우리나라는 작년 기준으로 약 8,900톤/일의 하수슬러지가 발생했으며 올해는 1만톤/일을 넘길 것으로 예상된다.

뿐만 아니라 앞으로 수년에 걸쳐 하수슬러지의 양이 대폭 늘어날 것으로 추정되는데, 이중 약 70%가 하수처리장에서 처리과정을 거치게 된다. 처리비용은 톤당 5만~6만원 수준으로 한해 1,700억 원이 사용되고 슬러지 양이 늘어남에 따라 처리비용도 증가해 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.

그동안 처리하기 급급했던 하수슬러지의 양이 점점 증가함에 따라 이를 에너지로 전환하자는 목소리가 높아지고 있다.

이미 기술이 발전하여 하수슬러지가 석탄을 대신해 전기를 생산하고, 회수한 바이오가스를 연료로 사용할 날이 가까워지고 있는 것으로 알려져 귀추가 주목된다.

해양배출 금지 3개월, 100% 육상 처리 완료

2003년부터 하수슬러지의 1만톤/일 이상 직매립이 금지돼 육상에서 처리하는데 어려움이 있었다. 이에 따라 해양으로 배출하는 양이 가장 큰 비중을 차지하게 됐으며 ‘런던협약 1996 의정서’가 2006년 발효되면서 하수슬러지 해양투기에 대한 규제가 강화됐다.

문제는 런던의정서에 가입한 29개의 당사국 중 우리나라만 유일하게 하수슬러지를 해양에 배출해 왔다는 데 있었다. 이에 정부는 2006년 하수슬러지 관리 기본계획을 세우고, 올해 1월부터 하수슬러지 해양배출을 완전 금지하기에 이르렀다.

그러나 하수슬러지 발생량이 당초 정부에서 예상했던 수치보다 증가해 시설의 수요도 함께 증가한데다 충분한 예산이 확보되지 않아 설치에 난항을 겪었다.

게다가 하수처리장이 악취 발생 등 혐오시설로 인식돼 주민의 민원이 증가하자 설치가 지연되기에 이르렀다. 이로 인해 해양배출 전면 금지 시점에 발생하는 슬러지의 처리가 차질을 빚을 것이라며 많은 질타를 받았다.

그러나 해양배출이 금지 된지 약 3개월이 지난 후 정부에서 발표한 자료에 의하면 당초의 걱정은 기우에 불과했던 것으로 나타났다.

지난해 말까지 91개 자치단체에서 하루 2,100톤을 해양에 배출하고 있었으나, 지금은 이들 전량을 민간시설에 위탁해 처리하거나 자치단체가 새로 설치한 재활용시설에서 처리 중인 것으로 나타났다.

또한 민간처리시설에서 위탁받은 하수슬러지를 다양한 방법으로 재활용하고 있으며, 다만 자치단체 스스로 하수슬러지를 처리할 경우 톤당 5만~6만 원이 소요되던 것이 10만 원 이상으로 2배가량 올랐다고 밝혔다.

정부 관계자는 “슬러지를 민간위탁했을 경우 처리하는데는 문제가 없으나 공공시설에 비해 많은 비용이 발생한다.

따라서 비용절감과 안정성을 위해 공공하수처리시설 확충에 힘써 2014년까지 시설 준공을 완료할 것”이라면서 “2015년까지는 전체 하수슬러지 발생량의 4% 정도만 민간시설에 위탁하고, 나머지는 모두 자치단체 시설에서 책임질 예정”이라고 말했다.

2030년 하수처리시설 50% 에너지자립화 할 것

사실 생각해보면 &lt표1&gt과 같은 다양한 처리방법은 해양배출로부터 자유롭고, 다양한 자원으로 활용할 수 있다는 점에서 충분히 메리트가 있다.

그러나 이러한 과정에서 많은 에너지와 비용을 소모하는 것은 문제가 있으며, 이제는 넓은 시각으로 하수슬러지를 이용해 새로운 에너지 비용을 창출하는 것에 눈을 돌려야 한다.

실제로 정부는 하수슬러지를 자원화하는데 초점을 맞추고, 지원정책을 추진하기 시작했다. 앞으로 하수슬러지 발생량을 줄이거나 연료화 하는 방식을 확대하고, 소각이나 매립하는 방식은 점차 줄여나갈 예정이다.

이를 위해 내년부터 51개 하수처리장을 대상으로 3년간 1,500억 원씩 국고를 지원하여 하수슬러지 줄이기 사업을 추진하며 2030년까지 하수처리시설의 50% 이상을 에너지 자립화하겠다는 계획도 세웠다.

에너지 자립률을 2015년 46%에서 2020년까지 100% 달성하고, 하수슬러지 재활용화를 2009년 기준 25.6%에서 내년에는 66.2%로 증가시킬 계획이다.

이를 통해 전국적으로 10만 톤/일 이상 발생하는 하수슬러지가 2015년에는 8,200톤/일으로 약 19% 이상 줄어들 것으로 기대된다. 또한 2015년까지 1만 톤/일 미만의 직매립 허용 정책을 계속 유지하되 매립량이 감소하도록 정책을 추진할 예정이다.

고형연료, 화력발전소 연료로 사용

수도권매립지에 새로 만든 건조시설에서는 하수슬러지를 수분함량 10% 이하로 건조하여 작은 쌀알 모양의 고형연료를 생산하고 있다. 정부는 2008년 폐기물관리법을 바꿔서 하수슬러지를 화력발전소에 연료로 사용할 수 있도록 허용했다.

현재 10개 자치단체에서 하수슬러지 건조시설을 운영 중이며, 13개 자치단체는 건설 중이다. 화력발전소가 하수슬러지로 만든 고형연료를 사용하는 주된 이유는 신재생에너지의무할당제도(RPS) 때문이다.

올해부터 화력발전소에서 발전하는 양의 2%를 하수슬러지를 포함한 폐기물이나 태양광 등 신재생에너지로 충당해야 하도록 되어있는 것이다.

이처럼 하수슬러지의 자원화는 건조기술 연구를 통해 중점적으로 진행되고 있는 상태이다. 하지만 한편에서는 건조화공법이 효율적이지 못하다는 의견도 제시되고 있다.

한양대학교 건설환경공학과 배우근 교수는 “하수슬러지를 건조연료화 하는 과정에서 에너지를 먼저 사용하기 때문에 나중에 에너지를 회수했다 해도 이익이 되지 않는다. 선투자가 일어난다 해도 남는 에너지가 있을 수 있으나 실제로는 열의 손실 때문에 이득이 없다고 본다”라고 언급했다.

현재 지자체에서는 하수슬러지 건조연료화시설 23개소 설치를 추진하고 있다. 가동 중인 10개소에서는 2,530톤/일이 처리되고 있으며, 추진 중인 시설이 모두 가동될 경우 5,085톤/일 처리가 가능해진다.

많은 양의 하수슬러지가 건조연료화로 처리되고 있는 것이다. 이에 대해 배 교수는 “슬러지를 건조화 시켜도 막상 사용되는 수요처가 부족하기 때문에 이를 잘 사용할 수 있는 방안을 마련하는 것이 중요하다”고 강조한다.

관리 정책 미흡·처리시설 노후화 문제로 거론

이외에도 하수슬러지를 연료화 할 때 발생하는 문제는 다음과 같다.

소각에 있어서 하수슬러지는 사업장 일반폐기물로 분류되어 생활쓰레기 소각장에서 처리가 불가능하기 때문에 별도의 소각장을 건설해야 하는데, 이로 인한 비용문제와 주민의 반대로 추진이 어려운 상황이다.

또한 소각을 한다 해도 함수율이 높아 운영비가 상승하고, 건조시설의 용량이 부족한데다 설비 결로에 의한 부식이 심화된다.

게다가 소각처리는 외국의 경우 거의 사용하지 않고 있음에도 우리나라에서는 계속 고집하고 있고, 심지어 이를 증가시키고 있는데 이 부분은 문제의 소지가 있다.

아울러 재활용은 현재의 처리기술로 양질의 원료를 생산할 수 있음에도 수요가 경량골재 제조, 시멘트 원료, 탄화로 극히 제한되어 있으며 비료관리법에 의해 농지용 퇴비의 원료 사용이 허용되지 않고 있다.

이 때문에 부산물을 처리한다고 했을 때 적절한 수요처가 마련되지 않아 슬러지를 재활용해도 결국 폐기물로 전락하고 마는 것이다.

한편 작년 5월 본지에서 주최한 ‘하수슬러지 관리 선진화 방안’에 대한 세미나에서 정부 관계자들은 입을 모아 관리 정책의 미흡함을 문제로 지적했다. 또한 기술과 운영, 대처방안 외에 필요한 것으로 정부 부처간의 협력을 꼽았다.

친환경적인 바이오가스 시장 점차 확대

따라서 현재 하수슬러지 처리방법의 문제점을 개선할 수 있는 획기적인 신기술이 필요하다.

현재 학자들과 업계에서 주목하고 있는 것은 하수슬러지를 바이오 에너지화 하는 기술이다.
특히 우리나라는 자원이 많지 않고, 온실가스 배출량이 증가하고 있기 때문에 향후 화석연료의 신재생 바이오에너지로의 대체가 절실히 요구되고 있다.

하수슬러지는 소화시킬 경우 발생량이 30~50%까지 줄어드는 효과가 있으며, 다량의 메탄가스가 발생하기 때문에 이를 잘 활용하면 석탄을 대신할 수 있는 대체에너지로서 전기를 생산하는데 사용하거나 하수처리장에서 연료로 재사용될 수 있다.

국내에서는 10년 전부터 혐기성 소화공정 운영을 통한 슬러지 처리방법을 시행하고 있다. 혐기성 소화는 미생물을 이용해 혐기성 상태에서 하수를 처리하여 메탄을 생산하는 방법이다.

이렇게 할 경우 많은 메탄가스를 생산해 바이오가스로 전환할 수 있고, 슬러지의 양이 줄어드는 효과가 있다. 그러나 완벽하게 밀폐된 상태에서 가스를 채집해야 하는 혐기성 소화조 특성상 시공이 잘 되지 않아 가스가 새어나가고 그에 따른 악취와 유해물질로 인한 문제가 발생했다.

이처럼 시공과정에서 생기는 문제로 인해 그때 당시 현장에서는 혐기성 소화조를 통한 처리가 어렵다는 의식이 팽배해졌다. 그러나 오늘날 혐기성 소화에 대한 장점이 부각되면서 이를 다시 중점화해야 한다는 목소리가 높아지고 있다.

지난 3월 30일 열린 ‘제2회 녹색성장 및 신성장 동력확보를 위한 유기성폐자원 바이오가스 에너지화 기술 워크샵’에서 현대건설 김영오 박사의 발표에 의하면 바이오가스는 낮은 이산화탄소 배출로 친환경적이고, 낮은 생산 단가로 경제적이라는 장점이 있어 가치가 크다고 한다.

특히 바이오가스의 세계 시장이 점차 확대되고 있어 전망이 매우 좋을 것으로 예상된다.

국내 신기술 최고 수준, 경제적 가치 창출

실제로 국내에 많은 기술들이 개발되고 있다.

현대건설은 UF 관형 한외여과막을 개발했는데, 이는 막결합형 혐기성소화 공정으로 양방향 교대교차여과형으로 운영되기 때문에 슬러지케이크의 축적현상을 방지하고, 간접순환으로 혐기미생물 활성화를 유지한다는 특징이 있다.

따라서 50시간 연속운전에도 역세정 없이 안정성을 유지하고 슬러지 배출을 저감시키는 효과가 있다.

코리아워터텍(주)은 기존의 처리방법으로 사용되던 가수분해 대신 열수분해 기술을 이용해 생슬러지와 미생물 슬러지를 분리시켜 각각 열수분해하고, 미생물 슬러지 액상 유기물은 혐기소화하여 바이오가스와 MAP비료를 생산한다.

이를 통해 하수처리장 효율을 30% 이상 증가시키고, 슬러지 폐기물 대신 바이오에너지를 생산할 수 있다.

서울시는 현재 중랑·서남 물재생센터를 세계 최고로 탈바꿈하는 현대화 사업을 추진 중이며, 국내 대형 하수처리장은 앞으로 모두 현대화 사업이 진행돼 열수분해 하수처리 대상이 되고 있다.

이러한 열수분해는 200℃로 가열해 이온농도가 500배 이상 증가하는 물의 원리를 이용해 슬러지를 액상 유기물로 변화시키고, 연속식으로 작동되는 특허기술로 열교환을 통한 에너지를 톤당 30만kcal 이상 절감하는 효과가 있다.

또한 슬러지 처리장에서 민원의 원인이 되고 있는 악취 발생을 거의 제로로 줄일 수 있어 기존의 문제를 말끔히 해결했다.

수자원개발 전문 회사인 (주)팬아시아워터 역시 하수슬러지 원천 감량화를 목표로 다양한 기술을 개발하고 있다.

특히 하수처리장 방류수의 총인 농도를 저감할 수 있는 획기적인 대안으로 하수슬러지의 감량화·농축 과정에서 방출되는 고농도 탈수여액으로부터 고형물 형태로 총인을 회수하고 남은 여액만을 하수처리 공정으로 반송하는 기술을 개발했다.

팬아시아워터에서 2010년 차세대 핵심환경 기술개발사업으로 실시한 ‘하·폐수 고도처리 및 핵심요소기술’ 사업은 하수처리장에서 배출되는 슬러지를 획기적으로 저감하기 위한 HED시스템 실증설비를 설치해 하수슬러지를 80% 이상 감량하고, 메탄가스 발생을 극대화시킬 수 있는 최적 시스템 설계와 운전기술을 입증했다.

(주)안나비니테즈는 생물학적으로 최적의 혐기성 소화효율을 내기 위한 ‘질소안정화공법’을 이용해 하수슬러지 저감에 힘쓰고 있다.

현재 서남하수처리장에 안나비니테즈의 혐기성 소화조가 작동되고 있는데 하수슬러지 처리가 매우 낮은 농도에서 이뤄져 악취가 없고 수처리비용이 저렴하며, 바이오가스 효율이 높은 것으로 나타났다.

또한 하수슬러지에서 회수한 바이오가스가 실제로 사용되고 있는 사례도 있다. 대표적인 예로 2009년부터 서남 물재생센터에서 진행되고 있는 바이오가스 차량연료화 사업이 있다.

이 사업은 소화가스 연료화를 통해 서울시의 대기질이 개선되고, 신재생에너지 사업 모델 구축을 통한 경제적 가치를 창출하며 청정연료 사용으로 저공해 차량 보급 확대를 추진할 수 있어 많은 기대를 받고 있다.

한편 국내 연구진들은 바이오가스 외에도 폐 슬러지에서 자원을 회수하는 방법에 대한 연구를 진행 중이다. 메탄가스 외에 질소, 암모니아, 인 등 다양한 물질을 회수하여 자원화 시키는 방법인데, 이 부분은 다음에 좀 더 자세히 다루도록 한다.

결국은 국내를 비롯한 세계 곳곳에서 버려지는 폐기물을 자원화하여 필요한 에너지로 사용하는 것에 역점을 두고 있다. 폐기물이 하나의 자원으로 인식되고 있는 것이다.

향후 국외 하수처리장은 1,000조 원, 처리는 연간 55조 원 규모의 하수처리 시장이 형성될 것으로 보인다. 이렇게 거대한 하수처리 시장을 선도하기 위한 국내 기술은 이미 선진화 단계에 접어들었고, 정부의 지원도 이 같은 방향으로 나아가야 할 것이다.

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