생물학적 전처리를 통한

파일롯 규모에서의 효율적인 염색폐수 처리

박철환1,3, 김탁현1, 이기용2, 이진원2, 김승욱3, 김상용1

한국생산기술연구원 청정생산기술개발센터1,

광운대학교 화학공학과2, 고려대학교 화학공학과3

Effective pilot-scale treatment of textile wastewater

by biological pretreatment

Chulhwan Park1,3, Takhyun Kim1, Giyong Lee2,

Jinwon Lee2, Seungwook Kim3, Sangyong Kim1

Cleaner Production Technology R&D Center, KITECH1,

Dept. of Chem. Eng., Kwangwoon Univ.2, Dept. of Chem. Eng., Korea Univ.3

서  론

급격한 산업화의 진전과 인구의 증가로 우리 주위의 환경에는 중금속 및 유기, 무기화합물로 인한 오염이 날로 심각해지고 있는 실정이다. 환경보전에 대한 인식변화가 환경당국의 규제, 기업체의 자발적 참여 등으로 인해 산업폐수의 처리실태는 과거에 비해 많이 개선되었지만, 전세계적으로 21세기에는 물부족 현상이 심화될 것으로 예측되고, 특히 우리나라는 강수량이 연중 고르지 못하고 장마철에 집중되어 있는바, 더욱 물부족 현상을 예측하게 한다.

폐수특성 및 폐수발생량에서 볼 때, 우리나라의 대표적인 오염산업으로 분류되는 염색공업 관련업체에서 배출되는 폐수량은 전체폐수량의 4.5%를 차지하고 있으며, 오염부하량(BOD부하량)은 전체의 약 24%를 차지하고 있어 공공수역에 미치는 영향은 매우 크다고 할 수 있다.

또한, 염색공장에서 배출되는 폐수는 하천에 방류될 경우 확산성이 매우 높아 미생물에 의한 자연적 정화작용을 방해하여 하천의 오염도를 증가시키고 수중의 생태계 마저 파괴시킬 우려가 있으며, 좁은 국토와 많은 인구로 인하여 점차로 상수원이 오염되고 있는 것이 현실이어서 이의 처리가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

Lin 등의 연구에서는 화학응집-전기응집-활성슬러지조의 결합된 공정 테스트에서 COD 제거율이 화학응집조에서 43.7%, 전기응집조에서 40%, 활성슬러지조에서 57.2%가 이루어져 총 85.4%의 COD 제거율을 획득하여 초기 569mg/L였던 COD가 101mg/L로 감소하였으며, 본 연구에서는 이러한 공정 순서의 재조합 및 직접적인 미생물 투입 등의 방법을 통하여 더 나은 결과를 모색하고자 하였다.

본 연구에서는 기존의 활성슬러지조를 별도로 사용할 필요가 없고, 원수조에 직접 미생물을 투입하여 일차적으로 원수의 오염물 부하를 낮추어 폐수처리설비의 부지를 크게 줄일 수 있는 장점을 지니고 있다. 또한, 응집장치와 전기분해장치에 걸리는 오염물 부하도 줄여 주는 효과를 극대화하여 처리효율을 높이고 슬러지의 발생량을 감소시키고자 하였다. 이는 후단의 처리공정(전기응집 등)에서 처리하기 힘든 유기물 성분을 선택적으로 제거하는 균주를 사용함으로써 가능하게 하였다.

실험방법

1. 사용 균주 및 생물학적 전처리

본 연구에 사용된 균주는 경기도 의정부시 T사의 염색폐수 및 슬러지를 근원시료로 하여 분리되었으며, 이중 선별된 균주인 Aeromonas salmonicida 등의 혼합균주를 사용하였다.

파일롯 규모의 폭기조에 투입할 균주들은 염색폐수의 COD와 색도제거에 있어 최적의 활성을 지니는 시점인 12시간 동안 배양하였다.

생물학적 처리 조건과 담체의 특성은 표 1과 표 2에 나타내었으며 좀 더 효율적인 운전을 위한 담체의 첨가시에는 폭기조 부피의 약 10%의 담체를 첨가하였다.

표 1. 폐수의 성상, 생물학적 처리 조건

항 목		조건 및 특성
폐수의 성상	pH	10.9
	온도	40℃
	COD	800∼1000mg/L
	MLSS (Mixed liquor suspended solids)	240mg/L
	Color (OD:381nm)	2.155
처 리 온 도		26∼30℃
폭기조 부피		1.5톤
DO (Dissolved oxygen)		3∼6mg/L
HRT (Hydraulic residence time)		2일

표 2. 담체의 화학적 및 물리적 특성

화학적 특성		활성탄이 함침되어 있는 구조 PU에 미분활성탄이 코팅
물리적 특성	부 피	1.3cm×1.3cm×1.3cm
	초기 밀도	0.21g/cm3
	공정중의 밀도	1.1g/cm3
	표면적	8.5071m2/g

2. 생물학적 전처리 이후의 공정

생물학적 전처리를 거친 폐수는 화학응집, 전기응집, 전기분해, 흡착공정을 통하여 배출되었다.

3. 결과 측정

COD와 MLSS는 Standard Methods에 따라 측정하였으며, DO의 측정은 DO Meter를 이용, 색도의 경우는 UV/VIS Spectrophotometer을 이용하여 측정하였다.

COD와 색도 제거율은 처리전과 처리후의 값을 측정하여 계산하였다.

결과 및 고찰

생물학적 전처리의 효과는 후단 공정의 오염물 부하 상당량의 감소를 가져왔으며, 이를 파일롯 규모의 테스트를 통하여 확인하였다.

생물학적 처리의 경우, 운전 24시간이 지난 후부터 폭기조에서 안정적으로 폐수가 처리됨을 알 수 있었고, 이는 실험실 규모의 회분식 결과를 토대로 하여 진행하였다. 0∼24시간까지는 생물학적 처리를 하기 위한 준비공정이 이루어지는 시기이며, 24시간 이후부터는 실질적으로 연속적인 폐수처리가 시작되는 시점을 나타내고 있다(그림 1).

생물학적 처리를 통하여 COD는 48%, 색도는 53%가 제거되었으며, 운전시간에 따른 MLSS는 95∼160mg/L의 변화를 보였다.

생물학적 처리에 있어서 초기단계에서 원수조에 직접 미생물을 투입하여 생물학적 처리를 한 결과, 최종처리 단계에서 생물처리를 하는 경우에 비해 15% 이상의 슬러지 발생량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다.

생물학적 전처리를 통한 오염물 부하의 감소로 인해 화학응집, 전기응집, 전기분해, 흡착의 단계를 거쳐 정화된 폐수를 배출할 수 있었으며, 이때의 COD는 98.3% 제거된 14mg/L, 색도는 99.9%의 제거율을 확인할 수 있었다.

각 공정 단계별로 발생하는 슬러지의 감소량은 상당할 것으로 예상되며, 이에 대한 연구는 계속적인 연구가 진행중에 있다. 또한 각 공정별 최적화를 통하여 더 나은 결과 도출을 위한 연구가 진행중에 있다.

그림 1. 염색폐수의 생물학적 처리 (□:폭기조에서의 COD; □:침전조에서의 COD; □:원수의 COD; □:침전조에서의 색도; □:폭기조에서의 MLSS; □:폭기조에서의 DO)

그림 2. 전체공정을 통한 염색폐수 처리 (S.W.:원수; B.T.:생물학적 처리; E.C.:전기응집; C.C.:화학응집; E.L.:전기분해; A.C.A.: 활성탄 흡착; □:COD; □:색도)

감사의 글

본 연구는 산업자원부 산업기반기술사업 연구개발비의 지원에 의해 수행되었으며, 이에 감사의 뜻을 표합니다.

참고문헌

1. George, T. and Frankline, L. B.: "Wastewater Engineering: Treatment. Disposal, Reuse" McGraw-Hill, Inc.(1991).

2. Lin, S. H. and Peng, C. F.: Water Research, 30, 587(1996).

3. Chen, G., Chai, X., Yue, P. and Mi, Y.: Journal of Membrane Science, 127, 93(1997).

4. Shan, S.S., Desai, J.D., Ramakrishna, C. and Bhatt N.M.: Journal of Fermentation and Bioengineering, 86, 215(1998).