기본 설계시 고려 사항들-3

1. 원수의 수질과 수원 선정

 처리의 유형은 수원의 수질과 정수의 목표수질에 영향을 받는다. 일번적으로 원수는 최소의 처리 공정 갯수와 처리비용으로 정수의 목표수질을 달성할 수 있어야 한다. 그러므로 수자원 개발연구를 포함한 신중한 검토와 광범위한 공학적 평가가 수원 선정의 일환으로 수행될 필요가 있다 수량, 수질, 신뢰성, 안전성, 수리권 그리고 환경영향과 같은 인자들이 건설 및 운전비용과 함께 판단을 하는데 포함되어야 한다.

 수원의 유형은 세 가지 일반적인 범주 즉, (1)빗물, (2)지하수원(주로 우물), (3)하천, 호수, 하천을 막아 만든 저수지와 같은 지표수 중의 하나가 된다. 가정에서 생활용수로 이용하고자 빗물을 물탱크에 집수하여 활용하기도 한다. 지하수는 일반가정과 중.소규모 지역에서 다양하게 사용되고 있다. 지하수는 수질이 균일하고, 탁도, 색도가 없는 반면, 용존고형물을 다량 포함하고 있다. 급수원으로서 지하수를 고려할 경우 대수층의 안전 생산율(safe yield) 및 허용 수위저하, 규정된 오염물질의 MCLs, 해수 침입, 지하수의 다른 오염원, 수리권들에 대한 연구가 필요하다.

 지표수는 탁도, 색도, 맛과 냄새 유발물질에 따라 수질이 변하는 경향이 있다. 또한 지표수는 유출사고, 자연적 원인 등을 포함한 폐기물 유입과 단기간 또는 계획기간 동안 지속적으로 수질변화를 야기하는 인위적인 활동에 노출되어 있다. 그러므로 지표수 수원은 신중하게 선정하여야 하며, 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.

 

 1) 계획급수량을 만족시키기 위하여 갈수기 동안의 유역의 안전 생산율, 이것은 강수, 증발, 유출, 하천 유량의 통계학적인 분석을 포함한다.

 2) 유역에서의 도시화와 토지개발

 3) 지류에서의 계획 저수량

 4) 물리적, 화학적, 미생물학적과 방사선의 지표로써 표현된 단기, 계절적, 장기 변화에 근거한 수질

 5) 홍수 피해, 지진, 파업으로 인한 파손가능성 혹은 독성물질의 유출에 대한 안전성 평가

 6) 저수지, 집수, 송수시스템, 정수장, 그리고 배수시스템 건설 필요성

 7) 시설의 건설 및 운전 비용을 포함하는 계획의 경제성

 8) 사업의 환경영향

 

 지표수의 수질에 대한 자료는 지역, 주, 연방 전부의 관련기관으로부터 얻을 수 있다. 선정된 지표수에 대한 일반 성분들의 농도는 재래식 정수장에 의해 또는 규정된 오염물질에 대한 BAT에 의해 USEPA 음용수 기준을 만족시켜야 한다. 일반대중에게 기존 정수장의 공정에 의해 공급되는 상수원으로의 지표수의 수질기준은 30년 전부터 개발되었다. 그 당시 허용기준과 권장기준에 대한 개념이 도입되었다. 허용기준을 만족하는 수원은 재래적인 정수장에 의하여 안전한 물을 생산할 것이다. 권장기준은 모든 면에서의 더 높은 수질을 의미하며, 허용기준을 만족시키는 물보다 훨씬 더 안전하거나 비용이 적게 소요되는 물을 생산한다. 공공용수 급수문제와 관련된 정책에 대한 AWWA(American Water Works Association, 미국수도협회) 보고서에서 원수 공급은 가능한 가장 높은 수질의 수원으로부터 급수가 이루어져야하며, 규정된 수질기준에 부합되도록 적절히 처리되어야 한다고 권고하고 있다. 종합적인 수질관리 계획에 유역 보호와 수원 모니터링을 실시해야 한다.

 

2. 공정 선택과 처리공정 계열

 원수의 수질, 정수의 수질, 다양한 단위조작이나 공정에 대한 성능 수준에 대한 확실한 이해가 여러 대안의 공정 개발에 필수적이다. 정수장은 원하는 정도의 처리를 위해 많은 처리공정들을 이용한다. 여기에 추가하여 설계 기술자는 처리 공정들의 선정에 있어서 수많은 다른 중요한 인자들을 평가하여야 한다. 이 요인들은 원수 및 정수 수질기준, 주의 설계기준, 처리 성분, 지혀으 지질, 수리적 특성, 슬러지 처분, 소요 에너지, 시설의 경제성을 포함한다. 다양한 처리공정의 집합적인 배열을 공정계열이라고 부른다.

 적절한 처리공정들의 선택과 공정계열의 개발은 매우 복잡한 일이다. 이는 단위조작과 공정, 운전능력, 처리공정개발을 위해 배열된 다양한 처리 구성요소들의 적합성에 대한 이해를 필요로 한다. 실험실 및 실증 처리연구는 처리성 시험수행에 필요하다. 

 

3. 시설 부지, 배치 및 수리학

 초기의 계획 및 설계단계 동안, 계획된 정수장 부지 선정에 대하여 신중하게 고려해야 한다. 자연적, 인위적 재해, 이용 가능한 토지 면적과 토지 획득, 도로 접근성, 홍수 조건, 이용 가능한 수두, 정수장으로 그리고 정수장으로부터 물 수송에 대한 경제성, 전력의 이용 가능성, 그리고 폐기물의 처분과 같은 조건들도 부지 선정과 시설 배치에 모두 고려되어야 할 것이다. 시설의 배치시에는 효율적인 운전과 중력에 의한 흐름을 위해서 운전 및 제어의 집중화, 화학약품 공급 라인의 단축 그리고 시설의 구성요소들의 조정이 필요하다. 

 

4. 장치 선정

 모든 정수장은 제조된 장치 또는 자재를 필요로 한다. 사실상 대부분의 설계는 선정된 장치의 크기와 설치 필요성에 의해 좌우되고 있다. 설계 기술자는 요구되는 처리수준을 만족하기 위한 처리공정들과 관련 장치의 선정에 책임이 있다. 이를 위하여 사전에 설계 기준, 설계 절차에 대한 검토와 설계시 가정, 예비설계 계산과 제조업자의 카탈로그에 대한 면밀한 연구가 필요하다. 장치의 제주업자나 그 대리점에 필요한 세부사양을 요청해야 한다. 설계자들이 장치 공급자와 긴밀한 유대를 갖고, 최선의 장치선택을 위해 가능한 많은 자료를 얻는 것이 필요하다. 장치 선정은 어느 정도 공정의 형태, 신뢰성, 대체성, 필요한 부품목록에 영향을 받는다.

 장치에 대한 자료 요청시 기술자에게 그 장치를 사용하거나 심지어 시방에 포함시켜야 한다는 의무감을 부여해서는 안 된다. 그러나 설계에 특별히 적용하지 않는다면 장치에 대한 자료를 요청해서는 안 된다. 한 업체 이상의 여러 업체들로부터 장치에 대한 자료를 얻는 것도 종종 필요하다. 그러나 어떠한 경우에도 모든 장치 제조업자들에게 상투적으로 견적서를 의뢰해서는 안 될 것이다. 장치에 대한 필요한 자료를 준비하는데는 비용이 소요되나, 의무사항 없이 그러한 자료를 제공하는 것은 만약 판매가 예상이 된다면 정당화될 수 있다.

 

5. 에너지와 자원상의 요구사항

 우리의 에너지수요를 만족시키기 위해서 제한된 가용 자원에 대한 관심이 최근 급증하기 때문에, 계획 및 설계가 에너지 보존이라는 개념을 이용하여야 한다. 1차적인 에너지는 시설의 운전에 사용되는 에너지이다. 2차적인 에너지는 화학약품, 다른 소모성 물질과 콘크리트나 철근과 같은 건축자재 생산에 필요한 에너지이다. 설계자들은 총에너지필요량을 감소시키는 기술을 장려해야 한다. 이러한 노력들은 계획, 연구 조직 및 예비적인 공학설계를 통해서 이용되어야 할 것이다.

 

6. 정수장의 경제성

 정수장 계획과 설계의 종합적인 부분으로서, 비용-효과 분석법을 이용하여 건설과 운전, 유지관리 비용이 계획된 처리공정 계열에 대해 합리적이고, 적절한 지의 여부를 판단해야 한다. 비용-효과 분석법은 처리시설의 수명에 대한 자원의 총비용을 최소화하는 것이다. 자원 비용들은 자본(토지+건축), 운전, 유지관리 그리고 교체비를 포함한다. 예비적인 비용추산을 함에 있어 많은 출판물들이 유용하게 이용될 수 있다. 비용을 추산하고자 할 때 적절한 가정, 비용곡선 그리고 비용지표가 사용된다. 

 

7. 환경영향평가

 1969년의 National Environmental Policy Act(NEPA)는 연방정부가 의사결정과정에서 환경요인을 고려하고, 이들 이슈들을 평가하는데 여러 학문분야에 걸쳐 접근하는데 이용하게 하고자 제정되었다. 환경영향평가는 정수시설을 건설함에 있어 야기되는 모든 영향을 "이익", "악영향", "1차적", "2차적"으로 평가해야 한다. 1차적인 영향은 수도사업의 건설 및 운전과 직접적인 관련이 있는 사항들이다. 2차적인 영향은 간접적인 사항으로 관련된 상수도 시스템의 건설에 의해 야기되는 토지이용의 증가 또는 변화로부터 기인되는 것이다. 세부적인 환경 영향평가 보고서는 다음의 측면들에서 다뤄져야 할 것이다.

 

 1) 환경설정 혹은 기존조건

 2) 계획된 활동에 대한 환경영향

 3) 피할 수 없는 환경 악영향은 보완사항이 제시되어야 한다.

 4) 계획된 활동에 대한 대안

 5) 인간환경의 지역적인 단기이용과 장기적 생산성의 유지 및 증진간의 관계

 6) 계획된 활동에 포함되어야 할 자원에 대한 불가항력적이고 회복할 수 없는 행위에 대한 보완되어야 한다.

 

8. 주정부의 요구사항

 대부분의 주는 공공용수 공급에 대한 계획과 사양에 대해 건축 또는 확장 전에 승인을 필요로 하고 있다. 대부분의 주들은 설계기준 또는 최소한의 설계 요구사항 또는 기준을 수립하고 있다.

 설계 기술자는 계획 초기단계에 주의 검토기관에 계획서를 제축하고 주와 지역 조건에 필요한 설계 세부사항과 필요사항을 확보해야 한다. 또한 설계 기술자는 지역 도시계획국, 위원회, 정부기관과 의논해야 하며, 지역법, 규정 그리고 건물 및 건설 조례에 대하여 잘 알아야 한다.