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폐수는 물에 액체성, 고체성, 기체성의 폐기물이 혼합되어 그대로 사용할 수 없는 물이다.
특히 산업폐수는 각종 산업 활동에 수반되어 발생되며, 생활하수의 유기물 (BOD, COD), 부유물질(SS), 질소, 인 등의 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.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 폐수에 함유된 오염물질을 분리 및 분해시켜 안정화시키거나 무해물질로 전환시켜 폐수를 하천 등의 공해를 내지 않는 깨끗한 물로 만들기 위한 기술인 수질오염 방지시설이 필요로 하게 되었다.
효율적인 처리공정 채택을 위해서는 사업장별로 다양한 종류의 오염원 특성과 성상을 파악하고 경험으로 축적된 기술을 바탕으로 설계시공함으로써 결과의 신뢰성이 보장된다. 또한 경제적 측면에서, 처리 후 배출되는 물을 재사용하는 것도 고려할 수 있으며 회수된 고형물을 재사용하는 것 또한 고려하여 유지관리가 용이하게 설계되어야 운영관리비를 절감할 수 있다.
오폐수 내에 존재하는 유,무기성 콜로이드상 고형물과 용해상태로 존재하는 중금속 및 각종 오염물질에 화학약품을 투여하여 산화환원,
응결 등의 물리 화학적 반응을 거쳐 오폐수가 함유된 오염물질 등을 제거하는 공법으로, 크게 응집 침전과
응집 부상처리로 대별되며 복합적인 처리방법을 주로 사용
* 장치가 간편하고 운전이 용이
* 폐수 성상에 따라 선택적 시공 가능
* 대용량 폐수처리와 간헐운전이 가능
* 사용약품에 따라 광범위한 장치의 적용
* 고농도 유기성 폐수의 처리가 어려움
전자, 반도체, 금속 제조, 기계 제조, 자동차 부품 제조, 도금, 화학, 섬유, 피혁, 식품, 제약, 곡물, 사료, 비금속 광물 제조
기타 유기성 폐수가 발생하는 산업
시간 변화에 따른 폐수의 유량 및 농도의 변화를 최소화하는 기능
폐수 중에 함유되어 있는 콜로이드 상태의 불순물 또는 중금속류가 최적의 pH상태일때 응집제를 첨가하여 입자를 크게 뭉치게 하거나 금속 수산화물을 형성시켜 침전이 용이하게 함
시간 변화에 따른 폐수의 pH를 일정하게 해주는 기능
응집보조제로서 고분자 응집제를 첨가해 반응시설에서 형성된 입자끼리의 응집을 촉진시켜 크고 무거운 플록으로 성장시켜 줌
플록을 크고 무겁게 만들어주는 역할
화학적 처리 후 생성된 플록을 중력에 의하여 자면 침강시켜 고액분리 제거하는 역할
모래 sand or A/C로 충전된 여과시설을 통과시켜 미세 플록을 제거하는 역할
생물학적 처리시설은 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, 장기 폭기법, 산화구법, 회전원판접촉법, 산화구법이 있으며, 혐기성 처리에는 혐기성소화법, 혐기성생물막법 등이 있다. 이러한 방법들은 폐수 내의 부유, 용존 또는 콜로이드 상태의 생물분해가 가능한 유기물을 산화시켜 CO2나 H2O 혹은 가스화 시키고 침전될 수 있는 미생물 상태로 변화시켜 처리하며, 저농도 및 고농도의 유기물을 함유한 공장폐수 등의 처리를 위해 많이 채택되는 공법이다.
산소를 이용하는 미생물이 유기물질을 산화 분해시켜 무기화하는 처리방법이다. 미생물에 의한 유기물의 분해 섭취는 미생물의 증가를 초래하므로 영양분의 공급과 폭기조 내 미생물 사이에 알맞은 평형을 유지하여야 한다.
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 유입되는 폐수량의 20~50%에 상당하는 활성슬러지를 폭기조 (활성 슬러지조)로 반송하여 유입폐수와 활성슬러지를 혼합, 4~8시간 정도 폭기하여 최종 침전조에서 슬러지를 분리시켜 상등수를 방류하는 것이다. 산소원으로 공기 대신에 순 산소를 사용하기도 한다. 활성슬러지법과 같은 생물학적 처리공정은 일반적인 물리화학적 처리공정보다 전문적인 지식과 경험이 필요하다. 이는 생물학적 처리공정 중 유기물의 분해에 참여하는 세균, 진균, 원생동물 등과 같이 외부 환경에 민감한 다양한 미생물 생태계의 안정적인 유지를 위해 보다 세심한 유지관리가 필요하기 때문이다.
활성슬러지 방법의 변법의 일종으로 표준적인 방법보다 폭기 시간이 길다(18~36시간). 그 결과, 슬러지의 생산량이 현저하게 감소하고 처리수의 유기물 농도를 줄일 수 있다. 그러나 장기 폭기에 의한 동력비의 소모가 많은 것이 단점이다.
생물학적 처리 중에서 가장 간단한 방식으로서 충분한 부지 면적을 염가로 확보할 수 있는 경우에 가장 유리한 방식이며, 장기 폭기법의 일종이나 폭기 시간이 더 길다.
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 접촉함으로써 폐수 중의 유기물질이 원판표면에 부착된 미생물 막에 의해 처리되게 한다. 운전이 간단하지만 수질제어가 어려운 단점이 있다.
쇄석이나 플라스틱재의 여재표면에 부착된 생물막에 의해 폐수중의 유기물이 제거되는 방법이다. 동력비가 적게들고 유지관리가 용이한 장점이 있으나, 처리효율이 다른 방법에 비하여 낮고, 악취발생 등의 문제점이 있다.
혐기성처리(소화)는 도시하수와 산업폐수로부터 농축된 고농도 유기폐기물의 한정화에 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, 혐기성소화는 유기물 분해율이 높고, 산소공급이 필요하지 않고, 고형 폐기물 생성이 적은 점 등의 이점과 아울러 최종생산물로 얻어지는 메탄가스를 에너지로 활용할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 그러나, 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 UASB 등의 개량형 고효율 혐기성 소화조가 개발 사용되고 있다.
* 대용량 규모 폐수처리에 적용
* 고농도의 유기물 함유 폐수처리가능
* 비교적 안정된 처리 효율 가능
* 잉여 슬러지 과다 발생
* 유량 및 수질 변동에 적응력 취약
* 고도의 운전기술이 필요
* 특수한 경우에는 무기물을 제거하는데 사용됨
전자, 반도체, 금속제조, 기계 제조, 자동차 부품 제조, 도금 관련 산업, 화학, 섬유, 피혁, 식품, 제약, 곡물, 사료, 비금속 광물 제조 기타 유기성 폐수 발생하는 산업에 적용
3차 처리를 포함한 고도처리는 부영양화 원인물질로 알려져 있는 질소·인 제거를 비롯하여 2차 처리 후 남아있는 부유물질과 용존성 유기물질을 추가적으로 처리하는 것이다. 일반적으로 고도처리는 방류수 수질기준이 엄격하거나, 폐·하수의 처리수를 재이용할 때 필요하다. 이 시설은 부유물질, 용해성 유기물질, 무기염류, 중금속, 영양염류 등의 제거에 목적이 있다. 부유물질의 제거에는 약품 응집침전 후 급속모래여과 또는 마이크로 스트레이너 등이 이용되고 있다. 용해성 유기물 제거에는 흡착 및 오존 처리가 유효하다. 무기염류 제거에는 이온교환, 전기투석, 역삼투, 증발 등의 방법이 있으나 높은 시설투자 및 유지관리비용,그리고 높은 유지관리 기술을 요하기 때문에 아직도 널리 보급되지 않고 있다. 3차 처리에 속하는 영양염류의 제거기술은 호소수의 부영양화 현상과 연안 해역의 적조발생과 관련하여 최근에 건설되는 폐. 하수처리시설 설치에 많이 이용되고 있고, 앞으로는 기존처리장에서도 리모델링 형식으로 개선되어 나갈 것이다.
기존의 폐수처리는 생화학적 산소요구량 폭 BOD제거가 주목적 이었고, 표준 활성슬러지법과 같은 호기성 생물학적 처리방법이 BOD 제거를 위한 가장 경제적이고, 신뢰할 수 있는 처리법으로 알려져 왔다. 그러나 환경오염이 심화됨에 따른 수질기준의 강화로 부영 양화의 원인이 되는 질소(암모니아), 인의 연속적인 환경변화기법은 산업폐수의 전처리 기술, 슬러지 침강 증가, 영양성분제거와 유기염소화합물 분해에 음용되고 있다.
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 관련된 질화세균 및 탈질세균이 잘 증식하여 활성슬러지와 비교해서 질소제거율이 높은 장점이 있다.
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)를 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.
| 구분 | pore size | 분리대상 | 용도 |
|---|---|---|---|
| MF | 0.01~10Å | 부유물질, 박테리아 | 상, 하수처리 등 |
| UF | 20~500Å | 현탁 물질, 단백질, 다당류, 고분자물질 | 하수처리(산업용폐수) 등 |
| NF | 10~50Å | 유기물(선택적) | 담수화 전처리,상수처리(농약제거) 등 |
| RO | 10Å | 이온성 물질, 중금속 | 담수화 초순수 제조, 정수기 등 |
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(CI2) 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.