최근 급속한 산업발달과 도시집중화 및 인구증가에 따른 물 소비량의 증가에 따라 사용가능한 깨끗한 물이 줄어들면서 세계적으로 물 부족현상이 나타나고 있으며, 향후 물 부족 문제가 심화될 가능성이 높은 상태이다. 이러한 물 부족 현상의 대안으로 전국적인 하폐수 재이용에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 재이용 비중은 2000년 2.9%에서 2010년 10.9%로 증가하고 있는 추세이다.
최근 RO공정을 이용한 공업용수 공급계획들이 활발히 추진되고 있다. RO공정을 적용할 경우 높은 수준의 안정적인 수질을 확보할 수 있는 장점이 있으나 RO공정은 필연적으로 오염물질이 제거된 처리수와 오염물질의 농도가 3～5배 높아진 농축수가 발생하게 된다. 일반적으로 RO 농축수는 하수처리장 방류수 수질기준을 상회하므로 추가 처리 없이 방류하는 것은 어려운 실정이며, RO 농축수는 난분해성 유기물과 농축된 T-N, T-P, 고농도의 염분(Cl-), 독성물질들이 포함되어 있기 때문에 생물학적 처리가 어렵다. 일부 하수처리장의 경우 RO 재이용 설비로부터 발생되는 농축수를 처리장 전단으로 반송하여 재처리시키고 있으나, RO농축수가 생물학적 하수처리시스템에 미치는 영향에 관한 연구결과는 미비한 실정이다. 따라서 적정처리를 위한 대안선정이나 공정설계에 어려움이 있다.
이에 본 연구에서는 하수처리수 재이용을 위한 MBR-RO 공정에서 발생하는 농축수의 효율적인 처리를 통하여, 방류수량의 저감과 방류수 수질기준 이하로 처리하는 것을 목적으로 분말활성탄을 조합한 MBR 공법을 적용하여 RO농축수 처리 가능성을 평가해 보았으며, MBR로 처리 가능한 하수와 농축수의 적정 혼합비율에 대해서 고찰하였다. 또한 RO농축수의 근본적인 처리기술을 확보하기 위해 불용성 전극을 이용한 전기분해에 관한 연구를 수행하였다.
RO농축수 전량을 MBR 공정에 유입시켜 처리한 결과 외부탄소원 주입량이 증가함에도 불구하고 반응조 내 미생물량의 감소로 인해 전체적인 처리효율의 저하가 일어났다. 따라서 RO농축수를 생물학적 공정으로 처리하기 위해서는 충분한 기질의 공급과 더불어 미생물 활성에 악영향을 미치는 성분들의 제거가 필요할 것으로 판단된다.
인공폐수에 RO농축수를 0, 10, 20%비율로 혼합하여 MBR 공정을 운전한 결과 인공폐수에 RO농축수를 10%혼합시킨 구간(15～35일)에서 인을 제외한 처리수질은 하루 처리량 500톤이상인 하수처리장 I지역의 방류수 수질기준을 만족하였다. 또한 20%로 혼합시킨 구간(36～50일)에서 인을 제외한 처리수질은 방류수 수질기준 Ⅲ지역을 만족하였다. RO농축수가 혼합되는 시점에서 처리수질은 악화되었으나, 운전기간이 증가함에 따라 점차 처리 수질이 회복되는 경향이 관찰 되었다. 따라서 MBR 공정을 통해 총 유입수량 대비 20%수준까지는 RO농축수의 처리가 가능할 것으로 판단된다.
분말활성탄을 주입한 MBR 1에서 유기물과 인의 처리효율이 MBR 2에 비해 높게 측정되었으며, 특히 유기물의 경우 처리수질이 상당히 개선되는 것으로 나타났다. 이는 난분해성 유기물의 흡착에 의한 결과로 생각된다. 질소성분의 경우 분말활성탄 주입에 따른 영향은 없는 것으로 나타났다.
불용성 전극을 이용한 전기분해 공정을 RO농축수 처리에 적용할 시 TDS 농도가 높기 때문에 추가적인 전해질의 주입 없이도 운전이 가능하였으며, RO농축수를 전기분해 처리한 결과 DOC 56%, T-P 32%, T-N 8%, TDS 16% 및 색도가 제거 되었다.

Nowadays, industrial development, urbanization and population growth have increased water consumption resulting to the scarcity of available fresh water. Water shortage will aggravate unless we continue our efforts to develop new alternative ways to secure sustainable water supply. Wastewater reuse is an example of how to combat this problem. This approach has been applied in many developed countries including South Korea and has already increased its application from 2.9 % in 2000 to 10.9 % in 2010.
Recently, RO process has been widely used in the water industry. RO process can generate high quality water; however, it yields wastewater that is three to five times higher the solute concentration of the influent being treated. Since RO concentrate is definitely higher than permissible effluent water quality, it requires rigorous treatment. If it has not further processing, it cannot spend effluent. RO concentrate contains non-readily biodegradable organic matter, has very high salinity, concentrated T-N and T-P, and sometimes includes toxic substances that are not susceptible to microbial degradation.
In wastewater treatment process for RO concentrate, the success of biological nutrient removal is hindered by the inhibitory effect of very high salinity to activated sludge microbial communities. This could be one reason to further research on the development of new processes and system design.
The study investigated the use of MBR process for the treatment of RO concentrate. The MBR was evaluated based on the removal of nutrients and organic matter from the influent (TN, NH3-N, TP and COD). Initially, ROconcentrate was directly fed into the MBR ; however, this resulted to poor removal performance due high salinity which has toxic effect on microbial cells in activated sludge. PAC addition has been reported to improve biological nutrient removal by adsorption of toxic compounds and the formation of biological activated carbon. To investigate the effect of PAC on the biological treatment of RO concentrate, two MBR systems, MBR1 (with PAC) and MBR2 (without PAC), were operated under the same conditions. The removal performances lightly improved with the addition of PAC.
Stepwise increase in the concentration of feed may resolve the toxic effect to activated sludge microorganisms of directly feeding the RO concentrate in MBR. To test this hypothesis, the RO concentrate were diluted to different final concentrations prior feeding into the MBR: 0%, 10% and 20%. Synthetic wastewater was used as diluent. Dilution of the RO concentrate (10% and 20%) resulted to good removal performance except for TP. Also, as the RO concentrate mix ratio (RO concentrate: synthetic wastewater) increased, much longer time was needed for the treatment (10%: 15-35 days, 20%: 36-50 days). With step-wise increase of RO concentrate feed, the activated sludge microorganisms gradually become tolerant to increasing salinity; hence, high removal performance can be achieved through time.
Electrolysis is one of the currently available technologies for wastewater treatment. To compare its performance with MBR for the treatment of RO concentrate, a separate batch experiment was conducted. Insoluble electrodes (IE) were used for electrolysis experiment with RO concentrate. The performance was evaluated by measuring TN, TP, NH3-N and COD before and after the treatment. The results showed the following removal : 56% ,DOC ; 32% ,TP ; 8% ,TN ; 16%, TDS ; and fairly good chromaticity.