# 완속사여과(slow sand filtration)에서 모래층 표면에 생기는 생물막의 역할은?

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> subject: 과목별 모의고사 | 물리치료 기초

## 문제

완속사여과(slow sand filtration)에서 모래층 표면에 생기는 생물막의 역할은?

## 보기

1. 물이 모래층을 통과하는 속도를 높인다
2. 모래 알갱이 사이를 넓혀 막힘을 막는다
3. 미생물이 세균과 유기물을 흡착하고 분해해 제거한다 **✔ 정답**
4. 응집제와 반응해 부유물질을 빠르게 침전시킨다
5. 염소와 반응해 잔류염소를 만들어 낸다

**정답: 3**

## 해설

완속사여과는 모래층 표면에 자란 미생물막이 물속 세균과 유기물을 흡착하고 분해해 걸러 낸다. 그래서 처리 속도가 느리고 넓은 면적이 필요하지만 세균 제거 효과는 좋은 편이다. 응집제로 침전시키는 방식은 급속여과 쪽 과정이며 소독은 따로 한다.

## 심화 해설

완속사여과(slow sand filtration, SSF)는 모래층 위에 형성되는 생물막, 특히 표면의 슈무츠데케(Schmutzdecke)를 이용해 물을 정화하는 방식입니다. 이 생물막은 단순한 물리적 거름망이 아니라, 미생물이 모여 사는 생태계입니다. 생물막을 이루는 세균, 조류, 원생동물 등은 물속의 유기물과 세균을 흡착(adsorption)한 뒤 자신의 대사 과정을 통해 분해(degradation)하여 제거합니다 [3]. 이는 완속사여과가 화학약품을 넣지 않고도 병원균과 유기물을 효과적으로 없앨 수 있는 핵심 기전입니다.

혼동 주의! 완속사여과의 생물막은 여과 속도를 높이거나 모래 사이 공극을 넓히는 역할을 하지 않습니다. 오히려 생물막과 포획된 입자들이 모래층 표면에 쌓이면서 여과 저항이 커져 물의 통과 속도는 점점 느려집니다. 막힘을 막으려면 주기적으로 표면의 생물막을 긁어내는 유지관리가 필요합니다.

완속사여과에서 생물막이 유기물을 제거하는 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 첫째, 생물막 표면에 유기물이 달라붙는 흡착입니다. 둘째, 흡착된 유기물을 미생물이 영양분으로 쓰면서 이산화탄소와 물, 무기물로 바꾸는 생분해(biodegradation)입니다. 이 두 과정이 함께 일어나기 때문에 물속의 용존유기탄소(dissolved organic carbon, DOC)와 암모니아(NH₄⁺)가 줄어듭니다 [1]. 특히 표면에서 5 cm 깊이의 상부층은 쉽게 분해되는 저분자 유기산과 같은 물질을 제거하는 데 중요한 역할을 합니다 [1].

생물막의 정화 능력은 단순히 표면에만 국한되지 않습니다. 최근 연구에서는 완속사여과 깊은 층에서도 용존유기탄소와 암모니아가 제거된다는 사실이 확인되었습니다 [1]. 하지만 전통적으로 가장 핵심적인 정화 구간은 표면의 슈무츠데케입니다. 이곳에서는 미생물 군집이 촘촘하게 발달해 세균과 유기물을 흡착·분해하고, 원생동물이 세균을 포식하면서 병원균 제거 효율을 높입니다 [3].

핵심! 완속사여과의 생물막은 응집제와 반응하지 않으며, 염소와 반응해 잔류염소를 만들지도 않습니다. 완속사여과는 화학약품을 첨가하지 않는 생물학적 처리 공정이라는 점이 급속사여과(rapid sand filtration)와 구별되는 가장 큰 특징입니다 [3]. 급속사여과는 응집·침전 후 빠른 속도로 물을 통과시키는 물리화학적 공정인 반면, 완속사여과는 낮은 여과 속도에서 생물막의 생물학적 작용에 의존합니다.

| 구분 | 완속사여과(SSF) | 급속사여과(RSF) |
| --- | --- | --- |
| 여과 속도 | 느림 (생물막 형성에 충분한 체류시간) | 빠름 (물리적 여과 위주) |
| 정화 기전 | 생물막의 흡착·생분해, 포식 | 응집·침전 후 모래층 물리적 거름 |
| 화학약품 | 불필요 | 응집제 등 필요 |
| 표면 생물막 | 슈무츠데케가 핵심 정화 구간 | 형성되지만 역할이 상대적으로 작음 |

생물막의 미생물 생태는 완속사여과의 효율을 좌우합니다. 생물막 내 세균은 유기물을 분해하고, 원생동물은 세균을 포식하여 개체수를 조절하며, 이 과정에서 병원성 세균도 함께 제거됩니다 [3]. 또한 최근에는 완속사여과에 영가철(zerovalent iron), 산화그래핀(graphene oxide), 활성탄(activated carbon) 등을 결합한 하이브리드 시스템이 개발되어 탁도, 병원균, 중금속, 의약품, 항생제 내성 유전자 제거 효율을 더욱 높이고 있습니다 [2]. 이는 생물막의 생물학적 정화 기능을 기본으로 하되, 흡착·반응 매질을 추가해 처리 범위를 넓힌 방식입니다.

완속사여과의 생물막은 여과 속도를 높이거나 공극을 넓히는 물리적 조절자가 아니라, 미생물이 세균과 유기물을 흡착하고 분해하여 제거하는 생물학적 정화의 중심입니다. 따라서 정답은 3번입니다.참고 문헌 (논문 출처)

- [1]Easily Biodegradable Organic Carbon Release in the Deep Bed of Slow Sand Filters.일반논문Trikannad SA, van der Hoek JP, Huang Y, van Halem D. (2025) · DOI: 10.1021/acsestwater.5c00932

- [2]Hybrid Slow Sand Filtration for Emerging Applications in Water Treatment.일반논문Kunarbekova M, Zhantikeyev U, Toshtay K, Inabat S, Berndtsson R, Sultakhan S, Lee J, Azat S. (2026) · DOI: 10.1021/acsomega.5c12746

- [3]Microbial ecology of biofiltration used for producing safe drinking water.일반논문Bai X, Dinkla IJT, Muyzer G. (2022) · DOI: 10.1007/s00253-022-12013-x

## 임상 시나리오

완속사여과 생물막의 정화 기전슈무츠데케의 흡착·생분해 작용 이해
완속사여과의 핵심 정화 구간은 모래층 표면의 슈무츠데케입니다. 이 생물막에서 세균과 유기물이 흡착된 뒤 미생물의 대사로 생분해되어 제거됩니다. 특히 표면에서 5 cm 깊이의 상부층이 저분자 유기산 제거에 중요합니다.

생물막 내 원생동물은 세균을 포식하여 개체수를 조절하고, 이 과정에서 병원성 세균도 함께 제거됩니다. 완속사여과는 화학약품을 첨가하지 않는 생물학적 공정이라는 점이 급속사여과와의 가장 큰 차이입니다.

주의생물막과 포획 입자가 쌓이면 여과 저항이 커져 통과 속도가 느려집니다. 막힘을 방지하려면 주기적으로 표면 생물막을 긁어내는 유지관리가 필요하며, 생물막이 여과 속도를 높이거나 공극을 넓힌다고 오해하지 않아야 합니다.

## 핵심 개념

- **슈무츠데케** — 완속사여과 모래층 표면에 형성되는 생물막층으로, 세균·조류·원생동물이 모여 유기물과 병원균을 흡착·분해하는 핵심 정화 구간
- **완속사여과** — 낮은 여과 속도로 모래층 표면 생물막의 생물학적 작용을 이용해 물을 정화하는 방식. 화학약품을 첨가하지 않는 것이 특징
- **생분해** — 미생물이 흡착된 유기물을 영양분으로 사용하여 이산화탄소, 물, 무기물로 분해하는 과정
- **급속사여과** — 응집·침전 후 빠른 속도로 모래층을 통과시키는 물리화학적 정수 방식. 완속사여과와 달리 화학약품이 필요
- **용존유기탄소** — 물에 녹아 있는 유기 탄소 성분. 완속사여과 생물막의 흡착과 생분해에 의해 제거됨

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