▲ 류 문군(Wenjun Liu) 교수 중국 청화대학교 환경공학과

오늘날 중국은 물 부족과 수질오염 등 물과 관련된 여러 가지 문제를 갖고 있다. 1인당 물 소비량이 세계평균 대비 4분의1 수준에 그치고 있으며, 현재 660개 도시가 심각한 물 부족에 시달리고 있다.

 

특히, 농촌 지역에 있는 사람들은 안전한 식수 공급과 접근에 어려움을 겪고 있다. 공식적인 자료에 의하면 7개 주요 수원의 오염이 심각하고 200개 호수 중 70%에서 부영양화가 이미 진전됐다.

 

중국의 규정에 의하면 수질 1, 2, 3급의 수원만이 식수로 사용될 수 있으나 전체 수원의 40%만이 이러한 기준을 충족하고 있다. 즉, 60%는 이러한 식수의 수질 기준에 충족하지 못하고 있으며, 호수는 더욱더 열악한 수준이다.

 

중국에서의 물 관리를 살펴보면 현재 주요 상수원은 중앙의 수자원부가 관리하며, 건설부의 관리영역에 포함되는 부분도 있다. 중국에서 물 공급이라 함은 농촌 지역이 아니라 주로 도시 지역을 대상으로 이뤄진다.

 

중국의 도시 인구는 약 3억 명 정도이고 지방에는 약 10억 명이 거주하고 있다. 현재 1인당 물 공급량은 247㎥이며 공급되는 물은 크게 산업용수와 식수로, 식수가 절반 이상을 차지하고, 1인당 식수 공급량은 150L이다.

 

현재 중국 도시의 식수 수요가 증가하고 있기 때문에 중국 정부는 물 절약을 강조하고 있다. 다행인 것은 인구가 증가하고 있지만, 물 소비는 인구 증가에 비해 그렇게 급격하게 상승하고 있지 않다는 점이다.

 

하루 평균 물 소비량은 지난 2000년 최대 소비를 기점으로 그 이후에는 감소하고 있는 추세다. 이는 정부가 물 절약 운동을 실시함과 동시에 수돗물 값을 올렸기 때문이다.

▲ [그림 1] 중국 도시민의 1인당 물 소비량 (단위 : L/일)

▲ [그림 2] 중국 수돗물 공급 인구 (단위 : 백만명)

중국의 전체 물 공급체계를 보면 지난 1995년에서 2004년까지 계속 증가했으며 앞으로는 신기술이 도입된 새로운 체계가 구축될 것으로 전망된다. 또한 기존의 공급망을 유지 보수할 계획도 갖고 있다.

 

현재 중국은 전체 수원 중 표면수가 차지하는 비율이 30%이다. 도시 물 공급을 위한 수량은 어느 정도 확보가 됐으며, 최근에는 수질 향상에 중점을 두고 있다. 그래서 기존의 프로세스를 업그레이드 할 필요가 있고 수처리 과정의 95%가 재래방식이다 보니 이에 대한 개선이 가장 큰 과제로 대두되고 있다.

 

중국은 지난 1958년 처음으로 음용수 기준을 발표했으며, 이 때 수립된 수질기준은 식수 수질을 가늠하는 35개 항목을 제시했다. 이 수질기준은 20년 이상 사용됐으며 지난 2006년 보건부는 보다 엄격한 새로운 수질기준을 설정했다.

 

규제 항목은 35개에서 106개로 강화됐으며 오는 2012년 말이면 중국 전체가 새로운 식수 수질기준에 부합해야 한다. 이는 대단히 어려운 도전이라 할 수 있다. 농촌 지역까지 포함해 전국적으로 새로운 수질기준을 충족하기란 매우 어려운 실정이다.

 

기존 35개였던 규제 항목이 3배에 달하는 106개로 증가했으며, 이를 비교해보면 미생물은 2개 항목이 6개로 증가했고, 소독기준은 1개에서 4개로, 무기물 항목은 10개에서 21개로 늘어났다. 유기물의 경우 기존 5개에서 53개로 10배가 넘게 증가했다. 이 외에 대장균이나 박테리아 기준도 더욱 엄격해졌다. 이처럼 수질기준이 강화되면서 수처리 분야에 있어 신기술 도입이 절실해졌다.

 

▲ [그림 3] 중국 내 UF 막여과 시스템 도입 지역

그 대안 중에 하나가 멤브레인을 이용한 고도정수처리이고, UF 프로세스가 주목받고 있다. 중국에서는 파일럿 테스트를 실시해 국내외 기업이 생산한 4가지 종류의 A, B, C, D 멤브레인을 비교했다.

 

2개는 중국 기업이 제조한 것이고, 다른 2개는 외국 기업에서 구입한 것이다. 처리량은 각각 4㎥∼5㎥로 140일 동안 테스트를 실시해 원수와 처리수 성상, 유기물 처리, 탁도 등 전반적인 수치를 비교했다.

 

그 결과 1.04NTU였던 침전지 유입 원수 탁도가 A, B, C, D에서 각각 0.070NTU, 0.071NTU, 0.064NTU, 0.081NTU 수준으로 제거됐다. 급속 여과 유입 원수의 경우 평균 탁도가 0.19NTU였으며 A, B, C, D를 거쳐 각각 0.071NTU, 0.078NTU, 0.071NTU, 0.073NTU 수준으로 처리됐다. 침전지 유입원수의 CODMn(Mn아래첨자)은 2.00㎎/L이 A, B, C, D에서 각각 1.65㎎/L, 1.71㎎/L, 1.54㎎/L, 1.63㎎/L로 처리됐다.

 

수명과 가격 비교 결과 A제품이 8년으로 가장 길었으며 B, C, D 제품은 5년으로 모두 동일했다. 멤브레인 자체 가격은 B가 100CNY/㎡로 가장 저렴했으며, A는 250CNY/㎡, C와 D는 120CNY/㎡으로 동일했다. 멤브레인 자체 가격과 운영에 따른 전력비 등을 고려해 가격을 책정한 결과 대체적으로 급속여과 방식이 더 저렴한 것으로 조사됐다.

 

 

▲ [그림 4] UF 막여과 시스템 탁도 제거율의 변화

현재 UF 시스템의 경우, 난통(南通) 5천㎥/일, 항저우(杭州) 30만㎥/일 규모의 시설을 갖추고 있다. 또, 베이징(北京)에도 50만㎥/일 규모의 수처리 시설 두 곳을 신설할 계획으로 이미 설계를 끝내고 시공을 준비중에 있다. 이 외에도 톈진(天津), 동잉(東營), 마카오(Macau) 등 지역에 UF 시스템이 도입돼 있다.

 

GE(제너럴 일렉트릭)의 멤브레인을 사용한 마카오의 사례를 보면 지난 2008년 7월 가동한 이 시설은 하루 6만㎥을 처리하는 소규모 시설이다. 마카오에서 멤브레인을 사용하게 된 계기는 공간의 제약에 따른 것으로, 기존 수처리 시설물의 경우 부지면적 제한으로 인해 도입에 어려움을 겪었고, 때문에 UF 기반의 프로세스를 사용하게 됐다.

 

현재 수질의 경우 pH, 온도, 탁도, UV 등의 최대·최소 그리고 평균치를 조사하고 있으며 초과수량 모니터링도 실시하고 있다. 최종 처리수의 탁도 변화를 보면 Air flotation+UF 의 경우, 탁도가 훨씬 더 나아진 것을 확인할 수 있다.

 

마카오의 경우를 요약하면 UF가 탁도와 조류제거 등 수질개선 뿐만 아니라 필요 부지면적이 적고, 시설개선이 쉬운 장점이 있음을 알 수 있다. 그러나 오염으로 인해 투과량이 감소할 수 있으며 운영 및 유지관리 비용이 비교적 높은 편이다.

 

▲ UF 막여과 시스템은 톈진(天津)·동잉(東營)·마카오(Macau)·난통(南通)·항저우(杭州)에 설치돼 있으며, 베이징(北京)에도 50만㎥/일 규모의 수처리 시설 2곳을 신설할 계획으로 이미 설계를 끝내고 시공을 준비중에 있다.

동잉(東營)의 사례를 보면, 이 프로세스는 기존 프로세스에 UF 시스템을 도입했다. 기존의 경우 처리수질이 좋지 않았으며 제한적인 공간, 입지여건, 생물학적 안전성, 박테리아 집중도 등을 고려해 여러 가지 다른 옵션들 가운데 UF 시스템을 선택하게 됐다.

 

이러한 시스템을 통해 최종적인 수질은 중국의 새로운 수질기준을 충족했고 총유기탄소(TOC), UV, 유기물 등이 제거됐다.

 

이처럼 중국의 사례를 종합해 보면, UF는 탁도 제거에 상당히 유효했으며 생물학적인 안정성도 탁월했다. 특히, 최소한의 부지면적 필요 등 경쟁력을 갖추고 있기 때문에 UF 시스템 도입을 추진하고 있다.

 

그러나 UF 자체만으로는 분자량이 낮은 유기물의 경우 제거율이 낮았으며, 비용 효율적인 면도 고려해야 하기 때문에 아직까지 많은 논쟁이 진행되고 있는 실정이다.

본 원고는 환경부 ‘Eco-STAR Project’ 수처리선진화사업단이 고도정수처리의 핵심 기술로 주목받고 있는 막여과 기술의 국내·국제 동향 및 시장 전망을 알아보기 위해 지난 2011년 3월9일 코엑스에서 열린 ‘막여과 고도정수 국제심포지엄’에서 발표된 내용을 녹음·번역한 것임을 알려 드립니다.