기후변화, 하수처리 설계·운영에도 영향 끼쳐
하수처리장 운영 시 메탄·아산화질소 등 온실가스 배출
기후변화에 영향 미치는 ‘생애주기비용’ 민감도 주시해야

▲ 짐 버러(James L. Burror)/ 캘리포니아 오렌지카운티 위생국장

미국 오렌지 카운티 위생국(OSCD, Orange County Sanitation District)은 캘리포니아주 오렌지 카운티 북서 지역 230만 명 이상의 주민이 쏟아 내는 폐수를 모아서 처리하고, 배출하는 업무를 맡고 있다.

주요 간선관거 426마일(mi), 지역 하수관거 175마일, 펌프장 16개소, 2개 처리시설 등 470제곱마일(mi2)에 이르는 서비스 지역을 갖고 있다. 서비스 대상 인구와 지역 측면에서, OSCD는 미국에서 5번째 크기의 하수처리장이며 미시시피강 서부에서 가장 큰 위생국 가운데 하나이다.

공공기관으로서 OSCD는 주민들에게 최상의 서비스를 제공하고 수질을 보호하는 업무를 하고 있으며, 지역의 관심과 자원을 모을 수 있는 최우선 기후변화에 대비한 하수처리에 중점을 두고 있다.

 

▲ 캘리포니아 오렌카운티 파운튼 계곡(왼쪽)과 헌팅턴 해변(오른쪽)에 있는 미국에서 5번째로 큰 하수처리장 전경.

온실가스 배출이 기후변화 악화시켜

대기 중 이산화탄소, 메탄가스 등 온실가스(GHC, Green House Gas)의 농도가 증가함에 따라 이른바 온실효과가 발생, 지구 표면의 온도를 점차 상승시켜 지구 온난화 현상이 나타나게 된다.

그 원인으로는 탄소순환(carbon cycle)과 밀접한 관계가 있으며, 이는 대기중의 약 0.036%를 차지하는 CO2에 의한 온실 효과, 대기 중의 수증기와 CO2 등이 온실의 유리처럼 작용하여 지구표면의 온도를 높게 유지하는 효과(greenhouse effect)라고 하는 지구 온도의 불균형이 수반되어 일어나는 현상이다. 즉, 온실가스가 증가함에 따라 대류권의 적외선 흡수량이 증가하여 기온이 상승하게 된다.
온실가스는 대부분 화석연료의 연소에서 발생되거나, 프레온 가스 같은 합성화학물질을 사용할 때 발생된다. 태양에서 방출된 빛에너지는 지구의 대기층을 통과하면서, 일부분은 대기에 반사되어 외계로 방출되거나, 대기에 직접 흡수된다.

그리하여 약 50% 정도의 햇빛만이 지표에 도달하게 되는데, 이때 지표에 의해 흡수된 빛에너지는 열 에너지나 파장이 긴 적외선으로 바뀌어 다시 바깥으로 방출하게 된다. 이 방출되는 적외선은 반 정도는 대기를 뚫고 외계로 빠져나가지만, 나머지는 구름이나 수증기, 이산화탄소 같은 온실효과 기체에 의해 흡수되어지며, 온실 효과 기체들은 다시 지표로 되돌려 보낸다.

실제 대기에 의해 일어나는 온실효과는 지구를 항상 일정한 온도로 유지시켜 주는 매우 중요한 현상이다. 만약 대기가 없어 온실효과가 없다면 지구는 화성처럼 낮에는 햇빛을 받아 수십도 이상 올라가지만, 반대로 태양이 없는 밤에는 모든 열이 방출되어 영하 100℃ 이하로 떨어지게 될 것이다.

따라서 현재 환경 문제와 관련하여 나쁜 영향으로 많이 거론되는 온실효과는 그 자체가 문제가 아니라, 일부 온실효과를 일으키는 기체들이 과다하게 대기 중에 방출됨으로써 야기되는 이상 고온에 따른 지구 온난화 현상을 이야기하는 것이다.

 

▲ 제한된 하수처리 제어, 시민들은 현재의 세금수준으로 새로운 문제를 해결하려고 하고, 하수처리를 당연한 인위적인 공정으로 간주하는 것들이 하수처리의 또 다른 이슈가 된다.

「2006 캘리포니아 국제 온난화 해결법」에는 2020년까지 1990년도 온실가스 수준으로 하고, 2050년까지 온실가스를 80% 수준으로 할 것을 규정하고 있다. 「캘리포니아 환경질 법」(CEQA)에는 건설 프로젝트를 위해 온실가스 배출에 대한 10가지 이상의 규정을 만들어 지키도록 하는 한편, 지역 대기 위원회에서는 CH4, CO, NOX, SOX, CO2 등을 규제하고 있다.

캘리포니아주는 사전 활동 내용을 △대규모 시설 배출의 의무적 보고 △낮은 탄소함유량의 연료 표준화 △냉각제의 규제 강화 △매립지 메탄가스 포집 △비 전자 분야의 6불화황가스(SF6) 축소 △소비자 제품의 온실가스 감소 △반도체산업의 과불화탄소(PFCs) 축소 △에너지 효율과 연료에 초점이 맞춰진 제품 사용 등을 제시하고 있다.

미국 환경청(EPA)과 기후변화 정부 위원단(IPCC)에 따르면 지역대기 배출상황으로 미국의 하수 처리 기준은 2.83CO2/mm 톤이고, 1990년 캘리포니아주 총계는 427CO2/mm 톤이며, 2020년에는 600CO2/mm 톤에 이를 것으로 전망하고 있다.

또한 하수처리의 메탄(CH4)의 배출원인 조사결과, 정화조(부폐조) 76%, 혐기성 처리공정 23%, 혐기성 소화 1%로 나타났다. 아산화질소(N2O)의 경우 97.2%가 방류수 변환, 2.76%가 재래식 활성슬러지 공정, 0.06%가 질산화·탈진화 공정으로 배출되는 것으로 조사됐다.

하수처리장 운영에 있어서 △혐기처리 공정의 메탄(CH4)배출(예: lagoons), △NDN 공정에서 아산화질소(N2O) △슬러지 소화과정 또는 소화가스의 불완전 연소로 인한 CH4 △방류수내 탈질미생물의 아산화질소(N2O) 방출 등과 같은 직접적 온실가스 배출이 예상된다.

 

뛰어난 과학기술로 일관된 메시지를 만드는데 상호 협력해야 함은 물론, 기후변화에 대해 기관들이 관심을 갖고 배출 이외의 이슈에 대해서도 협의가 필요하다. 또한 신뢰성, 공중위생의 보호, 장기 지속적 운행, 설비, 기관들에 대한 위험 경감 등이 필요하다.

▲ 오렌지 카운티 위생국은 배출조절 프로그램을 만들고 생물고형물(슬러지)의 심정 주입, 유입수의 특성에 대해 연구함으로써 저에너지 대체처리기술과 발전가능성이 증가할 것으로 보고 있다.

변덕스러운 우기의 영향(우기와 건기), 동력산업의 제한으로 증가된 동력비용, ‘Septic systems’의 확장 필요성(온실가스와 변덕스러운 가뭄), 비상시 대비 등을 고려하는 한편, 민감도 변수에 대해서도 설계를 할 계획이다.

시설범위를 건조 시와 최대 시로 구분하고, 더 높은 BOD, NH4, TSS 등의 공정설계의 변수를 고려해 실행할 계획이다. 해수면 상승으로 인한 홍수, 미래 대기질 규제, 미래공간, 생애주기비용(토양, 전력) 등에 대해서도 고려하고 이해관계자들과의 토론을 통해 직접적인 기후변화를 고려한 하수처리를 할 계획이다.

하수처리의 또 다른 이슈는 △제한된 하수처리 제어 △시민들은 현재의 세금수준으로 새로운 문제를 해결하려고 하고 △하수처리를 당연한 인위적인 공정으로 간주 △이제는 포기할 수 있는 선택권이 없다는 것들이다.

오렌지 카운티 위생국은 배출조절 프로그램을 만들고 생물고형물(슬러지)의 심정 주입, 유입수의 특성에 대해 연구함으로써 저에너지 대체처리기술과 발전가능성이 증가할 것으로 보고 있다.

기후변화는 하수처리의 설계와 운영에 영향을 끼칠 것이다. 평범하고 낮은 위험까지도 주시해야함은 물론, 기후변화에 영향을 미치는 생애주기비용(LCC)의 민감도에도 주시해야 한다.