▲ 홍잉 후(Hongying Hu) / 칭화대학교 교수

중국 톈진시는 화베이 지구에 있는 도시이자, 베이징시, 상하이시, 충칭시와 함께 4개 직할시의 하나로 중국 3대 도시에 속한다. 베이징시에서 100㎞ 남쪽지역에 위치하고 있어, 기차로 30분 정도면 이동할 수 있을 정도로 근접해 있다. 인구는 800만 명으로, 중요한 국제 항구가 있으며 중국 북구의 경제 중심지이다. 베이징시가 정치 중심도시라면 톈진시는 경제와 산업 중심부라고 할 수 있다.
톈진시의 수원으로는 롼허강(Luan River), 황허강(Yellow River), 양쯔강(Yangze River)이 있다. 그러나 이 강들과의 거리가 수백만 마일(mile)에 달하기 때문에 톈진시는 물 부족 현상을 겪고 있다.

황허강이나 양쯔강에서 물을 끌어오는 것이 매우 어려운 실정이다. 이러한 물 부족 현상을 해소하기 위해서 톈진시는 하수처리수의 재이용을 해결책으로 고안해냈다. 재이용을 통해 수도 공급량을 확보하기 위함이다.

중국에서는 하수처리수 재이용과 관련한 연구를 초창기부터 시작했다고 할 수 있다. 특히, 톈진시는 물 재이용과 관련된 다양한 정책과 법들을 제정하고 있다.

2002년에는 물 보존과 관련된 법령을 공포했으며, 2003년에는 하수처리수, 재이용수와 관련된 규제를 발표했다.
중국 정부는 물 재이용과 관련된 정책을 다양하게 지원하고 있으며, 2002년부터 대규모 하수처리수 재이용 프로젝트들이 진행되고 있다. 이를 통해 하수처리수 재이용 활성화를 도모하고 있다.  

1989년부터 물 재이용 기술 개발

 

톈진시에는 Beichen(10만㎥/일), East Suburb(40만㎥/일), Xiangyang road(45만㎥/일), Zhangguizhuang(20만㎥/일), Jizhuangzi(45만㎥/일) 등 5개의 하수처리장이 있으며, 전체 규모는 160만㎥/일이다. 이들 처리장에서 사용하고 있는 주요 공정은 생물학적 처리방식으로 이를 통해 질소와 인을 제거하고 있다. 방류수와 관련된 수질기준 역시 마련하고 있다. 

톈진시는 1989년부터 한 번 사용한 수돗물을 생활용수, 공업용수 등으로 재활용할 수 있도록 다시 처리하는 기술을 개발해왔다. 지황지(Jizhuangzi) 물 재생시설의 경우, 2002년부터 가동을 시작, 중국의 여러 물재생시설 중 가장 초창기에 건설된 시설이다. 배출수는 지황지 물재생시설을 거쳐 재이용되며, 총 재이용수 생산량은 5만㎥/일이다. 이중 2만㎥는 생활용수로, 나머지 3만㎥는 공업용수로 공급되고 있다.  

[그림 1]은 지황지 물 재생시설에서 생활용수를 공급하기 위한 공정으로 새로운 공정이 추가되지 않은 2002년도의 공정이다. 새로운 폐수는 펌핑(pumping)을 거쳐 반응조(reaction tank)로 가게 되고, CMF(Continuous Microfil-tration) 공정을 거치게 된다. 흡수조(Absorption tank), 접촉조(Contact tank), 정수지(Clean water reservoir), 거주 지역 연결관(Residential area network)을 거쳐 주민들에게 물이 공급된다. 이러한 전체 공정에는 응집과 침전, 그리고 CMF 과정이 포함된다.

 

재이용수, 공업용수 수질에 부적합

기존에 사용했던 재이용처리수 공정에는 여러 문제점들이 있었다. 먼저, 이러한 공정을 통해서 얻게 되는 수질이 공업용수 수질에 미치지 못한다는 점이다. 이 때문에 안정적인 수질을 확보하기 힘들다.

특히, 전국 대부분의 처리장에서 적용하고 있는 모래여과방식을 통해서는 재이용수 수질기준에 미치지 못하는 경우가 많았다. 또한 공업용수의 충격부하(shock loading)에 대한 문제점을 안고 있다.

중국에는 재이용수와 관련된 수질기준들이 있는데, 모래여과방식으로는 수질기준을 달성하기 어렵다. 이러한 공정은 하수처리수의 TDS(Total Dissolved Solids)를 100% 제거할 수 없다는 단점이 있다. 텐진시의 하수처리수 TDS는 1∼2천㎎/L로 높은 수치이며, CMF 멤브레인 시스템은 다량의 에너지를 소비함에 따라 많은 비용이 든다.

이러한 문제점으로 인해 톈진시는 새로운 공정에 관심을 갖게 됐다. 2009년부터 신규 공정을 도입하고, 기존의 지황지처리장을 개조하고 확장했다. 이를 통해서 재이용수의 생산량을 5~7만㎥/일로 증가시킬 수 있었다.

새로운 공정에는 미세여과(Submerged Microfiltration [Ultrafiltration]), 역삼투 공정이 포함되며, 오존산화처리를 거친 후, 염소 소독을 통해서 용수가 생산되고 이를 공급하게 된다. 역삼투 이전에는 응집 침강(coagulation settling) 전처리 과정을 거치게 된다. 이러한 전처리 과정을 통해서 수질을 향상시키며 여러 가지 오염원을 줄이고 정밀여과(Microfiltration) 멤브레인의 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있다.

오존산화처리(O3, oxidation), 탈취공정을 거치면서 난분해성 유기물 등을 제거하게 된다. 오존산화처리 공정을 거친 배출수의 경우 수질이 많이 향상되어 재이용수의 기준에 부합하게 된다.

 

▲ 텐진시는 재이용수를 조경용수,생활용수,공업용수 등 다양한 목적으로 사용하고 있다.

Microfiltration은 재이용수 처리에 있어서 주요 공정으로 사용되고 있으며, SMF(Submerged Microfiltration)와 CMF(Continuous Microfiltration) 방식이 있다. SMF 방식은 에너지를 좀 더 절약할 수 있다는 장점이 있다.

그리고 중공사막(Hollow fibre membrane)을 사용하게 되는데 소재는 PDVF(Poly-vinylidene fluoride), 기공의 크기는 0.03㎛이다. 역세척(back washing)은 30∼50분이 소요되며 멤브레인의 화학세정 공정을 거치게 된다.

SMF를 통한 물 생산 비율은 90%로 매우 높다. 수질분석 결과, 막오염지수(SDI, Silt Density Indenx)가 굉장히 낮은 것으로 나타났다. SDI는 역삼투 공정에 있어 굉장히 중요한데, RO막 오염(Fouling)이 일어날 수 있는 가능성을 나타내는 척도로 사용된다. 수치가 4미만이면 적당하다고 볼 수 있는데, 3미만으로 효과가 있는 것으로 나타났다.
 
역삼투 공정은 SMF 50%, RO 50%로 혼합된 비율을 가지고 있다. RO를 통한 회수율은 70%, 염 제거율은 96% 수준이다. 물의 염분도에 따라 RO는 일반적으로 동절기에 사용되고 하절기에는 사용되지 않는다.
[표 1]은 수돗물과 재이용수의 가격을 비교한 표이다. 재이용수를 사용하는 것이 가격적인 측면에서 이점이 있다는 것을 알 수 있다. [그림 3]은 톈진 도심 지역의 물 재생시설이다. 톈진시에는 5개의 물 재생시설이 위치하고 있다.

재이용되는 총 용량은 25만㎥/일 수준이다. 이 물 재생시설의 유입수는 하수처리장의 2차 처리 후의 방류수로 볼 수 있고, 물 재생시설의 경우 하수처리장과 같은 처리공정을 거치고 있다.


체계적·종합적인 수질기준 마련 추진

톈진시는 재이용수를 다양한 목적으로 사용하고 있다. 조경용수, 하천 유지용수, 생활용수로 사용하고 화장실, 도로청소에도 사용하고 있다. 또한, 건설 현장이나, 가열공장(heating plant)에서 재이용수를 이용하고 있다. 그리고 공업용수로도 활용되고 있는데, 보일러 급수나 처리수 용도로 활용되고 발전소의 냉각수로도 활용되기도 한다.

톈진시는 재이용수와 관련된 문제점들을 안고 있다. 하수처리의 방류기준들이 재이용수의 수질에 부합하지 않다는 것이다. 그래서 톈진시의 재이용수의 비율은 아직까지는 낮은 상태이다.

베이징시의 경우 재이용수의 비율이 60% 이상이나, 톈진시는 20% 미만에 불과하다. 이는 매우 낮은 수치이다. 물 재이용과 관련된 시장 환경이 아직까지 구축되어 있지 않은 것도 문제점으로 지적되고 있고, 재이용수와 관련된 국민들의 인식 역시 부족하다.

이를 해결하기 위해서 여러 가지 대책들이 마련되고 있다. 첫째, 톈진시는 체계적이고 종합적인 수질기준을 확립하기 위해 노력하고 있다. 하수처리 배출기준이나 처리·재이용과 관련된 전체 공정을 검토해서 모두를 아우를 수 있는 수질기준을 확립하고 수질을 제어하고자 한다.

둘째, 재이용수와 관련된 요금체계를 개혁하기 위해 노력하고 있다. 셋째, 재이용수와 관련된 유용한 정책들을 수립할 계획이다. 관련된 법과 규제를 개선하고 정책 시스템을 향상에 집중하고 있다. 아울러 재이용수의 공공성을 홍보하기 위해서 다양한 노력을 하고 있다.