[논문]정수처리긍정에서 소독부산물인 트리할로메탄의 생성모델

이성식; 성낙창; 이종팔; 박현석; 정미은; 이상준; 윤태경

doi:10.5322/jes.2004.13.3.297

정수처리긍정에서 소독부산물인 트리할로메탄의 생성모델
The model on Formation of Trihalomethane in Purifying Process of Drinking Water 원문보기

이성식 (동아대학교 화학공학과) , 성낙창 (동아대학교 환경공학과) , 이종팔 (동아대학교 화학과) , 박현석 (부산시상수도사업본부 화명정수사업소) , 정미은 (부산시상수도사업본부 화명정수사업소) , 이상준 (동의대학교 환경공학과) , 윤태경 (동의대학교 환경공학과)

We have been proposed model equation which is able to predict the trihalomethane producing concentration formation, that is one of byproduct, in the water treatment processes. In proposed model, the effects of trihalomethane factors like chlorine contact time, pH, temperature, TOC and UV-254 are considered. The concentration of the trihalomethane produced is proportion to the contact with chlorine, pH of water, temperature of water TOC and UV-254, respectively. This proposed model could be predicted the formed concentration of trihalomethanes by trihalomethane factors.

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문제 정의

그 중 현재까지 가장 잘 알려진 소독부산물은 트리할로 메탄(THMs)이며, 이는 화학물질 메탄의 수소원자 대신에 염소 또는 브롬과 같은 할로겐 화합물이 치환되어 있는 네 가지 물질을 총칭한다 트리할로메탄 생성은 수온, 염소 주입량 및 반응시간 등의 실험조건을 제외하면 원수의 반응특성이라 할 수 있는 트리할로 메탄 생성능(THMFP)에 의해 의존된다° 그러므로 상수도 관말 지역의 트리할로메탄의 농도를 예측하고 억제하는 것이 대단히 중요하다. 본 연구에서는 실험적인 트리할로메탄인자의 상관관계로부터 총 트리할로메탄인자(TTF)를 구하여, 트리할로메 탄 생 성능의 측정 없이도 트리할로메탄의 농도 및 형성 과정을 예측할 수 있는 모델식을 개발하여 국내의 정수처리 과정 중에서 염소 소독 부산물인 트리할로 메탄의 생성저감을 위한 공정개발 및 제어방안을 위한 중요한 기초자료 및 수처리를 위한 응용자료를 제시하고자 한다.

가설 설정

2) 트리할로메 탄 생 성능과 전구물질인 UV-254와 TOC와의 상관관계는 다음식과 같다.

제안 방법

1) 소독 부산물로 생성되는 트리할로 메탄의 농도는 원수의 pH, 접촉 시간(t), 물의 온도(T) 등에 직선적으로 비례하였다.
3) 트리할로 메탄 상관인자들로부터 총 트리할로메탄인자 모델식을 합성하였다.
낙동강 원 수 정수처리과정 중 염소 소독공정에서 발생 하는 생성부산물인 트리할로 메탄의 생성 농도를 예측할 수 있는 트리할로메 탄 생성능 모델식과 총트리할로메탄 모델식을 각각 개발하였다. 모델식은 염소와의 접촉 시간, 물의 pH, 물의 온도, TOC 및 UV-254 등의 인자들의 영향을 실험으로 정량화하여 합성하였다.
모델식은 염소와의 접촉 시간, 물의 pH, 물의 온도, TOC 및 UV-254 등의 인자들의 영향을 실험으로 정량화하여 합성하였다.
1N NaOH 용액을 각각 사용하였다. 수온 변화에 다른 THMs 형성 정도를 알아보기 위하여 동일한 원수의 온도를 변화시켜가며 3번 이상 실험하여 평균치를 택하였다. 온도 변화는 10°C 〜35°C 의 범위에서 실험하였다.
20mL vial병에 시료 10mL를 채취하여 인산(H₃PO₄)용액 1~2방울을 넣고 시안화철산칼륨(또는 티오황산나트륨 등)용액으로 잔류염소를 제거시킨 후 고무마개 및 알루미늄캡으로 밀폐하였다. 시료가 들어있는 vial병을 HP7694 head space sampler에 넣고 일정조건하에서 분석하였다.이때 사용한 트리할로 메탄 표준물질은 SUPELCO MIX 100/zg/ni^ in methanol 이며 분석기기 인 기체크로마토그 래프(GC)는 HP5890 SERIES II이다.
실험조사한 결과로부터 원수의 온도(°C), 원수의 pH, UV254(Cm'), TOC(mgZL) 접촉반응 시간(hr), 염소농도 (mg/L) 등 트리할로메탄 생성인자들의 상관계수와 클로로 포름 생성식으로부터 총트리할로메탄인자(TTF) 모델을 다음식과 같이 합성하였다.
이때 사용한 트리할로 메탄 표준물질은 SUPELCO MIX 100/zg/ni^ in methanol 이며 분석기기 인 기체크로마토그 래프(GC)는 HP5890 SERIES II이다. 원 수 내 유기물 항목인 UV-254는 모델 CARY 50인 UV-visible spectrophotometer로 측정하였고, TOC는 모델 TOC-5000, SHIMADZU로 측정하였다.
측정항목은 트리할로 메탄, 트리할로 메 탄 생성능, 잔류염소, pH, 온도, UV-254, 용존유기탄소(DOC), Chl-a 등이고, 모두 표준방법©으로 실험하였다. 실험에 사용한 원수는 취수구 주변 낙동강 원수를 사용한 것으로, 일정한 온도조건에서 반응조에 12%의 NaClO를 5mg/L투입한 후 생성되는 트리할로메탄을 시간별로 측정하였다.

대상 데이터

실험에 사용한 원수는 취수구 주변 낙동강 원수를 사용한 것으로, 일정한 온도조건에서 반응조에 12%의 NaClO를 5mg/L투입한 후 생성되는 트리할로메탄을 시간별로 측정하였다. pH의 조절에는 0.1N HC₁ 과 0.1N NaOH 용액을 각각 사용하였다. 수온 변화에 다른 THMs 형성 정도를 알아보기 위하여 동일한 원수의 온도를 변화시켜가며 3번 이상 실험하여 평균치를 택하였다.
실험에 사용한 원수는 취수구 주변 낙동강 원수를 사용한 것으로, 일정한 온도조건에서 반응조에 12%의 NaClO를 5mg/L투입한 후 생성되는 트리할로메탄을 시간별로 측정하였다. pH의 조절에는 0.

이론/모형

트리할로 메탄 분석은 휘발성 유기물질 분석방법인 Static Head Space법'7)으로 하였다. 20mL vial병에 시료 10mL를 채취하여 인산(H₃PO₄)용액 1~2방울을 넣고 시안화철산칼륨(또는 티오황산나트륨 등)용액으로 잔류염소를 제거시킨 후 고무마개 및 알루미늄캡으로 밀폐하였다.

성능/효과

6은 본 연구에서 도출한 모델식에서 구한 실제 총트리할로메탄인자(TTF)값과 정수관 말에서 측정한 THMs와의 상관관계를 조사한 결과를 플롯트한 것이다. 그 결과는 ZogTHMs = 0.058TTF + 1.12(상관인 자 0.9723) 로, 생성부산물인 트리할로 메탄의 농도를 총트리할로메탄인자(TTF)로 쉽게 예측 가능한 모델식임을 알 수 있다.
즉, 본 연구에서 제시한 모델식은 실험적인 트리할로메탄 인자의 상관관계로부터 총트리할로메탄인자(TTF)를 구할 수 있으며, 이 값으로부터 트리할로메탄 인자능의 측정 없이도 생성되는 트리할로메탄의 농도를 미리 예측할 수 있다. 한편, 지금까지의 결과에 서총트리할로메탄인자를 억제하려면 정수처리시에 접촉되는 염소량을 줄여야만 한다.

후속연구

따라서, 정수공정에서 가장 중요한 것은 미생물의 증식과 소독 부산물이 적절히 유지될 수 있는 소독제 투입이 필요하며, 이러한 적정점을 찾기 위해서는 다양한 소독법에 대한 연구가 필요하다는 것이다. 또한, 전염 소주입비를 최대한 줄이고 전오존 처리를 강화시켜 전처리 단계에서 트리할로 메탄 인자 생성을 최대한 줄이고 트리할로 메탄 인자능을 낮추기 위한 연구가 지속적으로 진행되어야 한다.
또한, 전염 소주입비를 최대한 줄이고 전오존 처리를 강화시켜 전처리 단계에서 트리할로 메탄 인자 생성을 최대한 줄이고 트리할로 메탄 인자능을 낮추기 위한 연구가 지속적으로 진행되어야 한다.

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