이 글의 목적은 하수처리장·공공폐수처리시설·정수장 등에서 시운전 및 임시가동 단계에 필요한 수질관리 절차와 체크리스트를 정리하여, 설계·시공·운영 담당자가 실무에서 바로 활용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 시운전·임시가동 수질관리의 개념과 목적
시운전은 신규 또는 증설·개선된 수처리시설의 기계·전기·계측설비와 수처리 공정이 설계 성능대로 작동하는지 확인하기 위해 일정 기간 계획적으로 가동하는 과정을 말한다.
임시가동은 준공 전 또는 사고·침수·공정개선 등 특수 상황에서 한시적으로 운전하면서 실제 오염부하를 처리하거나 유입을 우회·완화하기 위해 운영하는 상태를 말한다.
시운전 및 임시가동 단계에서 수질관리를 적절히 수행하지 못하면 방류수질기준 미달, 공공수역 수질악화, 악취·민원 발생, 설비 손상, 준공 지연 등 다양한 문제가 발생한다.
따라서 시운전 수질관리는 단순한 시험운전이 아니라, 법적 기준 준수와 설비 수명, 향후 정상운전 안정성을 좌우하는 핵심 절차로 이해해야 한다.
2. 시운전 단계별 수질관리 목표
2.1 시운전 단계 구분
일반적으로 수처리시설의 시운전 단계는 다음과 같이 구분한다.
- 사전점검 단계: 구조물 누수·누기, 배관 방향, 계측기 설치상태, 밸브 개폐방향 등을 확인하는 단계이다.
- 무부하시운전 단계: 실제 오염부하는 처리하지 않고 청수(상수) 또는 재이용수 등을 순환시키며 기계·전기·계측·자동제어의 정상작동을 점검하는 단계이다.
- 부하시운전 단계: 실제 유입수 또는 인위적으로 조성한 인공 폐수를 투입하여 공정을 운전하면서 미생물 배양, 공정 안정화, 처리효율을 확인하는 단계이다.
- 연속부하시운전·성능보증 시운전 단계: 일정 기간 연속운전을 통해 설계에서 제시한 보증수질(보증항목 농도 및 처리효율)을 만족하는지 확인하는 단계이다.
2.2 무부하시운전 단계의 수질관리 포인트
무부하시운전 단계에서는 방류수 수질 자체보다도 다음 사항을 중심으로 관리한다.
- 배관·구조물 세척수 관리: 세척수에 포함된 시멘트 미세입자, 금속가루 등이 공공수역으로 직접 유입되지 않도록 임시 저류조나 침전조를 활용하여 처리 후 방류하도록 한다.
- 약품투입 설비 확인: 응집제, 알칼리제, 소독제 등 약품 용해조 농도, 용액 이송펌프 유량, 투입제어 로직이 설계와 일치하는지 확인한다.
- 계측기 교정: pH, DO, 탁도, 전기전도도, 유량계 등 주요 계측기의 제로점·스팬 교정을 실시하고, 실제 수질과의 차이를 검증한다.
- 우수·우배수 관리: 우천 시 우수가 공정에 유입되어 유량·수질을 교란시키지 않도록 우수차단 및 배제계획을 점검한다.
주의 : 무부하시운전 단계에서도 세척수나 시험배출수가 직접 하천이나 하수관로로 유입될 경우 탁도·pH 이상으로 민원이 발생할 수 있으므로, 반드시 임시 저류·침전·중화 등의 처리 후 배출해야 한다.
2.3 부하시운전 초기 단계의 수질관리 목표
부하시운전 초기에는 미생물 배양과 공정 안정화를 위해 다음과 같은 목표를 설정한다.
- 유입부하 점진 인가: 설계부하의 30~50% 수준에서 시작하여 공정 반응상태와 처리효율을 보면서 단계적으로 유입부하를 증가시키는 전략을 사용한다.
- MLSS·SVI 관리: 활성슬러지 공정의 경우 목표 MLSS 범위(예: 2,500~3,500 mg/L) 안에 안정적으로 도달하도록 슬러지 인발량과 반송슬러지율(RAS)을 조정한다.
- DO(용존산소) 관리: 호기조 DO를 공정 설계값(예: 2.0 mg/L 내외) 근방에서 유지하여 질산화와 유기물 제거가 안정되도록 송풍량과 내·외부 반송을 조정한다.
- pH·알칼리도 유지: 질산화에 필요한 알칼리도가 부족하지 않은지 확인하고, 필요 시 탄산나트륨·수산화나트륨 등 알칼리제를 보충한다.
2.4 성능보증 시운전 단계의 수질관리 목표
성능보증 시운전 단계에서는 설계 보증수질 및 방류수 수질기준을 동시에 만족하는지를 확인해야 한다.
공공하수도시설 설치사업 업무지침 등에서는 공공하수처리시설 시운전 시 BOD, TOC, SS, T-N, T-P, 총대장균수, 생태독성 등의 항목에 대해 유입·방류수 수질을 일정 횟수 이상 분석하여 보증수질 충족 여부를 검토하도록 요구하고 있다.
이 단계에서의 핵심은 단발성 시험결과가 아니라, 대표성 있는 여러 차수의 결과가 설계 보증값을 안정적으로 만족하는지 평가하는 것이다.
3. 법적 기준과 시운전 성능보증 수질 설정
3.1 적용 법령 및 기준의 기본 원칙
시운전 및 임시가동 단계에서의 수질관리는 원칙적으로 해당 시설에 적용되는 방류수 수질기준과 설계 보증수질을 동시에 고려하여야 한다.
- 공공하수처리시설: 관련 법령의 방류수 수질기준과 지방자치단체 조례 및 공공하수도시설 설치사업 업무지침 등에 따른다.
- 공공폐수처리시설: 물환경 관련 법령상의 방류수 수질기준 및 설치·운영 지침에서 제시하는 항목과 기준을 따른다.
- 정수장: 수돗물 수질기준 및 정수장 운영관리 업무지침에서 규정하는 탁도, 잔류염소, 망간, 철, 미생물 등 항목을 준수해야 한다.
주의 : 설계 보증수질이 방류수 수질기준보다 더 엄격한 경우가 많으므로, 시운전 성능보증 기준은 항상 두 기준 중 더 엄격한 값을 적용해야 한다.
3.2 시설 유형별 대표 수질관리 항목
| 시설 유형 | 주요 관리항목 | 비고 |
|---|---|---|
| 공공하수처리시설 | BOD(or TOC), COD, SS, T-N, T-P, 총대장균수, pH, DO | 필요 시 생태독성, NH₃-N, NO₃-N 등 추가 |
| 공공폐수처리시설 | COD, SS, T-N, T-P, 특정수질유해물질(시안, 페놀, 중금속 등), pH | 배출시설 업종·공정에 따라 항목 상이하다. |
| 정수장 | 탁도, 색도, 냄새, 잔류염소, pH, 철, 망간, 대장균군, 암모니아성 질소 등 | 원수 수질과 여과공법(모래여과·막여과 등)에 따라 관리항목을 조정한다. |
| 개인하수·오수처리시설 | BOD(or COD), SS, T-N, T-P, pH, 대장균군 | 시운전 과정에서 방류수질기준 이내로 안정화되도록 조정한다. |
3.3 시운전 성능보증 수질 설정 절차
- 설계서·시방서에서 제시한 보증수질 및 처리효율(%) 값을 정리한다.
- 해당 시설에 적용되는 방류수 수질기준을 정리한다.
- 항목별로 설계 보증값과 방류수 기준을 비교하여 더 엄격한 값을 성능보증 목표값으로 설정한다.
- 대표 운전조건(유입부하, 유량, 온도, 우천·건기 등)을 고려하여 시험 조건을 계획한다.
- 성능보증 시운전 기간과 채수 횟수, 분석기관, 평가방법(평균값·최대값·초과허용 횟수 등)을 결정한다.
예시) 공공하수처리시설 BOD 항목 성능보증 수질 설정 - 방류수 수질기준(법령): 10 mg/L - 설계 보증수질(설계서): 8 mg/L → 성능보증 목표값: 8 mg/L 이하 → 시운전 평가기준: 8 mg/L 이하 결과가 전체 시료 중 90% 이상일 것 등 조건 설정4. 시운전 수질관리 절차(계획 수립부터 평가까지)
4.1 시운전 수질관리 계획 수립
시운전 수질관리 계획서는 발주자, 설계자, 시공사, 감리단, 운영자(향후 관리주체)가 함께 협의하여 작성하는 것이 바람직하다.
계획서에 포함해야 할 주요 내용은 다음과 같다.
- 시운전 범위 및 기간: 해당 공정(전 처리, 생물학적 처리, 고도처리, 슬러지 처리 등)과 계획 기간을 명확히 기술한다.
- 부하 조건: 설계부하 대비 시운전 단계별 적용 부하율(예: 30%→60%→100%)과 유입원(실제 하수, 공정수, 인공폐수 등)을 설정한다.
- 수질 모니터링 계획: 측정항목, 측정지점, 측정주기, 분석기관, QA/QC 체계를 포함하여 표 형식으로 정리한다.
- 비상·우회 계획: 성능 미달 또는 사고 시 오염부하를 우회·저류·차단하는 방법(임시 배수, 이동식 처리장비, 타 시설 연계 등)을 포함한다.
- 평가방법: 성능보증 기준, 통계처리 방법, 미달 시 재시운전 조건 등을 명시한다.
4.2 수질 모니터링 항목 선정
시운전·임시가동 단계에서 일반적으로 선택하는 모니터링 항목은 다음과 같다.
- 유량·수리항목: 유입·방류 유량, 수위, 체류시간 등이다.
- 기본 수질항목: BOD(or TOC, COD), COD, SS, T-N, T-P, NH₃-N, NO₃-N, PO₄-P, pH, 알칼리도, 전기전도도(EC), 온도 등이다.
- 생물학적 공정지표: MLSS, MLVSS, SVI, F/M, SRT, 슬러지 회분율 등이다.
- 소독·위생지표: 잔류염소, 대장균군 또는 총대장균수 등이다.
- 특정오염물질: 공정 특성에 따라 시안, 페놀, 중금속, 유기용제 등 특수 항목을 추가한다.
4.3 유입부하 조절과 공정 조건 최적화
시운전 중 수질관리는 유입부하와 공정 조건을 조정하는 반복 과정이다.
- 유입부하 조절: 일부 차집관로만 연결하거나, 유입량을 단계적으로 증가시키고, 필요 시 공공폐수처리시설 또는 하수처리장으로 우회 이송하는 전략을 사용한다.
- 공정 조건 조정: 폭기량(송풍기 회전수, 밸브 개도), 슬러지 반송률(RAS), 내부반송률, 슬러지 인발량, 약품 투입량(응집제, 알칼리제, 탄소원, 탈인·탈질 약품 등)을 조정한다.
- 점진적 목표 상향: 초기에는 BOD 등 주요 항목에서 방류수질기준의 70~80% 수준을 확보한 후, 단계적으로 설계 보증수질까지 목표를 상향시키는 방식으로 운영한다.
주의 : 시운전 초기에 방류수질이 일시적으로 기준을 만족하지 못할 수 있으나, 이때도 공공수역에 직접 유입되는 오염부하를 최소화하기 위한 우회·저류·재순환 등의 조치를 반드시 병행해야 한다.
5. 임시가동 유형별 수질관리 전략
5.1 신규 하수처리장 최초 시운전·임시가동
신규 하수처리장 또는 공공폐수처리시설의 최초 시운전에서는 미생물 식종과 배양이 가장 중요한 과제이다.
- 미생물 식종: 인근 유사 처리공정에서 안정된 활성슬러지를 일정 비율 도입하여 초기 미생물 농도를 확보한다.
- 영양염 균형: C:N:P 비율(대략 100:5:1)을 고려하여 영양염이 부족하지 않도록 한다.
- 성장곡선 관리: 미생물이 지수성장 구간을 지나 안정적인 정체기에 도달할 수 있도록 F/M과 SRT를 단계적으로 조정한다.
- 악취 관리: 초기에는 반응조 내 환원상태와 슬러지 부패로 인한 악취가 발생하기 쉬우므로, DO 관리와 탈취설비 가동을 강화한다.
5.2 증설·개선 후 병행운전 및 임시가동
기존 시설이 운전 중인 상태에서 증설·개선을 실시하는 경우, 기존 공정과 신규 공정을 병행운전하면서 임시가동하는 전략을 사용한다.
- 부하 분담 계획: 기존 공정과 신규 공정에 유입되는 부하를 단계적으로 조정하여, 어느 한쪽에도 과부하가 걸리지 않도록 한다.
- 공정 전환 시기 결정: 신규 공정이 설계 보증수질을 충분히 만족한 후에 기존 공정을 단계적으로 감량하거나 정지한다.
- 수질변동 모니터링: 전환 기간 동안 방류수질 변동을 단기 간격으로 모니터링하여 이상 발생 시 신속하게 부하배분을 조정한다.
5.3 침수·사고 후 임시복구 및 임시가동
집중호우, 홍수, 설비침수 등으로 공공폐수·하수처리시설이 손상된 경우, 긴급 복구 후 일정 기간 임시가동하는 사례가 많다.
- 부분 가동: 침수 또는 손상된 공정을 제외하고 가동 가능한 공정을 우선 복구하여 제한된 용량으로 처리한다.
- 우회 처리: 임시가동 중인 시설에서 처리된 방류수를 다른 하수처리장으로 이송하여 최종 처리 후 방류하는 방식으로, 직접 방류를 최소화한다.
- 저류조 활용: 폭우 시 유입부하 급증에 대비하여 유역 내 저류조·조정조를 적극 활용하여 유량과 수질을 완충한다.
- 감시 강화: 사고 직후에는 하류 하천·공공수역의 수질을 단기 간격으로 조사하여 2차 피해를 예방한다.
6. 수질측정·분석 및 QA/QC 체계
6.1 현장 측정항목과 실험실 분석항목 구분
시운전 수질관리는 현장 측정값과 실험실 분석값을 적절히 조합하여 진행해야 한다.
- 현장 측정항목: pH, DO, 온도, 전기전도도, 탁도, 잔류염소, ORP, 유량 등이다.
- 실험실 분석항목: BOD, COD, SS, T-N, T-P, 대장균군, 특정수질유해물질, 생태독성(필요 시) 등이다.
6.2 채수 계획 수립
대표성 있는 수질자료를 확보하기 위해서는 채수 지점·시간·빈도를 체계적으로 설계해야 한다.
- 채수 지점: 유입구, 공정별 중간지점(전·후 처리), 최종 방류구, 재이용수 출구 등이다.
- 채수 시간: 일변화가 큰 시설의 경우, 주·야간 또는 최대부하 시간대를 포함하여 채수한다.
- 채수 횟수: 성능보증 시운전의 경우, 일정 간격(예: 3일 이상)으로 여러 차수의 시료를 채취하여 평가한다. 공공하수도시설 설치사업 업무지침 등에서는 3일 이상 간격으로 총 8회 이상 채수하도록 제시하고 있다.
6.3 QA/QC(품질보증·품질관리) 체계
수질자료의 신뢰성을 확보하기 위해서는 다음과 같은 QA/QC 체계가 필요하다.
- 공인 시험·검사기관 활용: 주요 평가항목은 국가공인시험·검사기관 또는 보건환경연구원 등에 분석을 의뢰한다.
- 장비 교정: 자동수질측정기, 휴대용 측정기, 실험실 분석장비에 대한 정기 교정을 실시한다.
- 이중시료·블랭크: 핵심 항목에 대해 이중시료 분석과 블랭크 측정을 수행하여 분석정도를 확인한다.
- 자료 검증: 극단값(outlier)에 대한 원인 분석을 실시하고, 단순 오측정인지 실제 이상현상인지 판단한다.
7. 계측·자동제어와 연계한 수질관리
7.1 주요 계측기 및 감시항목
시운전 단계에서는 계측기와 자동제어 시스템을 활용하여 공정 상태를 상시 모니터링해야 한다.
- 유량계: 유입·방류 유량, 내부반송 유량, 슬러지 반송 유량 등을 측정한다.
- 수질계측기: pH, DO, 탁도, 전기전도도, ORP, 잔류염소, 슬러지 계면계 등이다.
- 악취·가스 센서: 일부 시설에서는 황화수소, 암모니아 등 가스농도 모니터링이 필요하다.
7.2 자동제어 로직 검증
시운전 초기에는 자동제어 모드와 수동 운전을 병행하면서 제어로직의 적정성을 검증해야 한다.
- 인터록 확인: 펌프·블로워·밸브 등 기기의 기동·정지 조건과 비상정지 인터록이 설계대로 작동하는지 확인한다.
- 제어 파라미터 튜닝: DO 제어, 수위 제어, 유량 제어 등의 PID 파라미터를 현장 조건에 맞게 조정한다.
- 경보·이력 관리: 수질 이상, 전력 이상, 기기 고장 등 경보 이력이 자동으로 저장·조회되도록 설정한다.
주의 : 시운전 단계에서 자동제어 오동작으로 인한 공정 불안정이나 방류수질 악화가 자주 발생하므로, 초기에는 수동 운전 비율을 높게 유지하고, 충분한 검증 후 단계적으로 자동 비율을 높이는 것이 안전하다.
8. 시운전 수질관리 체크리스트 및 서류 정리
8.1 수질관리 체크리스트 예시
| 구분 | 점검 항목 | 체크 방법 | 점검 주기 | 담당 |
|---|---|---|---|---|
| 유입수 | 유입 유량·BOD·SS·T-N·T-P | 유량계 기록 및 공인기관 수질분석 결과 확인 | 일일(유량), 주간·월간(수질) | 운전원, 분석기관 |
| 생물반응조 | MLSS, SVI, DO, F/M | 현장 측정 및 실험실 분석 | 일일~주 2회 | 운전원 |
| 방류수 | BOD, COD, SS, T-N, T-P, 대장균수 | 시료채취 후 공인기관 분석 | 성능보증 시운전 기간 동안 계획에 따라 | 운영주체, 분석기관 |
| 계측·자동제어 | 계측값·실험실 분석값의 일치여부 | 비교·검산 및 보정 | 월 1회 이상 | 계측 담당자 |
| 비상 대응 | 우회·저류·비상배출 라인 점검 | 밸브 시험개폐, 가상 시나리오 점검 | 분기 1회 이상 | 운전·시설팀 |
8.2 서류·기록 정리
시운전 및 임시가동 종료 후에는 다음 서류를 체계적으로 정리하여 인수인계 자료로 활용해야 한다.
- 시운전 계획서 및 변경이력
- 일일 운전일지(유량·운전조건·이상발생 사항 기록)
- 수질분석 성적서 원본 및 요약표
- 계측기 교정 성적서 및 보정기록
- 성능보증 시운전 결과보고서(평균·최대값, 기준 초과 여부, 개선조치 등)
- 임시가동 기간 중 비상사고·민원 발생 기록 및 조치결과
9. 실무 팁과 유의사항
- 설계 단계에서 시운전 수질관리 계획을 미리 반영하면, 준공 직전의 시간·비용 압박을 크게 줄일 수 있다.
- 저온기에는 질산화가 불안정해지기 쉬우므로, 가능하면 온도가 높은 계절에 시운전을 집중하고, 부득이하게 저온기에 시운전을 할 경우 SRT를 충분히 확보해야 한다.
- 임시가동 중 악취·탁도 등 민원 발생 가능성이 높으므로, 하류 수역과 인근 주민에게 사전 안내와 모니터링 계획을 공유하는 것이 바람직하다.
- 운전 인력 교육은 시운전 기간에 집중적으로 실시하되, 타 시설 견학·현장 실습 교육과 병행하면 실제 운전 능력 향상에 도움이 된다.
FAQ
Q1. 시운전 기간에 방류수질이 일시적으로 기준을 초과하면 모두 위반으로 보는가?
시운전 기간에도 법적 방류수질기준은 원칙적으로 적용되므로, 기준 초과가 발생하면 행정·법적 책임이 발생할 수 있다.
다만 설계·시공·운영 주체 간 계약에서 시운전 기간 중 기준 초과에 대한 책임 범위를 합의하는 경우가 있으므로, 계약서와 관련 지침을 사전에 검토해야 한다.
실무적으로는 시운전 초기에는 우회·저류·타 시설 연계처리 등을 통해 기준 초과수가 직접 공공수역으로 방류되지 않도록 설계하는 것이 안전하다.
Q2. 임시가동 시 유입량이 설계의 20% 수준에 불과한데도 방류수질 변동이 큰 이유는 무엇인가?
유입량이 너무 적으면 체류시간이 길어지고, 공정별 유량·부하 분포가 설계와 달라져 미생물 성장과 반응속도가 불안정해지기 때문이다.
특히 활성슬러지 공정에서는 F/M 비가 지나치게 낮아지면 슬러지가 노화되고, 슬러지 침강성이 저하되거나 질산화가 과도하게 발생하여 반응조·침전조 상태가 불안정해질 수 있다.
이 경우 유입부하를 일정 수준 이상으로 올리거나, 일부 계통만 가동하여 공정 규모를 줄이는 방식으로 운전조건을 조정해야 한다.
Q3. 정수장의 시운전·임시가동에서 특히 중요하게 보는 수질 항목은 무엇인가?
정수장의 경우 탁도와 잔류염소가 가장 핵심적인 지표이다.
탁도는 여과 및 응집·침전 공정의 성능을 나타내며, 시운전 단계에서 설계된 여과속도와 역세척 조건에서 탁도가 안정적으로 기준 이내로 유지되는지 확인해야 한다.
잔류염소는 소독 효과와 밀접하게 관련되며, 배·급수 과정에서의 잔류 유지 능력을 평가하기 위해 정수지, 말단부 등 여러 지점에서 측정한다.
Q4. 시운전 수질모니터링을 최소한으로 구성한다면 어떤 항목과 주기가 적절한가?
시설 규모와 용도에 따라 다르지만, 최소 구성으로는 다음과 같은 항목을 권장한다.
- 일일: 유입·방류 유량, pH, DO, 온도, 전기전도도, 탁도, 운전조건(송풍량, 슬러지 반송률 등)
- 주 1~2회: BOD(or TOC, COD), SS, T-N, T-P, MLSS, SVI
- 월 1회 이상: 대장균군, 특정수질유해물질(해당 시), 생태독성(요구 시)
다만 성능보증 시운전 기간에는 관련 지침에서 요구하는 채수 횟수와 항목을 반드시 충족해야 한다.