유기성 폐수처리오니의 재활용 활성화 방안...

폐수처리시설에서 발생하는 유기성 슬러지의

재활용 활성화 방안에 관한 연구(II)

환경자원연구부 자원순환연구과

전태완, 남성남, 이미영, 연진모, 김나, 정용우, 강영렬, 신선경, 오길종

A Study on Recycling of Organic Sludge

discharged from Industrial Wastewater Treatment

Facilities (II)

Taewan Jeon, Seong-Nam Nam, Mi-Young Lee, Jinmo Yeon, Na Jin,

Yongwoo Jung, Youngryeol Kang, Sun Kyoung Shin, Gil-Jong Oh

Resource Recirculation Research Division

Environmental Resource Research Department

National Institute of Environmental Research

2011

발간 등 록번 호 NIER-RP2011-133911-1480523-000911-01

폐수처리시설에서 발생하는 유기성 슬러지의

재활용 활성화 방안에 관한 연구(II)

환경자원연구부 자원순환연구과

전태완, 남성남, 이미영, 연진모, 김 나, 정용우, 강영렬, 신선경, 오길종

A Study on Recycling of Organic Sludge

discharged from Industrial Wastewater Treatment

Facilities (II)

Taewan Jeon, Seong-Nam Nam, Mi-Young Lee, Jinmo Yeon, Na Jin,

Yongwoo Jung, Youngryeol Kang, Sun Kyoung Shin, Gil-Jong Oh

Resource Recirculation Research Division

Environmental Resource Research Department

National Institute of Environmental Research

2011

목차❚

i

목 차

목차 ······························································································································· i표목차 ·························································································································· iii그림목차 ······················································································································ ivAbstract ······················································································································ v요약문 ························································································································ vii

Ⅰ. 서 론 ····················································································································· 1

1. 연구 배경 ··········································································································· 1

2. 연구 필요성 및 목적 ······················································································· 2

Ⅱ. 연구내용 및 방법 ···························································································· 3

1. 유기성 슬러지의 관리 정책 및 재활용 실태 ············································· 3

가. 국외 유기성 슬러지 관리정책 ·····································································3

나. 국내 유기성 슬러지의 관리 방향 및 재활용 ········································· 5

다. 국내 유기성 슬러지의 재활용관련 기준 검토 ·········································6

2. 연구 내용 및 방법 ···························································································11

가. 대상 유기성 시료 채취 및 분석 항목 ·····················································11

(1) 시료 채취 대상 업종 선정 ········································································11

(2) 분석 항목 선정 ····························································································11

나. 분석 방법 ·······································································································12

(1) pH ··················································································································12

(2) 삼성분 분석 ··································································································12

(3) 무기성 물질류 ······························································································13

(4) 유기성 화학물질류 ······················································································14

(5) 원소 분석 ······································································································16

(6) 발열량 ············································································································17

목차❚

ii

Ⅲ. 연구결과 및 고찰 ···························································································· 19

1. 슬러지의 특성 조사 ·························································································19

가. 일반적 특성 ···································································································19

(1) pH ··················································································································19

(2) 삼성분 분석 ··································································································20

(3) 원소조성 특성 ······························································································23

나. 유해 특성 ·······································································································26

(1) 중금속의 용출 ······························································································26

(2) 중금속의 함량 ······························································································27

(3) 유기화합물 ····································································································28

(4) 기름성분 ········································································································35

다. 열적 특성 ·······································································································36

(1) 발열량 ············································································································36

Ⅳ. 결 론 ················································································································· 39

가. 국내외 유기성 슬러지의 발생 및 처리 현황 조사 ·······························39

나. 폐수처리 슬러지의 재활용 관련 규제 및 실태 조사 ···························39

다. 폐수처리 슬러지의 대상업체 선정 및 유해성 조사 ·····························40

라. 폐수처리 슬러지의 재활용 활성화 방안 ·················································41

참고문헌 ···················································································································· 43

목차❚

iii

표 목 차

표 Ⅱ-1-1. 폐기물 분류상 지정 폐기물에 함유된 유해물질 ····························· 6

표 Ⅱ-1-2. 해양 배출 허용 유해물질 함유기준 ·····················································7

표 Ⅱ-1-3. 비료관리법 부산물공정규격 내의 퇴비로 사용가능한 원료 ···········8

표 Ⅱ-1-4. 농림수산식품부의 보통비료 중 유기질 비료 및 부산물 비료와

그 원료에 대한 중금속의 위해성기준 ················································9

표 Ⅱ-1-5. 환경부의 부숙토 원료 기준과 제품기준 ·············································9

표 Ⅱ-1-6. 시멘트 제품의 원료 및 보조연료 사용 기준 ···································10

표 Ⅱ-1-7. 토양오염기준 ···························································································10

표 Ⅱ-2-1. 유기성 슬러지의 시료채취 대상 업종 및 사업장 수 ·····················11

표 Ⅱ-2-2. 무기성 물질 분석항목 및 전처리 방법 요약 ···································13

표 Ⅱ-2-3. 유기성 물질 분석항목 및 전처리 방법 요약 ···································14

표 Ⅱ-2-4. 유기물질 분석을 위한 GC 측정 운용 조건 ·····································16

표 Ⅲ-1-1. 업종별 슬러지의 pH 특성 ···································································20

표 Ⅲ-1-2. 건조 슬러지의 업종별 가연분 및 회분의 구성비 ···························22

표 Ⅲ-1-3. 산업 폐수슬러지의 업종별 원소 조성 ···············································24

표 Ⅲ-1-4. 원소 조성별 주요 업종별 원소 조성 ·············································25

표 Ⅲ-1-5. 배출 업종이 슬러지 원소 조성에 미치는 영향 ·······························26

표 Ⅲ-1-6. 슬러지 배출 시기(여름과 가을/겨울)가 슬러지 원소 조성에

미치는 영향 ····························································································26

표 Ⅲ-1-7. 98개 슬러지의 중금속 용출 농도 ·······················································27

표 Ⅲ-1-8. 시료채취시기에 따른 PAHs 함량 특성 ············································32

표 Ⅲ-1-9. 업종별 기름성분 함량 요약 ·······························································36

표 Ⅲ-1-10. 업종별 발열량 요약 ·············································································38

목차❚

iv

그 림 목 차

그림 Ⅱ-1-1. 우리나라 유기성 슬러지 관련 정책 제도의 변화 ·························5

그림 Ⅱ-1-2. 유기성 슬러지의 재활용 가능 용도 ·················································6

그림 Ⅲ-1-1. 업종별 슬러지의 pH 특성 ·······························································19

그림 Ⅲ-1-2. 업종별 슬러지의 삼성분 분포 특성 ···············································21

그림 Ⅲ-1-3. 업종별 슬러지의 C/N 특성 ····························································25

그림 Ⅲ-1-4. 업종별 슬러지의 규제 중금속 함량 특성 ·····································28

그림 Ⅲ-1-5. 산업폐수처리 슬러지 시료중에 함유된 16종 PAHs의 농도 분포 ·········30

그림 Ⅲ-1-6. 업종별 PAHs의 농도 분포 특성 ····················································31

그림 Ⅲ-1-7. 업종별 대표 시료내 7종 PCBs 이성질체의 함량농도 특성 ·················34

그림 Ⅲ-1-8. 업종별 7종 PCBs 이성질체의 총량농도(∑7PCBs)특성 ·······················34

그림 Ⅲ-1-9. 업종별 기름 성분 함량 분포 특성 ··················································35

그림 Ⅲ-1-10. 업종별저위발열량(kcal/kg) 특성·························································37

Abstract❚

vi

Abstract

Sludge generated from industrial wastewater treatment have been

considered as nuisance by-products, most of which have been disposed by

incineration, landfill and ocean dumping. As the generation of industrial

sludge increases, the necessity of recycling sludge also has obtained great

attention. Potential applications of sludge include land use, use as

ingredients of fertilizers, co-combustion in cement kiln or power plant, etc.

Currently, under the government-level laws and regulations, land

applications of industrial sludge are not permitted mainly due to harmful

substances such as toxic metals and refractive organic compounds even

though the physicochemical properties of sludge in terms of recyclability

have been improved with technical development of wastewater treatment

methods. Thus, there have been social demands for proper assessments on

industrial sludge in order to accelerate and maximize those recycling and

reuses.

This study has been carried out to investigate physicochemical

characteristics of organic sludge (i.e., biosolids) generated from six major

industrial sectors (i.e., chemical industry, petroleum chemical industry, textile

industry, food and beverage industry, paper and pulp industry, and

secondary wastewater treatment industry) that were selected in accordance

with the total amount of discharges. Leaching concentrations or content

levels of hazardous substances (e.g., heavy metals, PAHs, PCBs) were used

to evaluate potential harmfulness. Calorific values of dried sludge were

estimated by using elemental compositions.

The pHs of sludge were found mostly neural (range of mean: 6.7~7.4)

except some extreme cases, and the fractions of organics were more than 45 %

by weight basis. Concentrations of regulating toxic metals were detected

below the regulation limits except 3 cases of excessive cadmium out of 98

Abstract❚

vi

samples, but then, regardless of industrial types of sludge, contents of

cadmium exceeded the limit (i.e., 5 mg/kg) which is specified as the

regulation regarding raw materials for compost and fertilizer. High cadmium

in sludge shall restrict the use of sludge for agricultural purposes.

For hazardous organic chemicals, leaching concentrations of both TCE and

PCE in entire sludge samples were found below the regulations. Contents of

total PAHs expressed as sum of 16 species (i.e., ∑16PAHs), which regulation

is not yet established, were found far below the proposed limits of the US

EPA or the EU for land disposal or land application. Conversely, contents of

PCBs showed over the regulation limit for ocean dumping, hence, proper

measures for poor removal of PCBs shall be required.

Lower heating values of dried sludge were calculated by the Steuer’s

method. Sludge with the highest calorific values was the one generated from

food and beverage industry, showing 4,004 kcal/kg (Mean). Considering the

regulation of heating value (i.e., above 3,500 kcal/kg for WDF), sludge from

the industry would be applicable as a secondary fuel in a power plant or a

cement kiln. On the other hand, sludge from paper and pulp industry was

not suitable as an energy source for it holds high ash content and low

combustibles.

In brief summary, data shown in this report provide updated/extended

information on physicochemical properties of industrial sludge. Results of

this study can be used as a preliminary basis for further researches or the

revisions of policy and legislation in regards to sludge management and

recycling.

요약문❚

x

요 약 문

1. 제 목

폐수처리시설에서 발생하는 유기성 슬러지의 재활용 활성화 방안에 관한 연구(II)

2. 연구목적

유기성 슬러지의 직매립 금지 및 2012년부터 폐기물의 해양투기가 금지됨에

따라 슬러지의 처리 방안으로 재활용을 통한 자원화 및 에너지화에 대한 필요

성이 증가하고 있다. 현재, 폐수처리시설에서 발생된 유기성 슬러지는 농업용

등의 재활용 대상에서 법적으로 제외되어 있는바, 재활용과 관련한 산업계의

폐기물관리법 개정 및 제도 정비에 대한 요청 및 민원이 제기되어 폐수처리시

설에서 발생하는 유기성 슬러지의 재활용 확대를 위한 슬러지의 배출 실태 검

토 및 유해 특성에 대한 조사를 실시하고자 수행하였다.

3. 연구내용 및 방법

관련자료 및 문헌조사를 통해 미국, EU 등 선진국의 유기성 슬러지 관리 및

재활용 실태를 조사하였으며, 아울러, 국내 유기성 슬러지의 재활용 관련 규제 사

항을 검토하였다. 폐수처리 슬러지의 배출 특성 조사를 위해 유기성 슬러지 대

표 배출 업종을 선정하였는데, 슬러지 배출량, 배출형태 등을 토대로 화학물질제

조업, 식음료 가공 및 제조업 등 대표 6개 업종 54개 사업장을 현지 조사하였다.

또한 계절별 슬러지의 변화를 고려하여 여름과 가을/겨울 2회에 걸쳐 총 98건의

슬러지를 채취하여 유기화합물 및 무기화합물에 대한 용출, 함량농도 등을 분석

하였다. 유기성 슬러지의 재활용 및 에너지화 가능성을 고려하여 현행 폐기물관

리법 규제항목, 농림수산식품부의 퇴비화 규정 항목, 발열량 등 슬러지의 일반특

성 및 유해특성을 조사하여 재활용 용도에 대해 검토하였다.

요약문❚

x

4. 연구결과

화학물질제조업, 식음료 가공 및 제조업 등 6개 업종 54개 사업장에서 발생되는

슬러지 중 폐수처리과정에서 발생되는 슬러지를 대상으로 슬러지의 물리화학적 배

출 특성 및 유해성을 조사하였으며, 조사된 슬러지의 특성 정보를 바탕으로 재활용

가능성을 평가하였다. 또한, 재활용 용도를 고려하였으며, 현행 슬러지의 재활용시

문제점을 파악하여 재활용 용도별 유해성, 처리방법 등 유기성 폐수처리슬러지의

재활용 활성화 방안을 검토하였다.

가. 유기성 슬러지 대표 배출업종 선정 및 현지조사

올바로시스템의 폐기물 배출 신고량 및 배출 형태 등의 자료를 토대로 배

출량이 많은 대표 6개 업종, 54개 사업장을 선정하여 슬러지 배출량, 처리방식,

공정도를 확보하는 등 현지 조사하였다. 대표 6개 업종은 화학물질 제조업 9개,

섬유 가공 및 염색업 6개, 식음료 가공 및 제조업 10개, 석유 화학업 6개, 종이

제조 및 펄프 가공업 10개, 산업폐수 2차 처리업 13개 총 54개 사업장을 선정하

였다. 슬러지의 특성을 고려하여 여름과 가을/겨울철을 구분하여 2회씩 탈수가

된 폐수처리슬러지 98건을 채취하여 조사하였다.

나. 슬러지 배출 및 유해특성 조사

채취한 유기성 슬러지 시료 98개는 유기화합물 총 6항목, 무기화합물(중금

속)류 11항목에 대한 용출 및 함량 농도를 분석하였다. 유기성 슬러지의 기존

배출 처리 방법 및 재활용 가능성을 고려하여 항목을 선정하여 분석하였는데

무기화합물의 경우, 현행 폐기물관리법의 규제 무기금속물질 7개 항목(Hg, Pb,

Cd, As, Cu, Cr6+, CN)과, 농림수산식품부의 퇴비화 등의 규정을 고려하여 2개

항목(Ni, Zn)을, 이외 중금속 3항목(Se, Ba, Be)을 추가하여 유해성분을 분석하

였다.

유기화합물의 경우 총 6항목을 검토하였는데 폐기물관리법의 규제 4개 항목

(TCE, PCE, 유기인, 기름성분), 해양환경관리법 규제 2개 항목(PAHs, PCBs)을

추가하여 조사하였다. 아울러, 농림수산식품부의 퇴비화 등의 규정 항목인 원소

분석 6항목(C, H, O, N, S, ash) 및 C/N비를 그리고 슬러지 일반적 특성의 기

요약문❚

x

본인 pH, 삼성분을, 이외 에너지화를 고려한 고형연료기준 항목인 발열량을 추

가하여 분석하였다.

다. 슬러지 유해특성 및 재활용 방안 검토

현행, 폐기물관리법의 유기성 슬러지 배출 규정 및 유해물질 함유 기준에

적합하게 배출하는지를 검토하기 위하여 기초 항목에 해당되는 pH 및 삼성분

을 조사하였다. 슬러지의 pH는 대체로 중성으로 6.7~7.4 이었으며, 수분의 함

량은 85 % 이상인 시료들로 다수 조사됨에 따라 해당 사업장의 슬러지 탈수 방

식의 개선이 필요한 것으로 판단되었고, 유기물의 함량은 45 % 이상으로 유기

성 슬러지 배출 요건에 부합되는 것으로 나타났다.

폐기물관리법의 지정폐기물 용출 농도 기준에 근거하여 규제 중금속을 초과

하는 항목 및 업종은 98개 시료 중 3건으로 화학물질 제조업에서 Cd의 용출 기

준 0.3 mg/L을 초과하였고 나머지는 일반폐기물의 형태로 적법하게 배출하는

것으로 조사되었다. 또한 무기화합물의 함량 농도는 농림수산식품부 퇴비화 규

정의 중금속 함량 기준치보다 현저히 낮은 함량을 보였으나, Cd의 함량은 음료

및 식품 제조업을 제외한 전 업종에서 기준 함량 5 mg/kg을 초과하였다. 특히,

화학제품 제조업종에서 배출되는 슬러지의 경우 Cd의 함량이 매우 높은 것으

로 조사되어 퇴비 등으로의 재활용은 어려울 것으로 판단된다. 반면, 음료 및

식품 제조업종에서 배출되는 슬러지의 Cd 함량은 평균 0.68 mg/kg으로, 비료

의 원료나 부숙토의 원료 등으로 재활용이 가능할 것으로 판단된다.

유기화학물의 용출 및 함량 농도를 조사한 결과, 16종 PAHs의 총량 농도는

국내의 규정이 없으므로 미국이나 유럽의 규정과 비교한 결과, 선진국들의 함

량 규정보다 현저히 낮은 농도를 나타내었다. 또한, PCBs는 해양환경관리법의

배출기준 0.03 mg/kg 보다 높은 농도가 검출됨에 따라, 해당 사업장의 슬러지

처리 방법에 대한 검토 및 수정이 필요할 것으로 판단된다. 슬러지의 재활용측

면에서 에너지원으로서의 열적 특성을 파악하기 위하여 원소(C, H, O, N, S)

및 수분함량 결과를 토대로 발열량 추정 경험식에 의한 결과, 식음료 제조 및

가공업종의 유기성 슬러지의 평균 발열량은 4,004 kcal/kg으로, 고형연료기준

에 적합한 것으로 나타났으며, 산업폐수 2차 처리업과 석유 화학업의 유기성

요약문❚

x

슬러지는 탈수 상태 및 유기물 함량을 높이는 처리 개선을 통해 발열량을 높일

수 있을 것으로 판단되었다. 종이 제조 및 펄프 가공업의 유기성 슬러지는 회

분의 함량이 높고 가연분의 함량이 낮아 에너지원으로 부적합한 것으로 나타났

다.

5. 연구결과의 활용 방안

본 연구결과는 유기성 슬러지의 재활용 용도를 다양화하는데 참고자료가

되길 기대하며, 아울러 폐기물관리법을 제·개정하는데 기초자료로 활용 될 수

있을 것이다.

Ⅰ. 서 론❚

1

Ⅰ. 서 론

1. 연구 배경

공업용수는 공장이나 산업 시설 등의 사업장에서는 원료를 가공하거나 제품

을 제조하는 과정에서 원료용수, 제품처리용수, 세척용수, 보일러 용수, 냉각수

등의 형태로 다양하게 사용되고 폐수처리 시설을 거쳐 방류된다. 폐수 처리 후

발생되는 슬러지의 물리화학적 특성은 사업장의 업종에 따라 혹은 폐수처리의

방식 및 처리 강도에 따라 다르기는 하나 일반적으로 중금속이나 유해화학물질

을 함유하고 있어, 폐수처리 슬러지는 대부분 해양투기나 소각, 매립 등을 통해

처리되어 왔다.

우리나라의 유기성 슬러지의 발생량은 08년 기준 17,044 톤/일이며, 2004년

이후 09년도(15,245 톤/일)까지 점차 감소추세에 있다. 이 중 폐수 슬러지의 배

출량은 전체의 약 40 %를 차지한다. 현행법상 폐수처리시설에서 발생된 유기성

슬러지는 유해성 여부와 상관없이 퇴비, 토양개량제와 같은 부숙토 및 매립시

설의 복토용으로 재활용 대상에서 제외되고 있다. 반면 하수종말처리시설, 축산

폐수처리시설 및 분뇨처리시설 등에서 발생하는 유기성 슬러지만 재활용 대상

으로 규정하고 있는 실정이다. 현재, 기술발전과 산업 환경의 변화로 재활용 대

상과 방법 등이 다양화되고 있는 상황에서 효율적으로 재활용율을 높이기 위한

제도적 뒷받침이 필요한 시기이나 폐기물의 재활용 용도 및 방법이 법령으로

제한되어 있어 관련 업계의 적극적 폐기물 재활용에 애로가 있다. 그러므로 기

술 산업 환경의 변화속도를 감안하여 폐수처리시설에서 발생하는 유기성슬러

지의 재활용 용도 및 방법을 검토하여 기업간 자원순환 촉진을 유도하고 토지

개량제 및 매립복토재로 재활용할 수 있도록 원료에 대한 규제보다는 원료내

함유된 유해물질을 기준으로 규제하는 방안 등 종합적인 검토가 필요한 상황이

다. 또한 폐수처리시설에서 발생하는 유기성 슬러지를 매립이나 소각처리하지

않고 재활용율을 높임으로써 처리비용을 줄이고 경제적 효과를 얻고자 하는 업

계의 요청에 따라 관련 폐수처리 슬러지의 재활용 가치를 높일 수 있는 가능성

을 조사하고 폐수처리시설의 현장 실태를 파악하고 하절기, 동절기 시료를 채

취하여 유해물질 함유 여부를 확인하기 위한 배출특성을 조사하였다.

Ⅰ. 서 론❚

2

2. 연구 필요성 및 목적

유기성 슬러지의 직매립 금지, 런던협약에 의한 ’12년부터 하수처리 슬러지의

해양투기가 전면 금지됨에 따라 슬러지의 육상처리가 시급하나 매립지 감소 및 소

각을 통한 처리 시 환경 유해물질 배출 등의 환경문제가 심각한 실정이다 일본, 미

국 등의 선진국에서는 슬러지 처리에 있어 ‘Zero emission' 분위기가 확산되고 있으

며, 우리나라도 슬러지 처리의 방안으로 재활용을 통한 자원화, 에너지화 필요성에

대한 산업계 및 사회적 전반에 인식이 증대되고 있다. 또한, 환경부는 해양투기가

금지됨에 따라 하수처리 슬러지 등 해양에 배출에 오던 폐기물을 육상처리로 전환

하기 위하여 관련 법규와 시설 설치에 따른 제도 정비가 필요한 실정이다. 이를 위

하여 환경적인 악영향 없이 슬러지를 재활용할 수 있도록 슬러지의 유해성 검토 및

기존의 재활용 방법, 용도 등에 대한 조사가 필요하다.

폐수처리 및 슬러지 처리 기술의 발달로 최근 업계에서 유기성 폐수처리슬러지

의 재활용과 관련하여 폐기물관리법 개정 및 제도에 대한 정비 요청이 있는 바 유

기성폐수처리 슬러지의 재활용 용도와 방법의 타당성에 대한 종합적인 검토가 필

요하다.

이에 본 연구에서는 화학물질제조업, 식음료 가공 및 제조업 등 6개 업종 54개 사

업장에서 발생되는 슬러지 중 폐수처리과정에서 발생되는 슬러지를 대상으로 슬러

지의 물리화학적 배출 특성 및 유해성을 조사하였으며, 조사된 슬러지의 특성 정보

를 바탕으로 재활용 가능성을 평가하였다. 또한, 재활용 용도를 고려하였으며, 현행

슬러지의 재활용시 문제점을 파악하여 재활용 용도별 유해성, 처리방법 등 유기성

폐수처리슬러지의 재활용 활성화 방안을 검토하였다.

Ⅱ. 연구내용 및 방법❚

3

Ⅱ. 연구내용 및 방법

1. 유기성 슬러지의 관리 정책 및 재활용 실태

가. 국외 유기성 슬러지 관리정책유럽연합, 미국, 일본의 경우 유기성슬러지의 발생원에 따라 유해물질의 함유

량에 관계없이 퇴비원료로 사용할 수 없도록 규제하고 있지는 않으며 법령에서

정한 검사기준을 사전에 분석하여 이를 만족하는 것이 입증된 경우는 재활용을

허가하고 있다. 또한, 미국과 EU 국가에서는 현재 유기성슬러지의 농지, 토양

살포를 사전 검사를 거친 후 허가하고 있다.

(1) 미국

미국은 발생한 하․폐수슬러지가 연방기준을 만족하여 안전한 재활용 및 퇴

비화가 가능하다고 판단되는 경우 바이오솔리드(biosolids)로 승인한다. 현재

바이오솔리드는 작물용 퇴비 외에도 농지, 골프장, 산림, 농원, 도로변, 정원

등의 복토용으로 다양하게 이용되고 있다. 용도에 따라 EPA 40 CFR Part

503 Biosolids Rule의 세부기준에 의해 별도로 규제되나 바이오솔리드로 승인

되기 위해서는 기본적으로 중금속 규제기준을 만족해야 한다. 미국에서 하수

슬러지의 재활용 방법은 주로 토양에 적용하는 것으로 조사되었고, 40 CFR

Part 503은 하수슬러지의 재활용 및 소각과 같은 처리방법에 관련된 기준을

제시하였으며, 40 CFR Part 257 및 258에서는 고상폐기물의 매립에 대한 기

준을 제시하고 있다. 아울러, 유기성슬러지의 에너지화 촉진을 위해 환경성,

농무성, 에너지국이 공조하여 ‘The AgSTAR’ 프로그램을 마련하여 바이오가

스 플랜트 보급에 노력하고 있으며, 활성화 정책으로 의무혼합제(mandatory

blending), 생산자세금우대제도, 연구개발을 지원하는 등 인센티브제를 도입

하고 있다.

(2) EU

유럽연합은 1986년 하․폐수슬러지의 농업이용에 대한 통일된 지침을 공포하

였고, 각 EU 회원국은 이에 따라 관련기준을 법제화하였다. 현재 각국은 지침이


4

정하는 범위 내에서 규제를 실시하고 있으며, 네덜란드를 비롯한 일부 국가는

유기성슬러지 및 퇴비를 토양에 시비하는 경우 대상 토양의 오염도에 따라서도

사용가능한 시비물질의 기준을 규제하는 정책을 시행하고 있다. 이는 시비 후

토양의 최종오염도를 고려함으로써 환경오염유발을 최소화할 수 있는 합리적

인 규제체계이다. 또한 EU에서는 유기성슬러지의 농지, 토양살포를 사전 검사

를 거친 후 허가하고 있다. 또한 슬러지를 농업용이나 다른 목적으로 재활용하

는 경우, 기본적으로는 폐기물과 수질관리와 관련된 법률의 적용을 받는다. 유

럽의 환경정책에서는 직접사용 또는 원재료로 재활용하는 것에서부터 에너지

회수까지의 체계가 명확히 구분되어 있다. 토양과 슬러지에서의 중금속 농도기

준과 토양에 적용 가능한 슬러지의 중금속 함량기준은 Directive (86/278/EEC)

에 제시되어 있다.

(3) 일본

일본에서는 도시 및 공단지역 폐수처리슬러지의 경우, 발생원에 따라 유해물

질의 함유량에 관계없이 퇴비 액비원료로 사용이 가능하며 법령에서 정한 검사

기준을 사전에 분석하여 이를 만족하는 것이 입증된 경우는 재활용을 허가하고

있다. 반면, 일본은 우리나라 같이 유기성슬러지의 농지, 토양살포를 제한하고

있다. 한편, 일본은 하수슬러지 관리를 위하여 매우 고도화된 기술을 채택하고

있으며, 시멘트 제조를 위한 슬러지와 탈수 케이크의 사용이 증가되고 있다. 하

수슬러지의 고형연료화에 높은 기술수준을 보유하고 있으며, 건조, 고화, 용융,

탄화 등의 방법으로 연료화하여 생산된 제품을 철강, 발전소, 시멘트제조시설의

원료로 활용하고 있다. 최근에는 농업분야 재활용 비율은 제한되고 그 비율이

줄어들고 있다. 비료화는 에너지 소비가 많은 열적처리와 같이 재활용에서 매

우 큰 비중을 차지하고 있으나, 중금속에 대한 엄격한 제한으로 사용자들에게

많은 걱정거리가 되고 있다. 최종처리 또는 재활용 전에 슬러지의 소화로 인하

여 발생되는 메탄가스는 전력생산이나, 난방 및 연료전지에 사용되고 있다. 많

은 하수처리장은 악취를 방지하기 위하여 대부분 자체 소각장을 구비하여 하수

슬러지 처리시간을 최소화하고 있다. 탈수케이크 및 건조된 슬러지는 대부분

농업용으로 사용되고 있으며, 소각재 및 용융슬래그는 대부분 건축자재로 재활


5

용되고 있다. 최근 바이오가스 플랜트 건설에 견인차 역할을 하고 있는 ‘바이오

매스·일본 종합전략’을 추진, 유기성 폐자원의 메탄발효 시설을 약 180여개소를

보급하는 등 에너지화에 노력하고 있다.

나. 국내 유기성슬러지의 관리 방향 및 재활용우리나라의 경우 국토면적이 작고 인구밀도가 높아 폐수처리슬러지를 매립하는

것은 현실적으로 어렵고, 또한 국제적으로 원유가격 급등으로 인하여 보조연료를

소모하여 소각처리를 하는 것은 비효율적인 처리 방법이다. 유기성 슬러지 관련

제도의 변천 흐름을 <그림 Ⅱ-1-1>과 같이 정리하였다.

그림 Ⅱ-1-1. 우리나라 유기성 슬러지 관련 정책 제도의 변화

하수슬러지의 재활용 기술은 미국, 독일, 일본 등의 선진국을 중심으로 농자원화,

건축자원화, 에너지화 등의 기술이 적용되고 있으며, 독일의 경우 폐수슬러지의 47.4 %

를 농업, 토지개량 및 기타재활용의 용도로 활용하고 있다. 우리나라의 경우,

발생되는 폐수처리슬러지의 대부분이 재활용되지 못하고 매립이나 해양배출을 통해

버려지고 있는 실정이다. 유기성 슬러지는 크게 자원화와 에너지화의 측면에서

재활용 가능성이 있다(그림 Ⅱ-1-2). 자원화에는 대표적으로 퇴비화, 지렁이 사육의

먹이, 녹생토나 매립지 복토재, 토지 개량제, 경량골재, 시멘트 제조의 부원료 등으로

재활용하는 것이 있으며, 에너지화는 슬러지를 열발전소의 연료로 사용하거나 시멘트

소성로의 부연료 등으로 이용하는 것이다.


6

그림 Ⅱ-1-2. 유기성 슬러지의 재활용 가능 용도

다. 국내 유기성 슬러지의 재활용 관련 기준 검토

슬러지의 유해성 및 재활용성을 평가할 수 있는 근거로 관련법의 기준을 검

토하고 요약하였다.

표 Ⅱ-1-1. 폐기물 분류상 지정 폐기물에 함유된 유해물질 (용출분석 기준)*

분 류 분석 항목 용출 기준 (mg/L)

오니류, 폐흡착제 및 폐흡수에

함유된 유해물질

납(Pb) 또는 그 화합물 3

구리(Cu) 또는 화합물 3

비소(As) 또는 그 화합물 1.5

수은(Hg) 또는 그 화합물 0.005

카드뮴(Cd) 또는 그 화합물 0.3

6가 크롬(Cr6+

) 화합물 1.5

시안화합물(CN) 1

유기인화합물 1

테트라클로로에틸렌 0.1

트리클로로에틸렌 0.3

기름성분 5 % (중량비 기준)

그 밖에 환경부장관이 정하여 고시하는 물질

광재, 분진, 폐주물사, 폐사, 폐내

화물, 도자기 조각, 소각재, 안

정화 또는 고형화, 고화 처리물

및 폐촉매에 함유된 유해물질

제 1호 가목부터 사목까지의 규정과 카목에 따른 유

해물질 (분진과 소각재의 경우에는 제 1호 가목부터 사

목까지의 규정에 따른 유해물질만 해당한다)

그 밖에 환경부장관이 정하여 고시하는 물질

*: 환경부령 제437호「폐기물관리법 시행규칙」제 2조 1항 관련 [별표1]


7

표 Ⅱ-1-2. 해양 배출 허용 유해물질 함유기준*

분류 검사 항목제 1 기준

(mg/kg, dry basis)제 2 기준

(mg/kg, dry basis)

무기

화합물

시안화합물 200 40

크롬 및 그 화합물 1,850 370

아연 또는 그 화합물 9,000 1,800

구리 또는 그 화합물 2,000 400

카드뮴 또는 그 화합물 20 4

수은 또는 그 화합물 5 1

비소 또는 그 화합물 145 1

납 또는 그 화합물 1,100 220

유기

화합물

PCB-28 0.15 0.03

PCB-52 0.15 0.03

PCB-101 0.15 0.03

PCB-118 0.15 0.03

PCB-138 0.15 0.03

PCB-153 0.15 0.03

PCB-180 0.15 0.03

나프탈렌 4 0.8

페난트렌 5 1

안트라센 4 0.8

벤조(a)피렌 4.5 0.9

플루오란텐 10 2.5

벤조(a)안트라센 5 1

벤조(b)플루오란텐 4 0.8

페놀류 4,000 800

유분(광유류) 10,000 2,000

유기인 화합물 100 4

*: 해양환경관리법 제23조 제3항 및 이 규칙 제12조 제1항 관련 별표6


8

표 Ⅱ-1-3. 비료관리법 부산물공정규격 내의 퇴비로 사용가능한 원료*

구 분 지 정 원 료 비 고

일반

지정

원료

1. 농림부산물(짚류, 왕겨, 미강, 녹비, 농작물, 잔사,낙엽, 수피, 톱밥,

목편, 부엽토, 야생초, 폐사료, 한약재찌거기, 이탄, 토탄, 갈탄, 깻묵

류, 및 기타 유사물질 포함)

2. 수산부산물(어분, 어묵찌거기, 해초찌거기, 게껍질, 해산물도매 및

소매장 부산물포함)

3. 인축분뇨 및 구비(인분뇨 처리잔사, 우분뇨, 돈분뇨, 계분 기타

동물의 분뇨)

4. 음식물 쓰레기,

5. 식료품 제조업, 유통 또는 판매업에서 발생하는 동식물성 잔재물

(도축, 고기가공 및 저장, 낙농업, 과실 및 야채, 통조림 및 저장가

공, 동식물 유지, 빵제품 및 국수, 설탕 및 과자, 배합사료, 조미료,

두부 및 기타),

6. 음료품 및 담배 제조업에서 발생하는 동식물성 잔재물 (주정, 소

주, 인삼주, 증류주, 약주 및 탁주, 청주, 포도주, 맥주, 청량음료,

담배제조업 및 기타)

1. 가공된(화학처리)

폐목재 제외

2. 폐수처리오니 제외

5. 폐수처리오니 및

공정오니 제외

6. 폐수처리오니 및

공정오니 제외

특별

지정

원료

1. 식료품 제조 및 판매업(수산포함)에서 발생하는 폐수처리오니

2. 음료수 및 담배 제조업에서 발생하는 폐수처리오니

3. 종이제조업에서 발생하는 부산물 및 폐수처리오니

4. 읍,면단위 농어촌지역 생활하수오니

5. 기타 조건부 지정 해당물질

비료가치가인정되고인

축 및 농작물에 유해한

물질(중금속 및 유해화합

물)이 포함되지 않음이

입증된 배출업소별로 농

업과학기술 원장이 정하

는기준에따라특별지정

사용

불가

원료

1. 산업용 화합물 제조업 및 기타 화학제품제조업(제약포함) 부산

물 및 폐수처리오니

2. 고무제품 및 플라스틱 제조업 부산물 및 폐수처리오니

3. 제 1차 금속 제조업 부산물 및 폐수처리오니

4. 조립금속 제품, 기계 및 장비제조업 부산물 및 폐수처리오니

5. 석유제조 및 정제업 부산물 및 폐수처리오니

6. 가죽 및 모피제품 제조업 부산물 및 폐수처리오니

7. 비금속광물 제품 제조업 부산물 및 폐수처리오니

8. 육상운수 및 자동차 부산물 및 폐수처리오니

9. 수선업 및 세탁업 부산물 및 폐수처리오니

10. 인쇄, 출판 및 사진처리업 부산물 및 폐수처리오니

11. 전기업 부산물 및 폐수처리오니

12. 도시 및 공단지역 폐수처리오니

13. 기타 상용불가로 명시된 폐기물과 유사한 물질도 포함

* 일반지정 및 조건

부 지정폐기물을

제외한 폐기물

* 지정폐기물 포함


9

표 Ⅱ-1-4. 농림수산식품부의 보통비료 중 유기질 비료 및 부산물 비료와 그

원료에 대한 중금속의 위해성기준*

종 류 중금속함유할 수 있는 허용량

(mg/kg)유기질 비료 및 부산물 비료

(중금속 함유량이 적어 비료에

함유할 수 있는 유해성분의 최

대량이 공정규격에 정해져 있지

않은 토양미생물제재 등의 비료

는 제외한다)

크롬 300

납 150

카드뮴 5

수은 2

비소 50

구리 300

아연 900

니켈 50

*: 농림수산식품부 「비료관리법 시행령」제 10조 제1항 관련 [별표1]

표 Ⅱ-1-5. 환경부의 부숙토 원료기준과 제품기준*

구분 항목

등급

가 등급(㎎/㎏) 나 등급(㎎/㎏)유

해

물

질

함

량

비소(As) 50이하

"가" 등급의 기준을

초과하는 경우

카드뮴(Cd) 5이하

크롬(Cr) 300이하

구리(Cu) 500이하

납(Pb) 150이하

수은(Hg) 2이하

유

해

물

질

함

량

비소(As) 50이하

"가" 등급의 기준을

초과하는 경우

카드뮴(Cd) 5이하

크롬(Cr) 300이하

구리(Cu) 500이하

납(Pb) 150이하

수은(Hg) 2이하

유기물함량 25 %이상

유기물대 질소비 50이하

염분(NaCl) 1 %이하

부 숙 도실험 수행 시 실온보다 20 ℃이상 재 발열이

없을 것.

비고 : 1. 도로절개지의 토지개량제로 사용하는 경우에는 “가” 등급의 유기물함량기준은 15 %이상으로

한다.

*: 환경부 고시 제2011-64호 「유기성오니 등을 토지개량제 및 매립시설 복토 용도로의 재활용

방법에 관한 규정」제2장 관련 [별표3][별표4]


10

표 Ⅱ-1-6. 시멘트 제품의 원료 및 보조 연료 사용 기준

구분습윤저위발열량

(kcal/kg)

WC Ash Cl S As Cd T-Cr Hg Pb

(wt. %) (mg/kg)

WDF* 3,500 - - 2,000(mg/kg)

2.5 2 1 50 1.5 100

RPF* 6,000

10

20 2 0.613 9 - 1.2 200

TDF* 6,000 4 2 2.0

WCF* 3,500 8 0.3 1.2 2 2 30 1 30

*:「자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률」 시행규칙 [별표7] 고형연료제품의 품질·등급 기준:

RDF, RPF, TDF, WCF에 관한 기준

표 Ⅱ-1-7. 토양오염기준*

구분 항 목토양오염 우려기준 (mg/kg)

1지역 2지역 3지역

As 25 50 200

Cd 4 10 60

CN 2 2 120

Cr6+ 5 15 40

Cu 150 500 2,000

F 400 400 800

Hg 4 10 20

Ni 100 200 500

Pb 200 400 700

Zn 300 600 2,000

TCE 8 8 40

PCE 4 4 25

Phenols 1 1 3

Benzo(a)pyrene 0.7 2 7

Benzene 1 1 3

Toluene 20 20 60

Ethylbenzene 50 50 340

Xyrene 15 15 45

TPH 500 800 2,000

PCBs 1 4 12

*: 토양환경보전법 시행규칙 제 1조의 5관련 별표3


11

2. 연구 내용 및 방법

가. 대상 유기성 시료채취 및 분석 항목(1) 시료채취 대상 업종 선정

폐수처리시설에서 발생하는 유기성 슬러지의 시료의 채취를 위해 먼저 올

바로시스템의 배출량 신고 통계 자료를 이용하였다. 통계 기준으로 배출량이

많은 대표 업종 6개 산업을 선정하고 해당 업종의 주요 산업체 55개 사업장

의 사전 동의를 얻어 방문을 통해 시료를 채취하였다. 시료 채취는 여름철과

가을/겨울철 2회 실시하였으며, 식음료 가공 및 제조업종(FB)은 가을/겨울철

1회 채취하였다. 시료 채취 대상 업종 및 사업장 수를 <표 Ⅱ-2-1>로 요약하

였다.

대상 업종 Code 분류 사업장 수

화학 물질 제조업 C 9

섬유 가공 및 염색업 CD 6

식음료 가공 및 제조업 FB 10

석유 화학업 PC 6

종이 제조 및 펄프 가공업 PP 10

산업폐수 2차 처리업 WS 13

표 Ⅱ-2-1. 유기성 슬러지의 시료 채취 대상 업종 및 사업장 수

(2) 분석항목 선정

분석항목은 첫째, 일반폐기물로 배출되는 유기성 슬러지의 유해 특성을 조

사하기 위한 목적과 둘째, 재활용 가능성을 고려하여 선정하였다. 유해 특성

을 평가하기 위하여 폐기물 관리법의 지정폐기물의 유해물질 함유 기준과 해

양 배출 허용 유해물질 함유 기준을 따랐다. 자원 및 연료로의 재활용 가능

성을 평가하기 위해 해당 관련법의 원료 및 제품 등의 기준에서 규정하는 항

목을 분석 항목으로 포함시켰다.


12

나. 분석 방법(1) pH

폐기물공정시험방법을 준하여, 50 mL 비커에 슬러지 시료 5 g과 초순수

12.5 mL를 넣고 150 rpm에서 약 30분간 교반하였다. 슬러지 혼합액을 3,000

rpm에서 5분간 원심분리한 후 상층액에 대하여 pH를 측정하였다.

(2) 삼성분 분석

삼성분 분석은 폐기물 중의 수분, 가연분(유기물), 회분을 분석하는 것이며, 대상 폐

기물이 어느 정도 연소되며, 연소 후 어느 정도의 회분이 남는지를 개략적으로 알 수

있다. 먼저 수분의 함량을 측정한 후 (가연성의) 대상 폐기물을 절단/파쇄하여 2 mm

이하로 분쇄한다. 삼성분 분석 방법은 다음과 같다. 1) 시료를 약 20 g 취하여 105±5

℃에서 약 4시간 건조한 후 건조 전/후의 중량차로 수분의 함량을 구한다. 2) 사기제

도가니(porcelain crucible) 또는 접시를 미리 600±25 ℃에서 30분간 강열하고 데시케

이터안에서 식힌 후 그 무게(M1)을 정확히 측정한다. 3) 2 mm 이하로 분쇄된 시료를

적당량(20 g 이상)취하여 도가니 또는 접시에 취하여 그 무게(M2)를 정확히 측정한다.

4) 여기에 25 % 질산암모늄(NH4NO3) 용액을 넣어 시료를 적시고 천천히 가열하여

탄화시킨 다음 600±25 ℃의 전기로에서 3시간 강열한다. 5) 강열한 시료를 데시케이

터 안에서 식힌 후 무게(M3)를 정확히 측정한다. 6) 각 구성 성분 i의 함량(%)은 다음

과 같이 산출된다.

수분 함량(W) =건조 전의 중량의 차건조 후의 중량의 차

가연분 함량(A) =

총 건조시료의 중량전 회분의 중량

×

×

×

회분 함량 = 100-W-A


13

(3) 무기성 물질류

무기성 물질류에 대한 분석은 폐기물공정시험방법을 따랐으며 중금속의 함량 및 용

출 농도에 대하여 분석하였다. 무기성 물질류에 대한 분석 방법을 <표 Ⅱ-2-2>로 요약

하였다.

표 Ⅱ-2-2. 무기성 물질 분석항목 및 전처리 방법 요약

분류 분석 항목 분석 전처리 방법 분석 장비검출한계

(mg/L)

규

제

항

목

As l 폐기물공정시험방법 제2장 제5항FAAS

ICP-OES

0.005

0.05

Cr6+ l 폐기물공정시험방법 제7장 제7항UV-VIS

ICP-OES

0.002

0.007

Cd, Cu,

Pb

l 폐기물공정시험방법 제2장 제3항

- 질산(HNO3)분해ICP-OES 0.007~0.04

CNl 폐기물공정시험방법 제4장 제5항

- 증류법: 피리딘-피라졸론법UV-VIS 0.01

Hgl US EPA Method 7473


DMA

ICP-OES

0.000001*

0.001

미

규

제

항

목

Ba, Be,

Ni, Sb,

Se, V,

Zn 등

l 폐기물공정시험방법 제2장 제3항 ICP-OES0.0008~

0.05

Fl 토양오염공정시험법

- 증류법: 란탄-알리자닌콤플렉손법UV-VIS 0.003~0.02

함

량

규

제

항

목

Asl 폐기물공정시험방법 제2장 제5항

- 질산(HNO3)과 염산(HCl)분해

FAAS

ICP-OES

0.005

0.05

Cr6+ l 폐기물공정시험방법 제7장 제7항

UV-VIS

ICP-OES

0.002

0.007

Cd, Cu,

Pb


- 질산(HNO3)분해ICP-OES

0.0023~

0.028

CNl 폐기물공정시험방법 제4장 제5항

- 증류법: 피리딘-피라졸론법UV-VIS 0.2

Hgl US EPA Method 7473


DMA

ICP-OES

0.000001*

0.001

미

규

제

항

목

Ba, Be,

Ni, Sb,

Se, V,

Zn 등

l 폐기물공정시험방법 제2장 제3항 ICP-OES0.0008~

0.05

Fl 토양오염공정시험법

- 증류법: 란탄-알리자닌콤플렉손법UV-VIS 0.003~0.02

*Instrument detection limit


14

(4) 유기성 화학물질류

유기성 물질류는 유기인, TCE, PCE, 기름성분, PAHs, PCBs 등 함량 및 용출량을 분

석하였다.

표 Ⅱ-2-3 유기성 물질 분석항목 및 전처리 방법 요약

분류 분석 항목 분석 전처리 방법 분석 장비검출한계(mg/L)

용

출

Org-P

(EPN

Parathion

Methyldimetone

Diazinon

Pentoate)

l USEPA Method 5021GC/MS

GC/NPD0.0005

TCE l USEPA Method 5021 GC/ECD 0.1~3.4

PCE l USEPA Method 5021 GC/ECD 0.1~3.4

함

량

Org-P

(EPN

Parathion

Methyldimetone

Diazinon

Pentoate)

l USEPA Method 5021GC/MS

GC/NPD0.0005

TCE l USEPA Method 5021 GC/ECD 0.1~3.4

PCE l USEPA Method 5021 GC/ECD 0.1~3.4

PAHs (16종) l 해양오염공정시험방법 제 4장 제 13항 GC/MS 50 ng/g

PCBs (6종) l 해양오염공정시험방법 제 4장 제 13항 GC/MS 3 ng/g

Oil l USEPA SW-846 Method 9071BChemical

balance5~200 mg

*Instrument detection limit

① 유기인(Organophosporous compounds)

USEPA Method 5021을 준용하여 용출과 함량부분으로 나누어 실험을 진

행하였다. 용출 실험에서는 용출액 25 mL에 pentane을 10 mL를 넣고 진탕

기로 진탕을 하였다. 진탕 후, 약 1시간 정도 초음파추출 처리하여 pentane층

을 분취하고 무수황산나트륨으로 pentane층에 있을 수 있는 수분을 제거하였

다. 질소농축기로 1 mL까지 농축하여 GC/ECD로 기기분석을 하였다. 함량

실험에서는 시료 5 g을 분취하고 TCE, PCE 표준물질을 주입 후, pentane 10


15

mL를 넣어 진탕하고, 초음파추출 하였다. pentane층을 분취하여 무수황산나

트륨으로 수분을 제거하였다. pentane층에 남아 있을 수 있는 시료를 필터로

제거하였고, 질소농축기로 1 mL까지 농축하여 GC/MSD로 기기분석을 하였

다.

② TCE와 PCE

USEPA Method 5021을 준용하여 용출과 함량부분으로 나누어 실험을 진

행하였다. 용출 실험에서는 용출액 25 mL에 pentane을 10 mL를 넣고 voltex

mixing 후, 약 1시간 정도 초음파추출 하였다. pentane층을 분취하고 무수황

산나트륨으로 pentane층에 있을 수 있는 수분을 제거하였다. 질소농축기로 1

mL까지 농축하여 GC/ECD로 기기분석을 하였다. 함량 실험에서는 시료 5 g

을 분취하고 TCE, PCE 표준물질을 주입 후, pentane 10 mL를 넣어 진탕하

고, 초음파추출 하였다. pentane층을 분취하여 무수황산나트륨으로 수분을 제

거하였다. pentane층에 남아 있을 수 있는 시료를 필터로 제거하였고, 질소농

축기로 1 mL까지 농축하여 GC/ECD로 기기분석을 하였다.

③ 기름성분

US EPA SW-846 Method 9071B를 준용하여 전처리 하였다. 약 100 mL 알루

미늄 컵을 110 ℃에서 2시간 이상 가열한 후 데시케이터(desiccator)에 30분 동

안 방치한 후 무게를 측정하였다. 시료를 5 g 범위에서 정확히 (소수점 4자리)

취하여 thimble에 넣고 유리솜으로 막은 다음 속슬렛 추출장치(Soxhlet

extractor)에서 2시간 동안 헥산으로 추출하였다. 여과지(Whatman 40 규격)에

무수황산나트륨을 얹어 추출액을 여과하였다. 헥산을 증발시키기 위해 추출액

또는 여과액을 농축하여 용액이 약 10 mL, 정도 잔류할 때 준비한 알루미늄 컵

을 시료를 옮긴 후 헥산으로 3번 이상 씻어내었다. 알루미늄 컵을 가열판에서

80 ℃로 가열 농축하여 모두 휘발시켰다. 데시케이터에 30분 동안 방치한 후 무

게를 측정하였다. 시료의 기름성분 농도 (mg/kg 또는 %)를 계산하였다.


16

HEM (mg/kg 습윤중량) =늘어난 알루미늄 컵 무게(mg) × 1000

습윤시료의 무게(g)

④ PAHs

슬러지 시료 2 g에 pentane (reagent grade) 5 mL를 넣고 30분간 초음파추

출후 용매 추출하여 1 mL 까지 농축한 후 GC/MS로 분석하였다.

유기물질 PAHs PCBs 유기인 TCE, PCE

분석장비 GC/MSD GC/ECD GC/MSD GC/ECD

모델명Agilent

6890/5973NAgilent 6890

Agilent

6890/5973NAgilent 6890N

칼럼

HP-5MS (60

m-cross linked 5%

phenylmethylsilicon,

(0.2mm ID×0.25)

DB-5MS

(30m × 0.25mm

ID, 0.25m film

thicknness)

DB-5MS

(30m × 0.3mm

ID, 0.3m film

thicknness)

DB-5MS

(30m × 0.3mm

ID, 0.3m film

thicknness)

주입 온도 300 ℃ 220 ℃ 200 ℃ 200 ℃

오븐 온도

80℃ (1 min) ---->

1℃/min to 210℃

(12min) → 20℃

/min to 270℃

(5min)

55℃(2min)→ 5℃

/min to 200℃

(3min) → 1℃/min

to 210℃(12min) →

20℃/min to 270℃

(5min)

50℃(2min)→ 10℃

/min to 100℃

(3min)→ 15℃/min

to 270℃ (1min)

50℃(2min)→ 10℃

/min to 100℃

(3min)→ 15℃/min

to 270℃ (1min)

Transfer line 온도 300 ℃ - 240 ℃ -

Carrier gas He He He N2

Ion collection SIM - SIM -

*: 기기의 검출 가능 영역

표 Ⅱ-2-4. 유기물질 분석을 위한 GC 측정 운용 조건

(5) 원소 분석

원소 분석은 자동원소분석기(Automatic elemental analyzer, Thermo Finnigan Flash

EA 1112)를 이용하여, C, H, O, N, S에 대하여 분석하였다. 건조 슬러지 2~3 mg의 시료

를 취하여 산소분위기에서 1,000 ℃에서 완전 연소시키면서 발생하는 CO2, H2O, N2,

SO2의 양을 GC/TCD(열전도검출기)로 측정하였다.


17

(6) 발열량

발열량은 물질이 완전 연소할 때 발생하는 열량으로 고형 물질인 경우, 단위 중량당(1

kg) 발생하는 열량(kcal), 즉 kcal/kg으로 표시한다. 발열량은 고위발열량(Higher

Heating Value, HHV)와 저위발열량(Lower Heating Value, LHV)으로 구분하는데, 고위

발열량은 열량계로 측정하며 총발열량이라고 한다. 저위발열량은 고위 발열량에서 고형

물 중의 수분에 대한 증발잠열(즉, 연소되는 동안 고형물 중에 포함된 수분을 증발시키

는데 소모되는 열량)을 제외한 것을 말한다.

발열량의 측정방법에는 열량계를 이용하거나, 삼성분 분석 결과와 원소 분석 결과를

이용하여 경험 추정식을 통하여 구하는 방법이 있다. 화석 연료나 biomass, 생활계 폐기

물(municipal solid waste)등을 이용한 경험식은 연구 사례가 많으나 슬러지를 이용한

사례는 부족한 편이다. 본 연구에서는 원소 분석 결과와 삼성분 분석 결과를 이용하여

저위 발열량을 추정하였으며 문헌과 비교하였다.

슬러지가 연료로 사용될 때 연료가 완전연소단위 중량원소 분석의 결과를 이용하여

발열량을 추정하는 방법에는 다음의 계산식을 이용할 수 있다.

- 석탄 등의 화석 연료 시료의 연구 경험식

Dulong 식:

Q = 145.44C + 620.28H + 40.5S – 77.54O

Boie 식:

Q = 151.2C + 499.77H + 45.0S – 47.7O + 27.0N

Grummel and Davis 식:

Q = [

+ 424.62] +

Mott and Spooner 식:

Q = 144.54C + 610.2H + 40.5S – 62.46O (O < 15 %)

Q = 144.54C + 610.2H + 40.5S – [65.88-

]O (O > 15 %)


18

- 생활계 폐기물 시료에 적용이 가능한 경험식(Steuer’s model)

Q = 81(C-

O)+57

O+345(H-

O)+25S-6(W+9H)

- 한국환경공단지침서(생활계 폐기물 대상)

Hl = 81C + 340(H –

O) + 25S – 6W

- 삼성분 분석값을 이용한 계산식

Hl = 45V – 6W

Ⅲ. 연구결과 및 고찰❚

19

Ⅲ. 연구결과 및 고찰

1. 슬러지의 특성 조사

가. 일반적 특성(1) pH

슬러지의 pH값은 해당업체의 폐수처리시설의 운전 상태를 반영하는 가장 기본적인

지표임과 동시에, 슬러지의 재활용 가능성을 평가하는 기초 분석 데이터이다. pH는

소화조의 운전 상태나 사용하는 응집제, 중화제에 의해서도 크게 영향을 받는다. 조사

된 탈수 슬러지의 pH분석 결과, 업종별 평균값은 6.7~7.4인 것으로 대부분 중성인 것

으로 나타났으며, PP업종을 제외한 전 업종에서 일부 강알칼리성이나 강산성을 띄는

슬러지도 있는 것으로 조사되었다.

다른 업종에 비해 섬유 가공 및 염색업(CD 코드)에서 배출된 탈수 슬러지의 pH값

은 분포 범위가 넓은 것으로 나타났다. 여름철과 가을/겨울철에 채취된 시료들 간의

pH값의 분포는 크게 다르지 않았다. 통계적 분석결과 슬러지의 pH는 업종이나 폐수

처리시 운전 온도(여름철, 가을/겨울철)에 의한 영향은 크지 않은 것으로 나타났다

(업종차이: p=0.611, F=0.718, 계절차이: p=0.064, F=3.513).

그림 Ⅲ-1-1. 업종별 슬러지의 pH 특성


20

표 Ⅲ-1-1. 업종별 슬러지의 pH 특성

분류코드 통계값

C

평균 7.34

표준편차 1.37

최소 4.41

최대 11.29

범위 6.88

CD

평균 7.37

표준편차 1.90

최소 4.49

최대 9.46

범위 4.97

FB

평균 6.65

표준편차 .76

최소 5.34

최대 7.55

범위 2.21

PC

평균 7.11

표준편차 .69

최소 5.18

최대 7.92

범위 2.74

PP

평균 7.26

표준편차 .31

최소 6.67

최대 7.82

범위 1.15

WS

평균 7.21

표준편차 .99

최소 4.30

최대 8.40

범위 4.10

(2) 삼성분 분석

<그림 Ⅲ-1-2>는 업종에 따른 슬러지의 삼성분 분석에 대한 평균값에 대한 분포를 보

여준다. 대체로 수분의 함량은 85 %이하, 가연분(즉, 유기물 함량)은 45 %이상으로 나타

났으며, 이는 폐기물관리법의 유기성 슬러지 배출 정의에 부합하는 것으로 대상 유기성

슬러지의 배출이 대체로 적법하게 이루어지는 것으로 판단된다.

업종에 따른 유기물 함량은 FB 업종이 가장 높았으며, WS와 PC 업종에서도 60 %이

상의 유기물을 함유하는 것으로 나타났다. 계절에 따른 특성은 통계적으로는 유의한 결


21

과를 보이지는 않았으나, 업종별 평균값을 토대로 볼 때, 수분 함량은 여름철보다 겨울

철이 약간 높게, 회분의 함량은 여름철이 더 높은 것으로 나타났다. 이는 배출된 슬러지

가 위탁처리되기 전 일정기간(수시간에서 수일) 컨테이너에서 머무는 동안 일어나는 수

분의 증발이 여름철에 더 활발했기 때문이며, 미생물 활성 또한 여름철이 더 활발하여

유기물의 무기물화(mineralization)가 더 활발히 진행되었기 때문으로 추측된다.

환경부의 부숙토 원료 및 제품기준(표 Ⅱ -1-5 참고)중 유기물 함량은 25 %이상이며,

삼성분 분석결과를 토대로 볼 때 이 연구의 대상 시료들은 비료 및 부산물의 원료 기준

에 부합함을 알 수 있다.

그림 Ⅲ-1-2. 업종별 슬러지의 삼성분 분포 특성


22

표 Ⅲ-1-2. 건조 슬러지의 업종별 가연분 및 회분의 구성비

분류코드 통계값 가연분 (%) 회분 (%)

C

평균 58.1 41.9

최소 21.2 13.6

최대 86.4 78.8

범위 65.2 65.2

CD

평균 46.6 53.4

최소 17.7 6.8

최대 93.2 82.3

범위 75.5 75.5

FB

평균 78.7 21.3

최소 44.6 5.5

최대 94.5 55.4

범위 49.9 49.9

PC

평균 64.0 36.0

최소 19.0 13.6

최대 86.4 81.0

범위 67.4 67.4

PP

평균 40.1 59.9

최소 10.7 40.5

최대 59.5 89.3

범위 48.8 48.8

WS

평균 64.9 35.1

최소 47.9 17.0

최대 83.0 52.1

범위 35.1 35.1

건조된 슬러지에 대한 가연분과 회분의 구성비를 업종별로 살펴볼 때, 음료 및 식품

제조업(FB)은 가연분이 44.6~94.5 %의 범위에서 평균 78.7 %로, 회분은 5.5~55.4 %의 범

위에서 평균 21.3%로 건조 슬러지 중 가연분이 가장 많은 업종임을 알 수 있었다(표 Ⅲ

-1-2). 한편, 종이 제조 및 펄프 가공업(PP)의 슬러지의 경우 평균 40.1 %와 59.9 %의 가

연분과 회분의 구성비를 보였으며 건조 슬러지 중 가연분의 함량이 가장 낮고 상대적으

로 무기물의 성분이 많은 것으로 나타났다.


23

(3) 원소조성 특성

<표 Ⅲ -1-3>와 <표 Ⅲ -1-4>는 각각 슬러지의 원소조성을 업종별로 요약한 표와 원소

별 조성이 높은 업종에 대한 순위를 매긴 표이다. C, H, O의 함량이 가장 높은 업종은

음료 및 식품 제조업(FB)이었으며 각각 40.8 %, 6.4 %, 22.4 %로 나타났다. 반면 회분과

황의 함량은 매우 낮은 조성을 보였다. FB와 가장 대비를 보인 업종은 PP였으며, 회분

과 산소의 함량을 제외한 나머지는 가장 낮은 조성을 보였다.

유기물대 질소의 비(C/N)는 퇴비화(composting) 반응에서 중요한 인자이다. 퇴비화

에서 가장 이상적인 C/N 값은 50이하이며, 25~30을 권장하고 있다. C/N 값이 높은 경

우 미생물 성장에 필요한 질소원이 부족하게 되어 부숙에 소요되는 시간이 길어질 뿐

아니라, 유기성 탄소의 분해 산물로 지방산이 생성되어 부숙토의 pH를 낮추게 되어 토

양과 토양 미생물에 나쁜 영향을 끼치게 된다. 한편 C/N 값이 너무 낮은 경우 과다한

질소로 인하여 악취(NH3)가 발생할 수 있으며, 질소원의 손실이 커지게 되면 비료로서

의 효과가 떨어질 수 있다.

분석결과 슬러지의 C/N값은 CD와 PP업종의 일부 시료를 제외하고 대체로 50이하로

조사되었으며, 부숙토 등의 원료 및 제품기준에 부합하는 것으로 나타났다(그림 Ⅲ -1-3).

그러나 FB와 PC 및 WS업종의 슬러지는 C/N값이 상대적으로 매우 낮은 경우, 퇴비화

등을 통하여 재활용하고자 할 때 탄소 성분이 높은 물질을 혼합해야 할 것으로 판단된

다.

배출 사업장의 업종(표 Ⅲ -1-5)과 슬러지 시료 채취 시기(표 Ⅲ -1-6)가 슬러지의 원소

함량에 미치는 영향을 통계를 이용하여 비교하였다. 통계 분석 결과 슬러지의 화학적 조

성은 배출 사업장의 업종에 매우 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 반면, 활성슬

러지 등의 생물학적 처리방법을 사용하는 대부분의 폐수 처리 공정에서 슬러지 배출 시

기(혹은 시료 채취 시기)로 인한 미생물의 활성에 달리하여 슬러지 소화율에 영향을 미

칠 것으로 예상하였으나, 시료 채취 시기는 슬러지의 화학적 조성에 큰 변화의 요인이

되지 않는다는 것을 알 수 있었다.


24

표 Ⅲ-1-3. 산업 폐수슬러지의 업종별 원소조성(%, dry mass basis)

분류코드 통계값 원소조성 (wt. %)

C

원소 C H O N S Ash

평균 28.6 4.3 16.9 4.2 1.4 44.5

표준편차 13.3 1.9 2.5 2.8 1.7 17.0

범위 45.0 6.0 8.4 9.4 5.7 52.0

최소 11.6 1.23 12.0 0.6 0 18.8

최대 56.6 7.2 20.3 10.0 5.7 70.8

시료수 18 18 18 18 18 18

CD


평균 25.9 3.3 16.8 1.7 1.0 51.4

표준편차 13.9 1.6 2.8 1.8 1.1 18.4

범위 44.3 4.6 9.4 4.8 3.0 56.3

최소 8.9 1.2 13.3 0.4 0.0 19.8

최대 53.2 5.8 22.7 5.2 3.0 76.1

시료수 11 11 11 11 11 11

PC


평균 32.9 5.4 15.5 5.3 0.6 40.3

표준편차 9.7 0.8 3.8 2.6 0.3 12.4

범위 31.6 2.3 11.5 7.7 0.7 41.5

최소 12.7 4.1 8.1 1.3 0.3 25.9

최대 44.3 6.4 19.6 9.0 1.1 67.4

시료수 12 12 12 12 12 12

FB


평균 40.8 6.4 22.4 5.0 0.6 24.9

표준편차 9.6 1.6 3.8 1.1 0.4 13.7

범위 32.3 4.9 12.8 3.0 1.2 48.9

최소 18.8 3.3 13.3 3.2 0.2 11.9

최대 51.1 8.2 26.1 6.1 1.4 60.8

시료수 11 11 11 11 11 11

PP


평균 23.5 2.6 21.4 0.9 0.0 51.6

표준편차 3.6 0.8 2.0 0.4 0.1 5.6

범위 15.5 3.9 8.5 1.5 0.6 23.1

최소 15.1 0.6 17.1 0.4 0.0 39.1

최대 30.6 4.5 25.6 1.9 0.6 62.2

시료수 20 20 20 20 20 20

WS


평균 32.6 4.8 17.9 4.4 1.3 38.9

표준편차 8.6 0.9 3.3 1.3 0.6 9.1

범위 39.3 3.6 13.4 4.8 2.4 30.9

최소 21.1 2.8 8.7 2.1 0.5 25.2

최대 60.4 6.3 22.1 6.9 2.9 56.1

시료수 25 25 25 25 25 25


25

표 Ⅲ-1-4. 원소 조성별 주요 업종별 원소조성(%, dry mass basis)

구분 1 2 3 4 5 6

C FB PC WS C CD PP

H FB PC WS C CD PP

O FB PP WS C CD PC

N PC FB WS C CD PP

S C CD WS PC FB PP

Ash PP CD C PC WS FB

그림 Ⅲ-1-3. 업종별 슬러지의 C/N 특성


26

표 Ⅲ-1-5. 배출 업종이 슬러지 원소조성에 미치는 영향

구분 제곱합 자유도 평균제곱 F값 p*(유의도)

C (%) 2626.2 5 525.2 5.337 .000

H (%) 141.1 5 28.2 16.696 .000

O (%) 531.7 5 106.3 11.659 .000

N (%) 263.5 5 52.7 16.565 .000

S (%) 25.8 5 5.2 6.620 .000

Ash (%) 6380.6 5 1276.1 8.023 .000

*: probability value (<0.05)

표 Ⅲ-1-6. 슬러지 배출 시기(여름과 가을/겨울)가 슬러지 원소조성에 미치는 영향

구분 제곱합 자유도 평균제곱 F값 p*(유의도)

C (%) 141.44 1 141.44 1.175 .281

H (%) 7.84 1 7.84 2.593 .111

O (%) 15.37 1 15.37 1.085 .300

N (%) 6.60 1 6.60 1.148 .287

S (%) .25 1 .25 .248 .619

Ash (%) 427.66 1 427.66 1.989 .162

*: probability value (<0.05)

나. 유해 특성 (1) 중금속의 용출

중금속의 농도는 특히 산업단지 등에서 배출되는 슬러지(공정 슬러지 포함)에서 문제

점으로 지적되어왔으며, 재활용 가능성의 검토시 가장 우선하여 고려해야 할 유해 물질

이다.

98개의 슬러지 시료 중 지정폐기물 유해 물질 규제 항목의 중금속 기준을 초과한 항

목은 카드뮴(Cd)이었으며, 화학업종에서 3건 외에 다른 업종에서 배출된 슬러지에서는

기준을 초과한 경우가 없는 것으로 조사되었다. 그러나 수은(Hg)의 용출농도는 화학업

종에서 배출된 슬러지에서 기준을 초과하는 경우가 다수 있는 것으로 조사되었으며 수

은 용출 농도에 대한 배출업체의 관리가 필요할 것으로 판단된다.

또한, 시료 채취 시기에 따른 중금속의 용출 농도의 차이는 통계적으로 분석 결과, 매


27

우 미미한 것으로 조사되었다.

표 Ⅲ-1-7. 98개 슬러지의 중금속 용출 농도 (mg/L)

구분　 항목 기준 최소 최대 평균값 범위표준

편차시료수

기준초과

항목

규제항목

As 1.5 0.065 0.146 0.091 0.080 0.021 98 0/98

Cd 0.3 0.000 9.01 0.108 9.010 0.914 98 3/98

Cr6+ 1.5 0.000 1.18 0.096 1.18 0.192 98 0/98

Cu 3 0.000 2.11 0.050 2.110 0.267 98 0/98

Hg 0.005 0.000 2.483 0.233 2.483 0.067 98 16/98

Pb 3 0.090 0.61 0.139 0.520 0.080 98 0/98

미규제항목

Ba - 0.000 2.65 0.582 2.650 0.669 98 　Be - 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 98 　Ni - 0.000 4.74 0.198 4.740 0.618 98 　Zn - 0.000 32.52 1.085 32.520 4.67 98 　Se - 0.090 0.31 0.117 0.220 0.045 98 　

(2) 중금속의 함량

슬러지 중의 중금속의 함량은 퇴비화나 부숙 공정을 통해 비료로 재활용되는

경우, 혹은 녹생토나 복토재 등으로 재활용되는 경우, 시멘트의 제조의 부원료 등으

로 사용되는 경우, 원료의 기준으로 엄격하게 규제되고 있다. <그림 Ⅲ-1-4>는 업종

별로 슬러지내의 주요 규제 중금속에 대한 함량을 나타내고 있다.

비료관리법이나 고형연료제품의 품질 및 등급 기준에서 고시하는 규제 중금속의

대부분은 이탈값(outlier) 범위로 검출된 소수의 시료를 제외하고 배출 업종에 상관

없이 대체로 기준값 내에서 평균 함량을 보이는 것을 알 수 있다. 그러나 카드뮴

(Cd)의 경우 음료 및 식품 제조업(FB)을 제외한 나머지 5개 업종에서 비료관리법의

원료 규정, 즉 5 mg/kg을 초과하는 범위의 높은 함량을 보였다. 특히 화학 제품 제

조업(C코드)의 경우, 9개 업체 중 4개 업체의 슬러지에서 적게는 수십 mg/kg에서

많게는 1,200 mg/kg 이상의 고농도로 Cd이 함유되어 있는 것으로 조사되었다. 따

라서 화학제품 제조업에서 배출되는 유기성 슬러지의 퇴비화 등으로의 재활용은


28

어려울 것으로 판단되며, 해당 업종의 폐수 처리 공정의 개선을 통해 Cd의 함량을

낮추기 위한 노력이 있어야 할 것으로 보인다. 한편, 음료 및 식품 제조업의 경우

시료 채취 대상 업체 13개 중 단 한 사업장에도 Cd의 함량이 1 mg/kg이 넘지 않는

것으로 조사되었으며, 비료나 부숙토의 원료 등으로 재활용이 가능할 것으로 판단

된다.

그림 Ⅲ-1-4. 업종별 슬러지의 규제 중금속 함량 특성

(3) 유기화합물

① TCE와 PCE

폐기물관리법에서 정한 TCE와 PCE의 용출 농도는 각각 0.3 mg/L와 0.1 mg/L이며,

TCE의 경우 전 업종의 모든 슬러지에서 검출되지 않았으며, PCE의 경우 종이 및 펄프


29

제조 가공업(PP)와 식품 및 음료 제조업(FB)에서 각각 한 건씩 기준값을 초과하여 검출

되었다.

② 다환방향족탄화수소(PAHs)

PAHs는 하수 및 폐수 슬러지에 존재하는 대표적인 유기오염물 그룹이며, 물에 잘 녹

지않고 기름과 친하여 폐수 속에 용존된 상태로 존재하기보다는, 고형물 등에 흡착된

상태로 존재한다. 따라서, 폐수처리 공정을 통해서 잘 처리되지 않고 남아 슬러지에 축

적되어 배출된다. 산업 폐수처리 슬러지속의 PAHs는 산업 공정중 기계 설비류의 작동

을 위해 사용한 연료나 윤활유, 혹은 나무나 화석 연료를 태우거나, 보일러나 발전기 등

을 운전할 때 배출된 연소 가스 등의 다양한 오염원을 통해 유입된다. PAHs는 생체 독

성이나 발암성을 가지고 있어, US EPA는 16종의 PAHs를 주요 우선관리대상 오염물

(Priority Pollutants)로 분류하여 총량 농도(∑16PAHs)로 규제하고 있다. 또한, EU는 하

수 및 폐수 슬러지를 토양 개량제 등으로 재활용하는 경우 11종의 PAHs의 총량농도(∑

11PAHs)에 대하여 규제 농도(Proposed Limits)를 설정하여 관리하고 있다.

우리나라의 경우 폐기물관리법(지정폐기물의 분류와 유해 물질 함유기준)에는 폐기물

중의 PAHs에 대한 농도(함량)에 대한 기준이 아직 없으며, 다만 폐기물의 해양 배출시

국토해양부의 해양환경관리법에서 7종의 PAHs에 대하여 허용 기준치(표 Ⅱ -1-2참조)를

제시하고 있다. 또한 폐기물 중의 PAHs의 농도 규제는 재활용과 관련된 원료 및 연료

규정에도 포함되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서 슬러지 중의 PAHs의 농도

에 관한 논의는 해양환경관리법의 배출 허용기준과 비교하여 해양 배출을 통해 슬러지

를 처리하는 업체들의 적법성을 평가하고자 한다. 아울러, US EPA와 EU의 규제 농도와

의 비교를 통해 향후 우리나라 산업폐수 처리 슬러지의 관리 정책에 대한 기초 정보를

제공하고자 한다.

그림 Ⅲ -1-5는 채취된 전체 슬러지를 대상으로 16종 PAHs의 평균 함량을 요약한 그

림이다. 해양환경관리법에서 규제하고 있는 7종의 PAHs에 대하여 기준치를 초과하는

업종은 한 건도 없는 것으로 조사되었다. 가장 높은 함량을 보인 PAH는 naphthalene이

었으며, 다음으로 pyrene > phenanthrene > fluoranthene > fluorene 등의 순으로 나타

났다.

그림 Ⅲ -1-6는 업종에 따른 PAHs의 함량을 비교한 것이다. 문헌상으로 보고되는 산업


30

폐수 슬러지 혹은 하수 슬러지 중의 PAHs의 농도와 비교할 때 매우 낮은 값을 보였다.

(Salihoglu et al., 2010: 1,780~19,865 mg/kg dry mass; Villar, et al., 2006).

∑16PAHs의 값이 가장 높은 업종은 석유화학(PC)업종과 화학 물질 제조업(C)이었으

며, 섬유 제조 및 염색업(CD), 종이, 판지 및 펄프 제조업(PP), 산업 폐수 처리업(WS)의

순으로 조사되었다. 식품 및 음료 가공/제조업(FB) 처리 폐수 슬러지에서는 PAHs가 가

장 낮은 것으로 나타났다.

16종 중 비교적 휘발성과 Log Koc이 낮고, ring의 수가 적어(2~3개), 저분자에 속하는

4종(naphthalene, acenaphthylene, acenaphthalene, fluorine)의 총량 농도(∑4PAHs)를

비교하였다. ∑16PAHs과 달리 ∑4PAHs가 가장 높은 업종은 화학 물질 제조업(C)이었으

며, 다음으로 PC>CD>WS>PP>FB 업종의 순으로 높게 나타났다. ∑16PAHs중 ∑4PAHs

가 차지하는 비율은 약 50 % 혹은 그 이상이었다. 16종 PAHs 중 발암성이 가장 높은

것으로 알려진 benzo(a)pyrene은 PC와 C업종에서 미량으로 검출되었으나, 다른 업종에

서는 검출되지 않았다.

그림 Ⅲ-1-5. 산업 폐수처리슬러지 시료(98건) 중에 함유된 16종 PAHs의

농도(mg/kg-sludge) 분포


31

그림 Ⅲ-1-6. 업종별 PAHs의 농도 분포 특성


32

표 Ⅲ-1-8. 시료 채취 시기에 따른 PAHs 함량 특성

PAHs 시료채취시기*시료수

(mg/kg)

평균 최소 최대표준편차

Naphthalenehot 48 29.21 0 1070.7 154.0

cold 51 5.30 0 67.4 10.6

Acenaphtylenehot 48 3.98 0 154.5 22.3

cold 50 0.42 0 9.9 2.0

Acenaphthenehot 48 2.80 0 37.5 7.1

cold 51 1.05 0 9.1 2.2

Fluorenehot 48 4.66 0 63.0 11.1

cold 51 2.49 0 45.7 7.3

Phenanthrenehot 48 10.55 0 241.3 37.0

cold 51 2.88 0 31.1 5.2

Anthrancenehot 47 3.66 0 92.3 14.6

cold 51 0.41 0 5.1 1.1

Fluoranthenehot 48 9.50 0 379.5 55.0

cold 51 0.63 0 6.0 1.3

Pyrenehot 48 16.97 0 307.7 60.8

cold 51 2.92 0 55.0 8.1

Benzo(a)anthracenehot 48 1.91 0 69.7 10.1

cold 51 0.25 0 6.2 1.0

Crysenehot 48 3.69 0 85.4 14.1

cold 51 0.71 0 13.9 2.6

Benzo(b)fluoranthenehot 48 0.23 0 10.2 1.5

cold 51 0.09 0 3.5 0.6

Benzo(k)fluoranthenehot 48 0.18 0 7.8 1.12

cold 51 0.05 0 1.9 0.28

Benzo(a)pyrenehot 48 0.82 0 34.2 4.93

cold 51 0.12 0 3.1 0.60

Indeno[1,2,3-cd]pyrenehot 48 0.10 0 2.5 0.48

cold 51 0.03 0 1.0 0.15

Dibenzo(a,h)anthracenehot 48 0.27 0 9.6 1.45

cold 51 0.04 0 2.0 0.28

Benzo(g,h,i)perylenehot 48 0.21 0 6.1 1.04

cold 51 0.03 0 1.4 0.20

*: hot: 여름철, cold: 가을/겨울철 시료 채취


33

③ PCBs

PCBs의 분석은 업종별로 유기성 슬러지의 배출량이 많은 사업장을 대표 시료로 선정

하여 7종의 PCBs 이성질체(congeners; 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180)의 함량농도를 측

정하였다. 대표 시료로는 각 업종별로 화학업종 4개, 석유화학업종 3개, 섬유 염색 업종

2개, 종이, 판지 및 펄프 제조업 3개, 산업단지 폐수 처리업 2개, 음료 및 식품 제조업 4

개, 기타 1개 사업장(전기전자제조업체)을 선택하였다.

우리나라는 액상 외 폐기물의 경우 폐기물공정시험방법의 용출시험을 통해 용출액 1

L당 0.003 mg 이상인 경우 지정폐기물로 분류하고 있으며, 해양 배출허용기준은 7종 이

성질체에 대한 각각의 함량이 건조 중량 기준 0.03 mg/kg (제2기준) 이내이어야 한다.

<그림 Ⅲ -1-7>는 업종별 대표 슬러지 시료에 대한 7종 PCBs 이성질체의 함량을 나타

낸다. 해양 배출 허용 유해물질 함유기준의 제2기준을 훨씬 상회하는 양의 PCBs가 검출

된 것을 알 수 있으며, PCB 28과 PCB 52의 함량이 다른 이성질체에 비해 높음을 알 수

있다. 또한, 이는 해양 배출을 통해 슬러지를 처분해 온 기존의 사업장들이 슬러지를 적

정하게 처리하고 있는지에 대한 검토 및 슬러지내의 PCBs의 함량을 감소시키기 위해

물리화학적 처리에 대한 검토가 필요하다는 것을 의미한다.

US EPA는 7종 PCBs의 총량농도(∑7PCBs)를 기준으로 6.6 mg/kg(건조 중량)이하에

대하여 육상 처분(land disposal)을 허용하고 있으며(US EPA, 1993), EU는 0.8 mg/kg

(건조 중량) 이하에 대하여 육상 사용(use on land)이 가능하다고 규정하고 있다(EU

report, 2010). 본 연구에서의 대표 슬러지에 대한 ∑7PCBs는 대체로 US EPA의 육상 처

분 기준값(propsed limit) 이하인 것으로 나타났으나 EU의 기준보다는 훨씬 높은 것으

로 나타났다. 7종 이성질체 중 PCB 28 (trichloro-CB)과 PCB 52 (tetrachloro-CB), 두 가

지 종이 ∑7PCBs에 미치는 기여도(%)는 71~92 %로 다른 종에 비해 매우 높은 것으로

나타났다.


34

그림 Ⅲ-1-7. 업종별 대표 시료내 7종 PCBs 이성질체의 함량농도 특성

그림 Ⅲ-1-8. 업종별 7종 PCBs 이성질체의 총량농도(∑7PCBs) 특성


35

(4) 기름 성분

기름 성분은 유기 용매로 추출되는 물질의 총량으로 주로 동식물에서 나온 지방성분

이나 석유계 탄화수소물질로 구성되어 있다. 폐기물관리법의 지정폐기물 규제 기준은 5

%(중량기준)이며, 해양환경관리법에서는 0.2 %(중량기준)를 해양 배출이 허용되는 유해

물질 기준(제2기준)으로 정하고 있다.

분석 결과 기름성분의 평균 함량이 가장 높은 업종와 가장 낮은 업종은 각각 FB( 0.41

%)과 WS(0.06 %)이었다. CD업종은 FB업종에 비해 전반적으로 기름성분의 함량이 낮았

으나 5 %를 초과한 1건의 시료로 인해 전체적인 평균 함량값이 상승한 것으로 판단된다

(그림 Ⅲ -1-9 ). 지정폐기물의 규제 기준을 초과하는 시료는 CD와 PP업종에서 각 1건씩

조사되었다. 이에 비해 해양 배출 허용 유해물질 함유기준치(제2기준)를 초과하는 시료

는 업종별로 C업종 2건, CD업종 2건, FB업종 6건, PC업종 2건, PP업종 4건, WS업종에

서 2건(총 18건)으로 이 중에는 해양 배출을 통해 슬러지를 처리하고 있는 사업장도 있

는 바, 슬러지의 일부가 적법하게 처리되지 않는 경우도 있음을 알 수 있었다. 한편, 시

료 채취 시기에 의한 기름 성분의 함량 차이는 없는 것으로 조사되었다.

그림 Ⅲ-1-9. 업종별 기름 성분 함량 분포 특성


36

표 Ⅲ-1-9. 업종별 기름성분 함량 요약

업종코드 통계값 (wt. %)

C

평균 0.015

표준편차 0.036

최소 0.009

최대 1.399

CD

평균 0.561

표준편차 1.563

최소 0.001

최대 5.267

FB

평균 0.419

표준편차 0.746

최소 0.000

최대 2.586

PC

평균 0.226

표준편차 0.523

최소 0.009

최대 1.856

PP

평균 0.393

표준편차 1.193

최소 0.001

최대 5.407

WS

평균 0.060

표준편차 0.103

최소 0.000

최대 0.410

다. 열적 특성

(1) 발열량

슬러지의 발열량은 슬러지의 에너지화를 위해 고려되어야 할 중요한 인자이다. 건조

슬러지에 대한 원소별 조성 분석 결과를 바탕으로, 문헌에서 보고된 저위 발열량 경험

식을 이용하여 계산하였다. 슬러지에 대한 경험식이 많지 않으므로 생활계폐기물을 기

본으로 도출된 Steuer’s model 경험식에 대한 값으로 발열량을 평가하고자 한다.

Steuer’s model을 이용한 저위발열량(kcal/kg)의 경험식은 다음과 같다.

Q = 81(C-

O)+57

O+345(H-

O)+25S-6(W+9H) (wt. %)


37

경험식을 이용하여 추정된 업종별 슬러지의 발열량의 분포를 <표 Ⅲ -1-10>와 <그림

Ⅲ -1-10>를 통하여 요약하였다. 슬러지의 평균 발열량이 가장 높은 업종은 식음료 가공

및 제조업(FB)이었으며 시멘트 소성로의 연료 등으로 쓰일 수 있는 고형연료에 대한 열

량 기준은 3,500 kcal/kg (습윤 저위발열량 기준)을 초과하는 발열량(4,004 kcal/kg)을

보유한 것으로 나타났다. 발열량에 큰 영향을 미치는 원소는 수소와 탄소로, 이들 성분

이 높을수록 가연성이 높은 유기성분의 함량이 증가한다. 앞서 식음료 가공 및 제조업

(FB)의 슬러지는 C, H, O의 성분 함량과 가연분의 함량이 가장 높게 나타났으며 반면,

무기물 성분이 많은 회분의 함량은 가장 낮은 특성을 보여, 이 업종의 슬러지가 갖는 높

은 발열량은 앞선 결과들과 일치한다고 하겠다. 다음으로 발열량인 높은 슬러지는 석유

화학 제품 제조업(PC)와 산업폐수 2차 처리업(WS)이었으며 평균 발열량이 3,000

kcal/kg 이상이었으나 고형연료제품에 대한 기준보다 높지는 않았다. 한편, 종이, 펄프

가공 및 제조업(PP)은 평균 발열량이 1,628 kcal/kg으로 가장 낮았으며, 이는 가연성분

이 가장 적고, 회분의 함량이 많기 때문인 것으로 판단된다.

그림 Ⅲ-1-10. 업종별 저위 발열량(kcal/kg) 특성


38

표 Ⅲ-1-10. 업종별 발열량 요약

업종코드 통계값 (kcal/kg)

C

평균 2,658

표준편차 1,585

최소 500

최대 5,964

범위 5,464

CD

평균 2,170

표준편차 1,503

최소 234

최대 4,299

범위 4,065

FB

평균 4,004

표준편차 1,183

최소 1,636

최대 5,297

범위 3,661

PC

평균 3,324

표준편차 3,517

최소 1,026

최대 1,398

범위 4,526

Range 3,128

PP

평균 1,628

표준편차 482

최소 457

최대 2,583

범위 2,126

WS

평균 3,073

표준편차 742

최소 1,957

최대 5,080

범위 3,122

Ⅳ. 결 론❚

39

Ⅳ. 결 론

폐수처리 슬러지의 배출 특성 조사를 위해 유기성 슬러지 대표 배출 업종을

선정하였는데, 슬러지 배출량, 배출형태 등을 토대로 화학물질제조업, 식음료

가공 및 제조업 등 대표 6개 업종 54개 사업장을 현지 조사하였다. 또한 계절별

슬러지의 변화를 고려하여 여름과 가을/겨울 2회에 걸쳐 총 98건의 슬러지를

채취하여 유기화합물 및 무기화합물에 대한 용출, 함량농도 등을 분석하였다.

유기성 슬러지의 재활용 및 에너지화 가능성을 고려하여 현행 폐기물관리법 규

제항목, 농림수산식품부의 퇴비화 규정 항목, 발열량 등 슬러지의 일반특성 및

유해특성을 조사하여 재활용 용도에 대해 검토하였다.

가. 국내·외 유기성 슬러지의 발생 및 처리현황 조사

우리나라의 경우, 국토면적이 작고 인구밀도가 높아 폐수처리슬러지를 매

립하는 것은 현실적으로 어렵고, 국제적으로 원유가격 급등으로 인하여 보조연

료를 소모하여 소각처리를 하는 것은 비효율적인 처리 방법이다. 하수슬러지의

재활용 기술은 미국, 독일, 일본 등의 선진국을 중심으로 농자원화, 건축자원화,

에너지화 등의 기술이 적용되고 있으며, 독일의 경우 폐수슬러지의 47.4 %를

농업, 토지개량 및 기타 재활용의 용도로 활용하고 있다.

국내에서는 사업장폐기물인 경우, 슬러지류 발생량 중 유기성 슬러지류가

47.2 % 차지하고, 그 중 하수처리슬러지가 46.7 %를 차지하고 있으며, 유기성

슬러지류의 처리는 해역배출, 재활용, 매립, 소각의 순으로 이루어지고 있다.

나. 폐수처리 슬러지의 재활용 관련 규제 및 실태조사

슬러지 관련 법규 및 규정에 대하여 정리하였으며, 한국산업단지공단을 방

문하여 산업단지내 자원효율성 극대화를 위한 폐수처리슬러지 재활용관련 건

의사항을 수렴하고 폐수처리 슬러지 발생업체를 방문하여 실제 폐수처리슬러

지의 재활용에 사용되는 기술을 조사하였다. 감량화 기술로는 농축, 안정화, 계

량, 탈수 등의 방법을 이용하고 있으며, 자원화 기술은 퇴비화, 고화, 시멘트 원

Ⅳ. 결 론❚

40

료, 연료화, 건조, 소각, 탄화, 열분해, 용융의 방법을 이용하는 것으로 나타났다.

다. 폐수처리 슬러지의 대상 업체선정 및 유해성 조사

폐수처리 슬러지의 범위 및 시료채취는 올바로시스템의 일반폐기물로 배출

되는 유기성 슬러지 배출통계량을 우선하여, 배출량이 많은 업체들 중 국가산

업단지내에 위치한 주요 산업체 폐수처리장에서 채취하였다. 시료채취 대상에

포함된 주요 업종은 6개로, 화학물질제조업(C 코드), 석유화학제조업(PC 코드),

섬유가공 및 염색제조업(CD 코드), 종이 및 펄프가공제조업(PP 코드), 식음료

가공 및 제조업(FB코드), 2차 폐수처리업(WS 코드)을 포함(전기전자제품 제조

업 일부 포함)하여 58개 업체에서 여름철과 가을/겨울철 2회에 걸쳐 총 98건의

시료를 채취하였다.

조사대상 유기성 슬러지의 특성은 유해성과 재활용 가능성 두 가지 측면에

서 평가하였다. 유해성 평가를 위해 Cd, Pb 등 6종의 유해중금속을 포함하여

18종 중금속의 용출 및 함량과 기름성분, PAHs, PCBs 물질과 같은 난분해성유

기화합물질에 대한 분석을 시행하였다.

재활용 방안의 제시를 위해서 슬러지의 유기물 함량, 발열량 등을 측정하여

평가하였으며, 조사대상 슬러지의 pH는 평균 6.7~7.4로 나타났으며 슬러지의

pH값은 해당업체의 폐수처리시설의 운전 상태를 반영하는 가장 기본적인 지표

임과 동시에, 슬러지의 재활용 가능성을 평가하는 기초 분석 데이터이다. 대체

로 중성이었으며 일부 강알칼리성이나 강산성을 띄는 경우도 있었다. 섬유 가

공 및 염색업(CD 코드)은 다른 업종에 비해 pH값의 분포 범위가 넓은 것으로

나타났다. 여름철과 가을/겨울철에 채취된 시료들 간의 pH값의 분포는 크게

다르지 않았다. 통계적 분석결과, 슬러지의 pH는 업종이나 폐수처리시 운전 온

도(여름철, 가을/겨울철)에 의한 영향은 크지 않은 것으로 나타났다 (업종차이:

p=0.611, F=0.718, 계절차이: p=0.064, F=3.513).

폐수처리 시설의 온도 변화로 인한 슬러지의 물리화학적 특성 변화 유무를

판단하기 위해 시료 채취를 여름철과 가을/겨울철에 실시하고 통계적 유의성

(p<0.05)을 기준으로 분석결과에 대하여 평균을 비교하였다. 분석 결과, 슬러지

의 물리화학적 특성에 시료 채취 시기(즉, 슬러지 발생시 폐수 처리 운전 온도)

Ⅳ. 결 론❚

41

가 미치는 영향은 없는 것으로 나타났으며, 업종에 따른 차이가 슬러지의 특성

에 두드러지게 영향을 미치는 것으로 조사되었다.

라. 폐수처리 유기성 슬러지의 재활용 활성화 방안

6개 업종 58개 업체 총 98건의 폐수처리슬러지의 유해물질 배출특성을 분석

하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.

무기화합물의 용출 및 함량 특성 분석 결과, 중금속의 용출 농도는 규제 중

금속을 초과하는 항목 및 업종은 98개 시료 중 3건으로 화학물질 제조업에서

Cd의 용출 기준 0.3 mg/L을 초과하였고 나머지는 일반폐기물의 형태로 적법

하게 배출하는 것을 조사되었다. 아직 폐기물관리법의 함량농도 기준이 마련되

어 있지 않아 재활용 용도를 평가하기는 곤란하나, 현재 비료관리법의 원료 기

준 및 부숙토 원료기준 및 제품기준(5 mg/kg), 토양오염 우려기준(1지역, 4

mg/kg)과 비교할 경우, 카드뮴(Cd)은 음료 및 식품 제조업을 제외한 전 업종

에서 규정 기준치 이상으로 함량이 초과되었으며, 특히 화학업종에서 배출되는

슬러지의 경우 타 업종의 슬러지에 비해 카드뮴의 함량이 매우 높았다. 따라서,

폐수처리공정에 대한 검토 혹은 탈수 슬러지에 대하여 2차 처리 등 추가적인

대책이 필요한 것으로 판단된다. 한편 음료 및 식품 제조업에서 배출되는 유기

성 슬러지의 규제 중금속의 함량은 비료관리법의 원료 기준이나 토양 오염 우

려 기준(1지역)이내에서 검출되었으며, 토지용, 매립용, 건축자재, 연료용, 먹이

용, 화력발전소 연료, 플라스틱 제품의 원료 등에 재활용 용도로의 사용이 가능

한 것으로 나타났다. 업종별 수은의 함유량은 대체로 500 ppb 수준이었으며,

폐수 처리업에서 발생된 슬러지가 타 업종에 비해 높은 것으로 나타났으나, 수

은의 함량 특성면에서만 평가할 때 본 연구에서 대상으로 채취된 슬러지 시료

는 현 비료관리법 제4조의 규정에 의한 퇴비원료지정 기준의 수은 함량 규격(2

mg/kg-wet base)에 적합한 것으로 나타났다.

유기화합물의 용출 및 함량 특성 결과에 의하면, 식음료 제조 및 가공업(FB)

과 산업폐수 2차 처리업(WS)에서 배출되는 슬러지의 유해 특성이 타업종에서

배출된 슬러지에 비해 낮아 유해성이 낮은 것으로 조사되었다.

슬러지의 가연분 함량 및 발열량에 의한 열적 특성을 고려할 때 식음료 제

Ⅳ. 결 론❚

42

조 및 가공업(FB)과 산업폐수 2차 처리업(WS)에서 배출되는 슬러지가 고형연

료에 대한 열량 기준(3,500 kcal/kg) 보다 대체적으로 높아 에너지원으로의 재

활용 가능성이 높은 것으로 조사되었다.

참 고 문 헌❚

43

참 고 문 헌

1. 한국환경공단, 2009 전국 폐기물 발생 및 처리현황, 2010.

2. 한국표준협회, KS E 3707:2001, 석탄류 및 코크스류의 발열량 측정 방법.

3. 한국산업단지공단, 폐수처리슬러지의 처리 및 자원화 개선 방안 연구, 2009.

4. 한국환경공단, 하수슬러지 처리 및 자원화 방안, 2005.

5. 국립환경과학원, 유해폐기물 목록화 및 배출특성조사 연구 (I), 2008.

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유기성 폐수처리오니의 재활용 활성화 방안...

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