폐콘크리트 여재를 이용한 소하천에서의 유기물 제거

이상화, 조문철, 박영식, 문정현, 안갑환*, 김좌관*

서봉 리사이클링(주), 지산대학 환경공학과*

The Removal of Organic Compounds in Ditch

by Waste-Concrete Media

Sang-Hwa Lee, Moon-Chul Cho, Young-Seek Park, Jung-Hyun Moon,

Kab-Hwan Ahn*, Jwa-Kwan Kim*

Seo-Bong Recycling

Dept. of Environ. Eng., Jisan College*

서론

산업이 고도화되고 생활수준이 향상됨에 따라 오염원의 형태가 다양해질 뿐만 아니라 배출량에서도 크게 증가하고 있다. 특히 일상생활에서 배출되는 생활오수는 전국 오·폐수 발생량의 약 68%로 가장 많이 배출되고 있으며, 부하량에 있어서도 전국 부하 발생량의 약 48%로 많은 비중을 차지하고 있는 실정이다.

정부에서는 1995년 말 기준[1]으로 총 71개소의 하수종말처리장을 건설하여 처리하고 있으나, 하수관망이 설치되어 있지 않은 농어촌 지역 등의 소규모지역에서는 처리시설이 설치되어 있지 않거나 효율적인 운전관리가 되지 않아 주변에 오염을 가속시키고 있다. 따라서 아파트, 군부대 및 소하천 등의 소규모 지역에서는 지역규모에 맞고 건설비가 저렴하며 유지관리가 용이한 하·폐수 처리시설의 설치 필요성이 제기되고 있는데, 최근에는 이러한 목적으로 모관 침윤 트렌치법[2], 토양트렌치 법[3], 접촉산화법 등이 많이 연구되고 있다. 그 중에서 접촉산화법은 미생물 보유량이 많고 폐수 처리능이 우수하며, 충격 부하에 강하여 안정된 유출수질을 유지할 수 있는 장점을 가진 고정생물막 중의 한 공정으로 각광받고 있다[4,5].

따라서 본 연구에서는 폐콘크리트를 충전한 접촉산화조를 이용하여 부산광역시 금정구에 위치한 소하천을 대상으로 pilot 규모의 처리실험을 수행하여 소규모 하천 오수의 효율적 처리를 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.

재료 및 방법

본 연구에서는 부산광역시 금정구에 위치한 소하천을 대상으로 수질 정화 실험을 수행하였는데, 장치도는 Fig. 1과 같다. 하천수에는 토사 등의 협잡물이 다량 포함되어 있어 반응조로 유입시킬 때 SS가 다량 함유된 물을 이송할 수 있는 볼텍스 타입의 오수펌프를 사용하였으며, 접촉산화조로 유입시키기 전 침전조를 두어 협잡물을 제거하였다. 침전조는 100 L 크기의 원형 물통을 사용하였는데, 하부에 퇴적 sludge 배출구와 상부에 일정한 수위를 유지시키기 위한 배출구를 각각 설치하였다. 접촉산화조는 15 mm 두께의 아크릴을 이용하여 0.726m3(500W × 1320L × 1100H)의 크기로 제작하였고, 내부에 접촉 media로 본사에서 재생시켜 파쇄한 직경 50 mm 정도의 폐콘크리트 570 kg(0.4 m3)을 충전하였다. 산소는 blower를 통해 유공판 상부에 부착된 4개의 산기관으로 공급하였으며, rota meter를 사용하여 20 L/min로 일정하게 유지하였다. 반응기 내 조류 발생을 억제하기 위해 외부에 차광막을 설치하였다.

하천수를 유입시키기 전 부산 S 하수 처리장의 슬러지를 일주일간 연속적으로 순환시켜 반응기내 충전된 폐콘크리트에 미생물을 부착시켰으며, 하천수는 체류시간을 4시간(2.28 m3/day)으로 조절하여 반응기 하부에서 상향류로 공급하였다.

Sample은 1일 1회 채수하였고, 모든 수질 분석은 standard methods에 준하여 수행하였다.

Fig. . Schematic diagram of experimental apparatus.

결과 및 고찰

BOD 농도변화

유입수와 접촉산화조 유출수의 BOD의 농도변화를 Fig. 2에 나타내었다. 운전이 진행되는 동안 운전개시 후 16일까지는 지속적으로 비가 내리는 장마철이라 평상시 하천의 농도보다 양호한 평균 12.3□/□으로 접촉산화조 내로 유입되었으며, 그 이후 25일까지는 평균 50.3□/□으로 평상시의 농도를 회복했다가 태풍 등의 영향으로 다시 유입수의 농도가 10□/□미만으로 낮아지는 경향을 보였다. 이러한 유입수의 수질변화의 폭이 높음에도 불구하고 유출수의 BOD는 대체적으로 일정하게 나타나 오염부하변동에 잘 적응한다는 것을 알 수 있었다.

COD 농도변화

COD 농도변화를 Fig. 3에 나타내었다. BOD의 경우와 마찬가지로 16일∼25일을 제외한 나머지 기간은 장마와 태풍 등의 영향으로 유입수의 농도가 20□/□ 이하로 낮게 나타났으며, 이 기간동안 유출수의 농도는 10□/□ 이하로 유지되어 일정한 농도를 유지하는 경향을 보였다. 16일∼25일에는 유입수의 농도가 평균 80.3□/□으로 높게 나타났으며, 유입수의 농도가 높을 때 유출수의 농도도 상대적으로 높게 나타났다.

Fig. . Variation of BOD on operation time.

Fig. . Variation of COD on operation time.

Fig. . Variation of SS on operation time.

SS 농도변화

SS의 변화를 Fig. 4에 나타내었다. 운전초기 미생물의 부착이 잘 되지 않아 탈리된 미생물이 유출수의 SS를 증가시켜 유출수의 SS가 유입수보다 더 높게 나타났고, 운전 10일째 이후로는 생물막이 안정적으로 형성되어 유입수의 농도가 높아도 유출수의 SS 제거율은 큰 변화가 없어 부하변동에도 안정적으로 SS를 제거할 수 있다고 판단되었다.

T-N과 T-P의 농도변화

총질소와 총인의 변화를 Fig. 5, 6에 나타내었다.

지속적인 강우의 영향에도 불구하고 유입수 중 총질소와 총인은 상당히 높은 농도로 유입되었는데, 이는 하천상류지역에 밀집된 식당 등에서 배출되는 음식쓰레기에 의한 영향으로 사료된다. 또한, 유입수의 농도가 높을 때 유출수의 농도도 높게 나타나는 경향을 보였다.

Fig. . Variation of T-N on operation time.

Fig. . Variation of T-P on operation time.

참고 문헌

1. 환경부, 환경백서(1996)

2. Reed, B.E., Matsumoto, M.R., Wake, A., Iwamoto, H., and  Takeda, F., I0mprovements in soil absorption trench design, J. Environ. Engineer, 115(4), 853-857(1989).

3. 임재명, 김병욱, 강성환, 수정된 토양트렌치법을 이용한 소규모 오수처리, 한국환경위생확회지, 5(4), 13-17(1997).

4. 부산대학교, 환경기술.산업개발연구센터, 하·폐수의 질소·인 제거 신기술, 197-217(1996).

5. 이창한, 박영식, 안갑환, 그물형태의 폴리프로필렌 여재를 충전한 고정생물막 반응기에서의 유기물 처리 및 유출수농도예측, 한국환경위생학회지, 25(1), 60-65(1999).