적용 분야 · HOM BAR
대규모 수역 녹조 제거선(조류제거선)
녹조 제거선 HOM BAR는 미세·나노기포로 녹조를 수면 위 스컴으로 띄운 뒤 선상에서 수거·농축·탈수까지 처리하는 12.0 × 5.6m 쌍동선입니다. 낙동강 창녕·함안보 테스트베드에서 하루 약 185,734㎡를 처리하며 클로로필-a를 89~96.4% 제거했고, 톤당 처리비는 약 64.2원으로 분석되었습니다.
- 선체 크기12.0 × 5.6m
- 운항 속도 · 흘수8.1노트 · 0.58m
- 일 처리면적185,734㎡
- 클로로필-a 제거89~96.4%
- 톤당 처리비약 64.2원
기존 조류제거선의 한계와 개선
HOM BAR(Highrate Onsite Movable Boat for Algae Removal)는 한국환경산업기술원(KEITI) 환경정책기반공공기술개발사업 공공활용(Test-bed) 과제로 서울대학교 공과대학 연구를 기반으로 개발했습니다. 기존 선박의 문제를 스컴 형성·수거·이송·관리 단계별로 개선했습니다.
| 단계 | 기존 조류제거선 | HOM BAR |
|---|---|---|
| 스컴 형성 | 소형 기포장치, 1.5mm 노즐 잦은 막힘, 기포 특성 정의·조절 부재 | 막힘 없는 10HP 이상 산업용 기포장치, 기포 크기·전위·발생량 맞춤 조절 |
| 스컴 수거 | 바지선 + 기계식 스크레이퍼, 느린 운항, 높은 흘수 | 소형 쌍동선(흘수 0.58m), 선수개폐·펜스·스컴유도기 |
| 스컴 이송 | 높은 함수율, 잦은 오작동 | 리프팅 에스컬레이터 등 5종 이송장치 개발 |
| 스컴 관리 | 저장 용량 한계로 빈번한 내륙 운반 | 선상 부상식 농축조 + 필터프레스 탈수 |
4단계 녹조 제거 공정
- 스컴 형성 — 후진하며 기포를 분사합니다. 나노기포·부착형·부상형 기포를 조합한 Dual High rate DAF(50 m/hr급)로 녹조를 30분 이내 수면에 띄웁니다.
- 스컴 수거 — 전진하며 선수개폐형 또는 펜스로 부상 스컴을 모읍니다.
- 스컴 이송 — 리프팅 에스컬레이터(녹조거름 매쉬, 세척 브러시)로 생녹조·응집녹조·부상 스컴을 끌어올립니다.
- 농축·탈수 — 부상식 농축조(4.5㎥, 수면적부하 52 m/hr)와 필터프레스(500L/hr, 최대 10bar)로 부피를 줄입니다.
선박 주요 사양
기포 발생(후진), 스컴 수거(전진), 신속한 이동을 위해 선체를 3단으로 분리 배치했습니다. 양 선체에 나노·마이크로 기포발생기를 두고 중앙에 리프팅 에스컬레이터와 농축조를 실었습니다.
| 항목 | 사양 |
|---|---|
| 선체 크기 | 12.0 × 5.6m (쌍동선, 농축 탑재형) |
| 운항 속도 · 흘수 | 8.1노트 · 0.58m |
| 탑재 장비 | 나노·마이크로 기포발생기 2대, 리프팅 에스컬레이터, 농축조, 필터프레스, 공기압축기, PAC·폴리머 탱크, 발전기, 엔진 2기 |
| 리프팅 에스컬레이터 | 길이 2.7m, 수면 하부 0.6m, 녹조거름 매쉬(조절 가능) |
| 부상식 농축조 | 2062 × 1112 × 1000mm, 4.5㎥, 52 m/hr, 5mm 노즐 10개, 충돌판 |
| 필터프레스 | 1050 × 680 × 900mm, 500L/hr, 최대 10bar, 480kg(공차)·550kg(만재) |
| 패킹 장치 | 180 × 230 × 70cm, 펌프 160L/min, 120L 드럼 사용 |
스컴 수거 방식 비교
4가지 수거 기법을 개발해 수역 형태에 맞춰 선택합니다. 선수개폐형 효과가 가장 높았으며, 낮은 흘수의 쌍동선이 최적 형태로 평가되었습니다. 펜스 수거(등록 10-1426902)와 개폐형 선박 수거(출원 10-2018-0047636) 기술을 적용했습니다.
| 방식 | 용도 | 장점 | 유의점 |
|---|---|---|---|
| 펜스형(원형) | 대량 스컴 수거 | 넓은 수역 적용성 높음, 수거량 많음 | 보조선 필요, 비용·동력 비교적 높음 |
| 펜스형(선형) | 유속이 있는 하천 | 보조선 불필요, 비용·동력 낮음 | 수류 저항 |
| 선수개폐형 | 기본형 | 넓고 좁은 수역 모두 활용, 비용·동력 낮음 | 저항에 의한 bow door 파손·속도 저하 |
| 스컴유도기 | 수변(하안) 스컴 | 얕은 수변 스컴 수거 가능 | 퇴적물 교란, 조작 난이도 |
스컴 이송장치 성능 비교
기계식 스크레이퍼는 처리량이 적고, 컨베이어 벨트는 함수율이 높아 새 이송장치를 개발했습니다. 리프팅 방식의 스컴 고형물 농도가 가장 높으며, 이후 농축 공정과 연계합니다.
| 구분 | 진공흡입 | 가변위어 | 고정위어 + 드럼 | 리프팅 |
|---|---|---|---|---|
| 고형물 제거율 | 86.0% | 84.0% | 89.0% | 85.0% |
| 스컴 고형물 농도 | 4,741mg/L (0.47%) | 830mg/L (0.08%) | 2,775mg/L (0.28%) | 9,558mg/L (0.96%) |
| 일 고형물 수거량 | 1,252kg/d | 1,196kg/d | 1,332kg/d | 1,376kg/d |
| 스컴 함수율 | 99.5% | 99.9% | 99.7% | 99.1% |
낙동강 현장 처리 효과
테스트베드는 남조류 발생량 국내 2위권인 낙동강 창녕·함안보 밀포섬 우안입니다. 유해남조류는 6월부터 늘어 8월에 정점(최대 202,792 cells/mL, Microcystis 우점)을 보입니다.
| 일자 | 지표 | 원수 | 1차 처리 | 2차 처리 |
|---|---|---|---|---|
| 2019.08.14 | Chl-a | 73.7 | 12.2 (83%) | 8.1 (89%) |
| 남조류(cells/mL) | 183,522 | 10,482 (94%) | 8,980 (95%) | |
| 2020.09.24 | Chl-a | 74.1 | 5.3 (92.9%) | 2.7 (96.4%) |
| 남조류(cells/mL) | 4,842 | 600 (87.6%) | 286 (94.1%) | |
| 2020.09.30 | Chl-a | 52.0 | 4.7 (91.0%) | — |
| 남조류(cells/mL) | 6,572 | 585 (91.1%) | 407 (93.8%) |
운영 방안과 경제성
현장 면적과 경제성을 고려해 운항 시간과 투입 대수를 정합니다. 운항로 7종, 농축선 연계 5종, 조건별 17종의 운영 조합을 검토했습니다.
| 구역 | 면적 | 제거선 1대 | 제거선 2대 |
|---|---|---|---|
| 밀포섬 우안 | 262,681㎡ | 약 34시간 | 약 17시간 |
| 밀포섬 좌안 | 764,051㎡ | 약 99시간 | 약 50시간 |
| 공정 | 톤당 처리비 |
|---|---|
| 조류제거선(3차년도, 3인 운영) | 64.2원/톤 |
| 정수처리 급속여과 | 99.4원/톤 |
| 하수처리 | 186.2원/톤 |
| 정수처리 막여과 | 277.5원/톤 |
자주 묻는 질문
녹조 제거선으로 녹조를 얼마나 제거할 수 있나요?
낙동강 창녕·함안보 현장 운전에서 클로로필-a 89~96.4%, 남조류 94~95%를 제거했습니다. 2019년 8월 시험에서는 클로로필-a가 73.7에서 2차 처리 후 8.1(89%)로, 남조류가 183,522에서 8,980 cells/mL(95%)로 줄었습니다. 2020년 9월 24일에는 클로로필-a 74.1에서 2.7로 96.4%가 감소했습니다.
조류제거선 하루 처리 면적은 얼마나 되나요?
3차년도 조류제거선 1대 기준 시간당 약 7,739㎡, 하루 약 185,734㎡를 처리합니다. 수심 0.5m로 환산하면 하루 약 92,867㎥입니다. 운영 예시로 밀포섬 우안(262,681㎡)은 제거선 1대로 약 34시간, 2대로 약 17시간이 걸리며, 필요 인원은 3명입니다.
녹조 제거선 운영비는 정수처리보다 비싼가요?
아닙니다. 경제성 분석에서 조류제거선의 톤당 처리비는 약 64.2원으로, 하수처리 186.2원, 정수 급속여과 99.4원, 정수 막여과 277.5원보다 낮았습니다. 연간 운영비는 약 21억 7,600만 원으로 산정되었고, 이 중 선박 보험·계류·보관·이동비 등 기타 비용이 77.9%를 차지합니다.
기존 조류제거선과 무엇이 다른가요?
스컴 형성·수거·이송·관리 4단계를 모두 고속화한 것이 핵심 차이입니다. 바지선과 기계식 스크레이퍼 대신 흘수 0.58m의 소형 쌍동선(8.1노트)을 쓰고, 막힘 없는 10HP급 이상 산업용 기포발생장치와 50 m/hr급 High rate DAF로 스컴을 빠르게 띄웁니다. 수거 스컴은 선상 농축조와 필터프레스로 바로 줄입니다.
응집제를 많이 넣어야 하나요?
아닙니다. 수계 전체가 아니라 기포 분사수에만 금속염을 주입해 양전하 기포를 만들기 때문에 사용량이 매우 적습니다. 일반 DAF가 약 15ppm을 쓰는 데 비해 맞춤형 장치는 1ppm 이하로도 기포 전위를 조절합니다. 기포 전위와 크기가 조류 입자와의 충돌 효율을 좌우합니다.
물가 가장자리처럼 배가 못 들어가는 곳의 녹조도 수거되나요?
네, 스컴 유도기로 수거할 수 있습니다. 수심이 얕아 제거선이 접근하지 못하는 수변에 수류유도장치로 물 흐름을 만들어 조류 스컴을 선박 쪽으로 끌어옵니다. 이와 함께 선수개폐형, 원형 펜스형, 선형 펜스형까지 4가지 수거 방식을 현장 조건에 맞춰 선택합니다.