여과지 역세척 시기

왜 배우는가: 여과지 역세척 시기는 정수장 운전에서 여과 효율과 처리수질, 세척수 사용량을 함께 좌우하는 핵심 운전 결정이다. 역세척이 늦으면 탁질누출과 니구 형성이 생기고, 너무 잦으면 세척수와 전력이 낭비된다. 그래서 기술사 시험에서 판단 기준(손실수두, 유출수 탁도, 여과시간)과 근거를 묻는 문제로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제134회 4교시 1번, 제101회 4교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

여과지 역세척 시기는 여층에 쌓인 탁질로 손실수두가 한계에 도달하거나 여과수 탁도가 기준을 넘을 때, 여층을 역류 세척하는 시점을 말한다.

역세척 시기는 손실수두 한계, 여과수 탁도 상승, 설정 여과시간 중 먼저 도달한 조건으로 정한다.

핵심 키워드

• 손실수두(Head Loss)
• 탁질누출(Break Through)
• 여과지속시간(Filter Run Time)
• 여과수 탁도(Filtrate Turbidity)
• 역세척(Backwashing)
• 니구(Mud-ball)
• 여과지 차압(Differential Pressure)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 여과지는 모래층에 물을 통과시켜 흐린 입자를 잡아두는 설비다. 시간이 지나면 모래 사이 틈이 막혀 물이 잘 빠지지 않는다. 이때 막힌 정도를 재는 값이 손실수두다. 여과지 입구와 출구의 수위차, 또는 여층 상하의 압력차로 나타난다.

정식 정의는 다음과 같다. 역세척 시기는 여층에 포착된 현탁물질이 누적되어 손실수두가 설계 한계에 도달하거나, 여과수 탁도가 허용치를 넘는 시점이다. 이때 여층을 하부에서 상향류로 씻어 포착물을 배출한다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다. 탁질누출은 여층 상부에서 포획된 입자가 깊은 층까지 침투하여 여과수로 빠져나가는 현상이다. 여과 효율이 떨어지는 신호다. 니구는 응집 플록이 세척되지 않고 뭉쳐 생긴 덩어리로, 단락류와 세균 번식의 원인이 된다. 여과지속시간은 세척 후 다음 세척까지 걸린 시간으로, 운전 실적에서 기준으로 자주 쓰인다.

역세척은 여층을 팽창시켜 모래 입자끼리 마찰하게 하여 부착물을 떼어내는 조작이다. 팽창률과 세척 시간은 여재의 종류와 세척 방식에 따라 다르다.

3. 등장 배경과 필요성

여과는 침전으로 제거되지 않은 미세 입자를 최종적으로 잡는 단계다. 여과지는 입자를 계속 포획하므로 시간이 지나면 막히는 것이 필연적이다. 막힘을 방치하면 손실수두가 커져 여과속도가 떨어지고, 상층에서 입자가 포획되지 않고 하층으로 빠지는 탁질누출이 생긴다.

응집제를 사용하는 급속여과에서는 플록이 여층 틈에 모이면서 니구를 만들 수 있다. 니구는 모래층의 균일성을 깨뜨리고 단락류를 만든다. 따라서 역세척 시기를 적절히 정하는 것은 처리수질 확보와 여과지 보호에 동시에 필요하다.

또 역세척에는 많은 세척수와 전력이 든다. 세척을 너무 자주 하면 정수 손실과 운전비가 늘고, 너무 늦게 하면 수질 사고 위험이 커진다. 그래서 운전자는 측정 가능한 지표로 시기를 판단한다. 이것이 자동 제어에서 손실수두·탁도·시간을 기준으로 삼는 이유다.

급속여과는 여재의 유효경이 0.45~0.7mm, 여과속도가 120~150m/day인 것이 표준이다. 이런 조건에서는 여층이 빠르게 막히므로 역세척 주기가 짧다. 완속여과는 표층 여과 작用으로 생물막이 형성되어 역세척 대신 표층 삭취로 관리한다는 점에서 다르다.

역세척 기준으로 손실수두를 쓰는 이유는 측정이 쉽고 여층 막힘과 직접 연결되기 때문이다. 이에 대해 손실수두가 설정한 한계에 도달할 때 세척하는 기준이 가압식 급속모래여과에서 널리 인용된다.

4. 구성요소·원리·절차

여과지 역세척 시기는 여재 층의 손실수두(차압)가 일정 값에 도달하거나, 여과수 탁도가 기준을 넘거나, 설정된 여과 시간이 경과했을 때 정해진다. 세 조건 중 먼저 도달하는 것을 기준으로 삼는다. 역세척은 여재 층에 쌓인 탁질과 니구를 물과 공기의 흐름으로 떨어뜨려 배출하는 작업이다.

역세척 시기의 판단 인자는 다음과 같다.

역세척 시기는 세 기준을 함께 쓰고, 현장에서는 손실수두를 주 기준으로 두는 것이 일반적이다. 탁도는 손실수두가 아직 남아 있어도 탁질이 누출되면 역세척을 앞당기는 신호로 쓴다.

역세척 절차는 다음 순서로 진행한다.

• 여과지 유입 밸브를 닫고 여과 공정을 정지한다.
• 여과지 수위를 낮추어 여재 상부를 노출시킨다.
• 공기 세척(Air Scouring)을 수행하여 여재 층의 뭉친 부분을 깨뜨린다.
• 하부에서 역세 용수를 상향 주입하여 여재 층을 팽창시킨다.
• 표면 세척 수로(Surface Wash)로 표면 탁질을 배수 수로에 보낸다.
• 역세 용수 공급을 멈추고 여재 층을 침강시킨 뒤 여과를 재개한다.

여재 층의 팽창률은 여재 두께의 120~130% 정도가 일반적이며, 세척 시간은 6~8분 정도로 보는 것이 수험서의 표준이다. 역세척 속도는 관련 기준이 정한 범위에서 짧게 유지하여 여재의 유실을 막는다.

역세척 시기는 손실수두, 여과수 탁도, 여과 지속시간 중 먼저 도달하는 조건으로 정한다.

역세척 신호가 발생하면 시퀀스 제어기가 배수, 공기 세척, 수세, 표면 세척 순으로 자동 수행한다.

5. 관련 법령·기준·표준

여과지 역세척 시기와 관련된 기준은 수도법과 시설 기준, 그리고 수돗물 수질기준이다. 역세척 시기를 직접 규정하는 조문보다는 여과수 탁도와 시설 설계 조건이 기준이 된다. 기준값은 아래 표로 정리한다.

역세척 손실수두 기준은 국내 법령에서 고정 수치로 정해 두지 않고 설계와 운영 조건에 따라 정한다. 해외 가압식 설계 사례에서는 설계 조건에 맞춘 손실수두 한계가 쓰인다.

수질 측면에서는 「수도법」에 따른 수돗물 수질기준의 탁도 기준을 여과 출구 관리 목표로 본다. 여과수 탁도가 기준을 넘으면 역세척 시기를 앞당기는 것이 원칙이다.

개정 연혁으로는 정수시설 설계 기준이 수차례 갱신되어 왔으므로, 최신 기준의 여과 속도와 여재 조건을 우선 적용한다.

6. 유형과 비교

여과지 역세척 시기를 정하는 방식은 크게 손실수두(차압) 기준, 탁도 누출 기준, 여과 지속시간(운전시간) 기준으로 나뉜다. 실제 정수장에서는 두 가지 이상을 함께 쓰는 복합 방식이 많다. 아래 표는 세 방식의 판정 대상과 장단점을 정리한 것이다.