김 진 홍/ 캘리포니아 오렌지카운티 위생국 엔지니어

하수를 지하수 함양 최적 수원으로 변화
‘지하수 보충 시스템’ 가동 각종 하수를 식수로 전환
간접 음용수 재이용, 하천관리 시스템에서 보편적 사용 

 

   
▲ 김 진 홍/ 캘리포니아 오렌지카운티 위생국 엔지니어
미국 캘리포니아의 오렌지카운티는 인구 250만 명의 지역으로서 이 지역은 원래 풍부한 지하수맥 위에 위치하고 있다. 이 지역에서 OCWD(Orange County Water District)는 미국 북서부지역의 수도 공급의 75%를 담당하고 나머지 25%는 콜로라도강으로부터 얻어진다. 도심지역의 900㎢를 대상으로 연간 지하수 필요량은 350GL에 달한다.

하수처리 재생수를 인공 지하수로 주입

GWRS(Groundwater Replenishment System)는 OCSD(Orange County Sanitation District)와 OCWD의 협력관계이다. OCSD는 하수 차집 및 처리를, OCWD는 오렌지카운티의 지하수 수원 관리 및 보호를 담당하고 있다. 1972년 하수 재생을 위한 첫 번째 협력으로 ‘WF21’(Water Factory 21)을 만들어 1976년에서 2004년까지 운영했다. 오렌지카운티의 연평균 강우량은 300㎜로 매우 작으므로 지하수가 수자원이 될 수밖에 없다.

   
   
▲ 미국 남부 캘리포니아 오렌지카운티 파운틴 밸리에 있는 하수재생플랜트와 헌팅턴 비치의 하수처리시설.
이러한 이유로 1956년에 그 지역으로부터 농업용수로서 지하수가 과잉 채취된 것이 원인이 되어 결국 지하수의 수위가 해면보다 낮아지게 됐다. 따라서 해수가 해안보다 5마일이나 지하수에 침투되어 지하수의 오염이 일어난 것이 판명됐다.

이에 대한 대책으로서 담수를 지하수 맥에 강제로 주입하는 방법이 사용됐지만 충분한 효과는 없었다. 그래서 거대한 해수의 침투를 막기 위해 해안으로부터 2마일 떨어진 지점에 7개의 호정을 뚫어 해수를 함유한 지하수를 뽑아내 바다로 돌리는 작업을 했다. 특히 내륙부에는 직렬로 23개의 호정을 뚫어 담수를 강제 주입함으로서 해수의 진입을 방지하는 방법이 고안됐다.

   
▲ 오렌지카운티에서 나오는 각종 하수를 식수로 전환하는 ‘지하수 보충 시스템(GWR)’설치 장면.
주입용수로서 여러 가지 검토가 이뤄졌는데 최종적으로 하수처리수를 고도처리한 것과 깊은 곳에서 뽑아 올린 지하수를 혼합한 것을 사용하게 됐다. 이러한 고도처리 시설이 ‘WF21’이다. 그리하여 1976년 처음으로 하수처리 재생수를 인공 지하수로 주입하게 됐다.
해수 침투 방벽을 위해 160GL을 제공했으며, 석회 정화, 모래 필터, 역삼투압 또는 GAC, 염소 소독 및 심층지하수 희석 등을 사용했고 NDMA 관리를 위해 2001년 자외선 처리를 추가했다. 30년 간 간접적 음용수 재이용을 위한 역삼투압 처리를 했다. 물론 재생수의 수질은 음용수 수질기준을 만족시켜야 했다.

GWR,  세계 최대 규모 하수처리장치

각종 하수를 식수로 전환하는 ‘지하수 보충 시스템(GWR)’을 가동함에 따라, 앞으로 오렌지카운티 주민들은 화장실 오수 등을 정화해 만든 식수를 공급받게 된다. 이는 세계 최대 규모의 하수처리장치이다.

   
▲ 오렌지카운티의 연평균 강우량은 300㎜로 지하수가 수자원이 될 수밖에 없어 과잉 채취, 결국 지하수의 수위가 해면보다 낮아져 해수가 해안보다 5마일이나 지하수에 침투되어 지하수 오염이 심각했지만‘지하수 보충 시스템(GWR)’설치, 가치 있는 자원으로 재이용하고 있다.
GWR의 효과는 △지하수역의 효과를 최대화 △해수 침투 저지 방벽을 확대 △향후 가뭄 대책 일조 △바다로의 하수 배출 지연 △가치 있는 자원의 재이용 △‘State Water Project’에 비해 에너지를 1/2 절약 △유역의 수질 개선 △물부족 지역의 용수원 다각화 △향후 외부수원으로부터 공급량의 절감에 따른 So Cal(남부캘리포니아) 신뢰성 향상 △다가오는 지구 물 부족 위기극복에 일조할 수 있다.

오렌지카운티의 GWR은 하수를 각종 필터와 자외선, 화학약품 등을 통해 정밀 처리하여 증류수 수준으로 만든다. 자외선·고도 산화 시스템은 70MGD UVPhox 시스템, 저압 고출력 램프 시스템으로 먼저 살균을 하고 광분해에 의해 NDMA를 파괴한다. 저분자량의 유기물 제거를 위한 고도 산화 공정(AOP)으로 과산화수소를 사용한다.

또한, '정밀여과 시스템'(Microfiltration System)을 통해 박테리아, 원생동물 및 부유물질을 제거한다. 조내 침지형(basin submersible) 체계로 공극(air gap)크기는 0.2마이크론이다. 정밀처리후 탄산제거 및 석회 추가로 정수된 물을 안정화시킨다. GWR 시스템의 물은 해수 방벽과 수원지로 펌핑되며 취수 전에 수개월간 저류하면서 천연 토양여과와 완충작용에 의해 최종 처리된다.

   
   
   
▲ 오렌지카운티는 ‘지하수 보충 시스템(GWR)’을 설치하여 정밀여과막(위), 역삼투압(가운데), 자외선 고도 산화 시스템(아래)을 이용하여 하수를 처리하여 식수로 공급하고 있다.
한편, GWR관로는 관거 연장 22.5㎞, 관경 1.5∼2.0m로 최대유량에 맞춰졌다. 샌타애나강 서쪽 제방을 따라 위치하고 있으며 향후 수원지 중앙의 수위향상을 위한 수원지 중앙에 주입됐다.

정화과정에서 제약회사나 식품회사 등에서 사용하는 정도의 미세필터가 사용되고, 바닷물을 식수로 전환할 때 이용하는 GWR의 핵심정수공정인 역삼투압 방식(70MGD 역삼투압 시스템, 회수율 85%, 염분·바이러스 및 약물제제를 포함한 유기물 제거, 압력범위 150∼200psi)  도 활용된다. 생수업체들이 사용하는 높은 수준의 이런 정화방식을 거친 물은 식수로 사용할 수 있을 정도의 깨끗한 수질을 갖게 된다.

미국 내 하천관리 시스템에서 간접 음용수 재이용은 보편적으로 사용된다. 계획된 간접 음용수 재이용은 매우 보편적이지는 않지만 증가추세이다. 대중적 수용 개선, 특히 고수준의 처리와 효율적인 공급 프로그램이 병행되고 있다.

역삼투압·자외선·AOP 처리수는 음용수에 관한 모든 기준을 충족하고 미지의 유기물질로부터 안전성을 제공한다. 간접 음용수 재이용이 미래이다. 하수를 지하수 함양의 최적 수원으로 변화시킴으로 미국과 세계의 물부족 현상 완화에 일조할 수 있을 것이다.

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