우리나라 인구의 대부분은 소도시와 농촌 지역에 거주하고 있으며, 농촌 하수 오염으로 인한 수질 오염 문제가 점점 더 주목받고 있습니다. 서부 지역의 낮은 하수 처리율을 제외하면, 우리나라 농촌 지역의 하수 처리율은 전반적으로 증가 추세를 보이고 있습니다. 그러나 우리나라는 국토가 광활하고, 지역별 도시와 마을의 환경 조건, 생활 습관, 경제 상황이 매우 다양합니다. 따라서 지역적 특성에 맞춰 분산형 하수 처리를 효과적으로 시행하기 위해서는 선진국의 경험을 참고할 가치가 있습니다.
우리나라의 주요 분산형 하수 처리 기술
우리나라의 농촌 하수처리 기술은 주로 생물막 기술, 활성 슬러지 처리 기술, 생태처리 기술, 토양처리 기술, 그리고 생물학적·생태학적 복합처리 기술로 구분됩니다(그림 1 참조). 적용 범위와 운영 관리 성공 사례를 살펴보면, 하수처리 용량은 일반적으로 500톤 미만입니다.
1. 농촌 하수처리 기술의 장점과 단점
농촌 하수 처리 실무에서 각 공정 기술은 다음과 같은 장점과 단점을 나타냅니다.
활성 슬러지 공법: 제어가 유연하고 자동 제어가 가능하지만, 가구당 평균 비용이 높고 운영 및 유지 보수에 전문 인력이 필요합니다.
인공습지 기술: 건설 비용은 저렴하지만, 제거율이 낮고 운영 및 관리가 불편하다.
토지 처리: 건설, 운영 및 유지 관리가 간단하고 비용이 저렴하지만, 지하수를 오염시킬 수 있으며 장기적인 운영 및 유지 관리 관리가 필요합니다.
생물학적 회전판 + 식물상: 남부 지역에 적합하지만 작동 및 유지 관리가 어렵습니다.
소규모 하수처리장: 도시 생활하수 처리 방식과 유사합니다. 장점은 처리수 수질이 양호하다는 것이고, 단점은 농촌 농업 하수 처리 요구를 충족할 수 없다는 것입니다.
일부 지역에서는 '무동력' 농촌 하수처리 기술을 장려하고 있지만, 여전히 '동력' 하수처리 기술이 큰 비중을 차지하고 있습니다. 현재 많은 농촌 지역에서는 토지가 가구 단위로 할당되어 공공용지가 부족하고, 경제적으로 발전된 지역에서는 토지 이용률이 매우 낮아 하수처리에 사용할 수 있는 토지 자원이 부족합니다. 따라서 '동력' 하수처리 기술은 토지 이용률이 낮고 경제가 발달했으며 수질 기준이 높은 지역에서 적용 가능성이 높습니다. 에너지 절약과 소비 감소를 특징으로 하는 하수처리 기술은 마을과 소도시의 분산형 생활하수처리 기술 발전의 추세가 되고 있습니다.
2. 농촌 하수처리 기술의 복합 모드
우리나라 농촌 하수처리 기술은 주로 다음과 같은 세 가지 방식을 조합하여 사용합니다.
첫 번째 방식은 MBR(막생물반응기) 또는 접촉산화 공정이나 활성슬러지 공정입니다. 하수는 먼저 정화조로 유입된 후 생물학적 처리 장치를 거쳐 최종적으로 주변 수역으로 방류되어 재사용됩니다. 농촌 지역에서는 하수 재사용이 더 일반적입니다.
두 번째 방식은 혐기성 처리 후 인공 습지 또는 혐기성 처리 후 연못 또는 혐기성 처리 후 토지를 이용하는 방식입니다. 즉, 정화조 다음에 혐기성 처리 시설을 사용하고, 생태 처리 후 환경으로 방류하거나 농업용으로 사용하는 방식입니다.
세 번째 방식은 활성 슬러지 + 인공 습지, 활성 슬러지 + 연못, 접촉 산화 + 인공 습지 또는 접촉 산화 + 토양 처리 방식입니다. 즉, 정화조 후단에 호기성 및 폭기 장치를 사용하고, 질소와 인 제거를 강화하기 위해 생태 처리 장치를 추가하는 방식입니다.
실제 적용에서는 첫 번째 모드가 가장 큰 비중을 차지하며, 그 비율은 61%에 달합니다.
위의 세 가지 방식 중 MBR은 처리 효과가 우수하여 수질 기준이 높은 지역에 적합하지만 운영 비용이 상대적으로 높습니다. 반면, 인공습지 및 혐기성 처리 기술은 운영 비용과 건설 비용이 매우 낮지만, 종합적으로 고려할 때 보다 이상적인 방류수 효과를 얻기 위해서는 폭기 과정을 강화해야 합니다.
해외에서 적용된 분산형 하수처리 기술
1. 미국
관리 시스템 및 기술 요구 사항 측면에서 볼 때, 미국의 분산형 하수 처리 시스템은 비교적 완벽한 체계 하에서 운영되고 있습니다. 현재 미국의 분산형 하수 처리 시스템은 주로 다음과 같은 기술들을 활용하고 있습니다.
정화조. 정화조 및 토양 처리는 해외에서 흔히 사용되는 기술입니다. 독일 조사 자료에 따르면 하수의 약 32%가 토양 처리에 적합하며, 그중 10~20%는 부적합합니다. 부적합 원인은 지하수 오염, 과도한 사용 시간, 과도한 수리 부하, 설계 및 설치 문제, 운영 관리 문제 등 다양합니다.
모래 여과기. 모래 여과는 미국에서 매우 흔하게 사용되는 하수 처리 기술로, 우수한 제거 효과를 얻을 수 있습니다.
호기성 처리. 호기성 처리는 미국 내 여러 곳에서 적용되고 있으며, 일반적으로 생물학적 회전판 공법이나 활성 슬러지 공법을 이용하여 1.5~5.7톤/일 규모로 처리됩니다. 최근 미국에서는 질소와 인의 효율적인 활용에도 큰 중요성을 부여하고 있습니다. 미국에서 발생하는 질소의 대부분은 폐수에서 발견되므로, 조기 분리를 통해 후속 처리 비용을 절감하는 것이 중요합니다.
또한, 소독, 영양물질 제거, 오염원 분리, 질소 및 인 제거 및 회수 등의 기능도 포함됩니다.
2. 일본
일본의 분산형 하수 처리 기술은 정화조 처리 시스템으로 비교적 잘 알려져 있습니다. 일본의 가정 하수 발생원은 우리나라와 다소 차이가 있습니다. 주로 세탁 폐수와 주방 폐수로 분류하여 수거합니다.
일본에서는 하수관망 구축이 어려운 지역이나 인구 밀도가 비교적 낮은 지역에 정화조가 설치됩니다. 정화조는 인구 규모와 처리 조건에 따라 다양하게 설계됩니다. 현재는 세대별로 정화조가 교체되고 있지만, 여전히 싱크대가 주를 이루고 있습니다. A형 정화조는 AO 반응기, 혐기성, 탈산, 호기성, 침전, 소독 등의 과정을 거쳐 정상 가동됩니다. 일본에서 정화조가 비교적 성공적으로 보급된 것은 단순히 기술적인 문제뿐만 아니라, 잘 갖춰진 법적 체계 하에 완벽한 관리 시스템이 구축되어 있기 때문입니다. 현재 우리나라에서도 정화조 도입 사례가 있으며, 동남아시아에도 시장성이 있습니다. 동남아시아, 인도네시아, 필리핀 등도 일본의 분산형 하수처리 정책의 영향을 받고 있습니다. 말레이시아와 인도네시아는 정화조에 대한 자체적인 국내 기술 규격 및 지침을 마련했지만, 실제로는 이러한 규격 및 지침이 현재의 경제 발전 수준에 적합하지 않을 수 있습니다.
3. 유럽 연합
실제로 EU 내에는 경제적으로나 기술적으로 발전된 국가들이 있는 반면, 경제적으로나 기술적으로 낙후된 지역들도 있습니다. 경제 발전 측면에서 보면, 이들 지역은 중국의 국가적 상황과 유사합니다. EU는 경제적 돌파구를 마련한 후 하수 처리 개선에도 힘쓰고 있으며, 2005년에는 소규모 분산형 하수 처리에 관한 EU 표준 EN12566-3을 제정했습니다. 이 표준은 지역적 상황, 지리적 조건 등을 고려하여 정화조 및 토양 처리 등 다양한 처리 기술을 선택할 수 있도록 하는 방안을 제시합니다. 그 외에도 종합 시설, 소규모 하수 처리장, 전처리 시스템 등 다양한 기준이 포함되어 있습니다.
4. 인도
몇몇 선진국의 사례를 간략히 소개한 후, 우리나라의 경제적으로 낙후된 지역과 비교적 가까운 동남아시아 개발도상국들의 상황을 소개하겠습니다. 인도의 가정 하수는 주로 주방 폐수에서 발생합니다. 하수 처리 측면에서 현재 동남아시아에서 가장 널리 사용되는 기술은 정화조입니다. 하지만 전반적인 문제는 우리나라와 마찬가지로 각종 수질 오염이 심각하다는 것입니다. 인도 정부는 정화조 보급을 효과적으로 확대하기 위한 정책과 프로그램을 추진하고 있으며, 정화조 처리 및 접촉 산화 기술에 대한 구체적인 기준을 마련하고 있습니다.
5. 인도네시아
인도네시아는 열대 지역에 위치해 있습니다. 농촌 경제 발전은 상대적으로 낙후되어 있으며, 지역 주민들의 생활하수는 대부분 강으로 방류되고 있습니다. 따라서 인도네시아 농촌 지역의 위생 상태는 말레이시아, 태국, 베트남 등 여러 국가에서 좋지 않은 상황입니다. 인도네시아에서는 정화조 설치율이 50%에 달하며, 정화조 사용 규범 및 기준을 장려하기 위한 관련 정책도 수립되어 있습니다.
고급 해외 경험
간략히 요약하자면, 선진국들은 우리나라가 배울 수 있는 선진적인 경험을 많이 가지고 있습니다. 선진국들의 표준화 시스템은 매우 완벽하고 체계적이며, 전문 교육과 시민 교육을 포함한 효율적인 운영 관리 시스템을 갖추고 있습니다. 또한, 선진국들의 하수 처리 원칙은 매우 명확합니다.
구체적으로 다음 사항을 포함한다: (1) 하수 처리 책임 소재를 명확히 하고, 동시에 국가가 재정 및 정책을 통해 분산형 하수 처리를 지원하며, 분산형 하수 처리를 규제하고 지도하기 위한 관련 기준을 마련한다. (2) 분산형 하수 처리의 효과적인 발전과 장기적인 운영을 보장하기 위해 공정하고 표준화되고 효율적인 행정 관리 및 산업 관리 시스템을 구축한다. (3) 분산형 하수 처리 시설의 건설 및 운영의 규모화, 사회화 및 전문화를 개선하여 혜택을 보장하고 비용을 절감하며 감독을 용이하게 한다. (4) 전문화 (5) 홍보 및 교육, 시민 참여 사업 등
실제 적용 과정에서 얻은 성공 경험과 실패의 교훈을 종합하여 우리나라 분산형 하수처리 기술의 지속 가능한 발전을 실현하고자 합니다.
크.안톱
게시 시간: 2023년 4월 13일