1. 서 론

우리나라의 상수도 보급률은 99.1%(Ministry of Environment, 2019)로 대다수 국민이 수돗물을 공급받 고 있으나 물탱크나 옥내 낡은 수도관, 냄새와 이물질 등의 사유로 수돗물에 대한 불신을 가지고 있다. 이러 한 불신을 해소하기 위해 특·광역시를 중심으로 고도 정수처리 공정의 도입, 옥상 물탱크 철거 지원 사업, 노후 옥내급수관 교체 지원 사업, 노후 상수도관 교체 사업 등을 시행함으로써 수돗물을 고급화하고 깨끗하 고 안전하고 공급하기 위해 노력하고 있다. 하지만 고 도정수처리된 수돗물의 경우에도 원수 내 미세한 오 염물질, 미세 활성탄, 관로 재질 등에 의한 다양한 물 질이 존재하며(Mouchet et al., 1992), 상수도관 내에서 의 다양한 수리적 거동으로 침전, 축적, 부유 등을 반 복한다 (Gauthier et al., 2001; Vreeburg, 2007). 평상시 일정한 수압 및 유속 조건에서는 부유하여 배출되는 물질의 양이 적고, 먹는물 수질기준 내에 있어 직접적 으로 인지하지 못한다. 하지만, 수계 전환 등 상수도 관에 가해지는 각종 충격 및 급격한 수리 변화 시 침 전된 다양한 물질들이 부유하여, 흑수, 적수 등의 형 태로 배출되어 시민들의 수돗물에 대한 불신을 가중 하고 수질을 악화시키게 된다 (Gray, 1988).

상수도 관망의 효과적인 수질관리를 위해 단기적으 로 플러싱 등의 세척을 통해 관 내 탁도 유발 물질을 제거하고 잔류염소의 감소 반응을 제어하는 방법, 수 돗물 공급과정에서의 수질 모니터링을 통한 소독제 농도 제어 및 탁도 관리, 관말 등 수질 취약 구역에서 드레인을 실시하는 방법 등을 검토해 볼 수 있다 (Friedman et al., 2003). 이 중에서 관 세척은 심미적인 수질 문제를 해결하는 데 주로 적용하며 착색의 원인 이 되는 연질의 관내 침전물 및 부착 이물질을 제거 하고 맛·냄새, 벌레 출현 문제 등을 해결할 수 있다. 또한, 관 내벽에 발달한 물때(슬라임)를 제거하여 통 수능을 회복시킬 수도 있다. 상수도 관로에 일반적으 로 활용되는 세척 공법으로는 플러싱, 피그 세척, 맥 동류 세척(공기주입 세척), 아이스 피깅 등이 있다.

단방향 플러싱(Uni-directional flushing)은 밸브 조작 을 통하여 세척 대상 관로에 유량을 집중함으로써 고 유속을 유발하여 세척을 수행하는 방법이다. 단방향 플러싱은 수요가의 수돗물 사용 제한을 최소화하고, 간단하고 신속하게 관로를 세척할 수 있는 매우 유용 한 방법으로 평가되고 있으며(Friedman et al., 2002), 주로 300 mm 이하의 관로 표면에 약하게 부착되었 거나, 침전된 물질의 제거에 적합한 것으로 알려져 있다 (Carriere et al., 2005; Ronald et al., 1992). 따라 서 주기적인 세척이 이루어지지 않으면 각종 물질이 관로의 수리적 특성에 의해 반복적으로 침전되고 세 척에 사용되는 수돗물이 다량으로 사용된다는 단점 이 있다.

단방향 플러싱에 관한 기존의 연구들에서 탁질 및 녹 물 민원이 잦고 잔류염소 농도가 상시 낮게 나타나는 관말 등 정체 관로에 대해 세척을 수행한 결과, 탁도 저감 및 잔류염소 농도 개선 등의 효과가 있는 것으로 보고된 바 있다 (Ahn et al., 2008; Baek, 2010; Ko et al., 2011). 또한, 플러싱 배출수의 탁도가 TSS와 높은 상관 관계를 나타내어 플러싱 작업 시 탁도의 측정을 통해 세척에 의한 고형물 제거 효과를 평가할 수 있으며(Ahn et al., 2008) 세척 종료 시점을 결정할 수 있다.

최근 유수율 제고 사업과 더불어 무단수 공급체계 구축 등의 목적으로 블록시스템을 도입하는 지자체가 증가하고 있으며, 이에 따라 배·급수관로의 구조가 수 지상식에서 망목식으로 전환되고 있다. 기존의 수지 상 관로에서는 플러싱을 수행하는 경우 세척 방향을 쉽게 결정할 수 있다. 하지만 망목식 관로에서는 고도 가 높은 곳에서 낮은 곳으로 플러싱을 수행하는 것이 세척 효과를 높일 수 있다고 보고된 바 있으나(Ahn, 2005), 고도 차이가 발생하지 않는 관로의 경우 물 흐 름 방향을 파악하기 어려워 동일한 방법으로 세척을 수행하는 경우에도 효과에 차이가 발생하게 되는 문 제가 있다. 따라서 본 연구에서는 평상시 물 흐름 방 향을 고려하여 세척을 수행하는 경우 세척 방향에 따 라 세척 효과의 차이를 비교하고, 플러싱 효과를 향상 시킬 수 있는 방법을 제안하고자 한다.

국내에서 상수도관의 플러싱은 2009년부터 본격적 으로 수행되었으며, 최근 2015년 이후 세척 효과의 향 상과 효율성 제고를 위해 공기주입을 이용한 세척방 법이 시범적으로 적용되고 있다. 공기주입 세척(Air scouring)은 단방향 플러싱을 실시할 수 있는 수압과 관 내부 유속이 부족한 경우 별도의 장치를 이용하여 관 내부에 압축공기를 일정한 간격으로 주입함으로써 물과 고압의 공기가 혼합된 water slug(또는 수리적 피 그)를 생성시켜 관 표면의 침전물 등을 제거하는 기술 로 알려져 있다 (Vreeburg, 2007). 공기주입 세척 기술 은 압축공기와 물의 비율이 50:50이므로, 일반적인 플 러싱에 비해 세척 수량을 절감할 수 있는 기술로 평 가되며, 주로 200 mm 이하에 적용하고, 최대로 적용 가능한 관경은 300 mm로 보고된 바 있다 (Bae et al., 2015; Ellison et al., 2003; Vreeburg, 2007). 국내에서는 공기주입 세척 전·후의 관 내부 수질변화와 입자 거동 등 세척에 의한 침전물의 제거 특성과 수질 개선 효 과에 대해 스와빙피그 세척 공법과의 비교 연구가 수 행된 바 있다 (Bae et al., 2015).

하지만, 국내·외 공기주입 세척에 관한 선행연구에 서는 단일 관로에서의 세척 수행 결과를 토대로 공법 의 세척 효과를 제시하고 있으며, 유사한 관로 조건 (관경, 관로 연장, 매설연도)에서 세척 공법별로 세척 을 수행하고 전·후의 수질 변화에 대해 비교·분석한 사례가 드물다. 또한, 단방향 플러싱의 경우, 평상시 물 흐름 방향을 고려하여 세척을 수행하는 경우 관내 퇴적물 제거 효과를 향상시킬 수 있음이 보고된 바 있으나(Ahn et al., 2011), 공기주입 세척의 경우 물 흐 름 방향과 세척 방향을 고려하여 연구된 사례가 없다. 따라서, 본 연구에서는 상수도 관로의 효과적인 수질 관리를 위해 플러싱 효과 향상 방안으로 공기주입 방 법과 물 흐름 방향을 고려한 세척방법을 실제 관로에 적용하여 그 효과를 검증하고자 한다.

2. 연구방법

2.1 연구 대상 관로 선정 및 세척 실험 설계

연구 대상 지역인 S 시에서 수행한 플러싱 1,040건, 공기주입 세척 277건의 세척시 전·중·후 수질측정 자료 와 관로 현황 자료를 이용하여 수압, 관경, 매설연수에 따른 세척 공법별 세척 효과를 비교·분석한다. 이 중 Table 1과 같이 관로 연장, 구경, 매설연도, 수압 등의 조건이 유사한 42개 관로를 대상으로 수행한 플러싱과 공기주입 세척의 수질 측정 결과를 토대로 공법에 따른 세척 효과를 비교하고, 관망해석을 통해 평상시 물 흐름 방향을 분석하여 정방향과 역방향으로 세척을 수행한 두 가지 공법의 수질측정 결과를 비교·분석한다.

세척 실험 대상 관로의 물 흐름 방향은 EPANET 2.0 프로그램을 이용한 관망해석을 통해 분석하며, 세 척 방향은 GIS 프로그램을 이용하여 소화전 또는 퇴수 밸브 위치를 고려하여 결정한다. 현장실험은 Fig. 1과 같이 관로 연장, 매설연도, 관경이 유사한 두 관로를 선 정하여 물 흐름 방향의 순방향과 역방향으로 플러싱과 공기주입 세척을 수행할 수 있도록 설계하였다.

2.2 상수도 관로 세척 현장실험 방법

단방향 플러싱과 공기주입 세척 모두 소화전 또는 퇴수밸브를 이용하여 실시하며 소화전의 구경은 65 mm, 퇴수밸브의 구경은 80∼100 mm이다. 공기주입구 는 제수밸브실에 20 mm 새들분수전을 설치하며, 공 기주입장치를 활용하여 공기를 주입한다. 플러싱을 실시하기 전에 단수 홍보 후 수도계량기의 앵글밸브 를 닫아 가정에 적수가 유입되지 않도록 한다.

단방향 플러싱의 경우 세척 실험 대상 관로의 종점 부 제수밸브와 주변 제수밸브를 닫아 세척 구간을 고 립하여 수압을 확보하고, 소화전에 소방호스, 유량계 등을 설치하여 세척 준비를 완료한다. 본 연구의 정· 역방향 단방향 플러싱 현장실험에서는 소화전에 수압 측정에 필요한 수압계 및 피토관을 별도로 설치하지 않고, 사전에 관망해석을 통해 세척 구간의 수압 확보 가 가능할 것으로 판단되는 제수밸브의 위치를 검토 하였으며, 현장에서 제수밸브의 조작으로 확보되는 관내 수압을 그대로 세척에 이용하였다.

종점 제수밸브를 제외하고 소화전과 유입지점의 제 수밸브를 개방하여 관 세척을 개시한다. 세척 효과 및 종료 시점을 파악하기 위해 현장에서 측정 가능한 탁 도와 잔류염소 농도를 세척 전·중·후에 측정하여 기록 하며 탁도는 0.5 NTU 이하, 잔류염소 농도는 0.1 mg/L 를 만족하면 세척을 종료하도록 한다. 세척 전 탁도와 잔류염소 농도는 세척 구간에 해당하는 인근 수용가의 수도꼭지에서 채수하여 3회 반복 측정하며, 세척 중에 는 제수밸브 조작 및 소화전 개방으로 세척 개시 이후 5분 이내에 3회 측정한 평균값을 사용한다. 세척 종료 시점을 파악하기 위해 수시로 세척수를 채수하여 탁도 와 잔류염소 농도를 측정하며, 두 항목의 측정값이 세척 종료 기준을 만족하는 시점에서 세척을 종료하고 측정 된 값을 세척 후 수질로 기록한다. 또한, 세척수의 TSS, 무기금속 등의 분석을 위해 탁도와 잔류염소 농도 측정 과 동일한 시점에 추가적으로 세척수를 채수하며, 세척 완료시 세척 수량과 시간을 기록한다.

정·역방향 공기주입 세척의 경우 공기주입구의 설치 가 완료되면, 플러싱과 동일한 절차로 세척 구간을 고립 하고 관로 내 수압을 확보한다. 관내 주입되는 압축공기 에 의해 관로 파손이 발생하지 않도록 수압계를 설치하 여 수압을 확인하며, 본 연구에서는 9.0 kgf/cm²를 운영 수압으로 설정하고 세척을 진행한다. 공기주입 장치는 Table 2와 같이 관경에 따른 압축공기 발생 장치 선정에 관한 가이드라인(Ellison et al., 2003)을 참고하여 180 L 용량으로 제작하여 실험에 활용한다.

1회 공기주입이 완료되면 제수밸브 또는 소화전의 개방으로 퇴수를 진행하며, 탁도 및 잔류염소 농도 측 정 결과에 따라 2∼3회 반복적으로 공기를 주입한다. 플러싱과 동일하게 세척 종료 기준을 만족하면 세척 을 종료하도록 한다. 세척 전·중·후 탁도와 잔류염소 농도의 측정을 위한 채수 및 측정 방법은 단방향 플 러싱과 동일하게 수행한다.

정·역방향 단방향 플러싱과 공기주입 세척 시 현장 에서 측정하는 수질항목은 Table 3과 같으며, 실험실 에서 측정하는 수질항목은 Table 4와 같다.

2.3 플러싱 수행 자료를 이용한 탁질 제거 효과분석 및 관리 방안 마련

8개 세척 실험의 세척시간별 탁도, TSS 측정 결과 를 이용하여 탁도와 TSS 관계식을 도출하고, 세척시 간별 TSS 측정 결과와 총 세척 수량을 토대로 각 실 험에서의 탁질제거량을 계산한다. 연구 대상 지역인 S 시의 2018년도 세척 수행 자료(플러싱 1,040건, 공기 주입 세척 277건)를 이용하여 두 가지 세척 공법의 탁 질 제거 효과를 분석하고, 연간 총 탁질제거량을 산정 하기 위해 세척 시 측정한 전·중·후 탁도 값을 탁도 -TSS 관계식을 활용하여 TSS 추정 농도로 환산한다. 실적 자료 중 세척시간과 퇴수량이 측정된 플러싱 874건과 공기주입 세척 194건의 자료를 이용하며, 세 척 중 수질측정의 시점이 상이한 것으로 조사되어 세 척 시작 후 5분이 경과된 시점에서 측정한 것으로 가 정한다.

또한, 플러싱 수행 자료 중 세척 효과에 영향을 미 칠 것으로 판단되는 관경, 매설년가 조사된 887건의 수질측정 데이터를 활용하여 영향요인별 플러싱 효과 향상이 가능한 최적의 관리 방안을 제안하고자 세척 중 탁도 측정 결과를 비교·분석한다.

3. 연구결과 및 고찰

3.1 세척 공법별 전·중·후 수질 측정 결과 비교 분석

2018년 10월에서 11월까지 21개 소블록에 대해 각 소블록마다 2개 관로를 선정하여 1개 관로는 플러싱 을 실시하고 다른 1개 관로는 공기주입 세척을 실시 하여 총 21개 소블록의 42개 관로에 대한 세척 전·중· 후 수질측정 결과를 분석하였다.

Table 5는 21개 소블록의 42개 관로에 대해 실시한 플러싱과 공기주입 세척 실험의 전·중·후 수질 측정값 의 평균, 최댓값, 최솟값을 나타낸다. Table 5에서 세 척 배출수의 잔류염소 농도는 세척 전 평균 0.23 mg/L 에서 세척 후 평균 0.28 mg/L로 21.7% 증가하는 효과를 보였으며, 탁도는 세척 전 평균 0.26 NTU에서 세척 중에 평균 18.01 NTU로 상승하였다가 세척 후 평균 0.15 NTU로 측정되어 0.11 NTU 개선되는 효과를 나 타내었다. 철 농도의 경우 세척 전 평균 0.04 mg/L에 서 세척 중 평균 0.44 mg/L, 세척 후 평균 0.01 mg/L로 나타나 평균적으로 0.03 mg/L 감소하였다. 또한, 구리 농도의 경우 세척 전 평균 0.02 mg/L에서 세척 종료 후 평균 0.01 mg/L로 감소하였다. 플러싱과 공기주입 세척의 세척 전·중·후 수질 측정값을 비교할 때, 세척 작업에 의한 수질 개선 효과가 있음을 확인할 수 있 었다.

플러싱의 경우 21개 관로 실험에서 세척 중 세척 수의 평균 탁도가 9.85 NTU로 측정되었으며 공기주 입 세척은 21개 관로에서 세척 중 평균 탁도가 26.16 NTU로 플러싱보다 2.7배 높게 측정되었다. 또한, 플러싱 실험의 세척 중 평균 철 농도는 0.20 mg/L, 공기주입 세척은 평균 0.67 mg/L로 3.4배 높 게 측정되었다. 플러싱을 실시한 관로의 세척 전 평 균 수압은 3.47 kgf/cm²이고 최대 5.51 kgf/cm², 최소 2.35 kgf/cm² 범위에 있으며 공기주입 세척의 경우 세척 전 평균 수압이 3.37 kgf/cm², 최대는 5.51 kgf/cm², 최소는 2.04 kgf/cm²로 플러싱에 비해 낮은 수압 범위를 나타내었다. 하지만 공기를 주입함에 따라 관내 수압이 9.0 kgf/cm²까지 상승하게 되어 유 속의 증가로 관벽에 부착된 고형물을 더 많이 제거한 것으로 판단된다.

3.2 물 흐름 방향을 고려한 세척방법별 효과분석

본 연구에서는 평상시 물의 흐름 방향의 반대 방향 으로 세척을 실시하는 경우, 관내 퇴적물의 제거 효과 가 향상될 것이라는 가정으로 플러싱과 공기주입 세 척에 대해 물 방향의 순방향과 역방향으로 세척 실험 을 수행하고, 세척수의 수질측정 결과를 토대로 세척 효과를 비교·분석하였다.

8개 소블록을 대상으로 8개 관로는 물방향과 같은 순방향 플러싱을 수행하고, 8개 관로는 순방향 공기주 입 세척을 수행한 결과 Table 6에서 보는 바와 같이 공기주입 세척에서의 세척 중 평균 탁도, 철, 구리 농 도가 플러싱의 세척 중 평균값에 비해 각각 2.4배, 3.9 배, 9배 높게 측정되어 세척 효과가 상대적으로 우수 한 것으로 판단된다.

7개 소블록에서 7개 관로는 역방향 플러싱, 7개 관 로는 순방향 공기주입 세척 실험을 수행한 결과, 세척 중 탁도와 철 농도가 순방향 공기주입 세척(평균 탁도 6.64 NTU, 평균 철 농도 0.18 mg/L)에 비해, 역방향 플 러싱의 세척수(평균 탁도 16.94 NTU, 평균 철 농도 0.23 mg/L)에서 높게 측정되었다. 이는 관벽에 평상시 물 흐름 방향으로 부착된 물때, 고형물, 슬라임 등이 역방향으로 높은 수압과 유속으로 세척을 수행함에 따라 떨어져 나온 것으로 판단된다.

4개 소블록의 8개 관로를 대상으로 4개 관로씩 순 방향 플러싱과 역방향 공기주입 세척을 수행한 결과, 역방향 공기주입 세척의 경우 세척 중 평균 탁도가 89.53 NTU, 철 항목의 평균은 2.04 mg/L로 매우 높게 나타났다. 이는 공기주입으로 관내 압력이 9.0 kgf/cm² 까지 상승하게 되어 퇴수를 진행하는 동안 관내 유속 이 증가함에 따라 관벽에 부착된 고형물 등이 더 많 이 제거되는 현상으로 판단된다. 또한, 평상시 물 흐 름 방향의 역방향으로 세척을 수행하는 경우 세척 효 과가 향상될 수 있음을 확인할 수 있다.

2개 소블록 내의 2개 관로는 역방향 플러싱을 실시 하고, 2개 관로는 역방향 공기주입 세척을 수행하였 다. 세척 중 평균 탁도를 비교한 결과 역방향 공기주 입 세척 실험에서 39.29 NTU로 측정되어 역방향 플러 싱보다 15.40 NTU 더 높게 측정되었으며, 철 농도의 경우에도 역방향 플러싱에서 0.50 mg/L, 역방향 공기 주입 세척 시 0.72 mg/L로 측정됨에 따라 공기를 주입 함에 따라 세척 효과를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

21개 소블록의 42개 관로를 대상으로 물 흐름 방향 의 순방향과 역방향으로 플러싱과 공기주입 세척을 수행하여 각각의 실험 조건에서의 세척 중 탁도 측정 값의 분포를 Fig. 2와 같이 box-plot으로 나타내었다. 4가지 실험 결과를 종합적으로 비교해 볼 때, 물 흐름 방향 과 동일한 순방향으로 세척을 수행하는 경우 공기주 입을 통해 탁질 물질의 제거 효과를 향상시킬 수 있 으며, 동일한 공법이라도 평상시 물 흐름 방향의 역방 향으로 세척을 수행한다면 순방향에 비해 세척효과를 더 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

따라서, 관로의 물방향 분석 및 현장 퇴수밸브 또는 소화전 설치여건을 파악한 결과, 평상시 물 방향의 역 방향으로 세척이 가능한 경우에는 공기주입 없이 역 방향 플러싱만으로도 세척 효과를 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며, 추가적으로 공기를 주입하는 경우 가장 큰 세척 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 다만, 역방향 플러싱을 적용하기 어려운 경우에는 순 방향 플러싱보다 탁질 제거 효과가 큰 공기주입 세척 을 수행하는 것이 타당하다고 판단된다.

다만, 본 연구의 결과는 관로 연장, 밸브의 개도, 관 망 내 세척 대상 관로의 위치, 평상시 유속 등 세척 효과에 영향을 미칠 수 있는 개별 인자들의 영향 정 도를 평가하는 데 한계가 있다. 따라서, 추후 각각의 인자들의 영향도를 정량적으로 비교하여 평가할 수 있는 명확한 실험 조건의 설정과 반복 실험을 수행하 여 세척 공법과 세척 방향에 따른 세척 효과를 비교· 분석할 필요가 있다고 판단된다.

3.3 세척방법별 세척수 수질측정 결과에 대한 일원분 산분석

21개 소블록에서 수행한 42건의 플러싱 및 공기주 입 세척 수질 측정 결과를 이용하여 물 흐름 방향에 대해 순방향 또는 역방향으로 세척을 수행하는 경우, 세척 효과에 차이가 있는지 분석하기 위해 세척 방향 과 공법을 구분하여 세척수의 탁도와 철 농도에 대한 일원분산분석을 실시하였다.

Table 7은 세척 공법별 세척 방향에 따른 세척수의 탁도 측정값의 기술통계를 나타내며, Table 8은 동일 한 세척 공법에서 세척 방향에 따른 세척수 탁도의 분산분석 결과를 나타낸다. 공기주입 세척의 경우 세 척 방향에 따라 탁도 측정 결과에 대한 차이가 없다 는 영가설이 기각되어(유의확률 0.002) 측정 결과에 차이가 있는 것으로 분석되었으며, 평균 탁도 측정결 과에서도 역방향에서 9.7배 높게 측정됨에 따라 순방 향 공기주입 세척에 비해 효과가 높은 것으로 판단된 다. 플러싱의 경우에는 95% 신뢰수준에서 유의확률이 0.080으로 유의수준인 0.05보다 높아 세척 방향에 따 른 탁도 측정 결과 간에 유의미한 차이가 없는 것으 로 분석되었다. 하지만 세척 방향에 따른 탁도 측정 결과 역방향 플러싱의 평균값이 18.48 NTU로 순방향 에 비해 5.47배 높게 측정됨에 따라 물 흐름 방향의 역방향으로 세척을 수행하는 경우 보다 효과적인 세 척이 가능할 것으로 판단된다.

다음 Table 9는 물 흐름에 대해 세척 방향이 순방 향 또는 역방향으로 동일한 조건에서 플러싱을 실시 하는 경우 공기를 주입하는 것이 세척 효과를 향상시 킬 수 있는지 검증하기 위한 일원분산분석 결과를 나 타낸다.

순방향과 역방향 모두 95% 신뢰수준에서 세척 공 법에 따라 측정된 탁도의 평균값에 유의미한 차이가 없는 것으로 분석되었으며, 90% 신뢰수준에서 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 물 흐름 방향에 순방향으로 세척을 수행하는 경우에는 공기를 주입함에 따라 세 척 중 평균 탁도가 7.51 NTU로 순방향 플러싱보다 평 균 4.13 NTU 높게 측정되어 관내 이물질 제거 효과를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

또한, 역방향 플러싱의 경우 세척 중 평균 탁도가 18.48 NTU로 순방향 플러싱의 세척 중 평균 탁도인 3.38 NTU에 비해 5.5배 이상 크므로 공기를 주입하지 않 더라도 충분한 세척 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된 다. 다만, 역방향의 경우에도 공기를 주입하는 경우 세척 중 평균 탁도가 72.78 NTU로 측정되어 역방향 공기주입 세척이 가장 효과가 높은 세척방법이라고 할 수 있다.

Table 10은 세척 공법별 순방향·역방향 세척 시 측 정한 철 농도에 대한 기술통계를 나타내며, Table 11 은 동일 세척 공법에서 세척 방향에 따른 세척수 철 농도의 일원분산분석 결과를 나타낸다.

Table 11에 나타난 바와 같이 공기주입 세척의 경우 철 농도에서 세척 방향에 따라 측정 결과에 차이가 있는 것으로 결과가 도출되었으며, 플러싱의 경우 세 척 방향에 따라 측정된 철 농도 사이에는 95% 신뢰구 간에서 통계적으로 유의미한 차이를 확인할 수 없었다.

Table 12는 동일한 세척 방향에서 세척 공법에 따른 철 농도에 대한 분산분석 결과를 나타낸다. 순방향인 경우 세척 공법별 철 농도 측정 결과, 95% 신뢰수준 에서 유의미한 차이가 확인되지 않았으나, 역방향의 경우에는 공기주입 세척과 플러싱의 철 농도 측정값 의 평균에 차이가 있는 것으로 분석되었다.

따라서 세척 공법과 세척 방향에 따른 탁도 평균값 의 비교 결과와 연계하여 해석할 때, 세척 중 탁도가 높게 측정된 역방향 공기주입 세척의 경우 관내 탁질 의 제거뿐만 아니라 덕타일 주철관의 부식에 의해 발 생하는 녹, 스케일 등에 포함된 철 성분의 제거에도 효과가 있는 것으로 판단된다.

3.4 세척수의 수질분석을 통한 탁질 제거 효과분석

본 연구에서 측정된 세척수의 탁도와 TSS의 상관관 계를 분석한 결과, Fig. 3과 같이 결정계수(R²)가 0.8328 로 매우 높은 상관성이 확인되었다. 따라서 현장에서 탁도의 측정만으로 대상 관로의 세척에 고형물 제거 효과를 평가할 수 있을 것으로 판단된다.

Table 13은 8개 현장 실험에 대해 세척 방법별 세척 수의 TSS 측정 결과를 토대로 각 실험에서의 탁질제 거량을 산정한 결과이며, 동일한 방법으로 S시 2018년 플러싱 및 공기주입 세척 실적에 대해 Table 14와 같 이 세척공법별 탁질 제거량을 산정하였다. 플러싱은 874회 세척을 통해 총 144.29 kg의 탁질을 제거한 것 으로 나타났고, 공기주입 세척은 194회 세척을 시행하 여 총 79.49 kg의 탁질을 제거한 것으로 분석되었다. 총 탁질 제거량은 플러싱이 많지만, 1회 평균 탁질 제 거량은 공기주입 세척이 플러싱에 비해 145.9 g 만큼 더 많이 제거할 수 있어 세척 효과가 상대적으로 우 수한 것으로 판단된다.

1회 평균 세척시간의 경우 56.51분으로 플러싱에 비해 6.41분 더 적게 소요되나 1회 평균 퇴수량은 113.58 m³으로 플러싱보다 4.9 m³만큼 많이 필요한 것 으로 나타났다. 플러싱 수행시 관내 평균 수압은 3.84 kgf/cm²으로 조사되었으나 공기주입 세척의 경우 공기 주입 시 관내 수압이 최대 9.0 kgf/cm²으로 증가하게 되므로 동일한 65 mm 소화전으로 퇴수하는 경우 수 압이 높아 더 많은 퇴수량을 배출하게 되기 때문으로 판단된다.

현장 여건상 TSS의 측정이 어렵고 시간마다 퇴수량 의 측정이 어려운 경우가 많으므로 비교적 쉽게 측정 이 가능한 탁도와 세척 종료 후 누적 퇴수량의 산정 을 통해 본 절에서 제시한 방법으로 세척에 의한 탁 질 제거량을 산정하여 세척의 효과와 세척수 방류에 의한 하수관거 내 퇴적물 유입 정도를 평가하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

다만, 앞서 언급하였듯이 세척 중 탁도 측정 결과를 세척 시작 후 5분이 경과한 시점으로 가정하여 계산한 결과이므로 추후 세척 시 탁도 측정 시점과 간격 등을 표준화하여 일정하게 측정한다면, 보다 정확하게 탁질 제거량의 산정이 가능할 것으로 판단되며, 세척 공법별 세척수의 수질 특성 분석과 세척 지속시간 및 세척 수량 절감에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

3.5 관로 조건별 세척 효과분석 및 관리 방안

3.5.1 세척 대상 관로의 구경별 세척 효과 비교 분석 결과

연구 대상 지역에서 1년간 수행된 887건의 플러싱 구 간 중 80 mm 덕타일 주철관이 268건으로 가장 많은 비중 을 차지하였으며, 전체 887건 중 87.75%가 150 mm 이하 의 관로에서 수행되었다. 200 mm 관로는 120건, 300 mm 관로는 33건 플러싱이 수행된 것으로 확인되었다. Fig. 4는 관경별 세척 중 탁도 측정값의 분포를 나타낸다.

관경별 세척 중 탁도 측정값을 분석한 결과 최댓값 은 80 mm에서 4.50 NTU로 가장 크게 측정되었으며 300 mm 관로에서는 0.90 NTU로 측정되어 관경이 증 가할수록 탁도의 최댓값이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 관경별 탁도 평균값의 경우에서도 200 mm를 제외하고 관경이 커질수록 감소하는 경향이 나타났 다. 일반적으로 배수지에서 가까운 배수본관의 관경 이 상대적으로 크고 수돗물의 공급 경로에 따라 배수 지관, 관말에 가까워질수록 관경이 작아지며 탁도에 영향을 미치는 입자성 부유물질의 농도가 증가하는 경향이 있으므로(Kim et al., 2013), 세척 시 관 내부의 탁질 물질들이 외부로 배출됨에 따라 세척 중 탁도 측정값이 높게 나타나는 것으로 판단된다. 또한, 관경 이 300 mm(12 in)보다 큰 대형관의 경우에는 퇴적물 과 생물막 제거 등 세척 효과를 확보하기 위한 유속 의 확보가 어려워 플러싱 공법의 적용이 효과적이지 않다고 보고된 바 있다 (Ellison et al., 2003). 따라서 세척 계획의 수립 시 300 mm 이상의 대형관의 경우 플러싱 이외의 세척 공법을 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

3.5.2 매설 경과연수에 따른 플러싱 세척효과 비교분석

관로의 매설 경과연수 범위에 따라 세척 중 탁도 측정결과를 분석한 결과, Fig. 5에 나타낸 바와 같이 경과연수가 증가할수록 최댓값과 평균값이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 이는 관로가 노후화되어 관 내 물때나 각종 탁도 유발 물질들이 증가하게 됨에 따라 세척 수행 시 탁도가 높게 나타나는 것으로 판단 된다. 또한, 매설 경과연수에 따른 세척 건수를 비교한 결과, 신관(5년 이하 : 11건)에 비해 노후관로(26년 이 상 : 379건)에서의 세척 수행 횟수가 상대적으로 많은 것을 확인할 수 있었으며, 이는 S 시가 관망 내 수질 관리를 위해 노후관로에 높은 우선순위를 두고 있음 을 간접적으로 확인할 수 있는 자료라고 판단된다.

5. 결 론

본 연구에서는 관망 내 2차 수질오염을 방지하고 노후관에서의 적수 및 수질 사고 발생을 예방하기 위 해 국내·외에서 가장 일반적으로 활용하고 있는 단방 향 플러싱 세척 효과의 향상 방안으로 간헐적으로 공 기를 주입하는 방법과 평상시 물 흐름의 역방향으로 세척을 수행하는 방법을 제안하였다.

현장실험을 통해 물 흐름 방향의 순방향 및 역방향 으로 플러싱과 공기주입 세척을 수행한 결과, 순방향 으로 세척을 수행하는 경우, 공기주입을 통해 탁질 물 질의 제거 효과를 향상시킬 수 있었으며, 동일한 공법 이라도 평상시 물 흐름 방향의 역방향으로 세척을 수 행하는 경우, 세척 효과가 우수함을 확인할 수 있었다.

특히, 공기주입 세척의 경우 순방향과 역방향 세척 중 측정된 탁도와 철 농도의 평균값에 통계적으로 유 의미한 차이가 확인됨에 따라 역방향 세척이 탁질 물 질 제거와 철 농도 저감에 더 효과적인 것으로 판단 된다. 또한, 역방향 세척의 경우 두 가지 세척 공법의 세척 중 측정된 탁도의 평균값에서 통계적으로 유의 미한 차이가 확인됨에 따라 현장여건에서 역방향 세 척과 공기주입이 가능한 경우, 적극적으로 활용할 필 요가 있음을 통계적으로 검증하였다.

현장 세척 실험을 통해 탁도와 TSS 간의 높은 상관 성(R² = 0.8328)이 확인됨에 따라 현장에서 간편하게 측정이 가능한 탁도로 대체하여 관내 부유물질 및 탁 질 제거 효과를 간접적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 2018년 S 시의 관 세척 수행에 따른 총 탁질제거량을 분석한 결과, 플러싱에 비해 공기주 입 세척 시 1회 평균 4.9 m³ 더 많은 세척수가 사용되 었으나, 1회 평균 탁질제거량은 145.9 g 더 높게 나타 나 공기주입 세척을 통해 관 내부 고형물 제거를 통 한 효과적인 수질관리가 가능할 것으로 판단된다.

887건의 플러싱 수행 결과를 분석한 결과, 300 mm 이상의 관로에서는 플러싱에 의한 세척 효과가 낮으 며, 관경이 작을수록, 매설 경과연수가 증가할수록 탁 도가 높게 측정되는 경향이 나타났다. 따라서 추후 소 블록 단위의 세척 계획 수립 시 상대적으로 탁질의 퇴적이 많이 이루어질 것으로 예상되는 배수지관과 관말지역의 매설 경과연수가 높은 노후관에 대해 우 선적으로 세척을 수행하는 것이 바람직하며, 300 mm 이상의 관로에서는 플러싱 이외의 세척 공법을 적용 하는 것이 타당할 것으로 판단된다.

본 연구에서 제안한 방법론 및 연구의 결과는 향후 상수도 관망의 효율적인 유지관리와 수질 개선에 기 여할 수 있을 것으로 기대된다. 다만, 추후 세척 수행 시 일정한 시간 간격으로 수질을 측정한다면 세척수 의 수질 특성과 세척 공법별 효과를 보다 정확하게 비교할 수 있을 것으로 판단된다. 이를 위해서는 현장 에서 활용할 수 있는 표준화된 매뉴얼 개발과 교육이 필요하며, 향후 세척 수행 시 발생하는 고농도의 세척 수 처리 기준 및 관리 방안에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.