가압필터 여과로 SS 80% · 인공여재층 이용 T-P 50% 제거     
  (부유물질)                              (총인)

설치비·유지관리비 저렴한 가압필터 이용…병원성 미생물도 사멸
적은 부지서 대용량의 물도 정화…비점오염관리사업 등에 접목 가능
 

세계적으로 조류로 인한 물고기 떼죽음 등이 문제가 되고 있는 가운데 국내에서도 조류문제가 크게 부각이 되고 있다. 특히 지난해 4대강에서 ‘녹조라떼’라는 신조어를 만들어 낼 정도로 녹조가 크게 번식했으며 남조류의 일종인 mycrocystis 발생으로 독성 문제를 야기하며 사회적인 이슈가 되기도 했다.

이러한 녹조의 주요 원인으로 부영양화를 들 수 있는데 우리나라의 경우 호소 및 하천수의 N(질소)/P(인) 비율이 20∼90이라고 보고되었고(이진석, 2011년), N/P 비율이 8 이상이고 SRP(soluble reactive phosphorus)가 0.3㎎/L 이하이면 인이 녹조의 성장 시기에 제한인자라고 보고된 바 있다(Mainstone, 1995년).

우리나라 2012년 상반기 총인(T-P) 평균 농도는 0.114㎎/L로 점점 낮아지고 있으나 다른 조건이 맞으면 언제든지 녹조가 발생할 수 있는 정도로 높기 때문에 하천의 인의 양을 줄이면 부영양화를 예방해 녹조 발생 가능성을 줄일 수 있다.

수생태복원 연구사업의 주관기관으로 참여하고 있는 한국과학기술연구원과 참여기업인 케이원에코텍㈜(대표이사 김종학·www.k-1ecotech.com)는 자연친화적 수질정화기술 개발 중 ‘대용량 수질정화를 위한 토양여과 효율화 기술 개발’을 통해 최소 부지사용으로 하천 용수 확보를 달성하고자 했다.

 

본 연구는 충청북도 S천에 본 개발기술의 실증평가를 위한 일 500㎥ 처리 규모의 테스트베드를 구성했다. S천은 지방 1급 하천으로 하천 주변에는 논·밭농사 및 낙농업이 잘 발달되어 있으며, 상류지역에는 다양한 제조업체들이 위치하고 있다. 계절에 따른 수질 및 수량 차이가 크게 나타나는 특징을 가지고 있다.

가압필터와 인공여재층를 이용한 하천정화기술은 크게 하천에서 원수를 취수하는 시설, 전처리시설인 가압필터 그리고 다단층 인공여재 여과탑으로 구성되어 있다. [그림 1]은 개발기술의 시스템 공정도를 나타내고 있으며 [그림 2], [그림 3]은 각 시설에 대한 사진이다.

 

이 기술에 사용된 전처리시설인 가압필터는 기존의 중력여과방식과는 다르게 순환 펌프를 통해 가압식으로 여과하는 원리로 여과를 진행한다. 여과 시작전 여과포에 일정량의 여재(규조토)를 도포한 후 여과를 진행하는데, 도포된 여재가 일종의 막을 형성하여 막의 압밀에 의해 서 여과가 진행된다.

여과가 진행될수록 도포된 여재가 막히기 시작하여 필터의 압력이 증가하게 된다. 일정 압력 이상 증가가 될 경우 생산량이 감소되기 때문에 적정 압력으로 증가되는 경우 역세척을 하게 된다. 기존의 적층방식에서 역세척을 하면 여재가 서로 혼합되거나 머드볼 등으로 인해 여과효율이 떨어진다.

그러나 이 기술에서는 역세척 시 여과 방향과 반대 방향으로 역세하여 여과한 유기물 및 도포한 여재(규조토) 모두를 같이 배출함에 따라 기존 중력여과 시스템에서 문제가 되었던 역세척 효율에 대한 문제점을 해결했다. 기술에 적용된 가압필터 최대 여과량은 시간당 30㎥이며 10㎡의 적은 부지로도 가압필터, 규조토 주입장치, 자동운전시설 등을 모두 설치가 가능하다.
   

본 기술에 적용된 가압필터는 고정식 기계실 설치 방식을 적용했다. 이러한 시설 설치가 불가능한 곳은 약품투입, 여재투입, 여과·역세척 시설을 한꺼번에 갖춘 이동식 트레일러에 탑재해 운영이 가능하여 이를 통해 홍수시 시설 침수에 대한 우려를 없앨 수 있다.

가압필터의 장점은 유사필터(섬유상 여과기, SMF 등)에 비해 설치비 및 유지관리비가 저렴하며 1㎛까지의 입자성 물질을 제거할 수 있다. 또한 규조토를 도포하여 여과하기 때문에 소독과정에 사멸되지 않은 일부 병원성 미생물이 제거되는 것으로 판명됐다. 또한 적은 부지에서 대용량의 물을 정화시킬 수 있어 부지가 협소한 지역에 적용이 가능하다.

여과탑의 경우 3개의 층으로 구성되어 있으며 3개층 모두 인을 흡착할 수 있는 여재를 사용하여 인의 제거효율을 증대했으며 원활한 물 분배를 위해 1, 2단 여재층 하단에 스트레이너를 설치하여 다음 여재층으로 물이 골고루 분배될 수 있도록 시설을 구성했다. 여과 선속도는 최대 5m/h로 운영했다.

테스트베드의 운영기간동안 S천의 수질은 타 하천에 비해 용존성 물질이 높은 편이었으나 본 개발 시스템을 통해 SS(부유물질)는 80%, T-P(총인)는 50% 제거가 되는 것으로 나타났다. 이는 시스템의 가압필터에서 입자성 유기물을 포함한 부유물들을 여과로 대부분 제거를 해주어 인공여재층에서 받을 수 있는 부하를 감소시켜줌으로써 인공여재층에서 흡착을 통해 용존성 물질 및 인을 제거한 것이다.

가용 부지가 협소할 경우 가압필터 단독 혹은 가압필터와 여과탑을 이용하여 하천 유지용수 확보, 하천주변 홍수터 적용을 통한 수처리 비용 절감, 비점오염 관리사업 및 생태하천 조성사업 등에 접목이 가능할 것으로 예상된다.

 

※ 본 연구는 환경부와 한국환경산업기술원에서 연구비를 지원받은 Eco-STAR project(수생태복원사업단)의 연구과제로 수행된 결과로써 이에 감사드립니다.