- 재이용 확대로 부담 늘어…기존시설 여력·유입수질 고려해야
- 부착미생물과 여과 결합 독자 수처리 기술 ‘PROTEUS’ 부각
- 포항-탈질·유기물 저감, 파주-질산화·탈질 등 현장 특화 공정
부강테크의 RO 농축수 처리 기술이 적용된 파주 하수처리수 재이용 시설 전경.
[이투뉴스] 하수처리수를 공업용수로 재이용하는 사업이 확대되면서 역삼투(RO) 농축수의 처리 방안이 또 하나의 주요 설계 과제로 떠오르고 있다. 재이용수의 수질을 높이는 과정에서 분리된 오염물질은 농축수에 남기 때문에, 이를 처리하는 공정까지 갖춰야 한다. 같은 RO 공정에서 발생한 농축수라도 유입수질과 계절에 따라 특성이 다르다. 따라서 농축수 특성과 기존 하수처리장의 처리 여력을 함께 고려해 처리 방식과 공정을 정해야 한다.
정부는 지난 9월 변경한 제2차 물 재이용 기본계획에서 2030년 하수처리수 재이용 목표를 21억5200만㎥로 제시했다. 2025년 하수도통계에 따르면 처리장 내부 사용분을 포함한 재이용량은 약 11억7200만㎥이며, 이 중 공업용수 공급량은 약 1억5100만㎥다. 정부는 2030년 공업용수 공급량을 현재의 약 4.4배인 6억6400만㎥로 늘릴 계획이다. 재이용 규모가 커지는 만큼 농축수의 발생량과 오염부하를 반영한 처리 설계가 중요해진 셈이다.
■ 기존 시설로 되돌릴 것인가, 별도로 처리할 것인가
하수처리수를 RO로 처리하면 막을 통과한 물은 재이용수로 쓰이고, 막을 통과하지 못한 물은 염류와 질소 등 오염물질이 농축된 농축수로 남는다. RO 유입량의 25~30%가 농축수로 발생하며, 염류·질소·인 등의 농도는 하수처리수의 2~3배에 이른다. 발생량과 농축 정도는 유입수질과 RO 회수율, 공정 구성에 따라 달라진다.
농축수 처리 방식을 정하려면 먼저 기존 하수처리장에서 함께 처리할 수 있는지 검토해야 한다. 처리 여력이 충분하면 농축수를 유입부로 되돌리는 ‘연계 처리’가 가능하다. 반면 기존 시설의 처리 여력이 부족하거나 여러 하수처리장의 처리수를 함께 이용하는 경우에는 단독 처리를 모색해야 한다.
단독 처리시설은 농축수 특성에 맞는 공정을 갖추고 방류수질 기준을 충족해야 한다. 따라서 처리시설은 초기 비용뿐 아니라 장기간 수질 기준을 안정적으로 맞출 수 있는지를 따져봐야 한다. 재이용수의 공급 수질을 확보하는 것과 농축수의 방류수질을 관리하는 것은 모두 재이용 사업에서 충족해야 할 조건이다. 농축수 처리에 차질이 생기면 재이용수 생산에도 영향을 줄 수 있다는 점에서 농축수 처리시설은 사업 초기부터 재이용시설과 함께 계획하는 것이 효율적이다.
■ 질소의 형태와 계절 변화 따라 달라지는 공정
농축수 처리공정은 질소의 농도뿐 아니라 형태에 따라 달라진다. 질산성 질소가 많으면 탈질공정을 중심으로 구성하고, 암모니아성 질소가 많거나 질소 성분이 계절에 따라 달라지면 질산화·탈질 공정을 조합한다. 산업폐수 유입에 따른 수질 변화와 동절기 낮은 수온도 설계에 반영해야 한다.
박준규 조선대 첨단에너지공학과 교수는 “하수 RO 농축수에는 질소 등 오염물질이 농축돼 있지만 미생물이 이용 가능한 유기물질은 부족할 수 있어 일반 하수와 수질 특성이 다르고, 생물학적 처리에도 제약이 따른다”며 “재이용 규모가 커질수록 농축수 특성에 맞는 처리 방안을 사업 초기부터 별도로 검토해야 한다”고 말했다.
탈질에 필요한 유기물이 부족하면 외부 탄소원을 공급해야 할 수 있다. 또한 수질과 부하가 달라지는 상황에서도 처리에 필요한 미생물을 충분히 유지해야 한다. 특히 침전으로 미생물과 물을 분리하는 공정은 미생물의 침강성이 떨어지면 고액분리에 어려움을 겪을 수 있다.
■ 미생물 확보와 고액분리를 하나의 반응조에서
부강테크의 자체 수처리 기술인 ‘프로테우스(PROTEUS)’는 부상여재에 부착된 미생물로 오염물질을 처리하고, 여과로 부유물질을 걸러낸다. 생물학적 처리와 물리적 여과가 하나의 반응조에서 이뤄져 별도의 고액분리 공정이 필요 없는 게 특징이다. 미생물을 여재에 붙여 유지하므로 미생물의 침강성과 관계없이 안정적인 처리수질을 확보할 수 있다. 농축수 특성에 맞춰 질산화·탈질 공정을 조합하고 운전 조건을 조정해 기존 하수처리시설로 되돌리지 않고 단독으로 처리할 수 있다.
‘PROTEUS’는 고염분·저수온 조건에서도 안정적인 질소 제거 성능을 유지할 수 있다. 질소와 함께 생물학적으로 처리할 수 있는 유기물도 제거한다. 그 밖의 오염물질에 대해서는 농축수 성상과 목표 수질에 따라 추가 처리 여부를 검토한다.
■ 국내 최대 RO 농축수 처리시설 등 설계·운영 노하우
파주 하수처리수 재이용 시설 내부 모습.
부강테크의 ‘PROTEUS’는 국내 RO 농축수 처리 분야에서 최다 적용 실적을 보유하고 있다. 포항·파주 하수처리수 재이용시설과 제주 조천·한림 정수장 4곳에서 농축수 단독 처리시설이 운영 중이며, 3곳은 설계 중이다. 이 가운데 포항과 파주는 농축수 특성에 따라 공정을 다르게 구성한 사례다.
포항 하수처리수 재이용시설은 하루 10만㎥의 재이용수를 생산해 인근 산업단지에 공업용수로 공급한다. 이곳에서 발생하는 농축수는 기존 하수처리장 연계 처리와 별도 시설의 단독 처리를 병행한다. 부강테크는 2014년 하루 9000㎥ 규모의 단독 처리시설에 PROTEUS를 적용해 국내 최초로 하수 RO 농축수 처리를 상용화했다. 질산성 질소 비중과 염분 농도가 높은 특성에 맞춰 탈질공정과 유기물 저감공정을 구성했다. 반영구적인 부상여재와 처리수를 이용한 자연유하 역세 방식으로 유지관리 부담을 줄였으며, 10년 이상 여재 교체 없이 운전해 왔다.
2018년에는 파주 하수처리수 재이용시설에 PROTEUS를 적용했다. 하루 4만1200㎥ 규모의 재이용시설에서 발생하는 농축수를 처리하며, 농축수 처리용량은 하루 1만7000㎥다. 국내 최대 규모의 RO 농축수 처리시설이다. 겨울철 암모니아성 질소 비중이 높아지는 수질 특성에 맞춰 질산화·탈질 공정을 조합했다.
부강테크는 이러한 현장별 설계·운영 경험을 현재 설계 중인 시설에 반영하고 있다. 공업용수 확보를 위한 하수 재이용은 농축된 오염물질을 적정하게 처리하는 데까지 이어져야 한다. 세계 시장에서 경쟁하는 산업을 뒷받침하려면 환경관리도 그에 걸맞은 수준을 갖춰야 한다. 농축수 처리 설계의 출발점은 현장마다 다른 조건을 파악하는 데 있다. 기존 시설과의 연계 가능성부터 질소의 형태, 계절별 수질 변화, 유지관리 방식까지 검토해야 용수 공급과 환경기준 준수를 뒷받침하는 처리체계를 갖출 수 있다.
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