I 정수장의 UV 공정 적용을 통한 소독능 제고 및 관망 잔류염소 적정 운영 효과 예측

박종일(Jong-Il Park),이영(Young Lee),김건회(Keon-Hoi Kim),이태훈(Tae-Hoon Lee),박철종(Cheol-Jong Park),유정희(Jeong-Hee Yoo) 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.11

목적 : 본 연구에서는 I정수장에 고도공정으로 도입된 UV 공정을 활용한 소독능 제고 및 관망 잔류염소 적정 운영효과를 분석하였다. 방법 : Virus 및 Giardia 불활성화비 계산은 환경부에서 개발한 “소독능 계산 프로그램”을 활용하였으며, 수질인자(잔류염소, 수온 등)는 자동측정기로 측정 및 저장하였다. 동절기 최악 수질 조건 시 용수생산량별 Giardia 불활성화비 1.1 이상 만족을 위한 정수지 잔류염소 농도를 산정하고, EPANET2.0을 통해 해당 조건에서의 공급과정 잔류염소 농도를 모의하였다. I정수장 UV 설비의 UV 조사량 인증 시험은 UVDGM 2006에 의거하여 HDR|HydroQual에서 수행하였다. UV 소독 적용시의 Giardia 불활성화비를 도출한 후, 공급과정 잔류염소 적정 운영을 위한 정수지 잔류염소 농도를 산정하였다. 염소 단독 소독과 UV 병행 소독 시의 약품비 및 전력비를 통해 원단위를 산출하여 경제성을 비교하였다. 결과 및 토의 : I정수장에서 염소 단독 소독으로 동절기시 Giardia 불활성화비 1.1 이상 달성을 위해서는 정수지 잔류염소 농도를 0.73-1.59 mg/L로 운영하여야 하는 것으로 산정되었다. 이 경우 관말 배수지 잔류염소 농도는 0.63-1.42 mg/L로 나타났다. I정수장의 UV 설비를 소독에 적용할 경우, 반응조당 1개 섹션을 가동전력 100%로 운영 시 인증조사량(VD)은 21.3 mJ/cm²로 도출되었다. 이는 Giardia 불활성화비 1.936, Cryptosporidium 불활성화비 1.775에 해당하는 값이었다. 이를 통하여 UV 소독으로 Giardia 및 Cryptosporidium의 안정적인 소독이 가능할 것으로 사료되었다. 또한 UV 소독 적용 시 정수지 잔류염소는 0.59-0.65 mg/L (관말 배수지 잔류염소 농도 0.5 mg/L 유지 수준)로 운영할 수 있다고 산정되었다. 경제성 분석 결과, 용수생산량 190,000-250,000 m³/일인 경우 UV 소독을 병행하면 NaOCl 단독 소독 대비 원단위를 0.02-0.85 원/m³ 절감할 수 있을 것으로 예상되었다. 결론 : I정수장 UV 공정 적용 시 높은 소독 효율 확보와 정수지 및 관망 잔류염소 농도의 적정 운영이 가능할 것으로 판단되었다. 이를 통하여 약품비의 절감은 물론 소독부산물 발생 농도 저감이 예상되었다. 또한, UV의 Giardia 및 Cryptosporidium에 대한 소독효과가 높아 기존의 염소소독을 효과적으로 보완할 수 있을 것으로 기대되었다. Objectives : In this study, disinfection efficiency improvement and optimal operation of residual chlorine were analyzed when apply UV (Ultraviolet) process in I WTP (Water Treatment Plant). Methods : Inactivation ratios of virus and Giardia were calculated by “Disinfection efficiency calculation program” which was made by Ministry of Environment. Water quality factors (residual chlorine, temperature, etc) were measured and saved by auto measuring instruments. Residual chlorine in clean water reservoir was calculated for satisfy the inactivation ratio of Giardia over 1.1 at worst case of water quality condition in winter season. Residual chlorine in distribution reservoir was simulated by EPANET2.0. UV dose validation test of UV facilities in I WTP was conducted by HDR|HydroQual according to UVDGM (Ultraviolet Disinfection Guidance Manual) 2006 of US EPA (United States Environmental Protection Agency). Inactivation ratio of Giardia by application of UV disinfection and optimal concentration of residual chlorine in clean water reservoir for optimal operation of water distribution line were calculated. Economical efficiency was compared by price unit of chlorine sole disinfection and UV combined disinfection. Results and Discussion : In order to satisfy the inactivation ratio of Giardia over 1.1 by chlorine sole disinfection, residual chlorine in clean water reservoir should be operated within 0.73-1.59 mg/L. In this case, residual chlorine of distribution reservoir at the end of water distribution line was 0.63-1.42 mg/L. If UV process of I WTP was applied to disinfection, validation dose (VD) would be estimated 21.3 mJ/cm² when operating 1 section per reactor at 100% ballistic power level. Which value corresponded to inactivation ratio of Giardia 1.936 and Cryptosporidium 1.775. Through this, it would be possible to secure effective disinfection of Giardia and Cryptosporidium, and reduce post chlorine injection. In application of UV disinfection, residual chlorine in clean water reservoir could be operated within 0.59-0.65 mg/L (residual chlorine in distribution reservoir at the end of distribution line would be 0.5 mg/L level). By the result of economical efficiency analysis, when water production is 190,000-250,000 m³/d, UV combined disinfection would be saved the price unit within 0.02-0.85 KRW/m³ comparing with chlorine (NaOCl) sole disinfection. Conclusions : If UV process in I WTP was applied to disinfection, it would be possible to secure high disinfection efficiency and optimal operation of residual chlorine in clean water reservoir and distribution line. Through this, it would be expected to economize chemical costs and decrease the concentration of disinfection byproducts. In addition, UV has high disinfection effect against Giardia and Cryptosporidium, it would be expected to effectively complement the chlorine sole disinfection.

염소소독에 의한 하수처리장 방류수의 소독부산물 발생에 관한 연구

김증운(Jeung-Woon Kim),송현실(Hyun-SiI Song),배병욱(Byung-Uk Bae) 대전대학교 환경문제연구소 2004 환경문제연구소 논문집 Vol.8 No.-

본 연구에서는 대전광역시 하수종말처리장 4단계 방류수를 대상으로 염소소독 실험을 수행하고 염소 주입농도에 따른 대장균군 및 일반세균의 살균효율과 소독부산물의 생성정도를 조사하였다. 2003년 2월부터 10월까지의 대상하수처리장 4단계 방류수의 대장균군수는 1,100~2,800 개/㎖, 균은 3,500~21,600 개/㎖ 이었으며, 기타 항목별 평균농도는 BOD₅ 10.2, COD_Mn 13.5, SS 7.4 리고 T-N 과 T-P 가 각각 16.243, 0.994 mg/ℓ 이었다. 또한 하수처리장 방류수의 SUVA(specifi absorbance) 값은 2.27 로 친수성, 비방향족, 그리고 저분자량의 물질들로 구성되어 있어 생분해 성이 클 것으로 판단된다. 염소소독 실험결과 pH 7.0, 수온 20±0.5℃ 상태에서 99%이상의 소독을 얻기 위해서는 대장균군의 경우 염소주입농도 1.0 mg/ℓ 에서 10분, 일반세균의 경우 1.0 mg/ℓ 30 분, 2.0 mg/ℓ 에서는 20분, 그리고 3.0mg/ℓ 및 5.0 mg/ℓ 에서는 각각 10분의 접촉시간이 필요한 로 나타났다. 미국의 하수처리장 방류수 대장균군 기준은 1,000 MPN/1OO㎖ 로 염소주입농도 1.0 에서 10분간 접촉시킬 때 이 기준을 만족할 수 있었으며, 이 조건에서 trihalomethanes haloacetonitriles는 검출되지 않았다. pH 7.0, 수온 20±0.5℃, 염소주입농도 20 mg/ℓ, 접촉시 에서 trihalomethanes, haloacetonitriles, 그리고 haloacetic acids의 생성농도는 각각 29.86 그리고 3.1107μg/ℓ 이었으며, chloroform은 22.3467μg/ℓ으로 전체 trihalomethanes의 75.0 내었다. 파과점 염소주입 실험결과, 초기 암모니아성 질소의 농도 1.646 mg/ℓ 의 약 9.1 배까지 염소 입량을 증가시켰을 때 파과점에 도달하였다. 소독부산물의 생성정도는 암모니아성 질소 농도에 반비례하였는데, 암모니아성 질소와 각 소독부산물과의 상관관계(R²)는 trihalomethanes이 O. haloacetonitriles이 0.8169, 그리고 haloacetic acids는 0.7206 이었다. 일반적으로 하수처리는 유기물과 세균이 많기 때문에 높은 농도의 염소소독이 필요할 것이라고 생각되어지나, 본 연구의 결과 수온 및 초기 pH의 영향에 크게 상관없이 소량의 염소주입만으로도 충분한 소독효과를 기대할 수 있었다. 아울러 방류수역의 희석율을 고려하면, 염소소독 후 발생되는 소독부산물은 자체의 휘발과 희석작용에 의해 그 양이 현저히 감소됨으로써 소독부산물이 상수원으로 유입되는 문제는 크지 않을 것으로 판단된다. In Korea, the disinfection of discharged wastewater has become mandatory in 20 municipal wastewater treatment plant (WWTP) have to satisfy the discharge limits. investigate the disinfection efficiency of chlorine and the effect of chlorination on the DBPs (disinfection by-products) in the discharged wastewater. chlorine disinfection conducted. For these purpose, the Daejeon municipal WWTP was selected as a targ water samples were taken from the final sedimentation basin. Based on the experiment the optimum disinfection strategy was proposed, which would satisfy the newly disinfection limits. Typical concentrations of index microorganisms in the discharged wastewater was in the range of 1,100 ~ 2,800 CFU/㎖ for total coliforms and 3,500 ~ 21,600 CFU/㎖ for heterotrophic bacteria. Analysis of other water quality parameters showed that discharged wastewater contained 10.2 mg/ℓ of BOD₅, 13.5 mg/ℓ of COD_Mn, 7.4 mg/ℓ of SS, 16.243 mg/ℓ of T-N, and 0.994 mg/ℓ of T-P The SUVA (specific UV absorbance) value of discharged wastewater was 2.27. This result indicates that the organic component of discharged wastewater is mainly consisted of non-humic substances, which are characterized by hydrophilic, non-aromatic, and low-molecular weights. In the case of total coliforms, the survival rate was 8.9% when 0.5 mg/ℓ of chlorine was contacted for 30 min at pH 7.0, 20±0.5℃. In order to get more than 99% of disinfection efficiency, it was proved that more than 10 min of contact time was required when chlorine dose was 1.0 mg/ℓ. In the case of heterotrophic bacteria, in order to achieve more than 99 % of disinfection efficiency at pH 7.0, 20±0.5℃, the required contact time was 30 min at chlorine dose of 1.0 mg/ℓ, 20 min at 2.0 mg/ℓ, and 10 min at 3.0 mg/ℓ and 5.0, respectively When the discharged wastewater was disinfected with 1.0 mg/ℓ chlorine for 10 min, it was possible to satisfy the U.S. EPA's total coliforms standard (1,000MPN/100㎖). The residual chlorine concentration was 0.42 mg/ℓ in this experimental condition, but both THMs and HANs were not detected probably due to the formation of combined chlorine. When the discharged wastewater was disinfected with 20 mg/ℓ of chlorine for 180 min at pH 7.0, 20±0.5℃, the concentrations of THMs, HANs, and HAAs was 29.8, 2.9, and 3.1 μg/ℓ, respectively. The concentration of chloroform was 22.3467 μg/ℓ, corresponding to 75 % of the total THMs. When the NH₃-N concentration of discharged wastewater was 1.646 mg/ℓ, about 9.1 times of chlorine dosage was required to obtain breakpoint chlorination. It was found that the formation of DBPs was inversely proportional to the concentration of NH₃-N present in wastewater. The correlation coefficient (R²) between NH₃-N and three kinds of DBPs was 0.9647 for THMs, 0.9038 for HANs, and 0.8489 for HAAs, respectively.

배·급수관망의 잔류염소 확보를 위한 적정 재염소 주입량 산정 및 효과분석

김도환(Do Hwan Kim),이두진(Doo Jin Lee),김경필(Kyoung Pil Kim),배철호(Chul Ho Bae),주혜은(Hye Eun Joo) 大韓環境工學會 2010 대한환경공학회지 Vol.32 No.10

일반적으로 정수처리 공정에서 염소에 의한 소독공정은 수인성 질병을 억제하고 상수도관망에서 미생물의 재성장을 억제하는 목적으로 사용되고 있다. 그러나 염소소독은 수중의 유기물과 반응하여 소독부산물(Disinfection By-products; DBPs)과 같은 발암성 물질을 생성함으로 적절한 염소 주입이 필요하고 최근에는 관말지역에서의 잔류염소 확보를 위해 상수관로나 배수지 등에서 재염소를 실시하는 경향이 증가하고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 정수장에서 최적의 염소주입과 재염소 주입량을 산정하기 위하여 미국 EPA에서 개발한 EPANET 2.0을 사용하여 최적 염소 주입량을 산정하고 그 효과를 모의하였다. 대상지역 상수관로에 대한 수질을 모의하기 위하여 bottle test를 통해 수체감소계수(kbulk)를 도출하였으며, systermatic analysis method를 이용하여 관벽감소계수(kwall)를 도출하였다. 배·급수계통에서의 수질을 정확히 예측하고자 유량과 체류시간 등을 고려한 수리해석 모델을 기초로 하여 상수도관망에서의 잔류염소 농도를 예측하고 염소주입 농도에 따른 소독부산물(DBPs)인 트리할로메탄(Trihalomethanes; THMs)의 생성변화를 실험을 통해 확인하였다. 수체감소계수(kbulk)를 도출한 결과 온도가 높을수록 초기에 빠른 감소를 보였으며, 25℃의 경우 25시간이 지난 이후에는 절반이상이 감소하였다. 대상지역에 재염소 주입시설을 도입할 경우 최적 재염소 주입량을 산정하였으며, 관망도상에서 경제적으로 유리한 지점을 선정할 수 있었다. In general water treatment process, the disinfection process by chlorine is used to prevent water borne disease and microbial regrowth in water distribution system. Because chlorines were reacted with organic matter, carcinogens such as disinfection by-products (DBPs) were produced in drinking water. Therefore, a suitable injection of chlorine is need to decrease DBPs. Rechlorination in water pipelines or reservoirs are recently increased to secure the residual chlorine in the end of water pipelines. EPANET 2.0 developed by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) is used to compute the optimal chlorine injection in water treatment plant and to predict the dosage of rechlorination into water distribution system. The bulk decay constant (kbulk) was drawn by bottle test and the wall decay constant (kwall) was derived from using systermatic analysis method for water quality modeling in target region. In order to predict water quality based on hydraulic analysis model, residual chlorine concentration was forecasted in water distribution system. The formation of DBPs such as trihalomethanes (THMs) was verified with chlorine dosage in lab-scale test. The bulk decay constant (kbulk) was rapidly decreased with increasing temperature in the early time. In the case of 25 degrees celsius, the bulk decay constant (kbulk) decreased over half after 25 hours later. In this study, there were able to calculate about optimal rechlorine dosage and select on profitable sites in the network map.

해수 전기분해 염소 생산 및 양식장 배출수 염소처리 적용에서 소독부산물 생성 특성

우정석,오정범,이윤호 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.0

국내 전체 어종 생산의 큰 비율을 차지하는 넙치양식에는 항생제등 오염물질이 존재하며 이에 대한 우려가 커지고 있어, 이를 효과적으로 처리할 수 있는 수처리 기술개발이 필요하다. 본 연구에서는 해수 전기분해를 통한 염소생산과 염소 산화반응으로 양식장 배출수의 항생제 제거 수처리에서 소독 부산물 발생 특성에 대하여 조사하였다. Trihalomethanes (THMs), bromate, nitrogen disinfection byproducts (N-DBPs) 등이 생성된다. 인공해수 및 실제 해수 전기분해 염소생산 실험에서는 전류크기와 염분농도 별로 전해 시간 따라 생성되는 염소농도와 이에 따른 소독부산물의 양을 분석하였다. 인공해수를 만들어 염의 농도를 다르게 했을 때 염소의 농도가 크면 클수록 염소생산이 잘 되었으며, 전류크기가 크면 클수록 염소생산량이 높았다. 실제 양식장 배출수 염소처리에서(1, 2 및 5 ppm 염소 주입) trihalomethanes (THMs), 및 haloacetonitrile 발생 농도를 측정하여, 염소 처리에 따른 항생제 제거 효율과 소독부산물 발생 농도를 결정하였다. **사사 : 해양수산부 수산실용화기술개발사업

소독제 농도, pH, 온도, 암모니아 농도, 부유물질이 강우 월류수 염소 소독에 미치는 영향

김상현(Sang Hyoun Kim) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.10

하수처리시설 초과유량에 대한 처리 규제 입법 예고로 인해 강우 월류수 처리에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 강우 월류수 염소(차아염소산나트륨) 소독 시 소독제 농도(0.11-4.0 mg Cl₂/L), pH (6.5-8.0), 온도(15 25℃), 암모니아농도 (10-41 mg N/L), 부유물질(91-271 mg SS/L)이 대장균군수 감소 속도에 미치는 영향을 고찰하였다. 차아염소산나트륨 농도 효과는 반속도 상수가 1.212 mg Cl₂/L인 saturation-type model로 잘 모사되었다. 소독 반응 속도는 SS와 pH 증가에 따라 감소되는 반면, 온도에 따라서는 증가하였고, 암모니아 농도에는 영향을 받지 않았다. 월류수 유입 조건을 1 × 105 MPN/mL, 271 mg SS/L, 15℃, pH 8.0로 가정할 때, 염소 주입 농도 1 mg/L, 수리학적 체류시간 1.25 분인 염소 소독조를 통해 입법예고된 수질 기준의 1/3 수준인 대장균군수 1,000개/mL를 달성할 수 있을 것으로 계산되어, 염소 소독이 강우 월류수 소독에 유효하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The treatment of combined sewer overflow (CSO) is one of potential concerns in domestic wastewater treatment in Korea due to the pre-announce of CSO regulations. This work investigated the effects of disinfectant (NaOCl) concentration (0.11 to 4.0 mg Cl₂/L), pH (6.5 to 8.0), temperature (15 to 25℃), ammonia (10 to 41 mg N/L), and suspended solids (91 to 271 mg SS/L) on the chlorine disinfection of CSO. The effect of NaOCl concentration on the pseudo-1st order reaction rate for total coliform inactivation was described well with a saturation-type model with the half-velocity constant of 1.212 mg/L. The total coliform inactivation reaction rate decreased with SS and pH, and increased with temperature. Ammonia in the examined range did not affect the disinfection kinetics. A chlorine contact tank with the injection chlorine level of 1 mg Cl₂/L and the hydraulic retention time of 1.25 min is estimated to reduce total coliform from 1 × 105 MPN/mL to 1,000 MPN/mL at 271 mg SS/L, 15℃, and pH 8.0. Chlorine would be a proper option for the disinfection of CSO.

차아염소산나트륨 처리와 멸균법이 근관 치료용 파일의 부식에 미치는 영향에 관한 연구

양원경,라윤식,이영규,손호현,김미리 大韓齒科保存學會 2005 Restorative Dentistry & Endodontics Vol.30 No.2

근관 치료시 많이 사용되고 있는 K-flex S-S 파일 (Maillefer, USA)과 Profile Ni-Ti 파일 (Maillefer, USA), K-3 Ni-Ti파일 (SybronEndo, USA)의 부식 정도를 보기 위하여 총 360개의 20번 file을 1) 멸균소독 방법 (고압가열멸균소독, E-O gas 소독) ,2) 근관세척 액 (5.25% 차아염소산나트륨, 생리식염수) ,3) 멸균소독 횟수 (1, 5, 10회 ) 에 따라 36개 실험군으로 나누었다. 각각의 파일을 각 군별로 처리한 뒤, 세 명의 검사자가 광학 현미경 하에서 25배의 배율로 검사하여 0; 부식 없음, 1; 경도의 부식, 2; 중등도의 부식, 3; 심한 부식으로 점수화 하였다. 심한 부식을 보이는 파일의 표면은 SEM으로 관찰하였고 Kruskal-Wallis test (p < 0.05)를 이용하여 통계 분석 처리하여 차아염소산나트륨 접촉 여부와 멸균소독 방법의 차이에 의한 부식 정도를 평가하였다. 그 결과 고압가열멸균소독을 10회 시행한 파일은 통계적으로 유의한 차이를 보여 부식 정도가 심하였고, 1회나 5회 고압가열멸균소독을 시행한 파일과 E-O 가스로 소독한 파일들은 부식의 정도가 경미하여 통계적으로 유의하지 않았다. 차아염소산나트륨 접촉 여부와 제조사 혹은 파일 재료에 따른 유의성 있는 차이는 없었다 A variety files made of stainless steel (S-S) or nickel-titanium (Ni-Ti) are used during endodontic treatment. The purpose of tt)is study was to evaluate the corrosion susceptibility of S-S and Ni-Ti endodontic files. Three brands of files were used for this study: K-flex S-S files (Maillefer, USA), Profile Ni-Ti files (Maillefer, USA), K-3 Ni-Ti files (SybronEndo. USA). 120 files of each brands (21mm, ISO size #20) were divided into 12 groups according to 1) sterilization methods using Autoclave or Ethylene Oxide (E-O) gas, 2) Irrigation solutions using 5.25% NaOCl or Saline, 3) the number of sterilization (1, 5, 10 times), After above procedures, each of the files was inspected by three examiners with a light microscope and camera at X25. Each file was judged and ranked according to the following criteria: 0;, no corrosion, 1; mild corrosion, 2; moderate corrosion, and 3; severe corrosion. The files of high score were examined under the Scanning Electron Microscope. Data were statistically analyzed with the Kruskal-Wallis test (p < 0.05). Most of the ten time-autoclaved files had showed mild to moderate corrosion. But, one or five time-autoclaved files did not show corrosive surface. NaOCl treatment and E-O gas sterilization did not influence on corrosion. There was a significant difference in corrosion susceptibility between sterilization methods and the number of autoclaving. However, there was no significant difference between brands and file materials.

고농도 차아염소산나트륨 발생장치의 소독부산물 제어에 관한 연구

조해진(Haejin Cho),신현수(Hyunsoo Shin),고성호(Sungho Ko) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集B Vol.41 No.3

상수도 소독공정에서 사용되고 있는 차아염소산나트륨은 일반적으로 유효염소 0.8 %로 생산되어 투입되고 있으며, 투입량이 많아질수록 소독부산물(Chlorate)이 증가되었고 수질기준을 초과하게 된다. 이에 따라 본 연구에서는 유효염소를 12%로 높인 차아염소산나트륨 발생장치의 전해조에 대해 소독부산물을 제어할 수 있도록 양극수 pH를 조절하였다. 실험결과 전해조 내 양극수 pH를 4.2(일반적인 차아염발생장치 운전 pH)에서 1.53으로 조절함으로서 Chlorate 농도는 95% 이상 낮아진 것으로 나타났으며, 또한 낮은 전류가 인가됨에 따라 양극의 효율도 15% 개선되는 결과를 얻었다. 이 장치의 개발로 대용량 상수도에서도 안전한 차아염소산나트륨의 적용이 가능하여 소독공정의 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다. Sodium hypochlorite used in water disinfection processes is generally in the production of chlorine to 0.8%. As the dose of chlorine increases, disinfection by-products (Chlorate) also increase simultaneously and exceed water quality standards. In this study, the electrolytic cell of a sodium hypochlorite generator (12% chlorine) was adjusted to control the production of the disinfection by-products. As a result, it was possible to reduce Chlorate concentrations by more than 95% by adjusting the pH of the electrolytic cell from 1.53 to 4.2 (normal pH of the electrolytic cell). As a low current is required to obtain these results, a 15% improvement in the efficiency of the positive electrode is also observed. For the development of High Sodium Hypochlorite Generation can be used in a safe sodium hypochlorite solution, which is expected to contribute to improvement in the safety of the disinfection process.

정수처리에서 염소 처리시 요오드계 트리할로메탄류 생성에 영향을 미치는 인자들

손희종(Hee Jong Son),염훈식(Hoon Sik Yoom),김경아(Kyung A Kim),송미정(Mi Jeong Song),최진택(Jin Taek Choi) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.8

본 연구에서는 염소처리시 요오드계 트리할로메탄(iodo-trihalomethanes, I-THMs)의 생성에 영향을 미치는 인자들을 조사하였다. 염소를 소독제로 사용하여 염소 투입농도, 수온, pH, 브롬이온과 요오드이온 농도, 염소 접촉시간, 암모니아성 질소 농도 및 용존 유기물질의 특성 변화에 따른 I-THMs 6종에 대한 생성특성을 조사하였다. 수중의 요오드이온과 브롬이온의 농도가 증가할수록 I-THMs의 생성농도가 증가하였으며, 염소 투입농도 및 수온에 따른 I-THMs 생성에서는 염소 투입농도 및 수온 상승에 비례하여 I-THMs 생성농도도 증가하다가 염소 투입농도 3 mg/L 및 수온 30℃ 이상의 조건에서는 오히려 I-THMs 생성농도가 감소하였다. 또한, 시료수의 pH가 상승할수록 I-THMs의 생성농도가 증가하였다. 수중의 NH₄ +-N 농도가 증가할 수록 염소와 반응하여 생성된 클로라민에 의해 I-THMs 생성농도가 증가하였다. 하수처리장 방류수, 휴믹산 조제수, 조류유래 유기물질 함유수 및 4개의 낙동강 시료수(고령, 매리, 하구 및 진천천)와 같은 7개의 시료수의 유기물질과 I-THMs와의 반응성을 조사한 결과, 하수처리장 최종방류수가 I-THMs와의 반응성(12.31 μg/mg)이 가장 높았고, 다음으로 휴믹산 시료수 (4.96 μg/mg)로 나타났고, 조류유래 유기물질이 가장 낮은 결과(0.99 μg/mg)를 나타내었다. 또한, SUVA₂54값과 I-THMs 반응 성과의 상관성을 평가한 결과에서 상관계수(r2)가 0.002로 매우 낮게 나타나 SUVA₂54값과 I-THMs 생성과는 연관성을 찾기가 어려웠다. Effects of bromide (Br-) and iodide (I-) concentrations, chlorine (Cl₂) doses, pH, temperature, ammonia nitrogen concentrations, reaction times and water characteristics on formation of iodinated trihalomethanes (I-THMs) during oxidation of iodide containing water with chlorine were investigated in this study. Results showed that the yields of I-THMs increased with the high bromide and iodide level during chlorination. The elevated pH significantly increased the yields of I-THMs during chlorination. The formation of I-THMs was higher at 20℃ than 4℃, 10℃ and 30℃. In chloramination study, addition of ammonium chloride (NH₄Cl) markedly increased the formation of I-THMs. Among the water samples collected from seven water sources including wastewater treatment plant (WWTP) effluent water (EfOM water), prepared humic containing water (HA water) and algal organic matter (AOM) containing water (AOM water), EfOM water generated the highest yields of I-THMs (12.31 μg/mg DOC), followed by HA water (4.96 μg/mg DOC), while AOM water produced the lowest yields of I-THMs (0.99 μg/mg DOC). SUVA₂54 values of EfOM water , HA water and AOM water were 1.38 L/mg·m, 4.96 L/mg·m and 0.97 L/mg·m, respectively. The I-THMs yields had a low correlation with SUVA₂54 values (r2 = 0.002).

염소 소독시 DON이 유기성 클로라민 생성에 미치는 영향

이원태(Won Tae Lee) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.7

염소 소독시 유기성 클로라민 생성에 대한 대부분의 연구가 모델 화합물질(예, 아미노산)을 사용한 연구결과로, 실제자연상태에서 발생된 용존유기질소(DON)에 의한 유기성 클로라민 생성에 적용할 수 없다. 본 연구는 지표수에서 추출된 16개 천연유기물질(NOM)을 사용하여 염소 소독시 DON이 유기성 클로라민 생성에 미치는 영향을 조사하였다. 크게 염소 주입량과 반응시간, 그리고 DON 분자량이 유기성 클로라민 생성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 염소 주입량을 변화시킨 시험결과, 소비된 염소량 1 mg당 0.25 mg이 유기성 클로라민으로 전환되었다. DON은 염소와 반응하여 10분 이내에 빠르게 유기성 클로라민을 생성하였고, 그 후 계속해서 분해(가수분해, 산화)되었다. 반응시간 10분과 24시간의 유기성 클로라민 평균값은 각각 0.78과 0.16 mg-Cl₂/mg-DON이었다. NOM의 DOC/DON 비율이 낮을수록, 즉 NOM내 DON의 함량비가 높을수록 유기성 클로라민 생성율이 높았다. 10,000 Da 분획시험 결과, DON의 분자량은 유기성 클로라민의 생성에 큰 영향을 미치지 않았다. Although formation of organic chloramines have been studied for decades, most of them have involved model organic compounds (e.g., amino acids) but not naturally occurring organic nitrogen in water. This study investigated formation of organic chloramines during chlorination of 16 natural organic matters (NOM) solutions which were isolated from surface water and contained dissolved organic nitrogen (DON). Organic chloramine yields per chlorine consumption was 0.25 mg-Cl₂/mg-Cl₂. Upon chlorination of NOM solutions, organic chloramines were rapidly formed within 10 minutes. The average organic chloramine yields upon addition of chlorine in to NOM solutions were 0.78 mg-Cl₂/mg-DON at 10 minutes and 0.16 mg-Cl₂/mg-DON at 24 hours. Organic chloramine yields increased as the dissolved organic carbon/dissolved organic nitrogen (DOC/DON) ratios decreased. Chlorination of molecular weight (10,000 Da) fractionated samples showed that the influence of DON molecular weights on the organic chloramine formation was minimal.

최적 염소 소독 모형의 개발 및 파라미터 연구

김준현 ( Joonhyun Kim ),안수영 ( Sooyoung Ahn ),박민우 ( Minwoo Park ) 한국환경영향평가학회 2020 환경영향평가 Vol.29 No.6

최적의 염소 소독 전략을 구축하기 위해 8개의 연립 준선형 편미분방정식으로 구성된 수학적 모형이 제안되었다. 다차원 수치 프로그램을 개발하기 위해 상류 가중 유한요소법을 사용하였다. 프로그램은 세 가지 유형의 반응기에서 측정된 농도에 대해 검증되었다. 16개의 실험 결과에 대해 경계 조건 및 반응 속도를 보정하여 측정된 값을 재생시켰다. 모델링 결과로부터 8개의 반응 속도계수가 추정되었다. 반응 속도계수는 pH 및 온도로 표현되었다. 반응 속도계수를 추정하기 위해 수치 오차의 제곱의 합을 최소화하는 자동 최적 알고리즘의 프로그램을 개발하고 모형에 결합하였다. 최종 사용지에서 염소 및 오염물의 농도를 최소화하기 위해서는 정수장의 염소소독공정으로부터 최종 사용지까지의 수질 변화를 모형에 의해 예측하고 이를 기반으로 유입수 수질에 따라 염소소독공정을 운영하는 실시간 예측 제어 시스템이 필요하다. 본 모형을 이용하여 정수장에 이러한 시스템을 구축할 수 있을 것이다. A mathematical model comprised with eight simultaneous quasi-linear partial differential equations was suggested to provide optimal chlorination strategy. Upstream weighted finite element method was employed to construct multidimensional numerical code. The code was verified against measured concentrations in three type of reactors. Boundary conditions and reaction rate were calibrated for the sixteen cases of experimental results to regenerate the measured values. Eight reaction rate coefficients were estimated from the modeling result. The reaction rate coefficients were expressed in terms of pH and temperature. Automatic optimal algorithm was invented to estimate the reaction rate coefficients by minimizing the sum of squares of the numerical errors and combined with the model. In order to minimize the concentration of chlorine and pollutants at the final usage sites, a real-time predictive control system is imperative which can predict the water quality variables from the chlorine disinfection process at the water purification plant to the customer by means of a model and operate the disinfection process according to the influent water quality. This model can be used to build such a system in water treatment plants.