목차
물순환 이용체계 개선에 관한 연구 1
요약보고서 5
제 1 장 서론 42
1.1. 연구배경 44
1.2. 연구목적 45
(1) 물순환 이용관리체계 구축방안 제시 46
(2) 물순환 이용 촉진을 위한 제도정비 방안 제시 46
(3) 하수처리수 재이용 종합계획 수립 47
제 2 장 물순환 관리체계 48
2.1 물순환의 정의 50
(1) 물순환의 개념 50
(2) 물수지 분석의 필요성 52
2.2 물순환 해석 53
(1) 우리나라 물수지 현황 53
(2) 물순환 해석 관련 기존 연구사례 및 국내외 연구동향 56
(3) 물순환 해석 모형 57
(4) 적용모형 결정 60
(5) 대상유역 61
(6) 도시지역과 농촌지역에서의 물순환 해석 62
2.3 도시화 진전이 물순환계에 미치는 영향 검토 64
(1) 도시화가 물순환계에 미치는 영향 64
(2) 도시화가 물순환계에 미치는 영향 검토 67
(3) 불투수면의 변화에 따른 민감도 분석 69
2.4 기존 대체수자원 개발사업의 분석 70
(1) 개별중수도(개별순환시설) 71
(2) 빗물이용시설 73
(3) 강변여과수 76
(4) 해수담수화 79
2.5 환경친화적 물순환계 회복 방안 83
(1) 자연적인 방법 83
(2) 인공적인 방법 85
(3) 빗물이용 및 하수 재이용의 비교 평가 88
2.6 물순환 이용관리 시스템 구축방안 90
제 3 장 물순환 이용촉진을 위한 제도정비 93
3.1 물순환 제도현황과 문제점 95
(1) 현행 법령상 물순환 이용 제도적 현황 95
(2) 문제점 97
(3) 개선대책 103
3.2 물순환 재이용 시 고려사항 113
(1) 상수도요금의 조기현실화 방안 113
(2) 지하수 개발사용 제한 120
(3) 지자체 상수도사업의 재정악화와 기구축소 방지방안 124
(4) 개별재이용(중수도) 및 빗물이용 126
3.3 하수재이용사업의 비용편익분석 133
(1) 비용편익분석의 요소와 절차 135
(2) 사회적 측면의 B/C분석 138
(3) 공급자 측면의 B/C분석 151
(4) 수요자 측면의 비용편익 분석 158
3.4 하수재이용 제도정비 방안 160
(1) 재이용사업 추진방식 및 역할분담 160
(2) 민간의 재이용사업 육성방안 171
(3) 재이용수 요금 산정 181
(4) 재이용 홍보 191
(5) 물순환 재이용 관련 법률 제안 191
제 4 장 하수처리수 재이용 종합계획 202
4.1 하수처리수 재이용 종합계획의 필요성과 현황 204
(1) 종합계획의 필요성 204
(2) 현황 215
4.2 국내외 재이용 실태 228
(1) 국내 228
(2) 국외 233
(3) 재이용 용도별 처리기준 244
(4) 처리수 재이용 수요ㆍ공급 규모조사 273
(5) 중장기 재이용 계획 281
(6) 재이용시설 설계 및 유지관리 301
제 5 장 결론 315
참고문헌 325
부록 334
부록 Ⅰ. 물수지 모의 방법 338
(1) 모형의 기본가정 338
(2) 모형구조 338
(3) 입력자료 340
(4) 모형이론 341
(5) Aquacycle의 적용 346
(6) 가정 내 물 사용형태(Indoor water usage profile file) 348
(7) 기후인자 350
(8) 측정변수(Measured parameter) 351
(9) Calibration 매개변수관련 353
부록 Ⅱ. B/C분석을 위한 기초자료 364
1. B/C분석을 위한 “처리공정별 신기술공법 보유사 견적” 364
2. 실제 적용공법별 국내적용 사례 373
3. 설계, 감리, 기타부대비의 엔지니어링 대가 기준 378
4. 송수관로 관경별 비용산정 379
부록 Ⅲ. 국외 재이용 실태 380
미국의 하수재이용 실태 380
미국 -Florida 재이용 실태 381
미국-California 재이용 실태 382
미국-Arizona주 재이용 실태 383
미국-Tucson시, AZ 재이용 실태 384
미국- Hawaii주 재이용 실태 385
Australia 재이용 실태 388
일본의 재이용 실태 389
일본 하수처리장의 하천유지용수 공급사례 391
미국 : 주별 용도별 기준 392
주요 주별 재이용수 수질기준 및 가이드라인 393
일본의 하수 재이용 목표수질 403
호주의 하수 재이용 지침 404
부록 Ⅳ. 하수재이용 수요조사 411
1. 하수처리장 현황 411
2. 재이용 현황 421
3. 재이용 계획 445
부록 Ⅴ. 현장방문자료 472
재이용 용도별 주요 처리장 472
주요 재이용 하수처리장 474
물 순환이용기본계획(안) 476
Ⅰ. 추진배경 478
Ⅱ. 그간 추진경위 478
Ⅲ. 도시화와 물 순환 478
Ⅳ. 물 순환계의 건전한 회복방안 480
Ⅴ. 기존 물 순환이용방식의 개선 481
가. 중수도 481
나. 빗물이용시설 481
Ⅵ. 통합적인 빗물관리계획 482
1. 필요성 482
2. 빗물관리 관련규정 482
3. 목표 및 이행과제 483
4. 중점 추진사항 483
Ⅶ. 하수처리수 재이용계획 484
1. 하수처리수 재이용의 필요성 484
2. 국내외 현황 및 사례 485
3. 목표 및 추진방법 487
4. 장애요인과 극복방안 488
5. 경제성검토 489
6. 재이용 시장규모 추정 491
8. 재이용사업 추진방식 492
9. 중점추진사항 492
10. 중장기 Road Map 493
Ⅷ. (가칭)물의순환이용촉진을위한법률시안 주요내용 495
Ⅸ. 향후 추진계획 496
붙임 497
붙임 1. 재이용 시설용량별 비용추정 498
붙임 2. 비용편익분석 산정 사례(모래여과) 499
붙임 3. 사회적 측면의 비용편익분석 500
붙임 4. 공급자 측면의 비용편익분석 501
붙임 5. 수요자 측면의 비용편익 분석 502
붙임 6. 재이용수의 용도 구분 및 제한 조건 503
붙임 7. 용도별 하수처리수 재이용 수질기준(안) 504
붙임 8. 재이용 용도별 처리방법(예시) 505
하수처리수 재이용 연구포럼(제5회) 결과 보고 506
표 2.1 하천수 이용률 저수지 용량률 및 가뭄취약 물 이용률(이동률, 2006) 54
표 2.2 우리나라 수자원의 부존량 및 이용 현황(국토연구원, 2001) 55
표 2.3 물순환 해석 모형 비교 60
표 2.4 농촌지역에서의 토지이용현황 62
표 2.5. 도시화에 따른 수문학적 영향(장수환 등, 2005) 64
표 2.6. 도시화로 인한 토지이용현황 변화(국가수자원관리종합정보시스템, 2005) 67
표 2.7. 도시화로 인한 물순환의 변화 68
표 2.8 빗물이용 월드컵 경기장의 개요 74
표 2.9 국내 식수용 해수담수화 시설현황 81
표 2.10 국내 공업용수 해수담수화 시설현황 81
표 2.11 국내 하수처리수 재이용 현황(환경부, 2005) 86
표 2.12 국내 하수처리수 재이용시설 현황(http://www.tancheon.com) 88
표 3.1 중수도 설치자에 대한 경제적 지원제도 현황 96
표 3.2 물절약종합대책 100
표 3.3 시ㆍ도별 업종별 수도요금 현황 104
표 3.4 전국 중수도 활용현황(2004 상수도통계, 환경부, 2005) 105
표 3.5 수도요금 및 가계소득에서 수도요금이 차지하는 비율 113
표 3.6 요금현실화 비중 114
표 3.7 요금현실화와 관련변수 비교 115
표 3.8 요금현실화 어려운 지역 116
표 3.9 낮은 요금 현실화 지역 117
표 3.10 지하수 용도별 사용량 현황(2005년 지하수조사연보, 건설교통부) 121
표 3.11 물 다량 사용 건축물 현황(환경부, 2001) 127
표 3.12 건물 종류별 1인당 급수량과 유효면적(대한설비공학회, 2001) 129
표 3.13 건물 종류별 물 사용량의 실측 평균치(일본 공기조화 위생공학회 편람,1997) 130
표 3.14 건물 종류별 연면적별 물 사용량 130
표 3.15 건물의 용도별 사용수량 비율(일본의 도시용수) 131
표 3.16 건물 규모에 따른 예상 물 사용량 및 중수사용량 131
표 3.17 상하수도 자산의 내용연수 136
표 3.18 분야별 비용편익항목 137
표 3.19 사회적 측면의 비용과 편익 139
표 3.20 처리공정별 수질기준 140
표 3.21 용도별 처리방법분류 예시 141
표 3.22 시설용량별 비용추정 142
표 3.23 하수재이용에 따른 사회적 편익 143
표 3.24 전국상수도 평균생산원가 144
표 3.25 용수공급 톤당 댐 사업비(최근 건설된 3개댐 기준) 144
표 3.26 사여과의 비용편익분석 146
표 3.27 MF의 비용편익 분석 147
표 3.28 MF + R/O의 비용편익 분석 148
표 3.29 사여과처리+생물활성탄(AC)의 비용편익 분석 149
표 3.30 생물반응조 내 침지막설치(MBR개량)방식의 비용편익 분석 150
표 3.31 생물반응조 내 침지막설치(MBR개량) + R/O 방식의 비용편익 분석 151
표 3.32 공급자 비용과 편익 152
표 3.33 공급자 측면의 비용편익 분석 153
표 3.34 하수재이용 시설건설비용 154
표 3.35 부천 하수재이용 시설의 일반 현황 155
표 3.36 굴포천 재이용시설 설치비용 156
표 3.37 하수재이용수와 상하수도 원가비교 156
표 3.38 굴포천 하수재이용시설 운영비 156
표 3.39 하수재이용시설의 편익산정(단가결정) 157
표 3.40 수요자측면의 비용편익항목 159
표 3.41 수요자 측면의 비용편익 분석 159
표 3.42 대표적인 민자사업투자방식 163
표 3.43 BTO와 BTL의 비교 164
표 3.44 하수도 산업에 있어 민간제안사업 선정원칙 169
표 3.45 장래 재이용율 증가에 따른 공업용수 수요량과 재이용량 175
표 3.46 2016년 기준 각소유역 별 물부족량 175
표 3.47 하수재이용시설 톤당 평균비용 178
표 3.48 하수재이용사업의 민간시장규모 추정 178
표 3.49산업별 취업유발효과 180
표 3.50 하수재이용사업의 신규고용창출효과 180
표 3.51 영업비용의 세부항목 183
표 3.52 자본비용의 세부항목 185
표 3.53 용도별 요율표(부천시 재이용수 급수조례) 188
표 3.54 사용료 징수계획(안) 188
표 3.55 상수도와 재이용수의 사용요금 비교(2003) 189
표 4.1 물사용지수 경계범위 205
표 4.2 우리나라의 수자원과 물사용지수 206
표 4.3 하수재이용시설의 고정비 회수기간 211
표 4.4 국제적인 수리권 분쟁이 발생하고 있는 지역(건설교통부, 2002) 214
표 4.5 우리나라 물 분쟁 사례(건설교통부, 2002) 215
표 4.6 권역별 장래 용수부족 전망(건설교통부, 수자원장기종합계획보완, 2006) 220
표 4.7 도서지역의 물사용 현황 및 특징 223
표 4.8 중수도 사용의 문제점 225
표 4.9 용도별 처리수 재이용현황(환경부, 2005) 226
표 4.10 지하철 구역 내 유출 지하수 용출량 및 처리현황(건설교통부, 2002) 227
표 4.11 국외 유출 지하수 이용현황(건설교통부, 2002) 227
표 4.12 2005년 이전 재이용 사업 실태 229
표 4.13 2006년 하수재이용 시범시설 현황(6개소) 231
표 4.14 2007년 하수재이용 시범시설 계획(9개소) 232
표 4.15 여러 나라의 수자원(EPA, 2004) 234
표 4.16 미국의 하수처리수 재이용 가이드라인 또는 규제를 따른 주의 수 (EPA, 2004) 235
표 4.17 미국의 주요 하수 처리수 재이용 처리시설 236
표 4.18 호주의 하수처리수 재이용 현황, 1996-1999 (Peter Dillon, 2000) 237
표 4.19 그리스의 주요 재이용 사업(EPA, 2004) 238
표 4.20 일본의 하수 처리수 재이용용도(EPA, 2004) 239
표 4.21 레크리에이션을 위한 재이용 사례(환경관리공단, 2001) 240
표 4.22 싱가포르의 물 관련 주요 수치(오태영, 싱가포르무역관) 242
표 4.23 공유하천을 가진 국가들의 재이용 현황 243
표 4.24 국내외 하수재이용 용도 비교 244
표 4.25 중수도의 수질기준(수도법 제3조 관련, 2006년 개정) 245
표 4.26 기존 농업용수의 용도 구분 246
표 4.27 식물관개용수의 용도 구분 제안(안) 247
표 4.28 하천유지용수와 친수(위락)용수의 용도 구분 249
표 4.29 재이용수의 음용수 수자원화의 성공 및 실패사례 251
표 4.30 운영주체에 따른 재이용 처리시설의 범위 및 공정에 대한 영향 252
표 4.31 하수재이용수 처리 구분 253
표 4.32 기존 일반재생 목적의 질소ㆍ인 제거 하수처리장에서 고품위 재생수 생산사례 (유량 및 농도는 평균값) 254
표 4.33 우리나라 하수처리방류수, 중수도 및 재이용수 권고기준의 중요 항목 비교 257
표 4.34 국내 하수처리수 재이용관련 수질권고기준(환경부 2005) 258
표 4.35 재이용 수질의 법적 기준 정의 259
표 4.36 미국의 하수 재이용수의 수질범위 259
표 4.37 물 재이용지역의 주요 수질항목별 가이드라인과 규제기준(USEPA)의 요약 260
표 4.38 용도별 수질기준 마련 시 고려사항 261
표 4.39 재이용수의 용도 구분 및 제한 조건 264
표 4.40 하수 재이용 용도별 권고수질(안) 270
표 4.41 하수처리장의 하수처리수 재이용현황 274
표 4.42 지자체별 하수처리수 재이용수의 용도별 사용량 275
표 4.43 하수처리수 용도별 재이용 수요조사 결과(목표년도 : 2015년) 277
표 4.44 재이용량 추정과 잠재수요조사 결과 비교 279
표 4.45 하수처리수 재이용 문제점과 개선방향 281
표 4.46 우리나라의 WEI(물사용지수) 284
표 4.47 WEI 저감방안의 장ㆍ단점 비교 286
표 4.48 5대강 수계의 수질 등급현황(2006)과 계획방향 288
표 4.49 용수부족지역(건교부 2005) 288
표 4.50 과거 가뭄발생 시 2회 이상 제한급수를 경험한 시군(수자원장기종합계획, 2005)을 지표로 한 하수재이용 우선검토 대상 시군 289
표 4.51 산업단지 및 농공단지 290
표 4.52 운영 중인 골프장 및 스키장(2004년) 292
표 4.53 자연공원 및 유사시설업 현황(2005) 293
표 4.54 국가하수재이용계획 Road Map 295
표 4.29 재이용수의 음용수 수자원화의 성공 및 실패사례에서 홍보의 중요성 300
표 4.55 하수에서 발견되는 대표적인 성분의 분류 301
표 4.56 수질오염물질별 처리공정 302
표 4.57 우리나라와 외국의 배관종류별 색상 구별 사례 305
표 4.58 급속사여과의 설계지침(예) 307
표 1. Aquacycle에서의 입력자료 340
표 2. Unit block의 구성 347
표 3. Cluster의 구성 347
표 4. Catchment의 구성 348
표 5. Measured Parameters의 구성 348
표 6. Calibrated parameters의 구성 348
표 7. Initial storage level values의 구성 348
표 8. 광진구 거주 인구수별, 주택 유형별 물 사용량(서울시정개발연구원, 2004) 349
표 9. 가구내 거주인수별, 용도별 물 사용량 350
표 10. 대상유역 내 인구(통계청, 2005; 광진구통계연보, 2005) 351
표 11. 불투수면적에 따른 증발산산정(과학기술부, 2004) 355
표 12. 감수곡선의 평균 초기 유량, 감수기간 및 감수상수(이동률, 1995) 359
표 13. 지하수량 결정 360
표 14. 군자배수분구 토양분포 및 설명 362
표 15. 광진구 지하수 이용현황(건설교통부, 2005) 363
표 16. 군자배수분구 이용현황 363
[표 2.1 시설용량별 비용추정] 364
그림 1.1 과업의 세부과제 목표와 최종목표 구성도 46
그림 2.1 자연계 물순환(http://gwater.cheonan.go.kr) 50
그림 2.2 2001년 수요기준 용수부족 경험지역(건설교통부, 2006) 52
그림 2.3 군자배수분구 위성사진 61
그림 2.4 대상유역의 행정구역도 61
그림 2.5 군자배수분구 물순환 해석(도시화된 지역) 63
그림 2.6 농촌지역 물순환 해석 63
그림 2.7 도시화율 변화(건설교통부, 2006) 65
그림 2.8 도시화에 따른 물순환 변화 68
그림 2.9 불투수면 변화에 따른 민감도 분석 69
그림 2.10 강변여과수의 취수 및 개발 개념도 76
그림 2.11 연도별 하수처리수 재이용률(민경석, 2006) 86
그림 2.12 빗물저류조와 하수처리장의 용량결정 89
그림 2.13 재이용 시 상수도 절감효과 89
그림 3.1 연도별 수도요금 변화 추이(2004 상수도통계, 환경부, 2005) 103
그림 3.2 물문제의 악순환 고리 114
그림 3.3 요금현실화율 크기에 따른 급수인구비중 115
그림 3.4 연동제 적용에 따른 요금조정 시 지방의회 의결 제외방안 119
그림 3.5 중앙정부가 요금인가권을 이양 받는 방안 119
그림 3.6 지방의회 의결 제외 방안 119
그림 3.7 연도별 지하수 이용량과 관정 개소수 121
그림 3.8 용도별 지하수 사용량(2005년 지하수조사연보, 건설교통부) 122
그림 3.9 각종 중수 시스템(박선구, 2001) 133
그림 3.10 하수재이용의 비용편익분석 절차 138
그림 3.11 BTL과 BTO의 구조 164
그림 3.12 BTL사업의 역할부담 도표 165
그림 3.13 대상사업 지정(주무관청, 기획예산처)사업추진절차 167
그림 3.14 정부고시사업 사업추진절차 168
그림 3.15 민간제안 추진절차 170
그림 3.16 중권역별 물부족수량(백만톤/년, 수자원장기종합계획(2006~2020)) 174
그림 4.1 유럽의 물사용지수(EEA, 2002) 205
그림 4.2 물 재이용률에 따른 물사용지수 변화량 207
그림 4.3 용도별 용수 이용률 변화(건설교통부, 2006) 208
그림 4.4 하수처리수 재이용에 따른 오염부하량 삭감효과(대구광역시 낙동강 오염총량관리 기본계획, 2010년 기준) 209
그림 4.5 고정투자비 회수기간 211
그림 4.6 물재이용 기술개발 파급효과 213
그림 4.7 수자원부존 및 이용현황 216
그림 4.8 우리나라 강우량 특성(수자원장기종합계획 보완, 건설교통부, 2006) 217
그림 4.9 연도별 지하수 이용현황(건설교통부, 정기통계, 2006) 218
그림 4.10 용도별 용수 수요전망(건설교통부, 2006) 219
그림 4.11 2011년 물 부족 지역의 부족율 전망 221
그림 4.12 3대 도서 하수처리수 재이용 현황 223
그림 4.13 대표적인 고준위 처리공정 255
그림 4.14 기존 처리공정에서 MBR과 BNR-MBR의 비교(윤, 2005). (a) 기존 활성슬러지공정을 MBR로 개조하면 침전지 등을 줄일 수 있다. (b) 영양소 제거를 목표로 하면 MBR의 장점은 많이 상쇄된다. 256
그림 4.15 기존기술을 이용한 고준위 하수 재이용 처리 공정(Metcalf & Eddy, 2004) 256
그림 4.16 하수처리수 재이용 시 포괄적 용도 구분 263
그림 4.17 수변 및 친수지역에 친수용수로 사용되는 재이용수의 수질. 사용이후 대상 수계의 수질 향상정도를 고려하여야 한다. 이때 기존 수량에 따라 희석효과를 감안할 때 영양소(N,P)의 제거는 일반적으로 필요하나 하수 내 중금속ㆍ유해물질의 초고도 처리가 필수적인 것은 아니다. 266
그림 4.18 재이용수를 상수원에 보충하는 경우: (i) 재이용수를 저수지나 도수관망에 보충하는 경우, (ii) 재이용수를 상수배급관망에 보충하는 경우 269
그림 4.19 기존 하수처리장의 방류수 수질과 재이용 처리시설과의 연관성. 272
그림 4.20 지자체별 하수처리유량 및 재이용율 274
그림 4.21 하수처리수 재이용수의 장외용수 용도별 사용량 276
그림 4.22 하수처리량과 예측수요량의 설문조사 결과 278
그림 4.23 하수처리수 재이용 용도별 예측수요량 설문조사 결과 278
그림 4.24 물수지 및 재이용 인식에 대한 설문조사 결과 280
그림 4.25 과거 가뭄 시 제한급수지역 282
그림 4.26 고소득 국가와 저소득 국가의 용수사용 용도. 고소득국가에서는 생활 및 산업용수의 수요가 높은 반면 저소득 국가는 농업용수의 수요가 높음(World bank, 2003). 285
그림 4.27 하와이 하수재이용의 민간참여 개념도 298
그림 4.28 전형적인 2차 하수처리수의 재생공정(Metcalf & Eddy, 2004) 304
그림 1. Aquacycle 모식도 339
그림 2. 투수면에서의 증발산량 산정 344
그림 3. 인구수에 따른 물 사용량 변화 349
그림 4. 유역 내 건물 분포 352
그림 5. Cluster의 총 유역, 도로, 공공녹지단지(위쪽부터) 353
그림 6. 토양수분 저류조에서의 강우와 유출의 관계 354
그림 7. 토양수분 저류조 용량 결정 355
그림 8. 불투수면적비에 따른 증발산량 변화 356
그림 9. 군자배수분구 토양도 362