오염 방지 기업으로서 하수 처리장의 가장 중요한 임무는 방류수가 기준을 충족하는지 확인하는 것입니다. 그러나 점점 더 엄격해지는 배출 기준과 환경 보호 검사관들의 공격적인 태도로 인해 하수 처리장은 운영에 큰 부담을 안게 되었습니다. 물을 빼내는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다.
저자의 관찰에 따르면, 방류수 기준 달성이 어려운 직접적인 원인은 우리나라 하수처리장에 대체로 세 가지 악순환이 존재하기 때문입니다.
첫째는 슬러지 활성도(MLVSS/MLSS)가 낮고 슬러지 농도가 높은 악순환입니다. 둘째는 인 제거 약품의 사용량이 많아질수록 슬러지 발생량이 많아지는 악순환입니다. 셋째는 하수처리장의 장기 과부하 운전으로 설비를 정비할 수 없어 일년 내내 질병이 발생하여 하수처리 용량이 감소하는 악순환입니다.
#1
낮은 슬러지 활성도와 높은 슬러지 농도의 악순환
왕홍천 교수는 467개 하수 처리장을 대상으로 연구를 수행했습니다. 슬러지 활동도와 농도 데이터를 살펴보겠습니다. 이 467개 하수 처리장 중 61%의 MLVSS/MLSS가 0.5 미만이고, 약 30%의 처리장은 MLVSS/MLSS가 0.4 미만입니다.
하수처리장 2/3의 슬러지 농도가 4000mg/L를 초과하고, 하수처리장 1/3의 슬러지 농도가 6000mg/L를 초과하며, 20개소의 하수처리장 슬러지 농도가 10000mg/L를 초과합니다.
위의 조건(낮은 슬러지 활성도, 높은 슬러지 농도)의 결과는 무엇일까요? 진실을 분석하는 많은 기술 문서를 살펴보았지만, 간단히 말해서 한 가지 결과가 있습니다. 바로 물 생산량이 기준을 초과한다는 것입니다.
이는 두 가지 측면에서 설명할 수 있습니다. 첫째, 슬러지 농도가 높으면 슬러지 퇴적을 방지하기 위해 폭기량을 늘려야 합니다. 폭기량을 늘리면 전력 소비량이 증가할 뿐만 아니라 생물학적 구역도 증가합니다. 용존산소량의 증가는 탈질소에 필요한 탄소원을 감소시켜 생물학적 시스템의 탈질소 및 인 제거 효과에 직접적인 영향을 미쳐 N과 P의 과다 생성을 초래합니다.
반면, 슬러지 농도가 높으면 진흙-물 계면이 상승하고, 슬러지는 2차 침전조의 유출수와 함께 쉽게 유실되어 고도처리장치가 막히거나 유출수의 COD와 SS가 기준을 초과하게 됩니다.
결과에 대해 이야기한 후, 대부분의 하수 처리장에서 슬러지 활동이 낮고 슬러지 농도가 높은 문제가 발생하는 이유에 대해 이야기해 보겠습니다.
실제로 슬러지 농도가 높은 이유는 낮은 슬러지 활성 때문입니다. 슬러지 활성도가 낮기 때문에 처리 효과를 높이려면 슬러지 농도를 높여야 합니다. 슬러지 활성도가 낮은 이유는 유입수에 다량의 슬래그 모래가 포함되어 있기 때문이며, 이 모래는 생물학적 처리 장치로 유입되어 점차 축적되어 미생물의 활동에 영향을 미칩니다.
유입수에 슬래그와 모래가 많이 포함되어 있습니다. 하나는 격자의 차단 효과가 너무 낮다는 것이고, 다른 하나는 우리나라 하수처리장의 90% 이상이 1차 침전조를 설치하지 않았다는 것입니다.
어떤 사람들은 "왜 1차 침전조를 건설하지 않느냐"고 물을지도 모릅니다. 이는 관망에 관한 문제입니다. 우리나라의 관망에는 오연결, 혼입, 미연결 등의 문제가 있습니다. 결과적으로 하수 처리장의 유입수 수질은 일반적으로 높은 무기 고형물 농도(ISS), 낮은 COD, 낮은 C/N 비라는 세 가지 특징을 보입니다.
유입수의 무기 고형물 농도가 높습니다. 즉, 모래 함량이 상대적으로 높습니다. 원래 1차 침전조는 일부 무기물을 저감할 수 있었지만, 유입수의 COD가 상대적으로 낮기 때문에 대부분의 하수 처리 시설에서는 1차 침전조를 건설하지 않습니다.
결국, 슬러지 활동이 낮은 것은 "무거운 식물과 가벼운 그물"의 유산입니다.
슬러지 농도가 높고 활성도가 낮으면 유출수에 질소(N)와 인(P)이 과다하게 생성된다고 말씀드렸습니다. 이 경우 대부분의 하수 처리 시설은 탄소원과 무기 응집제를 첨가하는 방식으로 대응합니다. 그러나 외부 탄소원을 다량 첨가하면 전력 소비량이 더욱 증가하고, 응집제를 다량 첨가하면 화학 슬러지가 다량 생성되어 슬러지 농도가 증가하고 활성도가 더욱 감소하는 악순환이 발생합니다.
#2
인 제거 화학 물질의 사용량이 많아질수록 슬러지 생성량도 늘어나는 악순환이 발생합니다.
인 제거 화학물질을 사용함으로써 슬러지 생산량이 20~30%, 심지어 그 이상 증가했습니다.
슬러지 문제는 수년 동안 하수 처리 시설의 주요 관심사였는데, 그 이유는 주로 슬러지를 배출할 방법이 없거나 배출 방법이 불안정하기 때문입니다.
이로 인해 슬러지의 노화가 길어지고, 슬러지 노화 현상이 발생하고, 슬러지 벌킹과 같은 더 심각한 이상 현상이 나타나기도 합니다.
팽창 슬러지는 응집이 불량합니다. 2차 침전조 유출수가 손실되면 고도 처리 장치가 막히고 처리 효과가 감소하며 역세척수량이 증가합니다.
역세척수의 양이 증가하면 두 가지 결과가 발생합니다. 하나는 이전 생화학적 구역의 처리 효과가 감소하는 것입니다.
대량의 역세척수가 폭기조로 복귀하여 구조물의 실제 수리학적 유지시간을 감소시키고 2차 처리의 처리효과를 감소시킨다.
두 번째는 심도처리장치의 처리효과를 더욱 감소시키는 것이다.
많은 양의 역세척수를 고도처리 여과 시스템으로 다시 돌려보내야 하므로 여과율이 높아지고 실제 여과 용량은 감소합니다.
전반적인 처리 효과가 저하되어 방류수 내 총인과 COD가 기준치를 초과할 수 있습니다. 기준치 초과를 방지하기 위해 하수 처리장은 인 제거제 사용량을 늘리게 되는데, 이는 슬러지 양을 더욱 증가시키게 됩니다.
악순환에 빠지다.
#3
하수처리장의 장기 과부하와 하수처리 용량 감소의 악순환
하수 처리는 사람뿐만 아니라 장비에도 달려 있습니다.
하수 처리 시설은 오랫동안 정수 처리의 최전선에서 고군분투해 왔습니다. 정기적으로 수리하지 않으면 언젠가는 문제가 발생할 것입니다. 하지만 대부분의 경우 하수 처리 시설은 수리가 불가능합니다. 특정 장비가 고장 나면 출력이 기준을 초과할 가능성이 높기 때문입니다. 일일 벌금 제도 하에서는 누구나 감당할 수 없는 일입니다.
왕홍천 교수가 조사한 467개 도시 하수처리장 중 약 2/3가 수리부하율이 80% 이상, 약 1/3가 120% 이상이며, 5개 하수처리장은 150% 이상입니다.
수리 부하율이 80%를 초과하는 경우, 일부 초대형 하수처리장을 제외하고 일반 하수처리장은 방류수가 기준치에 도달하고 폭기장치, 2차 침전조 흡입 및 스크레이퍼에 필요한 예비수가 없다는 전제 하에 유지보수를 위해 급수를 중단할 수 없습니다. 하부 장비는 배수가 완료된 후에야 전면 점검 또는 교체가 가능합니다.
즉, 하수처리장의 약 2/3는 유출수가 기준을 충족한다는 전제 하에 장비를 수리할 수 없습니다.
왕홍천 교수의 연구에 따르면, 폭기 장치의 수명은 일반적으로 4~6년이지만, 하수 처리장의 4분의 1은 폭기 장치의 공기 배출 정비를 최장 6년 동안 수행하지 않았습니다. 비우고 수리해야 하는 진흙 스크레이퍼는 일반적으로 연중 수리되지 않습니다.
장비는 오랫동안 고장 상태로 가동되어 왔고, 정수 처리 용량은 점점 더 악화되고 있습니다. 배수구의 압력을 견뎌내기 위해 정비를 위해 물을 멈출 방법이 없습니다. 이러한 악순환 속에서 하수 처리 시스템은 항상 붕괴될 위기에 처하게 됩니다.
#4
끝에 쓰다
환경보호를 국가 기본 정책으로 정립한 이후, 수질, 가스, 고체, 토양 등 오염 관리 분야가 급속도로 발전했으며, 그중에서도 하수 처리 분야는 단연 선두주자라고 할 수 있습니다. 하지만 수준 미달로 하수 처리 시설 운영이 난관에 봉착했고, 파이프라인망과 슬러지 문제는 우리나라 하수 처리 산업의 두 가지 큰 약점으로 자리 잡았습니다.
이제는 단점을 보완할 때가 됐습니다.
게시 시간: 2022년 2월 23일
