하수처리장 농업용수 재이용 기술지원

이광야 ( Kwang-ya Lee ),김해도 ( Hae-do Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

세계적인 이상기후 현상으로 수자원의 다양화 요구가 증가하고 있다. 특히 국내의 경우 08년 7월 이후 계속되는 강수량 부족으로 생ㆍ공용수의 부족, 농업용저수지의 수위가 한계선 아래로 치닫는 등 가뭄의 영향으로 용수부족을 호소하고 있다. 이러한 상황 아래 환경부에서는 물 스트레스가 높은 국내 현실을 감안하여 대체수원 확보의 수단 중에 하수처리수의 재이용을 녹색성장 사업으로 선정하고 전략적으로 확대 추진하고 있다. 하수재이용율을 07년도 현재 9.9%에서 16년 19%로 현재의 두배이상 확대하기로 목표를 세우고 있다. 본 문은 프론티어 연구개발사업인 “하수처리수의 농업용수 재이용시스템 통합기술적용”과제에서 개발된 농업용수 재이용시스템 요소기술을 현장에 적용하는 기술지원 사례를 정리한 것이다. 전남 장성군, 경남 창원시 및 김해시의 하수처리수의 농업용수 재이용 타당성을 대체수자원 효과, 사계절 용수의 활용성을 중심으로 고찰한 결과 용수 확보가 가능한 것으로 분석되었다. 한해시 대체수자원으로 안정적인 농업용수 공급이 가능하며 수막재배 등에 필요한 사계절용수를 공급할 수 있어 농가의 경제적 안정에 도움을 줄 수 있다. 농업용수 재이용은 무엇보다도 안정성이 중요하며 이를 확보하기 위해서 첫째 재이용 대상의 하수처리장으로 산업폐수 처리수 등이 유입되지 않거나, 분리된 처리공정을 갖추고 있어야 하며, 둘째 하수처리장 방류수질은 하천수질등급 IV급수 수준이며, 셋째 재처리 방류수질은 염도 및 기타 작물 위해성 기준을 모두 만족하고 마지막으로 재처리 방류수질은 작물종류, 관개방식 등에 따른 보건위생기준을 만족해야 하며 여기에 덧붙여 농업용수 재이용 수질기준을 언제나 충족시키기 위한 재처리 시스템을 갖추어야 한다(4 Yes Plus 조건).

제주 판포하수처리장 농업용수 재이용시스템 설치

이광야 ( Kwang-ya Lee ),김해도 ( Hae-do Kim ),이용직 ( Yong-jig Lee ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

제주도에서는 지하수보존을 위해 하수처리수의 재이용기술 적용이나 해수담수화 기술 등 대체수자원 개발 방안을 시급히 마련하고 있다. 특히, 제주도 농업용수 종합계획수립(제주도, 2004)에는 하수처리수를 농업용수로 이용하기 위한 계획을 수립할 정도로 농업용수의 유일한 수원공인 지하수 사용량을 줄이기 위한 노력을 진행중에 있다. 하수처리수의 농업용수 재이용사업은 사용된 물은 재사용하므로써 물과 에너지를 절약할 수 있고, 유역으로 배출되는 오염원을 억제하는 효과가 있다. 하지만, 하수처리수를 농업용목적으로 재이용하기 위해서는 농업용수 재이용수질기준에 우선 적합해야하고 작물재배실험 및 수질, 토양, 생태환경 영향뿐만 아니라 공중보건위생 위험도 등 종합적이고 체계적인 연구결과를 바탕으로 적용해야한다. 본 현장에 적용된 기술은 프론티어 연구개발사업(www.water21.re.kr)인 “하수처리수의 농업용수 재이용시스템 통합기술적용”과제에서 개발된 농업용수 재이용시스템 요소기술로서 이미 2007년에 하수처리수를 수원공으로 하는 양수장에 적용되어 현재 가동중에 있다. 설치대상지인 서부(판포)하수처리장은 제주도 한경면 판포리에 위치하여 2008년도부터 본격적으로 가동중에 있다. 재이용 공급대상 농경지는 처리장의 주변 농경지로 249ha를 대상으로 하고 있으며 사업시행을 위해 타당성 분석, 기본계획 및 실시설계를 시행하였고 금년 12월까지 시설의 설치 및 시험가동 완료를 목표로 하고 있다. 본 연구에서는 ‘제주 서부하수처리장 농업용수 재이용사업(이하 판포재이용사업)‘에 적용된 현장적용기술의 분석을 통해 하수처리수의 농업용수 재이용기술이 실제현장에 더 많이 보급할 수 있도록 여건을 조성하고자 한다.

농업용 목적의 하수처리수 간접재이용시스템 공정분석

김해도 ( Hae-do Kim ),윤동균 ( Dong-koun Yun ),조진훈 ( Jin-hoon Jo ),한국헌 ( Kuk-heon Han ),강수만 ( Su-man Kang ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

농촌지역도 도시화가 확산되면서 농촌지역과 도시지역이 구분되지 않고 혼합되고 있다. 이에 따라 농촌지역에도 하수처리장이 지속적으로 건설됨에 따라 기존의 농업용수 취수시설이 하수처리장 방류수에 영향을 미치는 경우가 많아지고 있다. 또한 농촌지역의 도시화에 따라 농촌하천에서 취수하는 용수중에서 농업용수로 사용이 부적합한 용수도 전국곳곳에서 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 농촌지역에서 농업용수로 부적합한 용수를 취수하고 있는 곳을 대상으로 농업용 목적의 간접재이용시스템 공정의 개발을 목표로 우리나라 농업용수 공급에 적용할 수 있는 수처리 시스템의 공정을 분석하고자 한다. 하수처리수 간접재이용시스템의 공정을 개발하기 위한 공정분석으로는 우선 수처리 시스템의 목표수질을 설정하기 위한 분석과 함께 농촌지역내 위치한 농업용수 취수시설의 종류에 따른 취수 시스템 적용위치를 분석하였다. 또한 간접재이용시스템 공정별 목표기능을 설정하기 위해 「유입공정 - 처리공정 - 공급공정」으로 요소기술을 구분하여 각 공정에 따라 적용 가능한 기능을 분석하였다. 유입공정은 하수처리수가 방류되는 하천수를 원수로 하여 처리공정으로 공급하는 공정으로서 가압시설과 함께 전처리 공정까지를 의미한다. 가압시설로는 자흡식 펌프가 가장 많이 사용되고 있으며 처리공정 및 공급공정까지의 연속운전이 필요하므로 유량정보 및 수질정보에 의한 자동운전이 가능하도록 구성하는 것이 필요한 사항이다. 처리공정은 하수처리수 재이용을 위한 수처리 공정으로 여과 소독을 주요 목표로 하고 있다. 여과공정은 필터를 이용한 물리적 처리공정을 말하며 미립자에 해당하는 1~10㎛ 에 해당하는 부유물의 제거를 목표로 하는 것이 경제적이다. 또한 살균 및 소독공정으로는 나노버블을 응용한 기술과 자외선 장치의 조합으로 구성하는 것이 바람직하다. 간접재이용시스템의 공급공정은 처리공정을 거쳐 곧바로 대상농경지에 공급하는 방법과 저류조를 이용하여 공급하는 방법으로 구별할 수 있으며, 논농업 지역에 공급할 경우는 직접공급방식으로 구성해야 하고, 밭농업 지역에 공급할 경우에는 반드시 유량을 조절할 수 있는 저류조가 필요하다.

농업용수 비상급수를 위한 담수화시스템 실증화 연구

김해도 ( Haedo Kim ),강석만 ( Seokman Kang ),박종환 ( Jonghwan Park ),이용직 ( Yongjig Lee ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

최근 물 부족이 발생하고 가뭄이 장기화되어 농작물 피해가 빈번히 발생함에 따라 기후변화에 대응한 농업용수의 안정적인 공급 대책에 대한 요구가 증가하고 있다. 2015년도에 발생한 농업적 가뭄의 특성은 산악지형이 잘 발달되어 있는 계곡형 저수지가 위치한 지역보다는 산지로부터의 유입수가 적어 인접한 하천 또는 배수로에서 양수기로 저수지에 물을 공급해야 하는 양수저류형 저수지가 위치한 지역에서 가뭄의 피해가 컸다는 점이다. 대표적인 지역이 충남 등 서남해안 지역과 강화도 같은 도서지역이다. 물론 과거부터 지금까지의 농업기반시설에 대한 투자로 평야부, 도서지역에 장대수로 혹은 양수저수지 등 대규모 기반시설을 설치하여 용수 수요에 잘 대처 하여왔다. 하지만 문제는 작년과 같이 물리적으로 강우가 적게 내린 년도가 몇 년에 걸쳐 발생한다면 지금의 기반시설로서는 용수수요에 대처할 수 있는 방법이 없다는 점이다. 특히 하천과 바다가 접해 있는 하구역에는 농경지가 매우 발달되어 있는데 강우부족으로 바다로 유출되는 수량 자체가 모자라게 되면 지하수위도 저하되어 지하관정이 염해로 사용 못하게 된다. 특히 도서 및 간척지 염분농도는 내륙에 비해 비교적 높은 편이며, 작물생육 및 수확량에 영향을 미치는데 콩 및 당근, 상추, 양파와 같은 채소류는 염해에 취약한 작물로서 전기전도도가 700us/cm을 초과하면 작물생육에 피해가 발생할 수 있다. 이에 대해 농업용수 분야에서도 도서지역 및 해안간척지를 대상으로 담수화기술의 적용을 지속적으로 고려하고 있다. 본 연구에서는 가뭄지속시 비상급수용도로 활용하기 위한 담수화기술을 확보하기 위해 농업용수에 적합한 기존 담수화설비 공정을 분석하고, 100㎥/일 규모의 파일럿 담수화설비를 제작, 운영하여 발생하는 문제점을 보완하였다. 담수화설비는 경제성과 원수의 위치를 고려하여 해수가 아닌 기수(EC 10,000us/cm 이하)수준의 염분 농도가 함유되어 있는 지하수를 대상으로 하였고, 가뭄 상황시 용수공급방법을 고려하여 이동이 가능하도록 담수화 설비에 필요한 전기를 생산하는 발전시설도 구비하였다. 현장적용은 김해시에 위치한 밭지역(시설재배)을 대상으로 운영중이며 운영과정에서 발생한 문제점을 지속적으로 수정, 보완 중에 있다. 본 연구는 농촌수자원의 효율적인 이용을 도모하고 담수자원이 절대적으로 부족시 사용가능한 대체수자원의 확보 측면에서 의의가 있다.

농업용수 재이용 타당성 검토를 위한 강우특성 분석

성충현 ( Seong Choung Hyun ),신정범 ( Shin Jung Bum ),장태일 ( Jang Tae Il ),박승우 ( Park Seung Woo ) 한국농공학회 2008 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2008 No.-

In this study, rainfall characteristics was analyzed for a feasibility study of wastewater reuse for agriculture in Jeju island. Selected gauging stations which have long term data are Jeju(north), Seogwipo(south), Gosan(west) and Seongsan(east). While the annual rainfall of Seongsan and Seogwipo was 1,856 mm and 1,821 mm, that of Gosan and Jeju was 1,121 mm and 1,430 mm respectivly. The probability drought analysis was performed with thirty-one years rainfall data for four gauging station. The drought day of 10 year return period was 9~55 days, especially 18-42 days from September to November in Gosan.

농업용수 재이용을 위한 밭작물 생육시험 및 환경영향 조사

정기웅 ( Kiwoong Jung ),이은정 ( Eunjeong Lee ),성충현 ( Chunghyun Seong ),김학관 ( Hakkwan Kim ),박승우 ( Seungwoo Park ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

본 연구에서는 하수처리수를 이용한 밭작물 재배시 하수처리수가 작물의 생육 및 환경에 미치는 영향을 조사하고자 작물 재배시험을 실시하여 그 결과를 분석하였다. 시험포장은 경기도 화성시 태안읍에 위치하고 있으며, 수원시 환경사업소 하수처리장을 통해 하수를 유입하였다. 지하수를 관개하는 경우, 하수처리장 방류수를 관개하는 경우, 재이용수를 관개하는 경우 등 3처리 4반복의 12개 밭 포장(크기 2×10m)을 조성하였으며, 시험포장의 관개는 점적관개(drip irrigation) 시스템을 설치하여 자동급수 조절이 가능하도록 하였다. 2008년 6월 10일에 1차 생육작물로 상추를 이식하여 7월 10일에 수확하였고, 9월 2일에 2차 생육작물로 시금치를 이식하여 10월 21일에 수확하였다. 재배 및 물 관리 방법 등은 작물시험장의 표준영농법을 적용하였으며, 밭작물 생육조사는 생육시기별 총 기장, 중량, 엽수, 엽폭, 엽장 등을 조사하였다. 또한 하수재이용이 환경과 보건위생 등에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 시험포장의 하수처리수준별 수질 및 토양 오염과 농산물의 성분이나 부산물 중에 이상 물질이 검출되는지 여부 등을 조사하였다. 이를 위해 월별 및 분기별로 수질, 토양 등을 샘플링하여 분석하였으며, 작물은 수확 후 각 처리수준에 따른 작물의 성분 분석을 실시하였다. 밭작물의 생육조사 결과 하수처리수의 재이용수를 관개하는 경우 중량이 가장 무거웠으며, 다른 항목에 대해서도 가장 좋은 결과를 보였다. 밭작물에 대한 토양, 수질, 작물성분 분석 등을 수행한 결과 재이용에 의한 작물재배가 안전한 것으로 나타났다.

대전 지역의 하·폐수 재이용 활성화를 위한 정책방안 연구

김훈 ( Hun Kim ),이중명 ( Joong-moung Lee ),이모권 ( Mo-kwon Lee ),조성빈 ( Seong-bin Jo ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2022 No.0

FDFO를 이용한 하수처리장 방류수의 재이용

김승건,박상환,현명택,이호원 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

물 재이용은 기후변화에 대응하는 지속가능한 미래도시를 위해 반드시 필요한 도시기반 요소라고 할 수 있다. 하수재이용분야에서도 농업용수로의 재이용이 가장중요한 부분을 차지하며, 많은 나라에서 생활하수를 처리하여 관개용수로 재이용하려는 노력을 하고 있다. 비료를 유도용액으로 하는 정삼투 공정에서는 일반적인 정삼투 공정에 비해 희석된 유도용액에서 순수를 분리하는 공정이 불필요하다. 본연구에서는 하수처리장의 2차 침전지 유출수를 대상으로 비료성분을 유도용액으로 사용하는 정삼투 공정인 FDFO (fertilizer-driven forward osmosis)를 적용 함으로써 FDFO를 이용한 하수처리장 방류수 재이용 방법을 모색하였다. 본 연구에 사용된 유도용액은 단일비료인 NH4NO3, (NH4)2HPO4, KCl과 TN:P2O5: K2O의 중량비(wt%)를 21:17:17로 혼합한 혼합비료(Blend)를 각각 사용하였다. 유도용액의 종류에 관계없이 수투과선속은 운전시간에 따라 감소하였으며, 평균 수투과선속은 KCl > NH4NO3 > Blend > (NH4)2HPO4 순서로 크게 나타났다. 이 연구는 2015년 제주녹색환경지원센터에서 시행한 연구개발발사의 연구 결과임.

도서지역「해수담수화시설」 농축수 활용 방안 연구 - 저염분 해수담수화시설을 중심으로 -

정용문,오길영,오은하,박현수,김민영,김학림,임형인,차윤경,한용원,이덕안,박귀님 한국도서(섬)학회 2023 韓國島嶼硏究 Vol.35 No.1

Desalination plants in South Korea were installed with government aid from the mid-1990s. Furthermore, most of the plants were small scale to produce under 100 m3/day. Generally, brine produced by desalination plants was recognized as being twice as concentrated as seawater. Also, the discharging of brine into the ocean can have adverse impacts on the wider environment and marine ecosystem. However, many of the domestic desalination plants used low-salinity groundwater, so low-salinity brine with salt concentration lower than seawater was produced. The largest number of desalination plants in Jeollanam-do have been installed and operated in Sinan-gun. The average total dissolved solids of feed water in 13 low-salinity desalination plants was 821 mg/L. The capacity of low-salinity desalination plants was from 6 m3/day to 300 m3/day. The desalination plants on Jara island and Ock island were invested as the oldest low-salinity desalination plant in Shinan-gun. 13 low-salinity desalination plants used 1,588 m3/day of low-salinity groundwater. And 691 m3 of low-salinity brine was released from desalination plant for a day. This study investigated the characteristic of low-salinity brine in Shinan region and analyzed water quality to compare groundwater quality standard. In addition, growth rates and mineral contents of microgreens(Brassica oleracea var. gongylodes, Raphanus sativus L., Hordeum vulgare) were evaluated using low-salinity brine. The total dissolved solids of low-salinity brine was 1,975 mg/L, which was about 2.2 times higher TDS than feed water. Moreover, the brine meets the needs for the water quality standard as microorganism, organic matters, heavy metals, agricultural pesticides, volatile organic compounds in 「Groundwater Act」except for chlorine. However, chlorine standard could not be applied according to the exception clause, so brine could be used as domestic water, Agricultural water and etc. The growth rates of Raphanus sativus L. growing low-salinity brine were higher than general groundwater. Furthermore, mineral contents of micro-greens could be increased when the higher salinity brine was used. The results show a need for greater support and improved public relations are needed to reuse low-salinity brine in island areas.