1. 슬러지 처리 및 폐기 기술
현재 국제 슬러지 처리 및 처분 프로젝트에서 일반적인 슬러지 처리 방법에는 호기성 발효(퇴비화), 혐기성 소화, 건조 및 소각이 포함됩니다. 슬러지의 처분 방법에는 토지 이용, 매립 및 종합 활용이 포함됩니다. 국가적 상황이 다르기 때문에 각 국가에서 채택한 처리 방법 및 기술도 다릅니다.
1.1 호기성 발효
슬러지에 대한 호기성 발효 기술은 슬러지 속의 미생물을 발효에 활용하는 새로운 생물학적 처리 기술입니다. 실제 응용 분야에서는 무해하고, 감소되고, 자원이 풍부한 효과를 얻을 수 있으며, 경제성, 실용성, 외부 에너지 불필요, 2차 오염 없음의 특성을 가지고 있습니다. 현재 국내외 연구자들은 퇴비화 공정에서 상태 제어, 중금속 제어, 질소 보유 기술, 기술 공정에 대한 광범위한 연구를 수행하여 많은 귀중한 성과를 거두었습니다[2-7]. 수십 년의 개발 끝에 슬러지에 대한 호기성 발효 기술은 큰 진전을 이루었지만, 보조 재료의 대량 필요성, 악취 제어의 어려움, 인간과 동물의 건강 및 안전 위험 존재 등 기술 이론과 공정에는 여전히 병목 현상이 있습니다. 호기성 발효 기술은 여전히 개선의 잠재력이 큽니다.
1.2 혐기성 소화
슬러지의 혐기성 소화는 통성 및 혐기성 박테리아가 혐기성 조건에서 슬러지의 생분해성 유기물을 이산화탄소, 메탄, 물과 같은 안정된 물질로 분해하는 동시에 슬러지 부피를 줄이고, 악취를 제거하고, 기생충 알을 죽이고, 소화 과정에서 생성된 바이오가스를 재활용하는 과정을 말합니다. 슬러지의 혐기성 소화는 효율적인 에너지 회수와 낮은 환경 영향으로 인해 현재 국제적으로 슬러지 안정화 및 자원 활용에 가장 널리 사용되는 방법입니다. 많은 국제 학자들이 혐기성 소화 기술[8] 연구에 전념해 왔으며, 이는 광범위하게 적용되고 개발되었습니다. 전반적으로 슬러지의 혐기성 소화 기술은 중국에서 획기적인 진전을 이루지 못했습니다. 핵심 기술과 장비는 주로 수입에 의존하며 투자가 비교적 높고 운영 효율성이 낮습니다. 바이오가스 활용에는 장애물이 있으며, 이는 중국에서 이 기술을 홍보하고 적용하는 데 제한 요소를 구성합니다.
1.3 건조소각
슬러지 소각[9]은 과도한 공기 공급 조건에서 슬러지를 가열한 후 고온(850~1100℃)에서 산화, 열분해하여 유기물과 병원균을 완전히 파괴하는 공정을 말한다. 소각 장치에는 여러 종류가 있으며, 현재 가장 많이 사용되는 것으로는 수직 다단 소각로, 회전 소각로, 유동화 소각로 등이 있다. 에너지 절감 목표를 달성하려면 먼저 슬러지를 건조하고 소각하기 전에 수분 함량을 크게 줄여야 한다. 따라서 현재 슬러지 소각 프로젝트는 일반적으로 건조와 소각을 결합한 처리 공정을 채택한다.
1.4 토지 이용
토지 이용은 농지, 채소밭, 과수원, 잔디밭, 녹화 및 토양 개량을 위해 슬러지(호기성 발효 또는 혐기성 소화 후)를 직접 또는 간접적으로 사용하거나 특정 기준을 충족하는 슬러지를 매립지의 피복 토양으로 사용하는 것을 말합니다. 최근 몇 년 동안 미국, 캐나다 및 일부 EU 국가는 녹화, 토지 복원 및 기타 목적을 위한 슬러지 요구 사항을 충족하는 슬러지를 직접 또는 호기성 발효하는 토지 이용 기술의 사용을 장려했습니다. 연구는 주로 슬러지의 안정화 및 무해한 토지 이용 방법, 슬러지의 비료 효율 및 작물 수확량 증가에 대한 가치에 중점을 둡니다. 또한 슬러지가 토양 품질, 식물 및 오염 제어에 미치는 잠재적 영향에 대한 관련 연구도 수행되었습니다[10-14].
1.5 바다 투기
해양 투기의 운영은 간단하고 해안 도시의 경우 처리 비용이 비교적 낮습니다. 그러나 생태적 인식이 강화됨에 따라 사람들은 슬러지 해양 투기가 해양 생태 환경에 미칠 수 있는 영향에 대해 점점 더 우려하고 있습니다. 미국은 1988년에 슬러지를 바다에 투기하는 것을 금지했고, 1998년 말부터 유럽 공동체 도시 폐수 처리법(91/271/EC)은 회원국이 슬러지를 바다에 투기하는 것을 금지했습니다. 중국 정부는 1994년 초에 세 가지 국제 협정을 수락하여 1994년 2월 20일부터 산업 폐기물과 하수 슬러지를 바다에 폐기하지 않겠다고 약속했습니다.
1.6 위생매립지
슬러지 위생매립은 1960년대에 시작되었으며, 매립 운영이 간단하고 비용이 저렴하며 적응성이 강합니다. 슬러지는 별도로 또는 다른 고형 폐기물(예: 도시 쓰레기)과 함께 매립할 수 있습니다. 그러나 몇 가지 문제가 있습니다[15]: 슬러지의 높은 수분 함량과 침출수가 고농도 유기성 폐수라는 사실로 인해 2차 오염을 방지하기 위해 수집하여 처리해야 합니다. 매립지에서 압축 기계의 어려움이 증가했습니다. 매립지의 위생 상태가 좋지 않습니다.
국내외 슬러지처리 현황
2.1 해외 슬러지 처리 및 처분 현황
외국의 도시 하수 슬러지 처리 및 처분은 거의 100년의 역사를 가지고 있습니다. 효과적인 활용이든 매립 처분이든 슬러지 처리의 목적은 다른 폐기물 처리와 마찬가지로 감소, 안정화, 무해 및 자원화입니다. 이 목표를 달성하기 위해서는 다양한 기계 및 처리 구조의 유기적 결합을 통해 슬러지 처리 및 처분 시스템을 형성해야 합니다. 슬러지 처분의 기본 단계는 농축, 탈수, 건조, 소각 등이며, 이 모든 단계는 슬러지 농축에 역할을 할 수 있습니다. 일반적으로 외국 도시의 슬러지 처리 시스템의 공정 흐름은 일반적으로 다음 네 가지 범주를 포함합니다[16]: (1) 원슬러지 → 농축 → 탈수 → 탈수 필터 케이크 처분; (2) 원슬러지 → 농축 → 탈수 → 소각 → 회분 처분; (3) 원슬러지 → 농축 → 소화 → 탈수 → 탈수 필터 케이크 처분; (4) 생슬러지 → 농축 → 소화 → 탈수 → 소각 → 회분 처리. 일본 318개 하수처리장의 통계에 따르면 [17] 슬러지 처리방법 (1)이 34%, 방법 (2)가 8.8%, 방법 (3)이 26%, 방법 (4)가 5.7%를 차지한다. 일본에서 슬러지의 최종 처분을 위한 주요 방법은 소각으로 전체 슬러지 처분량의 약 55%를 차지한다. 미국 환경보호청의 추산에 따르면 정부가 1972년 정수처리 규정을 발표한 이후 슬러지 양은 해마다 급증하여 2010년에는 820만 톤에 달했다. 영국에서는 [18,19] 자료에 따르면 하수처리에서 발생하는 연간 슬러지 생산량은 건조 슬러지 1,107만 톤이다. 영국에서 슬러지의 최종 처분의 주요 방법은 농업(46.6%)이고, 그 다음으로 바다로의 슬러지 방류(33.5%)입니다. 환경 문제가 점점 심각해짐에 따라 유럽 공동체는 협정에서 하수 슬러지를 바다로 방류하는 마감일을 1998년 12월 31일로 규정했는데, 이는 영국에서 슬러지의 33.5%가 육상 처분으로 전환된다는 것을 의미합니다. 현재 영국에서 매립에 사용되는 슬러지의 비중은 비교적 적어 슬러지 처리 용량의 8%에 불과합니다. 장기적으로 영국의 슬러지 처분 개발 방향은 혐기성 소화, 화학 또는 열 처리로 처리한 슬러지를 재사용하고 농지에 장기 보관하는 것입니다. 현재 전 세계적으로 일반적으로 사용되는 슬러지 처리 방법으로는 농업용, 매립, 해상 처리, 소각 등이 있습니다. 미국과 영국은 주로 농업에 의존하고, 서유럽은 주로 슬러지 매립에 의존하고, 일본은 주로 소각에 의존하고, 호주는 주로 슬러지 매립과 해상 처리에 의존합니다. EU 국가들은 슬러지 처리의 개발 추세에 대한 포괄적인 분석을 수행했습니다[20]. 이용 가능한 토지 면적, 처리 비용, 점점 더 엄격해지는 환경 기준, 자원 회수 정책의 대중화와 같은 요인과 향후 10~20년 동안 슬러지 특성의 상당한 변화로 인해 2005년 EU 국가들이 채택한 슬러지 처리 방법의 비율은 다음과 같습니다. 재활용은 45%, 소각은 38%, 매립은 17%를 차지했습니다.
2.2 국내 슬러지 처리 및 처분 현황
중국의 일부 중소 도시는 기본적으로 하수 처리 시설을 건설하지 않았으며, 하수 처리장이 있는 대도시에서도 슬러지 처리 시설의 90% 이상이 일치하지 않습니다. 직접 건설된 하수 처리장의 70% 이상이 농업용으로 처리되지 않은 슬러지를 사용합니다. 소화조가 있는 하수 처리장에서도 소화된 슬러지는 농업용으로 직접 사용하기 전에 약간만 탈수되므로 슬러지 사용에 대한 위생 기준을 충족하기 어렵습니다. 슬러지 처리 기술은 선진국에 비해 상대적으로 뒤떨어져 있습니다. 중국에서 이미 운영 중인 도시 하수 처리장의 관점에서 볼 때 슬러지 처리 공정은 슬러지 농축, 안정화, 탈수, 최종 처분의 네 가지 주요 공정을 포함합니다. 현재 중국은 하수 처리장 슬러지를 매립 및 도시 녹화에 사용하기 시작했으며, 슬러지를 기질로 사용하여 농업 및 기타 용도의 복합 비료를 생산하기 시작했습니다. 그러나 전반적인 상황은 여전히 주로 슬러지의 토지 이용 형태이며, 농업에 슬러지를 사용합니다. 중국의 슬러지 관리에서 병원균, 중금속, 독성 유기 화합물 및 냄새와 같은 감각 지표와 같은 물리화학적 지표의 제어에 대한 주의가 부족하여 슬러지의 추가 폐기 및 활용이 제한적입니다. 국내 슬러지 처리 기술의 비중은 다음과 같습니다. 농업 활용이 44.83%, 매립이 31.03%, 비슬러지 처리가 13.79%, 녹화가 3.45%, 소각이 3.45%, 쓰레기와 혼합 매립이 3.45%입니다. 국내 슬러지의 13.79%가 처리되지 않아 환경에 큰 위협이 될 것입니다. 슬러지가 내뿜는 악취는 심각하게 오염되어 있고, 병원성 박테리아는 인체 건강에 잠재적 위협이 되며, 중금속과 독성 및 유해 유기 화합물은 표면 및 지하수 시스템을 오염시킵니다. 이러한 현상의 이유는 다음과 같습니다. 중국에서 슬러지 처리 및 처분이 늦게 시작되어 많은 도시에서 전반적인 도시 계획에 슬러지 처분 장소를 포함하지 않아 많은 하수 처리 시설에서 적합한 슬러지 처분 방법과 처분 장소를 찾는 데 어려움을 겪고 있습니다. 우리나라의 슬러지 활용 기반이 약하고 사람들의 슬러지 활용에 대한 이해가 심각하게 부족합니다. 슬러지의 최종 처분에 대한 관심이 부족하여 일부 유해 슬러지의 최종 처분에 숨겨진 위험이 있습니다. 슬러지의 활용률이 그리 높지 않고 여전히 환경 위생 부서에서 교외로 직접 쌓기 위해 저장 및 운송하는 일부 하수 처리 시설 슬러지가 있습니다. 슬러지를 임의로 쌓으면 2차 오염과 슬러지 자원 낭비가 쉽게 발생할 수 있습니다. 따라서 현재 우리나라가 직면한 문제는 늘어나는 하수슬러지를 해결하기 위해 가능한 한 빨리 슬러지 처리기술을 개발하는 것입니다.
슬러지 처리 및 폐기 기술의 3가지 개발 동향
최근 몇 년 동안 슬러지에 대한 플라즈마 처리 기술과 같은 일부 신기술이 등장하여 점차 도시 유기성 폐기물 처리에 적용되고 있습니다. 스웨덴, 미국, 독일, 일본 및 기타 국가에서는 일정 규모의 플라즈마 처리 시설을 건설했으며 최근 중국에서도 개발되었습니다[21]. 새로 개발된 초음파 슬러지 처리 기술은 건전한 에너지 활용의 효율성과 에너지 소비로 인해 널리 사용되지 않았지만 다른 슬러지 처리 공정과 공동으로 사용할 수 있는 광범위한 전망이 있습니다. 슬러지를 건축 자재로 활용하기 위한 여러 기술은 전 세계 선진국에서 비교적 성숙되었으며, 그 중 건축용 벽돌, 경량 재료 및 시멘트 재료와 같은 기술은 일본 및 독일과 같은 국가에서 대량 생산 및 응용을 시작했거나 대량 생산 및 재사용을 계획하고 있습니다. 흡착제, 활성탄을 생산하기 위한 슬러지 개질, 바인더로 사용, 슬러지 오일링 및 염소계 화합물의 분해와 같은 슬러지에 대한 기타 처리 및 폐기 방법은 어느 정도 연구되었지만 아직 탐색 연구 단계에 있습니다. 수십 년간의 개발 끝에 유럽, 미국, 일본 등 선진국은 비교적 완전한 슬러지 처리 및 처분 기술 경로를 형성했으며[22] 관련 장비의 적용도 성숙해졌습니다. 관련 법률, 규정 및 표준은 비교적 완벽했습니다. 최근 일본은 슬러지 처리 및 처분 기술 경로를 전략적으로 조정하여 점차 슬러지의 자원 활용으로 전환하고 있으며 슬러지의 소각 재 함량은 건축 자재 생산에도 사용됩니다. 요약하자면 유럽, 미국, 일본 등 선진국의 슬러지 처리 및 처분에 대한 전반적인 접근 방식은 슬러지의 자원 활용이며 토지 이용을 주요 방법으로 하고 슬러지 처분 방향을 장려합니다. 따라서 혐기성 소화, 호기성 발효, 토지 이용, 건축 자재 제조와 같은 자원 활용 기술이 국제적으로 슬러지 처리 및 처분의 연구 초점이 될 것입니다. 슬러지의 무해한 처리를 보장하는 동시에 슬러지의 최대 활용을 달성하는 것이 국제 슬러지 처리 및 처분 분야 발전의 추세가 되었습니다.
4 결론
현재 중국에서 발생하는 슬러지의 약 48% 중 28%는 토지이용, 48%는 매립, 3~45%는 소각, 13~79%는 적절히 처리되지 않고 있으며, 전반적인 상황은 주로 토지이용 형태이며, 대부분이 농업에 사용되고 있다[23]. 여전히 적절하게 처리되지 않은 슬러지가 대량으로 존재하여 환경에 잠재적 위험을 초래할 수 있다. 인구가 많고 자원과 에너지가 비교적 부족한 중국의 기본적인 국가적 여건과 결합하면 슬러지 재활용 기술은 개발에 매우 가치가 있다. 슬러지의 자원 활용과 에너지 활용이 앞으로 국내 슬러지 산업의 중요한 발전 방향이 될 것임을 알 수 있다.
