위의 표에서 알 수 있듯이 환경기초시설 중 많은 부분을 차지하고 있는 것이 바로 하수처리장이다. 하수처리시설은 하수의 수집·처리과정에서 다량의 에너지 소비가 발생하게 된다. 하수처리시설에서 사용되는 전력은 우리나라 연간 총 전력 사용량의 0.5%를 차지하나, 공공하수처리시설에서 신·재생에너지를 통해 생산하는 에너지 자립율은 0.8%에 불과한 실정이다. 그간 하수도사업은 시설확충과 처리효율을 높이기 위한 신기술 도입에 집중하였지만 에너지 효율성에 대한 고려는 미흡한 게 사실이다.
이제 하수처리장이 에너지 다소비 시설에서 에너지를 재생산하는 시설로의 전환을 시도해야 할 때가 왔고, 그 전환 작업이 곳곳에서 시작되고 있다. 하수처리시설은 하수열, 하수슬러지, 시설공간 등 풍부한 에너지 잠재력을 보유한 곳이다. 하수처리과정에서 발생하는 소화가스, 소수력발전, 하수열을 에너지화 할 수 있고, 입지적 특성을 살려 풍력과 태양광 발전을 접목하기에도 좋은 조건을 가지고 있다. 하수처리장을 신·증설하거나 하수관거 정비, 방류수 기준 강화 등으로 하수슬러지 발생량이 지속적으로 증가하고 있는 것도 에너지자립화를 서둘러야 할 이유가 된다.
하수처리시설의 에너지 잠재력
하수처리시설의 에너지 잠재력은 국가가 계획하고 있는 ′20년까지 환경기초시설의 탄소중립율을 ′08년 기준에서 70%이상 줄이고, 3,895GWh/년의 전력대체, 5,035,560t CO2/년의 온실가스 감축이라는 가장 큰 부분을 차지하게 되며, 에너지절감과 생산설비 설치 및 신재생에너지 생산으로 71,857명의 고용창출까지 가져올 수 있는 기대효과를 가지고 있다.
특히 양적·질적으로 안정적인 공급이 가능한 하수슬러지는 수집을 위한 별도의 에너지가 필요 없는 집약형 유기성 자원이며, 하수처리장에서 발생하는 바이오매스를 에너지로 전환하기 위한 소화조 증의 처리공정 도입이 매우 용이하다는 장점을 가지고 있다. 이는 하수처리 공정과의 연계를 통해 바이오매스의 처리에 따라 발생하는 폐수의 처리도 용이하므로 에너지원이 되는 주변의 바이오매스도 효율적으로 활용이 가능하다. 예를 들면 소화가스 발생량 2,000N㎥/일 이상인 하수처리장 38개소면 연간 299GWh의 전력을 발전할 수 있다는 계산이 나온다.
하수처리시설 에너지자립화 국내현황
현재 우리나라는 전국 347개 하수처리장에서 1,849만톤/일의 하수처리(′07년 말 기준)를 하고 있다. 이중 소화조가 설치된 처리시설은 65개소이며, 이중 57개소에서 총 64개의 소화조를 운영하고 있다. 국내 소화조 효율은 유입수질 저하, 운영·관리 미숙 등으로 인해 미국 등 선진국의 1/4수준으로 미미한 에너지 이용률을 보이고 있다. 이는 ′07년 말 현재 전체 하수처리시설에서 연간 사용되는 395,121TOE 에너지 중 전체의 98.6%를 차지하고 있는 전력에너지에 집중되어 있다. 이중 생물반응조의 포기조 송풍기에서 40.1%, 유입펌프에서 사용하는 전력 에너지가 21.3%를 차지한다.
이에 정부는 ′30년까지 343개소의 하수처리시설의 에너지 자립율을 50%대로 진입시키기 위해 추진계획을 세워 진행 중이다. 이 계획을 보면 자립율 100%이상(38개소), 50%이상(85개소), 20%이상(220개소)으로 구분되어 있으며, 각각 3단계의 단계별 자립계획을 세워 각 시설에 맞게 시행하게 된다.
하수처리시설에서의 에너지자립화 방안
시설에서 발생하는 부산물 중 에너지로 전환이 가능한 것은 소화가스와 하수슬러지 등이 대표적인 에너지 자원이다. 이중 소화가스는 다양한 기술과 결합에 많은 에너지를 만들어 낼 수 있다. 소화가스를 발전기 연료로 공급하여 전력을 생산할 수 있으며, 발생하는 폐열을 이용해 소화조 가온용 열원으로 사용할 수 있다. 또한 연료전지의 연료로 공급해도 똑같은 효과를 거둘 수 있다.
소화가스의 발열량을 높이기 위해 CO2를 추가로 제거한 후 차량연료로도 사용이 가능하며, 자원화설비 보조연료로 사용하고, 폐열은 소화조 가온용 열원으로 전환할 수 있다. 소화가스 같은 경우에는 초기 투자비 대비 전력회수율이 매우 높으며, 저공해 시설이라는 것이 장점으로 작용을 하고 있다.
하수슬러지 부분은 오존에 의해 RBDCOD로 전환된 슬러지를 유기탄소원으로 활용하고, 나머지는 반응조 미생물에 의해 분해, 제거하는 방법과 오존 및 마이크로버블을 이용하여 슬러지에 오존을 주입, 산화시켜 슬러지 발생량을 저감 시키는 방법이 있다. 이중 후자의 것은 유기성 슬러지를 100% 감량할 수 있으며, 폐오존 발생도 없는 장점을 가지고 있다. 또 고온/고압 조건에서 슬러지를 액상화 시켜 소화조에 유입한 후 유기물을 분해 하는 방법과 잉여슬러지를 초음파를 이용해 가용화 하는 방식도 슬러지 저감에 사용된다. 이 밖에도 수리동력학+초음파, Cavitation을 이용하여 슬러지를 줄이는 방식, 알칼리+오존의 연쇄처리법, 기계식 농축 교반+오존을 이용한 방식을 통해 슬러지 저감효율을 높이는 방법들이 시행되고 있다.
하수처리장 에너지 자립화 추진사항
하수처리장 에너지 이용 및 생산 시범사업 적용기준(안)에 의거해 8개 지자체를 대상으로 소화가스, 소수력, 풍력, 태양광 등이 결합된 패키지형 시범사업이 추진 중이다. 이 사업은 3개의 하수처리장을 시범시설로 삼아 ′10년~′12년까지의 진행되는 1단계 사업과, 부천, 안산, 아산, 군산, 문경을 시범 시설로 선정한 2단계 사업으로 나뉘어져 진행이 된다.
정부의 이런 계획이 완성되는 ′30년에는 에너지 자립율 50% 달성, 연간 907GWh/년의 전력대체, 557,948CO2톤/년의 온실가스 감축효과를 가져올 수 있으며, 이에 따른 에너지 절감 및 에너지 생산설비 설치와 운영으로 인해 6,227명의 고용창출, 연간 510억 원이라는 경제적 효과를 기대할 수 있게 된다.
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