공단폐수 계열 유입폐수 규제없어 운영상 문제점
부하량 감소 위한 인위적 조작 통해 적은 유량 유입
30년전 우리나라의 젊은 학도가 일본 유학길에 오른다. 당시로서는 생경(生硬)한 학문인 하수도를 본격적으로 공부하기 위해서다. 그리고 일본에서 귀국한 김갑수 박사는 우리나라에서 미약한 학문인 하수도연구에 본격적인 활동을 펼친다. 하수도의 학문적 체계를 정립하고 이제 수많은 후배 학자와 기술자들을 양성한 시점에서, 그리고 우리나라 환경분야의 새로운 획을 긋는 시점에서 하수도의 지난 발자취를 그려보기로 한다.
- 편집자주 -
과천 하수처리장
슬러지 처리 농축조에 이물질(비닐, 과자봉지 등)이 유입되고 있어 문제가 되고, 농축조의 상징수가 직접 1차 침전지로 반송되어 수면적 및 월류부하량을 증가시키고 있었다. 슬러지 발생량이 예상보다 많아 가동시간이 2배 정도 되고 있으며 belt press탈수기를 사용하고 있으나 탈수된 케이크의 함수율이 85%이상으로 상태가 좋지 않았다. 소화조는 2단 혐기성 소화조로서 1일 평균 약 710㎥의 가스가 발생되고 주입된 VS 1㎏당 가스발생량은 0.019㎥(1월)에서 0.15㎥(7월)로 설계기준인 0.6㎥보다 훨씬 적었다.
기타 관리인원이 부족으로 공정별 점검이 거의 불가능한 상태였다. 또한 전반적인 실험실 기자재 부족과 전문가 부족으로 운영상 제반자료(諸般資料)가 분석이나 개선이 효과를 기대할 수 없었다. 전체적으로 운전자의 운전미숙과 기자재의 부족으로 운영상태가 제대로 기록되지 않고 있는 상태였다. 수질분석 자료의 신빙성과 재현성에 의구심이 많았다.
안산 하수처리장
유입하수 안산시는 산업기지개발촉진법에 의거, 건설된 전원공업 신도시로써 완전분류식 정비지역이며, 하수처리시설은 물리적인 1차 처리시설로써 처리수를 해안방류하고 있었다. 생활하수와 산업폐수가 별도 계열로 하수처리장에서 유입되어 1차 처리되고 있다.
가정오수를 우수관에 연결한 분류식 하수관거는 오접이 74%정도로 높아 설계유입량 120,000㎥/일에 비해 실제유입유량이 35,000㎥/일에 불과하고, 유입 BOD변화가 심해 주간에는 220㎎/L정도이나 야간에는 700㎎/L정도까지 올라간다. 산업폐수 경우는 3000㎎/L까지 올라가는 경우도 있었으며, 산업폐수가 생활하수관거에 유입되는 경우가 있어 야간에 생활하수의 농도가 높아지고 있었다.
산업폐수 유입을 위한 스크류 펌프 4대가 모두 직렬로 설치되어 있어 보수시 4대를 모두 가동 중지시켜야 하므로 이 경우 폐수가 처리되지 않고 직접 공공수역으로 방류됐다.
오수관거의 역사이펀이 설계기준치 이하로 설치되어 있어 제대로 역할을 못하고 강우시 많은 물이 중계펌프장으로 유입되는 문제점이 있었다.
처리시설의 문제점 1차 처리후 해양방류되고 있었으나 서해안의 입지조건상 1차 처리후 해양방류는 부적합해 2차 처리시설의 건설이 시급히 요구됐다.
1차 처리수 해양방류관의 길이가 2.4㎞이며, 수심은 10m이다. 장래 시화지구 개발계획에 의해 배후 주거지역과 농공지역 등이 들어서면 담수호를 이용할 예정이므로 향후 2차 처리를 하는 경우에도 담수호에 직접 방류는 수질보전상 문제점이 있다. 따라서 방류관을 현 공사중인 시화지구 방조제 밖으로 연장시켜야 될 것이며, 이 계획은 방조제 건설과 병행돼야 하나 아직 고려되지 못하고 있었다.
독일회사(GKW)가 기술제공으로 건설된 시설로 우리나라 실정에 적합하지 않은 설계상의 문제점들이 많이 도출되고 있었다.
슬러지 처리 탈수케이크의 매립이나 기타 처리 처분방법이 고려되지 못한 관계로 현재 발생되고 있는 52㎥/일의 탈수케이크를 2차 처리시설 부지에 노천폐기하고 있는 실정이었다.
생활하수와 산업폐수 슬러지 케익이 분리되지 않고 있어 최종 처분 방법 선정에 문제가 될 수 있었다.
기타 전체적으로 전문 인력이 절대적으로 부족하고, 특히 중계펌프장은 배치인력이 부족할 뿐만 아니라 배치된 인력이 비전문가인 임시고용직으로 되어 있어 운영상의 많은 문제점이 있었다.
하수처리장이 건설부 관할로 지방자치단체에 보관 위탁 관리하는 형태로 되어 있어 행정 및 재정상 여러 가지 문제가 발생되고 있었다. 또한 분석기자재가 미비하고 전문 인력이 없어 처리장 운영상의 분석 자료가 정리되지 않아 기초 자료가 축적되지 않고 있었다. 그밖에 정전시에 대비한 자가발전시설이 없다는 문제점이 있었다.
대전 하수처리장
유입하수 유입하수량 변동이 심한 편이고 하수수질은 설계수질보다 낮아 관거상태와 분뇨관리문제가 고려돼야 할 것이다.
1차 침전지
- 처리효율 : 대체로 양호함
(BOD 32%, SS 36%)
- 슬러지 발생량 : 606 톤/일
- TS 함유율 : 0.5%(설계기준 : 2.5%)
고형물 함유율이 매우 낮은 슬러지가 양적으로 많이 방출되고 있었다.
슬러지 처리
- 농축조 : 유입슬러지 양이 예상보다 많아 체류시간이 4.6시간 정도로 짧아졌다. (설계체류시간 12시간), 농축슬러지의 TS함유율은 운전기록에 의구심이 있었다.(설계 4%, 기록 3.8%, 산정치 2.13%)
- 혐기성 소화조 : 주입 VS 1kg당 가스발생량 0.249㎥, 제거 VS 1kg당 가스발생량 0.498㎥, 소화슬러지 TS 함유율 : 운전기록 자료의 신빙성 결여(설계 5%, 기록 8%, 산정치 4.5%)
혐기성 소화조의 유입슬러지 VS 함유량이 관거정비 미비로 40%정도에 불과해 소화조의 운전에 어려움이 많으며 소화조 설치의 필요성에 대한 신중한 검토가 필요했다.
대구 하수처리장
공단폐수
유입수 : 공단폐수 계열은 유입폐수에 대한 규제가 없어 유입수 수질이 설계치를 훨씬 상회하고 있으므로 운전상 큰 문제점이 되고 있었다. 유입유량은 설계유량의 1/2정도로서 부하량 감소를 위한 인위적인 조작에 의해 적은 유량이 유입되고 있는 것으로 나타나고 있었다.
포기조 운전조건 현황
·체류시간 : 17.5시간(설계기준 8.8 시간)
·F/M비 : 0.28∼0.58㎏BOD/㎏MLSS·d
·MLSS농도 : 3,000㎎/L
·BOD 제거율 : 69∼90%
·SVI : 140∼150㎖/g
·반송슬러지의 농도 : 0.91%
하루 산소소요량이 37,890㎏이나 실제 공급량은 14,000㎏으로서 낮았다. 이는 유입BOD를 낮게 예측한 결과로서 현실에 맞게 산소공급을 높일 필요가 있으며 또한 높은 BOD부하를 고려해 MLSS농도를 4,000㎎/L 정도로 유지할 필요가 있었다.
슬러지처리 농축조의 고형물 부하가 63㎏SS/㎡·d로 높아 월류수의 수질이 SS농도 8,900㎎/L로 악화된 상태였다.
혐기성소화조
·㎏ VS 주입당 가스 발생량 : 0.193㎥
㎏ VS 제거당 가스 발생량 : 0.386㎥
·소화슬러지 농도 : 5.29%
문제점 및 대책 BOD 제거율이 90%에 달하나 유입 BOD가 높아 처리수 BOD는 83㎎/L정도가 되어 방류시키기에는 부적합했다. 처리수를 처리수 기준에 맞게 할 수 있기 위해서는 유입폐수에 대한 강력한 규제 조치가 필요하며 재해시설을 포함하는 적절한 전처리시설을 갖추도록 정부의 재정적 지원과 교육이 필요했다.
산업폐수를 하수처리장에서 수용해 처리하는 경우에는 현행 하수도 사용료제도를 개선해 2중 부담이 되는 경우가 없도록 하여 사업자의 환경보전에 대한 의식이 감소되지 않도록 해야 한다.
생활하수
유입하수 : 생활하수가 달서천하류에서 Weir를 이용하여 유입되고 있으며 유입하수의 BOD가 설계수질 200㎎/L에 비해 매우 낮은 44㎎/L 정도로서 분뇨를 하루에 300kL정도 투입시켜 유입수의 BOD를 205㎎/L로 유지하고 있었다.
포기조 운전현황(대체로 만족할 만한 상태)
·F/M비 : 0.12∼0.28 ㎏BOD/㎏MLSS·d
·MLSS농도 : 2,500㎎/L
(설계기준 1,940㎎/L)
·BOD 제거율 : 90% 포기장치
(산기관, 최저송기량 유지)
·포기조의 DO 농도 : 0.5∼1.5㎎/L
슬러지처리
슬러지 농축조
·유입슬러지량 : 1,100㎥/d
(설계기준 1,620㎥/d)
·TS 농도 : 1%
혐기성소화조
·유입슬러지량 : 300㎥/d
TS 농도 : 9.07%
VS/TS : 29%
·소화효율 : 49%(설계기준 50%)
·소화온도 : 36
(일년 중 9개월은 경유를 사용하여 가온)
탈수케이크
·발생량 : 14톤/d
·함수율 : 70%(양호)
탈수케이크를 쓰레기매립지에서 매립처분함에 따라 악취와 지하수오염이 우려되며 고화처리에 의해 쓰레기매립지의 복토재 이용 및 소각 등의 대책이 필요했다.
기타 처리장 인력은 전문운전요원보다 비전문가가 많아 적절한 인력배치가 되지 못하고 있으며 전문요원의 양성 및 확보를 위한 교육훈련제도의 실시가 요망되고 혐오시설인 하수처리장에 사명감을 갖고 근무할 수 있는 복지시설과 처우개선 등이 필요하다.
구미 하수처리장
유입하수 - 1차처리 유입하수 펌프 효율은 설계기준보다 높아 90%이상이 높은 효율을 보이고 있으며 by-pass 시설이 없이 우천시에도 동일한 조건으로 운전하고 있고 외국산 펌프를 사용하고 있었다. 한편, 고장률이 낮은 반면 부품조달에는 문제점이 있었다.
포기침사지를 사용하고 있고 침사량은 0.57톤/월이다. 침사지 내의 평균 부하율은 34.3㎥/㎡/hr로서 설계부하율인 38.5㎥/㎡/hr보다 약간 낮은 편이었다.
1차 침전조의 운전현황
(대체로 양호하고 여유가 있음)
·유입하수량 : 75,000톤/일
(설계 125,000톤/일)
·BOD, SS 제거율 : 50%, 65%
포기조 운전조건 현황
·HRT : 2.4시간(설계기준 5.6시간)
유입하수량이 설계유량보다 적기 때문이었다.
·F/M비 : 0.11㎏BOD/㎏MLSS·d
(설계치 0.3)
·설계비에 비해 부하가 떨어진 상태여서 사용포기조 수를 조절하는 등의 조치를 위해 설계부하에 맞춰 운전할 필요가 있었다.
2차 침전조(과부하 상태)
·수면적부하율 : 42㎥/㎡·d(설계 14)
·체류시간 : 1.75시간(기준 2.75시간)
·반송슬러지 수조 저변에 슬러지 퇴적이 있어 부패현상이 발생하고 있었다.
슬러지처리
◎ 슬러지주입 : 생슬러지와 잉여슬러지가 각각 다른 시간대에 총 300㎥/d로 주입되고 있었으며, 슬러지 주입펌프가 수입품으로서 고장난 상태였지만 수리가 곤란한 실정으로 기자재의 자급자족이 시급했다.
◎ 소화조 운전상태
·HRT : 25일(설계 20∼25일)
·소화온도 : 16∼18℃ (설계 30℃ )
·적절한 소화온도를 확보하지 못해 소화조가 제2농축조의 역할을 하고 있었다.
·농축조 슬러지의 유기물 함유량이 40% 정도로 낮아 가스 발생이 잘 되지 않고 있어 가온시키는 데에 중유나 경유를 사용해야 하는 상태로 연료비 절감과 대기오염 문제 등을 고려하여 정상적인 가동이 되지 못하고 있었다.
탈수기는 5대가 설치되어 있었으나 4대만 가동되고 있었으며 케이크 발생량은 설계기준 96.5톤/d(함수율 80%)로서 시설에 여유가 있는 상태였다.
기타 유입펌프장의 수위, pH, 방류수수위, 탁도, COD 등이 측정되고 감시가 되도록 설계되어 있었으나 실제로는 잘 시행되지 않고 있었다.
또한 수질관리 업무를 전담하는 부서가 없어 처리장의 운전에 지장을 주고 있고 실험실의 기자재 확충과 환경관리 기사의 충원이 필요했으며, 행정직, 전기직 등의 충원과 768k바이트의 컴퓨터를 전담할 정규직 직원의 확보가 필요했다.
경주 하수처리장
수처리 경주시 하수처리장(혐기성 lagoon지)은 경주시와 보문단지에서 발생되는 하수를 처리하기 위해 1978년에 완공됐다. 제1지는 혐기성 lagoon지, 제2, 제3지는 표면포기장치를 한 호기성 lagoon지, 제4지는 포기를 하지 않고 부유물질을 침전시켜 방류할 계획이었다. 그러나 실제 호기성처리를 하지 않은 채 혐기성상태에서 운전되고 있었다.
슬러지 처리 Lagoon조에 많은 양의 슬러지가 퇴적되고 있으나 퇴적슬러지를 제거하는 시설이 제4산화지에만 설치되어 있어 슬러지 제거를 하지 못하고 있고 슬러지 제거에 막대한 비용이 소요되고 있었다. 또한 바닥의 구배가 충분하지 않아 퇴적슬러지가 슬러지 인출구 쪽으로 모여지지 않음으로써 슬러지 제거펌프가 효율적인 역할을 못하고 있었다.
퇴적슬러지를 처리할 시설이 없어 강우시에 인위적으로 다량 형산강에 방출시키고 있어 포항시의 상수원인 형산강을 오염시키는 한 원인이 될 수 있었다.
기타 본 처리장에서는 퇴적슬러지의 제거와 악취문제가 심각한 문제로 대두되고 있었다. Lagoon조로부터 하수유출을 방지하기 위해 시멘트로 내벽과 바닥을 마감했으나 부식되어 벽이 무너져 내려 보수가 요망됐다.
총 9명의 운전요원이 있었으나 실제운전은 대졸자인 환경기사 1명과 전문대졸업자인 1명이 담당하고 있었다. 또한 실험실 기자재가 부족하고 환경전문인이 없어 수질실험업무는 못하고 있는 실정이었다.
문의 하수처리장
설계상 하수처리의 BOD가 200㎎/L로 되어 있으나 실측치는 80∼90㎎/L 정도로 절반에 불과하다. 이는 다른 하수처리장과 마찬가지로 하수관거의 상태가 불량했으며, 또한 분뇨를 정화조 또는 분뇨처리장에서 별도로 처리하는 현황을 고려하지 않았다.
공통사항과 대책방안 이상 10개 하수처리장의 운영실태를 분석한 결과, 공통적인 대책방안은 다음과 같다.
유입하수 유입하수의 수질은 대부분 설계상 수질의 절반정도에 지나지 않고 있었다. 이는 하수관거가 잘 정비되지 않아 수송도중 하수가 퇴적되고 있고, 불명수의 유입량이 예상보다 많아 유입수의 수질이 낮아지고 있었다.
또한 분뇨가 정화조 또는 분뇨처리장에서 별도로 처리되고 있음에도 불구하고 분뇨가 유입된다는 가정으로 설계가 되어 있기 때문으로 이에 대한 설계기준 보완이 필요했다. 예를 들면 1인당 BOD배출 원단위가 39.53g/c·d중에서 분뇨 발생 원단위가 19.11g/c·d가 되며 하수발생량 원단위를 230L/c·d로 가정해 하수의 수질을 계산하면 BOD가 90㎎/L정도밖에 되지 않는다. 같은 방법으로 하수의 SS농도를 구하면 역시 100㎎/L가 되지 못해 설계수질을 가정할 때 배출원단위에 대한 신중한 검토가 필요했다.
포기조 포기조에서의 문제점은 포기장치 효율이 우선 문제가 되고 있어 기록상으로는 실제 산소소모량보다 훨씬 많은 산소를 공급해주고 있음에도 불구하고 DO농도는 적정선 또는 그 이하로 유지되고 있었다. 적합한 포기장치의 선정은 처리장 운전관리 비용을 결정하는 가장 중요한 인자 중의 하나이기 때문에 표면포기식과 산기관에 의한 포기방법 등에 대한 검토가 선행되어 적합한 포기장치를 선정, 사용해야 한다.
슬러지 팽화현상(Bulking)이 진행되는 처리장이 있었으나 이에 대응한 적절한 조치를 취해주지 않아 미생물의 유실이 진행되어 처리효율이 저하되고 있었기 때문에 팽화현상을 포함하는 운전상의 문제점의 원인분석과 대응책강구 등에 대한 교육이 필요했다.
슬러지 처리 농축조에 무조건 1차 슬러지와 2차 잉여슬러지를 유입시키는 것은 바람직하지 않으며 1차 슬러지의 유입은 특히 슬러지의 TS농도에 따라 판단돼야 한다. 소화조에 유입되는 슬러지의 유기물함량이 낮아 혐기성 소화조가 정상가동이 되지 못하고 있으며 에너지를 생산하는 혐기성 소화조가 가온을 위해 중유나 경유를 사용하는 관계로 에너지 소비공정이 되고 있고 대기오염문제를 유발시키고 있었다. 유입하수의 농도가 낮은 상황에서 슬러지 소화조의 필요유무는 신중히 검토돼야 했다.
혐기성소화조를 설치하지 않으면 탈수케이크의 소각로 설치도 경제성 있게 고려할 수 있으며 농지환원, 고화처리에 의한 복토재 이용, 소각 등에 의한 경량골재화 등 슬러지 재이용 측면에서 처분방안을 강구해야 한다.
기타 산업폐수가 도시하수처리장에서 처리되는 경우 재해시설 등 전처리기준이 마련되어 유입폐수를 규제해야 하나 현 법규상 분명하지 않음으로써 고농도의 폐수가 유입되어 운전을 방해하고 있었다. 관련해 산업폐수의 처리시 비용분담 원칙이 확정돼야 한다.
운전기록자료의 신빙성이 의심되며, 수질측정을 위한 시설과 전문인력의 확보가 필요했다. 인력구성상의 문제가 있으며 운전전문인력의 양성을 위한 교육제도 등이 필요했다.
☞ 다음호에 계속
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