과학기술의 발달과 함께 발전되어온 상수도의 역사는 모든 사람에게 안전한 물을 원활하게 공급할 수 있도록 개발되어 왔다. 그러나 우리나라도 각종 산업이 발달하면서 하천이 급격히 오염되기 시작하여 상수원인 낙동강, 영산강 등의 강 하류지역 수질이 3급수 이하로 악화되었고, 매년 중금속, 트리할로메탄, 페놀, 디클로로메탄 등의 수돗물 오염사고가 발생하였고, 이로 인해 여전히 수요에 대한 공급문제의 해결과는 별개로 상수원의 오염에 따른 수돗물에 대한 불신이 가중되어 온 것이 사실이다.

 

현재 국내에서는 총 47개 항목의 먹는 물 수질기준을 적용하고 있고, 오염될 가능성이 높은 유해물질을 모니터하기 위하여 먹는 물 수질감시항목 제도를 도입, 총 22종을 정하여 수돗물 중 유해물질에 대한 함유실태를 조사하고 있다. 그리고, 2001년 5월에 발표된 정부의 수돗물 수질관리 종합대책에 따르면 2005년까지 85개 항목으로 먹는 물 수질기준을 강화할 계획을 추진하고 있어 향후 정수처리장에서는 강화되는 수질기준을 만족시키기 위한 정수처리기술의 확보에 많은 노력이 필요한 실정이다.

 
현재 국내 대부분의 정수처리장에서 적용되고 있는 재래식 공정인 혼화/응집/침전/모래여과/살균의 방식은 수중에 존재하는 미량 유해화합물질의 제거에는 부적합하며, 따라서 오존처리기술과 활성탄 처리기술과 같은 고도정수처리공정을 도입하여 운전하고 있다. 하지만, 처리효율, 시설비, 유지비용 등의 많은 문제점을 내포하고 있어, 과도한 시설비의 투자가 필요 없으며 운전비용이 저렴한 고도처리 공정의 개발이 절실히 요구된다고 할 수 있다.

따라서, 본 연구에서는 기존의 고도정수처리시설에서 이미 적용되어 온 활성탄 처리공정의 단점을 극복하기 위한 방안을 제시하고자 한다. 특히 활성탄의 수명을 연장함으로서 재생 주기(교체주기)를 연장하고, 처리효율을 향상시킬 수 있는 방안을 연구함으로서 경제성을 확보하고, 본 기술을 효과적으로 적용하여 실용화 할 수 있는 장치를 설계 및 제작하는 것을 목적으로 한다.

1차년도 연구내용 및 범위는 ⅰ) 입상활성탄에 TiO2 광촉매를 고정화하는 기술의 완성과 고정화된 광촉매의 성능 검토 및 내구성 평가, ⅱ) TiO2 담지 활성탄을 이용한 미량 유해오염물질의 제거를 위한 기초연구, ⅲ) 먹는물 수질 기준항목을 중심으로 제거효율을 조사, ⅳ) 유동화 테스트를 통한 유동화 장치 설계인자 조사, ⅴ) 1일 15톤 생산규모의 Pilot 정수처리설비 설계 및 제작하는데 있고, 2차년도 연구내용 및 범위는 ⅰ) Pilot Plant 규모의 정수처리설비 운전 및 공정변수 도출, ⅱ) 30톤/day 규모의 Full Sacle 유동층 정수처리설비 설계 및 제작, ⅲ) 운전을 통한 공정변수 도출 및 수정, 최종 처리설비 완성, ⅳ) 정수처리 효율 및 기존 고도처리기술과의 경제성 검토에 있다.

연구개발결과 TiO2 광촉매의 고정화기술 개발 및 수중 유해화합물질 분해와 관련하여 개선된 sol-gel 법에 의해 TiO2 광촉매는 GAC의 기공 근처의 표면에 잘 분산되어 고정화할 수 있는 기술을 확보하였으며, 제조한 광촉매가 고정화된 입상활성탄(GAC-Ti)을 이용하여 수중의 유해화합물질의 제거에 관한 실험을 광촉매 회분식 반응기에서 수행하였다.

 

조류독성물질로 Microcystin-LR, Microcystin-RR과 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene 및 Phenol, PCE, TCE, 조류의 이?취미물질로 Geosmin과 2-MIB를 대상물질로 선정하였다. 각 유해화합물질은 입상활성탄(GAC) 상에서는 흡착제거의 효과만이 관찰되었지만, GAC-Ti 상에서 광촉매 반응이 동시에 진행되는 효과로 인해 100% 제거될 수 있는 결과를 도출하였으며, 이 때 자외선의 광원과 각 물질의 특성에 따라 제거되는 정도의 차이는 관찰되었다.