수온에 따른 수돗물 잔류염소 낯춤 방안연구

김세철, 김성택, 이은숙, 조은주, 김상현, 이만호, 김복순

서울특별시 상수도연구원

요   약   문

Ⅰ. 제목

수온에 따른 수돗물 잔류염소 낮춤 방안

Ⅱ. 기간

2013. 5. 8 ~ 2013. 12. 31

Ⅲ. 근거

- 음용율 향상 연구팀 운영계획(미생물과-3148, 2013.5.8.)

Ⅳ. 목적

각종 여론 조사에 따르면 수돗물 음용율 저하의 주요인은 염소냄새에 대한 불쾌감 때문으로 나타나는 바 잔류염소농도 낮춤 방안을 모색하여 수돗물 음용율 향상에 기여하고자함

Ⅴ. 내용

시민이 직접 음용하는 수돗물의 경우 미생물학적 안전성을 담보해야 하기 때문에 항상 보수적으로 접근해야 하며 이를 달성하기 위해서는 많은 검토가 필요하다. 정수장에서 반드시 미생물의 불활성화비 달성으로 안전성을 확보해야만 되며, 안전하게 생산된 수돗물이 공급되는 동안에 미생물의 증식은 억제되어야만 한다. 본 보고서에서는 그간 시도된 바 없는 수돗물에서 수온과 미생물의 상호관계에 대한 개념을 상수도에서 도입하기 위하여 미생물의 생리적 특성을 검토하였고 이를 수도꼭지에서 잔류염소 낮추기 위한 방안과 상수도계통에서 얻어질 수 있는 부가적인 이점을 검토하였다.

Ⅵ. 결론

1) 낮은 수온기에 소독제 냄새 없는 수돗물을 제공하기 위해서는 수도꼭지에서 잔류염소기준인 0.1 mg/L을 미국의 잔류염소 기준과 유사하게 잔류염소의 흔적이 보이게 하거나, 0.05 mg/L로 하향 조정할 필요가 있다. 2016년 서울시 모든 정수장이 고도정수처리를 도입한다 하여도 2차 소독제인 염소냄새를 낮추지 않는 한 수돗물 음용율 향상에 저해요인 임은 분명하다 할 수 있다. 즉 정수장 보다는 소비자가 느끼는 수도꼭지에서의 잔류염소를 낮추어야만 된다. 하지만 현재까지 서울시에서 잔류염소를 하향 조절하는 많은 노력에도 불구하고 2010년 이래 수도꼭지에서 잔류염소 낮춤은 가시적으로 나타나고 있지 않기 때문에 정수장에서 미생물적 안전성이 확인될 경우에는 제도적으로 잔류염소 하향조정이 필요한 것으로 사료된다. 현 수도법시행규칙의 “수도꼭지의 먹는물 유리잔류염소가 항상 0.1밀리그램/리터이상이 되도록할 것”을 수온과 정수장의 불활성화비 충족여부에 따라 유리잔류염소를 흔적만 유지할 수 있도록 개정이 필요하다.

2) 미생물 증식이 억제될 수 있는 수온 10℃ 이하인 기간은 12월에서 다음해 4월까지이고 고도처리에 의한 미생물 불활성화비는 매우 높다. 우리나라 겨울철 낮은 수온을 감안하여 추가비용과 추가 시설 없이 친환경적으로 자연에 순응하면서 맛있는 수돗물을 공급할 수 있다. 정수장에서 정수처리기준으로 적합하게 생산된 동절기 수돗물은 수온이 10 ℃를 초과하지 않음에 따라 배급수계통에서 세균 재증식 억제가 가능하다.

3) 고도처리는 배급수계통에서 잔류염소 소모량을 낮추어 송수 잔류염소를 낮추어 공급할 수 있다. 2011년 영등포수계의 경우 동일한 원수를 사용하여 표준처리과 고도처리를 병행하였을 때 고도처리에서 잔류염소 소모량이 적었고 이로 인한 송수 잔류염소도 낮게 공급한 실증사례가 있다. 따라서 2016년 서울시 모든 정수장이 고도처리가 완공되는 시점에는 현재보다도 잔류염소를 낮게 송수할 수 있다고 사료된다.

4) 잔류염소가 낮아지면 인체에 위해성이 있는 소독부산물도 낮게 되어 건강한 물을 제공할 수 있다. 2005년 이래 정수장에서 송수잔류염소가 낮아지면서 수도꼭지에서 THMs도 비례적으로 낮아져왔다. 이는 잔류염소가 낮아지면 물에서 인체 위해성분도 낮아지기 때문에 시민의 건강에 도움이 되는 물을 제공하게 되는 것이다.

5) 여름철에 잔류염소를 낮추기 위해서는 AOC를 낮추는 기술이 요구된다. 서울시 표준처리된 공정 여과수의 AOC는 매우 높기 때문에 현재는 네덜란드사례 처럼 세균 증식 억제를 담보하지 못한다. 그러나 고도처리가 도입되고 최적화된 기술로 정수장이 운영되면 더욱 낮은 염소유지를 검토할 수 있을 것으로 여겨진다. 왜냐면 네덜란드와 우리나라의 기후는 비슷하여 겨울철에 수온이 5℃이하 이고 여름철에 약 20 ℃를 상회하지만 사계절이 뚜렷하다. 따라서 AOC을 10 ug/L이하로 조절이 가능할 때 수온이 높은 여름철에도 낮은 염소로 물을 공급할 수 있으리라 사료된다.

“수온에 따른 수돗물에서 잔류염소를 탄력적으로 운영하는 방안”에 대한 검토 및 활용가능성 연구는 서울시의 수돗물 수질을 세계적인 수준으로 향상시키는 계기가 될 사례로 서울시 위상을 높이는데 기여할 수 있게 될 것으로 여겨진다. 이를 실행하기 위해서는 정수장에서 생산된 수돗물이 최종 소비자에게 단시간에 공급되는 수계(서울시의 경우 광암아리수정수센타)를 우선시하여 점진적으로 확대 시행하는 방법이 현실적으로 타당하다. 따라서 환경부는 수도사업자의 요청의 의하여 수도법시행규칙 “수도꼭지의 먹는물 유리잔류염소가 항상 0.1밀리그램/리터이상이 되도록할 것”을 일정기간 법집행을 유예시켜 안전성을 검증할 수 있도록 하고, 서울시는 우선 광암아리수정수센타를 대상으로 수도꼭지 잔류염소 기준에 대한 실증확인을 거쳐 안전성이 확인될 경우 수도법시행규칙개정을 건의하고 서울시와 지자체 등에 전면시행이 바람직하다고 사료된다.

목  차

<제목 차례>

1. 서론	1

2. 수돗물 냄새 현황	2

2.1 국내	3

2.2 유럽	3

2.3 서울시 잔류염소 유지 현황	5

2.4 수처리에 따른 물맛 비교	5

3. 수질자료 분석결과 및 개선방안	6

3.1 수도꼭지 잔류염소 수질검사결과	6

3.1.1 수돗물에서 잔류염소 변화경향	6

3.1.2 잔류염소와 소독부산물	8

3.2 수처리와 미생물	9

3.2.1 정수처리와 미생물불활성화	9

3.2.2 온도, AOC 그리고 미생물의 재증식과의 관계	11

4. 맺음말	15

참고문헌	18

<표 차례>

표 1 서울시 고도처리진행 현황(천톤/일)	10

<그림 차례>

그림 1. 염소냄새와 음용률	1

그림 2. 수돗물의 맛에 관한 여론조사(김현욱, 2010)	2

그림 3. 수돗물 불신 여론조사(환경부)	2

그림 4. 정수장 송수와 수도꼭지에서 잔류염소 감소경향(‘02~’12)	4

그림 5. 고도와 표준처리에 의한 수도꼭지 잔류염소 감소경향	6

그림 6. 수도꼭지 잔류염소 변화(‘06~’09)	7

그림 7. 수도꼭지 잔류염소 변화(‘09~’13)	7

그림 8. 월별 수도꼭지 잔류염소 변화추이(‘09~13.8)	8

그림 9. 정수에서 수도꼭지까지 급수과정에 따른 잔류염소 변화(‘03~’12)	9

그림 10. 광암정수장의 바이러스와 지아디아 불활성화(염소소독기준, 2013.1~8)	10

1. 서론

정수장에서 생산된 양질의 수돗물은 최종 소비자의 수도꼭지에 이르기까지 긴 관로와 배수지, 펌프, 저수조 등 많은 배․급수시설을 거치게 되며, 이 과정에서 부분적 수질변화는 불가피하다.  배수지나 저수조, 사수지역 관로에서의 잔류염소 부족은 미생물 증식을 초래하기도 하고, 급격한 관내 수압변동이나 노후관 특성에 따라서는 탁도 상승 등 수질저하를 가져올 수 있다. 무엇보다 소비자는 자신의 수도꼭지에서 나오는 물의 냄새로 수돗물을 평가한다.

그림 . 염소냄새와 음용률

특히 수돗물 소독제로 사용하는 염소는 공급과정에서 미생물로부터 안전하도록 수도관 내에 잔류성이 있다. 염소는 전 세계적으로 폭넓게 사용되고 있으나, 소독냄새와 염소소독부산물에 의한 인체에 미치는 발암성과 관련된 염려 때문에 수돗물에 대한 소비자의 인식이 부정적으로 변화하고 있는 것으로 보고되고 수돗물 음용율 향상에 큰 저해요인으로  조사되었다(김현욱, 2010). 따라서 수도사업자가 맛있는 물을 공급하기 위해 염소농도를 낮게 하는 방안과  소독부산물의 낮추는 노력을 해야 할 것이다(그림 1).

서울시는 안전하고 깨끗한 수돗물 생산을 위하여  잔류염소 0.1~0.3 mg/L의 가이드라인을 설정하여 적정량의 염소 투입으로 소독제 냄새를 낮추려 노력하고 있다. 염소는 여름철 고온시기에 휘발하기 쉽고, 온도가 낮은 겨울철에는 휘발성이 낮다. 현재 정수장에서는 이러한 염소의 물리적 특성을 고려하여 염소농도를 적절하게 조절하고, 급수거리가 긴 수계에서는 재염소 투입 등으로 잔류염소 농도를 조절하고 있다. 미생물이 증식하기 위해서는 최적 온도와 생존 가능한 온도가 있고, 미생물의 먹이 조건으로 증식에 충분할 경우와 증식이 억제되는 경우가 있을 수 있다. 즉 미생물의 생리적 특성에 영향을 미치는 요소에 따라 미생물의 증식 속도가 달라진다. 하지만 현재 수돗물에서 미생물 증식특성과 온도를 고려한 소독제 제어 방안과 사례는 보고되어 있지 않다.

수돗물에서 수온과 미생물 증식은 불가분의 관계가 있음에 따라 수온에 따른 미생물의 생리적 특성을 배급수계통에 도입하여 화학물질 첨가없이 수돗물의 미생물 억제시스템에 대한 검토와 적용 가능성 여부를 검토 하였다.

2. 수돗물 냄새 현황

2.1 국내

2010년 우리나라 수돗물의 맛에 대한 여론조사결과(2010, 김현욱)에 의하면 수돗물에서 염소냄새가 난다(55%), 텁텁하다, 맛이 없다, 특별히 나쁜 맛은 아니다, 무슨 맛인지 모르겠다, 맛있다 순으로 응답을 하였다(그림 2).

그림 . 수돗물의 맛에 관한 여론조사(김현욱, 2010)

그림 . 수돗물 불신 여론조사(환경부, 2005)

또한 환경부 수돗물 불신 여론조사에서도 냄새와 물맛이 32%, 막연한 불안감이 45%을 차지하는 등 소비자의 관심은 매우 관능적인 요소에 민감하게 반응하고 있으며(그림 3), 2012년 월드리서치에서 서울시민이 소독냄새 때문에 수돗물을 직접 마시기가 불편하다는 보고 등을 종합하면 소독제 냄새를 낮추기 위한 적극적인 검토가 필요하다.

하지만 우리나라는 먹는물 잔류염소 수질기준을 “4.0 mg/L 이하”로 규정하고 있고, ‘수도법 시행규칙(2012.5.17.)’에서 일반수도사업자가 행하여야 할 위생상의 조치로서 ‘수도꼭지에서의 잔류염소가 항상 0.1 mg/L (결합잔류염소일 경우 0.4 mg/L) 이상이 되도록’ 명시하고 있다. 또한 병원성미생물에 의해 오염되었거나 오염될 우려가 있는 경우에는 유리잔류염소가 0.4 mg/L 이상이 되도록 하고 있다.

이러한 규정들은 상수계통을 통한 대규모 수인성 전염병을 예방하기 위한 것이지만, 최근에 ‘맛있는 물’에 대한 기대치가 높아지면서 새로운 접근이 이루어지고 있다. 즉 잔류염소가 지나치게 높을 경우 미생물 위해도는 낮지만 물맛이 나빠지고 소독부산물의 증가하여 수돗물 선호도와 신뢰도를 저하시킬 수 있어 서울시에서는 소독효과를 유지하면서 물맛을 저하시키지 않는 적정 잔류염소 범위를 0.1~0.4 mg/L로 하여 운영하고 있다.

2.2 유럽

프랑스 시민들은 일반적으로 다양한 종류의 맛과 냄새에 매우 민감하다고 알려져 있다. 근래 프랑스 정부는 강한 염소 냄새에 대한 거부감을 완화시키기 위하여 염소소독에서 오존소독으로 전환하였다. 정수장에서는 조류 등에 의한 맛, 냄새는 수처리 과정을 통과하면서 완전히 처리되어 수돗물을 그냥 마셔도 전혀 냄새가 없다고 홍보하고 있다. 프랑스의 많은 정수장들은 오존 살균을 하고 있으며, 잔류염소는 관망 내의 잔류성 유지를 위하여 소량 투입하고 있다. 송수과정에서 유리잔류염소가 0.1 mg/L 검출되도록 규정하였으나, 수도꼭지물에 대한 기준은 적용하지 않고 있다. 다만, 2차 소독제 가이드라인은 배급수에서 0.2 mg/L를 유지토록하고 있다(Definition des caracteristiques technique de, 2001).

유럽의 경우 EU directive에서 정수장에 수돗물에 대한 소독 의무를 부여하지 않을 뿐 아니라 2차 소독제도 요구하지 않는다. 다만 필요시 권장하는 수준으로 관리하고 안전성 확보를 위해 소비자의 수도꼭지에서 대장균 등을 모니터링 하도록 하고 있다. 따라서 유럽의 각국이 1차 소독과 2차 소독제에 대한 기준이나 자체기준을 규정하고 있다. 오스트리아, 덴마크, 프랑스 그리고 네덜란드는 지표수를 원수로 사용할 경우는 1차 소독을 강제하고 있으나, 지하수를 수원으로 하는 경우에는 소독을 요구하지 않는다. 벨기에, 핀란드, 이스라엘, 프랑스, 스위스 오스트리아는 송수에서 소독제가 소량 검출되도록 하고 있으나 수도꼭지에서는 소독제의 검출을 강제규정으로 하지 않고 있다. 수도꼭지에서 소독제가 검출되도록 규정한 국가는 오스트리아, 독일, 포루투칼, 스페인이며, 영국은 소량 존재하도록 하고 있으나, 일반적으로 수돗물에서 0.1~0.5 mg/L이 검출된다(DAWK, Drinking water 2012).

2.3 서울시 잔류염소 유지 현황

서울시는 2011년 제정한 『맛있는 물 가이드라인』에 잔류염소를 0.1 ~ 0.3 mg/L으로 설정하였다. 가이드라인을 설정한 다음 해인 2012년 법정수도꼭지 직수 잔류염소 검출범위는 0.10 ~ 0.60 mg/L이고 연평균 0.32 mg/L로 2011년 0.31 mg/L과 유사하였다. 이때 정수센터별 연평균은 0.30 ~ 0.33 mg/L로 전반적으로 균일화 되었으며, 환경부 맛있는 물 권고기준인 0.1 ~ 0.4 mg/L 범위 비율은 5,915점 중 5,437점인 91.9 %로 나타난 반면, 서울시 가이드라인 달성기준(0.1 ~ 0.3 mg/L)으로 평가한 맛있는 물 달성율은 42.8 %으로 차이가 많이 난다. 이는 0.3~0.4 mg/L에 해당하는 잔류염소 농도 구간이 서울시 수돗물에 매우 많이 존재함을 의미한다.

그림 . 정수센터 송수와 수도꼭지에서 잔류염소 변화추이(‘02~’12)

2002년부터 2012년까지 서울시 수도꼭지 잔류염소 추세는 2002년부터 점차 감소하였으며 2006년 수도시설의 위생관리기준이 0.2 mg/L에서  0.1 mg/L로 하향 조정됨에 따라 큰 폭으로 낮아졌다(그림 4). 이후 잔류염소를 감소시키려는 노력으로 점차 잔류염소가 낮아졌지만, 잔류염소 감소폭은 두두러지게 나타나지 못하고 있다. 서울시가 지속적으로 건강하고 맛있는 물을 공급하기 위한 노력에도 불구하고 2011년 이후 잔류염소 감소는 유사한 수준에서 감소가 정체되고 있다. 즉 서울시 건강하고 맛있는 물 가이드라인의 만족도를 낮추는 구간은 0.3~0.4 mg/L 범위로 정수장에서 0.1 mg/L 가량을 하향 조절할 수 있다면 맛있는 물 가이드라인 만족도를 상당히 높일 수 있다고 할 수 있다. 이를 위하여 미생물에 대한 안전성이 확보되도록 전제하고서, 낮은 수온에 의해 미생물 활성이 위축되어졌을 때 송수 잔류염소를 낯추는 등 탄력적으로 염소농도를 운영하는 방법데 대한 검토가 필요하다.

아울러 서울시는 2016년까지 모든 정수센터를 고도처리할 계획이 있다. 이 계획은 건강하고 맛있는 수돗물을 생산하여 공급하고자 함이었지만 부가적으로 2차 소독제 냄새도 적은 수돗물을 제공하기 위해 고도처리 시설에 의한 장점들을 최대한 활용할 수 있어야한다. 2011년에 동일 원수를 사용한 영등포정수센터의 경우, 고도처리와 표준처리하여 정수된 물을 동시에 공급한 바 있다. 이때 배급수계통에서 잔류염소소모량은 그림 5처럼 고도처리 정수는 송수잔류염소를 낮게 하여도 관말에서 표준정수처리방식과 비슷한 잔류염소가 검출되었다. 이는 서울시 모든 정수장이 고도처리가 완료되면 배급수계통에 잔류염소 소모량이 적어지기 때문에 송수잔류염소를 낮출 수 있어 잔류염소 낮춤의 기본 인프라가 완성되고 있다.

2.4 수처리에 따른 물맛 비교

맛있는 물 가이드라인 연구(김현욱, 2010)에서는 실제로 물맛을 느끼는 것과 관념적인 물맛이 일치하는지, 아니면 물 맛을 좌우하는 다른 선입견이 있는 지를 밝혀내고 시민들이 염소 냄새를 느끼는 농도와 염소가 수돗물 선호도에 얼마나 영향을 미치는지를 조사하였다. 고도정수처리하는 D시의 정수장 물보다는 수도꼭지 물을 더 선호하는 결과를 나타내었는데 이는 정수장물이 수도꼭지 물보다 선호도가 낮은 이유로 정수장 물에서 염소냄새가 더 낫기 때문이며 고도정수처리를 한 물이라도 염소냄새가 나면 표준처리한 물보다 선호하지 않는다는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 서울시가 2016년까지 모든 정수센터를 고도정수처리한다 하여도 배급수계통에서 잔류염소를 낮추지 않으면 시민들의 수돗물 선호도를 높일 수 없다고 할 수 있다.

그림 . 고도와 표준처리에 의한 수도꼭지 잔류염소 감소경향

3. 수질자료 분석결과 및 개선방안

3.1 수도꼭지 잔류염소 수질검사결과

3.1.1 수돗물에서 잔류염소 변화경향

그간 서울시에서는 『먹는 물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙(환경부 고시)』 제4조에 따라  매월 일정 개수 이상의 수도꼭지에 대해 미생물학적 수질지표 4항목(총대장균군, 대장균 또는 분원성 대장균군, 일반세균, 잔류염소)을 검사하였다.  현재 구체적인 검체수는 급수인구에 비례하여 늘어나도록 검체수 추출기준을 제시하고 있는데, 예를 들어, 서울시와 같이 급수인구가 100만명을 초과하는 경우에는 매월 기본 66지점과 3만명당 1지점 이상의 수도꼭지를 수질검사 해야 한다. 이에 따라  얻어진 잔류염소와 급수과정별 수질검사 및 수돗물평가위원회 수도꼭지검사에서 잔류염소를 대상으로 분석해보면 서울시의 잔류염소 관리흐름과 방향 그리고 향후 수도꼭지 잔류염소관리 방안을 알 수 있을 것으로 판단된다.

그림 . 수도꼭지 잔류염소 농도(‘09~’13)

그림 . 수도꼭지 잔류염소 농도(‘06~’09)

그림 . 월별 서울시 수도꼭지 잔류염소 변화(‘09~13.8)

2000년도 초반에는 정수장에서 잔류염소를 높게 공급하여 시민들이 느끼는 소독제 냄새도 높았을 것으로 추정되나 당시에는 물 공급이 우선 중시되었기 때문에 냄새에는 민감하지 않았다. 생활수준의 향상과 2006년 이후 시대적 요구에 따라 수도꼭지 잔류염소 낮춤 노력으로 잔류염소는 급격히 낮아지게 되었다(그림 6, 7). 과거 2006년에서 2009년까지 수도꼭지 잔류염소 농도와 그 빈도를 비교하면 잔류염소는 하향조정되고 비교적 균일하게 검출되는 형태로 진화하였다고 할 수 있다(그림 6). 하지만 2009년부터 2013년까지 수도꼭지의 잔류염소 검출농도 빈도의 유형은 약 5년 동안 유사 하게 나타났다(그림 7, 그림 8). 2006년 까지는 잔류염소 낯춤효과가 크게 나타났지만,  2007~2013년 사이에는 잔류염소가 낮아지는 경향이 크지 않다. 이는 잔류염소 분산 주입 등 근래 들어 추진하는 접근방법으로는 많은 소비자가 체감할 수 있는 잔류염소 저감효과를 나타내지 못할 가능이 높기 때문에 지금까지와는 다른 방법도 병행할 필요하다고 할 수 있다.

3.1.2 잔류염소와 소독부산물

‘03~’12년까지 급수과정별 수질검사에서 해마다 높은 농도의 잔류염소가 점차 낮은 양으로 조정되면서 수도꼭지의 잔류염소도 낮아졌고, 인체 발암성 염려가 있는 THMs도 공급과정에서 점차 감소하였다(한지선, 2012). 즉 정수장에서 잔류염소 투입량이 점차 감소되면서 수도꼭지에서 잔류염소도 많이 낮아지고 있다(그림 9).

일반적으로 정수처리시 소독제 농도와 소독제와 접촉시간증가에 따라 미생물 불활성화비는 높아지지만 역으로 소독부산물 생성은 많아진다. 소독부산물은 배급수계통에서 수도꼭지까지 증가하는데 이때 소독제와 반응할 수 있는 물질들이 어느 정도 존재하는 지가 매우 중요하다. 즉 배급수과정에서 AOC(assimilable organic carbon)를 포함한 천연유기물(NOM) 등의 존재가 소독제와 반응하여 잔류염소를 감소시킴과 동시에 THMs의 증가를 초래한다고 할 수 있다. 수중에서 염소와 반응하여 THMs을 생성하는 전구물질인 총유기탄소(total organic carbon; TOC)는 식물의 사체, 동물의 배설물 등이 미생물에 의해 분해되는 과정에서 생성되거나, 조류의 생성 및 사멸과정에서 대사물질로 생성되는 고분자 및 저분자 물질이며 총괄적으로 휴믹 물질(humic substance)로써(Min, 2003) 이들은 분자량에 따라 humic acid, hymatomelamic acid(Mw=10,000~200,000), 그리고 산, 염기에 가용성인 fulvic acid(Mw=200~1,000)로 나눌 수 있다. 일반적으로 humic acid는 불용성으로서 정수조작(응집, 침전)에 의해 쉽게 제거되므로 THMs 전구물질로서 문제가 되는 것은 fulvic acid로 알려져 있다(kim, 2004). 따라서 잔류염소의 감소와 소독부산물을 낮추는 것은 소독부산물 전구체의 존재 정도에 따라 달라지기 때문에 잔류염소 소모량을 줄이기 위한 새로운 수처리 방법이 모색되어져야 한다 판단된다.

그림 . 정수에서 수도꼭지까지 급수과정에 따른 잔류염소 변화(‘03~’12)

3.2 수처리와 미생물

3.2.1 정수처리와 미생물불활성화

서울시 정수장의 미생물 불활성화비는 정수처리기준에 따라 적합하게 운영되고 있다. 특히 광암정수장의 미생물 불활성화비는 후염소 소독만 고려하여도 매우 높다. 고도처리를 도입한 2013년 1~8월까지 후염소만으로도 바이러스 불활성화비는 최소 11.57과 지아디아 불활성화비 최소 1.86을 나타내는 등 미생물학적 안전한 물임이 확인되었지만 오존처리 시설을 보강하여 맛있고 신선한 물을 공급할 여건이 조성되었다(그림 10, 표 1). 2010년 영등포정수장을 시작으로 2016년 암사와 뚝도정수장까지 6개 모든 정수장 모두가 고도처리토록 계획되어 있다. 즉 오존처리와 염소소독으로 미생물에 대한 불활성화비가 월등하게 충족된 맛있는 물 공급을 위한 시설기반이 조성된다(표 1).

그림 . 광암정수장의 바이러스와 지아디아 불활성화비(염소소독기준, 2013.1~8)

표 1. 서울시 고도처리진행 현황(천톤/일)

정수센타		설계용량	생산용량 (고도용량)	‘06	‘07	‘08	‘09	‘10	‘11	‘12	‘13	‘14	‘15	‘16
영등포	# 2	300	225
	# 1	300	225
광암		400	250
강북		1000	950
구의		500	450
암사		1600	1100
뚝도		750	600
계		4850	3800

최초로 정수처리기준을 도입하여 미생물의 불활성화비와 탁도 등을 관리하는 미국의 먹는 물의 미생물기준으로는 총대장균군법(Total Coliforms Rule)에 기초한 총대장균군이 있으며 총대장균군 양성인 시료에 대해서는 분원성 대장균군 또는 대장균여부를 확인해야 하고, 총대장균군은 수도꼭지 월 검체수의 5%까지는 100 mL당 양성검출이 허용되지만, 분원성 대장균군이나 대장균은 100mL에서 불검출되어야 한다. 중온일반세균(Heterotrophic Plate Count)은 최대허용농도(MCLG)가 정해져 있지는 않지만, 정수처리기준으로써 500 CFU/mL 이하로 규제하고 있다. 바이러스와 지아디아 람블리아, 레지오넬라는 『지표수처리법(Surface Water Treatment Rule)』에서 정하고 있는데, 바이러스는 최소 99.99% 이상을, 지아디아 람블리아는 99.9% 이상을 제거 또는 불활성화하여야 하며, 이를 달성할 경우 레지오넬라 MCLG = 0 도 충분히 달성 될 수 있다고 본다.

3.2.2 온도, AOC 그리고 미생물 재증식과의 관계

우리나라와 미국 등을 포함한 다수의 국가들에서 전통적으로 1차 소독제 또는 2차 소독제로 염소를 사용하는 것은 상수도에서 변하지 않는 도그마로 인식되어져왔다. 비록 일부 나라들이 다양한 형태의 소독제를 사용하기도 하지만 현재도 염소는 미생물 불활성화와 억제에 가장 널리 사용되고 있다. 서울시의 경우 최근 수돗물에 대한 기대치가 높아졌으며, 염소 소독부산물인 THMs의 인체위해성 등이 대두됨에 따라 점차 염소농도를 낮아지게 유지하고 있다. 수도꼭지에서 수도법시행규칙에서 정한 0.1 mg/L을 유지하기 위해 정수장에서 송수잔류염소를 조정하여 공급하고 있다. 그간 정수장의 송수잔류염소 운영은 배급수관에서 세균 등이 증식할 것을 우려하여 수온이 높은 여름철에는 겨울철에 비하여 잔류염소를 높게 유지하면서 수도꼭지에서 법적기준을 맞추고자 하였고, 수온이 낮은 동절기에는 송수잔류염소를 여름철보다 비교적 낮게 유지하였다. 그럼에도 동절기에 배급수관 및 급수시설에서 잔류염소 소모량 및 휘발량이 적어 수도꼭지에서 잔류염소가 여름철보다 겨울철에 높게 검출되는 경향을 나타내었다(그림 8). 또한 수온이 상승하면 소독부산물의 생성량은 증가한다. THMs은 여름에 농도가 가장 높고, 겨울에는 가장 낮다. 수온이 증가함에 따라 소독부산물 형성능(DBPFP, disinfection byproducts formation potential)는 지속적으로 증가하고, 소독부산물 중 THMFP(trihalomethanes formation potential)는 수온이 10 ℃까지는 서서히 증가하나, 10 ℃ 이상에서는 수온이 상승함에 따라 생성량이 급격히 증가한다. 또한, HAAFP (haloacetic acid formation potential) 역시 수온이 상승하면서 생성량이 지속적으로 증가한다(Min 2004). 즉 수도꼭지 수돗물에서 THMs의 온도에 따른 특성의 고려가 미흡하고, 미생물 재증식에 따른 위험성이 높은 여름철보다 수온이 낮아 미생물 증식이 억제되어 미생물적 위험성이 낮은 겨울철에 잔류염소가 높게되는 기현상이 나타나고 있다. 따라서 동절기에 잔류염소를 현재 보다 낮추어야 된다고 할 수 있고, 낮출 여지가 많이 있음을 알 수 있다.

McFeters G.A.(1990) 등은 배급수과정에서 세균 재증식이 이루어지지만 상수도에서 미생물 생장에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 온도와 먹이이기 때문에 이를 적절히 통제하면 비록 소독제가 적게 공급된다 하여도 미생물을 제어 할 수 있다고 하였다. 또한 LeChevallier 등(1990)에 의하면 미생물의 먹이와 잔류염소 그리고 총대장균군의 상호관계에서 수돗물에 AOC가 50 ug/L 이하에서 잔류염소가 없어도 총대장균군의 생장이 제한되며, AOC가 50~100 ug/L 범위에서 잔류염소가 있을 경우 총대장균군의 생장을 제한할 수 있다고 보고하였다. Servais 등도 잔류염소가 없고 수돗물 온도가 15℃ 이하에서 BDOC 농도가 150 ug/L 이하로 유지하면 총대장균군이 증식하지 못한다고 하였다. 즉 AOC나 BDOC 등 미생물의 먹이 함유농도에 따라 세균의 제어가 가능하다고 판단된다.

네덜란드의 경우 현재 잔류소독제를 전혀 사용하지 않고 배급수시스템에서 미생물을 제어한다. 이는 미생물의 먹이인 AOC를 수돗물에서 효과적으로 제거하기 때문으로 배급수계통에서 AOC를 10 ug/L 이하로 제어하여 미생물이 증식을 못할 환경을 조성하여 2차 소독 없는 무염소로 수돗물을 공급한다(van der kooij et al., 1982). 이로 인하여 소독냄새 없는 수돗물 공급이 가능해졌으며 THMs도 생성시키지 않음에 따라 시민 만족도가 높은 수돗물을 공급하고 있다. 2006년 이후 전국이 완전히 염소를 투입하지 않고 네덜란드인 95%가 수돗물 수질과 안전성에 대해 무한한 신뢰를 하고 있다(Vewin, 2008). 즉 네덜란드의 경우 지하수를 많이 사용하기도 하지만, 수처리기술과 고도처리의 적절한 결합으로 수돗물에서 AOC를 억제하여 배급수에서 무염소시스템을 운영하고 있다.

서울의 AOC수준은 표준처리된 여과수에서 보통 100 ug/L를 초과하고, 건기에는 300 ug/L를 초과한다(Choi. 2010). 이처럼 수돗물에서 높은 AOC는 급수과정에서 미생물 증식과 관련된 생물학적 안정성 관리에 매우 조심스럽다 할 수 있다. 즉 서울의 수돗물은 네덜란드에 비하여 미생물의 먹이가 매우 높기 때문에 정수장에서 안전하게 생산된 수돗물이 공급과정에서 세균증식 등으로 수질을 왜곡할 소지가 있다고 판단된다. 따라서 서울시 정수장 모두가 고도처리가 이루어진다 하여도 높은 수온기에 미생물 증식을 억제할 수 있는 AOC 제어에 관한 수처리기술 개발이 필요하며 염소 낮춤 또는 무염소 맛냄새 제거기술도 검토되어야 한다.

수온은 배급수계통에서 세균증식의 가장 중요한 요소이며 특히 15 ℃ 이상에서 세균의 성장은 현저하게 증가한다(LeChevallier, 1990). 또한 Fransolet et al., (1985)는 수온이 미생물의 성장률뿐만 아니라 대수성장과 세포성장량에 영향을 미친다고 하였다. 겨울철 낮은 수온이 유지될 경우 배급수시스템에서 세균 들이 재성장하기 전에 가정까지 공급하는 주기가 완성될 것이다. 또한 20 ℃ 이하에서는 대장균의 증식도 매우 느리게 한다(<0.1 division per hour). 즉 세균이 증식하려면 10시간이 지나야 1배가 증가됨으로써, 서울시 수계중 가장 짧은 광암 수계처럼 정수장에서 최종소비자까지 도달하는데 10시간 정도 소요될 경우, 설사 정수장에서 세균이 있었다 하더라도 관말에서 2배로 증가하기 어렵다고 볼 수 있다. 또한 좀 더 보수적으로 접근할 경우,  수온 5 ℃ 이하에서 미생물 증식은 더욱 어렵다 할 수 있다. 배급수계통에서 대부분의 총대장균군은 수온이 높은 여름과 가을에 검출되며 저수온기에 미생물의 재성장이 억제된다(TECHNEAU, 2007). 즉 정수장에서 적절한 정수처리로 미생물 불활성화비를 만족할 경우 배급수계통에서 수온이 낮은 겨울철에 2차 소독제의 농도를 낮게 유지할 수 있으며 이에 대한 적극적인 검토가 필요하다.

무엇보다도 배급수관에서 잔류염소를 낮게 유지하면 소독제(염소)냄새 없는 맛있는 수돗물 공급으로 ①음용율이 높아질 수 있으며 ②소독부산물생성이 상대적으로 낮아져서 수돗물에서 인체위해물질이 낮아지고 ③ 정수장에서 염소투입량이 감소하여 소독제 사용량이 절감될 수 있고 ④ 높은 농도의 소독제 때문에 배급수관 부식을 억제하여 배수관 사용 수명을 연장하므로 경제적으로 큰 이익을 얻을 수 있다. 서울시 정수장 현장에 적용하기 위해서는 미생물 불활성화비가 높고, 정수 공급수계가 짧아서 미생물 재증식에 대한 염려가 최대한 배제된 광암정수장 수계 등을 신중히 선택하여 수온이 낮은 시기부터 잔류염소 낯춤방안을 시범 적용하여야 될 것으로 사료된다.

4. 맺음말

그간 서울시 수돗물은 수량 확대뿐만 아니라 수질도 비약적으로 향상되었다. 이때 미생물로부터 안전성을 확보하기 위해 염소 소독은 변함없는 과정 중의 하나였고 수도꼭지에서 잔류염소 수질기준을 달성하기 위해 노력하는 일은 쉬운 일이 아니었을 것이다. 서울시는 고도정수처리를 전면 도입하고 맛냄새가 없는 맛있는 물을 공급을 위해 노력하고 있지만 수도꼭지에서 잔류염소 냄새는 여전히 시민들이 체감할 수 있는 수준으로 불쾌감을 주고 있다. 본보고서는 세계적으로 유래를 찾아볼 수 없는 방법으로 잔류소독제의 냄새를 낮출 수 있는 방법을 검토하여 제안하고자 한다.

2013.5.8일 이후로 상수도연구원 수질연구부 미생물과 주관 ‘음용율 향상 연구팀의 잔류염소 탄력적운용 방안’에 대한 접근은 본 팀에 참여해온 담당자들의 노력에 힘입은 것이다. 그간 검토결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 낮은 수온기에 소독제 냄새 없는 수돗물을 제공하기 위해서는 수도꼭지에서 잔류염소기준인 0.1 mg/L을 미국의 잔류염소 기준과 유사하게 잔류염소의 흔적이 보이게 하거나, 0.05 mg/L로 하향 조정할 필요가 있다. 2016년 서울시 모든 정수장이 고도정수처리를 도입한다 하여도 2차 소독제인 염소냄새를 낮추지 않는 한 수돗물 음용율 향상에 저해요인 임은 분명하다 할 수 있다. 즉 정수장 보다는 소비자가 느끼는 수도꼭지에서의 잔류염소를 낮추어야만 된다. 하지만 현재까지 서울시에서 잔류염소를 하향 조절하는 많은 노력에도 불구하고 2010년 이래 수도꼭지에서 잔류염소 낮춤은 가시적으로 나타나고 있지 않기 때문에 정수장에서 미생물적 안전성이 확인될 경우에는 제도적으로 잔류염소 하향조정이 필요한 것으로 사료된다. 현 수도법시행규칙의 “수도꼭지의 먹는물 유리잔류염소가 항상 0.1밀리그램/리터이상이 되도록할 것”을 수온과 정수장의 불활성화비 충족여부에 따라 유리잔류염소를 흔적만 유지할 수 있도록 개정이 필요하다.

2) 미생물 증식이 억제될 수 있는 수온 10℃ 이하인 기간은 12월에서 다음해 4월까지이고 고도처리에 의한 미생물 불활성화비는 매우 높다. 우리나라 겨울철 낮은 수온을 감안하여 추가비용과 추가 시설 없이 친환경적으로 자연에 순응하면서 맛있는 수돗물을 공급할 수 있다. 정수장에서 정수처리기준으로 적합하게 생산된 동절기 수돗물은 수온이 10 ℃를 초과하지 않음에 따라 배급수계통에서 세균 재증식 억제가 가능하다.

3) 고도처리는 배급수계통에서 잔류염소 소모량을 낮추어 송수 잔류염소를 낮추어 공급할 수 있다. 2011년 영등포수계의 경우 동일한 원수를 사용하여 표준처리과 고도처리를 병행하였을 때 고도처리에서 잔류염소 소모량이 적었고 이로 인한 송수 잔류염소도 낮게 공급한 실증사례가 있다. 따라서 2016년 서울시 모든 정수장이 고도처리가 완공되는 시점에는 현재보다도 잔류염소를 낮게 송수할 수 있다고 사료된다.

4) 잔류염소가 낮아지면 인체에 위해성이 있는 소독부산물도 낮게 되어 건강한 물을 제공할 수 있다. 2005년 이래 정수장에서 송수잔류염소가 낮아지면서 수도꼭지에서 THMs도 비례적으로 낮아져왔다. 이는 잔류염소가 낮아지면 물에서 인체 위해성분도 낮아지기 때문에 시민의 건강에 도움이 되는 물을 제공하게 되는 것이다.

5) 여름철에 잔류염소를 낮추기 위해서는 AOC를 낮추는 기술이 요구된다. 서울시 표준처리된 공정 여과수의 AOC는 매우 높기 때문에 현재는 네덜란드사례 처럼 세균 증식 억제를 담보하지 못한다. 그러나 고도처리가 도입되고 최적화된 기술로 정수장이 운영되면 더욱 낮은 염소유지를 검토할 수 있을 것으로 여겨진다. 왜냐면 네덜란드와 우리나라의 기후는 비슷하여 겨울철에 수온이 5℃이하 이고 여름철에 약 20 ℃를 상회하지만 사계절이 뚜렷하다. 따라서 AOC을 10 ug/L이하로 조절이 가능할 때 수온이 높은 여름철에도 낮은 염소로 물을 공급할 수 있으리라 사료된다.

“수온에 따른 수돗물에서 잔류염소를 탄력적으로 운영하는 방안”에 대한 검토 및 활용가능성 연구는 서울시의 수돗물 수질을 세계적인 수준으로 향상시키는 계기가 될 사례로 서울시 위상을 높이는데 기여할 수 있게 될 것으로 여겨진다. 이를 실행하기 위해서는 정수장에서 생산된 수돗물이 최종 소비자에게 단시간에 공급되는 수계(서울시의 경우 광암아리수정수센타)를 우선시하여 점진적으로 확대 시행하는 방법이 현실적으로 타당하다. 따라서 환경부는 수도사업자의 요청의 의하여 수도법시행규칙 “수도꼭지의 먹는물 유리잔류염소가 항상 0.1밀리그램/리터이상이 되도록할 것”을 일정기간 법집행을 유예시켜 안전성을 검증할 수 있도록 하고, 서울시는 우선 광암아리수정수센타를 대상으로 수도꼭지 잔류염소 기준에 대한 실증확인을 거쳐 안전성이 확인될 경우 수도법시행규칙개정을 건의하고 서울시와 지자체 등에 전면시행이 바람직하다고 사료된다.

참고문헌

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한지선, 2012, 아리수수질조사분석보고서

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McFeters G.A., (1990). Enumeration, occurrence and significance of injured indicator bacteria in drinking water. In: G.A. McFeters, Editor, Drinking Water Microbiology: Progress and Recent Developments, Springer-Verlag, New York, 478–492.

Kim, H. S., “Characterization of Dissolved Organic Matter in Water Treatment Processes for Han River Water,” Ph.D. Dissertation, The University of Seoul, Seoul, Korea(2004).

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P. Servais, G. Billen, P. Laurent, Y. Levi, G. Randon 1992. Etude la dynamique du CODB et des bacteries dans le reseau de distribution de la banlieue nord de Paris