사업성과

어승생 저수지 원수의 색도 원인 규명 및 제거방안 수립

구분 : 기술개발 연구책임자 : 김진근 소속 : 제주대학교
연구기간 : 2015. 04. 16. ~ 2015. 12. 31. (8.5개월) 연구비 : 40 연구년도 : 2015

연구목적

 

제주도에서 사용되는 대부분의 수자원은 지하수에 의존하고 있으며, 일부는 용천수 또는 지표수를 댐 또는 보를 이용하여 저수한 후 사용하고 있다. 제주도 지하수는 수질이 매우 양호하여 상수원으로 사용될 경우 대부분 별도의 정수처리 없이 소독만 실시한 후 수돗물로 공급하고 있다. 그러나 용천수 및 지표수의 경우에는 다양한 오염물질에 의한 오염의 가능성이 있으므로 완속여과 또는 급속여과 시스템을 거친 후 수돗물로 공급하고 있다. 용천수를 상수원으로 사용할 경우에도 연중 탁도가 거의 먹는 물 수질기준(0.5 NTU 이하) 이내로 안정적인 것으로 나타나고 있으나, 지표수의 경우에는 기상현상에 많은 영향을 받는 특성상 탁도, 색도, pH 등의 수질지표가 시기적으로 먹는물 수질기준을 벗어나는 경우가 많이 발생하고 있다.

제주도내 용천수를 저수하는 수원지로는 어승생 제1,2저수지가 대표적이며, 각각의 담수용량은 100,000 m3, 500,000 m3이다. 어승생 제1저수지는 한라산 구구곡과 Y 계곡의 용천수를 자연유하식 도수로 7.6 km를 통해 담수하고 있으며, 인근 어승생 정수장에서 급속여과-완속여과-염소소독공정을 거친 후 송수관로를 이용하여 동쪽으로 구좌읍 송당리, 서쪽으로 안덕면 동광리까지 약 15,000 m3/일의 수돗물을 생활용수로 공급하고 있다.

어승생 제1저수지는 1971.12.10일 준공되어 현재까지 지속적으로 사용 중에 있으며, 이에 따라 호소 저부에서 퇴적물에 의한 영양염류의 용출, 조류에 의한 수화현상 발생 등에 기인하여 원수의 수질저하가 관찰되었으며, 20133월의 경우에는 원수의 pH9.46, 색도가 40도 정도로 높은 수준의 색도가 관찰되기도 하였다.

따라서 고품질의 수돗물을 안정적으로 공급하기 위해서는 어승생 수원지내에서 발생하는 색도의 원인을 정확히 규명하고 정수처리 공정에서 색도 물질에 대한 제거방안의 수립이 필요하다.

본 연구에서는 어승생 저수지내의 색도 발생 원인을 규명하고 정수처리 공정에서의 색도 제거방안을 제시한다. 색도물질을 제거하기 위한 정수처리 대응 방안에 대한 국·내외 선진 사례를 조사하여 어승생 정수장에 적합한 방법을 모색하고 최적의 정수처리공정 선정을 위한 실험실 규모의 실험을 실시하여 색도 물질을 제거하기 위한 최적 정수처리공정을 도출한다.

주요연구내용

 

본 연구는 제주특별자치도 수자원사업본부 등의 자료를 분석하고 조류 및 색도 관련 항목들에 대하여 어승생 수원지의 수질 조사, 색도 대응방안 관리에 선진화된 사례 조사, 단위 수처리 공정별 색도 제거 효율 평가 등을 통하여 어승생 수원지에 적합한 최적의 색도 제거 정수처리공정 방안을 도출 하는데 있다.

연구결과

 

1. 제1저수지의 현장측정결과 수심(7 m)이 깊지 않기 때문에 표층의 온도가 대부분 저층까지 전달되어 호소수의 특징은 성층현상은 상대적으로 미약한 것으로 파악되었다. pHDO의 변곡점인 수심 4 m지점에서 색도가 가장 높았으며, 클로로필-a의 수치가 높은 것으로 보아 제1저수지의 수심 4 m지점에 조류가 가장 많이 있을 것으로 예상된다. pH의 경우 1,2,6차 실험의 경우에서 표층은 거의 10에 육박하는 것으로 조사되었다. pH의 먹는물 수질기준 상한이 8.5임을 고려할 경우 특정 시기에는 정수장에서 산제(酸劑)를 이용한 원수의 pH 조정이 필요한 상황이다.

 

2. 2저수지의 수심은 17 m로서 제1저수지의 약 2.5배 가까이 되므로 수온에 따른 성층현상을 관찰 할 수 있었으며 표층의 수온이 높을 때 성층현상이 더욱 뚜렷하게 나타났다. pHDO의 변곡점이 수심 6~7 m 지점에서 나타났다. 한편 DO의 경우는 수심에 비례하여 증가하기도 하고, 5,6 m 부근을 정점으로 하여 감소하는 경우도 관측되었다. 1저수지와 다르게 2저수지는 수중폭기장치를 운영중에 있어서 이에 의한 영향도 있을 것으로 판단된다.

 

3. 1저수지의 실험실 측정결과 여과를 한 이후의 탁도와 색도 변화를 보면 탁도와 색도가 크게 감소하는 것을 볼 수 있는데 제1수원지의 겉보기 색도를 유발하는 대부분의 원인은 부유물에 의한 영향으로 보이며 대체적으로 SS가 높으면 클로로필-a도 높게 나타나고 있는 것으로 보아 조류가 겉보기 색도 발생에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 보인다. 수심 2~4 m에서 클로로필-a의 농도가 높은 것으로 보이는데 이는 앞서 현장측정결과 수심 2~4 m에서 저수지내 조류가 가장 많을 것이라는 것을 뒷받침 한다.

 

4. 색도의 원인물질로 추정되는 철, 망간, 조류, TOC, 탁도 등에 대해 수질인자간의 상관성 분석결과 색도의 경우 조류 개체수와의 상관성(R)0.4308로 수질인자들 중 가장 높게 측정되었다. , 망간의 경우 각각 제1, 2저수지에서 발색농도 이하로 미량 검출되어 색도발생 가능성은 매우 낮은 것으로 판단된다.

 

5. 응집제를 이용한 색도제거 실험에서 A-PAC을 사용하여 주입농도를 다르게 하여 pH 변화에 따른 색도 제거율을 조사한 결과, pH가 낮을수록 제거율이 높고 응집제 농도가 15~30 mg/L에서 비슷한 제거율을 나타냈다. 특히 주입농도가 1525 mg/L이고 pH 6일 때 색도가 72 도까지 제거되어 가장 색도 제거효율이 좋은 것으로 나타났으며 pH 68일 경우에는 응집제 주입량이 20 mg/L, pH 9일 경우에는 25 mg/L일 때 제거율이 높게 나타났다.

 

6. PAHCS를 이용한 실험에서는 A-PACl의 경우보다 제거효율이 좀 더 좋은 것으로 나타났다. 동일한 시료로 실험한 결과 pH 6의 경우 색도가 72 도까지 떨어져 최고 제거율을 보이는 주입 농도는 A-PACl 20 mg/L이었던 반면 PAHCS 를 이용한 경우 제거율은 71%정도로 A-PACl과 같으나 주입농도가 15 mg/L로 더 효과적인 것으로 나타났다.

 

7. 차아염소산나트륨을 이용한 색도제거 실험에서는 pH변화에 따른 색도의 제거율은 pH가 낮아질수록 높아지는 경향을 보였다. 이는 pH 낮을수록 산화가 잘 일어나는 조건이 형성되어 염소의 소모량이 증가해서 색도유발물질이 더 잘 산화되어 색도가 낮아지는 것으로 판단된다. 차아염소산나트륨의 주입농도가 증가할수록 색도 제거효과도 향상되었으나, 주입률이 1.0 mg/L 이상에서는 색도의 제거효율은 크게 변하지 않는다.

 

8. 염소산화 시험 중 접촉시간에 따른 색도제거 효과를 분석한 결과 접촉시간 30분 이상에서는 색도 제거율의 큰 변화가 없었다. 이는 염소산화를 이용한 색도 제거의 경우 적정 접촉시간은 30분 이상으로 평가되며, 최적 접촉시간은 원수의 pH, 수온 등에 따라 달라질 수 있다.

 

9. 색도제거율이 가장 높은 조건은 오존처리에서의 pH 9, 여과 후에서 나타났으며 오존주입농도가 0.93 mg/L이상이 되면 71.43%가 제거되었으며, 3.00 mg/L이상일 때는 86.71%를 제거할 수 있다.

 

10. 저농도의 색도가 유입될 경우에는 기존 염소산화 공정의 최적 운영을 통해 대응이 가능하지만 고농도의 색도가 유입 될 경우 응집처리 또는 오존산화 공정의 도입의 검토 필요하며 활성탄의 경우에는 상대적으로 낮은 색도 제거율을 고려할 경우 어승생 정수장에 적용하는 것은 적합하지 않은 것으로 판단된다.

 

연구결과 활용계획

 

제주도내 주요 상수원인 어승생 저수지의 수질은 고품질의 수돗물 생산을 위해서 매우 중요한 요소이다. 어승생 저수지에서는 최근 기후변화 및 장기간 담수에 따라 호소 저부에 퇴적물이 증가하고 수체내 영양염류의 증가로 원수에서 높은 수준의 색도 발생이 관찰된 바 있다.

따라서 제주도민에게 안정적으로 고품질의 수돗물을 생산 공급하기 위해서는 어승생 저수지 원수에서의 색도발생의 원인을 규명하고 정수장에서 이를 제어하기 위한 정수처리 방안 도출이 필요하다. 본 연구에서는 도출된 연구결과는 어승생 정수장에 최적화된 색도 제거 방안 수립에 적용될 수 있다.

연구를 통해 도출된 색도 발생원인 및 저감 방안을 토대로 어승생 정수장의 색도 저감 공정 설계 자료로 활용할 수 있으며(주관부서 : 제주도 수자원본부), 제주도내 저수지 관리에도 확대 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

연구결과 활용실적
연구결과 활용실적 내용

 

 

 

 

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