현풍하수처리장, 슬러지 처리 효율화 추진
산기관·송풍기 개선…악취 억제·슬러지 탈수효율 향상
슬러지 함수율 2.3% 감소…연간 1천만원 처리비용 절감
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대구광역시 환경시설공단 달성사업소는 현풍공공하수처리시설의 배양조, 혼합슬러지조, 농축저류조에 공기의 공급이 원활하지 않아 △Pellet과 Stone 등 충진제 과다 소모 △산기관의 잦은 막힘 현상에 따른 농축저류조의 혐기성 현상에 의한 다량의 악취 발생 △탈수효율 저하로 탈수슬러지 함수율 증가 등의 문제를 개선하고 슬러지처리 설비의 효율화를 위한 연구를 진행했다.
이에 따라 산기관을 다공관식에서 오리피스 산기관으로 변경해 시설개선에 의한 저류조 내 원활한 포기로 악취발생 억제 및 슬러지 탈수효율을 향상시키고자 실험을 실시했다.
이번 실험에서는 산기관 개체 및 송풍기를 단독으로 개선함으로써 각 슬러지조 내 포기를 원활하게 유지해 슬러지 처리의 안정화를 도출했다. 우선, 산기관의 막힘 현상을 제거해 슬러지의 누적현상을 방지했으며 통성 상태를 유지해 악취발생 감소효과가 있는 것으로 나타났다.
또한, 탈수효율이 양호해 함수율이 2.3% 감소됨으로써 탈수슬러지 배출량 감소에 따른 처리비용 절감 효과가 연간 1천만 원에 달하는 것으로 조사됐다. 달성사업소의 ‘슬러지처리설비 효율적 운영방안’연구 사례를 소개한다 [편집자 주]
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| ▲ 대구시 환경시설공단 달성사업소는 현풍하수처리장의 배양조, 혼합슬러지조, 농축저류조에 공기의 공급이 원활하지 않아 Pellet과 Stone 등 충진제 과다 소모, 산기관의 잦은 막힘 현상에 따른 농축저류조의 혐기성 현상에 의한 다량의 악취 발생, 탈수효율 저하로 탈수슬러지 함수율 증가 등의 문제를 개선하고 슬러지처리 설비의 효율화를 위한 연구를 진행했다. 사진은 현풍하수처리장 생물반응조(위쪽)와 여과기. |
Bio-Reactor 이용한 슬러지 처리
■ 서 론 대구광역시 현풍공공하수처리시설에서 운영 중인 슬러지처리 설비는 ‘HBR-PROCESS’이며, 이는 미생물배양조에서 토양성 미생물을 증식·배양시키는 것으로 배양조에는 부식토 성상의 Pellet과 Stone을 충진한 미생물 반응기(Bio-Reactor)가 병설된다.
배양조는 토양미생물의 활성을 유지할 수 있는 시간과 공간을 제공해 주는 역할을 하므로 배양조의 용량과 배양 일수는 매우 중요하며 이러한 배양조의 용량인 유입 슬러지량(잉여)의 체류시간은 24∼48시간이 적절하다. 제동(1994년)의 연구에 의하면 이러한 배양조에서는 일반대사 기능을 갖는 토양 미생물군이 선택적으로 배양·증식되어 방향족 대사를 활성화시키는 것으로 알려져 있다.
토양미생물을 이용한 하·폐수 처리에 있어서 가장 기본이 되는 이론은 부식화 반응이다. 이러한 부식화 반응을 촉진해 하·폐수 처리에 적용키 위해서 토양에 오수를 살포하는 대신, 오수 중에 활성화된 토양을 주입한 후 농축 분리된 슬러지를 활성화된 토양물질에 접촉시켜 토양 중에 있는 것과 같은 부식화 반응을 진행시키는데, 이와 같은 슬러지 배양은 표준활성슬러지법과는 구분되는 토양미생물을 이용하는 공법의 큰 특징으로 볼 수 있다.
부식화 반응의 촉진을 위해서 과도한 포기는 오히려 유해할 수 있으며, 혐기적인 환경은 필수이므로 간헐적인 포기를 행해 부식화반응을 촉진할 수 있는 환경을 조성하는 것을 기본원리로 한다.
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| ▲ [그림 1] 슬러지 처리 개통도 |
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| ▲ [표 1] 슬러지 처리 시설 현황 |
미생물이 악취·영양염류 제거
이 방법으로 배양조에서 토양성 미생물을 일정기간 순응시키면 호기성, 혐기성 미생물들이 혼합된 통성의 토양미생물로 안정화되면서 정상적으로 신진대사 활동이 시작되고 이후 활발한 악취 및 영양염류 제거 작용이 일어난다.
즉, 배양조는 토양성 미생물들이 가장 양호하게 배양·번식할 수 있는 토양 속의 자연 환경조건과 유사한 환경을 조성시키는 장치로서 배양조 내에 부정형의 괴상, 원동형, 구형 등으로 압축된 토양 또는 부식토 또는 토양성 미생물들의 작용에 의해 정화 처리된 과정에서 생성된 슬러지 결정체와 규산질이 함유된 경석, 제오라이트 또는 맥반석 계통의 쇄석으로 구성된 활성제를 배양조에 충진시키고 최종 침전지에서 반송되는 슬러지의 일부를 일정시간 통성상태로 유지하면서 접촉시키면 일반 토양성 미생물과 더불어 Bacillus, TioBacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Acinetobacter, Aeromonas 등이 배양 증식된다.
토양의 표면에 분포되어 있는 부식토는 스스로가 유기질 등의 오염물질을 부식화하는 기능이 있다. 즉, 부식토 내에 함유되어 있는 토양성 미생물들에 의해 이와 같은 작용이 일어나게 된다.
이 원리에 의해서 오염물질들이 반복적으로 발생되면 지표면에서는 계속적으로 반복해서 토양성미생물의 작용에 의해 부식토가 형성된다. 부식토와 토탄에는 토양성미생물이 서식하며 이러한 미생물들은 통기성·통성혐기성에 가까운 미생물들로서, 오염물질을 부식화 시키는 자연원리를 토양이 아닌 수액 상태의 하·폐수 정화처리에 적용시킨 것이다.
원활한 공기공급 위해 시설개선
다시 말해서 토양 환경에 가까운 조건을 부여하면 토양성미생물은 배양·번식될 것이고, 토양성 미생물이 배양되면 대사산물이 자연적으로 배출되기 때문에 자연계에 존재하는 부식토 또는 토탄과 규소성분이 함유되는 경석 또는 맥반석 제오라이트를 혼합시킨 환경에서 통성상태를 유지해주면 활발한 토양성 미생물이 배양·증식된다.
이를 실용화하기 위해 토탄이나 부식토를 난용으로 압축한 부정형의 괴상, 원통형, 구형 등의 입상으로 형성시키고, 유기성 슬러지와 접촉시키면서 간혈적으로 포기를 계속하면 토양성 미생물들이 배양·번식되며, 배양 번식된 슬러지에서는 흙 냄새가 나게 된다.
이를 혐기-무산소-호기상태의 조건에서 유기성 하·폐수와 혼합 접촉시키면 응집, 결합, 중축합, 산화, 환원반응에 의해 악취와 질소·인이 제거되고, 슬러지는 부식화 상태로 안정화되어 악취가 발생하지 않는다.
이번 실험은 배양조, 혼합슬러지조, 농축저류조에 공기의 공급이 원활하지 않아서 충진제인 Pellet과 Stone의 과다 소모와 산기관의 잦은 막힘 현상에 따른 농축저류조의 혐기성 현상으로 악취 다량 발생 및 탈수효율 저하로 탈수슬러지 함수율이 증가함에 따라 산기관을 다공관식에서 오리피스 산기관으로 변경 등 시설개선에 의한 저류조 내 원활한 포기로 악취발생 억제 및 슬러지 탈수효율을 향상시키고자 실험을 실시했다.
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| ▲ [표 2] 슬러지 처리 시설 개선사항 |
오리피스 산기관으로 변경
■ 실험방법 이번 실험을 위해 농축슬러지조 다공관 분사식 산기관을 오리피스 산기관으로 변경하고 원활한 포기를 위해 송풍기를 농축슬러지조에 단독으로 설치했으며, 2010년 3월 잉여슬러지 투입배관을 배양조 전단부로 이전 설치 완료 후, 기존 송풍기는 배양조와 혼합슬러지조 전용으로 활용하고 4월부터 6월까지 현장실험을 수행했다. 측정방법은 설치 전·후로 구분해 주 3회 이상 직접관능법으로 악취를 측정하고 탈수슬러지 함수율을 비교 분석했다.
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| ▲ [그림 2] 개선 전 |
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| ▲ [그림 3] 개선 후 |
악취발생 줄고 탈수효율 양호
■ 실험결과 슬러지 처리 시설 내에서 주 3회 정도 직접관능법으로 개선 전·후 악취를 측정해 비교 분석한 결과 악취 감도가 3도에서 1도 정도로 발생이 감소된 것으로 나타났다.
탈수슬러지 함수율의 경우, [표 3]에서와 같이 원활한 포기가 이뤄짐으로 농축슬러지조 슬러지 상태가 통성상태로 유지돼 개선 전·후 함수율이 81.1%에서 78.8%로 감소 된 것을 알 수 있다.
이런 현상은 최종 침전조에서 반송되는 슬러지를 토양성미생물과 일정시간 통성 상태를 유지하면서 생슬러지와 혼합 접촉시키면 응집, 결합, 산화, 환원 반응에 의해 악취가 제거되고 슬러지 또한 부식화 상태로 안정화돼, 탈수효율도 양호해지는 것으로 판단된다.
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| ▲ [표 3] 개선 전·후 비교 |
슬러지 처리 안정화 도출
■ 결 론 이번 실험에서는 산기관 개체 및 송풍기를 단독으로 시설개선함으로써 각 슬러지조 내 포기를 원활하게 유지해 슬러지 처리의 안정화를 도출했다. 실험의 결과를 요약하면 우선, 산기관의 막힘 현상을 제거함으로써 슬러지의 누적현상을 방지하고 통성상태를 유지해 악취발생 감소효과가 있는 것으로 나타났다.
또한, 탈수효율이 양호해 함수율이 2.3% 감소됨으로서 탈수슬러지 배출량 감소에 따른 처리비용이 연간 1천만 원 정도 절감효과가 있는 것으로 사료된다.
공동연구자
대구광역시 환경시설공단 달성사업소
김형일, 이영식, 이현욱, 김미경, 이상헌
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