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문제 정의
- 4) 강우 시 합류식하수도가 설치된 지역에서 하수강우 월류수를 대상으로 적용 가능한 소독 공정으로는 염소 소독, 자외선(UV), 오존 등이 있으며, 이 중 부유물질 등 방해 물질을 고려할 때 일반적으로 가장 효과적인 공정인 염소 소독인 것으로 보고되고 있다.5) 본 연구는 강우 월류수 염소 소독 시 소독제 농도, 부유물질, 온도, pH, 암모니아 농도가 대장균군수 감소 속도에 미치는 영향을 실험을 통해 고찰하고, 설계 인자를 도출하는 것을 목적으로 하였다.
- 한편 염소와 같은 화학적인 방법을 사용할 경우에는 SS가 병원균과 결합되어 화학 소독제와의 접촉을 차폐함을 통해 소독 효율을 감소시킬 가능성이 있다. 따라서, 본 연구에서는 SS 농도에 따른 염소 소독 효율을 실험을 통해 평가하였다. Fig.
제안 방법
- 5) 월류수의 온도는 물중탕을 이용하여 실험 직전에 15, 20, 25 ± 1℃로 조절하여 사용하였다.
- 1이었다. SS 농도 영향은 SS가 다른 세 종류의 월류수를 총대장균수를 유사한 수준으로 혼합하는 방법으로 고찰하였다.
- 강우 월류수를 대상으로 소독제 농도(0.11-4.0 mg Cl2/L), pH (6.5-8.0), 온도(15-25℃), 암모니아 농도(10-41 mg/L), 부유물질(91-271 mg SS/L)이 염소 소독 반응 속도에 미치는 영향을 고찰하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 클로라민 역시 소독 효과가 있으나 차아염소산은 물론 차아염소산염에 비해서도 소독 반응 속도가 느리므로, 차아염소산이 대장균 비활성화 보다 클로라민 생성에 먼저 사용된다면 암모니아의 존재가 염소 소독의 반응 속도를 저해시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 암모니아 농도를 11-41 mg N/L로 변화시키면서 실험을 수행하였으며, 그 결과를 Fig. 4에 도시하였다. 일반적으로 알려진 바와는 달리, 본 연구에서 소독 효율에 유의미한 영향을 주지 않았다.
- 본 연구에서는 식 (3)을 참조하여 pH가 NaOCl의 소독 효율에 미치는 영향을 식 (4)와 같은 멱함수로 모델링하였다.
대상 데이터
- 간헐적으로 운전되는 강우 월류수 소독의 경우 저장의 용이성을 고려할 때 액체 소독제가 보다 유리하다고 판단하여, 염소 소독제로 차아염소산 나트륨(Sigma-Aldrich)을 사용하였다.5) 월류수의 온도는 물중탕을 이용하여 실험 직전에 15, 20, 25 ± 1℃로 조절하여 사용하였다.
- 처리 대상 시료는 Table 1의 문헌연구 결과를 바탕으로, 본 소독 연구의 처리 대상인 1차 처리된 강우 월류수를 모사하기 위해 G시 소재 N천변의 우수토실에서 강우시 월류수를 채취하여 사용하였다. 실험에 사용한 월류수의 특성은 Table 2와 같았다.
이론/모형
- 농도는 DPD colorimetric method로 측정하였으며 흡광도 측정에는 HS-3300 (Humas)를 사용하였다. SS, COD, ammonia 는 Standard Methods (APHA, 1998)에 따라 측정하였다.
- 온도가 소독 반응 속도에 미치는 영향은 van’t Hoff-Arrhenius 식(식 (5))에 의해 해석되었다.
- 총대장균군 측정에는 3M PetrifilmTM coliform count plate를 이용하였으며, 접종 후 35 ± 1℃에서 48 ± 2 h 동안 배양 후 계수하였다, Cl2 농도는 DPD colorimetric method로 측정하였으며 흡광도 측정에는 HS-3300 (Humas)를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 소독제 농도 효과는 saturation-type model로 잘 모사되었으며, 도출된 반속도 상수는 1.212 mg Cl2/L였다.
- 1) Lee2)는 국내 합류식 하수도 설치 지역의 경우 SS의 17.3%, COD(화학적 산소요구량)의 5.9%가 강우 월류수 형태로 방류수역으로 유출되는 것으로 조사되었다.
- 2) pH 증가는 소독 반응 속도의 감소로 이어졌으며, 이는 OCl-의 낮은 소독효과에 기인한 것으로 사료된다.
- 3) 이에 따라, 강우 월류수를 대상으로 한 최초 침전지의 개선 또는 이를 보완하는 물리화학적 처리 시설 설치를 통한 BOD 저감 방안(1차 처리)과 함께, 강우 월류수 내 대장균군수를 저감할 수있는 소독 방안의 마련이 필요하다. 하수처리장에 설치된 기존 소독 공정은 2차 또는 고도 처리를 거쳐 SS 등 소독을 방해하는 물질을 거의 함유하고 있지 않은 방류수를 대상으로 설계 · 운전되고 있어, 1) 간헐적으로 2) 짧은 시간에 유입되고 3) 부유물질(SS), 유기물(BOD) 등 오염물질 농도가 높은 월류수에는 적합하지 못해 별도의 공정이 필요하다.4) 강우 시 합류식하수도가 설치된 지역에서 하수강우 월류수를 대상으로 적용 가능한 소독 공정으로는 염소 소독, 자외선(UV), 오존 등이 있으며, 이 중 부유물질 등 방해 물질을 고려할 때 일반적으로 가장 효과적인 공정인 염소 소독인 것으로 보고되고 있다.
- 3) 온도 증가에 따라 소독 반응 속도가 향상되었으며, van’t Hoff-Arrhenius식으로 계산된 활성화에너지는 2.77 kJ/mol이었다.
- 4) 암모니아 농도는 소독 반응 속도에 영향을 주지 않았다.
- 5) 소독 반응 속도는 부유물질 농도에 따라 감소하였으며, 270 mg SS/L에서의 일차 반응 상수는 용존 조건의 75% 수준이었다.
- 따라서, 최악의 월류수 유입 수질을 1 × 105 MPN/mL로 가정하고, 유출 수질을 안전하게 1,000 MPN/mL로 설정하면 필요한 소독 효율은 99% (2-log)이다.
- 본 연구에서 적용된 모든 실험 조건에서 시간에 따른 총 대장균군수 변화는 일차 반응식으로 잘 모사되었다(R2 > 0.927).
- 실험 도중 별도의 온도 조절은 하지 않았으나, 실험 종료 시까지 초기 온도 대비 ±1℃ 내에서 유지됨을 확인하였다.
- 4에 도시하였다. 일반적으로 알려진 바와는 달리, 본 연구에서 소독 효율에 유의미한 영향을 주지 않았다. 이는 Fig.
후속연구
- 이에 따라, 환경부는 하수처리시설 초과유량(1Q 초과 3Q 이하)에 해당하는 강우 월류수의 방류 기준을 I, II 지역 기준 BOD 60 mg/L, 대장균군수 3,000개/mL을 적용 일자 2019년 1월 1일로 입법예고하였다.3) 이에 따라, 강우 월류수를 대상으로 한 최초 침전지의 개선 또는 이를 보완하는 물리화학적 처리 시설 설치를 통한 BOD 저감 방안(1차 처리)과 함께, 강우 월류수 내 대장균군수를 저감할 수있는 소독 방안의 마련이 필요하다. 하수처리장에 설치된 기존 소독 공정은 2차 또는 고도 처리를 거쳐 SS 등 소독을 방해하는 물질을 거의 함유하고 있지 않은 방류수를 대상으로 설계 · 운전되고 있어, 1) 간헐적으로 2) 짧은 시간에 유입되고 3) 부유물질(SS), 유기물(BOD) 등 오염물질 농도가 높은 월류수에는 적합하지 못해 별도의 공정이 필요하다.
- 암모니아와 염소와의 반응이 활발하게 진행되지 않은 이유는 짧은 반응 시간을 비롯한 실험 조건이 원인이 된 것으로 보인다. 결론적으로 본 실험 조건과 유사한 환경을 전제한다면 강우 월류수에서의 암모니아 농도 변화는 소독 공정 설계 시 고려되지 않아도 무방하리라 사료된다.
- 141 min-1으로 계산되었다. 본 값은 NaOCl 농도 0.11-4.00 mg Cl 2/L, pH 6.5-8.0, 온도 15-25℃, 암모니아 농도 41 mg/L 이하, SS 91-271 mg/L에서 유효하며, 1차 처리된 강우 월류수에 일반적으로 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
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