하수슬러지 자원화

왜 배우는가: 실무에서는 슬러지 처리비용과 해양배출 금지 대응이 핵심 과제이므로 하수슬러지 자원화 방안을 정확히 파악해야 한다. 시험에서는 자원화 방안을 방식별로 나열하고 각 원리를 설명하도록 요구한다.

출제 이력: 제123회 3교시 2번, 제117회 3교시 2번, 제101회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

하수슬러지 자원화는 발생한 슬러지를 에너지나 비료 등 유용한 자원으로 회수하여 이용하는 처리 방식이다.

답안 첫 줄에는 위 정의를 쓰고, 이어서 아래 키워드를 본문 설명에 연결한다.

• 하수슬러지: 하수처리 과정에서 고형물이 분리되어 생기는 반고형 부산물이다.
• 슬러지 자원화: 슬러지를 매립이나 해양배출 대신 물질과 에너지로 이용하는 것이다.
• 혐기성 소화: 산소가 없는 조건에서 미생물이 유기물을 분해하는 공정이다.
• 바이오가스: 혐기성 소화에서 생성되는 메탄 중심의 가스이다.
• 슬러지 감량화: 슬러지의 발생량이나 부피를 줄이는 것이다.
• 열분해: 산소를 차단하고 가열하여 합성가스, 바이오오일, 바이오차를 얻는 방법이다.
• 인 회수: 탈수 여액 등에서 인을 스트루바이트 같은 결정으로 되찾는 것이다.

2. 개념 풀이

하수슬러지 자원화는 하수처리장에서 발생한 슬러지를 폐기하지 않고 물질이나 에너지로 회수하여 쓰는 기술과 체계를 뜻한다. 슬러지는 하수나 폐수를 처리할 때 부유물질, 콜로이드, 용존성 오염물질을 제거하는 과정에서 생기는 고형물이므로, 그 안에 유기물과 무기물이 농축되어 있다. 자원화는 이 성분을 다시 쓸 수 있는 형태로 옮기는 것이다.

슬러지는 수분 함량이 높고 반고형 상태이기 때문에 그대로 버리기 어렵다. 그러나 유기물은 미생물 작용이나 가열로 에너지가 되고, 무기물인 인은 화학 침전으로 비료 원료가 되므로 자원화의 출발점이 된다.

원리는 성분에 따라 나뉜다. 유기물 함량이 높은 슬러지는 혐기성 소화로 분해하면 메탄이 풍부한 바이오가스가 생겨 열과 전기를 얻을 수 있다. 혐기성 소화를 거치면 고형물이 줄어든다. 소화 후 남는 액체와 고형물은 토양 개량재나 비료로 재이용될 수 있다. 슬러지를 건조한 뒤 산소를 차단하고 가열하면 열분해로 합성가스, 바이오오일, 바이오차가 생기며, 이들은 화석연료를 대체하는 연료로 쓰일 수 있다.

자원화는 크게 에너지화와 재료화로 나뉜다. 에너지화는 바이오가스 회수, 열분해, 소각 열 회수처럼 열이나 연료를 얻는 방식이다. 재료화는 퇴비, 비료, 토양 개량재처럼 물질로 되돌리는 방식이다. 두 방식은 같은 슬러지를 대상으로 하지만 회수하는 대상이 다르다.

자원화를 단순한 소각 처리와 같은 것으로 생각하는 오류이다. 소각은 부피를 줄여 처분하는 방식이고, 자원화는 소각 열이나 재료를 회수하는 것이 핵심이다. 소각은 대기오염과 재 처리 문제가 따르므로 자원화와 구분해야 한다.

슬러지 감량화는 자원화와 구분해야 한다. 감량화는 발생량이나 부피를 줄이는 것이고, 자원화는 남은 물질을 이용하는 것이다. 다만 혐기성 소화는 고형물을 줄이면서 바이오가스를 얻으므로 두 목적을 함께 충족한다.

인은 탈수 여액에서 회수하면 배관과 펌프에 스트루바이트가 쌓여 생기는 막힘 장애를 줄이는 효과도 있다. 이는 인 회수가 자원 회수와 설비 유지관리를 함께 해결하는 방법임을 보여준다.

3. 등장 배경과 필요성

경제 발전과 생활 수준 향상으로 생활하수와 공장폐수가 늘었고, 이를 처리하기 위해 하수처리장이 증설되면서 슬러지 발생량도 함께 증가하였다. 과거에는 슬러지 처리 방식을 개선해도 환경에 미치는 가시적 효과가 작아 기술 발전이 수처리보다 늦었다. 그러나 수질오염이 심해져 처리장 건설이 본격화되면서 슬러지가 새로운 오염원으로 부각되었다.

슬러지 처리비용은 하수처리장 운영비에서 큰 비중을 차지하므로, 처리 방식의 선택이 곧 경제성의 선택이 된다.

국내에서는 해양투기 금지가 자원화를 강하게 요구하는 계기가 되었다. 우리나라는 2009년 1월 런던협약 96 의정서에 가입하였고 2012년부터 원칙적으로 하수슬러지의 해양투기를 금하고 있다. 해양투기가 막히자 모든 슬러지를 육상에서 처리해야 했고 처리비용이 상승하였다.

이 때문에 발생원에서 슬러지를 줄이는 감량화와 에너지화, 재활용이 함께 추진되었다. 발생원 감량이 발생한 슬러지를 처리하는 것보다 경제성이 가장 높다는 분석도 있어, 감량화는 자원화와 함께 비용을 낮추는 수단이 된다.

선진국에서는 슬러지를 토양에 쓰기 전에 안정화하고 위생 안전성을 확보하는 것을 중시한다. 이에 따라 혐기 소화와 열분해처럼 부피를 줄이고 유해물질을 낮추는 기술이 연구에서 활발히 다뤄지고 있다. 국내도 이러한 흐름에 맞춰 슬러지를 안정화하고 유용하게 이용하는 방향으로 정책이 모이고 있다.