일본에서 폐수정화시설은 보유하고 있는 양돈농가의 처리방식은 주로 활성슬러지를 이용한 처리이지만, 각 사업소의 상황에 맞게 다양한 시설 및 운전조건이 채택되고 있다.

 

때문에 수질도 사업소별로 변동이 크다고 생각된다. 축사 폐수로부터 질소 제거를 검토하기 위해서는 이미 설치되어 있는 축사 폐수처리시설의 상황을 정확하게 파악하는 것이 중요하지만, 상세하게 조사한 사례는 드물다.

 

본 연구팀은 양돈농가를 대상으로 축사폐수, 활성슬러지처리 후 처리수의 질소농도 및 성분의 특징을 파악할 목적으로 조사를 실시하였다.

9곳의 양돈농가를 대상으로 2~7개월의 사이를 두고 3회 샘플 채취를 실시하여 조사를 수행하였다.

 

1차 처리 전의 폐수를 원수, 중력침전 및 응집제를 이용한 기계분리 등 1차 처리를 실시한 후의 폐수를 1차 처리수, 활성슬러지로 처리한 처리수를 활성슬러지 처리수로 하여 샘플 채취를 실시하였다. 본 연구에 의해 채취한 활성슬러지 처리수는 반드시 공공용수역에 방류되는 것은 아니다.

활성슬러지 처리수는 수질오염방지법의 질산성 질소류의 농도계산에 이용되는 암모니아성 질소에 0.4를 곱한 것과 아질산성 질소 및 질산성 질소의 합계량을 계산하였다.

 

원수, 1차 처리수의 총질소 농도는 농가별로 변동폭이 크고, 원수의 평균은 2,500mg/L, 1차 처리수 평균은 1,300mg/L이며, 활성슬러지 처리수의 평균은 430mg/L로 환산 질소농도는 평균 260mg/L이었다. 미생물 반응에 의한 질소 제거에서는 BOD/N(총 질소)비가 중요하다.

 

원수의 BOD/N비는 평균 3.6이었지만, 1차 처리수 평균은 2.7이고, 활성슬러지 처리수는 평균 0.4였다. 1차 처리 및 활성슬러지 처리에서 BOD 성분의 제거율이 질소성분보다 크기 때문에 처리과정을 통해 BOD/N비가 낮아진다는 것을 알았다.

양돈 폐수처리에서 활성슬러지 처리로 적절하게 간헐 포기 또는 회분식 운전을 함으로써 소화반응-탈질반응을 촉진하여 충분히 질소제거를 실시하기 위해서는 BOD/N 비가 3 정도 이상 필요하다고 알려져 있다.

 

폐수의 1차 처리는 활성슬러지 포기조의 BOD용적부하를 낮추기 위해 중요하지만, 이것을 수행함으로써 BOD/N비는 저하되어 질소제거에는 불리한 조건이 되는 경우가 있기 때문에 BOD 성분의 과도한 저하는 질소제거의 관점에서 주의할 필요가 있다.

활성슬러지 처리수의 질소 조성을 보면, 암모니아가 총질소의 99% 이상을 차지하는 경우가 특정 농가에서 발생하고 있으며, 그 이외의 농가에서는 암모니아, 아질산, 질산의 혼합상태가 많았다.

 

일반적으로 질소성분은 원수, 1차 처리수에서 킬달 또는 암모니아 형태이었던 것이 활성슬러지조 내에서 미생물에 의한 질화반응에 의해 아질산, 질산으로 산화되고, 동시에 일부는 탈질반응에 의해 질소가스가 되어 제거된다.

 

처리수 중의 질소성분에서 암모니아가 주체가 되는 시설은 활성슬러지조의 부하가 높고 포기가 충분하지 않은 등의 이유로 소화반응이 진행되지 않는다고 추측된다. 따라서 생물학적 질소 제거를 수행하기 위해서는 운전조건의 개선 및 시설 개량에 의해 질화반응이 발생하기까지 실시해야 한다.

활성슬러지 처리수의 pH는 질화반응에 의한 산의 생성과 탈질반응에 의한 알칼리의 생성에 의한 균형이 크게 영향을 미치기 때문에 질화반응의 진행 정도를 알 수 있는 pH와 총질소에 대한 암모니아 비율의 관계를 이용하여 질산성 질소류의 일률기준을 만족하지 못한 샘플(A, B, E, G, H, I)을 나타내었다.

처리수 중의 질소 중 암모니아가 주체가 되는 경우(A, I)에는 pH가 8 이상이며, 질화반응이 충분하지 않아 pH가 저하되지 않는 상황을 나타내고 있다.

 

기타 농가(농가 B, E, G, H)의 경우 pH가 8 미만이며, 암모니아의 비율이 18% 이상을 차지하였으며, 평균 40%였다. 처리수의 pH는 질화반응의 진행을 알 수 있는 기준이 된다.

이번에 활성슬러지 처리 후, 환산 질소의 평균값이 수질오염방지법 질산성 질소류의 일률기준 100mg/L 이하의 값을 나타낸 곳은 9곳의 농가 중 3곳(농가 C, D, F)뿐이었다.

 

질소제거가 양호하게 실시된 3곳의 농가 조건을 보면, 농가 D는 원래 원수 중 질소농도가 상당히 낮았으며, 농가 C는 1차 처리에 의해 질소농도가 대폭 저하되었고, 농가 F는 활성슬러지 처리조 중에서 희석수에 의해 희석되었다.

 

또한 모든 폐수가 1차 처리수의 상태에서 BOD/N비가 비교적 높아 질화-탈질에 의한 질소제거 반응이 양호하게 일어났기 때문이라고 생각하였다.

원수 및 1차 처리수의 농도는 축사에서 분뇨 분리상황, 암모니아 등의 휘발 상황, 세정수의 이용상황, 1차 처리시설의 형태, 운전상황 등에 의존한다.

 

간단한 사육환경 및 시설 운전조건의 변경에 의해 해당조건을 만족할 수 있다면 질소제거 능력이 상승될 가능성이 있는 반면에, 시설의 근본적인 개선이 필요한 경우에는 질소 제거를 충분히 수행하는 것이 어렵고, 고도처리시설이 필요한 경우도 있다.

 

[출처 : KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑(GTB)』2013. 12. 12]