염소소독에 의한 하수처리장 방류수의 소독부산물 발생에 관한 연구 = Effect of Chlorination on the DBPs Formation in the Discharged Wastewater

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 요약문
• 1. 서론
• 2. 연구대상 및 방법
• 3. 실험결과 및 고찰
• 4. 결론
• 참고문헌