2026-09-11상수처리한국디지탈콘트롤(주) 기술연구소

잔류염소 제어는 왜 어려운가

정수장에서 염소를 넣는 일은 「많이 넣으면 안전하고 적게 넣으면 위험하다」처럼 한 방향으로 정리되지 않습니다. 아래로도 위로도 벽이 있는 좁은 띠 안에 맞춰야 하고, 그 결과는 넣은 자리가 아니라 한참 떨어진 자리에서 한참 뒤에 나타납니다. 이 두 가지가 소독 제어를 다른 약품 제어와 다르게 만듭니다.

법이 요구하는 것은 「농도」가 아니라 「농도와 접촉시간」

「수도법 시행규칙」 [별표 3] 「수도시설의 세부 시설기준」(제9조 관련)은 정수시설의 소독설비를 적절한 농도와 접촉시간을 확보할 수 있도록 설치하라고 적고 있습니다. 농도만 적어 두지 않았다는 점이 중요합니다.

소독이 얼마나 이루어지는지는 농도와 닿아 있는 시간이 함께 정합니다. 농도가 낮으면 같은 효과를 얻는 데 더 오래 닿아 있어야 하고, 수온이 낮으면 반응이 느려져 같은 농도·같은 시간으로도 덜 이루어집니다. 수소이온농도(pH)에 따라서도 달라집니다. 그래서 「농도를 맞췄으니 됐다」가 성립하지 않습니다.

접촉시간은 설비가 정해 놓은 고정값이 아닙니다. 여기서 한 가지를 갈라 두어야 합니다. 정수지에 담긴 부피를 그때 빠져나가는 유량으로 나눈 값은 평균 체류시간이고, 소독이 실제로 확보했다고 말할 수 있는 접촉시간은 그보다 짧습니다. 물이 정수지 안에서 고르게 머물지 않고 일부가 지름길로 먼저 빠져나가기 때문입니다. 얼마나 짧아지는지는 정수지의 형상과 격벽을 어떻게 두었는지에 따라 차이가 큽니다. 그래서 평균 체류시간을 그대로 접촉시간으로 읽으면 소독이 실제보다 넉넉하다고 믿게 됩니다 — 안전한 쪽이 아니라 그 반대쪽으로 틀리는 셈입니다.

다만 유량이 접촉시간을 좌우한다는 방향은 그대로입니다. 담긴 부피가 그대로일 때 수요가 몰려 유량이 두 배가 되면 물이 머무는 시간은 대략 절반으로 줄고, 실제 접촉시간도 그만큼 함께 짧아집니다. 농도를 그대로 두어도 접촉시간 쪽이 먼저 모자라지는 시간대가 생긴다는 뜻입니다. 운전에서 유량을 함께 봐야 하는 첫 번째 이유가 여기 있습니다.

별표 3 이 소독 계통에 요구하는 것

표의 마지막 줄은 읽을 때 조심할 자리입니다. 그 조항이 자동측정장치를 요구하는 명분은 운전 편의가 아니라 유해 미생물이나 화학물질이 투입되는 것에 대비하는 것입니다. 즉 법이 요구하는 계측과 제어에 쓰는 계측이 같은 것이라는 보장은 없습니다. 측정 지점·응답 속도·시료 배관을 제어용으로 쓰려면 그 목적에 맞게 따로 정해야 합니다.

아래에도 위에도 벽이 있다

아래쪽 벽은 소독력입니다. 정수장을 나간 물은 배수지와 배수관을 거쳐 수용가에 닿을 때까지 여러 시간, 길게는 며칠을 관 안에서 보냅니다. 그 사이에 관을 보수하거나 단수를 복구하거나 저수조를 거치면서 다시 오염될 여지가 생깁니다. 잔류염소는 그 여지를 줄이는 몫이자, 소독이 아직 살아 있는지를 읽는 값입니다.

다만 이 벽을 말할 때는 어느 쪽 잔류염소인지를 함께 밝혀야 합니다. 뒤에서 따로 보겠지만 「잔류염소」는 유리·결합·총 세 가지를 두루 가리키는 말이고, 아래쪽 한계를 어느 쪽으로 잡아 두었느냐에 따라 같은 물에서도 읽히는 값이 달라집니다. 이 글에서 조건 없이 「잔류염소」라고 적은 자리는 셋을 가리지 않은 총칭이니, 운영 기준이나 경보 설정으로 옮길 때는 그 규정이 어느 쪽을 기준으로 정해 두었는지부터 원문에서 확인하십시오. 기준이 유리잔류염소인데 총잔류염소를 재고 있으면 지켜진 것처럼 보이면서 실제로는 모자랄 수 있습니다.

위쪽 벽은 두 가지입니다. 하나는 냄새입니다. 수돗물에서 나는 소독약품 냄새는 수질 민원의 흔한 원인입니다. 다른 하나는 소독부산물입니다. 넣은 염소는 물속 유기물과도 반응해 다른 물질을 만들어 냅니다. 그래서 먹는물 수질기준에는 잔류염소와 소독부산물이 함께 들어 있고, 위쪽에도 한계가 걸립니다. (「먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙」 기후에너지환경부령 제1호, 2025. 10. 1. 공포, 시행 2025. 10. 1. · 2026-09-11 확인)

목표가 띠라는 것은 제어가 두 방향으로 다 질 수 있다는 뜻입니다. 한쪽으로만 지는 계통이라면 그쪽으로 여유를 두고 운전하면 끝이지만, 양쪽에 벽이 있으면 여유를 어느 쪽으로 두든 반대쪽이 좁아집니다.

재는 곳과 지켜야 할 곳이 다르다

위 표에서 자동측정장치를 두라고 한 자리는, 그 요구를 받는 규모의 정수장이라면 정수지와 배수지입니다. 그런데 아래쪽 벽이 지켜져야 하는 자리는 수용가의 수도꼭지입니다. 둘 사이에는 관망이 통째로 들어 있습니다.

중간에서 다시 넣지 않는 한, 그 구간에서 잔류염소는 줄어드는 쪽으로만 움직입니다. 관벽과 관 안에 앉은 물때가 염소를 소모하고, 물이 오래 머물수록·수온이 높을수록 더 빨리 줄어듭니다. 그래서 정수장 출구에서 띠 안에 들어와 있다는 것만으로는 말단이 지켜졌다고 말할 수 없습니다.

여기서 흔한 오해가 하나 생깁니다. 말단이 모자라니 정수장에서 더 넣으면 된다는 것입니다. 그러면 정수장에 가까운 구역이 위쪽 벽에 먼저 부딪힙니다. 가까운 쪽은 아직 소모될 시간이 없었기 때문입니다. 관망 중간에서 다시 넣는 재염소 설비를 두는 이유가 이것인데, 그 설비를 어디에 둘지는 관망 쪽에서 따로 볼 문제입니다.

지연 — 되먹임만 세게 걸면 흔들린다

소독 제어를 다른 약품 제어와 갈라놓는 것은 지연입니다. 주입점에서 넣은 염소가 측정점에 닿기까지는 물이 그 구간을 흘러가는 시간이 걸립니다. 이 시간은 설비 사양으로 정해진 상수가 아닙니다. 같은 구간이라도 유량이 절반이면 흘러가는 데 걸리는 시간은 두 배가 됩니다. 접촉시간이 유량에 따라 변한 것과 같은 이유입니다.

지연이 큰 계통에서 결과를 재서 고치는 방식(되먹임)만으로 주입을 세게 고치면 어떻게 되는지는 정해져 있습니다. 모자란 것을 보고 올리는데 그 결과는 한참 뒤에야 나타나므로, 그 사이에도 계속 올립니다. 결과가 도착할 무렵에는 이미 너무 많이 넣은 뒤라 이번에는 내리기 시작합니다. 값이 규칙적으로 오르내리는 모양이 되고, 띠의 양쪽 벽을 번갈아 건드립니다. 이때 오르내리는 주기는 물이 그 구간을 흘러가는 시간과 비슷한 것이 아니라 그보다 뚜렷하게 깁니다. 올린 것이 도착할 때까지 기다렸다가 다시 내린 것이 또 도착할 때까지 기다려야 한 바퀴가 돌기 때문입니다.

지연 앞에 놓인 것이 하나 더 있습니다. 넣은 염소가 물 전체에 고르게 섞이는 일, 곧 혼화입니다. 정수장에서 「혼화」라고 하면 응집제를 급속으로 섞는 쪽을 먼저 떠올리기 쉬운데, 여기서 말하는 것은 소독제를 물에 고르게 섞는 일입니다. 주입점 바로 뒤에서 섞임이 모자라면 같은 물이라도 재는 자리에 따라 값이 달라지고, 측정값은 물 전체가 아니라 시료를 뜬 그 자리의 사정을 읽게 됩니다. 섞임이 자리마다 들쭉날쭉하면 그 들쭉날쭉한 물덩어리가 측정점을 차례로 지나가면서 자리의 불균일이 시간축의 오르내림으로 바뀌어, 측정값이 짧은 주기로 흔들리기도 합니다. 뒤의 진단표에서 혼화가 두 군데에 걸쳐 나오는 이유가 이것입니다.

그래서 이 계통은 보통 두 갈래로 짭니다. 유량이 바뀌면 잔류염소가 움직이기를 기다리지 않고 주입량이 곧바로 따라가게 해 두고(앞먹임), 잔류염소 측정값은 그 위에서 천천히 어긋남만 바로잡게 합니다(되먹임). 빨리 움직여야 하는 몫을 지연이 없는 신호에 맡기고, 지연이 있는 신호에는 그 지연을 견딜 만큼 느린 일만 맡기는 것입니다.

넣은 만큼 남지 않는다

주입한 염소가 그대로 잔류염소가 되지는 않습니다. 일부는 물속 물질과 먼저 반응해 없어지고, 그러고도 남은 것이 잔류염소입니다. 먼저 소모되는 몫을 염소 요구량이라고 부릅니다.

그래서 주입률과 잔류염소는 함께 움직이되 일정한 비율로 움직이지 않습니다. 원수가 나빠지거나 앞 공정이 흔들려 걸러지지 않은 것이 늘어나면, 주입률을 그대로 두어도 잔류염소가 내려갑니다. 잔류염소가 내려간 것을 보고 주입 쪽부터 의심하면 엉뚱한 데를 뒤지게 되는 이유입니다.

같은 「잔류염소」가 세 가지를 가리킨다

물에 암모니아성 질소가 있으면 넣은 염소가 그것과 결합합니다. 결합하지 않고 남아 있는 것을 유리잔류염소, 결합한 상태로 남아 있는 것을 결합잔류염소라고 하고, 둘을 합쳐 총잔류염소라고 합니다. 둘은 소독하는 힘과 오래 버티는 정도가 다릅니다.

제어와 감시에서 문제가 되는 것은 이 셋이 현장에서 모두 그냥 「잔류염소」로 불린다는 점입니다. 화면 이름표에 무엇인지 적혀 있지 않고 기록에도 남지 않으면, 몇 달 뒤에 그 값을 꺼내 볼 때 무엇을 잰 값인지 가릴 방법이 없습니다. 계측기마다 재는 대상이 다를 수 있으므로, 화면 이름표·기록 항목·경보 이름에 어느 쪽인지를 적어 두는 편이 안전합니다. 어느 쪽을 잰 값인지는 값과 달리 나중에 되살릴 수 없습니다. 잰 값은 기록에 남아 있지만, 그 값이 무엇을 잰 것인지는 그때 적어 두지 않으면 같이 남지 않습니다. 기록은 그대로 있는데 읽을 수 없게 되는 셈입니다.

값이 이상할 때 — 어디를 먼저 보나

잔류염소 값 하나만 보고 원인을 정하면 자주 틀립니다. 같은 모양이 주입 쪽·물 쪽·계측 쪽 어디에서도 나올 수 있기 때문입니다. 증상별로 먼저 볼 자리를 갈라 두면 뒤지는 범위가 줄어듭니다.

제어보다 먼저 서는 것

앞의 표에서 법이 소독 계통에 요구한 것을 다시 보면, 「적절한 농도와 접촉시간을 확보할 것」 다음에 「가장 큰 주입기가 고장 나도 소독에 지장이 없을 것」과 「액화염소를 쓰면 중화설비를 둘 것」이 이어집니다. 표에 적힌 차례는 그렇지만, 무게로 보면 뒤의 두 가지가 더 무겁습니다. 정확하게 맞추지 못한 것은 띠 안에서 흔들리는 것으로 끝날 수 있지만, 끊기거나 새는 것은 곧장 띠 밖으로 나가는 일이기 때문입니다.

제어 쪽에서 이에 대응하는 항목이 하나 있습니다. 측정값이 없어졌을 때 무엇을 할지를 미리 정해 두는 일입니다. 계측기가 고장 나거나 시료가 끊겼을 때 값이 어떻게 보이는지는 한 가지가 아닙니다. 0 으로 떨어지기도 하고, 마지막 값에 멈춰 버리기도 하며, 계측기와 전송 방식에 따라서는 상한에 붙어 버리거나 통신이 끊겨 아예 들어오지 않기도 합니다.

그대로 되먹임을 돌리면 제어는 눈에 보이는 그 값을 사실로 믿고 움직입니다. 값이 0 이 되면 모자란 것으로 보고 상한에 닿을 때까지 올립니다. 값이 상한에 붙어 버리면 그 반대입니다 — 넘친 것으로 보고 주입을 바닥까지 내립니다. 방향만 반대일 뿐, 실제 농도와 무관하게 한쪽 끝으로 가는 것은 같습니다. 값이 마지막 값에 멈춰 버려도 가만히 있는 것이 아닙니다. 되먹임에 누적 동작이 들어 있는 흔한 구성이라면, 멈춘 값과 목표 사이에 남아 있는 차이를 계속 사실로 믿고 한쪽으로 밀어붙입니다. 아무것도 하지 않는 것처럼 보이는 때는 멈춘 값이 마침 목표와 같을 때뿐인데, 그때도 실제 농도가 어디로 가 있는지는 아무도 모릅니다. 셋 다 띠 밖으로 나가는 길입니다.

그래서 오히려 값이 아예 들어오지 않는 쪽이 다루기 쉽습니다. 값이 없다는 것 자체가 드러나기 때문입니다. 다루기 어려운 것은 그럴듯한 숫자가 화면에 남아 있는 쪽입니다. 계측값이 살아 있는지를 값과 따로 판별해 두고, 죽었다고 보이면 되먹임을 떼고 무엇으로 넘어갈지를 미리 정해 두어야 하는 이유가 여기 있습니다.

마지막으로 경보 하나를 짚어 둡니다. 잔류염소 하한 경보는 「막았다」가 아니라 「이미 지나갔다」를 알리는 경보입니다. 그 값이 보이는 시점에 그 물은 이미 측정점을 지난 뒤입니다. 미리 알아채려면 앞쪽 값을 봐야 합니다 — 유량이 갑자기 변했는지, 주입률이 상한에 붙어 더 올라가지 못하고 있는지, 주입기가 정상으로 돌고 있는지입니다.

남겨 두면 나중에 쓰이는 것

• 유량·주입률·잔류염소를 같은 시간축에 — 셋을 겹쳐 놓아야 지연이 실제로 얼마였는지, 요구량이 언제부터 변했는지를 나중에 읽을 수 있습니다. 따로 보관하면 시각을 맞추는 데만 한참 걸립니다
• 계측기 교정·시약 교체 이력 — 값이 변한 것이 물 때문인지 계측기 때문인지 가를 수 있는 거의 유일한 근거입니다
• 주입률이 상한에 붙어 있던 시간 — 경보는 울리지 않았지만 더 넣을 여유가 없던 구간입니다. 설비를 늘려야 할지 판단할 때 쓰입니다