하수처리장에서 발생된 슬러지의 처리 및 운영 관리
하수처리 과정에서 발생하는 슬러지는 부패성이 강하고 보건 위생상으로 피해를 줄 수 있습니다. 슬러지는 높은 함수율을 가지고 있어 그 부피가 크고, 이를 적절히 처리하지 않으면 2차 오염의 원인이 될 수 있습니다. 또한 운영비용이 증가할 수 있기 때문에 실무자들이 중요하게 생각하는 업무 중에 하나입니다. 이번 포스팅에서는 슬러지 처리의 목적과 다양한 처리 공정, 그리고 최종 처분 방식 및 재활용 기술에 대해 알아보겠습니다. 기본적인 내용이 될 수 있겠지만, 내용을 잘 기억해 두시면 실무에서도 도움이 될 수 있을 것 같습니다!
1. 슬러지 처리의 목적
왜 슬러지를 처리해야 할까요? 슬러지 처리의 주된 목적은 다음과 같습니다
- 부피 감소: 슬러지의 부피를 줄여 취급과 운반을 용이하게 하고, 처리 비용을 절감합니다. 하수처리장 운영에서 슬러지 처리비용은 큰 비중을 차지하고 있습니다.
- 위생적 안정화: 병원균을 사멸시켜 위생적으로 안정화합니다.
- 유기물 분해: 슬러지 내 유기물을 분해하여 2차 오염을 방지합니다. 슬러지에 포함된 유기물은 분해되면서 악취를 발생시키거나 오염을 유발할 수 있으므로, 이를 안정화시키는 것이 필요합니다. 실제로 농축, 탈수 과정을 거친 슬러지에서 발생하는 악취는 처리 전 슬러지에 비해 매우 양호합니다.(물론 악취가 나긴 합니다.)
2. 슬러지 처리 공정
슬러지 처리는 크게 농축, 탈수, 혐기성 소화 등으로 나눌 수 있습니다.
2.1 농축
슬러지 농축은 저농도의 슬러지를 농축하여 슬러지 소화와 탈수를 보다 효과적으로 수행하기 위한 과정입니다. 슬러지의 함수율을 감소시켜 슬러지 처리 시설의 규모를 축소하고, 경제적인 운영이 가능하도록 돕습니다. 농축에는 중력식 농축과 원심 농축 방식이 있습니다.
- 중력식 농축: 중력식 농축은 슬러지를 중력에 의해 침전시켜 농축하는 방식입니다. 슬러지가 농축조 내에 체류하면서 중력에 의해 침강하고, 슬러지 제거기를 통해 바닥에 모인 슬러지를 배출합니다. 중력식 농축은 어떻게 보면 간단하지만, 수온 변화에 영향을 받기 쉽고 여름철에는 슬러지가 부패하기 쉬운 단점이 있습니다. 주로 1차 슬러지나 잉여 슬러지의 혼합물을 농축하는 데 사용됩니다.
- 원심 농축: 원심 농축기는 중력에 의한 침강이 어려운 슬러지를 원심력을 이용해 농축합니다. 슬러지가 회전하는 원통 내에서 원심력에 의해 슬러지와 물이 분리되고, 물은 중심으로 이동하여 배출되며, 농축된 슬러지는 원통의 외벽에 모입니다. 원심 농축기는 고효율의 농축이 가능하지만, 장비가 복잡하고 유지비가 높은 단점이 있습니다.
2.2 탈수
탈수는 슬러지의 부피를 줄여 취급과 운반이 용이하도록 하는 과정입니다. 슬러지의 함수율을 80% 이하로 낮추어, 고체 형태의 케이크로 만들어 수송과 처리가 용이해집니다. 탈수 방식에는 여포형 가압탈수기, 벨트프레스 탈수기, 원심 탈수기 등이 있습니다. 슬러지 처리는 일반적으로 차량을 불러 외부로 반출하는 형태를 많이 사용합니다. 이때 함수율이 높으면 높을수록 슬러지 내에 수분이 많이 포함되어 있으므로 처리 비용이 증가하게 됩니다. 그렇기 때문에 슬러지 처리과정에서는 탈수가 필수적으로 들어가게 됩니다.
2.3 혐기성 소화
혐기성 소화는 용존산소가 없는 환경에서 미생물이 유기물을 분해하는 과정입니다. 이 과정은 가수분해, 산생성, 메탄생성의 세 단계로 나누어지며, 각각의 단계는 서로 다른 미생물에 의해 이루어집니다. 모든 하수처리장에서 슬러지 처리 과정에 소화시설이 존재하지는 않지만, 많은 하수처리장에서는 소화조를 운영하여 슬러지를 안정화시키고 소화 과정에서 발생되는 메탄가스를 포집하기도 합니다.
- 가수분해 단계: 슬러지의 고분자 유기물이 단당류나 아미노산 등의 용해성 유기물로 분해됩니다.
- 산생성 단계: 프로피온산, 부티르산 등이 아세트산으로 전환됩니다.
- 메탄생성 단계: 산생성 단계에서 생성된 아세트산과 수소가 메탄으로 전환되며, 이 과정에서 유기물의 COD가 감소합니다.
3. 하수 슬러지 최종 처분 및 재활용
슬러지의 최종 처분 및 재활용 방법에는 다양한 방식이 있으며, 각각의 방법은 특정 목적과 환경 조건에 맞게 선택되어야 합니다.
3.1 소각
슬러지를 고온에서 소각하여 유기물을 산화시키고 부피를 감소시키는 방식입니다. 소각 시 발생하는 열은 에너지로 활용할 수 있지만, 배기가스 처리 비용이 높고 초기 건설비가 많이 듭니다.
3.2 고형화
슬러지에 고형화제를 첨가하여 물리적·화학적 성상을 개선함으로써 유해물질의 용출을 방지하고, 안정화된 상태로 최종 처분할 수 있습니다. 일반적으로 시멘트, 석회 등을 고형화제로 사용합니다.
3.3 퇴비화
슬러지를 톱밥 등과 혼합하여 퇴비로 활용하는 방법입니다. 소규모 도시에서는 산업 폐수 유입이 적고, 중금속 문제도 상대적으로 적어 퇴비화가 가능하지만, 악취 문제와 농작물 피해 우려 등 해결해야 할 과제가 있습니다.
3.4 지렁이 분변토
슬러지를 지렁이 먹이로 활용하여 지렁이의 분변토를 비료로 사용하는 방식입니다. 이를 통해 슬러지를 자원화할 수 있지만, 대규모 적용에는 한계가 있습니다.
3.5 시멘트 자원화
슬러지를 시멘트 제조의 원료로 사용하는 방법으로, 하수 슬러지의 무기물을 시멘트 원료로, 유기물을 열원으로 활용합니다. 다만 염소와 알칼리 등의 성분이 시멘트 제품에 영향을 미칠 수 있어 주의가 필요합니다.
4. 슬러지 처리의 중요성
슬러지 처리와 재활용은 하수처리의 핵심적인 부분입니다. 발생되는 슬러지를 어떻게 처리하는지에 따라 하수처리장 운영비용이 절감되고 재활용 함으로써 환경에 주는 피해를 최소화 할 수 있습니다. 교과서 적인 내용이었지만 누군가에게 설명해보려고 한다면 막상 설명하기 쉽지 않은 내용이라고 생각합니다. 오늘도 도움이 되셨기를 바랍니다 : )
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