수도시설에서 처리가 불가능한 원수 유입이나, 소규모 정수시설 인프라의 정상 작동이 이뤄지지 않아, 수처리 기준을 초과할 경우에도 안전한 용수를 안정적으로 공급할 수 있는 플랜트 타입의 이동식 수처리 시설이 선보여 눈길을 끌고 있다.

한외여과 입상활성탄 역삼투 등 단위공정 생산 유량조정 기술 등

생산 용수 블렌딩 · 고회수율 설계 기법 적용 ‘친환경’ 연구 추진 

최근 기후변화에 따른 환경 여건 변화로 인한 용수 공급 변동성과 불확실성이 높아지고 있고, 녹조, 산업 고도화 및 다양화 등 여러 이유로 상수 원수 내 신종 오염물질 등이 다양하게 출현하며 수돗물의 안전성과 안정성에 대한 위험도도 높아지고 있다. 

 

<연구내용>

이 과제는 ‘비상 대응 이동식 수처리 시스템 개발’을 목표로 ‘이동식 수처리 시설 요구 사양 결정 연구’를 시작으로 ‘다목적 장치형 압력식 수처리 단위 공정 적정 구조 및 최적 설계기술 개발’ 연구를 진행했다. 

다목적 장치형 압력식 수처리 단위 공정 적정 구조 및 최적 설계기술 개발 연구에서는 한외여과(UF), 입상활성탄(GAC), 역삼투(RO) 공정 등 단위공정 생산 유량 조정 기술을 비롯해 개별 공정 단독 운영을 포함한 필요 공정에 대한 선택적 운영 기술 및 생산된 용수의 블렌딩 기술, 농축수 처리 기술 기반의 고회수율 설계 기법 적용을 통한 환경영향 최소화 기술 개발이 이뤄졌다. 

현재 연구진은 이동형 수처리 시스템 시제품 1기 제작과 2개소에서의 테스트베드 운영을 통한 기술 검증을 추진하는 한편, 네트워크 기반 이동식 수처리 시설 통합 운영기술 및 유지관리체계 구축 방안 마련에 나서고 있다. 

세부적으로 살펴보면, 그동안 개발된 장치형 수처리 시스템은 컨테이너 형태의 구조를 활용해 내부에 장치 형태의 수처리 공정을 설치하는 방식으로 일부 R&D가 추진된 사례가 있다. 하지만, 기업 등의 연구기관에서 브랜드화 된 형태로 개발돼 즉각적인 활용 측면에서 한계나 어려움이 있는 것으로 알려졌다. 

실제로 R&D 등을 통해 개발돼 제품화된 컨테이너 탑재 또는 캐비넷형 수처리 시설은 원수 수질 조건과 수처리 공정에 필요한 용량에 따라 적정 형태로 설계돼 제작, 납품되는 방식으로 범용적 대응과 활용이 어렵고, 특정 상황에 맞춤형 형태로 제작, 활용하는 방식인 만큼 대응에 한계가 있다. 

또한, 대응하는 상황에 따라 별도 취수 설비를 구축하거나 또는 요구되는 상황에 대응이 가능하도록 시스템을 개조·변경해야 하는 상황도 발생할 수 있어 긴급 상황 시 즉시 대처는 불가능하다. 

이에 연구진은 그동안 개발된 장치형 수처리 기술과 K-water에서 개발한 플랜트 형태의 분산형 물공급 기술을 접목, 예상 가능한 비상 상황 발생 시 즉각 활용이 가능한 맞춤형 이동식 수처리 시설 구축 기술 개발을 추진했다. 

연구진은 이동식 수처리 시스템 활용이 요구된 그동안의 사례를 분석하고, 이를 기반으로 보편적 활용이 가능한 적정 취수 및 공급 시스템 구축 기술 개발 연구를 진행했다. 

또한, 다양한 대체 수원 등 활용 가능한 수원을 취수해 일반 생활용수 및 먹는 물 수준의 구분 공급이 가능한 컴팩트 한 방식의 수처리 공정 구성 기술 및 적용 방안도 마련했다.

특히, 목적에 따라 독립적 단위공정 운영 및 생산 수량 확대 기술, 블렌딩 기술 접목과 배출수(농축수 포함) 최소화를 통한 환경 영향 최소화 기술 등을 연계한 기존 장치형 수처리 기술과 융·복합한 다목적 이동식 수처리 공정 구성 기술 개발 연구도 이뤄졌다. 

개별 이동식 수처리 시설 및 소규모 장치형 수처리 시설의 통합 운영이 가능한 네트워크 기반의 안정적 통합운영관리 체계 구축 기술, 안정적인 상시 비상 대응 체계 구축·지원을 위한 이동식 수처리 시설 운영 기술과 평상 시 관리 체계 마련 연구도 병행했다.

한편, 이 같은 연구를 통해 선보인 이 기술은 소규모 수도시설에서의 수처리 장애 발생 및 처리 불가 원수 유입 시 비상 대응 수처리 설비로 활용, 끊김 없는 용수 공급이 가능하다.

또한, 원수 내 특이 수질이나 신종 미량물질 등의 이슈가 발생할 경우 현장 수원을 활용한 처리성 평가와 대안 제시가 가능하고, 가뭄이나 홍수 등에 의한 용수 공급 불가 지역에서의 일시적인 용수 생산 공급 설비로 활용할 수 있어 안정적인 용수 공급에 기여할 전망이다.
<활용 방안>

이 기술은 소규모 지역을 대상으로 용수 공급 사업 모델로 활용 가능하다. 

광역 및 지방 상수도시설에서 직접 공급이 어려운 국내 소규모 수도시설이나 집중형 용수공급 인프라가 구축되지 않은 해외지역의 소규모 커뮤니티 단위 지역들을 대상으로 용수 공급 인프라 구축에 활용할 수 있다.

특히, 사고 대응은 물론 국내·외 소규모 지역을 대상으로 하는 용수 공급 인프라 구축 시장에도 적용할 수 있는 기술인 만큼 활용성이 높을 것으로 기대를 모으고 있다. 

<인 터 뷰> 김성수 팀장 

설비 인출 레일 등 슬라이딩 도어 설치

‘안전 이동’ 최소 60cm 이상 통로 확보

실제로 광역 및 지방 상수도 정수시설에서 수질 이상 오염 사고는 조류 대량 발생 등 자연재해에 의한 이상 수질, 유류, 화학물질 누출 등 상수원 수질 사고, 탁도 등의 공급 과정에서의 수질 저하 등 여러 사고가 꾸준히 보고되고 있다.

따라서 이 같은 문제에 대응할 수 있는 비상 대응 체계 고도화가 필수적으로 요구되고 있다. 

특히, 도서 및 산간오지 지역에서의 가뭄 등으로 인한 제한 급수와 댐 저수량 부족 위기 등록도 지속적으로 발생하고 있는 상황이다. 

하지만, 현재 중·대규모 시설의 경우 노후 시설을 대상으로 현대화 사업과 함께 운영기술 고도화, 고도정수처리 공정 확대가 점진적으로 추진되고 있는 반면, 소규모 시설은 아직 단순 처리 형태의 공정만 구축돼 있어 적절한 대응에 한계가 있는 것이 현실이다. 

이상 수질 또는 기존 정수시설에서 대처가 어려운 수질의 경우 취수 및 급수 중단 위험성이 존재하며, 이 같은 가능성은 소규모 수도시설에서 특히 높은 것으로 나타나고 있다. 

단순 여과 및 소독 방식의 처리시설이 대부분인 소규모 시설에서 원수 내 처리가 어려운 새로운 오염원의 유입 또는 고농도 유입에 따른 일시적 처리 효율 저하는 즉각적인 대처가 어려운 상황이다.

또한, 정상적 급수가 어려운 경우에도 병물 및 급수차에 의한 대응 외 다른 직접적인 대안은 없는 상황인 것으로 알려져 있다. 

이에 K-water에서는 기후위기 대응을 선도하는 글로벌 물기업으로의 도약을 목표로, 물 공급 분야에서 급수 취약지역의 맞춤형 물 서비스 지원과 물공급 시스템의 미래 상수도 전환 가속화를 추진하고 있다.

그 일환으로 최근 정수처리 인프라가 정상적으로 작동하기 어려운 상황 발생 시 중단 없는 안정적 용수공급 체계를 구축하고 이를 통한 물 복지 확대를 위해 ‘이동식 수처리 시스템’을 개발했다. 
K-water연구원 김성수 팀장은 “이번 연구는 비상대응 측면에서 다목적 활용이 가능한 수처리 공정 구성에 중점을 두고 한외여과, 입상활성탄, 역삼투 등 단위공정을 독립적으로 또는 연계·운영할 수 있도록 설계를 진행했다”고 소개했다. 

이어 “특히, 원수 수질 조건과 대응 상황에 따라 필요한 공정만 선택적으로 가동할 수 있도록 구성하는 한편, 블렌딩 기술과 농축수 처리 기술을 기반으로 고회수율 설계를 적용해 환경영향을 최소화했다”고 밝혔다.

연구진은 컨테이너라는 제한된 공간에서 설비 운영과 유지보수가 원활하게 이뤄질 수 있도록 설비 인출 레일과 폴딩 및 슬라이딩 도어를 설치하고, 운영자의 안전한 이동을 위해 최소 60cm 이상의 통로를 확보했다.

사계절 안정적인 운영을 위해 동절기 동파 방지와 하절기 과열 방지를 위한 장치들도 설치하는 세밀한 부분까지 신경을 썼다.

특히, 자가진단 기술을 접목한 원격 시설 감시 기술을 고도화해 비전문가도 무인 원격으로 안전하게 운영할 수 있는 네트워크 기반 통합 운영기술도 선보였다. 

수질 비상 상황 선제적 대응 체계 마련 ‘자긍’

김 팀장은 “이번 연구를 통해 개발한 이동식 수처리 시스템은 다양한 비상 상황에 신속하게 투입해 안정적인 용수 공급을 지속할 수 있는 물 공급의 안전망을 시범적으로 구축했다는 점에서 의미가 크다”고 강조했다. 

이어 “특히, 기후변화와 환경오염으로 인한 수질 비상 상황에 선제적으로 대응할 수 있는 체계를 마련했다는 점도 남다른 의미를 갖는다”고 말했다. 

현재, 국내 소규모 수도시설의 88%를 차지하는 하루 100㎥ 이하 시설에 대한 긴급 대응이 가능해져 물 공급의 사각지대 해소에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 

연구를 통해 개발된 시제품은 수원지와 수처리 테스트베드에서 시운전을 완료한 후 현재 미급수 사업장에 일시적으로 적용돼 깨끗한 물 공급이 이뤄지고 있다. 

김 팀장은 “대부분 연구 목적으로 제작된 장치는 기술 검증 후에도 사업장 적용에 어려움이 있지만, 시제품을 테스트베드 운영 검증 결과를 바탕으로 실제 현장에 투입된 점에서 보람을 느낀다”고 밝혔다. 

이어 “향후 수질 평가와 기술 검증 플랫폼으로 활용할 수 있다”며, “실제로 이상 수질 유입 시 현장에서 즉각적인 처리성 평가가 가능해 정수장 운영 최적화와 신규 수처리 공정 도입 전 사전 검증에도 활용 가능하다”고 말했다. 

특히, 시제품을 상시 비상 대응 체계에 편입시켜 실제 비상 상황 발생 시 투입할 수 있고, 분산형 용수공급 시스템 모델로도 활용할 수 있다. 

김 팀장은 “이 같은 성능들은 향후 물복지 확대와 국민 신뢰 제고에 기여할 수 있을 것”이라며, “어떤 상황에서도 안전한 물을 지속적으로 공급할 수 있다는 확신을 국민들에게 제공해 수돗물에 대한 신뢰도 향상으로 이어질 것”이라고 전망했다. 

끝으로 연구를 같이 진행한 전민정 박사는 수자원 분야의 발전 방향에 대해 “기후변화로 인해 발생 가능한 문제들의 시나리오를 미리 예측하고 대응할 수 있는 기술 확보 및 권역별 이동식 수처리 시스템의 확보를 통한 대응체계 구축이 필요하다”고 강조했다. 

이어 “또한, 기술 간 융·복합과 모듈화로 다양한 상황에 대응 가능한 선택적 공정 조합 접근방식이 필요하고, ICT, 원격 제어, 자가진단 기술 등을 융합해 무인 자동 운영이 가능한 스마트 수처리 시스템 개발도 이뤄져야 한다”고 덧붙였다. 

http://www.ctman.kr/34571