▲ 미로슬라브 블라제브스키(Miroslav Blazevski)GE Water & Process Technologies

북아메리아에서의 GE Water UF시스템 (한외여과법)에 대해 발표하겠다.

GE Water의 지위드(ZeeWeed) 멤브레인 기술은 UF 기술의 하나로 주로 음용수, 산업용수, 하·폐수 등 다양한 분야에서 적용되고 있다.

음용수 분야의 기술 적용에 대해 설명하면, ZeeWeed는 상수도 시스템을 포함하고 있으며 처리수질이 양호한 것이 강점이다. 실제로 운영시간(100%) 동안 탁도(Turbidity)는 0.2NTU 미만이었으며, 운영시간의 95% 동안 0.1NTU 미만을 달성했다.

 

또, 막오염지수인 SDI(Silt Density Index)는 2미만으로 1 또는 1.5 이하의 수치를 기록하고 있다. 총유기탄소 TOC(Total Organic Carbon)는 50∼90%가 제거되고 있다.  

 

그간 수처리 기술은 발전과 진화를 거듭해 왔으며 그 변화상을 보기 위해 멤브레인 기술과 기존의 수처리 기술을 비교해봤다. 사실 멤브레인 기술은 최근에 개발된 것으로 1800년대 개발된 기존 기술에 비해 요구되는 시설 면적이 작아 부지 확보에 대한 부담을 덜 수 있다. 분리공정도 과거에는 20㎛까지만 걸러냈으나 이제는 0.1㎛ 수준에 도달했다. 무엇보다 멤브레인 기술은 최종시스템이 완전히 자동화된 프로세스이다.

 

현재 시장에 나와있는 중공사막(Hollow Fiber) 모듈의 통수방식은 내압식과 외압식이 있으며 멤브레인 소재 부분을 보게되면 PS(폴리설폰, Polysulfone), PES(폴리에테르설폰, Polyethersulfone)와 PVDF(폴리비닐리덴디플루오라이드, Polyvinylidene Difluoride) 등 주로 두 가지 타입이 있고 GE Water는 PVDF를 추구하고 있다.

 

음용수 분야에 있어 ZeeWeed 기술이 주목받는 이유로 △더욱 엄격해진 수질 관련 규제 △제한적인 수자원 공급 △수요의 증가 △수처리 기술 개발 △기존 시설의 노후화 등 5가지를 들 수 있다.

 

우선 오늘날 수자원 공급 측면에서 식수의 공급이 제한되고 있으나 인구증가로 인해 수요는 증가하고 있다. 뿐만 아니라 수질에 대한 규제가 엄격해지고 있기 때문에 기존의 시스템을 가지고는 향상된 기준을 준수할 수 없는 실정이다. 특히, 기존의 기술이나 시설은 노후화가 진행돼 새로운 규제에 걸맞지 않다.

 

UF 시스템은 원수에 포함된 오염물질 입자를 걸러내는 것으로 지아디아(Giardia)와 크립토스포리디움(Cryptosporidium)은 9log 이상 처리할 수 있으며 바이러스(Virus)는 2log 정도로 UF 시스템은 거의 모든 항목을 제거하고 있다.

 

ZeeWeed 시스템은 20년 전에 도입된 기술로 적용 범위가 매우 다양하고 그만큼 안정적이며 자체적으로도 인증 받은 기술이다. 현재 약 80억gal 이상의 수처리를 하고 있으며, 이 UF 시스템은 하나의 물리적인 처리이기 때문에 일반적인 모든 입자들이 처리되고 있다.

▲ GE Water의 UF 시스템은 탁도의 경우 운영시간 95%에서 0.1NTU 미만, 지아디아와 크립토스포리디움은 4log 이상 처리되고 있으며, 바이러스는 2log 이상으로 제거되고 있다.

멤브레인의 확대 사진을 보면 어떻게 지아디아나 바이러스와 같은 입자들이 제거되고 있는 지 확인할 수 있다. GE Water가 보장하고 있는 수질을 설명하면, 탁도는 운영시간 95%에서 0.1NTU 미만의 처리수준을 보였으며 지아디아와 크립토스포리디움은 4log이상 처리되고, 바이러스는 2log 이상으로 제거되고 있다.

 

이처럼 ZeeWeed 시스템은 식수를 위한 모든 규제를 준수하고 있으며 미국 환경보호청(USEPA)이나 영국의 기준에도 부합하고 있다. 한 가지 중요한 것은 GE Water의 UF 시스템이 굉장히 믿을 만하다는 사실이다.

 

특히, 탁도의 경우 거의 0.1NTU 미만의 처리수준을 보이고 있다. 보통 다른 기술은 시스템 운영 시기에 따라 기존의 목표 설계대로 탁도를 제거하지 못하는 경우를 종종 볼 수 있다. 이러한 뛰어난 탁도제거 능력은 GE 테크놀로지의 가장 큰 장점이라 할 수 있다.

 

멤브레인 완전성에 대한 자체 모니터링은 매우 중요하며 건강, 보건, 상해, 규제 등의 항목별로 기준이 마련돼 있다. 온라인 모니터링 활동을 통해 탁도와 입자 등을 체크하고 직접 모니터링도 진행한다.

 

지난 1995년도만 해도 음용수 처리에 ZeeWeed 시스템을 도입한 경우가 별로 없었으나 지난 2001년부터 점차 도입되기 시작했다. 이는 이제 모두들 UF 시스템의 장점을 인식하게 됐음을 뜻하는 것이다.

 

GE Water UF 시스템에 적용된 중공사막의 전체 스펙트럼을 보게 되면 이 중공사막이 한외여과법(UF)과 정밀여과법(MF, Microfiltration) 사이에 있음을 알 수 있다. 이 시스템은 거의 모든 박테리아를 다 처리하고 있으며 바이러스가 포어사이즈(pore size) 보다 작지만 콜로니(colony)로 그룹핑 하기 때문에 막을 통과하지 못하고 걸러지고 있다.

 

그렇다면 이제 어떤 멤브레인을 적용할 것인가 하는 문제가 남는데 두 가지 타입이 있다. 그 중에 하나가 강화된 멤브레인 이고 또 하나가 비 강화된 멤브레인이다. GE Water의 ‘ZeeWeed 500’ 시리즈는 많이 사용이 되고 있으며 세계에서 가장 강한 섬유로 구성됐다. ‘ZeeWeed 500’은 원수의 오염물질 입자가 많은 경우에 사용하고 있으며 철, 망간을 제거한다.

 

그러나 오염물질 입자의 함유량이 낮을 경우 ‘ZeeWeed 1000’을 사용할 수 있다. 이 것은 주로 침전수 처리에 사용되고 있으며 철, 망간을 제거하고 지하수 처리에도 쓰인다. GE Water는 개별적인 유닛에서부터 패키지된 공정, 그리고 맞춤형 패키지까지 다양한 제품을 제공하고 있다.

 

GE의 시스템은 막투과(Membrane Permeation)와 역세척(Back Washing)의 두 가지 핵심 공정으로 운영되며 UF 멤브레인에서 가장 중요한 것은 수온으로, 수온이 달라지게 되면 멤브레인의 가압이 달라지기 때문에 전체 시스템이 영향을 받게 된다.

 

북아메리카에 있어서 식수는 주로 직접여과법에 의해 처리되고 있어 유입된 원수는 스크린(Screen) 필터와 UF 시스템만을 거치게 된다. 물론 별도로 응집 과정을 거치거나 철, 망간을 제거하는 공정도 있으며 이러한 처리 옵션은 크게 세 가지로 나눠 살펴볼 수 있다.

 

첫 번째 처리 옵션은 UF 시스템을 통해 탁도와 병균 등을 제거하는 것으로 현재는 이 과정이 가장 많이 사용되고 있다. 두 번째는 유기성물질을 제거하는 것이고, 세 번째가 철, 망간 등을 제거하는 것이다.

 

산화가 이뤄질 경우에 슬러지를 산화시키게 되고 기존의 탁도 제거 시스템에서는 이 모든 공정이 필요했다. 기존 처리공정을 보면 기본적으로 전처리-침전-여과-소독의 과정이 필요했으나 ‘ZeeWeed UF 시스템’은 UF-소독 과정만으로 이 모든 처리 공정을 대체해 수처리 비용을 절감할 수 있게 됐다.

 

앞서 언급했듯이 GE Water의 시스템은 전세계에서 이용되고 있는 솔루션이다. 캐나다 랏세이(Rothesay) 지역 수처리 플랜트에는 지난 1996년 6월 ‘ZeeWeed 500’이 도입됐으며, 철과 망간을 제거하고 있다. 처리량은 2천300㎥/일이며 원수에 함유된 철 0.5㎎/L, 망간 5㎎/L, 대장균 10cfu/mL을 각각 0.1㎎/L 미만, 0.05㎎/L 미만, 1cfu/mL 미만으로 처리했다.

 

캐나다 컬링우드 수처리 플랜트에는 지난 1998년에 도입됐으며 컬링우드 호수로부터 물을 취수하기 때문에 안정적으로 운영되고 있다. 미국 올리벤하인(Olivenhain)에도 지난 2002년부터 컬링우드와 동일한 공정이 도입·운영되고 있으며 처리량은 13만㎥/일이다.

 

싱가포르 Chestnut Avenue 플랜트는 하루 최대 27만㎥을 처리하며 색, 알루미늄, 탁도 등을 제거하고 있다. 이 외에도 론파크(Lorne Park), 캐나다 오크빌(Oakville) 등에도 도입돼 있다.