폐수처리 구조와원리

[솔개]

폐수처리 구조와원리

제1장 서 론

폐수는 물에 액체성, 고체성, 기체성의 폐기물이 혼입되어 그대로 사용할 수 없는 물이다. 특히 산업폐수는 각종 산업활동에 수반되어 발생되며, 생활하수의 유기물 (BOD, COD), 부유물질(SS), 질소, 인등의 일반적인 오염물질 외에 유독성 유기물, 중금속 등의 유해물질을 포함하고 있다. 그리고 업종, 공정, 운영방식에 따라 폐수의 질과 양이 다르기 때문에, 같은 종류의 상품을 생산하는 제조업체라 하더라도 배출되는 폐수의 수질은 차이가 있다. 대부분의 산업폐수는 이러한 난분해성 물질, 유독성 물질이 포함되어 효과적인 처리가 어렵고, 운전관리상의 문제점을 가지고 있다.

폐수처리의 목적은 폐수 중에 함유된 오염물질을 분리 및 분해시켜 안정화시키거나 무해물질로 전환시켜 폐수가 하천 등의 자연환경을 오염시키지 않도록 처리하는데 있다. 폐수처리기술은 처리방법에 따라 물리적, 화학적, 생물학적 처리로 구분된다. 오염물질별로 보면, 자연분리물은 물리적 처리에서 제거되고, 수용성 오염물질 및 콜로이드성 입자는 화학적 및 생물학적 처리에서, 그리고 질소, 인, 미량의 유기물과 무기물은 생물학적 처리 또는 분리막 등의 고도처리에서 제거된다. 국내 폐수처리는 생물학적 처리방식이 많이 사용되고 있으나, 난분해성 폐수의 경우 물리화학적인 전처리 과정이 필요하고, 최근에 들어 오존, 과산화수소 등을 이용한 화학적 산화방법도 이용되고 있다. 다음은 폐수처리과정의 대표적 예이다.

원폐수

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스크린

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집수조

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pH조정조

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반응조

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응집조

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침전조

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폭기조

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침전조

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후처리시설

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방류

침전조등에서 발생되는 슬러지(오니)는 농축, 소화, 개량, 탈수를 거쳐, 매립, 소각 등으로 최종처분된다.

산업폐수등에 의한 환경오염 문제를 해결하기 위해서 지금까지는 주로 오염물질이 발생된 다음에 이를 처리하는 사후처리기술(End of Pipe Technology)에 의존하여 왔으나, 이러한 사후처리 기술은 투자비와 운영비가 높아, 강화되고 있는 환경규제를 만족시키기 어렵고, 날로 고갈되고 있는 자원과 에너지의 효율적 이용 측면에서도 부적합한 문제점이 있다. 따라서 최근 선진국에서는 오염물질을 단순히 처리하는 방식에서 오염물질의 발생을 극소화시키는 방식으로 환경정책이 바뀌어 가고 있는 데, 이른바 청정기술(Clean Tech)이 그것이다. 산업 폐수의 재이용은 공업용수의 순환ㆍ이용을 통해 용수 공급을 최소화하고 폐수 발생에 의한 수질오염을 근본적으로 차단하는 환경오염 사전 예방 기술인 청정기술의 하나이다.

다음은 오염물질별로 일반적인 폐수처리공정을 정리하였다.

오 염 물 질	적 용 공 정
생물분해성 유기물 (BOD)	호기성:활성슬러지, 폭기라군, 살수여상,회전원판, 산화구, 안정조, 충진상반응기 혐기성:혐기라군, 혐기여과, 유동상반응기
난분해성 유기물 (COD, TOC)	활성탄흡착, 화학적 산화
휘발성 유기화합물 (VOC)	폭기, 화학적 산화흡착, 생물학적 처리
총부유물질 (SS)	침전, 부유, 스크리닝, 여과, 응결/응집/침전
질소 (N)	암모니아 탈기, 질산화/탈질화, 이온교환, 염소소독
인 (P)	침강, 생물섭취, 이온교환
중금속	막여과, 증발, 화학적 침강, 이온교환
오일 및 그리스	응결/응집/부유, 한외여과

제2장 폐수의 업종별 특성

1. 화학공업 폐수

석유화학공업에서 발생하는 폐수는 공정부산물 뿐만 아니라 생성물도 포함하고 있는데 대부분 생분해성이 있는 것으로 추정된다. 그러나 특정 물질을 만드는 공정의 특성상 원료가 제한되어 있어 폐수의 성상도 매우 단조로운 경우가 대부분이다. 따라서 생물학적 처리를 위해서는 부족한 무기물의 보충이 필요한 경우가 많다. 또 공정에 사용하는 촉매 (Al, Fe 등)이 폐수로 배출될 경우 이온세기 (ionic strength)가 높아 생물학적 처리가 어려운 경우가 있다. 대표적인 석유화학 산업의 원료인 에틸렌의 제조공정에서는 생성되는 분해가스인 산성가스성분 (CO2 + H2S)을 제거하기 위해 가성소다 세정을 거치게 되는데 이 폐가성소오다 용액의 주성분은 가성소다, 탄산나트륨, 메르캅탄류 및 기타 유기화합물로, 반응성 황화물의 농도가 수천 ppm이 되기 때문에 유해폐기물로 분류된다. 아크릴로니트릴 공정폐수의 주요 오염물질성분은 COD와 시안화합물이다. 유기약품이나 의약품 제조시설에서 배출되는 폐수에는 업종에 따라 포름알데히드, 유기성 살충제, 항생물질 등이 포함되어 있어 폐수의 독성 때문에 일반적인 생물학적인 방법으로 처리하기가 어려운 경우도 있을 수 있다.

2. 금속도금공업 폐수

금속표면처리 및 도금공정에 사용되는 시안, 산, 알칼리, 유해금속류 및 계면활성제를 함유하고 있다. 특히 도금공장에서 배출되는 폐수의 양은 비교적 적은 편이나 유독성물질을 함유하고 있다. 주요 오염물질성분은 COD, 시안화합물, 크롬, 구리 등의 중금속류이며, 하수계통 등에 방류될 경우에 하수관을 침식하거나 하수종말처리장에서 생물학적 처리를 현저하게 방해한다. 산세(pickling)폐수의 경우에는 산과 황산철 등의 농도가 높기 때문에 중화처리나 황산회수방법 등이 적용되고 있다.

3. 펄프 및 제지공업 폐수

원목을 이용하여 펄프를 만드는 공정, 폐지를 재생하는 공정 그리고 제지를 만드는 공정에서 주로 발생한다. 펄프공업폐수는 일반적으로 펄프 및 제지공정 폐수의 오염도를 나타내는 지표로는 크게 5가지가 있는데, 부유물질 (SS), 용해성유기물 (BOD), 미관학적 오염물 (색도, 거품), 독성물질 그리고 불용성유기물 등이다. 펄프 및 제지공정 폐수는 발생원에 따라 차이가 있으며 일반적으로 주된 오염물질은 SS와 BOD이지만 각 단위공정마다 사용된 약품에 따라 특징적으로 배출되는 오염물질이 존재하기 때문에 일반화하기가 어렵다. 표백공정에서 사용된 염소계 약품들은 유기염소화합물을 생성하며 이외에 페놀유도체, 디클로로메탄, 산성화합물과 같은 유해물질도 포함되어있다. 펄프, 제지공업 폐수처리는 많은 비용이 요구되기 때문에 여러 가지 처리방법을 면밀히 검토한 다음에 처리시설을 시공하여야 한다.

4. 염색폐수

염색가공 공정에서 배출되는 폐수는 고온 고알칼리성이며 색소화합물 및 조염제, 각종 고분자유기화합물, PVA (polyvinyl alcohol), CMC(carboxy methyl cellulose), 초산, 섬유유연제 그리고 계면활성제 등의 난분해성 물질을 다량 함유하고 있다. 특히 호발, 정련표백 및 염색공정은 폐수발생량이 가장 많은 공정으로 알려져 있다. 더욱이 염색가공 공정은 섬유에 부착되어 있는 호제(sizer)와 불순물의 제거, 미착염된 염료 및 각종조제가 폐수에 함유되어 배출되므로 양과 질의 변동이 크다. 특히 염료에 기인되는 색도는 화학적 처리로 제거하고, BOD 등은 생물학적 처리로 저하시킬 수 있으나 경제적인 면이나 운영관리상에 많은 문제를 가진다.

5. 피혁폐수

피혁폐수는 일반적으로 수적(soaking), 석회적(line splitting), 탈모, 석회제거, 크롬유성(chrome tanning) 및 마무리와 같은 복잡한 공정으로부터 발생되며, 고농도 부유물질, 황산염, 크롬 등과 같은 물질을 함유하고 있다. 또 피혁가공 공정에는 질소화합물이 다량 사용되기 때문에 고농도의 유기성질소 및 암모니아성 질소가 함유되어 있는데 폐수중의 다양한 저해물질에 의한 영향으로 질산화가 저해 받으므로 질소 제거율이 낮다.

6. 식품공업 폐수

음료수나 식료품을 생산하는 공장에서 배출되는 폐수는 주로 원료의 일부분, 세척수, 응축수 혹은 냉각수, 공정수 등에 의해서 발생되며, 정도의 차이는 있지만 각종 유기물을 함유하기 때문에 생물학적 처리방법으로 처리할 수 있다. 그러나 폐수의 특성이 공장에 따라서, 시간에 따라서 변화가 심하므로 생물학적으로 처리하기 전에 수온, pH등의 조절이 필요하고, 때로는 미생물 성장에 필요한 질소, 인등의 영양성분 첨가가 필요한 경우도 있다.

제3장 물리적 처리기술

폐수처리에 이용되는 물리적 처리방법은 스크린, 침전분리, 부상분리와 부유물의 고도처리를 위한 여과방법 등이 있으며, 주로 비용해성 물질을 물과 분리하는데 적용되고 있다.,

1. 스크린 (screen)

폐수처리의 첫 단계로서 비교적 큰 부유물질을 제거하는 장치로써, 폐수 중에 함유된 고형물질의 양을 줄이고, 협잡물의 폐수처리장 유입을 예방한다. 스크린은 망 간격의 차이에 따라 50mm 이상 조(粗)스크린, 25-50mm 중(中)스크린, 25mm 미만의 세(細)스크린으로 분류하며, 스크린 협잡물은 수시로 걷어내어 매립 또는 소각방식으로 처분된다.

2. 집수조 (storage tank)

유량 및 BOD, SS에 대한 농도 및 부하량을 일정하게 유지하는 탱크로, 균등조 또는 유량조정조라고 하기도 한다. 대개 1일 폐수 발생예상 평균치의 1.5배 정도의 여유를 두어 용량을 정한다.

3. 침사지 (grit chamber)

공장의 작업장 바닥에서 흘러나오는 물 등에 주로 많이 포함된 모래, 자갈 등의 침사물 분리에 사용되며, 수평으로 침강하는 수평류식, 원통 유로를 따라 와류(vortex)를 형성시켜 침사물을 침강시키는 수직류, 공기를 주입시키는 폭기식 침사지가 있다. 밑바닥에 가라않은 고형물은 걷어내어 매립 등으로 최종 처분된다.

4. 침강분리 (clarifier)

침강분리는 물보다 비중이 큰 부유물 즉 침강성 고형물을 중력을 이용, 분리하여 제거하므로 정화(clarification) 또는 농축(thickening)이라고 한다. 이때 저변에 가라앉은 고형물인 슬러지는 매립 등에 의해 최종 처분된다. 침강분리과정은 부유물의 농도와 입자의 특성에 따라 개별침강, 응결침강, 계면침강 그리고 농축침강의 4종류로 분류된다. 침강분리는 기본적으로 침강속도가 유출속도보다 클 경우에 진행되며, 작으면 부상되어 유출되게 된다. 침강분리는 탁도가 큰 폐수처리에 폭넓게 사용되며, 생물학적으로 처리한 폐수의 슬러지 분리에도 활용된다. 침강과정은 부유물의 농도와 입자의 특성에 따라 달라진다. 침강지를 잘못 설계하거나 운영하는 경우 부유물이 다음단계로 넘어감으로써 전체 처리효율에 큰 영향을 미치게 된다.

5. 부상분리 (flotation tank)

폐수 내에 물보다 가벼운 입자를 부상시켜 제거하는 방법으로 이론은 침전방법과 동일하나 부상시키므로 침전지의 모양을 뒤집어 놓은 형태가 된다. 부상법에는 공기부상, 용존공기부상(DAF)과 진공부상이 있다. 처리방식은 폐수 중의 오일입자, 응집으로 생성된 플럭 등에 미세한 기포를 부착시켜 비중감소에 의한 부력증가로 부상시켜 제거하며, 정유공장 폐수, 세차시설 폐수, 통조림공장 폐수같이 기름성분이 많은 폐수, 침전물질보다는 부상물질이 많은 폐수에 적용된다.

제4장 화학적 처리기술

화학적 처리기술은 생물이나 물리적 처리로서 한계가 있을 때, 보완하는 방법으로, 주로 유기물질의 농도를 낮추어 방류하거나, 다음 공정인 생물학적 처리의 전처리 공정으로 사용되어진다. 화학적 처리에는 중화, 응집/침전, 산화, 환원, 흡착 등인데, 새로운 고성능 응집제, 흡착제가 개발되고 있고, 오존에 의한 산화 기술도 점차 일반화되어 가고 있다.

1. 중화 (neutralization)

중화란 폐수가 강산성이나 강알칼리성일 경우에 산과 염기를 가하여 물과 염을 생성하게 하는 반응을 말하며, 포괄적으로 pH를 조정한다는 의미로서 반응식은 다음과 같다.

(H+ A-) + (B+ OH-) = H2O + AB(염)

위와 같은 중화반응에 의해 산이나 염기 어느 성질도 띄지 않는 중성으로 pH 7 (수소이온 농도 10-7 mol/L)이 되는 것이다. 그러나 폐수처리에서의 중화라는 것은 꼭 pH 7을 요구하는 것이 아니라 일반적으로 6.8-8.5 사이를 유지하도록 하면 된다.

금속가공공장 세정폐수는 강산성을 가지며, 피혁공장폐수는 강한 알칼리성을 나타내는 경우가 많은 데, 이들 폐수가 처리장으로 유입될 경우 철 등의 금속재료와 콘크리트 구조물을 부식시켜 문제를 일으킨다. 따라서 액성이 산성이면 알칼리를, 알칼리성이면 산을 중화제로 첨가하여 폐수를 중화시킨다. 산성 폐수의 중화제는 석회, 가성소다, 석회석, 소다회 등이 사용되며, 알칼리성 폐수는 황산, 염산 등으로 중화된다. 그러나 산성폐수와 알칼리성 폐수의 양자가 배출되는 곳에서는 양자를 혼합하여 중화할 수 있다.

2. 폭기 (aeration)

폐수중에 함유되어 있는 휘발성 유기물질 및 황화수소등의 기체류에 인해 발생되는 악취는 공기를 공급하여 폭기 처리하여 제거한다. 폭기는 또한 폐수에 교반작용을 일으켜 폐수를 균질화시키는 부가적인 목적으로도 사용된다.

3. 응집침전 (coagulation & sedimentation)

응집은 폐수중의 진흙 입자, 유기물, 미생물, 색소, 콜로이드, 현탁입자 등을 분리․제거하기 위하여 채택되며, 때로는 맛과 냄새도 제거된다. 특히 착색된 염색가공 폐수에 좋은 효과를 나타낸다. 응집침전은 약품주입에 의한 응집단계, 생성된 미세한 플럭(floc)의 응결단계(flocculation), 형성된 큰 플럭의 침전단계로 나누어 생각할 수 있다. 주로 화학적 작용은 응집 및 응결단계이고, 침전은 물리적 공정이다. 응집이 일어나는 메커니즘은 매우 복잡하고 복합적이기 때문에, 설계와 운전 시에는 실험실에서 jar test를 실시하여 응집제 종류 및 양을 결정한다. 응집제는 금속염 계통의 무기계 응집제와 고분자 계통의 유기계 응집제 그리고 점토와 같은 보조 응집제로 나눌 수 있다. 정수나 폐수처리에 가장 많이 이용되는 것은 알루미늄염(황산알루미늄), 철염(황화철, 염화철)과 칼슘염이다.

4. 산화 환원 (oxidation & reduction)

산화는 어떤 물질이 산소와 결합하거나 수소를 잃게되며, 이온의 산화수를 증가시키거나 전자를 잃게되는 기능이며, 환원은 어떤 물질이 산소를 잃거나 수소를 얻게 되며, 이온의 산화수를 감소시키거나, 전자를 얻게 되는 기능이다. 이와 같은 산화, 환원은 동시에 그리고 화학 양론적으로 일어난다. 도금폐수, 금속가공폐수 중의 2가의 철염, 시안화물 등 일부 화합물은 산화시켜 주면 안정한 화합물로 바뀌고 COD값이 감소하게 된다. 산화반응을 이용한 처리방법에는 오존처리, 염소처리, 산소처리 등의 방법이 있다. 반대로 환원처리는 도금공장의 크롬함유 폐수와 구리 함유 폐수를 석출, 분리, 회수하는데 사용된다. 환원제로는 2가의 철염, 아황산염, 아황산가스 등이 사용된다.

5. 흡착 (adsorption)

흡착은 용액 중의 분자가 물리적 혹은 화학적 결합력에 의해 고체표면에 붙는 현상이다. 폐수처리에서 흡착은 고체흡착제를 폐수와 일정시간 접촉시켜 오염물질을 흡착시킨 후 흡착제와 처리수를 분리함으로서 완료되며, 사용된 흡착제는 고온처리등으로 재생하여 다시 사용된다. 흡착제는 활성탄, 합성수지, 활성알루미나 등이며, 이중 잔존 용해성COD, 색도, 취기 등을 제거하기 위해 활성탄이 주로 사용되고 있다. 특히 폐수를 공업용수등으로 재사용하고자 할 때 필요한 후처리 공정이다.

6. 이온교환 (ion exchange)

이온교환법은 이온교환수지를 사용하여 폐수 중의 유용자원을 회수하고 무해화 할 수 있다. 처리원리는 하전된 양이온 또는 음이온이 이온교환수지(불용성물질)에 의해 치환되면서 화학적으로 같은 양의 하전된 물질로 교환되는 것이다. 이온교환수지는 유기질 이온교환체(강산성 양·음이온 교환수지, 약산성 양·음이온 교환수지, 킬레이트 수지)와 무기질 이온교환체(천연 및 합성제오라이트)로 분류된다.

제5장 생물학적 처리기술

생물학적 처리방법은 폐수 내에 존재하는 유기물 중 생물에 의해서 분해 가능한 유기물을 미생물을 이용하여 제거시키는 방법으로 2차처리라고 한다. 호기성, 혐기성 처리로 크게 나눌 수 있고, 호기성 처리에는 활성슬러지법, 생물막법, 산화지법이 있으며, 혐기성 처리에는 혐기성소화법, 생물막법 등이 있다. 폐수 내의 부유, 용존 또는 콜로이드 상태의 생물분해 가능한 유기물을 산화시켜 CO2나 H2O혹은 가스화 시키고, 침전할 수 있는 미생물 상태로 변화시켜 처리한다. 생물학적 폐수처리에서 BOD제거경로는 다음과 같다.

1. 호기성처리 (aerobic treatment)

산소를 이용하는 미생물이 유기물질을 산화 분해시켜 무기화 하는 처리방법이다. 미생물에 의한 유기물의 분해 섭취는 미생물의 증가를 초래하므로 영양분의 공급과 폭기조 내 미생물 사이에 알맞은 평형을 유지하여야 한다.

가. 활성슬러지법 (activated sludge process)

국내 생물처리로 가장 많이 사용되는 활성슬러지법의 시설은 기본적으로 폭기조, 침전조 및 슬러지 반송설비로 구성되며 폐수 중에 함유된 유기물질은 호기성 미생물에 의해 응집, 흡착, 산화분해, 침전의 각 작용에 의하여 제거되어진다.

최종 침전조로부터 유입폐수량의 20-50%에 상당하는 활성슬러지를 폭기조(활성슬러지조)로 반송하여 유입폐수와 활성슬러지를 혼합, 4-8시간 정도 폭기하여 최종 침전조에서 슬러지를 분리시켜 상등수를 방류하는 것이다. 산소원으로 공기대신에 순 산소를 사용하기도 한다.

활성슬러지법과 같은 생물학적 처리공정은 일반적인 물리화학적 처리공정보다 전문적인 지식과 경험이 필요하다. 이는 생물학적 처리공정 내의 유기물의 분해에 참여하는 세균, 진균, 원생동물 등 외부 환경에 민감한 다양한 미생물 생태계의 안정적 유지를 위해 보다 세심한 유지관리가 필요하기 때문이다.

나. 장기폭기법 (extended aeration)

활성슬러지 방법의 변법의 일종으로 표준적인 방법보다 폭기시간이 길다(18-36시간). 그 결과 슬러지의 생산량이 현저하게 감소하고 처리수의 유기물 농도를 줄일 수 있다. 그러나 장기폭기에 의한 동력비의 소모가 많은 것이 단점이다.

다. 산화구법 (oxidation ditch)

생물학적 처리 중에서 가장 간단한 방식으로서 충분한 부지 면적을 염가로 확보할 수 있는 경우에 가장 유리한 방식이며 장기폭기법의 일종이나 폭기시간이 더 길다.

라. 회전원판접촉법 (RBC)

주로 플라스틱제의 원판체를 여러 장 겹쳐 수평방향의 회전축에 일정한 간격으로 고정시켜 원판 표면적의 일부가 수중에 침적되도록 수조에 설치된다. 회전축에 고정된 판들은 회전축과 함께 천천히 회전하면서 수중과 공기 중을 교대로 접촉함으로서 폐수 중의 유기물질이 원판표면에 부착된 미생물 막에 의해 처리하게 된다. 운전이 간단하지만 수질제어가 어려운 단점이 있다.

마. 살수여상(撒水濾床)법 (trickling filter)

쇄석이나 플라스틱재의 여재표면에 부착된 생물막에 의해 폐수중의 유기물을 제거하는 방법이다. 동력비가 적게들고 유지관리가 용이한 장점이 있으나, 처리효율이 다른 방법에 비하여 낮고, 악취발생 등의 문제점이 있다.

2. 혐기성처리 (anaerobic treatment)

혐기성처리(소화)는 도시하수와 산업폐수로부터의 농축된 고농도 유기폐기물의 안정화에 주로 사용된다. 안정화의 목적은 폐기물의 악취를 없애고, 병원미생물의 수를 감소시키고, 궁극적으로 폐기되는 고형물의 부피를 줄이는 데 있다. 혐기성처리는 여러 그룹의 미생물이 참여하여 유기물을 기체(메탄가스 및 이산화탄소)와 최종 안정된 생성물로 분해시키는 복합적인 생화학 공정이라 볼 수 있다.

혐기성소화방식은 보통 35。C 정도의 중온소화로 20일간 소화시켜 처리하며, 처리과정은 여러 종류의 세균에 의해 이루어지나 크게 유기산 균과 메탄 균으로 나누어 다음과 같이 3단계 과정을 거친다.

혐기성 소화는 유기물 분해율이 높고, 산소공급이 필요하지 않고, 고형 폐기물 생성이 적은 점등의 이점과 아울러 최종생산물로 얻어지는 메탄가스를 에너지로 활용할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 혐기성세균은 호기성에서의 경우보다 성장이 느리기 때문에 유기물의 분해 안정을 위해서는 15-60일 정도의 충분한 체류 시간이 주어져야 한다. 소화조 내의 미생물 안정성을 높일 수 있는, 재래의 공정을 보완 개선한 UASB등의 개량형 고효율 혐기성 소화조가 개발 사용되고 있다.

제6장 폐수의 고도처리

1. 질소․인 영양성분 제거

 재래의 폐수처리는 생화학적 산소요구량 즉 BOD제거가 주목적이었고, 표준 활성슬러지법과 같은 호기성 생물학적 처리방법이 BOD제거를 위한 가장 경제적이고, 신뢰할 수 있는 처리법으로 알려져 왔다. 그러나 환경오염이 심화됨에 따른 수질기준의 강화로 부영양화의 원인이 되는 질소(암모니아), 인의 처리가 필요하게 되었다. 대표적인 공정으로 무산소-호기 활성슬러지법(아래 그림 참조)을 들 수 있는데, 혐기-무산소-호기등의 연속적인 환경변화기법은 산업폐수의 전 처리 기술, 슬러지 침강성 증가, 영양성분제거와 유기염소화합물 분해에 응용되고 있다.

2. 미생물 고정화에 의한 폐수처리

생물막법은 플라스틱, 세라믹 등의 접촉재 표면에 형성된 생물막을 이용하여 오염물질을 생물학적으로 산화 분해시키는 방법이다. 활성슬러지법과 비교할 때, 다양한 미생물의 생식이 가능하여 외부조건의 변동에 대응력이 상대적으로 높다. 특히 영양성분 제거와 관련되는 질화세균 및 탈질 세균이 잘 증식하여 활성슬러지와 비교해서 질소제거율이 높은 장점이 있다.

3. 분리막 (membrane)의 이용

분리막은 고분자 재료의 물질 선택투과성질을 이용한 분리기술의 하나로 1960년대에 미국에서 공업용수의 탈염공정에 적용하기 위하여 개발된 기술로 세계적으로 해수의 담수화, 폐수 재이용을 위한 고도 수처리 공정에 사용되고 있다. 초기의 분리막은 역삼투막(RO)을 중심으로 개발되었으나 최근에는 한외여과(UF), 정밀여과(MF), 나노여과(NF) 등의 다양한 분리막이 개발되어 수처리 분야에 광범위하게 적용되어 가고 있다. 폐수처리에 적용되는 공법의 예로 생물학적 처리공정에서 침전조 대신에 분리막을 사용하여 고액분리에 의한 고형물의 제거율 향상과 반응조의 미생물 농도를 높게 유지하는 방법을 들 수 있다.

한편 폐수에 적합한 적절한 막분리법을 이용하면 폐수로부터 물과 용존물질을 원하는 수준까지 분리할 수 있으므로 투과수 또는 농축수를 재이용할 수 있는 경우가 많다. 이때 농축수를 이용하는 경우로는 도금폐수에 포함된 각종 유가금속의 재이용 및 도료 재이용이 대표적이며, 처리수를 이용하는 경우로는 제지폐수 재이용 사례가 대표적이다..

4. 고급산화법 (advanced oxidation process)

최근에는 산업의 발달과 함께 생물학적으로는 처리가 불가능한 다양한 성상의 폐수가 발생하여 생물학적 방법에 의한 폐수처리는 그 한계가 드러나고 있다. 이에 따라 기존의 생물학적 처리법으로는 처리가 불가능한 폐수를 처리하기 위한 다양한 화학적 방법들이 개발되고 있다. 산업폐수중의 색유발물질등의 난분해성 물질처리를 위해 고급산화법(AOP)이 새로운 처리법으로 도입되고 있다. 오존, 과산화수소, UV등에 의해 OH라디칼을 중간 생산물질로 생산하여 수중 유기물질을 산화처리하는 방법이다. 국내처리장에서도 이용되고 있는 펜톤(Fenton)산화법은 과산화수소와 과산화수소를 분해하여 OH라디칼을 생성시키는 철염을 혼합하여 난분해성 유기물을 산화시키는 공법으로 폐수의 전처리 또는 후처리공정으로 사용되고 있다. 습식산화는 오염물질을 고온.고압 (170-360。C, 5-200 기압) 하에서 기체상의 공기 혹은 산소를 불어넣으면서 수용액 상태로 산화시키는 기술이다. 이 기술은 일반적인 생물학적 공정으로 처리하기에는 고농도이고 소각하기에는 저농도인 유기폐수에 효과적으로 사용될 수 있다.

5. 전기분해법

전기분해에 의해 오염물질이 제거되는 메커니즘은 대단히 다양하고 복잡하나 주로 전기적 응집, 부상, 산화, 정전기적 인력, 화학적 변환, 화학적 침전 등의 반응이 일어난다고 알려져 있다. 이 중 전기적 산화반응 및 전기적 응집반응이 폐수처리에 가장 핵심적인 역할을 한다. 전기적 산화반응은 전극과 유기물간의 직접적인 전자이동에 의하거나 양극(anode)에서 생성된 발생기 산소 및 염소 (Cl2) 등이 유기물을 산화시키는 간접적인 방법에 의해 일어난다. 한편 철/알루미늄 전극을 사용할 경우 불용성 철/알루미늄 수산화물이 발생함으로써 응집이 일어나는데 이 현상을 전기응집 (electro-coagulation)이라 한다. 생성된 수산화물은 불용성의 플록(floc)을 형성하여 폐수중의 오염물들과 함께 침강함으로써 폐수를 처리한다.

제7장 처리공정도 예시

1. 석유화학폐수 (에칠렌, 프로필렌 등)

(1) 오염물질(ppm) : pH(6～9), BOD(200～300), COD(500～600), SS(50

～100), n-Hexane (200～250), Phenol(20～30)

(2) 처리공정도

유수분리기(API)	→	유량조정조	→	중화반응조	→	응집조	→	가압부상조	→
폭기조	→	침전조	→	처리수조	→	여과시설	→	방류조

2. 도금폐수 (금속위생용품 제조시설)

(1) 오염물질(ppm) : pH(2～9), COD(150～200), SS(150～250),

n-Hexane(5～15), Cu, Zn, Cr 등 20이하

(2) 처리공정도

①CN계

스크린	→	유량조정조	→	1차 산화조	→	2차산화조	→	유량조정조
②Cr계
스크린	→	유량조정조	→	1차pH조정조	→	환원조	→	유량조정조

③기타

스크린

→

유수분리조

→

유량조정조

→

2차pH조정조

→

반응조

→

응집조

→

침전조

→

처리수조

→

여과/흡착

→

방류조

3. 제지폐수

(1) 오염물질 : pH(대체로 중성), BOD(200mg/L), SS(400mg/L)

(2) 처리공정도

물질회수

→

침전/ 부상

→

응집처리

→

활성슬러지 /폭기산화

→

저장, 침전, 균질화, 라군처리