상수의 염소소독시 생성되는 염소소독부산물중 Haloacetonitriles 의 생성능에 관한 연구

Abstract

[한글]

최근 관심이 집중되고 있는 음용수중의 오염물질로는 소독제(disinfectant)로 인한 소독부산물(disinfection by-products: 이하 DBPs)을 들수 있다. 오랜기간 염소는 음용수의 소독처리에 사용되어왔다. 그러나, 염소처리에 의해 THMs을 포함한 다양한 염소소독부산물의 생성이 밝혀지고 그중 일부가 동물실험을 통해 발암성이 입중됨에 따라 이들 부산물이 포함된 음용수의 섭취에 따른 건강피해 가능성에 대한 관심이 고조되었다.

최근 분석기술의 발달로 염소소독을 실시하였을 경우 소독부산물중에는 할로아세토나이트릴 (Haloacetonitriles: HANs)화합물도 포함되어 있음이 보고되었다.

HANs의 독성학적 특성에 대한 평가는 아직까지 확실하게 밝혀져 있지 않으나, 미생물 실험이나 동물실험을 통해 이들의 돌연변이원성이나 유전자독성 등이 보고되고 있다. 특히 미국 환경보호청은 HANs중 DBAN과 DCAN을 인체내암을 유발할 가능성이 있는 group(Cancer group C: Possible human carcinogen)으로 분류하여 감시대상으로 삼고 있다.

따라서 음용수중 이들 화합물의 생성은 바람직하지 못한 현상으로, 이들 화합물에 대한 생성양상 및 독성에 대한 보다 장기적이고 체계적인 연구가 필요할 것으로 생각된다. 지금까지 염소소독부산물에 대한 대부분의 연구들이 THMs에 관심의 초점을 맞추어 왔으므로

본 연구에서는 Dichloroacetonitrile, Trichloroacetonitrile, Dibromoacetonitrile, Bromochlroacetonitrile를 포함하는 4항목의 HANs를 대상으로 생성능을 측정해 보고자 하였다.

우리나라의 주요 상수원을 형성하는 4대강의 경우 지리적인 조건이나 지역적 특성에 의해 각 원수의 특성이 다를 것으로 예상되었다. 따라서 4대강의 원수를 대상으로 HANs 생성에 직접적인 영향을 줄 수 있는 전구물질의 분포가 각 원수의 특성에 따라 다르리라는 가정하에 원수특성에 따른 HANs의 생성능을 알아보고, pH, 접촉시간 그리고 응집처리 유무와 같은 정수처리시의 조건을 인자로 선정하여 이들 인자 변화에 따른 HANs의 생성능을 비교 관찰하였다.

본 조사에서는 예비실험을 통하여 적절한 정수처리시의 각 조건을 정하여 실험을 수행하였으며 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1. 원수 수질의 특성을 알아보기위한 4대강 각 원수의 오염도 측정결과 pH의 경우 대상원수 모두 약알칼리성 이었고, 한강, 대청호, 영산강은 비슷한 수준의 오염도가 측정되었으나 낙동강의 경우는 측정 항목 모두 가장 높은 오염도를 나타내었다.

2. 원수특성에 따른 HANs의 생성능은 COD나 UV-254의 오염도가 높았던 낙동강에서 가장 높았다.

3. pH 5.5, 7.0, 원수 pH의 세가지 수준에서 HANs의 생성능 측정결과, 원수염소처리시나 응집침전후 염소처리시 모두 pH 5.5에서 가장 높은 생성능을 나타내었고, pH가 증가할수록 생성능은 감소하는 것으로 관찰되었다.

4. 시간에 따른 HANs의 생성능 관찰결과, pH 5.5에서는 시간의 경과와 함께 계속해서 HANs의 생성증가를 관찰할 수 있었다. 반면 pH 7.0과 원수 pH에서는 반응 초기에 빠르게 생성되었다가 일정시간 경과후에는 그생성이 감소하는 현상을 관찰하였다.

5. HANs은 DCAN과 BCAN이 생성의 주물질이며 각 물질간에 높은 상관관계가 있음이 관찰되었다.

6. 응집처리 유·무에 따른 HANs의 생성능 측정 및 비교결과, 응집처리와 HANs생성능은 유의한 상관관계를 나타내지 않았다.

7. 생성인자와 HANs생성능 사이의 다중회귀분석 결과, 생성능은 pH와 강별에 따라 유의한 차이를 보이고 있다.

이상의 결과를 종합해 볼 때, 염소처리시 생성되는 HAMs은 원수의 특성, 시간, pH 등에 민감한 영향을 받는 것으로 나타났으며, 이러한 인자들에 의해 생성량의 차이를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 우리나라의 특성에 따른 원수수질의 파악 및 HANs의 저감방안으로써 소독시 생성능에 영향을 주는 인자변화와 생성된 HANs의 제거방법에 대한 보다 심도있는 연구가 진행되어야 할 것이며, HANs에 의한 인체 영향을 최소화 하기 위해 체계적인 위해성 평가(Systematic Risk Assessment)를 통해 음용수 수질기준이나 권고기준 등을 설정하여야 할 것이다.

[영문]

Recently, studies have been published dealing with the disinfection by-products(DBPs) farmed by the disinfection process for drinking water. Public concerns about hazardous health effect from the exposure to organic by -products of the chlorination have been increased.

For many years, chlorine has been routinely used as a municipal drinking water disinfectant. However, there are numerous studies reporting that chlorination of drinking water produces numerous chlorinated organic by-products including THMs, HAAs, and HANs. Some of these products are known to be animal carcinogens, This relationship has lead to the recognition that drinking water containing halogenated by-products of chlorination might pose a human health hazard.

Another group of these compounds, haloacetonitrile, has been identified in chlorinated drinking water. Halogenated acetonitriles, which are formed as by-products of the chlorine disinfection of drinking water, are quite rapidly hydrolyzed in water to haloacetomides and then to haloacetic acids. The hydrolysis rate increases with increased temperature and increased pH.

Most of investigations in relation to chlorination by-products have been focused mainly on the THMs.

This study was conducted to evaluate Haloacetonitriles Formation Potential(HANFP) produced as the DBPs by chlorination process from four major rivers in Korea.

It is well kown that the amount of DBPs Formation Potential is related with the various condition factors, such as pH, contact time, temperature, chlorine dose, source of natural organic matter, and bromide concerntration.

We measured HANFP changes followed by the different conditions including the levels of pH and contact time.

The sampling water was collected seperately at four major rivers in Korea at April, 1996.

Raw waters were treated by a chlorination process with/without a coagulation-sedimention process.

The results of this study are as follow;

1. HANFP of chlorination treatment of raw waters were significantly correlated with levels of COD & UV-254 in raw water.

2. pH measurements in four sampling water were ranged 7.7∼8.2. The highest HANFP measured after 24hours of chlorination treatment in each raw water were 55.55ug/L(Han river), 58.87ug/L(Daechung lake), 66.22ug/L(Youngsan river), 102.60ug/L(Nakdong river).

3. At pH 5.5 the highest HANFP measured after 48hours of chlorination treatment in each raw water were 9.297ug/L(Han river), 19.595ug/L(Daechung lake), 19.339ug/L(Youngsan river), 51.421ug/L(Nakdong river).

4. We also treated raw water with coagulation-sedimentation process before the water was treated with chlorine. We found the highest HANFP was achieved with the sample form the Nakdong river(30.420∼56.783ug/L).

5. DCAN(83.22∼87.24%) & BCAN(9.29-12.35%) were formed to be major HANs: The rest of HANs were DBAN(1.97-3.50%) & TCAN(0.77-0.93%)