헬무트 크로이스(Helmut Kroiss)/ 오스트리아 비엔나 공대 교수

수자원 감소·인구 과밀화로 폐수문제 심각 
폐수처리시 에너지 절감보다 효율적 수질관리 우선돼야


효율적인 수질관리 시급  

   
▲ Helmut Kroiss 오스트리아 비엔나 공대 교수
최근 인간의 활동과 환경의 관계에 대한 실제적인 논의를 살펴보면 에너지와 기후변화 문제가 주를 이루고 있다. 연료 수입에 의한 사회복지와 경제발전의 근본적인 의존은 점차 미국, EU, 동아시아의 중국과 인도를 비롯한 세계 각 국의 경제와 관련이 깊어지고 있다. 이와 같은 정치적 관련성은 화석 연료의 한정성에 대한 현실적 인식과 밀접하게 연결돼 있다.

세계 인구는 앞으로 40년 동안 약 50%까지 증가할 것으로 예상되고 있다. 따라서 50%의 식량이 더 필요하게 될 것이다. 식량 생산을 위해선 물과 흙과 양분이 필요하다. 앞으로 물과 식량 생산은 세계적으로 많은 지역의 경제발전과 복지를 제한하는 요인이 될 것이다.

수질관리는 이미 많은 지역의 부와 복지를 제한하는 요소가 됐다. 인구 성장은 점차 인구 밀도가 높은 대형 도시에 집중되고 있다. 수자원의 감소와 증가하는 인구 밀도로 효율적인 폐수처리가 요구되고 있다.

폐수를 처리하는데 에너지 절감이 중요한 목표가 될 수 있지만, 그보다 효율적인 수질관리가 우선돼야 한다. 폐수로 인해 식량 문제에도 어려움이 발생할 것이기 때문이다. 물 섭취, 영양소(N, P)와 에너지간의 복잡한 관계도 고려돼야만 한다.

에너지 처리 전문화 필수     

영양소 제거에 필요한 전체 전기에너지 소비량은 다음과 같은 에너지 처리과정을 통해 절감할 수 있다. 즉 △1차 침전 및 2단계에 걸친 생물학적 처리 △높은 탈질소화 효율 △효율적인 폭기 시스템과 통제 시스템 통한 효율적인 혐기성 슬러지 처리 △질소 제거를 위한 슬러지 액의 호기적 탈질화 과정 등을 거쳐야 한다.

가스로부터 전기에너지 생산은 처리공정을 거치지 않은 오니의 에너지량(COD-) 즉 비엔나, 스트라스와 같은 유리한 처리 과정과 바이오가스에서 전기에너지로의 효율적인 변환 등의 방법에 의해 줄일 수 있다.

아울러 향상된 혐기성 분해 처리 과정으로 전체적인 에너지를 절약할 수 있다. 처리 효율은 운영비용, 고정비용의 비율에 크게 영향을 미치지 않는다. 그러나 비용지출 문제와 관련해 공장의 규모는 처리방법 선택에 중요한 영향을 줄 수 있다.

공정 벤치마킹시스템 필요

도시의 폐수 처리를 위한 ‘제로(Zero) 외부 전기 에너지 요건’을 통해 영양소 제거가 가능한 공장에서는 △최적의 처리 과정 선택 △에너지 효율적인 장비와 통제 시스템 △높은 질소 제거 효율성 △표준적인 도시의 폐수 △낮은 펌프 사용 조건(특수 지역 상황 고려) △낮은 에너지 슬러지 처리법 등이 적용돼야 한다.

에너지 혹은 가스와 같은 그리드와 연결되지 않은 공장 운영은 경제적인 관점에서 권장되지 않고 있다. 원료에서 배설물을 분리하면 질소 처리를 위한 에너지를 20%까지 감소시킬 수 있다. 높은 에너지를 요구하는 오존처리 단계에서는 외부에서 공급되는 에너지를 사용해야 한다.

MBR 시스템은 전통적인 시스템보다 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 하고 있다. 현재 공장의 에너지 절감은 세밀한 에너지 분석을 필요로 하고 있다. 이를 위해 공정 벤치마킹시스템이 적용되고 있다. 공정 벤치마킹시스템은 에너지 분석에 매우 효과적이다.

   
▲ 폐수를 처리하는데 에너지 절감이 중요한 목표가 될 수 있지만, 그보다 효율적인 수질관리가 우선돼야 한다.

미래 자원 보호 우선돼야  

에너지 절감보다 처리 효율이 훨씬 중요하다. 건설을 위한 에너지의 사용 범위는 5∼12 W/PE이다. 운영을 위한 화석 연료, 에너지 데이터는 전기 에너지 요소를 말한다. 폐수는 약 100W/PE의 열에너지를 포함하고 있으나, 낮은 비용의 엔트로피 에너지 투입으로 경제적으로 회수할 수 있는 에너지는 5%에 불과하다.

유기물 오염은 17W/PE 정도이다. 선진국에서는 유기물 오염이 1차 에너지 소비의 0.5%(6천W/거주자)에 이르고 있다. 에너지 비용은 처리 공장의 규모와 큰 관련은 없다. 다만 작은 규모의 처리 공장에선 전체적인 비용 최소화가 먼저 이뤄져야 한다.
사실, 에너지 최소화는 이차적인 문제이다. 제일 우선돼야 할 것은 이후 세대를 위한 자원 보호이다. 이에 대한 지속적인 관심이 필요하다.  [정리= 권신익 기자]

본 칼럼은 지난달 17일 한국물환경학회와 대한상하수도학회 공동 주최로 경기도 수원시 성균관대학교 자연과학캠퍼스에서 열린 ‘물환경학회 춘계학술발표회’에서 비엔나 공대 헬무트 크로이스(Helmut Kroiss) 교수께서 특별 강연한 내용을 번역한 것임을 알려드립니다.

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