중국 사회경제의 고속발전, 인구의 급속 성장, 도시규모의 지속적인 확장과 더불어 도시의 용수량과 오수의 배출량은 갈수록 증가하고 있는 실정이다. 관련통계에 따르면 90% 이상의 도시들은 오수처리를 거치지 않고 직접 방출하고 있으므로 물 오염은 중국이 현재 직면한 가장 심각한 환경문제의 하나로 대두되고 있다. 도시의 물 오염문제를 해결하기 위한 도시 오수처리장(하수처리장)의 건설은 보다 효과적인 조치로 된다.

 

그러나 이미 건설하였거나 건설중인 오수처리장의 실제상황으로부터 미루어보면, 톤당 물의 원가는 일반적으로 1000∼1500위안이고 운영비는 0.8∼1.0위안/톤이다. 보수적인 계산방법에 따르면 한 개소 일당 처리량이 10만톤에 달하는 오수처리장을 건설하려면 일차적으로 1.0억∼1.5억 위안을 투입해야 하며 연간 운영비는 약 3천만-5천만 위안 소요된다.

 

이와 같은 거액의 투자와 운영비용은 경제가 발달하지 못한 중국에서 과중한 부담이 아닐 수 없다. 따라서 소형 인공습지와 오수처리를 상호 결합하여 각 단지별로 분산식 오수생태처리시스템을 형성하여 단지의 생활오수를 현지에서 처리하여 재생 이용함으로써 시정(市政)시설과 오수처리공장의 압력을 완화하고 단지의 생활환경을 미화하고 용수를 절약할 수 있으므로 이상적인 오수처리방법이라고 볼 수 있다.
 

가. 인공습지를 이용한 오수처리

1) 인공습지의 정의
인공습지는 자연습지 구조와 기능을 모방한 복합체로서 물, 물 포화상태에 처한 기질, 정수식물, 침수식물 등으로 구성되며 일련의 생물, 물리, 화학과정을 통해 오수를 정화시키는 목적을 달성한다. 인공습지는 오폐수처리를 위해 구축한 습지공사로서 적합한 형태와 사이즈 및 유입수, 유출수와 물 분포 시스템을 통해 물의 양호한 흐름과 높은 이용율을 보증한다.

 

2) 인공습지의 처리 메커니즘
인공습지의 폐수처리는 물리적, 화학적, 그리고 생물학적인 3가지 역할을 종합하여 사용한다. 습지시스템이 성숙된 후 충전재 표면과 식물근계 자체에 대량의 미생물의 성장으로 생물막이 형성된다. 폐수가 생물막으로 흐를 때, 대량의 부유물질은 충전재와 식물근계에 의해 차단되어 유기오염물이 생물막의 흡수, 동화 및 이화 작용에 의해 제거된다.
습지바닥 시스템 중에서 식물근계의 산소에 대한 전달에 의해 방출되므로 주위 환경에는 호기성, 산소부족 및 혐기성 상태가 차례로 나타남으로써 폐수 중의 질소, 인 성분이 식물과 미생물의 영양분으로 직접 흡수될 뿐만 아니라 질소화, 반질소화 작용과 미생물의 인에 대한 과량의 누적역할에 의해 이를 폐수로부터 제거할 수 있으며 마지막에는 습지바닥 충전재의 정기적인 교환이나 재배식물의 수확을 통해 오염물이 최종적으로 시스템에서 제거된다.

 

 

나. 생태공정을 이용한 오수처리
생태공정은 복잡한 사회-경제-자연 복합생태 시스템을 대상으로 하고 생태시스템 중의 종의 공생, 물질의 재생 순환 및 구조와 기능의 조화 등 원칙을 응용하여 시스템공정과 최적화 방법을 결합하여 전반적인 조정 과정으로, 사람과 자연의 조화를 바탕으로, 효과적인 조화를 추구하여 인류사회와 자연환경이 모두 혜택을 받도록 하고 자원환경의 지속 가능한 발전을 위해 설계된 물질의 다중 층면 분류 이용, 양성순환 기능을 구비한 생산공정체계이다. 인공습지 생태공정을 통해 물 오염을 제어하게 되면 오수중의 물을 재활용할 수 있고 오수중의 유기물, N, P, K 등 영양물질을 이용할 수 있다. 전반 시스템은 자연식 양성순환을 보이며 자동 적응, 자동 정화능력을 구비한 수륙 생태시스템을 구성한다. 또한 시스템 관리가 간편하고 안정단계에 들어선 후 조작자의 참여가 거의 필요 없고 물질 소모, 에너지 소모가 낮고 효율이 높은 등 장점이 있다. 생태시스템 중의 식물군체는 별도의 관개가 필요 없으며 환경미화 기능까지 겸비한다. 이러한 생태정화 방법은 물 환경의 지속 가능한 발전을 실현할 수 있다.

1974년에 전 서부독일이 최초로 인공습지 오수처리 시스템을 구축한 이후, 이 기술은 유럽의 많은 나라들에 의해 널리 응용되었고 미국이나 캐나다 등 나라에서 신속한 발전을 가져왔다. 현재 유럽에는 이미 수많은 인공습지 시스템이 운영되고 있으며 중국은 "제7차 5개년 계획"기간에 인공습지 관련 연구사업을 추진하였다. 현재 많은 지방들에서는 모두 중간 시스템 연구기지를 보유하고 있고 생활오수와 산업폐수를 처리하기 위한 완비한 인공습지 처리 시스템을 구축하였다.

다. 분산식 오수생태 처리 시스템

프리고진의 낭비구조 이론 및 체계이론에 따르면 시스템의 고리 면적이 클수록 연접이 적고 시스템의 효율이 더 높으며 보다 안정적이다. 따라서 "오수 테두리"면적이 작을 수록 오수혼합 시간이 짧고 물 오염을 해결하는데 소요되는 대가도 적다. 우리는 전통적인 오수집중처리 모드를 타개하고 단지를 한 개 독립구역으로 설정하고 단지의 오수를 중심으로, 소형 인공습지를 이용하여 한 개 생태시스템을 형성함으로써 현지에서 오수에 대한 정화처리를 하여 재생 이용표준에 도달시킨다. 이렇게 되면 "오수 테두리"면적을 대폭적으로 줄일 수 있다. 또한 오수가 단지 내에서 처리되어 재생 이용되므로 방대한 도시의 오수 수집 배출관망을 구축하지 않아도 된다. 소형 인공습지 부지면적은 크지 않으며 시공도 복잡하지 않고 거액의 투자가 필요 없다. 소형 인공습지 오수처리 방식은 도시의 오수수집망 구축에 필요한 건설비용과 오수처리 비용을 대폭적으로 절감할 수 있음은 물론 오수처리에 따른 투자주체를 정부로부터 부동산개발 업체 및 주민에게로 전환할 수 있다. 이는 "누가 오염하면 누가 처리"하는 원칙에 부합되며 정부의 재정압력도 완화시킬 수 있다.

분산식 오수생태처리 시스템의 공정흐름은 그림2를 참조.
흐름도에서 볼 수 있는바와 같이 전반 처리시스템의 운영과 관리는 매우 간편하고 재생 이용수는 직접 단지에 사용할 수 있다. 예를 들면 세척, 녹지관개, 경관용수에 사용. 분산식 오수생태 처리시스템은 매개 단지 개발 시마다 해당 단지를 정화시킬 수 있으므로 도시건설 중의 "선(先)오염, 후처리"의 폐단을 해결할 수 있다.

절강대학 생명과학학원의 유럽연합 후원프로젝트인 오수 생태정화 기술을 바탕으로 중국 녕파의 덕안그룹 도시생태환경회사에서 고효율의 오수생태처리 시스템을 설계, 개조하였고 녕파의 모 단지에서 성공적으로 사용에 투입되었다.

 

 

라. 분산식 오수생태처리 방식에 대한 타당성 분석

1) 환경목표 분석
폐수중의 불용해성 유기물질은 습지의 침전, 여과작용을 통해 빠른 시간 내에 미생물에 의해 이용되며 폐수 중의 가용성 유기물질은 식물근계의 생물 막의 흡착, 흡수 및 생물의 대사, 분해 과정을 통해 제거된다. 국내의 도시 오수 관련 연구에 따르면 입수 농도가 낮은 조건에서 인공습지 시스템의 BOD5에 대한 제거율은 85-95%에 달하며 COD에 대한 제거율은 80%이상에 달할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 북경시 환경과학연구원의 연구결과에 따르면 폐수 중의 불용해성 BOD5(폐수 중의 총  BOD5의 50% 정도를 차지함)와 COD는 입수 5미터 내에서 신속하게 제거되며 ss는 입수 10미터 내에서 90%이상을 제거할 수 있다. 인공습지의 TN에 대한 제거율은 60%이상에 달하며 TP에 대한 제거율은 90%정도에 달하는 것으로 밝혀졌다. 오수생태화 처리 전후의 수질의 비교는 표1을 참조.

 

표1 생태화처리 전후의 수질의 비교            단위: ㎎/L   항목

유출수 수질이 국가에서 규정한 2급 오수방출 표준에 도달하였음은 물론 3급 처리 후의 오수 재생 이용표준에도 도달하였다.
 
2) 경제수익 분석
인공습지의 토목시공은 비교적 간편하고 원가가 매우 낮으며 운영비용도 낮은 등 장점이 있다. 전기요금만 보더라도 일반적으로 0.05위안/톤(주로 유입수 수위조정에 사용되며 만약 수위를 높일 필요가 없을 경우 이 비용은 발생하지 않음)을 초과하지 않는다. 분산식 오수생태처리 시스템은 오수처리 관망에 대한 거액의 투자가 필요 없으므로 대량의 자금을 절감할 수 있다. 전통 집중식과 분산식 오수처리 시스템에 대한 투자운영 분석 비교는 표2를 참조.

 

표2 투자운영분석 비교             단위: 위안/톤

이로부터 전통 집중식 오수처리 방법에 따른 투자와 운영비용이 매우 높으나 분산식 생태처리는 톤당 투자가 적음은 물론 운영비용도 매우 적으며 경제적이고 효과적인 오수처리 방법임을 알 수 있다.

 

 

마. 분산식 오수생태처리 방식에 존재하는 문제점 및 해결조치
앞에서 서술한 바와 같이 분산식 오수생태처리는 많은 장점을 갖고 있으나 문제점도 존재한다. 예를 들면 북방지역은 겨울에 기온이 낮으므로 시스템의 처리 효율은 매우 떨어진다. 이러한 문제에 대한 효과적인 해결방법은 소형 인공습지를 저류(undercurrent) 습지시스템으로 설계함으로써 오수가 습지바닥 내부에서 유동하도록 한다. 이렇게 되면 습지 중의 충전재 표면에 성장한 생물막과 풍부한 식물근계 및 표층토와 충전재 차단 등 역할을 충분히 활용하여 처리효과와 처리능력을 향상시킬 수 있다. 또한 물이 지표이하에서 유동하므로 보온성능이 양호하여 처리효과는 기후의 영향을 적게 받도록 할 수 있다.
이외 이상한 냄새가 날 수 있다. 이러한 현상은 여름에 더 쉽게 발생한다. 실제적으로 자연습지는 물론, 인공습지는 모두 일정한 냄새를 방출하며 이러한 이상한 냄새는 주로 혐기성 조건에서 생긴 NH3, H2S 및 N, S의 각종 휘발성 유기화합물 등에서 비롯된다. 관련 연구에 따르면 BOD 수준을 저하시킬 경우 이상한 냄새의 발생을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서 오수 수거장소 내에 전폭기(preaeration)를 설치하여 용해 산소를 증가하는 한편 부분적인 BOD를 제거한다.

 

 

바. 필요한 제도적 장치의 마련
정부는 분산식 오수생태 처리방법을 사용하도록 적극 권장하고 유도하며 도시건설, 계획, 환경보전 등 부문에서 함께 관련 정책을 제정하여 부동산 개발업체와 환경보전 업체들 간의 상호 합작을 촉진함으로써 오수생태처리 시스템을 단지의 보조시설로 설치하도록 해야 한다.

정부는 일정한 건설자금을 단지에 지급하여 분산식 오수생태 처리시스템 사용을 적극 지원하고 독려해야 한다. 또한 정부는 실시 상황에 대한 감독관리 및 관리를 강화하고 환경보전 부문은 각 단지의 수질 상황에 대한 정기적인 측정을 실시함으로써 정상적인 운영을 보증해야 한다.

 

 

사. 결어
현재 오수처리는 일반적인 정화처리에서 생태처리에로, 집중식에서 분산식으로, 말단처리에서 발원지에 대한 제어 방향으로 발전하고 있다. 또한 정부에서 독립적으로 건설하던 것에서 기업과 시민들이 공동으로 참여하는 방향으로 발전하고 있다.

분산식 오수생태처리 방법은 현재 중국의 실정에 알맞고 21세기의 생태화, 지속 가능한 발전 추세에도 부합된다. 향후 중국 각 지역의 구체적인 상황과 상호 결부하여 이에 대한 연구사업을 깊이 있게 추진함으로써 이를 주택단지에로 보급할 뿐만 아니라 공장, 광산구역 등으로 확장해야 한다.