염소처리시 계면활성제의 THMs 생성능에 관한 연구

Abstract

[한글]

음용수중에 존재하는 미량 유기오염물질중 특히 위해성이 입증된 THMs의 생성전구물질로서 수중에 잔류하는 음이온 계면활성제의 염소처리시 THMs 생성능(THMFP : THMs Formation Potential)에 관한 연구를 수행하였다.

자연수중 음이온 계면활성제(LAS, SLS, Soap-Base)의 생분해도와 THMs 생성능을 비교하기 위하여 river die-away method를 적용하여 LAS 계면활성제 1, 10mg/L 를 각각 첨가시킨 후 1 l/min 으로 폭기시키면서 총 14 일간의 생분해를 진행시켰다. 이때 비교 실험군

의 의미로 동일한 시료에 계면활성제, 염소처리 등 기타의 인위적인 첨가를 하지 않은 채 폭기만을 같은 조건으로 실시한 후 매번시료를 분취하고 THMs 를 정량함으로서 비교하였다. 시료 채취 즉시 염소처리(10 mg/L)를 한 후 시간별로 THMs 생성능을 측정하였으며 생

분해도는 MBAS 법으로 측정 하였다.

또한 음이온 계면활성제의 염소처리시 THMs 생성능을 측정하기 위하여 대상 계면활성제의 종류와 첨가농도를 다음과 같이 선정하였다. 즉 LAS(Linear Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate), SLS(Sodium Laury Sulfate), Soap-Base(비누 지방산, 비누 원료)의 음이온 계면활성제 세 가지 종류를 선정하였으며 각각 0.5, 1.0, 10.0 mg/L 씩 첨가하였다.

이를 실험실 온도 조건에서(23℃±3.3℃) 각 계면활성제를 농도별로 이미 PH를 7.0(또는 해당 PH 별로) 조정한 시료(탈이온수)에 첨가한 후 jar test기로 동일하게 교반(급속교반 : 300 rpm, 2분 : 완속교반 : 50-8-rpm, 30분)하여 30분간 정치시켰다. 잔류 염소량 확인을 위해 수행한 예비실험에서 파악된 잔류 염소량을 만족하는 일정 농도(1, 5, 10mg/L)가 되도록 시료에 염소 용액을 투여하였다. 또한 시간별 THMs 생성 농도를 측정하기 위해 염소처리 후 반응 시간별로, 즉 0 시간, 2 시간, 6 시간, 24 시간 때에 각각 시료를 분취하여 생성된 THMs를 측정하였다. 그리고 시료의 액성 변화에 따른 음이온 계면활성제 종류와 농도별 THMs 생성능의 변화를 비교하였다.

연구의 결과는 다음과 같다.

1. LAS(첨가 농도 1.0, 10.0 mg/L)의 생분해도는 총 14일 동안 각각 98.40%, 98.06% 였으며 이를 염소처리하였을 때 생성된 THMs은 각각 138.72, 161.09 ug/L 였다. 즉 생분해가 거의 진행되어 LAS계 자체의 잔류는 문제되지않으나 분해된 파편들(fractions)이 많아짐으로써 이를 염소처리하면 유해한 부산물이 생성됨을 확인하였다.

2. 세 가지 음이온 계면활성제(LAS, SLS, Soap-Base)중 동일한 염소처리 농도에서 가장 많이 THMs를 생성한 것은 비누 지방산(Soap-Base)이었다. 또한 생성된 THMs 종류는 대부분 chloroform이었고 bromoform은 검출되지 않았다.

3. 염소처리 농도률 고정(10 mg/L)시켰을 때 계면활성제의 농도가 증가할수록 THMs의 생성 또한 증가하지만 LAS의 경우는 농도가 10 mg/L일 때 다소 감소하였다. 또한 음이온 계면활성제의 농도를 고정하였을 때는 같은 종류에서 염소처리농도가 높을수록 THMs 생성

능이 증가하다가 일정 농도이상에서는 감소하는 'convex-shaped'형의 변화 양상을 나타냈다.

4. 염소처리 후 반응 경과 시간별 THMs 생성능은 LAS의 경우 계면활성제 농도가 증가할수록 6 시간 경과 후의 생성능이 높았으며 SLS는 각 농도에서 2 시간후의 생성능이 높았으며 염소처리 농도 5.0 mg/L 일 때가 보다 많이 생성되었다. Soap-Base는 대체로 24 시

간 후의 생성능이 증가하였으며 SLS와 유사하게 염소처리 농도가 5.0 mg/L 일 때가 다소 높았다.

5. 시료의 액성에 따라서 전체적으로 중성에서 더 많은 THMs를 생성하였다. 그리고 pH 5.8 일 때보다 8.5 일 때가 다소 생성능이 높았다.

이상의 연구 결과에서 합성세제로 인한 수질오염문제는 단순히 생분해가 잘 되는 비누나 천연 원료 함성 세제의 사용으로 해결될 수 없으며 분해가 용이한 계면활성제의 경우 이차 오염물질인 THMs이 생성능이 오히려 증가될 수 있음을 확인되었다. 따라서 세제 사

용으로 인한 수질오염을 감소시키기 위해서는 무엇보다 세제류 사용량의 절대적인 감소가 필요하며 수계로 방출되는 유기화합물을 충분히 처리할 수 있는 하수 종말 처리장의 시설 용량과 폐수 처리 기술의 확보 그리고 잔류 계면활성제의 제거와 THMs 생성방지 및 제

거를 위한 보다 고도화된 정수처리 과정을 통하여 수질의 안전성을 보장해야 한다고 사료된다.

[영문]

Trihalomethanes(THMs) would be found in drinking water as the disinfection by-products(DBPs). The control of DBPs including THMs has become the major concerns in the safe water supply.

Linear alkylbenzene sulfonate(LAS) is an anionic surfactant that has been widely used in laundry and cleaning since the replacement for branched-chain alkylbenzensulfonate(ABS) in the mid of 1960's. This study was undertaken to investigate the THMs formation according to the biodegradation of anionic

surfactants in the process of water treatment by chlorination. An anionic surfactant were to be treated as LAS, SLS and Soap-Base and chlorination levels and various pH range were adjusted.

The biodegradability of LAS designed by the river die-away method. The THMs wer deter mined by GC/ECD with head-space method.

The results of this study were as follow :

1. During 14 days the biodegradability of LAS in natural water had performed about 98% under aerobic condition. The THMs formation by chlorination was shown proportionaly increasing the biodegradability. In case of LAS adding 10.0 mg/L, the THMs formation level was 15.89 ug/L at the starting day of biodegradation process and 161.09 ug/L at 14th day.

2. Soap-Base among three anionic Surfactants was found the most of formation potential of THMs at the laboratory conditions. The formed THMs species were determined mainly chloroform.

3. The THMs formation level rose according to increasing the concentration of anionic surfactants at fixed chlorine dosages.

4. The THMs formation increased untie the chlorine was depleted and decreased slightly in the prescence of excess surfactants.

5. The effect of pH on the THMs production was appeared that the formation potential was significatly increased at pH 7.0.