문서번호	전략연구과-4169
결재일자	2021. 6. 16.
공개여부	대시민공개
방침번호

		시 민
	전략연구과장	미래전략연구센터장
나일호	김상은	06/16 차동훈

“아리수는 오늘도 당신의 삶 과 함께 합니다!”

미국수도협회 온라인 세미나 (AWWA Webinar) 참가 결과 보고

2021. 6.

서울물연구원

(전략연구과)

미국수도협회 온라인 세미나
(AWWA Webinar) 참가 결과 보고

Ⅰ		온라인 세미나 개요

□ 주관기관: 미국 수도협회(AWWA)

□ 개최일시: 2021. 5. 5.

□ 참여방법: 인터넷을 통한 온라인 세미나 참가

□ 주   제: 정수장‧배수계통에서 망간 관리에 대한 연구

(Exploring Manganese Management:

Plant and Distribution Systems Research Webinar)

순 서	제 목	발표자
주제 1	Overview of Manganese in Drinking Water: Chemistry, Treatment, and Impact on Distribution Systems	Phil Brandhuber
주제 2	Emerging Manganese Issues: Completed Water Research Foundation Research and Current Research Needs	Jonathan Cuppett
주제 3	Beyond the Point-of-Entry: Legacy Manganese Accumulation Risks and Control Strategies	Andrew Hill
주제 4	Treating Manganese with Iron: A Novel Approach Using Ferrate	Joseph Goodwill

Ⅱ		세미나 주요 내용

□ 주제 1

○ 제  목: Overview of Manganese in Drinking Water: Chemistry, Treatment, and Impact on Distribution Systems

○ 발표자: Phil Brandhuber

(☞ President, Brandhuber Water Quality & Treatment)

○ 주요내용

망간의 문제점

· 흑갈색 침전물 발생하여 수도꼭지로 배출

· 과다 섭취시 IQ 저하, 문제 행동 발생 가능성 증가

망간 규제 환경

기관	유형	기준(mg/L)
US EPA	최대 오염 허용 기준(MCL)	없음
	2차 최대 오염 허용기준(SMCL)	0.05
	성인 건강 주의농도(Lifetime HA)	0.3
	1일, 10일 성인 건강 주의 농도(HA)	1.0
	10일 어린이 건강 주의 농도(HA)	0.3
Health Canada	최대 허용 농도(MAC)	0.12
	심미적 목표 농도	0.02
WHO	심미적 가이드라인	0.05
	건강 가이드라인	0.08
환경부	먹는물 법정 수질기준(수돗물)	0.05

※국내 먹는물 기준: 수돗물의 경우 0.05mg/L로 미국 기준(SMCL)과 동일하고, 먹는물 기준은 0.3mg/L로 Lifetime HA기준과 동일

※MCL: 먹는물에서 허용되는 최대 오염 기준으로 소독제, 소독부산물, 유기물, 무기물, 미생물, 방사능물질에 대한 필수 수질 기준을 규정함

※SMCL: MCL에 포함되지 않은 비필수 수질기준으로 주로 심미적 영향물질에 해당됨

※HA: 먹는물에서 인체에 영향을 끼치는 화학적 물질의 허용 기준

망간의 화학적 특성

· 지표수 및 지하수에 주로 나타남

· 망간의 2가지 주요 산화상태

□ Mn(Ⅱ)MnO: 용해상태로 존재하여 시각적으로 확인하기 어려움(용해성 망간)

□ Mn(Ⅳ)MnO2: 불용성상태로 존재하여 시각적으로 확인 가능(입자성 망간)

· 망간의 주요 특성

□ 산화전위(Eh)와 pH에 따라 망간의 산화상태(MnO, MnO2)가 결정되기 쉬움

□ 산화율이 산화물질(Oxidant)에 따라 변함

□ 주로 노출표면에 침전

<Eh·pH에 따른 망간의 형태>

□ 무기물질에 대한 높은 흡수·흡착성을 지님

산화전위와 pH에 따른 망간의 형태

· 입자성 망간으로 존재하는 경우

□ 산화전위(Eh) 또는 pH 높음

· 용해성 망간으로 존재하는 경우

□ 산화전위(Eh) 또는 pH 낮음

망간 처리 방법

· 용해성 망간: 생물학적 산화법, MnOx에 흡착, 망간산화 촉매제, 화학적 산화법

· 입자성 망간: 응집, 침전을 통한 망간 입자 제거

망간 산화제의 특성 비교

산화제	특징
KMnO4	망간산화 빠름(수 초) 쉽지만 과다투여 되기 쉬움
ClO2	망간산화 빠름(수 초) 현장 생산 아염소산염 형성에 의해 제한된 투여
O3	망간산화 빠름(수 초) 현장 생산 낮은 망간수준에 도달할 수 없음
HOCl/OCl-	망간산화 느림(수 분~시간) 배수계통 산화
Oxygen	망간산화 느림(수 일) 배수계통 산화

배수계통에서의 레거시 망간(관에 가라앉아 들러붙은 망간) 특징

· 많은 양의 망간이 배수계통에 침착될 수 있음

· 배수계통에서 부식 안정성에 영향을 줌

· 혼탁수 발생 가능성이 있음

· 망간과 결합한 규제 금속물질의 노출 가능성이 있음

□ 주제 2

○ 제  목: Emerging Manganese Issues: Completed Water Research Foundation Research and Current Research Needs

○ 발표자: Jonathan Cuppett

(☞ Research Program Manager, Water Research Foundation)

○ 주요내용

Water Research Foundation(WRF)의 망간 관련 프로젝트

· 1987년도부터 연구한 망간관련 내용을 바이오필터, 배수계통, 제거방법으로 분류하여 각각의 프로젝트를 간략히 설명

바이오필터 관련 프로젝트

· Optimizing Biofiltration for improved Manganese Control under Winter Conditions-#4749

□ 차가운 수온(15이하)에서 바이오필터를 통한 용해성망간의 제거효율이 감소됨

□ 전달특성영향, 수질, 공탑접촉시간(EBCT)등이 평가됨

· Biofilter Conversion Guidance Manual-#4496

□ 바이오필터 효율성에 영향을 주는 요소 설명

□온도, 수질

□매개체의 종류와 특성

□오염물질의 공존

□공탑접촉시간(Empty Bed Contact Time)

· Optimizing Filter Conditions For Improver Manganese Control During Conversion to Biofiltration-#4448

□ 생물학적 여과법으로의 전환시 고려사항 설명

□망간제거 성능

□유압 성능

□바이오필터에서 미생물의 활동성

□전체적인 과정 통합과 경제성 평가

배수계통 망간 관련 프로젝트

· Legacy of Manganese Accumulation in Water Systems-#4314

□ 시설물 자체평가

□배수계통에 망간이 유입 및 축적이 되었는가?

□망간 축적을 완화하기 위한 적절한 조치들인가?

□배수계통에서 망간 유출된 증거가 있는가?

□ 결론 및 권고사항

□배수계통의 망간 최소화

□배수계통으로의 망간유입의 원천 최소화

□배수계통의 물리적 수력 파괴 최소화

망간 관련 필요한 미래연구

· 건강에 대한 영향 재논의

□ EPA 건강 권고(HA), 2차 최대오염 허용기준(SMCL)

□ 캐나다 최대오염허용량, 심미적 목표농도

· 배수계통과의 상호작용

□ 축적, 유출, 수질에의 영향

· 수도꼭지에서의 망간 농도

□ 주제 3

○ 제  목: Beyond the Point-of-Entry: Legacy Manganese Accumulation Risks and Control Strategies

○ 발표자: Andrew Hill

(☞ Senior Project Manager, Confluence Engineering Group LLC)

○ 주요내용

연구 목적

· 배수계통에서 망간 축적의 위험성

· 레거시망간의 안정성에 영향을 미치는 화학적 요소

· 레거시망간의 위험성을 이해·완화하기 위한 시설물 안내

※레거시망간: 관에 흡착하여 들러붙은 망간

<UDF 전후 망간 농도 비교>

일상조건에서 망간유출 특징

· 배수계통의 수압변동 때문

· 예측이 어려움

· 대체로 감지되지 않음

· 단방향플러싱(Unidirectional flushing)이 유압에 의한 망간 유출을 예방

<배관내 망간 흡착 사진(레거시 망간)>

망간과 금속의 상호 축적

· 고체 망간은 금속 오염물에 높은 흡착성을 지님(납)

· 흡착성 용량 비교

□ 망간 1mg당 납 10~100ug 흡착

□ 철 1mg당 비소 1~10ug 흡착

· 흡착된 금속의 상호 유출 위험성 증가

망간 유출 메커니즘

	수력학적	화학적
망간 유출 형태	고체성입자 변색된 물을 소비자가 알기 쉬움	용해성 또는 혼합상태 망간유출의 색변화가 적음 (노출 위험성)
영향의 범위	지역적임 지속시간 짧음 플러싱으로 완화됨	보다 넓게 퍼짐 지속시간 긺 수개월간 지속 가능 (완화되기 어려움)

레거시 망간의 위험성 요인

· 화학적 위험성 요인

□ 산화환원전위(ORP)의 변동(자유염소~0.4mg/L)

□ 낮은 pH

□ 낮은 용존무기탄소

□ 높은 황산(Sulfate)

· 불안정화 위험성 요인

□ 새로운 원천(source)으로 전환 또는 추가

□ 오염물 형태와 잔여물 농도의 변화

□ 처리과정의 변화

시설물 평가와 제어 전략

· 레거시 망간 축적 평가

□ 관 침전물 수집 및 분석

□ 배수계통 수질 감시

□ 안정도 평가를 위한 관 실험

· 배수계통 화학적 안정화 유지

□ 잔여오염물 목표 유지

· 관 세척을 통한 침착된 망간의 제거

□ 단방향플러싱(Unidirectional flushing): 밸브조절로 유속을 높여 관을 세척하는 기술

□ Foam swabbing: 스펀지 재질의 물체를 관내 주행시켜 관을 세척하는 기술

<Foam Swabbing 전·중·후 관련 사진>

Flushing의 문제점

·4회의 UDF 이후 4회의 Foam swabbing을 시행

□ UDF 시행 후 망간이 제거된 것으로 보이나 이후 Foam swabbing에서 훨씬 많은 양의 망간이 유출됨

<4회 UDF시행 후 망간제거량(blue)과

4회 swabbing 시행 후 망간제거량(beige)>

<4회 UDF시행 후 채수된 물(아래)과

4회 swabbing 시행 후 채수된 물(위)>

요약

· 레거시 망간 축적과 유출은

□ 수도꼭지에서 망간유출을 불러옴

□ 납이나 다른 금속의 상호 축적·유출시킴

□ 급성노출이나 건강위험성을 일으킴

· 레거시망간 침전물은

□ 플러싱으로는 효율적으로 제거되지 않음

□ 화학적변화로 배관내에 침착되기 쉬움(응집/침전)

· 시설물은

□ 배수계통의 레거시망간을 평가해야 함

□ 향후 망간축적을 최소화하기 위해 0.02mg/L 이하로 유지해야 함

□ 주제 4

○ 제  목: Treating Manganese with Iron: A Novel Approach Using Ferrate

○ 발표자: Joseph Goodwill

(☞ Assistant Professor, University of Rhode Island)

○ 주요내용

철(Ferrate)의 새로운 접근: Fe(Ⅵ)

· Potassium ferrate(K2FeO4 or Na2FeO4)

· 강한 산화력

· 살균제, 응집제, 흡수성

· 많은 양이온 교환용량

화학양론(Stoichiometry) 결과

· 망간 1mg/L 당 철 1.45mg/L이 반응

· 천연유기물질(NOM)에 의한 영향이 제한적임

요약

· 빠른 반응속도, 적은 천연유기물질(NOM) 영향

· K2FeO4 의 안정성, 살균제 기능

Ⅲ		보고자 의견

○ 수돗물에서 공급시 발생할 수 있는 망간의 발생 과정, 문제점, 특성 및 망간의 제거 방법 등을 소개한 세미나로서 단방향 플러싱과 foam swabbing을  이용한 배관 세척 방법과 철을 이용한 망간의 효과적 제거 방안을 제시

○ 망간 침전물은 주로 지표수 또는 지하수를 원수로 사용할 때 배수계통에서 발생되며 향후 망간유출로 인한 흑수 민원이 발생할 경우 또는 배출수   처리공정에서 용해성 망간을 제거할 경우 활용할 필요성이 있음.  끝.