Rapid industrialization and population growth have resulted in increased freshwater usage and wastewater discharge. Water reuse systems including wastewater reuse, greywater reuse, and rainwater harvesting have been introduced as alternatives to conventional water treatment systems in an effort to address global water shortage problems. For sustainable water management, proper implementation of water reuse systems would be crucial, especially in the water-stressed locations.
The main objective of this work is to develop an effective water management strategy considering energy requirements and environmental impacts. We focused on evaluating energy consumption and greenhouse gas (GHG) emissions of different water reuse schemes as well as the conventional water treatment and distribution process. The energy requirement of the conventional water treatment and distribution system is dependent on the capacity, distribution distance, and elevations of sources and end users. Energy consumed at the abstraction, treatment, and distribution stages had ranges of 0-0.393 kWh/m3, 0.019-0.168 kWh/m3, and 0.027-0.489kWh/m3, respectively, and the average total energy consumption of the conven-tional water process was estimated to be 0.511kWh/m3. The GHG emission associated with the electricity and chemical use was calculated to be 0.43kgCO2e/m3.
In terms of energy requirement in the operation phase, the greywater reuse and rainwater harvesting was, by far, more efficient than the conventional process (0.199-0.227 kWh/m3). Estimated GHG emissions from these facilities were also lower than the conventional pro-cess (0.26-0.75 kgCO2e/m3). In case of wastewater reuse system producing deionized water for industrial use, energy consumption (0.825-1.202kWh/m3) and GHG emissions (0.59-0.70 kgCO2e/m3) were higher than the conventional water treatment and distribution process (0.611kWh/m3, 0.43kgCO2e/m3). Despite of the apparently high energy requirement and GHG emissions, the environmental benefit of the reuse system cannot be ignored, as it would eventually contribute to relief of water stress and preservation of natural water quality.
산업화와 인구 증가에 따라, 상수의 원수 사용량 및 하수의 방류량이 증가하고 있다. 이러한 전 세계적인 물 부족 문제를 극복하기 위해 상수도시설에 대한 대안으로 물 재이용시설이 도입되고 있다. 물 재이용시설은 크게 하수처리수 재이용시설, 중수도, 빗물이용시설로 이루어져있다. 물 재이용시설이 도입되고 있지만, 물 재이용시설이 상수도시설에 비해 얼마나 에너지 저감 효과가 있고 환경적 효과가 있는지 정량적으로 제시된 사례가 부족하다. 따라서, 본 연구의 목적은 물 재이용시설과 상수도시설에서 발생하는 에너지 사용량과 온실가스 발생량을 합리적인 비교 방법론에 의해, 정량적으로 산정 및 비교하여 에너지 사용량과 환경적 영향을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 제시하는 것이다.
본 연구에서는 상수도시설과 다양한 물 재이용시설의 에너지 사용량과 온실가스 발생량을 평가하였다. 상수도시설의 경우 취수와 정수처리, 가압에서 사용되는 에너지는 각각 0-0.393 kWh/m3, 0.019-0.168 kWh/m3, 0.027-0.489kWh/m3로 상수도시설의 전체 평균 에너지 사용량은 0.511 kWh/m3 로 나타났다. 전체 에너지 중, 취수와 가압에서 사용되는 에너지가 많았으며 처리용량과 수송거리, 공급지역의 고도에 따라 에너지 사용량에 많은 영향을 주었다. 물 재이용시설의 경우, 중수도와 빗물이용시설은 상수도시설에 비해 에너지 저감 및 온실가스 감축효과를 나타내었다. 중수도의 경우, 0.199kWh/m3의 에너지 저감 및 0.75kgCO2e/m3의 온실가스 감축효과를 나타내었고, 빗물이용시설의 경우, 0.227-0.265kWh/m3의 에너지 저감 및 0.27-0.29kgCO2e/m3 의 온실가스 감축효과를 나타내었다. 반면, 공업용수를 용도로 하는 하수처리수 재이용시설의 경우, 에너지 사용량이 0.825-1.202kWh/m3, 온실가스 발생량이 0.59-0.70 kgCO2e/m3로 상수도시설 (0.611kWh/m3, 0.43kgCO2e/m3)에 비해 에너지 사용량과 온실가스 발생량이 모두 높게 나타났다. 또한, 물 재이용시설을 이용함으로써, 하수방류량을 줄일 수 있고 얻을 수 있는 환경적 편익을 에너지로 환산하였을 때, 0.55kWh/m3의 환경 편익을 얻을 수 있을 것으로 계산된다.
따라서, 상수도시설에서 에너지가 많이 사용되는 조건인 처리용량이 작고 비교적 가압이 많이 들어가는 고도가 높고 수송거리가 긴 지역, 취수에 에너지가 많이 들어가는 지역에서 물 재이용시설이 에너지 저감 및 온실가스 저감 효율을 보일 수 있을 것이다. 특히, 물 부족으로 공급에 어려움을 겪고 있는 지역에서 상수의 원수를 보존할 것이며 물 부족 문제를 완화시키고 수자원을 효율적으로 활용하는데 도움을 줄 것이다.
