제거사항
철이온(Fe2+)은 오존에 의해 쉽게 Fe3+로 산화되어 불용성 Fe(OH)3화하여 후속 응집, 침전, 여과과정에서 제거되며 망간이온(Mn2+)은 Mn4+로 산화되어 MnO2(S)로 침전을 제거할 수 있다.
철(Fe2+)과 망간(Mn2+)이 동시에 존재할 경우 철이온이 오존에 의해 모두 산화 제거된 후 망간산화가 일어나기 시작한다. 따라서 오존주입량도 이러한 면을 고려하여 결정해야 하며, 이들 이온에 의한 오존 소모량은 다른 오존 소모성 물질이 없다고 가정할 경우 각각 0.43㎎ O3/㎎ Fe, 0.88 O3/㎎ Mn 이다. 이들 이온이 부식질을 포함한 유기오염물질과 콤플렉스를 이룰 경우 산화도가 낮아진다. 망간의 경우 오존 주입량이 너무 높으면 더욱 독성이 강한 MnO4-가 형성되므로 유의해야한다. 부식질(Humic Substance)은 오존과의 반응성에 있어서 망간과 경쟁관계에 있으므로 높은 오존주입량을 요구한다.
예) Phone, France
원수의 철 농도 평균 0.05㎎/ (최대 0.11㎎/ )
원수의 망간 농도 평균 0.075㎎/ (최대 0.25㎎/ )
처리용량 30,000톤/일
3개 접촉조, 총체류시간 6분
오존주입량(전오존처리) 0.1㎎/
모래여과
* 처리수 망간 농도 평균 0.03㎎/ (최대 0.05㎎/ )
* 처리수 철 농도 평균 0.01㎎/ (최대 0.05㎎/ )
색도 유발물질은 다양하다. 이중 부식질이 대표적인 유기성 색도 유발물질이며 오존과 반응하면 탄소간 2중 공유결합이 파괴되어 색도가 저하된다. 맛·냄새를 유발시키는 물질은 매우 다양하다. 무기물로는 철, 동, 아연 등이 있고 유기물로는 조류 부영양화나 antinomycetes의 과대번식에 의한 대사물질(2-MIB, Geosmin 등)이 포함된다. 이외에도 산업폐수(폐놀류 등)에 포함된 각종 물질도 맛·냄새유발물질의 오염농도가 높을 경우에는 오존산화 자체만으로 해결되지 않는 문제가 있으며 오존/자외선 처리(AOP)가 유효하다는 보고도 있다.
합성유기화학물질(SOC)의 제거를 위한 오존주입율 및 접촉시간의 결정은 타물질과 마찬가지로 SOC의 종류, 농도, 기타 Ozone Demand등이 고려되어야 한다.
페놀은 오존에 의해 쉽게 분해될 수 있다. 페놀이 오존과 반응하면 방향족환(aromatic ring)이 파괴되어 중간생성물질들이 생성되고 궁극적으로는 CO2화한다. 세제의 경우는 방향족 그룹이 있는 세제(ABS)가 aliphatic형태보다 더 쉽게 분해된다. 벤젠, 벤조피렌, 톨루엔, 자이렌(Xylene), 염화페놀, 알드린(Aldrin) 등도 오존과의 반응성이 높아 비교적 분해가 용이하다. 우리나라 수질기준에 포함되어 있는 유기인계 농약 마라티온과 파라티온은 쉽게 분해되는 반면 중간생성물로 마라옥손(Malaoxon), 파라옥손(Paraoxon)등이 생성되는데 이들 물질은 원농약보다도 독성이 강한 것으로 알려져 있다. 따라서 오존주입량, 접촉시간 등을 고려하여 이들 중간생성물의 분해도를 높이도록 해야한다. DDT, PCB, Chlodane, Dieldrin등은 오존에 의한 분해가 어려운 농약에 속한다.
탁도제거 효율은 오존에 의한 응집효율의 증가는 여러 문헌에 보고된 바 있으나, 정확한 mechanism은 규명되지 않고 있다. 가능한 mechanism을 열거해보면 1)오존산화된 유기물과 응집제(Al+3,Ca+2 등)와의 결합증가(감소보고도 있음) 2)콜로이드(점토 등)표면의 유기물의 감소 3)유기물의 고분자화 4)금속-유기물착염(complex)의 붕괴 5)조류와의 반응 등이 있다.
생분해성 증가효과를 위한 전처리는 오존에 의해 산화된 유기물질은 생분해성이 증가하고, 오존투입시 용존산소량이 증가하여 후속 생물활성탄(Biological Actiuated Carbon, BAC)공정에서 용존유기물질(DOC)제거율이 약간 향상된다.
살균
잔류오존농도 0.009㎎/ 에서 1분이내에 대장균이 4 logs(99.99%) 제거되었으며 리지오넬라(Legionella)의 경우 잔류오존농도 0.21㎎/ 에서 2 logs(99%)제거하는데 5분정도 소요되었다는 보고가 있는 바와 같이 대장균이나 일반세균의 경우 오존에 의한 살균이 매우 신속하게 일어난다.
오존은 Viruses, Giardia Cysts, Cryptosporidium등의 제거에 매우 효과적이다. <표 1, 2>에는 이들 미생물을 제거하는데 필요한 CT값을 나타내었다.
처리성 실험
오존처리공정 설계를 위한 처리성 실험은 처리하고자 하는 물의 오존처리 특성을 파악하고자 함이다. 오존처리공정 자체의 타당성 분석과 함께 전체공정의 일부로써의 최적화를 달성해야 한다. 실험규모로는 실험실규모(bench scale), 파일럿규모(Pilot scale), 그리고 경우에 따라 실증플랜트(demonstration plant)규모로 분류할 수 있다. 오존주입율, 접촉시간, 접촉방식, 처리목표물질의 제거효율, 부산물제어 등의 설계요소를 도출하기 위한 실험이므로 실험실시 또는 Plant 제작 이전에 처리하고자 하는 물의 수질, 처리 목표 물질에 대한 데이터를 종합적으로 분석하고 오존-오염물질 반응 기작에 대한 이론적 이해와 더불어 타 오존처리시설에서의 운영결과를 문헌 및 현장방문을 통하여 가급적 깊이 있게 터득하는 것이 중요하다. 실험을 통하여 도출하는 설계요소는 몇가지가 있다.
첫째로, 오존주입 지점의 선택이 되겠는데 오존주입은 전오존 또는 후오존 1개, 전오존+후오존등 과 같이 2개이상의 지점에서 할 수 있으며 최소의 비용으로 최대의 처리목표를 달성할 수 있도록 결정해야 한다. 예로써 미국 플로리다의 색도 높은 지하수를 오존으로 처리하고자 할 때 여과수, 예비여과수(Prefiltration, Postsoftening), 원수에 대하여 각각 4, 6, 12 ㎎/ 의 오존 주입이 필요하였다. 오존 주입율로 볼때는 여과수에 대한 오존 투입이 경제적이지만 최종처리수의 탁도 및 오존산화 부산물 생성 그리고 기존 정수장의 수리계통 등을 고려할 때 최종 여과 이전에 투입하는 것이 전체적인 목적에 최적인 것으로 판단한바 있다. 따라서, site specific 조건을 충분히 검토하여 최적의 오존 주입지점을 선택하여야 한다. 둘째로, 처리 목표를 달성하기 위한 오존 주입율은 오존 발생기 용량 및 접촉지 설계에 있어서 가장 중요한 설계요소이다. 오존은 처리목표물질과 반응할 뿐만 아니라 처리목표물질이 아닌 "오존 요구량" 기여 물질에 의해서도 소모되며 자체분해(self-decomposition)되기도 한다. 따라서, 총오존요구량은 처리하고자하는 물의 수질특성, 계절 및 수요에 따라 크게 변화한다. 처리성 실험에서는 주입율 변화에 대한 제거율 변화 정도를 다양하게 파악할 필요가 있으며 처리목표와 연계하여 분석해야 한다. 마지막, 접촉시간은 접촉지의 용량을 결정해 주며 최적 접촉시간은 처리목표에 따라 큰 변화폭을 갖는다. 처리목표를 달성하기 위한 최소 접촉(반응)시간은 실험을 통하여 결정할 수 있다. 처리목표물질의 오존분해가 빠른 즉 반응속도상수가 큰 경우에는 살균에 필요한 접촉시간보다 훨씬 짧을 수 있으며 설계접촉시간은 살균효율 달성 즉 목표 C·T 값을 충족하는 접촉시간으로 결정될 수 있다. 반면에 오존분해가 비교적 느린 오염물질에 대해서는 긴 접촉시간이 필요하다. 접촉시간과 주입율(잔류오존농도)은 상호 의존적이며 통계적으로 볼 때 주입율은 0.5∼3㎎/ , 접촉시간은 10분 이내가 많으므로 이를 참고로 하여 실험조건을 설정하고 실험을 다양하게 실시한 후 최종 설계요소를 도출한다.
후속공정에의 영향분석
오존처리시 주입위치에 따라 후속공정에의 영향이 매우 크게 나타나므로 수질에 대한 영향은 물론 시설의 운전에 대한 영향도 정성·정량적으로 분석해야 한다. 오존주입후의 후속 응집, 침전, 여과, 오존 또는 염소 소독부산물 생성능, 생분해성유기물 농도의 변화 등에 대한 영향을 평가한다. 초기실험은 처리하고자하는 물과 오존의 상호 반응관계를 파악하기 위해 실시되며 후속공정에의 영향 등은 고려되지 않는다. 실험규모는 실험실(bench scale) 또는 파일럿(Pilot scale)규모일 수 있으며 수개(예 : 3개)의 오존주입율, 수개(예 : 3개)의 접촉시간, 수개의 오존가스농도(예 : 3개) 또는 pH변화를 변수로 하여 실험조건 matrix(예 : 3 3 3 = 27set)를 구성, 실험을 수행한다. 이 단계에서 측정되는 항목으로는 오존가스유량, 오존가스농도, 배오존가스농도, 잔류오존농도, 처리목표물질 농도변화 등이다. 소독이 목표일 경우에는 오존소멸율(Ozone decay rate)을 주기적 시료채취로 분석할 필요가 있다. 실험결과는 산화과정의 양론적 관계(오존주입률, 오존가스농도, 접촉시간의 함수로써의 오염물질 제거량, 소독목적의 경우 잔류오존농도, 오존 용해 효율등이 있다.
확인실험은 초기실험단계에서 도출된 결과 중 최적 오존주입율, 위치 등의 조건에 대한 파일럿(Pilot scale)또는 실증(demonstration scale)실험규모로 실시된다. 본 실험에서는 오존처리에 따른 전·후 공정에 대한 영향을 중점적으로 파악한다.
- 오존가스, 배오존가스, 잔류오존농도 등의 분석
- 탁도제거, 부산물질, 생분해성유기물 농도변화, THMFP, 색도, 맛·냄새, 철·망간, SOCs 등을 포함한 오존처리 공정 후속 공정에 대한 영향 분석
- 오존처리공정 상류측 공정에서의 운전조건(예: pH조절)에 따른 오존처리공 정영향 분석
- 소독을 목적으로 할 경우 잔류오존농도 유지를 위해 필요한 오존소멸율 및 오존주입율 확인
- 다단 접촉지일 경우 단별 병류 또는 향류에 대한 적합성 평가
- 처리 목표 물질의 처리효율 분석 및 목표 달성 여부 확인
- AOP 도입 타당성 분석
실험기간은 적어도 4계절 이상의 수질 변화에 대한 분석·평가가 필요하며 특히 입상활성탄 흡착공정과 연계 설계되는 경우에 선진국에서는 3년 이상의 연속 실험도 흔히 수행되고 있다.
부산물질평가
오존처리시 생성될 수 있는 부산물을 <표 3>에 나타내었다. 이중 Bromate 이온과 Aldehydes가 유해성으로 인해 중점적으로 관리되는 항목이다.
서울시, 상수도 노후관 '05년까지 완전교체
총연장 1,792km에 사업예산 5,700억원 투여
지난번 서울시 국감에서는 노후관개량사업과 정수장 시설물 보수공사에 관련된 국회환경노동위원회 위원들의 집중적인 공세가 이어진 바 있다.
환노위는 서울시에 대해 '00∼'02년도 상수도 노후관 개량사업에 대해 노후관 개량사업의 각 년도별 개괄적내역을 비롯하여 서울시 총연장과 함께 표기하여 대비가 가능한 상수도관 연장대책을 물었다.
이와함께 환노위는 융자금과 지방비를 구분한 예산을 비롯, 실 집행액, 사업진행율, 이월/불용이 있을 경우 이를 표시한 해당금액의 처리결과와 사업부진시 부진사유 및 만회대책을 따졌다.
또한 환노위는 정수장별 시설물 보수공사에 대해 각 년도별로 정수장별 개괄적 내역을 비롯한 융자금과 지방비를 나눈 예산, 실집행액, 사업진행률, 이월/불용이 있었을 경우 이를 표시하고 해당금액의 처리결과 및 사업부진시 부진사유에 대한 만회대책을 집중 추궁했다.
이에 대해 서울시가 환노위에 제출한 서울시 상수도 노후관개량사업의 각 년도별 시행현황과 상수도관의 연장을 보면 다음과 같다.
지난 '00년의 상수도관 총연장은 17,476km에 노후관은 2,801km를 연장해 16%의 실적을 달성했고, '01년 17,398km에 2,362km의 노후관을 연장해 13.6%를 달성했다. 지난해에는 17,297km에 1,792km의 노후관 연장으로 10.3%의 실적에 머물렀다.
노후관 개량사업 시행현황을 보면 '00년 439km 교체에 758억원의 예산을 사용했고, '01년에는 570km에 951억, '02년에는 630km에 1,478억원을 사용해 '01년보다 불과 60km를 더 교체하는데 55%가 더 늘어나는 사업예산규모를 나타냈다.
향후 서울시의 향후 정비계획을 살펴보면 노후관정비사업은 정상추진 중인 것으로 알려지고 있으며, 남아있는 노후관 1,792km에 대하여 2005년까지 완전교체할 계획인 것으로 나타났다.
현재 서울시에 남아있는 노후관은 1,792km에 총 사업예산은 5,700억원으로 '03년 620km교체에 1,700억원, '04년 620km에 2,100억원, '05년 552km에 1,900억원의 사업예산을 집행한다는 계획이다. '03년 7월말 현재까지의 실적은 현재 249km를 정비해 금년도 교체계획의 40%에 달하는 진척도를 보이고 있다.
한편, 서울시는 매년 노후된 정수장시설을 보수, 정비하여 안전사고 방지 및 깨끗한 수돗물 생산을 유지하고 있으며, 소요예산은 전액 지방비로 시행하고 있는 것으로 나타났다. 또한 집행사업은 건당 사업비가 평균 1억 4천만원 정도의 소규모 사업으로서 당해연도에 발주하여 연내에 모두 완료하고 있는 것으로 나타났다.
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