하수나 액상슬러지를 분무식 관개를 통하여 토지에 적용하는 방식과 달리 현재 대부분의 슬러지는 탈수된 반고체 상태로 토지에 주입한다. 과거에는 하수 유출수의 분무식 관개와 액상슬러지를 분무식으로 토지주입하는 방법을 주로 다루었다(Gerba, 1983; Peterson 외 다수, 1973; Sorber 외 다수, 1984). 이러한 상황하에서는 탈수슬러지나 액상슬러지를 토지에 주입하는 것보다 병원균과 부유세균의 확산이 더 크게 된다. 토지주입방법 외에 기상조건이 병원균 확산에 상당한 영향을 미치게 된다. Gerba(1983)는 분무상태의 하수에서 미생물의 생존과 확산에 영향을 미치는 중요한 요소들로 풍속, 상대습도, 햇빛, 온도, 바람을 막는 나무나 생울타리 존재 및 분무기 형식 등을 제시하였다. 분무의 충격으로 박테리아와 바이러스의 생존율이 크게 감소된다(Gerva, 1983; Schaub 외 다수, 1978). Gerba(1983)는 분무상태의 박테리아가 최대 폐수를 분무시킨 지점으로부터 400m를 넘지 않는 거리까지 존재하는 것으로 언급하였다. 건강상의 영향을 미치는 위험은 근무자가 가장 우선적이다.
최근에 Dowd 외 다수(1997)와 Pillai 외 다수(1996)는 슬러지의 토지주입시 배출되는 부유세균을 평가하였다. Pillai 외 다수(1996)는 B등급의 슬러지를 반고체상태로 표면주입하였을 때 대기중에 떠다니는 박테리아성 병원균과 병원균 지표미생물을 평가하였다. 평균 105 CFU/m3의 종속영양 박테리아 및 살모넬라균, 대장균 또는 대장균파지가 존재하는 것으로 나타났다. 클로스트리디움은 토지주입 위치와 바람 반대방향에서 검출한계 이하로 나타났다. 저자들은 기존상태에서의 토지주입이 박테리아성 병원균의 공기중으로 전달위험이 제거되지 않으며 바람부는 방향으로 약 6km에 위치한 사람들에 대해서는 영향이 없는 것으로 결론지었다. Dowd 외 다수(1997)는 혐기성소화후 탈수한 B등급 슬러지의 토지주입이 주입지점 인근의 인구센터에 미치는 영향은 매우 낮은 것으로 결론지었다. 상기 연구들의 자료를 이용하여 Dowd 외 다수(2000)는 위험평가를 수행하였다. 그들은 슬러지 토지주입 현장에서 근무자에게 바이러스나 박테리아에 의한 감염이 될 위험이 각각 3:100, 2:100인 것으로 결론지었다. 이 연구에서 박테리아성 또는 바이러스성 병원균에 대한 노출경로로 이송, 흡입, 퇴적 및 삼킴 등으로 제시하였다. 토지주입 위치로부터 10km 떨어진 지점의 인구에 대하여 공기중 박테리아에 의한 감염이 매우 낮은 위험정도(1.95×10-2:100), 공기중 바이러스로부터는 위험이 없는 것으로 예측되었다.
Dowd 외 다수의 논문(2000)에서 슬러지의 토지주입시 최악의 시나리오로 1.00(100%)의 감염위험성으로 예측하였다. 최근에 Brooks 외 다수(2004)는 Dowd의 위험평가를 재평가하였으며, 그 계산에서 부정확한 전염성 상수(r)가 사용된 것으로 결론지었다. 정확한 r값과 보다 현실적인 파지/인간 바이러스 비의 값을 사용하여 1.00보다 105배 작은 위험도로 예측하였다.
오하이오주 내의 국가직업안전 및 보건위원회에서 수행된 연구에서 근로자가 위험성이 있는 것으로 밝혔다(Burton and Trout, 1999). B등급 슬러지의 토지주입 현장에서 채취한 일부 샘플에서 병원성 박테리아가 발견되었다. 근로자의 위장질환은 B등급 슬러지의 흡입 및 섭취로 인해 유발될 수 있으며, 연구자들은 개인보호구 사용등을 포함한 몇가지 위생적인 업무수행을 추천하였다.
Goyer와 Lavoie(1998)은 부유세균이 토지주입(특히 저장, 적재 및 토지적용)시 배출되더라도 대기중 희석에 의해 약화되고 흩어지게 됨을 제시하였다.
Forcier(2002)는 퀘벡주 환경부에 슬러지 및 부유세균에 대한 보고서를 준비하였다. 그는 근로자와 토지주입 현장 부근에 사는 주민들에 대한 위험은 매우 낮은 것으로 결론지었다. Dowd 외 다수(1997)와 Pillai 외 다수(1996)는 슬러지가 적정하게 관리되면 부유세균이 인구속으로 이송될 가능성은 매우 낮은 것으로 보고하였다.
슬러지 처리과정에서 부유세균이 배출될 수 있다(Epstein, 1997; Rylander 외 다수, 1983). Epstein(1997)은 슬러지 퇴비화 과정에서 아스페르길러스 푸미가투스(Aspergillus fumigatus)와 엔도톡신의 배출을 설명하였다. 이 부유세균들은 퇴비시설로부터 76.2~304.8m(250~1000ft) 거리내에서 가라앉게 되므로 공중으로의 위험영향이 최소화될 수 있음을 보여주고 있다. 근무자들이 가장 노출되어 있는 사람들로 일반 대중들보다 더 자주 더 높은 농도에 노출되어 있다. 미국내에 300개 이상의 슬러지 퇴비시설이 운전중에 있으며 근로자 건강문제에 대해 보고되거나 서류화된 근거가 없다.
유기성 먼지속의 엔도톡신은 열 건조, 알칼리성 안정화 및 기타 슬러지 처리과정에서 배출될 수 있다. 이 처리공정들로부터 배출되는 규모에 대해 이용할 수 있는 자료가 거의 없는 실정이다. 열 건조시설은 근로자가 가장 많이 노출되는 반면 대중들에게 노출 위험성이 거의 없도록 밀폐되어 있으며, 지금까지 근무자가 심각한 영향을 받은 사례가 보고된 바가 없다.
- 유기화합물 및 중금속
공기중의 독성물 배출은 화학물질들과 연관되어 있으며 무기성 또는 유기성 화학물질들이다. 크게 우려되는 무기성 원소가 수은(Hg)과 납(Pb)이다. 하지만 공장폐수의 전처리 및 관거 유입 제어 등의 결과로 이 원소들은 슬러지에서 크게 감소된다(Epstein, 2002). 슬러지로부터의 중금속의 휘발은 전형적으로 매우 낮다. 휘발성 또는 비휘발성 유기화합물이 토지주입, 퇴비화, 알칼리성 안정화, 열 건조 및 기타 처리과정에서 슬러지로부터 배출될 수 있다. 많은 VOCs는 하수슬러지 처리과정 동안에 생분해, 화학적 분해 및 휘발되어진다. 무기원소들은 휘발되지 않으므로 슬러지의 유기물과 함께 토양속에 묶여 있을 수 있다. VOCs의 배출가능성은 비휘발성 유기화함불에 비해 높다. 슬러지의 토지주입시 유기화합물의 휘발정도는 적용방법에 영향을 받는다. 슬러지를 즉각적으로 토지주입시 병합시키면 휘발도는 크게 감소한다.
Jacobs 외 다수(1987)는 하수슬러지에 발생되는 유기화합물에 대한 목록을 제시하였으며, 다음의 11개 그룹으로 구분될 수 있다.
1) 프탈레이트 에스테르(Phthalate esters)
2) 단일주기 방향족(Monocyclic aromatics)
3) 다핵성 방향족(Polynuclear aromatics)
4) 할로겐화 바이페닐(Halogenated biphenyls (PCBs))
5) 다이옥신 및 퓨란(dioxins and furans)
6) 할로겐화 지방족(Halogenated aliphatics (short chain))
7) 트리아릴 포스페이트 에스테르(Traryl phosphate esters)
8) 방향성 및 알킬 아민(Aromatic and alkyl amines)
9) 페놀(Phenols)
10) 염소주입된 농약 및 탄화수소(Chlorinated pesticides and hydrocarbons)
11) 기타 화합물(Miscellaneous compounds)
당시 저자들에 의하면 하수슬러지는 유기화합물로 크게 오염되어 있는 것으로 제시되었다. Jacobs 외 다수(1987)는 슬러지내 유기화학물질에 대한 우려는 균형감을 유지해야 한다고 시사하였다. 슬러지에서 측정된 219개의 유기화학물질중 70개(32%)는 감지한계 이하이며, 53개(25%)는 시료의 50% 이하 수준으로 존재하였다. 하지만 근본적으로 슬러지의 전처리 및 처리과정에서 슬러지내 오염물질 수준은 크게 감소된다. Webber와 Lesage(1989)는 캐나다 도시 슬러지내 유기성 오염물질을 측정하였으며 유기성 오염물질 농도가 10mg/kg(건조중량) 이하로 매우 낮음을 발견하였다. U.S. EPA는 국립하수슬러지 조사에서 감지농도가 매우 낮았기 때문에 40 CFR Part 503에 슬러지내 유기화학물질을 규제하지 않았다(U.S. EPA, 1990).
