고도정수처리

 

 

고도정수처리

1. 정 의

고도정수시설이란 통상의 정수방법으로는 제거되지 않는 농약, 유기화학물질, 냄새물질, 트리할로메탄 전구물질, 색도,

음이온계면활성제 등의 처리를 목적으로 도입된 활성탄 및 오존 처리시설를 말한다.

2. 필요성 및 배경

우리나라의 주요 상수원인 낙동강, 금강 등의 수질이 나빠지면서 강하류지역의 수질이 3급수 이하로 되어 일반적인 정수방법으로는

오염물질의 제거가 어렵고, 1989년 이후 중금속, THM, 페놀사건, 벤젠 등 각종 수돗물 유기물질 오염사고가 다발하면서 낙동강을

원수로 하는 정수장에서 우선적으로 고도정수시설을 도입하게 되었다.

3. 기존 정수처리 기술로 처리하기 어려운 물질

(1) 농약 및 유기화학물질

우리나라는 농약을 다량 사용하는 국가이고 사용되는 농약의 종류도 300여종에 달하여 농약이 검출될 가능성이 높다. 또한,

강하류 지역에서는 각종 유해화학물질이 미량씩 검출되고 폐수의 방류에 의한 유해물질의 유입될 우려도 높다.

(2) 냄새물질

최근 하천 및 호소에서 부영양화 현상이 심해지면서 조류 및 방선균 등에서 기인된 냄새가 문제되는 경우가 많다.

맛․냄새 문제의 대부분이 곰팡이 냄새이고, 현재의 경우 남조류, 방선균에 의한 Geosmin, 2-Methylisoborneol(2-MIB)의 두 물질이

확인되었다.   그 밖에 페놀, 디클로헥산아민, 기름에 기인하는 냄새는 공장배수 등에 의한 사고의 경우에 발생한다.

완속여과방식에서는 여과막의 생물화학적 작용에 의한 정수기능에 따라서 냄새의 제거를 기대할 수 있으나,

급속여과방식에서는 응집침전에 의한 조류의 제거 및 전염소처리에 따라서 조류 등에 의한 방향취, 조류냄새, 풀냄새, 생선냄새 및

저질에 의한 황화수소냄새, 부패냄새의 제거에는 효과가 있지만, 곰팡이냄새의 제거 효과는 기대할 수 없다.

(3) 소독부산물

우리나라의 낙동강, 영산강 등 4대강의 하류에서 갈수기에는 수질이 3급수 이하로 낮아는 경우 자주 발생되어지고 있어

전염소 처리(최고 40～50ppm 사용) 과정중에 소독부산물이 생성될 가능성이 높다.

최근 수질오염의 다양화, 수질분석기법의 고도화에 따라 종래 수돗물 중에서 검출된 적이 없던 미량유기화학물질의 존재가

명확해 지고, 상수도에 있어 새로운 관점에서의 대응이 요구되고 있다.

수돗물 중에서 발생한 트리할로메탄은 자연계에 존재하는 색도 성분인 휴민질을 전구물질로 하여 전염소처리 또는

소독을 위한 염소첨가에 따라 발생한다.

(4) 음이온 계면활성제

음이온계면활성제는 가정배수, 공장배수의 유입으로 유래되는 것이고, 일반적으로 상수원수에서는 주로 발포에 의한 장해이다.

경성세제(ABS)는 일시적으로 사용되고 있지만, 생물분해성이 나쁜 것부터 생물분해성이 좋은 연성세제(LAS)으로 바뀌고 있다.

그러나 도시지역에서는 하수도의 정비도 진행되고 있지만, 인구의 증가와 합성세제의 사용량이 점증됨에 따라서 하천으로의

유입부하가 높고, LAS가 미분해되어 잔류하고 특히 생물분해 속도가 느린 겨울철에는 고농도가 되어 문제를 발생하고 있다.

4. 고도정수처리기술 종류 및 특징

고도정수처리 기술로는 오존처리기술, 활성탄처리기술, 고도산화기술, 막분리기술 등이 있다. 세부적으로 살펴보면,

활성탄 처리기술은 분말활성탄, 입상활성탄, 생물활성탄으로 나누어지며, 막분리기술에는 Microfiltration, Ultrafiltration,

Reverse Osmosis, Nanofiltraion, 전기투석법 등의 종류가 있고,

고도산화기술에는 오존을 활용하여 Ozone/high pH, Ozone/H2O2, Ozone/UV, H2O2/UV 등의 종류가 있다.

(1) 오존처리기술

오존처리는 오존의 강력한 산화력을 이용하여 분해․제거하거나, 원수 중에 있는 미량유기물질의 성상을 변화시킨 후 활성탄에

흡착시켜 제거하는 방법으로 활용할 수 있으며, THM 전구물질이나 맛․냄새물질의 제거에 효과적이다. 또한

오존은 살균효과가 우수하여 소량의 접촉에 의해서도 대부분의 세균을 사멸시키며, 염소살균과는 다르게

THM 등의 유기염소계 화합물을 생성시키지 않아 이산화염소와 함께 대체살균제로 사용할 수 있다.

(2) 활성탄 처리기술

기존 급속여과를 중심으로 한 정수처리 설비는 응집․침전, 여과라는 과정을 거쳐서 물리화학적 작용에 의하여 주로 현탁성 성분을

제거하는 것이다. 이것에 비하여 활성탄 처리설비는 코코넛 껍질이나, 석탄, 나무 등을 고온에서 탄화시켜 만든 활성탄의 내부에

무수한 세공을 이용하여 흡착가능한 유해물질들은 제거하는 것으로서, 과망간산칼륨을 소비하는 물질 등의 용해성 유기물질,

THM 전구물질, 맛․냄새물질, 농약성분 등의 미량 유해물질을 제거할 목적으로 도입하는 것이다.

주로 용해성 성분을 제거하는 기능을 가지고 있는 점이 다른데, 저농도의 용해성 성분의 제거수단으로서 사용되고 있다.

최근 활성탄 처리시설은 안정된 활성탄의 흡착기능을 확보하고 생물활성탄으로서의 처리기능을 유효하게 작용시키는 기법이

사용되고 있다.

활성탄은 다공성으로서 내부에 무수한 세공이 잇는데 세공의 층내부 표면적이 현저하게 크고 또한 그 표면이 불순물에 대하여 친수성을 갖게 된다. 따라서 피흡착 물질로서의 용해성 성분의 제거는 용해성 성분이 세공의 커다란 내부표면에 흡착함으로써 이루어진다.

활성탄의 사용방법으로는 지름이 0.5～2.0mm정도의 입상활성탄을 전면에 설치한 모래여과지와 같은 흡착조에 물을 통수시켜

흡착을 하는 방법과 착수정 등에 분말활성탄을 투입하여 용해성분을 흡착한 분말활성탄을 제거하는 2가지 방법이 이다.

이것에는 전용설비가 필요하나 흡착기능이 저하된 활성탄은 재생하여 재이용이 가능한 특징이 있다.

또한 사용한 분말활성탄은 재생할 수 없기 때문에 원재료로서의 분말활성탄이 대량으로 필요한 것이 특징이다.

어떤 방식이든 활성탄은 재료, 원수수질, 통수조건, 흡착제거하는 대상물질에 따라서 다른데, 활성탄 처리시설의 도입시

이러한 조건을 고려하여 적절한 시설의 설계를 행할 필요가 있다.

(3) 고도산화기술(AOP)

오존은 강한 산화력을 가진 불소와 OH라디칼 다음으로 높은 전위차(2.07 Volt)를 가지고 있다. 이론적으로 오존은 모든 유기물을

 CO2와 H2O로 완전히 분해하여야 하지만, 실제 대다수의 유기물과 반응이 느리거나 혹은 전혀 반응을 하지 않는 것이

일반적이라고 할 수 있다. 이와 같이 오존의 단점을 보완하기 위하여 오존과 산화제 등을 동시에 반응시켜 OH라디칼 생성을

가속화하여 유기물질들을 처리하는 방법을 고도산화기술이라 하며 정수처리에서는 Ozone, H2O2, UV, TiO2, Fe, Electron Beam,

Metallic Oxides, high pH 등의 방법들을 조합하여 적용하고 있다.

(4) 막분리기술

막분리처리기술은 반투과성 경계막을 이용하여 여과 및 확산에 의하여 오염물질을 제거하며, 저압 RO와 NF 등이 UF와 MF보다는

THM의 제거에 효과적인 것으로 보고되어 있다. 그러나, 무기염류(TDS)의 제거가 필요한 경우 이외에는 조작압력이 1,000kPa(10기압) 정도되는 RO와 NF보다는 조작압력이 100kPa(1기압) 정도인 UF와 MF를 이용하는 쪽이 경제적인 것으로 판단된다.

막분리기술은 1960년경부터 미국에서 공업용수의 탈염을 위한 역삼투법(RO)을 중심으로 개발되어 많은 분야에서 발전되어 왔다.

일본과 구미에서도 현재 RO를 시작으로 한외여과법(UF), 정밀여과법(MF) 등의 막분리기술이 공업용수제조와 공업제품분야에 널리

이용되고 있다. 일본의 경우 하수와 산업폐수처리분야에서 통산성공업기술원의 대형 프로젝트인 "아쿠아 르네상스 90계획"과

건설성의 "바이오포커스" 등에서 UF와 MF를 이용한 막여과 프로세스의 연구개발이 추진되어 분뇨처리와 처리수 재이용 등에도

실용화되고 있으며, 후생성은 1991년부터 3년 계획으로 UF와 MF에 의한 막분리기술을 이용한 정수처리기술의 개발을 목적으로

 "MAC 21계획"DMF 착수하여 실용화에 박차를 가하고 있다. 또한, 구미에서는 점차 강화되고 있는 규제기준과 상수원의 오염으로 인해 수처리 공정에 UF, MF, NF 등의 적용가능성에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 우리나라에서는 수도에 관련된 분야의

막기술로 중공사형의 UF와 MF, RO 그리고 활성탄을 조합한 가정용 정수기가 사용되고 있을 뿐 대량처리를 위한 정수장에서

실용화할 수 있는 기술이 전무한 실정이다.

5. 고도정수처리(오존) 부산물

최근 오존처리시 Humic acid, Fulvic acid 등의 유기물질과 반응하여 인체에 유해한 부산물을 생성하는 것으로 알려졌다. 따라서,

위에서 언급한 고도정수처리 공정과 같이 오존과 GAC 및 BAC등의 단위공정이 함께 채택되고 있다.

(1) Bromindated Haloacetic Acids : Monobromoacetic acid, Dibromoacetic acid

(2) Ketoacids : Glyoxylic acid, Pyruvic acid

(3) Aldehydes : Formaldehyde, Acetaldehyde, Glyoxal, Methylglyoxal

(4) Others : Bromate, Cyanogen bromide, Bromoform, Dibromoacetonitrile

출처 : 삼천리활성탄소주식회사

http://www.chnais.com