이 글의 목적은 공장 및 산업시설에서 사용하는 세척수를 효율적으로 회수·처리하여 다시 공정에 사용하는 세척수 순환 재이용 시스템을 설계하고 운영하기 위한 실무 기준을 정리하는 것이다.
1. 세척수 순환 재이용 시스템의 개념과 도입 효과
세척수 순환 재이용 시스템이란 공정 세척, 장비 세척, 용기 세척 등에서 발생하는 오염된 세척수를 적정 수준으로 처리한 후 동일 또는 유사 용도로 재사용하는 수처리·배관·제어 시스템을 말한다.
기본적인 개념은 “신선용수 사용량 최소화 + 폐수발생량 최소화”이다. 공정 특성에 맞는 전처리, 고도처리, 살균, 저장 및 순환 배관으로 구성하며, 필요한 경우 기존 폐수처리시설과 병행 운전한다.
세척수 재이용은 다음과 같은 효과를 가진다.
- 원수 사용량 절감에 따른 수도요금·지하수 사용비용 절감
- 폐수처리시설 유입 부하 감소 및 방류수 처리비용 절감
- 물 부족, 가뭄 등 비상 시 안정적인 세척용수 확보
- 환경규제 강화에 대한 선제적 대응 및 ESG 경영 실천
- 친환경 공장 이미지 제고 및 고객사 요구사항 대응
주의 : 세척수 재이용은 단순히 물을 아끼는 차원을 넘어, 방류수 기준과 중수도·물재이용 관련 제도를 동시에 고려해야 하며, 수질 부적합 시 제품 품질·위생 문제로 직결될 수 있기 때문에 설계 단계에서부터 엄격한 기준을 설정해야 한다.
2. 세척수 발생원과 수질 특성 이해
세척수 순환 재이용 시스템 설계의 첫 단계는 “어디에서 어떤 수질의 세척수가 얼마나 발생하는지”를 정량적으로 파악하는 것이다.
2.1 세척수 주요 발생원
- 식품·음료·김치·육가공 공장의 원재료 세척, CIP 세척수
- 전자·반도체·디스플레이 공정의 장비 외관 세척, 캐리어·트레이 세척
- 금속 부품 세척(탈지, 인산피막 전 세척, 도장 전 세척 등)
- 자동차·부품·물류센터 세차장, 파레트 세척, 컨테이너 세척
- 병·캔·용기 세척 라인, 포장재 세척
각 업종별로 세척수에 포함되는 오염물질 종류와 농도가 크게 다르기 때문에, 재이용 가능성·필요 처리공정·목표수질을 별도로 검토해야 한다.
2.2 세척수의 대표적인 오염물질
일반적으로 세척수에는 다음과 같은 오염물질이 포함된다.
- 부유물질(SS): 흙, 잔사, 금속분, 플라스틱 조각 등
- 유분(Oil & Grease): 식용유, 절삭유, 윤활유 등
- 유기물(COD, BOD): 식품 찌꺼기, 유기 용제 잔류물, 계면활성제
- 계면활성제 및 세제 성분: 알칼리 세제, 산세척제, 소독제 등
- 무기 이온: 염화물, 황산염, 질산염, 인산염, 경도 성분(Ca, Mg)
- 중금속: 니켈, 아연, 구리, 철 등(금속세척 공정의 경우)
- 미생물: 세균, 일반세균, 대장균군(식품·세차·재활용 용수의 경우)
2.3 세척수 유형별 대략적인 수질 범위
| 세척수 유형 | 주요 오염물질 | 특징 | 재이용 난이도 |
|---|---|---|---|
| 식품 원재료 세척수 | SS, 유기물, 미생물 | 고형물 많고 유기물 부하 높으나 중금속은 적다. | 중간 |
| 금속 부품 세척수 | 유분, 계면활성제, 중금속 | 유분 농도와 금속 이온 농도가 높은 편이다. | 높음 |
| 차량·장비 세척수 | SS, 유분, 계면활성제 | 퇴적물과 오일트랩 관리가 중요하다. | 중간 |
| 용기·트레이 세척수 | 세제, 미세 플라스틱, 잔류제품 | 세제 종류에 따라 거품과 난분해성 유기물이 문제이다. | 중간 |
주의 : 위 표는 설계 초기 개념 검토를 위한 일반적인 경향치일 뿐이며, 실제 설계 시에는 2~3회 이상 대표 시료를 채수하여 공인시험기관 수질분석 결과를 기준으로 설계값을 산정해야 한다.
3. 세척수 재이용 관련 제도·기준 개요
세척수 순환 재이용 시스템은 대체로 공장 내부에서 공업용수 수준으로 사용되므로, 하수처리수나 중수도처럼 일반 시민이 사용하는 용수에 비해 인체 직접 접촉 가능성이 낮은 경우가 많다.
다만 다음 사항을 동시에 고려해야 한다.
- 중수도 및 물 재이용 관련 법령에서 정한 용도별 수질기준
- 공업용수의 경우 공정 특성과 제품 품질 요구사항에 따른 자율 수질기준 설정
- 재이용 전·후 어떤 형태로든 하수도·폐수배출시설로 배출되는 경우 방류수 수질기준 준수
- 식품·의약·화장품·반도체 등 위생·청정 수준이 필요한 업종별 별도 가이드라인
실무에서는 다음과 같이 정리하는 것이 현실적이다.
- “방류”되는 수질은 물환경 관련 법령의 배출허용기준 이상 만족하도록 설계한다.
- “공장 내에서 재이용”하는 세척수의 수질은 공정별 요구수질과 중수도·재이용수 권고기준을 참고하여 자체 기준을 정한다.
- 식품·음용과 관련된 설비 세척용 재이용수는 미생물 관리와 잔류염소 관리 기준을 엄격하게 설정한다.
주의 : 재이용수를 제품 제조에 직접 투입하거나 인체 접촉 가능성이 높은 용도로 사용하는 경우, 관련 개별법(식품위생, 의약품, 의료기기 등)에서 별도 기준을 둘 수 있으므로, 반드시 업종·제품별 규정을 사전에 확인해야 한다.
4. 세척수 순환 재이용 시스템 기본 구성
세척수 재이용 시스템은 일반적으로 다음과 같은 흐름으로 구성된다.
세척공정 → 세척수 집수조 → 스크린/오일트랩 → 균등조(평형조) → 1차 물리·화학처리 → 막여과/여과 등 고도처리 → 살균 → 재이용수 저장탱크 → 순환펌프 및 배관 → 세척공정 재공급이다.
4.1 전처리 공정
- 집수조 및 침사지: 모래, 흙, 큰 찌꺼기를 침전·포집한다.
- 스크린(바 스크린, 로터리 스크린): 큰 협잡물을 제거하여 펌프 및 막 손상을 방지한다.
- 오일트랩(유분분리조): 자동차·금속세척 등에서 유출되는 유분을 중력식으로 제거한다.
- 균등조(평형조): 시간대별 유량·농도 변동을 완화하고, pH 및 온도를 조정한다.
4.2 1차 처리(물리·화학 처리)
- 응집·침전: SS 및 일부 유기물을 제거하기 위해 응집제를 주입하고 침전조에서 고형물을 제거한다.
- 부상분리(DAF): 유분과 미세부유물을 효율적으로 제거할 때 사용한다.
- pH 중화: 산·알칼리 세척공정이 혼입되는 경우 필수이다.
4.3 고도처리 공정
- 모래여과·다층여과: 세척수 고형물 농도를 크게 낮추기 위한 기본 여과이다.
- 막여과(MF/UF): 탁도 제거, 미생물 차단, 안정적인 재이용수 수질 확보에 효과적이다.
- 역삼투(RO): 고순도 세척수 또는 공정수로 재이용할 때 필요하다.
- 활성탄 여과: 잔류 유기물 및 냄새, 색도 개선에 사용한다.
4.4 살균 및 위생 관리
- 차아염소산나트륨(염소) 주입: 잔류염소를 일정 농도로 유지하여 재이용수 탱크 내 세균 증식을 억제한다.
- 오존 처리: 강력한 산화력을 이용하여 냄새·색도 개선과 병행한다.
- 자외선(UV) 살균: 잔류물질 없이 미생물만 처리할 수 있어 식품 관련 공정에 적합하다.
4.5 저장 탱크 및 순환 배관
재이용수 저장 탱크는 재이용수 사용량의 변동을 완충하고, 순환펌프와 연계하여 세척 설비에 안정적으로 공급하는 역할을 한다.
- 탱크 체류시간은 2~8시간 범위에서 공정 특성을 고려해 설정한다.
- 배관 루프를 구성하여 재이용수를 순환시키면서 수질을 균일하게 유지한다.
- 데드 레그(사각지대) 배관을 최소화하여 바이오필름 형성을 억제한다.
주의 : 장시간 체류하는 재이용수 탱크는 여름철 온도 상승과 함께 세균 번식 위험이 커지므로, 순환 루프와 정기적 탱크 세정 계획을 반드시 포함해야 한다.
5. 세척수 재이용 시스템 설계 절차
5.1 설계 목표 설정
- 재이용 대상 공정과 재이용수 사용 용도를 명확히 정의한다.
- 목표 재이용률(%)과 예상 절감량(톤/일)을 산정한다.
- 재이용수 목표수질(탁도, SS, COD, 유분, 세균수, 잔류염소 등)을 설정한다.
- 방류수 기준, 기존 폐수처리시설 여유용량과의 관계를 검토한다.
5.2 수량·부하 산정
기본적인 수량·부하 산정은 다음과 같이 계산한다.
1) 평균 세척수 유량 Q_avg (m³/d) = 일일 세척수 발생량 합계
최대 시간당 유량
Q_max (m³/h) = 피크 시간대 세척수 발생량 / 해당 시간
오염부하
SS_load (kg/d) = Q_avg (m³/d) × SS (mg/L) / 1,000
COD_load (kg/d) = Q_avg (m³/d) × COD (mg/L) / 1,000
5.3 공정별 체류시간·용량 설계
- 균등조 체류시간(HRT): 세척수 발생 패턴에 따라 1~6시간 범위에서 검토한다.
- 응집침전조 체류시간: 일반적으로 1~2시간 수준을 기준으로 한다.
- 막여과 시스템: 설계 플럭스(투과유속)를 기준으로 막 면적을 산정한다.
막여과 설계 예시 설계 플럭스 J (L/m²·h) 필요 막면적 A (m²) = Q_perm (m³/h) × 1,000 / J (L/m²·h)
// 예를 들어, Q_perm = 5 m³/h, J = 60 L/m²·h 이면
// A = 5 × 1,000 / 60 = 약 83.3 m²
5.4 재이용률 및 블로우다운 설정
장기 순환 시 용존염, 비분해성 유기물, 미세입자 축적을 방지하기 위해 일정 비율의 블로우다운(배출)을 설계해야 한다.
재이용률 및 블로우다운 개념식
Q_in : 세척수 발생량 (m³/d)
Q_reu : 재이용수 공급량 (m³/d)
Q_blow : 블로우다운 또는 농축수 배출량 (m³/d)
물수지 : Q_in = Q_reu + Q_blow
재이용률(%) = (Q_reu / Q_in) × 100
일반적으로 70~90% 범위에서 재이용률을 설정하며, 공정 특성상 회수율이 지나치게 높으면 침전물·스케일·유기물 축적에 따른 운영 리스크가 증가한다.
6. 세척수 재이용 공정 구성 예시
6.1 식품공장 세척수 재이용 예시(원재료 세척수)
- 집수조 → 스크린 → 균등조 → 응집·침전 → 모래여과 → 막여과(UF) → 염소살균 → 재이용수 탱크 → 세척 라인 재공급
- 목표: SS 5 mg/L 이하, 탁도 1 NTU 이하, 일반세균 기준 만족, 잔류염소 0.2~0.5 mg/L 유지
6.2 금속부품 세척수 재이용 예시(유분·중금속 포함)
- 집수조 및 오일트랩 → 균등조 → pH조정·응집(중금속 처리 포함) → 부상분리(DAF) → 모래여과 → 활성탄 여과 → 재이용수 탱크 → 탈지 세척 라인 재공급
- 필요 시 RO를 추가하여 수세 단계에는 고순도수를 공급한다.
6.3 세차장·장비 세척수 재이용 예시
- 침사지 → 집수조 → 오일트랩 → 응집·침전 → 여과(모래/다층) → 활성탄 → 재이용수 탱크 → 세차라인 재공급
- 냄새 및 발포 문제를 줄이기 위해 세제 사용량 최적화와 주기적인 슬러지 제거가 필수이다.
7. 세척수 재이용 시스템 운영관리 포인트
7.1 수질 모니터링 항목과 빈도
| 항목 | 목적 | 추천 측정 빈도 |
|---|---|---|
| 탁도 | 입자성 오염물질 관리 | 일일 또는 연속 모니터링 |
| SS | 여과·막폐색 위험 파악 | 주 1~2회 |
| COD/BOD | 유기물 부하, 악취 가능성 평가 | 월 1~2회 이상 |
| 유분(O&G) | 오일트랩 성능 및 공정 영향 평가 | 월 1회 이상 |
| pH | 부식·스케일·생물막 형성 영향 | 일일 또는 연속 모니터링 |
| 전기전도도(EC) | 용존염 축적 여부 확인 | 일일 |
| 잔류염소 | 살균 효과 유지(식품·위생 용도) | 일일 또는 교대별 |
| 일반세균, 대장균군 | 위생·안전성 확인 | 월 1회 이상 |
7.2 막·여과설비 유지관리
- 여과차압(ΔP) 상승 추세를 주기적으로 기록하여 세정 시점을 관리한다.
- 막 세정(CIP) 주기와 약품 농도, 세정 시간은 설비 공급사의 매뉴얼을 기본으로 하되, 실제 운전 데이터를 반영하여 조정한다.
- 역세척수 역시 적절히 재이용하거나, 고농도 오염을 고려해 폐수처리로 안전하게 이송한다.
주의 : 세척수 재이용 시스템에서 막오염이 심해지면 재이용률이 급격히 떨어지고, 운영비가 급증하므로 “전처리 강화 → 막부하 완화 → 세정 최적화”를 통해 장기적으로 안정적인 운전을 확보해야 한다.
7.3 슬러지 및 농축수 관리
- 응집·침전 및 DAF에서 발생하는 슬러지는 별도의 슬러지 농축·탈수 설비에서 처리한다.
- RO 농축수, 고농도 블로우다운은 기존 폐수처리시설로 이송하여 배출허용기준을 만족하도록 처리한다.
- 슬러지 성상에 따라 지정폐기물 여부를 확인하고 적정 위탁처리 계약을 체결한다.
7.4 비상시 운전 모드 설정
- 막 파손, 살균 시스템 고장, 수질 이상 등 비상 상황 시 즉시 “재이용수 공급 중단 → 신선용수 직공급 또는 설비 정지”로 전환할 수 있는 우회 배관을 설계한다.
- 비상 상황 기록, 조치 내용, 재발 방지 대책을 표준운전절차(SOP)에 반영한다.
8. 경제성 및 환경성 평가
세척수 재이용 설비의 경제성은 “절감되는 용수·하수도·폐수처리 비용”과 “설비 투자·운전 유지비”를 비교하여 평가한다.
8.1 비용 요소
- 투자비(CAPEX): 집수조, 탱크, 펌프, 배관, 전처리, 막설비, 살균, 계측·제어, 건축·전기 공사비 등
- 운전비(OPEX): 전력비, 약품비, 막 교체비, 슬러지 처리비, 인건비 등
- 절감비용: 상수도·지하수 사용료, 하수도 사용료, 폐수처리비(위탁처리 포함) 절감액
8.2 단순 회수기간 개념
연간 절감비용 (원/년) = 용수절감비 + 하수·폐수처리비 절감비 - 재이용 설비 추가 운전비
단순 회수기간 (년) = 총 투자비 (원) / 연간 순절감비용 (원/년)
실무에서는 3~7년 정도의 회수기간을 목표로 검토하는 경우가 많으며, 물 부족 위험·규제 리스크 저감 등 비금전적 효과도 함께 고려해야 한다.
9. 세척수 순환 재이용 시스템 설계·점검 체크리스트
| 구분 | 점검 항목 | 핵심 질문 |
|---|---|---|
| 기획 단계 | 재이용 대상 공정 정의 | 어떤 세척공정의 물을 어느 용도로 재사용할 것인가? |
| 수질 조사 | 대표 시료 채취 및 분석 | 최소 2~3회 이상 다양한 조건에서 수질을 조사했는가? |
| 공정 설계 | 전처리·고도처리 적정성 | SS·유분·유기물·미생물을 모두 관리할 수 있는 조합인가? |
| 설비 용량 | 균등조·막설비 용량 | 피크 유량과 장래 증설까지 고려한 용량인가? |
| 수질 기준 | 재이용수 목표수질 설정 | 공정 품질요구·법적 기준·권고기준을 모두 검토했는가? |
| 운영 관리 | 모니터링·세정 계획 | 일·월별 점검 항목과 막 세정 계획이 문서화되어 있는가? |
| 비상 대응 | 우회배관·알람 체계 | 수질 이상 시 자동으로 재이용 공급을 차단할 수 있는가? |
FAQ
Q1. 세척수 재이용 시스템 도입 시 가장 먼저 해야 할 일은 무엇인가?
가장 먼저 해야 할 일은 세척수 발생 공정을 정확히 구분하고, 각 공정별 세척수 발생량과 수질을 조사하는 것이다. 발생원이 섞여 버리면 오염도가 높아져 재이용 난이도가 크게 올라가므로, 가능하면 오염도가 낮은 세척수 라인을 우선 분리하여 재이용 대상으로 선정하는 것이 좋다.
Q2. 모든 세척수를 100% 재이용하는 것이 가능한가?
이론적으로는 가능해 보이지만, 실제 공장에서는 농축물 축적, 미생물 증식, 스케일 형성 등으로 인해 100% 재이용은 거의 적용되지 않는다. 일반적으로 70~90% 수준의 재이용률을 목표로 설계하고, 나머지는 블로우다운 및 농축수로 배출하여 폐수처리시설에서 적정 처리하는 것이 현실적이다.
Q3. 중수도·물 재이용 수질기준을 반드시 따라야 하는가?
공장 내 공업용 세척수 재이용의 경우, 사용 용도와 인체 접촉 가능성에 따라 법적 적용 수준이 달라질 수 있다. 다만 하·폐수 방류 시에는 관련 법령의 배출허용기준을 반드시 만족해야 하며, 재이용수 자체의 수질은 중수도·재이용수 용도별 수질기준과 업종별 지침을 참고하여 공장 자체 기준을 설정하는 것이 일반적이다.
Q4. 세척제(알칼리·산·계면활성제)가 많이 들어가도 재이용이 가능한가?
세척제가 많이 포함된 세척수는 pH 중화, 계면활성제 분해·흡착, 유분 제거 등 추가적인 처리공정이 필요하다. 고농도 세척수를 저농도 세척수나 일반 폐수와 적절히 혼합하여 부하를 완화하는 전략도 고려할 수 있다. 다만 세척제 성분에 따라 막오염이나 독성 문제가 생길 수 있으므로, 주요 세제의 성분과 생분해성, 독성 정보를 사전에 확인하는 것이 중요하다.
Q5. 기존 폐수처리시설이 있는 공장에도 세척수 재이용 시스템을 추가할 수 있는가?
대부분의 공장에서는 기존 폐수처리시설 전단 또는 방류수 일부를 분기하여 재이용 시스템을 추가하는 방식으로 설계가 가능하다. 이 경우 폐수처리시설의 잉여 용량, 유입부하 변화, 슬러지 발생량 변화를 함께 검토하여 전체 시스템의 안정성을 확보해야 한다.