[출처= 워터저널(www.waterjournal.co.kr) 2008년 12월호 특집 기사]

 

 

웅촌·두서 지역 급수 수용가 재염소 소독설비 구축 운전 중
시내 주요지점 실시간 소독상태 원격 모니터링으로 농도 관리

 

 

 

▲ 엄 정 용 / 울산시 회야정수사업소

수돗물은 일상생활에 필수적이다. 뿐만 아니라 최근 먹는 물은 건강 지킴이 역할로서 그 중요성이 인식되고 있다. 따라서 앞으로는 깨끗한 수돗물을 공급하는데서 한 단계 나아가 더욱 맛있는 수돗물을 생산·공급해야 하는 시점에 와 있다.

환경부에서 실시한 설문조사 결과, 수돗물 불신의 이유로 막연한 불신감에 뒤이어 염소 냄새에 의한 원인이 꼽혔다. 또한, 2006년 10월 울산광역시 수질연구소의 『수돗물에 대한 시민 의식조사 실시 보고서』에 의하면 수돗물이 불만족스러운 이유 중 가장 높은 52.1％가 “소독 냄새가 너무 강하다”는 의견으로 조사됐다.

정수장에서 투입한 염소 농도는 염소소독제의 휘발성 때문에 관말 지점 및 고지대는 잔류성이 떨어지고, 반면 가까운 곳은 상대적으로 높게 나타나 염소 특유의 역한 냄새가 강하게 난다. 결국 염소 주입량 관리에 문제가 있는 것으로 판단하여 연구조사를 실시했다.

수돗물은 정수장에서 정수처리 후 수용가(需用家)에 보내기 전에 소독을 실시한다. 이는 수돗물 수용가 2차 오염을 막고, 우리 인체에 병을 일으킬 수 있는 각종 원생동물(지아디아, 크립토스포리디움 등)의 활성화를 막기 위함이며, 잔류 염소는 항시 수돗물에 일정기준량(0.1∼4ppm)이 검출토록 규정돼 있다.

환경부는 2006년 12월 「수도꼭지 수돗물의 잔류염소 기준」을 개정, 규정에 의거하여 소독능 관리를 위해 수도사업자가 소독을 실시하고 있다.

1. 염소투입 공정 현장운영관리 실태

전염소 투입공정
전염소 소독처리는 상수원 원수에 혼입된 각종 유·무기물질로 인해 정수공정의 응집·침전에 영향을 주는 오염물질을 산화·분해하는 과정으로, 응집·침전 효율 증대와 수조를 소독하는 목적으로 주로 사용한다.

주입방법을 살펴보면, 먼저 염소 투입관리실에서 액화저장탱크의 액상염소를 염소가스로 기화시켜 염소가스를 생성시킨다. 가스는 진공조절판 흡입 밸브를 거쳐 투입기로 전달되며, 투입량은 투입기의 시량계로 조절·확인할 수 있다. 투입기로부터 투입된 염소는 전염소 주입구 착수정 공정 공급수의 압력에 의한 이젝터 진공 흡입압력이 발생하게 된다.

진공흡입 압력은 염소 배관을 통해 투입기의 전동밸브까지 진공을 형성하면서 투입기의 주입량 조절용 전동밸브의 조정에 따라 염소투입량을 조절한다. 이때 투입량은 유입 원수량에 의거, 주입농도 자동 비례제어가 이뤄지면서 실시간 투입량을 원격 또는 자동 조절이 이뤄진다.

 

▲ [그림 1] 울산광역시 급수계통도

후염소 투입공정
후염소는 최종 정수처리공정을 거친 정수를 공급 전에 수용가 2차적 오염을 방지하는 목적으로 주로 정수장 정수탱크에 염소를 투입해 염소 소독처리를 한다. 투입방법은 전염소 투입과정과 비슷하며, 주입량 관리는 정수지 기준 잔류염소량(0.8∼1.5ppm)을 측정하거나 수용가 관말, 고지대 등의 잔류염소량의 샘플링으로 염소 요구량을 계산하여 주입한다.

제어 방법은 주입농도를 유입유량 비례제어 하는 방식이 일반적이며, 수용가 잔류성 염소의 농도를 송수관의 거리 및 잔류농도(0.2∼0.8ppm)에 따라 적정량 투입되고 있다.


2. 정수장·수용가 수돗물 소독실태 조사

정수장내 소독실태 조사
현재 회야정수장에서 운영중인 수돗물 생산·공급의 소독 시스템의 문제점을 조사해본 결과, 회야 정수장의 낮 시간대에는 일정량의 원·정수량이 관리되어 적정한 잔류염소농도 관리가 이뤄지고 있었다.

▲ 엄정용 씨 등 회야정수장 근무자들이 가정을 방문하여 잔류염소 농도조사를 하고 있다.

반면 야간 시간대 및 새벽시간대에는 수량의 변동 폭이 너무 커서 일정농도 관리에 어려움이 있는 것으로 나타났다. 특히, 심야시간대의 정수 생산량이 정격(1만1천250톤/h)에 비해 너무 적은 수량(5천 톤/h)으로서 유량감지가 일시적으로 감소해 법적 기준에는 벗어나지 않으나 잔류염소가 다소 높게 나타났다.

그리고 염소 소독설비 가동에 따른 실시간 계측 모니터링이 최종 정수공정인 정수지의 잔류염소 농도측정결과, 동절기는 다소 낮은 0.8ppm, 하절기는 1.2∼2.2ppm으로 나타나 하절기의 정수지에서 염소량을 높게 유지해 관리하는 이유는 하절기 수온 상승에 따라 염소 요구량이 높아지기 때문이다.

 

수용가 소독관리 실태
실제 정수장에서 수용가까지 대표적인 샘플링 포인트를 지정하여, 계절(수온)별 회야정수장계통에 대한 잔류염소실태를 조사했다.

또한 원거리와 근거리의 잔류염소 농도 차이에 따른 재소독 처리를 하는 것이 타당한지, 그리고 소독처리의 효율성과 특히 수돗물의 소독약품 냄새 부담을 줄일 수 있는 방안에 대해 검토했다.

 

실태조사 결과
이를 위해 울산광역시의 급수 체계 중 회야정수장 부근의 동·남부지역 제1정수장 계통과, 천상정수장 부근 동·북부지역의 제2정수장 계통에 대한 전체 16개 샘플지점의 급수관 수도꼭지를 선정했고, 매회 전류 같은 지점에서 염소농도에 의한 소독실태를 조사했다.

▲ [그림 2] 급수구역별 채수지점 선정(회야정수장 계통 16개 지점)

① 제1정수장 계통 조사지역 및 결과 [표 1]에 보이는 것과 같이 제1정수장 계통 급수지역(8개지점)은 주로 남구 일부와 온양, 온산, 서생, 웅촌지역이 주 급수 체계이다. 연중 4회에 걸쳐 수온이 5∼7℃ 변화할 때마다 정수장 정수지 잔류염소 및 급수지점별 샘플링위치를 임의 지정하여 현장 채수를 실시, 소독상태를 검정하기 위해 잔류 염소 농도를 조사했다.

 

▲ [표 1] 제1차 1정수장 급수지역 잔류염소 농도조사

1월 동절기의 염소주입량 및 잔류 성분 검출은 8월 하절기 보다 적은량을 투입했음에도, 잔류성분은 오히려 높게 나타났다. 반면 하절기는 관말지역인 서생, 웅촌 등 지역에서 특히 잔류염소의 농도가 아주 미약한 것으로 조사됐다.

 

② 제2정수장 계통 조사지역 및 결과 [표 2]에 보이는 것과 같이 제2정수장 계통(9개지점)은 소내에서 가장 가까운 정수장 사택, 양동마을에서는 잔류염소농도가 정수지에서와 유사하거나 조금 낮게 측정됐다.

산암, 상개 야음등에서는 정수지 비교 50％ 정도 잔류성이 감소됐고, 방어진 일산배수지 등은 아주 낮게 검출됐다. 특히 1월 동절기보다는 8월 하절기에 현저히 잔류염소 농도가 적었다. 그리고 정수장과 인근 지역에는 관말지역보다 상대적으로 높게 조사됐다.

▲ [표 2] 제2정수장 급수지역 잔류염소 농도조사

③ 조사결과 종합 회야정수장 급수 체계별 염소소독관리에 있어서 문제는 정수장과 인근지역의 잔류 소독제의 양이 상대적으로 높게 나타난다는 것이다. 이로 인해 수돗물의 소독제의 냄새로 인한 불신이 클 것으로 판단된다.

또한 원거리 지역의 잔류소독의 부족이 우려되는 등의 결과를 확인했다. 제1정수장과 제2정수장 모두 하절기 투입량에 비해 동절기는 소모성이 하절기보다는 훨씬 적었으며, 하절기는 투입량에 비해 잔류성이 상대적으로 적었다. 이는 염소가스의 휘발성이 수온에 의한 휘발성 영향이 큰 것으로 판단되며, 하절기는 가능한 완벽한 소독을 위해서 주입량 관리에 주의를 요한다.

전체적으로 소독제(염소) 주입량관리는 0.8∼2.2ppm 정도로 투입됐으며, 잔류성분 농도는 0.1∼1.5ppm으로 대체로 법적기준 소독능은 만족하나 일부는 낮은 수치이다. 수치가 상대적으로 높게 나타나는 정수장 근거리 지역은 소독제 냄새로 인한 수용가의 큰 불편이 예상된다. 물론 잔류염소 소독농도의 법적기준 0.1ppm이상 4ppm이하의 규정된 기준치에서 벗어나지 않지만 근거리 지역에서 과량검출되는 것이 사실이다. 이에 대한 보완 대책이 필요하다.

 

3. 최적 소독관리 방안

▲ 울산시 상수도사업본부는 시민들에게 안전하고 맛있는 물을 공급하기 위해 회야정수장(사진) 급수구역에 최적 소독관리(재염소 처리) 시스템을 구축, 좋은 효과를 얻고 있다.

울산광역시 수돗물 급수계통별 염소 소독관리는 전체적으로 수돗물 소독관리 기준에 적합하고 안정적인 소독관리가 이뤄지고 있다. 하지만 제1정수장 계통의 원거리 수용가인 서생 및 웅촌지역과 제2정수장의 방어진 등의 잔류염소 농도가 낮게 검출되는 등 2차 오염이 우려 되고, 또한 근거리에 위치한 수용가의 소독제의 냄새가 심각하게 우려되고 있다.

또한 계절별 온도차(수온 등) 에 의한 염소 휘발성의 정도가 달라, 투입량관리를 표준화 및 최적화한 소독관리체계를 [그림 3]과 같이 구축하게 됐다.

▲ [그림 3] 회야정수장 공정도

염소 소독 시스템 개선
운영중인 회야 제1정수장의 소독관리 시스템의 경우 정수장 후염소처리로서 시내 전역에 수돗물 소독을 실시함에 있어, 앞에서 연구·조사한 바와 같이 정수처리 과정의 소독관리는 적정하나, 최종 소독처리가 정수장에서만 실시된다.

따라서 아래와 같이 원거리 수용가의 소독이 우려되는 지역의 안정적인 소독을 위해 [그림 4]와 같이 우선적으로 원거리 지역 웅촌가압장(배수지), 서생지역의 수도관로에 ‘재염소 투입설비’를 구축하여 재염소 처리를 했다.

또한 근거리의 과한 소독제 냄새를 감소시키고자 정수장과 근거리 지역의 소독량을 줄였다. 이에 따라 정수장 염소 소독제 주입량이 절감되고, 원거리 지역의 소독 안정성 확보로 안전하고 맛있는 수돗물 공급이 가능하게 됐다.

 

▲ [그림 4] 재염소 투입시스템 공정도

주요 재염소 시스템 구성·운전
주요 설비는 투입장치로는 소독제(차아염소산나트륨) 보관탱크(1㎥)와 정량 투입펌프, 계측감시설비는 투입지점을 기준으로 유입 및 유출측 잔류염소 감지센서 1식, 제어시스템은 자동전산 제어시스템 및 모니터링설비로 구성이 된다.

주요 운전방식은 유입측 잔류염소농도 계측 후 재염소처리 시스템의 적정농도 보정 후 관로속 30m 후단의 유출측 잔류염소량 감시 및 제어하는 시스템으로 운전모드는 유입 유량비례 염소 주입량 제어 및 잔류 염소농도 제어 복합비례제어 방식이다.

 

염소 소독 모니터링 설비 구축
수돗물 수용가 수질관리와 관련한 수질분석은 주로 현지 채수 및 실험실 분석 결과를 최소 지역별로 샘플링 할 수 있는 위치인 계통별 5개소를 지정, 잔류 염소농도 측정기를 설치했다. 측정결과는 실시간 계측기를 중앙 감시실로 통신이 되어 원격 모니터링이 되도록 시스템을 구축했다.

현재 실시간 수용가 급수전에 잔류 염소를 모니터링 및 제어가 가능토록 관말지역 및 배수지 후단에 잔류염소 계측기를 설치, 운용 중에 있다. 울산광역시에서는 최적의 염소 소독관리를 위해 1기당 7천만 원 상당의 3기를 구축, 운영 중에 있다.

 

▲ 서생지역에 설치한 재염소 처리 시스템.

수돗물 수질의 경우 최종처리수로서 안정적인데 비해 염소소독제 투입에 따른 잔류염소는 그 변화가 크다. 그래서 소독제의 적정투입량관리 가이드라인을 작성하여 실시간 투입설비의 운전조건을 기준표에 의거 운전이 되도록 할 예정이다.

수도법 수처리 기준에 의하면 잔류염소 농도를 0.1㎎/L 이상 4㎎/L 이하로 규정하고 있는데 실제 수용가에서는 1㎎/L만 검출이 되어도 소독제 냄새가 심하다. 0.3∼0.4㎎/L 정도로만 잔류 염소농도를 검출토록 해도 완전히 소독되기 때문에, 이를 준수하면 수돗물 염소 소독제에 의한 냄새의 불신이 크게 줄어들 것으로 보인다.

가능한 시내 전 수용가 모두 적정량의 잔류 염소 농도를 유지할 수 있도록 [표 3]과 같이 염소소독제 표준운영 기준표(예시)를 구축해 활용토록 할 것이다.

실시간 구역별 소독관리에 완벽을 유지하려면 정수장, 송수관, 가압장 배수지, 수용가에 계측기를 설치하고, 상시 계측시스템으로 실시간 관리함으로써 안전한 수돗물을 지속적으로 공급할 수 있을 것으로 본다.

▲ [표 3] 염소 소독 표준운영 기준표(예시)

▲ [표 4] 재염소처리 전·후 염소 주입량 비교

4. 기대효과

정확한 염소주입량에 대한 환산이 불가하여 재염소처리 전후의 연도별 같은 일별 샘플링한 결과, 전체 1개월 평균 주입량 관리에 대해 26％ 정도의 염소주입량이 감소했다고 판단된다.

실제 경제성보다는 원거리 소독능 안정성 확보와 근거리 소독약품 주입을 줄임으로써 맛있는 수돗물 생산 보급에 더 큰 의의가 있다고 사료된다.

공동연구자=엄정용·김영민·이복옥·허종형(울산광역시 회야정수사업소)