강변여과수와 하천수를 이용한 정수처리 설비의 잔류염소 관리에서 최적 염소주입량에 관한 연구

김치성 경남대학교 대학원 2015 국내석사

소독은 바이러스, 세균, 원생동물과 같은 병원성 미생물 등으로부터 감염력을 억제하고 수요자를 질병으로부터 보호하는 것이 목적이다. 정수처리에서 가장 많이 사용되는 소독은 염소에 의한 소독으로 주입위치에 따라 전염소, 중간염소, 후염소로 구분되며, 그 역할도 각각 다르다. 이처럼 염소소독 과정 중 염소쇠퇴가 정수처리와 이송 과정에서 중요한 의미를 가짐에도 불구하고 국내에서는 염소소모량의 추정에 관한 연구가 없어 관 내부의 미생물 성장의 억제와 소독부산물 생성을 효율적으로 관리하기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 강변여과수와 하천수를 취수원으로 하는 정수장에서 원수와 처리수를 취수하여 염소소모 실험을 실시하였으며, 그 결과를 바탕으로 염소모델을 이용하여 상수원의 종류에 따른 최적염소 관리 방안을 모색하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 강변여과수를 취수원으로 하는 “A”정수장의 경우 하천수를 취수원으로 하는 “B”정수장보다 기본적인 수질이 더 좋았으며, 초기에 염소와 우선적으로 반응하는 급속환원물질(FRA)이 많아 초기 염소 소모량이 많고 불규칙 적인 염소소모 양상을 보였다. 그리고 염소모델 적용 결과에 의하면, 염소는 초기에 급속질소환원물질(FRN)과 우선적으로 반응을 하고 급속환원물질(FRA)과 지속적인 급속반응을 보일 것이다. 후기에는 완속질소환원물질(SRN)의 반응성이 작아 완속환원물질(SRA)이 주로 염소와 완속반응을 보일 것이다. “A”정수장은 정수처리 과정중 86% 정도의 염소 반응물을 제거 하였으며, 급속환원물질(FRA)의 제거율은 좋았던 반면 완속환원물질(SRA)의 제거율은 좋지 못하였다. 처리수의 적정 염소주입량은 0.57mg/L 이므로 수도꼭지 잔류염소 기준인 0.1mg/L를 유지하기 위해서 0.67mg/L 정도의 염소를 주입하면 될 것이다. 둘째, 하천수를 취수원으로 하는 “B”정수장의 경우 강변여과수를 취수원으로 하는 “A”정수장에 비해 원수와 처리수 모두 매우 안정적인 염소소모 양상을 보였다. 염소모델 적용 결과 염소는 초기에 급속질소환원물질(FRN)과 우선적으로 반응을 하고 급속환원물질(FRA)이 지속적인 급속반응을 보일 것이다. 후기에는 완속질소환원물질(SRN)의 반응성이 작아 완속환원물질(SRA)이 주로 염소와 완속반응을 보일 것이다. “B”정수장은 정수처리 과정중 67% 정도의 염소반응물을 제거 하였으나 소독부산물을 생성하는 급속환월물질(FRA)와 완속환원물질(SRA)의 제거율이 좋지 못하여 두 반응물질 제거에 노력을 기울여야 할 것이다. 처리수의 적정염소 주입량은 0.7mg/L 이므로 수도꼭지 잔류염소 기준인 0.1mg/L를 유지하기 위해서 0.8mg/L 정도의 염소를 주입하면 될 것이다. The purposes of disinfection are to control the infectivity of such pathogenic microorganism as viruses, germs, and protozoans and protect users from diseases. The most popular type of disinfection in water treatment is chlorination, which is categorized into pre-, intermediate-, and post-chlorination according to the locations of injection and the roles. Although chlorine degradation of the chlorination cycle claims important significance in the water treatment and transmission process, there has been no research on the estimation of chlorine consumption in the nation, which has a difficult time with controlling the growth of microorganisms inside the pipes and efficiently managing the production of disinfection by-products. This study conducted a chlorine consumption experiment by collecting raw and treated water from filtration plants whose raw water sources were riverbank-filtered water and river water and searched for optimal chlorine management plans according to the types of water conservation zones with a chlorine model based on the results. The findings were summarized as follows: First, Filtration Plant "A" whose raw water source was riverbank-filtered water had better basic water quality than Filtration Plan "B" whose raw water source was river water. "A" had more fast reducing agents(FRAs), which preferentially react with chlorine in the early stage, and thus a good amount of early chlorine consumption and showed irregular patterns of chlorine consumption. The application results of the chlorine model indicate that chlorine would preferentially react with fast reducing nitrogen(FRN) and have continuous rapid reactions with FRAs in the early stage. In the late stage, slow reducing agents(SRAs) would have slow reactions with chlorine due to the low reactivity of slow reducing nitrogen(SRN). Filtration Plant "A" removed approximately 86% of chlorine reactants in the water treatment process. While its removal rate of FRAs was good, that of SRAs was not. Since the optimal amount of chlorine dosage for treated water is 0.57mg/L, it is advised that 0.67mg/L of chlorine should be injected to maintain 0.1mg/L, the standard residual chlorine for the faucet. Second, Filtration Plan "B" whose raw water source was river water displayed very stable patterns of chlorine consumption in both raw and treated water compared with Filtration Plant "A" whose raw water source was riverbank-filtered water. The application results of the chlorine model suggest that chlorine preferentially would react with FRN and have continuous rapid reactions with FRAs in the early stage. In the late stage, SRAs would usually have slow reactions with chlorine due to the low reactivity of SRN. "B" removed approximately 67% of chlorine reactants in the water treatment process, but its removal rates of FRAs and SRAs that produced disinfection by-products were not good, which calls for efforts to remove both the reactants. Since the optimal amount of chlorine dosage for treated water is 0.7mg/L, it is advised that 0.8mg/L of chlorine should be injected to maintain 0.1mg/L, the standard residual chlorine for the faucet.

재염소주입에 따른 관망내 잔류염소 및 트리할로메탄의 거동에 관한 연구

이종민 국민대학교 대학원 2005 국내석사

정수처리에서 소독제는 물에서의 병원성 생물을 불활성화하여 수인성 전염병을 막기 위해 사용되고 있다. 일반적으로 정수 처리된 물은 정수장을 나가기 전에 최종 소독단계에서 염소처리 된 후 정수지에 저장된다. 이후 배수지를 거쳐 배급수계통을 통해 가정의 급수관을 거쳐 소비자에 도달한다. 현재까지 정수처리에서 염소소독은 안정적 소독효과와 경제성으로 정수처리의 소독공정에서 가장 보편적으로 적용되고 있다 (Vasconcelos et al., 1996). 또한, 염소는 철, 망간 등을 제거하고, 잔류염소는 관망에서의 미생물 재번식(microbial regrowth)을 제어하기 위한 가장 효과적인 방법으로 인식되고 있다(Kawamura, 2003). 그러나, 최근 트리할로메탄(THMs)으로 대표되는 염소소독부산물의 생성과, 잔류염소가 맛과 냄새에 미치는 영향등으로 인해 염소소독에 대한 보다 엄격한 관리가 요구되고 있다. 배급수계통에서는 미생물의 재번식을 억제하기 위하여 최소한의 잔류염소 농도(국내의 경우 0.2mg/L)를 설정하고 있다. 뿐만 아니라 최근의 상수공급체계는 점차 광역화되고 상호 연계화되고 있어 체류시간의 장기화에 따른 적정 잔류염소의 유지와 소독부산물의 제어라는 두가지 상반된 목표를 달성하기 위하여 과학적인 지식에 근거한 보다 정밀한 설계, 운영이 요구되는 시점에 있다. 잔류염소의 적정유지관리를 위한 정수장 유출수에 대한 탈염소처리(dechlorination)와 배수지나 관망에서의 재염소주입(booster system)은 프랑스 등지에서는 보편적으로 적용되고 있는 기술이다. 국내의 경우 대규모의 광역상수도 시스템을 수십년동안 운영하고 있는바, 광역상수도는 광대한 지역에 상수를 공급하는 특성상 적정잔류염소의 유지와 소독부산물의 관리가 보다 중요한 과제로 대두되고 있다. 따라서 상수도시스템 전반에 걸쳐 적정 잔류염소를 유지하고 소독부산물의 생성을 적절히 제어하기 위한 연구가 시급한 실정이다. 본 연구의 목적은 잔류염소의 농도에 대한 THMs의 거동변화와 재염소 투입 농도와 시점에 따른 THMs의 거동을 파악하고자 하였고, 관망내에서의 잔류염소의 변화 및 재염소 투입에 따라 관말지역까지의 모든 절점에서 잔류염소 농도의 기준치인 0.2mg/L를 만족시키는 방안에 대해 고찰하여 최적관망을 구성하고자 하였다. 본 연구는 정수장에서의 염소투입과 재염소 주입에 따른 잔류염소 농도와 THMs의 거동을 규명함으로써, 광역화되어 가는 상수공급체계에서의 잔류염소 농도와 THMs의 효율적 관리를 위한 기초자료를 제공하고, 관망내에서 최적의 수질을 확보하는데 그 의의가 있다. The object of disinfection is to control microbial growth. In water treatment plants, treated water was disinfected with chlorine at the effluent, and then water was delivered each consumer though distribution system. Chlorine as a disinfectant has many advantages including good inactivation effectiveness power and low price. Besides chlorine also can used to control metals such as iron and manganese. chlorine has longer residual time, thus it can be used to control microbial regrowth in the distribution system. Therefore, chlorine has been widely used at the disinfection process in general. However, chlorine reacts with natural organic matter, and forms, disinfection by-products(DBPs). The taste and odor of chlorine are also needed to control appropriate concentration of chlorine. In distribution system, chlorine residual must be maintained at least 0.2mg/L in Korea. Generally, hydraulic retention tin e ranges from a few hours to several days in distribution system. In this system, it is required that two conflicting problems, maintaining chlorine residual and controlling DBPs are solved scientifically. In French, the dechlorination and the boost system are generally used for the control and the maintaince of chlorine residual. In accordance with the stringent regulations for drinking water, water treatment facilities are forced to be more concerned with maintaining chlorine residual and also controlling trihalomethane formation throughout distribution system. It is important to study about chlorine residual and DBPs all around of water treatment and supply system. The objects of this study are ⅰ) to investigate THMs formation according to the concentration of chlorine residual and rechlorine residual, and ⅱ) to organize the best suitable distribution system by chlorination and rechlorination. This study will offer the information about chlorine residual and THMs formation in the water treatment plants, and help to maintain best water condition in distribution system.

정수 수질에 따른 상수관망에서의 잔류염소 농도 최적 관리 모델

정보배 서울시립대학교 일반대학원 2018 국내석사

Residual chlorine concentrations in tap water must be maintained at least above a certain level so as to control secondary pollution during the distribution/supply process, and the Water Supply and Waterworks Installation Act of Korea prescribes that its concentration must be higher than 0.1 mg/L. In the process determining the chlorine injection concentrations at the water treatment plant and booster stations, it is often considered only the residence time and temperature of water. However, the fact that the residual chlorine decay reaction varies depending on the water qualities and chlorine injection timing is not concerned have. In addition, since the process considering disinfection by-products is not performed, it is necessary to apply optimal methods in light of comprehensive factors for suppling tap water suitable. Accordingly, this research proposed the optimal management model for residual chlorine concentrations that enable the minimization of chlorine injection costs at water treatment plant and booster stations, as well as of disinfection by-products formation in water supply area, according to varying purified water qualities in water distribution system. A comparison was made between water treated by conventional processes and water treated by conventional processes concerning bulk decay constant and the formation concentration of TTHMs (Total Trihalomethanes), a representative group of disinfection by-products. It was statistically verified by one-way ANOVA(Analysis of variance) that there were differences in bulk decay of chlorine caused by differences in water quality factors and water treatment processes. The bulk decay constant of water treated by conventional processes were estimated to be at least 1.08 times, and up to 2.11 times, higher than those of water treated by conventional processes. Likewise, TTHMs formation concentrations in water treated by conventional processes were measured higher. Therefore, it is reasonable to estimate bulk decay constant by water treatment processes considering residence time and temperature of water as well as water qualities. In order to comparatively investigate differences in chlorine bulk reaction according to chlorine injection timing, bulk decay constants at the time of initial chlorine injection were compared with those at the time of rechlorination. Bulk decay constants at the time of initial chlorine injection were estimated to be at least 4.72 times, and up to 6.62 times, higher than those at the time of chlorine re-injection, thus confirming that chlorine bulk reaction is slow at the time of chlorine re-injection. Thus, it was confirmed that bulk decay constant should be estimated according to chlorine injection timing. Based on the results above, prediction models of bulk decay constants and TTHMs formation concentration were developed, for individual water treatment methods, in consideration of water qualities. The coefficient of determination of prediction models of bulk decay constants in this study were higher than 0.8 and of prediction models of TTHMs formation concentration were higher than 0.6. Unlike the prediction models in preceding researches, those developed in this research synthetically consider water treatment processes and chlorine injection timing; and therefore were judged to enable more effective simulation of residual chlorine dynamics according to varying operation conditions in water treatment plant, and also according to the introduction of booster stations. Finally, the optimal management models for residual chlorine concentrations were proposed that enable the minimization of chlorine injection costs at water treatment plant and booster stations, as well as of disinfection by-products formation in water supply area, according to varying water qualities. As a result of applying the optimal management model for the scenarios before and after introduction of advanced treatment process, the introduction of advanced treatment process can reduce total cost of chlorine injection dosing to 24,620 won/d, and total TTHMs formation amount to 0.44 kg/d. However, it was shown that the introduction of advanced treatment process alone could not achieve a 100 % the satisfaction rate of residual chlorine concentrations in adequate levels for all the water supply areas. The introduction of booster stations was shown to be able to achieve a 100 % the satisfaction rate for all the water supply areas, while also further reducing total TTHMs formation amount by 0.12 kg/d. Therefore, the optimal model that minimizes chlorine injection costs at water treatment plant and booster stations, as well as of disinfection by-products formation in water supply area according to the scenarios was derived and the effect of processes was verified. By complementing the limitations of conventional management methods for residual chlorine concentration, this study proposed the optimal management models for residual chlorine concentration considering water qualities. It is considered that the methodology and results of this study could be utilized for setting up management plans for residual chlorine that enables the minimization of chlorine injection cost and disinfection by-products formation according to water qualities. In addition, they are expected to suggest a reasonable direction for water supplier’s decision making about disinfection process operation, thereby contributing to supplying consumers with healthy and tasty water. 수돗물의 잔류염소 농도는 배·급수과정에서 2차 오염을 제어하기 위해 일정 농도 이상 유지해야 하며, 국내 수도법 상에서는 0.1 mg/L 이상을 확보하도록 규정하고 있다. 현재 정수장 및 재염소시설에서의 염소 주입농도 결정 시 상수관망 내에서의 체류시간과 수온만을 고려하는 경우가 많으나, 정수 수질, 염소 주입 시점에 따라 수중의 잔류염소 감소반응이 달라지는 점은 고려되지 않고 있다. 또한 소독부산물을 고려한 염소 주입농도 결정 과정은 이루어지지 않고 있어, 음용하기에 적합하고 안전한 수돗물을 공급하기 위해서는 현재보다 더 다양한 요인을 종합적으로 고려하여 최적의 잔류염소 농도 관리방안을 적용할 필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 상수관망에서의 정수 수질에 따라 정수장 및 재염소시설에서 염소 주입비용과 급수구역의 소독부산물 생성을 최소로 하는 잔류염소 농도 최적 관리 모델을 제안하였다. 표준처리수 및 고도처리수의 잔류염소 수체감소계수와 소독부산물의 대표적 항목인 TTHMs(Total Trihalomethanes) 생성농도를 비교하였다. 정수 수질인자 차이에 기인하여 정수처리방식별 잔류염소 수체감소반응에 차이가 발생함을 일원배치분산분석을 통해 통계적으로 검증하였다. 수온이 동일한 조건에서 고도처리수 대비 표준처리수의 잔류염소 수체감소계수 값을 비교하였을 때 최소 1.08 배, 최대 2.11 배 높게 추정되었다. 마찬가지로 표준처리수의 TTHMs 생성농도가 고도처리수에 비해 높음을 확인하였다. 따라서 정수의 체류시간 및 수온 뿐만 아니라 수질을 고려하여 정수처리방식별 잔류염소 수체감소계수를 추정하는 것이 합리적임을 판단하였다. 염소 주입 시점에 따른 잔류염소 수체감소반응의 차이를 비교하고자 염소 초기 주입 시와 재주입 시 잔류염소 수체감소계수를 비교하였다. 염소 재주입 시 대비 초기 주입 시 잔류염소 수체감소계수 값이 최소 4.72 배, 최대 6.62 배 높게 추정되어 염소 재주입 시 잔류염소 수체감소반응이 느림을 확인하였다. 따라서 잔류염소 수체감소계수를 염소 주입시점에 따라 각각 추정해야 함을 확인하였다. 정수 수질을 고려한 정수처리방식별 잔류염소 수체감소계수, TTHMs 생성농도 예측모델을 6가지 형태로 개발하였다. 개발한 잔류염소 수체감소계수 예측모델의 상관계수는 0.8 이상, TTHMs 생성농도 예측모델은 0.6 이상으로 나타났다. 본 연구에서 개발한 예측모델은 선행연구들의 모델과 다르게 정수처리방식과 염소 주입 시점을 종합적으로 고려한 모델로써, 정수장 운영조건과 재염소시설 도입에 따른 잔류염소 거동을 더욱 합리적으로 모의할 수 있을 것으로 판단된다. 최종적으로 정수 수질에 따른 정수장 및 재염소시설에서 염소 주입비용과 급수구역의 소독부산물 생성을 최소로 하는 잔류염소 농도 최적 관리 모델을 제안하였다. 고도처리공정 및 재염소시설 도입 전·후의 시나리오에 대한 최적 관리 모델을 적용한 결과, 고도처리공정 도입에 따라 총 염소 주입비용은 24,620 원/d, 총 TTHMs 생성량은 0.44 kg/d 로 감소함을 확인하였다. 다만 고도처리공정 도입만으로는 모든 급수구역의 잔류염소 만족율을 100 % 달성하지 못함을 확인하였다. 따라서 재염소시설의 도입으로 잔류염소 만족율을 100 % 달성할 수 있으며, 총 TTHMs 생성량도 0.12 kg/d 만큼 더 감소할 수 있음을 확인하였다. 따라서 고도처리방식과 재염소시설 도입 시의 염소 주입비용과 소독부산물 생성을 최소로 하는 최적 관리 모델이 도출되었고, 도입효과를 검증하였다. 본 연구에서는 기존 잔류염소 농도 관리방법의 한계점을 보완하여 정수 수질에 따른 잔류염소 농도 최적 관리 모델을 제안하였다. 본 연구의 방법론 및 결과들은 정수 수질에 따라 염소 주입비용과 소독부산물 생성을 최소화하는 잔류염소 농도 관리 계획 수립 시 활용될 수 있을 것이라고 판단된다. 더 나아가 수도사업자의 소독공정 운영에 대한 의사결정 시 합리적인 방향을 제시하며, 소비자에게 건강하고 맛있는 수돗물을 공급하는 데에 기여할 수 있을 것이라고 기대된다.

下水處理水의 鹽素消毒에 의한 大腸菌群 및 殘留鹽素 豫測 모델에 관한 硏究

백영석 국민대학교 대학원 2005 국내박사

도시 인구의 증가와 상수도 보급율이 높아짐에 따라 하수의 발생량도 급증하고 있다. 하수는 특성상 인체에 질병을 일으키는 각종 병원균이 존재할 수 있으며, 특히 국내 대부분의 하수처리장이 생활하수를 분뇨와 함께 연계하여 처리함에 따라 방류수에 존재하는 병원성균은 더욱 중요한 이슈가 되고 있다. 그러나 활성슬러지공정이 대부분인 국내 처리장은 최근까지 소독을 실시하는 곳이 많지 않으며, 이로 인해 상수원수, 오락용수, 어폐류 양식용수 등의 병원성균에 의한 오염이 우려되고 있다. 공공수역으로 방류되는 처리수중의 대장균군을 소독하기 위해 미국, 일본 등에서는 염소소독이 주류를 이루고 있어 하수의 염소소독에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다. 특히 염소소독과정에서 염소소모에 대하여 수질환경적인 인자들에 대한 예측모델식이 제안되어 왔는데 McClellan 등(1999)은 pH, 수온, 염소주입농도, 초기 NOM의 농도의 영향에 대한 모델식을 제안하였고, Duirk 등(2002)은 모노클로라민의 소멸에 대하여 휴믹물질의 존재하에서 DBP 생성과 모노클로라민 잔류를 예측하기 위한 모델을 입증하였으며, Dugan 등(1995)은 배수시스템에서 염소잔류농도를 예측하기 위해 수리적인 모델을 사용하여 TOC와 초기 염소주입농도에 대한 염소 소모율을 모델식으로 작성하였다. 우리나라에서는 아직까지 하수 소독에 대한 실적이 많지 않고 소독 방법에 대하여도 최적 시스템 결정에 논란이 많은 실정이다. 특히 하수처리장 운영 기술자들은 하수의 염소소독에 의한 소독부산물 생성과 적정 주입량 산정 방법 및 잔류염소의 방류지에서의 영향에 대하여 관심이 많으나, 적절한 판단 기준이 없어 염소 소독시 최적 염소 주입량 결정이 어렵고, 소독부산물질, 잔류염소농도 등을 관리하기가 어려운 실정이다. 이에 따라 이 연구에서는 하수의 염소소독을 최적 조건으로 운전하기 위해 소독 대상 방류수의 수질특성 자료를 활용하여 운전조건 결정 프로그램 개발을 목적으로 하였다. 이를 위해 염소소독을 하지 않은 하수종말처리장 방류수를 채취하여 수질에 따른 대장균군 농도 변화, 염소 주입농도와 소독력과의 관계 및 수질 영향, 염소 잔류염소와 수질과의 관계 등을 규명하고 회귀 모델식을 작성하였으며, basic 언어를 이용하여 전산프로그램을 작성하였다. 기존의 연구 결과들로 볼 때 수질 인자에 의한 대장균군수와 염소소모는 깊은 상관관계가 있을 것으로 판단되며, 이 연구에서 설정한 가설에 의한 연구 목적을 달성하기 위해 2003년 4월부터 2005년 4월까지 총 5곳의 하수종말처리장 방류수를 채취하여 대장균군수, COD_(Mn) 등 13개 항목의 수질을 분석하였으며 휴믹물질의 영향을 알아보기 위해 XAD fractionation을 실시하였다. 연구 수행 결과 하수방류수중 대장균군수에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 COD로써 상관계수(R)가 0.7로 나타나 하수의 처리효율이 대장균군수에 영향을 주게 된다는 것을 알 수 있었다. 또한 회귀모델은 12개 수질인자중 수온, COD, NO_(2)-N, Cl^(-), Mn 등의 독립변수가 선정되었으며, 지수형태의 식으로 구성될 경우 결정계수(R^(2))가 0.82로 실측값과의 ±50%의 범위에 포함되는 비율이 63%에 달하여 처리수중 대장균군수 예측에 좋은 결과를 나타내었다. 예측식에 도입하는 인자중에 Cl^(-), Mn, HO_(2)-N의 민감도는 낮고 수온, COD_(Mn)의 민감도는 상대적으로 큰 값을 나타내어 Cl^(-), Mn, NO_(2)-N는 고정값으로 설정하고 수온과 COD_(Mn) 측정만으로 처리수중 대장균군수를 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 하수의 염소 소독에 의한 염소 감소율과 영향인자 및 회귀식을 도출한 결과에서는 시간경과에 따른 염소 감소율은 주입하는 염소 농도가 높을수록 감소율도 크게 나타났다. 염소 감소율에 영향을 미치는 수질인자는 처리장별로 각각 다르게 나타났는데 주입염소농도가 -0.7, -0.8의 상관계수(R)를 보였고, S 하수종말처리장은 NH_(3)-N와 대장균군수, C 하수종말처리장은 UV_(254)와 Fe 농도가 약 0.5의 R값을 나타내어 특정 오염물질에 의한 염소 감소 영향은 보이지 않았다. 초기 염소 주입 농도의 시간 경과에 따른 감소 비율을 알아본 결과 초기 염소 주입 농도가 높을수록 감소비율은 낮게 나타났다. 이 결과로 볼 때 하수처리수중에 초기에 주입되는 염소가 고농도일수록 감소 비율이 낮아 안정되게 존재하는 것으로 판단된다. 수질 특성에 따라 염소 감소가 다르게 나타났으며, 하수처리장 수질별로 이에 관여하는 수질인자도 상호 차이가 있었으나 상관성이 높은 수질인자는 없었다. 이는 하수의 경우 수많은 유·무기물이 함유되어 있어 특정 인자와의 반응이 큰 영향을 미치지 않기 때문으로 판단된다. 염소에 의한 대장균군 소독효과와 관련 수질인자에 관련 연구 결과 대장균군 사멸에는 초기 염소주입농도와의 상관계수(R)가 -0.75로 가장 높고, 소독후 총잔류염소 농도와는 -0.61의 상관계수를 나타내었다. 또한 수중에 SS, COD, NH_(3)-N농도가 높으면, 소독효율이 상대적으로 감소하는 관계를 나타내어 염소 소독전 하수의 수질화학적인 특성이 대장균군 사멸율에 영향을 미치게 되는 것으로 판단된다. 대장균군 소독 회귀식에는 잔류염소농도(C_(15)), COD, pH가 독립변수로 선택되었으며, 예측율은 82%로 나타나 염소소독후 대장균군수 예측에 적절한 것으로 판단된다. 수질조건의 변화와 유기물질에 따른 잔류염소 소멸과 대장균군 사멸 영향을 실험하였으며, 대장균군 농도는 염소주입농도 변화에 따라 지수형태로 감소하였고, 염소 잔류 농도는 직선형의 1차식으로 증가하였다. 동일한 염소 주입 농도와 일정 수온에서 pH 변화가 잔류염소와 대장균군 사멸에 어떤 영향을 주는지 알아본 결과 대장균군 농도는 pH가 감소함에 따라 2차식으로 감소하였고, 잔류염소는 1차식으로 감소하여 하수가 산성일수록 소독효율이 높아지는 것으로 판단된다. 수온이 증가하면 대장균군 사멸은 자연로그 형태로 감소하였으며 잔류염소는 1차식으로 감소하였다 즉, 수온이 높을수록 대장균군 사멸효과는 커지며, 그 형태는 자연로그 형태를 갖는 것으로 나타났다. 증류수 실험에서 아질산성질소의 농도가 높은 경우 염소는 매우 짧은 시간내에 환원되었으나, 실제 하수에서는 아질산성질소의 영향은 암모니아성질소가 거의 없는 고도처리수를 제외하고 염소소모와 살균력에는 영향이 없는 것으로 판단된다. 하수의 염소 소독시 소독부산물의 발생 농도와 염소 소모 특성을 알아보기 위해 주입 염소농도별로 THMs를 분석한 결과 THMs은 10㎍/L 이하로 극미량의 농도를 나타내었으며, THMs 구성물질중의 대부분은 클로로포름이었다. 시간 경과에 따른 THMs 발생 농도를 파악한 결과 접촉시간이 증가하더라도 더 이상 THMs 농도가 증가하지는 않는 것으로 나타났는데 이 실험에서 주입염소농도가 1mg/L로 저농도이고 암모니아성 질소 농도가 높아 반응 초기 유리잔류염소와 전구물질의 반응이 완료되었기 때문으로 판단된다. THMs 이외의 소독부산물질로 Chloral hydrate는 검출되지 않았으며 할로초산류(HAAs) 항목은 극미량이 검출되었다. 또한 겨울철로 갈수록 농도는 증가하는 것으로 나타났는데 이는 수온 저하에 의한 침전성 및 처리 효율 악화로 하수원수중 HAAs가 제거되지 않고 잔류하였기 때문으로 판단된다. 유기물 중 친수성/소수성/전이성 유기물의 비율을 파악하기 위하여 XAD fractionation을 수행한 결과, 친수성 DOC는 50~52%, 소수성 DOC는 30~34%, 전이성 DOC는 16~18%를 나타내었으며, 처리장별, 계절별로 거의 차이를 나타내지 않았다. 각 처리장별, 계절별 DOC와 SUVA의 값에 따른 잔류염소 소모 특성을 파악한 결과 DOC 농도 증가로 인한 잔류염소 소모량과의 상관계수는 -0.51~-0.94로 처리장에 따라 차이가 있었으며, 평균 -0.57의 상관계수를 나타내었다. 또한 UV_(254)와는 0.54의 상관계수 나타내었고, SUVA와는 0.82로 가장 높은 상관성을 보였다. 방류지에서 염소 농도를 예측하기 위해 현장 조사를 실시하였으며, AQUASEA 모델을 운영하여 염소잔류농도를 예측하였다. 또한 염소감소율(k)을 산정하여 예측식으로써 적절성을 검토하였다. 방류지에서 잔류염소는 방류지점에서 크게 감소하였고, 저농도에서 급속히 감소하였다. 잔류염소농도가 검출되지 않는 지점은 0.5mg/L의 염소가 주입된 경우 100m 하류, 1.0mg/L일 때에는 1,000m 하류였으며, 2.0mg/L가 주입된 경우에는 1,000m 이하에서도 잔류염소가 검출되었다. AQUASEA 모델을 운영한 결과 방류된 하수의 하천과 혼합, 지천과의 혼합으로 인한 염소농도 변화를 예측할 수 있었으나 방류지점에서 급격한 염소소모로 실측값과의 차이를 보였다. 하천에서 염소잔류농도를 예측하기 위해 감소율(k)을 계산한 결과 실내 실험 결과보다 훨씬 높은 감소율을 나타내었으며, 주입한 염소농도가 낮을수록 감소율은 크게 나타났고 주입 염소농도가 높을수록 감소율은 낮았다. 감소율(k)을 이용한 C_(t) = C_(o)e^(-kt) 을 이용할 경우 실측값과 R^(2)는 0.99로 좋은 예측율을 나타내었다. 이상의 연구에서 도출된 각 예측 모델식을 이용하여 Visual Basic 프로그램으로 '염소소독 예측 프로그램'을 작성하였다. 이 프로그램에서는 방류수의 수질을 분석하여 대장균군수를 예측하고 염소 주입율에 따른 소독력을 예측하여 최적 염소주입농도를 결정할 수 있도록 하였으며, 이때 방류지에서 잔류염소를 예측하여 염소에 민감한 수중 생태계의 영향을 검토할 수 있도록 구성하였다. 이 프로그램에 3개 처리장의 평균 수질 자료를 입력하여 실행한 결과 대장균군수는 S 처리장은 3,149/mL, A 처리장은 12,789/mL, C 처리장은 2,808/mL를 나타내어 각 처리장의 평균 수질로 볼 때 A 처리장은 대장균군수가 높은 값을 나타낼 수 있는 수질이며, S 처리장과 C 처리장은 법정 기준 값인 3,000mg/L 전후의 값을 보여 법정 기준을 만족하기 위해서는 상시적인 염소소독이 요구되었다. 또한 각 처리장의 처리수중의 대장균군수에 대한 염소주입농도별 소독후 잔류 대장균군수를 예측한 결과 처리수중 대장균군수와 COD가 높은 A 처리장의 경우 법정 기준을 만족하기 위해서는 0.82mg/L의 염소 주입이 필요하였으며, 그 외 S 처리장과 C 처리장은 0.22mg/L의 염소농도가 필요한 것으로 나타났다. 그러나 소독전 대장균군수의 예측율의 오차에 의한 변화를 고려하여 최적 주입율을 결정한다면, A 처리수는 1mg/L, S와 C 처리장은 0.5mg/L가 적절할 것으로 판단된다. 위와 같이 이 연구에서 도출한 수질영향 인자과 회귀 모델식을 이용하여 작성한 염소소독 예측 프로그램은 단일 처리장에 대한 예측 모델식을 작성할 수 있는 근거 자료로써 활용가치가 높을 것으로 판단된다. 향후 이 연구결과에서 예측 인자로써 선택된 수질인자들(독립변수)이 예측인자(종속변수)들과 어떤 관계를 갖는지에 대하여 추가적인 실험적, 이론적인 연구가 요구되며, 방류지에서 초기에 급격한 염소 소모 현상에 대한 연구 및 방류지 구조물을 이용한 물리적 탈염 방법 연구 등 향후 추가 연구가 요구된다. Untreated domestic wastewater on rivers and reservoirs would impact severe health and safety problems. The pathogenic microorganisms of concern include enteric bacteria, virus, and protozoan cysts. Disinfection is one of the primary tool for the inactivation and/or destruction of pathogenic organisms in wastewater treatment. Because of the potential presence of multitudes of pathogenic organisms in wastewater, routine monitoring for all types of organisms would be considerably expensive. Therefore, total coliform and fecal coliform are widely used as indicators for the presence and the amount of pathogenic organisms in wastewater treatment. While chlorination of wastewater effluent is practiced in many parts of world, chlorine disinfection has also disadvantages. Numerous toxicity studies have shown adverse effects of chlorination. Any discharge of chlorinated effluent into a receiving water body may involve some release of chlorine residuals and chlorination by-products Traditionally, wastewater disinfection research has investigated kinetics and efficiency of bacteriocidal mechanisms with regards to disinfectant form, applied dose, environmental conditions and targeted bacterial species. Since the preservation of environment is now increasingly required in cities, technologies have been taken to improve the water environment. Treated sewage is used as a source of maintenance water in cities having lack of sufficient water resources. The purposes of this research is to develop the predictive model of total coliform concentration in wastewater effluents, efficient chlorine dose concentration, total coliform die-off efficient, and total residual chlorine both in effluent point and in receiving stream after chlorination. The research is conducted with three steps; ⅰ) sampling and water quality analysis of five different wastewater effluents during 2 years (Apr. 2003-Apr. 2005). ⅱ) performing regression analysis of total coliform concentration in effluents, residual chlorine concentration and total coliform inactivation after chlorination using the results of water quality analysis, and ⅲ) building the computer program of developed model using Visual Basic program The results of this research are ⅰ) the most important parameter effecting the total coliform concentration in effluent is COD_(Mn) with 0.7 correlation (R), and temperature, COD_(Mn), nitrite, chlorine, manganese are selected for the parameters of estimating total coliform concentration, ⅱ) total residual chlorine concentration after chlorination is predicted 85% of measured values using independent parameters such as initial chlorine dose concentration, pH, UV_(254), total coliform, ⅲ) the inactivation efficiency is estimated 82% using independent parameters such as total residual chlorine at the 15 minute contact time, COD_(Mn) and pH, ⅳ) the concentration of humic material does not affect the consumption of chlorine because of combined chlorine, and ⅴ) the residual chlorine concentration in receiving stream is efficiently estimated by using chlorine decay rates (k). By applying these regression models, chlorination prediction program is developed with basic program to estimate total coliform concentration in sewage effluent, total coliform inactivation efficiency, and residual chlorines concentration by chlorination. It will be valuable tool for operators concerned in chlorination of wastewater effluent to conveniently control chlorination process. The further exploration are recommended on the kinetic mechanism research through bench scale experiment as such ; ⅰ)the relationship between water quality parameters and total coliform concentration in sewage effluent, ⅱ) the effect of different wastewater treatment processes on total coliform inactivation and residual chlorines concentration in chlorination.

上水管路內 鹽素 재주입점 選定과 殘留鹽素 농도 變化 豫測

김태경 전남대학교 대학원 2002 국내석사

오늘날은 급속한 도시화, 공업화로 인하여 경제사회의 발달과 함께 인구의 도시 집중 현상과 산업 활동이 증가하게 되면서 물 소비량은 끊임없이 증가되고 있으며, 국민의 소득수준 향상과 생활패턴의 다양화는 단순하게 정수된 물을 공급받는다는 개념에서 맛과 냄새 등의 문제들까지 해결된 양호한 상수 수질을 요구하고 있다. 음용수의 수질에 대한 국민들의 관심이 고조되면서 보다 더 질 좋은 상수의 공급을 원하게 됨으로서 상수도 시설물의 관리뿐만 아니라 위생적이고 안전한 상수를 유지하면서 증가하는 수요량에 맞게 원활한 공급이 이루어지도록 해야 한다. 그러나 우리나라 다수의 대도시들은 도시가 형성되고 성장함에 따라 급수구역의 범위가 확대되고 상수도 시설이 증가하면서 복잡한 배수시설을 가지게 되어 상수도 시설을 효율적으로 유지 및 관리하기가 매우 어렵게 되므로 운영관리상 많은 문제점을 야기하고 있다. 또한, 상수도 시설은 대부분이 지하에 매설되어 있어 관 상태의 정확한 파악이 어렵고 매설환경이나 관내의 유수 조건 등의 기타 여러 가지의 요건을 필요로 하고 있기 때문에 효율적인 상수 공급시스템의 운영은 결코 쉽지 않은 것이 사실이다. 한편, 관로내에서 발생하는 수질변화로서 관의 교차연결이나 누수에 의한 오염, 체류시간이 길어지면서 잔류염소 농도의 결핍으로 인한 미생물의 재성장과 활성회복, 탁도의 증가, 관 부식에 의한 오염, 관내 물질의 용출, 수처리제 부산물인 THMs의 생성 등은 관로내의 수질저하의 큰 원인으로 작용하고 있다. 그러므로, 본 논문에서는 관로내에서의 수질변화의 중요성을 인식하여 보다 더 효율적이고 위생적으로 안전한 상수 공급을 위하여 관로내에서 미생물의 재성장과 활성회복 등의 가능성을 최소화하기 위해 배수 관망내에서 EPANET 모형을 이용하여 잔류염소의 거동과 농도변화에 대하여 실측치와 시간적, 공간적 분포를 비교 분석하였다. EPANET 모형을 이용하여 상수관망 내에서의 수리 및 수질 변화를 분석하여 잔류염소 농도를 모의한 결과 대상지역인 광주광역시의 평균잔류염소 농도는 0.39㎎/ℓ로 예측되었으며, 실측치와 예측치의 잔류염소 농도 절대평균 오차율 9.60%로 나타났다. 대상지역의 잔류염소 농도는 음용수 수질 기준치인 0.2㎎/ℓ 이상으로 나타나 수질 기준에 적합한 것으로 나타났으며, 정수장으로부터 먼 지역에 위치할수록, 체류시간이 클수록, 물 소비량이 적을수록, 유속이 느릴수록 잔류염소의 농도가 낮게 나타나는 경향을 나타냈다. 또한, 계절적 변화로 인한 잔류염소 농도는 여름철이 0.34㎎/ℓ, 겨울철이 0.42㎎/ℓ로 겨울철이 여름철 보다 더 높은 농도 분포를 나타냈다. 한편, 정수장과 상대적으로 멀리 떨어져 있는 관로의 말단부의 잔류염소 농도는 수질 기준치에 상당히 근접하고 있어 수질 안전상의 우려가 발생할 가능성이 예측되는 지역이 나타났으므로 간접 급수방식을 이용하여 배수지에 염소 주입을 실시하였을 때 잔류염소 농도를 모의하였다. 그 결과, 배수지 8개소의 잔류염소 농도를 0.5㎎/ℓ 정도 유지시켜 주면 직접 급수방식으로 잔류염소 농도를 유지시켰을 때와 거의 같은 잔류염소 농도 분포를 나타냈으며, 배수지 8개소에 1.0㎎/ℓ 정도의 잔류염소 농도를 유지시켜 주면 관로의 말단부까지 음용수 수질 기준에 모두 적합하고 상당히 향상된 수질의 잔류염소농도를 나타내고 있다. Water service is the public facilities which continuously serve a life, public and production activity with clean water through water pipelines in a proper hydraulic pressure. It supplies the high-qualitied drinking water for a sanitary environment, industrial facilities and fire-fighting. As the industry develops, the economy grows and population increases, the need of water rises highly. Because of rapid urbanization, water service institution's scale and scope are enlarging. As people also wants drinking water in better quality according to the increase of income, it is needed the management of waterworks, the maintenance of clean water and the supply enough water for people. But as many big cities in country are formed, the areas of water supply are enlarged and waterworks facilities are complex and increases. So it is very difficult to maintain and control the facilities efficiently and many problems are occurred. Especially, most of the water-pipes are buried under the ground. So we can't understand the pipes condition well. As the data about an environment of laying and a condition of flowing-water is also necessary, the operation of the waterworks-supply system isn't easy. In addition, there are other problems: the contamination of intersecting connections happened inside the pipes; the microorganism's regrowth caused by the shortage of remaining chlorine for the lengthened-length of shay; the decrease of purity; the contamination caused by pipes corrosion; the eruption of pipes material; the creation of THMs, a by-product of water-treatment medicine. Those show us that we have only concentrated on the treatment of a clean-water service. To minimize the microorganism's regrowth and activity more efficiently and supply sanitary water, therefore, this thesis compares and analyzes the remaining chlorine's concentration change and behavior in time and spatial distribution through the EPANET model within the pipelines. Using the EPANET model this analyzes the water condition's change within the pipelines and the remaining chlorine concentration and compares this with a target region, Kwangju sample's concentration. As a result of comparing, the average error rate is 9.60% and the maximum error rate is 54.17%. Target regions remaining chlorine concentration is all above 0.2㎎/ℓ, a base line. As it is far from the source of water supply, the length of stay is lengthened and the amount of consumption is smaller, the remaining chlorine concentration becomes lower. And because of the change of season, the concentration in winter is higher than summer(Remaining chlorine concentration of summer is 0.34㎎/ℓ and winter is 0.42㎎/ℓ). As the speed of a running fluid is faster, the concentration becomes higher. Otherwise, as far from the source of water supply, it is possible to happen of water quality problems. Therefore, the result from analysis of the forecasting, when it chose indirect water distribution pipe network, the concentration becomes higher(Concentration of the direct water distribution pipe network is 0.39㎎/ℓ, Concentration of the indirect water distribution pipe network is 0.64㎎/ℓ).

수온변화에 따른 잔류염소농도 감소계수에 관한 연구

崔在先 단국대학교 2001 국내석사

수돗물의 잔류염소는 저수조와 급 ·배수관의 재질 및 접촉면적, 햇빛, 휘산, 미생물 등과의 반응에 의해서 소모되고, 그 농도가 시간에 따라 감소된다. 특히, 계절별 수온의 변화에 따라 잔류염소가 크게 변화하게 된다. 배수지내에서의 감소요인으로는 물 자체 내에서의 감소, 물이 접촉하는 지내 벽면에서의 감소와 휘산에서의 감소를 들 수 있으나 지내 벽면에서의 감소는 물의 용량이 접촉 면적보다 매우 크므로 잔류염소 감소에 있어서 그 비중은 크게 중요시되지 않는다. 이에 비하여 대기와 접촉하는 수면에서의 대기중으로 날아가 버리는 휘산량이 감소요인에 더 큰 비중을 차지하게 된다. 본 연구에서는 수온의 변화를 두고 수표면적과 물용적비(A/V m²/m³)를 변화하여 그에 따른 휘산이 잔류염소 농도 감소에 얼마나 많은 영향을 미치는지 알아보기 위하여 실험을 실시하였고 이에 따른 결과를 회귀분석하여 수온의 변화에 있어서의 휘산에 따른 잔류염소농도 감소계수 추정식을 제시하였다. 실험결과를 회귀분석하여 수표면적과 물용적비가 2.1535∼5.0720m²/m³일때, 휘산에 의한 잔류염소농도 감소계수의 추정식을 구한 결과 K=0.004208 ·(A/V) + 0.0003121 ·(T) - 0.0135로 나타났다. The residual chlorine can be decreased by the wall and floor of the reservoir, pipe materials, microbiological activity and volatilization. In particular, the residual chlorine can be varied greatly according to variation of water temperature seasonally. Since the volume of water in a water reservoir is normally large, the effect of residual chlorine decay on the wall and floor of the reservoir is not significant. Thus, residual chlorine in a water reservoir can be decreased by the volatilization of free surface rather than by wall and floor effects. In this study, residual chlorine decay experiments were conducted and the amount of the volatilization at the free surface area to water volume ratio and the decay rate by volatilization were analyzed. The free surface area to water volume ratio was varied from 2.1535∼5.0720㎡/㎥ in this study. The residual chlorine decay rate of volatilization according to the free surface area to water volume ratio was K = 0.004208 ·(A/V) + 0.0003121 ·(T) - 0.0135.

상수도시설의 잔류염소 연속측정기 성능평가에 관한 연구

정연구 서울시립대학교 2005 국내석사

배수관망내의 역사이폰 작용이나 교차연결에 의하여 발생할 수 있는 세균의 오염을 안전하게 방지하고 수인성 질병예방을 위하여 수돗물에 대한 염소소독이 널리 사용되어 왔다. 또한 경제적으로나 기술적으로 정기적인 수질검사를 하는 것이 어려운 바이러스나 지아디아 등 병원성 미생물에 대한 안전성 확보를 위하여 연속 측정장치에 의한 잔류염소 측정이 의무화되었으나 각 정수장별로 설치된 잔류염소 수질자동측정기는 제작회사와 기계 종류별로 성능이 각각 다르고 특히 최근센서기술의 발달, 유지관리의 편리성, 저렴한 가격, 2차 수질오염방지 등의 이유로 무시약식 잔류염소측정기가 널리 개발되어 사용되고 있으나 일반적인 잔류염소 측정법인 DPD법과는 측정원리가 상이하고 측정시 방해물질의 존재로 비교 측정시 오차가 발생하여 측정값에 대한 신뢰도 확보가 어렵고 현장에서 잔류염소 관리에도 어려움이 많아 수질관리의 효율성 제고를 위하여 정확한 측정이 필요하다. 따라서 본 연구는 수질관리를 위하여 사용되고 있는 잔류염소자동측정기에 대한 성능평가를 위하여 정수장에서 사용하고 있는 시약식 1종, 무시약식 4종을 대상으로 결합잔류염소, 수소이온농도등 유리잔류염소 연속측정기 측정시 영향을 조사·성능평가한 결과 아래와 같은 결론을 얻었다 유리잔류염소 측정시 영향을 주는 요인은 결합잔류염소, 수소이온농도 등 이었으며 결합잔류염소가 측정에 더 큰 방해 요인이었다. 유리잔류염소 연속 측정시 수소이온농도 변화에 시약식인 DPD법이 가장 안정적 이었으며, 자체 보정프로그램이 내장된 무시약식 측정기의 경우 큰 영향을 받지 않았으나 보정기능이 없는 무시약식 측정기는 크게 영향을 받았다. 정상적인 염소처리를 한 경우 유리잔류염소의 농도는 모든 측정기에서 측정 값이 유사하였으나 결합잔류염소가 많이 포함된 비정상적인 염소처리수에서는 측정기별로 측정값의 차이가 많아 결합잔류염소의 영향을 받는 것으로 나타났다. 정수장에서 공정제어를 위하여 사용되는 잔류염소 연속측정기 선정시에는 pH나 결합잔류염소 등에 대한 영향을 사전 검토할 필요가 있다고 판단된다. Chlorination of portable water has been widely used to prevent bacteria pollution or waterborne diseases caused by reverse siphon or cross pipe connection in pipe networks. To ensure the safety against the pathogenic microbes such as virus and giardia, since the difficulty of periodic inspection due to economical or technical reasons, the residual chlrorine test has been required continuous measurement device instead. The use of on-line chlorine sensors, however, revealed limitations due to the significant performance variations among manufacturers machine types. Recently the on-line chlorine sensors for the water supply facilities have been widely used because of the development of sensor technology, easy and lower cost of operation, easy management and no discharge of reagent. In spite of the necessity of accurate measurement for the effective water quality management, however, these sensors have a little practical problems. The reliance of those have been failed sometimes because of the existence of disturbing materials and the difference of principle with DPD. The purpose of the study is to evaluate the 5 sensors, being used in water supply facilities in Seoul at the moment. For this research, one reagent sensor and 4 no reagent sensors were used to get variouse effect of combined chlorine and pH to free chlorine, and main conclusions as follows. The on-line free chlorine sensors are affected by combined chlorine and pH. Especially combined chlorine is more affective than pH. DPD is the most stable technique to measure chlorine continuously free related with the change of PH. No reagent sensors with pH calibration funtion were not affected by PH, but those without pH calibration funtion were seriously effected. Sufficient chlorination shows similar free chlorine concenturation in all the sensors, but insufficient chlorination with much combined chlorine shows different result according to the sensors which means the effect of combined chlorine. Finally, when the on-line chlorine sensors have to be evaluated to choose a suitable sensor in the water supply facilities, pH and combined chlorine are to be considerd previously.

EPANET 模型을 이용한 上水管路內 殘留鹽素 농도 變化에 관한 硏究 : 광주광역시 두암동을 중심으로

채용석 전남대학교 산업대학원 2001 국내석사

상수도는 생활·공공·생산활동에 필요한 맑은 물을 적절한 수압으로 관로를 통하여 연속적으로 공급하는 공공 시설로서 위생적인 생활환경 조성을 위한 양질의 음용수를 공급하고 산업시설에서 요구되는 수질의 용수를 적절히 공급하며 화재에 대비한 소화작용에 큰 목적을 두고 있다. 산업의 발달, 경제성장 그리고 인구의 증가로 인해 상수의 수요는 크게 증가되고 있으며, 급속한 도시화로 상수도 시설물의 규모와 범위가 확대되고 있는 실정이다. 또한, 국민은 소득수준이 향상되면서 보다 질 좋은 상수의 공급을 원하게 됨으로써 상수도 시설물의 관리뿐만 아니라 음용수의 좋은 수질을 유지하면서 증가하는 수요량에 맞게 원활한 공급이 이루어지도록 해야 한다. 그러나 우리나라의 많은 대도시들은 도시가 형성되고 성장함에 따라 급수구역의 범위가 확대되고 상수도 시설이 증가하면서 복잡한 배수시설을 가지게 되어 상수도 시설을 효율적으로 유지 및 관리하기가 매우 어렵게 되므로 운영관리상 많은 문제점이 발생하게 된다. 특히, 상수도 시설은 대부분이 지하에 매설되어 있어 관 상태의 정확한 파악이 어렵고 매설환경이나 관내의 유수 조건 등의 기타 여러 가지의 요건을 필요로 하고 있기 때문에 효율적인 상수 공급시스템의 운영은 결코 쉽지 않다. 한편, 관로내에서 발생하는 수질변화로서 관의 교차연결이나 누수에 의한 오염, 체류시간이 길어지면서 잔류염소 농도의 결핍으로 인한 미생물의 재성장과 활성회복, 탁도의 증가, 관 부식에 의한 오염, 관내 물질의 용출, 수처리제 부산물인 THMs의 생성 등은 현재까지의 정수장에서의 처리공정 개선에만 치중하여 연구하던 우리의 빈약한 실정에 시사하는 바가 크다. 그러므로, 본 논문에서는 관로내에서의 수질변화의 중요성을 인식하여 보다 효율적이고 위생적으로 안전한 상수 공급을 위하여 관로내에서 미생물의 재성장과 활성 회복 등의 가능성을 최소화하기 위해 배수 관망내에서 EPANET 모형을 이용하여 잔류염소의 거동과 농도변화에 대하여 실측치와 시간적, 공간적 분포를 비교·분석하였다. EPANET 모형을 이용하여 상수관망 내에서의 수질 및 수리 변화를 분석하여 잔류염소 농도를 모의한 결과 대상지역인 광주광역시 북구 두암동에서 채취한 시료의 잔류염소 농도와 비교 검증해 본 결과 실측치와 예측치의 평균 오차율은 5.41%이고 최대오차율은 11.76%로 나타나 비교적 잘 맞는 모형으로 입증되었으며, 대상지역의 잔류염소 농도는 수질 기준치인 0.2mg/§ 이하인 지점은 없는 것으로 나타났으며 수원으로부터 먼 지역에 위치할수록, 체류시간이 클수록, 물 소비량이 적을수록 잔류염소의 농도가 낮게 나타나는 경향을 나타냈다. 또 계절적 변화로 인한 잔류염소 농도는 여름철 보다 겨울철이 더 높은 농도 분포를 보였으며, 유속이 빠를수록 잔류염소 농도가 더 높게 나타났다. Water service is the public facilities which continuously serve a life, public and production activity with clean water through water pipelines in a proper hydraulic pressure. It supplies the high-qualitied drinking water for a sanitary environment, industrial facilities and fire-fighting. As the industry develops, the economy grows and population increases, the need of water rises highly. Because of rapid urbanization, water service institution's scale and scope are enlarging. As people also wants drinking water in better quality according to the increase of income, it is needed the management of waterworks, the maintenance of clean water and the supply enough water for people. But as many big cities in country are formed, the areas of water supply are enlarged and waterworks facilities are complex and increases. So it is very difficult to maintain and control the facilities efficiently and many problems are occurred. Especially, most of the water-pipes are buried under the ground. So we can't understand the pipes condition well. As the data about an environment of laying and a condition of flowing-water is also necessary, the operation of the waterworks-supply system isn't easy. In addition, there are other problems: the contamination of intersecting connections happened inside the pipes; the microorganism's regrowth caused by the shortage of remaining chlorine for the lengthened-length of shay; the decrease of purity; the contamination caused by pipes corrosion; the eruption of pipes material; the creation of THMs, a by-product of water-treatment medicine. Those show us that we have only concentrated on the treatment of a clean-water service. To minimize the microorganism's regrowth and activity more efficiently and supply sanitary water, therefore, this thesis compares and analyzes the remaining chlorine's concentration change and behavior in time and spatial distribution through the EPANET model within the pipelines. Using the EPANET model this analyzes the water condition's change within the pipelines and the remaining chlorine concentration and compares this with a target region, Kwangju Duamdong sample's concentration. As a result of comparing, the average error rate is 5.41% and the maximum error rate is 11.76%. It proves the EPANET model is comparatively a good model. Target regions remaining chlorine concentration is all above 0.2mg/§, a base line. As it is far from the source of water supply, the length of stay is lengthened and the amount of consumption is smaller, the remaining chlorine concentration becomes lower. And because of the change of season, the concentration in winter is higher than summer. As the speed of a running fluid is faster, the concentration becomes higher.

해수 내에서 UV를 이용한 잔류염소제거에 관한 연구

최관호 서울시립대학교 2010 국내석사

현재 인구의 증가 및 급속한 산업화로 인해 부족해지면서 전세계적으로 물부족 사태는 매년 심각해지고 있으며 새로운 물 공급원을 개발하는 것이 시급한 당면과제로 떠오르고 있다. 특히 해수담수화는 지구상에 무한정 존재하는 해수를 갈수의 영향없이 담수화하여 물부족에 대처할 수 있는 방법이기 때문에 절대적인 담수자원이 부족한 지역에서는 유일한 대안으로서 그 필요성이 대두되고 있으며 현재 해수담수화시장에서 역삼투압 해수담수화 분야는 급격한 성장을 이루고 있다. 현재 역삼투압 담수화공정에서 공정 내 미생물번식을 막기 위하여 염소처리를 하고 있다. 염소소독은 싸고 효과적이지만 해수담수화공정에 일반적으로 사용되는 역삼투압막은 Polyamide 복합막은 염소소독에 대하여 내성이 없어 RO막의 성능저하를 막기 위하여 잔류염소를 제거해 주는 공정이 필요하다. 일반적으로 잔류염소를 제거하기 위하여 GAC를 사용하거나 sodium bisulfite(SBS)와 같은 환원제를 이용한다. 하지만 두가지 방법 모두 여러 단점을 가지고 있다. 일반적으로 사용되어지는 활성탄의 경우 많은 공극을 가지고 있는 구조로 이루어져 있어 유기물흡착 등으로 미생물이 번식하기 아주 좋은 환경을 조성한다. 또한 손실수두의 증가와 재생비용, 활성탄의 파과시점을 예측하기가 어렵다. 그리고 sodium bisulfite(SBS)는 biofouling을 유발하는 원인 중 하나인 황환원 박테리아의 에너지원으로 사용되며, 이 화학약품은 유해하여 조작하기 어렵고 또한 적정량 주입하기 어렵다. 본 연구에서 UV 램프(LP UV, VUV, MP UV)를 이용하여 잔류염소제거시 그 효율성에 대하여 평가하고자 하였다. 잔류염소는 4%의 NaOCl용액을 1L 샘플에 직접 주입하여 실험하였으며 잔류염소제거 후 유기물의 변화를 살펴보기 위하여 DOC, BDOC, UV254를 측정하였다. 실험결과 pH 7에서 잔류염소 분해속도상수(k)는 LP UV, VUV, MP UV순으로 -0.0013, -0.0015, -0.0023으로 각각 나타났으며 VUV, MP UV의 경우 2000mJ/cm2이하에서 잔류염소가 완전히 제거되었다. DOC, BDOC의 경우 큰 변화가 없었으나 UV254는 UV dose가 증가할수록 모든 경우에서 감소하였다. 결론적으로 UV를 이용한 잔류염소제거공정은 매우 효과적이었으며 유기물의 생분해성을 증가시키지 않아 RO공정의 Bio-fouling에 미치는 유기물의 영향은 미미할 것으로 판단된다

Hazen-Williams 係數에 따른 上水管路內 殘留鹽素 농도 變化 豫測

최천호 全南大學校 産業大學院 2004 국내석사

상수도는 생활·공공·생산 활동에 필요한 자은 물을 적절한 수압으로 관로를 통하여 연속적으로 공급하는 공공시설로서 위생적인 생활환경 조성을 위한 양질의 음용수를 공급하고 산업시설에서 요구되는 수질의 용수를 적절히 공급하며, 화재에 대비한 소화작용에 큰 목적을 두고 있다. 산업의 발달, 경제성장 그리고 인구의 증가로 인해 상수의 수요는 크게 증가되고 있으며, 급속한 도시화로 상수도 시설물의 규모와 범위가 확대되고 있는 실정이다. 또한, 국민은 소득수준이 향상되면서 보다 질 좋은 상수의 공급을 원하게 됨으로써 상수도 시설물의 관리뿐만 아니라 음용수의 좋은 수질을 유지하면서 증가하는 수요량에 맞게 원활한 공급이 이루어지도록 해야 한다. 그러나, 우리나라의 많은 대도시들은 도시가 형성되고 성장함에 따라 급수구역의 범위가 확대되고 상수도 시설이 증가하면서 복잡한 배수시설을 가지게 되었다. 상수도 시설을 효율적으로 유지·관리하기 위한 노력은 계속되고 있지만 시설의 다양화와 증가로 운영관리상 많은 문제점이 발생하게 된다. 특히, 상수도 시설은 대부분이 지하에 매설되어 있어 관 상태의 정확한 파악이 어렵고 매설환경이나 관내의 유수 조건 등 기타 여러 가지의 요건을 필요로 하고 있기 때문에 효율적인 상수 공급시스템의 운영은 결코 쉽지 않다. 한편, 관로내에서 발생하는 수질변화로서 관의 교차연결이나 누수에 의한 오염, 체류시간이 길어지면서 잔류염소 농도의 결핍으로 인한 미생물의 재성장과 활성회복, 탁도의 증가, 관 부식에 의한 오염, 관내 물질의 용출, 수처리제 부산물인 THMs의 생성 등은 현재까지의 정수장에서의 처리공정 못지 않게 중요한 수질관리의 한 분야로써 상수 연구에 시사하는 바가 크다. 그러므로, 본 논문에서는 상수 관로내에서의 수질변화의 중요성을 인식하여 보다 효율적이고 위생적으로 안전한 상수 공급을 위하여 관로내에서 미생물의 재성장과 활성회복 등의 가능성을 최소화하기 위해 상수관로내에서 EPANET 모형을 이용하여 잔류염소의 거동과 농도변화에 대하여 예측하고 대상지역의 실측치와 시간적, 공간적 분포를 비교·분석하였다. 또한, 상수관로시스템의 설계시 흔히 이용되고 있는 Hazen-Williams의 손실수두 공식에서 표현되는 조도계수 C 계수 값에 따른 잔류염소 농도 분포를 예측하여 C 계수가 상수관로내에서 잔류염소 농도에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. EPANET 모형을 이용하여 상구관망내에서이 수질 및 수리변화를 분석하고 잔류 염소 농도를 모의한 결과 대상지역인 광주광역시 북구 두암동에서 채취한 시료의 잔류염소 농도 실측치와 예측치의 평균오차율은 5.41%이고 최대오차율은 11.76%로 나타나 비교적 잘 맞는 모형으로 입증되었으며, 대상지역의 잔류염소 농도는 수질 기준치인 0.2mg/l 이하인 지점은 없는 것으로 나타났다. 한편, 관로의 설계에서 이용되고 있는 여러 가지 조건 중에서 C값의 변화에 따른 잔류염소 농도를 예측한 결과 C 계수가 잔류염소 농도에 미치는 영향이 크게 나타나지 않았음으로, C 값과 잔류염소농도는 상당한 상관관계를 갖고 있지 않는 것으로 판단된다. Waterworks is a public facility, which supplies fresh water without cutting off in proper water pressure. It enables people to drink clean water for their hygiene, to use a certain amount of water for factory complex, and to extinguish a fire when fire breaks out. Waterworks is now high in demand as the economic size and population are growing. Indeed, the rapid urbanization enlarges the size of waterworks facilities. Also, as more and more people live in better condition, many people want more improved quality of water. In order to meet this people's expectation, water has to be supplied more and qualifier at the same time. However, many cities in South Korea have very complicated water supply systems since most of them developed at a record pace. Despite the effort to maintain water supply facility efficiently, the diversity and the increasing number of the facility do not allow them to remain in effective way. In particular, since most of waterworks facilities lay under the ground, it is very hard to examine the condition of water pipe such as the environment that the water pipe is embedded, and the condition of running water. That makes running a water supply system very challenged. In addition, there are many other important factors that matter to the management of the water quality along with the process of current purifying facilities. They are the changes in water quality caused by several factors; the contamination caused by leaking water and cross connecting, the growing and reactivating of microorganism caused by deficiency of remaining chorine remnants because of long staying period, the increasing of turbidity, the contamination caused by erosion, the formation of THMS, which is the by-product of water treatments. With recognising the importance of changes in water quality in the water pipes, by using the EPANET model in the water pipes to minimize the possibility of reactivating microorganism, the moving of chorine remnants and the changes in concentration were forecasted, and comparing and analyzing the surveyed of them and distribution of them by the time goes in the target area were made. Also, based on the figure of the coefficient C of intensity of illumination in the formula, Hazen-Williams which is often used when water pipe system is designing, the distribution of concentration of chorine remnants was predicted, and with the prediction, how the coefficient C affect on the concentration of chorine remnants was analyzed. As a result, in the target area, Duam-dong, Buk-gu, Gwang-ju city, the mean error rate between the surveyed figure and the predicted figure of concentration of chorine remnants was 5.4% and the maximum error rate was 11.76%. That means that the EPANET model is well fitted to the real figures, and all of the surveyed one were proved to be qualified, of which the concentration of chorine remnants were above the fiducial level of 0.2mg/l. And since the concentration of chorine remnants did not change along with the changes in coefficient C, it is clear that there are not any relations between coefficient C and the concentration of chorine remnants.