수처리기술의 개요

 

수처리기술의 개요

※출처
책 제목: Electrochemical water treatment methods : fundamentals, methods and full scale applications
저자: Mika Sillanpää and Marina Shestakova.
Oxford, England : Butterworth-Heinemann – 2017


Chapter 1_Introduction

 

<수처리 기술에 대한 일반적인 내용>

수질오염물질은 그림 1과 같이 입자 크기에 따라 불균질 상태(heterogeneous systems), 콜로이드(colloids), 균질 상태(homogeneous systems)로 나뉠 수 있다. 쉽게 설명해서 불균질 상태는 슬러리나 에멀젼 물질, 콜로이드는 폴리머, 산화 금속과 같은 미세 입자, 균일 상태는 이온(전해) 물질, 용존 유기 물질을 포함한다.

수처리는 항상 입자 크기가 큰 오염물질 제거부터 공정이 시작된다. 주로 물리적인 분리 방법이 사용되며 대표적으로 부상분리(flotation), 침전(sedimentation), 여과(filtration), 원심분리(centrifugal separation) 방법이 있다. 응집(coagulation/flocculation), 미세여과(micro-/ultrafiltration) 방법이 콜로이드 물질 제거에 이용된다. 1nm 이하의 크기를 가지는 용존 유기물질, 무기 이온은 흡착(adsorption), 생물학적 처리방법(biological treatment), 역삼투(reverse osmosis), 고도산화처리(advanced oxidation processes; AOPs), 자주 사용되는 방법은 아니지만 이온교환(ion exchange) 방법으로 제거된다. 최근에는 생물학적 처리 방법, 멤브레인 기술, 흡착 기술이 경제적이고 효율적인 방법으로 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 이러한 기술들은 사용 후 분리한 흡착제, 투과되지 않고 남아있는 물질인 투석 유물(retentate), 폐활성슬러지와 같은 2차 폐기물을 추가로 처리해야 하는 단점이 있다.

 

그림 1. 수질오염물질의 입자 크기에 따른 분류 및 그에 따른 주요 수처리 방법(AOPs, advanced oxidation processes
(고도산화처리); DOM, dissolved organic matter (용존유기물질))
(출처: Mika Sillanpää et al., 2017)

고도산화처리는 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical)과 같은 반응성이 매우 높은 물질을 발생시켜 유기오염물질을 물, 이산화탄소와 같은 무기물질로 분해하는 기술이다. 고도산화처리는 세부적으로 전기화학적 산화(electrochemical oxidation), 초음파 처리(ultrasonication), 펜톤 반응(Fenton process), 광촉매/광분해(photocatalysis/photodegradation), 오존(ozonation), 과황산염 산화(persulfate oxidation), 방사선 조사(radiolysis)로 나뉜다.

각 기술에 대한 장/단점을 그림 2에 나타내었다. 이 가철과 과산화수소를 사용하는 펜톤 반응의 경우 슬러지 발생이 문제이며 유기물질의 완전한 산화를 위해서는 추가적인 화학물질 투입이 필요하다. 화학물질을 주입하는 수처리 기술의 경우 화학물질 저장고, 주입 장비 등을 위한 공간 확보가 필요하다. 또한, 방사선을 이용한 기술의 경우 장비의 고장 및 균열로 인해 방사선이 유출되면 인근 환경과 사회에 예상치 못한 악영향을 끼칠 수 있다. 오존과 초음파 처리는 경제적인 방법으로 알려져 있지만 오염물질 분해에 따른 2차 독성물질이 발생할 수 있고 초음파 처리는 특히 유기오염물질의 무기화 작용(mineralization) 효율이 낮은 것으로 알려져 있다. 광분해 방법과 전기화학적 수처리 기술은 난분해성 유기물질의 무기화 작용 효율이 높고 쉽게 공정 자동화 가능하며, 반응기의 규모 축소가 가능하고, 화학물질을 추가적으로 사용할 필요성이 적고, 2차 오염물질 발생 가능성이 낮은 장점이 있다. 광분해 방법과 비교하여 전기화학적 수처리 방법은 탁도가 높고 색이 있는 폐수 처리에 적합하다. 광분해 방법과 다르게 전기화학적 수처리 방법은 전극을 사용하기 때문에 촉매를 따로 분리할 필요가 없다.

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그림 2. 고도산화처리 기술들의 장점 및 단점
출처: Mika Sillanpää et al., 2017)

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