반류수 특성 및 ANAMMOX 공정

왜 배우는가: 반류수는 슬러지 탈수·농축 과정에서 되돌아오는 고농도 질소 액으로, 본류 질소 부하를 크게 높여 처리장 운전 부담을 키운다. 반류수 처리와 ANAMMOX 공정은 질소 제거와 에너지·비용 절감을 함께 다루는 핵심 주제이므로 기술사 시험에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제138회 2교시 2번, 제136회 2교시 5번, 제113회 1교시 6번, 제111회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

반류수는 슬러지 농축·탈수 과정에서 분리되어 본류로 되돌아오는 고농도 질소·인 함유 액체이며, 이를 혐기성 암모늄 산화(ANAMMOX) 등으로 처리해 질소 부하를 줄인다.

키워드

• 반류수(Sidestream, 탈수 여액·원심분리 원액)
• 고농도 질소(암모늄성 질소, NH4-N)
• 슬러지 탈수
• 혐기성 소화 여액
• 부분 아질산화(Partial Nitritation)
• ANAMMOX(Anaerobic Ammonium Oxidation)
• 탈질(Denitrification)
• 질산화(Nitrification)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 반류수는 슬러지를 짜낸 뒤 나오는 물이다. 슬러지 농축조 상징수, 탈수기의 여액(필터레이트), 원심분리기의 원액(센트레이트)이 여기에 해당한다. 이 액은 고형물은 적지만 질소와 인 농도가 본류보다 훨씬 높다.

정식으로는 하수처리 공정에서 슬러지를 농축·탈수·소화하는 과정에서 생기는 분리액을 반류수라 한다. 특히 혐기성 소화를 거친 슬러지에서 나오는 반류수는 암모늄성 질소가 농축되어 있다. 이 때문에 반류수를 본류로 그대로 반송하면 질소 부하가 늘고, 질산화·탈질 공정의 산소 요구량과 반응 시간이 증가한다.

반류수 처리는 두 가지 방식으로 이뤄진다. 하나는 처리장 본류 공정에 되돌려 보내 함께 처리하는 방식이고, 다른 하나는 반류수만 별도 공정에서 처리하는 방식이다. 별도 처리 방식에서는 질소 농도가 높은 점을 이용해 부분 아질산화와 ANAMMOX를 결합한 공정이 많이 쓰인다.

ANAMMOX는 혐기 조건에서 미생물이 암모늄 이온을 아질산염과 반응시켜 질소 가스(N2)로 전환하는 생물학적 반응이다. 아질산염이 전자 수용체 역할을 하며, 산소를 쓰지 않고 외부 유기탄소원도 필요하지 않다. 이 점이 기존 질산화·탈질 방식과 가장 크게 다른 점이다.

3. 등장 배경과 필요성

하수처리장에서 슬러지 처리량이 늘면서 반류수 발생량도 함께 늘었다. 소화조 운영이 확대되면 혐기성 소화 과정에서 암모늄 질소가 용출되어 반류수 질소 농도가 높아진다. 반류수를 본류에 그대로 반송하면 생물반응조의 질소 부하가 커져 방류수 총질소(T-N) 기준을 맞추기 어려워진다.

또 질산화에 필요한 산소량과 탈질을 위한 외부 탄소원 투입량이 비용과 에너지 소비를 키운다. 이런 문제를 줄이기 위해 반류수를 따로 처리하는 방법이 연구되었고, 그 결과로 부분 아질산화-ANAMMOX 공정이 등장했다. 이 공정은 산소 요구량과 잉여슬러지 발생을 줄이는 효과가 있어 질소 제거 비용 절감 방안으로 주목받는다.