[국토일보 선병규 기자] 하수처리장의 에너지 자립화 확대와 슬러지 감량화 요구에 따라 ‘슬러지 에너지화(바이오가스 생산) 및 감량화’가 글로벌 트렌드로 정착중이다.

슬러지는 하수를 처리하는 과정에서 필연적으로 발생하는데, 슬러지 위탁처리 비용이 매년 지속적으로 상승하면서 지자체의 재정 부담이 가중되고 있다.

이 같은 문제를 해결하기 위해 슬러지 감량과 함께 바이오가스 형태의 에너지를 생산할 수 있는 혐기성 소화 기술이 대안으로 주목받고 있지만 낮은 소화 효율과 이로 인한 바이오가스 생산량 감소 등의 문제가 여러 현장에서 지속적으로 발생하고 있다.

하수 슬러지는 생슬러지와 잉여슬러지로 구분된다.

잉여슬러지의 대부분은 세포벽에 의해 보호되고 있는 미생물로 구성돼 있어 분해속도가 느린데, 이는 혐기성 소화 시 체류시간이 길어지고 바이오가스 생산량이 줄어드는 주된 요인이 된다.

이에 따라 최근 세계적으로 바이오가스 생산량 증가를 위해 열가수분해 기술이 혐기성 소화의 전처리로 적용되기 시작했다.

열가수분해는 가용화(세포벽 파괴)를 통해 분해 속도를 증가시켜 혐기성 소화조 체류 시간을 단축시키고 소화조 체적 감소 및 바이오가스 생산량 증산이 가능하다.

또한 탈수성을 향상시키고 악취나 미세먼지 발생을 차단하는 것은 물론 병원균을 100% 제거할 수 있는 기술이다.

대부분의 도시는 하수처리장 부지 확대가 쉽지 않기 때문에 지속적으로 증가하는 슬러지를 처리하기 위해서는 혐기성 소화조의 체적을 줄여야만 한다.

따라서 슬러지 처리 시 혐기성 소화조를 콤팩트하게 구성하면서도 바이오가스 생산량을 극대화하고 최종 슬러지 배출량을 최소화 할 수 있는 가장 효과적인 공정을 선택하는 것이 중요하다.

열가수분해는 배치 위치에 따라 소화조 체류시간 단축, 바이오가스 생산량 증산, 슬러지 발생량 최소화 등 다양한 긍정적 효과를 얻을 수 있다.

현재 일반적으로 적용되는 에너지화 공정은 혐기성 소화조 전에 열가수분해를 추가한 공정이다.

이 공정은 잉여슬러지 가용화를 통해 소화조의 효율을 개선하고 바이오가스 생산량을 증산시키는 효과가 있으며, 소화조의 체적을 감소시킬 수 있기 때문에 공사비 측면에서 유리하다.

부강테크는 에너지화 공정 외에 혐기성 소화조 후단에 열가수분해를 추가해 바이오가스를 증산하고 동시에 슬러지 감량 극대화 효과를 거둘 수 있는 ‘에너지화+감량화’ 공정을 개발했다.

이 공정은 다점 증기 분사 방식과 특수 교반 기법을 결합해 반응기 내부의 열전달 효율을 극대화 해 슬러지 감량에 최적화된 특허기술인 열가수분해 기술(Draco)을 보유하고 있기 때문에 가능한 공정이다.

부강테크의 ‘에너지화+감량화’ 공정은 혐기소화 슬러지를 열가수분해(Draco)와 필터프레스(무약주)를 통해 외부로 반출되는 탈수케이크의 함수율을 50% 이하로 감소시켜 슬러지 발생량을 최소화해 유지관리비 측면에서 유리한 것으로 알려졌다.

또한 필터프레스 탈수 과정에서 발생하는 탈리액을 혐기성 소화조로 반송해 에너지원으로 재활용하기 때문에 바이오가스 생산량을 증산시켜 에너지 생산량을 극대화 할 수 있다.

뿐만 아니라 열가수분해(Draco) 후 필터프레스를 거친 탈수케이크의 함수율은 50% 미만이기 때문에 건조 공정을 추가하는 경우, 건조에 필요한 시설비 및 에너지 사용량을 최소화할 수 있어 추가적인 공사비 및 운영비 절감이 가능하다. 

부강테크 관계자는 “J하수처리장(시설용량 17만5,000톤/일)에 두 공정의 적용성을 비교한 결과, 소화조 전단에 열가수분해 공정을 배치하는 ‘에너지화’ 공정은 공사비 측면에서 유리한 반면, 후단에 배치하는 ‘에너지화+감량화 ’공정은 연간 약 31억 원의 유지관리비 절감 효과가 예상됐다”고 설명했다.

이 회사 정민기 Upstream 팀장은 “부강테크는 두 가지 공정을 모두 제공할 수 있다. 고객은 하수처리장의 목적에 맞게 공사비를 줄일 것인지 유지관리비를 줄일 것인지 선택할 수 있다. 하지만 최근 슬러지 위탁처리 비용이 급상승하고 있어 재정 부족 문제를 고민하는 지자체는 혐기성 소화조 후단에 열가수분해를 배치하는 방법을 적극 검토해볼만 하다”고 추천했다.

 한편, 최근 바이오가스 증산을 위해 하수 슬러지뿐만 아니라 그 지역에서 발생하는 음식물 쓰레기나 가축분뇨 등 다양한 유기성 폐자원의 통합 처리가 추진되고 있다.

유기성 폐자원을 통합 처리하면 바이오가스 생산에 규모의 경제가 시현돼 하수처리장의 에너지 자립이 가능하다.

또 매립장 등에서 썩는 과정에서 CO₂보다 80배나 넘게 지구 온난화에 악영향을 끼치는 메탄을 대기중으로 방출하지 않고 유기성 폐자원 통합 처리를 통해 신재생에너지로 전환시켜 기후변화에도 효과적으로 대응할 수 있다.

하지만 유기성 폐자원의 통합 처리를 위한 혐기성 소화 이후 발생하는 고농도 폐수는 기존 하수처리장의 부하에 영향을 주게 되고 혐기성 소화에서 생산한 에너지보다 더 많은 에너지를 투입해 처리해야 하기 때문에 경제성이 낮아져 통합 처리 바이오가스 사업에 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다.

부강테크는 이같은 문제를 해결하기 위해 국내 최초로 폐수 내 질소를 경제적으로 제거하는 아나목스 기술(AMX)을 개발해 상용화했다.

최근에는 바이오가스 증산과 슬러지 감량 기술인 혐기소화(AAD) 기술과 열가수분해(Draco) 기술, 아나목스(AMX) 기술 등 신기술들을 조합해 국내 최초로 ‘유기성 폐자원(폐기물+폐수) 통합 솔루션’을 제공하고 있다.

글로벌 수처리 전문기업 부강테크는 지난해 ‘그린뉴딜 유망기업 100’에서 녹색혁신기업, 올해 ‘혁신기업 국가대표 1000’에 선정되는 등 녹색산업 혁신성장 기업으로서의 잠재력을 인정받고 있다.

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