분뇨 연계처리

왜 배우는가: 분뇨 연계처리는 하수처리장의 여유 용량과 생물학적 공정을 활용해 분뇨 처리를 효율화하는 방식으로, 분뇨처리시설 설계와 하수처리시설 운영 양쪽에 영향을 준다. 기술사 시험에서 3회 이상 출제되어 연계처리설비의 구성과 하수처리시설에 미치는 영향·대책을 함께 묻는 경향이 있으므로 개념의 정의와 배경을 먼저 정확히 잡아야 한다.

출제 이력: 제118회 4교시 2번, 제104회 3교시 5번, 제92회 3교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

분뇨 연계처리는 분뇨를 별도로 전량 처리하지 않고 인근 하수처리시설의 수처리·슬러지 처리 계통에 투입해 함께 처리하는 방식이다.

• 분뇨 연계처리
• 하수처리시설 연계
• 고농도 액상 폐기물
• 부하 충격(Shock Loading)
• 연계처리 비용 산정
• 전처리 설비(스크린·그릿 제거)
• 공공하수도 통합 관리

2. 개념 풀이

분뇨는 수거식 화장실이나 개인하수처리시설의 찌꺼기로 발생하는 고농도 오염물질이다. 농도가 높아 소규모 처리시설에서는 단독 처리 비용이 크다. 그래서 인근에 여유 용량이 있는 하수처리장에 분뇨를 보내 함께 처리하는 방식을 쓴다. 이것이 연계처리다.

정식으로는 분뇨, 가축분뇨, 침출수, 정화조 찌꺼기, 산업폐수 등 고농도 폐수를 인근 하수처리장으로 이송해 처리하는 제도 및 설비 체계를 뜻한다. 하수처리장 입장에서는 유입 부하가 늘지만, 대형 시설이 갖춘 생물반응조와 슬러지 처리설비를 공유하므로 단독 처리보다 경제적이다.

핵심은 두 가지다. 첫째, 분뇨는 하수보다 농도가 수십 배 높아 유기물(BOD·COD)과 질소·인 부하를 크게 올린다. 둘째, 분뇨에는 협잡물, 모래, 기름이 많아 하수처리장 본 공정에 들어가기 전에 반드시 전처리가 필요하다. 이 두 조건을 만족시키는 설비가 연계처리설비이며, 전처리 설비·저류조·정량 투입설비·계량설비로 구성된다.

분뇨의 BOD 농도는 하수의 수십 배 수준이므로 투입량과 시간을 제어하지 않으면 생물반응조가 과부하에 빠진다. 따라서 연계처리의 설계 핵심은 투입 비율을 하수 유입 부하 대비 일정 비율 이하로 묶는 것이다.

3. 등장 배경과 필요성

국내에서는 하수와 분뇨를 서로 다른 법으로 나누어 관리해 왔다. 이 이원화 체계에서는 하수처리시설과 분뇨처리시설이 각각 설치되어 중복 투자가 생기고, 두 시설 간 연계 체계가 부족했다. 이 문제를 해소하기 위해 하수도시설과 분뇨처리시설의 기본계획과 인가 업무를 통합하는 방향으로 법 개정이 추진되었다.

통합 관리가 진행되면서 하수도시설과 분뇨처리시설을 함께 설치·운영하는 사업이 늘었다. 분뇨가 하수처리장과 연계처리되면 분뇨처리 효율이 높아지고, 분뇨가 처리되지 않은 채 방류되는 일을 사전에 줄일 수 있다는 기대가 생겼다. 이는 공공수역의 수질 보전이라는 하수도법의 목적과도 맞닿아 있다.

연계처리가 필요한 또 다른 이유는 시설 활용도다. 하수처리장은 대개 설계 용량보다 여유가 있는 경우가 많다. 이 여유를 분뇨 처리에 쓰면 신규 분뇨처리시설을 짓지 않고도 처리 능력을 확보할 수 있다. 특히 농촌이나 중소도시에서 경제성이 높다.

국내 실태를 보면 2018년 하수도 통계 기준 약 187개소의 하수처리장이 연계처리 제도를 시행하고 있었다. 전체 하수처리장의 약 4.5%에 해당한다. 그러나 합리적인 비용 산정 기준이 부족해 지자체가 운영에 어려움을 겪고 있다는 지적이 있었다. 즉 기술적 연계와 함께 요금 산정 체계가 함께 정비되어야 제도가 안정된다.

연계처리의 핵심 과제는 처리 설비의 연결과 함께 투입 부하 관리 및 비용 산정 기준을 같이 마련하는 것이다.

그 밖에 연계처리는 환경 측면에서도 의미가 있다. 분뇨를 농지에 살포하는 방식은 악취 민원과 질소·인 과잉 축적 문제를 일으킨다. 하수처리장으로 연계하면 질소·인을 생물학적으로 제거하는 공정을 거치므로 수계 영향을 줄일 수 있다.

4. 구성요소·원리·절차

분뇨 연계처리는 수거한 분뇨를 하수처리장의 수처리 계통에 투입하고, 그로 인해 늘어난 슬러지를 하수 슬러지 계통에서 함께 처리하는 방식이다. 분뇨 처리시설을 따로 두지 않고 기존 하수처리장의 여유 용량을 쓰므로 설비 중복을 줄인다. 구성요소는 다음 표와 같다.

분뇨는 고농도 유기물이고 일부가 이미 소화된 상태다. BOD, SS, T-N 농도가 하수보다 크게 높아 소량이라도 처리장 부하를 빠르게 올린다. 하수처리장은 하수 농도에 맞춰 설계되어 있으므로 연계량은 처리장의 여유 부하로 정해야 한다. 연계 부하비는 다음과 같이 구한다.

$L_{분뇨}=Q_{분뇨}\times C_{분뇨}\times 10^{-3}$

$R=\frac{L_{분뇨}}{L_{하수}}\times 100$

Q는 분뇨 발생량(㎥/d), C는 분뇨 BOD 농도(mg/L), L은 BOD 부하(kg/d), R은 하수 부하 대비 연계 부하비(%)다. 연계 투입 절차는 다음과 같다.

• 분뇨를 수거하고 발생량과 농도를 계량한다.
• 전처리 설비로 협잡물을 제거한다.
• 저류조에 일시 저장하고 pH와 성상을 확인한다.
• 연계 부하비 R을 계산해 투입 허용량을 정한다.
• 침사지 전단 또는 유입펌프장 후단에 투입한다.
• 생물반응조와 침전지에서 유기물과 질소를 제거한다.
• 늘어난 슬러지를 농축·소화·탈수하고 처리한다.

연계량은 분뇨 부하비로 정하고, 슬러지 계통의 증가분까지 함께 계산한다.

5. 관련 법령·기준·표준

분뇨 연계처리는 하수도법과 방류수 수질기준의 적용을 받는다. 하수도법은 하수도시설과 분뇨처리시설의 기본계획 및 인가업무를 통합하는 방향으로 개정이 추진되어 왔다. 개정 전에는 하수와 분뇨를 「오수·분뇨 및 축산폐수의 처리에 관한 법률」과 이원화하여 관리했고, 그로 인해 시설의 중복 설치와 연계 체제 부족이 문제가 되었다. 하수도법은 1966년에 제정되었다. 연계처리 제도는 2018년 하수도 통계 기준으로 국내 하수처리장의 약 4.5%인 187개소에서 시행되고 있다. 연계처리 비용을 산정하는 기준이 마련되지 않아 지자체의 운영 부담이 크다는 점도 함께 지적된다.

연계 투입 후에도 처리수는 방류수 수질기준을 지켜야 한다. 기준값은 다음 표와 같다.

표의 값은 방류 수질 관리의 기준이다. 연계량 상한은 처리장별 설계 여유와 조례에 따라 정한다. 연계 비용은 처리장 운영 부담을 반영해 산정하는 것이 합리적이다.

6. 유형과 비교

분뇨 연계처리는 분뇨를 하수처리시설의 어느 공정에 넣는지에 따라 유형이 나뉜다. 투입 위치는 유입 전처리 이후 수처리 계통, 생물반응조, 슬러지 계통 세 곳이 대표적이며 각각 부하와 영향 범위가 다르다. 분뇨와 정화조 오니는 고농도 유기물과 부유물질을 포함하므로 투입 위치에 따라 처리 안정성과 슬러지 발생량이 달라진다.