I 정수장의 UV 공정 적용을 통한 소독능 제고 및 관망 잔류염소 적정 운영 효과 예측

박종일(Jong-Il Park),이영(Young Lee),김건회(Keon-Hoi Kim),이태훈(Tae-Hoon Lee),박철종(Cheol-Jong Park),유정희(Jeong-Hee Yoo) 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.11

목적 : 본 연구에서는 I정수장에 고도공정으로 도입된 UV 공정을 활용한 소독능 제고 및 관망 잔류염소 적정 운영효과를 분석하였다. 방법 : Virus 및 Giardia 불활성화비 계산은 환경부에서 개발한 “소독능 계산 프로그램”을 활용하였으며, 수질인자(잔류염소, 수온 등)는 자동측정기로 측정 및 저장하였다. 동절기 최악 수질 조건 시 용수생산량별 Giardia 불활성화비 1.1 이상 만족을 위한 정수지 잔류염소 농도를 산정하고, EPANET2.0을 통해 해당 조건에서의 공급과정 잔류염소 농도를 모의하였다. I정수장 UV 설비의 UV 조사량 인증 시험은 UVDGM 2006에 의거하여 HDR|HydroQual에서 수행하였다. UV 소독 적용시의 Giardia 불활성화비를 도출한 후, 공급과정 잔류염소 적정 운영을 위한 정수지 잔류염소 농도를 산정하였다. 염소 단독 소독과 UV 병행 소독 시의 약품비 및 전력비를 통해 원단위를 산출하여 경제성을 비교하였다. 결과 및 토의 : I정수장에서 염소 단독 소독으로 동절기시 Giardia 불활성화비 1.1 이상 달성을 위해서는 정수지 잔류염소 농도를 0.73-1.59 mg/L로 운영하여야 하는 것으로 산정되었다. 이 경우 관말 배수지 잔류염소 농도는 0.63-1.42 mg/L로 나타났다. I정수장의 UV 설비를 소독에 적용할 경우, 반응조당 1개 섹션을 가동전력 100%로 운영 시 인증조사량(VD)은 21.3 mJ/cm²로 도출되었다. 이는 Giardia 불활성화비 1.936, Cryptosporidium 불활성화비 1.775에 해당하는 값이었다. 이를 통하여 UV 소독으로 Giardia 및 Cryptosporidium의 안정적인 소독이 가능할 것으로 사료되었다. 또한 UV 소독 적용 시 정수지 잔류염소는 0.59-0.65 mg/L (관말 배수지 잔류염소 농도 0.5 mg/L 유지 수준)로 운영할 수 있다고 산정되었다. 경제성 분석 결과, 용수생산량 190,000-250,000 m³/일인 경우 UV 소독을 병행하면 NaOCl 단독 소독 대비 원단위를 0.02-0.85 원/m³ 절감할 수 있을 것으로 예상되었다. 결론 : I정수장 UV 공정 적용 시 높은 소독 효율 확보와 정수지 및 관망 잔류염소 농도의 적정 운영이 가능할 것으로 판단되었다. 이를 통하여 약품비의 절감은 물론 소독부산물 발생 농도 저감이 예상되었다. 또한, UV의 Giardia 및 Cryptosporidium에 대한 소독효과가 높아 기존의 염소소독을 효과적으로 보완할 수 있을 것으로 기대되었다. Objectives : In this study, disinfection efficiency improvement and optimal operation of residual chlorine were analyzed when apply UV (Ultraviolet) process in I WTP (Water Treatment Plant). Methods : Inactivation ratios of virus and Giardia were calculated by “Disinfection efficiency calculation program” which was made by Ministry of Environment. Water quality factors (residual chlorine, temperature, etc) were measured and saved by auto measuring instruments. Residual chlorine in clean water reservoir was calculated for satisfy the inactivation ratio of Giardia over 1.1 at worst case of water quality condition in winter season. Residual chlorine in distribution reservoir was simulated by EPANET2.0. UV dose validation test of UV facilities in I WTP was conducted by HDR|HydroQual according to UVDGM (Ultraviolet Disinfection Guidance Manual) 2006 of US EPA (United States Environmental Protection Agency). Inactivation ratio of Giardia by application of UV disinfection and optimal concentration of residual chlorine in clean water reservoir for optimal operation of water distribution line were calculated. Economical efficiency was compared by price unit of chlorine sole disinfection and UV combined disinfection. Results and Discussion : In order to satisfy the inactivation ratio of Giardia over 1.1 by chlorine sole disinfection, residual chlorine in clean water reservoir should be operated within 0.73-1.59 mg/L. In this case, residual chlorine of distribution reservoir at the end of water distribution line was 0.63-1.42 mg/L. If UV process of I WTP was applied to disinfection, validation dose (VD) would be estimated 21.3 mJ/cm² when operating 1 section per reactor at 100% ballistic power level. Which value corresponded to inactivation ratio of Giardia 1.936 and Cryptosporidium 1.775. Through this, it would be possible to secure effective disinfection of Giardia and Cryptosporidium, and reduce post chlorine injection. In application of UV disinfection, residual chlorine in clean water reservoir could be operated within 0.59-0.65 mg/L (residual chlorine in distribution reservoir at the end of distribution line would be 0.5 mg/L level). By the result of economical efficiency analysis, when water production is 190,000-250,000 m³/d, UV combined disinfection would be saved the price unit within 0.02-0.85 KRW/m³ comparing with chlorine (NaOCl) sole disinfection. Conclusions : If UV process in I WTP was applied to disinfection, it would be possible to secure high disinfection efficiency and optimal operation of residual chlorine in clean water reservoir and distribution line. Through this, it would be expected to economize chemical costs and decrease the concentration of disinfection byproducts. In addition, UV has high disinfection effect against Giardia and Cryptosporidium, it would be expected to effectively complement the chlorine sole disinfection.

한강수계 2개 유형 고도처리 정수장의 2-MIB 제거 특성 비교 연구

박종일(Jong-Il Park),이영(Young Lee),김건회(Keon-Hoi Kim),이태훈(Tae-Hoon Lee) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

한강수계 2개 유형 고도처리 정수장의 2-MIB 처리 특성 비교 분석 및 공정 운영 최적화 연구

박종일(Jong-Il Park),이영(Young Lee),장경아(Kyoung-A Jang),김건회(Keon-Hoi Kim),이태훈(Tae-Hoon Lee),김선욱(Sun-Wook Kim) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.12

목적: 본 연구에서는 동일한 취수장에서 원수를 취수하는 상이한 2개 유형 고도처리 정수장(Post Peroxone+GAC, UV/H₂O₂+GAC F/A)의 고농도 2-MIB (2-Methyl Isoborneol) 대응 결과를 통하여 각 정수장의 산화 공정별 2-MIB 제거 특성을 비교 분석하고 최적 운영 방안을 도출하였다. 방법: Post Peroxone+GAC (Granular Activated Carbon)가 도입된 G정수장과 UV/H₂O₂+GAC F/A가 도입된 I정수장의 고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP) 운영 조건에 따른 2-MIB 처리율을 비교 분석하였다. 정수장별 AOP 운영 조건과 2-MIB 제거율의 상관관계를 통하여 최적 약품 주입률 산정식을 도출하고, 각 정수장별 공정 운영 특성을 분석하여 원수 2-MIB 농도 및 용수생산량에 따른 최적 운영 시의 소요 비용과 원단위를 산정하였다. 각 정수장 산화 설비의 성능 평가 결과 및 약품 주입률 산정식을 통해 최적 운영 조건을 도출하였으며, 연계운영을 통한 경제적인 대응 방안을 검토하였다. 결과 및 토의 : 정수장별 2-MIB 제거율은 G정수장 70~100%, I정수장 50~96%로 나타났다. 2-MIB 제거에 영향을 미치는 운영 조건은 Post Peroxone은 [O₃ 주입률× 접촉시간]과 H₂O₂/O₃, UV/H₂O₂는 [UV 조사량 × H₂O₂ 주입률]이었다. 각 정수장의 운영비(전력비+약품 구매비) 원단위 비교 결과, I정수장이 G정수장보다 6.6~24.3원/m³ 높았다. 이는 UV/H₂O₂의 H₂O₂ 주입률이 Post Peroxone 대비 11~43배였기 때문인 것으로 사료된다. 각 정수장 산화 설비의 성능평가 결과 및 약품 주입률 산정식을 통해 최적 운영 조건을 도출할 수 있었다. G정수장과 I정수장의 송수관로에는 연계운영을 위한 배관이 설치되어 있어 각 정수장별 용수생산량의 배분이 가능하다. 용수생산량이 동일할 경우, G정수장의 용수생산비율을 높일 때 G정수장의 원단위 상승비용보다 I정수장의 원단위 감소비용이 더 크기 때문에 원단위 절감이 가능함을 확인할 수 있었다. 결론: G정수장의 Post Peroxone+GAC, I정수장의 UV/H₂O₂+GAC F/A 모두 2-MIB 처리에 효과적임을 확인할 수 있었다. 운영비용의 경우, UV/H₂O₂가 H₂O₂의 주입량이 많아 Post Peroxone보다 원단위가 높은 것으로 분석되었다. 각 정수장의 공정별 2-MIB 처리율과 운영비를 고려하여, 정수장별 최적 운영 조건과 연계운영 방안을 도출할 수 있었다. Objectives : In this study, through the results of the high-concentration 2-MIB (2-Methyl Isoborneol) treatment by two different types of advanced treatment plants (Post Peroxone+GAC, UV/H₂O₂+GAC F/A) which intake raw water from the same water intake facility, the 2-MIB removal characteristics by oxidation process of each WTPs (Water Treatment Plants) were compared and analyzed, and optimal operation methods were derived. Methods : The 2-MIB removal rate was compared and analyzed according to each AOP (Advanced Oxidation Process) operating conditions (Post Peroxone+GAC of the G WTP and UV/H₂O₂+GAC F /A o f the I WTP ). The optimal equations of chemical injection were derived through the correlation between the operating conditions of the AOP for each WTPs and 2-MIB removal rate. By analyzing the operating characteristics of each WTPs, the cost and unit price for optimal operation were calculated according to the 2-MIB concentration of raw water and water production. Optimal operating conditions were derived through the performance of oxidation facilities and chemical injection equations of each WTPs, and economical operating plans were reviewed through linked operation of 2 WTPs. Results and Discussion : The 2-MIB removal rates for each WTPs were 70~100% for the G WTP and 50~96% for the I WTP. The operating conditions affecting the 2-MIB removal were [O₃ injection × contact time], H₂O₂/O₃ for Post Peroxone of the G WTP, and [UV dose × H₂O₂ injection] for UV/H₂O₂ of the I WTP. As a result of comparing the operating cost(electric power cost + chemical cost) of each WTPs, I WTP was 6.6~24.3 KRW/m³ higher than G WTP. It is considered to be because the H₂O₂ injection was 11~43 times for UV/H₂O₂ than Post Peroxone. Optimal operating conditions could be derived through the performance evaluation of each oxidation facilities and chemical injection equations of each WTPs. The G WTP and the I WTP are equipped with pipe line for linked operation in the water supply pipes, so the water production for each WTPs can be distributed. In the case of the same water production, it was confirmed that the unit price can be reduced when the water production ratio of the G WTP is increased. Because the decrease in cost of the I WTP is higher than the increase in cost of the G WTP . Conclusions : It was confirmed that both Post Peroxone+GAC of G WTP and UV/H₂O₂+GAC F /A of I WTP were effective in 2-MIB treatment. As for the operating cost, it was analyzed that UV/H₂O₂ had higher unit pice than Post Peroxone because of the large amount of H₂O₂ injection. Considering the 2-MIB removal rate and operating cost of each WTPs, it was possible to derive the optimal operating conditions for each WTPs and a linked operation plan.