[미국] UIC, 시카고 수동 복귀를 위한 하수 재활용 연구

일리노이 시카고 대학(UIC) 부동, 하수 재활용하여 식수 및 전면수 사용 '이중 송수관 프로젝트' 연구

'폐기물에서 핫' : 일리노이 북동부의 지속 가능한 담수 공급 보호 프레임워크' 보고서 발표

일리노이 시카고 대학(UIC) 꺽쇠는 미래의 물과 함께 시카고 시에서 발생하는 하수를 재활용하여 식수 및 마이그레이션할 수 있도록 하기 위해 '이중 송수관 프로젝트' 연구가 진행 중입니다. 사진은 시카고 광역수도국(MWRD)에서 운영하는 칼루리트 물재생시설(Calumet Water Reclamation Plant). [사진출처(사진출처) = 시카고 광역수도국(MWRD)]

 

캘리포니아에서 베네치아까지 담수에 대한 지난 시간은 시카고 지역에 입체적인 사람들과 매우 멀어 보일 것입니다. 결국 우리는 미시간 호수(Lake Michigan)의 풍부한 담수를 가지고 있다.

하지만, 도시에서 조금 서쪽으로 가면, 물이 부족하다. 윌(Will), 케인(Kane), 다운페이지(DuPage) 코트의 지역 사회에 지하수를 공급하는 시골 캄브리아-오르도비스기 대수층(Cambrian-Ordovician aquifer)이 붕괴되고 있다.

쪼리엣(Joliet) 지역만 해서 대수층에서 800피트(243.84m)나 아래로 내려갔다. 궁극적인 물 부족을 회복하기 위해, 작업리엣 지역은 2030년까지 미시간 여유 공간에서 신선한 물을 공급하기로 시카고 시와 계약했다.

일리노이 시카고 대학(University of Illinois Chicago, UIC)의 학제간 담당자 그룹에 따름, 이 계약이 들이리엣지역 지역의 단기적인 문제를 해결해주지만, 반면에 손전등을 지속할 수 있었습니다.

결국, 붕괴되는 대수층의 더 많은 공동체들이 시카고로 물을 공급하기 위해 손을 별로 을 때, 어느 시점에서 미국이 손상이 정한 정치 하에 시카고는 따로 말할 필요가 있을 것이다.

오대호에 대한 연구, 교육, 대중의 인식에 초점을 맞추고 문학기반의 계획인 UIC 담수연구소(Freshwater Lab)의 자인레이첼 하브렐록(Rachel Havrelock)은 “더 많은 지역사회가 시카고에서 물을 필요로 할 것이다. 그러나 일리노이 주에는 상한선이 있다”라면서 “이것은 지금 생각해 볼 필요가 있다. 여러분은 '이 지역에 물이 없다(이 지역 사회에는 물이 없다)'는 경지에 이르고 고려해 볼만한 것”이라고 말했다.

UIC의 그레이트 도시연구소(Great Cities Institute)와 협력하여 담수연구소(Freshwater Lab)은 제안된 솔루션을 제공한다. 처리된 하수를 산업 현장에 공급하는 동시에 정말로 필요한 수돗물을 위해 식수를 비축한다. 수도꼭지, 즉 가정, 의료 시설 및 식수가 필요한 기타 장소에 식수를 저장하는 것이다.

이것은 이 지역의 식수 수요를 충족시키는 데 도움이 될 것이고, 우리의 강에서 하·폐수를 우회시킬 것이며, 북부 일리노이의 산업 경제 성장을 지원하는 데 도움이 될 것이다.

연구원들은 최근 발표한 보고서인 ‘폐기물에서 물로 : 일리노이 북동부의 지속 가능한 담수 공급을 위한 프레임워크(From Waste to Water : A Framework for Sustainable Freshwater Supply in Northeastern Illinois)’에서 그들의 아이디어를 설명했다. 

연구원들은 새로운 ‘이중 송수관(dual-pipeline)’ 시스템을 제안했다. 하나는 처리된 하수를 산업 현장으로 운반하는 시스템이고, 다른 하나는 식수를 다른 모든 곳으로 운반하는 시스템이다. 

테레사 코르도바(Teresa Cordova) UIC 그레이트 도시연구소(Great Cities Institute) 소장, 레이첼 하브렐록(Rachel Havrelock) UIC 담수연구소(Freshwater Lab) 설립자, 크리슈나 레디(Krishna Reddy), UIC 토목·재료·환경공학 교수(왼쪽부터) 등은 하수를 재활용하여 식수 및 산업용수로 공급한 ‘이중 송수관(dual-pipeline)’ 시스템을 제안, 연구 중에 있다. [사진출처(Photo source) = 일리노이 시카고 대학(UIC)]

 

기존의 송수관을 개조하려고 노력하는 대신, 그들은 미시간 호수에서 물을 끌어오기 위해 파이프라인을 건설하는 모든 새로운 공동체가 재활용된 하수를 위해 두 번째 파이프라인을 건설할 것을 제안했다.

연구원들은 ‘이중 송수관(dual-pipeline)’ 시스템이 이제 막 공사를 시작하는 졸리엣 프로젝트(Joliet project)에 통합될 수 있도록 연방과 주 정부의 자금이 확보되기를 바라고 있다.

그레이트 도시연구소(Great Cities Institute)의 테레사 코르도바(Teresa Cordova) 소장은 “언제 시작하는 것이 지금보다 더 좋을까요?”라며 “우리가 실행 가능한 대안이 있는 데 굳이 산업용으로 식수를 사용해야 할 이유가 없잖아요”라고 말했다.

하수를 폐기물로 처리할 필요가 없다

식수에 대한 접근은 대부분의 시카고 사람들이 걱정하는 것이 아니지만 하수는 종종 걱정한다. 19세기 후반에 시카고 강(Chicago River)의 흐름은 식수 공급에서 시카고의 쓰레기를 막기 위해 역전되었다.

이제, 미국의 두 주요 유역인 시카고 위생 및 선박 운하(Chicago Sanitary and Ship Canal)를 통해, 그 도시의 하수는 미시시피 강(Mississippi River)과 결국 멕시코 만(Gulf of Mexico)으로 흘러 들어간다. 

최근에는 하수에 대한 우려가 홍수와 관련이 있다. 세계에서 가장 큰 토목공사 중 하나인 시카고의 딥 터널(Deep Tunnel)은 운하에 안전하게 버려지고 결국 멕시코 만에 도달할 수 있는 수준으로 처리될 때까지 빗물을 집수하고 저장하기 위해 건설되었다.

이러한 자원 집약적이지만 다소 낭비적인 과정은 토목·재료·환경공학 교수인 크리슈나 레디(Krishna Reddy)가 ‘이중 송수관(dual-pipeline)’ 개념에 관심을 갖게 한 요인 중 하나였다. 결국, 시카고 광역수도국(MWRD, Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago)는 하수를 처리하기 위해 돈을 쓰고 있고, 그 다음에는 폐기물로 처리하고 있다.

일리노이 시카고 대학(UIC) 지질공학·지구환경공학연구소 및 지속가능한 공학연구소의 테레사 코르도바(Teresa Cordova) 소장은 “담수는 귀중한 자원이지만 우리는 담수를 가져다가 바다에 넣어 쓸모없게 만들고 있다”고 말했다.

하수를 재활용하는 것은 새로운 개념이 아니다. 이 과정은 담수 공급으로 어려움을 겪는 전 세계의 장소에서 사용되어 왔으며, 때로는 하수를 산업용으로, 때로는 관개용으로 전용한다.

UIC 연구팀은 제안서의 모델로 캘리포니아 엘 세군도(El Segundo)의 물 재활용 프로젝트에 집중했다. 1995년에 만들어진 이 시스템은 가뭄에 시달리는 남부 캘리포니아의 식수를 자유롭게 하기 위해 하루에 약 4천만 갤런(약 15만1천416㎥)의 재활용 물을 산업 사용자들에게 제공했다.

그래서 ‘물을 재활용한다’는 개념은 그들이 이 프로젝트에 힘을 합쳤을 때 이미 연구자들의 레이더에 잡혔다. 물에 대한 레이첼 하브렐록(Rachel Havrelock)의 관심과 담수연구소(Freshwater Lab)를 설립하기로 한 하브렐록의 결정은 중동의 정치와 문화에 대한 물과 석유의 영향에 대한 연구에서 비롯되었다. 

환경 개선 연구를 하고 있고 지속 가능성과 탄력성을 촉진하는 엔지니어링 프로젝트에 관심이 있는 크리슈나 레디(Krishna Reddy)는 물과 관련된 문제에 대한 상호 관심을 통해 하브렐록(Havrelock)을 알게 되었다.

영어 교수인 하브렐록은 그레이트 도시연구소의 연구원이기도 하다. 이 하브렐록 교수는 부분적으로 대학 내 학제간 팀을 구성함으로써 도시 문제에 대한 해결책을 찾는 데 전념하고 있다. 그래서 그들은 이 프로젝트의 자연스러운 파트너였다. 또한, 도시 계획 및 정책 교수인 테레사 코르도바(Teresa Cordova)는 인프라 연구 경력이 있고 수도 사업 위원회에서 근무했다.

시카고 광역수도국의 10만 달러 지원금과 학생들의 도움으로, 그 팀은 그들의 보고서를 작성하는 데 약 1년을 보냈다. 처음에 그들은 시카고 내에서 물을 재사용할 수 있는 가능성을 검토했지만, 절박한 물 요구와 무거운 산업 발자국을 고려하여 졸리엣(Joliet) 지역으로 관심을 돌렸다.

그들은 “지금이 우리가 연구하고 있는 것을 실행하기에 완벽한 시기라는 것을 깨달았다” 라고 그 보고서에 협력한 레디 소장의 연구실의 대학원 연구원인 발레리아 칸두(Valeria Kandou)가 말했다. 

그녀는 5월에 토목공학 석사 학위를 받고 졸업했으며, 이 프로젝트에 대한 그녀의 작업 덕분에 물과 관련된 엔지니어링 직업을 찾기를 희망하고 있다.

거기서부터, UIC 연구팀은 ‘이중 송수관’에 대한 아이디어를 개발했다. 졸리엣(Joliet) 계획은 초기 파이프라인과 동일한 완화된 범위 내에 두 번째 파이프라인을 건설하는 것을 요구한다. 

즉, 30마일 경로를 따라 새로운 토지를 취득할 필요가 없다. 연구원들은 두 번째 파이프라인을 건설하는 데 첫 번째 송수관과 거의 같은 금액인 2억8천500만 달러(약 3천642억 원)가 들 것으로 추정했다.

UIC 테레사 코르도바(Teresa Cordova) 소장은 “담수는 귀중한 자원이지만 우리는 담수를 가져다가 바다에 넣어 쓸모없게 만들고 있다”고 말했다. 사진은 시카고 강. [사진출처(Photo source) = 일리노이 시카고 대학(UIC)]

 

그런 다음 두 번째 파이프라인은 두 개의 하수 재활용 처리장 중 하나로 연결될 것이다. 하수는 현재 수집되고 강으로 안전하게 방출될 수 있는 수준으로 처리되고 있다.

보고서에 따르면 추가 비용은 연결선이 어떤 공장으로 이동했는지에 따라 약 7천800만 달러(약 997억 원) 또는 1억1천400만 달러(약 1천457억 원)가 될 것으로 추정된다. 두 시나리오 모두에서 두 번째 파이프라인은 졸리엣(Joliet) 지역과 결국 주변 지역사회에 산업용수를 공급할 수 있는 충분한 물을 운반할 수 있다.

시카고 하수 재활용의 다양한 이점

UIC(일리노이 시카고 대학) 연구팀은 이 프로젝트에 많은 비용이 들지만, 레이첼 하브렐록(Rachel Havrelock)이 설명하는 바와 같이 폐기물을 수익으로 전환함으로써 결국 비용을 지불할 것이라고 믿고 있다. 이 보고서는 광역수도국이 재활용된 물을 시카고 물 관리국에 도매할 것을 권고하고 있다.

경제적인 관점에서, 이 프로젝트는 또한 새로운 사업체들이 식수 공급을 중단할 위험 없이 충분한 물에 접근할 수 있도록 함으로써 일리노이 북동부의 산업 성장을 지원하는 데 도움이 된다.

그리고 환경적 이점은 분명하다. 지역의 강에서 하수를 빼내는 동시에 해당 지역에 지속적인 담수 흐름을 유지하는 데 도움이 된다.

연구팀은 이러한 많은 이점에도 불구하고 재활용된 하수를 사용하는 것에는 여전히 ‘불쾌한 요소(yuck factor)’가 있을 수 있다는 것을 인정한다. 그들은 그것이 식수가 아닌 산업적인 목적으로만 사용될 것이라고 강조한다.

향후 계획

UIC 연구팀은 연방 기반 시설법의 일리노이 수도 기반 시설을 위해 배정된 자금뿐만 아니라 EPA(환경보호청)의 자금을 포함하여 프로젝트를 위해 가능한 많은 자금 출처를 제시한다.

특히 졸리엣(Joliet) 지역의 미시간 호수(Lake Michigan) 파이프라인에서 진행 중인 작업에 편승할 수 있을 만큼 프로젝트가 빠르게 시작될 경우 적절한 자금을 확보하는 것이 중요한 다음 단계이다.

UIC 연구팀의 추가적인 다음 단계는 물 재활용을 위한 구체적인 단계를 만들기 위한 지역 연합을 구축하고 산업과 협력하는 방법을 연구하는 것이다.

연구원들은 이러한 프로젝트와 미래의 프로젝트에 함께 일하기를 기대하고 있다. “테레사 코르도바(Teresa Cordova), 레이첼 하브렐록(Rachel Havrelock), 크리슈나 레디(Krishna Reddy)가 팀을 이룬 것은 이번이 처음이며, 학제적인 성격의 작품이 특히 흥미롭게 만들었다”고 코르도바는 말했다.

그녀는 “위대한 도시들이 하는 일의 일부는 도시들이 직면한 구체적인 문제들을 해결하고 구체적인 해결책을 제공하기 위해 학제 간 팀들과 일하는 것”이라면서 “그리고 이것이 우리가 여기서 한 일이다”라고 말했다.

[원문보기]

A novel plan to recycle Chicago’s wastewater could prevent a future water crisis 

 

The looming crises over fresh water - in places from California to the Middle East - likely seem very distant to those of us living in the Chicago area. After all, we have abundant freshwater at our doorstep in Lake Michigan.   

Yet, a little west of the city, there is a water shortage on the horizon. The massive Cambrian-Ordovician aquifer, which supplies groundwater to communities in Will, Kane and DuPage counties, is collapsing. 

Joliet alone has drawn down its portion of the aquifer by 800 feet. In order to avoid an eventual water shortage, Joliet has contracted with the City of Chicago to supply freshwater from Lake Michigan by 2030. 

While this contract provides a fix for Joliet’s near-term problems, it is not broadly sustainable, according to an interdisciplinary group of researchers at the University of Illinois Chicago. 

Eventually, more communities on the collapsing aquifer will reach out to Chicago for water, and at some point, due to legal limits set by the U.S. Supreme Court, Chicago will need to start saying no.  

“Many more communities are going to need water from Chicago, but Illinois has a cap,” explained Rachel Havrelock, founder of UIC’s Freshwater Lab, a humanities-based initiative focused on research, teaching and public awareness about the Great Lakes.

 “This needs to be thought about now. You don’t want to get to the point where, ‘Oh my gosh, this community has no water.’” 

The Freshwater Lab, in partnership with UIC’s Great Cities Institute, has a proposed solution: Supply industrial sites with treated wastewater, while reserving drinking water for the taps that really need it - those running into homes, health care facilities and other places that require potable water. 

This will help meet the area’s drinking water needs, will divert wastewater out of our rivers and will help support industrial economic growth in northern Illinois. 

The researchers lay out their idea in their recently released report, From Waste to Water: A Framework for Sustainable Freshwater Supply in Northeastern Illinois. They propose a novel “dual-pipeline” system: one for conveying treated wastewater to industrial sites and one for conveying drinking water everywhere else. Instead of trying to retrofit existing pipelines, they propose that every new community that applies to build a pipeline to draw water from Lake Michigan build a second one for recycled wastewater. 

They’re hoping that federal and state funding can be secured so that the dual-pipeline system is integrated into the Joliet project, which is just beginning construction.  

“When better than now to start?” said Teresa Cordova, director of the Great Cities Institute. “There’s no reason we should be using drinking water for industrial use when we have a viable alternative.” 

Wastewater doesn’t need to be treated as waste 

While access to drinking water isn’t something that most Chicagoans worry about, wastewater often is. In the late 19th century, the flow of the Chicago River was reversed to keep Chicago’s waste out of its drinking water supply. 

Now, via the Chicago Sanitary and Ship Canal, the city’s wastewater works its way into the Mississippi River and eventually the Gulf of Mexico. 

More recently, concerns about wastewater are tied to flooding. Chicago’s Deep Tunnel - one of the world’s largest civil engineering undertakings - was built to capture and hold stormwater until it can be treated to levels that make it safe to dump into the canal, eventually ending up in the Gulf. 

This resource-intensive but rather wasteful process was one of the things that piqued engineering professor Krishna Reddy’s interest in the dual-pipeline concept. After all, the Metropolitan Water Reclamation District of Greater Chicago is spending money to treat wastewater and then just send it on its way as a waste product. 

“Freshwater is a precious resource and we’re taking freshwater and putting it into the ocean, making it useless,” said Reddy, a professor of civil, materials and environmental engineering, who is also director of the Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Laboratory and the Sustainable Engineering Research Laboratory.    

Recycling wastewater is not a novel concept. The process has been used in places around the world that struggle with fresh water supply, sometimes diverting wastewater for industry and sometimes for irrigation. 

The UIC team focused on a water recycling project in El Segundo, California, as a model for their proposal. That system, built in 1995, provides roughly 40 million gallons of recycled water a day to industrial users in order to free up drinking water in drought-stricken Southern California. 

So the concept of recycling water was already on the researchers’ radar when they joined forces on this project. Havrelock’s interest in water - and her decision to found the Freshwater Lab - grew out of research in the Middle East on the impact of water and oil on the politics and cultures there. Reddy, who does environmental remediation research and is interested in engineering projects that promote sustainability and resiliency, knew Havrelock through their mutual interest in water-related issues. 

Havrelock, an English professor, is also a research fellow at the Great Cities Institute, which is dedicated to finding solutions to urban issues, in part by assembling interdisciplinary teams within the university, so they were a natural partner on this project. Additionally, Cordova, who is a professor of urban planning and policy, has a background in infrastructure research and served on a water utility board. 

With $100,000 in seed money from the Metropolitan Water Reclamation District and help from students, the team spent about a year working on their report. Initially, they looked at the feasibility of reusing water within Chicago, but then turned their attention to Joliet, given its pressing water needs and heavy industrial footprint.   

They realized that “this is the perfect timing to implement what we’re researching,” said Valeria Kandou, a graduate research assistant in Reddy’s lab who collaborated on the report. She graduated in May with her master’s in civil engineering and, in large part because of her work on this project, is hoping to find an engineering job related to water. 

From there, the UIC team developed the idea of a dual pipeline. The Joliet plan calls for building the second pipeline within the same easement as the initial pipeline, meaning no new land would need to be acquired along its 30-mile path. The researchers estimate that building the second pipeline would cost roughly the same amount as the first, $285 million. 

That second pipeline would then be linked to one of two wastewater reclamation plants, where wastewater is currently collected and treated to levels that make it safe to release into the rivers. 

The report estimates that the additional cost would be either roughly $78 million or $114 million for that connecting line, depending on which plant it ran to. In both scenarios, the second pipeline would carry enough water to supply Joliet, and eventually the surrounding communities, with its industrial water needs. 

Multiple benefits of recycling wastewater in Chicago 

While the project has a large price tag, the UIC team believes it will eventually pay for itself by “turning waste into revenue,” as Havrelock describes it. The report recommends that the Metropolitan Water Reclamation District wholesale the recycled water to the Chicago Department of Water Management. 

From an economic standpoint, the project also helps support industrial growth in northeastern Illinois by allowing new businesses to access enough water without risk of cutting into drinking water supplies.  

And the environmental benefits are clear: help maintain a steady stream of freshwater to the area while diverting wastewater out of the region’s rivers.  

The research team acknowledges that despite these many benefits, there might still be a “yuck factor” to using recycled wastewater. They stress that it would be used solely for industrial purposes and not as drinking water. 

What’s next? 

The UIC team lays out a number of possible funding sources for the project, including money earmarked for Illinois water infrastructure in the federal infrastructure act, as well as money from the Environmental Protection Agency. 

Securing adequate funding is a crucial next step, particularly if the project is going to be set in motion quickly enough to piggyback off of the work underway on Joliet’s Lake Michigan pipeline. 

Additional next steps for the team include building a coalition in the region to make concrete steps toward water recycling and researching ways to partner with industry. 

연구원들은 이러한 프로젝트와 향후 프로젝트에서 함께 작업하기를 고대하고 있습니다. Cordova, Havrelock 및 Reddy가 팀을 구성한 것은 이번이 처음이며 작업의 학제 간 특성이 특히 흥미로웠다고 Cordova는 말했습니다.  

"Great Cities가 좋아하는 것 중 하나는 도시가 직면한 구체적인 문제를 해결하고 구체적인 솔루션을 제공하기 위해 캠퍼스 간, 학제 간 팀과 협력하는 것입니다."라고 그녀는 말했습니다. "그리고 이것이 우리가 여기서 한 일입니다."    

[출처 = 일리노이 시카고 대학(UIC) ( https://today.uic.edu/recycled-wastewater-chicago-joliet/ ) / 2023년 7월 17일]