[출처= 워터저널(www.waterjournal.co.kr) 2009년 1월호 특집 기사]

 

 

하수 재이용으로 지역 경쟁력 ‘강화’
지하수 보충 시스템 가동…각종 하수가 식수로 전환
‘GAP 프로젝트’ 통해 재이용수 3억5천만 갤런 제공

 

▲ 쉬바지 데쉬무크(Shivaji S. Deshmukh) 국장

약 250만 명의 인구가 생활하고 있는 미국 캘리포니아주 오렌지카운티의 연평균 강우량은 300㎜로 매우 적다. 이 지역의 물관리를 담당하는 수도국(OCSD, Orange County Water District)은 지하수를 통해 북부 및 중앙지역 용수의 2/3를 담당한다. 지하수는 생산자(시, 기업 등)가 취수정에서 양수하며, 지하수역은 샌타애나 강, 우수, 수입된 물과 재생된 물에 의해 다시 충진된다.

수입된 물은 콜로라도 강과 북부 캘리포니아에서 공급되는데, 오렌지카운티 북부 및 중앙지역 용수의 1/3를 담당하고, 남부지역의 거의 100%를 담당한다.

이 지역은 원래 풍부한 지하수맥 위에 위치하고 있다. 오렌지카운티의 지하수 분지 구조는 샌타애나(Santa Ana)강으로부터의 유출수를 일차적으로 침전시키는 역할을 하고 있다. 지역이 발전하고, 농업이 발달함에 따라 주위 많은 우물에 의한 용수를 늘리게 되어 지하수면의 점진적인 저하가 진행되기 시작했다. 이에 따라 오렌지카운티 정당은 1933년에 캘리포니아 입법부에 의해 지하수분지 구조를 보호하고, 관리하기에 이르렀다.

 

 

‘Water Factory 21’ 설립

1956년 대양이 내륙으로 5마일 침범하는 사고가 발생한 이후, 지하수면이 낮아지면서 해수의 방대한 유입이 발생하기 시작했다. 이에 대한 대책으로서 담수를 지하수맥에 강제로 주입하는 방법이 사용됐지만 충분한 효과는 없었다.

▲ 오렌지카운티는 OCWD의 협력으로 고도처리 시설인‘Water Factory 21’을 운영, 하수처리수를 재이용하고 있다. 정밀여과 시스템(위)과 R/O(Reverse Osmosis) 시스템.

그래서 거대한 해수의 침투를 막기 위해 해안으로부터 2마일 떨어진 지점에 7개의 호정을 뚫어 해수를 함유한 지하수를 뽑아내 바다로 돌리는 작업이 진행됐다. 내륙부에는 직렬로 23개의 호정을 뚫어 담수를 강제 주입함으로서 해수의 진입을 방지하는 방법이 고안됐다. 주입용수로서 여러 가지 검토가 이뤄졌는데 최종적으로 하수처리수를 고도처리한 것과 깊은 곳에서 뽑아 올린 지하수를 혼합한 것이 사용됐다. 이후 OCSD(Orange County Sanitation District)와 OCWD의 협력으로 고도처리 시설인‘Water Factory 21(WF21)’을 운영해 1976년 10월 처음으로 하수처리 재생수를 인공 지하수로 주입하게 됐다.

용수를 유입하고 폐수를 정화하고 해수 중의 염분을 제거하한 뒤 발생된 하수의 2차 처리수 순환 작업을 실시한 것이다. OCSD는 하수 차집 및 처리를, OCWD는 오렌지카운티의 지하수 수원 관리 및 보호를 담당했다. 이러한 결정에는 오렌지카운티의 지역적인 특성도 영향을 미쳤다. 이 지역에는 지표수가 없다. 때문에 지하수 함양에 지표수를 사용하는 경우에는 북부의 콜로라도 강의 물을 끌어와야 한다.

콜로라도 강은 지역적으로 멀리 떨어져 있기 때문에 물의 운송비용이 하수 재이용에 소요되는 비용에 유사할 정도로 높다. 그런 이유로 인해서 하수 재이용이 경제적으로 경쟁력을 갖게 된 것이다.

‘지하수 보충 시스템(GWR)’ 가동

‘지하수 보충 시스템(GWR)’은 고도 처리된 하수를 차집하고, 이를 주 및 연방 음용수 기준을 충족시키는 수준(시판되는 생수만큼 정화)까지 정화시킨다. 이 시스템에는 정밀여과와 자외선 및 과산화수소를 이용한 고도산화 처리뿐만 아니라 생수 제조업체들이 사용하는 역삼투압법을 포함한 3단계 처리 공정이 이용된다.

먼저 정밀여과 시스템(Microfiltration System)을 통해 박테리아, 원생동물 및 부유물질이 제거된다. 이 시스템은 조내 침지형(Basin Submersible)으로 공극크기는 0.2마이크론이다. 물을 음용수로 전환하는 핵심 시스템인 역삼투압 시스템은 85%의 회수율을 자랑하는 Hydranautics ESPA-2 막을 통한 GWR의 핵심 정수공정이다.

이를 통해 염분, 바이러스 및 약물을 포함한 유기물이 제거된다. 압력범위는 150∼200psi이며, 1970년대 이후 첨단화가 이뤄지면서 비용절감의 효과가 나타났다. 자외선·고도 산화시스템은 하루 70MGD(26만5천㎥) 규모의 Trojan UVPhox 시스템으로 저압 고출력 체계를 갖추고 있다. 이 시스템은 직접 살균하고 광분해하는 역할을 담당한다.

유기물 분해를 위한 고도산화공정(AOP)에는 과산화수소가 이용된다. 하수에는 우리들이 모르는 미지의 오염물(특히 용존 유기물)이 존재할 수 있으므로 그에 대한 대비를 위해 과산화수소를 첨가하는 것이다. 이렇게 처리된 물은 해수 방벽과 수원지로 펌핑된다. 이후 취수 전에 수개월간 저류하면서 천연 토양여과와 완충작용에 의해 최종 처리된다.

 

 

화장실 오수 등 식수로 정화

이는 해수가 지하수역으로 침투되는 것을 막기 위해 사용되는 것이며, 궁극적으로는 우리의 자연 식수 공급원의 일부로서 깊은 대수층으로 스며들도록 하는 것이다. GWR에서 처리된 물은 모든 주 및 연방 음용수 기준을 충족시킨다.

지하수역은 오렌지카운티 북부 및 중앙 지역에서 사용되는 물의 절반 이상을 제공하고 있다. 올해부터는 약 4억8천500만 달러의 자본 비용으로 건설된 ‘GWR 프로젝트’가 가동되기 시작했다.

각종 하수가 식수로 전환되는 ‘지하수 보충 시스템(GWR)’이 가동됨에 따라, 오렌지카운티 주민들은 화장실 오수 등을 정화해 만든 식수를 공급받고 있다. GWR을 통해 △지하수역의 효과 최대화 △해수 침투 저지 방벽 확대 △향후 가뭄 대책 일조 △바다로의 하수 배출 지연 △가치 있는 자원의 재이용 △‘State Water Project’에 비해 에너지 1/2 절약 △유역의 수질 개선 △물 부족 지역의 용수원 다각화 △향후 외부수원으로부터 공급량 절감에 따른 So Cal(남부캘리포니아) 신뢰성 향상 △다가오는 지구 물 부족 위기극복에 일조하는 등의 효과가 발생됐다.

 

 

 

▲ 오렌지카운티 수도국은 ‘GAP 프로젝트’를 세워 물을 재활용하고 있으며, 특히 최근에는수원지(사진)를 완공하여 일년에 1천100AF, 즉 3억5천만 갤런의 재생수를 오렌지카운티에 제공하고 있다.

 

‘GAP 프로젝트’ 통한 활성화

캘리포니아주의 물 산업은 변화하고 있다. 과거의 거대한 주 및 연방 프로젝트들과는 다른 움직임이 일어나고 있다. 향후에는 더 많은 지방 및 지역 프로젝트들이 진행될 것이다. 우리는 더 높은 물 효율성을 유지하고 더 나은 물 보존을 수행해 나갈 것이다. 이는 비단 가뭄기간 동안만이 아니다.

우리는 이미 물을 농업지역에서 도시지역으로 이동시키기 시작한 상태이다. 많은 신규 수원지 대신에 물을 저장하기 위한 지하수역을 더 많이 이용하게 될 것이다. 우리는 점점 더 많은 물을 재이용하게 될 것이며, 비용 면에서 다른 형태의 새로운 물과 비교해볼 때 경쟁력을 가지고 있으므로 바닷물도 정화(담수화)하게 될 것이다.

OCWD의 ‘GAP(Green Acres Project)’이라고 불리는 프로젝트는 카펫 염색과 같은 산업용도 뿐만 아니라 공원, 학교, 골프장 등에 사용되는 조경용 관수를 위해 재생수를 제공하는 물 재활용 프로젝트이다. 최근 완공된 수원지 덕분에 GAP는 추가로 일년에 1천100AF, 즉 3억5천만 갤런의 재생수를 오렌지카운티에 제공할 수 있게 됐다.

이 수원지는 24시간 내내 프로젝트를 가동시키기 위해 필요한 저장량을 추가적으로 GAP에 제공하고, 밤 동안에는 최고 수요량을 위해 과잉의 물을 저장시킨다. 이러한 물의 대부분은 조경용 관수를 위해 사용되므로 낮에는 수요량이 적다.

이 수원지를 복원하기 전에는 OCWD가 여분의 130만 갤런의 GAP 물을 파운틴 벨리 OCWD 본부의 현지 지하 수원지 내에 저장할 수 있도록 하는 능력이 있었다. 연간 총 GAP 물 수요량은 일 년에 약 8천800AF (1AF= 32만5천900 갤런)이다. < BR>
1991년 이후로, GAP는 코스타메사, 파운틴 벨리, 헌팅톤 비치, 뉴포트 비치, 산타아나 등의 도시에 대체 수원을 제공해 오고 있다. 현재 이러한 물은 파운틴 벨리의 마일스퀘어 공원, 코스다메사 골프장, 홈렌치 콩 경작지 등에서 이용되고 있다.

▲ 오렌지카운티에는 막여과 등 고도처리를 통해 하수가 식수로 전환되는 ‘지하수 보충 시스템(GWR)’이 가동됨에 따라, 주민들은 화장실 오수 등을 정화해 만든 식수를 공급받고 있다.

홍보활동·기술개발이 중요

오렌지카운티에서 사용되는 물 수요량이 증가하고 있기 때문에 가정에 질 좋은 음용수 제공을 확보하기 위해서는 가능한 한 재이용수를 관수와 산업용으로 이용하는 것이 좋다. 오렌지카운티 수도국은 샌타애나 시로부터 수원지를 사들였다.

GAP는 OCSD로부터 나오는 재사용수를 하루에 750만 갤런 정화할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 재사용수의 이용으로 지표수에 상당하는 양의 물을 가정용으로 비축할 수 있게된 것이다.

많은 프로젝트들이 정부나 주민들의 반대에 의해 중단되는 일이 많다. 우리는 프로젝트를 실행하기 위해 주민들을 상대로 적극적인 홍보활동을 펼쳐왔다. 해나가는 과정과 이를 통한 효과에 대해 상세히 설명했으며, 재이용이 효율적이라는 것을 인식시키기 위해 노력해왔다.

오렌지카운티의 재이용 시스템은 현재 세계 물 재이용 전문가들로부터 교과서와 같이 표준 모델이 되고 있는 시스템이다. 이를 통해 해마다 수질이 개선되고 있으며, 그 공급량도 늘어나고 있다. 최근 들어서는 공장뿐만 아니라 유통업체에서도 물 공급을 받고 있다. 공급가액이 낮아지면서 관심을 보이는 업체가 점점 늘어나고 있는 상황이다.

제일 중요한 것은 물 재이용 기술의 발전이다. 현재 시멘스 등 세계 주요 물 산업체들이 기술개발에 참여하고 있으며, 행정당국에서도 좋은 반응을 보여 지자체는 물론 보건당국에서까지 매년 그 지원액을 늘려가고 있다.