소독부산물 저감을 위한 기존정수장 이산화염소(ClO2) 시범도입 사례 연구 한국수자원공사 이송희, 이병두, 석관수, 이정택

발 표 순 서 도입배경 및 목적 조사범위 및 내용 조사방법 결과 및 고찰

도입목적 및 배경 대체소독제 시범사업 필요 국내외 소독부산물 기준강화 B 정수장 소독부산물 , 망간 높게 검출 - USEPA Stage 1, 2 - TTHM(‘90), Chloroform(’00), 5종 (’03) B 정수장 소독부산물 , 망간 높게 검출 - 일시적으로 높게 검출 - 대체소독제 필요  단속운전 용이 대체소독제 시범사업 필요

소독부산물 기준 강화 USA REGULATION 먹는 물 수질기준 THMs: 0.100 mg/L (100 g/L) Stage 1 MCLs (Maximum Contaminant Levels) THMs: 0.080 mg/L (80 g/L) HAAs: 0.060 mg/L (60 g/L) Basis: Running Quarterly Annual Average 4 Samples per quarter across distribution system NEW EPA PROPOSAL (August 11, 2003) Stage 2 MCLs Initial Requirements Present MCLs Transitional Locational Running Annual Average (LRAA) THMs: 0.120 mg/L - HAAs: 0.100 mg/L After 3 years LRAA THMs: 0.080 mg/L - HAAs: 0.060 mg/L 먹는 물 수질기준 THMs: 0.100 mg/L (100 g/L) Chloroform: 0.080 mg/L 소독부산물 개정안(2004. 7) HAAs : 0.100 mg/L CH : 0.030 mg/L DBAN : 0.100 mg/L DCAN : 0.090 mg/L TCAN : 0.004 mg/L

B 정수장 소독부산물 발생현황  조사기간 : ’99.1-’01.12 (단위 : g/L) 구분 수종 봄 여름 가을 겨울 평균 TTHM 원수 125.0 97.5 127.0 73.0 105.5 정수 89.0 62.0 88.5 61.0 75.0 HAA5 30.1 106.9 57.6 60.7 63.8 25.5 40.3 52.0 37.0 48.3  조사기간 : ’99.1-’01.12

이산화염소 특성 및 발생원리 특 성 발생원리 수 율 - 산화력이 강하고 염소 소독부산물 미생성 - 수화되지 않고 용존가스 상태로 용액속에 존재 - 10%초과, 130℃이상에서 폭발성 - 클로라이트(50-70%), 클로레이트(30%) 전환 발생원리 - 2NaClO2 ＋ Cl2(g) = 2ClO2(g) ＋ 2NaCl - 2NaClO2 ＋HOCl = 2ClO2(g) ＋ NaCl ＋ NaOH - 5NaClO2 ＋4HCl = 4ClO2(g) ＋ 5NaCl ＋ 2H2O 수 율 [ClO2] - 수율(Yield) = ────────────── × 100 [ClO2]+[ClO-2]+(67.45/83.45)[ClO-3]

발생기별 특성비교

이산화염소 도입사례 ◈ 국 내 ◈ ◈ 외 국 ◈ 1987 : 정선군 덕송정수장 1991 : 낙동강 페놀사고 1991 : 낙동강 페놀사고 1991 : 25개 정수장 (발생기) - 다수 안정화이산화염소 사용 1996 : 안정화염소 사용중단 - 실효성 문제 2003 : 2개 정수장 (간헐적 운전)

국내 도입 발생기 문제점 설계,시공의 부적정 기기부식 및 취급곤란 유지보수 미흡 전문인력 부재 효과분석 미이행

조사내용 및 방법 수질개선효과 분석 이산화염소 부산물 발생 운영관리 인자 도출 - 소독부산물, 망간 저감효과 - 클로라이트, 클로레이트 운영관리 인자 도출 - 고수율 유지 - 일정 발생농도(2,000ppm) 유지 - 투입율 결정방법

조사내용 및 방법 소독부산물 저감효과 조사 조류 맛냄새 제거효과 조사 실공정 효과분석 급수계통 냄새발생 원인 조사 - 실내실험 및 B 모형플랜트 실험(Q=240㎥/일) 조류 맛냄새 제거효과 조사 - S 모형플랜트 실험(Q=100㎥/일) - 2MIB, Geosmin Spiking 실험 실시 실공정 효과분석 - B 정수장 실공정 운영 (11개월) 급수계통 냄새발생 원인 조사

소독부산물 제거효과 전구물질 제거효과 : THMFP 약 10% 감소 구분 THMFP HAAFP HANFP CHFP 원수 농도 (㎍/L) 제거율(%) 원수 108.4 91.1 33.8 60 ClO2 1ppm 105.9 2.3 80.9 11.2 35.0 -3.4 56.9 5.2 1.5ppm 82.0 24.4 72.9 20.0 33.7 0.3 58.8 2.1

소독부산물 제거효과 소독부산물 제거효과 : DBPs 30~40% 저감 주입율 (㎎/L) THMs HAA5 CH 0.0 0.5 제거율(%) 농도 (㎍/L) 0.0 - 19.6~ 30.8 13.4~ 45.6 3.1~ 19.5 0.5 35.3 12.2~ 22.9 14.6 9.8~ 33.6 47.0 2.3~ 11.4 1.0 34.3 12.3~ 21.4 32.6 6.9~ 23.6 58.2 2.5~7.7

이취미 산화제거 효과 2-MIB, Geosmin 제거효과 미미 실내실험 결과 Pilot 실험 결과 <ClO2 투입률 : 1.5mg/L> 실내실험 결과 Pilot 실험 결과

망간 제거효과 (B정수장) ClO2 0.5, 1.0mg/L : 60%, 92% 2ClO2+MnSO4+4NaOH→MnO2(↓)+2NaClO2+Na2SO4+2H2O 용해성 망간 총 망간

망간처리 문제점 (B정수장) 기존 여과사 망간접촉산화 방식이 유리 침전 유출수에서 용해성 망간 약간 증가 잔류 용해성 망간 농도가 0.05㎎/L 초과 - 여과공정에서 접촉산화반응 미발생 - 이산화염소만으로 안정적인 망간처리 곤란 망간산화 이산화염소 요구량 : 2.0ppm 착수정-침전지가 검붉은색으로 착색 기존 여과사 망간접촉산화 방식이 유리

Table 3. The Concentration of ClO2 By-product at the different Dose 소독부산물 발생 Table 3. The Concentration of ClO2 By-product at the different Dose 부산물 ClO2 0.5 ppm ClO2 1.0 ppm 클로라이트(ClO2-) 196.6 ~ 566.9 361.1 ~ 725.3 클로레이트(ClO3-) 90.8 ~ 249.3 259.9 ~ 378.0 합계(㎍/L) 445.9 ~ 657.7 677.3 ~ 1,067.7 농도/투입률 0.89 ~ 1.32 0.68 ~ 1.07

급수계통에서 냄새 발생 냄새발생 발생원인 B 정수장 냄새민원 발생 재생성량 확인 곤란 - ‘90년 초 최초확인 (Robert C. Hoehn) 발생원인 - 2ClO-2 + HOCl ↔ 2ClO2 + Cl- + OH- - 잔류 클로라이트 0.4mg/L 까지 발생 B 정수장 냄새민원 발생 - 강한 염소취(락스냄새), 수영장 냄새 - 투입률 : 3월말 시운전 (0.3~0.5ppm), 11월 (1.0ppm) - 자극성, 일부 가정에서만 발생 재생성량 확인 곤란

냄새 원인조사 결과 재생성 이산화염소 정량분석 - 미량으로 정량분석 불가, 냄새확인 소독제 농도별 관능실험 결과

외국 냄새민원 발생 사례

외국,B정수장 냄새발생 특성 비교 대부분 원수수원은 지표수 이산화염소는 전산화제로 통상 0.5∼1.5ppm 투입 염소는 주로 여과지 후단 또는 송수전 투입 0.5ppm 이하 투입 시 냄새민원 감소 소비자에 의해 접수된 불쾌한 냄새는 정수장에서는 확인 안 됨 대부분 이른 아침 냄새를 감지하였으나 일부는 24시간 계속 감지 샤워 시, 세탁기 물 채울 때, 변기 물 내릴 때 냄새가 가장 강함 실험실로 옮겨 진 후 1시간 이내 확인하여도 냄새가 감지되지 않음 냄새에 영향을 주는 물질은 GC-MS로 확인되지 않음 공급계통에서 불규칙적으로 생성되고, 정수장에서는 생성되지 않음 급배수관 재질 등 개별 가정 특성이 냄새유발화합물 발생에 영향을 줌

냄새발생 저감대책 염소소독 → 클로라민 소독 클로라이트(ClO-2) 저감 - 냄새발생지역 ClO2 농도 : 0.03~0.07mg/L - ClO-2 농도를 0.4mg/L 이하 유지 ▪ 제1철염, 활성탄, 환원제 - 투입량 감소 : 0.5mg/L 이하

운영상의 고려사항 일정 생산농도 유지 차아염소산 농도변화 유량, 농도 비례제어 곤란 - 운전기간중 – 18.4% ~ + 5.0% 편차 발생 - 정확한 화학적 당량 유지 (약품, 생산농도 측정) 차아염소산 농도변화 - 클로레이트 농도증가 (614→17,611mg/L) 유량, 농도 비례제어 곤란 - 잔류 ClO2 측정 곤란 - 생산농도 또는 수율변화 발생

결 론 수질개선 효과 - 소독부산물 생성능 : 10% 저감 - 소독부산물 : 30~40% 저감 - 망간 : 90% 저감 결 론 수질개선 효과 - 소독부산물 생성능 : 10% 저감 ▪ 염소요구량 저감 미미 - 소독부산물 : 30~40% 저감 ▪ Pre ClO2 + Post Cl2 처리시 응집,침전과정에서 전구물질의 제거 효과 (Delayed Chlorination) - 망간 : 90% 저감 ▪ 고농도 처리 불가, 처리비용 과다 수질목표 달성 곤란 (0.05mg/L) - 이취미 물질 : 10% 정도 저감

결 론 부산물 생성 : 투입량의 70~100% 급배수계통에서의 냄새 발생 - 클로라이트(70%), 클로레이트(30%) 결 론 부산물 생성 : 투입량의 70~100% - 클로라이트(70%), 클로레이트(30%) - 최대 투입률 : 1.0mg/L 급배수계통에서의 냄새 발생 ▶ 2ClO-2 + HOCl ↔ 2ClO2 + Cl- + OH- ◀ - 클로레이트 저감 대책 필요 ▪ 철염, 활성탄, 환원제, 투입률 조정 ▪ 염소소독 → 클로라민 소독

결 론 운영관리 최적화 전문인력, 분석장비 필요 도입시 고려사항 - 발생농도 - 수율(Yield) - 부산물 농도 결 론 운영관리 최적화 - 발생농도 - 수율(Yield) - 부산물 농도 전문인력, 분석장비 필요 도입시 고려사항 - 제거대상물질 선정 - 급배수 계통내 냄새방지 대책 - 운영 및 유지보수 전문인력

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