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문제 정의
- 이에 본 연구는 서울의 G-아리수정수센터(이하, G-정수센터)에 이산화탄소 발생설비를 도입하여 갈수기 원수 pH 상승 시기에 이산화탄소를 원수 pH 조정제로 사용함으로써 혼화·응집지에서의 응집 효율을 향상시켜 생산 정수 중에 탁도, TOC, THMs, 입자수 등의 농도를 낮추는 방법을 조사하여 고품질의 정수를 생산하고, 서울시 전체 정수센터에 이산화탄소 도입에 따른 운영을 효율적으로 추진하고자 본 연구를 실시하였다.
제안 방법
- 알루미늄은 inductively coupled plasma atomic emission spectrometer (ICP/AES, Jobin Yvon, Activa-M)를 이용하여 측정하였으며, TOC는 TOC-analyzer (Sievers, TOC-820), 탁도는 turbidimeter(Hach, 2100N), THMs와 THMsFP는 gas chromatography mass spectrometer(GC/MS, Agilent, 5975)를 이용하여 분석하였다. 또한 HAAs, HANs, CH, HAAsFP, HANsFP, CHFP는 gas chromatography electron capture detector (GC/ECD, Varian, CP3800/Agilent, 6890), 2-MIB 및 Geosmin는 gas chromatography mass spectrometer (GC/MS, Varian, CP3800)를 이용하여 측정하였고, 입자수는 입자측정기(PAMAS, SBSS)를 이용하여 2 ㎛ 이상의 입자를 측정하였다.
- 본 연구는 2008년 1~12월까지 G-정수센터 정수처리 공정수를 대상으로 원수 pH가 8.0 이상이며 밤·낮의 pH 변화(±0.3 이내)가 크지 않은 시기에 기존의 정수처리 공정수와 이산화탄소를 원수에 주입하여 pH를 7.6 이하로 조정한 후 생산한 공정수의 수질을 비교, 평가하였다.
- 본 연구에서는 표준정수처리공정에서 원수 pH 조정에 따른 geosmin과 2-MIB의 제거 효율을 실험하였다. 실험결과, 2-MIB의 원수 농도는 6.
- 실험기간 중 원수 pH는 봄, 겨울철 조류발생과 갈수기의 영향으로 8.70~9.10으로 높은 pH를 유지하였으며, 원수에 이산화탄소를 주입하여 pH를 7.56~6.96으로 조정하면서 pH 변화에 따른 정수 수질 변화를 고찰하였다. 실험기간 중 응집제 주입량은 10.
- 알루미늄은 inductively coupled plasma atomic emission spectrometer (ICP/AES, Jobin Yvon, Activa-M)를 이용하여 측정하였으며, TOC는 TOC-analyzer (Sievers, TOC-820), 탁도는 turbidimeter(Hach, 2100N), THMs와 THMsFP는 gas chromatography mass spectrometer(GC/MS, Agilent, 5975)를 이용하여 분석하였다. 또한 HAAs, HANs, CH, HAAsFP, HANsFP, CHFP는 gas chromatography electron capture detector (GC/ECD, Varian, CP3800/Agilent, 6890), 2-MIB 및 Geosmin는 gas chromatography mass spectrometer (GC/MS, Varian, CP3800)를 이용하여 측정하였고, 입자수는 입자측정기(PAMAS, SBSS)를 이용하여 2 ㎛ 이상의 입자를 측정하였다.
- 원수 pH가 8.0 이상 상승한 2월(B1), 3월(B2, B3, B4), 4월(B5, B6), 12월(B7, B8) 중에 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 7.6 이하로 조정한 후 생산된 정수를 채취하여 이산화탄소 주입 전·후의 정수 수질변화를 고찰하였으며, 이산화탄소 주입 전·후의 pH 변화는 Table 2에 나타내었다.
대상 데이터
- 분석항목으로는 Table 1에 나타낸 바와 같이 알루미늄, 탁도, 입자수, TOC, THMs, 2-MIB, geosmin 등 총 14항목을 선정하였다.
성능/효과
- 1,2) 그러나 봄, 겨울철 갈수기 조류 발생으로 인한 원수 pH 상승시기에는 응집 효율 저하로 최종 생산수인 정수에서 탁도, 잔류알루미늄, 입자수의 증가를 가져온다.3) 이에 원수 pH를 응집에 적합한 적정 수준으로 조정하고자 전 염소처리 강화 및 정수약품 투입량 증가 등의 조치를 취하나 총트리할로메탄(total trihalomethanes, THMs)과 같은 소독부산물 증가와 잔류알루미늄 농도 증가 등의 수질저하를 초래했다. 따라서 원수 pH 상승시기 정수 수질개선을 위한 새로운 정수처리기술이 요구되었으며 혼화방식, 응집제의 종류 및 주입량 등 다양한 정수처리기술이 검토되었다.
- 6) 본 연구에서는 수중에 존재하는 크기 2 ㎛ 이상의 입자의 수를 측정한 것으로 연구결과, 이산화탄소를 주입하지 않은 B1, B2 정수의 입자수는 39~111 개/mL로 다소 높게 나타났으며, 이산화탄소를 주입하여 pH를 조정한 B3~B8 정수의 입자수는 7~34개/mL로 원수 pH 상승시기에 매우 양호한 결과를 나타냈다. 또한 Fig.
- 원수 중의 알루미늄 농도는 주로 입자성 알루미늄에 의존하지만 정수에 존재하는 알루미늄은 97% 이상이 용존성 알루미늄으로 존재하는 것으로 알려져 있다.7) 연구결과, 이산화탄소를 주입하지 않은 B1, B2 정수의 알루미늄 농도는 0.058~0.149 mg/L로 높은 농도를 나타냈으며, 이산화탄소를 주입하여 pH를 7.6 이하로 조정한 B3~B8 정수의 알루미늄은 0.010~0.032 mg/L로 먹는물 수질기준 0.2 mg/L 이하의 약 1/10 수준으로 매우 양호한 수질을 나타났다. 또한, Fig.
- TOC는 수중에 존재하는 유기탄소의 총량으로 Fig. 7에서 보듯이 이산화탄소를 주입하지 않은 B1~B8 원수 TOC 농도는 1.53~1.89 mg/L로 원수 pH 변화와 TOC 농도 사이에 일정한 상관성은 없는 것으로 나타났다. 그러나 정수의 경우, 이산화탄소를 주입하지 않은 B1, B2의 TOC 농도는 각각 1.
- 10에서 보듯이 이미 보고된 연구결과처럼 원수 pH가 높을수록 THMs 생성은 다소 증가하는 경향을 보였으며 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 낮출수록 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 CH, HAAs 그리고 HANs 계열 중 dichloroacetonitrile (DCAN)는 Krasner18) 등의 연구결과와 다르게 원수 pH가 8.99~6.96 사이로 변할 때 정수 중의 생성 농도에 영향은 미치지 않은 것으로 나타났다. 또한 소독부산물의 최대 생성 가능성을 조사하기 위해 원수 pH 변화에 따른 정수 중의 THMsFP, HAAsFP, HANsFP, CHFP 시험을 실시하였으며 시험결과, Fig.
- 4 이하로 유지해야 하는 것으로 나타났다. 또한 CH (FP), HAAs (FP), DCAN (FP) 및 이취미 유발물질인 2-MIB, geosmin의 제거율은 원수 pH 변화와 무관함을 알 수 있었으며, 특히 2-MIB, geosmin는 원수 pH 변화보다는 원수 중의 2-MIB, geosmin 농도가 정수 중의 농도 결정에 주요한 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 6) 본 연구에서는 수중에 존재하는 크기 2 ㎛ 이상의 입자의 수를 측정한 것으로 연구결과, 이산화탄소를 주입하지 않은 B1, B2 정수의 입자수는 39~111 개/mL로 다소 높게 나타났으며, 이산화탄소를 주입하여 pH를 조정한 B3~B8 정수의 입자수는 7~34개/mL로 원수 pH 상승시기에 매우 양호한 결과를 나타냈다. 또한 Fig. 4, 5와 같이, 서울시 정수 수질관리 입자수 목표기준인 30 개/mL 이하의 양호한 정수 수질을 유지하기 위해서는 원수 pH 상승시기 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 7.4 이하로 유지하여 처리해야함을 확인할 수 있었다.
- 또한 봄·겨울철 pH 상승시기 탁도 0.05 NTU 이하의 양호한 정수 수질을 유지하기 위해서는 원수에 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 7.4 이하로 유지해야 하는 것으로 나타났다.
- 96 사이로 변할 때 정수 중의 생성 농도에 영향은 미치지 않은 것으로 나타났다. 또한 소독부산물의 최대 생성 가능성을 조사하기 위해 원수 pH 변화에 따른 정수 중의 THMsFP, HAAsFP, HANsFP, CHFP 시험을 실시하였으며 시험결과, Fig. 11과 같이 THMsFP는 B1, B2는 각각 0.0732 mg/L, 0.0606 mg/L, B3~B8은 0.0432~0.0601 mg/L로 원수 pH가 낮을수록 THMsFP 생성이 다소 감소하는 것으로 나타났으며, CHFP는 0.00834~0.01565 mg/L, DCANFP는 0.00000~0.00101 mg/L, HAAsFP는 0.0250~0.0476 mg/L로 원수 pH 변화가 정수 중의 소독부산물 생성 농도에 영향은 미치지 않은 것으로 나타났다.
- 9 mg/L 수준의 양호한 수질을 유지했다. 또한 원수 pH 상승시기 정수 TOC 농도를 0.9 mg/L 이하로 유지하기 위해서는 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 7.4 이하로 유지해야 함을 확인할 수 있었으며 착수정원수 pH가 7.3 이하의 경우, 정수 TOC 농도 변화는 거의 없는 것으로 나타났다.
- 2 mg/L 이하의 약 1/10 수준으로 매우 양호한 수질을 나타났다. 또한, Fig. 6에 나타낸 바와 같이 서울시 정수 알루미늄 농도 목표수질인 0.02 mg/L 이하의 양호한 수질을 유지하기 위해서는 원수 pH 상승시기 이산화탄소를 주입하여 착수정원수 pH를 7.4 이하로 유지해야 하며, 본 연구의 실험조건하에서는 원수 pH가 낮을수록 정수 알루미늄 농도도 낮게 나타났다.
- 본 연구에서는 이산화탄소를 원수에 주입하여 원수 pH 변화가 정수 중의 소독부산물 생성에 미치는 영향을 실험하였으며 실험결과, Fig. 10에서 보듯이 이미 보고된 연구결과처럼 원수 pH가 높을수록 THMs 생성은 다소 증가하는 경향을 보였으며 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 낮출수록 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 CH, HAAs 그리고 HANs 계열 중 dichloroacetonitrile (DCAN)는 Krasner18) 등의 연구결과와 다르게 원수 pH가 8.
- 본 연구에서는 표준정수처리공정에서 원수 pH 조정에 따른 geosmin과 2-MIB의 제거 효율을 실험하였다. 실험결과, 2-MIB의 원수 농도는 6.6~35.6 ng/L, 정수는 5.4~28.1 ng/L로 나타났으며 geosmin는 원수 농도는 1.6~3.3 ng/L, 정수는 1.1~2.2 ng/L로 제거율은 각각 8~24%, 11~40%로 나타났다. 또한 Fig.
- 원수 pH 상승시기 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 조정한 후 정수 수질을 고찰한 결과, 혼화·응집지의 응집 효율 향상으로 입자수, 탁도, 알루미늄과 같은 입자성물질과 무기물질은 감소하는 것으로 나타났으며 2-MIB, geosmin, 소독부산물과 같은 유기성물질의 농도 변화는 없는 것으로 나타났다.
- 이는 2-MIB, geosmin 모두 비극성물질로 제거율이 pH 변화에 따른 혼화·응집 효율에 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었으며 원수 중의 2-MIB, geosmin 농도가 정수 2-MIB, geosmin 농도 결정에 주요한 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 원수 pH 상승시기 이산화탄소를 주입하여 원수 pH를 조정한 후 정수 수질을 고찰한 결과, 혼화·응집지의 응집 효율 향상으로 입자수, 탁도, 알루미늄과 같은 입자성물질과 무기물질은 감소하는 것으로 나타났으며 2-MIB, geosmin, 소독부산물과 같은 유기성물질의 농도 변화는 없는 것으로 나타났다. 특히, 입자수 30 개/mL 이하, 탁도 0.05 NTU 이하, 알루미늄 0.02 mg/L 이하, TOC 0.9 mg/L 이하의 양호한 정수 수질을 유지하기 위해서는 원수 pH 상승시기 이산화탄소를 주입하여 착수정원수 pH를 7.4 이하로 유지해야 하는 것으로 나타났다. 또한 CH (FP), HAAs (FP), DCAN (FP) 및 이취미 유발물질인 2-MIB, geosmin의 제거율은 원수 pH 변화와 무관함을 알 수 있었으며, 특히 2-MIB, geosmin는 원수 pH 변화보다는 원수 중의 2-MIB, geosmin 농도가 정수 중의 농도 결정에 주요한 영향을 주는 것으로 나타났다.
후속연구
- 3 이하의 변화가 없는 조건은 연간 15회(30일) 이내였다. 따라서 원수 pH 변화에 따른 다양한 조건에서의 정수 수질 변화를 측정하는 실험을 행하는 데는 한계가 있었다.
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