고도정수처리 및 문제시되는 먹는물의 오염물질 종류

고도정수처리

고도정수처리는 표준정수처리기술로는 처리가 곤란한 맛, 냄새, 암모니아성질소 등을 포함하여, 염소 처리시 발생하는 트리할로메탄(THM)과 유기할로겐화합물(TOX)과 같은 2차 오염을 유발할 수 있는 미량 유기오염물질, 합성유기화합물(synthetic organic compounds), 휘발성 유기물질(volatile organic compounds)등을 처리함으로써 이들 물질로부터 초래될 수 있는 잠재적 불안 요소를 제거하고 궁극적으로 보다 깨끗하고 안전한 수돗물을 공급하고자 하는 데 목적이 있다.

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우리나라는 1989년 중금속 오염사건을 시작으로 THM 초과검출사건, 페놀오염사건, 낙동강 하류의 정수장 악취발생사건 등 일련의 수돗물 수질오염 문제들을경험하면서, 수돗물에 대한 국민들의 염려가 증대되어 왔다. 이에 따라 정부는 1993년 맑은 물 공급 종합대책을 수립하고, 그 다음해에는 효율적인 수질관리를위해 행정조직을 개편하는 등의 먹는물 수질개선을 위한 노력을 아끼지 않고 있다.

한편, 현재 국내에서 가동 중인 정수처리시설은 탁도와 세균의 제거를 목적으로 하는 표준정수처리공정이 대부분이며, 다양한 오염물질에 의해 날로 악화되어가는원수 수질을 감안할 때 이러한 정수처리공정으로는 수돗물의 수질을 개선시키는데 그 한계가 있다.

최근 문제가 되는 수돗물 내 오염물질들은 다음의 표와 같이 표준정수처리 공정에서 제거가 되지 않는 물질, 정수처리공정에서 발생하는 부산물, 급배수과정에서발생되는 물질로 크게 3가지로 구분할 수 있다. 이들 외에도 많은 종류의 물질들이 건강상의 장애요인 또는 심미적 질의 저하요인으로 작용하기 때문에 적정처리를위한 기술적 방안으로서 표준정수처리공정의 개선, 신기술 도입 또는 이 두 가지를 적절히 조합한 최적처리공정시스템 즉, “고도정수처리공정”의 도입이 필요하다.​

이와 관련하여, 미국의 경우 2003년 현재 총 88개 항목에 대한 먹는물수질기준을 설정하여, 각 오염물질에 대한 최적화처리기술(Best Available Technology,BAT)을 지정하고 있다. 이러한 최적화처리기술의 지정 목적은 대상 오염물질이 검출될 경우 기준상에 제시된 처리 기술의 제거 효율에 상응하는 처리기술의 사용을 의무화하는데 있다.
이와 같은 기술들은 다양한 원수수질 및 오염물의 농도에 대하여 장기적이고도 체계적인 현장시험과정을 거쳐서 선정된 것이며, 비용대 효용성의 측면에서 보다경제적인 기술을 개발하기 위한 노력이 지속적으로 수행되고 있다. 따라서 국내에 고도정수처리 공정을 도입함에 있어서도, 원수의 오염현황 및 수돗물에 대한심도 있는 모니터링과 이들의 위해성 평가 등의 과학적인 절차는 물론 기술적용의 경제성 등을 충분히 고려하여 적절한 고도정수처리기술을 선정하는 것이  중요하다.

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고도정수처리 대상

맛, 냄새물질

​수돗물에서 맛․냄새를 유발하는 원인물질은 하․폐수에 함유된 화학물질과 조류와 수생 동식물의 부산물 유입 및 정수과정에서 사용하는 소독제에 의한 것으로구분할 수 있다. 우리나라 상수원의 수원은 90% 이상이 대형 인공 저수지나 하천 표류수를 이용하고 있어 하․폐수의 유입이나 수질사고의 위험성이 내재되어있다. 최근 수돗물의 맛과 냄새에 의한 장해는 점점 많아지고 있는 추세인데 이취․미가 있는 물은 마시는 사람에게 불안감을 주고 수도의 신뢰도를 떨어뜨린다.

물의 취기 중에서 수도에 있어서는 부영양화 저수지 또는 그 방류수를 수원으로 하는 경우에 발생하는 조류 및 방선균 등의 미생물에 의한 취기가 문제로 되는경우가 많은데, 이는 거의 곰팡이 냄새로 그 원인은 현재 남조류와 방선균에 의한 지오스민(Giosmin)과 2-메틸이소보르네올(2-Methyliosborneol, 2-MIB) 등으로 확인되고 있다.

그 외 페놀(Phenol), 사이클로헥실아민(Cyclohexylamine), 기름 등에 기인하는 냄새는 공업폐수 등에 의해 발생한다.
조류에 의한 방향취, 조취(臊臭), 청초취(靑草臭), 어취(漁臭) 및 저질에 의한 황화수소 냄새, 부패냄새 등은 완속여과공정과 표준정수처리공정으로 조류를 직접제거하거나, 전염소 처리를 통하여 제거하는 데는 효과가 있으나, 곰팡이 냄새의 제거효과는 기대할 수 없다.

조류에 의한 곰팡이 냄새와 맛 등은 입상활성탄 공정으로 제거가능하며, 오존처리 공정과 병행하면 효과를 상승시킬 수 있다.

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- 조류에 의한 독성 및 여과장애

​조류에 의한 독성물질
인과 질소계 유기물질 등의 유입으로 인한 상수원의 부영양화는 표준정수처리공정에 많은 어려움을 줄 뿐만 아니라 조류의 과잉번식으로 심각한 장애를 초래할

수 있다. 조류가 다량 서식하고 있는 물을 마시면 불쾌한 맛과 냄새를 동반하지만, 조류 중에서 몇종은 물고기나 가축들에게도 강한 독성물질을 발생시키는 것으로알려져 있다.
조류 중 남조류에 의한 독성은 1870년경 오스트레일리아에서 Nodularia에 의한 동물의 죽음이 최초로 보고된 후, 미국, 캐나다등 여러 나라에서 동물에 대한 피해

보고가 있었다. 인체에 미치는 영향에 따라 남조류가 발생시키는 독성물질은 신경독성물질(Neurotoxins)과 간 독성물질(Hepatotoxins)로 분류되고, 독성물질을발생시키는 남조류 중 가장 먼저 알려진 종은 Microcystin aeruginosa이다.

신경독성물질로는 Aphanizomenon flos-aquae로부터 발생하는 Aphantoxins(Sasitoxins)와 Anabaena flos-aquae로부터 발생하는 Anatoxin-a 및 anatoxin-a(s) 등 세 가지가 보고되고 있다.
지금까지 약 50 여종이 알려져 있으며, 국내에서는 아직까지 조류 독성에 의한 피해사례가 보고된 바 없으나 1990년 중반부터 Microcystins의 확인, 분석이 연구

되어 왔다. 국내 호소 및 하천에서 Microcystins-LR 및 Microcystins-RR의 생성이 확인된 바 있다.

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조류에 의한 응집 및 여과장애

조류 체내에 기포를 가진 종류는 부상하기가 용이하여 응집, 침전의 장애를 일으키며, 전염소 처리시 군체가 각개의 세포로 흩어져 여과지에서 누출되는 경우가발생하거나 여과지속시간을 단축 시키기도 한다.
Microcystis와 Anabaena 등과 Synechococcus와 Cynechocystis 등은 여과지 누출 가능성이 충분하다.

최근에 국내 하천 및 호소에서 수환경의 변화로 수온이 낮은 봄철에 규조류에 의한 여과폐색 현상이 문제가 되고 있는데, 주요 종으로는 Synedra 속이며 세포가비늘모양이나 곤봉모양으로 가늘고 길다. 부유성이며 세포의 길이가 100～300 ㎛에 달하는 Synedra acus나 50～400 ㎛에 정도의 Synedra ulna가 대량 번식하여 물에서 흙냄새를 띄며, 응집이 불량하고 형성된 플록이 가벼워 침전이 어려워 여과지 폐색이 일어나는 원인으로 보고되고 있다.
또한 조류의 세포는 세포외유기물질(Extracellular Organic Matter, EOM)에 둘러 싸여 있는데, 이는 조류가 생성하여 배출하는 물질로 다당류, 클리코릭산, 탄수화물, 펩타이드, 단백질, 유기인산염, 효소, 휘발성물질 및 비타민 등으로 매우 다양한 조성을 보인다.

이러한 세포외물질들이 입자표면에 흡착되어 더욱 안정하게 함으로써 응집제 소비량을 증가시키는 등의 응집공정에서 장애의 원인이 된다.

특히, 이러한 문제점은 남조류나 녹조류보다 규조류가 발생시키는 경우가 더 많다.
조류에 의한 여과지 조기폐색을 방지하기 위해서는 다양한 시험 연구를 거쳐 기존의 모래여과지를 안트라사이트(Anthracite) 여과지로 대체하는 방법과 부상공정이나 오존에 의한 산화공정 등을 적용할 수 있다.

출처 : 2004년 환경부 "고도정수처리 정책방향에 관한연구" 발췌