Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

Modeling Residual Chlorine and THMs in Water Distribution System

배급수계통에서 잔류염소 및 THMs 분포 예측에 관한 연구

  • Ahn, Jae-Chan (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Lee, Su-Won (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Rho, Bang-Sik (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Choi, Young-Jun (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Choi, Jae-Ho (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Kim, Hyo-Il (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Park, Tae-Jun (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Park, Chang-Min (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Park, Hyeon (Waterworks Research Institute, Seoul Metropolitan Government) ;
  • Koo, Ja-Yong (Department of Environmental Engineering, University of Seoul)
  • 안재찬 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 이수원 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 노방식 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 최영준 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 최재호 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 김효일 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 박태준 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 박창민 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 박현 (서울특별시 상수도연구소) ;
  • 구자용 (서울시립대학교 환경공학부)
  • Published : 2007.06.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This study suggested a method for prediction of residual chlorine and THMs in water distribution system by measurement of residual chlorine, THMs, and other parameters, estimation of chlorine decay coefficients and THM formation coefficients, and simulation of water qualities using pipe network analysis. Bulk decay coefficients of parallel first-order were obtained by bottle tests, and pipe wall decay coefficients of first-order were estimated through evaluation of 5 models, which showed the lowest values of 0.03 for MAE(mean absolute error) and 0.037 MAE in comparison with the observed in field. And bottle tests were conducted to model first-order reaction of THM formation by nonlinear least square regression and the resultant coefficients were compared with the observed in field. As a result, the coefficients of determination$(R^2)$ for the observed and the predicted values were 0.98 in September and 0.82 in November, and the formation of THMs was predicted by modeling.

본 연구에서는 배급수계통에서 잔류염소와 THMs의 분포를 예측하는 방안을 제시하였다. 잔류염소와 THMs의 등의 수질변화에 대해 현장조사를 실시하였고, 수체와 관벽에 대한 잔류염소 감소계수와 THMs의 생성계수를 산출하여 관망해석에 의한 수질모델링에 적용하였다. 병실험을 통해 잔류염소 병렬 1차 수체 반응계수를 구하고, 5개 관벽 감소 모델을 비교 평가하여 1차 관벽 감소계수 산출하고 적용했을 때 잔류염소 현장 측정값과 관망 수질모델링에 의한 예측간의 평균절대오차 및 평균제곱근오차가 각각 0.03, 0.037 mg/L로 가장 작았다. 또한 병실험에 의한 THMs생성량을 비선형 회귀분석으로 1차 생성계수를 구하고 현장 측정값과 비교하였다. 그 결과, 9월의 현장 측정값과 예측값의 결정계수 $R^2$는 0.98, 11월에는 0.82로 예측이 가능하였다.

Keywords

References

  1. 한국상하수도협회, 상수도시설기준, 689-695(2004)
  2. Clark, R M., Rossman, L. A., and Wymer, L. J., 'Modeling distribution system water quality: Regulatory implications,' J. Water Resour. PIng. and Mgt. ASCE, 121(6), 423-428(1995) https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1995)121:6(423)
  3. Sharp, W. W., et al., 'Insitu Chlorine Decay Rate Testing,' in Proceedings of AWWARF/EPA Conference on water quality modeling in distribution systems, Cincinnati, OH, AWWARF/EPA(1991)
  4. Vasconcelos, J. J., Rossman, A. L., Grayman, W. M., Boulos, F. P., and Clark, M. R, 'Kinetics of chlorine decay,' J. AWWA, 89(7), 54-65(1997)
  5. 이현동, 정원식, 문숙미, '상수도 배관망에서의 수질변화에 관한 연구,' 대한상하수도학회지, 11(3), 59-66(1997)
  6. 이현동, 정원식, 곽필재, 김만기, '상수도시스템에서 잔류 염소 거동에 관한 연구,' 대한상하수도학회 . 한국물환경학회 공동춘계학술발표회 논문집, pp. 169-172(2000)
  7. 주대성, 박노석, 박희경, 오정우, '상수관망내 잔류염소농도 분포 예측,' 대한상하수도학회지, 12(3), 118-124(1998)
  8. 현인환,김형준, 강호, '수돗물에 있어서 잔류염소농도 감소계수에 관한 연구,' 대한상하수도학회 . 한국물환경 학회 공동추계 학술발표회 논문집, pp. 59-62(2000)
  9. 현인환, 김형준, 강호, '송배수시스템에서 잔류염소 변화의 계절적 특성,' 대한상하수도학회 . 한국물환경학회 공동춘계학술발표회 논문집, pp. 41-44(2001)
  10. Westerhoff, P., et. al., 'Applying DBP models to fullscale plants,' J. AWWA, 92(3), 89-102(2000) https://doi.org/10.1002/j.1551-8833.2000.tb08912.x
  11. Amy, G. L., Chadik, P. A., Chowdhury, Z. K., 'Developing models for predicting Trihalomethane formation potential and kinetics,' J. AWWA, 79(7), 89-97(1987)
  12. Vasconcelos, J. J., et aI., Characterization and Modeling of Chlorine Decay in Distribution Systems, AWWARF, 184-247(1996)
  13. 이지형, 김동윤, 최유정, '모형관과 상수도 현장 관망에서 THMs 생성 및 예측 모델링에 관한 연구,' 대한환경공학회지, 19(6), 709-720(1997)
  14. 오정우, 김주환, '상수도 관로내에서의 THMs 생성추정 모델식의 산정,' J. KSWQ, 14(4), 455-462(1998)
  15. 한송희, 구윤희, 구자용, 유명진, '배수과정에서의 염소 소비 및 THMs 생성에 대한 예측,' 대한상하수도학회 . 한국물환경학회 공동춘계학술발표회 논문집, E21-E24(2002)
  16. 안재찬, 박창민, 구자용, '배급수계통에서 잔류염소 감소 특성 및 적용연구,' 대한상하수도학회지, 19(4), 487-496 (2005)
  17. 최영박, 엄원택, 상수도학, 형설출판사, 359(1992)
  18. Walski, M. T., et. aI., Advanced water distribution modeling and management, 4th ed., Haestad Press, pp. 36-37(2003)
  19. Ahn, J. C., Lee, S. W., Lee, G. S., Koo, J. Y., 'Predicting water pipe breaks using neural network,' Water Science and Technology: Water Supply, IWA, 5(3-4), 159-172(2005)
  20. Hua, F., West, F. R., Barker, R. A., and Forster, C. F., 'Modelling of chlorine decay in municipal water supplies,' Water Res., 33(12), 2735-2746(1999) https://doi.org/10.1016/S0043-1354(98)00519-3
  21. Powell, J. C., et aI., 'Performance of various kinetic models for chlorine decay,' J. Water Resour. Plng. And Mgmt. ASCE, 126(1), 13-20(2000) https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2000)126:1(13)
  22. Ahn, J. C., Kim, Y. W., Lee, K. S., Koo, J. Y., 'Residual chlorine management in water distribution systems using network modelling techniques: case study in Seoul City,' Water Science and Technology: Water Supply, IWA, 4(5-6), 421-429(2004)
  23. 안재찬, 상수도 송배수시스템에서의 최적수질관리 방안에 관한 연구, 서울시립대학교, 박사학위 논문(2005)
  24. Rossman, L. A., Clark, R. M., and Grayman, W. M., 'Modeling chlorine residual in drinking water distribution system,' J. Environ. Eng., 120, 803-820(1994) https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(1994)120:4(803)