[논문]염색폐수 처리공정의 온실가스 배출량 산정 및 환경성 평가

신춘환; 박도현

doi:10.5322/jesi.2014.23.11.1881

[국내논문] 염색폐수 처리공정의 온실가스 배출량 산정 및 환경성 평가
Estimation of Greenhouse Gas Emissions and Environmental Assessment of Dye Wastewater Treatment Process 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.23 no.11, 2014년, pp.1881 - 1888

신춘환 (동서대학교 에너지환경공학과) , 박도현 (부산패션칼라산업협동조합 에너지.환경연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Greenhouse gas (GHG) emissions from dye wastewater treatment processes were estimated by analysing their mass and energy balances, which were then used as baseline information for environmental assessment. The total GHG emissions from dye wastewater treatment plants were divided into direct emissions from the treatment processes and indirect ones from electricity usage. The amounts of $CO_2$, $CH_4$ and $N_2O$ emissions were calculated according to the Intergovernmental Panel on Clime Change (IPCC) guideline for the GHG target management system. For 3 years between 2011 and 2013, direct and indirect emissions were on average 8,742.7 and 7,892.0 Ton.$CO_2eq/year$, respectively, with the former exhibiting 52.6 %. Also, compared to 2012, in 2013, the eco-efficiency indicator by the GHG emissions was found to be more than 1, suggesting that environmental quality was effectively improved.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 부산패션칼라 산업의 염색폐수 처리장을 표본 공정으로 선택하고 2006년 IPCC 가이드라인과 2011년 우리나라에서 발표한 온실가스 에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침을 적용하여 온실가스 배출량을 산정하고자 하였다. 또한 처리 공정의 배출원 구분에 따라 최근 3년(2011 2013) 동안을 폐수처리공정에서 발생하는 직접 배출과 전기사용량으로 계산되는 간접 배출로 구분하여 온실가스 배출량을 산정하였으며 이 기간 동안의 직접 배출 및 간접배출의 평균값으로부터 온실가스 배출원에 대한 비율을 제시하고자하였다.
또한 처리 공정의 배출원 구분에 따라 최근 3년(2011 2013) 동안을 폐수처리공정에서 발생하는 직접 배출과 전기사용량으로 계산되는 간접 배출로 구분하여 온실가스 배출량을 산정하였으며 이 기간 동안의 직접 배출 및 간접배출의 평균값으로부터 온실가스 배출원에 대한 비율을 제시하고자하였다. 이와 같이 산출한 온실가스의 발생량으로부터 생태 효율성(Lowe, 2001; Sanna 등, 2005; Schaltegger 과 Sturm; 1992) 지수를 제시하면서 환경 개선 효과를 진단할 수 있는 기초 자료를 마련하고자 하였다.

제안 방법

이러한 결과는 폐수 처리량에 따른 사용 약품의 소요량의 증가와 전기 사용량의 증가에 따른 당연한 결과로 해석이 가능하다. 또한 생태효율성 지수(Factor)는 평가년도의 생태효율성을 비교년도의 생태효율성으로 나눈 값으로 비교년도와 평가년도의 폐수 처리량이 같다고 가정하여 1 이상 이면 비교년도보다 평가년도의 오염물질 발생양이 적다는 것을 의미하고 1 이하면 비교년도보다 평가년도의 오염물질 발생양이 많다고 정의할 수 있기 때문에(Shin 등, 2013) 본 연구에서는 Table 4와 같이 2011년 2013년 공정별 온실가스 배출량을 산출하여 2012년과 2013년을 평가년도로 설정하였으며 평가년도에 대한 각각의 전년도를 비교년도로 설정하였다.
따라서 본 연구에서는 부산패션칼라 산업의 염색폐수 처리장을 표본 공정으로 선택하고 2006년 IPCC 가이드라인과 2011년 우리나라에서 발표한 온실가스 에너지 목표관리 운영 등에 관한 지침을 적용하여 온실가스 배출량을 산정하고자 하였다. 또한 처리 공정의 배출원 구분에 따라 최근 3년(2011 2013) 동안을 폐수처리공정에서 발생하는 직접 배출과 전기사용량으로 계산되는 간접 배출로 구분하여 온실가스 배출량을 산정하였으며 이 기간 동안의 직접 배출 및 간접배출의 평균값으로부터 온실가스 배출원에 대한 비율을 제시하고자하였다. 이와 같이 산출한 온실가스의 발생량으로부터 생태 효율성(Lowe, 2001; Sanna 등, 2005; Schaltegger 과 Sturm; 1992) 지수를 제시하면서 환경 개선 효과를 진단할 수 있는 기초 자료를 마련하고자 하였다.
여기서 화학반응공정, 가압부상공정, 밀폐식순산소폭기공정, 침전공정을 거쳐 하수종말처리장으로 방류하는 시스템을 온실가스 배출량 산정의 기본 공정으로 설정하였다.
온실가스 배출원은 폐수처리 공정에 의한 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)의 직접배출과 전기 사용에 의한 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O)의 간접배출로 구분하였으며 각각의 배출원에서 발생되는 온실가스 배출량을 계산하여 이산화탄소량으로 환산하여 산정하였다.
유입된 폐수의 처리과정에 대한 세부 공정은 침사지, 집수조, 1차 반응조, 가압부상조, 폭기조, 침전조, 2차 반응조, 방류조로 구분하였으며 각 공정별로 2013년의 투입량 및 배출량을 계산하여 Fig. 2와 같이 폐수처리전 공정에 대한 물질수지 및 에너지수지를 작성하여 (Shin과 Park, 2013; 2013) 분석의 기본 자료로 활용 하였다.

이론/모형

폐수처리 공정은 현재 온실가스 • 에너지 목표관리제(Min. of Enviton. 2014)에서는 호기성에 의한 폐수처리는 배출량 산정을 하지 않기 때문에 2006 IPCC 가이드라인(IPCC, 2006)의 산출방법을 이용하였으며, 메탄(CH4)의 배출계수는 IPCC 가이드라인에서 제시하는 기본값인 0.25 kg • CH4/kg • COD, 아산화질소 (N2O)의 배출계수는 IPCC 가이드라인에서 제시하는 기본값인 0.005 • kg N2O/kg • N을 사용하였다.

성능/효과

1. 폐수처리장에서 발생되는 온실가스는 폐수처리 공정에 의한 직접배출과 전력 사용으로 인한 간접배출이 대부분을 차지하며 폐수처리에 의한 발생량은 2011년, 2012년, 2013년 각각 8,469, 8,762, 8,997 Ton CO₂eq/year, 전기사용량에 의한 발생량은 7,727, 7,989, 7,960 Ton • CO₂eq/year로 계산되어 폐수 처리 공정에서 발생되는 온실가스가 전체 발생량의 약 53%를 차지하고 있음을 확인하였다.
2. 2011년, 2012년, 2013년 각각에 대한 총괄 온실가스 배출량이 16,196, 16,751, 16,957 Ton • CO₂eq/year 로 계산된 결과는 유입폐수 증가 및 음식물 폐수의 병합처리로 인한 유입 유기물 농도의 증가로 소폭 상승하는 현상을 보이고 있으나 공정 개선을 통해 폐수처리 물량에 대비한 전력 사용량의 감소 등의 원인으로 원단위는 감소하는 현상을 나타내고 있다. 이는 전 공정의 운전 중에 발생하는 온실가스의 양이 소폭 증가하더라도 폐수처리 효율성이 더욱 많은 증가 현상을 보였기 때문으로 판단된다.
3. 폐수처리장에 대한 생태효율성은 2011년도 대비 2012년도는 factor가 1 이하로 생태효율이 약간 낮으나, 2012년도 대비 2013년도는 factor는 1 이상으로 생태효율성이 상승하고 있음을 확인하였다. 이는 온실가스 배출량에 대한 공정 개선을 통해 단위 공정별 생태효율성이 상승하는 것으로 평가된다.
이는 2011~2013년 3년 동안의 공정개선의 결과 (Park과 Chung, 2010)로 해석된다. 따라서 각 평가년도의 생태효율성 보다는 비교년도에 대한 평가년도의 생태효율성 지수를 온실가스 감축을 위한 공정개선의 지표로 활용하는 것이 바람직하다는 판단이 가능하며 본 연구의 표본 처리장과 같은 호기성 폐수처리 공정에서 발생되는 직접 배출 온실가스는 공정의 변경 이외에는 저감 방법이 없다고 판단하면(Oh 등, 2011; Jeon 등, 2003) 생태효율성이 상대적으로 우수한 전력 사용에 의한 간접배출 온실가스 발생량을 감소시키는 에너지 저감 대책으로 총괄 온실가스 배출량을 감소시키는 방안을 모색해야 한다는 결론을 얻을 수 있었다.
00117 Ton CO₂/Ton 으로 나타나는 결과와 일치하고 있다. 또한 생태효율성 지수는 2011년도 대비 2012년 도의 폐수처리공정에서 0.9898, 전력사용량에 대해서는 0.9904로 계산되어 전체적으로는 0.9901로 전년 대비 factor가 1 이하로 생태효율이 약간 낮으나, 2012년도 대비 2013년도는 폐수처리공정에서 1.0146, 전력사용량으로 부터는 1.0456으로 계산되어 전체적으로는 1.0291 로 factor가 1 이상인 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 단위 공정별 폐수처리에 대한 온실가스 배출량이 다소 증가 하더라도 연구기간인 3년간의 전체적으로는 생태효율성 지수가 상승하는 것으로 평가 할 수 있다.
4의 결과 및 Table 4의 생태효율성을 계산한 값으로부터 폐수처리장의 온실가스 생태효율성 지수를 계산하여 Table 5에 나타내었다. 여기서 보면 직접배출 및 간접배출 각각에 대한 생태효율성은 2011년의 747.11, 818.84, 2012년의 739.47, 810.84, 2013년의 750.26, 847.98 로 나타나고 있어 직접배출원과 간접 배출원의 생태효율성은 전기사용량에 따른 간접배출원의 생태효율성이 폐수처리장 운전의 직접배출원의 생태효율성 보다 우수하다는 결과를 확인 할 수 있다. 이는 폐수 1 Ton 당 발생되는 온실가스량은 2011, 2012, 2013년 각각에 대하여 직접배출은 0.
폐수 처리장의 전 공정에 대한 생태효율성(EE)은 각 공정의 온실가스 발생량으로 폐수처리량을 나눈 값으로 정의하였으며 EE의 계산을 위해 2011년, 2012년, 2013년의 폐수처리량에 대한 온실가스 발생량을 Table 4에 나타내었다. 여기서 보면 폐수처리량이 증가 할수록 직접배출 및 간접배출 각각의 온실가스 발생량도 증가하고 있는 사실을 확인 할 수 있다. 이러한 결과는 폐수 처리량에 따른 사용 약품의 소요량의 증가와 전기 사용량의 증가에 따른 당연한 결과로 해석이 가능하다.
현재 온실가스 • 에너지 목표관리제에서는 혐기성 폐수처리에 대하여 온실가스를 산정하고 호기성 폐수처리에 대하여 온실가스 산정을 하지 않으나 기업의 환경성 평가 측면에서 IPCC 가이드라인을 이용하여 부산 패션칼라산업의 호기성 폐수처리 공정에 대하여 분석한 결과에 의하면 폐수처리장에서 발생되는 온실가스는 폐수처리에 의한 직접배출과 전력 사용으로 인한 간접배출이 대부분을 차지하며 폐수처리에 의한 발생량은 2011년, 2012년, 2013년 각각 8,469, 8,762, 8,997 Ton CO2eq/year, 전기사용량에 의한 발생량은 7,727, 7,989, 7,960 Ton CO2eq/year로 계산되어 폐수 처리 공정에서 발생되는 온실가스가 전체 발생량의 약 53%를 차지하고 있음을 확인하였다.

후속연구

4. 결과적으로 호기성 폐수처리 공정에서 발생되는 직접 배출 온실가스는 공정의 변경 이외에는 저감 방법이 없다고 판단하면 전력 사용에 의한 간접배출 온실가스 발생량을 감소시키는 에너지 저감 대책으로 총괄 온실가스 배출량을 감소시키는 방안을 모색해야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자발적 온실가스 감축을 위해서 기업은 어떤 노력이 필요한가?	여기서 자발적 온실가스 감축을 위해서는 환경과 경제의 선순환을 위한 녹색성장을 추구하며 기업의 성장을 환경 친화적으로 전환시킨다는 기업 차원의 목표를 달성함과 동시에 국가 시책에 부응하는 기업으로서의 온실가스 감축에 대한 노력이 절실한 시점이기도 하다. 이러한 관점에서 기업은 온실가스 감축을 위한 환경 개선과 더불어 생태 효율성 분석에 의한 환경성 평가의 결과를 제시할 의무가 대두되고 있기 때문에 각 공정에서 발생하는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 과 같은 온실가스에 대한 배출량을 산정하는 일차적인 과정이 필요하다(Min.
	부산패션칼라산업의 폐수처리장에 대한 물질수지 및 에너지수지로 부터 온실가스 배출량을 계산하여 얻은 결론은 무엇인가?	1. 폐수처리장에서 발생되는 온실가스는 폐수처리 공정에 의한 직접배출과 전력 사용으로 인한 간접배출이 대부분을 차지하며 폐수처리에 의한 발생량은 2011년, 2012년, 2013년 각각 8,469, 8,762, 8,997 Ton CO2eq/year, 전기사용량에 의한 발생량은 7,727, 7,989, 7,960 Ton CO2eq/year로 계산되어 폐수 처리 공정에서 발생되는 온실가스가 전체 발생량의 약 53%를 차지하고 있음을 확인하였다. 2. 2011년, 2012년, 2013년 각각에 대한 총괄 온실가스 배출량이 16,196, 16,751, 16,957 Ton CO2eq/year 로 계산된 결과는 유입폐수 증가 및 음식물 폐수의 병합 처리로 인한 유입 유기물 농도의 증가로 소폭 상승하는 현상을 보이고 있으나 공정 개선을 통해 폐수처리 물량에 대비한 전력 사용량의 감소 등의 원인으로 원단위는 감소하는 현상을 나타내고 있다. 이는 전 공정의 운전 중에 발생하는 온실가스의 양이 소폭 증가하더라도 폐수처리 효율성이 더욱 많은 증가 현상을 보였기 때문으로 판단된다. 3. 폐수처리장에 대한 생태효율성은 2011년도 대비 2012년도는 factor가 1 이하로 생태효율이 약간 낮으나, 2012년도 대비 2013년도는 factor는 1 이상으로 생태효율성이 상승하고 있음을 확인하였다. 이는 온실가스 배출량에 대한 공정 개선을 통해 단위 공정별 생태효율성이 상승하는 것으로 평가된다. 4. 결과적으로 호기성 폐수처리 공정에서 발생되는 직접 배출 온실가스는 공정의 변경 이외에는 저감 방법이 없다고 판단하면 전력 사용에 의한 간접배출 온실가스 발생량을 감소시키는 에너지 저감 대책으로 총괄 온실가스 배출량을 감소시키는 방안을 모색해야 할 것으로 판단된다.
	온실가스에는 무엇이 있는가?	여기서 자발적 온실가스 감축을 위해서는 환경과 경제의 선순환을 위한 녹색성장을 추구하며 기업의 성장을 환경 친화적으로 전환시킨다는 기업 차원의 목표를 달성함과 동시에 국가 시책에 부응하는 기업으로서의 온실가스 감축에 대한 노력이 절실한 시점이기도 하다. 이러한 관점에서 기업은 온실가스 감축을 위한 환경 개선과 더불어 생태 효율성 분석에 의한 환경성 평가의 결과를 제시할 의무가 대두되고 있기 때문에 각 공정에서 발생하는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 과 같은 온실가스에 대한 배출량을 산정하는 일차적인 과정이 필요하다(Min. of Environ.

참고문헌 (18)

Admin. of Kor. Metero., 2012, Report on abnormal climate.
Busan Fashion Color Cooperative, 2014, Green business report for green company reassignment.
IPCC, 2006, IPCC Guidelines for national greenhouse gas inventories.
Jeon, U. C., Seo, J. A., Rho, G. H., Sa, J. H., 2003, A Study on the evaluation of greenhouse gas emission from sewage and wastewater treatment plants, J. Kor. Atmospheric Environment. Proceeding of the 36th meeting of KOSAE, 425-426.
Kwak, I. H., Hwang, Y. W., Jo, H. J., Park, K. H., 2010, An application of CDM project for greenhouse gas reduction activities in the wastewater treatment systems, J. Kor. Water and Wastewater, 24 (3), 319-332.
Lee, J. Y., Kim, Y. K., Lee, C. K., Rhee, Y. H., 2012, A Study on the calculation of GHG emission for domestic railroad transport based on IPCC guideline, J. Kor. Railway, 15(4), 408-412.

원문보기 상세보기
Lowe, E., 2001, Eco-industrial park handbook for asian developing countries. Report to asian development bank.
Ministry of Environment, 2012, Guidelines for Korean GHG & energy target management system, Notification of 2012-211.
Ministry of Environment, 2014, Management regulations for green company appointment, Notification of 2014-68.
Oh, T. S., Kim, M. J., Lim, J. J., Kim, Y. S., Yoo, C. K., 2011, Estimate and environmental assessment of greenhouse gas(GHG) emissions and sludge emissions in wastewater treatment processes for climate change, Kor. Chem. Eng. Research, 49 (2), 187-194.

원문보기 상세보기
Park, D. H., Chung, J. S., 2010, Co-treatment with dyeing wastewater and food wastewater with a fluidized biological membrane, K. J. Envir. Engi. Spring conference, 299-303.
Park, K. H., Choi, D. Y., Cho, S. B., Yang, S. H., Hwang, O. H., 2011, Evaluation of greenhouse gas emissions from animal manure treatment systems with life cycle assessment, J. Lives. Hous. & Env., 17(Suppl.), 1-6.
Prime Ministry s Office, 2010, Fundamental law for low carbon & green growth, law of 9931.
Sanna, E., Matti, M.,, Per, M., 2005 Eco-efficiency in the finnish EMAS reports - a buzz word, J. Cleaner Production, 13, 799-813.

상세보기
Schaltegger, S., Sturm, A., 1992, Okologieorientierte Entsch -eidungen in Unternehmen: okologisches Rechnungswesen statt Okobilanzierung; Notwendigkeit, Kriterien, Konzepte. Haupt, Bern.
Shin, C. H., Park, D. H., 2013, Life cycle assessment for the business activity of green company 2. Mass balance and environmental improvement, J. Enviro. Sci., 22(4), 425-433.
Shin, C. H., Park, D. H.,, 2013, Life cycle assessment for the business activity of green company 1. Analysis of process flow and basic unit J. Enviro. Sci. 22(3), 269-279.
Shin, C. H., Park, D. H., Kim, J. W., 2013, Life cycle assessment and eco-efficiency analysis for the resource-circulation network of waste heat generated from industrial process, J. Enviro. Sci. 22(3), 281-289.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증