Although disinfection in drinking water treatment plants provides a safer water supply by inactivating pathogenic microorganisms, harmful disinfection by-products may be formed. In this study, the disinfectant, chlorine, was produced on-site from the electrolysis of salt (NaCl), and the by-products ...
Although disinfection in drinking water treatment plants provides a safer water supply by inactivating pathogenic microorganisms, harmful disinfection by-products may be formed. In this study, the disinfectant, chlorine, was produced on-site from the electrolysis of salt (NaCl), and the by-products of the disinfection process, bromate and chlorate, were analyzed. The provisional guideline levels for bromate and chlorate in drinking water are $10{\mu}g/L$ and $700{\mu}g/L$, in Korea, respectively. Bromide salt was detected at concentrations ranging from 6.0 ~ 622 mg/kg. Bromate and chlorate were detected at concentrations ranging from non-detect (ND) ~ 45.3mg/L and 40.5 ~ 1,202 mg/L, respectively. When comparing the bromide concentration in the salt to the bromate concentration in the chlorine produced by salt electrolysis, the correlation of bromide to bromate concentration was 0.870 (active chlorine concentration from on-site production: 0.6-0.8%, n=40). The correlation of bromate concentration in the chlorine produced to that in the treated water was 0.866.
Although disinfection in drinking water treatment plants provides a safer water supply by inactivating pathogenic microorganisms, harmful disinfection by-products may be formed. In this study, the disinfectant, chlorine, was produced on-site from the electrolysis of salt (NaCl), and the by-products of the disinfection process, bromate and chlorate, were analyzed. The provisional guideline levels for bromate and chlorate in drinking water are $10{\mu}g/L$ and $700{\mu}g/L$, in Korea, respectively. Bromide salt was detected at concentrations ranging from 6.0 ~ 622 mg/kg. Bromate and chlorate were detected at concentrations ranging from non-detect (ND) ~ 45.3mg/L and 40.5 ~ 1,202 mg/L, respectively. When comparing the bromide concentration in the salt to the bromate concentration in the chlorine produced by salt electrolysis, the correlation of bromide to bromate concentration was 0.870 (active chlorine concentration from on-site production: 0.6-0.8%, n=40). The correlation of bromate concentration in the chlorine produced to that in the treated water was 0.866.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
브로메이트는 현재 국내 먹는물 감시항목의 관리항목으로 관리기준을 10 μg/L로 설정되어 있고, 클로레이트의 경우 염소이온이 산화하여 생성되는 이온으로 먹는물감시항목 관리기준 700 μg/L로 설정되어있다(ME, 2014). 본 논문에서는 현장제조염소를 사용하는 정수장을 대상으로 소독부산물인 브로메이트 및 클로레이트의 검출 원인 규명에 초점을 맞추어, 현장에서 염소를 제조하여 사용할 경우 원료인 소금의 종류에 따른 브롬이온의 함량을 조사하고, 현장에서 제조된 소독제 내의 브로메이트 및 클로레이트 농도와 이에따른 정수처리 후 처리수에서의 브로메이트와 클로레이트 농도에 대해 조사하였다. 또한, 염소주입에 따른 먹는물 수질감시항목 권고치를 초과할 우려가 있는 수준의 농도를 산정, 검토하였다.
제안 방법
국내 정수장 중 설문조사를 통하여 확인된 현장제조염소시설 40개소를 대상 (Fig. 1)으로 실제 현장에서 차아염소산나트륨을 만들기 위한 원료인 소금을 수집하여 소금 내 브롬농도를 분석하였다. 또한 현장에서 전기분해하여 제조된 차아염소산나트륨과 정수처리가 완료되어 공급되는 정수를 채수하여 브로메이트와 클로레이트의 농도를 조사하였다.
1)으로 실제 현장에서 차아염소산나트륨을 만들기 위한 원료인 소금을 수집하여 소금 내 브롬농도를 분석하였다. 또한 현장에서 전기분해하여 제조된 차아염소산나트륨과 정수처리가 완료되어 공급되는 정수를 채수하여 브로메이트와 클로레이트의 농도를 조사하였다. 시료는 3월에서 5월 사이에 채수하였다.
또한 현장제조염소에서 제조된 차아염소산나트륨 내 브로메이트와 클로레이트의 분석조건은 Fig. 2와 같이 시료를 0.2μm의 필터로 여과한 후 1000배, 10000배 희석하여 EPA method 300.0과 300.1에 따라 분석하였고, 정수처리 후 처리수에서의 측정은 희석을 하지 않고 분석하였다.
본 논문에서는 현장제조염소를 사용하는 정수장을 대상으로 소독부산물인 브로메이트 및 클로레이트의 검출 원인 규명에 초점을 맞추어, 현장에서 염소를 제조하여 사용할 경우 원료인 소금의 종류에 따른 브롬이온의 함량을 조사하고, 현장에서 제조된 소독제 내의 브로메이트 및 클로레이트 농도와 이에따른 정수처리 후 처리수에서의 브로메이트와 클로레이트 농도에 대해 조사하였다. 또한, 염소주입에 따른 먹는물 수질감시항목 권고치를 초과할 우려가 있는 수준의 농도를 산정, 검토하였다.
1에 따라 분석하였고, 정수처리 후 처리수에서의 측정은 희석을 하지 않고 분석하였다. 브로메이트와 클로레이트 분석 시, 염소이온의 방해를 받는 시료는 은이온 카트리지, 바륨 카트리지, 수소 카트리지를 사용하여 전처리한 후, 10배, 100배, 1000배, 5000배, 10000배 희석하여 분석에 사용하였다. 분석장비로 Metrohm 850 IC를 이용하였고, IC분석 조건은 Table 1과 같이 Column은 Metrosep ASUPP7-250, Sample loop는 250μL, eEluent는 2.
이 시료 1g을 정확히 달아 증류수로 1L로 하여 조제 하였고, 0.2μm 필터를 이용하여 여과한 후 희석배수 100배, 1000배, 5000배, 10000배 등 다양하게 희석하여 분석하였다.
대상 데이터
얻어진 소금은 해안염과 내륙염으로 분류하여 나타내었다2). 40개 정수장 중에서 내륙염을 사용하는 업체는 A사 5개소, B사 8개소, C사 1개소, D사 3개소, 기타업체 6개소, 해안염을 사용하는 업체는 단일업체로 E사 17개소로 구분되었으며, 업체별 브롬 함유량 및 브로메이트와 클로레이트의 농도를 조사하였다. 내륙염을 사용하는 A∼D사의 소금 내 브롬함유량을 조사한 결과, 6.
소금 내 브롬농도를 확인하기 위해, 전국 정수장 중 염소처리를 위해 현장에서 제조하는 시설 40개 정수장을 대상으로 원료인 소금을 받아 소금 내 브롬함유량을 조사하였다. 얻어진 소금은 해안염과 내륙염으로 분류하여 나타내었다2).
또한 현장에서 전기분해하여 제조된 차아염소산나트륨과 정수처리가 완료되어 공급되는 정수를 채수하여 브로메이트와 클로레이트의 농도를 조사하였다. 시료는 3월에서 5월 사이에 채수하였다.
성능/효과
1 mg/L)로 조사되었다. 내륙염보다 해안염에서 브로메이트의 생성량이 평균 14.4배 높게 검출되는 것으로 나타나, 제조원료인 소금 내 포함되어 있는 브롬의 함량이 브로메이트 생성을 크게 좌우하는 것으로 확인되었다.
내륙염을 사용하는 A∼D사의 소금 내 브롬함유량을 조사한 결과, 6.0∼20.0 mg/kg, 평균 9.1 mg/kg의 농도로 나타났으며, 기타업체에서는 7.0∼17.0mg/L, 평균 13.7 mg/kg의 농도범위를 보였다.
본 연구결과를 토대로 시나리오를 가정하여 주입량과 정수 농도를 모의 산정 해 보면, 현장제조염소로 염소를 제조 하는 경우, 만들어지는 유효염소의 농도는 0.6∼0.8 %로 조제되고, 브로메이트의 생성농도는 최대 45.3 mg/L, 클로레이트의 최대 농도는 1,202 mg/L로 산정되어, 브로메이트와 클로레이트의 먹는물 권고치 유지를 위한 염소의 최대 주입농도는 각각 1.8 mg/L, 4.7 mg/L로 나타났다.
본 연구결과에 나타난 소금 내 브롬의 최대 농도는 일본염공업회가 2008년(JSIA, 2015)에 조사한 소금내 브롬 최대 농도인 1,200 mg/kg과 Yasushi가 1999에 조사한 브롬의 최대 농도인 1,638 mg/kg(Yasushi, et al., 1999)의 절반 이하의 수준을 나타냈다.
본 연구에서 조사된 결과에서는 소금의 제조사별 브롬의 함유량이 차이를 나타냈고, 내륙염 또는 해안염 등 소금의 지역별 특성에 따라 브롬의 함유량 차이를 보였다. 소금을 전기분해하여 생산된 차아염소산나트륨 중에 클로레이트와 브로메이트 농도를 분석한 결과 클로레이트의 경우 전체 대상시료에서 41 mg/L~1,202 mg/L 의 농도로 평균 431 mg/L로 검출되었다.
소금을 전기분해하여 생산된 차아염소산나트륨 중에 클로레이트와 브로메이트 농도를 분석한 결과 클로레이트의 경우 전체 대상시료에서 41 mg/L~1,202 mg/L 의 농도로 평균 431 mg/L로 검출되었다. 브로메이트의 경우 전체 대상시료에서 N.D.~ 45.3 mg/L, 평균 10.5 mg/L로 검출되었으며, 내륙염의 경우 N.D~9.6 mg/L, 평균 1.4 mg/L, 해안염의 경우 10.5 mg/L~45.3 mg/L, 평균 20.1 mg/L로 검출되어 내륙염보다 해안염에서 브로메이트의 생성량이 평균 14.4배 높게 검출됨을 알 수 있었다. 또한 소금내 브롬농도와 현장에서 제조된 차아염소산나트륨내 브로메이트 농도와의 상관성은 0.
생산된 차아염소산나트륨 내 존재하는 브로메이트를 분석한 결과 전체 대상시료에서 N.D.∼45.3 mg/L(평균 10.5 mg/L)을 나타냈다.
본 연구에서 조사된 결과에서는 소금의 제조사별 브롬의 함유량이 차이를 나타냈고, 내륙염 또는 해안염 등 소금의 지역별 특성에 따라 브롬의 함유량 차이를 보였다. 소금을 전기분해하여 생산된 차아염소산나트륨 중에 클로레이트와 브로메이트 농도를 분석한 결과 클로레이트의 경우 전체 대상시료에서 41 mg/L~1,202 mg/L 의 농도로 평균 431 mg/L로 검출되었다. 브로메이트의 경우 전체 대상시료에서 N.
차아염소산나트륨 내 존재하는 클로레이트를 분석한 결과 전체 대상시료에서 41 mg/L~1,202 mg/L(평균 366 mg/L)로 나타났다. 내륙염의 경우 41 mg/L~1,079 mg/L(평균 306 mg/L)으로 나타났고, 해안염의 경우 90 mg/L~1,202 mg/L(평균 461 mg/L)으로 나타났다.
현장에서 제조된 차아염소산나트륨내 브로메이트와 정수처리 후의 정수에서 브로메이트와의 상관성은 0.866으로 의미있게 나타나(R2 0.752), 제조된 차아염소산나트륨 내 브로메이트 함량이 정수의 브로메이트 적정관리에 있어 중요 요소임을 확인하였다(Fig. 6). 차아염소산나트륨 내 함유된 브로메이트 농도는 현장 제조염소의 원료가 되는 소금에서의 브롬 농도와 유의한 상관성 0.
후속연구
먹는물에서 현장제조염소로 인한 소독부산물의 안전관리를 위해서는 소독제의 불순물 규격을 엄격히 설정하여 관리하고, 원료의 적절한 선택 및 제조 공정에서 최적의 운전조건 도출 등 지속적인 연구 개발노력이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수돗물에서 소독부산물 생성 원인은?
정수처리 공정 중 소독공정은 수인성 질병을 유발할 수 있는 미생물을 불활성화 시켜 소비자에게 공중 보건상 안전한 물을 공급하기 위해 실시하지만, 소독과정에서 소독부산물이 생성됨으로써 수돗물 2차 오염을 발생시킬 수 있다. 수돗물에서 소독부산물은 소독제가 유기물질 또는 브롬 등과 같은 무기물과 반응하여 생성되는 경우가 있으며, 또한 소독제 생산과정에서 형성된 소독제 자체의 불순물은 소독제 투여량이 증가될 경우 검출될 수 있다.
정수처리 염소소독 과정에서 소독제 방식의 종류는?
물의 소독 및 잔류염소를 유지시키기 위하여 보편적으로 염소소독을 하며, 소독제 방식으로는 염소가스(액화염소), 현장제조염소, 차아염소산나트륨 용액 등이 있다(Stanford, et al, 2011, Elena, et al., 2012, Pisarenko, et al, 2010).
정수처리과정에서 염소소독을 위해 현장제조염소를 사용할 경우 발생할 수 있는 유해물질은?
현장에서 염소를 제조하는 과정에서는 불순물이 생성될 수 있는데, 대표적으로 알려진 유해물질은 브로메이트와 클로레이트이다. 브로메이트는 현장제조염소의 원료 내에 존재하는 소금의 미네랄 성분 중 하나인 브롬이온이 전기적 반응을 통하여 생성a)될 수 있다.
참고문헌 (18)
Cotruvo, J., Fawell, J. K., Giddings, M., Jackson, P., Magara, Y., Ohanian, E. (2005). Bromate in drinking water, World Health Organization.
Elena, R., Petra, B., Danila, T., Paolo, L., Elisa, C., Gianni, A., Mark, J. N., guglielmina, F., Gabriella, A. (2012). Trihalomethanes, chlorite, chlorate in drinking water and risk of congenital anomalies: A population-based case-control study in Northern Italy, Environmental Research, 116, 66-73.
Fang, J. Y. and Shang, C. (2012). Bromate formation from bromide oxidation by the UV/persulfate process, Environmental Science and Technology, 46, 8976-8983.
Haag, W. R. and Hoigne, J. (1983). Ozonation of bromide-containing waters: kinetics of formation of hypobromous acid and bromate, Environmental Science and Technology, 17, 261-267.
Hosseini, S. G., Pourmortazavi, S. M., Gholivand, K. (2009). Spectrophotometric determination of chlorate ions in drinking water, Desalination, 245, 298-305.
Japan Salt Industry Association (2015). http://www.sijoho.com/s03/03.html (July 7, 2015).
Korn, C., Andrews, R. C., Escobar, M. D. (2002). Development of chlorine dioxide-related by-product models for drinking water treatment, Water Research, 36, 330-342.
Ministry of Environment. (2014). Notification regarding drinking water quality monitoring operating items, Ministry of Environment Notification 2014-129.
National Institute of Environmental Research. (2013). Standardization of chemicals and materials for water treatment and distribution, 11-1480523-001714-01.
Pisarenko, A. N., Stanford, B. D., Quinones, O., Pacey, G. E., Gordon, G., Snyder, S. A. (2010). Rapid analysis of perchlorate, chlorate and bromate ion in concentrated sodium hypochlorite solutions, Analytica Chimica Acta, 659, 216-223.
Rafaed, J. G. V., Leite, M. V. O. D., Hierro, J. M. H., Alfageme, S. D. C., Hernandez, C. G. (2010). Occurrence of bromate, chlorite and chlorate in drinking waters disinfected with hypochlorite reagents, Science of the Total Environment, 408, 2616-2620.
Shane, A., Benjamin, D., Aleksey, N., Gilbert, G., Mari, A. (2009), Hypochlorite, American Water Works Association and Water Research Foundation,
Stanford, B. D, Pisarenko, A. N., Snyder, S. A., Gordon, G. (2011). Perchlorate, bromate, and chlorate in hypochlorite solutions: Guidelines for utilities, American Water Works Association, 103, 1-13.
Uyak, V. Toroz, I. (2007). Investigation of bromide ion effects on disinfection by-products formation and speciation in an Istanbul water supply, Journal of Hazardous Materials, 149, 445-451.
von Gunten, U. and Pinkernell, U. (2000). Ozonation of bromide-containing drinking waters: a delicate balance between disinfection and bromate formation, Water Science and Technology, 41, 53-59.
Yasushi, N., Hitomi, N., Akihiro, K., Tomio, S., Hiroshi, I. (1999). Quality of common Salt, The Japan Society of Cookery Science, 32, 1-12.
Yu, Y. L., Cai, Y., Chen, M. L, Wang, J. H. (2013). Development of a miniature dielectric barrier discharge-optical emission spectrometric system for bromide and bromate screening in environmental water samples, Analytica Chimica Acta, 1-7.
Zhang, T., Chen, W., Ma, J., Qiang, Z. (2008). Minimizing bromate formation with cerium dioxide during ozonation of bromide-containing water, Water Research, 42, 3651-3658.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.