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문제 정의
- 본 연구에서는 광주광역시 K하수처리장 처리 수를 대상으로 염소 소독에 의한 하수 방류수의 소독 효율과 THMs 및 HANs, HAAs 등의 소녹부산물의 생싱에 대하여 살펴보고 하수처리장 최종 방류수와 주변 하천수 중의 염소소독부산물 조사를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 하수처리장 방류수를 대상으로 염소 소독에 의한 소독 효율과 THMs 및 HANs, HAAs 등의 소독부산물의 발생 특성을 조사하여 하수처리장의 효율적인 염소소독을 위한 운전 지침 마련 및 잔류염소 농도의 기준설정을 위한 기초 자료로 활용코자 한다.
- 하수 및 오수 처리 방식에 있어 초기에는 깨끗한 하수처리에 목적을 두었으나 하수내의 질소, 인이 하천 및 호수 부영양화의 주요 원인으로 밝혀지면서 공공 수역의 수질보전에 목적을 두게 되었다. 경제적 소득 향상과 더불어 수상 레저 활동 증가, 수돗물 중의 바이러스 검출 가능성 등은 이러한 목적의 필요성을 더욱 증대시키고 있다.
제안 방법
- 특성 조사 실험을 하였다. 또한 하수처리장 방류구 상류 하천수와 하수처리장 방류수 그리고 방류구에서 유하거리가 약 6km 하류 지점인 서창교 지점의 하천수를 대상으로 2007년 8월부터 2008년 7월까지 월 1회 채수하여 염소소독부산물을 분석하였다.
- 총대장균군 실험은 수질오염공정 시험방법 따라 평판집락법을 적용하였으며, 염소 소독효율 실험은 염소주입농도는 0그~5.0mg/L로 하였으며, 하수도 시설기준 9에 근거하여 염소접촉시간은 15분 전후로 하였다.
- 하수처리장 방류구 상류 지점의 하천수를 대조 시료로 하여 하수처리장 방류수와 방류구 하류지점인 서창교 지점의 소독부산물을 조사하였다. 하수처리장 방류구 상류지점의 하천수에서는 잔류염소 및 염소소독부산물이 검출되지 않았다.
대상 데이터
- 분리 컬 럼 은 HP-5MS (30 m>:0.25 mm I.D., 0.25 film) 를 사용하였으며, 다음의 Table 1에 GC/MSD 분석조건을 제시하였다.
- 실험에 사용한 시료는 실제 운영중인 하수처리장 (광주광역시 K하수처리장) 처리수를 염소소독 전 단계에서 채취하여 염소 소독효율 실험과 소독부산물생성 특성 조사 실험을 하였다. 또한 하수처리장 방류구 상류 하천수와 하수처리장 방류수 그리고 방류구에서 유하거리가 약 6km 하류 지점인 서창교 지점의 하천수를 대상으로 2007년 8월부터 2008년 7월까지 월 1회 채수하여 염소소독부산물을 분석하였다.
- 염 소표준용액 은 차아염 소산나트륨(Sodium hypochlorite sol., Wako)을 초순수 증류수로 희석하여 1, 000 mg/L로 조제하였으며, 이 용액은 실험할 때마다 조제하여 사용하였다. 잔류염소는 DPD Colorimetric Method 를 이용하여 pocket Colorimeter (HACH Co.
- 04 mg/L로 설정 하였다. 염소소독부산물 실험에 사용한 표준물질은 Supelco사의 제품으로 각각 THMs(EPA 551A Halogenated Volatiles Mix, 2000 jig/mL), HANs (EPA 551B Halogenated Volatiles Mix, 2000 jig/mL), HAAs (EPA 552 Halogenated Acetic Acids Mix, 2000 jig/mL)을 사용하였다. 표준용액은 표준물질을 단계적으로 희석하여 사용하였으며, 희석에 사용한 용매는 표준물질 희석 용매인 메탄올 및 MTBE (Methyl-t-butyl ether) 잔류농약 급 시 약을 사용하였다.
- 염소소독부산물 실험에 사용한 표준물질은 Supelco사의 제품으로 각각 THMs(EPA 551A Halogenated Volatiles Mix, 2000 jig/mL), HANs (EPA 551B Halogenated Volatiles Mix, 2000 jig/mL), HAAs (EPA 552 Halogenated Acetic Acids Mix, 2000 jig/mL)을 사용하였다. 표준용액은 표준물질을 단계적으로 희석하여 사용하였으며, 희석에 사용한 용매는 표준물질 희석 용매인 메탄올 및 MTBE (Methyl-t-butyl ether) 잔류농약 급 시 약을 사용하였다.
이론/모형
- 엮소소녹부산물은 US EPA Method", 에 따라 분석하였으며, GC/MSD (Agilent, USA)를 사용하였다. 분리 컬 럼 은 HP-5MS (30 m>:0.
- , Wako)을 초순수 증류수로 희석하여 1, 000 mg/L로 조제하였으며, 이 용액은 실험할 때마다 조제하여 사용하였다. 잔류염소는 DPD Colorimetric Method 를 이용하여 pocket Colorimeter (HACH Co., USA) 로측정 하였으며, 정 량한계 를 0.04 mg/L로 설정 하였다. 염소소독부산물 실험에 사용한 표준물질은 Supelco사의 제품으로 각각 THMs(EPA 551A Halogenated Volatiles Mix, 2000 jig/mL), HANs (EPA 551B Halogenated Volatiles Mix, 2000 jig/mL), HAAs (EPA 552 Halogenated Acetic Acids Mix, 2000 jig/mL)을 사용하였다.
성능/효과
- 1. 엮소주입농도 0.5 mg/L에서 10분간 접촉시킬 때 잔류염소 농도는 0.39 mg/L로 미국의 하수처리장 방류수의 잔류엮 소기준(0.5 mg/L 이 하)과 총대 장균군의 기준(LOOOMPN/lOOmL 이하)을 모두 만족 하는 것으로 나타났다. 또한 이 조건에서는 THMs, HANs 및 HAAs 등의 엮소소녹부산물이 검출되지 않있-다.
- 2. THMse 염소주입농도 30mg/L, 접촉시간 180분에서 32.2 가 생성되었으며, 이 중 클로로폼은 최대 28.4μg가 생성되어 THMs의 88.1 %를 차지하였다. 그리고 HANse 최고 2.
- 3. 연구대상 하수처리장 최종 방류수의 연평균 잔류염소 농도는 0.4mg/L이었으며, 염소소독부산물 조사 결과 THMse 최대 9.21 μg/L, 평균 2.79 μg/L로 나타났으며 HANs과 HAA는 검출한계 (0.1 μg/L) 이하로 나타났다. 방류구 하류지점인 서창교 지점의 잔류염소 농도는 최대 0.
- 2 jig/ L이었으나 먹는물 수질기준 100|ig/L에도 훨씬 못 미치는 정도였다. THMs 중 유일하게 별도의 먹는물 수질 기준이 설정되어 있는 클로로폼은 다른 항목에 비해 가장 많이 생성되는 것으로 나타났다. 염소주입농도 30 mg/L, 접촉시간 180분분에서 최대 28.
- 5℃로 고정 시키고 엮소 주입량과 접촉시간을 변수로 하여 염소소독부산물의 생성변화를 나타내었다. THMs의 생성농도는 엮소 주입량이 높을수록 또한 접촉시간이 길어질수록 증가하는 경향을 나타내었다. 염소주입농도 5mg/L 이하에서는 주입 초기 대부분의 THMs가 생성되었으며 이후 접촉시간에 따른 THMs 증가는 거의 없었다.
- 5 mg/L 이상의 농도에서는 10분의 접촉 시간이 필요한 것으로 나타났다. 또한 염소주입농도 0.2mg/L에서는 접촉시간 20분에서 44.4%, 30분에서 87.8%의 총대장균군 사멸율을 보여 충분한 소독 효과를 기대하기 어려운 것으로 나타났다. 이는 미생물의 살균에 필요한 충분한 양의 염소가 투입되지 않았거나, 접촉시간의 부족 혹은 염소가 물 속의 암모니아성 질소와 반응하여 유리잔류염소에 비해 살균력이 낮은 결합 잔류 염소가 형성되었기 때문으로 판단된다.
- 하수처리장 방류구 상류지점의 하천수에서는 잔류염소 및 염소소독부산물이 검출되지 않았다. 반면 하수처리장 방류수는 조사기간 동안 총대장균군은 방류수 수질기준을 만족하였고, 잔류엮소 농도는 평균 0.4mg/L이었다. 엮소소녹부산물 실험 결과 Fig.
- 3%를 차지하였으며, THMs중 70-80% 이상이 클로로폼이라는 국내 연구결과16와 유사하였다. 방류구에서 약 6 km 하류지 점인 서창교 지점의 잔류엮소 농도는 최대 0.1 mg/L으로 하수처리장 방류수의 희석 효과로 인해 잔류염소가 미량 영향을 미치고 있음을 알 수 있었고, THMse 최대 1.72j.ig/L 이며, HANs과 HAAs 검출한계(0.1 pg/L) 이하로 나타났다.
- 본 연구를 통하여 실제 하수처리장 방류수의 염소소독은 소량의 염소주입으로 가능하며, 생성되는 소독부산물의 양은 많지 않아 수중생태계에 미치는 영향은 미미할 것으로 판단된다. 그러나 효율적인 방류수 수질 관리를 위해서 잔류염소 기준 설정이 필요하며, 하수처리장 방류수의 염소소독부산물에 대한 체계적이고 지속적인 모니터링이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 0 mg/L 농도로 주입하고, 접촉시간은 하수도 시설기준에 근거하여 15분 전후로 각각 10분, 20분, 30 분으로 하여 종대장균군의 소독 효율을 나타내었다. 분석 결과 염소의 주입 량과 접촉시간이 증가할수록종대장균군의 사멸율이 증가함을 알 수 있었다. 소독 시 완전한 살균이라고 할 수 있는 99% 이상의 소녹효율을 얻기 위해서는 0.
- 분석 결과 염소의 주입 량과 접촉시간이 증가할수록종대장균군의 사멸율이 증가함을 알 수 있었다. 소독 시 완전한 살균이라고 할 수 있는 99% 이상의 소녹효율을 얻기 위해서는 0.5 mg/L에서는 30분, 1.0 mg/L 에서는 20분, 1.5 mg/L 이상의 농도에서는 10분의 접촉 시간이 필요한 것으로 나타났다. 또한 염소주입농도 0.
- 소독부산물이 공공수역으로 유출될 경우 수중 생태계에 독성을 줄 수 있는데 본 연구 결과에 따르면 염소 소독에 의하여 하수 방류수내에 형성된 클로로폼의 농도는 최대 32.2jig/L로 기존의 독성실험결과E5 와 비교할 경우 수중생태계에 미치는 영향은 없을 것으로 판단된다.
- 4mg/L이었다. 엮소소녹부산물 실험 결과 Fig. 4에서 같이 THMse 최대 9.21jig/L, 평균 2.79jig/L로 나타났으며, HANs과 HAAs는 검출한계(0.1 |.ig/L) 이하로 나타났다. THMs 중 클로로폼은 약 77.
- THMs 중 유일하게 별도의 먹는물 수질 기준이 설정되어 있는 클로로폼은 다른 항목에 비해 가장 많이 생성되는 것으로 나타났다. 염소주입농도 30 mg/L, 접촉시간 180분분에서 최대 28.4jig/L가 생성 뇌어 THMs의 88.1 %를 차지하였다.
후속연구
- 미미할 것으로 판단된다. 그러나 효율적인 방류수 수질 관리를 위해서 잔류염소 기준 설정이 필요하며, 하수처리장 방류수의 염소소독부산물에 대한 체계적이고 지속적인 모니터링이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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