In this paper, we propose sludge collection strategies which allocate each sewage store of village to sewage treatment plants and decide the schedule of sludge collection in order to collect sludge efficiently. The strategies aim to decrease transportat

국내 하수처리장의 바이오가스화 시설은 낮은 농축율로 인한 저농도 유입수, 공정 흐름별 운영기술에 대한 노하우 부족 및 관리 미숙으로 인하여 혐기소화 효율이 미국 등 선진국 대비 약 54.2 %에 불과한 실정이다. 환경부는 바이오가스화 효율을 증진하고 하수슬러지를 바이오매스로 활용하기 위하여 2010년부터 전국적으로 에너지자립화 사업을 추진하였다. 특히 혐기소화조가 미설치된 하수처리장을 대상으로 음식물류폐기물과 병합소화시 연계 하수처리장의 유입 수질 등을 사전에 검토한 후 신규 소화조를 건설을 진행하고 있다. 하수슬러지 단독 및 병합처리 시설의 혐기소화조 내부 유출액에 대한 최우점 미생물 종을 분석하고 바이오가스화 시설의 주요 운전인자(유기물부하율, 메탄가스 발생량, C/N 비 등) 간의 정준상관분석을 실시하였다. 하수슬러지 단독 및 병합처리 시설의 상관관계 분포가 뚜렷이 구분되었으며, 메탄가스 생성율은 음폐수의 영향으로 VFAs, C/N비, VS/TS 등과 비례관계를 보임과 동시에 Mesotoga, Methanosaeta 미생물 군이 우점하는 경향을 보였다. 또한 하수슬러지 단독처리 바이오가스화 시설의 혐기소화조에서는 Copro-thermobacter, Methanosarcina 등의 미생물 분포가 높게 나타났다.

하수슬러지 및 음식물류폐기물과 같은 유기성폐기물이 해양투기가 전면 금지되면서 육상처리 및 재활용처리가 관심이 되고 있다. 하수슬러지와 음식물류폐기물을 육상처리할 뿐만 아니라 신재생에너지를 생산할 수 있는 바이오가스화가 그 처리에 좋은 대안으로 부각되고 있다. 최근 하수슬러지 혐기소화시설에서 음식물류폐기물을 병합처리 하는 경향이 늘고 있다. 그러나 운전중인 하수슬러지 바이오가스화 시설은 그 유기물분해율과 메탄생성율 측면에서 그 효율이 매우 저조하며, 음식물류폐기물 바이오가스화 시설은 효율은 많이 증가하였으나 아직까지는 그 안정적 운전이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 최근 하수슬러지와 음식물류폐기물을 병합처리하는 추이에 맞춰 효율성과 안정적 운전에서 문제점을 조사하고 이를 해결할 수 있는 고려인자들을 도출하여 그 가이드라인을 제시하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 하수슬러지만 혐기소화하는 5개 시설과 하수슬러지 혐기소화시 음식물류폐기물을 병합처리하는 9개 시설을 대상으로 현장조사를 실시하였다. 현장조사의 목적은 병합처리 바이오가스화 시설의 문제점들을 조사하고 그 문제점을 해결하기 위한 고려인자들을 도출하는 것이다. 또한 계절별로 하수슬러지 바이오가스화 시설 4개와 병합처리시설 7개에 대하여 정밀모니터링을 실시하였다. 이 정밀모니터링을 통하여 현장조사에서 도출된 고려인자에 대한 구체적인 가이드라인들을 제시하고자 한다. 가이드라인 제시는 전처리 등 6가지 공정별로 하수슬러지와 음식물류폐기물 물성들을 고려하여 제시하였다.

하수슬러지 처리의 상당부분을 차지하던 해양투기가 금지된 이후 육상처리로 전환되면서 하수슬러지의 처리비용은 2배 수준으로 상승하였다. 따라서 하수슬러지의 발생 저감에 이은 처리비용의 절감, 나아가 효율적인 자원화 및 에너지화가 중요한 과제로 부상하였다. 현재 전국에 설치되어 있는 하수슬러지 처리시설의 공법은 건조(건조연료화, 건조자원화, 건조혼소, 건조화 등을 포함), 고화, 부숙화, 소각, 탄화 등으로 분류할 수 있다. 최근 하수슬러지의 자원화 관심이 증대하면서 부숙화와 건조연료화, 탄화 등의 공법이 주목을 받고 있는데 높은 함수율의 하수슬러지를 건조시키는데 많은 연료비가 필요하다는 점이 문제가 되고 있다. 이에 대한 대책의 일환으로 건조비용을 줄이기 위한 다양한 방법이 강구되고 있으나 하수슬러지 처리시설의 운영 시 이에 대한 분석 자료가 충분히 파악되지 못하고 있는 실정이다. 환경에 미치는 영향과 자원화의 경제성이라는 양면 인자의 분석이 이루어져야 실질적인 자원화 공법의 타당성이 평가될 수 있다. 본 연구에서는 하수슬러지 처리시설에서 채택하고 있는 각종 공법 별 특성을 비교 분석하고, 시범지역의 공법 별 처리시설 운영 실태를 분석함으로써 자원화를 지향하는 현 정책의 문제점과 개선사항을 도출하고자 하였다. 하수슬러지 처리시설의 공법 별 처리용량, 사업비, 개소 당 규모 등 기본 인자를 토대로 현황을 조사하고 시범지역에서 공법 별 하수슬러지 처리시설의 세부 운영 자료를 분석, 평가하였다. 또한 각 처리시설의 문제점을 조사하여 개선사항을 도출하고 효율적인 하수슬러지 처리와 자원화를 위한 전망을 제시하였다.

빈번한 조류 발생으로 인한 수질 악화를 완화시키기 위해 2012년부터 총인의 수질 기준이 강화되었으며, 이에 앞서 2010년부터 기존의 하수처리장에 총인 처리시설을 설치하였다. 총인은 생물학적 처리공정에서도 제거할 수 있으나 질소와는 달리 기체로 전환시켜 대기 중으로 확산시키는 형태로 제거할 수 없기 때문에 혐기･(무 산소)･호기 프로세스를 이용하여 미생물에게 인을 과잉 섭취시켜 슬러지의 형태로 제거하는 방법이다. 그러나 이 방법은 국내의 엄격한 인에 대한 수질 기준을 만족시킬 수 없기 때문에 인과 친화성이 높은 알루미늄 분자가 주 원료인 황산반토, PAC 등과 같은 응집제를 이용하여 침전･분리시켜 슬러지의 형태로 처리하고 있는 실정이다. 이러한 인의 처리는 어떤 처리 방법에 있어서도 슬러지의 형태로 계외로 배출되는 특성을 지니고 있다. 결국 총인처리시설의 도입으로 인해 기존에 용존 상태로 공공수역에 방류된 인이 알루미늄과 결합된 슬러지의 형태로 전환되게 되었다. 이와 같이 알루미늄과 결합된 인은 기존의 슬러지 처리시설에서 최종침전지의 슬러지와 함께 각 처리장의 기존 슬러지 처리시설에서 처리되고 있다. 그러나 응집제의 도입과 인의 함유량 증가와 같은 슬러지의 성상이 기존의 슬러지 처리 공정에 미치는 영향에 대해서는 조사된 사례가 없으며, 특히 부숙화나 고화 처리의 경우는 토양 환원시에 알루미늄과 인의 함유량 변화가 작물의 생장이나 토양 생태계에 영향을 미칠 수 있음에도 불구하고 이에 대한 기초적인 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 총인처리시설 도입 후에 처리장내에서의 인과 계외(처리장 외부)로 배출되는 슬러지(부숙토, 고화토 등)중의 인과 함께 알루미늄의 거동에 대해 검토하였다. 연구 대상으로 한 G하수종말처리장의 처리공법은 DNR이며, 잉여 슬러지는 총인슬러지와 함꼐 탈수 후에 부숙처리하고 있다. 먼저 처리장의 월별 운영자료로 인의 수지를 산정한 결과, 총인처리시설에서 제거되는 인의 양은 4.33 kg/d (28.7%)이었으며, 총인처리시설 이전 단계에서의 인 제거량은 4.65 kg/d(30.9%)로 유입되는 인의 약 41%는 생물반응조내의 미생물에 축적되어 있는 것으로 나타났다. 그리고 총인 처리과정에 발생된 슬러지에는 건조중량 기준으로 알루미늄이 254.6 g/kg, 총인이 40.1 g/kg 함유되어 있고, 완제품의 부숙토에는 알루미늄이 49.5 g/kg, 총인이 30.8 g/kg 함유되어 있는 것으로 나타났다. 이는 전술한 인의 수지에 근거해서 재산정하면 총인처리시설의 도입 후에 부숙토 중의 인함량은 약 2배 정도 증가한 것으로 보인다. 한편 알루미늄은 일반 슬러지중의 알루미늄의 함량이 높지 않음을 감안한다면 대부분이 인의 제거를 위해 투입된 황산반토에서 기인된 것로 판단된다. 이와 같이 총인 처리시설의 도입으로 인해 슬러지 중의 알루미늄과 인의 함량은 급격하게 증가되었음이 확인되었다. 한편, pH 2이하의 조건에서 용출시험 결과, 인(T-P)과 알루미늄의 용출 농도는 각각 80 mg/L과 27 mg/L이었으며 pH 4이상의 조건에서는 알루미늄과 인이 안정된 결합상태로 유지하는 것으로 나타났다.

최근 국내 하천 및 호소와 연안해역의 부영양화로 인한 녹조 및 적조현상이 커다란 환경 문제로 대두되고 있으며 용수이용에 지장을 초래하고 있다. 정부의 환경정책이 하수처리체계를 BOD 등 유기물질 처리위주에서 질소･인 처리체계로 전환하여 하천, 호소, 해역의 부영양화를 방지하기 위해 질소･인 등의 방류수 수질기준을 강화하였다. 강화된 방류수 수질기준 준수를 위한 2000년대 이후 하수처리시설의 고도개량사업이 진행되어 2013년말 기준 시설용량 500톤/일이상 하수처리시설의 90%가 고도처리시설을 도입한 실정이다. 본 연구에서는 고도처리공정 도입 전･후의 슬러지 발생량을 비교, 검토하였으며 2013년말 기준 통계자료에 의한 비교, 검토한 결과, 생물학적처리방법으로 처리되는 하수처리시설의 톤당 슬러지 발생원단위는 0.55kg/㎥･일이며 고도처리시설이 도입된 처리시설의 슬러지 발생원단위는 0.48kg/㎥･일로 나타나 고도처리시설 도입후 슬러지 발생량이 저감되는 것으로 분석되었다. 또한 고도처리공법을 크게 A2/O계열, SBR계열, 담체계열, 미생물계열, 막계열, 기타 6계열로 분류하여 고도처리공법 계열별로 슬러지 발생원단위를 비교･검토한 결과 SBR계열 및 담체계열에서 0.50kg/㎥･일의 높은 슬러지 발생원단위를 보였으며 막계열에서 가장 적은 0.30kg/㎥･일의 슬러지 발생원단위를 보였다.