지자체 우수사례
“파주시, 창의적 도전으로
완전한 농축폐수처리시스템 구축”
농축폐수를 하수처리시설로 연계 처리함에 따른 물재이용 활성화 제약
하수처리수 재이용시설 자체 농축폐수 처리기술 개발 필요
장래 하수처리수 재이용사업에 대한 표준모델 제시
파주시청 주무관
및 적용 성공사례
/ 파주시청 이영훈·윤주영
Ⅰ. 서 론
하수처리수의 재이용은 기후변화로 인한 물 부족에 능동적으로 대처하고 지속가능한 수자원을 확보하기 위한 가장 효과적인 수단으로 최근 물관리체계 일원화 정책에서도 우선순위로 설정되는 등 물재이용 정책의 핵심적인 역할을 하고 있다.
2016년도 기준 우리나라 전체 하수처리량은 71억6천600만㎥로 장내·장외를 포함한 하수 재이용률이 15.6％(11억2천100만㎥)로 매우 저조하고, 이 중에서도 양질의 용수를 생산하는 공업용수 재이용량은 6천200만㎥로 1％도 채 되지 않은 실정이다.
하수처리수 재이용을 제약하는 요인은 수요처 확보문제, 대규모 재원조달 등 여러 요인이 있지만 그 중에서도 재처리 후 발생되는 농축폐수의 처리 문제가 물재이용 활성화를 가장 크게 제약하고 있다.
기존에 운영 중인 모든 하수재이용시설에서는 농축폐수를 하수처리시설에 연계 처리하거나 일부를 방류수에 희석해 처리하고 있으며, 이에 대한 근본적인 처리대책 마련 없이는 하수처리수 재이용 활성화는 어려운 실정이다.
파주시도 지난 2016년부터 3년간 하수처리수 재이용사업을 추진하면서 농축폐수를 연계 처리할지, 자체 처리할 지에 대해 심각히 고민해야 했다. 농축폐수를 연계 처리하는 경우, 기존 하수처리시설의 용량 부족에 따른 처리장 증설과 유입유량 증가에 따른 처리비 부담으로 자체 농축폐수 처리방안을 마련하지 않고는 사업 추진이 어려웠지만 현장에 적용된 선행사례가 전무했다.
이에 대한 해결책으로 파주시는 창의적 도전으로 전국 최초로 하수처리수 재이용시설에 자체 농축폐수 처리기술을 성공적으로 개발해 농축폐수처리시설을 정상 가동하고 있다. 이는 그간 물산업계의 숙원을 해소했을 뿐만 아니라 하수처리수 재이용사업에 대한 새로운 모델을 제시한 데 의의가 있다.
Ⅱ. 본론
■ 농축폐수 처리 문제 공공하수처리시설의 방류수를 공업용수 등으로 재처리하는 과정에서 공업용수의 수질을 만족할 수 있는 한외여과(UF)+역삼투압(RO) 공법으로 하수처리수를 처리함에 따라 이 과정에서 고농도 유기물 및 질소, 인 성분이 포함된 농축폐수가 필연적으로 발생한다.
농축폐수의 성상은 하수처리공정의 최종처리수질에 따라 변동된다. 고도처리공정이 적용된 하수처리시설의 경우 최종처리수 내 총질소(T-N) 성분이 주로 질산성 질소(NO3-N)로 이루어지므로 재이용시설에서 발생되는 농축폐수에는 고농도 질산성 질소(NO3-N)가 포함된다.
농축폐수 처리를 위한 하수처리시설 증설 및 운영비 증가로 인해 예산낭비 초래 및 물재이용 제약요인으로 작용하고 있어 농축폐수 자체처리 대책 없이는 물재이용사업 추진에 제약이 따르고 있다.
방류된 하수처리수를 다시 재이용시설에서 재처리한 후 발생한 농축폐수는 일반 하수와 성상이 달라 생물학적 처리가 어렵고, 이전까지 실증화된 연구나 현장 적용사례가 전무해 자체 처리에 따른 위험을 감수하기보다는 쉬운 연계처리 방법을 선택하고 있다.
민간투자사업(BTO)으로 재이용시설을 추진할 때 농축폐수 자체처리 시 경제적 타당성(B/C) 확보가 어려워 연계처리하고 지자체가 처리비용의 대부분을 부담해 처리기술 확보를 등한시하고 있다. 경기도 P시 하수재이용시설은 농축폐수를 하수처리시설로 연계처리하고, 경북 P시 하수재이용시설은 연계처리와 더불어 일부 자체처리 방식으로 운영하는 등 모든 시설에서 연계처리하고 있다.
■ 방안 마련 및 실행 타지역 하수처리수 재이용시설의 농축폐수처리를 보면 경북 P시 하수재이용시설의 경우 일부 농축폐수처리 방법으로 탈질조만 설치했으나 수질이 초과됐다. 이로 인해 질산화조를 추가로 설치하였으나 용량 부족으로 운영에 어려움을 겪고 있다.
■ 장애 극복 난분해성 저농도 유기질소가 포함된 하수처리수가 재이용시설로 유입되는데, 이를 다시 재처리(UF+RO)하는 과정에서 약 3배의 농축수가 발생하게 된다. 파주시는 탄소원이 부족한 상태에서 총질소(T-N) 제거 및 이를 처리하는 농축폐수처리시스템을 구축해 재이용시설에서 자체 처리한 후 하천으로 방류하고 있다. [그림 3]
하지만 유입수로에 직렬로 배치된 여과지 유입수문으로 인해 여과지별 유입되는 응집플록 상태 및 반응시간이 불균등한 것으로 우려되어 이에 충분한 응집시간을 확보하고 여과지에 균등한 유입이 될 수 있도록 유입수로에 격벽을 설치하고 여과지 유입수문 위치를 변경하여 처리효율을 증대시켰다. [그림 4]
Ⅲ. 결 론
■ 정책적 파급 효과 지난 10년간 정부정책사업으로 물재이용사업을 추진했으나 공업용수 용도의 하수재이용사업은 14건(1천㎥/일 이상)으로 저조한 실적이다. 물재이용 활성화의 가장 큰 제약요인은 농축폐수처리에 대한 처리기술 부재로, 하수처리시설에 연계 처리함에 따라 처리장 증설과 운영비 증가 요인이 지자체 부담으로 작용하여 사업 참여를 위축시키고 있다.
파주시 하수재이용시설에 설치된 농축폐수 처리시스템은 방류수 수질기준에 적합하게 처리한 후 바로 하천에 방류하는 시스템으로, 하수처리시설 연계에 따른 문제를 완전히 해결해 그간 물재이용을 제약해 온 물산업계의 숙원을 해소했다. 향후 지방자치단체 및 민간사업자의 적극적인 물재이용사업 참여를 통한 물재이용 활성화에도 기여할 것으로 기대된다.
■ 경제적 파급 효과 하수재이용시설의 농축폐수를 하수처리시설에 연계 처리하는 경우 하수처리시설 증설 공사비 498억 원, 유입량 증가에 따른 운영비 393억 원 등 막대한 예산을 투입해야 한다. 그러나 자체 농축폐수처리시스템으로 농축폐수를 자체 처리하여 방류하는 경우, 추가공사비 등이 불필요하므로 총 891억 원의 예산 절감이 가능하다. [표 4]
■ 물산업 파급 효과 기존의 하수처리시설로 연계하는 농축 처리방식은 부하를 받지 않는 대규모 하수처리장에서만 적용이 가능하다. 파주하수재이용시설은 최초 농축폐수처리시스템을 도입해 성공한 것으로 하수처리장 규모에 관계없이 모든 처리시설에 적용이 가능하다.
[『워터저널』 2018년 12월호에 게재]