정수 (물)

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정수(淨水, 영어: water purification)는 물을 깨끗하게 하는 과정이나 깨끗하게 한 물을 가리킨다. 특정한 목적을 맞게 물을 생산하는 것이 목적이다.[1] 대부분의 물은 인간이 소비(음료)하기 위하여 정화하지만, 이 밖에도 정수 과정은 의학, 약리학, 화학, 산업 목적과 같은 다양한 목적으로 시행한다. 이와 비슷한 용어로, 거름종이나 여과기로 말미암아 액체 속에 남아있는 침전물을 걸러내는 여과가 있다.

마실 수 있는 물의 품질에 대한 표준은 국제 표준이나 정부가 정립해 놓는다. 이러한 표준은 일반적으로 물을 이용할 수 있는 최소 제한과 최대 제한을 정해 놓고 있다. 물을 정화하는 과정을 실생활에서 쉽게 볼 수 있는 예로 가정과 사무에서 쓰이는 정수기가 있다.

공공 수도에서의 정수 과정[편집]

공공 수도에서는 수원으로부터 취수되어, 정수지로 도수되어 온 원수(原水)를 물리적, 화학적 처리를 통해 정수하게 된다. 보통의 공공 수도에서는 착수정→응집→약품 침전→급속 여과→소독(염소, 오존)의 순서를 거쳐 정수가 진행된다. 완속 여과 시에는 착수정→보통 침전→완속 여과→소독의 순서로 정수가 진행된다.[1]

응집[편집]

응집이란 응결된 입자가 가교 현상에 의해 서로 결합하는 것을 말한다.[2] 대표적인 응집제로 황산 알루미늄(Al2(SO4)3, 상하수도 공학에서는 명반으로 취급하기도 한다)이 있다. 그 외 기타 응집제로는 염화 제 2철(FeCl3), 황산 제 1철(Ferrous Sulfate; FeSO4·7H2O), 황산 제 2철(Ferric Sulfate; Fe2(SO4)3) 등이 있다. pH 조절을 위해 첨가하는 물질로는 탄산 나트륨(Na2CO3)이 있다.

최적의 응집제량을 찾기 위해 약품 교반 시험(Jar Test)를 실시한다.[3]

침전지[편집]

침전 속도[편집]

모든 입자가 100% 제거되는 침전 속도를 v0이라 하면, 침전 속도를 다음 식으로 나타낼 수 있다. 침전 속도는 표면적 부하율과 같은 값이다.[4]

Q : 유량
A : 침전지 면적
 : 침전지의 깊이(유효 수심)
t : 침전지 체류 시간(침전 시간)

침전 제거율[편집]

침전 제거율(E)는 다음 식으로 구한다.[5]

 : 독립 입자의 침강 속도

여과지[편집]

여과지는 완속 여과지와 급속 여과지로 분류한다. 여과지의 면적을 A라고 하면, 계획 정수량 Q와 여과 속도 v와의 관계는 아래와 같다.[6]

  • 완속 여과지 : 보통침전지를 통과한 침전수를 모래 여과하여 물을 정화하는 시설을 말한다. 모래층 표면에 배양한 미생물에 의해 유기물을 제거한다. 완속 여과는 표면 여과 작용을 한다. 모래의 유효경은 0.3~0.45mm인 모래를 사용하고, 70~90cm 두께로 설치한다. 모래의 최대 입경은 2.0mm이하이고, 균등 계수는 2.0 이하로 한다. 여과 속도는 4~5m/day이다. 탁도가 낮은 물의 정화에 사용한다. 급속 여과지에 비해 건설비가 많이 든다.[6]
  • 급속 여과지 : 약품 응집 및 침전을 시킨 침전수를 모래 여과하여 물을 정화하는 시설을 말한다. 전처리로 반드시 응집 침전이 요구된다. 모래의 유효경은 0.45~1.0mm인 것을 60~120cm 두께로 사용하고, 균등 계수가 1.7 이하인 것을 사용한다. 여과 속도는 120~150m/day이다. 탁도가 잘 제거되며, 여과지 면적이 완속 여과지에 비해 작으므로 건설비가 저렴한 장점이 있다.[7]

염소 소독[편집]

염소 소독은 전염소 처리(prechlorination), 중간 염소 처리, 후염소 처리(염소 소독, Chlorination)이 있다.[8]

전염소 처리[편집]

전염소 처리(prechlorination)는 소독작용이 아닌 산화, 분해 작용을 목적으로 침전지 이전에 염소를 투입하는 정수 처리 과정이다. 조류, 세균, 암모니아질소, 아질산성 질소, 황화 수소(H2S), 페놀류, 철, 망간, 맛, 냄새 등을 제거할 수 있다.[8]

후염소 처리[편집]

염소 소독은 가격이 저렴하고, 잔류 효과가 있으며, 소독 효과가 완전하다는 장점이 있다. 단점으로는 트리할로메탄(THM)이 생긴다는 것이 있다. 물에 염소를 주입하는 과정에서 HOCl, OCl-가 생기는데, HOCl이 OCl-보다 살균 효과가 크다.[9] 필요한 염소의 양은 염소 요구량이라고 하고, 다음 식으로 구한다.[10]

염소 요구 농도 = 염소 주입량 농도 ― 잔존 염소 농도

고도 정수 처리[편집]

일반적인 정수 처리 과정만으로 먹는 물 수질 기준을 확보할 수 없을 때, 추가적으로 실시하는 정수 처리 과정을 고도 정수 처리라고 한다. 대표적으로 오존(O3) 처리법, 활성탄 처리법 등이 있다.

  • 오존 처리법 : 장점은 염소 소독에 비해 처리된 물에 맛과 냄새가 남지 않으며, 물에 트리할로메탄(THM)과 같은 화학물질을 남기지 않는다는 점이 있다. 단점으로는 지속 시간이 짧아 잔류 효과가 없으며 경제성이 낮다는 점이 있다.
  • 활성탄 처리법 : 활성탄을 통해 오염 물질을 흡착시켜 제거하는 방법이다. 입상 활성탄(Granular Activated Carbon; GAC)과 분말 활성탄(Powdered Activated Carbon; GAC) 처리법 두 가지로 나뉜다. 맛, 냄새, 색도 제거에 효과적이다. 염소 소독으로 인한 트리할로메탄(THM)도 제거할 수 있다.[11]

같이 보기[편집]

각주[편집]

  1. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 15쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  2. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 157쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  3. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 158-159쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  4. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 164쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  5. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 165쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  6. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 169쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  7. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 169-170쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  8. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 175쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  9. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 176쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  10. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 177쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 
  11. 노재식 외 (2016). 《토목기사 대비 상하수도 공학》. 한솔아카데미. 182-186쪽. ISBN 979-11-5656-234-4. 

더 읽기[편집]

  • Masters, Gilbert M. Introduction to Environmental Engineering. 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998.
  • United States EPA Ground and Drinking Water Homepage. EPA Ground and Drinking Water Homepage Visited 12/13/05