대구시 상수원 의약물질,중금속처리는-활성탄 처리로도 안티몬과 셀레늄은 제거되지 않아

[환경경영신문]

대구시 상수원 의약물질,중금속처리는

대구 미래 상수원 안동댐 중금속 비상 활성탄처리

활성탄 처리로도 안티몬과 셀레늄은 제거되지 않아

대구 칠곡보,성주대교,강정고령 의약물질 높게 검출

대구시 수질연구소(소장 이선영)가 연구 발표한 ‘신종미량오염물질 제거 특성에 관한 연구-파일럿플랜트 기반-’에서 하수처리장 방류수에서 잔류의약물질이 높게 검출되는 것으로 분석됐다.

중금속처리에서는 안티몬과 셀레늄 및 크롬은 활성탄 공정에서도 제거가 되지 못하고 잔류의약물질은 전,후오존 처리에서 제거가 되나 AOP로는 제거가 되지 않는다는 조사연구가 관심을 모으고 있다.

산업계물질의 평균 농도는 본류 지점 중 하수처리장 방류수의 유입에 의한 영향으로 구미보, 해평취수장에 비해 칠곡보, 성주대교, 강정고령보가 상대적으로 높게 검출되고 있다.

산업계 물질은 강한 친수성으로 수처리 공정에서 제거 효율이 낮고, 환경 내에서 안정성이 높아 수환경에서 농도가 상대적으로 높은 편이다.  DEET(디에틸톨루아미드)의 평균농도는 낙동강 본류 5지점 중 칠곡보, 성주대교, 강정고령보에서 DEET의 비율이 증가하고 있다.

하수처리장 방류수에서 잔류의약물질이 가장 높게 검출되었으며, 하수처리장 방류수 수계 유입으로 낙동강 본류 모니터링 지점인 칠곡보, 성주대교, 강정고령보에서 잔류의약물질등 신종미량 오염물질들의 검출되는 전형적인 오염패턴이 나타났으며, 희석효과에 의해 점진적으로 감소하는 경향을 보여주고 있다.

의약물질의 평균농도는 낙동강 본류 5지점 중 칠곡보가 가장 높았으며 성주대교, 강정 고령보순으로 나타났다.

특히 낙동강 페놀 오염 사태 이후 30년 넘게 답을 찾지 못했던 대구 취수원 이전 문제는 안동댐 물을 대구 식수원으로 사용하는 대구시의 ‘맑은 물 하이웨이’ 사업 추진이 공식화된 시점에서 중금속 연구는 시대적 연구이다.

하이웨이 사업은 낙동강 상류인 안동댐 (사진)직하류에서 취수해 110km 길이 도수관로를 통해 대구 문산·매곡 정수장까지 공급하는 계획으로 안동댐 상류에 제련소(영풍석포)가 있어 안동댐 퇴적물 중금속 위험이 도사리고 있다.

안동댐 퇴적물의 오염도 평가 연구 결과에서 함유량이 높은 비소와 카드뮴의 최대 용출농도가 각각 0.028 mg/L, 0.003 mg/L로 보고되고 있다.

이에 Pilot-plant 를 이용한 안동댐 퇴적물 중금속 용출을 대비한 파일럿플랜트 공정별 중금속 제거실험에서 카드뮴 및 망간은 활성탄 공정에서 거의 100 %에 가까운 제거율을 보였다. 니켈, 아연, 크롬은 활성탄 공정을 통해 각각 91 %, 91 %, 79 %의 제거율을 보여, 크롬이 상태적으로 처리효율이 낮게 나타났다. 비소, 납은 응집·침전 및 여과를 통해 각각 94 %, 99 %의 높은 제거율을 보였으며, 구리는 활성탄 처리로 93 %까지 제거되었다.

하지만 안티몬과 셀레늄은 정수처리 공정별 중금속 제거율이 매우 낮게 나타났다.

대구시는 전오존-분말활성탄-표준처리공정(혼화,응집,침전,여과)-후오존-활성탄으로 정수처리하고 있다.

파일롯 실험결과 DEET(디에틸톨루아미드)는 전오존 및 후오존 처리에서 약 10~16 % 제거되며 PeroxoneAOP의 경우 적정한 H2O2/O3의 주입 비율은 하이드록실 라디칼(·OH)의 생성을 최적화하므로 DEET의 제거율은 H2O2/O3의 비율이 0.2 ~ 0.3 일 때 오존 단독 처리보다 약 10 % 증가하고 있다.

Carbendazim은 오존 산화 반응성이 높아 전오존 및 후오존에서 91.4~100 % 제거되나 PeroxoneAOP 의 효과는 없는 것으로 분석됐다.

결과적으로 DEET의 경우 정수처리공정 중 활성탄에서 거의 100 % 제거되었으며, Carbendazim의 경우 오존에 의해 100 % 제거되었다. 산업계 물질인 Benzotriazole은 전오존 및 후오존 처리에서 각각 48.9 %, 91.6 % 제거되었다.

5-Methylbenzotriazole은 전오존 및 후오존 처리에서 각각 16.2 %, 44.1 % 제거되었으나 PeroxinAOP 의 효과는 없었다.

Benzotriazole의 경우 정수처리공정 중 활성탄에서 거의 100 % 제거 되었으며, 5-Methylbenzotriazole 정수처리공정 중 후오존에서 80 % 정도 제거된 후 활성탄에서 100 % 제거되었으며 전오존 및 후오존 처리에서 각각 48.9 %, 91.6 % 제거되었다.

잔류의약 물질의 전오존 및 후오존의 처리효율 비교 연구에서는 Clarithromycin 및 Tramadol 은 전오존 및 후오존공정에서 100 %에 가까운 제거율을 나타내며 전오존 및 후오존에서 오존에 대한 산화반응으로 가장 높은 제거효율을 보였다.

Caffein은 수중에 존재하는 자연유기물질로 인해 전 오존에 의한 제거율은 27.3 %, 후오존에 의한 제거율은 86.9 %로 증가함을 보였고 Caffein에 대한  AOP의 효과는 나타나지 않았다.

Gabapentin은 전오존 및 후오존공정에서의 제거율 미비하였으며, Peroxin AOP 의 효과는 없었다.

Valsartan은 전오존 및 후오존공정에서의 제거율 미비하나 Peroxin AOP 공정을 통한 제거효율 실험시 전오존+AOP공정에서 전오존 주입율이 1.0 mg/L, H2O2/O3비율이 0.3 ~ 0.4에서 약 10 % 상승하고 후오존+AOP공정에서 후오존 주입율이 1.0 mg/L, H2O2/O3비율이 0.2 ~ 0.4일 때 약 20 % 상승하는 효과를 보였다.

결과적으로 낙동강 수계에서는 농약, 산업계 물질, 잔류의약물질 등이 일부 고농도로 검출되었으며, 기존 정수처리 공정만으로는 완전한 제거가 어려운 것으로 나타났다.

주요 연구 결과는 ▪ 활성탄 공정이 대부분의 신종 미량오염물질을 효과적으로 제거하는 데 유효했으며, 후오존 처리를 적용할 경우 Benzotriazole은 91.6 %, Caffeine은 87 %의 제거율을 보이며 처리 효율이 향상되었다.

▪ 중금속 제거 특성 실험시 활성탄 및 응집·침전 공정을 적용한 결과 90% 이상의 높은 제거율을 확인되었으나, 안티몬과 셀레늄과 같은 일부 중금속은 제거가 어려워 추가적인 연구가 필요하다.

▪ Pilot-Plant 실험을 통해 Peroxone(AOP) 공정을 활용할 경우 일부 난분해성 물질의 제거 효율이 증가하는 것을 확인하였으며, 특히 침전 후단 및 활성탄(BAC) 공정 전단에서 Peroxone을 적용하는 것이 가장 효과적인 것으로 분석되었다.

▪ 신종 미량오염물질 및 중금속의 효과적인 제거를 위해서는 고도정수처리시설(오존, 활성탄, AOP)의 도입이 필수적이다. 연구 결과를 바탕으로 정수처리 공정을 개선하고 이를 정책적으로 적용할 수 있는 방안을 마련하는 것이 중요하고. 환경 변화에 대응하고 안정적인 수질 관리를 위해 지속적인 모니터링이 무엇보다 중요한 것으로 나타났다.

대구시의 활성탄은 야자계 입상활성탄을 사용하고 있으며 전오존과 후오존을 운영하고 있어 운전과정의 최적화연구를 통해 지방 상수도 운영에 응용할 수 있는 가이드북을 만들 필요가 있다.

(환경경영신문 http://ionestop.kr/ 박남식 전문기자)