[출처 = 워터저널(www.waterjournal.co.kr) 2011년 9월호 특집 기사]

 

 

 

 

 

 

 

▲ 심 수 용 박사춘천시 수질관리사업단 수질개선과

동경 하수도전, 300개 기업 참여
필자는 지난 7월26∼29일 일본하수도협회(JSWA)가 주최한 ‘2011 하수도전 동경(下水道展 東京)’에 참관하여 하수도 부분의 설계·계량, 관로·기자재, 토목·건축, 기계·전기, 유지관리 등 폭 넓은 분야의 최신 기술 및 정보 습득했다.

 

또한, 하수도전과 함께 열린 ‘제48회 하수도 연구논문 발표회’에서 하수도 시설 개선사례에 대해 발표하고, 일본의 하수처리 시설을 둘러볼 수 있는 테크니컬 투어(Technical Tour)에도 참가했다. 투어에서는 동경도의 2개 하수처리수 재생센터, 슬러지 플랜트 시설, 지역 냉·난방 시스템 시설 등을 견학했다. 일본하수도협회는 지난 1965년에 순환형 사회 구현을 목적으로 설립되었다.

 

주요 사업으로는 하수도에 관한 조사연구 활동, 검사 사업, JIS 등록 인증 사업, 연수 사업, 국제 교류활동, 출판 사업, 하수도 보상책임 보험 관계 업무 등을 실시하고 있다.

 

하수도전시회 개최는 하수도 사업 발전 도모, 국민에게 하수도에 관한 기술·시스템 등의 연구 개발 필요성 인식을 제고시키는 것을 목적으로 1987년부터 매년 개최되고 있으며, 올해로 23번째를 맞았다. 병행 행사로는 하수도 연구 발표회, 각종 포럼 등을 개최한다.

 

▲ 하수도전 개최장소인 동경빅사이트와 접수처.

올해 전시회의 총 관람객 수는 약 7만 명이었으며, 설계·측량, 건설, 관로 기자재, 하수처리, 유지관리, 계측 등 기기류·시설 이용·배수 설비·기타, Public Zone으로 구성된 전시업체 수가 약 300개 사, 950부스에 달했다.

 

‘2011 하수도전 동경’의 특이할 점은 △시공 분야 △하수처리 분야 △수처리 시설 운영·장비 분야로 구분하여 전시함으로써 목적에 맞는 관람이 가능했다.

 

또한, 2008년부터 전시 기업들이 전시 품목의 세일 포인트를 위한 발표의 장으로 전시장 내 별도 부스에서 전시 품목의 상세한 정보를 보다 쉽게 제공하는 시간을 갖고, 이를 사전에 공지하여 참여자들을 유도했다. 그리고, 아이들을 위한 교육의 장도 마련하여 시민과 함께 하는 하수도전이 되었다.

▲ 춘천시 수질개선과 심수용 박사(필자)가 일본 하수처리 연구논문 발표회에서 ‘하수처리장 오니 계통 개선에 의한 시설개선 사례’를 발표하고 있다.

매년 시행되는 하수처리 연구논문 발표회는 공공단체와 학교, 민간의 하수도 사업에 관한 연구자와 실무자가 경영·계획, 우수대책, 환경·재생·리사이클, 건설, 유지관리, 수처리 기술, 슬러지 처리 기술, 계측·제어 등의 분야에서 연구성과 발표, 실무·사례 발표 등을 통해 하수도의 최신 정보를 교환하고 최신 이슈에 대해 토론하여 하수도 사업 발전에 이바지함을 목적으로 개최되고 있다.

 

이번 제48회 발표회에 우리나라에서는 (주)한국워터테크놀로지 전세정 대표이사가 ‘Study of on the performance of electro osmotic dehydration in reusing process for the municipal waste water sludge’에 대해, 필자는 ‘하수처리장 오니 계통 개선에 의한 시설개선 사례’를 각각 발표했다.

 

필자는 하수도전과 함께 일본의 하수도 시설을 볼 수 있는 테크니컬 투어에도 참여해 동경도에 있는 가사이물재생센터, 시바우라물재생센터, 동부슬러지처리센터, 지역 냉·난방 시스템 시설을 견학했다.

태양광·소수력 발전시설 갖춰
■ 가사이물재생센터 동경도 가사이물재생센터는 하루 처리능력이 40만㎥으로 활성오니법을 이용한 하수처리 시설이다. 처리한 물은 동경만으로 방류되고, 일부는 사여과지를 거쳐 센터 내의 기계 세정, 냉각, 화장실용으로 사용된다.

 

▲ 동경도 가사이물재생센터에 설치되어 있는 태양력 발전 시설.

발생한 오니(슬러지)는 센터 내의 오니 소각장에서 처리하고 있다. 유입수의 BOD(생물화학적 산소요구량)는 평균 120㎎/L이고, 방류수는 3.0㎎/L로 우리나라 하수처리장 수질과 비슷한 수준이다. 이 처리장의 특징은 태양광 발전과 마이크로 소수력 발전을 이용한 신재생에너지 설비가 갖춰져 있다는 것이다. 지구온난화 대책으로 발전 시에 이산화탄소를 발생시키지 않는 태양광 발전 설비를 설치하여 센터 내에서 사용하는 발전의 일부를 보조하고 있다.

발전 능력은 합계 490㎾r로서, 연간발전량은 일반 가정이 약 160세대가 사용할 수 있는 양이다. 수처리의 방류구는 수면으로부터 수 미터 높이에 설치되어, 낙차를 이용해서 수력발전을 일으키는 소수력 발전이다. 발전기의 출력은 27㎾로, 연간발전량은 일반가정의 20세대 분 정도이다.

 

세라믹막 이용 재생수 제조 설비 가동
■ 시바우라물재생센터 동경도 시바우라물재생센터의 처리시설 처리 능력은 83만㎥/일로 활성오니법과 A2O법(혐기-무산소-호기)을 이용해서 처리하고 있다. 처리된 물은 동경만으로 방류되고, 일부는 모래여과 처리를 거쳐서 센터 내의 세정수, 냉각수, 화장실용으로 사용되고 있다.

 

또한, 방류수 중 일부는 오존 등의 고도처리를 거쳐 인근 빌딩의 화장실용으로 공급되고 있는데 이 하수처리장의 수질은 BOD 기준으로 유입수는 170∼230㎎/L, 방류수는 3∼4㎎/L의 범위로 안정된 방류수 수질을 보이고 있다.

2011년 4월부터 일본에서는 처음으로 하수처리 재생수 처리공정에 여과재료로 세라믹막을 이용한 재생수 제조 설비가 가동되고 있다. 일반적인 하수처리 과정을 거친 방류수를 유입시켜 생물막여과, MF막, 오존처리 등의 시설을 거쳐서 재이용수로 이용되는 설비이다.

 

재생수의 여과 과정에 내구성이 좋은 세라믹막을 이용한 것은 장기적인 측면에서 안정적이고 저렴한 비용으로 재생수를 제조하는 것이 가능하고, 현재 공급하고 있는 인근 사무용 빌딩의 화장실 용수나 도로 살수 등에 다목적으로 사용이 가능할 것으로 기대된다.

하수오니, 탄화처리로 76% 감량화
■ 동부슬러지처리센터 동경도 동부 슬러지 플랜트의 오니 탄화설비 사업은 하수 오니로부터 탄화물을 생산하여 화력발전소의 대체 연료로 이용하는 일본 최초의 설비다. 하수 오니의 자원화를 추진하는 것과 함께 온실효과 가스의 삭감에 의한 지구온난화 방지에도 큰 기여를 하고 있다.

▲ 동경도 동부슬러지처리센터의 슬러지 탄화처리시설.

이 사업의 구성은 동경도 하수도국에서 발생된 오니를 탄화물로 만든 후에 민간기업에 판매하고 민간기업은 다시 화력발전소에 판매하는 사업구조로 이루어져 있다.

 

플랜트는 동경도의 물재생센터 수처리 과정으로부터 발생한 오니를 처리한다. 농축, 탈수설비, 탄화설비 및 소각 설비에서 오니 감량화를 거쳐 전량을 탄화 및 소각처리하고 있다. 또한, 오니소각 과정에서 발생한 폐열을 이용한 증기발전설비와 지역 냉·난방 사업으로의 열원 송수설비가 있다.

 

오니처리 설비로는 오니 조정조와 중력 농축조가 각각 2천450㎥ 2조, 소각처리 설비(유동층식)가 300톤/일 3기, 오니 탄화설비(로타리킬른식)가 100톤/일 3계열 1기, 증기터빈 발전기 등의 설비가 있다.

 

▲ 탄화물은 석탄의 대체 연료로 이용, 석탄발열량(약 6천㎉/㎏)의 1/3 정도의 열량을 보유, 형상은 1∼5㎜의 작은 입상, 화력발전소에 사용할 때에는 분말 형태로 바꾼 후에 석탄의 1%정도 혼합하여 연료로 이용하고 있다.

물재생센터에서 발생된 오니는 농축 과정(원심)과 원심탈수 과정을 거치면서 함수율을 약 76%까지 낮추게 된다. 이것은 유동층 소각로에서 건조 과정과 소각 과정을 거쳐서 일부는 탄화물 등으로 재이용되고 일부는 소각처리 된다.

 

발전소에 연료로서 공급되어 재이용되는 오니 탄화물은 오니의 소각 과정에서 1/3 정도 건조 후에 탄화설비로 이송되어 1시간 정도 증산과 굽는 과정을 거쳐 석탄 대체 연료로 이용되는 탄화물로 제조된다. 제조된 탄화물은 석탄 화력발전소에 연료로 공급된다. 탄화로에서 발생된 열분해 가스는 가연 성분을 다량 함유하고 있기 때문에 다시 회수하여 건조기 열원의 원료로 재이용함으로써 열효율을 높이고 보조연료의 사용량을 절감하게 된다.

 

오니 탄화설비에서는 1일 300톤의 탈수오니로부터 27톤의 탄화물을 제조할 수 있다. 제조된 탄화물은 발연이나 비산을 방지하기 위해 가온하여 탄화물 저장조에 저장한 후 화력발전소로 운반한다.

 

화력발전소의 석탄 대체 연료로서 안정적인 수급을 확보하는 것에 의해 오니의 자원화 비율이 약 1% 향상되고, 오니의 소각재 매립량을 연간 약 1/4로 삭감할 수 있다. 2006년 현재 오니의 자원화 비율은 64%, 소각재의 매립은 36%이다. 또한, 오니 탄화설비는 열분해 가스를 고온연소(섭씨 950도) 시키기 때문에 온실가스의 배출량을 종래에 비해 약 80% 정도 삭감할 수 있다.

 

소각로에서 배출되는 배기가스(약 섭씨 830도)의 열을 보일러로 회수, 증기를 발생시켜 증기터빈발전기로 공급하여 전기를 발생시키는 설비이다. 이 설비는 오니 소각로에서 사용하는 전력의 약 40%를 담당하고 있다.

 

오니 소각로의 폐열을 이용한 냉·난방 설비는 증기식 열교환기에 폐열 보일러의 증기를 보내서 물의 온도를 높여 온수를 만들게 된다. 이 온수는 동부슬러지센터 내의 냉·난방 열원으로 사용된다. 또한, 지역 냉·난방 열원으로, 소각로, 탄화로 등의 배기가스를 세정한 후의 온수를 이용하여 인근 지역의 노인병원이나 요양원 등에 공급하고 있다.

제조된 냉·온열 요양시설 등에 공급
■ 지역 냉·난방 시스템 매일 일상적인 활동을 하면서 대량으로 사용되고 있는 물은 도시민의 생활이나 활동으로 소비된 열에너지가 하수와 함께 배출되어 물재생센터에서 처리되고 있다.

 

물재생센터의 처리 과정에서 발생한 재생수(처리수)와 오니 소각 폐열(세정폐수)의 에너지를 냉·난방으로 변환하여 공급하는 설비다. 재생수에 더해진 세정폐수를 이용하는 것으로 저온지역의 온도차 에너지와 하수의 열에너지를 이용하여 온실효과 가스를 삭감하는 효과가 있다.

 

냉·온열(냉수, 온수) 제조시설은 가스흡수 냉·온수기와 열교환기가 주요 설비이다. 가스흡수 냉·온수기에서는 하수 재생수를 냉각수로 사용하여 냉수(섭씨 7도)를 만든다. 열교환기에서는 오니 소각탑의 세정폐수를 열원으로 하여 온수(섭씨 60도)를 만든다. 제조된 냉·온열은 인근 지역의 요양시설 등에 공급된다.

 

가스흡수온수기에서는 증발기화하기 쉬운 냉매(물)로, 냉매기화를 흡착시키기 위하여 흡수제(취화리튬)의 화학적 성질을 이용하고 있다. 이 시스템은 증발기화한 증기를 냉각하기 위해 물을 사용하지만, 이 설비에서는 하수의 재생수를 사용하고 있다.

효율적 유지관리로 방류수질 확보
‘2011 하수도전 동경’은 2002년도에 발족되어 10번째 되는 행사였다. 올해는 동북지역 지진으로 인한 원자력발전소 방사능 누출로 인해 예년보다 작은 규모의 행사였지만, 하수도전시회에서 외국 하수도 설비 및 정보 습득에 관한 높은 열기를 느낄 수 있었으며, 테크니컬 투어를 신청하여 일본의 하수처리지 시설을 방문해 우리나라 시설과 비교 분석할 수 있는 기회를 얻을 수 있었다.

 

전시회의 경우 하수설비 건설 부분에 대한 전시가 우리나라 전시에 비해 높은 비중을 보이는 것을 볼 수 있었는데, 이는 재난 재해가 많은 나라인 만큼 재난에 대한 대비를 위한 장비들의 전시가 눈에 띄는 자리였다.

 

올해의 경우 하수처리 재이용 시설 등에 대한 전시를 주로 볼 수 있었으며, 하수처리 후 부산물을 자원으로 이용하고자 하는 노력이 엿보이는 제품들이 돋보였다. 또한, 하수도 시공이나 건설에 필요한 장비들이 전시회에 참여하여 전시 품목의 다양화를 엿볼 수 있었다.

 

동경도 물재생센터 2곳과 슬러지 처리센터 및 지역 냉·난방 처리시설 등을 방문했으며, 하수처리장은 일부 용량을 제외하고는 아직도 표준활성슬러지법으로 운영하고 있었다. 시설은 매우 노후되었지만, 유입된 하수의 충분한 체류시간과 효율적인 유지관리를 통해 방류수의 수질 확보에 만전을 기하고 있었다.

 

또한, 각 처리장마다 빗물(雨水) 저류지를 두어 강우 시 재해시설로서의 충분한 역할을 수행할 수 있게 했다. 이것은 우리나라도 참고하여 도입할 필요성이 있다고 판단된다.

 

매년 하절기마다 반복되는 현상으로 일시에 많은 양의 강우 현상은 우리나라나 일본이나 다르지 않다. 하수처리장 인근 지역이나 침수 빈도가 높은 지역에 빗물 저류지나 조정조를 설치하는 것은 침수로 인한 각종 재해를 막는 유일한 방법이라고 판단된다.

 

작은 규모지만 태양광 및 소수력 발전 설비를 통해 하수도의 재생에너지로서의 역할을 도모하고 있었다. 또한, 하수슬러지 플랜트 시설에서는 하수처리 과정에서 발생된 슬러지를 전량 소각처리하고, 일부는 탄화처리를 거쳐 재생에너지로 다시 사용하는 모습이 인상적이었다.

 

소각과 하수처리 과정에서 발생하는 열을 재이용하여 인근 지역 시설에 공급하는 것을 보고, 하수를 자원으로 이용하고자 하는 일본의 하수도 장기목표를 엿볼 수 있는 계기가 되었다.

 

3박4일이라는 짧은 기간 동안 하수도전 관람, 하수도 연구논문 발표회 참여, 시설 견학 등 여러 일정을 진행하면서 일본은 하수도 및 환경에 대한 관심이 매우 크다는 느낌을 받았다.

 

우리나라는 하수의 생물학적 고도처리를 거의 마친 상태이고 현재는 3차 처리인 화학적 처리를 설치하고 있는 상황이다. 전부는 아니지만, 일본은 아직도 활성슬러지 처리가 대부분인 것으로 알고 있다.

활성슬러지법을 최대한 극대화 시켜서 유기물 및 일부 영양염류도 제거가 가능하기 때문에 굳이 고도처리를 할 필요가 없다고 한다. 필요에 따라서 고도처리를 도입한다는 합리적인 안을 세우고 있다.

다만, 일본은 일부 지역의 경우 방류수 수질을 제고하기 위해 우리보다 앞선 고도처리를 도입한 곳이 있다. 이것은 지역에 따라 방류수의 수질이 다르기 때문에 획일적인 처리공법을 도입하는 것은 예산상으로나 운영상으로도 불합리하다는 판단에서다.

 

우리 시도 생물학적 고도처리를 2010년에 완공한데 이어 현재는 화학적 고도처리 공사를 진행 중이다. 정부의 방류수 수질기준을 맞추기 위해 막대한 예산이 투자되고 있다. 일본의 몇몇 시설을 견학한 후에 느낀 점은 진보된 시설을 많이 만드는 것보다는 현재의 시설을 잘 운영하고 관리하는 것이 매우 중요하다고 생각한다.