간헐폭기 활성슬러지 시스템을 이용한 수산물가공 폐수처리

윤태경·이강춘·문병현*·이택순*·노병일**

동의대학교 환경공학과, 창원대학교 환경공학과*, 동서대학교 화학공학과**

Treatment of Seafood Wastewater by Intermittently Aerated

Activated Sludge System

Taekyung Yoon, Gangchoon Lee, Byunghyun Moon*

Taeksoon Lee* and Byeongil Noh**

Dept. of Environmental Engineering, Dongeui University, Pusan 614-714

Dept. of Environmental Engineering, Changwon National University, Kyungnam 641-773*

Dept. of Chemical Engineering, Dongseo University, Pusan 617-716**

1. 서론

대부분 연안해역에 위치하고 있는 수산물 가공공장에서 발생하는 폐수는 높은 유기물 성분과 영양염류인 질소 및 인 그리고 염을 다량 함유하고 있으므로 효율적인 오염물질의 제거가 시급한 실정이다. 수산물 가공공장에서 배출되는 폐수는 대부분 활성슬러지법에 의하여 처리되고 있는 것으로 보고되고 있다[1]. 그러나, 활성슬러지법은 질소 및 인의 제거효율이 낮고 부하 변동 시 슬러지 침강성이 악화되어 오염물질의 제거효율이 낮아진다[2, 3]. 이를 개선하기 위하여 활성슬러지의 폭기방법을 간헐폭기로 변경하여 질소 및 인의 제거 효율을 증대시킨 연구[4, 5]와 제올라이트를 첨가한 활성슬러지법에 대한 연구[6, 7]가 보고되고 있다.

본 연구에서는 수산물 가공폐수처리의 영양염류 제거효율과 침강성을 개선하기 위하여 기존의 활성슬러지법을 크게 변경하지 않고 적용 가능한 호기 및 혐기 방식의 간헐폭기 방식과 분말 제올라이트를 첨가하는 방법을 적용하였다.

2. 실험

본 실험에서는 실제 수산물 가공폐수와 유사한 성상의 폐수를 조제하여 사용하였으며, 사용된 인공 수산물 합성폐수의 오염물질 농도는 CODMn 500∼600 mg/L, T-N 250 mg/L, T-P 20 mg/L였다.

본 연구에 사용된 반응 시스템은 Fig. 1과 같다. 폭기조의 용적은 10 L이며, 침전조의 용적은 6 L로 4기를 제작하여 동시에 운전하였다. 유입원수 및 슬러지 반송을 위하여 정량펌프(peristaltic pump)를 사용하였으며, 슬러지 반송량은 유입량의 100%로 조절하였다. 온도는 자동 온도조절기를 사용하여 20℃를 유지하였다. 폭기조내의 DO는 폭기시에는 5 mg/L로 유지시켰고, 비폭기시에는 수중펌프만을 사용하여 슬러지를 교반시켰다. 간헐폭기 시스템은 폭기 1시간/비폭기 1시간으로 운전하였다. 수리학적 체류시간(HRT)은 12시간으로 고정하여 폐수를 유입하고, 제올라이트를 주입하지 않은 표준 활성슬러지 반응조(control조)의 SRT를 10일, 제올라이트를 첨가한 반응조의 SRT를 각각 5일, 10일, 20일로 조절하여 4기를 동시에 운전하였다. SRT는 폭기조내의 슬러지 혼합액을 매일 일정량 폐기하는 방식을 사용하였다.

제올라이트는 매일 2g씩 반응기에 투여하였고, 반응기에 주입된 제올라이트는 입경이 45□이하로 국내 포항에서 생산되는 분말 천연 제올라이트를 사용하였다. 실험에 사용된 슬러지는 인근 수산물 가공공장에서 가동중인 폐수처리장의 반송 슬러지를 식종하였다.

수질분석은 수질오염 공정시험법을 따랐으며 CODMn, T-N, NH3-N, NO2-N, NO3-N, T-P에 대해서 수행하였고, CODMn 분석시 AgSO4를 사용하여 폐수내에 함유된 염분에 의한 방해를 보정하였다.

3. 결과 및 고찰

유기물 제거의 경우 전체적인 경향을 살펴보면 제올라이트를 첨가한 반응기의 CODMn 제거효율이 높게 나타났다. 또한 제올라이트를 첨가한 반응기의 SRT가 5일, 10일, 20일로 길어질수록 CODMn의 제거효율은 높게 나타났다. 이는 SRT가 길수록 염분이 증가 투입된 폐수의 유입초기의 충격을 조금 받기 때문인 것으로 사료된다.

염분농도가 5,000 mg/L 및 8,000 mg/L로 증가되어 투입되었을 때 control 반응조인 활성슬러지법과 제올라이트를 첨가하고 SRT를 5일로 조절한 반응기의 CODMn 제거효율이 감소를 보이고, 염분농도를 8,000 mg/L로 증가시켰을 경우 5,000 mg/L로 조절하였을 때 보다 급격한 제거효율의 감소를 보이지는 않았다. 각 조건변화에 따른 CODMn 평균 제거효율의 차이는 처음엔 일반 활성슬러지법과 SRT 5일에서 변동폭이 비교적 컸으나, 염분농도를 8,000 mg/L로 증가하여 주입시킨 후반부터는 변동폭이 작아져 안정적인 제거효율을 보였다. 이는 운전이 계속됨에 따라 증가하는 염분농도에 적응하는 미생물 종들의 구성비가 증가하였기 때문이라 판단된다. 그리고, 제올라이트를 첨가한 반응기의 경우 염분농도가 증가된 후 특히 초기의 CODMn 제거효율은 SRT가 길수록 더 안정적인 제거를 보였다.

질소 제거의 경우 SRT 및 염분농도에 따른 T-N의 경시변화를 Fig. 2에 나타내었다.

염분농도가 3,000 mg/L일 때 T-N의 평균 제거효율은 47∼58%로써, 간헐폭기 방식의 T-N의 제거효율이 연속폭기 활성슬러지법의 T-N 제거효율인 10∼30%[8] 보다 높게 나타났다. 염분의 농도가 5,000 mg/L에서의 제거효율은 58∼60%로 나타났으며, SRT가 길수록 제올라이트를 첨가한 반응기의 총질소의 제거효율은 약간 높은 것으로 나타났다. 그러나 염분농도가 8,000 mg/L인 경우에는 T-N 제거율이 전체적으로 감소하였고 특히 SRT 20일의 조건에서 NO3의 유출농도가 높게 검출되어 이 조건에서 질소의 제거가 낮음을 알 수 있었다.

전체적인 NH3의 제거효율은 염분의 농도가 높을수록 낮아지는 경향을 나타내었으며 SRT가 높을수록 제거효율은 향상되는 경향을 보여주었다. 그리고 제올라이트를 투여한 반응기의 제거효율은 control조에서의 효율보다 높았다.

Table 1에는 각 SRT 및 염분농도에서의 실험기간 동안의 NO3의 농도를 정리한 결과를 나타내었다. 염분농도가 8,000 mg/L과 SRT 20일의 조건에서 NO3의 유출농도가 다른 조건의 경우보다 높게 나타났다. 이는 SRT가 길수록 탈질에 필요한 유기 탄소원이 감소되어 탈질속도가 감소되며, 염분의 농도가 높을수록 유기 탄소원과 NO3의 비가 탈질속도에 많은 영향을 미치며 염분의 농도가 높을수록 유기 탄소원과 NO3의 비를 높게 유지하는 것이 탈질속도를 증가시키는데 유리함을 알 수 있다. 이는 염분의 농도가 높아짐에 따라 탈질 미생물들이 외부의 삼투압에 저항하여 생존하기 위하여 보다 많은 에너지를 필요로 하고, 이를 위해서는 다른 조건에 비해 많은 유기 탄소원이 필요하기 때문이다.

인 제거의 경우 SRT 및 염분농도에 따른 T-P의 경시변화를 Fig. 3에 나타내었다.

반응조내에서 인 제거효율의 경우 제올라이트를 투여한 반응조의 제거효율이 control조에 비해 약간 높았다. 이는 제올라이트의 첨가로 인한 슬러지의 침강성이 향상된데 기인한 것으로 사료된다. 염분의 영향은 염분의 농도가 높아질수록 인의 제거효율이 약간 더 높게 나타나 염분의 농도가 높을수록 인과 슬러지의 응집효율이 높아지는 것에 기인한 것으로 생각된다. SRT에 따른 영향은 미미한 것으로 나타났다.

4. 참고문헌

[1] B. C. Paik and G. S. Shin, Journal of Korean Society of Water and

Wastewater, 8(1), 18(1994).

[2] B. H. Moon, H. S. Choi, and J. S. Heo, Biotech. Bioprocess Eng., 2,

136(1997)

[3] Y. S. Kim, C. H. Park, and T. J. Park, Journal of Korean Society

Environment Engineering, 7(2), 59(1985).

[4] I. S. Seo, Ph.D. Thesis, Chungbuk National Univ. (1995).

[5] A. Brenner, Wat. Sci. Tech., 22(3/4), 117(1990).

[6] Samsung Technology Institute, □Process development for simultaneous

removal of nitrogen and phosphorus using natural Zeolite,□ Ministry of

Environment (1995).

[7] O. Lahav and M. Green, Wat. Res., 32(7), 2019(1998).

[8] G. Tchobanoglous and F. L. Burton, "Wastewater Engineering," 3rd ed.,

Chap. 8, McGraw-Hill, Inc., U.S.A. (1991)..

□wastewater tank □feeding pump □water pump □diffuser

□baffle □air blower □agitator □effluent □return sludge

Fig. 1. Schematic diagram of intermittent aerated activated sludge reactor.

Fig. 3. Variation of T-P removal efficiency.

Table 1. NO3-N Concentrations vs. SRT and NaCl Concentrations

SRT (day)		salt (mg/L)	NO3-N conc.
			Range	average
Control	10	3000	0-9.76	1.52
		5000	0.04-2.2	0.64
		8000	0.5-4.4	1.65
Zeolite	5	3000	0-2.11	0.60
		5000	0-1.11	0.41
		8000	0.2-1.5	1.02
	10	3000	0-10.44	1.45
		5000	0-1.13	0.34
		8000	0.5-4.47	1.82
	20	3000	0-11.47	2.6
		5000	0-1.72	0.61
		8000	2-40.80	17.51

Fig. 2. Variation of T-N removal efficiency.