[논문]제주도 대체수자원 확보를 위한 하수처리장 방류수 재이용 연구

강봉래; 김건태; 고기원; 허목

문제 정의

본 연구에서는 제주시 도두하수 처리장 방류수를 Pilot Plant에 의해 실제로 재처리하는 과정을 통하여 방류수(원수) 특성에 따른 시스템의 성능평가를 수행함으로써 최적의 재처리시스템을 구성함과 아울러, 운전인자를 확보하기 위하여 1일 20 m³규모의 Pilot Plant를 설치 · 운영하였다. Pilot Plant를 통해 재처리되는 처리수의 수질을 평가하기 위하여 방류수(원수), MF 전처리수, RO 처리수 각각에 대해 월 1회씩 30개 항목에 대한 수질분석을 실시한 결과는 표 1과 같다.
방류수를 재이용하는 경우, 극단적인 가뭄시 농업용수 부족문제 해결은 물론 지하수자원의 수량보전, 지하수 일변도의 물이용 패턴 다원화, 청정한 바다환경과 해양생태계의 안정성 유지 등의 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 하수처리장에서 배출되는 방류수의 수질에 대한 평가를 통하여 재이용에 따른 수질적인 문제점을 도출하고, 이를 해결하는데 필요한 최적의 재처리공정을 개발함과 아울러, 외국의 방류수 재이용 사례 및 수질기준에 대한 조사를 바탕으로 제주지역에 적용 가능한 방류수 재이용 방안을 연구하였다.
제주지역 3개 하수처리장의 방류수 수질에 대하여 연구를 실시한 결과, 방류수를 재처리하지 않은 상태로 농업용수나 조경용수 등으로 이용할 수 없는 것으로 밝혀짐에 따라 재이용이 가능한 수질로 재처리하는 방안에 대한 연구를 실시하였다. 현장 접근성, 방류수 발생량, 향후 방류수 재이용사업 등을 고려하여 제주시 도두하수처리장을 대상으로 Pilot Test를 실시하였다.
제주지역 하수처리장 방류수의 재이용은 우선적으로 방류량이 많은 제주시 도두 및 서귀포시 보목하수처리장을 대상으로 실시하는 방안을 제시하였다. 즉, 하수처리장에서 발생하는 방류수를 재처리(3차 처리)하여 농업용수 .
골프장 조경용수 - 공업용수 . 지하수 인공함양 용수 등 직접적 비음용 용수로 재이용을 함으로써 한정된 지하수자원을 보전하는 대체수자원으로 적극 활용하는 방안이다.

제안 방법

· 운영하였다. Pilot Plant를 통해 재처리되는 처리수의 수질을 평가하기 위하여 방류수(원수), MF 전처리수, RO 처리수 각각에 대해 월 1회씩 30개 항목에 대한 수질분석을 실시한 결과는 표 1과 같다. 본 연구에서 수행한 Pilot Plant RO 처리수의 수질은 국내는 물론 외국의 하수처리장 방류수 재처리 사례와 비교하더라도 전혀 손색이 없이 처리되고 있음을 확인 할 수 있었다.
또한, 유입하수에서 발견되는 입자는 대부분 10-100µm 범위 크기이나 방류수에는 2~11µm 크기의 입자들이 약 95% 차지하고 있는 것으로 분석되었다. sand filter 공정에 의한 부유물질 및 입자제거 평가결과, 부유물질 총량은 최저 84% 이상의 제거효율을 나타냈으나 RO 막에 침착되는 미세부유물질 중 20µm 이하의 입자가 약 98%를 차지하고 있어 sand filter공정으로는 이들 물질을 제거하기 어려운 것으로 판단되어 본 연구에서는 세공크기 0.1 µm의 BMF 분리막을 전처리 설비로 채택하였다.
방류수 재이용을 위한 재처리 주 공정을 선정하기 위하여 UF, NF, RO 분리막 종류별 처리성능 평가를 실시하였다. 이 평가에는 제주시 도두하수처리장 방류수를 사용하였으며, 모든 분리막에는 MF에 의한 전처리 공정을 거친 물을 통과시켜 EC, pH, BOD₅, COD_Mn, COD_cr, SS, Cr 항목의 제거율에 대해 평가를 수행 하였다.
실시하였다. 이 평가에는 제주시 도두하수처리장 방류수를 사용하였으며, 모든 분리막에는 MF에 의한 전처리 공정을 거친 물을 통과시켜 EC, pH, BOD₅, COD_Mn, COD_cr, SS, Cr 항목의 제거율에 대해 평가를 수행 하였다. 그 결과, BOD는 3가지 분리막에서 모두 효과적으로 제거되었으나 전기전도도와 Cr는 RO막을 제외한 분리막 공정은 10% 미만의 낮은 제거율을 나타내 염분농도가 높은 제주지역 하수처리장 방류수의 재처리에는 역삼투막공정이 가장 적합한 것으로 평가되었다.

대상 데이터

방안에 대한 연구를 실시하였다. 현장 접근성, 방류수 발생량, 향후 방류수 재이용사업 등을 고려하여 제주시 도두하수처리장을 대상으로 Pilot Test를 실시하였다.

성능/효과

이 평가에는 제주시 도두하수처리장 방류수를 사용하였으며, 모든 분리막에는 MF에 의한 전처리 공정을 거친 물을 통과시켜 EC, pH, BOD₅, COD_Mn, COD_cr, SS, Cr 항목의 제거율에 대해 평가를 수행 하였다. 그 결과, BOD는 3가지 분리막에서 모두 효과적으로 제거되었으나 전기전도도와 Cr는 RO막을 제외한 분리막 공정은 10% 미만의 낮은 제거율을 나타내 염분농도가 높은 제주지역 하수처리장 방류수의 재처리에는 역삼투막공정이 가장 적합한 것으로 평가되었다.
분리막 전처리 공정선정을 위해 Particle 분석을 실시한 결과, 약 3,000개/ml가 함유되어 있는 것으로 분석되었다. 또한, 유입하수에서 발견되는 입자는 대부분 10-100µm 범위 크기이나 방류수에는 2~11µm 크기의 입자들이 약 95% 차지하고 있는 것으로 분석되었다. sand filter 공정에 의한 부유물질 및 입자제거 평가결과, 부유물질 총량은 최저 84% 이상의 제거효율을 나타냈으나 RO 막에 침착되는 미세부유물질 중 20µm 이하의 입자가 약 98%를 차지하고 있어 sand filter공정으로는 이들 물질을 제거하기 어려운 것으로 판단되어 본 연구에서는 세공크기 0.
Pilot Plant를 통해 재처리되는 처리수의 수질을 평가하기 위하여 방류수(원수), MF 전처리수, RO 처리수 각각에 대해 월 1회씩 30개 항목에 대한 수질분석을 실시한 결과는 표 1과 같다. 본 연구에서 수행한 Pilot Plant RO 처리수의 수질은 국내는 물론 외국의 하수처리장 방류수 재처리 사례와 비교하더라도 전혀 손색이 없이 처리되고 있음을 확인 할 수 있었다. 특히, 방류수 재이용에 가장 큰 걸림돌로 작용했던 과다한 염소이온과 염분농도 문제가 완전히 해결됨으로써 농업용수는 물론 조경용수, 공업용수, 지하수 인공함양 용수 등으로 재이용할 수 있는 것으로 사료된다.
3mg/l 정도 함유되어 있어 막오염 방지 및 막 수명연장 등을 위해서는 이를 적정수준 이하로 제거하기 위한 전처리공정이 요구된다. 분리막 전처리 공정선정을 위해 Particle 분석을 실시한 결과, 약 3,000개/ml가 함유되어 있는 것으로 분석되었다. 또한, 유입하수에서 발견되는 입자는 대부분 10-100µm 범위 크기이나 방류수에는 2~11µm 크기의 입자들이 약 95% 차지하고 있는 것으로 분석되었다.
제주도의 취약한 수자원 부존여건을 극복하기 위한 방안으로서 하수처리장 방류수를 재이용하기 위해, 방류수의 수질에 대한 평가를 통하여 재이용에 따른 수질적인 문제점을 도줄하고, 이를 해결하는데 필요한 최적의 재처리공정으로 개발함과 아울러, 외국의 방류수 재이용 사례 및 수질기준에 대한 조사를 바탕으로 제주지역에 적용 가능한 방류수 재이용 방안을 연구한 결과 재처리 공법으로서 MF + RO 를 조합한 공정이 연구 목적에 부합된다는 결론을 얻을 수 있었으며, 이를 응용하여 제주지역 하수처리리장 방류수 재이용 방안을 제시하였다.
본 연구에서 수행한 Pilot Plant RO 처리수의 수질은 국내는 물론 외국의 하수처리장 방류수 재처리 사례와 비교하더라도 전혀 손색이 없이 처리되고 있음을 확인 할 수 있었다. 특히, 방류수 재이용에 가장 큰 걸림돌로 작용했던 과다한 염소이온과 염분농도 문제가 완전히 해결됨으로써 농업용수는 물론 조경용수, 공업용수, 지하수 인공함양 용수 등으로 재이용할 수 있는 것으로 사료된다.

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