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문제 정의
- 본 연구의 목적은 세정수 처리시스템 운전 전후의 세정수상태와 악취저감 효율 개선현황을 파악하는 것이다. 이에 Table 1과 같이 세정수 수질항목과 배출가스의 항목별 악취 유발물질을 분석하였다.
- 여과공정에서는 필터에 규조토를 코팅시켜 여과효율을 높이고, 흡착공정에서는 흡착력이 우수한 활성탄을 적용하여 세정수 내의 부유 및 용존 오염물질을 처리코자 하였다. 이에 세정수 개선에 따른 오염물질 감소효과를 살펴보고 여과 및 흡착시설의 적용에 따른 소요비용을 비교해 보고자 한다.
- 그 결과 필름제조업은 부틸아세테이트가 주요 악취 원인물질인 것으로 나타났다. 이에 세정수 처리 시스템 운영 전후에 대한 부틸아세테이트의 농도변화를 관찰하였다. Table 13과 같이 시스템 적용 전에는 유입 농도보다 유출 농도가 높아지는 역전현상을 보이며 상승폭도 컸지만 시스템 가동 후에는 유입농도와 유사하거나 낮아짐으로써 세정수 처리에 따른 악취오염물질 제거 효과를 확인할 수 있었다.
- 특히 화학제품 제조업에서 운영되는 스크러버의 세정수 내에는 다양한 유기화합물도 검출됨에 따라 세정수 정화를 위한 별도의 장치가 필요한 상황이다. 이에 오염물질이 많이 농축된 폐 세정수를 대상으로 여과와 흡착과정을 통해 악취유발 인자를 최소화함으로써 전체 악취기여도를 효과적으로 줄이는 방안을 고안하였다. 여과공정에서는 필터에 규조토를 코팅시켜 여과효율을 높이고, 흡착공정에서는 흡착력이 우수한 활성탄을 적용하여 세정수 내의 부유 및 용존 오염물질을 처리코자 하였다.
가설 설정
- 수지제조 공정과 필름제조공정은 악취저감 효율을 높이기 위해 스크러버와 같이 활성탄 흡착탑을 추가로 운영 중에 있다. 이에 세정수 처리 시스템을 적용하여 세정수 교체주기를 50% 연장하고 기존 흡착탑의 활성탄 교체주기도 50% 연장한다는 가정 하에 운영비용을 산출하였다. 그 결과 수지제조공정은 14,000,000원, 필름제조공정은 8,000,000원의 저감효과를 기대할 수 있었다.
제안 방법
- Aldehydes의 분석은 VOCs와 같이 포집 bag으로부터 2,4-DNPH-Costed silica가 충진된 Catridge (2,4-DNPH cartridge, Waters, USA)에 오존스크러버를 앞단에 장착하여 1 L min-1으로 3분간 채취한 후 고성능액체크로마토그래피(Ultimate 3000,Dionex, USA)를 이용하여 분석하였으며, 분석조건은 Table 3과 같다.
- VOCs의 분석은 포집 bag으로부터 100 mL min-1의 유량으로 Tenax-Ta가 충진된 고체 흡착관을 이용하여 10분간 채취한 후 열탈착장치(Turbo Matrix 300, Perkin Elmer, USA)가 부착된 GC/FID (Claus 600, Perkin Elmer, USA)로 분석하였으며, 분석조건은 Table 2에 정리하였다.
- 복합악취는 전처리된 악취포집 bag (Polyester Al bag, 5 L)을 이용하여 지점별로 채취한 시료에 대하여 악취공정시험방법에 따라 3점 비교식 공기희석관능법으로 분석하였다. 그리고 악취포집 bag을 하나 더 해당 지점별로 채취하여 VOCs와 Aldehydes를 분석함으로써 세정수 처리현황이 악취제거효율에 미치는 영향을 파악하였다.
- 이를 통해 악취처리 효율은 향상되었지만 스크러버 폐 세정수의 위탁처리 비용과 활성탄의 주기적인 교체비용으로 업체의 부담은 가중된 상황이다. 따라서 운영비용을 절감하면서 악취문제를 해결하고자 스크러버 세정조에 세정수 처리를 위한 pilot 시스템을 설치하여 실험하였다.
- 복합악취는 전처리된 악취포집 bag (Polyester Al bag, 5 L)을 이용하여 지점별로 채취한 시료에 대하여 악취공정시험방법에 따라 3점 비교식 공기희석관능법으로 분석하였다. 그리고 악취포집 bag을 하나 더 해당 지점별로 채취하여 VOCs와 Aldehydes를 분석함으로써 세정수 처리현황이 악취제거효율에 미치는 영향을 파악하였다.
- 따라서 세정수를 여과 및 흡착 후 재 이용하게 되면 위탁 처리비용과 운영비용 및 공업용수 사용량을 절감할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에 적용한 세정수 처리시스템은 크게 여과공정과 흡착공정으로 이루어지며 Figure 1과 같이 구성하였다.
- 상기와 같이 본 처리시스템은 여과와 흡착공정을 반복하며 시간당 1 m3의 오염된 세정수를 정화시킴으로써 온도를 낮추는 효과와 함께 오염물질 용해능력을 적정수준으로 유지시키도록 구성하였으며, 사용된 규조토 사양과 여과 및 흡착조건은 Table 5에 정리하였다.
- 세정수 처리에 따른 악취저감 효율을 파악하기 위하여 기기분석에 의해 측정된 휘발성유기화합물과 알데히드화합물의 농도를 후각최소감지농도[8]로 나누어 악취농도지수[9]를 산출한 결과 부틸알데히드가 가장 높게 나타남으로써 부틸알데히드를 주요 악취 원인물질로 판단하였다. 이에 세정수 처리 시스템 운영 전후 부틸알데히드의 농도변화를 살펴본 결과 Table 8과 같이 시스템 가동 전에는 유입 농도보다 유출농도가 높아지는 역전현상을 보이며 상승폭이 컸다.
- 수지 제조업과 같은 방법으로 악취저감 효율을 파악하기 위하여 기기분석에 의해 측정된 휘발성유기화합물과 알데히드화합물의 농도를 토대로 악취농도지수를 산출하였다. 그 결과 필름제조업은 부틸아세테이트가 주요 악취 원인물질인 것으로 나타났다.
- 이에 오염물질이 많이 농축된 폐 세정수를 대상으로 여과와 흡착과정을 통해 악취유발 인자를 최소화함으로써 전체 악취기여도를 효과적으로 줄이는 방안을 고안하였다. 여과공정에서는 필터에 규조토를 코팅시켜 여과효율을 높이고, 흡착공정에서는 흡착력이 우수한 활성탄을 적용하여 세정수 내의 부유 및 용존 오염물질을 처리코자 하였다. 이에 세정수 개선에 따른 오염물질 감소효과를 살펴보고 여과 및 흡착시설의 적용에 따른 소요비용을 비교해 보고자 한다.
- 본 연구의 목적은 세정수 처리시스템 운전 전후의 세정수상태와 악취저감 효율 개선현황을 파악하는 것이다. 이에 Table 1과 같이 세정수 수질항목과 배출가스의 항목별 악취 유발물질을 분석하였다.
- 이는 스크러버 폐 세정수를 위탁처리 하기 때문에 자주 교체해 주지 못해 농축된 오염물질이 지속적으로 순환하고 부패가 진행되면서 발생되는 원인으로 판단되었다. 이에 본 연구시스템의 적용이 적합할 것으로 판단되어 pilot 시스템을 설치하여 2차 실험을 수행하였다.
- 폐 세정수의 발생량도 줄이고 세정수 수질개선을 통해 악취저감 효율을 향상시키고자 스크러버 세정수 처리시스템을 적용한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 시스템 적용 후에 분석한 세정수의 BOD5와 SS는 50% 이상 개선되었으며, 악취물질과 복합악취의 저감효율은 20% 내외의 개선효과를 보였다.
- 필름제조업의 경우는 스크러버 세정수를 2주동안 사용하는 것으로 나타나 총 4주에 걸쳐 시스템 적용 전·후의 개선효과를 파악하였다.
대상 데이터
- 그러나 화학업종의 수지제조업체(H)와 필름제조업체(I)의 경우는 역전현상과 함께 악취배출허용기준을 초과하고 있어 개선이 필요한 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 세정수 처리시스템의 적용취지를 고려할 때 악취 처리에 문제가 있는 화학업종인 H와 I업체를 연구대상으로 선정하였다.
성능/효과
- 고형물 상태보다 용존성 상태의 유·무기물질이 대부분을 차지하는 COD의 경우 점도가 높을 경우 역세 효율이 떨어져 제거효율이 낮게 나타날 수 있는 결과[7]에 비추어 볼 때, 본 연구에서 BOD5보다 CODMn이 제거효율이 다소 낮았던 이유는 용존성 상태의 유기물이 많고 점착 특성이 있는 수지원료 특성에 의한 것으로 판단되었다.
- 이에 세정수 처리 시스템을 적용하여 세정수 교체주기를 50% 연장하고 기존 흡착탑의 활성탄 교체주기도 50% 연장한다는 가정 하에 운영비용을 산출하였다. 그 결과 수지제조공정은 14,000,000원, 필름제조공정은 8,000,000원의 저감효과를 기대할 수 있었다. 효율로 보면 기존 운영비용에 비하여 각각 43%와 36%의 감소효과를 나타낸 것이다.
- 수지 제조업과 같은 방법으로 악취저감 효율을 파악하기 위하여 기기분석에 의해 측정된 휘발성유기화합물과 알데히드화합물의 농도를 토대로 악취농도지수를 산출하였다. 그 결과 필름제조업은 부틸아세테이트가 주요 악취 원인물질인 것으로 나타났다. 이에 세정수 처리 시스템 운영 전후에 대한 부틸아세테이트의 농도변화를 관찰하였다.
- 시스템 적용 결과 처리 전 BOD5는 10일차에 12,972 mg L-1까지 상승하였지만 처리 후에는 6,046 mg L-1까지만 상승함으로써 약 53% 감소했음을 확인할 수 있었다. 또한 CODMn도 시스템 적용 후 약 30% 감소한 것으로 나타났다. 다만 수지 제조업과 달리 필름제조업에서는 CODMn보다 BOD5가 더 높은 결과를 보였다.
- 표에서 보듯이 BOD5는 처리시스템 적용 전 15일차에 544 mg L-1까지 상승하였지만 적용 후에는 139 mg L-1까지만 상승함으로써 약 74% 감소했음을 확인할 수 있다. 또한 CODMn도 시스템 적용후 약 30% 감소한 것으로 나타나 세정수 처리를 통해 악취현상의 주요한 원인 물질인 유기성 오염물질을 저감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 특히 세정수에 용해성의 난분해성 물질이 많이 있다는 것을 간접적으로 유추할 수 있는 CODMn의 변화의 경우 세정수 처리 전과 후의 농도변화가 상대적으로 크지 않은 것으로 나타나 난분해성 유기물질의 배출이 많은 수지생산 공정의 특성도 간접적으로 파악할 수 있었다.
- 악취의 경우 수치상으로는 낮아 보일 수 있으나 배출구농도가 역전되는 현상도 없어지고 악취배출허용기준을 충족하기 때문에 20% 이상의 개선효과를 얻은 것으로 판단된다. 또한 세정수 교체주기 연장으로 기존 운영비용에 비하여 평균 40% 이상 비용절감 효과를 기대할 수 있었으며, 위탁 폐수처리 비용이 점진적으로 상승하고 있는 상황을 고려한다면 세정수 처리시스템의 적용 가능성은 더 높아질 것으로 예상된다. 다만 CODMn은 저감효율이 다소 낮게 나타났는데, 이는 화학 업종의 특성상 세정수 내에 점착성이 있는 용존 유기물이 많이 존재하기 때문인 것으로 판단되었다.
- 상기와 같이 세정수 처리시스템을 적용한 결과 수질지표에서는 적용 전보다 50% 이상의 개선효과를 확인할 수 있었다. 또한 세정수 내의 악취유발 물질을 제거함으로써 복합악취 저감효율도 향상시켰으며, 법적 규제치인 악취배출허용기준을 만족시키는 개선효과를 얻을 수 있었다. 세정수 수질 개선 효과가 50% 이상이므로 교체주기를 50% 이상 연장한다고 가정하면 기존의 폐 세정수 발생량도 50% 이상 감소시킬 수 있어 환경적 기여 효과도 클 것으로 판단되었다.
- 다만 CODMn은 저감효율이 다소 낮게 나타났는데, 이는 화학 업종의 특성상 세정수 내에 점착성이 있는 용존 유기물이 많이 존재하기 때문인 것으로 판단되었다. 또한 필름제조공정 세정수의 경우는 BOD5가 CODMn보다 상대적으로 높게 나타났는데 원료 물질인 초산의 CODMn 산화율이 낮은 특성 때문인 것으로 나타났다. 따라서 초산과 같이 산화율이 낮은 물질을 원료로 쓰는 공정의 경우 정확한 분석을 위해서는 CODCr법에 의한 분석을 실시하여야 할 것으로 판단된다.
- 상기와 같이 세정수 처리시스템을 적용한 결과 수질지표에서는 적용 전보다 50% 이상의 개선효과를 확인할 수 있었다. 또한 세정수 내의 악취유발 물질을 제거함으로써 복합악취 저감효율도 향상시켰으며, 법적 규제치인 악취배출허용기준을 만족시키는 개선효과를 얻을 수 있었다.
- 이는 복합악취의 주요 원인으로 작용하는 부틸아세테이트의 활성탄에 흡착특성[12]과 연계되는 결과로 추정할 수 있다. 세정수 내에 용존 상태로 농축되어 있던 부틸아세테이트가 세정수처리 시스템의 활성탄 흡착공정에서 일부 처리됨으로써 악취를 유발하는 기여도가 줄었고 이로 인해 악취제거효율도 향상된 것으로 판단되었다.
- 또한 세정수 내의 악취유발 물질을 제거함으로써 복합악취 저감효율도 향상시켰으며, 법적 규제치인 악취배출허용기준을 만족시키는 개선효과를 얻을 수 있었다. 세정수 수질 개선 효과가 50% 이상이므로 교체주기를 50% 이상 연장한다고 가정하면 기존의 폐 세정수 발생량도 50% 이상 감소시킬 수 있어 환경적 기여 효과도 클 것으로 판단되었다.
- 효율로 보면 기존 운영비용에 비하여 각각 43%와 36%의 감소효과를 나타낸 것이다. 세정수 처리 시스템이 약 4,000만원임을 가정한다해도 3년에서 5년 사이에 시설 투자비용 이상의 비용절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되었다
- 필름제조업의 경우는 스크러버 세정수를 2주동안 사용하는 것으로 나타나 총 4주에 걸쳐 시스템 적용 전·후의 개선효과를 파악하였다. 시스템 적용 결과 처리 전 BOD5는 10일차에 12,972 mg L-1까지 상승하였지만 처리 후에는 6,046 mg L-1까지만 상승함으로써 약 53% 감소했음을 확인할 수 있었다. 또한 CODMn도 시스템 적용 후 약 30% 감소한 것으로 나타났다.
- 폐 세정수의 발생량도 줄이고 세정수 수질개선을 통해 악취저감 효율을 향상시키고자 스크러버 세정수 처리시스템을 적용한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 시스템 적용 후에 분석한 세정수의 BOD5와 SS는 50% 이상 개선되었으며, 악취물질과 복합악취의 저감효율은 20% 내외의 개선효과를 보였다. 악취의 경우 수치상으로는 낮아 보일 수 있으나 배출구농도가 역전되는 현상도 없어지고 악취배출허용기준을 충족하기 때문에 20% 이상의 개선효과를 얻은 것으로 판단된다.
- 세정수 처리에 따른 악취저감 효율을 파악하기 위하여 기기분석에 의해 측정된 휘발성유기화합물과 알데히드화합물의 농도를 후각최소감지농도[8]로 나누어 악취농도지수[9]를 산출한 결과 부틸알데히드가 가장 높게 나타남으로써 부틸알데히드를 주요 악취 원인물질로 판단하였다. 이에 세정수 처리 시스템 운영 전후 부틸알데히드의 농도변화를 살펴본 결과 Table 8과 같이 시스템 가동 전에는 유입 농도보다 유출농도가 높아지는 역전현상을 보이며 상승폭이 컸다. 하지만 세정수 처리 시스템 가동 후에는 유입농도와 유사하거나 낮아짐으로써 세정수 처리에 따른 악취오염물질 제거효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
- 농도 변화를 정리한 것이다. 처리시스템 설치대상업체는 스크러버 세정수를 최대 3주까지 사용하고 있어 적용 전후 총 6주에 걸쳐 개선효과를 확인하였다. 표에서 보듯이 BOD5는 처리시스템 적용 전 15일차에 544 mg L-1까지 상승하였지만 적용 후에는 139 mg L-1까지만 상승함으로써 약 74% 감소했음을 확인할 수 있다.
- 또한 CODMn도 시스템 적용후 약 30% 감소한 것으로 나타나 세정수 처리를 통해 악취현상의 주요한 원인 물질인 유기성 오염물질을 저감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 특히 세정수에 용해성의 난분해성 물질이 많이 있다는 것을 간접적으로 유추할 수 있는 CODMn의 변화의 경우 세정수 처리 전과 후의 농도변화가 상대적으로 크지 않은 것으로 나타나 난분해성 유기물질의 배출이 많은 수지생산 공정의 특성도 간접적으로 파악할 수 있었다. 고형물 상태보다 용존성 상태의 유·무기물질이 대부분을 차지하는 COD의 경우 점도가 높을 경우 역세 효율이 떨어져 제거효율이 낮게 나타날 수 있는 결과[7]에 비추어 볼 때, 본 연구에서 BOD5보다 CODMn이 제거효율이 다소 낮았던 이유는 용존성 상태의 유기물이 많고 점착 특성이 있는 수지원료 특성에 의한 것으로 판단되었다.
- 처리시스템 설치대상업체는 스크러버 세정수를 최대 3주까지 사용하고 있어 적용 전후 총 6주에 걸쳐 개선효과를 확인하였다. 표에서 보듯이 BOD5는 처리시스템 적용 전 15일차에 544 mg L-1까지 상승하였지만 적용 후에는 139 mg L-1까지만 상승함으로써 약 74% 감소했음을 확인할 수 있다. 또한 CODMn도 시스템 적용후 약 30% 감소한 것으로 나타나 세정수 처리를 통해 악취현상의 주요한 원인 물질인 유기성 오염물질을 저감시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 이에 세정수 처리 시스템 운영 전후 부틸알데히드의 농도변화를 살펴본 결과 Table 8과 같이 시스템 가동 전에는 유입 농도보다 유출농도가 높아지는 역전현상을 보이며 상승폭이 컸다. 하지만 세정수 처리 시스템 가동 후에는 유입농도와 유사하거나 낮아짐으로써 세정수 처리에 따른 악취오염물질 제거효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 하지만 폐 세정수를 위탁 처리하는 업체의 경우 처리비용에 대한 부담으로 장시간 사용하고 있으며 악취저감 효율을 저하시키는 원인으로 작요하고 있다. 따라서 세정수를 여과 및 흡착 후 재 이용하게 되면 위탁 처리비용과 운영비용 및 공업용수 사용량을 절감할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에 적용한 세정수 처리시스템은 크게 여과공정과 흡착공정으로 이루어지며 Figure 1과 같이 구성하였다.
- 필름 제조공정중에 사용되는 주요 원료 물질은 초산인데 CODMn의 산화율(23%)에 비하여 BOD5의 산화율이 높은 이유로 판단된다. 따라서 초산과 같이 CODMn의 산화율이 낮은 원료를 쓰는 공정에서는 CODCr을 이용해야 보다 정확한 분석결과를 도출할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 또한 필름제조공정 세정수의 경우는 BOD5가 CODMn보다 상대적으로 높게 나타났는데 원료 물질인 초산의 CODMn 산화율이 낮은 특성 때문인 것으로 나타났다. 따라서 초산과 같이 산화율이 낮은 물질을 원료로 쓰는 공정의 경우 정확한 분석을 위해서는 CODCr법에 의한 분석을 실시하여야 할 것으로 판단된다.
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