뉴욕시 하수처리 시스템( Wastewater Treatment System 또는 Water Polution Control Plants)은 1890년대 말에서 1900년대 초에 건설되기 시작했다.

처음 브르클린에 두 개 그리고 퀸즈에 1개 등 세 개의 처리장이 있었으나 인구증가 등으로 계속 시설을 확장, 현재는 14개의 하수처리장에서 일일 10억 갤런 이상의 폐수를 처리하고 있다.

뉴욕시 하수처리 설비에서 하수는 다섯 가지 처리절차를 거치게 된다.

이는 임시처리, 1차 처리, 2차 처리, 소독 및 최종처리, 슬러지 처리 등이다.

1차 및 2차 처리에서 오염원의 85%에서 90%가 처리된 후 소독을 거쳐 지역하천으로 유입된다. 처리과정에서 나오는 부산물인 슬럿지는 안정화를 위해 증해 처리한후 간편한 처리를 위해 탈수처리 된다.

 나머지 찌꺼기인 바이오 솔리드 (Biosolid)는 식물성장 촉진을 위해 복토로 쓰이거나 추가처리를 통해 벽토 또는 비료로 사용된다.

임시 처리

 뉴욕시의 각 가정과 사업체에서 연결된 하수관으로부터 나온 하수가 하수처리설비로   들어간다. 들어오는 하수 즉 유입수는 1~2인치 간격으로 짜여 진 직립 스크린바를 통   과한다 . 이 스크린 바는 양탄자, 걸레, 나뭇조각, 음료수 깡통, 병, 플라스틱 컵 그리고 다른물질을 걸러내게 되는데 이는 주요 하수펌프와 다른 장비들이 이들 물체에 걸려 고장나거나 파손되는 것을 방지한다. 여기서 걸러낸 쓰레기들은 매립장으로 수송된다.

1차 처리           

 임치 처리된 하수는 1차 처리 탱크로 들어가게 되는데 이 탱크는 침전 탱크로 불린다.

여기서 한 두시간 머물러 침전 처리되며 이곳에서 하수는 천천히 흘러 무거운 물질들을 탱크 밑바닥에 가라앉히고 부유물질을 뜨게 만든다.

처리과정 마지막에 부유성 쓰레기 즉 기름이나 적은 플라스틱류 등을 상충부에서 걸러내게 된다.

정화된 쓰레기 즉 1차 슬럿지로 불리는 쓰레기에 들어있는 잔모래, 자갈 등을 강제분리시키기 위해 원심분리기를 사용한다.

원심분리기로 이들을 분리시키고 집진장치로 끌어올려 세척한 다음 매립장으로 옮긴다.

잔모래가 제거된 1차 슬럿지는 추가처리를 위해 처리설비 중 슬럿지 처리시설로 이동하게 된다. 

 - 뉴욕시 하수처리장 -

 2차 처리

 2차 처리는 활성화된 슬럿지 처리과정이라 불린다. 이는 공기와 종자(Seed)등이 시설처리과정에서 생긴 것들에 첨가되기 때문이다. 대형 공기탱크에서 슬럿지와 공기가 함께 섞여 하수에 자연적으로 존재하는 다른 작은 유기물질과 산소이용 박테리아 성장을 촉진하게 된다.

이러한 유익한 미생물은 수질을 오염시키는 잔존 유기물질을 분해하고 나중에 처리과정에서 정화될 무거운 물질로 변화된다. 하수는 거품탱크에서 3~6시간 정도 머물게 된다.

공기를 쏘인 하수는 그 다음 1차 정수탱크와 비슷한 최종 정수탱크로 흐른다. 여기서 무거운 미립자들과 다른 고형물들은 2차 슬럿지로서 바닥에 가라앉게 된다. 일부 슬럿지는 슬럿지 활성화 과정을 촉진시키기 위해 종자구실을 하며 공기탱크로 재순환된다.

다시 돌아온 슬럿지는 탱크안의 공기 그리고 수 백만 개의 박테리아가 제대로 섞이는 것을 도와주는 미생물이 포함되어있어 오염원제거를 돕는 역할을 한다. 잔존하는 2차 슬럿지는 정수탱크에서 제거되며 슬럿지 처리 탱크에서의 추가처리를 위해 1차 슬럿지와 함께 섞여진다.

살균

 1차 처리와 2차 처리 후에도 질병을 유발하는 유기물이 남아있을지 모르기 때문에 유해물질 제거를 위해 일반 가정용 표백제로 쓰이는 것과 같은 나트륨 치아 염소산염이 섞인 염소처리 탱크에 최소 10~20분간 머물게 된다. 여기를 통과한 유출수는 그 다음 하천으로 방출되게 된다.

슬럿지 처리

 - 농화 (두껍게하기)

 1차 및 2차 처리에서 나온 슬럿지는 99%가 수분이며 추가처리를 위해 응축시킬 필요가 있다. 농화탱크는 슬럿지를 모으고 가라앉히며 24시간 동안 분리시킨다. 하수는 그  다음 추가처리를 위해 공기탱크나 처리설비 상단부로 이동한다.

 - 소화

농화처리 된 이후 슬럿지는 환경안전을 위해 무산소 탱크에서 화씨 95도 (섭씨35도)로 15~20분간 열처리하게 되는데 이는 슬럿지 내의 유기박테리아를 소멸시키는 무기성 박테리아 성장을 촉진한다. 공기 탱크내의 박테리아와 달리 이 박테리아들은 무기성 생물환경 또는 무산소 상태에서 번식하며 이 소화과정은 고형화된 슬럿지의 대부분을 물, 탄소 산화물, 메탄가스 등으로 변화시킨다. 소화처리 후 잔존하는 검은 슬럿지는 거의 냄새가 없으며 이를 소화된 슬럿지라 부른다.

메탄가스는 전기생산을 위한 연료로 쓰이거나 시설, 장비운전에 직접 사용되게  된다. 또한 처리설비 가열 및 다른 처리장 내 건물의 난방에도 쓰인다.

  시 환경보호국과 뉴욕 전기공사는 4개의 뉴욕시내 하수오염 관리시설에 연료전지를 설치하였다. 연료전지는 탄소산화물, 메탄가스를 열과 전기로 바꿔줌으로서 시설가동 에너지로 활용할 수 있게 되었다. 연료전지를 사용함으로서 공기방출을 크게 저감시키는 효과를 가져왔다.

  소화된 슬럿지는 슬럿지 저장탱크에서 퍼 올려져 탈수설비로 이동한다. 몇 개의 탈수설비가 없는 처리시설에서 나온 슬럿지는 파이프나 슬럿지 수송용 바지선을 이용 탈수설비가 있는 시설로 보낸다.

- 슬럿지 탈수

  슬럿지 탈수는 슬럿지 수분의 90%를 탈수시킨다. 뉴욕시는 14개 하수처리 시설중 4군데에 탈수설비를 설치 운영하고 있다. 이 시설에서 소화된 슬럿지는 세탁기의 회전고리 같이 작동하는 대형 원심분리기를 통과하게 된다.

매우 빠르게 회전하는 원심분리기 힘으로 슬럿지내의 수분이 분리되어 바이오 솔리드를 생성하게된다. 바이오 솔리드 에 무기물 중합체 (organic polymer)를 첨가하면 더욱  단단하고 관리하기 쉬운 케이크 형태가 된다.

바이오 솔리드 효과적 사용 프로그램

  뉴욕시 하수처리설비에서는  매일 약 1,200여 톤의 바이오 솔리드를 생산하고있다. 1988년 연방정부에 의해 바이오 솔리드의 해양투기가 금지되었으며 시는 이 바이오 솔리드를 토지에 활용할 수 있는 대안을 강구하게 되었다.

바이오 솔리드의 가치를 인식하여 시 환경보호국은 바이오 솔리드의 효과적 이용프로그램을 시행하였고 현재 바이오 솔리드는 작물용 비료, 식물성장을 위한 토양개선 등에 사용되고 있다.

<바이오 솔리드 처리과정>

 - 토지적용 : 토지영양물 환원을 위해 토양에 뿌려진다. 대개 1/4인치 이하의 두께로 땅에 뿌리며 가끔 이랑속에 파묻기도 한다. 텍사스 , 뉴욕의 바이오 솔리드는 목장 등에서 많이 사용한다.

< 바이오 솔리드 >열로건조된 알갱이들은 99% 무균체이며 질소 5%, 인4% 그리고 3%의 칼륨을 함유하고 있다.

 - 건조 : 바이오솔리드에 열을 가해 건조시키면 이 과정에서 비료 알갱이가 형성된다. 이 알갱이 들은 직접 비료로 사용되거나 다른 물질과 혼합 특별용도의 비료가 된다. 뉴욕시 바이오 솔리드는 브롱스에 있는 공장에서 알갱이로 만들어진다. 이 알갱이는 미국 전역으로 팔려나가며 주로 플로리다 감귤류 재배에 쓰인다.

  - 퇴비화 : 바이오 솔리드를 나무 부스러기 등과 혼합 퇴비화 한다. 바이오 솔리드에 나무 부스러기 등 부피가 큰 물질을 혼합하면 혼합물속에 산소를 더 많이 흡수하게 되고 이는 바이오 솔리드 분해에 더욱 좋은 환경을 조성하게 된다. 이로인한 결과물인 퇴비는 토탄 이끼와 유사하게 되며 골프코스, 묘판, 가정의 정원, 잔디 등에서 복토용 또는 토양 조절용으로 사용된다. 뉴욕시의 바이오 솔리드는 펜실바니아 공장에서 퇴비화 처리되고 있다.

 - 알칼리 안정화 : 바이오 솔리드는 포틀랜드 시멘트나 석회석처럼 고도의 알칼리성 물질의 혼합이다. 알칼리 안정화과정을 통해 흙과 비슷한 형태의 제품이 만들어 지며 농사용 석회제로 사용된다. 뉴욕시의 바이오 솔리드는 뉴저지 공장에서 알칼리 안정화 처리를 하고 있다.

하수오염 관리 프로그램

o 업체 사전 처리프로그램 (Industrial Pretreatment Program)

  연방 및 지방정부 사전처리규정에서 지정된 업체에 대해 하수가 뉴욕시 하수처리 시스템에 유입되기 전 하수에서 특정 독성물질을 제거토록 요구하는 연방정부 승인을 받은 프로그램이다. 이 프로그램은 뉴욕시로 유입되는 수질을 보호하고 하수처리장 설비, 그리고 하수관을 보호한다.

   미국 환경청(EPA)은 미국 전역 약 1,500개의 지방자치단체에 대해 업체 사전처리 프로그램을 이행토록 요구하고 있다. 시 환경보호국은 1987년 1월부터 이 프로그램의 관리를 맡고 있으며 매년 정기적으로 미 환경청 뉴욕주 보존국 (NYSDEC)의 감독을 받고 있다.  1987년부터 지정된 사업장에서 방출되는 중금속의 양은 1일 2,000파운드에서 37파운드로 떨어졌다.  업체사전처리 프로그램 중 두 가지 성공적인 프로그램은 지속적 오염추적 프로그램 (Persistent Pollutant Trackdown Program) 과 퍼클로로 에틸렌 감축 프로그램 (Perchloroethylen Reduction Program)이다.

 o 지속적 오염추적 프로그램

    뉴욕시 환경보호국과 환경협력국이 공동으로 추진하는 사업이다. 두기관이 함께 PCB (Polychlorinatedbiphenols : 폴리염화비페놀), PAH (Poly-Aromatic Hydrocarbon : 폴리아로매틱 탄화수소) 수은 그리고 다른 항구에서 발견된 화학성분의 주 원인을 추적하고 있다. 오염책임이 있는 사업주가 발견되면 시 환경보호국과 환경협력국은 사업주와 함께 사전 처리방법강구 및 기존 처리방법의 개선을 돕게 된다.

  o PERC감축 프로그램

   하수관에 퍼클로 에틸렌 방류를 제거하기 위한 최선의 관리요령을 세탁업주들이 이행할 것을 요구하며, 이행여부를 단속하는 프로그램이다. PERC는 세탁업소에서 널리 이용하는 솔벤트이며 시 환경보호국은 정기적으로 PERC규정을 세탁업주들이 지키도록 조사하고 있다.

시 환경보호국은 전기도금, 금속가공, 유기화학, 그리고 의약품제조 같은 다양한 범주의 공공하수관 사용업체들을 관리하고 있다. 업체 사전프로그램의 일환으로 시 환경보호국은 허용가능 오염치에 대한 하수샘플링, 보고 사항 등을 정해 이를 이행하는 조건으로 업체사전 처리프로그램을 허가한다.

시 환경보호국은 또한 정기적으로 업체사전 처리프로그램 시설을 검사하고 관리대상 시설들이 사전처리 기준을 준수하는 지를 확인하기 위해 직접 하수도 수질 모니터링을 실시한다. 언제든지 관리대상 시설이 적정 장비를 설치하지 않았거나 사전처리 시스템운영 관리에 문제가 있어 허가기준에 부합하지 않았을 경우 시 환경보호국은 위반사실 통지와 함께 환경보호국장 명령으로 해당사업체에 개선조치 이행을 명하게 된다.