안녕하십니까. 지난번에는 중수도의 정의와 설치기준에 대해 알아보았습니다. 그 내용 중 우리나라에서 중수도의 경우 개별건물의 폐순환방식으로 적용하게 되어있었습니다. 즉 중수도를 사용하기 위해서는 개별건물 내에 별도의 중수처리시설을 통해 중수를 만들고 사용해야 한다는 것입니다. 저는 운이 좋게도 현재 근무하는 현장에서 중수처리시설을 시공할 수 있었는데요. 그래서 이번 시간에는 제가 시공하면서 배우게 된 중수처리시설의 계통, 원리, 처리과정에 대해 알아보겠습니다.
1. 중수처리시설의 정의
중수처리시설은 건축물 내에서 발생한 배수(화장실 내 세면기, 바닥배수구에서 사용한 물) 등을 약 6가지의 처리과정을 거쳐 음용수와 같은 청정을 필요로하지 않는 용도(청소, 조경, 소변기용수 등)의 중수로 만들어 주는 시설을 의미합니다. 여기서 중요한 점은 중수로 재사용할 수 있는 배수는 기름기가 없어야하기 때문에 화장실의 세면기, 바닥육가에서 사용한 물이 적당하며 주방배수는 부적합합니다. 따라서 판매시설의 배수가 중수처리시설로 연결되지 않도록 설계단계부터 확인해야 합니다.
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2. 중수처리시설의 계통, 원리 처리과정
아래 계통도를 보면 (A)침사&스크린조, (B)유량저장조, (C)폭기조, (D)막분리조, (E)슬러지저장조, (F)여과조, (G)중수이송조의 총 7개의 수조를 거쳐 최종 중수 사용개소로 공급되는 것을 알 수 있습니다. 각 수조 내부와 이동하는 과정에서 어떻게 처리되는지 확인해 보겠습니다.
(A)침사&스크린조
건축물에서 사용한 잡배수는 배관을 통해 중수처리시설로 오게 되면 가장 첫 번째로 (A)침사&스크린조로 유입됩니다. 해당 수조에서는 1차적으로 배수에 있는 이물질과 모래 등을 가라앉혀 분리시키고, 스크린조에 설치된 (1)조목스크린과 (2)자동스크린을 통해 이물질을 걸러주는 역할을 합니다. (1)조목스크린에서 35mm ~ 50mm 크기의 이물질을 걸러준 후 (2)자동스크린으로 넘어가며 (2)자동스크린에서는 레일이 회전하며 10mm 이상의 이물질을 거르게 됩니다. 이 과정을 거친 배수는 (B)유량저장조로 유입됩니다.
(B)유량저장조
침사&스크린조를 거쳐 큰 이물질을 거른 배수는 (B)유량저장조로 유입됩니다. 유량저장조는 말 그대로 본격적인 중수처리과정전 배수를 저장하고 있는 수조입니다. 유량저장조에는 (3)비상방류펌프와 (4)유량조정펌프가 설치되어 있고, (5)브로워에서 공기를 불어넣어 주는 공기관도 설치되어 있습니다.
(3)비상방류펌프는 (G)중수이송조에 중수가 가득 차 있을 때, 즉 더 이상 중수 생성이 필요 없을 때 배수 유입 시 작동하게 되며 유량저장조에 있는 배수를 외부 토목오수관으로 방류하는 역할을 합니다. 중수이송조의 레벨스위치를 감지하여 펌프가 작동합니다.
(5)브로워로 공기를 (B)유량저장조로 불어주는 이유는 큰 이물질만 거른 배수의 경우 유량저장조에 장기간 체류 시 침전물들이 발생하여 부식이 될 수 있습니다. 따라서 공기를 공급하여 침전물 발생을 방지하고 다음 처리과정으로 넘어갈 수 있도록 하는 역할입니다.
(4)유량조정펌프는 그다음 처리과정인 (6)드럼스크린과 (C)폭기조로 배수를 이송시키는 펌프입니다. 다음 처리과정의 수조의 수위가 낮아지면 (4)유량조정펌프가 작동하게 됩니다.
(5) 브로워
브로워는 공기를 주입시켜 주는 장치입니다. 중수처리시설에서는 총 4개의 공기 주입이 필요합니다. 먼저 (B)유량저장조에서는 침전물 발생을 방지하여 부식을 막아주고, (C)폭기조에서는 미생물들에게 산소를 공급하기 위한 용도, (D)막분리조에서는 분리막에 이물질을 털어주기 위한 공급과, 막분리조 위에 체류하는 슬러지를 (E)슬러지저장조로 보내주기 위한 에어리프트를 위한 공기 공급이 있습니다.
(6)드럼스크린과 (C)폭기조
유량저장조에서 유량조정펌프가 작동하면 (6)드럼스크린으로 이송됩니다. 드럼스크린은 아래 사진과 같이 거름망이 달린 통(드럼)이 회전하면서 물리적으로 이물질을 걸러주는 장치입니다. 드럼스크린에서는 1~5mm까지의 미세협착물을 걸러주게 됩니다. 이때 폭기조 전단에서 드럼스크린이 설치된 이유는 1~5mm의 미세협착 물든 (D)막분리조에 있는 (9)분리막의 손상을 할 수 있으므로 이를 방지하고자 폭기조 전에 설치된 것입니다.
드럼스크린을 거친 배수는 이제 (C)폭기조로 유입되게 되며, 폭기조에서는 (7)접촉여재라는 미생물 집이 설치되어 있으며 미생물을 통한 오염물질을 분해하는 과정을 거치게 됩니다. 미생물은 BoD, SS, 대장균, TN(총 질소), TP(총인)을 분해하며 정화시킵니다.
폭기조에서도 유량저장조와 같이 (5)브로워로 공기가 공급되는데 이는 미생물을 키우기 위해서 필요한 산소를 공급하기 위합니다.
(D)막분리조와 (E)슬러지저장조
폭기조와 (D)막분리조는 별도의 펌프가 아닌 슬리브를 통해 물이 넘어오도록 되어있습니다. (D)막분리조에는 (9)분리막과 (10)분리막세정조 및 세정액 이송펌프 그리고 브로워를 통한 공기관과 에어리프트도 설치되어 있습니다.
(D)막분리조에서는 (13)흡인펌프가 작동하게 되면 배수가 (9)분리막을 통과하여 0.1~0.3㎛(마이크로미터)까지의 이물질이 걸러지는 과정이 이뤄집니다. 사실상 대부분의 수질 정화는 (9)분리막을 통해 이뤄진다고 생각하면 될 정도로 매우 미세한 협착물까지 처리됩니다.
그러나 (9)분리막을 장기간 사용하게되면 이물질이 붙어 제대로 중수가 흡입되지 않을 수 있습니다. 이 때 (D)막분리조에 설치된 공기관이 하부에서 에어를 불어주면서 분리막에 있는 이물질을 1차적으로 털어주게 됩니다. 그럼에도 불구하고 이물질이 붙어 아무리 펌프를 흡입하여도 차압이 발생하는 경우가 있는데, 이 때는 분리막조 위에 설치된 (11)호이스트를 사용하여 (9)분리막을 꺼내 (10)분리막세정조 및 세정액 이송펌프에서 약품을 이용하여 분리막을 청소해야합니다. 청소 후 발생한 세정액은 이송펌프로 배출하면 됩니다.
마지막으로 (D)막분리조에는 (C)폭기조에서 넘어오는 미생물 찌꺼기(슬러지)가 같이 유입됩니다. 이는 브로워랑 연결된 에어리프트관을 통해 막분리조 상부에 떠있는 슬러지들을 빨대와 같은 원리로 (E)슬러지저장조 보내 (8)청소용 펌프를 이용하여 채수구로 슬러지를 방류하여 청소합니다.
(12)진공압력계와 (13)흡인펌프
막분리조 이후에는 분리막으로 배수를 빨아들이게 해주는 (13)흡인펌프와 (12)진공압력계가 설치되어 있습니다. 위에 설명한 것 중 분리막에 이물질이 너무 많이 끼게 되면 아무리 흡인펌프로 흡입하여도 제대로 빨리지 않는 상황이 발생합니다. 이때 차압이 발생하게 되는데, 이 때 차압이 발생함을 알 수 있는 방법이 (12)진공압력계를 확인하는 것입니다. 보통 0.33 bar 이상의 차압이 발생 시 분리막을 청소해야 합니다. 따라서 시운전 시 흡인펌프의 최초 압력을 기록하고 해당 압력보다 0.33bar 아래로 떨어지면 청소해야 할 시기임을 알 수 있게 됩니다.
(14)순간유량계와 (15)계량조
흡인펌프를 통해 막분리조를 빠져나온 중수는 (14)순간유량계와 (15)계량조를 거쳐 (F)여과조로 들어가게 됩니다. 여기서 (14)순간유량계는 중수의 유량을 확인하고 조절하는 역할을 합니다. 중수처리조는 설계 시 선정된 중수사용량이 있습니다. 보통 물사용량의 10%가 해당되는데, 분리막조가 깨끗한 중수처리시설 사용 초기에는 선정된 중수량보다 많은 양의 중수가 넘어올 수 있습니다. 따라서 순간유량계를 통해 선정된 중수사용량만큼 처리될 수 있도록 확인하고, 너무 많을 시 순간유량계 주위에 있는 밸브를 사용하여 유량을 조절합니다.
(15)계량조의 경우는 미생물과 분리막을 거쳐 처리된 중수를 육안으로 확인하거나, 채집하여 오염도를 체크하기 위한 설비입니다. 계량조를 거친 중수는 여과조로 들어가게 됩니다.
(F)여과조와 (17)여과기
순간유량계와 계량조를 지난 중수는 (F)여과조로 유입됩니다. 여과조에서는 (16)여과펌프를 통해 (17)여과기로 중수를 이송시킵니다. (17)여과기는 중수처리의 거의 마지막 단계로서 카트리지 타입의 여과필터가 설치되어 있고, 이 필터는 50~100㎛(마이크로미터)의 입자를 최종적으로 걸러주게 됩니다. 여과기를 거쳐 마지막 단계의 처리과정을 거친 중수는 (G)중수조저장조로 이송됩니다.
(G)중수이송조와 (18)염소주입장치
여과기를 거친 중수이송조로 들어오게 됩니다. 중수이송조는 중수처리를 완료한 중수가 각 사용처로 가기 전에 보관되어있는 수조입니다. 중수이송조에는 마지막으로 소독을 위한 (18)염소주입장치를 통해 염소가 투입됩니다. 염소주입장치는 타이머로 설정이 되어있으며, 일정 시간마다 일정량의 염소가 들어가게 됩니다. 여기서 보관된 중수는 (19)중수이송펌프를 통해 각 사용개소(소변기, 청소용 수전 등)로 중수를 공급하게 됩니다.
그리고 중수처리조로 유입되는 배수량이 적을 시 중수의 양이 줄어들고, 중수이송조가 고갈될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 시수(보충수)관을 중수이송조에 설치하여 일정량의 용수가 채워질 수 있도록 해야 합니다. 여기서 주의할 점은 중수와 시수가 혼봉되지 않도록 해야 합니다. (음용수와 중수의 혼봉을 하여서는 아니 된다.)
이렇게 하여 중수처리시설의 계통 및 장비, 처리과정을 확인할 수 있었습니다. 이렇게 처리된 중수는 대부분 소변기의 용수나 조경용수 등으로 사용하게 됩니다. 다만 화장실의 양변기 용수는 잘 사용하지 않습니다. 이유는 양변기는 장시간 물이 체류할 수 도 있는데 이는 변색이나, 부식, 악취 등 위생상 좋지 않기 때문입니다. 그래도 양변기로 사용해야 한다면, 살균 등의 과정을 더 추가하여 완벽한 정화과정을 거친 중수를 사용하는 것이 바람직합니다.
중수처리시설이 처음에는 복잡해 보였지만 그 계통을 잘 보면 쉽게 이해가 가능한 것 같습니다. 제 글을 통해 쉽게 이해가 되었으면 좋겠습니다.
오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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