[논문]음폐수 공공하수처리시설 연계처리 타당성 평가 - P시 사례 -

박종훈; 강신영; 김상현

doi:10.17137/korrae.2016.24.2.41

음폐수 공공하수처리시설 연계처리 타당성 평가 - P시 사례 -
Feasibility Study on the Treatment of Food Waste Leachate in Municipal Wastewater Treatment Facility - Case of P city - 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.24 no.2, 2016년, pp.41 - 49

박종훈 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 강신영 (대구대학교 환경공학과) , 김상현 (대구대학교 환경공학과)

초록
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P시에서는 음폐수 처리를 위해 병합처리시설을 설치하였으나, 음폐수 발생량 대비 처리용량이 부족한 실정이다. 또한 병합처리시설 방류수는 인근 바다로 직방류 되고 있어 환경적 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 P하수처리장을 대상으로 P시 발생 음폐수 처리 초과 분량 및 병합처리시설 방류수 연계처리 가능성을 검토하였다. 예상 가능한 4개의 시나리오를 세운 후, 각각의 최대 음폐수 및 병합처리시설 방류수 허용 투입량을 산정 하고, 투입 후 P하수처리장 유입수 성상 변화및 시나리오별 예상 처리비용을 비교 하였다. 검토된 모든 시나리오에서 환경부의 음폐수 병합처리 업무지침을 준수하면서 음폐수 및 병합처리시설 방류수 대부분을 P하수처리장에 연계 처리 가능하며 하수처리장 부하에도 큰 영향을 주지 않을 것으로 산정 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

P city government considers to treat a part of food waste leachate in a municipal wastewater treatment plant (MWWTP), as the capacity of an existing combined treatment plant for food waste leachate is lower than the generation of food waste leachate in the city. Furthermore, the combined treatment plant also treats landfill leachate and directly discharges the effluent to the sea, which may result in a potential environmental problem. Therefore, this study examined the feasibility of the addition of food waste leachate and the effluent of the combined treatment facility on the MWWTP. Acceptable addition amount of the food waste streams, increased pollution loading on the MWWTP, and the treatment cost were estimated according to four scenarios. All the scenarios estimated that the MWWTP would receive most of the food waste streams according to the manual of the ministry of environment with little increase of pollution loading.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 P하수처리장을 대상으로 P시 발생 음폐수 및 병합처리시설 방류수를 연계처리 방안 제시에 목적을 두었다. 이를 위해 P시 발생 음폐수 및 침출수 발생 현황, 음폐수병합처리시설 방류수 현황, P하수처리장 유입 및 운영 현황을 조사하였으며 P시 발생 음폐수, 3상분리 후 음폐수, 제1매립장 침출수, 병합처리시설 방류수를 분석하였다.
또한, 처리 성능 안정화로 인근 바다로 방류되고 있는 음폐수 병합처리시설의 방류수가 배출허용기준은 대체로 만족하고 있으나, 음폐수 성상 변동 등으로 인해 처리 효율이 저하될 경우와 방류수 내 저농도 오염물질이 수계와 해양에 미치는 장기적인 영향을 고려하여 이에 대한 대응 방안이 함께 요구되고 있다. 본 연구에서는 P시 발생 음폐수 초과 분량(최대 122.8, 평균 62.3 톤/일) 및 병합처리시설 방류수(최대 343, 평균 332 톤/일)를 인근에 소재한 P하수처리장(시설용량 232,000 톤/일)에 연계 처리하는 것의 타당성을 검토하고 연계 방안을 제시하고자 하였다.
2 mg/L) 에 비해 유입수의 오염물질 농도가 낮은 편이다. 음폐수 P하수처리장 연계처리 가능성을 고찰하기 위해 타 자치단체 음폐수 연계 사례를 조사하였다. 음폐수 해양배출 금지 이후 수도권에 위치한 처리업체의 경우 대부분 매립지 및 하수처리장 처리로 전환하였으며, 지방의 경우 민간 바이오가스처리시설 및 자체처리, 하수처리를 하고 있는 것으로 조사되었다.

가설 설정

시나리오3의 경우 병합처리시설 방류수 및 제2매립장 침출수처리시설 방류수 전량 그리고 음폐수 전량을 관거 신설을 통해 P하수처리장 1, 2단계로 투입한다. 마지막으로 시나리오 4의 경우 병합처리시설 방류수 및 제2매립장 침출수처리시설 방류수 전량을 관거 신설을 통해 P하수처리장 1, 2단계로 투입하며, 현재 사용하고 있지 않은 P하수처리장 1단계의 소화조를 개보수하고 음폐수를 트럭 이용 소화조로 이송 후 소화액은 탈수기를 거쳐 1단계 전무산소조로 투입한다고 가정하였다. 이 때 소화조 유기물 감량율을 T-N 10%, T-P 10% 로 가정하였다.
음폐수 및 병합처리시설 방류수 하수처리장 연계방안으로 네 가지 시나리오를 산정하였다. 시나리오 1의 경우 음폐수를 트럭으로 이송하여 P하수처리장 1, 2단계 침사지로 투입을 가정하였으며 시나리오 2의 경우 병합처리시설 방류수 전량을 관거 신설을 통해 P하수처리장 1, 2단계로 투입하며 음폐수의 경우 시나리오 1과 같이 처리한다. 시나리오3의 경우 병합처리시설 방류수 및 제2매립장 침출수처리시설 방류수 전량 그리고 음폐수 전량을 관거 신설을 통해 P하수처리장 1, 2단계로 투입한다.
6 톤/일)로 추산된다. 음폐수병합처리시설의 안정적 운전을 위한 처리용량을 고려할 때 발생한 음폐수는 음폐수병합처리시설에서 최소 28.1 톤/일 (최대 43.9 톤/일) 처리 가능하다고 가정하였으며 이 때 별도의 음폐수 처리 요구량은 평균 62.3 톤/일(최대 102.5 톤/일)로 추산된다. 음폐수 및 병합처리시설 방류수 하수처리장 연계방안으로 네 가지 시나리오를 산정하였다.
마지막으로 시나리오 4의 경우 병합처리시설 방류수 및 제2매립장 침출수처리시설 방류수 전량을 관거 신설을 통해 P하수처리장 1, 2단계로 투입하며, 현재 사용하고 있지 않은 P하수처리장 1단계의 소화조를 개보수하고 음폐수를 트럭 이용 소화조로 이송 후 소화액은 탈수기를 거쳐 1단계 전무산소조로 투입한다고 가정하였다. 이 때 소화조 유기물 감량율을 T-N 10%, T-P 10% 로 가정하였다. 환경부에서 고시한 음폐수 하수연계처리 관련 법규를 고려한 시나리오별 음폐수 허용 투입량을 산정한 결과를 표 4에 정리하였다.

제안 방법

2) 음폐수를 직 ⋅ 간접적으로 하수처리장에 연계 처리하는 타 자치단체 사례를 조사하였으며 환경부에서 고시한 음폐수 하수연계처리 관련 법규에 따라 음폐수 및 병합처리시설 방류수를 대상으로 하수처리장 연계 방안을 검토하였다.
P시에서는 음폐수의 육상처리를 위해 P시 소재 매립장 기존 침출수 처리장에 음폐수를 연계하는 병합 처리시설 설치 ⋅ 시운전 하였다.
본 연구진행을 위해 P시 음식물쓰레기, 음폐수, 침출수 발생 현황, 병합처리시설 방류수 현황, P시 하수처리장 유입 및 운영 현황을 조사하였다. 각 수질은 1달 간격으로 6회 분석한 평균 및 최대값을 사용하였으며, 분석 방법은 Standard methods를 준수하여 BOD, COD_Mn, COD_Cr, SS, n-Hexane, T-N, T-P를 분석하였다.²⁾ 음폐수를 직 ⋅ 간접적으로 하수처리장에 연계 처리하는 타 자치단체 사례를 조사하였으며 환경부에서 고시한 음폐수 하수연계처리 관련 법규에 따라 음폐수 및 병합처리시설 방류수를 대상으로 하수처리장 연계 방안을 검토하였다.
본 연구진행을 위해 P시 음식물쓰레기, 음폐수, 침출수 발생 현황, 병합처리시설 방류수 현황, P시 하수처리장 유입 및 운영 현황을 조사하였다. 각 수질은 1달 간격으로 6회 분석한 평균 및 최대값을 사용하였으며, 분석 방법은 Standard methods를 준수하여 BOD, COD_Mn, COD_Cr, SS, n-Hexane, T-N, T-P를 분석하였다.
음폐수 및 병합처리방류수 하수 연계처리 시나리오별 트럭연계 및 관거 설치 시 비용 산정을 실시하였다. 도로를 이용하였을때 건식 사료화 업체인 Y산업에서 P하수처리장의 거리는 7.
5 톤/일)로 추산된다. 음폐수 및 병합처리시설 방류수 하수처리장 연계방안으로 네 가지 시나리오를 산정하였다. 시나리오 1의 경우 음폐수를 트럭으로 이송하여 P하수처리장 1, 2단계 침사지로 투입을 가정하였으며 시나리오 2의 경우 병합처리시설 방류수 전량을 관거 신설을 통해 P하수처리장 1, 2단계로 투입하며 음폐수의 경우 시나리오 1과 같이 처리한다.
음폐수 및 병합처리시설 방류수에 대하여 복수의 시나리오로 하수처리장 연계를 실시하였을 때의 이론적 음폐수 및 방류수 허용 투입량과 투입 시 하수처리장 유입수 농도를 산정하였다. 음폐수의 농도 및 병합처리시설 방류수의 발생량과 농도는 표 1과 같으며 P시 발생 음식물쓰레기 전량을 Y업체에서 처리한다고 가정할 경우 음폐수 발생량은 평균 106.
음폐수를 직⋅간접적으로 하수처리장에 연계 처리하는 타 자치단체 사례를 조사하였으며 환경부에서 고시한 음폐수 하수연계처리 관련 법규에 따라 음폐수 및 병합처리시설 방류수를 대상으로 하수처리장 연계 방안을 4개의 시나리오로 세분화하여 제시하였다.
본 연구는 P하수처리장을 대상으로 P시 발생 음폐수 및 병합처리시설 방류수를 연계처리 방안 제시에 목적을 두었다. 이를 위해 P시 발생 음폐수 및 침출수 발생 현황, 음폐수병합처리시설 방류수 현황, P하수처리장 유입 및 운영 현황을 조사하였으며 P시 발생 음폐수, 3상분리 후 음폐수, 제1매립장 침출수, 병합처리시설 방류수를 분석하였다. 음폐수를 직⋅간접적으로 하수처리장에 연계 처리하는 타 자치단체 사례를 조사하였으며 환경부에서 고시한 음폐수 하수연계처리 관련 법규에 따라 음폐수 및 병합처리시설 방류수를 대상으로 하수처리장 연계 방안을 4개의 시나리오로 세분화하여 제시하였다.

성능/효과

53 km 였으며, 탱크로리 트럭 기준 일일 109톤 이하의 음폐수를 365일 운송한다고 가정하였을 때 연간 181,049,490원으로 나타났다.¹⁰⁾ 병합처리시설에서 3.6 km 거리에 위치한 공단 P/S로 관거를 신설한다고 가정하였을 때의 예상 관거건설비는 1,536,000,000원으로 나타났으며, 내구연한을 20년, 이자율을 5%로 산정하여 연간 비용을 산정하였을 때 123,250,000원으로 산정되었다.¹¹⁾ 연계처리 시나리오별 설치 비용을 표 6에 정리하였다.
음폐수 해양배출 금지 이후 수도권에 위치한 처리업체의 경우 대부분 매립지 및 하수처리장 처리로 전환하였으며, 지방의 경우 민간 바이오가스처리시설 및 자체처리, 하수처리를 하고 있는 것으로 조사되었다.⁶⁾ 공공시설은 대부분 하수연계 처리로 음폐수를 처리하고 있으며, 일부 지자체와 계약을 맺은 민간시설의 경우 해당 지자체 시설(소각장 및 하수처리장)을 이용하여 음폐수를 처리하고 있었다. 표 3과 같이, 조사된 32개소의 공공시설 중 관거를 이용하여 인근 하수처리장에 연계처리하는 사례가 19개소로 59.
3%의 높은 비율을 보여주었다.⁷⁾ 관련 법규를 조사한 결과 환경부는 공공하수도시설 운영관리 업무지침을 통해 하수연계 처리 시 음폐수의 총질소 및 총인 부하량을 설계시 유입하수 오염부하량의 10% 이내로 제한하고 있었으며 이에 따라 음폐수 투입 가능량을 산정하였다.^3,8)
음폐수병합처리시설에는 음폐수와 매립장 침출수(평균 200 톤/일), 응축수(평균 30 톤/일)가 함께 유입되며 방류수는 평균 274 톤/일(최대 284 톤/일)의 유량으로 인근 바다로 방류된다. 방류수의 수질은 BOD 평균 14.8 mg/L(최대 28.3 mg/L), COD_Cr 평균 328.7 mg/L(최대 473.0 mg/L), SS 평균 58.5 mg/L(최대 68.0 mg/L), TN 평균 35.1 mg/L(최대 42.6 mg/L), TP 평균 5.9 mg/L(최대 8.5 mg/L)로 나타났다.
1톤/일)은 음폐수 병합처리장으로 이송되고 나머지는 타 시 소재 혐기성소화 시설에 위탁처리 하고 있다. 음폐수의 성상은 BOD 평균 70.1 g/L (최대 93.0 g/L), COD_Cr평균 95.7 g/L (최대 99.9 g/L), SS 평균 57.1 g/L (최대 73.1 g/L), TN 평균 4.9 g/L(최대 5.4 g/L), TP 평균 0.5 g/L(최대 0.7 g/L)였으며, n-hexane은 평균 10.9 g/L(최대 10.9 g/L)로 n-hexane/COD_Cr 비로 미루어 하수처리장 연계처리 시 타 항목 대비 문제를 발생시킬 소지가 크지 않은 것으로 파악되었다. 해당 시의 경우 2013년 이후 음식물쓰레기 발생량 및 음식물쓰레기 처리량 대비 음폐수 발생량이 줄어드는 경향이 있어 외부위탁 처리없이 P시 음식물류 폐기물 발생 전량을 음폐수로 전환할 경우, 2020년까지 음폐수 발생량이 평균 106.
⁶⁾ 공공시설은 대부분 하수연계 처리로 음폐수를 처리하고 있으며, 일부 지자체와 계약을 맺은 민간시설의 경우 해당 지자체 시설(소각장 및 하수처리장)을 이용하여 음폐수를 처리하고 있었다. 표 3과 같이, 조사된 32개소의 공공시설 중 관거를 이용하여 인근 하수처리장에 연계처리하는 사례가 19개소로 59.3%의 높은 비율을 보여주었다.⁷⁾ 관련 법규를 조사한 결과 환경부는 공공하수도시설 운영관리 업무지침을 통해 하수연계 처리 시 음폐수의 총질소 및 총인 부하량을 설계시 유입하수 오염부하량의 10% 이내로 제한하고 있었으며 이에 따라 음폐수 투입 가능량을 산정하였다.

후속연구

시나리오 2의 경우 구무천 직방류 문제를 해결할 수 있으며, 음폐수 허용 투입량이 시나리오 1에 비해 크게 떨어지지 않는 장점이 있다. 기존 구무천으로 직방류하던 음폐수병합처리시설 방류수 및 제2매립장 침출 처리수를 안정적으로 P하수처리장에 연계처리할 수 있어 2021년 이후 별도의 음폐수 및 음식물쓰레기 처리방안이 적용되는 경우에도, 병합 처리시설은 침출수 처리용으로 사용될 예정이므로 방류수에 대한 안정적인 관리운영 방안은 장기적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 단, 관거 설치비용과 시나리오 1에서 언급된 운송 비용이 상존한다는 단점이 있다.
시나리오별 음폐수 투입가능량은 네 가지 시나리오 모두 평균치에서는 음폐수 투입가능량이 음폐수 추가 처리 요구량을 상회하나 최대 농도 및 유량일 경우에 추가 처리 요구량 미만의 투입 가능량을 나타내어 P하수처리장 연계처리시 위탁처리나 P업체 폐수처리장 연계처리 등의 보조처리 방안이 수반되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	트럭연계 및 관거 설치 시 비용 산정 결과는?	음폐수 및 병합처리방류수 하수 연계처리 시나리오별 트럭연계 및 관거 설치 시 비용 산정을 실시하였다. 도로를 이용하였을때 건식 사료화 업체인 Y산업에서 P하수처리장의 거리는 7.53 km 였으며, 탱크로리 트럭 기준 일일 109톤 이하의 음폐수를 365일 운송한다고 가정하였을 때 연간 181,049,490원으로 나타났다.10) 병합처리시설에서 3.6 km 거리에 위치한 공단 P/S로 관거를 신설한다고 가정하였을 때의 예상 관거건설비는 1,536,000,000원으로 나타났으며, 내구연한을 20년, 이자율을 5%로 산정하여 연간 비용을 산정하였을 때 123,250,000원으로 산정되었다.11) 연계처리 시나리오별 설치 비용을 표 6에 정리하였다.
	우리나라의 대표적 유기성고형폐기물는?	우리나라의 대표적 유기성고형폐기물인 음식물쓰레기는 2005년 직매립이 금지됨에 따라 100% 재활용되고 있다. 그러나, 재활용 되는 양의 90% 수준을 차지하는 퇴비화‧사료화 과정에서 고농도의 음식물쓰레기 폐수(음폐수)가 다량 발생하여 또 다른 환경 오염원이 되고 있다.
	음폐수의 육상처리가 환경현안으로 대두된 이유는?	그러나, 재활용 되는 양의 90% 수준을 차지하는 퇴비화‧사료화 과정에서 고농도의 음식물쓰레기 폐수(음폐수)가 다량 발생하여 또 다른 환경 오염원이 되고 있다. 특히 런던협약 이행을 위해 음폐수의 해양배출이 2013년부터 금지됨에 따라 음폐수의 육상처리가 환경현안으로 대두되었다. P시에서는 음폐수의 육상처리를 위해 P시 소재 매립장 기존 침출수 처리장에 음폐수를 연계하는 병합 처리시설 설치⋅시운전 하였다.

참고문헌 (11)

[(주)에코다임, "포항시 음폐수 처리시설 진단 보고서"] Ecodigm INC., "Diagnosis of food waste leachate treatment facilities in Pohang-si", (2015).
APHA, AWWA, and WEF. "Standard methods for the examination of water and wastewater", 20th ed., Washington, D.C., USA (1998).
[환경부, "공공하수도시설 운영관리 업무지침"] Ministry of Environment, "A business index of operation management to public wastewater treatment facilities", (2013).
[포항시, "포항시 음폐수 발생량"] Pohang-si city government, "Current status of food waste leachate generation in Pohang-si", (2015).
[포항시, "2015년(2014년도 사업실적) 하수도사업 경영실적 보고서"] Pohang-si city government, "Business result report of wastewater treatment in 2014(written in 2015)", (2015).
[환경부, "음식물류폐기물 관리정책 방향 및 개선방안 연구"] Ministry of Environment, "Research on the improvement measures and direction in management policy of food waste", (2012).
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[환경부, "공공하수도시설 설치사업 업무지침"] Ministry of Environment, "A business index of installation business to public wastewater treatment facilities", (2014).
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[한국환경공단, "유사석유제품 운송용역 계약특수조건"] Korea Environment Corporation, "A special terms and conditions of conveyance service bring pseudo-petroleum products", (2010).
[환경부, "하수도계획 시 경제성 평가 방안에 관한 연구 -소규모 하수도를 중심으로-"] Ministry of Environment, "A study of economic evaluation system on the basin sewerage plan (based on small scale sewage system)", (2008).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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