생물산화여과공정은 여과지의 하부로부터 공기를 공급하여 여재에 미생물이 부착?번식하는 것을 조성함으로써 부착미생물이 유입되는 원수중의 유기물질과 암모니아를 분해한다. 이 공정은 기존의 처리장에 전처리공정으로 활용되어 원수의 맛?냄새, 유기물질, 암모니아 부하를 일차적으로 경감시키고, 기존의 표준 급속 여과법의 성능을 향상시켜 주는 고도정수시설의 일종이다. 그러나 생물산화여과공정은 운전조건 및 최적 처리 방법에 대한 연구가 미흡하여 실용화에 어려움이 있는 것이 현실이다.

본 연구는 생물산화여과공정에 의한 상수원수 전처리 기술의 실용화를 위해 수행되었으며, 크게 생물산화여과지의 생물막 및 미생물 연구와 낙동강 원수를 이용한 Pilot Plant 실험이 수행되었다.

 

이러한 연구내용 및 결과 첫째, 상수원수 생물여과 공정에서의 Oligotrophic Biofilm에 의한 유기물 분해 및 부유물질여과 특성연구와 관련하여 설계 및 운전인자 연구와 연계하여, 내부(인위적) 및 외부(자연적) 운전인자 변화가 생물여과(B/F)공정에 미치는 영향을 정량적으로 조사하고 그 기전을 특히 Biofilm 및 미생물의 관점에서 규명함으로써 최적 설계 및 운전인자 결정을 위한 이론적 근거를 제시한다. Lab 실험에서 인공폐수를 조제하여 EBCT별로 운전한 결과 EBCT 10min에서도 유기물 제거율은 약 75%로 나타났고 질산화 효율은 약 73%로 나타나 여과속도가 매우 빠름에도 불구하고 70% 이상의 안정된 처리효율을 얻을 수 있었다.

 

위치별 미생물 분포특성은 반응기 상부에 유기영양세균의 분포가 많았으며 암모니아 산화균의 경우 반응기 상부와 중부에 걸쳐 많이 분포하는 것으로 나타났다. 반응기 내 여재에서의 Humic Substances 흡착실험결과 일정량의 Humic Substances가 생물여과 공정을 통해 제거될 수 있음을 확인하였다. 유기물 - 질산화 Kinetic 연구를 통하여 반응기 전체의 세포 비 증가율 (μobs)= 0.00129 hr-1, 미생물 성장률(rx)= 0.00467 gMLSS/(ℓ?hr) 등을 구할 수 있었다.

 

또한 문헌상의 YN과 YCOD를 이용하여, 각 미생물 성장률을 구한 결과 rxN, rxCOD는 각각 0.00077 gMLSS/(ℓ?hr), 0.0039 gMLSS/(ℓ?hr)임을 알 수 있었다. 이를 통하여 반응기 내에서 생성되는 Heterotrophs와 Autotrophs의 비가 5.1:1 이 됨을 알 수 있었다.

둘째, 생물산화여과지의 Pilot Plant 실험연구와 관련하여 수질이 악화되어 있는 상수원수에 생물산화여과공법 실증 Plant를 설치하고 여과지 운전 및 실험분석을 통해 처리특성 파악, 계절별 처리효율 분석 및 여과실험을 통한 설계인자 및 운전조건을 도출하였다.

 

생물산화여과지의 Pilot Plant 실험연구결과 각 수질항목에 걸쳐 30～90% 의 높은 원수 전처리 결과를 얻을 수 있었고, 이러한 결과로부터 생물산화여과지의 미생물분해 특성과 응집제의 절감효과(약 35%) 및 EBCT변화에 따른 계절별 처리특성을 확인하였다.

 

또한 용존오염물질 및 암모니아성 질소의 제거가 어려운 기존의 급속모래여과법과 비교할 때, 20～55% 수질이 개선되는 것으로 나타났으며, 전응집 공정을 이용하여 생물산화여과공정을 실험한 결과, 정수처리 공정을 간략화하여 향후 생물처리에 의한 수질의 개선 및 경제적인 물생산이 가능함을 확인하였다.

생물산화여과공정의 도입으로 오염된 상수원수를 전처리하여 1급수 수준의 양질의 원수를 안정적으로 공급할 수 있으며, 급속모래여과공정으로 이루어진 기존의 표준정수처리 공정을 개선하고, 오존+입상활성탄여과 공정을 추가하는 것으로 획일화되어 있는 고도정수처리 공정대신 생물막여과를 적용하므로서 에너지 및 유지관리비를 절약할 수 있다.

 

또한 최신 수처리 기술의 상용화로 국내 기술자립을 달성할 수 있고, 공공수역 수질환경개선, 수돗물 수질 향상으로 국민신뢰 회복, 정수장 고도처리용 오존설비 수입의 외화절약효과를 가져올 수 있다.