축사 폐수를 위한 폐수처리시스템은 활성슬러지 미생물을 이용한 산화처리가 주체이기 때문에 생물화학적산소요구량(BOD) 등 역분해성 유기성분의 제거에는 효과적이지만 색소성분 등 난분해성 유기성분의 제거에는 충분한 처리성능을 얻을 수 없다. 그리고 처리수는 황갈색을 띠고 있기 때문에 오탁감을 느끼기 쉬워 민원의 대상이 되고 있다.

색소성분의 처리기술로 사가현 축산시험장에서는 토양여과법 및 광촉매 반응 등을 이용한 기술이 이루어지고 있지만 여재의 교환 및 탈색능력 등의 과제가 남아 있어 지속적인 안정된 탈색기술을 확립할 필요가 있다.

 

 

                       (그림 1) 배치식 실내 규모 장치

그래서 산화능력이 높은 오존에 의한 처리기술이 주목을 받고 있어 축사 폐수를 이용한 연구가 이루어지고 있지만, 활성슬러지로 처리한 축사 폐수는 색도가 높기 때문에 실용화를 도모하기 위해서는 오존 발생장치로 발생시킨 오존을 대상 폐수에 효과적으로 용해시켜 탈색 처리능력을 높일 필요가 있다.

최근 마이크로 버블(미세기포)에 의한 각 산업분야에서의 정화 등 응용기술이 개발되고 있다. 미세기포는 선회류방식 등의 미세기포 발생장치로 10~50μm의 기포가 발생되며, 단일 구멍 노즐 등을 이용한 1~10mm 정도의 밀리 버블과 비교하여 크기가 작기 때문에 기체의 용해효과가 상당히 뛰어나다. 그래서 활성슬러지로 처리한 축사 폐수를 대상으로 미세기포 오존에 의한 탈색기술의 개발을 수행하였다.

미세기포의 상태로 오존을 대상 폐수에 용해시킴으로써 탈색능력이 향상되는지 확인하기 위해 배치식 실내 규모의 장치(250리터 처리 규모)에서 미세기포와 일반적인 기포(밀리 버블)를 비교하였다. 미세기포 오존 처리장치는 오존발생장치, 기액혼합 펌프, 오존 가압 용해 탱크, 미세기포 발생 노즐 및 오존 순환조로 구성되며 활성슬러지 처리수를 오존 순환조에 투입한 후 기액혼합 펌프로 오존발생장치에서 발생한 오존과 혼합하였다.

 

그 후 오존 가압 용해 탱크에서 3kgf/㎠의 압력으로 오존을 가압 용해시킨 후 미세기포 발생 노즐에서 선회류를 발생시키면서 압력을 개방하여 기포의 직경이 10~50μm인 미세기포를 발생시키고 오존 순환조에서 오존 120mg/L를 용해시켜 탈색처리를 실시하였다.

 

 

(그림 2) 연속식의 실제 규모 장치


시험은 색도 98.9의 활성슬러지로 처리한 양돈 폐수를 이용하여 색도가 10 이하가 될 때까지 오존 처리를 실시하였다. 그 결과 미세 기포를 이용함으로써 탈색시간을 단축할 수 있었으며, 오존에 의한 탈색 능력이 높게 된다는 것을 확인하였다.

다음으로 오존 처리의 억제요인인 아질산성질소(NO2-N)이 미세기포 오존을 이용한 탈색에 미치는 영향을 시험하였다. 시험장치는 미세기포의 유무에 의한 비교와 같이 배치식의 실내 규모 장치(30리터 처리 규모)를 이용하고 오존 첨가량은 280mg/L가 되도록 조정하였다.

 

색도 73.6의 처리수에 아질산성질소를 첨가하여 색도가 10 이하가 되기까지 처리를 수행한 결과, 아질산성질소를 첨가하지 않은 경우에는 12분에 색도가 10 이하에 도달하였지만, 25mg/L 첨가한 경우에는 21분, 50mg/L 첨가한 경우에는 27분이 필요하여 아질산성질소 농도가 높을수록 탈색처리가 억제된다는 것을 확인하였다.

또한 색도, 아질산성질소 농도가 다른 활성슬러지로 처리한 양돈 폐수에 대해 오존 탈색시험을 수행한 결과, 아질산성질소 농도가 143mg/L 및 567mg/L의 고농도인 경우, 개시 시의 색도에 관계없이 탈색속도가 저하된다는 것을 확인하였다.

 

이상의 결과로부터 처리수에 아질산성질소를 첨가함으로써 탈색이 억제된다는 것을 확인하였으며, 색도가 낮은 경우에도 아질산성질소 농도가 높을수록 탈색이 억제되어 용해효율을 높인 미세기포 오존을 사용하더라도 아질산성질소의 잔류가 탈색 억제의 요인이 된다는 것을 확인하였다.

배치식 실내 규모 장치에서의 요인조사를 실시한 후 돼지 축사 및 젖소 축사 폐수를 1일당 12㎥ 처리하는 연속식 실제 규모의 장치를 설치하여 1년간 탈색효과를 시험하였다. 순환조(4㎥)는 기존의 저류조를 개조하고 순환조 내의 활성슬러지 처리수의 잔류시간은 40분으로 하였다. 오존 첨가량은 80~120mg/L의 범위로 하고, 폐오존 냄새가 발생하지 않을 정도로 조정하였다.

 

활성슬러지 처리수는 돼지 축사 및 젖소 축사 폐수를 대상으로 하고 0.7mm 스크린 및 벨트스크린에 의해 분뇨를 분리 처리한 후 담체를 이용한 생물막법에 의해 활성슬러지 처리를 수행하고, 정밀 여과막(MF막: 공극 0.4um)에 의한 막분리 처리를 수행한 처리수를 이용하였다. 그리고 포기조에서는 90분 간격으로 간헐 포기처리를 수행하였다.

MF막 처리 후 폐수 처리수 중의 색도는 평균 80.9, BOD 농도는 평균 3.0mg/L, T-N(총 질소) 농도는 92.6mg/L, 아질산성질소 농도는 평균 29.5mg/L였다. 탈색 전 활성슬러지 처리수의 성상이라면 오존 탈색 후의 색도는 평균 5.8을 나타내어 연간 안정된 탈색이 가능하다는 것을 확인하였다.

 

오존 탈색의 방해요인인 BOD 및 아질산성질소 농도를 포기처리 단계에서 저감시킨 것과, MF막 처리에 이해 부유물질이 오존 탈색장치에 유입하지 않도록 방지하여 색소성분을 효율적으로 제거할 수 있었다. 이상의 결과로부터 미세기포 오존은 연속식의 실제 규모 장치에서도 포기처리 단계에서 BOD 및 아질산성질소 등을 저감시키면 안정된 탈색효과를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다.