고도처리 개조

왜 배우는가: 고도처리 개조는 설치된 지 오래된 기존 하수처리장에 질소·인 제거 기능을 더하는 작업이라 실무에서 공정 선택과 추진 방식이 자주 쟁점이 된다. 시험에서는 고도처리의 정의와 개조 시 고려사항이 반복해서 출제되므로 개념과 배경을 먼저 정확히 이해해야 한다.

출제 이력: 제137회 4교시 2번, 제135회 1교시 12번, 제134회 2교시 4번, 제132회 4교시 6번, 제125회 3교시 2번, 제119회 2교시 2번, 제116회 4교시 3번, 제113회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

고도처리 개조는 기존 하수처리시설에 질소·인 제거 기능을 더해 방류수 수질을 높이도록 공정과 설비를 바꾸는 작업이다.

이 개념을 정리할 때 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 고도처리: 2차처리 후 잔존하는 질소·인 등 영양염류와 난분해성 물질을 추가로 제거하는 처리 단계이다.
• 고도처리 개조: 가동 중인 처리장의 공정이나 설비를 바꾸어 고도처리 기능을 갖추는 개량 사업이다.
• 영양염류: 질소(N)와 인(P)을 가리키며 호소와 해역의 부영양화를 일으키는 주요 원인이다.
• 부영양화: 영양염류가 많아져 조류가 과도하게 증식하고 수질과 생태계가 나빠지는 현상이다.
• 생물학적 질소·인 제거: 혐기, 무산소, 호기 반응조를 조합해 미생물 대사로 질소와 인을 함께 제거하는 방식이다.
• 3차처리: 2차처리 이후의 추가 처리를 가리키며 실무에서 고도처리와 같은 뜻으로 쓰인다.
• 방류수 수질기준: 처리수를 공유수면에 내보내기 전에 지켜야 하는 항목별 수질 기준이다.

2. 개념 풀이

고도처리는 2차처리 후 하수에 남아 있는 부유물질, 질소와 인 같은 영양염류, 중금속, 무기염류, 난분해성 유기물을 추가로 제거하는 처리이다. 고도처리의 목적은 처리수가 방류되는 수역의 부영양화와 적조, 생태계 영향을 막는 데 있다. 처리 방법은 처리수의 용도, 폐수의 특성, 처리 방식의 적합성과 경제성에 따라 선택한다. 이 가운데 질소와 인을 제거하는 공정이 고도처리의 핵심이므로 이 절에서는 두 영양염류 제거를 중심으로 설명한다.

고도처리 개조는 이 정의를 기존 처리장에 적용하는 작업이다. 기존 처리장은 1차와 2차처리 시설이 이미 운영되고 있으므로, 고도처리 기능은 기존 시설에 단위 공정을 추가하거나 기존 반응조의 기능을 바꾸어 확보한다. 기존 1·2차처리 시설을 수질 요구를 만족하는 대체 처리시설로 바꾸는 방식도 개조에 포함된다. 따라서 개조에서는 신설과 달리 기존 설비와 수리 조건을 어떻게 활용하는지가 핵심 판단 기준이 된다.

원리는 질소와 인이 미생물 대사 과정에서 제거된다는 데 있다. 질소는 하수에 암모니아성 질소와 같은 무기 형태, 요소와 단백질 같은 유기 형태로 존재한다. 개조의 핵심은 혐기, 무산소, 호기 반응 환경을 기존 처리장에 확보하는 것이다. 호기 조건에서는 암모니아성 질소가 질산으로 산화되고, 무산소 조건에서는 질산성 질소가 질소 가스로 환원되어 대기 중으로 빠져나간다. 인은 혐기 조건에서 방출된 뒤 호기 조건에서 과잉으로 섭취되어 잉여슬러지와 함께 제거된다. 혐기, 무산소, 호기 반응조를 적절히 배치하는 방식이 A2/O 공정이며, 이 배치가 질소와 인을 함께 제거하는 대표 구조이다.

• 질산화: 호기 조건에서 암모니아성 질소가 아질산을 거쳐 질산으로 산화되는 반응이다.
• 탈질: 무산소 조건에서 질산성 질소가 미생물에 의해 질소 가스로 환원되어 제거되는 반응이다.
• 인 과잉섭취: 호기 조건에서 미생물이 필요량 이상의 인을 흡수하고 이를 잉여슬러지로 빼내는 현상이다.
• 내부반송: 호기조의 혼합액을 무산소조로 되돌려 질산성 질소를 공급하는 운전 방식이다.

3. 등장 배경과 필요성

하수의 성상이 변하면서 고도처리의 필요성이 커졌다. 최근에는 유기물 농도가 높은 하수가 늘어 재래식 처리시설만으로는 방류수 수질을 맞추기 어려워졌고, 이에 질소와 인을 제거하는 3차처리시설, 즉 고도처리시설이 도입되고 있다. 2차처리는 유기물 제거에 효과가 있어 대개 80% 이상의 제거율을 보이지만, 질소와 인은 충분히 제거하지 못한다는 것이 한계이다.