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[Global Water Issue] 하·폐수 3차 처리를 통한 재이용 촉진
2020년 08월 04일 (화) 09:46:03 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr

 Global Water Issue


“하·폐수 3차 처리로 수질 개선·회복탄력성 확보”

미국 파소 로블레스, 하·폐수 3차처리시설 통해 관개용 재이용수 생산
관로에 축적된 스트루바이트 회수해 비료로 만들어 지역 재원 확보
 


하·폐수 3차 처리를 통한 재이용 촉진
Advancing Reuse Through Tertiary Treatment

미국 캘리포니아주 파소 로블레스(Paso Robles)시의 3차 처리 프로젝트는 하·폐수처리장(WWTP)의 물리적·환경적 발자국을 향상시켰다. 캘리포니아주 ‘타이틀 22(Title 22)’를 충족하는 관개용 재이용수를 생산하는 새로운 3차 처리 시설은 수자원의 회복탄력성(resilience)을 확보하고 지속가능한 물공급을 담보하려는 시의 장기적인 계획의 첫걸음이다. 지난 6월 11일자 『Water World』에 실린 ‘Advancing Reuse Through Tertiary Treatment’ 기사에 이러한 내용이 소개됐다. 그 내용을 번역했다.


캘리포니아 수도기관들은 일반적으로 물공급 포트폴리오에 물재이용을 포함시키지만 급수인구가 적은 지역의 수도기관들은 완전한 물재이용 프로그램을 당장에 실행하지 못할 수 있다. 인구 3만 명 규모의 파소 로블레스시(The City of Paso Robles)는 고급의 정수장을 건설하지 않고도 물의 회복탄력성을 확보할 수 있다는 것을 보여준다.

490만 갤런/일 규모의 파소 로블레스 하·폐수처리장(WWTP)의 새로운 3차 처리 시설은 규모에 상관없이 모든 지역사회를 위한 지속가능한 물관리, 고급 하·폐수처리 및 비용 효율적인 솔루션을 제시한다. 새로운 시설은 비료로 사용할 수 있는 스트루바이트 제품 뿐만 아니라 고품질의 재이용수도 생산한다. 3차 처리 기술과 첨단 영양소 회수 시스템은 물과 영양소 등 도시 자원의 회복탄력성을 높여준다.

블랙앤비치(Black&Veatch)의 지원으로 2019년 5월 완공된 이 시설은 도시의 탄력 있고 지속가능한 물공급을 위한 장기 계획의 첫걸음으로, ‘타이틀 22(Title 22)’를 충족하는 관개용 재이용수를 생산한다. 

Water agencies in California typically include water recycling in their water supply portfolios, but the ones that serve smaller populations may not be able to implement full-blown reuse programs all at once. The City of Paso Robles, home to approximately 30,000 residents, shows it’s possible to build water resilience without building an advanced purification plant.

New tertiary treatment facilities at the 4.9 MGD Paso Robles Wastewater Treatment Plant (WWTP) showcase a sustainable approach to water management, advanced wastewater treatment, and cost-effective solutions for communities of any size. The new facilities yield high-quality recycled water as well as a struvite product that could be used as a fertilizer to supplement supplies through reclamation practices in an existing footprint. Tertiary treatment technologies and an advanced nutrient harvesting system boost the city’s resource resilience for both water and nutrients.

Completed in May 2019 with help from Black & Veatch, the new facilities yield Title 22-compliant recycled water for irrigation, serving as the first step in the city’s long-term plan to create a resilient, sustainable water supply.

   
▲ 미국 캘리포니아주 파소 로블레스시 하·폐수처리장의 새로운 3차 처리 시설은 수자원의 회복탄력성을 확보하고 지속가능한 물공급을 담보하려는 시의 장기적인 계획의 첫걸음으로, ‘타이틀 22(Title 22)’를 충족하는 관개용 재이용수를 생산한다. [사진제공 = 파소 로블레스시]

업무 및 확장 계획
Working - And Expanding - The Plan

가뭄 상태와 변화하는 지류 여건으로 파소 로블레스 하·폐수처리장의 개선(upgrade)이 필요해졌다. 2014년 시의 마스터플랜에는 민간지역 뿐만 아니라 도시공원, 골프장과 같은 공공장소에 공급할 고품질 재이용수를 생산할 수 있는 3차 처리 시설의 건설을 촉구하는 내용이 담겼다. 프로젝트팀은 가능한 기존 자산을 최적화하면서 유연성을 통합하여 운영비용을 최소화하고자 했다.

파소 로블레스시는 저금리의 ‘주내 식수 순환을 위한 기금(Drinking Water State Revolving Fund, DWSRF)’ 대출 및 환경 혁신 노력을 위한 400만 달러의 ‘그린 프로젝트 리저브(Green Project Reserve)’ 보조금을 확보하여 섬유 여재 여과(cloth media filtration)와 자외선(UV) 소독 개수로 등을 설치, 하·폐수처리장을 업그레이드하고 수질을 개선했다. 현재 처리장에서 나오는 모든 배출수는 관개를 위한 ‘타이틀 22’ 기준을 충족하며 현지의 재이용수 저수장(water storage pond)에 저장된다. 파소 로블레스시가 송수 시스템 인프라를 구축함에 따라 관개용수는 향후 2년 내 도시공원과 일부 공공구역에 제공될 전망이다.

파소 로블레스시는 3차 처리 시설 프로젝트를 시행하기 이전에 이미 부류(sidestream) 영양소 회수 시스템을 설치하는 계획을 갖고 있었다. 시스템 조달과 설치는 스트루바이트(struvite)가 축적되고 있는 것을 발견한 후부터 가속화되었다. 소화된 슬러지 탈수 시스템에서 나오는 인(P)이 든 여과액이 관로에 스트루바이트의 축적을 야기하고 처리 과정을 방해하고 있었다.

하·폐수의 유입 특성 변화 또한 영양소 증가에 영향을 끼쳤다. 인을 효과적으로 제거하고 스트루바이트를 회수하는 시스템을 설치함으로써 문제가 되는 영양소를 향후 시판 가능한 비료로 전환하여 도시가 프로젝트 비용과 운영비용을 상쇄할 수 있게 되었다.

Drought conditions and changing influent conditions necessitated Paso Robles’ WWTP upgrades, and the city’s 2014 Master Plan called for construction of tertiary treatment facilities to produce high-quality recycled water to irrigate public areas such as city parks and golf courses, as well as private sector wineries. The project team sought to optimize existing assets, incorporate flexibility, and minimize capital and future operating costs wherever possible.

Securing a low-interest Drinking Water State Revolving Fund(DWSRF) Loan and a $4 million Green Project Reserve grant for environmentally innovative endeavors helped Paso Robles upgrade the WWTP and resulting water quality through cloth media filtration and open channel ultraviolet(UV) disinfection. Currently, all the plant effluent complies with Title 22 requirements for irrigation and is stored in the on-site recycled water storage pond. This irrigation water will start serving a portion of the city parks and public areas within next two years as the city builds the distribution system infrastructure.

Prior to the Tertiary Treatment Facilities Project, plans were already in place to install a sidestream nutrient harvest system. The procurement and installation of the system was accelerated when struvite buildup was discovered by operators. The phosphorus laden filtrate from the digested sludge dewatering system was causing buildup of struvite in the pipes and inhibiting treatment processes.

Changing influent characteristics of the wastewater also contributed to the increase in the nutrient problem. Adding a system to effectively remove phosphorus and recover struvite essentially turned a nutrient nuisance into a future, marketable fertilizer to help the city offset project and operating costs.

   
▲ 현재 처리장에서 나오는 모든 배출수는 관개를 위한 ‘타이틀 22’ 기준을 충족하며 현지의 재이용수 저수장에 저장된다. 이 관개용수는 파소 로블레스시가 송수 시스템 인프라를 구축함에 따라 향후 2년 내에 도시공원과 공공구역의 일부에 제공될 전망이다.

지속가능성 구축
Building in Sustainability

프로젝트의 운영 최적화 및 지속가능성에 특별한 특성이 기여했다. 프로젝트팀은 기존에 있었지만 사용하지는 않았던 2차 침전지를 새로운 여과 공정 상류의 균등화 수조로 용도를 바꿨다. 보다 연속적인 흐름 속도를 만들어 운영 효율이 개선됐다.

새로운 섬유 여재 여과 시스템은 2개의 듀티(duty)와 1개의 예비 필터로 구성되어 있다. 자동 역세척(backwashing) 기능을 갖춘 외부 유입(outside-in) 흐름 패턴을 사용한다. 물은 중력에 의해 필터를 통해 흐르기 때문에 더 많은 포저(poser) 사용이 필요한 펌프를 추가로 구비할 필요가 없다.

저압력·고출력의 램프를 사용하는 재이용수 자외선(UV) 소독 개수로는 고품질 재이용수를 생산한다. 자외선을 소독제로 사용하면 재이용수 분배 시스템에서 소독 부산물이 형성될 가능성을 없앨 수 있다. 유지관리 담당자는 두 개의 채널 중 자외선 뱅크(UV bank)를 수력으로 들어올려 청소를 손쉽게  할 수 있다.

   
▲ 파소 로블레스시는 재이용수 분배 시스템에서 소독 부산물이 형성되는 것을 방지하기 위해 화학물질 대신 자외선으로 소독하는 방식을 선택했다. [사진제공 = 파소 로블레스시]

   
▲ 새로운 영양소 회수 시스템은 스트루바이트가 잠재적으로 증가하는 것을 막고, 인(P), 질소(N), 암모니아가 과부하되지 않도록 유지하며, 회수한 스트루바이트를 시판 가능한 비료로 만들어 도시가 프로젝트 비용과 운영비용을 상쇄하도록 도와준다. [사진제공 = 블랙앤비치]
현지의 재이용수 저수장은 가뭄 시 도시의 회복력을 뒷받침한다. 이 저수장은 하루 수요를 충족시키기 위해 매일매일 물을 채우고 비울 수 있도록 설계되었다. 탄력적으로 설계된 덕분에 이 시설은 재이용수의 수요가 적을 때 고품질의 물을 살리나스강(Salinas River)으로 보낼 수 있다.

전체 공정은 처리 펌핑(treatment pumping)의 필요성을 없애기 위해 중력에 흐르도록 설계되어 장비 및 에너지 비용을 절약할 수 있다. 재이용수의 수요가 적어 처리된 물을 강으로 흘려보낼 때 에너지 사용을 줄이기 위해 별도의 3차 작동 모드를 제어 시퀀스(control sequence)에 추가했다.

영양소 회수 시스템은 지역 및 주 내 수자원 안에 인(P), 질소(N), 암모니아 등 유해 하중을 억제시킨다. 이는 스트루바이트 축적의 영향을 받는 매립된 배관 및 펌프장의 보수·교체 필요성을 줄인다. 또한 비료로 유용하게 사용될 수 있는 귀중한 자원을 회수한다.

Special features contributed to operations optimization and sustainability of the project. The Project team repurposed existing but unused secondary sedimentation basins as equalization basins upstream of the new filtration process. Flow equalization improved operations by creating a more continuous rate of flow.

The new cloth media filtration system consists of two duty and one standby filter. It uses an outside-in flow pattern with automatic backwashing. The water flows through the filters by gravity, removing the need to have additional pumps that require more poser usage.

Open channel UV light disinfection of recycled water using low pressure, high output lamps produces high quality recycled water. Use of UV light as a disinfectant eliminates the potential for disinfection byproducts formation in the recycled water distribution system. Maintenance staff can hydraulically lift the UV banks out of the two channels for ease of cleaning.

On-site storage of recycled water in a repurposed pond supports the city’s resilience in times of drought; the pond is designed to fill and empty each day to meet daily demand. Because of its design flexibility, the plant can send high quality water to the Salinas River when demand for recycled water is low.

The entire process was designed to flow by gravity to eliminate the need for treatment pumping, thereby saving equipment and energy costs. A separate tertiary operating mode was added to the control sequence to reduce energy use when recycled water demand is low and treated water is diverted to the river.

The nutrient harvesting system halts harmful loading of phosphorus, nitrogen, and ammonia in local and state water resources. It reduces the need to repair and replace buried piping and pump stations affected by struvite buildup. It also recovers a valuable resource for beneficial use as a fertilizer the city can put back into the environment.

과거를 돌아보고 미래를 내다보는 해결책
Looking Back - And Ahead - At Resourceful Solutions

이번 프로젝트는 보다 탄력 있고 지속가능한 물공급을 위한 파소 로블레스시의 장기적인 계획의 첫걸음으로, 처리장의 물리적·환경적 발자국(footprint)을 개선했다. 개선된 하·폐수처리장은 하·폐수를 ‘타이틀 22’를 충족하는 재이용수로 전환시키는데, 이것은 도시의 수자원 회복탄력성 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 한다. 영양소 회수 시스템은 추가적으로 수질을 개선시키고 인프라 자산을 보호하며 스트루바이트를 회수해 수자원의 건강성을 회복시킨다. 파소 로블레스시는 이러한 시설을 발 빠르게 배치함으로써 문제가 되는 영양소를 유익한 비료로 신속하게 바꿀 수 있었다.

총 1천440만 달러가 투입된 파소 로블레스시의 새로운 3차 처리 시설은 에너지를 절약하고 화학물질 사용을 최소화하는 지속가능한 솔루션이다. 이러한 개선의 획기적인 환경적 특징은 파소 로블레스시가 보조금을 확보하는 데 도움이 되었을 뿐만 아니라 시티 어워즈(City Awards)에서도 인정받았다.

캘리포니아 물환경협회(The California Water Environ-ment Association)는 최근 파소 로블레스시 3차 처리 및 영양소 회수 시스템을 ‘2019년 올해의 엔지니어링 성과(2019 Engineering Achievement of the Year)’로 선정했다. 또 영국의 물 전문 연구기관 글로벌 워터 인텔리전스(GWI)가 주관하는 글로벌 워터 어워즈(Global Water Awards)의 ‘2020년 올해의 하·폐수 프로젝트’ 후보에 오른 4개 프로젝트 중 하나다.

The project improved the plant’s physical and environmental footprint and serves as the first step in the city’s long-term plan to create a more resilient and sustainable water supply. The upgraded WWTP converts wastewater into Title 22-compliant recycled water for irrigation, a crucial move in supporting the city’s water resilience goals. The nutrient harvesting system additionally improves water quality, protects infrastructure assets, and preserves the health of area water resources by recovering struvite. The expedited deployment of those facilities allowed Paso Robles to more quickly convert a nutrient nuisance into a beneficial product.

With a total cost of $14.4 million, the new facilities feature sustainable solutions that save energy and minimize chemical use. The innovative environmental features of the upgrade not only helped Paso Robles secure grant funding but also earned the City awards recognition.

The California Water Environment Association recently named the Paso Robles Tertiary Treatment and Nutrient Harvesting System the 2019 Engineering Achievement of the Year. In addition, it is one of four projects shortlisted for the Global Water Awards’ 2020 Wastewater Project of the Year. 

   
▲ 총 1천440만 달러가 투입된 파소 로블레스시의 새로운 3차 처리 시설은 에너지를 절약하고 화학물질 사용을 최소화하는 지속가능한 솔루션이다. 사진은 지난 2019년 10월 열린 새로운 3차 처리 시설 준공식에서 참석자들의 리본 컷팅 모습. [사진제공 = 파소 로블레스시]

   
 
[출처 = Water World(https://digital.waterworld.com/waterworld/202006/MobilePagedReplica.action?pm=2&folio=14#pg16) / 2020년 6월 11일자]

 [『워터저널』 2020년 8월호에 게재] 

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