[clearfix]
1. 개요
고도정수처리( 高 度 淨 水 處 理, advanced water treatment, advanced water purification)는, 표준 정수처리공정에서는 완벽하게 제거하기 어려웠던 맛·냄새물질과 오염물질 등을 제거하는 정수 처리기술을 말한다. 대표적인 기술로는 오존처리, 입상활성탄처리, 고도산화처리 등이 있다.2. 배경
우리나라의 주요 상수원인
낙동강,
금강 등의 수질이 나빠지면서 강 하류지역의 수질이 3급수 이하로 되어 기존에 통용되던 일반적인 정수방법으로는 오염물질의 제거가 어려워지고, 1989년 이후
중금속,
THM, 페놀사건,
벤젠 등 각종 수돗물 유기물질 오염사고가 다발하면서 낙동강을 원수로 하는 정수장에서 우선적으로 고도정수시설을 도입하게 되었다.
2.1. 일반 표준정수처리공정으로는 제거하기 어려운 물질
2.1.1. 휘발성 유기화합물
높은 증기압으로 대기 중에 쉽게 증발되는 성질을 가진 액체나 기체상의 유기화합물을 뜻한다. 물 속에서는 자연 발생하기도 하나,주로 공장 폐수 등 인위적 오염원으로부터 휘발성유기화합물의 유입으로 인한 수질오염이 발생한다.
물속의 휘발성유기화합물은 연료, 가솔린, 용매제, 세탁제, 제유제 및 살충제를 포함하는 상업 및 산업 용품과 가정용품으로부터 유입될 수 있으며, 휘발성유기화합물을 함유한 원료 및 유기용제 등이 누출 또는 폐기될 때 대기 중에 증발되거나 토양을 통해 물속으로 스며들게 된다. 물질에 따라 다르나, 이들은 대개의 경우 저농도에서 악취를 유발한다. 대표적인 물질로는 발암물질이라 알려진 벤젠, 사염화탄소, 페놀 등이 있다.
2.1.2. 냄새물질
남조류, 방선균이 서식할 경우, 2-MIB와 지오스민이 발생하여 물에서 곰팡이 냄새와 흙 냄새가 나게 된다. 최근 기후변화로 인해 하천, 호수에서 서식하는 녹조류가 증가하는 상황이기에, 정수처리 과정에서 냄새의 해결이 더욱 중요성이 부각되었다. 표준정수처리공정에서 지오스민으로 인한 냄새를 해결하는 방법으로는 전염소 처리과정의 강화가 있으나, 이 경우 소독 부산물이 생성될 가능성이 증가하는 문제가 발생한다.2.1.3. 소독 부산물
정수 공정에서 염소(Chlorine)는 원수 중의 병원성 미생물을 살균시키고 철과 망간과 같은 용존성 무기물질들을 산화시키는 역할을 하며, 일부 냄새물질을 제거하기 위해 사용되어왔다. 그러나, 염소는 정수중의 용존유기물질과 반응하여 발암물질인 THM을 발생시킨다. 또한, 산업화의 증가로 여러 종류의 유기화합물질이 수중에 존재하게 되고, 이들이 염소와 결합해 다양한 소독 부산물을 생성하게 되었다.2.1.4. 음이온 계면활성제
음이온 계면활성제(Anionic Surfactant)는 수중에 해리하여 생기는 음이온이 수용액의 표면에 흡착되어 표면장력을 저하시키는 성질을 갖는 물질이다. 세정력과 기포 생성력이 우수하여 비누, 샴푸, 세정제로 쓰인다. 이러한 음이온 계면활성제는 물 위에 거품을 만들어 공기 중 산소가 물 속으로 녹아 들어갈 수 없게 하고, 햇빛을 차단시켜 플랑크톤의 정상적인 번식을 방해하여 물을 오염시킨다.3. 종류
3.1. 오존처리
오존은 산소의 동위원소체로, 수처리 공정에 있어서 무기, 유기물질들의 산화, 원수의 소독 및 조류제거의 목적으로 사용된다.3.1.1. 오존의 살균효과
오존이 일으키는 살균효과의 작동 원리는 크게 세 가지로 나뉜다.첫째로, 오존이 세균의 세포막을 손상시킴으로써 세포막의 구조가 변형되어 침투성이 증가하거나 세포 내의 내용물이 누출되어 용해되는 것이다.
둘째로, 오존에 의해 핵산과 효소의 활동이 저하되는 것이다. 그 요인으로는 효소 자체의 파괴에 의한 경우와 막 환경의 변화에 의한 분자 상호작용의 변화로 활성구조가 없어지는 것이다.
셋째로, 염색체 DNA의 파괴가 있다.
오존의 살균효과는 수중에 존재하는 미생물의 종류와 농도에 따라 차이가 발생한다. 특히 pH, 수온, 암모니아성 질소, 화학적 산소요구량(COD), 수중의 현탁물질등 처리대상 수의 물리/화학적 환경조건에 따라 커다란 차이가 있다. 그러나 오존은 염소에 비해 pH와 온도의 영향이 적어 영양형 세균을 용이하게 살균할 수 있으며, 일반적으로 호기성 세균이 혐기성 세균보다 오존에 예민하고, 포자형성세균의 경우에는 저항성이 비교적 강하게 나타난다.
3.1.2. 오존의 탈취효과
오존이 일으키는 탈취효과의 경우, 화학결합을 통해 나타난다.탄화수소계인 탄화수소, 알콜, 알데히드, 유기산의 경우는 오존에 의해 물과 이산화탄소로 분해된다.
황화합물계인 황화수소, 메칠메캅탄, 황화메칠, 이황화메칠의 경우는 이산화황과 물 등, 각 종류별로 다양하게 분해된다.
공소화합물인 트리메칠아민은 나이트로메테인, 이산화탄소, 오존, 물로 분해된다.
냄새물질에 대한 자세한 내용은 #참조.
3.2. 활성탄처리
활성탄이란 흡착과정을 통해 유기화합물을 액체 및 기체에서 제거하는 다공성 물질이다. 활성탄은 입상 활성탄, 분말활성탄, 펠렛 형태 활성탄이 있다.3.2.1. 분말활성탄
분말활성탄은 입경이 0.1mm 보다 작아 상수도에 주로 사용된다. 곰팡이 냄새 제거, 계면활성제, 농약 제거, 화학물질 유출사고 대비용으로 쓰이기도 한다. 정수처리 과정에서, 접촉시간과 접촉효율을 높이기 위해 분말활성탄을 원수에 주입하는데, 그 이후 제거 대상물질을 흡착한 분말활성탄은 응집침전, 모래 여과처리에 의해 현탁물질과 함께 제거된다.3.2.2. 입상활성탄
입상활성탄 처리는 고정층 방식과 유동층 방식이 있으며, 활성탄을 충전하는 흡착지의 면적은 보통 약 50~150㎡, 활성탄의 크기는 고정층 방식으로 응집 침전지 뒤에 설치할 경우 1.2㎜ 정도, 급속 모래 여과장치 뒤에 설치할 경우 0.55~0.8㎜이고, 유동층 방식에는 다소 작은 0.3~0.5㎜의 입자가 사용되고 있다.염소처리 한 처리수의 THM, 곰팡이냄새, 색도 등을 흡착 제거하기 위해서 입상 활성탄으로 처리하며, 흡착력을 최대한으로 높이기 위해 앞선 정수처리 과정에서 에서 현탁물질이나 일부 용해성 유기물을 제거한 다음 활성탄으로 처리하는 일이 많다.
3.3. 고도산화처리
고도산화처리공정(AOP, Advanced Oxidation Process)은 자외선, 오존, 과산화수소, 광촉매 등을 융합시켜 산화력이 강한 산화물인 수산화 라디칼(OH Radical) 등을 대량으로 생산시켜 병원성 미생물의 억제, 대장균 살균, 유기물질과 악취를 제거하는 공정이다.수산화리다칼을 발생시키는 방법에 따라 다양한 고도산화기술들이 존재하는데, 화학제 및 촉매를 활용하는 기술, 광화학적 방법을 활용하는 기술, 전기에너지를 활용하는 기술 등이 존재한다.