수도권 매립지 관리공사, 음폐수에서 에너지 찾다

     <수도권 매립지 관리공사, 음폐수에서 에너지 찾다>

 

  우리들은 하루 동안 알게 모르게 엄청난 양의 쓰레기를 만들어낸다. 지극히 일상적인 음식을 먹는 행위마저도 필연적으로 음식물 쓰레기가 발생한다. 전국적으로 하루에 버려지는 음식물 쓰레기만 무려 8톤 트럭 1880대 분인 1만 5천 75톤일 정도다. 음식물 쓰레기만 해도 상당한 양이 배출되는데, 인간이 하는 모든 생산 활동에서 배출되는 쓰레기의 양은 상상 그 이상일 것이다. 가장 좋은 것은 생산 활동 자체에서 발생되는 쓰레기의 양을 줄이는 것이겠지만, 생산과정에서부터 완벽하게 폐기물을 없앤다는 것은 사실상 불가능하다. 그리고 발생된 폐기물들은 가만히 놔두면 토지부터 해수에 이르기까지 심각한 환경오염을 야기한다. 이는 결국 우리에게 부메랑처럼 돌아와 삶의 질을 현저히 떨어트리게 된다. 따라서 폐기물의 발생 자체를 줄이는 것도 중요하지만 그에 못지않게 중요한 것은 바로 지혜롭게 폐기물을 처리하는 것이다. 그럼 현재 우리나라에서는 어떻게 폐기물을 다루고 있을까?

  이에 국내 각종 폐기물을 다루고 있는 매립지 공사를 취재해 보았다. 그 중 수도권 매립지 공사는 서울특별시, 경기도, 인천광역시 수도권 3개 지역에서 배출된 폐기물을 위생적이고 안정적으로 처리함으로써 주변 지역에 미치는 환경오염 등의 영향을 최소화하는 것을 목적으로 하고 있다. 1992년부터 공사 내 제 1매립장에 폐기물 매립을 시작해왔으며 2000년부터는 제 1매립장의 용량 초과에 따라 사용을 종료시키고 제 2매립장에 폐기물을 매립해왔다. 그리고 이러한 폐기물들이 위생적으로 처리될 수 있도록 위생매립(쓰레기 매립 시 발생하는 가스를 처리할 수 있도록 환경오염 방지 시설을 갖춘 매립 방식)을 실시, 폐기물의 처리가 환경친화적으로 이뤄질 수 있도록 하였다. 그리고 2000년에 지금의 수도권 매립지 관리 공사를 설립하여 매립지의 지속적 관리를 진행해왔다. 수도권 매립지 공사는 설립 이후 폐기물의 신재생 에너지로의 재활용, 주변 지역을 대상으로 한 각종 지원 기금 활동, 사용 종료 된 매립지의 친환경적인 사후 관리에 이르기까지 다양한 환경 지원 활동을 통해 수도권에서 발생되는 폐기물이 환경오염과 지역적인 트러블 없이 처리될 수 있도록 노력하고 있다.

  여기서 우리가 주목한 점은 폐기물의 신재생 에너지로의 재활용이었다. 폐기물이 그냥 버려지는 것이 아니라 새로운 에너지로 활용된다는 점은 그 무엇보다도 지혜롭게 폐기물을 처리하는 것이다. 기존에 수도권 매립지 공사는 폐기물의 자원화 촉진을 위해 매립 시 발생하는 가스 중 필요 없는 가스는 소각 처리하고, 필요한 가스들은 재활용하여 공사 내 침출수 처리장, 보일러, 매립 가스 관리 센터 내 발전 연료로 사용하는 등 매립 폐기물을 대상으로 자원화를 추진해왔었다. 2006년 4월부터 음식물 쓰레기의 폐수까지 수도권 매립지 공사에서 처리를 담당하게 되면서, 새로운 방향으로의 폐기물 처리 기술 개발이 필요해지게 되었다. 음폐수는 유분을 함유하고 있는 경우가 많아 그 유분성 스컴(찌꺼기)으로 인한 여러 문제를 야기했기 때문이다. 음폐수의 유분은 배관을 폐색∙부식 시켰다. 또 그러한 유분 스컴들이 떠다니면서 악취를 내고 음폐수 내 오염물질의 제거를 어렵게 만들어 공정 운영에 큰 피해를 주었다. 유분 스컴들은 쉽게 제거되지 않았기 때문에 배관이 자주 막히기도 하였다. 그래서 이러한 음폐수의 유분성으로 인해 2006년 당시에는 폐수를 정화해서 처리한다는 것이 매우 어려워 해양 배출에 큰 부분을 의존해왔었다. 그러나 음폐수의 해양 배출은 국가적인 해양오염으로 이어질 뿐만 아니라 매립지 공사의 친환경적인 처리과정과는 거리가 먼 행위였다. 그리고 2013년, 이러한 해양오염에 대한 국제적인 우려로 인해 음폐수에 대한 해양투기가 전면적으로 금지됨에 따라 이제는 공사 내에서 육상 처리를 해야 했다.

 음폐수의 육상처리를 가능하게 해준 것이 바로 지금부터 언급하게 될 유분성 스컴을 재생에너지로 활용하는 기술이다. 이 기술이 개발되기 전까지 음폐수는 앞서 언급했던 문제들로 인해 공정 운영에 어려움을 주었지만, 기술이 개발되고 특허를 취득함으로써 이제 유분성 스컴은 문제 덩어리가 아닌 에너지로 활용할 수 있는 요소로써 재탄생되었다. 기술 개발 전에는 음폐수를 해양 배출하거나 혹은 최소한의 처치로 질소만을 제거하는 수준에 그쳤었다. 그러나 2013년, 매립지 공사는 해양투기의 전면적인 금지에 대해 대비해 음폐수의 부상 유분성 스컴을 재생하는 기술을 개발해내는데 성공했다. 이후 ‘음폐수 부상 스컴 고형재생 에너지 장치’ ‘혐기소화 폐소의 부유물, 질소, 인 연속 제거방법 및 장치’등 음폐수와 관련된 기술 특허를 취득함으로써 기존에 제거하는데 어려움을 겪었던 음폐수 내 오염물질을 제거할 수 있게 되었으며, 침출수 처리장 내에서 육상처리가 완벽하게 가능해지게 되었다. 이는 재생 에너지적 관점, 환경 친화적인 공정 운영 부문에 기여했을 뿐만 아니라 경제적으로도 연간 57억 5천만원의 기대 효과를 창출하게 되었다.

  이러한 음폐수 처리에 대한 새로운 기술은 국내뿐만 아니라 세계적으로도 나아갈 수 있도록 세계 표준화를 목표로 해왔다. 그리고 2016년에 중국 특허, 최근에는 미국의 특허까지 취득해내면서 음폐수 처리에 대한 신재생 에너지로의 활용 기술을 세계적으로 인정받기에 이르렀다. 이에 우리는 조금 더 자세히 처리 기술의 원리, 과정, 의의 등을 알아보기 위해 수도권 매립지 공사의 기술팀을 대상으로 인터뷰를 진행하였다.

 

 

[사진1. 수도권매립지관리공사]

출처 : SLC 블로그 

 수도권매립지관리공사에서(이하 SL공사)는 음식물 쓰레기 폐수저장시설에서 발생하는 유분성 스컴을 재생에너지로 활용하는 기술을 연구하기 시작했다. 연구의 초기 목적은 “운영상의 문제점 해소에 있었지만, 부상스컴의 장점이 신재생에너지로의 활용 연구까지 이어지게끔 한몫했다.”라고 말했다.

 유분성 스컴을 재생에너지로 활용하는 기본 원리는 총 3가지 공정으로 나뉠 수 있다. 첫 번째 단계에서는 유분성 스컴에 알칼리제를 혼합하여 비누화 및 고형화를 시키며, 다음으로는 고형화된 스컴을 팰렛성형화한다. 마지막 단계로 성형된 팰렛을 150℃ 이하, 상대습도 60%에서 저온열풍 건조시킨 후 고형연료로 생산한다. 연구진들은 고심 끝에 위 기술과정의 핵심 부분이자 기술적 노하우인 수분증발발한성 유도를 위한 최적의 습도 조절과 환풍량 조절, 알칼리제의 혼합비율을 연구해냈다.

  건조한 음식물 쓰레기 폐수스컴의 팰렛은 저위발열량(LHV)은 평균 6333kcal/kg로 상당히 높은 잠재적 에너지를 갖고 있다고 볼 수 있으며(처리 구별에 따라 수분을 보정한 후 측정한 값), 3가지의 공정을 거쳐 고형연료를 생산하는 데에 있어서 발생하는 에너지 비용 또한 타 설비보다 적기 때문에 위 기술은 ‘경제성’과 ‘효율성’을 모두 갖추었다.

[사진2. 수도권매립지관리공사 특허증]

출처 : 구글 이미지-수도권매립지관리공사 특허

 

 위 기술의 특허는 2011년 국내 특허출원 후 2013년에 국내 특허를 취득하였으며, 기술의 국제적 선점과 세계 표준화를 위해 2012년 국제 PCT(Patent cooperation Treaty) 출원, 2014년 중국과 미국에 국제 특허 출원을 거쳐 2년 후인 2016년에 중국 특허를, 2017년에는 미국 특허 등록을 완료했다. 중국과 미국은 세계의 경제적 선도국가(G2)로 중국과 미국에서의 특허등록은 세계적 수준의 기술력과 해당 기술의 표준화를 인정받는 것이며, 이에 힘입어 기술의 국제화를 실천하고 있다.

 

[사진3. 폐수처리 파일럿 시설]

출처 : 환경방송

 

 위 특허기술은 음식물 폐수 내의 스컴처리를 목적으로 하고 연구하였지만, 범위를 확대하여 식품가공폐수, 축산폐수 등 다양한 폐수처리에 적용할 수 있다. 현재 국내로는 제주도의 감귤농장 폐수처리에 적용하도록 기술협력을 진행했으며, 더 나아가 국외로는 말레이시아 팜유 생산공장 폐수 파일럿 시설, 하와이 호놀룰루 하수슬러지 건조연소 발전설비 구축 사업에 적용 중에 있다. 기름진 음식을 즐겨 먹는 중국과 같은 나라에 경우는 음식물 내에 유분이 많아 SL공사의 음폐수 처리 기술에 관심을 갖고 있으며 음폐수 처리에 어려움을 겪는 업체들에게 기술적 지원을 할 예정이다. 이 외에도 SL 공사는 신재생에너지 정책이 확대되어 기술의 수요가 많아진다면 국내·외로 적용할 수 있는 곳이 많아질 것이라 예상했다. “특히 동남아와 같은 저개발국가에 기술적 지원을 확대하여 폐수처리 문제점을 해결하고, 고형연료로 재탄생시켜 에너지자원으로도 활용하는 것이 더 바람직할 것”이라 전했다.

 위와 같은 알칼리 처리를 통한 집수정 내 퇴적스컴 고형화 처리과정은 SL 공사 침출수 처리장 현장에 한 때 적용하였으나, 최근 중간처리업체에서 이미 음폐수를 반입하기 전에 음폐수의 유분 전처리를 한 후 반입하기 때문에 SL공사에는 적용하지 않고 있다고 한다. 따라서 국내에서 음식물 쓰레기 폐수 단일 품목을 대상으로 한 시설의 설치와 운영은 신중히 검토해야 한다.

 본 특허기술은 SL 공사만으로 이루어진 것이 아니었다. 주식회사 아쿠엑스코리아와의 공동연구를 통해 취득할 수 있었다. SL공사에서는 ‘민관 공동연구’에 대해 강조를 했는데, 아쿠엑스코리아와 같은 민간기업들의 창의적인 제안과, SL 공사의 다양한 폐기물 처리 경험 노하우가 만난다면 큰 시너지효과를 얻을 것이다. 실제로 SL 공사는 “자원순환 촉진법, 신재생에너지 2030 이행계획 등 국가시책의 변화상황을 점검하고 대응 방안을 모색하며 민간업체와의 교류를 넓혀 신기술 개발에 힘을 실을 계획”이라고 한다.

 폐수의 스컴을 고형화 시키는 신재생 에너지인 만큼 유분으로 인한 배관 막힘이나 과부하, 악취 등의 문제점 이 있지만, 스컴의 팰릿은 평균 6333kcal/kg로 상당히 높은 잠재적 에너지를 가지고 있으며, 고형연료를 생산하는 데에 있어서 발생하는 에너지 비용 또한 타 설비보다 적기 때문에 위 기술은 ‘경제성’과 ‘효율성’을 모두 갖추었다.

 

구분	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014
처리량	111,306	249,397	254,240	325,000	452,872	434,755	443,913	544,636	605,874	655,463

처리량(단위:톤/년)

[표 1. 연도별유기성슬러지(스컴)]

자료원 : 수도권매립지관리공사(2015),“수도권매립지통계연감제13호”

 

 또한 처리하는 슬러지(스컴)량이 계속해서 느는 만큼 기술의 발전 가능성도 높고 폐수의 스컴을 제거하는 만큼 친환경적인 기술인 스컴 처리 기술이 미국의 특허 취득은 국제사회에서 경쟁력을 얻을 수 있다는 점에서 의미가 깊으며 아쿠엑스코리아 와의 공동연구가 취득에 크게 도움이 된 만큼, 아쿠엑스코리아와 뿐만 아니라 많은 민간기업들의 협력과 교류를 통해 신기술 개발에 힘을 실어야 할 것이다.

 

 

<수도권 매립지 관리공사 취재질문 및 답변>

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