수질복원센터와 폐기물연료화시설 악취특성 및 개선방안 연구
A Study on Odor Characteristics and Deodorization Improvement in Sewage Treatment Plant and Mechanical Biological Treatment Solid Refuse Fuel Plant
초록/요약
수질복원센터와 폐기물연료화시설은 지역공동체와 밀접하게 생활하면서 발생되는 하수와 폐기물을 안정하게 처리하는 친환경시설이나, 악취로 인하여 공원 및 휴게공간으로 중요한 역할을 못하고 있어 실험을 통하여 처리공정별 악취의 원인분석과 악취특성을 고찰하고 개선하는데 그 목적이 있다. 생활하수는 하수관로를 따라 수질복원센터로 집결된다. 수질복원센터는 도시의 하수를 단계적, 순차적으로 물리적, 화학적, 생물학적 처리공정으로 깨끗하게 재활용이 가능하도록 복원한다. 악취는 유입하수, 모래, 협잡물, 스크린이 있는 유입시설, 1차 침전지, 혐기조, 폭기조가 있는 생물반응조, 슬러지처리시설, 음식물쓰레기 처리시설, 저장시설 등에서 발생한다. 악취 특성을 측정, 분석하기 위하여 복합악취와 지정악취를 각각 측정하였다. 지정악취는 22종으로 악취물질을 산성, 중성 및 염기성으로 분류한다. 복합악취와 지정악취의 상관관계, 악취강도, 악취기여도를 분석하였다. 악취는 슬러지처리시설에서 가장 높게 발생하였으며, 수질복원센터의 악취는 황화합물이 기여도가 가장 높았다. 황화합물 중 황화수소와 메틸메르캅탄이 높게 기여하고 있다. 복합악취와 황화수소의 상관관계는 높게 유의미하였다. 하수처리시설에서 발생되는 고농도의 악취는 유지관리를 수행하는 작업자들의 현장 접근을 어렵게 할 뿐만아니라 호흡기 건강에도 나쁜 영향을 주고 있다. 높은 농도의 악취가 시설 외부로 방출되면 주민들로부터 민원이 발생하기에 악취를 차단하고 방지하는 시설이 더욱 중요하다. 악취방지시설은 생물학적인 바이오필터를 사용하고 있었다. 즉 수질복원센터에 유입시설, 생물반응조, 슬러지처리시설, 음식물쓰레기 처리시설 및 저장보관시설의 악취발생원에 악취 흡입덕트를 설치하여 송풍기로 악취를 유인하여 바이오필터로 악취를 제거하였다. 부실한 악취 흡입덕트, 공정별 악취 누기, 바이오필터의 부실한 운영으로 배출구에서 악취가 증가하였다. 생물학적인 바이오필터는 고농도 악취에 탈취성능의 한계가 있어 개선이 필요하였다. 수질복원센터에서 지정악취물질 성분을 분석하여 약액세정 파일럿 실험과 실증실험을 하였다. 다단계 약액세정시설을 신설하였으며, 약액세정은 차아염소산나트륨, 수산화나트륨, 활성탄과 연결로 유입악취의 91% 이상을 제거하였다. 이로서 악취방지법의 기타지역 배출허용기준의 이내로 처리가 가능하였다. 악취방지법의 부지경계에서 측정한 복합악취는 3배수 이하로 나타났다. 폐기물연료화시설은 생활폐기물을 재생연료로 만드는 시설이다. 도시의 생활폐기물 중에서 종량제 봉투의 가연성 폐기물과 음식물쓰레기는 집하장까지 진공수송관로로 수거한다. 악취는 폐기물 반입시설, 선별시설, 건조 및 성형시설, 저장시설에서 각각 발생하였다. 악취 특성을 분석하기 위하여 복합악취와 지정악취를 각각 측정하였다. 복합악취와 지정악취의 상관관계, 악취강도 및 악취기여도를 분석하였다. 악취는 건조 및 성형시설에서 가장 높게 발생하였다. 폐기물연료화시설의 악취는 지방산의 기여도가 가장 높았다. 악취기여는 n-뷰티르산, i-발레르산, 트라이메틸아민 순이었다. 복합악취와 지방산의 상관관계는 높게 유의미하였다. 폐기물연료화시설의 악취방지시설은 약액세정시설, 저온산화플라즈마, 산소클러스터 및 축열식 고온산화을 다양하게 사용하고 있었다. 폐기물연료화시설의 폐기물 반입시설, 선별시설, 건조 및 성형시설, 저장시설의 각각 악취발생원에 악취 흡입덕트를 설치하고 송풍기로 악취를 유인하여 악취방지시설에서 악취를 제거한다. 악취는 다양한 종류의 악취방지시설에서 감소되었으나 고농도 악취는 처리에 한계가 발생하였다. 또한 악취 유입덕트 부족, 여러공정에서 악취 누기 및 악취방지시설 개선이 필요하였다. 폐기물연료화시설에서 지정악취 물질 성분을 분석하여 약액세정 파일럿 실험과 실증실험을 하였다. 악취 민원을 해소하기 위하여 약액세정 파일럿을 확대하였으며 기존의 축열식 고온산화와 다단계 약액세정시설을 연결하고, 저농도는 별도의 약액세정시설을 만들었다. 고농도 악취는 축열식 고온산화와 약액세정시설로 탈취한 결과 효율은 99%이었다. 악취방지법의 부지경계에서 측정한 복합악취는 3배수로 나타났으나, 복합악취 농도가 낮은 것은 수치상의 문제이고 실제로는 악취가 발생한 것으로 생각하였다. 본 연구로 인하여 습득한 개선방안은 복합악취가 악취방지법의 기타지역 배출허용기준이내로 측정되었으나 악취 민원이 줄지 않았다. 따라서 복합악취 측정 후 계산방법을 최대값, 최소값을 제외하고 측정하는 부분을 “최소값, 차 최소값”을 제외하고 기하평균하면 기존보다 2.3배 증가되어 악취 관능에 현실성이 있을 것으로 사료되었다. 악취관련기준은 악취도, 복합악취, 지정악취 및 냄새지수 간에 상호 연계가 되지 않아서 모두를 연결할 수 있는 “악취도 7단계” 제시하였다. 복합악취와 지정악취의 측정 및 분석결과 상관관계가 없는 경우가 발생되고 있어 과다한 측정이 되고 있다. 경제성을 감안하여 악취방지시설의 배출구 22종, 부지경계 12종, 배출수 황화물 6종 측정하는 것을 제시하였다. 복합악취의 측정 시 최고농도와 최저농도가 너무 많은 차이가 발생하는 불합리성이 있었다. 복합악취 농도를 상용로그 값에 10을 곱한 “냄새지수=10*log(복합악취)”의 신설을 제시하였다.
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구배경 및 목적 1
제2절 연구범위 및 내용 5
제2장 문헌연구 7
제1절 악취의 개요 7
1. 악취의 정의 7
2. 악취의 특성 9
3. 악취의 발생원, 발산원, 배출원 11
4. 악취가 인체에 미치는 영향 14
제2절 최소감지농도 및 악취강도 15
1. 악취측정방법 15
2. 최소감지농도 16
3. 악취강도 산정 23
4. 악취도 24
제3절 악취물질 처리방법 25
1. 악취방지시설의 탈취능력 평가 25
2. 지정악취물질 처리성능 평가 28
3. 악취방지시설의 비교 29
제4절 선행연구 동향 30
1. 수질복원센터의 선행연구 30
2. 환경기초시설의 선행연구 34
3. 폐기물처리시설의 선행연구 37
제5절 악취관리 및 공공환경시설 현황 41
1. 악취 판단기준 41
2. 악취 민원 현황 42
3. 공공하수처리시설 운영현황 43
4. 폐기물연료화시설 현황 44
제3장 실험방법 45
제1절 연구의 개요 45
1. 시료의 준비 45
2. 실험조건 46
3. 측정지점 및 분석항목 47
제2절 시료 채취 및 분석 방법 48
1. 복합악취 48
2. 지정악취물질 51
제4장 수질복원센터의 악취특성 및 개선방안 65
제1절 악취 발생원 65
제2절 복합악취의 측정 및 분석 67
1. 유입부분, 전처리시설, 생물반응시설의 복합악취 분석 68
2. 슬러지처리시설의 복합악취 분석 70
3. 음식물쓰레기 처리시설의 복합악취 분석 71
4. 소화조의 복합악취 분석 72
5. 고화시설의 복합악취 분석 73
6. 복합악취 측정기준 개선 74
제3절 지정악취 물질의 특성분석 75
1. 주요 악취 물질의 경시적 변화 80
2. 유입시설의 지정악취 물질분석 81
3. 전처리시설의 지정악취 물질분석 83
4. 생물반응조의 지정악취 물질분석 85
5. 슬러지처리시설의 지정악취 물질분석 87
6. 음식물쓰레기 처리시설의 지정악취 물질분석 90
7. 소화설비의 지정악취 물질분석 92
8. 고화처리시설 지정악취 물질분석 94
제4절 복합악취와 지정악취의 상관관계 분석 96
1. 복합악취와 지정악취의 상관관계 97
2. 황화합물류와 복합악취의 상관관계 98
3. 알데하이드류와 복합악취의 상관관계 100
4. 슬러지처리시설의 복합악취와 지정악취의 상관관계 101
5. 음식물쓰레기 처리시설의 복합악취와 지정악취의 상관관계 102
6. 고화시설의 복합악취와 지정악취의 상관관계 103
제5절 악취방지시설의 악취 특성 및 분석 104
1. 악취방지시설의 복합악취 측정 및 분석 104
2. 악취방지시설의 지정악취 측정 및 분석 107
제6절 악취물질 제거를 위한 파일럿 실험 112
1. 미세먼지 제거실험 113
2. 메틸메르캅탄, 다이메틸설파이드, 다이메틸다이설파이드 실험 115
3. 미량의 잔류악취물질 흡착실험 118
제7절 수질복원센터 악취방지시설의 실증실험 119
1. 약액세정시설의 복합악취 실험 120
2. 약액세정시설의 지정악취물질 실험 124
3. 수질복원센터의 악취방지시설 공정 개선 130
제5장 폐기물연료화시설의 악취특성 및 개선방안 131
제1절 악취발생원 131
제2절 복합악취농도 측정 및 분석 135
1. 유입 부분의 복합악취 분석 138
2. 선별시설의 복합악취 분석 139
3. 건조 및 성형시설의 복합악취 분석 140
4. 저장시설의 복합악취 분석 141
제3절 지정악취 물질의 특성분석 142
1. 유입시설 지정악취 물질분석 146
2. 선별시설 지정악취 물질분석 148
3. 건조 및 성형시설 지정악취 물질분석 150
4. 저장시설 지정악취 물질분석 152
제4절 복합악취와 지정악취 물질의 상관관계 분석 154
1. 복합악취와 지정악취의 상관관계 154
2. 지방산류와 복합악취의 상관관계 155
3. 질소화합물, 황화합물, 알데하이드류와 복합악취의 상관관계 156
4. 건조성형시설의 복합악취와 지정악취의 상관관계 157
5. 저장시설의 복합악취와 지정악취의 상관관계 158
제5절 악취방지시설의 악취 특성 및 분석 159
1. 악취방지시설의 복합악취 160
2. 악취방지시설의 지정악취물질 162
제6절 악취물질 제거를 위한 파일럿 실험 168
1. 1단 공정별 탈취실험 169
2. 2단 복합공정별 탈취실험 171
3. 3단 복합공정 탈취실험 173
4. 약액의 온도변화에 따른 처리효율 변화실험 175
제7절 폐기물연료화시설 악취방지시설의 실증실험 177
1. 상수사용량 변화실험 178
2. 약품 투입량의 변화실험 181
3. 약품 투입 방법의 변화실험 184
4. 악취방지시설의 복합악취 특성 186
5. 악취방지시설의 지정악취 특성 188
제8절 악취 농도 표시방법 개선 190
1. 악취기준 사례조사 190
2. 복합악취 농도표시 제시 193
제6장 결론 199
참고문헌 203
