중수도
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1. 개요
중수도는 사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리하는 시설, 송배수 시설 및 이용시설의 총체를 의미하며, 상수도와 하수도의 중간에 위치한다는 의미에서 붙여진 이름이다. 중수도는 물 부족 문제를 해결하고 수자원을 효율적으로 활용하기 위해 폐수를 정화하여 다양한 용도로 재사용하는 시스템으로, 도시, 농업, 산업, 환경 등 다양한 분야에서 활용된다. 세계보건기구(WHO)는 물 부족, 인구 증가, 환경 오염 증가 등을 중수도 사용의 주요 동기로 제시하며, 중수도는 담수 절약, 환경 오염 감소, 탄소 발자국 개선 등 다양한 장점을 제공한다.
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| 중수도 | |
|---|---|
| 재이용수 | |
| 정의 | 폐수를 다양한 목적으로 재사용할 수 있도록 처리된 물 |
| 다른 이름 | 재활용수, 매립수 |
| 설명 | 물 보존 노력의 일환 물 공급을 늘리고 특정 지역의 압력을 완화하는 데 기여 |
| 용도 | |
| 비음용 | 농업 관개 도시 관개 산업 냉각 화장실 물내림 환경 복원 인공 습지 조성 하천 흐름 증가 |
| 음용 | 식수 생활용수 |
| 처리 기술 | |
| 일반적인 처리 기술 | 침전 여과 막 여과 (예: 역삼투 (RO), 한외여과 (UF), 정밀여과 (MF)) 소독 |
| 고급 처리 기술 | 활성탄 흡착 오존 처리 자외선 소독 고급 산화 공정 (AOP) |
| 유형 | |
| 간접 음용 재이용 | 처리된 재이용수를 식수 공급원으로 사용하기 전에 자연적인 완충 과정을 거치도록 하는 것 (예: 지하수 충전, 저수지 보충) |
| 직접 음용 재이용 | 처리된 재이용수를 자연적인 완충 과정 없이 식수 공급 시스템으로 직접 투입하는 것 |
| 장점 | |
| 물 공급 확보 | 안정적인 물 공급원 제공, 특히 물 부족 지역에서 유용 |
| 환경 보호 | 담수 자원에 대한 의존도 감소, 폐수 방류로 인한 오염 감소 |
| 경제적 이점 | 새로운 수원 개발 비용 절감, 에너지 효율적인 처리 기술 적용 가능 |
| 고려 사항 | |
| 건강 및 안전 | 엄격한 수질 기준 준수, 잠재적인 오염 물질 제거, 공중 보건 보호 |
| 공공 수용성 | 재이용수에 대한 인식 개선, 안전성에 대한 신뢰 구축, 투명한 정보 공개 |
| 비용 | 처리 시설 구축 및 운영 비용, 기술 선택에 따른 경제성 평가 |
| 인프라 | 재이용수 공급을 위한 별도 배관망 구축 필요 |
| 규제 및 기준 | |
| 국가별 규제 | 재이용수 사용 목적에 따른 수질 기준 및 처리 요구 사항 규정 |
| 기타 | |
| 참고 | 중수도는 건물 내에서 재활용되는 물을 의미하며, 재이용수와는 다소 다른 개념 재이용수는 도시 전체 또는 지역 단위에서 처리 및 공급되는 물을 의미 |
2. 정의
대한민국 수도법 제3조 제14호는 중수도를 “사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리하는 시설, 송배수 시설 및 이용시설의 총체”로 정의한다. 즉, 한번 사용한 물을 처리한 이후에 한번 혹은 반복적으로 사용하는 물을 말한다.[75] "물 재이용"이라는 용어는 폐수 재이용, 물 재활용, 물 재순환 등의 용어와 상호 교환적으로 사용된다. 미국 환경 보호청(USEPA)은 물 재이용을 “처리된 폐수를 농업 및 조경 관개, 산업 공정, 변기 물 내림, 지하수 보충과 같은 유익한 목적으로 재활용하는 방법”으로 정의한다.[5][6] 상수도는 물을 공급하고, 하수도는 물을 배출하는 시설인데, 중수도는 배수를 다시 활용하는 시설이므로 "중수도"라고 불린다.[67]
계획적 또는 비계획적 폐수 재사용은 인류 역사가 시작된 이래로 적용되어 왔으며, 위생 시설의 발전과 밀접하게 연관된 고대 관행이다.[1]
환경부의 ‘환경 표지 대상 제품 및 인증 기준’ 개정 고시에 따르면, 중수도 설비는 휴양 콘도미니엄 서비스의 개별 시설물이나 개발 사업 등으로 조성되는 지역에서 발생하는 오수를 공공 하수도로 배출하지 않고 재이용할 수 있도록 개별적 또는 지역적으로 설치하여 오수를 처리하는 시설을 의미한다.[1]
3. 역사
4. 중수도 설비 (한국)
중수도 이용 시스템은 하수를 처리하여 잡용수로 이용하며, 다음과 같은 종류가 있다.
일반 가정에서는 세면, 욕실, 세탁 등으로 인한 생활 하수를 전용 처리조로 보내고, 거기에서 중수 배관을 통해 화장실로 보내어 세정에 이용하는 시스템도 고려되고 있다. (물의 캐스케이드 이용)[1] 이러한 물의 캐스케이드 이용은 하천 방류 부하량 감소 등 환경 부하를 줄이는 데 효과적인 것으로 알려져 있다.[1]
5. 필요성 및 장점
세계 보건 기구(WHO)는 도시 폐수 재이용의 주요 동기로 다음을 제시한다.[25][8]
물 재활용 및 재이용은 건조 지역뿐만 아니라 도시 및 오염된 환경에서도 점점 더 중요해지고 있다.[9] 이미 세계 인구의 절반 이상이 사용하는 지하수 대수층이 과도하게 사용되고 있다.[10] 세계 인구가 점점 더 도시화되고 해안선 근처에 집중됨에 따라 재이용은 계속 증가할 것이며, 이곳에서는 지역 담수 공급이 제한적이거나 대규모 자본 지출이 필요한 경우에만 사용할 수 있다.[11][12] 도시 폐수 재이용 및 재활용을 통해 대량의 담수를 절약하고, 환경 오염을 줄이며, 탄소 발자국을 개선할 수 있다.[9] 재이용은 대안적인 물 공급 옵션이 될 수 있다.
재이용은 대체 수자원으로서, 상당한 경제적, 사회적, 환경적 이점을 제공하며, 이는 이러한 재이용 프로그램을 시행하는 주요 동기이다. 이러한 이점에는 다음이 포함된다:[13][23]
- 도시 및 가구: 물 가용성 증가 (음용수 대체 - 식수는 음용수로, 재이용수는 산업용, 청소용, 관개용, 가정용, 화장실 물 내림 등 비음용 용도로 사용).
- 환경: 수용 수역(강, 운하 및 기타 표면 수자원)으로의 영양 염류 부하 감소, 지표수 및 지하수의 과도한 취수 감소, 하천, 습지 및 연못 복원을 통한 환경 보호 강화, 물 생산, 처리 및 분배와 관련된 에너지 소비 감소 (1.2kWh/m3)~(2.1kWh/m3)[14] (심층 지하수, 물 수입 또는 해수 담수화 사용과 비교).
- 고품질 재이용수 사용으로 인한 제조 비용 절감
- 농업: 처리된 폐수로 관개하면 생산량 증가, 생태 발자국 감소에 기여하고 사회 경제적 이점을 증진할 수 있다.[15][16] 또한 비료 사용 감소 (처리된 폐수에 존재하는 영양분을 통한 토양 영양 공급을 통해 영양분 보존 및 인공 비료 필요성 감소)로 이어질 수 있다.
담수 공급 대신 재이용 용도로 물을 재이용하는 것은 물 절약 조치가 될 수 있다. 사용된 물이 결국 자연 수자원으로 방류될 때, 이는 자연적인 물 순환의 일부로서 생태계에 여전히 이점을 제공하여, 하천 흐름을 개선하고, 식물 생장을 촉진하며 대수층을 재충전할 수 있다.[17]
6. 종류 및 활용 분야
중수도는 자연적인 물 순환으로 다시 들어가기 전에 두 번 이상 사용되는 물이다. 도시 폐수 처리 기술의 발전으로 지역 사회는 다양한 목적으로 물을 재사용할 수 있게 되었다. 물은 공급원, 사용 목적, 그리고 물이 어떻게 공급되는지에 따라 다르게 처리된다.[7]
처리된 하수는 산업(예: 냉각탑), 인공적인 대수층 재충전, 농업 및 자연 생태계 복원(예: 습지)에 재사용될 수 있다. 주요 재활용수 적용 분야는 다음과 같다:[20][21][22]
| 용도 분류 | 용도 |
|---|---|
| 농업 용도 | 상업적으로 가공되지 않은 식량 작물, 상업적으로 가공된 식량 작물, 젖소 목초지, 사료, 섬유, 종자 작물, 관상용 꽃, 과수원, 수경 재배, 양식, 온실, 포도 재배 |
| 산업 용도 | 공정수, 냉각수, 재순환 냉각탑, 세척수, 골재 세척, 콘크리트 제조, 토양 다짐, 먼지 제어 |
| 레크리에이션 용도 | 골프장 관개, 공공 접근이 있거나 없는 레크리에이션 저류지(예: 낚시, 보트 타기, 수영), 공공 접근이 없는 미적 저류지, 제설 |
| 환경 용도 | 대수층 재충전, 습지, 늪, 하천 증대, 야생 동물 서식지, 임업 |
| 식수 용도 | 식수 사용을 위한 대수층 재충전, 표면 식수 공급 증대, 식수 품질까지 처리 |
주로 옥상 빗물을 저류하여 수세식 화장실이나 나무 관수 등에 사용하는 시스템(강수 이용 중수도 시스템)이 있다.[70] 화장실 세척이나 나무 관수 등에만 사용하는 경우에는 빗물을 물리적으로 여과하는 경우도 있다.[70]
대규모의 경우에는 도시에 빗물 중수 공급 플랜트를 설치하거나, 대심도 지하를 활용하여 대규모 빗물 저류 간선을 정비하는 구상도 있다.[71]
빗물 이용은 안정적인 수자원 확보, 상수도의 하이 레벨화(상수도 사용량 감소로 개축·갱신 시에 하이 레벨 설비로 교체), 비상시 수원 확보 등 수자원으로서의 효과와, 공공 용수역의 수질 개선, 자연 환경 개선, 열섬 현상 해소 등 환경 문제에 대한 효과가 있다.[71]
중수 이용(중수도 도입)은 직접적으로 상수도 요금 절감, 단수 시 물 확보 등의 이점이 있다.[72] 또한, 간접적으로 지역 인프라(공공 상수도나 빗물 배수 설비) 부하 경감, 지역 급배수 동력 절감 등의 이점이 있다.[72]
하수를 처리하여 잡용수로 이용하는 중수도 이용 시스템에는 다음과 같은 종류가 있다.
- 개별 순환형 중수도 이용 시스템: 개별 건물마다 배수 처리 시설을 정비하여 순환 이용하는 방법
- 지구 순환형 중수도 이용 시스템: 지구 내 여러 건물을 대상으로 배수 처리 시설을 정비하여 순환 이용하는 방법
- 광역 순환형 중수도 이용 시스템: 하수 처리 시설에서 잡용수 이용자에게 공급하는 방법으로, 위의 두 가지 방식과는 달리 하수도 시설에 해당한다.
일반 가정에서는 세면, 욕실, 세탁 등으로 인한 생활 하수를 전용 처리조로 보내고, 중수 배관으로 화장실에 보내어 세정하는 시스템도 생각되고 있다(물의 캐스케이드 이용). 이러한 물의 캐스케이드 이용은 하천 방류 부하량 감소 등 환경 부하 감소에 효과적이라고 여겨진다.
6. 1. 도시 재이용
재활용수는 주로 음용수가 아닌 다른 용도로 사용된다. 여기에는 공원, 스포츠 시설, 개인 정원, 갓길 관개, 도로 청소, 소방 시스템, 차량 세척, 화장실 물 내림, 에어컨, 먼지 제어 등이 포함된다.[20][21][22]공공 접근 제한 여부에 따라 재활용수 사용은 다음과 같이 구분된다.[23]
- 무제한 도시 재이용: 공공 접근이 제한되지 않는 도시 환경에서 비음용수 용도로 재활용수를 사용한다.
- 제한적 도시 재이용: 울타리, 경고 표지판, 시간적 접근 제한 등 물리적 또는 제도적 장벽으로 공공 접근이 통제되거나 제한되는 도시 환경에서 비음용수 용도로 재활용수를 사용한다.
6. 2. 농업 재이용
재활용된 도시 하수는 관개 및 식물 비료로 활용될 수 있다. 이는 저렴한 비용, 안정적인 공급, 영양분 공급 등의 장점을 가진다. 재활용수는 생으로 섭취할 식량 작물, 가공 식품 작물, 인류 소비용이 아닌 작물 등 다양한 작물에 사용될 수 있다.[24][26][27] 처리된 하수의 질소 및 인 함량은 비료 역할을 하여, 하수에 포함된 분뇨의 재사용을 매력적으로 만들 수 있다.[24][25]하지만 처리되지 않은 도시 하수 사용은 병원균 및 화학 물질 혼합물로 인한 심각한 건강 위험을 초래할 수 있으므로, 세계 보건 기구(WHO)의 지침에 따라 안전하게 사용해야 한다.[25] 2006년 WHO는 하수의 안전한 사용에 대한 지침을 개발하여 '다중 장벽' 접근 방식을 제안했는데, 여기에는 다음이 포함된다.[24]
- 병원균이 햇빛에 죽도록 수확 며칠 전에 관개 중단
- 날것으로 먹을 잎을 오염시키지 않도록 물을 주의해서 뿌리기
- 소독제로 채소 세척
- 농업에 사용되는 분뇨 슬러지를 인간 분뇨로 사용하기 전에 말리기
하수 관개에는 박테리아, 중금속 또는 유기 오염 물질(예: 의약품, 개인 위생 용품 및 살충제)과 같은 잠재적으로 유해한 물질이 함유될 수 있다는 단점 또는 위험이 있다.[28] 하수를 이용한 관개는 하수의 조성과 토양 또는 식물의 특성에 따라 토양과 식물에 긍정적 및 부정적 영향을 모두 미칠 수 있다.[28]
6. 3. 환경 재이용
재생수를 사용하여 습지, 수생 서식지 또는 하천 유량을 생성, 개선, 유지 또는 증대시키는 것을 "환경 재이용"이라고 한다.[23] 예를 들어, 폐수를 공급받는 인공 습지는 폐수 처리와 동식물의 서식지를 모두 제공한다.6. 4. 산업 재이용
처리된 폐수는 냉각탑과 같은 산업 시설에서 재사용될 수 있다.[20][21][22]
6. 5. 음용수 재이용
첨단 정수 과정을 거쳐 모든 해당 음용수 기준을 충족하는 물을 생산하여, 신뢰할 수 있고 가뭄에 강한 음용수 공급원으로 활용할 수 있다.[3] 시스템 신뢰성과 빈번한 모니터링 및 테스트는 엄격한 관리를 충족하는 데 필수적이다.[3]지역 사회의 물 수요, 수원, 공중 보건 규정, 비용 및 유통 시스템, 인공 저수지 또는 자연 지하수 유역과 같은 물 인프라의 유형에 따라 재활용수가 음용수 공급의 일부가 될 수 있는지 여부와 방법이 결정된다. 일부 지역 사회는 지하수 유역을 보충하기 위해 물을 재이용하고, 다른 곳에서는 표면 수 저수지에 넣는다. 이러한 경우 재활용수는 다른 물 공급원과 혼합되거나 일정 시간 동안 저장된 후 꺼내어 정수 또는 유통 시스템에서 다시 처리된다. 일부 지역 사회에서는 재이용수를 정수장이나 배수 시스템으로 가는 파이프라인에 직접 넣는다.
재활용수가 음용수 공급원과 혼합될 때 일반적으로 역삼투압 및 자외선 소독과 같은 최신 기술이 사용된다.[3]
많은 사람들은 재활용수에 대해 혐오감을 느끼며 설문 조사 그룹의 13%는 한 모금도 마시지 않겠다고 말했다.[30] 그럼에도 불구하고, 재활용수의 음용수 사용에 대한 주요 건강 위험은 의약품 및 기타 가정용 화학 물질 또는 그 유도체(환경 잔류 의약품 오염 물질)가 이 물에 잔류할 가능성이 있다는 것이다.[31] 이는 인분을 건식 화장실 또는, 대안적으로, 흑수를 회수와 별도로 처리하는 시스템을 사용하여 하수에서 제거하면 우려가 줄어들 것이다.
- '''간접 음용수 재이용(IPR)'''은 물이 간접적으로 소비자에게 전달되는 것을 의미한다. 정화된 재이용수는 다른 공급원과 혼합되거나, 인공 또는 자연 저장소에 일정 시간 보관된 후, 정수장이나 배수 시스템으로 이어지는 파이프라인으로 전달된다. 이러한 저장소는 지하수 유역 또는 표면수 저수지가 될 수 있다.
일부 지방 자치 단체에서는 재이용수의 IPR을 사용하고 있으며, 다른 곳에서는 이를 조사하고 있다. 예를 들어, 재이용수는 지하수 대수층으로 펌핑(지하수 재충전)되거나, 토양으로 침투(표면 재충전)되어 펌핑된 후 다시 처리되어 최종적으로 식수로 사용될 수 있다. 이러한 기술은 '지하수 재충전'이라고도 한다. 여기에는 흙/모래 층을 통한 추가적인 다중 정화 단계(흡수)와 토양 내 미생물군(생분해)을 통한 느린 과정이 포함된다.
IPR 또는 심지어 계획되지 않은 재활용 폐수의 음용수 사용은 많은 국가에서 사용되고 있으며, 후자는 해안 대수층의 염수 침입을 막기 위해 지하수로 배출된다. IPR은 일반적으로 일종의 환경 완충 장치를 포함했지만, 특정 지역의 상황으로 인해 보다 직접적인 대안에 대한 긴급한 필요성이 생겨났다.[32]
IPR은 IPR에 적합한 수준으로 처리된 도시 하수를 음용수 공급에 추가하고, 그 뒤에 음용수 처리에 앞서 환경 완충 장치(예: 강, 댐, 대수층 등)를 거치는 방식으로 이루어진다. 이 경우, 도시 하수는 막 여과 및 분리 공정(예: MF, UF 및 RO)을 포함하는 일련의 처리 단계를 거친 후, 고급 화학적 산화 공정(예: UV, UV+H2O2, 오존)을 거친다.[23]
- '''직접 음용수 재이용(DPR)'''은 재이용수를 정수장이나 배수 시스템으로 연결되는 파이프라인에 직접 투입하는 것을 의미한다. 직접 음용수 재이용은 지하 또는 지상 탱크와 같은 "공학적 저장" 시설의 유무에 관계없이 발생할 수 있다.[23] 즉, DPR은 엄격한 수질 요구 사항을 항상 충족하도록 광범위한 처리와 모니터링을 거친 가정 하수에서 얻은 재처리수를, 지방 자치 단체의 수돗물 공급 시스템에 직접 투입하는 것이다.
6. 6. 우주 정거장에서의 재이용
폐수 재활용은 특히 유인 우주 비행과 관련하여 중요할 수 있다. 1998년, 미국 항공 우주국(NASA)은 국제 우주 정거장과 유인 화성 탐사 임무에 사용하도록 설계된 인간 폐기물 재활용 생물 반응기를 개발했다고 발표했다. 인간의 소변과 대변이 반응기의 한쪽 끝으로 들어가고, 순수한 산소, 순수한 물, 그리고 퇴비(인분)가 다른 쪽 끝에서 나온다. 이 토양은 채소 재배에 사용될 수 있으며, 이 생물 반응기는 또한 전기를 생산한다.[33][34]국제 우주 정거장에서는 우주 비행사들이 ECLSS 시스템 도입으로 재활용된 소변을 마실 수 있게 되었다. 이 시스템은 2.5억달러의 비용이 들며 2009년 5월부터 작동하고 있다. 이 시스템은 폐수와 소변을 재활용하여 식수, 음식 준비, 산소 생성에 사용되는 식수로 만든다. 이는 우주 정거장에 대한 잦은 재보급의 필요성을 줄여준다.[35]
6. 7. 사실상의 폐수 재이용 (계획되지 않은 음용수 재이용)
사실상의, 인정되지 않거나 계획되지 않은 음용수 재이용은 처리된 폐수의 재이용이 이루어지지만 공식적으로 인정되지 않는 경우를 말한다.[36] 예를 들어, 한 도시의 하수 처리장이 하류의 다른 도시의 식수 공급원으로 사용되는 강으로 방류수를 배출할 수 있다.
계획되지 않은 간접 음용수 재이용은 오랫동안 존재해 왔다.[37] 템스 강 상류의 대도시들(옥스퍼드, 레딩, 스윈던, 브래크넬)은 처리된 하수("비음용수")를 템스 강에 방류하며, 이 강은 하류의 런던에 물을 공급한다. 미국에서는 미시시피 강이 하수 처리장 방류수의 목적지이자 식수의 수원 역할을 한다.
7. 설계 고려 사항
중수도 설계 시에는 몇 가지 고려해야 할 사항이 있다.
하수를 처리하여 잡용수로 이용하는 중수도 이용 시스템에는 다음과 같은 종류가 있다.
| 종류 | 설명 |
|---|---|
| 개별 순환형 중수도 이용 시스템 | 개별 건물마다 배수 처리 시설을 정비하여 순환 이용하는 방법 |
| 지구 순환형 중수도 이용 시스템 | 지구 내 복수의 건물을 대상으로 하는 배수 처리 시설을 정비하여 순환 이용하는 방법 |
| 광역 순환형 중수도 이용 시스템 | 하수 처리 시설에서 잡용수 이용자에게 공급하는 방법 (하수도 시설에 해당) |
일반 가정에서는 세면, 욕실, 세탁 등으로 인한 생활 하수를 전용 처리조로 보내고, 거기에서 중수 배관으로 화장실에 보내어 세정에 이용하는 시스템(캐스케이드 이용)도 있다. 이 물의 캐스케이드 이용은 하천 방류 부하량 감소 등 환경 부하 감소에 효과적이다.
수처리 방식에는 주로 생물학적 분해를 이용하는 방법, 주로 막 여과를 이용하는 방법, 그리고 이들을 조합하는 방법이 있다. 중수도의 주요 이용 분야에는 냉방용 냉각수나 변기 세척수 등이 있는데, 기기나 배관의 금속 재료에 대해서는 내식성, 전열성, 배관 가공성을 검토하여 선정할 필요가 있다.[66]
지자체 폐수를 재사용하는 대신, 다른 대안을 통해 담수 절약과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
- 생활하수 재사용 시스템 - 가정 수준에서 처리되거나 처리되지 않은 생활 하수는 수세식 변기 또는 정원 관개에 사용될 수 있다.
- 빗물 집수 및 우수 집수 - 빗물 집수를 통합하고 유출을 줄이는 도시 설계 시스템은 호주에서는 수자원 민감 도시 설계(WSUD), 미국에서는 저영향 개발(LID), 영국에서는 지속 가능한 도시 배수 시스템(SUDS)으로 알려져 있다.
- 해수 담수화 - 에너지 집약적 공정으로, 소금 및 기타 미네랄을 해수에서 제거하여 식수 및 관개를 위한 식수를 생산하며, 일반적으로 막 여과(역삼투) 또는 증류를 통해 이루어진다.
- 옥상 빗물을 저류하여 수세식 화장실이나 나무 관수 등에 사용하는 시스템(강수 이용 중수도 시스템)이 있다.[70] 화장실 세척이나 나무 관수 등에 그치는 경우에는 빗물의 처리는 물리적인 여과만으로 하는 경우도 있다.[70]
대규모의 경우에는, 도시에 빗물 중수 공급 플랜트를 설치하거나, 대심도 지하를 활용하여 대규모 빗물 저류 간선을 정비하는 구상도 있다.[71]
빗물 이용의 효과에는, 안정적인 수자원의 확보와 상수도의 하이 레벨화(상수도 사용량 삭감에 의해 개축·갱신 시에 하이 레벨인 설비로 교체), 비상시 수원 확보 등 수자원으로서의 효과와, 공공 용수역의 수질 개선이나 자연 환경의 개선, 열섬 현상의 해소 등 환경 문제에 대한 효과가 있다.[71]
일반적으로 재생수 시스템에는 이중 배관 네트워크와 추가 저장 탱크가 필요하여 시스템 비용이 증가한다.[38] 재생수 비용은 식수 비용을 초과하는 경우가 많지만, 담수가 풍부한 지역에서는 그렇지 않다. 그러나 재생수는 대개 사용을 장려하기 위해 시민들에게 더 저렴한 가격으로 판매된다. 신선한 물 공급이 분배 비용, 인구 증가 요구, 또는 기후 변화로 인해 제한됨에 따라 비용 비율도 변동될 수 있다. 재생수 평가는 전체적인 물 공급 시스템을 고려해야 하며, 이는 전체 시스템에 중요한 유연성을 가져다줄 수 있다.[38]
규제, 경제, 사회, 제도적 과제와 낮은 경제적 타당성은 수자원 재이용 계획의 시행과 운영에 어려움을 준다.[39] 수질 모니터링 및 오염 물질 식별 비용도 경제적 타당성을 낮추는 원인 중 하나이다.[40] 오염 물질을 식별하기 어려운 이유는 무기물, 유기 오염 물질, 미생물, 콜로이드 등 다양한 물질을 분리해야 하기 때문이다.[41] 또한, 수자원 재이용 계획에서 전체 비용을 회수하기 어렵고, 이미 보조금을 받는 기존 처리 시설과 경쟁할 수 있는 재정적인 물 가격 시스템이 부족하다.[42]
'혐오감'으로 인한 심리적 장벽도 수자원 재이용, 특히 직접 음용수 재이용 계획의 시행을 방해하는 요인이다.[43] 이러한 심리적 요인은 혐오감, 그 중에서도 병원균 회피와 관련이 깊다.[43]
중수도와 상수도가 잘못 연결(크로스 커넥션)되어 발생하는 건강 피해도 문제가 될 수 있다. 이러한 오접속을 방지하기 위해 배관이 가까운 경우 색상이나 관 종류를 변경하는 대책을 취한다.[74]
7. 1. 분배
비음용 재활용수는 종종 이중 배관 네트워크를 통해 배포되며, 재활용수 파이프는 음용수 파이프와 완전히 분리된다.[23] 이러한 시스템은 재활용수를 식수와 분리하여 안전하게 사용할 수 있도록 한다.
7. 2. 처리 과정
재사용을 위해 하수를 처리하는 데에는 여러 기술이 사용된다. 이러한 기술들을 조합하면 엄격한 처리 기준을 충족하고 처리된 물이 위생적으로 안전한지, 즉 병원균이 없는지 확인할 수 있다. 일반적인 기술에는 오존 처리, 한외 여과, 막 생물 반응기(호기성 처리 시스템의 일종), 순방향 삼투, 역삼투, 고도 산화 공정[3], 활성탄[4] 등이 있다. 재활용수 공급자는 재활용수가 의도된 최종 용도에 맞게 안전하고 적절하게 처리되도록 다중 장벽 처리 공정과 지속적인 모니터링을 사용한다.일부 물 수요 활동은 높은 등급의 물을 필요로 하지 않는다. 이 경우, 하수는 거의 또는 전혀 처리하지 않고 재사용할 수 있다. 예를 들어, 수세식 변기에 욕조와 샤워에서 나온 회색 물을 거의 또는 전혀 처리하지 않고 사용하는 가정 환경이 이에 해당한다.
도시 하수의 경우, 하수는 사용하기 전에 여러 하수 처리 공정 단계를 거쳐야 한다. 단계에는 스크리닝, 1차 침전, 생물학적 처리, 3차 처리(예: 역삼투) 및 소독이 포함될 수 있다. 하수는 일반적으로 관개에 사용될 때만 2차 수준 처리로 처리된다.
펌프장은 재활용수를 도시 주변의 사용자에게 배포한다. 여기에는 골프 코스, 농업 용도, 냉각탑 또는 매립지가 포함될 수 있다.
하수를 처리하여 잡용수로 이용하는 중수도 이용 시스템에는 다음과 같은 종류가 있다.
- 개별 순환형 중수도 이용 시스템: 개별 건물마다 배수 처리 시설을 정비하여 순환 이용하는 방법
- 지구 순환형 중수도 이용 시스템: 지구 내 복수의 건물을 대상으로 하는 배수 처리 시설을 정비하여 순환 이용하는 방법
- 광역 순환형 중수도 이용 시스템: 하수 처리 시설에서 잡용수 이용자에게 공급하는 방법으로, 위의 두 가지 방식과는 달리 하수도 시설에 해당한다.
일반 가정에서는 세면, 욕실, 세탁 등으로 인한 생활 하수를 전용 처리조로 보내고, 거기에서 중수 배관으로 화장실에 보내어 세정에 이용하는 시스템도 고안되고 있다(캐스케이드 이용). 이 물의 캐스케이드 이용은 하천 방류 부하량의 삭감 등 환경 부하 감소에 효과적이라고 여겨진다.
수처리 방식에는 주로 생물학적 분해를 이용하는 방법, 주로 막 여과를 이용하는 방법, 그리고 이들을 조합하는 방법이 있다.
중수도의 주요 이용 분야에는 냉방용 냉각수나 변기 세척수 등이 있는데, 기기나 배관의 금속 재료에 대해서는 내식성, 전열성, 배관 가공성을 검토하여 선정할 필요가 있다.[66]
7. 3. 대체 옵션
지자체 폐수를 재사용하는 대신, 다른 대안을 통해 담수 절약과 유사한 효과를 얻을 수 있다.- 생활하수 재사용 시스템 - 가정 수준에서 처리되거나 처리되지 않은 생활 하수는 수세식 변기 또는 정원 관개에 사용될 수 있다.
- 빗물 집수 및 우수 집수 - 빗물 집수를 통합하고 유출을 줄이는 도시 설계 시스템은 호주에서는 수자원 민감 도시 설계(WSUD), 미국에서는 저영향 개발(LID), 영국에서는 지속 가능한 도시 배수 시스템(SUDS)으로 알려져 있다.
- 해수 담수화 - 에너지 집약적 공정으로, 소금 및 기타 미네랄을 해수에서 제거하여 식수 및 관개를 위한 식수를 생산하며, 일반적으로 막 여과(역삼투) 또는 증류를 통해 이루어진다.
- 옥상 빗물을 저류하여 수세식 화장실이나 나무 관수 등에 사용하는 시스템(강수 이용 중수도 시스템)이 있다.[70] 화장실 세척이나 나무 관수 등에 그치는 경우에는 빗물의 처리는 물리적인 여과만으로 하는 경우도 있다.[70]
대규모의 경우에는, 도시에 빗물 중수 공급 플랜트를 설치하거나, 대심도 지하를 활용하여 대규모 빗물 저류 간선을 정비하는 구상도 있다.[71]
빗물 이용의 효과에는, 안정적인 수자원의 확보와 상수도의 하이 레벨화(상수도 사용량 삭감에 의해 개축·갱신 시에 하이 레벨인 설비로 교체), 비상시 수원 확보 등 수자원으로서의 효과와, 공공 용수역의 수질 개선이나 자연 환경의 개선, 열섬 현상의 해소 등 환경 문제에 대한 효과가 있다.[71]
7. 4. 비용
일반적으로 재생수 시스템에는 이중 배관 네트워크와 추가 저장 탱크가 필요하여 시스템 비용이 증가한다.[38] 재생수 비용은 식수 비용을 초과하는 경우가 많지만, 담수가 풍부한 지역에서는 그렇지 않다. 그러나 재생수는 대개 사용을 장려하기 위해 시민들에게 더 저렴한 가격으로 판매된다. 신선한 물 공급이 분배 비용, 인구 증가 요구, 또는 기후 변화로 인해 제한됨에 따라 비용 비율도 변동될 수 있다. 재생수 평가는 전체적인 물 공급 시스템을 고려해야 하며, 이는 전체 시스템에 중요한 유연성을 가져다줄 수 있다.[38]7. 5. 구현 장벽
규제, 경제, 사회, 제도적 과제와 낮은 경제적 타당성은 수자원 재이용 계획의 시행과 운영에 어려움을 준다.[39] 수질 모니터링 및 오염 물질 식별 비용도 경제적 타당성을 낮추는 원인 중 하나이다.[40] 오염 물질을 식별하기 어려운 이유는 무기물, 유기 오염 물질, 미생물, 콜로이드 등 다양한 물질을 분리해야 하기 때문이다.[41] 또한, 수자원 재이용 계획에서 전체 비용을 회수하기 어렵고, 이미 보조금을 받는 기존 처리 시설과 경쟁할 수 있는 재정적인 물 가격 시스템이 부족하다.[42]'혐오감'으로 인한 심리적 장벽도 수자원 재이용, 특히 직접 음용수 재이용 계획의 시행을 방해하는 요인이다.[43] 이러한 심리적 요인은 혐오감, 그 중에서도 병원균 회피와 관련이 깊다.[43]
중수도와 상수도가 잘못 연결(크로스 커넥션)되어 발생하는 건강 피해도 문제가 될 수 있다. 이러한 오접속을 방지하기 위해 배관이 가까운 경우 색상이나 관 종류를 변경하는 대책을 취한다.[74]
8. 건강 측면
중수도는 적절하게 사용될 때 안전한 것으로 간주된다. 대수층 재충전이나 표면수 보충에 사용될 계획인 중수도는 자연적으로 발생하는 물과 혼합되어 자연 복원 과정을 거치기 전에 적절하고 믿을 수 있는 처리를 받는다.[44] 이 물의 일부는 결국 식수 공급의 일부가 된다.
2009년에 발표된 연구는 중수도, 표면수 및 지하수의 수질 차이를 비교했다.[44] 결과는 중수도, 표면수 및 지하수가 구성 요소 측면에서 유사하지 않은 것보다 더 유사하다는 것을 나타냈다. 연구자들은 물에서 일반적으로 발견되는 244개의 대표적인 구성 요소를 테스트했다. 검출된 경우 대부분의 구성 요소는 10억 분의 1 및 1조 분의 1 범위였다. DEET(방충제)와 카페인은 모든 유형의 물과 사실상 모든 샘플에서 발견되었다. 트리클로산(항균 비누 및 치약에 포함됨)은 모든 유형의 물에서 발견되었지만 표면수 또는 지하수보다 중수도에서 더 높은 수준(1조 분의 1)으로 검출되었다. 샘플에서 호르몬/스테로이드는 거의 검출되지 않았으며, 검출된 경우 매우 낮은 수준이었다. 할로아세트산(소독 부산물)은 지하수를 포함한 모든 유형의 샘플에서 발견되었다. 중수도와 다른 물 사이의 가장 큰 차이점은 중수도가 소독되었고 따라서 소독 부산물(염소 사용으로 인해)을 가지고 있다는 것이다.
2005년 연구에 따르면 미생물 병원체나 화학 물질로 인한 질병이나 질병 사례가 없었으며 관개용 중수도 사용의 위험은 식수를 사용한 관개와 측정 가능한 차이가 없었다.[45]
미국 국립 연구 위원회(National Research Council)가 2012년에 실시한 연구에 따르면 중수도를 마시는 것으로 인한 특정 미생물 및 화학적 오염 물질에 노출될 위험은 일부 현재의 식수 처리 시스템에서 경험하는 위험보다 더 높지 않으며, 여러 자릿수 낮을 수 있다.[46]
9. 환경 측면
중수도 사용은 물 부족 문제 해결에 기여하고, 여러 환경적 이점을 제공한다.
- 물 절약: 비음용 목적으로 재활용수를 사용하면 음용수 사용량을 줄여 귀중한 음용수 자원을 절약할 수 있다.[47]
- 영양분 공급: 재활용수에는 질소, 인, 산소 등 식물 생장에 필요한 영양소가 풍부하게 들어있어, 관개 시 비료 역할을 하여 화학 비료 사용을 줄일 수 있다.
- 생태계 보호: 재활용수는 습지를 강화하고, 야생 동물을 보호하며, 지하 수원으로부터의 담수 사용을 줄여 가뭄 발생 가능성을 낮추는 등 다양한 환경 보호에 기여한다.[47] 예를 들어, 산호세/산타클라라 수질 오염 관리 공장은 샌프란시스코 만 지역의 자연 염수 습지를 보호하기 위해 물 재활용 프로그램을 시행했다.[47]
- 수자원 확보: 재활용수는 계절적 가뭄과 기후 변화의 영향을 받지 않는 일관된 수자원 공급원이다.[49][50][51]
하지만, 적절한 처리 없이 재활용수를 사용할 경우 다음과 같은 위험이 존재한다.[52][53]
- 오염: 미세 오염 물질, 병원체(세균, 바이러스, 원생동물, 선충 등), 항생제 내성 인자 등에 의한 오염이 발생할 수 있다.
- 토양 염분화: 토양에 염분이 축적되어 농업 생산에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
- 토양 미생물 군집 변화: 토착 토양 미생물 군집의 분포에 변화가 생길 수 있다.
- 오염 물질 축적: 토양의 물리화학적, 미생물학적 특성이 변화하고, 다양한 화학/생물학적 오염 물질 (중금속, 붕소, 질소, 인, 염화물, 나트륨, 살충제, 제초제, 호르몬, 의약품, 개인 위생 용품, 가정용 화학 물질, 식품 첨가물 등)이 축적되어 식물 및 작물에 흡수될 수 있다.
- 부영양화: 하수를 운반하는 수로에서 조류 및 식물이 과도하게 성장하여 부영양화를 일으킬 수 있다.
- 지하수 오염: 토양 및 대수층에서 오염 물질이 이동하고 축적되어 지하수 수질을 저하시킬 수 있다.
10. 지침 및 규정
국제 연합의 세계 보건 기구(WHO)는 2006년 "폐수, 배설물 및 회색 물의 안전한 사용에 대한 지침"을 발표했다.[25] 유엔 환경 계획(UNEP)은 2005년 "지중해 지역의 도시 폐수 재사용 지침"을 발표했다. 유엔 물 개발 역량 구축 10개년 계획(UNW-DPC)은 2013년 UNWater 프로젝트 "농업에서 폐수의 안전한 사용"에 관한 회의록을 발간했다.
2023년 6월 26일부터[54] 관개 목적의 물 재사용에 대한 최소 요건에 관한 EU 규정이 시행되었다.[55] 수질 요건은 관개 대상과 관개 방법에 따라 네 가지 범주로 나뉜다. 포함된 수질 매개변수는 ''대장균'', BOD5, 총 부유 고형물(TSS), 탁도, 레지오넬라, 장내 선충(회충 알)이다. 수질 기본 지침에서 물 재사용은 지침의 품질 목표를 달성하기 위한 가능한 조치 중 하나로 언급되지만, 요건보다는 비교적 모호한 권고로 남아 있다. 도시 폐수 처리 지침 제12조는 "처리된 폐수는 적절한 경우마다 재사용해야 한다"라고 명시하고 있지만, 일부에서는 처리된 폐수를 재사용하는 것이 "적절한" 상황을 너무 광범위하게 해석할 수 있으므로 물 재사용을 촉진하기에 충분히 구체적이지 않다고 여긴다. EU 차원의 공통적인 물 재사용 기준이 부재함에도 불구하고, 여러 회원국은 자체적인 법적 틀, 규정 또는 지침을 발표했다.[56]
| 국가 | 관련 법률 및 규정 |
|---|---|
| 키프로스 | 법률 106 (I) 2002 물 및 토양 오염 관리 및 관련 규정(KDP 772/2003, KDP 269/2005) (발행 기관: 농업, 천연 자원 및 환경부, 수자원 개발 부서) |
| 프랑스 | Jorf num.0153, 2014년 7월 4일. 2014년 명령, 작물 및 녹지 관개를 위한 처리된 도시 폐수 사용 관련(발행 기관: 공중 보건부, 농업, 식량 및 수산부, 생태, 에너지 및 지속 가능성부) |
| 그리스 | CMD No 145116. 처리된 폐수의 재사용을 위한 조치, 제한 및 절차(발행 기관: 환경, 에너지 및 기후 변화부) |
| 이탈리아 | DM 185/2003. 폐수 재사용을 위한 기술적 조치(발행 기관: 환경부, 농업부, 공중 보건부) |
| 포르투갈 | NP 4434 2005. 관개를 위한 재생 도시수 재사용(발행 기관: 포르투갈 품질 연구소) |
| 스페인 | RD 1620/2007. 처리된 폐수 재사용을 위한 법적 틀(발행 기관: 환경부, 농업, 식량 및 수산부, 보건부) |
유럽 위원회의 평가 결과, 각 회원국의 물 재사용 기준은 접근 방식이 다르고, 허용되는 용도, 모니터링 매개변수, 허용 한계 값 등에서 중요한 차이가 존재한다. 이러한 물 재사용 기준의 불일치는 재생수를 사용하여 관개한 농산물에 대한 무역 장벽을 야기할 수 있다.[57]
미국 미국 환경 보호청(EPA)은 2012년에 물 재이용 지침을 개발했다.[61][62] 이 지침은 물 재이용의 최우수 사례에 대한 국제 표준을 나타내며, 주에서 최우수 사례를 통합하고 지역 요구 사항을 해결하는 규정을 개발할 수 있는 프레임워크를 제공한다. 1972년 수질 정화법(Clean Water Act)은 어업과 레크리에이션을 위해 물을 안전하게 만들기 위해 지방 자치 단체 및 산업체에서 처리되지 않은 폐수의 배출을 제거하도록 규정했다.[59]
'''WateReuse 협회'''는 미국의 물 재이용을 장려하는 무역 협회이다.[63]
다른 국가들의 관련 지침 및 규정은 다음과 같다.[56]
11. 국가별 사례
중수도는 자연적인 물 순환으로 다시 들어가기 전에 두 번 이상 사용되는 물이다. 도시 폐수 처리 기술의 발전으로 지역 사회는 다양한 목적으로 물을 재사용할 수 있게 되었다. 물은 공급원, 사용 목적, 그리고 물이 어떻게 공급되는지에 따라 다르게 처리된다.
- '''대한민국''': 수도법 제3조 제14호에서는 중수도를 “사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리하는 시설, 송배수 시설 및 이용시설의 총체”라고 정의한다.[75]
- '''이스라엘''': 이스라엘의 수도 공급 및 위생 참고.
- '''나미비아''': 빈트후크에서는 도시 폐수의 약 35%를 처리하여 식수로 재이용하고 있다.[1]
- '''싱가포르''': 말레이시아로부터 물을 수입하는 것에 의존하여 지정학적 긴장을 겪어왔기 때문에, 물 재이용을 주로 추진했다.
- '''남아프리카 공화국''': 폐수 처리장 배출수의 강 배출로 인해 간접적으로 발생한다. 케이프타운에서는 2007년 심각한 가뭄으로 도시 전체의 물 공급이 중단될 위기에 처하자, 중수도 시스템 도입을 고려했다.
- '''오스트레일리아''': 강수량의 지역별 편차가 커서 지역에 따라 중수도 활용도가 다르다.
11. 1. 대한민국
대한민국의 수도법 제3조 제14호에서는 중수도를 “사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리하는 시설, 송배수 시설 및 이용시설의 총체”라고 정의한다. 즉, 중수란 한 번 사용한 물을 처리한 이후에 한 번 혹은 반복적으로 사용하는 물을 말한다.[75] 중수도설비는 환경부의 ‘환경 표지 대상 제품 및 인증 기준’ 개정 고시에 따라 규정된 것으로, 휴양 콘도미니엄 서비스의 개별 시설물에서 발생하거나 개발 사업 등으로 조성되는 지역에서 발생하는 오수를 공공 하수도로 배출하지 않고 재이용할 수 있도록 개별적 또는 지역적으로 설치하여 오수를 처리하는 시설을 가리킨다.11. 2. 이스라엘
이스라엘의 수도 공급 및 위생을 참고하라.11. 3. 나미비아
나미비아의 수도인 빈트후크에서는 도시 폐수의 약 35%를 처리하여 식수로 재이용하고 있다.[1]11. 4. 싱가포르
싱가포르는 말레이시아로부터 물을 수입하는 것에 의존하여 지정학적 긴장을 겪어왔기 때문에, 물 재이용을 주로 추진했다.11. 5. 남아프리카 공화국
남아프리카 공화국에서는 물 재이용이 폐수 처리장 배출수의 강 배출로 인해 간접적으로 발생한다. 예를 들어 요하네스버그 북부 지역의 폐수 처리장에서 나오는 배출수는 림포포 강 상류로 흘러들어 보츠와나 국경에서 식수원으로 사용된다.[45]케이프타운에서는 2007년 심각한 가뭄으로 도시 전체의 물 공급이 중단될 위기에 처하자, 중수도 시스템 도입을 고려했다. 하루 최대 47000000L의 물을 생산할 수 있는 중수도 시설을 건설하여, 2009년 7월까지 물 생산 비용을 4ZAR/1,000리터에서 0.4ZAR/1,000리터로 낮추는 것을 목표로 했다. 그러나 운영 및 유지보수 비용이 예상보다 높아 2009년 기준으로 1,000리터당 약 2.6ZAR의 비용이 발생했다.[45]
11. 6. 오스트레일리아
오스트레일리아는 강수량의 지역별 편차가 커서 지역에 따라 중수도 활용도가 다르다.참조
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토목기사 대비 상하수도 공학
한솔아카데미
2016
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