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문제 정의
- 따라서 본 원고에서는 선박폐수처리를 위한 새로운 공정개발의 사례를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 각 시설에 도입한 오존살균탈취장치의 용량을 감안하여 오존발생량 5g/hr, 폐수 용량 5㎥의 조건에서 오존반응시간 경과에 따른 악취변화, 탁도변화 등을 관찰하였고 가스측정기로 황화수소 농도치를 측정하여 비교하였다.
- 본 실험은 1차 오존처리를 한 원수를 비이커에 채취하여 기존 응집침전제와 대체용 약품 2종을 2000ppm의 농도로 투입하여 그 결과를 비교·분석하였다.
- 이와 같이 간이 실험에서 나타난 신규약품의 효과가 실제 작업환경에서도 동일한지를 확인하기 위하여 #3 저장조(펀드)에서 현장 적용실험 실시하였다. 약 5톤의 폐수에 신규 약품 10kg(처리농도 2,000ppm)을 투입하여 교반기를 이용 15분간 교반후, 약품과 교반한 처리수를 IAF(부상식 유수분리 장치)를 통과시킨 후 #4 pond에서 정치시켜 관찰하였다. 탁도 비교를 위해 교반 및 슬러지 정치 후, 상층수를 채취하여 관찰한 결과 과거 방류수보다 탁도가 월등히 개선되었고 악취발생량은 줄었다.
- 업체 2곳에서 약품 테스트 요청이 있어, 우리 공단의 마산 선박폐유수용시설에서 기존의 응집침전제와 대체용 응집침전제 약품A, B의 효과를 비교하기 위한 간이실험을 실시하였다.
- 오존살균탈취장치의 살균 및 탈취효과를 확인하기 위하여 완도 및 속초시설에서 현장적용실험을 실시하였다.
- 신규 폐수처리 공정에 적용할 수 있는 새로운 약품을 개발하기 위해 수처리 전문업체와 접촉하였으나 처리 대상 원수가 선박에서 발생하는 염분을 다량 함유한 바닷물인 관계로 대부분의 업체가 참여를 기피하였다. 이러한 과정 끝에 참여한 특정 업체와 많은 시행착오와 반복 실험을 통해 해수(염분) 중에 다량의 미생물과 각종 유해물질을 포함하고 있는 선박폐수를 정화할 수 있는 응집 침전제를 개발하게 되었다.
- 이와 같이 간이 실험에서 나타난 신규약품의 효과가 실제 작업환경에서도 동일한지를 확인하기 위하여 #3 저장조(펀드)에서 현장 적용실험 실시하였다. 약 5톤의 폐수에 신규 약품 10kg(처리농도 2,000ppm)을 투입하여 교반기를 이용 15분간 교반후, 약품과 교반한 처리수를 IAF(부상식 유수분리 장치)를 통과시킨 후 #4 pond에서 정치시켜 관찰하였다.
- 본 실험은 1차 오존처리를 한 원수를 비이커에 채취하여 기존 응집침전제와 대체용 약품 2종을 2000ppm의 농도로 투입하여 그 결과를 비교·분석하였다. 탁도와 응집 속도 비교를 위해 정치 후 1시간, 5시간, 20시간 경과 시마다 침전상태를 지속적으로 관찰하였다. 육안으로 관찰한 결과, 플록이 형성되어 침전되는 속도는 기존약품이 약 10분가량 소요된 반면, 약품A, B는 완전히 침전되기까지 하루 이상 소요되었으며 탁도 개선 효과 역시 기존의 약품이 가장 우수하였다(Fig.
대상 데이터
- 탁도 개선을 위한 약품 투입시점, 약품투입량 및 슬러지 발생량을 조사하기 위하여 해양환경공정시험방법에 따라 해양환경관리공단의 마산 선박폐유 수용시설에서 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 지속적으로 #3, #4, #5번 저장조에서 현장 적용실험을 한 결과, 약품의 농도, 교반속도, 부대환경 등에 따라 응집 반응결과가 달랐고 2,000ppm 농도의 약품, 60rpm 내외의 교반속도 및 플록보호를 위해 IAF 등 기타설비를 통과하지 않을 경우 최상의 응집효과를 나타내고 있었다. #2번, #3번 저장조에서는 유분의 영항으로 약품 응집반응에 지장을 초래하므로 #4번 저장조 이후 약품을 투입하여 교반하는 것이 효율적이었으며 악성 원수의 경우, 약품농도를 증가시키거나 1차 교반(약 3,000ppm) 후 약품을 추가 투입할 경우 효과적인 것으로 확인되었다(Table 2).
- 총인, 총질소 증가의 의미는 플랑크톤 증가에 따른 부영영화가 진행되어 녹조류 활성화 및 산소부족으로 어족자원이 줄어드는 결과를 초래한다. 13개 시설별 총인과 총질소의 수질결과는 과거 수질결과 대비 신규공정에서 전반적으로 개선되었다(Fig. 7 및 Fig. 8). 특히 총인의 경우는 개선공정 적용 전 과거 수치와 비교하여 진해, 제주, 서귀포 시설에서 개선효과가 상당히 컸다.
- Fig. 6과 같이 COD의 경우, 대부분의 시설에서 “가”지역 이하의 양호한 수준으로 수질이 개선되었으나 일부 시설(진해, 완도)에서는 신규 공정을 적용하였음에도 “나”지역 이하의 수준으로 평가되었기에 이에 대한 원인을 분석한 결과, 도출된 공통점은 첫째 폐수 보관중(선박/저장탱크 내) 원수 부패에 따른 COD 증가(악성원수), 둘째 약품 및 오존의 사용 환경(투입량, 반응시간) 차이로 나타났다.
- 대체용 약품A, B는 실공정에 투입할 경우 플록 형성 시간이 매우 길어 장시간 침전시켜야 하므로 2차적인 악취를 유발할 우려가 존재하였고, 최종방류수의 탁도가 높아 향후 민원을 초래할 가능성이 높을 것으로 사료되었다. 제반 사항을 검토한 결과, 기존의 약품을 유지하는 것으로 판단하였으며, 실험 결과를 약품 제조업체에 통보하여 문제점이 보완된 약품이 개발될 수 있도록 조치하였다.
- 이러한 개선공정의 적용을 평가하면, 첫째, 기존 공정에서 발생되어 작업환경에 악영향을 주던 황화수소, 암모니아 등의 악취를 악취공정시험방법에 의한 공기희석관능법으로써 확인한 결과 거의 느낄 수 없었고, 2007년과 2008년의 작업환경측정결과를 비교해 볼 때 황화수소, 암모니아, 유기화합물의 측정수치가 2008년에 전반적으로 낮아졌다. 둘째, 과거 공정에서 방류수탁도는 불투명한 옅은 황색을 보였으나 신규공정에서는 수돗물과 비슷한 투명한 탁도를 유지했다. 셋째, COD를 포함한 10개 항목의 수질은 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 상 평균적으로 과거 “나”지역 이하에서 “가”지역 이상으로 개선되었다.
- 둘째, 비용 절약을 고려한 경제적 가치에서 보면, 기존 공정에서 사용한 PU(전처리장치), IAF(부상식유수분리시설), 활성탄여과탱크 등을 사용하지 않고 공정을 간소화함으로써 전력비, 활성탄 여재 교체비용, 시설 교체·수리비 등을 절약할 수 있어서 전국의 13개 시설에서 연간 1억 6천만원의 예산을 절감할 수 있다.
- 본 실험은 먼저 마산 시설의 #3, #4, #5번 저장조(폰드)에서 비이커에 시료를 채취하여 신규약품과 일반 폐수처리장에서 사용하는 약품(황산알루미늄, 고분자응집제, 가성소다)을 각각 2,000ppm 및 3,000ppm의 농도에서 처리효과를 비교한 것으로써 실험 결과 신규 약품의 오염물질 응집력이 탁월하였으며 육안으로 관찰한 탁도 개선효과도 기존 약품에 비하여 월등히 높다는 사실을 알 수 있었다(Fig. 3).
- 신규 공정을 통한 전반적인 방류수질 개선효과 확인은 1차 육안으로 판정할 수 있고, 2차 후각으로 판정할 수 있으며, 3차 공인측정기관에서 측정한 수질분석결과를 통해 입증할 수 있었다. 상기 실험결과에서 언급하였듯이 육안으로 비교하였을 경우 과거에 비하여 깨끗한 탁도를 유지하고 있고, 후각판정은 악취공정시험방법에 의한 공기희석관능법으로 측정하여 악취를 거의 느끼지 못하며, 수질개선효과는 수치상으로 과거 방류수질과 비교하여 상당부분 개선됨을 확인할 수 있었다.
- 새로 도입된 공정은 기존의 시설에 전혀 변형을 주지 않고 오존 발생기와 약품 교반기와 투입기를 추가 설치하고, 필요 없는 공정을 배제하여 전체 처리공정을 대폭 줄일 수 있었으며, 폐수 처리 효율은 획기적으로 개선시켰다. 신규 폐수처리 공정을 요약하면, Fig.
- 새로운 선박 폐수처리 공정은 과거에 비해 3～4 단계의 공정을 줄이면서도 관련 법규에서 정한 폐수의 유분농도 뿐만 아니라 콜로이드물질, ABS, 인, 질소 등 난분해성 유기물질과 미생물 분해에 의한 악취 등 각종 유해물을 효과적이고 혁신적으로 저감시킬 수 있다.
- 셋째, COD를 포함한 10개 항목의 수질은 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 상 평균적으로 과거 “나”지역 이하에서 “가”지역 이상으로 개선되었다.
- 셋째, 이 개선공정에 대한 방법특허 출원이 완료되면 본 특허 공정을 사회적으로 활용함으로써 염분을 함유한 폐수를 처리하는 업체(음식물쓰레기 처리업체 등)에서 적용 가능성에 대한 기본 토대를 마련하였다는 점에서 큰 의의가 있다.
- 신규 공정을 통한 전반적인 방류수질 개선효과 확인은 1차 육안으로 판정할 수 있고, 2차 후각으로 판정할 수 있으며, 3차 공인측정기관에서 측정한 수질분석결과를 통해 입증할 수 있었다. 상기 실험결과에서 언급하였듯이 육안으로 비교하였을 경우 과거에 비하여 깨끗한 탁도를 유지하고 있고, 후각판정은 악취공정시험방법에 의한 공기희석관능법으로 측정하여 악취를 거의 느끼지 못하며, 수질개선효과는 수치상으로 과거 방류수질과 비교하여 상당부분 개선됨을 확인할 수 있었다.
- 신규 응집침전제와 오존살균탈취장치를 병행 사용한 1차 실험결과를 토대로 잔여 11개 시설을 포함한 13개 시설에 대하여 신규공정을 적용 확대하여 ’08년 1월에서 9월까지 방류수질을 분석·비교한 결과, 13개 시설 중 9개 시설은 “가”지역 또는 “청정”지역 수질 수준3)이었고 4개 시설은 “나”지역 이하의 수준에 그쳤다(Table 5).
- 신규약품과 오존살균탈취장치를 사용한 새로운 공정에 대하여 방류수질을 분석한 결과, 속초시설의 경우 COD 등 10개 항목의 수질이 당초 ‘수질 및 수생태계 보전에 관한 법률’상 “나”지역 이하의 수준에서 “가”지역으로, 완도 시설의 경우 “청정”지역에 육박하는 개선효과를 나타냈다.
- 약품A는 SS, T-N의 제거효율이 높았으며, 약품B는 BOD, COD, T-P 등의 제거효율이 높은 결과를 보였다(Table 7). 그러나 약품A의 경우, 약품 투입 후 pH값이 상대적으로 많이 떨어져 약산성의 범위에 속하였으며 약품사용량을 늘릴 경우 pH를 조정하기 위한 후속 공정이 도입되어야 했다.
- 탁도와 응집 속도 비교를 위해 정치 후 1시간, 5시간, 20시간 경과 시마다 침전상태를 지속적으로 관찰하였다. 육안으로 관찰한 결과, 플록이 형성되어 침전되는 속도는 기존약품이 약 10분가량 소요된 반면, 약품A, B는 완전히 침전되기까지 하루 이상 소요되었으며 탁도 개선 효과 역시 기존의 약품이 가장 우수하였다(Fig. 10).
- 응집침전제와 오존살균탈취장치 도입으로 폐수 처리 효율이 획기적으로 개선되었으나, “나”지역 이하 판정 등급을 받은 4개 사업소를 기준으로 수질을 분석해 본 결과, 타 항목에 비하여 COD, n-H광유류, 질소, 인의 수치가 상대적으로 높아 추가로 이를 개선하기 위한 방안이 검토되었다.
- 이러한 개선공정의 적용을 평가하면, 첫째, 기존 공정에서 발생되어 작업환경에 악영향을 주던 황화수소, 암모니아 등의 악취를 악취공정시험방법에 의한 공기희석관능법으로써 확인한 결과 거의 느낄 수 없었고, 2007년과 2008년의 작업환경측정결과를 비교해 볼 때 황화수소, 암모니아, 유기화합물의 측정수치가 2008년에 전반적으로 낮아졌다. 둘째, 과거 공정에서 방류수탁도는 불투명한 옅은 황색을 보였으나 신규공정에서는 수돗물과 비슷한 투명한 탁도를 유지했다.
- 대체용 약품A, B는 실공정에 투입할 경우 플록 형성 시간이 매우 길어 장시간 침전시켜야 하므로 2차적인 악취를 유발할 우려가 존재하였고, 최종방류수의 탁도가 높아 향후 민원을 초래할 가능성이 높을 것으로 사료되었다. 제반 사항을 검토한 결과, 기존의 약품을 유지하는 것으로 판단하였으며, 실험 결과를 약품 제조업체에 통보하여 문제점이 보완된 약품이 개발될 수 있도록 조치하였다.
- 지속적으로 #3, #4, #5번 저장조에서 현장 적용실험을 한 결과, 약품의 농도, 교반속도, 부대환경 등에 따라 응집 반응결과가 달랐고 2,000ppm 농도의 약품, 60rpm 내외의 교반속도 및 플록보호를 위해 IAF 등 기타설비를 통과하지 않을 경우 최상의 응집효과를 나타내고 있었다. #2번, #3번 저장조에서는 유분의 영항으로 약품 응집반응에 지장을 초래하므로 #4번 저장조 이후 약품을 투입하여 교반하는 것이 효율적이었으며 악성 원수의 경우, 약품농도를 증가시키거나 1차 교반(약 3,000ppm) 후 약품을 추가 투입할 경우 효과적인 것으로 확인되었다(Table 2).
- 첫째, 환경적 기여 측면에서 보면, 기존 공정에서 발생한 악취·유해가스를 근본적으로 제거하고 오염된 배출수의 해상방류를 차단, 해양환경관리법상 폐기물 배출 총량규제 적용에 따른 능동적인 배출규제 적용이 가능하며 악취·유해가스 제거를 통한 작업자의 안전보건과 청결 위생에 큰 역할을 하는 의미가 있다.
- 해수내의 총인과 총질소량은 수질의 부영양화에 밀접한 관련이 있다. 총인, 총질소 증가의 의미는 플랑크톤 증가에 따른 부영영화가 진행되어 녹조류 활성화 및 산소부족으로 어족자원이 줄어드는 결과를 초래한다. 13개 시설별 총인과 총질소의 수질결과는 과거 수질결과 대비 신규공정에서 전반적으로 개선되었다(Fig.
- 약 5톤의 폐수에 신규 약품 10kg(처리농도 2,000ppm)을 투입하여 교반기를 이용 15분간 교반후, 약품과 교반한 처리수를 IAF(부상식 유수분리 장치)를 통과시킨 후 #4 pond에서 정치시켜 관찰하였다. 탁도 비교를 위해 교반 및 슬러지 정치 후, 상층수를 채취하여 관찰한 결과 과거 방류수보다 탁도가 월등히 개선되었고 악취발생량은 줄었다. 이때, 기존 공정에 포함된 IAF(Induce Air Flotation)설비를 통과할 경우 슬러지 플록이 깨져 탁도가 혼탁해졌다.
- 8). 특히 총인의 경우는 개선공정 적용 전 과거 수치와 비교하여 진해, 제주, 서귀포 시설에서 개선효과가 상당히 컸다.
- 합성세제에 의한 해양오염도의 지표로 활용되는 ABS의 분석결과(Fig. 9)를 볼 때, 본 개선공정을 통하여 과거 ABS 값에 비하여 전반적인 개선효과를 확인할 수 있었다.
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