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Part 03. 하수슬러지 재활용 우수사례
하수슬러지 건조·고화·탄화처리시설 설치 자원화 앞장
2009년 11월 06일 (금) 00:00:00 편집국 waterjournal@hanmail.net

폐열회수 재활용…화석연료 제로화

중랑물재생센터 서울시 중랑물재생센터는 24만평의 방대한 규모로 10개 자치구의 생활하수 하루 171만 톤과 11개 자치구의 정화조 오니 4천kL를 처리하고 있으며, 하수슬러지 케익을 친환경적으로 재활용할 수 있도록 건조(함수율 10%)해 시멘트 원료와 녹생토로 활용하는 슬러지 건조시설을 보유하고 있다.

슬러지 건조시설은 하루 200톤의 규모로 79억 원을 투입, 지난 2002년 7월에 완공됐다. 간접가열식, 원형디스크형의 건조 방식으로 분집포집기, 콘덴서, 악취제거설비 등의 방지시설을 가지고 있다.

중랑물재생센터는 건조기 디스크 재질이 스테인리스로 제작되어 고온에서 취성이 발생하고 건조기 디스크 끝단 슬러지 이송부분에서 마모가 발생하는 한편, 건조처리량 감소 및 유지관리 비용이 증가하는 문제점이 발생함에 따라, 건조기 디스크 마모가 심한 끝단 200㎚를 절단하고 내마모강(SM45C)으로 라이닝을 설치, 하루 슬러지 건조처리량이 136톤에서 201톤으로 개선됐으며, 스팀누기 예방으로 에너지 절감 효과를 얻을 수 있었다.

   
▲ 중랑물재생센터, 하수슬러지 건조시설 계통도

또, 슬러지 건조가 디스크와 ROTER PIPE 재질을 고온과 취성에 강한 재료(현행 STS304 10㎚)에서 보일러 압연강제(SB410 12㎚)로 개선하고, 건조기 ROTER PIPE와 디스크 용접부위를 원형으로 제작·설치했다.

건조슬러지 상향 콘베이어의 장축(12m)으로 경사각도(33도)가 심해 추력과 부하가 발생하고 스크류콘베이어 주축이 열팽창으로 파손이 발생하는 문제는 상향콘베이어를 플로우 체인콘베어로 개선하여 운영효율을 높였다.

   
악취 비산 방지·근무환경 개선

공장동 내부는 공기순환이 이루어지지 않아 악취가 심하고 고온으로 근무환경이 열악했다. 더불어 흡입효율 저하로 탈취 및 악취제거효율이 저하되고, 보일러 고장 등 기기수리 시 공장동 악취가 외부로 비산되는 경우가 발생했다.

   
이에 건조배가스는 보일러 연소공기로 이용하여 고온산화 처리하고 공장동 내부는 ‘Chemical Media 탈취법’으로 개선(350N㎥/min)하는 한편, 공장동에 외부공기 흡입덕트와 배기덕트를 신설하고 탈취설비로 포집하여 악취를 제거했다.

이를 통해 공장동 내·외부 공기순환으로 악취 제거 효율을 높이고 근무환경을 개선할 뿐만 아니라 악취 비산 방지로 민원을 예방할 수 있었다.

   
▲ 중랑물재생센터는 건조디스크 교체(위), 상향 콘베이어를 플로우 체인 콘베이어로 교체(중간), 탈취방식 개선(아래) 등으로 하수슬러지 건조시설 운영비를 획기적으로 절감하고 있다.
중랑물재생센터는 폐열회수 재활용으로 화석연료 제로화 시스템을 구축하고 있다. 버려지는 건조배가스 등 폐열을 회수하여 소화조 가온에 재활용하고 소화조 가온에 사용하던 소화가스를 슬러지 건조시설에 확대 공급하는 에너지 순환시스템을 구축하여 도시가스 사용량 제로화를 달성했다.

보일러 설비 대기오염배출저감시설 겸 유동층 폐열회수기를 설치했으며, 슬러지 건조 배가스(수증기) 세정을 겸한 폐열회수설비를 설치했다. 또, 슬러지 건조 배가스 특성이 수증기로서 분진이 다량 포함되어 있고, 배출온도(103℃)가 낮은 특수성을 감안하여 폐열 회수장치 설치를 한국에너지기술연구소 및 제작사와 기술검토를 추진하고 있다.

중랑물재생센터는 회수에너지 자원 재활용을 통해 23억 원의 예산을 저감했으며, 슬러지 건조시설 운영비를 획기적으로 절감했다. 또, 슬러지 건조처리량 증대로 해양 및 토양오염을 방지하는 한편, 건조슬러지 에너지화 추진으로 경쟁력을 강화했다. 에너지 회수 재활용으로 CO₂배출량 감축 및 대기배출시설 유지관리는 한층 수월해졌다.

발생원별 특성 맞는 운전 실시

   
▲ 수도권매립지관리공사 슬러지 자원화 시설 조감도.

수도권매립지관리공사 수도권매립지관리공사는 유기성 슬러지의 해양배출 규제 등에 대비하여 수도권 지역에서 발생하는 하수슬러지를 적정처리하기 위한 슬러지 자원화시설을 수도권 매립지에 설치키로 지난 2006년 1월 환경부 및 서울특별시·인천광역시·경기도와 협약을 체결했다.

협약 내용에 따라 단계별 설치 계획 중 첫 번째 사업인 하수슬러지를 복토재로 사용하기 위한 1단계 슬러지 자원화시설 설치(1천 톤/일) 공사를 추진하여 현재 2단계(1천 톤/일), 3단계(1천700톤/일) 시설도 건조연료화 방식으로 실시 설계 중이다.

고화반응 시 악취발생 요인은 암모니아 발생에 따른 것으로 이는 생석회 사용 시 pH(수소이온농도)가 증가하여 발생하므로, 고화물의 암모니아 가스발생을 억제하려면 고화물의 pH를 8.5 이하로 유지할 필요가 있다. 이를 위해서는 고화제와 생석회의 비율을 3:1 이상으로 조절할 필요가 있다. 현재는 고화제와 생석회 비율을 4:1 정도로 유지하여 악취발생을 최대로 억제하여 운전하고 있다.

현재 2개사의 고화제를 사용하고 있으나 성상 및 품질이 상이하여 상호 반응현상과 설비 부착 및 저장조 브릿지 현상 발생으로 공정운영이 원활치 못함에 따라 기술공모를 통해 우수하고 경제적인 고화제 수급 대책을 마련 중에 있다.

슬러지와 관련, 설계 기준 함수율은 80%이나 현재 계절·처리장별로 75∼85% 정도로 많은 차이가 발생하고 있다. 이에 하수처리장별 함수율 및 성상을 지속적으로 분석·파악하여 발생원별 특성에 맞는 운전을 실시할 계획이다.

또한, 약품 사용량 증가로 운영비 상승 및 연속식 공정으로 복토재 품질저하가 우려됨에 따라 양질의 고화제 선정과 최적의 약품 투입비 설정으로 약품사용량을 점진적으로 개선하고, 양생기 상부에 혼합물 파쇄 분산장치 등을 설치하여 복토재 품질을 향상시키고자 노력하고 있다.

최적운전 위해 지속적 노력 필요

안정적인 운영을 위해서는 약품공급설비, 양생설비, 이송설비 등 설비의 불안정 요인에 대한 지속적 개선이 필요하다. 이를 위해 단기적 조치 가능사항과 중·장기적 보완사항을 구분하여 안정적 운영을 위한 지속적인 개선을 실시하고 있다.

양질의 시설설치를 위해 적정예산(설치비 : 1억 원/톤당)과 충분한 공사기간 확보가 필요하며, 고화시설은 운영사례가 많지 않아 턴키방식으로 공사를 추진함이 적정하다. 또 시설설치 및 운영 시, 함수율, 성상, 고도처리 유무, 소화조 가동유무, 음폐수 및 분뇨 병합 처리 등 발생원 별 반입 슬러지에 대한 성분·성상 분석이 철저하게 이뤄져야 한다.

혼합기, 이송설비, 양생설비 등 주요설비에 대해 혼합물 성상에 적합한 시설 설치 등 혼합물의 점착성을 고려한 적정 설비 구성과 우기, 휴일 등을 고려한 충분한 반입저장조 및 고화물 반출장 확보가 필요하다.

현재 국내에는 고화제 공급시설을 갖춘 업체가 소수이므로 사전에 양질의 고화제 수급계획을 마련하고 슬러지 성상에 따른 최적운전 조건 설정을 위한 지속적 노력이 요구된다. 운전자료 축적, 유사시설 기술교류 등을 통해 최적운전 조건을 설정하고, 다양한 적용시험을 통해 최적의 고화제 선정과 약품투입비를 설정하여 운영비 절감 등에도 노력해야 한다.

감량률 우수·환경오염 예방

   
▲ 김해시가 총 사업비 174억 원을 들여 지난 2008년 6월에 완공한 하수슬러지 처리시설은 기존의 부숙화, 고화, 소각 등의 방법이 아닌 탄화처리 방법으로 부산물의 재활용이 가능하고, 감량효과가 우수하며 폐열 활용이 가능하는 등 장점이 많은 것으로 알려져 있다. 사진은좌측 상단부터 시계방향으로 건조기, 탄화로, 여과집진기, 재연소로.

■ 김해시 신재생에너지의 메카로 거듭나고 있는 김해시는 지난해 7월 하수 슬러지를 재활용해 탄화물을 생산할 수 있는 하수슬러지 자원화 처리시설 준공식을 갖고 본격적인 가동에 들어갔다.

김해시 화목동 일원에 조성된 하수슬러지 자원화 처리시설은 하루 100톤의 하수슬러지를 처리할 수 있는 용량으로 하수슬러지 탄화설비, 슬러지 처리동이 들어서 있다. 총 사업비 174억 원을 들여 지난 2006년 6월 공사를 시작해 지난해 6월에 완공됐다.

김해시는 하수슬러지를 자원으로 재활용할 수 있는 처리시설을 바탕으로 슬러지의 적정처리로 토양 및 해양오염을 예방하고 영구적 하수슬러지 처리 시스템 구축으로 자연환경의 보존에 기여하고 있다.

이 처리시설은 기존의 부숙화, 고화, 소각 등의 방법이 아닌 탄화처리 방법으로 부산물의 재활용이 가능하고, 감량효과가 우수하며 폐열 활용이 가능하는 등 장점이 많은 것으로 알려져 있다.

슬러지 탄화는 무산소 또는 저산소 상태에서 슬러지에 열을 가하여 가스, 액체, 고체로 분해되는 열분해 기술이다. 탄화처리 방법은 감량률이 우수하고 탄화물 장기보관이 가능한, 발생가스를 재이용하는 에너지 절약 시스템이다.

탄화물 유상판매 가능 경제적

하수 슬러지 탄화처리는 대기오염 물질 및 악취 등 2차 환경 오염유발이 적으며, 탄화물의 유상판매 가능성으로 경제성 확보가 기대된다. 또, 발생가스가 비교적 무해하며 배출량도 적고, 단시간 처리 및 대량처리가 가능하다.

슬러지 탄화물은 재활용되어 △흡착, 탈취제, 흡음, 방음제→ 오염하천 정화, 하수고도화 △적조궤물질, 해저저질개선제, 인공어초→ 해양 환경개선 △축산폐수 혼합제→ 퇴비화, 제습, 제설제 → 활성탄 대용 △토양개량제, 원예용 퇴비부자재, 복토제→ 산성토양 개량 △철강 가탄제 → 코크스 혼합 △보조연료 → 화훼단지, 농가 및 발전소 보조연료로 사용된다.

탄화물 처분은 수요처 확보 및 경제성 측면에서 철강보온재로 활용된다. 철강보온재 수급량은 조강생산량의 약 0.05%로 수요처 확보가 우수하고, 탄화물은 보온재 원료와 성상이 유사하여 대체 가능성이 뛰어나기 때문이다.

김해시 하수슬러지 자원화처리시설은 운영관리비 절감과 전문기술자 확보를 위해 민간 위탁 운영(톤당 7∼8만원)되고 있으며, 하수슬러지의 재활용과 슬러지의 적정처리로, 토양, 해양오염 예방 및 자연환경보존에 기여하고 있다.

또, 버려지는 소화가스 및 폐열을 재이용함으로써 고유가 시대에 에너지 절약 정책은 물론 이미지 개선에도 적극 노력하고 있으며, 신재생에너지 재이용으로 온실가스 저장 등 환경오염 예방에 만전을 기하고 있다.

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