Effects of pH, Water Temperature and Chlorine Dosage on the Formation of Disinfection Byproducts at Water Treatment Plant

Abstract

This study investigated formation potential of 16 disinfection byproducts (DBPs) (e.g., g trihalomethanes, haloacetic acids, haloacetonitriles, chloral hydrate, etc.) upon chlorination of raw water at various pH, water temperatures, and chlorine doses. We also compared the DBP formation potential (DBPFP) of raw and filtered waters. Most of DBPs were formed higher at neutral pH, but dichloroacetic acid, chloroform, and bromodichloromethane were formed higher over pH 7. As water temperature increased, concentrations of chloral hydrate, haloacetic acids, and haloacetonitriles linearly increased while that of trihalomethanes exponentially increased. Formation of chloral hydrate, trihalomethanes, and trihaloacetonitriles significantly increased up to 2.0 mg/L Cl2 of chlorine addition, then gradually increased at 2.0~5.6 mg/L Cl2. Filtered water formed less DBPs than raw water in most DBPs except for trihalomethanes. 요약 : 본 연구는 경북 소재 A정수장의 원수를 대상으로 pH, 수온, 염소주입량에 대한 소독부산물(trihalomethanes, haloacetic acids, haloacetonitriles, chloral hydrate 등 16종) 생성능을 조사하고 여과수의 소독부산물 생성능과 비교하였다. 조사한 소독부 산물의 생성능은 대부분 중성 pH에서 높았다. 다만, dichloroacetic acid, chloroform, bromodichloromethane의 생성능은 염기성 pH에서 증가하였다. Chloral hydrate, haloacetic acids, haloacetonitriles의 생성능은 수온의 증가와 함께 직선형으로 증가하였고, trihalomethanes의 생성능은 지수함수의 증가추세를 보였다. Chloral hydrate, trihalomethanes, trihaloacetonitriles의 생성능은 염 소주입농도 2.0 mg/L Cl2까지 급격하게 상승하였고, 2.0~5.6 mg/L Cl2에서는 완만하게 증가하였다. 여과수의 소독부산물 생성 능은 원수에 비해 대부분의 물질에서 낮게 나타났다. 다만, trihalomethanes은 여과수가 원수보다 약 1.4배 높은 생성률을 나 타냈다. 주제어 : 소독부산물, pH, 수온, 염소주입량, 정수장 1. 서 론 국내의 고도정수기술 및 시스템에 관한 연구는 1990년대 초반부터 제한적으로 수행하여, 1992년 말부터 정부의 주 도하에 연구개발이 본격적으로 시작되었으며 이에 따라 수 중의 유기물질, 철, 망간, 암모니아성 질소, 유기성 질소 등 의 제거를 위한 전염소처리의 필요성이 대두 되었다. 1) 그 후 대부분의 정수처리장에 염소처리공정이 설치되고 운영 되고 있으며 정수시 염소처리와 관련된 많은 연구들이 이 루어졌다. 현재 국내 대부분의 정수장에서 사용되는 소독제인 염소 는 다른 소독제에 비하여 살균효율이 높고 잔류성이 뛰어 나며 경제성이 우수한 장점이 있으나 물에 존재하는 자연유 기물질(natural organic matter, NOM)과 반응하여 인체에 유 해한 물질을 포함하는 매우 복잡하고 다양한 소독부산물(di-sinfection byproducts, DBPs)을 생성할 수 있다는 단점도 있 다. 2) 염소소독부산물은 크게 Trihalomethanes (THMs), Haloacetic acids (HAAs), Haloacetonitriles (HANs)로 나누어진다. 3) 소독부산물의 생성량에 영향을 미치는 인자 중 하나인 NOM은 단백질, 리그닌, 유기산 등의 불균질 혼합체이며, NOM중 대표적인 난분해성 물질인 휴믹물질(humic substance) 은 고도정수처리공정 중 하나인 막여과 공정의 막을 오염 시키는 중요한 원인물질로 알려져 있다. 4) 소독부산물의 전 구물질인 NOM을 소독공정 전에 제거하는 것은 소독부산 물 생성을 제어할 수 있는 가장 좋은 방법 중 하나이나 기 존 응집/침전공정은 NOM, 특히 친수성 NOM 제거에 비효 율적인 것으로 알려져 있다. 5) 이에 정수공정에서 NOM의 제거효율을 높이기 위한 고도응집, 활성탄과 같은 추가공정 이 제안되고 있으며 관련된 연구가 수행되고 있다. 6,7) 소독부산물 발생은 물에 포함된 유기물(NOM) 외에 pH와 수온의 영향도 많이 받는다. THMs은 일반적으로 물의 pH 가 높을수록, 그리고 수온이 높을수록 발생농도가 증가하고, 8) HAAs 중 DCAA (dichloroacetic acid)의 경우 pH 5~9.4의 범위 내 아무런 영향이 없는 반면 TCAA (Trichloroacetic