by Advanced Water Treatment Processes in the Han River
서울특별시상수도연구원 ㅣ 조우현·백영애·손문호·최영준·한상태
1.서론
서울시 정수장의 고도정수처리 도입의 목적은 수중의 맛·냄새 물질을 제거하여 종전보다 맛있는 수돗물을 생산하기 위해서다. 한강수계에서는 계절적으로 겨울에서 봄에 이르는 시기(1월~5월)동안 흙냄새 혹은 곰팡이냄새를 일으키는 2-MIB(10~30ng/L)의 발생이 비교적 장기간에 걸쳐 지속되고 있으며, 여름에서 가을에 이르는 시기(7월~9월)중 약 1~2주에 걸쳐 짧은 기간 동안 geosmin(10~30ng/L)이 발생하고 있다. 조류 등 생물원인에 의해 발생되는 2-MIB와 geosmin은 인체에 유해성을 주는 것은 아니지만 수 ng/L 수준에서도 이취미를 발생하기 때문에, 극미량이 포함되더라도 물맛을 나쁘게 하는 원인이 된다. 그러나 현재의 분말활성탄을 포함한 기존정수처리공정으로는 이러한 맛. 냄새물질을 완벽히 제거하는데 한계가 있는 것으로 나타났다. 오존과 입상활성탄 공정은 맛·냄새물질 제거에 가장 적용사례가 많고 효과적인 공정으로 알려져 있으나, 맛·냄새물질 발생농도와 시기, 그리고 원수에 포함되어 있는 자연유기물(NOM)의 특성은 제거효율에 큰 영향을 미친다. 한강원수의 대한 유기물의 특성은 주로 친수성 저분자 유기물이 주를 이루고 있으며, 이러한 저분자 NOM들은 입상활성탄에서 맛·냄새물질과의 경쟁적 흡착과 pore-blockage 현상을 일으킬 수 있으며, NOM으로 포화된 상태의 입상활성탄은 맛·냄새물질의 제거에 불안정성을 야기한다(Newcomb et al. 1997 ; Chen et al. 1997).
고도정수처리 도입을 위해서는 pilot plant 같은 full-scale 실험에 앞서 실험실 수준의 bench-scale 실험을 통하여 적용 가능한 단위공정 설계인자를 도출해야 한다. 입상활성탄의 경우, 재질, EBCT(Empty bed contact time), BV(Bed volume) 등을 평가해야 되며, 오존의 경우는 맛·냄새물질의 제거에 필요한 오존주입량과 접촉시간을 평가해야 한다. 이후 Pilot plant 실험에서는 공정의 배열순서나, 공정 조합여부, 원수수질변화에 따른 공정의 안정성 등 다양한 검증과정을 거쳐 그 결과를 바탕으로 실공정 설계가 이루어져야 한다.
본 연구에서는 실험실 규모의 bench-scale 실험과 정수장에서 pilot-plant 실험을 병행하였다. Pilot-plant 실험에서는 도입가능성이 높은 3가지 고도정수처리 공정(A공정; 후오존(Post-Ozonation) + GAC, B공정; GAC, C공정; F/A (Filter/ad sorber))에 대한 Pilot plant를 정수장에 설치하여 4년에 걸쳐 장기간 운전함으로써 실제 원수의 맛·냄새물질 유입에 따른 각 공정의 맛·냄새물질 처리효과를 상호 비교하고, 각 공정에서 입상활성탄의 사용기간을 파악하였다. 처리목표 수질은 2-MIB, geosmin 각각 10ng/L 이하로 설정하였다.
2. 실험방법
2.1 Bench-scale 실험
1) 소형급속컬럼실험
Pilot 혹은 실공정의 입상활성탄지를 축소하여 빠른시간내에 처리대상물질의 파과형태를 관찰하기 위한 목적으로 소형급속컬럼실험(RSSCT; Rapid small-scale column test)을 하였다. 확산상수와 입경간의 직선관계가 있는 경우의 X=1을 갖는 비례 확산도 축척(Proportional diffusivity design, PD식)을 적용하여 축척인자(SF)와 소형컬럼에 충진할 활성탄의 양과 컬럼길이를 계산하였다.
2) 오존 batch reactor 실험
실험실의 반응조(500mL glass batch reactor)에 원수와 맛·냄새 표준용액을 넣고, 오존발생기로부터 오존화 공기를 초순수에 접촉시켜 만든 고농도 오존 stock 용액을 농도별로 주입하고 접촉시간에 따른 처리효율을 평가하였다. 접촉시간의 조절은 잔류오존을 없애는 quenching 시약인 Na2S2O3(0.1M)를 활용하였다.
2.2 고도정수처리 pilot plant
고도정수처리 pilot plant는 서울시 구의정수장에 위치하고 있으며, 2002년 9월에 완공되어 현재까지 계속 운전되고 있다. Fig 1과 같이 A공정; 후오존(Post-Ozonation) + GAC, B공정; GAC, C공정; F/A (Filter/ adsorber, 2004년 12월부터 운영) 3개 공정으로 구성되어 있으며, A, B공정은 정수장의 모래여과수가 유입되며, C공정은 F/A공정이므로 침전수가 유입되도록 하였다. 오존주입량은 맛.냄새물질의 유입농도
에 따라, 0.5~2mg/L 범위대에서 조절하였으며 접촉시간은 20min이다. 각 공정의 입상활성탄의 접촉시간(EBCT)는 15min, 재질은 석탄계(GAC: Calgon F-400, F/A : Calgon F-820) 로 동일하다
2.3 분석방법
1) 2-MIB, Geosmin : Standard Method 6040D, MIB와 geosmin은 SPME(solid phase micro-extraction)법으로 휘발성물질을 fiber에 흡착시켰으며, 흡착된 2-MIB와 geosmin 분석은 GC/MSD을 이용하여 분석하였다. (GC: Varian CP-3800, MS: Varian Saturn 2200, SPME fiber: polydimethyl siloxane/ divinylbenzene). 정량한계는 l ng/L이다.
2) TOC analyzer (Sievers 820, GE, USA)로 분석하였다. RSSCT(Rapid small-scale column test) 실험시에는 on-line mode로 변경하여 2시간 간격으로 TOC를 측정하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 한강원수의 2-MIB와 geosmin 발생 특성
Fig. 19은 2003년 8월부터 2006년 9월까지 3년 동안의 구의 정수장 원수 중의 대표적인 맛·냄새물질인 2-MIB, geosmin 농도를 조사한 결과이다.
Fig. 2에서 볼 수 있듯이 겨울에서 봄에 이르는 시기 (1월~5월)동안 장기간에 걸쳐 2-MIB의 발생이 지속되고 있으며, 초 여름(7월) 짧은 기간의 geosmin이 발생된 후 여름철 홍수기를 거치면서 농도가 낮아짐을 알 수 있다. 이러한 한강원수의 발생특성은 매년 비슷한 경향으로 반복되고 있음을 알 수 있다. 한강원수에서의 2-MIB 발생은 외국의 사례에 비추어 매우 다른 특이점이 있는데, 수온이 낮은 시기에 발생한다는 점이다. 미국과 일본의 수원에서는 수온이 20℃ 이상 상승하는 여름철인 7~9월 여름철에 맛·냄새물질인 geosmin와 2-MIB가 발생되는 것으로 보고되고 있다( Westerhoff et al., 2005 ; Yagi, 2005). 이에 반해, 한강원수에서는 1~5월 중 수온이 약 15℃ 이하에서 2-MIB가 주로 발생한다. 또한 전체적으로 맛·냄새물질의 발생 기간 중 2-MIB의 발생기간이 길다는 점과 발생시점이 비교적 유기물 농도가 높은 갈수기 시점에 발생한다는 점도 고려해야 한다. 타 연구에서 보고된 바와 같이 2-MIB는 geosmin에 비해 활성탄에 흡착과 오존처리에 의한 산화 모두 더 어려운 것으로 알려져 있다(Elhadi et al., 2004 ; Ho et al., 2004). 따라서 한강원수에서는 geosmin보다는 2-MIB제거에 대하여 초점을 맞출 필요가 있으며, 고도정수처리 설계, 운전조건 역시 2-MIB 제거에 더 큰 비중을 두어야 한다. 반면 geosmin은 발생기간은 짧은 편이지만 고농도로 발생할 가능성이 있다. 최근 2005년 8월에도 한강 상류의 춘천댐에서 남조류인 Anabaena spp.가 과다 증식하여 원수에 geosmin이 약 100ng/L 정도로 발생한 사례가 있어, 한강 상수원에서는 고수온시기에 고농도의 geosmin이 발생할 가능성을 배제할 수 없다. 따라서 원수에서 최대 100～150ng/L의 geosmin의 유입을 가정하여 고도정수처리 공정의 안정성을 평가할 필요성이 있다.
3.2 Bench-scale 실험을 통한 단위공정 설계인자 평가
3.2.1 RSSCT를 통한 입상활성탄 최적 EBCT 평가
Pilot plant에서 사용하고 있는 동일 활성탄을 충진한 소형컬럼에 2-MIB와 geosmin이 100~150ng/L이 포함된 모래여과수를 연속적으로 주입하여, 맛·냄새물질의 파과경향을 고찰하고자 하였으나, 실제 환산일로 400일 이상은 고찰하기 어려웠다. 과도한 headloss로 RSSCT 유출수의 유량이 제대로 나오지 않기 때문이다. 맛?냄새물질은 NOM에 우선하여 제거되므로 파과현상이 나타나지 않는 것으로 판단된다. 그러나 유기물 흡착곡선에서 단순흡착구간이 끝나고 일정제거율이 유지되는 시점부터 흡착에 의한 맛·냄새물질 제거효율은 불안정하게 나타난다. 이러한 점에서 TOC를 기준으로 하여 단순흡착구간을 최대한 연장할 수 있는 입상활성탄의 EBCT의 결정은 매우 중요하다. 본 실험에서는 RSSCT에서는 맛?냄새물질의 배경물질이 되는 총괄유기물(TOC)을 대상으로 최적 EBCT를 평가하였으며, pilot plant 실험에서 NOM으로 pre-loading된 GAC의 EBCT를 변화시켜, 실제 원수의 맛·냄새물질 농도 변화에 따른 제거효과를 확인하기로 하였다.
Fig. 3은 각 EBCT에 따른 TOC 파과곡선을 나타내었다. 최적의 EBCT를 보다 정량적으로 나타내기 위해서는 Fig. 4와 같이 x-축을 BV(Bed volume)으로 y축을 파과율로 표현할 수 있다. BV가 가지는 의미는 실제운전시간을 EBCT로 나눈 값으로 같은 조건에서 어떠한 EBCT가 가장 효율적인가를 나타내 준다. Fig. 4에서 알 수 있듯이 약 60%이상에서 활성탄을 재생하거나 신탄으로 교체한다면 10min이 가장 유리하게 나타났으며, 약 50%의 파과에서 활성탄을 재생하거나 신탄으로 교체한다면 EBCT에 상관없이 비슷한 경향을 나타내었다. 실제로 국내외 입상활성탄 운영사례에서 재생 전까지 입상활성탄 사용기간이 2~3년 정도로, 60%이상 파과시점에서 재생주기를 결정하는 것이 일반적이라는 점과 여유율을 감안한다면 적정한 EBCT는 10~15min 정도인 것으로 판단된다.
3.2.2. 맛·냄새물질 제거를 위한 오존 CT 평가
100ng/L의 2-MIB와 geosmin을 spiking한 초순수, 모래여과수, 원수에 대해 오존접촉 10min 후의 2-MIB와 geosmin의 농도를 측정하였다. 오존은 소독공정으로 사용되므로 오존 농도와 시간의 곱으로 표시되는 CT값을 활용하여 CT는 오존주입량 기준으로 한 CIN03×T와 잔류오존을 기준으로 한 COUT03×T를 사용하여 상호 제거율을 평가하였다.
DOC 농도가 각기 다른 3가지 원수에 대하여 맛·냄새물질 제거에 관한 평가를 실시 한 결과 오존주입농도의 증가에 비례하여 맛·냄새물질의 제거율이 증가하며, DOC 농도가 큰 원수의 경우 제거율이 낮고, 초순수의 경우 제거율이 높게 나타났다. 또한 L. Ho 등(2004)의 연구결과와 같이 geosmin이 2-MIB보다 제거율이 약간 높게 나타났으며, 이러한 경향은 3가지 실험대상수 모두 동일하게 나타났다. Fig. 5와 6과 같이 오존주입량을 기준으로 한 CIN03×T(mg/L min) 그래프에서는 CT증가에 따른 2-MIB와 geosmin의 제거율은 1차 함수(First-order decay)로 나타나며, 곧은 직선성(R2=0.99)을 나타내어 상관도가 우수하게 나타났으나, Fig. 7과 8과 같이 오존잔류량을 기준으로한 COUT03×T(mg/L min) 그래프에서는 모래여과수는 R2=0.99로 상관도가 우수하게 나타나는 반면, 원수에서는 2-MIB와 geosmin이 각각 R2=0.38, R2=0.45으로 상관도가 떨어지는 것으로 나타났다. 이러한 원인은 DOC 농도가 높은 원수에 오존을 과량 주입하면 상대적으로 초기 오존소모량이 크게 나타나기 때문인 것으로 판단된다. 오존주입량 기준으로 2-MIB 50%제거율을 얻기 위한 CIN03×T(mg/L min)는 원수의 경우 20, 모래여과수의 경우 15이며, geosmin 50%제거율을 얻기 위한 CIN03×T(mg/L min)는 원수의 경우 17, 모래여과수의 경우 13으로 나타났다. 오존잔류량 기준의 2-MIB 50%제거율을 얻기 위한 COUT03×T(mg/L min)는 모래여과수의 경우 6이며, geosmin 50%제거율을 얻기 위한 COUT03×T(mg/L min)는 모래여과수의 경우 4 정도인 것으로 나타났다. 상기실험을 통해서 수중의 NOM은 오존처리시에도 맛·냄새물질과의 경쟁관계를 나타내며, 같은 양의 오존주입을 하는 경우 원수보다는 모래여과수에 오존을 주입하는 경우가 효과적이므로 전오존공정보다는 경제적인 측면에서 후오존공정을 도입하는 것이 바람직하다고 판단된다. 또한 전오존공정은 오존주입량 기준 CT를 활용하는 것이 바람직하며, 후오존공정은 오존주입량 CT 및 오존잔류량 CT기준 둘 다 활용도가 있음을 알 수 있다.
3.3 Pilot plant 실험을 통한 설계인자 평가
한강원수에서 2-MIB, geosmin이 발생하는 시점은 2-MIB는 수온이 15℃ 이하의 시기인 1월~5월동안 발생되며, geosmin은 7월~9월 수온이 20℃ 이상 되는 시기인 1~2주 동안 짧게 발생하는 특성을 가지고 있다. 따라서 전체 운전기간을 수온 15℃를 기준으로 2-MIB가 발생하는 저수온 시기와 geosmin이 발생하는 고수온 시기로 구분하여 공정별 맛·냄새물질 제거특성을 고찰하였다.
3.3.1 저수온 시기의 2-MIB 제거
Fig. 9는 저수온 시기 원수에 10ng/L 이상 2-MIB가 실제로 검출된 시기에 pilot plant에서의 3개 공정의 운전기간별 맛·냄새제거 경향을 나타내었으며, Table 23은 각 공정의 운전조건과 공정별 2-MIB의 농도변화를 나타내었다. A공정과 B공정의 경우 2, 3, 4년차, 그리고 C공정의 경우 1, 2년차의 맛·냄새물질 처리결과를 나타내고 있다. Pilot plant 운전기간동안 정수장에서는 분말활성탄 5～8mg/L을 주입하고 있었으며, 기존정수처리공정(분말활성탄을 포함한 모래여과과정)까지의 2-MIB 제거율은 평균 14%정도로서 인지농도인 10ng/L 이상으로 검출되고 있어 사실상 대응이 어렵다는 점을 알 수 있다. B공정의 경우 2년차에는 2-MIB에 대한 목표 수질기준인 10ng/L를 만족할 수 있었으나, 3년차부터는 만족할 수 없었다. GAC의 유출수의 2-MIB 농도는 유입수의 농도에 비례하여 일정한 제거율을 보이며, 2년차에서도 유입수의 2-MIB 농도가 보다 고농도로 지속되었더라면 기준치 이상으로 검출되었을 가능성이 높다. 유입수(모래여과수)의 2-MIB 농도가 낮아지더라도 처리수의 농도는 전과 비슷한 수준으로 유지되는데, 이는 세공내의 2-MIB 농도가 높아져, 흡착되었던 2-MIB가 탈착되는 현상(Desorption)이 일어나기 때문이다(Thomas et al., 1999).
저수온 시기에 지속적으로 유입하는 2-MIB에 흡착능이 포화되며, 생물학적 분해기능(Biodegradation)이 약한 기간이므로, 유입수의 농도에 비례하여 흡착과 탈착이 평형을 이루기 때문이다. 4년차 운전에서는 GAC의 유입유량을 줄여 EBCT를 종전의 15min에서 20min으로 늘려서 운전하였다. 3년차 운전 때와 비교하여 접촉시간 20min으로 운전한 경우 2-MIB의 제거율을 약 8% 정도 향상시킬 수 있었으나, Fig. 9에서 알 수 있듯이 목표 수질기준인 10ng/L를 만족하기는 어려웠다. Thomas 등 (1999)도 보고한 바와 같이 이미 NOM으로 pre-loading된 GAC는 2-MIB 원수농도에 비례하여 일정율의 제거효과를 얻을 수 있을 뿐 수질목표치의 만족여부는 원수의 2-MIB 농도에 좌우되게 되는 것을 알 수 있다. 따라서 GAC공정의 경우 2년차 이후부터는 안정적인 처리를 기대하기 어렵기 때문에 이 시기부터는 재생과정을 통하여 흡착능력을 보강하는 것이 필요하다.
C공정의 경우는 1년차까지는 단순 흡착기간으로 유입수 농도에 관계없이 제거효과가 좋으나, 2년차부터는 B공정과 마찬가지로 유입수의 농도에 비례하여 조기파과현상이 나타났으며, 목표수질 10ng/L을 상회하는 결과를 보였다. F/A공정의 경우 침전수를 원수를 사용하기 때문에 유입수 자체의 높은 유기물 함량이 2-MIB 흡착의 간섭요인으로 작용한 것으로 보이며, 잦은 역세척이 입상활성탄 흡착대를 교란하기 때문인 것으로 판단된다. A공정의 경우 오존처리 단독공정에서 거의 완벽하게 2-MIB 제거가 이루어지고 있으며, 이후 GAC 공정에서는 제거율은 미미한 수준이다. 시기적으로 저수온 시기이므로 오존처리 후 GAC 처리과정에서의 2-MIB제거는 생물분해에 의한 제거가 이루어졌다고 판단하기는 어렵다. 즉 주 제거기작은 흡착보다는 오존산화에 의한 2-MIB 제거가 이루어지고 있음을 알 수 있고, 오존처리 후 GAC 유출수에서도 오존처리과정에서 나타나지 않았던 2-MIB가 유출되는 것을 알 수 있다. 역시 맛.냄새발생기간 중에 흡착되어 있었던 2-MIB가 탈착됨으로써 영향을 미친 것이라고 판단된다.
Fig. Variation of 2-MIB removal with bed volumes in the pilot plant
Fig. 10은 입상활성탄 부피당 통수유량을 나타내는 BV(Bed volumes) 대비 고도정수처리 3개공정에서 유출수/유입수의 2-MIB 농도비를 나타내었다. 물론 각 공정에서의 맛?냄새물질에 대한 제거율보다는 실제 운전에서는 어느 정도의 운전기간동안 목표수질을 만족하느냐가 더 중요하다. 같은 제거율을 나타내더라도, 유입수의 농도가 큰 경우 목표수질을 만족할 수 없기 때문이다. Fig. 10에서 볼 수 있듯이 C공정의 경우 3개 공정 중 2-MIB에 대한 가장 빠른 파과를 보이며, 유출수의 농도가 10ng/L이상 파과를 나타난 시점을 기점으로 bed volumes을 평가한 경우, 약 40,000m3/m3으로 나타났으며, B공정의 경우는 80,000m3/m3으로 나타났다. 이때 두 공정 모두 약 2-MIB 50%파과가 나타난 시점이었다. 그러나 실제 원수의 2-MIB 농도의 불확실성과 처리수의 안전율을 고려할 때 상기 두 공정의 운전 BV는 보다 낮은 값으로 설정하는 것이 바람직하다. A공정의 경우 2-MIB의 제거율은 실제로 오존주입농도에 따라 변화되므로 후속공정인 입상활성탄의 맛·냄새물질 제거에 대한 BV을 정확히 설정하기는 현재의 연구결과로는 어렵다. A공정의 경우 2-MIB의 파과보다는 향후 재생에 따른 GAC 물성값의 변화 및 재생후의 수득률을 기초로 bed volumes을 설정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
3.3.2 고수온 시기의 geosmin 제거효과
Geosmin의 경우 원수에서 10ng/L 이상 발생기간이 1~2주로 짧아, 실제 geosmin 발생기간 중의 data를 얻기 어려웠다. 대신 여름철 발생하는 geosmin에 대한 고도정수처리의 효과를 파악하기 위해 인위적으로 고농도의 맛?냄새물질을 유입수(SF)에 Spiking하여 제거효율을 평가하였다. 실험은 2004년 8월에 수행하였으며, 수온은 약 25℃였다. 입상활성탄 운전일수로는 약 2년이 경과하였으며, Bed Volumes 67,000, TOC 60%이상의 파과를 나타내는 시점이었다. 당시 실험전후의 원수에서는 geosmin과 2-MIB의 농도는 5ng/L이하로 매우 낮아, 원수의 농도가 실험에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. Table 1에서 알 수 있듯이 모래여과수에 고농도의 맛·냄새물질을 8일간 연속적으로 주입하며, 2일 간격으로 샘플링하였다. Spiking 후 모래여과수에서는 2-MIB는 평균 135ng/L, geosmin은 평균 93ng/L로 주입된 것으로 나타났다. 실험결과, 고수온시 GAC공정에서의 100ng/L 수준의 2-MIB, geosmin을 함유한 유입수의 농도에도 불구하고 10ng/L 이상의 파과현상은 나타나지 않았으며, GAC 공정에서의 2-MIB 제거효율이 96~98%, geosmin의 제거효율은 100%로 2004년 겨울철 저수온시기에 비해 제거율이 약 40%가 상승하였다. Ozone과 GAC의 조합공정의 경우, 오존 주입량 1mg/L 주입후 2-MIB 제거효율이 83~88%의 제거효율을 나타내었으며, geosmin의 제거효율은 91~93%로 높은 제거효율을 나타내었으며, 오존처리 후 GAC 공정에서는 극미량의 맛·냄새물질도 검출되지 않았다.
상기 연구결과에서 고수온시기에 이러한 제거효율의 상승은 흡착 이외에 생물학적 분해과정(Bio-degradation)에 의한 영향이 크게 작용했음을 의미한다. 여름철 고수온시에는 미생물의 활성도가 높아, GAC에서도 생물분해에 의한 맛?냄새물질의 제거효과가 높은 것으로 판단된다. 본 연구결과를 통하여 한강원수에서 비교적 고수온기에 나타나는 geosmin의 대해서는 고농도로 유입되더라도 GAC 공정이나 Ozone+ GAC 공정 모두 충분한 대응능력이 확보됨을 알 수 있다.
3.3.3 유기물이 맛·냄새물질에 미치는 영향 고찰
Table. 2는 고수온 시기와 저수온 시기로 구분하여 맛냄새 물질인 2-MIB, geosmin 과 TOC의 제거경향을 종합적으로 정리하였다. GAC 단독공정의 경우 단순흡착이 끝나고 TOC의 제거율이 안정화되는 시기부터는 ③구간 저수온 시기에 원수 2-MIB 농도 20～30ng/L 수준(비교적 저농도)에서도 평균 50%의 낮은 제거율을 나타내었으며 ④구간 고수온시기 Spiking 실험에서는 2-MIB 100ng/L 이상에서도 95% 이상의 높은 제거율을 나타낸 것으로 볼 때, 유기물 제거율에 따른 맛·냄새물질 제거의 상관관계가 없는 것으로 볼 수 있다. 그러나 TOC의 파과곡선의 단순 흡착구간에서는 맛·냄새 물질은 NOM에 우선하여 제거되므로 파과현상이 나타나지 않는다. 즉 단순흡착구간이 끝나는 이 시점을 중심으로 겨울철 2-MIB의 유출수 농도 10ng/L를 상회할 수 있다는 점을 의미한다. 따라서 NOM은 제거목표 대상물질인 맛·냄새 물질의 흡착에 방해를 주는 물질로서, NOM으로 포화된 상태의 입상활성탄은 항상 맛·냄새제거에 불안정성을 야기한다. Pilot plant의 운전결과로서는 TOC 60% 파과 수준 즉 BV 40,000～60,000 범위 내에서 한계수질에 근접한 결과를 보였으며, 수질의 안정성 측면에서 F/A 공정이나 GAC 공정의 경우에는 입상활성탄의 재생 및 교체가 이루어지는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
3.3.4. Pilot plant에서의 오존에 의한 맛?냄새물질 제거특성
Fig. Variation of 2-MIB removal with
ozone dose in the pilot plant
Pilot plant 운전기간 동안 원수의 2-MIB(10～32ng/L)가 발생하는 기간(1～5월)동안 농도변화에 따라 오존 주입률을 계속적으로 변화시켰다. Fig. 11은 오존주입농도와 오존처리과정에서의 2-MIB의 제거율을 표시하였다. 오존주입농도는 0.5mg/L에서 2mg/L 범위대에서 운전하였는데, 오존 주입농도에 비례하여 처리효율이 증가하는 것을 알 수 있다. Fig. 56에서 알 수 있듯이 오존주입농도 1mg/L는 2-MIB의 70%이상 제거 수준이며, 오존주입농도 2mg/L은 80%이상 제거수준을 나타내고 있다. 일본의 사례에 의하면 오존공정 이후에 GAC공정이 연결되는 경우, 오존공정 단독으로는 2-MIB, geosmin 70～80% 제거율을 확보하도록 오존시설용량을 정하므로(일본 수도협회, 1999), 본 실험결과에서도 나타났듯이 오존주입용량은 최대 2mg/L으로 설계하되 유입수의 맛.냄새 물질농도에 비례하여 탄력적으로 오존주입농도를 조절하는 것이 경제적인 운전방법으로 판단된다.
4. 결론
한강원수에서 발생되고 있는 맛.냄새물질인 2-MIB와 geosmin을 제거하기 위한 고도정수처리 설계방안에 도출하기 위하여 bench-scale 실험 및 Pilot plant 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
한강원수에서는 비교적 고수온시기에 발생하는 Geosmin보다는 저수온시기에 장기간 발생하는 2-MIB 제거를 위한 고도정수처리공정 설계 및 운전조건을 설정해야 한다. 한강원수에서 맛.냄새물질을 가장 효과적으로 대응 가능한 고도정수처리 공정은 A공정, 후오존(Post-Ozonation)+GAC 으로 나타났다. 오존 주입량은 0.5～2mg/L로 유입수의 맛·냄새물질 농도에 따라 탄력적으로 운전해 나갈 수 있으며, CT를 활용한 오존처리 운전조건 설정이 가능하다. B공정인 GAC공정의 경우 맛·냄새물질 처리목표 수질 (10ng/L)에 도달하는 시점은 TOC 60% 파과 수준에 해당하며, 사용 년수로 약 2년, bed volumes 60,000에서 입상활성탄의 재생이 이루어지는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
5. 서울시 고도정수처리 도입
서울시 상수도사업본부는 본 연구결과를 바탕으로 후오존과 입상활성탄공정을 도입하기로 결정하였으며, 현재 공사가 진행 중인 영등포정수장을 비롯하여, 2013년까지 서울시 6개 정수장 모두 고도정수처리공정도입사업을 완료하여, 시민들에게 보다 맛있는 아리수를 공급할 계획이다.
참고문헌
쪾조우현, 백영애, 최영준 등, 2007, 서울시 고도정수처리 3단계 보고서, 서울특별시상수도연구원
쪾生物起因の異臭味水對策の指針, 1999, 日本水道協會
쪾Chen G, Dussert B. W. and Suet I.H., 1997, Evaluation of granular activated carbons for removal of methylisoborneol to below odor threshold concentration in drinking water. Wat. Res 31(5):1155.63.
쪾Newcombe, G., Dricas, M. and Hayes, R., 1997, Inference of characterized natural organic material on activated carbon adsorption: II. Effect on pore volume distribution and adsorption of 2-methylisoborneol, Water Res 31(5):1065.73.
쪾Thomas, E. T. G., Vernon, L. S., John, C. V., Claude, M. W., Earl, P. R., 1999, Determining GAC bed life, J. A.W.W.A, 91(8), pp. 98-110.
쪾Westerhoff, P., Rodriguez-Hernandeza, M., Bakerb, L. and Sommerfeld, M., 2005, Seasonal occurrence and degradation of 2-methylisoborneol in water supply reservoirs, Wat. Res. 39, 4899-4912
쪾Yagi, M., 2005, 35 year's history of off-flavours problems in the southern basin of the Lake Biwa, Proceeding of 7st Symposium on off-flavours, IWA
[저작권자ⓒ 이미디어. 무단전재-재배포 금지]
