오염 방지 기업으로서 하수처리장의 가장 중요한 임무는 방류수가 기준을 충족하도록 하는 것입니다. 그러나 점점 더 엄격해지는 방류 기준과 환경 보호 감독관들의 강경한 태도로 인해 하수처리장은 막대한 운영 부담에 직면하고 있습니다. 실제로 오염된 물을 배출하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다.
저자의 관찰에 따르면, 우리나라 하수처리장에서 수질 기준 달성이 어려운 직접적인 원인은 일반적으로 세 가지 악순환이 존재하기 때문이다.
첫째, 낮은 슬러지 활성도(MLVSS/MLSS)와 높은 슬러지 농도의 악순환이 발생합니다. 둘째, 인 제거 화학물질 사용량이 많을수록 슬러지 배출량이 증가하는 악순환이 발생합니다. 셋째, 장기간 하수처리장의 과부하 운전으로 인해 설비 정비가 불가능해지고, 질병 발생 위험이 있는 상태로 연중 가동되어 하수처리 용량 감소라는 악순환이 초래됩니다.
#1
낮은 슬러지 활성도와 높은 슬러지 농도의 악순환
왕훙천 교수는 467개의 하수처리장을 대상으로 연구를 진행했습니다. 슬러지 활동도와 슬러지 농도 데이터를 살펴보면, 이 467개 하수처리장 중 61%는 MLVSS/MLSS 비율이 0.5 미만이었고, 약 30%는 MLVSS/MLSS 비율이 0.4 미만이었습니다.
하수처리장의 2/3는 슬러지 농도가 4000mg/L를 초과하고, 1/3은 6000mg/L를 초과하며, 20개 하수처리장의 슬러지 농도는 10000mg/L를 초과합니다.
위와 같은 조건(낮은 슬러지 활성도, 높은 슬러지 농도)의 결과는 무엇일까요? 진실을 분석한 수많은 기술 논문들을 접했지만, 간단히 말해 결과는 하나뿐입니다. 바로 방류수가 기준치를 초과한다는 것입니다.
이는 두 가지 측면에서 설명할 수 있습니다. 첫째, 슬러지 농도가 높아진 후에는 슬러지 침전을 방지하기 위해 폭기량을 늘려야 합니다. 폭기량을 늘리면 전력 소비량뿐만 아니라 생물학적 처리량도 증가합니다. 용존 산소량이 증가하면 탈질에 필요한 탄소원을 빼앗아 생물학적 시스템의 탈질 및 인 제거 효과에 직접적인 영향을 미치고, 결과적으로 질소와 인이 과잉 생산될 수 있습니다.
반면, 슬러지 농도가 높으면 진흙과 물의 경계면이 상승하고, 슬러지가 2차 침전조의 유출수와 함께 쉽게 유실되어 고도처리시설을 막거나 유출수의 COD 및 SS 농도가 기준치를 초과하게 됩니다.
결과에 대해 이야기했으니, 이제 대부분의 하수처리장에서 슬러지 활동도는 낮고 슬러지 농도는 높은 문제가 발생하는 이유에 대해 이야기해 보겠습니다.
실제로 슬러지 농도가 높은 이유는 슬러지 활성도가 낮기 때문입니다. 슬러지 활성도가 낮으면 처리 효과를 높이기 위해 슬러지 농도를 높여야 합니다. 슬러지 활성도가 낮은 이유는 유입수에 다량의 슬래그 모래가 함유되어 있어 생물학적 처리 장치에 유입된 후 점차 축적되어 미생물의 활동을 저해하기 때문입니다.
유입수에는 슬래그와 모래가 많이 섞여 있습니다. 그 이유는 첫째, 격자의 차단 효과가 너무 미흡하고, 둘째, 우리나라 하수처리장의 90% 이상이 1차 침전조를 설치하지 않았기 때문입니다.
일부 사람들은 왜 1차 침전조를 설치하지 않느냐고 물을 수도 있습니다. 이는 배관망 문제와 관련이 있습니다. 우리나라의 배관망은 오연결, 혼용 연결, 미연결 등의 문제가 빈번합니다. 그 결과, 하수처리장의 유입수는 일반적으로 무기 고형물 농도(ISS)가 높고, 화학적 산소 요구량(COD)이 낮으며, 탄소/질소 비율(C/N)이 낮은 세 가지 특징을 보입니다.
유입수에는 무기 고형물의 농도가 높고, 즉 모래 함량이 상대적으로 높습니다. 원래는 1차 침전조를 통해 일부 무기 물질을 제거할 수 있었지만, 유입수의 COD가 비교적 낮기 때문에 대부분의 하수처리장에서는 1차 침전조를 설치하지 않습니다.
결론적으로, 낮은 슬러지 발생률은 "무거운 설비와 가벼운 그물망"이라는 관행의 결과입니다.
높은 슬러지 농도와 낮은 활성도는 방류수 내 질소(N)와 인(P)의 과잉 배출을 초래한다고 앞서 언급했습니다. 이에 대부분의 하수처리장은 탄소원과 무기 응집제를 첨가하는 방식으로 대응하고 있습니다. 그러나 외부에서 탄소원을 대량으로 첨가하면 전력 소비량이 더욱 증가하고, 응집제를 대량으로 첨가하면 화학 슬러지가 다량 발생하여 슬러지 농도가 상승하고 슬러지 활성도가 더욱 저하되는 악순환이 발생합니다.
#2
인 제거 화학물질 사용량이 많을수록 슬러지 발생량이 늘어나는 악순환입니다.
인 제거 화학물질의 사용으로 슬러지 발생량이 20~30%, 심지어 그 이상 증가했습니다.
하수처리장의 주요 골칫거리 중 하나는 슬러지 문제인데, 이는 슬러지를 처리할 방법이 없거나 처리 방법이 불안정하기 때문입니다.
이는 슬러지 체류 기간을 연장시켜 슬러지 노화 현상을 초래하고, 더 나아가 슬러지 팽창과 같은 심각한 이상 현상으로 이어질 수 있습니다.
팽창 슬러지는 응집성이 떨어집니다. 2차 침전조에서 처리수 손실이 발생하면 고도처리 장치가 막혀 처리 효과가 저하되고 역세척수량이 증가합니다.
역세척수량 증가는 두 가지 결과를 초래하는데, 하나는 이전 생화학 공정의 처리 효과를 감소시키는 것입니다.
많은 양의 역세척수가 폭기조로 되돌아가면서 구조물의 실제 수리학적 체류 시간이 단축되고 2차 처리의 효과가 저하됩니다.
두 번째는 심도 처리 장치의 처리 효과를 더욱 줄이는 것입니다.
많은 양의 역세척수를 고도처리 여과 시스템으로 되돌려 보내야 하므로 여과율은 증가하지만 실제 여과 용량은 감소합니다.
전반적인 처리 효과가 저하되어 방류수 내 총인과 COD가 기준치를 초과할 수 있습니다. 기준치 초과를 방지하기 위해 하수처리장은 인 제거제 사용량을 늘리게 되는데, 이는 슬러지 발생량의 증가로 이어집니다.
악순환에 빠지게 된다.
#3
하수처리장의 장기적인 과부하와 하수처리 용량 감소라는 악순환
하수 처리에는 사람뿐만 아니라 장비도 중요합니다.
하수처리 설비는 오랫동안 수처리 최전선에서 중요한 역할을 해왔습니다. 정기적인 보수가 이루어지지 않으면 결국 문제가 발생하기 마련입니다. 하지만 대부분의 경우 하수처리 설비는 수리가 불가능합니다. 특정 설비가 고장 나면 방류되는 물의 양이 기준치를 초과할 가능성이 높기 때문입니다. 게다가 일일 과태료 제도 하에서는 모든 사람이 수리 비용을 감당할 수 있는 것도 아닙니다.
왕훙천 교수가 조사한 467개의 도시 하수처리장 중 약 3분의 2는 수리 부하율이 80%를 넘고, 약 3분의 1은 120%를 넘으며, 5개의 하수처리장은 150%를 넘는 것으로 나타났습니다.
수리 부하율이 80%를 초과할 경우, 초대형 하수처리장 몇 곳을 제외하고는 일반 하수처리장은 처리수가 기준치를 충족한다는 전제하에 유지보수를 위해 물 공급을 중단할 수 없으며, 폭기기 및 2차 침전조의 흡입 및 스크레이퍼에 필요한 예비 용수가 없습니다. 따라서 하부 설비는 물을 완전히 빼낸 상태에서만 전면적인 점검이나 교체가 가능합니다.
즉, 하수처리장의 약 2/3는 방류수가 기준을 충족한다는 전제 하에 설비를 수리할 수 없다는 뜻입니다.
왕훙천 교수의 연구에 따르면, 폭기기의 수명은 일반적으로 4~6년이지만, 하수처리장의 4분의 1은 6년 동안 폭기기의 공기 배출 유지 보수를 전혀 하지 않은 것으로 나타났습니다. 또한, 비우고 수리해야 하는 진흙 제거 장치도 연중 내내 제대로 수리되지 않는 경우가 많습니다.
해당 설비는 오랫동안 고장난 상태로 가동되어 왔으며, 수처리 용량은 점점 더 악화되고 있습니다. 방류수의 압력을 견디기 위해 유지 보수를 위해 가동을 중단할 방법이 없습니다. 이러한 악순환 속에서 결국 하수처리 시스템은 붕괴될 위기에 처할 것입니다.
#4
마지막에 쓰세요
환경 보호가 국가 기본 정책으로 확립된 이후, 수질, 가스, 고체, 토양 등 오염 방지 분야가 급속도로 발전해 왔으며, 그중에서도 하수 처리 분야는 선두 주자라고 할 수 있습니다. 그러나 이러한 발전 수준에도 불구하고 하수 처리장 운영은 난관에 봉착했으며, 배관망 문제와 슬러지 문제는 우리나라 하수 처리 산업의 두 가지 주요 문제점으로 대두되었습니다.
이제는 그동안의 부족함을 만회할 때입니다.
게시 시간: 2022년 2월 23일
