하수처리시설 반류수

왜 배우는가: 하수처리시설에서 슬러지 탈수·농축 과정의 반류수는 부하량이 작아 보여도 질소·인을 다시 주처리로 돌려보내 처리 효율과 운전 안정성에 영향을 준다. 기술사 시험에서는 특성, 처리 방안, 주처리 영향을 묶어 반복적으로 묻는 핵심 주제다.

출제 이력: 제137회 1교시 2번, 제134회 1교시 13번, 제132회 2교시 4번, 제131회 4교시 2번, 제123회 3교시 6번, 제122회 4교시 4번, 제115회 4교시 2번, 제113회 2교시 4번, 제103회 1교시 2번, 제92회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

반류수(Sidestream)는 슬러지 처리공정의 탈수·농축·소화 과정에서 분리되어 나오는 액으로, 질소·인 농도가 높아 주처리공정으로 되돌아갈 때 부하를 가중시키는 물이다.

핵심 키워드

• 반류수(Sidestream)
• 탈수 여액(Filtrate)·원심분리액(Centrate)
• 고농도 질소(NH4-N)
• 인 회수(Phosphorus Recovery)
• 스트루바이트(Struvite)
• 부분 질산화(Nitritation)
• 아나목스(Anammox)
• 반송 부하(Return Load)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 슬러지를 물과 고형물로 나눌 때 빠져나오는 물이 반류수다. 하수처리장 안에서 가장 농도가 진한 물 중 하나이며, 본래 목적인 물 처리와는 다른 경로로 생긴다.

정식 정의는 다음과 같다. 반류수는 하수처리 과정에서 발생한 슬러지를 농축, 소화, 탈수하는 단위공정에서 분리되어 나오는 여액·원심분리액 등 액상 부산물을 말한다. 일반적으로 주처리 유입수 대비 용량은 작지만 오염물 농도는 매우 높다.

탈수 여액(Filtrate)은 벨트프레스·필터프레스 등에서 빠져나오는 액이고, 원심분리액(Centrate)은 원심탈수기에서 나오는 액이다. 두 액은 모두 반송되는 경우가 많다.

고농도 질소(NH4-N)는 소화 과정에서 유기질소가 분해되면서 암모니아성 질소로 용출된 것이다. 농도가 수백 mg/L 수준에 이르는 경우가 많아 주처리의 질산화 부하를 크게 키운다.

인 회수(Phosphorus Recovery)는 탈수 여액에서 인을 화학적으로 침전시켜 회수하는 기술이다. 근거에 따르면 반류수에서 인을 제거하면 스트루바이트(Struvite, MgNH4PO4·6H2O) 결정이 배관·펌프·밸브에 쌓이는 현상을 줄일 수 있다. 이 생성물은 비료로 활용되기도 한다.

부분 질산화(Nitritation)는 암모니아의 절반 정도를 아질산성 질소로 산화시키는 공정이다. 이후 아나목스(Anammox, 혐기성 암모늄 산화) 세균이 남은 암모늄과 아질산을 질소가스로 바꾼다. 아나목스 세균은 독립영양균이어서 유기탄소원이 필요 없고, 반류수처럼 암모니아가 많은 액에 적합하다.

3. 등장 배경과 필요성

하수처리장에서 슬러지 처리 공정이 늘어나면서 반류수 문제가 두드러졌다. 과거에는 반류수를 주처리 유입 전에 다시 넣는 방식이 일반적이었다. 그러나 질소·인 제거를 목표로 하는 고도처리가 확산되면서, 반류수의 높은 암모니아와 인 부하가 주처리의 질소·인 제거 능력을 떨어뜨리는 원인으로 지목되었다.

또 다른 배경은 슬러지 처리 비용과 자원 회수다. 인은 비료 자원으로 가치가 있고, 스트루바이트 침전이 배관을 막는 문제를 해결하면서 회수까지 할 수 있게 되었다. 그래서 반류수를 단순히 되돌리는 물이 아니라 처리하고 회수하는 대상으로 보는 관점이 생겼다.