[상하수도 기술사] (16일) 혼화지의 효율개선 대책

개요

1. 정수처리는 원수와 상수의 수질 차이를 해소하기 위한 조작으로 정수처리 방법 및 시설 선정은 수처리 시스템 전반에 직접적인 영향을 미친다.

2.  정수처리 공정은 응집·침전, 여과, 소독 등으로 구성되며, 이 중 응집·침전은 수중의 콜로이드 물질을 제거하는 가장 기본적인 처리공정으로 후단의 처리공정 효율에 직접적인 영향을 미친다.

3. 응집침전은 약품혼화, 플록형성, 침전의 단위조작으로 구성되며, 약품혼화의 영향인자는 pH, 알카리도, 오염물질 농도, 온도 등이 있으며 각각의 인자들의 특성에 관한서 많은 연구가 진행되고 있다. 

4. 혼화공정은 원수 내의 오염물질과 응집제의 급속 혼합으로 침전성이 양호한 플록 형성을 하기 위한 공정으로 응집제는 응집시키려는 콜로이드의 전하중화 및 가교능력을 갖는 물질로서 플록의 침강 속도를 높이는 촉진제 역할을 한다. 응집제의 주입량에 다른 혼화정도는 정수처리에 큰 영향을 주나 국내 정수장에서 널리 사용되는 알루미늄계 무기응집제의 경우, 원수의 pH가 8.0 이상일 경우 알칼리(OH-)와 반응하는 수화반응을 거쳐 용해도가 낮은 Al(OH)3로 석출되어 정수의 탁도와 알루미늄 농도를 증가시키는 응집장애가 발생하게 된다. 

5. 응집제의 가수분해가 빠르게 일어날 때 응집제의 초기 확산속도가 낮으면, 체류시간 증가로 저밀도의 플록을 형성하여 응집효율이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서 혼화공정에서 응집제와 원수를 순간적으로 혼합시키는 순간호화의 가능 여부는 혼화, 응집공정의 효율을 결정하는 중요한 인자가 된다.

 

혼화 개선방안

1. 혼화방식은 약품을 주입한 후 약품이 수중에서 가능한 한 신속한 급속교반으로 수중에 균일하게 확산될 수 있는 형식으로 선정한다.

2. 현장여건, 혼화효율, 경제성, 유지관리 용이성 등을 종합적으로 고려하여 현행 혼화방식 대신 약품이 순간적으로 교반될 수 있도록 순간혼화가 가능한 혼화방식을 적용

 

급속혼화 방식 주요형식별 특성비교

1. 펌프분사식(Pump Diffusion mixer)

원수관로에 설치하는 혼화방식으로서 응집용약품의 주입과 동시에 가압펌프에 의한 가압수를 원수의 흐름방향으로 동시에 분사하여  Deflector 에 의해 확산 ,  혼화하는 방식 .

 

  1) (속도경사) 300~1,000/sec, (접촉시간) 1 ~ 2sec

  2) 장단점

   - (장점) 관로에 설치가 가능하므로 혼화를 위한 수조가 불필요, 혼화펌프에 의한 가압수로 혼화강도를 조절, 혼화기에 의한 손실수두가 적음, 혼화효율이 좋아 동력 및 응집제 절감효과가 비교적 우수, 유지관리의 필요성이 적음, 동력소모량은 인라인블렌더 보다 적음

  - (단점) 직경 2,500mm이상의 대형관이나 넓은 수로에서는 사용하기가 어려움, 혼화펌프 및 스트레이너 등의 부대설비가 필요, 기존 설비개선시 단수필요

 

2. 2단 혼화방식(In-Line Blender or Orifice & Mechanical mixer)

혼화공정을 화학적반응단계와 물리적 반응단계의  2 단계로 구성하는 방식으로서  1 단계에는 관내교반 혼화방식인  In line-Blender  나  Orifice 로 , 2 단계는 기계적 혼화장치로 구성 한다 .  응집제는  1 단계 혼화기에서 주입

 

   1) (속도경사) 1단계 혼화 : 750～2,000/sec, 2단계 혼화 : 200～400/sec, (접촉시간) 1단계 혼화 : 3sec 이내, 2단계 혼화 : 20～40sec

   2) 장단점

 

    - (장점) 1단계에서 응집제 주입즉시 교반 혼화하고 2단계에서 다시 혼화하므로 혼화효율이 우수, 혼화효율이 좋아 동력 및 응집제 절감효과가 우수, 1단계 혼화를 교반기로 할 경우 회전속도를 조절하여 교반강도 조절 가능

 

 

   - (단점) 혼화공정이 2개로 소요면 적이 크고 기존 설비개선시 단수필요, 주입약품의 종류가 많을 때 장치가 복잡, 1단계혼화를 Orifice로 할 경우 체류시간에 따라 교반강도가 변하고, 손실수두가 커서 동력손실 초래

 

 

3. 급속분사식

전동기와 임펠라가 일체로 된 혼화기를 응집제 투입관말단에 취부하여 수로 또는 수조에 설치하는 형태로서 임펠라의 회전력에 의해 발생되는 진공력으로 응집제를 흡입, 분사함과 동시에 혼화 하는 방식

 

  1) (속도경사) 1,000～2,500/sec, (접촉시간) 1sec 이내

  2) 장단점

  - (장점) 염소, 응집제 등 기체 및 액체약품의 주입에 모두 적용이 가능, 약품주입 교반강도가 커서 순간 혼합이 가능하고 혼화효율이 우수, 설치을 위한 필요면적이 타형식에 비하여 작다, 기존 혼화설비 개선시 필요면적이 적어 설치가 간편하고 시공성이 우수, 혼화효율이 좋아 동력 및 응집제 절감효과가 우수, 동력소모량이 가장 적음.

  - (단점) 수공 정수장에 설치 실적이 적다, 국내 제작품이 없고 수입품에 의존

 

개선효과

 1. 응집제 및 염소의 원액상태 투입이 가능하여 희석으로 인해 발생하는 혼화 및 소독효과 개선 가능

 2. 응집제의 급속분사에 의한 순간교반으로 균등혼화가 가능하여 혼화효율 향상

 3. 혼화 및 소독효율 향상으로 약품 투입량이 저감됨에 따라 약품 비용절감 및 슬러지 발생량 저감으로 정수생산 원가절감

 4. 기존의 재래식 약품주입설비 개선 시 설치 시공이 간편하고 유지관리 용이

 5. 응집제 원액 주입에 따른 주입배관 석출현상 발생 최소화로 관 폐색방지