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전기응집 이용한 폐수 재이용 기술
Global New Technology
2014년 03월 07일 (금) 10:35:11 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

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전기응집 이용한 폐수 재이용 기술


순환 공정 방식…부유상태 오염물질 99% 효과적 제거

생산성·처리용량 증가…하루 최대 5만6천㎥ 처리 가능

 

최근 물 수요가 많은 산업체에서 물 소비량을 줄이기 위한 노력은 환경에 미치는 영향을 최소화하는 목적의 혁신기술 개발로 이어졌다. 즉, 처리 공정에서 케미컬(chemical) 사용 없이 다양한 오염물질을 여과 처리하여 제거시키는 필터링 기술이 핵심 역할을 하게 됐다.

물은 가장 저렴하지만 산업체에서 없어서는 안되는 핵심 항목이며 산업체에서의 물 사용은 글로벌 물 수요 측면에서 하나의 작은 일부분이다. 미국은 전 세계에서 가장 물을 많이 사용하는 국가로 1인당 하루 7.5㎥ 정도를 사용하고 있다.

석유와 마찬가지로 물 가격도 지난 12년간 급격히 상승, 미국 내 도시지역 물 가격에 대한 조사결과, 2∼3배 증가를 기록하고 있다. 따라서 보다 효과적·환경적으로 안전한 처리방법에 의한 물 재이용 정책은 정부·기업 등 모든 분야에서 필요로 하는 과제로 부상되고 있다.

그러나 노후화된 기존 인프라 설비는 재이용 추진에 또 다른 문제를 야기시키고 있다. 이에 미국 EPA는 안전한 수질을 얻기 위하여 기존 노후화 인프라 설비를 개선하는 목적으로 향후 20년 동안 먹는 물 처리 분야에 3천350억 달러의 비용이 필요하며, 오·폐수처리용 분야에 2천980억 달러의 투자비용이 필요할 것으로 추정하고 있다.

그 중 오·폐수처리 분야에서 산업체 및 정부기관은 오·폐수 재이용 기술을 기초로 하여 기존 처리공정을 개선하며, 처리물량을 증가시키고, 사용자 수질조건에 적합한 품질을 갖는, 이미 효과 및 성능이 검증된 기술을 사용할 계획이다.

전기에너지 이용한 순환 공정 방식

이러한 기술로 전기응집(EC, electrocoagulation) 기술이 발표됐다. 이 기술은 폐수내 물질의 화학적 반응을 위하여 전기에너지를 이용하는 순환(closed-loop) 공정 방식의 기술로 부유상태 혹은 에멀전(emulsion) 상태의 오염물질을 99.9% 효과적으로 제거한다.

처리되는 과정을 보면, 폐수물질이 전극봉을 거치면서 전류가 발생되며, 발생된 전기에너지는 폐수내 물질의 화학반응을 일으키기 위한 촉매로 작용, 폐수 내 오염물질들은 양극 및 음극물질을 받아들여 자성물체와 같은 형태의 입자간 결합으로 진행된다. 이러한 물질들은 청정수와 분리되며 이후 슬러지 탈수장치로 보내진다. 일부 산화 금속물질은 슬러지 처리과정에서 회수되어 농사용 비료제품으로 만들어져 재사용되기도 한다.

이러한 공정에 사용되는 전기응집 기술은 또한 oil emulsion 상태를 파괴시키는 기능을 갖고 있어, 오일을 표면위로 부상케 하여 진공시스템을 이용한 스키머 장치로 제거시키거나 필요한 경우 재이용 목적으로 회수하여 사용된다.

   
 
한편 폐수 내에서 발생되는 화학반응에 의하여 오염물질이 제거된 청정수를 얻을 수 있다. 즉, 물 속의 과도한 전자원소(excess electrons) 에너지에 의하여 박테리아 물질을 제압하여 부분적으로 파괴시키며 미세한 곰팡이나 조류물질들도 이와 유사한 방법으로 제거된다. 그러나 쉽게 제거가 어려운 당류나 염분물질은 RO 혹은 MBR 기술을 이용한 polishing filter 사용으로 효과적으로 처리 가능하다.

EC 처리장치는 자체의 단독 시스템으로 혹은 기존 처리장치와 연계 사용되어 하루 최대 5만6천㎥/일의 폐수를 처리할 수 있다. 또한 폐수 재이용 용도로도 사용되기도 한다. 이로서 기존 폐수처리장 설비의 처리용량을 증가시켜 인구증가 및 노후화 설비로 인한 플랜트 용량 확대 수요에 대처할 수 있다.

   
 
악취 문제 해결·슬러지 발생량 감소

현재 오·폐수처리장 건설은 화학약품 사용을 위한 별도 부지 및 대규모 처리장 건설을 위한 부지 등을 필요로 한다. 한편 물의 흐름을 원활히 통제하기 위해 동일 부지 내에서 침전조 및 폭기조의 상호 네트워킹 설비가 필요하며 그들의 처리용량도 특별히 고려해야 한다.

저지대 혹은 해안가에 위치한 플랜트는 높은 강우량에 의한 급격한 물 흐름 등으로 처리장이 범람하거나 처리장내 시스템의 정지를 가져올 수 있는 문제점들이 발생된다. 이러한 처리되지 않은 물의 범람으로 해안가의 해수욕장이 폐쇄되기도 한다.

염소나 표백제 등 화학약품이 수처리 과정이나 재이용 처리 과정의 거의 마지막 단계에서 주입된다. 따라서 재이용처리 경우에 최종 사용이전 단계에서 수질에 대한 검사가 이루어져야 한다. 한편 폐수처리되어 발생된 농축수는 강, 호수, 라군(lagoon, 석호) 등에 보내어져 희석되며 폐수처리된 물은 농사용으로 혹은 해양 배출을 위한 지하 배출설비로 이송되기도 한다.

유기물질 중 배출규정이 없는 물질, 즉 새롭게 발생되는 오염물질인 ‘emerging organic contaminants’라는 물질은 수처리 공정 설계에서 커다란 문제로 부상되고 있는데, 이는 주로 의약품이나 화장품에 관련된 오염물질로 이들은 사람의 건강 및 수중 동식물에 영향을 미치고 있다고 보고되고 있다.

박테리아·TSS·인·COD 물질 100% 제거

EC 기술의 사용으로 처리장의 전체 효율을 개선시키며 처리용량 증가에 대한 부담에서 벗어날 수 있다. EC 시스템은 1천500만 갤런/일 이상 처리가 가능하고, 기존처리장에서 사용 시 생산성과 처리용량 모두 증가하며 처리과정 시간을 단축시킬 수 있다. 기존의 전형적 처리기술과 비교하여 EC 기술을 사용 시 침전조 설치 수량을 절약하며 악취로 인한 문제를 해결, 슬러지 발생량을 감소시킬 수 있다.

파일럿 테스트 연구로 폐수처리 플랜트로부터 생산 배출수를 샘플 채취하여 성능을 조사했으며, 이 경우 멤브레인 기술 등 폴리싱 시스템의 사용은 고려하지 않았다. EC에서의 결과는 박테리아, TSS(총부유물질, total suspended solid), 인(P), COD(화학적 산소요구량) 물질은 100% 제거됐으며 BOD(생물학적 산소요구량), 마그네슘 및 철 물질은 75% 제거됐다.

EC 기술로 처리된 폐수처리는 주변 환경에 위해한 요인을 제공하지 않으며 처리된 물은 재이용목적으로 사용되어도 환경오염을 일으키지 않는 정도의 수준이다. 즉, EC 기술 사용으로 생산되는 물은 관개수로 및 공공사용 혹은 개인용·농사용으로 사용가능하며 더 나아가 소방용수로 혹은 화장실의 세척용수로 사용된다.

한편, HVAC의 냉각수의 용도로도 사용이 가능하며 비음용수 수준의 여러 분야에 사용될 수 있어 전 세계적인 지속가능한 정책을 추진하기 위한 중요한 역할을 하는 기술로 평가되고 있다.

[『워터저널』 2014.3월호에 게재]

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