도시 폐수

급속한 세계 도시화의 물결 속에서 도시 하수처리장은 도시 생태계의 핵심 기반 시설로서 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 시설은 '인구 급증'과 '수질 개선에 대한 엄격한 요구'라는 이중적이고 점점 커지는 압력 앞에서 항상 최전선에 서 있다. 도시가 팽창하고 밀집하며 경제가 발전함에 따라 발생하는 폐수의 양은 기하급수적으로 증가하고 있으며, 동시에 더 깨끗한 방류수와 건강한 수생 환경에 대한 시민과 규제 당국의 요구도 높아져 지자체 계획가들과 엔지니어들에게 막대한 과제를 안겨주고 있다.

중국 중부의 어느 지급시 도심 지역에 위치한 하수처리장 사례는 이러한 보편적인 도시 문제를 대표적으로 보여주는 전형적인 예다. 15년 이상 계속해서 운영되어 온 이 시설은 그 시대적 흔적을 뚜렷이 드러내고 있다. 이 시설은 더 작았던 도시 규모와 소비 수준이 낮았던 인구를 위해 설계된 것으로, 서비스 범위는 35제곱킬로미터에 달하며 상주 인구 40만 명이 배출하는 폐수를 처리할 책임을 지고 있다. 이 인구 수는 시설 가동 이후 더욱 증가했을 가능성이 크다. 원래 설계 처리 용량은 하루 3만 톤으로, 과거에는 충분했던 수치였다. 그러나 주변 지역으로의 도시 확장과 새로운 주민들의 유입이라는 두 가지 도시 성장 요인, 그리고 생활 수준의 급격한 향상이 맞물리면서 이 설계 용량은 이제 심각하게 부족한 상태가 되었다. 현재 하루 유입량은 4만 5천 톤에 달해 정격 용량의 50% 초과 상태이며, 노후화된 인프라를 극한까지 밀어붙이고 있다. 이러한 수압 과부하로 인해 유수지 머무름 시간(retention time)이 단축되면서 처리 효율이 저하되고 있으며, 이는 환경 규제 위반의 위험을 초래하고 있다.

문제는 단순히 양적인 차원을 넘어 매우 질적인 측면에서 발생한다. 유입되는 폐수는 복잡하고 끊임없이 변화하는 화학적 조성을 가지고 있다. 유기 오염물질의 농도를 나타내는 주요 지표인 화학적 산소 요구량(COD) 농도는 300~800mg/L 사이에서 크게 변동하며, 이와 같은 변동성 자체가 안정된 조건을 선호하는 생물학적 처리 시스템에 문제를 일으킨다. 이러한 폐수의 성분은 현대 도시 생활의 직접적인 반영으로, 주방에서 나오는 기름, 지방, 음식물 쓰레기 등 가정 내 일상 활동의 부산물로 포화되어 있다. 특히 문제되는 요소 중 하나는 합성 세제와 계면활성제의 높은 농도인데, 이들은 거품을 일으키며 생물학적 처리 과정을 저해할 수 있다. 또한 규정이 있음에도 불구하고, 소규모 비준수 산업 또는 상업 시설에서 불법적이거나 부적절하게 하수도망에 배출하는 다양한 오염물질이 폐수 흐름 속에 혼재되어 있다. 여기에는 중금속, 용매 및 폐수 처리에 필수적인 미생물 군집에 독성을 나타내는 기타 분해 저항성 화합물들이 포함될 수 있다.

이러한 현실에 직면하여, 2000년대 초반의 전통적인 활성슬러지 공법을 기반으로 했을 가능성이 높은 공장의 기존 처리 시스템은 설계 능력을 초과하여 운영되고 있었다. 폭기 장치, 침전조, 펌프장과 같은 핵심 구성 요소들이 비효율적으로 가동 중이었으며, 기계적 마모, 과도한 에너지 소비, 그리고 지속적인 영양염류 부하와 유해 충격을 처리하지 못하는 문제가 있었다. 이 시스템은 퇴출 직전 상황이었으며, 지속적인 규제 위반 벌금, 악취나 방류수 수질에 대한 주민 민원, 궁극적으로는 도시의 지속 가능한 발전을 저해하는 병목 현상이 될 위험에 처해 있었다. 단순한 증설로는 부족했고, 기술적 도약이 필요했다.

이러한 중대한 전환점에서 QDEVU 시립 하수 처리 장비 시스템을 활용한 구현과 종합적인 리모델링이 혁신적인 해결책을 제공했다. 이는 단순한 임시 수리가 아니라 시설의 미래를 대비하기 위해 계획된 전략적 개조였다. 본 프로젝트를 통해 노후화된 도심 지역은 점프업(jumpfrog) 업그레이드를 달성하게 되었으며, 최소 배출 기준 충족만을 목표로 하는 초보적인 '기본 처리'에서 벗어나 '고품질 방류'와 '자원 재이용'이라는 두 가지 우수한 목표를 동시에 달성할 수 있게 되었다.

그렇다면, 이러한 도약적 업그레이드는 실질적으로 무엇을 의미할까요? QDEVU 시스템은 통합된 고도 처리 공정을 나타냅니다. 리모델링은 증가된 유량을 처리하고 더 미세한 고형물을 제거하기 위한 향상된 전처리 공정으로 시작되었을 것입니다. 핵심적인 업그레이드는 기존의 생물학적 처리 장치를 막생물반응기(MBR)와 같은 보다 강력하고 효율적인 공정으로 교체하거나 보완하는 것을 포함했을 가능성이 높습니다. MBR 기술은 생물학적 분해 과정과 막여과 공정을 통합하여 기존의 2차 침전지를 대체합니다. 이를 통해 반응조 내에서 훨씬 높은 농도의 활성 바이오매스를 유지할 수 있어 장치의 설치 면적이 크게 줄어들며, 처리 성능이 우수해져 COD와 암모니아 농도의 변동에도 효과적으로 대응할 수 있습니다.

또한, 수용수의 부영양화 가능성을 해결하기 위해 고도 생물학적 인 제거 및 질산화/탈질화와 같은 고도 영양염 제거 공정이 확실히 도입되었다. 재이용을 위한 마지막이자 가장 중요한 단계는 초여과 및 자외선 소독 또는 역삼투를 포함하는 고도의 삼차 처리 장치이다. 이러한 다중 장벽 방식은 병원성 미생물, 부유고형물 및 미량 유기물을 효과적으로 제거하여 매우 높은 품질의 방류수를 생산한다.

이 고품질의 처리수는 기본 배출 기준을 훨씬 초과하는 수준으로, 소중한 자원이 됩니다. 이 물은 공원, 골프장 및 녹지대의 관개, 도로 청소, 산업 냉각수 공급 또는 지하수 보충 등의 도시 용도에 안전하게 사용할 수 있으므로 귀중한 담수 자원을 절약할 수 있습니다. 동시에 하수처리 공정 자체도 자원 회수를 위해 최적화되어 있습니다. 처리 과정에서 발생하는 슬러지는 혐기성 소화를 통해 바이오가스를 생산하며, 이는 재생 가능 에너지원으로 처리장 운영에 필요한 전력을 공급함으로써 탄소 배출량과 에너지 비용을 줄이는 데 기여합니다. 또한 안정화된 소화 잔여물은 농업용 유기질 퇴비로 가공될 수 있습니다.

결론적으로, QDEVU 시스템의 전략적 통합을 통해 이 어려움을 겪던 지방자치단체 하수처리장은 부담에서 지역사회 자산으로 탈바꿈하였다. 이 시스템은 수리적 부하와 오염물질 부하라는 두 가지 문제에 성공적으로 대응하여 가장 엄격한 환경 기준을 준수할 수 있게 되었다. 더 중요하게는, 폐수가 더 이상 폐기물이 아니라 물, 에너지 및 영양소의 신뢰할 수 있는 공급원으로 간주되는 순환형 수자원 관리의 새로운 시대를 낙후된 도시에 열어놓았으며, 21세기 지속 가능한 도시 인프라의 모범 사례를 제시하였다.