하수재이용국내외동향 한국수자원공사 류승미연구원 Ⅰ. 개요 123 Ⅱ. 동향분석 124 1. 국내동향 124 2. 해외동향 129 Ⅲ. 향후전망 133 < 참고문헌 > 134 하수재이용국내외동향 _121

Green Technology Trend Report 하수재이용국내외동향 한국수자원공사 류승미연구원 Ⅰ. 개요 최근수질오염및수자원고갈로인한용수원의확보가사회적이슈가되고있는가운데용수의재이용을통한수자원의효율적이용이필요하여하수처리장배출수가용수재이용의대상으로검토되고있다 (Patala, 2006). 우리나라는 1996년 하수도법 을제정한이후 2010년에환경부에서 하수재이용법, 물의재이용촉진및지원에관한법률 을제정했다. 이법에따르면공공하수도관리청은하수재생과재이용분야에있어서처리수를필요로한다면공급해야한다. 하수도법 에서는하수처리장에서처리한방류수를수세식화장실용수, 공업용수, 조경용수, 하천유지용수, 기타도로용수등으로활용하도록제정하였다. 그러나우리나라의물재이용률은 2000년대들어꾸준히증가하고있지만아직도하수처리수의재이용이전체의 10% 도미치지못하는실정이다. 전자산업은 3대용수다소비산업인제지산업, 염색산업중에서도용수를제일많이쓰는산업으로, 전자산업이대형산업으로전환되면서생산성과품질을향상시키기위해산업단지가대형화되고용수사용량이급격히증가했다. 과거국내의폐수재이용기술은대부분일본업체에의존하고있었으나, 2000년대초부터환경규제강화, 용수확보문제, 친환경기업이미지제고등의이유로국내에서도폐수재이용의시도가점차확대되어왔다. 현재일본뿐만아니라대만에서도반도체및디스플레이관련공정에서배출되는전자폐수에대한재이용추진이활발한상황이나폐수재이용기술은소규모로활용되는상황이다. 하수처리장방류수를재이용하는외국의대표적인사례로미국캘리포니아주오렌지카운티수처리단지 (OCWD, Orange County water district) 의 GWR 시스템과싱가포르의 NEWater 시스템을들수있다. 이두시스템은하수처리장방류수를막여과를통해서 1차처리한다음, 고도산화 (AOPs, Advanced Oxidation Processes) 방법을쓰고있다. 일반적으로고도산화는자외선 (UV) 과과산화수소 (H 2O 2), 자외선과오존 (O 2), 오존과과산화수소를사용한다. 하수재이용국내외동향 _123

Ⅱ. 동향분석 1. 국내동향 가. 아산탕정 Display City( 삼성전자 ) 1) 개요전자산업은공업용수를가장많이필요로하는산업분야이나, 국가가보유하고있는수자원은한정되어있으므로기업의생산활동역시한정된수자원에의존할수밖에없다. 전자산업중에서반도체와디스플레이분야에서는공정용수내에불순물이극히적은초순수의사용이필수적인분야이고사용되는물의양도가장많다. 이러한점을해결하기위해삼성엔지니어링 ( 주 ) 은한정된수자원을최대한이용해공업용수를확보할필요성을느끼고대량의전자폐수를공업용수로전환하는친환경적인재이용기술을개발해아산시탕정면에위치한산업단지에적용해전자폐수를재이용하고있다. 자료 : 음용수수준물재생위한하수처리방류수초고도처리, 워터저널 2011. 7 월호 < 그림 1> 탕정 Display City 산업폐수처리장전경 2) 재이용처리시설운영 산업폐수 ( 전자폐수 ) 재이용시스템은폐수종류별처리및재이용을위한 SEMBR, SMIC, A AOP의 3가지시스템으로구성되어있다. 1 SEMBR(Samsung Enhanced Membrane Bioreacter) 은고농도유기물의담체공정으로선행처리한후잔여유기물을 Membrane Bio Reacter(MBR) 로처리함으로써유기물의처리효율및분리막공정의오염제어를동시에가능케하는기술이다. 이기술은기존에적용하던일본기술과비교하여부지면적 50%, 투자비 20% 를절감하는효과가있다. 124_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

2 SMIC(Specific Microbes Immobilized Cells) 는저농도유기계폐수처리및재이용을위한기술이다. 이기술은기존일본기술과비교하여부지면적 37%, 투자비 25% 를절감하는효과가있다. 3 A AOP(Solid Advanced Oxidation Process) 는초저농도유기물을제거하기위한요소기술이다. 현재까지재이용수를이용한초순수생산시, 재이용수에함유된저분자유기물은초순수수질을만족시키지못하는주요한원인물질로알려져있다. 기존일본기술과비교하여 TOC 제거율은 20% 가향상됐으며, 운영비는 60% 절감하는효과를보였다. < 표 1> 삼성엔지니어링 ( 주 ) 의폐수종류별처리및재이용을위한시스템개요 폐수처리및재이용시스템대상폐수적용효과 SEMBR (Samsung Enhanced Membrane Bioreacter) SMIC (Specific Microbes Immobilized Cells) A-AOP (Solid-Advanced Oxidation Process) 고농도유기계폐수 저농도유기계폐수 초저농도유기계폐수 소요부지 50% 축소 투자비 20% 절감 소요부지 37% 축소 투자비 25% 절감 자료 : 음용수수준물재생위한하수처리방류수초고도처리, 워터저널 2011. 7 월호 TOC 제거율 20% 향상 운영비 60% 절감 3) 운영효과삼성엔지니어링 ( 주 ) 은이러한 3가지요소기술의패키지화로삼성전자반도체및디스플레이생산공정에서발생하는상당량의폐수를재이용하는데성공하였다. 재이용되지않고배출되는처리수는오염물질제어를통해청정지역하수방류수수준의수질을만족하는등자연생태계에미칠영향을최소화하였다. 또한일반공업용수의공급이없는경우에도폐수재이용수를이용하여전자산업에필요한용수를확보할수있다. < 그림 2> 기술개발전 후의산업폐수재이용률변화 하수재이용국내외동향 _125

이러한기술을이용하면용수사용량의절감및폐수방류량에대한기업의부담경감될뿐아니라, 인근하천으로방류되는폐수량을저감시키기때문에생산활동으로인해발생되는인근지역에대한환경적부담을줄일수있다. 또한이기술은아산시탕정산업단지내폐수종말처리장에적용되어현재까지약 3,380억원의사업성과를거두었으며, 향후재이용률향상을위해개발된 SMIC 및 S-AOP와같은기술도반도체및디스플레이공장의폐수처리및재이용공정에적용될예정이다. < 표 2> 삼성엔지니어링 ( 주 ) 폐수처리및재이용시스템사업화실적 재이용시스템 SEMBR + RO SMIC S-AOP 사업화실적 ( 억원 ) 2,700 560 120 비고 LCD 1,500 억원추가사업화예정 LCD 반도체 자료 : 음용수수준물재생위한하수처리방류수초고도처리, 워터저널 2011. 7 월호 나. 인천가좌하수처리장 1) 개요인천가좌사업소하수처리장은시설용량 35만톤이며, 표준활성슬러지법으로 26만톤, 고도처리공법으로 9만톤의하수를처리할수있는시설이설치되어있다. 배수구역은 6개구 51개동이며, 처리효율은 BOD 89%(148ppm 16ppm), SS( 부유물질 ) 88%(146ppm 18ppm) 이다. 매년인상되는상 하수도료로인해원가부담이가중됨에따라그간연안에방류처리됐던하수처리수를인근물대량사용업체인임광토건 ( 주 ), INI steel( 주 ) 등에조경및공업용수로무상공급하고있다. 자료 : 2005 년도상반기하수도및오수 분뇨분야연찬회 (2005.5, 환경관리공단 ) < 그림 3> 가좌하수처리장배수처리구역도 126_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

2) 재이용처리시설운영가좌하수처리장의재이용시설규모는 1단계처리장 190 천톤 / 일중 16.86 천톤 ( 최대 19.6 천톤 / 일 ) 을재이용하고있으며, 시설은취수설비, 압송관로, 마이크로필터, 역삼투 (R/O) 여과시설, 소독시설, 송수관로 3.8km로이루어져있다. < 표 3> 가좌하수처리장하수재이용현황 ( 05.05. 기준 ) 업체명 소재지 평균취수량 ( m3 / 일 ) 배관연장 주용도 임광토건 ( 주 ) 인천서구원창동 860( 최대 :1,600) 2.3Km 조경용수 INI Steel( 주 ) 인천동구송현동 16,000( 최대 :1,800) 1.5Km 냉각용수 자료 : 2005년도상반기하수도및오수 분뇨분야연찬회 (2005.5, 환경관리공단 ) 가좌하수처리장의방류수질이 ph 7.0 7.5, COD 50ppm인데반해재활용수의방류수질은 ph 6.5, COD 3ppm 이하로나타났다. 또한재활용수수질의 BOD와총인 (T P) 은 0으로나타났으며, 총질소 (T N) 도 1 이하로검출되는등상수도수질과비교해서도비교적우수한것으로조사됐다. 처리수가공업용수로재이용되는과정은다음과같다. 취수설비 압송관로 마이크로필터 재처리시설 (RO) 소독시설 급수 INI Steel( 주 ) 임광토건 ( 주 ) 자료 : 2005 년도상반기하수도및오수 분뇨분야연찬회 (2005.5, 환경관리공단 ) < 그림 4> 가좌하수처리장처리수공급및재처리과정 하수재이용국내외동향 _127

이송펌프로방류수가투입되면 < 그림 5> 와같은응집 반응조에서응집제, 살균제, 환원제를통해침전이이루어지고, < 그림 6> 과같은디스크필더 (MDF) 를거쳐다층여과기 (MMF) 에서 MDF 처리수로재처리된다. MMF는진흙입자, 유기물, 세균, 조류등의이물질을제거하는역삼투전처리설비로서 4 10μm까지의미립자제거가가능하다. 이후와류역세척기 (V-Filter) 와마이크로필터를지나여과처리수조를거쳐역삼투시스템 (RO unit) 을거치게된다. 역삼투시스템은중금속등의이온성물질및난분해성 COD를효과적으로분리하며, 0.001 0.01μm까지의초미립자제거가가능하다. 이후소독시설을거쳐각사용처로급수된다. 자료 : 2005 년도상반기하수도및오수 분뇨분야연찬회 (2005.5, 환경관리공단 ) < 그림 5> 가좌하수처리장응집 반응조 자료 : 2005 년도상반기하수도및오수 분뇨분야연찬회 (2005.5, 환경관리공단 ) < 그림 6> 가좌하수처리장디스크필터 (MDF) 3) 운영효과재활용수사업은수자원절약및환경보호정책을적극적으로반영한사업이다. 신기술유입으로중수도보급의활성화를유도한효과도매우크다. 부수적으로는환경친화적활동으로기업이미지제고에기여했고, 지역주민들에게안정적인상수도를공급하였다. 정량적효과를살펴보면연간 48.2억원, 6.5억원을절감할수있으며, 이를통해초기시설투자비를 2~3년이내에회수할수있는것으로분석되었다. < 표 4> 가좌하수처리장하수재이용에따른경제적효과 구분 INI Steel( 주 ) 임광토건 ( 주 ) 시설투자비용 75.2억원 18.5억원 상수도요금절약 48.2억원 / 년 6.5억원 자료 : 2005년도상반기하수도및오수 분뇨분야연찬회 (2005.5, 환경관리공단 ) 128_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

2. 해외동향 가. 미국캘리포니아남부오렌지카운티 Water Factory 21 1) 개요미국캘리포니아남부오렌지카운티의파운틴밸리시 (Fountain Valley) 에는하수처리장방류수를재이용하는 Water Factory 21( 이하 WF21) 이있다. WF21은지금으로부터 26년전인 1976 년부터하수처리장방류수를재이용하기시작하였으며, 다른시설물과달리하수처리장방류수를처리한후비록간접적이기는하지만음용수로재이용하고있다. 약 250만명의인구가생활하고있는미국캘리포니아주오렌지카운티의연평균강우량은 300mm로매우적다. 이지역의물관리를담당하는수도국 (OCWD, Orange County Water District) 은지하수를통해북부및중앙지역용수의 2/3를담당하며, 지하수는생산자 ( 시, 기업등 ) 가취수정에서양수하고, 지하수역은산타애나강 (Santa Ana River), 우수, 수입된물과재생된물에의해다시충진된다. 수입된물은콜로라도강과북부캘리포니아에서공급되는데, 오렌지카운티북부및중앙지역용수의 1/3을담당하고, 남부지역의대부분을담당한다. 자료 : 물재생현안과미래비전, 워터저널 2011. 7 월호 < 그림 7> 지하수보충시스템 (GWR) 모식도 이러한결정에는오렌지카운티의지역적인특성도영향을미쳤다. 이지역에는지표수가없기때문에지하수함양에지표수를사용하는경우에는북부의콜로라도강의물을끌어와야한다. 그러나콜로라도강은오렌지카운티에서멀리떨어져있기때문에물의운송비용이하수재이용에소요되는비용과유사할정도로높다. 그러므로이지역에서는하수재이용이경제적으로경쟁력을갖게된것이다. 2) 재이용처리시설운영 오렌지카운티의재이용처리시설은다음 < 그림 8> 과같이크게 OCSD(Orange County Sanitation 하수재이용국내외동향 _129

District) 와 OCWD(Orange County Water District) 로이루어졌다. OCSD는 2차처리하는하수처리장이며, OCWD는 OCSD에서나오는방류수를재처리하는곳이다. 이러한 OCWD에는 GWR 시스템이도입되었으며, GWR시스템은 Ground Water Refreshment 시스템의약자로막여과와고도산화공정으로구성돼있다. OCWD를거쳐고도처리된물의일부는펌핑스테이션 (Pumping Station) 을통해상류로옮겨져산타애나강 (Santa Ana River) 을통해흘러내려오고, 일부는해수의침투를막기위한지하수충진용으로사용하고있다. 자료 : 물재생현안과미래비전, 워터저널 2011. 7 월호 < 그림 8> 오렌지카운티수처리단지 지하수보충시스템 (GWR) 은 < 그림 9> 와같이 OCSD에서고도처리된 2차처리수를이용하고, 이를주및연방음용수기준을충족시키는수준 ( 시판되는생수만큼정화 ) 까지정화시킨다. 이시스템에는정밀여과와역삼투압법뿐만아니라자외선및과산화수소를이용한고도산화처리공정이이용된다. 자료 : 물재생현안과미래비전, 워터저널 2011. 7월호 < 그림 9> 지하수보충시스템 (GWR) 공정도 130_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

3) 운영효과 2008년 1분기 ~3분기까지고도산화과정을거쳐처리된물의수질을살펴보면모든수질항목이허용기준을충족하는것으로분석되었으며, 특히탁도 (Turbidity) 의경우각각 0.04NTU, 0.1NTU, 0.16NTU 를기록했다. 또한최근문제가된 NDMA나 1,4-다이옥산도가 2mg /L이하로허용기준을만족하는것으로분석되었다. < 표 5> GWR 시스템처리수수질 (2008년) 항목 허용기준 처리수질 (2008년) 유효 1분기 2분기 3분기검출수치 UV%T-254 <90% 98.0 98.6 97.6 %T Turbidity <0.2/0.5NTU 0.04 0.1 0.16 NTU Total Nitrogen 5mg /L 1 1.5 1.6 0.3mg /L Total Organic Carbon 0.7mg /L 0.26 0.14 0.12 0.05mg /L ph 6-9 8.5 8.3 8.4 1pH unit Electrical Conductivity N/A 85 65.6 72 1μm / cm Oil and Grease 1mg /L <5 <5 <5 5μg /L Tetrachloroethene 5μg /L <0.5 <0.5 <0.5 0.5μg /L Atrazine 1μg /L <0.1 <0.1 <0.1 0.1μg /L bis(2-ethylhexyl) phthalate 4μg /L <2 <2 <2 2μg /L 2,3,7,8-TCDD(Dioxin) 30μg /L <5 <5 <5 5μg /L NDMA(n-Nitrosodimethylamine) 10μg /L <2 <2 <2 2μg /L 1,4-Dioxane 3μg /L <1 <1 <1 1μg /L Simazine 4μg /L <0.1 <0.1 <0.1 0.1μg /L MTBE 5μg /L <0.2 <0.2 <0.2 0.2μg /L 자료 : 물재생현안과미래비전, 워터저널 2011. 7월호 나. 싱가포르 NEWater 동향 1) 개요 2003년 2월이후싱가포르는상업건물과비즈니스건물로 NEWater이라고불리는고도의처리수 ( 음용수수질지표를만족하는 ) 를공급하고있다. 2011년까지비음용수용도로 NEWater를 245,000m3 /d(64.5mgd) 공급하는것이목표다. NEWater는또한간접적음용수로도사용된다. 2003년 2월이래로 9,000m3 /d의 NEWater가저수지로충진되었고, 음용수로공급하기위해서관망시스템으로들어가기전에수처리시설에서재처리되었다. 간접적음용수를위한처리수의 하수재이용국내외동향 _131

양은연간 4,500m3 /d(1.2mgd) 에서 2011년에는 45,000m3 /d(12mgd) 로점차적으로증가하였다. NEWater 생산비용은해수를담수화하는데드는비용의절반이드는것으로평가되었다 (EPA, 2004). 자료 : 유선아, 녹색산업기술, 취수원없는싱가포르, 물자급자족도가능해, KOTRA, 2010 < 그림 10> 싱가포르 NEWater 플랜트및병입 NEWater 2) 재이용처리시설운영싱가포르의 NEWater 시스템은앞서제시한오렌지카운티의 Water Factory 21과같은방식이다. < 그림 11> 과같이 MF공정, RO공정그리고고도산화를거쳐나오는물을저수지에저장하여지표수등으로이용하고, 빗물을비롯한각종지표수와섞인처리수를다시취수해서정수과정을통해각수요처에공급하고있다. 자료 : 유선아, 녹색산업기술, 취수원없는싱가포르, 물자급자족도가능해, KOTRA, 2010 < 그림 11> 싱가포르 NEWater 시스템공정도 오염된하수는하수처리장 (WRP, Water Reclamation Plant) 에서처리된다음 Water Factory로보내진다. 오렌지카운티의 GWR 시스템과비교하면, WRP는 OCSD와같은 1차하수처리장의역할을하고 Water Factory는오렌지카운티와같이방류수를재생용수로만든다. 132_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

3) 운영효과싱가포르는저수지의물, 말레이시아로부터수입한물, NEWater 등기존 3개수자원에해수를추가하였으며, NEWater는대부분은공업용수로쓰이고, 싱가포르물수요량중 1% 가량의 NEWater가저수지물과섞여서일반가정에공급되고있다. 담수와 NEWater 공장의가동으로싱가포르는턱없이부족한수자원공급원을다양하게확보할수있게되었으며, 말레이시아에대한물의존도를줄였다. < 표 6> 싱가포르의물관련주요수치 ( 오태영, 싱가포르무역관 ) 항목 2002 2003 2004 싱가포르의저수장개수 14 14 14 NEWater 처리장의개수 - 2 3 재이용수처리규모 (1000입방미터/1일) 1,315 1,360 1,369 1인당물소비량 ( 리터 /1일) 165 165 162 자료 : 유선아, 녹색산업기술, 취수원없는싱가포르, 물자급자족도가능해, KOTRA, 2010 Ⅲ. 향후전망 현재의수원 ( 水原 ) 에서벗어나가장많은수량을확보할수있는대체수원은해수지만해수를담수하는데드는고비용때문에폐수와우수의재이용기술이개발되고있다. 폐수를재이용하기위해서는방류수의수질이우수해야통상적인처리에의해재사용이가능하며, 본고에서설명한해외사례중일부만음용수로사용하고있는실정이다. 하수를재생할때는어느수준까지처리할것인가에대해생각해봐야한다. 방류수배출기준은미국에서처음만들어진것으로, 지난 1975년에 BOD( 생물화학적산소요구량 ) 30mg /L, SS( 부유물질 ) 30mg /L라는농도기준을정했다. 이기준은당시미국하수처리장에서배출가능한수준이어디까지인가를생각해만든기준이었다. 한국의기준은현재 BOD 10mg /L, SS 10mg /L, T-N( 총질소 ) 20mg /L, T-P( 총인 ) 2mg /L의수준이며, 이는미국이나다른나라에비해높은수준이다. 그이유는좁은국토에서 4대강에의존해물을공급받다보니, 물이더러워져서는안된다고생각했기때문이다. 현재우리는미래의기준까지도충족할수있는처리기술을보유하고있지만장기적으로보면하수재생기준을어떻게결정할것인지, 미량유해물질농도기준에관한문제도해결해야한다. 물의재생 재이용은물환경통합관리의핵심이다. 기존의상하수도가제1, 제2의물산업이었다면, 재이용은 제3의물산업 이되면서새로운가치를창조할것으로전망된다. 하수재이용국내외동향 _133

< 참고문헌 > 1. 대한상하수도학회, Water Factory 21 에의한하수의재이용, 상하수도학회지 16권 1호 2. 물재생현안과미래비전, 워터저널 2011. 7월호 3. 음용수수준물재생위한하수처리방류수초고도처리, 워터저널 2011. 7월호 4. 김태환, 윤영모, 변필성, 김광익, 이동우, 녹색성장형지역경쟁력강화방안연구 : 수도권을중심으로, 국토연구원, 2011 5. 유선아, 녹색산업기술, 취수원없는싱가포르, 물자급자족도가능해, KOTRA, 2010 6. 환경관리공단, 2005년도상반기하수도및오수 분뇨분야연찬회, 2005.5 134_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)