하수처리장에서 발생하는 하수찌꺼기의 함수율 줄여 최종 부피 최대 40%까지 저감

하수찌꺼기에서 탈리여액 내 인(P) 농도 4배까지 개선하여 인(P) 회수 기반 마련

서울시보건환경연구원은 민관 협업을 통해 하수처리장에서 발생하는 하수찌꺼기의 최종 부피를 줄이고 비료의 주원료로 사용되는 인(P)을 회수하는 기술을 개발하여 특허 등록을 완료했다고 밝혔다. 

멤부레인 . 팔터 프레스

연구원은 지난해부터 (주)바이오에너지개발 및 서남물재생센터와 공동으로 연구과제를 추진하여 서남물재생센터에서 발생하는 하수찌꺼기의 수분을 줄여 부피를 최소화하고 인(P)까지 회수하는 기술을 특허 등록하였다. 

특허 기술명은『하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치 및 이를 통해 초음파를 이용한 인 회수 방법』(등록번호: 제10-2191378-0000)이며, 하수찌꺼기에 초음파 처리를 하고 멤브레인-필터프레스를 통해 가압탈수하여 탈수케？의 함수율을 낮추고 탈리여액에 포함된 고농도의 인(P)회수가 가능하다. 

2018년 하수도 통계에 따르면 전국 하수처리장에서 발생하는 하수찌꺼기 발생량은 연간 약 409만 톤이며 그 중 대략 70만 톤은 서울시에서 발생하는 것으로 알려져 하수찌꺼기 처리대책 마련이 시급한 실정이다. 

국내 하수처리장은 2012년 폐기물의 해양투기를 규제하는 런던협약에 따라 하수찌꺼기를 대부분 육상에서 소각하거나 매립하고 있다. 

이번에 등록된 특허는 하수찌꺼기 탈수 및 폐기물 자원화와 관련된 기술로써 보통 안경점의 초음파세척기에서 많이 활용되는 초음파에너지와 멤브레인-필터프레스를 융합하여 개발하였다. 

전체 처리공정은 하수찌꺼기를 초음파 용출조에 넣고 초음파 처리 후, 탈수 보조제(폴리머)를 투입한다. 응집된 하수찌꺼기를 멤브레인-필터프레스를 통해 탈수하고, 그 과정에서 부산물로 생성된 물인 탈리여액에서 인(P)을 회수한다. 

▲ 초음파 용출조

핵심기술인 초음파 용출조는 인간이 들을 수 있는 최대 주파수(20kHz) 이상을 갖는 음파인 초음파를 통해 하수찌꺼기에 포함된 미생물 세포를 파괴하고 표면적을 증가시켜 수분 배출을 촉진하는 역할을 한다.

멤브레인-필터프레스는 하수찌꺼기에 강한 압력을 가하여 수분을 줄이는 방법으로 여과판에 하수찌꺼기를 넣고 1차 탈수한 후 멤브레인 필터에 고압의 가압수를 다시 주입하여 두 번에 걸쳐 탈수케？의 함수율을 대폭 낮추는 공정이다. 

이 기술을 활용해 소규모의 현장 실험을 한 결과, 하수찌꺼기의 함수율은 54%로 기존에 보급된 원심탈수기를 활용했을 때 함수율(약 78%)에 비해 약 24%P 낮춰, 최종 하수찌꺼기의 부피를 약 40%까지 저감할 수 있음을 확인했다. 이 기술이 현장에 적용될 경우 전체 하수처리비용 중 많은 비중을 차지하는 슬러지 처리 비용이 대폭 절감될 것으로 기대를 모으고 있다. 

특히, 하수찌꺼기에 초음파 처리를 통해 탈리여액 내 인(P) 농도를 4배 이상 높여 인(P) 회수 기술의 경제성을 한층 향상시켰다는 평가를 받고 있다. 

보통 탈리여액 내 인(P) 농도는 50mg/L수준이었으나 본 기술을 통해 단시간(20분)에 인(P)농도가 214.9mg/L까지 증가하였다. 

한편, 이번 기술 개발은 보건환경연구원이 지난 2017년 하수찌꺼기 소각재에서 인(P) 회수기술 개발(특허 : 하수슬러지 소각재로부터 인(P)의 회수방법)에 이어 인(P) 회수 대상을 하수찌꺼기로 확대하여 얻은 두 번째 연구 성과이다. 

기술 개발을 주도한 서울시보건환경연구원 최예덕 연구사는 “이번 특허 기술은 하수찌꺼기의 함수율을 줄이고 인(P) 회수까지 가능하여 두 마리 토끼를 모두 잡은 셈이다.”라며 “향후에는 하수찌꺼기 및 소각재의 재활용과 자원화를 위한 기반 기술 개발에 연구 역량을 집중하겠다.”라고 포부를 밝혔다. 

하수찌꺼기 탈수 및 인(P) 회수 시스템 조감도

신용승 서울시보건환경연구원장은 “부존자원이 부족한 국내 현실에서 앞으로 폐기물의 자원화 기술 개발은 선택이 아닌 필수로 인식하고 대응해야 한다.”라면서 “연구원이 민관협업을 통해 지속적인 연구개발(R&D)의 중심지로서 우뚝 설 수 있도록 물심양면으로 지원을 아끼지 않겠다.”라고 밝혔다.