다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 전략연구과-418 결재일자 2017.1.23. 공개여부 대시민공개 방침번호 시 민 주무관 전략연구과장 미래전략연구센터장 박은희 김세철 01/23 차동훈 웨비나(Webinar) 참여 결과 보고 2017.1. 서울물연구원 (전략연구과) AWWA 웹세미나 참여 결과 보고 - Distribution system residual requirements revisited - 미국수도협회 온라인세미나(Webinar)에서 발표한 급수계통의 잔류염소량 조절 방법과 사례를 발표하는 온라인 세미나에 참여하고 그 결과를 보고드림 ※ 웨비나(webinar) : 장소의 제한없이 인터넷으로 개최되는 쌍방향 세미나로 주요 현안 사항에 대해 수시로 미국 수도협회(AWWA)가 개최함 Ⅰ 개요 ○ 주관기관 : 미국 수도협회(AWWA) ○ 개최날짜 : 2016.09.14.(수) ○ 참여방법 : 온라인 세미나(Webinar) ○ 발 표 자 : 전문가 3인(Caroline Russell, Stephen Booth, Matthew Alexander) ○ 주 제 : 효율적인 상수도 관망 관리 및 재생 방법 순 서 내 용 주제 1 수도꼭지 수질을 염두한 수처리공정 디자인과 운영 주제 2 금속 유출을 방지하기 위한 잔류염소량 주제 3 급수계통에서 신뢰할 수 있는 잔류염소 데이터 수집 Ⅱ 세미나 주요 내용 주제 1 : 수도꼭지 수질을 염두한 수처리공정 디자인과 운영 󰏅 개요 ○ 발 표 자 : Caroline Russell (수석기술자, 캐롤라 엔지니어) ○ 주요내용 - 소독 및 소독제 잔류량과 관련된 규제 - 1차 소독 대체기술과 2차 소독에 미치는 영향 - 1차 소독과 2차 소독이 급수계통의 잔류염소량에 미치는 영향 󰏅 주요 세부내용 ○ 소독 및 잔류염소량과 관련된 규제 및 사건 - 규제 연도 명칭 내용 1975 국가임시기본식수규정 (National Interim Primary Drinking Water Regulations) · 유리잔류염소: 최소 0.2mg/L 이상 1987 지표수 처리 규칙(SWTR, Surface Water Treatment Regulations) · 2개월 연속 채취한 시료에서 유리잔류염소 0.2mg/L이상 1989 지표수 처리 규칙(SWTR, Surface Water Treatment Regulations) · 잔류염소는 2개월 연속 측정시료에서는 불검출되서는 안됨 - 잔류염소의 역할 · 대장균, 레지오넬라균, 파울러자유아메바균 등의 감염 예방 · 수도관 부식 방지(예: 2016 미국 플린트시 납 유출사건) - 염소시스템과 클로라민시스템에서의 최소 잔류염소량(검출가능한정도~1.50mgCl2/L) ○ 1차 소독과 2차 소독 1차 소독 2차 소독 목적 병원균(pathogen) 비활성화 CxT 급수계통에서 오염 방지 소독 방법 (전)염소, 클로라민, 오존, 이산화염소, UV (후)염소, 클로라민 적용 지점 여러 지점에 적용할 수 있음 정수처리공정이 끝난 물 - 1차 소독의 설계와 운영, 규제 준수 시 고려할 사항 · 1차 소독제 종류별 특징 소독제 CT값(단위:mg*min/L) 소독부산물 기타 사항 바이러스 지르아디아 염소 3 69 트리할로메탄(TTHMS*) *Total TriHaloMethanes 할로아세트산(HAAS**) **HaloAcetic Acid 급수게통에서 잔류염소 감소 클로라민 643 1,230 니트로소아민 (Nitrosamine) 질화작용 염소보다 안정한 소독제 이산화염소 4.2 15 아염소산염 (Chlorite) 맛 냄새 조절 필요 질화작용 예방 오존 0.5 0.95 브롬산염 (Bromate) 생물동화유기탄소(AOC) 증가 맛 냄새 조절 필요 1차 소독에만 적용 가능 UV 100 5.2 - 1차 소독에만 적용 가능 · 오존 소독에서 「오존과 TOC」비율에 따른 소독부산물 농도 오존:TOC (g/g) TOC (mg/L) Bromate (µg/L) AOC (µg/L) NDMA (ng/L) 오존 없음 2.4 <1 540 65 0.25 : 1 2.4 <1 NS 15 0.5 : 1 2.2 1.9 850 12 1:1 2.0 4.9 890 <3 · 생물동화유기탄소(AOC)는 오존이 없을 때 보다 오존이 있을 때 최대 2배 정도 증가 → AOC의 증가는 생물막 성장을 초래, 잔류염소 손실 유발, 질산화 및 pH 저하, 금속 방출량 증가 · 현재 NDMA에 대한 규제가 없음 → 클로라민을 소독제로 사용하는 것에 문제 없음 · 클로라민 농도를 10ng/L이하로 규제할 경우, 오존소독을 차선으로 고려해볼 수 있음 → 오존과 TOC비율을 1:1로 사용한다면 NDMA 형성될 가능성이 낮아지게됨 (표 참고-오존:TOC=1:1일 때 NDMA<3ng/L) - 2차 소독의 설계와 운영, 규제 준수 시 고려할 사항 소독제 종류 고려할 점 염소 · 클로라민보다 강력한 소독력 · 트리할로메탄(TTHM)과 할로아세트산(HAA5) 형성 · pH, 온도가 소독 효과에 영향을 미침 · 급수 계통에서 잔류염소가 감쇠함 클로라민 · (질산화 조절이 된다면)염소보다 더 안정산 소독제 · 레지오넬라균을 억제하는데 효과가 좋음 · 유기클로라민 및 NDMA 생성 목표 · 양질의 물을 사용자에게 공급 세부목표 · TTHM 전구체 농도가 높은 염소 처리된 지하수 공급 · 100마일의 급수관을 통과할 때 오염 없이 공급 방법 · 최적의 소독방법 설정 · 관망을 통과할 때 최적 소독제 양을 유지하기 위한 전략 수립 공정 디자인 및 모델링 · 4,000만 갤런/일(day) 규모의 관망 디자인 · 모델링 결과를 바탕으로 염소 처리 방안 수립 (지표수처리공장으로부터 물 공급 말단 지점까지는 최대 17일소요) 재염소 투입 (Chlorine Boosting) · 녹색 및 노란색 → 정수장에서 염소처리 한 경우 · 파란색 → 염소 승압한 경우 · 가장 먼 급수 지점까지 잔류염소량 0.8~1.2mg/L을 유지하기 위해서는 초기 투입량이 많아야 함(3.4~4.8mg/L) · 수돗물의 맛·냄새 및 소독부산물은 정수장에서 공급지까지의 ‘거리 및 도달 시간’의 영향을 받음 · 초기 염소 투입량을 낮추고 중간에 염소를 주입할 경우, 소독부산물 발생률을 낮출 수 있고 약품 비용을 절감할 수 있음 클로라민의 질산화 · 여름철 잔류염소: 감소(파란색 그래프) · 여름철 암모니아 및 질산염: 질산화로 증가 (붉은색 그래프=암모니아, 초록색 그래프=아질산염) · 잔류염소 함량이 낮으면 pH가 낮아져 관의 부식에 영향을 미침 <질산화를 방지하기 위한 가장 좋은 방법> · 2.0mg/L 이상의 잔류염소 유지 · 염소:NH3-N 비율을 ‘4.5:1~5:1’의 질량비로 관리 · 유기물 조절 및 탱크/급수 시스템의 플러싱 · pH 조절 및 염소산 이온 첨가 모니터링 · 잔류염소 및 클로라민의 잔류량을 통제하고 모니터링 · 사례연구: 2,400만 갤런/일(day)의 지표수 처리 공정에 관한 연구 ○ 요약 및 주요 시사점 - 소독법의 특성과 주변 환경을 고려해 적용할 필요가 있음 · 관 내 스케일(scale)의 안정성에 중요한 영향을 미침 · 수돗물 내 대장균뿐만 아니라 금속이 방출되는 것을 막기 위해 적절한 잔류염소량 필요 · 적절한 급수 속도를 유지함으로써 물이 정체되는 것을 방지 - 잔류염소 농도, 용존산소, 정체 시간 등은 물의 화학적 특성과 심미적 특성에 영향을 미침 · 적절한 소독 방법을 도입함으로써 비용 절감 및 양질의 음용수 생산을 기대할 수 있음 · 수원, 수처리 방법 등을 변경하기 전 충분한 모델링 조사가 필요함 ○ 질의응답 - 아염소산염을 사용해 질산화를 조절하는 방법을 설명해주십시오. → 마이크 맥과이어 연구팀에서 암모니아 산화 박테리아의 성장을 방지하기 위해 일정량의 아염소산염의 농도(최소 0.4~0.6mg/L)가 필요하다고 발표했음 - 지표수 처리 규정에 따라 급수계통 진입 부분에서 최소잔류염소량을 0.2mg/L로 지정한 배경을 설명해주십시오. → 최소 0.2mg/L 잔류할 때 전체 대장균량이 감소하는 연구결과를 반영했음 주제 2 : 금속 유출을 방지하기 위한 잔류염소량 󰏅 개요 ○ 발 표 자 : Stephen Booth(수석엔지니어 관리자, 컨플루언스 엔지니어링 그룹) ○ 주요내용 - 배급수관과 잔류염소의 상관관계 - 롱뷰(Longview)시의 사례연구 결과 - 요약 및 주요 시사점 󰏅 주요 세부내용 ○ 배급수관과 잔류염소의 상관관계 - (배급수관의 상태) 배급수관 내부는 부식으로 인한 스케일(scale)과 생물막(biofilm)이 형성되어 있음 <배급수관 내부 상태> - 배급수관의 손상은 잔류염소의 손실을 유발하는 요인 <배급수계통의 악순환 고리> ○ 롱뷰(Longview)시의 사례연구 결과 - (1980년)수원의 변경 · 세인트 헬렌스 산의 화산 폭발로 인한 퇴적물이 카울리츠(Cowlitz)강에 쌓이면서 수처리공정 부하량을 증가시킴 · “지표수(카울리츠강)”에서 “지하수”로 수원을 변경함 <화산 폭발 후 카울리츠 강 취수 지점> <초기 정수처리장 위치 및 변경 후 정수처리장 위치> - (2013년)수질사고 발생 · 녹물 및 스케일 덩어리가 수돗물에서 나오면서 민원 증가 · 플러싱 중 떨어져 나오는 스케일의 성분 및 크기가 변경된 것을 관찰함 · (사고 원인) ① 이전 정수처리장과 위치가 다르기 때문에 물의 흐름이 바뀜 → 물의 물리적 상태 변화 ② 지하수 중 염소가 손실되어 산화환원력(ORP, Oxidation Reduction Potential)이 음의 값으로 낮아짐 → 용존 물질의 화학적 성질이 바뀜 ③플러싱 → 물리적 변화 발생 - 수질 사고 원인 조사 및 실험 ORP Oxidation Reduction Potential · 이상적인 전기적, 화학적 조건 → 잔류염소농도 0.8~1.0mg/L, ORP 700mV <잔류염소농도(mg/L) 별 ORP(mV)> · 롱뷰(Longview)시의 ORP와 잔류염소농도 → 17번 지점의 ORP가 낮아지고 철의 농도가 높아진 것을 확인(빨간색 박스) <날짜별 ORP(mV)> <날짜별 철 농도(mg/L)> 실험 방법 · 대상 관종: 오래된 주철관 (내부에 스케일 형성된 관) · 실험 조건: 흐르는 물 vs. 정체된 물 (3, 6, 15, 24 시간) · 관찰 값: 잔류염소농도, 금속농도(철, 망간), 용존산소(DO) 실험 결과 잔류염소 및 금속농도 · 정체시간 별 잔류염소농도 및 금속농도(철, 망간) → 정체시간이 길어질수록 잔류염소농도는 감소하고 금속농도는 증가 · 15시간 정체 후 물을 다시 흐르게 한 경우 → 잔류염소농도는 점점 증가(약 0mg/L→0.5mg/L) → 금속농도(철, 망간)는 점점 감소 <15시간 정체 후 물을 다시 흐르게 했을 때 잔류염소 및 금속농도> ○ 요약 및 주요 시사점 - 잔류염소량으로 ORP를 제어할 수 있음 · 관 내 스케일(scale)의 안정성에 중요한 영향을 미침 · 수돗물 내 대장균뿐만 아니라 금속이 방출되는 것을 막기 위해 적절한 잔류염소량 필요 · 적절한 급수 속도를 유지함으로써 물이 정체되는 것을 방지 - 수원 변경 시 ‘물의 화학적 특징과 수문학적 특징(예: 물의 흐름)’을 고려해야 함 · 화학 및 수문학적 특징은 음용수 수질과 밀접한 관련이 있음 · 정체구간이 없도록 배급수관망 디자인이 필요함 ○ 질의응답 - 오래된 주철관 샘플이 배급수관망의 대표성을 가지고 있는지? → 전체적인 경향을 조사할 수 있었음. 예를 들어 철의 농도가 올라가면 ORP가 낮아지는 경향을 확인할 수 있었음 - 지하수와 지표수의 pH에 대해 설명해주십시오. → 지하수에 pH는 서로 크게 다르지 않았음.(석회를 사용해 pH를 약 7.6으로 조절함) pH보다는 주철관의 부식이 더 큰 문제이기 때문에 관 교체 사업을 진행 중 주제 3 : 급수계통에서 신뢰할 수 있는 잔류염소 데이터 수집 󰏅 개요 ○ 발 표 자 : Matthew T.Alexander(USEPA, 환경엔지니어) ○ 주요내용 - 대표성 있는 모니터링 장소를 선정하는 방법 - 현장 시험 방법 - 분석 방법에 따른 간섭요인과 간섭 최소화 방법 󰏅 주요 세부내용 ○ AWOP(Area-Wide Optimization Program) - 음용수 기준 충족 및 고도 수질 확보를 위해 만든 프로그램 · 모니터링 및 공정 고도화 · 양질의 데이터 수집을 위한 업무 추진 프로세스 점검 · 신기술 및 직원 역량강화 교육 실시 ○ 대표성 있는 모니터링 장소의 선정 - 여러 지점에서 시료를 채취해야 함 · 시료 채취 지점 수↑ · 접근의 용이성을 불문하고 다양한 지점에서 시료를 채취해야 함 · 수질 및 유압의 변화를 고려하기 위해 시료 채취 장소를 주기적으로 변경 · 주변 환경을 고려한 잔류염소 측정 예) 관종별(주철관, 시멘트관 등), 급수과정별(정수, 유출수 등) - 잔류염소 측정 시 주의사항 · 잔류염소량 규제농도에 맞추기 위해 과다 플러싱(Flushing) 하는 것 ○ 현장 시험 방법 - 비색법(colorimetric method)이 가장 많이 사용됨 · 장점: 신속한 분석이 가능 · 유의점: 분석 담당자의 숙련도가 시험 결과에 영향을 미침 - 잔류염소량 측정 시 유의사항 · 2차 표준물질로 장비를 검증한 후 사용할 것 · 소프트웨어를 주기적으로 업데이트 할 것 · 시료 라벨과 밀폐여부를 확인하고 시료는 유리용기에 보관할 것 · 발색 시약의 보관에 유의할 것(고온, 저온은 피하고 유통기한을 지켜야 함) · 햇빛에 노출되는 것을 피하고 가능한 빨리 분석할 것 · 분석 전에 시료 용기를 보풀이 없는 천으로 닦아 지문, 기름기 등을 제거 ○ 분석법 별 간섭요인 및 간섭 최소화 방법 간섭 요인 (Interferences) 간섭 최소화 방법 DPD 비색법 · pH가 극단적인 경우(강산, 강염기) · 시료의 pH 조절(가능하다면) · 여러 가지 산화제가 시료에 포함된 경우 · 과산화망간을 포함하고 있는 시료의 전처리 잔류염소 인도페놀 분석법 · 산화제에 의한 간섭이 없음 · EPA에서 검증한 방법 · 오존과 황화물의 간섭 · 시료 셀에서 미세한 공기방울이 생길 수 있음 · 시료 셀을 톡톡 두드려서 공기방울을 제거 · 시료의 온도에 민감함 · 온도에 따라 시료와 시약의 반응시간을 달리할 것 모노클로라민 인도페놀 분석법 · EPA에서 검증한 방법이 아님 · 오존, 황화물, 마그네슘, 망간(+7)의 간섭 · 시료 셀에서 미세한 공기방울이 생길 수 있음 · 시료 셀을 톡톡 두드려서 공기방울을 제거 · 시료의 온도에 민감함 · 온도에 따라 시료와 시약의 반응시간을 달리할 것 참고1. 잔류염소-DPD 비색법(먹는물수질공정시험기준 ES 05310.1) · 먹는물 중에 잔류염소를 측정하는 방법으로, 시료의 pH를 인산염 완충용액을 사용해 약산성으로 조절한 후 N,N-디에틸-p-페니렌디아민황산염 (DPD, N,N-diethyl-p-phenylenediamine sulfate)으로 발색하여 잔류염소 표준비색표와 비교하여 측정 · 적용범위: ①먹는물 중에 잔류염소의 분석에 적용 ②유리잔류염소와 결합잔류염소의 양을 측정 ③먹는물 중에 잔류염소 0.05 ~ 2.0mg/L의 농도범위에서 적절하며 먹는물 중에 0.05mg/L의 정량한계 참고2. 잔류염소 인도페놀 분석법 · 망간, 클로라민, 산화제 등 DPD 발색을 방해하는 물질이 존재하는 시료의 잔류염소량 측정법으로, 전류를 측정함으로써 잔류염소량을 구함 · 적용범위: ①먹는물, 수영장, 폐수의 처리 후 방류 시 ②잔류염소 0.04 ~ 4.5mg/L Cl2의 농도범위에서 적절 참고3. 모노클로라민 인도페놀 분석법 · 클로라민 처리한 먹는물 및 폐수 내의 모노클로라민량을 측정하는 방법. 아직 미국에서 의료 적합성 여부는 검증되지 않음 · 적용범위: 0.04~4.5mg/L Cl2(LR) 장점 단점 DPD 비색법 · 가장 많이 사용되는 방법 · 시료 내 성분에 영향을 받음 · EPA에서 검증된 방법 잔류염소 인도페놀 분석법 · 간섭요소에 대한 영향을 덜 받음 · 시료 셀에 기포가 생김 · EPA에서 검증된 방법 · 반응 시간의 온도의존성 모노클로라민 인도페놀 분석법 · 모노클로라민 측정을 위한 방법 · EPA에서 검증되지 않은 방법 · 시료 셀에 기포가 생김 · 온도 의존성 ○ 요약 및 주요 시사점 - 측정 지점의 수를 늘리고, 측정 지점을 주기적으로 변경해야 함 · 측정 자료의 대표성을 확보하기 위해 다양한 환경에서 잔류염소량을 측정해야 함 · 수압, 수질이 변함에 따라 잔류염소량이 변하므로, 주기적인 측정 지점 변경이 필요함 - 플러싱(flushing) 방법에 따라 잔류염소량 측정값이 달라질 수 있음 · 과도한 플러싱은 잔류염소 측정 결과에 영향을 미치므로 지양해야 함 - 장비 제조사의 프로토콜에 따라 측정해야 함 · 측정자의 숙련도와 프로토콜 준수 여부는 측정 결과에 영항을 미침 ○ 질의응답 - 잔류염소 결과를 방해하는 알칼리도를 알려주십시오. → 알칼리도는 250mg/L(CaCO3) 이상 Ⅲ 시사점 및 검토사항 󰏅 시사점 ○ 소독법의 특성과 주변 환경을 고려해 적용할 필요가 있음 ○ 잔류염소 농도, 용존산소, 정체 시간 등은 물의 화학적 특성과 심미적 특성에 영향을 미침 ○ 잔류염소량으로 ORP를 제어할 수 있음 ○ 수원 변경 시 ‘물의 화학적 특징과 수문학적 특징(예: 물의 흐름)’을 고려해야 함 ○ 측정 지점의 수를 늘리고, 측정 지점을 주기적으로 변경해야 함 ○ 플러싱(flushing) 방법에 따라 잔류염소량 측정값이 달라질 수 있음 ○ 장비 제조사의 프로토콜에 따라 측정해야 함 󰏅 검토사항 ○ 가격 대비 성능, 소독효과를 고려한 소독방법 적용 필요 - 잔류염소농도는 ‘먹는물 내 미생물과 유해물질 농도, 배급수관 부식’ 등과 관련 있음 - 따라서 새로운 소독 공정을 도입하거나 염소 주입량을 조절할 때는 면밀한 사전 조사가 필요함 ○ 향후 우리시 잔류염소 시험 시 장소 선정과 방법에 주의 필요 - 잔류염소량은 관종, 플러싱 정도, 급수과정 등 주변 환경에 따라 달라지므로, 유의성 있는 결과를 얻기 위해서는 장소 선정이 중요함 - 수원 변경 시 물의 화학 및 수문학적 특성을 조사·모델링함으로써 양질의 음용수를 공급할 수 있도록 해야 함

10952870

20211012200955

본청

전략연구과-418

D0000028790261