하수처리수 재이용

왜 배우는가: 하수처리수 재이용은 물 부족과 기후변화에 대응하는 대표적인 수자원 확보 수단이다. 시험에서는 용도별 수질기준과 활성화 방안, 기술·위생·경제 측면의 문제점을 묻는 방식으로 반복 출제되므로 개념의 기본 틀을 먼저 잡아야 한다.

출제 이력: 제133회 2교시 4번, 제131회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

하수처리수 재이용은 하수처리장의 처리수를 용도별 수질기준에 맞게 추가 처리하여 청소, 조경, 친수, 하천 유지, 공업용수 등으로 다시 쓰는 것이다.

핵심 키워드

• 하수처리수 재이용
• 재처리수
• 고도처리
• 용도별 수질기준
• 중수도
• 물 순환
• 막여과(MF·UF)
• 하천 유지용수

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 하수를 처리해서 버리지 않고 다시 쓰는 것이다. 같은 물을 여러 번 쓰므로 새로 취수하는 양을 줄이는 효과가 있다.

정식으로 정의하면, 하수처리시설에서 처리된 방류수 또는 이를 추가로 처리한 재처리수를 용도별 수질기준에 맞춰 공급하고 이용하는 행위다. 「물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률」은 이 물을 하·폐수처리수 재처리수라 부르며, 용도별 수질기준은 같은 법 제14조에서 정한다.

핵심 용어는 다음과 같이 풀이한다.

• 재처리수: 하수처리수에 막여과, 활성탄 흡착, 소독 등 추가 공정을 적용해 얻은 물이다. 방류수 기준이 아니라 사용 용도에 맞춘 수질을 목표로 한다.
• 용도별 수질기준: 청소용, 조경용, 공업용처럼 용도마다 요구 항목과 농도를 따로 정한 기준이다. 사람이 접촉하거나 식물에 직접 닿는 용도일수록 기준이 엄격하다.
• 중수도: 건물이나 단지 단위에서 생활하수 또는 빗물을 모아 처리한 뒤 재사용하는 시설이다. 하수처리수 재이용은 공공 하수처리장을 수원으로 한다는 점이 다르다.

재이용 방식은 직접 재이용과 간접 재이용으로 나뉜다. 직접 재이용은 처리수를 수요처에 바로 공급하는 방식이고, 간접 재이용은 하천이나 저수지에 방류한 뒤 다시 취수하는 방식이다. 본 절에서는 수요처에 바로 공급하는 직접 재이용을 중심으로 설명한다. 두 방식은 수질 관리와 위생 위험의 관리 방식을 가르는 기준이 되므로 답안에서 구분해 쓰는 것이 좋다.

3. 등장 배경과 필요성

물 재이용이 필요해진 배경은 크게 세 가지로 정리된다. 첫째, 강우가 계절과 지역에 편중되어 안정적인 수원을 확보하기 어렵다. 둘째, 인구 증가와 산업 확대로 생활용수와 공업용수 수요가 늘고 있다. 셋째, 기후변화로 가뭄의 빈도와 강도가 커지고 있다.

하수처리수를 재이용하면 취수에 따른 부담을 줄이고, 하천으로 내보내는 방류량과 오염 부하를 함께 낮출 수 있다. 특히 갈수기에 하천 유지용수로 공급하면 하천의 수량과 수생태를 유지하는 데 도움이 된다. 수원 확보와 하천 관리가 함께 해결되는 점이 재이용의 큰 장점이다.

수요처별로 필요한 물의 질은 서로 다르다. 공업용수는 냉각수와 보일러 급수처럼 이온과 용존 물질의 제어가 중요하다. 조경용수와 세척·살수용수는 계절에 따라 수요가 크게 변한다. 친수용수는 사람과의 접촉 가능성 때문에 위생 항목이 중요하다. 이처럼 한 가지 처리수로 모든 용도를 채울 수 없다는 점이 재이용 설계의 출발점이다.

제도적으로도 재이용을 촉진하는 흐름이 강화되었다. 「물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률」은 재이용 시설의 설치와 관리, 수질기준을 정한다. 같은 법 시행규칙은 중수도의 수질기준을 청소·화장실용수, 세척·살수용수, 조경용수, 친수용수, 하천 등 유지용수, 공업용수의 여섯 가지 용도로 구분한다. 하수처리수 재이용도 이 용도 구분과 법 제14조의 용도별 수질기준을 출발점으로 삼는다.

지방자치단체 조례에서도 재이용을 적극적으로 추진하는 장치를 두고 있다. 일부 시·군 조례는 1일 하수처리용량 5천㎥ 이상인 하수처리시설에서 1일 처리량의 10% 이상을 재처리수로 이용하거나 공급하도록 정한다. 다른 조례는 같은 내용을 '할 수 있다'로 정하여 의무의 강도에 차이가 있다. 재처리수 사용요금은 공급에 드는 총괄원가를 보상하는 수준으로 사용량에 따라 정하는 것이 일반적이다.

해외에서는 싱가포르의 NEWater가 대표적인 사례로 소개된다. 정밀여과 또는 한외여과, 역삼투, 자외선 소독을 조합해 고품질 재생수를 만들고, 주로 산업용과 냉각용으로 쓴다. 일부는 저수지에 넣어 간접 음용 재이용에 활용한다. 국내 제도와 직접 비교하기보다는 공정 구성과 용도 구분의 참고 사례로 보는 것이 적절하다.

재이용의 필요성은 수원 확보, 하천 부하 저감, 제도 촉진의 세 가지로 요약된다.

4. 구성요소·원리·절차

하수처리수 재이용 체계는 취수, 고도처리, 저장·송수, 용도별 공급의 네 단계로 이루어진다. 재이용수의 품질은 마지막 단계에서 요구하는 용도별 수질기준으로 정해지고, 그 기준을 맞추기 위해 앞 단계의 처리 공정이 선택된다.

표는 재이용 체계의 구성을 한눈에 보여 준다. 고도처리 단계가 수질을 결정하므로 용도별 수질기준과 직접 연결된다. 저장·송수 단계는 계절별 수요 차이를 흡수하는 역할을 한다.

재이용의 핵심은 용도별 수질기준을 맞추는 고도처리 단계에 있다

재이용 원리는 2차 처리수에 남은 부유물질, 유기물, 질소·인, 병원성 미생물을 막분리와 소독으로 단계적으로 제거하는 데 있다. 막여과는 미세한 입자와 대부분의 탁도 원인물질을 물리적으로 걸러 내고, 역삼투는 용존 염류와 미량 유기물을 제거한다. 소독은 마지막에 병원성 미생물의 재성장을 막는 역할을 한다. 단계 순서를 바꾸면 막의 막힘이 빨라지므로 전처리와 후처리를 함께 설계해야 한다.

재이용 시스템의 절차는 다음과 같다.

• 2차 처리수를 취수하고 응집·침전 또는 모래여과로 전처리한다.
• 정밀여과(MF) 또는 한외여과(UF)로 현탁물질과 대부분의 세균을 제거한다.
• 용도에 따라 역삼투(RO)로 용존 염류와 미량 유기물을 추가 제거한다.
• 자외선 또는 염소로 소독하고 잔류 소독제 농도를 관리한다.
• 저류조에 저장한 뒤 수질을 확인하고 용도별 배관으로 공급한다.
• 사용량을 계량하고 사용요금을 산정한다.

재이용수 처리 용량과 회수율의 관계는 다음과 같이 쓴다.

$Q_{rw}=Q_{in}\times R$

여기서 Q_{rw}는 재이용수 생산량(㎥/d), Q_{in}은 2차 처리수 취수량(㎥/d), R은 회수율(무차원)이다. 막여과 공정의 회수율은 농축수 발생량에 따라 정해지며, 역삼투 단계는 농축수가 추가로 발생한다.

5. 관련 법령·기준·표준

재이용수의 수질과 공급 방식은 「물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률」과 그 시행규칙이 정한다. 시행규칙 제8조는 중수도의 수질기준을 용도별로 나누어 정하고, 그 구체 기준은 별표로 정한다. 지방자치단체의 조례는 하수처리장 용량과 재처리수 공급 의무를 함께 정한다.

위 표에서 공급 의무 비율은 조례마다 같은 100분의 10 이상 값을 쓴다. 요금 결정 방식은 총괄원가 보상을 기본으로 하며, 사용량 비례 산정이 원칙이다.

수질기준의 개정 흐름은 용도 구분을 세분화하고 시행규칙 별표로 기준을 관리하는 방향이다. 지자체 조례는 상위 법령의 용도별 수질기준을 받아 공급 의무와 요금 체계를 정한다. 조례 간에 조문 번호와 개정 연도가 다르므로 답안에는 상위 법령 체계를 먼저 쓰고 조례는 사례로 든다.