'2009년 하반기 물종합기술연찬회 및 환경신기술 로드쇼'가 환경부·소방방재청 등 중앙정부와 환경관리공단·한국수자원공사 등 산하기관 관계자를 비롯해 전국 자치단체 물 담당 공무원, 학계·연구소·기업체 관계자 등 총 1천60명이 참석한 가운데 지난 9월 24일 태백 오투리조트에서 성황리에 개최됐다. ‘2009년 하반기 물종합기술연찬회’에서는 상수 분야 14편, 하수 분야 13편, 하천 및 생태하천조성 분야 12편, 물환경관리 분야 13편, 물산업 육성 및 재이용 분야 13편 등 총 65편의 정책·신기술·지자체 우수사례 등이 발표됐다. 이중 정책·주제발표가 28편, 신기술 30편, 지자체 우수사례 7편이었다.
기존시설에 응집제만 투여해도 인 제거 가능
반려수 차단으로 방류수 수질개선·슬러지 발생량 감소
축산폐수 유입량 증가에도 양호한 처리수질 얻을 수 있어
일반적으로 공공하수처리시설의 방류수는 공공수역으로 배출되고 있어 방류수질에 따라 그 일대의 수질환경에 많은 영향을 미친다. 그 중 T-N(총질소), T-P(총인)는 하천과 호소의 부영양화를 일으키는 주요 원인으로 일반적인 활성슬러지법으로는 처리가 부적합하다. 이에 많은 공공하수처리시설이 고도처리를 이용해 T-N, T-P를 처리하고 있으나 새로 개정된 방류수질기준을 만족하기 위해서는 좀 더 안정적인 처리가 필요하다고 생각된다.
울산광역시 울주군 언양 지역은 지난해 후반기부터 시작되는 하수관거정비 BTL사업에 의해 하수도가 합류식에서 분류식으로 전환될 계획에 있고, 미차집 구역의 지선관거 연결을 통해 축산폐수의 차집이 점차 늘어날 것으로 예상된다.
따라서 하수고도처리와 함께 후속공정으로 간단한 화학적 처리공정을 추가 시 인(P)의 제거와 처리수질에 미치는 영향 및 처리장의 반려수가 방류수질의 인 농도에 미치는 영향과 간단한 공정변화를 통한 반려수 저감으로 인한 인 농도 및 슬러지 감량에 대해 알아보았다.
침전지 유입부에 응집제 직접 투입
실험은 울산광역시 언양공공하수처리시설의 2차침전지 전단에 약품탱크를 설치하여 1차와 2차로 나누어 실험을 실시했다. 1차 실험은 Alum 8%(비중 1.32)를 10mg/L의 농도로 투입하였고 2차 실험은 30mg/L로 농도를 바꾸어 실험을 실시했다. 별도의 교반장치 등은 설치하지 않았고 토목구조물의 변경 없이 호기조 후단 월류수의 유속을 이용한 간단한 장치를 설치하여 실험을 실시했다.
울산광역시 대곡댐 상류지역 축산농가의 축산폐수를 언양공공하수처리시설로 연계처리하기 위한 타당성 검토결과 축산폐수의 T-N, T-P 오염부하량은 유입수 오염부하량의 10% 이내로 연계가능하다는 환경부 지침에 부합하므로 향후 하수관거 정비사업을 통한 축산폐수의 차집이 이루어질 예정이다.
울주군의 자체 조사 자료에 의하면 2008년 현재 축산폐수 발생량은 약 1천100 ㎥/일 정도이며 축산폐수의 유입으로 인한 오염물질 부하량은 BOD 1천936.1kg/일에서 2천979.7kg/일로 35%, COD 1천238.5kg/일에서 2천231.6kg/일로 44.5%, SS 1천793.7kg/일에서 2천49.4kg/일로 12.5%, T-N 592.1kg/일에서 1천431.0kg/일로 58.6%, T-P 59.1kg/일에서 83.8kg/일로 29.5% 증가할 것으로 예상된다.
향후 관거정비와 지선 관거 연결로 인해 유입유량과 차집되는 축산폐수의 양도 급격히 늘어날 전망이어서 오염부하량이 더욱 증가할 것으로 판단된다. 2차 침전지 수문 전단에 약품탱크를 설치하여 침전지 유입부에 직접 응집제를 투입함으로써 호기조 월류수의 유속을 통해 약품이 혼화되도록 했으며 [그림 1]은 약품의 투입 위치 및 장치의 현장 사진이다.
BOD·COD 등 6개 항목 비교
실험은 하루 두 번 투입지와 미투입지의 처리수를 채취하여 BOD, COD, SS, T-N, T-P, 탁도 등 6개 항목을 비교·분석했으며, T-P는 여과 전·후로 나누어 분석했다. 반려수의 경우 처리 공정에 변화를 주어 반려수 유입 시와 차단 시로 나누어 비교·분석했으며 이에 따른 인 농도 변화 및 슬러지 감소량을 알아보았다.
Alum 10mg/L을 투입한 1차 현장 실험의 결과, 각 항목들의 평균제거율은 BOD 14.3%, COD 9.8%, T-N 12.9%, T-P 22.3%이었고 SS와 탁도는 각각 30.0%, 33.3% 증가했다. Alum 30mg/L을 투입한 2차 현장 실험의 결과, 각 항목들의 평균제거율은 BOD 15.4%, COD 18.6%, T-N 12.3%, T-P 30.7% 이었고 SS와 탁도는 각각 56.5%, 91.7% 증가했다. 30mg/L 주입 시 SS와 탁도의 농도가 큰 폭으로 변화한 것은 단순 투입으로 인해 응집제의 완전 혼합이 이루어지지 않아서인 것으로 판단된다.
반려수 차단, 유입·방류수 농도 변화
생슬러지 및 잉여슬러지 인발량 조절을 통해 반려수의 침사지 유입을 차단한 결과는 표와 같았다. [표 1]은 반려수가 침사지로 유입되었을 때의 결과이며 [표 2]은 반려수의 침사지 유입을 차단하였을 때의 결과이다.
반려수의 침사지 유입시와 차단시 농도변화의 평균값을 비교하여 [표 3]에 나타내었다. [표 3]에서 보는 바와 같이 반려수의 침사지 유입을 차단했을 때 유입농도는 현저히 줄어들었으며 방류농도의 경우 BOD, SS는 약간 증가했으나 방류기준을 만족했고 T-N, T-P 농도는 감소했으며 특히 T-P의 경우 평균 1.328mg/L에서 0.718mg/L로 대락 45.9% 정도 감소한 것으로 나타났다.
총슬러지 약 60.3% 감소
반려수의 침사지 유입 차단으로 인해 유입 농도의 부하량을 낮추어 슬러지 발생을 억제함으로써 탈수케이크의 발생량을 줄이고 슬러지 처리비의 저감을 가져오게 됐다. 생슬러지는 44.4㎥/일에서 28.4㎥/일로 약 64% 감소됐고, 잉여슬러지는 192.5㎥/일에서 114.5㎥/일으로 약 59.4% 감소됐다. 총슬러지 감소량은 236.9㎥/일에서 142.9㎥/일로 약 60.3% 감소됐다. [표 4]에 반려수 차단 전·후의 슬러지 발생량을 나타냈다.
Alum·PAC 성능 큰 차이 없어
언양공공하수처리시설의 기존 수처리공정에 화학적 약품투입공정을 추가 시 인의 제거 효율 및 처리수질에 미치는 영향과 반려수 차단으로 인한 처리수의 인 농도 및 슬러지 감소량을 알아보기 위해 실시한 연구 결과는 아래와 같았다.
첫째, PAC(11%)과 Alum(8%)로 실시한 ‘Jar test’ 결과는 PAC과 Alum의 최적응집농도는 30mg/L이고 인제거율은 97.9%와 99.0%로 큰 차이를 보이지 않았으며 처리수를 GF/C로 여과하여 측정했을 때는 두 응집제 모두 100%에 가까운 제거율을 보였다. 중화제(Ca(OH)2)의 소모량은 PAC 30mg/l, Alum 60mg/l로 Alum이 PAC에 비해 2배 가량 더 소모됐다.
COD의 제거율은 PAC이 Alum보다 약 21.2% 정도 높았고 SS의 제거율은 Alum이 PAC보다 약 11.8% 정도 높았다. 적정주입농도 실험의 결과로 보아 두 응집제의 성능은 큰 차이가 없으며 하수처리장에 사용하기에는 경제적인 측면에서 Alum이 PAC보다 2배 가량 저렴하므로 Alum을 주입하는 것이 타당하다고 판단된다. Alum의 경우 10mg/L 주입 시 COD, SS의 제거율이 높았고 30mg/L 주입 시 인의 제거율이 높았다.
COD·총인·총질소 제거율 높아
둘째, 현장 실험의 결과 Alum 10mg/L 주입 시 BOD 농도는 평균 1.4mg/L에서 1.2mg/L(약 14.3%), COD 농도는 평균 4.1mg/l에서 3.7mg/L(약 9.8%), T-N 농도는 평균 8.427mg/L에서 7.342mg/L(약 12.9%), T-P 농도는 평균 0.939mg/L에서 0.730mg/L(약 22.3%)로 제거됐다.
Alum 30mg/L 주입 시 BOD 농도는 평균 1.3mg/l에서 1.1mg/L(약 15.4%), COD 농도는 평균 4.3mg/L에서 3.5mg/L(약 18.6%), T-N 농도는 평균 10.003mg/L에서 8.776mg/L(약 12.3%), T-P 농도는 평균 1.069mg/L에서 0.7410mg/L(약 30.7%)로 제거됐다.
셋째, Alum 10mg/L 주입 시 pH의 변화는 평균 5.9에서 5.6, SS 농도는 2.0mg/L에서 2.6mg/L(약 30.0%), 탁도는 1.5NTU에서 2.0NTU(약 33.3%)로 증가했다. Alum 30mg/L 주입 시 pH의 변화는 평균 5.8에서 5.6, SS 농도는 2.3mg/L에서 3.6mg/L(약 56.5%)로 증가했고 탁도는 1.2NTU에서 2.3NTU(약 91.7%)로 증가했다.
축산폐수 유입량 증가에도 대비
넷째, 반려수의 침사지 유입을 차단했을 때 유입 농도는 BOD 161.6mg/L에서 98.3mg/L(약 39.2%), COD 132.4mg/L에서 81.6mg/L(약 38.4%), SS 185.0mg/L에서 85.9mg/L(약 53.6%), T-N 41.270mg/L에서 28.020mg/L(약 32.1%), T-P 4.035mg/L에서 2.547mg/L(약 36.9%)로 각각 감소했다.
반려수의 침사지 유입을 차단했을 때 방류 농도는 BOD 2.0mg/L에서 2.2mg/L(약 10.0%), COD 5.8mg/L에서 5.8mg/L(변화없음), SS 1.9mg/L에서 2.1mg/L(약 10.5%)로 증가했고 T-N 9.539mg/L에서 8.841mg/L(약 7.3%), T-P 1.328mg/L에서 0.718mg/L(약 45.9%)로 각각 감소했다.
반려수의 침사지 유입 차단으로 인해 생슬러지는 44.4㎥/일에서 28.4㎥/일(약 64%), 잉여슬러지는 192.5㎥/일에서 114.5㎥/일(59.4%)로 감소했고 총슬러지 감소량은 236.9㎥/일에서 142.9㎥/일(약 60.3%)로 감소했다.
따라서 토목구조물의 변경 없이 기존의 시설만을 이용해 응집제를 투입해도 인의 제거율이 양호했고 반려수의 침사지 유입을 차단하여 유입부하를 상당히 낮춰 방류수질 개선 및 슬러지 발생량이 감소했으므로 향후 축산폐수의 유입량이 증가하더라도 양호한 처리수질을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
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