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문제 정의
- 본 연구에서는 실내 실험을 통해 응집 · 침전, 급속 모래 여과 공정에서 Cryptosporidium과 유사한 특성을 가지고 있는 C. tracer를 이용하여 공정별 제거효율을 조사하였으며, 수돗물에서 Cryptosporidium 오염 방지 및 제어 방안 연구의 기초를 마련하고자 하였다.
제안 방법
- Cryptosporidium은 수 환경 시료에서 매우 낮은 농도로 존재하므로 응집 · 침전, 급속모래여과 공정에서는 Cryptosporidium tracer(일본수도기술연구센터에서 개발)를 이용하여 실험하였다.
- 수온(Temperature) 은 휴대용 봉상온도계를 이용하였으며, pH는 p디계(Metrohm 704 pH meter), 탁도(Turbidity)는 탁도계 (HACH 2100N Tur bidimeter)# 이용하여 NTU(Nephelometric Turbidity Unit) 단위로 측정하는 Nephelometric법을 사용하였으며, SS는 Stan dard Method에 준하여 분석하였다. 그리고 원수 및 각 공정별 실험에서 실험 전후의 시료를 일정량 채취해 25 mm ф인 Polycarbonate 필터로 여과 후 그 필터를 형광현미경을 이용하여 400배율에서 5 um인 형광입자를 계수하여 제거율을 산정하였다.
- Table 2는 수질항목을 나타낸 것이다. 수질항목의 주요 분석인자로 수온, pH, 공정에 의한 C. tracer의 변화, 그리고 입자 제거 지표인 탁도와 SS를 측정하였다. 수온(Temperature) 은 휴대용 봉상온도계를 이용하였으며, pH는 p디계(Metrohm 704 pH meter), 탁도(Turbidity)는 탁도계 (HACH 2100N Tur bidimeter)# 이용하여 NTU(Nephelometric Turbidity Unit) 단위로 측정하는 Nephelometric법을 사용하였으며, SS는 Stan dard Method에 준하여 분석하였다.
- 응집실험은 Jar-tester(CHANSHIN C-Jt-1)를 사용하여 실험하였으며, 조작 조건은 급속교반(140〜150 rpm)을 3분, 완속교반(25〜35 rpm)을 30분, 이 후의 침전시간은 60분으로 하였다. 분석 시료는 1 L 용량의 비이커에 상등수 500 mL씩을 채취하여 실험하였다.
- 응집제 주입량과 응집 효율 정도에 따른 Cryptosporidium 제거율을 알아보기 위해 PACl 주입량에 따른 SS, 탁도, C. tracer 제거율(%)을 Fig. 2에 나타내었다. PACl 주입량이 증가할수록 C.
대상 데이터
- tracer를 일정 농도로 첨가한 것을 사용하였다. 또는 경우에 따라 수돗물에 카오린으로 탁도를 임의로 조절하여 C. tracer를 주입한 시료 수를 대상으로 하였다.
- 분석 시료는 1 L 용량의 비이커에 상등수 500 mL씩을 채취하여 실험하였다. 실험에 사용된 응집제는 현재 우리나라 정수장에서 주로 사용되고 있는 고분자 응집제인 폴리염화알루미늄[Poly aluminium chloride, 이하 PACl, Al2O3 (10%)]을 사용하였다.
- tracer 의 특성을 나타낸 것이다. 실험에 사용된 시료수는 상수 원수인 낙동강 강정 지점에서 채수한 후, C. tracer를 일정 농도로 첨가한 것을 사용하였다. 또는 경우에 따라 수돗물에 카오린으로 탁도를 임의로 조절하여 C.
- 분석 시료는 1 L 용량의 비이커에 상등수 500 mL씩을 채취하여 실험하였다. 실험에 사용된 응집제는 현재 우리나라 정수장에서 주로 사용되고 있는 고분자 응집제인 폴리염화알루미늄[Poly aluminium chloride, 이하 PACl, Al2O3 (10%)]을 사용하였다. Fig.
- 1은 여과실험 모식도를 나타낸 것이다. 직경 100 mm×높이 1,500 mm의 column으로 유효 지름 0.6±0.05 mm, 균등계수 15의 여재로 1,050 mm 충전하여 실험하였다. 이 때 여과속도는 134 m/day였다.
이론/모형
- tracer의 변화, 그리고 입자 제거 지표인 탁도와 SS를 측정하였다. 수온(Temperature) 은 휴대용 봉상온도계를 이용하였으며, pH는 p디계(Metrohm 704 pH meter), 탁도(Turbidity)는 탁도계 (HACH 2100N Tur bidimeter)# 이용하여 NTU(Nephelometric Turbidity Unit) 단위로 측정하는 Nephelometric법을 사용하였으며, SS는 Stan dard Method에 준하여 분석하였다. 그리고 원수 및 각 공정별 실험에서 실험 전후의 시료를 일정량 채취해 25 mm ф인 Polycarbonate 필터로 여과 후 그 필터를 형광현미경을 이용하여 400배율에서 5 um인 형광입자를 계수하여 제거율을 산정하였다.
성능/효과
- 1) PACl 주입량이 10 mg/L일 때 C. tracer는 97.16%로 가장 높은 제거율을 보였으며, SS, 탁도 제거율도 모두 최대였다. 그리고 응집 · 침전공정에서 응집제 주입량에 따른 Cryptosporidium의 제거효율이 다르게 나타나므로 정수처리에서 최적의 응집제 주입량을 항상 고려해 주어야 할 것으로 판단된다.
- 이러한 집단 발병 사례를 보면, Cryptosporidium에 오염된 원수가 상수 처리 과정에서 부적절하게 처리되어, 수도관을 통하여 단시간에 광범위한 지역으로 공급되었기 때문이다.1) 그리고 Cryptosporidium은 수증에서는 단단한 세포벽으로 둘러싸여 있어 염소 소독을 해도 잘 제거되지 않는 어려움이 있다. 따라서 상수 처리 과정에서 Cryptosporidium 의 제거 거동을 파악하여 먹는 물의 안전성을 확보하는 것이 중요한 과제로 되고 있다.
- 2) 응집 · 침전 실험에서 원수의 pH가 높을수록 C. tracer 제거율이 증가하였고 동시에 SS, 탁도 제거율도 증가하였다. 응집 · 침전 후의 유출수 탁도와 C.
- 3) C. tracer 제거율은 SS 제거율보다 탁도 제거율에 비례하여 증가하였으며, 이때 상관성은 R2 = 0.9535로 나타났다. Cryptosporidium은 수중에 매우 낮은 농도로 존재하기 때문에 정수장에서 항상 모니터링 하는 것이 불가능하다.
- 4) 여과 실험에서 유입 탁도가 증가함에 따라 탁도 제거율과 C. tracer 제거율이 조금씩 감소하는 경향이 있기는 하지만, 대체적으로 비슷한 제거 경향을 나타냈다. C.
- tracer 제거율이 조금씩 감소하는 경향이 있기는 하지만, 대체적으로 비슷한 제거 경향을 나타냈다. C. tracer 제거율은 94.00-95.83% 범위였으며 유출수 탁도와 C. tracer 제거율과의 상관성은 R2 = 0.8704로 나타나 응집 · 침전공정보다 낮은 상관성을 보였다.
- 50 log 로 보고되어 있다. C. tracer를 이용한 본 연구 결과, 예상되는 Cryptosporidium 제거율은 응집 · 침전으로 1.55 log(97.16%), 급속모래여과로 1.38 log(95.83%), 응집 · 침전+급속 모래 여과에 의해 2.31 log(99.51%)로 나타나 참고문헌과 비슷한 결과를 나타내었다. 연구 결과를 통해서, 대체 인자로서의 유용성에 대한 보다 세밀한 평가를 위해서는 원수 조건 및 운전조건 등의 변동에 따른 정수처리 과정 중의 제거특성 및 거동에 대해서도 보다 깊이 있는 접근이 필요하다고 판단된다.
- 2에 나타내었다. PACl 주입량이 증가할수록 C. tracer 제거율이 증가하다가 감소하는 경향을 보이며, 탁도와 SS 제거율 또한 비슷한 경향을 나타내었다. 그러나 PACl 주입량이 10 mg/L일 때 C.
- tracer의 제거율과 탁도 SS 제거율과의 관계를 나타내었다. SS 제거율보다 탁도 제거율에 비례하여 C. tracer 제거율이 높아지는 것을 알 수 있었으며, C. tracer 제거율이 탁도 제거율과 높은 상관성(R2 = 0.9535)을 나타내고 있어 수원에 존재하는 Cryptosporidium이 낮은 농도로 존재할 경우, Cryptospordium을 상시 모니터링 해야 하는 정수장 등에서는 그 검출방법 면에서 시간과 비용 및 고도의 숙련된 기술을 필요로 하는 등의 어려움이 있으므로 응집 · 침전 후의 유출수 탁도를 Cryptosporidium 제거변화의 대체 지표로서 이용할 수 있다고 판단된다.
- tracer 제거율이 중가하였으며 동시에 SS, 탁도 제거율도 증가하였다. pH가 5일 때 C. tracer와 탁도, SS 제거율이 각각 96.62%, 70.17%, 72.97% 낮았으나 pH가 9일 때는 C tracer와 탁도, SS 제거율은 각각 97.34%, 96.69%, 93.24%로 높게 나타났다. 이것은 pH가 높을 수 록 비중이 작은 C.
- 3은 원수의 pH 변동에 따른 Cryptosporidium 제거율을 알아보기 위해 유입 원수 pH를 변화하여 실험한 결과이다. pH가 높을수록 C. tracer 제거율이 중가하였으며 동시에 SS, 탁도 제거율도 증가하였다. pH가 5일 때 C.
- tracer 제거율이 증가하다가 감소하는 경향을 보이며, 탁도와 SS 제거율 또한 비슷한 경향을 나타내었다. 그러나 PACl 주입량이 10 mg/L일 때 C. tracer는 97.16%로 가장 높은 제거율을 보였으며, SS, 탁도 제거율도 각각 97.56%, 95.26%로 높게 나타났다.
- Cryptosporidium 의 농도는 탁도와 함께 증가하는 경향을 나타내므로9,10) 정수장에서는 원수 및 처리수의 탁도를 상시 측정하여 정수공정에 의해 Cryptosporidium을 적정 수준까지 제거할 수 있는지를 파악할 수 있다. 그러나 탁도는 수중에 존재하는 탁질의 종류에 관계없이 전체적인 의미로 파악하는 것으로 Cryp- tosporidium과 완전히 동일하게 보기는 한계가 있으나 탁도를 통해 수중에 존재하는 Cryptosporidium의 존재와 공정별 제거효율을 조절할 수 있다고 판단된다.
- tracer 제거율을 나타내었다. 그림으로부터 이들은 높은 상관성(R2 = 0.9506) 을 보였으며, 응집 · 침전 후의 유출수 탁도로 Cryptosporidium 제거 효율을 평가할 수 있음을 알 수 있었다. Cryptosporidium 의 농도는 탁도와 함께 증가하는 경향을 나타내므로9,10) 정수장에서는 원수 및 처리수의 탁도를 상시 측정하여 정수공정에 의해 Cryptosporidium을 적정 수준까지 제거할 수 있는지를 파악할 수 있다.
- 9506로 나타나 응집 · 침전 후의 유출수 탁도로 Cryptosporidium 제거 효율을 평가할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 정수장에서 원수 및 처리수의 탁도를 상시 측정하여 정수공정에 의해 Cryptosporidium을 적정 기준까지 제거할 수 있음을 예측할 할 수 있다.
- Cryptosporidium은 수중에 매우 낮은 농도로 존재하기 때문에 정수장에서 항상 모니터링 하는 것이 불가능하다. 따라서 탁도를 Cryptosporidium 제거변화의 대체 지표로서 이용 가능하다고 판단된다.
- tracer를 이용한 연구 결과, . 예상되는 Cryptosporidium 제거율은 응집 · 침전으로 1.55 log(97.16%), 급속모래여과로 1.38 log(95.83%), 응집 · 침전+급속모래여과에 의해 2.31 log (99.51 %)로 나타나 급속모래여과를 거쳐도 C. tracer의 완전한 제거는 어려우므로 현 정수처리 방법의 새로운 모색이 필요하다고 판단된다. 그리고 살아 있는 Cryptosporidium의 대체 인자로서의 유용성에 대한 보다 세밀한 평가를 위해 정수처리 과정 중의 제거특성 및 거동에 대해서도 보다 깊이 있는 접근이 필요하다고 판단된다.
- tracer 제거율이 증가하였고 동시에 SS, 탁도 제거율도 증가하였다. 응집 · 침전 후의 유출수 탁도와 C. tracer 제거율의 상관성이 R2 = 0.9506로 나타나 응집 · 침전 후의 유출수 탁도로 Cryptosporidium 제거 효율을 평가할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 정수장에서 원수 및 처리수의 탁도를 상시 측정하여 정수공정에 의해 Cryptosporidium을 적정 기준까지 제거할 수 있음을 예측할 할 수 있다.
- tracer의 % 제거율과 log 제거율을 산출하여 나타내었다. 이 결과로부터 최적 응집 조건 하에서 정상적으로 운영되고 여과수 탁도가 양호할 경우, Cryptosporidium 제거율은 2.31 log(99.51%)로 예상할 수 있다. 표준 정수 공정에 의한 Cryptosporidium 제거율에 관한 참고문헌을 조사한 결과,11~13) 응집 · 침전에 의한 제거율이 1.
- 1 NTU 이하로 유지하도록 제안하고 있다. 현재 우리나라에서는 여과수 탁도를 0.3 NTU 이하로 규정하고 있으며 본 연구결과에서는 여과실험 후의 여과수 탁도가 0.2 NUT일 때 C. tracer의 제거율이 95.83%로 가장 높게 나타났다. 따라서 Cryptosporidium 제거율 향상을 위해서는 정수처리장의 규모와 처리시설에 맞는 여과수 탁도 관리가 중요하다고 판단된다.
후속연구
- tracer의 완전한 제거는 어려우므로 현 정수처리 방법의 새로운 모색이 필요하다고 판단된다. 그리고 살아 있는 Cryptosporidium의 대체 인자로서의 유용성에 대한 보다 세밀한 평가를 위해 정수처리 과정 중의 제거특성 및 거동에 대해서도 보다 깊이 있는 접근이 필요하다고 판단된다.
- 16%로 가장 높은 제거율을 보였으며, SS, 탁도 제거율도 모두 최대였다. 그리고 응집 · 침전공정에서 응집제 주입량에 따른 Cryptosporidium의 제거효율이 다르게 나타나므로 정수처리에서 최적의 응집제 주입량을 항상 고려해 주어야 할 것으로 판단된다.
- 51%)로 나타나 참고문헌과 비슷한 결과를 나타내었다. 연구 결과를 통해서, 대체 인자로서의 유용성에 대한 보다 세밀한 평가를 위해서는 원수 조건 및 운전조건 등의 변동에 따른 정수처리 과정 중의 제거특성 및 거동에 대해서도 보다 깊이 있는 접근이 필요하다고 판단된다.
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