폐수 처리 공정에서 사용되는 다양한 약품 주입 장치, 산화 및 탈염소 기술, 그리고 포기 공법의 특성과 운전 원리 doc_id PCY_201705230336248041_18

건식약품주입기는 건조한 상태의 약품을 미세분말체상태로 일정한 주입률에 의하여 연속적으로 용량 또는 중량단위로 주입하는 장치로, 저장호퍼, 주입장치, 용해조, 분배장치 등으로 구성되어 있으며 고체를 폐수중에 직접주입하는 경우와 주입기(ejector)를 사용하여 주입점까지 유도하여 주입하는 경우가 있다. 각 장치의 크기는 유량, 처리율, 화학약품의 최적 주입 및 용해시간 등에 의하여 결정된다. 석회와 같이 압축되기 쉽고 아치현상을 일으키는 분말에서 사용되는 호퍼는 호퍼교반기와 먼지수집장치를 갖추어야 한다. 건식약품주입기는 용량에 의한 부피식과 중량식이 있는데, 부피식에는 주입된 건식화학약품의 부피를 재고 중량식에는 무게를 재며, 일반적으로 건식장치에서는 용해작용이 가장 중요하다. 용해조의 용적은 체류시간에 의하여 결정이 되고, 용액의 강도를 일정하기 유지하기 위하여 물을 많이 공급할 수 없을 때에는 기계식 교반기를 사용하여야만 한다. 오존은 효과적인 소독물질이지만 산화력이 대단히 강하여 수중에 존재하는 물질, 특히 유기물질에 의해 다량으로 소비되고, 이들 간의 산화반응은 비교적 신속히 일어나므로 지속적인 충분한 소독효과를 기대하기 어렵다. 그러므로 유기물질을 함유하는 경우에는 소독조에 잔류오존을 확보하기 위해 다량의 오존주입이 필요한 경우가 많다. 또, 자기분해 속도가 빨라 비록 수중에 오존 소비물질이 존재하지 않더라도 장시간 수중에 잔존시킬 수 없다. 잔류효과가 없어 수생태계에 대한 악영향이 거의 없으므로 방류수역의 수생태계를 위해서는 매우 우수한 소독제라 할 수 있으나, 처리수중에 잔존하는 유기물질에 의한 오존의 소비가 현저하므로 많은 양의 오존주입을 해야 하는 어려운 문제점이 있다. 오존을 이용하면 살균이 빠르고, 효과적이며, 폐수중의 유기물도 산화하여 난분해성COD도 감소시킬 수 있으며, 악취물질의 제거에도 사용된다. 그러나 매우 불안정하여 20℃의 물에서 반감기가 20~30분 정도이고, 수중에 산화물질이 존재하면 반감기는 더욱 짧아진다. 오존은 폐수의 pH 및 온도 등에 의한 영향을 덜 받으나, 중성부근에서 살균효과가 뛰어나다. 탈염소 시스템은 잔류농도를 통제하는데 기본을 두고 있다. 특히 아황산가스는 과도히 주입되어 물 속에 잔류하게 되면 하수나 강물의 용존산소를 소모시키게 되므로 주입이 철저히 통제되어야 한다. 중요통제시설로서 염소접촉조의 유출구에 잔류염소측정기를 설치해야 하며, 아황산가스로 처리된 유출수도 채취하여 분석해야 한다. 아황산가스와 염소는 순식간에 반응하므로 혼합후 바로 하류에서 시료채취를 한다. 탈염소 시스템의 관측(monitoring)은 잔류염소분석기로 하게 된다. 분석기는 케이블을 통하여 600~900m까지 떨어진 잔류농도기록계 및 통제기에 전기통제신호를 보낼 수 있다. 그러면 잔류 농도기록계는 진공송신기에 의하여 100V 교류회로를 통하여 진공조정기에 전기통제신호를 보낸다. 회로시간(loop time)을 알맞은 범위 내에 유지하기 위해서 아황산가스 주입기를 산기관 부근에 위치시키는 것이 좋으며 인젝터에 필요한 물은 시료채취지점에서 취하면 된다. 대부분의 경우 아황산가스주입점이 공급지점에서 멀리 떨어져 있으므로 잔류염소기록계, 아황산가스주입기 그리고 인젝터펌프를 주입점부근의 별개 건물내에 위치시키는 것이 좋다. 아황산가스는 PVC진공관으로 저장지점에서 주입점으로 수송될 수 있다. 잔류염소의 화학적 상태에 의해서 탈염소 과정은 크게 영향을 받는다. 즉 클로라민은 탈염소 효율을 크게 감소시킨다. 유입수의 염소농도에 의해서도 효율이 영향을 받는다. 염소농도가 10배 증가하면 동일한 제거농도를 유지하기 위해서 활성탄층의 두께가 3.3배 증가해야 한다고 보고되고 있다. 활성탄입자가 작을수록 탈염소 효율은 증가하겠지만 수두손실이 증가한다는 제약을 받게 된다. 활성탄에 의한 탈염소 반응은 무기물 및 유기물제거반응과 동시에 진행되므로 가장 쉽게 산화될 수 있는 물질은 염소에 의하여 산화될 것이며, 나머지 흡착된 물질은 표면반응시 생성되는 발생기산소에 의하여 산화된다. 따라서 활성탄에 의한 탈염소 효율은 하수내의 유기물 및 무기물에 의해서도 감소된다. 입상활성탄은 중력식 또는 가압식 활성탄 여과상에 의하여 실시되는데 이때 폐수량은 여과기내의 활성탄층 표면적 1m2당 2L/s를 초과해서는 안 된다. 입상활성탄을 사용하여 유기물을 제거하는 처리장에서는 같은 층이나 별도의 층을 탈염소에 사용할 수 있으며, 재생이 가능하다. 입상활성탄을 탑에서 사용하는 것이 가장 효과적이고 신뢰성이 있다. 그러나 이 방법은 비용이 매우 많이 드는 단점이 있다. 산화구공정(酸化溝工程: Oxidation ditch)은 1차침전지를 설치하지 않고 폐수와 산화구내 혼합액이 원형 또는 타원형 무한수로를 통하여 한 곳 또는 그 이상의 지점에서 기계식 포기에 의해 순환이동 되는 공정이다. 산화구내 혼합액이 포기장치를 통과할 때 용존산소가 공급되며 이 부분을 지나 이동하면서 산소가 소비됨에 따라 용존산소농도가 낮아진다. 산화구는 일반적으로 장기포기법과 같은 개념으로 운전되는 것이 보통이다. 일반적인 BOD제거효율은 75~95% 정도이다. 기계식 포기장치는 처리에 필요한 산소를 공급하는 이외에, 산화구내의 활성슬러지와 유입폐수를 혼합 교반시키고 혼합액에 유속을 부여하여 산화구내를 순환시켜 활성슬러지가 침강되지 않도록 하는 기능을 갖는다. 산화구의 설계 및 운전개념은 장기포기법과 매우 유사하다. 산화구에서는 유기물부하가 낮고 체류시간이 길기 때문에 증식속도가 매우 느린 질산화미생물이 증식하여 질산화반응이 일어나기 쉽다. 질산화가 충분하지 않거나 불규칙적일 경우에는 유출수의 총BOD측정시 높은 질산화BOD가 나타나거나 총BOD제거효율이 불안정해질 수 있다. 또한 질산화에 의한 알카리도의 소모와 pH저하에 의한 처리기능의 악화가 일어나기 쉽다. 따라서 질산화되지 않은 질소화합물의 농도가 높지 않도록 오히려 질산화 및 탈질공정을 적극 도입하여 질산화BOD를 낮출 수 있을 뿐 아니라 탈질을 통한 알칼리도 보급으로 혼합액 및 처리수의 pH저하를 막을 수 있다. 이러한 적극적인 탈질공정에 의하여 총 BOD제거효율의 안정화를 도모할 수 있는 것이다. 계단식 또는 단계식 포기법은 플러그흐름형 반응조를 변형시킨 형태로 유입수를 포기조길이에 따라서 둘 이상의 지점에서 유입시키는 방법으로, 그 개발 동기는 점감식포기법과 동일하나 점감식포기 법에서의 불균일한 산기기배치의 복잡성을 극복하기 위함이다. 이 방법은 포기조 전부분에 걸쳐서 산소의 균등분배 및 미생물에 의한 섭취가 가능하다. 운전변수는 표준활성슬러지공정과 비슷하며 포기장치는 대부분 산기식을 주로 사용한다. 운영되고 있는 표준활성슬러지공정의 유입수를 단순히 분할하여 계단식 포기방식으로 전환시킬 수 있으므로, 표준활성슬러지공정에서 유입부하가 증가하여 포기조선단부에 혐기성상태가 초래되는 등 처리가 곤란한 경우에 대비하여 미리 계단식 유입용수로를 설치해두는 것도 좋은 방법이다.