Dissolved Organic Matter Fractions and Their Removal in Full-Scale Drinking Water Treatment Process

The objective of this study is to investigate characteristics about removal of dissolved organic matter (DOM) and its fraction for improving operation efficiency in an advanced water treatment plant.

Methods

The monitoring of water quality was conducted at five processes such as raw water, pre-oxidation, after sedimentation, post-ozonation, after biological activated carbon (BAC) from July 2020 to August 2021 in advanced water treatment process (AWTP) supplying 180,000m³/day. The concentration of DOC (dissolved organic carbon) and number of algae were monitored and LC-OCD was used to fractionate DOC to four species, biopolymer (BP), humic substance (HS), building blocks (BB), and low molecular weights (LMWs).

Results and Discussion

The characteristics of raw water showed that the concentration of DOC and the number of algae increased with an increase in water temperature. The portion of BP and HS significantly increased at low and high water temperature, respectively, while BB and LMWs maintained the similar portion. The removal efficiency of DOC in the AWTP was achieved at 59% with each species of BP, HS, BB, and LMWs obtaining removal efficiency of 87%, 65%, 26%, and 52%, respectively. Coagulation/sedimentation/filtration showed removal efficiency of 84%, 56%, 20%, and 18% for BP, HS, BB, and LMWs, respectively, corresponding to their molecular weight. The effect of post-ozonation would be negligible except for BP. In BAC, removal efficiency of 49% and 12% were obtained for LMWs and BB (low molecular weight, respectively. As a result, the BP portion significantly decreased due to high removal efficiency, while BB portion was increased in the final treated water compared to raw water.

Conclusion

Most of DOM was removed in coagulation/sedimentation/filtration and BAC, whereas oxidation process such as pre-chlorination, pre-ozonation and post-oxidation did not have an effect on DOM removal. In coagulation/sedimentation/filtration, 84% and 54% of the BP and HS were removed, while BAC removed 49% and 12% of LMWs and BB, respectively. It has been recommended to improve the removal efficiency of BB, which obtained the lowest removal efficiency in AWTP, and to enhance the removal efficiency of LMWs in BAC to inhibit microbial regrowth in the distribution system.

Key words: Dissolved Organic Matter (DOM), Fraction, Molecular Weight, Aromacity, Drinking Water Treatment

요약

목적:

본 연구는 고도 정수처리공정에서 각 공정별 용존 유기오염물질(dissolved organic matter, DOM)의 분획별 제거 효율 특성을 분석하여 정수장의 공정개선을 목적으로 한다.

방법:

본 연구는 하루 생산용량 180,000m³의 고도 처리 정수장을 대상으로 15개월 동안 진행하였으며, 원수의 경우, DOC (dissolved organic carbon) 농도와 수온의 변화 및 조류의 영향을 파악하기 위해 조류의 개체수를 포함하였다. 각 공정(전산화, 응집/침전/여과, 후오존, 생물활성탄공정(biological activated carbon, BAC))의 DOC 제거 효율을 분석하였으며, LC-OCD를 이용하여 DOC 구성 유기물질을 분자량 크기별로 biopolymer (BP), humic substance (HS), building blocks (BB), low molecular weight (LMWs) 4종으로 분류하여 각각에 대한 제거 특성을 분석하였다.

결과 및 토의:

원수의 DOC의 농도는 조류 개체수 증감에 비례하여 변화하였다. 분획들 중 BB와 LMWs의 구성비율은 계절의 변화에 큰 영향을 받지 않았으나, BP는 저수온기에, HS는 고수온기에 구성비율이 큰 폭으로 증가하였다. 전체 고도 정수처리공정의 평균 DOC 제거효율은 59%였으며, BP, HS, BB, LMWs의 평균 제거효율은 각각 87%, 65%, 26%, 52%로 분자량이 가장 큰 BP에서 가장 높게 효율을 얻을 수 있으며, BB의 경우 가장 낮은 제거효율을 나타내었다. 응집/침전/여과공정에서 BP, HS, BB, LMWs의 평균 제거율은 각각 84%, 56%, 20%, 18%로 분자량이 클수록 높은 제거율을 나타내었고, 후오존 공정의 경우는 BP에 대해서 평균 16%의 제거율을 나타낼 뿐 다른 분획들에 대한 제거는 거의 발생하지 않았다. BAC 공정에서의 평균 제거율은 LMWs와 BB에서 각각 49%와 12%로 저분자량 분획들이 제거되었다. 정수처리 공정을 거치면서 BP 농도는 큰 폭으로 감소하였으나, BB의 경우 가장 낮은 제거효율을 나타내어 BAC 공정 처리수에서 상대적으로 높은 구성비율을 나타내었다.

결론

정수처리 공정에서 DOM의 제거에는 응집/침전/여과공정과 BAC 공정의 기여율이 높았으며 산화공정(전염소, 전오존, 후오존)은 DOM 제거에 기여하지 않았다. 고분자성 DOM인 BP와 HS의 84%와 50% 이상이 응집/침전/여과공정에서 제거되었고, 저분자성 DOM인 LMWs와 BB의 49%와 12%가 BAC 공정에서 제거되었다. 정수처리 공정에서 DOM 분획들 중 BB의 제거율이 낮아 BB의 제거율 향상에 대한 고려가 필요하였으며, 관망에서 미생물 재성장능 억제를 위해 BAC 공정에서 LMWs의 제거효율 향상 방안도 함께 고려되어야 할 것으로 평가되었다.

주제어: 용존 유기믈질, 분획, 분자량, 방향도, 정수처리

1. 서 론

수중에 잔존하는 용존 유기물질(dissolved organic matter, DOM)은 다양한 발생원에서 자연적･인위적으로 기원한 혼합물[1,2]로 부식질, 리그닌, 탄수화물, 단백질 등을 포함하는 극성 및 비극성 작용기를 모두 갖는 매우 복잡한 혼합물로 알려져 있다[3].

상수원수 중에 잔존하는 DOM은 정수장에서 소독제, 응집제 같은 약품 사용량을 증가시키고, 입상활성탄의 흡착능을 소모시켜 활성탄 사용기간을 단축시키며, 소독부산물 생성, 배･급수관망에서 미생물 성장 및 맛･냄새 유발과 같은 부작용을 야기한다[4-9]. 이러한 바람직하지 않은 영향을 최소화하려면 정수처리 공정에서 DOM 농도제한이 필수적이다.

최적 정수처리 공정을 설계하고 운영하기 위해서는 DOM의 특성에 대한 많은 정보가 필요하다[10]. 소수도(hydrophobicity), 방향족 물질 함량 및 분자량 크기와 같은 DOM의 특성들은 정수공정의 운영 조건 및 운전 효율에 많은 영향을 미친다[10,11].

현재 정수처리 공정의 진단 및 운전효율 평가에 사용되는 DOM의 지표로는 DOM 농도를 총량적으로 평가하는 용존 유기탄소(dissolved organic carbon, DOC) 농도, UV 흡광도(254nm, UV₂₅₄) 및 SUVA₂₅₄ (specific ultraviolet absorbance 254nm) 등을 이용한다. 이들을 이용한 평가는 매우 단편적이며, 한정된 정보만 제공하기 때문에 최근에는 크기 배제 크로마토그래피법(size exclusion chromatography, SEC)을 활용하여 DOM 구성물질들의 분자량별 분획을 통한 시료수의 성상을 특성화하는 방법이 많이 활용되고 있다[12,13]. 특히, liquid chromatography–organic carbon detector (LC-OCD) [14]는 상수원수를 비롯한 정수처리 공정상에서의 수중의 DOM 특성변화[5] 뿐만 아니라 운전효율 평가에 많이 활용되고 있다[11,15,16].

호소수를 상수원수로 이용하는 정수장에서는 연중 번성하는 규조류와 남조류 등에 의한 조류유래 유기물질[16,17] 및 휴믹 등의 자연 부식물질 등이 혼재되어 매우 복잡한 양상을 나타내며, 매년 이러한 양상이 반복되고 있는 실정이다.

본 연구에서는 호소수를 상수원수로 이용하며, 오존/생물활성탄 고도 정수처리공정을 운영하고 있는 대형 정수장의 정수처리 공정에 대해 LC-OCD를 이용하여 DOM에 대한 제거특성을 세부적으로 평가하여 문제점과 공정의 개선 등에 대해 고찰하였다.

2. 실험방법

2.1. 모니터링 대상 정수장

호소수를 상수원수로 이용하는 180,000m³/일 생산용량의 정수장을 모니터링 대상으로 하였다. 공정별 모니터링은 2020년 6월부터 21년 8월까지 월 2회씩 실시하였다. 정수처리 공정은 전염소, 전오존, 응집/침전/모래여과, 후오존, 생물활성탄 공정으로 구성되어져 있다.

Table 1에는 모니터링 기간 중 정수장 운영인자들을 간략히 정리하여 나타내었다. Table 1에서 볼 수 있듯이 산화제(염소, 오존) 투입량은 전염소가 0~3mg/L, 전오존이 0~1.2mg/L의 범위였으며, 구분하여 나타내지는 않았으나 동절기에 비해 하절기에 산화제 투입농도가 높았다. BAC 공정의 공탑 체류시간(empty bed contact time, EBCT)의 경우는 평균 23.4분이었으나, 동절기에 비하여 하절기에 수돗물의 사용량 증가로 EBCT가 소폭으로 감소하였다.

2.2. 실험방법

2.2.1. 용존유기물질 특성분석[14]

DOM 농도(DOC 농도)와 DOM 분획별 농도는 LC-OCD (Model 8, DOC-Labor, Germany)를 이용하였다. Size exclusion chromatography (SEC) 컬럼(Toyopearl TSK HW-50S, 250×20 mm, Japan)을 이용하여 수중의 DOM을 5개의 분획으로 분리하고, ultraviolet detector (UVD)와 organic carbon detector (OCD)를 이용하여 정성･정량한다. 시료수는 0.45μm 멤브레인 여지(Millipore, USA)로 여과 후에 분석에 사용하였으며, 정량한계는 0.01mg･C/L이다.

Table 2에는 LC-OCD에서 정성･정량 가능한 DOM 분획들의 특성을 나타내었다. 고분자 물질(MW: 20,000g/mol 이상)인 biopolymers (BP)부터 저분자 물질(MW: 350g/mol 이하)인 low molecular weight acids (LMW-A) 및 low molecular weight neutrals (LMW-N)까지 5개의 DOM 분획들의 농도 측정이 가능하다. DOM 분획들의 일반적인 특성을 살펴보면 BP는 amino sugar, protein 및 polysaccharides 등으로 혼합된 생체 고분자 유기물질로 소독부산물 생성, 미생물 재성장, 막오염 유발 등에 관여하며, HS의 경우 휴믹산과 펄빅산으로 구성되며, 소독부산물 생성 및 막오염 등에 관여한다[5]. BB는 HS의 분해산물로 알려져 있으며, 소독부산물 생성에 관여하거, LMWs의 경우는 저분자 유기물질로 관망에서 미생물 재성장에 관여하는 것으로 알려져 있다[14].

3. 결과 및 고찰

3.1. 원수 성상 변화

2020년 6월부터 2021년 8월까지 원수 중의 조류 개체수(algal cell counts)와 용존 유기물질(DOC)의 월별 평균농도 변화를 Fig. 1에 나타내었다. Fig. 1에서 볼 수 있듯이 7월에서 10월까지 수온이 상승하는 시기에는 원수중의 조류 개체수가 증가하였고, 12월부터 2월까지 수온이 저하되는 시기에는 매우 낮은 조류 개체수를 나타내었다. 또한, 수중의 DOC 농도도 원수 중의 조류 개체수가 증가하거나 감소함에 따라 서로 유사한 경향으로 변화하는 것을 볼 수 있다.

월별 평균 조류 개체수의 경우, 12월부터 5월까지는 규조류인 Sphaerocystis와 Aulacoseira가 510~890cells/mL 정도로 나타났으며, DOC 농도는 1.7~2.2mg/L 범위였다. 그러나 7월부터 9월까지는 남조류인 Microcystis의 개체수가 급격히 증가하여 평균 조류 개체수가 16,000~148,000cells/mL 범위였으며 원수의 DOC 농도범위는 2.1~2.6mg/L로 나타나 원수 중에 잔존하는 조류 종과 개체수의 차이에 따라 DOC 농도에도 다소 차이를 나타내었다.

조류가 수중에 증식하게 되면 조류 세포내･외의 조류 구성물질들이 수중으로 용출되며, 이러한 조류유래 유기물질(algal organic matter, AOM)은 낮은 방향족 탄소 함량과 친수성 특성을 나타내며 소독부산물 생성에 기여하는 것으로 보고되고 있다[18].

2020년 6월부터 2021년 8월까지 원수 중의 DOM 분획들의 월 평균 구성비율 변화를 Fig. 2에 나타내었다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 계절별 변화에 따라 BP와 HS 구성비율의 변화가 크게 나타났다. 대략적인 변화 경향을 살펴보면 BB와 LMWs의 경우는 각각 연중 16%~20% 및 15%~19%를 차지하여 큰 변화 없이 연중 유사한 패턴을 유지하였으며, BP와 HS는 계절별 변화 패턴이 뚜렷하게 나타났다. 8월~10월에는 BP의 비율이 5%까지 감소하였으나 HS 비율은 57%까지 증가한 반면, 12월~7월에는 BP의 비율이 23%까지 증가하였으며, HS의 비율은 37%까지 감소하였다.

남조류 종인 Microcystis sp. 조체에서 세포내 구성물질(algal organic matter, AOM)을 추출하여 LC-OCD로 분석한 연구결과[16]에서는 BP의 구성비율이 26% 정도로 일반 지표수의 8% 정도에 비해 매우 높은 구성비율을 차지하는 것으로 보고하고 있다. 따라서 원수 중의 BP 농도는 조류 개체수와 매우 높은 상관성을 나타낼 것으로 예상하였으나 Fig. 2의 결과에서는 상반되는 결과를 나타내었다. Fig. 2에 나타난 결과로 유추해 보면 고수온기에 조류가 대량으로 번성한 후 수온이 저하되면서 사멸하여 호소 저층에서 자연분해되면서 지속적으로 수중으로 용출되어 수중의 농도가 상승한 결과로 보여지며, 향후 이에 대한 면밀한 연구가 필요한 것으로 사료된다.

3.2. 정수처리공정에서 DOM 분획별 제거특성

정수처리 공정에서 DOM 분획 중 BP의 거동 평가 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 공정별 평균 잔존농도 및 제거율의 변화를 살펴보면 원수 중의 평균 잔존농도는 0.33mg/L로 전염소(Cl2) 처리 후에는 BP의 농도가 소폭 증가하여 -5% 정도의 제거율을 나타내었으나 전오존 처리에 의해 평균 5% 정도 제거되는 양상을 나타내었다. 전염소 처리에 의한 BP 증가현상은 전염소 처리에 의해 조체가 파괴(cell lysis)되면서 조체를 구성하는 생체 고분자 유기물질들이 수중으로 용출되어 유발된 결과이다[17]. Fig. 3에는 나타내지는 않았으나 조류 번성기(8월~10월)에는 전염소 처리공정에서의 BP의 평균 제거율은 -31% 정도로 나타나 조류 개체수가 적은 시기(12월~5월)의 -2%와 비교하여 매우 큰 차이를 보였다.

응집/침전/여과 공정(Filt)에서 BP의 거동을 살펴보면 평균 제거율과 잔존농도가 각각 84% 및 0.05 mg/L로 나타나 정수공정으로 유입된 대부분의 BP가 응집/침전/여과 공정(Filt)에서 제거되는 것으로 평가되었다. BP는 응집 플록의 가교작용으로 플록의 크기를 조대화하는 응집보조제 역할을 수행하기 때문에 응집/침전 공정에서 높은 제거율을 나타낸다[16].

후오존과 생물활성탄 공정에서의 BP의 평균 제거율은 각각 16%와 8% 정도로 응집/침전/여과 공정에 비해서 매우 낮았다. 생체 고분자 유기물질로 구성된 BP는 생물분해가 용이한 것으로 보고[7]되고 있으나 Fig. 3에서 볼 수 있듯이 BAC 공정에서 8% 정도의 낮은 평균 제거율을 나타내었다. 이와 같이 BAC 공정에서의 낮은 BP 생분해율은 BAC 공정의 유입수 중에 잔존하는 낮은 인(P) 농도에 기인하기 때문이다. 정수처리 공정으로 유입되는 대부분의 인(P)의 경우 응집/침전공정에서 제거되어 후단의 BAC 공정에서는 부착 박테리아 생장에 필요한 필수 영양염인 인(P)의 농도가 부착 박테리아의 생장에 필요한 농도보다 더 낮은 것으로 평가되었다[19,20]. 이러한 경우, BAC 부착 박테리아에 스트레스를 유발하여 생체 고분자 유기물질들로 구성된 EPS (extracellular polymeric substances)를 분비하며, EPS는 BP 농도 증가의 원인으로 작용한다[15]. Fig. 3에는 나타내지 않았으나 정수처리 공정에서 BP의 평균적인 총 제거율은 87% 정도였으며, 정수공정에서의 평균 유입 및 유출농도는 각각 0.33mgC/L와 0.04mgC/L로 나타났다.

정수처리 공정별 HS의 평균 잔존농도와 제거율 변화를 Fig. 4에 나타내었다. HS는 난분해성이며, 소독부산물 생성에 크게 기여하는 것으로 알려져 있다[5]. 공정별 HS의 제거특성을 살펴보면 HS의 경우도 Fig. 3에 나타낸 BP와 매우 유사한 제거경향을 나타내고 있으며, 공정별 HS의 평균 제거율은 응집/침전/여과 공정에서의 56%를 제외하고는 나머지 단위공정들에서의 제거율은 5% 이하인 것으로 나타났다. 후오존과 생물활성탄 공정에서 HS의 제거율이 저조한 이유는 HS 산화에 필요한 오존 요구량에 비해 후오존 공정에서 투입되는 오존농도(0.5mgO₃/mgDOC)가 낮고, HS가 생물학적으로 난분해성이기 때문이다.

Fig. 4에는 나타내지 않았으나 정수처리 공정에서 HS의 평균적인 총 제거율은 65% 정도였으며, 정수공정에서의 평균 유입 및 유출농도는 각각 1.08mgC/L와 0.38mgC/L로 나타났다.

정수처리 공정별 HS의 평균 분자량(M_n)과 방향도(aromacity)의 연평균 변화를 Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5의 그래프에서 HS의 방향도와 분자량이 클수록(우측 상단부분에 위치할수록) 난분해성이며, 소독부산물의 생성능이 높은 것으로 평가된다[5].

Fig. 5에서 볼 수 있듯이 유입 원수에 함유된 HS의 평균 분자량과 평균 방향도는 각각 630g/mol과 3.5L/(mg·m)이었으며, 전염소와 전오존 처리 후에는 평균 분자량과 평균 방향도가 610g/mol과 2.6L/(mg·m)로 감소하여 전산화 처리에 의해 HS의 탄소결합의 끊김에 의해 분자량의 감소 보다는 방향도의 감소폭이 월등히 높게 나타났다. 응집/침전/여과 공정 후에는 평균 분자량과 평균 방향도가 520 g/mol과 2.0 L/(mg·m)로 나타나 이들 물리적 처리공정에서 HS 중에서도 특히, 고분자 소수성 HS의 제거가 유발된 것으로 평가되었다. 후오존과 BAC 공정을 거친 이후의 평균 분자량과 평균 방향도는 520 g/mol과 1.6 L/(mg·m)으로 나타나 후오존 처리에 의해 평균 분자량에는 변화가 없었으며, 방향도만 감소하였다.

정수공정 전체를 통하여 HS의 평균 분자량과 평균 소수도의 저감율은 각각 17%와 54% 정도로 나타났으며 분자량 저감에는 응집/침전 공정의 기여율이 높게 나타났고, 방향도의 저감에는 산화(염소, 오존)공정과 응집/침전 공정이 동시에 기여하는 것으로 평가되었다.

HS의 분해부산물이며 소독부산물 생성과도 관련[5]이 있는 BB에 대한 정수처리 공정별 평균 잔존농도와 제거율 변화를 Fig. 6에 나타내었다. BB의 경우는 전오존 처리에 의해 -6% 정도의 제거율을 보였으며, 이는 Fig. 4에 나타낸 전오존 공정에서의 HS 농도 감소와 연관이 있다. 응집/침전/여과 공정에서는 BB의 평균 제거율이 20%였으며, BAC 공정에서 12% 정도의 제거율을 나타내었다.

Fig. 6에는 나타내지 않았으나 정수처리 공정에서 BB의 평균적인 총 제거율은 26% 정도였으며, 정수공정에서의 평균 유입 및 유출농도는 각각 0.42mgC/L와 0.31mgC/L로 나타났다.

저분자 유기물질로 종속 영양성 박테리아의 유기탄소원으로 이용되어 배･급수관망에서의 미생물 재성장을 유발[14]할 수 있는 LMWs의 정수처리 공정별 평균 잔존농도와 제거율 변화를 Fig. 7에 나타내었다. LMWs의 경우, 전산화(전염소, 전오존) 공정을 거치면서 평균 농도가 소폭 증가하였으며, 이는 고분자 유기물질들이 산화 처리에 의해 저분자화 되어 나타난 결과이다. 응집/침전/여과 공정에서는 평균 18%, 후오존 공정에서 평균 -3%, BAC 공정에서 평균 49% 정도의 제거율을 나타내었다.

BAC 공정에서 DOM의 제거 메카니즘은 생물학적 분해(biodegradation)이며, 배･급수관망에서의 미생물에 대한 안전성을 확보하는 것이 BAC 공정의 주요 운영목적 중 하나이다. 그러나 Fig. 7에서 볼 수 있듯이 BAC 공정에서 처리된 이후에 평균적으로 관망으로 유출되는 LMWs 농도가 0.21mgC/L 정도로 나타나 공급 관망에서 적정 잔류염소 농도가 유지되지 않을 경우에 미생물 재성장 가능성에 유의해야 할 수준으로 평가되었다[21]. 동절기에는 부착 박테리아의 활성 감소로 인해 BAC 공정에서의 제거율이 감소하였으며, 하절기에는 수돗물 사용량 증가에 따라 BAC 공정의 EBCT 감소로 인해 더 높은 제거율을 기대하기가 어려운 실정이다. BAC 공정에서의 LMWs 제거 효율증진을 위해서 동절기에는 BAC 공정의 EBCT 증가와 하절기에는 EBCT를 증가시켜 운전하기가 어려운 실정이라 미량의 과산화수소를 투입하여 BAC 공정의 유기물질 제거능과 부착 박테리아의 활성을 향상시킬 수 있는 강화 BAC 공정의 도입이 적합할 것으로 판단된다[15,19,20,22].

Fig. 7에는 나타내지는 않았으나 정수처리 공정에서 LMWs의 평균적인 총 제거율은 52% 정도였으며, 정수공정에서의 평균 유입 및 유출농도는 각각 0.44mgC/L와 0.21mgC/L로 나타났다.

정수처리 공정별로 평균적인 용존 유기물질 농도, 제거율 및 분획들의 구성비율 변화를 Fig. 8에 나타내었다. Fig. 8에서 볼 수 있듯이 DOC 평균 유입농도(그래프 상단의 숫자)는 2.27 mg/L였으며, 전산화 처리 후 DOC의 농도의 증감은 거의 없었고, 응집/침전/여과 공정(제거율: 45%)과 BAC 공정(제거율: 25%)에서만 DOC 농도가 감소하였다.

공정별 DOC의 평균 구성비율의 변화를 보면 원수의 경우 HS가 47%로 가장 높은 비율을 차지하였으며, 다음으로 LMWs 19%, BB 19%, BP 15% 순으로 나타났다. 응집/침전/여과 공정을 거친 후에는 HS 35%, LMWs 32%, BB 29%, BP 4% 순으로 나타나 BP와 HS의 평균 구성비율의 감소가 두드러졌다. 또한, BAC 공정 이후에는 HS가 41%, BB 33%, LMWs 22% 및 BP가 4% 정도로 나타나 응집/침전/여과공정 이후와 비교하였을 경우, LMWs의 비율이 감소한 반면 HS와 BB의 비율이 소폭 증가하였다. 전체적으로 BP와 HS의 구성비율은 감소하였으며, BB와 LMWs는 증가하였다. 특히 BB의 낮은 제거효율로 인해 초기 19%에서 BAC 공정 이후 33%로 급격히 증가하였으며, 반면 BP는 15%에서 4%로 크게 감소되었다.

정수처리 공정에서의 DOM 제거는 응집/침전/여과 공정을 거치면서 DOM의 45% 정도가 제거되어 재래식 정수처리 공정인 응집/침전/여과 공정이 DOM 제거에 큰 기여를 하는 것으로 나타났다. 또한, BAC 공정의 경우, DOM의 총 제거율면에서 14% 정도 기여를 하였으며 Fig. 6과 Fig. 7에서 나타내었듯이 주로 BB와 LMWs가 BAC 공정에서 주로 제거되었다.

4. 결 론

1. 호소수 내의 DOM 농도는 조류 개체수 증감에 비례하여 하절기에는 증가, 동절기에는 감소하는 경향을 나타내었다.

2. DOM을 구성하는 분획들 중에서 연중 HS가 가장 높은 비율(37~57%)을 차지하였고, BB와 LMWs는 15%~20%로 거의 일정한 비율을 나타내었다.

3. 정수처리 공정에서 응집/침전/여과공정과 BAC 공정에서 대부분의 DOM이 제거되었으며, 산화공정(전염소, 전오존, 후오존)은 DOM 제거에 기여하지 않았다.

4. 고분자성 DOM인 BP와 HS의 84%와 50% 이상이 응집/침전/여과공정에서 제거되었으며, 저분자성 DOM인 LMWs와 BB의 49%와 12%가 BAC 공정에서 제거되었다.

5. 정수처리 공정에서 DOM 분획들 중 BB의 제거율이 낮게 나타나 BB의 제거율 향상에 대한 고려가 필요하였으며, 관망에서 미생물 재성장능 억제를 위해 BAC 공정에서 LMWs의 제거효율 향상 방안도 함께 고려되어야 할 것으로 평가되었다.

Notes

Declaration of Competing Interest

The authors declare that they have no known competing interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

Fig. 1.

Variations of monthly average algae cell counts and DOC concentrations in source water.

Fig. 2.

Variations of monthly average proportion of DOM components in source water.

Fig. 3.

Changes in BP concentration and average removal rate by drinking water treatment process.

Fig. 4.

Changes in HS concentration and average removal rate by drinking water treatment process.

Fig. 5.

Changes in average MW (M_n) and aromacity of HS by drinking water treatment process.

Fig. 6.

Changes in BB concentration and average removal rate by drinking water treatment process.

Fig. 7.

Changes in LMWs concentration and average removal rate by drinking water treatment process.

Fig. 8.

Changes in average DOM proportion and average total DOM removal rate by drinking water treatment process.

Table 1.

The studied drinking water treatment plant and treatment steps.

Process	Operating conditions
Source water	Lake water
Pre-Chlorination	Cl₂ conc.: 0~3mg/L
Pre-Ozonation	O₃ conc.: 0~1.2mg/L
Coagulation	Alum: 35~60 mg/L, PACSⅡ: 35~70 mg/L (summer)
Sedimentation	Clarifier type, 3.9~6.4 Hr
Sand Filtration	Sand, 54~74 m/day
Post-Ozonation	O₃ conc.: 0~1.2 mg/L
BAC Filtration	Coal-based GAC, EBCT: 23.4 min.

Table 2.

The fractions and characteristics from LC-OCD [7].

Name	Biopolymers (BP)	Humic substances (HS)	Building blocks (BB)	Low molecular weight organics (LMWs)
Name	Biopolymers (BP)	Humic substances (HS)	Building blocks (BB)	LMW acids (LMW-A)	LMW neutrals (LMW-N)
MW (g/mol)	> 20,000	∼1,000	300∼500	< 350	< 350
Description	High molecular polysaccharides, proteins and amino sugars	Humic acids and fulvic acids	Degradation products from HS	Final degradation products of organic but also released by bacteria	Alcohols, aldehydes, ketones, sugars and amino acids

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