◑ 슬러지 처리 및 활용

( Treatment and Reuse of Water Treatment Plant Residuals )

서 론 / 국내의 정수장슬러지의 처리·처분 현황 / 외국의 정수장슬러지의 처리·처분 현황

정수장슬러지의 처리·처분을 위한 관련제도 / 정수장슬러지의 처리효율 향상방안

슬러지 재활용 방안 / 결 론 / 참 고 문 헌

요 약

현재 슬러지의 발생량을 고려한 정수처리방법, 슬러지의 감량화는 거의 초보적인 수준이며, 재활용 방안도 거의 실용화 되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 향후 이에대한 연구가 지속적으로 이루어져야 하며 요약하면 다음과 같다.

탈수는 슬러지의 후속처리 및 처분을 위하여 반드시 거쳐야 할 1차 처리공정이므로 이에대한 특성분석과 표준화작업이 우선적으로 수행되어져야 한다. 또한 배출수 처리시설의 운전인자를 최적화하여 탈수효율을 높임으로서 발생량 저감 및 방류수의 수질개선을 통한 처분비용절감 및 환경오염의 방지를 강구해야 한다.

정수장 슬러지를 폐기물에서 자원이란 인식으로의 전환이 필요하며, 이에대한 지속적인 활용도를 모색해야 한다. 민간업체의 참여가능 분야인 농지용 토양개량제, 부산물 비료, 시멘트 원료에 대한 세부검토를 할 필요가 있다. 또한 수공에서 수요처를 확보할 수 있는 분야에 민간업체의 참여 또는 자체적인 사업화 방안 및 수급방안을 강구할 필요가 있다.

서 론

연구의 배경 및 목적

정수장에서 발생되는 폐기물은 폐기수나 고·액상 슬러지로서 주로 정수처리공정의 침전 및 역세척과정에서 발생되고, 이런 폐기물의 처분은 음용을 목적으로 하는 모든 정수장에서 일상적인 문제로 되고 있다. 정수처리과정에서 발생되는 폐기물은 하수처리에 비하여 매우 적은량이 발생되므로 정수장에서 처리된 부산물 대부분이 근처 하천에 직접 배출되어 왔으나, 정수시설의 대형화와 하천유량의 감소로 하천은 이런 방류처분을 더 이상 감당하기 어렵게 되었고, 또 환경에 대한 규제가 강화되면서 지표수에 슬러지를직접배출하거나토지에투기한다는 것은 이미 금지되고 있는 실정이다. 우리 공사도 정수장 폐기물을 슬러지 pond, 저류조등을 이용하여 정수장 구내의 부지에 저장하거나 기계적 방법 및 자연건조 방법을 이용하여 탈수처리한 슬러지케이크를  폐기물매립장 또는 쓰레기매립장에 처분하고 있으나, 이것도 환경적인 잠재적 위험요소로서 문제가 제기되고 있으며, 이의처분에 대한 경제적 손실 또는 관리문제에도 많은 노력과 인력을 소비하고 있는 실정이다.

우리공사가 관리하고 있는 정수처리시설에서 발생되는 슬러지 발생량은 함수율 80%의 습윤슬러지 기준으로 현재 연간 66,277톤, 2001년에는 연간 167,000톤에 이를 것으로 추산되고 있으며, 이에 따른 처분비용(수도권 기준 : 31,000원/톤)은 연간 21억원에서 52억원으로 증가될 것으로 예측된다. 또, 슬러지 처리시설의 건설비와 처분 비용은 정수생산 원가를 상승시키는 요인이 되고 있다. 그러나 슬러지관리 분야에서 대부분의 정수장은 극히 제한적인 계획을 세우고 있을 뿐이고, 아직도 처리시설의 설치와 운영기술의 확보단계에 머물고 있다.

최근 몇 년 동안 수도권매립지의 슬러지 반입비용이 대폭 상승하였으며, 매립처분시 슬러지의 높은 함수율에 의한 작업의 불편성 때문에 수도권 매립지에서는 슬러지를 마사토나 연탄재로 혼합 처리하여 반입하도록   요구하고 있어 슬러지의 처분비용은 더욱 높아질 것이다. 또한 '97년 7월에 개정된 폐기물관리법 [별표4]에 의하면 2,001년 1월 1일 이후에는 배출업소의 유기성오니를 바로 매립하여서는 안된다고 규정하고 있다.정수장슬러지가 유기성오니에 포함되지 않더라도 앞으로는 작업의 어려움 때문에 현재처럼 매립지에 바로 매립하기가 어려워질 것이다. 그리고 수도권매립지 주민위원회에서도 정수슬러지 케이크를 중간처리 없이 바로 반입하지 못하도록 요구하고 있다. 이 경우 슬러지의 처분비용은 더욱 높아지게 될 것이다. 이러한 요인으로 인하여 정수장슬러지 케이크의 실용가능한 재활용 방안이 모색되고 있으며, 다양한 활용방안이 필요하게 되었다.

정수장슬러지는 배출원이 한정되어 있고, 발생 성상도 일정한 편이다. 현재 슬러지 발생량을 고려한 정수처리방법, 슬러지 감량화 및 재활용 방법은 거의 초보적인 수준이다. 따라서 정수슬러지를 매립지에 바로 매립하기 어려워질 경우를 고려하여 실용가능한 재활용방안이 모색되어야 한다.

따라서 본 조사는 국내외의 정수장슬러지의 처리·처분 현황을 조사하여 국내의 실정에 맞는 대안을 모색하고, 국내의 관련제도를 조사하여 향후 정수장슬러지의 재활용에 대한 실용가능한 분야에 대한 재활용 가능성을 모색하고, 실용가능한 처분방안을 검토하여 향후 연구방향을 제시하고자 한다.

국내의 정수장슬러지의 처리·처분 현황

탈수처리에 의한 감량화

정수처리공정 후의 배출수 및 역세척수는 거의 대부분 물로 구성되어 있어 전처리 과정 없이는 매립등의 최종 처분이 어렵다. 또한 함수율이 높으면 슬러지 처분비용이 많이 소요된다. 따라서 슬러지의 부피 및 무게를 줄이기 위해 농축, 탈수, 건조과정을 거치게 된다.

탈수처리공정으로 슬러지의 감량은 10 ∼30% 까지 가능하다. 또한 건조처리 공정은 탈수슬러지의 1/3 ∼1/4로 감량화가 가능하다고 한다. 본내용은 현행처리시설에 있어서 탈수에 의한 감량화에 대해 서술하였다.

슬러지의 탈수성은 결합수, 유기물함량 및 슬러지의 pH, 입도분석등에 따라 적정폴리머의 선정 및 최적량주입, 적정탈수기의 선정으로 효율을 높일 수 있다.

탈수기의 선정

슬러지의 탈수방법은 80년대 초 진공여과 및 원심분리 방식이 주류를 이루었으나 현재에 이르러서는 벨트프레스가 주류를 이루고 있다. 현재 수공 및 서울시의 정수장에서도 벨트프레스를 주로 사용하고 있다. 탈수방식중 탈수효율을 보면 벨트프레스, 중력식 및 진공탈수기는 약 20 ∼30%로 비슷한 효율을 나타냈으나, 필터프레스는 30∼40%로 탈수효율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 그러나 필터프레스는 높은 시설비, 다량의 첨가제가 필요하고 탈수된 케이크를 수작업으로 제거해야 할 뿐만 아니라 부지면적 및 유지비도 많이 소요되는 단점이 있어 벨트프레스를 많이 사용하게 되었다. 벨트프레스는 탈수효율이 다소 떨어지지만 연속운전이 가능할 뿐만 아니라 다량의 슬러지를 처리할 수 있고 에너지 소모가 적다는 측면에서 많이 사용되고 있다.

탈수에 따른 체적감소

탈수시설이 설치된 대부분의 정수장은 처리용량 및 처리효율의 측면에서 대체적으로 정상적인 운영관리가 되고 있다. 기계식 탈수설비가 설치된 정수장의 경우, 최종 탈수케이크의 함수율은 80% 이하로서 목표함수율에 충분히 도달 가능하다. 그러나 농축조의 농축슬러지 함수율은 정수장마다 차이는 있지만 대체적으로 98∼99% 정도로서 농축효율이 저조한 편이다. 농축조의 농축함수율이 낮으면 결과적으로 탈수기에 부하를 주고, 탈수시 포리머의 사용량이 증가되므로 농축조의 효율적인 운영을 위한 검토가 필요하다. 예를 들어 농축조에 polymer를 투입하거나 또는 농축시간을 조정하므로써 농축 슬러지의 함수율을 저하시키는 것이 가능하다.

한편 탈수시설이 미 설치된 정수장은 역세척수 회수조와 dry lagoon 형식의 sludge pond를 혼합 사용하고 있으나, 탈수효율은 극히 저조하여 침강 농축된 슬러지의 함수율은 실제적으로 98% 이하를 유지하기가 거의 불가능하다. 따라서 슬러지의 취급 및 처분이 상당히 곤란한 실정이며, 슬러지 용적의 감소도 기대하기 어려워 처분비용 또한 증가되는 경향이다. 이런 문제는 과거 청주정수장 자연건조상의 개선방안과 마찬가지로 polymer를 투입하는 전처리 시설을 설치하거나, 이동식 탈수설비(mobile treatment facilities)를 이용하거나, 또는 정수장 부지내에 습윤 슬러지를 살포건조시켜 슬러지의 함수율을 저하시키는 방안을 검토하여야 한다.

탈수설비에 의하여 탈수된 슬러지 케이크의 처분은 폐기물 처리업자에 위탁하여 광역매립장이나 지방자치단체의 쓰레기 매립장에 매립처분하고 있다. 그러나 매립장의 확보가 어렵고, 슬러지의 취급성이 불량하여 쓰레기 매립장에서도 반입을 기피하는 경향이 있어 슬러지의 처분이 적체되어 있는 실정으로서 환경적, 사회적인 문제가 발생될 소지가 매우 높다.

정수장슬러지의 처분현황

우리공사가 운영·관리하는 정수장 중 배출수 처리시설이 설치되어 가동중인 곳은 반월, 성남, 일산, 시흥, 반송, 청주, 대덕, 신현, 석성, 황지, 자인, 군산, 대불(이상 기계식), 연초, 산성정수장(이상 자연건조식) 등이며 슬러지 처분 현황은 아래와 같다.

°광역관리 폐기물매립장 : 수도권

°지자체 쓰레기매립장 : 연초, 구천, 황지정수장

°폐기물처리업자 자가매립장 이용 : 청주, 대덕, 화순, 대불정수장

°농지살포, 매립성토재 : 석성정수장

°해양투기 : 자인, 구미, 사천, 반송, 온산정수장

° 자연건조 : 산성정수장

외국의 정수장슬러지의 처리·처분 현황

정수장슬러지의 처리

일본의 경우

고베시와 쿄토시는 정수장슬러지를 정수장슬러지를 하수도로 방류처리하고 있다. 특히 고베시에서는 하천방류처분이 금지된 1975년 경에 이미 하수도가 잘 정비되어 있었다. 이때부터 고베시는 정수장슬러지를 2,000□/□이하로 하수관에 방류처리 하였다. 고베시 및 교토시 모두 정수슬러지를 하수도로 방류하여도 하수 관거내 하수의 흐름과 하수처리에서의 악영향은 없는 것으로 알려지고 있다.

미국의 경우

1973년 미국의 하수처리장에서 하수만 처리할 경우 SS 및 BOD의 제저효율은 60%와 20% 이었으나 정수장슬러지를 투입하여 공동처리한 결과 69 ∼82%, 25∼45%로 제거효율이 더높게 나타나 연계처리의 효과가 있었다. 그리고 50□/□의 정수장슬러지를 1차 침전지에 주입하였을 경우 SS의 제거율이 증가하였으나 그 이상 주입시에는 처리효율이 감소하였다. 따라서 적정 주입률을 50□/□ 정도로 제시하고 있다.

서독의 경우

1986년 서독에서는 143개중 10개 수처리 회사가 슬러지를 하수관으로 방류하였고 3개회사는 슬러지를 하수처리장으로 직접 이송 처리하였다.

정수장슬러지 처분

일본의 정수장슬러지 처분

동경도, 동촌산정수장

동경도의 정수장슬러지의 처분을 보면 1987년말까지는 총발생량의 80%를 내륙매립처분하여 왔다. 그 후 내륙매립 처분장소의 매립이 완료되어 내륙매립지의 확보가 어려워지고, 처분량 및 처분비용의 절감을 위해 유효이용량을 확대해 나가고 있다.

과거 10년간 정수장슬러지의 유효이용비율이 연차적으로 높아가고 있다. 즉 1987년에는 26%의 유효이용비율이 1996년에는 45%로 높아졌다. 1996년 동경도의 정수장슬러지 발생량은 79,020톤이였으며, 이중 45%인 35,591톤이 유효 이용되고 있다. 나머지 55%는 동경만의 최종 처분 매립장에 매립처분하고 있다. '97년 발생량의 유효이용량중 농·원예용 개량제로 유효이용이 97.2%, 테니스코트 및 블록원료로 2.5%, 모래 및 토사채취후 파인 웅덩이 등에 0.3% 그리고 기타 각종 자재의 원료로 이용되고 있다.

유효이용 방법 중 농·원예용토로의 이용은 슬러지를 민간회사에 유상양도하는 방법을 택하고 있는데 유상양도 받은 회사는 자체적인 처리방법을 통하여 슬러지를 농·원예용토로 제조하여 판매하고 있다.

현재 동경도의 유효이용을 위한 양도방법은 다음 두 종류에 해당된다.

소량 유상양도

- 양도량(약 500톤)이 적고, 비교적 단기간 및 간헐적으로 인도하는 방법으로 슬러지는

상품화 연구등에 주로 이용된다. 이 경우 슬러지의 적재 및 운반비는 이용자가 부담한다.

또 협정서의 변형방법으로 "슬러지 구입신청서"의 양식을 통해 구입하는 문제나

사무처리를 간소화 시키고 있다.

유상 양도 협정

- 소량 유상 양도가 발전하여 장기적 전망이 있는 경우, 또는 처음부터 연속적으로 장기간

또는 일시적으로 대량 이용이 확실하다고 판단될 때 협정을 체결하여 유상 양도한다.

이 경우 슬러지의 적재는 동경도에서 하며, 운반비는 이용자 부담이 원칙이다.

千葉懸(치바현)의 정수장

千葉懸(치바현)의 정수장슬러지의 유효이용현황은 수경용 경량골재, 투수성블록, 토양개량재, 육묘용토로 사용하였다.

선대시 수도국 국견정수장, 무정정수장의 예

각 정수장의 슬러지처리방법은 동결융해처리방식( 무약주 )을 채용하고 1977년 5월까지 운전을 하고 있었다.

발생 cake는 유효유리 방향으로 처분을 생각하고 사단법인 궁성현 공중위생조사센터로 발생 cake에 포함된 유해물질의 검사 및 조성분석 및 토양오염방지법에 관한 분석시험을 의뢰한 결과 전 항목이 정량한계 이하이고 그대로 매립해도 환경오염의 2차공해는 전혀 없다는 것이 확인되었다.

여기에서 궁성현 농업센타에 수도, 종묘용상토로서의 이용을 위한 야채의 밭에서의 생육 및 토양의 이화학성상에 관한 분석조사를 의뢰한 결과 다음과 같은 보고가 나왔다.

- cake를 현물 그대로 사용한 경우에는 밭의 토양과 비교해서 생육수량이 부족했다.

그러나 토양개선대책으로 인산, 유기물의 보급이나 작부년차의 경과에 따라 고토 등의

미량요소의 보급을 고려하면 밭의 토양과 같거나 그 이상의 생육수량이 얻어질 수있다.

- 수도육묘용토로서 사용하는 일은 부적당하다.

- 사질토 밭으로의 객토재로서 또 야채류의 상토로서 탁월한 효과가 있었으며, 발생 cake의

유효이용의 실용화가 계획되어졌다.

그 이후 재생이용처분의 허가신청서를 내어 허가를 받은 후 밭의 객토제, 야채류의 상토, 법면보호녹화용( cake와 묘종을 혼합해서 )로서 재이용 하였다.

수도관 포설토로 재활용

1983년 정수장 탈수케이크를 수도관 포설토로 이용한 사례가 많이 있으며, 1989년에 하나의 도시전체에 포설되었다.

제조과정

- 탈수케이크를 파쇄기에 유입

- 세립으로 파쇄 후 파쇄케이크는 계량호퍼로 유입

- 모래가 계량호퍼에 유입

- 케이크와 모래는 혼합기에 투입되고 동시에 시멘트계 고화제가 일정비율

(탈수 케이크 : 모래 : 고화제 = 100: 5 : 8)로 유입

- 양생장소에서 2주간 양생되어 수화반응이 완료됨

사용실적

제조된 제품은 수도관 포설토 및 가스관포설토로 사용되기도 하고, 토목재료로 이용되기도 한다.

이중 포설토 사용실적은 1985년의 836m3/년에서 1990년의 16,556m3/년이었다.

폐광지역 충진제로 이용

名古室市 東部 구릉지대 일대에 걸쳐 아연폐광이 다수 존재하고 있다. 아연체굴은 1965년경에 끝났으나 폐광의 침하 등이 일어날 수 있으므로 대책마련이 시급하였다. 또 이 지방은 일본에서 유명한 도자기 산업지대이고 요업원료공업에서 배출되는 미이용 저급점토등의 처분에 고심하던 名古室市에서는 이러한 폐기점토와 정수장슬러지를 혼합하여 아연폐광에 충진제로 사용하였다.

충진량으로는 1976년에 3,600m3, 1977년에 50,000m3을 사용한 실적이 있다.

고베천현내 광역수도 기업단에 의한 예

탈수방법은 미량인 유기계고분자 응집제 첨가( sludge에대해서 약 0.2%)에 따른 습식 조립 탈수후 탈수 cake을 열풍으로 건조를 하는 것으로 건조 cake의 함수율은 약 30% 그 형상은 과립상으로 되고 취급이 용이하다.

농업자재로서의 유효이용을 고려하여 1975년부터 4년에 걸쳐서 고베현 농업종합연구소에 의뢰해서 기초적인 실험을 중심으로 한 「농업이용에 관한 시험연구」를 실시해 왔다.

시험조사의 목적 및 내용을 요약하면 대개 다음과 같다.

농작물 등에 관한 시험성적

- 수도(벼) : 수도에 관한 효과는 무비료 재배에서도 높은 수량이 얻어졌다.

야채 : 토양에 유기물을 혼합한 경우와 동등의 생육을 나타냈다.

배양토 : 상토로서의 효과는 기존제품에 비해서 입고병도 없고 동등 이상의 성적을

나타냈다.

객토 : 야채밭에서의 객토효과는 초년은 10t/10a구가 좋고, 2년째는 100t/10a구 가 최고

로 되었다.

화목류 : 질소의 비효가 크고 생육이 왕성하게 되었다.

관엽식물 : 배양토의 일부 또는 전량을 cake로 교체하여 재배해도 유해성이 없었다.

안전성

- cake중의 연, 아연 니켈 등의 중금속류의 수치는 낮고 충분히 안전하다는 것이

인정되었다.

식물에 의한 폴리마 자체의 흡수는 생각할 수 없지만 폴리마의 잔류성조사의 결과에서      는 배수처리과정에서의 통상의 폴리마 첨가시 cake 내에서의 분해가 약 4일 정도에

종료한다. 또 식물 잔류성 조사에서는 건조 cake 및 일반 토양 을 사용한 경우 수도의

현미에서 모든 잔류성을 인정할 수 없었다.( 검출한계량 이하).

이상의 결과에서 통상의 cake를 사용한 경우의 식물의 생육에 미치는 영향이나 그 잔류   의 우려가 없이 안전성이 높다는 것이 입증되었다.

실용화

유효이용의 가능성이 높았으므로 고베천 환경부와 구체적인 협의를 진행한 결과 「법의 운용에 따른 유의사항에 대해서」의 유상매각에 의한 유효이용에 다음과 같은 기본적인 합의를 얻었다.

o 1979년 1년간은 유효이용을 위해서 시행기간으로 적용한다.

o 유통창구를 현경제농업협동조합연합회( 현경제연)로 한다.

o 실제의 현장시험을 현지력보전대책협의회를 통해서 실시한다.

o 시행기간중의 실시결과를 보고한다.

유통의 정비

유효이용을 위한 조건으로는 수요처를 확보하는 것이 필요하고 이것은 환경부와의 합의 사항이기도 하다.

즉 취급자는 유효이용의 목적에 충분히 대응할 수 있는자 또한 장래적으로도 조직을 활용한 시장확대의 가능성을 가진 자일 것 등이다.

유효이용의 계획

1979년은 약 2,000□( 전 cake발생량의 약 25% ), 1980년은 약 6,000□을 유효이용분으로 출하하였다.

시멘트 원료

일본 구마야 시멘트공장에서는 정수장슬러지를 이용하여 연간 16,000톤을 시멘트 원료로 재활용한 실적이 있다. 제조과정은 석회석, 점토, 철, 규소 등의 원료를 잘 분쇄한 후 1,450oC로 가열하고, 클링커 싸이로에서 1 ∼ 3mm로 분쇄하면 시멘트 제품이 된다.

미국의 정수장슬러지 처분

요업재료

미국 North Carolina의 Durham 정수장의 A.T.Rolan에 의해 정수장슬러지를 점토벽돌재료에 혼합 사용한 연구가 발표되었다. 그 결과에서 혼합사용에 대한 가능성이 기술적으로는 해결이 가능하였으나, 슬러지의 운반과 취급비용은 실적용을 하지 못하는 이유가 되었다.

토양개량제

1972년 AWWA의 슬러지 처분 분과 위원회에 의하여 농업전문가와 공동으로 3년간에 걸쳐 수행되었다. 실험결과 건조된 정수장슬러지가 토양의 산소공급과 보습력을 향상시킨다는 것을 발견하였다.

알루미늄 회수

정수과정에서 원수의 고형물의 량에 비해 과량의 알루미늄을 주입할 경우에는 슬러지의 농축성 및 탈수성이 저하되는 경향이 있다. 탈수효율을 높이기 위해 미국 North Carolina의 Durham 정수장에서는 모래건조상의 탈수효율을 증가시키기 위하여 정수장슬러지에 황산을 첨가하여 정수장슬러지내의 알루미늄을 용출시킨 후 탈수효율에 대한 실험을 수행하였다. 또한 용출된 알루미늄을 재사용 하기위한 실험울 수행하였다. 알루미늄 회수공정은 산성화공정 및 추출공정, 재생공정으로 구성되어 있으며, 각 공정별의 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

산성화 공정

알루미늄을 회수하기 위해 1단계에 산을 첨가하여 슬러지로부터 알루미늄을 용해시킨다. 알루미늄 슬러지는 2Al(OH)3·3H2O로 나타나는데, 황산을 첨가하여 pH2로 슬러지를 조절한 후 상분리를 시켜 슬러지내의 고형물을 pH 조정후 탈수공정으로 보내고 용해된 알루미늄이온은 추출공정으로 보낸다.

추출공정

추출은 슬러지로부터 용출된 알루미늄을 추출하는 용매와 접촉하는 공정이다. 금속을 추출하기 위해 사용한 추출제가 가져야 할 요소를 정하면, 필요한 금속에 대한 선택성이 우수해야하며, 재생에 용이하여야 한다. 그리고 각 순환단계에서 안정하며, 재생에 용이하여야 한다. 산성화 반응조의 상등액은 추출반응조로 이송되어지며, 알루미늄을 회수하기 위한 추출제가 유입된다. 추출제의 희석제로는 등유가 사용되며 Water : Oil의 비는 1:9로 한다. 등유의 냄새와 유기물질을 제거하기 위하여 활성탄 흡착공정을 수행하여 수용액은 강산성을 나타내므로 산성화반응조의 pH 조정제로 사용되고, 추출액은 재생반응조로 이송된다.

재생공정

추출액은 재생공정에 유입되면서 재생제인 황산과 결합한 후 추출제와 액체황산알루미늄으로 분리된다. 이공정은 추출제와 액체황산알루미늄으로 재이용되는 단계로서 추출제는 추출공정에서 재사용되고, 액체황산알루미늄은 정수장 응집제로 사용된다.

정수장슬러지의 처리·처분을 위한 관련 제도

처리수 방류

슬러지 처분 및 처리수 방류 관련 규정을 설명하기 전에 이들 규정의 존재 이유 및 방류관련 규정의 적절여부를 검토한다.

침전은 정수의 가장 오래전부터 알려진 기술이며 이에 여과기술을 더하여 위생상 적절한 공공상수도 공급이 시작되었다.

정수장 규모가 커지고 여과기술의 발전과 더불어 상당량의 슬러지가 발생하였으나 수처리공정상 20세기에 이르기까지 슬러지의 처리에 관해서는 문제가 되지 않았다.

발생슬러지는 어느곳에든지 처분하여야 한다. 이전의 슬러지 처리에 가장 많이 쓰인 방법은 라군법 또는 하천방류이었다. 그러나 거의 모든 정수장에서 급속여과지의 증가는 역세척수량의 증가로 이어졌고 1960년대에서 부터 미국에서는 이들 정수장의 배출수가 환경에 미치는 영향에 대하여 검토하기 시작하였다.

많은 사람들은 완속여과지만을 운전할때에는 정수장슬러지에 포함된 세사 실트와 점토등을 이미 원수중에 포함되었던 물질들이기에 이들이 다시 방류된다 해도 크게 우려하지 않았었다.

그러나 약품침전지와 급속여과지가 적용되면서부터 사람들의 관심은 점차 투여된 응집제에 의하여 발생되는 많은 문제점에 관하여 숙고하기에 이르렀다.

알루미늄 독성이 수서생물의 생태계에 미치는 영향의 규명에서 시작하여 황산 알루미늄 슬러지 방류에 관한 관심이 커졌다. 정수처리 기술외의 분야에서 황산알루미늄 응집제 슬러지 방류에 관한 연구가 행해졌으며 이 슬러지의 독성분이 방류선에 미치는 영향에 관하여 행해졌다. 비록 황산알루미늄의 독성이 크지 않다 하더라도 연구는 계속되어 이 슬러지의 방류 또는 방류금지에 관한 판단이 내려져야 할 경우에까지 이르렀다.

국내의 경우

수질환경보전법 시행규칙 제5조 별표3에 따라 정수능력 1,000m3/일 이상인 수도사업시설인 경우(역세척은 하지 않고 물리적으로만 처리하는 시설은 제외)는 폐수배출시설에 해당되며 이들 시설(정수장)로부터 배출되는 폐수는 수질환경보전법 제 8조(배출허용기준) 및 동법 시행규칙 제8조(배출허용기준)에 의한 별표5 오염물질의 배출허용기준이 적용된다. 이 기준치는 표 1과 같으나 통상의 경우 정수장의 배출수에 관하여는 부유물질량에 대하여 기준치에 적합한 처리시설을 하는 것이 필요하다.

이 처리과정에 있어서 석회첨가처리 등을 실시하는 정수장일 때 슬러지를 건조시키는 설비에서 스크레이퍼 배출수가 나오는 경우 등에 있어서는 화학적 산소요구량에 관하여도 기준에 적합하도록 하는 조치가 필요하다. 또 유기고분자 응집제를 사용하는 경우에는 배출수중에 포함된 아크릴아미드모노머의 농도에 관하여도 고려하여야 하나 현행법상 항목에 포함되지 않고 있다.

일본의 경우

배출수 처리 공정으로부터 처리수를 원수로 반송하는 경우에는 그 양과 질을 가능한 한 균일하게 하도록 애써야 한다. 균일하지 않는 경우에는 원수로의 약품 주입 관리에 막대한 지장을 주는 것이 많아 주의할 필요가 있다.

또한 공공수역 등으로 배출하는 경우에는 배출허용기준에 적합한지의 여부를 수시 감시함과 동시에 수질 검사를 할 필요가 있다. 더구나 유기 고분자 응집제를 사용한 경우의 배출수중의 아크릴아미드모네마 농도에 대해서는 후생성의 사용 기준( 0.01 □/□ 이하 )에 적합해야 한다.

정수능력 10,000 □/d 이상의 정수장의 침전 시설 및 여과시설이나 탈수능력 10 □/d 이상의 탈수시설은 수질오탁방지법 제2조 제2항에 기초한 「특정시설」로 지정되어 있고 이러한 시설을 설치하는 정수장으로부터의 배수는 수질오탁방지법 제12조의 배출허용기준이 적용된다. 또 수질오탁방지법에서의 배수 기준은 표2와 같다. 그러나 특수한 처리를 하는 정수처리공정 예로서 석회첨가처리를 실시하는 곳에서는 pH 값이, 또는 과망간산칼륨 처리를 실시하는 곳이나 망간이 많은 지하수를 사용하는 곳에서는 용해성 망간이, 각각의 기준치를 초과하는 것이 있는데 배출허용기준에 적합하도록 처리 시설을 설치하는 것을 검토하여야 한다. 또 배니중에는 철, 망간, 아연 등이 많고 배수처리시설의 농축조등에 혐기성 상태로 될 때에는 배수중에 금속류가 용해되고 배출허용기준을 초과할 위험이 있는데 주의할 필요가 있다.

배출수처리에 유기고분자응집제를 사용하는 경우는 고분자 응집제 규격에 적합한 것을 사용하고 방류수중의 아크릴아미드.모노머의 농도에 대해서는 후생성편 정수장배수처리시설의 입문(1973년 5월)에서 정한 0.01 □/□ 에 적합하여야 한다.

배출허용기준에 대해서는 지방공공단체의 조례에 따라 「수질오탁방지법」의 배수기준에서 정한 허용한도보다 엄격한 허용한도를 독자적으로 설정할 수 있도록 되어 있다. 정수처리공정 뿐만 아니라 다른 수도시설( 침사지 등 )도 규제 대상이 되는 경우가 있어서 「특정시설」만이 아니라 조례에 의한 인허가 및 설치허가의 절차가 필요하게 된다.

표 1. 오염물질 배출허용 기준 (단위 :□/□ )

대 상 규 모

1일 폐수배출량 3,000 m3 이상

1일 폐수배출량 3,000 m3 미만

T-N

T-P

지 역 구 분 항 목

BOD

(□/□)

COD

(□/□)

SS

(□/□)

BOD

(□/□)

COD

(□/□)

SS

(□/□)

청정지역

환경기준(수질) 1등급정도의 수질을 보전하여야 한다고 인정하는 수역의 수질에 영향을 미치는 지역으로서 환경부장관이 정하여 고시하는 지역

30 이하

40 이하

30 이하

30 이하

40 이하

30 이하

30 이하

4 이하

가지역

환경기준(수질) 2등급정도의 수질을 보전하여야 한다고 인정하는 수역의 수질에 영향을 미치는 지역으로서 환경부장관이 정하여 고시하는 지역

60 이하

70 이하

60 이하

60 이하

70 이하

60 이하

60 이하

8 이하

나지역

환경기준(수질) 3, 4, 5등급정도의 수질을 보전하여야 한다고 인정하는 수역의 수질에 영향을 미치는 지역으로서 환경부장관이 정하여 고시하는 지역

80 이하

80 이하

80 이하

80 이하

80 이하

80 이하

60 이하

8 이하

특례지역

환경부장관이 공단폐수종말처리구역으로 지정하는 지역 및 시장, 군수가 산업입지 및 개발에 관한 법 제 8조의 규정에 의하여 지정하는 농공단지

30 이하

40 이하

30 이하

30 이하

40 이하

30 이하

60 이하

8 이하

(* 1996년 1월 1일부터 적용하는 기준)

침전지로부터 발생한 슬러지, 배출수 처리시설로 부터의 발생고형물은 수질환경보전법 제 29조(투기등 행위의 금지)에 해당된다.

표2. 배출 허용 기준

1. 일반 기준

(1) 유해 물질

유해 물질의 종류

허용 한도

카드뮴 및 그 화합물

1□당 카드뮴 0.1 □

시안 화합물

1□당 시안 1 □

유기인 화합물( 파라치온, 메칠파라치온, 메칠지메톤 및 EPN 에 한함 )

1□당 0.1 □

납 및 그 화합물

1□당 납 1 □

6가크롬 화합물

1□당 6가크롬 0.5 □

비소 및 그 화합물

1□당 배소 0.5 □

수은 및 알킬수은외의 수은 화합물

1□당 수은 0.005 □

알킬수은 화합물

검출되지 않을 것

PCB

1□당 카드뮴 0.1 □

비고 「검출되지 않을 것」이란 제3조의 규정에 근거한 환경청장관이 정한 방법으로 배출수의 오염 상태를 검정한 경우에, 그 결과가 당해 검정 방법의 정량 한계를 하회하는 것을 말한다.

(2) 생물 환경 항목

수소 이온 농도( 수소 지수 )

해역 이외의 공공용 수역에 배출되는 것 5.8이상 8.6이하 해역에 배출되는 것 5.0이상 9.0이하

생물화학적산소요구량( 단위 1□당 □ )

160 ( 일 평균 120 )

화학적산소요구량( 단위 1□당 □ )

160 ( 일 평균 120 )

부유물질량( 단위 1□당 □ )

200 ( 일 평균 150 )

노말헥산추출물질 함유량(광유류 함유량) ( 단위 1□당 □ )

5

노말헥산추출물질 함유량(동식물유지류 함유량) ( 단위 1□당 □ )

30

페놀류 함유량 ( 단위 1□당 □ )

5

구리 함유량 ( 단위 1□당 □ )

3

아연 함유량 ( 단위 1□당 □ )

5

용해성 철 함유량 ( 단위 1□당 □ )

10

용해성 망간 함유량 ( 단위 1□당 □ )

10

크롬 함유량 ( 단위 1□당 □ )

2

불소 함유량 ( 단위 1□당 □ )

15

대장균군수 ( 단위 1□당 )

일평균 3,000

비고

-「일평균」에 의한 허용 한도는 1일의 배출수의 평균적인 오염 상태에 대해서 정한

것이다.

- 이 표에 게기한 배수 기준은 1일당의 평균적인 배출수의 양이 50 □이상인 공장 또는

사업장 에 관한 배출수에 대해서 적용한다.

- 수소 이온 농도 및 용해성 철 함유량에 대한 허용기준은 황화철광

( 황화철광을 채굴하는 광 산)을 포함한다.

- 생물화학적산소요구량에 대한 배수 기준은 해역 및 호소 이외의 공공수역에 배출되는

배출수 에 한하여 적용하고 화학적산소요구량에 대한 배출기준은 해역 및 호소에

배출되는 배출수에 한하여 적용한다.

- 이 기준은 배출기준을 정한 총리부령 제1조, 별표1, 제2에 따른다.

슬러지 처리

국내의 관련법

매립

폐기물관리법 [별표4]에 의하면 슬러지의 경우에는 탈수·건조등에 의하여 수분함량 85% 이하로 사전 처리한 후 매립하여야 하며, 2,001년 1월 1일 이후에는 유기성오니는 직매립이 금지되어 있다. 여기서 정수장슬러지는 유기성오니에 포함되어 있지 않다.

다음〈그림 1〉은 개정된 폐기물 분류체계를 나타낸다.

〈그림 1〉국내 법상 폐기물 분류체계도

폐기물의 처리·처분은 지방자치 단체에 의무를 지우고 있으며 "지자체는 폐기물 처리시설을 설치하여 이를 유지·관리하여야 하고, 폐기물의 수집·운반·처리방법의 개선 및 관계인의 질적 향상으로 폐기물 처리사업을 능률적으로 수행하는 한편, 주민의 청소의식 함양을 위하여 노력하여야 한다." 라고 규정하고 있다(폐기물관리법 제 4조 1항). 시·군·구에서 발생하는 폐기물을 광역적으로 처리할 필요가 있다고 인정되는 경우에는 광역 폐기물 처리시설을 단독 또는 공동으로 설치·운영할 수 있도록 권장하고 있다(폐기물관리법 제 5조 1항).

재활용

폐기물 배출자에 대하여도 "폐기물의 발생량 감소를 위하여 폐기물의 재활용 및 제품제조 방법의 개선 등 필요한 조치를 강구하여야 한다" 라고 규정하고 있다(폐기물 관리법 24조 1항). 한편 폐기물을 1일 평균 300kg 이상 배출하는 사업장인 경우에는 사업장폐기물 다량 배출자로 구분하고 그에 대한 수집·운반·처리기준을 "폐기물의 수집·운반 또는 처리를 업(이하 '폐기물처리업' 이라 한다.)으로 하고자 하는 자는 환경부령이 정하는 기준에 의한 시설·장비·기술능력·자본금을 갖추어 업종별로 시·도지사의 허가를 받아야 한다. 허가받은 사항중 환경부령이 정하는 중요사항을 변경하고자 할 때에도 또한 같다. 다만, 지정폐기물을 대상으로 하여 폐기물관리업을 하고자 하는 자는 환경부장관의 허가를 받아야 한다. "라고 규정하고 있다(폐기물 관리법 26조 1항).

정수슬러지는 지정폐기물인 오니류에서 제외된 사업장 일반폐기물인 오니류로 구분되며, 폐기물관리법 시행령 제 9조에 의하면 폐기물 재생처리업 허가대상 폐기물의 종류에 포함된다. 폐기물관리법 시행규칙 제 17조 관련 별표 6에 의하면 "폐기물재생처리업을 하고자 하는 자가 오니류를 사료·비료 또는 퇴비로 재생처리 하는 경우 갖추어야 할 시설장비·기술능력·자본금의 기준은 자본금은 법인인 경우 2억원 이상, 장비는 운반차량 2대 이상(적재능력 합계 9톤이상), 시설에 있어서 보관시설은 1일 처리능력의 10일분이상 120일분이하의 오니류를 보관할 수 있는 규모의 것. 다만, 물이 스며들지 아니하는 바닥시설과 우천시 빗물이 흘러들어가지 못하도록 지붕 또는 덮개를 구비한 시설로 대체할 수 있다. 이 경우 폐기물의 흩날림을 방지하기 위하여 폐기물의 최고 저장높이의 3분의 1이상 방진벽을 설치하고, 그 위에 폐기물의 최고 저장높이의 1.25배 이상의 방진망(막)을 설치하여야 한다. 또한 보관시설의 침출수 유출을 방지하기 위한 시설 또는 침출수 처리 시설 1식 이상이며, 폐기물의 중간처리시설중 오니류를 재생처리하는 시설 1식 이상 이어야 한다." 라고 규정하고 있다. 시장·군수·구청장은 생활폐기물 뿐만 아니라 관할구역 내에서 발생하는 모든 폐기물에 대하여 배출 및 처리상황을 파악, 적정처리시설의 설치·운영 등의 관리책무를 지고 있으며, 국가는 지정폐기물의 배출처리 상황파악 및 필요한 조치를 강구하도록 하고 있다. 따라서 폐기물관리법 시행규칙 [별표 7] 1항(12)에 의하면 고형화시설은 시멘트·물·용출방지제 등을 고르게 혼합할 수 있는 장치 및 배합비율을 조절할 수 있는 장치를 갖추어야 하며, 혼합물을 양생할 수 있는 시설물을 갖추어야 한다. 또한 혼합물이 빗물등에 의하여 유실되지 않은 구조이어야 한다고 규정되어 있다. 또한 1항(13) 안정화시설은 폐기물을 화학물질 또는 생물등을 이용하여 화학적, 생물학적으로 안정된 상태의 물질로 만드는 시설을 갖추어야 한다고 규정되어 있다.

일본의 관련법

매립

종래 정수장의 배출수는 미처리 상태로 하천에 방류하였지만 1970년 12월부터 "수질오탁방지법(우리나라의 수질환경보전법에 해당됨)"이 제정된 이래 1976년 정수장도 특정배출시설로 지정되므로서 정수장배출수도 수질규제를 받게 되었다. 그결과 정수장에 배출수 처리시설이 설치되었고 정수장 발생 슬러지가 생기게 되었다. 당초 정수장발생슬러지는 수도사업 활동에 따라 발생하는 산업폐기물인 관점에서 주로 매립·처분되었다.

배출수처리시설에서 발생하는 cake 는 「폐기물 처리 및 청소에 관한 법률」에서 오니( 무기성 오니)에 해당하고 산업폐기물로서 취급받는다. 또한 탈수설비, 건조시설 및 최종 처분에 대해서는 「폐기물 처리 시설」로서의 인허가 의무가 있다. 또한 페기물의 중간 처리, 최종 처분지 등의 설정에 관한 행정지도를 강화하고 있는 지자체도 있는데 계획책정시에 충분한 조정을 도모하는 것이 중요하다.

상기 두가지 법 이외에 sludge의 매립 처분에 대해서는 「자연환경보전법」,하수도 방류의 경우는 「하수도법」등의 규정을 준수하여야 한다. 더구나 배수 처리를 하는 것에 따라 파생되는 2차 공해도 예상되므로 배수 처리 시설의 계획 책정에 있어서는 소음규제법, 대기오염방지법 등의 여러 법령에 의한 규정을 준수할 수 있도록 조치를 강구하여야 한다.

또 표3에 배출수처리에 관한 법령을 나타낸다.

표 3. 배출수 처리에 관한 법령

법

주된 규제 내용

공해대책기본법

·대기오염,수질오탁 또는 토양의 오염의 원인이 되는 물질의 배출등에 관한 규제

·공해방지를 위한 토지 이용의 규제

·공해의 원인이되는 시설의 설치의 규제

수질오탁방지법

·특정시설로부터의 배출수의 배수의 규제(정수시설의 정수능력이 1일당 1만□이상의 침전시설 및 여과시설)

·오탁부하량의 총량규제(동경만·이세만)

·특정시설로부터의 배출수의 오염상태의 측정의무

호소수질보전특별조치법

·지정지역내의 오탁 부하량의 총량 규제

폐기물처리 및 청소에

관한 법률

·산업폐기물의 수집, 운반 및 처분의 기준

·산업폐기물의 보관의 기술상의 기준

해양오염 및 해상재해방지에 관한 법률

·해양에 투기 가능한 폐기물과 투기 장소의 규제

대기오염방지법

·매연 발생 시설에서의 매연의 배출 기준

·매연 발생 시설 설치의 인허가

·분진 발생 시설 설치등의 인허가

소음규제법

·특정시설의 부지의 경계선에서의 소음의 허용한도

·특정시설 설치의 인허가

진동규제법

·특정시설의 부지의 경계선에서의 진동의 허용한도

·특정시설 설치의 인허가

악취방지법

·사업장 부지 경계선의 지표에서의 규제기준

하수도법

·특성시설로부터의 하수의 수질 기준

·하수의 수질기준에 적합하지 않는 경우의 재해 시설의 설치

·특정시설의 설치 등의 인허가

·수질의 특성 의무

하천법

·하천으로의 오수의 배출인허가

농지의 토양 오염방지

등에 관한 법률

·농지의 토양 오염방지에 관한 규제

자연환경보전법

·자연환경보전지역에서의 건축물의 건축 규제

·자연환경보전지역내의 하천,호소등으로의 수량 규제

·자연환경보전지역 내의 호소로의 배수의 제한

공장입지법

·특정공장의 신설 허가(대기 또는 수질에 관한 공해의 원인이 되는 물질 의 최대 배출 예정량, 연료의 사용 계획 등)

Cake를 매립 처분하는 경우 처분의 기준 (법 제12조1항,시행령 제3조)에 따라야 한다.

- 산업폐기물에 의한 비산 및 유출을 방지하는 조치가 필요하다.

- 매립지의 침출액에의해서 공공의 수역 및 지하수를 오염시킬 우려가 있는 경우에는

이것을 방지하기 위한 조치를 강구하지 않으면 안된다.

- 매립지의 외부로 악취가 발산하지 않도록 필요한 조치를 강구하지 않으면 안된다.

- 매립지에서는 쥐가 서식하거나 기타의 해충이 발생하지 않도록 해야 한다.

- Cake를 매립하는 경우에는 함수율 85%이하로 해야 한다.

- 매립처분하는 경우의 Cake의 용출시험은 폐수배출허용기준의 유해물질에 대해 서 하고,

환경청고시 제 135호, 총리부령 제 3호의 판정기준에 따라야 한다.

재활용

- 폐기물보다는 자원이라는 인식부여

정수장에서 발생하는 Cake는 [산업폐기물]로 정의되지만 [폐기물의 처리 및 청소에 관한 법률의 운용에 따른 유의사항에 대하여(후생성 환경위생국 수도환경부 계획과) 다음과 같이 기술되고 있다.

[폐기물이란 배출자가 스스로 이용하거나 타인에게 유상으로 매각하는 것이 불가능하여 불필요하게 된 물건을 말하고, 여기에 해당되는지의 여부는 배출자의 의사, 그 성상등을 종합적으로 감안해야 될 것이며 배출된 시점에서 객관적으로 폐기물로서 인식해서는 안된다. 법 제 2조 제 1항의 규정은 일반적으로 폐기물로서 취급되는 개연성이 높은 것을 대표적으로 예시하고, 사회 통념상의 폐기물의 개념규정을 한 것이다.

따라서 발생하는 Cake를 농경이용, 택지조성 또는 토지개량등에 유상 매각하여 이용하는 경우에는 산업폐기물로서의 적용외가 된다.

- 국가에서의 활용방법 제시

o 유효 이용의 방법은 Cake 의 성상이나 배수처리방식에 따라 크게 다르다.

요컨데 탈수전 처리를 하지않은 무약주 처리인가 또는 황산처리, 석회처리등의 탈수전

처리를 한것인가, 또 탈수방법으로서는 가압탈수처리, 진공탈수처리, 조립탈수처리,

가열건조처리, 천인건조처리 등의 어느것을 이용하는가에 따라 Cake의 상태는

여러 가지이다. 이들 Cake를 유효하게 이용하기 위해서는 배출자 스스로가 이용방법을

찾아 내어야 한다. 또한 다른도시에서 같은 종류의 Cake를 유효하게 이용하고 있는

경우는 상호 정보교환을 긴밀히 해서 협력관계를 유지하고 조언을 받아 당해 Cake에

대한 조사연구를 하면 좋다. 현재 이미 실용화되고 장래 고려되고 있는 Cake의

유효이용법으로서는 다음 표 4와 같이 고려될 수 있다고 한다.

표 4. Cake의 유효 이용

이용 목적

이용 항목

농업이용

배양토용, 객토용, 원예용

택지조성 또는 토지개량

성토,되메우기재

오래된 동굴 충진(폐광)재

법면 보호녹화용

경량모래 또는 토목재료

도로노상 노반재

시멘트 원료용

아스팔트 원료용

벽공용

랜가블록용

요업원료등

기타

o 일본에 분포되어 있는 토양은 일반적으로 산성토양으로 미경작지의 토양은

pH가 5 ∼6으로 약산성을 나타내고 있다. 정수장슬러지를 객토제로 사용하는 경우에는

1m2당 0.5kg 이내로 객토하여 산성토양의 개량제로서 유효하게 이용하도록 하고 있으며,

슬러지내의 비소함량은 50mg/kg 이하로 규정하고 있다. 그리고 원예용토로 사용할 경우

슬러지의 혼합비율은 30%를 적정기준으로 하고 있으며 최대 50%를 초과하지 않도록

권장하고 있다.

미국의 관련법

미국에서는 1990년대부터 하·폐수슬러지를 살아있는 고형물질이란 의미를 가진 biosolids라고 부르기 시작했다. 이것은 하수처리장에서 나오는 폐기물이라기 보다는 재활용물질로 보는 시각에서 비롯된 용어이다. 일본에서도 정수장슬러지를 정수장발생토라고 부르는 것과 같은 개념이다.

미국의 슬러지 배출을 규제하는 법률은 지표수의 수질을 다루는 Clean Water Act(CWA)와 Federal Water Pollution Act(FWPA)로 하천에 슬러지의 직접배출을 제한하고 있다. 미국 환경보호청(U.S. EPA)은 1994년 하수슬러지의 재사용에 관한법 " The Standards for the Use or Disposal of Sludge, 40CFR Part 503(일명 503규정)"을 제정하였다. 이법의 주요내용을 보면 슬러지케익은 전답, 정원, 골프장, 산림과 공원등에 살포할 수 있는데 슬러지의 농경적이용은 환경과 인체에 해를 줄 수 있으므로 슬러지의 농경지에 이용시 적용기준등을 제시한 것이다.

503규정은 양질의 슬러지의 경우 규제대상이 되지않도록 하고 있다. 일반적으로 정수장슬러지의 토양살포에도 하수슬러지의 오염물질 한계가 적용되고 있다.  정수장슬러지의 처리효율 향상방안

슬러지 제어

슬러지의 대부분은 물로 구성되어 있으며, 슬러지에 함유되어 있는 물은 자유수, 수소결합수, 화학적 결합수등으로 나눌 수 있다. 일반적으로 탈수기는 슬러지의 floc 사이의 자유수등 물리적으로 구속된 물만 제거할 수 있고, 수소결합에 의한 물이나 화학적 결합에 의한 물은 건조나 소각등과 같은 특수한 방법으로만 제거할 수 있다. 그러므로 탈수에 의한 고액분리는 polymer 종류, 투입량, 혼화강도등의 운전인자를 최적화 함으로서 탈수의 효율을 향상시키고 운영비를 절감하는 것이 주된 목적이라 할 수 있다. 또한 탈수는 슬러지의 후속처리 및 처분을 위하여 반드시 거쳐야 할 1차 처리공정이므로 이에대한 특성분석과 운영상의 표준화작업이 우선적으로 수행되어야 할 것이다.

슬러지의 발생량은 원수의 수질과 밀접한 관계에 있으므로 원수의 수질검토는 슬러지의 처리·처분 계획에 있어서도 중요한 문제이다.

특히 원수의 탁도는 정수처리시 응집제 주입량에 큰영향을 주므로 장기간을 두고 검토해야 한다. 홍수시에 고탁도 발생 형태도 정수와 슬러지 처리공정에 영향을 미친다. 어느것이든 과거의 자료를 충분히 조사하고 이것에 대응하는 수처리 공정을 선택해야 한다.

급속여과 공정을 선택한 정수장에서는 응집제 투여의량을 적절하게 조정함으로써 슬러지의 량을 줄일 수 있다. 이러한 알루미늄 투입률의 지표로서 ALT비(알루미늄과 탁도의 비)가 있다. 특히 ALT비가 낮으면 floc 체적의 대부분을 차지하는 알루미늄 수산화물의 체적비가 작게 되기 때문에 슬러지의 발생량을 줄일 수 있다. 일반적으로 0.05 ∼0.2의 ALT비 범위에서 정수조작이 이루어 지고 있다.

특히 저탁도시에는 쟈테스트시 결정된 응집제의 주입량보다 20 ∼30% 적게 주입하도록 한다. 이때 적절한 실험에 의하여 주입량을 결정하여야 한다.

이에대한 탈수효율실험은 비저항으로 측정할 수 있다. 비저항이 크면 물은 슬러지층을 통과하기 어렵고 같은 조건에서 탈수의 진행이 비저항에 비례하여 늦어지게 된다. 양호한 처리수를 얻을 수 있는 가장 낮은 알루미늄 투입률을 원수조건에 따라서 선정하는 것이 슬러지 처리를 가장 효율적으로 하기 위한 방법이 될 수 있다.

슬러지 처리

조정조

농축 및 탈수장치는 홍수기나 해빙기에는 연속하여 처리해야 할 정도의 커다란 부하를 받게된다. 특히 장마철에는 원수의 pH와 전기전도도가 낮아지게 될 경우 조정조에 침전슬러지 유입시 침강속도가 떨어져 상징수의 탁도가 높게 나타날것으로 예상되므로 조정시간을 여유있게 설계할 필요가 있다.

농축조

농축조 상징수의 부유물질이 방류수 수질기준에 적합하고, 슬러지응집제로 투입되는 고분자응집제가 상징수 방류시 방류수중에 섞여서 방류되는 아크릴 아미드 모노머에 대한 방류량 감소 및 부유물질 제거를 위하여 농축조에서 월류되어 방류되는 최종 방류수 출구에 방지시설을 설치하여 현장근무자의 어려움을 해소할 필요가 있다. 또한 처리수는 저장고에 저장하여 탈수기의 여과포 세척수 및 다른용도로 재활용을 할 수 있도록 설계를 한다.

또한 농축은 탈수처리를 전제로 할 때에는 탈수공정에 들어가기전에 자연침강으로 슬러지 농도를 높이는 것이 유리하다. 슬러지농도가 높을수록 탈수속도가 빠르고 탈수케이크의 함수율도 떨어진다. 원수의 상태에 따라 차이가 있으나 보통 수산화 알루미늄을 주체로 하므로 친수성이고 함수율이 높은 특성이 있으므로 농축되기 어려운 성질을 가지고 있다. 따라서 유효용적을 크게하여 농축시간을 늘리고 이에따른 고형물부하를 줄이는 방안도 설계에 반영해야 한다.

탈수방법

주로 수공에서는 기계적 탈수방식 중 가압탈수법인 벨트프레스를 사용하고 있어 침전 슬러지의 응집을 위한 폴리머 주입이 필수적이다. 그러나 고분자응집제 처리설비는 슬러지의 양과 질에 따라 최적 첨가율로 안전하게 첨가할 수 있어야 한다. 폴리머의 친수성 때문에 응고방지를 위한 가변연속 정량공급식이 유리하나 실질적으로 현장에서 투입구의 막힘이 발생하는 경우가 많아 폴리머를 짧은 시간에 과량투입하여 용해조 하부에 덩어리 상태로 존재함으로서 최적 첨가량 이하로 탈수효율을 떨어뜨린다. 따라서 습기와의 접촉을 차단할 수 있는 방안을 강구해야 하며 문제점에 대해 충분한 검토를 한 후 선정할 필요가 있다. 다른방법으로는 탈수방법(건조상, 필터프레스등)을 달리할 필요도 있다.

슬러지 재활용 방안

국내에서의 정수장슬러지를 재활용하려는 본격적인 시도는 아직까지 없었지만 환경적, 사회적 차원에서 대처해야할 시점에 와 있으며, 더구나 현재 발생되는 슬러지의 처분장소의 확보가 어렵고 처분비용이 날로 증가되고 있는점을 감안한다면 매립처분과 아울러 재활용의 연구가 절실히 요구되고 있다. 자원의 대체물질로 이용된다면 엄격한 환경규제를 받는 폐기물도 법의 적용에서 제외될 수도 있고 저렴하게나마 매각이 가능하다면 처분비용의 절감으로 정수생산단가의 절감도 기대된다.

세부기본방향

처분비용 절감의 필요성

슬러지는 향후 처분비용 상승과 매립의 어려움 때문에 누군가는 해결해야 할 과제이다. 따라서 수공에서도 슬러지를 자원이란 측면에서 접근하여야 하나 재활용이 가능해도 수공에서의 공장설립의 어려움 때문에 중간처리업자에게 처분비를 주어 처리하도록 하고있는 실정이다. 따라서 최소한 처분비용의 일부라도 줄일 수 있는 방안이 강구되어야 한다.

다양한 활용방안의 제시

기존물질의 대체물질로 사용함으로서의 장점을 부각시켜 재활용업체에 활용도를 높임으로서 업체간의 슬러지의 필요성을 인식하도록 하여 향후 처분비용을 줄일 수 있다.

성상이 고려된 재활용 방안

재활용에 있어서 정수장슬러지의 특성을 고려하지 않은다면 재활용방안이 제시될 수 없다.

예를들어 열처리시에 무기이온흡착능이 있다면 하, 폐수의 무기이온흡착제 또는 토양내의 양분이 빠져나가는 것을 방지할 수 있는 토양개량재로 사용할 수 있는 방안을 제시할 수 있다.

경제성 및 수요처가 있는 재활용 방안

우선적으로 수공에서 활용할 수 있는 제품이면 수요처 확보가 가능하고, 매립지 반입료와 운반비보다 제조비용이 적은 재활용 방안이면 경제적 타당성이 있다고 할 수 있다. 이때 지역여건이 고려된 재활용방안이 마련되어져야 한다.

민간 전문업체의 참여필요

슬러지의 재활용은 민간업체의 참여가 중요하다.예를들어 수공에서 개발된 제품에 대하여 업체에서 생산, 판매하도록 하여 수공에서의 처분비용을 줄여나갈 필요가 있다.

정수장슬러지의 특성에 따른 이용가능성 평가

단열벽돌재료, 경량골재 이용가능성 평가

알루미나와 실리카성분의 비는 청주정수장 슬러지의 경우 30.48/23.15 = 1.32이며, 석성정수장 슬러지의 경우에는 28.36/34.61 = 0.82로서 두 성분의 비율이 큰 차이를 나타내고 있다. 이러한 두 성분의 분율은 슬러지의 소결성 및 내화도를 지배할 것으로 생각된다. 일반적으로 실리카보다 융점이 높은 알루미나 성분의 분율이 증가하면 소결성은 나빠지나 내화도는 높아진다. 따라서 알루미나성분이 많은 것은 내화도를 요구하는 단열벽돌 재료로, 실리카성분이 많은 것은 내화도를 요구하지 않은 경량골재로 사용하는 것이 바람직 하다.

단열벽돌, 경량골재 제조의 원료로 사용하는데 있어서 유리한점은 다음과 같다. 첫째, 알루미나의 함량이 많은 것은 내화도가 높아 단열벽돌 제조의 원료로 사용이 가능하고, 실리카 성분이 많은 것은 소결성이 좋아 경량골재 제조시의 원료인 점토광물의 대체물질로 사용이 가능하다. 둘째, 유기물의 함량이 높다는 것이다. 일반적으로 단열벽돌의 단열성을 높이기 위해서 내부에 많은 기공을 만들어 주어야 하는데 기존에는 이러한 목적을 위하여 배합 과정중에 일정량의 톱밥이나 갈탄등을 첨가하여 소성 과정중에 연소시켜 기공을 갖게 하는 방식을 사용하여 왔다.

따라서 슬러지의 내부에 존재하는 미세한 조류등의 유기물은 이러한 기공형성제로써 톱밥의 역할을 대신할 뿐만 아니라 기공의 크기도 아주 미세하게 형성되므로 제품의 단열성이나 강도등의 특성 및 경량골재의 경량화에 유리할 것으로 판단된다. 셋째, 슬러지의 입자크기가 미세하다는 것이다. 슬러지는 건조과정에서 입자들끼리 응집되어 있기는 하나 간단한 분쇄공정에 의하여 용이하게 입도의 조절이 가능하다.

무기이온 흡착제

고체의 표면구조는 어떤 구체의 연속구조가 끊어져 있는 곳으로 이러한 표면 및 그 부근의 구조는 내부의 구조와는 매우 다르다. 결정배열은 혼란되어 과잉의 에너지가 존재한다. 이것이 표면에너지로 언제나 에너지를 저하시키는 방향으로 작용하며 표면에너지에 관련된 물리량은 흡착량, 습윤열, 용해열등이 있는 것으로 알려져 있다.

입자의 표면은 2방의 면으로 둘러싸인 스텝(step)과 3방의 면으로 둘러싸인 킹크(kink)등이 다수 존재하는 결정입자를 관찰할 수 있으며 이곳의 에너지가 높아 여기에 원자가 흡착할 확률이 크며 표면에 흡착한 원자는 점차로 스텝과 킹크를 채우고 결정의 표면을 평면화 하려는 경향성을 갖는 것으로 알려져 있다. 이러한 스텝(step)이나 킹크(kink)의수는 입자가 작아질수록 단위량당 많아짐에 따라 미세입자일수록 화학적활성은 커지는 것으로 알려져있다.

또한, 일반적으로 고체 표면의 결합의 절단 및 격자 혼란에 의한 전하의 발생과 격자점에서의 전자의 과부족이 일어나 여기에 극성 분자들이 흡착하여 표면 에너지를 낮추려고 하는 경향성과 불완전한 금속 산화물 표면에서의 산성점과 염기성점의 발현에 의해서 흡착이 발생하는 메카니즘 또한 일반적으로 알려진 사실들이다. 이러한 복합적인 요인들의 작용으로 슬러지 및 슬러지에 금속 알콕사이드 처리를 한 시료들이 흡착성을 나타낼것으로 예상된다.

SEM(Scnning Electron Microscope)으로 관찰한 슬러지 분말의 사진을 관찰하여 보면, 네 가지 종류의 슬러지 모두 다 불규칙한 입자형상을 이루고 있으며 심한 응집(agglomeration)현상을 보이고 있다. 이와 같은 응집현상은 슬러지의 입자크기가 매우 미세하여 건조과정 중에 응집된 것으로 생각된다. 슬러지의 SEM 사진에서 관찰된 특이한 현상은 여러 가지 형태의 조류가 슬러지내에 존재하고 있으며, 정수장 위치에 따라 조류의 형태가 상이하였다.청주정수장 슬러지와 석성정수장 슬러지에서는 원기둥 모양의 조류가 관찰되었으며, 반월정수장 슬러지와 반송정수장 슬러지에서는 막대 모양의 조류가 관찰되었다. 유기물로 구성된 조류는 고온에서 연소되어 표면의 활성화에 의한 무기이온 흡착능을 부여할 것으로 예측되며, 실험결과 흡착능이 뛰어난 것으로 확인되었다.

낙석방지용토, 부산물비료

낙석방지용토 조성물인 정수슬러지의 pH는 평균 7.0으로서 약알칼리성 반응을 보이고 있으며 탄소는 평균 6.3%이고, C/N비는 약 11.0으로서 일반 토양과 비슷하게 나타났으며, 치환성염기(K, Ca,, Mg) 및 CEC(양이온 치환용량)는 개량목표치에 못 미치나 낙석방지용토 제조시에는 충분한 양분을 보유할 수 있었다. 정수슬러지의 광물학적 특성을 파악하기 위하여 pH 2, 4, 7, 10으로 조정하여 시간별 pH 변화를 측정한 결과, pH 2에서만 24시간 이후 pH 4부근으로 변화 했으나, 나머지는 24 시간 이후 pH 7부근으로 변화하였다. 이는 정수슬러지가 용출 Al에 의한 산성화를 야기시키는 것이 아니라 산성화를 억제하는 완충능력을 갖고 있슴을 입증한다. pH에 따른 Al 용출량 실험에서는 정수슬러지 및 정수슬러지와 토양을 섞었을 경우 pH 2에서 많은량의 Al이 용출되었으나, 낙석방지용토는 Al 용출이 거의 없었다. 이는 용출 Al이 하수·제지슬러지의 퇴비화 물질과 Al-유기복합체를 형성하므로서 Al 용출 억제로 인한 인산고정 억제 효과가 있으며, 환경적인 위험부담이 없는 것으로 판단된다. 또한 정수슬러지는 자연함수비, 소성지수가 일반 점토광물 보다 높게 나타났다. 이는 정수슬러지를 이용한 인공배양토 시공시에 지속적인 한발에도 식물의 생장을 지속시켜 주며, 강한 응집력과 낙석방지용토의 현장시공시 점착력이 우수할 것이라는 것을 예측할 수 있다.

부산물비료 조성물에 수분흡수력이 높은 정수장슬러지를 톱밥대신 수분조절제로 사용하므로서 톱밥내의 리그닌에 의한 식물독성을 방지하고, 원료비를 절감할 수 있으며, 입단화에 의한 부산물비료의 유실방지, 유효규산 및 무기양분을 증가시키므로서 내병성증대 및 무기양분결핍을 해소해 주고, 완충능력을 갖고있어서 토양의 산도교정에 중요한 역할을 하며, 입단화에 의한 취급성을 향상시킬 수 있다. 또한 정수슬러지는 다른 부산물에 비해 유효 규산함량이 높아 화본과 식물에 긍정적인 반응을 보일 것이다.

농지용 토양개량제

토양개량제로 갖추어야 할 요소로서 토양의 통기성 및 투수성을 개선시켜 주고, 토양의 산성화를 억제해주는 pH 교정효과와 양분보존능력 및 수분흡수력이 있어야 한다. 정수장슬러지는 이러한 특성을 모두 갖고 있어서 기존의 농지용 토양개량제인 벤토나이트(점토광물, 양분보존용), 생석회/소석회(pH 교정용)의 용도를 충족 시켜준다.

기타 (원료의 대체물질 및 이용실적에 따른 이용가능성 평가)

시멘트 혼화재료

시멘트는 철광석, 점토, 규석 및 석회석을 1,500oC 정도의 고온에서 소성하여 제조한다. 원료 중 점토의 대체물질로 정수장슬러지의 활용이 가능하며, 실제적으로 일본에서 정수장슬러지를 시멘트 원료로 이용한 사례가 있다.

수도관 포설토

제조된 제품은 수도관 포설토 및 가스관포설토로 사용되기도 하고, 토목재료로 이용되기도 한다. 일본에서의 포설토 사용실적은 1985년의 836m3/년에서 1990년의 16,556m3/년 이었다.

정수장슬러지의 재활용 추진현황

단열벽돌 및 인공경량골재

일산 정수장슬러지를 이용하여 점토벽돌을 제조, 판매하였으나 제조회사 부도로 중단한 상태이다. 또한 폐기물을 재활용한 건설재료에 대한 인식부족과 기존 점토벽돌재료의 확보 용이 및 건설경기 불황으로 기존제품에 비해 시장 경쟁력이 없다.

낙석방지용토

절토법면에 사용되는 녹화용토 제조공장을 건립, 사업추진 계획하였으나 민원문제와 사업성, 경제성 미흡으로 "투자심사위원회"에서 사업 유보하였으며 공장건립제조방안은 현시점에서 사업성 및 경제성 미흡하여 유보상태에 있다.

무기이온흡착제

정수장슬러지를 열처리한 후 중금속 흡착능을 분석한 결과 탁월한 제거능을 나타내었다. 기존의 폐수처리에 사용되고 있는 고가의 무기이온흡착제 대체물질 및 하수처리시의 암모니아성 질소제거용으로 사용가능하나 '98년 연구기간중 흡착성능 이외의 탈착성능 보완연구를 수행할 계획이다.

부산물비료

정수장슬러지를 제지슬러지 및 인분슬러지등과 혼합하여 발효시켜 퇴비화한 후 기존제품과 비교분석한 결과 기존비료의 성능외에 토양의 유실방지, 토양 산성교정효과가 있다. 부산물비료로의 실용화는 현행법상 제약적이나 현재 법적규제가 점차 완화되고 있어 향후 실용화 가능성 있다.

하, 폐수의 질소, 인 제거제

'98년 연구과제로서 제올라이트와 정수장슬러지를 혼합하여 성형한 후 저온 열처리 함으로서 암모니아성 질소와 인을 제거하기 위한 것으로 실험에 있어서 혼합비율과 열처리 온도에 따른 제거능 실험을 수행할 계획이다.

실용가능한 재활용 방안 검토

못자리용 상토

목적

재배식물에 알맞은 상토의 공급은 고급 농산물의 생산, 재배방법의 간소화 뿐만 아니라 재배기술이 다양화 됨으로서 그 필요성이 점차 높아가고 있는 실정이다. 정수장슬러지를 못자리용 상토로 활용함으로서 처분비용을 절감하고, 더나아가 농업 생산력을 증대시킬 수 있을것으로 기대된다.

세부추진계획

정수장슬러지의 못자리용 상토 이용가능성 검토

- 지자체 관할 시 또는 군청에 활용가능성 협의

- 협의결과 못자리용 상토로 활용가능성이 충분하다고 판단되면 민간업체로 하여금 재활용

용도 변경 허가신청서 제출토록 권장

분석의뢰

- 중금속 용출실험 : 관할구역의 국립보건환경연구원

- 작물재배실험 : 농업과학기술원(농림부 농촌진흥청 산하)의 포장실험을 통한 작 물생육에

대한 유해성 여부 검토 또는 기존의 연구결과로 대체 하도록 노력함(연구소의 보고서 활용)

폐기물 변경허가신청서 제출

- 업체, 신청 또는 군청의 담당자, 수자원공사 직원이 참석하에 관할구역내의 정수장슬러지

시료채취

- 폐기물처리업자는 변경허가신청서에 재활용 용도를 못자리용 상토로 신청

상품제조

- 제품개발을 위한 혼합비 산정(연구소)

- 상품제조 : 민간업체

민간업체와의 계약

- 처분비 중 운반비만 지불(매립비 절감)

- 총판매수익에 대한 지분계약

부산물 비료

목 적

정수장슬러지의 활용방안중의 하나로 퇴비제조시 원료로 사용가능 여부 검토 및 원료로 지정시에 자체제조 판매는 물론, 재활용 업체에 저가로 처리할 수 있어 처분비용을 절감할 수 있다.

세부추진계획

부산물비료 원료 지정신청

- 공인기관과 농림부에 기존연구내용에 대한 가능성 의뢰

- 부산물비료 원료로의 가능성 타진

- 공인기관에 분석의뢰(농림부 등록을 위한 자료)

분석비용 : 100만원

분석항목 : 농림부에서의 요청항목

농립부 등록

- 1차년도, 2차년도 작물재배 실험결과를 이용하여 서류작성

- 농림부 생산지원과 등록신청

- 심의(심의의원 : 14명)결과 적합시 새로운 비료로 고시

- 농업과학기술원 신청하여 생산 및 판매허가

상품제조

- 제품개발을 위한 혼합비 산정(연구소)

- 상품제조 : 업체

민간업체와의 계약

- 처분비 중 운반비만 지불(매립비 절감)

- 총판매수익에 대한 지분계약

시멘트 혼화재료

개요

시멘트로의 활용은 정수슬러지의 성분에 시멘트 원료성분인 규소, 알루미나 성분이 80% 이상 포함되어 있어 가능한 것으로 판단된다. 즉 정수슬러지내의 무기질은 시멘트 원료의 점토성분과 비슷하여 시멘트의 품질에 영향이 거의 없는 것으로 보고되고 있다.

문제점

시멘트원료로 사용하기 위해서는 함수율을 낮춰야 한다. 함수율이 높으면 시멘트 소성로에서의 연료사용 비율이 높아지며 운송비 부담도 증가하게 된다. 따라서 건조과정의 전처리가 필요하다.

원료로 사용을 위한 세부추진계획

실험분석

- 기존의 자료에 대한 가능성 의뢰

- 실험분석에 의한 가능성 검토

수공과 대학교(또는 제조회사)와의 공동연구

원료로서의 적합성 검증

민간업체와의 계약에 의해 운반비만 지불(매립비 절감)

기 타

수공에서 수요처를 확보할 수 있는 분야로 낙석방지용토, 수도관포설토, 시화 임해매립지 성토재, 질소·인 제거제, 하·폐수 중금속 흡착제등이 있는데 이에대한 수급방안을 다방면으로 검토할 필요가 있다.

결 론

현재 슬러지의 발생량을 고려한 정수처리밥법, 슬러지의 감량화는 거의 초보적인 수준이며, 재활용 방안도 거의 실용화 되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 향후 이에대한 연구가 지속적으로 이루어 져야하며 결론은 다음과 같다.

- 탈수는 슬러지의 후속처리 및 처분을 위하여 반드시 거쳐야 할 1차 처리공정이므로

이에대한 특성분석과 표준화작업이 우선적으로 수행되어져야 한다. 또한 배출수

처리시설의 운전인자를 최적화하여 탈수효율을 높임으로서 발생량 저감 및 방류수의

수질개선을 통한 처분비용절감 및 환경오염의 방지를 강구해야 한다.

- 정수장 슬러지를 폐기물에서 자원이란 인식으로의 전환이 필요하며, 이에대한 지속적인

활용도를 모색해야 한다. 민간업체의 참여가능 분야인 농지용 토양개량제, 부산물 비료,

시멘트 원료에 대한 세부검토를 할 필요가 있다. 또한 수공에서 수요처를 확보할 수 있는

분야에 민간업체의 참여 또는 자체적인 사업화 방안 및 수급방안을 강구할 필요가 있다.

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