서울시보건환경연구원은 민관 협업을 통해 하수처리장에서 발생하는 하수찌꺼기의 최종 부피를 줄이고 비료의 주원료로 사용되는 인(P)을 회수하는 기술을 개발하여 특허 등록을 완료했다고 밝혔다. 

연구원은 지난해부터 (주)바이오에너지개발 및 서남물재생센터와 공동으로 연구과제를 추진하여 서남물재생센터에서 발생하는 하수찌꺼기의 수분을 줄여 부피를 최소화하고 인(P)까지 회수하는 기술을 특허 등록하였다.

특허 기술명은『하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치 및 이를 통해 초음파를 이용한 인 회수 방법』(등록번호: 제10-2191378-0000)이며, 하수찌꺼기에 초음파 처리를 하고 멤브레인-필터프레스를 통해 가압탈수하여 탈수케잌의 함수율을 낮추고 탈리여액에 포함된 고농도의 인(P)회수가 가능하다.

▲ 하수찌꺼기 탈수 및 인(P) 회수 시스템 조감도

2018년 하수도 통계에 따르면 전국 하수처리장에서 발생하는 하수찌꺼기 발생량은 연간 약 409만 톤이며 그 중 대략 70만 톤은 서울시에서 발생하는 것으로 알려져 하수찌꺼기 처리대책 마련이 시급한 실정이다.

국내 하수처리장은 2012년 폐기물의 해양투기를 규제하는 런던협약에 따라 하수찌꺼기를 대부분 육상에서 소각하거나 매립하고 있다.

이번에 등록된 특허는 하수찌꺼기 탈수 및 폐기물 자원화와 관련된 기술로써 보통 안경점의 초음파세척기에서 많이 활용되는 초음파에너지와 멤브레인-필터프레스를 융합하여 개발하였다. 

전체 처리공정은 하수찌꺼기를 초음파 용출조에 넣고 초음파 처리 후, 탈수 보조제(폴리머)를 투입한다. 응집된 하수찌꺼기를 멤브레인-필터프레스를 통해 탈수하고, 그 과정에서 부산물로 생성된 물인 탈리여액에서 인(P)을 회수한다.

핵심기술인 초음파 용출조는 인간이 들을 수 있는 최대 주파수(20kHz) 이상을 갖는 음파인 초음파를 통해 하수찌꺼기에 포함된 미생물 세포를 파괴하고 표면적을 증가시켜 수분 배출을 촉진하는 역할을 한다.

멤브레인-필터프레스는 하수찌꺼기에 강한 압력을 가하여 수분을 줄이는 방법으로 여과판에 하수찌꺼기를 넣고 1차 탈수한 후 멤브레인 필터에 고압의 가압수를 다시 주입하여 두 번에 걸쳐 탈수케잌의 함수율을 대폭 낮추는 공정이다.

▲ 멤브레인-필터프레스 장비

이 기술을 활용해 소규모의 현장 실험을 한 결과, 하수찌꺼기의 함수율은 54%로 기존에 보급된 원심탈수기를 활용했을 때 함수율(약 78%)에 비해 약 24%P 낮춰, 최종 하수찌꺼기의 부피를 약 40%까지 저감할 수 있음을 확인했다. 이 기술이 현장에 적용될 경우 전체 하수처리비용 중 많은 비중을 차지하는 슬러지 처리 비용이 대폭 절감될 것으로 기대를 모으고 있다.

특히, 하수찌꺼기에 초음파 처리를 통해 탈리여액 내 인(P) 농도를 4배 이상 높여 인(P) 회수 기술의 경제성을 한층 향상시켰다는 평가를 받고 있다. 

보통 탈리여액 내 인(P) 농도는 50mg/L수준이었으나 본 기술을 통해 단시간(20분)에 인(P)농도가 214.9mg/L까지 증가하였다.

한편, 이번 기술 개발은 보건환경연구원이 지난 2017년 하수찌꺼기 소각재에서 인(P) 회수기술 개발(특허 : 하수슬러지 소각재로부터 인(P)의 회수방법)에 이어 인(P) 회수 대상을 하수찌꺼기로 확대하여 얻은 두 번째 연구 성과이다.

기술 개발을 주도한 서울시보건환경연구원 최예덕 연구사는 “이번 특허 기술은 하수찌꺼기의 함수율을 줄이고 인(P) 회수까지 가능하여 두 마리 토끼를 모두 잡은 셈이다.”라며 “향후에는 하수찌꺼기 및 소각재의 재활용과 자원화를 위한 기반 기술 개발에 연구 역량을 집중하겠다.”라고 포부를 밝혔다.

신용승 서울시보건환경연구원장은 “부존자원이 부족한 국내 현실에서 앞으로 폐기물의 자원화 기술 개발은 선택이 아닌 필수로 인식하고 대응해야 한다.”라면서 “연구원이 민관협업을 통해 지속적인 연구개발(R&D)의 중심지로서 우뚝 설 수 있도록 물심양면으로 지원을 아끼지 않겠다.”라고 밝혔다.