서울시 정수장의 THMs 생성과 관련된 한강 원수의 주요 수질 특성 조사 Characteristics of Water Quality Parameters of Han River Related to THMs Formation in Water Treatment Plants in Seoul원문보기
2007년에서 2009년까지 3년간 서울시 급수과정별 시설에서의 THMs 생성특성 조사에서, 정수장 이후의 급수과정별 시설 즉, 배수지 전 후, 유입부, 가압장, 관말지역으로 갈수록 THMs 생성량은 증가하였지만 그 증가량은 전염소처리 및 후염소처리 후 정수지 체류과정에서 이미 생성된 THMs량에 비해 작은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 서울시 6개 정수장의 THMs 생성 특성 및 영향인자인 정수장 송수잔류염소, 한강 원수의 여러 수질항목 특성을 조사하였다. 6개 정수장 전체자료(n = 72)에 대하여 THMs와 다른 항목간의 상관성 분석결과, 수온(r = 0.539~0.846), 탁도(r = 0.421~0.863)는 양(+)의 상관성을, pH (r = -0.613~ -0.800), 조류(r = -0.582~ -0.901)는 음(-)의 상관성을 갖는 것으로 나타났으며, 원수의 $NH_3-N$는 THMs와의 상관성이 크게 없는 것으로 나타났다. 또한 요인분석을 실시한 결과, 전반적으로 물질대사 및 유기물 관련 요인 $X_1$ (pH, BOD, 조류), 계절적 자연적 변동요인 $X_2$(수온, 탁도)가 다른 항목들에 비해 정수장에서의 THMs 생성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 THMs에 대한 다중회귀분석을 실시한 결과, 일부 수계를 제외한 다른 모든 수계에서 회귀식의 유의성을 확인할 수 있었다.
2007년에서 2009년까지 3년간 서울시 급수과정별 시설에서의 THMs 생성특성 조사에서, 정수장 이후의 급수과정별 시설 즉, 배수지 전 후, 유입부, 가압장, 관말지역으로 갈수록 THMs 생성량은 증가하였지만 그 증가량은 전염소처리 및 후염소처리 후 정수지 체류과정에서 이미 생성된 THMs량에 비해 작은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 서울시 6개 정수장의 THMs 생성 특성 및 영향인자인 정수장 송수잔류염소, 한강 원수의 여러 수질항목 특성을 조사하였다. 6개 정수장 전체자료(n = 72)에 대하여 THMs와 다른 항목간의 상관성 분석결과, 수온(r = 0.539~0.846), 탁도(r = 0.421~0.863)는 양(+)의 상관성을, pH (r = -0.613~ -0.800), 조류(r = -0.582~ -0.901)는 음(-)의 상관성을 갖는 것으로 나타났으며, 원수의 $NH_3-N$는 THMs와의 상관성이 크게 없는 것으로 나타났다. 또한 요인분석을 실시한 결과, 전반적으로 물질대사 및 유기물 관련 요인 $X_1$ (pH, BOD, 조류), 계절적 자연적 변동요인 $X_2$(수온, 탁도)가 다른 항목들에 비해 정수장에서의 THMs 생성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 THMs에 대한 다중회귀분석을 실시한 결과, 일부 수계를 제외한 다른 모든 수계에서 회귀식의 유의성을 확인할 수 있었다.
In a study on THMs formation at the distribution facilities in Seoul water supply for past 3 years from 2007 to 2009, THMs production was increased from inlet to outlet during the process in water treatment plant. However, such increased THMs amount was very small compared to THMs production formed ...
In a study on THMs formation at the distribution facilities in Seoul water supply for past 3 years from 2007 to 2009, THMs production was increased from inlet to outlet during the process in water treatment plant. However, such increased THMs amount was very small compared to THMs production formed after pre-chlorination and post chlorination. Accordingly, this study is aimed to investigate the characteristics of water quality parameters of Han River related to THMs formation in 6 water treatment plants in Seoul. The results showed that THMs and other factors such as temperature (r = 0.539~0.846) and turbidity (r = 0.421~0.863) had positive correlation while THMs had negative correlation with pH (r = -0.613~-0.800) and algae (r = -0.582~-0.901). There is no correlation between THMs and $NH_3-N$. According to the factor analysis, generally metabolite and organic matter factor $X_1$ (pH, BOD, algae), and seasonal and natural factor $X_2$ (temperature, turbidity) played an important role in the formation of THMs. Multiple regression analysis for THMs formation showed significance of regression appeared in most water systems.
In a study on THMs formation at the distribution facilities in Seoul water supply for past 3 years from 2007 to 2009, THMs production was increased from inlet to outlet during the process in water treatment plant. However, such increased THMs amount was very small compared to THMs production formed after pre-chlorination and post chlorination. Accordingly, this study is aimed to investigate the characteristics of water quality parameters of Han River related to THMs formation in 6 water treatment plants in Seoul. The results showed that THMs and other factors such as temperature (r = 0.539~0.846) and turbidity (r = 0.421~0.863) had positive correlation while THMs had negative correlation with pH (r = -0.613~-0.800) and algae (r = -0.582~-0.901). There is no correlation between THMs and $NH_3-N$. According to the factor analysis, generally metabolite and organic matter factor $X_1$ (pH, BOD, algae), and seasonal and natural factor $X_2$ (temperature, turbidity) played an important role in the formation of THMs. Multiple regression analysis for THMs formation showed significance of regression appeared in most water systems.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 대부분의 THMs는 이미 정수장에서 원수 수질에 따른 전염소처리, 응집, 후염소처리 등 송수 이전의 과정에서 생성되는 것으로 판단하여, 서울시 6개 정수장에서의 THMs 생성 및 이에 영향을 주는 정수장 송수잔류 염소, 한강 원수의 여러 수질항목 특성을 분석하고, 이를 통해 각 정수장에서 생성된 THMs와 여러 항목간의 상관관계를 연구하여3~6) 향후 THMs를 저감하기 위한 수질관리에 기초 자료를 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 서울시 6개 정수장에서의 THMs 생성 특성 및 이에 영향을 주는 정수장 송수잔류염소, 한강 원수의 여러 수질항목간의 상관성을 파악하였다.
0 프로그램을 이용하여 정수장 송수잔류염소 및 한강 원수의 여러 수질항목간의 상관관계를 파악하고, 또한 상관성이 높은 항목들을 토대로 잠재된 새로운 항목(Latent Variable)의 요인분석(Factor Analysis)을 실시하였다. 즉, 요인분석을 통해서 입력변수들의 상관성을 파악하여, 데이터를 축소시키고 새로운 변수를 생성함으로써 이를 통해 더 좋은 분석 결과를 도출하고자 하였다.
제안 방법
수질조사항목은 2007~2009년 3년 동안의 서울시 6개 정수장에 대한 송수잔류염소, 서울시 급수과정인 정수장으로부터 주배수지를 기준으로 한 주배수지 전·후, 주배수지 배수구역 유입부, 급수구역 내 가압장 및 관말수도꼭지를 대상으로 급수과정에서의 수질변화를 추적한 THMs, 또한 한강수계 상수원 6지점에 대한 탁도, pH, 수온, BOD, TOC, NH3-N, 조류등 총 9항목을 조사하였다.
0 프로그램을 이용하여 6개 수계별로 한강 원수의 수질항목(탁도, pH, 수온, BOD, TOC, NH3-N, 조류)과 정수장의 송수잔류염소에 대한 요인분석 및 THMs에 대한 다중회귀분석을 실시하였다. 우선 주성분분석을 통해 수질항목 중 상관성이 높은 항목들을 묶어 요인을 추출하였다. 추출된 각 요인과 수질변수와의 관계를 살펴보면, 요인 X1은 pH, BOD, 조류와 높은 상관성을 나타내는 등 물질대사 및 유기물 관련 인자로 볼 수 있으며, 요인 X2는 계절적․자연적 변동요인으로 볼 수 있는 수온, 탁도와 높은 양(+)의 상관성을 보였다.
대상 데이터
1. The location and productions of 6 water treatment plants.
본 연구에서는 한강 6개 수계의 취수장 및 정수장을 대상으로, 2007년에서 2009년까지 3년간의 취수장 자료는 서울시 워터나우(Seoul Water-NOW 2.0)를, 정수장 자료는 수질 검사팀이 분기별로 직접 채수한 결과값을 이용하였다(Fig. 2 and 3).
데이터처리
SPSS 12.0 프로그램을 이용하여 6개 수계별로 한강 원수의 수질항목(탁도, pH, 수온, BOD, TOC, NH3-N, 조류)과 정수장의 송수잔류염소에 대한 요인분석 및 THMs에 대한 다중회귀분석을 실시하였다. 우선 주성분분석을 통해 수질항목 중 상관성이 높은 항목들을 묶어 요인을 추출하였다.
또한 모든 항목들을 수계별로 정규성 검정을 위해 비모수 검정(Nonparametric Test)을 실시하고, THMs에 대한 다중회귀분석(Multiple Regression Analysis)을 실시하였다. 요인추출 방법으로는 주성분분석법(Principle Component Analysis)을 사용하였으며, 요인해석으로는 요인 적재치의 단순화를 위하여 직각회전(Qrthogonal Rotation) 중 베리멕스(VariMax) 방법을 이용하였다.
본 자료 분석을 위하여 SPSS 12.0 프로그램을 이용하여 정수장 송수잔류염소 및 한강 원수의 여러 수질항목간의 상관관계를 파악하고, 또한 상관성이 높은 항목들을 토대로 잠재된 새로운 항목(Latent Variable)의 요인분석(Factor Analysis)을 실시하였다. 즉, 요인분석을 통해서 입력변수들의 상관성을 파악하여, 데이터를 축소시키고 새로운 변수를 생성함으로써 이를 통해 더 좋은 분석 결과를 도출하고자 하였다.
이론/모형
또한 모든 항목들을 수계별로 정규성 검정을 위해 비모수 검정(Nonparametric Test)을 실시하고, THMs에 대한 다중회귀분석(Multiple Regression Analysis)을 실시하였다. 요인추출 방법으로는 주성분분석법(Principle Component Analysis)을 사용하였으며, 요인해석으로는 요인 적재치의 단순화를 위하여 직각회전(Qrthogonal Rotation) 중 베리멕스(VariMax) 방법을 이용하였다.
성능/효과
1) 전반적으로 서울시 급수과정별 시설에서의 THMs는 정수장에서 관말 수도꼭지로 갈수록 증가하였지만 모두 먹는 물 수질기준(0.1 mg/L)을 초과한 경우는 없었으며, 급수과정에서 THMs 생성량이 정수처리공정에서 생성된 양보다 작다는 것을 볼 수 있었다.
2) 6개 정수장 전체자료(n = 72)에 대한 측정항목간의 상관관계를 살펴보면, 계절변동인자인 수온은 조류(r = -0.815), pH (r = -0.781)와 높은 음(-)의 상관성을, THMs는 수온(r =0.643), 탁도(r = 0.519)와 높은 양(+)의 상관성을 나타내었다. 또한 THMs와 다른 항목간의 상관성 분석결과, 수온(r = 0.
3) 6개 수계별로 한강 원수의 수질항목(탁도, pH, 수온, BOD, TOC, NH3-N, 조류), 정수장의 송수잔류염소에 대한 요인분석 실시 결과, 전반적으로 물질대사 및 유기물 관련 요인 X1(pH, BOD, 조류), 계절적․자연적 변동요인 X2(수온, 탁도)가 다른 항목들에 비해 정수장에서의 THMs 생성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 THMs에 대한 다중 회귀분석을 실시한 결과, 강북수계, 뚝도수계를 제외한 다른 모든 수계에서 회귀식의 유의성을 확인할 수 있었다.
THMs와 다른 항목간의 상관성 분석결과, 수온(r = 0.539~0.846), 탁도(r = 0.421~0.863)는 양(+)의 상관성을, pH (r =-0.613~-0.800), 조류(r = -0.582~-0.901)는 음(-)의 상관성을 갖는 것으로 나타났으며, 원수의 NH3-N는 THMs와의 상관성이 크게 없는 것으로 나타났다. pH의 경우, 일반적으로 pH가 높을수록 THMs 생성량은 증가하지만 이러한 이론은 일반적으로 pH를 제외한 다른 수질 조건을 동일하게 조정한 상태에서 pH와 THMs와의 상관성을 분석한 것이며, 본 연구와 같이 연구대상지역의 실제 시료의 경우에는 THMs 생성에 미치는 영향인자는 pH 이외에 우점적으로 작용하는 다양한 인자들에 의해 지배되어 이론적 결과와는 상반된 결과가 나왔다고 판단된다.
결론적으로 서울시 급수과정별 시설에서의 THMs는 먹는 물 수질기준(0.1 mg/L) 이하로 미량 검출되어 정수 및 수돗물의 안정성을 확인할 수 있었다.
그리고 요인분석을 통해 추출된 주성분 X1, X2, X3에 대한 비모수검정(일표본 Kolmogorov-Smirnov 검정) 결과, 모든 수계에서 근사 유의확률(양측)이 유의수준 0.05보다 크게 나타나서 정규분포를 따르는 것을 볼 수 있었다. 이를 통해 다중회귀분석을 실시한 결과(Table 6), 일부 수계를 제외한 다른 모든 수계에서 회귀식의 유의성을 확인할 수 있었다.
따라서 수돗물의 THMs 발생량을 줄이기 위해서는 무엇보다 송수 이전 정수장에서의 전·후염소처리 공정에 대한 개선 노력이 주요할 것으로 판단되었다.
(수온, 탁도)가 다른 항목들에 비해 정수장에서의 THMs 생성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 THMs에 대한 다중 회귀분석을 실시한 결과, 강북수계, 뚝도수계를 제외한 다른 모든 수계에서 회귀식의 유의성을 확인할 수 있었다.
519)와 높은 양(+)의 상관성을 나타내었다. 또한 THMs와 다른 항목간의 상관성 분석결과, 수온(r = 0.539~0.846), 탁도(r = 0.421~0.863)는 양(+)의 상관성을, pH (r = -0.613~-0.800), 조류(r = -0.582~-0.901)는 음(-)의 상관성을 갖는 것으로 나타났으며, 원수의 NH3-N는 THMs와의 상관성이 크게 없는 것으로 나타났다.
몇몇 일부 수계의 경우 송수잔류염소, 원수의 BOD, TOC가 THMs와의 상관성이 어느 정도 있는 것으로 나타났지만 기대와는 달리 상관성이 작았는데 이는 한강 원수의 BOD, TOC가 일정하게 미량 존재하는 결과로 판단된다. 또한 송수잔류염소 역시 THMs 생성에 어느 정도 영향을 주지만 절대적으로 선형적인 관계가 없었는데, 송수잔류염소 농도변화가 낮은 범위 내에서 일정함으로 THMs 생성에 절대적 인자로 작용하지 않은 결과이며, 이는 2007년에서 2009년으로 갈수록 송수잔류염소는 줄어들고 있음에도 불구하고 정수장에서의 THMs 생성량은 줄어들고 있지 않고 있다는 결과와 일치한다(Fig. 5).
반면 급수과정별 잔류염소는 맛있는 물의 잔류염소 조건인 0.1~0.4 mg/L 달성을 위해 각 정수센터에서 송수 잔류염소를 지속적으로 하향 조정한 결과 2007년에 비해 모든 공급단계에서 잔류염소가 뚜렷하게 낮아진 특성을 보였다(Fig. 6). 이러한 결과는 정수센터의 송수 잔류염소 조정 노력이 최종 수요가에서의 수돗물 염소냄새 및 물맛 개선에 좋은 효과를 거두고 있음을 보여주는 것이라 하겠다.
05보다 크게 나타나서 정규분포를 따르는 것을 볼 수 있었다. 이를 통해 다중회귀분석을 실시한 결과(Table 6), 일부 수계를 제외한 다른 모든 수계에서 회귀식의 유의성을 확인할 수 있었다.
5와 같다. 정수장(평균 0.017 mg/L)에서 관말 수도꼭지(평균 0.024 mg/L)로 갈수록 증가하는 경향은 있었지만 모두 먹는물 수질기준(0.1 mg/L)을 초과한 경우는 없었으며, 그 증가량(평균 0.007 mg/L) 또한 송수 이전의 과정에서 생성된 양보다 작은 것으로 나타났다. 따라서 수돗물의 THMs 발생량을 줄이기 위해서는 무엇보다 송수 이전 정수장에서의 전·후염소처리 공정에 대한 개선 노력이 주요할 것으로 판단되었다.
주성분분석을 통해 추출된 2개의 요인 X1, X2로 각 정수장에서 생성되는 THMs 생성 특성을 약 65.0~77.7% 정도 설명할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 X1, X2 요인에 해당되는 항목들에 대한 주의가 필요할 것으로 생각되며, 특히 장기적으로 볼 때 지구온난화로 인한 수온상승에 대한 대비가 필요할 것으로 판단된다.
후속연구
따라서 X1, X2 요인에 해당되는 항목들에 대한 주의가 필요할 것으로 생각되며, 특히 장기적으로 볼 때 지구온난화로 인한 수온상승에 대한 대비가 필요할 것으로 판단된다. 동시에 THMs 생성 억제를 위한 수질제어는 수질조건에 따른 여러 요인들을 고려하고, 동시에 상호간의 미치는 영향들도 파악해야 할 것으로 판단된다.
향후 더욱 낮은 수준의 THMs 저감방안을 검토한다면 적절한 전 염소처리 및 정수지 잔류염소 농도 유지 등 송수 이전의 정수처리공정에서의 저감방안을 고려할 수 있으며, 또한 탁도, TOC 등 유기물 감소를 위한 지속적인 상수원관리뿐만 아니라 막여과, 활성탄흡착, 강화응집(Enhanced Coagulation) 등 소독부산물 전구물질 제어방안과 지구온난화로 인한 수온상승에 따른 대비책을 마련할 필요가 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소독공정의 대표적인 염소소독의 문제점은 무엇인가?
특히 정수처리 최종 단계에서 실시하는 소독공정을 통해 병원성 미생물을 불활성화하고 수인성 전염병을 예방하고 있다. 하지만 소독공정의 대표적인 염소소독은 수중의 유기물과 반응하여 발암성 물질인 소독부산물(DBPs)을 생성시키는 등 부차적인 문제가 있다. 대표적인 소독부산물인 THMs는 비뇨기계와 소화계통 암의 발생과 관련이 높은 것으로 알려지고 있으며, USEPA는 인간에게 발암가능성이 있는 물질로 분류하였다(IARC, 2008; USEPA, 1999).
미국과 국내는 THMs에 대한 가이드라인은 어떠한가?
대표적인 소독부산물인 THMs는 비뇨기계와 소화계통 암의 발생과 관련이 높은 것으로 알려지고 있으며, USEPA는 인간에게 발암가능성이 있는 물질로 분류하였다(IARC, 2008; USEPA, 1999). 이러한 소독부산물 THMs에 대한 각국의 규제나 권위 있는 기관의 가이드라인 값을 살펴보면, 국내는 THMs에 대하여 100 µg/L의 기준 값을 가지고 있고(환경부, 2002), 미국에서는 THMs이 80 µg/L의 기준 값을 가지고 있다. WHO는 THM 총합에 대해서는 각각의 가이드라인 값 비율의 합이 1을 넘지 않도록 하고 Chloroform 0.
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