하수슬러지 세척 지렁이 먹이로 재활용 잉여슬러지만 농축 탈수 악취 저감 효과 재활용 확대 위해선 지렁이 사육 연구·지원·규제개혁 절실
▲ 류명구 소장
하수슬러지의 해양투기량이 점진적으로 축소되고 2012년부터는 전면 금지됨에 따라 슬러지처리비용이 급격하게 상승하고 있으며, 해양투기량 축소에 따라 상대적으로 육상처리량이 증가하게 되고, 육상처리 비용도 덩달아 상승하고 있다.
의성하수공공처리시설은 하수처리 수질을 안정적으로 유지하면서도 슬러지 감량화를 위한 방안으로 생물반응조 내 MLSS 농도를 가능한 범위 내에서 최대한 높게 유지(F/M비는 낮추고, SRT를 증가)하여 하수슬러지의 자산화를 유도하고 있다.
또한 1차 침전지에서 발생되는 생슬러지는 전처리 분뇨와 함께 분뇨저류조로 유입 후 5일정도 체류시켜, 유기산 발효과정을 거친 후 혼합액을 전량 생물반응조로 이송하여 미생물에 의한 생물학적 처리를 하고, 최종적으로 잉여슬러지만 인발하여 탈수함으로써 부패가 잘되지 않고, 악취가 적은 품질이 양호한 하수슬러지를 생산하여 재활용업체(지렁이 사육장)에 위탁처리하고 있다.
1. 의성하수공공처리시설 현황
경북 의성군 의성읍 원당리에 위치한 의성하수공공처리시설은 2만3천105㎡(6천989 평)의 면적으로, 하루 8천㎥의 하수와 30㎥의 분뇨를 혐기-무산소-호기 조합법, 디스크필터(10㎛), UV소독 방식을 통해 처리하고 있다.
2. 지렁이 먹이로 하수슬러지를 이용하기 위한 기초지식
안정적으로 하수슬러지를 지렁이 먹이로 이용하고 있는 지렁이 사육장을 살펴본 결과, 대부분의 경우 산화구법 및 SBR공법, 장기포기법 등 소규모 농촌 지역의 하수처리장에서 발생되는 하수슬러지가 이용되고 있으며, 섬유질 및 기타 영양물질을 보충해주기 위해 제지슬러지 및 우유슬러지 등과 혼합해서 사료로 공급하고 있다.
하수슬러지만 지렁이사료로 이용할 경우, 지렁이의 성장에 장애를 일으켜 지렁이 사육에 실패한 사례가 많이 있다. 이에 지렁이의 성장장애를 예방하려면 섬유질이 많은 제지슬러지 등과 하수슬러지를 적절하게 혼합해서 급이할 필요가 있다.
지렁이가 생존 가능한 하수슬러지의 조건으로 pH는 중성부근, 슬러지가 부패되어 혐기화되지 않아야 하며, 중금속 함유량이 낮고, 염분 농도가 낮아야 한다. 따라서 하수슬러지를 지렁이 먹이로 급이할 경우, 가장 문제 시 되는 것은 슬러지가 부패되어 혐기화되는 경우인데, 생슬러지와 잉여슬러지를 혼합 탈수할 경우 쉽게 혐기화되고, 악취가 발생하여 지렁이 먹이로 적합하지 않다.
이에 따라 생슬러지가 발생되지 않고, SRT가 길게 빈부하로 운전되는 산화구법 및 SBR공법, 장기포기법 등의 공법으로 운전되는 하수슬러지가 지렁이 먹이로 적합하다.
▲ [그림 1] 의성하수공공처리시설 공정도
3. 의성하수공공처리시설 운전개선 사례
① 빈부하 운전이 되도록 MLSS농도를 높게 운전하여 수질개선 및 슬러지 감량화 생물반응조 내 MLSS농도를 4천500㎎/L∼5천㎎/L 정도로 높게 유지하여 SRT를 설계값 대비 2배 이상인 20일 정도로 운전하여 생물반응조 내에서 슬러지의 자산화를 유도하여 처리수질개선 및 슬러지감량화를 도모했다(슬러지발생량 : 약 1천200톤/년).
실제 처리장에서 SRT와 2차 침전지 유출수의 C-BOD 관계를 살펴보면 SRT가 길면 길수록 처리수의 C-BOD는 낮아지는 것을 알 수 있다. 하수처리장 생물반응조를 호기성 소화조라고 가정하고, 온도 20℃, SRT 20일로 운전할 경우 약 40% 정도의 휘발성 고형물 제거효율을 이룰 수 있었다.
▲ [그림 2] SRT와 2차 침전지 유출수의 C-BOD 관계
▲ [그림 2] SRT와 2차 침전지 유출수의 C-BOD 관계
■ 문제점 미생물의 자산화에 의한 생물반응조 및 2차 침전지표면에 스컴 발생 및 2차 처리수 Pin Floc이 유출되었다. 특히 동절기에는 MLSS가 높아도 스컴 발생이 거의 없었으며, MLSS 농도를 증가시키면 갈색 거품이 생성되기 시작했다.
또 MLSS 농도를 너무 높게 운전할 경우 포기조 수면에 스컴(scum)이 두껍게 형성되었으며, MLSS 농도를 너무 높게 운전할 때 2차 침전지 표면에 스컴이 뜨고 pin floc이 유출되었다.
▲ 동절기에는 스컴이 거의 형성되지 않는다.(동절기에는 MLSS가 높아도 스컴 발생이 거의 없음)
▲ MLSS 농도를 증가시키면 갈색 거품이 생성되기 시작한다.
▲ MLSS 농도를 너무 높게 운전할 경우 포기조 수면에 스컴(scum)이 두껍게 형성된 모습.
▲ MLSS 농도를 너무 높게 운전할 때 2차 침전지 표면에 스컴이 뜨고 pin floc이 유출된다.
● 개 선 2차 침전지 표면 스컴 제거를 위해 스컴 배출장치를 수면과 같은 높이로 설치하여 스컴 제거가 용이하도록 시설을 개선했다. 또 살수설비도 설치했다. 또 2차 침전지 후단에 막공경 10㎛의 Disk Filter를 설치하여 pin floc 유출을 차단했다. 방류수 SS농도는 연평균 1.2㎎/L 정도로 유지했다.
▲ 스컴배출장치를 수면과 같은 높이로 설치하여 스컴제거가 용이하도록 시설을 개선했다.
▲ 2차 침전지에 스컴 제거를 위한 살수설비 설치 모습.
▲ pin-floc 유출을 방지하기 위하여 막공경 10㎛인 Disk Filter를 설치했다.
▲ Disk Filter를 설치하여 방류수 SS농도를 연평균 1.2㎎/L 정도로 유지했다.
② 의성하수처리장 탈수슬러지를 지렁이 먹이로 재활용시 문제점 및 개선사례
■ 문제점 A2O 변형공법으로 1차 침전지가 있으며, 생슬러지가 발생되는 구조로 생슬러지와 잉여슬러지를 혼합탈수 시 지렁이 먹이로 부적합하다. ● 개 선 생슬러지를 직접 농축슬러지 저류조로 인발하지 않고 분뇨 저류조에 유입, 분뇨와 혼합시켜 5일 정도 체류시켜 유기산 발효과정을 거친 다음, 전량 생물반응조로 유입시켜 미생물에 의한 생물학적 처리를 하고, 최종적으로 잉여슬러지만 인발하여 탈수함으로써 부패가 잘되지 않고, 악취가 적은 지렁이먹이로 적합한 하수슬러지를 생산하게 됐다.
■ 문제점 지렁이의 상태 및 계절에 따라 지렁이 먹이의 양이 달라지므로 하수슬러지를 반출할 수 있는 주기가 불규칙하여 하수처리장 운영에 어려움이 있었다. ● 개 선 유량조정조 일부를 농축슬러지 저장조로 이용, 농축슬러지를 1개월 이상 저류가 가능하도록 하여, 지렁이사육농가에서 필요로 할 때 탈수하여 하수슬러지를 반출함으로써 해결했다.
■ 문제점 하수슬러지를 사료로 하여 지렁이를 사육 시, 사료의 품질에 따라 지렁이의 생산량이 크게 좌우됨에 따라 하수슬러지의 품질이 좋을 경우 신뢰감을 주고, 처리비용을 낮출 수도 있지만, 품질이 불량할 경우 처리비용상승 또는 계약파기로 이어질 수도 있다. ● 개 선 안정적인 하수슬러지를 공급하기 위하여 슬러지 탈수 시 고액분리가 어느 정도 이루어진 약품응집 슬러지에 다시 세척수를 살수하고, 여과 탈수하여 슬러지 품질 개선하여 지렁이 사육농가에 신뢰감을 줬다.
▲ 응집된 슬러지가 회전하는 드럼스크린을 거치면서 여과되어 슬러지만 벨트로 떨어진다.
▲ 벨트를 타고 이송되는 슬러지를 세척해 주기 위한 세척수라인 설치.
▲ 세척수를 살수하여 응집슬러지를 세척하는 모습.
▲ Belt Press로부터 탈수슬러지가 배출되는 모습.
③ 지렁이 사육실험 몇 종류의 하수슬러지에 지렁이를 20여 마리를 투입한 결과, 하루가 지난 후 지렁이 동정을 살펴본 결과 상태가 양호한 슬러지 쪽에 군집해 있었고, 4일 후에는 슬러지 덩어리를 지렁이가 먹고 분변토로 배출했다. 슬러지 안쪽을 살펴본 결과 지렁이의 상태가 양호하고 난포가 여러 개 보였다.
▲ 지렁이 사육농가의 지렁이 사육상 모습.
▲ 지렁이 사육상 내 지렁이 모습.
▲ 몇 종류의 하수슬러지에 지렁이를 20여 마리를 투입했다.
▲ 1일뒤 지렁이 동정을 살펴본 결과 상태가 양호한 슬러지 쪽에 군집해 있다.
▲ 4일 후 슬러지덩어리를 지렁이가 먹고 분변토로 배출한 모습
▲ 슬러지 안쪽을 살펴본 결과 지렁이의 상태가 양호하고 난포가 여러 개 보인다.
▲ 생슬러지에 지렁이 5마리를 투입했다. 좌측가장자리에 잉여슬러지를 조금 넣어둠(화장지에 물을 적셔 덮어둠).
▲ 다음날 지렁이가 모두 잉여슬러지를 넣어둔 좌측 가장자리에 몰려있으며, 생슬러지 표면이 산화되어 변색됐다(악취가 심함).
또한 생슬러지에 지렁이 5마리를 투입, 좌측가장자리에 잉여슬러지를 조금 넣어 두고 화장지에 물을 적셔 덮어두었다. 다음날 지렁이가 모두 잉여슬러지를 넣어둔 좌측 가장자리에 몰려있으며, 생슬러지 표면이 산화되어 변색, 악취가 심하게 났다.
4. 하수슬러지 재활용(지렁이 먹이) 확대 방안
하수슬러지를 지렁이 먹이로 이용하려는 시도는 많았지만 지렁이 사육에 관한 전문 지식부족 등의 이유로 대부분 활성화되지 못하고, 현재는 일부 지렁이 사육농가에서 소량의 하수슬러지를 지렁이 먹이로 이용하고 있다.
의성군 환경사업소 인근 지역의 지렁이 사육농가에 대하여 살펴본 결과, 지렁이 먹이로 적합한 하수슬러지는 중금속 농도가 낮고, 악취 및 부패가 심한 생슬러지가 발생되지 않으며, SRT가 길게 빈부하로 운전되는 산화구법 및 SBR공법, 장기포기법 등 농촌지역의 하수공공처리시설에서 발생되는 하수슬러지이다.
이것에 섬유질을 보충할 수 있는 제지슬러지를 적정비율로 혼합하여 지렁이 먹이로 이용할 경우 안정적이고 지속적인 지렁이 사육 및 하수슬러지의 재활용이 가능할 것이다.
농촌지역 하수처리시설에서 발생되는 하수슬러지를 지렁이 먹이로의 재활용을 확대하기 위해서는 지렁이 사육에 대한 적극적인 연구 및 지원과 규제 개혁이 이루어질 수 있도록 정부, 지방자치단체 및 관련 전문가들의 많은 관심이 있어야 할 것이다. [문의= 054-832-6230]
