최종침전지 고형물 부하 증대량 억제시켜
오사카시 하수처리장서 27회 실운전 결과 안정된 수질 얻어

 

▲ 김갑수 박사 /서울시정개발연구원 선임연구위원, 대한환경공학회 고문, 본지 자문위원

활성슬러지공법으로 하수를 처리하고 있는 지자체 담당자들에게 도움이 되도록 하기 위해, 김갑수 서울시정개발원 선임연구위원께서 일본에서 입수하여 번역한 ‘우천시 하수 활성슬러지처리법의 처리원리와 도입효과’에 대한 우수연구논문(일본 『하수도협회지』 Vol. 43, No. 523, 2006년 5월호)을 지난호에 이어 연재한다.
[편집자 주]

실제 시설에서 우천 시 하수 활성슬러지처리법의 처리능력을 조사하기 위해 1992년부터 2002년까지 다양한 규모의 실강우에 맞춰 총 27회의 실용시설을 이용한 처리조사를 실시했다. 조사는 오사카시 히라노(平野) 하수처리장을 구성하여 남쪽 계열과 동쪽 계열 시설 각각의 처리 계열과 스미노에(住之江) 하수처리장까지 실시했다.

또한, 히라노 하수처리장 동쪽 계열에서는 전체 8계열에 의한 실험용으로 독립된 반응조-최종침전지 1계열을 이용했고, 히라노 하수처리장 남쪽계열과 스미노에 하수처리장에서는 하수처리장의 전계열을 이용했다.

처리조사 시의 시설 운전상황을 [표 3]에, 처리조건을 [표 4]에 각각 나타냈다. Run 1∼6, 9∼12, 20∼27은 유입하는 우천 시 하수 중 시간최대오수량을 넘는 전량이 반응조의 후단 4분의 1 부분에 단계적으로 유입토록 설정했다. 또 Run 7∼8에서는 시간최대오수량을 넘는 하수가 반응조의 후단 2분의 1 및 4분의 1, 각 2개소로부터 균등한 단계적 유입이 되도록 설정했다.

 

특히 Run 13∼19는 단계적 유입식 2단 질화탈질법으로 운용했으며 시설에서의 우천 시 활성슬러지법 적용실험을 나타낸다. 평상시는 전단과 후단 2분의 1 부분에 동등한 양의 하수가 유입되지만, 우천 시로 설정해 시간 최대 오수량을 넘는 하수를 반응조의 후단 4분의 1 부분으로부터 단계적으로 유입시켰다.

수질항목의 측정은 30분∼1시간 정도마다 샘플링을 하고 하수시험방법에 준하여 실시했다. 각 Run에 대해 처리수질을 [표 5]에 나타냈다. 각 Run에서도 최종침전지로부터 월류하는 슬러지는 없었으며, 안정적인 운전을 하는 것이 확인됐다. 결국 Run에 대해서도 우천 시 활성슬러지법에 의해 운전을 종료하고 난 후, 청천 시 처리로 복귀해도 처리기능에 별다른 영향은 없었다.

 

27회에 걸친 조사에서 평균적으로 SS 9.3mg/L, BOD 7.7mg/L의 처리수질을 얻을 수 있었다. 또 각 Run에 대해서 최대처리수량의 평균은 2.70Qsh로 나타났다. 최대의 우천 시 하수량의 처리를 실시한 Run 7의 운전상황 및 처리상황을 [그림 6]에 나타냈다. 처리수량은 최대에서 시간최대수량의 4.62배까지 도달했지만, 수질은 최대에서도 SS 5.6mg/L, BOD 4.6mg/L로 나타났다.

또, 다량의 우천 시 하수를 처리하고 동시에 유입오염부하도 높은 Run 8의 운전상황 및 처리상황을 [그림 7]에 나타냈다. 처리수량은 시간최대수량의 4.43배까지 도달함과 동시에 반응조 유입수의 BOD는 시간 경과에 의한 변동은 있지만 고농도를 유지해 일관하여 100mg/L를 넘고 있다.

또 처리수질은 SS가 20.0mg/L, BOD가 26.0mg/L까지 상승하지만, [그림 7]에 보면 3시간정도에서 더 이상 높아지지 않는다. 유입부하가 높은 Run 5, Run 12의 운전상황 및 처리상황을 [그림 8]과 [그림 9]에 각각 나타냈다.

▲ [그림 6] Run 7 운전·처리상황(처리수량에 대한 비율이 최대가 되는 케이스)

▲ [그림 7] Run 8 운전·처리상황(처리수량, 유입부하 모두 높은 케이스)

▲ [그림 8] Run 5 운전·처리상황(유입부하가 높은 케이스 ①)

▲ [그림 9] Run 12 운전·처리상황(유입부하가 높은 케이스 ②)

두 번의 케이스 모두 장시간에 걸쳐 우천 시 활성슬러지 처리가 행해지는 것과 동시에 초기강우의 영향이라고 볼 수 있는 반응조 유입수질의 피크를 볼 수 있다. BOD 농도가 Run 5에서 290mg/L, Run 12에서 130mg/L에 도달하고 있다. 유입수질의 평균은 [표 5]와 같이 Run 5에서 BOD 158mg/L, SS 123mg/L, Run 12에서 BOD 120mg/L, SS 87mg/L이며, [표 5]에서 알 수 있듯이 조사강우에서도 높은 부하 수준에 있다.

이에 대해 처리수질은 양 케이스 모두 안정적으로 나타났고, Run 5에서는 타 강우사례도 전혀 손색이 없고, Run 12에서는 약간 높은 경향을 보이고 있지만 적절한 처리 결과가 얻어지고 있다.

이 결과에 따라 우천 시 하수 활성슬러지법이 우천 시 하수 특유의 일시적인 높은 부하의 유입수질에도 대응할 수 있는 것이 확인됐다. 총 강우량 165mm의 장시간에 걸친 강우 시에 대해 우천 시 활성슬러지처리를 계속한 Run 9의 운전상황 및 처리상황을 [그림 10]에 나타냈다. 처리수질은 전체 운전시간에 걸쳐 안정하게 나타나 우천 시 하수 활성슬러지법은 장시간의 운전계속에도 대응할 수 있는 것으로 확인됐다.

이상의 결과에서 장기간에 걸쳐 실강우를 대상으로 한 실제 시설에서 거듭되는 조사에 대하여 우천 시 하수 활성슬러지법은 지극히 양호한 처리결과를 얻을 수 있어, 이 방법에 의한 대량의 우천시 하수를 처리하는 것이 실제 가능한 것으로 증명됐다.

▲ [그림 10] Run 9 운전·처리상황(장시간 운전 케이스)

Run 9∼12의 결과를 이용해 합류식 하수도 개선대책으로서 우천 시 하수 활성슬러지법 적용한 경우의 효과를 시험계산했다. 시험계산은 최초침전지 출구 및 최종침전지 출구에 설치하여 탁도계의 데이터를 SS, BOD로 환산하여 처리수질 데이터 및 처리수량 데이터를 이용했다. 이 기법의 방류오염부하량은 처리수질 데이터와 처리수량 데이터로부터 구할 수 있었다.

한편, 시간최대오수량을 2차 처리하여 이를 초과하는 하수는 간이 방류하는 이전의 방법은 방류부하량 2차처리 후의 방류오염량과 간이방류 오염부하량의 합으로써 구할 수 있다. 우천 시 하수 활성슬러지처리법은 대량의 하수를 기존의 반응조를 이용하여 단시간에 처리하는 것으로 당연 통상의 활성슬러지처리법에 비하여 처리수질은 높아진다.

이 처리수질의 비는 [표 6]과 같이 BOD 0.77, SS 0.77이 되는 것이 나타나 있어 이전연구에 의해 확인됐고, 통상처리에서 2차처리 수질을 역산할 수 있어 방류오염 부하량을 구할 수 있다. 또한 간이 방류수질은 최초침전지 출구의 수질 데이터를 이용하여 구할 수 있고, Run마다 상정되는 방류오염 부하량을 시험계산할 수 있다.

이 방법에 의한 시산한 결과를 [표 7]에 나타냈다. 이 시험계산에서는, 간이방류를 하여 이전의 방식과 비교하여 1강우 당 SS 59.1%∼90.7%(4강우 평균은 73.2%), BOD는 26.3%∼77.6%(4강우 평균은 61.0%)의 방류오염부하량이 삭감된 것을 확인했다.

 

이 연구논문에서는 합류식 하수도에 대한 우천 시의 방류오염부하량의 삭감을 목적으로, 기존의 활성슬러지 처리시설을 이용해 우천 시에 활성슬러지 처리수량을 증가시키는 우천 시 하수 활성슬러지처리법의 처리이론을 설명했다. 그 논거에 기초한 처리효과에 대하여 논술하면 다음과 같다.

첫째, 하수를 후단에 단계적으로 유입시키면 반응조 후단의 활성 슬러지 농도를 저하시키고, 최종침전지의 고형물 부하의 증대량을 억제시킬 수 있는 것이 확인됐다. 둘째, 하수를 후단에 단계적으로 유입시킨 하수의 S-BOD는 대체로 30분에 60∼70% 정도까지 급격하게 제거되고, 단시간에 용해성 유기물 흡착제거가 이뤄졌다.

셋째, 오사카시의 하수처리장에서 이 기법으로 27회 실운전 조사를 실시해, 시간최대오수량을 넘는 우천 시 유입 하수에 대해 평균 SS 9.3mg/L, BOD 7.7mg/L의 수질이 얻어졌고, 안정된 운전을 할 수 있었다. 넷째, 각 Run의 최대처리수량의 평균은 2.70Qsh 이고, 최대는 4.62Qsh에 도달했다. 이 때 처리수질은 최대 SS가 5.6mg/L, BOD가 4.6mg/L였다.

다섯째, 이 기법에 의한 처리를 최대 45시간 계속했지만, 안정한 처리수질을 유지할 수 있었다. 여섯째, 4회의 실강우에 대해 검토한 결과, 간이방류를 실시하는 이전의 방식과 비교하여 1강우 당 SS는 59.1%∼90.7%(4강우 평균은 73.2%), BOD는 26.3%∼77.6%(4강우 평균은 61.0%)의 방류오염 부하량을 삭감할 수 있었다.

이상의 결과, 우천 시 하수 활성슬러지법이 합류식 하수도 개선을 위한 우천 시 하수처리에 유효한 기법이라는 것이 확인됐다. [끝]