This study was carried out to investigate the characteristics of trihalomethane (THM) formation from chlorination of groundwater in the northeastern area of Cheju Island. Effects of total organic carbon (TOC) and bromide in groundwater on the THM formation were studied. Samples were taken from two regions withe altitude. The concentrations of TOC and bromide in groundwater were higher at the regions of lower altitude, especially at the altitude below 50m. Generally the THM formation in GA region containing a high TOC was higher than that in GB region containing a relatively high bromide. At the altitude below 100m, the formation of total and brominated THM was highest at GB region. The most part of THM formation was brominated THM at GB region. The formation ratio of chloroform and brominated THM was similar to the others. Among the brominated THM, dibromochloromethane and bromoform in GB region were containing high bromide. Bromodichloromethane and dibromochloromethane in GA region were containing low bromide. At the altitude above 200m, chloroform was formed mainly. Comparing the ratio of brominated THM of total THM in Cheju Island with that in other areas, Seoul and Pusan, it can be konwn that the former showing 51.3% was much higher than the latter showing 6.7% and 28.8%, respectively.
An experimental study was conducted to investigate the effects of chlorine dioxide and ozone on reduction of THM(trihalomethane) formation. Precursor concentration, chlorine concentration, reaction time, pH, and temperature were governing compornents of THM formation. When other conditions are constant, THM formation increased linearly with precursor concentration increased. THM formation increased when pH increased from 5 to 9. In combined treatment with chlorine and chlorine dioxide, chlorine treatment after chlorine dioxide treatment made less THM than any other case does. Ozonation reduced THMFP(THM formation potential) of THM precursor. THMFP decreased exponentially with reaction time increased. Also biodegradability of humic acid was enhanced by ozonation.
This study was carried out to examine the behavior of THM formation in water treated with chlorine dioxide where humic acid was used as THM precursor. THM was not detected in bromide-free water, but formed in water containing bromide. When 10 mg/l of chlorine dioxide was added to water containing 5 mg/l of humic acid and bromide respectively, 20.46 ${\mu}$g/l of THM was formed. It is postulated that chlorine dioxide oxidize bromide to hydrobromous acid, which subsequently reacted with humic acids similar to chlorine reaction. The formation of THM could be reduced at low pH. Among THM formed, CHBr$_3$ was the predominant species in the alkaline solution, while CHCl$_3$ in the acidic solution. A sample pretreated with chlorine dioxide for 24h before addition of chlorine showed a reduction of 75.1% in THM formation, compared with a sample not pretreated with chlorine dioxide and a sample treated by chlorine for 24h prior to addition of chlorine dioxide also showed a reduction of 37.8% in THM formation, compared with a sample not added with chlorine dioxide. It may explain that chlorine dioxide oxidizes directly a fraction of THM.
Trihalomethanes (THMs) are formed during the chlorination of waters containing precusors compounds, most commonly humic substances, changes in pH, TOC, temperature, precusor source and concentration chlorine dosage, bromide level and reaction time directly influence trihalomethane formation potential (THMFP) and kinetics. A standard THMFP experiment was conducted for each water under the following conditions ; $20^{\circ}C$, pH 7.4, reaction time of 48hr, TOC 5.7mgC/L. A series of kinetic experiments was conducted for each water to provide THM formation under varying conditions of reaction time, pH, temperature and TOC, chlorine dosage. The resultant mutiple parameter powre function predicts a THM which allows direct calculation of THM, is $[THM]=0.00039(pH-2.81)[TOC][Cl_2]^{0.321}\;t^{0.266}\;T^{0.286}$ Characteristics of raw water in advanced drinking water treatment pilot plant were, TOC levels ran from 4.42~6.84mgC/L, pH 7.2~7.8, temperature $7.0{\sim}18.4^{\circ}C$, UV-254 absorbance $0.057{\sim}0.85cm^{-1}$, THM levels ranged from 0.031~0.049mgC/L.
In-pipe formation of THM in water distribution systems was simulated by using the continuously and easily measurable parameters such as water temperature, residual chlorine and soluble organic compounds. The concentration of miscellaneous organics which could be the precuror of THM, was measured and represented as the absorbance of ultraviolet at wave length 260 nm. As the results, the developed equation in this study showed a more reliability on the change of THM than the normally regressed equation. In addition, the simulation was successfully fitted in the actual water treatment and distribution systems. Of the THM components, dibromochloromethane was the main cause dropping the overall reliability in the simulation.
THM 생성은 염소접촉 후 4시간까지 선형적인 증가추세를 보이며, 많은 양의 THM이 생성되는 것으로 나타났으며, 반응 30분만에 168시간 동안 생성된 양의 총 $25\sim43%$의 비율을 차지하였다. 또한, 수중의 브롬이온 농도에 따른 THM 생성특성 조사에서 유기성 전구물질인 humic acid의 농도는 일정하고, 브롬이온의 농도만 $0\sim50{\mu}g/L$까지 변화시켜 염소처리하였을 경우에는 생성되는 총 THM의 농도는 접촉시간 별로 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 수온변화에 따른 THM 생성특성 조사에서 수온이 낮은 $4^{\circ}C$일 때는 PF(parabolic formation) phase로 접어들어서도 THM 생성량이 계속적으로 증가하는 양상을 나타내었으며, $20^{\circ}C$와 $35^{\circ}C$의 경우에는 IF(instantaneous formation) phase까지 급격한 증가추세를 보인 후 PF phase에 도달하여서는 그 증가추세가 둔화되는 것으로 나타났다. pH 변화에 따른 THM 생성특성 조사에서 pH가 5일 경우 IF phase까지 증가추세를 보인 후, PF phase로 접어들어서도 계속적으로 증가하는 것으로 나타났지만 pH가 7과 pH가 9의 경우에는 IF phase까지 급격한 증가추세를 보인 후 PF phase에 도달하여서는 그 증가 경향이 아주 둔화되는 것을 볼 수 있으며, 이런 현상은 pH가 9일 경우에는 더욱 두드러지게 나타났다.
This research was based on comparing ozonation with combined ozone/ultraviolet oxidation through the methods of reducing THM produced during water treatment. The results were as follows ; 1. The decline of THM concentration was appeared according as ozone dosage increases with ozonation and combined ozone/ultraviolet oxidation. The more effective method was the treatment of irradiating UV then ozonation. In the beginning of reaction the decline rate of THM formation potential was low, I thought it was because that the reaction of ozone and humic acid needed times to be steady state, or that THM formation potential existed according to humic acid. 2. The effect of combined ozone/ultraviolet oxidation when ozone dosage was 4.2mg/L min was almost the same that of ozonation when ozone dosage was 8.6mg/L min. 3. In experiment of TOC decline through ozonation and combined ozone/ultraviolet oxidation, TOC concentration was also dropped according to increasing ozone dosage and the more effective results were showed in treatment of irradiating UV than ozonation. But the similar TOC remove rates were showed in experiment of changing with ozone dosage during combined ozone/ultraviolet oxidation TOC remove rates were low in proportion to the remove rates of THM formation potential, it was considered that humic acid was made low molecule itself though ozonation and ozone/ultraviolet oxidation. Moreover, the high degree of remove efficiency will be get though the treatment of activated carbon of GAC treatment after combined ozone/ultravilet oxidation.
The objectives of this study were to evaluate the change of molecular weight (MW) profiles in natural organic matter (NOM) through various treatment processes (coagulation, granular activated carbon (GAC), and ozonation) using high performance size exclusion chromatography based on ultraviolet absorbance and dissolved organic detection (HPSEC-UVA-DOC). In addition, relationships between MW profiles and disinfection by-production (DBP) formation were evaluated. Each treatment process results in significant different effects on NOM profiles. Coagulation is effective to remove high molecular weight NOM, while GAC is effective to remove low molecular weight NOM. Ozonation removes only a small portion of NOM, while it induces a significant reduction of UV absorbance due to breakdown of the aromatic groups. All treated waters are chlorinated, and chlorination DBPs such as trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs) are measured under formation potential conditions. Both THM and HAA formation potentials were significantly reduced through the coagulation process. GAC was more effective to reduce THM formation compared to HAA formation reduction, while ozonation showed significant HAA reduction compared to THM reduction.
깨끗하고 안전한 수돗물에 대한 소비자들의 욕구가 커짐에 따라 막, 오존, 활성탄 등 다양한 고도처리공정이 정수장에 도입되고 있다. 본 연구에서는 고도처리공정의 도입으로 인한 관로 내 잔류염소 감소 및 THM 생성특성에 대하여 살펴보았다. 오존, 활성탄, 오존/GAC 공정별 DOC 제거특성과 bottle test를 이용한 잔류염소 감소 및 THM 생성특성을 평가하였다. 모든 처리공정에서 DOC 제거율보다 $UV_{254}$ 유발물질의 제거율이 우수한 것으로 나타났다. 특히, 오존공정에 의한 DOC 제거율은 기존 모래여과수 대비 약 4%에 불과하였으나, $UV_{254}$는 약 17%로 DOC 제거율보다 훨씬 더 큰 차이를 보였는데, 이는 오존에 의해 소수성 유기물이 친수성 유기물로 변환되었기 때문이다. 오존/GAC 공정이 유기물 제거에 가장 효과적이었으며, 모래여과, 오존, GAC, 그리고 오존/GAC공정을 거친 처리수의 잔류염소 감소계수는 각각 0.0230, 0.0307, 0.0117 그리고 0.0098 $hr^{-1}$ 나타났으며, 190시간 반응 이후 모래여과수는 THM이 81.8 ${\mu}g/L$ 생성된 반면, 오존, GAC, 그리고 오존/GAC의 처리수는 모래여과수에 비해 각각 6.0, 26.2, 30.3% 적게 생성되었다. 결론적으로 고도처리공정에 의해 관로 내 잔류염소의 지속성이 증대되었으며, THM 생성 또한 감소하는 것으로 나타났다.
The applicabilities and validities of two methodologies fur the prediction of THM (trihalomethane) formation in a water pipeline system were proposed and discussed. One is the multiple regression technique and the other is an artificial neural network technique. There are many factors which influence water quality, especially THMs formations in water pipeline systems. In this study, the prediction models of THM formation in water pipeline systems are developed based on the independent variables proposed by American Water Works Association(AWWA). Multiple linear/nonlinear regression models are estimated and three layer feed-forward artificial neural networks have been used to predict the THM formation in a water pipeline system. Input parameters of the models consist of organic compounds measured in water pipeline systems such as TOC, DOC and UV254. Also, the reaction time to each measuring site along pipeline is used as input parameter calculated by a hydraulic analysis. Using these variables as model parameters, four models are developed. And the predicted results from the four developed models are compared statistically to the measured THMs data set. It is shown that the artificial neural network approaches are much superior to the conventional regression approaches and that the developed models by neural network can be used more efficiently and reproduce more accurately the THMs formation in water pipeline systems, than the conventional regression methods proposed by AWWA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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