탈수여액을 이용한 소화월류수 농도 저감으로 수질개선 연구 공동연구자 = 대구광역시 환경시설공단 이효원·이동수·이현정·박규용

 

 

슬러지 해양배출 규정이 강화되어 2006년 3월부터 런던협약 96의정서 발효 및 「해양오염방지법」 시행규칙 개정으로 2008년부터 해양배출이 규제됨에 따라 슬러지 발생을 최소화하여 정부환경정책 부응 및 경제적이고 안정적인 슬러지 처리 방법 구축이 필요했다.

이에 대구광역시에서는 하수처리장 운영특성 및 하수슬러지 발생특성 등을 면밀히 조사하여 환경오염을 최소화하고 폐자원의 재활용을 극대화 할 수 있는 경제적·환경적·기술적 측면에서 안정적이고 환경 친화적인 하수슬러지 처리 대안으로 북부하수처리장 슬러지 감량화시설을 2011년 3월 준공했다.

이로 인해 잉여농축슬러지가 초음파 후 소화조로 투입됨에 따라 소화조 내 슬러지 침전효율이 저하되는 문제가 발생했으며 고농도 월류수로 인한 유입수 농도 상승의 원인이 되어 방류수질에 영향이 미치는 것으로 판단되어 반류수 농도를 저감하고자 했다.

본 연구는 원심탈수기에서 발생되는 유기고분자응집제 성분이 포함된 탈수여액을 재활용하여 소화월류수와 혼합 응집·침전시켜 반류수 농도를 저감하여 방류수질 향상으로 북부사업소 하수처리공정에서 사용되는 약품량 절감 및 안정적인 방류수질을 확보하고자 진행됐다.

 

본 실험은 대구시 북부하수처리장의 소화월류수를 대상으로 실시했다. 2차소화조에서 발생되는 소화월류수는 침사지로 이송되어 처리되고 있으나 감량화 시설 설치로 인한 초음파 가용화시설을 운영함에 있어 직탈수하던 잉여농축슬러지를 소화조로 투입함에 따라 소화조에서 슬러지의 침전효율이 저하되어 고농도의 소화월류수가 발생하는 현상이 나타났다.

이로 인해 유입 수질의 농도 상승과 동시에 생물학적 처리 공정에 영향을 미쳐 방류수 농도 상승의 원인이 되는 것으로 판단되었다. 이에 소화월류수의 농도 저감을 위하여 유기고분자응집제 성분이 일부 포함된 탈수여액을 단단 소화조 운영 시 소화농축조를 사용했으나 2단소화조로 변경 운영으로 인해 현재 운휴중인 소화농축조로 투입하여 고농도의 소화월류수와 혼합하여 응집·침전시켰다.

소화농축월류수를 침사지로 이송시켜 유입수질의 부하를 줄여서 안정적인 방류수질을 확보함과 동시에 응집 침전된 소화농축슬러지를 탈수함에 따라 유기고분자응집제 및 T-P처리를 위한 무기응집제 사용량의 감소로 예산절감의 효과를 나타내고자 했다.

 

2.1.2 실험방법
본 실험의 분석기간은 2011년 11월부터 약 5개월 정도이며, 소화월류수, 소화농축월류수, 탈수여액, 혼합유입수, 방류수를 분석 대상으로 하여 BOD, COD, SS, T-N, T-P 5개 항목에 대하여 분석을 실시했다.

 

2.2 시설현황 및 공정도
2.2.1 시설현황
본 연구에 사용되는 소화농축조의 용량은 942.5㎥이고, 일평균 소화월류수 발생량은 232㎥이며 탈수여액의 발생량은 일평균 254㎥이다. 탈수기에서 발생하는 탈수여액을 소화농축조로 이송하는 배관설치에는 약 500만 원이 소요되었으며 배관 직경은 150㎜, 길이는 70m이다.

 

3. 실험결과 및 고찰

3.1 개선 전·후 분석대상별 농도 변화
3.1.1 소화월류수
소화농축조에서 탈수여액을 이용해 소화월류수를 응집·침전시킨 후 소화농축조월류수의 농도 분석 결과를 [표 1]에 나타냈고 개선 전·후 농도 변화 그래프를 [그림 2]에서 나타냈다. 소화월류수 농도 변화를 비교분석한 결과, 개선 전·후 농도 제거효율이 BOD 77.8%, COD 87.0%, SS 79.3%, T-N 45.2%, T-P 61.6%로 크게 향상 되는 것으로 나타났다.

 

3.1.2 반류수 및 혼합수
소화농축월류수를 포함한 소내 반류수 및 혼합수의 농도 분석 결과를 [표 2]에 나타냈고, 개선 전·후 농도 변화 그래프를 [그림 3]에서 나타냈다. 탈수여액을 투입 후 소화농축조에서 응집·침전으로 인한 소화농축월류수의 농도 저감으로 반류수 농도는 BOD 58.5%, COD 65.5%, SS 64.8%, T-N 67.4%, T-P 59.6%로 향상 되는 것으로 나타났으며, 이로 인해 혼합수 농도는 BOD 45.0%, COD 44.9%, SS 50.8%, T-N 41.2%, T-P 43.9%로 크게 향상되는 것으로 나타났다.

 

3.1.3 방류수
소화월류수 농도 저감으로 인한 개선 전·후 방류수의 농도 분석 결과를 [표 3]에서 나타냈고 농도 변화 그래프를 [그림 4]에서 나타냈다. 탈수여액 투입 후 반류수 및 혼합수 농도 개선으로 안정적인 생물학적 처리 공정이 가능하여 방류수 농도는 BOD 7.6%, COD 14.4%, SS -15.7%, T-N 18.9%, T-P 15.7%로 전반적으로 향상 되는 것으로 나타났으며, SS의 경우는 중력침강(1차·2차침전지)의 물리적 처리로 제거가 되기 때문에 생물학적 처리에 영향을 주는 혼합수 부하에 큰 영향을 받지 않았다고 판단된다.

 

개선 전·후 약품(무기 및 유기응집제) 사용량의 결과를 [표 4]에 나타냈다. 혼합수 농도의 과부하로 인한 생물학적 처리 공정에서 미처리된 고농도의 T-P제거용으로 호기조 유출부(최종침전지 투입 전)에 투입하는 폴리염화알루미늄(PAC)의 사용량이 약 19.1% 절감되었으며, 탈수여액의 유기고분자응집제(에멀젼) 성분으로 응집·침전시킨 소화농축슬러지를 기존 소화슬러지와 혼합하여 탈수함으로써 유기고분자응집제의 사용량이 약 30% 절감되는 것으로 나타났다.

 

3.3 종합분석결과

소화월류수, 반류수, 혼합수, 방류수의 개선 전·후 처리효율을 [표 5] 및 [그림 5]에 나타냈다. 소화조 침전효율 저하에 따른 고농도 소화월류수와 탈수기 탈리여액을 소화농축조에 투입하여 응집·침전시킴으로써 월류수 농도가 크게 향상되는 것으로 나타났으며, 이로 인해 반류수 농도가 저감되고 유입수 농도가 개선되어 안정적인 방류수질을 나타내는 것으로 판단된다.

 

 

본 연구에서는 수질개선을 위해 고농도의 소화월류수를 탈수여액을 이용해 응집·침전시킨 후 그 월류수를 침사지로 이송시켜 수질에 미치는 영향을 알아보았으며, 도출된 결론은 다음과 같다.

1. 소화월류수 농도저감을 통한 반류수 및 혼합수 농도개선으로 방류수질이 향상됐다.
· 소화월류수와 탈수여액은 약 1대1의 비율로 혼합될 때 양호한 응집이 되는 것으로 판단된다.
· 탈수여액의 투입 지점은 소화농축조 상부에서 조 내부로 투입하는 것보다 소화농축조 유입분배조로 투입하는 것이 보다 효율적으로 나타냈다.

2. T-P처리를 위한 최종침전지 무기응집제(PAC) 사용량을 감소했다.
· 혼합수의 농도 개선으로 유입T-P의 과부하를 제어하여 효율적이고 안정적인 생물학적 처리 공정을 가능하게 하는 것으로 판단된다.
· 이로 인해 총인처리시설 가동시 약품 절감액이 약 1억 원/년정도 절감될 것으로 판단된다.

3. 탈수여액을 재이용함으로써 유기고분자응집제(에멀젼) 사용량을 감소했다.
· 응집·침전된 소화농축슬러지를 탈수함에 따라 슬러지 탈수에 사용되는 약품 사용량이 감소하는 것으로 판단된다.

1. 김미란, 김경희, 박해식, 강동효, 이제근, ‘S 하수처리장 반류수가 방류수 수질에 미치는 영향’, 한국환경과학회지 2010
2. 이의신, 장윤석, 박명균, 허용록 ‘슬러지공정 반류수 처리기술’, 대우건설기술연구소
3. ‘탈수여과 프로세스 반류수의 인산이온 제거에 관한 연구’, 하수도협회지 1997
4. 양덕진, ‘초음파를 이용한 하수 슬러지 감량화 및 자원화 기술’, ㈜울트라텍
5. 이진우, 하준수, ‘반류수 고도처리에 의한 하수처리공정의 효율화 기술’, ㈜도화종합기술