산업단지 물 부족의 떠오르는 해결책, 하수 재이용

산업단지 물 부족의 떠오르는 해결책, 하수 재이용

대학생신재생에너지기자단 21기 홍서현, 22기 김혜윤, 23기 강민수, 송태현, 24기 유현지

 

산업단지 물부족에 따른 정부의 규제 완화

2021년 세계기상기구(WMO)는 물에 관한 보고서에서 ‘2018년 36억 명의 사람들이 적어도 1년에 한 달 동안 물을 제대로 이용하지 못했다. 2050년까지, 물 부족에 시달릴 사람은 50억 명 이상으로 증가할 것으로 예상된다.’라고 밝혔다. 물 부족 현상으로 인한 문제는 물 사용량이 많은 정보기술(IT) 산업단지에서도 속출하고 있으며 특히 반도체 산업에서 받는 영향이 큰 것으로 확인된다.

현대차증권이 지난 5월 발표한 일일 보고서에 따르면 중국 남부 지역의 경우 긴 건기로 인한 가뭄 현상으로 수력 발전량이 급감하여 태양전지판용 반도체 제조 산업단지가 어려움을 겪고 있다. 또한 여름철 폭염이 지속되어 저수지의 물이 부족해짐에 따라 반도체 공장 가동을 위한 용수를 공급받지 못해 반도체 생산에 직격탄을 맞을 수 있다.

행정안전부는 지난 3월 산업단지 공공폐수 재이용 시설 확충 등의 대응 방안 마련을 위한 회의를 개최하였다. 용수 분야별 대책을 마련하기 위해 회의가 진행되었는데, 산업단지의 경우 산업용수 부족 현상에 대비하여 한계 수위인 저수위 이하의 비상용수에 대해서도 활용방안을 검토하였다. 또한 공공폐수 및 하수처리 규제 완화를 통한 재이용 시설 확충 등의 대응 방안을 위해 회의를 개최하였다.

[자료1. 환경부 5대 킬러규제 개선 방안]

출처 : 매일경제

정보기술 산업단지에서의 물 부족 현상으로 인해 생산 공정에서 받는 영향을 최소화하기 위하여 정부는 하수처리 규제를 완화할 계획이다. 기존 규제에서는 하수의 경우 최종 방류구를 거쳐야만 산업단지에서 재이용이 가능했다. 하지만 하수 처리장 용량을 넘어서는 물이 처리장에 고일 때 최종 정화된 처리수와 정화되지 못한 물이 방류구에서 뒤섞여 규제에 맞춰 산업단지에서 사용할 수 있는 하수의 양은 적었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수질 악화 전 처리수만을 끌어다 재이용할 수 있도록 규정을 변경하였다. 해당 조치에 따라 수도 요금 연 51억 원을 절감할 수 있을 것으로 분석했다.

또한 정부는 7월 킬러 규제를 개선하였다. 환경부에서 밝힌 윤석열 정부의 5대 킬러 규제 중 첨단산업 규제가 완화되어 산업단지 용수 공급을 확대할 계획이다. 환경부의 전망에 따르면 삼성 용인 반도체 클러스터가 2030년부터 가동되기 시작하면 공업용수의 수요가 일평균 50만 이상 급격히 증가한다. 공업용수의 수요 증가와 가뭄 및 폭염으로 인한 물 부족 현상을 대비하여 용인 반도체 클러스터에 안정적으로 공업용수를 공급하기 위해 화천댐의 물을 활용할 계획이다.

 

하수처리수 재이용과 기대 효과

하수처리수 재이용이란 공공하수처리장에서 배출되는 하수처리수를 재이용해 신규 수자원을 확보하고, 하천·농업·공업용수 등으로 재이용하는 사업이다.

인구급증과 지역개발에 따라 진행되고 있는 기후변화에 의해 물은 이미 제한된 자원이 되었고 물 환경에 변화를 가져와 향후 물 자원 확보에 어려움이 나타날 것으로 예상되고 있다. 이러한 상황에서 물 재이용은 한정된 물 자원을 적절히 관리하고 효율적으로 사용하게 하여 도시의 발전이나 시민의 안정된 생활을 유지할 수 있게 하는 환경친화적인 물관리 방법이다. 

하수 재이용의 기본개념은 건전한 물 환경의 회복이다. 이는 물을 다량으로 사용하는 생활용수, 공업용수, 농업용수 이용에 따른 하천 취수량을 줄이고 하수 재이용을 통해 물 자원을 안전하게 확보한다. 또한, 환경적 부담을 경감시키고 물을 효율적으로 순환시켜 건전한 물 환경을 복원하는 데 의의가 있다. 

 

- 하수처리수란?

하수는 빗물이나 집, 공장, 병원 등에서 쓰고 버리는 물을 말한다. 하수 처리수는 공공하수처리시설 적정 처리 후 방류되는 물이다. 처리 기술이 떨어졌던 과거 하수처리수는 그저 버려지는 물에 불과했고, 이용도 보편화지 않았다.

하지만 현재는 예년에 비해 처리 기술이 크게 발달하면서 정화된 물은 사람이 마셔도 인체에 무해하고, 정부가 규정한 1등급수 기준을 뛰어넘을 정도의 수준까지 도달했다. 

[자료2. 하수처리수 재이용 공정 흐름도]

출처: 이투뉴스

하수는 보통 7단계 과정을 거쳐 하수처리수로 재생된다.

1단계에서는 모래와 부피가 큰 이물질을 제거하고, 2단계 유량 조정조에서는 수질을 균등화하는 작업이 이뤄진다. 

3단계에서는 침전지에서 2시간 동안 부유물질과 무거운 찌꺼기를 걸러내고, 4단계에서는 생물 반응조에서 미생물을 이용해 하수 속 오염물질을 제거하는 과정이 진행된다.

5단계에서는 비중이 낮은 맑은 물과 비중이 높은 침전 슬러지로 구분하는 작업을 거쳐 6단계 총인처리시설에서 물속 남은 인을 제거한 후 7단계 소독조에서 자외선 소독으로 대장균을 제거하는 과정을 끝으로 마무리된다. 여기에 재이용시설을 거치면 ‘맑고 깨끗한 물’로 재탄생하게 된다.  

 

- 하수처리수 재이용의 기대효과

기후나 계절적 요인에 큰 영향을 받는 하천과 댐에서 공업용수를 얻기가 어려워지는 상황에서, 일정한 수질의 물을 꾸준히 얻을 수 있는 하수 처리수 재이용 방법은 지속 가능성과 안정성이 높게 평가된다. 

도시 내에 물 생산시설을 둘 수 있고 수질에 대한 통제와 조절이 가능하여 사용 목적에 따라 다양한 이용이 가능하다.

[자료3. 계룡시 하수처리장]

출처: 디트뉴스

환경부가 발표한 ‘광주·전남 지역 중장기 가뭄 대책(안)’에 따르면, 여수시 공공하수처리시설 내에 하수 재이용수 생산시설을 설치해 여수 산단 수요처에 공업용수로 공급할 계획이 포함돼 있다. 

물을 주고받는 이송 거리가 짧아 상대적으로 큰 이점이 있는 하수 재이용이 정부 주도의 광역 단위 사업으로 활성화되면 그 효과는 더욱 커질 것이다. 또한, 경기·대전 등 전국 11개 시·도에 용인 시스템 국가산단 등 15개 산단을 선정하고 조성하는 국토부의 국가 첨단산업 벨트 조성 계획이 발표됨에 따라 향후 부족한 용수 공급의 대안으로 하수 재이용이 적극 활용될 것으로 전망된다.

가뭄이 빈번한 충남 서부, 광주·전남 남부, 대구·경북 남부지역들은 여러 하수처리시설의 하수 처리수를 끌어와 적극 활용한다면 물 부족에 효과적인 대책이 될 것으로 보인다. 또한, 하수처리수 재이용을 통해 공업용수난이 개선될 것으로 기대되며 정부의 저탄소 녹색성장 정책에도 이바지할 것으로 기대된다.

 

하수 재이용 활성화를 위한 업무협약, 국내기업 사례

국내 각종 기업과 지자체에서도 하수 재이용 활성화를 위한 노력이 이루어지고 있다. 특히 삼성전자는 지난 9월 발표한 ‘신환경경영전략’을 통해 2030년까지 반도체 국내 사업장의 ‘물 제로화’를 밝히고 취수량을 늘리지 않으면서도 안정적으로 공업용수를 확보할 수 있는 방안을 검토해 왔다. 이에 따라 삼성전자는 같은 해 11월 환경부, 경기도와 5개 시 (수원·용인·화성·평택·오산), 한국수자원공사, 한국환경공단과 하수처리수 재이용 활성화를 위한 업무협약을 체결했다. 협약을 통해 삼성전자가 공급받는 용수의 양은 하루 약 47만 4천 톤, 연간 1억 7,300만 톤에 달한다.

삼성전자의 반도체 라인 증설에 따라 2030년이 되면 반도체 사업장에 필요한 공업용수가 현재의 두 배 이상이 될 전망인데 이때 필요한 공업용수를 자연에서 가져오지 않고, 공공하수처리장 방류수를 재이용하면서 국가적인 물 부속 해소에도 기여할 것으로 기대가 된다. 특히 이번 협약은 수원시가 열정적으로 하수 처리수 재이용 사업의 수요처를 찾으면서 달성할 수 있었다. 하수처리 재이용을 위한 수원시의 노력과 삼성전자의 ESG(지속가능경영) 목표가 맞물려 현실화되었다.

[자료4. 하수처리수 재이용 업무협약식]

출처: 삼성뉴스룸

충북 청주시는 지난해 12월 산업단지 내 원활한 공업용수 공급을 위한 ‘청주 공공하수처리시설 하수처리수 재이용 민간투자 사업’을 실행할 것이라고 발표했다. 이는 청주 하수처리장에서 처리한 방류수를 재처리한 후 각 수요처에 공업용수를 공급하는 사업이다. 이 사업은 SK하이닉스 등 일반산업단지 내 공업용수 부족 문제를 해소하기 위해서 추진되었고, 이처럼 외부 하수처리 재이용수를 도입해 사용하는 것은 국내 반도체 기업 가운데 처음이다. 청주시는 올해 1월부터 SK하이닉스 공장 내 대기오염방지시설 등에 하루 약 3만 5000톤 가량의 재이용수를 공급하기 시작했고 앞으로도 다양한 시설에 재이용수를 활용할 예정이다.

[자료5. 충주 하수처리장]

출처: 동양일보

또한, 지난 2020년 11월 울산시와 블루골드는 ‘용암 폐수처리수 재이용시설 2차 증설사업 준공식’을 개최하였다. 1차 재이용시설은 블루골드 민간 자본 36억 원을 투입해 2019년 6월 준공하여 사용되고 있었지만 석유화학공단의 공업용수 수요에 턱없이 부족하여 2차 시설까지 준공한 것이다. 이렇게 설립된 재이용시설은 울산석유화학단지에서 발생해 외항강으로 방류되고 있던 폐수를 재처리하여 기업에서 생 공정에 쓰이는 공업용수로 이용한다. 이를 통해 낙동강 원수 의존도를 줄이고 기업체의 수처리 비용을 감소할 수 있다.

[자료6. 용암폐수처리장]

출처: 한겨레

 

하수 재이용 해외 기술, 사례

세계 곳곳의 여러 국가에서는 하수를 재용하고 있다. 섬 국가임에도 불구하고 물 부족 국가로 꼽히는 싱가포르는 수자원을 공급하기 위해 하수 재처리 시스템인 ‘뉴워터 플랜(NEWater Plan)’을 구축했다. 이때, 뉴워터(NEWater)란 마실 수 있을 정도로 깨끗해진 물을 의미한다. 

[자료7. 싱가포르 NEWater 시설]

출처: PUB Singapore’s National Water Agency

싱가포르의 NEWater은 지하하수터널(DTSS, Deep Tunnel Sewerage System)을 통해 전달된 하∙폐수로부터 시작된다. 가정과 산업 시설 등에서 배출되는 하∙폐수는 싱가포르 전역의 지하 10m에 매장되어 있는 분류식 하수관거 시스템을 통해 전국 7개의 하수처리장으로 이동된다. 하수처리장에서 처리를 거친 하수 중 일부는 베독(Bedok), 크란지(Kranji) 등 4개의 NEWater 공장으로 보내진다. NEWater 공장에서 고도처리를 거친 하수는 생활용수로 사용할 수 있는 수준이 된다.

NEWater는 울트라 여과막(UF, Ultra Filter)을 이용한 초미세 여과, 역삼투압(RO), 자외선 소독 등 다중여과공법(multi barrier approach)을 통해 생산된다. 울트라 여과막은 역삼투압 전처리를 위한 과정으로, 이전의 전처리에 비해 효율적이다. 소량의 화학적 오염물질과 콜로이드 같은 고형 물질을 완벽하게 제거하며 RO 시스템에 적합하게 전처리되어 RO 공정을 효과적으로 시행할 수 있다. 역삼투압 공정을 마친 하수는 안전을 위해 자외선 처리를 거친다.

[자료8. NEWater 처리 공정]

출처: PUB Singapore’s National Water Agency

현재 4개의 NEWater 공장에서는 하루 60.2MGB인 약 22만8천m3의 물을 생산한다. 이는 싱가포르 전체 물 수요의 30%를 담당하는 수준이며, 2060년까지 물 수요의 절반을 NEWater로 공급하겠다는 목표를 설정했다.

아프리카의 나미비아 또한 물 재이용을 통해 수자원 공급을 하고 있다. 나미비아는 국토의 80%가 사막인 아프리카 남부의 건조한 국가로, 수도 빈트후크는 고원지대에 위치해있다. 연간 강우량은 약 370mm로 수자원이 부족한 상황이다. 따라서 빈트후크는 하∙폐수를 재이용해 부족한 물을 보충하고 있다.

식수로 사용하기 부적합한 물은 관개용으로 사용되며, 소규모 식음료 산업에서 배출되는 산업 폐수는 목초지 관개용수로 사용된다. 하∙폐수는 응집, 용존산소 부상, 모래 여과, 활성탄 여과 및 염소 소독으로 처리되며, 도시 폐수는 1차 처리, 2차 처리, 활성슬러지법 등으로 처리된다.

 

[자료9. 나미비아 빈트후크의 하∙폐수 재사용 시설]

출처: Veolia

나미비아의 수도 빈트후크에는 도시 폐수를 식수로 재활용하기 위한 물 공장이 설립되어 있다. 프랑스의 회사 ‘베올리아’는 10단계의 정화 과정을 거쳐 폐수를 식수로 재사용하는 식수 재사용 공장을 빈트후크에 건설했다. 정화 과정은 사전 산화, 응고, 응집, 용존산소 부상, 중력 여과, 오존 처리, 많은 종류의 활성탄 여과, UV 살균, 안정화 등으로 이루어진다.

 

하수 재이용, 최악의 가뭄 속 돌파구 될까

[자료10. 다목적댐 운영정보(23.08.18. 기준)]

출처: 국가가뭄정보포털

국내 공업용수의 부족은 이미 예견된 상황이었다. 경기도의 반도체 라인, 충남의 발전·철강 공업단지, 호남의 정유·화학 산업단지, 그리고 영남·울산의 제철 및 조선업단지 등 한반도 전역에서 공장들이 가동되고 있다. 이 공장들을 움직이는 데 매년 20억 톤 가량의 물이 사용되고 있다. 하지만 매년 가뭄으로 인해 낮아지는 댐 수위는 공업용수 부족 사태를 가속하고 있다. 심지어 일부 기업에서는 장마 이전에 공장 운영을 중단하면서까지 공업용수 사용량을 줄이는 처방을 내리는 상황이다. 다행히 장마 이후 가뭄으로 비상이 걸렸던 주요 댐의 저수율이 회복세를 보이고 있지만, 물부족 현상은 지금 당장 우리에게 닥친 현실이다. 공업, 농업을 넘어 생활용수 공급마저 불확실해지기 전에 마땅한 정비가 필요하다.

[자료11. 수자원 이용량 수원별 구성]

출처: 국가물관리위원회

 

[자료12. 수자원 이용량 수원별 구성]

출처: 울산도시환경브리프

공업용수 수질은 기업체의 생산 비용과 제품 품질에 직결되는 중요한 사항이다. 따라서 지역별 공업용수는 댐이나 하천수에 대한 의존이 클 수밖에 없었고, 가뭄 및 우천에 대한 영향 역시 상당하다. 대표적으로 석유화학공장의 주요 관리항목인 전기전도도와 탁도(SS)의 변동  사례가 있다. 댐의 수위가 낮은 갈수기 때는 전기전도도가 높아지고, 강우기에는 탁도가 높아지는 경향을 보인다.

기후나 계절적 요인에 큰 영향을 받는 하천과 댐에서 공업용수를 얻기가 어려워지는 상황에서, 일정한 수질의 물을 꾸준히 얻을 수 있는 하수 처리수 재이용 방법은 지속 가능성과 안정성이 높게 평가된다. 이를 위해서는 하수재이용수의 미생물학적 및 화학적 품질을 엄격히 모니터링할 필요가 있다.

따라서 공업용수로써의 하수 재이용은 기업과 지자체의 상호협력이 중요한 조치라고 볼 수 있다. 현재 포항에는 세계 최대규모로 준공된 포항하수처리수 재이용시설이 존재한다. 물 부족을 해소하기 위해 하수처리장에서 발생하는 방류수를 재처리해 공업용수로 공급하는 시설로 1일 10만 톤의 용수를 포스코와 철강 공단에 공급하고 있다. 이는 25만명 분의 일일 생활용수와 맞먹는 양이며, 댐 하나를 건설하는 것과 같은 효과가 있다. 하지만 약 1,400억 원이 투입된 이 하수처리장은 마냥 완벽하지 않다. 시간이 지나면서 하수 처리 후 발생하는 하루 3만 2,000톤의 농축수가 말썽을 빚고 있기 때문이다. 이에 따른 500억 원의 처리시설 증설 비용에 대한 기업과 지자체 간의 갑론을박이 진행되고 있다.

 

[자료13. 하수처리수 재이용수 생산공정]

출처: 제이텍워터

이러한 상황을 막기 위해서라도 우리는 공공기관의 하수처리시설 운영과 활성화 방안을 모색해야 한다. 한국환경공단은 ‘광역 하수 재이용에 대한 기본 연구’를 5월부터 진행한다고 밝힌 바 있다. 수자원 관리에 있어서 민영화보다는 공공기관의 운영이 효율성을 향상시킬 수 있다. 주인-대리인 문제를 일정 회피할 수 있고, 인구 밀도에 따른 과대 경쟁으로 인한 비효율을 막을 수 있기 때문이다. 하지만 하수 재이용을 통한 공업용수 충원은 물 부족 문제를 해결하기 위한 중요한 대안이고, 이는 공공과 민간의 합작을 통해서만 이루어질 수 있다. 지속적인 연구와 혁신이 이어진다면 지역 및 산업의 상생발전을 이룰 수 있을 것이다. 이번 기회를 통해 한국의 수자원 관리에 대한 문제점을 파악하고, 환경과 경제라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있길 바란다.

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하수 재이용에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "폐수가 우리집에 다시 돌아온다고?", 22기 이지원, renewableenergyfollowers.org

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2. "골칫덩이 폐수, 그린 암모니아로 재탄생한다고?", 21기 김채윤, 박도현, 23기 김서정, 김태현, renewableenergyfollowers.org

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참고문헌

[산업단지 물부족에 따른 정부의 규제 완화]

1) 김동호, 폭염/가뭄에 위협 받는 반도체 산업…삼성.SK 괜찮을까, NewsQuest, 2023.05.23, https://www.newsquest.co.kr/news/articleView.html?idxno=206879  

2) 김윤구, “가뭄에 산업단지 용수공급 부족…폐수 재이용 시설 확충”, 연합뉴스, 2023.03.09, https://www.yna.co.kr/view/AKR20230309156000530

3) 송충현, 남혜정, "“’물부족’ 해결나선 기업…삼성”하루 47만t 재활용””, 동아일보, 2022.12.01, https://www.donga.com/news/Economy/article/all/20221130/116782033/1

4) 홍혜진, “[단독] 삼성 용인 클러스터, 환천댐 용수 끌어다쓴다”, 매일경제, 2023.07.13, https://www.newsquest.co.kr/news/articleView.html?idxno=206879

[하수처리수 재이용과 그에 따른 기대 효과는 무엇일까?]

1) 조남준, “버려지는 하수 모아 다시 쓰는 하수 재이용이 정답”,에너지데일리, 2023.04.18, https://www.energydaily.co.kr/news/articleView.html?idxno=136240

2) 진유한, “하수, ‘맑고 깨끗한 물’로 재탄생… ‘활용 높은 자원’ 인식 전환 필요”,제주뉴스,2023.02.14,http://www.jejunews.com

3) 채덕종,“버려지는 하수 모아 다시 쓰는 재이용 활성화”,이투뉴스,2023.04.19, http://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=252997

[하수 재이용 활성화를 위한 업무협약, 국내기업 사례]

1) 오선이, "청주시, 하수처리수 재이용시설 완공... SK하이닉스 등 공급", 2022.12.16,http://www.safetimes.co.kr/news/articleView.html?idxno=116874

2) 조현철, "용암폐수처리장 방류수 재이용 2차 증설사업 준공", 2020.11.03, http://e-newsp.com/news/article.html?no=37229

3) "삼성전자, 환경부·지자체와 하수처리수 재이용 활성화를 위한 업무협약 체결", 삼성뉴스, 2022.11.30, https://news.samsung.com/kr

4) "하수처리수, 첨단 반도체산업 공업용수로 재탄생한다", 환경부, 2022.11.30, https://me.go.kr/home/web/board

[하수재이용 해외 기술, 사례]

1) 워터저널, “[해외취재] ① 싱가포르 ‘뉴워터 팩토리(NEWater Factory) 하수 재이용 시설’ 견학기”, 2013.12.05, http://www.waterjournal.co.kr/news/articleView.html?idxno=18574

2) J. Lahnsteiner; G. Lempert, “Water management in Windhoek, Namibia ”, Water Science & Technology, 55(1-2), 2007

[하수 재이용, 최악의 가뭄 속 돌파구 될까]

1) 김동호, “폭염/가뭄에 위협 받는 반도체 산업…삼성.SK 괜찮을까”, NewsQuest, 2023.05.23, https://www.newsquest.co.kr/news/articleView.html?idxno=206879

2) 김정혜, “돈 먹는 하마된 포항하수재이용시설”, 한국일보, 2017.06.21, https://www.hankookilbo.com/News/Read/201706211830003818

3) 박선식, “[기획특집] 수원시, 세계최대 규모 '하수처리 재이용' 결실 맺다”, 전국매일신문, 2022.12.13, https://www.jeonmae.co.kr/news/articleView.html?idxno=928847

4) 울산도시환경브리프, NO.78, 2019.04.19

5) 제해철, 포항, 가뭄 극복 물 부족 해소에 전력, 서울일보, 2015.11.12, http://www.seoulilbo.com/news/articleView.html?idxno=108424     

6) 중부매일, “기업유치 발목 잡을 '공업용수 부족'”, 중부매일, 2019.12.10, http://www.jbnews.com/news/articleView.html?idxno=1271181