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유용 미생물군(EM)을 이용한 국내외 수처리 및 환경개선 사례
1. 일본 오끼나와 구시카와시 시립도서관 오수처리
EM정화법이란 EM을 사용해서 폐수 중의 유기물을 분해하여 수질을 원하는 수준으로 정화하는 방법이다. 오폐수의 처리방식은 특별한 것이 아니다. 통상적인 합병정화조로도 충분하다. 정화조는 크게 구분해서 3조로 되어 있으며 첫 번째 조에 화장실 등에서 배출된 오수가 모여져 EM미생물에 의한 분해가 시작된다. 두 번째 조에서 오수 중의 유기물이 물과 탄산가스로 분해된다. 세 번째 조에서 다시 정화된다고 하는 3단계 시스템이다. 그 결과 악취는 다음 날로 사라지고 1개월 후에는 화장실에서 나온 폐수가 식수로도 사용될 수 있는 시냇물 수준까지 깨끗해지는 것이다. 물론 대장균 등의 유해균은 검출되지 않았다. 단 이 시스템은 빗물도 이용하게 되어 있는데 비가 내린 다음 검사한 결과 약간의 대장균이 검출된 경우나 있었으나 여과기를 통한 옥상탱크에서는 전혀 검출되지 않았고 수질은 BOD로 1.0ppm이 되는 예도 많고 수돗물보다도 깨끗해서 식수로도 사용할 수 있는 수준이 되었다.
식수로 사용할 수 있다고 해도 수세식 화장실 폐수라는 감각적인 문제도 있어 실제 재활용은 식수 이외의 물로 사용되고 있다. 그러나 EM에 의해 화장실 폐수가 시냇물보다도 깨끗이 정수된 사실은 물의 재활용에 있어서는 획기적인 것으로 오끼나와와 같이 평소 물 부족에 시달리던 지역에서는 대단한 낭보라고 할 수 있다.
또한 부차적인 효과로써는 화장실의 변기 등이 조금도 훼손되지 않고 더러워지지 않은 채 항상 반짝이는 것이다. 이것은 더러워지게 하는 유해미생물의 번식이 억제된다는 것과 EM이 만들어낸 항산화 물질에 따른 산화방지 효과라고 하는 것은 말할 필요도 없다. 도서관의 청소원에게 물었더니 도서관의 화장실 청소작업은 평소의 3분의 1에 불과한 시간에 끝나며 악취가 없다고 하는 것인데 이것은 변기나 배수관에 오염물질이 부착하지 않기 때문이다.
수도요금은 그 사용규모로 보면 연간 120만 엔으로 추산되는데 실제는 6만엔에 불과하며 EM대금으로 연간 5만엔 정도 드니까 비용은 신경쓰지 않아도 될 만큼 작은 것이다.
EM을 사용하는 것 이외에 특별한 장치를 필요로 하지 않으므로 어떤 가정에서나 일반적으로 가지고 있는 시설에 저수용 탱크 하나만 추가로 설치하면 보통 가정에서도 물의 재활용이 가능해진다.
이와 같이 물을 몇 번이나 반복해서 사용할 수 있는 기술이 있으면 물 부족에 대한 걱정은 없다. 사막지대에서도 도시 폐수를 수원으로 하고 거기에 연구를 더하면 물 부족이 없는 생활을 할 수 있게 될 것이다.
EM으로 처리한 순환수에는 EM이 만들어낸 항산화 물질이 포함되어 있으므로 물질의 훼손방지나 농작물의 성장과 인간의 건강에도 플러스가 된다. 그 점을 생각하면 염소 살균 수돗물보다도 훨씬 양질의 물이라고 할 수 있다.
▮EM데이터
• 방법
- EM의 투입 : 3개월마다 EM을 총 3L를 조정조에 투입하고 있다.
- 1일에 30분 5회 간헐폭기
- 유지보수
세정수는 모두 정화조로 돌리고 있다. 슬러지 처리나 금속부품은 교환은 12년이 경과한 지금까지 한 번도 하지 않았다.
• 정화시설 사양
- 처리 방식 : 활성오니법에 의한 장시간 하수 속에 공기를 넣는 배수정화 방식
- 처리 대상 인원 : 160명
- 처리 대상 오수양 : 32톤/일
- 시간 최대 오수양 : 6.86톤/시
- 오수 유입 시간 : 7시간
- 유입 오수 수질 : BOD 200ppm, SS 250ppm
• 효과
- 처리수의 수질
a. BOD 2ppm 이하(방류 기준 20ppm)
b. SS 3ppm 이하(방류 기준 50ppm)
c. 염소 소독 없이도 안전하게 재이용 가능한 대장균군수가 기준치 이하
d. 질소, 인 제거율 80%이상
• 수도 사용요금
중수도를 이용하지 않는 경우 년 간 120만 엔의 수도요금이 6만 엔으로 비용절감.
• 식물체에의 영향
처리수를 이용해 재배된 식물체의 비타민C 함량, 클로로필 함량 높고 뿌리의 활성이 증가.
도서관의 정원수 정화조내부(금속부품에서 광택이 남)중수를 마시는 연구원
2. 일본 오끼나와 구시카와시 카와사키 초등학교 수영장
구시카와시의 시립 카와사키초등학교에서는 수영장의 노후화로 개축공사를 하게 되었다. 구시카와시 건축과의 협력아래 전면적으로 EM기술을 응용하여 수영장 건설 공사가 1998년 3월에 완공되었다.
콘크리트 구조물에서는 콘크리트중의 수산화칼슘과 공기중의 산소 및 이산화탄소 등이 결합해 철근 부식과 콘크리트의 열화를 일으켜 콘크리트 구조물의 수명을 줄인다고 하는 문제가 있었다. 그 대책으로 콘크리트에 EM를 혼합하는 등 EM기술을 응용하였다.
수영장 소독에 염소가 사용되는 것은 상식이다. 수영장의 물은 대장균등에 오염되기 쉬워서 살균 소독을 위해 염소를 넣는 것인데 이것을 EM으로 교체하는 것이 가능하다. EM을 넣으면 사람의 때나 오줌, 대장균을 모두 EM 미생물이 먹어서 물을 깨끗하게 한다. 수영장에 염소를 넣는 이유 중에 중요한 것은 대장균 때문인데 그 목적을 EM으로 충분히 다 이룰 수 있다. 따라서 수영장 전면공사에는 콘크리트, 여과기, 도장 등에 EM를 응용함으로써 염소에 의한 각종 폐해를 억제하고자 했다.
수영장에서는 염소에 의한 폐해로 아토피성 피부질환 아동이 들어갈 수 없다. 또한 안구의 점막에 염증이 일어나는 등 헤엄치고 싶어도 그러지 못할 경우가 많았다. 그러나 EM의 효과 때문인지 유리 염소 농도가 0.7ppm되도록 염소를 투입하고 있으나 눈의 아픔을 호소하는 아동도 거의 없으며 심지어 아토피성 피부질환 아동이 수영장에서 헤엄치며 놀 정도로 각 종 폐해가 없었다.
여과층 내부의 EM-X세라믹 콘크리트에 EM-X세라믹 가루를 혼합
3. EM을 이용한 (주)파스퇴르유업의 폐수처리
(주)파스퇴르유업은 우유 폐기물과 기타 폐수 등으로 인한 심한 악취와 오염으로 고민하고 있던 바, EM환경센타의 이창홍씨(일본 EM연구기구 연구원)를 소개받고 1998년 4월부터 자문을 받아 간간히 EM배양액을 투입하다가 1999년 6월 9일부터 본격적으로 EM을 이용하여 폐수처리를 시작하였다.
이 보고서는 EM사용 전(’99년 3월 10일부터 6월 9일까지)과 EM 사용 후 (6월 10일부터 9월 9일까지)의 오염도의 변화를 비교한 1차 보고서이다.
1. 수질 오염도 변화 추이
① 생물화학적 산소 요구량(BOD, 단위 ppm)
구분 |
3월 |
4월 |
5월 |
6월 |
7월 |
8월 |
1주 |
14.72 |
19.72 |
9.95 |
9.46 |
3.44 |
4.03 |
2주 |
13.76 |
16.35 |
6.48 |
10.26 |
6.17 |
2.92 |
3주 |
14.43 |
17.08 |
5.25 |
5.79 |
4.35 |
3.02 |
4주 |
19.52 |
16.42 |
7.90 |
3.26 |
2.93 |
3.21 |
평균 |
15.60 |
17.39 |
7.39 |
7.19 |
4.22 |
3.29 |
구분 |
3월 |
4월 |
5월 |
6월 |
7월 |
8월 |
1주 |
22.21 |
28.62 |
14.14 |
16.56 |
7.75 |
6.80 |
2주 |
23.84 |
24.24 |
11.54 |
18.54 |
10.61 |
6.20 |
3주 |
30.72 |
23.09 |
9.89 |
10.71 |
8.20 |
7.40 |
4주 |
22.44 |
25.59 |
12.77 |
7.55 |
6.80 |
6.90 |
평균 |
24.80 |
25.38 |
12.08 |
13.34 |
8.34 |
6.82 |
③ 부유물질(SS, 단위 ppm)
구분 |
3월 |
4월 |
5월 |
6월 |
7월 |
8월 |
1주 |
14.0 |
29.0 |
3.0 |
8.0 |
2.0 |
0.0 |
2주 |
24.0 |
13.0 |
1.0 |
6.0 |
8.0 |
1.0 |
3주 |
20.0 |
12.0 |
3.5 |
4.0 |
1.0 |
6.0 |
4주 |
17.0 |
8.0 |
2.0 |
1.0 |
0.5 |
0.5 |
평균 |
18.75 |
15.50 |
2.37 |
4.75 |
2.87 |
1.87 |
2. 처리비용의 경제적 측면
① 약품 사용량
☞ EM사용 전
구 분 |
총사용량(㎏) |
일평균 사용량(㎏) |
총비용(원) |
일평균 비용(원) |
NaOH(가성소다) |
4,700 |
51.09 |
2,632,000 |
28,610 |
Alum (황산반토) |
1,950 |
21.20 |
448,500 |
4,876 |
Polymer (고분자응집제) |
2,990 |
32.50 |
12,558,000 |
136,500 |
계 |
|
|
15,638,500 |
169,986 |
☞ EM사용 후
구 분 |
총사용량(㎏) |
일평균 사용량(㎏) |
총비용(원) |
일평균 비용(원) |
NaOH(가성소다) |
100 |
|
56,000 |
|
Alum(황산반토) |
50 |
|
11,500 |
|
Polymer (고분자응집제) |
2,740 |
29.78 |
10,374,000 |
125,076 |
계 |
|
|
10,441,500 |
125,076 |
• EM의 정착 단계에서 2일간 가성소다와 황산반토를 사용
② 전기 사용량
∙ 사용 전 : 1,452 ㎾ ≒ 15.78 ㎾/일
∙ 사용 후 : 1,006 ㎾ ≒ 10.93 ㎾/일
③ EM 사용량 및 비용
∙ EM 원액 사용량 : 8L/월
∙ EM 원액 1L단가 : 5,000원
④ 총 경비 비교(전기 사용료와 EM 사용에 따른 비용 제외)
∙ 비교기간 중 총경비 절감액 : 15,638,500 - 10,374,000 = 5,264,500원
∙ 일평균 경비 절감액 : 169,986 - 125,076 = 44,910원
4. EM을 이용한 (주)한라산 소주병 세척폐수의 처리
작성자 : (주)한라산 환경기사 박용립
한라산은 오염배출원이 일반 폐수와는 다른 성상을 지닌 소주병 세척 폐수로써 이 폐수를 처리하지 않은 채 방류할 경우 인근 해안에 적지 않은 환경오염을 일으킨다.
지난 1996년 사업비 12억 여원으로 안정된 처리수와 유지관리비 절감차원에서 당시 건설부 지정 신기술인 HBR-SYSTEM(토양미생물 폐수처리공법)을 도입했다.
HBR-SYSTEM으로 운영하던 중 오염부하량의 변동으로 인한 처리효율의 폭이 크고, 운영방법상 어려움과 막대한 경비지출이 문제가 되어 1999년 7월 EM환경센타의 협조를 얻어 최소의 비용으로 최대효과를 거둘 수 있는 유용성 미생물군에 의한 폐수처리법을 도입하여 환경기술분야의 획기적 진전을 이룩했다.
이 기법은 사내 식당에서 배출되는 쌀뜨물을 이용해 EM배양액을 만들고 이 배양액으로 하루 60톤 가량 배출되는 폐수 전량을 처리하는 방법으로 전력비용은 물론 약품비 등 크게 절약되는 이점을 지니고 있다. 또 HBR(토양미생물 폐수처리공법)과 EM기법에 의한 처리수 농도를 비교한 결과 BOD, COD, SS(부유성 물질) 등에서 EM기법을 이용한 처리수 농도가 상당부분 낮게 나타났다.
① 적용대상 : (주)한라산의 소주병 세척 폐수
하루 폐수 발생량 : 30 ~ 100 톤
방지시설 용량은 집수조 : 160 톤, 포기조 : 200 톤, 침전조 : 100 톤
항목 |
BOD |
COD |
SS |
pH |
n-hexane |
최대 |
555.0 |
418.4 |
1,090.0 |
11.5 |
4.0 |
최소 |
23.3 |
32.7 |
10.6 |
8.6 |
0.8 |
평균 |
289.2 |
225.6 |
550.3 |
- |
2.4 |
표1 소주병 세척 폐수의 수질 (단위: ㎎/ℓ)
표1과 같이 세척 폐수의 오염도는 고농도라고는 할 수 없으나 그 격차가 심해서 생물학적 처리로 높은 효율을 기대하기는 어렵다. 그 이유는 오염부하량(오염농도)의 폭이 커서 일정량의 조건(오염물의 양과 질, 산소 농도, pH, 폐수량 등)을 맞춘다는 것은 매우 힘들기 때문이다.
② 적용기간
∙ HBR-SYSTEM : 1998년 7월-1999년 6월
∙ EM기법 : 1999년 7월-2000년 6월
③ 폐수처리 효율
|
BOD |
COD |
SS |
n-hexane | ||||||||
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) |
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) |
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) |
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) | |
최대 |
452.9 |
7.7 |
98.3 |
418.4 |
8.1 |
98.1 |
1,090.0 |
6.7 |
99.4 |
2.5 |
0.1 |
96.0 |
최소 |
47.5 |
27.5 |
42.1 |
35.3 |
32.3 |
8.5 |
40.0 |
24.3 |
39.3 |
3.3 |
1.8 |
45.5 |
평균 |
194.6 |
9.5 |
90.9 |
109.9 |
12.9 |
78.3 |
311.0 |
14.7 |
87.6 |
2.2 |
0.5 |
79.2 |
표2-1 HBR의 처리효율
|
BOD |
COD |
SS |
n-hexane | ||||||||
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) |
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) |
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) |
원수 ㎎/ℓ |
처리수 ㎎/ℓ |
효율 (%) | |
최대 |
555.0 |
4.1 |
99.3 |
235.0 |
4.9 |
97.9 |
231.3 |
5.6 |
97.6 |
3.9 |
0.1 |
97.4 |
최소 |
59.0 |
14.2 |
75.9 |
60.5 |
15.3 |
74.7 |
39.3 |
31.3 |
20.4 |
3.2 |
1.0 |
68.8 |
평균 |
236.9 |
7.9 |
93.2 |
148.5 |
11.0 |
90.1 |
95.7 |
12.0 |
79.8 |
2.8 |
0.4 |
87.6 |
표2-2 EM의 수질측정치와 처리효율
표2-1은 HBR로 운전한 1년간의 매월 수질 검사값과 그 처리효율 중 최대, 최소, 평균을 나타낸 것이다. 표에서 원수 자체의 오염농도가 낮은 경우 처리효율을 보면 그 격차가 상당히 큰 것을 알 수가 있다. 이는 원수에 대한 미생물의 반응이 안정적이지 못하다고 볼 수 있다. 이런 현상이 반복적으로 행해지다 보면 미생물은 안정적으로 적응하지 못하고 운전에 악영향을 미치는 미생물이 우점화되어 최종적으로는 처리가 불가능하게 된다.
표2-2는 EM도입 후 1년 간의 매월 수질 검사 값과 처리효율 중 최대, 최소, 평균을 나타낸 것으로 원수의 오염농도가 불규칙한데도 불구하고 처리수의 농도는 대체로 10ppm내외로 처리수 농도의 변동폭이 낮음을 알 수 있다. 이는 앞서 언급한 안정적인 처리가 가능하다는 점을 시사하고 있다. 이것은 3차 고도처리의 효과라고 볼 수 있으며 더욱 안정화가 진행이 된다면 중수도로 사용 가능하게 될 것으로 사료된다. 단, 폐수 자체에 상표 찌꺼기가 다량 함유되어 유입되므로 인해 처리수의 부유성 물질(SS)의 농도가 상대적으로 높을 수 있으므로 여과기를 사용한다면 SS도 상당한 처리 효율을 보일 것으로 판단된다.
④ 시설 및 재료
폐수처리시설은 기존시설 그대로 사용하였으며 배양기(1,000ℓ 1조, 600ℓ 1조)만 추가 설치했다. 중화제를 변경(황산에서 질산으로)하였고 배양재료로 미생물제재인 EM액제, 흑설탕, 당밀 그리고 사내식당에서 발생하는 쌀뜨물을 사용하였다.
⑤ 폐수처리 비용
|
HBR |
EM | ||
소비량 |
비용(원) |
소비량 |
비용(원) | |
소석회 |
1,050㎏ |
283,500 |
700㎏ |
189,000 |
염화제이철 |
600ℓ |
144,000 |
500ℓ |
120,000 |
황산 |
1,500ℓ |
390,000 |
- |
- |
미생물제재 |
5.8㎏ |
2,000,000 |
6ℓ |
42,000 |
질산 |
- |
- |
2,240ℓ |
918,400 |
설탕 |
- |
- |
90㎏ |
66,600 |
당밀 |
- |
- |
6ℓ |
2,100 |
계 |
- |
2,817,500 |
- |
1,338,100 |
표3과 같이 EM을 이용한 폐수처리시 HBR에 비해 약품 비용이 월 1,479,400원이 절감되었다. 따라서 약품 비용으로 매년 17,752,800원을 절감 할 수 있다.
여기서 질산의 사용은 EM처리시 황산을 사용하면 처리효율은 좋으나 황취(‘S'취)를 발산하기 때문에 악취로 인한 혐오시설로 오인될 수 있어 대체중화제로 사용한 것이다. 중화제 비용이 약 2.4배 정도 증가하였으나 총 비용에서 상당히 절감되었으므로 대체할 수 있었다.
표4와 표5에서 보면 HBR-SYSTEM과 EM기법으로 운전한 기간 중 월별 전력사용 최대, 최소, 평균을 비교한 것인데 폐수처리장의 전력사용량은 회사 전체사용량의 30%내외로 EM사용전(전체 45-65% 차지)보다 15%-35%정도 감소되었다. 따라서 전력비로는 약 6,600,000원/년(평균 25%감소시)이 절감할 수 있다.
|
전력량 |
감소량 | ||
HBR |
EM | |||
최대 |
18,746.0 |
16,549.0 |
▼ |
2,197.0 |
최소 |
13,074.0 |
8,875.9 |
▼ |
4,198.1 |
평균 |
15,184.0 |
12,857.2 |
▼ |
2,326.8 |
계(1년) |
182,207.0 |
154,285.9 |
▼ |
27,921.1 |
|
폐수처리장(㎾) |
회사전체(㎾) |
비율(%) |
전력비(원) |
최대(1999. 3. HBR) |
18,746.0 |
28,762.0 |
65.2 |
1,980,827 |
최소(2000. 6. EM) |
8,875.9 |
37,147.0 |
23.9 |
2,608,600 |
평균 |
14,020.5 |
32,422.8 |
43.7 |
2,202,401 |
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