산업 폐수 처리장이란 무엇이며 작동 원리는 어떻게 되는가?

산업 폐수 처리장이 실제로 처리하는 것

산업 폐수는 단일한 물질이 아니다. 이는 생산 일정, 원자재, 세정 주기, 심지어 야외 저장소의 기상 조건에 따라 끊임없이 변화하는 유동적인 대상이다. 좋은 날에 채취한 단일 샘플을 기준으로 설계된 처리장은 다음 배치가 도착했을 때 어려움을 겪게 된다. 전처리 공정은 부유 고형물, 유류, 중금속, 유기물 부하, 영양염류, 염분, 때로는 열까지 처리해야 한다. 따라서 산업 폐수 처리장은 장비 선정보다 먼저 폐수 특성 분석으로 시작한다. 유량, 최대 유량 계수, pH 변동 범위, 오염물 농도 등이 하류 탱크의 크기를 결정한다.

전처리 공정이 생물학적 핵심을 보호하는 방식

전처리는 문지기와 같다. 균질조정조는 유량과 pH를 안정화시킨다. 유수분리기 및 용존공기부상장치(DAF)는 기름 성분과 부유 고형물을 제거한다. 화학적 침전 및 침전 공정은 구리, 니켈, 아연 같은 중금속을 제거한다. 이러한 단계가 미흡하면 생물학적 처리 단계가 그 대가를 치른다. 중금속은 질산화 세균의 활성을 억제할 수 있다. 기름 성분은 미생물막을 덮쳐 생물학적 반응을 방해할 수 있다. 염분 농도가 높으면 유기물을 분해하는 미생물 군집이 줄어들 수 있다. 미국 환경보호청(EPA) 40 CFR Part 403은 여러 산업 분야에서 전처리를 위한 공인된 기준을 제공하며, 이 규정이 존재하는 이유는 바로 생물학적 핵심 처리 단계가 매우 민감하기 때문이다.

대부분의 처리가 이루어지는 생물학적 처리 단계

전처리가 완료된 후, 생물학적 처리 공정이 용해된 유기물과 영양분을 제거한다. 활성슬러지법, 막생물반응기(MBR), 이동식 생물막 반응기(MBBR), 순차식 반응기(SBR)는 모두 동일한 기본 원리에 기반한다: 미생물이 탄소, 질소, 인을 흡수·분해한다. 차이점은 고체 성분을 시스템 내에 유지하는 방식에 있다. MBR은 막을 이용해 생물량을 포집하므로, 설치 면적을 줄이고 배출수의 탁도를 낮출 수 있다. MBBR은 이동 매체를 사용해 미생물 부착 표면적을 증가시킨다. SBR은 하나의 탱크에서 충진, 반응, 침전, 배출의 사이클을 반복한다.

각 공정에는 한계가 있다. MBR 막은 세척이 필요하며, 유지분 또는 섬유질 함량이 높은 폐수에서는 오염(펌프)이 발생하기 쉽다. MBBR 매체는 전처리가 불충분할 경우 막힘 현상이 일어날 수 있다. SBR은 밸브와 제어 장치의 신뢰성이 높아야 하며, 공정 성능은 정확한 시간 조절에 크게 의존한다. 아래 표는 일반적인 생물학적 처리 방식들을 비교한다.

고형물, 슬러지 및 분리 공정 — 사람들이 과소평가하는 요소

슬러지 처리는 많은 처리장에서 질량 균형을 잃는 지점이다. 이차 침전조 또는 막분리공정은 정화된 물과 생물량을 분리한다. 폐활성 슬러지는 농축·탈수 과정을 거쳐 소화, 퇴비화 또는 처분 단계로 보내진다. 나사식 슬러지 탈수기는 부피를 줄일 수 있으나, 그 성능은 고분자 응집제 투입량과 공급 슬러지의 일관성에 따라 달라진다. 슬러지가 지나치게 묽거나 오래되었을 경우, 탈수 공정에서 습한 케이크가 생성되어 운반 비용이 증가한다. 슬러지를 간과하는 설계자는 방류 기준은 충족하지만 고체물을 관리할 수 없는 처리장을 만들게 된다.

제어, 시료 채취 및 방류 준수

준수는 매월 실시하는 실험실 검사 결과가 아니다. 이는 지속적인 제어 문제이다. 온라인 pH, ORP, 용존 산소, 탁도 센서를 활용하면 운영자가 공정을 효과적으로 관리할 수 있다. ISO 5667 지침에서 설명하는 유량 비례 샘플링은 정오에 채취한 단일 샘플보다 실제 상황을 더 정확히 반영한다. 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 통해 폭기량, 약품 투입량, 슬러지 재유입률을 조정할 수 있다. 그러나 자동화는 계측기기가 교정되어 있고, 샘플 채취 위치가 대표적일 때만 제대로 작동한다. 화학적 조성은 완벽하더라도 샘플링이 부적절한 처리장은 여전히 허가 기준을 충족하지 못할 수 있다.

건설 전 폐수 유량 특성에 맞는 처리장 설계

산업 폐수 처리 프로젝트에서 가장 큰 실수는 도시용 설계를 그대로 베끼는 것이다. 산업 배출수는 변동성이 크고, 농도가 높으며, 억제 물질을 포함할 가능성이 훨씬 높다. 시험 운전(pilot test) 또는 최소한의 상세한 처리 가능성 연구(treatability study)는 반드시 수행해야 할 가치가 있다. 중국 남부의 전자 및 도금 산업단지 리트로핏 프로젝트에서, 프로젝트 팀은 간과되었던 바닥 배수구를 통해 니켈과 착화 구리가 생물학적 처리조에 유입되고 있음을 발견하였다. 이로 인해 미생물 군집이 수주간 질산화 기능을 상실했다. 해결책은 더 큰 탱크를 설치하는 것이 아니었다. 오히려 오염원 분리, 전용 금속 침전 라인, 그리고 고염분 배치를 자동으로 우회시키는 전기 전도도 트리거 장치였다. 이런 종류의 문제는 일반적으로 도면에는 나타나지 않지만, 처리장의 성공 여부를 결정짓는 핵심 요소이다.

1. 폐수 유량을 공장 전체 평균이 아니라 생산 라인별로 특성화하라.

2. 고농도, 고염분, 유독성 배출수는 발생원에서부터 분리하라.

3. 평균 일일 유량이 아니라 최악의 주간 유량을 기준으로 균질화 탱크 용량을 산정하라.

4. 첫 번째 탱크 콘크리트 타설 전에 슬러지 처리 계획을 수립하라.

EVU는 하수 처리 분야에서 연구개발 및 설계, 장비 제조, 설치 및 시운전, 교육까지 아우르는 통합 기술 기업으로 운영된다. 제품 라인에는 통합 하수 처리장, MBR 시스템, 해수 담수화 시스템, 스크류 슬러지 탈수기, 역삼투 정수기, 폴리알루미늄 클로라이드가 포함된다. 산업 폐수 프로젝트 중 설비와 공정 지원을 일괄적으로 제공받아야 하는 경우, 이 제품 라인은 설계와 가동 간 조율 격차를 줄일 수 있다.