강변여과수 정수처리

왜 배우는가: 강변여과수는 하천수보다 수질이 안정적이어서 많은 정수장이 취수원으로 검토하는 방식이다. 상하수도기술사 시험에서는 원수 특성, 오염물질 거동, 후단 처리 연계를 묻는 문제로 반복 출제되므로 개념의 출발점을 정확히 잡아야 한다.

출제 이력: 제139회 3교시 4번, 제129회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에는 다음 정의를 쓴다.

강변여과수는 하천수가 하상과 제방의 대수층을 통과하며 여과·흡착·생분해되어 수질이 개선된 취수원수이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 강변여과(Bank Filtration): 하천 옆 퇴적층을 자연 여과층으로 활용하는 취수 방식이다.
• 대수층: 물을 함유하고 이동시키는 지하 모래·자갈층이다.
• 취수정: 대수층에서 여과된 물을 양수하는 우물이다.
• 체류시간: 하천수가 대수층 내부에 머무는 시간으로 제거효율을 좌우한다.
• 하천수 유입 변동: 강우·홍수에 따라 하천 수질이 급변하는 현상이다.
• 소독부산물: 염소와 유기물이 반응해 생성되는 물질로 강변여과수에서 발생량이 낮다.
• 고도정수처리: 일반 정수처리로 제거되지 않는 물질을 활성탄·오존 등으로 제거하는 처리이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면 강가의 모래·자갈층을 자연스러운 필터로 쓰고, 그 아래에 판 우물에서 물을 퍼 올리는 방식이다. 하천수를 직접 취수하는 것과 비교하면 원수 단계에서 탁질과 미생물이 상당 부분 걸러진다는 점이 핵심이다.

정식으로는 하천 바닥과 제방의 퇴적층(하상 퇴적층)을 하천수가 침투하여 통과한 뒤, 취수정으로 양수한 원수를 말한다. 이 과정에서 물리적 여과, 흡착, 생물학적 분해, 희석이 함께 일어난다.

핵심 용어는 다음과 같이 이해한다.

• 하상 퇴적층: 하천 바닥을 이루는 자갈·모래층으로, 강변여과에서 실제 여과가 일어나는 곳이다. 입자 크기와 두께가 여과효율을 결정한다.
• 취수정: 강변 대수층에 설치하는 우물이다. 양수량과 위치에 따라 하천수 혼입 비율과 체류시간이 달라진다.
• 자연여과: 사람이 약품을 투입하지 않고 지층의 물리·생물학적 작용으로 수질을 개선하는 과정이다.
• 산화환원 환경: 대수층의 산소 상태다. 산화 조건에서는 암모니아가 질산화되지만, 환원 조건에서는 철과 망간이 용출될 수 있다.

강변여과수의 장점은 수질 변동이 작고 균질하다는 점이다. 1991년 구미공단에서 흘러나온 페놀로 낙동강 원수가 오염된 사고처럼 상류의 돌발 오염이 발생해도 취수정 수질이 상대적으로 안정적이다. 다만 지층 조건에 따라 제거 능력이 달라지므로 취수 위치와 양수량 관리가 함께 필요하다.

소독 측면에서도 장점이 있다. 창원시 대산면 강변여과수 취수에서는 기존 하천수 취수 정수장보다 소독부산물 발생량이 약 1/3 수준으로 낮게 나타났다. 염소 투입량이 줄어들기 때문이다. 이는 트리할로메탄(THMs) 생성을 억제하는 근거로 설명할 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

강변여과수가 주목받은 첫 배경은 하천 수질의 악화다. 낙동강과 금강 등 주요 상수원은 하류 지역에서 수질이 3급수 이하로 떨어졌다. 이 수준의 원수는 일반 정수처리만으로 오염물질을 제거하기 어렵다. 따라서 원수 단계에서 수질을 완충하는 취수원 확보가 필요해졌다.

둘째 배경은 돌발 오염사고다. 1989년 이후 중금속, THM 전구물질, 페놀, 벤젠 등에 의한 수돗물 오염사고가 잇따라 발생했다. 하천수를 직접 취수하는 정수장은 상류의 사고를 바로 받게 된다. 강변여과수는 지층이 완충 역할을 하므로 이러한 위험을 줄이는 대안으로 제시되었다.

셋째 배경은 소독부산물 관리다. 염소소독은 병원성 미생물 제거에 필수적이지만, 유기물과 반응하여 발암 가능성이 있는 트리할로메탄을 생성한다. 원수의 유기물이 많을수록 소독부산물 생성이 늘어난다. 강변여과수는 원수 유기물이 적어 소독 조건을 완화할 수 있다.

넷째 배경은 정수처리 방향의 변화다. 최근에는 원생동물 수질사고 이후 자외선 살균과 염소소독을 병행하는 복합 소독이 확대되는 추세다. 이때 원수 수질이 안정적이면 약품 사용량을 줄이고 공정을 단순하게 운영할 수 있다. 강변여과수는 이러한 방향과 맞는 원수 조건을 제공한다.

마지막으로 수자원 관리 측면의 필요성이 있다. 지표수를 일단 지하에 저장했다가 사용하는 지표수와 지하수의 연계 활용은 수자원의 효율적 이용과 수질 향상을 함께 얻을 수 있다. 대규모 지표수 취수 중심의 공급 체계에서 취수원을 다변화하는 방식으로 강변여과수가 확대될 것으로 전망된다.

4. 구성요소·원리·절차

강변여과수 정수처리는 취수정에서 얻은 원수를 응집·침전·여과와 소독으로 처리하는 구조다. 강변여과에서 제거된 부유물질과 미생물은 전처리 부담을 줄이지만, 용존성 유기물과 철·망간은 후단 공정에서 따로 다뤄야 한다. 따라서 공정 구성은 원수 특성에 따라 선택된다.

강변여과의 자연정화는 물리적 여과, 흡착, 생분해, 희석이 함께 일어나는 과정이다. 이 과정은 체류시간에 크게 의존하므로 양수량을 과하게 늘리면 제거효율이 떨어진다.

원리의 핵심은 다음과 같다.

• 대수층 체류 중 부유입자는 간극에서 걸러지고 미생물은 토양 표면에 부착된다.
• 유기물은 생분해되어 감소하며, 이 과정에서 용존산소가 소모되어 환원환경이 된다.
• 환원환경에서 Fe, Mn이 용출되므로 후단 산화가 필요하다.
• 강변여과수는 체류시간과 지층 환경에 따라 제거효율이 달라진다.

강변여과수 정수처리 절차는 다음과 같다.

• 취수정에서 양수하고 원수 탁도, 전기전도도, 암모니아, 철·망간을 측정한다.
• 철·망간이 기준을 넘으면 폭기 또는 산화제 주입으로 불용성 형태로 바꾼다.
• 응집·침전 또는 여과로 침전성 물질과 산화된 철·망간을 제거한다.
• 냄새물질·미량유기물이 문제이면 분말활성탄 또는 입상활성탄 흡착을 적용한다.
• 염소 등으로 소독하고 잔류염소를 확보하여 배수지로 보낸다.

염소소독 시 생성되는 소독부산물은 원수의 용존유기탄소(DOC)에 비례하므로 강변여과수는 소독부산물 발생량이 낮은 편이다. 이 특성은 염소 주입량과 THMs 관리에 직접 영향을 준다.

여과 유량은 여과지 면적과 여과속도로 정한다. 급속여과의 여과속도 기준은 다음과 같다.

$Q = v \times A$

여기서 Q는 여과 유량(㎥/d), v는 여과속도(m/d), A는 여과 면적(㎡)이다. 여과속도를 관련 기준이 정한 값 이하로 두고 면적을 구하면 유량 조건을 맞출 수 있다. 예를 들어 여과 면적과 여과속도를 정하면 위 식으로 여과 유량을 계산할 수 있다.

5. 관련 법령·기준·표준

강변여과수는 법령상 수원으로 지정되며, 수질 기준은 「먹는물 수질기준 및 검사 등에 관한 규칙」을 따른다. 「수도법」 시행규칙은 강변여과수 지역에 설립되는 공장의 오수 기준을 정하고 있어, 취수 지역의 오염원 관리와 연결된다. 수질기준 항목 중 철·망간, 암모니아성 질소, 소독부산물(THMs) 관리가 강변여과수 처리의 핵심이다.

기준 수치는 다음 표로 정리한다. 수치는 현행 기준 값이며, 원문과 다를 경우 원문을 따른다.

개정 연혁으로는 먹는물 수질기준 항목이 점차 강화되어 왔으며, 소독부산물과 미량유기물 항목이 추가되는 방향으로 바뀌었다. 세부 개정 시점은 현행 고시로 확인한다.

강변여과수 취수 허가와 관리는 「수도법」에 따르고, 취수정 주변 오염원 관리는 「물환경보전법」과 연계된다. 이 두 법은 수원 보호의 기본 틀이다.