우리나라는 1960년대 이후 도시화에 따른 인구집중과 상수도의 보급으로 하수 발생량이 급격히 증가했고 하천의 오염은 가속화됐다. 나날이 늘어나는 하수로 인한 환경오염을 저감하기 위해 1966년에 하수도법이 제정돼 하수처리에 대한 법적 토대가 마련됐고, 1976년에 국내 첫 공공하수처리시설인 청계천하수처리장(현 중량물재생센터)이 건설됐다. 그 후 공공하수처리시설은 4300여개까지 확충됐으며 2021년 기준 하수도 보급률이 94.8％에 달할 정도로 40여 년 동안 빠른 성장을 이뤘다.
그러나 1970년대 급속도로 진행된 산업화와 도시화에 따라 환경오염이 심화되자 자연환경과 생활환경을 보호하기 위해 1978년에 환경보전법이 시행됐다. 이때 처음으로 하수처리장 방류수의 BOD(생물학적산소요구량)와 SS(부유물질)에 대한 수질기준이 설정됐다. 이후 1994년에는 총질소(T-N)와 총인(T-P)이 새롭게 기준에 추가됐고, 2008년에는 공중위생 향상에 기여하기 위해 대장균군 수를 새롭게 수질기준에 올렸다. 또 2012년에는 BOD가 5㎎/L, SS가 10㎎/L, 질소가 20㎎/L, 인이 0.2㎎/L으로 전체적으로 기준이 엄격해졌으며, 생태독성이 처음으로 포함됐다.
이와 같이 하수처리장 방류수의 수질기준이 강화함에 따라 이를 충족하기 위해 생물학적 영양염류제거기술, 소독기술, 총인처리기술 등이 도입돼 운영되고 있다. 최근 들어서는 생물학적으로 처리되지 않는 난분해성 유해화학물질의 처리를 위한 고도처리기술의 개발과 도입이 검토되고 있다.
그러나 하수 중의 오염물질 처리는 고도화되고 있는 반면, 하수처리를 위한 전력소비량은 나날이 증가해 최근에는 하수처리장에서 소비한 전력량이 국내 전체 전력소비량의 0.7%를 차지했다.
한편 하수처리장은 오염물질을 처리하는 과정에서 신재생에너지인 바이오가스를 생산할 수 있다. 탄소중립을 향해 나아가고 있는 현시점에는 하수처리장의 바이오가스 생산 능력이 크게 각광받고 있다. 그러나 아직은 바이오가스에 의한 하수처리장의 에너지 자립화율은 20% 수준에 머무르고 있다.
반면 현재의 하수처리장은 에너지 생산과 소비, 그리고 온실가스 배출 측면에서 획기적으로 개선할 수 있는 점이 있다. 먼저 하수 내 입자성 오염물질을 최대한 분리해 슬러지 발생량을 늘리고 이를 통해 바이오가스 발생량을 증대할 수 있다. 기존의 기술은 하수 내 오염물질을 미생물에 의해 섭취시켜 처리했으나 이 과정에서 다량의 CO2와 N2O와 같은 온실가스가 배출된다. 그러나 생물학적처리 이전에 입자성 오염물질의 분리를 통해 바이오가스의 원료물질을 증가시킬 수 있고 온실가스 배출을 저감할 수 있다. 또한, 저에너지형 질소처리공정의 도입을 통해 하수처리공정에서 소비하는 전력량의 50% 정도를 차지하는 송풍량을 크게 절감할 수 있다. 단 추가적인 연구개발이 필요하다.
최근 유럽 등 하수처리 선진국에서는 에너지 생산형 하수처리기술 개발에 박차를 가하고 있다. 하수 내 오염물질은 어떻게 처리를 하냐에 따라 에너지가 될 수도 있고 온실가스가 될 수도 있다. 저에너지형 질소처리공정의 상용화에 성공하면 국내의 하수처리기술 수준은 세계적인 수준으로 도약할 수 있다. 앞으로 하수처리장은 탄소중립 정책에 기여하기 위해 전력소비량과 온실가스 배출량을 저감해야 한다. 더 나아가 에너지 생산형 하수처리장이 될 수 있도록 연구개발과 규제개선 그리고 인식전환이 필요할 것으로 판단된다. /한국건설기술연구원 환경연구본부 연구위원