정수 (물)

3. 수원 (水源)

정수에 사용되는 원수는 그 출처에 따라 지하수, 고지대 호수 및 저수지, 강, 운하 및 저지대 저수지, 기타 수원(대기 중 물 생성, 빗물 채집, 해수 담수화, 표면수) 등으로 분류할 수 있다.

상수도 등에서의 정수는 수도법 및 수질 기준에 관한 성령에 규정된 수질 기준을 충족하기 위해 원수에 필요한 처리를 하는 것을 말한다. 원수의 수질에 따라 처리 방법이 달라지는데, 공장이나 농지 등이 있는 지역에서는 복잡한 처리가 필요하고, 지하수와 같이 수질이 좋은 경우에는 염소 소독 등 간단한 처리만으로 가능하다.

3. 1. 지하수

4. 정수 처리 과정

공공 수도에서는 수원으로부터 취수되어, 정수지로 도수되어 온 원수(原水)를 물리적, 화학적 처리를 통해 정수한다. 정수 처리 과정은 원수의 수질, 처리 비용, 최종 수질 기준 등에 따라 달라진다.

• 전처리: 수원에서 취수한 물을 저장 탱크로 이동시킨 후, 스크린 필터를 사용하여 큰 부스러기를 제거한다.
• 응집 및 응결: 황산 알루미늄(명반)이나 염화철(III)과 같은 응집제를 첨가하여 입자를 뭉치게 한다.
• 침전: 뭉쳐진 입자(플록)를 침전조에서 중력에 의해 가라앉힌다.
• 여과: 침전되지 않은 부유 입자와 플록을 제거한다. 완속 여과와 급속 여과 방식이 있다.
• 소독: 병원체를 제거하기 위해 염소, 오존, 자외선 등을 사용한다.

4. 1. 전처리

4. 2. 응집 및 응결

4. 3. 침전

4. 4. 여과

4. 4. 1. 완속 여과

4. 4. 2. 급속 여과

• 종이 및 모래 여과기보다 훨씬 작은 입자를 걸러낸다.
• 지정된 기공 크기보다 큰 사실상 모든 입자를 걸러낸다.
• 얇아서 액체가 비교적 빠르게 흐른다.
• 상당히 강해서 일반적으로 2~5기압의 압력 차이를 견딜 수 있다.
• 세척(역세척)하여 재사용할 수 있다.

4. 5. 소독

4. 5. 1. 염소 소독

4. 5. 2. 이산화 염소 소독

4. 5. 3. 클로라민 소독

또한 THM 또는 할로아세트산(소독 부산물)을 쉽게 생성하지 않는다.

염소를 첨가한 후 물에 암모니아를 첨가하여 염소를 클로라민으로 전환하는 것이 가능하다.^[1] 염소와 암모니아는 반응하여 클로라민을 형성한다.^[1] 클로라민으로 소독된 물 공급 시스템은 암모니아가 박테리아 성장의 영양분이며, 질산염이 부산물로 생성되므로 질산화를 경험할 수 있다.^[1]

4. 5. 4. 오존 소독

오존은 불안정한 분자로, 산소 원자 하나를 쉽게 내어 강력한 산화제를 제공하며, 이는 대부분의 수생 유기체에 유독하다. 오존 소독은 낭포를 형성하는 유해한 원생동물을 비활성화하는 효과적인 방법이며, 거의 모든 다른 병원체에 대해서도 효과가 있다. 오존은 산소를 자외선이나 "냉" 방전으로 통과시켜 생성된다. 오존을 소독제로 사용하려면 현장에서 생성하여 기포 접촉으로 물에 첨가해야 한다. 오존의 장점은 위험한 부산물의 생산이 적고, 염소 처리에 비해 맛과 냄새 문제가 없다는 것이다. 물에는 잔류 오존이 남지 않으므로,^[11] 유통 배관의 잠재적인 병원체를 제거하기 위해 유통 시스템 전체에 염소 또는 클로라민을 첨가할 수 있다.

오존은 1906년부터 식수 공장에서 사용되었으며, 최초의 산업용 오존 처리 시설은 프랑스 니스에 건설되었다. 미국 식품의약국은 오존을 안전하다고 인정했으며, 식품의 처리, 저장 및 가공을 위한 항미생물제로 사용된다. 그러나 오존 처리 시 부산물이 적게 형성되지만, 오존이 물 속의 브롬 이온과 반응하여 발암 의심 물질인 브롬산염 농도를 생성한다는 사실이 밝혀졌다. 브롬은 담수 공급원에서도 충분한 농도로 발견될 수 있으며, 오존 처리 후 미국 환경 보호국(USEPA)에서 설정한 최대 오염 수준인 10ppb 이상의 브롬산염이 생성될 수 있다.^[12] 오존 소독은 에너지 집약적이기도 하다.

4. 5. 5. 자외선 소독

자외선은 낮은 탁도의 물에서 낭포를 비활성화하는 데 매우 효과적이다. 자외선 소독 효과는 탁도가 증가함에 따라 감소하는데, 이는 부유 고형물에 의한 흡수, 산란, 음영의 결과이다. 자외선 조사의 주요 단점은 오존 처리와 마찬가지로 물에 잔류 소독제를 남기지 않는다는 것이다. 따라서 1차 소독 공정 후에 잔류 소독제를 추가해야 하는 경우가 있다. 이는 1차 소독제로 논의된 클로라민을 첨가하여 자주 수행되며, 클로라민은 염소화의 부정적인 영향이 거의 없이 효과적인 잔류 소독제를 제공한다.^[13]

4. 6. 고도 정수 처리

일반적인 정수 처리 과정만으로 먹는 물 수질 기준을 확보할 수 없을 때, 추가적으로 실시하는 정수 처리 과정을 '''고도 정수 처리'''라고 한다. 대표적으로 오존(O₃) 처리법, 활성탄 처리법, 막여과 등이 있다.

• 오존 처리법: 염소 소독에 비해 처리된 물에 맛과 냄새가 남지 않으며, 물에 트리할로메탄(THM)과 같은 화학물질을 남기지 않는다는 장점이 있다. 단점으로는 지속 시간이 짧아 잔류 효과가 없으며 경제성이 낮다는 점이 있다.
• 활성탄 처리법: 활성탄을 통해 오염 물질을 흡착시켜 제거하는 방법이다. 입상 활성탄(Granular Activated Carbon; GAC)과 분말 활성탄(Powdered Activated Carbon; GAC) 처리법 두 가지로 나뉜다. 맛, 냄새, 색도 제거에 효과적이다. 염소 소독으로 인한 트리할로메탄(THM)도 제거할 수 있다.^[1]

5. 기타 정수 기술

물을 끓는점(해수면에서 약 100°C)까지 끓이는 것은 가장 오래되고 효과적인 방법 중 하나이다. 끓이기는 대부분의 미생물이 장 질환을 유발하는 것을 제거하지만, 독소나 불순물을 제거할 수는 없다.^[20] 물을 10분 동안 끓이라는 전통적인 조언은 주로 추가적인 안전을 위한 것이다. 미생물은 60°C 이상의 온도에서 사멸하기 시작한다. 끓는점은 고도가 높아짐에 따라 낮아지지만, 소독에 영향을 미칠 정도는 아니다.^[19][21]

입상 활성탄은 표면적이 넓은 활성탄의 한 형태로, 많은 독성 화합물을 포함한 다양한 화합물을 흡착한다. 활성탄을 통과하는 물은 유기물 오염, 맛 또는 냄새가 있는 지역의 지방 자치 단체에서 일반적으로 사용된다. 많은 가정용 정수기 및 어항은 물을 정화하기 위해 활성탄 필터를 사용한다.^[22]

증류는 물을 끓여 수증기를 생성하고, 수증기를 차가운 표면에 닿아 액체로 응축시키는 과정을 포함한다. 용질은 일반적으로 기화되지 않기 때문에 끓는 용액에 남아 있다. 증류를 통해 99.9% 순수한 물을 얻을 수 있다.

역삼투압은 반투과성 막을 통해 물을 밀어 넣기 위해 기계적인 압력을 가하는 과정을 포함한다. 오염 물질은 막의 반대쪽에 남겨진다. 역삼투압은 이론적으로 대규모 수처리에서 가장 철저한 방법이지만, 완벽한 반투과성 막을 만드는 것은 어렵다.^[23]

현장 화학적 산화(ISCO)는 고급 산화 공정이다. 이는 대상 오염 물질의 농도를 줄이기 위해 토양 및/또는 지하수 정화에 사용된다. ISCO는 오염 물질을 파괴하기 위해 산화제를 오염된 매체(토양 또는 지하수)에 주입하거나 다른 방식으로 도입하여 수행된다.

생물 정화는 오염된 지역에서 폐기물을 제거하기 위해 미생물을 사용한다. 1991년 이후 생물 정화는 알칸, 과염소산염, 금속과 같은 불순물을 제거하기 위한 전술로 제안되었다.^[25]

과산화 수소 (H₂O₂)는 물을 정화할 수 있는 일반적인 소독제이다. 일반적으로 화학 공장에서 생산되어 오염된 물로 운반된다. 또 다른 접근 방식으로는 현장의 수소와 산소 원자로부터 H₂O₂를 합성하기 위해 금-팔라듐 촉매를 사용하는 것이다.^[29]

6. 안전성 및 논란

클로라민은 일부 급수 시스템에서 부식성 물질로 작용할 수 있다. 클로라민은 오래된 서비스 라인 내부의 "보호" 필름을 용해시켜 납이 주거용 수도꼭지로 침출될 수 있게 한다. 이로 인해 높은 혈중 납 수치를 포함한 유해한 노출이 발생할 수 있으며, 납은 알려진 신경독이다.^[31]

증류는 물에서 모든 미네랄을 제거하며, 역삼투압 및 나노여과와 같은 막 방법은 대부분의 미네랄을 제거한다. 이로 인해 탈염수가 생성되는데, 이는 이상적인 식수로 간주되지 않는다. 세계 보건 기구(WHO)는 1980년부터 탈염수의 건강 영향에 대해 조사해 왔다.^[32] 사람을 대상으로 한 실험에서 탈염수는 체액 균형을 증가시키고 전해질의 배출을 증가시키며, 혈청 내 칼륨 농도를 감소시키는 것으로 나타났다. 물 속의 마그네슘, 칼슘 및 기타 미네랄은 영양 결핍을 예방하는 데 도움이 될 수 있다. 탈염수는 또한 납과 카드뮴과 같은 배관 재료를 더 쉽게 침출시키기 때문에 유해 금속의 위험을 증가시킬 수 있으며, 이는 칼슘 및 마그네슘과 같은 용해된 미네랄에 의해 방지된다. 미네랄 함량이 낮은 물은 특히 높은 속도로 파이프에서 물로 납이 침출될 때 영아의 특정 납 중독 사례와 관련되어 왔다. 마그네슘의 권장량은 최소 10 mg/L, 최적 20–30 mg/L; 칼슘은 최소 20 mg/L, 최적 40–80 mg/L, 총 물의 경도 (마그네슘 및 칼슘 추가)는 2~4 밀리몰/L이다. 물의 경도가 5 mmol/L 이상일 경우 담석, 신장 결석, 요로 결석, 관절증 및 관절병증의 발생률이 더 높게 관찰되었다.^[33] 또한, 담수화 과정은 세균 오염의 위험을 증가시킬 수 있다.^[33]

가정용 정수기 제조업체는 이와 반대로, 물 속의 미네랄이 많은 질병의 원인이며, 대부분의 유익한 미네랄은 물이 아닌 음식에서 나온다고 주장한다.^[34][35]

참조

_[1] 서적 Information Collection Rule Data Analysis https://books.google[...] AWWA Research Foundation and American Water Works Association 2002
_[2] 웹사이트 Aeration and gas stripping https://ocw.tudelft.[...] 2017-06-29
_[3] 웹사이트 Water Knowledge https://www.awwa.org[...] 2017-06-29
_[4] 서적 Water Quality and Treatment https://www.accessen[...] McGraw-Hill 2011
_[5] 서적 Water Treatment: Principles and Design. Wiley 2005
_[6] 서적 Integrated Design and Operation of Water Treatment Facilities https://books.google[...] John Wiley & Sons 2000-09-14
_[7] 웹사이트 Technologies for Upgrading Existing or Designing New Drinking Water Treatment Facilities http://nepis.epa.gov[...] United States Environmental Protection Agency (EPA) 1990
_[8] 논문 Influence of operating parameters on the performance of a household slow sand filter 2014-08-01
_[9] 서적 Ion exchange materials: properties and applications https://books.google[...] Elsevier
_[10] 웹사이트 Disinfection with Chlorine https://www.cdc.gov/[...] CDC 2018-02-11
_[11] 간행물 Bacteriological safety of hot tap water in developing countries. 1981
_[12] 논문 Controlling Bromate Formation During Ozonation with Chlorine and Ammonia
_[13] 웹사이트 Solar Disinfection https://www.cdc.gov/[...] 2018-02-11
_[14] 논문 Comparison of Chlorine, Bromine, and Iodine as Disinfectants for Swimming Pool Water 1966-03-01
_[15] 웹사이트 CDC Releases New Guidelines on Fluoride Use to Prevent Tooth Decay http://cdc.gov/mmwr/[...] 2007-08-09
_[16] 간행물 Fluoridation census http://cdc.gov/fluor[...] 1993-09
_[17] 웹사이트 Water fluoridation: a manual for engineers and technicians http://www.cdph.ca.g[...] Centers for Disease Control 1986
_[18] 웹사이트 Magnetic Water Treatment Devices http://extension.psu[...] 2017-08-15
_[19] 논문 Water Disinfection for International and Wilderness Travelers
_[20] 웹사이트 OA Guide to Water Purification, The Backpacker's Field Manual http://www.princeton[...] Random House 1998
_[21] 웹사이트 Is it true that you can't make a decent cup of tea up a mountain? http://www.physics.o[...] physics.org 2012-11-02
_[22] 논문 Nanomaterials and Water Purification: Opportunities and Challenges http://www.ph.ucla.e[...] 2005-05
_[23] 웹사이트 Puretec Industrial Water {{!}} What is Reverse Osmosis? https://puretecwater[...] 2021-09-10
_[24] 간행물 Hydrates for Gypsum Stack Water Purification http://www.aiche-cf.[...] AIChE Annual Convention 2009
_[25] 간행물 Biodegradation of halogenated aliphatic hydrocarbons https://patents.goog[...] 1987-12-15
_[26] 논문 Thermodynamic targeting of microbial perchlorate reduction by selective electron donors 2008-12-18
_[27] 서적 Perchlorate https://archive.org/[...] Springer US 2006-01-01
_[28] 논문 Microbial perchlorate reduction: rocket-fuelled metabolism 2004-07-01
_[29] 웹사이트 Researchers develop cheap, simple, on-demand water disinfection process https://www.zmescien[...] 2021-08-15
_[30] 간행물 Mysterious Glitch Poisons Town Water Supply https://www.wired.co[...] 2007-04-26
_[31] 논문 Changes in Blood Lead Levels Associated with Use of Chloramines in Water Treatment Systems
_[32] 웹사이트 Health risks from drinking demineralised water. Rolling revision of the WHO Guidelines for drinking-water quality. http://www.who.int/w[...] World Health Organization, Geneva 2004
_[33] 웹사이트 Health risks from drinking demineralised water https://www.who.int/[...] WHO 2004
_[34] 웹사이트 Water Distillers – Water Distillation – Myths, Facts, etc http://www.naturalso[...] 2011-02-18
_[35] 웹사이트 Minerals in Drinking Water http://www.aquatechn[...] 2011-02-18
_[36] 웹사이트 The Use of the Microscope in Water Filter History http://www.historyof[...]
_[37] 간행물 Filtration of water supplies https://www.who.int/[...] World Health Organization
_[38] 웹사이트 History of the Chelsea Waterworks http://www.ph.ucla.e[...]
_[39] 서적 Concepts and Practice of Humanitarian Medicine https://books.google[...] Springer 2007
_[40] 서적 L'histoire des vaccinations https://books.google[...] John Libbey Eurotext
_[41] 문서 An Act to make better Provision respecting the Supply of Water to the Metropolis
_[42] 서적 Public Water-Supplies: Requirements, Resources, and the Construction of Works John Wiley & Sons
_[43] 논문 Typhoid Epidemic at Maidstone 1897-10
_[44] 웹사이트 A miracle for public health? http://www.icis.com/[...] 2012-12-17
_[45] 문서 "Report on the Epidemic of Enteric Fever in the City of Lincoln, 1904-5." Local Government Board 1907
_[46] 문서 "The Sterilization Plant of the Jersey City Water Supply Company at Boonton, N.J." American Water Works Association 1909
_[47] 문서 "Description of the Process and Plant of the Jersey City Water Supply Company for the Sterilization of the Water of the Boonton Reservoir." AWWA 1909
_[48] 서적 Clean Water and How to Get It. Wiley 1916
_[49] 논문 A Chemical Method of Sterilizing Water Without Affecting its Potability https://zenodo.org/r[...]
_[50] 웹사이트 Disinfecting Water in a Lyster Bag – Communicable Diseases and Field Sanitation http://armymedical.t[...] 2021-09-25
_[51] 서적 Combating Waterborne Diseases at the Household Level https://www.who.int/[...] World Health Organization
_[52] 서적 Water for Life: Making it Happen https://www.who.int/[...] World Health Organization and [[UNICEF]]
_[53] 웹사이트 Water Purifier Market Size, Share & Growth {{!}} Report till 2029 https://www.fortuneb[...] 2023-01-12
_[54] 웹사이트 12% of urban India relies on bottled water, 1 in 4 homes has a purifier https://indianexpres[...] 2019-11-29
_[55] 문서 KDS 57 55 00 :2017 정수시설 설계기준. 7.6 여과층의 두께와 여재
_[56] 문서
_[57] 문서
_[58] 서적 상하수도 공학