일본 국립환경연구소는 사회환경시스템 연구센터와 지역환경연구센터를 중심으로 한 선도연구 프로그램 “도시환경시스템 프로그램”을 2011년부터 5년 계획으로 실시하고 있다.

 

이 연구 프로그램은 도시의 환경기술 및 시책시스템의 평가와 사회 실증 프로세스의 구축, 환경부하 저감 및 영향 완화형 도시 및 지역발전 시나리오의 구축 등 두 가지 프로젝트로 구성된다.

 

지역환경연구센터에서는 첫 번째 프로젝트로 국내와 아시아지역의 도시를 대상으로 하여 수환경 보전과 에너지절약(낮은 운전비용)을 동시에 실현하는 부차적이익(cobenefit)형 폐수처리기술을 개발하고 있다. 구체적으로는 경제성장 및 인구증가가 지속되고 있으나 폐수처리시스템의 보급이 늦어지고 있는 동남아시아의 도시에 보급 가능한 에너지절약형 폐수처리기술의 개발과 성능 실증, 기술평가를 현지 지자체 및 연구기관과 연대하여 실시하고 있다.

현지조사의 결과를 보면, 방콕에서 유입하수의 생물학적산소요구량(BOD, biochemical oxygen demand)은 15~79mg/L로 낮아 일본 국내 하수의 1/3~1/10 정도의 유기물농도였다. 이것은 가정에 부패조의 설치가 의무화되어 있으며, 운하로부터의 물의 역류 및 지하수의 침입 등 불명수가 많기 때문에 하수도를 통해 수집된 오수의 하수처리장 유입 폐수가 희석되었기 때문이라고 생각된다.

그래서 온화한 지역에서 저농도의 하수처리에 적합한 기술로서 스펀지(폴리우레탄 폼) 담체를 여재로 이용한 고도 호기성 여상을 선정하여 BMA가 관리하는 하수처리장에서 실제 하수를 이용한 성능 실증시험을 실시하였다. 본 처리시스템은 폐수의 메탄발효 처리 후 처리수의 후처리시스템으로서 개발된 것을 하수의 직접처리용으로 개량한 것이다.

폐수처리 시험장치는 BMA 및 King Mongkut`s University of Technology Thonburi의 협력을 얻어 방콕의 Thung Khru 처리장의 건물 내에 설치되었다. 폐수의 유하길이를 확보하기 위해 고도 호기성 여상은 높이가 약 2.5m의 반응조를 2기 준비하였다. 반응조는 1기별로 염화비닐제의 컬럼을 6단 쌓은 구조를 하고 있으며, 여재로는 스펀지 담체(원주형, 직경 및 높이 33mm)를 각 컬럼에 300개(충진높이 30cm) 충진하였다. 그리고 1기당 스폰지 담체의 체적은 50.47L였다(합계 100.9L, 충진율 0.53).

큰 쓰레기를 제거하는 스크린을 통과한 후 실제 도시 폐수(합류 하수)를 폐수처리시험장치에 연속적으로 공급하였다. 폐수장치로의 공급은 상부 살수장치로부터 폐수를 떨어뜨리고 자연통기에 의해 산소를 공급하는 구조(외부 포기 동력 없음)로 하여 에너지 소비의 삭감을 도모하였다.

도시 하수의 연속처리시험을 2012년 2월부터 약 1년 동안 실시하여 전단(1기)의 처리수를 후단(2기)으로 유입시키는 직렬처리방식으로 운전하였다. 운전기간에 담체 체적당 폐수 체류시간(처리시간)을 4시간, 3시간, 2시간, 1.5시간, 1시간으로 단계적으로 단축하여 유기물 및 질소의 제거능을 평가하였다.

1년 동안 하수온도는 평균 31도로 높고 유입하수의 전 BOD(total BOD)는 15~19mg/L로 낮은 농도였다. 고도 호기성 여상은 처리시간 1시간이라도 전 BOD 제거율 84%, 암모니아성 질소 제거율 97%, 총질소 제거율 41%로 활성슬러지법 이상의 우수한 폐수처리능력을 나타내었다.

 

본 처리장에서 담체의 충진율은 0.53으로 장치의 체적당 처리시간은 약 2시간이며 기존 처리시설(처리시간 4시간 정도)의 반 정도의 시간으로 처리가 가능하였다(설치면적을 감소시킬 수 있음). 또한 운전기간 동안 잉여 슬러지의 발생량은 상당히 적었다(0.002kg TSS/m3 정도).

 

이것은 스펀지 담체에 슬러지를 고농도(20~30g TSS/L)로 유지시킬 수 있어 단위 슬러지 중량당 유기물 부하가 낮게 유지될 수 있기 때문에 슬러지의 자기분해(autolysis) 및 스펀지 담체에 존재하는 원생동물 및 후생동물에 의한 포식이 발생한 것으로 추측된다.