상수처리시 염소 소독부산물 중 Haloacetic Acid류의 생성능에 관한 연구

Abstract

[한글]

도시인구의 증가와 각종 산업의 발전으로 인하여 대도시 및 공업단시에서 배출되는 막대한 양의 하·폐수는 완전처리되지 않는 상태로 방류되어 상수원의 수질오염을 가중시키고 있다. 따라서 마시는 물의 안전성과 관련하여 정수처리의 중요성이 크게 인식되고 있다.

정수처리시 상수원에 존재하는 미생물의 살균을 목적으로 염소소독을 실시하고 있으나 이들은 원수에 오염된 화학물질(humic acid)과 반응하여 각종 유독한 염소소독부산물(disinfectant by-product : 이하 DBPs)을 생성하는 것으로 알려져 있다. 특히 트리할로메탄(trihalomethanes : 이하 THMs), 할로아세틱 산(haloacetic acids : 이하 HAAs), 할로아세토나이트릴(haloacetonitriles), 할로케톤(haloketons) 그리고 할로피클린(halopicrins)등 염소소독부산물이 수도중에 존재하고 있어 논란의 대상이 되고 있다.

이러한 소독부산물중 유독성을 가지고 있는 HAAs는 비휘발성유기오염물질로서 그 존재는 높은 잠재적 위해성을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. US EPA에서는 HAAs 중 dochloroacetic acid는 유력한 인체 발암물질(probable human carcinogen:B^^2)이고, trichloroacetic aid 는 가능한 인체 발암물질(possible human carcinogen:C)로 정의하고 있다. 그러나 우리나라의 경우, DBPs중의 HAAs의 규제뿐만아니라 발생 및 존재 조차도 파악되고 있지 않은 실정이다.

본 연구는 DBPs중의 HAAs에 대하여 우리나라의 상수원수의 수질에 따른 생성 가능성(formation potential)을 알아보고 이에 대한 적절한 대책을 마련하기 위하여 수행되었다.

HAAs의 정량분석을 위해 US EPA mwthod 552.1 방법을 응용하여 가스크로마토그래피의 전자포획검출기(GC/ECD)로 분석하였다.

HAAs 생성에 영향을 주는 여러 조건에서의 변화를 조사하기 위해 우리나라의 상수원 Ⅱ급수에 해당하는 한강수를 대상으로 pH 5.5~8.8, 염소투여농도 2~5mg/L 및 반응시간 1~72 시간별로 생성에 대한 변화를 조사 하였다.

생성조건의 변화실험을 위한 대상시료는 1996년 4월에 채수한 4대강( 한강, 대청호, 영산강, 난동강) 상수원수를 사용하였다.

채수한 원수를 Whatman 2번으로 부유물질을 제거한후 pH 5.5, 7.0으로 조정 및 원수상태를 대상시료로 하였다. 예비실험에서 측정한 잔류염소량을 만족하는 농도가 되도록 한강, 대청호, 영산강은 5mg/L, 낙동강은 10 mg/L을 각각 염소투여하였다. 그리고 6시간, 24시간, 48시간, 경과후 각각의 시료를 분취하여 HAAs생성능을 측정하였다. 이대 모든 실험은 20℃항온실에서 실시하였다.

또한 원수를 응집·침전후 염소처리시 발생되는 HAAs의 생성능 차이를 관찰하기 위해서 4대강 원수를 대상으로 교반기(jar tester)를 이용하여 동일하게 교반(급속교반 : 3000rpm, 3분; 완속교반 30rpm, 20분 교반)한후 1시간 동안 침전시켰다.

응집·침전한 시료를 원수염소처리와 동일한 방법으로 시료를 나눈후 염소처리를 하여 생성된 HAAs를 측정하였다. 그리고 원수염소처리와 응집·처리후 염소처리시 생성되는 HAAs의 생성능을 비교·관찰하였다.

연구의 결과는 다음과 같다.

1. 액성에 따른 HAAs의 생성량 실험에서 약산성(pH 6.0~6.5)에서 더욱 많은 HAAs생성량을 보였다. 또한 48시간에 염소투여량이 2mg/L~5mg/L 로 증가할수록 HAAs 생성량은 2.68㎍/L~17.88㎍/L 로 선형적으로 증가하였다.

그리고 염소 5mg/L 투여후 HAAs는 6시간에 6.53㎍/L로 빠른 속도로 생성 되었다가 24시간에 10.73㎍/L, 48시간에 17.88㎍/L의 생성량을 보이며 점차 완만한 생성곡선을 나타내었다.

2. 원수를 염소처리시 HAAs의 생성능은 48시간에 영산강이 48.42~50.11㎍/L로 가장 높은 생성능을 보였고, 대청호는 25.74~60.64㎍/L, 한강이 20.27~40.20㎍/L 그리고 낙동강이 8.79~12.11㎍/L농도순으로 나타났다.

3. 원수를 응집·침전후 염소처리시 HAAs의 생성능은 48시간에 대청호가 24.68~31.82㎍/L로 가장 높았으며, 영산강이 24.48~24.63㎍/L, 한강이 3.57~34.00/L 그리고 낙동강이 6.91~10.64㎍/L 농도순으로 나타났다.

4. 응집·침전후 염소처리시 생성된 HAAs 생성능은 원수를 염소처리시 생성된 성능보다 48시간에 18~50%정도 감소하였다.

5. HAAs의 물질간의 구성비는 DCAA가 40~52%로 가장 높은 비율을 차지하고 있으며 TCAA가 19~48%로 이들 두가지 물질이 총 HAAs의 약 80%를 차지하였다.

이상의 연구결과로 보아 정수처리과정중 염소소독에 의하여 HAAs의 생성이 확인되었으며, 우너수의 수질악화와 정수처리의 미흡으로 HAAs의 생성가능성과 그로 인한 건강위해성이 우려되므로, 깨끗하고 안전한 원수의 확보, 정수처리의 개선 그리고 HAAs등 DBP에 대한 위해성 평가로부터 먹는물규격을 설정하여야 할 것이다.

[영문]

This study was conducted to evaluate the haloacetic acids formation potential(HAAFP) produced as the disinfection by-products(DBPs) by chlorination process from four major rivers in Korea.

It is well known that the amount of HAAFP is related with the various condition factors, such as pH, chlorination dose and reaction time.

This study measured HAA formation changes followed by the different conditions including the levels of pH, chlorination dose and reaction time.

The sampling water was collected at four major rivers in Korea at April, 1996. Raw waters was treated as chlorination process and as chlorination afer coagulation-sedimentation process.

Also it was compared with formed HAAFP of two process.

The HAAs was determined with the procedure of the liquid-solid extraction method with GC/ECD recommended by the US EPA 551.2 method.

The results of this study were as follow;

1. HAAs concentration was increased as either chlorin dose or reation time was increased. The maximum HAAs formation by pH was obtain at pH 6.5.

2. The HAAFP measured after 48 hours of chlorination treatment of raw waters from there rivers including the Youngsan river, he Daechung lake, the Han river and the Nakdong river were ranged 48.42~50.11㎍/L, 25.74~60.64㎍/L, 20.27~40.20㎍/L and 8.79~12.11㎍/L respectively.

3. We treated raw water with coagulation-sedimentation process, the treated water was chlorinated. With this treated water, we found that HAAFP was the highest in water from the Daechung lake(24.68~31.82㎍/L); the lowest HAAFP was achived with the water form the Nakdong river(6.91~10.64㎍/L).

4. Incomparison of above two results, it can be said that inclusion of coagulation-sedimentation process would improve the reduction of HAAFP by 18~50%.

In conclusion, we suggested some of condition factors to decrease the HAA resulted from the chlorination treatment of water.