연도별 연구사업

시화반월산단의 주요악취배출업소의 악취제거를 위한 바이오필터 실용화 연구

시화반월산단은 수천개의 중소기업으로 이루어진 수도권을 대표하는 산업단지 중 하나이지만, 수도권지역의 가장 심각한 환경문제지역이다. 시화·반월산업단지의 산업체로부터 배출되는 대기오염 물질인 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)과 황화수소 및 암모니아 같은 무기성 악취물질은 산업단지 주변 주거지역 대기환경악화의 주범이며 민원 발생의 원인이 된다는 점에서 특별히 관리 되어야 할 필요성이 있다. 따라서 본 연구과제를 통해 시화·반월산단 내 스크러버 혹은 활성탄 흡착탑을 대체할 수 있는 저가형 바이오필터의 개발 및 적용을 성공적으로 이루고, 이를 통하여 보다 효과적이고 실질적인 시화반월산단의 대기환경개선을 이루고자 한다.

본 연구에서는 시화반월산단지역에서 발생되는 악취물질의 효과적인 제거를 위해, 폐수처리장의 악취물질을 그 대상으로 삼고 현장 Pilot Biofilter를 제작 및 적용한다. 악취물질은 선정은 악취발생 농축조의 샘플분석 및 문헌조사를 통해 이루어졌다. 대표물질은 황화수소, 암모니아, 트레메틸아민 이며 부하, 체류시간에 따른 효율변화를 파악하기로 한다.

1. 아민폐수 폐수처리
Amine가스가 바이오필터 System으로 유입되어 용해된 후, 미생물에 의해 담체층 및 고정상담체반응기에서 분해되는 것을 확인하기 위한 실험에서, 유기질소의 분해율은 6.1㎎/ℓ TN/gMLSS·hr 으로 암모니아의 질산화율 21.2 ㎎NH4+-N/gMLSS·hr 보다 낮았으나 생분해도가 높아 바이오필터 담체층 및 바이오필터 저수조의 고정상담체에서도 쉽게 분해가 가능함을 알 수 있었다.

2. 약액전처리 TEST
바이오필터의 전단계에 적용되는 Quencher만을 사용하여 현장에서 발생되는 황화수소와 암모니아의 처리율을 파악하였다. 세정액의 종류는 물, 세정액 A, 세정액 HD를 사용하였으며, 세 가지 경우 모두 체류시간이 늘어날수록 처리효율이 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 세정액 순환수량이 3배로 늘어나도 처리효율의 변화는 크지 않았다. 본 실험결과로는 세정액 순환수량과 처리효율의 관계는 일정한 상관관계를 가지지 않는 것으로 나타났다.
또한 동일 실험결과를 가지고 체류시간과 처리효율 및 액가스비를 비교한 경우는, 처리효율은 일반수돗물을 사용한 경우보다 크게 증가하였으나 액가스비의 증가에 따른 효율의 변화는 마찬가지로 관찰되지 않았는데, 그 이유는 담체에 그 원인이 있다고 볼 수 있다. 실험은 Quencher에 PR 담체를 사용하여 300L를 채운 상태에서 실시하였는데, 적은량의 순환수에도 담체는 이미 충분한 세정액을 머금게 되고 이로 인해 일정순환수량 이상에서는 효율변화가 크지 않았다고 판단된다. 오히려 순환수량을 증가시킴으로 인해 압력손실이 커져 유입팬의 용량이 증대될 수 있는 단점이 발생 할 수도 있다.
황화수소와 암모니아의 약액처리과정에서 암모니아의 처리효율이 황화수소보다 다소 낮게 나타났으며, 세정액의 전처리효과가 물보다 뛰어난 것을 알 수 있으나, 순수한 물 역시 황화수소의 제거율 68%, 암모니아의 제거율 43%로 체류시간만 충분하다면 처리효율이 비교적 높은 것으로 확인되었다. 또한 NaOCl 등 Chemical 만으로 제조된 세정액A보다 생분해약품을 첨가한 세정액 HD가 더 처리효율이 우수한 것으로 나타났다.

3. 현장 Pilot TEST
폐수처리장 농축조로부터 발생되는 악취가스의 생물학절처리를 위해 현장 TEST 규모의 Biofilter 장치를 제작하여 이를 통한 처리능력을 약 80일간의 운전을 통해 알아보았다
Biofilter만으로 악취를 처리한 경우, RT 30sec에서 80%까지 비교적 높은 처리효율을 나타내었으나, RT 15sec, RT 10sec로 변경시키자 효율은 50% 까지 떨어졌으며, 저수조에 고정상담체를 적용하였을 때 RT 10sec 효율 86%, RT 15sec 효율 93%, RT 30sec 효율 96% 까지 상승하였다. 하지만 황화수소의 배출농도가 1ppm~3ppm 로 복합악취법적규제치인 500배 적합을 초과하여 만족하지 못했다. 마지막으로 Quencher의 약액전처리기능을 동시에 수행시키며 효율을 관찰하니 모든 체류시간에서 대부분 100%의 효율을 나타내었고, 복합악취 역시 300배 이하로 만족할 만 한 수준으로 분석되어 저수조의 고정상담체 및 약액전처리를 동시에 적용하므로써, 일반바이오필터를 사용할 경우 발생되는 낮은 처리효율의 문제를 해결 할 수 있다고 판단된다. 또한, 이는 처리효율 증대를 위한 바이오필터의 Size-up 문제와 밀접하게 관련된 투자비 문제도 해결 할 수 있을 것으로 판단된다.

시화반월산단의 기업체를 방문하여 환경문제의 자문을 통한 배출악취의 효율적인 제거를 이루고 본 연구에서 얻게 된 기술들에 추가적인 TEST를 통하여 보완과정을 거친 후 시화반월산단의 산업체 및 공공시설물의 악취처리에 활용한다.