정밀여과막 정수시스템의 배출수 활용에 따른 처리효율 향상 연구

Abstract

우리나라 상수도는 1908년에 도입되었으며 국민의 건강증진, 산업발달 및 생활수준 향상에 크게 기여하고 있다. 수도시설은 대도시에는 대규모 시설, 지방의 시·군에는 소규모 시설이 설치되고, 수도가 공급되지 않는 농어촌에는 마을단위 간이정수시설이 설치되었으나, 다목적 대규모 댐들이 축조됨에 따라 광역상수도 이용률이 증가하는 추세이다. 이와 같은 광역 상수도시설은 도시 인구의 증가와 산업화에 부합하는 안정된 수량과 보건위생학적 수질을 확보하고, 수원 및 수도시설의 부지선정, 건설비, 유지관리비 등 경제적, 기술적으로 적용할 수 있는 장점이 많다. 인구증가, 생활수준 향상 및 중화학공업 발달 등의 요인으로 용수소비량이 증가함에 따라 오폐수 발생량도 증가하여 상수원의 수질이 악화되어 1989년 수돗물의 중금속 사건, 1990년 THMs 사건, 1991년 낙동강 페놀오염사건, 1994년 낙동강 하류 정수장의 악취사건 등 각종 수질오염사고가 빈발하여 수돗물에 대한 국민의 신뢰가 약화되고 양질의 수돗물에 대한 관심이 증폭되었다. 수돗물 불신은 수질오염사고 외에도 관로의 노후에 의한 녹물 발생, 잔류염소농도의 불균등 분포에 따른 관로부식, 염소 취 과다에 의한 음용기피 등 여러 가지 관리·기술의 미흡에 근본적인 문제가 있었지만 사회적으로는 1990년대에 전국적으로 설치된 먹는 물 공급업체들의 시장개척 전략에 의한 수돗물 불신활동에 의해 가중되었다. 국제적으로도 1993년 미국 밀워키시 정수장에서 발생한 병원성 원생동물에 의한 수질오염 사고로 인하여 수돗물 불신풍조는 정점에 달했으며, 이 사건을 계기로 각 국가마다 정수처리기준이 강화되고 먹는 물 수질기준이 강화되었다. 이러한 병원성 원생동물이 국내 몇몇 정수장의 상수원수와 정수에서도 미량씩 검출됨으로써 탁도 등의 입자성물질 제거와 병원성 미생물의 소독을 목적으로 행해져온 모래여과 및 염소소독 중심의 표준정수처리 체계는 수정보완이 불가피하게 되었다. 즉 기존의 표준정수처리공정으로 제거되지 않거나 제거효율이 낮은 이·취미물질, 철, 망간, 암모니아, 경도성분 등 특수정수처리 대상물질 외에도 소독부산물전구물질과 Cryptosporidium sp., Giardia sp.와 같은 병원성 원생동물 및 병원성 virus를 제거할 뿐만 아니라 소독부산물이 적게 생성되는 처리공정을 추가하거나 전적으로 처리시스템을 교체할 필요성이 제기된 것이다. 막 여과 공정은 기존의 표준정수처리 시스템이 가지고 있는 제반 문제들을 해결할 수 있고 약품을 사용하지 않거나 사용량이 적으며, 장치 및 조작이 간단하고 자동제어에 의하여 원수의 수질변동에 대응하여 처리할 수 있다는 장점 등이 있어서 기존의 처리장에 추가설치하거나 신규 정수처리공정으로 도입하는 방안이 검토되거나 도입되고 있다.27) 정수처리에 막 여과공정이 실용화되어 도입된 첫 사례는 1988년 프랑스 파리근교의 Amoncourt에 설치된 응집제를 사용하지 않고 지하수를 처리하는 70ton/d 규모의 한외여과시설이다. 이곳에서 사용한 막은 프랑스의 Lyonnaise des eaux회사에서 개발한 셀룰로오스막인데, 현재는 한국, 유럽, 미국, 일본 등 여러 국가에서 막을 생산하고 있다.57), 71)

막 여과를 이용한 고도정수처리기술은 2000년대에 접어들어 급속히 발전하고 대규모처리까지 가능해져서,17), 72) 미국 120여 개소, 일본 350여 개소 등 수백~수만 m3/d 규모의 정밀여과(MF)/한외여과(UF) 장치가 설치되어 운영되고 있다.70) 우리나라의 경우 1990년대 초반 이후 환경부 G7 프로젝트 및 차세대핵심환경기술개발사업 등을 중심으로 막 여과 연구를 다양하게 진행하고 있는데, 여러 가지 다공성 막 소재 및 막 모듈 등을 개발하여 해수 담수화, 유기물의 분리·농축, 폐수처리, 초순수 제조 및 기체분리 등 여러 분야에 응용하고 있다.17)

본 연구에서는 정밀여과 막을 이용한 정수처리공정의 처리효율 제고방안을 모색하고자 한다. 이를 위하여 생산용량 500 m3/d 규모의 실증플랜트와 농축수 처리장치를 제작하고 계절별 수질특성, 장애요인, 원수수질 변화에 따른 적정 운전조건 등을 조사하였으며, 수질 안전성, 경제성, 설계 운영인자 및 막 여과기술의 안정성 평가를 실시하였다.