Transcript 소독부산물 저감을 위한 기존 정수장 이산화염소(ClO2) - K

소독부산물 저감을 위한 기존정수장
이산화염소(ClO2) 시범도입 사례 연
구
한국수자원공사 이송희, 이병두, 석관수, 이정택
발표순서

도입배경 및 목적

조사범위 및 내용

조사방법

결과 및 고찰
도입목적 및 배경

국내외 소독부산물 기준강화
- USEPA Stage 1, 2
- TTHM(‘90), Chloroform(’00), 5종 (’03)

B 정수장 소독부산물 , 망간 높게 검출
- 일시적으로 높게 검출
- 대체소독제 필요  단속운전 용이
대체소독제 시범사업 필요
소독부산물 기준 강화
USA REGULATION

Stage 1 MCLs (Maximum Contaminant Levels)
– THMs: 0.080 mg/L (80 g/L)
– HAAs: 0.060 mg/L (60 g/L)
– Basis: Running Quarterly Annual Average
 4 Samples per quarter across distribution
system
NEW EPA PROPOSAL
(August 11, 2003)

Stage 2 MCLs
– Initial Requirements
 Present MCLs
 Transitional Locational Running Annual Average
(LRAA)
– THMs: 0.120 mg/L - HAAs: 0.100 mg/L
– After 3 years
 LRAA
– THMs: 0.080 mg/L - HAAs: 0.060 mg/L
먹는 물 수질기준
•
•
THMs: 0.100 mg/L (100 g/L)
Chloroform: 0.080 mg/L
소독부산물 개정안(2004. 7)
–
–
–
–
–
HAAs : 0.100 mg/L
CH : 0.030 mg/L
DBAN : 0.100 mg/L
DCAN : 0.090 mg/L
TCAN : 0.004 mg/L
B 정수장 소독부산물 발생현황
(단위 : g/L)
구분
수종
봄
여름
가을
겨울
평균
TTHM
원수
125.0
97.5
127.0
73.0
105.5
정수
89.0
62.0
88.5
61.0
75.0
원수
30.1
106.9
57.6
60.7
63.8
정수
25.5
40.3
52.0
37.0
48.3
HAA5
 조사기간 : ’99.1-’01.12
이산화염소 특성 및 발생원리

-

특성
산화력이 강하고 염소 소독부산물 미생성
수화되지 않고 용존가스 상태로 용액속에 존재
10%초과, 130℃이상에서 폭발성
클로라이트(50-70%), 클로레이트(30%) 전환
발생원리
- 2NaClO2 ＋ Cl2(g) = 2ClO2(g) ＋ 2NaCl
- 2NaClO2 ＋HOCl = 2ClO2(g) ＋ NaCl ＋ NaOH
- 5NaClO2 ＋4HCl = 4ClO2(g) ＋ 5NaCl ＋ 2H2O

수율
[ClO2]
- 수율(Yield) = ────────────── × 100
[ClO2]+[ClO-2]+(67.45/83.45)[ClO-3]
발생기별 특성비교
이산화염소 도입사례
◈국내◈
 1987 : 정선군 덕송정수장
 1991 : 낙동강 페놀사고
 1991 : 25개 정수장 (발생기)
- 다수 안정화이산화염소 사용
 1996 : 안정화염소 사용중단
- 실효성 문제
 2003 : 2개 정수장
(간헐적 운전)
◈외국◈
국내 도입 발생기 문제점
 설계,시공의 부적정
 기기부식 및 취급곤란
 유지보수 미흡
전문인력 부재
 효과분석 미이행
조사내용 및 방법

수질개선효과 분석
- 소독부산물, 망간 저감효과

이산화염소 부산물 발생
- 클로라이트, 클로레이트

운영관리 인자 도출
- 고수율 유지
- 일정 발생농도(2,000ppm) 유지
- 투입율 결정방법
조사내용 및 방법

소독부산물 저감효과 조사
- 실내실험 및 B 모형플랜트 실험(Q=240㎥/일)

조류 맛냄새 제거효과 조사
- S 모형플랜트 실험(Q=100㎥/일)
- 2MIB, Geosmin Spiking 실험 실시

실공정 효과분석
- B 정수장 실공정 운영 (11개월)

급수계통 냄새발생 원인 조사
소독부산물 제거효과

전구물질 제거효과 : THMFP 약 10% 감소
THMFP
구분
농도
(㎍/L)
제거율
(%)
HAAFP
농도
(㎍/L)
제거율
(%)
HANFP
농도
(㎍/L)
제거율
(%)
CHFP
농도
(㎍/L)
제거율
(%)
원수
108.4
ClO2
1ppm
105.9
2.3
80.9
11.2
35.0
-3.4
56.9
5.2
ClO2
82.0
24.4
72.9
20.0
33.7
0.3
58.8
2.1
1.5ppm
91.1
33.8
60
소독부산물 제거효과

소독부산물 제거효과 : DBPs 30~40% 저감
주입율
(㎎/L)
THMs
제거율
(%)
HAA5
농도
(㎍/L)
0.0
-
19.6~
30.8
0.5
35.3
12.2~
22.9
34.3
12.3~
21.4
1.0
제거율
(%)
CH
농도
(㎍/L)
제거율
(%)
농도
(㎍/L)
-
13.4~
45.6
-
3.1~
19.5
14.6
9.8~
33.6
47.0
2.3~
11.4
32.6
6.9~
23.6
58.2
2.5~7.7
이취미 산화제거 효과

2-MIB, Geosmin 제거효과 미미
<ClO2 투입률 : 1.5mg/L>
80.0
120.0
2-MIB
Geosmin
60.0
80.0
60.0
40.0
2-MIB
Geosmin
20.0
농도(ng/L)
농도(ng/L)
100.0
40.0
20.0
0.0
0.0
0.5
1.0
4.0
접촉시간(시간)
실내실험 결과
12.0
24.0
0.0
원수
여과수
원수
Pilot 실험 결과
여과수
망간 제거효과 (B정수장)

ClO2 0.5, 1.0mg/L : 60%, 92%
2ClO2+MnSO4+4NaOH→MnO2(↓)+2NaClO2+Na2SO4+2H2O
0.4
원수
침전수
0.3
0.2
0.1
R=60%
R=92%
0.0
총망간 농도 (mg/L)
용해성망간 농도 (mg/L)
0.4
원수
침전수
0.3
0.2
R=55%
0.1
R=79%
0.0
0.0
0.5
이산화염소 투입농도 (ppm)
용해성 망간
1.0
0.0
0.5
이산화염소 투입농도 (ppm)
총 망간
1.0
망간처리 문제점 (B정수장)

침전 유출수에서 용해성 망간 약간 증가

잔류 용해성 망간 농도가 0.05㎎/L 초과
- 여과공정에서 접촉산화반응 미발생
- 이산화염소만으로 안정적인 망간처리 곤란

망간산화 이산화염소 요구량 : 2.0ppm

착수정-침전지가 검붉은색으로 착색
기존 여과사 망간접촉산화 방식이 유리
소독부산물 발생
Table 3. The Concentration of ClO2 By-product at the different Dose
부산물
ClO2 0.5 ppm
ClO2 1.0 ppm
클로라이트(ClO2-)
196.6 ~ 566.9
361.1 ~ 725.3
클로레이트(ClO3-)
90.8 ~ 249.3
259.9 ~ 378.0
합계(㎍/L)
445.9 ~ 657.7
677.3 ~ 1,067.7
농도/투입률
0.89 ~ 1.32
0.68 ~ 1.07
급수계통에서 냄새 발생
 냄새발생
- ‘90년 초 최초확인 (Robert C. Hoehn)

발생원인
- 2ClO-2 + HOCl ↔ 2ClO2 + Cl- + OH- 잔류 클로라이트 0.4mg/L 까지 발생

B 정수장 냄새민원 발생
- 강한 염소취(락스냄새), 수영장 냄새
- 투입률 : 3월말 시운전 (0.3~0.5ppm), 11월 (1.0ppm)
- 자극성, 일부 가정에서만 발생

재생성량 확인 곤란
냄새 원인조사 결과
 재생성 이산화염소 정량분석
- 미량으로 정량분석 불가, 냄새확인
 소독제 농도별 관능실험 결과
외국 냄새민원 발생 사례
외국,B정수장 냄새발생 특성 비교
 대부분 원수수원은 지표수
 이산화염소는 전산화제로 통상 0.5∼1.5ppm 투입
 염소는 주로 여과지 후단 또는 송수전 투입
 0.5ppm 이하 투입 시 냄새민원 감소
 소비자에 의해 접수된 불쾌한 냄새는 정수장에서는 확인 안 됨
 대부분 이른 아침 냄새를 감지하였으나 일부는 24시간 계속 감지
 샤워 시, 세탁기 물 채울 때, 변기 물 내릴 때 냄새가 가장 강함
 실험실로 옮겨 진 후 1시간 이내 확인하여도 냄새가 감지되지 않음
 냄새에 영향을 주는 물질은 GC-MS로 확인되지 않음
 공급계통에서 불규칙적으로 생성되고, 정수장에서는 생성되지 않음
 급배수관 재질 등 개별 가정 특성이 냄새유발화합물 발생에 영향을 줌
냄새발생 저감대책
 염소소독 → 클로라민 소독
 클로라이트(ClO-2) 저감
- 냄새발생지역 ClO2 농도 : 0.03~0.07mg/L
- ClO-2 농도를 0.4mg/L 이하 유지
▪ 제1철염, 활성탄, 환원제
- 투입량 감소 : 0.5mg/L 이하
운영상의 고려사항
 일정 생산농도 유지
- 운전기간중 – 18.4% ~ + 5.0% 편차 발생
- 정확한 화학적 당량 유지 (약품, 생산농도 측정)
 차아염소산 농도변화
- 클로레이트 농도증가 (614→17,611mg/L)
 유량, 농도 비례제어 곤란
- 잔류 ClO2 측정 곤란
- 생산농도 또는 수율변화 발생
결

론
수질개선 효과
- 소독부산물 생성능 : 10% 저감
▪ 염소요구량 저감 미미
- 소독부산물 : 30~40% 저감
▪ Pre ClO2 + Post Cl2 처리시 응집,침전과정에서
전구물질의 제거 효과 (Delayed Chlorination)
- 망간 : 90% 저감
▪ 고농도 처리 불가, 처리비용 과다
수질목표 달성 곤란 (0.05mg/L)
- 이취미 물질 : 10% 정도 저감
결

론
부산물 생성 : 투입량의 70~100%
- 클로라이트(70%), 클로레이트(30%)
- 최대 투입률 : 1.0mg/L

급배수계통에서의 냄새 발생
▶ 2ClO-2 + HOCl ↔ 2ClO2 + Cl- + OH- ◀
- 클로레이트 저감 대책 필요
▪ 철염, 활성탄, 환원제, 투입률 조정
▪ 염소소독 → 클로라민 소독
결

론
운영관리 최적화
- 발생농도
- 수율(Yield)
- 부산물 농도

전문인력, 분석장비 필요

도입시 고려사항
- 제거대상물질 선정
- 급배수 계통내 냄새방지 대책
- 운영 및 유지보수 전문인력
감사합니다