국내에서 최초 개발된 ‘막여과고도정수처리’ 공정은 해외 선진기술과 동등한 수준의 기술로써, 분리막/모듈은 내구성·내화학성이 뛰어난 재질(PVDF)로 제작되었으며, 까다로운 미국과 일본의 기술 인증을 받아 향후 외국 기술과 충분히 경쟁할 수 있다고 한다. 이번 국산 막여과 정수처리 시스템은 원수 수질의 변동에도 탁질, 조류, 병원성 미생물을 완벽히 제거할 수 있으며, 응집지와 침전지 축소를 통한 소요부지 절감이 가능하다고 한다. 한편, 기존 정수처리 공정 대비 응집제 사용량을 60% 이상 절감하여 슬러지 발생량 및 유지관리비를 축소하였으며, 회수율을 99% 이상 달성하는 등 친환경적 요소를 갖춘 기술이다.
이 날 준공식에 참석한 환경부 이만의 장관은 국내 물산업의 해외진출 전략기반 강화와 글로벌 협력 네트워크 및 우수기술 보급 확대 등 ‘물산업 육성전략’을 수립·추진중이라고 밝혔다. 동 전략에 따르면 ‘고도물처리분야’ 기술력 확보와 전 세계적으로 ‘분리막을 이용한 정수처리 공정’에 대한 관심과 기술보급이 증가하고 있어 지금까지 확보한 기술력을 바탕으로 상수도 및 고도물처리 분야에 대한 세계 일류 기술개발을 위해 ‘에코스마트 상수도(′11.′20, 1,200억원)’사업을 추진한다고 한다.
물관련 정책·제도를 통한 기술 상용화와 운영 효율화를 위해 상수도 운영체계 개편과 민간기업에 대한 상·하수도 사업 위탁을 통해 전문기업 육성기반 마련 및 물 재이용 등 연관산업 육성 등을 추진할 예정이며, 물산업 해외진출 전력기반을 강화하기 위해 법적 근거 마련 및 물산업 해외진출 5개년 계획을 수립하고 글로벌 협력 네크워크 및 우수기술 보급 확대 등을 추진할 계획이라고 한다.
국산 가압식 분리막(H2L, HIFIM)을 이용한 가압식 막여과 정수시스템(WISE-DIMS)
국내 수처리 연구 및 기술의 선두주자인 (주)대우건설은 수처리선진화사업 과제 “중대형 막분리 고도정수처리 시스템 개발 및 상용화” 과제의 주관연구기관으로서, ′04년 12월부터 ′11년 5월까지 총 6.5년의 연구를 진행하고 있다. 영등포 아리수 정수센타에 도입된 환경신기술(인증 289호)외 환경신기술 인증 및 검증 1건, 특허등록 4건, 국내 특허출원 9건과 해외 특허출원 9건의 산업재산권을 확보하였으며, 우수개발 내용을 담은 국내·외 논문 32건을 게재 및 발표하였다. 특히 ′10년에는 한국공학 한림원에서 ‘대한민국 100대 기술’로 선정되기도 했다.
국산 가압식 막여과 정수처리 시스템은 원수의 수질 변동에도 안정한 시스템 운영이 가능하며, 탁월한 탁질, 조류, 병원성 미생물의 완벽한 제거로 고품질의 먹는물을 제공하는 것이 가능하고, 응집조 축소와 침전지 축소를 통한 소요부지 절감, 효율적인 유지세정 기술개발로 에너지 소모량을 절감하였다. 또한 기존 정수처리 공정 대비 응집제 사용량을 60% 이상 절감하여 슬러지 발생량 및 유지관리비를 축소하였으며, 수자원 회수율을 99% 이상 달성함으로써 친환경적 요소를 갖추었다.
현재 영등포 아리수 정수센타에는 일일 생산용량 25,000톤의 가압식 막여과 정수처리 시설이 도입되어 혼화-응집-침전-정밀여과막-오존-입상활성탄을 거쳐 고품질의 수돗물을 서울 시민들에게 공급하게 되며 ′10년 9월부터 시운전, 운영요원과의 합동근무를 통하여 기술의 안정성과 수질의 안전성 평가를 완료하였다.
처리수의 탁도는 평균 0.02NTU 이하로 나타났으며, 입자개수 또한 1개/mL 이하로 유지되었다. 역세배출수 재이용을 통한 수자원 회수율 99% 이상 확보, 안정적인 구동압력(TMP)유지로 운전 안정성 확인, 모듈 내부 중공사 파단이나 손상시 검지 방안, 유지세정, 화학세정 자동화 구축 및 유지관리 지침 방안 구축을 완료하여 기술의 안정성을 향상하였다.
PVDF 가압식 중공사 모듈은 2007년 분리막 제조 연구분야에 참여한 에치투엘(주)에 의하여 개발되었으며 현재 세계 최고 수준과 대등한 정수용 분리막을 상용화함으로써 고도 정수처리 부분에 국산 원천기술 적용이 가능해졌다. 이는 중소기업인 에치투엘(주)의 개발 열정과 수많은 시행착오를 통한 기술 습득은 물론 수처리선진화사업단의 적절한 개발방향 설정이 합작하여 이루어낸 성공작이라 할 수 있다.
에치투엘에서 개발한 정수용 PVDF 중공사막은 표면의 기공을 작게 만들어 오염물이 기공속으로 유입되어 기공벽에 흡착되는 것을 원천적으로 방지함으로써 막오염을 개선하면서 동시에 처리수질을 좋게 한다. 또한 막표면의 얇은 활성층과 이를 지지하는 수 마이크론의 큰 기공을 갖는 지지층으로 나누어, 일단 얇은 막표면을 통과한 물은 분리막의 저항을 거의 받지 않고 중심부의 처리수 통로로 빠져나가게 하여 낮은 막여과압력을 구현할 수 있도록 했다.
본 개발 막의 외부 표면에서의 기공 크기는 머리카락 굵기의 2천분의 1정도의 작은 50nm로 수질오염사고의
주범인 크립토스포리디움보다 최소 6천분의 1정도에 지나지 않는 나노 사이즈의 구멍을 표면에 무수히 가지고 있어 물 속에 존재하는 병원성 미생물이나 탁질 물질은 물론이고 바이러스까지 제거할 수 있다.
두꺼운 지지층은 얇은 분리 활성층을 보호할 뿐만 아니라, 분리막이 단사되는 것을 방지하는 역할을 수행하고 있으며, 지지층과 분리 활성층 사이에는 대략 0.2~0.5 마이크론 정도의 기공을 갖는 2차 분리 활성층이 있어서, 표면의 분리 활성층이 붕괴되더라도 병원성 미생물이나 입자 등에 의한 수질사고를 방지할 수 있는 안전판 역할을 할 수 있도록 제조된 독특한 구조로 이루어져 있다.
본 정수처리기술은 수질의 안전성 확보를 유지함과 동시에 막에서 발생할 수 있는 파단, 열화 등에 의한 수질오염 문제에 적극적으로 대응할 수 있도록 막의 완결성 시험방안을 구축했다. 우선 간접적 완결성 시험을 실시하기 위해 막여과 최종 처리수에 온라인 탁도계와 입자계수기를 설치하여 실시간 처리수의 탁도와 입자수를
모니터링할 수 있도록 했다. 간접적 시험 단계에서 판단할 수 없는 부분에 대해서는 직접적 완결성 시험의 방법으로 갑력감쇄시험인 Pressure Decay Test(PDT)와 기포시험(Bubble Test)을 실시하도록 문제 대처 방안을 마련하였으며, 막의 이상 유무를 감지하여 시민들에게 공급되는 먹는 물에 발생할 수 있는 수질 안정성 문제를 사전 차단하도록 하였다.
영등포 정수장에 설치된 가압식 막여과 정수처리시설은 높은 에너지 소모라는 부분에 대한 기존의 단점을 응집조 축소와 유지세정을 통한 구동압력(TMP) 관리로 가압펌프의 소요 전력량을 절감함으로써 해결했으며, 응집제 사용량을 기존 정수처리공정의 60% 수준으로 감소하여 슬러지 발생량을 감소시키고, 공정수 회수율을 99% 이상까지 극대화함으로써 배출수의 발생량을 최소화하여 환경오염 부하를 절감하도록 했다.
‘WISE-DIMS’는 설계·시공 및 운영과 유지관리를 포함한 Total Solution의 국산화를 달성뿐만 아니라 현재 국내에 도입되어 있는 해외 선진기술 수준과 비교하였을 때 동등 이상으로 평가받고 있으므로, 향후 국내 가압식 막여과 기술도입을 위한 해외 기술 구입 자본 유출을 절감하고, 해외 물산업 시장 진출을 위한 환경부의 정책 및 지원에 발맞춰 대응할 수 있는 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대받고 있다.
앞으로의 물산업 시장 경쟁력은 막여과 공정을 이용한 고도정수처리 시스템에 대한 기술력 확보 여부에 따라 결정될 것이다. 이제 우리기술로 개발된 ‘막여과고도정수처리시스템’이 대한민국을 넘어 세계시장에서 우리의 대표적인 상품으로 효자 노릇할 날이 그리 멀지 않았다고 본다.
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