부피, 센서를 통과하는 입자가 광 탐지기에 그림자를 비출 때 차단

되는 빛의 양, 그리고 입자에 의해 산란되는 빛의 양 등이 포함된다. 그러므로 입자계수기는 아래와 같은 사유로 초기의 탁도 문제를 조기에 경고해 줄 수 있다.
- 입자 밀도가 높은 시료수는 총 입자수가 실제보다 낮게 계산될 수 있다.
- 입자 계수기는 매우 민감한 여과지 성능감시 장치이다. 탁도 데이터로 명백히 드러나지 않는 수질차이를 입자 계수기를 사용하여 밝힘으로써 운영자들은 여과  수질을 더욱 최적화하여 추가적인 수질개선을 얻을 수 있다.
- 입자계수를 근거로 한 사례(Carmichael, Lewis, and Aquino 1998)로, 운영자들은 2개 여과지의 유출수 내의 입자 수가 mL당 1개 미만에서 mL당 약 5~15개로  증가했다가 다시 감소했다는 사실을 발견했는데 이러한 현상은 하루 걸러 한번씩 자정 쯤에 일어났다.

  이들 2개 여과지로 들어가는 유입수는 주로 4개의 병렬 침전지 중 하나에서 왔는데 운영자들은 늘어난 입자계수가 침전바닥을 청소하기 위한 슬러지 콜렉터 가동이 예정된 시간쯤에 관찰된다는 사실을 깨달았다.

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​여과효율 측정방법 : 다음과 같은 4가지 방법이 있다.
① 여과수 탁도 측정(입자수)
   - Kawamura는 2 um보다 큰 입자수가 50이하/mL(매우 양호), 50~150/mL(양호), 200이상/mL(나쁨)
② 여과지속시간 측정
③ 여과수량에 대한 역세척수량의 비율 산정
④ 여과지속시간내에 처리된 단위 여과면적당 여과수량(UFRV)

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여과지 자가진단 : 여과개시 후 초기 0.5 NTU 를 초과하거나 여과개시 4시간 경과 후 0.3 NTU를 초과하고 매월 1 NTU 초과한 사례가 3개월 연속 발생시에는

각 분야 실무담당자로 진단팀을 구성하여 자가진단을 실시한다. 그 진단 절차는 다음 그림과 같다.

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그 주된 내용은 미국 환경청의 CCP프로그램 등을 활용하여 실시할 수 있고, 탁도 이상으로 정수수질에 영향을 주어 탁도관리 목표를 초과하거나 시민에게 공지사유 등 특별한 경우에는 즉시 보고하여야하며 모든 측정결과 자료는 3년간 보관한다.
① 여과지에서 유량을 감시하는 이유는 입자상에서 제거된 입자들을 떨어뜨릴 수 있는 유속의 단계적 변화로 인한 수압 충격을 탐지하기 위해, UFRV를 측정하기

    위해, 저속 시동을 평가하기 위해 그리고 시동방수에서 급수로 변화할 때 유속의 단계적 변화가 일어나는지를 알아내기 위함이다.
② 플록 억류시험(슬러지의 여층내 퇴적분포)결과 역세척후 탁도가 30~60 NTU은 깨끗하고 숙성된 여층을 나타내고, 120 NTU를 초과하면 여과지 세척시스템과

    역세척 절차를 평가할 필요가 있는 오염된 여상을 나타내며, 300 NTU를 초과할 시에는 머드볼 문제가 있음을 의미한다.
③ 여과시설의 종류 및 규모 등에 따라 정수처리기준에서 정한 탁도기준을 준수하도록 유지관리와 수질검사를 실시하고 전반적인 여과지 검사는 정수처리시설 예방 유지보수의 핵심적인 부분으로 정기적으로 실시한다.
   - 지별 탁도계 측정자료는 전산디스켓에 입력하여 3년간 보존․관리
   - 지역주민에게 공고 시 공고문을 24시간 이내에 시․도지사를 거쳐 환경부장관에게 보고
   - 지난 1년 동안의 정수처리시설 운영을 기록(여과속도, 생산량, 역세척수가 사용된 비율 등)
   - 정수처리시설 표준 운영절차(여과지 역세척, 여과지 가동, 세척수 폐기 또는 회수)
   - 모든 여과지 검사를 완료한 후에는 향후에 기록을 검색하고 시간에 따른 여과지 상태 비교를 할 수 있도록 적절한 파일 시스템을 이용해서 검사 기록을 보존

     한다.
④ 여과지 배수속도가 느리다면, 여재가 평평한지 여부를 빨리 판단할 수 있는 방법으로 수면이 여재에 닿을 때 즉시 여과지 배수를 정지하는 것이다.

   물이 스스로 수평을 찾으면서 함몰은 웅덩이로 나타나고 요철부위는 수면 위로 솟는 형태로 나타난다.
   - 여과지를 배수한 후에 여재를 주의 깊게 검사하여 균열, 구멍, 무더기 또는 함몰이 있는지 확인하고 여재를 벽에서 분리되지 않았는지 살펴보며 일반적으로 세척 효과가 좋지 않은 여과지 구석에 있는 여재를 주의 깊게 관찰한다.​

⑤ 트라프가 수평인지 확인하는 방법은 여과지 구조물을 역세척할 때처럼 천천히 채우는 것으로 상승 속도를 매우 느리게 해서(물이 거의 정지한 것처럼 보이는상태) 수면이 모든 트라프의 꼭대기에 동시에 도달하는지 관찰한다.
⑥ 물을 이용한 역세척 기간 중에 비등영역이 있으면 지지 자갈이 붕괴되었거나 노즐이 깨졌거나, 또는 다른 하부집수장치상 문제가 있음을 나타낸다.

    비등영역은 국부적으로 과도한 수류가 존재하여 여재표면이 주위의 유동화 여재보다 더 높이 솟아오르게 만들 때 나타나는 징후이다.
   - 역세척을 관찰하면서 “비등(Boiling)”이나 고르지 않은 수류 또는 세척수 안에 원하지 않는 공기가 들어 있는지 살펴보고, 역세척이 비효율적인 것처럼 보이는

      사각 지점(Dead spots)과 물이 깨끗해지는데 다른 지역보다 세척시간이 오래 걸리는 사각지점이 있는지 여부와 특히 여상의 모서리에서 이 같은 문제가 잘 일어난다.
   - 공기세척의 균일성은 매우 중요하며 건설 단계에서 여과지 안에 여재를 설치하기 전에 관찰하는 것이 중요하고 여재설치 후에는 공기세척이 진행되는 도중에기포의 패턴으로 관찰할 수 있다.​

​출처 : 환경부 정수처리기준 해설서(2013) 내용 발췌 

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