처리내성 미생물 제거방법 및 여과공정,소독공정

처리내성 미생물 제거방법 및 여과공정,소독공정

처리내성 미생물 제거방법 

​​그렇다면 구체적으로 어떤 방법으로 소독내성이 강한 병원성 미생물들을 제거할 것인가? 앞서 확인하였듯이, 이에 대한 해답은 소독공정 하나에서만 얻어질 수

없음은 분명하다. 소독 이전의 정수처리공정까지 포함하여 최대한의 제거율을 얻어야 한다. 즉 기존 정수처리시설의 여과 및 소독공정을 병원성 미생물 제거의측면에서 최적화하여 최대한 높은 수준의 안전성을 확보하려는 다단계 방어전략(Multiple barrier strategy)이 필요해진 것이다.

여과공정
먼저 물리적 제거공정을 살펴보면, 그 이론적 기초는 미생물이 수중에서 보통 음전하를 띄는 콜로이드입자형태로 존재한다는 점에 있다.

바이러스는 크기는 작아도 침강성이 좋은 플럭으로 형성되면 90 % 이상 제거가 가능하다. 지아디아, 크립토스포리디움과 같은 원생동물은 4～15 ㎛의 크기의미세입자이므로 플록 형성이 양호할 경우 여과과정에서도 상당부분 제거될 수 있다. 지아디아포낭과 크립토스포리디움 난포낭은 응집․침전 및 여과공정이 최적

운영될 경우 99.7～99.9 %(2.5～3.0 log) 정도 제거된다.
특히 원생동물은 염소내성이 강해 소독 이전의 과정에서 충분히 제거되어야 하므로 이러한 물리적인 제거과정이 그 관리에 있어 관건이 된다.

이 중 크립토스포리디움은 염소 소독에 의한 일부 제거조차도 불가능하므로, 오존, UV 등의 대체소독제를 사용하지 않는 한, 여과까지의 과정에서 총제거율을달성해야 한다. 그러나 많은 연구에 따르면 응집이 잘 이루어지지 않을 경우 크립토스포리디움 난포낭 제거율은 50 % 정도에 불과하므로 응집여부 및 그 효율이

매우 중요하다고 할 수 있다(Dugan et al. 2000).
바이러스는 염소 소독으로 쉽게 99.99 %(4 log) 정도가 제거되지만, 탁질 제거가 충분하지 않을 경우 소독을 피할 수 있는 피난처가 될 수 있기 때문에 소독 이전에일정 수준이하로 탁도를 낮추는 것이 중요하다. 또한 크기가 매우 작지만, 응집에 의해 플록 형성이 양호할 경우 99 %(2 log) 정도는 제거된다.

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소독공정
소독은 물속의 병원성 미생물을 불활성화(Inactivation)하는 것으로, 물속에 존재하는 모든 미생물을 완전히 사멸시키는 멸균(Sterilization)과는 구별된다.

정수처리에 있어 물속에 존재하는 모든 미생물을 사멸시키는 것은 불필요한 일일 뿐 아니라, 냄새문제를 발생시키고 소독부산물 생성을 증가시켜 먹는물의 질을오히려 떨어뜨린다.
소독제로는 염소, 이산화염소, 클로라민, 오존, UV 등이 가장 잘 알려져 있다. 이들 소독제들은 미생물과 접촉할 경우 세포벽을 손상시켜 물질 전달작용을 방해하거나, 유전물질을 파괴하여 성장 및 증식을 중단시킴으로써 미생물을 불활성화시킨다.
소독은 세균과 바이러스를 제거하는 가장 핵심적인 공정이자, 모든 병원성 미생물로부터 안전한 먹는물을 확보하기 위한 “마지막 방어벽”이 된다.

소독공정에서 바이러스가 최소 99 %(2 log) 이상 제거되어야 하며, 특히 지아디아와 같이 염소내성이 강한 미생물에 대한 소독에서는 염소투입량 조정만으로는원하는 제거율을 얻을 수 없으므로, 소독제와의 접촉시간을 최대화할 수 있는 모든 조건이 고려되어야 한다.

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미생물 제거여부 확인 

​정수처리를 통해 병원성 미생물이 안전한 수준으로 제거되었는지, 즉 정수처리공정이 최적 운영이 되었는지는 어떻게 확인할 것인가?

정수처리기준이 수질측면에서의 정수장 운영기준인 만큼, 미생물 제거수준을 그때그때 정확히 파악하는 일은 정수처리기준 적용 시 가장 핵심적인 문제라 할것이다.
가장 확실한 확인방법은 물론 여과지 유출수나 최종처리수에 대해 바이러스나 원생동물을 직접 검사해보는 것일 것이다.

그리고 이때의 수질검사에는 신속하고 정확한 검사방법이어야 한다. 그러나 바이러스 검사에 가장 많이 사용되고 공식적으로 인정된 방법인 세포배양법(TotalCulturable ​Virus Assay, TCVA)은 분석과정이 매우 까다롭고 숙련된 기술이 필요하며 분석비용이 매우 높을 뿐 아니라 결과 판독까지 최대 2달까지 소요되므로일상적인 검사로는 적합지 않다. 지아디아 포낭과 크립토스포리디움 난포낭 검사방법 또한 기존의 총대장균군 검사와는 비교할 수 없을 정도로 높은 비용과 전문

기술, 분석경험을 필요로 한다.
따라서 정수장 수질관리 시 수돗물 중의 병원성 미생물량을 직접 측정하지 않고도 각 공정에서 미생물 제거여부를 파악하고 정수처리공정을 관리하는 방법이필요하다.

 

여과공정
병원성 미생물을 직접 검사하지 않고 여과까지의 물리적 공정에서 미생물 제거정도를 손쉽게 알려주는 지표물이 바로 “탁도”이다.

탁도는 물의 가장 기본적인 물리적 성질로써, 수중 입자에 의해 광선이 산란되거나 흡수되는 광학적 성질을 나타낸 것이다.

탁도는 보통 물의 상대적인 투명도에 대한 측정치로써 그동안은 먹는물의 심미적인 영향 차원에서 고려되어온 수질검사항목이다.
탁도를 구성하는 물질로는 토양성분, 침니(Silt), 미세한 무기․유기물, 용존성 유색화합물, 조류, 기타 미생물 크기의 물질 등이 있으며, 그 원인물질로는 하폐수

유기물, 강우 유출된 토양, 조류나 수초, 식물 부패산물인 휴민산 등의 유기물질, 철 농축물, 처리과정에서 발생한 입자(NaOH 등)와 기포 등이 있는데, 이 중에매우 적은 양의 병원성 미생물이 포함될 수 있다.

여과수 또는 정수 탁도가 낮다는 것은 물리적인 처리공정이 적절히 수행되었음을 의미한다. 실제로 많은 pilot연구에서 탁도 제거율과 원생동물 제거율은 매우강한 상관성을 보였다<그림6.6>,<그림 6.7>.

탁도는 원생동물 제거정도에 대한 좋은 지표(Indicator)가 되며, 따라서 공중보건차원에서도 각 정수장이 최적화 되었는지를 결정하는 훌륭한 판정기준이 될 수있다.

반대로 먹는물의 탁도가 높다는 것은 심적인 불쾌감 뿐만 아니라 안전성에도 문제가 있을 수 있음을 나타낸다.

탁도는 병원성 미생물에 영양물과 피난처를 제공할 수 있으며, 또 한편 처리가 불충분하다는 것을 의미하기도 한다.

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​실제 크립토스포리디움에 의해 유발된 집단발병 사고에서도 대부분 여과수 또는 정수에서 평상시와는 다른 탁도 돌출현상이 발견되어 이러한 관련성을 뒷받침하고 있다<표 6.6>. 미국에서 발생한 아래 사건들은 집단발병이 일어났던 시기에 최종처리수 탁도가 1.0 NTU를 초과하였다.

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​따라서 여과수 또는 정수 탁도가 매우 낮다는 것은 (1) 세균이나 바이러스가 소독되기 좋은 상태로 감소되었으며, (2) 지아디아나 크립토스포리디움 같은 원생동물제거율이 양호하다는 것을 의미한다.
이러한 근거로부터, 여과공정에서의 제거여부는 바이러스나 포낭을 직접 검사하는 대신 정기적으로 탁도를 측정함으로써 확인한다.

우리나라의 정수처리기준에서는 급속여과 시, (통합)여과수 탁도를 4시간 간격으로 측정하여 월 측정치의 95 % 이상이 0.3 NTU 이하이고 한 시료도 1 NTU를초과하지 않을 경우, 바이러스 2 log, 지아디아 2.5 log, 크립토스포리디움 난포낭 2 log가 제거 된 것으로 인정한다.

직접여과는 동일한 탁도 측정결과에도 급속여과보다는 낮은, 바이러스 1 log, 지아디아 2 log 및 크립토스포리디움 2 log 제거를 인정해준다.

완속여과일 경우에는, 역시 동일하게 탁도를 측정하여 월 측정치의 95 % 이상이 0.5 NTU 이하이고 한 시료도 1 NTU를 초과하지 않으면, 바이러스와 지아디아,크립토스포리디움 모두 2 log씩 제거된 것으로 인정한다.

 

소독공정
여과공정에서의 제거목표가 달성되었다면 소독공정에서 우리가 달성해야 할 제거목표는 바이러스 최소 99 %(2 log) 및 지아디아 최소 68 %(0.5 log)이다.

만일 탁도 측정결과 여과에서 달성할 목표제거율을 만족하지 못했다면, 소독에서 모두 제거해야 하므로 목표제거율은 바이러스 최소 99.99 %(4 log), 지아디아최소 99.9 %(3 log)가 된다.
소독공정 운영은 병원성 미생물을 직접 검사하지 않고 불활성화비를 측정함으로써 안전성을 확인한다.

즉 매일 달성된 소독효과 즉 소독능(CT값)을 측정, 계산함으로써 바이러스와 지아디아의 이론적인 제거여부를 추정하는 방법을 사용한다.

여기서 C는 소독제 농도(Concentration)를 말하며, T는 접촉시간(time), 즉 소독제와 미생물이 접촉한 시간을 의미한다.

따라서 소독능(CT값)이란 잔류소독제 농도(C)와 소독제와 물의 접촉시간(T)의 곱을 말하며, 따라서 CT값의 단위는 mg･min/L이다.

소독능은 소독효과를 의미한다. 소독에 의한 각 미생물의 불활성화에 필요한 소독능값은 선행연구를 통해 이미 결정되어 있다.
예를 들어 염소에 의한 바이러스 2 log 불활성화(수온 0.5 ℃)에 필요한 CT요구값은 6 ㎎･min/L 이므로, 잔류염소농도 0.6 mg/L에서 접촉시간 10분이면 바이러스가 2 log 제거되었다고 간주할 수 있는 것이다.

그리고 소독공정에서 매순간 실측된 소독능이 이 필요소독능보다 크거나 같으면 미생물 제거목표를 달성하였다고 간주한다.

CT계산값과 CT요구값의 비율을 불활성화비라고 하며, 불활성화비가 1 이상이면 미생물 제거목표를 달성한 것으로 간주한다.
그러나 지아디아와 같이 소독내성이 강한 미생물의 소독에는 소독제농도와 접촉시간 이외에도 사용된 소독제, 수온, pH, 물속에 존재하는 유기물 및 환원물질의양 등에 따라 소독효과가 매우 다르기 때문에 이에 대한 고려도 필요하다.

각 소독제의 소독력은 클로라민보다는 염소가, 염소보다는 이산화염소가, 이산화염소보다는 오존이 강하다. 또한 수온이 낮을수록 소독효과는 감소한다.
따라서 겨울철에는 소독효과가 감소하여 소독제농도를 높이거나 접촉시간을 늘려야 다른 계절과​ 같은 소독효과를 얻을 수 있다.

염소의 경우, pH가 높을수록 소독효과는 감소한다.

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출처 : 환경부 정수처리기준 해설서(2013) 내용 발췌