하수처리

Sewage treatment
이 기사는 도시 폐수의 처리에 관한 것입니다. 모든 유형의 폐수 처리에 대해서는 폐수 처리를 참조하십시오.
Aerial photo of Kuryanovo activated sludge sewage treatment plant in Moscow, Russia.
Constructed wetlands for sewage treatment near Gdansk, Poland
Waste stabilization ponds at a sewage treatment plant in the South of France.
UASB for domestic wastewater treatment in Bucaramanga, Colombia
하수 처리장(STP)은 다양한 크기와 공정 구성으로 제공됩니다. 왼쪽 위에서 시계 방향으로: 러시아 모스크바의 Kuryanovo 활성 슬러지 STP 항공사진 폴란드 그단스크 인근 습지 건설 STP 프랑스 남부의 폐기물 안정화 연못 STP 콜롬비아 부카라망가의 상류 혐기성 슬러지 블랭킷 STP.
하수처리
동의어폐수처리장(WWTP), 매립장
위생 체인의 위치치료
응용수준도시,근린[1]
관리수준일반의
인풋하수도, 그냥 검은 물일 수도 있고, 회색[1] 물일 수도 있습니다.
출력물유출수, 하수 슬러지, 바이오가스(일부 유형)[1] 가능성이 있음
종류들폐수처리기술 목록
환경문제수질오염, 환경보건, 공중보건, 하수슬러지 처리문제

하수처리(또는 생활폐수처리, 도시폐수처리)는 하수의 오염물질을 제거하여 주변 환경으로 배출하기에 적합한 폐수를 생성하거나 재사용 용도로 사용하여 원수 배출로 인한 수질오염을 방지하는 것을 목적으로 하는 폐수처리의 한 종류입니다.[2] 하수에는 가정과 기업의 폐수와 전처리된 산업 폐수가 포함되어 있습니다. 선택할 수 있는 하수 처리 과정이 많습니다. 이러한 시스템은 분산 시스템(현장 처리 시스템 포함)에서부터 하수를 처리장으로 전달하는 파이프 및 펌프 스테이션 네트워크(하수도라고 함)를 포함하는 대규모 중앙 집중 시스템에 이르기까지 다양합니다. 복합 하수도가 있는 도시의 경우 하수도는 도시 유출수(폭풍수)를 하수 처리장으로 운반합니다. 하수 처리에는 1차 처리와 2차 처리라는 두 가지 주요 단계가 포함되는 반면, 고급 처리에는 연마 공정과 영양소 제거를 포함하는 3차 처리 단계도 포함됩니다. 2차 처리는 호기성 또는 혐기성 생물학적 공정을 사용하여 하수에서 발생하는 유기물(생물학적 산소 요구량으로 측정됨)을 줄일 수 있습니다. 의약품과 같은 유기 미세 오염 물질의 제거를 위해 이른바 4차 처리 단계(때로는 고도 처리라고도 함)를 추가할 수도 있습니다. 이것은 스웨덴에서 예를 들어 본격적으로 시행되었습니다.

대부분 생물학적 처리 공정을 사용하는 많은 하수 처리 기술이 개발되었습니다. 설계 엔지니어와 의사 결정자는 적합한 기술을 선택할 때 각 대안의 기술적, 경제적 기준을 고려해야 합니다.[4]: 215 종종, 주요한 선택 기준은 다음과 같습니다: 원하는 방류수 품질, 예상 건설 및 운영 비용, 토지의 가용성, 에너지 요구 사항 및 지속 가능성 측면입니다. 개발도상국과 인구 밀도가 낮은 농촌 지역에서 하수는 다양한 현장 위생 시스템에 의해 처리되고 하수도에서 전달되지 않는 경우가 많습니다. 이러한 시스템에는 배수장과 연결된 정화조, 현장 하수 시스템(OSS), 버미필터 시스템 등이 포함됩니다. 반면, 상대적으로 비용이 많이 드는 고급 하수처리장은 소독을 통한 3차 처리와 미세오염물질을[3] 제거하기 위한 4차 처리 단계를 포함할 수 있습니다.

전 세계적인 수준에서 하수의 약 52%가 처리됩니다.[5] 그러나 하수 처리율은 전 세계 국가마다 매우 불평등합니다. 예를 들어 고소득 국가는 하수의 약 74%를 처리하는 반면 개발도상국은 평균 4.2%[5]만 처리합니다.

하수 처리는 위생 분야의 일부입니다. 위생에는 빗물(배수) 관리뿐만 아니라 인간 폐기물 및 고형 폐기물 관리도 포함됩니다.[6] 하수처리장이라는 용어는 폐수처리장이라는 용어와 혼용되어 사용되는 경우가 많습니다.[4][page needed][7]

용어.

미국 매사추세츠 주의 활성 슬러지 하수처리장

오늘날에는 하수처리장(STP)(또는 하수처리장)이라는 용어가 폐수처리장(WWTP)이라는 용어로 대체되는 경우가 많습니다.[7][8] 엄밀히 말하면 후자는 산업폐수처리도 지칭할 수 있는 더 넓은 용어입니다.

물 재활용 센터 또는 물 재활용 공장이라는 용어도 동의어로 사용되고 있습니다.

목적 및 개요

하수 처리의 전반적인 목표는 가능한 한 적은 수질 오염을 일으키면서 환경으로 배출될 수 있는 방류수를 생산하거나 유용한 방법으로 재사용할 수 있는 방류수를 생산하는 것입니다.[9] 이것은 하수에서 오염 물질을 제거함으로써 달성됩니다. 폐기물 관리의 한 형태입니다.

하수의 생물학적 처리와 관련하여 처리 목표는 유기물, 영양소(질소 및 인), 병원성 유기체 및 특정 미량 유기 성분(미세 오염 물질)을 변형 또는 제거하는 다양한 수준을 포함할 수 있습니다.[7]: 548

일부 유형의 하수 처리는 안전한 폐기 또는 재사용 전에 처리할 수 있는 하수 슬러지를 생성합니다. 특정 상황에서 처리된 하수 슬러지는 바이오 고형물이라고 할 수 있으며 비료로 사용될 수 있습니다.

원하수가 지표수로 다시 방출되기 전에 거치는 과정입니다.

하수특성

이 섹션은 하수 § 농도 및 부하에서 발췌한 내용입니다.[편집]

개발도상국의 원수의 물리-화학적 특성에 대한 일반적인 값은 다음과 같이 발표되었습니다: 총 고형물의 경우 180 g/인/d(또는 농도로 표시할 때 1100 mg/L), BOD의 경우 50 g/인/d(300 mg/L), COD의 경우 100 g/인/d(600 mg/L), 총 질소의 경우 8 g/인/d(45 mg/L), 4.암모니아-N(25mg/L)의 경우 5g/사람/d, 총인(7mg/L)의 경우 1.0g/사람/d.[10]: 57 이러한 값의 일반적인 범위는 총 고형물의 경우 120–220 g/사람/d(또는 농도로 표시할 때 700–1350 mg/L), BOD의 경우 40–60 g/사람/d(250–400 mg/L), COD의 경우 80–120 g/사람/d(450–800 mg/L), 총 질소의 경우 6–10 g/사람/d(35–60 mg/L), 암모니아-N의 경우 3.5–6 g/사람/d(20–35 mg/L) 및 0.7–2입니다.총 인(4–15 mg/L)의 경우 5 g/인/d.[10]: 57

고소득 국가의 경우 "1인당 유기물 부하량"이 1인당 하루 약 60g의 BOD인 것으로 나타났습니다.[11] 이를 PE(Population Equivalent)라고 하며 하수 대비 산업폐수의 강도를 표현하는 비교 파라미터로도 사용됩니다.

수집

이 섹션은 하수도에서 발췌한 것입니다.[편집]

하수도(또는 하수도)는 하수를 이용하여 하수 또는 지표 유출(폭풍수, 용융수, 빗물)을 운반하는 기반 시설입니다. 복합 하수도 또는 위생 하수도의 수용 배수구, 맨홀, 양수장, 폭풍 넘침, 선별실 등의 구성 요소를 포괄합니다. 하수도는 하수처리장으로 들어가는 입구나 환경으로 배출되는 지점에서 끝납니다. 하수나 빗물을 전달하는 것은 파이프, 챔버, 맨홀 등의 시스템입니다.

많은 도시에서 하수(또는 도시 폐수)는 빗물과 함께 복합 하수 시스템에서 하수 처리장으로 운반됩니다. 일부 도시 지역에서는 하수가 위생 하수구에 별도로 운반되고 거리의 유출수는 빗물 배수구에 운반됩니다. 유지 관리 목적으로 이러한 시스템에 접근할 수 있는 것은 일반적으로 맨홀을 통해 이루어집니다. 높은 강수 기간 동안 하수 시스템은 처리되지 않은 하수를 수용수로 직접 흘려보내는 복합 하수 넘침 현상 또는 위생 하수 넘침 현상을 경험할 수 있습니다. 이는 공중 보건과 주변 환경에 심각한 위협이 될 수 있습니다.

처리공정의 종류

하수는 하수가 생성되는 곳과 가까운 곳에서 처리될 수 있으며, 이는 분산 시스템 또는 현장 시스템(현장 하수 시설, 정화조 등)이라고도 할 수 있습니다. 또는 하수를 수집하고 파이프와 펌프 스테이션의 네트워크를 통해 도시 처리 공장으로 운반할 수 있습니다. 이를 중앙집중식 시스템이라고 합니다(하수도, 배관 및 기반 시설 참조).

대부분 생물학적 처리 공정을 사용하는 많은 하수 처리 기술이 개발되었습니다(폐수 처리 기술 목록 참조). 매우 광범위하게, 일부 기술은 두 가지 범주에 속할 수 있지만, 하이테크(고비용)와 로우테크(저비용) 옵션으로 분류할 수 있습니다. 다른 그룹 분류는 집약적이거나 기계화된 시스템(더 콤팩트하고 첨단 기술 옵션을 자주 사용)과 대규모 또는 자연 기반 시스템(일반적으로 자연 처리 프로세스를 사용하고 더 넓은 영역을 차지함)입니다. 처리 공장은 다양한 프로세스를 포함할 수 있고, 첨단 기술과 저기술, 집약적이고 광범위하며 기계화되고 자연적인 프로세스의 개념 해석이 장소마다 다를 수 있기 때문에 이러한 분류는 때때로 지나치게 단순화될 수 있습니다.

낮은 기술, 광범위한 프로세스 또는 자연 기반 프로세스

브라질 벨로 호라이즌테 위생연구훈련센터에 조성된 습지(수직류)
브라질 벨로 호라이즌테의 온사(Onça) 처리장의 낙수 여과 하수처리장

기술 수준이 낮고, 종종 비용이 적게 드는 하수 처리 시스템의 예는 아래와 같습니다. 그들은 종종 에너지를 거의 사용하지 않거나 전혀 사용하지 않습니다. 이러한 시스템 중 일부는 높은 수준의 처리를 제공하지 않거나 하수의 일부(예: 화장실 폐수만)만 처리하거나 정화조와 같은 사전 처리만 제공합니다. 반면, 일부 시스템은 여러 애플리케이션에서 만족할 수 있는 좋은 성능을 제공할 수 있습니다. 이러한 시스템의 대부분은 자연 치료 프로세스를 기반으로 하므로 넓은 면적이 필요하지만 다른 시스템은 더 컴팩트합니다. 대부분의 경우 농촌이나 중소 지역 사회에서 사용됩니다.

사유지에 있는 캔자스 시골 석호

예를 들어, 폐기물 안정화 연못은 에너지 요구 사항이 거의 없는 저비용 처리 옵션이지만 많은 토지가 필요합니다.[4]: 236 기술적인 단순성 때문에 대부분의 절감 효과는 운영 및 유지보수 비용 측면에서 이루어집니다.[4]: 220–243

화장실 폐수만 전체 또는 부분 처리할 수 있는 시스템의 예:

첨단 기술, 집약적 또는 기계화된 프로세스

호주 애들레이드 인근 활성슬러지 하수처리장(미세버블 디퓨저)의 통기조

보다 첨단 기술, 집약적이거나 기계화된, 또는 종종 상대적으로 고가의 하수 처리 시스템에 대한 예는 아래에 열거되어 있습니다. 그들 중 일부는 에너지 집약적이기도 합니다. 그들 중 많은 사람들이 매우 높은 수준의 치료를 제공합니다. 예를 들어, 광범위하게 말하면, 활성 슬러지 공정은 높은 유출수 품질을 달성하지만 상대적으로 비용이 많이 들고 에너지 집약적입니다.[4]: 239

폐기 또는 처리 옵션

폐기 옵션으로 분류될 수 있는 다른 프로세스 옵션도 있지만 기본 처리 옵션으로도 이해할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 슬러지, 관수, 침지, 침출장, 어장, 부유식 식물 연못, 물 처리/지하수 충전,[12]: 138 지표 처분 및 저장의 적용

토지에 하수를 적용하는 것은 처리 유형과 최종 처분 유형입니다.[4]: 189 지하수 재충전 및/또는 증발산으로 이어집니다. 토지 적용에는 저속 시스템, 빠른 침투, 지하 침투, 육로 흐름이 포함됩니다. 침수, 고랑, 스프링클러 및 낙수로 이루어집니다. 1인당 많은 토지가 필요한 처리/처분 시스템입니다.

디자인 측면

브라질의 UASB(Upflow 혐기성 슬러지 블랭킷) 원자로(소규모 처리장 사진), Belo Horizonte, 위생연구훈련센터

인구당량

1인당 유기물 부하량은 하수처리장 설계에 사용되는 파라미터입니다. 이 개념은 인구 등가물(PE)로 알려져 있습니다. PE에 사용되는 기준 값은 국가마다 다를 수 있습니다. 전 세계적으로 일반적으로 사용되는 정의는: 1 PE는 하루에 1인당 60 그램의 BOD와 같으며 또한 하루에 200 리터의 하수와 같습니다.[13] 이 개념은 하수 대비 산업폐수의 강도를 표현하는 비교 파라미터로도 사용됩니다.

공정선택

적합한 하수 처리 공정을 선택할 때 의사 결정자는 기술적, 경제적 기준을 고려해야 합니다.[4]: 215 따라서 각 분석은 사이트별로 다릅니다. LCA(Life Cycle Assessment)를 사용할 수 있으며, 기준이나 가중치는 다양한 측면에서 기인합니다. 이것은 최종 결정을 어느 정도 주관적으로 만듭니다.[4]: 216 기술 선택에 도움이 되는 다양한 출판물이 존재합니다.[4]: 221 [12][14][15]

선진국에서 공정 선택에서 가장 중요한 매개변수는 일반적으로 효율성, 신뢰성 및 공간 요구사항입니다. 개발도상국의 경우, 그들은 다를 수 있으며, 프로세스의 단순성뿐만 아니라 건설 및 운영 비용에 더 중점을 둘 수 있습니다.[4]: 218

가장 적합한 치료 과정을 선택하는 것은 복잡하고 전문가의 투입이 필요하며, 종종 타당성 조사의 형태로 이루어집니다. 하수 처리 공정을 평가하고 선정할 때 고려해야 할 주요 중요한 요소들이 많기 때문입니다. 여기에는 공정 적용 가능성, 적용 가능한 흐름, 허용 가능한 흐름 변화, 영향 특성, 억제 또는 내화 화합물, 기후적 측면, 공정 역학 및 반응기 유압, 성능, 처리 잔류물, 슬러지 처리, 환경적 제약, 화학 제품에 대한 요구 사항, 에너지 및 기타 자원, 인력, 운영 및 유지보수에 대한 요구사항, 보조 프로세스, 신뢰성, 복잡성, 호환성, 영역 가용성.[4]: 219

하수처리장의 환경 영향과 관련하여 다음과 같은 요소가 선정 과정에 포함됩니다. 악취, 벡터매력, 슬러지 운반, 위생위험, 대기오염, 토양 및 지하토 오염, 지표수 오염 또는 지하수 오염, 인근 지역의 평가절하, 인근 인구의 불편.[4]: 220

냄새조절

하수처리로 배출되는 악취는 일반적으로 혐기성 또는 패혈성 상태를 나타냅니다.[16] 초기 처리 단계에서는 악취가 나는 가스가 발생하는 경향이 있으며, 황화수소가 불만을 일으키는 데 가장 일반적입니다. 도시 지역의 대규모 공정 공장은 종종 생물학적으로 유해 가스를 포획하고 대사하기 위해 탄소 원자로, 생물학적 슬라임과의 접촉 매체, 소량의 염소 또는 순환 유체로 냄새를 처리합니다.[17] 황화수소 수치를 관리하기 위해 철염, 과산화수소, 질산칼슘 등을 첨가하는 것을 포함한 다른 악취 제어 방법이 존재합니다.[18]

에너지 요구량

에너지 요구량은 하수 강도뿐만 아니라 처리 공정의 유형에 따라 다릅니다. 예를 들어, 건설된 습지와 안정화 연못은 에너지 요구량이 낮습니다.[19] 이에 비해 활성 슬러지 공정은 통기 단계를 포함하기 때문에 에너지 소비가 높습니다. 일부 하수처리장은 혐기성 소화라고 불리는 공정을 사용하여 하수 슬러지 처리 공정에서 바이오가스를 생산합니다. 이 공정은 하수처리장 자체의 에너지 요구량의 대부분을 충족시킬 수 있는 충분한 에너지를 생산할 수 있습니다.[7]: 1505

미국의 활성 슬러지 처리 공장의 경우, 연간 운영 비용의 약 30%가 에너지에 필요합니다.[7]: 1703 이 전기의 대부분은 하수 슬러지의 탈수 및 건조를 위한 통기, 양수 시스템 및 장비에 사용됩니다. 예를 들어, 영양소 제거를 위한 고도의 하수 처리 공장은 1차 또는 2차 처리만을 달성하는 공장보다 더 많은 에너지를 필요로 합니다.[7]: 1704

트리클링 필터를 사용하는 소규모 농촌 발전소는 순 에너지 요구 사항 없이 작동할 수 있으며, 버킷 흐름 분배 및 침하 탱크의 건조대로의 배출을 포함한 모든 과정이 중력 흐름에 의해 구동됩니다. 이는 대개 구릉지와 악취 관리가 어려워 처리장이 비교적 주택에서 멀리 떨어진 지역에서만 실용적입니다.[20][21]

산업폐수의 공동처리

규제가 심한 선진국에서 산업 폐수는 대개 오염 물질 부하를 줄이기 위해 공장 자체에서 완전히 처리되지 않으면 하수구로 배출하기 전에 최소한 전처리를 받습니다. 전처리의 목적은 다음 두 가지입니다. 첫째, 하수처리장의 생물학적 단계에 독성이나 억제성 화합물이 유입되는 것을 방지하고 그 효율을 감소시키기 위해서입니다. 그리고 두 번째로 독성 화합물이 생성된 하수 슬러지에 축적되는 것을 방지하여 유익한 재사용 옵션을 줄일 수 있습니다. 일부 산업 폐수에는 하수 처리장에서 제거할 수 없는 오염 물질이 포함되어 있을 수 있습니다. 또한 생산 주기와 관련된 산업 폐기물의 다양한 흐름은 생물학적 처리 장치의 개체군 역학을 방해할 수 있습니다.[citation needed]

2차 처리 공정의 설계 측면

주 기사: 이차치료 § 설계 고려사항
짐바브웨 카리바의 부실한 혐기성 처리 연못(슬러지 제거 필요)

미접합지역

세계 여러 지역의 도시 주민들은 정화조와 피트라틴과 같은 하수구가 없는 현장 위생 시스템에 의존하고 있으며, 이들 도시의 분변 슬러지 관리는 엄청난 도전입니다.[22]

하수 처리를 위해 정화조 및 기타 현장 하수 시설(OSSF)을 사용하는 것은 일부 농촌 지역에서 널리 사용되고 있으며, 예를 들어 미국 가정의 20%까지 사용되고 있습니다.[23]

사용가능공정단계

하수 처리에는 1차 처리와 2차 처리라는 두 가지 주요 단계가 포함되는 반면, 고급 처리에는 연마 공정이 포함된 3차 처리 단계도 포함됩니다.[13] 다양한 유형의 하수 처리는 아래에 나열된 공정 단계의 일부 또는 전부를 활용할 수 있습니다.

예비처리

예비 처리(때로는 전처리라고도 함)는 1차 처리 정화기의 펌프와 하수 라인을 손상시키거나 막히기 전에 원수에서 쉽게 채취할 수 있는 거친 물질을 제거합니다.

스크리닝

중소하수처리장 예비처리 배치 : 수동 세척 스크린 및 그릿 챔버(Jales Treatment Plant, Sang Paulo, 브라질 상파울루)

하수의 유입수는 막대 스크린을 통과하여 하수 흐름에 운반된 캔, 누더기, 막대기, 플라스틱 봉지 등과 같은 큰 물체를 모두 제거합니다.[24] 이 작업은 대규모 개체군에 서비스를 제공하는 현대식 식물에서 자동 기계식 라킹 바 스크린으로 수행되는 것이 가장 일반적인 반면, 소규모 또는 소규모 현대식 식물에서는 수동으로 세척된 스크린을 사용할 수 있습니다. 기계적 바 스크린의 래킹 작용은 일반적으로 바 스크린들 상의 축적 및/또는 유량에 따라 진행됩니다. 고형물은 수집되어 나중에 매립지에 폐기되거나 소각됩니다. 다양한 크기의 바 스크린 또는 메쉬 스크린을 사용하여 고형물 제거를 최적화할 수 있습니다. 총 고형물을 제거하지 않으면 처리장의 배관 및 이동 부품에 갇히게 되고, 그 과정에서 상당한 손상과 비효율을 초래할 수 있습니다.[25]: 9

그릿 제거

예비처리: 브라질 미나스 제라이스 주이즈 데 포라 하수처리장의 수평 유동 그릿 챔버

그릿은 모래, 자갈, 암석 및 기타 무거운 물질로 구성됩니다. 예비 처리에는 모래 또는 그릿 제거 채널 또는 챔버가 포함될 수 있으며, 여기서 유입되는 하수의 속도는 그릿의 침강을 허용하도록 감소됩니다. 그릿 제거는 (1) 1차 침전조, 통기조, 혐기성 소화조, 배관, 채널 등의 퇴적물 형성을 줄이고 (2) 그릿의 과도한 축적으로 인한 탱크 세척 빈도를 줄이고 (3) 이동하는 기계 장비를 마모 및 그에 따른 비정상적인 마모로부터 보호하기 위해 필요합니다. 분쇄기, 미세 스크린, 원심분리기, 열교환기, 고압 격막 펌프와 같이 금속 표면을 촘촘하게 가공한 장비에는 그릿 제거가 필수적입니다.

그리트 챔버는 수평 그리트 챔버, 폭기 그리트 챔버, 와류 그리트 챔버의 세 가지 유형으로 제공됩니다. 와류 그릿 챔버에는 기계적으로 유도된 와류, 유압으로 유도된 와류 및 다중 트레이 와류 분리기가 포함됩니다. 전통적으로 그릿 제거 시스템은 0.210밀리미터(0.0083인치) 이상의 깨끗한 무기 입자를 제거하도록 설계되어 왔음을 감안할 때, 대부분의 미세한 그릿은 정상적인 조건에서 그릿 제거 흐름을 통과합니다. 흐름이 많은 기간 동안 침전된 그릿이 재현탁되고 처리 공장에 도달하는 그릿의 양이 상당히 증가합니다.[7]

흐름평형화

등화 분지를 사용하여 흐름 등화를 달성할 수 있습니다. 이는 특히 평균 흐름보다 훨씬 높은 최대 건조-기상 흐름 또는 최대 습-기상 흐름을 생성하는 복합 하수도 시스템에 유용합니다.[7]: 334 이러한 분지는 생물학적 처리 공정 및 2차 정화제의 성능을 향상시킬 수 있습니다.[7]: 334

단점으로는 유역의 자본 비용과 공간 요구 사항이 있습니다. 분지는 또한 생물학적 2차 처리를 억제할 수 있는 독성 또는 고강도 폐수(휴대용 화장실의 폐수 또는 진공 트럭으로 하수 처리장으로 가져오는 분변 슬러지 등)의 일시적인 배출물을 보관, 희석 및 분배할 수 있는 장소를 제공할 수 있습니다. 유량 균등화 분지에는 가변 배출 제어가 필요하며, 일반적으로 바이패스 및 청소를 위한 규정이 포함되며, 또한 공기 주입기 및 냄새 제어가 포함될 수 있습니다.[26]

지방 및 그리스 제거

일부 더 큰 식물에서는 스키머들이 표면에 떠다니는 지방을 모으는 작은 탱크를 통해 하수를 통과시킴으로써 지방과 기름기를 제거합니다. 탱크 바닥에 있는 공기 송풍기를 사용하여 거품으로 지방을 회수할 수도 있습니다. 그러나 많은 공장에서 지방 및 기름 제거를 위해 기계적 표면 스키머와 함께 1차 정화기를 사용합니다.

일차처리

미국 오리건주 하수처리장의 사각형 1차 침강조

1차 처리는 "하수에서 부유물질과 유기물의 일부를 제거하는 것"입니다.[7]: 11 무거운 고체가 바닥으로 가라앉을 수 있는 분지를 하수가 천천히 통과하는 동시에 기름, 기름, 가벼운 고체가 표면으로 떠내려가도록 하는 것으로 구성되어 있습니다. 이러한 분지를 1차 침전조 또는 1차 정화기라고 하며 일반적으로 1.5~2.5시간의 수압 유지 시간(HRT)을 갖습니다.[7]: 398 침전 및 부유물질을 제거하고 남은 액체를 배출하거나 2차 처리할 수 있습니다. 일반적으로 1차 침강 탱크에는 기계적으로 구동되는 스크레이퍼가 장착되어 있으며, 이는 수집된 슬러지를 슬러지 처리 시설로 펌핑하는 탱크의 바닥에 있는 호퍼를 향해 지속적으로 구동합니다.[25]: 9–11

복합 하수도와 연결된 하수처리장은 1차 처리 장치 이후에 우회 배치되는 경우가 있습니다. 이는 매우 많은 강우량이 발생하는 동안 2차 및 3차 처리 시스템은 유압 과부하로부터 보호하기 위해 우회될 수 있으며 하수와 빗물의 혼합물은 1차 처리만 받을 수 있음을 의미합니다.[27]

1차 침전조는 부유물질의 약 50~70%, 생물학적 산소요구량(BOD)의 25~40%를 제거합니다.[7]: 396

이차치료

주 기사: 이차치료
활성 슬러지 공정을 이용한 일반적인 대규모 처리장의 단순화 공정 흐름도

2차 하수 처리와 관련된 주요 공정은 고체 물질을 최대한 많이 제거하도록 설계되었습니다.[13] 그들은 생물학적 과정을 사용하여 남아있는 용해성 물질, 특히 유기 분획을 소화하고 제거합니다. 이것은 부유 성장 또는 생물막 공정으로 수행할 수 있습니다. 하수에 존재하는 유기물을 먹고 사는 미생물이 성장하고 증식하여 생물 고형물, 즉 바이오매스를 구성합니다. 이들은 플록 또는 생물막의 형태로 함께 성장하고 그룹화되며, 일부 특정 과정에서는 과립으로 형성됩니다. 생물학적 플록 또는 생물막과 남아있는 미세 고형물은 침전 및 분리가 가능한 슬러지를 형성합니다. 분리 후에는 고체가 거의 없고 오염 물질의 농도가 크게 감소된 액체가 남아 있습니다.[13]

2차 처리는 호기성 또는 혐기성 공정을 사용하여 하수에서 발생하는 유기물(생물학적 산소 요구량으로 측정됨)을 줄일 수 있습니다. 이러한 과정에 관여하는 유기체는 독성 물질의 존재에 민감하지만 일반적인 도시 하수에는 고농도로 존재하지 않을 것으로 예상됩니다.

삼차치료

미세여과 시스템의 전체적인 설정

고급 하수 처리는 일반적으로 1차, 2차 및 3차 처리로 불리는 세 가지 주요 단계를 포함하지만 중간 단계 및 최종 연마 공정도 포함할 수 있습니다. 3차 처리(고도 처리라고도 함)의 목적은 최종 처리 단계를 제공하여 수역으로 배출되거나 재사용되기 전에 폐수 품질을 더욱 향상시키는 것입니다. 모든 처리 공장에서 하나 이상의 3차 처리 공정을 사용할 수 있습니다. 소독을 실천한다면 항상 마지막 과정입니다. 유출물 연마라고도 합니다. 3차 치료에는 생물학적 영양소 제거(또는 이를 2차 치료로 분류할 수 있음), 소독 및 환경 지속성 의약품 오염 물질과 같은 미세 오염 물질 제거가 포함될 수 있습니다.

3차 처리는 하구, 저류 강 또는 산호초와 같이 매우 민감하거나 취약한 생태계로 배출될 수 있도록 하기 위해 1차 및 2차 처리 이상의 것으로 정의되기도 합니다.[28] 처리된 물은 때때로 하천, 강, 만, 석호 또는 습지로 배출되기 전에 화학적 또는 물리적(예를 들어 석호 및 미세 여과에 의해) 소독되거나 골프장, 그린웨이 또는 공원의 관개에 사용될 수 있습니다. 충분히 깨끗하면 지하수 충전이나 농업용으로도 사용할 수 있습니다.

모래 여과는 잔류 부유 물질의 많은 부분을 제거합니다.[25]: 22–23 탄소 흡착이라고도 불리는 활성탄 위의 여과는 잔류 독소를 제거합니다.[25]: 19 미세 여과 또는 합성 막은 막 생물 반응기에 사용되며 병원균을 제거할 수도 있습니다.[7]: 854

처리된 하수의 정착과 추가적인 생물학적 개선은 인간이 만든 큰 연못이나 석호에 저장함으로써 달성될 수 있습니다. 이 석호들은 호기성이 높고 토종 대식세포, 특히 갈대에 의한 집락화가 종종 권장됩니다.

소독

처리된 하수의 소독은 폐기 전에 병원균(질병을 유발하는 미생물)을 죽이는 것을 목표로 합니다. 전술한 처리 순서의 더 많은 요소들이 완료된 후에 더욱 효과적입니다.[29]: 359 하수 처리에서 소독의 목적은 물 속의 병원균이 환경으로 다시 배출되거나 재사용되는 것을 실질적으로 줄이는 것입니다. 소독의 효과는 처리되는 물의 품질(예: 탁도, pH 등), 사용되는 소독 유형, 소독제 용량(농도 및 시간) 및 기타 환경 변수에 따라 달라집니다. 혼탁도가 높은 물은 특히 자외선으로부터 생물을 보호할 수 있고 접촉 시간이 낮으면 덜 성공적으로 처리됩니다. 일반적으로 짧은 접촉 시간, 저용량 및 높은 흐름은 모두 효과적인 소독을 방지합니다. 일반적인 소독 방법에는 오존, 염소, 자외선 또는 차아염소산나트륨이 있습니다.[25]: 16 식수로 사용되는 모노클로라민은 지속성 때문에 하수 처리에 사용되지 않습니다.

염소화는 저렴한 비용과 장기간의 효과 역사로 인해 많은 국가에서 가장 일반적인 처리 하수 소독 형태로 남아 있습니다. 한 가지 단점은 잔류 유기물의 염소화가 발암성이 있거나 환경에 유해할 수 있는 염소화 유기 화합물을 생성할 수 있다는 것입니다. 잔류 염소 또는 클로라민은 자연 수생 환경에서 유기물을 염소화할 수도 있습니다. 또한, 잔류염소는 수종에 독성이 있기 때문에, 처리된 유출물도 화학적으로 탈염소화해야 하기 때문에, 처리의 복잡성과 비용이 증가하게 됩니다.

자외선(UV) 빛은 염소, 요오드 또는 기타 화학 물질 대신 사용할 수 있습니다. 처리된 물은 화학물질을 사용하지 않기 때문에 다른 방법과 마찬가지로 나중에 섭취하는 유기체에 아무런 악영향을 미치지 않습니다. 자외선은 세균, 바이러스 등 병원균의 유전자 구조를 손상시켜 번식을 할 수 없게 만듭니다. UV 소독의 주요 단점은 빈번한 램프 유지 및 교체의 필요성과 표적 미생물이 UV 방사선으로부터 차단되지 않도록 하기 위해 고도로 처리된 유출물이 필요하다는 것입니다(즉, 처리된 유출물에 존재하는 고형물은 UV 광으로부터 미생물을 보호할 수 있습니다). 많은 국가에서 처리된 하수의 염소화 잔류 유기물과 수용수의 염소화 유기물에 대한 염소의 영향에 대한 우려 때문에 자외선은 가장 일반적인 소독 수단이 되고 있습니다.

UV 처리와 마찬가지로 가열 살균은 처리되는 물에 화학 물질을 추가하지 않습니다. 하지만 자외선과 달리 열은 투명하지 않은 액체를 침투할 수 있습니다. 열 소독은 폐수 내의 고체 물질에도 침투하여 내용물을 살균할 수 있습니다. 열 유출물 제염 시스템은 한번 설치하면 낮은 자원, 낮은 유지 보수 유출물 제염을 제공합니다.

오존(O3산소3(O2)를 고전압 전위에 통과시켜 제3의 산소 원자가 부착되어 O를3 형성함으로써 생성됩니다. 오존은 매우 불안정하고 반응성이 강하며 접촉하는 대부분의 유기물을 산화시켜 많은 병원성 미생물을 파괴합니다. 오존은 현장에 보관해야 하는 염소와 달리(우발적으로 방출될 경우 독성이 강함), 오존은 주변 공기의 산소로부터 필요에 따라 현장에서 발생하기 때문에 염소보다 안전하다고 여겨집니다. 또한 오존 처리는 염소 처리보다 소독 부산물을 적게 생성합니다. 오존 소독의 단점은 오존 발생 장비의 높은 비용과 특수 작업자에 대한 요구 사항입니다. 오존 하수 처리는 오존 발생기를 사용해야 하는데, 오존 기포가 탱크를 통해 침투하면서 물을 오염 제거합니다.

멤브레인은 미생물의 통과를 피하는 장벽 역할을 하기 때문에 효과적인 소독제가 될 수도 있습니다. 결과적으로, 최종 유출물은 사용되는 막의 종류에 따라 병원성 유기체가 없을 수 있습니다. 이 원리는 막 생물 반응기에 적용됩니다.

생물학적 영양소 제거

미국 활성슬러지 공장의 질산화 공정 탱크

하수에는 질소와 인이 다량 함유되어 있을 수 있습니다. 개발도상국의 원하수의 1인당 영양소 부하량과 영양소 농도에 대한 일반적인 값은 다음과 같이 발표되었습니다: 총 질소(45mg/L)의 경우 8g/인/d, 암모니아-N(25mg/L)의 경우 4.5g/인/인/d, 총 인(7mg/L)의 경우 1.0g/인/인/d.[4]: 57 이러한 값의 일반적인 범위는 총 질소(35–60 mg/L)의 경우 6-10 g/사람/d, 암모니아-N(20–35 mg/L)의 경우 3.5-6 g/사람/d, 총 인(4–15 mg/L)의 경우 0.7-2.5 g/사람/d입니다.[4]: 57

환경에 과도하게 방출되면 영양소 오염으로 이어질 수 있으며, 이는 부영양화로 나타날 수 있습니다. 이 과정은 조류 개체군에서 조류의 급속한 성장과 나중에 부패로 이어질 수 있습니다. 탈산소화를 일으키는 것 외에도 일부 조류 종은 식수 공급을 오염시키는 독소를 생성합니다.

암모니아성 질소, 유리 암모니아(NH3) 형태는 어류에 독성이 있습니다. 암모니아성 질소는 수역에서 아질산염으로, 나아가 질산염으로 변환될 때, 질산화 과정에서 용존 산소의 소모와 관련이 있습니다. 아질산염과 질산염은 또한 메타헤모글로빈혈증이라는 질병으로 인해 음용수의 농도가 높을 경우 공중보건상 중요성을 가질 수 있습니다.[4]: 42

인은 많은 담수 시스템에서 조류 성장을 위한 제한 영양소이기 때문에 인 제거가 중요합니다. 따라서 인의 과잉은 부영양화를 초래할 수 있습니다. 또한 인 농도가 높으면 역삼투압과 같은 하류 장비가 오염될 수 있는 물 재사용 시스템에 특히 중요합니다.

질소와 인을 제거하기 위한 다양한 처리 공정이 있습니다. 생물학적 영양소 제거(BNR)는 어떤 사람들은 2차 치료 과정의 한 종류로 간주하고,[7] 다른 사람들은 3차(또는 고급) 치료 과정으로 간주합니다.

질소제거

중국 상하이 인근 하수처리를 위한 습지(수직류) 건설

질소는 암모니아에서 질산염으로 생물학적 산화를 통해 제거되며, 이어서 탈질, 질산염에서 질소 가스로 환원됩니다. 질소 가스는 대기로 방출되어 물에서 제거됩니다.

질산화 자체는 두 단계의 호기성 과정이며, 각 단계는 다른 유형의 박테리아에 의해 촉진됩니다. 암모니아(NH4+)가 아질산염(NO2−)으로 산화되는 것은 Nitrosomonas spp.와 같은 박테리아에 의해 촉진되는 경우가 가장 많습니다(nitroso는 nitroso functional group의 형성을 말합니다). 질산염으로의 아질산염 산화(NO3−), 전통적으로 Nitrobacter spp에 의해 촉진되는 것으로 믿어집니다. (니트로 작용기의 형성을 지칭하는 nitro)는 현재 Nitrosspira spp에 의해 주로 환경에서 촉진되는 것으로 알려져 있습니다.

탈질은 적절한 생물학적 공동체 형성을 장려하기 위해 무산소 조건을 필요로 합니다. 무산소 상태란 산소는 없지만 질산염은 존재하는 상황을 말합니다. 탈질은 다양한 박테리아에 의해 촉진됩니다. 활성 슬러지 공정, 모래 필터, 폐기물 안정화 연못, 건설된 습지 및 기타 공정을 통해 질소를 줄일 수 있습니다.[25]: 17–18 탈질은 질산염을 질소(분자질소) 가스로 환원시키는 것이기 때문에 전자 공여체가 필요합니다. 이것은 폐수, (하수도 자체의) 유기물, 황화물 또는 메탄올과 같은 추가 공여체에 따라 달라질 수 있습니다. 무산소 탱크(탈질 탱크)의 슬러지는 예를 들어 잠수식 혼합기를 사용하여 잘 혼합(재순환 혼합액, 반송 활성 슬러지 및 원시 유입수 혼합액)되어야 원하는 탈질을 달성할 수 있습니다.

시간이 지남에 따라 활성 슬러지 공정에 대한 다양한 처리 구성이 고도의 질소 제거를 달성하도록 진화했습니다. 초기 계획은 루드작-에팅거 프로세스라고 불렸습니다. 높은 수준의 탈질을 달성할 수 없었습니다.[7]: 616 MLE(Modified Ludzak–Etinger Process)는 나중에 출시되었으며 원래 개념을 개선한 것입니다. 폭기조의 배출단부터 무산소조의 헤드까지 혼합주를 재활용합니다. 이것은 통성 박테리아에 질산염을 제공합니다.[7]: 616

Bardenpho 공정의 변형과 같은 다른 공정 구성이 있습니다.[30]: 160 그들은 폭기 탱크 전후와 같이 무산소 탱크의 배치에 차이가 있을 수 있습니다.

인 제거

1960년대 후반 미국 하수에 대한 연구는 소변과 대변에서 1인당 평균 기여량이 500그램(18온즈), 합성 세제에서 1,000그램(35온즈), 상수도에서 부식 및 규모 조절 화학물질로 사용되는 가변량이 적다고 추정했습니다.[31] 대체 세제 제형을 통한 소스 제어는 이후 가장 큰 기여를 감소시켰지만 자연스럽게 소변과 대변의 인 함량은 변하지 않았습니다.

인은 강화된 생물학적 인 제거라고 불리는 과정에서 생물학적으로 제거될 수 있습니다. 이 과정에서 폴리인산염 축적 유기체(PAO)라고 불리는 특정 박테리아는 선택적으로 농축되고 세포 내에 다량의 인(질량의 20%까지)을 축적합니다.[30]: 148–155

인을 제거하는 것은 화학적 침전에 의해서도 가능하며, 일반적으로 철(예: 염화제2철) 또는 알루미늄(예: 명반) 또는 석회의 염에 의해서도 가능합니다.[25]: 18 이것은 수산화물이 침전되고 첨가된 화학 물질이 비싸짐에 따라 슬러지 생산이 증가할 수 있습니다. 화학적 인 제거는 생물학적 인 제거보다 훨씬 작은 장비 발자국이 필요하고, 조작이 더 쉬우며 생물학적 인 제거보다 신뢰성이 높은 경우가 많습니다. 인을 제거하는 또 다른 방법은 입상 라테라이트나 제올라이트를 사용하는 것입니다.[32][33]

일부 시스템은 생물학적 인 제거와 화학적 인 제거를 모두 사용합니다. 이러한 시스템에서 화학적 인 제거는 생물학적 인 제거가 충분한 인을 제거하지 못할 때 백업 시스템으로 사용하거나 지속적으로 사용할 수 있습니다. 어느 경우든 생물학적 및 화학적 인 제거를 모두 사용하면 자체적으로 화학적 인 제거만큼 슬러지 생산량이 증가하지 않는 장점이 있으며, 두 가지 다른 시스템을 설치할 때 초기 비용이 증가하는 단점이 있습니다.

제거되면 인산염이 풍부한 하수 슬러지 형태의 인을 매립지로 보내거나 다른 소화된 하수 슬러지와 혼합하여 비료로 사용할 수 있습니다. 후자의 경우 처리된 하수 슬러지를 바이오 고형물이라고도 합니다. 주거용 폐수를 재활용함으로써 전 세계 인 수요의 22%를 만족시킬 수 있습니다.[34][35]

4차치료단계

자세한 정보: 의약품 및 퍼스널 케어 제품이 환경에 미치는 영향

의약품, 가정용 화학물질의 성분, 소규모 사업체 또는 산업체에서 사용되는 화학물질, 환경 지속성 의약품 오염물질(EPPP) 또는 살충제와 같은 미세 오염물질은 일반적으로 사용되는 하수 처리 공정(1차, 2차 및 3차 처리)에서 제거되지 않아 수질 오염으로 이어질 수 있습니다.[36] 비록 그 물질들과 그 분해 생성물들의 농도는 꽤 낮지만, 수중 생물들에게 해를 끼칠 가능성은 여전히 있습니다. 의약품의 경우, 독성학적으로 관련이 있는 물질로 확인되었습니다: 내분비 교란 효과가 있는 물질, 유전독성 물질 및 박테리아 내성 발생을 강화하는 물질.[37] 그들은 주로 EPPP 그룹에 속합니다.

하수 처리 중 4차 처리 단계를 통해 미세 오염 물질을 제거하는 기술은 독일, 스위스, 스웨덴[3] 및 네덜란드에서 시행되고 있으며 다른 여러 국가에서도 테스트가 진행 중입니다.[38] 이러한 공정 단계는 주로 미세 오염 물질을 흡착하는 활성탄 필터로 구성됩니다. 첨단 산화와 오존의 결합과 과립 활성탄(GAC)의 결합은 의약 잔류물에 대한 비용 효율적인 치료 조합으로 제시되었습니다. 미세플라스틱의 완전한 감소를 위해 한외여과 후 GAC의 조합이 제안되었습니다. 또한 균류가 분비하는 락카아제 등의 효소 사용도 조사 중입니다.[39][40] 미생물 바이오 연료 전지는 하수의 유기물을 처리하는 특성을 조사합니다.[41]

수역 내 의약품을 줄이기 위해 의약품 개발 혁신이나 의약품의 보다 책임 있는 취급 등 원천 통제 방안도 조사 중입니다.[37][42] 미국의 국가 테이크백 이니셔티브는 일반 대중과 함께하는 자발적인 프로그램으로, 사람들에게 초과 또는 만료된 약물을 반환하고 하수도로 플러싱하는 것을 피하도록 권장합니다.[43]

슬러지처리 및 처리

워싱턴 D.C. 블루 플레인스 첨단 폐수 처리장의 벨트 필터 프레스 모습.
대형하수처리장에서 원심분리기를 이용한 하수슬러지의 기계적 탈수(Brazil)
이 섹션은 하수 슬러지 처리에서 발췌한 것입니다.[편집]

하수 슬러지 처리는 하수 처리 과정에서 발생하는 하수 슬러지를 관리하고 처리하는 데 사용되는 공정을 말합니다. 슬러지 처리는 슬러지 무게와 부피를 줄여 운송 및 폐기 비용을 줄이고 폐기 옵션의 잠재적인 건강 위험을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다. 물 제거는 무게와 부피를 줄이는 주요 수단이며, 병원체 파괴는 호열성 소화, 퇴비화 또는 소각 과정에서 가열을 통해 이루어지는 경우가 많습니다. 슬러지 처리 방법의 선택은 슬러지 발생량과 사용 가능한 폐기 옵션에 필요한 처리 비용의 비교에 따라 달라집니다. 공기 건조 및 퇴비화는 농촌 지역 사회에 매력적일 수 있으며, 토지 가용성이 제한되면 호기성 소화 및 기계적 탈수가 도시에 유리할 수 있으며, 규모의 경제는 대도시 지역의 에너지 회수 대안을 장려할 수 있습니다.

슬러지는 대부분 액체 하수에서 약간의 고체 물질이 제거된 물입니다. 1차 슬러지는 1차 정화기에서 1차 처리 중 제거되는 침강성 고형물을 포함합니다. 2차 슬러지는 2차 정화제에서 분리된 슬러지로, 2차 처리 생물반응기나 무기 산화제를 이용한 공정에 사용됩니다. 집중적인 하수처리 과정에서 발생하는 슬러지는 액체라인에 있는 탱크의 부피가 슬러지를 저장하기에 부족하기 때문에 액체라인에서 지속적으로 제거되어야 합니다.[44] 이 작업은 처리 프로세스를 컴팩트하고 균형 있게 유지하기 위해 수행됩니다(슬러지의 생산은 슬러지 제거와 거의 동일함). 액체 라인에서 제거된 슬러지는 슬러지 처리 라인으로 갑니다. 호기성 공정(활성 슬러지 공정 등)은 혐기성 공정에 비해 더 많은 슬러지를 생성하는 경향이 있습니다. 반면, 연못이나 건설된 습지와 같은 광범위한 (자연적인) 처리 공정에서는 생산된 슬러지가 처리 단위(액체선)에 축적된 상태로 남아 몇 년간 운영된 후에야 제거됩니다.[45]

슬러지 처리 옵션은 생성된 고형물의 양 및 기타 현장별 조건에 따라 달라집니다. 퇴비화는 중간 규모 작업의 경우 호기성 소화, 대규모 작업의 경우 혐기성 소화가 있는 소규모 공장에 가장 많이 적용됩니다. 슬러지는 때때로 소위 사전 증점기를 통과하여 슬러지의 물을 제거합니다. 사전 증점제의 유형에는 원심 슬러지 증점제,[46] 회전식 드럼 슬러지 증점제 및 벨트 필터 프레스가 포함됩니다.[47] 탈수된 슬러지는 매립지에 폐기하거나 농업용 토양개량제로 사용하기 위해 소각하거나 외부로 운반할 수 있습니다.[48]

환경영향

하수처리장은 수용수의 생물학적 상태에 상당한 영향을 미칠 수 있으며 특히 사용되는 처리 공정이 기본적인 경우 약간의 수질 오염을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 영양제 제거가 없는 하수처리장의 경우 수용 수체의 부영양화가 문제가 될 수 있습니다.

이 섹션은 수질 오염에서 발췌한 것입니다.[편집]
수질 오염(또는 수생 오염)은 보통 인간의 활동의 결과로 수역이 오염되어 그 이용에 부정적인 영향을 미칩니다.[49]: 6 수역에는 호수, 강, 바다, 대수층, 저수지 및 지하수가 포함됩니다. 오염 물질이 이 수역과 섞이면 수질 오염이 발생합니다. 오염물질은 하수 배출, 산업 활동, 농업 활동, 빗물을 포함한 도시 유출의 네 가지 주요 원천 중 하나에서 발생할 수 있습니다.[50] 수질 오염은 지표수 오염 또는 지하수 오염입니다. 이러한 형태의 오염은 사람들이 식수나 관개를 위해 오염된 물을 사용할 때 수생태계를 황폐화시키거나 수인성 질병을 확산시키는 등 많은 문제를 초래할 수 있습니다.[51] 또 다른 문제는 수질 오염이 수자원이 제공하는 생태계 서비스(먹는 물 제공과 같은)를 감소시킨다는 것입니다.
체코 D ě친의 하수처리장에서 처리된 폐수가 지표수로 배출됩니다.

재사용하다

자세한 정보: 배설물 재사용
브라질 벨로 호라이즌테시 위생교육센터의 소규모 처리장에서 하수 슬러지 처리를 위한 슬러지 건조대

관개

참고 항목: 하수농원

점점 더 많은 사람들이 농작물을 생산하기 위해 관개를 위해 처리되거나 심지어 처리되지 않은 하수를 사용합니다. 도시는 신선한 농산물에 수익성이 좋은 시장을 제공하므로 농부들에게 매력적입니다. 농업은 점점 더 부족해지는 수자원을 산업체 및 도시 사용자들과 경쟁해야 하기 때문에, 종종 농부들이 그들의 농작물에 물을 주기 위해 하수로 오염된 물을 직접 사용하는 것 외에는 대안이 없습니다. 이러한 방식으로 병원균이 적재된 물을 사용하는 것과 관련하여 상당한 건강상의 위험이 있을 수 있습니다. 세계보건기구는 2006년에 폐수의 안전한 사용을 위한 지침을 개발했습니다.[52] 그들은 폐수 사용에 대한 '다중 장벽' 접근법을 옹호하며, 여기서 농부들은 다양한 위험 감소 행동을 채택하도록 권장됩니다. 수확 며칠 전 병원균이 햇빛을 받아 사멸할 수 있도록 관수를 중단하고, 생으로 먹을 가능성이 있는 잎이 오염되지 않도록 물을 꼼꼼히 묻히고, 소독제로 채소를 세척하거나 농업에 사용되는 분변 슬러지를 사람의 거름으로 사용하기 전에 말릴 수 있도록 하는 등입니다.[53]

브라질 벨로 호라이즌테(Belo Horizonte) 아루다스(Arrudas) 처리장 활성 슬러지 하수처리장의 원형 2차 침전조

매립수

이 섹션은 매립된 물에서 발췌한 것입니다.[편집]
물 매립(water recalling, 폐수 재사용, 물 재이용 또는 물 재활용이라고도 함)은 도시 폐수(하수) 또는 산업 폐수를 다양한 용도로 재사용할 수 있는 물로 전환하는 과정입니다. 재사용 유형에는 도시 재사용, 농업 재사용(관개), 환경 재사용, 산업 재사용, 계획된 식수 재사용 및 사실상의 폐수 재사용(계획되지 않은 식수 재사용)이 포함됩니다. 예를 들어, 재사용에는 정원과 농경지의 관개 또는 지표수와 지하수의 보충(즉, 지하수 재충전)이 포함될 수 있습니다. 재사용된 물은 거주지, 기업 및 산업의 특정 요구 사항(예: 화장실 플러싱)을 충족하는 방향으로 사용될 수 있으며 식수 기준에 도달하도록 처리될 수도 있습니다. 물 공급 분배 시스템에 매립된 물을 주입하는 것은 직접적인 식수 재사용으로 알려져 있습니다. 하지만, 간척지 물을 마시는 것은 일반적인 관행이 아닙니다.[54] 처리된 도시 폐수를 관개용으로 재사용하는 것은 특히 건조한 국가에서 오랫동안 확립된 관행입니다. 폐수를 지속 가능한 물 관리의 일부로 재사용하면 물이 인간 활동을 위한 대체 수원으로 남을 수 있습니다. 이를 통해 희소성을 줄이고 지하수 및 기타 자연 수역에 대한 압력을 완화할 수 있습니다.[55]

글로벌상황

안전하게 처리되는 생활폐수 비중(2018년)[56]

유럽에서 20세기 이전에 하수도는 보통 강, 호수 또는 바다와 같은 물로 배출되었습니다. 처리가 되지 않아 인적 폐기물의 고장은 생태계에 맡겨졌습니다. 이는 생태계의 동화 능력이 충분하다면 만족스러운 결과로 이어질 수 있는데, 요즘은 인구 밀도 증가로 인해 종종 그렇지 않습니다.[4]: 78

오늘날 선진국 도시 지역의 상황은 보통 하수가 직접 물에 들어가기보다는 하수 처리장으로 내용물을 보내는 것입니다. 그러나 많은 개발도상국에서는 대부분의 도시 및 산업 폐수가 아무런 처리 없이 또는 예비 처리 또는 1차 처리 후에만 강과 바다로 배출됩니다. 그렇게 하면 수질 오염으로 이어질 수 있습니다. 전 세계에서 처리되고 있는 하수도에서 수집되는 폐수의 비율에 대한 신뢰할 수 있는 수치는 거의 없습니다. 2010년 UNDP와 UN-Habitat가 전 세계적으로 추산한 바에 따르면, 발생하는 모든 폐수의 90%가 처리되지 않은 채 환경으로 배출됩니다.[57] 2021년의 보다 최근 연구에서는 전 세계적으로 하수의 약 52%가 처리되는 것으로 추정했습니다.[5] 그러나 하수 처리율은 전 세계 국가마다 매우 불평등합니다. 예를 들어 고소득 국가는 하수의 약 74%를 처리하는 반면 개발도상국은 평균 4.2%[5]만 처리합니다. 2022년 현재, 충분한 처리 없이 전 세계적으로 발생하는 전체 폐수의 80% 이상이 환경으로 배출되고 있습니다. UN Water에 따르면 고소득 국가들은 평균적으로 자신들이 생산하는 폐수의 70%를 처리합니다.[34][58][59] 저소득 국가에서 생산되는 폐수 중 어떤 종류의 처리도 받는 비율은 8%에 불과합니다.[34][60][61]

WHO와 유니세프의 2021년 상수도 및 위생을 위한 공동 모니터링 프로그램(JMP)은 하수관 연결이 있는 사람의 82%가 하수 처리장과 연결되어 최소한 2차 처리를 제공한다고 보고했습니다.[62]: 55 그러나 이 값은 지역마다 매우 다릅니다. 예를 들어, 유럽, 북미, 북아프리카 및 서아시아에서는 총 31개 국가에서 보편적(>99%) 폐수 처리가 이루어졌습니다. 그러나 알바니아, 버뮤다, 북마케도니아, 세르비아에서는 "2차 또는 더 나은 처리를 받은 하수 오폐수의 50% 미만"이었고 알제리, 레바논, 리비아에서는 처리 중인 하수 오폐수의 20% 미만의 가치를 보였습니다. 이 보고서는 또한 "전 세계적으로 5억 9천 4백만 명의 사람들이 충분한 치료를 받지 못하는 하수관 연결을 가지고 있습니다. 더 많은 사람들이 효과적인 처리를 제공하지 않거나 폐수 요구 사항을 준수하지 않는 폐수 처리 공장과 연결되어 있습니다."[62]: 55

글로벌타깃

지속가능한 개발 목표 6은 목표 6.3을 가지고 있으며, 이 목표는 다음과 같이 공식화됩니다: "2030년까지 오염을 줄이고, 위험한 화학 물질과 물질의 폐기물을 제거하고 방출을 최소화함으로써 수질을 개선하고, 처리되지 않은 폐수의 비율을 절반으로 줄이고, 전 세계적으로 재활용과 안전한 재사용을 실질적으로 증가시킵니다."[56] 해당 지표 6.3.1은 "안전하게 처리된 폐수의 비율"입니다. 2030년에는 폐수 생산량이 24%, 2050년에는 51% 증가할 것으로 예상됩니다.[34][63][64]

2020년 데이터에 따르면 아직도 수거되지 않은 가정 폐수가 너무 많습니다. 2020년에는 전체 가정 폐수 흐름의 66%만이 처리 시설에서 수집되었습니다(이는 128개국의 데이터에서 확인됨).[8]: 17 보고서는 2015년 42개국의 데이터를 기반으로 "포인트 소스에서 발생하는 모든 폐수 흐름의 32%가 적어도 일부 처리를 받았다"[8]: 17 고 밝혔습니다. 중앙집중식 하수처리장에서 수집된 하수의 경우 2020년에 약 79%[8]: 18 가 안전하게 처리되었습니다.

역사

자세한 정보: 상수도 및 위생관리 § 하수처리 연혁

하수처리의 역사는 다음과 같은 발전이 있었습니다. 1840년대 영국에서 토지 적용(하수 농장)으로 시작해 탱크 내 하수의 화학적 처리와 침강, 그 후 19세기 후반 생물학적 처리로 1912년부터 활성 슬러지 공정이 개발됐습니다.[65][66]

이 섹션은 급수 및 위생 § 생물학적 처리의 역사에서 발췌한 것입니다.[편집]

미생물을 이용하여 유기 성분을 생물학적으로 분해하고 오염 물질을 제거하여 하수를 처리하는 것이 19세기 후반에 이르러서야 가능하게 되었습니다. 도시가 성장하고 하수의 양이 더 이상 외곽의 농지로 흡수될 수 없게 되면서, 토지 처리 또한 점차 실현 가능성이 낮아지고 있었습니다.

에드워드 프랭크랜드(Edward Frankland)는 1870년대 영국 크로이던(Croydon)의 하수 농장에서 실험을 수행했으며 다공성 자갈을 통해 하수를 여과하면 질화 유출물(암모니아가 질산염으로 전환됨)이 생성되고 필터가 오랜 시간 동안 막힘 없이 남아 있음을 입증할 수 있었습니다.[67] 이것은 쓰레기를 산화시키기 위해 접촉층을 사용하는 하수의 생물학적 처리의 당시 혁명적인 가능성을 확립했습니다. 이 개념은 1887년 런던 메트로폴리탄 작업 위원회의 수석 화학자 윌리엄 리브딘에 의해 채택되었습니다.

오수를 정화하는 진정한 방법은 아마도...먼저 슬러지를 분리한 다음에 중성 유출물로 변하게 됩니다. 충분한 기간 동안 유지하고, 그 기간 동안 완전히 폭기해야 하며, 최종적으로 정화된 상태로 하천에 배출해야 합니다. 이것은 실제로 하수 농장에서 목표로 하고 불완전하게 달성되는 것입니다.[68]
1885년부터 1891년까지 영국 전역에서 이 원리를 이용한 필터가 제작되었으며, 미국 매사추세츠의 로렌스 실험소에서도 이 아이디어가 채택되어 프랭크랜드의 연구가 확인되었습니다. 1890년에 LES는 훨씬 더 신뢰할 수 있는 성능을 제공하는 '트릭링 필터'를 개발했습니다.[69]

규정

대부분의 국가에서 하수 수집 및 처리는 지역 및 국가 규정 및 표준의 적용을 받습니다.

나라별

개요

유럽

유럽 연합에서는 전체 에너지 소비의 0.8%가 폐수 처리 시설에 들어갑니다.[34][70] 유럽 연합은 2030년 기후 및 에너지 목표를 달성하기 위해 물 및 폐기물 부문에 900억 유로의 추가 투자를 해야 합니다.[34][71][72]

2021년 10월, 영국 의회 의원들은 결합된 하수 넘침에서 나오는 처리되지 않은 하수가 수로로 방출되는 것을 계속 허용하기로 투표했습니다.[73][74]

이 섹션은 도시 폐수 처리 지침 § 설명에서 발췌한 내용입니다.[편집]
도시폐수처리지침(전제 "도시폐수처리에 관한 1991년 5월 21일 위원회 지침 91/271/EEC")은 도시폐수의 수집, 폐수처리 및 그 배출, "특정 산업부문의 폐수"의 처리 및 배출에 관한 유럽연합의 지침입니다. 1991년 5월 21일에 채택되었습니다.[75] 인구 2000명 이상의 도시응집지역에서 폐수의 집수·처리를 의무화하고, 인구 10명 이상의 장소에서 보다 고도화된 처리를 함으로써 '특정 산업분야에서 발생하는 도시폐수의 배출·배출의 악영향으로부터 환경을 보호하는 것'을 목적으로 하고,민감한 곳에 000.[76]

아시아

인디아

이 섹션은 인도 § 폐수 처리의 상수도 및 위생에서 발췌한 내용입니다.[편집]
오폐수 흐름 사진
인도에서 폐수 처리 규정은 산림, 기후변화 주택, 도시 사무 및 물의 세 가지 중앙 기관 아래에 있습니다.[77] "2006년 국가 환경 정책"과 "2008년 국가 위생 정책"과 같은 다양한 물과 위생 정책도 폐수 처리 규정을 마련했습니다. 주 정부와 지방 자치 단체는 하수 처리와 "하수 기반 시설"의 건설 및 유지 관리에 대한 책임을 지고 있습니다. 그들의 노력은 국가 강 보존 계획, 자와할랄 네루 국가 도시 재생 임무, 국가 호수 보존 계획과 같은 인도 정부가 제공하는 계획에 의해 뒷받침됩니다. 인도 정부는 또한 환경부와 산림부를 통해 산업체들이 폐수 처리에 착수할 수 있도록 "공통 시설"을 설립하도록 장려하는 인센티브를 설정했습니다.[78]

'Delhi Jal Board'(DJB)는 현재 인도에서 가장 큰 하수처리장 건설 공사를 진행하고 있습니다. 2022년 말까지 564 MLD의 예상 용량으로 운영될 예정입니다. 처리되지 않은 하수가 '야무나' 강으로 직접 방류되고 있는 기존 상황을 해결하기 위한 것입니다.

일본

이 섹션은 일본 § 폐수 처리 및 위생에서 발췌한 것입니다.[편집]
현재 일본의 폐수 처리 방법은 농촌 지역 하수도, 폐수 시설, 생활 폐수를 처리하는 조카수 시스템과 같은 현장 처리 시스템 등이 있습니다.[79] 더 큰 폐수 시설과 하수도 시스템은 일반적으로 인구가 더 많은 도시 지역에서 폐수를 처리하는 데 사용됩니다. 시골 하수 시스템은 소규모의 가정 폐수 처리 공장에서 더 적은 인구를 위해 폐수를 처리하는 데 사용됩니다. Johkasou(조카소) 시스템은 현장 폐수 처리 시스템 탱크입니다. 1인 가구의 폐수를 처리하거나 하수도보다 더 분산된 방식으로 소수의 건물의 폐수를 처리하는 데 사용됩니다.[80]

아프리카

리비아

이 섹션은 리비아 § 폐수 처리의 환경 문제에서 발췌한 내용입니다.[편집]

리비아에서는 도시 폐수 처리가 일반 회사에서 관리하고 있으며, 이는 주택 및 공공 사업부의 권한에 속합니다. 전국에 약 200개의 하수처리장이 있지만 제대로 작동하는 공장은 거의 없습니다. 사실, 36개의 더 큰 발전소가 주요 도시에 있지만, 그 중 9개만이 가동 중이고 나머지는 수리 중입니다.[81]

운영중인 폐수처리장은 Sirte, Tripoli, Misurata에 위치하고 있으며, 설계용량은 각각 21,000, 110,000, 24,000 m3/day입니다. 또한, 나머지 폐수 시설의 대부분은 설계 용량이 약 370~6700 m3/일인 중소형 플랜트입니다. 따라서 폐수의 11%인 145,800 m3/day가 실제로 처리되고 나머지는 처리되지 않았지만 바다와 인공 석호로 방출됩니다. 실제로 트리폴리의 비가동 폐수처리장은 매일 127만 5천 입방미터 이상의 미처리수가 바다로 유출되고 있습니다.[81]

아메리카 대륙

미국

이 섹션은 미국 § 폐수 처리의 상수도 및 위생에서 발췌한 내용입니다.[편집]
미국 환경 보호국(EPA)과 주 환경 기관은 깨끗한 물법에 따라 폐수 기준을 정합니다.[82] 포인트 소스는 국가 오염물질 배출 제거 시스템(NPDES)을 통해 지표수 배출 허가를 받아야 합니다. 포인트 소스에는 산업 시설, 시정촌(하수처리장 및 폭풍하수도), 군사 기지와 같은 기타 정부 시설 및 동물 사육장과 같은 일부 농업 시설이 포함됩니다.[83] EPA는 기본적인 국가 폐수 기준을 다음과 같이 설정합니다. 도시하수처리장은 '2차 처리규정'이 적용되고,[84] 산업시설의 범주별 규정인 '배출수 지침'이 적용됩니다.[85]

참고 항목

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외부 링크

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