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예서 노
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1 J. Kor. Soc. Environ. Eng., 36(9), 614~623, 2014 Original Paper ISSN The Component Analysis of Foreign Substance Occurred in Water Distribution Networks 최민아 김도환 *, 배철호 이두진 최두용 Min-Ah Choi ㆍ Do-Hwan Kim*, ㆍ Chul-Ho Bae ㆍ Doojin Lee ㆍ Doo Yong Choi 한국수자원공사 K-water 연구원 * 부산광역시상수도사업본부수질연구소 K-water Research Institute, Korea Water Resources Corporation *Water Quality Institute, Busan Water Authority (Received May 7, 2014; Revised September 24, 2014; Accepted September 26, 2014) Abstract : Customers water quality complaints by foreign substance in local water service can be able to call the main cause bring the distrust for tap water and inhibiting the rate of drinking water. In this study, foreign substances were collected in the target region. Foreign objects were subjected to qualitative and quantitative analysis of compounds and elements components to reveal the cause of detection. Also, resolve the complaints by foreign substance and improve the reliability for tap water providing high quality water supply scheme. Collected substances at the water quality complaint area were included in inorganic compounds due to internal corrosion and aging pipeline, as well as organic compounds containing a large amount of carbon (C) and oxygen (O) component. To decide and reduce for foreign substance, objective assessment of pipe condition in target area was required. Key Words : Foreign Substance, Water Quality Complaints, Tap Water, Inorganic Compounds, Organic Compounds 요약 : 지방상수도에서이물질에의한수질민원은수돗물에대한불신을초래하고음용률을저해하는가장큰요인이라할수있다. 본연구에서는수질민원대상지역의이물질수집및시료의정성및정량분석을실시하여이물질에함유되어있는화합물과원소성분을검출함으로서이물질발생의원인을밝히고해결방안을모색하고자하였다. 또한상수관로내부의이물질로인해지속적으로발생하는수질민원을해소하고수돗물에대한신뢰성향상및양질의수돗물공급을위한방안을마련하고자하였다. 민원지역에서포집된이물질은관로의내부부식및노후화로인한부식생성물의무기화합물뿐만아니라탄소 (C) 및산소 (O) 성분을다량함유한유기화합물도포함하고있었다. 이물질에대한정확한판단과저감을위해객관적인대상지역의관상태평가가필요한것으로조사되었다. 주제어 : 이물질, 수질민원, 수돗물, 무기화합물, 유기화합물 1. 서론 국민들의생활수준향상으로수돗물에대한기대와요구수준이많아지고있는가운데건강한물공급과수돗물의음용률을높이고자환경부및각지방자치단체등의수도사업자는많은노력을기울이고있으며, 정수처리공정의향상과상수관망의용수공급시스템에대한투자를점차적으로확대하고있다. 1~3) 2012년기준으로국내의상수도서비스관련민원을살펴보면, 요금에관한민원이전체의 62.8% (677,877건) 로가장많았으며, 누수 14.5% (156,508건), 기타 13.4% (144,648건), 출수불량 4.8% (52,074건), 단수 2.8% (30,731건), 수질민원 1.4% (14,596건), 과수압 0.2% (1,891 건 ) 및불친절 0.04% (470건) 순으로나타났다. 4) 상수도의수질에대한민원이전체민원의 1.4% (14,596건) 로많은것은아니지만국민의물복지실현및수돗물의불신해소와음용률향상을위해서는국가적인서비스차원에서필히해소해야할문제들이다. 일반적으로수용가의소비자들에의한수돗물수질민원은탁도유발물질및이물질들에대한것 으로적수, 흑수및입자성물질들이발생하는경우가대부분이다. 5,6) 외국의경우에도상수관망및수돗물에서의색도발생과탁도증가가수질민원의최대원인이며, 이물질의발생과정과메커니즘이명확히규명되거나이해하기가쉽지않은것으로알려져있다. 7) 상수관망에서이물질이발생하는원인은금속관로의산화, 도장재등의박리, 유무기물및슬라임등의침전, 생물학적인영향과상수관망에대한유지관리가제대로이루어지지못하였기때문이다. 8~10) 최근에는온라인수질계측센서기술의발달로원수, 정수처리공정및상수관망에서의수질변화를실시간으로감시함으로써관리자에게데이터를제공하고경보를통해신속히이상유무와대처방안을제공하는등보다향상된수돗물을공급하고자세계적으로많은노력을기울이고있는추세이다. 11~13) 상수관망에대한실시간수질모니터링뿐만아니라수돗물의이물질을포집하여입자성물질들에대한기기분석을통해정성및정량분석을수행함으로써수중에존재하는미량원소들과화합물들을분석하고원인규명및해소방안에대한연구들이수행되고있다. 14,15) 국내외적으로 Corresponding author dhkim7441@korea.kr Tel: Fax:

J. Kor. Soc. Environ. Eng. 615 수돗물에대한수질민원은계속해서발생되고있으며, 양질의수돗물을공급하기위해서수도사업자와연구자들은상수관로의개량, 교체, 관세척 (cleaning), 플러싱 (flushing), 부식방지및수질제어등의기술들을적용하고있다.

$이물질분석을위해서수행한기기분석방법은 SEM-EDS (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy), ICP (Inductively Coupled Plasma), XRD (X-ray Diffractometer), GC-MS (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer)$ 대상지역현황및조사지점 본연구의대상지역은 PJ시지방상수도급수구역으로 MS 정수장 (Q = 96,000 m 3 / 일 ) 에서급속여과및고도처리 ( 오존 + 입상활성탄 ) 공정을모두적용하여생활용수를공급하고있다. 급수인구는 2012년말기준으로 382,709명으로서급수 보급률은 95.8% 이며, PJ시의총관로연장은 1,875 km로도수관이 8.2 km (0.

대상지역현황및조사지점 본연구의대상지역은 PJ시지방상수도급수구역으로 MS 정수장 (Q = 96,000 m 3 / 일 ) 에서급속여과및고도처리 ( 오존 + 입상활성탄 ) 공정을모두적용하여생활용수를공급하고있다. 급수인구는 2012년말기준으로 382,709명으로서급수 보급률은 95.8% 이며, PJ시의총관로연장은 1,875 km로도수관이 8.2 km (0.

2 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 615 수돗물에대한수질민원은계속해서발생되고있으며, 양질의수돗물을공급하기위해서수도사업자와연구자들은상수관로의개량, 교체, 관세척 (cleaning), 플러싱 (flushing), 부식방지및수질제어등의기술들을적용하고있다. 16,17) 본연구에서는 PJ시지방상수도급수구역에서지속적으로발생하는수질민원을해소하고자샘플링된이물질에대한기기분석등을통해정성및정량분석을실시하여화합물및원소성분에대한정확한분석을실시함으로써이물질발생의원인을밝히고해결방안을모색하고자하였다. 이물질분석을위해서수행한기기분석방법은 SEM-EDS (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy), ICP (Inductively Coupled Plasma), XRD (X-ray Diffractometer), GC-MS (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer) 및자동원소분석등이며, 이를통해해당시료의정확한정보를얻고자하였다. 또한본연구를통해수돗물에대한불신을해소하고양질의물을공급하기위해서상수관망에서시설물들에대한유지관리와정기적인관망진단및이물질의성분분석등을포함한수질조사의중요성을확인할수있었다. 2. 실험재료및방법 2.1. 대상지역현황및조사지점 본연구의대상지역은 PJ시지방상수도급수구역으로 MS 정수장 (Q = 96,000 m 3 / 일 ) 에서급속여과및고도처리 ( 오존 + 입상활성탄 ) 공정을모두적용하여생활용수를공급하고있다. 급수인구는 2012년말기준으로 382,709명으로서급수 보급률은 95.8% 이며, PJ시의총관로연장은 1,875 km로도수관이 8.2 km (0.44%), 송수관이 7.4 km (0.39%), 배수관이 1,059 km (56.49%), 급수관이 800 km (42.68%) 를차지하고있다. 관종별로는덕타일주철관 km (49.67%), 기타 km (22.01%), 스테인레스관 km (21.41%), 도복장강관 86.0 km (4.59%), PVC관 31.2 km (1.66%), PE 관 8.2 km (0.44%), 주철관 4.1 km (0.22%) 순으로매설되어있다 (Fig. 1). 4) 관로내부에서탁도증가및수돗물에서이물질등이산발적으로발생하여이를해소하고보다양질의수돗물을지역주민들에게공급하고자이물질을포집하여샘플링된시료의성분에대한정성및정량분석을수행하였다. 해당지역의관종은 DCIP (Ductile Cast Iron Pipe, 덕타일주철관 ) 로관경은 80~200 mm이며, 관길이는 4,187 m, 매설년도는 1993년과 1994년이다. 해당구간의수질민원발생은 2011년 46회, 2012년 41회및 2013년 31회등최근 3년간수질민원접수는 118회로빈번히발생하였다. Fig. 2는수질민원이발생한수용가에서진행한시료채수및현장조사사진으로탁수발생이심한것으로조사되었다. Table 1은민원발생지역및샘플링지점의관로정보를정리하여나타낸것이다. Table 1. Situations of customer s water quality complaints for three years in PJ city target area Classification Pipe material Pipe size (mm) Laying year Customer A complaints area DCIP (Ductile B cast iron pipe) Sampling point Fig. 1. Composition ratio of distribution pipes and types in PJ provincial city. Fig. 2. Photographs of field study on customer water quality complaint area in PJ provincial city. 대한환경공학회지제 36 권제 9 호 2014 년 9 월

616 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 최민아 김도환 배철호 이두진 최두용 Fig. 3. Water quality complaints area and foreign substance sampling point (a) and water supply distribution diagram in PJ provincial city (b). Fig. 3(a) 는 PJ시에서수질민원이발생한지역들과현장시료채수지점을나타낸관망도이다.

3 616 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 최민아 김도환 배철호 이두진 최두용 Fig. 3. Water quality complaints area and foreign substance sampling point (a) and water supply distribution diagram in PJ provincial city (b). Fig. 3(a) 는 PJ시에서수질민원이발생한지역들과현장시료채수지점을나타낸관망도이다. 수질민원발생지역과샘플링지점이다른이유는대상지역이소블록으로구축되어있으며, 물의흐름이단방향이아닌양방향이나순환하는형태로이루어져있어관로상에서샘플링이용이한중간지점을선정하여시료를채수하고자하였기때문이다. Fig. 3(b) 는대상지역의용수공급계통도및민원발생지점을나타낸것이다 이물질분석항목및방법 장방출주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope) 장방출주사전자현미경 (SEM) 은전자총부분의필라멘트 (filament) 에전원을가하여방출된전자를높은전압 (10~30 kv) 으로가속하여집속렌즈로모아서시료표면에조사시켜시료에서방출되는여러가지신호중 2차전자를검출하여영상을만드는원리를이용한다. 시료표면을관찰하는기능이외도여러부속장비 (EDS, Energy Dispersive Spectroscopy 등 ) 를장착하여정성, 정량분석과후방산란전자를이용한이미지관찰도가능하다. 또한, 시료를 tilt하여전자빔과시료구성원자사이의회절반응을통하여형성된패턴 (pattern) 을수집하여결정구조를확인할수있고, 결정입계, 결정의방향성등의관찰도가능하다. 18) 본연구에사용된 SEM 분석기의제작사는 JEOL이고, 모델명은 JSM- 7000F이다 유도결합플라즈마질량분석기 (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) ICP-MS( 유도결합플라즈마질량분석기 ) 는시험용액중의분석원소를유도결합플라즈마에의해이온화하여이온화된원소의질량 / 전하수의비 (m/z) 에따라분리된이온스펙트럼과그의강도에의해각각정성또는정량분석이가능한기기이다. 다원소동시분석, 넓은농도의범위분석, 적은간섭효과, 낮은검출한계, 스펙트럼이간단하여정성및정량분석이용이한장점을가지고있다. 19) ICP-MS의제작사는 Perkin-Elmer이며, 모델명은 ELAN 6000, ELAN DRC II를사용하여중금속을분석하였다 유도결합플라즈마방출분광기 (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer) ICP-AES( 유도결합플라즈마방출분광기 ) 는고온의플라즈마에의해방출된분석원소의파장과그의강도에의해정성또는정량분석이가능한기기이다. UDA (Universal Data Acquisition) 기능으로 1개원소단일파장의측정만으로모든원소의전파장측정, 데이터수집으로 reprocessing이가능하다. Hg, As, Se, Sb, Te, Bi, Sn 원소분석시 Hydride Generator를이용하면 ppb 단위까지분석할수있다. 특히, 토양, 환경, 수질분석에있어서규제대상이되는중금속및무기원소분석이필요한모든분야에대해폭넓은응용범위를가지므로소재의특성을규명, 연구하는데유용하다. 19) 본연구에사용된 ICP-AES의모델명은 OPTIMA 7300 DV, OPTIMA 3800 DV (Perkin-Elmer) 이다 고성능 X-선회절분석기 (High Performance X-ray Diffractometer) XRD분석기는 powder 및 bulk thin film 등다양한형태를지닌시료에 X-ray를조사하여나오는회절패턴을분석하는장비로서결정의기하학적특징, 내부구조및그성질들에관하여연구하는학문에주로활용되고있다. 또한각종물질의결정구조를파악하고혼합물상태에서정성분석및각물질별함량비를정량적으로분석하는데유용하며, 화합물의상태연구, 결정입도측정등다양한분야에서활용되고있다. 20) XRD 분석기는독일의 Bruker AXS에서제작한 D8 ADVANCE를사용하였다 기체크로마토그래프 / 질량분석기 (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer) GC-MS는혼합물상태인유기화합물을기체크로마토그래프에의해분리한후질량분석기를이용하여정성및정량분석을하는기기이다. 질량분석기 Ion source에의해이온화된이온을 m/z로기록한질량스펙트럼을해석하여물질의화학적구조, 화학반응분자량등을확인할수있다. 19) Table 2는 GC-MS의규격및분석조건등을정리하여나타낸것이다. Journal of KSEE Vol.36, No.9 September, 2014

J. Kor. Soc. Environ. Eng. 617 Table 2. GC-MS standard and analytical condition Model Clarus 600 Company PerkinElmer Gas Chromatograph Column HP-5 (30 m 0.25 mm, 0.

( ) 200 Electron energy (ev) 70 Multipler voltage (V) 400 Data base MS Search v2.

4 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 617 Table 2. GC-MS standard and analytical condition Model Clarus 600 Company PerkinElmer Gas Chromatograph Column HP-5 (30 m 0.25 mm, 0.25 µm) min Oven temperature ( ) - 2,800-5 min (10 /min) Split ratio 20:1 Model Clarus 600 T Company PerkinElmer Mass Spectrometer Headspace Interpace temperature ( ) 200 Ion source temperature ( ) 200 Electron energy (ev) 70 Multipler voltage (V) 400 Data base MS Search v2.0 Model Turbomatrix 40 Trap Company PerkinElmer Oven temperature ( ) 180 Thermo time (min) 15 Needle temperature ( ) 185 Transferline temperature ( ) 190 Injection volume (ml) 자동원소분석기 (Automatic Elemental Analyzer) 자동원소분석기는유기화합물의주성분인 C, H, N, S, O 를정성및정량분석을함으로써미지시료의조성성분비를구할수있고, 실험식을유추할수있는기기이다. 약 1,800 Table 3. Automatic elemental analyzer standard and analytical condition C, H, N, S Model Flash EA 1112 series Company Thermo fisher scientific Program Eager 300 for EA 1112 Temperature ( ) Furnaces temp. : 900 Oven temp. : 65 - Carrier (He) : 140 Gas flow (ml/min.) - Oxygen : Reference : Cycle (run time) : 650 System timing (sec) - Sampling delay : 12 - Oxygen injection End : 5 Column Porapak PQS (PTFE : 2M, 6 5 mm) Detector TCD 에서연소된시료는반응관에서환원되고 GC칼럼을통과하면서이동속도에따라분리되고 TCD (Thermal Conductivity Detector) 에서검출된다. Table 3은자동원소분석기의규격및분석조건등을정리하여나타낸것이다. 3. 실험결과및고찰 3.1. 육안관찰 대상지역에서포집한이물질은 Fig. 4와같이짙은흙갈색을띠고있으며, 황산 (H 2SO 4) 과에탄올 (C 2H 5OH) 에각각이물질을소량용해시킨결과, 에탄올 (C 2H 5OH) 보다는황산 (H 2SO 4) 에용해가되는것으로조사되었다. 일반적으로무기물은산성용액에용해가잘되며, 유기물은알코올용액에용해가잘되는특징을가지고있다. 따라서 PJ시지방상수도에서채수한이물질의성상은무기물질이대부분인것으로판단되었으며, 보다구체적이고객관적인정성및정량분석을위하여여러가지기기분석을실시하였다 SEM 및 EDS 분석결과 PJ 시지방상수도의민원발생지역에서포집한이물질의 정성및정량분석을위하여 SEM (Scanning Electron Microscope) 및 EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) 분석을실 시하였다. SEM 촬영결과, 포집된이물질시료는결정크기 가불규칙하고정확히어떠한성분으로구성되어있는지이 미지상으로는확인하기가어려워 EDS 분석을함께실시 하였다. EDS는원소성분을분석하는장비중하나로 SEM 분석장비에액세서리로부착되어사용되고정성및정량분석이가능하다. Fig. 5는 EDS 분석결과를정리한것이고, Fig. 5. Element weight percentage by SEM-EDS analysis of foreign substance sample. Fig. 4. Sampling foreign substance and naked eye observation. 대한환경공학회지제 36 권제 9 호 2014 년 9 월

618 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 최민아 김도환 배철호 이두진 최두용 (a) Electron image (b) Spectrum peak Fig. 6. The result of SEM-EDS analysis for foreign substance. Fig. 6은 EDS 분석에사용된 SEM 이미지와각원소들의 spectrum peak 그래프결과를나타낸것이다.

따라서민원발생지역의이물질성분은금속관로의내부부식에의한철산화물이나정수된처리수및관로내수중의망간에의한망간산화물보다는탄소 (C) 성분이많이함유된무기및유기화합물이나산소 (O) 에의해산화된형태의화합물들이많은것으로판단된다. 또한소독제에의한수중의염소 (Cl), 응집제에의한알루미늄 (Al) 및금속관의부식으로인한철 (Fe) 성분도포함된것으로조사되었다.

시료 DD-1~3은철 (Fe) 과산소 (O) 원소의무게비가각각 60%, 30% 이상이고, SEM 이미지도철 (Fe) 성분의부식산화물구조를나타내는반면에 DD-SL은관체내의슬라임을채취하여분석한것으로산소 (O, 43.49%), 알루미늄 (Al, 26.0%), 망간 (Mn, 14.64%), 규소 (Si, 7.39%), 철 (Fe, 4.

5 618 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 최민아 김도환 배철호 이두진 최두용 (a) Electron image (b) Spectrum peak Fig. 6. The result of SEM-EDS analysis for foreign substance. Fig. 6은 EDS 분석에사용된 SEM 이미지와각원소들의 spectrum peak 그래프결과를나타낸것이다. SEM-EDS 분석결과에서포집된이물질시료에가장많이함유되어있는원소는탄소 (C, 56.49%) 와산소 (O, 21.53%) 이며, 염소 (Cl, 6.61%), 알루미늄 (Al, 4.27%), 철 (Fe, 3.86%), 황 (S, 3.79 %), 칼슘 (Ca, 2.12%), 규소 (Si, 1.11%), 마그네슘 (Mg, 0.22%) 순인것으로조사되었다. 따라서민원발생지역의이물질성분은금속관로의내부부식에의한철산화물이나정수된처리수및관로내수중의망간에의한망간산화물보다는탄소 (C) 성분이많이함유된무기및유기화합물이나산소 (O) 에의해산화된형태의화합물들이많은것으로판단된다. 또한소독제에의한수중의염소 (Cl), 응집제에의한알루미늄 (Al) 및금속관의부식으로인한철 (Fe) 성분도포함된것으로조사되었다. SEM-EDS 분석결과를보다정확하게비교하기위하여 DD시지역의상수관로내에서포집한결절이나슬라임등의분석결과를 Fig. 7과 8에나타내었다. DD시지역의이물질에대한 SEM-EDS 분석결과를살펴보면, SEM 촬영이미지뿐만아니라원소의무게비도확연히차이가있는것을알수있다. 시료 DD-1~3은철 (Fe) 과산소 (O) 원소의무게비가각각 60%, 30% 이상이고, SEM 이미지도철 (Fe) 성분의부식산화물구조를나타내는반면에 DD-SL은관체내의슬라임을채취하여분석한것으로산소 (O, 43.49%), 알루미늄 (Al, 26.0%), 망간 (Mn, 14.64%), 규소 (Si, 7.39%), 철 (Fe, 4.77%) 성분등인것으로나타나 PJ 시에서발생하는이물질성분과차이가있는것으로조사되었다 ICP 분석결과 Fig. 9는포집한이물질의 ICP( 유도결합플라즈마 ) 분석결과를정리하여나타낸것으로철 (Fe) 14,057 mg/l, 알루미늄 (Al) 7,152 mg/l, 규소 (Si) 3,190 mg/l, 칼슘 (Ca) 2,946 mg/l, 마그네슘 (Mg) 717 mg/l, 아연 (Zn) 383 mg/l, 망간 (Mn) 238 mg/l 및구리 (Cu) 54 mg/l 순으로분석되었다. PJ시 Fig. 7. Element weight percentage by SEM-EDS analysis of foreign substance in other region. Journal of KSEE Vol.36, No.9 September, 2014

6 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 619 Site Electron image Spectrum peak DD-1 DD-2 DD-3 DD-SL (Slime) Fig. 8. The result of SEM-EDS analysis for foreign substance (tubercle and slime) in other region. Fig. 9. The result of ICP analysis for foreign substance. 민원발생지역의샘플링지점에서포집된이물질에대한 ICP 분석결과에서는철 (Fe) 성분이가장많은것으로분석되어금속관로의부식으로인한영향이어느정도있는것으로판단된다. Fig. 10은 DD시지역의이물질시료에대한 ICP 분석결과를나타낸것으로 DD-1~3인결절시료는철 (Fe) 성분이다른원소성분들보다훨씬많은것으로분석되었고 DD-SL인슬라임시료는알루미늄 (Al) 성분이가장많고철 (Fe) 과망 대한환경공학회지제 36 권제 9 호 2014 년 9 월

7 620 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 최민아 김도환 배철호 이두진 최두용 Fig. 10. The result of ICP analysis for foreign substance in other region. 간 (Mn) 성분이다소함유된것으로분석되었다. 따라서결절과슬라임에함유된원소성분에는확연한차이가있으며, PJ시민원발생지역의이물질시료에대한각원소들의농도는 DD시보다아주낮은농도로검출되었다 XRD 분석결과포집된이물질시료의성분을파악하기위하여 XRD (Xray Diffraction) 을이용한화합물의성분분석을실시하였으며, 그결과를 Fig. 11에나타내었다. 포집한이물질에는 Carbon (C, 탄소 ) 61.8%, Muscovite (KAl 2(Si,Al) 4O 10(OH) 2, 백운모 ) 31.4%, Calcium Silicon Oxide (CaSiO 3, 칼슘규소산화물 ) 5.7%, Silicon Oxide (SiO 2, 규소산화물 ) 1.0% 의화합물함량비를가지고있는것으로조사되었다. XRD 분석결과에서탄소 (C) 성분이많은것은이물질내에유기화합물이많은것을의미하고백운모는일반적으로화산암을제외한각종암석중에서매우널리분포하고다 른광물의분해로인하여생성되기도한다. 그리고규소는암석과토양의주된성분으로지구의외각층을구성하는원소중의하나이다. 규소는산소와결합하여암석중에규산화물, 규산염의형태로암석과토양을이루고있다. 따라서 XRD 분석결과에서는포집된이물질의화합물들이상수관로내의금속부식으로인한부식산화물이아닌것으로나타났다. Fig. 12는 DD시의상수관로내의이물질들에대한 XRD 분석결과를정리한것으로 PJ시민원발생지역에서포집한이물질분석결과와비교하고자하였다. XRD 분석결과인 DD-1~3( 결절 ) 에서는철 (Fe) 의부식산화물인 Lepidocroite (Fe- OOH), Iron Oxide (Fe 3O 4), Goethite (FeO(OH) 등이확인되어 PJ시이물질화합물성분과다른것으로나타났으며, 관체내의슬라임을채취하여분석한 DD-SL 에서는 Quartz (SiO 2) 가주성분인것으로조사되어침적물의화합물성분이 PJ시이물질의규소 (Si) 화합물과유사한것으로나타났다. Fig. 11. The result of XRD analysis for foreign substance. Journal of KSEE Vol.36, No.9 September, 2014

8 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 621 Site XRD analysis result DD-1 DD-2 DD-3 DD-SL (Slime) Fig. 12. The result of XRD analysis for foreign substance (tubercle and slime) in other region GC-MS 분석결과 포집한이물질에대한유기화합물의정성및정량분석을 위하여 GC-MS (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer) 분 석을실시하였다. Fig. 13 은 GC-MS 분석결과를정리하여나 대한환경공학회지제 36 권제 9 호 2014 년 9 월

9 622 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 최민아 김도환 배철호 이두진 최두용 Fig. 13. The result of GC-MS analysis for foreign substance. Table 4. The result of automatic elemental analyzer for foreign substance Component name Average Nitrogen (N) % 0.60 Carbon (C) % Hydrogen (H) % 4.54 Sulphur (S) % 2.41 타낸것으로시료내에서가장많이함유된유기화합물은 Acetic acid( 아세트산 ) 와 Formic acid( 포름산 ) 로분석되었다. 따라서 PJ시지방상수도에서발생하는이물질은무기화합 물뿐만아니라유기화합물도함유하고있는것으로조사되 어대상지역의금속관에서부식및노후로인한이물질뿐만 아니라관로내의슬라임에서나타나는다양한화합물들이 존재하는것으로판단된다 자동원소분석결과 자동원소분석기는유기화합물의주성분인탄소 (C), 수소 (H), 질소 (N), 황 (S), 산소 (O) 를정성및정량분석을수행함 으로써미지시료의조성성분비를구할수있는것으로 PJ 시이물질시료에대한자동원소분석결과를 Table 4에정리하여나타내었다. 분석결과를살펴보면, 탄소 (C) 가 43.25% 로가장많은것으로검출되었고수소 (H) 4.54%, 황 (S) 2.41%, 질소 (N) 0.60% 로검출되었다. 따라서 PJ시지방상수도수질 민원지역의샘플링지점에서포집된이물질에는유기화합물 들이함유되어있는것으로판단된다. 4. 결론 PJ 시지방상수도수질민원발생에따른이물질의성분분 석을실시한결과를종합적으로정리하면, 민원지역의샘플링지점에서포집한이물질은관로의내부부식및노후화로인한부식생성물의무기성분뿐만아니라탄소 (C) 성분을함유한유기성분도다량포함하고있는것으로조사되어관내부에슬라임과같은이물질이많은것으로판단되었다. 그러나보다정확한관상태평가를위해서는민원발생대상지역의 DCIP 시편을일부및주요지점에서채취하여구체적인기계적강도시험 ( 잔존강도 ), 금속관의화학적조성, 관내부표면의조직검사, 주철관내부코팅제의박리정도, 파손위험성평가및관로내의부단수내시경관찰등을실시하여보다객관적인데이터들을기초로대상지역관로에대한노후도평가를실시함으로써근본적인문제해결을위한노후관교체여부를결정할필요가있다. 현재수돗물의이물질발생으로인한수질민원을저감하기위한방안으로는현장에서운영중에있는자동이토시설을주기적으로운영하고수질민원발생지역에대한효과적인플러싱을위하여사전조사및플러싱운영계획을수립하여실시함으로써보다양질의생활용수를지역주민들에게공급할수있도록하여야할것으로판단되었다. 본연구를통해수행한이물질의성분분석결과를정리하면다음과같다. 1) SEM-EDS 분석결과에서포집된이물질시료에가장많이함유되어있는원소는탄소 (C, 56.49%) 와산소 (O, 21.53%) 이며, 염소 (Cl, 6.61%), 알루미늄 (Al, 4.27%), 철 (Fe, 3.86%), 황 (S, 3.79%), 칼슘 (Ca, 2.12%), 규소 (Si, 1.11%), 마그네슘 (Mg, 0.22%) 순으로조사되었다. 따라서이물질성분은탄소 (C) 성분이많이함유된무기및유기화합물이나산소 (O) 에의해산화된형태의화합물들도많은것으로판단되었다. 2) 포집된이물질의 ICP( 유도결합플라즈마 ) 분석결과에서는철 (Fe) 14,057 mg/l, 알루미늄 (Al) 7,152 mg/l, 규소 (Si) Journal of KSEE Vol.36, No.9 September, 2014

10 J. Kor. Soc. Environ. Eng ,190 mg/l, 칼슘 (Ca) 2,946 mg/l, 마그네슘 (Mg) 717 mg/l, 아연 (Zn) 383 mg/l, 망간 (Mn) 238 mg/l 및구리 54 mg/l 순으로분석되어철 (Fe) 성분이가장많아관로의내부부식 으로인한영향이있는것으로판단되었다. 3) XRD (X-ray Diffraction) 을이용한화합물의성분분석에 서는 Carbon (C, 탄소 ) 61.8%, Muscovite (KAl 2(Si,Al) 4O 10(OH) 2, 백운모 ) 31.4%, Calcium Silicon Oxide (CaSiO 3, 칼슘규소 산화물 ) 5.7%, Silicon Oxide (SiO 2, 규소산화물 ) 1.0% 의 화합물함량비를가지고있는것으로조사되었으며, 탄소 (C) 성분이많은것은이물질내에유기화합물이많은것을 의미한다. 4) GC-MS (Gas Chromatograph/Mass Spectrometer) 분석 을실시한결과, 시료내에서가장많이함유된유기화합물 은 Acetic acid( 아세트산 ) 와 Formic acid( 포름산 ) 로분석되 었다. 그리고자동원소분석을수행하여이물질시료에대한 원소의조성성분비는탄소 (C) 43.25% 로가장많은것으로 검출되었으며, 수소 (H) 4.54%, 황 (S) 2.41%, 질소 (N) 0.60% 로검출되었다. 따라서포집된이물질에는유기화합물들도 함유되어있는것으로판단되었다. Acknowledgement 본연구는환경부 차세대에코이노베이션기술개발사업 (GT-11-G ) 으로지원받은과제입니다. Reference 1. Environment & Human Forum, A study of eliminate mistrust for tap water and improving rates of drinking, Ministry of Environment(2013). 2. K-water, 3. Office of Waterworks Seoul Metropolitan Government, arisu.seoul.go.kr 4. Ministry of Environment, 2012 Statistics of Water Supply Service, (2013). 5. Vreeburg, J. H. G., Schippers, D., Verberk, J. Q. J. C. and van Dijk, J. C., Impact of particles on sediment accumulation in a drinking water distribution system, Water Res., 42(16), 4233~4242(2008). 6. Kim, D. H., Lee, D. J., Hwang, J. S. and Choi, D. Y., Cha- racteristic analysis and effect of particulate material in drinking water distribution networks, J. Kor. Soc. Environ. Eng., 35(5), 312~320(2013). 7. Husband, P. S. and Boxall, J. B., Asset deterioration and discolouration in water distribution systems, Water Res., 45(1), 113~124(2011). 8. Gauthier, V., Barbeau, B., Millette, R., Block, J. C. and Prevost, M., Suspended particles in the drinking water of two distribution systems, Water Sci. Technol.: Water Supply, 1(4), 237~245(2001). 9. McCoy, W. F. and Olsen, B. H., Relationship among turbidity, particle counts and bacteriological quality within water distribution lines, Water Res., 20(8), 1023~1029(1986). 10. Sarin, P., Snoeyink, V. L., Bebee, J., Jim, K. K., Beckett, M. A., Kriven, W. M. and Clement, J. A., Iron release from corroded iron pipes in drinking water distribution systems: effect of dissolved oxygen, Water Res., 38, 1259~1269(2004). 11. Storey, M. V., van der Gaag, B. and Bums, B. P., Advances in on-line drinking water quality monitoring and early warning system, Water Res., 45, 741~747(2011). 12. Hall, J., Zaffiro, A. D., Marx, R. B., Kefauver, P. C., Krishnan, E. R., Haught, R. C. and Herrmann, J. G., On-line water quality parameters as indicators of distribution system contamination, J. Am. Water Works Assoc., 99(1), 66~77(2007). 13. Skadsen, J., Janke, R., Grayman, W., Samuels, W., Tenbroek, M., Steglitz, B. and Bahl, S., Distribution system on-line monitoring for detecting contamination and water quality changes, J. Am. Water Works Assoc., 100(7), 81~94(2008). 14. Peng, C. Y., Korshin, G. V., Valentine, R. L., Hill, A. S., Friedman, M. J. and Reiber, S. H., Characterization of elemental and structural composition of corrosion scales and deposits formed in drinking water distribution systems, Water Res., 44, 4570~4580(2010). 15. Rubulis, J., Verberk, J., Vreegurg, J., Gruškevica, K. and Juhna, T., Chemical and microbial composition of loose deposits in drinking water distribution systems, The 7 th International Conference, Environmental Engineering, pp. 695~ 702(2008). 16. Gaffney, J. W. and Boult, S., Need for and use of highresolution turbidity monitoring in managing discoloration in distribution, J. Environ. Eng., 138(6), 637~644(2012). 17. Vreeburg, J. H. G. and Boxall, J. B., Discolouration in potable water distribution systems: A review, Water Res., 41 (3), 519~529(2007). 18. JEOL homepage, Perkin-Elmer homepage, Bruker AXS Korea homepage, 대한환경공학회지제 36 권제 9 호 2014 년 9 월

목차 ⅰ ⅲ ⅳ Abstract v Ⅰ Ⅱ Ⅲ i

11-1480523-000748-01 배경지역 ( 백령도 ) 에서의 대기오염물질특성연구 (Ⅲ) 기후대기연구부대기환경연구과,,,,,,, Ⅲ 2010 목차 ⅰ ⅲ ⅳ Abstract v Ⅰ Ⅱ Ⅲ i 목차 Ⅳ ii 목차 iii 목차 iv 목차 μg m3 μg m3 v 목차 vi Ⅰ. 서론 Ⅰ μm μg m3 1 Ⅰ. 서론 μg m3 μg m3 μg m3 μm 2