초록 ▼

제1장 기술의 개요

제1절 배경 및 필요성

1. 배경
◦ 지난 8월 장기간 지속된 가뭄으로 인하여 낙동강수계 및 북한강 수계에서 남조류 과대 번식
◦ 고농도의 Geosmin에 의한 수돗물의 이취미 문제, Microcystin 문제 등 발생
◦ 서울시 6개 정수장 유입 Geosmin 50~194 ppt (2012.8.14 기준), 2012.8.15 기준으로 38~97 ppt, 2012.8.13 기준으로 팔당댐의 남조류 농도 6,558 세포/mL(2012.8.13), 팔당댐 Geosmin 292

제1장 기술의 개요

제1절 배경 및 필요성

1. 배경
◦ 지난 8월 장기간 지속된 가뭄으로 인하여 낙동강수계 및 북한강 수계에서 남조류 과대 번식
◦ 고농도의 Geosmin에 의한 수돗물의 이취미 문제, Microcystin 문제 등 발생
◦ 서울시 6개 정수장 유입 Geosmin 50~194 ppt (2012.8.14 기준), 2012.8.15 기준으로 38~97 ppt, 2012.8.13 기준으로 팔당댐의 남조류 농도 6,558 세포/mL(2012.8.13), 팔당댐 Geosmin 292 ppt 수준으로 기준치 초과
◦ 국외 조류 발생 현황
◦ 조류 번식에 따른 유해물질 배출
- Microcystins: 위염, 간 손상 및 잠재적인 발암물질로 보고됨
- Geosmin과 2-MIB: 이취미 유발 물질

2. 필요성
◦ 상수원 조류의 발생이 정수장에 일으키는 문제점
- 정수장 취수장의 취수문의 스크린을 폐색시키는 문제
- 침전지의 월류웨어를 막아 웨어에서 균등한 물흐름을 방해
- 유량 제어 장치의 막힘 현상
- 침전지에서 침전된 조류가 서로 뭉쳐진 Algae Mat이 부상하여 알럼 침전지의 효율을 약화시키고, 전체적인 입자의 제거효율을 약화시킴
- 필터의 여재를 폐색하여 수두저하를 일으키고, 필터의 운전시간을 줄이고, 역세의 필요성을 증가시킴
- 응집제의 양을 증가시키고 슬러지 발생량을 증가시킴
- 염소요구량을 증가시키고, 소독부산물의 발생을 증가시킴. 특히 조류에서 Humic 혹은 Fulvic 산이 나오는데 이것은 THM 형성의 전구물질이 됨
- 용존산소와 pH의 변동이 심해지며, 이에 기인하는 불필요한 침전이나 용해가 발생함
- 조류에서 유래되는 AOC는 관망에서 미생물막 형성의 원인이 됨
- 미국 내 처리장에서 조류로부터 발생하는 문제의 통계
- 미국 내 처리장에서 조류로부터 발생하는 수질문제의 통계

제2절 기술의 정의 및 분류
◦ 핵심 분야 및 세부 기술의 정의 및 개요

제3절 관련 정책 동향
◦ 환경부에서는 녹조 방지를 위하여 녹조방지사업을 비점오염원 관리 사업으로 사업명을 변경, 물환경정보 시스템을 이용하여, 지역별 호소와 수원에 관한 정보공개 및 측정을 지속적으로 시행
◦ 국가차원에서 상수원 보호를 위하여 조류의 발생원인이 되는 비점오염원에 관한 규제와 법령을 강화하고 있다.
◦ 조류 예보제
◦ 조류예보제 단계별 발령기준 및 관계기관별 조치사항

제2장 기술의 연구개발 동향

제1절 수원에서의 녹조발생 대응 및 모니터링 기술

가. 수원에서의 녹조발생 대응 기술
◦ Clay를 이용한 조류의 제어 방법
◦ 응집제와 규조토 (diatomite)를 이용한 조류의 제거
◦ 황산동을 이용한 조류 제어
◦ 석회를 이용한 조류 제어
◦ 바닥의 준설과 흡습성물질 (Phoslock)을 이용한 조류 제어
◦ 살조제(algicide)를 이용한 조류제어 방법
◦ 물리적 회수: 점토를 이용한 강제 침전 후 펌프에 의한 회수, 양식어 대피 등 1차원적 대처
◦ DAF 를 이용한 수원에서의 녹조 제거
나. 수원에서의 녹조발생 모니터링 기술
◦ 수질오염공정시험방법에는 현미경을 이용한 계수하는 방법만이 나와 있음
◦ 최근에는 남조류가 생산하는 유독화합물인 microcystin을 검출하기 위해 PCR, ELISA, HPLC 등을 이용한 방법들 많이 사용
◦ 기기분석을 통한 조류 모니터링: 조류는 대부분 대사과정에서 형광물질을 방출하기 때문에 이러한 형광물질의 형광을 측정하여 실시간 모니터링 수행
◦ 위성을 이용한 녹조의 탐지
- 2010년 세계 최초의 정지궤도 해색위성인 GOCI를 이용한 연구가 진행
- 한국해양과학기술원 (KIOST)에서 세계 최초의 정지궤도 해양관측 위성인 ‘천리안’의 해양탑재체(GOCI) 자료를 이용해 분석
- Lyngbya majscula 종이 대량 발생한 호주의 경우 Landsat 7 ETM+ 의한 측정
◦ Microcytin ImmunoAssay Kit
- RIA
- 직접 경합법 ELISA
- 간접 경합법 ELISA

제2절 정수장에서의 녹조 대처 기술 (단위 공정별 분석)
◦ 조류 및 조류 유발 맛･냄새 및 독성물질 제어에 관한 국내 연구사례
- 응집, 침전: 응집공정에 의한 입자성 조류의 제거 어려움: DAF (Dissolved Air Flotation)에 의한 제거 필요
- 여과
‣ 조류는 여과작용(Interception 혹은 Impaction)에 의해 쉽게 제거
‣ 필터의 운전시간이 짧아지는 문제점 야기 (여과지 폐색(Head loss))
‣ 여과지 역세 주기가 매우 짧아짐
‣ 상층에 안트라사이트를 사용한 다층 여과 수행시 효과적으로 제거 가능
- 분리막(Membrane)
‣ ANABAENA와 MICROCYSTIS의 사이즈는 분리막에 의해 완벽하게 제거가 가능
‣ 분리막에 Fouling 문제
‣ 조류 발생이 빈번한 지역에서 분리막을 사용하는 경우, DAF 등 전처리 필요
- 오존처리
‣ 오존처리 공정에서는 Hydroxyl radical을 이용하여 Geosmin과 MIB 제거가 가능
- 활성탄
‣ 활성탄은 Geosmin 및 2-MIB 제거에 효과적
‣ Hepatotoxins (Microcystins) 제거에 미량의 분말활성탄은 효과가 작었으나, 오존 + 활성탄은 완벽한 제거가 가능
- 화학적 처리 방법
‣ 정수처리공정에 유입된 플랑크톤의 경우는 전염소 처리 등을 통하여 제거
‣ 염소 사용 시 녹조 내 이취미물질인 Geosmin 혹은 2MIB의 제거율이 저하되거나, 트리할로메탄 생성이 증가되기 때문에 최근에는 정수공정의 중간단계에서 염소를 주입
- Microstrainer
‣ 정수공정의 전처리에 사용되며 유입된 조류를 회전하는, 스테인레스강으로 구성된 섬세한 망을 이용하여 기계적으로 제거하는 장치
- 부직포 여과장치
‣ 드럼 모양 구조체 외부에 부직포 등 합성섬유제 여과장치를 수중에 침지하여 회전시키면서 원수를 여과하면서 녹조 등 고형물을 제거

제3절 조류 유발 냄새물질(Geosmin, 2-MIB) 제어
◦ 지금까지 밝혀진 남조류에 의해 발생되는 주요 맛 냄새 물질은 Geosmin, 2-MIB(2-Methylisoborneol), β-Cyclocitral, 3-Methyl-1-Butanol, TCA（2,3,6-Trichloroanisole), IPMP (2-Isopropyl-3-Methoxy Prazine), IBMP (2-Isobutyl-3-Methyoxy Pyrazine), Sesquiterpenes 등이 보고
◦ 한국건설기술연구원(2001) 수행 연구결과
- Geosmin과 2-MIB을 대상으로 오존 및 활성탄 조합 정수공정에서의 제거효과를 연구
- 기존 처리공정보다는 오존/활성탄 공정이 제거효율이 높게 나타남
- 오존공정만으로는 Geosmin과 2-MIB의 완벽한 제거가 힘든 것으로 나타남
- 2-MIB보다 Geosmin이 훨씬 효과적으로 활성탄 흡착에 의해 제거

제4절 조류 유발 독성물질 (마이크로시스틴) 제어
◦ Microcystin-LR은 자연수에서 1-2 ppm의 오존 주입 농도에서 완전히 분해
◦ 전염소 혹은 전오존 처리를 할 경우 아래 [표 3]과 같이 Microcystin-RR의 농도가 원수 내 농도보다 적게는 1.1배, 많게는 6배로 증가

제5절 조류의 물리적 형상에 따른 공정 개선 방안
1. 기존 설비의 개선 방향
◦ 수리구조물과 관로의 부착된 조류 제거
◦ 수리구조물과 관로의 살조제(algaecide) 코팅
◦ Dissolved Air Flotation (DAF) 공정의 도입
2. 응집･침전 공정
◦ 조류 유입에 따른 응집제 변경
◦ 응집 효과 증가를 위한 pH 최적화
◦ 응집･침전 효율의 증가를 위한 전산화 공정 적용
3. 여과 공정
4. 고도산화공정
◦ 전염소산화, 전과망간산칼륨산화, 전이산화염소산화, 오존, 구리의 첨가, 초음파처리, 오존/DAF 등
◦ 흡착공정: 분말활성탄(PAC)

제6절 공정별 처리효과 분석
◦ 정수처리 공정별 조류제거효율 비교표

제3장 미래형 고도처리 기술

제1절 유해물질과 녹조 동시 대응 고도정수처리
◦ 막 여과 공법
- 전통적인 혼화, 응집, 침전 방식의 여과공정은 분자량 100-500 Da 사이의 낮은 분자량은 가진 EDCs 물질의 제거에 효과적이지 않음
- 역삼투막(RO)과 나노여과막(NF)을 이용한 막 여과 공정은 EDCs와 PPCPs와 같은 미량유해물질 제거에 효과적
◦ 흡착 공법
- GAC를 이용한 흡착 공정은 EDCs를 포함한 대부분의 유기물을 제거
- 안정적인 운영을 위해서 운영조건이나 흡착 기작과 관련된 kinetic과 평형상수, 접촉시간, 용해도, carbon의 종류, NOM으로 인한 변수 등의 다양한 매개변수를 완벽히 통제해야 할 필요가 있음
◦ 산화 공법 (Biological and chemical conversion)
- 여러 연구 결과를 통하여 염소 처리, 산화 처리와 같은 화학적 고도산화처리공정(AOPs)이 여러 종류의 EDCs와 PPCPs의 제거에 효과적인 것으로 보고
- 이 외에도 초임계유체 추출법(supercritical fluid extraction), 광분해법, 전기산화법 등이 EDCs와 독성물질을 효과적으로 분해할 수 있는 기술로 연구

제2절 녹조 대응을 위한 미래 고도처리기술
◦ 녹조 대응을 위한 나노여과 공정
- NF 막을 이용한 조류 제거에 대한 연구는 1990년대부터 본격적으로 시작
- 나노여과막은 한외여과막과 역삼투막의 중간단계로써 2가 이온 이상 크기의 물질들의 제거가 가능
- 나노막은 역삼투막에 비해 저압으로 운전되어 에너지 비용이 절감되고, 1가 이온을 제외한 타 물질의 제거율이 뛰어나 많은 분야에서 응용
- 분리막을 이용한 조류 제어 관련 국외 연구들을 아래 표에 요약
◦ 녹조 대응을 위한 초음파 관련 기술
- 조류 제어 및 맛냄새물질 제거를 위한 초음파 기술 적용
◦ 조류 유발 미량유기오염물질들의 선택적 산화기술

제4장 파급효과 및 전망
- 수원에서의 효과적인 조류제어 방안 제시
- 기존 정수장에서 조류발생에 대처하는 기술 제시
- 조류 제어를 위한 고도정수처리 가이드라인 제시
- 조류 및 미량유해물질 동시처리가 가능한 미래형 정수고도처리기술 제안
- 개발이 필요한 핵심 주요 기술에 대해서는 중과제 수준의 RFP도출
- 향후 조류제어 관련 국가 R&D 사업의 참고 자료로 활용

(출처 : 요약문 5~23p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 5
• 목차 ... 24
• 표목차 ... 25
• 그림목차 ... 26
• 제1장 기술의 개요 ... 29
• 제1절 배경 및 필요성 ... 31
• 제2절 기술의 정의 및 분류 ... 40
• 제3절 관련 정책 동향 ... 41
• 제2장 기술의 연구개발 동향 ... 45
• 제1절 수원에서의 녹조발생 대응 및 모니터링 기술 ... 47
• 제2절 정수장에서의 녹조 대처 기술(단위 공정별 분석) ... 58
• 제3절 조류 유발 냄새물질(Geosmin, 2-MIB) 제어 ... 71
• 제4절 조류 유발 독성물질(마이크로시스틴) 제어 ... 74
• 제5절 조류의 물리적 형상에 따른 공정 개선 방안 ... 77
• 제6절 공정별 처리효과 분석 ... 84
• 제3장 미래형 고도처리 기술 ... 87
• 제1절 유해물질과 녹조 동시 대응 고도정수처리 ... 89
• 제2절 녹조 대응을 위한 미래 고도처리기술 ... 95
• 제4장 파급효과 및 전망 ... 105
• 제5장 참고문헌 ... 109
• 끝페이지 ... 122