여과지 최적화 운영,유지관리 (Operation,Maintenance)

급속여과시설

여과지 최적화 운영,유지관리 (Operation,Maintenance) 

여과시설의 설치･운영의 경우 광역･지방상수도는 수도법 제17, 18조의 규정에 따른 정수시설을 갖추어야 하며, 다만, 여과시설이 설치되지 아니한 시설의 경우에는 소독에 의한 병원성미생물 제거율을 달성하여야 하고 탁도기준도 준수하여야 한다.

또한 활성탄 및 기타여과공정을 통해 정수처리기준을 만족하고자 하는 경우에는 한국상하수도협회장의 인증을 받아야 한다.
여과공정은 침전지로부터 유출되는 탁도 유발물질 등 미세 Floc을 입상 여과재의 내부 간극에 억류시켜 제거하는 마지막 공정으로, 급속여과 효율에 가장 큰영향을 주는 것은 적절한 응집･침전이고 침전수의 탁도가 낮으면 낮을수록 또는 플록의 양이 적으면 적을수록 여과지속시간이 길어지고 여과수의 탁도도 낮다.

따라서 급속여과의 관리에 있어서는 침전지 유출수의 탁도나 플록의 다소와 크기 등을 계속 측정･관찰하여 그 결과를 약품주입, 응집․침전작업에 반영하고 전처리효과를 높이도록 운영/유지관리 하여야 한다.

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여과공정 최적 운영관리
보통 여과공정은 혼화, 응집, 침전공정의 다음단계로 원수의 현탁 입자, 여과재의 물리･화학적 작용과 수력학적인 운전조건 등 많은 요인이 매우 복잡하게 얽혀있는 현상으로 주요 영향인자들 중 여재입경분포, 여재공극율, 입자의 밀도, 크기, 표면전위, 여과속도, 사층 깊이, 손실수두, 세척방법 등 제반인자들의 상관관계를 비교하여 선행 운전하여야 한다.
① 여과 원리 및 구조 등을 이해하고 수질이상시 즉시 대처 할 수 있는 능력을 보유하여야 하며, 세척효율 등을 현장 점검하여 최적으로 운전하여야 함.
② 지별 여과지에 수충격으로 탁도변화가 가급적 생기지 않도록 운영한다(FRS 운영)
   - 효과적인 여과지 운영관리는 여과지를 자주 start-up, shut-down 하거나 여과속도를 하루에도 몇번씩 올렸다 내렸다 하지 않고 여과지를 원활하고 일정하게

      운영한다는 것을 의미 함.
   - Cleasby, Williamson, and Baumann(1963)는 여과속도 변화가 천천히(10분 이상) 이루어질 때보다 빠를 때 속도증가에 따른 수질악화가 더 크다는 사실을 보여 주는데 100 % 유속 증가가 25 % 유속 증가보다 22.5배 더 많은 물질을 배출한다고 보고 함.
③ 원수 탁도변화에 따라 응집제 주입량을 변화시켜, 쟈 테스트, 조견표, 제타 전위나 유동전류 측정등으로부터 정보를 얻어 전처리공정 최적화를 유도하여야 함.
   - 천연 유기물질(NOM)은 색도와 다른 형태로 나타날 수 있고, 철과 망간은 부영양화 저수지의 심수층에 용존산소가 낮은 조건에서 존재할 수 있으며, 세균들이

     유기물질을 이용하기 때문에 용존산소가 고갈됨으로써 침전된 철과 망간이 가용성 형태로 전환될 수 있다.
④ 운영자는 시간대별 탁도나 입자수의 트렌드를 이용하여 분석하고 불규칙하게 발생하는 피크에 대한 해석능력을 개발하여 최적화로 운영하여야 한다.
   - 트랜드상 피크 발생은 응집제 과대 및 과소투입, 과부하 운전, 순간정전, 여과지 전단 단위공정 작업, 여과속도 변경 등을 검토하고
   - 지별 여과수 탁도관리 목표 위반 시 위반된 여과지 번호, 위반일자, 탁도 등을 기록하고 여과개시 초기탁도가 단위공정 여과지 전체에서 발생하는지 1개 여과지에서 발생하는지 원인을 분석하여 운영방법이나 근본적인 개선방안을 강구하여야 함.

⑤ 동절기 저수온 사이클로텔라 조류가 유출됨에 따라 탁도가 발생할 수 있으므로 여과보조제를 사용하여 탁도누출을 억제한다.
⑥ 역세척 시간대별 발생 탁도 변화, 여과 지속시간의 적정, 역세척 효율을 평가하여 여과수량 대 역세척 수량의 비로 여과효율을 주기적으로 평가한다.
⑦ 염소처리된 역세수는 입상여재 여과지에 미생물 성장을 차단하고 여층을 깨끗하게 유지하나, 잔류소독제를 함유하지 않은 물로 여과하면 여층에서 생물 활성도가 높아 천연유기물질을 제거할 수 있는 장점이 있으며,많은 종속 영양 세균수(HPC)를 보임
⑧ 생물 여과지는 살아있는 미생물(박테리아)이 여층내 여재입자에 부착해서 자라고 성장하므로 여과지에서 세균의 탈리(Sloughing)가 발생할 수 있어, 오존으로

    전처리가 필요하다.
⑨ 입상여재 여과지의 가장 모범적인 운전 방안은 손실수두, 가동시간 또는 여과지 유출수 탁도의 한계에 도달할때까지 여과지를 가동한 다음 여과를 멈추고 역

    세척하는 것이다.
⑩ 영국에서 발행된 전문가그룹 보고서(Badenoch, 1990)는 “급속 여과지를 정지한 후에는 반드시 역세척하고 나서 재가동해야 한다”라고 주장하고 “캘리포니아

    지표수 처리 규칙” (California Surface WaterTreatment Rule)은 여과지를 정지한 다음 재가동시에는 반드시 여과지를 역세척하도록 요구함.
⑪ 탁도파과가 발생하면 입상여재 여과지에서는 가동 초기에 여층의 공극 공간에 저장되었던 오염물질이 플록과 함께 배출되므로 정수시설용량, 여과지 수, 수원

     별 평균 및 최대 탁도 등을 검토하여 예방운전을 하여야 한다.
⑫ 여과지를 오랫동안 정지시켜 놓을 경우 박테리아가 성장할 수 있고 여층 내 물에 용존산소가 고갈될 수 있어 이럴 경우 여층에 포착된 산화철이나 산화된 망간의 누출과 맛･냄새 문제가 생길 수도 있으므로 특히 입상활성탄 여과지를 며칠 동안 정지시키면 질화 박테리아가 여층 내에 자리 잡아서 아질산염(Nitrite)이

    형성될 수도 있다.
⑬ 고액분리를 위한 용존공기부상(DAF)은 조류제거에 탁월한 공정으로 조류는 부유하는 경향이 있어 응집된 입상물질의 제거를 위한 부유는 조류가 움직이는 방향과 같은 방향에서 조류를 제거하는 작용을 하기 때문이다.

 

역세척 방법 : 여과를 계속하게 되면 사층에 mudball-泥狀物質의 퇴적량이 증가하게 되어 사층의 마찰저항(여과저항)이 증대하게 되므로 여과 조절정의 수위가여과지 수위보다도 손실수두만큼 내려가는데 이를 검토하여 역세척(Back washing)시기를 결정하여야 한다. 물만을 사용하는 세척방법은 가장 효과가 낮았으며공기세척과 병용한 비유동화 물세척이 가장 효과가 높았다. 역세척 중 중요한 세척메카니즘은 여재간 충돌로 부착물을 제거하는 것이다.(유동화, 여상 팽창율,

수리학적인 전단력, 여과속도 등)

① 완전 유동화를 이용해서 위로 세척하는 방법
② 표면 세척으로 보완 및 공기 세척에 의해 역세척 보조
③ (공기세척) + (공기세척과 물세척 동시) + (물 세척)
- 아이브스(Ives 1981)는 사용된 역세척수의 양은 여과지 생산량의 1 %가 정상이며, 3 %는 높고, 5%는 과도한 것으로 간주된다고 함
- 물과 공기병용 세척법은 공기세척 후에 물 세척을 하는 것보다 더 효과적인 것으로 판명되었다.
- 공기세척 단계에는 역세척 속도가 매우 낮아야 하며, 최소 유동화 속도의 30∼50%의 역세척수 속도를 설계기준으로 발표했다.
- 클리스비와 록스돈(Cleasby and logsdon(1999)은 여재 손실을 방지하기 위해 수위를 세척수 트라프 상단에서 아래쪽으로 약 15 ㎝ 낮추어 실시했다.

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- 여과지 손상이나 여재 손실을 방지하기 위해 역세척수 유속을 신중하게 제어해야 한다. 지지 자갈(존재할 경우)의 전복이나 하부집수장치 손상을 방지하기 위해 역세척은 최소한 30초에 걸쳐서 서서히 시작해야 한다(Cleasby and logsdon 1999).
- 유동화세척은 물의 점성변화를 감안하여 수온에 따라 계절적으로 세척속도를 변화시키는 것이 바람직하며, 20∼30 % 정도 팽창시키면 충분히 유동화 된다

   (1년에 4번 측정).
- 수온에 따라 유량을 변화시킬 수 있어야 하는데 효과적인 유량제어 기능이 안 될 때는 여상 팽창으로 여재손실이 일어날 수 있다.
- 역세척 직후 초기 15분 이내에 최고 탁도가 나타나야 하며, 이후에 목표 수질에 도달하지 못 할 경우, 역세척 수량 및 수압의 부족, 여과지 운전방법의 부적정  등을 전반적으로 검토해야 한다(정수장 기술진단 매뉴얼).
- 세척 트라프의 위치에 대한 미국의 관행은 0.9 m 이하의 수평 이동거리를 제공하는 것이며, 반면에 유럽의 공기와 물세척 관행은 일반적으로 월류 중에 트라프를   사용하지 않고 4 m의 수평 이동거리를 허용하는 것이다.

 

역세척 시작 : 여과지 가동시간, 유출수 탁도, 손실수두 등과 같은 여러 가지 요인들을 결합해서 역세척 시기를 결정하고, 정속으로 운전되는 여과지는 손실수두때문에 유속이 제한될 때 역세척이 필요하며 감쇄여과에서는 유속이 느리거나 여과지내의 수위가 높을 때 세척이 개시된다.

역세척이 적정치 않아 장기적으로 과도한 오염물 부착이 발생할 경우에는 여과지속시간에 근거해서 여과지를 세척하는 것이 유리한데 이 경우 손실수두에 의한세척빈도 보다 여과지를 더 자주 세척함으로써 여재 청정도를 개선시킬 수 있다.

여과지를 휴지한 후에 역세척을 실시했더라도 재시동하기 전에 중지된 여과지 내에서 박테리아가 생장할 수 있으므로 반드시 역세척을 다시 해야 한다.

역세척 시점은 아래와 같다.

① 여과지 지별 탁도나 입자계수가 허용 목표값을 초과하거나 누출될 경우
② 손실수두가 최대 허용값에 도달했을 때
③ 여과지속 시간이 최대 허용값에 도달했을 때
④ 장시간 여과지 운전정지 후 운전재개 시 및 정수처리시설 운영에 필요시 등

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또한, 여과지 역세척 일정계획은 여과지 성능측면(여과수 수질, 손실수두 및 여과지속시간, 오염도등) 뿐만 아니라 정수처리시설 운영 환경에 의해서도 영향을는데 그 주요 요인들은 아래와 같다.

① 물 수요량과 생산속도, 최종 처리수의 저장량
② 세척수의 가용성과 역세척수의 배출수 저장능력
③ 여과지 수와 세척을 위한 여과지 가동 중지에 따른 영향
④ 다른 여과지들의 손실수두 상태
⑤ 여과지 이후 소독에 대한 영향 등을 검토하여, 생산량을 최적화하고 최종 처리수 수질을 악화시키지 않으면서 역세척 비용을 최소화하기 위해서는 역세척 일정 계획을 계절별로 검토하는 것이 바람직하다.

 

역세척 효과평가 : Kawamura(2000)는 역세척 배출탁도가 10~15 NTU에 달할 때 역세척을 종료하도록 권장하고, Cleasby and logsdon(1999)은 역세척 배출수 탁도가 10 NTU에 달하면 여과지가 충분히 세척된 것이라고 제안했다. 역세척을 중지하는 시기는 운영자의 과거 경험과 역세척 배출수의 투명도에 대한 시각

적인 관찰에 근거하거나 미리 설정된 역세척 시간을 이용한다.
① 여과지 세척 전과 후에 여상의 육안 검사
② 역세척 개시 후 1분 간격으로 역세척된 물의 탁도 측정(탁도추이 분석)
③ 여과지 세척 전, 후에 여상의 코아 시료채취 및 플록 체류분석 실시
④ 여과지 수가 매우 적고 정속여과방식을 가진 정수처리시설에서 최종 손실수두의 10~20 % 밖에 남지 않은 여과지에서 여과속도를 30∼50 % 증가하면 그

    여과지는 탁도 파과가 매우 빠르게 최종 손실수두에 도달하므로(연쇄 반응) 가급적 피하여야 한다.

 

여과지 재성층화 : 이중여재 여과지나 다중여재 여과지를 사용할 경우에 세척 후에 여상을 원 상태로 회복시키는 것으로, 밀도가 낮은 대형 여재(안트라사이트)를

여상의 상부로 복귀시키고 크기가 작고 밀도가 높은 여재(모래)를 아래쪽에 위치하도록 하는 것이다.

예를 들어, 모래와 안트라사이트로 구성된 이중여재에서는 격렬한 유동화 역세척으로 이 두 재료가 서로 섞이게 된다, 물의 상향류를 이용해서 여상을 재성층화

하여 가벼운 안트라사이트를 모래 위쪽으로 이동시키고, 재성층화를 위한 역세시에는 상승속도를 역세척 주기가 끝날 때까지 점진적으로 낮추어 서서히 감소시

키면 효과를 극대화할 수 있다. 결론적으로 역세척이 끝날 때 각 여과재 종류 별로 가장 작은 입자가 그 재료층의 상부에 위치하게 된다.

 

 출처 : 환경부 정수처리기준 해설서(2013) 내용 발췌