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낙동강 하류의 정수처리 공정에서 Haloacetamides 생성 및 거동: 하절기와 동절기 비교
유정문(Jungmoon Ryu),설현주(Hyunjoo Seol),손희종(Heejong Son) 대한환경공학회 2022 대한환경공학회지 Vol.44 No.4
목적: 낙동강 하류에 위치한 정수장의 정수처리 공정별로 질소계 소독부산물인 haloacetamides 생성 특성과 거동을 하절기와 동절기로 나누어 평가하였다. 점진적으로 강화되는 소독부산물 기준에 대비하여 정수장 운영에 대한 기초자료로 활용하고자 하였다. 방법: 낙동강 하류에 위치한 대형 정수장(180,000 m³/일)을 대상으로 하절기(7~8월)와 동절기(12~1월)에 유입 원수부터 최종 정수까지 HAcAms 7종을 모니터링 하였다. 액액추출법을 이용하여 시료를 추출하였고, HAcAms 분석에는 GC-MS/MS를 이용하였다. 결과 및 토의: 하절기와 동절기에 정수장에서 전염소 처리에 의한 HAcAms 생성농도는 각각 9.4~27.2 ㎍/L 및 1.4~3.5 ㎍/L였으며, 하절기가 동절기에 비해 7.7배 정도 높았다. HAcAms/TOX 농도비가 동절기의 0.01~0.02에 비하여 하절기에는 0.09~0.14로 나타나 전염소 처리에 의해 생성된 소독부산물 중에서의 HAcAms 구성비율이 하절기에 급격히 증가하였다. 전염소 처리에 의해 하절기에는 DCAcAm, BCAcAm, TCAcAm, DBAcAm, BDCAcAm 5종이 생성되었으며, 동절기에는 DCAcAm, BCAcAm, DBAcAm, DBCAcAm, TBAcAm 5종이 생성되었다. 전염소 처리에 의해 생성된 HAcAms 중에서 di-HAcAm종들의 비율이 하절기와 동절기에 각각 91%와 66%를 차지하였으며, DCAcAm의 생성농도가 가장 높게 나타났다. 회분식 생물분해 실험에서 HAcAms종들의 생물분해가 용이한 것으로 평가되었으며, 실험실 규모 BAC 공정(수온 20℃, EBCT 10~30분)에서 di- 및 tri-HAcAms종들의 제거율은 각각 75~99% 및 85~100%로 나타났다. 하절기와 동절기에 정수장의 BAC 공정에서 HAcAms에 대한 제거율은 평균 81%와 54%였으며, 최종 처리수에서의 HAcAm 검출농도는 하절기 1.7~2.4 ㎍/L, 동절기 0.7 ~ 1.2 ㎍/L 범위로 하절기가 동절기에 비해 2배 정도 높게 나타났다. 결론: 하절기에는 전염소 처리에 의해 HAcAms 생성농도가 동절기에 비해 높았으나 BAC 공정에서 용이하게 제거되었다. 반면 동절기에는 전염소 처리에 의해 HAcAms 생성농도는 낮았으나 BAC 공정에서의 제거율이 54% 정도로 저조하였다. 정수장에서 HAcAms의 주요 제거공정과 제거기작은 BAC 공정의 생물분해였으며, 실험실 규모로 수행된 BAC 공정 모의실험에서 HAcAms 생성농도가 높은 하절기에는 EBCT를 30분 이상으로 증가시켜 운전하면 95% 이상의 제거율을 기대할 수 있었다. Objectives : The formation characteristics and fate of haloacetamides (HAcAms), nitrogenous disinfection by-products (DBPs), were evaluated for each process in a drinking water treatment plant (DWTP) located downstream of the Nakdong River in summer and winter. In preparation for the gradually strengthening rules for DBPs, it was intended to be used as basic data for operating DWTPs. Methods : Seven HAcAms were monitored from the raw water to the clean water in the summer (Jul.∼Aug.) and winter (Dec.∼Jan.) at a large DWTP (180,000 ㎥/day) located downstream of the Nakdong River. Liquid-liquid extraction (LLE) method was used for sample extraction and GC-MS/MS was used for HAcAms analysis. Results and Discussion : The concentrations of HAcAms formed by the pre-Cl₂ treatment in the DWTP in summer and winter were 9.4~27.2 ㎍/L and 1.4~3.5 ㎍/L, respectively, and were 7.7 times higher in summer than in winter. The HAcAms/TOX concentration ratio was 0.09~0.14 in summer compared to 0.01~0.02 in winter, and the HAcAms composition ratio among DBPs formed by the pre-chlorination increased rapidly in the summer. Five species of DCAcAm, BCAcAm, TCAcAm, DBAcAm, and BDCAcAm were formed in summer by the pre-chlorination, and five species of DCAcAm, BCAcAm, DBAcAm, DBCAcAm, and TBAcAm were formed in winter. The composition ratio of di-HAcAm species accounted for 91% and 66% in summer and winter, respectively, and the DCAcAm concentration was highest compared to other HAcAms species. In the batch biodegradation experiment, it was evaluated that the biodegradation of the HAcAms species was easy, and in the laboratory scale BAC process experiment (water temp. 20℃, EBCT 10~30 min.), di- and tri-HAcAms removal rate were 75~99% and 85~100%, respectively. In summer and winter, the removal rates of HAcAms in the BAC process of the DWTP were 81% and 54% on average, respectively. The HAcAm detection concentrations in the clean water ranged from 1.7 to 2.4 ㎍/L in summer and 0.7 to 1.2 ㎍/L in winter, which was twice as high in summer as was compared to winter. Conclusion : The formation concentration of HAcAms was higher than in winter by pre-chlorination, but it was easily removed in the BAC process in summer. However, in winter, the formation concentration of HAcAms was low by pre-chlorine treatment, but the removal rate in the BAC process was as low as 54%. The main removal process and mechanism of HAcAms in the DWTP were the BAC process and biodegradation. In a lab-scale BAC process simulation, a removal rate of more tthan 95% removal efficiency could be expected with the increase of EBCT to 30 minutes when HAcAms was highly formed in summer.
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