차아염소산나트륨 관련 소독부산물 저감방안

Studying on the control of drinking water disinfection by-products from sodium hypochlorite

이호원·최연규·임희아·이만호·최영준

Lee Howon·Choi Yonkyu·Lim Huia·Lee Manho·Youngjun Choi

서울시 상수도연구원 수도연구부 재료연구과

1. Introduction

영등포정수센터는 막여과공정의 화학세정에 차아염소산나트륨을 사용하고 있으며, 이로 인하여 무기소독부산물인 브로메이트가 정량한계 수준이하로 미량 검출된 사례가 있었다(1). 현재 서울시 정수처리공정에서는 차아염소산나트륨을 막여과공정의 화학세정에서만 사용하고 있지만, 향후 배수지와 가압장에 설치된 현장제조염소 설비 고장이나 비상시 대체소독제로 차아염소산나트륨을 사용할 가능성이 있음에 따라 차아염소산나트륨에 의해 생성되는 무기소독부산물에 대한 선제적 연구를 통하여 안전한 수돗물 공급에 기여하고자 한다.

2. Materials and Methods

국내에서 사용하는 차아염소산나트륨 4종에 대하여 무기소독부산물을 분석하였다. 서울시 정수센터 및 물재생센터에서 사용하는 차아염소산나트륨 2종과 국내 수처리제 제조업으로 등록된 제조업체의 차아염소산나트륨 2종을 각각 사용하여 모래여과수에 유리잔류염소가 1.0 ㎎/L가 되도록 주입하였으며, 120분 동안 접촉 후 클로라이트, 클로레이트, 브로메이트, 퍼클로레이트를 분석하였다. 또한, 차아염소산나트륨에 의해 발생되는 무기소독부산물 저감을 위하여 차아염소산나트륨의 원료(가성소다, 염소)와 보관방법에 대하여 조사하였다.

3. Results and Discussion

차아염소산나트륨 4종에 대한 무기소독부산물 분석결과는 Table 1과 같이 모두 수질기준을 만족하였다.

Table . 차아염소산나트륨 4종을 유리잔류염소 기준 1 mg/L 주입시 무기소독부산물 분석결과(Lab Test)

분석항목	수질기준(㎎/L)	A 사(보관)	A 사	B 사(보관)	C 사
클로라이트	0.700 이하	불검출	불검출	불검출	불검출
클로레이트	0.700 이하	0.083	불검출	불검출	불검출
브로메이트	0.010 이하	0.001	불검출	0.001	불검출
퍼클로레이트	0.015 이하	불검출	불검출	불검출	불검출

정수센터 및 물재생센터에서 보관 중이던 A, B 사의 차아염소산나트륨 처리수에서 브로메이트가 수질기준의 10 %인 0.001 ㎎/L 검출되었고, 클로레이트는 정수센터에서 보관 중이던 A사 차아염소산나트륨 처리수에서만 수질기준의 약 12 %인 0.083 ㎎/L가 검출되었다.

차아염소산나트륨에 의해 발생되는 무기소독부산물은 원료인 가성소다(NaOH)와 염소(Cl2)의 적절한 선택을 통하여 저감할 수 있다. 가성소다와 염소의 생산방법은 Diaphragm cell, Membrane cell, Mercury cell 방법이 있다. 소금에 존재하는 브로마이드는 생산방법에 따라 가성소다(NaOH)와 염소(Cl2)에 Table 2와 같이 다르게 분포된다(2).

Table . 제조방법 별 가성소다(NaOH)와 염소(Cl2)의 브로마이드의 분포 비율

제조방법	Cl2	NaOH
Diaphragm cell	20 % 브로마이드	80 % 브로마이드
Membrane cell	80 % 브로마이드	20 % 브로마이드
Mercury cell	80 % 브로마이드	20 % 브로마이드

따라서 Membrane cell 또는 Mercury cell 제조방법에 의해 생산된 가성소다와 Diaphragm cell 제조방법에 의해 생산된 염소를 선택하여 차아염소산나트륨을 제조할 경우 브로메이트 생성을 최소화 할 수 있다. 그러나 국내 가성소다와 염소 제조회사들은 Membrane cell 방법을 사용하고 있기 때문에 원료의 선택을 통하여 브로메이트 생성 최소화에는 어려움이 있을 것으로 보인다.

차아염소산나트륨 분해에 영향을 미치는 인자(유효염소 농도, 온도, pH, 햇빛, 전이금속)를 제어하면 처리수에서 무기소독부산물을 최소화할 수 있다. 차아염소산나트륨의 분해속도는 동일 온도조건에서는 저농도 차아염소산나트륨이 고농도 차아염소산나트륨에 비해 분해속도가 약 3.8 ~ 5.5배 낮았으며, 보관 온도 15 ℃에서는 35 ℃ 보다 분해속도가 약 14.0 ~ 18.2배 감소하였다고 보고된 바 있다(3). The Chlorine Institute(2006) 연구결과에 의하면 pH, 햇빛, 전이금속도 차아염소산나트륨 분해에 영향을 미치는 중요인자로 보고하였다. 차아염소산나트륨은 pH 11.9 ~ 13.0일 때 가장 안정적이며, 햇빛(자외선) 노출을 최소화하고 전이금속(Ni2+, Cu2+, Co2+) 오염을 최소화하면 차아염소산나트륨의 분해를 최소화할 수 있는 것으로 알려져 있다(4).

4. Conclusion

① 국내에 시판되어 사용 중인 4종의 차아염소산나트륨 처리수에 대한 무기소독부산물인 클로라이트, 클로레이트, 브로메이트, 퍼클로레이트 분석결과 모두 수질기준을 만족하였음

② 국내에서는 차아염소산나트륨의 원료(가성소다, 염소)를 Membrane cell 방법으로만 생산하고 있기 때문에 원료 선택을 통한 브로메이트 저감은 한계가 있음

③ 차아염소산나트륨의 분해를 최소화하기 위해서 가능한 소량씩 구입하여 짧은 기간 내에 사용하고, 보관시 pH 11.9 ~ 13.0 범위에서 희석하여 냉암소에 보관하고, 배관, 펌프, 저장탱크 등으로부터 전이금속 오염을 최소화하면 무기소독부산물인 클로레이트 생성을 최소화할 수 있을 것으로 사료됨

Acknowledgement

본 연구는 서울시 상수도연구원 연구과제 수행의 일부분을 발췌하여 작성한 것으로 연구를 위해 도와주신 서울시와 서울시 상수도연구원 관계자 여러분께 감사드립니다.

References

서울특별시 상수도연구원, 2009~2013, 아리수 수질분석보고서 서울시 감시항목 수질검사

2. Odyssey Manufacturing Co., 2012, Sodium Hypochlorite: General Information for the Consumer, p9-10

3. Powell Fabrication & Manufacturing Inc, 2002, Sodium Hypochlorite General Information Handbook, p7

4. The Chlorine Institute, 2006, Pamphlet 96 Sodium Hypochlorite Manual, p10-11