정수장에서 깨끗하고 안전한 수돗물을 생산하기 위해서는 원수의 특성에 맞는 다양한 정수처리 공정이 필요합니다. 일반적으로 상수도 정수처리는 혼화·응집, 침전, 여과, 소독 등의 과정을 거치지만, 상수원의 수질이나 계절적인 변화에 따라 일반적인 처리공정만으로 충분한 수질관리가 어려운 경우도 있습니다.

이때 활용되는 대표적인 기술이 고도정수처리입니다.

고도정수처리는 기존의 정수처리공정으로 제거하기 어려운 특정 유기물질이나 냄새·맛 유발물질 등을 추가적으로 처리하기 위한 방법입니다. 대표적인 고도정수처리 기술로 오존처리와 활성탄 처리를 들 수 있습니다.

두 공정 모두 수질 개선을 목적으로 사용되지만 작동원리는 상당히 다릅니다. 오존은 강한 산화력을 이용해 물속의 특정 물질을 산화시키는 반면, 활성탄은 물질을 표면에 붙잡는 흡착을 이용합니다.

이번 글에서는 정수장에서 오존과 활성탄을 각각 사용하는 이유와 두 공정의 차이점, 그리고 고도정수처리가 어떤 원리로 이루어지는지 자세히 알아보겠습니다.

1. 고도정수처리란 무엇일까?

먼저 고도정수처리의 개념부터 알아볼 필요가 있습니다.

일반적인 정수처리는 원수에 포함된 부유물질과 탁도 유발물질 등을 제거하고 미생물을 관리하여 안전한 수돗물을 생산하는 것을 목적으로 합니다.

대표적인 과정은 다음과 같습니다.

취수 → 혼화·응집 → 침전 → 여과 → 소독

하지만 원수에 따라 일반적인 정수처리만으로 제거하기 어려운 물질이 존재할 수 있습니다.

예를 들어 일부 냄새·맛 유발물질이나 특정 유기물질은 응집·침전·여과만으로 충분히 제거하기 어려울 수 있습니다.

이러한 물질을 추가적으로 관리하기 위해 도입하는 것이 고도정수처리입니다.

즉, 고도정수처리는 기존 정수처리공정을 대체하는 개념이라기보다 기존 공정을 보완하여 보다 다양한 수질 문제에 대응하기 위한 추가적인 처리기술이라고 이해하면 쉽습니다.

2. 오존처리란 무엇인가?

오존처리는 물에 오존(O₃)을 주입하여 오존의 강한 산화력을 이용하는 정수처리 방법입니다.

오존은 산소 원자 3개로 이루어진 물질로, 산화력이 강하기 때문에 물속에 존재하는 특정 유기물질이나 냄새·맛 유발물질 등을 변화시키는 데 활용할 수 있습니다.

오존처리의 핵심은 산화입니다.

물속에 존재하는 특정 물질과 오존이 반응하면 해당 물질의 화학적 구조가 변화할 수 있습니다.

이 과정에서 냄새를 유발하는 물질의 특성이 감소하거나, 기존 물질이 이후 공정에서 제거하기 쉬운 형태로 변화할 수도 있습니다.

따라서 오존은 단순히 물속의 물질을 걸러내는 기술이 아니라 화학적 반응을 이용하여 물질의 특성을 변화시키는 공정이라고 할 수 있습니다.

3. 오존은 정수장에서 어떤 역할을 할까?

오존처리는 다양한 목적으로 활용될 수 있습니다.

대표적으로 일부 냄새·맛 유발물질을 관리하고 특정 유기물질을 산화하는 데 활용할 수 있습니다.

또한 오존은 미생물에 대한 강한 산화력을 가지고 있기 때문에 수처리 과정에서 소독 목적으로 활용되는 경우도 있습니다.

다만 오존처리는 처리 대상 물질과 원수의 특성, 오존 주입량, 접촉시간 등 여러 조건을 고려하여 설계하고 운영해야 합니다.

특히 오존과 물속의 성분이 반응하면서 브로메이트와 같은 부산물 관리가 필요한 경우가 있기 때문에 원수의 특성과 처리조건을 함께 고려하는 것이 중요합니다.

4. 활성탄 처리란 무엇인가?

앞선 글에서 살펴본 것처럼 활성탄은 물속의 특정 물질을 표면에 붙잡아 제거하는 데 사용되는 흡착재입니다.

활성탄 내부에는 매우 많은 미세기공이 존재하기 때문에 실제 표면적이 매우 넓습니다.

물속의 특정 유기물질이나 냄새·맛 유발물질이 활성탄과 접촉하면 활성탄의 표면이나 기공에 흡착될 수 있습니다.

이러한 원리를 이용하는 것이 활성탄 처리입니다.

따라서 활성탄의 핵심적인 제거 원리는 흡착이라고 할 수 있습니다.

5. 오존과 활성탄의 가장 큰 차이

오존과 활성탄의 가장 큰 차이는 물질을 제거하는 방식에 있습니다.

오존은 산화력을 이용하여 물속의 특정 물질을 화학적으로 변화시킵니다.

반면 활성탄은 물질을 자신의 표면이나 기공에 붙잡아 제거합니다.

간단하게 정리하면 다음과 같습니다.

구분	오존처리	활성탄 처리
주요 원리	산화	흡착
주요 역할	물질의 산화·변환	특정 물질의 제거
대표적인 대상	일부 유기물질, 냄새·맛 유발물질 등	일부 유기물질, 냄새·맛 유발물질 등
주요 관리요소	오존 주입량, 접촉시간, 수질	활성탄 종류, 접촉시간, 흡착능력
특징	강한 산화력을 이용	넓은 표면적과 기공을 이용
유지관리	오존 발생 및 주입설비 관리	활성탄 상태 및 교체·재생 관리

따라서 두 기술은 비슷한 목적을 가지고 있지만 실제 작동방식은 서로 다릅니다.

6. 오존과 활성탄을 함께 사용하는 이유

그렇다면 정수장에서 오존과 활성탄을 함께 사용하는 이유는 무엇일까요?

두 공정이 서로 다른 원리를 이용하기 때문입니다.

오존은 물속의 특정 유기물질을 산화하여 구조를 변화시킬 수 있습니다.

이 과정에서 기존 물질이 보다 생물학적으로 분해되기 쉬운 형태로 변하는 경우도 있습니다.

이후 활성탄 공정을 이용하면 오존처리 이후 생성되거나 남아 있는 특정 물질을 추가적으로 관리할 수 있습니다.

이처럼 서로 다른 원리를 가진 공정을 연속적으로 적용하면 하나의 처리방법만 사용하는 것보다 다양한 수질 특성에 대응할 수 있습니다.

대표적인 형태를 단순화하면 다음과 같습니다.

오존처리 → 활성탄 처리 → 후단 정수처리

정수장의 설계와 수질 특성에 따라 실제 공정 구성은 달라질 수 있지만, 오존과 활성탄을 조합하여 사용하는 방식은 고도정수처리의 중요한 개념 중 하나입니다.

7. 오존처리의 장점과 주의할 점

오존의 가장 큰 장점은 강한 산화력입니다.

일부 냄새·맛 유발물질과 유기물질을 산화시켜 물질의 특성을 변화시키는 데 활용할 수 있습니다.

또한 오존은 비교적 빠른 반응성을 가지고 있어 적절한 조건에서 효과적인 처리가 가능합니다.

하지만 오존처리에는 관리해야 할 요소도 있습니다.

오존은 현장에서 직접 발생시켜 사용하는 경우가 많기 때문에 오존 발생설비와 주입설비의 안정적인 운영이 중요합니다.

또한 원수에 브로마이드가 존재하는 경우 처리조건에 따라 브로메이트가 생성될 가능성이 있으므로 관련 수질과 운전조건을 적절하게 관리해야 합니다.

8. 활성탄 처리의 장점과 주의할 점

활성탄의 가장 큰 장점은 특정 물질을 흡착하여 제거할 수 있다는 것입니다.

특히 일부 냄새·맛 유발물질이나 유기물질을 관리하는 데 활용할 수 있습니다.

하지만 활성탄도 영구적으로 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

활성탄의 표면과 기공에 물질이 계속 흡착되면 점차 새로운 물질을 흡착할 수 있는 능력이 감소할 수 있습니다.

따라서 입상활성탄을 사용하는 경우에는 활성탄의 상태와 처리수질을 지속적으로 확인하고 필요에 따라 교체 또는 재생해야 합니다.

분말활성탄 역시 사용량과 투입조건을 원수의 상태에 맞게 관리해야 합니다.

9. 오존과 활성탄의 효율을 결정하는 조건

두 공정의 처리효율은 여러 조건에 따라 달라질 수 있습니다.

오존처리의 주요 조건

오존처리에서는 다음과 같은 요소가 중요합니다.

• 오존 주입량
• 오존과 물의 접촉시간
• 원수의 수질
• pH
• 수온
• 유기물 특성
• 브로마이드 등 원수에 포함된 물질

특히 오존을 너무 적게 주입하면 원하는 산화효과를 충분히 얻지 못할 수 있고, 반대로 필요 이상의 오존을 사용하면 운영비와 부산물 관리 측면에서 불리할 수 있습니다.

따라서 적절한 처리조건을 찾는 것이 중요합니다.

활성탄 처리의 주요 조건

활성탄에서는 다음 요소가 중요합니다.

• 활성탄의 종류
• 활성탄의 기공 특성
• 활성탄 사용기간
• 물과 활성탄의 접촉시간
• 제거 대상 물질의 농도
• 원수의 유기물 특성
• 수온 및 수질

특히 활성탄은 어떤 물질을 제거하려는지에 따라 적합한 활성탄의 특성이 달라질 수 있습니다.

10. 고도정수처리는 왜 중요할까?

상수원의 수질은 항상 동일하게 유지되는 것이 아닙니다.

계절에 따라 수온과 조류 발생 정도가 달라질 수 있고, 강우가 발생하면 원수의 탁도와 유기물 특성이 변화할 수 있습니다.

이러한 변화는 일반적인 정수처리공정의 운전에도 영향을 줄 수 있습니다.

특히 냄새와 맛에 민감한 물질이 증가하거나 특정 유기물질에 대한 관리가 필요한 경우 고도정수처리의 중요성이 더욱 커질 수 있습니다.

따라서 고도정수처리는 변화하는 원수 수질에 대응하고 보다 안정적인 수돗물 품질을 확보하기 위한 보완적인 처리기술이라고 볼 수 있습니다.

11. 오존과 활성탄은 서로 경쟁하는 기술일까?

오존과 활성탄을 서로 대체하는 기술로만 생각하기 쉽지만 반드시 그런 것은 아닙니다.

두 기술은 제거 원리가 다르기 때문에 정수장의 목적에 따라 서로 보완적으로 사용할 수 있습니다.

예를 들어 오존으로 특정 물질을 산화한 다음 활성탄을 이용해 남아 있는 물질이나 산화 과정에서 생성된 특정 물질을 관리하는 방식이 가능합니다.

즉,

오존 = 산화

활성탄 = 흡착

이라는 기본적인 차이를 이해하면 두 기술의 관계를 쉽게 이해할 수 있습니다.

12. 정수처리 전체 과정에서 고도정수처리의 위치

정수처리공정을 전체적으로 보면 각 단계마다 담당하는 역할이 다릅니다.

대표적으로 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

취수

상수원에서 원수를 확보합니다.

↓

혼화·응집

물속의 미세한 입자를 서로 뭉치게 하여 플록을 형성합니다.

↓

침전

형성된 플록을 중력에 의해 가라앉혀 제거합니다.

↓

여과

침전공정 이후 남아 있는 미세입자를 제거합니다.

↓

고도정수처리

오존이나 활성탄 등을 이용해 일반적인 처리공정으로 제거하기 어려운 특정 물질을 추가적으로 관리합니다.

↓

소독

병원성 미생물 등을 관리하여 안전한 수돗물을 생산합니다.

다만 실제 정수장의 공정 순서는 시설의 설계와 원수 특성에 따라 달라질 수 있습니다.

마무리

오존과 활성탄은 정수장에서 활용되는 대표적인 고도정수처리 기술이지만, 두 기술의 작동원리는 서로 다릅니다.

오존처리는 강한 산화력을 이용하여 물속의 특정 물질을 산화하고 그 특성을 변화시키는 방법입니다.

반면 활성탄 처리는 활성탄의 넓은 표면과 미세기공을 이용하여 특정 물질을 흡착하여 제거하는 방법입니다.

따라서 두 공정을 간단하게 비교하면 다음과 같습니다.

오존처리 → 산화

활성탄 → 흡착

또한 오존과 활성탄은 서로 대체 관계에만 있는 것이 아니라 필요에 따라 함께 활용하여 서로의 장점을 보완할 수도 있습니다.

고도정수처리의 핵심은 단순히 새로운 기술을 추가하는 것이 아니라 상수원의 특성과 제거해야 할 물질을 정확하게 파악하고 그에 적합한 처리공정을 조합하는 것입니다.

특히 원수의 수질은 계절과 기상조건 등에 따라 변할 수 있기 때문에 정수장에서는 지속적인 수질분석과 공정관리가 필요합니다.

결국 안전하고 깨끗한 수돗물을 생산하기 위해서는 혼화·응집, 침전, 여과와 같은 기본 정수처리공정뿐만 아니라 필요에 따라 오존과 활성탄을 활용한 고도정수처리 기술을 적절하게 적용하고 관리하는 것이 중요합니다.