본 사례는 최근 준공된 “구미하수처리장 하수처리수를 이용한 재이용시설”에 대한 것으로 이 시설은 구미하수처리장의 2차 처리수를 원수로, 응집침전시설, 전처리시설, 주처리시설과 재이용수 공급시설로 구성되어 있으며, 설비의 성능 확인을 위한 시운전을 완료하였다. 주처리시설로는 역삼투막(RO Membrane)을 적용하였으며, 하수처리수 내 잔류물질로 인한 역삼투막 성능저하방지와 수요처의 요구수질 충족을 위해 활성탄 주입을 포함한 응집침전공정과 정밀여과막(Micro Filter)을 전처리시설로 구성하였다. 사업 초기단계에 현재 시공된 것과 동일한 공정으로 구성된 Pilot Plant를 건설, 운영하여, 반영된 각 단계별 공정의 적정성과 주요 설계 인자를 확인하였으며, 일부 확인된 개선 사항은 실시설계시 반영하였다.

인구구조 및 생활방식 등의 변화로 물 소비는 증가되고 있는 반면, 가뭄 등 기후변화로 가용수자원 여건은 악화되고 있어 안정적인 용수공급의 필요성이 증대되고 있다. 우리 정부는 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률을 제정하고 하수처리수 재이용, 중수도, 빗물이용 등 지속가능한 물 순환을 추진하며 지역적 물 부족을 해소하기 위하여 노력하고 있다. 정부는 물 재이용 관리체제를 강화하고 시설기반을 구축하는 한편 관련 산업 육성과 전문인력 양성을 위해 노력해 왔다. 하지만 국내 물 재이용은 여러 가지 정책⋅재정⋅기술적 한계로 인해 계획대비 더디게 진행되고 있어 물 재이용 방향성의 재정립이 필요하다. 이에 본 발표를 통해 물재이용의 방향에 대하여 하수처리수 재이용을 중심으로 제언하고자 한다.

하수처리 혐기성 유동상 생물반응기(Anaerobic Fluidized Bed Bioreactor : AFBR)는 높은 표면적을 갖는 입상활 성탄을 유동 메디아로 적용함으로써 생물막 형성 및 유지에 유리하며 이로 인해 우수한 유기물 제거 효율을 나타내나 처리된 유출수 내의 질소와 같은 영양염류의 잔존이 여전히 문제로 남아있다. 본 연구에서는 AFBR에 의해 처리된 유출수 내의 질소 배제를 위하여 정삼투막(FO membrane)을 유도용액의 종류와 농도에 따라 적용하였다. 실험결과 유출수의 총질소 배제 효율 은 FO막에 적용하는 유도용액(draw solution : DS)의 종류 및 농도에 크게 의존하였다. 유도용액 농도가 증가함에 따라 FO막의 수투과량이 증가하였으며, 1 M의 NaCl을 유도용액으로 사용한 경우 총질소 배제 효율은 55%이었으나 1 M의 glucose를 유도용액을 사용한 경우 거의 완벽한 총질소 배제 효율을 나타내었다. AFBR 유출수를 FO막으로 24시간 동안 여과를 진행하 였으나 파울링에 의한 수투과량의 감소는 관찰되지 않았다.

The Anaerobic fluidized bed bioreactor (AFBR) treating synthetic wastewater to simulate domestic sewage was operated under GAC fluidization to provide high surface area for biofilm formation. Although the AFBR achieves excellent COD removal efficiency due to biological activities, concerns are still made with nutrient such as nitrogen remaining in treated wastewater. In this study, FO membrane was applied to treat the effluent produced by AFBR. Removal efficiency with total nitrogen (TN) was investigated with draw solution (DS, NaCl) and hydrodynamic condition (i.e., recirculation flow rate) along FO membranes. Permeability of FO membrane increased with increasing DS concentration. About 85% of TN removal efficiency was observed with the FO membrane using 1 M of NaCl DS. During operational period of a day, no permeate flux decline was observed.

본 연구에서는 하수처리수를 원수로 사용하여 직접 접촉식 막증발법을 적용하여 원수 온도와 원수 유량 변화에 따 른 하수처리수의 COD, TN, TP, TOC의 제거율 변화와 여과플럭스의 변화를 측정하였다. 또한 하수처리수에 의한 분리막의 오염 가역성을 평가하기 위해 1차 증류수만을 사용하여 물리세정을 수행한 후 플럭스의 회복률을 측정하였다. 실험결과 원수 의 온도 및 유량에 관계없이 원수가 3배 농축될 때까지 여과를 진행하였음에도 불구하고 하수처리수의 주요 오염물질인 COD, TN, TP, TOC에 대한 제거율이 92% 이상으로 높게 나타났다. 또한 비교적 낮은 온도인 50°C와 60°C에서 원수의 유량에 따라 최소 13.8 LMH에서 20.3 LMH로 높은 여과플럭스를 나타냈다. 그리고 높은 농축계수까지 여과 실험을 진행했음에도 불구하 고 낮은 여과플럭스의 감소를 나타냈으며 1차 증류수를 이용한 짧은 시간 동안의 물리세정만으로 최소 90% 이상의 높은 여과 플럭스 회복율을 나타냈다. 따라서 하수처리수 재이용을 위한 공정으로 막증발법의 적용이 충분히 가능할 것으로 판단된다.

포항시 하수처리수 재이용 시설은 UF-RO 공정을 통해서 일 10만 톤의 재이용수를 생산하여 철강 산업단지에 공급하는 시설로서 2014년 8월부터 운영 중이며, 2020년 기준 포항시에서 예상되는 물 부족량의 45%를 충당할 것으로 예상한다. 본 시설의 전처리 공정은 침지형 UF 막으로, 회수율 95%, Flux 25.7 L/m²-h로 운영되며, 역삼투 분리막은 회수율 80%, Flux 20 L/m²-h로 운영된다. 농축수 25,000톤 중 9,000톤은 생물 막 여과를 통해 처리되어 방류되며, 16,000톤은 하수처리장으로 반송된다. 본 연구에서는 하수처리수 재이용 시설의 분리막 오염 특성에 대해서 살펴보고 운전 자료를 바탕으로 안정적인 실시간 운영을 위한 공정 구성 및 운전 방법에 대해 검토하였다.

우리나라는 지형 특성상 효율적인 수자원 확보가 어려운 실정이기 때문에 안정적이고 지속적인 수자원 공급을 위해 수자원 개발의 필요성이 대두되고 있다. 우리나라의 기존 수자원확보는 대형 댐이나 저수지 형태가 대부분이지만 이는 축조로 인해 대규모 생태계 훼손의 우려가 있어 최근 정부는 해수의 담수화 시스템 개발, 일회성 용수 재사용, 하수 재이용 등 새로운 정책을 시도하고 있다. 우리나라의 하수 재이용율은 매년 꾸준히 증가하는 추세이며 막 분리법, 이온교환 처리법 등 다양한 재이용수 개발공법에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 막 여과는 막의 수명이 비교적 짧고 막 교환비용이 높은 특성을 가지며, 이온교환 공정은 유지관리가 어렵고 용량에 비해 처리 비용이 고가인 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 처리법 외에 전기화학적 처리방법인 전기응집에 대한 연구를 시도하였다. 전기응집 공법은 유입 원수에 큰 영향을 받지 않아 폐수성상을 가리지 않고 오염물질을 효과적으로 처리할 수 있으며, 다른 공정과 비교했을 때 설치면적 당 처리 용량이 커서 경제적이다. 이에 본 연구에서는 전기응집 공법에서 영향인자로 알려진 전류밀도, 전극 간격, 교반속도와 시간에 따른 제거효율을 Jar-test를 통해 확인하고 최적조건을 도출하였다. 또한 도출해낸 최적조건에서 전기응집을 이용해 하수처리수의 재이용수로 이용 가능성에 대해 판단하고자 하였다. 전류밀도는 0.036A/cm², 전극간격은 0.3cm, 교반속도와 시간은 100rpm, 5분에서 가장 높은 제거효율을 보여 이를 최적조건으로 결정하였다.

The objectives of this research are to investigate the proper coagulation conditions which are a type and doses of coagulants, mixing conditions (velocity gradients and mixing times), pH and so on through Jar-test, to evaluate the flux variations, permeate, backwashing according to characteristics of pretreatment of the wastewater by means of MF membranes for river maintenance water reuse. The effluent water from B-city K-sewage treatment plant are used for this research. Turbidity and suspended solids(SS) are 14.2 NTU and 10.4 mg/L respectively. This condition causes fouling for membrane process. The flux decline could be reduced when coagulation pretreatment was carried out. Optimal coagulations PAC which are commonly used in the sewage treatment plant was observed in this research. The results indicate that an optimal coagulation dose and pH are 80 ppm and pH of 7 respectively, but coagulation efficiency was lower at strong acid or strong base. Results showed that continuous and steady operations in membrane separation process by means of the effective removal of organic matter and turbidity with coagulation pretreatment of sewage secondary effluent were achieved.

다양화되는 물 수요와 기상 이변 등의 영향으로 극심해지는 가뭄에 대비하여 대체 수자원의 확보는 수자원 연구의 매우 중요한 부분이 되었다. 다양한 대체 수자원 중 하수처리장의 방류수는 양호한 수질과 비교적 예측이 가능한 방류량으로 인해 농업용수나 공업용수 혹은 공공용수를 대체할 안정적인 수원으로 관심의 대상이 되고 있다. 본 연구에서는 하수처리수 재이용을 위해 미래의 불확실한 용수 수요량을 고려한 최소의 공사비를 최적화하는 방법을 이진변수를 가지는 2단계

This study estimated response of water quality and pollutant behavior according to the discharge and reuse of treated wastewater by three-dimensional eco-hydrodynamic model, and suggest plan that water quality management and environmental restoration in the coastal area including urban stream of Yeosu, Korea. Dispersions of low-saline water and COD by treated wastewater loads (design facility capacity, about 110,000 m3/d) were very limited in near of effluent site. Nutrients, however, increase compared to the other water quality factors, especially total nitrogen was very sensitive to input loads. When reuse some of treated wastewater to Yeondeung stream, nitrogen was big influence on estuarine water quality. Although current characteristics of treated wastewater such as discharge and water quality were negligible to the change of marine environment, effluent concentration of COD, TN and TP, especially 40% of TN, are reduced within the allowable pollutant loads for satisfy environmental capacity and recommended water quality criteria. Also, controls of input point/non-point sources to Yeondeung stream and base concentration of pollutants in coastal sea itself are very necessary.