대규모 도금폐수 처리장의 경제적인 생물학적 질소제거 방법 연구
A Study on the Economically Biological Nitrogen Removal Method at Large-scale Plating Wastewater Treatment Plants
초록/요약
국 문 요 약 우리나라 산업폐수의 질소제거는 개별사업장에서 원수 특성에 맞는 공법을 선정·운영하고 있으며, 2003년 1월 1일부터는 전국의 수질 1-4종 전 배출업소를 대상으로 질소·인 규제가 지역별 기준에 따라 시행되고 있다. 대규모 산업폐수 처리장의 질소제거 공법은 대부분 생물학적 처리방식을 적용되고 있으며, 하수분야 고도처리에는 주로 A2/O 프로세스가 근간을 이루고 있다. 그러나 도금, 피혁(원피가공 포함된 경우) 등 일부 사업장의 경우 폐수배출허용기준을 준수할 수 있는 검증된 공법이 마련되지 않은 상태에서 획일적인 기준을 적용한다는 것은 기업의 경쟁력만을 약화시키는 결과를 초래하고 있어 정부는 도금 및 피혁업종의 질소규제를 2008년까지 유예하여 기업의 경쟁력을 제고시키자 사회적인 합의를 이루었다. 도금폐수의 질소 발생원은 대부분 박리, 아연도금 크로메이트처리, 화학연마에 사용되는 질산과 무전해 니켈도금의 안정제인 티오뇨소-(NH2)2SC, 산성아연도금에 사용되는 염화암모늄과 불화암모늄, pH조정에 사용되는 암모니아수 등이다. 도금폐수는 질소성분 이외에도 다량의 시안화합물, 크롬화합물, 구리화합물, 불소, 염소이온, 계면활성제 등 여러 가지 무기물질 및 유해물질이 함유되어 있다. 시안 및 크롬화합물이 등이 다량 함유된 도금폐수는 유지관리비가 많이 요구되는 산화 및 환원 공정이 포함된 화학처리 공정의 조합으로 효과적으로 제거할 수 있으나 도금폐수 내에 포함되어 있는 질소 화합물은 처리 기술의 한계로 인하여 배출허용기준(60mg/L)을 안정적으로 준수 할 수 없다. 더욱이 도금업의 경우 대부분 영세하고, 지방 및 국가 산업단지 내에 조합 형태나 소규모 형태로 산재되어 있어 배출허용기준 강화에 대하여 능동적인 대처를 획일적으로 요구할 수 없는 상황이다. 본 연구에서는 난분해성 무기성 질소가 다량 함유되어 있는 도금폐수의 특성을 고려하여 안정적인 처리기술을 확보할 수 있도록 하고, 실용성을 검증하고자 공법별 Pilot Test를 1년간 수행하였다. 아울러 유지관리 비용을 산출하여 경제성도 면밀히 검토하였다. 도금폐수 질소제거에 적용된 공법은 생물학적 처리공법으로 종속영양 미생물공법인 MLE공법이다. 적용된 공법의 특성 및 필요 체류시간은 Table 1.1과 같다. 적 용 공 법공 법 특 징체류시간탈질/호기공정 (MLE공법)▸미생물을 이용한 생물학적 처리 ▸침전조 이용18hr 이상 Table 1.1 질소제거 특성 MLE공법은 탈질조(12hr), 포기조(6hr)로 구성되었으며 처리효율은 Table 1.2와 같다. 적 용 공 법처 리 수 질(T-N)처리효율탈질/호기공정 (MLE공법)25±5mg/L80% 이상 Table 1.2 질소제거 처리수질 Table 1.2와 같이 처리효율은 안정적이었으며, 처리비용은 Table 1.3과 같다. 적 용 공 법처 리 수 질(T-N)최저수온3-11월12-2월탈질/호기공정 (MLE공법)300원1,000원18℃ Table 1.3 질소제거 유지관리 비용 유지관리 비용 산정에 필요한 항목은 전력량, 약품 사용량, 슬러지 처리비용을 합산하여 구하였다. 유지관리 비용은 비교적 저렴하였으나, 동절기 유지관리비의 상승요인은 주로 생물반응기 가온에 필요한 Energy 비용이다. 도금폐수 중 질소제거를 안정적으로 수행하기 위해서는 도금공정과 원수 특성에 맞는 공법을 선정하는 것이 중요하나 전처리 공정인 화학처리 공정의 안정화 및 효율적인 원수관리 방안의 실행이 무엇보다 중요하다. 아울러 유지관리 특성과 유지관리 비용 및 사업장 특성에 맞게 운영한다면 배출허용기준 준수는 물론 보다 안정적인 환경관리가 가능할 것으로 판단된다.
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목 차
제1장. 서 론 1
1.1 연구 필요성 1
1.2 연구목적 3
1.3 연구방법 4
제2장. 문헌연구 5
2.1 생물학적 질소제거 공정 5
2.1.1 종속영양미생물을 이용한 탈질 6
2.1.2 종속영양미생물을 이용한 질산화 9
2.1.3 종속영양미생물 탈질공정 15
2.2 도금폐수의 특성 16
2.2.1 도금폐수의 발생 특성 16
2.2.2 도금공정별 폐수의 종류 19
2.2.3 폐수처리에 장애를 주는 약품 20
2.3 도금폐수 관리방안 23
2.3.1 유기물질 관리방안 24
2.3.2 질소화합물 관리방안 26
2.3.3 인 화합물 관리방안 26
2.4 도금폐수 처리 27
2.4.1 시안함유 폐수의 처리 27
2.4.2 시안을 함유하지 않은 폐수의 처리 30
2.4.3 도금폐수 처리공정 예시 32
제3장 실험방법 45
3.1 실험장치 45
3.2 운전방법 45
3.1 분석방법 46
제4장 도금폐수 중 질소제거 46
4.1 생물학적 처리공정을 이용한 질소제거 46
4.1.1 전 처리 공정 46
4.1.2 MLE 공정을 이용한 질소제거 49
4.1.3 설계인자 도출 51
4.2 MLE 공법의 적용성 분석 55
4.2.1 공정개요 55
4.2.2 MLE 공법의 처리특성 56
4.2.3 MLE 공정의 유지관리 58
4.2.4 화학처리 공법의 적용 61
4.2.5 MLE 공정 설계예시 63
제5장 결론 71
참고문헌 73
별 첨 75
