제주지역하수처리장방류수재이용방안연구보고서 (1) 2003. 10. 제주도광역수자원관리본부광주과학기술원 ( 물재이용기술센터 ) 코오롱건설 ( 주 ) 기술연구소
제주지역하수처리장방류수재이용방안연구보고서 (1) 2003. 10. 제주도광역수자원관리본부광주과학기술원 ( 물재이용기술센터 ) 코오롱건설 ( 주 ) 기술연구소
연구참여자 총괄책임자 o 현재현 : 제주도광역수자원관리본부본부장 o 문창기 : 제주도광역수자원관리본부기술담당관 연구책임자 o 고기원 ( 이학박사 ) : 제주도광역수자원관리본부수자원연구실 참여연구원 o 강봉래 ( 공학석사 ) : 제주도광역수자원관리본부수자원연구실 o 김인수 ( 공학박사 ) : 광주과학기술원 ( 물재이용기술센터 ) o 조재원 ( 공학박사 ) : 광주과학기술원 ( 물재이용기술센터 ) o 최광호 ( 공학박사 ) : 코오롱건설 ( 주 ) 기술연구소 o 임성균 ( 공학박사 ) : 코오롱건설 ( 주 ) 기술연구소 o 김건태 ( 공학사 ) : 코오롱건설 ( 주 ) 기술연구소 o 김승현 ( 공학박사 ) : 경남대학교토목환경공학부
요약문 1. 연구의배경및목적 제주도의연평균강우량은 1,978mm에이르지만다우년 (1999년 2,944mm) 과과우년 (1996년 1,422mm) 간의편차가 1,500mm에이를정도로매우커지하수함양량과적정개발량은안정된상태를유지못하고, 강수량에따라불안정한상태를유지하고있음. 이처럼, 지하수자원의수량적변동이크게발생하고있음에도불구하고, 제주도의용수이용은전적으로지하수에만의존하고있어극단적인이상가뭄시에는물부족으로인한사회적혼란과막대한경제적손실이우려되고있음. 하수처리장방류수는가뭄이들어도일정량이지속적으로발생하므로선진외국에서는방류수를대체수원으로오래전부터이용해오고있음. 제주지역에서발생하는방류수를재활용하는경우에는농업용수부족문제해결은물론지하수자원의수량보전, 지하수일변도의물이용패턴다원화, 청정한바다환경과해양생태계의안정성유지등의효과가기대되므로방류수의재이용에대한사전기초연구를실시하였음. 본연구에서는하수처리장에서배출되는방류수의수질에대한평가를통하여재이용에따른수질적인문제점을도출하고, 이를해결하는데필요한최적의재처리공정을개발함과아울러, 외국의방류수재이용사례및수질기준에대한조사를바탕으로제주지역에적용가능한방류수재이용방안과함께소요비용분석을실시하였음. 2. 주요연구내용 본연구는과학기술부의 21세기프런티어연구개발사업중수자원의지속적확보기술개발사업 ( 세부과제명 : 용수재이용기술개발 ) 의일환으로제주도광역수자원관리본부, 코오롱건설 ( 주 ) 기술연구소, 광주과학기술원물재이용기술센터,, 경남대학교등 5개기관공동으로수행하였음. - i -
주요연구내용 제주지역하수처리장방류수재이용방안연구계획수립 (2001. 6) 21세기프런티어연구개발사업에연구과제로포함 (2001. 10) 도내하수처리장의하수및방류수수질조사 (2001. 8~2002. 4) 방류수수질평가및전처리공정선정 (2002. 2) 하와이주의사례견학및미국의방류수재이용자료수집 (2002. 10) 분리막의처리성능평가실시 (2002. 3~5) 도두하수처리장에 Pilot Plant 설치운영 (2002. 6~2003. 7) 재처리수에대한수질정밀분석 (2003. 9) 연구자료정리및보고서작성 (2003. 10) 3. 국내외의방류수재이용사례 가. 국내중수도현황 2002년말현재우리나라에는총 114개소 447천m3 / 일의중수도시설이갖추어져있음. 지역별로보면, 서울이 26개소로가장많고경기도가 16개소이며, 경북 (11개소), 부산 (10개소) 순이고, 제주도는대구와함께 2개소 ( 한마음병원, 금강산콘도 ) 가시설되어있음. 전국의방류수재이용량 (2002년) 은연간총하수유입량 61억m3중 4.2% 인 2.62억m3임. 2002년도에재이용된방류수중 64.3% 는하수처리장내에서화장실용수, 세정용수, 냉각용수, 희석용수, 중수도, 기타용수 ( 환경학습장, 소포용수, 펌프실용수등 ) 등으로사용되었고, 나머지 35.7% 는하수처리장외에서공업용수, 농업용수, 환경용수 ( 하천유지용수 ) 등으로사용되었음. 인천광역시동구에소재한 INI스틸인천공장은 2002년 11월부터가좌하수처리장방류수를 1일 12,000m3 / 일을재처리해공업용수로사용하고있음. - ii -
INI 스틸은방류수를공업용수로재이용함으로써연간약 34억원 5천만원의상수도요금을절약하는효과를얻고있음. 나. 미국의사례 미국은수자원보호, 용수의효율적인이용, 대체수자원확보라는관점에서오래전부터하수처리장방류수재이용을추진해왔으며, 방류수의이용은지역에따라다소차이는있지만크게다음과같이 6가지로분류할수있음. 1 농업용수및조경용수 2 산업용수 ( 냉각수, 보일러용수, 공정수 ) 3 지하수함양및해수침입방지용수 4 레크리에이션용수 ( 호수, 연못및습지보충수, 하천유지용수 ) 5 생활용수 ( 소화용수, 수세식화장실용수, 청소용수 ) 6 음용수 ( 지하수또는지표수와혼합사용, 직접음용수로사용 ) 1 하와이주 2002년 7월현재하와이주에는총 43개소에서 1일 70,675m3의하수처리장방류수를재처리하여이용하고있음. 지역별로는마우이섬이 22개소 13,497m3 / 일이고오아후섬이 8개소 39,633m3 / 일, 카우아이섬이 7개소 12,096m3 / 일, 하와이섬이 6개소 5,499m3 / 일임. 주이용용도는농업용수, 골프장관개용수, 조경용수 ( 공원, 운동장, 고속도로변등 ), 공업용수등임. 오아후섬서남부에바지역에위치한 Honouliuli Wastewater Treatment Plant(WWTP) 는호놀룰루시가운영하는하수처리장이며, 약 577억원을투자하여 2000년 8월에방류수재처리시설을준공해가동하고있음. 1일 45,400m3 / 일의방류수를처리할수있는능력을갖추고있으며, 이시설에서는농업용수로적합한 R-1물과공업용으로사용할수있는역삼투막 (RO) 처리수를생산하고있음. 마우이섬남부에위치한 Kihei하수처리장에서도처리되는하수의 40~50% 에이르는 1일 6,000~7,000m3의방류수를재처리하여골프장관개용수및 - iii -
조경용수등으로재이용되고있고, 나머지방류수는하수처리장부지에설치된주입정 (injection wells) 을통해지하로처리하고있음. 2 캘리포니아주오렌지카운티 Water Factory 21 의사례 캘리포니아주남부에위치한 Orange County에서는농업용수로지하수를과다하게채수해이용한결과, 1956년에지하수위가해수면아래로내려가게되었고, 해안에서내륙으로 8km 지역까지해수가침투되었음. 이에대한대책으로서하수처리장방류수를재처리 ( 고도처리 ) 한물과심정에서채수한지하수를혼합해해안에서 6.4km 떨어진내륙에 23개의주입정을 183m 간격으로설치해지하수를인공함양시켜해수침투를방지하기위한계획이마련되었고, 인공함양용수를생산해내는방류수재처리시설을 Water Factory 21 로명명하였으며, 1976년 10월부터방류수를재처리하여지하수인공함양을시작하였음. Water Factory 21 에서는방류수를역삼투막 (RO) 공정을통해 1일 18,925m3과활성탄처리공정을통해 34,065m3을재처리함과아울러, 심정 (deep well) 에서 32,550m3의지하수를퍼올려총 85,540m3의물을캘리포니아주의음용수기준에적합한 TDS 500mg /l 이하수준으로혼합해지하로주입시키고있음. 3 플로리다주 플로리다주는방류수재이용을통합수자원관리 (Integral Water Resources Management) 정책의일환으로추진해오고있음. 플로리다주의물재이용정책의수립과사업추진은주헌법에바탕을두고있으며, 일명수자원정책 (Water Policy) 이라일컬어지고있는수자원시행령에서는수자원관리구역 ( 현재또는장래에심각한물공급문제를지니고있는지역 ) 중수자원경계지역 (Water Resources Caution Area) 에서는물재이용을이행하도록규정하고있음. 또한, 플로리다주광역용수공급계획 (Regional Water Supply Plans) 에다음과같은 4가지사항을포함해방류수재이용을수자원정책의중요한전략으로추진하고있음. - iv -
(1) 도시하수재이용시스템의확충 (1일 400m3이상처리능력을가진하수처리장에재이용시설의무화 ) (2) 방류수재이용시스템간의연계체계구축 (3) 대수층의저류량확대를위한저류및회복사업추진 (4) 지하수인공함양을통한지하수량의증대 플로리다주에서는 2000년현재 1일 2,176천m3의방류수를재처리한후농장 (103,660 가구 ), 골프장 (401개소), 공원 (385개소), 학교 (159개소), 지하수인공함양정등에서사용하고있음. 다. 싱가포르 NEWater Factory 의사례 싱가포르는부존수자원부족으로 100여년전부터말레이시아로부터물을수입해사용하고있음. 싱가포르의물사용량은 1950년 142천m3 / 일 ( 인구 100만명 ) 에서 2003년에는 1,400천m3 / 일으로급격하게증가하였음. 이러한급격한물수요증가에대응하기위한방안으로서싱가포르정부의 Public Utilities Board(PUB) 와 Ministry of the Environment(ENV) 에서는공동으로 1998년부터 싱가포르방류수재처리연구 프로젝트를추진하였고, 이연구결과에의해설치된방류수재처리시설을 NEWater Factory" 라부르고있음. Bedok 및 Kranji 하수처리장에서배출되는방류수를재처리하여저수지의물과혼합해음용수의원수로사용 ( 간접적인음용수이용 ) 하기위한타당성분석목적으로 1일 10,000m3처리규모의 Demonstration Plant가 Bedok하수처리장에설치되었는데, 이에소요된비용은총 78억원임. 또한, Public Utilities Board(PUB) 에서는웨이퍼조립공장등에서비음용공업용수로사용하기위한재처리수를생산해내기위해 Bedok 및 Kranji 하수처리장에 1일 72,000m3생산능력을갖춘 NEWater Factory" 를 2001년 11월에준공하고, 2003년현재웨이퍼조립단지를비롯하여 Woodlands에재처리수를공급하고있음. - v -
4. 제주지역의하수처리량및방류수의수질 가. 하수처리량 2003년 8월현재제주도내에운영중인하수종말처리장은제주시도두를비롯하여서귀포시중문 ( 서부 ) 및보목 ( 동부 ) 의 3개소이며, 시설용량은 165,000m3 / 일이고, 일평균처리량은 111,491m3임. 2006년완공목표로진행중인군지역하수처리장 5개소가준공되면기존하수처리장을포함해 1일약 140,000m3의방류수가발생할전망됨. 2001. 1~2003. 6월까지 3개하수처리장으로유입된하수량의변화를조사한결과, 서귀포시지역 2개처리장은거의일정한수준을유지하고있는반면, 제주시도두처리장은하수유입량이뚜렷하게증가하는현상을보였는데, 2002년의경우 2001년대비 13,451m3 / 일이증가 ( 약 16%) 하였음. 나. 방류수의수질 3개하수처리장의방류수의수질을파악하기위하여 2001. 1 ~ 2003. 6월까지 5개항목 (BOD, COD, SS, T-P, T-N) 에대해각처리장에서검사한월평균자료를분석한결과, 방류수수질기준에모두적합한상태를유지하고있음. 또한, 본연구에서방류수에포함된일반오염물질을비롯한미량성분 30개항목의농도를파악하기위해 2001. 8~2002. 4월까지월 1회 ( 중금속류는 4회분석 ) 씩분석한결과중주요내용을요약하면다음과같음. 염소이온은최대 117.6~3,523.9mg /l( 평균치범위 529.6~730.0mg /l) 범위를나타내내륙지역하수처리장방류수보다높으며, 지하수법상의농업용수수질기준 (250mg/l) 을초과하고있음. BOD( 생물학적산소요구량 ) 역시 26.5~2.9mg /l( 평균치범위 8.6~13.8 mg /l) 의범위로서지하수법상의농업용수수질기준 (8mg/l) 을초과하고있음. 대장균군 (100ml당 ) 은 3,200~42개 ( 평균치범위 400~930개 ) 범위에서검출되고있으며, 질산성질소는 2.1~27mg /l( 평균치범위 6.0~15.3mg / l) 을나타내지하수법상의농업용수수질기준을초과하고있지는않음. - vi -
TCE( 트리클로로에칠렌 ) 을비롯하여 PCE, 페놀, 유기인, 비소, 시안, 카드뮴, 6가크롬, 수은등유해물질은검출되지않았음. 규산염을비롯하여칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨등의이온성분들은대체로 10~50mg /l 범위의농도를나타내고있음. BOD를비롯한일반오염물질성분들은여름 ~ 가을철기간이낮고겨울 ~ 봄철기간이다소높은계절변화의경향을나타내고있음. 운영중인 3개하수처리장의방류수수질성상과외국의방류수재이용수질기준또는권장사항을고려할때제주지역하수처리장에서발생하는방류수를재이용하기위해서는염분및미생물제거가필요함. 5. 방류수재처리를위한 Pilot Plant 운영결과 제주지역 3개하수처리장의방류수수질에대하여연구를실시한결과, 방류수를재처리하지않은상태로농업용수나조경용수등으로이용할수없는것으로밝혀짐에따라재이용이가능한수질로재처리하는방안에대한연구를실시하였음. 재처리방안연구는재처리방안접근성, 방류수발생량, 향후방류수재이용사업등을고려하여제주시도두하수처리장을대상으로 Pilot Test를 1, 2차로나누어실시하였음. 가. 전처리공정선정 제주시도두하수처리장방류수에는부유물질 (SS) 이 1.8~13.3mg /l( 평균 5.3mg /l) 함유되어있어막오염방지및막수명연장등을위해서는이를적정수준이하로제거하기위한전처리공정이요구되고있음. 본연구에서는전처리공정평가를실험실테스트를통하여모래입자크기및선속도별모래여과의부유물질제거성능과입자크기별제거특성을분석하여모래여과전처리공정의적용여부를판단하였음. 모래입자크기 (sand size) 및모래여과기내에서유체의선속도에따른실험결과, 선형속도 ( 여과속도 ) 가낮고모래입자크기가작을수록부유물질 - vii -
제거성능은향상되었고, 전체적으로볼때 84% 이상의부유물질제거율을나타내었음. 한편, 전처리공정은방류수중에함유된부유물질의입자크기에따라서도달라질수있기때문에유입하수와방류수의입자 (particle) 크기별함량에대한측정실험도실시하였음. 그결과, 유입하수에는약 5,000~6,000개 / ml의입자가함유되어있는것으로나타났으며, 방류수에는약 3,000개 / ml가함유되어있는것으로분석되었음. 또한, 유입하수에서발견되는입자는대부분 10~100μm범위크기이나방류수에는 2~11μm 크기의입자들이약 95% 차지하고있는것으로분석되었음. 모래여과공정에의한부유물질및입자제거평가결과, 부유물질총량은최저 84% 이상의제거효율을나타냈으나역삼투분리막에침착되는미세부유물질중 20μm 이하의입자가약 98% 를차지하고있어모래여과공정으로는이들물질을제거하기어려운것으로판단되어본연구에서는세공크기 0.1 μm의 BMF 분리막을전처리설비로채택하였음. 나. 분리막공정선정을위한분리막평가 방류수재이용을위한재처리 (3차처리또는고도처리 ) 주공정을선정하기위하여 UF( 한외여과막 ), NF( 나노여과막 ), RO( 역삼투막 ) 분리막종류별처리성능평가를실시하였음. 이평가에는제주시도두하수처리장방류수를사용하였으며, 모든분리막에는 MF(pore size 0.1μm중공사형분리막 ) 에의한전처리공정을거친물을통과시켜전기전도도, ph, BOD 5, COD Mn, COD Cr, SS, Cl의 7가지항목의제거율에대해평가하였음. 평가결과, BOD는 3가지분리막에서모두효과적으로제거되었으나전기전도도와염소이온은 RO막을제외한분리막공정은 10% 미만의낮은제거율을나타내염분농도가높은제주지역하수처리장방류수의재처리에는역삼투막공정이가장적합한것으로평가됨. - viii -
다. Pilot Plant 운영결과 본연구에서는제주시도두하수처리장방류수를 Pilot Plant에의해실제로재처리하는과정을통하여방류수 ( 원수 ) 특성에따른시스템의성능평가를수행함으로써최적의재처리시스템을구성함과아울러, 운전인자를확보하기위하여 1일 20m3규모의 Pilot Plant를설치 운영하였음. < 제주시도두하수처리장방류수재처리 Pilot Plant 공정도 > Pilot Plant를통해재처리되는처리수의수질을평가하기위하여방류수 ( 원수 ), MF 처리수, RO 처리수각각에대해월 1회씩 30개항목에대해수질분석을실시한결과는다음과같음. 전기전도도는 35~152μS/cm( 평균 69.4μS/cm) 로서 97% 이상이제거되었음. BOD 5 는 86% 이상, COD Mn 는 93% 이상제거되었음. SS는 100% 제거되었으며, MF 전처리과정에서도 81% 이상제거되었음. 염소이온은 98% 이상, 나트륨이온은 97% 이상제거되었음. - ix -
질산성질소는 87% 이상, 암모니아성질소는 82% 이상, 총질소는 95% 이상제거되었음. 칼슘, 마그네슘, 규산염등의기타이온성분들도 90% 이상제거되었음. 2003년 9월제주시도두하수처리장의방류수, MF 처리수, RO 처리수를비롯하여중산간지역지하수 (2개소) 와지표수시료를채수하여대장균군및 WHO 권장항목 (102개) 에대한정밀수질분석을실시하였음 1일 2회씩 3일연속방류수, MF 처리수, RO 처리수시료를채수해대장균군을검사한결과, RO 처리수에서는대장균군이검출되지않았음 WHO 권장항목 (102개) 에대해정밀분석 ( 한국수도환경연구소 ) 을실시한결과, RO 처리수의수질은중산간지역지하수 (2개소) 의수질과유사할정도로매우양호한것으로나타났음. 특히, RO 처리수에서는소독제, 소독부산물, 유기화합물, 무기화합물, 농약 제초제성분등건강에위해를미칠수있는물질들이검출한계이하이거나 WHO 먹는물수질가이드라인이하 ( 톨루엔, 붕소 ) 값을나타냈음. 본연구에서수행한 Pilot Plant RO 처리수의수질은국내는물론외국의하수처리장방류수재처리사례와비교하더라도전혀손색이없을뿐아니라, 먹는물로사용하더라도수질적으로문제가없을정도로처리되었음. 특히, 방류수재이용에가장큰걸림돌로작용했던과다한염소이온과염분농도문제가완전히해결됨으로써농업용수는물론조경용수, 공업용수, 지하수인공함양용수등으로재이용할수있는것으로평가되고있음. 6. 제주지역하수처리장방류수재이용방안 가. 방류수재이용의필요성 1 통합물관리체계의구축 외국의수자원관리정책을감안할때, 향후제주도의물관리정책은지하수 -빗물-하수를연계한통합물관리체계로전환할필요성이있음. 특히, 향후의수자원개발및이용에있어경제성과현실성에너무집착해손쉬운방법으로만해결하고자한다면, 지하수과다개발로인해생겨나는여러 - x -
가지문제를해소하지못할뿐만아니라, 지하수자원을고갈과오염으로부터보호하지못하는결과를초래할수있음을경계해야함. 2 하수광상의효율적이용 하수는가뭄이들더라도거의일정한양이지속적으로발생하므로적절한처리과정을거치면유익한자원으로이용할수있는 하수광상 ( 下水鑛床, sewer mining) 이라할수있음. 많은사람들은하수를더럽고불결한대상으로만인식하고있으나하수의 99% 는물로이루어져있으며, 현대의수처리기술로서매우깨끗하게처리할수있기때문에대체수자원으로이용할수있는좋은대상임. 3 제3의물혁명 어승생저수지 ( 제1의물혁명 ) 및광역상수도 ( 제2의물혁명 ) 는모두지하수를수원으로개발하고있는데반하여하수처리장방류수재이용 ( 제3의물혁명 ) 은그동안추진해온수자원개발및이용과는다른 물재이용 개념의프로젝트임. 다시말해서, 지금까지는자연적인물순환과정으로부터필요로하는수량을확보하는수동적수자원개발에얽매여왔지만하수처리장방류수재이용프로젝트는수처리기술을이용해물순환의불확실성을극복할수있는적극적인수자원확보방안임. 4 사적및사회적편익의증대 하수처리장방류수를농업용수 골프장조경용수 공업용수등으로재이용하는경우, 이용자들에게물사용료부담을현재보다줄일수있고, 현행수도법규정 ( 제11조 ) 에의한개별건축물별로중수도를설치하지않아도됨으로써중수도설치에따른시설및유지관리비부담을경감시켜주는사적편익이기대됨. 특히, 현재와같이방류수를해양으로방류하지않아도됨으로써지역어민들과의분쟁은물론해양생태계에미치는부정적영향을제거할수있어하수처리장방류수의방류문제를놓고생겨나는극단적인대립과갈등문제를근원적으로해결할수있음. - xi -
방류수를재이용함으로써지하수채수량을그만큼줄일수있음은물론, 방류수를지하수인공함양용수로활용하는경우에는지하수부존량을증대시켜해수침투방지및지하수고갈위험제거등의효과를거둘수있어제주지역전체의사회적편익이크게증대할것으로기대됨. 나. 제주지역의하수처리장방류수재이용구상 1 광역적범위의재이용방안 하수처리장에서발생하는방류수를재처리 (3차처리또는고도처리 ) 하여농업용수 골프장조경용수 공업용수 지하수인공함양용수등직접적비음용용수로재이용을함으로써한정된지하수자원을보전하는대체수자원으로적극활용하는방안으로서, 우선적으로방류량이많은제주시도두및서귀포시보목하수처리장을대상으로실시하는것이바람직함. 제주시도두하수처리장방류수재이용방안 제 1 안 : 비음용의다목적용수로재이용하는방안제주시도두하수처리장의방류수를재처리한후, 제주공항주변에입지예정인 제주공항자유무역지역 에비음용생활용수로공급함과아울러, 서부관광도로주변의해발약 430m까지중산간도로를따라가압 이송후, 골프장용수 공장용수 농업용수 지하수인공함양용수등으로재이용하는방안임. 제 2 안 : 지하수인공함양용수로재이용하는방안도두하수처리장의방류수를재처리한후일부는제주공항주변에입지예정인 제주공항자유무역지역 에비음용생활용수로공급하고, 나머지는 1100도를따라제주도축산진흥원 ( 해발약 300m) 주변지역까지가압 이송한후, 지하수인공함양용수로이용하는방안임. 제 3 안 : 농업및인공함양용수로재이용하는방안도두하수처리장의방류수를재처리한후일부는제주공항주변에입지예정인 제주공항자유무역지역 에비음용생활용수로공급하고, 나머지는중산간도로를따라북제주군애월읍장전리 ( 해발약 160m) 까지약 11km 가압 이송한후, 외도 ~ 곽지리에이르는지역에농업용수로공급함 - xii -
과아울러, 농업용수수요량이적은때에는인공함양용수로활용하는방안임. 제 4 안 : 제한적범위에만재이용하는방안이방안은도두하수처리장의방류수를재처리한후일부는제주공항주변에입지예정인 제주공항자유무역지역 에비음용생활용수로공급하고, 나머지는하수처리장및주변농경지에매우제한적으로재이용하는방안임. 서귀포시보목하수처리장방류수의재이용방안 제 1 안 : 농업및지하수인공함양용수로재이용하는방안서귀포시보목하수처리장의방류수를재처리한후일부는보목동및효돈동지역에농업용수로공급하고, 나머지는중산간도로를따라남원읍하례2리 ( 해발약 160m) 까지약 7km 가압 이송한후, 위미리지역까지농업용수로공급하고, 잉여수량은지하수인공함양용수로활용하는방안임. 제 2 안 : 제한적범위에만재이용하는방안이방안은보목하수처리장의방류수를재처리한후일부는보목동과효돈동지역에만농업용수로공급하는방안임. 2 제한적범위의재이용방안 방류수를하수처리장내및인근시설에필요한잡용수로사용하거나주변지역에농업용수로재이용하는방안임. 이방안은소극적재이용방안으로서주로군지역의소규모하수처리장에적용이가능할것으로판단됨. 7. 방류수재이용에따른비용분석 하수처리장방류수의재이용에따른초기시설비용은재처리시설의규모, 처리공정, 방류수의수질, 재이용용도및용도별목표수질, 재처리시설과수요지사이의거리, 시설부지의지가등여러가지인자에따라결정되기때문에본연구에서는전술한각방안별초기총투자규모를결정하는것은곤란하며, 이를위해서는별도의실시설계용역이요구됨. - xiii -
따라서, 본연구에서는방류수재이용을위한재처리시설의시설용량별초기시설투자비와운전비용에대한분석을실시하였음. 가. 재처리시설설치비 (50,000m3/ 일기준설계 ) 제주시하수처리장방류수를 1일 50,000m3 ( 처리수기준 ) 을재처리해먹는물수준에적합한수질의재처리수를생산하는데소요되는초기투자비는 380억원으로산정되었는데, 이는하와이오아후섬의호노울리울리하수재처리시스템 (1일 45,400m3규모 ) 건설에 577억원이투자된것과비교하면훨씬저렴함. 재처리시설을 1일 2,000m3규모로시설하는경우 36억원이소요되고, 5,000m3 / 일규모는 70억원, 100,000m3 / 일의경우에는 680억원이시설비용이소요되는것으로분석되었음. < 방류수재처리시설규모별시설비용 > ( 단위 : 억원 ) 항목 시설용량 ( m3 / 일 ) 2,000 3,000 5,000 10,000 50,000 100,000 합계 36 48 70 110 380 680 토목 / 건축 10 12 17 23 60 100 역세형정밀여과설비 10 12 18 30 120 200 역삼투설비 6 10 15 24 90 160 배관및밸브 2.5 3 5.5 10 35 100 전기계장 3.5 4 7.5 12 45 70 설치및시운전 3 3 4 6 20 30 기타 1 2 3 5 10 20 나. 생산원가분석 (50,000m3/ 일기준분석 ) 1일 50,000m3의재처리시설을운전하는데소요되는m3당생산원가는 285.5원으로분석되었으며감가상각비가전체의 45.4% 로가장높은비율을차지하고전력비는 31.2% 임. - xiv -
이같은생산원가는인천광역시가좌하수처리장방류수 (12,000m3/ 일 ) 를재처리하여공업용수로이용하고있는 ( 주 )INI STEEL사의실제운영비용 305원 / m3과비교할때큰차이가없으며, 감가상각비를제외할경우에는m3당생산원가가 200원이하로낮아질전망임. 또한, 시설규모별운전비용을산정한결과, 1일 2,000m3을재처리하는경우에는m3당생산원가가 689원인데반해 1일 5,000m3으로용량을증가시키면생산원가는 539원으로낮아지고, 1일 100,000m3을재처리하는하면생산원가는 269.3원으로하락하는규모의경제 (economy of scale) 가존재하고있음. < 방류수재처리시설규모별운전비용 > ( 단위 : 원 ) 항목 시설용량 ( m3 / 일 ) 2,000 3,000 5,000 10,000 50,000 100,000 합 계 689 650 539 428 285.5 269.3 인건비 - - - 5 5.5 2.8 전력비 81 81 81 81 89 89 BMF 막교체비 210 210 144 90 30 25 R/O 막교체비 40 38 34 29 12.5 11.5 약품비 25 25 21 19 19 15 감가상각비 333 296 259 204 129.5 126 8. 2 단계연구계획 본연구결과, 제주시도두하수처리장방류수를 MF + RO 시스템으로재처리하였을때처리수의수질은우리나라먹는물수질기준및 WHO 음용수수질권고기준이상으로매우깨끗하게처리되었으며, 1일 50,000m3규모의재처리시설을설치할경우시설비로약 380억원이소요되고, 운전비용은 1m3당 285.5원으로산정되어대체수자원으로서의활용가능성및경제성은충분히있다고할수있음. - xv -
그러나이와같은결과는제주시도두하수처리장에설치한 1일 20m3규모의 Pilot Plant 운영결과를토대로산정한것이므로유입수의수질변화및기계고장등실제운영과정에서발생할수있는요인을모두고려했다고는할수없기때문에 1일 50,000m3규모의실플랜트설계에적용하기에는다소미흡하다는의견이있음. 또한전문가자문결과, 현장적용실험을통하여재처리수의위해성유무를검증함과아울러, 보다큰용량의플랜트운영을통한 MF + RO 처리시스템에대한성능평가, 인공함양에따른지하수에미치는부정적및긍정적영향, 재처리수의수질적인안전성에대한심층적인추가연구가필요하다는의견이제시됨에따라이러한문제를적극적으로해결하고, 도민들의의구심을완전해소시키는차원에서도 2단계심층연구를추진해나갈계획임. 특히, 싱가포르등외국의방류수재이용사례에서보면재처리수를간접음용수로사용하거나, 사람과직접접촉할수있는용도로사용하는경우, 사전에심층적인연구과정에서재처리수에대한지속적인수질모니터링과각종위해성분테스트를충분히실시하였음을고려할때, 제주지역하수처리장방류수재이용연구에서도이같은심층연구를수행할필요가있음. 따라서, 본연구 (1단계연구 ) 에이어 2단계연구에서는 1일 1,000m3규모의 Demonstration Plant를설치하여전문가들이제시한의견에대한해답을구함과아울러, 실제운영과정에서발생할수있는제반문제점파악및해결방안, 방류수재이용에따른편익및경제성분석등에대한심층연구수행할계획임. - xvi -
차 례 제1장연구의개요 1 1-1. 연구의배경 1 1-2. 연구의목적 3 1-3. 연구의내용 4 제2장수자원개발및이용현황 7 2-1. 수자원총량 7 2-2. 지하수개발및이용현황 8 2-2-1. 개발현황 8 2-2-2. 지하수이용현황 11 2-3. 용천수개발및이용현황 14 2-3-1. 용천수현황 14 2-3-2. 용천수이용현황 15 2-4. 지표수개발및이용현황 17 2-5. 상수도시설및공급현황 18 제3장하수처리장방류수재이용기술및사례 21 3-1. 중수도의개념 21 3-2. 하수처리장방류수재이용기술 22 3-2-1. 분리막법 23 3-2-2. 활성탄흡착법 27 3-2-3. 전기투석법 (Electro-dialysis Method) 27 3-2-4. 생물막활용기술 (Micro Biological Reactor) 27 3-3. 하수처리장방류수재이용사례 28 3-3-1. 국내사례 29 3-3-2. 미국의방류수재이용현황 34 3-3-3. 하와이주의사례 35 3-3-4. 캘리포니아주오렌지카운티 Water Factory 21 의사례 52 3-3-5. 싱가포르 NEWater Factory 의사례 57 제4장방류수재이용에따른수질기준 63 4-1. 재이용용도별요구조건 63 - xvii -
4-2. 우리나라의중수도수질기준 65 4-3. 외국의재이용수용도별수질기준 66 4-3-1. 일본 66 4-3-2. 미국 69 4-3-3. South Australia 74 4-4. 농업용수의수질에대한고찰 76 4-4-1. 농업용수의개념 77 4-4-2. 염분도등에대한농작물의내성 80 제5장제주지역하수처리장방류수의수질평가 99 5-1. 하수처리장현황 99 5-1-1. 시지역 ( 제주시및서귀포시 ) 99 5-1-2. 군지역하수처리 101 5-2. 하수유입량변화 101 5-3. 유입하수및방류수의수질 104 5-3-1. 유입하수의수질 105 5-3-2. 방류수의수질 109 5-3-3. 방류수의수질평가 116 제6장방류수재이용을위한 Pilot Test 117 6-1. Pilot Test의개요 117 6-2. 전처리공정선정 ( 실험실테스트 ) 118 6-2-1. 개요 118 6-2-2. 입자성물질분석 119 6-3. 분리막공정선정을위한분리막평가 123 6-4. Pilot Plant 운영결과 124 6-4-1. Pilot Plant의구성 124 6-4-2. Pilot Plant 운영결과분석 128 제7장하수처리장방류수재이용방안및타당성 143 7-1. 방류수재이용의필요성 143 7-1-1. 통합물관리체계의구축 143 7-1-2. 하수광상의효율적이용 145 7-1-3. 제3의물혁명 146 - xviii -
7-1-4. 사적및사회적편익의증대 147 7-2. 제주지역의방류수재이용구상 148 7-2-1. 기본구상 148 7-2-2. 제주시도두하수처리장방류수의재이용방안 149 7-2-3. 서귀포시보목하수처리장방류수의재이용방안 154 7-2-4. 그외하수처리장의방류수재이용방안 156 7-2-5. 예상되는문제점 157 7-3. 방류수재처리수를이용한지하수인공함양 158 7-3-1. 지하수인공함양의장점 158 7-3-2. 지하수인공함양방법 159 7-3-3. 인공함양이지하생태계에미치는영향 161 7-3-4. 지하수인공함양에의한토양과지하수오염 163 7-3-5. 간접적음용수로의재이용 164 7-4. 방류수재이용에따른비용분석 165 7-4-1. 방류수재처리시설의설계기준 166 7-4-2. 처리공정및물질수지 168 7-4-3. 재처리공정개략설계도 169 7-4-4. 초기투자비및운전비용산정 170 7-5. 전문가의견수렴 173 7-6. 2단계연구계획 178 부록 183 1. 1일 50,000m3기준재처리시설운전비산출기초 184 2. 전문가및전문기관의검토의견 186 3. 우리나라중수도시설현황 (2002. 12월현재 ) 194 4. 미국 EPA의중수도권장수질기준 198 - xix -
표차례 < 표 1> 제주도의물수지 8 < 표 2> 제주도의지역별지하수적정개발량 8 < 표 3> 연도별지하수신규허가및양성화현황 9 < 표 4> 지하수개발현황 10 < 표 5> 지하수이용현황 12 < 표 6> 수역별지하수이용현황 13 < 표 7> 지역별용천수분포현황 14 < 표 8> 지역별용천수의용출량 15 < 표 9> 용천수의용도별이용현황 15 < 표 10> 상수원으로개발 이용중인용천수현황 16 < 표 11> 제주도내에시설된저수지현황 17 < 표 12> 제주도내골프장에시설된저류지현황 18 < 표 13> 상수도시설및공급현황 19 < 표 14> 시 군별상수도시설및공급현황 19 < 표 15> 한외여과막법의장점과단점 24 < 표 16> 역삼투막법의장점과단점 25 < 표 17> 분리막법의장점과단점 25 < 표 18> 일본과캐나다에서 MBR법에의한연구결과 28 < 표 19> 2002년말현재전국하수처리장시설현황 29 < 표 20> 전국하수처리장방류수재이용현황 29 < 표 21> 전국하수처리장방류수재이용용도별현황 30 < 표 22> 전국시 도별중수도시설현황 31 < 표 23> INI스틸인천공장하수재처리시설처리수질 32 < 표 24> 하와이주의방류수재이용현황 37 < 표 25> 하와이주의재처리수이용에관한기준 41 < 표 26> 동부호놀룰루하수처리장방류수의수질 49 < 표 27> Water Factory 21 건설비용 54 < 표 28> Water Factory 21의운전비용 55 - xx -
< 표 29> Water Factory 21의원수 ( 방류수 ) 및각공정별수질 56 < 표 30> NEWater Factory 재처리수중의무기물함량 59 < 표 31> NEWater Factory 재처리수중의유기화합물함량 61 < 표 32> NEWater Factory 재처리수중의농약성분함량 61 < 표 33> NEWater Factory 재처리수중의미생물검출결과 62 < 표 34> 하수처리장방류수의재이용용도별요구조건 64 < 표 35> 우리나라의중수도용도별목표수질 ( 수도법시행규칙 3조 ) 65 < 표 36> 일본의중수도수질기준 66 < 표 37> 일본의여러기관에서정한재이용수의수질기준 67 < 표 38> 일본의재이용용도별요구수질 68 < 표 39> 일본농림수산성에서설정한농업용수수질기준 69 < 표 40> 미국환경보호청 (EPA) 의물재이용기준 70 < 표 41> US EPA가권장하는관개용수의수질기준 70 < 표 42> 조오지아주의농업용수수질기준 71 < 표 43> 조오지아주의농업용수미량무기성분권장최대농도 72 < 표 44> 캘리포니아주의농업용수수질기준 73 < 표 45> South Australia의재처리수이용을위한분류기준 74 < 표 46> South Australia의농업용수염분도기준 75 < 표 47> South Australia 의중금속 미량원소에따른농업용수기준 76 < 표 48> 하수처리장방류수를농업용수로사용할때고려할수질항목 79 < 표 49> 하수를농업및수산양식용수로사용할때의기준 (WHO) 80 < 표 50> South Australia의염분도의내성에따른작물분류 84 < 표 51> 염분도의내성에따른작물분류 85 < 표 52> 염분에대한농작물의상대적인내성 87 < 표 53> 조경식물의상대적인염분도에대한내성 90 < 표 54> 과일류작물에대해허용할수있는최대염소이온농도 91 < 표 55> 스프링클러관수시잎사귀에염해가발생할수있는상대적인내성 92 < 표 56> 염소이온및나트륨이온에대한작물의내성 92 < 표 57> 농업용수중의미량원소가작물에미칠수있는영향 94 < 표 58> 붕소 (B) 에대한작물의내성 95 - xxi -
< 표 59> 세계각국의농업용수수질기준 97 < 표 60> 제주도내에운영중인하수처리장현황 99 < 표 61> 제주지역하수종말처리장별하수유입량 102 < 표 62> 제주지역하수처리장의분기별하수유입량현황 103 < 표 63> 2001년과 2002년의제주시지역현황비교분석 103 < 표 64> 제주지역하수처리장의하수및방류수의수질 106 < 표 65> 제주시도두하수처리장의유입하수와방류수수질분석결과 112 < 표 66> 서귀포동부하수처리장의유입하수와방류수수질분석결과 113 < 표 67> 서귀포서부하수처리장의유입하수와방류수수질분석결과 114 < 표 68> 제주지역과육지부하수처리장의방류수수질비교 115 < 표 69> 실험실테스트에이용된여재및장치의특성 120 < 표 70> 제주시도두하수처리장방류수에대한모래여과실험결과 120 < 표 71> 방류수에대한모래여과실험후입자크기측정결과 122 < 표 72> 분리막공정별방류수중의오염물질제거성능평가결과 124 < 표 73> Pilot Plant 운전과정에서수행한수질측정항목 128 < 표 74> Pilot Plant에의한재처리수의수질 133 < 표 75> 대장균군분석결과 134 < 표 76> 수질정밀분석결과 136 < 표 77> 제주 Pilot Plant RO 처리수의수질비교 139 < 표 78> 지하수인공함양방법별주요특징 161 < 표 79> 재처리공정수질설계기준 167 < 표 80> 1일 50,000m3규모의재처리시설설치시소요비용 170 < 표 81> 1일 50,000m3규모의재처리시설운전비용분석결과 171 < 표 82> 방류수재처리시설규모별시설비용 172 < 표 83> 방류수재처리시설규모별운전비용 173 < 표 84> 전문가및전문기관의견과연구팀의검토의견 174 - xxii -
그림차례 < 그림 1> 물속의불순물크기와분리방법 23 < 그림 2> 미국내에서재처리수를음용수 ( 직접또는간접 ) 로사용하고있는지역 35 < 그림 3> 호노울리울리방류수재처리시설위치도 43 < 그림 4> 호노울리울리방류수재처리시설의주요시설배치도 44 < 그림 5> R-1수생산을위한처리공정도 45 < 그림 6> RO수생산을위한처리공정도 46 < 그림 7> 마우이섬남부에위치한 Kihei 방류수재처리시설조감도 51 < 그림 8> 오렌지카운티 Water Factory 21의인공함양정단면도 53 < 그림 9> Water Factory 21의처리공정 56 < 그림 10> NEWater Factory 방류수재처리공정 59 < 그림 11> 염분도에대한식물의상대적인성장률 81 < 그림 12> 염분도에대한작물의내성분류 82 < 그림 13> 제주지역하수종말처리장시설위치도 100 < 그림 14> 제주지역하수종말처리장의하수처리공정 100 < 그림 15> 제주지역 3개하수처리장의유입량변화 104 < 그림 16> 제주시도두처리장유입하수의월별수질변화 107 < 그림 17> 제주시도두처리장방류수의월별수질변화 107 < 그림 18> 제주시도두처리장하수와방류수의월별수질변화 108 < 그림 19> 제주시도두처리장하수와방류수의월별수질변화 108 < 그림 20> 제주시하수처리장방류수의전기전도도변화 115 < 그림 21> 제주시도두하수처리장유입하수와방류수의입자수측정결과 121 < 그림 22> 제주시도두하수처리장유입하수와방류수의입자분포 122 < 그림 23> 제주시도두하수처리장방류수재처리 Pilot Plant 공정도 125 < 그림 24> 장기간성능평가시 BMF 처리수유량변화 130 < 그림 25> 장기간성능평가시 BMF 운전압력변화 130 < 그림 26> Pilot Plant에서유입수와 RO 처리수의전기전도도관계 132 < 그림 27> 약품주입유무에따른전기전도도제거율변화 141 - xxiii -
< 그림 28> 약품주입유무에따른처리수유량변화 141 < 그림 29> 도두하수처리장방류수의재이용방안 ( 제1안 ) 151 < 그림 30> 보목하수처리장방류수의재이용방안 ( 제1안 ) 155 < 그림 31> 지하수인공함양방법모식도 160 < 그림 32> 방류수재처리공정및물질수지도 168 < 그림 33> 재처리공정개략설계도 169 < 그림 34> 시설규모별시설비와운전비용비교 173 - xxiv -
사진차례 < 사진 1> 하와이주오아후섬 Honouliuli 하수재처리시설의 RO장치 26 < 사진 2> 북제주군우도담수화시설에설치된 RO장치 26 < 사진 3> INI 스틸에시설된방류수재처리시설전경 33 < 사진 4> 하수처리장방류수를저장해놓는탱크의모습 46 < 사진 5> RO공정으로보내는처리수탱크와모래여과지의모습 47 < 사진 6> UV소독처리장치의모습 47 < 사진 7> RO수생산을위한역삼투막설비의모습 48 < 사진 8> 하수종말처리장으로유입되는하수의모습 49 < 사진 9> 활성슬러지조의모습 49 < 사진 10> 최종침전조에서염소소독을하고있는모습 50 < 사진 11> 최종처리된방류수의모습 50 < 사진 12> Pilot Plant 에설치된전처리장치 (BMF) 126 < 사진 13> Pilot Plant 에설치된역삼투막장치 (RO) 127 < 사진 14> 미생물오염된분리막전처리장치및모듈사진 131 < 사진 15> 약품주입전 후의전처리장치와 RO 유입수유량계모습 142 - xxv -
제 1 장연구의개요 1-1. 연구의배경 제주도의주된수자원인지하수는강수에원천을둔순환자원으로서강수량의변동에따라수량변화 ( 지하수위상승및하강폭이큼 ) 가크게발생함. 평균개념에서보면, 제주도본도에는연간 1,978mm의비가내리지만, 다우년 (1999년 2,944mm) 과과우년 (1996년 1,422mm) 간의편차는 1,500mm에이를정도로매우큼. 지역별과우년의강수량을보면제주시가 775mm(1929) 이고, 서귀포시 1,146mm(1984), 성산포 1,070mm(1978), 고산 703mm(1984) 이며, 연속무강우일수는제주시 37일, 서귀포시 32일, 성산포 31일, 고산 27일임. 제주시와고산지역의경우상기와같은이상가뭄시에는연평균강수량의 40% 에도못미치는아주적은량의비가내리고있음. 이러한사실을놓고볼때, 제주도지하수의함양량과적정개발량은안정된상태를유지하지않고, 강수량에따라상당히큰폭으로변화하는불안정한상태를유지하고있다고할수있음. 이처럼, 지하수자원의수량적변동이크게발생하고있음에도불구하고, 제주도의용수이용은전적으로지하수에만의존하고있어다음과같은문제가발생할수있음. 극단적인이상가뭄시에는지하수를대체할수있는수자원이없어물부족으로인한사회적인혼란과막대한경제적인손실이발생할수있음. 지하수함양량이부족한가뭄시점에도평상시수준으로지하수를채수할경우, 해안지역지하수로해수가침투하는현상이발생해지하수의염수화를초래할할수있음. 이상가뭄시이를극복하기위한농업용등관정개발사업이특혜적으로이루어질경우지하수관리체계의일관성유지가어렵게될수있음. - 1 -
상기와같은제주도지하수자원의특성과가뭄시예상되는문제점등을고려할때, 극단적인가뭄때에도안정적으로공급할수있는대체수자원개발방안에관한연구가필요함. 지하수를대체할수있는대체수자원으로서는용천수, 지표수또는빗물, 개별시설의중수도, 해수담수화, 하수종말처리장방류수 ( 이하 하수처리장방류수 라함 ) 등을생각할수있음. 그러나제주도의수자원부존여건, 가뭄시지속이용가능성, 그리고경제성등을고려하면상기와같은대상중에서도하수처리장방류수가가장좋은대체수자원이라할수있음. 2003년현재제주도내에운영중인하수처리장은 3개소이며 ( 제주시도두, 서귀포시동부및서부 ), 이들 3개하수처리장에서는 1일 111,491m3의하수가처리된후해양방류관을통해해역으로방류되고있음. 또한 2006년군지역하수처리장이완공되면, 1일약 30,000m3의방류수가추가발생할것으로예측되어제주도전체적으로는 1일 140,000여m3의방류수가해역으로방류될것으로전망됨. 미국하와이주를비롯한세계여러나라에서는하수처리장방류수를재처리한후농업용 공업용 조경용 지하수인공함양등의용도로사용하고있음을감안할때, 제주지역의하수처리장방류수활용방안에대한연구가필요함. 하수처리장방류수는수질환경보전법에서정하는수질기준이하로처리된물이지만부유물질을비롯하여인체나농작물에영향을줄수있는미생물및중금속류등이포함될수있기때문에어떤용도로재이용하기위해서는방류수중에포함된물질의종류와함량등에대한사전조사와이를제거할수있는방법등에대한연구를필요로함. 제주도광역수자원관리본부 ( 이하 " 수자원관리본부 " 라함 ) 에서는 2001년 6월하수처리장방류수재이용을위한기초연구계획을수립하여연구에착수하였고, 2001년 10월에는정부에서추진하는 21세기프런티어연구개발사업의용수재이용기술개발과제에수자원관리본부에서추진하는제주지역하수처리장방류수재이용방안연구가포함되었음. 따라서, 수자원관리본부에서는프런티어연구개발사업연구팀과공동으로본과제를수행하게되었으며, 이과제에는광주과학기술원을비롯하여 5 개기관이참여하였음. - 2 -
제주지역에서발생하는하수처리장방류수를경제적으로재이용할수있는기술을개발하고, 실용화하는경우에는다음과같은효과를기대할수있음. 극단적인가뭄이닥치더라도농업용 관개용 조경용 공사용등고수질을필요로하지않는용도의용수를안정적으로공급할수있는대체수자원이확보되어상기와같은용도의물부족문제가근원적으로해결될수있음. 방류수재이용에의한기존지하수관정의정비와방류수를인공함양용수로활용함으로써지하수저류량을늘려이상가뭄시에도해수침투에의한지하수의염수화등지하수장해발생을방지할수있어지하수자원의수량을적정수준에서관리할수있음. 먹는물등고수질을필요로하는생활용수는지하수를이용하고, 농업용수등잡용수는하수처리장방류수 ( 처리수 ) 와저수지를활용함으로써지하수일변도의물이용패턴을다원화할수있는기반조성이가능함과아울러지하수-지표수-하수를연계한통합수자원관리체계를구축할수있음. 하수처리장방류수의해역방류로인해발생할수있는연안해양환경의변화개연성을근원적으로차단함으로써청정한바다환경과해양생태계의안정성을유지할수있음. 방류수 ( 처리수 ) 이용자들에게경제적이익을줄수있으며, 방류수재처리시설건설사업추진으로지역의건설경기에도도움을줄수있음. 1-2. 연구의목적 본연구는제주지역에서발생하는하수처리장방류수를재이용할수있는방안마련을위한기초적인연구로서 운영중인하수처리장에서발생하는방류수에포함된물질의종류와함량을파악함과아울러, 수질특성을고려한최적의재처리기술을개발하고, 재이용에따른소요비용을분석함으로써 지하수에편중된제주도의물이용을다원화하는데하수처리장방류수의재이용가능성을평가하는데주된목적이있음. - 3 -
1-3. 연구의내용 본연구를위해그동안추진해온연구수행과정과주요연구내용은아래와같음. 2001년 6월 : 수자원관리본부자체적으로제주지역하수처리장방류수재이용방안연구계획을수립함과아울러, 21세기프런티어연구개발사업과제에포함될수있도록절충. 2001년 10월 : 과학기술부에서추진하는 21세기프런티어연구개발사업중수자원의지속적확보기술개발사업단의용수재이용기술개발세부과제에제주지역하수처리장방류수재이용방안연구가포함됨. 2001년 8월 ~2002년 4월 : 제주시도두하수처리장을비롯한도내 3개처리장의유입하수및방류수에대한수질조사실시. - 조사주기 : 월 1회 - 분석항목 : 일반오염물질및중금속등 - 조사수행기관 : 제주도광역수자원관리본부수자원연구실 - 수질분석기관 : 제주도보건환경연구원및제주대학교환경공학과 2002년 2월 : 하수및방류수에대해월별 1회씩조사한자료에의해방류수의수질을평가함과아울러, 전처리공정선정을위한실내실험실시 - 방류수중의부유물질함량등평가 - 모래여과기에의한실내실험 ( 부유물질제거율 ) - 입자성물질크기분석 ( 방류수, 모래여과기를통과한물 ) - 전처리공정선정 2002년 10월 : 하와이주의사례견학및자료수집 - 하와이호노울리울리처리시설등하와이주의사례견학 - 캘리포니아주를비롯한미국의방류수재이용현황자료수집 2002년 3월 ~5월 : 제주시도두하수처리장방류수를대상으로 UF, NF, RO분리막의처리성능평가실시 (7개항목 ). - 4 -
연구수행흐름도 연구계획수립 (2001. 6) 21 세기프런티어연구개발과제포함절충 ꀻ 21 세기프런티어연구과제중수자원의지속적확보기술개발분야과제에포함 (2001. 10) ꀻ 3 개하수처리장유입하수및방류수수질조사 (2001. 8 ~ 2002. 4) ꀻ 하와이주방류수재이용사례견학및국내외문헌조사 방류수수질평가및전처리공정선정 (2002. 2) ꀻ 분리막평가 (2002. 3 ~ 2002. 5) ꀻ Pilot Plant 설치 운영 (2002. 6 ~ 2003. 7) ꀻ 자료정리및보고서 ( 초안 ) 작성 (2003. 8) ꀻ 수질정밀분석 (2003. 9) ꀻ 관련전문가자문및최종보고서작성 (2003. 10) - 5 -
2002년 6월 ~2003년 7월 : 1일 20m3처리규모의 Pilot Plant를제주시도두하수처리장에설치해운영. - 방류수, MF 처리수 ( 전처리 ), RO 처리수에대해월 1회씩정기적인수질검사 (30개항목 ) - 전처리장치의성능평가 - 역삼투막장치의성능평가 - 막오염방지를위한약품주입효과평가 - RO처리수의수질평가 2003년 9월 : RO 처리수등에대한정밀수질분석 - 분석항목 : WHO 권장항목 (102개) 및대장균군 - 분석대상 : 방류수, MF 처리수, RO 처리수, 중산간지역지하수 (2개소), 지표수 - 분석기관 : 한국수도환경연구소, 제주도광역수자원관리본부 2003년 10월 : 자료정리및보고서작성 - 3개하수처리장운영관련기초자료수집및분석 - 제주지역방류수재이용에따른처리시설및운전비용분석 - 보고서초안전문가자문 본연구는과학기술부의 21세기프런티어연구개발사업중수자원의지속적확보기술개발사업 ( 세부과제명 : 용수재이용기술개발 ) 의일환으로제주도광역수자원관리본부를비롯하여코오롱건설 ( 주 ) 기술연구소, 광주과학기술원물재이용기술센터,, 경남대학교등 5개기관공동으로수행하였음. - 6 -
제 2 장수자원개발및이용현황 제주도의수자원은곧지하수 ( 용천수포함 ) 라해도지나치지않을정도로지하수를제외한타수원의개발및이용은미미한실정임. 따라서, 이장에서는제주도의전반적인수자원총량에대해먼저살펴보고, 지하수를중심으로도내의수자원개발및이용현황을서술하고자함. 2-1. 수자원총량 1993년한국수자원공사가보고한바에의하면 ( 표 1), 제주도에연간내리는빗물의양은 33억8천5백만m3 ( 연평균강우량 1,872mm 기준 ) 임. 이중증발산작용을통해손실되는양은전체의 37.1% 인 12억5천6백만m3이며, 하천을통한직접유출량은 6억3천8백만m3 (18.8%) 임. 나머지 14억9천4백만m3 (44.1%) 은지하수로함양되어, 연간내리는빗물의 55.9%(18억9천4백만m3 ) 정도는손실되고, 나머지 14억9천4백만m3 (44.1%) 은지하수로보충되고있음. 지하수적정개발량이란개발대상이되는대수층의효용성을과도하게손상시키지않는범위내에서영구적으로취수가능한양을의미함. 1993년한국수자원공사가분석한결과에의하면, 제주도전체적인지하수적정개발량은지하수함양량의 41% 인 1,689천m3 / 일임 ( 표 2). 지역별로보면, 동부지역이 498천m3 / 일, 서부지역 331천m3 / 일, 남부지역 412천m3 / 일, 북부지역 492천m3 / 일임. 이상의수자원총량을비롯한지하수함양량및적정개발량등의자료는 1991년시점에서산정된결과이므로 2002년시점을기준으로재평가하기위한연구가진행중에있음. - 7 -
< 표 1> 제주도의물수지 구 분 총강우량 ( 백만m3 / 년 ) 직접유출량 ( 백만m3 / 년 ) 증발산량 ( 백만m3 / 년 ) 지하수함양량 ( 백만m3 / 년 ) 산업기지개발공사 (1981) 농어촌진흥공사 (1989) 한국수자원공사 (1993) 3,385 3,516 3,388 703 (21%) 1,104 (33%) 1,542 (46%) 703 (20%) 1,183 (34%) 1,630 (46%) 638 (19%) 1,256 (37%) 1,494 (44%) < 표 2> 제주도의지역별지하수적정개발량 ( 단위 : 천m3 / 일 ) 지역별 지하수함양량 적정개발량 적정개발율 (%) 계 4,093 1,689(41%) 41 북부지역 964 492 51 남부지역 1,176 412 35 서부지역 570 331 58 동부지역 1,383 498 36 < 제주도수자원종합개발계획수립보고서, 1993, 한국수자원공사 > 2-2. 지하수개발및이용현황 2-2-1. 개발현황 1993~2002년 12월까지연도별신규지하수개발 이용허가와양성화조치된관정현황은표 3과같음. 전체적으로보면, 2002년말현재허가된총지하수관정수는 5,126공이며, 지하수허가량은 1,559천m3 / 일임. 신규허가는 1,610공 763천m3 / 일이이루어졌으나이중 1,402공 697 천m3 / 일은준공수리되었고, 208공 66천m3 / 일은미준공된상태임. - 8 -
1995~1998년까지신규허가돼준공수리된관정은총 1,107공 573천m3 / 일이고, 1999~2002년사이에는 295공 124천m3 / 일이허가가이루어져 1998년이후부터신규지하수관정개발허가가현저하게감소해오고있음. < 표 3> 연도별지하수신규허가및양성화현황 (1993~2002) 년도 합계 신규허가 소계준공수리미준공 ( 단위 : 공, 천m3 / 일 ) 양성화 공수허가량공수허가량공수허가량공수허가량공수허가량 합계 5,126 1,559 1,610 763 1,402 697 208 66 3,516 796 1993 2,755 645 - - - - - - 2,755 645 1994 - - - - - - - - - - 1995 633 162 158 62 157 62 1-475 100 1996 427 294 390 288 365 279 25 9 37 6 1997 339 137 339 137 313 127 26 10 1998 427 130 285 109 272 105 13 4 142 21 1999 190 79 162 72 144 70 18 2 28 7 2000 138 44 136 44 105 42 31 2 2-2001 150 53 92 40 42 11 50 29 58 13 2002 67 15 48 11 4 1 44 10 19 4 염지하수관정 1,074 공 (6,519 천m3 / 일 ) 은제외한것이며, 2001 년양성화관정 58 공중에는미준공 12 공 (740 m3 / 일 ), 2002 년양성화관정 19 공중에는미준공 10 공 (150 m3 / 일 ) 이포함된것임. 1993~2002년까지양성화된관정은총 3,516공 796천m3 / 일 ( 미준공 22 공 890m3 / 일포함 ) 로서전체지하수관정의 68.6% 이고, 전체허가량의 51.1% 를차지하고있음 2002년 12월말현재도전체적으로개발된지하수관정 ( 염지하수제외, 준공수리된관정 ) 은 4,896공이며, 지하수개발량은 1,492,838m3 / 일로서적정개발량대비 88% 에이르고있음 ( 표 4). - 9 -
< 표 4> 지하수개발현황 (2002. 12 월말현재 ) ( 단위 : 공, m3 / 일 ) 구분합계생활용수농수축산공업 기타 합계제주시서귀포시북제주군남제주군 공수 4,896 1,496 3,166 234 개발량 1,492,838 638,804 800,565 53,469 공수 893 722 128 43 개발량 259,501 224,149 26,801 8,551 공수 1,119 302 805 12 개발량 235,624 99,734 133,785 2,105 공수 917 253 568 96 개발량 443,909 169,970 253,492 20,447 공수 1,967 219 1,665 83 개발량 553,804 144,951 386,487 22,366 염지하수 (980 공 ) 제외 시 군별로보면, 남제주군지역이전체관정의 40.2% 인 1,967공이개발돼있고, 서귀포시지역은 1,119공 (22.9%), 제주시와북제주군지역은각각 893공 (18.2%) 와 917공 (18.7%) 임 개발량은남제주군지역이전체개발량의 37.1% 인 553,804m3 / 일으로가장많고북제주군 443,909m3 / 일 (29.7%), 제주시 259,501m3 / 일 (17.4%), 서귀포시 235,624m3 / 일 (15.8%) 순임. 용도별로보면, 농축업용이전체관정의 64.7% 인 3,166공을차지하고있으며, 생활용이 1,496공 (30.5%), 공업및기타용이 234공 (4.8%) 임. 생활용은제주시지역이 722공으로전체의 48.3% 를차지하고있는반면, 농축업용은남제주군지역이 1,665공으로전체의 52.6% 를차지하고있어시 군별지하수이용용도가뚜렷하게구분되며, 개발량에있어서도농축업용이 800,565m3 / 일으로전체의 53.6% 를차지하고생활용은 638,804 m3 / 일 (42.8%), 공업및기타용은 53,469m3 / 일 (3.6%) 임. - 10 -
생활용지하수개발량은제주시지역이 224,149m3 / 일 (35.1%) 로가장많은반면, 농축업용은남제주군지역이 386,487m3 / 일 (48.3%) 로농축업용지하수개발량의절반을차지하고있음. 개발주체별로보면, 공공용관정이전체의 20.8% 인 1,016공인반면, 사설관정은 3,880공으로 79.2% 를차지하고있어사설관정이주를이루고있음. 공공용관정의개발량은전체지하수개발량의 55.8% 인 833,550m3 / 일으로서관정당평균개발량은 745m3 / 일이며, 사설관정전체개발량은 659,288m3 / 일 (44.2%) 이고공당평균개발량이 170m3 / 일에불과해사설관정대부분이소용량관정임. 공공용관정은생활용과농축업용이대부분을차지하고있는반면, 사설관정은농축업용이전체의 56% 로대조를보이고있음. 2-2-2. 지하수이용현황 2002년 9월말까지허가된 4,881개관정의 1일최대지하수이용량은 1,070천m3으로적정개발량대비 63%, 지하수개발량 ( 허가량 ) 대비 72% 임. 용도별 1일최대지하수이용량을보면, 생활용이 314천m3 (29.3%) 이고, 농축업용이 728천m3 (68%) 이며, 공업및기타용은 28천m3임 ( 표 5). 시 군별일최대지하수이용량을보면, 제주시지역은 155천m3 / 일이고서귀포시 170m3 / 일, 북제주군 331m3 / 일, 남제주군 414천m3 / 일임. 제주시지역은전체이용량의 81.3%(126m3 / 일 ) 가생활용인반면, 북제주군및남제주군지역은전체의 76~78% 가농축업용임. 공공용관정의지하수이용량은전체의 59% 를차지하고있으며, 개발량대비이용량비율은 77% 이고, 공당평균이용량은 629m3 / 일임. 사설관정의경우, 개발량대비이용율은 66% 이고, 공당평균최대이용량은 112m3 / 일임. 표고별지하수이용량을보면, 해발 100m이하지역이총이용량의 69.6% 에이르는 745천m3 / 일을차지하고있고, 100~200m 사이지역은 21.4% 인 - 11 -
229천m3 / 일, 해발 200m 이상지역은전체의 9% 인 96천m3 / 일을나타내표고가증가할수록지하수이용량은적어지고있음. 표고별공당평균지하수이용량을보면, 해발 100m 이하지역은 149m3 / 일이고해발 100~400m 사이지역은 362m3 / 일인데, 이는공당채수량이많은공공용관정때문인것으로판단됨. 주요용도별및업종지하수이용량을보면, 농축업용이전체의 67.9%(727 천m3 / 일 ) 이고, 상수도용이 19.5%(209천m3 / 일 ) 를차지해이들두용도가전체의 87.4를점유하고있음. 또한, 공장 목욕장 관광숙박업 기타생활용등도전체지하수이용량의 1.3% 에서 1.9% 를차지하고있는것으로분석되었음. 농업용의경우, 제주시를제외한 3개시 군은당해시 군지하수이용량의 70~77.7% 범위이지만, 제주시는 17.4% 로가장낮음. < 표 5> 지하수이용현황 ( 단위 : 공, m3 / 일 ) 용도구분합계제주시서귀포시북제주군남제주군 합계생활용농축업용공업 기타 관정수 4,881 892 1,112 913 1,964 이용량 1,070,203 155,024 170,414 330,888 413,878 관정수 1,488 721 300 250 217 이용량 314,123 125,777 42,557 70,286 75,502 관정수 3,160 128 800 568 1664 이용량 727,671 26,984 126,664 251,488 322,535 관정수 233 43 12 95 83 이용량 28,410 2,262 1,193 9,114 1,5841 염지하수 (968 공 ) 및도서지역 (5 공 ) 제외 수역별지하수이용량을보면, 동부수역이 139천m3 / 일로가장적은반면, 남부수역이 343천m3 / 일로최대를나타내며, 북부수역은 283천m3이고서부수역은 305천m3 / 일로분석되었음 ( 표 6). - 12 -
수역별지하수이용량을당해수역의지하수적정개발량과비교해보면, 서부수역이 92.2% 로서가장높고, 북부수역 84.5%, 남부수역 82.8%, 동부수역 27.9% 의순을나타내동부수역을제외하면일최대지하수이용량이적정개발량의 80% 를모두초과하는것으로분석되었음. 수역별지하수개발량대비이용률을보면, 서부수역이 79.8% 로가장높고남부수역 74.0%, 동부수역 70.0%, 북부수역 64% 순을나타내었음. < 표 6> 수역별지하수이용현황 ( 단위 : 공, m3 / 일 ) 수역 적정개발량 ( m3 / 일 ) 관정수 허가량 ( m3 / 일 ) 이용량 ( m3 / 일 ) 개발율 (%) 이용율 (%) 계 1,689,000 4,881 1,485,741 1,070,204 88.0 63.4 애월 61,200 162 89,447 70,390 146.2 115.0 북부수역 동제주 85,100 146 43,519 34,343 51.1 40.4 중제주 97,900 640 148,652 80,949 151.8 82.7 서제주 90,800 68 33,434 37,228 36.8 41.0 조천 110,600 252 126,507 60,348 114.4 54.6 안덕 34,600 64 25,120 16,983 72.6 49.1 남부수역 서서귀 53,200 210 52,913 42,623 99.5 80.1 중서귀 86,200 506 104,964 60,607 121.8 70.3 동서귀 112,000 544 107,727 92,690 96.2 82.8 남원 128,200 626 172,893 130,205 134.9 101.6 서부수역 동부수역 대정 113,200 772 200,116 145,404 176.8 128.4 한경 88,900 229 102,892 95,590 115.7 107.5 한림 128,900 182 79,370 64,045 61.6 49.7 구좌 167,900 110 69,644 46,204 41.5 27.5 성산 123,200 118 49,935 31,746 40.5 25.8 표선 207,100 252 78,608 60,849 38.0 29.4 개발율과이용율은지하수적정개발량을기준으로산정한백분율임. - 13 -
2-3. 용천수개발및이용현황 2-3-1. 용천수현황 제주도의해안변과고지대의곳곳에분포하고있는용천수는지하의지층속을흐르던지하수가지표와연결된지층이나암석의틈을통해솟아나오는지하수임. 도전체적으로용천수는 911개소에이르는데, 해발 200m이하의저지대에전체의 92.3% 에달하는 841개소가분포하고있으며중산간지대에 49개소, 해발 600m이상의고지대에도 21개소가분포하고있음 ( 표 7). 지역별로는북제주군에 398개소로가장많은용천수분포하고남제주군에 203개소, 서귀포시에 168개소, 제주시에 142개소가분포하고있음. < 표 7> 지역별용천수분포현황 ( 단위 : 개소 ) 시군별 합계 저지대 ( 해발 200m 이하 ) 중산간지대 ( 해발 200~600m) 고지대 ( 해발 600m 이상 ) 합 계 911 841(92.3%) 49(5.4%) 21(2.3%) 제주시 142 111 23 8 서귀포시 168 151 12 5 북제주군 398 378 14 6 남제주군 203 201-2 < 자료 : 제주의물용천수, 1999, 제주도 > 용출지점이멸실 매립되거나훼손된용천수까지포함한개소수임 1998~1999년사이에제주도가용출량 (701개소측정 ) 을측정한결과에의하면, 1일평균용출량은 1,083천m3이고최대용출량은 1,608천m3으로시기에따라용출량의변화가큼 ( 제주도, 1999; 표 8 참조 ). 한국수자원공사 (1993) 의측정결과와비교할때, 평균용출량은 26,766m3 / 일이적은반면, 최대용출량은 498,213m3 / 일이많음. - 14 -
< 표 8> 지역별용천수의용출량 지역별 측정개소 제주도조사 ('98~'99) 평균 용출량 (m 3 / 일 ) 최대 한국수자원공사 ('93) 측정개소 용출량 (m 3 / 일 ) 합계 701 1,083,363 1,608,342 403 1,110,128 제주시 105 288,118 417,607 51 229,560 서귀포시 147 272,032 421,509 61 310,508 북제주군 296 367,161 523,405 197 362,140 남제주군 153 156,052 245,821 94 207,920 < 자료 : 제주의물용천수, 1999, 제주도 > 2-3-2. 용천수이용현황 도내에분포한용천수중수량고갈 위치멸실 주변훼손된 200개소를제외한 711개소의이용현황을보면 ( 표 9), 상수원으로이용되는용천수가 28개소이고, 생활용 218개소 (30.6%), 농업및생활용 122개소 (17.2%) 이며, 이용하지않는것은 339개소 (47.7%) 임. 상수원으로이용되는용천수는제주시와서귀포시에편중 (22개소) 되어있고, 생활용은북제주군지역이 115개소로가장많음. 농업용은서귀포시와북제주군지역이 80개소이며, 미이용용천수는북제주군과남제주군지역 (249개소) 에편중되어있으며, 제주시와서귀포시에는각각 39개소와 51개소임. < 표 9> 용천수의용도별이용현황 시군합계상수원생활용농업용생활 / 농업용 기타 ( 수산용 ) 미이용고갈 / 멸실 ( 단위 : 개소 ) 주변훼손 합계 911 28 218 103 19 4 339 182 18 제주시 142 12 28 19 11 39 32 1 서귀포시 168 10 35 44 7 51 20 1 북제주군 398 4 115 36 3 141 88 11 남제주군 203 2 40 4 1 1 108 42 5 < 자료 : 제주의물용천수, 1999, 제주도 > - 15 -
용천수를상수원으로이용하기위한개발사업은 1953년금산수원을시작으로추진되어강정, 이호, 외도, 삼양, 옹포, 서림, 어승생 (Y계곡및구구곡 ) 등 20개소의용천수가상수원으로개발되었음 ( 표 10). < 표 10> 상수원으로개발 이용중인용천수현황 (2002 년말현재 ) 지역별 용천수명 시설용량 ( m3 / 일 ) 급수량 ( m3 / 일 ) 개발년도 합계 19 개소 207,200 106,993 Y 계곡물 ( 선녀폭포물포함 ) 21,450 8,474 1967~1970 외도 14,000 4,044 1 차 : 1971~1972 2 차 : 1978 제주시 이호 10,000 6,078 1985~1988 삼양 55,000 29,168 1 수원 : 1979~1982 2 수원 : 1983~1984 3 수원 : 1992~1995 서귀포시 금산 18,500 10,161 1차 : 1953~1957 2차 : 1991~1992 용담 15,000 13,912 1994~1997 강정 25,000 10,864 악근천 8,000 - 돈내코 800 266 서홍 1,000 290 중문 1,200 1,044 상예 1,700 1,058 호근 150 - 북제주군옹포 20,000 10,020 남제주군 성판악 200-1967 선돌 200-1966 서림 15,000 11,614 < 제주도광역수자원관리본부내부자료 > 1 차 : 1986~1990 2 차 : 1990~1997 1 차 : 1963 2 차 : 1990~1993 3 차 : 1996~1999-16 -
2002년말현재상수원으로이용중인용천수는총 20개소에 203,000m3 / 일의시설용량을갖추고 1일평균 112,581m3을먹는물로공급하고있음. 상수원으로개발된용천수는전체평균용출량의약 18.4% 정도이며, 이들 20개소용천수는제주도상수도전체시설용량의 59.5% 를차지하고있을뿐아니라, 전체급수량의 65.3% 를차지하고있음. 지역별로보면, 제주시지역은금산수원을비롯하여삼양 1,2,3수원 이호수원 외도수원 용담수원등 6개소에 133,950m3 / 일이개발되어있고, 서귀포시지역에는강정수원 돈내코수원 천제연수원등 9개소에 42,150 m3 / 일이개발되어있어용천수를이용한상수원은주로제주시와서귀포시에편중되어있음. 특히, 제주시의경우에는용천수상수원이상수도시설용량의 70.5% 를차지하고있음. 북제주군의경우옹포수원 (20,000m3/ 일 ) 이개발돼있고, 남제주군은서림수원 선돌수원 성판악수원에서 1일 19,000m3 / 일이개발되어있음. 2-4. 지표수개발및이용현황 지표수를이용하기위한시설로는저수지시설과골프장의저류조시설이있으나이들시설에서사용하는수량은미미한실정임. < 표 11> 제주도내에시설된저수지현황 저수지명 위 치 시설년도 저수용량 ( 유효저수량 ) 계 1,313천m3 (985) 수혜면적 (ha) 용수 북제주군한경면용수리 1957 335천m3 (253) 70 수산 북제주군애월읍수산리 1960 742천m3 (681) 30 광령 북제주군애월읍광령리 1954 76천m3 (51) 30 제동 북제주군조천읍교래리 160천m3 (2개소) < 제주도광역수자원관리본부내부자료 > - 17 -
저수지는공공용저수지와사설저수지로나눌수있는데, 용수 수산 광령저수지는공공용저수지로서총저수용량은 1,153천m3이며, 수혜면적은 130ha 정도임 ( 표 11). 사설저수지는남제주군표선면가시리에위치한제동목장내에시설된저수지로서 2개소에총저수용량은 160천m3임. 골프장저류조는 5개골프장에총 40개소가시설돼있으며, 전체저수용량은 527천m3규모임 ( 표 12). 골프장에시설된저류조의물은주로골프장잔디관개용수와조경용수로이용하고있음. < 표 12> 제주도내골프장에시설된저류지현황 명 칭 위 치 저수용량 ( m3 ) 개소수 계 527,026 40 크라운골프장 북제주군조천읍북촌리 91,920 13 핀크스골프장 남제주군안덕면상천리 66,800 8 다이너스티골프장 남제주군남원읍신흥리 113,000 7 나인브릿지골프장 남제주군안덕면광평리 102,000 8 레이크힐스골프장 서귀포시중문동 153,306 4 < 제주도광역수자원관리본부내부자료 > 2-5. 상수도시설및공급현황 2002년말현재제주도의상수도시설용량은총 481,300m3 / 일이고, 1일평균급수량은 176,059m3임 ( 표 13). 총인구 552,310명중 552,199명에게상수도가보급되어상수도보급률이전국에서가장높은 99.9% 임. 1인 1일당급수량은 319l로서전국평균 (361l) 보다는적지만프랑스 (300l) 나독일 (233l) 보다는많은편임. - 18 -
수원별로살펴보면, 용천수가 207,200m3 / 일 (18개소) 로전체시설용량의 43% 를차지하며, 광역상수도를포함한지하수 271,950m3 / 일 (223개소), 담수시설및저수지등 2,150m3 / 일 (7개소) 임. < 표 13> 상수도시설및공급현황 (2002. 12. 31 현재 ) 구분 지구수 ( 개소 ) 총인구 ( 인 ) 급수인구 ( 인 ) 시설용량 ( m3 / 일 ) 급수량 ( m3 / 일 ) 비고 합계 248 552,310 552,199 481,300 176,059 용천수 17 286,591 286,591 185,750 98,519 지하수 209 249,858 249,774 271,950 68,251 제주도광역 14(80) (63,604) (63,604) (135,000) (24,140) 어승생수원 1 10,760 10,760 21,450 8,474 담수시설및저수지 7 5,101 5,074 2,150 815 광역취수원 14 개소 80 공 < 제주도광역수자원관리본부내부자료 > < 표 14> 시 군별상수도시설및공급현황 구분계제주시서귀포시북제주군남제주군 지구수 ( 개소 ) 총인구 ( 인 ) 급수인구 ( 인 ) 보급율 (%) 시설용량 ( m3 / 일 ) 급수량 ( m3 / 일 ) 1인 1일급수량 (l) < 제주도광역수자원관리본부내부자료 > 248 67 31 83 67 552,310 290,664 84,862 100,824 75,960 552,199 290,664 84,862 100,797 75,876 99.98 100.00 100.00 99.97 99.89 481,300 227,500 85,300 91,770 76,730 176,059 96,791 29,926 27,774 21,568 319 333 353 276 284-19 -
시 군별상수도시설및공급현황을살펴보면다음과같음 ( 표 14). 제주시는인구및각종시설의밀집으로인하여상수도의대량소비가이루어지고있는지역으로서 1일 227,500m3 / 일 ( 도전체의 47%) 을공급할수있는시설이갖춰져있으며, 1일급수량은도전체급수량의 55% 인 96,791m3 / 일을차지하고있음. 서귀포시의상수도시설용량은 85,300 m3 / 일이고, 1일급수량은 29,926 m3 / 일임. 북제주군은 91,770m3 / 일의상수도시설용량이갖추어져있고, 1일급수량은 27,774m3 / 일임. 남제주군의상수도시설용량은 76,730 m3 / 일이고, 1일급수량은 21,568 m3 / 일임. 1인 1일당급수량은도전체적으로는평균 319l이지만시지역 ( 제주시, 서귀포시 ) 은 333l와 353l이고, 군지역 ( 북제주군, 남제주군 ) 은 276l와 284l임. - 20 -
제 3 장하수처리장방류수재이용기술및사례 3-1. 중수도의개념 일반적으로용수재이용이란 한번사용한물을처리하여다시이용하는것 을말하며, 중수도기술개발방안연구보고서 ( 건설부, 1994) 에의하면, 한번사용한물을어떠한형태로든한번혹은반복적으로사용하는물을중수 ( 中水 ) 로정의하고있음. 또한, 수도법 ( 제3조 ) 에서는 사용한수돗물을생활용수 공업용수등으로재이용할수있도록다시처리하는시설 을중수도 ( 中水道 ) 로정의하고있음. 중수도는시설및이용형태에따라단독이용방식, 복합이용방식, 공공이용방식의 3가지유형으로분류할수있음. 단독이용방식은단독건축물이나공장에서발생하는오 폐수를자체처리시설에서처리한후재이용하는유형으로서우리나라에서가동중인중수도의대부분은이방식을택하고있음. 복합이용방식은인접한여러개의건축물이나공동주택등에서발생하는오 폐수를한곳으로모아처리한후재이용하는유형임. 공공이용방식은하수처리장이나폐수처리장에서처리된처리수 ( 방류수 ) 를한번더처리한후재이용하는유형으로서하와이주오아후섬의호노울리울리 (Honouliuli) 방류수재이용시설은공공이용방식의좋은사례임. 또한, 중수도는이용방식측면에서개별순환방식, 지구순환방식, 광역순환방식으로구분할수있음. 개별순환방식은단독이용방식과같은의미로서대형건축물, 공장등에서발생하는오 폐수를자체적으로처리한후동일건축물이나공장에서재이용하는형태를말하며, 수도법 ( 제11조및같은법시행령제15조 ) 에서규정하고있는중수도설치대상은이유형에해당함. 지구순환방식은대규모공동주택단지나신도시등일정지역내에서발생하는오 폐수를처리하여그지역내에재사용하는방식으로서복합이용방식과같은의미임. - 21 -
광역순환방식은일정지역내의하수처리장에서배출되는처리수 ( 방류수 ) 를재처리한후비교적넓은지역에공급해재이용하는형태로서전술한공공이용방식과같은의미임. 이러한측면에서볼때, 본연구에서다루고있는제주지역하수처리장방류수재이용방안은공공이용방식또는광역순환방식의중수도개념에포함된다하겠음. 현재까지우리나라에는본연구에서지향하는것과같은광역순환방식의중수도를지방자치단체에서시설해운영하고있는곳은없으며, 단독이용방식또는개별순환방식의중수도가거의대부분을차지하고있음. 제주도의경우, 한마음병원 ( 제주시, 50m3 / 일 ) 과금강산콘도 ( 한림읍, 110 m3 / 일 ) 2군데에중수도가시설돼있으며, 우리나라전체적으로는 114개소 (447천m3/ 일 ) 임. 광역순환방식의중수도는하수처리장에서 1차적으로처리된물 ( 방류수 ) 을원수로하기때문에가뭄시에도유량변동이적어안정적으로넓은지역에공급이가능하며, 특히하수처리장에서 1차적으로처리된물을원수로사용하기때문에방류수의수질이양호한경우에는비교적간단한재처리과정을통해중수를생산할수있는장점을지니고있음. 3-2. 하수처리장방류수재이용기술 하수처리장방류수는수질환경보전법에서정하는수질기준이하로하수처리공정을통해처리가된물이기때문에고농도의오염물질을포함하고있지는않지만질소화합물 유기물질 유기화합물 염류등이포함돼있을수있기때문에기존의생물활성슬러지법이나모래여과법과같은공정으로는이들물질을효과적으로걸러내는데어려움이있음. 방류수재이용을실용화하고있는외국의사례를보면분리막법, 활성탄처리, 응집 침전, 모래여과, 자외선소독등을조합시킨공정에의해목표수질, 경제성, 안정성을제고하고있음. - 22 -
3-2-1. 분리막법 분리막기술은압력차에의하여액체중의현탁성물질과미생물을여과 분리하거나용존성물질을제거하는분리정제기술로서고도정수처리의신기술로인식되고있음 ( 강미아, 2003). 크물 기질 1nm 10nm 0.1 μm 1 μm 용해성물질 콜로이드 현탁성물질 분자량 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 분리방법 분리방법 RO 막 NF 막 응집여과 UF 막 MF 막 < 그림 1> 물속의불순물크기와분리방법 ( 강미아, 2003 인용 ) 분리막은분리대상물질의크기에따라분류하면, 정밀여과막 (Micro Filtration; MF), 한외여과막 (Ultra Filtration; UF), 나노여과막 (Nano Filtration; NF), 역삼투막 (Reverse Osmosis; RO) 으로분류할수있음 ( 그림 1 참조 ). 1 정밀여과막법 (Micro Filtration; MF) 이막은 0.05~10μm의공경으로이루어져있으며, 이범위크기의콜로이드, 현탁입자, 균체등의물질들을여과할수있어순수클리닝, 역삼투막장치의전처리, 박테리아의제거등을위해사용하고있음. 이막은공경이크기때문에투과유량이크며, 사용시압력은 1~3kg 정도임. 2 한외여과막법 (Ultra Filtration; UF) 이방법은반투막을이용하여수중에용해되어있거나부유하고있는고분자물질과콜로이드입자등을막을이용해분리 압축하는방법으로서, 순수제조및오 폐수의고도처리등에많이사용하고있음. - 23 -
한외여과막법과정밀여과막법의차이점은전자는분자를여과하는데반해후자는입자를여과한다는것임. 이방법을이용할경우, 단백질이나박테리아와같은세균류의제거도가능하며, 압력에의해액체중의성분을저분자물질과고분자물질로분류할수도있으며, 한외여과막을이용하는경우장 단점은표 15와같음. 3 나노여과막법 (Nano Filtration; NF) 이방법은한외여과막과역삼투막의중간에위치하는분리막을사용하는방법으로서최근미국, 유럽등지에서경수의연수화와유기물질제거등에실용화하고있음. 역삼투막법과의차이점은염제거율이낮기때문에압력도크게낮다는데있음. < 표 15> 한외여과막법의장점과단점 장점단점 운전조작이간편함 간헐적인운전에도문제가없음 수중의유기물은물론미생물까지제거가가능함 슬러지처리시설이불필요함 장치가밀폐돼있어악취가적음 장치가콤펙트해소규모공간에도설치가가능함. 건설비및운전비가많이소요됨 2~3년주기로막교체가필요함 기계적및화학적방법에의한막면의세정이필요함 재이용회수율이비교적낮음 < 자료 : 중수도편람, 1994, 동화기술 > 4 역삼투막법 (Reverse Osmosis; RO) 농도가서로다른용액의경계면에반투막을설치할경우, 농도가낮은쪽의용액이농도가높은쪽으로이동하여평형상태를유지하려고하는현상을 삼투 라하며, 이와는반대로농도가높은쪽의용액에삼투압이상의압력을주어반투막을통해순수한물을걸러지도록하는것을 역삼투 라고함. - 24 -
역삼투막법은주로해수를담수화하는탈염장치나오 폐수중의염류를제거하기위한장치로사용되고있으며, 대용량의처리가가능하나투자비가높다는단점이있음 ( 표 16 참조 ). 현재제주도우도와추자도지역의급수를위해시설돼운영하고있는담수화시설은역삼투막법에의해염지하수 ( 우도 ) 또는해수 ( 추자도 ) 중의염분을탈염시키고있음 ( 사진 1, 2 참조 ). < 표 16> 역삼투막법의장점과단점 장점단점 에너지소비가적음 대용량을단시간에처리가능 장치및조작방법이단순함 순수한물을얻을수있음 설치비및운전비가많이소요됨 막의수명이짧아교환비용이높음 막의물리화학적강도가약함 < 자료 : 중수도이용확대를위한정책방안연구, 1999, 환경부 > 이상의분리막법은해수의담수화, 상수도원수의고도정수처리, 오 폐수처리, 초순수제조, 의약품제조등에널리적용되고있으며, 막분리법이지니고있는장 단점은표 17과같음. < 표 17> 분리막법의장점과단점 장점단점 원수에포함된일정크기이상의현탁물질을확실하게제거할수있음. 기계적으로움직이는부분이적어자동화가간단함. 시설이콤펙트하므로넓은면적을필요로하지않음. 응집제없이도운전이가능하거나, 필요시에도소량만필요로하여운전관리가간단함. 공사기간이오래소요되지않음 색, 냄새, 맛등에관계되는용해성물질을제거하기위해서는재래식처리방법과의조합이필요함 막오염을방지하기위해약품세정이필요하고, 막의수명이짧아교환비용이많이소요됨. 건설및유지관리비용이많이소요됨 고농도의농축수가발생하므로이를처리하기위한시설이필요함. 자료 : 1 중수도이용확대를위한정책방안연구, 1999, 환경부 2 강미아, 2003-25 -
< 사진 1> 하와이주오아후섬 Honouliuli 하수재처리시설의 RO 장치 < 사진 2> 북제주군우도담수화시설에설치된 RO 장치 - 26 -
3-2-2. 활성탄흡착법 일반적으로활성탄흡착법은 1차적으로생물학적또는화학적방법에의해처리된물을활성탄의흡착작용을이용해유기물을제거하는데적용하고있음. 활성탄은탄소를주성분으로하는다공질체로서야자껍질, 톱밥, 목재, 석탄등의식물또는화석식물을원료로하고있으며, 흡착력이뛰어나고도정수처리공정에도입하고있음 ( 김갑수와김영란, 2002) 하수처리장방류수를활성탄에통과시키면, 유기물 (COD 및 TOC) 이활성탄에흡착돼제거되는데, 제거율을보면 COD가 70~100% 이고색도는약 50%, ABS는약 80% 정도이나제거율은시간이경과함에따라점차로저하됨 ( 김갑수와김영란, 2002). 3-2-3. 전기투석법 (Electro-dialysis Method) 전기투석법은물속의이온만을선택적으로통과시키고, 물은통과시키지않는막 ( 이온교환막 ) 의성질을이용하여물중의염류를제거하거나농축하는데적용하는기술임. 이방법은무기염류를제거하는데에는매우효과적이지만부유물질이나용해성유기물등을제거하기위해서는응집침전, 여과, 활성탄흡착등과같은전처리공정을필요로함. 전기투석법은해수에서식염을제조하거나순수를제조할때, 방사성폐액을처리할때에이용하며, 하수처리에서는 3차처리공정으로서폐수중무기염류를제거하는목적으로이용함. 3-2-4. 생물막활용기술 (Micro Biological Reactor) 생물막 (Biofilm) 이란매체의표면에미생물집단이서식할수있도록조건을만들어주면미생물집단이얇은막을이루면서번식 부착하게되는데, 이를 생물막 이라하며, 이러한원리를이용하여입자상태의것은물론용존상태의오염물질을산화 분해처리하는기술을 생물막처리법 이라함. 생물막처리법은일본, 캐나다, 호주등에서연구가활발히진행되었으며, 특히일본에서는빌딩내중수도설비와소규모의하수처리장, 그리고분뇨처리장에적용시키고있음. - 27 -
막분리공정의상업적수처리플랜트에적용한사례는일본과프랑스가공동으로개발한 UBIS(Ultra-Biological System) 와호주의 Membio Tenstar 시스템, 일본의 MSB(Membrane Separation Bioreactor) 등이있으며, 표 18은일본과캐나다에서연구된사례를나타낸것임. < 표 18> 일본과캐나다에서 MBR법에의한연구결과 구 분 KUBOTA ZenoGem Pleidade 개발국 일본 캐나다 일본 멤브레인 MF UF UF 적용하수 (BOD 농도 ) 처리수 (BOD 농도 ) 도시하수 (224 mg /l) 도시하수 (203 mg /l) 빌딩하수 (349 mg /l) 4 mg /l 이하 5 mg /l 이하 4 mg /l 이하 < 자료 : 코오롱건설 ( 주 ) 내부자료 > 3-3. 하수처리장방류수재이용사례 사람들은하수를더럽고유해한것으로만인식하고있으나하수의 99% 는물로이루어져있기때문에재이용을할수있는좋은대체수자원이라고할수있음. 특히, 환경보전에대한주민의식이높아지면서쾌적한환경에대한욕구가증가하고있고, 예기치못한잦은이상가뭄과세계적인물부족위기에대한경고가이어지면서중수도시설의확대필요성이꾸준히제기되고있음. 이와더불어국내외적으로오 폐수처리기술이급속히발전하면서하수를먹는물로이용하더라도전혀손색이없을정도로깨끗하게처리할수있는수처리기술이크게향상되어있음. 이장에서는국내중수도시설현황을비롯하여하수처리장현황과방류수재이용실태를살펴봄과아울러, 미국을비롯한외국의방류수재이용사례에대한검토를통하여제주지역에적합한방류수재이용방안모색에활용하고자함. - 28 -
3-3-1. 국내사례 가. 우리나라의하수처리량과재이용현황 2002년말기준전국에가동중인하수종말처리장은모두 201개소이며, 2001년과비교할때 13개소가늘어났음 ( 표 19). 201개소의시설용량은총 19,976천m3 / 일이며, 이중연간 6개월이상가동된 190개소에서처리된하수량은 16,819천m3 / 일임. < 표 19> 2002 년말현재전국하수처리장시설현황 구분 2002 2001 2000 2001년대비계신설증설 처리장수 ( 개소 ) 201 184 172 13 13 (5) 시설용량 ( 천m3 / 일 ) 19,975.85 19,229.75 18,399.93 829.3 369.3 460.0 도시수 122 112 106 12 12 (5) ( 자료 : 2002 년하수종말처리장운영결과분석결과, 2003, 환경부 ) 전국하수처리장에서발생하는방류수재이용현황을보면 (2002년), 연간총하수유입량 61억m3중 4.2% 인 2.62억m3임 ( 표 20). 2002년도에재이용된하수방류수중 64.3% 는하수처리장내에서화장실용수, 세정용수, 냉각용수, 희석용수, 기타용수 ( 환경학습장, 소포용수등 ) 등으로사용되었고, 나머지 35.7% 는하수처리장외에서공업용수, 농업용수, 환경용수 ( 하천유지용수 ) 등으로사용되었음 ( 표 21). < 표 20> 전국하수처리장방류수재이용현황 연도별 하수유입량 재이용현황 2001 5,884,974 173,559 2.95% 2002 6,128,780 261,926 4.27% 재이용내역 ( 단위 : 천m3 / 년 ) 재이용량재이용율계처리장내처리장외 173,559 (100%) 261,926 (100%) < 자료 : 2002 년하수종말처리장운영결과분석결과, 2003, 환경부 > 116,406 (67.1%) 193,067 (64.3%) 57,153 (32.9%) 68,859 (35.7%) - 29 -
< 표 21> 전국하수처리장방류수재이용용도별현황 연도별 2001 2002 구분 재이용수량 ( 천m3 / 년 ) 계청소수세척수공업용수 재이용용도별 냉각용수 희석용수 농업용수 하천유지 식수대살수 중수도 기타용수 173,559 7,491 62,729 492 19,268 6,982 19,934 35,523 1,204 500 19,436 비율 (%) 100 0.03 34.30 5.89 15.72 2.72 3.93 22.55 0.76-14.10 재이용수량 ( 천m3 / 년 ) 261,926 13,004 101,086-21,302 8,582 10,206 58,653 1,170 800 15,159 비율 (%) 100 5.0 38.6-8.1 3.3 3.9 22.4 0.4 0.3 5.8 < 자료 : 2002 년하수종말처리장운영결과분석결과, 2003, 환경부 > 나. 전국의중수도시설현황 2002년말현재우리나라의중수도시설을보면, 총 114개소 447천m3 / 일의시설용량을갖추고있음 ( 표 22). 중수도가시설된시기별로보면, 1999년이전에 56개소가시설되었으며 '99 년에 16개소, 2000년에 14개소, 2001년에 17개소, 2002년에 11개소임. 지역별로보면, 서울이 26개소로가장많고경기도가 16개소이며, 경북 (11개소), 부산 (10개소) 순이고, 제주도에는 2개소가시설되어있음. 지역별 시설용량별로보면, 전라남도가시설수는 7개소밖에되지않지만시설용량은 121천m3 / 일으로가장많고, 다음으로전북 (7개소 96천m3/ 일 ), 경북 (11개소 64천m3/ 일 ), 울산 (3개소 34천m3 / 일 ) 순으로나타나고있는데, 이같은현상은공업단지또는대규모공장이입지해있는지역을중심으로대용량의중수도가시설돼있는데서비롯된것으로보임 전국에시설된중수도중최대시설용량은광양제철 ( 전남 ) 로서 106천m3 / 일의시설용량을갖추고있으며, 포항에있는포스코는 40천m3 / 일이고, 인천국제공항도 20천m3 / 일의중수도가시설돼있음. 제주도의경우, 한마음병원 ( 제주시, 50m3 / 일 ) 과금강산콘도 ( 한림읍, 110 m3 / 일 ) 2군데에중수도가시설돼있음. - 30 -
< 표 22> 전국시 도별중수도시설현황 (2002 년말현재 ) 시도 시설수 총계 '99 이전 1999 2000 2001 2002 시설용량 ( m3 / 일 ) 시설수 시설용량 ( m3 / 일 ) 시설수 시설용량 ( m3 / 일 ) 시설수시설용량 ( m3 / 일 ) 시설수시설용량 ( m3 / 일 ) 시설수시설용량 ( m3 / 일 ) 전국 114 446,927 56 353,776 16 48,600 14 31,131 17 5,490 11 7,930 서울 26 10,770 8 3,400 5 2,300 4 2,450 7 2,330 2 290 부산 10 4,271 4 2,380 - - 1 311 1 100 4 1,480 대구 2 5,150 1 5,000 - - - - 1 150 - - 인천 6 22,400 1 220 1 180 1 20,000 1 700 2 1,300 광주 6 6,730 5 6,330 - - - - 1 400 - - 대전 4 1,520 1 70 2 900 1 550 - - - - 울산 3 33,800 1 12,000 1 21,000 - - 1 800 - - 경기 16 43,480 12 42,280 1 600 3 600 - - 강원 6 16,256 6 16,256 - - - - - - - - 충북 - - - - - - - - - - - - 충남 5 21,190 - - 4 20,890 - - 1 300 - - 전북 7 95,560 6 94,000 - - - - - - 1 1,560 전남 7 120,960 5 116,880 1 1,680 1 2,400 - - - - 경북 11 64,080 6 54,960 1 1,600 3 4,520 - - 1 3,000 경남 3 600 - - - - 2 300 - - 1 300 제주 2 160 - - 1 50 - - 1 110 - - < 자료 : 2002 년기준전국중수도현황, 환경부 > 상기와같은중수도시설의대부분은업무용빌딩, 개별공장또는건축물에서발생하는오 폐수를처리하여재이용하는개별순환방식이며, 이용용도를보면, 청소용수, 냉각용수, 공정용수, 세정수, 난방용수, 살수용수등공업용이나잡용수로사용되고있음. 중수처리방식을보면, 공장에서는화학침전 모래여과 활성탄여과 막처리 (MF, UF, RO 등 ) 공정을거치고있으며, 대형빌딩에서는하수에유기물이많이포함되어있기때문에생물학적처리 + 여과공정, 또는생물학적처리 + 막처리공정을혼합한공정을거치고있음. - 31 -
다. 가좌하수처리장방류수재이용사례 (INI스틸인천공장 ) 인천광역시동구에소재한 INI스틸인천공장은연간 365만m3이상의상수도를냉각용수로사용하고약 40억원에달하는비용을상수도요금으로지출하여왔음. 이처럼과다한상수도요금부담과가뭄시용수부족문제를해결하기위하여 INI스틸에서는인천시가좌동하수종말처리장의방류수를재처리하여공업용수로이용하기위한프로젝트를추진하였음 ( 폐수재활용공정개발실험보고서, 2001, 미래환경기술 ( 주 )). 우선적으로하수처리장방류수를공업용수로재이용하는데필요한방류수의수질성상분석, 수질조건을만족시키기위한단위공정의선정, 최적의조합공정선정등을위해실내실험과 Pilot Plant를운영하였음. INI스틸에설치된방류수재처리시설은다음과같은 3단계로구성되어있음. 전처리공정 : 부유물질제거를위해응집처리후, 디스크드럼필터 (Disk Drum Filter) 를이용해여과처리 와류식다층여과 (V-Filter) : 콜로이드같은미세부유물질제거를위해미세모래를이용한와류식다층여과처리 역삼투막 (Reverse Osmosis): 무기염류등제거를위한고도처리 이와같은재처리시설의단계별수질은 < 표 23> 과같으며최종처리단계인 RO 처리수에서는 SS, COD 등이검출되지않고있음. < 표 23> INI스틸인천공장하수재처리시설처리수질 항목 철강용수 방류수 DDF V-FILTER RO 적합성 PH 6.5~7.5 6.8 6.8-7 적합 SS( mg /l) 5 이하 20 20 <6 ND 적합 COD( mg /l) 6 이하 11 11 1이하 ND 적합 EC( μs / cm ) 300 이하 1219 1219-40 적합 Cl( mg /l) 50 이하 456 456-13 적합 < 자료 : 폐수재활용공정개발실험보고서, 2001, 미래환경기술 ( 주 )> - 32 -
INI스틸은 2002년 9월인천광역시와가좌하수종말처리장으로부터 1일 16,000m3의방류수를이용하는데필요한제반사항에대해협약을체결하였고, 2002년 11월에 1일 12,000m3의공업용수를생산할수있는재처리시설공사를완료하여현재가동중에있음 ( 사진 3). 하수처리장방류수를재처리하기위한설비를비롯하여가좌하수종말처리장에서방류수를공장까지송수해오는데필요한배관공사 ( 직경 500mm, 연장 1.5km) 등에총 76억원이투자되었음. INI 스틸은방류수를공업용수로재이용함으로써연간약 34억 5천만원의상수도요금을절약하는효과를얻고있음. 연간재처리시설운영에 13억 44백만원이소요되어생산단가는m3당 305 원이며, 투자비회수기간은 2.13년으로전망하고있음. < 사진 3> INI 스틸에시설된방류수재처리시설전경 ( 미래환경기술 ( 주 ) 제공 ) - 33 -
3-3-2. 미국의방류수재이용현황 가. 방류수의이용용도 미국은수자원보호, 용수의효율적인이용, 대체수자원확보라는관점에서오래전부터하수처리장방류수재이용을추진해왔으며, 방류수의이용은지역에따라다소차이가있지만다음과같이 6가지용도로분류할수있음. 1 농업용수및조경용수 2 산업용수 ( 냉각수, 보일러용수, 공정수 ) 3 지하수함양및해수침입방지용수 4 레크리에이션 ( 호수, 연못및습지보충수, 하천유지용수 ) 5 생활용수 ( 소화용수, 수세식화장실용수, 청소용수 ) 6 음용수 : 지하수또는지표수와혼합, 직접음용수로사용 나. 방류수재이용의특징 첫번째는주로하수처리장방류수를고도처리하여광역적으로재이용하고있는데, 이는다른용수공급원을확보하기어려운지역에서주로이루어지고있음. 1960년콜로라도주콜로라도스프링스시에서는재처리된방류수를골프장, 공원및공동묘지에사용하기시작하였고, 플로리다주세인트피터버그시에서도 1977년부터하수처리장방류수를 200마일이넘는관로를시설해공원, 골프장, 학교운동장, 냉각용수등으로재이용해오고있음. 두번째특징은방류수의재이용은주로농업용수 ( 관개용 ), 공원및골프장용수등과같이비음용수로서재이용하고있음. 1995년미국지질조사소에서발간한미국물사용량통계에서보면 (USGS Circular 1200, 1998), 미국전역에서 1일사용되고있는방류수는 3,856천m3이며, 캘리포니아주가전체의 33% 에이르는 1일 1,262천m3을사용하였고, 플로리다주는 23% 인 892천m3의방류수를재이용하였음. - 34 -
또한, 캘리포니아주물재이용기획단 (Recycled Water Task Force) 에서발간한자료에의하면, 2000년 1년동안 495,264천m3 (1일 1,357천m3 ) 의방류수를재이용하였음. 세번째특징은해수침투방지등지하수보호및환경용수로도방류수를재이용하고있는데, 캘리포니아주오렌지카운티의 Water Factory 21에서는 1976년부터재이용수를지하수로함양시켜오고있음. 마지막으로, 미국에서는방류수를재처리하여음용수로재이용하기위한연구가덴버, 템파, 엘파소등에서수년간지속되고있음 ( 그림 2 참조 ). < 그림 2> 미국내에서재처리수를음용수 ( 직접또는간접 ) 로사용하고있는지역 3-3-3. 하와이주의사례 가. 배경 하와이주는제주도처럼화산활동에의해형성된섬으로이루어져있으며, 용수의대부분을지하수에의존하고있음. - 35 -
1975 년오아후섬전체의물이용량 (1,779 천m3 / 일 ) 중 90% 인 1,600 천m3 / 일이지하수였고, 전체지하수이용량의 51% 가사탕수수관개용수로사용되었음. 1975년에수립된 오아후섬장기수자원계획 에의하면, 2000년경에오아후섬의물사용량은지하수적정개발량을초과한 2,157천m3 / 일에이를것으로예측되어지하수자원을대체할수있는수원개발이시급한과제로대두되었음. 하수처리장에서발생하는방류수는재처리과정을거치면농업용수로사용할수있는가장좋은대체수자원으로평가되었고, 1971년부터 1975년까지하수처리장방류수를농업용수및골프장관개용수로재이용하기위한기초연구가하와이대학교수자원연구센터에의해본격적으로이루어졌음. 이연구에서는재처리수의수질에대한현장및실험실연구, 처리수중의바이러스함량및토양속으로침투된물중의바이러스함량, 처리수가사탕수수의생산량과품질에미치는영향, 지하수오염에미치는영향등에대한연구가집중적으로이루어졌음. 1977년에는오아후섬중부지역에위치한 Mililani 하수처리장부지에방류수의재이용을위한재처리시설이설치되었음. 또한, 근래에들어오면서비옥한농경지였던오아후섬에바 (Ewa) 지역이주거지역, 상업지역, 공업지구로활발하게개발이진행되고있음. 이같은개발사업의진행은지하수함양량감소와지하수채수량증가를가져왔고, 그결과기존관정의염분도가증가하는현상이발생해하와이주토지및자연자원국에서는에바지역에신규지하수관정허가및기존관정갱신허가를제한하는조치를취하였음. 또한, 에바지역에건설된골프장에서는관개용수로저염지하수 (brackish water) 를퍼올려사용하고있고, 신규택지개발로상수도수요량이증가하였을뿐만아니라, Campbell공업단지내의많은공장시설들에서도대량의담수소비가이루어지고있어이를대체할용수개발이필요한실정이었음. 하와이주에서하수처리장방류수의재이용은한정된지하수자원을보전 보호할뿐만아니라, 미래에닥쳐올물부족을대비한대체수자원개발프로그램의일환으로착수되었다고할수있음. - 36 -
나. 하와이주의방류수재이용현황 2002년 7월현재하와이주에는총 43개소에서 1일 70,675m3의하수처리장방류수를이용하고있음 ( 표 24 참조 ). 지역별로는마우이섬이 22개소 13,497m3 / 일이고오아후섬이 8개소 39,633m3 / 일, 카우아이섬이 7개소 12,096m3 / 일, 하와이섬이 6개소 5,499m3 / 일임. 주이용용도는농업용수, 골프장관개용수, 조경용수 ( 공원, 운동장, 고속도로변등 ), 공업용수등임. 이들시설중오아후섬의 Honouliuli 재처리시설과마우이섬의 Kihei 재처리시설은대표적인광역순환방식의시설임. < 표 24> 하와이주의방류수재이용현황 (2002. 7 현재 ) 지역별 하와이섬 (6 개소 ) 공급자 ( 시설운영자 ) Heeia Wastewater Reclamation Facility South Kohala Wastewater Corporation Mauna Lani Resort WWRF Punaluu Water & Sewer Kealakehe WWRF 이용자용도공급가격 ( 원 / m3 ) 이용량 ( m3 / 일 ) 수질등급 Kona & Alii 골프장골프장관수동력비 1,700 R-2 Mauna Kea 골프장골프장관수 221 756 R-2 Mauna Lani 리조트및골프장 Sea Mountain 골프장 Swing Zone 골프연습장 골프장관수, 육묘 동력비 945 R-2 골프장관수 63 45 R-2 골프연습장관수 무료 113 R-2 West Hawaii Utilities Company Waikoloa Beach 리조트및골프장 골프장관수 95 1,890 R-2 카우아이섬 (7 개소 ) Lihue WWRF ( 카우아이군 ) Kauai Lagoons 리조트 골프장관수무료 5,670 R-2 Poipu WWRF Kiahuna 골프장 골프장관수 무료 945 R-2 Waimea WWRF ( 카우아이군 ) KiKiaola 토지회사 농업용수 무료 945 R-2 Hyatt WWRF Poipu Bay 리조트골프장 골프장관수 무료 756 R-2 Princeville Utilities Princeville Company Makai 골프장 골프장관수 44 2,268 R-2 Grove Farm Development Puakea 골프장 (Lihue-Puhi WWRF) 골프장관수 무료 756 R-1 Wailua WWRF ( 카우아이군 ) Wailua 골프장 골프장관수 무료 756 R-2-37 -
< 표 24> 계속 지역별 공급자 ( 시설운영자 ) 이용자 용도 공급가격 ( 원 / m3 ) 이용량 ( m3 / 일 ) 수질등급 Manele Bay Resort WWRF Kihei WWRF Challenge at Manele Monsanto Seed Corn 골프장관수무료 604 R-1 농업, 조경. 화장실세정수 63, 174 945 R-1 Kihei WWRF Piilani 쇼핑센터조경용수 174 113 R-1 마우이군 / Lanai Water Company Experience at Koele 골프장관수무료 907 R-1 Kihei & Lahaina WWRF Goodfellow Brothers Construction Co. 먼지방지용 174 189 R-1 Kihei WWRF Haggai Institute 조경용수 142 76 R-1 Maui 파인애플사 HC & S Seed Cane 농업용수 174 756 N/A Lahaina WWRF( 마우이군 ) Kaanapali 리조트및골프장 골프장및조경용수 51 3,780 R-1 Kihei WWRF( 마우이군 ) Kalama 공원조경용수 174 756 R-2 마우이섬 (22 개소 ) Kihei WWRF( 마우이군 ) Piilani North 공원조경용수 174 95 R-1 Kihei WWRF( 마우이군 ) Kihei 소방서조경용수 174 23 R-1 Kihei WWRF( 마우이군 ) Kihei 도서관조경용수 174 38 R-1 Kihei WWRF( 마우이군 ) Kihei 초등학교조경용수 174 113 R-1 Kihei WWRF( 마우이군 ) Lokelani 중학교조경용수 174 113 R-1 Kihei WWRF( 마우이군 ) Micro Gaia사 Algae Domes 174 302 R-1 냉각용수 Kahului WWRF( 마우이군 ) Kanaha 문화공원 조경용수 174 19 R-2 Lahaina WWRF( 마우이군 ) Dick Pacific Construction 사 먼지방지용수 174 113 R-1 Kaunakakai WWRF ( 마우이군 ) Mauna Loa 고속도로 조경용수 174 19 R-2 Pukalani WWRF Pukalani 골프장 골프장관수 동력비 869 R-2 Kihei WWRF( 마우이군 ) Roiac 건설회사 먼지방지용수 Kihei WWRF( 마우이군 ) Elleair 마우이골프장 골프장관수 Kihei WWRF( 마우이군 ) 하아이주운송국먼지방지및도로청소 174 227 R-1 동력비 (110 원 ) 3,402 R-1 174 38 R-1-38 -
< 표 24> 계속 지역별 오아후섬 (8 개소 ) 공급자 ( 시설운영자 ) 이용자 용도 Honouliuli WWRF Ewa District 조경용수및골프장관수 Honouliuli WWRF Campbell 공업단지 공업용수 공급가격 ( 원 / m3 ) 이용량 ( m3 / 일 ) 수질등급 363 15,120 R-1 1,263~ 1,579 3,780 RO East Honolulu WWRF Hawaii Kai 골프장골프장관수 313 756 R-1 Laie WWRF Kanehohe 만해병기지 Kuilima 리조트 WWRF 호놀룰루시, 미육군 Hawaii Reserves/ Brigham 대학 Kanehohe만해병기지 Links at Turtle Bay Waialua Diversified Agriculture Waiawa Waiawa Correction Facility WWRF Correction Facility 농업용수 347 1,096 R-1 골프장및조경용수 무료 1,134 R-2 골프장관수무료 605 R-2 농업용수 농업및조경 무료 ( 육군에서 7 년간 9 백만불지급 ) 17,010 R-2 무료 132 R-2 다. 하와이주의하수처리장방류수재이용에관한기준 하와이주정부 ( 보건국 ) 에서는방류수재이용이날로증가하고있음에따라하와이주행정법제11장 62편에근거하여방류수재이용에관한기준을제정해시행하고있음. 하와이주보건국 (DOH) 은 1993년 11월 Guidelines for the Treatment and Use of Recycled Water 을마련해적용해오다가지난 2002년 5월에개정하였음. 이기준은전체 10편으로이루어져있으며, 방류수의재이용으로인하여초래할수있는공중의보건과대수층또는지표수에미치는악영향을방지하기위한구체적인사항들을규정해놓고있는데, 주요내용을보면다음과같음. - 제2편 : 기준에서사용되는용어에대한정의 - 제3편 : 재처리수의사용과수질기준 - 제4편 : 오 폐수처리시설의공정 - 제5편 : 재처리수공급또는배분에관한시설기준 - 제6편 : 처리시설의설계및공사에대한보고서작성 - 제7편 : 처리시설의사용승인에관한사항 - 39 -
- 제8편 : 재처리수재이용계획에관한보고서작성 - 제9편 : 재처리수재이용계획의승인에관한사항 - 제10편 : 처리시설과재처리수이용에따른관리 이기준에서는재처리수 (recycled water) 를 오 폐수를처리시설에의해목적하는용도로유익하게이용할수있는수준까지처리된물 로정의하고있으며, 이기준에서정하는하와이주의재처리수분류와기준은다음과같음 ( 표 25 참조 ). R-1 - 여과및소독과정을통해바이러스성및박테리아성병원균이없도록처리된물 - R-1은고수질을가지는물로서잔디, 골프장, 공원, 초등학교운동장, 도로변, 주택지등사람의출입이빈번한장소에도사용이가능함. R-2 - 이물은생물학적인 2차처리와소독처리를거친물로서 R-1보다는다소수질이낮기때문에 R-2의사용은보다제한적이며, 주의를필요로함. - 골프장, 공원, 초등학교, 주택지등에서는관리자에의해관개용으로사용할수있고, 공동묘지와고속도로변조경용수로도사용이가능함. R-3 - 이물은소독과정을거치지않은 2차처리된방류수로서수질이가장낮은물임. - 이물은사람의출입이적은농업용수로만사용할수있으며, 조경이나잔디관개용으로는사용할수없음. 하와이주에시설돼운영하고있는 43개소의재처리시설을전술한수질기준에따라분류하면, R-1수이용시설이 21개소로서전체의 49% 이고 R-2수이용시설은 20개소 (47%) 이며, Honouliuli 재처리시설에서는역삼투막방식의처리공정을통한고수질의 RO수를생산해공업용수로공급하고있음. - 40 -
< 표 25> 하와이주의재처리수이용에관한기준 사용처또는용도 R-1 R-2 R-3 관개용수 S : 분사, D : 물방울및지면, U : 지중, A : 분사 물방울 지면 지중, B : 버퍼와함께분사, N : 금지, / : 또는 골프장조경용수 A U/B N 고속도로및공동묘지조경용수 A A N 곡물 ( 구근류포함 ) 의식용부와접촉해도되는작물재배용수 A N N 공원 초등학교교정 운동장 거주지주변조경용수 A U N 도로변및중앙분리대조경용수 A U/B N 제한된공공노출지에서비식용채소재배용수 A AB U 잔디농장관수용수 A AB N 판매용관상식물재배용수 A AB N 관개수와접촉하지않고지상에서식량작물재배용수 A U N 젖소및그외동물방목지용수 A U N 비식용사료식물 수염뿌리식물 종자곡물재배용수 A AB DU 식량작물을수확하는과수원및포도밭용수 A D/U DU 관수하는동안식량작물을수확하지않는과수원및포도밭용수 A AB DU 식량작물을수확하지않는목재와나무재배용수 A AB DU 저류지공급수 A : 허용, N : 금지 제한된레크리에이션저류지용수 A N N 어류부화장이있는분지용수 A N N 장식용분수대가없는조경용저류지용수 A A N 장식용분수대를갖춘조경용저류지용수 A N A 기타용도 A : 허용, N : 금지 화장실및소변기세척용수 A N N 상업용및공공용세탁소용수 A N N 도로절단공사를하는동안톱날냉각용수 A N N 장식용분수대용수 A N N yard, lot, 보도청소용수 A N N - 41 -
< 표 25> 계속 사용처또는용도 R-1 R-2 R-3 오수관로청소용수 A A N 지표면청소용고압분사기용수 A N N 작업자가노출돼있지않은공장내공정용수 A A N 작업자가노출돼있는공장내공정용수 A N N 냉각탑, 증발응축기, 분무기, 수증기또는물방울방출기가 A A N 없는냉각기또는에어컨용수 냉각탑, 증발응축기, 분무기, 수증기또는물방울방출기를 A N N 갖춘냉각기또는에어컨용수 공업용보일러용수 A A N 골재세척또는콘크리트제조용수 A A N 도로및지면비산방지용수 A A DU 길거리청소용수 A A DU 라. 호노울리울리방류수재처리시설 ( 오아후섬 ) 오아후섬서남부에바지역에있는 Honouliuli Wastewater Treatment Plant(WWTP) 는호놀룰루시가운영하는하수처리장로서약 307km2지역에서발생하는하수를차집해처리하고있음. 이처리장은 1984년 11월운영을시작했으며, 당초에는 94,600m3 / 일의하수처리능력을갖추어 1차처리후 Mamala만서쪽심해를통해방류했고그이후 143,800m3 / 일규모로시설을확장하였음. 하수처리는전처리, 1차처리, 2차처리, 방류수스크리닝, 고형물처리, 냄새제거등의공정으로이루어지고있음. 이처리장에서의방류수재이용과정을살펴보면, Honouliuli WWTP의 2차처리시설은하와이주보건국과호놀룰루시간에 1993년체결된하와이주보건국협약에의해시설되었음. 협약의주된목적은호노울리울리하수처리장에 2차처리시설을설치하여하수를재이용하는것이며, 1996년에호노울리울리하수처리장에 2차처리시설이설치되었고, 1998년부터약 7,500m3 / 일을재이용하기시작하였음. - 42 -
< 그림 3> 호노울리울리방류수재처리시설위치도 게다가, 1995년연방정부환경보호청 (EPA), 하와이주보건국 (DOH), 호놀룰루시간에는 309 Consent Decree로알려진협약에합의하였는데, 이협약은호놀룰루시정부가하수처리장의시스템을개선하는것을이행토록하고있음. 이에따라호놀룰루시정부에서는 2001. 7월까지하수처리장방류수를재이용할수있는시설을설치해야했는데, 1998년 1월공사에착수하여 2000년여름에준공하였고, 8월부터가동하기시작하였음 ( 그림 3). 방류수재처리시설은 Honouliuli 하수처리장부지에설치되었으며, 약 577 억원이소요되었고, US Filter Operating Services에서시공하였음. - 43 -
< 그림 4> 호노울리울리방류수재처리시설의주요시설배치도 방류수재처리시설은재사용펌프장, 모래여과시설 ( 급속혼합조와응집조 ), 자외선소독장치, 마이크로여과및역삼투막설비동, 저장탱크, 공급펌프장으로구성돼있음 ( 그림 4, 사진 4~7 참조 ). 1일 45,400m3 / 일의방류수를처리할수있는능력을갖추고있으며, 이시설에서는농업용수로적합한 R-1물과공업용으로사용할수있는역삼투막처리수 (RO) 를생산하고있음. R-1수는 1일 37,800m3생산할수있는데, 이물은현재골프장 (West Loch, Ewa Villages, Hawaii Prince, Coral Creek 등 ), 조경, 농업용으로사용하고있음 ( 그림 5). - 44 -
< 그림 5> R-1 수생산을위한처리공정도 RO수는보일러용수, 냉각용수, 정제용수등의공업용수로이용할수있도록고도처리된물로서 1일 7,500m3의 RO수를생산해 Campbell공업단지에공급하고있음 ( 그림 6). 주요시설내용을보면, R-1수를생산하기위한처리공정에는다음과같은설비들이시설돼있음. - Rapid Mix Tanks - Chemical Flocculators - Sand Filters - Ultraviolet (UV) Light Disinfection - R-1 Transfer Pumps - 9,500m3규모의 R-1수저장탱크 2기 - R-1 Product Delivery Pumps - 45 -
< 그림 6> RO 수생산을위한처리공정도 RO수 (Reverse Osmosis) 생산주요설비 - Microfiltration - Reverse Osmosis - 약 2,000m3규모의저장탱크 1기 - RO Delivery Pumps < 사진 4> 하수처리장방류수를저장해놓는탱크의모습 - 46 -
< 사진 5> RO 공정으로보내는처리수탱크와모래여과지의모습 < 사진 6> UV 소독처리장치의모습 - 47 -
< 사진 7> RO 수생산을위한역삼투막설비의모습 마. 동부호놀룰루하수종말처리시설 ( 오아후섬 ) 동부호놀룰루하수종말처리장은오아후섬의동남쪽 Koko화산근처에위치해있으며, Hawaii Kai 지역에서발생하는하수를 1일약 15,600m3처리하고있음. 하수종말처리장이입지해있는이지역일대에는담수지하수가부존하고있지않고, 오직저염지하수밖에개발할수없기때문에처리장에인접해있는 Hawaii Kai 골프장에서는방류수를골프장관개용수로 1일약 500~700m3정도사용하고있음 ( 사진 8~11 참조 ). 이처리장에서는생물학적처리공정에의해하수를처리하고있는데, 유입수와방류수의수질은다음과같음 ( 표 26 참조 ). BOD의경우, 193mg /l의농도를갖는유입수를 5.8mg /l 수준으로처리해 96.8% 의제거율을보이고있고, SS는 292mg /l의하수를 6.2mg /l 수준으로처리해 97.6% 의제거율을나타내고있음. - 48 -
< 표 26> 동부호놀룰루하수처리장방류수의수질 (2002. 7) 구 분 유입수 방류수 제거율 (%) 일평균처리량 ( m3 ) - 15,600 - BOD( mg /l) 193 5.8 96.8 SS( mg /l) 292 6.2 97.6 < 자료 : East Honolulu Wastewater Treatment Plant, 2002. 7> < 사진 8> 하수종말처리장으로유입되는하수의모습 < 사진 9> 활성슬러지조의모습 - 49 -
< 사진 10> 최종침전조에서염소소독을하고있는모습 < 사진 11> 최종처리된방류수의모습 - 50 -
바. 키헤이재처리시설 ( 마우이섬 ) Kihei 지역은건조한마우이섬의남부지역에위치하고있으며, 이지역의상수도는 Wailuku 근처에있는 Iao 대수층에개발된관정으로부터채수된지하수를 16km가넘는송수관을통해공급받고있음. < 그림 7> 마우이섬남부에위치한 Kihei 방류수재처리시설조감도 Kihei 하수종말처리장은활성슬러지처리방식의처리장으로서건기피크시처리용량은 1일 30,280m3임. 이처리시설은응집조, 화학물질투입조, 방류수여과장치, 자외선소독장치, 운전동등에대한개수와시설보완이이루어져하와이주보건국의 R-1수수질기준에적합한고수질의방류수를생산하고있음 ( 그림 7). 과거에마우이군은 Kihei 하수처리장으로부터생겨나는방류수를개별사용자에게까지운송해주는데많은비용이소요되기때문에사용자를찾는데많은어려움을겪었으나고지저류조와송수시설등을포함하는방류수재이용시스템이건설되어이를이용하고자하는사람들의요구를충족시킬수있게되었음 - 51 -
현재 Kihei 하수종말처리장에서처리되는하수의 40~50% 인 1일 6,056~7,570m3의방류수가골프장관개용수및조경용수등으로재이용되고있고, 나머지방류수는하수처리장부지에설치된주입정 (injection wells) 을통해지하수로함양되고있음. 3-3-4. 캘리포니아주오렌지카운티 Water Factory 21 의사례 캘리포니아주남부에위치한 Orange County는 2,067km2의면적에 298만명 (2003년 1월현재 ) 이거주하고있으며, 연평균강우량이 330~380mm 밖에안되기때문에지표수의발달이미약하여대부분의용수를지하수에의존하고있음 (http://www.ocwd.com/_html/wf21.htm). 지하수를농업용수로사용하기위해과다한채수가진행된결과, 1956년에지하수위가해수면아래로내려가게되었고, 해안에서 8km 내륙지역까지해수가침투되어지하수가염수화되는일이발생하였음. 이에대한대책으로서담수를대수층에강제로주입하는방법 (Costal Barrier Project) 이시행되었지만효과를거두지못하자해안으로부터약 3.2km 떨어진지점에 7개의관정을뚫어해수가포함된지하수를퍼올려바다로배출시키는사업을전개함과동시에 6.4km 떨어진내륙에 23개의인공함양정을 183m 간격으로설치, 담수를주입해해수침투를방지하기위한계획이마련되었음. 함양용수로는하수처리장방류수를재처리 ( 고도처리 ) 한것과심정에서채수한지하수를혼합해사용하는것으로최종결정하고, 함양용수를생산해내는고도처리시설을 Water Factory 21 로명명하였으며, 1976년 10월부터방류수를재처리하여지하수인공함양을시작하였음 ( 그림 8). 오렌지카운티가함양용수로하수처리장방류수를재처리하기로결정한이유는 매년 18,503천m3 (1일 50,690m3 ) 의방류수가바다로무의미하게방류되어재이용할수있는수자원이낭비되고있고, 방류수를재처리하여이용할경우, 콜로라도강과주정부에의존하고있는용수량을감소시킬수있고, 극단적인가뭄이나비상사태가발생해콜로라도강과주정부로부터공급받는수량이감소하게될경우, 해수침입방지를위한인공함양사업에차질을 - 52 -
가져올수있지만하수처리장방류수는거의일정하게공급할수있으므로그러한위험성이없음. < 그림 8> 오렌지카운티 Water Factory 21 의인공함양정단면도 Water Factory 21 에서는방류수를역삼투막공정 (RO) 을통해 1일 18,925m3과활성탄처리공정을통해 34,065m3을재처리함과아울러, 심정 (deep well) 에서 32,550m3의지하수를퍼올려총 85,540m3의물을캘리포니아주의음용수기준에적합한 TDS 500mg /l 이하수준으로혼합한후지하수로함양시키고있음. 총건설비용은약 250억원이소요되었고, 상기와같은처리를통해 1일 85,540m3의물을지하로함양시키는데소요되는비용은 1m3당 294~297 원임 ( 표 27, 28 참조 ). 이렇게담수를지하로인공함양시킴으로써담수대수층으로해수가침투하는것을방지할뿐만아니라, 오렌지카운티에서 1일채수하는지하수량의 50% 가재충진되어지하수고갈을막아주는일석이조의효과를거두고있음. - 53 -
Water Factory 21에서는하수처리장에서발생한 2차처리수 ( 방류수 ) 를 1 차적으로응집침전과정을거친후역삼투막공정과입상활성탄흡착처리공정으로분리해처리하고, 이물을혼합저류조에서지하수와섞은다음지하로침투시키고있음 ( 그림 9 참조 ). 2차처리수 ( 방류수 ) 를석회혼화지에서석회와혼합교반시켜 flocculation 시킨후응집침전처리를하는데, 석회를 400mg /l농도로첨가해인을제거함과동시에경도를조정해주고, 응집침전지에서침전된칼슘침전물은회수한후소각해생석회로재사용하고있음. < 표 27> Water Factory 21 건설비용 구분합계연방정부주정부오렌지카운티 합계 $20,837,000 $7,330,000 $3,276,000 $10,231,000 Investigations and improvements $2,275,000 $ 130,000 $0 $2,145,000 Wastate water reclamation 13,400,000 6,850,000 3,116,000 3,434,000 Injection Barrier Facilities 1,430,000 350,000 160,000 920,000 Deep Wells 732,000 0 0 732,000 Reverse Osmosis 3,000,000 0 0 3,000,000 < 자료 :http:// www.ocwd.com> 이과정을거친처리수는급속여과지를거쳐 RO공정과입상활성탄흡착공정으로나누어보내짐. 입상활성탄흡착처리공정에서는 1일 34,065m3을처리하고있는데, 활성탄과의접촉시간은약 30분정도이며, 흡착성능이저하된활성탄은소각로에서태운후 90% 이상을재생활용하고있음. RO는 Cellulose acetate 소재의 8인치엘리멘트가사용되며, 7열 x 6단이하나의 Block으로서총 6개의 Block(8인치엘리멘트 252개 ) 을통해 1일 - 54 -
18,925m3이처리되고있는데, RO 처리압력은 14~39kg / cm2이며 TDS가 90% 이상제거됨. 이렇게처리된물은혼합저류조에서 32,550m3의지하수와혼합시킨후지하수로함양시키고있음 ( 표 29 참조 ). < 표 28> Water Factory 21 의운전비용 공정별 Total(62% reclaimed water, 38% deep well water) Advanced Water Treatment(AWT) : Lim Clarification, Recarbonation, Multi-media Filtration, and Chlorination Granular Activated Carbon(GAC) treatment and Carbon Regeneration, not including AWT Reverse Osmosis, not including AWT Advanced Water Treatment(blended GCA and RO product water) Blending water extracted from deep well 생산량 1,000갤론 Acre-Foot (MGD) 당단가당단가 22.6 $0.93 $306 15.0 $1.01 $322 9.0 $0.18 $58 5.0 $0.96 $312 14.0 $1.44 $470 8.6 $0.12 $38 < 자료 : www.ocwd.com> MGD : Million Gallons per Day(3,785m3 / 일 ) Acre-Foot : 325,900 Gallons(1,233m3 / 일 ) - 55 -
< 그림 9> Water Factory 21 의처리공정 < 표 29> Water Factory 21 의원수 ( 방류수 ) 및각공정별수질 Constituent Units OCWD Influent From OCSD RO Product Water Deep Well Blend Water WF-21 Blended Product Water Regulatory Limits Total Nitrogen Boron Chloride Electrical Conductivity Fluoride ph Sodium Sulfate Total Hardness Cyanide TDS mg /l mg /l mg /l μm ho mg /l mg /l mg /l mg /l mg /l mg /l mg /l 31 0.85 256 1,848 1.4 7.5 231 300 298 33.4 1067 2.7 0.52 29 150 0.16 6.9 21 1.4 4.7 2.3 82 0.1 0.2 14 369 0.64 8.8 73 19 19-224 3 0.4 57 419 0.40 7.2 65 37 34 6.3 232 10.0 0.5 120 None 1.0 6.5-8.5 115 125 180 200 500-56 -
< 표 29> 계속 ` Physical Characteristics Color Turbidity Coliform Color units JTU MPN/100 ml 34.6 6.2 7.2 10 5 <5.0 <0.01 2.5 35 - - 11.1 0.27 0.11 None None None Heavy Metals Arsenic Barium Cadmium Chromium Copper Iron Lead Manganese Mercury Selenium Silver μg /l μg /l μg /l μg /l μg /l μg /l μg /l μg /l μg /l μg /l μg /l <5.0 93.5 9.3 33 49.3 113.8 4.7 56 0.3 <5.0 1.6 <5.0 1.1 0.07 0.82 3.9 2.8 0.6 0.1 0.3 <5.0 0.1 <5.0 0.11 <1.0 1.4 15 60 <1.0 6.2 <0.5 <5 <0.1 <5.0 6.6 0.2 0.5 4.9 22.2 0.1 2.1 0.4 <5.0 0.2 50 1000 100 50 1000 300 50 50 2 10 50 Organics COD TOC THM's mg /l mg /l μg /l 53.4 14.7 6.0 0.8 0.7 2.7 11 4.5-3.5 1.4-30 - - < 자료 : www.ocwd.com> 3-3-5. 싱가포르 NEWater Factory 의사례 싱가포르는 640km2의면적에약 390만명 (1999년) 이거주하고있으며, 부존수자원부족으로 100여년전부터말레이시아로부터물을수입해사용하고있음. 싱가포르는 1961년까지말레이시아의 Mount Pulai Tebrau Scudai 강으로부터 1일약 325천m3의물을수입해사용해왔고, 현재는 1962년양국간에체결된협정에의해 1일 946천m3의물을말레이시아의 Johor강과 Linggui 저수지로부터수입해사용하고있으며, 싱가포르는 1,200갤론 (4.5m3) 당 $0.01( 약 12원 ) 의물값을말레이시아에게지불하고있음 (http://www.uswaternews.com). - 57 -
특히싱가포르는인구증가, 생활수준의향상, 국제적인금융 무역 휴양도시로의성장등으로인하여물사용량이 1950년 142천m3 / 일 ( 인구 100만명 ) 이었던것이 2003년현재에는 1,400천m3 / 일으로급격하게증가하였음. 이러한급격한물수요증가에대처하기위한방안으로서싱가포르당국은해수의담수화, 하수처리장방류수재이용등의시책을추진해오고있으며, 싱가포르국민들은물부족문제를수처리기술로해결할수있다는신념을가지고있음. 싱가포르 Public Utilities Board(PUB) 와 Ministry of the Environment (ENV) 에서는공동으로 1998년부터 싱가포르방류수재처리연구 프로젝트를추진하였고, 이연구결과에의해설치된방류수재처리시설을 NEWater Factory" 라부르고있음 (http://www.pub.gov.sg/newater). 이연구의목적은 Bedok 및 Kranji 하수처리장에서배출되는방류수를재처리하여저수지의물과혼합해음용수의원수로사용 ( 간접적인음용수이용 ) 하는데있음. 이계획에따라 1일 10,000m3처리규모의 Demonstration Plant가 Bedok하수처리장에설치되었는데, 이에소요된비용은총 78억원임. 또한, Public Utilities Board(PUB) 에서는웨이퍼조립공장등에서비음용공업용수로사용하기위한재처리수를생산해내기위해 Bedok 및 Kranji 하수처리장에 1일 72,000m3생산능력을갖춘 NEWater Factory" 를 2001년 11월에준공하고, 2003년현재웨이퍼조립단지를비롯하여 Woodlands에재처리수를공급하고있음. NEWater Factory" 에서는하수처리장에서배출되는방류수를미세여과 (0.3mm) Mirofiltration(0.2μm) 역삼투막 (RO) UV소독의처리공정을통해세계보건기구 (WHO) 와미국환경보호청 (US EPA) 이정하는먹는물수질기준에적합하도록처리하고있음 ( 그림 10 및표 30~33 참조 ). NEWater Factory로공급되는유입수 ( 방류수 ) 는하수처리장에서 2차처리된처리수이며, 수질은다음과같음. - BOD : 10mg /l - TSS : 10mg /l - 암모니아성질소 : 6mg /l - TDS : 400~1,600mg /l - TOC : 12mg /l - 58 -
< 그림 10> NEWater Factory 방류수재처리공정 < 표 30> NEWater Factory 재처리수중의무기물함량 검사결과 검사결과 ( 건수 ) 항목 단위 US EPA WHO 평균 최소 최대 합계 검출 불검출 Chlorine(Total as Cl₂) mg /l - 5 1.39 0.01 2.6 96 96 0 Chlorite mg /l - 0.2 NC ND 0.15 87 1 86 lodine mg /l - - 0.06 0.01 0.15 60 60 0 Monochloramine (as Cl₂) mg /l - 3 0.9 ND 2 87 80 7 Aluminium(total) mg /l 0.05-0.2 0.2 NC ND 0.12 21 5 16 Ammonia(as N) mg /l - 1.5 0.51 ND 2.14a 83 71 12 Asbestos fibres/l 7 million - NC ND 210000 7 1 6 Barium mg /l 2 0.7 NC ND 0.017 21 1 20 Boron mg /l - 0.5 0.06 ND 0.149 23 20 3 Cadmium mg /l 0.005 0.003 NC ND 0.0002 21 1 20-59 -
< 표 30> 계속 항목단위 US EPA WHO 검사결과검사결과 ( 건수 ) 평균최소최대합계검출불검출 Chloride mg /l 250 250 14.34 2.57 47.8 28 28 0 Copper mg /l 1.3 2 NC ND 0.003 21 1 20 Fluoride mg /l 4 1.5 0.16 0.04 0.41 28 28 0 Iron mg /l 0.3 0.3 NC ND 0.009 28 5 23 Lead mg /l 0.015 0.01 NC ND 0.002 21 4 17 Molybdenum mg /l - 0.07 NC ND 0.018 21 1 20 Nickel mg /l - 0.02 NC ND 0.013 21 1 20 Nitrate(as N) mg /l 10 11.3 2.01 0.02 5.4 44 44 0 Nitrite(as N) mg /l 1 0.91 NC ND 0.38 28 8 20 Sodium mg /l - 200 13.35 3.16 42.1 28 28 0 Sulphate mg /l 250 250 0.15 ND 0.54 28 22 6 Thallium mg /l 0.002 - NC ND 0.0018 21 3 18 Zinc mg /l 5 3 NC ND 0.041 21 2 19 Calcium mg /l - - 0.17 0.044 0.514 21 21 0 Potassium mg /l - - 1.08 0.504 3.07 10 10 0 Silica(SiO₂) mg /l - - 0.88 ND 4.95 17 15 2 Strontium (Sr 2+ ) mg /l - - NC ND 0.021 21 3 18 Total Alkalinity mg /l - - 8.63 5 16 21 21 0 Total Nitrogen mg /l - - 3.28 ND 11 20 19 1 Total Phosphorous mg /l - - 0.03 ND 0.084 21 19 2 Magnesium mg /l - - 0.13 0.03 0.45 10 10 0 < 자료 : http://www.pub.gov.sg/newater> - 60 -
< 표 31> NEWater Factory 재처리수중의유기화합물함량 항목단위 US 검사성적 검사건수 EPA WHO 평균최소최대 합계검출불검출 Total Trihalomethanes(THM`s) μg /l 80 <1 NC ND 86.5 53 1 52 Bromodichloromethane μg /l - 60 NC ND 7.9 53 4 49 Bromoform (CHBr₃) μg /l - 100 NC ND 48.3 53 1 52 Chloroform (CHC1₃) μg /l - 200 NC ND 5 53 1 52 Dibromochloromethane μg /l - 100 NC ND 25 53 4 49 Chlorinated furanones(mx) ng/l - - NC ND 8 41 10 31 Fomaldehyde μg /l - 900 18.45 ND 75.9 87 73 14 Trichloroethene μg /l 5 70 NC ND 46.72 16 1 15 Dialkyltins ng/l - - NC ND 6.5 14 1 13 Total Organic Carbon(TOC) mg /L - - 0.19 ND 0.74 96 71 25 Dissolved Organic carbon (DOC) Biodegradable Organic Carbon (BDOC) mg /L - - 0.16 ND 0.59 96 71 25 mg /L - - NC ND 0.19 11 4 7 COD mg /L - - NC ND 5 96 1 95 Organic Nitrogen mg /L - - 1.08 ND 2.4 20 14 6 < 자료 : http://www.pub.gov.sg/newater> < 표 32> NEWater Factory 재처리수중의농약성분함량 항목단위 US EPA WHO 검사결과검사결과 ( 건수 ) 평균최소최대합계검출불검출 1,2-Dibromo-3- chloropropane(dbcp) μg /l 0.2 1 NC ND 0.57 23 1 22 Chlordane(total isomers) μg /l 2 0.2 NC ND 0.02 18 3 15 Toxaphene μg /l 3 - NC ND 0.1 11 2 9 < 자료 : http://www.pub.gov.sg/newater> - 61 -
< 표 33> NEWater Factory 재처리수중의미생물검출결과 항목단위평균최소최대 검사건수 검출건수 불검출건수 Faecal Coliforms CFU/100 ml NC ND ND 99 0 99 Total Coliforms CFU/100 ml NC ND ND 99 0 99 HPC CFU/ ml 5.2 1.1 80 97 80 17 Coliphage-Somatic PFU/100 ml NC ND ND 87 0 87 Coliphage-Male Specific PFU/100 ml NC ND ND 87 0 87 Enterococcus CFU/100 ml NC ND 0.2 99 1 98 Clostridium perfringens CFU/100l NC ND ND 91 0 91 Giardia cysts/100l NC ND ND 16 0 16 Cryptosporidium oocysts/100l NC ND ND 17 0 17 Enterovirus 존제 / 부재 부재 - - 21 0 21 < 자료 : http://www.pub.gov.sg/newater> - 62 -
제 4 장방류수재이용에따른수질기준 중수도를포함한하수처리장방류수재이용계획을수립함에있어가장중요한사항중의하나가오 폐수또는방류수를어느수준까지재처리하여어떤용도로재이용할것인가를결정하는것임. 재이용용도별목표수질에따라재처리시스템의구성및처리공정이결정되게되고, 이는곧경제성과직결되게됨. 특히, 재처리수는이용자에게심미적및보건위생적인위해를주지않아야될뿐만아니라, 농업용수 조경용수 공업용수로사용하는경우농작물 잔디또는조경수의생육이나수확량에영향을미치지않아야하며, 생산제품의품질에도어떠한영향을초래하지않도록잘처리되어야함. 따라서, 이장에서는우리나라를비롯하여외국에서정하고있는중수도의용도별수질기준또는권장기준에대해살펴봄으로써제주지역하수처리장방류수재이용에따른용도별목표수질을설정하는데활용하고자함. 4-1. 재이용용도별요구조건 제3편에서우리나라를비롯한외국의사례에서이미서술하였듯이, 하수처리장방류수의재이용용도는생활용수, 공업용수, 환경용수, 농업용수, 먹는물 ( 직접또는간접 ) 등으로그범위가매우광범위하다고할수있음. 방류수를음용수로사용해도손색이없을정도로깨끗하게처리하는것이바람직하지만, 시설투자비및유지관리비등경제적인측면을고려하면, 재이용용도에따라적합한수질이유지되도록처리하는것이경제성을높일수있기때문에재이용용도별수질기준에대한검토는필수적이라하겠음. 표 34는방류수를재처리하여생활용수 공업용수 환경용수등으로재이용함에있어일반적으로요구되는조건을나타낸것임. 표에제시된바와같이, 심미적으로사람에게불쾌감을주지않도록청결한상태를유지해야하며, - 63 -
공중위생적으로도인체는물론주변환경이나대상동식물에게위해를주지않도록깨끗하게처리되어야하고, 기계및설비에도염류집적또는장해유발등의부작용을일으키지않도록처리되어야함. < 표 34> 하수처리장방류수의재이용용도별요구조건 구분 기능 방류수재이용에요구되는사항 심미적사항공중위생적사항기기 / 설비사항 화장실용수 오물운반배제 불쾌감없어야함청결한느낌 인체에영향이없어야함환경적으로위생적 장해없을것 생활용 청소용수세차용수 대상물을청결하게함오물세정 사람이직접청소자동기기일경우인체에영향이없어야함할경우특히청결기기에장해가주변환경에영향이없어야함해야함없어야함 사람이직접세차 염류가다량함유 할경우특히청결사람이직접세차할경우 되지않고녹슬지 해야하고, 세차후인체에영향이없어야함 않아야하며광택 얼룩이없어야함 을유지 살수용수 화초 / 수목수분공급 청결하면좋음 인체에영향이없어야함노상살수, 화초및수목에따라수질에차이가있음 장해없을것 공업용 환경용 냉각용수연못분수 냉방난방시쾌적한환경정신적, 육체적휴식공간제공 관계없음 관계없음 장해없을것 금붕어서식가능, 피부접 촉, 호흡에대한특별한고장해를일으키지 청결해야함 려가있어야함. 않아야함 인체에영향이없어야함 환경적으로위생적 측정항목 수온, 투명도, 외관, 냄새, 탁도 대장균수, 일반세균잔류염소, 바이러스 BOD, SS, ph - 64 -
4-2. 우리나라의중수도수질기준 우리나라의중수도수질기준은수도법시행규칙제3조에정해져있음. 수도법에서는수세식변소용수, 살수용수, 조경용수에대하여대장균군, 잔류염소, 외관, 탁도, BOD, 냄새등 7개항목에대해수질기준을정하고있음 ( 표 35 참조 ). 즉, 다시말하면우리나라의수도법에서는이용자의기호도, 불쾌감, 위생적관점등을고려하여미생물과심미적인기준만마련되어있을뿐중금속을포함한무기물과불순물에대한기준은마련되어있지않음. < 표 35> 우리나라의중수도용도별목표수질 ( 수도법시행규칙 3 조 ) 구분수세식변소용수살수용수조경용수 대장균군수 1ml당 10개를넘지않을것 검출되지아니할것 검출되지아니할것 잔류염소 ( 결합 ) 검출될것 0.2mg /l 이상일것 - 외관 이용자가불쾌함을느끼지아니할것 이용자가불쾌감을느끼지아니할것 이용자가불쾌감을느끼지아니할것 탁도 5도를넘지않을것 5도를넘지않을것 5도를넘지않을것 생물학적산소 10 mg /l 를넘지 10 mg /l 를넘지 10 mg /l 를넘지 요구량 (BOD) 않을것 않을것 않을것 냄새 볼쾌한냄새가나지않을것 불쾌한냄새가나지않을것 볼쾌한냄새가나지않을것 ph 5.8-8.5 5.8-8.5 5.8~8.5 ( 주 ) 1) 살수용수 : 도로청소작업, 건설공사등을하는경우에뿌리는물로이용되는중수도. 2) 조경용수 : 주택단지등의인공연못, 인공폭포, 인공하천및분수등에이용되는중수도. 3) 공업용으로쓰는중수도에대하여는수질기준을적용하지아니한다. - 65 -
4-3. 외국의재이용수용도별수질기준 4-3-1. 일본 단독이용, 복합이용, 공공이용중수도에적용되는일본의중수도수질기준을보면, 대장균수를비롯한 7개항목에대해기준을정하고있음 ( 표 36 참조 ). 제시된표에서알수있듯이, 대장균수는ml당 10이하이어야하고, 음이온계면활성제는 1.0mg /l 이하, COD는 20mg /l 이하, 증발잔류물은 800 mg /l 이하로정하고있음. 또한, 외관이나냄새에있어서는사용자가불쾌감을느끼지않도록처리해야함. < 표 36> 일본의중수도수질기준 항 목 단위 기준치 대장균군수 외관 냄새 음이온계면활성제 수소이온농도 COD 증발잔류물 ( 개 / ml ) ( mg /l) ( mg /l) ( mg /l) 10이하 불쾌하지않을것 불쾌하지않을것 1.0이하 6.5~8.6 20이하 800이하 < 자료 : 중수도이용확대를위한정책방안연구, 1999, 환경부 > 일본건설성을비롯한후생성및동경도도시계획국에서정한재이용수의수질기준은표 37과같음. 이기준에서보면, 건설성에서는재이용수를수세식화장실용수로사용하는경우 BOD 20mg /l 이하, COD 30mg /l 이하의기준을지키도록하고있으나후생성과동경도도시계획국에서는이에대한기준은없고, 외관및취기에있어불쾌감을주지않도록요구하고있음. 또한, 건설성에서는조경용수로사용하는경우에는 BOD를 10mg /l 이하로유지함과아울러, 대장균이검출되지않도록요구하고있음. - 66 -
< 표 37> 일본의여러기관에서정한재이용수의수질기준 건설성후생성동경도도시계획국구분수세식화장실용수살수용수조경용수수세식수세식화장실화장실용수세정용수 ph 5.8~8.6 5.8~8.6 5.8~8.6 5.8~8.6 5.8~8.6 BOD( mg /l) 20이하 - 10이하 - - COD( mg /l) 30이하 - - - - 잔류염소 ( mg /l) 유지 0.4이상 - 유지 유지 불쾌하지불쾌하지불쾌하지불쾌하지불쾌하지외관않을것않을것않을것않을것않을것탁도 ( 도 ) - - 10이하 - - 취기 대장균수 ( 개 / ml ) 불쾌하지않을것 10 이하 불쾌하지않을것 검출되지않을것 < 자료 : 중수도기술개발방안연구, 1994, 건설부 > 불쾌하지않을것 검출되지않을것 불쾌하지않을것 불쾌하지않을것 10 이하 10 이하 또한, 일본에서는재이용용수의이용용도별요구수질에대해서도정하고있음 ( 표 38 참조 ). 세탁용수, 목욕용수, 청소 세차용수, 살수용수, 화장실용수로구분하여감각적항목 (3개항목 ), 시설기능적항목 (8개항목 ), 위생적항목 (3개항목 ) 에대한요구수질을정하고있음. 감각적항목 ( 탁도 색도 냄새 ) 에서보면목욕용수와세탁용수즉, 인체에접촉하는용도로사용하는경우가살수 화장실용등비접촉용도보다높은수질을요구하고있음. 시설기능적항목을보면, 염소이온은목욕 세탁용수가 200 mg /l 이하, 청소 살수 화장실용수는 400mg /l 이하를요구하고있으며, 증발잔류물은목욕 세탁용수가 500mg /l 이하, 청소 살수 화장실용수는 1,000mg /l 이하를요구하고있음. 위생적항목의경우, 목욕 세탁용수에서는대장균군이검출되지않아야하나청소 살수 화장실용수에서는ml당 1 이하의대장균군이검출되도록요구하고있으며, 일반세균은목욕 세탁용수에서는ml당 100이하이지만, 청소 살수 화장실용수에서는수치가정해져있지않음. - 67 -
< 표 38> 일본의재이용용도별요구수질 감각적 구 분 목욕용수 세탁용수 청소 세차 살수용수 화장실용수 탁도 ( 도 ) 5이하 15이하 15이하 15이하 15이하 색도 ( 도 ) 5이하 10이하 20이하냄새가온해서불쾌한냄새불쾌한냄새냄새없을것없을것없을것 30이하 30이하불쾌한냄새불쾌한냄새없을것없을것 ph 5.8~8.6 5.8~8.6 5.8~8.6 5.8~8.6 5.8~8.6 시 경도 ( mg /l) 300 이하 300 이하 300 이하 300 이하 300 이하 설 잔류염소 ( mg /l) 0.2 이상 0.2 이상 0.2 이상 0.2 이상 0.2 이상 기 염소이온 ( mg /l) 200 이하 200 이하 400 이하 400 이하 400 이하 능 ABS( mg /l) 0.5 이하 0.5 이하 1.0 이하 1.0 이하 1.0 이하 적 증발잔류물 ( mg /l) 500 이하 500 이하 500 이하 1,000 이하 1,000 이하 철 ( mg /l) 0.3 이하 0.3 이하 0.3 이하 0.5 이하 0.5 이하 망간 ( mg /l) 0.3 이하 0.3 이하 0.3 이하 0.5 이하 0.5 이하 위 KMnO 4 소모량 ( mg /l) 20 이하 20 이하 40 이하 40 이하 40 이하 생 일반세균 ( 개 / ml ) 100 이하 100 이하 - - - 적 대장균군 ( 개 / ml ) 미검출 미검출 1 이하 1 이하 1 이하 < 자료 : 중수도이용확대를위한정책방안연구, 1999, 환경부 > 일본농림수산성에서는 1970년재이용용수를농업용수로사용하는경우수질기준을표 39와같이설정해적용하고있음. 표에제시된바와같이, 전체적으로 14개항목에대해수질기준을마련해놓고있는데, 수온이온농도가 6.0~7.5이고 COD는 6mg /l 이하, 총질소 (T-N) 7mg /l 이하, 부유물질 (SS) 는 100mg /l 이하임. 또한, 염소이온은 1,000mg /l 이하이고니켈 (Ni) 1mg /l 이하, 카드뮴 (Cd) 0.03mg /l 이하, 구리 (Cu) 0.02mg /l 이하임. 이기준에서정한항목별수질기준을우리나라지하수법에서정한농업 어업용수의수질기준과비교해보면, - 염소이온 (250mg/l 이하 ) 과카드뮴 (0.01mg/l 이하 ) 은지하수법이높은수질을요구하고있으며 - 비소는동일한기준치 (0.05mg/l 이하 ) 임. - 그러나그외의항목을보면, 지하수법에서는주로유기화합물질에대한항목이많은반면, 일본은중금속류항목에비중을두고있음 - 68 -
< 표 39> 일본농림수산성에서설정한농업용수수질기준 항목 수질기준 항목 수질기준 ph 6.0-7.5 Zn 0.5mg /l 이하 COD 6mg /l 이하 전기전도도 0.3uohm/cm 이하 SS 100mg /l 이하 ABS 5mg /l 이하 T-N 7mg /l 이하 Co 0.1mg /l 이하 DO 6mg /l 이하 Ni 1mg /l 이하 As 0.05mg /l 이하 Cd 0.03mg /l 이하 Cu 0.02mg /l 이하 Cl 1000mg /l 이하 < 자료 : 중수도기술개발방안연구, 1994, 건설부 > 4-3-2. 미국 가. 환경보호청 (EPA) 의기준 미국환경보호청 (US Environmental Protection Agency; EPA) 과국가개발청 (Agency for International Development; USAID) 은수처리기술향상과관련제도의발전에부응하기위하여 1980년에제정된물재이용에관한기준 (Guideline for Water Reuse) 을 1992년에개정하였음 (www.cdm.com). 1992년개정된기준의내용을요약하면표 40과같으며, 이용용도별보다자세한기준은부록에제시하였음. US EPA의기준을보면, 조경 세차 냉방등도시의생활용수로사용하기위해서는 2차처리 여과 소독처리를통하여 BOD 10mg /l 이하, 탁도 2NTU이하의수질을유지하도록하고있음. 또한, 비식용작물이나사료작물의재배, 우유를생산하는목장, 종자곡물재배등의농업용수로사용하기위해서는 2차처리와소독처리를거치도록하고있으며 BOD 30mg /l 이하, 총부유물질 30mg /l 이하, 100ml당대장균군불검출의수질을유지하도록요구하고있음. 음용수로이용하는대수층으로인공함양시키는용도로사용하기위해서는고도처리까지하여비포화대를통과한후에는먹는물수질기준을충족시키는고수질을유지하도록하고있음. - 69 -
특히, EPA에서는방류수를관개용수로사용하고자할때에는표 41에제시된수질기준을지키도록권장하고있음. < 표 40> 미국환경보호청 (EPA) 의물재이용기준 재이용용도처리수준처리수의수질처리수수질측정 도시용수 2차처리 ( 조경 세차 화장실 여과 ( 모래등 ) 소화 냉방용수등 ) 소독처리 농업용수 ( 비식용작물 우유생 2차처리산목장 꼴 섬유질사 소독처리료 종자곡물재배용 ) 간접적음용수 ( 음용수로이용하는대수층으로의인공함양 ) 2 차처리및소독 ( 최소 ) 여과또는고도처리 ph : 6~9 BOD : 10mg /l이하 탁도 : 2NTU이하 대장균군 : 불검출 /100ml 잔류염소 : 1mg /l( 최소 ) ph : 6~9 BOD : 30mg /l이하 TSS : 30mg /l이하 대장균군 : 200이하 /100ml 잔류염소 : 1mg /l( 최소 ) 비포화대를통해침투한후에는먹는물수질기준에적합해야함 < 자료 : Guidelines for Watwer Reuse, EPA /625/R-92/004, 1992> ph : 주 1회 BOD : 주 1회 탁도 : 계속 대장균군 : 매일 잔류염소 : 계속 ph : 주 1회 BOD : 주 1회 TSS : 매일 대장균군 : 매일 잔류염소 : 계속 ph : 주 1 회 탁도 : 계속 대장균군 : 매일 잔류염소 : 계속 먹는물수질기준항목은분기별 1 회 기타항목은필요시 < 표 41> US EPA 가권장하는관개용수의수질기준 화학적성분 성분명 모든토양에연속사용하는경우 ( mg /l) ph 4.5 ~ 9.0 TDS 5,000 중성및알칼리성토양에단기간 (20 년정도 ) 사용하는경우 ( mg /l) As 2.0 10.0 Cd 0.01 0.05 Cu 0.2 1.0 중금속류 F 2.0 5.0 Fe 5.0 15.0 Pb 5.0 20.0 Mn 0.2 10.0 세균류 대장균군수 1,000개 /100ml < 자료 : Guidelines for Watwer Reuse, EPA /625/R-92/004, 1992> - 70 -
나. 조오지아 (Georgia) 주의농업용수수질기준 조오지아주에서는수질오염방지법에근거하여하수처리장에서발생하는 2 차처리수또는재처리수 (3차처리수 ) 를관개및도시용수로재이용할때, 적용하는수질기준을만들어시행하고있음 (Guidelines for Water Reclamation and Urban Water Reuse, 2002). 재이용수를농업용수로사용할때, 적용하고있는조오지아주의수질기준은표 42와같음. 염분도 ( 전기전도와총고형물질 ), 침투율 (SAR), 나트륨, 염소이온, 붕소, 중탄산염, 잔류염소의 7개사항에대해농업용수로사용할때제한정도를 3가지 ( 없음, 다소 ~ 중간, 많음 ) 로분류해수질기준을정해놓고있음. 총고형물질 (TDS) 의경우, 450mg /l 이하에서는아무런제약도받지않고사용할수있으나 450~2,000mg /l 범위의물은다소 ~ 중간정도의제약을받으며, 2,000mg /l 이상되는물은많은제약을받음. 또한, 염소이온은뿌리에흡착되는작물에관수하는경우에는 70mg /l 이하, 잎사귀에흡착되는작물에는 100mg /l 이하에서는별다른제약을받지않지만, 355mg /l 이상되는물은제약을많이받음. 또한, 조오지아주에서는중금속을포함한미량무기성분의최대농도기준을정하여농업용수사용자들에게이를지키도록권장하고있음 ( 표 43 참조 ). 전체적으로 17개항목의중금속및미량무기성분에대해권장최대농도를제시하고있음. 이처럼권장하고있는것은미량무기성분이다량함유된물을농업용수로사용할경우토양오염, 곡물또는채소등의농작물에축척, 생육부진및수확량감소등을방지하기위해서라할수있음. < 표 42> 조오지아주의농업용수수질기준 구분염분도전기전도도 (Ec) 총고형물질 (TDS) 단위 ds/m mg /l 사용상제한의정도 제한없음 다소 ~ 보통 많은제약 <0.7 0.7~3.0 >3.0 <450 450~2,000 >2,000-71 -
< 표 42> 계속 구분 침투율 (SAR) 0~3 3~6 6~12 12~20 20~40 특별한이온독성 (Na) 뿌리흡착잎사귀흡착 염소이온 (Cl) 뿌리흡착 잎사귀흡착 단위 SAR Meq/l mg /l Meq/l mg /l Meq/l mg /l 사용상제한의정도 제한없음 다소 ~ 보통 많은제약 >0.7 >1.2 >1.9 >2.9 >5.0 <3 <3 <70 <2 <70 <3 <100 0.7~0.2 1.2~0.3 1.9~0.5 2.9~1.3 5.0~2.9 3~9 <3 >70 2~10 70~355 >3 >100 <0.2 <0.3 <0.5 <1.3 <2.9 >9 >10 >355 붕소 (B) Meq/l <1.0 1.0~2.0 >2.0 혼합영향중탄산염 (HCO 3 ) Meq/l mg /l <1.5 <90 1.5~8.5 90~500 >8.5 >500 잔류염소 mg /l <1.0 1~5 >5 < 자료 : Guidelines for Water Reclamation and Urban Water Reuse, 2002, State of Georgia> 침투율은 SAR(Sodium Adsorption Ratio) 와전기전도에의해영향을받는데, 일반적으로염분도가높음에따라침투율은증가하고, SAR 값이높음에따라침투율은감소함. < 표 43> 조오지아주의농업용수미량무기성분권장최대농도 항목 Al As Be Cd Co Cr Cu F Fe Li 권장최대농도 ( mg /l) 5.0 0.10 0.10 0.01 0.05 0.10 0.20 1.0 5.0 2.5 항목 Mn Mo Ni Pb Se Sn Ti W V Zn 권장최대농도 ( mg /l) 0.20 0.01 0.20 5.0 0.02 - - - 0.10 2.0 < 자료 : Guidelines for Water Reclamation and Urban Water Reuse, 2002, State of Georgia> - 72 -
다. 캘리포니아주의농업용수수질기준 캘리포니아주에서도도시하수의농업용수재이용에관한기준을 1984년에제정하여적용하고있음 ( 표 44 참조 ). 캘리포니아주의기준은전술한조오지아주의농업용수수질기준과상당부분일치하고있으나관수방법과일부항목에서차이를보이고있음. 또한, 캘리포니아주에서도농업용수로사용함에있어미량무기성분에대한권장최대치를정하고있는데전술한조오지아주의권장치와동일함. < 표 44> 캘리포니아주의농업용수수질기준 구분 단위 사용상제한의정도 제한없음다소 ~ 보통많은제약 염분도 전기전도도 (Ec) ds/m <0.7 0.7~3.0 >3.0 총고형물질 (TDS) mg /l <450 450~2,000 >2,000 침투율 (SAR) 0~3 >0.7 0.7~0.2 <0.2 3~6 >1.2 1.2~0.3 <0.3 6~12 >1.9 1.9~0.5 <0.5 12~20 >2.9 2.9~1.3 <1.3 20~40 >5.0 5.0~2.9 <2.9 특별한이온독성 (Na) 지표면관수 SAR <3 3~9 >9 스프링클러관수 mg /l <70 >70 염소이온 (Cl) 지표면관수 mg /l <70 70~355 >355 스프링클러관수 mg /l <100 >100 >2.0 붕소 (B) mg /l <0.7 0.7~3.0 >3.0 혼합영향 총질소 (T-N) mg /l <5.0 5~30 >30 중탄산염 (HCO 3 ) mg /l <90 90~500 >500 수소이온농도 (ph) 6.5~8.4 6.5~8.4 6.5~8.4 잔류염소 mg /l <1.0 1~5.0 >5.0 < 자료 : Irrigation with Reclaimed Municipal Wastewater A Guidance Manual, 1984, State of California> - 73 -
4-3-3. South Australia South Australia의 Human Service국과환경보호국에서는 1993년개정된환경보호법에근거하여 1999년재처리수 ( 처리된방류수 ) 의수질기준을만들어시행하고있음. < 표 45> South Australia 의재처리수이용을위한분류기준 등급 A B C D 재이용용도 레크리에이션 ( 직접피부접촉 ) 주거지비음용 - 정원조경용수 - 화장실세척용수 - 세차용수 - 도로 / 담벽청소용수 대중출입장소의생활용수 대중출입장소의비산방지 곡물재배용수 ( 제한없음 ) 레크리에이션 ( 직접피부접촉 ) 대중이출입하는저류지 대중출입제한처의생활용수 제한된작물에한해관수 목장및사료작물관수 세척및가축용수 출입제한장소의비산방지용 소화용수 수동적레크리에이션 대중출입제한처의생활용수 제한된작물에한해관수 목장및사료작물관수 제한된작물에한해관수 잔디재배용수 Silviculture 비식용양식용수 미생물학적기준 ( 대장균군수 /100 ml ) <10 바이러스 원생동물 기생충제거 <100 바이러스 원생동물 기생충제거 <1,000 바이러스 원생동물 기생충제거 <10,000 목장및사료재배용수는기생충제거 물리 화학적기준 탁도 2NTU 이하 BOD 20 mg /l 이하 BOD 20 mg /l 이하 SS 30 mg /l 이하 BOD 20 mg /l 이하 SS 30 mg /l 이하 처리공정 2 차처리 +3 차여과 + 소독처리 수질기준충족을위해필요시응집처리 2차처리+소독처리 1 차침전 + 저류또는 2 차처리 ( 미생물기준충족을위해필요시소독처리 ) 1 차침전 + 저류또는 2 차처리 < 자료 : South Australian Reclaimed Water Guidelines(treated effluent, Dep. of Human Services and Environment Protection Agency, 2002> 재처리수는 A, B, C, D의 4가지등급으로구분해미생물과물리 화학적인수질기준을정하고있으며, 그등급에따라이용용도를달리하고있음 ( 표 45 참조 ). A등급 : 2차처리를한후여과및소독의 3차처리과정을거친재처리수 B등급 : 2차처리를한후소독처리를거친물로서부유물질함량이기준을초과하지않는재처리수 - 74 -
C등급 : 2차처리혹은침전과정을거친물로서미생물학적인수질기준을충족시키기위한소독처리를필요로하는재처리수 D등급 : 2차처리혹은침전과정을거친재처리수 또한, South Australia에서는농업용수의염분도기준을전기전도도와총고형물질 (TDS) 농도를기준으로 5가지그룹으로분류해적용하고있으며 ( 표 46 참조 ), 중금속 미량원소 수소이온농도에따른농업용수기준도설정 ( 표 47 참조 ) 해시행하고있음. < 표 46> South Australia 의농업용수염분도기준 Electrical conductivity ( μs / cm ) TDS ( μg /l) Comment 0-280 0-175 280-800 175-500 800-2300 500-1500 Low salinity water can be used with most crops on most soils and with all methods of water application with little likelihood that a salinity problem will develop. Some leaching is required, but this occurs under normal irrigation practices except in soils of extremely low permeability. Medium-salinity water can be used if moderate leaching occurs. Plants with medium salt tolerance can be grown, usually without special measures for salinity control. Sprinkler irrigation with the more-saline waters in this group may cause leaf scorch on salt-sensitive crops, especially at high temperatures in the daytime and with low application rates. High-salinity water cannot be used on soils with restricted drainage. Even with adequate drainage, special management for salinity control may be required, and the salt tolerance of the plants to be irrigated must be considered. 2300-5500 1500-350 0 Very high-salinity water is not suitable for irrigation water under ordinary conditions. For use, soils must be permeable, drainage adequate, water must be applied in excess to provide considerable leaching, and salt-tolerant crops should be selected. > 5500 > 3500 Extremely high-salinity water may be used only on permeable, well-drained soils under good management, especially in relation to leaching and for salt-tolerant crops, or for occasional emergency use. < 자료 : South Australian Reclaimed Water Guidelines(treated effluent, Dep. of Human Services and Environment Protection Agency, 2002> - 75 -
< 표 47> South Australia 의중금속 미량원소에따른농업용수기준 항목기준치 ( mg /l) Comment Aluminium 5.0 High toxicity in acid soils Arsenic 0.1 Beryllium 0.1 Cadmium 0.01 High toxicity in acid soils Chromium 1.0 Cobalt 0.05 Copper 0.2 Fluoride 1.0 Iron 1.0 Lead 0.2 Lithium 2.5 Citrus: 0.075 mg /l Manganese 2.0 0.2 mg /l in acid soils Mercury 0.002 Molybdenum 0.01 Nickel 0.2 Selenium 0.02 Uranium 0.01 Vanadium 0.1 Zinc 2.0 1.0 mg /l for sandy soil if ph < 6 ph 4.5-9.0 ph < 4.8 could cause solubilisation of Al,,Mn or heavy metals Water with ph > 8.3 may contain high Na, carbonate, bicarbonate. < 자료 : South Australian Reclaimed Water Guidelines(treated effluent, Dep. of Human Services and Environment Protection Agency, 2002> 4-4. 농업용수의수질에대한고찰 오래전유럽의몇몇나라에서는도시지역에서발생하는하수를주변의토지로흘려보내하수처리문제를해결함과동시에작물에영양분과수분을공급하는 2가지효과를기대하였음. 그당시하수에는농작물의생육에도움을주는양분들이포함되어있어농업용수로이용해도별다른문제를야기하지않을것으로인식하였음. - 76 -
특히, 농업용수는먹는물과같은고수질을필요로하지않으며, 토양에서의여과및분해기능에의해하수에포함된오염물질들이걸러질수있을것으로생각하였음. 그러나, 오늘날도시에서발생하는하수중에는합성세제 중금속류 바이러스 기생충 유류등과같은여러가지유해한물질들이많이포함되어있음. 따라서, 처리하지않은상태로하수를농경지에살포하는것은토양과지하수오염문제를유발시킬뿐만아니라, 농작물또는가축에유해성분의축적을가져오고, 결국에는먹이사슬을통해사람에게전달됨으로써건강에치명적인영향을초래할수있어처리하지않은하수를농업용수로직접이용하는것은결코바람직하지않음. 전술한바와같이, 세계여러나라에서는하수처리장에서처리된물 (2차처리 ) 또는재처리수 (3차처리혹은고도처리 ) 의이용에필요한수질기준, 처리공정, 재이용용도등을기준으로정해엄격히적용함으로써하수재이용에따른토양 지하수오염문제, 사람이나동물에미치는보건위생적악영향, 기계 설비의장해문제등이발생하지않도록하고있음. 본절에서는하수처리장에서발생하는방류수를농업용수로재이용함에있어수질적으로어떠한사항들을고려해야할것인가를사전에검토함으로써방류수처리공정과목표수질을설정하는데참고하고자함. 4-4-1. 농업용수의개념 가. 농업용수의개념 우리나라의농업 농촌기본법 ( 제3조제1호 ) 에서는농업의범위를다음과같이규정하고있음. 농작물생산업 : 식량작물생산업 원예작물생산업 특용작물생산업 양잠업및종자생산업 축산업 : 가축의사육업 부화업및종축업 임업 : 영임업 ( 자연휴양림의조성또는관리 운영업포함 ) 임산물생산업및야생조수사육업 - 77 -
따라서, 농업용수란 농작물생산활동을비롯하여축산업과임업을영위하는데사용되는물 이라할수있음. 그러나, 농업의범위는전술한바와같이매우광범위할뿐만아니라, 농업을통해얻어지는최종생산물 수확물은직접혹은간접적으로사람이나동물이섭취하게된다는점, 그리고농업에서대상으로하고있는작물이나동식물이다종다양하고, 물속에포함된성분에대한내성의정도가동식물종에따라천차만별이라는점을고려할때, 농업용수의수질기준을획일적으로설정하기는대단히어려운문제임. 나. 농업용수사용시고려해야할수질항목 농업용수는먹는물과대등한고수질을갖출필요는없지만, 농업용수사용이곧농업의생산성뿐아니라, 직 간접적으로사람과동식물에영향을미칠수있고토양및지하수오염을유발시킬수있다는점등을고려할때, 농업용수가갖추어야할요건에대한고려는필요함. 농업용수는수질에따라토양의염분도 Sodicity 양이온교환 산도또는알카리도 영양염류의활용도 토양구조 점토성분의분산과응집에영향을미칠수있기때문에농업용수로사용하는물중에포함된성분의농도는작물성장에결정적인역할 (Hillel, 2000) 을하므로세계여러나라에서는농업용수가갖추어야할수질에대해구체적으로규정하고있음. 캘리포니아주의경우, 하수처리장방류수를농업용수로재이용할때고려해야할수질항목으로서부유고형물, 생물분해성유기물, 병원균, 영양염류, 안정유기화합물, 수소이온농도, 중금속류, 용존무기물, 잔류염소등크게 9가지를정하고있음 ( 표 48 참조 ). 특히, 캘리포니아주를비롯한미국의여러주에서는농업용수에포함될수있는중금속등미량성분의허용농도를구체적으로정하고있음. US EPA(1992) 에서는방류수를농업용수로재이용하고자할때, 주된관심이되는수질항목으로염분농도, 나트륨, 중금속류, 잔류염소농도, 영양염류등 5가지사항임 ( 표 41 참조 ). 또한, 세계보건기구 (WHO) 에서는방류수를농업용수로재이용할때, 재이용용도및사용시노출되는집단의유형에따라장내기생충과대장균 - 78 -
군에대한기준을설정함과아울러, 이기준을충족시키는데필요한처리수준을제시하고있음 ( 표 49 참조 ). < 표 48> 하수처리장방류수를농업용수로사용할때고려할수질항목 성분측정해야할항목고려해야하는사유 부유고형물생물분해성유기물 휘발성및비휘발성을포함한부유고형물 BOD, COD 처리되지않은폐수가수계로유입되는경우, 부유고형물은슬러지의침전과혐기성상태를진전시킬수있음. 부유고형물농도가과도한경우관수용파이프가막히게하는원인이됨. 탄수화물, 단백질, 유지류가주된구성성분임. 이러한물질들이수계로배출되면, 생물학적분해로인해물중의용존산소결핍및부패상태를야기할수있음. 병원균 영양염류 지표미생물, 대장균군및분변성대장균 질소, 인산, 칼륨 폐수내의병원균 ( 박테리아, 바이러스, 기생충등 ) 에의한전염병이전파될수있음. 질소, 인산, 칼륨은식물성장의필수원소임. 질소, 인같은염양염류가수계로유입되면수생생물의과잉성장을초래할수있고, 질소는과다하게배출되면지하수오염을유발시킬수있음. 안정페놀, 농약, 염화수소등유기화합물 이러한유기화합물질은전통적인폐수처리방법으로는잘처리가안됨. 일부유기화합물은독성이있기때문에폐수를관개용수로사용하는데제한을받음. 수소이농도 ph 폐수의 ph 는토양의알카리도는물론금속성분의용해도에영향을미침 일반적으로생활하수의 ph 는 6.5~8.5 정도이나공장폐기물은 ph 를현저하게변경시킴. 중금속 Cd, Zn, Ni, Hg 등 일부중금속류는환경에축적되며, 동식물에독성이있기때문에폐수를관개수용으로사용하는데에는제한이따름. 총고형물질, 전기전도도용존무기물, Na, Ca, Mg, Cl, B 등 염분이과다하게포함된물은일부작물에피해를줄수있으며, Cl, Na, B 같은이온성분은일부작물에독성이있음. Na 은토양의투수성에문제를일으킬수있음. 잔류염소 유리및결합염소 일부민감한작물들은유리염소가과다 (Cl 2 0.05 mg /l 이상 ) 하면잎이고사되는피해를입을수있음. 그러나폐수재이용수에는염소가대부분결합형태로존재하기때문에작물에위해를일으키지않음. 일부에서는지하수오염관점에서염소계유기화합물의독성에관한관심을가지고있음. < 자료 : Irrigation with Reclaimed Municipal Wastewater, A Guidance Manual, 1984, State of California> - 79 -
< 표 49> 하수를농업및수산양식용수로사용할때의기준 (WHO) 재이용도노출집단 장내기생충 ( 알의수 /l) 대장균 ( 기하평균, 수 /100 ml ) 하수처리수준 날것으로먹는곡물의관개용수 운동장관수용수 공원관개용수 작업자소비자일반대중 1 1,000 미생물기준을충족시킬수있는처리시설또는안정지 곡물사료작물용수 공업용작물 목초지및나무등의관개용수 B 급작물재배용수 ( 국부적인관개용수로작업자나대중에게노출될우려가없는경우 ) 작업자 1 기준치없음 없음적용안됨적용안됨 안정지에서 8~10 일정도체류시키거나기생충 대장균을제거할수있는처리 관수기술별로요구하는전처리 (1 차처리만은안됨 ) B 급작물 : 올리브, 땅콩, 밤, 아몬드등 < 자료 : Health Guidelines for the Use of Wastewater in Agriculture and Aquaculture, 1989, WHO> 4-4-2. 염분도등에대한농작물의내성 가. 염분도에대한내성 염분도 (salinity) 란해양학에서는해수 1kg 중에함유된염류의총량을의미하지만농업에서는물또는토양중에녹아있는전해질의광물질총량을말함. 용존광물질중양이온으로서는 Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ 등이대표적인성분들이며, 음이온으로서는 Cl -, SO 2-4, NO - 3, HCO - 3, CO 2-3 등을들수있고, 이외에도 B, Se, Sr, Li, SiO 2, Rb, F, Mo, Mn, Al 등의미량성분들이포함되어있음. 이들성분들은농작물또는식물이자라는데필요한양분이지만, 일정수준을초과하게되면생육을저해하거나고사하는등의피해를유발시킬수있음 (Tanji, 1990). 일반적으로염분에적응된식물을 halophytes라하고, 적응이안되어염분에스트레스증을나타내는식물을 glycophytes라고하는데, 대부분의식물들은 glycophytes이범주에속하며, 염분에대한식물의민감도는식물종에따라큰차이를나타냄 (Hillel, 2000). - 80 -
여기서스트레스란식물이발아 생육 성장 생산에피해를받는것을말하며, 스트레스를받고있는지, 아니면스트레스가없는지를명확하게구분하는것은매우어려움. 일반적으로염분도에대한식물의상대적인성장률 (National Research Council, 1990) 은그림11과같으며, 이그림에서보면호염성식물 (halophytes) 은낮은염분농도에서성장률이증가하고있음을알수있고, 염분에내성을갖는작물 (salt-tolerant crops) 은임계치를넘어서면성장률이낮아지고있음을알수있음. 또한, 염분에민감한작물 (salt-sensitive crops) 은매우낮은농도에서도성장률이급격히낮아지고있음. < 그림 11> 염분도에대한식물의상대적인성장률 염분도에대한작물의내성또는저항성 (Mass, 1990) 은민감, 중간민감, 중간내성, 내성, 작물에부적합의 5가지로분류할수있음 ( 그림 12 참조 ). 염분도에따른상대적인작물생산량을 염분도임계치 (threshold salinity; ds/m) 이라하며, 다음과같은식 (Hillel, 2000) 에의해구할수있는데이식에의하면, 작물의생산량은토양의염분도와직선적인관계가있음을알수있음. - 81 -
Yr = 100 - b(ece-a) 여기서, b : ds/m 당수확량변화율기울기 ECe : 뿌리대 (root zone) 의전기전도도 Van Genuchten(1983) 은토양의염분도에따른작물의반응을다음과같은 S자형관계식을제안하였음. Yr = Y/[1 +(C/C 50 )p] 여기서, Y : 염분영향을받지않는상태에서의수확량 C : 뿌리대 (root zone) 의평균염분도 C 50 : 수확량이 50% 감소했을때뿌리대 (root zone) 의염분도 P : 경험상수 < 그림 12> 염분도에대한작물의내성분류 - 82 -
염분도에따른작물의내성에대하여 South Australia에서는 TDS 농도를기준으로 500mg /l 이하, 500~1,500mg /l, 1,500~3,500mg /l, 3,500mg / l 이상의 4개그룹으로분류하고, 그각각에대해사료작물, 과일류, 채소류, 화훼류의종들을구체적으로제시하고있음 ( 표 50~56 참조 ). 사료작물을보면, Ladino클로버 Red클로버 White Duch클로버등은 TDS 500mg /l이하에서내성을내타내고, Cocksfoot Perennial ryegrass( 독보리 ) 는 TDS 500~1,500mg /l의범위에서내성을지니며, Sudan grass Sweet클로버등은 1,500~3,500mg /l, Seashore Paspalum Saltwater couch 등은 3,500mg /l 이상에서도내성을가짐. 감, 비파, 양딸기, 살구, 봉숭아, 호도등은 TDS 500mg /l이하에서내성을내타내고, 사과 배는 TDS 500~1,500mg /l의범위에서내성을지니며, 무화과 올리브등은 1,500~3,500mg /l에서내성을가짐. 무우 오이 호박 양파 당근 상치등은 TDS 500mg /l이하에서내성을내타내고, 고추 양배추등은 500~1,500mg /l, 시금치 사탕무우등은 1,500~3,500mg /l에서내성을가짐. - 83 -
< 표 50> South Australia 의염분도의내성에따른작물분류 TDS( mg /l) 초지과일채소화훼류 0-500 Ladino clover Red clover Alsike clover White Dutch clover Subterranean clover Persimmon Loquat Passionfruit Strawberry Avocado Almont Apricot Peach Plum Lemon Grapefruit Orange Grape Walnut Parsnips Green beans Celery Radish Cucumber Squash Peas Onion Carrot Potatoes Sweet Com Lettuce French beans Violet African violet Primula Gardenia Begonia Azalea Camellia Magnolia Fuchsia Dahlia 500-1500 Cocksfoot Perennial ryegrass Mulberry Apple Pear Raspberry Quince Cauliflower Bell peper cabbage Broccoli Tomato Broad beans Field beans Sweet potato Artichoke Geranium Gladiolus Bauhinia Zinnia Rose Aster Poinsettia Musa Podocarpus 1500-3500 Oats(hay) Wheat(hay) Rye(hay) Luceme Sudan grass Paspalum dilatatum Strawberry clover Sweet clover Milet Wimmera ryegrass Rhodes grass Couch grass Barley Birdsfoot trefoil Olive Fig Pomegrnate Cantaloupe Spinach Asparagus Kale Garden beets Gherkins Stock Chrysanthemum Carnation hibiscus Oleander Bougainvillea Vinca Aust. Hop bush Coprosma Japanease pepper Ficus spp False acacia Old pyramind tree NZ Christmas bush False mahogany Rottnest cyprus C. cuppressiformis Acacia longifolia Buffalo grass Kikuyu grass Portulaca Mesembryanthemum Boobyalla Morrel Swamp yate York gum Couch grass Bamboo Kondinin blackbutt > 3500 Seashore paspalum Puccinella ciliata Saltwater couch Date palm Canary palm Paspalum vaginatum Salt sheoaks Salt river gum Tamarisks Saltbushes < 자료 : South Australian Reclaimed Water Guidelines(treated effluent, Dep. of Human Services and Environment Protection Agency, 2002> - 84 -
< 표 51> 염분도의내성에따른작물분류 (Mass, 1990) Common name Barley Bean Broad bean Corn Cotton Cowpea Flax Millet, foxtail Oats Peanut Rice, paddy Rye Safflower Sesame Sorghum Soybean Sugar beet Sugarcane Sunflower Triticale Wheat Wheat(semi-dwart) Wheat, durum Alfalfa Bermuda grass Clover, alsike Clover, berseem Clover, hubam Clover, ladino Clover, red Clover, strawberry Corn (forage) Cowpea (forage) Fescue, tall Foxtail, meadow Harding grass Love grass Orchard grass Ryegrass, perennial Sudan grass Timothy Trefoil, big Trefoil, narrowleaf Vetch, common Wheat (forage) Wheat, durum (forage) Wheat grass, standard crested Wheat grass, fairway crested Artichoke Asparagus Bean 곡물포화토양에서추출한전기전도도 Botanical name Hordeum vulgare Phaseolus vulgaris Vicia faba Zea mays Gossypium hirsutum Vigna unguiculata Linum usitatissimum Setaria italica Avena sativa Arachis hypogaea Oriza sativa Secale cereale Cathamus tinctorius Sesamum indicum Sorghum bicolor Glycine max Beta vulgaris Saccharum officinarum Helianthus annuus X Triticosecale Triticum aestivum T. aestivum T. turgidum Medicago sativa Cynodon dactyion Trifolium hybridum T. alexandrinum Melilotus alba Trifolium repens T. pratense T. fragiferum Zea mays Vigna unguiculata Festuca elatior Alopecurus pratensis Phalaris tuberosa Eragrostis sp. Dactylis glomerata Lolium perenne Sorghum sudanense Phleum pratense Lotus uliginosus L. corniculatus Vicia angustifolia Triticum aestivum T. turgidum Agropyron sibiricum A. cristatum Helianthus tuberosus Asparagus officinalis Phaseolus vulgaris 역치 (ds/m) 8.0 1.0 1.6 1.7 7.7 4.9 1.7 3.2 3.0 11.4 6.8 5.0 7.0 1.7 6.1 6.0 8.6 5.9 2.0 6.9 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.8 2.5 3.9 1.5 4.6 2.0 1.5 5.6 2.8 2.3 5.0 3.0 4.5 2.1 3.5 7.5 4.1 1.0 T : Tolerant( 내성 ), S : Sensitive( 민감 ), M : Moderately( 보통 ) slope % (per ds/m) 5.0 19.0 9.6 12.0 5.2 12.0 12.0 29.0 12.0 10.8 16.0 20.0 5.9 5.9 2.5 7.1 3.0 3.8 7.3 6.4 5.7 5.7 12.0 12.0 12.0 7.4 11.0 5.3 9.6 7.6 8.4 6.2 7.6 4.3 19.0 10.0 11.0 2.6 2.5 4.0 6.9 2.0 19.0 내성 T S MS MS T MT MS MS MT MS S T MT S MT MT T MS MS T MT T T MS T MS MS MT MS MS MS MS MS MT MS MT MS MS MT MT MS MS MT MS MT MT MT T MT T S - 85 -
< 표 51> 계속 Common name Beat, red Broccoli Cabbage Carrot Celery Corn, sweet Cucumber Eggplant Lettuce Onion Pepper Potato Radish Spinash Squash, scallop Squash, zucchini Strawberry Sweet potato Tomato Turnip Almond Apple Apricot Avocado Blackberry Boysenberry Cherry, sweet Date paim Fig Grape Grapefruit Guayule Lemon Mango Olive Orange Papaya Passion fruit Peach Pear Persimmon Pneapple Plum; Prune Pomegranate Pomelo Raspberry 곡물포화토양에서추출한전기전도도 Botanical name Beta vulgaris Brassica oleracea botrytis B. oleracea capitata Dacus carota Apium graveolens Zea mays Cucumis sativus Solanum melongena esculentum Lactuca sativa Allium cepa Capsicum annum Solanum tuberosum Raphanus sativus Spinacia oleracea Cucurbita pepo melopepo C. pepo melopepo Fragaria sp. Ipomoea batatas Lycopersicon lycopersicum Brassica rapa Prunus duclis Malus sylvestris Prunus armeniaca Persea americana Rubus sp. Rubus ursinus Prunus avium Phoenix dactylifera Ficus carica Vitis sp. Citrus paradisi Parthenium argentatum Citrus limon Mangifera indica Olea europaea Citrus sinensis Carica papaya Passiflora edulis Prunus Persica Pyrus communis Diospyros virginiana Ananus Comosus Prunus domestica Punica granatum Citrus maxima Rubus idaeus 역치 (ds/m) 4.0 2.8 1.8 1.0 1.8 1.7 2.5 1.1 1.3 1.2 1.5 1.7 1.2 2.0 3.2 4.7 1.0 1.5 2.5 0.9 1.5 1.6 1.5 1.5 4.0 1.5 1.8 15.0 T : Tolerant( 내성 ), S : Sensitive( 민감 ), M : Moderately( 보통 ) 1.7 1.7 slope % (per ds/m) 9.0 9.2 9.7 14.0 6.2 12.0 13.0 6.9 13.0 16.0 14.0 12.0 13.0 7.6 16.0 9.4 33.0 11.0 9.9 9.0 19.0 24.0 22.0 22.0 3.6 9.6 16.0 13.0 16.0 21.0 18.0 내성 MT MS MS S MS MS MS MS MS S MS MS MS MS MS MT S MS MS MS S S S S S S S T MT MS S T S S MT S MT S S S S MT S MT S S - 86 -
< 표 52> 염분에대한농작물의상대적인내성 Tolerant c Fiber, seed and sugar crops Barley (Hordeum Vulgare) Cotton (Gossypium chinensis) Sugarbeet (Beta vulgaris) Grasses and forage crops Alkaligrass, Nuttall (Puccinellia airoides) Alkali sacaton (Sporobolus airoides) Bermudagrass (Cynodon Dactylon) Kallargrass (Diplachne fusca) Saltgrass, desert (Distichlis stricta) Wheatgrass, fairway crested (Agropyron criststum) Wheatgrass, tall (Agropyron olongatum) Wildrye, Altai (Elynus angustus) Wildrye, Russian (Elynus junceus) Vegetable crops Asparagus (Asparagus officinalis) Fruit and nut crops Date Palm (Phoenix dactylifera) Moderately tolerant c Fiber, seed and sugar crops Cowpea (Vigna unguiculata) Oats (Avena sativa) Rye (Secale cereale) Safflower (Carthamus tinctorius) Sorghum (Sorghum bicolor) Soybean (Glycine max) Triticale (X Triticosecale) Wheat (Triticum aestivum) Wheat, Durum (Triticum turgidum) Moderately tolerant c Fruit and nut crops Fig (Ficus carica) Jujuba (Ziziphus Jujuba) Olive (Olea europaea) Papaya (Carica papaya) Pineapple (Ananas canosus) Pomegranate (Punica granatum) Grasses and forage crops Barley (forage) (Hordeum vulgare) Brone, mountain (Bromus marinatus) Canarygrass, reed (Phalaris arundinacea) Clover, Hubam (Melotus alba) Clover, sweet (Melitotus) Fescue, meadow (Festuca pratensis) Fescue, tall (Festuca elatior) Hardinggrass (Phalaris tuberosa) Panicgrass, blue (Panicum antiodtale) Rape (Brassica napus) Rescuegrass (Bronus unioloides) Rhodesgrass (Chloris Gayana) Ryegrass, Italian (Lolium multiflorum) Ryegrass, perennial (Lolium perenne) Sudangrass (sorghum sudanense) Trefoil, narrowleaf birdsfoot (Lotus corniculatus arvenis) Wheat (forage) (Triticum aestivum) Wheatgrass, standard crested (Agropyron sibiricum) Wheatgrass, intermediate (Agropyron intermedium) Wheatgrass, slender (Agropyron trachycaulum) Wheatgrass, western (Agropyron smithii) Wildrye, beardlees (Elymus triticoidos) Wildrye, Canadian (Elymus canadensis) Vegetable crops Artichoke (Helianthus tuberosus) Beet, red (Beta vulgaris) Squash, zucchini (Cucurbita Pepo Melopepo) - 87 -
< 표 52> 계속 Moderately sensitive c Moderately sensitive c Fiber, seed and crops Broadbean (Vicia Faba) Castorbean (Ricinus communis) Corn (Zea Mays) Flax (Linum usitatissimm) Millet, foxtail (setaria italica) Peanut (Arachis hypogaea) Rice, paddy (Oryza sativa) Sugarcane (Saccharum officinarum) Sunflower (Helianthus annuus) Grasses and forage crops Alfalfa (Medicago sativa) Bentgrass (Agrostis stolonifera Palustris) Bluestem, Angleton (Dichanthium aristatum) Brome, smooth (Bromus inermis) Buffelgrass (Cenchrus ciliaris) Burnet (Poterium Sanguisorba) Clover, alsike (Trifolium hybridum) Clover, Berseem (Triforiun alexandrium) Clover, ladino (Trifolium repens) Clover, red, (Trifolium pratense) Clover, strawberry (Trifolium fragiferum) Clover, white Dutch (Trifolium repens) Corn (forage)(zoz Mays) Cowpea (forage) (Vigma unguiculata) Dallisgrass (Paspalim dilatatun) Foxtail, meadow (Alopecurus pratensis) Grama, blue (Boutoloua gracilis) Lovegrass (Eragrostis sp.) Milkvetch, Cicer (Astragalus cicer) Oatgrass, tall (Arrhenatherum, Danthonia) Oats (forage) (Avena sativa) Orchardgrass (Dactylis glomerata) Rye (forage) (Secale cerale) Sesbania (Sesbania exaltata) Siratro (Macroptilium atropurpureum) Sphaerophysa (Sphaerophysa salsula) Timothy (Phleum pratense) Trefoil, big (Lotus uliginosus) Vetch, common (Vicia angustifolia) Vegetable crops Broccoli (Brassica oleracea botrytis) Brussels sprouts (B. oleracea germmifera) Cabbage (B. oleracea capitata) Cauliflower (B. oleracea botrytis) Corn, sweet (Zea mays) Cucumber (Cucumis sativus) Eggplant (solanum Melonggena esculentum) Kale (Brassica oleracea acephala) Kohlrabi (B. oleracea gongylode) Lettuce (Lactuca sativa) Muskmelon (Cucumis Melo) Pepper (Capsicum annuun) Potato (Solanum tuberosum) Pumpkin (Cucurbita Pepo Pepo) Radish (Raphanus sativus) Spinach (Spinacia oleracea) Squash, scallop (Cucurbita Pepo Melopepo) Sweet potato (Ipomoea Batatas) Tomato (Lycopersicon Lycopersicum) Turnip (Brassica Rapa) Watermelon (Citrullus lanatus) Fruit and Nut Crops Grape (Vitis sp.) Sensitive c Fiber, seem and sugar crops Bean (Phaseolus vulgaris) Guayule (Parthenium argentatum) Sesame (Sesamum indicum) Vegetable crops Bean (Phaseolus vulgaris) Carrot (Daucus carota) Okra (Abel moschus esculentus) Onion (Allium Cepa) Parsnip (Pastinaca sativa) - 88 -
< 표 52> 계속 Sensitive c Fruit and crops Almond (Prunus Dulcis) Apple (Malus sylvestris) Apricot (Prunus armeniaca) Blackberry (Rubus, sp.) Boysenberry (Rubus ursinus) Cherimoya (Annona Cherimola) Cherry, sweet (Prunus avium) Cherry, sand (Prunus Besseyi) Currant (Ribes sp. ) Gooseberry (Ribes sp. ) Grapefruit (Citrus paradisi) Lemon (Citrus Limon) Mango (Mangifera indica) Orange (Citrus sinensis) Sensitive c Fruit and crops Passion fruit (Passiflora edulis) Peach (Prunus Persica) Pear (Pyrus communis) Persimmon (Diospyrus virginiana) Plum: Prune (Prunus domestica) Pummelo (Citrus maxima) Raspberry (Rubus idaeus) Rose apple (Syzygium jambos) Sapote, white (Casimiroa edulis) Strawberry (Fragaria sp.) Tangerine (Citrus reticulata) Lime (Citrus aurantiifolia) Loquat (Eriobotrya japonica) a. Data taken from Maas [13]. b. These data serve only as a guideline to the relative tolerances among crops. Absolute tolerances vary with climate, soil conditions, and cultural practices. c. The relative tolerance ratings are defined by the boundaries in Figure 3-1. Detailed tolerances can be found in Maas [13]. < 자료 : Irrigation with Reclaimed Municipal Wastewater, A Guidance Manual, 1984, State of California> - 89 -
< 표 53> 조경식물의상대적인염분도에대한내성 Very sensitive (Max. Ecw = 0.7-1.4 mmho/cm or ds/m) Star jasmine (Trachelospermum jasminoides) Pyrenees cotoneaster (Cotoneaster congestus) Oregon grape (Nahonia Aquifolium) Photinia (Photinia X Frasori) Sensitive c (Max. Ecw = 1.4-2.7 mmho/cm or ds/m) Pineapple guava (Feijoa sellowiana) Chinese holly, cv. Burford (Ilex cornuta) Rose, cv. Grenoble (Rosa sp.) Glossy abelia (Abelia X grandiflora) Southern yew (Podocarpus macrophyllus) Tulip tree (Liriodendron Tulipifera) Algerian fvy (Hedera canariensis) Japanese pittosporum (Pittosprum Tobira) Heavenly bamboo (Nandina domestica) Chinese hibiscus (Hibiscus Rosa-sinensis) Laurustinus, cv. Robustum (Viburnum Tinus) Strawberry tree, cv. Compact(Arbutus Unedo) Crape Myrtle (Lagerstroemia indica) Moderately sensitive c (Max. Ecw = 2.7-4.0 mmho/cm or ds/m) Glossy privet (Ligustrum lucidum) Yellow sage (Lantana camara) Orchid tree (Bauhinia purpurea) Southern Magnolia (Magnolia grandiflora) Japanese boxwood (Buxus microphylla Var, japonica) Dodonaea, cv. Atropurpurea (Dodonaea Viscosa) Oriental arborvitae (Platycladus orientalis) Thorny elaeagnus (Elaeagnus pungens) Spreading juniper (Juniperus chinensis) Xylosma (Xylosma congestum) Japanese black pine (Pinus Thunbergiana) Indian hawthorn (Raphiolepis indica) Pyracantha, cv. Graberi (Pyracantha Fortuneana) Cherry plum (Prunes cerasifera) Moderately tolerant c (Max. Ecw = 4.0-5.5 mmho/cm or ds/m) Weeping bottlebrush (Callistemon viminalis) Oleander (Nerium oleander) European fan palm (Chamaerops humilis) Blue dracaena (Cordyline indivisa) Spindle tree, cv. Grandiflora (Euonymus japonica) Rosemary (Rosmarinus officinalis) Aleppo pine (Pinus halepensis) Sweet gum (Liquidambar styraciflua) Tolerant c (Max. Ecw >5.5 mmho/cm or ds/m) Brush sherry (Syzygium paniculatum) Ceniza (Leucophyllum frutescens) Natal plum (Carissa grandiflora) Evergreen Pear (Pyrus kawakamii) Bougainvillea (Bougainvillea spectabilis) Italian stone pine (Pinus pinea) Very Tolerant c (Max. Ecw >6.8 mmho/cm or ds/m) White iceplant (Delosperma alba) Rosea iceplant (Drosanthemum hispidum) Purple iceplant (Lampranthus productus) Croceum iceplant (Hymenocyclus croceus) Species are listed in order of increasing tolerance based on appearance as well as growth reduction. ECw = Electrical conductivity of the irrigation water. Salinities exceeding the maximum permissible water salinity (Max. ECw ) may cause leaf burn, loss of leaves, and/or excessive stunting. The maximum values shown were derived from maximum permissible ECe data by a factor of ECe = 1.5ECw. This relationship should be valid for normal irrigation practies. The electrycal conductivity of the irrigation water can be designated as mmho/cm or ds/m < 자료 : Irrigation with Reclaimed Municipal Wastewater, A Guidance Manual, 1984, State of California> - 90 -
< 표 54> 과일류작물에대해허용할수있는최대염소이온농도 Crop Avocado (persea americana) Citrus (Citrus spp.) Grape (Vitis spp.) Stone fruit (Prunus spp.) Berries (Rubus spp.) Grape (Vitis spp.) West Indian Guatemalan Mexican Rootstock or cultivar Rootstock Sunki mandarin, grapefruit Cleopatra mandarin, Rangpur lime Sampson Tangelo, rough lemon, sour orange, Ponkan mandarin Citrumelo 4475, trifolate orange, Cuban shaddock, Calamondin, sweet orange, Savage citrange, Rusk citrange, Troyer citrange salt Creek, 1613-3 Dog ridre Marianna Love11, Shalil Yunnan Cultivars Boysenberry Olallie blackberry Indian Summer raspberry Thompson seedless, Perlette Cardinal, black rose Maximum permissible Cl in water without leaf injury( mg /l) 180 145 110 600 355 250 960 710 600 250 180 250 250 110 460 250 Strawberry Lassen 180 (Fragaria spp.) Shasta 110 For some srops, the concentrations given may exceed the overall salinity tolerance of that crop and cause some yield reduction before chloride ion toxicities. Values given are for the maximum concentration in the irrigation water. The values were derived from saturation extract data (ECe) by the following relationship: saturation extraction = 1.5 water concentration. The maximum permissible values apply only to surface irrigated crops. Sprinkler irrigation may cause excessive leaf burn at values far below these < 자료 : Irrigation with Reclaimed Municipal Wastewater, A Guidance Manual, 1984, State of California> - 91 -
< 표 55> 스프링클러관수시잎사귀에염해가발생할수있는상대적인내성 Na or Cl concentration (meq/l) causing foliar injury <5 5-10 10-20 >20 Almond Apricot Citrus Plum Grape Pepper Poteto Tomato Alfalfa Barley Corn Cucumber Safflower Sesame Sorghum Cauliflower Cotton Sugarbeet Sunflower < 자료 : Irrigation with Reclaimed Municipal Wastewater, A Guidance Manual, 1984, State of California> < 표 56> 염소이온및나트륨이온에대한작물의내성 뿌리에의해흡수했을때과일류작물의염소이온에대한내성 Rootstocks Chloride( mg /l) Cultivars Chloride in irrigation water( mg /l) Grapes Stone-fruits Strawberries 710-960 180-600 110-180 Boysenberry Blackberry Raspberry 250 250 250 잎사귀에손상을줄수있는염소이온농도 Sensitivity Chloride( mg /l) Affected crop Sensitive Moderately sensitive Moderately tolerant Tolerant < 178 178-355 355-710 > 710 Almond, apricot, plum Grape, pepper, potato, tomato Alfalfa, barley, corn, cucumber Cauliflower, cotton, safflower, sesame, sorghum, sugar-beet, sunflower - 92 -
< 표 56> 계속 나트륨이온에대한작물의내성 Tolerance SAR Crop condition Very sensitive Sensitive Moderately tolerant Tolerant 2-8 8-18 18-46 46-102 Deciduous fruits, nuts, citris, vocado Beans Clover, oats, tall fescue, rice Wheat, lucerne, barley, tomatoes, beets, tall wheat grass, crested grass, fairway grass Leaf tip burn, leaf soorch Stunted, soil structure favourable Stunted due to nutrition and soil structure Stunted due to poor soil structure < 자료 : South Australian Reclaimed Water Guidelines(treated effluent, Dep. of Human Services and Environment Protection Agency, 2002> 나. 미량원소가작물에미치는영향및내성 물중에포함된 Al을비롯한 17가지미량원소가농작물에미칠수있는영향에대해표 57에정리하였음. 이들미량원소는물중에적당량함유되어있는경우에는작물의생육에필요한필수양분이되지만지나치게높으면독성을나타내작물에게피해를줄수있음 ( 표 58, 59 참조 ). - 93 -
< 표 57> 농업용수중의미량원소가작물에미칠수있는영향 항목 최대농도 ( mg /l) Al 5.0 미치는영향 산성토양 (ph5.5 이상 ) 에서는생산성을현저히감소시킬수있음. ph 5.5 이하의알카리성토양에서는이온이침전돼독성이제거될수있음 As 0.10 식물에대한독성이광범위하여 Sudan grass 의 12 mg /l 에서독성을나타내며, 벼는 0.05 mg /l 에서도독성을나타냄. Be 0.10 양배추는 5.0 mg /l, 강낭콩은 0.5 mg /l 에서독성을나타냄. Cd 0.01 Co 0.05 Cr 0.1 콩 근대 순무는 0.1 mg /l 에서도독성이나타나며, 식물과토양에축적돼사람에게피해를일으킬수있음. 토마토는 0.1 mg /l 에서도독성을나타나며, 중성및알카리성토양에서는불활성의경향이있음. 식물의성장에필요한필수원소는아니며, 식물에미치는독성의정도에관한정보가알려져있지않음. Cu 0.2 0.1~1.0 mg /l 범위에서많은식물에독성을나타냄. F 1.0 중성및알카리성토양에서불활성을나타냄. Fe 5.0 Li 2.5 통기성토양에서는식물에대한독성이없지만, 토양의산성화와인산 몰리브덴의유용성을감소시킬수있음. 대부분의곡식들은 5 mg /l 이상에서도내성을가짐. 토양에서유동성이있고, 감귤류는 0.075 mg /l 에서도독성을나타냄. Mn 0.2 산성토양에서수십mg /l~ 수mg /l 범위에서많은곡식들이독성을나타냄. Mo 0.01 Ni 0.2 정상농도에서는식물에독성이없음. 고농도의몰리브덴이함유된토양에서자란꼴을가축이먹었을경우에는독성이나타날수있음. 0.5~1.0 mg /l 에서많은식물에독성을나타나며, 중성및알카리성토양에서독성은감소함. Pb 5.0 매우높은농도에서는식물의세포성장이억제될수있음. Se 0.02 식물은 0.025 mg /l 에서도독성을나타나며, 셀레늄이비교적높은토양에서자란꼴을가축이먹었을경우에도독성이나타날수있음. V 0.1 비교적낮은농도에서많은식물들이독성이있음 Zn 2.0 광범위한농도에서많은식물들이독성이있음. ph 6.0 과유기토및세립질구조의토양에서도독성이감소함. < 자료 : Irrigation with Reclaimed Municipal Wastewater, A Guidance Manual, 1984, State of California> - 94 -
< 표 58> 붕소 (B) 에대한작물의내성 Very sensitive (<0.5 mg /l) Very sensitive (<0.5 mg /l) Lemon (Citrus limon) Oregon grape (Mahonia Aquiforium) Blackberry (Rubus sp.) Photinia (Photinia X Fraseri) Xylosma (Xylosma congestum) Sensitive (0.5-1.0 mg /l) Thorny elaeagnus (Elaeagnus pungens) Avocado (Persea americana) Laurustinus (Viburnum Tinus) Grapefruit (Citrus X paradisi) Wax-leaf privet (Ligustrun japonicum) Orange (Citrus sinensis) Pineapple guava (Feijoa Sellowiana) Apricot (Prunus armoniaca) Spindle tree (Euonymus japonica) Peach (Prunus Persica) Japanesa pittosporun (Pittosporun Tobira) Cherry (Prunus avium) Chinese holly (Ilex cornuta) Plun (prunus domestica) Juniper (Juniperus chinensis) Persinmon (diospyros Kaky) Yellow sage (Lantana Camara) Fig, kadota (Ficus carica) American elm (Ulnus anericana) Grape (Vitis vinifera) Walnut (Juglans regia) Sensitive (0.5-1.0 mg /l) Pecan (Carya illinoinensis) Zinnia (Zinnia elegans) Cowpea (Vigna unguiculata) Pansy (Viola tricolor) Onion (Alliun cepa) Violet (Viola odorata) Garlic (Alliun sativum) Larkspur (Delphinum sp.) Sweet potato (Iponea satatas) Glossy abelia (Ablia X grandiflora) Wheat (Triticum aestivum) Rosemary (Rosemarinus officinalis) Barley (Hordeum vulgars) Oriental arborvitae (Platycladus orientalis) Sunflower (Helianthus annus) Geranium (Pelargonium X hortorum) Bean, mung (Vigna radiata) Sesame (Sesamum indicum) Moderately sensitive (1.0-2.0 mg /l) Lupine (Lupinus Hartwegii) Gladioli (Gladiolus sp.) Strawberry (Fragaria sp.) Marigold (Calendula officinalis) Artichoke, Jerusalea (Helianthus berosus) Poinsettia (Euphorbia pulcherrima) Bean, kidney (Phaseolus vulgaris) China aster (Callistephus chinensis) Bean, Ifma (Phaseolus lunatus) Gardenia (Gardenia sp.) Peanut (Arachis hypogaea) Southern yew (Podocarpus macrophyllus) Bruch cherry (Syzygium paniculatum) Moderately sensitive (1.0-2.0 mg /l) Blue draceena (Cordyline indivisa) Pepper, red (Capsicum annuum) Ceniza (Leucophyllum frutescens) Pea (Pisum sativa) Carrot (Daucus carota) Radish (Raphanus sativus) Potato (Solanum tuberosum) Cucumber (Cucumis sativus) - 95 -
< 표 58> 계속 Moderately tolerant (2.0-4.0 mg /l) Lettuce (Lactuca sativa) Cabbage (Brassica oleracea capitata) Celery (Apium graveolens) Turnip (Brassica rapa) Bluegrass, Kentucky (Foa pretensis) Oats (Avena sativa) Corn (Zea mays) Artichoke (Cynara scolymus) Tobacco (Nicotiana Tabacun) Mustard (Brassica juncea) Clover, Sweet (Melilotus indica) Muskmelon (Cucusis melo) Moderately tolerant (2.0-4.0 mg /l) Bottlebrush (Callistomon citrinus) California poppy (Eschscholzia californica) Japanese boxwood (Buxus microphylla) Oleander (Nerium olieander) Chinese hibiscus (Hibiscus Rosasinensis) Sweetpea (Lathyrus odoratus) Carnation (Dianthus Caryophyllus) Tolerant (6.0-8.0 mg /l) Indian hawthorn (Raphiolepis indica) Natal plun (Carissa grandiflora) Oxalis (Oxalis Bowiei) Tolerant (4.0-6.0 mg /l) Sorghum (Sorghum bicolor) Tomato (Lycopersicon Lycopersicun) Alfalfa (medieago sativa) Vetch, purple (Vicia benghalensis) Parsley (Petroselinum crispun) Beet, red (Beta vulgaris) Sugarbeet (Beta vulgaris) Very tolerant (6.0-15.0 mg /l) Cotton (Gossypium hirsutun) Asparagus (Asparagus officinalis) a. Data taken from Maas [13]. b. Maximum concentrations tolerated in soil water without yield or vegetative growth reductions. Boro tolerances vary depending upon climate soil conditions and crop varieties. Maximum concentrations tolerated in the applied irrigation water are approximately equal to these values for soilwater or slightly less. - 96 -
< 표 59> 세계각국의농업용수수질기준 Parameter 단위 캐나다 미국 대만 헝가리 중국논밭야채밭 사우디 튀니지 ph - - - 6.0~9.0 6.5~8.5 5.5~8.5 5.5~8.5 5.5~8.5 6.0~8.4 6.5~8.5 TDS g/l 0.5~3.5 - - - 1~2 1~2 1~2 - - Electrical Conductivity ds/m - - 0.75 - - - - - 0.7 SS mg /l - - 100-150 200 100 10 30 Chloride mg /l - - 175-250 - 250 280 2000 Sulfate mg /l - - 200 - - - - - - TKN mg /l - - 1-12 30 30 - - BOD mg /l - - - 80 150 80 10 - - COD mg /l - - - - 200 300 150-90 Al μg /l - 5000 5000 5000 - - - 5000 - As μg /l 100 100 1000 200 50 100 50 100 100 Ba μg /l - - - 40000 - - - - - B(total) μg /l 0.5~0.6 0.75 0.75 0.7 1~3 1~3 1~3 0.5 3 Cd μg /l 10 10 10 20 5 5 5 10 10 Cr(total) μg /l 100 100 100 50000 100 100 100 100 100 Co μg /l 50 50 50 50 - - - 50 100 Cu μg /l 200~1000 200 200 2000 1000 1000 1000 400 500 F(total) μg /l 1 - - 1 2~3 2~3 2~3 2 3 Fe μg /l - - - 100 - - - 5000 5000 Pb μg /l 200 5000 100 1000 100 100 100 100 1000 Li μg /l - 2500 2500 2500 - - - 70 - Mn μg /l - 200 2000 5000 - - - 200 500 Hg μg /l - - 5 10 1 1 1 1 1 Mo μg /l 10~50 10 10 - - - - 100 - Ni μg /l 200 200 500 1000 - - - 20 200 Se μg /l 20~50 20 20-20 20 20 20 50 Ag μg /l - - - 100 - - - - - V μg /l 100 100 10000 5000 - - - - - Zn μg /l 1~5 2 2 5 2 2 2 4 2 Cyanide(total) μg /l - - - 10000 500 500 500 50 - Surfactant (ABS) μg /l - - 5000 50000 5000 5000 5000 - - Oil, grease μg /l - - 5000 8000 - - - absent - Benzene μg /l - - - 2500 2500 2500 2500 - - Tar μg /l - - - 30000 - - - - - Petroleum μg /l - - - 500 1000 1000 1000 - - Methanol μg /l - - - 100 - - - - - trichloroacetyl aldehyde μg /l - - - - 1000 1000 1000 - - Propion aldehyde μg /l - - - - 500 500 500 - - Phenol μg /l - - - - - - - 2000 - - 97 -
제 5 장제주지역하수처리장방류수의수질평가 5-1. 하수처리장현황 5-1-1. 시지역 ( 제주시및서귀포시 ) 2002년말현재제주도내에운영중인하수종말처리장은제주시도두를비롯하여서귀포시중문 ( 서부 ) 및보목 ( 동부 ) 의 3개소임. 이들하수처리장에서는생물학적처리방식인표준활성슬러지법에의해하수를처리하고있으며, 시설용량은평균 165천m3 / 일임 ( 그림 13~14참조 ). 하수처리장집수구역내에서발생하는하수량은 1일 122,735m3이고, 이중 91% 인 111,491m3 / 일이차집되어처리되고있음. < 표 60> 제주도내에운영중인하수처리장현황 ( 단위 : m3 / 일 ) 처리장별위치처리방법 시설용량 하수발생량 처리량 계 3 개소 165,000 122,735 111,491 제주 제주시도두 2 동 표준활성슬러지 130,000 99,668 95,570 서귀포동부서귀포시보목동 " 20,000 13,937 10,920 서귀포서부서귀포시색달동 " 15,000 9,130 5,001 < 자료 : 2002 년하수종말처리시설운영결과, 제주도내부자료 > 하수종말처리장별하수처리현황은다음과같음 ( 표 60). 제주시도두처리장은시설용량이 130,000m3 / 일이며, 처리구역내에서발생하는 99,668m3 / 일의하수중 95,570m3 / 일 (96%) 을처리한후해안으로부터 834m 떨어진곳까지매설된해양방류관을통해해역으로배출하고있음. - 99 -
월정 % 판포금능 % 한림읍 애월읍 제주 # 제주시 조천읍 표선면 구좌읍 성산읍 우도면 % 성산 한경면대정읍 % 하모 남원읍안덕면서귀포시 # # 서귀서부 서귀동부 % 남원태흥 # % 운영중 시설중 < 그림 13> 제주지역하수종말처리장시설위치도 하수유입 침사지 1 차침전지 활성슬러지조 2 차침전지 소독조 해양방류 슬러지처리시설 < 그림 14> 제주지역하수종말처리장의하수처리공정 - 100 -
서귀포시보목 ( 동부 ) 처리장은 1일 20,000m3 / 일을처리할수있는시설이갖춰져있고, 1일평균 10,920m3의하수가처리되어해안에서 1,096m 떨어진곳으로보내져방류되고있음. 서귀포시중문 ( 서부 ) 처리장의시설용량은 12,000m3 / 일이고, 1일평균 5,001m3의하수가처리된후방류되고있음 ( 해양방류관길이 1,040m). 5-1-2. 군지역하수처리 북제주군과남제주군지역즉, 군지역의하수를처리하기위한처리장건설사업은지난 1997년부터추진되고있음 ( 그림 13 참조 ). 이사업은 3,049억원을투자하여군지역 5개소에총 44,000m3 / 일의하수를차집해처리할수있는시설을갖추고있는데 2006년에완공될예정이며, 2003년 6월현재 60% 의공정율을보이고있음. 북제주군지역에는금능과월정처리장 2개소가건설되고있는데, 이들 2개소의시설용량은각각 1일 12,000m3임. 남제주군지역에는성산 태흥 하모처리장 3개소가건설되고있고, 시설용량은태흥과하모처리장은각각 8,000m3 / 일이며, 성산처리장은 4,000m3 / 일규모임. 이들군지역하수처리장이완공되는 2006년에는기존하수처리장 3개소에서방류되는방류수를포함해 1일약 140,000m3의방류수가해역으로방류될것으로전망됨. 5-2. 하수유입량변화 제주지역에운영중인 3개하수종말처리장의하수처리현황을파악하기위하여 2001년 1월부터 2003년 6월까지월별하수유입량및수질, 방류수의수질에대하여조사하였음 ( 표 61 참조 ). 조사기간동안하수처리장별하수유입량을보면, 제주시도두처리장의경우최대 114,181m3 / 일, 최소 75,867m3 / 일, 평균 90,638m3 / 일을나타냈음. - 101 -
서귀포동부처리장 ( 보목 ) 은최대 15,101 m3 / 일, 최소 10,030 m3 / 일, 평균 11,456 m3 / 일이었으며, 서귀포서부처리장 ( 중문 ) 의경우에는최대 6,194m3 / 일, 최소 3,657m3 / 일, 평균 4,551m3 / 일을나타내었음. < 표 61> 제주지역하수종말처리장별하수유입량 ( 단위 : m3 / 일 ) 구분 제주 서귀동부 서귀서부 기간 최대 114,181 15,101 6,194 2001. 1 ~ 2003. 6 평균 90,638 11,456 4,551 2001. 1 ~ 2003. 6 최소 75,867 10,030 3,657 2002. 1 ~ 2003. 6 2001~2003. 6월까지 3개하수처리장으로유입된분기별하수유입량을보면, 하절기가포함되는 3/4분기에하수유입량이전반적으로증가하고있음을알수있는데, 이는여름철물사용량의증가에따른것으로해석됨 ( 표 62 참조 ). 또한, 분기별하수유입량변화를보면, 1/4분기에서 3/4분기로가면서유입량이증가해 3/4분기에최고치에도달했다가 4/4분기에는감소하는현상을 3개처리장에서모두나타냈음. 이러한현상은봄철부터물사용량증가세가이어져가을철까지지속되다가겨울철로접어들면서감소하고있음을간접적으로나타내주고있는것이라할수있음. 2001년 1월부터 2003년 6월까지 3개하수처리장으로유입된하수량의변화를살펴보면, 서귀포지역 2개처리장은거의일정한수준을유지하고있는반면, 제주시도두처리장은 2001년에서 2003년으로오면서하수유입량이뚜렷하게증가하고있음 ( 그림 15 참조 ). 2002년 1년동안제주시도두처리장으로유입된하수량은 2001년대비 13,451m3 / 일이증가하여약 16% 의증가율을나타내었는데, 이러한현상은상주인구의증가에따른급수량증가, 하수관거보급률향상에따른하수차집량증가, 강우량증가와같은복합적인요인에기인한것으로판단됨 ( 표 63 참조 ). - 102 -
< 표 62> 제주지역하수처리장의분기별하수유입량현황 ( 단위 : m3 / 일 ) 년도별 분기 제주시 서귀동부 서귀서부 전체평균 90,638 11,456 4,551 1/4 77,790 10,847 3,787 2/4 81,707 11,415 4,346 2001 3/4 87,908 13,022 4,560 4/4 80,571 10,512 3,912 평균 81,994 11,449 4,151 1/4 81,327 10,310 4,346 2/4 91,823 10,937 4,462 2002 3/4 110,733 12,736 5,191 4/4 97,896 11,382 4,370 평균 95,445 11,341 4,592 1/4 96,829 10,926 4,820 2003 2/4 99,796 12,468 5,712 평균 98,313 11,697 5,266 < 표 63> 2001년과 2002년의제주시지역현황비교분석 구분 2001년 2002년 비고 하수유입량 ( m3 / 일 ) 81,994 95,445 증 13,451m3 / 일 급수인구 ( 명 ) 285,097 290,664 증 5,567명 상수도급수량 ( m3 / 일 ) 95,207 96,791 증 1,584m3 / 일 연간강우량 (mm/ 년 ) 1,388 1,704 증 316mm 하수관거보급률 (%) 61.6 64.9 증 3.3% - 103 -
120000 110000 100000 90000 유입유 (m 3 / 일 ) 80000 70000 20000 15000 10000 5000 0 2001-01 2001-05 2001-09 2002-01 2002-05 2002-09 2003-01 2003-05 제주시서귀동부서귀서부 < 그림 15> 제주지역 3 개하수처리장의유입량변화 (2001. 1~2003. 6) 5-3. 유입하수및방류수의수질 하수처리장에서발생하는방류수를재이용하기위한최적의방안을마련하기위해서는무엇보다도처리장으로유입되는하수와처리공정을거친후해양으로방류되는방류수의수질에대한장기간의모니터링이이루어져야함. 전술한바와같이, 운영중인 3개하수처리장은하절기에하수유입량이증가할뿐만아니라, 특히제주시도두처리장은꾸준히증가하는현상을나타내고있기때문에처리장으로유입되는하수량의변화에따른방류수의수질변화는재이용방안마련에매우중요한요인으로작용할수있음. 따라서, 본연구에서는운영중인 3개하수처리장의유입하수와방류수의수질을파악하기위하여 2001. 1 ~ 2003. 6월까지 5개항목 (BOD, COD, SS, T-P, T-N) 에대해각처리장에서자체검사한월평균성적을정리해분석하였음. 또한, 2001. 8 ~ 2002. 4월까지 3개하수처리장의유입하수와방류수에포함된일반오염물질 (ph, BOD, COD, Cl, NO 3 -N, 대장균군등 ) 과유해물질 (Cd, As, TCE, Cr 등 ) 에대한분석도실시하였음. - 104 -
5-3-1. 유입하수의수질 본연구에서는제주시 서귀포동부 서귀포서부하수처리장에서하수및방류수에대해자체분석한월평균성적자료 (2001. 1~2003. 6) 를활용하여유입수와방류수의전반적인수질상태를파악하였음 ( 표 64 참조 ). 하수처리장으로유입된하수즉, 처리하기이전하수의수질을살펴보면, 제주시도두처리장이서귀포시동부와서부처리장보다 5개항목값이전반적으로높은상태를유지하고있음. BOD( 생물학적산소요구량 ) 는제주시도두처리장에서 175.0~79.2mg /l ( 평균 135.1mg /l) 였고, 서귀포시동부처리장은 155.8~81.8mg /l( 평균 110.2mg /l), 서귀포시서부처리장 180.5~96.5mg /l( 평균 124.3mg /l) 를각각나타내었음. COD( 화학적산소요구량 ) 는제주시도두처리장이 99.3~46.6mg /l( 평균 68.2mg /l) 이었고, 서귀포시동부처리장은 60.3~38.1mg /l( 평균 46.9mg / l), 서귀포시서부처리장 95.3~61.6mg /l( 평균 69.9mg /l) 를각각나타내평균치에서서귀포시서부처리장과제주시도두처리장은큰차이를나타내지고않고있음. SS( 부유물질 ) 는제주시도두처리장이 319.6~105.0mg /l( 평균 178.8mg / l) 이었고, 서귀포시동부처리장은 115.1~70.4mg /l( 평균 91.0mg /l), 서귀포시서부처리장 139.5~79.9mg /l( 평균 97.9mg /l) 를각각나타내제주시도두처리장이타처리장보다전반적으로높은편임. T-N( 총질소 ) 은제주시도두처리장이 71.4~34.2mg /l( 평균 49.4mg /l) 이었고, 서귀포시동부처리장은 36.2~18.8mg /l( 평균 26.7mg /l), 서귀포시서부처리장 59.9~26.0mg /l( 평균 36.2mg /l) 를각각나타내었음. T-P( 총인 ) 은제주시도두처리장이 5.2~2.1mg /l( 평균 3.9mg /l) 이었고, 서귀포시동부처리장은 3.0~1.5mg /l( 평균 2.4mg /l), 서귀포시서부처리장 4.8~2.7mg /l( 평균 3.6mg /l) 를각각나타내었음. 최대농도를기준으로했을때, 3개하수처리장의오염물질제거율을보면, BOD와 SS는아주양호한편이지만 T-N과 T-P는 50% 이하를보이고있음. 제주시도두처리장의경우 BOD 92%, COD 86%, SS 96%, T-N 47%, T-P 60% 의제거율을나타내고 - 105 -
서귀포동부처리장은 BOD 93%, COD 81%, SS 94%, T-N 48%, T-P 40% 이며, 서귀포서부처리장의경우는 BOD 90%, COD 78%, SS 91%, T-N 26%, T-P 31% 를나타내 3개처리장중제거율이가장낮았음. < 표 64> 제주지역하수처리장의하수및방류수의수질 (2001. 1~2003. 6) 구분 제주시도두 서귀포동부 서귀포서부 유입하수 ( mg /l) 방류수 ( mg /l) BOD COD SS T-N T-P BOD COD SS T-N T-P 최대 175.0 99.3 319.6 71.4 5.2 14.6 13.9 12.0 37.9 2.1 평균 135.1 68.2 178.8 49.4 3.9 10.0 9.9 6.4 24.4 1.6 최소 79.2 46.6 105.0 34.2 2.1 4.2 7.5 2.4 13.2 0.8 최대 155.8 60.3 115.1 36.2 3.0 11.4 11.7 6.6 18.7 1.8 평균 110.2 46.9 91.0 26.7 2.4 7.1 7.8 3.8 14.4 1.4 최소 81.8 38.1 70.4 18.8 1.5 4.6 5.6 1.8 10.2 1.1 최대 180.5 95.3 139.5 59.9 4.8 17.4 21.1 13.1 44.4 3.3 평균 124.3 69.9 97.5 36.2 3.6 11.8 15.8 8.3 27.3 2.7 최소 96.5 51.6 79.9 26.0 2.7 5.8 11.8 3.6 19.1 2.1 위성적은제주시 서귀포동부 서귀포서부처리장에서자체분석한월평균성적을정리한것이므로본연구과정에서수행한수질검사성적과는상이할수있음. 2001. 1~2003. 6월까지유입하수의수질 (5개항목 ) 변화를살펴보면, 전반적으로여름 ~ 가을철기간동안이농도가낮고겨울 ~ 봄철기간이다소높은농도를보이고있음 ( 그림 16~19 참조 ). 여름 ~ 가을철동안 BOD를비롯한 5개항목의농도가낮은것은이기간동안수온이약 24 까지상승하므로하수중의미생물의활성도가높아하수가처리장으로유입되는과정에서생물학적분해가일어날수있고, 또한하절기강우의유입으로하수가희석됨으로써나타나는현상으로사료됨. - 106 -
200 150 농도 ( mg /l) 100 50 0 2001/1 4 7 10 2002/1 4 7 10 2003/1 4 7 BOD COD < 그림 16> 제주시도두처리장유입하수의월별수질변화 20 15 농도 ( mg /l) 10 5 0 2001/1 4 7 10 2002/1 4 7 10 2003/1 4 7 BOD COD < 그림 17> 제주시도두처리장방류수의월별수질변화 - 107 -
80 60 농도 ( mg /l) 40 20 0 2001/1 4 7 10 2002/1 4 7 10 2003/1 4 7 T-N( 유입 ) T-N( 방류 ) < 그림 18> 제주시도두처리장하수와방류수의월별수질변화 10 8 농도 ( mg /l) 6 4 2 0 2001/1 4 7 10 2002/1 4 7 10 2003/1 4 7 T-P( 유입 ) T-P( 방류 ) < 그림 19> 제주시도두처리장하수와방류수의월별수질변화 - 108 -
5-3-2. 방류수의수질 하수처리장별유입하수와방류수에포함된일반오염물질을비롯한미량성분 30개항목의농도를파악을하기위해 2001. 8~2002. 4월까지월 1회 ( 중금속류는 4회분석 ) 씩분석한결과를처리장별로살펴보면다음과같음. 수질분석은수질오염공정시험법에의해제주도보건환경연구원과제주대학교환경공학과에서이루어졌으며, 분석용시료는매월특정시점에서채수가이루어졌기때문에항목별농도는하수처리장별로자체분석한결과와는다소상이하게나타날수있음. 가. 제주시도두처리장 조사기간동안실시된제주시도두처리장의방류수에대해본연구에서실시한수질분석결과를보면 ( 표 65 참조 ), BOD의경우 3.7~20.0mg /l( 평균 13.8mg /l) 이고, COD는 6.8~16.4mg / l( 평균 12.2mg /l), SS는 1.8~13.3mg /l( 평균 5.3mg /l), T-N은 13.4~24.9mg /l( 평균 19.5mg /l), T-P는 0.6~1.9mg /l( 평균 1.4mg /l) 를각각나타내었음. 또한, 질산성질소는 2.1~13.5mg /l( 평균 6.0mg /l) 이었으며, 염소이온은 492.7~1,082.9mg /l( 평균 730.0mg /l), 나트륨은 23.4~50.1mg /l( 평균 32.0mg /l), 칼슘은 15.1~23.8mg /l( 평균 19.7mg /l), 마그네슘은 5.0~11.7mg /l( 평균 9.7mg /l), 칼륨은 20.3~46.9mg /l( 평균 30.7mg / l), 황산이온은 10.8~62.6mg /l( 평균 40.3mg /l), 규산염은 15.0~21.7 mg /l( 평균 18.1mg /l) 을각각나타냈음. 대장균군 (100ml당 ) 은 97~1,400개 ( 평균 600개 ) 가검출되었으며, TEC ( 트리클로로에칠렌 ) 을비롯하여페놀, 유기인, 비소, 시안, 카드뮴, 6가크롬, 수은등특정유해물질은검출되지않았음. 제주시도두처리장에서 2001. 1~2003. 6월까지검사된방류수의수질변화를보면, BOD를비롯한 5개항목의농도가여름 ~ 가을철기간이낮고겨울 ~ 봄철기간이다소높은경향을나타내고있어유입하수의월별수질변화경향과일치하고있음 ( 그림 16~19 참조 ). 제주시도두처리장의방류수수질을종합해보면, 특정유해물질은검출되지않고있으나 BOD를비롯한일반오염물질성분들은농도의변화폭이크게 - 109 -
나타나고있으며, 우리나라지하수법상의농업용수수질기준과비교했을때염소이온과 BOD가기준을초과하고있어방류수를처리하지않은상태로재이용하는것은곤란함. 나. 서귀포동부처리장 조사기간동안실시된서귀포동부처리장의방류수에대해본연구에서실시한수질분석결과를보면 ( 표 66 참조 ), BOD의경우 2.9~26.5mg /l( 평균 10.0mg /l) 이고, COD는 5.0~17.0mg / l( 평균 9.5mg /l), SS는 2.3~7.0mg /l( 평균 3.8mg /l), T-N은 14.2~21.9mg /l( 평균 17.1mg /l), T-P는 1.1~2.7mg /l( 평균 1.7mg /l) 를각각나타내었음. 또한, 질산성질소는 4.6~16.6mg /l( 평균 8.0mg /l) 이었으며, 염소이온은 382.2~721mg /l( 평균 529.6mg /l), 나트륨은 26.2~39.9mg /l( 평균 32.0mg /l), 칼슘은 10.4~15.1mg /l( 평균 12.7mg /l), 마그네슘은 5.4~9.9mg /l( 평균 8.0mg /l), 칼륨은 9.6~31.9mg /l( 평균 15.8mg /l), 황산이온은 25.9~42.4mg /l( 평균 31.8mg /l), 규산염은 12.2~18.3mg /l ( 평균 15.4mg /l) 를각각나타냈음. 대장균군 (100ml당 ) 은 290~3,200개 ( 평균 930개 ) 가검출되었으며, TCE( 트리클로로에칠렌 ) 을비롯하여페놀, 유기인, 비소, 시안, 카드뮴, 6 가크롬, 수은등특정유해물질은검출되지않았음. 서귀포동부처리장의경우도제주시도두처리장의경우처럼특정유해물질은검출되지않고있으나 BOD를비롯한일반오염물질성분들은농도의변화폭이크게나타나고있으며, 우리나라지하수법상의농업용수수질기준과비교했을때염소이온과 BOD가기준을초과하고있어방류수를처리하지않은상태로재이용하는것은곤란함. 다. 서귀포서부처리장 조사기간동안실시된서귀포서부처리장의방류수에대해본연구에서실시한수질분석결과를보면 ( 표 67 참조 ), BOD의경우 5.4~15.0mg /l( 평균 8.6mg /l) 이고, COD는 11.6~24.0mg / l( 평균 15.0mg /l), SS는 5.0~18.6mg /l( 평균 10.9mg /l), T-N은 - 110 -
26.2~34.0mg /l( 평균 29.0mg /l), T-P는 1.6~3.0mg /l( 평균 2.5mg /l) 를각각나타내었음. 또한, 질산성질소는 7.5~27.0mg /l( 평균 15.3mg /l) 이었으며, 염소이온은 117.6~3,523.9mg /l( 평균 643.2mg /l), 나트륨은 21.3~41.5mg /l ( 평균 31.4mg /l), 칼슘은 12.3~14.0mg /l( 평균 13.1mg /l), 마그네슘은 6.3~8.2mg /l( 평균 6.9mg /l), 칼륨은 12.9~34.5mg /l( 평균 24.5mg /l), 황산이온은 15.3~29.0mg /l( 평균 21.3mg /l), 규산염은 21.8~23.7mg /l ( 평균 22.5mg /l) 를각각나타냈음. 대장균군 (100ml당 ) 은 42~70개 ( 평균 40개 ) 가검출되었으며, 납 (Pb) 이 0.1mg /l검출된것을제외하면 TCE( 트리클로로에칠렌 ) 을비롯하여페놀, 유기인, 비소, 시안, 카드뮴, 6가크롬, 수은등특정유해물질은검출되지않았음. 서귀포서부처리장의경우도제주시도두처리장의경우처럼특정유해물질은검출되지않고있으나 BOD를비롯한일반오염물질성분들은농도의변화폭이크게나타나고있으며, 우리나라지하수법상의농업용수수질기준과비교했을때염소이온, BOD, 질산성질소가기준을초과하고있어방류수를처리하지않은상태로재이용하는것은곤란함. 제주지역 3개하수처리장의평균적인방류수의수질은하수도법상의수질기준이내에서방류되고있으며, 전국평균치와비슷한수준을유지하고있음. ( 표 68 참조 ) 라. 전기전도도의변화 그림 20은제주시하수처리장방류수를대상으로 2002. 3~2003. 7월까지월 1회전기전도도를측정한결과를나타낸것임. 조사기간동안방류수의전기전도도는 2,000~5,000μS/cm 범위에서비교적큰폭의변동을나타냈음. 2002년과 2003년 5월에높은피크를보였으며, 2002년과 2003년 7월, 그리고 2003년 3월에뚜렷하게낮은값을보였음. 이와같이전기전도도가큰폭의변화를나타내고있는것은만조시해수면보다낮은위치에매설된하수차집관거및맨홀로해수가유입하거나생 - 111 -
선횟집에서사용하는해수가하수에혼합되어유입하는데서비롯되는것으로보임. < 표 65> 제주시도두하수처리장의유입하수와방류수수질분석결과 (2001.8~2002.4) 항목 유입하수방류수최대최소평균최대최소평균 ph 7.3 6.5 7.0 7.4 6.2 7.0 BOD( mg /l) 310.0 92.5 181.3 20.0 3.7 13.8 COD( mg /l) 114.0 42.0 73.2 16.4 6.8 12.2 SS( mg /l) 225.0 56.0 117.6 13.3 1.8 5.3 Cl - ( mg /l) 1,144.0 382.2 643.7 1,082.9 492.7 730.0 phenol( mg /l) - - - - - - 유기인 ( mg /l) - - - - - - TCE( mg /l) - - - - - - PCE( mg /l) - - - - - - NO - 3 -N( mg /l) 1.5 0.1 0.4 13.5 2.1 6.0 T-N( mg /l) 56.8 13.5 40.9 24.9 13.4 19.5 T-P( mg /l) 9.0 1.7 4.6 1.9 0.6 1.4 대장균군 ( 개 /100 ml ) 3.0E+05 1.0E+03 1.3E+05 1,400 97 600 As( mg /l) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Ca( mg /l) 24.9 14.1 19.8 23.8 15.1 19.7 Cd( mg /l) - - - - - - CN( mg /l) - - - - - - Cr 6+ ( mg /l) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Cu( mg /l) - - - - - - HCO - 3 ( mg /l) 255.1 139.4 222.5 131.9 53.5 87.6 Hg( mg /l) - - - - - - K( mg /l) 52.8 19.9 32.7 46.9 20.3 30.7 Mg( mg /l) 11.5 5.1 9.4 11.7 5.0 9.7 Na( mg /l) 51.3 24.8 33.9 50.1 23.4 32.0 Pb( mg /l) - - - 0.1 0.1 0.1 SiO 2 ( mg /l) 23.0 14.9 19.1 21.7 15.0 18.1 SO 2-4 ( mg /l) 63.1 18.9 41.5 62.6 10.8 40.3 Zn( mg /l) 0.2 0.0 0.1 0.1 0.0 0.0-112 -
< 표 66> 서귀포동부하수처리장의유입하수와방류수수질분석결과 (2001.8~2002.4) 항목 유입하수방류수최대최소평균최대최소평균 ph 7.2 6.6 6.9 7.3 6.1 6.9 BOD( mg /l) 260.0 100.0 176.9 26.5 2.9 10.0 COD( mg /l) 81.2 54.0 68.1 17.0 5.0 9.5 SS( mg /l) 195.0 14.0 85.1 7.0 2.3 3.8 Cl - ( mg /l) 1,002.8 324.3 573.4 721.0 382.2 529.6 phenol( mg /l) - - - - - - 유기인 ( mg /l) - - - - - - TCE( mg /l) - - - - - - PCE( mg /l) - - - - - - NO - 3 -N( mg /l) 1.6 0.1 0.4 16.6 4.6 8.0 T-N( mg /l) 73.6 15.6 36.2 21.9 14.2 17.1 T-P( mg /l) 4.8 2.1 3.0 2.7 1.1 1.7 대장균군 ( 개 /100 ml ) 2.8E+05 8.2E+02 1.1E+05 3,200 290 930 As( mg /l) - - - - - - Ca( mg /l) 17.1 10.3 13.4 15.1 10.4 12.7 Cd( mg /l) - - - - - - CN( mg /l) - - - - - - Cr 6+ ( mg /l) 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Cu( mg /l) - - - - - - HCO - 3 ( mg /l) 204.5 130.7 177.1 75.9 38.6 55.1 Hg( mg /l) - - - - - K( mg /l) 32.4 9.9 16.7 31.9 9.6 15.8 Mg( mg /l) 9.5 5.0 7.9 9.9 5.4 8.0 Na( mg /l) 39.5 27.0 31.9 39.9 26.2 32.0 Pb( mg /l) - - - 0.0 0.0 0.0 SiO 2( mg /l) 22.4 20.2 21.6 18.3 12.2 15.4 SO 2-4 ( mg /l) 28.7 1.2 20.2 42.4 25.9 31.8 Zn( mg /l) 0.2 0.1 0.1 0.2 0.0 0.1-113 -
< 표 67> 서귀포서부하수처리장의유입하수와방류수수질분석결과 (2001.8~2002.4) 항목 유입하수방류수최대최소평균최대최소평균 ph 7.4 6.8 7.1 7.5 6.2 6.8 BOD( mg /l) 400.0 90.0 185.0 15.0 5.4 8.6 COD( mg /l) 102.0 40.0 63.8 24.0 11.6 15.0 SS( mg /l) 104.0 56.0 77.8 18.6 5.0 10.9 염소이온 ( mg /l) 3,728.7 85.1 615.0 3,523.9 117.6 643.2 phenol( mg /l) - - - - - - 유기인 ( mg /l) - - - - - - TCE( mg /l) - - - - - - PCE( mg /l) - - - - - - NO - 3 -N( mg /l) 1.5 0.0 0.5 27.0 7.5 15.3 T-N( mg /l) 66.9 23.3 39.0 34.0 26.2 29.0 T-P( mg /l) 6.1 2.4 3.4 3.0 1.6 2.5 대장균군 ( 개 /100 ml ) 2.5E+05 9.6E+02 8.0E+04 700 42 400 As( mg /l) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Ca( mg /l) 21.6 11.0 14.7 14.0 12.3 13.1 Cd( mg /l) - - - - - - CN( mg /l) - - - - - - Cr 6+ ( mg /l) 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Cu( mg /l) - - - - - - HCO - 3 ( mg /l) 326.0 206.6 255.6 87.3 41.1 61.0 Hg( mg /l) - - - - - - K( mg /l) 33.9 11.5 24.2 34.5 12.9 24.5 Mg( mg /l) 11.2 5.9 7.6 8.2 6.3 6.9 Na( mg /l) 42.5 18.1 32.4 41.5 21.3 31.4 Pb( mg /l) 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 SiO 2( mg /l) 23.9 22.3 23.0 23.7 21.8 22.5 SO 2-4 ( mg /l) 21.8 10.4 17.7 29.0 15.3 21.3 Zn( mg /l) 0.1 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0-114 -
6,000 전기전도도 (us/cm) 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 02-03 02-05 02-07 02-09 02-11 03-01 03-03 03-05 03-07 년 / 월 < 그림 20> 제주시하수처리장방류수의전기전도도변화 < 표 68> 제주지역과육지부하수처리장의방류수수질비교 구 분 BOD ( mg /l) COD ( mg /l) SS ( mg /l) T-N ( mg /l) T-P ( mg /l) 대장균군수 수질기준 특정지역 10 40 10 20 2 1,000 기타지역 20 40 20 60 8 3,000 제주 13.8 12.2 5.3 19.5 1.4 - 제주지역 ( 평균 ) 서귀동부 10.0 9.5 3.8 17.1 1.7 - 서귀서부 8.6 15.0 10.9 29.0 2.5 - 전국 ( 평균 ) 2001 년 11.6 13.4 8.8 21.6 1.3-2002 년 10.9 13.2 8.1 20.9 1.3 - 제주지역은기타지역의수질기준이적용되며, 대장균수는 2003. 1 월부터적용 전국평균자료는환경부 2002 년하수종말처리장운영결과보고서인용 - 115 -
5-3-3. 방류수의수질평가 제주지역 3개하수처리장의방류수에대한수질분석결과를종합해보면, 다음과같은몇가지특징을찾을수있음. 1 염소이온농도는최대 117.6~3,523.9mg /l( 평균치범위 529.6~730.0 mg /l) 범위를나타내내륙지역하수처리장방류수보다훨씬높으며, 지하수법상의농업용수수질기준 (250mg/l) 을초과하고있음. 2 BOD( 생물학적산소요구량 ) 역시 26.5~2.9mg /l( 평균치범위 8.6~13.8 mg /l) 의범위로서지하수법상의농업용수수질기준 (8mg/l) 을초과하고있음. 3 대장균군 (100ml당 ) 은 3,200~42개 ( 평균치범위 400~930개 ) 범위에서검출되고있으며, 질산성질소는 2.1~27mg /l( 평균치범위 6.0~15.3mg / l) 을나타내지하수법상의농업용수수질기준을초과하고있지는않음. 4 TCE( 트리클로로에칠렌 ) 을비롯하여페놀, 유기인, 비소, 시안, 카드뮴, 6 가크롬, 수은등특정유해물질은검출되지않았음. 5 규산염을비롯하여칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨등의이온성분들은대체로 10~50mg /l 범위의농도를나타내고있음. 6 BOD를비롯한일반오염물질성분들은여름 ~ 가을철기간이낮고겨울 ~ 봄철기간이다소높은계절변화의경향을나타내고있음. 이상과같은방류수의수질성상에비추어볼때, 3차처리 ( 고도처리 ) 를하지않은상태로농업용수및조경용수로재이용하는것은외국의방류수재이용수질기준또는권장사항을고려할때, 공중보건상의문제뿐만아니라, 농작물에영향을미칠수있기때문에곤란한것으로판단됨. 따라서, 제주지역하수처리장에서발생하는방류수를재이용하기위해서는적절한공정에의한 3차처리가요구되고있음. - 116 -
제 6 장방류수재이용을위한 Pilot Test 제주지역 3개하수처리장의방류수수질에대하여연구를실시한결과, 방류수를재처리하지않은상태로농업용수나조경용수등으로이용할수없는것으로파악됨에따라재용이가능한수질로재처리하는방안에대한연구를실시하였음. 재처리방안연구는접근성, 방류수발생량, 향후방류수재이용사업등을고려하여제주시도두하수처리장을대상으로 Pilot Test를 1, 2차로나누어실시하였음. 6-1. Pilot Test 의개요 제주시도두처리장을비롯한제주지역 3개하수처리장에서발생하고있는방류수에는염소이온을비롯하여나트륨, 규산염, 칼슘, 마그네슘등이온성분의함량이높아전체적으로염분도가높은편임. 이러한수질특성을고려할때, 3차처리에서주제거대상물질은염분으로판단되며, 이를달성하기위해서는분리막공정에의한재처리가가장효과적인방법임. Pilot Test는다음과같이 1, 2차로나누어실시하였음. 1차테스트는분리막시스템의적용가능성을평가하기위한것으로 2002. 3.~2002. 5월까지약 3개월간수행하였음. 2차테스트는최적분리막의선정및방류수에포함되어있는부유물질, Scale 성분, 유기물질등의오염물질에의한막오염 (Membrane Fouling) 경향과이의방지를위한적절한전처리공정의선정및처리규모증대시필요한기본설계인자결정등을위해 2002. 6~2003. 7월까지수행하였음 (Pilot Plant는 2003. 12월까지운영할계획임 ). Pilot Test의주요내용 수질분석및 Pilot Test 공정선정 - 제주지역 3개하수처리장방류수수질분석 - 117 -
- 전처리시스템선정실험 전처리시스템 (Back-washable Micro Filter) - 부유물질제거성능 - 설계인자결정 - 모듈수명 - 기타실제플랜트설계시필요한자료취득 분리막공정 - 선정된전처리공정적용시분리막 Fouling 경향 - 분리막모듈에따른 RO의처리수질 - 적정회수율을얻기위한 Feed Pressure - 적정 Feed Press에서의 RO Element 처리능력 - 주오염원과세정주기 - 재처리수적용성평가 ( 농작물평가 ) 소요비용산정 - 경제성있는공정선정 ( 실험실및현장테스트결과활용 ) - 소요비용산정 (Pilot Plant 운전결과기준 ) - 실제플랜트투자비및운전비평가 6-2. 전처리공정선정 ( 실험실테스트 ) 6-2-1. 개요 제주시도두하수처리장방류수에는부유물질 (SS) 이 1.8~13.3mg /l( 평균 5.3mg /l) 함유되어있어막오염방지및막수명연장등을위해서는이를적정수준이하로제거하기위한적절한전처리공정이요구되고있음. 주로이용되고있는분리막의전처리공정장치로는모래여과 (Sand Filter; S/F) 와 Micro Filter(M/F) 가있음. - 118 -
Sand Filter에사용되는모래입자의크기는 0.3~1.5mm 범위이고균등계수가 1.5 이하인것을사용하며, 부유물질이과다하게함유되어있는경우에는 2단의 Sand Filter를적용함. Sand Filter 적용후의수질이 RO 유입수수질기준인 SDI(Sludge Density Index; 슬러지밀도지수 ) 5이하를만족시키는경우에는일반적으로안전개념의 Cartridge MF를거쳐 RO로유입시킴. 그러나대부분의경우이러한여과만으로는 RO 유입수수질기준을만족시키지못하므로후단 MF에과다한부하를주거나 RO막오염을급속하게일으켜 MF의빈번한교체와멤브레인 (Membrane) 을자주화학약품으로세정하는일이발생하게되며, 또한방류수중의유기물은해수나담수에비해수배나많이함유되어있기때문에멤브레인의수명을급속하게감소시킬수있음. 분리막의전처리선정은분리막시스템의원활한운전과멤브레인의수명에직접적인영향을미쳐방류수재이용에분리막적용시전체시스템의성패를가름하는가장중요한요소로서작용함. 따라서본연구에서는분리막전처리공정평가를실험실테스트를통하여모래입자크기및선속도별모래여과의부유물질제거성능과입자크기별제거특성을분석하여모래여과전처리공정의적용가능성을판단하였음. 6-2-2. 입자성물질분석 Pilot Test에서는방류수중의부유물질제거를위하여모래여과공정과 BMF(Back-washable Micro Filter; 역세형정밀여과장치 ) 공정을전처리공정으로검토하였음. 모래여과공정은 BMF에비해서시설비및운전비가낮다는장점이있기때문에우선검토하였음. 모래여과공정으로부터부유고형물질제거효율을측정하기위하여모래입자크기 (sand size) 및모래여과기내에서유체의선속도에따른실험을수행하였음 ( 표 69 참조 ). - 119 -
모래입자크기는 0.45~1.2mm, 선속도는 7~15 m/h로선정하였으며, 모래입자크기와선속도를조합하여부유고형물질함량이 10.6mg /l인방류수를대상으로평가를수행하였음. < 표 69> 실험실테스트에이용된여재및장치의특성 모래여과 (Sand Filter) 항목특성및사양 모래 Filter Housing Size : 0.42 ~ 1.2mm 균등계수 : 1.5 이하 비중 : 2.7 선속도 : 7 ~ 15m/Hr 재질 : 아크릴 Dimension : Ø20mm 1500mmH 표 70은모래여과에의한부유물질제거실험결과를나타낸것임. 선형속도가 7m/h일때모래입자크기 1.2mm에서는부유물질농도가 1.2 mg /l(88.7% 제거 ) 로낮아졌고, 0.7mm에서는 1.1mg /l(89.6% 제거 ), 0.45mm에서는 0.9mg /l(91.5% 제거 ) 를각각나타내 88~91.5% 의제거율을보였음. 또한, 선형속도를 10m/h으로하였을때에는모래입자크기에따라 1.4~1.2mg /l(86.8~88.7% 제거 ) 를나타냈음. 이상의실험결과, 모래여과에있어서선형속도 ( 여과속도 ) 가낮고모래입자크기가작을수록부유물질제거성능은향상되고있음을보여주었으며, 전체적으로볼때 84% 이상의부유물질제거율을나타내었음. < 표 70> 제주시도두하수처리장방류수에대한모래여과실험결과 ( 단위 : mg /l) 모래입자크기선형속도 (m/h) 1.2mm 0.7mm 0.45mm 비고 7 1.2 1.1 0.9 방류수 SS : 10 1.4 1.5 1.2 10.6mg /l 15 1.7 2002. 8. 16 채수 - 120 -
한편, 전처리공정은방류수중에함유된부유물질의입자크기에따라서도달라질수있기때문에유입하수와방류수의입자 (particle) 크기별함량에대한측정실험을실시하였음. 그결과, 유입하수에는약 5,000~6,000 개 / ml의입자가함유되어있는것으로나타났으며, 방류수에는약 3,000 개 / ml가함유되어있는것으로분석되었음 ( 그림 21 참조 ). 또한, 유입하수에서발견되는입자는대부분이 10~100 μm범위크기의입자인것으로측정되었음. 아울러, 방류수에는 2~11μm 크기의입자들이약 95% 차지하고있는것으로분석되었음 ( 그림 22 및표 71 참조 ). 6,000 5,000 Particle 수 ( 개 / ml ) 4,000 3,000 2,000 1,000 0 유입하수 방류수 < 그림 21> 제주시도두하수처리장유입하수와방류수의입자수측정결과 모래여과공정에의한부유물질및입자제거평가결과, 부유물질총량은최저 84% 이상의제거효율을나타냈으나역삼투분리막에침착되는미세부유물질중 20μm 이하의입자가약 98% 를차지하고있어모래여과공정으로는이들물질을제거하기어려운것으로나타났음. 또한, 제주시도두하수처리장방류수중에는 1.8~13.3mg /l( 평균 5.3mg /l) 의부유고형물질이포함되어유입하수중의부유물질 (56~225mg/l, 평균 - 121 -
117.6mg /l) 보다훨씬낮기때문에본연구에서는세공크기 0.1 μm의 BMF 분리막을전처리설비로채택하였음. 60 50 51.3 방류수 (%) 유입하수 (%) Particle 크기분포 (%) 40 30 20 10 0 1.7 29.8 2.7 13.6 11.8 3.7 23.5 39.5 1.5 0.2 20.8 2~4 4~7 7~11 11~20 20~50 50~100 Particle 크기 (um) < 그림 22> 제주시도두하수처리장유입하수와방류수의입자분포 < 표 71> 방류수에대한모래여과실험후입자크기측정결과 ( 단위 : 개 / ml ) 모래크기 선형속도 입자크기 (μm) (mm) (m/h) 2~4 4~7 7~11 11~20 20~50 50~100 계 1.2 15 2,341 1,803 876 153 16 1 5,277 1.2 10 1,952 1,899 951 176 18 1 5,228 1.2 7 2,043 1,902 1,051 283 56 2 5,144 0.7 10 2,327 1,924 687 186 23 1 5,147 0.7 7 2,811 1,524 607 179 23 0 4,996 0.42 10 2,412 2,010 698 101 8 0 5,191 0.42 7 2,148 1,872 914 148 22 8 5,112 방류수 ( 원수 ) 2,095 1,968 1043 548 258 174 6,086-122 -
MF(Microfiltration) 는박테리아를비롯하여 Giadia, Crytoporidium과같은미생물을제거하는데효과적일뿐만아니라, 바이러스를완전하게제거하지는못하지만상당한수준까지제거할수있으므로부가적인살균처리장치에대한부담을줄일수있어 NF(Nanofiltration) 이나역삼투막 (RO) 공정의전처리로널리이용하고있음. 6-3. 분리막공정선정을위한분리막평가 제주시도두하수처리장방류수재이용을위한재처리 (3차처리또는고도처리 ) 주공정을선정하기위하여분리막종류별처리성능평가를실시하였음. 처리성능평가에적용된분리막은다음과같은 3가지종류임. UF 분리막 (MWCO 8000 나권형분리막 ) NF 분리막 (MWCO 250 나권형분리막 ) RO 나권형분리막 (MWCO 100, BW GRADE) 이평가에는제주시도두하수처리장에서방류되는방류수를사용하였으며, 모든분리막에는 MF(pore size 0.1μm중공사형분리막 ) 에의한전처리공정을거친물을통과시켜전기전도도, ph, BOD 5, COD Mn, COD Cr, SS, Cl의 7가지항목의제거율에대해평가하였음. 표 72는분리막공정별로 7가지항목에대한평가결과를나타낸것임. 전기전도도의제거율을보면, 방류수의전기전도도는 2,170~4,380μ S/cm를나타내었고, 전처리 (BMF) 과정을거처 UF막을통과하더라도거의변화가없었으며, NF막에서는 1,785~3,535μS/cm로다소낮아졌지만여전히높은값을나타냈고, RO막에서는 35~77μS/cm으로현저히낮아져 98.2~98.4% 의제거율을보였음. BOD 5 는방류수에서 2.9~8.7mg /l이었으나전처리과정을거치면서 0.6~0.9mg /l로낮아졌고, UF막과 NF에서는전처리된물과거의동일한농도를보였으며, RO막에서는 100% 제거되었음. COD Mn 는방류수에서 10.8~11.8mg /l이었으나전처리과정을거치면서 7.0~11.2mg /l로조금낮아졌고, UF막과 NF에서는 4.2~4.0mg /l로낮아졌으며, RO막에서는 0.3mg /l를보여 97% 이상제거되었음. - 123 -
COD Cr 는방류수에서 19.0~26.0mg /l이었으나전처리과정을거치면서 10.0~15.0mg /l로낮아졌고, UF막과 NF에서는 5.0~10.0mg /l로낮아졌으며, RO막에서는 100% 제거되었음. SS는방류수 (UV 후 ) 에서 3.8~7.7mg /l이었으나전처리과정을거치면서 0.6mg /l로낮아져 84.2~92.2% 가제거되었으며, UF막과 NF막및 RO막에서는 100% 제거되었음. 염소이온의경우, 방류수에서 390~480mg /l이었으나 UF막과 NF에서는거의제거가되지않았고, RO막에서는 3.4~7.5mg /l를보여 98% 이상제거되었음. < 표 72> 분리막공정별방류수중의오염물질제거성능평가결과 항목 방류수 MF 처리수 UF 처리수 NF 처리수 RO 처리수 EC( μs / cm ) 2,170~4,380 2,170~4,160 2,030~4,040 1,785~3,535 35 77 ph 7.3~7.2 7.15~7.2 7.12 6.9~7.0 5.9 BOD( mg /l) 2.9~8.7 0.6~0.9 0.6~0.9 0.5~0.9 - COD Mn( mg /l) 10.8~1.8 7~11.2 4.2 4 0.3 COD Cr( mg /l) 19~26 10~15 5~10 5~10 - SS( mg /l) 3.8~7.7 0.6 - - - Cl - ( mg /l) 390~480-385~465 358~423 3.4~7.5 이상의평가결과를종합할때, BOD는평가에적용된 3가지분리막에서모두효과적으로제거되었으나전기전도도와염소이온은 RO막을제외한분리막공정은 10% 미만의낮은제거율을나타내염분농도가높은제주지역하수처리장방류수의재처리에는역삼투막공정이가장적합한것으로평가됨. 6-4. Pilot Plant 운영결과 6-4-1. Pilot Plant 의구성 본연구에서는제주시도두하수처리장방류수를 Pilot Plant에의해실제로재처리하는과정을통하여방류수 ( 원수 ) 특성에따른시스템의성능평가를 - 124 -
수행함으로써최적의재처리시스템을구성함과아울러, 운전인자를확보하기위하여 Pilot Plant를설치 운영하였음. 1일 20m3 / 일규모의 Pilot Plant를제주시도두하수처리장에설치하였으며, 본보고서는 2002. 6~2003. 7월까지운영과정에서얻어진자료를기초로작성하였고, Pilot Plant는 2003. 12월까지계속운영할계획임. Pilot Plant는기본적으로방류수에대한장기간의수질분석, 모래여과공정테스트, 입자성물질측정, 분리막에대한성능평가등의결과를토대로처리공정을결정하였음 ( 그림 23 참조 ) < 그림 23> 제주시도두하수처리장방류수재처리 Pilot Plant 공정도 가. 전처리장치 Pilot Plant의전처리시스템은미세부유물질을효과적으로제거할뿐만아니라, 제거된부유물질을쉽게탈착하여시스템밖으로배출할수있는외압식 Micro Filtration 공정을선정하였음 ( 사진 12). 시스템의운전은여과와역세가자동으로이루어지도록설계하였으며, 역세는물과공기를이용하여막표면에부착된부유물질을제거하도록하였음. - 125 -
본외압식시스템은기존내압식시스템과비교하여운전방식을단순화함과동시에내압식에비해많은처리수량을얻을수있는큰장점을가지고있음. 또한, Bundle 형식으로 Housing 안에여러개의 Module을장착함으로써운전관리를쉽게할수있도록하였고, Pore Size가 0.1 μm으로써내압식멤브레인보다큰 Pore size를갖고있으나처리수질은양호해시스템을경제적으로구성할수있음. < 사진 12> Pilot Plant 에설치된전처리장치 (BMF) 나. 역삼투막장치 (RO) 적용모듈은저염수에적용할수있는유형을사용하여방류수 ( 원수 ) 중에함유된이온성분을최소 98% 이상제거할수있도록하였으며재처리수이용용도에따라모듈변경이가능하도록설계되었음. 또한에너지를가장많이소모하는고압펌프에는인버터를부착하여불필요한에너지소모를최소화함으로서운전비를절감할수있도록설계하였음. - 126 -
역삼투막설비의구성은공급탱크, 공급펌프, 고압펌프, Micro Filter, 역삼투 Block, 세정조, 처리수조, 재처리수이송펌프, 계측기로구성하였음 ( 사진 13 참조 ). 또한, 분리막조합공정의처리성능평가를위해서수질공정시험법에따른 27개항목의방류수 ( 원수 ) 및재처리수의수질분석을실시하였음 ( 표 73 참조 ). < 사진 13> Pilot Plant 에설치된역삼투막장치 (RO) - 127 -
< 표 73> Pilot Plant 운전과정에서수행한수질측정항목 측정항목 원수 BMF 처리수 R/O 처리수 비고 ph 제주도 수온 ( ) - 제주도 유량 ( m3 /hr) 제주도 전기전도도 (us/cm) 제주도 부유고형물질 ( mg /l) 제주도 COD( mg /l) 제주도 / 코오롱 BOD( mg /l) 제주도 / 코오롱 음 양이온성분 제주도 / 코오롱 입자크기 경남대 유기물 광주과기원 : 월 1 회측정, : 일 1 회측정 6-4-2. Pilot Plant 운영결과분석 가. 전처리장치의성능평가 BMF 전처리장치는 2002. 6~2003.7월까지운전되었으나 2002. 11~2003. 2월까지 3개월간은하수처리장에 UV 소독설비설치공사로인하여일시가동이중단되었음. 2003년 3월까지는미생물오염이나무기스케일방지를위한약품주입없이가동하였고, 2003년 3월이후에는약품주입평가를위해브롬 (Br) 계통의약품을주입하면서평가하였음. 평가기간동안역세형정밀여과장치 (BMF : Backwashable Micro Filter) 는최저 0.9m3 / 시간이상의처리수량을안정적으로생산하였으며, 이때의운전압력은 0.3~0.95kg / cm2g 이었음. 운전초기급격한압력상승은초기운전조건설정을위한평가로인한것으로 NaOH 약품세정및운전조건설정후에는안정적인운전이이루어졌고또한 3월가동중단이후재가동시운전압력의상승은시스템중단시적절한조 - 128 -
치미비및 Biocide 약품무주입으로인한분리막의미생물오염으로판명되었음 ( 그림 24~25). 미생물오염후 NaOH 약품세정으로초기유량은회복되었지만급속한유량감소가일어나약 1주일에 1회의약품세정이필요한것으로나타나실제플랜트운전시장기간의운전으로분리막이오염되었을때세정주기등운전인자를파악할수있는좋은기회가되었음 ( 사진 14). 전처리장치에서는 BOD, COD 등의유기물제거가어느정도이루어지고있으나염소이온등의이온성분은제거율이미흡하였음. 나. 역삼투막장치평가 1 시스템운전에대한평가 2003년 3월이전까지역삼투막공정실험결과, 회수율을 75% 이상으로높일때에는시스템에실리카 (SiO 2 ) 스케일이발생하는것으로나타나회수율을 70~75% 로유지하면서시스템의성능을평가하였음 ( 회수율조절은농축수측밸브를수동으로조작 ). 하절기의경우에는유입원수 ( 방류수 ) 가원수저장조에서체류하는동안수온이급상승하여원수가처리수로 95% 이상생산되는경우도발생하였음. 유입수질에의해처리수의생산이목표치이하로낮아지는경우와시스템의압력도여러인자에의해변동하는모습을보였음. 따라서 2003년 3월이후에는시스템의성능을보다쉽게분석할수있도록실험자료를기록할때회수율보다압력을일정하게 (12kg/ cm2g) 고정한후처리유량을측정하였는데, 이러한실험은처리수유량이변동했을때유입수질에의한처리수의변동을쉽게파악할수있다는잇점이있음. 2003년 3월이후유량변동은대부분유입수질변동에의해일어났지만회수율은 70% 이상유지되었음. 수온에대한보정을실시한 2003년 3월이후에는일정압력 (12kg/ cm2g) 에서처리수량의변동은미미한것으로나타나회수율의유지는수온상승에기인한것으로판단되었음. - 129 -
2.5 2 BMF 유량 ( m3 /H) 1.5 1 0.5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Pilot Test 기간 ( 일 ) < 그림 24> 장기간성능평가시 BMF 처리수유량변화 1 0.8 유입압력역세압력 압력 (kg/ cm2 ) 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Pilot Test 기간 ( 일 ) < 그림 25> 장기간성능평가시 BMF 운전압력변화 - 130 -
< 사진 14> 미생물오염된분리막전처리장치및모듈사진 - 131 -
RO 처리수의수질측면에서보면, 전기전도도는전기간동안 20~150μ S/cm 사이에서변동을하였으나이는 2003년 3월이전시스템이안정화되지않은상태에서처리된처리수까지포함한것임. 그렇지만, 2003년 3월이후에는전기전도도가 20~50μS/cm 사이에서안정화되었음. 이러한결과를놓고볼때, 처리수의수질변동은유입원수의수질변동에따라발생하고있음을알수있음 ( 그림 26). RO시스템의유입수압력과농축수압력을평가한결과, 평가기간동안압력차가거의발생하지않아 RO 분리막의성능저하는미미한것으로나타났음. 5000 500 유입수 처리수 450 4000 400 350 유입수 EC(uS/cm) 3000 2000 300 250 200 처리수 EC(uS/cm) 150 1000 100 50 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Pilot Test 기간 ( 일 ) < 그림 26> Pilot Plant 에서유입수와 RO 처리수의전기전도도관계 2 재처리수의수질 Pilot Plant를통해재처리되는처리수의수질을평가하기위하여방류수 ( 원수 ), MF 전처리수, RO 처리수각각에대해월 1회씩 30개항목에대한수질분석을실시하였음. - 132 -
수질분석결과는표 74에제시하였으며, RO공정을통해재처리된처리수의수질을요약하면다음과같음. < 표 74> Pilot Plant 에의한재처리수의수질 (2002.6 ~ 2003. 7) 항목 농도범위 ( 최대 ~ 최소 ) 평균방류수 MF 처리수 RO 처리수방류수 MF처리수 RO처리수 EC( μs / cm ) 5030~2170 4900~1830 152~35 3,078.2 3,008.3 69.4 ph 7.7~6.14 7.71~5.92 6.88~5.11 6.9 7.0 6.0 BOD 5 ( mg /l) 24~2.9 15~0.6 1.2~0.4 10.0 6.3 0.7 COD Mn ( mg /l) 15.8~6.7 17.2~4.9 1.1~0.2 11.4 9.7 0.5 COD Cr ( mg /l) 36~7 24~6 9~0.6 20.7 14.9 3.9 SS( mg /l) 10.4~2.4 1.9~0.6-6.9 1.1 - Cl( mg /l) 1293.9~380 1254.9~405 18.9~3.4 664.0 639.8 9.9 Alkalinity ( mg /lcaco 3 ) 130~15 130~14 6~2 77.2 72.5 4.7 NO 3 -N( mg /l) 6.5~1.6 15.5~1.2 0.8~0.1 3.7 7.0 0.4 NH 4 -N( mg /l) 19.25~0.17 15.75~0.08 0.82~0.03 8.6 5.7 0.3 T-N( mg /l) 36~9.1 28~9.4 1.5~0.1 16.9 15.5 0.9 PO 3 4 -P( mg /l) 1.9~0.78 2.2~0.78 0.03~0.01 1.5 1.5 - T-P( mg /l) 7.7~0.09 5.6~0.05 0.33~0.05 2.4 1.9 0.1 SO 2-4 ( mg /l) 190~55 190~53 1.0 128.8 122.8 1.0 SiO 2 ( mg /l) 36.1~19.2 32.7~19.7 0.42~0.11 28.4 26.6 0.2 Cr +6 ( mg /l) - - - - - - Pb( mg /l) - - - - - - Zn( mg /l) 0.05~0.01 0.04~0.02 - - - - Na( mg /l) 555~304 528.6~340 13.7~4.5 452.3 760.4 7.8 K( mg /l) 80.4~23.3 55.8~17.4 1.48~0.23 39.9 33.7 0.7 Mg( mg /l CaCO 3 ) 345~78 345~76 2~1.6 236.9 225.6 1.8 Ca( mg /l CaCO 3 ) 260~67.5 226~58 6~0.4 103.8 108.3 2.5 As( mg /l) - - - - - - Cd( mg /l) - - - - - - Cu( mg /l) - - - - - - Mn( mg /l) 0.03~0.03 - - - - - Br 2 ( mg /l) 0.38~0.06 0.25~0.08 0.04~0.03 0.2 0.2 - Br( mg /l) 1.2~1.2 0.93~0.8 0.13~0.13 1.2 0.9 0.1 Fe( mg /l) 0.18~0.05 0.1~0.08 0.02~0.02 0.1 0.1 - Cr( mg /l) - - - - - - - 133 -
전기전도도는 35~152μs/cm( 평균 69.4μs/cm) 로서 97% 이상이제거되었음. BOD 5 는 86% 이상, COD Mn 는 93% 이상제거되었음. SS는 100% 제거되었으며, MF 전처리과정에서도 81% 이상제거되었음. 염소이온은 98% 이상, 나트륨이온은 97% 이상제거되었음. 질산성질소는 87% 이상, 암모니아성질소는 82% 이상, 총질소는 95% 이상제거되었음. 칼슘, 마그네슘, 규산염등의기타이온성분들도 90% 이상제거되었음. 또한미생물학적안정성을확인하기위해 2003년 9월 3일부터 9월 5일까지하루 2회씩대장균군을분석한결과 방류수에는 600~3,000개 / ml의대장균군이검출되었으나 MF 처리수에는 36개 / ml이하, RO 처리수에는검출되지않았음. < 표 75> 대장균군분석결과 ( 단위 : 개 / ml ) 일자 시간 방류수 MF 처리수 RO 처리수 2003-9-3 10:30 1,100 1-2003-9-3 16:00 3,000 36-2003-9-4 10:00 1,700 36-2003-9-4 16:00 2,100 8-2003-9-5 10:00 600 - - 2003-9-5 16:00 2,000 2 - 사람의건강에영향을미칠수있는유기화합물, 농약, 중금속등을분석하기위해 WHO 음용수수질가이드라인에제시되어있는 121개항목중 102개항목에대하여한국수도환경연구소에분석을의뢰하였음 ( 표 76 참조 ). RO 처리수의수질을비교하기위해중산간지역지하수 (2개소), 강우후지표유출수를채수하여수질정밀분석을실시하였음. - 134 -
분석결과, 중산간지역지하수 2개소에서는총대장균군과분원성대장균이검출되지않았으나지표수에는분원성대장균이검출되었고, RO 처리수에는총대장균군이검출되었음. 일반적으로 RO 막에서는세균, 바이러스, 원생동물등이모두차단된다는점을감안할때 RO 처리수에서총대장균군이검출된것은채수또는운반과정에서감염이된것으로판단됨. 사람에게심미적으로영향을줄수있는색도, 탁도, 알루미늄, 잔류염소, 구리등의항목에서는지표수나지하수, RO 처리수모두 WHO 수질기준에훨씬못미치는양호한결과를보여주고있음. 건강에위해를줄수있는유기화합물의경우에는톨루엔이 0.002~ 0.006 mg /l정도검출되었지만, WHO 음용수수질권고기준및우리나라먹는물수질기준 (0.7mg/l) 과비교할때미미한수준이라할수있음. 또한건강에위해를줄수있는무기화합물인경우 RO 처리수에서붕소가 0.11mg /l 검출되었지만, WHO 음용수수질권고기준과우리나라먹는물수질기준 (0.3mg/l) 에는못미치고있으며, 질산염도 4~4.9mg /l의범위를보여 WHO 기준치인 50mg /l보다매우낮은농도를보였음. 농약, 제초제, 소독제, 소독부산물성분은검출되지않았거나검출한계이하로분석되었음. 이상과같이 RO 처리수의수질은중산간지역지하수의수질과큰차이가없고, 지표수보다다소양호한것으로분석되었음. - 135 -
< 표 76> 수질정밀분석결과 구분분석항목단위 WHO 기준지표수오라골프장 미생물 핀크스골프장 RO 처리수 Total coliforms -/100 ml불검출검출불검출불검출검출 Fecal coliforms -/100 ml불검출검출불검출불검출불검출 E. coli -/100 ml불검출불검출불검출불검출불검출 Color 도 15TCU 불검출불검출불검출불검출 Total dissolved solids mg /l 1000 10 42 52 42 Turbidity NTU 5 1.3 0.14 0.15 0.13 Aluminium mg /l 0.2 0.04 - - - 심미적영향물질 Ammonia mg /l 1.5 - - - 0.31 Chloride mg /l 250 2 5 7 11 Copper mg /l 1 - - - - Iron mg /l 0.3 - - - - Manganese mg /l 0.1 - - - - Sodium mg /l 200 0.59 5.02 6.76 10.7 Sulfate mg /l 250 3 3 4 2 Zinc mg /l 3 0.015 - - 0.025 소독제 Chlorine mg /l 5 - - - - Monochloramine mg /l 3 - - - - 2,4,6-Trichlorophenol mg /l 0.2 - - - - 2,4-Dichlorophenol mg /l NAD - - - - 2-Chlorophenol mg /l NAD - - - - Bromochloroacetonitrile mg /l NAD - - - - Bromodichloromethane mg /l 0.06 - - - - Chloralhydrate mg /l 0.01 - - - - 소독부산물 Chlorite mg /l 0.2 - - - - Dibromoacetonitrile mg /l 0.1 - - - - Dibromochloromethane mg /l 0.1 - - - - Dichloroacetic acid mg /l 0.05 - - - - Dichloroacetonitrile mg /l 0.09 - - - - Trichloroacetic acid mg /l 0.1 - - - - Trichloroacetonitrile mg /l 0.001 - - - - Bromoform mg /l 0.1 - - - - 주 ) - : 검출한계이하, NAD : 수질기준을정할자료없음 - 136 -
< 표 76> 계속 구분분석항목단위 WHO 기준지표수오라골프장 핀크스골프장 RO 처리수 1,1,1-Trichloroethane mg /l 2 - - - - 1,1-Dichloroethane mg /l NAD - - - - Benzene mg /l 0.01 - - - - Benzo(a)pyrene μg /l 0.7 - - - - Carbon tetrachloride mg /l 0.002 - - - - Chloroform mg /l 0.2 - - - - Di(2-ethylhexyl)adipate mg /l 0.08 - - - - Di(2-ethylhexyl)phthalate mg /l 0.008 - - - - Dichloromethane mg /l 0.02 - - - - Ethylbenzene mg /l 0.3 - - - - Styrene mg /l 0.02 - - - - Tetrachloroethene mg /l 0.04 - - - - Toluene mg /l 0.7 0.005 0.005 0.002 0.006 건강위해유기화합물 Trichloroethene mg /l 0.07 - - - - Vinyl chloride mg /l 0.005 - - - - Xylenes mg /l 0.5 - - - - 1,1,2-Trichloroethane mg /l - - - - 1,4-Dichlorobenzene mg /l 0.3 - - - - Acenaphthene mg /l - - - - Benzo(a)anthracene mg /l 0.0007 - - - - Benzo(b)fluoranthene mg /l - - - - Benzo(g,h,i)perylene mg /l - - - - Benzo(k)fluoranthene mg /l - - - - Bisphenol-A mg /l - - - - Chrysene mg /l - - - - cis-1,3-dichloropropylene mg /l - - - - Diethylphthalate mg /l 0.008 - - - - Ethylene dibromide mg /l NAD - - - - Indeno(1,2,3-d)pyrene mg /l - - - - trans-1,3-dichloropropylene mg /l - - - - Antimony mg /l 0.005 - - - - 건강위해무기화합물 Arsenic mg /l 0.01 - - - - Boron mg /l 0.3 - - - 0.11 Cadmium mg /l 0.003 - - - - Chromium mg /l 0.05 - - - - Cyanide mg /l 0.07 - - - - Fluoride mg /l 1.5 - - - - 주 ) - : 검출한계이하, NAD : 수질기준을정할자료없음 - 137 -
< 표 76> 계속 구분분석항목단위 WHO 기준지표수오라골프장 건강위해무기화합물 핀크스골프장 RO 처리수 Lead mg /l 0.01 - - - - Mercury mg /l 0.001 - - - - Nitrate(as NO - 3 ) mg /l 50 4.9 4 4 4.9 Nitrite(as NO - 2 ) mg /l 3 - - - 0.4 Selenium mg /l 0.01 - - - - 1,2-Dichloropropane mg /l 0.02 - - - - 2,4-D mg /l 0.03 - - - - Alachlor mg /l 0.02 - - - - Bentazone mg /l 0.03 - - - - Carbofuran mg /l 0.005 - - - - Chlorotoluron mg /l 0.03 - - - - Heptachlor μg /l 0.03 - - - - Hetachlor epoxide μg /l 0.03 - - - - Hexachlorobutadiene mg /l 0.001 - - - - Isoproturon mg /l 0.009 - - - - Lindane mg /l 0.002 - - - - 농약 MCPA mg /l 0.002 - - - - Methoxychlor mg /l 0.02 - - - - Metolachlor mg /l 0.01 - - - - Molinate mg /l 0.006 - - - - Pendimethalin mg /l 0.02 - - - - Pentachlorophenol mg /l 0.009 - - - - Permethrin mg /l 0.02 - - - - Propanil mg /l 0.02 - - - - Pyridate mg /l 0.1 - - - - Simazine mg /l 0.002 - - - - Trifluralin mg /l 0.02 - - - - 1,2-Dibromo-3-chloropropane mg /l 0.001 - - - - 1,3-Dichloropropane mg /l NAD - - - - Polychlorinated biphenyl mg /l NAD - - - - 2,4,5-T mg /l 0.009 - - - - 제초제 Dichlorprop mg /l 0.1 - - - - Fenoprop mg /l 0.1 - - - - Mecoprop mg /l 0.01 - - - - 주 ) - : 검출한계이하, NAD : 수질기준을정할자료없음 - 138 -
제주 Pilot Plant RO 처리수의수질은국내는물론외국의하수처리장방류수재처리사례와비교하더라도전혀손색이없을뿐아니라, 먹는물로사용하더라도수질적으로문제가없을정도로깨끗하게처리되고있음 ( 표 77 참조 ). 특히, 방류수재이용에가장큰걸림돌로작용했던과다한염소이온과염분농도문제가완전히해결됨으로써농업용수는물론조경용수, 공업용수, 지하수인공함양용수등으로재이용할수있는좋은대체수원으로평가되고있음. < 표 77> 제주 Pilot Plant RO 처리수의수질비교 항목 제주 Pilot Plant 싱가포르 NEWater 오렌지카운티 WF 21 인천광역시 INI 스틸 EC( μs / cm ) 152~35 256~28.6 150 58 ph 6.88~5.11 6.7~5.3 6.9 7.0 SS( mg /l) 0~0 0.6~ND 0 Cl( mg /l) 18.9~3.4 47.8~2.57 29 13 Alkalinity ( mg /lcaco 3 ) 6~2 16~5 45 NO 3 -N( mg /l) 0.8~0.1 5.4~0.02 2.07 NH 4 -N( mg /l) 0.82~0.03 2.14~ND T-N( mg /l) 1.5~0.1 11~ND 2.7 PO 4 3 -P( mg /l) 0.03~0.01 T-P( mg /l) 0.33~0.05 0.084~ND SO 4 2- ( mg /l) 1~1 0.54~ND 1.4 2.43 SiO 2 ( mg /l) 0.42~0.11 4.95~ND Na( mg /l) 13.7~4.5 42.1~3.16 21 8.75 K( mg /l) 1.48~0.23 3.07~0.504 Mg( mg /l CaCO 3 ) 2~1.6 0.45~0.03 0.10 Ca( mg /l CaCO 3 ) 6~0.4 0.514~0.044 0.12-139 -
다. BIOCIDE 약품주입평가결과 Pilot Plant 시스템가동시미생물약품무주입과일시중지시적절한조치미흡으로발생할수있는전처리시스템의미생물오염을방지하고, RO( 역삼투 ) 공정의약품주입에의한성능변화등을파악하기위하여 1개월간약품주입과 1개월간약품무주입평가를수행하였음 ( 사진 15 참조 ). 평가결과, 20ppm의약품주입시에는막표면및시스템에부착된미생물슬러지가대부분제거되어미생물제거약품주입에따른시각적인효과는뚜렷하게나타났으나, 실질적인성능측면 ( 유량증가, 유입압력감소 ) 에서는큰차이를보이지않고초기상태를유지하는하는것으로나타났음. 따라서장기간운전시에는미생물제거약품을주입함으로써전처리분리막시스템의안정적인운전과교체주기연장으로운전비의절감을꾀할수있을것으로판단됨. 일반적으로미생물제거약품을주입하면주입약품중반응하지않은것으로인하여역삼투분리막이손상을입는것으로알려져있기때문에본연구에서는이같은영향이적은것으로알려져있는 Br계통의약품을사용하였음. 평가결과, 약품주입시역삼투분리막설비에서전기전도도평균제거율은 98.3% 로서약품을주입하지않은경우보다약 0.5% 제거율이높게나타났으며, 유량은약품을주입하지않았을때가주입시보다높게나타났음 ( 그림27). 이러한결과는약품무주입시의원수수온이높은것에기인한것으로보이는데, 온도를보정한결과약품주입유무에따른유량의변화는미미하였음 ( 그림 28). 따라서, 향후장기간운전시에는적정한약품을주입하여시스템의미생물오염을사전에방지하는것이유지비를절감할수있을것으로판단됨. - 140 -
100 98 전기전도도제거율 (%) 96 94 92 약품주입 약품미주입 90 0 5 10 15 20 25 30 35 Pilot Test 기간 ( 일 ) < 그림 27> 약품주입유무에따른전기전도도제거율변화 1 50 0.8 40 유량 ( m3 /H) 0.6 0.4 30 20 수온 ( ) 0.2 10 주입시유량주입시수온 무주입시유량무주입시수온 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Pilot Test 기간 ( 일 ) < 그림 28> 약품주입유무에따른처리수유량변화 - 141 -
( 약품주입전 ) ( 약품주입후 ) < 사진 15> 약품주입전 후의전처리장치와 RO 유입수유량계모습 - 142 -