폐수 재사용을 위한 고급 폐수 처리

기후 변화와 꾸준한 세계 인구 증가는 담수 공급에 대한 압박을 가중시키고 있으며, 이 중요한 자원을 관리해야 할 필요성을 더욱 절실하게 만들고 있습니다. 보존 조치와 함께, 폐수를 처리하여 유용하게 사용할 수 있는 품질 기준을 충족시키는 물 재사용 공정이 담수 공급을 늘리기 위한 중요한 전략으로 떠오르고 있습니다.

지난 10년 이상 동안 일반적인 물 재사용 애플리케이션에는 산업용 냉각 공정, 화장실 물 내림, 녹지 관개 등이 포함되었습니다. 그러나 최근에는 첨단 처리 방법이 직접 및 간접적인 음용 재사용의 실행 가능성과 안전성을 확보하면서, 이러한 추세가 지방 자치 단체에서 빠르게 확산되고 있습니다.

기존 처리 방법을 통해 유입되는 재사용수에서 큰 고형물과 미생물을 제거한 후, 고급 처리는 남아있는 작은 입자와 바이러스 오염물질을 대상으로 합니다. 이를 위해서는 여과, 역삼투압, 소독과 같은 절차를 거쳐 식수 재사용을 위한 엄격한 수질 기준을 충족해야 합니다.

여과는 일반적으로 부유 물질, 박테리아 및 일부 큰 유기 분자를 제거하기 위해 사용됩니다. 여과 재료에는 모래, 입상 미디어 및 미세 멤브레인이 포함될 수 있습니다.

멤브레인 여과는 미세한 멤브레인을 통해 물을 가압하고 밀어내어 오염 물질을 제거하는 데 사용되는 식수 처리의 필수 요소로 오랫동안 사용되어 왔습니다. 멤브레인 기공 크기는 요구 사항에 따라 다르며, 공정이 다운스트림으로 진행됨에 따라 기공 크기가 감소하는 다양한 멤브레인이 사용되는 경우가 많습니다.

미세여과는 0.1~10미크론의 기공 크기로 3차 처리를 시작할 때 정기적으로 배치됩니다. 한외여과(UF)는 0.01~0.1마이크론 직경의 기공으로 부유 물질, 박테리아 및 많은 바이러스를 제거하는 데 효과적입니다. 이 두 가지 유형의 멤브레인은 모두 깨끗한 물은 통과시키면서 멤브레인 표면에 오염 물질을 가두는 물리적 장벽 역할을 합니다. 시간이 지남에 따라 멤브레인 표면에 오염물질이 쌓이기 때문에 효율성을 유지하고 기공이 막히지 않도록 주기적으로 역세척을 해야 물이 계속 통과할 수 있습니다.

나노여과는 여과를 더욱 미세한 수준으로 끌어올리기 위해 직경이 약 0.001마이크론인 기공이 있는 멤브레인을 사용합니다. 나노여과는 미세한 구멍 덕분에 용존 유기물, 칼슘 및 마그네슘과 같은 경도 이온, 살충제 및 일부 중금속을 포함한 광범위한 오염 물질을 제거할 수 있습니다. 나노여과는 한외여과와 역삼투압(RO) 사이의 매개체로 자주 사용되며, 용존 염분을 제거하기 위해 RO에 필요한 높은 에너지 수요 없이도 높은 수준의 정화를 제공합니다.

직접 식수 재사용 및 많은 산업 애플리케이션의 경우와 같이 물의 순도가 중요한 경우 역삼투압(RO) 멤브레인을 사용하여 미세한 오염 물질을 제거할 수 있습니다. 이 멤브레인은 직경이 약 0.0001마이크론인 기공을 가지고 있어 염분, 미네랄, 미량 오염 물질, 박테리아 및 바이러스를 포집합니다. 이러한 작은 기공과 삼투압을 극복해야 하는 RO는 멤브레인을 통해 물을 가압하고 펌핑하는 데 상당한 에너지가 필요합니다.

RO 시스템은 기공이 매우 작기 때문에 일반적으로 여과된 투과수는 한 방향으로 흐르고 오염된 농축수는 용기를 통해 다른 경로로 흐르는 교차 흐름 여과를 활용합니다. 교차 흐름 여과를 사용하면 농축액 흐름이 멤브레인에 쌓인 오염 물질을 쓸어내고 표면이 막히지 않도록 충분한 난류를 유지할 수 있습니다.

농축액 스트림은 멤브레인을 통과할 수 없는 염수 및 기타 화합물로 구성됩니다. 물 회수율을 높이기 위해 RO 시스템은 종종 여러 단계로 구성되며, 한 단계의 농축액을 2단계 RO 멤브레인을 통과시키거나 초기 멤브레인을 통해 다시 재활용합니다.

여과 후 소독은 일반적으로 3차 처리의 마지막 단계입니다. 일반적인 소독 방법에는 염소 소독과 자외선 및 오존 처리와 같은 고급 산화 방법이 포함됩니다. 이러한 절차는 박테리아, 바이러스, 원생동물 등 남아있는 병원균을 비활성화하여 엄격한 수질 요건을 충족합니다.

유지 관리 및 모니터링물 재이용 프로그램의 성공은 기술적 정교함을 넘어 세심한 공정 제어, 엄격한 급수 품질 모니터링, 강력한 유지 관리 체계가 필요합니다. 공정 제어 시스템은 일관된 제품 수질을 보장하기 위해 처리 파라미터를 지속적으로 모니터링하고 조정하도록 설계되어야 하며, 처리를 손상시킬 수 있는 오염 물질의 유입을 방지하기 위해 환경 관리 조치를 유지해야 합니다.

각국 정부가 물 안보를 보장하는 데 있어 물 재사용의 역할이 커지고 있음을 인식하면서 법적 환경이 빠르게 진화하고 있습니다. 특히 간접 및 직접 식수 재사용 허가 절차는 시스템 안전에 대한 대중의 우려를 해결하면서 물 재사용 프로젝트에 대한 요건을 명시하는 등 많은 지역에서 점점 더 보편화되고 있습니다. 처리 기술이 발전함에 따라 규제 프레임워크는 공중 보건과 환경 무결성을 보호하면서 혁신을 촉진하기 위해 계속 적응해 나가야 합니다.

물 안보의 미래는 지속 가능한 관행을 수용하는 능력에 달려 있으며, 연구, 인프라 및 공공 교육에 대한 지속적인 투자는 다음 세대를 위한 지속 가능한 물 공급을 보장하는 데 도움이 될 것입니다.