폐수처리의 탈질·탈인 공정이 필요한 상황과 적용 사례

고도정수처리와 폐수처리의 경계선이 모호해지는 이유

고도정수처리와 폐수처리의 경계선은 과거에는 명확한 기능적 구분이 존재했으나, 현대의 수처리 기술 발전에 따라 점차 모호해지고 있다. 전통적으로 정수처리는 먹는 물을 깨끗하게 만드는 과정으로, 폐수처리는 사용된 물을 다시 자연으로 돌려보내기 위한 과정으로 정의되었다. 그러나 산업화와 환경 규제의 강화, 그리고 물순환의 전과정을 고려한 통합적 접근 방식이 부상하면서 이 두 공정의 기술적, 목적적 경계선이 겹치기 시작했다.

특히 초소량오염물질(Micro Pollutants), 난분해성 유기물, 미세플라스틱과 같은 새로운 환경 문제에 대응하기 위해 고도정수처리에서 사용되던 오존산화, 활성탄 흡착, 정밀막 분리 기술이 폐수처리 영역으로 확장되고 있다. 동시에 폐수처리에서 사용하던 생물학적 질소·인의 제거 기술이 정수처리의 전처리 단계로 도입되는 사례도 증가하고 있다.

고도정수처리와 폐수처리의 경계선이 점차 사라지는 이러한 흐름은 단순한 기술 이전의 문제가 아니다. 이는 인간의 물 사용과 자연 순환을 하나의 연속적 생태계로 이해하려는 전 지구적 인식 변화의 결과이며, 수자원 재이용(Reuse)과 같은 새로운 패러다임이 이를 더욱 가속화시키고 있다.

공정에서 나타나는 고도정수처리와 폐수처리의 유사점

고도정수처리와 폐수처리의 경계선을 구분하기 위해서는 각 공정에서 어떤 기술이 사용되는지를 면밀히 분석해야 한다. 하지만 실제 운전 현장에서는 양측 모두 매우 유사한 단계를 갖는 경우가 많다. 예를 들어 응집-침전-여과라는 일련의 고전적 처리 공정은 정수처리의 전형이지만, 이는 고도 폐수처리에서도 여전히 중요한 전처리 수단으로 사용된다.

특히 오존(O₃)이나 과산화수소(H₂O₂)와 같은 고산화력 물질을 활용하는 고도산화공정(AOP, Advanced Oxidation Process)은 양쪽 공정에서 핵심 기술로 자리잡고 있다. 고도정수처리에서는 잔류약물이나 난분해성 유기물 제거에, 폐수처리에서는 색도 제거 및 독성 중화에 응용되는 방식이다.

또한, 막 분리기술(Membrane Process)은 고도정수처리와 폐수고도처리 양측 모두에서 채택되며, 그 설계 사양과 유지관리 방식에서의 차이만 존재한다. 결과적으로 이러한 유사성은 고도정수처리와 폐수처리의 경계선을 단순히 ‘수질의 출발점’이나 ‘최종 목적’으로만 정의할 수 없게 만든다. 공정의 기술적 겹침은 양자의 상호 의존성을 상징적으로 보여주는 예라 할 수 있다.

처리 목적의 차이가 경계선에 남긴 흔적

기술적으로 유사하더라도 고도정수처리와 폐수처리의 경계선은 여전히 처리 목적이라는 요소에서 차이를 보이고 있다. 고도정수처리는 인체 섭취를 전제로 하기에 먹는 물 수질 기준을 충족해야 하며, 그 과정에서 유해성분 제거에 더욱 집중한다. 반면, 폐수처리는 환경 방류 혹은 재이용을 목표로 하기에 생태 독성 저감과 방류수 수질 기준을 만족하는 것이 주 목적이다.

예를 들어, 정수처리에서 가장 중시되는 항목 중 하나는 맛과 냄새, 그리고 불소, 미량농도의 중금속 등이다. 폐수처리에서는 총질소(T-N), 총인(T-P), 생화학적 산소요구량(BOD)과 같은 생태계 영향 지표가 주요 지표로 관리된다. 즉, 기술은 겹칠 수 있지만, 처리의 기준이 되는 평가 항목이 다르므로 설계 목적에서부터 경계선이 형성되는 것이다.

또한 고도정수처리는 보통 자연수(하천수, 지하수 등)를 원수로 하며 상대적으로 유기물 농도가 낮은 반면, 폐수처리는 생활하수나 산업폐수를 대상으로 하여 훨씬 더 복잡하고 고농도의 오염물질을 다룬다. 이처럼 원수 특성과 처리 기준의 차이는 고도정수처리와 폐수처리의 경계선이 완전히 사라지지 않도록 유지하는 요인으로 작용한다.

수자원 재이용에서 부딪히는 경계선의 실체

현대 수처리에서 가장 급진적인 변화 중 하나는 ‘폐수를 정수처리 수준으로 끌어올려 다시 사용하는 것’이다. 이를 통해 형성되는 ‘재이용수처리’라는 분야는 고도정수처리와 폐수처리의 경계선을 실질적으로 시험하는 영역이라 할 수 있다.

대표적인 예가 미국 캘리포니아 주에서 진행된 Direct Potable Reuse(DPR, 직접 음용 재이용) 프로젝트이다. 이 방식에서는 폐수처리수를 고도정수처리 기술로 처리하여 다시 음용수로 공급하는 것으로, 이 과정에서 막여과, 활성탄, 자외선(UV), 고도산화공정 등이 단계적으로 투입된다. 이처럼 두 기술이 하나의 연속 공정으로 통합되면 경계선은 명목상의 구분일 뿐 실제 운용상에서는 구분이 의미 없어지게 된다.

그러나 이러한 접근이 늘어날수록 법적, 사회적 기준이 새롭게 요구되며, 경계선이 새로운 형태로 다시 그어지게 된다. 예컨대 어떤 수질 기준이 정수처리에 적용될지, 그리고 폐수 처리 후 어느 단계까지 정수처리 기술이 요구될지를 정하는 법적 경계선이 생긴다. 따라서 경계선은 사라지는 것이 아니라, 기술의 통합에 따라 이동하고 재설정되는 것이다.

미래 수처리에서 고도정수처리와 폐수처리의 경계선은 어떻게 바뀔 것인가

미래 수처리 기술이 발전하면서 고도정수처리와 폐수처리의 경계선은 더욱 유연하고 다차원적으로 변하게 될 것이다. 과거에는 수원의 형태에 따라 설비를 나누는 방식이 일반적이었으나, 이제는 ‘수질’ 중심의 공정 설계가 새로운 기준으로 대두되고 있다.

예를 들어, 인공습지나 자연기반 해수담수화 기술처럼, 정수와 폐수의 구분이 무의미한 새로운 하이브리드 공정이 증가할 것이다. 또한 인공지능 기반의 실시간 수질 분석 및 자동 제어 기술은, 수처리 현장에서 어떤 물이 정수 대상인지, 폐수 대상인지를 ‘기준치’가 아닌 ‘용도’에 따라 실시간 판단하는 시대를 열게 될 것이다.

결국 고도정수처리와 폐수처리의 경계선은 기술 발전에 따라 고정된 선이 아니라, 수요와 환경 정책, 재이용 목적에 따라 계속해서 재조정될 것이다. 경계선이 무너진다는 것은 곧, 물의 순환 전체를 통합적으로 관리해야 하는 시대가 도래했음을 의미한다.

이러한 변화는 수처리 기술자, 정책 입안자, 환경 공학자 모두에게 새로운 책임과 기회를 부여하며, 지속가능한 미래 수자원 관리를 위한 전략적 사고가 요구되는 시점으로 우리를 인도하고 있다.