미국은 6만개의 정수시설에 2억 2,300만 명에게 물을 공급하고 있으며, 280개의 대규모 사업체가 1억 1,000만의 인구에 물을 공급하고 있다. 관망시설은 송수 배수 옥내 급수시설을 포함하여 16억km, 배수시설은 140만km, 배수지는 15만 4,000개에 이른다.
-편집자 주-
’90년대 Cryptosporidium 오염위협
정부, 소독제 및 소독부산물법 제정
수질동향은 ’80년대 소 중형 규모 정수장들의 시설관리 미비로 대장균, Giardia 등 미생물 오염을 비롯하여 소독 부산물인 THMs, SOCs, VOCs 등 화학오염물로 수질이 악화되어와 정부는 지난 ’89년 지표수처리법(Surface Water Treatment Rule)과 대장균군법(Total Coliform Rule)을 제정하기에 이르렀다. 상수업계는 시설관리 개선을 비롯하여 응집여과 소독 개선을 통해 수질악화에 대비하여 왔다. 여기에는 필수적 정수처리인 Treatment Technique가 포함되어 있다.
’90년대 이르러서는 중, 대규모 정수장 처리능력 한계로 Cryptosporidium 의 오염위협의 심각성과 크립토, 지아디아외 다른 미생물 Emerging pathogene위협 고조(Viruses, Enthmoeba, Cyclospora, Microspora, etc), 관망 소독 부산물 THMs, SOCs, VOCs 등 화학오염물 저농도 위협도 인식, 수질규제법의 한계를 인식하기 시작했다.
이에 따라 정부는 ’96년 자료수집법(Information Collection Rule) 시행과 더불어 ’98년 강화지표수처리법(Interim Enhanced Surface Water Treatment Rule)제정, ’98년 소독제·소독부산물법(Disinfectants·Disinfection By-product Rule)을 제정해 대책강구에 나섰다.
상수업계는 다각 보호정책(Multiple Barrier Approach)을 도입, 원수 보호를 비롯하여 최적 정수 처리, 관망 수질 보호, 수질감시, 수질문제 해결체제를 구축하기에 이르렀다.
또한 종합효율개선(Composite Correction Program)으로 표준화된 진단으로 시설공정 관리 능력 평가와 우선순위에 의한 단계적 향상을 실시하고 있다. 그 예로서 Partnership for Safe Water Program으로 정부, 수도사업체, 상수협회 협력체로 지원과 가입 수도업체 CCP 방법으로 개선하고 있다.
관망관련 수질규제법은 지표수 처리법등
정수처리 분야에 비해 관망투자 뒤떨어져
관망관련 수질 규제법은 지표수 처리법, 대장균군법, 소독부산물법이 있다.
지표수처리법은 최적 응집 여과 소독 공정으로 대장균 군 제거 살균 및 바이러스, 크립토 등 미생물을 제거하며, 관망내에서 적정 잔류염소유지로 대장균 군, 일반 세균, 레지오넬라 등 미생물 재성장을 억제시킨다.
대장균군법은 대장균 군 모니터링으로 관망 미생물 재 성장 위협을 감시하며, 소독부산물법은 소독제, Total THM, HAAs 모니터링으로 관망 소독제와 소독부산물 위협을 감시하고 있다. 관망수질 문제로는 정수처리 분야와 비교해 전통적으로 관망에 대한 관심과 투자가 뒤떨어져 있어 관망전문 수질법이 부재되어 있는 실정이다.
또한 관말 수질 연구의 딜레마로서는 보고 체제가 취약할 뿐만 아니라 자료에 대한 데이터가 부족하고, Grab 모니터링의 한계 및 특수 오염물 포착 분석의 어려움이 존재하고 있다.
이와함께 인프라에 대한 노후 현상이 문제가 되고 있으며, 관망의 수질문제로서는 위험요소가 다양하며, 역류를 비롯한 생물막, etc 등 오염예측의 어려움이 있으며, 뉴욕과 워싱턴에서도 물에 대한 상대편의 의견이 분분한 실정이다. 그러나 관망은 미래의 보고 가 새로운 추세로 등장하고 있다.
관망 수질보호에 대한 관망수질전문법 제정노력
관망수질 가이드라인 EPA Waite Papers 제공
관망 수질보호에 대한 현재의 추세는 정부에서 관망수질전문법 제정에 노력하고 있으며, 관망수질 가이드라인인 EPA Waite Papers(www.epa.gov/safewater)를 제공하고 있다. 또한 ‘다각보호’를 장려하고 있다.
관망수질관리는 먹는물 품질조정과 관망 미생물 재성장 기회로 구분된다. 먹는물 품질조정은 수질보호의 목적아래 수실감시를 비롯한 수도관 유지, 관망체류시간, 교차연결 방지, 잔류 소독제가 실시된다.
관망 미생물 재성장 기회는 재성장 가능한 훼손된 미생물과 탁질 Shield 등의 규조·Cysts와 먹이(Iron, AOC, BDOC, NH3, PO4) 등의 생물막 형성 요소가 정수장으로 유입되면 이것이 배수지로 나간다. 이때 관부식을 비롯한 교차연결(Cross Connections), 오염물 유입, 잔류염소 결핍 등의 부식생성물과 정체(Water Age)가 배수지에 유입되어 소비자에게 가는 메커니즘을 말한다.
수질감시는 소비자보호 및 수질관리 목적
수질감시기준 수질법, 인구수·수처리 용량
수질감시는 소비자 보호를 비롯하여 기본수질동향 파악 및 수질관리를 목적으로 하며, 관련 수질법에는 대장균군법(Total Coliform Rule)을 비롯하여 THM·HAA5 법, 고도지표수처리법, 납동 방지법(Lead and Copper Rule)이 있으며, 장기적으로 인프라를 개선을 위한 프로그램을 보조하고 있다.
수질감시의 기준은 수질법과 인구수·수처리 용량, 공업, 상업, 주택가 등 각 지역의 특성 및 배수지, 수압구역을 고려한 수질문제지역(예: 막다른 지역, deadend site)을 포함하고 있다. 수질법에 있어서 인구수 및 수처리 용량은 연속적인 시스템이든 비연속적인 시스템이든 간에, 그리고 집단이나 비집단체계를 막론하고 각각의 물 조달업자들은 그 서비스 규모에 의해 분류되고 있다.
필라델피아의 경우 200만 공급, 80곳 채취, 법적 기본 대장균 군 채취량은 360/달, 법적 기본 잔류염소 채취량은 360/달이다. 뉴욕의 경우에는 800만 공급, 500곳에서 채취하고 있으며, 법적기본 대장균 군 채취량은 480/달, 법적 기본 잔류염소 채취량은 480/달이다.
샘플채취 대장균군법 Total Coliform 매일실시
수질관리는 라디오 주파 이용한 원격 감시시설
샘플채취는 기본수질동향 파악 및 수질관리로 매일, 1주 1~3회, 온라인 모니터링이 이뤄지고 있더. 수질법은 대장균군법인 Total Coliform과 지표수처리법인 잔류염소, 저온일반세균(HPC)법이 매일 실시되고 있으며, Cryptosporidium & Giardia가 소정기간 실시된다. 소독제 및 소독부산물법인 소독제(C12, C1O2, etc), THMs, HAA5는 매분기 실시되며, TOC는 소정기간, 유기 무기물은 매 분기, 매년, 그리고 방사능 물질은 매 4년마다 실시된다.
수질관리는 퍼지는 파장에 의한 라디오 주파를 이용한 원격 감시시설이 적용되기도 한다. 데이터관리는 연구실 정보의 경영관리에 의한 시스템으로 이루어지며, 수질목표치는 행동수치인 정수장 수질목표치 설정을 비롯하여 배급수지 수질목표치 설정(예: 수도관 신설 허가), 수질 목표치 기준초과시 이를 즉각 보고하여 해결책을 강구하고 있다.
수질목표치=행동수치 (Action Level)
행동수치의 예로서는 정수장 여과유출수 탁도 0.06NTU 잔류염소: 〉1.8mg/L〈 2.4 mg/L, 배수지의 탁도 〈 0.5NTU 잔류염소: 〉1.0 mg/L HPC:〈100cfu/ml를 들 수 있다.
교차연결(cross connection)의 경우에는 음용수 시스템과 비음용수 시스템의 직접 간접적 오접, 수압의 변화에 따라 비 음용수와 오염물질이 음용수로 역류할 수 있는 위험한 상태를 초래할 수 있다.
역류는 역 사이펀 및 역압 이용
정부, 역류방지기기 설치의무화
역류(backflow)의 경우에는 공급수압이 떨어지며, 진공에 가까운 상태에 도달하여 교차연결을 통해 오염물을 빨아들이는 역 사이펀(Back-siphonate)과 수압이 펌프, 보일러 가동, 높은 위치 때문에 공급수압보다 중가하여 교차연결을 통해 오염물을 유입하는 역압(Back-pressure)이 이용된다.
그러나 교차연결은 오염의 제1주범(EPA, AWWA, CDC)에다 수인성 오염 질병을 초래할 가능성이 있으며, 무색, 무취의 화학물질 세균으로 발생유무에 대한 포착의 어려움 등의 위험이 존재하고 있다.
역류방지(Cross Connection Control)는 역류 방지법을 주 정부나 지방자치단체에서 제정하고 있고, 역류방지기기 설치를 의무화하고 있다. 낮은 위험 시스템은 심미적 피해 대상인 garden hose, 세탁기 등에 사용하고 있고, 진공파괴기 혹은 듀얼 체크밸브 부품에 사용하고 있다. 높은 위험 시스템에는 생물, 화학적으로 위험한 피해를 초해할 수도 있어 변형 내지 감소된 압력라인의 부품에 사용하고 있다.
수도관의 오염은 교차 연결시 가장 심해
관 내부소독은 타블렛 식과 계속 투과법
수도관의 오염 현황으로는 교차연결 다음으로 오염도가 심각하게 나타난 것이 신설 수도관 공사 중을 비롯하여 기존 수도관 수리 중, 누수, 수도관 접촉재료인 것으로 나타났다. 수도관 배수지 소독은 새로 매설된 수도관 및 배수지, 옥내 탱크 소독, 기존 수도관, 배수지, 옥내탱크 수리 후나 정기적인 소독이 이뤄지고 있는 것으로 나타났다.
관 내부의 소독방법으로서는 타블렛 식(Tablt Method)과 계속 투과법(Coontinuous Method)이 이용되고 있다.
타블렛 식은 Calcium hypochlorite 정제를 사용하며, 관 내부의 모든 부분을 유리염소(최소농도 25mg/L)와 24시간 접촉, 잔류염소 농도가 10mg/L 이하로 감소된 후 관에서 품어내고 24시간 후에 수질검사를 하는 방법이다.
계속 투과 방법은 펌프를 이용하여 염소액(주로 Sodium Hypochlorite)을 투과, 관 내부의 모든 부분이 유리염소(최소농도 25mg/L)와 접촉하는 방식으로 그 다음 공정은 타블렛 방법과 동일하다.
수도관 마개설치는 수도관 양쪽 끝 캡 사용
수도관 부식저감은 pH 조절과 방청제 투입
수도관의 마개설치는 새 수도관 양쪽 끝을 캡으로 막아 이 물질 침투를 방지하고 있다. 1998년 PWD 의무화로 다른 도시들도 시행하고 있다.
수도관 부식 저감은 파이프내 불순물과 파이프 형태에 따라 부식되는 Fe(OH)2를 형성하는 Pitting Corrosion과 용존산소 녹퇴적을 조장하는 Rust tubercles, Fe(OH)3로 부식조장 요소로는 용존산소를 비롯한 Total dissolved solids, pH, Alkalinity, 수온, 전기 절연과 전해물질인 것으로 나타났다. 따라서 수도관 부식저감은 pH 조절(Lime CaO NaOH NaCO3)과 방청제 투입을 병행하고 있다. 방청제는 Phosphates ZnPO4, Sodium hexametaphosphate다.
적정 잔류 소독제의 경우 관망의 잔류염소는 자유염소 0.5~1.5mg/L, 클로라민 1.0~2.0mg/L을 유지하고 있다. 클로라민은 1960년대 이후 다수 정수장 클로라민으로 전환되었다. 유리염소로 파괴공정과 여과가 끝난 후 암모니아를 투입하는 방법이다.
관망 잔류염소의 혜택으로는 소독부산물 저감을 비롯하여 잔류클로라민 잔기간 지속, 생물막방지, 물맛향상 등을 들 수 있지만 정체시 아질산성(Nitrite)이 생성되는 것이 단점이다.
관망 체류시간은 수질영향 인자와 정체
배수지 설계시 유입구·유출구 따로 설치
관망 체류시간에 있어 수질변화 영향인자는 물과 수도관 벽과의 반응을 들 수 있으며, 수체내에서의 반응을 들 수 있다. 정체는 잔류염소 고갈 및 생물막을 촉진하는 수질변화의 사이클 및 부식 촉진으로 나타났다.
생물막의 경우 관 내부 상태를 박테리아에 호조건으로 재 성장을 촉진시키며, Assimilable organic carbon(AOC) :〉100㎍/L 박테리아 재성장, Biodegradable organic carbon (BDOC), 클로라민 생물막층에 효과적으로 침투한다.
배수지의 설계는 플럭흐름을 비롯하여 유입구와 유출수 따로 설치, 단락류와 관말의 최소화, 염소투과 시설설치, 자동원격 실험기구 설치의 모니터링 시설을 마련하고 있으며, 수압으로 작동되는 운전은 통상 5일간 유지되지만 여름철에는 3일로 한정하고 있다.
수도관의 설계는 환상형으로 정체 방지
주철관은 75~150년 간격으로 교체실시
수도관의 설계는 환상형으로 정체를 방지하며, 최소한 60m 간격에 소화전 설치 500m 간격에 Ferrule(쇠고리)를 설치한다. 녹슬기 쉬운 전해물, 습기지역에 PVC/PE관의 부분적인 설치, 부식방지시설을 한다.
수도관의 기능은 물리적 성능과 부식율, 수명, 누수, 누수 파괴 기록, 수질 등의 항목이 진단을 받으며, 수도관의 대체는 이와 같은 기능 진단으로 대체된다. 점수제 적용시 PWD는 수명이 0~5점, 주 파괴기록이 0~3점이다. Ductile Iron Pipe 대체는 50~75년 주기로 이루어지며, 주철관은 75~150년 간격으로 교체가 이뤄진다.
결론적으로 미국은 다양한 경계의 마지막 방벽인 ‘관망’분야에 상당한 연구와 투자를 하고 있다. EPA , 2001에 따르면 미국은 향후 20년간 모든 인프라 투자의 67.2%를 관망분야에 투자할 계획으로 알려졌다.
미국의 관망 수질보호는 질 우선, 소비자 우선을 비롯하여 제3자에 의한 시설관리능력 기술진단, 최선경영책(BMP), 수질 목표치 설정에 두고 있다.
최정진 미국 필라델피아시 수질국 수질부장
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