오존을 이용한 세차장폐수 처리에 관한 연구

홍주희, 김병식, 최성부*, 윤현희**

동국대학교 화학공학과, 용인대학교 환경보건학과*

경원대학교 화학공학과**

A Study on Carwash wastewater Treatment Using ozone

Joo-Hee Hong, Byoung-Sik Kim, Sung-Boo Choi*, Hyon-Hee Yoon**

Department of Chemical Engineering,Dongguk University,

Department of Environmental Health,Yongin University,*

Department of Chemical Engineering, Kyungwon University**

서론

세차장 또는 정비업소 등에서 발생되는 폐수는 기름 및 세제 등이 함유되어 있기 때문에 완벽한 처리를 하지않고 방류할 경우 심각한 수질오염원이 된다. 이와 같은 세차장폐수는 다량으로 방출되기 때문에 적절한 처리와 더불어 재사용 방안이 절실히 요구되고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 처리방법은 약품에 의한 응집 침전방법으로 이러한 방법은 물속의 염농도를 증가시키고 슬러지 발생으로 인한 2차오염의 문제점을 갖고 있다. 또한 약품비용 및 슬러지처리비용 등의 운전비용이 소규모 사업장의 부담이되고 있다.

세차장 및 정비업소에서 발생하는 폐수는 다량의 세제(계면활성제)가 함유되어 있기 때문에 거품을 유발시켜 산소의 전달속도를 감소시키고 또한 독성으로 인하여 미생물의 성장을 억제하게된다. 이와 같은 계면활성제는 기존의 처리방법인 염소주입, 응집, 침전, 모래여과 등의 공정으로 제거되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 강력한 유기물 산화제인 오존을 이용하여 폐수를 처리하고 처리된 폐수는 재사용할 수 있는 방법을 제안하고 이에 대한 기초실험을 수행하였다. 오존처리방법은 오존의 강력한 산화력에 의하여 계면활성제분해, COD 저하, 냄새제거, 살균, 응집효과향상 등의 효과를 얻을 수 있으며 슬러지발생량을 최소화 할 수 있을 것이다. 고가의 약품을 사용하지 않기 때문에 운영비가 적게 들고 또한 2차 오염원이 발생되지 않기 때문에 세차장 등에서 효과적으로 사용될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 특히 오존처리에 의한 세차장폐수의 계면활성제 및 COD 제거율을 조사하였다.

실험

폐수: 본 실험에서 사용한 폐수는 세차장(자동식 및 수동식)의 실제폐수와 실험실에서 인위적으로 합성한 모의폐수이다. 모의 폐수는 세제로서 음이온계면활성제인 SDS(Sodium dodecyl sulfate)를 사용하였다. 오일의 모델성분으로는 n-tetradecane을 사용하였다. 실제폐수는 냉장고에 보관하여 사용하였다.

실험장치 및 방법: 실험장치는 Fig. 1에 표시된 바와같이 오존발생장치, 오존/폐수 접촉조, 오존제거장치로 구성된다.  접촉조는 지름 20 cm, 높이 100 cm인 원통으로 폐수를 채운 후 접촉조 하단에서 오존을 주입하였다. 오존발생기의 오존발생량은 1g/hr로 고정하였다. 오존 발생기의 오존발생 성능은 Table.1과 같다.접촉조에서 배출되는 오존은 활성탄층(오존제거장치)을 통과 시켜 공기 중으로 배출하였다. 오존처리시간에 따라 시료를 채취하여 계면활성제의 농도, COD, 오일함유량 등을 측정하였다.

Fig.1 오존을 이용한 세차장 폐수처리 공정도

Table.1. 오존발생기의 성능자료.

Air, l/hr	Concentration, gO3/m3	Production, gO3/m3
150	1.9	0.28
200	2.0	0.40
300	2.1	0.63
400	2.1	0.84
500	2.0	1.00
600	1.8	1.08
700	1.7	1.19
800	1.5	1.20
900	1.4	1.26
1000	1.3	1.30
1100	1.2	1.32
1200	1.2	1.44

분석: 계면활성제의 농도는 시료를 메틸렌블루로 착색한 후 650 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. COD는 환경오염공정시험법에 따라 과망간산칼륨법으로 측정하였다. 실제폐수의 오일함량은 환경오염공정시험법의 노말헥산추출물로 계산하였고, 모의폐수의 오일은 GC를 사용하여 분석하였다.

결과 및 토론

실제폐수를 오존으로 처리한(3시간) 후 COD, 오일함량, 계면활성제농도를 측정하여 Table 2에 표시하였다. Table 2에 나타난 바와같이 오존처리방법은 세차장폐수처리에 효과적으로 사용될 수 있으며 특히 계면활성제의 제거에 매우 효과적임을 보여주고 있다. 본 실험에서 사용한 폐수중의 계면활성제의 종류에 대한 자료는 입수하지 못하였다. 그러나 계면활성제의 종류에 따라 오존처리의 효과가 다르게 나타났으나 두가지(수동식 및 자동식 세차장) 폐수의 경우 모두 약 50% 이상의 제거효율을 보여주고 있다. 이와같은 제거율은 오존처리시간을 증가시키므로써 높일 수 있을 것이다. 또한 오일제거율 역시 폐수의 종류에 다르게 나타났으나 대체적으로 제거효과가 적은 것으로 판단된다.

모의 폐수를 이용한 오존처리실험에서 오존처리시간에 따른 계면활성제 및 오일의 농도변화를 관찰하였다. 모의 폐수중 계면활성제의 초기농도는 30 ppm이었다. Fig. 2에 표시된 바와같이 계면활성제의 농도는 오존처리시간 3 시간 후에 87%가 제거되어 환경오염기준치인 5 ppm 이하로 낮아졌으며 약 6 시간 후에는 97%까지 제거되었다. 그러나 n-tetradecane을 오일의 모델성분으로는 사용한 본 실험에서 n-tetradecane의 농도변화가 거의 없는 것으로 관찰되었다. 따라서 오존에 의한 오일의 직접분해는 미미한 것으로 판단된다. 그러나 오존처리에 의하여 계면활성제가 분해되므로서 오일의 응집을 유도하여 여과 등의 방법으로 제거될 수 있을 것으로 여겨진다. 따라서 오존처리후 여과공정을 통하여 오일의 제거효과를 조사하기 위한 실험을 수행하고 있다.

향후 오존처리방법의 실용화를 위해서는 각종 세차장폐수의 계면활성제 및 오일 제거효과 뿐만 아니라 효과적인 접촉조에 대한 연구가 요구된다.

참고문헌

1. Rook, J.J., Formation of Haloforms During Chlorination Natural Waters.

Water Treatment Exam., 23, 234-243, (1974).

2. 이동수, Chemical Oxidation에 의한 유기성폐수 처리, 화학공업과 기술,

Vol. 11, No. 3. 20, (1993).

3. Mastern S.J. and Simon H.R., The Use of Ozonation to Decorated

Organic Contaminants in Wastewaters, Environ. Sci. Technol., Vol. 28,

No.4, 184, (1994).

4. 임성린, 박종문,  오존 및 오존/UV공정과 생물학적 활성탄공정을 이용한 고도     정수처리 기술 개발, Theories and Applications of Chemical Engineering,       Vol. 2, No. 2, 2155-2156, (1996).

5. 동화기술, 폐기물·수질오염 공정실험방법, (1993).

Table. 2. 실제폐수의 오존 처리(3시간)에 따른 COD, Oil, 계면활성제 농도 변화.

폐수 종류/제거율		COD(mg/l)	Oil(mg/l)	계면활성제(mg/l)
자동식 세차장	원 수	17.6	1.6	1.08
	처 리 수	12.2	0.6	0.56
	제 거 율(%)	30.68	62.50	48.15
수동식 세차장	원 수	16.2	1.2	1.14
	처 리 수	10.2	1.2	0.33
	제 거 율(%)	37.04	0.00	71.05

Fig. 2. 오존처리 시간에 따른 계면활성제 농도 변화