최종보고서 정수처리기준선진화를위한개선안연구 - 먹는물에서의병원성원생동물관리방안마련 2010. 12.
제출문 국립환경과학원장귀하 본보고서를 정수처리기준선진화를위한개선안연구 사업의최종보고서로제출합니다. 2010. 12 연구기관 : 한국상하수도협회연구책임자 : 박세진연구원 : 안성환위탁연구기관 : 서울시상수도연구원연구책임자 : 한선희이목영연구원 : 조은주 연구기관 : 한국수자원공사연구책임자 : 김자겸이경혁연구원 : 박재범 - i -
요약문 1. 제목 정수처리기준선진화를위한개선안연구 - 먹는물에서의병원성원생동물관리방안마련 2. 연구배경 ( 필요성 ) 및목적 1993년미국의밀워키수질사고나 1996년일본의오코세마치수질사고등 90년대이후선진국에서발생한수돗물수질사고의주요한원인이되었던크립토스포리디움은염소소독제에내성이강해기존정수처리공정에서완벽한소독이불가능할수있다. 따라서우선적으로신뢰도높은분석방법을적용하여원수의오염정도를정확히파악하고이에기초하여추가제거여부및대체소독공정등의도입등정수처리공정의운영방식강화여부를결정하여야한다. 현재까지국내정수처리기준에는크립토스포리디움에대한처리규정및대체소독공정의설치, 인증규정등이마련되어있지않아이에대한명확한처리기준수립이요구되며, 기존정수처리공정에서크립토스포리디움과같은병원성원생동물의추가제거를위한공정운영조건등의재설정이필요하다. 따라서염소내성병원성미생물에대한종합적정수장관리체계구축으로안전한수돗물에대한소비자의욕구증가를만족시킬수있는정수처리선진화방안의구축이요구되고있다. 이를위해본연구에서는 (1) 병원성원생동물시험법개정안마련및크립토스포리디움분포실태조사결과및위해성평가기법을이용한원생동물목표제거율설정과, (2) 국내실정에적합한정수처리공정에서크립토스포리디움제어방안및신규대체소독공정 ( 오존, 자외선 ) 의인증기준을포함한정수처리기준개정안수립을목적으로수행되었다. 3. 연구내용및방법 과업의범위및세부과업내용에따라다음과같은방법으로연구를수행하였다. 3.1 선진외국의먹는물에서크립토스포리디움관리현황조사및병원성원생동물 ( 크립토스포리디움, 지아디아 ) 양성판정매뉴얼작성 1 선진외국의먹는물에서병원성미생물 ( 크립토스포리디움포함 ) 기준및관리현황조사를위해서는, USEPA, 일본후생성, 영국 DWI, 등을직접방문하거나인터넷을활 - iii -
용하여, 각국의크립토스포리디움관련법규및그근거자료, 원수의원생동물관리목표설정을위한원수오염수준평가방법현황, 상수원및상수계통의원생동물오염실태조사자료, 특히크립토스포리디움오염사고의경험을가진지역에서대처내역등을수집하여정리하였다. 2 병원성원생동물분석방법국제동향및현원생동물표준시험방법개정안제시를위해서는, USEPA, 일본후생성, 영국 DWI 등선진외국의표준시험법제정기관이나이를사용하고있는주요실험실등을직접방문또는인터넷을활용하여, USEPA 1623 Method, 영국의 DWI Method 등선진각국에서채택하고있는표준시험방법서 (SOP) 등을수집하여정리하는동시에, 원생동물검사기관평가위원에대한표준시험법개선관련의견조회등을통해개정안을마련하였다. 3 현원생동물표준시험방법중현장시료양성판정매뉴얼작성을위해서는, 1998년이후서울시상수도연구원에서하천수, 하수처리장방류수등으로부터검출한크립토스포리디움난포낭, 지아디아포낭의사진을대상으로전형적인양성, 비전형적인양성, 의양성의표본이될만한사진을엄선하고각각의판정이유를덧붙여컬러도감을제작하되, 환경시료판독경험이많은전문가의감수를거쳐양성판정매뉴얼을완성하였다. 3.2 크립토스포리디움목표제거율설정 1 원생동물분포실태결과를바탕으로한크립토스포리디움요구제거율설정을위해서는, 기존의국내분포실태조사자료 ( 시설용량 5만톤 / 일이상정수장에대한원생동물전국분포실태조사자료, 기타관련논문등 ), 표준정수처리에의한제거율현황자료등을조사, 참고하여, QMRA (Quantitative Microbial Risk Assessment) 기법을적용, 우리나라에적합한크립토스포리디움정수처리기준관리목표를과학적으로설정하였다. 2 크립토스포리디움추가제거가필요한크립토스포리디움농도범위설정을위해서는, 표준정수처리에의한제거자료, 인체투여실험자료등에기초하고 USEPA의 LT2ESWTR 제정과정에서의크립토스포리디움위해평가사례등선진외국의사례를참고하여, 안전한수준의수돗물확보를위해표준정수처리이외의추가공정이필요로되는크립토스포리디움농도범위를도출하였다. 3 소규모정수장 (5천톤/ 일미만 ) 대장균실태조사평가를위해서는, 2009.7 2010.6(1년간 ) 실시한 5천톤 / 일미만정수장에서의대장균실태조사자료를받아통계분석하는한편, 크립토스포리디움대신대장균조사를실시한미국의조사결과및해석방법, 분변오염지표세균과원생동물을동시모니터링한서울시상수도연구원의연구결과, 다양한분변오염지표세균과원생동물과의상관성연구결과등을수집, 종합하여대장 - iv -
균과원생동물과의상관관계조사후관리목표를설정하였다. 3.3 정수처리과정에서크립토스포리디움에대한제어평가 1 자외선소독공정에대한인증기준및방법수립을위해서미국 Ultraviolet Disinfection Guidance Manual과일본수도기술연구원 자외선램프종류별 ( 중압, 압 ) 기술심사기준 에제시된문헌자료를바탕으로자외선소독반응기의평가방법, 설치기준등을조사하였으며이와병행하여미국 (Portland) 에서운영중인자외선반응기실공정인증기관및자외선소독공정운영정수장 (Telsa WT) 과일본수도기술연구원을방문하여자외선실공정반응기인증기관및성능평가세부방법, 기관인증설립조건및절차, 기관운영방법, 인증비용, 공정운영상문제점등의정보수집하여외국의자외선설치사례및설계사례조사하였다. 오존소독능에대한인증기준방안제고를위해미국의문헌자료와국내오존공정을운영중인정수장을방문하여실제전오존공정의소독능인정방안및조건수립하였다. 2 탁도강화등여과지관리를통한크립토스포리디움추가제거능산정을위해현재지아디아에한정되어인정하고있는여과지종류별탁도기준과연계하여크립토스포리디움에대한여과지처리수질별및종류에따른추가제거능수립하여국내관련전문가자문회의를통한국내실정에적합한크립토스포리디움추가제거능산정을위한여과지탁도기준제시하였다. 3 모래여과이외의여과공정에의한크립토스포리디움추가제거능산정및추가제거능인증기준, 방법수립을위해최근정수처리에도입되고있는막여과공정에서크립토스포디움추가제거능의자료조사및전문가자문회의를통한막여과공정의기준수립하였다. 4 미국등에서크립토스포리디움추가제거능을인증할수있는다양한프로그램 ( 강변여과, 유역관리프로그램개발등 ) 개발을위해문헌조사를실시하여국내실정에적합한추가소독능제시기준을정립하였다. 3.4 정수처리기준선진화방안제시 1 크립토스포리디움추가제거가가능한국내실정에맞는정수처리기준선진화방안제시는외국자료및현장조사를통한크립토스포리디움의추가제거및불활성화방안조사를통하여제시된다양한운영기준들에대해국내실정을고려한단계적적용방안과원생동물의제어를위해정수장유입되는원생동물의발생지점에서근원적제어방안제시하였다. - v -
2 정수처리기준개정 ( 안 ) 작성을위해기존정수처리기준을바탕으로크립토스포리디움의제거능확보를위한다양한기준및인증방안추가제시하여기존에제시된정수처리기준의지아디아인정소독능을고려하여이와모순되지않는범위에서추가소독능및불활성화방안수립하였다. 또한현재보수적으로설정되어있는정수처리기준에제시된오존공정의소독능평가방법에대해외국의사례및문헌조사결과를바탕으로합리적인소독능평가방법수정제시하였다. 3 정수처리기준중장기계획 ( 안 ) 마련을위해시설용량, 재정, 운영기술등을고려한정수장별크립토스포리디움정수처리적용시기결정하여향후처리용량별적용시기를결정하였다. 4. 연구결과및결론 1) 미국, 일본, 영국등의원생동물분석방법에대한조사결과와우리나라원생동물전문가및관계자들에대한의견수렴결과에기초하여, 향후수도관련원생동물분석의개선방안을다음과같이제시하였다. 가 ) 분석자의훈련부분의강화가필요하며, 검사기관인증후에도검사능력유지및정보공유를위한훈련및교육프로그램을개발, 운영할것을제안하였다. 나 ) 원생동물표준시험방법중 1 고탁도시료또는방해물질포함시료분석시정제방법등의회수율을높이기위한방법을추가하고 2 형광항체염색및현미경관찰과정에서음성대조군및양성대조군관찰기준을강화하여염색실패또는오염발생시조치사항을명확히하였으며 3 분석의마지막단계이자가장핵심적인과정인형광 DIC현미경관찰부분을보완하여, 크립토스포리디움난포낭의판정기준을세분화하고, 그밖에 4 면역자기분리과정에대한정도관리방법과, 5 실험실에서의오염방지대책등을보완하여우리나라원생동물표준시험방법개정안을 [ 부록3] 에제시하였다. 다 ) 아울러원생동물분석자들이가장어려움을느끼고있는형광현미경DIC시스템조작및유지관리방법에대해상세한매뉴얼을준비하고표준시험법에대한그림설명이나분석노하우, 업그레이드방법등을실은해설서도마련하여제시하였다. 라 ) 다양한현미경관찰사진 ( 전형적인양성사진, 환경시료에서발견된다양한형태의양성사진, 혼동을일으킬수있는다양한유사물체사진등 ) 을활용하여상수원수등의원생동물을형광DIC현미경로동정할때참고할만한양성판정매뉴얼을도감형식으로제작하고 ( 부록4), 여기에현미경매뉴얼및표준시험방법해설서, 상수도원생동물에관한종합적인정보를담아도감 상수도의병원성원생동물 을발간하였다. - vi -
2) 미국, 영국, 일본, 네델란드등의수도관련원생동물관리현황에대한조사결과와, 우리나라크립토스포리디움감염및수계오염, 정수장의제거현황을바탕으로우리나라정수장처리수의크립토스포리디움의건강리스크를추정하고이에기초하여정수장에서의목표제거율과원수의크립토스포리디움오염수준별추가제거기준등관리방안을다음과같이제시하였다. 가 ) 우리나라에서는아직까지크립토스포리디움으로인한수인성집단발병사례가보고된바없지만, 미국, 일본과크게다르지않은사람 가축의감염률, 수계등환경에서의난포낭검출보고, 매우강한염소내성등을고려할때, 먹는물에의한크립토스포리디움감염가능성이검토될필요가있다. 나 ) 우리나라취수원수의크립토스포리디움오염수준이대략 10L당 10 0 ~ 10 1 수준으로추정되므로, 기존의바이러스및지아디아정수처리기준과동일하게연간감염리스크 10-4 을수질목표로설정하고정량적미생물위해평가 (Quantitative Microbial Risk Assessment) 를수행한결과, 우리나라정수장에서의크립토스포리디움목표제거율은원수농도에따라최소 2~4로그이어야할것으로추정되었다. 다 ) 그러나우리나라는 2010년 7월 5천m3 / 일이하정수장에대한시행을마지막으로모든광역및지방상수도에적용되게된지아디아정수처리기준의탁도기준을준수할경우크립토스포리디움을이미최소 2로그이상제거하고있다고평가되며라 ) 다만, 원수의크립토스포리디움농도가높아 10-3 수준의리스크를갖는일부정수장에대해서는크립토스포리디움제거율을보다높일필요가있는바, 원수의크립토스포리디움농도가 0.75 oocysts/10l보다크고 10 oocysts/10l 이하인경우에는 1로그 ( 직접여과는 1.5로그 ) 의추가제거기준을, 10 oocysts/10l를초과하는경우에는 2로그 ( 직접여과는 2.5로그 ) 의추가제거기준을설정할필요가있는것으로나타났다. 마 ) 크립토스포리디움추가제거기준을결정하기위해서는원수의크립토스포리디움정밀분포실태조사를실시하여야하는데, 이때최소 24점의샘플이일정간격으로수집되어야하며정수장별로조사계획수립, 실태조사및그에따른추가제거기준결정과달성대책추진의절차로 6년에걸쳐시행하되, 시설용량에따라단계적으로실시할것을제안하였다. 또한원수정밀조사의재실시주기를 10년으로하여수도법제4조에따른수도정비기본계획에반영토록할것을제안하였다. 바 ) 그러나 5만m3 / 일이상정수장에대한원생동물전국분포실태조사결과에기초할때, 총대장균군이 50 density/100ml 이하인원수에서는크립토스포리디움이 0.75 oocysts/10l를초과할가능성이매우낮을것으로추정되므로, 상수원관리규칙 에서정한원수수질검사결과의 3년평균이수질환경기준의총대장균군항목의 Ia 등급에해당하는정수장에대해서 - vii -
는원수의크립토스포리디움정밀분포조사를면제할수있다고판단된다. 또한이미 2로그 ( 직접여과는 2.5로그 ) 를달성한정수장이나 6년내에달성하려는정수장은정밀조사에서제외될수있을것이다. 사 ) 여과시설을갖추지않고있는정수장은크립토스포리디움오염발생시방어시스템이전혀없으므로예방대책으로써원칙적으로염소소독이외의대체소독공정이나여과공정을도입하여최소 2로그이상의제거목표를달성할것이권장된다. 다만크립토스포리디움정수처리기준을적용받지않고현재의염소소독단독공정을유지하고자할경우에는원수중에크립토스포리디움이지속적으로불검출됨을확인하는예방시스템을갖출필요가있다고판단된다. 3) 미국, 일본, 등의정수장에서원생동물에대한추가제거능인증기준등을조사하여다음과같이한국실정에적합한추가제거능을제시하였다. 가 ) 기존정수공정에서추가로크립토스포리디움제거능을인증받을수있는방법으로는통합여과수의탁도를현재 0.3 NTU에서 0.15 NTU로강화하여운영할경우추가로 0.5Log를인정받을수있으며, 개별여과지탁도를 0.15 NTU로운영할경우에는통합여과탁도개선으로인정받는 0.5 Log를포함하여최대 1Log까지인정할수있다. 나 ) 또한, 기존의정수공정에서운영중인여과지이외에추가적인여과공정, 즉, 모래여과나활성탄흡착공정을도입할경우크립토스포리디움제거능을 0.5 Log 인정받을수있다. 다 ) 최근정수장에활발히도입되고있는막여과공정의경우크립토스포리디움의제거능은실제적용되는막여과시스템에대해서현장의원생동물제거율실험결과와직접완결성실험결과에의해계산된 Log 제거율중낮은제거율을인정하며, 이때인정되는제거율은최대 4Log를초과할수없다. 라 ) 염소대체소독공정으로적용가능한오존및이산화염소에대한크립토스포리디움불활성화율인정 CT값을제시하였다. 또한오존의경우기존의정수처리기준등에제시된방법을개선하여, 현실적으로적은양의오존으로실제소독능을인정받을수있는 CT값측정기법을오존시스템특성별로제안하였다. 4) 선진미국, 일본등에서정수장의원생동물제어를위해적용중인자외선소독공정은국내정수장도입기준이마련되어있지않다. 따라서, 국내도입에따른시설의인증절차및운영, 유지관리시필요한항목을국내현실에맞게제안하였다. 가 ) 자외선소독공정도입시기타소독제에서적용하는 CT값과같이크립토스포리디움, 지아디아및바이러스의자외선소독에필요한조사량을정리하여제시하였다. 크립토스포 - viii -
리디움의경우 3 Log 불활성화를위해필요한조사량은 12 mj/cm 2 로제시하였으며, 바이러스 3Log 불활성화율인정조사량은 150 mj/cm 2 로제시하였다. 따라서, 현실적으로정수장에서자외선소독공정의도입시원생동물의제어는용이할것으로판단되나, 바이러스의경우염소와같은추가적인공정이필요할것으로예상된다. 나 ) 자외선소독반응기의인증절차는실제현장도입반응기를대상으로지표미생물을이용하여소독능평가를수행하고, 결과를바탕으로자외선조사량 (RED) 을결정한다. 이렇게결정된자외선조사량에대해실제운영인자, 즉램프의오염도, 램프수명등의인자등을안전율로감안하여실제조사량을계산한다. 이렇게최종적으로결정된조사량으로각미생물별불활성화인정율을결정한다. 다 ) 본연구에서제시된정수처리기준에관한제안이외에도, 중장기적으로정수장의원생동물의유입에대비한대책마련이필요하다. 현재원생동물의정수장유입원중하나인하수처리장의경우자외선소독공정이대장균의제거목적으로도입되어있다. 따라서중장기적으로하수처리장의소독공정역시원생동물의제어가가능하도록소독설비에대한인증절차, 기준등의개선대책이필요하다. 6. 결론 이상의연구결과를정리하여, 우리나라원생동물표준시험방법개정안 ( 부록3) 과원생동물양성판정매뉴얼을포함한원생동물도감 ( 부록4), 그리고우리나라 정수처리기준등에관한규정 개정안 ( 부록5) 을제시하였다. 7. 기대효과 ( 또는활용방안 ) 이러한연구로부터, 우리나라원생동물표준시험방법개정을통한원생동물분석정확도개선및분석기술선진화가기대된다. 또한수질정책수립자, 수질관리자들에게원생동물관리에참고할수있는종합적인정보를제공하고원생동물분석자들이분석시활용할수있는분석방법해설서및양성판정기준제공으로분석편이성제고및정확도개선또한기대할수있다. 크립토스포리디움정수처리기준도입으로염소내성미생물과아직밝혀지지않은미생물에대해서까지안전성확보체계가구축될수있으며, 지속적인여과공정관리강화유도로미생물학적안전성뿐만아니라수질관리체계고도화및선진화에도기여할것으로기대된다. - ix -
목 차 제출문 i 요약문 iii 차 례 Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 연구내용및방법 5 Ⅲ. 연구결과및고찰 17 Ⅳ. 결론 295 Ⅴ. 기대성과 ( 활용방안 ) 301 Ⅵ. 참고문헌 305 Ⅶ. 부록 317 표차례 Table 3-1. 미국의수인성집단질병사례의원인별분류 (1971 2006) 19 Table 3-2. 미국먹는물관련크립토스포리디움증집단발병사례 ( 84-94) 20 Table 3-3. 미국의먹는물수질기준중미생물항목 22 Table 3-4. 미국의다양한수계에서의크립토스포리디움분포실태조사결과 23 Table 3-5. 미국의원생동물전국분포실태조사 (ICR 및 ICRSS) 개요 24 Table 3-6. 미국중 대규모정수장원수에서크립토스포리디움분포 (ICRSS 조사 ) 24 Table 3-7. 미국의중대규모정수장원수에서총대장균군결과 (ICRSS) 25 Table 3-8. 미국의 LT2ESWTR에의한원수의크립토스포리디움모니터링방법 27 Table 3-9. 크립토스포리디움오염도에따른원수그룹분류 28 Table 3-10. 영국의수인성크립토스포리디움증집단발병주요사례 ('83-'05) 31 Table 3-11. 영국의먹는물미생물기준 33 - xi -
Table 3-12. 일본상수원수의크립토스포리디움조사결과개요 ('97 '01) 38 Table 3-13. 일본상수원수의크립토스포리디움등에의한오염우려판단기준 ('07) 40 Table 3-14. 미국의전국실태조사 (ICR 및 ICRSS) 에서사용된분석방법비교 43 Table 3-15. 크립토스포리디움종및크기, 숙주 72 Table 3-16. 우리나라사람의크립토스포리디움감염현황자료요약 77 Table 3-17. 우리나라가축의크립토스포리디움감염현황자료요약 79 Table 3-18. 일본의소, 돼지, 개에서의크립토스포리디움감염상황 81 Table 3-19. 우리나라 5만m3 / 일이상정수장원수의크립토스포리디움조사결과 ( 04 07) 83 Table 3-20. 건강한성인자원자들에대한크립토스포리디움주입실험결과 93 Table 3-21. 우리나라정수장처리수의크립토스포리디움연간감염리스크추정 94 Table 3-22. 5만m3 / 일이상정수장처리수의크립토스포리디움연간감염리스크추정결과 94 Table 3-23. 여과시설종류별탁도기준 ( 정수처리기준등에관한규정, [ 별표1]) 98 Table 3-24. 여과에의한병원성미생물별제거율 99 Table 3-25. 원수의크립토스포리디움난포낭농도별추가제거율 100 Table 3-26. 정수장시설용량별크립토스포리디움정수처리기준시행일정 ( 법시행년도 2012년기준 ) 102 Table 3-27. 우리나라가동정수장의규모별현황 (2009.12.30 기준, 환경부먹는물수질관리지침 ) 103 Table 3-28. 수역의이용특성에기초한크립토스포리디움오염수준추정 (WHO, 2009) 105 Table 3-29. 우리나라정수장의원수수질검사관련규정 ( 상수원관리규칙별표6) 108 Table 3-30. 우리나라수질환경기준중하천의생활환경기준 ( 환경정책기본법시행령 2조관련 ) 109 Table 3-31. 소규모정수장대장균분포실태조사대상원수의특성 111 Table 3-32. 우리나라소규모정수장대장균분포실태조사대상의지역특성 111 Table 3-33. 크립토스포리디움정수처리기준도입에따fms 우리나라정수처리기준개정방향및주요내용 114 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (1) 115 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (2) 116 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (3) 117 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (4) 118 - xii -
Table 3-35. 여과공정이없는처리시스템에관한기준조건 124 Table 3-36. BIN CLASSIFICATION Table. FOR FILTERED SYSTEMS 124 Table 3-37. SUMMARY OF REGULATORY ALTERNATIVES FOR ALTERED SYSTEMS 125 Table 3-38. TRADITIONAL AND ENHANCED COI FOR CRYPTOSPORIDIOSIS 126 Table 3-39. SUMMARY OF ANNUAL AVOIDED ILLNESS AND DEATHS 127 Table 3-40. SUMMARY OF QUANTIFIED BENEFITS-ENHANCED COI 127 Table 3-41. TECHNOLOGY SELECTION FORECASTS FOR FILTERED PLANTS 128 Table 3-42. Mean Net Benefits by Rule Option-Enhanced COI ($millions, 2000$) 129 Table 3-43. 일반공정침전지에서 Cryptosporidium 제거연구결과 131 Table 3-44. 평균탁도제거율과스포어의 0.5 log 이상의평균제거율운영개월비율 132 Table 3-45. 여과공정에서크립토스포리디움제거율평가결과 133 Table 3-46. 여과탁도와크립토스포리디움로그제율결과 (Huck et al. 2000) 134 Table 3-47. LT2ESWTR에서여과공정별 Cryptosporidium 인정제거율 136 Table 3-48. 여과지탁도에따른크립토스포리디움제거율평가결과 136 Table 3-49. MICROBIAL TOOLBOX: 각방법별인정 Log 제거율 138 Table 3-50. 기존공정침전지에서 Cryptosporidium 제거율연구결과 140 Table 3-51. ROUGHING FILTER 실험결과 (WEGELIN, 1988) 143 Table 3-52. BAG AND CARTRIDGE 필터에서 Cryptosporidium 또는지표물질의제거율연구결과 144 Table 3-53. 오존에의한 Cryptosporidium 의불활성화를위한 CT VALUES 146 Table 3-54. 이산화염소에의한 Cryptosporidium 불활성화율 CT VALUES 146 Table 3-55. UV Dose Requirements for Cryptosporidium, Giardia lamblia, and Virus Inactivation Credit 147 Table 3-56. 자외선소독의역사 150 Table 3-57. 자외선소독과기타소독방법과의특징비교 152 Table 3-58. 세균의자외선에대한감수성 (99.9% 불활성화요구조사량 ) 156 Table 3-59. 바이러스의자외선에대한감수성 ( 불활성화요구조사량 ) 157 Table 3-60. 원충류오시스트, 시스트의자외선에대한감수성 (99.9% 불활성화요구조사량 ) 158 Table 3-61. 자외선램프의특성 164 Table 3-62. 자외선램프의비교 165 - xiii -
Table 3-63. 자외선투과율과자외선소독의적용성 (1cm 셀측정치 ) 168 Table 3-64. 주요일상점검항목 172 Table 3-65. 여과공정이없는정수시스템에서의크립토스포리디움처리기준 173 Table 3-66. 여과공정이있는정수시스템에서의크립토스포리디움처리기준 173 Table 3-67. 각미생물별불활성화율에따른자외선조사요구량 (mj/cm 2 ) 174 Table 3-68. 성능평가시고려사항 174 Table 3-69. 반응기평가시필요운전데이터항목 184 Table 3-70. 동등제거조사량보정인자 Table. 예 [1] 187 Table 3-71. 자외선강도측정결과보고서 ( 직접측정 ) 209 Table 3-72. 자외선강도측정결과보고서 ( 간접측정 ) 210 Table 3-73. 95% 이상 10mJ/cm 이상 이되는데충분한 RED1 (mj/cm 2 ) 220 Table 3-74. 95% 이상 10mJ/cm2 이상 이되는데충분한 RED (mj/cm 2 ) 222 Table 3-75. 트레이서시험장치의주요사양 233 Table 3-76. 측정결과 234 Table 3-77. CFD 소프트웨어벤치마크테스트조건 238 Table 3-78. 형상입력파라미터항목 243 Table 3-79. 계산조건항목 244 Table 3-80. 인정심사판정자료 245 Table 3-81. RED심사판정표 246 Table 3-82. 자외선조사조사양 246 Table 3-83. CFD 해석결과 247 Table 3-84. 급수용량별자외선소독반응기설계예시 255 Table 3-85. 자외선반응기초기비용시산 256 Table 3-86. 운전비용시산 257 Table 3-87. 한국과미국의불활성화비와관련된항목비교 258 Table 3-88. < 정수처리기준등에관한규정 > 중바이러스에대한오존 CT 요구값 259 Table 3-89. <Guidance manual for compliance with the filtration and disinfection requirements for public water systems using surface water sources> 중바이러스에대한오존 CT 요구값 259 Table 3-90. < 정수처리기준등에관한규정 > 중지아디아에대한오존 CT 요구값 (ph 6 9) 260 Table 3-91. <Guidance manual for compliance with the filtration and disinfection requirements for public water systems using surface water sources> 중지아디아에대한오존 CT 요구값 260 - xiv -
Table 3-92. 한국과미국의크립토스포리디움을포함하는원수수질조사방법 261 Table 3-93. CT Values for Cryptosporidium Inactivation by Ozone1) (mg/l min) 261 Table 3-94. Chamber 별오존접촉형태에따른 C 값산출법 263 Table 3-95. 추적자시험결과가없을때적용가능 CT 계산법 266 Table 3-96. 추적자시험결과가있을때적용가능 CT 계산법 266 Table 3-97. 추가제거능인증기준 267 Table 3-98. < 정수처리기준등에관한규정 > 중바이러스에대한오존 CT 요구값 269 Table 3-99. < 정수처리기준등에관한규정 > 중지아디아에대한오존 CT 요구값 (ph 6 9) 269 Table 3-100. 지아디아불활성화에대한오존 CT 요구값 270 Table 3-101. 크립토스포리디움불활성에대한오존 CT 요구값 270 Table 3-102. 각미생물별불활성화율에따른자외선조사요구량 (mj/cm 2 ) 271 Table 3-103. 이산화염소 CT별크립토스포리디움불활성화율 271 Table 3-104. 장폭비에따른환산계수 (T10/T) 273 Table 3-105. 부산덕산정수장유량및체류시간변동추이 276 Table 3-106. 김해명동정수장유량및체류시간변동추이 277 Table 3-107. 진해석동정수장유량및체류시간변동추이 277 Table 3-108. 대구문산정수장유량및체류시간변동추이 278 Table 3-109. 울산회야정수장유량및체류시간변동추이 278 Table 3-110. 불활성화비계산을위한수질검사 280 Table 3-111. 국내정수장잔류용존오존측정기설치현황 281 Table 3-112. 국내정수장에서사용되고있는잔류용존오존측정기의측정원리및일반사항 282 Table 3-113. 소독능계산방식별불활성화율비교 ( 울산회야정수장 ) 286 Table 3-114. 소독에의해요구되는바이러스및지아디아포낭의불활성화율의결정 287 Table 3-115. 일일불활성화비계산시적용값 288 Table 3-116. 필요한감시항목및주기 290 Table 3-117. 권고되는감시인자및주기 291 그림차례 Fig. 3-1. Total Cryptosporidium vs. Total Coliforms 26 - xv -
Fig. 3-2. 영국의연간크립토스포리디움증환자발생건수 (1983 2005) 30 Fig. 3-3. 영국의연령대별크립토스포리디움증발생건수변화 (1989 2005) 30 Fig. 3-4. 영국의원생동물분석에사용되는휠터맥스장치설치모습 45 Fig. 3-5. 영국의원생동물분석에사용되는휠터맥스장치에서의시료추출모습 45 Fig. 3-6. 영국의크립토스포리디움분석을위한대용량시료채수장치설치사례 : Three Valleys Water 정수장의실험실 46 Fig. 3-7. 처리수의크립토스포리디움검사를위한채수장치중정도관리라인에설치되어있는난포낭접종용액주입구 47 Fig. 3-8. 처리수의크립토스포리디움검사시정도관리시료병행분석을위해난포낭접종용액을시린지로주입하고있는모습 47 Fig. 3-9. 영국의원수검사방법 (1) : 여과농축용압력용기 47 Fig. 3-10. 영국의원수검사방법 (2) : 직경 142mm 디스크멤브레인휠터장치 47 Fig. 3-11. 형광현미경의광선경로 55 Fig. 3-12. 형광현미경에서의빛의스펙트럼상태 55 Fig. 3-13. 고압수은램프의구조및파장 56 Fig. 3-14. 형광필터셑트및파장별응용례 56 Fig. 3-15. 형광현미경대물렌즈의개구수 57 Fig. 3-16. 형광현미경대물렌즈중요용어 57 Fig. 3-17. 형광현미경의구조및명칭 58 Fig. 3-18. DIC 장치의구조 59 Fig. 3-19. DIC 관찰을위한퀠러조명의절차 62 Fig. 3-20. 원생동물도감의목차 67 Fig. 3-21. 미국의 LT2ESWTR 제정을위한원수농도별연간감염리스크추정결과 71 Fig. 3-22. 크립토스포리디움난포낭 (oocysts) 72 Fig. 3-23. 크립토스포리디움의생활사 (life cycle) 73 Fig. 3-24. 난포낭의구조및명칭 74 Fig. 3-25. 우리나라 5만m3 / 일이상정수장원수의크립토스포리디움평균농도의분포 84 Fig. 3-26. 한강수계크립토스포리디움연간분포 (2000 2009) 85 Fig. 3-27. 수돗물사용량에대한호주 Melbourne pilot study (Robertson et al. 2002) 91 Fig. 3-28. 우리나라원수의크립토스포리디움농도별연간감염리스크 97 Fig. 3-29. 우리나라 5만m3 / 일이상정수장원수에서크립토스포리디움및총대장균군 106 - xvi -
Fig. 3-30. 우리나라 5만m3 / 일정수장원수에서크립토스포리디움과지아디아평균비교 107 Fig. 3-31. 수도원수에관련된크립토스포리디움등에의한오염우려의판단흐름 121 Fig. 3-32. 예비침전지에서스포어의월간평균로그제거율 vs. 월간평균탁도로그제거율 131 Fig. 3-33. Microbial Toolbox 체계도 138 Fig. 3-34. 크립토스포리디움과스포어제거율상관성 148 Fig. 3-35. 기존정수장에서크립토스포리디움규정준수를위한방안 148 Fig. 3-36. 전자파와자외선 149 Fig. 3-37. DNA의자외선흡수파장 153 Fig. 3-38. 광회복기작의모식도 154 Fig. 3-39. 광회복에의한각종세균의시간에따른생존율변화16) 154 Fig. 3-40. 자외선조사에의해불활성화된크립토스포리디움의광회복및암회복 155 Fig. 3-41. 자외선조사량 ( 저압램프 ) 과크립토스포리디움의불활성화율관계 159 Fig. 3-42. 자외선소독장치의예 160 Fig. 3-43. 자외선소독장치의구성부품 ( 유수형 ) 161 Fig. 3-44 자외선램프의구조 162 Fig. 3-45. 저압수은램프의파장분포및램프출력상대치 162 Fig. 3-46. 중압수은램프의파장분포및램프출력상대치 163 Fig. 3-47. 램프출력분포와 DNA 흡수파장과의관계 163 Fig. 3-48. 자외선파장별램프슬리브투과율 ( 램프슬리브두께 1mm 일때 ) 165 Fig. 3-49. 세정시스템 166 Fig. 3-50. 자외선강도계의외관 167 Fig. 3-21. 성능평가절차의개요 176 Fig. 3-52 평행조사시험장치개략도 182 Fig. 3-53. UV 조사량-개체수곡선 ( 예 ) 182 Fig. 3-54. UV 조사량-불활성화율곡선 ( 예 ) 183 Fig. 3-55. 미국포틀랜드 UV 반응기인증시설전경 196 Fig. 3-56. 미국포틀랜드 UV 반응기인증공정도 196 Fig. 3-57. 조사성능확인방법의흐름도 202 Fig. 3-58. 수냉자켓을이용한자외선강도의직접측정의일례 206 Fig. 3-59. 공기중에있어서의자외선강도측정위치의일례 207 Fig. 3-60. 수냉자켓을이용한자외선강도의자외선강도측정의일례 208 - xvii -
Fig. 3-61. 시계접시법 213 Fig. 3-62. Colimate법 213 Fig. 3-63. 통수시험장치도 215 Fig. 3-64. 발광모델의변수를나타내기위한디멘션 226 Fig. 3-65. 수중에서의발광모델비교 ( 자외선투과율 : 95%, z=700mm) 229 Fig. 3-66. 수중에서의발광모델비교 ( 자외선투과율 : 95%, z=0mm) 229 Fig. 3-67. 자외선강도의최소치를구하기위한격자상계산포인트 231 Fig. 3-68. 트레이서시험의플로시트 233 Fig. 3-69. CFD 시뮬레이션의적합심사순서 237 Fig. 3-70. 판정단면축방향위치 240 Fig. 3-71. 축방향위치 L에서의유속예 241 Fig. 3-72. 축방향위치 L에서의유속예 241 Fig. 3-73. 축방향위치 L에서의유속예 241 Fig. 3-74. 체류시간분포예 242 Fig. 3-75. 외부부착방식자외선센서위치 248 Fig. 3-76. 조내센터방식자외선센서위치 249 Fig. 3-77. 자외선노출보호도구 250 Fig. 3-78. 저압자외선램프의형상 251 Fig. 3-79. 설치강도계와기준강도계의측정위치 251 Fig. 3-80. 일본정수장자외선공정도입현황 252 Fig. 3-81. 일본정수장용량별자외선공정도입현황 252 Fig. 3-82. 일본자외선반응기인증현황 253 Fig. 3-83. 일본자외선인증시설 254 Fig. 3-84. 오존접촉지모식도 (chamber 가 4개일경우 ) 262 Fig. 3-85. 도류벽의길이및설치간격이일정한경우 ( 좌우흐름접촉조 ) 274 Fig. 3-86. 도류벽의길이및설치간격이일정하지않은경우 ( 좌우흐름접촉조 ) 274 Fig. 3-87. 국내정수장에서사용되고있는잔류용존오존측정기 281 - xviii -
Ⅰ 서론
Ⅰ. 서론 Ⅰ 서론 수인성질병을일으키는병원성미생물로부터안전한먹는물을확보하는일은공중보건의측면에서그무엇보다중요하다. 세계보건기구 (WHO) 는수인성미생물로인한발병은즉각적이고 2차감염에의해대규모화할수있다는점에서 먹는물관리에서병원성미생물에대한제어가최우선되어야하며, 어떤다른요인에의해서도타협되어서는안된다 고하였다 (WHO, 1996). 우리나라수도법제 18조에도 병원성미생물에오염되었거나오염될우려가있는물질이포함되어서는안된다 고명시하고있다. 20세기초염소소독처리된수돗물의공급으로먹는물중병원균으로인한수인성전염병은현저히감소되었다. 그러나수인성전염병은최근까지도근절되지않은채, 개발도상국은물론미국, 영국, 일본과같은선진국에서도계속발생되고있다. 특히 90년대이후에발생한수인성집단질병은그원인미생물이살모넬라, 시겔라, 비브리오콜레라와같은병원성세균보다는크립토스포리디움 (Cryptosporidium parvum) 과같은원생동물이주를이루고있는점에서이전과크게다르다. 가장대표적인사례로는 93년미국밀워키시에서크립토스포리디움에오염된수돗물로인해약 40만명의시민이감염되고면역력이결핍된 AIDS환자 50여명이사망한예를들수있다. 일본의오코세마치에서도 96년 6월수돗물속의크립토스포리디움으로인해주민의 70% 가감염된바있으며 ( 金子光美, 1998), 그밖에 500여명의환자가발생한영국의 Swindon- Oxfordshire사건 ( 88-89) 과, 발생환자수가약 24,000여명으로추정되었던캐나다의캐체너-워터루사건등도모두크립토스포리디움이원인이되었다 (Craun et al., 1998). 특히이들수인성집단질병사례들은간단한염소소독처리에의존하는소규모상수계통뿐만아니라, 여과와염소소독을주공정으로하는표준정수처리계통에서도다수발생하였다. 이때문에최근의수인성집단질병사례들은발생환자수가수천명에서수십만명에이를정도로대형화되는특성을보이고있다. 98년호주시드니수돗물에서다량의지아디아와크립토스포리디움이검출되어시민들이약 3개월동안물을끓여먹는불편을겪기도했던사례는이들원생동물에대한우려가비단어느한지역에국한되지않고있음을보여준다 (Clancy, 2000). 우리나라에서는아직까지이러한크립토스포리디움에의한집단질병사례가보고된바없었다. 그러나수환경에서크립토스포리디움등의출현이전세계적현상이며우리나라대부분의정수장이표준정수처리를택하고있다는점에서, 병원성원생동물의제어는전세계상수도분야의가장큰과제일뿐만아니라우리나라에서도시급히검토되어야할과제라하겠다. 3
정수처리기준선진화연구 이에우리나라에서는 2002년 정수처리에관한기준 ( 환경부고시제2002-106호, 2002.7. 5) 을제정하여 2004년부터지아디아에대한관리를체계적으로시행해오고있다. 이법에서는지아디아제거목표를 99.9% 로설정하고이를달성하기위해미국의지표수처리법에서와매우비슷한방식의탁도및 CT값관리를규정하였다. 그러나크립토스포리디움난포낭은염소소독으로는조금도제거하기어렵기때문에기존의표준정수처리방식만으로는동일한수준의안전성을확보하기못할수있다. 모든사람에게동일한수준의안전도를갖는수돗물을공급하기위해서는원수의크립토스포리디움오염정도에따라처리목표가다를수밖에없으며, 또한상수원에존재하는크립토스포리디움등의분포특성이나개별정수장의처리조건등에따라대응방식에차이가있을수밖에없다. 이때문에미국에서도최근에는원수오염수준에따라처리기술을규정하는장기2단계지표수처리법 (Long Term Ⅱ Surface Water Treatment Rule, LTⅡSWTR) 을마련하여시행중이다. 이러한이유에서환경부에서는각지자체와협력하여 2004년부터 2008년까지 5만m3 / 일이상정수장 (97개소) 원수를대상으로크립토스포리디움을포함한병원성미생물의분포실태조사를우선적으로실시하였고, 그결과일부정수장에서는크립토스포리디움난포낭이확인되기도하였다. 그러나이조사에서사용되었던우리나라원생동물표준시험법은면역형광항체법에기초한매우민감도높은검출방법임에도불구하고, 회수율이아직 50% 를상회하기가매우어려운실정이며특히많은분석자들이최종형광DIC현미경에의한난포낭관찰과정에서의어려움을지적해왔다. 따라서크립토스포리디움분석방법의개선을통해분석결과의정확도와신뢰도를높이는한편분석자들의분석편이성을보다높일필요가있다고하겠다. 또한우리나라정수장원수의크립토스포리디움오염실태에기초한, 국내실정에맞는크립토스포리디움관리목표를설정하고, 그제어방안을마련해나가는과학적인접근법이절실하다고생각된다. 4
Ⅱ 연구내용및방법
Ⅱ. 연구내용및방법 Ⅱ 연구내용및방법 2.1 연구의최종목표 병원성원생동물시험법개정안마련및크립토스포리디움분포실태조사결과및위해성평가기법을이용한원생동물목표제거율설정 국내실정에적합한정수처리공정에서크립토스포리디움제어방안및신규대체소독공정 ( 오존, 자외선 ) 의인증기준을포함한정수처리기준개정안수립 2.2 연구내용및범위 2.2.1 선진외국의먹는물에서크립토스포리디움관리현황조사및병원성원생동물 ( 크립토스포리디움, 지아디아 ) 양성판정매뉴얼작성 선진외국의먹는물에서병원성미생물 ( 크립토스포리디움포함 ) 기준및관리현황조사 - 미국의 LT2ESWTR, 일본후생성, 영국 DWI 등선진외국의병원성미생물관리현황을조사하되, 처리내성이가장강한것으로알려진크립토스포리디움과관련하여그간의대책추진경위와현관리상태, 향후대책추진방향등을종합적으로정리하며특히크립토스포리디움관리목표설정의첫출발점이되는원수오염수준평가에적용된미국등의모니터링방법을조사하여우리나라먹는물관리에서크립토스포리디움등병원성미생물대책수립의기초자료로제시 병원성원생동물분석방법국제동향및현원생동물표준시험방법개정안제시 - 미국의 USEPA 1623 Method의개정과정과최신버전, 그리고향후개정검토방향등을중점적으로조사하고, 영국의 DWI Method, 일본후생성에서제안하는검출방법, 그밖에세계적인전문가들이새롭게제안하고있는분석방법등을취합, 검토하는동시에현우리나라원생동물표준시험방법의부족한점이나개선할점을병행검토하고특히향후크립토스포리디움관리목표설정을위한원수오염수준평가시추가되어야할점을보완하여개정안제시 현원생동물표준시험방법중현장시료양성판정매뉴얼작성 - 우리나라원생동물표준시험방법의핵심기법은면역형광항체기법 (Immunofluorescence assay) 으 7
정수처리기준선진화연구 로써, 최종형광DIC현미경관찰에기초하여크립토스포리디움등의검출및계수가이루어지지만, 현장시료에는면역형광항체염색시교차반응하는조류등방해물이많을뿐아니라다양한환경요인에의한손상에의해전형적인크립토스포리디움난포낭형태에서벗어난경우가많으므로, 실제현미경관찰에서크립토스포리디움등의목표물을정확히판정하기위해서는높은숙련도와오랜관찰경험이요구되는실정임. 따라서현미경관찰시참고할수있는전형적인양성 ( 난 ) 포낭사진, 위양성을일으킬수있는다양한표본사진등을모아컬러도감을제작 2.2.2 크립토스포리디움목표제거율설정 원생동물분포실태결과를바탕으로한크립토스포리디움목표제거율설정 - 크립토스포리디움및이에기인하는수인성전염경로에대한기본적인이해를바탕으로 (Hazard identification), 기확보된크립토스포리디움분포실태조사자료에기초한국내크립토스포리디움분포실태현황및정수처리에의한제거율을고려하여수돗물에의한크립토스포리디움노출정도를평가하고 (Exposure assessment), 사람의크립토스포리디움감염또는발병에필요한최소감염량등양반응관계파악 (dose-response assessment) 을통해먹는물에의한건강위해특성을평가함으로써 (Risk characterization) 수돗물에서안전한수준을달성하기위해필요한크립토스포리디움관리목표를합리적으로설정하고, 구체적인크립토스포리디움정수처리기준을마련하여정수처리기준개정안을제시 크립토스포리디움추가제거가필요한크립토스포리디움농도범위설정 - 우리나라에적합한크립토스포리디움정수처리기준 ( 관리목표 ) 을달성하기위해크립토스포리디움추가제거기준이적용되어야할원수오염수준의농도범위를구체적으로설정하고원수농도결정방법을구체적으로마련하여크립토스포리디움정수처리기준에제시 소규모정수장 (5천톤/ 일미만 ) 대장균실태조사평가 - 2009.7 2010.6(1년간 ) 실시한 5천톤 / 일미만의소규모정수장에서의대장균실태조사결과를분석하여시설용량일 5천톤미만정수장원수의분변오염정도를평가하고대장균과원생동물농도와의상관관계에관한기존의연구결과를수집, 정리하여소규모정수장의원생동물오염정도를추정함으로써이를우리나라크립토스포리디움관리목표설정및제어방안수립에반영 8
Ⅱ. 연구내용및방법 2.2.3 정수처리과정에서크립토스포리디움에대한제어평가 대체소독공정 ( 오존, 자외선등 ) 에대한인증기준및방법수립 - 선진국 ( 미국, 일본, 독일 ) 의자외선공정인증기준및방법조사 - 미국의오존공정소독능인증기준및방법조사 - 선진국 ( 미국, 일본 ) 의자외선반응기성능평가등인증기준관련현지실태조사 - 국내실정에적합한대체소독공정 ( 오존, 자외선 ) 소독능인증기준수립 탁도강화등여과지관리를통한크립토스포리디움추가제거능산정 - 크립토스포리디움추가제거를위한모래여과지탁도기준수립 모래여과이외의여과공정에의한크립토스포리디움추가제거능산정및추가제거능인증기준, 방법수립 - 크립토스포리디움추가제거를위한기타여과공정 ( 막여과, 카트리지여과, 활성탄등 ) 의운영인증기준수립 크립토스포리디움추가제거능을인증할수있는다양한프로그램 ( 강변여과, 유역관리프로그램개발등 ) 개발및추가제거능산정 - 크립토스포리디움추가인증기법조사 ( 강변여과, 유역관리프로그램, 침전공정운영조건등 ) - 추가제거능확보를위한기법별성능인증범위조사 - 기법별성능인증운영조건조사 2.2.4 정수처리기준선진화방안제시 국내실정에적합한크립토스포리디움제거등정수처리기준선진화방안제시 - 국내실정에적용가능한원생동물추가제거능인증기법선정 - 원생동물추가제거를위한기법별인증범위및조건도출 정수처리기준개정 ( 안 ) 작성 - 기존정수처리기준의소독능인증내용검토 - 기존소독능인증기준을고려한병원성미생물관련정수처리기준도출 정수처리기준중장기계획 ( 안 ) 마련 - 정수장병원성원생동물유입저감을위한발생원관리대책제시 - 향후정수처리기준추가개정시고려사항제시 - 원생동물제어를위한중장기적인정수장운영, 관리방향제시및시설용량, 재정, 운영기술등을고려한정수장별크립토스포리디움정수처리적용시기결정 9
정수처리기준선진화연구 2.3 연구수행방법 2.3.1 선진외국의먹는물에서크립토스포리디움관리현황조사및병원성원생동물 ( 크립토스포리디움, 지아디아 ) 양성판정매뉴얼작성 1 선진외국의먹는물에서병원성미생물 ( 크립토스포리디움포함 ) 기준및관리현황조사 USEPA, 일본후생성, 영국 DWI, 호주등을직접방문하거나인터넷을활용하여 각국의크립토스포리디움관련법규및그근거자료, 원수의원생동물관리목표설정을위한원수오염수준평가방법현황, 상수원및상수계통의원생동물오염실태조사자료, 특히크립토스포리디움오염사고의경험을가진지역에서대처내역등을수집하여정리 2 병원성원생동물분석방법국제동향및현원생동물표준시험방법개정한제시 USEPA, 일본후생성, 영국 DWI 등선진외국의표준시험법제정기관이나이를사용하고있는주요실험실등을직접방문또는인터넷을활용하여, USEPA 1623 Method 및 LT2ESWTR을위한원수수질모니터링안내매뉴얼, 영국의 DWI Method 등선진각국에서채택하고있는표준시험방법서 (SOP), 그밖에많이사용되고있는시험방법서등을수집하여정리하는동시에, 원생동물검사기관평가위원에대한표준시험법개선관련의견조회등을통해개정안을마련 3 현원생동물표준시험방법중현장시료양성판정매뉴얼작성 1998년부터 1009년까지서울시상수도연구원에서제작한하천수, 하수처리장방류수등으로부터검출한크립토스포리디움난포낭, 지아디아포낭의사진 (FITC에의한형광염색결과및 DAPI에의한핵염색결과, DIC에의한내부구조관찰결과등 ) 을활용하여전형적인양성, 비전형적인양성, 의양성의표본이될만한사진을엄선하고각각의판정이유를덧붙여컬러도감을제작하되, 타원생동물검사기관이나관련대학기생충학과에적합한사진자료가있을경우이를확보하도록노력하고 환경시료판독경험이많은전문가의감수를거쳐양성판정매뉴얼완성 2.3.2 크립토스포리디움목표제거율설정 1 원생동물분포실태결과를바탕으로한크립토스포리디움요구제거율설정 기존의국내분포실태조사자료 ( 시설용량 5만톤이상정수장에대한원생동물전국분포실태조사자료, 기타주요대도시의자체실태조사자료등 ), 표준정수처리에의한 10
Ⅱ. 연구내용및방법 제거율현황자료등의수집과통계분석및 세계보건기구 (WHO) 에서수행한 먹는물의크립토스포리디움위해평가, USEPA 의 LT2ESWTR 제정과정에서의크립토스포리디움위해평가자료, 인체투여실험자료등을조사, 참고하여 QMRA (Quantitative Microbial Risk Assessment) 기법을적용, 우리나라에적합한크립토스포리디움정수처리기준관리목표를과학적으로설정 2 크립토스포리디움추가제거가필요한크립토스포리디움농도범위설정 표준정수처리에의한제거현황자료, 인체투여실험자료, 역학자료등에기초하고 세계보건기구 (WHO) 에서수행한 먹는물의크립토스포리디움위해평가, USEPA 의 LT2ESWTR 제정과정에서의크립토스포리디움위해평가사례등선진외국의사례를참고하여 안전한수준의수돗물확보를위해표준정수처리이외의추가공정이필요로되는크립토스포리디움농도범위도출 3 소규모정수장 (5천톤/ 일미만 ) 대장균실태조사평가 2009.7 2010.6(1년간 ) 실시한 5천톤 / 일미만정수장에서의대장균실태조사자료를받아통계분석하는한편, 크립토스포리디움대신대장균조사를실시한미국의조사결과및해석방법, 분변오염지표세균과원생동물을동시모니터링한서울시상수도연구원의연구결과, 다양한분변오염지표세균과원생동물과의상관성연구결과등을수집, 종합하여대장균과원생동물과의상관관계조사후관리목표설정 2.3.3 정수처리과정에서크립토스포리디움에대한제어평가 1 대체소독공정 ( 오존, 자외선등 ) 에대한인증기준및방법수립 미국 Ultraviolet Disinfection Guidance Manual에제시된자외선소독반응기의평가방법, 설치기준, 운영유지관리방법조사 일본수도기술연구원 자외선램프종류별 ( 중압, 압 ) 기술심사기준 에제시된자외선반응기설치기준및평가기준조사 독일 DVGW 및오스트리아 ONORM의자외선조사량기준및평가방법에제시된반응기설치기준및평가기준조사 미국에서운영중인자외선반응기실공정인증기관및자외선소독공정운영정수장방문 (Portland, New York) 을통한성능평가세부방법, 기관인증설립조건및절차, 기관운영방법, 인증비용, 공정운영상문제점등의정보수집 일본수도기술연구원에서운영중인자외선실공정반응기인증기관및자외선소독 11
정수처리기준선진화연구 공정운영정수장 ( 동경 ) 방문을통한인증대상반응기범위, 성능평가절차, 기관인증설립조건및절차, 기관운영방법, 인증비용, 공정운영상문제점등의정보수집 외국의자외선설치사례및설계사례조사를통한정수장규모별자외선반응기경제성평가 미국 LT2ESWTR에제시된다양한오존소독능인증방법에대한자료조사및분석 외국자료및외국인증기관방문을통한자료를바탕으로현재국내미수립된자외선소독반응기인증절차및인증기관설치방안수립 국내정수장배출수의회수시원수내원생동물감염안정성확보를위한자외선소독공정도입및운영기준수립 국내정수장오존시설의형식 ( 산기관, 인젝터방식 ) 별소독능인정기준수립 원수를대상으로하는국내정수장전오존공정의소독능인정방안및조건수립 2 탁도강화등여과지관리를통한크립토스포리디움추가제거능산정 현재지아디아에한정되어인정하고있는여과지종류별탁도기준과연계하여크립토스포리디움에대한여과지종류별추가제거능자료수집 ( 미국 LT2ESWTR 등 ) 국내정수장시설용량별여과지탁도분석을통한크립토스포리디움추가소독능인정기준, 시료채취지점, 채취주기등의수립 국내관련전문가자문회의를통한국내실정에적합한크립토스포리디움추가제거능산정을위한여과지탁도기준제시 3 모래여과이외의여과공정에의한크립토스포리디움추가제거능산정및추가제거능인증기준, 방법수립 최근정수장에도입되고있는기타여과방식인막여과공정의경우지아디아에대한소독능인정기준만수립되어있으므로자료조사및전문가자문회의를통한막여과공정의크립토스포디움추가제거능기준수립 현재지아디아및크립토스포리디움의추가제거능기준이수립되어있지않은입상활성탄공정에대한추가제거능에대한외국자료조사및전문가자문회의를통한추가제거능인정타당성및기준수립 4 크립토스포리디움추가제거능을인증할수있는다양한프로그램 ( 강변여과, 유역관리프로그램개발등 ) 개발및추가제거능산정 다양한정수처리공정및취수방식등정수장운영과관련한다양한운전조건에따른크립토스포리디움추가제거가능성을조사하고, 조사결과를바탕으로선택취수관리, 강변여과, 응집공정, 여과지관리, 추가여과시스템등에서추가제거능인정기준제시 12
Ⅱ. 연구내용및방법 배출수회수시스템의운영조건에따른지아디아및크립토스포리디움의추가제거 능에관한자료조사를통한회수시스템에의한추가제거능인정타당성제시 2.3.4 정수처리기준선진화방안제시 1 크립토스포리디움추가제거가가능한국내실정에맞는정수처리기준선진화방안제시 외국자료및현장조사를통한크립토스포리디움의추가제거및불활성화방안조사를통하여제시된다양한운영기준들에대해국내실정을고려한단계적적용방안제시 원생동물의제어를위해정수장유입되는원생동물의발생지점에서근원적제어방안제시 2 정수처리기준개정 ( 안 ) 작성 기존정수처리기준을바탕으로크립토스포리디움의제거능확보를위한다양한기준및인증방안추가제시 기존에제시된정수처리기준의지아디아인정소독능을고려하여이와모순되지않는범위에서추가소독능및불활성화방안수립 현재보수적으로설정되어있는정수처리기준에제시된오존공정의소독능평가방법에대해외국의사례및문헌조사결과를바탕으로합리적인소독능평가방법수정제시 3 정수처리기준중장기계획 ( 안 ) 마련 전국정수장병원성미생물처리능력파악및문제점제시 시설용량, 재정, 운영기술등을고려한정수장별크립토스포리디움정수처리적용시기결정 13
정수처리기준선진화연구 3. 추진체계 3.1 추진체계 크립토스포리디움정수처리기준개정 ( 안 ) 도출 한국상하수도협회 과제참여율 : 60% 정수처리선진화용역총괄 정수처리기준개정 ( 안 ) 지원 공동연구 한국수자원공사 과제참여율 : 40% 정수장원생동물제어방안수립 정수처리기준개정 ( 안 ) 마련 위탁연구 서울시상수도연구소 위탁연구수행 원생동물시험법개정안마련 크립토스포리디움관리목표설정 14
Ⅱ. 연구내용및방법 3.2 참여기관별업무분장 정수처리기준선진화를위한개선연구 한국상하수도협회 Kwater 서울시상수도연구원 ( 위탁 ) 정수처리기준제도화원생동물제어방안수립원생동물관리목표제시 정수처리기준개정안수립 국내적용가능한정수처리기준선진화방안제시 원생동물제어를위한정수처리기준개정 ( 안 ) 작성 원생동물관리및정수처리기준중장기계획 ( 안 ) 수립 크립토스포리디움의정수장제어방안구축 선진국대체소독공정 ( 오존,UV) 인증기준조사를통한국내기준수립 원생동물추가제거능산정을위한여과지및기존공정관리방안수립 원생동물추가제거능인증가능프로그램 ( 강변여과, 유역관리등 ) 개발 원생동물관리목표및요구제거율설정 선진국크립토스포리디움기준설정방법등관리현황조사 원생동물표준시험방법개정안및양성판정매뉴얼작성 위해성평가를통한원생동물목표제거율설정 실태조사결과에기초한크립토스포리디움추가제거필요농도범위설정 정수처리시설의원생동물제어방안수립 원생동물표준시험방법개정안 ( 양성판정매뉴얼포함 ) 및목표제거율제시 크립토스포리디움정수처리추가인증프로그램개발 정수처리기준개정 ( 안 ) 및정수처리중장기계획 ( 안 ) 마련 15
Ⅲ 연구결과및고찰
Ⅲ. 연구결과및고찰 Ⅲ 연구결과및고찰 3.1 선진외국의먹는물에서크립토스포리디움관리현황조사및 병원성원생동물양성판정매뉴얼작성 3.1.1 선진외국의먹는물에서병원성미생물 ( 크립토스포리디움포함 ) 의기준및 관리현황조사 3.1.1.1 미국 1) 크립토스포리디움관련수인성집단질병사례 1971년부터 36년간미국에서발생한수인성집단질병중원인이밝혀진것은사고건수로는 833건중 467건 (56.1%) 이, 발생환자수로는 495.459명 (85.7%) 이다 (Table 3-1). Craun et al.(2010) 이정리한바에따르면, 2006년까지발생한수인성집단질병건수중에서병인이밝혀진대부분은병원성미생물에기인하였으며, 특히발생건수나발생환자수에서원생동물에기인하는것이가장큰비중을차지하였다. Table 3-1. 미국의수인성집단질병사례의원인별분류 (1971 2006) 발생건수 (%) 병인 음용수비음용수미지용도의물총계 사고건수환자수사고건수환자수사고건수환자수사고건수환자수 레지오넬라이외의세균 105(13.5) 22,446(3.9) 7(14.9) 172(20.0) 1(16.7) 14(38.9) 113(13.6) 22,632(3.9) 레지오넬라 24(3.1) 126(0.0) 9(19.1) 241(28.0) 5(83.3) 22(61.1) 38(4.6) 389(0.1) 화학물질 90(11.5) 3,901(0.7) 0 0 0 0 90(1.8) 3,901(0.7) 기생충 143(18.3) 449,959(78.0) 10(21.3) 126(14.6) 0 0 153(18.4) 450,085(77.9) 바이러스 64(8.2) 16,728(2.9) 2(4.3) 47(5.5) 0 0 66(7.9) 16,775(2.9) 복합원인 6(0.8) 1,755(0.3) 1(2.1) 2(0.2) 0 0 7(0.8) 1,757(0.3) 미확인 348(44.6) 82,179(14.2) 18(38.3) 273(31.7) 0 0 366(43.9) 82,452(14.3) 총계 780(100) 577,094(100) 47(100) 861(100) 6(100) 36(100) 833(100) 577,991(100) 19
정수처리기준선진화연구 미국에서수돗물의크립토스포리디움오염으로인한집단발병은 1984년텍사스에서처음보고되었는데 (Table 3-2), 수원인지하수가오수유입으로인해오염되었을것으로추정되었다. 두번째집단발병은 13,000명이상이감염된사례로 1987년 1월미국의조지아주캐롤튼에서발생되었는데, 응집, 침전, 모래여과와소독을포함하는기존의방식으로처리되어대장균군및탁도기준에만족하였음에도불구하고사고가발생하였다. Table 3-2. 미국먹는물관련크립토스포리디움증집단발병사례 ( 84-94) 발생지 Braun Station, 텍사스 캐롤톤, 조지아 벅스카운티, 펜실베니아 시기 상수시스템 84. 7. 공공 환자수 ( 추정 ) 117 (2,006) 87. 1 공공 (13,000) 41 NA 발생률입원률상수계통의결함 34 1 정호의하수오염 하천수를응집, 여과함 ; 하수방류및강우급증 ; 역세척없이여과지속, 여과지별탁도감시안함 91. 8. 간이 (551) 28 None 정호가지표수의영향받음 메드포드, 오레곤 92. 2. 공공 (3,000) 9-13 <1 탈렌트, 오레곤 92. 5. 공공 8 NA 밀워키, 위스콘신 야키마카운티, 워싱톤 쿡카운티, 미네소타 클락카운티, 네바다 93. 3 공공 (403,000) 26 1 염소처리된우물물 ; 봄철에간간이대장균군검출됨 ; 난포낭원인은미확인 하천수를응집, 여과처리함 ; 하수방류및하천유량감소로오염도급상승 호소수를여과처리함 ; 원수오염증가및새로운응집제의부적절한투입량 93. 4 개인 7 70 14 정호가지표수의영향받음 93. 8. 간이 27 47 0 93.12 공공 103 2.7 9.7 17 호소수를가압여과함 ; 오염원은부패조배출수와화장실물의역류로추정 호소수를여과처리함 ; 운영상의결함없음 왈라왈라, 워싱톤 94. 8 공공 134 60 1 정호에하수유입 1993년 4월에는위스콘신주의밀워키시에서약 403,000명이감염되는대규모집단발병이나타났다. 이발병은소의분변이지표수에유입된데다기존처리공정에서응집제를바꾼직후처리가미숙하여일어났다. 집단발병당시밀워키수도국은 2개의정수처리시설을운영하고있었는데, 시북부에위치한정수장의용량은 13m3 /s (275mgd), 남부정수장은 4.4m3 /s (100mgd) 이었다. 사고당시남부정수장에서전에없이유출수탁도가높았고 ( 최대값 1.7 NTU) 이정수장의 20
Ⅲ. 연구결과및고찰 물을공급받는지역에서발병률이높았기때문에집단발병의원인이남부정수장으로추정되었고실제얼음에서크립토스포리디움이검출되기도하였다. 남부정수장은미시간호에서취수하고알럼응집, 침전, 급속모래여과, 염소소독공정을거치는데, 특히응집제주입량이적당하지않았고역세척수를재순환한것이탁도증가의원인이었을것으로조사되었다. 2) 먹는물의미생물기준현황미국의먹는물의미생물기준으로는우선총대장균군법 (Total Coliforms Rule) 에기초한총대장균군항목이있다. 총대장균군양성인시료에대해서는분원성대장균군또는대장균여부를확인해야하며, 총대장균군은수도꼭지월검체수의 5% 까지는 100mL당양성검출이허용되지만, 분원성대장균군이나대장균은 100mL에서불검출되어야한다. 우리나라의저온일반세균과유사한종속영양세균 (Heterotrophic Plate Count) 는최대허용농도 (MCLG) 가정해져있지는않지만, 정수처리기준으로써 500 CFU/mL 이하로규제하고있다 (Table 3-3). 바이러스와지아디아람블리아, 레지오넬라는 지표수처리법(Surface Water Treatment Rule) 에서정하고있는데, 바이러스는최소 99.99% 이상을, 지아디아람블리아는 99.9% 이상을제거또는불활성화하여야하며, 이를달성할경우레지오넬라 MCLG = 0 도충분히달성될수있다고본다. 크립토스포리디움또한정수처리기준으로관리하는데, 이에대해서는다음장에서자세히다룬다. 한편미국의미래의수질기준제정을준비하기위해미규제오염물질목록 (Drinking Water Contaminant Candidate Lists) 을정해건강영향, 분포실태, 분석방법등을체계적으로조사해오고있다. 1998년처음시작한이후 2009년 10월 CCL3가발표되었는데, 여기에포함된미생물은모두 11항목으로서, 칼리시바이러스 ( 일명노로바이러스 ), 엔테로바이러스, A형간염바이러스등바이러스 3항목과, Campylobacter jejuni, E.coli (O157), Helicobacter pylori, Legionella pneumophila, Mycobacterium avium, Salmonella enterica, Shigella sonnei 등병원성세균 7항목, 그리고원생동물 1항목 (Naegleria fowleri) 등이다. 21
정수처리기준선진화연구 Table 3-3. 미국의먹는물수질기준중미생물항목 3) 상수관련크립토스포리디움분포실태미국에서는 1980년대말부터지아디아와함께크립토스포리디움에대한다양한연구와조사가실시되기시작하여많은보고가있었다 (Table 3-4). 이때물속의크립토스포리디움검출에가장많이사용되었던분석방법은면역형광항체법 (Immunofluorescence Assay) 으로써, 이론적으로는 1개의난포낭도검출가능한, 매우민감도높은방법이었지만, 대량의물시료로부터난포낭을농축하는전처리과정에카트리지휠터에의한여과농축기법과퍼콜-슈크로즈밀도구배부상분리법을사용하였기때문에회수율이매우낮고최종형광현미경관찰시에도정확성이떨어진다는문제점을안고있었다. 22
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-4. 미국의다양한수계에서의크립토스포리디움분포실태조사결과 수계 검체 (n) 양성율 (%) 농도범위 (/L) 기하평균 (/L) 참고문헌 소하천 / 하천 6 100 0.80-5,800 1920 Roach et al.,1987 소하천 19 73.7 0-240 1.09 Rose et al.,1988 소하천 / 하천 58 77.6 0.04-28 0.94 Ongerth et al. 1987 소하천 / 하천 38 73.7 <0.001-44 0.66 LeChevaller et al., 1991 하천 11 100 2-112 25 Rose et al., 1988 하천 / 호수 85 87.1 0.07-184 2.70 NCSG, 1992 하천 22 31.8 0.01-75.7 0.58 Smith et al., 1991 하천 / 호수 18 NA 7.1-28.5 17.8 Madore et al., 1987 호수 20 70.7 0-22 0.58 Rose et al.,1988 호수 / 저수지 32 75 1.1-8.9 0.91 Ongerth et al. 1987 호수 24 58.3 <0.001-3.8 1.03 LeChevaller et al., 1991 호수 44 27.3 0.11-251.7 4.74 Smith et al., 1991 청정한하천 3 NA NA 0.08 Madore et al., 1987 청정한하천 59 32.3 NA 0.29 LeChevaller et al., 1991 청정한호수 34 52.9 NA 0.093 LeChevaller et al., 1991 청정한온천 7 28.6 <0.003-0.13 0.04 LeChevaller et al., 1991 청정한호수 11 9.1 0-0.003 0.003 Rose et al., 1987 우물 18 5.6 NA 0.003 LeChevaller et al., 1991 미국에서는 1993년밀워키의크립토스포리디움수질사고이후전국규모의원생동물실태조사를두차례실시하였다. 그첫번째인 ICR(Information Collection Rule) 조사는급수인구 10만명이상의대규모정수장을대상으로 1997년 7월부터 1998년 12월까지 18개월간조사한것으로, 전국의 350개대규모정수장이조사에참여하였으나카트리지휠터및퍼콜-슈크로즈밀도구배부상분리법을근간으로하는 ICR방법이사용되었기때문에신뢰도가낮았다. 이에두번째전국조사인 ICRSS조사 (ICR Supplemental Survey) 가 1999년 3월부터 1년간실시되었는데, 이때에는무작위로추출된대규모정수장 40개소와중규모정수장 40개소에대해월 2회원수시료가채취되었고회수율이높고정확도도훨씬향상된 1623방법이적용되었다. 당시사용된분석방법의회수율은크립토스포리디움 43%, 지아디아 53% 이었고분석된시료량은 10L 전부이었다. 23
정수처리기준선진화연구 Table 3-5. 미국의원생동물전국분포실태조사 (ICR 및 ICRSS) 개요 Table 3-6. 미국중 대규모정수장원수에서크립토스포리디움분포 (ICRSS 조사 ) 원수구분 정수장수 적어도한개이상의양성시료가발견된정수장수 (%) 통계치 (oocysts/l) 평균중위수 90 퍼센타일 크립토스포리디움총난포낭수 전체 80 68(85%) 0.06 0.06 0.10 대규모 40 34(85%) 0.04 0.02 0.10 중규모 40 34(85%) 0.08 0.02 0.11 하천수 33 32(97%) 0.09 0.04 0.11 호소수 41 32(78%) 0.04 0.01 0.06 속이비어있지않은난포낭수 전체 80 66(83%) 0.05 0.01 0.08 대규모 40 34(85%) 0.03 0.01 0.08 중규모 40 32(80%) 0.06 0.01 0.09 하천수 33 32(97%) 0.07 0.03 0.08 호소수 41 31(76%) 0.03 0.01 0.06 내부구조가있는난포낭수 전체 80 41(51%) 0.02 0.004 0.03 대규모 40 20(50%) 0.01 0.002 0.03 중규모 40 21(53%) 0.03 0.006 0.06 하천수 33 22(67%) 0.03 0.04 0.04 호소수 41 17(42%) 0.02 0 0.03 24
Ⅲ. 연구결과및고찰 ICRSS 조사결과, 크립토스포리디움총난포낭 ( 속빈난포낭까지포함 ) 은전체시료의 14% 에서검출되었는데, 정수장별검출범위는 0~12.1 oocysts/l로매우다양한범위를보여주었고검출농도의중위수는 0.06 oocysts/l이었다 (Table 3-6). 적어도한개의양성시료가발견된정수장은전체의 85% 로 ICR의 43% 에비해매우높았다. 일반적으로하천수사용정수장의경우 1 개이상의양성시료가발견된정수장이 97% 인데비해, 호소수사용정수장에서는 78% 로써, 하천수사용시난포낭검출빈도가더높은것으로나타났다. 평균농도도하천수사용시 0.09 oocysts/l인데비해호소수에서는 0.04 oocysts/l이었다. 고농도일때의몇몇정수장을제외하면, 총난포낭수의정수장별평균은대규모정수장과중규모정수장에서서로유사하였다. ICRSS에서는크립토스포리디움과함께총대장균군, 분원성대장균군, 대장균, 탁도도병행분석되었다. 총대장균군의정수장별평균농도의평균은표류수정수장에서 4,051 CFU/100mL이었고저수지 / 호소수정수장에서는 366 CFU/100 ml 였다. 분원성대장균군의정수장별평균농도의평균은표류수정수장과저수지 / 호수수정수장에서각각 937 CFU/100 ml 과 15 CFU/100 ml 였다. 대장균의정수장별평균농도의평균은표류수정수장과저수지 / 호수수정수장에서각각 278 CFU/100mL 과 14 CFU/100mL이었다 (Table 3-7). Table 3-7. 미국의중대규모정수장원수에서총대장균군결과 (ICRSS) 25
정수처리기준선진화연구 그러나크립토스포리디움과이들항목간에유의한상관성은전혀관찰되지않았는데, 이는정수장구분없이개별시료에서의항목간관계를평가하여크립토스포리디움불검출데이터가영향을끼쳤기때문이다 (Fig. 3-1). 따라서정수장별로두항목간의관계를평가하는접근방법이시도되었다. 그결과, 호소수에서는크립토스포리디움이고농도 (0.75 oocysts/10l 초과 ) 인정수장의 80% 에서대장균평균이 10 CFU/100mL 이상이었으며, 이러한대장균범위만을조사토록할경우조사대상이 28% 로축소되는것으로평가되었다. 또한하천수에서는크립토스포리디움이고농도인정수장의 100% 에서대장균평균이 50 CFU/100mL 이상이었으며이러한대장균범위만을조사토록할경우조사대상이 62% 로축소되었고, 대장균평균이 100 CFU/100mL 이상일경우에는 50% 의정수장이크립토스포리디움고농도를보이며조사대상은 38% 로축소되는것으로평가되었다. Fig. 3-1. Total Cryptosporidium vs. Total Coliforms ( 미국의중대규모정수장원수에서의크립토스포리디움조사 : ICRSS) 4) 크립토스포리디움관련법규미국은 1989년바이러스및지아디아관리를위해 지표수처리법(Surface Water Treatment Rule, SWTR) 을제정하여최초의정수처리기준 (Treatment technique) 을도입한국가이다. 지표수처리법에의하면, 지표수나또는지표수의영향하에있는지하수사용정수장은정수공정을통해최소 99.9% 의지아디아포낭을제거하여야하는데, 이는구체적으로여과시스템의최적화와소독능 (CT값) 관리를통한소독강화에의해달성되도록되어있었다. 통합여과수탁도가 0.5NTU 이하이면지아디아포낭이 2.5로그 (99.68%) 제거된것으로인정되며, 나머지 0.5로그 (68.38%) 불활성화에필요한 CT값을소독공정에서달성하면된다. 26
Ⅲ. 연구결과및고찰 그러나이러한지표수처리법의적용에도불구하고 93년밀워키사고등빈번한크립토스포리디움관련수질사고가발생하자, 1998년잠정적인크립토스포리디움대책추진을위해 잠정강화지표수처리법 (Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule, IESWTR) 을제정하였다. 일명 크립토법 이라고도불리운이법에서는크립토스포리디움난포낭의제거목표를최소 99% (2로그) 로설정하고이러한목표를여과공정까지모두달성하도록하였다. 이를위해통합여과수탁도기준을 0.3 NTU로강화하는데, 6시간마다측정된월탁도값의 95% 이상이이기준을만족하도록하였다. 또한어떠한경우에도 1 NTU를초과하면안되도록하였으며, 아울러개별여과수의탁도를연속모니터링하여 1 NTU를초과할경우조치를취하도록명문화하였다. 이러한규정은우선적으로급수인구 1만명이상의정수장에적용되었으나, 2002년 장기1단계강화지표수처리법 (Long Term 1 Enhanced Surface Water Treatment Rule, LT1ESWTR) 을제정하면서모든정수장으로확대적용되었다. 이어서 2006년제정된 장기2단계강화지표수처리법 (Long term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule, 이하 LT2ESWTR) 은크립토스포리디움에대한대책의마지막단계로써, LT1ESWTR로도충분한대책이되지못했던일부취약한정수장에추가처리가필요하다는판단에따른것이었다. 이에따라지표수또는지표수의직접적영향을받는지하수를사용하는모든정수장은원수에대한크립토스포리디움모니터링을실시하도록요구되었다. 급수인구 10,000명이상의대규모정수장은 2년간크립토스포리디움에대한모니터링을수행하여야하는데, 2년간크립토스포리디움과대장균, 탁도를월 1회이상조사하여야한다. 10,000명미만의소규모정수장은처음 1년간 2주 1회이상대장균검사후대장균농도가일정수준을초과하면크립토스포리디움을검사하도록하였다 (Table 3-8). 이때크립토스포리디움은 1년간월 2회이상또는 2년간월 1회이상조사하여야한다. Table 3-8. 미국의 LT2ESWTR 에의한원수의크립토스포리디움모니터링방법 정수장규모 모니터링시점 모니터링기간 크립토 - 스포리디움 모니터링항목및주기 대장균 탁도 10,000명이상 법규공표후 6월후 2년 최소월 1회 최소월 1회 최소월 1회 10,000명미만 법규공표후 30개월후 1년 - 2주에 1회 - 10,000명미만 법규공표후 48개월후 1년 월 2회 * - - * 연평균대장균수가호소수의경우 10/100mL, 하천수의경우 50/100mL을초과한경우 각정수장들은원수의크립토스포리디움모니터링결과에따라네가지그룹으로분류되는데, 이때 2 년동안 24~47 점의크립토스포리디움시료를분석한정수장은가장높은 12 개월연속 27
정수처리기준선진화연구 평균 (Maximum Running Annual Average) 을기준으로그룹을분류하고, 48점이상의시료를분석한정수장과급수인구 10,000 명미만의정수장으로써 12개월내에 24점을분석한정수장은모든시료의산술평균을적용하도록하였다. 원수조사결과가장오염도가낮은그룹의정수장 (1그룹) 은추가의처리가필요치않지만, 2~4그룹으로분류된정수장은크립토스포리디움에대하여 1.0~2.5로그의추가처리를달성해야한다 (Table 3-9). Table 3-9. 크립토스포리디움오염도에따른원수그룹분류 원수의크립토스포리디움농도 ( 난포낭 /L) 그룹분류 처리기준 급속여과, 규조토여과또는완속여과 직접여과 처리방법 0.075 미만 1 그룹 추가의처리기준없음 추가의처리기준없음 표준정수처리 ( 여과 ) 0.075 이상 1.0 미만 2 그룹 1로그추가 1.5로그 여러가지방법중선택 1.0 이상 3.0 미만 3 그룹 2로그추가 2.5로그 반드시 1로그는 3.0 이상 4 그룹 2.5로그추가 3로그 오존,UV, 막여과등필요 즉 1그룹의원수에대해서는크립토스포리디움 3로그제거가요구되는데, IESWTR을따르는표준정수처리 ( 연수화포함 ), 완속여과및규조토여과방식의정수장의경우이미 3.0로그의크립토스포리디움제거를인정받고있으므로, 1그룹의속하는정수장에서는추가처리기준이적용되지않는다. 2, 3, 4그룹에속하는정수장에대한크립토스포리디움처리목표는각각 4.0 로그, 5.0로그, 5.5 로그이므로, 2~4 그룹에분류될경우 1.0~2.5로그의추가처리를수행하여야한다. 기존법규를준수하고있는직접여과정수장은침전공정을거치지않으므로급속여과보다는낮은 2.5로그제거만을인정받기때문에 2~4그룹을만족하기위해급속여과정수장에비해 0.5로그더높은제거율을달성하여야한다. 추가목표달성을위해서는여러가지처리기술을선택할수있는데, 막여과, bag filters, 카트리지필터와같은대체여과기술을사용하는정수장은각공정의성능이개개의제품에따라다르기때문에이러한특정기술을사용함으로써 4.0~5.5로그의크립토스포리디움제거를달성할수있음을입증하여야한다. 추가로여과지유출수탁도를더욱낮춤으로써더높은제거율을인정받을수도있지만, 3그룹과 4그룹에속하는정수장은반드시추가제거율중 1로그를오존, 이산화염소, UV, 막여과, bag filtration, cartridge filtration 또는강변여과를사용하여달성하여야한다. 한편비여과시스템에대해서는이미대체소독제도입등을통해 3로그이상을제거하고있는정수장은원수조사및처리기준적용이면제된다. 그렇지않은경우, 원수정밀조사를실시하여원수의크립토스포리디움산술평균이 0.01 oocysts/l 이하이면 2로그를제거하여야하며, 이를초과하면 3로그를제거하여야한다. 이를위해급수인구만명이상의중대규모정수장일경 28
Ⅲ. 연구결과및고찰 우에는원수의크립토스포리디움을 2년간월 1회이상주기로조사하여야하는데, 다만여과시스템처럼대장균이나탁도를함께모니터링할필요는없다. 급수인구가만명미만인소규모비여과시스템인경우에도역시원수의크립토스포리디움의무는적용되는데, 1년간월 2회이상또는 2년간월 1회이상주기로조사하여야한다. 이상의원수오염도그룹분류와처리기술적합성평가를위한처리기준재설정은 6년마다새롭게실시되어야한다. 그러나 5.5로그제거를이미달성한여과시스템이나 3로그제거를이미달성한비여과시스템은매 6년마다의원수정밀조사와처리기준재설정의무가면제된다. 이처럼처리목표를결정하기위해실시되는원수의크립토스포리디움정밀조사는엄격한모니터링기준에의해수행되도록하였다. 각정수장은채수를시작하기적어도 3개월전에채수계획을주정부에제출하여야한다. 원수정밀조사시료는사전에제출된조사계획에따라채취되어야한다. 조사계획에는채수지점과채수일자가구체적으로명기되어야한다. 채수일은조사기간내에일정한간격이유지되도록균등하게배열되어야하며, 다만휴일, 주말등을고려할수있다 각정수장은채수계획에정해진날의직전 2일이내또는직후 2일이내에실시되어야한다. 다만, 극심한기상조건등으로인해채수자의안전이보장되지않거나, 분석장비등의고장으로정해진시간내분석이실시될수없는경우등은제외로하며, 이때는시료채수지연사유를주정부에보고하여야한다. 3.1.1.2 영국 1) 크립토스포리디움관련수인성집단질병사례영국은 1989년 Oxford/Swindon에서의대규모수인성집단질병을피크로하여, 물을포함한다양한원인에서기인한크립토스포리디움증전체환자수가매년 3000~6000명정도발생되었다 (Fig. 3-2). 계절적으로는봄철과가을철, 특히가을철에증가하는경향이뚜렷하다. 연령별로는 1~4세의영아에서월등하게발병율이높게나타났으나, 2000년대들어서는 15~44세성인의발병율이영아환자수보다오히려많아지는현상을보이고있다 (Fig. 3-3). 그러나 1~4세환자수에 5~9세의환자수를더하면, 매년발생되는환자의 50% 내외는 10세미만의영 유아가차지하고있다. 가축의경우에도갓태어난가축의감염율이높기때문에, 가축의분만시기에크립토스포리디움증발병율이높으며구체적으로양은봄철에, 소는봄철과가을철에피크를보였다. 29
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-2. 영국의연간크립토스포리디움증환자발생건수 (1983 2005) Fig. 3-3. 영국의연령대별크립토스포리디움증발생건수변화 (1989 2005) 2000~2003년의 4년간의데이터에의하면, C.parvum 환자수와 C.hominis 환자수는비슷하였지만, 연령대별로보면 20세미만에서는 C.parvum이, 20~40세에서는 C.hominis가보다흔한발병원인인것으로나타났다 (Hunter et al., 2004). 2001년이후먹는물관련집단질병이감소되었음에도불구하고연간환자발생수가매년비슷한수준으로유지되는것은먹는물이외에풀장이나농장방문에서의감염때문인것으로추정되고있다. 이러한크립토스포리디움증환자발생중먹는물에서기인하는집단발병은 1983년과 1985년사이에서레이의코밤에서처음으로의심사례 2건이확인된이후, 2005년까지공공상수도와관 30
Ⅲ. 연구결과및고찰 련된크립토스포리디움증집단발병이 55건이보고될만큼빈번하였다. Craun et al.(1998) 이정리한바에따르면, 1986년부터 1996년까지 10년간 21건의집단발병이보고되었는데, 이중 19건은공공상수도계통에서, 나머지는간이상수도시스템에서발생한것으로, 상수원오염이나정수처리상의결함등의원인이확인된경우의 37% 가여과처리정수장에서발생한것이었다. 이후이기간동안 7건이추가로보고되어총 28건이되었으며, 1996년부터 2000년까지의 5년동안에만 19건의크립토스포리디움증집단발병이상수도계통에서또확인되었다. 크립토스포리디움관련법규가시행된 2001년이후에는다소감소하여 5년동안 6건이보고되었다 (Nichols et al., 2006). 이러한사건들은모두역학조사나원수, 처리수등에대한수질분석을통해공공상수도와의연관성이확인된것들이다. 1983년부터 20년동안발생한상수도관련크립토스포리디움증집단발병사례중주요한것들만 <Table 3-10> 에요약하였다. 대규모수인성집단발병이었던 1989년의 Swindon/Oxfordshire 사건은 741,092명이노출되어 516명 (0.06%) 가발병하였는데, 조사결과상수원유역의소분변등이집중강우로인해표준정수처리정수장으로유입된데다침전지배출수및여과지역세척수재사용으로처리여건이더욱악화되었기때문으로밝혀졌다. 당시여과지역세척수에서는 10,000 oocysts/l가검출되었으며수돗물시료에서도 2.24 oocysts/1000l 수준의난포낭이발견되었다. Table 3-10. 영국의수인성크립토스포리디움증집단발병주요사례 ('83-'05) 발생지 시기 환자수 ( 추정 ) 상수계통의결함 Sheffeild, 잉글랜드 86.3-6 49 (537) 저수지 ; 집중강우 ; 소가추정원인 Ayrshire, 스코틀랜드 88.3 27 ( 수백 ) 저수지 ; 응집, 여과처리 ; 소슬러리의토양살포로오염된물이파손된관으로유입, 처리수오염 Swindon-Oxfordshire 잉글랜드 88.12-'89.3 516 응집, 여과처리 ; 침전지배출수의재사용 ; 88. 10. 상수원유역의소설사, 88.11. 집중강우 Loch Lomond, 스코틀랜드 89.1-6. 442 지표수 ; 미세여과 (23um) 및염소처리 North Humberside, 잉글랜드 Torbay, 잉글랜드 89.12-'90.5 477 92. 6-11 108 하천수유입저수지 ; 급속및완속여과 ; 완속여과지일부바이패스 ; 89.12. 집중강우 하천수와하천가의정호 ; 오염된정호나하천수여과실패가원인 ; 사고전정호수탁도증가 ; Bradford, 잉글랜드 92.11-12 125 저수지 ; 완속모래여과, 집중강우 ; 처리수탁도및색도상승 North Warrington, 잉글랜드 92.11-93.2. 47 (1,840) 사암층정호 ; 집중강우 ; 하수오염및축산폐수유입이원인 31
정수처리기준선진화연구 발생지 시기 환자수 ( 추정 ) 상수계통의결함 Wessex region, 잉글랜드 Southern, 잉글랜드 93.4-5 40 94.11 229 정호 ; 오염원인은미확인 ; 난포낭은원수에서불검출, 배급수계통에서검출 광범위한지역에걸친집단발병, 역학조사결과수돗물관련증명 Torbay, 잉글랜드 '95.7-8 575 고농도의난포낭함유한하수처리장방류수의하천유입 잉글랜드동부및런던 97.2-4 345 역학조사에서음용지하수와질병과의관련성확인 ; 시추공이소방목장부근에위치, 지하수에서난포낭발견 북서부지역 99.4-5 347 북부아일랜드 06.6 168 북부아일랜드 01.2 306 스코틀랜드 02.1 151 사우스이스트 05.9 140 웨일즈 05.9-11 100 정수장처리수 10L 에서고농도난포낭발견 6 일후환자발생 역학조사결과질병과수돗물관련성확인, 상수원상류정화조탱크의월류로원수오염 2~4 월동안처리수의크립토스포리디움농도 0~0.62 난포낭 /L 해당주민의발병율이더높았고정수장에서구조적결함발견 역학조사에서수돗물과질병간의관련성확인 ; 정수장의여과지 3 곳에서결함발견 지표수원수사용지역에서만질병발생, 처리된하수의하천유입, 정수처리결함 역학조사에서물과질병간의관련성확인 ; C.hominis 난포낭이원수, 처리수에서발견 2) 먹는물의미생물기준현황영국의먹는물수질기준은우선적으로 EU 먹는물규정인 Council Directive 98/83/EC of 3 November 1998 on the quality of water intended for human consumption(1998) 에기초한다. EU의먹는물기준은크게미생물항목과이화학항목, 그리고지표항목 (indicator parameters) 으로구성되어있다. 모든먹는물에적용되는미생물항목은대장균 (E.coli) 과장구균 (Entrococci) 으로, 둘다 100mL에서불검출되도록규제하고있으나, 병입수 (water offered for sale in bottles or containers) 의경우에는 250mL당불검출 로강화하고, 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa), 저온일반세균 (Colony count 22 ), 중온일반세균 (Colony count 37 ) 도추가로적용되도록하고있다. 지표항목은모니터링이나개선조치및사용제한등의의무이행에참고하기위한목적으로기준이설정된것으로써, 우리나라의심미적영향물질과유사하다고볼수있다. 여기에는 Clostridium perfringens (including spores), 저온일반세균, 총대장균군 (Coliform bacteria) 등 3 개항목의미생물이포함되어있다. EU 기준은최소규정일뿐, 실제영국에서는이보다강화된국가기준을적용하고있다 (Table 32
Ⅲ. 연구결과및고찰 3-11). 병입수적용기준을제외할경우, 영국먹는물수질기준의미생물항목은크게 6항목으로볼수있다. EU 기준인장구균과대장균, 국가기준인총대장균군, 그리고지표항목으로써 Clostridium perfringens, 저온일반세균, 중온일반세균이여기에해당된다. 그외에미생물학적수질과관련되는이화학항목으로써잔류소독제농도와탁도, TOC( 총유기탄소 ) 등이있다. Table 3-11. 영국의먹는물미생물기준 항목명기준치검사대상검사목적 EU Directive Standards 대장균 (E.coli) 0/100mL consumers' tap check monitoring 장구균 (Enterococci) 0/100mL consumers' tap Audit monitoring 총대장균군 (Coliform bacteria) 대장균 (E.coli) 잔류소독제 (Residual disinfectant) 0/100mL 0/100mL - National Standards consumer's tap service reservoirs water treatment works service reservoirs water treatment works consumer's tap service reservoirs water treatment works Indicator parameters (Additional Monitoring Requirements) check monitoring check monitoring Audit monitoring Clostridium perfringens (including spores) 0/100mL consumers' tap water treatment works check monitoring Audit monitoring Colony count 22 Colony count 37 No abnormal change consumers' tap service reservoirs water treatment works check monitoring 각항목의규제치를보면, 대장균과총대장균군은우리나라와동일하지만, 장구균과클로스트리디움퍼프린젠스는 100mL에서불검출 되어야하며저온 / 중온일반세균은구체적인최대허용농도를정하지않고 급격한변화가없을것 으로만명시한점이특이하다. 또한탁도의경우, 정수장유출부에서는 1 NTU 이하로, 수도꼭지에서는 4 NTU 이하로, 각기다르게규제하고있는것도유념해볼만하다. 정수처리직후의탁도는미생물처리효율을반영하는안전성지표이므로 1 NTU를넘지않도록규제하고, 반면청결성을나타내는수도꼭지탁도는 4 NTU까지허용한다. 아울러유기물지표인 TOC도구체적인규제치를정하지않고 급격한변화가없도록 요구하고있다. 영국의먹는물수질기준총 90항목중가장빈번히모니터링되는항목은미생물관련항목이다. 영국은항목별로표준검체수기준 (standard frequency range) 을정하고일부항목에대해서는 2년연속정해진기준만족시검사횟수를감소조정 (reduced frequency range) 할수있도록 33
정수처리기준선진화연구 하였다. 또한항목별로모니터링지점과횟수를정하고있다. 예를들면대장균, 총대장균군, 잔류소독제농도는정수장유출부와배수지유출부그리고수도꼭지에서모두검사되어야하는데, 정수장은공급수량에따라, 수도꼭지검체수는공급인구에따라달라진다. 즉정수장과배수지에서의대장균등의검체수는 20톤 / 일미만인경우연 4건이지만, 12,000톤 / 일이상이면연 365 건즉매일검사항목이되며, 수도꼭지검체수는공급인구가 100명미만이면연 4건으로충분하지만그이상일경우에는 5000명당 12건이상이어야한다. 이에따라일공급수량이약 295만톤이고공급인구가약 834만명인테임즈워터 (Thames Water) 의경우, 2009년수도꼭지에서의대장균, 총대장균군, 잔류소독제측정횟수는각각 22,722건이었고, 정수장과배수지에서도각각 17,134건과 19,043건을검사하였다. 또한정수장과배수지에서의탁도와저온 / 중온일반세균도검체수기준이동일하므로, 영국의대부분의정수장에서는대장균, 총대장균군, 잔류소독제농도, 탁도, 저온 / 중온일반세균등 6항목이매일검사되고있다고볼수있다. 수도꼭지에서탁도와저온 / 중온일반세균검사횟수는공급인구에따라달라지는데, 8만명이상인경우 76건이상검사해야하므로, 테임즈워터는 2009년각각 7,999건의수도꼭지수돗물시료를검사하였다. 이에비해장구균은 audit monitoring 항목으로써, 수도꼭지에대해서급수인구 100명미만이면 1건, 5000명이상이면 8건만을검사하면된다. 3) 먹는물의크립토스포리디움관리현황영국의먹는물크립토스포리디움대책은 1999년 6월 30일에시행된 Water Supply (Water Quality) (Amendment) Regulations 1999" 에서부터시작되었다. 크립토스포리디움관련내용은 Regulation 27~29에제시되어있는데, Regulation 27에는크립토스포리디움위해도평가에관한사항이, Regulation 28에는위해도평가의절차가, Regulation 29에는처리수의크립토스포리디움연속모니터링과처리기준등처리에관한사항이담겨있다. 이규정에따르면, 모든수도회사는 1999년 9월 30일부터소속정수장에대해위해도평가를수행해야하는데, 이를통해크립토스포리디움규정위반을초래할수있는중대한위해성이있는지즉처리수에서유의한갯수의크립토스포리디움난포낭이검출될가능성이있는지를검토해야한다. 위해도평가의절차는 위해도평가지침 (Guidance on assessing risk from Crypto oocysts in treated water to satisfy the water supply (water quality) (amendment) Regulations 1999) ( 부록1) 에상세히제시되었다. 위해도평가는우선각수도회사들이자체적으로위해도평가보고서를작성하여위해도여부판정결과를담은보고서를 DWI(Drinking Water Inspectorate) 에제출하면, DWI가이를심사하여승인하는절차를밟도록하였다. 위해도평가에서는우선원수부분에크립토스포리디움오염을초래할수있는위험요인이있는지를평가하는데, 지표수의경우, 하수처리장방류수나우수 34
Ⅲ. 연구결과및고찰 관, 부패조, 가축사육, 토양의거름투기, 도살장등의존재에관한정보를제시하여야하며분원성대장균군이나크립토스포리디움실태조사데이터가있으면이또한제출해야한다. 원수가수질변화가급변할수있는하천인지, 원수수질모니터링여부, 수질경보시취수중단가능여부등도평가대상이된다. 원수가지하수인경우에는집수정근처의오염원존재여부가집중평가요소가되며특히집중강우직후수질급변여부나최근 2년간의분원성대장균군및크립토스포리디움데이터가중요하다. 다음으로정수처리부분에서크립토스포리디움오염을초래할수있는위험요인에대한평가로는, 응집공정과여과지시동방수, 유속급변여부, 역세척수재순환여부, 배출수상등액의재순환여부, 입자수등크립토스포리디움관련수질모니터링여부및경보체계등이그대상이된다. 이때 1) 하천에서의직접취수또는저수기간이평균 7일이내인경우나, 2) 대수층이지표수와연결되어원수에서분원성대장균군이검출되는경우, 3) 과거원인미상의수도관련크립토스포리디움집단발병사례가있었으나재발방지를위한조치가없었던경우는어떠한경우에도중대한위해도를갖는것으로분류된다이러한위해도평가로부터중대한위해도가있는것으로밝혀진정수장들은기준에만족하도록물을처리해야하며, 처리수의크립토스포리디움난포낭을연속모니터링하여이를입증하도록하였다. 여기서연속모니터링이란적어도시간당 40L의처리수를샘플링하고하루에 1번채수장치를교체함으로써, 사실상매일약 1000L를연속적으로모니터링하는것을말한다. 크립토스포리디움처리기준은 정수장처리수 10L당평균 1개미만의난포낭 으로제시되었으며이때난포낭의물리적인제거만을고려하였으므로종 (species) 이나살아있는지여부는고려되지않는다. 그러나중대한위해도가있더라도직경 1μm이상의입자를연속제거할수있는충분한처리시설을갖추고이를연속모니터링하며이상발생시중지가즉시가능한정수장은처리수에대한크립토스포리디움연속모니터링을실시하지않아도된다. 처리수에대한크립토스포리디움분석은 DWI의승인을얻은실험실에서만수행될수있는데, 이들분석기관과모든정수장의처리수채취지점에대해서는 1년동안최소 1번이상의예고없는감사를받도록하였다. 탁도의급격한증가나크립토스포리디움농도급증을암시하는다른지시가있을경우에는분석은채취이후 1일이내에완료되어야하며, 이외에는 3일이내에분석되면된다. 따라서영국의크립토스포리디움공인분석기관들은모두 24시간분석체계를운영해야했다. 먹는물의크립토스포리디움사고가빈번해법정소송까지가는경우도있었기때문에, 분석결과는법정증거물로사용될수있도록엄격한채취및분석기준에따라수행되도록하였다. 시행첫해인 2000년위해도평가를실시한결과, 영국의전체정수장 1,481개중 332개가중대한위해도가있는것으로평가되었다. 이중 158개는지표수사용정수장이었고 174개는지하수사용정수장이었다. 이에따라 2000년, 4월 1일부터 12월 31일까지총 9개월동안 188개지점에서 36,916점의시료가샘플링되어검사되었다. 이중 108개지점 (57.4%) 의 2755개시료 (7.46%) 35
정수처리기준선진화연구 에서난포낭이검출되었는데, 검출된경우의 91% 는 0.01-0.10 난포낭 /10L이었고 2지점 (0.01%) 의 7개시료가기준을위반한것으로나타났다. 기준을위반한시료의최고농도는 4.91 난포낭 /10L 이었다. 따라서 2000년부터 2004년 6월까지의조사결과를총괄하면, 총 201,136점의처리수시료가분석되었는데조사된정수장의 84% 에해당하는 195,183점의시료에서는난포낭이불검출되었고, 검사된시료의 5% 에해당하는 5,953점에서만낮은농도로검출되었다. 시행첫해인 2000 년의양성율 7.46% 은 2001년의 3.28% 에서 2004년에는 1% 로낮아졌다. 각정수장마다크립토스포리디움위해도평가에기초해수질개선프로그램을도입하거나처리수의크립토스포리디움연속모니터링을하도록한 Regulation 27~29는 2007년개정판 [ Water Supply (Water Quality) Regulations 2000 (Amendment) Regulations 2007"] 에서일부수정된다. 이는영국정수장에서크립토스포리디움에대처할수있는시스템이어느정도구축되었다는판단을반영한것으로써, Regulation 27과 28은기존의크립토스포리디움위해도평가를정수장과관련된공급계통의모든유해요인 ( 바이러스, 세균등다른병원성미생물도모두포함 ) 을망라하는포괄적인위해평가 (comprehensive risk assessment) 로확대하는방향으로개정되었다. 2007년개정판의가장큰변화는 Regulations 29를삭제하여연속모니터링규정및처리기준을 2007년 12월 22일부터의무적시행에서면제하였다는점이다. 이는수도회사들이적절한수처리기술도입을통해크립토스포리디움으로인한위해도를감당할수있다고본것이라할수있다. 그러나 DWI는각수도회사들이처리수의크립토스포리디움모니터링을자체적으로계속할것을권고하였다. 따라서대부분의정수장들은 2008년에도처리수모니터링을계속하였다. 일례로 Thames water는 2008년에는총 3,509점의처리수에대해, 2009년에는 1,288점에대해크립토스포리디움연속모니터링을실시하였다. 그리고여전히처리수의크립토스포리디움검출사례가발생되고있다. 영국 DWI에서매년발간되는사고사례집에의하면 ( 부록 2), 2008년처리수에서크립토스포리디움검출된사례가 9건이었으며 2009년에는 16건으로증가된것으로나타났다. 테임즈워터의 Chingford 정수장은 2008 년 2월처리수에서크립토스포리디움이검출되어정수장가동을중단한후새로운공정을추가한후가동을재개하였다. 또한 Anglian Water의 Pitsford 정수장에서는 2008년 6월처리수의크립토스포리디움검출로끓여먹기권고 (Boil Water Notice) 을적용해야했으며이후 UV시설을도입하였다. 3.1.1.3 일본 1) 수인성크립토스포리디움집단발병사례 일본에서는 2 건의공공상수도관련크립토스포리디움증집단발병사례가있었다. 그중하나인 가나가와현히라츠카시의복합빌딩사례는 1994 년 8 월에발생하였는데, 763 명의빌딩관계자가 36
Ⅲ. 연구결과및고찰 운데 461명이감염되어점액성및수양성설사 (96.7%), 복통 (61.6%), 발열 (54.2%) 등의증세를나타내었다. 당시 25명환자의분변중 12개검체 (48.0%) 로부터크립토스포리디움난포낭이검출되었으며저수조, 하수처리장으로부터채수한검체수모두에서난포낭이확인되었다. 조사결과원인은하수처리장의배수펌프고장에의해서하수및잡배수가수돗물저수조로혼입된것으로확인되었다. 이에따라저수조를교체하고동시에빌딩내의급수관, 저수조, 고가수조를 200ppm의염소용액으로 2시간이상세정 소독을실시하였다. 이어 1996년에는사이타마현오고세마치에서사고가발생하였는데, 6월초설사, 복통환자가집단발생하여 7월지역전체주민약 13,800명을대상으로조사한결과, 5월중순이후에설사등증상을보인주민은회답자 12,345인가운데 8,812명으로전체의 71.4% 이었다. 34개의분변검체가운데 22개검체 (64.7%) 로부터크립토스포리디움난포낭이검출되었으며다이마정수장의원수및수도꼭지수돗물에서도난포낭을발견할수있었다. 반면현 ( 県 ) 에서운영, 공급중인수돗물 ( 현수 ; 県水 ) 에서는크립토스포리디움이불검출되었다. 다이마정수장은무기하라강 ( 麦原川 ) 의표류수및옷베강 ( 越辺川 ) 상류의용천수혼합수를원수로하는계통과옷베강의복류수 ( 강바닥의집수거 ) 를원수로하는 2개의계통이있었는데, 처리방법은모두응집침전, 급속사여과로되어있지만, 후자의계통은 PAC를상시주입하지않고, 눈으로확인한원수상태및자동측정에의한여과수의탁도에의해서 PAC의주입을판단하고있었다. 주입량은원수탁도에따라서주입기눈금으로조정하고있어서정확한주입율은알수없었다. 또한다이마정수장의복류수취수지점의상류구역에는분뇨정화조와함께두곳의농업취락배수처리시설이가동되고있어서, 옷베강에유입되는처리시설의처리수와오고세마치의수돗물의사이에크립토스포리디움이순환되어오염이확대된것으로추측되었다. 사고당시, 현수 ( 県水 ) 를 100% 공급받고있는다른마을 ( 町 ) 에서는집단질병이발생하지않았으므로현수 ( 県水 ) 의공급을 100% 로하고다이마정수장의급수는중지하였다. 이후다이마정수장에막여과처리시설을도입하여 1998년 5 월 1일부터급수를실시하고있다. 2) 먹는물의미생물기준현황일본은먹는물수질기준 51항목이외에수질관리목표설정을위한 27항목, 향후검토가필요한항목 40개를별도로정하고있다. 이중미생물관련항목은먹는물수질기준의일반세균 (100 CFU/mL 이하 ) 및대장균 ( 불검출 /100mL) 와수질관리목표설정항목의종속영양세균 (2000 CFU/mL 이하 ) 이다. 탁도는먹는물수질기준에서는 2도이하 로규제하지만, 수질관리목표설정항목으로는 1도이하 로강화하여적용하고있다. 3) 상수관련크립토스포리디움분포조사결과 일본에서는 1997 년부터 2001 년까지 19 개지방자치단체의 29 개의사업체 163 개정수장에서 1,922 37
정수처리기준선진화연구 개의시료를조사한결과크립토스포리디움은 150개시료 (7.8%) 에서검출되었다 (Table 3-12). 검출시농도범위는 1~16 oocysts/10l이었으며시료량은대부분 10L이었다. 지아디아는 16개지방자치단체의 21개사업체 130개정수장에서 1,163개시료를조사하여 114개시료 (9.8%) 에서검출되었는데, 검출시농도범위는 1~23 cysts/10l이었다. 대부분의원생동물검출사례는대도시권에집중되었으며, 검출농도수준은 10 0 ~ 10 1 cysts/10l의수준이었다. Inomata et al.(2006) 등은이에대해평상시의일본상수원수에서의원생동물오염수준은 10 0~ 10 1 oocysts/10l를크게넘지않는다고평가할수있지만, 크립토스포리디움의경우 92%, 지아디아의경우 90% 를차지하는불검출시료의대부분이 수도에관련된크립토스포리디움의난포낭의검출을위한잠정적인시험방법 ( 후생성, 1998년 ) 으로시험한것으로, 이방법의회수율 ( 평균 19.4%) 이낮아채수량 10L로는오염상황을정확하게파악하기에는곤란했을것으로판단하였다. 이러한이유때문에대도시권에서검출사례가많은것도검사빈도나수도사업체의검사체제, 검출능력등이영향을미친것으로보았다. Table 3-12. 일본상수원수의크립토스포리디움조사결과개요 ('97 '01) 지방자치단체사업체수정수장수 양성시료수 / 시료수 농도범위 ( 개 /10L) 조사수량 (L) 홋카이도 1 5 ND/10 10 아이모리 1 3 ND/10 10, 20, 40 미야기 2 14 4/67 1~14 10, 20 나가타 1 4 ND/30 10, 20 사이타마 1 12 1/24 1 10 도쿄 1 28 54/293 1~11 10 가나가와 5 13 43/141 1~26 10 치바 2 6 6/57 1~6 10 이바라기 1 7 ND/30 20, 40 나가노 1 3 ND/3 20 아이치 2 15 2/57 1~7 5, 10, 20 나라 1 2 ND/51 10 오사카 3 7 28/337 1~14 10 야마구치 1 3 ND/18 10, 20, 40 가가와 1 5 ND/180 10 후쿠오카 2 13 2/263 1 10 나가사키 1 12 ND/46 10 미야자키 1 3 5/144 1~4 20 오키나와 1 8 5/90 1~2 10 계 ( 범위 ) 29 163 150/1,922 (1~26) (5~40) 38
Ⅲ. 연구결과및고찰 또한정수에대해서도검사가실시되었는데, 크립토스포리디움의경우 15개지방자치단체의 25 개사업체에대해서 131개정수장의 1,843개시료를, 지아디아의경우 13개지방자치단체의 19개사업체에대해서 113개정수장의 1,344개시료를조사한결과모두불검출되었다. 이때의검사시료량은 10~50L이었는데 20L와 40L를검사하는사업체가많았다. 이에비해 Hashimoto et al.(2002) 가사가미강수계를원수로하는 CA 정수장을대상으로한외여과를이용하여검사수량 2,000L의정수를조사한결과에서는크립토스포리디움이 26개시료중에 9개시료에서검출범위 0.5~2 oocysts/1,000l ( 양성시료기하평균 0.8 oocysts/1,000l) 의농도로검출되었다. 조사기간동안 CA정수장은적절히운전관리되고있었다. 4) 먹는물의크립토스포리디움관리현황 1996년 6월사이타마현오고세마치에서크립토스포리디움에의해약 8,800명의집단질병이처음으로발생하자, 일본후생성은 10월긴급하게수집된정보에근거하여 크립토스포리디움잠정대책지침 을수립하여통지하였다. 이때의핵심내용은수도사업자의예방대책으로써여과공정을최적화하여탁도를 0.1도이하로유지할것등과수인성감염증이발생한경우의응급조치등이었다. 이후수돗물이원인으로판명된수인성집단질병은발생되지않았지만, 1998년 6월전문가로구성된 수도에있어서의크립토스포리디움등병원성미생물대책검토회 를만들고잠정대책지침를재검토하여 2001년 11월개정안을수립하였다. 이때에는 1997~2000년기간의전국의수도수원에대한크립토스포리디움실태조사결과에기초하여, 원수의크립토스포리디움에의한오염우려의판단기준을제시하였다. 즉대장균군이검출된적이있거나수원 ( 지표수, 복류수, 용천수포함 ) 의상류나근처에사람이나포유동물의분변을처리하는시설등배출원이있는경우에는지표균 ( 대장균및혐기성아포균 ) 을월 1회이상검사하고두지표균중하나라도검출되면크립토스포리디움에의한오염우려가있는것으로판단하도록하였다. 그리고이렇게크립토스포리디움에의한원수오염우려가있는정수장은크립토스포리디움을제거할수있는설비를설치하거나혹은크립토스포리디움에의해서오염될우려가없는수원으로의변경과같은대책을강구하도록하였다. 이때크립토스포리디움을제거할수있는시설은여과 ( 급속, 완속, 막 ) 공정으로써처리수의탁도를 0.1도이하로유지하도록하였다. 오염이한번발생된경우에는다시통수하기전정수지뿐만아니라배수지, 수도꼭지까지모두검사하여각 20L에서불검출됨을확인한후에야급수를재개하도록하였다. 2007년 4월에는시설기준省令개정과병행하여크립토스포리디움최종대책지침을수립하였는데, 이때에는내염소성병원생물인크립토스포리디움및지아디아 ( 이하 크립토스포리디움등 ) 를대상으로하였다. 이지침에서는우선원수를크립토스포리디움등에의한오염정도에따라 4그룹으로분류하고, 이에기초하여처리대책및원수모니터링을다르게규제하였다 (Table 3-13). 39
정수처리기준선진화연구 Table 3-13. 일본상수원수의크립토스포리디움등에의한오염우려판단기준 ('07) (1) 레벨 4( 크립토스포리디움등에의한오염우려가높음 ) - 지표수를수도의원수로하고원수로부터지표균이검출된적이있는시설 (2) 레벨 3( 크립토스포리디움등에의한오염우려가있음 ) - 지표수이외의물 ( 복류수, 천정호등 ) 을원수로하고원수로부터지표균이검출된적이있는시설 (3) 레벨 2( 당면크립토스포리디움등에의한오염우려가낮음 ) - 피압지하수이외의원수로부터지표균이검출된적이없는시설 (4) 레벨 1( 크립토스포리디움등에의한오염의가능성이낮음 ) - 지표수등이혼입되지않는피압지하수만을원수로하고원수로부터지표균이검출되었던적이없는시설 원수의크립토스포리디움등에의한오염우려판단은지표수원수에서지표균 ( 대장균, 혐기성아포균 ) 이검출되는경우가장오염우려가높은것으로판단하고 ( 레벨 4), 복류수, 천정호등의원수에서지표균이검출된경우분변오염이있다고간주하여오염우려가있는것으로간주한다 ( 레벨 3). 지표수등의혼입이없는것으로확인된피압지하수에서지표균이검출된적이없는경우오염가능성이매우낮다고보며 ( 레벨 1), 피압지하수는아니지만지표균이검출된적이없는경우오염우려가낮은것으로판단하였다 ( 레벨 2). 오염우려가있거나높은경우, 처리대책이필요한데, 레벨 4의정수장은여과지또는여과막유출구탁도를 0.1도이하도유지하는것이가능한여과설비 ( 급속, 완속, 막여과등 ) 를정비하도록하고, 대체로탁도가높지않을것으로예상되는레벨 3의경우에는여과설비외에자외선처리시설도가능하도록하였다. 아울러이두레벨에해당되는정수장은수질조사계획을세워적절한빈도로원수의크립토스포리디움및지표균을검사하여야하며특히개선대책완료전까지는크립토스포리디움은분기 1회이상, 지표균은월 1회이상검사하도록하였다. 아울러원수탁도를상시계측하여탁도수준이평소보다높은경우취수를정지하는등의조치를취하고크립토스포리디움등을배출할가능성이있는오수처리시설등이상류에있는경우취수구이전등의영구적인대책을추진하도록하였다. 또한정수를매일 1회 20리터씩채수하여 14일간보존하도록권고하였다. 레벨 2의정수장은분기 1회이상원수의지표균을검사해야하며, 레벨 1은년 1회원수의수질조사를실시하여대장균, 트리클로로에틸렌등으로부터지표수혼입유무를확인하고 3년마다우물내부의촬영등을통해케이싱및스트레이너현황, 퇴적물현황등의점검을실시하도록하고있다. 40
Ⅲ. 연구결과및고찰 3.1.2 병원성원생동물분석방법국제동향및현원생동물표준시험방 법개정안제시 3.1.2.1 우리나라원생동물분석방법우리나라의원생동물분석방법은 2004년처음고시되어총다섯차례의개정이이루어졌으며현재는 먹는물수질검사기관원생동물분야지정등에관한규정 ( 국립환경과학원고시제 2009-46호 ) 에삽입되어있다. 1) 표준시험방법분석방법의핵심은형광항체염색후형광DIC현미경관찰로크립토스포리디움난포낭과지아디아포낭을계수하는면역형광항체법 (Immunofluorescence Assay) 이다. 분석대상원생동물은크립토스포리디움난포낭과지아디아포낭이며, 원수는 10L, 먹는물은 100L에대하여분석하도록되어있다. 분석방법은대략필터 ( 캡슐필터이나멤브레인디스크필터 ) 로여과하고, 추출한후원심분리농축하며, 농축물에대하여면역자기분리법 (Immuno-magnetic seperation) 을통하여크립토스포리디움과지아디아만을분리 정제하고직접면역형광항체염색및핵염색후형광DIC현미경을이용하여동정하는것이다. 따라서표준시험방법의실험과정은아래와같이크게 5개의부분으로구성되어있다. 1 시료채수와여과과정 2 시료추출과농축과정 3 ( 난 ) 포낭의분리과정 4 시료의염색과정 5 ( 난 ) 포낭의검출및계수과정분석정도관리는초기수행평가와중도수행평가로이루어지며각각에대하여수행평가허용기준을제시하고있고, 그외마이크로피펫과현미경의보정에대해간단히서술하고있다. 오염방지에대한사항도매우간단히제시되어있는편이다. 2) 검사기관지정제도한편, 원생동물검사기관에대한지정은신청에의해이루어지는데, 국립환경과학원에서설치 운영하고있는원생동물검사기관평가위원회의평가를통해최종지정여부가결정된다. 검사기관지정을위한평가는 3단계로진행된다. 먼저서류심사에서는기술인력자격요건만족여부, 보유장비와시설현황, 관련분석실적등을검토한다. 2단계로미지의농도의 41
정수처리기준선진화연구 시료를분석하는수행평가결과허용기준을만족한경우평가위원회에의한현지평가에서최종지정여부를결정한다. 분석자의자격요건은학력기준과분석경력으로구성된다. 우선분석책임자는관련분야석사이상이며, 크립토스포리디움 / 지아디아분석경력 1년이상이고수행평가시료를검사하여그결과가수행평가허용기준을만족한사람이어야한다. 그리고분석자 (analysts) 는관련분야학사이상이면서크립토스포리디움 / 지아디아분석경력 6개월이상이고수행평가시료를검사하여그결과가허용기준을만족한사람이어야한다. 사후관리또한이와유사한과정으로이루어진다. 분석자마다수행평가시료가주어지며수행평가에서허용기준을만족할경우 3명의평가위원의방문에의한현지평가가실시된다. 그러나분석자들에대한재훈련프로그램이나교육프로그램은전혀갖추어져있지않은상황이다. 현재우리나라에는서울시상수도연구원을시작으로총 6개소가원생동물검사기관으로지정되어운영되고있다. 3.1.2.2 외국의원생동물분석방법조사결과 1) 미국미국은 93년밀워키수질사고이후긴급하게크립토스포리디움등원생동물의전국적인분포실태를파악하기위해정보수집법 (Information Collection Rule) 을제정하고전국실태조사를실시하였다. 이때전국실태조사에적용된원생동물분석방법을통상 ICR Method 이라고부르는데, 이방법은면역형광항체법을핵심적인분석원리로하고있지만, 대용량시료를농축하는데카트리지휠터를사용하고, 이로부터원생동물을추출, 정제하는데퍼콜슈크로즈밀도구배부상분리법을적용하였다. 전처리과정에서의손실이많기때문에시료량을 100L로하였는데, 실제형광염색과정에적용되는시료량은사실상 10L 이하였다. ICR조사시병행실시된접종실험 (Spiking Survey) 에따르면, 회수율은크립토스포리디움의경우 12%, 지아디아의경우 26% 로매우낮았다. 반면상대표준오차 (Relative Standard Error) 는두원생동물모두 10~24% 까지로컸다 (Table 3-14). 따라서 USEPA는대용량의물시료에서의원생동물특히크립토스포리디움의회수율과정밀도를높일수있는분석방법을개발하기위해집중적으로노력하였고, 그결과 1996년에 Method 1622 (draft)" 이마련되었다. 1622방법이기존의 ICR방법과크게구별되는점은난포낭의정제과정에퍼콜슈크로즈밀도구배부상분리법대신면역자기분리방법을도입하여이과정에서의손실을크게감소하였다는것이다. 또한여과농축과정에도추출시손실율이높은카트리지휠터대신폴리카보네이트재질의주름진캡슐형휠터를사용하여 42
Ⅲ. 연구결과및고찰 취급의용이성이나회수율을높였다는점도큰차이점이라할수있다. 이후 1999 년에최 종본이고시되었고, 1999 년에정도관리허용기준을추가하여크립토스포리디움과지아디아 를동시에분석할수있는 1623 방법을공포하였다. Table 3-14. 미국의전국실태조사 (ICR 및 ICRSS) 에서사용된분석방법비교 이러한개선의결과로, 1999 년부터 2000 년까지실시된 ICR 보충조사 (Information Collection Rule Supplement Survey) 에서적용된 1623 방법의회수율은크립토스포리디움 43%, 지아 디아 53% 로크게개선되었으며, 시료량도 10L 를여과하여전량을염색과정에적용할수 43
정수처리기준선진화연구 있게되었다. 현장시료접종시험 (Matrix Spiking Test) 에서의상대표준오차는 1~2% 로, 분석의정밀도도크게개선되었다. 이후여과에사용되는필터, 염색키트, 시료채수및접수절차등을일부변경하거나추가하는부분적인개정작업이 2001년, 2003년, 2005년에있었을뿐, 1623방법을현재까지표준시험방법으로사용되고있다. 가. 분석방법분석대상은크립토스포리디움난포낭및지아디아포낭이며, 시료는원수 10L에대하여수행하고, 시료량을증가시킬경우정도관리를수행하여내부인증절차를거쳐야한다. 1623방법은기본적으로우리나라의분석법과유사하며, 다만, 여과농축과정에사용하는휠터의종류가보다다양하고염색키트의종류도다양하게소개하고있다. 또한시료채수및운반, 접수등에대한상세한기준이마련되어있다. 나. 검사기관의인증검사기관의인증은장비, 시설, 분석자의자격증명서류등을구비하여신청하고, 초기수행평가시료 8점을 USEPA로부터배부받아분석하여평균회수율및정밀도기준을만족할경우현장평가를수행한다. 현장평가는시료처리및분석절차평가와분석자의자격및 QA/QC관리, 장비와일지등의기록및보관등에대한평가로나누어진다. 검사기관인증후사후평가로써 4개월마다수행평가시료 3점을분석하여야한다. 현재크립토스포리디움분석기관으로 56개의기관이승인되어있다. 다. 분석자의자격분석자는미생물또는관련학과 2년제대학이상졸업자로서, 면역형광항체계수법에의한크립토스포리디움검사경력이 6개월이상이거나 1622 또는 1623방법을이용한원생동물검사경력이 3개월이상또는검사한시료수가 50점이상인사람이어야한다. 분석보조원 (technician) 은학력요건은없고크립토스포리디움검사를위한여과및추출과정에대한수행경력이 3개월이상이거나검사시료수가 50개이상인사람으로써, 시료여과, 원심분리, 추출, 농축, IMS 정제, 형광염색과정을담당하되, 현미경관찰에의해크립토스포리디움지아디아동정은수행할수없다. 라. 분석정확도및정밀도향상을위한분석자의훈련분석에정확도와정밀도향상을위해시료채수, 시료전처리및동정, 현미경관찰방법등의훈련동영상 (training module) 을제작하여장기2단계지표수처리법관련홈페이지 (http://water.epa.gov/lawsregs/rulesregs/sdwa/lt2/compliance.cfm#training) 에게시하고있 44
Ⅲ. 연구결과및고찰 고있으며, 회수율에가장영향을많이미치는면역자기분리과정에대한안내서를별도로 제공하고있다. 2) 영국먹는물의원생동물분석을위한표준시험방법은 1999년에만들어졌으며, Water Supply (Water Quality) (Amendment) Regulations 1999에따른먹는물의크립토스포리디움검사에사용되었고, 최근개정판은 2008년에공포되었다. 가. 분석방법분석대상은크립토스포리디움난포낭이며, 시료는정수 1000L에대하여수행하고매시험마다정도관리시료 1점을병행분석한다. 분석방법의기본원리는우리나라와유사한면역형광항체법이지만, 1000L의대용량시료를여과해야하므로여과농축과정에휠터맥스장치 (Filta-max system) 을이용한다 (Fig. 3-4, Fig. 3-5). Fig. 3-4. 영국의원생동물분석에사용되는휠터맥스장치설치모습 Fig. 3-5. 영국의원생동물분석에사용되는휠터맥스장치에서의시료추출모습 또한 1000L의시료를시간당 40L 이상 24시간동안연속적으로채수하여야하므로, 대용량시료채수장치가정수장의정수지유출부에직접설치되어있다 (Fig. 3-6). 채수장치에는정밀하게유속을조절하기위한장치들이갖추어져있다. 또한 QC시료를분석하기위해시료가통과하는별도의라인을구성하고여기에크립토스포리디움난포낭접종용액주입구를설치하여 (Fig. 3-7) 매일실린지로접종용액을주입할수있도록하였다 (Fig. 3-8). 표준난포낭현탁액으로는 Easyseed가사용되는데, 앰퓰내의현탁액을무균실린지로취하고튜브를헹군 PBS까지모두실린지에함께취한다음, 채수장치의 spiking point에찔러서주입한다. 이러한정도관리를통해시료채취과정까지포함하는전과정에서의회수율이점검될수있다. 45
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-6. 영국의크립토스포리디움분석을위한대용량시료채수장치설치사례 : Three Valleys Water 정수장의실험실 한편원수는지표수를사용하고있는정수장에서만각 10L에대해검사하는데, 검사주기는원수의크립토스포리디움오염리스크에따라다르지만, 리스크가높은정수장에서는매주 1회이상검사하고있다. 원수시료의농축과정에는직경 142mm의디스크멤브레인휠터장치와압력용기등이사용된다 (Fig. 3-9, Fig. 3-10). 나. 검사기관의인증처리수에대한크립토스포리디움난포낭모니터링을수행하고자하는검사기관은 DWQR (Drinking Water Quality Regulator) 의승인을받아야하며, 시료접수, 전처리, 분석절차에대하여영국의시험기관인정시스템 (United Kingdom Accreditation Service, UKAS) 에의한외부심사를받는다. 46
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-7. 처리수의크립토스포리디움검사를위한채수장치중정도관리라인에설치되어있는난포낭접종용액주입구 Fig. 3-8. 처리수의크립토스포리디움검사시정도관리시료병행분석을위해난포낭접종용액을시린지로주입하고있는모습 Fig. 3-9. 영국의원수검사방법 (1) : 여과농축용압력용기 Fig. 3-10. 영국의원수검사방법 (2) : 직경 142mm 디스크멤브레인휠터장치 다. 분석자의자격분석방법에대해내부또는외부로부터정규훈련을먼저받은후, 10개의접종시료를검사하여회수율이 30% 이상이어야하며 DWI로부터제공되는실험실간수행평가에서도허용기준을만족하여야한다. 한편, 현미경관찰을수행하는분석자는승인전에시력검사및색맹검사를거쳐야하며매년시력검사를받고이에대한증명서를구비하여야한다. 또 47
정수처리기준선진화연구 한형광현미경및 DIC 장치를조작할수있어야하며, 크립토스포리디움난포낭의내부구 조를확인할수있어야한다. 라. 분석정확도및정밀도향상을위한분석자의훈련먹는물및원수의원생동물분석시정확도와정밀도향상을위해휠터사용방법등의보조설명을상세히수록한안내서가발간되어있다. 또한분석자가다른실험실에재고용되거나이전할경우 10개의접종시료를다시검사하여분석능력을입증하여야한다. 3) 일본 크립토스포리디움분석방법은 1999 년 크립토스포리디움잠정대책지침 에포함되었으며, 이에기초하여분포실태조사가이루어졌다. 가. 분석방법기본원리는우리나라의분석방법과유사하며, 필터및형광항체염색방법을다양화하였다. 저탁도시료의경우면역자기분리과정을거치지않고농축물에대하여직접시료염색으로진행하는점이다르고, 크립토스포리디움의동정에도움을주기위해조류와의판별법등이포함되어있다. 또한시료염색및현미경관찰과정을중요시하여양성대조군과음성대조군관찰과정이강화되어있다. 특히조류와의분별을위해염염색시약을사용하지않도록권고하고있다. 나. 검사기관의인증및자격기준은설정되어있지않다. 3.1.2.3 우리나라표준시험방법개정안 선진국의원생동물분석방법조사결과에기초하여현재의우리나라원생동물표준시험방법의개정방향은다음과같이요약될수있다. 1 분석자의훈련부분의강화가필요하며, 검사기관인증후에도검사능력유지및정보공유를위한훈련및교육프로그램을개발, 운영할것을제안한다. 2 고탁도시료또는방해물질포함시료분석시정제방법등의회수율을높이기위한방법이필요하다. 3 형광항체염색및현미경관찰과정에서음성대조군및양성대조군관찰기준을강화하고염색실패또는오염발생시조치사항을보완할필요가있다. 4 분석의마지막단계이자가장핵심적인과정인형광DIC현미경관찰부분을보완하여, 크립토스포리디움난포낭의판정기준을세분화할필요가있다. 48
Ⅲ. 연구결과및고찰 5 난포낭및포낭의내부구조를정확히확인하기위하여현미경시스템의 DIC 조작기술이최적화되어있어야하므로, 상세한형광DIC현미경조작방법이나유지관리방법등을매뉴얼로제시하여분석자들이참고할수있도록한다. 6 환경시료에서발견된 ( 난 ) 포낭관찰사진의다양한사례들을수집하여현미경관찰시참고할수있도록양성판정매뉴얼을제시할필요가있다. 이러한개정방향에입각하여다음의구체적인내용을 먹는물수질검사기관원생동물분야지정등에관한규정 ( 국립환경과학원고시제2009-46호 ) 의 [ 별표1] 원생동물표준시험방법에추가할것을제안한다. 1~4의제안내용을추가하여원생동물표준시험방법개정안 ( 제안 ) 은 [ 부록3] 에첨부하였다. 또한표준시험서에담기어려운 5~6의형광현미경의특징과유지관리방법등도분석자가반드시알아야할사항들을정리하였다. 이러한구체적인제안내용은 [ 부록4] 양성판정매뉴얼에포함하였다. 1) ( 난 ) 포낭의분리과정 (1) 면역자기분리용키트의준비면역자기분리과정은 15~25 가유지되는실험실에서수행되어야하며, 냉장보관된모든면역자기분리용키트역시실험전미리같은조건에맞추어야하며, 원심분리완료후부터 IMS 시작전까지시료를냉장보관해서는안된다 (USEPA 2007). (2) 자기체 (Beads) 와 ( 난 ) 포낭의결합과정농축된시료또는재부유된시료를 10 SL-buffer-A와 10 SL-buffer-B가들어있는리톤시험관에옮긴다. 정제수로원심분리관내벽을세척하여가능한모든물질을옮겨야하며, 리톤시험관내용액의최종부피가 12mL가되도록한다. 시료를옮기기전리톤시험관에 12mL되는곳을미리표시할수있으며, 리톤시험관에옮기기직전에농축물을완전히재부유시킨다. 10~15초동안시험관혼합기를이용하여강하게흔들어섞은후완전히균질화가되었는지확인후리톤시험관에옮긴다 (USEPA 2007). (3) 철등의자기를띠는물질을포함하는시료의경우면역자기분리용키트에포함된시료를첨가하기전에리톤시험관용자기입자농축기를이용하여자기체를제거한후이후과정을진행한다. 1 시료한개당리톤시험관 2개를준비하고, 한개의시험관에는 10 SL-buffer-A 1mL와 10 SL-buffer-B 1mL를넣고, 나머지한개의시험관은빈채로둔다. 49
정수처리기준선진화연구 2 재부유된시료농축물 5mL를비어있는리톤시험관으로옮긴후, 원심분리관에정제수 1.5mL씩 2회첨가하여리톤시험관으로옮긴다. 3 시료가들어있는리톤시험관을리톤시험관용자기입자농축기에장착한후 90 각도로기울이는방식으로부드럽게흔들어준다. 대략초당 1번씩기울이는동작을 2분동안계속한후, 자기입자농축기에장착한채로리톤시험관의자기면이위로향하도록한후 SL-buffer가들어있는새로운리톤시험관에상등액을옮긴다. 4 자기입자농축기에장착된리톤시험관을바로세운후정제수 1mL로리톤시험관의둥근면 ( 자기면의반대편 ) 을씻어내어 SL-buffer와시료가들어있는리톤시험관으로옮기는과정을 2회실시한다 (USEPA 2007). (4) ph가중성부근이아닌시료의경우, 낮은회수율을나타낼수있으므로재부유된시료를중화시킨후면역자기분리과정을진행하면회수율을높일수있다. 1 버퍼 (SL-buffer-A 와 10 SL-buffer-B) 와재부유된시료가포함된리톤시험관을거꾸로뒤집어 3회혼합시킨후부유액의 ph를측정한다. 2 1N HCl 또는 1N NaOH를첨가하여 ph를 7로조정한다. 3 ph가계속중성으로유지되는지확인하기위하여회전혼합기에서 1시간혼합후에도 ph 를측정한다 (USEPA, 2007). (5) 자기체 (Beads) 와 ( 난 ) 포낭의결합과정시, 6 리톤시험관을리톤시험관용자기입자농축기로부터떼지않은상태에서마개를열고리톤시험관에들어있는상등액을모두적절한용기로옮긴다. 이때자기입자농축기의자기면이위로가도록한다. 리톤시험관으로부터상등액을제거한후시험관의입구에묻어있는상등액을깨끗한티슈로조심스럽게닦아내어탁질이다음과정으로옮겨지는것을최소화한다. 6개의리톤시험관을장착할수있는자기입자농축기 (MPC-6) 를사용할경우, 첫번째리톤시험관의상등액을제거한후 90 각도로기울이는동작을 3회실시한후두번째리톤시험관의상등액을제거하는방식으로하되자기입자농축기는한번에최대 3개의리톤시험관만장착하도록한다. 상등액을제거한뒤에도리톤시험관에탁질이많이남아있을경우, 상등액제거후자기입자농축기에리톤시험관을장착한채로그리고자기면을위로향하게한후, 다시 PBS 또는 PBST(0.05% Tween20) 10mL를리톤시험관의둥근면 ( 자기면의반대편 ) 에넣고상등액을자기체를건드리지않도록제거한다 (USEPA 2007). (6) 자기체 (Beads) 와 ( 난 ) 포낭의결합과정시, 9 정제수또는 1 SL-buffer-A 0.5mL 를리톤시험 관의평평한면에직접가하고 (EPA 2007), 78 의과정을반복한후리톤시험관을똑바로세워 정치시킨후바닥에모인용액을모두 1.5mL 미세원심분리관으로옮긴다. 50
Ⅲ. 연구결과및고찰 (7) 자기체 (Beads) 와 ( 난 ) 포낭의결합과정시, 10 미세원심분리관용자기입자농축기에자기체가재부유된용액이담긴미세원심분리관을끼운채초당 1회의속도로 1분동안 180 각도로부드럽게흔들어준다. 이과정의결과, 미세원심분리관이자기입자농축기와접촉한부분에갈색점이생성된다. 6개의미세원심분리관용자기입자농축기 (MPC-S) 의경우는아래와같이처리한다. (8) 자기체 (Beads) 와 ( 난 ) 포낭의결합과정시, 11 미세원심분리관의상등액을신속히흡인, 제거한다. 처리해야할시료가두개이상인경우에는각미세원심분리관마다 180 회전을세번실시한후상등액을제거한다. 상등액을제거할때에자석부위근처의미세원심분리관벽에부착되어있는갈색점을훼손하면안된다. 미세원심분리관을흔들거나미세원심분리관용자기입자농축기에서탈착하여도안된다. 미세원심관내에협잡물이남아있으면, 슬라이드글라스까지옮겨지게되어현미경관찰시방해물질로작용하므로이런경우한번더세정과정을거친다. 상등액흡인 (11) 후자기입자농축기에서자석띠를분리한후 PBS 또는 PBST(0.05% Tween 20) 를미세원심분리관 ( 자기체부유액 ) 에첨가한다. 미세원심분리관을거꾸로뒤집어 5~10회혼합하여자기체펠렛을완전히재부유시킨다. 자기입자농축기에자석띠를다시장착하고 10~11과정을수행한다. 세정액을흡인제거한후미세원심분리관내의잔존협잡물을제거하기위해 30~60 초간정치시킨후나머지부유액을모두제거한다 (USEPA 2007). (9) 자기체와 ( 난 ) 포낭결합체의해체과정시, 2 미세원심분리관에 0.1N 염산 50μL를첨가하고 50초이상격렬하게교반한후자석띠를뺀미세원심분리관용자기입자농축기에끼우고최소 10분동안정치한다. 산해체시사용되는 0.1 N HCl 과중화할때사용되는 1N NaOH의농도주기적체크 (ph 지시용지등이용 ), 웰슬라이드에서중화가되지않으면, 염색실패로이어질수있다 (UK Environment agency, 2009). (10) 자기체와 ( 난 ) 포낭결합체의해체과정시, 6 자석띠를부착한미세원심분리관용자기입자농축기에미세원심분리관을끼워둔채, 내부의모든용액을 1.0 N 수산화나트륨 5 μl가있는웰슬라이드의웰로옮긴다. 이때미세원심분리관에붙어있는자기체를건드려서는안된다. 웰슬라이드의웰에탁질등협잡물이많이존재하면, 현미경관찰시 ( 난 ) 포낭을동정하는데방해가될수있으므로, 면역자기분리정제액을웰슬라이드에첨가할때, 직경이더큰웰슬라이드를사용하거나여러개의웰슬라이드에정제액을나누어분주한후염색을진행한다 (EPA, 2007). 51
정수처리기준선진화연구 (11) 자기체와 ( 난 ) 포낭결합체의해체과정시, 8 자기체나미세원심분리관을버리지말고, 1~ 7 과정을다시반복한다. 9 어떤시료의경우산을첨가하면산해체시에시료에포함된물질과화학반응을일으켜방해를일으킬수있다. 이러한경우에자기체와 ( 난 ) 포낭복합체의재형성을방지하고, 회수율을개선하기위하여산해체대신열처리를사용할수있다. HCl 대신정제수 50μL를미세원심분리관에첨가하고약 50초간격렬하게교반한다. 미세원심분리관을 80 의열판에놓고 10분간정치한다. 미세원심분리관을최고속도로 30초간교반한다. 자석띠를부착한미세원심분리관용자기입자농축기에미세원심분리관을다시끼우고 10초이상정치한다. 자석띠를부착한채로미세원심분리관내의모든용액을웰슬라이드의웰로옮긴다. 위의과정을한번더반복한후웰슬라이드내의모든시료는공기중에서완전건조시킨다 (US EPA, 2007). (12) 자기체와 ( 난 ) 포낭결합체의해체과정시, 7 웰슬라이드에있는시료를공기중에서완전건조시킨다. 건조후에는냉장보관하거나, 42 이하의온도에서배양하여건조후냉장보관 (UK Environment agency, 2009). 장마철등습기가많은계절에 42 이하의온도에서배양하여건조후냉장보관할수있다. 2) 시료의염색과정 (1) 마운팅메디움한방울을웰중앙에떨어뜨린다. 슬라이드에메탄올고정된시료를염색하거나마운팅메디움을가할때고정되어있던난포낭및포낭이움직이지않도록주의한다. 형광염색시약으로염색후움직이거나, 마운팅메디움을과량첨가하여슬라이드에붙어있던난포낭과포낭이움직이게되면, 이전에위치해있던자리에형광자국이나후광이남게되어현미경관찰시위양성결과를나타낼수있다. 시료의염색과정은매우조심스럽게수행하여야한다 (UK Environment Agency, 2009). (i) : 정상위치에있는난포낭, 그러나난포낭주위에염색시약의후광이남아있다. (ii) : 정상위치에서아래쪽으로움직인난포낭. 원래위치에염색시약후광이남아있다. (iii) : 정상위치에서아래쪽으로움직인난포낭. 원래위치에염색시약후광과난포낭염색자국이남아있다. 52
Ⅲ. 연구결과및고찰 3) ( 난 ) 포낭의검출및계수과정 (1) 현미경관찰시양성대조군및음성대조군의관찰순서는아래와같다. 1 음성대조군의관찰 : 음성대조군표본을검사하여표본중에크립토스포리디움난포낭이일절검출되지않는것을확인하고 (2) 양성대조군관찰로이동한다. 만일, 표본중에난포낭이검출되면표본제작의과정에서오염이발생한것으로판단하여그시점에서시험을중지하고제작한표본을모두폐기한다. 원인을규명한다음시험을처음부터다시한다. 2 양성대조군의관찰 : 양성대조군표본을검사하여표본중에크립토스포리디움난포낭이 FITC의특이항체를나타내는것및대부분의협잡물또는표본의어느부분이한면에특이형광을발하는등의이상이없다는것을확인하고검사시료의관찰을이행한다. 만일표본중의난포낭이 FITC의특이형광을나타나지않는경우, 난포낭이검출되지않는경우, 또는상기의이상이있는경우에는표본제작의과정에오류가발생한것으로판단하여그시점에서시험을중지하고제작한표본을모두폐기한다. 원인을규명한다음시험을처음부터다시한다 ( 일본후생성 2005). (2) 크립토스포리디움난포낭의판정시, FITC 형광관찰시아래의세부기준을참고할수있다. 크기가 4 4 μm보다작고, 6 6 μm보다큰물체는계수하지않는다. 난포낭주변에진한형광을띌수있으며, 이때난포낭벽의염색에끊김이없다. 환경에노출된난포낭의경우형광주변이흐리게나타날수있다. 환경에오래노출된난포낭은스포로조이트와세포소기관의파괴또는용해가일어날수있으며, 시료처리시난포낭이접히거나일그러질수있다. 환경노출또는시료처리시난포낭의봉합선이벌어져팩맨 (Pacman) 처럼형태가변할수있다. (3) 크립토스포리디움난포낭의판정시, DAPI 형광관찰시아래의세부기준을참고할수있다. DAPI 형광관찰은형광감소를피하기위해신속하고효율적으로수행한다. 손상되지않은난포낭은 UV 필터하에서 DAPI로염색된스포로조이트의핵을포함하며, 원형~타원형의약 1μm의하늘색의핵이 1~4개존재 핵은일반적으로초록색형광테두리내에있으나난포낭이오래되었거나고르지않게건조되었을경우때로는형광테두리주변에위치할수있다. 전형적인 FITC 형광을가졌으나 DAPI에염색된핵의크기가 1.5μm 이상일경우또는 4개를초과하는핵의수를가진경우난포낭으로계수하지않는다. 53
정수처리기준선진화연구 (4) 크립토스포리디움난포낭의판정시, 미분간섭대비 (DIC) 관찰결과에따라다음의세가지로구분한다. 1 속이빈크립토스포리디움난포낭, 속빈난포낭은스포로조이트를포함하지않으므로, DAPI 형광을나타내지않는다. 내부물질이없음을 DIC로확인하여야한다. 2 무정형의구조를가진크립토스포리디움난포낭 3 내부구조 (1~4개의스포로조이트 ) 를가진크립토스포리디움난포낭, 스포로조이트를확인하기어려울경우 UV 필터로다시돌려핵의위치를파악한후 DIC 관찰을실시한다. 모든 DAPI 양성핵이난포낭내에있는지확인한다. 4) 정도관리의중도수행평가 (1) 중도수행평가에서허용기준을만족하지못한경우, 원인을규명하고문제를해결한후에중도수행평가를재실시한다. 원인규명시면역자기분리과정의정도관리가유용하다. 면역자기분리과정의정도관리방법은아래와같이수행한다. 1 리톤시험관에정제수 10mL에면역자기분리시약 (SL buffer A 및 B, 자기체 ) 을넣은후실험절차에따라분석한다. 2 분석후회수율이 70% 이상이어야한다. 5) 형광 DIC 현미경사용방법에관한다음의내용을매뉴얼로작성하여분석자가참고토록 한다. 형광DIC 현미경원생동물관찰에이용되는형광DIC( 미분간섭대비, differential interference contrast, DIC) 현미경은원생동물동정시형광염색특성및내부의입체구조를확인하기위한것으로형광현미경과광학현미경 (DIC장치장착된 ) 이조합된현미경이다. 형광현미경 (Epi-Fluorescence Microscopy) 형광현미경은물체에강력한빛 ( 자외선, 청자색, 녹색 ) 을조사하였을때발행하는형광을이용하여물체의구조를관찰하거나형광의유무또는색에의해물질을판별하는데사용하는현미경이며, 원리는여기광중에서형광을가장좋은효율로발광시키는파장부분의빛만을추출하여시료에조사하고, 형광 ( 흡수되지않은여기광도포함 ) 중에서관찰에필요한형광만을추출하여상을맺게하여관찰한다. 형광현미경은파장별필터가중요한역할을하며, 광학현미경의구성외에수은램프, 여기필터, 다이크로믹미러 ( 이중광선분할장치 ), 방사필터로구성되어있고, 형광현미경의광선경로는 <Fig. 3-11> 및 <Fig. 3-12> 과같다. 밝 54
Ⅲ. 연구결과및고찰 은곳에서는형광을관찰하기어렵기때문에암소에설치하여야한다. 광원 ( 수은램프, 1) 으로부터빛이출발하여, 열방지필터 (heat-protection filter 1), 2), red-attenuation filter 2) / barrier slider(3), 광원조리개 (4) 를거쳐서, 여기필터 (exciter filter, 5) 3) 에도달한다. 여기필터는 beam splitter(6) 를포함한반사장치슬라이더 (reflector slider) 에내장되어있으며, 이중광선분할장치는단파의여기빛 (excitation light) 을대물렌즈 (7) 를통하여시료 (8) 로반사한다. 그때생성되는방사빛은대물렌즈 (7) 에모여지고이중광선분할장치 (dichroic beam splitter, 6) 4) 에의해전달된다. 방사빛은여기빛보다파장이더길기때문에방사필터 (emission filter, 9) 를통과하게되고, 여기빛은방사필터를통과하지못한다. 즉시료로부터방사된형광빛이 tube lens(10) 와접안렌즈 (11) 에도달하여현미경의상을형성한다. 1) 2) 3) 4) 열방지필터 : 열은전달되지않고빛만전달적색감소필터 : 때때로방해를일으키는적색및적외선부분을시료에닿기전에제거여기필터 : 광원으로부터단색의광선이여과되어나오게함이중광선분할장치 : 여기필터를거친단색의광선을거의손실없이대물렌즈에반사시키고, 시료로부터대물렌즈를거쳐되돌아오는형광빛을거의완전하게통과시킴 Fig. 3-11. 형광현미경의광선경로 광원으로부터방출된빛 (1) 은여기필터 (A) 를거쳐단색의광선 (2) 으로여과되어나오고, 광선분할장치 (B) 를통하여여기빛 (2) 이그대로시료에반사되고, 시료에서방사된방사빛 (3) 역시광선분할장치를그대로통과한후방사필터 (C) 에서여기빛 (2) 은차단되고, 방사빛 (3) 만통과하여접안렌즈에도착한다. Fig. 3-12. 형광현미경에서의빛의스펙트럼상태 55
정수처리기준선진화연구 형광현미경관찰시성공요소는높은강도의여기빛 ( 고압수은램프등, Fig. 3-13), 최고품질 의형광필터 ( 원하는파장의빛만통과시킴, Fig. 3-14), 높은개구수를다진대물렌즈 (Fig. 3-15, Fig. 3-16) 이다. ( 고압수은램프의구조 ) ( 수은램프가내는빛의파장 ) - 전력량에따라 50 W는 HBO50, 100W는 HBO100이며, 백열등과달리가스방출원리가이용되며연속적인것이아닌불연속의광선스펙트럼이사용된다. - 고압의수정시험관 (1) 에두전극 ( 음극2, 양극3) 이용해되어있고, 불이붙는공간 (4) 에약간의수은이들어있다. 전극들사이에서원호 (arc, 5) 가고압충돌에의해점화되고, 불타는상태로머무르는데그때생기는열이수은을가스상태로증발시키고램프에거대한과다의압력이발생되며, 램프는높은 UV를함유한극도로밝은빛을발산한다. 이발산된빛에너지는수은선 (mercury lines) 라불리는특정한파장의빛을낸다 Fig. 3-13. 고압수은램프의구조및파장 형광필터세트 ( 반사장치슬라이더 ) 관찰색또는여기필터파장범위응용예 UV 340nm~400nm 자가형광 (Ultra Violet) FITC : 형광항체법, DAPI : DNA V catecholamine, serotonin(5-ht) 400nm~430nm (Violet) quinacrine musard염색 : 염색체, tetracycline염색 B FITC : 형광항체법 430nm~500nm (Blue) auramine염색 : 결핵균 G TRIC, RB : 형광항체법 500nm~560nm (Green) feulgen반응 : 세포내 DNA 정량측정 Fig. 3-14. 형광필터셑트및파장별응용례 56
Ⅲ. 연구결과및고찰 < 개구수작은대물렌즈 > < 개구수가큰대물렌즈 > * 개구수가큰대물렌즈는빛을많이도입시켜해상도가높아져더작은물체, 세세한부분까지관찰이가능하다. 2배의더큰대물렌즈개구에서약 4배가량더나은형광빛을포착할수있다. 개구수 (Numerical aperture) = N. A. = n x sin a n = 표본과대물렌즈사이의매체의굴절지수 (n air = 1. n glass = 1.51) a = 대물렌즈로도입되는빛의각의 1/2 Fig. 3-15. 형광현미경대물렌즈의개구수 1 - 대물렌즈의종류를나타내며, 색깔은대조기술의종류 : 검정-표준, 녹색 - 위상차 (Ph) 2 - 배율 / 개구수 3 - 튜브길이 / 커버글라스두께 4 - 배율의색깔코드 ( 검정-1.25x, 갈색-2.5x, 적색-4x,5x, 주황색-6.3x, 노란색-10x, 녹색-16x,20x,25x,32x, 옅은파랑-40x, 50x, 짙은파랑-63x, 흰색-100x 5 - correction ring : immersion medium, 커버글라스두께 6- 유침액의색깔코드 : 검정-오일, 주황색-글리세린, 흰색-물, 적색- multi-immersion Fig. 3-16. 형광현미경대물렌즈중요용어 57
정수처리기준선진화연구 DIC 장치편광판 (polarizer) 과 2매의 DIC 프리즘으로되어있고 (Fig. 3-17, Fig. 3-18), 광원으로편광이이용되며, 광선이표본을통과할때표본중의광학적두께의차이에의해서발생하는광도차 (2차광선의위상의차이 ) 를대비의차이 ( 또는색의차이 ) 로변환하는장치로통상은표본의두께의차이가명암의차이로서관찰된다. Fig. 3-17. 형광현미경의구조및명칭 58
Ⅲ. 연구결과및고찰 조절나사 DIC 프리즘과편광기 위 : 대물렌즈뒤의 DIC 프리즘각대물렌즈마다장착되어있고, DIC의조절은프리즘에부착된조절나사를돌려가며, 입체감있게조절한다. 아래 : 콘덴서 ( 집광기 ) 아래의편광기 (Polarizer) 와프리즘이합체되어있다. * 성공적인 DIC 관찰을위해서는대물렌즈에부착된 DIC 프리즘에표기된숫자 ( 오른쪽위사진 ) 와콘덴서에부착된프리즘 ( 과편광기 ) 의숫자 ( 오른쪽아래사진 ) 가일치해야하며, DIC 조절나사로볼록한곳은볼록하게, 오목한곳은오목하게잘조절하여야한다. Fig. 3-18. DIC 장치의구조 형광 DIC 현미경사용방법 가. 현미경전원관리 1 DIC 관찰을위한할로겐램프의전원을켠다. 2 형광관찰을위하여형광 ( 수은 ) 램프의전원을켠다. 3 형광램프의사용누적시간을기록부에기록한다. 수은램프원호 (arc) 가안정된 (10~ 30분 ) 된후에조정을행한다. 59
정수처리기준선진화연구 주의사항 - 점등후 15분이내는수은램프의수명에영향을미치기때문에소등하지않도록한다. - 재점등할경우는수은램프가냉각 ( 약 15~20분 ) 된후에행한다. 수은램프교체시에도수은램프가냉각된후행한다. - 수은램프에서나오는빛에직접눈을쏘이지않도록주의한다. ( 망막에손상을줄수있음 ). - 정확한동정을위해현미경관찰은지속적으로 1시간을초과해서는안되며, 1시간마다휴식시간을두어야한다. 또한하루작업시간이 4시간을초과해서는안된다 (UK Environmental Agency, 2005). 나. DIC 관찰을위한퀠러조명방법 (Fig. 3-19) 1 전원켜고종이조각을광원조리개위에놓는다. 광원조리개를가장크게연다 ( 종이위에빛의반점은가장큰지름을갖게됨 ). 2 종이조각을대물렌즈사이에놓은후집광기 ( 콘덴서 ) 의개구조리개를완전히연다. * 준비된표본 ( 웰슬라이드 ) 을현미경대물대위에놓고슬라이드위에 emulsion oil을떨어뜨린후 100배유침대물렌즈로이동시킨다. 집광기의높이조정은집광기조절장치 (condenser drive) 로행함. 집광기의높이는집광기의전면렌즈가표본으로부터 1~3mm가량아래에위치하도록조정한다. 표본이전면렌즈에닿지않도록하고, 집광기로표본을위로올리지않도록주의한다. 60
Ⅲ. 연구결과및고찰 접안렌즈로빛을관찰한다. 너무밝게보이면편안하게느껴질때까지광선의밝기를줄인다. 그다음쌍안현미경튜브를좌우로조절하여동공간의거리를조정한다 ( 두개의원이아닌하나의원으로보이도록 ). 현미경을들여다보고촛점조절장치 ( 조동및미동나사 ) 로표본의미세한부분도선명하게보일때까지조심스럽게위아래로움직인다. 퀠러조명법을실시한다 : 광원조리개를작게하고광원조리개의선명한상이보일때까지, 또는최소한그한조각이라도가장자리에보일때까지집광조절장치를통해집광기를조심스럽게위아래로움직인다 ( 집광기로표본을들어올리지않도록주의 )(a). 현미경의상은천천히모양을잡아간다. 이제광원조리개의상이선명하게맺혀진것을볼것이다. 그러나아직중심에위치하지않았기때문에집광기에있는중심나사 (centering screw) 를사용하여이것을조정. 광원조리개의상이이미거의중앙에위치해있으면전체상이화면에거의가득차도록광원조리개를연다 (b)(c)(d). 61
정수처리기준선진화연구 접안렌즈를떼어내어직접튜브속을들여다보면현미경내에개구조리개를볼수있다 ( 이때눈은튜브로부터 10~20cm 떨어져야함 ). 이제상이대물렌즈의동공에선명하게맺힐때까지집광기에있는개구조리개를열었다닫았다한다 ( 동공지름의 2/3(66%)~4/5(80%)). 9. 접안렌즈를다시끼우고현미경을들여다본다. 이것으로현미경은퀠러방식으로셋팅되었으며, 관찰을시작하면된다. (a) (b) (c) (d) Fig. 3-19. DIC 관찰을위한퀠러조명의절차 다. 현미경세정절차 1 에어스프레이 (canned air) 등을사용하여정기적으로렌즈, 필터, 현미경몸체의먼지를제거한다 2 현미경몸체의 Cleaning은주기적으로 MCS (Microscope Cleaning Solution) 으로적신킴와이프를사용하여모든표면을씻어낸다. 깨끗하고건조한킴와이프로말린다. MCS용액은 90% 이소프로판올 (isopropanol) 과아세톤 (acetone) 을 2 : 1의비율로혼합하여조제한다. 3 접안렌즈와콘덴서의 Cleaning은현미경사용후실시하는데, 다음의절차를따른다. MCS로적신새면봉을사용하여각렌즈를닦아낸다. 렌즈의중앙에서시작하여바깥쪽으로나선을그리며압력을거의주지않으면서닦아낸다. 나선을그리며닦는동안면봉머리부분을회전시켜항상깨끗한표면이렌즈에접촉되도록한다. 이러한방법으로새로운건조면봉을사용하여절차를반복한다. 접안렌즈를제거하고접안렌즈아랫부분에대해 cleaning 절차를반복한다. 62
Ⅲ. 연구결과및고찰 4 대물렌즈의 cleaning은현미경사용후실시하는데, 다음의절차로한다. 먼저대물렌즈에서오일을제거하기위하여렌즈페이퍼를사용하여 100X와 40X 대물렌즈를닦는다. MCS로적신새면봉을대물렌즈에대해 45 각도로유지하고빙빙돌린다. 새로운건조면봉을사용하여 2) 를반복한다. ~ 을반복한다. 사용하였든사용하지않았든모든대물렌즈를 cleaning한다. 5 광원렌즈와필터의 cleaning은광원렌즈는현미경사용후에, 필터는주기적으로실시하며다음의절차를따른다. MCS로적신킴와이프를사용하여각렌즈와필터표면을닦아낸다. 건조한킴와이프를사용하여절차를반복한다. 1)~2) 를반복한다. 6 현미경대물대의 cleaning은현미경사용후실시하는데, MCS로적신킴와이프를사용하여대물대와대물대클립을닦아낸다. 잔류이멀젼오일또는메니큐어를모두닦아내었는지확인한다. 철저히 cleaning하기위하여필요하다면대물대클립을제거한다. 7 현미경주변실험대의 Cleaning은현미경사용후실시하는데, 페이퍼타월을사용하여현미경주변실험대를닦아낸다 3.1.2.4 요약 1) 미국, 영국, 일본의원생동물또는크립토스포리디움분석방법을조사하고이를기초로우리나라원생동물표준시험방법에대한개정안 ([ 부록3]) 을제시하였으며그주요한내용은다음과같다. 1 면역자기분리법에의한 ( 난포낭 ) 의분리과정의회수율을높이기위한개선방법을제시하였다. 2 고탁도시료또는철등방해물질포함시료, ph가중성이아닌시료의분석시정제방법등의회수율을높이기위한방법을제시하였다. 3 형광항체염색및현미경관찰과정에서음성대조군및양성대조군관찰기준을강화하고염색실패또는오염발생시조치사항을보완하였다. 4 분석의마지막단계이자가장핵심적인과정인형광DIC현미경관찰부분을보완하여, 크립토스포리디움난포낭의판정기준을보다상세히서술하였다. 5 정도관리부분에면역자기분리과정에대한정도관리방법을추가하였다. 6 분석과정에서의오염방지및폐기물처리방법을보다상세히제시하였다. 63
정수처리기준선진화연구 2) 원생동물표준시험법에포함하기는어렵지만정확한원생동물분석을위해반드시필요한 형광 DIC 현미경의구조등기초이론과유지관리방법등을마련하여양성판정매뉴얼 ([ 부록 4]) 에상세히제시하였다. 3) 아울러분석자의지속적인교육 훈련이강화될필요가있으며이를위해검사기관인증후 에도검사능력유지및정보공유를위한훈련및교육프로그램을개발, 운영할것을제안한다. 3.1.3 현원생동물표준시험방법중현장시료양성판정매뉴얼작성 우리나라원생동물표준시험방법의핵심기법은면역형광항체기법 (Immunofluorescence assay) 으로써, 최종형광DIC현미경관찰에기초하여크립토스포리디움등의검출및계수가이루어진다. 이때문에우리나라원생동물표준시험법에서는크립토스포리디움난포낭검사의최종단계인형광DIC현미경에의한관찰시아래와같은기준에따라크립토스포리디움난포낭여부를판정하도록하고있다. (1) 최소 400배의총배율을갖는현미경에의한면역형광검사를통하여테두리가초록색으로밝게빛나는직경 4~6 μm, 타원형이나원형물체가확인되면계속해서 DAPI 염색검사와미분간섭대비 (DIC) 관찰을한다. (2) 최소 400배의총배율을갖는현미경에의한 DAPI 염색검사를통하여물체의내부에 1~4 개의밝고선명한하늘색핵이있거나, 물체의내부염색이외부보다짙은하늘색을띄는경우 DAPI 양성, 뚜렷한핵이없으며초록색테두리의내부염색이옅은경우는 DAPI 음성으로구분한다. (3) 최소 1000배의총배율을갖는현미경에의한미분간섭대비 (DIC) 관찰을통하여돌출물, 가지, 부가물, 구멍, 세포전체를차지하는한두개의핵, 붉은형광빛의엽록체, 결정체나포자등크립토스포리디움난포낭에비전형적인것이없어야한다. 비전형적인구조가관찰되지않으며 (1) 과 (2) 의기준을만족하는물체는미분간섭대비 (DIC) 관찰결과에따라다음의세가지로구분한다. 1 속이빈크립토스포리디움난포낭 2 무정형의구조를가진크립토스포리디움난포낭 3 내부구조 (1~4개의스포로조이트 ) 를가진크립토스포리디움난포낭 또한 ( 난 ) 포낭의최종판정은반드시분석책임자의확정을받아야하고, 관찰된물체는크립토 64
Ⅲ. 연구결과및고찰 스포리디움및지아디아검사결과기록서에형태, 크기, DAPI염색결과, 미분간섭대비 (DIC) 관찰결과를기록하며, 관찰된 ( 난 ) 포낭은모두면역형광염색결과, DAPI염색결과, 미분간섭대비 (DIC) 관찰결과가포함되도록사진또는그림파일로보관하도록하고있다. 그러나실제많은분석자들은형광DIC현미경에의한최종동정단계에서가장큰어려움을느끼고있는것이사실이다. 환경시료에는면역형광항체염색시교차반응하는조류등의많은방해물질이존재하며, DIC로관찰하여도크기나형태가크립토스포리디움난포낭과유사한물체들이매우많기때문이다. 또한크립토스포리디움난포낭이오랜기간동안다양한자연환경에노출되면서형태나내부구조가변질, 왜곡된결과, 현미경관찰에서전형적인모양을보이는난포낭은실제많지않다. 따라서실제현미경관찰에서크립토스포리디움난포낭등의목표물을정확히판정하기위해서는높은숙련도와오랜관찰경험이요구되는실정이다. 그러나하천수나호소수, 지하수등원수시료를 10L 이상검사하더라도이에함유된크립토스포리디움난포낭의개수가많지않기때문에, 실제분석자들이환경에노출되었던다양한난포낭을관찰한경험을갖기란더욱쉽지않다. 이에본연구에서는물속의크립토스포리디움난포낭과지아디아포낭검사를수행하는분석자들이최종동정단계에서참고할만한양성판정매뉴얼을마련하는것을과제로하였다. 3.1.3.1 환경시료에서의 ( 난 ) 포낭관찰사진 양성판정매뉴얼이실제로물속의크립토스포리디움난포낭등의관찰에참고할만한유용한매뉴얼이되기위해서는환경시료에서발견되는 ( 난 ) 포낭관찰사진의표본을얼마나다양하게확보하는지가가장중요한관건이된다. 본매뉴얼에사용된현미경관찰사진들은서울시상수도연구원에서 2000년부터 2009년까지한강취수원수, 지류천수, 하수처리장방류수등다양한물환경시료를미국의 1623방법또는우리나라표준시험방법으로분석하면서형광DIC현미경으로관찰된결과를사진으로저장, 보관해온것들이다. 또한이사진들은한국저작원위원회에저작권등록되어 서울시 ( 관리부서 : 서울시상수도연구원 ) 가저작권을갖고있다 (C-2010010437~C-2010-010506). 모든사진은크립토스포리디움난포낭, 지아디아포낭각각에대해 3개의이미지로구성되어있는데, FITC에의한형광염색결과및 DAPI에의한핵염색결과, DIC에의한내부구조관찰결과가한개의사진으로묶여져있다. 10년간제작된사진 1000여점중선명도가좋고참고할가치가높은사진을엄선하였다. 우선엄선된사진들은크립토스포리디움난포낭및지아디아포낭각각에대해세개의 65
정수처리기준선진화연구 그룹으로분류되었다. (1) 전형적인양성사진 (2) 환경시료에서발견된다양한 ( 난 ) 포낭의사진 (3) 크립토스포리디움난포낭또는지아디아포낭으로혼동하기쉬운유사물체사례사진 이때 (2) 환경시료에서발견된사진들은다시 1 내부구조를가진 ( 난 ) 포낭 2 무정형의내부구조를가진 ( 난 ) 포낭, 3 속빈 ( 난 ) 포낭으로분류되어각각에해당하는표본이될만한사진들이특징별로엄선되었다. 환경시료에서관찰되는 ( 난 ) 포낭들은표준시료의염색사진과는달리, 변형되거나왜곡된형태들을다양하게보여주므로, 이를유형별로선별하였다. 이외에도, 환경시료에서발견된특이한사진들예를들면, C. parvum 외에다른종 (species) 로추정되는 ( 난 ) 포낭사진도준비하였다. 3.1.3.2 도감에게재할현미경관찰사진에대한설명 각사진에는각각의판정이유를덧붙였는데, 전형적인양성관찰에대해서는크기, DAPI 염색결과핵의수, 특징적인내부구조등을설명하였다. 특히 ( 난 ) 포낭으로혼동하기쉬운유사물체사진에는양성으로판정하지않는이유를제시하여분석자들이참고할수있도록하였다. 예를들면, 큰핵을 1~2개만갖고있거나핵의개수가 5개이상인크립토스포리디움난포낭유사물체사진, DAPI염색에서붉은색을띈유사물체사진, 비특이적인내부구조물을가진 ( 난 ) 포낭사진등관련특징을제시하였다. 3.1.3.3 도감에포함된내용들 당초과업지시서에서제시한것은양성판정매뉴얼이었지만, 여기에크립토스포리디움및지아디아에대한기본적인소개와표준시험방법, 국내외의원생동물분포실태현황이나관련법규등도함께수록하여, 원생동물분석자나수질관리자, 또는환경미생물학, 수질환경학을공부하는사람들까지모두참고할수있도록하였다. 특히표준시험방법을소개하는부분에서는선진각국의분석방법중적용할가치가높은기술들을선별해표준시험방법에삽입하였다. 분석방법의이해를돕기위해사진또는그림으로설명을추가한 [ 그림설명 ], 분석회수율, 정밀도, 정확도를높이는데도움이되는주의사항또는권고사항을담은 [ 팁 (Tip)], 그리고분석의정확도와정밀도를개선하기위한보다진전된방법들을소개하는 [ 업그레이드 (Upgrade)] 로구분하여제시하였다. 이상과같이제작되어국립환경과학원과서울시상수도연구원의공동발간형식으로발간된 상수도의병원성원생동물 의주요목차를 <Fig. 3-20> 에나타내었다. 상수도의병원 66
Ⅲ. 연구결과및고찰 성원생동물 은 [ 부록 4] 에첨부하였다. Fig. 3-20. 원생동물도감의목차 67
정수처리기준선진화연구 3.2 크립토스포리디움목표제거율설정 3.2.1 원생동물분포실태결과를바탕으로한크립토스포리디움목표제거율설정 안전한먹는물은사람의건강유지의기본이되며, 특히먹는물의미생물학적안전성은수인성집단질병의예방이라는측면에서그어느것보다중요하다 (WHO). 그러나오늘날자연환경에서유해물질에전혀오염되지않은상수원수를찾기란거의불가능하며, 마찬가지로원수중의유해물질을 100% 제거하고이를확인한다는것도공학적으로가능하지않다. 결국각유해물질의유해성 (hazard) 과건강영향정도를고려하고음용시건강리스크를확률적으로추정할수밖에없다 (Risk Assessment). 추정된리스크는사회적으로합의된 허용가능한수준 (Acceptible Risk) 과의비교를통해정수처리공정개선이나새로운정수기술도입, 취수원수변경, 먹는물수질기준설정등의리스크관리 (Risk management) 에활용될수있다. 특히정량적미생물리스크평가 (Quantitative Microbial Risk Assessment) 는병원성미생물의오염과증식, 사멸등에내재된많은변이성 (variability) 과불확실성 (uncertainty) 을고려하여병원성미생물에의해감염이일어날확률을과학적으로, 그리고정량적으로평가하므로, 최근미국, 캐나다, 네델란드등에서먹는물수질관련법규제정시활용되기도하였다. 그러나우리나라에서는아직까지미생물리스크평가에필수적인많은정보들이확보되지않아먹는물의미생물에의한건강리스크를산출하여보고한사례가없었다. 본연구에서는기확보된우리니라크립토스포리디움 (Cryptosporidium) 분포실태자료에기초해먹는물특히수돗물을통한건강리스크를평가하고이를근거로향후목표제거율을설정하고자하였다. 3.2.1.1 정량적미생물위해평가 정량적미생물위해평가 (Quantitative Microbial Risk Assessment, QMRA) 는어떤특정병원성미생물에오염된식품이나물등을섭취하는경우, 그병원성미생물에의해감염또는질병이일어날확률, 즉위해 (Risk) 를과학적으로, 그리고정량적으로평가하는것을말한다. 현재 QMRA는식품안전평가분야에서국제적으로가장과학적인차세대기술로인정되어활용되고있으며 ( 박등, 2005), 먹는물분야에서는미국, 캐나다, 네델란드등선진각국에서수질관련법규제정이나정수장별수질목표설정, 처리공정평가등에다양하게적용하고있다. 일례로, 미국은 1989년지표수처리법 (Surface Water Treatment Rule) 를제정할때최초 68
Ⅲ. 연구결과및고찰 로위해평가기법을적용해바이러스 99.99% 및지아디아 99.9% 의제거목표를설정하였다 (USEPA, 1989). 이후크립토스포리디움에관한최종대책을담은장기2단계강화지표수처리법 (Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule) 을제정할때에도이러한위해평가기법을활용하여크립토스포리디움추가목표제거율을결정하였다 (USEPA, 2006). 또한네델란드음용수관련법 (Dutch Drinking Water Act) 에서는크립토스포리디움, 지아디아, 바이러스에대해서각정수장이해당원수수질과정수처리제거현황에기초한정량적미생물위해평가를수행하여야하며이때급수인구 10,000명당연간감염건수가 1명을초과하지않아야한다고규정하였다. 2001년개정된이규정에따라, 지표수또는지표수에의한오염우려가있는지하수사용정수장에서는해당원수수질과정수처리제거현황을조사하고이에기초하여각병원성미생물별로건강리스크를산출한후 10-4 기준을초과하지않음을입증하여야하며, 이기준을초과할경우미생물안전성관련수질개선대책을수립하여추진하여야한다 (VROM-Inspectorate, 2005). 위해평가는구체적으로 4가지단계즉유해확인 (Hazard Identification), 노출평가 (Exposure Assessmet), 용량반응평가 (Dose-Response Assessment) 및위해특성분석 (Risk Characterization) 으로이루어진다. QMRA기법이먼저적용되기시작한식품분야의규격을그대로인용하면, 유해 (hazard, 또는위험요소 ) 는 건강에악영향을끼칠수있는, 식품 ( 먹는물포함 ) 속에들어있는생물학적, 화학적, 물리학적인자또는조건 을말하며, 위해 (risk) 는 이러한유해또는위험요소로인해건강에악영향을미치게될개연성또는그영향의심각성 으로정의된다 ( 식품규격위원회, 2006). 또한정량적위해평가의일반적절차는 4가지구성요소로이루어지는데, 각단계에대한정의는아래와같다. 유해확인 (Hazard Identification) : 특정식품 ( 먹는물포함 ) 에들어있는, 건강에악영 향을미칠수있는생물학적, 화학적, 물리학적요인들을규명하는것 노출평가 (Exposure Assessment) : 식품 ( 먹는물포함 ) 에노출됨을통해서섭취하게 될수있는생물학적, 화학적, 물리적위험요인을정성적또는정량적으로평가하는것 용량반응평가 (Dose Response Assessment) : 생물학적, 화학적및물리적요인에게 노출된양 ( 용량 ) 과이를통해건강에미치게되는악영향의심각성 (severity) 혹은발생빈 도와의관계를결정하는것 69
정수처리기준선진화연구 위해특성분석 (Risk Characterization) : 유해확인, 노출평가등을근거로하여, 특정한인구집단에서건강에악영향을줄수있거나그렇게알려져있는요인이발생할확률및그심각성을정성적혹은정량적으로추정하여결정하는과정을말하며, 여기에는그에수반하는불확실성을결정하는것도포함하며, 그결과물로서위해추정 (Risk Estimate) 을제시함 정량적미생물위해평가기법을수질법규제정에적용한대표적인사례는미국의 LT2ESWTR이다. USEPA는이때정수처리에서의크립토스포리디움제거율을 IESWTR 만족하는경우평균 3로그로가정하였으며, 수돗물음용량은 1.07 L/day를적용하였다. 또한새로운용량반응모델까지포함하는종합적인평가를통해난포낭 1개섭취시감염확률을 4~16% ( 평균 9%) 로보았다. 위해평가의최종산출물은일일감염리스크 (DR) 과연간감염리스크 (AR) 이었는데, 이때연간노출기간즉수돗물음용기간은공공상수도의경우 350 일로하였다. DR = ( 원수 1L 의크립토스포리디움농도 ) ( 정수처리후남은농도 ) ( 일일수돗물 음용량 ) ( 난포낭 1 개섭취시감염확률 ) AR = 1 - ( 1 - DR ) 350 이러한위해평가결과원수농도가 0.1 oocysts/l이고정수처리에서 3.0로그가제거되는정수장에서의연간감염리스크는 0.0017~0.0060 즉 10000명당 17~60명의범위로추정되었다. 이에비해동일한정수처리제거율을갖더라도원수농도가 0.01 oocysts/l인경우의연간감염리스크는 10000명당 1.7~6명으로나타났다 (Fig. 3-21). USEPA는이러한리스크평가에기초하여원수농도가 0.075 oocysts/l 미만인정수장은 3로그제거로충분하며, 0.075~1.0 oocysts/l인정수장은 4로그를, 1.0~3.0 oocysts/l인정수장은 5로그를, 3.0 oocysts/l 이상인정수장은 5.5로그를제거하도록법제화하였다. 70
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-21. 미국의 LT2ESWTR 제정을위한원수농도별연간감염리스크추정결과 3.2.1.2 우리나라수돗물의크립토스포리디움위해평가 1) 유해확인 (Hazard Identification) 크립토스포리디움 (Cryptosporidium spp.) 은병원성원생동물의일종으로, 증식을위해서는숙주가반드시필요한절대기생체이다. 현재 20종이알려져있으며이중사람에게주로감염성이있는종은 C. hominis와 C. parvum이며, C. felis, C. canis, C. suis, C. andersoni, C. muris도사람으로부터분리된사례가보고되었다 (Table 3-15). 전형적인단숙주형구포자충류 (one-host coccidia) 로써마우스, 소, 사람, 개, 고양이등이숙주로가능하며, 서로감염을전파할수있다. 숙주의분변과함께외계로배출된난포낭 ( 크기 4~ 6 μm) 을다른숙주가섭취하게되면감염이성립된다. 감염후난포낭 (Fig. 3-22) 의외벽이파괴되고포자소체 (sporozoit) 가나와장상피세포의미세융모에부착되며, 숙주의세포질이충체를둘러싸게된다. 따라서언뜻보기에는숙주세포바깥에붙어있는것처럼보이지만실제로는세포내기생충의하나이다. 71
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-22. 크립토스포리디움난포낭 (oocysts) Table 3-15. 크립토스포리디움종및크기, 숙주 크립토스포리디움종 평균크기 ( 길이 폭, μm) 최초분리숙주 자연적숙주범위 사람배출여부 ( 유전자분석법 ) 장관계감염 Cryptosporidium parvum 5.0 4.5 쥐포유류 C. hominis 5.2 4.9 사람사람 C. felis 4.6 4.0 고양이포유류 C. canis 5.0 4.7 개포유류 C. warairi 5.4 4.6 기니피그기니피그 C. suis 4.6 4.2 피그돼지, 사람 C. bovis 4.9 4.6 가축 ( 소 ) 가축 ( 소 ), 양, 돼지 C. scophthalmi * 4.4 3.9 물고기물고기 C. fayeri 4.9 4.3 캥거루유대류, 양 C. macropodum 5.4 4.9 캥거루유대류 C. ryanae 3.7 3.2 가축 ( 소 ) unknown 위장계통감염 C. andersoni 7.4 5.5 가축 ( 소 ) 가축 ( 소 ) C. muris 7.0 5.0 쥐포유류 C. serpentis 6.2 5.3 뱀뱀 C. galli ( 동의어 : C. blagvurni) C. molnari * 8.3 6.3 새새 4.7 4.5 물고기물고기 C. fragile 6.2 5.5 두꺼비 unknown 다중부위감염 C. meleagridis 5.2 4.6 칠면조포유류 C. baileyi 6.2 4.6 닭닭 C. varanii ( 동의어 : C. saurophilum) * 유전자분석데이터없음. 4.8 4.7 도마뱀도마뱀 72
Ⅲ. 연구결과및고찰 생활사 (Life cycle) 길쭉한모양의포자소체는둥글게생긴영양형 (trophozoite) 으로변한다음 7개의분열소체 (merozoite) 를가진제1형분열체 (type I meront) 가되고, 숙주세포를깨고나온분열소체는또다시새로운장상피세포로침입하는생활사를반복한다. 그중일부분열소체는제2형분열체 (type II meront) 로발육하며이들은 4개의분열소체를포함하게된다. 제2형분열체의분열소체는직접암수생식모세포 (macro- and microgamont) 로되고, 접합후미성숙난포낭을거쳐포자소체 4개를가진성숙난포낭이된다음외계로배출된다. 체내장관계에서는같은형태로기생, 증식하다가분변에섞여체외로배출되는데이때는포낭형태를띄며, 유성생식을거치므로특별히난포낭 (oocyst) 이라불리기도한다 (Fig. 3-23). Fig. 3-23. 크립토스포리디움의생활사 (life cycle) 크립토스포리디움의난포낭 (oocyst) 은직경 4~6μm크기의공모양으로, 배출된포낭은환경중에서증식하지않으며, 매우두꺼운벽으로둘러싸여있기때문에환경에서수개월까지생존하며서서히사멸된다. 우리가환경에서볼수있는형태는난포낭뿐이다. 난포낭은수중탁질중미세입자로분류되며수중에서음전하를띄는콜로이드형태로존재한다. 난포낭의구조크립토스포리디움난포낭은두꺼운난포낭벽을가지고있으며, 난포낭내의내용물이사라져도난포낭벽은오랜기간유지되고, 난포낭내에 1~4개의스포로조이트 ( 포자소체 ) 를가지고있다. 스포로조이트의끝부분에핵이있어현미경관찰시가끔핵이관찰되기도한다 (Fig. 3-24). 73
정수처리기준선진화연구 스포로조이트 ( 포자소체 ) 핵 Fig. 3-24. 난포낭의구조및명칭 관련질병소, 말, 돼지등의가축, 개, 고양이, 쥐등의숙주와난포낭을배출하는환자가감염원이될수있으며, 이렇게배출된난포낭으로오염된음식물이나물을섭취함으로써감염된다. 감염된사람은 4~5일내지 10일정도의잠복기를거쳐복통을수반한설사를 3일~1주간정도지속하고이때구토나발열을수반하기도한다. 감염되어도증상이나타나지않는경우도있지만어느경우에도감염자의분변에서는수주동안난포낭을계속배출한다. 현재이증상의특이요법은개발되지않았고, 면역이완전하지않은사람에게는중증, 난치성의설사증이되어, 장기화되면치명적이다. 한편, 정상인에서는면역기능에의해자연치유된다. 감염경로사람감염의대부분은 C. hominis와 C. parvum의소유전형에의해일어난다. 사람은 C. hominis의유일한배출원이며 C. parvum 소유전형의주된배출원은사람및반추동물이다. C. parvum 소유전형은다른포유동물에서도발견되지만, 감염된사람과소, 양특히이들의유아단계에서매우과량의난포낭을배출하므로이들이가장큰환경오염원이된다. 감염은이들분변과직 간접적인접촉즉사람간확산, 농장에서의가축접촉, 위락용수및수영장에서의접촉, 오염된수돗물및식품등을통해일어난다. 수인성감염관련특징 1 염소소독에대해극도로강한저항성으로인해염소소독공정은아무효과가없다. 수온 25, ph 7.0일때, 염소농도 80 mg/l에 90분이상노출되어야 99% 가불활성화되며 (Korich et al. 1990), 수온 5, ph 7.0에서크립토스포리디움 1 log 불활성화에필요한 CT값이 1,250 mg min/l이라는연구결과도있었고 (Byun et al. 2007), 마우스감염법을사용한연구에서잔류염소 0.94 mg/l ( 수온 20, ph 7.0) 일때크립토스포리디움 1 log 불활성화에필요한 CT값이 790 mg min/l이었다는보고 ( 志村有通, 2001) 도있었다. 이산화염소는다소효과적이지만, 여전히높은 CT값 (99% 불활성화를위한 CT값 75~1000 mg min/l) 을필요로한다. 가장강력한산화제인오존의경우, 20 에서 99% 불활성화에필요한 CT값은 3.5 mg min/l이지만, 수온이낮으면효과가감소하여보다높은 CT값이요구된다. 수온 5, ph 74
Ⅲ. 연구결과및고찰 7.0에서크립토스포리디움 1 log 불활성화에필요한오존의 CT값은 16 mg min/l로평가되었다 (Byun et al., 2007). 최근에는중압 UV 19 mj/cm 2 의조사량으로도크립토스포리디움이 99.98% 불활성화될정도로자외선소독이매우효과적인것으로확인되었다. 2 한편난포낭은지표수에서수개월동안생존할수있으며, 습기찬토양에서도 120일이상생존하는것으로보고되었다. 3 난포낭의감염력은높다. 용량반응데이타에의하면, 한개의난포낭을섭취해도분명한감염가능성이있었다. 수인성집단질병의빈번한발생또한이와관련된다. 그간의집단질병시기동안의먹는물중크립토스포리디움농도로추정해볼때, 소비자들은하루한개내지몇개의난포낭만을섭취했을뿐이었다. 미국에서있었던자원자실험에의하면, 난포낭을섭취한사람의절반이감염되는난포낭갯수 (ID 50 ) 가 132개로측정되었다. 최근에는분리주 ( 分離株 ; isolate) 마다병원성의차이가있어 9개정도의난포낭으로도발병한다는보고가있었다. 4 C. hominis는사람간감염에의해, C. parvum은사람-동물간감염에의해질병을일으킨다. 많은크립토스포리디움종들이세계각지의소특히설사하는신생송아지에서분리되었는데, 설사송아지에서의유병율은매우높으며 (5~100%), 이로인해목축업종사자의 90~100% 가감염되었을수도있다. 또한감염된송아지는 10 10 oocysts/day의과량의난포낭을분비한다. 감염된어린송아지의경우, 감염 7일후부터난포낭을배출하는데, 14일즈음에피크에이르며, 감염의피크시기동안분변 1g당 10 6-7 개의난포낭을배출한다. 양도또한 C. parvum의숙주이며, 염소에서도 70% 의높은유병율이보고된바있다. 상수원수역의소, 양의높은밀도는크립토스포리디움증집단질병과관련된다. 감염된사람은피크시기동안분변 1g당 10 5-7 의난포낭을배출한다. 우리나라사람의감염현황지역에따라감염률이매우다양한데, 대체로도시지역보다는농촌지역이더높은감염률을보였으며, 설사증을앓고있는사람뿐만아니라증세를보이지않는사람에서도크립토스포리디움감염이다수발견되었다. 대부분 C. parvum 이었지만, 드물게 C. hominis로확인된사례도있었으며이를아래에요약하였다 (Table 3-16) Cho et al.(1993) 은연세대학교세브란스병원에서 230명의외래환자의분변를검사하여크립토스포리디움난포낭검출을보고하였는데, 당시에 AF염색법, AR 염색법그리고단클론항체법등세가지방법을사용하여검출하였는데, 각각 48명 (21%), 50명 (22%) 그리고 23명 (10%) 에서검출되었다. Chai et al.(1996) 은 1992년서울의 8개동및전남도시지역 4개동과농촌지역 7개면주민의크립토스포리디움감염에대한표본조사를실시하고그결과를보고하였다. 이중전남화순군이양면은감염률 (74/185, 40%) 이매우높게나와 1995년에재검사를실시하였는데, 전남농촌지역은 14.0% 로도시지역의 3.7% 보다양성률이높았으며 51-70세연령대가가장높은양성률을보였다. 검출된크립토스포리디움종은 C. parvum 이었다. 75
정수처리기준선진화연구 Chai et al.(1998) 은전북부안군주민 153명과경남사천군 138명의기생충감염률을조사하여우리나라일부해안지역의장내기생충감염현황을살펴보았다. 감염률은부안군의경우지아디아 2.6%, 크립토스포리디움 0.7%, 사천군의경우지아디아 2.2%, 크립토스포리디움 4.3% 였다. Seo et al.(2001) 은강원도철원군의주민들의분변을검사한결과 C. parvum 검출률이 1.9%(9명 ) 로결과되었다. 특히 30대 (4명) 와 40대 (3명), 그리고 60대 (2명) 에서높게검출되었다. Yu et al.(2004) 는강원도, 충청도, 경상도, 전라도의농촌지역 7곳의주민들과가축의크립토스포리디움감염률을조사하였다. 전체감염률 3.3% 중여성의감염률 (4.0%) 이남성의감염률 (2.3%) 보다더높았고 50세이상의연령대 (4.0-5.0%) 에서높은감염률을보였다. 또한가장감염률이높은지역인전라남도곡성군의경우 2년에걸쳐 3차례나검사하였고충주시와곡성군의가축을조사한결과곡성군의소에서 98% 의아주높은감염률이결과되었다. 그밖에곡성군의경우적은량의샘플을검사했음에도불구하고젖소, 사슴, 돼지등에서높은감염률을보였다. Guk et al.(2005) 은서울대학교병원을방문한후천성면역결핍증환자들중의병원성미생물감염률을조사하였다. 67개의샘플은크립토스포리디움등의병원성균검사를위한것이고 60개의샘플은 Pneumocystis carinii를검사하였다. 특히 C.parvum에감염된환자의경우엄청난설사, 체중감소와고열등의증상을보였다. 이조사를통해병원성미생물감염이 HIV환자들에게커다란영향을끼친다는것을밝혔다. Lee et al.(2005) 은전라남도지역의면역력에이상이없는사람을대상으로크립토스포리디움감염률을조사하였다. 전체 942명중에 9명에서검출되었고그중 60대남성 3명이검출되어가장높은감염률을보였다. 감염된환자들은일반적으로설사증상을보였고간혹 epigastric pain과 abdominal pain등의복통증상을보이기도하였다. 또한계절별감염률은 3-4월에 2.1-2.8%, 7-9월에 2.9-4.3% 이었으며 9월에가장높은감염률 (4.3%) 을보였으나봄, 여름에는 1.3% 대의낮은감염률을보였다. Park et al.(2006) 은 1996년, 2001년조사시가장높은크립토스포리디움감염률을보였던전라남도화순군에대해사람뿐아니라가축의감염률을조사하였는데, 사람의경우 27명중 7명의감염으로여전히높은감염률을보였다. 또한소와염소의감염률은각각 41.2% 와 42.9% 였으며유전자형분석결과사람감염을일으키는크립토스포리디움은 C. parvum과 C. hominis로조사되었고이것은소와염소에서도검출되었다. 76
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-16. 우리나라사람의크립토스포리디움감염현황자료요약 조사년도 조사지역 양성시료수 / 시료수 ( 건 ) 양성률유전자형 Reference - 서울 ( 세브란스병원 - 설사증세없는환자 ) 50/230 22 % Cho et al., 1993 92 서울 ( 면역정상인 ) 4/853 0.5 % C. parvum Chai et al., 1996 92-95 전남 ( 면역정상인 ) 244/2,293 10.5 % C.parvum Chai et al., 1996 96. 11. - 97. 2. 전북부안군 ( 면역정상인 ) 1/153 0.7 % C. parvum Chai et al., 1998 96. 11. - 97. 2. 경남사천군 ( 면역정상인 ) 6/138 4.3 % C.parvum Chai et al., 1998 93. 8. - 9. 강원철원군 ( 면역정상인 ) 9/461 1.9 % C. parvum Seo et al., 2001 96. 11. - 97. 10. 전남화순군 77/135 57.0 % Chai et al., 2001 01. 9. - 02. 6. 강원춘천시 15/691 2.2 % Yu et al., 2004 01. 9. 전남곡성군 ( 면역정상인 ) 15/348 4.3 % Yu et al., 2004 02. 1. 전남곡성군 ( 면역정상인 ) 2/156 1.3 % Yu et al., 2004 02. 6. 전남곡성군 ( 면역정상인 ) 119/1,458 8.2 % C. parvum Yu et al., 2004 01. 9. - 02. 6. 충북청주시 ( 면역정상인 ) 21/1,945 1.1 % Yu et al., 2004 01. 9. - 02. 6. 경남함안군 ( 면역정상인 ) 2/485 0.4 % Yu et al., 2004 01. 9. - 02. 6. 경남의령군 ( 면역정상인 ) 2/179 1.1 % Yu et al., 2004 95-03 서울 ( 면역결핍자 - 설사증세 ) 7/67 10.5 % C. parvum Guk et al., 2005 03. 8. - 04. 7. 전남 ( 설사증세 ) 9/942 1 % C. parvum Lee et al., 2005 00. 12. 전남화순군 7/27 25.9 % 00. 7. - 8. 전남 25 개섬 ( 면역정상인 ) 38/2,541 1.5 % C. parvum, C. hominis C. parvum, C. hominis Park et al., 2006 Park et al., 2006 04-06 경기도 ( 위장염증세 ) 23/6,071 0.4 % C. parvum Huh et al., 2009 04-06 병원에입원한설사환자 215/76,652 0.28 % C. parvum Cheun et al., 2010 77
정수처리기준선진화연구 Park et al.(2006) 는전라남도의 25개섬지역의주민 2,541명의크립토스포리디움감염률을조사하였다. 25개중 13개의섬에서크립토스포리디움이검출되었으며그평균양성률은 2.8% 이었다. 감염률이가장높은섬은외나로도로 6.0% 감염률을보였다. 또한여러연령대중에는 70대이상의남성들이높은감염률 (12/292) 을보였다. 전라남도의다른지역의감염률과비교해서섬지역은보다낮은감염률을보였는데, 이는지질학적으로육지와떨어진섬은육지의영향을덜받아감염이섬지역에국한되기때문으로여겨진다. Huh et al.(2009) 는 2004년부터 2006년까지 3년간경기도수도권지역의장염환자들을대상으로크립토스포리디움 (C. parvum), 지아디아등병원성원충류검사를실시하였다. 크립토스포리디움감염률은 0.4%(23명 ) 이고지아디아감염률은 2.5%(152명 ) 이었다. 또한크립토스포리디움은 2005년에가장높은감염률을보였던반면지아디아는 2006년에높은감염률을보였다. 연령별로는지아디아와크립토스포리디움둘다 1세이하의영아에서가장높았다. 그러나월간감염률조사에서는지아디아의경우에는여름철에, 크립토스포리디움의경우에는가을, 겨울철에높게나타났다. Cheun et al.(2010) 는 2004년에서 2006년까지병원에입원한설사환자를대상으로병원성원충, 세균, 바이러스감염률을조사하였다. 전체 96개의병원에서 76,652명의의분변을수집하였다. 그중원충에의해 987명, 바이러스에의해 13,479명, 세균에의해 13,771명이감염되었는데, 이중크립토스포리디움은 215명 (0.28%) 이, 지아디아는 470명 (0.61%) 이감염되었다. 특히 C. parvum은 rotavirus와혼합감염되어설사환자에게서검출되었다. 이러한우리나라사람의감염률은빈번한수인성크립토스포리디움증집단발병사고를경험한미국보다크게낮지않음을알수있다. 1999년미국의크립토스포리디움증연간유병율은총 2,361명으로 0% 에거의가까운수준이며, 임상진단이없는유병율도년간 50만~200만정도로 0.18% 에불과하였다 (MMWR, 1999). 2005년미국에서크립토스포리디움증으로확진받은사람은 8000명정도인데, 아직도관련진단시스템이상비되어있지않은병원이많은상태이며, 기생충검사시분변시료의약 4% 에서크립토스포리디움난포낭이발견되었다는보고가있었다 (White et al., 2005) 우리나라동물의감염현황소, 개, 닭, 고양이등다양한가축으로부터크립토스포리디움감염이이미확인되었으며, C. muris, C. baileyi 외에사람감염성이있는 C. parvum 도다수보고되었다 (Table 3-17). 이러한감염사례들은다양한가축으로부터과량의난포낭이배출되어하천등을오염시킬수있음을나타낸다. 78
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-17. 우리나라가축의크립토스포리디움감염현황자료요약 가축 양성시료수 / 시료수 ( 건 ) 양성률 (%) 유전자형조사지역 Reference 29/201 14.4% - 설사증세가있는소 Wee et al., 1996 소 67/754 8.9% C. parvum 충청북도청주시 Yu et al., 2004 107/109 98.2% C. parvum 전라남도곡성군 Yu et al., 2004 7/17 41.2% C. parvum C. hominis 전라남도화순군 Park et al., 2006 젖소 84/84 100% C. parvum 전라남도곡성군 Yu et al., 2004 111/500 22.2% C. parvum C. muris 전북지역 Lee et al., 1991 62/589 10.5% C. parvum 충청도 Yu & Seo et al., 2004 돼지 48/482 9.9% C. parvum 충청북도청주시 Yu et al., 2004 4/11 47.7% C. parvum 전라남도곡성군 Yu et al., 2004 98/500 19.6% C. parvum C. muris 전북지역 Lee et al., 1991 사슴 9/13 69.2% C. parvum 전라남도곡성군 Yu et al., 2004 염소 3/7 42.9% C. parvum C. hominis 전라남도화순군 Park et al., 2006 9,500 수경기도용인시, 파주시 Mo et al., 1988 닭 농장별 14/100 계군별 19/197 전체 1,011 수 농장별 14% 계군별 9.6% C. baileyi 90 년축산과학연구소에 100 개농장, 197 계군에서의뢰된육계 Oh et al., 1993 75/500 15% - 전북지역 Lee et al., 1991 고양이 6/56 10.72% C.parvum C. muris 대전시 Park et al., 1996 ( 집 ) 쥐 26/195 13.3% 19/144 13.2% C. parvum C. muris 전주시 Lee et al., 1991 강원도춘천시 Kim et al., 1998 개 5/29 17.2% 경기도과천시 Kim et al., 1998 C. parvum 0/11 0.0% 경상남도상주시 Kim et al., 1998 1/73 1.4% 경기도성남시 Kim et al., 1998 79
정수처리기준선진화연구 Wee et al.(1996) 은야외에서설사증상을보이는 4개월이하의송아지 201마리의분변으로크립토스포리디움검사를수행하였다. DMSO-modified acid fast 염색법 (MAFS) 에서는 29건 (14.4%) 을, commercial kit 그리고이실험을위해만든단세포군항체 (C6) 을이용한간접항체법 (IFA) 으로는각각 23건씩 (11.4%) 을검출하였다. 그러나종합적으로보면송아지의설사에직접적인영향을미치는크립토스포리디움은 4건 (5%) 으로분석되었다. Kim et al.(1998) 은개의크립토스포리디움 (C. parvum) 감염실태를알아보기위해 1996년 1월부터 1997년 11월까지 4개지역에서개 257두의분변을수집하였다. 그중 25두 (9.7%) 에서크립토스포리디움난포낭이검출되었는데과천지역이 17.2% 로가장높았다. 개의사육형태별로는실내견이 13.9% 로가장높았으며집지키는개가 10.1% 였다. 이는사람과함께생활하는개의감염률이높다는것을의미하며사람으로의감염이가능하다는것을보여주는결과이다. Mo et al.(1988) 은경기도용인과파주의대규모양계장에서 9,800수의닭중 1-2% 가폐사하여검사를의뢰받았으며닭에서직접장을적출하여검사한결과, 크립토스포리디움증에감염되었음을밝혔으나정확한수치는파악이안되었다. Oh et al.(1993) 는 1990년대축산과학연구소에 100개농장, 197계군에서의뢰된육계 1,1011수에대해크립토스포리디움을조직학적으로조사하였다. 감염률은농장별 14%, 계군별 9.6% 이며감염일령은의뢰당시기준으로 14일령부터 390일령으로다양한분포를보였다. 또한계절별로는주로봄 (22.2%) 과여름 (11.7%) 이높게나타났다. 감염계군의증상으로는깃털불량, 개구호흡, 호흡곤란, 설사, 폐사수증가등의증상이관찰되었다. 병리학적으로는 Cryptosporidium spp.(c. baileyi) 가관찰되었으며섬모가탈락된점막상피세포표면에집단적으로기생하고있었다. Park et al.(1996) 은대전지역의고양이의크립토스포리디움증유행상황을조사하였는데 1995년 12 월-1996년 3월동안대전시내에서약용으로도살되는고양이의내장을수거하여직장변을취해크립토스포리디움검사를실시하였다. 총 56두의고양이가운데 6두 (10.72%) 에서크립토스포리디움이검출되었고 C. parvum 감염율이 5두 (8.93%) 이었고 C.muris 감염율이 1두 (1.79%) 로 C. parvum 감염율이현저히높았다. Yu & Seo et al., 2004 는충청도일대돼지의 C. parvum 감염율을조사하였다. 2000년 11월부터 2001년 6월까지충주시인근의도축장에서분변을채취하여조사하였다. 샘플은충청북도주독읍에서 379개, 충청남도당진군에서 107개, 충청남도홍성군에서 58개충청북도살미면에서 45개, 총 589개를수집하였다. 전체양성율은 10.5% 로 62개샘플에서크립토스포리디움이검출되었는데주독읍에서는 46개 (12.1%) 당진군에서는 15개 (14.0%) 홍성군은 1개 (1.7%), 살미면에서는검출되지않았다. 주로소에서검출되던 C. parvum에대해돼지의높은감염율을보여준다. Lee et al., 1991는 1988년부터 3년간에걸쳐전북지역의집쥐, 닭, 돼지및소의정상적인분변을채취하여크립토스포리디움난포낭을검출하였다. 전주시의집쥐 195마리중 13.3%(26마리 ) 에서난포낭이검출되었다. 닭의경우전북지역 16개양계장의 51개계사에서 4주령의암수육계및산란계 500 수분의분변을 5개시. 군에서무작위로선별하여조사하였다. 전체 500수분의분변에서는 75수 (15%) 로부터난포낭이검출되었고그중고창의 100수분에서무려 54 수분에서난포낭이검출되었다. 돼지의경우전북지역의 165개양돈장의돼지중에서 6~8개월령의암수 500두분의직장변을무작위로선별하여검사하였다. 검사결과 500마리의돼지중에서 98마리 (19.6%) 로부터난포낭이검출되었다. 마지막으로젖소의감염상황은전북지역 5개시, 군에서사육하는 2~5세의암 80
Ⅲ. 연구결과및고찰 소 100 마리씩총 500마리를검사한결과 22.2% 인 111마리에서난포낭이검출되었고지역별로는전주시와완주군에서는 54마리, 진안군 21마리김제시, 군 15마리, 이리시및익산군 10마리, 정읍시, 군 11마리에서검출되엇다. 이러한가축의감염상황은수인성크립토스포리디움증집단발병사고가있었던일본의가축 감염상황 (Table 3-18, 일본후생성, 2001) 과크게다르지않은수준이라고할수있다. Table 3-18. 일본의소, 돼지, 개에서의크립토스포리디움감염상황 지역 조사대상 양성두수 / 검사두수 ( 양성율 %) 참고문헌 ( 소 ) 홋카이도 신생송아지 41/89 (46.1) 清水ら : 北海道獣医会誌,34:184(1990) 홋카이도 3주령 26/140 (18.6) 高橋 : 動物の原虫病,6:55(1994) 미야기 2 ~ 90일령 4/90 (5.6) 佐藤ら : 家畜診療,285:17(1987) 미야기 다자란소 8/217 (2.7) 中井ら : 寄生虫誌,45( 増 ):126(1996) 치바 사이타마 2 ~ 8주령 11/121 (9.1) Miyaji et al : Jpn J Vet Sci, 52 : 435 (1990) 효고 1개월령미만 28/30 (93.3) Uga et al : Vet Parasitol, 94 : 27 (2000) 오카야마 1개월령미만 41/66 (62.1) 板倉ら : 日獣会誌,38:496(1985), 오카야마 보육소 23/70 (32.9) 福原ら : 日獣会誌,45:574(1992) 전국 1개월령미만 68/2565 (2.7) 農水省畜ン産局 : 家畜 1 衛生週報,2480(1997) 1개월령이상 39/2,437 (1.6) ( 돼지 ) 전국 1개월령미만 18/1,449 (1.2) 農水省畜ン産局 : 家畜衛生週報,2480(1997) 1개월령이상 9/1,000 (0.9) 가나가와 1~3개월령 77/232 (33.2) Izumiyama et al : Jpn J Infect Dis, 54:23(2001) 6개월령 1/252 (0.4) ( 개 ) 도쿄 가나가와 1/295 (0.3) 浅野ら : 日獣医師会誌,43:285(1990) 효고 3/217 (1.4) Uga et al : Jpn J Parasitol, 38 : 139 (1989) 오사카 4/48 (8.3) 阿倍スら : 第 70 回日本 8 寄生虫学会,(2001) 이렇게크립토스포리디움에감염된사람이나가축이배출하는과량의난포낭은하수처리장, 축산폐수처리장등에유입되거나토양등을오염시키며처리장으로부터방류되거나빗물에씻겨하천등을오염시킨다. 우리나라하수처리장방류수의원생동물분포현황에대해서는이등 (2000a) 의크립토스포리디움 1~3 oocysts/l ( 평균 0.5 oocysts/l), 지아디아 0~43 cysts/l ( 평균 7.1 cysts/l) 의보고가있었고, 이등 (2006) 은축산폐수처리장방류수에서 280~2100 oocysts/100l 81
정수처리기준선진화연구 의크립토스포리디움을검출하여보고하기도하였다. 유전학적기법을적용해하수처리장방류수나하천수등에서 C. parvum의존재가확인한보고사례도있었다 ( 박등, 2008; 조등, 2006). 그러나우리나라에서는아직까지크립토스포리디움으로인한수인성집단발병사례는보고된바없었다. 미국질병관리본부 (Centers for Disease Control and Prevention, 이하 CDC) 는보고또는확인된수인성크립토스포리디움증사례가실제의수인성발병율이나환자수에비해과소평가된것이라고보는데, 그이유로설사증이있어도병원을찾지않는사람이많고, 병원을찾더라도병원에일상적인크립토스포리디움증진단시스템이갖추어져있지않기때문에병원체가확인되지않는점등을지적하였다. 더욱이크립토스포리디움증의상당한부분이풍토병적형태로존재하는데, 이경우파악하기가더욱힘들다는점도들고있다 (USEPA, 2006). [ 요약 ] 우리나라에서는아직까지크립토스포리디움으로인한수인성집단발병사례가보고된바없지만, 미국, 일본등보다크게다르지않은사람 가축의감염률, 수계등환경에서의난포낭검출보고, 매우강한염소내성등을고려할때, 먹는물에의한크립토스포리디움감염가능성이검토될필요가있다. 2) 노출평가 (Exposure assessment) : 원수의오염정도노출평가는최종처리수즉수돗물의크립토스포리디움함유량과수돗물음용량에의해이루어진다. 그러나최종처리수의크립토스포리디움농도가매우낮기때문에실제리스크평가에활용할만한정량적데이터를얻는것은현실적으로매우어렵다. 2000년부터 10년간분기별로 6 개정수장의처리수를 100L씩채취하여분석한서울시의경우, 총 240점에서한번도난포낭이검출된적이없었다 (Lee et al., 2010). 이러한결과는수돗물의크립토스포리디움량에대한정량데이타를얻으려면훨씬더많은수돗물량을채취해야한다는것을의미한다. 실제많은선행연구들은시료량을 1000L 이상으로늘렸을때크립토스포리디움난포낭이발견된사례를보고하고있다 (Hashimoto et al., 2002; WHO, 2009) 또한미국이나네델란드와같이연간감염확률의허용수준을 10-4 로설정할경우에는, 수돗물 30m3에포함된크립토스포리디움난포낭수가 1개이하인수질을확보하여야하는데 (Haas et al., 1996), 이때상시 30m3중에난포낭이 1개이하임을확인한다는것은현실적으로불가능하다. 따라서많은경우먹는물의크립토스포리디움노출평가는처리수대신원수의농도와정수장에서의제거정도로부터처리수의함유량을추정하는간접적인방법을사용한다. 이러한간접적인방법은위해평가에이어지는위해관리 (Risk management) 단계에서현실적으로관리될수있는부분이원수변경이나처리공정개선등이라는점에서도더욱유효하다. 우리나라상수원수의크립토스포리디움오염실태에대해서는 1999 년부터개별수계에대한 조사결과들이간헐적으로보고되었지만, 전국적인오염수준을볼수있는데이터는 2004 년원생 82
Ⅲ. 연구결과및고찰 동물표준시험법및원생동물검사기관지정제도도입직후실시된시설용량 5만m3 / 일이상의대규모정수장대상조사뿐이다. 이조사사업에는 2004년 4/4분기부터 2007년 4/4분기까지, 총 97개소의정수장, 구체적으로한강수계 45개, 낙동강수계 28개, 금강수계 14개및섬진강수계 10개의정수장이참여하였다. 시료는 2년동안분기별 1회씩, 취수원별로 8개의시료가채취되어크립토스포리디움과지아디아외에탁도, 총대장균군, 분원성대장균군등이함께분석되었다. 분석방법으로는미국의 1623 Method와유사한원생동물표준시험방법이사용되었고시료분석은서울시상수도연구원, 수자원공사수돗물분석연구센터, 부산시수질연구소, 대구시수질연구소의 4개기관이담당하였다 ( 박등, 2010). Table 3-19. 우리나라 5 만m3 / 일이상정수장원수의크립토스포리디움조사결과 ( 04 07) 조사된정수장수 1 개이상의양성시료가발견된정수장수 (%) 정수장별평균 평균중위수 90 퍼센타일 전체 97 34(35%) 0.11 0.00 0.30 하천수 35 16(46%) 0.19 0.00 0.50 호소수 62 18(29%) 0.05 0.00 0.13 조사결과채취된시료총 776건중 54개시료에서크립토스포리디움이검출되었으며 ( 검출률 7.0%) 검출농도평균은 0.11 oocysts/10l이었다. 97개정수장별로보면, 크립토스포리디움양성시료가 1개이상발견된정수장은 35% 로, 미국의 ICRSS 조사의 85% 보다낮았다 (Table 3-19). 수계별로는 4대강중에서는한강이가장높은검출빈도 ( 크립토스포리디움 9.2%) 를나타내었고낙동강이 7.1% 로다음으로높았다. 4대강이외에검출빈도 (50%) 와농도 (0~7 oocysts/10l) 가다소높은하천도있었다. 일반적으로정량적미생물위해평가에서는위해도추정시산술평균을사용한다. 97개정수장별산술평균의분포는많은불검출데이타로인해왼쪽으로치우친특징을보였으며, 가장높은평균은 1.875 oocysts/10l이었다 (Fig. 3-25). 83
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-25. 우리나라 5 만m3 / 일이상정수장원수의크립토스포리디움평균농도의분포 그러나이러한대규모정수장에대한전국분포실태조사결과이외에, 그동안이루어진선행연구결과들은몇가지시사점을제공한다. Jung et al.(2006) 의조사에서는크립토스포리디움양성검출율이한강 20%, 금강 20%, 낙동강 10%, 영산강 0% 로보고된바있고, 낙동강수계의여러지점을조사하여연평균 5~95 oocysts/20l의크립토스포리디움을검출한사례 (Kim et al., 2006) 도있었다. 또한 1년간매월조사하여크립토스포리디움 58.3% 의양성검출율과 0~6 oocysts/10l의검출농도범위를보이는소하천도있었다 ( 이등, 2000b). 또한장기간에걸친원생동물분포실태조사로써, 2000년부터 10년간팔당댐및그하류의한강수계 6개취수원을대상으로분기마다시료를채취해크립토스포리디움을분석한연구에서는총양성검출률 22.5% 과산술평균 0.65 oocysts/10l을보고하였는데 (Lee et al., 2010), 이때취수원별검출률은 12.5~32.5% 이었으나, 평균농도는 0.20~1.73 oocysts/10l로다양하였으며최대검출농도도 3~22 oocysts/10l로지점에따라큰차이를보였다. 장기간에걸친조사를통해년도별추이도볼수있었는데, 연도별로검출농도와분포에다소차이가있으며, 특히최대검출농도가난포낭 10개를초과하는사례도관찰된점은배출원이되는사람또는가축의감염상황등에따라오염정도가크게변화할수있음을시사한다 (Fig. 3-26). 84
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-26. 한강수계크립토스포리디움연간분포 (2000 2009) : 평균, * 평균보다높은측정치, 1 사분위수와 3 사분위수의범위 (Ref. Lee et al. 2010) 이러한결과들을종합하면, 우리나라상수원수의크립토스포리디움수준은일본과유사하게 10 0 ~10 1 oocysts/10l의범위로, 지점과시기에따라다소차이가있지만하천수가호소수에비해보다높은농도를보인다고정리할수있겠다. 그러나도시지역보다농촌지역사람의크립토스포리디움감염률이높고지역별로감염률의차이가매우크며감염된송아지등가축의존재등도고려한다면, 중소규모정수장이나마을상수도, 소규모급수시설등에서의원수의크립토스포리디움오염수준이향후정확하게파악되어야만우리나라상수원수전반에대한종합적인이해가가능할것이다. 한편, 이들실태조사에사용된분석방법의한계도검토되어야한다. 대부분의분포연구에서사용된 1623방법 (USEPA, 1999) 또는우리나라의원생동물표준시험방법은면역형광항체법 (Immunofluorescence Assay) 에기초하며최종형광DIC현미경으로관찰하여계수하므로살아있는지 (viability) 와감염성 (infectivity) 을정확히알수없다. 또한면역자기분리법 (Immunomagnetic Separation) 을정제과정에도입해전처리과정에서의손실이많이줄어들긴했지만아직까지도회수율이 100% 에훨씬못미치며, 분석자의숙련도에따라크게달라질수있다는한계점을갖고있다. 시설용량 5만m3 / 일이상정수장에대한전국분포실태조사에서는회수율에관한정보가언급되지않아정확한수치를알수없다. 다만, 한실험실에서 3년간의수계분포실태조사를수행하면서 Matrix spike test를병행하여평균 46% 의회수율 ( 범위 13~73%) 를보고한사례가있으며 ( 이등, 2003), 역시같은실험실에서 10년평균회수율이 42%( 상대표준편차 37%) 라는보고가있었다 (Lee et al., 2010). 이는미국의전국분포실태조사 (Information Collection Rule Supplement Survey) 에참여한 6개기관이공동시험하여얻은결과인평균 85
정수처리기준선진화연구 회수율 43%( 상대표준편차 47%) 와크게다르지않은결과이다. 이로부터이방법에의해얻어진크립토스포리디움데이터는회수율에의한보정즉상향조정이필요하다고할수있다. 반면에, 활성이나감염성을잃은난포낭까지검출되는한계점으로인해, 크립토스포리디움데이터는음의보정즉하향조정될필요가있다. 1623방법과 CC-PCR(Cell Culture - Polymerase Chain Reaction) 방법을병행적용한 LeChevallier et al.(2003) 은 1623방법에의해난포낭이검출된원수시료 60개중 22개가 CC-PCR 양성이었다고보고하였다. 마지막으로분기별로 1회씩, 총 8회수집된 5만m3 / 일이상정수장의데이터를리스크평가에적용할경우, 어떤통계치를사용할것인지에대한문제가남는다. 미국의장기2단계지표수처리법에서는처리기준결정을위한원수오염도평가시적어도 24개이상의데이터가수집되어야의음성율과의양성율을적정수준이하로낮출수있다고보았다. 예를들어, 8개나 12개정도의데이터가수집되는경우의음성율을 5% 이하로낮추기위해서는원수오염도분류시 8개데이터중최대값또는두번째최대값을적용해야한다. 하지만이럴경우의양성율이 50~70% 까지상승해원수오염도를과대평가할가능성이그만큼커지는것으로나타났다. 아울러시료수가 24개일경우에도 MRAA(Maximum Running Annual Average) 를적용함으로써의음성율을적정수준으로낮추어야하며, 산술평균값을적용하려면적어도시료수가 48개이상이어야한다고지적하였다 (USEPA 2006). 실제로동일한지점 6개소에대해 2년간매월조사와분기별조사를병행실시하여 8점의산술평균과 24점의산술평균, 24점의 MRAA를비교한결과, 대체로 24점의산술평균이 8점의산술평균과높았고, 24점의 MRAA은 8점의산술평균의 1~2배까지높게계산되었다 ( 조등, 2008). 그러나 8점의최대값을적용할경우에는최대 5배까지도높게추정될수있다. 따라서본연구에서는 5만m3 / 일이하정수장에대한리스크평가에서는우선 8점의산술평균을적용하고최종해석시과소평가의한계점을고려하고자한다. 또한향후원수의크립토스포리디움실태조사에서는이러한한계점이보완될수있도록설계될필요가있다고여겨진다. 따라서미국의장기2단계강화지표수처리법제정과정에서는회수율에의한상향보정과활성에의한하향보정이대체로비슷할것으로간주하고아무런보정없이원데이터를그대로위해평가에사용하였다. 본연구에서도이와같은이유로, 5만m3 / 일이상정수장에대한전국실태조사데이터를그대로리스크평가에적용하며, 통계치는산술평균을적용하였다. 86
Ⅲ. 연구결과및고찰 [ 요약 ] 수돗물에의한크립토스포리디움노출평가는원수농도와정수처리에의한제거정도에기초해수돗물의크립토스포리디움함유량을추정하며, 이때원수농도는시설용량 5만m3 / 일이상의정수장 97개소를대상으로 2년간 8점의원수시료를분석한전국분포실태조사데이터를사용하되, 회수율이나활성여부에상관없이원데이터를그대로적용하고통계치는산술평균을사용한다. 3) 노출평가 (Exposure assessment) : 정수처리에의한제거현황현재우리나라정수장에서크립토스포리디움이어느정도제거되고있는지를실제정수장에서실측한연구결과는그리많지않다. 한강상수원을이용하는급속여과실플랜트에서의크립토스포리디움제거율은처리수에서의불검출로인해확정되진못했지만최소 2.0~2.3로그를초과하는것으로확인되었으며이때크립토스포리디움제거지표로써병행분석된탁도제거율은평균 1.5로그 (1.2~1.9 로그 ), 입자수제거율은평균 1.9로그 (1.4~2.3로그), 호기성포자균제거율은평균 2.9로그 (1.9~3.9로그) 이었다 (Lee et al., 2010). 이러한결과는미국의 24개정수장의원수와정수를조사하면서여러가지대체지표를검토한 Niminski and Bellamy (2000) 의보고와유사하다. 이연구에서는크립토스포리디움, 지아디아와함께, 지표세균, 호기성포자, 박테리오파지등이동시분석되었는데, 원수에서는어떤대체지표도발견되지않았고, 정수에서도크립토스포리디움이검출된시료가너무적어정확한대체지표를검토하기어려웠다. 다만이연구에서는정수시료의 85% 에서발견된호기성아포균을가능한대체지표로제안하였는데, 이때정수처리에의한호기성아포균제거율의 median은 2.84로그이었다. 입자수와크립토스포리디움의상관성을검토한보고도있었다 (McTigue et al,, 1998). 이연구에서는미국내정수장 100개소에대한현장조사와파일롯실험을통해입자수와원생동물, 그리고기타다른수질지표와정수장운영상황등을함께검토하였는데, 2μm이상입자수제거율의 median은 2.8로그 ( 범위 0.04~5.5로그 ) 이었으며, 어느정도원수의입자수에영향을받는것으로확인하였다. 그러나원수시료의 77% 에서, 그리고여과수시료의 15% 에서크립토스포리디움이검출되었음에도불구하고크립토스포리디움분석방법의한계와여과수의낮은농도때문에입자수등과의상관성을발견하지못했다. 다만파일럿실험을통해여과과정에서입자수가돌출된시기인 filter ripening 기간등에는크립토스포리디움도누출될가능성이있다고지적하였다. 아울러파일롯연구로부터여과에의한크립토스포리디움및지아디아제거율을 4로그로보고하였다. 한편박등 (2010) 은크립토스포리디움유사체를이용한대규모표준정수처리파일롯플랜트실험을통해 3.3~4.8로그의제거효율을보고하였다 ( 박등, 2010). 이처럼실플랜트에 87
정수처리기준선진화연구 서의제거율보다파일롯플랜트실험에서높은제거율이보고된사례는많이있다. Dugan et al.(2000) 은표준정수처리에의한크립토스포리디움제거율을수질및처리조건에따라평가하였는데, 탁도, 입자수, 호기성포자수와함께분석하여처리지표에대한검토도병행하였다. 14회의소규모파일롯연구와대형플랜트에대한적용시험결과, 최적응집조건일때침전공정에서의크립토스포리디움제거율은 0.6~1.6로그 ( 평균 1.3로그 ) 이었으며, 여과공정제거율은 2.9~4.4로그 ( 평균 3.7로그이상 ) 이었다. 이때호기성포자균, 입자수, 탁도등은모두침전공정에서의제거율과강한상관성을가졌으며, 여과공정에서는다소보수적인제거지표로확인되었다. 그러나응집불량시침전공정에서의제거율은 0.20 로그까지, 여과공정제거율은평균 0.5로그까지감소를보였다. Patania et al.(1999) 는직접여과에서의탁도와크립토스포리디움제거율을고찰하였는데, 정상상태의여과수탁도가 0.2NTU에서 0.05NTU로낮아질경우크립토스포리디움평균제거율은 1.5로그향상되는것으로보고하였다. Emelko et al.(2000) 은여과단계별로크립토스포리디움제거율을비교하였는데, 파일롯플랜트를이용해여과공정운영단계를 4단계로나누어크립토스포리디움과입자제거율을평가하였다. 여과안정단계에서는유출수탁도 0.04 NTU, 크립토스포리디움제거율 4.7~ 5.8로그이었다가초기누출단계에서는탁도가 0.2 NTU까지상승하고크립토스포리디움제거율은 1.7~2.8로그 ( 평균 2.1로그 ) 로감소를보였다. 후기누출단계에이르면유출수탁도는 0.25NTU로시작하여 0.35NTU로종료되고이때크립토스포리디움제거율은평균 1.4로그에불과하였다. 전체적으로여과수탁도가 0.04NTU에서 0.06NTU로증가할경우크립토스포리디움제거율은 3.3로그에서 2.3로그로 1로그정도감소하는것으로보고되었다. 또한처리수의원생동물정도를추정하고정수처리제거특성을연구한보고들도있었다. 우리나라알루미늄계응집제를사용하는표준정수처리실플랜트정수장에서겨울철응집 침전공정을통해지아디아포낭 0.6~1.7로그 ( 평균 1.1로그 ) 및크립토스포리디움난포낭 >1.2~>1.7로그가제거됨을확인하였으며 ( 이등, 2004), 이는다양한응집제를주입한자테스트연구에서도유사하게확인되었다 ( 박등, 2003). 또한한강상수원을이용하는표준정수처리실플랜트에서겨울철여과지역세척수를채취하여분석한결과취수원수에비해약 3배높은지아디아포낭이검출되어, 취수원수의크립토스포리디움오염이있는정수장에서역세척수를재순환하는경우일정한사전침전처리가필요한것으로나타났다 ( 변등, 2005). Huck et al. (2000) 은 2개의파일롯플랜트에서응집조건및효율에따른크립토스포리디움제거정도를연구하였다. 최적조건에서과량의응집제를주입하였을경우에는여과까지의크립토스포리디움제거율 (median) 이 5.6로그이었으며소량의응집제주입시에는 3로그이었다. 그러나최적화되지못한응집조건에서는탁도가 0.2NTU에서 0.3NTU로상승하면 88
Ⅲ. 연구결과및고찰 서크립토스포리디움제거율 (median) 도각각 3.2로그 ( 과량 ) 와 1로그 ( 소량 ) 로떨어졌다. 응집이실패한경우에는크립토스포리디움제거율이최저 0.25로그에불과하여, 응집공정이크립토스포리디움제거에있어매우중요함을입증하였다. 미국의 LT2ESWTR 제정시에는이러한연구결과들을바탕으로통합여과수탁도의 95% 이상이 0.3NTU 이하이고개별여과지탁도를연속측정하여 1NTU 이하로유지됨을확인할경우크립토스포리디움이최소 2로그, 평균적으로는 3로그가제거되는것으로인정하였다. 이와비슷하게, WHO(2009) 도최적운영되고있는급속여과공정에서의크립토스포리디움제거율을 2.5로그내외로보았다. 우리나라의경우, 2004년부터지아디아정수처리기준이시설용량 10만m3 / 일이상정수장을대상으로본격시행되면서미국과같은 통합여과수 0.3NTU 기준과개별여과수 1NTU 기준 이적용되기시작하였으며 2010년 7월 5천m3 / 일이하정수장까지적용되기시작하였으므로, 이러한지아디아정수처리기준의탁도기준을만족하는경우크립토스포리디움이최소 2로그, 평균적으로 3로그제거되는것으로간주될수있다고본다. [ 요약 ] 2010년 7월 5천m3 / 일이하정수장까지적용되기시작한여과수탁도기준 ( 통합여과수 0.3NTU 이하, 개별여과수탁도연속모니터링및 1NTU 이하 ) 을만족하는정수장은여과방식에상관없이크립토스포리디움이최소 2로그, 평균적으로 3로그제거되고있는것으로보고, 평균제거율을적용하여처리수의크립토스포리디움농도를추정하였다. 4) 노출평가 (Exposure assessment) : 수돗물음용량노출평가에있어또다른중요한인자는수돗물음용량이다. 60 C 이상으로물을끓이면난포낭은쉽게불활성화되므로, 음용량을평가할때는 끓이지않은수돗물 만을고려하여야한다. 10개의난포낭이함유된물을 72 C로 15초간끓인후 177마리의마우스에주입실험한결과감염이전혀관찰되지않았다는보고가있다. 우리나라에서는커피, 차, 요리의용도외에수돗물불신때문에끓인물을음용하는경우도있지만, 본연구에서는끓이지않고도미생물학적안전성이충분히확보되는수질을목표하므로, 이를냉수를직접음용하는경우를기준으로음용량을고려하였다. 이때수돗물을직접마시는것외에얼음이나음료수조제, 음식조리에사용되는경우도고려되어야한다. 최초의위해평가에서는하루평균 2L의음용량을적용하였다 (Regli et al, 1991). USEPA 는지아디아및바이러스정수처리기준도입을위한위해도평가에서 1일음용량을 2L로가정하였다. 이후 Rose et al.(1997) 도크립토스포리디움위해평가시 1일음용량을 1.948L로가정하였다. 그러나이는냉수음용량만을고려한것이아니었다. 89
정수처리기준선진화연구 또한음용량은연령대나성별, 신체상태에따라달라질수있다. Roseberry와 Burmaster (1992) 이실시한미국에서의음용량조사에서는연령에따라증가하는경향즉나이든사람일수록수돗물을더많이소비하는경향을밝혔다. 1세미만은 0.323 L/day, 1~11세 0.701 L/day, 11~20세 0.907 L/day로전체평균인 1.108 L/day보다작았으나, 20~65세은 1.265 L/day, 65세이상은 1.341 L/day로평균보다높았다. 그러나이조사에서는끓인물의소비량까지모두포함되었다. 또한 Ershow et al. (1991) 은한조사에서 2L 이상소비하는사람은대체로임신중인여성 (15%) 이라고제시했다. 임신중인여성과나이든사람들은수인성병원성균으로인해심각한위장병에걸리거나사망할리스크가큰민감한집단이다. 이처럼하루물음용량데이터가갖는큰민감도와변이성 (Variability) 를고려하여, 최근에는적절한음용량분포 (dirstribution) 을적용하여몬테카를로시뮬레이션기법과결합된확률론적방법 (Probabilistic approach) 으로리스크의범위를도출하는경우가있다. 점추정 (point estimate) 으로건강리스크를추정할때에도어떤통계치를적용하는가가문제가될수있다. 미국의 LT2ESWTR Proposed Rule에서는크립토스포리디움리스크평가시 USDA s 1994-96 Continuing Survey of Food Intakes by Individual 의결과인 1인하루음용량평균 1.2 L/day (90th 퍼센타일 2.4 L/day) 을적용하였으나, Final Rule에서는이보다낮은중위수 1.07 L/day를리스크평가에활용하였다. 우리나라에서는커피, 차등의형태로먹는물을음용하는경우가많고그외에수돗물불신때문에끓인물을음용하는경우도있는것이사실이지만, 본연구에서는끓이지않고도미생물학적안전성이충분히확보되는수질을목표로하므로, 냉수의음용량을리스크평가에적용함이타당하다고본다. 그러나현재우리나라에서수돗물음용량만을별도로조사한보고가전무하므로, 본연구에서는냉수음용량을조사한 Robertson et al.(2002) 의호주멜버른연구데이터를적용하였다 (Figure 3-27). 멜버른파일롯연구에서는 1인당하루평균냉수 3.49 glasses (0.25 L/glass) 를마시는것으로보고 1인1일냉수음용량을평균 0.8725 L/day로제안했다. 90
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-27. 수돗물사용량에대한호주 Melbourne pilot study (Robertson et al. 2002) 네델란드의한수도회사는네델란드음용수지침의 10-4 리스크기준의만족여부를평가 하기위한 QMRA 에서이러한 Melbourne 연구결과를활용한바있다 (Mons et al., 2007). [ 요약 ] 노출평가의중요인자중하나인 1인 1일수돗물음용량은끓인물을제외한냉수만을고려하며, 우리나라사람의냉수음용량자료가확보되어있지않으므로호주멜버른연구결과를인용하여 1인수돗물음용량의평균값 0.8725 L/day를적용한다. 5) 용량반응평가 (dose-response assessment) 크립토스포리디움증의잠복기는대략 7일 (1~14일) 이고질병기간은 19~22일정도인데최대 100~120일도있지만평균 6~9일정도이다. 가장뚜렷한증상은물설사이고가끔점액성설사, 심하면혈변이나오지만드물다. 다른증상으로는메스꺼움, 위경련, 구토, 피로감, 식욕저하, 고열이있을수있다. 보통병원성미생물에의한감염또는발병은병원체와숙주, 두요인에의한함수이다. 병원체도분리주에따라다양한감염력을보이지만, 동일한병원성미생물에노출되더라도숙주즉사람의특성에따라감염여부나발병여부가달라진다. 각사람의유전적인특징, 면역내성, 특정환경에의노출경험등에따라병원성미생물에대한민감성이다르다. 또한연령도병원성미생물의민감성에있어중요한요소이다. 크립토스포리디움증은연령이어릴수록일반적인질병이다. 비위생적인습성이나장관계의미성숙한상태등이그원인이될수있다. 면역력이약화된환자나면역결핍환자는크립토스포리디움감염에특히매우취약하다. 용량반응관계는사람이섭취한크립토스포리디움난포낭의수와이에의한감염확률의 91
정수처리기준선진화연구 관계를나타낸것이다. 이러한양관계는 Volunteer studies 즉건강한자원자들에게다양한량의난포낭을주입한후 ( dose") 감염또는발병여부를평가하는 ( response) 연구에의해얻어질수있다 (Table 3-20). 최초의크립토스포리디움사람감염실험은 DuPont et al.(1995) 에의해보고되었는데, 이때사용된난포낭은 IOWA 분리주 " 이었다. 자원자를선발하기전먼저크립토스포리디움항체보유여부를검사하여어떤질병이나면역결핍증세 (immunodeficiency) 도없는사람을선정하였다. 감염리스크가높은영유아나노인, 면역결핍환자등과접촉한경험이있는대상들도제외하였다. 8시간의금식이후, 각각의자원자들에게는일정개수의난포낭이들어있는젤라틴캡슐이제공되었고, 이를먹은대상자들은매일신체검사와배변검사가 14일동안집중적으로시행되었다. 이후일주일에 3번정도의관찰이다시 4주간지속되었다. 이러한실험결과 IOWA strain에의한 ID 50 은 132개이었으며, 난포낭 1개에의한감염확률은 0.53% 로매우낮았다. 이때의용량반응식은지수모델이적합하였으며다음식으로공식화되었다. P i = 1 - exp(-rn) Pi : 일일감염확률, r : 0.00467, N: 하루음용량에의한난포낭수 그러나이후추가된 TAMU 분리주 는 IOWA 분리주 보다감염력이훨씬높아 ID 50 이 12.1 난포낭, 1개의난포낭에의한감염확률이 2.8% 이었다. 반대로 UCP분리주 는 IOWA 분리주 보다감염력이약한것으로나타났다. 당초 USEPA는 LT2ESWTR Proposed Rule 에서 TAMU실험결과를적용해 1개난포낭에의한감염확률을 2.8% 로하여연간감염리스크를추정하였다. 92
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-20. 건강한성인자원자들에대한크립토스포리디움주입실험결과 그러나크립토스포리디움의감염력의범위가매우넓고다양한것으로확인됨에따라, 이후 3회의사람감염연구를추가실시한후총 6회의사람감염연구결과를종합하여크립토스포리디움의감염력에대한새로운결론을도출하였다. 이때 1개의감염성난포낭에의한감염확률은 4~16% 범위로평균 9% 이었으며, 이러한결과가 LT2ESWTR 제정을위한정량적미생물위해평가에그대로적용되었다. 우리나라사람의크립토스포리디움에대한민감도가이러한미국의결과와다를가능성이있지만, 우리나라사람의크립토스포리디움감염률이미국보다크게낮지않은것으로추정되며, 우리나라사람에대한용량반응모델이마련되어있지않아미국 LT2ESWTR 제정시에적용되었던용량반응모델을본연구에도그대로적용하였다. [ 요약 ] 우리나라사람에특이적인용량반응모델이마련되어있지않으므로, 지금까지수행된사람감염연구결과들을종합하여미국 LT2ESWTR 제정시활용되었던용량반응평가자료즉크립토스포리디움난포낭 1개섭취시감염확률 4~ 16% ( 평균 9%) 자료를그대로적용한다. 6) 위해특성평가 (Risk characterization) 우리나라 5만m3 / 일이상정수장의크립토스포리디움분포현황에기초한노출평가와용량반응평가자료들을종합하여 1일감염리스크 (Daily Risk, DR) 을추정하고, 연간노출기간즉수돗물음용기간을 365일로가정하여최종적으로연간감염리스크 (Annual Risk, AR) 을 93
정수처리기준선진화연구 산출하였다. 리스크추정에사용된리스크평가의주요인자들을요약하면아래와같다 (Table 3-21). Table 3-21. 우리나라정수장처리수의크립토스포리디움연간감염리스크추정 감염확률 ( 난포낭 1 개섭취시 ) = 0.04~0.16 ( 평균 0.09) 원수농도 = 10L 당난포낭수 평균로그제거율 = 3.0 로그가정 ( 현정수처리기준만족시 ) -log제거율처리수 1L당난포낭수 = 원수농도 0.1 10 하루물음용량 = 0.8725 L/day (3.49 glasses of 0.25L) 연간노출기간 ( 공공상수도의경우 ) = 365 일가정 1 일감염리스크 (DR) = 0.8725 L/day 1L 당난포낭수 0.09 연간감염리스크 (AR) = 1 - ( 1- DR) 365 2 년간 8 회의원수분석중 1 회이상크립토스포리디움난포낭이검출된적이있는 5 만 m3 / 일이상정수장 34 개소의처리수에대해리스크분석을통해산출된연간감염리스크의 점추정치는 <Table 3-22> 과같다. Table 3-22. 5 만m3 / 일이상정수장처리수의크립토스포리디움연간감염리스크추정결과 원수의크립토스포리디움평균 (oocysts/10l) 해당정수장갯수 4% 로가정할경우 난포낭 1 개섭취시감염확률 9% 로가정할경우 16% 로가정할경우 1.875 1 2.4E-03 5.4E-03 9.5E-03 0.875 1 1.1E-03 2.5E-03 4.4E-03 0.625 2 8.0E-04 1.8E-03 1.8E-03 0.5 5 6.4E-04 1.4E-03 2.5E-03 0.375 1 4.8E-04 1.1E-03 1.9E-03 0.25 5 3.2E-04 7.2E-04 1.3E-03 0.125 19 1.6E-04 3.6E-04 6.4E-04 연간감염리스크의허용수준을 10-4 로볼경우에는, 난포낭 1개의감염확률을 9% 로가정할때원수의크립토스포리디움평균이 0.375 oocysts/10l 이상이면허용수준보다높은리스크를갖는것으로추정되었다. 난포낭 1개의감염확률을최대로볼때는 0.25 oocysts/10l 이상에서도 10-3 수준으로리스크가높아졌으며, 평균 0.875 oocysts/10l의원수를사용할 94
Ⅲ. 연구결과및고찰 때는난포낭 1개의감염확률을가장낮은 4% 로가정하더라도 10-3 수준의리스크를갖는것으로나타났다. 평균적으로볼때 5만m3 / 일이상정수장중약 10% 가 10-3 수준의리스크를갖는것으로추정되었는데, 리스크평가시 8점의산술평균을적용함으로써원수의크립토스포리디움수준이다소과소평가되었음을감안하더라도 10-4 리스크를벗어나는정수장은 20% 미만일것으로추정된다. 이러한결과는현재의우리나라정수처리기준을만족하고있는정수장즉여과시스템의최적관리를통해통합여과수탁도를 0.3NTU 이하로유지하고개별여과지탁도를연속모니터링하면서어떤여과지도 1NTU를초과하지않도록유지하고있는우리나라정수장의상당부분은연간감염리스크 10-4 을이미달성하고있다는것을의미한다. 그러나 10-3 수준의리스크를갖는일부정수장에대해서는크립토스포리디움제거율을보다높일필요가있다고하겠다. 또한크립토스포리디움에의한연간감염리스크를보다정확히추정하기위해서는원수의평균적오염수준을파악하는데좀더많은샘플수가기초가되어야할것으로판단된다. 크립토스포리디움은난포낭 1개섭취시감염확률이 4~16% 일정도로감염력이매우강하다. 따라서샘플수가 8개일경우 1개의난포낭만검출되어도평균 0.125 oocysts/10l로계산되어연간감염리스크가 10-4 를초과하게되지만, 반면 8회모두불검출되면리스크가없는것으로되어, 리스크가실제보다과대평가되거나과소평가될가능성이높다 (USEPA, 2005) 는점을보여준다. 3.2.1.3 10-4 에기초한크립토스포리디움목표제거율 리스크평가는리스크관리 (Risk Management) 의과학적기초가된다. 물론리스크관리에는과학적근거이외에정책적인또는경제적인측면등이다양하게고려되어야하며경우에따라서이러한측면들이더크게영향을미칠수도있다. 그러나상수도수질관리의일차적목표인 안전한먹는물의확보 를위해서는건강리스크평가결과는리스크관리의첫출발점이되어야한다. 먹는물의크립토스포리디움리스크관리에서가장먼저검토되어야할것은허용리스크를얼마로할것인가하는문제이다. 미생물에의한건강리스크를표현하는데는대부분먹는물로인한감염확률, 즉연간감염리스크를사용한다. 미국과네델란드에서는수질법규제정시먹는물의병원성미생물로인한연간감염리스크의허용수준을 10-4 로명시하였으며, 많은연구자들또한이를기준으로미생물학적안전성을평가해왔다. 물론 10-4 는지나치게엄격하며통상 10-2 수준이달성될수있도록시설설계및유지관리를하면 10-4 수준이대략확보될수있다는주장도있다 ( 金字光美, 2002). 95
정수처리기준선진화연구 이에대해서는정책적인판단과사회적인합의가필요하겠으나, 기존의우리나라바이러스및지아디아정수처리기준이 10-4 리스크를기준으로하였고크립토스포리디움에대해서도이와동일한수질안전성이확보되어야한다는차원에서 10-4 리스크를수질목표로가정하고자한다. 다음으로모든정수장에대해크립토스포리디움에의한건강리스크를 10-4 수준으로낮추기위해서는세가지측면에서의관리즉원수수질관리, 정수장에서의관리그리고배급수과정에서의오염관리가있을수있다. 그간의많은수인성집단질병이취수원주변에방목장이나하수처리장등분변오염원이존재하고여기에강우나가뭄등의비정상적인기후조건이결합되어원수의크립토스포리디움농도급상승을초래함으로써발생되었다는사실에주목할필요가있다. 또한일본히라츠카시복합빌딩에서의크립토스포리디움집단발병사고는배급수계통에서 2차오염을예방하기위한수질관리가매우중요함을보여준다. 그러나본연구에서는정수장에서의수질관리즉정수처리에서의크립토스포리디움제거를통해서만목표수질을달성할수있다고가정하였다. 리스크관리의목표를모든정수장에대해크립토스포리디움에의한건강리스크를 10-4 수준으로확보하는것으로설정하고, <Table 3-21> 의과정에따라원수농도및정수처리제거율별연간감염리스크를산출한결과는 <Fig. 3-28> 과같다. 원수농도가 1 oocyst/10l인경우정수장에서평균 3로그를제거하면연간감염확률이 0.0013~0.0051 ( 즉 10000명당 13~51명감염가능성 ) 로추정되며 1로그를추가로제거할경우연간리스크는 10000명당 1~5명으로낮아진다. 원수농도가 0.1 oocysts/10l인경우 3 로그만제거하더라도 10-4 리스크수준을얻을수있으며, 반면 10 oocysts/10l의원수일경우에는정수처리를통해총 5로그를제거해야만이와유사한리스크수준을달성하는것으로추정되었다. 따라서현재활용가능한전국조사데이터인 5만m3 / 일이상정수장분포실태조사결과와선행연구보고에기초할때우리나라취수원수의크립토스포리디움오염수준이대략 10L당 10 0 ~110 1 수준으로추정되므로, 정수장에서의크립토스포리디움목표제거율은원수농도에따라 3~5로그의평균제거율이적합하다고판단된다. 이를우리나라의바이러스및지아디아정수처리기준의목표제거율과동일하게최소제거율로나타낼경우, 크립토스포리디움목표제거율은 2~4로그의최소제거율로표현될수있다. 96
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-28. 우리나라원수의크립토스포리디움농도별연간감염리스크 이때우리나라의지아디아정수처리기준의여과시설별탁도기준 (Table 3-23) 을만족할경우, 크립토스포리디움난포낭은최소 2로그가제거되는것으로인정한다. 이를 정수처리기준등에관한규정 ( 환경부고시제2008-60호 ) 의 [ 별표 2] 에반영하면 <Table 3-24> 과같이개정되어야한다. 이러한개정을통해 2011년 5월 26일부터시행예정인수도법시행령제48조 ( 정수처리기준등 ) 의 크립토스포리디움난포낭 99% 이상제거의무 조항에대한일차적인대응조치가이루어질수있을것이다. 97
정수처리기준선진화연구 Table 3-23. 여과시설종류별탁도기준 ( 정수처리기준등에관한규정, [ 별표 1]) 탁도기준 적용대상시설 정수장시설용량 적용시기 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과 지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 4 시간간격으로 1 일 6 회이상 5,000 m3 / 일 2002.8.1 - 기준 : 연속측정된 6 개시료의평균값이 0.5NTU 를 이상 부터 초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것. 급속 직접 완속여과 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과 시설 지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 12 시간간격으로 1 일 2 회이상 5,000 m3 / 일 - 기준 : 연속측정된 2개시료의평균값이 0.5NTU를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값 미만 이 1.0NTU 를초과하지아니할것. 100,000 m3 / 일 2004.7.1 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과 이상 부터 지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 4시간간격으로 1일 6회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.3NTU를 급속 직접 50,000m3 / 일이상 100,000m3 / 일미만 2005.7.1 부터 초과하지아니하고, 각각의시료에 대한 측정값 이 1.0NTU를초과하지아니할것. - 다만, 감시는연속측정장치를사용하여매 15분간격 여과시설 5,000m3 / 일이상 5 0,000m3 / 일미만 2007.1.1 부터 으로개별여과지에대하여실시하되측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것 5,000 m3 / 일미만 2010.7.1 부터 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 4시간간격으로 1일 6회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.5NTU를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU를초과하지아니할것. - 다만, 감시는연속측정장치를사용하여매 15분간격 완속여과시설 100,000m3 / 일이상 50,000m3 / 일이상 100,000m3 / 일미만 5,000m3 / 일이상 5 0,000m3 / 일미만 2004.7.1 부터 2005.7.1 부터 2007.1.1 부터 으로개별여과지에대하여실시하되측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것 5,000 m3 / 일미만 2010.7.1 부터 98
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-24. 여과에의한병원성미생물별제거율 여과방식 목표제거율 바이러스지아디아포낭크립토스포리디움난포낭 급속여과 99% (2 log) 99.68% (2.5 log) 99% (2 log) 완속여과 99% (2 log) 99% (2 log) 99% (2 log) 직접여과 90% (1 log) 99% (2 log) 99% (2 log) 정밀여과 (MF) 68.38% (0.5 log) 99.68% (2.5 log) 99% (2 log) 한외여과 (UF) 99.9% (3.0 log) 99.68% (2.5 log) 99% (2 log) 비고 : 1. Log 불활성화율과 % 제거율은다음식에따라계산된다. % 제거율 = 100 - (100/10 log 제거율 ) 2. 정밀여과및한외여과의바이러스제거율은막모듈및시설에대한 평가절차마련전까지적용한다. 3.2.2 크립토스포리디움추가제거가필요한크립토스포리디움농도범위설정 3.2.2.1 크립토스포리디움추가제거율설정 크립토스포리디움추가제거율을결정짓는원수의크립토스포리디움농도범위를구체적으로확정하기위해서는경제성분석 (Economic Analysis) 이필요하다. 미국의 LT2ESWTR 제정과정에서는원수농도범위와추가제거율의조합 (combination) 이각기다른 4가지의안에대해비용편익분석이수행되었다. 편익의형태로는구체적인질병감소효과와같은정량적인이익과건강증진효과, 심미적수질개선효과등과같은비정량적인이익이추정되었으며, 비용측면에서는신규처리기술도입등에소요되는비용등이계산되었다. 그결과, 4개의조합 (combination 중 0.75 난포낭 /10L와 10 난포낭 /10L를경계로추가제거율을 1로그씩높여가는방식이편익과비용경제성이모두뛰어난것으로분석되었다 (USEPA, 2005). 이러한선행연구결과를받아들여우리나라에서도여과방식 ( 급속, 완속, 직접, 막여과등 ) 을취하고있는정수장의경우, 원수의크립토스포리디움농도에대해 0.75 난포낭 /10L와 10 난포낭 /10L를경계로목표제거율을 1로그씩높여가는방식을제안한다. 즉우리나라원수의크립토스포리디움농도가 0.75 oocysts/10l 이하인정수장은여과에의한현제거수준인최소제거율 2로그로충분하므로추가제거기준이없다. 원수의크립토스포리디움농도가 0.75 oocysts/10l보다크고 10 oocysts/10l 이하인정수장은 1로그의추가제거율을달성하여야하며 10 oocysts/10l를초과하는경우에는 2로그의추가제거율을달성 99
정수처리기준선진화연구 하도록한다. 다만, 응집제투입후침전공정이없는직접여과방식은급속및완속여과방식 에비해크립토스포리디움제거율이 0.5 로그정도낮으므로추가제거율을각각 1.5 로그와 2.5 로그로한다 (Table 3-25). Table 3-25. 원수의크립토스포리디움난포낭농도별추가제거율 원수의크립토스포리디움평균농도 ( 난포낭 /10L) 추가제거율 급속여과 완속여과 막여과 직접여과 0.75 초과 10 이하 1 로그 1.5 로그 10 초과 2 로그 2.5 로그 3.2.2.2 원수의크립토스포리디움정밀분포실태조사 크립토스포리디움추가제거율을결정하기위해해당원수의크립토스포리디움난포낭의분포를조사하는것을 원수의크립토스포리디움정밀분포실태조사 로명명하였다. 이정밀조사는조사결과에따라많은예산투입이소요되거나반대로수인성감염가능성을높일수있기때문에, 원수의실제수준을과대평가하거나과소평가하지않도록적절하게설계되어야한다. [ 조사방법 ] 크립토스포리디움농도수준을결정하는데있어서는샘플수가매우중요하다. 샘플수가많을수록좋겠지만, 분석비용을고려하여실재를가장잘파악하는데적절한최소샘플수와통계치를결정해야한다. USEPA는 LT2ESWTR 제정과정에서원수의크립토스포리디움데이터해석및적용방법과관련하여다양한모니터링시나리오를가정하고오분류 (misclassification) 의가능성을몬테카를로시뮬레이션기법을이용해분석한바있다. 실제물속의크립토스포리디움농도에근접한다고알려진 5가지모니터링시나리오즉 8 개샘플의최대값, 12개샘플의두번째최대값, 24개샘플의산술평균, 24개샘플의 MRAA, 48개샘플의산술평균이검토되었는데, 이중오분류의가능성이가장낮은것은 48개샘플의산술평균과 24개샘플의 MRAA이었다. 이에따라 LT2ESWTR에서는이두가지를최종모니터링방법으로채택하였다. 24개샘플의산술평균과 12개샘플의두번째최대값, 8개샘플의최대값은과소평가또는과대평가의가능성이높았다. 따라서우리나라원수의크립토스포리디움정밀조사도 2년간매월 2회주기로실시하여총 48개데이터의산술평균을적용하는것이권장되며, 2년간월 1회주기로조사하여총 24개데이터를수집할경우에는 MRAA 즉연속된 12개월평균중의최대값을기준으로추가제거율을결정한다. 100
Ⅲ. 연구결과및고찰 조사항목은크립토스포리디움과함께, 지아디아, 총대장균군, 분원성대장군군또는대장균, 탁도, 수온, ph 등으로한다. 한편조사중원수에서크립토스포리디움난포낭이 10 oocysts/10l 이상검출되는경우에는현정수처리기준을만족하는정수장에서도정수 100L에난포낭이잔류될수있음을의미하므로, 가능한신속하게정수에대한검사도개시하여안전성을점검하도록하고적어도 3회이상정수에서불검출됨을확인하도록한다. [ 조사절차 ] 원수의크립토스포리디움정밀조사를실시하고자하는정수장은조사개시전 1년이내에조사계획을제출하고, 2년이내에조사를완료하며, 조사결과에따른조치계획등을포함하는결과보고서를조사완료후 6개월이내에제출한후, 추가제거율이요구될경우조사완료후 3년이내에이를달성하도록한다. 이처럼조사계획수립 정밀조사 대책수립 대책추진의 4단계로시행할경우정수장별로약 6년정도가소요될것이다. 특히조사계획에는채수지점, 채수예정일자, 분석기관등이포함되어야하는데, 이때채수일자는반드시일정간격이유지되도록배열되어야한다. 일정간격의시료채수는실제원수의크립토스포리디움농도를파악하기위한수질조사에있어매우중요하다. 채수는예정된일자의직전 2일이내또는직후 2일이내에실시되도록하고지연될경우그사유를분명히하도록하는것이바람직하다. [ 조사일정 ] 원수의크립토스포리디움정밀조사는시설용량에따라단계적으로실시할것을제안한다. 시설용량 10만m3 / 일이상정수장이가장먼저 6년간의크립토스포리디움조사및대책을추진하고, 시설용량 5만m3 / 일이상 10만m3 / 일미만정수장은 10만m3 / 일이상정수장에비해 2년늦게, 시설용량 1만m3 / 일이상 5만m3 / 일정수장은이보다 2년늦게, 5천m3 / 일이상 1만m3 / 일미만정수장은이보다 2년늦게, 5천m3 / 일미만정수장은이보다 2년늦게순차적으로추진하도록하면, 시행과정에서예상되는어려움들이완화될수있을것이다. 이와같은방법으로추진할경우, 원수의크립토스포리디움정밀조사가완료되는데 10년이소요되며, 5천m3 / 일의정수장까지크립토스포리디움대책이완료되는데는 14년이소요될것이다. 크립토스포리디움정수처리기준시행년도를 2012년으로가정할경우의정수장시설용량별추진일정을 <Table 3-26> 에요약하였다. 101
정수처리기준선진화연구 102
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-27. 우리나라가동정수장의규모별현황 (2009.12.30 기준, 환경부먹는물수질관리지침 ) 시설용량 ( m3 ) 시 도별 계 10만이상 10만~5만 5만~1만 1만~5천 5천미만 계 504 62 39 89 46 268 서울 6 6 부산 4 3 1 대구 5 3 1 1 인천 6 4 2 광주 4 2 2 대전 3 3 울산 3 2 1 경기 41 10 10 13 2 6 강원 85 1 4 11 12 57 충북 28 2 6 1 19 충남 18 5 3 10 전북 22 1 3 4 14 전남 89 2 2 4 8 73 경북 89 5 16 13 55 경남 50 4 5 7 2 32 제주 16 16 수공 35 22 6 7 현재우리나라의가동정수장은 2009.12.31을기준으로볼때, 총 504개소로, 이중시설용량 10만m3 / 일이상정수장이 62개소, 5만~10만m3 / 일은 39개소, 1만~5만m3 / 일은 89개소, 5천~1만m3 / 일은 46개소이고, 5천m3 / 일이하가 268개소로시설수에서가장큰비중을차지하고있다 (Table 3-27). 3.2.2.3 주기적인원수수질조사및목표제거율재설정 크립토스포리디움정수처리기준은원수농도에따라제거목표가달라지기때문에주기적 으로원수의크립토스포리디움오염수준을조사하여정수처리의적합성을평가하고필요 할경우목표제거율을재설정하여야한다. 현재미국의 6 년마다모든정수장에대해원수 103
정수처리기준선진화연구 재평가및목표제거율재설정을수행하도록하고있다. 본연구에서는원수의크립토스포리디움정밀조사의재실시및목표제거율재설정의주기를 10년으로제안한다. 크립토스포리디움대책은많은비용이수반될수있으므로, 수도법제4조에따른수도정비기본계획수립주기와동일하게 10년마다원수의크립토스포리디움정밀분포조사를실시하여, 필요할경우정수처리공정개선이나신규공정도입등을수도정비기본계획에반영토록하는것이바람직하다. 그러나이미추가제거율 2로그 ( 급속 완속여과방식 ) 또는 2.5로그 ( 직접여과방식 ) 를달성한정수장은더이상의재조사가필요하지않으므로이를면제하는것이타당하다고판단된다. 3.2.2.4 원수의크립토스포리디움정밀분포실태조사제외대상 이미크립토스포리디움추가제거율 2로그 ( 직접여과의경우에는 2.5로그 ) 를달성하거나 6 년이내에달성하고자하는정수장은원수의크립토스포리디움정밀분포조사에서제외될수있다고본다. 이러한정수장은추가제거율 2로그를기달성하고있음을입증하는자료나추가제거율 2로그를달성할계획을환경부에제출하면될것이다. 그러나크립토스포리디움은최종처리수의미생물학적안전성정도를가늠하는가장효율적인지표가되므로, 추가제거율 2로그를달성하고있더라도주기적으로원수의크립토스포리디움정밀분포조사를통해이와관련된정수처리의적절성을평가하는것이권장된다. 또한원수의크립토스포리디움농도가 0.75 oocysts/10l 이하인정수장은이미 10-4 리스크달성에필요한만큼크립토스포리디움을제거하고있기때문에결과적으로정밀조사가실시되지않아도된다. 따라서원수의크립토스포리디움을직접분석하지않고오염정도를보다쉽게예측할수있는지표가있다면, 적어도추가제거여부를쉽게평가할수있는지표가있다면, 크립토스포리디움관리및제어가한결용이해질수있을것이다. 더욱이크립토스포리디움분석이소요시간이길고고비용이며매우난이도가높은기술이면서도한편으로는변이성이매우높고현미경관찰시주관성을완전히배제하기어렵다는여러가지분석방법적한계때문에대체지표에대한요구는더욱높다. WHO(2009) 는난포낭의평균적수준이수계의분변오염수준에대한정보로부터대략적으로추정될수있다고보고, 수역주변의주거및농업활동정도와오염원특성, 대장균과같은분변오염지표세균의농도로부터크립토스포리디움의대략적인수준을추정하여제시하였다 (Table 3-28) 104
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-28. 수역의이용특성에기초한크립토스포리디움오염수준추정 (WHO, 2009) 구분위치특성오염원관련특성대장균농도크립토스포리디움 매우청정한수역 주거민및농업활동없음 오염요인없음 1/100mL 미만 0.01/10L 청정한수역 주거지분산, 소규모농업활동 사람과가축의분뇨오염이거의없음 1-10/100mL 0.1/10L 약간오염된수역 마을형성, 대규모농업활동 가축두엄 / 하수등에의한직접적영향없음 10-100/100mL 1/10L 오염된수역 소도시대규모농업활동 직접적인영향이없는하수월류수와농업폐수 100/100mL 10/10L 심하게오염된수역 대도시집약농업활동 하수처리방류수영향 1000/100mL 100/10L 매우심하게오염된수역 대도시대규모집약농업활동 미처리하수와두엄에의한직접적인영향 1000/100mL 이상 1000/10L 이상 그러나실제크립토스포리디움과분변오염지표세균등과의관계를고찰한많은연구에서는유의한관련성을확인, 보고한사례가매우드물다. 캐나다오타와강을중심으로크립토스포리디움등과대장균군등의지표세균간의상관성을검토한 Chauret et al(1995) 은분원성연쇄상구균과크립토스포리디움, 지아디아와대장균파지간의유의성을발견하였을뿐대장균군과분원성대장균군과는관련성을찾지못하였다. 또한相模川水系를대상으로오염지표를고찰한 Hashimoto & Hirata(1998) 은두원생동물모두추정웰시아포균과가장높은상관계수를가짐을확인하였고, 일본전역의실태조사데이터를분석하여일반세균, 분원성연쇄상구균, 호기성아포균, 추정웰시아포균등과지아디아간에유의한상관성을관찰하여보고한연구도있었지만 ( 北澤弘美, 1999), 공통적으로대장균군, 분원성대장균군또는대장균과크립토스포리디움간에는강한관련성을찾지못하였다. 미국의 ICRSS에서도크립토스포리디움과함께총대장균군, 분원성대장균군, 대장균, 탁도도병행분석되었지만, 크립토스포리디움과이들항목간에유의한상관성은전혀관찰되지않았는데, 이는정수장구분없이개별시료에서의항목간관계를평가할때, 절반이상을차지하는크립토스포리디움불검출데이터가영향을끼쳤기때문이다. 따라서 USEPA는개별시료에대해두항목을비교하는방식대신정수장별로두항목의대략적인평균수준을비교하는접근방식을시도하였다. 이는대장균농도가어느정도일때고농도의크립토스포리디움이발견되는지를대략적으로추정하는방식이었다. 그리고이를근거로, 급수인구 10000명이하의정수장에대해서는먼저대장균조사를실시하여대장균평균이 10 CFU/100mL 이상 ( 호소수 ) 이거나 50 CFU/100mL 이상 ( 하천수 ) 일경우에만크립토스포리디움을조사하도록하였다. 이러한농도를 "trigger level" 이라명명하였다. 105
정수처리기준선진화연구 우리나라 5 만m3 / 일이상정수장에대한전국분포실태조사에서도총대장균군과분원성 대장균군이함께분석되었다 (Fig. 3-29). 그러나역시많은불검출데이타로인해크립토스 포리디움과의직접적인상관성은발견되지않았다 ( 박등, 2010). Fig. 3-29. 우리나라 5 만m3 / 일이상정수장원수에서크립토스포리디움및총대장균군 따라서본연구에서도각정수장별로두항목의대략적인평균수준을비교하는접근방식을시도하였다. 시설용량 5만m3 / 일정수장전국실태조사시수집된분원성대장균군데이터는결측되거나부정확한측정치가많아비교가어려웠기때문에, 총대장균군에대해서만총 89개소 ( 총 97개소중부정확한총대장균군데이터를가진 8개소제외 ) 의크립토스포리디움산술평균과총대장균군산술평균을비교하였다. 그결과, 총대장균군산술평균이 50 density/100ml 이하인정수장에서는 88% 가크립토스포리디움이불검출되었고검출된경우도모두 0.25 oocysts/10l 이하로매우낮았다. 50 density/100l 이상에서도크립토스포리디움이불검출된정수장이있었지만 57% 로비중이감소하였고난포낭이 0.75 oocysts/10l 로높은정수장도관찰되었다. 반면에크립토스포리디움평균 0.375 oocysts/10l 이상인정수장은모두총대장균군농도가 50 density/100ml보다높은경우에만발견되었다 (Fig. 3-30). 다만크립토스포리디움과총대장균군모두각각 8개샘플의산술평균이므로실제수준을정확히반영하는데는한계가있다는문제가남는다. 이와유사한결과는서울시 6개취수원수에대한 10년데이터 (n=240) 에서도관찰되었다 (Lee et al., 2010). 이연구에서는크립토스포리디움농도와총대장균군간에유의한상관성도관찰되었으며, 총대장균군이 50 density/100ml 이하인시료에서는확정된난포낭이전혀발견되지않았다. 106
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-30. 우리나라 5 만m3 / 일정수장원수에서크립토스포리디움과지아디아평균비교 이러한연구결과에기초하여, 총대장균군평균이 50 density/100ml 이하인원수에서는고농도의크립토스포리디움즉 0.75 oocysts/10l를초과할가능성이낮을것으로보고, 총대장균군평균이 50 density/100ml 이하인정수장에대해서는원수의크립토스포리디움정밀분포조사를면제하는방안을제안한다. 이때의총대장균군데이터는별도의조사를실시하지않고 상수원관리규칙 의 [ 별표6] 에따른정기적인원수수질검사결과를활용할수있으며, 크립토스포리디움조사계획을수립하고자하는해의직전 3년간의평균을적용하면될것이다 (Table 3-29). 또한 50 density/100ml 이하는우리나라수질환경기준의대장균군 ( 총대장균군 ) 항목의 Ia 등급에해당하므로 (Table 3-30), 상수원관리규칙 에의한원수수질검사시분원성대장균군이측정되는경우, 이등급에해당하는분원성대장균군기준을적용할수도있다고판단된다. 107
정수처리기준선진화연구 Table 3-29. 우리나라정수장의원수수질검사관련규정 ( 상수원관리규칙별표 6) 구분측정횟수측정항목측정시기 매월 1회이상 수소이온농도, 생물화학적산소요구량, 부유물질량, 용존산소량, 대장균군 ( 총대장균군, 분원성대장균군 ) 하천수, 복류수 카드뮴, 비소, 시안, 수은, 납, 6가크롬, 음이온계면활성제, 유기인, 폴리크로리네이티드비페닐, 불소, 셀레늄, 암모니아분기마다성질소, 질산성질소, 카바릴, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라 1회이상클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 페놀, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 디클로로메탄, 벤젠, 클로로포름, 디에틸헥실프탈레이트 (DEHP), 안티몬 3월, 6월, 9월, 12월 광역 매월 1회이상 수소이온농도, 화학적산소요구량, 부유물질량, 용존산소량, 대장균군 ( 총대장균군, 분원성대장균군 ) 및 호소수 카드뮴, 비소, 시안, 수은, 납, 6가크롬, 음이온계면활성제, 유기인, 폴리크로리네이티드비페닐, 불소, 셀레늄, 암모니아 3 월, 지방상수 분기마다성질소, 질산성질소, 카바릴, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라 1회이상클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 페놀, 사염화탄소, 1,2-디클로로에탄, 디클로로메탄, 벤젠, 클로로포름, 디에틸헥실프탈레이트 (DEHP), 안티몬 6월, 9월, 12월 도 카드뮴, 비소, 시안, 수은, 납, 6 가크롬, 음이온계면활성제, 지하수 반기마다다이아지논, 파라티온, 페니트로티온, 불소, 셀레늄, 암모니 1회이상아성질소, 질산성질소, 카바릴, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트 라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 페놀, 분기마다수소이온농도, 화학적산소요구량, 대장균군 ( 총대장균군, 1 회이상 분원성대장균군 ), 노말헥산추출물질 ( 동식물유지류 ) 함유량 해수 매년 1회이상 카드뮴, 비소, 보론, 수은, 납, 6가크롬 108
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-30. 우리나라수질환경기준중하천의생활환경기준 ( 환경정책기본법시행령 2 조관련 ) 기준 등급 상태 ( 캐릭터 ) 수소이온농도 (ph) 생물화학적산소요구량 (BOD) ( mg /L) 화학적산소요구량 (COD) ( mg /L) 부유물질량 (SS) ( mg /L) 용존산소량 (DO) ( mg /L) 총인 (T-P) ( mg /L) 대장균군 ( 군수 /100mL) 총대장균군 분원성대장균군 매우좋음 Ia 6.5~8.5 1 이하 2 이하 25 이하 7.5 이상 0.02 이하 50 이하 10 이하 좋음 Ib 6.5~8.5 2 이하 4 이하 25 이하 5.0 이상 0.04 이하 500 이하 100 이하 약간좋음 II 6.5~8.5 3 이하 5 이하 25 이하 5.0 이상 0.1 이하 1,000 이하 200 이하 보통 III 6.5~8.5 5 이하 7 이하 25 이하 5.0 이상 0.2 이하 5,000 이하 1,000 이하 비고 1. 등급별수질및수생태계상태가. 매우좋음 : 용존산소가풍부하고오염물질이없는청정상태의생태계로여과 살균등간단한정수처리후생활용수로사용할수있음. 나. 좋음 : 용존산소가많은편이고오염물질이거의없는청정상태에근접한생태계로여과 침전 살균등일반적인정수처리후생활용수로사용할수있음. 다. 약간좋음 : 약간의오염물질은있으나용존산소가많은상태의다소좋은생태계로여과 침전 살균등일반적인정수처리후생활용수또는수영용수로사용할수있음. 라. 보통 : 보통의오염물질로인하여용존산소가소모되는일반생태계로여과, 침전, 활성탄투입, 살균등고도의정수처리후생활용수로이용하거나일반적정수처리후공업용수로사용할수있음. 한편, 추가제거율 2 로그 ( 급속및완속여과 ) 또는 2.5 로그 ( 직접여과 ) 를이미달성한정수장 은원수의크립토스포리디움정밀조사를실시할필요가없으므로, 당연히면제대상이된다. 3.2.2.5 여과시설을갖추지않은정수장의크립토스포리디움예방대책 크립토스포리디움은염소소독으로는 0.5로그도제거하기가어렵기때문에여과방식을취하지않는정수장은크립토스포리디움오염이발생할경우방어시스템이전혀갖추어져있지않다고볼수있다. 원수가지하수이므로분변오염가능성이매우낮기는하지만지하수가크립토스포리디움에오염될가능성이전혀없다는것을입증하거나보장하기는매우어렵다. 실제로여과시스템에서 2~4로그의최소제거율달성을통해도달하고자하는 109
정수처리기준선진화연구 수질안전성은대략수돗물 10만m3당난포낭이수개정도함유되는수준이기때문이다. 이러한이유로, 미국에서는비여과시스템의경우대체소독등을도입하여크립토스포리디움난포낭을적어도 2로그이상제거하도록하였다. 또한지하수원수에대한크립토스포리디움정밀분포실태조사를실시해 0.01 oocysts/l 이상인경우에는 3로그이상제거하도록하고있다. 우리나라에서도여과시설을갖추지않고있는정수장에서는원칙적으로염소소독이외의대체소독공정이나여과공정을도입하여최소 2로그이상의제거목표를달성할것이권장된다. 이는당장의크립토스포리디움오염보다는예방대책으로서의목적이더욱크다. 염소소독만을실시하는정수장에서일단크립토스포리디움오염이발생하면즉각적인대처가어렵기때문이다. 다만크립토스포리디움정수처리기준을적용받지않고현재의염소소독단독공정을유지하고자할경우에는, 원수중에크립토스포리디움이지속적으로불검출됨을확인하여야한다. 이러한목적으로실시되는 지하수의크립토스포리디움정밀분포조사 는원칙적으로는 10만m3이상의수돗물이검사되어야하지만, 현재의원생동물표준시험방법으로분석가능한 100L의원수를월 2회이상 2년간채취하여크립토스포리디움을조사하는수준으로최소화하되적어도 5년마다재확인될필요가있다고판단된다. 아울러상시매월 1회이상대장균또는분원성대장균군검사를실시하여양성검출될경우에는이러한지하수의크립토스포리디움정밀조사를즉각재실시하여크립토스포리디움오염여부를확인하는예방시스템을갖출필요가있다. 지금까지의지아디아정수처리기준의시행에서는지하수사용정수장이정수처리기준의적용을면제받고자할경우한국상하수도협회의인증을받도록하였다. 크립토스포리디움정수처리기준의적용을면제받고자하는지하수사용비여과정수장에대해서는앞서제안한 지하수의크립토스포리디움정밀분포조사 를인증기준에포함하는방안이가능하다고생각된다. 3.2.3 소규모정수장 (5 천m3 / 일미만 ) 대장균실태조사평가 환경부는 2009년 7월부터 2010년 6월까지 1년간시설용량 5천m3 / 일미만의소규모정수장을대상으로월 2회의대장균실태조사를실시하였다. 조사항목으로는대장균이외에탁도, ph, 수온이함께분석되었다. 당초조사대상정수장은 281개소이었으나, 미이행정수장이나결측치가있는정수장, 운휴나가동중지된정수장등을제외하고총 159개의정수장 ( 조사대상의 58%) 이조사를완료하였다. 정수장별샘플수가 24개이므로총 3,814점의샘플이채취되어분석되었다. 조사 110
Ⅲ. 연구결과및고찰 완료대상을원수종류에따라구분해보면, 하천 복류수가 53%(85개소 ) 로가장많았고호소수 27%, 지하수 20% 로대규모정수장에비해지하수의비중이높았다 (Table 3-31). 이러한조사된정수장들의원수특성을소규모정수장전체와비교하면, 큰차이를보이지않았다. 또한지역적으로는전남, 경북, 강원지역등에집중되어있고그외에경남, 충북, 전북, 충남지역에일부산재하였다 (Table 3-32). 조사가완료된정수장의대장균의전체산술평균은 9 density/100ml이었으며개별시료에서의최대값은 1600 density/100ml이었다. 정수장별평균은 0~114 density/100ml이었으며, 중위수는 3 density/100ml, 90th 퍼센타일은 27 density/100ml이었다. Table 3-31. 소규모정수장대장균분포실태조사대상원수의특성 원수종류합계하천복류수호소수지하수 전체조사대상 ( 미기입 5개소제외 ) 276 143 (52%) 86(31%) 47(17%) 조사완료대상 159 85 (53%) 43 (27%) 31(20%) Table 3-32. 우리나라소규모정수장대장균분포실태조사대상의지역특성 지역명 강원 경기 경남 경북 인천 전남 전북 충남 충북 총합계 전체조사대상 58 7 32 59 6 73 15 10 21 281 조사완료대상 26 6 23 46 6 28 8 5 11 159 원수종류별로구분하여보면, 하천복류수는 85개정수장을조사하여평균 11 density/100ml, 중위수 4 density/100ml, 90th 퍼센타일 28 density/100ml이었다. 정수장별산술평균이 50 density/100ml를초과한정수장은 4개소 (5%) 로정수장별평균이 59~114이었으며, 10~50 density/100ml인정수장은 18개소 (21%), 나머지 63개소 (74%) 는 10 density/100ml 이하로낮은수준이었다. 10 density/100ml을초과한 22개정수장은급속 (8개소) 또는완속 (14개소 ) 여과방식을취하고있었고, 이중 50 density/100ml을초과한정수장은급속여과 3개소, 완속여과 1개소이었다. 이에비해호소수 ( 저수조수포함 ) 은 43개소에대한조사가완료되었는데, 정수장별평균의범위는 0~82 density/100ml로, 평균 11 density/100ml, 중위수 4 density/100ml, 90th 퍼센타일 37density/100mL로오히려하천복류수보다높거나비슷한수준이었다. 10 density/100ml 이하인정수장은 30개소이었고 10 density/100ml을초과하는정수장은 13 개소 (30%) 로 11~82 density/100ml의범위이었는데, 모두급속여과 (10개소) 또는완속여과 111
정수처리기준선진화연구 방식 (3개소) 의정수장이었다. 지하수를사용하는정수장은 31개소이었는데, 이중 11개소에서 24회모두대장균이불검출되었다. 1회이상검출된곳은 20개소로, 이중평균 25 density/100ml인 1개소는직접여과시설로크립토스포리디움조사가불가피하다고여겨진다. 나머지 19개소는평균농도 10 density/100ml 이하인정수장으로써, 급속여과 6개소, 완속여과 8개소, 직접여과 2개소, 막여과 1개소등여과시설을갖춘곳이대다수이었지만, 여과공정없이염소소독만하는정수장 2개소의경우에는향후여과시설이나 UV 등의소독시설도입이검토되어야할것으로판단된다. 이상의결과는 5천m3 / 일미만정수장을전수조사한것은아니지만, 소규모정수장원수의미생물학적수질현황과향후대책을검토하는데참고할만한정보를제공하고있다. 첫째로, 지하수를사용하는비여과정수장원수에서의대장균검출사례는이들정수장이어느곳보다크립토스포리디움리스크가높다는것을의미하므로, 지하수를사용하는비여과시스템에대한현황파악과대책추진이우선되어야할것이라는점이다. 둘째로, 조사완료된 159개소중대장균평균이 10 density/100ml를초과하는정수장은하천수 22개소, 호소수 13개소, 지하수 1개소로모두 36개소 (23%) 이었다는점이다. 이는원수의크립토스포리디움정밀분포조사를제외하는대장균군기준을 50 density/100ml로할경우크립토스포리디움조사를실시하여야하는대상이전체소규모정수장의약 20% 내외일것임을시사한다. 반면 50 density/100ml를초과하는정수장만보면 5개소 (3%) 에불과하였다. 셋째로, 소규모정수장의정수방식의다양성이다. 10 density/100ml을초과하는정수장 36개소의정수방식은급속여과 18개소, 완속여과 17개소, 직접여과 1개소로대규모정수장에비해완속여과의비중이높았다. 이중 50 density/100ml를초과하는정수장 5개소의정수방식은급속여과 4개소, 완속여과 1개소이었다. 3.2.4 정수처리기준개정방향 이상의연구결과를종합하여우리나라정수처리기준선진화를위한개정방향과주요골자를 정리하면아래와같다. (a) 기존의여과시설및소독시설의운영관리에관한조항에크립토스포리디움난포낭의제거에관한사항을추가한다. (b) 크립토스포리디움추가제거기준에관한조항을신설하여원수의크립토스포리디움농도및시설별제거기준을제시하며 (c) 원수의크립토스포리디움정밀분포실태조사에관한조항을신설하여조사대상, 조사기간및주기, 조사항목, 조사의절차및조사시기, 재조사등을규정한다. 112
Ⅲ. 연구결과및고찰 (d) 크립토스포리디움추가제거기준을준수하기위해필요한추가제거기술을제시하고 각각의인정기준을규정한다. 이에따라본연구범위와관련된크립토스포리디움정수처리기준도입에따른조항별개 정방향및주요개정내용을 <Table 3-33> 에제시하였다. (1) 제5조 ( 여과시설의운영관리 ) 에서탁도기준을준수할경우의대상미생물에크립토스포리디움난포낭을추가하고 [ 별표2] 에구체적인크립토스포리디움인정제거율을 2.0 로그 (99%) 로명시할필요가있다. (2) 제7조 ( 크립토스포리디움난포낭의추가제거기준 ) 을신설하여원수오염도가높을경우추가제거기준을준수하도록하고, [ 별표5] 에원수농도별추가제거기준을제시하며, 제2항에는이를준수하기위한방법으로 [ 별표6] 의추가제거기술을제시한다. (3) 8조 ( 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포실태조사 ) 에서는정밀조사를추가제거기준을결정하기위한조사로정의하고그구체적인대상, 조사방법, 조사시기, 절차등을 [ 별표7] 에제시할필요가있다. (4) 제6조 ( 소독시설의운영관리 ) 은대폭수정하여크립토스포리디움난포낭에대한소독기술, 인정기준등을제시하며여기에오존, 자외선소독등도포함시킨다. (1)~(3) 에대해서는 <Table 3-34> 에조항별비교표를나타내었으며, 상세한조항은다 음장에서상세히다루어질 (4) 에대한개정사항과함께 [ 부록 5] 에제시하였다. 113
정수처리기준선진화연구 114
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (1) 현재 전부개정안 ( 초안 ) 의주요개정조항 제5조 ( 여과시설의운영관리 ) 3 여과수에서탁도를측정한결과별표 1에서정한탁도기준을준수한경우와 수도법 제56조 제5조 ( 여과시설의운영관리 ) 3 여과수에서탁도를측정한결과별표 1에서정한탁도기준을준수한경우와 수도법 제56조에따 에따른한국상하수도협회장의막여과시설인증을 른 한국상하수도협회장의 막여과시설 인증을 받은 받은경우에는바이러스및지아디아포낭이별표 2의제거율을충족한것으로본다. 경우에는바이러스, 지아디아포낭및크립토스포리디움난포낭이별표 2의제거율을충족한것으로본 다. 제7조 ( 크립토스포리디움난포낭의추가제거기준 ) 1 수도사업자는수도법시행령제48조에따라원수의크립토스포리디움난포낭등의농도가높을경우에는별표5에정하는추가제거기준을준 - 수하여야한다. 2 수도사업자는제1항의추가제거기준을준수하기위하여별표6의추가제거기술중하나또는그이상을선택하고이에적합하도록여과시설또는소독시설등을설치 운영하여야한다. 제8조 ( 병원미생물의분포실태조사 ) 1 수도사업자제8조 ( 크립토스포리디움 난포낭 등의 정밀분포실 는정수처리기준의효율성을평가하고시설개선을위한기초조사를위해바이러스등병원미생물에대한분포실태조사를실시하여야한다. 2 제1항에따른분포실태조사를위한대상시 태조사 ) 1 수도사업자는제7조제1항에따라크립토스포리디움난포낭의추가제거기준을결정하기위하여크립토스포리디움난포낭등에대한정밀분포실태조사를실시하여야한다. 설 조사항목및방법등은별표 6과같다. 2 제1항에따른실태조사를위한대상시설 조 3 제1항및제2항에따른분포실태조사를실시하사항목및방법 조사시기등은별표7과같다. 는경우에는 먹는물관리법시행규칙 별표8 비고3에따라국립환경과학원장이고시한표준 3 제1항및제2항에따른실태조사를실시하는경우 시험방법에따라동법시행규칙제35조에따 에는 먹는물관리법 시행규칙 별표8 비고3에 른검사기관으로지정받은기관에의해시험을 따라 국립환경과학원장이 고시한 표준시험방법에 실시하여야한다. 따라동법시행규칙제35조에따른검사기관으로 지정받은기관에의해시험을실시하여야한다. 115
정수처리기준선진화연구 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (2) 현재 전부개정안 ( 초안 ) 의주요개정내용 : 별표 [ 별표2] 여과에의한바이러스, 지아디아포낭의제거 [ 별표2] 여과에의한병원성미생물의제거율 ( 제5조제 3항율 ( 제5조제3항관련 ) 관련 ) 제거율 여과방식 바이러스 지아디아포낭 급속여과 99% (2 log) 99.68%(2.5log) 직접여과 90% (1 log) 99 %(2 log) 완속여과 99% (2 log) 99 %(2 log) 정밀여과 (MF) 68.38% (0.5 log) 99.68%(2.5log) 한외여과 (UF) 99.9% (3.0 log) 99.68%(2.5log) 여과방식 바이러스 제거율 지아디아포낭크립토스포리디움난포낭 급속여과 99% (2 log) 99.68%(2.5log) 99 % (2 log) 직접여과 90% (1 log) 99 %(2 log) 99 % (2 log) 완속여과 99% (2 log) 99 %(2 log) 99 % (2 log) 정밀여과 (MF) 68.38% (0.5 log) 99.68%(2.5log) 99 % (2 log) 한외여과 (UF) 99.9% (3.0 log) 99.68%(2.5log) 99 % (2 log) [ 별표 5] 크립토스포리디움난포낭의추가제거기준 - 원수의 추가제거기준 크립토스포리디움난포낭의농도 ( 난포낭 /10L) 급속 완속 막여과 직접여과 0.75 초과 10 이하 90% (1.0 log) 96.84% (1.5 log) 10 초과 99% (2.0 log) 99.68% (2.5 log) - [ 별표 6] 크립토스포리디움난포낭추가제거기술 [ 별표 6] 분포실태조사대상시설 조사항목및 [ 별표 7] 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포실태조사방법방법 ( 제8조관련 ) ( 제8조관련 ) 1. 대상시설 : 시설용량이일일 50,000세제곱미터 1. 대상시설가. 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포실태조이상인정수장사 ( 이하실태조사라한다 ) 는정수처리기준을적용받는모든정수장을대상으로한다. 나. 다만, 실태조사계획을수립하여야하는해의직전 3년간의원수의분원성대장균군 ( 또는총대장균군 ) 평균이환경정책기본법시행령별표1의 3호에서정한 Ⅰa 등급에해당하는경우에는조사를실시하지아니할수있다. 이를위한분원성대장균군 ( 또는총대장균군 ) 자료는상수원관리규칙별표6( 원수의수질검사기준 ) 의기준에따라검사한자료를활용한다. 116
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (3) 현재전부개정안 ( 초안 ) 의주요개정내용 : 별표 [ 별표 6] 분포실태조사대상시설 조사항목및 [ 별표 7] 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포방법 ( 제8조관련 ) 실태조사방법 ( 제8조관련 ) 2. 조사항목및방법가. 원수의수질조사 2. 조사항목및방법가. 원수의수질조사 구분 적용사항 구분 적용사항 1. 조사항목 2. 시료채취위치 3. 조사기간및주기 바이러스, 지아디아포낭, 크립토스포리디 움난포낭 총대장균군, 분원성대장균군, 탁도, 수온, ph, 기타원수의수질특성을파악하기위하여필요하다고인정되는물질 반드시소독제가투입되기이전의지점에서시료를채취하여야하며, 취수구에유입되기직전의지점에서채취하는것을원칙으로한다. 2년간분기 1회이상 1. 조사항목 2. 시료채취위치 3. 조사기간및주기 크립토스포리디움난포낭, 지아디아포낭 총대장균군, 분원성대장균군또는대장균, 탁도, 수온, ph, 기타원수의수질특성을파악하기위하여필요하다고인정되는물질 반드시소독제가투입되기이전의지점에서시료를채취하여야하며, 취수구에유입되기직전의지점에서채취하는것을원칙으로한다. 2년간월 1회또는 2회이상또는 1년간월 2회이상 나. 정수의수질조사 - 원수의수질조사결과원수중에서바이러스 100개체 /100L, 지아디아포낭및크립토스포리디움난포낭 100개체 /100L 이상검출이확인되는경우에한하여실시한다. 구분 1. 조사항목 2. 시료채취위치 3. 조사기간및주기 적용사항 바이러스, 지아디아포낭, 크립토스포리디움난포낭 먹는물수질기준및검사등에관한규칙제 2 조별표 1 의규정에의한전항목 정수장유출수또는불활성화비를인정받는지점 정수의수질검사가필요한수준이상으로검출이확인된분기의다음분기부터 1 년간매분기 1 회이상 3. 조사완료시기및결과의보고 가. 바이러스에대한실태조사는종전의고시에따라국립환경과학원장이검사기관의지정 평가 관리및그취소등에관한세부사항을고시한날부터 3년6월이내에완료하여야하며, 지아디아포낭및크립토스포리디움난포낭에대한분포실태조사는시험방법과검사기관지정에관한사항을고시한날부터 3년6개월이내에완료하여야한다. 나. 정수의수질조사 구분 1. 조사시기 2. 조사항목 3. 시료채취위치 4. 조사기간및주기 적용사항 원수의수질조사결과원수중에서크립토스포리디움난포낭또는지아디아포낭이 10 개체 /10L 이상검출이확인되는경우에한하여실시 크립토스포리디움난포낭, 지아디아포낭 먹는물수질기준및검사등에관한규칙제 2 조별표 1 의규정에의한전항목 정수장유출수또는불활성화비를인정받는지점 정수의수질검사가필요한수준이상으로검출이확인된월부터 3 개월간매월 1 회이상 3. 조사의절차가. 수도사업자는실태조사실시전 1년이내에구체적인조사계획을수립하여환경부장관에게제출하여야한다. 조사계획에는조사기간및주기, 조사기간동안일정한간격으로배열된시료채취예정일, 시료채취위치등이반드시포함되어야한다. 나. 제1호의나목에해당되는경우에는그사유와근거를실태조사실시시기전 1년이내에환경부장관에게제출하여야한다. 117
정수처리기준선진화연구 Table 3-34. 우리나라정수처리기준등에관한규정전부개정안 ( 초안 ) 비교표 (4) 현재 전부개정안 ( 초안 ) 의주요개정내용 : 별표 [ 별표 6] 분포실태조사대상시설 조사항목및방법 ( 제8조관련 ) ( 이어서 ) 다만, 정수에대한수질조사의필요성등으로인해조사기간의연장이불가피한경우에는환경부장관과의협의를거쳐완료시기를조정할수있으며, 분포실태조사가 1차적으로완료된이후에는환경부장관의지시가있을때까지조사주기조정등지역실정에맞는계획을수립하여지속적으로모니터링을실시하여야한다. 나. 제2호에따라매분기실시한수질검사결과는지방정수장의수도사업자는그분기가끝나는달의다음달 15일까지시 도지사에게보고하여야하며, 광역정수장의수도사업자는당해연도의수질검사결과를다음연도 1월말까지환경부장관에게보고하여야한다. 다. 시 도지사는나목에따라제출받은수질검사결과와직접관리하는정수장에대한수질검사결과를취합하여다음연도 1월말까지환경부장관에게보고하여야한다. 라. 수도사업자가제2호에따른실태조사를완료한때에는검사결과에대한종합의견, 조사결과에따른시설개선등조치계획등을포함하는최종보고서를검사완료후 3월이내에작성하여환경부장관에게제출하여야한다. [ 별표 7] 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포 실태조사방법 ( 제 8 조관련 ) ( 이어서 ) 다. 수도사업자는제2호에따른실태조사를완료한후, 조사결과보고서를 6월이내에환경부장관에게제출하여야한다. 이때, 24회조사한경우에는연속된 12개월평균중최대값을, 48회조사한경우에는산술평균을적용하여별표6의추가제거기준를결정하고그결과를반드시보고서에포함하여야한다. 라. 조사결과에따라추가제거기준을준수하여야하는경우에는조사결과보고서제출후 6월이내에추가제거기준을준수할구체적인방법과조치계획, 추진일정등을포함하는조치계획서를환경부장관에게제출하여야한다. 마. 수도사업자는크립토스포리디움난포낭의추가제거기준을실태조사완료후 3년이내에준수하여야한다. 4. 1 차실태조사의실시시기 시설용량 실태조사의시작시기 100,000 m3 / 일이상 2013 50,000m3 / 일이상 100,000 m3 / 일미만 2015 10,000m3 / 일이상 50,000 m3 / 일미만 2017 5,000m3 / 일이상 10,000 m3 / 일미만 2019 5,000 m3 / 일미만 2021 5. 실태조사의주기적실시가. 수도사업자는실태조사를 10년마다재실시하여정수처리기준의적합성을평가하고이를근거로추가제거기준을재설정하여야하며수도법제4조의수도정비기본계획에이를반영하여야한다. 나. 다만, 크립토스포리디움난포낭의추가제거기준 2로그제거율을이미준수하고있는정수장은재조사를실시하지아니할수있다. 118
Ⅲ. 연구결과및고찰 3.3. 정수처리과정에서크립토스포리디움에대한제어평가 3.3.1 탁도강화등여과지관리를통한크립토스포리디움추가제거능조사 3.3.1.1 일본정수장크립토스포리디움제거규정 일본의경우 1996년 6월수돗물의한크립토스포리디움사고가사이타마현오고세마치에서발생되어후생노동성에서 1996년 수도에있어서크립토스포리디움잠정대책지침 을수립하고 1998년과 2001년에일부개정하였으며, 2000년에는 수도설비의기술적기준을정하는부령 에서는원수에내염소성병원성미생물의혼입우려가있을경우여과등의설비를설치하는규정을수립해왔다. 이후 2007년에내염소성병원성미생물에대한대책을강화하여 수도에있어서크립토스포리디움등의대책지침 을수립하였다. 본지침에서는병원성원생동물인크립토스포리디움및지아디아를 크립토스포리디움등 으로명칭하여작성하였다. 따라서실제내용상에서는크립토스포리디움에관한규정만있는것으로보이나, 실제적으로지아디아에대한규제지침까지포함되어있는것을알수있다. 본지침에서는원수의크립토스포리디움등의오염우려의판단을 4 레벨로구별하여, 정 수처리공정에서크립토스포리디움등의제어방안을구체화하고있다. (1) 레벨 4 ( 크립토스포리디움등에의한오염우려가높다 ) 지표수를수도의원수로하고있어해당원수에서지표균이검출된적이있는시설 (2) 레벨 3 ( 크립토스포리디움등에의한오염우려가있다 ) 지표수외의물을수도의원수로하고해당원수에서지표균이검출된적이있는시설 (3) 레벨 2 ( 당면크립토스포리디움등에의한오염가능성이낮다 ) 지표수등에혼입되지않은피압지하수외의물을원수로하고있어해당원수에서지표 균이검출된적이없는시설 (4) 레벨 1 ( 크립토스포리디움등에의한오염가능성이낮다 ) 지표수등이혼입되지않은피압지하수만을원수로하고있어해당원수에서지표균이 검출된적이없는시설 각레벨별로언급하고있는지표균은대장균및혐기성아포균으로정의하고있다. 119
정수처리기준선진화연구 대장균 (E. coli) 및혐기성아포균은수도원수의분변에의한오염의지표로서감염경로에서분변에의해오염된원수에는크립토스포리디움등이혼입될우려가있다. 이때문에원수에어느쪽이든지표균이검출된경우에는 원수에내염소성병원생물이혼입될우려가있을경우 로간주하게된다. 이렇게원수에크립토스포리디움등의병원성미생물유입가능성이있는경우정수시설 에대한제어방안은다음과같이정하고있다. ( 가 ) 레벨 4 여과출구의탁도를 0.1 도이하로유지하는가능한여과설비 ( 급속여과, 완속여과, 막여과 등 ) 을정비할것. ( 나 ) 레벨 3 둘중한가지방법을정비할것 (a) 여과지출구의탁도를 0.1도이하로유지하는것이가능한여과설비 ( 급속여과, 완속여과, 막여과등 ) (b) 크립토스포리디움등을비활성화하는것이가능한자외선처리설비. 구체적으로는이하의요건을충족하는것. 1 자외선반응기를통과하는수량의 95% 이상에대해자외선 (253.7nm 부근 ) 의조사량을상시 10mJ/cm 2 이상확보할수있을것. 2 처리대상인물이이하의수질을충족할것 탁도 2도이하일것 색도 5도이하일것 자외선 (253.7nm 부근 ) 의투과율이 75% 를넘을것 ( 자외선흡광도가 0.125ABS./ 10mm 미만일것 ) 3 충분히자외선이조사되는것을항상확인가능한자외선강도계를갖추고있을것 4 원수탁도의상시측정이가능한탁도계를갖출것 ( 과거의수질검사결과등에서수도의원수탁도가 2도에달하지않는것이명확한경우를제외한다.) 레벨 1,2 수준의원수에서는특별한제어방안을실시하지않으나, 원수의수질검사의 경우레벨 2 원수에서는 3 개월에 1 회이상지표균검사를실시하고, 레벨 1 수준의원수에 서는연 1 회대장균등의오염검사를실시한다. 120
Ⅲ. 연구결과및고찰 일본의크립토스포리디움등에관한정수처리대책은다음 Fig. 3-31 에정리하여나타내었다. 원수에서의지표균검출 없음 있음 원수는지표수 아니요 네 레벨 4 적절한여과실시 레벨 3 적절한여과실행또는자외선처리 원수는지표수에서격절을확인할수있는깊은우물에서취수 아니요 레벨 2 원수의지표균검사에의한철저한감시 네 레벨 1 적절성의확인 Fig. 3-31. 수도원수에관련된크립토스포리디움등에의한오염우려의판단흐름 따라서일본정수장의크립토스포리디움의제어규정의특징은다음과같다. 일본의원생동물제어에관한규정은정수장공정별로불활성화율을규정하고있지않다. 단지원생동물제어를위한정수처리방법으로여과지의유출탁도를 0.1NTU 이하로유지하거나, 자외선공정을운영하도록규정하고있다. 따라서일본의경우한국, 미국과달리염소, 오존, 이산화염소등의소독제에의한원생동물의소독능인증방안이수립되어있지않다. 크립토스포리디움등원생동물을제어해야하는정수시설에대한규정역시원수에서지표균의존재에따라추가처리유, 무만을정해놓고있으며, 정수시설에서원생동물의목표제거농도역시정해놓지않았다. 121
정수처리기준선진화연구 3.3.1.2 미국정수장크립토스포리디움제거규정 최근미국의정수장에서원생동물제어규정은 LT2ESWTR에제시되어있다. 지아디아에대한처리규정은모든정수시스템에서 3log의제거규정을만족하도록되어있으며, 크립토스포리디움은원수내존재농도에따라정수장에서처리정도를달리하고있다. 미국정수장의원생동물, 특히크립토스포리디움에대한제어규정의특징은다음과같다. 여과시스템이있는정수시스템과여과시스템이없는정수시스템에서크립토스포리디움의제거율을달리설정하여운영하고있다. 여과공정, 소독공정이외에다양한수처리공정, 유여관리프로그램, 취수방법개선등의다양한수질개선방법을통해크립토스포리디움의소독능을인정해주고있다. 원생동물의소독능인정을위해제시한기준은과거연구자들에의해수행된실험실, Pilot plant, 실공정데이터들을수집하여오차범위나공정운영조건등을고려하여결정하였다. 원생동물에대한정수장처리기준설정의경우, 크립토스포리디움의원수내존재농도를바탕으로수돗물에서크립토스포리디움의감염시발생되는사회의경제적이익을정량적으로비교평가하여정수장에서목Table 크립토스포리디움농도를설정하였다. 이와같이미국의최근원생동물제어규정은 1989 년 SWTR 에서지아디아에대한규정 이수립된이후 IESWTR, LT1SWTR 등의규정이강화되면서최근제정된 LT2SWTR 에 이르렀다. 본 LT2SWTR 의경우다음의중요한문제점들을고려하여제정되었다. 원수모니터링결과를근거로한추가적인크립토스포리디움의처리 모든여과공정은추가적으로크립토스포리디움을처리하기위해 Microbial ToolBox" 에제시된방법이나, 여과공정제어를수행하여야한다 소규모정수장의경우분석의부담을줄여주어야한다. 원수수질의초기평가를확정하기위한향후모니터링필요 모든비여과공정정수장에서도크립토스포리디움의불활성화필요 비여과공정에서는최소한 2가지이상의소독제를이용하여소독기준맞추어야함 자외선소독공정과 "Microbial Toolbox" 공정들에대한기준및가이드라인개발 정수지는모두덮개로덮을필요가있음 122
Ⅲ. 연구결과및고찰 이러한 LT2SWTR 의규정을제정하면서, 수돗물음용있어서보건학적인정량적계산 (Risk Assessment) 을바탕으로대략적인제어규정을확립하고, 이후다음과같이본규정 수립으로인해발생하는정량적이익을고려하여세부적인규정을확정하였다. 1 정량적이익크립토스포리디움의수돗물감염으로인해발생되는질병과사망을감소시키기위한수처리규정강화로발생되는이익은 25,6000~1,019,000명의질병감소및 37~141명의사망자감소이며, 이로인해발생되는경제적이익 ( 평균현재가치, 3% 할인율 ) 은환자나사망자의발생으로인해추가로필요한병원비용, 경제활동능력손실등의손해비용과본규정의시행으로인해필요한정수장의계량, 추가공정의공사비로인한투자금을고려한금액이다. 이는 $374백만~$1,400백만의이익일발생할것으로예상된다. 이는한화로약 40~ 150억원정도이다. 여과처리된물을공급받는인구는대략 1억6천1백만명정도로연평균약 88,000~472,000건정도의질병을감소시키며, 연평균 9~50명의사망건수를감소시킨다. 비여과공정정수장의경우 168,000~547,000건의질병감소와 28~91명의사망자수를감소시킬수있을것으로기대된다. 2 비계량적이익앞서금액으로계산된정량적이익이외에비계량적인이익으로는 크립토스포리디움사고의발생위험성감소와사고발생시대응비용 물을끓여먹거나생수를구입하는행위감소 심미적인수질개선효과 ( 맛, 냄새등 ) 크립토스포리디움이나지아디아이외의원생동물, 소독부산물등의미지의유해물질노출감소 원수의수질검사증가는수질의이해도향상과처리효율향상이기대됨 미국의크립토스포리디움에대한규정은여과공정이있는일반적인정수장이외에여과공정이없는정수장에서도별도의제거농도를설정하여규정하는것이특징이다. 지하수나지표수를이용하는정수장중여과공정이없는정수장의경우크립토스포리디움의목Table. 처리율은다음 Table과같이원수에유입되는크립토스포리디움의농도가 0.01개 /L 이하인경우 2log, 0.01개 /L 초과인경우 3Log의제거율을만족하도록규정되어있다. Information Collection Rule에의해수집된미국전역정수장의원수내크립토스포리디움농도조사결과를보면, 여과공정이있는정수장원수의크립토스포리디움농도수준은 0.59개 /L, 여과시스템이없는정수장의경우 0.014개 /L, 그리고정수장의평균값들의중앙 123
정수처리기준선진화연구 값 (Mean Plant-mean Concentration) 은여과공정정수장과여과공정이없는정수장에서각각 0.052, 0.0079개 /L 정도로검출되고있다. 따라서여과공정정수장이여과공정이없는정수장에비해원수에서크립토스포리디움검출수준이약 10배이상으로높다. 따라서기존여과공정정수장에서크립토스포리디움제거율을 3Log로설정하였기때문에, 여과공정이없는정수장경우 2Log로설정할경우처리된정수에서크립토스포리디움의농도수준이여과공정이있는정수장의수준과비슷해진다. 따라서여과공정이없는정수장은 2Log 의목표제거율을설정하였다. 또한두가지이상의소독제를사용하여기준을만족하도록규정되어있다. 결국여과공정이있는정수장의경우, 0.075-1개 /L수준의원수가유입될경우정수장에서총 4Log의목표제거율을맞출경우수돗물에서크립토스포리디움농도는 1개 /10,000L이하가된다. 따라서이와같은수준으로여과공정이없는정수장의경우다음 Table 3-35과같이유입농도수준에따라정수장에서처리효율이달라진다. 또한이러한정수장목표제거율을만족시키기위해서는반드시두가지이상의소독제를사용하도록규정하고있다. 이러한이유는다중방어의개념으로도입되었으며또한다양한미생물종의불활성화를위해다양한소독방법의적용을유도하기위함이다. Table 3-35. 여과공정이없는처리시스템에관한기준조건 Bin Number Average Cryptosporidium Concentration (oocysts/liter) Additional Cryptosporidium inactivation requirements 1 0.01 2 log 1 2 > 0.01 3 log 1 1 Overall disinfection requirements must be met with a minimum of two disinfectants(40 CFR 141.721(d)). 또한여과공정이도입된일반적인정수장의유입크립토스포리디움농도별처리기준은 다음 Table 3-36 와같이결정되어있다. Table 3-36. BIN CLASSIFICATION Table. FOR FILTERED SYSTEMS Cryptosporidium concentration(oocysts/l) Bin classification Total Log Removal Requirement Cryptosporidium <0.075/L Bin 1. 3.0 Log 0.075/L Cryptosporidium 1.0/L Bin 2. 4.0 Log 1.0/L Cryptosporidium 3.0/L Bin 3. 5.0 Log Cryptosporidium 3.0/L Bin 4. 5.5 Log 124
Ⅲ. 연구결과및고찰 이렇게크립토스포리디움의유입농도별구간을나누어각각처리효율을달리결정한이유는수돗물에서크립토스포리디움의최저농도를결정하고, 이를만족하기위해원수내크립토스포리디움의농도를기준으로처리효율을결정하였기때문이다. 또한크립토스포리디움의농도구간을나눈근거중의하나는경제성분석을통한구분이다. EPA에서는다음 Table 3-37과같은 4개안에대해경제성평가를실시하였다. Table 3-37. SUMMARY OF REGULATORY ALTERNATIVES FOR ALTERED SYSTEMS Average source water Cryptosporidium monitoring result (oocysts/l) Additional treatment requirements 1 Alternative A1 2.0 log inactivation required for all systems Alternative A2 0.03 0.03 and 0.1 0.1 and 1.0 1.0 No action. 0.5 log. 1.5 log. 2.5 log. Alternative A3-Preferred Alternative 0.075 0.075 and 0.1 0.1 and 3.0 3.0 1 log. 2 log. 2.5 log. Alternative A4 0.1 No action. 0.1 and 1.0 1.0 0.5-log. 1.0 log Note: Additional treatment requirements are in addition to levels already required under existion reles (e.g., the IESWTR and LT1ESWTR). 경제성평가는두가지의방법으로실시하였다. Traditional COI(Cost of Illnesses) 와 Enhanced COI의두접근방법의차이는다음 Table 3-38와같이 Traditional COI에서는의료비용, 근로시간의손실을고려하였고, Enhanced COI는 Traditional COI 항목에서고용인력의비급여활동시간손실, 여가활용시간손실, 크립토스포리디움에감염되어아픈상황에서근무함으로인해발생하는생산성저하등의요소가지고려하였다. 125
정수처리기준선진화연구 Table 3-38. TRADITIONAL AND ENHANCED COI FOR CRYPTOSPORIDIOSIS Loss category Traditional COI Enhanced COI Direct Medical Costs $93.82 $93.82 Lst Paid Work Days 109.88 109.88 Lost Unpaid Work Days 1 20.22 40.44 Lost Caregiver Days 2 20.70 54.31 Lost Leisure Time 3 5 333.96 Lost Productivity at Work 5 112.49 Total 4 244.62 744.89 1 2 3 4 5 Assigned to 38.2% of the population not engaged in market work; assumes 40 hr, unpaid work week, valued at $5.46/hr in traditional COI and $10.92/hr in enhanced COI. Does not include lost unpaid work for employed people and may not include all unpaid work for people outside the paid labor force. Values lost work or leisure time for people aring for the ill. Traditional approach does not include lost leisure time. Includes child care and homemaking (to the exten not covered in lost unpaid work days above), time with family, and recreation for people within and outside the paid labor force. Detail may not calculate to totals de to independent rounding; Source: Appendix L in LT2ESWTR EPA (USEPA 2003a). Not included. 경제성평가분석에사용된원수내크립토스포리디움의농도는과거에미국전역에서수행한분석결과를바탕으로수행되었다. 단, 사용된데이터는 ICR(Information Collection Rule), ICRSS(Information Collection Rule Supplemental Survey of Medium Systems), ICRSSL((Information Collection Rule Supplemental Survey of Large Systems) 로구분하여분석하였다. 각크립토스포리디움수집자료별연간질병발생및사망률감소건수는다음의 Table 3-39에나타내었다. 126
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-39. SUMMARY OF ANNUAL AVOIDED ILLNESS AND DEATHS Data set Annual illnesses avoided Mean 90 percent confidence bound Lower (5th %ile) Upper (95th %ile) Annual deaths avoided 90 percent confidence bound Mean Lower Upper (5th %ile) (95th %ile) Annual Total After Full Implementation ICR 1,018,915 169,358 2,331,467 141 25 308 ICRSSL 256,173 45,292 560,648 37 7 78 ICRSSM 498,363 84,724 1,177,415 70 13 157 Annual Average Over 25 years ICR 720,668 119,694 1,647,796 100 18 218 ICRSSL 181,387 32,179 396,845 26 5 55 ICRSSM 352,611 59,942 833,290 50 9 111 Source: The LT2ESWTR Economic Analysis (USEPA 2003a). 질병발병률의감소는평균적으로연간 256,173-1,018,915 건정도감소되며, 사망건수는 37-141건정도감소될것으로계산되었다. 이러한발병률감소와사망률감소대비정수장의설비개량, 투자비등을고려한이익은다음 Table 3-40과같이정리되었다. Table 3-40. SUMMARY OF QUANTIFIED BENEFITS-ENHANCED COI Table. Ⅵ-5A.-SUMMARY OF QUANTIFIED BENEFITS-ENHANCED COI Data set Value of benefits-enhanced COI 1 Mean 90 percent confidence bound Lower (5th %ile) Upper (95th %ile) Annualized Value (at 3%, 25 Years) ICR $1,445 $198 3,666 ICRSSL 374 52 959 ICRSSM 715 96 1,849 Annualized Value (at 7%, 25 Years) ICR 1,230 168 3,120 ICRSSL 318 44 816 ICRSSM 609 81 1,577 1 The traditional COI only includes valuation for medical costs and lost work time (including some portion of unpaid household production). The enhanced COI also factors in valuations for lost personal time (non-worktime) such as child care and homemaking (to the extent not covered by the traditional COI), time with family, and recreation, and lost productivity at work on days when workers are ill but go to work anyway. Source: The LT2ESWTR Economic Analysis (USEPA 2003a). 127
정수처리기준선진화연구 LT2의정량적이익을 enhanced COI로계산하면 (25년기간, 3% 할인율 ), 약 715 백만달러에서 1445백만달러의이익이나는것으로계산된다. 여과시스템 ( 미국의 161백만명공급 ) 의경우크립토스포리디움증의발병을연간 88,000-472,000 건줄일수있고, 9-50 사망건수를줄일수있다. 비여과시스템 ( 미국내 12백만명공급 ) 은 168,000-547,000건수를줄일수있고, 28-91 사망건수를줄일수있다. 다음의 Table 3-41. 에는크립토스포리디움의규제강화에따른정수장의추가처리공정별적용예상건수를예측하였다. EPA에서예측한바에의하면, 추가공정적용이필요한 2,893개의정수장중대부분의정수장인약 1200-1500개의정수장은 Bag filter와같은단순하고저렴한공정의추가로크립토스포리디움의규제를만족시킬것으로예상하며, 약 490-1000개정수장은 UV소독공정으로규제를만족할것으로예상하였다. Table 3-41. TECHNOLOGY SELECTION FORECASTS FOR FILTERED PLANTS Data set ICR ICRSSL ICRSSM Technology Selections Bag Filter 1.0 Log 1,545 1,236 1,441 Cartridge Filter 2.0 Log 190 17 52 CL02 0.5 Log 77 60 70 Combined Filter Performance 0.5 Log 16 12 14 In-bank Filtration 1.0 Log 5 3 4 MF/UF 2.5 Log 10 3 5 03 0.5 Log 26 17 21 03 1.0 Log 24 18 21 03 2.0 Log 9 1 2 Secondary Filter 1.0 Log 0 0 0 UV 2.5 Log 998 490 632 WS Control 0.5 Log 0 0 0 Total Plants Selecting Technologies 2,893 1,852 2,255 128
Ⅲ. 연구결과및고찰 그밖에 LT2 규정의적용시기에대한경제성, 크립토스포리디움분석비용등등의비용을고려하고, LT2규정이발효될경우정수장별로가장저렴한대체공정을적용한다는가정하에소요비용을산출하였다. Table 3-42에는 Traditional COI에의한계산법으로 A1,A2,A3,A4 대안별수익률을계산하였다. Table 3-42. Mean Net Benefits by Rule Option-Enhanced COI ($millions, 2000$) Data Set Rule Alternative Annualized Value 3%, 25 Years 7%, 25 Years A1 $ 1,121 $ 873 ICR A2 $ 1,327 $ 1,098 A3-Preferred $ 1,335 $ 1,109 A4 $ 1,290 $ 1,083 A1 $ 96 $ 1 ICRSSL A2 $ 298 $ 230 A3-Preferred $ 300 $ 237 A4 $ 291 $ 238 A1 $ 435 $ 289 ICRSSM A2 $ 630 $ 509 A3-Preferred $ 629 $ 514 A4 $ 592 $ 493 결론적으로 A1 의경우 1121 백만달러, A2 는 1327, A3 는 1335, A4 는 1290 의수익이나는 것으로계산되어 A3 대안이가장수익률일높음을알수있다. 따라서최종적으로 A3 의대 안으로정수장별크립토스포리디움농도규제수준을결정하였다. 129
정수처리기준선진화연구 가. 침전공정에서크립토스포리디움처리인정율조사침전지단독공정에서크립토스포리디움의인정제거율은공식적으로인정하지않고있으나, 실제적으로 0.5Log의인정제거율을고려하여여과지와함께인정제거율을부여한다. 이렇게침전지에서 0.5Log의인정제거율을결정하기위해연구자들의다양한연구결과들을수집, 분석하여결정을하였다. 다음 Table 3-43에서는크립토스포리디움의침전에의한제거율평가결과를정리하여나타내었다. Dugan et al.(2001) 의결과에서는다양한원수수질조건및적정응집제보다적은양의응집제가투입된경우제거율을평가하였는데, 이때제거율은 0.2Log 수준으로나타났으며, 침전지에서탁도, 입자계수와크립토스포리디움의제거율의상관성이높은것을알수있었다. Sates et al(1997) 은약 27만톤 / 일규모의피츠버그정수장현장에서침전지를운영한결과를분석하였다. 철염응집제를투입하여운영한결과원수와침전수에서크립토스포리디움의평균농도는각각 0.31개 /L, 0.12개 /L로나타나평균 0.41Log의제거율을보였다. Edwals and Kell(1998) 의실험실규모평가에서는다양한응집제별제거율을평가하였는데침전에의한제거율은 0.8 1.2 Log 수준의제거율이나타났다. Payment and Franco(1993) 은몬트리올지역의정수장들의각공정별크립토스포리디움의농도를분석한결과, A정수장의경우평균 0.742개 /L가유입되어 0.0012개 /L가침전수에서검출되었으며, B정수장의경우 <2개 /L 수준으로유입되어 <0.2개 /L 수준으로검출되어평균 0.7Log 수준의제거율을보였다. Kelly et al.(1995) 의평가결과역시두개의정수장에서각공정별크립토스포리디움농도수준을모니터링하였다. A 정수장의경우 0.6개 /L에서 0.095개 /L 수준으로제거되어 0.8Log 수준의제거율이나타났으며, B정수장은 0.54개 /L에서 0.16개 /L로약 0.5Log의제거율이나타났다. Patania et al.(1995) 는 4계열의모형플랜트를대상으로평가하였는데, 1,2,3계열은일반적인공정, 4계열은급속혼화후여과라는인라인여과방식으로평가하였다. 평균적으로 1,2,3 계열이 4계열에비해 1.4-1.8Log 높은제거율을보였다. 본평가에서침전지에서평균적으로약 2Log의제거율이나타났다. 130
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-43. 일반공정침전지에서 Cryptosporidium 제거연구결과 Author(s) Plant/process type 침전에의한 Cryptosporidium 제거율 Dugan et al. (2001) Pilot scale conventional 0.6 to 1.6 log (average 1.3 log). States at al. (197) Full scale conventional with primary and secondary sedimentation. 0.41 log. Edzwald and Kelly (1998) Bench scale sedimentation 0.8 to 1.2 log. Payment and Franco (1993) Kelly et al. (1995) Patania et al. (1995) Full scale conventional (2 plants) Full scale conventional (two stage lime softening) Full scale conventional (two stage sedimentation) Full scale conventional (3 plants) 3.8 log and 0.7 log. 0.8 log. 0.5 log. 2.0 log (median). 또한크립토스포리디움의지Table. 미생물로 B. subtilis 스포어의제거효율을실공정정수장으로대상으로신시내티, 캔자스, 세인트루이스에서평가하였다. 이경우응집제를투입하지않은상태에서제거율은 0.46 Log, 응집제투여시침전지에서평균제거율은 1.1Log, 0.8Log, 0.6Log로나타났다. 본평가동안의결과를다음 Fig. 3.2에나타내었다. Fig. 3-32. 예비침전지에서스포어의월간평균로그제거율 vs. 월간평균탁도로그제거율 131
정수처리기준선진화연구 또한이를정리하여침전지에서탁도제거율과스포어를최소 0.5Log 제거하는기간을 정리하여 Table 3-44 에나타내었다. Table 3-44. 평균탁도제거율과스포어의 0.5 log 이상의평균제거율운영개월비율 Log Reduction in Turbidity (monthly mean) Percent of Months with at least 0.5 Log Mean Reduction in Spores =0.1 64% =0.2 68% =0.3 73% =0.4 78% =0.5 89% =0.6 91% =0.7 90% =0.8 89% =0.9 95% =1.0 96% Source: Data from Cincinnati Water Works, Kansas City Water Services Department, and St. Louis Water Division 위결과를보면최소 0.5Log의탁도제거율을유지할때약 90% 의가능성으로가지고스포어의 0.5Log 제거율을유지할수있는것을알수있다. 따라서최종적으로침전지에서크립토스포리디움의제거율을 0.5 Log 인정받기위해서는연중 12개월중최소 11개월이상침전지탁도제거율이 0.5 Log이상을유지하여한다고결정하였다. 나. 여과공정에서크립토스포리디움효율규정 여과시스템이있는정수장에서크립토스포리디움의목 Table. 제거율의결정을위해다 양한사전연구, 평가결과들을다음 Table 3-45 에정리분석하였다. 132
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-45. 여과공정에서크립토스포리디움제거율평가결과 출처대상평가결과비고 Dugan et al.(2001) Nieminski and Bellamy(2000) McTigue et al.(1998) small Pilot plant 23개실공정 100개정수장설문조사및 Pilot 실험 침전지 :0.6-1.8Log, 평균 1.3 14개조건평가, 응집제최적조건에서여과지 :2.9-4.4 평가에서유입탁도낮을수록크립토제평균 :3.7 거율낮아짐자테스트주입량보다작은응집제주침전지 : 평균 0.2 입시유입탁도농도와관계없이낮은여과지 :1.5 침전제거율여과수까지 : 크립토2.2, 지아디저농도크립토, 지아디아유입시아 2.6 Pilot 여과지까지 : 평균4, 3um이상탁도와크립토상관성있음 Patania et al.(1999) 직접여과 원수2NTU-> 여과수0.02 10NTU->0.05 평균1.5 다양한원수및여과탁도에서평가 1 계열 : 여과탁도 0.1 이하, 5.6 1 계열 :TOC 제거용, 응집제많이 Huck et al.(2000) Pilot 2계열 : 여과탁도 0.1이하, 3log 1계열 : 여과탁도 0.2-0.3, 3.2log 2계열 : 입자제거용, 응집제적게여과탁도와관계없이역세시간이가까 2 계열 : 여과탁도 0.2-0.3, 1log 이오면제거율감소 Emelko et al.(2000) Pilot 직접여과 0.04NTU인안정기 :4.7-5.8 파과시작 : 0.04-0.2NTU: 2.1 파과후반기 :0.25-0.35NTU: 평균 1.4 4조건실험 -여과시작탁도가 0.04NTU이고, 종료탁도가각각 0.06, 0.13NTU일때, 각각 1.8-3.3, 2.5Log Harrington et al. (2001) Bench&Jar Pilot 4개수원에서평가했으나낮은pH, 응집 Bench: 침전 1.2 DAF:1.7 보조제는제거율영향없음. 5도보다 22 도에서제거율높고폴리알미늄이나철염 보다알럼사용시제거율높음 여과속도에제거율차이없음 여과탁도 0.2NTU 이하일때중성 ph에서모래, 2중여재, 3중여재 1.9 에의한차이없음 ph 5.7에서는모래에서제거율높음 Dugan et al.(2001) 의결과에서는다양한수질, 처리조건, 탁도농도, 입자계수등을 aerobic endospore를지료원생동물로평가하였다. 대규모플랜트와동일한효율을나타내는것으로결정된모형플랜트에서 14개조건에서평가한결과적정응집제주입후침전을공정후여과공정에서제거율은평균 3.7 Log(2.9-4.4Log) 로나타났다. 응집제의농도를적정농도에비해작게주입한경우여과지에서제거율은 1.5 Log로다소낮게나타났다. 133
정수처리기준선진화연구 Nieminski and Bellamy(2000) 는 23개의지표수를대상으로한여과공정과 1개의여과공정이없는정수장에서크립토스포리디움과지아디아의제거효율을평가하였다. 크립토스포리디움과지아디아의제거율은각각 2.2, 2.6Log로나타났다. McTigue et al.(1998) 은 100개정수장에대한현장설문조사와모형플랜트결과에서 3um이상의탁도물질과크립토스포리디움의제거는상관성이있음을밝혔다. 또한유입수의입자농도가높을수록제거효율도높음을알수있었다. 모형플랜트실험에서는여과지에서평균크립토스포리디움의제거율은 4Log 정도임을보고했다. 또한설문조사결과여과공정이있는정수장에비해직접여과공정의정수장유입원수에서크립토스포리디움의농도가더높은것을알수있었다. Patania et al.(1999) 은직접여과공정에서제거효율평가를수행하였는데, 유입탁도가각 각 2NTU, 10NTU 조건에서평가한결과, 유출탁도는각각 0.02NTU, 0.05NTU 이며, 크립 토스포리디움의제거율은유입탁도가높을때약간더높은제거율 (1.5Log) 을나타내었다. Huck et al.(2000) 은모형플랜트를 2계열로구성하여평가하였다. 1계열은 TOC제거를위해응집제를과량주입하는공정이며, 2계열은입자제거를목적으로하여응집제를상대적으로적게주입하는계열이었다. 계열별여과탁도와크립토스포리디움제거효율은다음 Table 3-46와같다. Table 3-46. 여과탁도와크립토스포리디움로그제율결과 (Huck et al. 2000) 계열 1계열 2계열 여과탁도 0.1NTU이하 5.6 3 여과탁도 0.2-0.3NTU 3.2 1 본평가에서는여과탁도와관계없이역세척시간이가까워질수록크립토스포리디움의제거효율이감소하는것을알수있었다. Emelko et al.(2000) 의결과에서는모형플랜트를이용한직접여과공정에서여과시간을각각안정기, 초기파과기, 파과후반기, 역세척직전의 4단계로나누어평가하였다. 여과공정의안정기에는여과탁도가 0.04NTU이며크립토스포리디움의제거율은 4.7-5.8Log로나타났지만초기파과기, 파과후반기에여과탁도및크립토스포리디움제거율은각각 0.04-0.2NTU, 2.1Log, 및 0.25-0.35NTU, 1.4Log로여과시간에따라제거율이감소하는것을알수있었다. Harrington et al.(2001) 은실험실및모형플랜트공정으로침전, 여과, DAF공정에서크 134
Ⅲ. 연구결과및고찰 립토스포리디움의제거율을조사하였다. 실험실규모에서 4개의다른종류의원수를대상으로평가하였으나모든경우낮은 ph 또는응집보조제투입에따른제거율영향은없었다. 수온의경우 5도보다 22도에서제거율이높았다. 그리고폴리알루미늄이나철염보다 Alum 사용시제거율이높았다. 모형플랜트평가에서는여과탁도 0.2NTU 이하일때크립토스포리디움의제거율이약 1.9Log 수준이었고, 여과지의종류별평가에서중성 ph의경우모래, 2중여재, 3중여재에서제거율의차이는없었으나, ph 5.7에서는모래여과지에서제거율이높았다. Nieminski and Bellamy(2000) 의설문조사결과정수장에서평균약 3Log의 aerobic spore 의제거율이조사되었으며, McTigue et al.(2000) 에서는총입자수가실공정정수장에서평균 3Log 제거되는것으로조사되었다. 이러한결과를바탕으로크립토스포리디움이여과공정정수장에서약 3Log 정도제거되는것을추측할수있다. Patania et al.(1995) 에서는직접여과공정이일반침전 + 여과공정에비해덜효과적임을보고했고, McTigue et al.(1998) 에서는직접여과공정정수장처리수에서크립토스포리디움의농도가높게나타나는것으로보고했다. 따라서이러한이유로인해 EPA에서는직접여과공정의경우침전 + 여과공정이있는여과공정정수장에비해직접여과공정정수장은 0.5Log 가낮은 2.5 Log 인정제거율로결정하였다. Plummer et al.(1995) 은 DAF 공정에서크립토스포리디움의처리효율을평가하였다. 일 반증력침전공정에서는 0.81Log 제거된반면, DAF 공정은응집제농도에따라 0.38-3.7Log 제거결과를나타내었다. Edzwald and Kelly(1998) 는중력침전에서는 1Log, DAF에서는 3Log의제거율이나타났으며, Harrington et al.(2001) 에서는실험실규모 DAF 공정에서중력침전보다 DAF에서평균 0.5Log이상제거율이높다고보고하였다. 따라서이러한평가결과를바탕으로 EPA에서는 DAF+ 여과공정은침전 + 여과공정과유사하거나다소높은제거율이나타나는것으로인정하였다. Fogel et al.(1993) 은완속여과공정에대해실공정에서크립토스포리디움과지아디아에대해제거율을평가한결과제거율은각각 0.1-0.5Log, 0.9-1.4Log로나타났으며이때원수유입탁도와여과유출탁도는각각 1.3-1.6NTU 및 0.31-0.35NTU로나타났다. 이경우낮은원생동물의제거효율을나타낸이유는저급여재를사용하고, 생물학적활동도가낮은수온 (1 ) 에서운영되기때문으로판단하였다. 135
정수처리기준선진화연구 Hall et al.(1994) 은완속여과모형플랜트를대상으로평가하였다. 여재숙성후크립토스포리디움제거율은평균 3.8Log(2.8-4.3) 이었으며, 결론적으로여재숙성도와제거율은관계가없는것으로나타났다. 따라서완속여과공정의경우일반여과공정과동등한제거효율을나타낼수있으나부적절한설계, 특수한운영조건에따라처리효율이낮게나타날수도있을알수있었다. 결론적으로여과지의종류에따른크립토스포리디움인정제거율은다음 Table 3-47 과 같이정리될수있다. Table 3-47. LT2ESWTR 에서여과공정별 Cryptosporidium 인정제거율 Plant type Conventional treatment Direct filtration Slow sand or diatomaceous earth filtration Alterative filtration technologies Treatment credit 3.0 log 2.5 log 3.0 log 현장평가를통해결정 다. 여과성능에대한크립토스포리디움처리인정규정다수의여과지운영시여과탁도를낮게유지할경우추가적으로크립토스포리디움의제거율을 0.5Log 인정해주는방법이다. 단여과수의여과탁도월간측정횟수 ( 매 4시간간격 ) 의 95% 이상이 0.15 NTU 이하인경우에만인정하며, 막여과, 백 / 카트리지여과, 완속여과공정에서는인정받을수없다. 이렇게여과성능에따라추가적으로제거율을인정해주는이유는 Table 3-48에정리된연구결과들을근거로한다. Table 3-48. 여과지탁도에따른크립토스포리디움제거율평가결과 출처평가대상평가결과 Patania et al(1995) Emelko et al(1999) Dugan et al.(2001) Pilot 실험실규모 Pilot scale 0.1NTU, 평균크립토제거율 4.39 >0.1 and 0.2 3.55 제거율 0.1NTU, 평균지아디아제거율 4.23 >0.1 and 0.2 3.22 제거율 0.1NTU, 평균크립토제거율 4.09 >0.1 and 0.2 3.58 제거율 0.1NTU, 평균크립토제거율 3.76 >0.1 and 0.2 2.56 제거율 136
Ⅲ. 연구결과및고찰 본연구결과들을종합하여볼때여과탁도가 0.1NTU 이하일때 0.1-0.2NTU 에비해 0.5 Log 정도의추가제거가가능한것을알수있었다. 라. 개별여과지성능에대한크립토스포리디움처리인정규정여과지에대한크립토스포리디움의추가소독능산정시개별여과지의성능이향상되었을경우추가로 1Log를인정한다. 단앞서언급한여과지의성능이 0.1NTU이하일때추가로 0.5Log를인정해주는것과중복해서인정받을수는없다. 결론적으로여과성능으로 1Log의추가인정을받기위한세부적인인정조건으로다음의두조건을만족하여야한다. 1) 여과지의역세척후 15 분동안을제외하고, 매달각여과지의일최고탁도가최소 95% 이상이 0.15 NTU 이하이어야한다. 2) 개별여과지의 15 분간격연속측정결과중 0.3NTU 를넘지않아야한다. 3.3.2 여과이외공정에의한크립토스포리디움추가제거능산정 LT2ESWTR에서는정수장처리공정에서요구되는크립토스포리디움의목Table. 처리율을원수내존재하는크립토스포리디움의농도에따라결정이되도록하고, 기존여과공정까지에서크립토스포리디움의인정제거율을정하였다. 하지만, 이렇게여과공정까지처리율로정수장에서요구되는목Table. 처리율을만족시키지못할경우, 원수의수질관리, 전처리공정의추가, 기존공정설비의개선, 대안공정, 또는불활성화를위한대체소독공정등다양한방법으로추가크립토스포리디움처리율을만족시킬수있는방안들을제시하였다. 이러한다양한방안을제시하고, 정수장에서각자현장상황에맞게선택하여적용할수있도록만든프로그램이바로 Microbial Toolbox이다. Microbial Toolbox의전체구성을정리해보면다음 Fig. 3-33과같이정리될수있다. 137
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-33. Microbial Toolbox 체계도 Microbial Toolbox의구성을보면크게유역관리측면의접근과처리공정측면의접근으로나눌수있다. 처리공정측면에서는전처리공정, 기존공정의개선, 대안또는고도처리공정그리고대체소독공정의방법으로구성되어있다. 각공정별로인정되는요구제거율을정리하면다음 Table 3-49와같다. Table 3-49. MICROBIAL TOOLBOX: 각방법별인정 Log 제거율 Toolbox option Proposed Cryptosporidium log credit with design and implementation criteria 1 Watershed control program Pre-sedimentation basin with coagulation Lime softening 0.5 log credit for State-approved program comprising EPA specified elements. Does not apply to unfiltered systems. 0.5 log credit with continuous operation and coagulant addition; basins must achieve 0.5 log turbidity reduction based on the monthly mean of daily measurements in 11 of the 12 previous months; all flow must pass through basins. Systems using existing pre-see basins must sample after basins to determine bin classification and are not eligible for presumptive credit. 0.5 log additional credit for two-stage softening (single-stage softening is credited as equivalent to conventional treatment). Coagulant must bepresent in both stages-includes metal salts, polymers, lime, or magnesium precipitation. Both stages must treat 100% of flow. 138
Ⅲ. 연구결과및고찰 Toolbox option Proposed Cryptosporidium log credit with design and implementation criteria 1 Bank filtration (as pretreatment) combined filter performance Roughing filters Slow sand filters Second stage filtration Membranes Bag filters 0.5 log credit for ft. setback; 1.0 log credit for 50ft. setback; aquifer must be unconsolidated sand containing at least 10% fines; average turbidity in wells must be < 1NTU. Systems using existing wells followed by filtration must monitor well effluent to determine bin classification and are not eligible for presumptive credit. 0.5 log credit for combined filter effluent turbidity 0.15 NTU in 95% of samples each month. 0.5 log credit 2.5 log credit as a secondary filtration step; 3.0 log credit as a primary filtration process. No prior chlorination. 0.5 log credit for second separate filtration stage; treatment train must include coagulation prior to first filter. No presumptive credit for roughing filters. Long credit equivalent to removal efficiency demonstrated in challenge test for device if supported by direct integrity testing. 1 log credit with demonstration of at least 2 log removal efficiency in challenge test. Cartridge filters 2 log credit with demonstration of at least 3 log removal efficiency in challenge test. Chlorine dioxide Log credit based on demonstration of log inactivation using CT Table.. Ozone Log credit based on demonstration of log inactivation using CT Table.. UV Individual filter performance Demonstration of performance Log credit based on demonstration of inactivation with UV dose Table. ; reactor testing required to establish validated operating conditions. 1.0 log credit for demonstration of filtered water turbidity < 0.15 NTU in 95 percent of daily max values from individual filters (excluding 15 min period following backwashes) and no individual filter> 0.3 NTU in two consecutive measurements taken 15 minutes apart. Credit awarded to unit process or treatment train based on demonstration to the State, through use of a State-approved protocol. 1 Table. provides summary information only; refer to following preamble and regulatory language for detailed requirements. 먼저유역관리프로그램 (Watershed Control Program) 은여러가지행정적인사항들을충족시킬경우 0.5Log의추가인증제거율을부여한다. 단이프로그램의인증은여과공정이있는정수장에만해당되며, 여과공정이없는정수장의경우인정받을수없다. 본프로그램으로추가제거능을인정받기위해서는다음의사항이포함된유역관리계획서를주정부에제출하여승인을받아야하며, 일정시간승인후에재신청이필요하다. 주정부의승인신청서에서요구되는항목은 139
정수처리기준선진화연구 1) 수원별크립토스포리디움의유입취약성분석 2) 취약성분석동안크립토스포리디움의오염원을규명할수있는분석, 접근방법 3) 크립토스포리디움의농도수준을저감할수있는특정목표, 조치우선순위등의설정이다또한승인기간동안 0.5 Log의제거율을인정받기위해서는다음의준수사항을준수하여야한다. 1) 유역관리프로그램연차보고서제출 2) 주정부승인을받은연간유역조사보고서제출 3) 유역관리프로그램검토및재신청서 다음으로응집제를주입하는예비침전지를갖출경우세부적인준수사항을준수하여운영할경우 0.5Log의추가제거율을인정받을수있다. 1) 연속으로예비침전지를운영할고정수장처리수량전체물량이통과할것 2) 예비침전지에연속적으로응집제를투입할것 3) 12개월중최소 11개월이상침전지에서월간탁도기준으로 0.5Log이상을제거할것 이러한예비침전지가일반공정의침전지와다른점은높은탁도부하율로운영이되고응집제를투입하지않는점이다. 또한비정기적으로운영이되고있다. 앞서언급된침전지에서크립토스포리디움의처리효율연구를정리해보면다음 Table 3-50과같이나타난다. Table 3-50. 기존공정침전지에서 Cryptosporidium 제거율연구결과 Author(s) Plant/process type Cryptosporidium removal by sedimentation Dugan et al. (2001) Pilot scale conventional 0.6 to 1.6 log (average 1.3 log). States at al. (197) Full scale conventional with primary and secondary sedimentation. 0.41 log. Edzwald and Kelly (1998) Bench scale sedimentation 0.8 to 1.2 log. Payment and Franco (1993) Kelly et al. (1995) Patania et al. (1995) Full scale conventional (2 plants) Full scale conventional (two stage lime softening) Full scale conventional (two stage sedimentation) Full scale conventional (3 plants) 3.8 log and 0.7 log. 0.8 log. 0.5 log. 2.0 log (median). 140
Ⅲ. 연구결과및고찰 따라서본연구들을통해정리된내용은크립토스포리디움의제거시응집제를투입하지 않는침전지에서는 0.5Log 제거가어렵다는것이다. 또한 Fig. 3-32 에나타난바와같이스 포어의실공정제거율을고려하여 0.5Log 추가제거율을설정하였다. 강변여과공정은주처리공정이아닌예비처리의개념으로다음과같은설계기준을만족할경우설계조건에따라 0.5 Log 또는 1 Log의크립토스포리디움추가제거능을인정받을수있다. 인정을받는조건은 1) 관정은 unconsolidated되고모래가우세하여야한다 ( 코어를분석하여 10% 이상의 finegrained material(0.1mm이하 grain) 이코어길이 90% 이상에서발견되어야함. 2) 관정은지Table. 수원으로부터 25feet(8m) 떨어지면 0.5Log, 최소 50feet(16m) 떨어지면 1log 인정 3) 관정탁도는연속으로모니터링해야하고일최고탁도의월평균이 1NTU넘으면중정부에보고해야함 이러한조건별로크립토스포리디움의추가제거능을결정하는근거는다음의다양한실 험결과들을바탕으로결정되었다. Medema et al(2000) 은 Meuse river에서 13m 거리의강변여과시 3.3log의 anaerobic 스포어제거율얻었다. Arora et al. (2000) 은 Wabash River에서 anaerobic 스포어 2log이상제거율얻었다. Havelaar et al(1995) 는 Rhine 강에서 30m여과시 3.1Log anaerobic 스포어제거율의결과를보고하였고, 25m여과시 Muese River에서 3.6Log제거율을나타내었다. 오하이오강에서 2feet 여과에대한실험을수행한 Wang et al(2001) 은 1.8Log제거율결과를얻었다. Schival et al. 은홍수시기에하상의이탈로제거율이떨어져 39 feet에서 0.5log 제거율얻는결과를발표하였다. 따라서이러한결과들을종합적으로보아 EPA에서는 25feet(8m) 여과시 0.5log, 50feet(16m) 여과시 1.0log 인정하게되었다또한이러한결정은 Hater et al(2000) 이루이스빌과신시내티에서 Occyst의컬럼실험결과를바탕으로한모델링결과를근거로하였다. 또한강변여과의경우일일최고탁도기준으로월평균탁도가 1NTU를넘어서면주정부에보고하고이를바탕으로주정부는향후계속적인크립토스포리디움의제거율을인정해줄지결정하여야한다. 강변여과는전처리개념이므로정수처리의여과지보다기준이엄격하지않은특성을고려하였다. 141
정수처리기준선진화연구 한국에서는잘적용하고있지않은정수처리공정인연수화공정 (Lime Softening) 은경도물질을제거하기위한공정이다. 본공정으로는추가적인크립토스포리디움의제거율을 0.5Log 인정받을수있다. 단이경우에도연수화공정은 1차침전지와여과지사이에 2차침전지가설치되어있어야하고, 100% 의정수를연속적으로침전공정에의해처리되어야한다. 또한응집제가의경우 1,2차침전지에투입되고있어야하는조건이있다. 다음으로기존처리장의여과성능에따라크립토스포리디움의추가제거능을인정받을수있다. 간단히규정만요약해보면, 통합여과지성능개선, 개별여과지성능개선, 2차여과지설치의방법이있다. 통합여과지성능개선의경우월간평균탁도의 95% 이상이 0.15NTU이하는유지할경우 0.5Log의추가제거율을인정받을수있고, 개별여과지성능개선의경우개별여과지의일최대탁도 ( 역세후 15분동안탁도제외 ) 의 95% 이상이 0.1 NTU이하의탁도를유지하고 15분마다측정하는개별여과지의탁도가연속적으로 2번이상 0.3 NTU를넘지않을경우추가적으로 1 Log의제거율을인정받는다. 이때통합여과지의성능개선에서인정받는 0.5Log와개별여과지의성능개선으로인정받을수있는 1 Log는중복해서받을수없다. 2차여과지의크립토스포리디움제거율인정 2차여과지의정의는침전지와여과지가있는기존공정후단에추가적으로설치된여과공정 ( 여재층의깊이는최소 24inch이상 ) 이다. 또한급속여과, 이중여재, 입상활성탄 (GAC) 등을이용하여급속여과나이중여재후단에설치하여야하며, 1차여과전에는반드시응집제를사용하여야한다. 활성탄여과지의경우전단에여과공정이없이단일공정으로도입된경우추가제거율인정을받을수없다. 결론적으로위와같은조건을만족하는 2차여과지의운영은 0.5 Log 의추가크립토스포리디움제거율을인정받을수있다. 이렇게 2차여과지에서크립토스포리디움의추가제거율을 0.5 Log로인정한이유는 1999-2000년동안신시내티정수장에서는기존공정에추가로 GAC공정을도입하여 Aerobic Spore의공정별거동을분석한결과 GAC공정유입수의농도가 35.7CFU/100mL일때유출수의농도가 6.4 CFU/100mL로분석되어 0.75Log의제거율을나타내었다. 또한시료중약 16% 정도는 Spore의검출한계 (1CFU/100mL) 이하로검출되어실제적으로더높은제거율을나타내는것으로확인되었다. 따라서 EPA에서는 1차여과나 2차여과지에서병원성미생물의제거기작은동일하고실제신시내티정수장의실험결과에서도높은제거효율이나타나므로 0.5Log의크립토스포리디움제거능을인정해주는것이합리적이라고판단하였다. 추가완속여과지운영에따른크립토스포리디움제거율인정 일반적으로기존공정에서적용되는여과지의적용후추가로완속여과지를적용할경우 142
Ⅲ. 연구결과및고찰 2.5Log의크립토스포리디움제거율을인정한다. 단, 이경우에도완속여과지의유입수에잔류염소는존재하지않아야한다. 앞선언급한바와같이 Bin 2-4에속하는정수장에서완속여과지를적용한경우 3Log를인정하고있다. 하지만 1차여과지후단에 2차여과지로완속여과지를적용한경우 2.5Log 의제거율만을인정한다. 이러한이유는 Hall et al.(1994) 에서평가한결과를근거로한다. 1차로급속여과공정후 2차여과로완속여과공정을이용했을경우다섯번의모형플랜트실험결과에서 3번은크립토스포리디움을 3Log이상제거하였으나, 2번은 2.5Log를제거하는결과를얻었다. 이렇게실험마다다른결과가나타나는이유는분석방법의한계로판단되고있다. 따라서 EPA에서는최종적으로 2차여과지로완속여과지를사용할경우 2.5Log의추가제거율을인정하는것으로결정하였다. Roughing 여과의크립토스포리디움추가제거율인정한국의정수장에서는 Roughing 여과를일반적으로적용하고있지않으나, 미국의경우 Roughing여과의경우에도 0.5Log의크립토스포리디움제거율을인정한다. Roughing 여과를도입하는목적은완속여과가있는정수장에서고탁도유입시탁도를일정부분의탁도를제거하고자하는목적으로도입한다. Roughing 여과기의정의는침전탱크에작은직경의여재가유체흐름방향으로채워있는여과장치를말한다. 이렇게 Roughing 여과에서 0.5Log를인정한근거는 Wegelin et al.(1987) 이수행한모형플랜트실험을근거로결정되었다. 실험결과는다음의 Table 3-51에정리하여나타내었다. Table 3-51. ROUGHING FILTER 실험결과 (WEGELIN, 1988) Location Azpita, Peru EI Retiro, Colombia Blue Nile Health Project, Sudan Roughing Filter Type Downflow Upflow (multi-layer filter) Horizontal-flow. Filtration Rate 0.30m/h (0.98ft/hr) 0.74m/h (2.43f/hr) 0.3m/h (0.98ft/hr). Design Capacity 35 m 3/d m 3/d m 3/d Turbidity (NTU) Raw Water 50-200 10-150 40-500 Roughing Filter Effluent 15-40 5-15 5-50 Fecal Coliforms (/100mL) Raw Water 700 16,000 300 Roughing Filter Effluent 160 1,680 25 143
정수처리기준선진화연구 실험결과를바탕으로경험적인모델식을만든결과, 낮은여과유속 (0.5m/hr) 조건에서긴여층의여과 (10m) 를수행할경우 SS는 1000mg/L에서 3mg/L이하로낮아지는것으로예측됐다. 하지만본실험들은 SS나대장균의제거정도를평가했을뿐, 아직까지크립토스포리디움의제거능을확인한결과는없다. 백필터및카트리지필터여과에의한추가크립토스포리디움인정제거능 Bag 필터는세부적인조건을만족할경우 1Log의제거능을인정하고, 카트리지필터는 2Log를인정한다. 일단두필터의경우기본적으로정의한시설에대한정의를만족하는설비여야하며, 실증실험 (Challenge Test) 을통해제거능을입증받아야한다. Bag 필터와카트리지필터의정의는 1um이상의입자를제거하기위해기공여재에압력을가하여제거하는공정이다. Bag 필터는딱딱하지않은섬유여재를사용한압력용기내에서유량의안쪽에서바깥쪽으로흐르는공정이며, 카트리지필터의여재는견고하며압력용기내에자체적으로지지되는여재가장착되어필터안쪽에서바깥쪽으로물이흐르는공정이다. 실제이두종류의필터에대한성능은다음 Table 3-52과같이다양한연구결과들이나타나있다. Table 3-52. BAG AND CARTRIDGE 필터에서 Cryptosporidium 또는지표물질의제거율연구결과 Process Log removal Organism/surrogate Reference Bag and cartridge filtration in series. 1.1 to 2.1 3 to 6 μm spheres NSF 2001a. Cartridge filtration 3.5 (average) Cryptosporidium Enriquez et al. 1999. Cartridge filtration 3.3 (average) Cryptosporidium Roessier, 1998. Cartridge filtration 1.1 to 3.3 Cryptosporidium Schaub et al. 1993. Cartridge filtration 0.5 to 3.6 5.7 μm spheres Long, 1983. Cartridge filtration 2.3 to 2.8 Cryptosporidium Ciardelli, 1996a. Cartridge filtration 2.7 to 3.7 Cryptosporidium Ciardelli, 1996b. Prefilter and bag filter in series 1.9 to 3.2 3.7 μm spheres NSF 2001b. Bag Filtration 3.0 Cryptosporidium Comwell and LeChevallier, 2002. Bag Filtration 0.5 to 3.6 Cryptosporidium Li et al. 1997. Bag Filtration 0.5 to 2.0 4.5 μm spheres Goodrich et al. 1995. 144
Ⅲ. 연구결과및고찰 하지만, Bag필터는 1Log의제거능을인정받기위해서는실증실험에선 2Log의크립토스포리디움제거율의결과가나와야하며, 카트리지필터로 2Log를인정받기위해서는 3Log 의제거율이나타나야한다. 이렇게실증평가실험에서 1Log정도의더높은안전율을설정한이유는첫째, 운전기간동안제거율의변화가 1Log 이상발생하기때문이다. 실제이러한결과는 Li et al. 1997, NSF2001등에언급되어있다. 둘째의이유는 Bag여과및카트리지여과의경우운전하는동안일반적인막여과공정에서수행하는직접완결성실험 (Direct Integrity Test) 을수행하지않는다. 따라서운영기간동안제거효율을완벽하게입증하기가어렵기때문이다. 막여과공정에의한크립토스포리디움인정제거율막여과공정의인증제거율은현장평가실험 (Challenge Test) 에따라결정되나, 최대 6.5Log 까지인정받을수있다. 막여과공정에서크립토스포리디움의추가제거율을인정받는조건은다음과같다. 1) 막여과공정의설비에대한기본정의를만족하여야한다. 2) 직접완결성실험 (Direct Integrity Test) 을입증하여야하고, 현장실험 (Challenge Test) 을통해크립토스포리디움의제거효율을입증하여야한다. 3) 공정운영중직접완결성실험을정기적으로수행하고, 간접완결성실험을연속적으로모니터링하여야한다. 막여과공정에서최고로인정받을수있는제거율은다음의두가지실험중낮은제거효율로인정한다. 1) 현장실험결과 2) 직접완결성실험에의해입증된로그제거율 막여과공정의크립토스포리디움인정제거율평가방법등의자세한내용은 EPA 에서 발간한 Membrane Filtration Guidance Manual(2003) 에기술되어있다. 오존과이산화염소에의한크립토스포리디움추가제거율인정오존과이산화염소의소독능은 CT값으로평가하며, 각소독제의 CT값별로그제거율은다음 Table 3-53 및 3-54에나타내었다. 두소독제 CT값에따라모두최대 3Log까지인정받을수있다. 오존의경우염소, 이산화염소에비해접촉조에서분해되는속도가빨라실제접촉조유출부의잔류오존농도와접촉시간 (T10) 의곱으로 CT값을계산할경우실제소독능에비해상당히과소평가된 CT값을인정받게된다. 따라서오존접촉방식, 오존접 145
정수처리기준선진화연구 촉조의형태에따라 C 값과 T 값을계산하는방법을따로규정하고있다. 이러한계산방법 에는 T10 Method, CSTR Method, Extended CSTR Method 의방법중현장의설비방식 에따라선택하여 CT 값을계산하는방법을채택하고있다. Table 3-53. 오존에의한 Cryptosporidium 의불활성화를위한 CT VALUES Log credit Water Temperature, 1 =0.5 1 2 3 5 7 10 15 20 25 0.5 12 12 10 9.5 7.9 6.5 4.9 3.1 2.0 1.2 1.0 24 23 21 19 16 13 9.9 6.2 3.9 2.5 1.5 36 35 31 29 24 20 15 9.3 5.9 3.7 2.0 48 46 42 38 32 26 20 12 7.8 4.9 2.5 60 58 52 48 40 33 25 16 9.8 6.2 3.0 72 69 63 57 47 39 30 19 12 7.4 1 CT values between the indicated temperatures may be determined by interpolation. Table 3-54. 이산화염소에의한 Cryptosporidium 불활성화율 CT VALUES Log credit Water Temperature, 1 =0.5 1 2 3 5 7 10 15 20 25 0.5 319 305 279 256 214 180 138 89 58 38 1.0 637 610 558 511 429 360 277 179 116 75 1.5 956 915 838 767 643 539 415 268 174 113 2.0 1275 1220 1117 1023 858 719 553 357 232 150 2.5 1594 1525 1396 1278 1072 899 691 447 289 188 3.0 1912 1830 1675 1534 1286 1079 830 536 347 226 1 CT values between the indicated temperatures may be determined by interpolation. 자외선 (UV) 소독공정에의한크립토스포리디움추가제거율인정자외선소독공정역시막여과공정과같이실제반응기에대해지Table. 미생물을이용한현장평가 (Challenge Test) 를통해효율을인정받도록되어있다. 이러한효율에따라크립토스포리디움과지아디아는최대 3Log, 바이러스는 4Log까지인정받을수있다. 자외선조사량에따른인증제거율은다음의 Table 3-55에나타내었다. 146
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-55. UV Dose Requirements for Cryptosporidium, Giardia lamblia, and Virus Inactivation Credit Log Credit Cryptosporidium UV Dose (mj/cm 2 ) Giardia lamblia UV Dose (mj/cm 2 ) Virus UV Dose (mj/cm 2 ) 0.5 1.6 1.5 39 1.0 2.5 2.1 58 1.5 3.9 3.0 79 2.0 5.8 5.2 100 2.5 8.5 7.7 121 3.0 12 11 143 3.5 NA NA 163 4.0 NA NA 186 이처럼자외선소독은실제조사량에의해인정불활성화율이결정되는데, 이러한조사량결정은 Validation 평가를통해결정되며, 이때반응기에유입되는원수의 UV흡광도, 램프의오염과노후화, 온라인강도계의불확실성, 반응기의유량변화로발생하는조사량분포변화, UV램프의소등, 기타장비의공정, 반응기유입, 유출부의형상등을고려하여조사량을평가하게된다. 이러한자외선소독반응기의평가규정은 UV Disinfection Guidance Manual(2003) 에기술되어있다. 마지막으로 Microbial Toolbox에서인정하고있는크립토스포리디움의추가제거율인정방법은현장성능평가 (Demonstration of Performance) 를통한크립토스포리디움제거능인정이다. 이방법은기존에 microbial toolbox에서인정한제거능보다높은제거능을인정받고자할때사용하는방법이다. 즉, 해당정수장에 aerobic spore를이용해실제제거율을입증하거나, 모형플랜트의 Spiking 실험을통해제거율을입증할경우주정부는이결과를바탕으로제거율을인정해줄수있다. 이러한평가를통한인증방법은각단위공정별로평가받을수있고, 또는정수장전체공정으로평가받을수도있다현장실공정의성능평가를받을경우인위적으로 Spore를 Spiking 하지않고, 원수내에자연적으로유입되는 Spore를이용한다. Spore의농도는원수부터처리수까지각공정별로평가한다. 평가는 1년동안 1주일간격으로분석한다. 이러한평가방법은실제크립토스포리디움을분석하여평가하는방법으로비용측면에서저렴하며, 현재자세한실험절차등은 EPA에서매뉴얼을제작중에있다. 이렇게크립토스포리디움보다는간접적으로스포어 147
정수처리기준선진화연구 를이용하여공정의제거율을평가하는근거는다음 Fig. 3-34에나타난바와같이기존실험자들의실험결과를분석해보면, 실제크립토스포리디움제거율과 Spore의제거율의상관성에있어서 Spore의제거율이크립토스포리디움에비해낮은것을알수있다. 예를들어스포어의 3Log제거율을나타낸선을보면, 이때크립토스포리디움의제거율은 4-6Log로스포어의제거율로인정기준을결정할경우상당히보수적인결과를얻을수있다. 이러한이유로스포어의사용을결정하였다. Fig. 3-34. 크립토스포리디움과스포어제거율상관성 모형플랜트를이용한성능평가의인정은크립토스포리디움, 스포어, 마이크로입자등으로평가할수있으나, 자세한실험방법은주정부에의해승인을받아야한다. 지금까지언급된크립토스포리디움의처리규정에따라정수장에서현실적으로대응할수있는방법을정리해보면다음 Fig. 3-35와같이정리될수있다. Fig. 3-35. 기존정수장에서크립토스포리디움규정준수를위한방안 148
Ⅲ. 연구결과및고찰 원수의크립토스포리디움농도수준이 Bin 1에해당되는경우정수장처리공정에서특별한대책이필요없다. Bin 2에해당되는경우에는통합여과지탁도성능향상 (CFE: Combined Filter Efficiency) 으로 0.5 Log를인정받고, 추가로개별여과지성능향상 (IFE: Individual Filter Efficiency) 로 0.5 Log를추가로더인정받는다. 이때정수장운영중개별여과지성능으로인정받는것을실패할경우를대비하여유역관리프로그램 (WCP) 나현장성능평가 (DOP) 로인정을받아놓게되면여과지의운영에문제가있더라도 Bin 2의정수장도안정적으로운영될수있다. Bin 3에해당되는정수장부터는 UV와같은추가적인처리공정의도입이필요하다. 3.3.3 대체소독공정 ( 오존, 자외선등 ) 에대한인증기준및방법조사 3.3.3.1 자외선소독공정의이론 가 ) 자외선소독개요자외선은파장범위가가시광과 X선의사이 (100nm 400nm) 인전자파의일종으로, Fig. 3-36에나타낸바와같이파장영역에따라진공UV( 파장 100 200nm), UV-C( 파장 200 280nm), UV-B( 파장 280 315nm), UV-A( 파장 315 400nm) 로나눌수있다. Fig. 3-36. 전자파와자외선 진공UV는소독에상당히효과적이지만, 수층에서는급격히감쇠하기때문에, 물의소독에는적합하지않다. 한편가시광선에가까운파장영역인 UV-A는파장이 UV-C나 UV-B 에비해길기때문에방사에너지가적어소독효과가떨어진다. 따라서소독에유효하고실질적인자외선은파장 200 300nm 범위인 UV-C와 UV-B이다. 자외선은혼합가스에전압을가하고, 광자를방출시킴으로써발생시킨다. 이렇게하여발 149
정수처리기준선진화연구 생된빛의파장은혼합가스의원소성분이나램프의출력레벨에따라달라지나, 수처리용의거의대부분의자외선램프는수은증기를함유하는혼합가스를사용하고있다. 램프에봉입되어있는수은의증기압이 0.133Pa 1.33Pa (0.001 0.01 torr) 의범위에있는저압램프와 13.3kPa 1.33 10 3 kpa (100 10,000 torr) 의범위에있는중압 고압램프로구분된다. 저압램프에서는파장 253.7nm의단일파장 ( 단색 ) 의자외선이발생되는데비해, 중압 고압램프에서는광범위한파장의자외선이발생된다. 자외선소독은북미와유럽에서기초및응용연구가수행되어실용화되어왔다. 최근에는제약공업, 식품공업, 수산양식, 냉각수계에서는살균, 전자공업에서는초순수제조공정에서미생물증식억제, 하수처리에서는소독등광범위한분야에서이미실용화되어있다. 자외선소독은유럽에서는주로음료수의소독에, 미국에서는 1950년대부터하수의소독에적용되어왔다. 이러한과정에서 4Log (99.99%) 의불활성화를얻기위한자외선조사량으로서 세균류에대해서는 3 10mJ/cm 2, 사람의장관계바이러스에대해서는 20 50mJ/cm 2 정도 로나타났다. 다음의 Table 3-56 에는자외선소독의연사를정리하여나타내었다. Table 3-56. 자외선소독의역사 1887년 Downes and Blunt 햇빛에살균작용이있다는것을발견 1901년 인공자외선광원으로서수은램프가개발 1906년 석영이자외선전달물질로사용 1910년 프랑스마르세이유에서처음으로음용수소독에사용 1929년 Gates 자외선소독과핵산의자외선흡수와의관련을해명 1930년대 형광등이개발되어, 살균에효과가있는관상램프의생산이시작 1950년대 자외선소독의메카니즘과미생물의불활성화에관한연구가활발히진행 1955년 스위스와오스트리아에서지방자치단체의수도에처음으로자외선소독이적용 1975년 노르웨이에서처음으로수도용자외선소독설비가설치 1980년 네덜란드에서처음으로수도용자외선소독설비가설치 이후노르웨이및네덜란드양국에서는자외선소독이일반화 1985년 스위스, 오스트리아양국에서도입된자외선소독설비의누계는각각 500건과 600건 1996년 유럽의음용수용자외선소독시스템이 2,000건을넘어섬 (USEPA 조사 ) 1999 2002년 동물세포감염성평가에의해적은조사량이라도자외선소독이크립토스포리디움의불 활성화에유효하다는것이발견, 자외선소독효과가재평가됨 2002년 핀란드, 헬싱키시에서처리수량 220,000m 3 /d의대용량정수처리에자외선소독이적용 2003년 USEPA에서자외선소독가이던스매뉴얼 ( 안 ) 이발표 2004년 WHO에서음용수가이드라인 3판이발간 2004년 일본아오모리현의최대급수량 20,000m 3 /d 정수장에자외선소독이적용 2006년 USEPA " 자외선소독가이던스매뉴얼 발간 2007년 일본 수도시설의기술적기준 의일부개정으로 수도에있어서크립토스포리디움대 책지침 이책정되어, 수도에서자외선소독처리인정 2008년 캐나다밴쿠버 1,800,000m 3 /d 정수장에자외선소독설비설치 (2009년가동 ) 2008년 미국뉴욕시 9,000,000m 3 /d 정수장에자외선소독설비건설개시 (2012년예정 ) 150
Ⅲ. 연구결과및고찰 자외선소독은종래크립토스포리디움오시스트 ( 이하크립토스포리디움 ) 의불활성화에는유효하지않다고알려져있었다. 즉시험관내의탈낭시험과생체염색시험에의한생존성의평가에의하면 120mJ/cm 2 의조사량으로도크립토스포리디움의불활성화율은겨우 2Log(99%) 에지나지않아, 3Log(99.9%) 의불활성화율을달성하기위해서는 8,700mJ/cm 2 를넘는조사량이필요한것으로알려져있었다. 그러나최근에와서크립토스포리디움의불활성화에대해서쥐나동물세포의감염성에의한시험및평가방법이적용됨에따라자외선소독은재평가되어, 크립토스포리디움의불활성화에대한유력한방법으로서주목을받게되었다. 동물세포에대해감염성유무에의한평가방법에따라, 크립토스포리디움의불활성화율 2Log(99%) 를얻는데필요한자외선조사량은 2mJ/cm 2, 4Log(99.99%) 의불활성화율에대해서는 8mJ/cm 2 로충분하다고보고되었다. 다른연구자에의해서도마찬가지로소량의자외선조사량에의해크립토스포리디움을불활성화할수있다는결과가얻어졌다. 2004년발표된 WHO 가이드라인에서는크립토스포리디움의불활성화율 3Log(99.9%) 을얻는데필요한자외선조사량으로 10mJ/cm 2 를제시하였다. 나 ) 자외선소독의특징염소, 이산화염소, 오존등에의한소독방법과비교하여, 자외선소독의가장큰특징은자외선조사에의해에너지를가하는것으로, 첨가물의잔류나부차적인생성물이없다는점이다. THM, HAA, 브로메이트와같은유해한부생성물이발생하지않는다고하는특징은커다란매력이라고볼수있다. 이하는자외선소독의특징을열거한것이다. 1 약품등의물질을첨가하지않으므로, 잔류물이나부생성물이없다. 과잉으로조사해도악영향이없다. ph, 수온의영향을거의받지않는다. 2 단시간의 UV광조사로효과가얻어진다. 조사시간은통상수초이다. 설비가콤팩트하다. 3 적은조사량으로병원성원충의불활성화가가능하다. 4 기존정수시설에비교적간단히설치가가능하다. 설비의압력손실이적으므로급속여과설비의관로에설치하는것도가능하다. 5 건설비, 유지관리비모두저렴하다. 유지관리비의주는전력비, 램프교환비, 램프의물리세정, 약품세정이다. 6 유량계, 흡광광도계, 자외선모니터등을설치함으로써, 자동운전및감시가용이하다. 7 소독의기작은대상미생물의 DNA를손상시키는것에의한다. 8 세균에대해서는회복현상이보인다. 151
정수처리기준선진화연구 다음의 Table 3-57 에는염소소독을비롯한타소독방식과의특징을비교하여나타내었다. Table 3-57. 자외선소독과기타소독방법과의특징비교특징비교항목자외선염소이산화염소클로라민오존있음. 잔류성은있음. 잔류성은잔류효과없음있음염소보다약간 30 40분에소실염소보다높음높음 불활성화기작 자외선흡수에의한 DNA 의손상 세포막손상에의한세포성분의누출. 세포막기능에직접작용. 효소의활성을없앰. 바이러스에대해서는 DNA의손상 효소의활성을없앰. 바이러스에대해서는외피단백질에치사적장애 기본적으로는염소소독과동일. 세포막의손상에의한세포성분의누출. DNA 의손상 적정 ph ph 의영향없음 중성이하. 7에비해 9에서는 10 20배, 10에서는약 60배의접촉시간이필요 ph6 10 에서효과에변화는없으며, 8.5 에서염소보다효과가큼 중성영역, ph 가높을경우염소소독만큼은아니지만효과가감소함. ph6 8.5 에서효과에변화없음. 병원성원생동물의불활성화효과 효과적 거의효과없음 염소보다는효과적이며오존과병행하면효과증대 염소와마찬가지로거의효과없음 주입률증대에따라효과적이며, 이산화염소와병행하면효과증대 맛냄새제거효과 조류냄새에는효과가있는것으로알려져있으나기타냄새에는효과없음 식물성냄새, 비린내, 부패취, 하수냄새등에효과 염소보다효과적 효과는적으며, 모노클로라민은역으로맛, 냄새를발생 대부분의냄새에효과있음. 곰팡이냄새에대해서는입상활성탄과병행하면더욱효과적 철, 망간의산화효과없음효과있음 타공정과병용의필요성 최종소독으로서염소소독을병용할필요가있음 단독으로가능 적용 무기성, 유기성염소보다효과가크며, 오존과동등효과가거의없음을막론하고효과가큼 최종소독으로서염소소독을병용할필요가있음 단독으로가능 적용 입상활성탄과조합하여최종소독으로서염소소독이필요 크립토스포리디움블활성화에필요한 CT 값 1 10 1,600 70 115-2 주 1) 위표의 CT값은 2log10(99%) 불활성화에필요한값주 2) 위표의 CT값의단위는자외선소독에대해서는 mj/cm2, 기타는 mg min/l 152
Ⅲ. 연구결과및고찰 다 ) 자외선소독의기작염소, 이산화염소, 클로라민, 오존등에의한미생물의살균또는불활성화의기작은세포막의손상에의한세포성분의누출, 생체반응에관련된효소의활성손실이주로인데비해, 자외선소독에의한불활성화는생명활동의기본물질인 DNA의손상에의한것으로알려져있다. DNA에있는염기는자외선을흡수한다. 각염기의흡수파장대는각기다르나, DNA의자외선흡수파장대는 Fig. 3-37에나타난것처럼파장 260nm와파장 200nm부근의피크를보이고, 파장 230nm 부근에서최소치를나타내며, 파장 300nm 이상의자외선은거의흡수하지않는다. Fig. 3-37에나타나있듯이 DNA는파장 250 270nm 부근의자외선을흡수함으로써손상을입는다. Fig. 3-37. DNA 의자외선흡수파장 자외선소독에서미생물의불활성화기장에대해서는조사된 250 270nm 부근의자외선에너지가 DNA에흡수되어, 피리미딘염기 ( 특히티민 ) 의이량체화가일어나 DNA의상보적복제가불가능하게되어, 미생물이감염성이나증식능력을잃게되기때문인것으로설명되고있다. 앞서기술한바와같이자외선조사에의해, 미생물은 DNA의복제저해를받게되는결과감염능력이나증식능력을잃어불활성화되지만, 아직대사기능을유지하고있기때문에미생물이완전히사멸하였음을의미하는것은아니다. DNA 염기중에형성된티민이량체의위치를인식하고, 그부분을잘라내어새로운정상염기를합성하여집어넣어수복 (repair) 되면, 감염능력이나증식능력을회복 (reactivation) 할수있으며, 이러한예가많이보고되고있다. 미생물은자외선에의한 DNA 손상을수복하는효소개재의기작을갖고있다. 153
정수처리기준선진화연구 이와같은기작에는빛을필요로하는광회복과빛을필요로하지않는암회복이있다. 광회복에서는수복효소가파장 310 490nm ( 근자외선 UV-A 및가시광선 ) 의빛에의해 활성화되는것으로, DNA 의손상부위가수복된다. (Fig. 3-38) 자외선조사에의해손상된 DNA 정상 DNA DNA 복제회복 세포분열개시 증식능회복 티민염기이량체의개열 ( 복구 ) 근자외선 ~ 가시광에의해활성화된광회복효소에의해손상부위복구 Fig. 3-38. 광회복기작의모식도 한편, 암회복에서는수복프로세스의활성화를위해빛을필요로하지않는다. 암회복은 DNA의손상부위를제거하고, DNA 상보나선구조를이용하여재생하는프로세스라고알려져있다. Kashimada 등은생하수로부터채취, 배양한종속영양세균, 대장균, 분변성대장균에파장 254nm의단파장자외선을조사하여불활성화시킨후, 형광등빛과태양광을조사하여이들세균의광회복에대해조사, 연구하여다음과같은결과를보고하였다. 1 형광등조사에의해, 종속영양세균, 대장균및분변성대장균은광회복을나타내었으나, E.Coli B와 E.Coli K12 A/λ (F+) 에대해서는광회복은나타나지않았다. 2 대장균에대해서는태양광에의해회복과불활성화가동시에진행된것이나타났다. 3 형광등및태양광에의한광회복검토에는, 대Table. 파장으로 360nm 빛이적정하다. 4 광회복속도는포화형 1차반응식으로근사되었다. 각종세균에대해불활성화를위한자외선조사량은 6.16mJ/cm 2, 광회복을위한가시광선 조사율은 0.15mW/cm 2 의조건에서, 광회복의시간에따른변화를 Fig. 3-39 에나타낸다. Fig. 3-39. 광회복에의한각종세균의시간에따른생존율변화 16) 154
Ⅲ. 연구결과및고찰 바이러스의 DNA에는수복에필요한효소는없으나, 숙주세포의효소를사용하여수복이가능하다고되어있다. Linden 등은자외선소독에서통상의조사량 (16 및 40mJ/cm 2 ) 으로는지아디아의광회복또는암회복은관찰되지않았다고보고되었다. Shin 등은크립토스포리디움이자외선에의한불활성화후에, 감염력이회복되지않았음을보고하였다. Morita 등 20) 은자외선조사에의해일단불활성화된크립토스포리디움난포낭의광회복과암회복에대해검토한결과, ESS법 (Endnuclease-Sensitive Site Assay) 에의하면, DNA 손상부의수복이확인되었으나, 광회복또는암회복에의해, 동물세포로의감염성은회복되지않았음을확인하였다 (Fig. 3-40). (a) 광회복 (b) 암회복 Fig. 3-40. 자외선조사에의해불활성화된크립토스포리디움의광회복및암회복 ( 자외선조사량은 0.5 1.5mJ/cm 2 ) 라 ) 소독효과와소독부산물그람음성균가운데는병원성을가진것이많이속해있는데비해, 그람양성균에는유용균이많다. 일반적으로대장균등의그람음성세균은비교적불활성화시키기쉬우나, Table 3-58에예시되어있듯이세균종에따라자외선에대한감수성이다르기때문에대상이되는세균종에대응하는조사량을설정할필요가있다. 아포균 (Bacillus) 과같이자외선에대한저항성이비교적높은균도있으나, 대부분은크립토스포리디움과유사한낮은자외선저항성을나타내는것으로볼수있다. 병원성세균을예로들면, 살모넬라증을일으키는균 (Salmonella enteris 등 ), 티푸스균 (Salmonella typhi), 적리균 (Shigella dysentariae), 포도상구균 (Staphylococcus 등 ), 콜레라균 (Vibrio choleras) 등은자외선에대해저항성이낮아불활성화효과가높을것으로판단된다. 한편, 세균종에따라광회복정도도다르므로, 조사량설정은이둘을고려하여결정할필요가있다. 155
정수처리기준선진화연구 Table 3-58. 세균의자외선에대한감수성 (99.9% 불활성화요구조사량 ) 종류 253.7nm 조사량 [mj/cm²] Aeromonas hydrophila 3.9 campylobacter jejuni 4 Eberthella typhosa 4.4 Escherichia coli 3.5 7.3 Escherichia coli 0157:H7 4.1 Legionella pneumophila 6.9 Proteus vulgaris Hau. 3.8 그람음성균 Pseudomonas aeruginosa 10.5 Salmonella anatum 15 Salmonella enteritidis 9 Salmonella typhi 6.4 Salmonella typhimurium 5 Shigella dysenteriae 2 4.3 Shigella paradysenteriae 4.3 Shigella sonnei 6.5 Vibrio cholerae 2.2 Yersinia enterocolitica 3.7 Bacillus mesentericus fascus 17.9 Bacillus mesentericus fascus (spores) 28.1 Bacillus subtilis 11.0 Bacillus subtilis (spores) 22 61 Bacillus subtilis Sawamura 21.6 그람양성균 Bacillus subtilis Sawamura (spores) 33.2 Staphylococcus albus 5.7 9.1 Staphylococcus aureus 6.5 9.3 Staphylococcus faecalis 8 14.9 Staphylococcus fecalis R 14.9 Staphylococcus hemolyticus (Group A-Gr.13) 7.4 Staphylococcus hemolyticus (Group D.C-6-D) 10.6 156
Ⅲ. 연구결과및고찰 바이러스는세균과달라배지로배양할수없고, 증식을위해서는특정숙주를필요로한다. 박테리오파아지등의세균에기생하는바이러스는자연환경중에숙주세균이존재하는상태에서는증식할가능성은있으나, 수도에서문제시되는사람의장관계바이러스는자연환경중에서생존하기는하나, 증식하는일은없다. 따라서원수가바이러스에오염되어있는경우에는하수나축산폐수등에기인한오염을의심할수있다. 바이러스는 DNA나 RNA 등의핵산이단백질입자에싸여있는형태로, 상당히단순한구조로이루어져있다. 일반적으로자외선조사에의해핵산이나단백질이광화학적으로변성하여효과적으로불활성화할수있다고여겨지고있다. 또한바이러스는수복효소를갖고있지않기때문에숙주세포외에서는광회복, 암회복은일어나지않는다. 그러나바이러스는세균이나크립토스포리디움에비하면저항성이높은것이많다. 불활성화측면에서보면, 99.9% 불활성화에필요한조사량의범위는통상수십 mj/cm 2 의높은에너지가필요함을알수있다. 특히, Adenovirus 중인간에게감염하여설사등을일으키 는 type 40 과 41 은자외선내성이강하여, 99.9% 불활성화를얻기위해서는 100mJ/cm 2 이 상의자외선조사량이필요하다.(Table 3-59) Table 3-59. 바이러스의자외선에대한감수성 ( 불활성화요구조사량 ) 바이러스 종류 99% 불활성화 [mj/cm²] 99.9% 불활성화 [mj/cm²] Adenovirus type Ⅱ 53 80 Adenovirus type Ⅲ - 4.5 Adenovirus 40 60 102 90 153 Adenovirus 41 47 111 71 167 Coxsachievirus A2-4.8 Coxsachievirus A9 24 36 Coxsachievirus B1 31 46 Coxsachievirus B5-21 Hepatitis A HM175-12 22 Hepatitis A 7 11 Influenza virus - 6.6 Poliovirus 15 23 Poliovirus TypeⅠ 8 22 21 32 Rotavirus 23 34 Rotavirus SA-11 16 24 Reovirus 1 31 46 coliphage Qβ 41 54 B-40-23 MS-2 28 58 42 87 PRD-1 17 26 φⅩ174 4 6.7 157
정수처리기준선진화연구 크립토스포리디움, 지아디아등의원생동물은자연환경중에서는감염성충체 (sporozoite) 가껍질에둘러싸인오시스트 ( 지아디아는시스트 ) 로존재하기때문에염소제에대해내성이있어, 이에대한대책기술의확립을위한대응이활발하게추진되고있다. 원충대책기술로서는막여과법이나오존처리또는오존 / 자외선처리의적용이검토되었다. 자외선소독은과거원충류의소독법으로반드시효과적인수단은아니라는보고가있었으나, 최근수 mj/cm 2 정도의저조사량의자외선조사로사멸하지는않지만, 크립토스포리디움오시스트의감염성을 99% 이상불활성화할수있다고보고되었다. Table 3-60에, 자외선에의한원충류오시스트, 시스트불활성화에관하여감염성에의한평가를이용한경우의필요조사량을나타낸다. 또한, Fig 3-41에저압자외선램프에의한자외선조사량과크립토스포리디움오시스트감염성평가에의한불활성화율의관계를나타낸다. 자외선조사량과불활성화효과의결과에편차가보이는것은원충류의종이나분리주의차이에의한자외선감수성의차나, 오시스트, 시스트의집괴상태의차에의한영향등으로볼수있다. Table 3-60. 원충류오시스트, 시스트의자외선에대한감수성 (99.9% 불활성화요구조사량 ) 종류 253.7nm 조사량 [mj/cm²] Cryptosporidium parvum 2.2 3 Giardia lamblia <20 동물감염성 Cryptosporidium parvum 5 30 ph7.0 1.0 1.3(99%) 원충 Giardia lamblia 3 10(>99%) Giardia muris 3(99%) Cryptosporidium parvum 3 세포감염성 Encephalitozoon intestinalis 3(99%) Giardia lamblia 1(>99.99%) 158
Ⅲ. 연구결과및고찰 5 4 불활성화율 (log) 3 2 1 동물감염배양세포감염 0 0 10 20 30 40 자외선조사량 (mj/cm2) Fig. 3-41. 자외선조사량 ( 저압램프 ) 과크립토스포리디움의불활성화율관계 Fig. 3-42에서보면저압램프는자외선조사량 10mJ/cm 2 로대략 3Log 정도의불활성화를달성할수있는것을알수있다. 불활성화의평가방법을동물감염 (BALB/c, CD-1, SCID mouse) 으로하였을경우가, 배양세포감염 (HCT-8, MDCK) 으로하였을경우에비해상대적으로높은불활성화율을나타내고있는것으로보아, 실제면역력을갖고있는인체에대해서는불활성화율이더높을것으로판단된다. 중압램프는저압램프와다른파장분포특성을갖고있으나, 중압램프에서의자외선조사량을불활성화에유효한자외선파장 (250 260nm) 의조사량으로보정하여, 그차가저압램프와같으면동등의효과를기대할수있다. 또한, 크립토스포리디움의불활성화는수온이나조사강도에관계없이, 오시스트에조사된실질조사량 ( 오시스트에조사된선량율 조사시간 ) 에의존한다. 원충류에서의광회복및암회복현상에대하여, 크립토스포리디움오시스트의자외선조사에의해생긴 DNA의피리미딘 (pyrimidine) 염기의이량체화 (dimerization) 는광회복이나암회복에의해수복되나감염력은회복되지않는다는것이확인되었다. 다만, DNA 수복의정도는광회복보다도암회복이 1.5 2.5배정도높다고보고되고있다. 이상과같이크립토스포리디움오시스트는저조사량의자외선조사에의해사멸은하지않지만감염력이소실되며, 광회복이나암회복에의해 DNA의손상은수복되나감염력의회복은일어나지않는다. 병원성미생물을사멸시키지않아도감염능력을소실시킬수있으면, 소독의목적을실질적으로달성하고있는것이다. WHO의음용수수질가이드라인에서원충대책의 3Log 불활성화자외선조사량은 10mJ/cm 2 로나타나있다. 159
정수처리기준선진화연구 자외선조사의대상이되는수중에유기물이포함되면빛의에너지를흡수하여라디칼반응에의해유기물의결합또는분해가일어나소독부생성물이생성된다. 이반응은반응물질량과자외선조사량에영향을받으나, 어느경우라도높은농도의유기물과높은에너지의자외선을필요로한다. 지하수, 여과수 ( 입상활성탄처리수포함 ), 정수에대하여자외선처리에의한소독부생성물의농도상승은거의보이지않으며, 실제정수수질이나소독에사용되는자외선량으로는소독부생성물은거의생성되지않는다. 마 ) 자외선소독장치자외선소독장치는자외선조사부와전원제어반으로구성되어있는매우간단한구조이다. 자외선조사부에있는자외선램프의장착위치에따라내조식과외조식으로대별된다. 전자의예로서는방수용램프슬리브에자외선램프를내삽시킨램프유닛을배관내, 수로내또는탱크내에침지시키는장치이며, 후자의예로서는유수배관의일부를자외선투과성소재로서외부로부터자외선을조사하는장치또는수면상부에배치시킨자외선램프로부터수면을자외선조사하는장치가있다. 자외선소독장치및구성의예를 Fig. 3-42 및 Fig. 3-43에나타낸다. a: 관로형 b: 개수로형 Fig. 3-42. 자외선소독장치의예 160
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-43. 자외선소독장치의구성부품 ( 유수형 ) 자외선소독장치는 Fig. 3-43에나타난바와같이, 반응조, 자외선램프, 램프슬리브, 자외선강도계, 슬리브와이퍼, 온도계등다양한부품으로구성되어있으며, 자외선램프는램프자체를보호하고절연시키는램프슬리브내에격납된다. 자외선소독장치중에는물과의접촉으로램프슬리브에침착물이부착되지않도록, 자동세정시스템이장착되어있는것도있다. 조사량의도달은자외선강도계, 유량계, 자외선투과모니터에의해감시된다. 자외선소독에사용되는자외선램프에는아르곤이나네온등의불활성가스와함께수은을봉입시켜, 전극으로부터방출되는전자선이수은증기에부딪혀, 전자의운동에너지가빛에너지로변환된다. 저압수은램프의기본적인구조는일반형광등과동일하나, 통상의형광등은램프내벽에형광체가도포되어있기때문에, 자외선이가시광선으로변환된다. 이에비해, 자외선램프는형광체가도포되어있지않기때문에발생된자외선이그대로램프로부터방사된다. 램프내에수은증기봉입압의차이에따라저압, 중압, 고압으로분류되며, 봉입압이다르면발생되는자외선의파장분포에차이가발생한다. 낮은증기압 0.133Pa 1.33Pa (0.001 0.01 torr) 에적온 (40 ) 의수은은기본적으로 253.7nm의단색자외선을발생시킨다. 높은증기압 13.3kPa 1.33 10 3 kpa (100 10,000 torr) 과더불어높은동작온도 (600 900 ) 에서는수은원자끼리충돌빈도가증가하여, 광범위한파장 ( 다색 ) 의자외선이고광도로발생된다. 저압수은램프및중압수은램프의구조를 Fig. 3-44에나타낸다. 161
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-44 자외선램프의구조 저압수은램프는 Fig. 3-45 와같은발광파장분포를나타내며, 파장 253.7nm 의 UV-C 가주 된발광파장이다. 살균에기여하지않는파장도방출하는중압수은램프에비해전력효율이 좋다. Fig. 3-45. 저압수은램프의파장분포및램프출력상대치 162
Ⅲ. 연구결과및고찰 중 고압수은램프는 Fig. 3.16 과같이 UV-A 로부터 UV-C 의자외선을폭넓게발생시키 는특징이있다. 일반적으로저압수은램프에비해중압수은램프는투입전력이큰고출력 램프이기때문에소독장치의소형화나대용량의살균이가능하다. Fig. 3-46. 중압수은램프의파장분포및램프출력상대치 Fig. 3-47 은저압수은램프및중압수은램프의출력분포를, DNA 흡수스펙트럼과중첩시 켜나타내었다. 그림에서는 DNA 흡광도및램프출력은파장범위내의최대치와의상대적인 값으로나타내었고, 중압수은램프와비교하여저압수은램프의효율이높음을알수있다. Fig. 3-47. 램프출력분포와 DNA 흡수파장과의관계 163
정수처리기준선진화연구 자외선램프는조사시간과함께열화하여, 출력이저하된다. 또한중압수은램프는파장대가이동할가능성이있다. 램프의열화는시간의경과와함께조사량의도달에영향을주기때문에주의가필요하다. 음용수소독에는일반적으로저압수은램프 (LP 램프 ), 저압 / 고출력수은램프 (LPHO 램프 ), 중압수은램프 (MP 램프 ) 가사용된다. 램프의선정에있어서는수량및수질, 적용위치를충분히고려할필요가있다. Table 3-61은램프의특성을정리한것이며, Table 3-62은저압 저압 / 고출력수은램프와중압수은램프의장점과단점을정리한것이다. Table 3-61. 자외선램프의특성 항목저압저압 / 고출력중압 파장 253.7nm 단색광 253.7nm 단색광 살균에유효한파장범위를포함한다색광 수은봉입압 1 Pa 정도 100 Pa 정도 100 10 5 Pa 정도 동작온도 ( ) 40 130 200 600 900 전기입력 (W/cm) 0.4 0.7 1.5 10 50 250 살균에유효한자외선출력 (W/cm) 전력으로부터살균에유효한빛으로의변환효율 (%) 0.15 0.3 0.5 3.5 5 30 30 40 30 40 10 20 아크장 (cm) 10 150 10 150 5 120 필요한램프수 ( 본 ) 많음보통적음 수명 ( 시간 ) 8,000 10,000 8,000 12,000 4,000 8,000 164
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-62. 자외선램프의비교 장점 단점 저압 저압 / 고출력 - 출력되는파장이살균에유효한 253.7nm로살균효율이높다 - 램프 1본당소비전력이낮다 - 변환효율이높다 - 램프의수명이길다 - 다등장치이므로램프부점시의영향이적다 - 램프 1본당출력이작기때문에설비가커진다. 중압 - 램프 1본당출력이높아, 설비를작게할수있다. - 대용량설비에대응할수있다. - 처리수온도에영향을받지않는다 - 운전온도가높기때문에, 파울링이가속된다. - 램프의수명이짧다 - 변환효율이낮다. 램프슬리브는자외선램프를파손으로부터보호하고최적의동작온도를유지하기위해필요한부품으로, 재질은석영이다. 직경은일반적으로저압수은램프는 2.5 3.0cm, 중압수은램프는 5 10cm가된다. 또한, 자외선램프표면과램프슬리브내면과의거리 ( 클리어런스 ) 는 0.5cm 정도이다. 램프슬리브의두께는일반적으로 1.5 3mm이며, 주로 UV-C 자외선을흡수한다. 따라서자외선소독장치의설계시에는램프슬리브에서자외선의흡수를고려할필요가있다. Fig. 3-48에자외선의파장별램프슬리브투과율 ( 램프슬리브두께가 1mm일경우 ) 을나타낸다. Fig. 3-48. 자외선파장별램프슬리브투과율 ( 램프슬리브두께 1mm 일때 ) 165
정수처리기준선진화연구 램프슬리브의미세한균열이나파울링 ( 오염 ) 에의해, 자외선강도는저하된다. 미세한균열은내부응력이나자동세정시스템의고장, 수격, 공진등의기계적인힘에의해일어난다. 램프슬리브를수작업으로세정할때에도미세한균열이생길수있으므로, 신중한취급이필요하다. 또한운전중에램프슬리브가깨지면물이내부로침입하여자외선램프와물과의온도차에의해자외선램프가파손되고, 봉입된수은이누출될우려가있으므로주의가필요하다. 또한램프슬리브외면의파울링은주로물에포함된경도성분이나금속이온이원인이되어생기며, 이것은세정에의해정기적으로제거할필요가있다. 램프슬리브의세정에는, 오프라인약품세정과온라인기계세정이있다. 오프라인약품세정은자외선소독장치를정지시킨후, 세정액으로세정을하는것이다. 램프슬리브의세정에사용하는세정액은구연산, 인산또는장치제조사가권장하는약제를사용한다. 세정후에는반응조내를충분히린스한후에운전을재개한다. 한편, 온라인기계세정은 Fig. 3-49 에나타난바와같이전기또는공기압으로구동하는와이퍼로세정을한다. 와이퍼에는기계식와이퍼와물리화학적와이퍼의두종류가있으며, 기계식와이퍼는램프슬리브를따라이동하는스테인니스제브러쉬나테플론링등으로구성된다. 물리화학와이퍼에는램프슬리브를따라이동하는세정액이충전된링이설치된다. 링내부의세정액이오염물질을용해시키면서와이퍼가램프슬리브표면의오염물질을물리적으로제거한다. 온라인기계세정은세정부분이완전히밀폐되어있기때문에, 램프슬리브의세정중에도연속운전이가능하다. a: 기계식와이퍼시스템 b: 물리화학적와이퍼시스템 Fig. 3-49. 세정시스템 자외선강도계는반응조내의자외선강도를측정하는감광검출기이다 (Fig. 3-50). 이강 도계를사용함으로써반응조내의서로다른점에서자외선강도를측정하여조사량의도 달을확인할수있다. 측정되는값은램프출력의설정, 램프의열화, 램프슬리브의열화, 램 166
Ⅲ. 연구결과및고찰 프슬리브의오염에의해영향을받는다. 또한강도계의위치에따라서는물의자외선흡광도변화에도영향을받는다. 자외선강도계는광학부품, 광검출기, 증폭기, 케이스및전기커넥터로구성된다. 또한, 중압수은램프의강도를측정할때는목적으로하는파장에맞추어적정수광부를변경할필요가있으나, 253.7nm의파장을검출가능한수광부를선정하는것이일반적이다. 건식강도계 z 습식강도계 Fig. 3-50. 자외선강도계의외관 바 ) 정수처리공정적용방안 자외선소독설비는자외선반응조를통과하는수량의 95% 이상에대해 10mJ/cm 2 이상의조사량이상시확보될수있어야한다. 저압자외선램프로부터방출되는자외선은크립토스포리디움을 10mJ/cm 2 의조사량 ( 조사강도 조사시간 ) 으로 3log(=99.9%) 불활성화할수있다. 또한, 지아디아에관해서도 10mJ/cm 2 의조사량으로 2log(=99%) 의불활성화가가능하다. 그러나자외선소독에크립토스포리디움등의불활성화뿐만아니라세균이나바이러스등도대상으로한주소독제로서의효과를기대하는경우에는, EC 등에서제안하고있는바와같이적어도 40mJ/cm 2 의자외선조사선량을확보할필요가있다. 자외선소독설비의조사조의형태, 램프의배치, 본수등에따라주내의수류와자외선조사강도에분포가발생한다. 학질이나색도성분등의수질도자외선의투과율을감소시키며, 조사강도분포에영향을미친다. 이러한영향의결과로서자외선조사량은물의특성에따라달라진다. 따라서이러한영향을충분히고려하여조사조를투과하는수량의적어도 95% 이상에대하여 10mJ/cm 2 이상의조사량이확보될수있도록해야한다. 단, 자외선의크립토스포리디움불활성화는수온이나조사강도에의존하지않고, 조사량에만의존하므로화학소독제의경우와달리수온과조사강도에대한고려는실질상필요하지않다. 167
정수처리기준선진화연구 자외선소독의적용위치는청정한물을대상으로적용하는것으로, 원수에내염소성병원성미생물이혼입될우려가있는경우에는여과후의처리수에적용할필요가있다. 탁질이나색도성분등이공존하면수중에자외선의투과율이감소한다. 그결과광원으로부터멀어질수록자외선강도의감쇠가현저히나타난다. 또한, 탁질등이병원성미생물의표면에막을형성하면미생물내부로자외선의침입이저해되어, 결과적으로불활성화효과를저감시킬우려가있다. 따라서적용위치에관해서는청정한물을대상으로적용하는것을원칙으로하며, 원수에내염소성병원성미생물이혼입될우려가있는경우에는여과후의처리수에적용할필요가있다. 수중의현탁물질, 용해성성분에의해자외선의투과율이저하되어, 소독효과가낮아진다. 자외선반응조로유입되는물의자외선투과율을측정, 감시하여자외선투과율에맞는필요조사량을확보할필요가있다. 자외선소독은자외선이수중을투과하여목적물에조사되어야효과가있다. 따라서탁도, 색도등이소독효과에영향을미친다. 여기에철분, 아황산, 아질산, 페놀등의자외선흡수물질이존재하면자외선투과율이저하되므로소독효과에영향을준다. USEPA에의하면, 상수의소독에서는적정한자외선조사강도의확보상자외선투과율이 75% 이하인물에대해서는자외선소독을적용해서는안된다.(Table 3-63) Table 3-63. 자외선투과율과자외선소독의적용성 (1cm 셀측정치 ) 자외선소독의적용성자외선흡광도 (A) 자외선투과율 (T) 최적적합부적합 0.022 0.071 0.125 95% 85% 75% ph, 알칼리도, 무기탄산이온은자외선소독의효과에는영향을주지않으나, 경도는램프슬리브의표면에부착하여자외선의투과를방해하므로, 장치의유지관리상문제가된다. 같은이유로철, 망간, 황화수소를고농도로함유한물에대해서도자외선소독의적용에는주의가필요하다. 철분 0.1 mg/l 이상, 경도 140mg/L 이상, 황화수소 0.2 mg/l 이상인경우에는자외선소독을적용하지않도록권장하고있다. 168
Ⅲ. 연구결과및고찰 그러나이러한경도성분, 금속성분등의농도와석출속도와의관계는분명하지않은점이 많으며, 실제로는슬리브의자동세정기구를미리장치에부착시키는것이바람직하다. 바 ) 장치설계상의유의점대상시설의규모, 소독대상수의수질에맞추어자외선소독설비의기본구성, 설비사양을정한다. 1) 적정한램프조사강도를가진자외선램프를선정한다. 2) 자외선반응조는수류의치우침이없고, 소정의체류시간이확보되는구조로한다. 3) 계획정수량을기준으로장래의수량증가등도고려한처리수량으로계획한다. 4) 자외선반응조를둘이상으로나누어설치하여, 하나의설비가고장나더라도최저한의처리수량이확보되는설계로한다. 5) 램프파손방지, 저류수조설치등의안전대책을강구하고, 정전시미처리수의유출대책으로서비상용전원대상설비로한다. 6) 수질, 수량의계측설비를설치하여효율적인운전, 신뢰성향상을도모한다. 또한, 설계에있어서는관련된법령이나기준, 수도시설설계지침등에준거한다. 자외선반응조상류부의응집침전, 여과등의정수공정은자외선투과율을변동시켜소독효과에영향을준다. 이러한영향을공정별로파악하여자외선반응조유입수에대해가장악화되었을때의수질, 성상 (253.7nm 자외선투과율, 탁도, 색도, 수온등 ) 을파악하여수질에맞는자외선조사량, 램프사양을선정한다. 또한오존처리에의해유기물은산화되기때문에자외선투과율은증가한다. 단자외선반응조내의오존이잔류하면자외선투과율이저하되므로잔류오존은충분히소실시킬필요가있다. 슬리브표면의오염물축적및램프의물리적열화에의해점차적으로자외선조사량은저하된다. 이러한영향을고려한램프, 램프슬리브의오염 / 열화계수를정하고, 자외선반응조의설계에반영하여적절한용량의설비를계획한다. 예를들면램프의오염 / 열화계수를 0.5로한경우, 초기자외선램프출력의 50% 출력으로설계자외선조사량을달성시킬수있는램프 ( 또는램프수 ) 를갖춘자외선반응조를선정하게된다. 램프의오염 / 열화계수는통상 0.4 0.7이이며, 보증자외선램프수명 (5,000시간) 과함께설정된다. 다음에는설정예를나타내었다. 예 ) 자외선조사량의오염 / 열화계수의설정 ( 저압자외선램프의경우 ) - 램프수명 (1 년간 ) : 0.7 ( 램프열화에의해 1 년간의가동으로출력은약 70% 로저하 ) - 석영관슬리브의오염 ( 자동세정기구부착 ) : 0.9 ( 자동세정기구가없는경우오염계수 169
정수처리기준선진화연구 는낮은값을취함 ) - 수온변동 (10 30 ) : 0.9 ( 제품에따라약간달라지나, 20 부근을최대치로하여저수온, 고수온양측에서램프강도는저하된다.) 이러한오염 / 열화계수를곱하여총괄적인계수 (0.7 0.9 0.9=0.567) 로한다. 자외선반응조는 2계열이상으로나누어설치하며, 전체를정지하는일없이보수, 점검작업이가능한설비로하는것이바람직하다. 하나의계열이정지해도나머지계열로일평균정수량이얻어지도록최대처리수량을설정함으로써급수상의지장을없을것이다. 또한램프교환을단시간에용이하게할수있는구조의자외선반응조를선정하는것이바람직하다. 자외선원으로서수은램프가사용되므로램프파손시에는수은이누출되어정수는물론후단의시설을오염시킬가능성이있다. 대책으로서지진시의뒤틀림방지조치나램프본체또는보호관의파손방지조치를하고, 후단에저류조를설치하는것으로안전성이높아진다. 또한정전시에미처리수가유출되는것을방지하기위해정수공정기기와마찬가지로비상용전원대책설비로하는것이바람직하다. 상시설계성능이얻어지도록유지관리 ( 운전상태의점검, 보수부품의교환, 센서류의교정 ) 를적정한빈도와방법으로실시한다. 온라인자외선투과율모니터의지시치를탁상형분광광도계의값과정기적으로비교하고일치하는지를확인한다. 확인에사용되는샘플수는온라인자외선투과율모니터로실측한것과동일한것이바람직하다. 자외선강도계는설비에부착된설치강도계와기준강도계의 2 종류가있다. 설치강도계는온라인으로, 항상자외선강도를감시한다. 한편, 기준강도계는설치강도계의성능을평가하기위해사용되는오프라인강도계이다. 설치강도계의열화유무를평가하기위해서는기준강도계의특성이열화되어있지않음을확인해둘필요가있다. 이러한자외선측정기의공통사항으로서센서수광부의흐려짐, 오염의유무, 램프, 센서사용시간을확인하고, 정기적으로세정, 교정, 교환한다. 자외선반응조내의유량이설계치로부터저하또는증대하였는지, 유닛마다설정유량으로부터차이가있는지확인한다. 차압을이용하여유량분할을확인하는경우압력계의정도를정기적으로확인한다. 점등을확인함과동시에램프운전시간 ( 램프종류마다경시특성 ), 출력저하 ( 허용한도 ) 로부터교환시기를파악하는데유의한다. 소등또는초기출력의 70% 로저하된경우, 교환이 170
Ⅲ. 연구결과및고찰 필요하다. 또한램프의빈번한점등 / 소등은램프수명을현저히저하시키는원인이된다. 정기적인기계적세정이일반적이나, 이외에도초음파세정, 고압수세정, 공기세정, 화학세정 ( 황산, 염산등 ) 등이있다. 이러한세정은자동으로하는것이바람직하다. 세정에는온라인세정과오프라인세정이있다. 소독대상수질또는자외선반응조설치위치에따라서는램프슬리브표면으로망간등의산화물스케일이부착하는경우도있다. 특히여과지전에자외선반응조를설치하는경우에는수질평가를충분히하고, 스케일부착의우려가있는경우에는사전대책을강구할필요가있다. 슬리브는 3 5년마다, 또는슬리브의손상이나균열, 과도한오염에의해자외선강도가저하된경우중어느쪽이든빨리도래한시기에교환한다. 또한, 램프슬리브에지문이묻으면운전시에손상될우려가있으므로, 청결한면포나파우더프리라텍스, 비닐장갑을이용하여취급할필요가있다. 자외선램프는고온에서동작하며, 과열을막기위해서는유수가필요하다. 또한자외선반응조내에에어포켓이생기면조내의온도가상승한다. 반응조내의유량, 수온을정기적으로감시하고, 이상이발생한경우에는자외선반응조를신속히정지하고확인할필요가있다. 자외선반응조내부가만수에서정지한경우, 슬리브가오염되는경우가있다. 기계적세정시스템 ( 온라인기계세정 ) 을갖춘자외선반응조는처리정지중이더라도슬리브의세정을계속해두는것이바람직하다. 또한일주간이상정지하는경우에는자외선반응조의물을빼는것을검토한다. 한편, 30일이상의장기간정지후에는슬리브의약품세정을실시하는것이바람직하다. 반응조의물을뺄때에는반응조내부의점검, 침전물의배출, 청소도동시에한다. 겨울철에장시간정지할때에는동결에의한손상이발생할수있으므로자외선반응조내부의물을배는등동결대책을실시할필요가있다. 171
정수처리기준선진화연구 다음 Table 3-64 에는주요한반응기의운전시일상점검항목과빈도의예를나타내었다. Table 3-64. 주요일상점검항목 점검항목실시내용빈도 온라인자외선투과율모니터 지시값의확인 교정 세정 매일 1 회 / 주 제조사지정 반응조, 슬리브, 와이퍼누수, 손상, 동작확인 1 회 / 월 자외선강도계 지시값의확인 교정 교환 매일 1 회 / 월 수시 약품세정효과확인 1 회 / 월 세정약액탱크확인 1 회 / 반년 기준강도계교정 1 회 / 년 누전차단기차단시험 1 회 / 년 유량계교정제조사지정 램프 점등확인, 교환 자외선조사강도가초기치의 70% 값보다저하또는설계수명시강운전시 유량감시용압력계 동작확인 제조사지정 온라인세정구동기구 동작상태확인 제조사지정 안정기 검사 제조사지정 제어반냉각팬 교환 제조사지정 제어반흡기필터 청소 제조사지정 반응조내부 점검, 침전물의배출 1회 / 년 3.3.2 선진국 ( 미국, 일본, 독일 ) 의자외선반응기성능평가등인증기준관련실태조사 가 ) 미국미국은 LT2ESWTR에서병원성미생물로서바이러스, 지아디아, 크립토스포리디움에대한처리기준을정하고있다. 바이러스의경우 4-log 제거또는불활성화를달성하여야하며, 지아디아는 3-log 제거또는불활성화를달성하여야한다. 이는과거표류수처리기준 (SWTR; Surface Water Treatment Rule) 에서규정된것과동일한처리기준이다. 크립토스포리디움의경우 SWTR에서는규정이없었으나, IESWTR(Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule) 과 LT1ESWTR(Long Term 1 Enhanced Surface Water Treatment 172
Ⅲ. 연구결과및고찰 Rule) 에서 2-log 제거기준이도입되었다. LT2ESWTR에서는여과공정의유무와원수의수질조건에따라차등적인제거기준을적용하기시작하였다. 여과공정이없는경우에는 2-log 또는 3-log의크립토스포리디움불활성화를달성하여야하며, 여과공정이있는경우에는원수수질을크립토스포리디움의농도에따라 4단계로분류하고이에따라추가적인크립토스포리디움의불활성화율을 0, 1, 2, 2.5-log 범위에서달성하도록명시하고있다. 여과공정이없는경우와있는경우에대한크립토스포리디움처리기준을다음 Table 3-65과 Table 3-66에나타낸다. Table 3-65. 여과공정이없는정수시스템에서의크립토스포리디움처리기준 평균크립토스포리디움농도 (oocysts/l) 추가적인크립토스포리디움불활성화요구량 0.01 이하 2-log 0.01 초과 3-log Table 3-66. 여과공정이있는정수시스템에서의크립토스포리디움처리기준 크립토스포리디움농도 (oocysts/l) Bin 분류 다음여과공정이현행기준을준수하여운영되고있는경우, 추가적인처리요구량완속여과급속여과직접여과대체여과기술 ( 규조토여과 ) <0.075 1 - - - - 0.075 and <1.0 2 1-log 1.5-log 1-log 총 4.0-log 1.0 and <3.0 3 2-log 2.5-log 2-log 총 5.0-log 3.0 4 2.5-log 3-log 2.5-log 총 5.5-log 위의 Table 3-66에따르면, 급속여과및완속여과 ( 규조토여과포함 ) 는 3-log의크립토스포리디움제거율을인정하고있으며, 직접여과는 2.5-log를인정하고있다. 또한 Bin에따른총크립토스포리디움제거율은 Bin1은 3-log, Bin2는 4-log, Bin3은 5-log, Bin4는 5.5-log을만족하여야하는것으로나타난다. 한편, 미국 USEPA에서발표한 "ULTRAVIOLET DISINFECTION GUIDANCE MANUAL FOR THE FINAL LT2ESWTR(2006)" 에서는크립토스포리디움, 지아디아, 바이러스에대하여불활성화율별자외선조사요구량을다음 Table 3-67과같이규정하고있다. 173
정수처리기준선진화연구 Table 3-67. 각미생물별불활성화율에따른자외선조사요구량 (mj/cm 2 ) 대상미생물 불활성화율 (log) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Cryptosporidium 1.6 2.5 3.9 5.8 8.5 12 15 22 Giardia 1.5 2.1 3.0 5.2 7.7 11 15 22 Virus 39 58 79 100 121 143 163 186 이와같이미국 LT2ESWTR에서는자외선소독시요구되는자외선조사량을크립토스포리디움, 지아디아, 바이러스의 3가지미생물 ( 군 ) 에대하여규정하고있는데원생동물에대해서는 3 로그제거를위하여 12와 11 mj/cm 2, 바이러스에대해서는 2 로그제거를위하여 100 mj/cm 2 를요구한다. LT2ESWTR에서요구하는자외선성능평가시필요한항목과각항목별로고려되어야하는사항들은아래 Table 3-68와같다. Table 3-68. 성능평가시고려사항 항목운전조건성능평가시험고려해야할사항 조건 - 유량 - 자외선측정기로측정된자외선강도 - 자외선램프의상태 - 현장에서사용되는것과동일한실규모반응기 - 램프에의한 조사량-반응도 가정량이되어있는지표미생물의불활성화시험 - 물의자외선흡수도 - 램프의손상 (fouling) 과노화 (aging) 정도 - 온라인센서의측정상의신뢰도및불확실성 - 반응기내의유속차이에기인하는자외선조사량의분포 - 자외선램프를포함한부품들의손상여부 - 유입 / 유출의연결과반응기내수로의구조 미국, 오스트리아, 독일, 일본등이미자외선소독장치에대한성능평가규정이있는나라들에서사용하고있는성능평가절차는 biodosimetry( 생물조사시험법 ) 를기반으로한다. Biodosimetry에서는특정지표미생물이 UV 반응기에서자외선에노출된후불활성화정도를측정하여이를이미알고있는 dose-response( 조사량-불활성화율 ) 기준곡선과비 174
Ⅲ. 연구결과및고찰 교한다. 이기준조사량 - 불활성화율기준은별도의평행조사시험 (collimated beam testing) 으로결정한다. 특정미생물에대한제거율을얻기위하여이와같이결정된조사량을 UV 반응기의 RED(reduction equivalent dose, 동등제거조사량 ) 라고한다. 성능평가의절차는크게다음의 3단계로나누어진다. 1단계 : 시험미생물을이용한성능평가실험 2단계 : 동등제거조사량 (RED) 의결정 3단계 : 불확실성의보정을통한평가조사량 (dose) 의산출 성능평가절차의주요단계는다음 Fig. 3-51 과같이 1단계 : 시험미생물을이용한성능평가실험실제제거를목적으로하는병원성미생물대신자외선에대한민감도가비슷한비병원성미생물을시험미생물로하여성능평가실험을수행한다. 실제병원성미생물을사용하지않은데서기인하는불확실성은나중에보정인자 (Validation Factor, VF) 를이용하여보정한다. (1) 평행조사시험 (collimated beam testing) 평행조사시험장치를통하여알고있는농도의지표미생물시료에일정시간자외선을조사한후불활성화값을측정한다. 시간을달리하여조사량에따른 log N 표 ( 또는 plot) 를도출하며, 이것이곧 UV 조사량-불활성화율곡선 (UV dose-response curve) 이고이곡선의식은다음과같은로그함수의형태로표현할수있다. UV Dose = A logi+b (logi) 2 logi=log N 0 N (2) 실규모반응기시험지표미생물을자외선반응기유입수에주입하고유출수중에생존하는미생물의농도를측정하여로그불활성화율을평가한다. 변화가필요한시험조건은유량, 자외선투과도, 램프상태, 자외선강도 (UV 센서로측정 ) 등이다. 2단계 : 동등제거조사량 (reduction equivalent dose = RED) 의결정실규모반응기실험에서얻어진로그불활성화율에대하여평행조사시험에서얻어진 UV 조사량-log[ 개체수 ] 그래프를이용하여 UV 조사량을읽는다. 이조사량값이 RED 이다. RED 값은시험에사용한지표미생물과실규모반응기의시험조건 ( 유량, 자외선투과도, 램 175
정수처리기준선진화연구 프상태, 자외선강도 ) 에따라특정한값을갖는다. 3단계 : 불확실성의보정평가인정된조사량 (validated dose) D val = RED / VF VF : validation factor ( 평가인자 ). 실제제거를목적하는병원성미생물이아니고지표미생물을사용함으로인하여발생할수있는편차와실험적불확실성을보정한다. Fig. 3-21. 성능평가절차의개요 실규모성능평가시험에필요한시설및준비사항은다음과같다 성능평가시험은실제처리현장에서수행하는현장내 (on-site) 시험과제 3 의시험소나 UV 생산시설에서수행하는현장외 (off-site) 시험으로구분할수있다. 성능평가시갖추어 야할시설과장비, 그리고고려해야할사항들은다음과같다. 176
Ⅲ. 연구결과및고찰 (1) 시험용지표미생물, UV 흡수물질, 소독물질소진제등을주입할수있는주입용펌프와주입구 (2) 반응기전또는후의유속조절기및유량계 (3) 물시료 : 잔류소독제가없어야한다. 민일소독제가잔류하고있으면탈염제를사용하여제거한다. (4) UVT 측정장비및 UVT 조절용 UV 흡수물질 (5) 충분한교반을위한필요한장치및시설 (6) 시료채취구 (7) 유입-유출파이핑 (8) 램프의비균일적노화에대한고려 (9) 램프의위치 (10) 자외선강도계 (UV sensor) (11) UV sensor port window UVT 의측정및선정 UVT(%) 측정조건 : 파장 254 nm 의빛, 기준투과길이 1 cm A 254 =- log ( UVT(%) 100 ) UVT(%)=100 10 - A 254 L 여기서 L은투과거리를나타낸다. UVT 측정시에는물샘플을여과하거나 ph 조절을하지않는다. 성능평가시험에사용하는물의자외선투과도는장치로유입되는시료수의최대투과도, 최저투과도, 그리고 1개이상의산술적중간값을사용한다. Fouling/Aging Factor Fouling factor : 새 sleeve에비해서 fouling된 sleeve를통과하는 UV 강도 (intensity) 의분율 Aging factor : 새램프 /sleeve에비해서사용한램프 /sleeve에서나오는 UV 강도의분율 (0.5 0.8). 새 램프란 100 시간사용한램프. Fouling/Aging Factor (FA factor) = (Fouling factor)x(aging factor) = 0.4 0.9 UV 강도계 (Germicidal sensor) 의요건 - 250-280 nm에서 peak response (mw/cm 2 으로표기 ) - 300 nm 이상이 10% 이내 (90% 이상이 300 nm 이내 ) 177
정수처리기준선진화연구 UV 강도계의개수및위치저압램프하나의자외선램프를하나의센서가측정하는것이이상적이나, 통상 UV 램프의 bank 하나당최소한 1개이상의강도계를설치한다. 램프의수보다 UV 강도계를적게설치하므로가장고출력을나타내는램프에가깝도록강도계를설치한다. 중압램프중압자외선램프는램프하나당출력이높기때문에하나의자외선램프를하나의센서가측정하도록한다 ( 즉, 램프와센서가 1대1로장착 ). 센서의위치는램프중심으로부터수직방향으로자외선강도계를설치하며열적방사가크기때문에램프와자외선강도계의거리는램프발광부길이의 2배이상으로하는것이좋다. * UV 강도계의이상적인위치는테스트하는 UVT 범위에서 UV 강도 (intensity, mw/cm 2 ) 와 UV 조사량 (dose, mj/cm 2 ) 이동일한비율로변화하는위치이며 ( 아래 Fig. 참조 ), 이때한강도값이한개의조사량을나타낼수있다. 이러한위치의선정은 UV 시스템공급자의몫이다. 기기의정확도측정과이에대한검정보고서의작성이필요한측정장비는다음과같다. (1) 유량계 (2) UV 흡광도계 (3) 전력계통측정 : 전압계, 전류계, 전력계 (4) UV 강도계 : 따라서이러한 UV 강도계 Sensor Uncertainty (U S ) 의결정계산은다음과같이수행한다. U S = S duty S ref,avg -1 10% 178
Ⅲ. 연구결과및고찰 S duty = 측정용 UV 센서 (duty sensor) 의강도 S ref,avg = 기준용센서의강도. 여러개의기준센서를사용한경우그평균값성능평가기간동안측정용센서의측정값과기준센서 (2개이상 ) 평균값사이의오차가 10% 이내여야한다. 예를들어오차가 12% 이면센서의불확실도 (uncertainty) 는 U S = 0.12 이다. 성능시험의설계 ( 횟수및조건 ) 는다음과같은인자들을고려하여결정한다. (1) 성능시험의목적 - 새로운반응기의성능시험 - 기존성능시험공식의확인 (2) UV 반응기의조사량모니터링방식 - UV 강도목표치도달방식 - UV 조사량계산방식 (3) 램프노화및파울링 - 노화계수 (aging factor) 0.8 - 성능평가시험에사용하였던노화된램프 ( 노화계수 = 1.0) (4) 제거목Table. 미생물과로그불활성화목표치 - Cryptosporidium, Giardia, 바이러스등에대한로그불활성화목표 (5) 유속및 UVT의운전범위 - 유속 : 5 20 mgd - UVT : 70 100% 성능평가를위한시험조건 parameter 1개당적어도 3가지시험조건을평가한다. 예를들어 3가지운전인자 (UVT, 유속, 램프출력 ) 를사용하는경우, 최소한 3x3x3=27가지다른조건에서시험하여조사량산출공식을도출한다. 유속 (flow rate) 의경우보통최대유속, 최소유속을포함하여중간유속 ( 들 ) 을사용하는데중간유속을선정하는공식을이용할수도있다. UVT도최대, 최소, 그리고적어도한개이상의중간값을포함하여야한다. 179
정수처리기준선진화연구 성능평가유속의범위미국 EPA의 Guidance Manual에서는성능평가시험용유속범위를 UV 반응기한 unit 당 5 20 mgd(788 3154 m 3 /h) 로언급하고있다. 향후물소독용자외선반응기기술이발전하여보다빠른유속의처리도가능해지겠지만, 현재는반응기내에자외선조사량이골고루균일하게도달하는것이요구되는자외선소독의특성상, 한 unit의크기나처리유량이너무커지지않는것이바람직할것으로판단된다. 따라서기존상용화된제품의용량사례가있는 6000 m 3 /h 정도를성능평가가가능한한 unit 당최대용량으로보수적으로정하는것이바람직하다. 성능평가유속의선정 시험조건으로의유속 (flow rate) 은최대값 ( 설계치 ), 최소값, 그리고 1개이상의중간값을사용한다. 미국 EPA에서는 UV 조사량과 flow가비선형관계이므로중간조건의선택은다음과같은기하학적선택규칙 (geometric progression) 을추천한다 [1]. β= ( Q max Q min ) n : 사용하기로결정한유량조건의개수 (n 3) β : 적절한유량값차이를주기위해정한적절한상수 (1.5 2.0) 먼저유량조건의개수 n을정하고이에따라 β를산출한다. 시험에사용할유량은 1 n-1 Q n =Q max β 1-n 즉, Q 1 =Q max, Q 2 =Q max β -1, Q 3 =Q max β -2, Q 4 =Q min 반응기의시험평가시요구되는실험의정확도의종류는다음과같다 (1) Reactor control : UV lamp off 한상태의테스트를말하며이때로그제거율이측정오차이내의 RED 변화 (3% 이내 ) 범위이내에있어야한다. (2) Reactor blank : 시험미생물을포함하지않은테스트를말하며적어도하루에한번이상수행한다. (3) Trip control : 미생물시료를이용하는미생물실험실과실제반응기시험장소에서의시험오차가 3-5% 오차이내여야한다. (4) Method blanks : 멸균수 (sterilized water) 를이용한공테스트를말한다. (5) Stability samples : 저 UVT 시료와고 UVT 시료를사용하는비교테스트로미생물시험결과가서로 5% 오차이내이어야한다. 반응기평가용실험미생물은성능평가에많이이용되는시험용미생물인 MS2, Bacillus subtilis 에대한배양방법의표준화된 protocol 이필요하며, 전문화된공인된기관이나연 180
Ⅲ. 연구결과및고찰 구실에서배양되어공급되어져야한다. 일부미생물은 UV 조사후시료채취후분석이종료될때까지개체수의변동이있을수있다. 이러한불안정성은물의수질이나분석방법에따라영향을받을수있으므로, 성능평가시험을하기전에미생물안정성에대한검증이필요하다. 평행조사시험은잘제어및통제된미생물실험실에서수행해야한다. 만일실규모테스트가 1일이상지속된다면적어도각 1일당 1회의평행조사시험을수행한다. 각경우최소 2회이상의평행조사시험을수행하되한번은최고 UVT에서, 한번은최저 UVT 값에서 ( 반응기정지상태에서측정된 UVT) 수행한다. 평행조사시험의수행조건은 (1) 적어도 2가지이상의조건에서평행조사시험을수행하되최고 UVT 및최저 UVT 값에서수행하는것을포함시킨다. (2) 한번의시험에서는원점 (zero control) 이외에최소 5개이상의조사량에대한측정치가있어야한다. (3) 평행조사시험에서얻어지는로그불활성화율은실규모자외선반응기성능평가에서얻어지는로그불활성화율보다 0.5 1 단위커야한다. 평행조사시험장치 (Fig. 3-52) 의필요사항은다음과같다. (1) 평행조사시험에서는 254 nm 파장의빛만을발광하는저압자외선램프를사용한다. (2) 자외선은시료표면전체에균일하게도달하여야하며도달하는입사각은 0도에가까워야한다. 자외선도달의균일성은시료표면의세분화된여러지점에서의 irradiance (W/cm 2 ) 를광량계 (radiometer) 로측정하여판단하며사용하는광량계는그정확도가충분히검정된기기를사용한다. (3) 램프의출력은조사시험동안 5% 이상변하지않도록안정하여야한다. (4) 조사거리는시료표면직경의최소 6배이상의거리를사용한다. (5) UV 조사강도 (dose) 는조사거리를조절함으로써변화시키도록한다. (6) UV 강도측정을위한자외선노출시간은최소한 20초이상을사용한다. (7) 시료용기내액체시료의깊이는 0.5 2 cm 범위를사용한다. (8) 시료용기의재질은조사량-불활성화율결과에영향을미칠정도로시험용지표미생물을흡착하는것을사용하지않는다. 181
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-52 평행조사시험장치개략도 UV 조사량이 0인조건 (control) 과그외에최소 5개이상의측정치 (N) 를이용하여 UV 조사량-불활성화율곡선을그리고회귀분석을통하여 UV 조사량산출식을도출한다. UV 조사량과생존개체수 (N) 및불활성화율 (I) 에대한관계곡선의전형적인형태는다음 Fig. 3-53 및 3-54와같다. 관계식 : Fig. 3-53. UV 조사량 - 개체수곡선 ( 예 ) logn= a(uv Dose) 2 +b(uv Dose)+c 182
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-54. UV 조사량 - 불활성화율곡선 ( 예 ) 관계식 : UV Dose = A logi+b (logi) 2 또는 UV Dose = A logi+b (logi) 2 +D sh 여기서 logi=log N 0 N. 평행조사실험을실험실에서수행후실규모 UV 반응기시험을수해하여조사량을결정하 게된다. Off-site 시험평가의 3 단계는 (1) 반응기특성의평가, (2) 반응기설치, (3) 시험 평가의실행이며 On-site 시험평가에는이밖의순서 ( 들 ) 가추가될수있다. (1) 반응기특성을입증하기위한준비물 - 제공한사양서와일치하는 UV 반응기 - UV 센서 (duty and reference) - 적절하게통전 (burn-in) 된 UV 램프통전기간은새램프의경우 100시간, 사용하던램프의경우에는램프출력이 F/A factor와동일한상태가될때까지 - UV 강도계하나당램프가한개이상일때의센서의위치 : 가장높은출력을나타내는램프에강도계를가장가깝게위치한다. - 램프출력을변화시킬수있는장치 - 램프에전달되는전기적전력량을측정할수있는계측장치 - 온도측정기, 안전차단스위치등 (2) UV 조사량모니터링시확인해야할사항채취된시료는 24시간내에분석을수행해야하며부득이즉시분석하지않는경우에는 4 o C 암소에서보관한다. 성능평가시험전에확인해야할사항들은다음과같으며확인여부는성능평가계획서 (Validation test plan) 서류에기재되어야한다. 183
정수처리기준선진화연구 - 시험미생물을주입하기전에 UV 센서및 UVT 모니터링이정상상태 (steady state) 인가여부 - 반응기내에서의유속, 모든 UV 센서, 온라인 UVT에대한측정 / 기록과시료채취전후의모든계산된 UV 조사량값 - 각유입수시료에대한 UV 흡광도계로측정된 UVT 값 - 램프 ballast( 안정기 ) 에의한전력소모량 - 유속, UV 강도, 램프출력, UVT가정해진측정오차범위보다크게변화할때에는시험을반복한다. (3) 성능평가시험조건의수성능평가방법으로목표치도달방식을사용할때에는 UVT 설계범위에서최대값, 최소값, 그외 1개이상의조건에서시험한다. 조사량계산방식으로성능평가를수행할때에는시험할운전인자 1개당적어도 3가지시험조건을평가한다. 예를들어 3가지운전인자 (UVT, 유속, 램프출력 ) 를사용하는경우, 최소한 3x3x3=27가지다른조건에서시험한다. 반응기에대한성능시험평가운영시필요한운전데이터의종류와방법은다음 Table 3-69 와같다. Table 3-69. 반응기평가시필요운전데이터항목 항목 측정주기및방법 유속 조사시간 매 2 분마다측정기록. 하루최소 3 회측정치점검. 설정값에서 10% 이내변동여부확인 반응기부피 유속 UV Irradiance 매 2 분마다측정기록. 하루최소 3 회측정치점검. UV 강도램프 fouling 및 cleaning 램프시간전기출력램프상태 각강도계에대하여 in-line monitor로기록 Sleeve cleaning 주기기록각램프에대하여매일기록반응기가동시전력, 각램프에대한전류와전압을매일기록램프 on/off 주기기록 반응기의현장평가후반응기에서실제조사되는조사량을결정하는계산방법은다음과같다. (1) 한테스트조건당최소한 3 번의반복측정을한다. (2) N 0 및 N 의측정 184
Ⅲ. 연구결과및고찰 (3) 로그불활성화율 (log I) 산출 logi=-log ( N N 0 ) =log ( N 0 N ) (4) 평행조사시험으로부터얻어진조사량 - 불활성화율곡선및조사량관계식과비교 UV Dose (mj/cm 2 )=a(logi) 2 +b(logi) 또는 UV Dose (mj/cm 2 )=a(logi) 2 +b(logi)+d sh (5) RED 결정 (mj/cm 2 ) 단, 중압램프를사용하고 MS2 나 B. subtilis 가아닌미생물을사용하는경우에는 CF as (action spectra correction factor) 를사용하여결과를보정한다. 또한, 성능평가시험을 2 개 의다른지표미생물을사용하고제거목 Table. 미생물의 UV 민감도 (UV sensitivity) 가시험 평가에사용한시험미생물 2 종의민감도사이에위치하는경우 ( 예 ) ψx174 < Cryptosporidium < MS2 UV Sensitivity = RED logi ( 단위 : mj/cm 2 /log I) ψx174 와 MS2 데이터로부터작성한 RED vs. UV 민감도직선 plot 으로부터중간의 Cryptosporidium 의 RED 를결정한다, 이때의 RED Bias Factor = 1.0 조사량계산방식으로 RED 를결정하는경우에는유속, UVT, UV 강도, 뱅크의수등으 로구성되는 RED 조사량산출식을도출하여이용한다. 조사량산출식에서각변수는임의 의지수함수형태로포함되며다변수선형회귀분석을통하여미지수들을산출할수있다. RED=10 a A b 254 ( S S 0 ) c ( 1 Q ) d B e 또는 log(red)=a+b log(a 254 )+c log ( S -d logq+eb S 0 ) 여기서 RED : 조사량산출식에의하여계산되는 RED A 254 : 254 nm 파장자외선의흡광도 S : UV 센서로측정된 UV 강도 S 0 : 램프출력 100% 일때 UV 강도 Q : 유량 B : UV 반응기내램프 bank 의수 185
정수처리기준선진화연구 하지만 UVT 와램프출력이일정 (constant) 한경우에는다음과같이공식이단순화된다. RED=a ( 1 Q ) d 또는 log(red)=log(a)-d log(q) - 여기서식은반드시원점 (0,0) 을지나야함 (zero dose). - 관계식의적절성평가 (Goodness-of-fit) : p-검정 (p-statistic) 으로 0.05 이내 (< 0.05) 이러한계산후, 여러운영인자등에대한보정인자 (Validation Factor, VF) 를곱하여 다음과같이실제조사량을결정한다. 인정조사량 (Validated dose, D val ) = RED / VF VF=B RED ( 1+ U val 100 ) VF : 보정인자 (validation factor) B RED : RED bias factor U val : 성능평가시험의불확실도 (uncertainty, %) 중압램프사용시에는비살균광 (non-germicidal light) 이 UV 센서에미치는영향을고려 하기위하여다파장보정인자 (Polychromatic Bias Factor, B poly ) 를사용한다. B poly 는 (i) 비 살균광센서가있는중압 UV 반응기, (ii) 살균광센서가있으나센서가램프로부터 10 cm 이상떨어져있고물의 UVT 가작은경우 (80% 이하 ) 에이용하며이때 VF 는다음과같다. VF = B RED B poly ( 1+ U val 100 ) 동등제거조사량보정인자 (RED Bias Factor, B RED ) 실제제거목Table. 미생물과시험평가미생물이다른경우, 즉시험미생물 (MS-2, Bacillus 등 ) 로시험평가한결과로부터 Cryptosporidium, Giardia, virus에대한인정을받으려고할때이용한다. 성능평가시험반목결과중에서최저 UVT 및최대민감도조건에서시험한결과를가지고시험미생물별로 log credit 값에해당하는 RED Bias 표로부터 B RED 값을찾는다. 미국 EPA에서는다양한 UV 반응기운전결과들을유체역학적모사 (CFD modelling) 를통하여도출한 RED Bias 값들을사용하고있다. 각표에서는시험미생물에서얻은 UV 민감도 (sensitivity) 와시험한물의 UVT 조건에해당하는값으로 RED Bias를결정한다. 이표들은 UVT 65-100% 범위에서 10% 씩에대 186
Ⅲ. 연구결과및고찰 하여나와있으므로중간 UVT % 에대한 bias 값은내삽 (interpolation) 하여결정한다. RED Bias Table 3-70 G1 - G8 : Cryptosporidium 에대한 0.5-4 log credit (log I) G8 - G16 : Giardia 에대한 0.5-4 log credit (log I) G17 : Virus 에대한 0.5-4 log credit (log I) Table 3-70. 동등제거조사량보정인자 Table. 예 [1] B RED 산출예목적 : Cryptosporidium 3 log 제거 credit 을받으려고함시험평가미생물 (challenge) : MS-2 시험한것중최소 UVT 조건 : 85% 이중최대 sensitivity 나온것 : 18 (mj/cm 2 ) / log I 위 Table. 에서 UVT 86%, sensitivity 18 mj/cm 2 /log I 에해당하는 Bias 값은 1.92 즉, B RED = 1.92 성능평가시험의불확실도 (Uncertainty in Validation, U val ) 조사량계산방식각각의결정절차에따라다음그림과같이성능평가시험의불확실성을 보정한다. 187
정수처리기준선진화연구 U Val =(U 2 IN+U 2 S+U 2 DR) 1 2 여기서, U S : UV 강도계의불확실도 (uncertainty). 10% 를기준으로포함여부를판단한다. U DR : 평행조사시험에의하여얻어진조사량-불활성화율의불확실도. 다음둘중한방법으로점검한다. ( 보통은 ii번기준사용 ) (i) 회귀분석 (regression) 에서 95% 신뢰도로계산할때는 15% 를기준으로한다. (ii) 아래의식으로계산하여 30% 를기준으로한다. U DR =t SD D UV,CB 100 U DR : 95% 신뢰수준에서 UV 조사량-불활성화율대응식의불확실도 D UV,CB : 시험미생물의 UV 조사량-불활성화율곡선으로부터계산된 UV 조사량 SD : UV does-response 로부터계산한값과실측값차이의표준편차 t : 95% 신뢰수준에서 t-검정값 188
Ⅲ. 연구결과및고찰 U IN : 내삽과정에대한안전인자 ( 조사량계산방식에서 ) U IN = t SD RED 100(%) SD : 시험에서얻은 RED 값과조사량-불활성화율식에서계산한 RED 값차이의표준편차 RED : 조사량신출식으로계산한 RED 값 t : 내삽에사용된데이터수에대한 t-검정 이러한여러불확실성의인자등을고려하여다음과같이인정조사량 (Validated Dose) 을 결정할수있다. D val (Validated dose)= RED VF VF=B RED ( 1+ U val 100 ) 단이러한인정조사량을인정받기위해서는조사량계산방식으로결정된 D val 을충족하기위하여요구되는운전조건을만족하여야한다. - 운전 UVT는시험평가한 UVT 최소값보다같거나커야한다. (UVT OP UVT TEST ) - 운전유속은시험평가평가시험한유속을초과해서는안된다 (FR OP FR TEST ) 또한반응기인증을받기위해서는평가사전에제조업체에서다음의문서들을평가자에 게제공하여야한다. 189
정수처리기준선진화연구 수질분석표 ( 기록예 ) 장치사양서 또한평가자는평가전다음의시험평가계획서를직접작성한다. 190
Ⅲ. 연구결과및고찰 성능평가계획서에포함해야할사항 191
정수처리기준선진화연구 평가시험조건계획표 ( 작성예 ) UVT: 95, 90, 85%. 유량 : 10, 5, 2.5 mgd. 램프출력 : 100, 70, 40% 시스템운전조건의기록계획 ( 예 ) 항목 측정주기및방법 유속 조사시간 매 2 분마다측정기록. 하루최소 3 회측정치점검. 설정값에서 10% 이내변동여부확인 반응기부피 유속 UV Irradiance 매 2 분마다측정기록. 하루최소 3 회측정치점검. UV 강도램프 fouling 및 cleaning 램프시간전기출력램프상태 각강도계에대하여 in-line monitor로기록 Sleeve cleaning 주기기록각램프에대하여매일기록반응기가동시전력, 각램프에대한전류와전압을매일기록램프 on/off 주기기록 192
Ⅲ. 연구결과및고찰 반응기의조사량결정을위한시험평가후평가자는다음과같은양식으로반응기별성 능평가보고서를작성하여심사자에게제출한다. 평행조사시험결과서 ( 예 1) ( 예 2) 시험운전조건 Table. ( 예 1) 193
정수처리기준선진화연구 ( 예 2) UVT 90%, 85% 등생략 미생물불활성화시험성적서 194
Ⅲ. 연구결과및고찰 ( 예 2) Test ID : 1 27 결과보고서 ( 포함할내용 ) 평행조사시험 UV 조사량 : log I 그래프 RED = a (log I) 2 + b(log I) U DR U S Log I vs. RED 측정데이타 log(red)=a+b log(a 254 )+c log ( S -d logq+eb S 0 ) B RED (RED Bias) U val, U SP, U IN VF UV 인정조사량 (D val) 및 Log[ 불활성화율 ] 인정여부및인정값판정 앞서언급된자외선조사량기준이설정되어있는미국의경우자외선조사량의결정은지정된반응기평가센터에서인증을받거나, 현장에서인증기관의수행에의해반응기의조사량및형식등의인증을받도록되어있다. 따라서본과제를수행하면서 2010년 9월 30일부터 2010년 10월 3일까지미국에설치되어있는두곳의자외선반응기인증센터중한곳인, Portland UV 인증센터를방문조사하였다. 본인증센터미국의오리건주포틀랜드시에위치한정수장의원수와부지를이용하여 UV반응기인증센터운영하고있으며, 포틀랜드시에서장소를제공하였다. 또한센터의운영및유지관리는설계회사인 Calloro Engineering 사에서책임을맡고있다. 본인증시설의최대물공급량은 50MGD( 약 19만톤 / 일 ) 규모로, 자외선반응기개당 50MGD규모까지평가가가능하다. 따라서일 100만톤규모의정수장에 UV시설이도입될경우 50MGD 반응기 5개열이설치되므로미국전역의대부분의정수장에설치되는 UV반응기의평가가가능하다. 다음 Fig. 3-55는인증센터의전경이다. 195
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-55. 미국포틀랜드 UV 반응기인증시설전경 본인증센터 2003년에시설건립시작했고. 총건설비용은 $350,000이었으며, 이건설비용은 UV 반응기제작사인 Calgon과 Wedeco에서반씩부담하여건설되었다. 이시설은지하수 (15 정도 ) 이용하는포틀랜드의정수장 ( 염소처리 ) 을이용하고있으며현재여름철용수공급량이증가하거나, 비상시에만사용하는정수장이다. 따라서정수장운영시에도평가시설은운영될수있다. 본인증시설에이용되는물은다음 Fig. 3-56과같이원수를저류조로보내는관로에서분기하여사용하고있다. Fig. 3-56. 미국포틀랜드 UV 반응기인증공정도 196
Ⅲ. 연구결과및고찰 UV 반응기의평가비용은반응기용량마다다르나대략적으로 $300,000( 약 5MGD) - $900,000(50MGD) 정도이다. 유량계설치지점이후반응기전후의직관배관은반응기평가때마다, 평가받고자하는해당업체에서반응기와함께시공하여야한다. 본시설에서평가가능한반응기는최대 50MGD 용량이며, 지금까지약 50여개의반응기가인증받은실적이있다. 미국의경우크립토스포리디움기준은실제 2012년부터발효되며규정에따라크립토스포리디움 3Log 불활성화율을 UV공정으로인증받기위해 12mJ/cm 2 조사량필요하나, 실제운영인자등을고려하면 30-40mJ/cm 2 정도조사되도록설계해야인증에서통과괼수있다. 실제반응기의인증평가시미생물이나투과도조절을위해인젝터를이용하며, 이때순환수의용량은 150 gallon/min정도로운영하며, 원수투과도조절을위해투입하는약품은 LSA (lignin sulfonate acid), Super hume(humic acid, $300/15gal) 등을사용하고있다. 지 Table. 미생물인 MS2는약 10 11 PFU 농도로 (2L stock 준비하여 ) 10 6 PFU수준으로주입하여반응기조사량을평가한다. MS2는인증된특정실험실에서약 L당 $300 가격으로구입하여, 실험후실험실로보내추가분석비용을내고분석하고있다. 실제로 Calloro Engineering 설계회사에서는본인증평가보고서를받아, 서류로분석, 검증후인증하고있으며여러가지다양한실험조건에서실험을수행한결과와 Calloro 자체적으로여러실험경험등을통한노하우를갖추고있어, 실험의위증여부를판단할수있다. 나 ) 독일독일은 DVGW(Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches; German Association on Gas and Water) 가제정한 "DVGW Technical Standard W294" 에자외선소독에관한규정이나타나있다. "DVGW Technical Standard W294 (1997)" 에서자외선조사량은최소한 400J/m 2 (40mJ/cm 2 ) 를유지하여야하며, 자외선소독에의해미생물불활성화율이 4-log를달성하도록되어있다. 자외선소독에의한미생물불활성화율을조사하기위해서는자외선소독에대한민감도가다른대장균 (E. Coli) 및바실러스포자 (Bacillus subtilis spores) 의사용을권장하고있다. 또한자외선센서는 240 290nm의파장에해당하는자외선을감지하여야하며, W/m 2 로표시되도록하고있다. 다 ) 오스트리아오스트리아는자외선살균시스템을법규로규정하고있으며, 규정집 ÖNORM M5873-1 (2001) 에서물의자외선살균에대해서는 253.7nm 파장에서 400J/m 2 (40mJ/cm 2 ) 의 REF (Reduction of Equivalent Fluence; Average Microbiocidal Measured by Biodosimeter) 를보장하도록규정하고있다. 이러한조사선량에서는수인성전염병을유발하는세균은 197
정수처리기준선진화연구 6-log 불활성화, 수인성전염병을일으키는바이러스는 4-log 불활성화됨을보증하여야 한다. 또한처리수의자외선투과율이변하더라도살균에필요한최소조사량은사전시험을 통하여결정된목표값이하로저하되어서는안된다고지시하고있다. 라 ) 일본일본은 1996년사이타마현오고세에서주민의 80% 이상이크립토스포리디움에의한감염증이발생한직후, 후생성 ( 현재후생노동성 ) 에서 수도의크립토스포리디움등잠정대책지침 을발표하여, 원수에내염소성병원미생물이혼입될우려가있는경우에는정수시설에여과등의설비를설치하도록해왔다. 그러나소규모수도시설에는필요한여과설비가설치되어있지않은곳이상당수잔존해있어, 이러한시설에서공급하는수돗물의안전성을확보하기위해내염소성병원미생물대책을강화할필요성이제기되었다. 한편, 최근크립토스포리디움및지아디아의불활성화에자외선의유효성이보고되고있는가운데, 자외선의도입가능성을검토하여, 2007년 3월후생노동성은기존의 수도의크립토스포리디움등잠정대책지침 을폐지하고, 수도의크립토스포리디움등대책지침 을발표하였다. 본지침에서는자외선적용에대해다음과같이규정하고있다. - 자외선강도계로상시자외선강도를감시하고, 처리수량의 95% 이상에대하여자외선조사량이상시 10mJ/cm 2 이상확보할수있을것 - 원수탁도가 2도를넘는경우에는취수를정지할것 ( 다만, 자외선처리설비의전처리로서여과시설이설치되어있는경우에는예외 ) - 설계성능이상시확보될수있도록유지관리 ( 운전상태의점검, 보수부품의교환, 센서류의교정 ) 를적정한빈도와방법으로실시할것 한편, 수도법제 5 조제 4 항에근거한 수도시설의기술적기준을정하는성령 은 2009 년 3 월 6 일에후생노동성령제 26 호로최종개정되어제 5 조 ( 정수시설 ) 의 1 항과 9 항에다음과 같은자외선관련조항이추가되었다. 198
Ⅲ. 연구결과및고찰 제5조 ( 정수시설 ) 1항 8. 원수에내염소성병원생물이혼입될우려가있는경우에는, 이를제거할수있는여과등의설비가갖추어져있을것. 단, 다음요건을갖추고있는경우에는예외로함. 1) 지표수를원수로하지않을것 2) 자외선이조사되는물의탁도, 색도및기타수질이자외선처리에지장이없을것 3) 원수중의내염소성병원생물을불활성화할수있는자외선처리설비가갖추어져있을것 9항자외선처리를사용하는정수시설은다음요건을갖추어야한다. 1. 자외선조사조는자외선처리의효과를얻기위해필요한시간, 물이자외선에조사되는구조일것 2. 자외선조사장치는자외선조사조내의자외선강도분포가소요효과를얻을수있도록자외선을조사하는구조임과동시에, 당해자외선을상시안정적으로조사하기위해필요한조치가강구되어있을것 3. 물에조사되는자외선의강도를감시하기위한설비가갖추어져있을것 4. 자외선이조사되는물의탁도및수량의감시를위한설비가갖추어져있을것. 단, 탁도를감시하기위한설비에있어, 탁도가자외선처리에지장을미치지않는것이명확한경우에는예외로함 5 자외선조사조내에자외선램프를설치하는경우에있어서는자외선램프의파손을방지하는조치가강구되어있어야하며, 자외선램프의상태를감시하기위한설비가갖추어져있을것. 수도에있어서자외선에대한적용기준은, 원수의레벨을 4단계로분류하여, 각레벨별로처리기준을설정하고있다. 원수에서지표균이검출되지않는경우는레벨1 및레벨2로분류하여별다른조치없이지표균을지속적으로감시하도록하고있다. 지표균이검출되는경우에는수원이지표수가아니면레벨3으로, 지표수이면레벨4로분류하여, 레벨3에서는여과시설대신자외선처리를할수있도록하였으며, 레벨4에서는여과시설을두도록하고있다. 다만, 레벨3의경우에도, 원수수질조건을검토하여, 탁도가 2도이하, 색도가 5도이하, 자외선투과율이 75% 이상인조건에서자외선처리를여과의대체기술로제한하고있다. 한편, 자외선조사장치의품질확보를목적으로장치공급측단체인일본자외선수처리기술협회 (JUVA) 가설립되어장치의규격화및표준화를추진하여, 자외선조사량의검증방법등을제안하고, 장치의성능등을협회에서인정하는제도를마련하고있다. 또한, ( 재 ) 수도기술연구센터 (JWRC) 에서는 2008년자외선조사장치의기술심사기준 ( 저압, 중압자외선램프 ) 을마련하였으며, 표류수이외의수처리에대한자외선처리설비유지관리매뉴얼을제시하고있다. 199
정수처리기준선진화연구 이에따라일본의자외선조사장치의기술심사기준중저압램프편에대해다음과같이 나타내었다. 제1장기술심사기준 1. 목적내염소성병원생물대책으로서자리매김된자외선처리에있어서 자외선조사장치가갖추어야할요건 에대해, 구체적인판단기준및시험방법등을 JWRC 기술심사기준 으로정함으로써, 수도사업체에있어서자외선조사장치의도입을지원하는것을목적으로한다. 2. 적용범위 지표수이외의수도원수를대상으로크립토스포리디움등의내염소성병원생물대책으 로사용하는자외선조사장치가운데, 저압자외선램프를사용한장치에대해적용한다. 3. 용어의정의 ⅰ) JWRC 기술심사기준재단법인수도기술연구센터가자외선조사장치와관련되는기술상의심사기준으로정한 자외선조사장치 JWRC 기술심사기준 을말한다. ⅱ) 자외선조사장치자외선조사의기능을발휘하기위해필요한장치로, 자외선램프 자외선센서가설치된자외선조사반응조및, 안정기 자외선모니터등을포함한부속제어반을말한다. ⅲ) 심사대상자외선조사장치기술심사의대상이되는자외선조사장치로, 실제장치로이용되는것을목적으로하는것을말한다. ⅳ) 저압자외선램프주로 253.7nm의파장을발광하는램프로점등시의수은증기압이 1 10Pa 정도의램프를말한다. ⅴ) RED( 환산자외선조사량 :Reduction Equivalent UV Dose) 자외선조사반응조내에서실제로주어진자외선조사량을나타내는지표를말한다. 화학선량계나생물선량계에의해서구할수있다. 200
Ⅲ. 연구결과및고찰 4. 능력및성능등자외선조사장치는, 자외선조사반응조를통과하는수량의 95% 이상에대해서, 자외선 (253.7nm부근) 의조사량을상시 10mJ/cm 2 이상확보할수있어야한다. 이에대한구체적인심사기준은다음과같다. 4.1 램프능력램프능력은다음의조건을만족할것. 1) 램프의자외선강도설계치를제시하고, 제2장 2 램프의자외선강도시험 에있어서, 심사대상자외선조사반응조에설치한램프가설계치이상의능력을가질것. 2) 램프수명시간의유지율설계치를제시하고, 심사대상자외선조사반응조에설치하는램프가자외선강도유지율곡선에대해설계치를만족할것. 4.2 조사성능등 4.2.1 기본사항자외선조사장치의조사성능으로서는, Fig 3-57 조사성능확인방법의흐름도 (flow chart) 에따라아래의 Ⅰ) Ⅲ) 의조건을만족할것. Ⅰ) 제2장 3 자외선조사량시험 에의해구한심사대상자외선조사장치의 RED가 B값이상인경우. 한편 A 값이상 B값미만인경우는아래의 Ⅱ 또는 Ⅲ에따른다. Ⅱ) 제2장 3 자외선조사량시험 에의해구한심사대상자외선조사장치의 RED가 A값이상 B값미만의경우에있어서, 제2장 4 조사조내자외선강도분포계산법 으로구한최소자외선강도와평균체류시간의곱이 10mJ/cm 2 이상이며, 제2장 5 조사조내체류시간분포시험 으로구한분산값이대략 0.1 이하인경우. Ⅲ) 제2장 3 자외선조사량시험 으로구한심사대상자외선조사장치의 RED가 A 값이상 B값미만의경우에있어서, 제2장 6 CFD 해석모델에의한시뮬레이션 에제시된자외선조사량을고려한 CFD(P-CFD) 에의한해석의결과, 심사대상자외선조사반응조를통과하는수량의 95% 이상에대해서자외선조사량이 A 값이상이라는것을조사량분포도에나타낼수있는경우. A 값및 B 값에대한자세한것은 제2장 3.3 RED 적합치의산출방법 Table. 2-3-1 에나타낸다. 201
정수처리기준선진화연구 순서스타트 A 값미만 B 값이상 부 적 합 A 값이상 B 값미만 적 합 Ⅰ : 자외선조사장치의 RED Ⅱ : 계산에따라구한최소자외선강도와평균체류시간의곱이 10mJ/cm 2 이상이고또한분산수가대략 0.1이하일것. Ⅲ : 자외선조사조를통과하는수량의 95% 이상에대해자외선조사량이 A값이상인것을조사량분포도에서나타낼수있을것. Fig. 3-57. 조사성능확인방법의흐름도 4.2.2 처리수량이다른일련의조사장치 ( 동계열조사장치 ) 에관한특기사항전항4.2.1에따라서시험을실시하는조사장치 ( 심사대상자외선조사장치 ) 로이용되는자외선램프와동일한램프가설치되고, 처리수량이다른형식의조사장치 ( 동계열조사장치 ) 에대해서는, 이미심사기준을합격한것과같은설계사상인것을확인하기위한것으로, 아래와같은조건을만족하는것에따라적합으로할수있다. 1) 심사대상자외선조사장치가전항Ⅰ) 의조건에의해적합으로되었을경우. 동계열조사장치의시험결과가아래의 (i) 또는 (ii) 을만족할것. (i) 제2장 3 자외선조사량시험 에의해구한 RED가 B값이상. 202
Ⅲ. 연구결과및고찰 (ii) 제2장 6 CFD 해석모델에의한시뮬레이션 에제시된자외선조사량분포를고려한 CFD(P-CFD) 에의한해석결과, RED가 B값이상. 2) 심사대상조사장치가전항Ⅱ) 의조건에의해적합이되었을경우. 동계열조사장치의시험결과가아래의 (i) 또는 (ii) 을만족할것. (i) 제2장 3 자외선조사량시험 에의해구한 RED가 A값이상.0. (ii) 제2장 5 조사조내체류시간분포시험 으로부터구한분산수가대략 0.1이하. 3) 심사대상조사장치가전항Ⅲ) 의조건에의해적합이되었을경우. 제2장 6 CFD 해석모델에의한시뮬레이션 에제시된자외선조사량분포를고려한 CFD( 이하, P-CFD) 에의한해석결과, 자외선조사조를통과하는수량의 95% 이상에대해서자외선조사량이 A값이상인것을조사량분포도에나타낼수있을것. 4.3 모니터링성능자외선조사장치에설치하는자외선모니터는, 제2장 7 모니터링성능시험 에있어다음의조건을만족할것. 1) 자외선모니터의측정치는, 제2장 2.1 자외선강도계 에서규정하는자외선강도계와비교하여변화율의오차가 10% 이내일것. 2) 1개월간의연속노출열화는, 자외선모니터의센서설치위치에있어서 10% 이내일것. 이미적합인정을받은자외선모니터와동일형식의자외선모니터에대해서는, 적합인정을받은자외선모니터의시험결과를이용할수있는것으로한다. 4.4 침출성심사대상자외선조사조의침출성은, 기자재등의재질에관한시험 ( 후생성고시제45호 ) 에따라얻어진분석치가, 수도시설의기술적기준을정하는성령 ( 후생성령제15호 ) 제1 조제17호의규정에적합할것. ⅰ) 동일형식과동일접액부재질을이용한조사조에대해서는, 이미적합인정을받은자외선조사조에서실행한침출시험결과를이용할수있는것으로한다. ⅱ) 수질분석은, 수도법제20조에근거하는등록수질검사기관에서실시하는것으로한다. ⅲ) 침출시료수의채취는, 수도법제20조에근거하는등록수질검사기관에의뢰하고, 그기관소속의전문담당자가침출시료수의채취를실시하는것으로한다. 4.5 내압성심사대상자외선조사조의내압성은, 미리조사조내에물을채운상태에서, 2차측을닫고뒤이어 1차측보다수압을더해해당조사조의최고사용조건의 1.5배이상의압력을 1분간가하고상태를관찰하여, 누수또는기타이상이없을것. 203
정수처리기준선진화연구 재질이동일또는동등하고, 구조및제조방법이같은자외선조사조에대해서는, 이미 적합인정을받은자외선조사조로실행한내압시험결과를이용할수있는것으로한다. 4.6 기타성능 1) 구조일반 ⅰ) 관로밀폐형으로외부로부터오염의우려가없고, 또, 자외선이외부로새지않을것. ⅱ) 램프의설치, 제거가용이할것. ⅲ) 자외선강도나수질의자외선투과율변동등을나타내는자외선모니터를설치할것. 2) 부속제어반 ⅰ) 부속제어반의절연저항은 JIS C 0704 5. 를만족할것. ⅱ) 부속제어반의내전압은 JIS C 0704 6.1.2 제어회로의내전압값로시험을실시하여, 시험전후절연저항이 JIS C 0704 5. 를만족할것. ⅲ) 부속제어반의사양에포함되는기능이정상적으로동작할것. 3) 자외선조사장치의주요부치수공차도면치수에 ( ) 쓰기가없는경우에는 JISB0405 기호 v 의규격치내에있을것. ( ) 쓰기가있는경우에는 JISB0401-2 4. IT18 의규격치내에있을것. 5 대규모장치의기술심사신청에관한특기사항심사대상자외선조사장치의제조나시험에있어서, 대규모장치에서는가격등의측면에서기술심사를신청하는것이곤란한경우가있다. 이미, 같은형식과동일한자외선램프를이용한조사장치로적합인정을받은경우에한하여, 실시설의납입 ( 설치 ) 후에실시하는성능시험등의데이터로서 제1 장 4.2.2 처리수량이다른일련의조사장치 ( 동계열조사장치 ) 에관한특기사항 에나타난결과를이용하여대규모장치의기술심사신청을실시해도무방하다. 제2장시험방법등심사대상자외선조사장치의능력및성능등을평가하는시험방법및계산방법은, 다음의각호에의하는것으로한다. 1. 시험등에이용하는자외선조사조의조건 자외선을차광하는것을옵션으로하는자외선조사조는그모든것을설치한상태에서시험할것. 204
Ⅲ. 연구결과및고찰 [ 해설 ] 1. 조사조내에차광물이있으면, 조사량이나조내흐름에영향을준다. 따라서옵션으로하는경우에대하여고려할필요가있다. 수동또는정기적으로가동하는세정기능을가진장치를이용하여시험하는경우는, 대기상태로시험한다. 2. 램프의자외선강도시험자외선조사조에배치하는자외선램프의자외선강도에관한시험에대해나타낸다. 여기서얻은결과는 제2장 3 자외선조사량시험, 제2장 4 조사조내자외선강도분포계산법, 제2장 6 CFD 해석모델에의한시뮬레이션 에서인용된다. 분광분포및자외선강도유지율곡선도함께제출한다. 2.1 자외선강도계자외선강도측정에이용되는자외선강도계는, 다음에의거한다. 1) NIST(National Institute of Standards and Technology, 미국표준기술국 ), ( 독일 ) 산업기술종합연구소또는거기에준하는국가표준을기초로제작된강도계를이용한다. 2) 경사입사각특성이양호한것을이용할것. 3) 분광응답도특성은 253.7nm 부근에서만감도를갖는것을이용할것. 특히 300nm 이상에감도가있어서는안된다. 단, 화학광량계 ( 예를들면 iodide/iodate 용액을이용한방법 ) 를이용하거나, 화학광량계에의해보정된자외선강도계를이용해도무방하다. [ 해설 ] 2.1 자외선강도계파장 253.7nm의자외선강도는 JIS 규격이없기때문에, 출처를확인할수있는강도계를이용할필요가있다. 또, 강도계의측정치와지시치와의직선성은정격범위의 2 5% 정도이상의부분에서유지되고있기때문에, 안전성을고려해정격범위의 10% 로하는것이바람직하다. 자외선강도측정치는사용하는강도계에따르지만측정오차를고려해최저 100μW/cm 2 정도가바람직하다. 저압자외선램프의발광파장은 253.7nm 부근외에 313nm, 365nm, 405nm, 435nm, 546nm등도있기때문에이들파장의자외선이나가시광에대해감도를가지지않는것을이용할필요가있다. 205
정수처리기준 선진화 연구 ２.2 시험장치와 방법 램프의 자외선강도를 측정하는 방법은 아래의 1) 또는 2)로 한다. 1) 석영제 조사조를 이용한 직접측정 석영제조사조를 이용할 경우의 시험장치 및 시험방법의 순서의 예를 이하에 나타낸다. ① 시험장치는 Fig 3-58과 같이 암실 내에 설치한다. ② 램프를 석영제 조사조내에 램프슬리브에 설치한다. 수평 수직방향은 심사대상자외선 조 사조와 통일한다. ③ 램프중심의 연직방향에 자외선강도계를 설치한다. 이 경우 램프와 자외선강도계의 거리 는 램프 발광장의 1/10에서 최대 1m이내의 1점으로 한다. ④ 전원전압을 일정하게 해서 램프를 점등시키는 것과 함께 분위기온도 또는 수온컨트롤러 에 의한 조사조 내의 냉각수 온도를 임의 (10 30 로 5 씩) 로 설정해 램프의 점등 온도를 일정하게 한다. ⑤ 램프의 점등상황이 충분히 안정된 후 (15분이상 점등할 것), 자외선 강도계 또는 화학광 량계에 의해 자외선 강도를 측정해 그 램프의 자외선 강도로 한다. ⑥ 점등온도를 10 30 까지 5 씩 마찬가지로 5점 측정한다. <암실> 수온 컨트롤러 발광장의 1/10 1m이내 전원 자외선강도계 (램프중심의 연직방향으로 정전압설치 1차측 전압 Fig. 3-58. 수냉 자켓을 이용한 자외선강도의 직접측정의 일례 206
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table. 2-2-1 자외선강도측정장치의주요사양 기기 사양 석영제조사조 램프슬리브를내장한용기로용기외부에서램프발광장의전체길이분의자외선을측정할수있을것. 램프냉각용수온컨트롤러 수온을임의의온도 (10 30 ) 로유지할수있을것. 정전압장치 전원전압을일정하게유지할수있을것. 자외선강도계 파장 253.7nm의자외선강도를측정할수있는것. 그외 제2장 2.1 에준거할것. 2) 공기중측정과온도보정에의한간접측정자외선램프를공기중에놓고점등해서자외선램프의자외선강도가설계치를만족하고있는것을확인한다. 자외선강도계는 Fig 3-59에나타내는것처럼램프의발광장에대해중앙위치또는램프중심에서의거리는발광장의 1/10에서 1m의범위어느쪽이든설치한다. 자외선강도는안정된시점의값또는점등직후의최대치를측정치로한다. 다음으로자외선램프의수온에의한상대적인변화를측정하기위해실험장치의일례로서자외선강도측정용석영유리제창을가진스테인리스제수냉자켓을이용한개략도를 Fig. 3-60에실험순서를이하에나타낸다. 1 전원전압을일정하게해램프를점등시키는것과함께분위기온도또는수온컨트롤러에의해조사조내의냉각수온도를임의 (10 30 로 5 씩 ) 로설정해램프의점등온도를일정하게한다. 2 램프의점등상황이충분히안정된후 (15분이상점등할것 ), 자외선강도계또는화학광량계로자외선강도를측정해그램프의수은에대한자외선강도의상대적인변화로한다. 3 점등온도를 10 30 까지 5 씩마찬가지로 5점측정한다. 자외선강도계센서부 Fig. 3-59. 공기중에있어서의자외선강도측정위치의일례 207
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-60. 수냉자켓을이용한자외선강도의자외선강도측정의일례 [ 해설 ] 2.2 시험장치와방법자외선램프의자외선강도는측정조건에따라값이달라진다. 특히저압자외선램프는주위온도에따라자외선강도가변동하는것으로부터수온에의한자외선강도의변동시험결과가필요하다. 필요한경우가있다면 5 및 35 도측정해서참고데이터로한다. 2.3 측정결과자외선강도의측정결과를 Table 3-71 또는 Table 3-72 자외선강도측정결과보고서 에기재하는것으로한다. [ 해설 ] 2.3 측정결과측정결과의기재방법은다음과같다. 자외선강도측정결과보고서를표3.37 또는표 3.38에나타낸다. 1) 측정계측정계를자외선강도계또는화학계량계에서선택해 표를붙여자외선강도계를선택한경우에는기종명, 교정원기, 교정일을기입해화학광량계를선택한경우에는측정방법 ( 사용한용액명, 인용문헌등 ) 을기입한다. 교정원기는 NIST(National Institute of Standards and Technology, 미국표준기술국 ), ( 독일 ) 산업기술종합연구소및기타기관에서선택하고, 기타기관을선택한경우에는 ( ) 안에이용한교정원기를기입한다. 208
Ⅲ. 연구결과및고찰 2) 측정조건냉각시의자외선강도측정방식의각각에맞게필요한조건을기입한다. 점등조건은수평점등또는그외에서선택해 표를붙이고그외를선택한경우에는 ( ) 내에점등조건을기입한다. 램프전압은정전압장치등을이용해서일정하게한다. ( 주 ) 측정을실행할때에램프필라멘트부분의강도는다른곳보다높을가능성이있기때문에, 램프중심에서측정하는것으로한다. 3) 강도측정치 냉각시의자외선강도측정방식각각에맞게합격 불합격을판정한다. Table 3-71. 자외선강도측정결과보고서 ( 직접측정 ) 자외선강도계또는화학광량계 측정계 측정조건 강도계측정치 자외선강도계기종명표준원기교정일화학광량계측정방법램프형식안정기형식점등조건석영관투과율 AT1 냉각수투과율 AT2 냉각수수층두께측정거리자외선강도설계치측정치 NIST 산업기술종합연구소, 기타 ( ) 년월일수평점등 그외 ( ) % % mm mm 이상일때 mw/cm 2 이상수온 10 mw/cm 2 15 mw/cm 2 20 mw/cm 2 25 mw/cm 2 30 mw/cm 2 판정 ( 합격 불합격 ) 판정 ( 합격 불합격 ) 209
정수처리기준선진화연구 Table 3-72. 자외선강도측정결과보고서 ( 간접측정 ) 자외선강도계또는화학광량계 측정계 자외선강도계기종명표준원기교정일 측정조건 화학광량계측정방법램프형식안정기형식점등조건측정거리자외선강도설계치판정 ( 합격 불합격 ) 수평점등 그외 ( ) mw/cm 2 판정 ( 합격 불합격 ) 강도계측정치 측정치수온 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 1. 석영관의투과율과는수냉자켓에사용되고있는석영관의자외선투과율 ( 파장 253.7nm) 을가리킨다. 2. 냉각수투과율과는냉각수의자외선투과율 ( 파장253.7nm, 셀길이 10mm) 을가리킨다. 3 자외선조사량시험자외선조사량시험이란, 자외선조사장치의환산자외선조사량 (Reduction Equivalent UV Dose: 이하 RED 라고한다.) 을구하는시험을말한다. RED를구하는방법은다음의 2개의시험항목으로이루어진다. 1) 지Table. 미생물의자외선감수성측정시험 2) 자외선조사장치의통수시험양자모두여러가지시험방법이있지만, 대표적인예를다음에나타낸다. [ 해설 ] 3 자외선조사량시험자외선조사량시험이란, 미리지Table. 미생물의자외선감수성을측정해, 자외선조사장치에동일지Table. 미생물을제공함으로써, 생존율로부터자외선조사장치가준조사 210
Ⅲ. 연구결과및고찰 량을구하는방법이다. 즉, 지Table. 미생물을선량계로서이용하는방법이다. 또한미생물의자외선감수성은, 같은균주라하더라도배양조건이나보존상태혹은계대등에따라크게변화하는경우가있으므로, 상기1) 및 2) 의시험은시차를두지않고실시하는것이바람직하다. 3.1 지Table. 미생물의자외선감수성측정시험 1) 지Table. 미생물의선정지Table. 미생물은, 병원성이없고안전하고제삼자기관이추가시험가능한미생물중에서선택한다. 대표적인것으로는, 고초균 (Bacillus subtilis), 대장균 (E. Coli) 또는 Q β, MS2 등의박테리오파지가있다. 이하에고초균 (Bacillus subtilis ATCC6633) 아포의경우에대해서나타낸다. 2) 공시균액의조제방법공시균의배양은 JISK3800GMP 미생물시험법등에준거해고초균아포원액의농도는 10 8 109개 /ml로한다. 이아포원액을멸균생리식염수에첨가해자외선조사후의아포수가정량가능한농도가되도록제조한것을공시균액으로해서시험개시까지는 4 로보존한다. 또공시균액의자외선투과율은원칙으로서 90% 이상이되도록조제한다. 3) 자외선의조사방법자외선의조사방법에는시계접시 ( 時計皿 ) 법 (Fig 2-3-1) 과 Collimate 법 (Fig 2-3-2) 에있으며, 어느방법이라도무방하다. 4) 생존균수의측정방법자외선조사전후의생존균수는, 상수시험방법해설편 V미생물시험에준한다. 5) 생존율곡선 ( 불활성화곡선 ) 의구하는방법생존율을아래식으로부터산출하여, 자외선조사량과의관계로부터생존율곡선을구한다. 생존율 S= N/ N0 N: 자외선조사후의생존균수 N0: 자외선미조사의공시균수 자외선조사량은, 공시액면의자외선강도와자외선조사시간의곱으로산출하고, 자외선강도의측정에대해서는 제2장 2 램프의자외선강도시험 에준한다. 생존율곡선은, 생존율 S을편대수지위에자외선조사량에대해서플롯하고, 근사곡선을그려서구할수있다. 211
정수처리기준선진화연구 [ 해설 ] 3.1 지Table. 미생물의자외선감수성측정시험 1) 지Table. 미생물의선정병원성이없는안전한미생물이란적어도 L-1인미생물 (WHO: 생물학적안전수준의정의 ) 이며, 제삼자기관이추가시험가능한미생물이란미생물종이명학 ( 예를들면 ATCC, IFO, IAM) 하고확보가용이한것을말한다. 대표적인예로서본심사기준에기재된이외의것이여도 EPA ( 미국환경보호청 ) 매뉴얼등에기재되어있는미생물등을이용하는것은가능하다. 단, 자외선조사량 10 50mJ/cm2 에서 3-log 불활성화를달성할수있는자외선감수성을가지고, 동시에높은재현성이있는미생물이어야한다. 지표미생물의조제, 배양방법은그미생물에적합한방법, 예를들어 JIS, 상수시험방법또는문헌등에기재되어있는방법에준거한다. 또한배양이나배양조건등에따라미생물의자외선감수성이변화할가능성도있기때문에감수성시험과통수시험과는항상동일 ( 같은제조원 ) 의배양기를사용한다. 2) 공시균액의조제방법고초균아포의배양방법의일예로서 FDA ( 미국식품의약국 ) 에기재되어있는방법으로나타낸다. ⅰ) 사면배양지에생육시킨콜로니를생리식염수에현탁후, AKAgar (BBL) 배양기에칠한다. ⅱ) 35 ± 2 로 5일간배양한다. ⅲ) 평판배양기 (AKAgar) 에서콜로니를모아멸균생리식염수에현탁시킨다. ⅳ) 5000rpm 15분원심분리에의한세정을실행한다. ⅴ) 세정후멸균생리식염수를더해 70 30분간열처리를실시해아포현탁원액으로한다. 본시험에서는얻어진아포원액을거듭멸균생리식염수에첨가해자외선조사후의아포균수가정량가능한농도가되도록아포균수를조제한것을공시균액으로한다. 또한조제방법에있어세정이충분하지않을경우는공시균액의자외선투과율이저하하는경우가있기때문에유의한다. 공시균액의자외선투과율이 90% 정도있으면이하에나타낸시계접시법에서는그영향을받지않는것이확인되지만현저하게낮아질경우는영향의정도를확인해필요한경우는보정한다. 3) 자외선의조사방법시계접시법 (Fig 3-61) 이란공시균액을시계접시에넣어그윗면에배치한자외선램프의전체발광장에서자외선을받는방법이다. 램프로부터시계접시까지의거리는램프발 212
Ⅲ. 연구결과및고찰 광장의 1/10 이상이적당하다. 시계접시에는페트리접시와같이가장자리가솟아올라있지않기때문에, 균액면에자외선을받는것이가능하다. 또한, 시계접시내의공시균액의액상두께 ( 심도 ) 도 φ100의시계접시에 5ml를넣은경우에는 5mm정도가되어, 자외선투과율의영향을받기어려운이점이있다. 다만, 공시균액면의자외선강도의측정에는각도특성을갖는자외선강도계에서는오차를일으키기쉬우므로, 화학광량계로측정하는것이바람직하다. Collimate 법 (Fig 3-62) 이란, 공시균액을페트리접시, 또는시계접시에넣어바로위에배치한자외선램프로부터콜리메이트튜브내를통과한자외선만을받는방법이다. 콜리메이트튜브내는자외선의반사가없도록주의할필요가있다. 또한, 평행광을얻을수있도록콜리메이트튜브의길이를고려 1) 하여, 튜브의내경보다페트리접시의내경이작도록한다. 균액면은자외선램프로부터거의평행광을받고있으므로, 페트리접시가장자리에의한차광의영향도없고, 각도특성을갖는자외선강도계의측정정밀도도높아지는이점을갖는다. 페트리디쉬내의공시균액의액상이두꺼워지는경우에는, 스탈라로교반하는것으로대처한다. 어느경우에나, 공시균액면의자외선강도를정확하게측정하면, 구하는공시균의자외선감수성결과는동일하다. 공시균액면내에는자외선강도분포가있다. 그러므로공시균액면의자외선강도를정확하게측정하는경우, 화학광량계를이용하면공시균액면의자외선강도분포를가미한결과를얻을수있어, 자외선강도계를이용하는경우는안전을고려해공시균액면내에서의최소치를선택하는것이적당하다. 시계접시법이화학광량계에의한측정에적합한방법인데비해, Collimate 법은자외선강도계에도대응이가능한방법이라고할수있다. 또한화학광량계로의측정은문헌등에따르고, 자외선강도계로의측정은, 제2장 2 램프의자외선강도시험 에준한다. 저압자외선램프 저압자외선램프 공시균액 콜리메이트튜브 공시균액 교반자 시계접시법 Fig. 3-61. 시계접시법 스탈라 페트리접시 Fig. 3-62. Colimate 법 213
정수처리기준선진화연구 4) 생존균수측정방법 상수시험방법해설편 V 미생물시험 에준해표준한천배양기를이용한혼석법에의해 발육된콜로니수를측정한다. 측정은동일샘플에대해적어도 n=2 이상으로하여평균치 를생존균수로한다. 5) 생존율곡선 ( 불활성화곡선 ) 의구하는방법 일반적으로, 미생물의생존율곡선은편대수지위에서직선으로나타나지만, 자외선소독 의경우는저조사량영역에서살균속도가늦은유도기 ( 치사지체상이라고도함 ) 를갖는경 우도많기때문에유의한다. 생존율의플롯에서근사곡선을그리는방법은특히정해진것은없지만히트성다중표적 모델에따라정식화하면상당히잘근사되는것으로알려져있다. 어떻든지 RED 를구할 때에매우중요한데이터가되므로정확하게근사하는것이중요하다. 또한, 유도기를갖는생존율곡선의경우, 유도기의근사가어렵기때문에 RED 를구할 때에는, 유도기가아닌일차반응영역에서구한다. 3.2 자외선조사장치의통수시험 1) 시험장치시험장치의흐름도 (flow sheet) 의일례를 Fig. 3-63 에나타낸다. 본시험에대해서는, 통수량의파악이매우중요한요인이되므로밸브 1 과유량계의배치등에유의하고, 사전에유량계의정도를충분히확인한다. 또, 자외선조사장치의운전상태를파악하기위하여장치의전기특성 ( 입력전압, 램프전력등 ) 및자외선모니터의지시치 ( 자외선출력 ) 등을상시기록할수있도록한다. 2) 공시수의조제방법 1 공시수는자외선투과율 95% 이상의수돗물, 이온교환수등을사용한다. 공시수를공시균액조에저장한다. 2 공시균액조에차아염소산나트륨용액을첨가하여, 유리잔류염소농도가적어도 1mg/L 이상이되도록조제한다. 3 자외선조사장치의램프를점등시켜운전상태로한후, 밸브 1, 밸브를열고, 밸브 2, 밸브 3 을닫아펌프를가동하여공시수를순환시킨다. 순환시간은, 계내 ( 배관내등 ) 의살균과램프출력을충분히안정시키기위해적어도 30 분이상으로한다. 이시점으로부터자외선조사장치의전기특성, 자외선출력등의측정을시작한다. 이후, 자외선조사장치는시험종료시까지운전상태를유지한다. 4 샘플링밸브 (S.P1 및 S.P2) 의밸브입구를 75% 에탄올로잘닦고, 그후열어블로우시킨다. 블로우시간은, 샘플링밸브내의살균, 세정을위하여적어도 10 분이상으로한다. 5 3, 4 의조작후, 펌프를정지하고, 공시균액조에티오황산나트륨제를첨가하여염소를중화한다. 6 염소중화후의공시수를재차순환 ( 밸브 1, 밸브 4 를열고, 밸브 2, 밸브 3 을닫음 ) 샘플링밸브로부터채수하여잔류염소가검출되지않는것을확인한다. 7 공시수의자외선투과율을측정해 95% 이상인것을확인한다. 이때 95% 이상인경우는자외선투과율을저하시키는약제등을적당투입해자외선투과율이 95% 가되도록조제한다. 이시점에서 95% 미만의경우는계내의물을모두배출해자외선투과율이 95% 이상의새로운공시수와교체한다. 수돗물을사용했을경우는, 티오황산나트륨으로염소를중화하고, 자외선투과율도 95% 가되도록조제한다. 214
Ⅲ. 연구결과및고찰 밸브 4 공시액 공시수밸브 3 밸브 2 펌프 유량 공시균액조 인버터 밸브 1 자외선조사장치 전기특성램프출력등 배액조 수온 자외선투과율 유량 Fig. 3-63. 통수시험장치도 3) 공시균액의조제 1 공시균액조에 3.1 2) 으로조제한고초균아포원액을첨가한다. 공시균액의농도는, 자외선조사조통과후, 정량가능한농도가되도록조제한다. 2 밸브3을열고, 밸브1과밸브2, 밸브4를닫아펌프를가동하여공시균액을순환시킴으로써공시균액조내를교반한다. 이조작은공시쥰액조내의균농도를균일하게하는것이목적이며, 적어도 5분이상으로한다. 3 펌프를정지시키고, 공시균액의자외선투과율이 95% 인것을확인하고, 수온을측정한다. 4) 통수시험 1 밸브1과밸브2를열고, 밸브3과밸브4를닫아펌프를가동시켜, 시험조건의가장낮은수량으로부터통수를개시한다. 통수량은, 적어도자외선조사장치의설계치를포함한전후3조건으로한다. 2 통수량을설정한후, 샘플링밸브 S.P1로부터채수한다. 사전에밸브를열어충분히블로우한후에적어도 2검체이상의채수를실시한다. 본검체가시험에있어서초기균수 ( 자외선조사장치입구측의균수 ) 가된다. 샘플링밸브1이설치되지않는경우는, 공시균액조내의균수또는 4) 5의조작으로얻을수있는균수를초기균수라고해도무방하다. 215
정수처리기준선진화연구 3 다음에, 자외선조사조내의물이충분히교체되는시간을고려하여, 샘플링밸브 S.P 2으로부터채수를시작한다. 채수할때까지의시간은, 유량설정후적어도예상되는평균체류시간의 3배이상으로한다. 또한채수방법및검체수에관해서는 2)2와같이실시한다. 4 채수후, 인버터또는밸브1을조작하여통수량의조건을변경하여 4) 3을반복한다. 5 모든조건에서채수를종료한후, 펌프는가동시킨채로램프를소등한다.4)3에준하여샘플링밸브 S.P2으로부터채수한다. 본검체는시험종료시의공시균액의균농도가된다. 4)2를실시할수없는경우에는필수의공정이며, 또한, 4)2( 을 ) 를실시했을경우에대해도크로스체크용으로서유용하다. 6 시험종료후, 2)3( 와 ) 와같은조작을실시하여, 공시균액조및배관내에잔류하는공시균을자외선조사장치로사멸시킨후, 배수한다. 5) 채취샘플수의균수측정 1 상기4)2 5에있어채수한샘플중의공시균수의측정은, 제2장 3.1 4) 에준하여실시한다. 2 자외선조사장치의각통수량에의생존율은, 아래식으로부터산출한다. 생존율 S= N/ N0 N: 자외선처리후의생존균수 N0: 자외선미조사의공시균액의균수 6) 자외선조사장치의 RED 산출 1 상기5)2에서얻은생존율 S가 3.1 5) 으로얻은생존율곡선에일치해있는점을구하고, 그점의 X축값으로부터 RED를찾는다. 7) 제출자료아래의자료를첨부한다. 1 시험일시 2 시험장소 3 시험자 4 시험조건 a. 공시균액의생존율곡선 ( 제2장 3.1의결과 ) b. 공시균액의수질 ( 수온, 자외선투과율 ) c. 공시균액의초기균수 d. 통수량 5 시험결과 a. 자외선조사장치의특성 ( 전기특성, 자외선모니터출력등 ) b. 각통수량에서의생존균수 ( 동일수량으로 n=2 이상, 동일검체로 n=2 이상 ) c. 각통수량에서의생존율 ( 상기데이터의평균치로부터산출 ) 216
Ⅲ. 연구결과및고찰 [ 해설 ] 3.2 자외선조사장치의통수시험 1) 시험장치공시균액은, 자외선조사장치의설계통수량을전후로적어도전후 3개의유량을충분히시험할수있는양을준비한다. 유량을설정하는동안및유량설정후에대해서도, 균농도의안정화를위해서통수하는것을고려해야한다. 또한, 통수량의설정은, 밸브조작만으로도가능하지만, 펌프를인버터등으로제어가능한시스템으로해두면신속하고정확하게실시할수있다. Fig 2-3-3 중에서밸브3의라인은시험개시전에공시균액조내의공시균을교반하는목적으로, 또한, 밸브4의라인은시험개시전에배관내를살균세정하는목적을위해서설치되고있지만, 다른수단을이용해도상관없다. 여기에샘플링밸브 S.P1은자외선조사장치입구측에서의공시균수를측정하기위해서설치되어있지만, 공시균액조에서채수하거나, 자외선조사장치의자외선램프를소등상태로하여샘플링밸브 S.P2으로부터채수할수도있다. 2) 공시수의조제방법 1 본심사기준에서는자외선투과율 95% 의예를나타냈지만적합인정을받으려고하는설계조건으로조제하면된다. 자외선투과율을저하시키는재료로서는티오황산나트륨이일반적으로이용된다. 티오황산나트륨은염소중화제로서이용할수있는데다가농도이상으로첨가해도지표미생물활성에악영향을주는일이없기때문에일반적으로이용되고있다. 3) 공시균액의조제 1 사용하는고초균아포원액은, 제2장 3.1에서사용한것을이용하여같은날에시험하는것이바람직하다. 시험일시가다른등의사유로제2장 3.1 2) 에서배양한원액을보존사용하는경우는, 재차, 제2장 3.1의시험을실시해생존율곡선을구할필요가있다. 2 수온에의한영향을검토할경우는펌프와밸브 3개사이에칠러등을설치해서목적수온으로조제한다. 4) 통수시험 1 자외선조사장치에시험조건의최저수량에서부터통수를개시하는것은, 샘플링밸브 S.P2 및자외선조사장치출구측배관내의공시균에의한오염리스크를최소한으로하기위함이다. 통수량이클수록장치출구측에서의생존균수가많아지기때문에배관내면등으로오염 ( 부착 ) 이높아질우려가있고, 샘플링밸브 S.P2으로부터의채수에도영향을미치는일이있으므로유의한다. 2 시험종료후의통수량 ( 순환수량 ) 은, 자외선조사장치의소독효과를최대한이용 217
정수처리기준선진화연구 하기위해될수있는한저수량으로하고, 시간은공시균액조내의공시균액이충분히 ( 여러차례 ) 순환할때까지로한다. 필요에따라서약제 ( 살균제 ) 등을첨가해도좋으나, 이경우, 배수시에는중화의필요성등에대해고려한다. 6) 자외선조사장치의 RED 산출 1 본시험5) 2에서얻어진생존율 S와, 제2장 3.1 5) 에서얻은생존율곡선에일치하고있는점이생존율곡선의유도기에있는경우는, 정밀도가낮기때문에채택하지않는다. 3.3 RED 적합치의산출방법지표미생물에적합한정량적평가를하기위한 RED 적합치산출방법을표 3-3에나타낸다. Table. 안에는지Table. 미생물의자외선감수성측정시험결과를개략도로나타내보인다. Table. 가운데 A 치, B 치는 제1장 4.2 조사성능등 에서나타낸 Fig. 1.4.1의 RED 치이다. RED 적합치의산출 생물선량계의불활성화곡선 S=exp(- D D 0 ) 구하는정수 B 값 A 값 10/f-D 0 ln(0.05) 10/f 어깨 가없는생 물선량계를이용하는경우 D 0 어깨 를가지는생물선량계를이용하는경우에, 불활성화곡선의 X 절편이 10mJ/cm 2 f 보다도큰경우 D D S 일때 S =1 D 0 D S D S -D 0 ln(0.05) D S D D S 일때 어깨 를가지는생물선량계를이용하는경우에, 불활성화곡선의 X 절편이 10mJ/cm 2 f 보다도작은경우 S=exp(- D-D S D 0 ) D 0 D S D S -D 0 ln(0.05) 10/f 218
Ⅲ. 연구결과및고찰 여기서, S: 자외선조사후의생존율, D: 자외선조사량, D0: 불활성화속도상수, DS: 불활성화곡선의 X 축절편으로, f는아래에표시된 1부터 4까지의보정계수의곱 (f=f f T f D f J ) 이다. 1 램프의자외선강도유지율 f L 2 수온에따른자외선강도변동 f ( 시험시수온에대한수온 10 30 에있어서의 T 최소치의비 )f D 3 통수에의한오염을받은램프슬리브의자외선투과율의통수전램프슬리브의자외선투과율에대한비 f ( 제 2장 4. 2 4) 참조 ) D 4 시험에사용한램프의자외선강도에관한측정치의설계치에대한비 f J [ 해설 ] 3.3 RED 적합치의산출방법 95% 이상, 10mJ/cm 2 이상 을단일생물선량계로평가하기위한 RED 적합지산출방법은아래와같다. (1) 어깨 가없는생물선량계를이용하는경우대장균박테리오파지의일부와같이, 생존율의대수와자외선조사량의관계가원점을지나는직선이되는경우, 해석은가장용이하게된다. 1 불활성화속도상수및 RED 의정의 생물선량계의불활성화곡선은, 식 (1) 으로표현된다고가정하여, 평행광시험에서불활성 화속도상수 D 0 을구한다. S=exp(- D D 0 ) (1) 여기서, S: 자외선조사후의생존율, D: 자외선조사량, D0: 불활성화속도상수이다. 따 라서불활성화속도상수가 D 0 의생물선량계를자외선조사조에흘려그생존율이 S 0 였을때, RED 는다음식으로표현된다. S 0 =exp(- RED D 0 ) (2) RED =-D 0 lns 0 (3) 2 비율 (1-p) 이상이자외선조사량 D* 이상인것을확인하는방법자외선조사장치를통과하는모든수량에대하여자외선조사량이 인자외선조사조에있어서는생존율이 0 이된다. 여기서, 전량의일부 p의비율만 D* 의자외선조사량인경우 ( 비율 (1-p) 은 으로한다.), 생존율 S는다음식 (4) 로표현된다. 219
정수처리기준선진화연구 S=p exp(- D * D 0 )+(1-p) exp( D 0 )=p exp(- D * D 0 ) (4) 이값보다생존율이작을때, D* 의비율은 p 보다작아지기때문에, S 0 p exp(- D * D 0 ) (5) 식 (5) 을만족하면, 자외선조사량 D* 미만인비율이 p 미만이다 인것이되어, 즉 비 율 (1-p) 이상이자외선조사량 D* 이상이다 라는것을나타낼수있다. 이때 RED 의값 은, 식 (5) 에식 (3) 을대입해정리한값보다크면된다. 즉, RED D * -D 0 ln(p) (6) 3 95% 이상 10mJ/cm 2 이상이될경우의계산예식 (6) 에수치를대입하면, 다음식 (7) 과같이실제의수치로계산할수있다. RED D * -D 0 ln(p) = 10/f-D 0 ln(0.05) (7) 자외선강도를저하시키는인자 f 도고려한 RED의산출예를표40 에나타낸다. 다만, 여기나타내보인 D 0 는참고문헌으로부터산출한값으로, 동일미생물종을선택했을경우에도이들값을이용하지않고, 제2장 3.1 지표미생물의자외선감수성측정시험 에서얻어진결과를사용할필요가있다. Table 3-73. 95% 이상 10mJ/cm 2 이상 이되는데충분한 RED1 (mj/cm 2 ) 미생물종 D 0 D(1 log) RED(f=1) RED(f=0.7) RED(f=0.5) references MS2 7.96 18.3 33.9 38.1 43.9 EPA 2006 5.90 13.6 2707 32.0 37.7 Kamiko 1989 Q β 5.31 1202 25.9 30.2 35.9 EPA 2006 T7 1.89 4.34 15.7 19.9 25.7 EPA 2006 (2) 어깨 를갖는생물선량계를이용하는경우 1 불활성화속도상수및 RED의정의생물선량계의불활성화곡선이, 식 (7) 에서나타내지는것을가정해, 평행광시험에서불활성화속도상수 D 을구한다. 0 220
Ⅲ. 연구결과및고찰 D D s 일때 S=1 (8) D D s 일때 S=exp(- D-D s D 0 ) 여기서, S: 자외선조사후의생존율, D: 자외선조사량, D 0 : 불활성화속도상수, D S : 불 활성화곡선의 X 축절편이다. 따라서불활성화속도상수및불활성화곡선 X 축절편이각 각 D 0, D S 의생물선량계를자외선조사조에흘려그생존율이 S 0 일때, 등가자외선조사 량 RED( 단, RED> D S ) 는다음의식에서나타내진다. S 0 =exp(- RED-D s D 0 ) (9) RED=D s -D 0 ln(s 0 ) (10) 2 비율 (1- p) 이상이자외선조사량 D* 이상인것의확인방법 어깨 가없는생물선량계의경우와같지만, D* 가불활성화곡선 X 절편보다큰경 우와작은경우로취급이다르다. ⅰ) 불활성화곡선의 X 절편이 D* 보다큰경우 ( 예 :USEPA 매뉴얼의고초균아포 ) 우선, D S D* 의경우, p의비율만 D* 의자외선조사량이되지만그생존율은 1이되므로생존율 S는, S=p+(1-p)exp(- )=p (11) D 0 로나타낼수있다. 이값보다생존율이작을때, D* 의비율은 p 보다작아진다. 여기서, p 가 1 보다작은경우에는식 (11) 의 S 에상당하는 RED 는 D S 보다커지므로식 (10) 의 S 0 에식 (11) 의 S 를 S 0 로서대입해, RED D s -D 0 ln(p) (12) 식 (12) 을만족시키면, 자외선조사량 D* 미만인비율이 p 미만 으로되어, 즉 비율 (1-p) 이상이자외선조사량 D* 이상 이라는것을나타낼수있다. ii) 불활성화곡선의 X 절편이 D* 보다작은경우 ( 예 :USEPA 매뉴얼의 E.coli 등 ) D S < D* 인경우, p 의비율만 D* 의자외선조사량이되므로, 생존율 S 는다음과같이 나타내어진다. S=p exp(- D * -D s D 0 ) (13) 221
정수처리기준선진화연구 이값보다생존율이작을때, D* 의비율은 p보다작아진다. 이식의 S를식 (10) 의 S 0 에대입하여정리한결과는식 (6) 과같게되며, 이것을만족시키면 p이상의비율이 D* 이상의자외선조사량이된다. RED D * -D 0 ln(p) (6) 3 95% 이상 10mJ/cm 2 이상이되는경우의계산예 고초아포균의경우에는식 (21) 에대입해 RED D s -D 0 ln(p)=16.5-4.91ln0.05=31.2 (14) E.coli 의경우에는식 (6) 에대입해서 (15) 가된다. RED D * -D 0 ln(p)=10-0.787ln0.05=12.4 (15) 자외선강도를저하시키는인자 f도고려한 RED의산출예를 Table 3-74에나타낸다. 다만, 여기에서나타낸 D 0, D S 는참고문헌으로부터산출한값이며, 동일미생물종을선택했을경우라하더라도이들값을이용하지않고, 제2 장 3.1 지Table. 미생물의자외선감수성측정시험 에서얻어진있던결과를사용할필요가있다 ( 균종뿐만이아니라, 균주에의해도자외선의감수성이달라진다 ). Table 3-74. 95% 이상 10mJ/cm 2 이상 이되는데충분한 RED (mj/cm 2 ) 미생물종 D 0 D s RED(f=1) RED(f=0.7) RED(f=0.5) reference B. subtilis 4.91 16.5 31.2 31.2 34.7 EPA 2006 PRD-1 2.93 3.37 18.8 23.1 28.8 EPA 2006 B40-8 2.31 6.97 16.9 21.2 26.9 EPA 2006 E. coli 0.79 1.20 12.4 16.6 22.4 EPA 2006 4. 조사조내자외선강도분포계산법조사조내의자외선강도의계산에있어서는이하에유의할것. 1 사용하는램프의기지위치에있어서의자외선강도 ( 기준자외선강도 ) 2 자외선강도에영향하는인자 3 조사조내부의차광물의영향 4 계산방법 222
Ⅲ. 연구결과및고찰 4.1 기준자외선강도 자외선강도를측정하기위한자외선강도계및측정조건은 제 2장 2 램프의자외선강도시험 에규정하는자외선강도계및측정조건을이용할것. [ 해설 ] 4.1 기준자외선강도자외선강도는램프마다불규칙하다. 따라서실제로자외선강도를측정해설계치를만족한램프만을사용하지않으면안된다. 제 1장 4.1 램프의능력 에나타낸설계치에입각한자외선조사량의산출결과가 10mJ/cm 2 을만족할필요가있다. 4.2 자외선강도에영향하는인자자외선강도에영향하는인자에는피조사액의자외선투과율, 램프의자외선강도유지율, 램프슬리브의자외선투과율, 램프슬리브의오염, 수온에의한영향등이있다. 각각의상세내용은이하에의한것으로한다. 1) 피조사액의자외선투과율 253.7nm 광, 액두께 1cm에서 95% 를선택할것. 2) 램프의자외선강도유지율 f L 자사에서정한램프사용시간에서의자외선강도유지율을말한다. 자외선강도유지율과그값이되는사용시간을나타낼것. 3) 램프슬리브의자외선투과율 f Q 보호막이있는경우는보호막을포함한램프슬리브로서의자외선투과율을나타낼것. 4) 통수에의한오염을받은램프슬리브의자외선투과율의통수전에램프슬리브의자외선투과율에대한비 f D 램프슬리브의자동세정기능이부설되어있는경우 0.95를이용해부설되어있지않은경우는 0.8을이용할것. 5) 수온에의한영향 f T 10 30 의범위에있어변동하는자외선강도의최대값에대한최소값의비를나타낼것. 6) 그외 f A 이들이외를고려하고있는인자가있다면나타낼것. [ 해설 ] 4. 2 자외선강도에영향하는인자 자외선조사량이항상 10mJ/cm 2 를얻기위해서는경시변화를가미가필요하다. 223
정수처리기준선진화연구 여기에서는피조사액의자외선투과율과함께경시변화인자에대해열거한다. 1) 피조사액의자외선투과율자외선조사량을계산할경우피조사액의자외선투과율을결정할필요가있다. 자외선조사조에유입해오는원수는지표수이외의물인것으로부터자외선투과율은 95% 이상인것이예상된다. 따라서여기서는자외선투과율 95% 에서계산하도록한다. 2) 램프수명램프의수명에는성능수명과불점수명이있다. 성능수명이란설계값으로서정한자외선강도유지율 ( 대략 50 80%) 에달할때까지의시간을말하고불점수명이란불점램프가있는비율 ( 예를들어 50%) 에달할때까지의시간을말한다. 일반적으로연속점등에서는성능수명보다불점수명쪽이길다. 자외선조사량을계산할경우는램프가전수점등하고있는것을조건으로하고있다. 이때문에성능수명으로램프를교환하고있는것이전제이다. 성능수명및이때의자외선상도유지율은램프에따라달라지기때문에이것을명확하게나타낼필요가있다. 3) 램프슬리브의자외선투과율자외선강도는공기중에서점등하고있는램프의설계치를채용하고있는경우에있어서는실장치에서사용하는램프슬리브의자외선투과율의감쇠분을고려할필요가있다. 4) 램프슬리브의오염처리수에포함되는일부성분이램프슬리브에부착하는것에의해자외선을감쇠시킬가능성이있다. 이감쇠율은시간의경과와함께상승하기때문에상정한감쇠율에달한단계에서램프슬리브를세정할필요가있다. 램프슬리브의자동세정기능이부설되어있는경우란적어도하루에 1왕복이상의세정을실행하고있는것을가리키고부설되지않은경우란수동에의한세정기능이부설되어있거나정기적으로램프슬리브를조사조에서꺼내세정하는것을가리킨다. 5) 수온에의한영향저압자외선램프는램프의냉각상태에따라내부의수은증기압이변화해이영향으로자외선강도가변화한다. 램프는램프슬리브내에삽입되어있어그바깥쪽에처리수가흐르고있다. 따라서램프에게처리수는냉각수가된다. 이환경하에램프의자외선강도가수온조건 10 30 로최대치에대한최소치의비율을나타낸다. 6) 그외 (1) (5) 및다음에나타내는 4.3외의장치특유의자외선강도저하인자가있으면그내용 224
Ⅲ. 연구결과및고찰 과수치를나타낸다. 4.3 조사조내부의차광물의영향조사조내부에는차광물로서램프슬리브와평행하게설치된지지봉이나램프수가복수인경우에있어자신이외의램프슬리브등이있다. 즉광축에평행한차광물이다. 광축에수직방향의젖은단면에대한램프슬리브의중심에서투영해차광물에의해그림자가되는젖은면적의비율을램프하나마다구해램프수를평균해서값을나타낸것. 얻어진값은후에기술하는최소자외선강도를구하기위한감쇠계수 f s 로서다룰것. [ 해설 ] 4.3 조사조내부의차광물의영향조사조내부의차광물에는자동세정용지지봉이나램프슬리브가있다. 램프슬리브에대해서는자외선을투과하는재질이다. 그러나내부의램프에대해서는자외선을투과하나자외선강도유지율의저하와함께램프관에의한 2도흡수와램프내부의수은증기에의한흡수가있기때문에안전을고려해램프슬리브는그림자로서다룬다. 구제척인산출방법을이하에나타낸다. 접액부면적 : S T 램프슬리브 지지봉 그림자부분면적 : S S 위 Fig. ( 램프 1 개 ) 와같을경우 f s =1-S s /S r 225
정수처리기준선진화연구 그림자부분면적 : S S1 그림자부분면적 : S S2 위 Fig. ( 램프 2 개 ) 와같을경우전수점당시에그림자가없기때문에 f s =1 4.4 계산방법 1) 최소자외선강도 Fig. 3-64에나타난것처럼발광점 X에서램프의수직방향으로의자외선강도를 I 0 로하고수광점 P방향으로의자외선강도를 I라고한다. 발광길이 l의램프에서수광점 P로의방사에대해서발광점 X를발광장의범위에서적분한다. 적분식을 (1) 식으로나타낸다. I D =K D l 0 f(x) cos θ PX 2 dx (1) PX = (x-2) 2 +r 2 (2) cosθ= r PX (3) 여기서 f(x) 는자외선강도계의사입사각특성을나타낸다. Fig. 3-64. 발광모델의변수를나타내기위한디멘션 226
Ⅲ. 연구결과및고찰 예를들어 I D 는 제 2장 2 램프의자외선강도시험 에서나타낸자외선강도의설계치를대입해ㅣ, r, z에는그때의램프발광장, 측정위치를대입하는것으로상수 KD 을구한다. K D 가구해지면 (4) 식으로 1cm당 253.7nm 부근의투과율 T[-] 에서장치내의임의위치에서의자외선조사 I D ' 을산출한다. 이때선분PX에는 cm단위를사용할것. l I D '=K cosθ D 0 PX T PX(r-q)/r dx (4) 2 여기서 q는램프슬리브의바깥쪽반경이다. l I av = I D 'dz/ dz (5) 0 0 l 이식을이용해장치재부의흐름에수직방향으로평균자외선강도 I av 을단면에대해격자형으로적어도 500포인트이상으로계산해그중의최소값 I min 을구한다. 단그림자의영향에의한제로는제외한다. 여기서 I av 는램프와수직인거리 r의함수가되지만 r과 I av 의관계가여기서의계산결과에의해안전측으로계산되는방식이있으면그것을명확하게해서그계산방식을이용해도좋다. I min 에앞의보정계수를승수해얻어진 (6) 식의결과를그장치의대표가되는최소자외선강도로한다. I min '=I min f L f Q f D f T f A f S (6) 2) 체류시간 : τ [sec] 조사조의용적을설정한기준유량에서나눈값을체류시간으로한다. 조사조의용적이란흐름에수직방향인젖은단면의곱과램프발광장의곱으로한다. 3) 최소자외선조사량 (6) 식에서얻어진 I min ' 와체류시간 τ의곱으로최소자외선조사량을구한다. 얻어진결과가 10mJ/cm 2이상있으면합격으로한다. [ 해설 ] 4.4 계산방법균일계광반응기내의광강도분포에대해서는지난연구에서정리되었다. 그중에서봉상광원을선광원로서취급해 1 선광원의 1점에서발하는빛이광원축에대해수직으로만발광하는반경광모델 ( 자외선강도는거리에반비례한다 ) 227
정수처리기준선진화연구 2 그 1점에서발해진빛이모든방향으로균일하게발광된다고하는투명광모델 ( 그 1 점에서발해진빛은거리의 2승에반비례한다 ) 3 그 1점에서발해진빛이광축에수직을이루는각도 θ에대해 cos θ 분만감소해서발광한다고하는확산광모델 ( 그 1점에서발해지는빛은광축에수직을이루는각도 θ에대해 cos θ 분만감소하고또한거리의 2승에반비례한다 ) 라고하는 3개의발광모델이있어이중에서특히 253.7nm 광을발하는저압자외선램프로서는확산광모델이일치한다고소개되고있다 2). 자외선조사장치에는램프의삽입된램프슬리브를조사조내에설치한내부조사형이많이이용되고있다. 이경우물은광원가까이에서조사되는것으로부터면광원대우가적합하다. 그러나면광원의계산은선광원보다높은값을나타내는것이보고되고있는점에서안전하게계산할거라면선광원을이용하는것이가능하다고할수있다. 반경광모델, 투명광모델에의한식은각각 (7) 식, (8) 식이된다. I R =K R 0 1 r T (r-q)/r dx (7) I S '=K S l 0 1 PX 2 T PX(r-q)/r dx (8) 여기서 k R, k S 는공기중점등에있어측정결과와일치하도록구한값이다. 일례로서발광길이 1470mm, k D, k R, k S 을구하기위한기준점 (r, z) 을 (165mm, 700mm) 로자외선투과율 95%, 램프슬리브외반경 12.5mm, 램프끝부분으로부터의위치 : z=700mm 및램프끝부분 (z=0mm) 에있어 3종류의발광모델의계산을램프중심으로부터의거리 15mm에서 1000mm의범위에서비교했다. 램프끝부분에서 700mm에서의결과를 Fig. 2-4-2에, 끝부분에서의결과를 Fig. 2-4-3에나타낸다. 발광모델끼리를비교하면확산광과투명광은거의일치하지만자외선강도가높은램프슬리브근방에서는투명광쪽의값이크고먼위치즉자외선강도가낯은곳에서는투명광쪽이작다. 이때문에투명광으로계산한경우장치전체의자외선강도를크게개산할우려가있다. 또 Fig 2-4-2(b) 와 Fig 2-4-3(b) 을비교하면확산광과투명광의계산결과가일치하는위치는 z방향에의해달라지는것을알수있다. 반경광은 z방향에의존하지않기때문에 Fig 3-65와 Fig 3-66은같은계산결과이다. 반경광은계산식이간단하기때문에취급이용이하지만확산광과의차이가크기때문에조사조내의계산에사용하려면유의할필요가있다. 228
Ⅲ. 연구결과및고찰 자외선강도 [ μ W/cm 2 ] 램프중심에서의거리 [mm] 확산광투명광반경광 모델에 대한 비 [-] 각 발광모델의 확산광 램프중심에서의거리 : r[mm] 투명광반경광 Fig. 3-65. 수중에서의발광모델비교 ( 자외선투과율 : 95%, z=700mm) 자외선강도 [ μ W/cm 2 ] 램프중심에서의거리 [mm] 확산광투명광반경광 모델에 대한 비 [-] 각 발광모델의 확산광 램프중심에서의거리 [mm] 투명광반경광 Fig. 3-66. 수중에서의발광모델비교 ( 자외선투과율 : 95%, z=0mm) 229
정수처리기준선진화연구 [ 계산실시예 ] 1. (1) 식의계산방법 f(x)=cosθ로되어있는자외선강도계를이용할경우 (1) 식은 (7) 식이된다. l I D =K D f(x) cos 2 θ dx (7) 0 PX 2 지금발광장 1470mm의램프에대해서수광점 (r, z)=(165mm, 735mm) 에서의자외선강도의설계치가 3.0mW/cm 2 라고하자. 이때 k D 을이하의순서로구한다. I D 하기평균값 상기값 101 개의평균값 2. (4) 식의산출방법 z=0mm 과 14.7mm 에서의계산예 상기값의평균값과 kd와의곱 230
Ⅲ. 연구결과및고찰 3. (5) 식의산출방법 상기값 101 개의평균값 4. r 과 I av 의관계가안전측으로계산되는방식을명확하게하는방법 안전측계산방법의일례로서반경광모델을이용한다. 먼저 k 을구한다. 안전확인식 I av [mw/cm 2] 안전확인식 자외선강도 I av 램프중심에서의거리 r[mm] 5. 자외선강도의최소치 I min 구하는법 Fig. 3-67. 자외선강도의최소치를구하기위한격자상계산포인트 231
정수처리기준선진화연구 Fig. 2-4-4와같이격자상의교점을계산포인트라고한다. Fig. 안에나타낸 L1 L4는램프위치를나타내고 S1 S3은지지봉을나타낸다. 계산포인트 P에있어서램프중심과 P와를연결해차광물의유무를확인한다. 이예에서는차광물이없는램프는 L1과 L4가된다. P-L1간및 P-L4간의거리를구한다. 이거리에있어 I av 을각각구해그결과를총합한다. 이총합한계산치 (0을제외한다 ) 가 500이상있는것을확인해최소치를선택한다. 5. 조사조내체류시간분포시험트레이서시험을실행해자외선조사조내의유체혼합상태를확산혼합모델로해석하는방법에대해서나타낸다. 여기서는일례로서트레이서검지에흡광도계를이용한시험방법을나타낸다. 5.1 공시수공시수는자외선투과율 95% 이상으로수질변동이적은수돗물, 이온교환수등을이용한다. 5.2 트레이서의종류와농도트레이서는질산나트륨으로하고시험시의농도는 25mg/L as LaLO 정도로한다. 3 5.3 시험장치와방법시험장치의플로시트를 Fig 3-68에주된장치의일람을 Table 3-75에나타낸다. 시험방법의순서는다음과같다. 1 미리트레이서용액의농축액을조제한다. 농축액농도는트레이서농도의 100에서 1000배를기준으로한다. 2 설계수량의공시수를자외선조사조로인도한다. 3 수량이안정된후트레이서농축액을이송정량펌프 ( 이하의트레이서펌프 ) 로자외선조사조의입구부에첨가한다. 트레이서펌프와검출기와를연동시켜트레이서펌프가동과동시에검출기기록계가작동하도록한다. 또한양자의연동을할수없는경우는트레이서첨가시각을평균체류시간의 1/20정도로계측해그시각을검출기기록계를읽을수있도록한다. 4 유출액이검출기기록계에있어트레이서농도와거의동등해졌을시점에서트레이서펌프를정지시킨다. 5 유출액의트레이서농도가제로가되었을시점에서 3, 4를 3회반복한다. 즉 4회데이터를취득해초회는정상적으로이뤄지지않았을가능성이있기때문에 2회째이후의값을시험결과로서채용한다. 6 유출액의트레이서농도가제로가된것을확인해시험을종료한다. 232
Ⅲ. 연구결과및고찰 검출기기록계 공시수 유량계 흡광도계 자외선조사조 공시수조 트레이서농축액조 Fig. 3-68. 트레이서시험의플로시트 Table 3-75. 트레이서시험장치의주요사양 기종 사양 공시수조 오버플로관을설치해조내수위레벨을일정으로유지할것. 공시수펌프 공시수유량에변동을주지않는형식일것. 트레이서농축액조 4회분의시험이충분히가능한용적일것. 트레이서농축액펌프 정량펌프에서맥동이발생하지않는것일것. 흡광광도계 자외선파장 (220nm) 을측정할수있어플로셀형일것. 검출기기록계 평균체류시간의 1/20정도로검출할수있을것. 233
정수처리기준선진화연구 5.4 측정결과검출기의흡광도를 Table 3-76 측정경과표에전기해이표를따라분산수를산출한다. 3회분의평균치를본시험에의한분산수로한다. 분산수가대략 0.1이하가되면합격으로한다. Table 3-76. 측정결과 신청자 : 자외선조사장치의형식 : 시험기일 : 년월일 공시수 : 트레이서농도 : 시험회수 : 계측시간 t i [sec] 흡광도 [-] 체류시간분포 F(t) 중간계측시간 t ii [sec] 출구수명함수 E(t) t ii E(t) t ii 2 E(t) 0.10-0.15 0.125 0.20 0.175 0.25 0.225 0.30 0.275 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * F(t) : 계측시간 t i 에있어흡광도에서여백값을뺀값 [abs.] t ii : 계측시간 ti 의 2연속시간의평균값, t ii n =(t in+1 +t in )/2 E(t) : 계측시간 t i 의 2연속시간에있어서의 F(t) 의변화율, F(t in+1 )-F(t in )) /(t in+1 -t in ) E(t) : E(t) 의총합 t ii E(t) : t ii E( t) 의총합 t ii 2 E(t) : t ii 2 E(t) 의총합평균체류시간 T = t ii E(t)/ E( t) 베리언스 σ 2 =( t ii 2 E(t)/ E(t)/ -T 2 분산수 D/uL= σ 2 /2 234
Ⅲ. 연구결과및고찰 [ 해설 ] 5. 조사조내체류시간분포시험본시험은확산혼합모델에따라분산수를구하는것에의해조사조내의편류정도를재는것이다. 1) 이론 ( 참고독서 : 마츠이리츠야, 반응공학, 일간공업신문사, 1972) <A. 확산혼합모델과분산수 > 확산혼합모델이란기본적으로는전류인관로의흐름에있어흐르는방향의유속분포가확산방정식의형태로표현할수있는것을가정한모델이다. 즉분산수는흐트러짐의크기를표현한것이며분산수가작은경우는단락류가적은것을의미해평균체류시간근방에서조사조에서유출하는것이된다. 평균체류시간 (T) 은다음식에의해구할수있다. T = 0 te(t)dt / 0 E(t) dt = te( t)/ E( t) (1) 여기서 E(t) 는출구수명함수이며체류시간분포함수 F(t) 을미분하는것에의해구할 수있다. E(t)=dF(t)/dt (2) F(t) 는식 (3) 으로나타낼수있다. 이것은트레이서시험에의해트레이서를첨가한후의경과시간과그때의유출액중에트레이서농도를측정하는것으로구할수있다. 농도의 초기값을 C 0, t 분후의값을 C 로최종도달농도를 C 라고하면 F(t)=(C C 0 )/(C C 0 ) (3) 여기서는트레이서로서황산나트륨을이용해 220nm에있어서의흡광도를 C 로하고있다. 이상을정리하면트레이서시험을실시하는것에따라체류시간분포함수 F(t) 와출구수 명함수가구해지고게다가평균체류시간 (T) 을산출할수있다. 다음으로밸리언스 ( σ 2 ) 와분산수 ( D/uL ) 은식 (4), 식 (5) 에의해정해진다. σ 2 = 0 [(t-t)/t] 2 / 0 te(t)dt =( t 2 E(t)/ E(t))-T 2 (4) D/uL =σ 2 /2 (5) 또분산수의역수를페크레수 ( ul/d ) 로나타내평가에이용하는경우도있다. 235
정수처리기준선진화연구 <B. 분산수와자외선조사량 > 평균체류시간에서무차원화한체류시간비 ( θ ) 에의한출구수명함수 E(θ) 의함수를 Fig 2-5-2에나타낸다. 여기서 0 E(θ)dθ =1 (6) 또 E(θ) 을적분하는것으로어떤시각 θ까지유출할비율 F(θ) 을구할수있다. F(θ)= 0 E(θ)dθ (7) 식 (7) 을도시한것이 Fig 2-5-3이다. 이그림에서여러가지분산수에대해수량의 5% 가유출하는시각 θ을구한결과는 Fig 2-5-4대로이다. 분산수 1.0의경우는평균체류시간의 30% 의시점에서수량의 5% 가유출하게된다. 마찬가지로분산수가 0.5 및 0.1에서는평균체류시간의 35% 및 55% 의시점에서수량의 5% 가유출한다. 수량의 5% 유출시의체류시간비를 θ 0.05 로서나타내이때에자외선조사량 10mJ/cm 2을확보할경우의평균체류시간에서의자외선조사량 ( UV T ) 는식 (8) 에서산출할수있다. UV T =10 /θ 0.05 (8) 이렇게해서구한결과가 Fig 2-5-5이다. UV T 는평균자외선조사량이며분산수가 1.0, 0.5, 0.1, 0.025일때의평균자외선조사량은각각 33, 29, 18, 14가된다. 따라서분산수 0.1 이하이면평균조사량 20mJ/cm 2 이하라고할수있다. 그런데 Fig 2-5-3의분산수 0.1에있어서의 θ-f(θ) 곡선에서는 θ가 0.5일때의 F(θ) 는 0.05미만으로되어있다. 평균체류시간에있어서의자외선조사량이 20mJ/cm 2 이면 θ=0.5 에서의자외선조사량은 10mJ/cm 2 (20mJ/cm 2 0.5) 이며이때의적산유출비율은 5% 이하라는것을나타내고있다. 다시말하면적산유출비율의 95% 이상이평균조사량 10mJ/cm 2 이상으로되어있다. 대책지침에있어서는 수량의 95% 이상에대해 < 중략 > 10mJ/cm 2 이상확보할수있다. 장치가필요한것에더해 수류의치우침없는소정의체류시간을얻을수있는구조 의조사조인것이규정되어있다. 분산수가 0.1 이하일경우에는수류의치우침이비교적작고 5% 유출시의 2배시간경과시에평균체류시간에달하는것이되기때문에이보다분산수가클경우에는수류의치우침이크다고판단하도록심사기준으로서설정했다. 분산수가큰자외선조사량의경우수량마다자외선조사량의분포가넓어져 95% 이상 10mJ/cm 2 을확보하기위한장치가과대해지기때문에바람직하지않다고판단했다. 236
Ⅲ. 연구결과및고찰 2) 트레이서트레이서로서황산나트륨을선정했다. 황산나트륨은 CAS 등록번호 7631-99-4의식품첨가물이며물에잘녹는다. 10mm 셀을이용했을때의 220nm에있어서의농도와흡광도의관계는 Fig 5에나타낸대로이다. 제로점을통과하는직선관계를얻을수있어농도 25mg/L as NaNO 에있어서의흡광도는 0.8이되어트레이서로서유효하다고할수있다. 3 6. CFD 해석모델에의한시뮬레이션 CFD 해석모델에의해자외선조사량분포를구하는방법을나타낸다. 6.1 심사순서 CFD 시뮬레이션의적합심사순서를 Fig 3-69 에나타낸다. Fig. 3-69. CFD 시뮬레이션의적합심사순서 237
정수처리기준선진화연구 6.2 CFD 해석모델심사기준 1) CFD 소프트웨어심사소프트웨어로서는 STAR-CD, FLUENT, ANSYS-CFX 를사용하는것이바람직하나, 이러한모델의사용유무에관계없이아래의벤치마크테스트를실시하여, 타당성을확인해야한다. 1 벤치마크테스트조건 (Fig 3-74) CFD 소프트웨어를사용하는경우는, 표 2-6-1 에제시된조건으로벤치마크테스트를하 여타당성을확인해야한다. Table 3-77. CFD 소프트웨어벤치마크테스트조건 램프 슬리브 모델 1 램프 슬리브 모델 2 238
Ⅲ. 연구결과및고찰 형상파라미터 기호 명칭 지정치 단위 유의사항 D R 조사조유효내경 φ108.3 mm D I 입구노즐내경 φ54.9 mm D O 출구노즐내경 φ54.9 mm L R 조사조유효장 1330 mm L N 출입구노즐중심간거리 1220 mm d l 자외선램프외경 φ19 mm L E 자외선램프발광장 906 mm d s 슬리브외경 φ30 mm t s 슬리브두께 1.8 mm n 자외선램프갯수 1 또는 2 개 PCD 램프배열경 φ62 mm 모델 2 만 유동파라미터 기호 명칭 지정치 단위 유의사항 Q 유량 9.0 m 3 /h 최소치 18.0 m 3 /h 최대치 입구유속분포 일정 - 수질파라미터 기호 명칭 지정치 단위 유의사항 T w 수온 20 CENTIGRADE 2 벤치마크테스트승인조건 아래에제시된타당성확인방법 1, 2 에대해서, 그어느쪽이든만족할것. a) 정도확인방법1 지정단면에서의 x, y, z 성분유속 (u,v,w) 분포의형상이표준해석결과와유사할것. 이하에확인방법을나타낸다. 판단단면축방향위치를 Fig. 3-70에나타낸다. 축방향판단단면위치는흐름의방향이다른입구근방 L 단면 ( 입구노즐부근단 ), 조사조중앙 L 2 단면, 출구관근방 L 3 단면 ( 출 1 구노즐부근단 ) 으로한다. 239
정수처리기준선진화연구 입구 y 축중앙단면 출구 판정단면축방향위치 x 축중앙단면 x 축중앙단면 Fig. 3-70. 판정단면축방향위치 Fig 3-71에서 Fig 3-73까지 L 1, L 2, L 3 위치에서의유속분포예를나타낸다. 여기서, x축 ( 수평 ), 또는 y축 ( 수직 ) 의각유속성분분포도를이용해표준치와의차이를판정하는데, 유속분포를나타내는경우의판정단면선정에있어서는, 대상으로하는흐름의주류방향을고려하여, 이하에지정하는단면으로판정할것. 축방향판정단면위치와수평x, 수직y축단면의관계위치 L 1 : x축중앙단면 ( 유입방향으로마주본단면 ) 위치 L 2 : y축중앙단면 ( 수류방향으로마주본단면 ) 위치 L 3 : x축중앙단면 ( 유출방향으로마주본단면 ) 또각방향의속도성분의표기는이하대로한다. 유속성분기호설명 u : x방향유속 (m/s) v : y방향유속 (m/s) w : z방향유속 (m/s) 유속분포예 ------ 표준 - - - 심사대상 240
Ⅲ. 연구결과및고찰 위치 L 1 : x 축판정단면 V 성분 W 성분 x 방향 x 방향 Fig. 3-71. 축방향위치 L 1 에서의유속예 위치 L 2 : y 축판정단면 W 성분 W 성분 x 방향 y 방향 Fig. 3-72. 축방향위치 L 2 에서의유속예 위치 L 3 : x 축판정단면 v 성분 W 성분 x 방향 x 방향 Fig. 3-73. 축방향위치 L 3 에서의유속예 241
정수처리기준선진화연구 b) 정도확인방법2 조사조출구 ( 스칼라양적산법의경우는출구관바로앞직관부 ) 에있어서의체류시간분포를작성해, 그파형이표준해석결과와유사할것. Fig 3-74에체류시간분포예를나타낸다. 류선수 o r 류적수 N 체류시간 표준 심의대상 Fig. 3-74. 체류시간분포예 2) 자외선조사량을고려한 CFD(P-CFD) 해석모델기준항목 ( 그림1*3)) 대상자외선조사조도면과해석모델자료에근거해, 내부구조재가적절히모델화되어있는지를심사한다. 심사항목은 Table 2-6-2에나타내는형상입력파라미터항목으로한다. 필요서류 1 심사대상자외선조사조도면 ( 내부구조재의상세치수가기입되어있는것 ) 2 해석모델도 (3 차원 ) 3 메쉬도 (3 차원 ) 242
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-78. 형상입력파라미터항목 분류항목기호단위값 자외선조사조형상 치수내경 D R mm 유효장 L R mm 노즐형상 치수 슬리브치수 수량 접속타입 U,L,S 등타입? 입구노즐내경 D I mm 입구노즐장 L mm 출구노즐내경 D 0 mm 출구노즐장 L N0 mm 외경 d s mm 두께 t s mm 유효장 L s mm 수량 N s 개 배열지름 PCD mm 내경 d wi mm 와이퍼형상 치수 외경 d w0 mm 높이 h w mm 와이퍼홀더형상 치수 각부치수를기재한다. 와이퍼구동축형상 치수 외경 d wd mm 유효장 l wd mm 수평단면좌표 X방향 X d mm y방향 y d mm 외경 d g mm 와이퍼구동가이드형상 유효장 l g mm 치수 ( 설치하는경우 ) 수평단면좌표 x방향 X g mm y방향 y g mm 조사조내돌기치수 형상 각부치수를기재한다. 메시조건 총수표준사이즈최대사이즈최소사이즈 메시작성상의유의점내부구조재근방의메시는다각형이원에근사하도록세세하게자른다. * 최소메시사이즈, 메수수는조사조형상에따라케이스바이케이스로최적치가존재하므로, 표준치는설정이불가하다고판단된다. 따라서내부구조재근방메수수가구조재치수에대해서충분히세분화되어있는지를판단한다. 개 mm mm mm 243
정수처리기준선진화연구 3) P-CFD 계산조건기준 계산조건은 Table 3-79 에제시된계산조건항목을만족하고있는지를심사한다. Table 3-79. 계산조건항목 조건항목표준조건유의사항 난류모델 k-ε 모델 기타모델의경우, 선정근거를표시할것 조사강도분포계산법 점광원합계법중압자외선램프투명광모델 모델선정근거는, 제 2 장 4.4 조사조내자외선강도계산법 을참조 중압자외선램프 UVC 출력 200nm 300nm 출력분포 W/ 개 제2장 3.2 자외선조사장치의통수시험 에서의시험조건값 조사조건 ( 램프, 슬리브 ) 자외선램프갯수개정격운전시의갯수자외선램프외경 d l mm 자외선유효제품번호를나타냄발광장 L E mm 슬리브투과율 제2장 3.2 자외선조사 % 장치의통수시험 에서의중압자외선램프 200nm 300nm 투과율분포시험조건값 내부구조부재에의한그림자의영향을고려할것. 유동조건유량 Q m 3 /h 실험유량 수질조건 수온 T w CENTIGRADE 실험수온자외선투과율 제2장 3.2 자외선조사장치의통수시험 에서의 UVT % 시험조건값중압자외선램프 200nm 300nm 투과율분포단, 240nm 이하는 0% 로해도무방 조사량 ( 선량 ) 계산법 입자궤적법 입자지름 μm 예를들면 1μm 이하 ( 영향작음 ) 입자수개 100 개이상 스칼라량적산법 출구노즐앞단면에서적산치로한다 244
Ⅲ. 연구결과및고찰 4) 생물선량시험심사항목 생물시험방법및조건은, 제 3 장자외선조사량시험 에준한다. 5) P-CFD 인정조건 P-CFD 에의한 RED(RED CFD ) 가, 생물선량에의한 RED(RED 실측 ) 이하일것. RED CFD 는다음식으로계산한다. RED CFD =D 0 ln ( P i exp( -D i / D 0)) (1) D 0 : 불활성화속도상수 (mj/cm 2) 생물선량시험에서사용한값 D i : 조사량 ( 선량 ) (mj/cm 2) 생물선량시험에서사용한값 P i : 조사량분포확도 (Probability) Table 3-80. 인정심사판정자료분류항목서류명유의사항장치계통도자외선조사조도면자외선조사조건기재표지표생물명 생물선량시험설명서 ( 시험방법은 3. 2 자외선조사장치의통수시험 에따른다.) 해석결과제시서류 시험장치 조사량.vs.log 불활성화율관계도 수질조건 수온범위 자외선투과율 생물수 ( 개 /ml) 시험방법은제 3 절을참조 설계수온을포함할것 시험당시조건을나타낼것 유량조건시험유량 ( m 3 /h) 설계유량을포함할것 순서설명서 시험방안 샘플링법평가법 시험결과시험조건대비 RED 실측관계도 유량 투과율 유동해석결과 조사강도분포 조사량분포 유선도 ( 또는유적선도 ) 체류시간분산도조사강도분포도 조사량대비유량분포확률도평균조사량계산설명서 시험요령을상세하게나타낸서류 245
정수처리기준선진화연구 Table 3-81. RED 심사판정표 불활성화속도정수 (D 0 ) 평행광시험결과 RED 실측과 RED CFD 의비교결과 지표균명 RED 실측 RED CFD 차이 (mj/cm 2 ) 기준 해석치 RED 실측 RED CFD 6.3 자외선조사조인정심사 6. 2 CFD해석모델심사기준 에입각해자외선조사조성능인정을신청할경우는 Table 3-82, Table 3-83에필요사항을기재해제출한다. 신청가능기종은동일제품시리즈한정한다. Table 3-82. 자외선조사조사양 시리즈제품번호 기종수 기종 자외선조사조타입 (U,L,S, 他 ) 처리유량범위 m 3 /h m 3 /h 자외선램프종류 표준수온 정격자외선투과율 UVT(%) CENTIGRADE (%) 이상 기종제품번호 정격유량 (m 3 /h) 소비전력 (W) 램프갯수 ( 개 ) 자외선출력 *1) (W) 주요치수 (m) L L N D R D I D O 치수기호설명 L : 조사조유효길이 D I : 입구관내경 L N : 입구, 출구관중심거리 D O : 출구관내경 D R : 조사조내경 246
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-83. CFD 해석결과 시리즈제품번호 기종수 기종 아래의신청기종수에따라적절하게추가한다 기종제품번호 유량 95% 이상이되는최저조사량 (mj/cm 2 ) 조사량분포도 조사량 10(mJ/cm 2 ) 이상을달성하는유량도수 (%) 7 모니터링성능시험 자외선모니터는, 센서부와모니터부로구성된다. 자외선모니터의성능을평가하기위한시험방법에대하여아래에서술한다. 7.1 측정과표시 1 측정파장 : 253.7nm 부근을측정한다. 2 측정대상 : 자외선램프로부터나오는자외선이램프슬리브와조사조를통과하는처리수, 그리고자외선모니터의측정창을통과하여측정된다. 3 표시치 : 상대치 (%), 자외선강도 (mw/cm 2 또는μW/cm 2 ), 자외선조사량 (mj/cm2) 의어느하나로한다. [ 해설 ] 7. 1 2 자외선모니터의센서부의위치를나타낸대표적인구조단면도를 Fig 3-75 및 Fig 3-76에나타낸다. Fig 2-7-1의조사조는자외선램프가 7개배치되어자외선은램프슬리브를투과하여처리수에조사된다. 이에일부자외선은흡수되어그후측정용석영창을투과하여센서수광 247
정수처리기준선진화연구 부에달한다. 즉센서측정치는조사조내의값이아니라조사조벽면보다도더욱바깥쪽을측정하는것이된다. 또 Fig. 3-75에서자외선센서의수광하는값은램프 A B C의합을가리키고있다. 근년자외선램프의성능이향상해램프수명이나열화가개선된것을고려하면연속적으로모니터하는값은램프 A B C의합을상대값으로나타내관리하는것으로도충분히감시할수있다. Fig 3-76의조사조는자외선램프가 6개배치되어중심램프슬리브에자외선센서가삽입되어있다. 자외선센서의수광면은 360 수광할수있는구조로 6개의자외선을균등하게계측하는것이가능해진다. 자외선은램프슬리브를투과해통과처리수에조사되어중심에배치된램프슬리브를투과한후센서수광부에달한다. 옆을향한조사조에설치할경우는온도차가발생하면석영관이흐려지는등의영향을받아모니터값에오차가발생하기때문에결로대책을고려할필요가있다. 7. 1 3 표시치모니터부에표시되는디지털표시치는, 제2장 7. 12의해설에나타낸바와같이조사조안의처리수에조사된값이아니고, 처리수에흡수된후, 여기에램프슬리브등에흡수되어수광된값이다. 그러한것을감안하여상대치 ( 초기능력에대한 %) 로표시하는경우와, 수광된값을그대로절대치로표시하는경우가있다. 또한, 피처리수의자외선투과율을상정하여구한평균자외선강도 *(1) 와평균체류시간과의곱으로자외선조사량을표시하는경우, 또는유량계로부터의정보와연동하여평균자외선량을연산해모니터하는경우등다양한방식이있다. 자외선램프 측정용석영창 자외선센서 Fig. 3-75. 외부부착방식자외선센서위치 248
Ⅲ. 연구결과및고찰 자외선램프 자외선센서 수광부 파이버케이블 Fig. 3-76. 조내센터방식자외선센서위치 7.2 모니터링성능시험을위한기기선정 1) 센서부건식과습식이있어, 어느쪽을사용해도좋다. 또한, 사용하는센서부의수광각도특성, 열화정보의명확한것을선택해차이가없음을자체적으로확인할것. 2) 모니터부표시는디지털표시로센서와 1대1로되어있는것이일반적이다. 또, 시퀀스 (sequencer) 의패널을사용해표시해도상관없다. 3) 자외선강도계자외선강도계는자외선모니터의성능을평가하기위해서기준이되는것이다. 자외선강도계의상세내용에대해서는 제2장 2.1 자외선강도계 를참조할것 [ 해설 ] 7.2 모니터링시험기기의선정센서부의건식이란물에센서부가직접접하지않는방식을말한다. 한편, 습식이란센서수광부가방수구조로처리수에수광부가접하는방식으로, 처리수에가까운위치에서측정할수있는이점은있지만, 센서수광부가처리수질에따라서는오염되기때문에, 탈착 249
정수처리기준선진화연구 이용이하고수광부를간단하게세정청소를할수있는구조가바람직하다. 또한시험시에는 Fig 3-77 에나타내는자외선피폭보호도구를사용해, 안전에유의한다. Fig. 3-77. 자외선노출보호도구 7.3 모니터링시험방법 ( 공기중 ) 1 측정위치 a. 자외선모니터와자외선강도계를동일위치에서 3점측정할것. 다만, 광원과측정위치의관계는램프발광장의중심에서수직아래로하며, 자외선램프관경 (D) 의 5D 10D 15D 로할것. b. 자외선모니터가상대치 (%) 를표시하는경우에는, 5D의위치에서 100% 로하는기준설정을먼저실시한다. 10D와 15D의위치에서의모니터값이자외선강도계에의한측정치와유의미한상관관계를얻을수있을것. 2 자외선강도측정은, 강도가충분히안정되어변동이없는상태에서측정할것. 또한측정시의주변온도, 전압을일정하게유지하는것등에유의할것. 3 자외선강도계와자외선모니터의센서수광부는, 각도특성이다른경우가있으므로센서의자외선수광면과동등이상의직경인콜리메이트튜브를설치한측정장치를사용할것. 4 사선방향으로의자외선을차광하는수단으로서자외선램프를피복하는등, 대안을강구할것. [ 해설 ] 7.3 모니터링시험방법 ( 공기중 ) 1 측정위치일례로서 D=19mm 의램프형상을 Fig. 2-7-3에나타내, 그측정위치를 Fig. 3-78에나타낸다. 250
Ⅲ. 연구결과및고찰 Fig. 3-78. 저압자외선램프의형상 자외선램프 관경 차광튜브 콜리메이트튜브 설치강도계 ( 자외선센서서 ) 기준강도계 Fig. 3-79. 설치강도계와기준강도계의측정위치 7.4 합격기준 1 자외선강도계와자외선모니터가나타내는값의오차가 10% 이내일것. 2 자외선모니터의센서설치위치에대해 1개월간의연속노출에의한열화가 10% 이내일것. 센서열화는센서수광면의적산에너지에기인하는것을고려하여가속노출시험을실시해데이터의대체로도좋다. 본연구에서는이러한일본의 UV반응기인증시스템의실태를조사하기위하여일본의수도기술센터, 수도협회및 UV 반응기평가시설을 2010년 9월 27일부터 9월 29일까지방문조사하였다. 일본의자외선반응기인증시스템은미국과달리, UV반응기제작업체에서자체적으로인증평가실험을실시하고결과보고서를일본수도기술센터제출하면, 이에대한서류검사후반응기인증여부를인증심의위원회에서결정한다. 이렇게수도기술센터에서직접실험을수행하지않고서류검증만해도문제가되지않는이유는만약업체에서수행한실험내용이허위일경우수도기술센터인증을취소할수있고, 인증이취소되면제작업체는 3년간인증신청할수있는자격박탈하는시스템이갖춰져있기때문이다. 일본의인증실험은자외선량측정실험및램프강도실험이있으며, 인증받으려는반응기가달라지면강도계실험인증도다시받아야한다. 또한저압반응기의경우자외선조사량이기준 251
정수처리기준선진화연구 치에최저범위근처로조사량이측정될경우다시자외선분포계산법을통해계산결과를검증하거나 CFD 프로그램으로판정하지만, 중압은 CFD만으로판정하는이유는중압은체류시간이짧아측정하기힘들므로 CFD만으로판정한다. 하지만현재일본에서조사량평가실험후 CFD 검증기법의검토를받은반응기는없다. 다음 Fig. 3-80에는일본정수장에도입된자외선소독공정의현황을나타내었다. 현재 90개정수장에자외선공정에도입되어있으며, 생산용량으로는일 354,081 m 3 이다. 일본의경우 2007년도부터활발하게도입이진행되고있는것을알수있다. Fig. 3-80. 일본정수장자외선공정도입현황 또한 Fig. 3-81에서는정수장용량별도입현황을구분하여나타내고있다. 결과에서볼수있듯이대부분의자외선소독은소규모정수장을중심으로도입되고있는것을알수있다. 또한정수이외에정수장배출수에대한처리를위해도입되고있는곳이많이있는것을알수있다. Fig. 3-81. 일본정수장용량별자외선공정도입현황 252
Ⅲ. 연구결과및고찰 이렇게일본정수장에자외선소독공정을도입하기위해수도기술센터에서인증받은건수를살펴보면 (Fig. 3-82) 약 49건의인정사례가있으며, 이중저압램프형식의반응기가 46건으로대다수를차지하고있다. 또한정수장용량별로구분하면중압램프의경우 5,000m3/d일규모이상의정수장에서만인증받고있는것을알수있다. 이는중압램프의특성상대규모의시설용량에적합하기때문이다. Fig. 3-82. 일본자외선반응기인증현황 일본의자외선반응기업체중한곳인이와사키전기사의반응기인증현장을방문하여 조사한결과이다. Fig. 3-83 에나타난본평가시설은최대 1,500m 3 / 일규모및 1,000m 3 / 일 규모인증시설이각각설치되어있다. 253
정수처리기준선진화연구 Fig. 3-83. 일본자외선인증시설 이곳은시설에자체적으로 30톤규모의원수저장탱크를설치하고, 이곳에투과도조절물질및미생물 (MS2) 을투입하여평가하고있다. 일본의경우평가용량의최대 10배까지반응기를인증하고있으므로실제적으로는본반응기인증평가를통해 15,000m 3 / 일규모시설까지도입이가능하다. 이렇게실제인증반응기의용량보다큰규모로반응기를현장에적용하기위해서는본실험평가와별도로 CFD 분석결과를수도기술센터에서인증받아야하는별도의과정이필요하다. 마 ) 자외선소독설비설계및비용조사최대급수능력을 1,000m 3 /d, 10,000m 3 /d, 100,000m 3 /d의세경우에대하여설계예를 Table 3-84에나타낸다. 자외선소독설비에관한계획설계는각시설에따라각각달라지므로, 본가이드라인을참고로각시설계획에서검토할필요가있다. 254
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-84. 급수용량별자외선소독반응기설계예시 설계예 1 설계예 2 설계예 2 설계예 4 수질미여과수 ( 지하수 ) 자외선투과율 철 탁도 95% 이상 0.1 mg/l 이하 2 도이하 최대급수능력 1,000 m 3 /d 10,000 m 3 /d 100,000 m 3 /d 평균급수능력 700 m 3 /d 6,000 m 3 /d 50,000 m 3 /d 설계자외선조사량 10 mj/cm 2 압력수두 0.5 m 이하 1 m 이하 1 m 이하 1 m 이하 장치크기 φ200mm L930mm φ200mm L2,100mm φ500mm L2,100mm φ600mm L900mm 동력 * 저압고출력 2본약 1.01kW 1대 저압고출력 8본약 2.75kW 1대 저압고출력 48본약 6.75kW 2대 중압 8본약 11.95kW 2대 소독실크기 폭3m 길이6m 깊이2.5m 폭8m 길이7m 깊이2.5m 폭10m 길이14m 깊이2.5m 폭10m 길이14m 깊이2.5m 설계자외선조사량 20 mj/cm 2 압력수두 0.5 m 이하 1 m 이하 1 m 이하 1 m 이하 장치크기 φ200mm L1,540mm φ300mm L2,100mm φ500mm L2,100mm φ600mm L900mm 동력 * 저압고출력 3본약 1.32kW 1대 저압고출력 12본약 3.75kW 1대 저압고출력 72본약 6.75kW 3대 중압 8본약 11.95kW 2대 소독실크기 폭3m 길이6m 깊이2.5m 폭8m 길이7m 깊이2.5m 폭10m 길이14m 깊이2.5m 폭10m 길이14m 깊이2.5m 설계자외선조사량 40 mj/cm 2 압력수두 0.5 m 이하 1 m 이하 1 m 이하 1 m 이하 장치크기 φ200mm φ400mm φ500mm φ600mm L930mm L2,100mm L2,100mm L900mm 동력 * 저압고출력 4본저압고출력 18본저압고출력 96본중압 8본약 1.51kW 1대약 5.25kW 1대약 6.75kW 4대약 40.75kW 2대 소독실크기 폭3m 길이6m 폭8m 길이7m 폭10m 길이14m 폭10m 길이14m 깊이2.5m 깊이2.5m 깊이2.5m 깊이2.5m * 와이퍼동력포함 255
정수처리기준선진화연구 정수소독에서통상사용되는자외선소독장치에는관로형, 개수로형이있으나, 공통적으로대대적인기계실의설치는필요하지않다. 관로형자외선소독장치가개수로형에비해, 일반적으로기계장치비가적게든다. 자외선소독에서는적용대상의수질 ( 자외선투과율등 ) 과소독의목적에부합한필요자외선조사량으로부터자외선램프하나당처리수량이결정된다. 적용대상수의자외선투과율이높을수록램프하나당처리수량을증가시킬수있으므로, 기계장치비가저감된다. 또한대규모인경우전원제어반의집약은가능하지만자외선램프당처리수량이규정되어있으므로기타소독법에비해규모의경제성은얻기어렵다. 자외선소독장치의초기비용계산을일본의설계자료를바탕으로최대급수능력 1,000m 3 /d, 10,000m 3 /d, 100,000m 3 /d의세경우에대해 Table 3-85에나타내었다. 비용산정조건은아래와같다. - 자외선소독장치는관로형, 2계열이상, 자동세정장치부착으로한다. - 장치는최대소독수량을 1,000m 3 /d, 10,000m 3 /d, 100,000m 3 /d로하고, 예비기는포함하지않는다. - 평균급수량은각각 700m 3 /d, 6,000m 3 /d, 50,000m 3 /d로한다. - 소독대상수의자외선투과율은 95% 로한다. - 자외선조사강도의설계치를 10, 20, 40 mj/cm 2 로한다. 설치공사비는장치가관로형이고, 전기설비의형태가정수장마다정해져있다는점에서도입계획자가당해정수장마다적절한비용을용이하게상정할수있는것으로판단하여, 초기비용의시산에포함시키지않는것으로한다. 또한토목, 건축에대해서는초기비용에서제외하였다. Table 3-85. 자외선반응기초기비용시산 설비최대급수능력 (m 3 /d) 평균급수량 (m 3 /d) 1,000 700 10,000 6,000 100,000 50,000 설계자외선조사량 (mj/cm 2 ) 설비비 * (1,000 엔 ) 10 19,000 23,000 20 29,000 35,000 40 44,000 53,000 10 57,000 69,000 20 67,000 81,000 40 94,000 113,000 10 190,000 230,000 20 240,000 290,000 40 330,000 400,000 * 설비비는본체, 부속제어반만으로, 배관, 밸브등부대설비, 부속반이후의일차측전기설비는포함하지않는다. 자외선소독장치는저압또는중압램프로시산하며, 처리능력은평균급수량 2기분으로시산하였다. 256
Ⅲ. 연구결과및고찰 자외선소독에서운전비용은전력비와램프교환비가주된비용이다. 램프교환비는사용하는램프의열화특성차이나조사강도의자동제어유무등에따라교환시기가달라지므로, 사용램프의종류별로산정할필요가있다. 자외선소독장치의운전비용의시산을최대급수능력 1,000m 3 /d, 10,000m 3 /d, 100,000m 3 /d의세경우에대해 Table 3-86에나타낸다. Table 3-86. 운전비용시산 설비최대급수능력 평균급수량 설계자외선조사량 운전비용 * (m 3 /d) (m 3 /d) (mj/cm 2 ) (1,000 엔 / 년 ) 10 390 410 1,000 700 20 540 600 40 610 820 10 1,060 1,450 10,000 6,000 20 1,310 2,000 40 2,000 2,950 10 5,100 5,800 100,000 50,000 20 5,800 10,000 40 10,200 19,700 * 운전비용은전기비와기타비용의합계금액 - 전기비 : 기본전기요금을제하고, 전력량요금을 15엔 /kwh로하여시산하였다. 또한, 각조사량에서조사량제어는실시하지않는다. - 기타 : 램프교환비, 소모품, 노무비로산출하였다. 3.3.3 외국 ( 미국및일본 ) 오존공정소독능인증기준및방법조사 오존의소독능에대해서는일본의경우별도의규정이없다. 이이유는일본의경우여과지의탁도를 0.1도로준수하게되면크립토스포리디움과지아디아의제거규정을정수장에서모두만족한것으로인정하기때문이다. 또한가지이유는현재국내에서적용하는정수공정별 Log 인정제거율은미국과한국에서만적용하는방식이며, 일본의경우이렇게별도공정별인정제거율방식을도입하고있지않다. 따라서일본의경우오존공정에서별도의지아디아및크립토스포리디움의불활성화율인증제도를수립하고있지않다. 다만오존은맛, 냄새물질, 미량오염물질등의처리를위해운영하고있다. 따라서본연구에서는한국과미국의오존소독공정의규정을비교하였다.(Table 3-87) 257
정수처리기준선진화연구 정수장에서소독공정에서미생물의불활성화비계산법과관련내용은한국의경우 < 정수처리기준등에관한규정 > 에제시되어있고, 미국의경우 40 CFR part 141 subpart H 141.74 <Analytical and monitoring requirements> 에제시되어있다. 두규정에서잔류소독제농도와소독제접촉시간은시간첨두유량 (peak hourly flow) 때측정한다. 규정을비교해보면, CT 계산식은한국과미국이동일하다. 다만한국의소독제접촉시간은추적자시험또는추적자시험에준하는방법으로써얻게되는데미국법령에는추적자시험을반드시실시해야하는것으로명시되어있다. 그밖에정수장의총불활성화비를계산하는법과정수처리기준의만족여부에대한내용은양국가의규정이서로동일하다. Table 3-87. 한국과미국의불활성화비와관련된항목비교 CT 계산식 잔류소독제농도측정주기 잔류소독제측정지점 잔류소독제농도의대표치 소독제접촉시간측정방법 소독제접촉시간측정지점 다단계미생물처리공정의불활성화비 (CT 계산값 /CT 요구값 ) 계산법 정수처리기준의준수여부판단 한미한미한미한미한미한미한미한미 잔류소독제농도 [mg/l] x 소독제접촉시간 [min] 잔류소독제농도 [mg/l] x 소독제접촉시간 [min] 현재 5000 m3 /d 이상정수장에서연속측정실시 2010.7.1 부터모든정수장에서연속측정실시 반드시연속측정실시 정수지유출지점 첫번째소비자에서측정또는첫번째소비자바로전지점에서측정 측정한농도중최소치 측정한농도중최소치 추적자시험실시또는이론적접촉시간계산법적용 반드시추적자시험실시해야함. 또는추적자시험에준하는측정방법적용 최초소독제주입지점부터정수지유출지점까지 최초소독제주입지점부터첫번째소비자에서측정또는첫번째소비자바로전지점 각미생물처리공정의불활성화비의합 각미생물처리공정의불활성화비의합 불활성화비가 1 이상이면기준만족 불활성화비가 1 이상이면기준만족 각국의바이러스및지아디아처리에대한오존 CT 요구값은 < 정수처리기준등에관한규정 > 과 <Guidance manual for compliance with the filtration and disinfection requirements for public water systems using surface water sources> 에각각표로써제시되어있다. 258
Ⅲ. 연구결과및고찰 바이러스에대한 CT 요구값은다음의 Table 3-88 및 3-89 과같은데두 Table. 모두불활성 화정도와온도에대한 CT 값을나타내고 1, 5, 10, 15, 20, 25 의 CT 값이서로같다. 이는 미국의규정을한국규정에그대로적용했기때문인것으로판단된다. Table 3-88. < 정수처리기준등에관한규정 > 중바이러스에대한오존 CT 요구값 온도 ( ) 불활성화정도 2log 3log 4log <1 0.9 1.4 1.8 5 0.6 0.9 1.2 10 0.5 0.8 1.0 15 0.3 0.5 0.6 20 0.25 0.4 0.5 25 0.15 0.25 0.3 Table 3-89. <Guidance manual for compliance with the filtration and disinfection requirements for public water systems using surface water sources> 중바이러스에대한오존 CT요구값 Temperature ( ) Inactivation <=1 5 10 15 20 25 2-log 0.9 0.6 0.5 0.3 0.25 0.15 3-log 1.4 0.9 0.8 0.5 0.4 0.25 4-log 1.8 1.2 1.0 0.6 0.5 0.3 지아디아처리에대한오존 CT 요구값은바이러스와마찬가지로 < 정수처리기준등에관한규정 > 과 <Guidance manual for compliance with the filtration and disinfection requirements for public water systems using surface water sources> 에제시되어있고아래 Table 3-90 및 3-91과같다. 두표의오존 CT 요구값은서로같지만미국지침서의 CT Table. 에는 0.5-3.0 log 불활성화율의오존 CT 요구값까지제시한반면, 국내정수처리기준에서지아디아의오존에의한불활성화율은 3Log에해당되는 CT값만을제시하였다. 따라서한국의경우오존으로지아디아의소독능을인정받기위해서는 3Log를만족시켜야한인정받을수있는상황이다. 또한위의미국지침서내지아디아관련 이산화염소 CT 요구값 을근거로볼때한국기준에표시되어있는 ph 6 9 는이산화염소에만해당되는조건이며, 오존은해당되지않음을알수있다. 따라서오존에의한지아디아처리에대한세밀한불활성화율제시를위해기존국내규정의지아디아에대한오존 CT 요구값을미국기준과동일하게재규정할필요성이있다. 259
정수처리기준선진화연구 Table 3-90. < 정수처리기준등에관한규정 > 중지아디아에대한오존 CT 요구값 (ph 6 9) 소독제 온도 <1 5 10 15 20 >25 이산화염소 63 26 23 19 15 11 오존 2.9 1.9 1.43 0.95 0.72 0.48 Table 3-91. <Guidance manual for compliance with the filtration and disinfection requirements for public water systems using surface water sources> 중지아디아에대한오존 CT 요구값 Inactivation Temperature ( ) <1 5 10 15 20 25 0.5-log 0.48 0.32 0.23 0.16 0.12 0.08 1-log 0.97 0.63 0.48 0.32 0.24 0.16 1.5-log 1.5 0.95 0.72 0.48 0.36 0.24 2-log 1.9 1.3 0.95 0.63 0.48 0.32 2.5-log 2.4 1.6 1.2 0.79 0.60 0.40 3-log 2.9 1.9 1.43 0.95 0.72 0.48 한국과미국의원수수질조사기준중크립토스포리디움을포함하는원수의수질조사에대한주요내용은 < 정수처리기준등에관한규정 > 과 40 CFR part 141 subpart W <Enhanced treatment for Cryptosporidium> 에각각제시되어있고아래 Table 3-92에두기준을비교하였다. 우선, 대상시설의규모를구분하는방식에차이가있고조사항목에서한국의경우, E. coli 대신에총대장균군, 분원성대장균군을검사하며수온과 ph, 수질특성을파악에필요한물질을추가조사한다. 조사대상시료는한국기준의경우, 상황에따라소독제투입공정이전의시료를채취할수있으나미국기준은반드시화학물질투입공정이전의시료를채취하도록규정하였다. 최소시료채취횟수는미국기준이 6배정도많다. 260
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-92. 한국과미국의크립토스포리디움을포함하는원수수질조사방법 대상시설 조사항목 시료채취위치 조사기간및주기 한미한미한미한미 시설용량이 50,000 m3 /d 이상인정수장 여과공정을갖추었으며 10,000 명이상에게급수하는정수장 바이러스, 지아디아포낭, 크립토스포리디움난포낭. 총대장균군, 분원성대장균군, 탁도, 수온, ph, 수질특성파악에필요한기타물질. 크립토스포리디움, E. coli, 탁도 취수구에유입되기직전의지점에채취하는것이원칙. 반드시소독제가투입되기이전의시료를채취하여야함. 반드시화학물질이투입되는공정 ( 예 ; 혼화, 산화, 소독등 ) 이전의시료를채취하여야함. 2 년간매분기 1 회이상 1 년간매월최소 1 회 오존처리공정에서잔류소독제농도와소독제접촉시간을측정하는방법은, 바이러스및지아디아에대한 CT값을계산할때적용되는 40 CFR part 141 subpart H 141.74 <Analytical and monitoring requirements>, <The long term 2 enhanced surface water treatment rule implementation guidance> 를따른다. 규정을보충하는지침서로는 2009년현재, 개발중인 <Long term 2 enhanced surface water treatment rule toolbox guidance manual> 이있다. C와 T값의측정주기는, 40 CFR part 141 subpart W 141.720 <Inactivation toolbox components> 에의하여시간첨두유량 (peak hourly flow) 일때매일최소한번측정하는것으로제시되어있다. 오존에의한크립토스포리디움 CT 요구값은아래 Table 3-93와같다. 오존공정에부여되는불활성화율 credit은 0.25 log 3.0 log이고수온범위는 0.5 이하에서 30 까지이다. 표시된 CT값들사이의값은 Log credit, 온도, CT에대한등식을이용하여구한다. Table 3-93. CT Values for Cryptosporidium Inactivation by Ozone 1) (mg/l min) Log credit Water Temperature, 0.5 1 2 3 5 7 10 15 20 25 30 0.25 6.0 5.8 5.2 4.8 4.0 3.3 2.5 1.6 1.0 0.6 0.39 0.5 12 12 10 9.5 7.9 6.5 4.9 3.1 2.0 1.2 0.78 1.0 24 23 21 19 16 13 9.9 6.2 3.9 2.5 1.6 1.5 36 35 31 29 24 20 15 9.3 5.9 3.7 2.4 2.0 48 46 42 38 32 26 20 12 7.8 4.9 3.1 2.5 60 58 52 48 40 33 25 16 9.8 6.2 3.9 3.0 72 69 63 57 47 39 30 19 12 7.4 4.7 1) PWSs may use this equation to determine log credit between the indicated values: Log credit = (0.0397 (1.09757) Temp ) CT. [ 정수장은다음에제시된식을이용하여제시된불활성화율의사이값을결정할수있다 : Log 불활성화율 = (0.0397 (1.09757) Temp ) CT 261
정수처리기준선진화연구 크립토스포리디움소독관련법상, 정수장을관할하는주 (state) 가인정하는실험방법을이용하여현장특화된연구를진행한뒤얻은오존 CT값을해당주가오존 CT 요구값으로서승인하는것이가능하다. 이현장특화연구에대하여 2009년현재, 개발중인 <Long term 2 enhanced surface water treatment rule Toolbox guidance manual> 에구체적으로설명하고있다. 미국 EPA의 LT2ESWTR Toolbox Guidance Manual을살펴보면, 오존소독능 (CT) 계산방법으로 T 10, Continuous stirred tank reactor (CSTR), Extended-CSTR의 3가지방법을제시하고있다. 오존접촉지의최종유출지점을제외한 1개이상의 chamber에잔류용존오존측정기가설치되어있는경우미국 EPA에서제시한 CT 계산방법을권장한다. T 10, CSTR, Extended-CSTR methods에사용되는잔류용존오존농도 (C, mg/l) 값은아래 Fig. 3-84와 Table 3-94에나타난방법으로계산한다. Fig. 3-84와같이오존주입 chamber가 3개, 반응 chamber가 1개, 총 4개의 chamber로구성된오존접촉지의경우첫번째 chamber에서는 Table 3.61 과같이부분불활성화율을인정하고, CT 계산은하지않는다. 두번째 chamber는 Co-current ( 병류 ) 로물흐름과오존접촉이일어나므로 chamber 유출수잔류용존오존농도 (C 2out ) 값을소독능계산시 C 값으로하거나, 또는유입수잔류용존오존농도와유출수잔류용존오존농도의합 (C 2in +C 2out ) 의평균값으로소독능계산에반영한다. 세번째 chamber 는 Counter-current ( 향류 ) 이므로 C 값은 C 3out /2 값으로계산한다. 마지막네번째반응 chamber ( 오존이주입되지않는 chamber) 는유출수잔류용존오존농도를소독능계산에반영하므로 C 4out 을 C 값으로계산하면된다. 단, 모든단위 chamber 유출지점에서잔류용존오존측정을실시하지않으면, 잔류용존오존을측정하고있는지점까지를하나의 chamber로간주하고 C out /2 값을 C 값으로계산한다. 이렇게산출되어진 C 값을이용해 CT 값을계산하는방법을자세히살펴보면다음과같다. Fig. 3-84. 오존접촉지모식도 (chamber 가 4 개일경우 ) 262
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-94. Chamber 별오존접촉형태에따른 C 값산출법 Flow ConFig. uration Turbine Co-Current Flow Counter-Current Flow Reactive Flow First Chamber C 1) Partial Credit 2) Partial Credit 2) Not Applicable All Other Chambers C = C out C = C out or C = (C in +C out )/2 C = C out /2 C = C out 1) 직접측정방법에따른평균용존오존농도 2) 첫번째 chamber 유출수잔류용존오존농도 0.1 mg/l 이상 : 바이러스의불활성화율 1.0 log 인정첫번째 chamber 유출수잔류용존오존농도 0.3 mg/l 이상 : 지아디아불활성화율 0.5 log 인정 T 10 method는추적자시험값이있는경우에만적용할수있는계산방법이며, 전체오존접촉지의 T 10 값에단위 chamber 별용량비를곱하여단위 chamber 별접촉시간을구하고 (T, min), 이 T 값에해당 chamber의 C 값 (Table 2.10) 을곱하여 CT 계산값을산출한다. 이렇게산출되어진단위 chamber CT 값을모두합하면오존접촉지의소독능 (CT) 값을얻게된다. 결론적으로, 원하는불활성화율에해당하는 CT 요구값 ( 정수처리기준등에관한규정오존 CT 요구값참고 ) 을계산되어진 CT 계산값으로나누었을때그값이 1보다크면해당불활성율이인정되고소독능을만족하는것이다. CSTR method는추적자시험이불가능하여 T 10 값이없는경우에적용가능한소독능계산방법이다. 단위 chamber별잔류용존오존농도 C 값계산은 Table 3.33에따라 T 10 method 와동일하며, 다음과같은식에따라불활성화율을직접계산하도록되어있다. Log inactivation ( 불활성화율 ) = log(1 + 2.303 k 10 C HDT) 여기서 ; k 10 : 불활성화상수 (L mg -1 min -1 ) - 지아디아 : k 10,G = 1.038 (1.07401) T - 바이러스 : k 10,V = 2.174 (1.07262) T - 크립토스포리디움 : k 10,C = 0.0397 (1.09757) T - T = 수온 ( ) HDT : 수리학적체류시간 ( 접촉지사용용량시간당최대통과유량, min) 263
정수처리기준선진화연구 위계산식을이용하여단위 chamber 별불활성화율을계산한후에, 그값의총합을구하 면오존접촉지의총불활성화율이된다. 따라서해당오존접촉지에서요구되는불활성화 율보다 CSTR method 에의해계산되어진총불활성화율이크면소독능을만족하는것이다. Extended-CSTR method는오존이주입되지않는반응조 (Reactive chamber) 에서오존분해속도 (kc) 를예측하여반응조내오존소독능을산출하는방법이다. 이소독능계산방법은산기관형태로오존이주입되는오존접촉조 (Dissolution chamber) 이후반응조 (Reactive chamber) 의개수가 3개이상인조건이나, Side-stream 방식으로오존을주입하는공정에적용가능하다. 또한오존소독능계산시각반응조가 ideal-cstr (Continuous stirred tank reactor) 과동일하다고가정하므로추적자실험을통한 T 10 값계산없이, 수리학적체류시간 (HDT, Hydraulic detention time) 을사용한다는장점이있다. 단, 연속된반응조 (Reactive chamber) 가 3개이상이어야하며, 최소 3 개이상의반응조 (Reactive chamber) 에서잔류용존오존이검출되어야한다. Extended-CSTR 방식을적용하기위해서는 3 지점의잔류용존오존농도값이필요한데, 첫번째오존농도는오존수에유입으로인한오차를줄이기위해오존주입이후 1 min 이상지난지점에서측정해야하며, 이후잔류용존오존농도가검출되는반응조의유출부두지점을임의로선정하여잔류용존오존농도를측정한다. Side-stream 방식인경우, 시료채취를위해만든 side-stream pipe 중임의로세지점 (ex: side-stream pipe 길이의 20, 50, 80% 지점 ) 을선정한다. 오존소독능은다음과같은절차에따라계산한다. 1 오존분해상수, k * ave 계산. 오존측정지점이 3 지점 (i.e 지점 1, 지점 2, 지점 3) 이라고할때, 여기서 ; k * 1-2 = N 1-2 HDT 1-2 [( C 1 C 2 ) ( 1 N ) 1-2 -1 ] = N 1-2 Q [Volume] 1-2 60 [( C 1 C 2 ) ( 1 N 1-2 )-1 ] 식 (1) k 1-2 = 오존측정지점 1 과지점 2 사이의오존분해속도, (min -1 ) N 1-2 = 지점 1 과지점 2 사이의반응조 (Reactive chamber) 수 C 1 = 지점 1 에서측정된잔류용존오존농도 (mg/l) C 2 = 지점 2 에서측정된잔류용존오존농도 (mg/l) HDT 1-2 = 지점 1 과지점 2 사이의수리학적체류시간 (Hydraulic detention time, min) 264
Ⅲ. 연구결과및고찰 [Volume] 1-2 = 지점 1 과지점 2 사이의수량 (m 3 ) Q = 통과유량, (m 3 /hr) k * 1-3 ( 지점 1 과지점 3 사이의오존분해속도 ) 도식 (1) 과동일한방식으로계산하며, k * 1-2 와 k * 1-3 의평균으로 k * ave 를계산한다. 단, k * ave 와 k * 1-2, k * 1-3 의편차는 20% 이내가되도 록권장하며, 편차가 20% 이상인경우, 오존측정지점을변경해야한다. 2 반응조 (Reactive chamber) 유입지점에서의잔류용존오존농도, C 0 계산 오존측정지점 1 에서의잔류용존오존농도와식 (2) 을이용하여반응조의유입지점에서 의잔류용존오존농도 (C 0 ) 를계산한다. C 0,1 = C 1 [ 1+k * ave HDT 0-1 N 0-1 ] N 0-1 식 (2) 여기서 ; C 0,1 = 지점 1에서의잔류용존오존농도 (C 1 ) 를이용하여계산한반응조유입지점에서의잔류용존오존농도, (mg/l) HDT 0-1 = 반응조유입지점과지점 1 사이의수리학적체류시간 (min) N 0-1 = 반응조유입지점과지점 1 사이의반응조 (Reactive chamber) 수 C 0,1 를계산한후식 (2) 와동일한방식으로 C 0,2, C 0,3 을각각계산한후, 반응조유입지점 에서의평균잔류용존오존농도 (C 0,ave ) 를계산한다. 3 각단위반응조별잔류용존오존농도 (C x ) 예측 앞서계산된 C 0,ave 와 k* ave 를이용하여다음식 (3) 과같이각단위반응조별잔류용존오 존농도를예측한다. C x = C 0,ave [ 1+k *ave HDT 0-x N 0-x ] N 0-x 식 (3) 4 미생물불활성화율계산 Extended-CSTR 방법에서의바이러스, 지아디아, 크립토스포리디움의불활성화율은앞서 설명한 CSTR method 와동일한방법으로산출한다. 265
정수처리기준선진화연구 미국 EPA에서제시한 T 10, CSTR, Extended-CSTR methods는다시추적자시험결과유무에따라적용가능한방법으로구분된다. 아래 Table 3-95와 3-96은추적자시험결과유무에따라 T 10 값이있을때와없을때의적용가능한 CT 계산법을제시한표이다. 추적자시험결과가없을경우, 오존이주입되는오존접촉조의첫번째 chamber에서는부분불활성화율을인정하고그외 chamber 에서는 CSTR method를적용하여소독능을계산한다. 단반응 chamber의개수가 3개이상일경우에는 Extended-CSTR method를적용한다. 추적자시험결과가있을경우는 T 10 또는 CSTR method가적용가능하며, 역시반응 chamber의개수가 3개이상일경우에는 Extended-CSTR method를적용하여소독능을계산한다. Table 3-95. 추적자시험결과가없을때적용가능 CT 계산법 구분 Chamber CT 계산법비고 오존접촉조 (Dissolution chamber) First Chamber Partial Credit 조건에따라인정 Other chambers CSTR Chamber 의말단에용존잔류오존이없을경우인정불가 반응조 (Reactive chamber) 3 chamber Extended-CSTR 3 < chamber CSTR 최소 3개이상 chamber 에용존잔류오존측정될것. 또는, 개별 chamber 마다 T 10 또는 CSTR method 로용존잔류오존농도계산 Table 3-96. 추적자시험결과가있을때적용가능 CT 계산법 구분 Chamber CT 계산법비고 오존접촉조 (Dissolution chamber) First Chamber Partial Credit 조건에따라인정 Other chambers T 10 또는 CSTR Chamber 의상류에잔류용존오존이없을경우인정불가 반응조 (Reactive chamber) 3 chamber Extended-CSTR 3 < chamber T 10 또는 CSTR 최소 3개이상 chamber에서잔류용존오존이측정될것. 또는, 개별 chamber 마다 T 10 또는 CSTR method로잔류용존오존농도계산 266
Ⅲ. 연구결과및고찰 3.4. 정수처리기준선진화방안제시 3.4.1 국내실정에적합한크립토스포리디움제거등정수처리기준선진 화방안 3.4.1.1 국내실정에적용가능한원생동물추가제거능인증기법선정 가 ) 추가처리규정설정목적원생동물의처리인증기준은기존공정의일반적인운영조건을바탕으로설정하였다. 따라서정수장별로추가적인원생동물처리가요구될경우추가적인공정도입이필요한경우가발생하게된다. 이러한경우추가적인공정의도입에따른경제적부담없이, 기존공정의시설, 운영관리의개선으로원생동물의추가적인처리기준을만족시킬수있는방법을제시하고자한다. 따라서정수장에서는다양한시설의개선또는운영으로실질적인추가제거능을만족하면서경제성을확보하는장점이확보될수있을것이다. 나 ) 추가제거능인증방법 다음 Table 3-97 에는국내정수장에이미도입되어있거나, 도입이가능한공정을바탕 으로이에대한추가제거능인증기준에대해정리하여나타내었다. Table 3-97. 추가제거능인증기준 공정추가인정율인정기준 통합여과탁도 개별여과탁도 0.5 Log 1 Log 통합여과수의여과탁도월간측정횟수 ( 매 4 시간간격측정 ) 의 95% 이상이 0.15NTU 인경우. 막여과, 완속여과공정은해당없음. 1) 각여과지역세척후 15 분동안을제외하고, 일최고탁도측정값중최소 95% 이상이 0.15NTU 이어야하며, 2) 15 분연속간격으로측정한각여과지탁도가연속두번의측정값이최고 0.3NTU 를넘지않아야한다. 이차여과 0.5 Log 응집제투입후 1 차여과지이후, 추가로여과지를설치하여운영하는경우인정, 단 2 차여과지탁도는 1 차여과지탁도 ( 매 4 시간간격측정값 ) 보다낮아야함 막여과 최대 4 Log 크립토스포리디움의현장제거율평가결과와직접완결성시험을통해계산된로그제거율중낮은제거율로인정 오존 최대 3Log 연속으로측정된일일오존농도중최소농도로 CT값적용 자외선 (UV) 이산화염소 최대 3Log 최대 3Log 별도로고시되는자외선반응기평가에서인증받은조사량 (mj/cm 2 ) 으로추가인정율결정 정수지유출부에서연속으로측정된일일이산화염소농도중최소농도로 CT 값적용 267
정수처리기준선진화연구 통합여과탁도앞서언급된바와같이현재정수처리기준등에관한규정에제시된바와같이급속, 직접여과시설의경우매월측정된시료수의 95% 이상이 0.3NTU를초과하지않고, 각각의시료에대한특정값이 1.0NTU를초과하지않는경우에는정수처리기준등에관한규정에제시된바이러스및지아디아에대한제거율을인정받을수있다. 또한신규로도입된크립토스포리디움에대해서도 2Log의제거율을인정받을수있다. 추가적으로, 통합여과탁도를월간측정횟수 ( 매 4시간간격측정 ) 의 95% 이상이 0.15NTU인경우추가적으로크립토스포리디움및지아디아의제거율을 0.5Log 인정받을수있다. 단막여과공정, 완속여과공정은제외한다. 개별여과탁도개별여과탁도의개선을통해추가적인크립토스포리디움제거율을인정받을수있다. 이러한경우에는여과지개별로탁도연속측정장치를설치, 측정하여야한다. 또한각여과지역세척후 15분동안을제외하고, 일최고탁도측정값중최소 95% 이상이 0.15NTU이어야하며, 15분연속간격으로측정한각여과지탁도가연속두번의측정값이최고 0.3NTU를넘지않아야한다. 이러한조건을만족한경우 0.5Log의추가적인크립토스포리디움제거율을인정받을수있다. 단, 개별여과탁도개선으로추가인정을받기위해서는앞서언급한통합여과탁도의추가제거율의인정조건을만족하여야한다. 결과적으로통합여과탁도의개선및개별여과탁도의개선으로크립토스포리디움의추가제거율을 1Log 까지인정받을수있다. 이차여과이차여과지는침전지와여과지가있는기존공정후단에추가적으로설치된여과지를말한다. 일반적으로설치되는 2단여과지는입상활성탄, 급속여과, 이중여재여과등이있을수있다. 따라서급속여과지와같이응집제투입이없는정수장의후단에추가로설치된여과지는이단여과지로인정받을수없다. 이단여과공정으로추가제거능 0.5Log를인정받기위해서는 1) 1차여과지의전단에응집제의투입이수행되어야한다. 또한 2) 기존의 1 단여과지를통과한전량의처리수가 2단여과수를통과할경우인정될수있다. 수질적측면에서는 3) 1차여과유출탁도의 4시간간격측정값과 2차여과지의유출탁도값을비교하여항상 1차여과유출탁도보다 2차여과지의유출탁도가낮은경우에인정받을수있다. 막여과 막여과공정이란기존의정수처리기준등의고시에정의된바와같이분리막을여재로 한공정이며, 크립토스포리디움의추가제거능을인정받기위해서는 1) 연속적으로막여과 268
Ⅲ. 연구결과및고찰 공정의압력변화를모니터링할수있는장치가설치되어야한다. 추가적으로크립토스포리디움제거능을인정받기위해서는현장에설치된막여과설비에대해 2) 크립토스포리디움제거율평가실험결과및직접완결성시험을수행하여, 이중낮은로그제거율을나타내는결과로인정받는다. 다만, 3) 막여과공정으로인정받을수있는제거율은기존여과공정에서인정받는제거율을합쳐 6.5 Log를넘지못한다. 오존오존소독공정의경우현재정수처리기준등에관한규정에서는다음 Table 3-98와 3-99에나타낸바와같이바이러스와지아디아에대한각각의 Log인정제거율별 CT값을정하고있다. Table 3-98. < 정수처리기준등에관한규정 > 중바이러스에대한오존 CT 요구값 온도 ( ) 불활성화정도 2log 3log 4log <1 0.9 1.4 1.8 5 0.6 0.9 1.2 10 0.5 0.8 1.0 15 0.3 0.5 0.6 20 0.25 0.4 0.5 25 0.15 0.25 0.3 Table 3-99. < 정수처리기준등에관한규정 > 중지아디아에대한오존 CT 요구값 (ph 6 9) 소독제 온도 <1 5 10 15 20 >25 이산화염소 63 26 23 19 15 11 오존 2.9 1.9 1.43 0.95 0.72 0.48 하지만 Table 3-100와같이지아디아의경우특정온도에서 CT값만제시되어있을뿐, CT값을만족할경우어느정도의지아디아의불활성화율을인정할것이지에대한구체적언급이없다. 따라서오존소독공정의경우지아디아의인정불활성화율은다음 Table 3-101와같이수정되어야한다. 269
정수처리기준선진화연구 Table 3-100. 지아디아불활성화에대한오존 CT 요구값 Inactivation Temperature ( ) <1 5 10 15 20 25 0.5-log 0.48 0.32 0.23 0.16 0.12 0.08 1-log 0.97 0.63 0.48 0.32 0.24 0.16 1.5-log 1.5 0.95 0.72 0.48 0.36 0.24 2-log 1.9 1.3 0.95 0.63 0.48 0.32 2.5-log 2.4 1.6 1.2 0.79 0.60 0.40 3-log 2.9 1.9 1.43 0.95 0.72 0.48 또한크립토스포리디움에대한인정불활성화율별 CT 값을다음의 Table 3-101 에나타 내었다. Table 3-101. 크립토스포리디움불활성에대한오존 CT 요구값 log Credit Water Temperature, C <0.5 1 2 3 5 7 10 15 20 25 30 0.25 6.0 5.8 5.2 4.8 4.0 3.3 2.5 1.6 1.0 0.6 0.39 0.5 12 12 10 9.5 7.9 6.5 4.9 3.1 2.0 1.2 0.78 1.0 24 23 21 19 16 13 9.9 6.2 3.9 2.5 1.6 1.5 36 35 31 29 24 20 15 9.3 5.9 3.7 2.4 2.0 48 46 42 38 32 26 20 12 7.8 4.9 3.1 2.5 60 58 52 48 40 33 25 16 9.8 6.2 3.9 3.0 72 69 63 57 47 39 30 19 12 7.4 4.7 따라서현장에서측정한오존접촉조의 CT 값을바탕으로바이러스, 지아디아및크립토 스포리디움에대한불활성화율을각각인정받을수있다. 자외선 (UV) 자외선소독공정은현재정수처리기준등에관한규정등에서규정되어있지않다. 따라서본보고서에서는정수장현장에설치되는자외선반응기의평가방법을서술하였다. 이에따라평가된각반응기별조사량이다음 Table 3-102과같이확정된경우, 각정수장에서는오존과유사하게크립토스포리디움, 지아디아그리고바이러스에대해각각불활성화율을인정받을수있다. 하지만자외선공정의경우바이러스의불활성화율을인정받기위 270
Ⅲ. 연구결과및고찰 해서는최소 40mJ/cm 2 이상의조사량이필요하며이를위해높은전력비용및투자비용이요구될것으로판단된다. 반면바이러스의경우염소에대한 CT값이매우낮아염소로바이러스의불활성화율을인정받는것이경제적이므로자외선을도입하는정수장의경우지아디아및크립토스포리디움에대한불활성화율은자외선공정으로인정받고, 바이러스불활성화율은염소로인정받을것으로예상된다. 따라서자외선소독공정은정수장소독공정으로단독으로도입되기보다는염소와함께병용소독공정으로운영될가능성이높다. Table 3-102. 각미생물별불활성화율에따른자외선조사요구량 (mj/cm 2 ) 대상미생물 불활성화율 (log) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 크립토스포리디움 1.6 2.5 3.9 5.8 8.5 12 지아디아 1.5 2.1 3.0 5.2 7.7 11 바이러스 39 58 79 100 121 143 이산화염소이산화염소는현재정수처리기준등에관한규정등에서바이러스와지아디아에대한불화성화율인정을위한 CT값이제시되어있으나, 크립토스포리디움불활성화율이언급되어있지않다. 따라서이산화염소를이용하여크립토스포리디움의불활성화율을인정받기위해서는다음의 Table 3-103에제시된이산화염소의 CT값을만족시켜야한다. Table 3-103. 이산화염소 CT 별크립토스포리디움불활성화율 log Credit Water Temperature, C <0.5 1 2 3 5 7 10 15 20 25 30 0.25 159 153 140 128 107 90 69 45 29 19 12 0.5 319 305 279 256 214 180 138 89 58 38 24 1.0 637 610 558 511 429 360 277 179 116 75 49 1.5 956 915 838 767 643 539 415 268 174 113 73 2.0 1275 1220 1117 1023 858 719 553 357 232 150 98 2.5 1594 1525 1396 1278 1072 899 691 447 289 188 122 3.0 1912 1830 1675 1534 1286 1079 830 536 347 226 226 271
정수처리기준선진화연구 3.4.1.2 국내실정에적합한대체소독공정 ( 오존 ) 소독능인증기준수립 현재설계시공되고있는상수도시설의오존설비의경우, 오존에의한수질개선및소독효과를평가하는방식으로오존주입률과체류시간을주요기준으로정하고있다. 그러나오존처리의경우, 오존주입방식및접촉지형태에따라처리효율이다르며, 오존설비를제공하는업체의기술력에따라오존에의한처리효율이크게달라져오존주입률과체류시간만으로는안정적인소독효과를예측하기어렵다. 따라서접촉지 chamber 단위의잔류용존오존농도를모니터링하여정확한 CT값을산출해야하나, 현재국내정수장에서운영중인오존처리시설대부분은오존처리이후최종유출수의잔류용존오존농도만측정하고있는실정이다. 또한후오존처리시잔류용존오존농도에의한제어방식을주로사용하고있는데, 정수장마다이제어기준이상이함에도불구하고그기준농도에대한이론적, 경험적근거를제시할수없는상태이다. 가 ) 오존 CT 값측정시접촉시간측정방법 미생물불활성화정도를판단하기위해서일반적으로사용하는소독능 (CT; disinfectant concentration Contact time) 값에서 T, 즉, 접촉시간은중요한인자가된다. 따라서오존 소독능인증방안수립시접촉시간측정방법에관한부분이명확히제시되어야한다. 국 내정수처리기준등에관한규정 ( 환경부고시제 2008-60 호 ) [14] 제 6 조제 2 항및제 3 항과관련된별 Table. 4 자료를보면, 소독제와물의접촉시간은 1 일사용유량이최대인 시간에최초소독제주입지점부터정수지유출지점또는불활성화비의값을인정받은지점 까지측정하여야하며, 추적자시험을통해실제로소독제의접촉시간을측정하는때에는 접촉시간을측정하기위해최초소독제주입지점에투입된추적자의 10% 가정수지유출지 점또는불활성화비의값을인정받은지점으로빠져나올때까지의시간, 즉 T 10 값을접 촉시간으로한다고명시되어있다. 그러나이러한추적자시험이불가능하여, 이론적인접촉 시간을이용할경우는접촉지구조에따른수리학적체류시간 ( 접촉지사용용량시간당최대통과유량 ) 에아래 Table 3-104의환산계수를곱하여소독제의접촉시간으로하도록규정되어있다. 272
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-104. 장폭비에따른환산계수 (T 10 /T) 환산계수 장폭비 (L/W) 0.10 2 미만 0.20 2 이상 5 미만 0.30 5 이상 10 미만 0.40 10 이상 15 미만 0.50 15 이상 20 미만 0.60 20 이상 30 미만 0.65 30 이상 40 미만 0.70 40 이상 50 미만 0.71이상 50이상경우에는추적자시험에의한다. < 비고 > 1. 장폭비 : 접촉지내일정간격으로설치된도류벽에의해산출된실제물흐름길이 (L) 과물흐름폭 (W) 의비 2. 관흐름 (Pipeline flow) 인경우의환산계수는 1.0으로간주한다. 따라서오존소독제를이용한소독능계산에도위와동일한접촉시간규정을적용하도록하되, 접촉시간측정지점을최초오존주입지점부터오존접촉지최종유출지점까지로규정한다. 국내오존공정정수장에서는 CT 소독능을위한오존접촉지 T 10 값을추적자시험을통해측정하지않고있다. 그러나오존소독능을인증받기위해서는오존접촉지의고유 T 10 값을측정, 유지할것을권장하며, 단추적자시험이불가능한정수장은오존접촉지사용용량과시간당통과유량값을이용하여이론적인접촉시간을구하고, 정수장에설치된오존접촉조의장폭비를계상한방식을적용할수있다. 추적자시험을통한 T 10 값측정불가시사용할수있는이론적접촉시간계산에필요한장폭비환산계수는접촉지내실제물흐름길이 (L) 와물흐름폭 (W) 의비를통하여알수있는데, 계산법은다음과같으며반드시좌우흐름접촉조의경우에만적용한다. 도류벽이설치된좌우흐름접촉조의경우 (Fig. 3-85), 우선도류벽의길이및설치간격이일정한경우에는도류벽설치에의한실제물흐름길이는도류벽사이의간격을 2 등분한가상선의길이합 (L 1 ) 으로하고, 물흐름폭은한개도류벽의설치간격 (W 1 ) 으로 하여 L 1 W 1 를계산하여장폭비환산계수를구하거나아래의공식을이용하여계산한다. L 1 =[ ( L W b + (W- L b) ) 2+ L 1 2 b (n-1)+ L (n+1) n ]/[ L n+1 ] 273
정수처리기준선진화연구 W 1 L 유출부 L b L1 W 유입부 L1 : 도류벽이설치되어있을때의실질적인물흐름길이 (m) W 1 : 도류벽이설치되어있을때의실질적인물흐름폭 (m) L : 접촉지길이 (m), W : 접촉지폭 (m) n : 도류벽개수, L b : 도류벽길이 (m) Fig. 3-85. 도류벽의길이및설치간격이일정한경우 ( 좌우흐름접촉조 ) 만약도류벽의길이및설치간격이일정하지않은경우는위공식을이용하여장폭비환산계수를구할수없다. 따라서아래의예시와같이 (Fig. 3-86) 도류벽이설치되어있는시설에서는물흐름이꺾이는부분을기준으로구간구간나누어구간별 실제물흐름길이 (L)" 과 실제물흐름폭 (W)" 의비를구한후구간별물흐름장폭비를합산하여환산계수를구해야한다. L/W = L 1 /W 1 +L 2 /W 2 +L 3 /W 3 +...L n /W n L/W = 11.5/4.8 + 7.4/4.3 + 8.9/10 + 10/4.5 + 8.9/10 + 10/4.3 + 8.9/10 + 10/4.5 + 8.9/10 + 7.5/4.3 + 8.9/5 +5/4.5 + 8.9/5 + 4.9/4.3 + 13.3/4.8 + 54.8/4.3 37.4 β ( 장폭비환산계수 ) = 0.65 Fig. 3-86. 도류벽의길이및설치간격이일정하지않은경우 ( 좌우흐름접촉조 ) 274
Ⅲ. 연구결과및고찰 위의두가지장폭비계산방식이모두좌우흐름접촉조의경우만제시하고있는데, 이 는염소소독능과관련하여정수지 ( 배수지 ) 에서 T 10 /T 값확인을기준으로작성되었기때 문이다. 그러나현재운영중인국내오존공정정수장의오존접촉조형태는대부분상향 류흐름식접촉조형태이므로이에대한추가적인장폭비계산방식이제시되어야하지만, 상향류식접촉조형태의경우는실제물흐름길이측정이불가하여장폭비를통한환산계 수결정이어렵다. 따라서국내상향류식접촉조형태의오존공정정수장에서국내기준 에맞는소독능인증을위해서는반드시 T 10 값을 1 회이상측정하여그값을유지하고있 어야하며, 일일원수의유량변동에따른접촉시간의변동을보정하기위해서 T 10 측정시유량 T 10 을통해산출한접촉시간을일일소득능에반영해야한다. 시간당최대통과유량추적자시험을통한 T 10 값측정불가시사용할수있는이론적접촉시간계산을위해서 는위에서언급한장폭비환산계수외에또다른인자인수리학적체류시간 ( 접촉지사용용량시간당최대통과유량 ) 이필요하다. 수리학적체류시간을계산하기위해서는시간당최대통과유량을알아야하 기때문에국내정수장의오존공정에서의유량변동추이를조사해보았다. 유량변동데이터를조사한정수장은부산덕산, 김해명동, 진해석동, 대구문산, 울산 회야정수장이며모두동절기기준으로임의일의오존공정한열에해당하는유량값을조 사하였다. 하루동안매시간마다유량데이터를파악한정수장은부산덕산, 김해명동, 대구문산정수장이었으며, 진해석동, 울산회야정수장은오전, 오후, 새벽시간별데이터 만을얻을수있었다. 조사한유량데이터와각정수장오존접촉조용량을이용하여시간 대별수리학적체류시간을계산하였다 (Table 3-105 Table 3-109). 부산덕산정수장의경우하루평균통과유량은전오전과후오존공정에서동일하게 13,512.5 m 3 /h 였고, 체류시간은전오존이 3.6 분, 후오존이 7.0 분이었다. 특히 01 시부터 06 시사이의시간때유량이오전 / 오후시간때에비하여 2 배넘게감소하는경향을확 인할수있었으며이에따라수리학적체류시간도증가하였다. 그러나새벽시간때유량 이 7 배가까이감소하는진해석동정수장을제외하면전체적으로각정수장의시간대별 유량변동은일정한경향성을파악하기가어려웠다. 275
정수처리기준선진화연구 Table 3-105. 부산덕산정수장유량및체류시간변동추이 구분 전오존 후오존 접촉조용량 718.57 m 3 접촉조용량 1398.96 m 3 시간 유량 (m 3 /h) 수리학적체류시간 ( 분 ) 유량 (m 3 /h) 수리학적체류시간 ( 분 ) 0 10,900 4.0 10,900 7.7 1 7,200 6.0 7,200 11.7 2 7,300 5.9 7,300 11.5 3 7,100 6.1 7,100 11.8 4 7,200 6.0 7,200 11.7 5 7,200 6.0 7,200 11.7 6 9,800 4.4 9,800 8.6 7 14,900 2.9 14,900 5.6 8 17,000 2.5 17,000 4.9 9 17,100 2.5 17,100 4.9 10 16,800 2.6 16,800 5.0 11 17,000 2.5 17,000 4.9 12 17,100 2.5 17,100 4.9 13 16,700 2.6 16,700 5.0 14 17,100 2.5 17,100 4.9 15 17,000 2.5 17,000 4.9 16 16,800 2.6 16,800 5.0 17 17,000 2.5 17,000 4.9 18 17,000 2.5 17,000 4.9 19 17,100 2.5 17,100 4.9 20 16,400 2.6 16,400 5.1 21 10,900 4.0 10,900 7.7 22 11,000 3.9 11,000 7.6 23 10,700 4.0 10,700 7.8 평균 13,512.5 3.6 13,512.5 7.0 276
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-106. 김해명동정수장유량및체류시간변동추이 구분 시간 유량 (m 3 /h) 전오존 후오존 접촉조용량 336 m 3 접촉조용량 576 m 3 수리학적체류시간 ( 분 ) 유량 (m 3 /h) 수리학적체류시간 ( 분 ) 0 1,747 11.5 1,894 18.2 1 1,737 11.6 1,840 18.8 2 1,732 11.6 1,885 18.3 3 1,733 11.6 1,888 18.3 4 1,726 11.7 1,887 18.3 5 1,783 11.3 1,506 22.9 6 1,582 12.7 1,384 25.0 7 1,650 12.2 1,732 20.0 8 1,723 11.7 1,786 19.4 9 2,041 9.9 2,053 16.8 10 2,087 9.7 2,280 15.2 11 2,057 9.8 2,248 15.4 12 1,884 10.7 2,097 16.5 13 1,863 10.8 1,999 17.3 14 1,857 10.9 1,987 17.4 15 1,773 11.4 1,956 17.7 16 1,802 11.2 1,960 17.6 17 1,791 11.3 1,955 17.7 18 1,812 11.1 1,932 17.9 19 1,837 11.0 2,055 16.8 20 1,931 10.4 2,077 16.6 21 2,141 9.4 2,323 14.9 22 2,131 9.5 2,319 14.9 23 2,001 10.1 2,267 15.2 평균 1,850.9 11.0 1,971.3 17.8 Table 3-107. 진해석동정수장유량및체류시간변동추이 구분 시간 전오존 후오존 접촉조용량 297.6 m 3 접촉조용량 504 m 3 유량 (m 3 /h) 수리학적체류시간 ( 분 ) 유량 (m 3 /h) 수리학적체류시간 ( 분 ) 새벽 500 35.7 500 60.5 오전 3,200 5.6 3,200 9.5 오후 3,500 5.1 3,500 8.6 평균 2,400 15.5 2,400 26.2 277
정수처리기준선진화연구 Table 3-108. 대구문산정수장유량및체류시간변동추이 구분 후오존 접촉조용량 1134 m 3 시간 유량 (m 3 /h) 수리학적체류시간 ( 분 ) 0 3,990 17.1 1 3,600 18.9 2 3,990 17.4 3 3,990 17.4 4 3,780 18.0 5 3,810 17.9 6 3,830 17.8 7 3,710 18.3 8 3,960 17.2 9 3,560 19.1 10 4,800 14.2 11 3,320 20.5 12 4,150 16.4 13 4,390 15.5 14 3,960 17.2 15 3,730 18.2 16 3,910 17.4 17 3,390 20.1 18 4,970 13.7 19 4,050 16.8 20 3,930 17.3 21 3,350 20.3 22 5,080 13.4 23 3,860 17.6 평균 3,955.4 17.4 Table 3-109. 울산회야정수장유량및체류시간변동추이 구분 후오존접촉조용량 696 m 3 시간 유량 (m 3 /h) 수리학적체류시간 ( 분 ) 0 3 2,500 16.7 4 2,125 19.7 5 6 2,375 17.6 7 13 1,875 22.3 14 18 1,125 37.1 19 23 1,625 25.7 평균 1937.5 23.2 278
Ⅲ. 연구결과및고찰 따라서유량변동에따른 CT 측정간격의획일적인기준제시가어렵기때문에현재국내정수처리기준에서제시된소독능인증규정 ( 정수처리기준 ) 내용을바탕으로유량은오존접촉조최종유출지점에설치된유량계를이용하여그측정값을소독능계산에반영하되, 매시간마다유량을측정하여하루중최대통과유량값을반영하도록한다. 만약유량계가없거나정도관리가않되유량값을확신하지못할경우 일평균유량 ( m3 /day) 1.17 24 (hr) 으로 시간최대유량 을구하여소독능평가에반영한다. 단, 오존접촉지유출유량의급격한변동이있을경우에는 ( 평균값을넘어선비정상적값이며지속적이지않은일시적인값 ), 일시적인운영실수또는접촉지유지관리 ( 청소및시설개보수등 ) 를위한일시적인불가피한조치라판단시해당시간대의유량측정값은소독능평가에서제외해야한다. 나 ) 오존 CT값측정시잔류용존오존측정방법소독능 (CT) 값에서 C는잔류소독제농도로써미생물불활성화평가에결정적인역할을하는인자이다. 국내정수처리기준등에관한규정 ( 환경부고시제2008-60호 ) 제6조제3항과관련된별Table. 3 자료를보면 (Table 3-110), 잔류소독제농도는정수지유출부에서측정하도록명시되어있는데이는현재국내에서소독능목적으로주로사용하는염소소독을기준으로제시된규정이다. 이를바탕으로오존소독능인증을위해서는오존접촉조최종유출지점에반드시잔류용존오존측정기가설치되어잔류용존오존농도를측정해야하며, 오존과같이빠른분해능을갖는소독제의소독능을세밀하게평가하기위해서는오존접촉지최종유출지점이외의접촉지 chamber에추가적인잔류용존오존측정기설치후잔류용존오존농도측정이요구된다. 측정주기는규정상에도 2010년 7월부터는모든정수장에서연속측정장치에의한잔류소독제측정을권고하고있고 (Table 3-111), 실제오존공정정수장에서도연속잔류용존오존농도측정기기를설치하여운영하고있으므로, 잔류용존오존측정은매일연속측정으로실시해야한다. 단, 오존소독능평가를위한잔류용존오존농도는하루에측정한잔류용존오존농도값중최소값을택하여일일소독능평가에반영하고, 오존접촉지에설치된잔류용존오존측정기가 2개이상일경우는최종유출지점에서측정된잔류용존오존농도값이최소일때, 같은시간대의나머지 chamber에서측정된잔류용존오존농도를일일소독능계산에반영한다. 279
정수처리기준선진화연구 Table 3-110. 불활성화비계산을위한수질검사 항목시료채취지점측정주기 4 시간간격 1 일 6 회이상 시설규모별적용시기 정수장시설용량 적용시기 5,000m3 / 일이상 2002.8.1. 부터 12 시간간격 1 일 2 회이상 5,000 m3 / 일미만 2002.8.1. 부터 잔류소독제농도 정수지유출부 연속측정장치에의한측정 100,000 m3 / 일이상 2004.7.1. 부터 50,000 m3 / 일이상 100,000 m3 / 일미만 5,000 m3 / 일이상 50,000 m3 / 일미만 2005.7.1. 부터 2007.1.1. 부터 5,000 m3 / 일미만 2010.7.1 부터 수소이온농도 (ph) 잔류소독제농도측정지점 1 일 1 회이상대상시설전체 2002.8.1. 부터 수온 잔류소독제농도측정지점 1 일 1 회이상대상시설전체 2002.8.1. 부터 다 ) 잔류용존오존측정기의오차발생에대한인증방안국내후오존처리공정의경우, 잔류용존오존농도기준제어가일반적으로적용되어오존주입농도를결정하고있다. 그러므로오존접촉조에잔류용존오존측정기가설치되어실시간으로모니터링하고있으며, 또한소독능계산을위한잔류용존오존농도값의신뢰성이중요하므로현장에설치되어운영중인잔류용존오존측정기의운영인증또한중요하다. Table 3-111는국내오존공정을운영중인정수장에설치된잔류용존오존측정기현황을나타낸표이다. 대부분정수장에서 IN USA 사의 IN-2000-W1 기기를사용하고있으며, PM정수장에서만 EMERSON 사의 499AOZ 기기를설치하여사용하고있다. 280
Ⅲ. 연구결과및고찰 Table 3-111. 국내정수장잔류용존오존측정기설치현황 정수장 후오존접촉지당단위 chamber 수 ( 개 ) 잔류용존오존측정기개수 ( 개 ) 모델명 비고 부산화면 2 1 IN2000-W1 부산명장 3 1 499AOZ 1) 부산덕산 3 1 IN2000-W1 대구문산 4 1 IN2000-W1 울산회야 3 2 IN2000-W1 2) 3) 울산천상 4 1 IN2000-W1 양산범어 3 1 IN2000-W1 김해명동 3 1 IN2000-W1 4) 5) 진해석동 4 1 IN2000-W1 1) 전오존접촉지에잔류용존오존측정기 1개설치 2) 계열별로잔류용존오존측정기는 1대만설치되어있으나각 chamber 별로측정이가능하도록배관이되어있음 3) 두번째 chamber, 마지막 chamber에각각잔류용존오존측정기설치 4) 2008년 6월부로생산시작 5) 두번째 chamber 에잔류용존오존측정기설치 다. Fig. 3-87 은앞서설명한국내에서주로사용중인잔류용존오존측정기두기기의사진이 (A) IN-2000-W1 (B) 499AOZ model Fig. 3-87. 국내정수장에서사용되고있는잔류용존오존측정기 두잔류용존오존측정기의측정원리및일반사항을살펴보면 (Table 3-111), IN-2000-W1 기기는용해오존이시료로부터추출탑을거쳐기체상태로추출되어자외선흡광법에의 281
정수처리기준선진화연구 해용해오존의농도가측정되는방식이며, 정밀도는 ±0.001 mg/l 이며, 측정범위는 0 5.00 mg/l 또는 0 200 mg/l 로선택가능하다. 그리고운전조건은 5 45 C 이다. 499AOZ 기기의경우는전극을투과한오존과전해약이반응하여오존농도에비례하게발생되는분극전류를측정하는격막폴라로그래픽센서를이용하여잔류용존오존을측정하는방식이며, 정밀도는 ± 0.003 mg/l 이며, 측정범위는 0 3.00 mg/l 이고운전조건은 0 50 C 이다. Table 3-112. 국내정수장에서사용되고있는잔류용존오존측정기의측정원리및일반사항 IN-2000-W1 499AOZ model 측정원리 자외선흡광법 (253.7nm) 격막폴라로그래픽센서 측정범위 0 5.00 mg/l 0 200 mg/l 선택가능 0 3.00 mg/l 정밀도 / 반복도 0.001 mg/l 0.003 mg/l 운전조건환경 5 45 C 0 50 C 국내정수장에서사용하고있는잔류용존오존농도측정기의보정방법을살펴보면 499AOZ 기기를사용하고있는 PM정수장의경우는전, 후오존공정에설치된기기모두월 1 회씩 ozone standard solution을이용하여 Indigo colorimetric method로측정한값과비교하여기기보정을하고있다. 그러나국내정수장에서가장많이사용하고있는 IN- 2000-W1 기기경우별다른보정을하지않고있다. 국내정수장처럼오존공정이도입된미국의경우, 국내와동일하게잔류용존오존측정기기를이용하여실시간으로모니터링을하고있으며, 시행착오에따른비용손실을방지하고측정된데이터의정확성과신뢰성을확보하고자최소주 1회시료를채취하여 Indigo colorimetric method로잔류용존오존농도를측정하여잔류용존오존측정기기를보정한후소독능계산에반영하도록규정하고있다. 이방법은 AWWA (American Water Works Association) 기준잔류용존오존농도측정방법이자미국 EPA에서규정하는기준잔류용존오존농도측정방법이다. 위와같은내용과미국 EPA LT2ESWTR에서제시한잔류용존오존측정기검량및보정규정을바탕으로국내기준을제시하면다음과같다. 1 주 1 회잔류용존오존측정기설치지점의시료를 15 30 초간격으로 5 회채취한다. 2 오존잔류수채취시 on-line 오존측정농도값을확인한다. 3 채취시료를 Indigo colorimetric method 로분석한다. 282
Ⅲ. 연구결과및고찰 4 채취시료의평균잔류용존오존농도를계산한다. 5 On-line 오존측정농도값과채취시료평균오존농도값을비교하여농도값 10% 이상, 또는 0.05 mg/l 이상오차발생시기기보정을실시한다. 6 기기보정후 30 분안정화후에검량선이정상이면설치한다. Indigo colorimetric method 를이용한수중잔류용존오존농도분석법 (Standard Methods, AWWA) 가. 준비물 1 H 3 PO 4 (Phosphoric Acid, Assay=85% minimum), 2 C 16 H 7 K 3 N 2 O 11 S 3 (Potassium Indigo Trisulfonate, Assay=80 85%) 3 NaH 2 PO 4 2H 2 O (Sodium Dihydrogen Phosphate, Assay=98 102%) 4 100ml, 1l 플라스크, 저울, 피펫, 증류수, cell, UV/VIS spectrophotometer 나. 제조방법 1 Indigo stock solution ⑴ 1 ml H 3 PO 4 (Phosphoric Acid) 를증류수 500 ml정도들어있는 1 l 플라스크에첨가. ⑵ 여기에 0.77 g의 C 16 H 7 K 3 N 2 O 11 S 3 (Potassium Indigo Trisulfonate) 를첨가하고증류수로채운다. 2 Indigo ReagentⅠ ⑴ 위에서제조한 Indigo stock solution 20 ml를 1 l 플라스크에첨가. ⑵ 여기에 10 g의 NaH 2 PO 4 2H 2 O (Sodium Dihydrogen Phosphate) 첨가. ⑶ 마지막으로 7ml의 H 3 PO 4 (Phosphoric Acid) 넣고증류수로채운다. 3 Indigo Reagent Ⅱ ⑴ Indigo ReagentⅠ의제조방법을따르되, stock solution 20 ml대신 100 ml주입. 다. 분석 1 0.01 0.1 mgo 3 /l 의경우 ⑴ 10 ml의 Indigo ReagentⅠ을 100 ml플라스크두개에각각넣음. ⑵ 하나는증류수로채우고 (blank용) 하고, 다른하나에는시료를채움. ⑶ 1cm (=b값) cell로 600 ± 5 nm에서 UV/VIS spectrophotometer로흡광도를측정. ( 가능한신속하게측정하고, 늦어도 4 시간을넘기지않도록함.) 2 0.05 0.5 mgo 3 /l의경우 ⑴ Indigo Reagent Ⅰ대신 Ⅱ를사용하여위의과정인 (1) (3) 수행. 283
정수처리기준선진화연구 - 오존농도계산방법 mgo 3 /L = 100 A f b V 100 : procedure 에서 1:9 로 indigo reagent 와 sample 을섞는데, 그총량을말함. (50 ml플라스크를사용할경우 50. 단위없음 ) ΔA : Blank 흡광도값 - Sample 흡광도값 f : 0.42 b : 셀투과길이, cm V : Sample 부피, ml (indigo reagent 와 sample 을혼합할때 sample 량. ( 일반적으로 1:9 비율에서 100 ml플라스크의경우 90 ml ) 라. 주의사항 1 오존농도가고농도일경우에는 reagent를고농도로제조. 2 reagent농도결정은경험적으로수행되어야하고, 새로운 reagent는오존수와섞여서푸른색을띄어야함. 3 Blank의흡광도는 2.9를넘지않아야함. 잔류용존오존측정기의주기적인검량및보정도중요하지만, 기기의정확한측정값을유지하기위해서는측정기의점검및관리주기를설정해야한다. 환경분야시험 검사등에관한법률시행규칙을살펴보면먹는물분야에서정도검사주기를정해야하는측정기기로탁도연속자동측정기와그부속기기, 잔류염소연속자동측정기와그부속기기만명시하고있으므로오존소독능을적용하는정수장에대한잔류용존오존측정기의정도검사내용도추가산정해야한다. 법률상정도검사주기를정하는경우, 측정기기의정밀도, 정확도, 안정성, 사용목적및사용빈도등을고려하여 1 년이상의기간으로정하고있다. 따라서잔류용존오존측정기를설치, 운영하는정수장에서는반드시 잔류용존오존연속자동측정기와그부속기기 에대한정도검사주기를 1 년으로정하여시행하여야한다. 라 ) 잔류용존오존측정기기사용시현장애로사항및제언국내오존공정이도입된정수장에서잔류용존오존측정기를사용하는실제각정수장의운영자들을통해애로사항을확인해본결과후오존공정에설치된잔류용존오존측정기의운영상특별한애로사항은없었으나, 전오존공정에서잔류용존오존농도를측정하고있는 PM정수장같은경우전오존공정에서잔류용존오존측정시탁도유발물질로인해전극멤브레인을손상하여잦은세척이필요하며, 이를막기위해유입부에섬유필터를설치하여운영하였으나수십일후필터막힘에의해시료가측정부로이송되지못하여측정이 284
Ⅲ. 연구결과및고찰 되지않는등의기기운영상애로사항이있었다. 따라서잔류용존오존측정기는자외선흡광법원리를이용한기기사용을권장하며, 유입원수의탁도가높은전오존공정에설치된잔류용존오존측정기의경우주 1 회실시하는 Indigo colorimetric method 검량은후오존경우와동일하게실시하되, 유입수의탁도가비교적높은하절기에는특히기기관리에주의가필요하다. 또한잔류용존오존측정기의설치위치와상관없이측정데이터가비정상적으로측정될시에는즉시기기세척과보정을실시해야한다. 마 ) 오존 CT 값계산방법 오존접촉지최종유출지점에만잔류용존오존농도를측정할경우에는국내정수처리기준 등에관한규정에제시된방법으로잔류용존오존농도 (mg/l) 접촉시간 (min) 으로소독 능 (CT) 을계산한다. 잔류용존오존농도는하루에측정한잔류용존오존농도값중최소값을 적용하고, 상향류흐름식접촉조를운영하는정수장의경우는반드시운영후 1 회이상 추적자시험을통하여 T 10 값과그때의측정유량값을정수장특성값으로유지하고, T 10 측정시유량 T 10 식을통하여접촉시간 (min) 을산출후소독능계산에반영한다. 시간당최대통과유량좌우흐름식접촉조의경우는위와같은방법도적용가능하며, 만약추적자시험이불가능할 경우는수리학적체류시간 ( 접촉시간값을계산한다. 접촉지사용용량 ) 장폭비 (L/W) 환산계수식을이용하여시간당최대통과유량 잔류용존오존을두지점에서측정하고있는울산회야정수장의오존공정운영현황데이터를이용하여지아디아, 바이러스, 크립토스포리디움의불활성화율을국내기준, T 10 method, CSTR method로각각계산하여비교하였다 (Table 3-79). 울산회야정수장에서조사한잔류용존오존농도데이터는 2009년 9 월말의일부데이터만가용하였으므로측정된주입오존농도와잔류용존오존농도는해당데이터의평균값으로계산하였고 ( 주입오존농도 : 1.6 mg/l, 중간지점잔류용존오존농도 : 0.074 mg/l, 최종지점잔류용존오존농도 : 0.017 mg/l), 유입수의온도또한약 23 이었지만, 불활성화율계산은 1 25 로가정하여각각계산하였다. 그리고해당정수장의오존접촉지형태가상향류흐름임에도불구하고측정된 T 10 값이없어서이론적접촉시간으로국내기준방법을계산하였으며, T 10 method 역시 T 10 값이아닌이론적접촉시간으로계산하였다. 하지만정확한불활성화율계산이불가할지라도, 같은인자를적용하여각각의소독능계산방법을적용하였으므로소독능계산방법간의불활성화율비교는가능하다. 아래 Table 3-113를보면지아디아, 바이러스, 크립토스포리디움구분에관계없이국내기 285
정수처리기준선진화연구 준보다는 T 10 method가, T 10 method 보다는 CSTR method가좀더높은불활성화율이계산된것을알수있다. 따라서국내기준을적용시가장낮은불활성화율이인정되는것이며, 이는곧해당오존접촉지의목Table. 불활성화율달성을위하여높은농도의오존을주입하게됨을의미한다. 그러므로정수장운영비용과정확한소독능유지측면에서미국규정의측정방법과같은현실적인측정방법의개선이필요하다. Table 3-113. 소독능계산방식별불활성화율비교 ( 울산회야정수장 ) 구분 온도, 1 5 10 15 20 25 국내기준 <0.5 log <0.5 log <0.5 log <0.5 log 0.5 log 0.5 log 지아디아 T 10 method <0.5 log <0.5 log 0.5 log 0.5 log 0.5 log 1.0 log CSTR method 0.3 log 0.4 log 0.8 log 0.7 log 0.9 log 1.1 log 국내기준 <2 log <2 log <2 log <2 log <2 log <2 log 바이러스 T 10 method <2 log <2 log <2 log <2 log <2 log 2 log CSTR method 0.6 log 0.7 log 0.9 log 1.1 log 1.3 log 1.5 log 크립토스포리디움 국내기준 <0.25 log <0.25 log <0.25 log <0.25 log <0.25 log <0.25 log T 10 method <0.25 log <0.25 log <0.25 log <0.25 log <0.25 log <0.25 log CSTR method <0.1 log <0.1 log <0.1 log 0.1 log 0.1 log 0.1 log 바 ) 오존 CT값측정시요구되는수질측정항목및측정방법국내정수처리기준에서는소독능계산을위해서잔류소독제농도와수소이온농도 (ph), 그리고수온이측정항목으로제시되어있다. 이러한측정항목들은대상정수장의소독능값평가시환경부 소독능계산기록부생성프로그램 에입력하여바이러스및지아디아불활성화율을계산하는것을원칙으로하고있는데, 이프로그램에추가적으로입력해야하는정기측정값으로는탁도, 시간당통과유량이있으며, 정수장특성값으로는시설사용용량, 장폭비환산계수가있다. 이러한입력값을바탕으로체류시간, 소독능계산값, 바이러스와지아디아의불활성화비가자동으로계산되어진다. 이프로그램은미국 EPA의 Daily Calculation of Log-Reduction Credits for Giardia lamblia and Viruses" 프로그램을기반으로국내실정에맞게제작된프로그램으로미국프로그램에도역시, 동일한항목들을입력하게되어있으며단, T 10 값입력란이있어서 T 10 값을측정한경우에는해당란에그값을입력하게되어있다. 만약 T 10 값이없다면해당란 286
Ⅲ. 연구결과및고찰 에이론적접촉시간이계산되어입력되도록구성되어있다. 따라서오존소독능인증시필요한항목으로는탁도, 잔류용존오존농도, 온도, ph, 사용용량, 통과유량, 장폭비환산계수, T 10 값등을제시할수있다. 탁도는전오존공정의경우에는정수장유입원수를연속측정장치를사용하여매 15 분간격으로측정하여그값이 5.0 NTU를초과하지않으면오존소독능계산방법에의한불활성화율을인증하고, 후오존공정의경우에는여과지의유출수가혼합된지점의시료를 4 시간간격으로 1일 6 회이상측정하고, 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.3 NTU를초과하지않고, 각각의시료에대한측정값이 1.0 NTU를초과하지않으면아래 Table 3-114 과같이바이러스및지아디아제거율을인정할수있다. Table 3-114. 소독에의해요구되는바이러스및지아디아포낭의불활성화율의결정 여과방식 최소제거및불활성화기준 여과공정에의한제거율 소독공정에서요구되는불활성화율 바이러스지아디아포낭바이러스지아디아포낭바이러스지아디아포낭 급속여과 99.99 % (4 log) 99.9 % (3 log) 99 % (2 log) 99.68% (2.5 log) 99% (2 log) 68.38% (0.5 log) 직접여과 99.99 % (4 log) 99.9 % (3 log) 90 % (1 log) 99 % (2 log) 99.9% (3 log) 90% (1 log) 완속여과 99.99 % (4 log) 99.9 % (3 log) 99 % (2 log) 99 % (2 log) 99% (2 log) 90% (1 log) 정밀여과 (MF) 99.99 % (4 log) 99.9 % (3 log) 68.38% (0.5 log) 99.68% (2.5log) 99.97% (3.5 log) 68.38% (0.5 log) 한외여과 (UF) 99.99 % (4 log) 99.9 % (3 log) 99.9% (3.0 log) 99.68% (2.5log) 90% (1 log) 68.38% (0.5 log) 그러므로위와같은여과시설이설치, 운영중인정수장은여과시설이후처리수의탁도가기준을만족하면오존공정에서는추가적인불활성화율만만족시켜주면된다. 다만, 여과시설이설치되지않은시설이나탁도기준을위반한경우라면여과에의한제거율을인정받을수없으며이경우에는소독공정에의해바이러스의경우 4 log, 지아디아의경우 3 log 제거율을달성하여야하며탁도기준도준수하여야소독능을인정받을수있다. 잔류용존오존농도는, 잔류용존오존측정기를이용하여연속측정을실시하고온도와 ph, 통과유량은오존접촉지유출지점에잔류용존오존측정기와같은지점에연속측정기를설치하여실시간으로값을모니터링하는것이정확한소독능산출을위해바람직하다. 미국 EPA에서도온도와 ph, 통과유량을잔류소독제농도를측정하는같은시간대, 같은지점에 287
정수처리기준선진화연구 서측정하도록규정하고있다. 하지만위와같은항목들은오존접촉지내에서그값의변동이크지않으므로오존접촉지유출지점에만각항목별실시간측정기를설치하여반드시연속측정을실시한다. ph는염소를소독제로사용하는경우에만염소가 ph 값에민감한특성때문에소독능계산에포함되고오존소독능계산시에는포함되지않지만, 높은 ph (8 이상 ) 에서오존분해가가속되는특성상소독능에영향을미칠수있으므로반드시연속모니터링은실시하고그값을참고데이터로유지하여야한다. 온도는모든소독제가온도에민감하기때문에중요한인자로간주해야한다. 사용용량과장폭비환산계수는, 각정수장마다오존접촉조의특성값으로유지, 입력해야하며모든대상항목은 Table 3-115에서나타난바와같이하루동안의연속측정값중에서최악조건들을적용하여일일소독능값을계산하고이를통해안전한소독능을유지해야한다. Table 3-115. 일일불활성화비계산시적용값 적용기준 대상항목 일간최고값탁도, 수소이온농도 (ph), 시간당통과유량 일간최저값잔류용존오존농도, 수온, 수심 다만, 오존접촉지유출유량의급격한변동이있을경우와마찬가지로잔류용존오존농도와온도를비롯한다른측정항목들도평균값을넘어선비정상적값이며지속적이지않은일시적인값들은일시적인운영실수또는접촉지유지관리시발생하는일시적인현상이라판단하고해당시간대의측정값은소독능평가에서제외해야한다. 사 ) 크립토스포리디움에대한오존 CT Table. 제시바이러스및지아디아불활성화를위한오존 CT 요구값은앞서언급되바와같이양국가의규정에제시되어있다. 한국과미국의규정에나와있는 CT 요구값관련표들은서로같은값을사용하고있고그현황을보면, 바이러스불활성화율에대한표는 < 정수처리기준등에관한규정 > 과 <Guidance manual for compliance with the filtration and disinfection requirements for public water systems using surface water sources> 에제시되어있다. 크립토스포리디움의경우, 미국 EPA기준에서는온도조건및불활성화율에따른오존 CT 요구값을구체적으로제시하고있지만국내의경우국내정수처리기준에서는크립토스포리디움소독능에대한구체적인기준및지침이제시되지않았다. 따라서미국 EPA에서크립토스포리디움불활성화를위한오존 CT 요구값의적용이필요하다. 288
Ⅲ. 연구결과및고찰 3.4.1.3 국내실정에적합한대체소독공정 (UV) 소독능인증기준수립 가 ) 한국실정에적합한자외선조사량기준및반응기인증방법설정미국의자외선소독기준에의하면, 3-log의크립토스포리디움불활성에요구되는자외선조사량은 12mJ/cm 2 로규정되어있으나, WHO 및일본등에서는 10mJ/cm 2 으로제시하고있다. 유럽의기준에비해미국이나일본의기준이낮아진이유는, 그동안많은연구자들에의해각미생물들의소독에대한필요자외선조사량이확인되어왔고, 이를검증하는과정에서확립된것이라고볼수있다. 현재국내에는크립토스포리디움에대한처리규정이없으나, 가장보수적인관점에서기준을마련한다고가정할때 99.9% 불활성화에해당하는자외선조사량은 12mJ/cm 2 정도이므로이러한수준으로기준을마련하는것이현실적으로타당할것으로판단된다. 다만, 이러한수준의자외선조사선량으로는세균이나바이러스를충분히불활성화하기어려울것이예상되므로, 기존의염소소독공정과병행하여상호보완적으로적용하는것이바람직할것으로판단된다. 한국의실정에맞는반응기인증방법은미국, 일본과같이반응기에대해지표미생물을이용하여실제조사량을평가한후인증하는방법이적합하다. 실제국내하수처리장의자외선소독시설의경우대장균소독을목표로급작스럽게도입이되다보니, 반응기에대한시설기준, 성능평가기준등이미흡하여성능이의심스러운반응기들이도입되고, 기술력이확보되지않은영세업체들의반응기가많이도입된실정이다. 따라서정수처리공정에서자외선소독반응기는엄격한인증기준으로기술력이확보된설비의도입이바람직하다. 나 ) 감시항목과측정주기자외선반응기를도입하여소독을수행하는경우에가장중요한것인인증된조사량이조사되고있는가, 그리고인증된유량범위에서운전되고있는가이다. 이와더불어이를감시할수있는기기의신뢰도를확보하는것이가장중요한요소이다. 예를들어 cryptosporidium의 2.5로그불활성화를위하여자외선시설을도입하였다고하더라도실제이에대한항목을측정하는것은아니며, 이를달성할수있다고하는조사량과유량의범위에서운전이되고있는가를감시하는것이다. 또한이를위하여실제운전자가수행할수있는업무는그리많지않을수있다. 자외선반응기의운전은대부분자동화되어있어실제시스템의 on/off 정도와출력의조절정도가운전자가실제운전에서할수있는업무일수있다. 우선자외선소독이인증된범위에서운전되고있는지를감시하기위한감시항목은 USEPA에서는규정된감시항목이지정하고있으며인증과는관련이없으나자외선조사 289
정수처리기준선진화연구 량이나운전을영향을미칠수있는항목으로분류하고있다. 이들항목에대한감시주기 는반응기의형태, 수질, 그리고시설의용량에따라결정할수있다. 이에대한항목을 Table 3-116 과 3-117 에정리하였다. Table 3-116. 필요한감시항목및주기 규정인자권고되는기록주기비고 인증범위운전위반경고 최소매 5 분 경고조건이수정되기까지지속적으로기록 자외선강도매 4 시간자외선강도는인증된량보다같거나커야함 UVT 매 4 시간 UVT 최소인증된값보다크거나같아야함 인증된조사량 램프상태 매 4 시간 매 4 시간 인증된조사량은요구되는조사량보다크거나같아야함 램프는자외선반응기를통과한다면전력이공급되어야함 유량매 4 시간유량은인증시험의최대보다같거나적어야함 생산량 자외선센서의보정 on-line UVT 분석기보정 인증범위운전위반건과월간총량 월간 주간 인증범위운전위반에의하여생산된양은기록하여준수상태를계산할수있다 자외선센서의보정은설명서에따라감시하여야함 UVT 분석기의보정은설명서에따라감시하여야함 일반적으로정수장의규모가작은경우에인력의부족등으로감시주기가인력이상대적으로풍부한대형정수장에비하여완화될수밖에없으나이러한경우에는규제기관의허가를받도록하여야한다. 하지만완화가되었더라도안정성은확보가되는최소한의감시는필요하다. 실제공정에서가장중요한것은인증기준범위에서운전여부이므로이에대한감시주기가짧을수록좋으나 5분간격으로시작하는것이바람직하다. 자외선강도, UVT, 자외선강도, 유량등도실제적으로는인증범위운전여부에영향을미치는인자로어떠한인자에의하여인증기준범위를벗어나는지에대하여확인할수있는인자이다. 권고되는감시항목은실제로인증기준과는상관이없을수있다. 하지만, 운전적인문제의최소화, 규제준수의용이성등에영향을미치게된다. 따라서권고항목은정수장의특성을고려하여보완될수있다. 특히국내에서지표수의경우에철, 칼슘, 또는알칼리도가 290
Ⅲ. 연구결과및고찰 그리높지않아슬리브의 fouling에영향을주지않는다면이에대한감시여부를고려해볼필요가있다. 자외선소독에영향을미치는감시항목및주기는향후국내에서시설을운영하는초기에적용될수있으며, 시설의운영을통하여안정성이확보된다는확신이있는경우에는수정할수있다고생각한다. Table 3-117. 권고되는감시인자및주기 권고인자감시주기기록주기 전력공급연속매 4 시간 수온 ( 필요하다면 MP 에대해서 ) 연속일간 자외선램프의 on/off cycle 연속주간 탁도일간주간 ph, 철, 칼슘, 알칼리도, 경도주간주간 UVT 분석기보정 주간 주간 운전적노후도램프, 안정기, 슬리브, 자외선센서 월간 월간 유량계보정 월간 월간 다 ) 초기가동과램프안정화시기의유입수처리방안자외선시설이정상적으로가동되었을때는문제가없으나, 초기가동이나램프의안정화시기는정상적인운전이라할수없다. 발생되는양에따라전단계로회수하는방법과직접배급수관망에공급하는방법이있을수있다. 먹는물수질기준을만족하지못하다면배급수관망에공급할수없으나이를만족할수있다면규제기관의허가를받아공급하는것이바람직하다. 라 ) 램프폐기방안소모된자외선램프의폐기는환경적인문제와직접적으로관련이있어안전한폐기가상당히중요하다. 자외선램프는수은을포함하고있기때문에폐기될램프는위험물질로취급하여야한다. 소모된램프는수은재활용시설로보내수은을회수하고램프부품을재활용하는것이바람직하다. 적절한처리와재활용을위하여소모되었거나파손된램프를제조업체에위탁처리하는것이바람직하다. 마 ) 자외선시설의운영결과보고양식 자외선시설의운영과관련된보고양식은자외선시설의도입목적에부합되어야하며, 291
정수처리기준선진화연구 이를검증할수있도록구성되는것이중요하다. 앞에서도언급하였듯이자외선시설의목적은인증된조사량과조사와인증된유량의범위에서운전되어필요한소독능을확보하는것이고, 이를확인할수있는기기의안전성및정확성파악하는것이다. 현재이러한것에대하여 USEPA에서제시하는운영결과보고양식에기초하여국내에적용가능한양식으로제시하였다. 규제기관에서가장중요하게생각하여야하는것은인증기준범위에서운전되었는가의여부이며시스템의종류와운전방식에따른조사량에대한계산여부및보정에관한사항은시설을운영하는기관에서결정할사항이라고생각한다. 따라서 Table 3.6.3만규제기관에보고하고나머지 Table. 3.6.4부터 Table 3.6.9까지는자체적으로운영하는데필요한양식이다. 향후직접운영하면서수정할필요가있다고생각한다. 3.4.2 정수처리기준개정 ( 안 ) 3.4.2.1. 기존정수처리기준소독능인증내용검토 2009 년에개정된정수처리기준에대해향후추가로개정되거나, 개선이필요한부분은 다음과같다. 정수처리규정에는정수장에서제어해야할병원성미생물로바이러스와지아디아만을규정하고있어, 추가적으로크립포스포리디움에대한정수장에서의불활성화기준및각공정별 ( 여과, 소독 ) 최소처리기준의규정이필요하다. 크립토스포리디움의정수장처리공정에서제거를인증할단위공정및단위공정별제거율의설정이필요하다. 크립토스포리디움등의원생동물처리가정수장에서필요함에따라, 이에대응가능한 UV소독, 오존소독공정등의도입이예상되나, UV소독공정은현재기준이수립되어있지않아이에대한규정수립이필요하다. 정수장에서사용가능한소독제는규정상염소, 오존, 이산화염소이다. 염소의경우수온,pH별각각의조건에서 0.5 3 Log 지아디아불활성화를위한소독제의 CT값이표로제시되어있으나, 오존, 이산화염소는각각의온도에서 2log 지아디아불활성화조건만이제시되어있어, 현실적으로오존, 이산화염소에의한불활성화인증이어려우므로, 각지아디아불활성화율 (0.5 3 Log) 별 CT값의제시가필요하다. 292
Ⅲ. 연구결과및고찰 3.4.2.2. 기존소독능인증기준을고려한병원성미생물관련정수처리기준도출 이와같이현행의정수처리규정에서수정, 추가되어야할항목중자외선소독과오존 소독방법의경우추가적으로설정되어야할부분이므로별첨과같이두공정에대한정수 처리기준개정 ( 안 ) 을정리하였다. 3.4.3 정수처리기준중장기계획 ( 안 ) 3.4.3.1 정수장병원성원생동물유입저감을위한발생원관리대책제시 병원성원생동물은분변에의한상수원의오염을가중시키며, 하수처리장의방류수총대장균군을저감하기위해설치하여운영중인자외선반응기에대한인증기준및운영기준의수립이필요하다. 왜냐하면, 현재크립토스포리디움의상수원의유입원중한곳이하수처리장방류수이기때문이다. 따라서, 기존에설치되어있는하수철리장자외선소독공정의철저한운영관리를통해원생동물의원수유입에대한저감이필요할것으로예상된다. 향후이에대한세부적인기준수립이필요할것으로판단된다. 3.4.3.2 크립토스포리디움에관한정수처리기준의단계적적용시기 시설용량 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > 100 천m3 / 일실태조사시설개선 50 천 100 천m3 / 일실태조사시설개선 10 천 50 천m3 / 일실태조사시설개선 5 천 10 천m3 / 일실태조사시설개선 <5 천m3 / 일실태조사시설개선 실태조사는크립토스포리디움난포낭등의정밀분포실태 293
Ⅳ 결론
Ⅳ. 결론 Ⅳ 결론 본연구는염소내성이강해 1990년대이후미국, 일본, 영국등에서빈번한수돗물수질오염사고의원인이되었던크립토스포리디움에대해, 분석방법개선부터정수장에서의제거목표및기준, 제어기술마련까지종합적인관리체계를구축함으로써, 정수처리기준을선진화하고염소내성병원성미생물에대한안전성을안정적으로확보할목적으로수행되었다. 이를위해, 미국, 일본등선진국의원생동물관련법규와관리현황, 분석방법과분석현황, 그리고제거기술과정수장에서의제어현황등을조사하고우리나라의감염및오염현황, 제거수준, 현정수처리기준등국내실정에대한조사결과를바탕으로크립토스포리디움제거목표및추가제거기준, 제어방안, 최종적으로정수처리기준선진화및중장기계획 ( 안 ) 을마련하였으며, 그핵심적인연구결과는다음과같다. 1. 미국, 일본, 영국등의원생동물분석방법에대한조사결과와우리나라원생동물전문가및관계자들에대한의견수렴결과에기초하여, 향후수도관련원생동물분석의개선방안을다음과같이제시하였다. 1) 분석자의훈련부분의강화가필요하며, 검사기관인증후에도검사능력유지및정보공유를위한훈련및교육프로그램을개발, 운영할것을제안하였다. 2) 원생동물표준시험방법중 1 고탁도시료또는방해물질포함시료분석시정제방법등의회수율을높이기위한방법을추가하고 2 형광항체염색및현미경관찰과정에서음성대조군및양성대조군관찰기준을강화하여염색실패또는오염발생시조치사항을명확히하였으며 3 분석의마지막단계이자가장핵심적인과정인형광DIC 현미경관찰부분을보완하여, 크립토스포리디움난포낭의판정기준을세분화하고, 그밖에 4 면역자기분리과정에대한정도관리방법과, 5 실험실에서의오염방지대책등을보완하여우리나라원생동물표준시험방법개정안을 [ 부록3] 에제시하였다. 3) 아울러원생동물분석자들이가장어려움을느끼고있는형광현미경DIC시스템조작및유지관리방법에대해상세한매뉴얼을준비하고표준시험법에대한그림설명이나분석노하우, 업그레이드방법등을실은해설서도마련하여제시하였다. 4) 서울시상수도연구원에서 10년동안제작한다양한현미경관찰사진 ( 전형적인양성사진, 환경시료에서발견된다양한형태의양성사진, 혼동을일으킬수있는다양한유사물체사진등 ) 을활용하여상수원수등의원생동물을형광DIC현미경로동정할때 297
정수처리기준선진화연구 참고할만한양성판정매뉴얼을도감형식으로제작하고 ( 부록 4), 여기에현미경매뉴얼 및표준시험방법해설서, 상수도원생동물에관한종합적인정보를담아도감 상수 도의병원성원생동물 을국립환경과학원과공동발간하였다. 2. 미국, 영국, 일본, 네델란드등의수도관련원생동물관리현황에대한조사결과와, 우리나라크립토스포리디움감염및수계오염, 정수장의제거현황을바탕으로우리나라정수장처리수의크립토스포리디움의건강리스크를추정하고이에기초하여정수장에서의목표제거율과원수의크립토스포리디움오염수준별추가제거기준등관리방안을다음과같이제시하였다. 1) 우리나라에서는아직까지크립토스포리디움으로인한수인성집단발병사례가보고된바없지만, 미국, 일본과크게다르지않은사람 가축의감염률, 수계등환경에서의난포낭검출보고, 매우강한염소내성등을고려할때, 먹는물에의한크립토스포리디움감염가능성이검토될필요가있다. 2) 우리나라취수원수의크립토스포리디움오염수준이대략 10L당 10 0 ~10 1 수준으로추정되므로, 기존의바이러스및지아디아정수처리기준과동일하게연간감염리스크 10-4 을수질목표로설정하고정량적미생물위해평가 (Quantitative Microbial Risk Assessment) 를수행한결과, 우리나라정수장에서의크립토스포리디움목표제거율은원수농도에따라최소 2~4로그이어야할것으로추정되었다. 3) 그러나우리나라는 2010년 7월 5천m3 / 일이하정수장에대한시행을마지막으로모든광역및지방상수도에적용되게된지아디아정수처리기준의탁도기준을준수할경우크립토스포리디움을이미최소 2로그이상제거하고있다고평가되며 4) 다만, 원수의크립토스포리디움농도가높아 10-3 수준의리스크를갖는일부정수장에대해서는크립토스포리디움제거율을보다높일필요가있는바, 원수의크립토스포리디움농도가 0.75 oocysts/10l보다크고 10 oocysts/10l 이하인경우에는 1로그 ( 직접여과는 1.5로그 ) 의추가제거기준을, 10 oocysts/10l를초과하는경우에는 2로그 ( 직접여과는 2.5로그 ) 의추가제거기준을설정할필요가있는것으로나타났다. 5) 크립토스포리디움추가제거기준을결정하기위해서는원수의크립토스포리디움정밀분포실태조사를실시하여야하는데, 이때최소 24점의샘플이일정간격으로수집되어야하며정수장별로조사계획수립, 실태조사및그에따른추가제거기준결정과달성대책추진의절차로 6년에걸쳐시행하되, 시설용량에따라단계적으로실시할것을제안하였다. 또한원수정밀조사의재실시주기를 10년으로하여수도법제4조에따른수도정비기본계획에반영토록할것을제안하였다. 298
Ⅳ. 결론 6) 그러나 5만m3 / 일이상정수장에대한원생동물전국분포실태조사결과에기초할때, 총대장균군이 50 density/100ml 이하인원수에서는크립토스포리디움이 0.75 oocysts/10l를초과할가능성이매우낮을것으로추정되므로, 상수원관리규칙 에서정한원수수질검사결과의 3년평균이수질환경기준의총대장균군항목의 Ia 등급에해당하는정수장에대해서는원수의크립토스포리디움정밀분포조사를면제할수있다고판단된다. 또한이미 2로그 ( 직접여과는 2.5로그 ) 를달성한정수장이나 6년내에달성하려는정수장은정밀조사에서제외될수있을것이다. 7) 여과시설을갖추지않고있는정수장은크립토스포리디움오염발생시방어시스템이전혀없으므로예방대책으로써원칙적으로염소소독이외의대체소독공정이나여과공정을도입하여최소 2로그이상의제거목표를달성할것이권장된다. 다만크립토스포리디움정수처리기준을적용받지않고현재의염소소독단독공정을유지하고자할경우에는원수중에크립토스포리디움이지속적으로불검출됨을확인하는예방시스템을갖출필요가있다고판단된다. 3. 미국, 일본, 등의정수장에서원생동물에대한추가제거능인증기준등을조사하여다음과같이한국실정에적합한추가제거능을제시하였다. 1) 기존정수공정에서추가로크립토스포리디움제거능을인증받을수있는방법으로는통합여과수의탁도를현재 0.3 NTU에서 0.15 NTU로강화하여운영할경우추가로 0.5Log를인정받을수있으며, 개별여과지탁도를 0.15 NTU로운영할경우에는통합여과탁도개선으로인정받는 0.5 Log를포함하여최대 1Log까지인정할수있다. 2) 또한, 기존의정수공정에서운영중인여과지이외에추가적인여과공정, 즉, 모래여과나활성탄흡착공정을도입할경우크립토스포리디움제거능을 0.5 Log 인정받을수있다. 3) 최근정수장에활발히도입되고있는막여과공정의경우크립토스포리디움의제거능은실제적용되는막여과시스템에대해서현장의원생동물제거율실험결과와직접완결성실험결과에의해계산된 Log 제거율중낮은제거율을인정하며, 이때인정되는제거율은최대 4Log를초과할수없다. 4) 염소대체소독공정으로적용가능한오존및이산화염소에대한크립토스포리디움불활성화율인정 CT값을제시하였다. 또한오존의경우기존의정수처리기준등에제시된방법을개선하여, 현실적으로적은양의오존으로실제소독능을인정받을수있는 CT값측정기법을오존시스템특성별로제안하였다. 299
정수처리기준선진화연구 4. 선진미국, 일본등에서정수장의원생동물제어를위해적용중인자외선소독공정은국내정수장도입기준이마련되어있지않다. 따라서, 국내도입에따른시설의인증절차및운영, 유지관리시필요한항목을국내현실에맞게제안하였다. 1) 자외선소독공정도입시기타소독제에서적용하는 CT값과같이크립토스포리디움, 지아디아및바이러스의자외선소독에필요한조사량을정리하여제시하였다. 크립토스포리디움의경우 3 Log 불활성화를위해필요한조사량은 12 mj/cm 2 로제시하였으며, 바이러스 3Log 불활성화율인정조사량은 150 mj/cm 2 로제시하였다. 따라서, 현실적으로정수장에서자외선소독공정의도입시원생동물의제어는용이할것으로판단되나, 바이러스의경우염소와같은추가적인공정이필요할것으로예상된다. 2) 자외선소독반응기의인증절차는실제현장도입반응기를대상으로지표미생물을이용하여소독능평가를수행하고, 결과를바탕으로자외선조사량 (RED) 을결정한다. 이렇게결정된자외선조사량에대해실제운영인자, 즉램프의오염도, 램프수명등의인자등을안전율로감안하여실제조사량을계산한다. 이렇게최종적으로결정된조사량으로각미생물별불활성화인정율을결정한다. 3) 본연구에서제시된정수처리기준에관한제안이외에도, 중장기적으로정수장의원생동물의유입에대비한대책마련이필요하다. 현재원생동물의정수장유입원중하나인하수처리장의경우자외선소독공정이대장균의제거목적으로도입되어있다. 따라서중장기적으로하수처리장의소독공정역시원생동물의제어가가능하도록소독설비에대한인증절차, 기준등의개선대책이필요하다. 300
Ⅴ 기대성과 ( 활용방안 )
Ⅴ. 기대성과 ( 활용방안 ) Ⅴ 기대성과 ( 활용방안 ) 5.1 기대성과 o 우리나라원생동물표준시험방법개정을통한원생동물분석정확도개선및분석기술선진화 o 수질정책수립자, 수질관리자들에게원생동물관리에참고할수있는종합적인정보제공 o 원생동물분석자들이분석시활용할수있는분석방법해설서및양성판정기준제공으로분석편이성제고및정확도개선기대 o 크립토스포리디움정수처리기준도입으로염소내성미생물과아직밝혀지지않은미생물에대해서까지안전성확보체계구축 o 지속적인여과공정관리강화유도로미생물학적안전성뿐만아니라수질관리체계고도화및선진화 303
Ⅵ 참고문헌
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Ⅶ 부록
Ⅶ. 부록 부록 1 영국의먹는물크립토스포리디움위해도평가지침 (GUIDANCE ON ASSESSING RISK FROM CRYPTOSPORIDIUM OOCYSTS IN TREATED WATER SUPPLIES TO SATISFY THE WATER SUPPLY (WATER QUALITY) (AMENDMENT) REGULATIONS 1999 (1999, SI No 1524) 1. Introduction 1.1 이법은상수도계통에크립토스포리디움난포낭으로인한심각한위해도가있는지를파악하기위해국무장관이정한지침에따라각정수장이위해도평가를수행하고국무장관에게평가보고서를제출하도록규정하고있다. 중대한위해도가있는정수장에대해서는크립토스포리디움연속모니터링의무가부과된다. 1.2 본문서는각정수장에서최종처리수에대해크립토스포리디움위해도평가를위해수행해야하는일차위해도평가에대한지침을제시하고있다. 1.3 공공보건을위한기본요소는크립토스포리디움위해도에대한평가이다. 취수부분에대한위해도평가에는원수의크립토스포리디움오염가능성을갖는모든항목이망라되어야한다. 정수처리부분은부적절한제거나여과지누출, 또는이에대한경보체계의실패등을나타내는어떠한요인들도모두포함해야한다. 1.4 중대한위해도를정의하는보편적인방법을자세히서술할수는없다. 정수장마다처한조건이다르며취수원이나처리방식에대한자세한정보가없기때문이다. 1.5 위해도평가는취수원이나처리공정의변화의영향을평가하기위해때때로재수행될필요가있다. 아울러국무장관은이위해도평가에대해서도공식적인심사를실시해야한다. 이때의심사스케쥴및형식은추가지침에포함될것이며, 여기에는일차심사에서얻어진경험이반영될것이다. 이법에는중대한위해도가있었던정수장에대한해당수도사업체의심사규정도포함될것이다. 일정기간동안난포낭이검출되지않은정수장이여기에해당될것이며, 구체적인규정은다음지침에포함될것이다. 2. 위해도평가 (Risk Assessment) 2.1 수도사업체들은자체정수장을대상으로별첨 A의평가항목에따라위해도평가를수행하여야한다. 그러나본법의목적상다음과같은정수장에대해서는 2.2를제외한어떠한경우에도중대한위해도를갖는것으로분류한다. 1) 하천에서의직접취수또는평균 7일이내의저수 319
정수처리기준선진화연구 2) 대수층이지표수와연결되어원수에서분원성대장균군이검출되는경우 3) 과거에원인을설명할수없는수도관련크립토스포리디움집단발병이있었거나재발방지를위한특별조치가취해지지않았던경우 2.2 직경 1um 이상의입자를연속제거할수있는충분한처리시설 * 을갖추고이를연속모니터링하며이상발생시중지가가능한정수장은, 2.1과상관없이연속모니터링을하지않아도된다. 2.3 DWI는국무장관을대신하여각위해도평가가지침에따라철저하고일관되며방어가능한기초위에수행되었는지를검토하며중대한위해도를결과하는단하나의원인도간과하지않도록할것이다. 국무장관은그검토결과를통보할것이다. 2.4 중대한위해도가있는것으로평가된정수장에서는연속모니터링대신 2.2의처리시설도입을선택할수있으며, 이경우, DWI가인정한예정표에따라야한다. 2.5 위해도가있다고판명된정수장은규정에따라연속모니터링을실시해야한다. 그러나 2.2의개선이있는경우, 연속모니터링을계속하지않아도된다. 3. 위해도평가보고 (Reporting the risk assessment) 3.1 수도사업체들은별첨 B의 2~8의모든항목에대답하여야하며, 지역별로중요한별도의항목을추가할수있다. 3.2 수도사업체는평가결론을도출하고대표의사인과날짜를보고서에기입한다. 3.3 DWI는국무장관을대신하여각평가보고서를검토하고그결과를 1달이내에각수도사업체에통보한다. 3.4 위해도평가가만족스럽게수행되지못한경우, 반려사유가통보되며해당수도사업체는통보를받은지 1달이내에수정보고서를제출하여야한다. 수정보고서또한통과되지못한경우, 연속모니터링을실시해야하며 DWI가승인한자문기관이만족스러운위해도평가를실시, 위해도가없다는것을입증하지않는한연속모니터링은계속되어야한다. 320
Ⅶ. 부록 ANNEX A. 먹는물크립토스포리디움위해영향요인 (FACTORS WHICH COULD CONTRIBUTE TO THE RISK FROM CRYPTOSPORIDIUM OOCYSTS IN WATER SUPPLIED FROM A TREATMENT WORKS) 1. 원수 - 지표수 1.1 직접취수 (Direct abstration) 1.2 단기저수 (Short duration storage) 1.3 단락류를가진장기저수 (Long duration storage with short circuiting) 1.4 수로로의침투 (Infiltration to aqueduct) 2. 상수원요인 (Catchment factors) - 지표수 (surface water) 2.1 취수관리의결여 2.2 취수장상류로의하수처리장방류수유입 2.3 취수장상류의우수관 (Storm water outlets upstream of intake) 2.4 취수장상류수로에인접한부패조 2.5 가축사육 (Livestock farming) 2.6 가금, 특히닭사육 (Roosting birds) 2.7 토양에의거름투기 (Application of faecal matter to land) 2.8 거름저장소 (Slurry or dung stores) 2.9 배수시설이없는도살장이나가축시장 2.10 원수에서고농도분원성대장균군검출 2.11 원수에서크립토스포리디움난포낭검출 3. 지표수취수관리 (Surface water intake management) 3.1 수질변화가심한하천 (Flashy river or stream) 3.2 조류성장이나기타정수처리영향요인이존재하는저수지나호수 3.3 자동원수수질측정기없음 (No automatic quality monitors on raw water) 3.4 취수중단시설이없거나단기간만가능한경우 321
정수처리기준선진화연구 4. Water source - groundwater 4.1 하천과대수층의연결증거 4.2 오염된정 (Swallow holes) 4.3 Adits or mine galleries with upbores or ventilation shafts 4.4 저지대하천의자갈제거 (Lowland river gravel abstraction) 4.5 오염된지하토양 (Shallow underground sources) 4.6 불안정한샘 (Insecure springs) 4.7 오염된지하수면 (Unconfined conditions with shallow water table) 5. Groundwater source - additional and catchment factors 5.1 수원, 정, 지하수집수정부근의취수활동에대한관리결여 5.2 부실한포장상태 5.3 위생적으로부실한밀폐상태 5.4 홍수에영향받는수원이나정 5.5 노후된, 부실관리건물 5.6 수원근처의오수, 정화조, 슬러리시스템등 5.7 수원근처의방목장또는축사 5.8 슬러리살포 5.9 하수슬러지토양투기 5.10 거름살포 5.11 거름저장소 5.12 토양으로배수되는도살장또는가축시장 5.13 주요하수시스템의위치 5.14 강우후급변한수질변화 5.15 원수에서고농도분원성대장균군검출 5.16 원수에서크립토스포리디움난포낭검출 322
Ⅶ. 부록 6. 정수처리 (Water treatment) 6.1 효과적이지않은크립토스포리디움난포낭제거시설 6.2 수리학적설계용량을초과하여운영되는정수장또는개별처리공정 6.3 종종고액분리 ( 즉입자제거 ) 공정의실패 6.4 최종처리수탁도의심한변동 6.5 여과지에응집제를바로투입함 (Coagulation directly onto filters) 6.6 정수시설또는여과지유입량의급격한변화 6.7 탁도가연속모니터링되지않는개별여과지 6.8 역세척후시동방수되지않는여과지 6.9 역세척수재사용비율이일정하지않은경우 6.10 배출수상등액재사용율이일정하지않은경우 6.11 새로운정수처리공정 (Novel water treatment processes) 6.12 정수장근무자들의훈련정도 6.13 최종처리수에서크립토스포리디움난포낭검출 7. Cryptosporidium history 7.1 과거상수도와관련성이의심되는크립토스포리디움집단발병의경험 8. 위해도평가결론 (ASSESSMENT CONCLUSION) 323
정수처리기준선진화연구 부록 2 영국먹는물의크립토스포리디움검출사례 (2007-2009) 2007 1) 발생기간 : 2007.6.15부터 11일동안 2) 발생지역 : North Walsham, Norfolk ( 급수인구 15,040명 ) - 공급회사 : Anglian Water (ANG) 3) 사고원인 : 원수 ( 지하수 ) 수질악화로인해처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 발생지역에 Boil Water Notice, 임시적으로여과및 UV처리실시, 병물제공, 지하수오염이재발되지않도록문제가된정은영구봉쇄 1) 발생기간 : 2008.1.18부터 3주동안 2) 발생지역 : 버크셔클리브정수장등 ( 급수인구 235,119명 ) - 공급회사 : Thames Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 집중강우로인한범람으로지하수시추공이오염, 원수탁도급상승 1) 발생기간 : 2008.2.3부터 4일동안 2) 발생지역 : Chingford 정수장등 ( 급수인구 295,728명 ) - 공급회사 : Thames Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 정수장가동중단후새로운공정추가및점검체계후가동재개 2008 1) 발생기간 : 2008.6.14부터 24시간동안 2) 발생지역 : Blatchington WQ zone 등 ( 급수인구 50,757명 ) - 공급회사 : South East Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 정수장가동중단, 연속모니터링하면서재가동, DWI에서 UV 도입권고 1) 발생기간 : 2008.6.25부터 10일동안 2) 발생지역 : Pitsford 정수장등 ( 급수인구 258,000명 ) - 공급회사 : Anglian Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출로인한끓여먹기권고 4) 대응 : 물탱크출입문관리소홀로토끼가처리수에접근함, UV 시설도입 1) 발생기간 : 2008.8.27부터 20일동안 2) 발생지역 : Mynydd Llandegai 정수장등 ( 급수인구 66,550명 ) - 공급회사 : Welsh Water 3) 사고원인 : 원수에서크립토스포리디움검출로끓여먹기권고 (Boil Water Notice) 4) 대응 : 크립토스포리디움배출원조사시작, UV시설도입 324
Ⅶ. 부록 1) 발생기간 : 2008.11.5부터 1일동안 2) 발생지역 : Playhatch 정수장등 ( 급수인구 20,300명 ) - 공급회사 : Thames Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출로정수장가동중단 4) 대응 : 불충분한여과처리로시추공에서크립토스포리디움발견, 시추공에 CCTV 설치 2008 1) 발생기간 : 2008.11.12부터 48시간동안 2) 발생지역 : Tonbridge 정수장등 ( 급수인구 1,000명 ) - 공급회사 : South East Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 정수장가동중단, 부적절한여과로인해시추공오염, UV 설치권고 1) 발생기간 : 2008.12.1부터 1일동안 2) 발생지역 : Matts hill 정수장등 ( 급수인구 133,000명 ) - 공급회사 : Southern Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 정수장가동중단, 아직원인조사중 1) 발생기간 : 2008.12.29부터 3주일동안 2) 발생지역 : Church Wilne 정수장등 ( 급수인구 366,499명 ) - 공급회사 : Severn Trent Water 3) 사고원인 : 처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 정수장관리시스템강화, 2009 1) 발생기간 : 2009.9.11부터 12시간동안 2) 발생지역 : Lancaster, Morecambe와 Langthwaite 지역의 Lancaster 정수장 ( 급수인구 118,000명 ) - 공급회사 : United Utilities Water 3) 사고원인 : 응집실패로처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 장비수리, 2008년 8월응집제유지관리미흡으로연속 3회크립토스포리디움검출 1) 발생기간 : 2009.8.8부터 3일동안 2) 발생지역 : Golalming, Witley, South Guildoford, Surrey 지역의 Shalford 정수장 ( 급수인구 50,000명 ) - 공급회사 : Thames Water 3) 사고원인 : 응집상의문제와크립토스포리디움검출 4) 대응 : 재발방지를위해철염주입을위한경보장치도입 325
정수처리기준선진화연구 1) 발생기간 : 2009.10.14부터 1일동안 - 공급회사 : United Utilities Water 2) 발생지역 : Merseyside, Cheshire 지역의 Huntingdon 정수장 ( 급수인구 1,500,000명 ) 3) 사고원인 : 정수처리실패로처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 결함장비수리, 감사및정밀조사실시, 경보장치설치활발 1) 발생기간 : 2009.10.30부터 24시간동안 2) 발생지역 : Cumbria 남서부 Ulpha 정수장 ( 급수인구 72,466명 ) - 공급회사 : Unitied Utilities Water 3) 사고원인 : 정수처리실패로처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 결함장비수리및 DOC 모니터에추가경보장치설치 (DWI : 응집공정부적절, 근본적인공정개선과긴급정지매뉴얼재검검권고 ) 1) 발생기간 : 2009.11.17 부터 24 시간동안 - 공급회사 : Bristol Water 2009 2) 발생지역 : Bristol 인근 Littleton-Upon-Severn 지역공급 Purton 정수장 ( 급수인구 403,000 명 ) 3) 사고원인 : 정수처리실패로처리수에서크립토스포리디움검출 4) 대응 : 응집제주입장비결함수리, 생산량감소, 유동유량계조사 1) 발생기간 : 2009.11.22부터 3일동안 - 공급회사 : Wessex Water 2) 발생지역 : Warminster 와 Bath지역의 Upton Scudamore 정수장 ( 급수인구 122,500명 ) 3) 사고원인 : 원수수질악화로크립토스포리디움수준상승 4) 대응 : 재검사및원수오염원조사, 오염원제거 1) 발생기간 : 2009.12.13부터 1일동안 - 공급회사 : Southern Water 2) 발생지역 : Warwickshire과 Leicestershire지역의 Melbourne 정수장 ( 급수인구 950,000명 ) 3) 사고원인 : 처리수의크립토스포리디움검출 4) 대응 : 비전형적인크립토스포리디움난포낭발견으로철저한재조사실시 326
Ⅶ. 부록 부록 3 원생동물표준시험방법개정안 본연구에서개정을제안한내용은밑줄친부분임 1. 목적 이시험방법은 수도법시행령 제48조및 정수처리기준등에관한사항 제8조에의한크립토스포리디움 (Cryptosporidium) 난포낭과지아디아 (Giardia) 포낭의분포실태조사를실시하거나그밖의목적으로하천수, 호소수, 지하수, 수돗물등의크립토스포리디움난포낭과지아디아포낭을검출함에있어검사결과의정확과통일을기하기위해필요한제반사항에대하여규정함을목적으로한다. 2. 시약및표준용액 가. ph 조정용시약 1) 수산화나트륨용액 1.0 및 6.0N의수산화나트륨용액을준비한다. 2) 염산용액 0.1, 1.0 및 6.0N의염산용액을준비한다. 3) 이시험방법은작은 ph의변화에도커다란영향을받을수있으므로, 가급적이면완성품을사용한다. 나. 시료채취및여과과정 1) 2% 티오황산나트륨용액티오황산나트륨을정제수에녹여고압증기멸균한후 1~10 에서보관한다. 2) 정제수포낭, 난포낭, 자기성광물질등본시험방법에영향을주는물질이포함되지않는물이어야한다. 327
정수처리기준선진화연구 다. 시료의추출및농축과정 1) 캡슐필터용추출완충용액 (1) 로레쓰-12(Laureth-12) 1) 용액로레쓰-12 10g을초음파또는열판을이용하여약 90mL의정제수에용해시킨다음, 정제수로최종부피를 100mL로맞추어 10% 용액을만든다. 10% 용액을멸균된바이알에 10mL씩분주하여실온또는냉동보관한다. 10% 로레쓰-12 용액은실온에서는 2개월, -20 이하에서는 1년이상보관할수있다. (2) 1M 트리스 (Tris) 용액트리스 121.1g을약 700mL의정제수에녹이고 6.0N 염산또는 6.0N 수산화나트륨을사용하여 ph를 7.4로맞춘다음, 정제수로최종부피가 1000mL가되도록한다. 제조된트리스용액을미리멸균처리된 0.2μm 필터를사용하여여과멸균하고실온에서보관한다. (3) 0.5M 에틸렌디아민테트라아세트산디나트륨 2수화물(Ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt dihydrate, EDTA) 용액에틸렌디아민테트라아세트산디나트륨 2수화물 186.1g을약 800mL에용해시킨후, 6.0N 염산또는 6.0N 수산화나트륨을사용하여 ph를 8.0으로맞춘다음, 정제수로최종부피가 1000mL가되게조정하고, 1.0N 염산또는 1.0N 수산화나트륨을사용하여 ph를 8.0으로재조정한다. (4) 소포제 (Antifoam A) 2) (5) 캡슐필터용추출완충용액바이알에담긴 10% 로레쓰-12 용액 10mL를정제수를사용하여여러번헹구어비이커에옮긴다. 여기에 1M 트리스용액 10mL, 0.5M EDTA 용액 2mL, 소포제 150μL를가한후정제수를추가하여최종부피를 1000mL로맞춘다. 캡슐필터용추출완충용액은사용시조제한다. 2) 멤브레인디스크필터용추출완충용액염화나트륨 8.0g, 인산2수소칼륨 0.2g, 인산1수소나트륨 12수화물 2.9g, 염화칼륨 0.2g, 황산도데실나트륨 1g, 트윈 80(Tween 80) 3) 1mL, 소포제 100μL를정제수약 750mL에용해시킨후 ph를 7.4로맞춘다음, 정제수로최종부피가 1000mL가되게조정한다. 멤브레인디스크필터용추출완충용액은사용시조제한다. 1) PPG Industries, Gurnee, 1L, cat. no. 06194, 또는동급제품을사용할수있다. 2) Sigma Chemical Co., cat. no. A5758, 또는동급제품을사용할수있다. 3) Sigma Chemical Co., cat. no. p1754, 또는동급제품을사용할수있다. 328
Ⅶ. 부록 라. ( 난 ) 포낭의분리과정 1) 면역자기분리용키트 4) 면역자기분리용시약은 1~10 에서냉장보관하며동결되지않도록한다. 동결되었거나유효기간이지난시약은폐기한다. 마. ( 난 ) 포낭의염색과정 1) 메틸알코올. 고순도메틸알코올을사용한다. 2) 직접염색 (Direct labeling) 키트 5) 3) 인산완충용액 6) ph 7.4를준비한다. 1~10 에서냉장보관하며동결되지않도록한다. 이물질또는생장물이검출되거나 6개월이지난용액은폐기한다. 4) 4',6-디아미디노-2-페닐인돌 (4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI) 7) 염색시약 (1) DAPI 저장용액 DAPI 2mg을고순도메틸알코올 1mL에용해시키고 1~10 의암소에냉장보관하며동결되지않도록한다. (2) DAPI 염색용액 DAPI 저장용액 10μL를인산완충용액 50mL에녹여 1:5000의희석액을만든다. DAPI 염색용액은염색할때마다조제하여사용한다. DAPI 염색상태가희미하거나확산되는것이발견되면염색용액의농도를증가시킬수있다. 사용이끝난잔여용액은폐기한다. 5) 세정완충용액. 직접염색 (Direct labeling) 키트에포함된세정완충용액을사용하거나인산완충용액을사용할수있다. 6) 마운팅메디움 (Mounting medium) 직접염색키트에포함된마운팅메디움을사용할수있으며, 또는 DABCO (1,4-Diazabicyclo octane) 8) / 글리세린마운팅메디움 (2%) 을다음과같이조제하여사용할수있다. 글리 4) Dynabeads R GC-Combo, Dynal cat. no. 730.02, 730.12, 또는동급제품을사용할수있다. 5) Merifluor TM Cryptosporidium / Giardia, Meridian Diagnostics, cat. no. 250050, 또는동급제품을사용할수있다. 6) 시판완충용액을사용하거나, 다음과같이조제하여사용할수있다. 염화나트륨 8.0g, 인산 2 수소칼륨 0.2g, 인산 1 수소나트륨 ( 무수화물 ) 1.15g, 염화칼륨 0.2g 을정제수약 750mL 에용해시킨후, ph 를 7.4 로맞춘다음, 정제수로최종부피가 1000mL 가되게조정하고 0.2μm 필터를사용하여여과멸균하거나고압증기멸균하여사용할수있다. 7) Sigma Chemical Co., cat. no A5758, 또는동급제품을사용할수있다. 8) Sigma Chemical Co., cat. no. D-2522, 또는동급제품을사용할수있다. 329
정수처리기준선진화연구 세린과인산완충용액을 6:4 의비율로섞어글리세린 / 인산완충용액의혼합액을만든 다. DABCO 2g 을따뜻한글리세린 / 인산완충용액의혼합액약 95mL 에완전히용해 시킨후최종부피를 100mL 로하여사용한다. 바. 정도관리 1) 정도관리용 ( 난 ) 포낭표준용액 9) 표준용액을직접조제할경우, 실험결과의통계학적신뢰성이낮으므로, 실험실에흘림세포계측기 (Flow cytometry) 가구비되지않은경우반드시제조업체에서시판하는표준물을구매사용하여야한다. 표준용액은사용전까지 1~10 에서저장하되얼리면안된다. 3. 기구및재료 가. 기본장비및재료 1) 냉장운반컨테이너 2) 교반막대 3) 교반기 4) 볼텍스믹서 5) ph 측정기 6) 화학저울정밀도가 0.1mg이고, 최소 10mg까지읽을수있어야한다. 7) 피펫 5, 10 및 25mL 용량의유리또는플라스틱재질의피펫과 1회용파스퇴르피펫을사용한다. 8) 마이크로피펫및마이크로피펫팁 0~10μL, 10~100μL 및 100~1000μL 용량의마이크로피펫과규격에맞는마이크로피펫팁을사용한다. 9) 비이커 25, 50, 100, 500, 1000 및 2000mL 용량의유리또는플라스틱재질을사용한다. 10) 미세원심분리관 (Microcentrifuge tube) 1.5mL 용량의플라스틱재질을사용한다. 9) EasySeed (BTF Co., cat. no. ES-CG100), 또는동급제품을사용할수있다. 330
Ⅶ. 부록 나. 시료채수및여과과정 1) 원수시료채수통 (10L) 하단에배수꼭지가장착되어있고, 최소 1L 간격의눈금이그려져있어야한다. 필요시일회용 10L 저밀도폴리에틸렌 (Low density poly ethylene, LDPE) 채수병을사용한다. 2) 시료여과를위한장비원수시료의여과를위한캡슐필터와정수시료의여과를위한멤브레인여과장치또는 HV 캡슐필터 (High Volume Capsule filter) 를사용하여야한다. (1) 캡슐필터 (Capsule filter) 10) (2) HV 캡슐필터 (High Volume Capsule filter) 11) (3) 멤브레인여과장치 1 지름 142mm의멤브레인여과장치 12) 및그에적합한규격의멤브레인필터 13) 를사용한다. 단필터의공경은 2 μm를초과해서는안된다. 2 마개달린시료컵 (125mL) 3) 시료여과에필요한부속장치 (1) 배관 14) 내벽에 ( 난 ) 포낭이쉽게부착되지않으며, 연동펌프의사용에의한음압에배관의직경이수축되지않고, 고압증기멸균에내구성을갖는유리, 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene, PTFE), 고밀도폴리에틸렌 (High density polyethylene, HDPE) 등의재질로만든배관을사용한다. (2) 정량또는연동펌프 0.4~4L/min의유속을조절할수있어야한다. (3) 유량계 10) Envirochek (Pall Gelman Laboratory, Ann Arbor, MI, Envirochek Sampling Capsule, product 12110), 또는동급제품을사용할수있으며, Envirochek 은재사용할수없다. 11) Envirochek HV(Pall Gelman Laboratory, Ann Arbor, MI, Envirochek Sampling Capsule, product 12099), 또는동급제품을사용할수있으며, Envirochek HV 는재사용할수없다. 12) Micro-filtration systems, pleasanton CA, KS142/302000 또는동급제품을사용할수있다. 13) Nuclepore polycarbonate track-etch membrane no. 112112 또는동급제품을사용할수있다. 14) Tygon formula R-3603, 또는동급제품을사용할수있다. 331
정수처리기준선진화연구 다. 시료의추출및농축과정 1) 캡슐필터용팔달린진탕기 (Wrist-action shaker) 15) 2) 라텍스장갑분말가루가없는것을사용하여야한다. 3) 메스실린더 10, 100, 1000mL 용량으로, 고압증기멸균이가능하여야한다. 4) 초음파세척기 5) 농축장치 (1) 원심분리기원심분리기는 15~250mL 원심분리관을수용할수있고, 1500 g를달성할수있어야하며, 반드시 Swing Bucket Rotor를사용하여야한다. (2) 원심분리관 15, 50, 175 또는 250mL 용량으로서눈금이그려져있어야한다. (3) 흡인장치 (Aspirator 또는진공펌프 ) 라. ( 난 ) 포낭의분리과정 1) 리톤시험관 16) 60 10mm의자기포획면을가진 16 125mm의리톤형시험관을사용한다. 2) 회전혼합기 (Rotating mixer) 17) 3) 리톤시험관용자기입자농축기 18) 4) 미세원심분리관용자기입자농축기 19) 마. ( 난 ) 포낭의염색과정 1) 웰슬라이드 20) 2) 커버글라스 15) Lab-Line model 3589, VWR Scientific cat. no. 57039-055, Lab-Line Model 3587-4, VWR Scientific cat. no. 57039-045, 또는 Fisher cat. no. 14260-11 및 Fisher cat. no. 14260-13, 또는동급제품을사용할수있다. 16) Dynal L10, cat. no. 740.03, 또는동급제품을사용할수있다. 17) Dynal Inc., Lake Success, NY, cat. no. 947.01, 또는동급제품을사용할수있다. 18) Dynal MPC-1, cat. no. 120.01, 또는동급제품을사용할수있다. 19) Dynal MPC-M, cat. no. 120.09, 또는동급제품을사용할수있다. 20) Spot-On 웰슬라이드 (Dynal cat. no.740.04), 또는동급제품을사용할수있다. 332
Ⅶ. 부록 바. ( 난 ) 포낭현미경관찰 1) 현미경시스템 (1) 형광 / 미분간섭대비 (Epifluorescence/Differential Interference Contrast) 현미경 21) 20배 (N.A.=0.5), 40배 (N.A.=0.75) 및 100배 (N.A.=1.5) 의대물렌즈를가진현미경을사용한다. (2) 면역형광필터 (Excitation/Band-pass filters for Immuno Fluorescence Assay) 현미경에는면역형광염색관찰을위하여 450~490nm 여기필터 (Exciter filter), 510nm 이색성광선분리거울 (Dichroic beam-splitting mirror), 515~520nm 불투과또는억제필터 (Barrier or Suppression filter) 가장착되어야한다. (3) DAPI형광필터 (Excitation/band-pass filters for DAPI) 현미경에는 DAPI형광염색관찰을위하여 340~380nm 여기필터 (Exciter filter), 400nm 이색성광선분리거울 (Dichroic beam-splitting mirror), 420nm 불투과또는억제필터 (Barrier or Suppression filter) 가장착되어야한다. (4) 마이크로미터현미경관찰시 ( 난 ) 포낭의크기를측정할수있어야하며, 화상분석시스템으로대치될수도있다. (5) 사진기형광현미경에부착되어현미경으로관찰된상을촬영할수있어야한다. 4. 시료의보관및처리기간 1) 시료는가능한한신속히처리되어야한다. 2) 당일시료처리를완료할수없는경우, 시료채수또는여과, 시료의슬라이드적용, 염색직후에시료처리가다음과같이지체될수있다. (1) 시료의추출은시료채수또는여과가완료된이후, 96시간이내에완료되어야한다. 단, 지체시시료는 1~10 에서냉장보관되어야한다. (2) 추출, 농축그리고면역자기분리과정은완료시까지연속하여진행하여야한다. (3) 시료의염색은슬라이드적용후 72시간이내에완료되어야한다. (4) 현미경관찰과확정은염색이완료된후즉시실시하되 7일이내에완료되어야한다. 단염색이희미해지는것이발견되는경우시료의보관시간을단축하여야한다. 21) Zeiss Axioskop, Nikon Eclipse E600, Olympus BH, 또는동급제품을사용할수있다. 333
정수처리기준선진화연구 5. 실험과정 가. 시료채수와여과과정 1) 채수자는반드시 1회용장갑을착용해야하며시료가원생동물에의해오염될수있는조건을피해야한다. 장갑을착용한손이오염되었을수있는부품이나부위에닿았을경우새장갑으로바꾸어착용하여야한다. 2) 원수시료는채수지점에서 10L를채수하여채수통에담아실험실로운반하여여과하는것을원칙으로한다. 3) 실험실로운반된원수시료는캡슐필터를사용하여여과하여야한다. 단, 시료채수지점에전원이공급되거나오염가능성이없다고판단되는등조건이갖추어진경우, 채수지점에서시료를여과할수있다. 4) 정수시료는채수지점에서멤브레인여과장치또는 HV 캡슐필터를사용하여 100L를여과하고필터를실험실로운반한다. 5) 모든시료는채수한당일실험실로냉장상태로운반하여야하며, 이후의실험과정에들어가기전까지 1~10 하에보관하여야한다. 실험자는시료를받은후접수번호, 접수일, 접수자, 도착시시료온도와시료의조건, 시료보관위치와보관온도를원생동물시험일지에기록하여야하며, 이때시료의온도가 20 를초과하거나동결상태인경우시료를다시채수하도록한다. 6) 캡슐필터에의한원수여과 (1) 시료가들어있는채수통의배수꼭지부분과캡슐필터의유입구를배관으로연결하고, 유출구에서폐액통으로연결된배관의중간부분에정량및연동펌프가설치되어지도록여과장치를연결한다 (Fig 5-1). 캡슐필터시료 유속계 펌프 Fig 5-1. 캡슐필터를이용한시료여과장치의모식도 배수 334
Ⅶ. 부록 (2) 채수통의배수꼭지를열어시료를통과시켜캡슐필터내에시료를채운다. 이때캡슐필터에장착된공기밸브를열어야하며캡슐필터내에공기가모두없어지면공기밸브를닫는다. 시료가공기밸브를통하여새어나오지않도록한다. (3) 펌프를서서히작동시켜여과를시작한다. 유속이 2L/min 이하가되도록한다. (4) 시료가모두여과되면, 펌프를끄고채수통에정제수 1L를가한후채수통벽을세척하여그세척액을다시여과한다. (5) 여과가끝나면, 캡슐필터의유입구와유출구를여과장치에서분리한후, 유입구와유출구를모두봉한다. (6) 시료여과시작시간과종료시간, 사용된필터의종류와로트번호, 여과된시료의양그리고기타특이사항을원생동물시험일지에기록하여야한다. 7) HV 캡슐필터에의한정수여과 (1) HV 캡슐필터를채수하고자하는수도꼭지에연결하고후단에유량계를장착한다. 필요시필터전단으로 2% 티오황산나트륨용액이연속유입되도록할수있다. (2) 수도꼭지를틀어유속이 2L/min 이하가되도록조절한다. 필요시필터전단에유속조절계를설치하거나전단또는후단에펌프를연결하여유속을조절할수있다. (3) 시료 100L가모두여과되면수도꼭지를잠그고필터의유입구를수도꼭지로부터분리한후유입구와유출구를모두봉한다. (4) 시료여과시작시간과종료시간, 사용된필터의종류와로트번호, 여과된시료량그리고기타특이사항을원생동물시험일지에기록하여야한다. 8) 멤브레인여과장치에의한정수여과 (1) 멤브레인여과장치의조립멤브레인여과장치는조립순서에따라 3개의지지각, 하부판및유출피팅, 하부유출판, 폴리테트라플루오로에틸렌 (Polytetrafluoroethylene, PTFE) 으로표면처리된막지지판, PTFE 재질의가스켓, 상부판및공기밸브, 분사판그리고유입피팅으로구성되어있다. 1 멤브레인여과장치의모든구성품을깨끗이세척하고건조시킨다 22). 2 3개의지지각, 하부판및배출피팅, 하부배출판그리고 PTFE로표면처리된막지지판의순서로조립한다. 막지지판은 PTFE로표면처리된면이위로향하도록한다. 3 분사판과가스켓을끼운상부판을하부판에맞추어올려놓는다 23). 22) 고압증기멸균을할경우막지지판이훼손될수있다. 335
정수처리기준선진화연구 (2) 유속조절멤브레인필터를제외한여과장치를채수하고자하는수도꼭지에직접연결하고, 후단에유량계를장착한다. 수도꼭지를틀어유속이 2L/min 이하가되도록수도꼭지의수압을조절한다. 필요시펌프를연결하여속도를조절한다. 그리고최소 20L이상의수돗물을흘려세척한다. (3) 여과 1 상부판을들어올리고, 핀셋을사용하여막지지판위에멤브레인필터를반짝이는면이위로향하도록중앙에평평하게놓는다. 2 상부판을하부판에올려놓고연결너트를조인다 24). 3 시료를여과한다. 필요시, 여과장치전단으로 2% 티오황산나트륨용액이연속유입되도록할수있다. 공기밸브를열어멤브레인여과장치속의공기를모두제거한다. 이때멤브레인여과장치를여러방향으로기울여야잔여공기가모두배출된다. 4 시료가모두여과되면, 수도꼭지를잠근다. (4) 필터의회수및여과장치분해 1 유출구끝을분해한다. 이때역류로인한 ( 난 ) 포낭의손실을막기위해유입피팅이유출피팅보다높도록한다. 2 펌프를사용하여필터위에남아있는물을모두배수시킨다. 3 연결너트를풀어상부판을들어낸다. 이때필터와막지지판이가스켓에붙지않도록한다. 4 끝이무딘핀셋을사용하여 ( 난 ) 포낭이손실되지않도록필터를접은후 125mL의깨끗한시료컵에넣는다. 5 상부판을시료컵에가까이대고미리준비한 2% 티오황산나트륨용액으로세척한다. 티오황산나트륨용액은시료컵속의필터가잠기는데필요한최소의양을사용한다. 이를위하여분사병이나세척병등을사용할수있다. 6 탁도가높아 100L 수돗물의여과에두장이상의필터가소요되는경우, (3) 1부터 (4)4 까지의과정을반복한다. 7 시료의여과가끝나면시료여과시작시간과종료시간, 사용된필터의종류와 23) 필터는가스켓보다커서전체를덮을정도여야한다. 가스켓이나너트가훼손되지않도록주의하여야한다. 24) 수도꼭지의수압은그대로유지시킨다. 이를위하여수도꼭지와유입피팅사이의배관에 T' 형피팅을삽입하고클램프를이용하여필터가들어있는멤브레인여과장치를장착하는동안물을배수시킨다. 336
Ⅶ. 부록 로트번호, 여과된시료의양그리고기타특이사항을원생동물시험일지에 기록하여야한다. 나. 시료추출과농축과정 1) 캡슐필터또는 HV 캡슐필터여과시료의추출 (1) 기구의설치및준비 1 캡슐필터용팔달린진탕기 (Wrist-action shaker) 에캡슐필터또는 HV 캡슐필터가바닥과수평으로놓이도록클램프를수직으로장착한다. 2 당일처리할모든시료에동일한추출완충용액을사용할수있도록충분한양을준비한다. 통상한시료당약 300mL의추출완충용액이필요하다. (2) 시료의추출 1 적절한도구를사용하여필터를수직으로세우고유입구뚜껑을연후추출완충용액을주입한다. 주입량은약 125mL 정도로서, 캡슐내부의필터가추출완충용액에잠기어야한다. 주입후유입구뚜껑을닫는다. 2 캡슐필터용팔달린진탕기의클램프에공기밸브가위로향하도록 ( 시계 12시방향 ) 필터를장착하고, 진탕기를약 900 rpm 또는최고속도로작동시켜필터를 5분동안진탕한다. 3 진탕기에서필터를떼어내고, 유입구뚜껑을연후내용물을 250mL 원심분리관에옮긴다. 이때윗부분에위치한유출구뚜껑도같이열어준다. 4 다시필터에추출완충용액을 1과같이충분히주입한후뚜껑을닫는다. 5 진탕기에장착하되, 공기밸브가시계 4시방향으로놓이도록하고 5분동안진탕한다. 6 필터의공기밸브가시계 8시방향으로놓이도록하고다시 5분동안진탕한다. 7 진탕기에서필터를떼어내고, 유입구뚜껑을연후내용물을원심분리관에옮긴다. 윗부분에위치한유출구뚜껑도같이열어준다. 8 분사병또는세척병을사용하여정제수나추출완충용액으로캡슐내벽을충분히씻은후, 필터를원심분리관위에거꾸로세워놓고가능한한많은양의추출물이옮겨지도록한다. 마찬가지로윗부분에위치한유출구뚜껑도같이열어준다. 2) 멤브레인필터여과시료의추출 (1) 당일처리할모든시료에동일한추출완충용액을사용할수있도록충분한양을준비한다. 통상한시료당 100mL의추출완충용액이필요하다. 337
정수처리기준선진화연구 (2) 시료의추출 1 시료컵에적당량의추출완충용액을첨가한다. 2 라텍스장갑을착용한손으로필터를잡고엄지와검지손가락으로필터를주물러가능한한많은물질들이떨어지도록문지른다. 필터를펴고안쪽에있는물질들이떨어지도록손가락으로필터를살짝긁어내린다. 이러한동작을 2분동안계속한다. 3 필터가들어있는시료컵을초음파세척기에반쯤넣어 1~2분동안초음파처리한다. 일회용피펫을사용해필터가용액표면위로나오지않도록눌러준다. 4 2의과정을다시실시한후필터를제외한여액을원심분리관에넣는다. 5 필터를쥐어짜서모든여액이원심분리관에옮겨지도록한다. 시료컵을약간의추출완충용액으로세척하고그여액역시원심분리관에넣는다. 3) 시료의농축 (1) 여과추출액을원심분리하여 15mL 원심분리관에최종농축한다. (2) 최종농축할때까지의원심분리횟수를가급적줄이고, 원심분리는 1500 g에서 15 분동안실시한다. (3) 상등액을제외한농축물의양과농축한날짜및시간을함께시험일지에기록한다. (4) 흡인장치 (Aspirator), 진공펌프또는연동펌프를사용하여상등액을농축물이교란되지않도록조심스럽게제거하여최종 5mL까지남긴다. 다. ( 난 ) 포낭의분리과정본과정은 ( 난 ) 포낭을기타물질로부터분리하는과정으로서면역자기분리 (Immuno -magnetic separation) 방법을사용한다. 1) 적용할농축물의양결정 (1) 원심분리결과최종농축물의양이 0.5mL 이하이면면역자기분리과정을수행한다. (2) 최종농축물의양이 0.5mL를초과하면농축물을 0.5mL를초과하지않는여러개의시료로나누어면역자기분리과정을진행한다. 이때필요한시료의수는최종농축물의총량을 0.5mL로나누고가까운정수로올림하여결정한다 ( 예를들어, 최종농축물의총량이 1.2mL이면필요한시료의수는 3개이다 ). 338
Ⅶ. 부록 시료를나누는과정은다음과같다. 1 최종농축물이들어있는원심분리관에적당량의정제수를넣고강하게흔들어최종농축물을재부유시킨다. 2 재부유된시료의부피를측정하고, 그값을시료의수로나누어, 각시료의양을결정한다. (3) 최종농축물의부피, 시료의수, 재부유된시료의부피그리고나뉘는시료의양을시험일지에기록한다. 2) 면역자기분리과정 (1) 면역자기분리용키트의준비 1 면역자기분리과정은 15~25 가유지되는실험실에서수행되어야하며, 원심분리완료후부터면역자기분리과정시작전까지시료를냉장보관해서는안된다. 냉장보관된모든면역자기분리용키트역시실험전미리같은조건에맞추어야한다. 2 면역자기분리용키트에포함된 10 SL-buffer-A를 10배희석하여 1 SL-buffer-A 로만든다. 10 SL-buffer-A는냉장보관시결정이생성되므로실험전상온에서결정을없애고희석하여야한다. (2) 자기체 (Beads) 와 ( 난 ) 포낭의결합과정 1 리톤시험관에면역자기분리용키트에포함된 10 SL-buffer-A 1mL와 10 SL-buffer-B 1mL를넣는다. 2 1)(1) 또는 1)(2) 의농축된시료또는재부유된시료를 10 SL-buffer-A와 10 SL-buffer-B가들어있는리톤시험관에옮긴다. 정제수로원심분리관내벽을세척하여가능한모든물질을옮겨야하며, 리톤시험관내용액의최종부피가 12mL 가되도록한다. 시료를옮기기전리톤시험관에 12mL되는곳을미리표시할수있다. 리톤시험관으로옮기기직전시험관혼합기를이용하여 10~15초동안강하게흔들어섞은후완전히균질화가되었는지확인한다. 다만, 철등의자기를띠는물질을포함하는시료의경우에는리톤시험관용자기입자농축기를이용하여자기체를제거한후이후의과정을진행한다. 즉 10 SL-buffer-A 1mL와 10 SL-buffer-B 1mL가들어있는리톤시험관외에빈리톤시험관을준비하여 1)(1) 또는 1)(2) 의농축된시료또는재부유된시료농축물 5mL를옮긴후원심분리관내벽을세척하여가능한모든물질을빈리톤시험관으로옮긴다. 시료가들어있는리톤시험관을리톤시험관용자기입자농축기에장착한후 90 각도로기울이는방식으로대략초당 1번씩 2분동안부드럽게흔들어준다음, 자기입자농축기에장착한채로 339
정수처리기준선진화연구 리톤시험관의자기면이위로향하도록한상태에서시료를 SL-buffer가들어있는리톤시험관으로옮겨이후의과정을진행한다. 또한 ph가알칼리또는산성인시료의경우에는중화처리후후면역자기분리과정을진행하면회수율을높일수있다. 즉 1)(1) 또는 1)(2) 의농축된시료또는재부유된시료를 10 SL-buffer-A와 10 SL-buffer-B가들어있는리톤시험관에옮긴후시험관을뒤집는방식으로 3회혼합하여 ph를측정한다음 1N HCl 또는 1N NaOH를첨가하여 ph 7 정도로조정할수있다. 3 면역자기분리용키트에포함된 anti-cryptosporidium 자기체용액과 anti-giardia 자기체용액을각각 100μL씩취하여시료와 SL-buffer가들어있는리톤시험관에첨가한다. 이때 anti-cryptosporidium 자기체와 anti-giardia 자기체가각각들어있는플라스틱용기는사용전 10초동안강하게흔들어자기체가완전히부유하여바닥에남아있지않도록하여야한다. 4 리톤시험관을밀봉한후회전혼합기에장착하고약 18rpm으로최소 1시간동안회전시킨다. 5 리톤시험관을회전혼합기에서분리하여평평한면이리톤시험관용자기입자농축기의자석부분에닿도록끼운다. 리톤시험관의평평한면이아래로향하도록리톤시험관용자기입자농축기를손에들고 90 각도로기울이는방식으로부드럽게흔들어준다. 대략초당 1번씩기울이는동작을 2분동안계속한다. 이과정은자기력이있는저중량물질이자기체에부착하는것을방지하기위한것이므로시료의흔들기를 10초이상지체하였다면처음부터다시흔들어주는것이좋다. 6 리톤시험관을리톤시험관용자기입자농축기로부터떼지않은상태에서마개를열고리톤시험관에들어있는상등액을모두적절한용기로옮긴다. 이때자기입자농축기의자기면이위로가도록하고, 시험관입구에묻어있는상등액을깨끗한티슈로조심스럽게닦아내어탁질이다음과정으로옮겨지는것을최소화한다. 또한상등액을모두옮긴뒤에도리톤시험관에탁질이많이남아있을경우에는리톤시험관을자기입자농축기로부터떼지않은상태에서자기면을위로가도록한다음인산완충용액 10mL으로평평한면의반대편을씻어준다. 7 자기입자농축기에서리톤시험관을분리하고 1 SL-buffer-A 1mL를조심스럽게넣은후리톤시험관을부드럽게흔들어시험관내모든물질이 1 SL-buffer-A 속에재부유되도록한다. 8 자석띠가장착된미세원심분리관용자기입자농축기에 1.5mL 미세원심분리관을미리끼워놓고, 여기에자기체가재부유된용액전량을옮긴다. 340
Ⅶ. 부록 9 정제수또는 1 SL-buffer-A 0.5mL를리톤시험관의평평한면에직접가하고, 78의과정을반복한후리톤시험관을똑바로세워정치시킨후바닥에모인용액을모두 1.5mL 미세원심분리관으로옮긴다. 10 미세원심분리관용자기입자농축기에자기체가재부유된용액이담긴미세원심분리관을끼운채초당 1회의속도로 1분동안 180 각도로부드럽게흔들어준다. 이과정의결과, 미세원심분리관이자기입자농축기와접촉한부분에갈색점이생성된다. 11 미세원심분리관의상등액을신속히흡인, 제거한다. 처리해야할시료가두개이상인경우에는각미세원심분리관마다 180 회전을세번실시한후상등액을제거한다. 상등액을제거할때에자석부위근처의미세원심분리관벽에부착되어있는갈색점을훼손하면안된다. 미세원심분리관을흔들거나미세원심분리관용자기입자농축기에서탈착하여도안된다. 미세원심분리관내에협잡물이남아있으면, 슬라이드글라스까지옮겨지게되어현미경관찰시방해물질로작용하므로이런경우한번더세정과정을거친다. 즉상등액을제거하고난후, 자기입자농축기에서자석띠를분리한상태에서미세원심분리관에인산완충용액을첨가하여 180 각도로 5~10회부드럽게흔들어준다음자석띠를다시장착하여 10 및 11의과정을수행한다. (3) 자기체와 ( 난 ) 포낭결합체의해체과정 1 미세원심분리관용자기입자농축기에서자석띠를분리한다. 2 미세원심분리관에 0.1 N 염산 50 μl를첨가하고 50초이상격렬하게교반한후 25) 자석띠를뺀미세원심분리관용자기입자농축기에끼우고최소 10분동안정치한다. 이때, 사용되는 0.1 N HCl의농도는주기적으로점검되어야한다. 다만, 산을첨가하면시료에함유된특정물질과의화학반응으로방해물질이형성되는시료의경우에는대신열처리를할수있다. 즉 HCl 대신정제수 50 μl를미세원심분리관에넣고약 50초간격렬하게교반한후 80 의열판에 10분간정치한다. 다시격렬하게 30초간교반한후자석띠를부착한미세원심분리관용자기입자농축기에끼우고 10초이상정치한다음미세원심분리관내의모든용액을웰슬라이드의웰로옮긴다. 위의과정을한번더반복한후 7의과정을수행하면된다. 3 미세원심분리관을다시 30초이상격렬하게교반한다. 4 자석띠를부착한미세원심분리관용자기입자농축기에미세원심분리관을다시끼우고 10초이상정치한다. 25) 격렬하게교반하되미세원심분리관의마개및벽면에시료가튀지않도록조심해야한다. 341
정수처리기준선진화연구 5 웰슬라이드의웰에 1.0N 수산화나트륨 5μL를넣는다. 이때웰슬라이드에서중화가정확히이루어지지않으면염색이실패할수있기때문에, 사용되는 1N NaOH의농도는주기적으로점검되어야한다. 웰슬라이드는 15~20 의실온에서미리준비한다. 6 자석띠를부착한미세원심분리관용자기입자농축기에미세원심분리관을끼워둔채, 내부의모든용액을 1.0N 수산화나트륨 5μL가있는웰슬라이드의웰로옮긴다. 이때미세원심분리관에붙어있는자기체를건드려서는안된다. 또한시료용액에탁질이많으면, 현미경관찰시 ( 난 ) 포낭을동정하는데방해가될수있으므로, 직경이큰웰슬라이드를사용하거나여러개의웰슬라이드에시료를나누어염색을진행할수있다. 7 웰슬라이드에있는시료를공기중에서완전건조시킨다 26). 또는 42 이하의온도의배양기에서건조시킬수있다. 건조후에는형광염색과정까지냉장보관한다. 8 자기체나미세원심분리관을버리지말고, 1~7 과정을다시반복한다. 라. 시료의염색과정 1) 양성대조군과음성대조군을준비한다. 1 양성대조군은웰슬라이드의웰중심부에 ( 난 ) 포낭이각각 200~400개씩함유되도록고르게도말하거나직접염색키트를사용하는경우그사용법에따라준비한다. 2 음성대조군으로인산완충용액 50μL를웰슬라이드의웰에고르게도말하거나직접염색키트를사용하는경우그사용방법에따른다. 3 양성및음성대조군이도말된슬라이드를공기중에서완전건조시킨다. 2) 양성대조군, 음성대조군및시료의슬라이드가완전히건조되면고순도메틸알코올 50μL를웰슬라이드의웰에첨가한다. 3) 알코올이완전히마르면직접염색키트의형광염색시약과역염색시약을한방울씩웰에떨어뜨린다. 마이크로피펫팁을사용하여시약이웰전체에골고루퍼지도록하되, 슬라이드표면을건드리지않도록조심한다. 웰슬라이드마다다른팁을사용해야한다. 4) 웰슬라이드를빛이차단된습기챔버에넣고실온에서 30분동안정치한다. 습기챔버는플라스틱밀폐용기에젖은종이타올을깔고그위에슬라이드를올려놓은형태를말하며, 유리재질의페트리디쉬를사용하여도된다. 5) 슬라이드를깨끗한타올위에비스듬히기울여놓고마이크로피펫을사용하여염색 26) 염색과정에서 ( 난 ) 포낭의손실을방지하기위해완전히건조하여시료를웰슬라이드에고정시켜야한다. 342
Ⅶ. 부록 시약을조심스럽게제거하되시료를건드리지않도록조심한다. 6) 웰슬라이드의웰에세정완충용액을시료가모두잠기도록첨가하고 5) 의과정과같이세정완충용액을제거한다. 7) DAPI 염색용액 50μL를시료에첨가하고, 1분이상정치한후 5) 의과정과같이염색용액을제거한다. 8) 6) 의과정을수행한다. 9) 마운팅메디움한방울을웰중앙에떨어뜨린다. 슬라이드에고정된시료를염색하거나마운팅메디움을가할때고정되어있던난포낭및포낭이움직이지않도록주의한다. 형광염색시약으로염색후움직이거나, 마운팅메디움을과량첨가하여슬라이드에붙어있던난포낭과포낭이움직이게되면, 이전에위치해있던자리에형광자국이나후광이남게되어현미경관찰시위양성결과를나타낼수있다. 10) 커버글라스로웰슬라이드의웰을덮은후가장자리를아주부드럽게누른다. 마운팅메디움내에공기방울이생기지않도록주의한다. 커버글라스주변의잉여의마운팅메디움을티슈로닦아낸후매니큐어로테두리를봉한다. 11) 염색이완료된일시를시험일지에기록한다. 즉시관찰이어려울경우암실의냉장상태 (1~10 ) 에서보관한다. 마. ( 난 ) 포낭의검출및계수과정 1) 현미경관찰 (1) ( 난 ) 포낭은현미경관찰에의한면역형광검사 (Immunofluorescence assay, IFA), DAPI염색검사그리고미분간섭대비 (Differential interference contrast, DIC) 관찰을통해확인되어야한다. (2) 양성대조군에대한면역형광검사와 DAPI검사를실시하여 ( 난 ) 포낭이 2) 와 3) 의판정기준과같이확인하기에적절한형광성이관찰되며, 음성대조군에대한면역형광검사와 DAPI검사를실시하여 ( 난 ) 포낭이발견되지않을경우시료를주사관찰할수있다. 1 음성대조군슬라이드를관찰하여크립토스포리디움난포낭과지아디아포낭이전혀발견되지을경우양성대조군슬라이드를관찰할수있다. 만일음성대조군슬라이드에서 ( 난 ) 포낭이검출될경우에는염색과정에서오염이발생한것으로판단되므로그시점에서시험을중지하고시료가염색된슬라이드를포함하여함께제작된슬라이드를모두폐기한다. 원인을규명한다음시험을처음부터다시수행 343
정수처리기준선진화연구 하여야한다. 2 양성대조군슬라이드를관찰하여크립토스포리디움난포낭과지아디아포낭이 2) 와 3) 의판정기준에맞는형광성을확인한경우에시료에대한관찰을수행할수있다. 만일양성대조군슬라이드에서난포낭이판정기준에맞는형광성을나타내지않거나 ( 난 ) 포낭이발견되지않을경우에는염색과정에서오류가발생한것으로판단되므로그시점에서시험을중지하고시료가염색된슬라이드를포함하여함께제작된슬라이드를모두폐기한다. 원인을규명한다음시험을처음부터다시수행하여야한다. 3 양성대조군에서확인된 ( 난 ) 포낭의관찰결과는최소 1000배의총배율에서찍은면역형광검사, DAPI염색검사그리고미분간섭대비 (DIC) 관찰사진을크립토스포리디움난포낭및지아디아포낭에대해각각보관한다. (3) 시료에대한현미경관찰은체계적으로이루어져야한다. Fig 5-2와같이웰슬라이드웰의옆에서옆으로또는위에서아래로지그재그방식으로주사관찰하여야한다. Fig 5-2. 웰슬라이드의주사관찰방법 2) 지아디아포낭의판정 (1) 최소 400배의총배율을갖는현미경에의한면역형광검사를통하여테두리가초록색으로밝게빛나는길이 8~18μm, 폭 5~15μm 정도의타원형이나원형물체가확인되면계속해서 DAPI 염색검사와미분간섭대비 (DIC) 관찰을한다. (2) 최소 400배의총배율을갖는현미경에의한 DAPI염색검사를통하여물체의내부에 2~4개의밝고선명한하늘색핵이있거나, 물체의내부염색이외부보다짙은하늘색을띄는경우 DAPI 양성, 뚜렷한핵이없으며초록색테두리의내부염 344
Ⅶ. 부록 색이옅은경우는 DAPI 음성으로구분한다. (3) 최소 1000배의총배율을갖는현미경에의한미분간섭대비 (DIC) 관찰을통하여돌출물, 가지, 부가물, 구멍, 세포전체를차지하는한두개의핵, 붉은형광빛의엽록체, 결정체나포자등지아디아포낭에비전형적인것이없어야한다. 비전형적인구조가관찰되지않으며 (1) 과 (2) 의기준을만족하는물체는미분간섭대비 (DIC) 관찰결과에따라다음의세가지로구분한다. 1 속이빈지아디아포낭 2 무정형의구조를가진지아디아포낭 3 핵이 2~4개이거나, 내부구조 ( 핵, 중심체, 축삭돌기 ) 중두가지이상을가진지아디아포낭 3) 크립토스포리디움난포낭의판정 (1) 최소 400배의총배율을갖는현미경에의한면역형광검사를통하여테두리가초록색으로밝게빛나는직경 4~6 μm, 타원형이나원형물체가확인되면계속해서 DAPI 염색검사와미분간섭대비 (DIC) 관찰을한다. 환경시료의경우난포낭이손상되어형광주변이흐리게나타나거나난포낭이접히거나일그러진형태로관찰될수있고난포낭의봉합선이벌어져형태가변할수있다. 그러나직경이 4~6 μm 보다큰물체는계수하지않는다. (2) 최소 400배의총배율을갖는현미경에의한 DAPI 염색검사를통하여물체의내부에 1~4개의밝고선명한하늘색핵이있거나, 물체의내부염색이외부보다짙은하늘색을띄는경우 DAPI 양성, 뚜렷한핵이없으며초록색테두리의내부염색이옅은경우는 DAPI 음성으로구분한다. DAPI염색된핵의크기가 1.5μm 이상이거나핵의개수가 4개를초과하는경우에는난포낭으로계수하지않는다. DAPI염색검사는형광감소를피하기위해신속하게수행한다. (3) 최소 1000배의총배율을갖는현미경에의한미분간섭대비 (DIC) 관찰을통하여돌출물, 가지, 부가물, 구멍, 세포전체를차지하는한두개의핵, 붉은형광빛의엽록체, 결정체나포자등크립토스포리디움난포낭에비전형적인것이없어야한다. 비전형적인구조가관찰되지않으며 (1) 과 (2) 의기준을만족하는물체는미분간섭대비 (DIC) 관찰결과에따라다음의세가지로구분한다. 1 속이빈크립토스포리디움난포낭난포낭내부에스포로조이트가결여되었으므로 DAPI염색검사에서하늘색핵이관찰되지않아야한다. 345
정수처리기준선진화연구 2 무정형의구조를가진크립토스포리디움난포낭 3 내부구조 (1~4개의스포로조이트 ) 를가진크립토스포리디움난포낭스포로조이트를명확하게구분하기어려울경우 (2) 의방법으로다시관찰하여하늘색핵의위치를파악한후 DIC 관찰을실시한다. DAPI염색에의한하늘색핵이모두난포낭내에있는지확인한다. 4) 판정결과기록 (1) ( 난 ) 포낭의최종판정은반드시분석책임자의확정을받아야한다. (2) 관찰된물체는크립토스포리디움및지아디아검사결과기록서에형태, 크기, DAPI염색결과, 미분간섭대비 (DIC) 관찰결과를기록한다. (3) 관찰된 ( 난 ) 포낭은모두면역형광염색결과, DAPI염색결과, 미분간섭대비 (DIC) 관찰결과가포함되도록사진또는그림파일로보관한다. 6. 정도관리 본방법을사용하는실험실은 ( 난 ) 포낭의검사에대한정도보증프로그램을수행하여야한다. 정도보증프로그램은본방법을수행할검사능력이확보되었는지를증명하기위한검사개시이전의초기수행평가와검사개시이후실험결과의질을보증하기위한중도수행평가로구성되어야한다. 초기수행평가와중도수행평가의결과는표 1~4의수행평가허용기준을만족하여야한다. 가. 초기수행평가초기수행평가는본방법을수행할검사능력이확보되었는지를평가하기위한것으로서다음의절차를준수하여야한다. 1) 초기수행평가를위하여 4개의접종정제수시료와 1개의음성시료그리고 4개의접종현장시료가검사되어야한다. 단, 접종현장시료는접종하지않은 1개의현장시료와동시에검사되어야한다. 2) 정수검사를위한초기수행평가는접종현장시료와접종하지않은현장시료에대한검사를생략한다. 3) 접종정제수시료와접종현장시료는각각정제수와현장시료 10L에정도관리용 ( 난 ) 포낭표준용액을접종하여조제한다. 4) 검사는본시험방법에따라실시하되 4개의접종정제수시료와음성시료를우선검사한다. 346
Ⅶ. 부록 5) 각접종정제수시료의검사에대한회수율 (R) 을다음의식을사용하여계산하고평균 회수율과그상대표준편차 (Relative Standard Deviation, RSD) 를구한다. 상대표준편 차는표준편차를평균회수율로나눈후 100 을곱하여구한다. R =100 N T R = 회수율 (%) N = 회수된 ( 난 ) 포낭의수 T = 접종된 ( 난 ) 포낭의수 6) 계산된평균회수율과그상대표준편차를표 1~4 의수행평가허용기준과비교한다. 7) 허용기준을만족할경우 4 개의접종현장시료를 1 개의접종하지않은현장시료와함 께검사하고, 각접종된현장시료의검사결과에대하여다음식을사용하여회수율 (R) 을계산한다. R = 100 Nsp-Ns T R = 회수율 (%) Nsp = 접종현장시료에서회수된 ( 난 ) 포낭의수 Ns = 미접종현장시료에서검출된 ( 난 ) 포낭의수 T = 접종된 ( 난 ) 포낭의수 8) 계산된평균회수율과그상대표준편차를표 1~4 의수행평가허용기준과비교한다. 9) 허용기준을만족할경우에만공식적인분석을실시할수있다. 10) 초기수행평가에관한모든사항은반드시기록하여 5 년간보관하여야한다. 나. 중도수행평가중도수행평가는일상적인분석이모든기준을만족하고있는지평가하기위한것으로서다음의절차를준수하여야한다. 1) 중도수행평가는기관별로실시하되, 매분기 1회이상또는매분기검사시료수가 20개를초과하는경우 20개시료마다실시한다. 매중도수행평가마다각 1개씩의접종정제수시료, 음성시료그리고접종현장시료가검사되어야한다. 단, 접종현장시료는접종하지않은현장시료와동시에검사되어야한다. 2) 정수검사를위한중도수행평가는접종현장시료에대한검사를생략한다. 347
정수처리기준선진화연구 3) 접종정제수시료와접종현장시료는각각정제수와현장시료 10L에정도관리용 ( 난 ) 포낭표준용액을접종하여조제한다. 4) 검사는본시험방법에따라실시한다. 5) 각검사에대한회수율 (R) 을계산하고표 1~4의수행평가허용기준과비교한다. 6) 허용기준을만족하지못한경우, 원인을규명하고문제를해결한후에중도수행평가를재실시한다. 7) 중도수행평가에관한모든사항은반드시기록하여 5년간보관하여야한다. 8) 면역자기분리과정에대한정도관리로써, 리톤시험관에정제수 10 ml을넣고 ( 난 ) 포낭을직접접종한후면역자기분리과정이후의실험절차를진행할수있다. 이때의회수율이 70% 이상이어야시험이정상적이이루어지고있다고볼수있다. Tabel 1. 원수검사에대한크립토스포리디움수행평가허용기준 수행평가접종정제수시료접종현장시료음성시료 초기수행평가평균회수율 (%) 정밀도 ( 상대표준편차, RSD) 24 ~ 100 55 13 ~ 111 61 음성 중도수행평가 회수율 (%) 11 ~ 100 13 ~ 111 음성 Table 2. 원수검사에대한지아디아수행평가허용기준 수행평가접종정제수시료접종현장시료음성시료 초기수행평가평균회수율 (%) 정밀도 ( 상대표준편차, RSD) 24 ~ 100 49 15 ~ 118 30 음성 중도수행평가 회수율 (%) 14 ~ 100 15 ~ 118 음성 348
Ⅶ. 부록 Tabel 3. 정수검사에대한크립토스포리디움수행평가허용기준 초기수행평가평균회수율 (%) 정밀도 ( 상대표준편차, RSD) 수행평가접종정제수시료음성시료 24 ~ 100 55 음성 중도수행평가 회수율 (%) 11 ~ 100 음성 Table 4. 정수검사에대한지아디아수행평가허용기준 초기수행평가평균회수율 (%) 정밀도 ( 상대표준편차, RSD) 수행평가접종정제수시료음성시료 24 ~ 100 49 음성 중도수행평가 회수율 (%) 14 ~ 100 음성 다. 마이크로피펫과현미경의보정 1) 마이크로피펫은연 1회이상제조업체에보내거나매뉴얼에제시된방법에따라보정되어야한다. 2) 현미경은매뉴얼에제시된방법에따라또는전문가에의해유지관리되고정기적으로보정되어야한다. 현미경관찰에앞서퀠러조명법 (Köhler illumination) 에따른현미경조절을실시한다. (1) 퀠러조명법 1 준비된슬라이드를현미경대물대위에놓고원하는배율의대물렌즈로이동시킨다음광원을켜고조동및미동나사를사용하여표본상의초점을맞춘다. 2 현미경본체하단에위치한광원조리개 (Radiant field diaphragm) 와집광장치의개구조리개 (Aperture diaphragm) 를모두연다. 현미경아래에있는광원조리개를투과된빛의반점이최소로될때까지닫는다. 3 집광장치전단의왼쪽과오른쪽에있는중심조절나사 (Centering screw) 를조절하여작은반점을시야의중앙으로옮긴다. 4 홍채조리개 (Iris field diaphragm) 의가장자리가선명한지를관찰하여, 선명하지않을경우에는집광장치의초점조절장치로집광장치높이를변경시켜초점을 349
정수처리기준선진화연구 보다뚜렷하게맞출수있다. 밝은원의가장자리가시야에서사라질때까지광원조리개를연다. (2) 형광수은램프의사용시간을일지에기록하여관리하며, 50W 램프는가급적 100시간을넘지않도록하고, 100W 램프는가급적 200시간을넘지않도록한다. 7. 기타사항 1) 오염방지및폐기물처리크립토스포리디움난포낭등은감염력이매우강하고검사실등에서사용하는소독용액에강한저항성을가지므로분석자는감염방지방법에대한이해와적절한기술을보유하고생물안전 (biohazard) 대책과관련된아래사항에유의해야한다. (1) 이방법에사용되는용액과시약들은적절히재사용되거나관리되어환경에위해를주지않아야한다. (2) 용액과시약들은실험에필요한양만을조제함으로써사용기한을넘겨폐기되는양이최소화되어야한다. (3) 오염이의심되는시료를채취할때에는고무장갑을착용한다. (4) 채수나검사에사용한용기중열처리가가능한것은 5분이상의가열처리후세정하여재사용하거나폐기한다. (5) 시료의취급에있어서비산에주의한다. (6) 분석자의손이나신체의일부가난포낭등에오염되었을때는알콜솜등으로잘닦은후비누로세정하고종이타올등으로닦은후충분히말린다. (7) 실험대나기재가난포낭등으로오염되었을때도마찬가지로알콜솜등으로잘닦고충분히건조한다. (8) 사용한알콜솜이나종이타올등은고압멸균처리하거나소각처분한다. 2) 본실험방법에소개된모든부품, 조립완제품, 장비, 기구, 시약들은동일한기능과조 성의국내외타제조사부품이나조립완제품으로대체할수있다. 350
Ⅶ. 부록 부록 4 상수도의병원성원생동물 => 별책부록 351
정수처리기준선진화연구 부록 5 정수처리기준등에관한규정개정 ( 안 ) 제1조 ( 목적 ) 이고시는 수도법 제28조 제29조 제33조및 수도법시행령 제48조에따라바이러스나지아디아포낭, 크립토스포리디움난포낭의제거, 불활성화비의계산및확인방법등정수처리등에관한사항을정함을목적으로한다. 제2조 ( 용어의정의 ) 이고시에서사용하는용어의정의는다음과같다. 1. 정수처리기준 이라함은경제적 기술적으로농도기준을정하고정기적으로수질검사를실시하는것이어려운바이러스 지아디아등병원미생물이수돗물중에함유되지않도록하기위하여필요한정수장의운영 관리등에관한기준을말한다. 2. 바이러스 라함은수인성전염을통해질병을야기할수있는분원성바이러스를말한다. 3. 지아디아포낭 이라함은수인성전염을통해질병을야기할수있는지아디아램블리아 (Giardia lamblia) 등지아디아속의포낭을말한다. 4. 크립토스포리디움난포낭 이라함은수인성전염을통해질병을야기할수있는크립토스포리디움파붐 (Cryptosporidium parvum) 등크립토스포리디움속의난포낭을말한다. 5. 여과 라함은물속에존재하는입자상의물질을제거하기위하여정수처리대상인물을여재가형성하는공극사이를통과시키는정수처리공정을말한다. 6. 급속여과 라함은응집제등을투여하고혼화 응집 침전공정을통해원수를전처리한후모래등의여과지를이용하여 1일 120미터이상의속도로여과하는정수처리공정을말한다. 7. 직접여과 라함은급속여과의전처리과정중침전또는응집 침전공정을제외하고모래등의여과지를이용하여직접여과하는정수처리공정을말한다. 8. 완속여과 라함은모래여과지를이용하여 1일 5미터내외의속도로여과하는정수처리공정을말한다. 9. 막여과 라함은분리막을여재로이용하여여과하는정수처리공정을말한다. 10. 기타여과 라함은모래이외의활성탄등다공성여재를이용하여여과하는정수처리공정을말한다. 11. 여과수 라함은정수시설중여과지또는이와동등한여과공정을거친물을말한다. 12. 소독 이라함은화학적산화제또는이와동등한효능을지닌물질을사용하여물에서의병원성미생물을일정농도이하로불활성화시키는공정을말한다. 352
Ⅶ. 부록 13. 자외선소독 이라함은자외선을사용하여물에서의병원미생물을일정농도이하로불활성화시키는처리공정을말한다. 14. 자외선 이라함은파장범위가 100nm에서 400nm 인빛을말하며, 자외선소독 의파장범위는 180nm에서 260nm이다. 15. 자외선램프 라함은자외선을방출시키는램프로, 자외선소독시설에사용되는자외선램프는수도용자외선램프로제작된저압자외선램프, 저압고출력자외선램프, 중압자외선램프를말한다. 16. 램프슬리브 라함은자외선램프를보호하기위해램프를둘러싸고있는석영튜브를말한다. 17. 자외선강도 라함은자외선이전파되는방향의수직의단위면적당통과하는자외선의출력 ( 단위는 mw/cm2) 을말한다. 18. 자외선투과도 라함은자외선이매질을 1cm 통과할때의분율 (%) 을말한다. 19. 자외선조사량 이라함은자외선의강도와조사시간의곱 ( 단위는 mj/cm2) 을말하며, 대상병원성미생물에대한불활성화적정자외선조사량은별첨1에제시한바와같다. 20. 동등제거조사량 (RED) 이라함은특정미생물의자외선에대한불활성화율을얻기위해평행조사시험 (collimated beam testing) 을수행으로얻어진기지의조사량-불활성화율기준곡선과비교하여결정되는조사량을말한다. 21. 불활성화비 라함은병원성미생물의소독에의하여사멸되는비율을나타내는값으로서정수시설의일정지점에서소독제농도및소독제와물과의접촉시간등을측정, 평가하여계산된소독능 (CT) 과대상미생물을불활성화하기위해이론적으로요구되는소독능값의비를말한다. 제3조 ( 정수처리기준적용대상시설등 ) 정수처리기준을준수하여야하는시설및수도사업자의범위는다음각호의어느하나와같다. 1. 수도법 제3조제7호에따른광역상수도및그사업자 2. 수도법 제3조제8호에따른지방상수도및그사업자제4조 ( 정수처리기준준수 ) 1 수도사업자는 수도법시행령 제48조에따른정수처리기준을준수하기위하여이고시에서정한탁도기준과불활성화비에적합하도록여과시설과소독시설등을설치 운영하여야한다. 다만, 지하수를정수장의수원으로사용하는수도사업자가사용중인지하수가병원성미생물로부터영향을받는지여부를감시한후, 수질의안전성을입증하는증빙서류를갖추어한국상하수도협회장의인증을받은경우에는정수처리기준의적용을받지아니한다. 이경우에도매년 1회이상감시를실시하여야한다. 353
정수처리기준선진화연구 2 제1항단서에따른감시주기등구체적인인증절차는한국상하수도협회장이환경부장관의승인을거쳐정한다. 제5조 ( 여과시설의운영관리 ) 1 수도사업자는제4조제1항에따라다음각호의어느하나에해당하는여과시설을갖추어야한다. 1. 제2조제6호에따른급속여과를위한시설 2. 제2조제7호에따른직접여과를위한시설 3. 제2조제8호에따른완속여과를위한시설 4. 제2조제9호에따른막여과를위한시설 5. 제2조제10호에따른기타여과를위한시설 2 수도사업자는제1항제1호내지제3호의시설이여과시설의종류및규모등에따라별표 1에서정한탁도기준을준수하도록운영 관리및수질검사를하여야한다. 3 여과수에서탁도를측정한결과별표 1에서정한탁도기준을준수한경우와 수도법 제56조에따른한국상하수도협회장의막여과시설인증을받은경우에는바이러스, 지아디아포낭및크립토스포리디움난포낭이별표 2의제거율을충족한것으로본다. 4 제3항에따른수질검사항목및측정주기등은별표 4와같고, 불활성화비의계산방법은별표 4와같다. 8 수도사업자가제1항제4호또는제5호의시설을사용하려는때에는사용하려는여과및소독공정으로제4조의규정을준수할수있음을입증하여 수도법 제56조에따른한국상하수도협회장의인증을받아야한다. 9 제5항에따른구체적인인증절차는한국상하수도협회장이환경부장관의승인을거쳐정한다. 제6조 ( 소독시설의운영관리 ) 1 수도사업자는제4조제1항에따라반드시적정한소독시설을갖추고소독을실시하여야한다. 2 수도사업자는소독시설에서의불활성화비계산을위하여잔류소독제농도와수온및수소이온농도등에대한수질검사및수량분석등을실시하여야하며, 계산된불활성화비가항상 1이상이유지되도록정수시설을운영 관리하여야한다. 3 제2항에따른수질검사항목및측정주기등은별표 3과같고, 불활성화비의계산방법은별표 4와같다. 4 수도사업자가취수지점으로부터정수장의정수지유출지점이외의공정에서소독을실시하고추가적으로소독능값을인정받고자하는경우에는이를증명하는서류를첨부하여한국상하수도협회장의인증을받아야한다. 5 제4항에따른구체적인인증절차는한국상하수도협회장이환경부장관의승인을거쳐 354
Ⅶ. 부록 정한다. 6 수도사업자는오존소독시설의운영관리일환으로별표 9에서제시한방법으로잔류용존오존연속자동측정기의유지 관리를실시하여야한다. 7 수도사업자는자외선소독시설을설치하기위해별표 10의자외선소독시설성능평가를실시하여성능평가결과서작성하여영구보관하여야한다. 8 자외선소독시설이상시인증범위또는설계성능을확보할수있도록별표 7의자외선소독시설의유지관리를실시하여야하여, 인증기준또는설계성능을만족하지못하는경우에는상태와조치사항을규제기관에보고하여야한다. 9 수도사업자가제1항제4호또는제5호의시설을사용하려는때에는사용하려는여과및소독공정으로제4조의규정을준수할수있음을입증하여 수도법 제56조에따른한국상하수도협회장의인증을받아야한다. 10 수도사업자는정수처리된물의잔류염소가급 배수시설등에서지속적으로유지되도록하기위하여 수도시설의청소및위생관리등에관한규칙 제2조제3호에서정하는기준을준수하도록급 배수시설등의관리를하여야한다. 제7조 ( 크립토스포리디움난포낭의추가제거기준 ) 1 수도사업자는수도법시행령제48조에따라원수의크립토스포리디움난포낭등의농도가높을경우에는별표6에정하는추가제거기준을준수하여야한다. 2 수도사업자는제1항의추가제거기준을준수하기위하여별표7의추가제거기술중하나또는그이상을선택하고이에적합하도록여과시설또는소독시설등을설치 운영하여야한다. 제8조 ( 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포실태조사 ) 1 수도사업자는제7조제1항에따라크립토스포리디움난포낭의추가제거기준을결정하기위하여크립토스포리디움난포낭등에대한정밀분포실태조사를실시하여야한다. 2 제1항에따른실태조사를위한대상시설 조사항목및방법 조사시기등은별표8과같다. 3 제1항및제2항에따른실태조사를실시하는경우에는 먹는물관리법시행규칙 별표8 비고3에따라국립환경과학원장이고시한표준시험방법에따라동법시행규칙제35 조에따른검사기관으로지정받은기관에의해시험을실시하여야한다. 제 9 조 ( 조치사항 ) 수도사업자는제 4 조내지제 7 조의규정을준수하지못하는경우에는별 표 5 에서정하는바에따라기준초과원인을분석하고이에따른시설개선을실시하는 한편주민공지등적절한조치를취하여야한다. 355
정수처리기준선진화연구 제10조 ( 보고및기록유지 ) 1 수도사업자는제5조 제6조및제7조 제8조에따라실시한수질검사결과와제9조에따른조치결과를기록하여 3년간보존 관리하여야한다. 다만, 지별탁도계측정자료는전산디스켓에입력하여 3년간보존 관리하여야한다. 2 수도사업자는제5조내지제9조에따라실시한수질검사및조치결과를매월말별지제1호서식에따라작성하여다음달 10일까지시 도지사에게보고하여야한다. 3 수도사업자인시 도지사또는광역상수도의수도사업자는제2항에따른보고자료를취합하여매월 15일까지환경부장관에게보고하여야한다. 다만, 정수처리기준에따른지별탁도계운영결과보고는별지제2호서식에따라다음연도 1월 15일까지환경부장관에게보고하여야한다. 3 수도사업자인시 도지사또는광역상수도의수도사업자는자외선으로소독공정을운영시에는별지제 3 9호서식에따라작성하여보관하여야한다. 4 수도사업자는제7조에따라주민공지를한때에는지역주민에게공고한공고문을 24 시간이내에시 도지사를거쳐환경부장관에게보고하여야한다. 시설개선등필요한조치를완료하고이를해제한경우에도또한같다. 제11조 ( 정수처리기준인증주기등 ) 1 제4조, 제5조및제6조에따라한국상하수도협회장의인증을받은정수장은인증을받은날부터 3년마다인증을다시받아야한다. 다만, 정수장운영및관리실태평가규정 ( 환경부훈령 ) 에따라우수등급을받은정수장은적용하지아니하되, 우수등급정수장에서제외된때에는그날부터 3년마다인증을다시받아야한다. 2 제4조, 제5조및제6조에따라한국상하수도협회장의인증을받은수도사업자는인증받은시설에대한지표수영향모니터링자료, 소독능계산기록부및탁도측정자료등관련자료를한국상하수도협회장에게매년다음해 1월15일까지제출하여야하며, 한국상하수도협회장은이를취합하여환경부장관에게보고하여야한다. 356
Ⅶ. 부록 [ 별표 1] 여과시설종류별탁도기준 ( 제 5 조제 2 항관련 ) 탁도기준 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 4 시간간격으로 1 일 6 회이상 - 기준 : 연속측정된 6 개시료의평균값이 0.5NTU 를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것. - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 12 시간간격으로 1 일 2 회이상 - 기준 : 연속측정된 2 개시료의평균값이 0.5NTU 를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것. - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 4시간간격으로 1일 6 회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.3NTU를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU를초과하지아니할것. - 다만, 감시는연속측정장치를사용하여매 15분간격으로개별여과지에대하여실시하되측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 4시간간격으로 1일 6 회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.5NTU를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU를초과하지아니할것. - 다만, 감시는연속측정장치를사용하여매 15분간격으로개별여과지에대하여실시하되측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것 적용대상시설 급속 직접 완속 막여과시설 급속 직접 막여과시설 완속여과시설 정수장시설용량 5,000 m3 / 일이상 5,000 m3 / 일미만 100,000 m3 / 일이상 50,000 m3 / 일이상 100,000 m3 / 일미만 5,000 m3 / 일이상 50,000 m3 / 일미만 적용시기 2002.8.1 부터 2004.7.1 부터 2005.7.1 부터 2007.1.1 부터 5,000 m3 / 일미만 2010.7.1 부터 100,000 m3 / 일이상 50,000 m3 / 일이상 100,000 m3 / 일미만 5,000 m3 / 일이상 50,000 m3 / 일미만 2004.7.1 부터 2005.7.1 부터 2007.1.1 부터 5,000 m3 / 일미만 2010.7.1 부터 357
정수처리기준선진화연구 [ 별표 2] 여과에의한병원성미생물의제거율 ( 제 5 조제 3 항관련 ) 여과방식 제거율 바이러스지아디아포낭크립토스포리디움난포낭 급속여과 1) 99% (2 log) 99.68%(2.5log) 2) 99 % (2 log) 직접여과 90% (1 log) 3) 99 %(2 log) 4) 99 % (2 log) 완속여과 5) 99% (2 log) 6) 99 %(2 log) 7) 99 % (2 log) 정밀여과 (MF) 8) 68.38% (0.5 log) 99.68%(2.5log) 9) 99 % (2 log) 한외여과 (UF) 10)99.9% (3.0 log) 99.68%(2.5log) 11)99 % (2 log) 비고 : 1. Log 불활성화율과 % 제거율은다음식에따라계산된다. % 제거율 = 100 - (100/10log 제거율 ) 2. 정밀여과및한외여과의바이러스제거율은막모듈및시설에대한평가절차마련전까지적용한다. [ 별표 3] 불활성화비계산을위한수질검사 ( 제 6 조제 3 항관련 ) 항목 시료채취지점 측정주기 - 4시간간격 1일6회이상 - 12시간간격 1일2회이상 시설규모별적용시기 정수장시설용량 적용시기 5,000m3 / 일이상 2002.8.1. 부터 5,000m3 / 일미만 2002.8.1. 부터 잔류소독제농도 수소이온농도 (ph) 수온 - 정수지유출부 - 잔류소독제농도측정지점 - 잔류소독제농도측정지점 -연속측정장치에의한측정 100,000 m3 / 일이상 2004.7.1. 부터 50,000m3 / 일이상 100,000 m3 / 일미만 2005.7.1. 부터 5,000m3 / 일이상 50,000m3 / 일미만 2007.1.1. 부터 5,000m3 / 일미만 2010.7.1부터 - 1 일 1 회이상대상시설전체 2002.8.1. 부터 - 1 일 1 회이상대상시설전체 2002.8.1. 부터 비고 : 잔류소독제농도및수소이온농도의검사는 먹는물관리법 에따른먹는물수질공정시험방법에따라실시하고, 수온의측정은 수질환경보전법 에따른수질오염공정시험방법에따라실시한다. 358
Ⅶ. 부록 [ 별표 4] 불활성화비의계산방법 ( 제 6 조제 2 항및제 3 항관련 ) 1. 소독에의해요구되는바이러스및지아디아포낭의불활성화율의결정 1 여과방식급속여과직접여과완속여과정밀여과 (MF) 한외여과 (UF) 최소제거및불활성화기준바이러스지아디아포낭 99.99 % (4 log) 99.99 % (4 log) 99.99 % (4 log) 99.99 % (4 log) 99.99 % (4 log) 99.9 % (3 log) 99.9 % (3 log) 99.9 % (3 log) 99.9 % (3 log) 99.9 % (3 log) 여과공정에의한제거율지아디아바이러스포낭 12) 99 % (2 log) 90 % (1 log) 14) 99 % (2 log) 16) 68.38% 17) (0.5 log) 18) 99.9% 19) (3.0 log) 99.68% (2.5 log) 13) 99 % (2 log) 15) 99 % (2 log) 99.68% (2.5log) 99.68% (2.5log) 소독공정에서요구되는불활성화율바이러스지아디아포낭 99% (2 log) 99.9% (3 log) 99% (2 log) 99.97% (3.5 log) 90% (1 log) 68.38% (0.5 log) 90% (1 log) 90% (1 log) 68.38% (0.5 log) 68.38% (0.5 log) 2. 염소또는이산화염소소독에의한불활성화율의계산방법 가. 실제 ( 현장 ) 소독능값 (CT 계산값 ) 의산정 CT 계산값 = 잔류소독제농도 (mg/l) 소독제접촉시간 ( 분 ) (1) 잔류소독제농도는별표 3에의하여측정한잔류소독제농도값중최소값을택한다. (2) 소독제와물의접촉시간은 1일사용유량이최대인시간에최초소독제주입지점부터정수지유출지점또는불활성화비의값을인정받은지점까지측정하여야한다. ( 가 ) 추적자시험을통해실제로소독제의접촉시간을측정하는때에는접촉시간을측정하기위해최초소독제주입지점에투입된추적자의 10% 가정수지유출지점또는불활성화비의값을인정받은지점으로빠져나올때까지의시간을접촉시간으로한다. ( 나 ) 이론적인접촉시간을이용할경우는정수지구조에따른수리학적체류시간 ( 정수지사용용량 ) 에아래표의환산계수를곱하여소독제의접촉시간으로한다. 시간당최대통과유량 359
정수처리기준선진화연구 장폭비에따른환산계수 (T 10 /T) 환산계수 장폭비 (L/W) 0.10 2 미만 0.20 2 이상 5 미만 0.30 5 이상 10 미만 0.40 10 이상 15 미만 0.50 15 이상 20 미만 0.60 20 이상 30 미만 0.65 30 이상 40 미만 0.70 40 이상 50 미만 0.71이상 50이상경우에는추적자실험에의한다 비고 1. 장폭비 : 정수지내일정간격으로설치된도류벽에의해산출된실제물흐름길이 (L) 와물흐름폭 (W) 의비 2. 관흐름 (Pipeline flow) 인경우의환산계수는 1.0으로간주한다. 3. 일정간격으로도류벽이설치되지않은경우에는추적자실험결과에따라산출된환산계수를적용한다. 나. 불활성화비의계산 불활성화비 = ( CT 계산값 CT 요구값 ) (1) 정수시설의한지점에서만소독하는경우잔류소독제농도측정지점에서불활성 화비 ( CT 계산값를결정하고소독에의한처리기준준수여부를판정한다. CT 요구값 ) (2) 정수처리공정또는급수과정에서 1 회이상의소독을할경우에는각소독단계에 서소독능값을계산하고각단계별불활성화비를합한값으로소독에의한처리기 준을준수하는지여부를판정한다. 다만, 취수지점에서정수장정수지유출지점이 외의지점에대한불활성화비의합산은제 7 조제 4 항의규정에의해인증받은경우 에한한다. (3) 불활성화비계산을위한소독능요구값 (CT 요구값 ) 은제 3 호와같으며산정방식은다음 과같다. ( 가 ) 표에서측정된 ph 와온도범위에해당하는상하값을찾은후, 그두값을직선화 하여측정된 ph 와온도에서의소독능요구값을정한다. ( 나 ) 일상적인계산에있어서는소독능산정의편리등을위하여, 측정된 ph 와온도 보다낮은온도및높은 ph 를찾은후그값을적용할수있다. 360
Ⅶ. 부록 다. 정수처리기준의준수여부판단 계산된불활성화비값이 1.0 이상이면 99.99% 의바이러스및 99.9% 의지아디아포낭의 불활성화가이루어진것으로한다. 3. 오존소독에의한오존소독능계산방법 가. 잔류용존오존측정기가오존접촉지최종유출지점에만설치되어있는경우. CT 계산값 = 잔류용존오존농도 (mg/l) 접촉시간 ( 분 ) (1) 잔류용존오존농도는별표 4 에의하여측정한잔류용존오존농도값중최소값을 택한다. (2) 오존과물의접촉시간은 1 일사용유량이최대인시간에최초오존주입지점부터 오존접촉지유출지점까지측정하여야한다. ( 가 ) 추적자시험을통해실제로오존의접촉시간을측정하는때에는접촉시간을측정 하기위해최초오존주입지점에투입된추적자의 10% 가오존접촉지유출지점 으로빠져나올때까지의시간 (T10) 을접촉시간으로한다. ( 나 ) 오존접촉지구조가상향류흐름식일경우는반드시 1 회이상추적자시험을통 하여 T10 값과그때의측정유량값을정수장특성값으로유지하고 T 10 측정시유량 T 10 을접촉시간으로한다. 시간당최대통과유량 ( 다 ) 오존접촉지구조가좌우흐름식일경우는 ( 나 ) 에해당하는방법도적용가능하 며, 추적자시험이불가능하여이론적인접촉시간을이용할경우는오존접촉지 구조에따른수리학적체류시간 ( 접촉지사용용량 ) 에염소소독의장폭비의환시간당최대통과유량산계수를곱하여오존의접촉시간으로한다. ( 라 ) 도류벽의길이및설치간격이일정한좌우흐름식접촉조의경우에는도류벽 설치에의한실제물흐름길이는도류벽사이의간격을 2 등분한가상선의길 이합 (L1) 으로하고, 물흐름폭은한개도류벽의설치간격 (W1) 으로하여 L 1 W 1 를계산하여장폭비환산계수를구하거나아래의공식을이용하여계산 한다. L 1 =[ ( L W b + (W- L b) ) 2+ L 1 2 b (n-1)+ L (n+1) n ]/[ L n+1 ] 361
W 1 L 유출부 L b L1 W 유입부 L1 : 도류벽이설치되어있을때의실질적인물흐름길이 (m) W 1 : 도류벽이설치되어있을때의실질적인물흐름폭 (m) L : 접촉지길이 (m) W : 접촉지폭 (m) n : 도류벽개수 L b : 도류벽길이 (m) ( 마 ) 도류벽의길이및설치간격이일정하지않은좌우흐름식접촉조의경우에는아래와같이물흐름이꺾이는부분을기준으로구간구간나누어구간별 실제물흐름길이 (L)" 과 실제물흐름폭 (W)" 의비를구한후구간별물흐름장폭비를구한후합산하여야한다. L/W = L 1 /W 1 +L 2 /W 2 +L 3 /W 3 +... L n /W n 나. 오존접촉지의최종유출지점을제외한 1개이상의챔버에잔류용존오존측정기가설치되어있는경우. (1) 측정된잔류용존오존농도는아래표에나타난방법으로계산된오존농도값 (C) 을오존불활성화율계산에사용한다. 362
챔버별오존접촉형태에따른오존농도값 (C) 산출법 오존접촉형태터빈형챔버병류식챔버향류식챔버반응조챔버 오존주입여부유유유무 첫번째챔버 C 1) 부분인정 2) 부분인정 2) 미적용 다른모든챔버 C = C 유출수 C = C 유출수 또는 C = (C 유입수 +C 유출수 )/2 C = C 유출수 /2 C = C 유출수 주 1) 직접측정방법에따른평균용존오존농도 2) 첫번째 chamber 유출수잔류용존오존농도 0.1 mg/l 이상 : 바이러스의불활성화율 1.0 log 인정첫번째 chamber 유출수잔류용존오존농도 0.3 mg/l 이상 : 지아디아불활성화율 0.5 log 인정 (2) 추적자시험값이있는경우, 전체오존접촉지의 T 10 값에단위챔버별용량비를곱하여단위챔버별접촉시간을구하고 (T, 분 ), 이 T 값에 (1) 에서제시한해당챔버의 C 값을곱하여 CT계산값을산출한다. 이렇게산출되어진단위챔버 CT계산값을모두합하면오존접촉지의총오존소독능 (CT) 값을얻게된다. (3) 추적자시험값이없는경우, 접촉시간은전체오존접촉지의수리학적체류시간 ( 접촉지사용용량 ) 에단위챔버별용량비를곱한값 ( 분 ) 을적용하고, C 값은시간당최대통과유량 (1) 에서제시한방법을적용하여아래의식에따라직접해당병원미생물의불활성 화율을구한다. 불활성화율 = log(1 + 2.303 k 10 C 수리학적체류시간 ) 비고 1. k 10 : 불활성화상수 (L mg-1 min-1) - 지아디아 : k 10, G = 1.038 (1.07401) T - 바이러스 : k 10, V = 2.174 (1.07262) T - 크립토스포리디움 : k 10, C = 0.0397 (1.09757) T - T = 수온 ( ) (4) 추적자시험값유무에관계없이오존이주입되지않는반응조의개수가 3개이상이고최소 3개이상의반응조에서잔류용존오존이측정될경우, 또는 Side-stream 방식으로오존이주입되고최소 3지점이상에서잔류용존오존이측정될경우는아래의계산방법을적용한다. 이방법역시직접불활성화율을계산하는방식이다. 363
( 가 ) 오존측정지점이 3 지점 ( 지점 1, 지점 2, 지점 3) 이라고할때, 오존분해상수, k* ave 계산은아래의식을통해구할수있다. k * 1-2 = N 1-2 HDT 1-2 [( C 1 C 2 ) ( 1 N ) 1-2 -1 ] = N 1-2 Q [Volume] 1-2 60 [( C 1 C 2 ) ( 1 N ) 1-2 -1 ] 비고 1. k 1-2 : 오존측정지점 1 과지점 2 사이의오존분해속도, ( 분 -1 ) 2. N 1-2 : 지점 1 과지점 2 사이의반응조의수 3. C 1 : 지점 1 에서측정된잔류용존오존농도 (mg/l) 4. C 2 : 지점 2 에서측정된잔류용존오존농도 (mg/l) 5. HDT 1-2 : 지점 1 과지점 2 사이의수리학적체류시간 ( 분 ) 6. [Volume]1-2 : 지점 1 과지점 2 사이의수량 (m3) 7. Q : 통과유량, (m 3 / 시 ) ( 나 ) k* 1-3 ( 지점 1과지점 3 사이의오존분해속도 ) 도식 (1) 과동일한방식으로계산하며, k* 1-2 와 k* 1-3 의평균으로 k* ave 를계산한다. 단, k* ave 와 k* 1-2, k* 1-3 의편차는 20% 이내가되도록권장하며, 편차가 20% 이상인경우, 오존측정지점을변경해야한다. ( 다 ) 반응조유입지점에서의잔류용존오존농도, C0 계산은오존측정지점 1 에서의 잔류용존오존농도와아래식을이용하여계산한다. C 0,1 = C 1 [ 1+k * ave HDT 0-1 N 0-1 ] N 0-1 비고 1. C 0,1 : 지점 1 에서의잔류용존오존농도 (C1) 을이용하여계산한반응조 유입지점에서의잔류용존오존농도, (mg/l) 2. HDT 0-1 : 반응조유입지점과지점 1 사이의수리학적체류시간 3. N0-1 : 반응조유입지점과지점 1 사이의반응조의수 ( 라 ) C 0,1 를계산한후위식과동일한방식으로 C 0,2, C 0,3 을각각계산한후, 반응조 유입지점에서의평균잔류용존오존농도 (C 0,ave ) 를계산한다. ( 마 ) 앞서계산된 C 0,ave 와 k* ave 를이용하여아래식과같이각단위반응조별잔류 용존오존농도 (C x ) 를예측한다. C x = C 0,ave [ 1+k *ave HDT 0-x N 0-x ] N 0-x 364
( 바 ) 최종적인바이러스, 지아디아, 크리토스포리디움의불활성화율계산은앞서설명 한제 1 호 나 의 (3) 과동일한방법으로계산한다. 4. 오존소독에의한불활성화비계산 가. 오존소독능계산값이 CT 계산값으로구해지는경우 불활성화비 = ( CT 계산값 CT 요구값 ) 잔류용존오존측정기가오존접촉지최종유출지점에만설치되어있는경우, 또는추적 자시험값이있는경우에는잔류용존오존농도측정지점에서불활성화비 ( CT 계산값 CT 요구값 ) 를결정 하고오존소독에의한처리기준준수여부를판정한다. 나. 오존소독능계산값이불활성화율계산값으로구해지는경우 불활성화비 = ( 불활성화율계산값 (log 계산값 ) 불활성화율요구값 (log 요구값 ) ) 오존접촉지의최종유출지점을제외한 1 개이상의챔버에잔류용존오존측정기가설치 되어있지만추적자시험값이없는경우, 또는오존이주입되지않는반응조의개수가 3 개 이상이고최소 3 개이상챔버에서잔류용존오존이측정될경우, 또는 Side-stream 방식으 로오존이주입되고최소 3 지점이상에서잔류용존오존이측정될경우에는오존소독능값 이불활성화율계산값으로구해지므로별표 3 에해당하는불활성화율요구값의비로불활 성화비 ( 불활성화율계산값 (log 계산값 ) 를결정하고오존소독에의한처리기준준수여부를판정불활성화율요구값 (log 요구값 ) ) 한다. 다. 정수처리기준의준수여부판단 (1) 정수처리공정또는급수과정에서 1회이상의소독을할경우에는각소독단계에서소독능값을계산하고각단계별불활성화비를합한값으로소독에의한처리기준을준수하는지여부를판정한다. 다만, 취수지점에서정수장정수지유출지점이외의지점에대한불활성화비의합산은제6조제4항의규정에의해인증받은경우에한한다. (2) 불활성화비계산을위한오존소독능요구값 (CT요구값) 은제3호와같다. (3) 계산된불활성화비값이 1.0이상이면 99.99% 의바이러스, 99.9% 의지아디아포낭및 99% 의크립토스포리디움포낭의불활성화가이루어진것으로한다. 365
정수처리기준선진화연구 5. 불활성화율계산을위한소독능요구값 (CT 요구값 ) 가. 바이러스 (1) 유리염소를사용하는경우 불활성화정도 온도 ( ) 2log 3log 4log ph ph ph 6-9 10 6-9 10 6-9 10 0.5 6 45 9 66 12 90 5 4 30 6 44 8 60 10 3 22 4 33 6 45 15 2 15 3 22 4 30 20 1 11 2 16 3 22 25 1 7 1 11 2 15 (2) 이산화염소를사용하는경우 (ph 6-9) 온도 ( ) 불활성화정도 2log 3log 4log <1 8.4 25.6 50.1 5 5.6 17.1 33.4 10 4.2 12.8 25.1 15 2.8 8.6 16.7 20 2.1 6.4 12.5 25 1.4 4.3 8.4 (3) 오존을사용하는경우 온도 ( ) 불활성화정도 2log 3log 4log <1 0.9 1.4 1.8 5 0.6 0.9 1.2 10 0.5 0.8 1.0 15 0.3 0.5 0.6 20 0.25 0.4 0.5 25 0.15 0.25 0.3 (4) 자외선소독을사용하는경우 불활성화정도 0.5log 1log 1.5log 2log 2.5log 3log 3.5log 4log UV dose (mj/ cm2 ) 39 58 79 100 121 143 163 186 366
Ⅶ. 부록 나. 지아디아포낭 (1) 유리염소를사용하는경우 - 측정수온 : 0.5 이하 염소농도 (mg/l) ph 6 ph=6.5 ph=7.0 ph=7.5 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 23 46 69 91 114 137 27 54 82 109 136 163 33 65 98 130 163 195 40 79 119 158 198 237 0.6 24 47 71 94 118 141 28 56 84 112 140 168 33 67 100 133 167 200 40 80 120 159 199 239 0.8 24 48 73 97 121 145 29 57 86 115 143 172 34 68 103 137 171 205 41 82 123 164 205 246 1.0 25 49 74 99 123 148 29 59 88 117 147 176 35 70 105 140 175 210 42 84 127 169 211 253 1.2 25 51 76 101 127 152 30 60 90 120 150 180 36 72 108 143 179 215 43 86 130 173 216 259 1.4 26 52 78 103 129 155 31 61 92 123 153 184 37 74 111 147 184 221 44 89 133 177 222 266 1.6 26 52 79 105 131 157 32 63 95 126 158 189 38 75 113 151 188 226 46 91 137 182 228 273 1.8 27 54 81 108 135 162 32 64 97 129 161 193 39 77 116 154 193 231 47 93 140 186 233 279 2.0 28 55 83 110 138 165 33 66 99 131 164 197 39 79 118 157 197 236 48 95 143 191 238 286 2.2 28 56 85 113 141 169 34 67 101 134 168 201 40 81 121 161 202 242 50 99 149 198 248 297 2.4 29 57 86 115 143 172 34 68 103 137 171 205 41 82 124 165 206 247 50 99 149 199 248 298 2.6 29 58 88 117 146 175 35 70 105 139 174 209 42 84 126 168 210 252 51 101 152 203 253 304 2.8 30 59 89 119 148 178 36 71 107 142 178 213 43 86 129 171 214 257 52 103 155 207 258 310 3.0 30 60 91 121 151 181 36 72 109 145 181 217 44 87 131 174 218 261 53 105 158 211 263 316 염소농도 (mg/l) ph=8.0 ph=8.5 ph=9.0 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 46 92 139 185 231 277 55 110 165 219 274 329 65 130 195 260 325 390 0.6 48 95 143 191 238 286 57 114 171 228 285 342 68 136 204 271 339 407 0.8 49 98 148 197 246 295 59 118 177 236 295 354 70 141 211 281 352 422 1.0 51 101 152 203 253 304 61 122 183 243 304 365 73 146 219 291 364 437 1.2 52 104 157 209 261 313 63 125 188 251 313 376 75 150 226 301 376 451 1.4 54 107 161 214 268 321 65 129 194 258 323 387 77 155 232 309 387 464 1.6 55 110 165 219 274 329 66 132 199 265 331 397 80 159 239 318 398 477 1.8 56 113 169 225 282 338 68 136 204 271 339 407 82 163 245 326 408 489 2.0 58 115 173 231 288 346 70 139 209 278 348 417 83 167 250 333 417 500 2.2 59 118 177 235 294 353 71 142 213 284 355 426 85 170 256 341 426 511 2.4 60 120 181 241 301 361 73 145 218 290 363 435 87 174 261 348 435 522 2.6 61 123 184 245 307 368 74 148 222 296 370 444 89 178 267 355 444 533 2.8 63 125 188 250 313 375 75 151 226 301 377 452 91 181 272 362 453 543 3.0 64 127 191 255 318 382 77 153 230 307 383 460 92 184 276 368 460 552 367
정수처리기준선진화연구 - 측정수온 : 5 염소농도 (mg/l) ph 6 ph=6.5 ph=7.0 ph=7.5 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 16 32 49 65 81 97 20 39 59 78 98 117 23 46 70 93 116 139 28 55 83 111 138 166 0.6 17 33 50 67 83 100 20 40 60 80 100 120 24 48 72 95 119 143 29 57 86 114 143 171 0.8 17 34 52 69 86 103 20 41 61 81 102 122 24 49 73 97 122 146 29 58 88 117 146 175 1.0 18 35 53 70 88 105 21 42 63 83 104 125 25 50 75 99 124 149 30 60 90 119 149 179 1.2 18 36 54 71 89 107 21 42 64 85 106 127 25 51 76 101 127 152 31 61 92 122 153 183 1.4 18 36 55 73 91 109 22 43 65 87 108 130 26 52 78 103 129 155 31 62 94 125 156 187 1.6 19 37 56 74 93 111 22 44 66 88 110 132 26 53 79 105 132 158 32 64 96 128 160 192 1.8 19 38 57 76 95 114 23 45 68 90 113 135 27 54 81 108 135 162 33 65 98 131 163 196 2.0 19 39 58 77 97 116 23 46 69 92 115 138 28 55 83 110 138 165 33 67 100 133 167 200 2.2 20 39 59 79 98 118 23 47 70 93 117 140 28 56 85 113 141 169 34 68 102 136 170 204 2.4 20 40 60 80 100 120 24 48 72 95 119 143 29 57 86 115 143 172 35 70 105 139 174 209 2.6 20 41 61 81 102 122 24 49 73 97 122 146 29 58 88 117 146 175 36 71 107 142 178 213 2.8 21 41 62 83 103 124 25 49 74 99 123 148 30 59 89 119 148 178 36 72 109 145 181 217 3.0 21 42 63 84 105 126 25 50 76 101 126 151 30 61 91 121 152 182 37 74 111 147 184 221 염소농도 (mg/l) ph=8.0 ph=8.5 ph=9.0 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 33 66 99 132 165 198 39 79 118 157 197 236 47 93 140 186 233 279 0.6 34 68 102 136 170 204 41 81 122 163 203 244 49 97 146 194 243 291 0.8 35 70 105 140 175 210 42 84 126 168 210 252 50 100 151 201 251 301 1.0 36 72 108 144 180 216 43 87 130 173 217 260 52 104 156 208 260 312 1.2 37 74 111 147 184 221 45 89 134 178 223 267 53 107 160 213 267 320 1.4 38 76 114 151 189 227 46 91 137 183 228 274 55 110 165 219 274 329 1.6 39 77 116 155 193 232 47 94 141 187 234 281 56 112 169 225 281 337 1.8 40 79 119 159 198 238 48 96 144 191 239 287 58 115 173 230 288 345 2.0 41 81 122 162 203 243 49 98 147 196 245 294 59 118 177 235 294 353 2.2 41 83 124 165 207 248 50 100 150 200 250 300 60 120 181 241 301 361 2.4 42 84 127 169 211 253 51 102 153 204 255 306 61 123 184 245 307 368 2.6 43 86 129 172 215 258 52 104 156 208 260 312 63 125 188 250 313 375 2.8 44 88 132 175 219 263 53 106 159 212 265 318 64 127 191 255 318 382 3.0 45 89 134 179 223 268 54 108 162 216 270 324 65 130 195 259 324 389 368
Ⅶ. 부록 - 측정수온 : 10 염소 ph 6 ph=6.5 ph=7.0 ph=7.5 농도 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 (mg/l) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 12 24 37 49 61 73 15 29 44 59 73 88 17 35 52 69 87 104 21 42 63 83 104 125 0.6 13 25 38 50 63 75 15 30 45 60 75 90 18 36 54 71 89 107 21 43 64 85 107 128 0.8 13 26 39 52 65 78 15 31 46 61 77 92 18 37 55 73 92 110 22 44 66 87 109 131 1.0 13 26 40 53 66 79 16 31 47 63 78 94 19 37 56 75 93 112 22 45 67 89 112 134 1.2 13 27 40 53 67 80 16 32 48 63 79 95 19 38 57 76 95 114 23 46 69 91 114 137 1.4 14 27 41 55 68 82 16 33 49 65 82 98 19 39 58 77 97 116 23 47 70 93 117 140 1.6 14 28 42 55 69 83 17 33 50 66 83 99 20 40 60 79 99 119 24 48 72 96 120 144 1.8 14 29 43 57 72 86 17 34 51 67 84 101 20 41 61 81 102 122 25 49 74 98 123 147 2.0 15 29 44 58 73 87 17 35 52 69 87 104 21 41 62 83 103 124 25 50 75 100 125 150 2.2 15 30 45 59 74 89 18 35 53 70 88 105 21 42 64 85 106 127 26 51 77 102 128 153 2.4 15 30 45 60 75 90 18 36 54 71 89 107 22 43 65 86 108 129 26 52 79 105 131 157 2.6 15 31 46 61 77 92 18 37 55 73 92 110 22 44 66 87 109 131 27 53 80 107 133 160 2.8 16 31 47 62 78 93 19 37 56 74 93 111 22 45 67 89 112 134 27 54 82 109 136 163 3.0 16 32 48 63 79 95 19 38 57 75 94 113 23 46 69 91 114 137 28 55 83 111 138 166 염소 ph=8.0 ph=8.5 ph=9.0 농도 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 (mg/l) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 25 50 75 99 124 149 30 59 89 118 148 177 35 70 105 139 174 209 0.6 26 51 77 102 128 153 31 61 92 122 153 183 36 73 109 145 182 218 0.8 26 53 79 105 132 158 32 63 95 126 158 189 38 75 113 151 188 226 1.0 27 54 81 108 135 162 33 65 98 130 163 195 39 78 117 156 195 234 1.2 28 55 83 111 138 166 33 67 100 133 167 200 40 80 120 160 200 240 1.4 28 57 85 113 142 170 34 69 103 137 172 206 41 82 124 165 206 247 1.6 29 58 87 116 145 174 35 70 106 141 176 211 42 84 127 169 211 253 1.8 30 60 90 119 149 179 36 72 108 143 179 215 43 86 130 173 216 259 2.0 30 61 91 121 152 182 37 74 111 147 184 221 44 88 133 177 221 265 2.2 31 62 93 124 155 186 38 75 113 150 188 225 45 90 136 181 226 271 2.4 32 63 95 127 158 190 38 77 115 153 192 230 46 92 138 184 230 276 2.6 32 65 97 129 162 194 39 78 117 156 195 234 47 94 141 187 234 281 2.8 33 66 99 131 164 197 40 80 120 159 199 239 48 96 144 191 239 287 3.0 34 67 101 134 168 201 41 81 122 162 203 243 49 97 146 195 243 292 369
정수처리기준선진화연구 - 측정수온 : 15 염소농도 (mg/l) ph 6 ph=6.5 ph=7.0 ph=7.5 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 8 16 25 33 41 49 10 20 30 39 49 59 12 23 35 47 58 70 14 28 42 55 69 83 0.6 8 17 25 33 42 50 10 20 30 40 50 60 12 24 36 48 60 72 14 29 43 57 72 86 0.8 9 17 26 35 43 52 10 20 31 41 51 61 12 24 37 49 61 73 15 29 44 59 73 88 1.0 9 18 27 35 44 53 11 21 32 42 53 63 13 25 38 50 63 75 15 30 45 60 75 90 1.2 9 18 27 36 45 54 11 21 32 43 53 64 13 25 38 51 63 76 15 31 46 61 77 92 1.4 9 18 28 37 46 55 11 22 33 43 54 65 13 26 39 52 65 78 16 31 47 63 78 94 1.6 9 19 28 37 47 56 11 22 33 44 55 66 13 26 40 53 66 79 16 32 48 64 80 96 1.8 10 19 29 38 48 57 11 23 34 45 57 68 14 27 41 54 68 81 16 33 49 65 82 98 2.0 10 19 29 39 48 58 12 23 35 46 58 69 14 28 42 55 69 83 17 33 50 67 83 100 2.2 10 20 30 39 49 59 12 23 35 47 58 70 14 28 43 57 71 85 17 34 51 68 85 102 2.4 10 20 30 40 50 60 12 24 36 48 60 72 14 29 43 57 72 86 18 35 53 70 88 105 2.6 10 20 31 41 51 61 12 24 37 49 61 73 15 29 44 59 73 88 18 36 54 71 89 107 2.8 10 21 31 41 52 62 12 25 37 49 62 74 15 30 45 59 74 89 18 36 55 73 91 109 3.0 11 21 32 42 53 63 13 25 38 51 63 76 15 30 46 61 76 91 19 37 56 74 93 111 염소농도 (mg/l) ph=8.0 ph=8.5 ph=9.0 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 17 33 50 66 83 99 20 39 59 79 98 118 23 47 70 93 117 140 0.6 17 34 51 68 85 102 20 41 61 81 102 122 24 49 73 97 122 146 0.8 18 35 53 70 88 105 21 42 63 84 105 126 25 50 76 101 126 151 1.0 18 36 54 72 90 108 22 43 65 87 108 130 26 52 78 104 130 156 1.2 19 37 56 74 93 111 22 45 67 89 112 134 27 53 80 107 133 160 1.4 19 38 57 76 95 114 23 46 69 91 114 137 28 55 83 110 138 165 1.6 19 39 58 77 97 116 24 47 71 94 118 141 28 56 85 113 141 169 1.8 20 40 60 79 99 119 24 48 72 96 120 144 29 58 87 115 144 173 2.0 20 41 61 81 102 122 25 49 74 98 123 147 30 59 89 118 148 177 2.2 21 41 62 83 103 124 25 50 75 100 125 150 30 60 91 121 151 181 2.4 21 42 64 85 106 127 26 51 77 102 128 153 31 61 92 123 153 184 2.6 22 43 65 86 108 129 26 52 78 104 130 156 31 63 94 125 157 188 2.8 22 44 66 88 110 132 27 53 80 106 133 159 32 64 96 127 159 191 3.0 22 45 67 89 112 134 27 54 81 108 135 162 33 65 98 130 163 195 370
Ⅶ. 부록 - 측정수온 : 20 염소농도 (mg/l) ph 6 ph=6.5 ph=7.0 ph=7.5 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 6 12 18 24 30 36 7 15 22 29 37 44 9 17 26 35 43 52 10 21 31 41 52 62 0.6 6 13 19 25 32 38 8 15 23 30 38 45 9 18 27 36 45 54 11 21 32 43 53 64 0.8 7 13 20 26 33 39 8 15 23 31 38 46 9 18 28 37 46 55 11 22 33 44 55 66 1.0 7 13 20 26 33 39 8 16 24 31 39 47 9 19 28 37 47 56 11 22 34 45 56 67 1.2 7 13 20 27 33 40 8 16 24 32 40 48 10 19 29 38 48 57 12 23 35 46 58 69 1.4 7 14 21 27 34 41 8 16 25 33 41 49 10 19 29 39 48 58 12 23 35 47 58 70 1.6 7 14 21 28 35 42 8 17 25 33 42 50 10 20 30 39 49 59 12 24 36 48 60 72 1.8 7 14 22 29 36 43 9 17 26 34 43 51 10 20 31 41 51 61 12 25 37 49 62 74 2.0 7 15 22 29 37 44 9 17 26 35 43 52 10 21 31 41 52 62 13 25 38 50 63 75 2.2 7 15 22 29 37 44 9 18 27 35 44 53 11 21 32 42 53 63 13 26 39 51 64 77 2.4 8 15 23 30 38 45 9 18 27 36 45 54 11 22 33 43 54 65 13 26 39 52 65 78 2.6 8 15 23 31 38 46 9 18 28 37 46 55 11 22 33 44 55 66 13 27 40 53 67 80 2.8 8 16 24 31 39 47 9 19 28 37 47 56 11 22 34 45 56 67 14 27 41 54 68 81 3.0 8 16 24 31 39 47 10 19 29 38 48 57 11 23 34 45 57 68 14 28 42 55 69 83 염소농도 (mg/l) ph=8.0 ph=8.5 ph=9.0 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 12 25 37 49 62 74 15 30 45 59 74 89 18 35 53 70 88 105 0.6 13 26 39 51 64 77 15 31 46 61 77 92 18 36 55 73 91 109 0.8 13 26 40 53 66 79 16 32 48 63 79 95 19 38 57 75 94 113 1.0 14 27 41 54 68 81 16 33 49 65 82 98 20 39 59 78 98 117 1.2 14 28 42 55 69 83 17 33 50 67 83 100 20 40 60 80 100 120 1.4 14 28 43 57 71 85 17 34 52 69 86 103 21 41 62 82 103 123 1.6 15 29 44 58 73 87 18 35 53 70 88 105 21 42 63 84 105 126 1.8 15 30 45 59 74 89 18 36 54 72 90 108 22 43 65 86 108 129 2.0 15 30 46 61 76 91 18 37 55 73 92 110 22 44 66 88 110 132 2.2 16 31 47 62 78 93 19 38 57 75 94 113 23 45 68 90 113 135 2.4 16 32 48 63 79 95 19 38 58 77 96 115 23 46 69 92 115 138 2.6 16 32 49 65 81 97 20 39 59 78 98 117 24 47 71 94 118 141 2.8 17 33 50 66 83 99 20 40 60 79 99 119 24 48 72 95 119 143 3.0 17 34 51 67 84 101 20 41 61 81 102 122 24 49 73 97 122 146 371
정수처리기준선진화연구 - 측정수온 : 25 염소 ph 6 ph=6.5 ph=7.0 ph=7.5 농도 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 (mg/l) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 4 8 12 16 20 24 5 10 15 19 24 29 6 12 18 23 29 35 7 14 21 28 35 42 0.6 4 8 13 17 21 25 5 10 15 20 25 30 6 12 18 24 30 36 7 14 22 29 36 43 0.8 4 9 13 17 22 26 5 10 16 21 26 31 6 12 19 25 31 37 7 15 22 29 37 44 1.0 4 9 13 17 22 26 5 10 16 21 26 31 6 12 19 25 31 37 8 15 23 30 38 45 1.2 5 9 14 18 23 27 5 11 16 21 27 32 6 13 19 25 32 38 8 15 23 31 38 46 1.4 5 9 14 18 23 27 6 11 17 22 28 33 7 13 20 26 33 39 8 16 24 31 39 47 1.6 5 9 14 19 23 28 6 11 17 22 28 33 7 13 20 27 33 40 8 16 24 32 40 48 1.8 5 10 15 19 24 29 6 11 17 23 28 34 7 14 21 27 34 41 8 16 25 33 41 49 2.0 5 10 15 19 24 29 6 12 18 23 29 35 7 14 21 27 34 41 8 17 25 33 42 50 2.2 5 10 15 20 25 30 6 12 18 23 29 35 7 14 21 28 35 42 9 17 26 34 43 51 2.4 5 10 15 20 25 30 6 12 18 24 30 36 7 14 22 29 36 43 9 17 26 35 43 52 2.6 5 10 16 21 26 31 6 12 19 25 31 37 7 15 22 29 37 44 9 18 27 35 44 53 2.8 5 10 16 21 26 31 6 12 19 25 31 37 8 15 23 30 38 45 9 18 27 36 45 54 3.0 5 11 16 21 27 32 6 13 19 25 32 38 8 15 23 31 38 46 9 18 28 37 46 55 염소 ph=8.0 ph=8.5 ph=9.0 농도 Log 불활성화율 Log 불활성화율 Log 불활성화율 (mg/l) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.4 8 17 25 33 42 50 10 20 30 39 49 59 12 23 35 47 58 70 0.6 9 17 26 34 43 51 10 20 31 41 51 61 12 24 37 49 61 73 0.8 9 18 27 35 44 53 11 21 32 42 53 63 13 25 38 50 63 75 1.0 9 18 27 36 45 54 11 22 33 43 54 65 13 26 39 52 65 78 1.2 9 18 28 37 46 55 11 22 34 45 56 67 13 27 40 53 67 80 1.4 10 19 29 38 48 57 12 23 35 46 58 69 14 27 41 55 68 82 1.6 10 19 29 39 48 58 12 23 35 47 58 70 14 28 42 56 70 84 1.8 10 20 30 40 50 60 12 24 36 48 60 72 14 29 43 57 72 86 2.0 10 20 31 41 51 61 12 25 37 49 62 74 15 29 44 59 73 88 2.2 10 21 31 41 52 62 13 25 38 50 63 75 15 30 45 60 75 90 2.4 11 21 32 42 53 63 13 26 39 51 64 77 15 31 46 61 77 92 2.6 11 22 33 43 54 65 13 26 39 52 65 78 16 31 47 63 78 94 2.8 11 22 33 44 55 66 13 27 40 53 67 80 16 32 48 64 80 96 3.0 11 22 34 45 56 67 14 27 41 54 68 81 16 32 49 65 81 97 (2) 오존을사용하는경우 (ph 6 9) 온도 ( ) 불활성화정도 0.5 log 1.0 log 1.5 log 2.0 log 2.5 log 3.0 log <1 0.48 0.97 1.5 1.9 2.4 2.9 5 0.32 0.63 0.95 1.3 1.6 1.9 10 0.23 0.48 0.72 0.95 1.2 1.43 15 0.16 0.32 0.48 0.63 0.79 0.95 20 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72 >25 0.08 0.16 0.24 0.32 0.40 0.48 372
Ⅶ. 부록 (3) 이산화염소를사용하는경우 (ph 6 9) 온도소독제 <1 5 10 15 20 >25 이산화염소 63 26 23 19 15 11 (4) 자외선소독을사용하는경우 불활성화정도 UV dose (mj/ cm2 ) 0.5log 1log 1.5log 2log 2.5log 3log 3.5log 4log 1.5 2.1 3 5.2 7.7 11 15 22 다. 크립토스포리디움포낭 (1) 자외선소독을사용하는경우 불활성화정도 UV dose (mj/ cm2 ) 0.5log 1log 1.5log 2log 2.5log 3log 3.5log 4log 1.6 2.5 3.9 5.8 8.5 12 15 22 (2) 오존을사용하는경우 불활성화정도 수온, C <0.5 1 2 3 5 7 10 15 20 25 30 0.25 6.0 5.8 5.2 4.8 4.0 3.3 2.5 1.6 1.0 0.6 0.39 0.5 12 12 10 9.5 7.9 6.5 4.9 3.1 2.0 1.2 0.78 1.0 24 23 21 19 16 13 9.9 6.2 3.9 2.5 1.6 1.5 36 35 31 29 24 20 15 9.3 5.9 3.7 2.4 2.0 48 46 42 38 32 26 20 12 7.8 4.9 3.1 2.5 60 58 52 48 40 33 25 16 9.8 6.2 3.9 3.0 72 69 63 57 47 39 30 19 12 7.4 4.7 (3) 이산화염소을사용하는경우 불활성화정도 수온, C <0.5 1 2 3 5 7 10 15 20 25 30 0.25 159 153 140 128 107 90 69 45 29 19 12 0.5 319 305 279 256 214 180 138 89 58 38 24 1.0 637 610 558 511 429 360 277 179 116 75 49 1.5 956 915 838 767 643 539 415 268 174 113 73 2.0 1275 1220 1117 1023 858 719 553 357 232 150 98 2.5 1594 1525 1396 1278 1072 899 691 447 289 188 122 3.0 1912 1830 1675 1534 1286 1079 830 536 347 226 226 373
정수처리기준선진화연구 [ 별표 5] 정수처리기준위반시조치사항 ( 제 7 조관련 ) 구분위반사항주요조치사항비고 가. 별표 1 시료채취주기에따라측정한평균탁도값이 0.5NTU 를초과하거나, 어느한시료의탁도값이 1NTU 를초과하는경우나. 지별탁도계값이 1NTU 를초과하거나매월측정된시료의 5% 이상이 0.3NTU 를초과하는경우 - 자체시설점검등을통한원인분석및개선조치 위반사항나. 후단의경우는별표1 에따라탁도연속측정장치가도입되는시점이후에적용 탁도 불활성화비 잔류소독제농도측정결과 각시료의탁도가 1NTU 를초과하는경우가 24 시간이상지속되는경우 각시료의탁도가 1NTU 를초과하여 48 시간이상지속되는경우 불활성화비가 1 미만인경우 불활성화비가 1 미만인경우가 48 시간이상지속되는경우 소독제투입설비의고장등으로인해정수지유출부에서유리잔류염소가 수도시설의청소및위생관리등에관한규칙 제 2 조제 3 호본문의농도미만인경우 - 24 시간이내에해당지역주민에게공지 - 자체시설점검등을통한원인분석및개선조치 - 24 시간이내에해당지역주민에게공지 - 기술진단및개선조치 1 월이내에기술진단실시 진단종료후 10 일이내에환경부장관에게진단결과및조치계획수립보고 조치결과매월보고 - 자체시설점검등을통한원인분석및개선조치 - 불활성화비재계산 - 24 시간이내에해당지역주민에게공지 - 기술진단및개선조치 1 월이내에기술진단실시 진단종료후 10 일이내에환경부장관에게진단결과및조치계획수립보고 조치결과매월보고 - 30 분이하의간격으로재측정결과 1 시간이상지속될경우 24 시간이내에해당지역주민공지및원인분석 개선조치 - 24 시간이상지속되는경우해당지역주민공지및전문기관에의한기술진단실시 비고 : 기술진단은 수도법시행규칙 제12조의5에따라환경부장관이고시한기술진단대행기관에의해실시되어야한다. 374
Ⅶ. 부록 [ 별표 6] 크립토스포리디움난포낭의추가제거기준 ( 제 7 조제 1 항관련 ) 원수의크립토스포리디움난포낭의농도 ( 난포낭 /10L) 급속 완속 막여과 추가제거기준 직접여과 0.75 초과 10 이하 90% (1.0 log) 96.84% (1.5 log) 10 초과 99% (2.0 log) 99.68% (2.5 log) 375
정수처리기준선진화연구 [ 별표 7] 크립토스포리디움난포낭추가제거기술 ( 제 7 조제 2 항관련 ) 공정통합여과수탁도개별여과수탁도이차여과 1) 막여과 인정기준 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에모든여과지의유출수가혼합된지점 - 시료채취주기 : 4 시간간격으로 1 일 6 회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.15NTU 를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 0.3NTU 를초과하지아니할것. - 다만, 감시는연속측정장치를사용하여매 15 분간격으로개별여과지에대하여실시하되측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것 - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에개별여과지의유출수의수질대표지점 - 시료채취주기 : 4 시간간격으로 1 일 6 회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의일최고탁도측정값중최소 95% 이상이 0.15NTU 이어야하며, 15 분연속간격으로측정한각여과지탁도가연속두번의측정값이최고 0.3NTU 를초과하지아니할것 - 다만, 각여과지역세척후여과초기 15 분동안측정된여과여출수탁도는제외하며, 감시는연속측정장치를사용하여매 15 분간격으로측정할것. - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에개별여과지의유출수의수질대표지점 - 시료채취주기 : 4 시간간격으로 1 일 6 회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.3NTU 를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것. - 시료채취지점 : 여과지와정수지사이에개별여과지의유출수의수질대표지점 - 시료채취주기 : 4 시간간격으로 1 일 6 회이상 - 기준 : 매월측정된시료수의 95% 이상이 0.3NTU 를초과하지아니하고, 각각의시료에대한측정값이 1.0NTU 를초과하지아니할것. - 추가인증제거율결정 : 크립토스포리디움의현장제거율평가결과와직접완결성시험을통해계산된로그제거율중낮은제거율로인정 추가제거기준인정 0.5 Log 1 Log 0.5 Log 최대 2 Log 오존별표 4 의오존 CT 값에따라불활성화율인정최대 3Log 자외선 (UV) 별표 4 의자외선 IT 값에따라불활성화율인정최대 4Log 이산화염소별표 4 의이산화염소 CT 값에따라불활성화율인정최대 3Log 주 1) 응집제투입후 1 차여과지이후, 추가로여과공정을설치하여운영하는처리시설에한해추가제거율인정 376
Ⅶ. 부록 [ 별표 8] 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포실태조사방법 ( 제 8 조관련 ) 1. 대상시설가. 크립토스포리디움난포낭등의정밀분포실태조사 ( 이하실태조사라한다 ) 는정수처리기준을적용받는모든정수장을대상으로한다. 나. 다만, 실태조사계획을수립하여야하는해의직전 3년간의원수의분원성대장균군 ( 또는총대장균군 ) 평균이환경정책기본법시행령별표1의 3호에서정한 Ⅰa 등급에해당하는경우에는조사를실시하지아니할수있다. 이를위한분원성대장균군 ( 또는총대장균군 ) 자료는상수원관리규칙별표6( 원수의수질검사기준 ) 의기준에따라검사한자료를활용한다. 2. 조사항목및방법 가. 원수의수질조사 구분 1. 조사항목 2. 시료채취위치 3. 조사기간및주기 적용사항 크립토스포리디움난포낭, 지아디아포낭 총대장균군, 분원성대장균군또는대장균, 탁도, 수온, ph, 기타원수의수질특성을파악하기위하여필요하다고인정되는물질 반드시소독제가투입되기이전의지점에서시료를채취하여야하며, 취수구에유입되기직전의지점에서채취하는것을원칙으로한다. 2년간월 1회또는 2회이상또는 1년간월 2회이상 나. 정수의수질조사 구분 1. 조사시기 2. 조사항목 적용사항 원수의수질조사결과원수중에서크립토스포리디움난포낭또는지아디아포낭이 10개체 /10l이상검출이확인되는경우에한하여실시 크립토스포리디움난포낭, 지아디아포낭 먹는물수질기준및검사등에관한규칙제2조별표 1의규정에의한전항목 3. 시료채취위치 정수장유출수또는불활성화비를인정받는지점 4. 조사기간및주기 정수의수질검사가필요한수준이상으로검출이확인된분기의다음분기부터 1년간매분기 1회이상 377
정수처리기준선진화연구 3. 조사의절차가. 수도사업자는실태조사실시전 1년이내에구체적인조사계획을수립하여환경부장관에게제출하여야한다. 조사계획에는조사기간및주기, 조사기간동안일정한간격으로배열된시료채취예정일, 시료채취위치등이반드시포함되어야한다. 나. 제1호의나목에해당되는경우에는그사유와근거를실태조사실시시기전 1년이내에환경부장관에게제출하여야한다. 다. 수도사업자는제2호에따른실태조사를완료한후, 조사결과보고서를 6월이내에환경부장관에게제출하여야한다. 이때, 24회조사한경우에는연속된 12개월평균중최대값을, 48회조사한경우에는산술평균을적용하여별표6의추가제거기준를결정하고그결과를반드시보고서에포함하여야한다. 라. 조사결과에따라추가제거기준을준수하여야하는경우에는조사결과보고서제출후 6월이내에추가제거기준을준수할구체적인방법과조치계획, 추진일정등을포함하는조치계획서를환경부장관에게제출하여야한다. 마. 수도사업자는크립토스포리디움난포낭의추가제거기준을실태조사완료후 3년이내에준수하여야한다. 4. 1 차실태조사의실시시기 시설용량 실태조사의시작시기 100,000 m3 / 일이상 2013 50,000m3 / 일이상 100,000 m3 / 일미만 2015 10,000m3 / 일이상 50,000 m3 / 일미만 2017 5,000m3 / 일이상 10,000 m3 / 일미만 2019 5,000 m3 / 일미만 2021 5. 실태조사의주기적실시가. 수도사업자는실태조사를 10년마다재실시하여정수처리기준의적합성을평가하고이를근거로추가제거기준을재설정하여야하며수도법제4조의수도정비기본계획에이를반영하여야한다. 나. 다만, 크립토스포리디움난포낭의추가제거기준 2로그제거율을이미준수하고있는정수장은재조사를실시하지아니할수있다. 378
[ 별표 9] 잔류용존오존연속자동측정기검량및보정방법 ( 제 6 조제 5 항관련 ) 순서 1 2 3 4 5 6 내용 주 1 회잔류용존오존측정기설치지점의시료를 15 30 초간격으로 5 회채취 오존잔류수채취시 on-line 오존측정농도값을확인 채취시료를 Indigo colorimetric 방법으로분석 채취시료의평균잔류용존오존농도를계산 On-line 오존측정농도값과채취시료평균오존농도값을비교하여 10% 이상, 또는 0.05 mg/l 이상오차발생시기기보정을실시 기기보정후 30 분안정화후에검량선이정상이면재설치 비고 1. 잔류용존오존연속자동측정기와그부속기기의정도검사주기는 1년으로한다. 2. 유입수의탁도가비교적높은하절기에는특히기기관리에주의를요한다. 3. 설치된측정기의측정값이비정상적일시에는즉시기기세척과보정을실시해야한다. 379
정수처리기준선진화연구 [ 별표 10] 자외선소독시설의성능평가 1. 평가항목및기준 UV 반응기사양및운전조건 지표미생물 평행조사시험 성능평가시험 ( 통수시험 ) 판정 항목상세항목내용및평가기준 수질 유량 (m 3 /h) Lamp 종류 자외선조사조건 FA Factor 수온범위 ( o C) 자외선투과율 (%) A 254 미생물명평행조사시험농도성능평가시험농도 자생미생물수 ( 개 /ml) 설계수온포함시험당시조건 254 nm에서의흡광도 HPC 개체수 + 지표미생물개체수 Unit 당 2500 m 3 /h 까지범위에서최대값 ( 설계치 ), 최소값, 둘사이의 1 2개값저압램프, 중압램프여부 저압램프는뱅크 1개당센서 1개이상자외선강도계의수중압램프는램프 1개당센서 1개램프출력율 (%) 65 100% 램프출력 (W) 중압램프는파장별출력표시 자외선강도 (mw/cm 2 ) Lamp aging factor Fouling factor FA factor 조사량 - 불활성화율관계식 평행조사시험안전인자 (U DR) 강도계안전인자 (U S) 스펙트럼보정인자 (CF as) 로그제거율동등제거조사량 (RED) 조사량산출식 미생물보정인자 (B RED) 목표치안전인자 (U SP) 내삽안전인자 (U IN) 평가시험불확실성인자 (U val) 총보정인자 (VF) 인정조사량 (D val) 인정로그제거율 인정목표 판정 S 0 : 램프출력 100% 일때의자외선강도 S : 성능평가시사용한자외선강도 100 시간사용한 새 램프기준 0.5 0.8 0.4 0.9 ATCC 또는 KTCC 번호등표기 cfu/ml 또는 pfu/ml cfu/ml 또는 pfu/ml Dose = a(log I) 2 + b(log I) * 그래프제시필요 30% 이상이면총보정인자산출에포함 10% 이상이면총보정인자산출에포함중압램프를사용하는경우 성능평가시험농도에대응하는제거율성능평가에서얻어진 I에대응하는값 log(red)=a+b log(a 254 )+c log ( S -d logq+eb S 0 ) RED Bias 표로부터산출 제거목표미생물명 : 인정목표로그제거율인정목표조사량 (D req) ( 인정조사량 ) ( 목표조사량 ) 여부 380
Ⅶ. 부록 2. 평가절차 (1) 성능평가의뢰자는시험에사용하는수질, 자외선장치의사양서, 시험할운전조건범위, 시운전한기록등에대한정보를사전에제공한다. (2) 시험평가자측에서는시험할조건 ( 유량, 투과도, 램프출력등 ) 이포함된평가계획을세우고평가일정을정한다. (3) 시험할지표미생물의준비 : 전문화된공인된기관이나연구실에서표준화된배양방법에의거하여성능평가에사용할시험용미생물 (Bacillus subtilis 또는 MS2) 을충분한양으로배양공급한다. (4) 평행조사시험 (Collimated Beam Test) : 평행조사시험은잘제어통제된미생물실험실에서수행한다. 실규모테스트가 1일이상지속된다면적어도각 1일당 1회의평행조사시험을수행한다. 평행조사시험장치를통하여알고있는농도의지표미생물시료에일정시간특정조사량의자외선을조사한후불활성화값을측정한다 ( 별첨2 : 평행조사시험수행기준및장치기준 ). (5) 자외선조사량-불활성화율관계식도출 : 평행조사시험장치를통하여조사량에따른로그생존율을분석한후이를이용하여자외선조사량-불활성화율곡선과회귀분석에의하여관계식을제시한다. (6) 실규모반응기시험 : 선정한성능평가시험조건 ( 유량, 투과도, 램프출력등 ) 조합별로알고있는지표미생물을주입한물시료를통수시키면서자외선강도및조사량, 미생물생존율을모니터링한다. (7) 동등제거조사량 (RED) 결정 : 실규모반응기시험에서얻어진미생물불활성화율에대하여평행조사시험결과로부터동등제거조사량을결정한다. (8) 자외선흡광도, 자외선강도, 유량의함수로표현하는자외선조사량산출식을도출한다. (9) 보정인자의결정 : 보정인자에는 RED 보정인자 (BRED) 와성능평가불확실성인자 (Uval) 가포함된다. 성능평가불확실성인자는평행조사시험안전인자 (UDR), 강도계안전인자 (US), 목표치안전인자 (USP), 내삽안전인자 (UIN) 등으로구성된다. (10) 종합적인총보정인자 (VF) 를고려한최종적인인정조사량 (Dval) 을결정한다. 3. 평가방법 (1) 평행조사시험을통한 UV 조사량 - 불활성화율관계도출 평행조사시험장치를통하여알고있는농도의지표미생물시료에일정조사량의자외선 381
정수처리기준선진화연구 을조사한후불활성화값을측정한다. 시간을달리하여조사량에따른 log N 표 ( 또는 plot) 를도출하며, 이 UV 조사량 - 불활성화율곡선으로부터회귀분석을통하여다음과같은 로그함수의형태로표현한다. logn=a(uv Dose) 2 +b(uv Dose)+c 또는 UV Dose=A logi+b (logi) 2 여기서 N0과 N은자외선조사전과후의미생물개체수이고 logi=log N 0 N 이다. B. subtilis의 spore와같이조사량-불활성화율곡선에어깨 (shoulder) 현상이있는지표 미생물에대해서는다음과같은모양의식으로나타내며동등제거조사량 (RED) 을평가할 때에는어깨조사량경계값 (Dsh) 의 2 배보다큰조사량범위를이용한다. UV Dose=A logi+b (logi) 2 +D sh (2) 성능평가시자외선조사량모니터링을위한자외선강도계의설치 저압램프를사용하는반응기에서는램프의뱅크당강도계 1 개이상을설치운영하여야 하며중압램프를사용하는반응기에서는램프 1 개당강도계 1 개를설치운영하여야한다. (3) 실규모성능평가시험유속의범위와선정 시험조건유속 (flow rate) 은최대값 ( 설계치 ), 최소값, 그리고 1 개이상의중간값을사용한 다. 중간유속의선택은다음과같은기하학적선택규칙을이용한다. β= ( Q max Q min ) 1 n-1 여기서 n은변동하는유속조건의개수 (n 3) 이며 β는적절한유속값차이를주기위해정한상수 (1.5 2.0) 이다. 먼저사용할유속조건의갯수 n을정하고이에따라 β를산출한다. 즉, 시험에사용할유량은다음과같이결정한다. Q n =Q max β 1-n 반응기내에자외선조사량이골고루균일하게도달하는것이필요한자외선소독의특 성상한 unit 의크기나처리유량이너무커지지않는것이바람직하므로, 성능평가가가능 한자외선반응기의최대용량은 2400 m3/h 이내로한다. (4) 성능평가시험자외선투과도 (UVT) 의선정 성능평가시험에사용하는물의자외선투과도는장치로유입되는시료수의최대투과도, 382
Ⅶ. 부록 최저투과도, 그리고 1 개이상의산술적중간값을사용한다. UVT(%) 값은파장 254 nm 빛의흡광도 (A254) 를측정하여다음식에의하여산출한다. 기준투과거리는 1 cm 이다. UVT(%)=100 10 - A 254 L 여기서 L 은투과거리이다. UVT 측정시에는물시료를여과하거나 ph 조절등을행하지 않는다. (5) 실규모성능평가시험을통한자외선조사량산출 성능평가시험조건 ( 유량, 투과도, 램프출력등 ) 별로얻어진미생물불활성화율에대하여 평행조사시험결과와비교하여동등제거조사량 (RED) 을결정한다. 동등제거조사량 (RED) 에 대하여다변수회귀분석을통하여다음과같이자외선흡광도, 자외선강도, 유량의함수로 표현되는자외선조사량산출식을도출한다. log(red)=a+blog(a 254 )+clog ( S -d logq+eb S 0 ) 여기서 A254 는 254 nm 파장자외선의흡광도, S 는성능평가시자외선강도계로측정된 자외선강도, S0 는램프출력이 100% 일때의자외선강도, Q 는유량, B 는반응기내램 프 bank 의수를나타낸다. (6) 시험평가운영시모니터링할운전데이타의종류와방법 항목 측정주기및방법 유속 조사시간 매 2 분마다측정기록. 하루최소 3 회측정치점검. 설정값에서 10% 이내변동여부확인 반응기부피 유속 UV Irradiance 매 2 분마다측정기록. 하루최소 3 회측정치점검. UV 강도 (Dose) 램프 Fouling 및 Cleaning 램프가동시간전기출력램프가동주기 각강도계에대하여 in-line monitor로기록 Sleeve cleaning 주기기록각램프에대하여매일기록반응기가동시전력, 각램프에대한전류와전압을매일기록램프의 on/off 주기기록 383
정수처리기준선진화연구 (7) 보정인자 (VF) 의산출 VF=B RED ( 1+ U val 100 ) BRED 는미생물보정인자, Uval 는성능평가불확실성인자이다. (8) 성능평가불확실성인자 (Uval) 의산출 성능평가시험을목표치도달방식과조사량계산방식으로구분할때, 각방식별로다음과 같이성능평가시험의불확실성을보정한다. 1 조사강도목표치도달방식... U Val =(U 2 SP+U 2 S+U 2 DR) 1 2 2 조사량계산방식... U Val =(U 2 IN+U 2 S+U 2 DR) 1 2 여기서 USP 는목표치안전인자, US 는강도계안전인자, UDR 은평행조사시험안전인 자, UIN 은내삽안전인자를의미하며각각은소정의기준및절차에따라산출할수있다. (9) 인정조사량 (Dval) 의결정 동등제거조사량과보정인자를고려한최종적인인정조사량 (Dval) 은다음과같이결정한다. D val = RED VF 384
Ⅶ. 부록 4. 자외선반응기성능평가결과표 항목상세항목단위측정값또는범위 UV 반응기사양및운전조건지표미생물평행조사시험성능평가시험판정 수질 수온범위 o C 자외선투과율 % A 254 자생미생물수 cfu/ml 유량 m 3 /h Lamp 종류 저압중압 Bank 수 /unit 개 램프수 /Bank 개 총램프수 개 자외선저압 : ( ) 개 / Bank 자외선개강도계의수중압 : 1 개 / 램프 ( ) 개조사조건램프출력율 % 램프출력 W 자외선강도 mw/cm 2 S = S 0 = Lamp aging factor - FA Fouling factor - Factor FA factor - 미생물명 평행조사시험농도 cfu/ml 또는 pfu/ml 성능평가시험농도 cfu/ml 또는 pfu/ml 조사량-불활성화율관계식 평행조사시험안전인자 (U DR) % 강도계안전인자 (U S) % 스펙트럼보정인자 (CF as) 로그제거율 log 동등제거조사량 (RED) mj/cm 2 조사량산출식 / 그래프 미생물보정인자 (B RED) - 목표치안전인자 (U SP) % 내삽안전인자 (U IN) % 평가시험불확실성인자 (U val) 총보정인자 (VF) - 인정자외선조사량 (D val) mj/cm 2 인정로그제거율 log 제거목표미생물명 인정인정목표로그제거율 log 목표인정목표조사량 (D req) mj/cm 2 판정 385
정수처리기준선진화연구 [ 별표 11] 자외선소독시설의유지관리 1. 자외선소독시설성능의확인과유지를위해확인해야할사항은다음과같다. (1) 온라인자외선투과율모니터, 자외선강도계의확인온라인자외선투과율모니터의지시치를탁상형분광광도계의값과정기적으로비교하고일치하는지를확인한다. 확인에사용되는샘플수는온라인자외선투과율모니터로실측한것과동일한것이바람직하다. 자외선강도계는설비에부착된설치강도계와기준강도계의 2 종류가있다. 설치강도계는온라인으로, 항상자외선강도를감시한다. 한편기준강도계는설치강도계의성능을평가하기위해사용되는오프라인강도계이다. 설치강도계의열화유무를평가하기위해서는기준강도계의특성이열화되어있지않음을확인해둘필요가있다. 이러한자외선측정기의공통사항으로서센서수광부의흐려짐, 오염의유무, 램프, 센서사용시간을확인하고, 정기적으로세정, 교정, 교환한다. (2) 유량의확인자외선반응조내의유량이설계치로부터저하또는증대하였는지, 유닛마다설정유량으로부터차이가있는지확인한다. 차압을이용하여유량분할을확인하는경우압력계의정도를정기적으로확인한다. (3) 램프의확인점등을확인함과동시에램프운전시간 ( 램프종류마다경시특성 ), 출력저하 ( 허용한도 ) 로부터교환시기를파악하는데유의한다. 소등또는초기출력의 70% 로저하된경우, 교환이필요하다. 또한램프의빈번한점등 / 소등은램프수명을현저히저하시키는원인이된다. (4) 램프슬리브의세정정기적인기계적세정이일반적이나, 이외에도초음파세정, 고압수세정, 공기세정, 화학세정 ( 황산, 염산등 ) 등이있다. 이러한세정은자동으로하는것이바람직하다. 세정에는온라인세정과오프라인세정이있다. 소독대상수수질또는자외선반응조설치위치에따라서는램프슬리브표면으로망간등의산화물스케일이부착하는경우도있다. 특히여과지전에자외선반응조를설치하는경우에는수질평가를충분히하고, 스케일부착의우려가있는경우에는사전대책을강구할필요가있다. 슬리브는 3 5년마다, 또는슬리브의손상이나균열, 과도한오염에의해자외선강도가저하된경우중어느쪽이든빨리도래한시기에교환한다. 또한, 램프슬리브에지문이묻으면운전시에손상될우려가있으므로, 청결한면포나파우더프리라텍스, 비닐장갑을이용하여취급할필요가있다. (5) 자외선반응조내의온도확인자외선램프는고온에서동작하며, 과열을막기위해서는유수가필요하다. 또한자외선반 386
Ⅶ. 부록 응조내에에어포켓이생기면조내의온도가상승한다. 반응조내의유량, 수온을정기적으로감시하고, 이상이발생한경우에는자외선반응조를신속히정지하고확인할필요가있다. (6) 정지시의조치자외선반응조내가만수에서정지한경우, 슬리브가오염되는경우가있다. 기계적세정시스템 ( 온라인기계세정 ) 을갖춘자외선반응조는처리정지중이더라도슬리브의세정을계속해두는것이바람직하다. 또한일주간이상정지하는경우에는자외선반응조의물을배수하는것을검토한다. 한편, 30일이상의장기간정지후에는슬리브의약품세정을실시하는것이바람직하다. 반응조의물을뺄때에는반응조내부의점검, 침전물의배출, 청소도동시에한다. 겨울철에장시간정지할때에는동결에의한손상이발생할수있으므로자외선반응조내부의물을배수하는등동결대책을실시할필요가있다. 2. 자외선소독시설의정상적인운영을위해필요한일상점검항목은다음과같다. 점검항목실시내용빈도지시값의확인매일온라인자외선투과율교정 1회 / 주모니터세정제조사지정반응조, 슬리브, 와이퍼누수, 손상, 동작확인 1회 / 월 지시값의확인 매일 자외선강도계 교정 1회 / 월 교환 수시 약품세정 효과확인 1회 / 월 세정약액탱크 확인 1회 / 반년 기준강도계 교정 1회 / 년 누전차단기 차단시험 1회 / 년 유량계 교정 제조사지정 램프 점등확인, 교환 자외선조사강도가초기치의 70% 값보다저하또는설계수명시간운전시 유량감시용압력계 동작확인 제조사지정 온라인세정구동기구 동작상태확인 제조사지정 안정기 검사 제조사지정 제어반냉각팬 교환 제조사지정 제어반흡기필터 청소 제조사지정 반응조내부 점검, 침전물의배출 1회 / 년 387
정수처리기준선진화연구 [ 별표 12] 평행조사시험수행기준및장치기준 평행조사시험은물리화학적또는생물학적오염의우려가없도록잘통제된미생물실험 실에서수행해야한다. 만일실규모성능평가시험이 1 일이상지속된다면적어도각 1 일당 1 회의평행조사시험을수행한다. 1. 평행조사시험의수행조건 (1) 적어도 2가지이상의조건에서평행조사시험을수행하되최고 UVT 및최저 UVT 값에서수행하는것을포함시킨다. (2) 한번의시험에서는원점 (zero control) 이외에최소 5개이상의조사량에대한측정치가있어야한다. (3) 평행조사시험에서얻어지는로그불활성화율은실규모자외선반응기성능평가에서얻어지는로그불활성화율보다 0.5 1 단위커야한다. 2. 평행조사시험장치 (1) 평행조사시험은 254 nm 파장만을발광하는저압자외선램프를사용한다. (2) 자외선은시료표면전체에균일하게도달하여야하며도달하는입사각은 0도에가까워야한다. (3) 자외선도달의균일성은시료표면의세분화된여러지점에서의 irradiance (W/cm 2 ) 를광량계 (radiometer) 로측정하여판단하며사용하는광량계는그정확도가충분히검정된기기를사용한다. (4) 램프의출력은조사시험동안 5% 이상변하지않도록안정하여야한다. (5) 조사거리는시료표면직경의최소 6배이상의거리를사용한다. (6) UV 조사강도 (dose) 는조사거리를조절함으로써변화시키도록한다. (7) UV 강도측정을위한자외선노출시간은최소한 20초이상을사용한다. (8) 시료용기내액체시료의깊이는 0.5 2 cm 범위를사용한다. (9) 시료용기의재질은조사량-불활성화율결과에영향을미칠정도로시험용지지표미생물을흡착하는것을사용하지않는다. 3. 평행조사시험의순서 평행조사시험을수행하는사람은자외선노출위험에대비한안전장비 ( 고글, 고무장갑 등 ) 를착용하여야한다. 예상하는또는목표하는로그제거율을고려하여충분한농도의지 표미생물을접종한물시료를시험에사용한다. 388
Ⅶ. 부록 (1) 시험에사용할접종된물시료의 A254 흡광도를측정한다. (2) 일정부피의물시료를평행조사시험용기 ( 예, 페트리디시 ) 에담고자석교반막대를넣는다. 부드럽게교반시킨다. (3) UV 강도 (intensity) 를측정한다. (4) 원하는조사량 (dose) 을전달하기위한조사시간을결정한다. (5) 차단기구 (shutter 등 ) 를이용하여평행조사통 (tube) 으로부터의빛의통과를차단한다. (6) 물시료를평행조사통하부의중앙에위치시킨다. (7) 차단기구를제거하여빛을조사시킨다. (8) 앞에서정한조사시간이경과하면빛을다시차단한다. (9) 시료용기를빼내어시료중지표미생물의농도를분석한다. 즉시분석하지않을때에는 4oC 암소에보관한다. 각물시료에대해최소 3회이상의농도측정분석 ( 미생물농도분석용고체배지에 plating) 을수행하고평균농도를산출한다. (10) UV 강도 (intensity) 를재측정한다. 앞의 (3) 번단계에서측정한 UV 강도와의차이가 5% 이내여야한다. (11) UV 조사량 (dose) 을계산한다. (12) 각각다른시험조건에대하여 (1) (11) 을반복한다. 4. UV 조사량 - 불활성화율관계의도출 UV 조사량이 0인조건 (control) 과이외에최소 5개이상의측정치 (N) 를이용하여 UV 조사량-불활성화율곡선을그리고회귀분석을통하여 UV 조사량-불활성화율관계식을도출한다. UV 조사량과생존개체수 (N) 및불활성화율 (I) 에대한관계곡선의전형적인형태는다음과같다. (1) UV 조사량-개체수곡선 ( 예 ) 관계식 : logn=a(uv Dose) 2 +b(uv Dose)+c 389
정수처리기준선진화연구 (2) UV 조사량 - 불활성화율곡선 ( 예 ) 관계식 : UV Dose=A logi+b (logi) 2 또는 UV Dose=A logi+b (logi) 2 +D sh 여기서 logi=log N 0 N. 390
391 Ⅶ. 부록
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393 Ⅶ. 부록
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395 Ⅶ. 부록