하수처리 비용 절감·슬러지 발생량 저감

▲ 서울 탄천물재생센터는 지난 2010년 8월부터 2011년 8월까지 방류수 T-P 농도 저감 위한 운영방법 연구 결과를 현장에 적용함으로써 하수처리 비용 절감, 슬러지 발생량 저감, 응집약품 투입량이 감소될 것으로 나타났다. ㈜탄천환경(사장 이항구)은 최근 내년 방류수의 T-P(총인) 기준이 강화됨에 따라 수질을 안정적으로 유지하기 위한 생물학적 T-P 제거 효율 향상을 위해 T-P 농도를 최소화하는 운영 방안을 마련했다고 밝혔다. ㈜탄천환경 수질관리부는 지난 2010년 8월부터 2011년 8월까지 △T-P 저감을 위한 LAB실험 △‘T-P 저감 운영방법’ 적용에 따른 방류수 T-P 농도 비교 △‘T-P 저감 운영방법’과 응집약품 투입에 따른 방류수 T-P 농도 비교 등에 대한 연구(연구자 수질분석과 김재식 과장, 엄화진 계장)를 진행했으며, 그 결과를 현장에 적용함으로써 하수처리 비용 및 슬러지 발생량 저감, 응집약품 투입량 감소 등이 예상된다.   서울 탄천물재생센터는 지난 2010년 8월부터 2011년 8월까지 방류수 T-P 농도 저감 위한 운영방법 연구 결과를 현장에 적용함으로써 하수처리 비용 절감, 슬러지 발생량 저감, 응집약품 투입량이 감소될 것으로 나타났다.

지난 2010년 2월26일 개정된 「하수도법 시행규칙」이 내년 1월1일부터 시행되면 방류수 수질기준이 T-P(Total Phosphrus, 총인) 기준 0.5㎎/L 이하로 강화된다. 또, 일평균 방류수 T-P 0.35㎎/L를 달성하기 위해 연간 약 46억4천600만 원의 약품 비용이 투입이 필요하며, 증가하는 고형물 발생량은 연간 함수율 75.2%를 기준으로 5천658㎥일 것으로 예상된다.

 

이에 따라 서울시 탄천 물재생센터를 운영하는 ㈜탄천환경 수질관리부 연구팀은 수질을 안정적으로 유지하기 위한 생물학적 T-P 제거 효율 향상과 응집약품을 이용한 최적의 화학적 T-P 제거 방법, 최종침전지 내 인(P) 방출을 최소화하는 운영방법 도출, 탄천물재생센터의 특성에 맞는 T-P 저감 운영 매뉴얼 구축 등을 위해 탄천물재생센터 제 1, 2처리장을 대상으로 지난 2010년 8월부터 2011년 8월까지 △T-P 저감을 위한 LAB 실험 △‘T-P 저감 운영방법’ 적용에 따른 방류수 T-P 농도 비교 △‘T-P 저감 운영방법’과 응집약품 투입에 따른 방류수 T-P 농도 비교 등에 대한 연구를 진행했다.

 

첫 번째 ‘T-P 저감을 위한 LAB 실험’은 인 방출 확인 실험으로, 우선 최종 침전지 내 슬러지 체류시간 경과에 따른 T-P 농도 변화를 확인했다. 포기조혼합액 1L와 17% 액상무기응집제(PAC) 7ppm을 투입한 포기조혼합액 10L를 대상으로 실험을 실시했으며, 이를 SV30(30분 동안의 침강실험 시 슬러지의 부피) 상태로 30분, 2시간, 4시간, 6시간, 12시간이 경과될 때마다 포기조 상등수 T-P농도를 측정했다.

그 결과, 포기조 혼합액은 2시간 후 T-P 농도가 99%, PAC 7ppm을 투입한 포기조 혼합액은 68% 상승했으며, 체류시간 경과에 따라 T-P 농도가 지속적으로 증가하는 것으로 드러났다.

이어 최종 침전지 내 침전 슬러지량에 따른 T-P 농도의 변화를 측정했다. 실험은 침전 슬러지량이 500mL인 17% PAC 7ppm을 투입한 포기조 혼합액 1L를 대상으로 SV30 후 침전 슬러지량을 500mL, 400mL, 300mL, 200mL, 100mL 및 상등수만 채취해 4시간 후 상등수의 T-P농도를 측정했다.

 

그 결과, 초기 포기조 혼합액의 T-P농도는 0.329㎎/L, 슬러지는 500mL였으나 침전 슬러지량을 감소시키지 않은 시료의 경우 4시간 후 T-P 농도 증가율은 85%였으며 슬러지량이 감소함에 따라 T-P농도 증가율도 감소했다.

 

또, 상등수만을 채취한 시료는 4시간 경과 후 T-P 농도가 0.293㎎/L로 감소했고, 침전 슬러지량이 200mL와 100mL였던 시료는 T-P 농도 증감율이 동일하게 나타남에 따라 최종 침전지 깊이 3m를 기준으로 적용할 때, 슬러지 계면은 0.6m를 유지해야 인 방출을 최소화할 수 있는 것으로 예상됐다.

 

도출된 결과를 이용, 현장에 적용함으로써 최종 침전지 내 반송 슬러지량을 50% 증가 운영해 최종 침전지 내 슬러지 체류시간 단축과 슬러지량 감소를 유도했다. 적용 결과, 방류수의 T-P농도가 평균 0.679㎎/L, 최소 0.229㎎/L, 최대 1.357㎎/L로 적용 전에 비해 최소와 최대 변동폭이 감소하고 장기간 적용 시 잉여 슬러지량이 증가·운영됨에 따라 슬러지 내 과잉 섭취된 인을 제거하는 방법을 추가해 현장 적용을 실시했다.

 

‘T-P 저감을 위한 LAB 실험’결과, 응집약품 투입으로 T-P 농도의 감소 효과는 있으나 침전슬러지 체류시간 경과에 따라 인 방출이 급속히 증가, 2차 처리수의 T-P 농도가 상승하며, 최종침전지 내 슬러지량이 감소됨에 따라 2차 처리수 T-P 농도가 감소했다. 이에 따라 최종침전지 내 슬러지 체류시간 및 슬러지 계면을 적절히 유지·운영함으로써 최종침전지에서의 인방출 최소화 유도가 필요한 것으로 드러났다.

▲ 최종침전지 내 슬러지 체류시간 경과에 따른 T-P농도 변화 실험사진. 약품을 투입한 포기조혼합액(10L) 및 포기조혼합액(1L)과 약품을 투입한 포기조혼합액(10L) 및 포기조혼합액(1L)

▲ 최종침전지 내 슬러지 체류시간 경과에 따른 T-P농도 변화 실험사진. 포기조혼합액 4시간 경과 후의 모습.

최종침전지 내 슬러지 체류시간 경과에 따른 T-P농도 변화 실험사진. 왼쪽 사진은 약품을 투입한 포기조혼합액(10L) 및 포기조혼합액(1L)과 약품을 투입한 포기조혼합액(10L) 및 포기조혼합액(1L) 4시간 경과 후의 모습(오른쪽).

 

 

두 번째로 ‘‘T-P 저감 운영방법’적용에 따른 방류수 T-P 농도 비교’ 연구에서는 유입유량에 따른 T-P의 변화를 측정하기 위해 1처리장을 약 400㎥/min, 2처리장은 약 300㎥/min로 기본 운영하는 상태에서 유입유량을 약 50∼100㎥/min 증감, 운영했다. 그 결과, 유입유량과 T-P 농도는 반비례하며, 체류시간이 증가하는 시간대에는 T-P 농도가 상승추세로 전환, 시간대별로 유입유량을 일정하게 유지하기 위해 장기적으로 유량 조정조가 필요한 것으로 드러났다.

 

또, 송풍량에 따른 T-P변화를 알아보기 위해 MLE(Modified Ludzack Ettinger)공법, MLSS(Mixed Liquor Suspended Solids, 폭기조 내 혼합액의 부유물) 2천400㎎/L, 종침계면 1.5m 이내로 유지한 조건에서 송풍량을 12% 증가시켰다.

 

그 결과, 송풍량을 증가시킨 지난 3월15일부터 T-P농도가 감소했으며, 시간대별 T-P 변동폭이 점차 안정화됐다. 또한 분석기간 동안 MLDO(Mixed Liquor Dissolved Oxygen, 폭기조내 혼합액의 용존산소)가 4.8㎎/L에서 5.3㎎/L로 0.5㎎/L 상승했고, 운영조건 변경 전 T-P 제거율의 평균은 약 74%였으나 변경 후 약 79%로 5%정도 상승했다.

 

3월20일은 강우 5㎜로 종침 체류시간이 4.5hr에서 4.1hr로 감소함에 따라 3월20일부터 3월21일까지 제거율의 평균이 약 87%로 8% 상승했다. 이를 통해 송풍량과 T-P의 농도는 반비례한다는 결과를 도출, 향후 정전작업이나 에너지 절감을 위한 전력량 절감 시 T-P 농도를 우선 고려해 운영키로 했다.

 

▲ 최종침전지 내 침전슬러지량에 따른 T-P농도 변화 모습. 왼쪽 사진은 약품을 투입한 포기조혼합액(1L).

▲ 최종침전지 내 침전슬러지량에 따른 T-P농도 변화 모습. 포기조혼합액(1L)의 슬러지량을 다르게 한 뒤 4시간 경과 후의 모습(오른쪽).

최종침전지 내 침전슬러지량에 따른 T-P농도 변화 모습. 왼쪽 사진은 약품을 투입한 포기조혼합액(1L)의 모습과 포기조혼합액(1L)의 슬러지량을 다르게 한 뒤 4시간 경과 후의 모습(오른쪽).

 

반송 슬러지 증가에 따른 T-P변화는 1처리장 약 6천㎥/h, 2처리장 약 5천㎥/h의 기본운영에 반송 슬러지량을 약 50% 증가시켜 운영함으로써 측정했다. 그 결과, T-P 상승 전환 이후 반송 슬러지량을 증가시킨 경우 1시간 뒤 T-P 값이 감소했다.

 

또, T-P 상승이 예상되는 시간대인 16∼22시에 반송 슬러지량을 증가시키지 않은 경우 T-P농도가 최고 1처리장 1.465㎎/L, 2처리장이 1.76㎎/L로 높게 나타난 것에 비해 반송 슬러지량을 증가 운영한 경우, 1, 2처리장 모두 최고 0.9㎎/L미만을 보이며 낮게 유지됐다.

 

이를 통해 반송 슬러지량 증가에 따른 최종 침전지 계면 감소로 T-P농도 상승시간대의 상승폭 억제효과가 있는 것으로 밝혀짐에 따라 공정운영에서 잉여슬러지 인발 중단 시 단기적인 T-P농도 억제방안으로 시행할 수 있을 것으로 드러났다.

최종 침전지 슬러지 계면에 따른 T-P의 변화는 유입유량, 송풍량 및 MLSS 유사 운영조건에서 최종 침전지 계면 차이를 두고 운영, 측정했다. 운영 결과, 최종 침전지 계면 감소에 따라 T-P 측정값이 감소했으며, 시간대별 상승폭도 낮아 억제 효과가 있으므로 주기적인 계면측정과 적정 계면관리가 필요한 것으로 드러났다.

 

잉여슬러지 인발 중단에 따른 T-P의 변화를 알아보기 위해 1처리장은 MLE 공법에 약품을 상시 투입했고, 2처리장은 표준활성슬러지법에 약품을 간헐 투입했다. 이 두 가지 조건에 처리장내 공사로 잉여슬러지를 2시간 인발 중단했다.

 

그 결과, 중단 후 최종 침전지 계면 상승으로 약 2시간이 경과하자 T-P 농도가 상승추세로 전환됐으며 약품을 상시 투입한 1처리장은 T-P 농도가 0.6㎎/L에서 1.2㎎/L로, 2처리장은 간헐적으로 투입해 0.8㎎/L에서 1.8㎎/L로 상승, 지속됐다. 이에 따라 잉여슬러지 인발중단 후 약 2시간이 경과하면 T-P 농도가 상승할 것으로 예상된다.

 

마지막 ‘‘T-P 저감 운영방법’과 응집약품 투입에 따른 방류수 T-P 농도 비교’연구는 우선, 방류수의 T-P 농도를 0.35㎎/L 이하로 유지하기 위한 방법을 비교, 조사했다. 운영조건은 1처리장의 경우 MLE 공법으로 약품을 상시 투입했으며, 2처리장은 표준활성슬러지공법으로 T-P 저감 운영방법을 적용함과 함께 약품을 상시 투입했다.

 

이에 따라 지난 2010년 12월8일부터 12월19일까지 운영한 결과, 1처리장을 경우 MLE 공법 전환 후 약품 주입률을 약 50∼80ppm으로 상시 투입했으며 방류수의 T-P 농도가 평균 0.248㎎/L, 최소 0.00㎎/L, 최대 1.068㎎/L로 나타났고, T-P의 변동폭이 큰 것으로 드러났다.

 

2처리장은 표준활성슬러지법에 T-P 저감 운영방법과 응집약품을 10∼35ppm 정도 추가적으로 적용했으며 방류수 T-P 농도는 평균 0.253㎎/L, 최소 0.039㎎/L, 최대 0.89㎎/L로 나타났고 T-P농도가 1.0㎎/L 미만으로 안정적으로 측정됐다.

 

1, 2처리장을 비교해보면, 평균값은 비슷하나 T-P 저감 운영방법을 적용한 2처리장이 약품주입률을 20∼50ppm 정도 적게 사용했으며 방류수 T-P 농도의 변동폭이 크지 않고 안정적인 것으로 나타났다.

또, 2처리장의 시간대별 T-P 농도를 비교한 결과에서 최종 침전지의 체류시간이 길어져 T-P 농도가 증가하는 시간대에서는 T-P 저감 운영방법 적용과 응집약품 투입 후 상승폭은 감소했으나 강화되는 수질기준인 0.5㎎/L를 초과했다.

 

이에 따라 T-P 저감 운영방법과 응집 약품 투입에 따른 T-P 농도를 비교한 결과, T-P저감 운영방법과 약품투입의 병행으로 인 방출을 최소화하고 약품량을 절감할 수 있으나, 최종 침전지의 체류시간이 증가하는 시간대나 주말 등에 처리수 인방출로 인한 T-P농도 상승에 대한 대처방안이 필요한 것으로 나타났다.