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고도정수처리 공정의 개념적인 측면은 분류방법에 따라 달라질 수 있다. 유럽지역에서는 오존이나 활성탄 공정이 정수처리의 기본적인 공정으로 정착되어 고도정수처리공정이란 특별한 의미를 부여하기가 어려운 점도 있다. 그러나 국내에서는 과거로부터 적용해온 응집, 침전 및 모래여과의 기본적인 정수처리 공정에 오존, 활성탄, 막 등을 이용한 부가적 처리 공정을 고도정수처리의 범주로 간주할 수 있다. 고도정수처리는 표준2차 정수처리공정으로 충분히 제거되지 않는 트리할로메탄 전구물질, 암모니아성 질소, 색도, 이취?미 물질, 음이온 계면활성제 등을 제거할 목적으로 설치한다. 대표적인 고도정수처리 기술로는 오존처리, 활성탄처리, 고도산화, 막분리 등이 있다. 활성탄 처리는 분말활성탄(powdered activated carbon, PAC), 입상활성탄(granular activated carbon, GAC), 생물활성탄(biological activated carbon, BAC)으로 나누어지며, 막분리는 막의 종류에 따라 정밀여과(micro-filtration, MF), 한외여과(ultra-filtration, UF), 나노여과(nano-filtration, NF), 역삼투(reverse osmosis, RO) 등으로 나뉜다. 이외에도 이온교환, 전기투석법 등도 활용되고 있고, 고도산화에는 오존을 활용하여 Ozone/high pH, Ozone/H₂O₂, Ozone/UV, H₂O₂/UV 등의 조합공정으로 이용된다. 미국, 유럽 및 일본의 경우, 맛·냄새물질, 암모니아성질소, 페놀류, THM 전구물질, 조류번식, 미량오염물질 등에 의한 원수수질 악화로 인하여 오존 및 활성탄, 생물학적 활성탄 등을 기존 처리공정에 단독으로 부가시키거나 조합된 형태로 구성하여 가동하여 오고 있으며, 최근에는 막분리 공정의 도입이 활발해지고 있다. 우리나라에서는 주요 상수원으로 이용되고 있는 낙동강, 금강, 영산강 등의 수질이 나빠지면서 강하류지역의 수질이 3급수 이하로 되어 일반적인 정수방법으로는 오염물질의 제거가 어렵고, 1989년 이후 중금속, THM, 페놀사건, 벤젠 등 각종 수돗물 유기물질 오염사고가 다발하면서 고도정수시설이 확대되었다.

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