ISSN : 2287-6731(Online)
DOI : https://doi.org/10.11161/jkosore.2013.12.3.97
공공하수처리시설의 악취물질 배출특성과 관리방안 연구
The Emission Characteristics and Management of Odor Compounds from Public Sewage Treatment Facility
Abstract
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1. 서 론
악취는 황화수소, 메르캅탄류, 아민류, 그 밖에 자극성이 있는 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새로 ｢악취방지법｣에서 정의하고 있다(MOE, 2013). 또한, 악취물질들은 대체로 최소감지농도가 낮고(Nagata, 1990) 여러 종류의 성분들이 혼합된 상태로 존재하거나, 어떠한 특정 냄새 자체로 사람들의 후각을 비롯한 감각기관을 자극하여 건강의 위해성 보다는 심미적, 정신적 피해를 야기 시키는 나쁜 냄새로 언급되는 등 소음․ 진동과 더불어 생활 및 감각공해의 한 형태로 거론되고 있다(MOE, 2007).
이러한 감각공해의 한 형태인 악취는 경제발전과 더불어 국민들의 삶의 질이 향상됨에 따라 무엇보다도 중요한 환경문제로 대두되고 있으며, 더욱더 쾌적한 환경에 대한 욕구는 악취 민원으로 이어지고 있는 실정이다(Hong et al., 2007; Jeong et al., 2012).
환경부 조사결과 환경기초시설 중 공공하수처리시설에 대한 연도별 악취 민원 건수는 ‘08년(34건), ‘09년(42건), ‘10년(55건)으로 해마다 증가하고 있으며, ‘11년에는 42건으로 조금 감소하였으나, 악취 민원은 계속해서 제기되고 있는 것으로 조사되었다(MOE, 2012c). 국민들은 대부분 환경기초시설을 혐오시설로 인식하고 있을 뿐만 아니라, 최근에는 도시가 팽창함에 따라 주거지가 환경기초시설과 근접해지고 있으며, 쾌적한 환경에 대한 욕구 증대와 지가하락 등의 이유로 악취 민원이 지속적으로 발생되고 있는 실정이다(Hong et al., 2007; Jeon et al., 2010).
하수처리시설에서는 단독으로 하수를 처리하거나, 분뇨 및 가축분뇨처리시설의 처리수를 일부 연계처리 하여 황화수소와 메틸머캅탄 등의 황화합물류가 주로 발생되고 있는 것으로 잘 알려져 있다(Kim et al., 2006; Jung et al., 2008; MOE, 2012a). 그러나 현재에는 해양배출이 전면 중단됨에 따라 과거에 비해 연계처리가 증대되고 있으며, 일부 공공하수처리시설에서는 음식물류 폐기물 처리시설의 탈리액과 폐기물 매립시설의 침출수, 분뇨 등이 유입되고 있어 발생되는 악취물질 종류의 다양화, 그리고 과거에 비해 고농도 악취가 발생될 수 있으며, 정상적인 악취관리가 어려울 경우 악취 민원은 더욱더 증가할 것으로 사료된다.
하수처리시설에서 발생되는 악취와 관련된 국내 연구의 경우 일부 연구자들을 제외하고(Park, 2007; Jang et al., 2012) 대부분 실태조사를 통한 악취배출특성 위주의 연구가 진행되고 있어(Park, 2003; Chung et al., 2004; Park et al., 2005; Jung et al., 2006; Jeon et al., 2006; Jeon et al., 2010) 처리시설 운영자들의 악취관리에는 실질적으로 많은 도움이 되지 못하고 있는 실정이다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 운영 중인 공공하수처리시설을 대상으로 악취발생원에 대한 악취실태조사와 악취배출특성 파악 및 악취발생 원인을 분석하였으며, 각각의 악취발생원에서 야기되는 문제점을 파악한 후 개선 및 관리방안을 제시하여 공공하수처리시설에서 발생되는 악취를 효율적으로 관리하는데 필요한 기초자료로 활용하고자 한다.
2. 연구내용 및 방법
2.1 조사대상 처리시설
공공하수처리시설의 악취발생원에 대한 악취물질 배출특성과 악취발생원인 분석, 그리고 악취발생원별 문제점 파악 및 효율적인 관리방안을 제시하기 위하여 2008년～2010년까지 3년간 국내에서 운영 중인 28개소의 공공하수처리시설을 대상으로 악취실태조사와 원인분석을 실시하였으며, 본 연구에서는 악취방지시설에 대한 부분은 제외하였다. 조사대상 처리시설의 일반현황은 Table 1과 같으며, 공공하수처리시설의 일반적인 처리계통도는 Fig. 1과 같다.
Table 1. Description of public sewage treatment facilities in this study
Fig. 1. Description of public sewage treatment facilities in this study
2.2 측정 및 분석방법
2.2.1 측정지점 및 항목
악취물질의 측정지점은 관능법을 이용하여 고농도 악취가 발생되는 곳을 우선적으로 선정하였으며, 악취발생원인 분석 및 관리방안 제시를 위하여 유량 조정조의 교반유무와 혼합슬러지 저류조의 포기유무, 잉여슬러지 저류조의 환기유무 등의 운전조건에 따라 추가적인 측정을 실시하였다. 측정횟수는 약 2주~1개월 간격으로 처리시설이 정상적으로 가동되고 있는 주간 시간대에 1회~2회에 걸쳐 실시하였으며, 악취방지법에서 관리하고 있는 복합악취와 지정악취물질 22종을 조사대상으로 하였다.
2.2.2 측정방법
복합악취와 황화합물류 측정은 펌프가 내장된 진공흡인상자(Ens-eng., Korea)와 Polyester aluminum bag(5ℓ, 10ℓ, Top trading, Korea, 이하 PAB)를 이용하였다. PAB는 측정 전 고순도 질소(99.999%)로 2회 이상 세척한 후 냄새와 누출 여부를 확인하였으며, 현장시료로 3회 이상 치환한 후 1ℓ/min으로 5분~10분간 측정하였다. 측정이 완료된 PAB는 상온(15~25℃)을 유지 및 직사광선을 피하여 보관하였다.
암모니아는 0.5% 붕산용액 40㎖, 트라이메틸아민(Trimethylamine, 이하 TMA)은 증류수 359㎖에 진한 황산 1㎖를 넣어 혼합한 황산용액 40㎖, 유기산류는 0.1N NaOH 40㎖를 2개의 임핀저에 각각 20㎖씩 나누어 담고 직렬로 연결 한 후 암모니아와 TMA는 10ℓ/min으로 5분간 총 50ℓ, 유기산류는 5ℓ/min으로 20분간 총 100ℓ의 시료를 측정하였으며, 분석 전까지 4℃이하에서 냉장보관 하였다.
알데하이드류는 2,4-DNPH 유도체화 방법을 이용하였으며, 현장에서 PAB에 측정한 시료를 2,4-DNPH 카트리지(Waters, U.S.A)와 MFC가 내장되어 있는 소형펌프(MP-Σ100, SIBATA, Japan)를 이용하여 1ℓ/min으로 5분간 총 5ℓ를 측정하였다. 또한, 알데하이드류 측정에 방해물질로 작용하는 오존의 영향을 최소화하기 위하여 2,4-DNPH 카트리지 전단부에 KI가 채워져 있는 오존 스크러버(Waters, U.S.A)를 설치하였으며, 측정이 완료된 시료는 내․외부가 알루미늄으로 코팅되어 있는 용기에 개별 포장하여 분석 전까지 4℃이하에서 냉장보관 하였다.
휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, 이하 VOCs) 측정은 현장에서 PAB에 측정한 시료를 Tenax-TA 흡착제가 200㎎이상 충진 되어있는 Tenax-TA 흡착튜브(Supelco, U.S.A)와 MFC가 내장되어 있는 소형펌프(MP-Σ30, SIBATA, Japan)를 이용하여 200㎖/min으로 5분간 총 1ℓ를 측정하였으며, 측정이 완료된 Tenax-TA 흡착튜브는 분석 전까지 4℃이하에서 냉장보관 하였다.
2.2.3 분석방법
본 연구의 조사대상 악취물질들은 악취공정시험방법에 준하여 분석하였다. 복합악취는 무취 주머니에 무취공기를 담고 시료를 주입한 후 단계별로 희석하여 패널들이 직접 평가하였으며, 전체 판정요원의 시료 희석 배수 중 최대값과 최소값을 제외한 나머지를 기하 평균하여 판정요원 전체의 희석 배수로 산정하였다.
암모니아는 인도페놀법을 이용하여 UV/vis (8453, Agilent, U.S.A)로 640nm 파장에서 분석하였으며, TMA는 분석용 시료용액을 넣은 바이알에 50% KOH 5㎖를 가하고 전처리 장비인 SPME auto sampler(MPS2, Gerstel, U.S.A)를 이용하여 5분간 shaking 한 후 바이알 상부로 용출된 TMA를 SPME에 15분간 흡착시켜 GC/FID(7890A, Agilent, U.S.A)로 분석하였다. 유기산은 분석용 시료에 NaCl 2.3g과 H2SO4 (2%) 1㎖를 가하고 Headspace(TurboMatrix 40, Perkinelmer, U.S.A)를 이용하여 shaking(90℃, 20분) 한 후 vial 상부로 용출된 유기산을 GC/FID (Clarus 500, Perkinelmer, U.S.A)로 분석하였다.
황화합물은 thermal desorber(Unity/Air Server, Markes, U.S.A)를 이용하여 농축한 후 황화합물에 선택성이 좋은 GC/PFPD(7890A, Agilent, U.S.A)로 분석하였다. 알데하이드류는 카보닐화합물과 DNPH와의 반응에 의해 생성된DNPH 유도체가 자외선 영역에서 흡광성이 있고 350～380nm에서 최대의 감도를 나타내므로 360nm의 파장에 고정시킨 후 HPLC/ UV(1200series, Agilent, U.S.A)로 분석하였다. VOCs는 thermal desorber(Unity/Air 2 Server, Markes, U.S.A)를 이용하여 열탈착한 후 GC/ MSD(7890A/5973MS, Agilent, U.S.A)로 분석하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. 악취발생원별 악취발생 특성
3.1.1 전처리 공정
(1) 유입수
하수는 대부분 관로를 통하여 하수처리시설로 유입되고 있으며, 유입수에서의 악취물질 측정결과는 Table 2와 같이 복합악취는 67배 ~66,943배, 황화수소는 불검출(Not detected, 이하 ND)~66.87 ppm, 메틸머캅탄은 ND~1.690 ppm으로 황화수소와 메틸머캅탄이 주로 고농도로 발생되고 있었으며, 암모니아를 비롯하여 다른 악취물질들은 ND 또는 개별 물질들의 최소감지농도와 비교해 보았을 때 기여도가 낮은 것으로 조사되었다. 하수에서 황화수소가 고농도로 발생되는 것은 황화수소의 주된 전구물질인 황산염 이온이 하수도로 쉽게 유입될 뿐만 아니라 가정용 세척제로부터 발생되어 하수 중에 상당한 농도가 존재하며, 이러한 황산염 이온은 황산염 분해(환원) 박테리아의 성장을 증가시켜 하수 관망 내 황화수소 생성의 원인이 되기 때문이다(Kim et al., 2006; JASOM, 1993). 유입수에 음식물 탈리액이 간헐적으로 유입되고 있는 I 하수처리시설의 경우 음식물 탈리액 유입 시 복합악취와 황화수소는 각각 2,080배, 9.74 ppm, 비유입시 각각 30배, 0.03 ppm이었으며, 유입수에 음식물류 폐기물 처리시설의 처리수, 폐기물 매립시설의 침출수 처리수, 분뇨처리시설의 처리수를 연계처리하고 있는 R 하수처리시설의 경우 연계 처리수 유입 시 복합악취와 황화수소는 각각 1,442배, 1.18 ppm, 비유입시 각각 300배, 0.04 ppm으로 유입수에서의 악취 발생량은 음식물 탈리액, 침출수, 분뇨 등의 혼입 유무에 따라 많은 차이가 있는 것으로 조사되었다.
Table 2. The result of odor concentration at the public sewage treatment facilities(sewage flows) (unit : dilution value, ppm)
(2) 침사물 인양기
침사지의 유속은 0.3m/s를 표준으로 하고 있으나, 침사지의 유속이 느릴 경우 유입수 중에 포함된 유기물과 침사물이 침전되어 퇴적량이 증가되고(MOE, 2011) 퇴적된 침사물 속에 포함된 유기물들이 부패되어 침사물을 제거하는 침사물 인양기에서 악취가 발생되고 있는 것으로 조사되었다. 침사물 인양기에서의 복합악취는 30배~14,422배, 황화수소는 0.01 ppm~7.52 ppm, 메틸머캅탄은 0.002 ppm~0.142 ppm으로 조사되었다.
(3) 세목 및 미세목 스크린
하수 중에 포함된 미세 협잡물들은 세목 및 미세목 스크린에서 제거되며, 스크린 상부에는 대부분 악취포집설비가 설치․운영되고 있으나, 스크린 내부에 점착 및 축적되어 있는 협잡물들이 부패되면서 악취가 발생되는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2006; KECO, 2011). 세목 및 미세목 스크린에서의 복합악취는 30배~6,694배, 황화수소는 ND~19.58 ppm, 메틸머캅탄은 0.000 ppm(trace)~0.379 ppm으로 조사되었다.
(4) 협잡물 및 침사물 이송컨베이어
스크린과 침사물 인양기에서 각각 제거된 협잡물과 침사물은 주로 벨트, 스크루, 링크, 공기압 컨베이어 등을 이용하여 저장시설로 이송되고 있으며, 컨베이어 상부에는 악취포집설비가 설치․운영되고 있다. 그러나 일부 벨트 컨베이어의 경우 상부 및 측면이 개방된 상태로 운영되고 있어 협잡물과 침사물 이송시, 그리고 하부의 롤러 및 바닥에 퇴적되어 있는 협잡물과 침사물에서 주로 악취가 발생되는 것으로 조사되었다. 협잡물 및 침사물 이송 컨베이어에서의 복합악취는 100배~1,000 배, 황화수소는 0.01 ppm~0.55 ppm, 메틸머캅탄은 0.008 ppm~0.095 ppm으로 조사되었다.
(5) 협잡물 및 침사물 저장시설
협잡물과 침사물은 각각의 저장시설에 저장된 후 최종 처리되고 있다. 협잡물과 침사물의 경우 물기가 많고 저장기간이 길어지면 부패와 혐기화가 진행되어 고농도의 악취가 발생되는 것으로 알려져 있다(MOE, 2012b). 협잡물 및 침사물 저장시설에서의 복합악취는 각각 14배~6,694배, 45배~4,481배, 황화수소는 각각 ND~2.56 ppm, ND~1.05 ppm, 메틸머캅탄은 각각 ND~0.524 ppm, ND~0.533 ppm으로 침사물 저장시설에 비해 협잡물 저장시설에서 상대적으로 고농도의 악취가 발생되는 것으로 조사되었다.
(6) 유량 조정조 및 유입펌프장
협잡물과 침사물이 제거된 하수는 유량 조정조 및 유입펌프장으로 이송되며, 일부 하수처리시설에서는 퇴적물 등의 침전방지를 위하여 포기 또는 교반을 실시하고 있다. 유량 조정조 및 유입펌프장에서의 복합악취는 144배~ 30,000배, 황화수소는 0.05 ppm~12.19 ppm, 메틸머캅탄은 0.016 ppm~0.858 ppm, 다이메틸설파이드는 ND~0.74 ppm, 다이메틸다이설파이드는 ND~0.005 ppm으로 조사되었다.
유량 조정조에서 교반 유무에 따른 악취물질 측정결과 A 하수처리시설의 경우 복합악취와 황화수소는 교반시 각각 3,000배, 6.23 ppm, 비교반시 각각 300배, 0.20 ppm으로 교반시가 비교반시에 비해 복합악취는 약 10배, 황화수소는 약 30배 이상 높은 것으로 조사되었다.
(7) 유입 분배조
유입펌프장의 하수는 펌프를 이용하여 유입 분배조로 이송되며, 자연유하 방식으로 유입 분배조에서 1차 침전지로 이송된다. 유입 분배조에서 악취는 유입펌프장에서 유입 분배조로 이송 및 유입 분배조에서 1차 침전지로 이송되는 과정에서의 낙차에 의해 주로 발생되는 것으로 조사되었다. 유입 분배조에서의 복합악취는 100배~300,000배, 황화수소는 ND~17.23 ppm, 메틸머캅탄은 ND~0.985 ppm으로 조사되었다.
3.1.2 수처리 공정
(1) 1차 침전지
1차 침전지에서의 악취는 처리대상 하수의 성상 뿐만 아니라 체류시간, 슬러지 계면의 높이에 따른 슬러지의 부패와 혐기화 정도에 따라 차이가 있는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2006; KECO, 2011). 또한, 밀폐형 구조의 1차 침전지는 상부에 악취포집설비가 설치․운영되고 있으나, 덕트의 개수 부족 및 설치 위치의 부적합 등으로 1차 침전지 내부에 고농도 악취가 정체되어 구조물의 부식을 초래하고 있는 것으로 조사되었다. 1차 침전지에서의 복합악취는 10배~44,814배, 황화수소는 ND~26.31 ppm, 메틸머캅탄은 ND~6.266 ppm, 다이메틸설파이드는 ND~0.40 ppm, 다이메틸다이설파이드는 ND~0.565 ppm으로 조사되었다.
(2) 생물 반응조
생물 반응조에서는 미생물에 의한 흙냄새, 비릿한 냄새, 미끈한 냄새가 주로 발생되며, 생물 반응조의 운전 상태에 따라서 냄새의 종류에는 차이가 있는 것으로 조사되었다. 생물 반응조에서 미생물 냄새 이외의 악취는 일반적으로 1차 침전지의 하수가 생물 반응조로 이송되는 유입부와 수처리 상태가 좋지 못한 경우에 주로 발생되는 것으로 조사되었다. 생물 반응조에서의 복합악취는 3배~3,000배, 황화수소는 ND~5.24 ppm, 메틸머캅탄은 ND~0.632 ppm으로 조사되었다.
3.1.3 슬러지 처리공정
(1) 생슬러지 분배조 및 농축조
1차 침전지에서 발생된 생슬러지는 생슬러지 분배조로 이송 및 농축조로 분배되며, 생슬러지 분배조에서는 1차 침전지의 생슬러지가 이송되는 과정에서 발생되는 낙차, 그리고 농축조에서는 생슬러지가 농축되는 과정에서 고농도의 악취가 발생되고 있는 것으로 조사되었다. 생슬러지 분배조와 농축조에서의 복합악취는 각각 100배~300,000배, 100배 ~100,000배, 황화수소는 각각 0.00 ppm(trace)~270.57 ppm, 0.10 ppm~59.17 ppm, 메틸머캅탄은 각각 ND~12.475 ppm, ND~1.697 ppm, 다이메틸설파이드는 각각 ND~1.02 ppm, ND ~0.21 ppm, 다이메틸다이설파이드는 각각 ND ~0.518 ppm, ND~0.158 ppm으로 조사되었다.
(2) 슬러지 저류조
농축조에서 농축이 완료된 생슬러지는 생슬러지 저류조로 그리고 2차 침전지의 잉여슬러지는 잉여슬러지 저류조로 이송 및 저류되며, 하수처리시설에 따라 차이가 있으나, 대부분 처리시설의 경우 생슬러지와 잉여슬러지는 혼합슬러지 저류조로 이송 된 후 탈수기로 탈수하고 있다.
슬러지 저류조에서는 슬러지의 퇴적 방지를 위하여 포기 또는 교반을 실시하고 있으며, 포기와 교반 그리고 악취포집설비의 설치 및 가동 유무에 따라 악취발생 농도에는 많은 차이가 있는 것으로 조사되었다. 그리고 1차 침전지가 없는 하수처리시설의 잉여슬러지 저류조에서는 1차 침전지에서 슬러지가 처리된 하수처리시설에 비해 상대적으로 고농도의 악취가 발생되고 있는 것으로 조사되었다. 생슬러지 및 잉여슬러지 저류조에서의 복합악취는 각각 100배~66,943배, 67배~14,422배, 황화수소는 각각 0.03 ppm~174.92 ppm, ND~125.99 ppm, 메틸머캅탄은 각각 ND~29.910 ppm, ND~0.470 ppm, 다이메틸설파이드는 각각 ND~1.96 ppm, ND~0.51 ppm, 다이메틸다이설파이드는 각각 ND~0.437 ppm, ND~0.064 ppm으로 잉여슬러지 저류조에 비해 생슬러지 저류조에서 고농도의 악취가 발생되고 있는 것으로 조사되었다. 또한, Y 하수처리시설 잉여슬러지 저류조에서의 복합악취는 환기시와 비환기시에 각각 10,000배, 144,225배였으며, 황화수소는 각각 4.82 ppm, 125.99 ppm으로 비환기시 복합악취와 황화수소는 환기시에 비해 각각 약 14배, 약 26배 이상 높은 것으로 조사되었다.
혼합슬러지 저류조에서의 복합악취는 100배 ~66,943배, 황화수소는 ND~244.43 ppm, 메틸머캅탄은 ND~22.051 ppm, 다이메틸설파이드는 ND~3.23 ppm, 다이메틸다이설파이드는 ND~4.173 ppm 으로 조사되었다. 또한, Fig. 2와 같이 I 하수처리시설 혼합슬러지 저류조에서의 복합악취는 포기시와 비포기시 각각 30,000배, 1,000배, 황화수소는 각각 80.64 ppm, 2.54 ppm이었으며, R 하수처리시설의 경우 복합악취는 포기시와 비포기시 각각 13,925배~30,000배, 669배~10,000배, 황화수소는 각각 7.70 ppm~36.28 ppm, 0.15 ppm~0.46 ppm으로 포기시에는 비포기시에 비해 고농도의 악취가 발생되고 있는 것으로 조사되었다.
Fig. 2. The dilution value and H2S concentration of different operating conditions at the public sewage treatment facility(sludge mixing tank).
(3) 탈수기 및 탈수케익 저장시설
탈수기실에서의 악취는 탈리액 배출 계통과 탈수케익 이송 컨베이어에서 주로 발생되고 있으며, 슬러지의 성상과 탈수기의 성능에 따라 악취발생 농도는 차이가 있는 것으로 조사되었다. 탈수기실에서의 복합악취는 30배~ 30,000배, 황화수소는 0.00 ppm(trace)~17.65 ppm, 메틸머캅탄은 0.001 ppm~2.874 ppm, 다이메틸설파이드는 ND~0.93 ppm, 다이메틸다이설파이드는 ND~0.130 ppm이었으며, 탈수케익 저장시설에서의 복합악취는 14배~20,801배, 황화수소는 ND~7.06 ppm, 메틸머캅탄은 ND~3.045 ppm, 다이메틸설파이드는 ND~0.42 ppm , 다이메틸다이설파이드는 ND~1.290 ppm으로 조사되었다.
3.2 악취발생원인 분석 및 관리방안
3.2.1 전처리 공정
(1) 유입수
하수가 유입되는 유입 게이트와 유입수 관로의 상부가 개방된 경우 유입수 중에 포함된 고농도의 악취가 상부로 확산되므로 밀폐 및 악취포집설비의 설치․운영이 필요하다. 그리고 음식물 탈리액, 침출수, 분뇨 및 가축분뇨처리시설의 처리수 등 연계수가 이송되는 파이프 라인의 낙차는 악취발생의 중요한 원인이 되고 있으므로 파이프 라인의 연장이 반드시 필요하다. 또한, 유입수 상부에 두껍게 정체되어 있는 스컴은 부패와 혐기화가 진행되어 악취발생의 원인이 될 수 있으므로 스컴의 주기적인 제거가 필요하다.
(2) 침사물 인양기 및 스크린
침사물 인양기와 스크린의 점검구가 개방된 상태로 운영될 경우 상부에 설치․운영되고 있는 악취포집설비의 포집효율 저하를 초래하여 침사물 인양기와 스크린에서 발생된 악취가 침사지동 내부에 정체 및 외부로 확산되기 때문에 점검구 및 개방부분에 대한 밀폐가 필요하다. 또한, 침사지의 유속은 표준유속인 0.3㎧를 유지할 수 있도록 침사지 수로에 퇴적 및 부패되어 있는 침사물과 유기물의 주기적인 제거가 필요하며, 스크린은 협잡물 수거율이 저하될 경우 스크린에 점착 및 축적된 협잡물이 부패되어 악취발생의 원인이 되기 때문에 스크린의 협잡물 수거율 향상을 통한 협잡물의 점착 및 축적방지와 축적된 협잡물의 주기적인 청소가 필요하다.
(3) 협잡물․침사물 이송 및 저장시설
컨베이어 벨트는 하부의 롤러와 바닥에 축척되어 있는 협잡물과 침사물에서 주로 악취가 발생되고 있으므로 주기적인 관리가 필요하다. 일부 하수처리시설의 컨베이어 벨트는 점검의 용의성을 위하여 상부와 측면이 개방된 상태로 운영되고 있을 뿐만 아니라, 악취포집설비가 부적절하게 설치․운영되고 있어 악취포집효율 저하의 원인이 되고 있다. 따라서 컨베이어 벨트는 개방된 부분을 투명한 재질로 밀폐하여 점검의 용이성을 확보하고 악취포집설비를 효율적으로 설치․운영하여 악취확산을 최소화할 필요가 있다.
협잡물과 침사물은 물기가 많거나, 저장기간이 장기화될 경우 부패와 혐기화가 진행되며, 저장시설 하부에는 침출수가 발생되어 악취발생의 원인이 되고 있다. 따라서 협잡물과 침사물은 물기와 저장기간을 최소화하고 저장호퍼 하부에는 침출수 받이를 설치하여 침출수의 배제가 필요하다. 또한, 공기압송방식은 고압으로 협잡물과 침사물을 저장호퍼까지 이송하기 때문에 다른 설비에 비해 상대적으로 이송효율은 좋으나, 저장호퍼 내부에 강한 양(+)압이 형성되므로 저장호퍼 배기구에는 에어 챔버와 악취포집설비를 설치․운영하여 저장호퍼 내부를 음(-)압 상태로 유지할 필요가 있다.
(4) 유량 조정조 및 유입펌프장
유량 조정조와 유입펌프장에서는 침사물 인양기와 스크린에서 미처리된 침사물과 협잡물의 침전방지를 위하여 포기 또는 기계식 교반을 실시하고 있으며, 포기와 기계식 교반에 의해 내부에는 양(+)압이 형성되고 있는 것으로 조사되었다. 따라서 포기의 경우 수위에 따른 공기공급량 조절과 간헐포기, 그리고 교반의 경우 교반속도 조절이 필요하며, 상부에는 밀폐도 향상과 악취포집설비를 정상적으로 설치운영하여 유량 조정조와 유입펌프장 내부를 음(-)압 상태로 유지할 필요가 있다.
(5) 유입 분배조
유입 분배조에서는 하수 이송용 파이프라인의 낙차에 의해 내부에 강한 양(+)압이 형성되고 있으며, 대부분의 하수처리시설에서는 유입분배조 상부가 개방 및 악취포집설비가 설치되지 않은 상태로 운영되고 있어 유입 분배조에서 발생된 악취가 외부로 확산되고 있는 것으로 조사되었다. 따라서 유입 분배조의 하수 이송용 파이프라인은 바닥면까지 최대한 연장하여 낙차를 최소화하고 상부에는 유량 조정조 등과 같이 악취포집설비를 설치․운영하여 유입 분배조 내부를 음(-)압 상태로 유지할 필요가 있다.
3.2.2 수처리 공정
(1) 1차 침전지
1차 침전지에서는 체류시간 증가와 슬러지 계면이 높을 경우 슬러지의 부패와 혐기화가 진행되면서 고농도의 악취가 발생되기 때문에 수처리와 악취발생 측면에서 슬러지 계면을 약 20%～30% 정도로 유지하는 것이 바람직하다. 그러나 슬러지 쿼터제가 적용되고 있는 일부 하수처리시설에서는 탈수케익의 반출이 어려워 1차 침전지의 슬러지 계면이 높은 상태에서 운영되고 있는 것으로 조사되었다. 이러한 경우에는 하수처리시설의 운영․관리에 있어 경제적인 부담이 가중되지만, 상부에 대한 밀폐와 악취포집설비의 설치․운영이 필요하다. 이에 반해 슬러지 쿼터제가 적용되지 않는 하수처리시설은 대부분 탈수기의 용량과 성능이 좋지 못한 것으로 조사되었으며, 이러한 경우에는 탈수기의 수리 및 교체가 필요하다.
(2) 생물 반응조
생물 반응조에서 발생되는 악취는 수처리와 매우 밀접한 관련이 있으므로 생물 반응조에서 발생되는 악취의 최소화를 위해서는 안정적인 수처리가 무엇보다도 필요하다.
3.2.3 슬러지 처리공정
(1) 생슬러지 분배조 및 농축조
생슬러지 분배조는 유입 분배조와 마찬가지로 생슬러지가 이송되는 과정 중 파이프라인의 낙차, 그리고 농축조에서는 생슬러지가 농축되는 과정에서 고농도의 악취가 발생되고 있는 것으로 조사되었다. 따라서 농축조는 밀폐도 향상과 악취포집설비의 적절한 설치․운영이 필요하며, 생슬러지 분배조는 생슬러지 이송 파이프 라인의 연장과 밀폐도 향상, 그리고 악취포집설비를 설치․운영하여 내부를 음(-)압 상태로 유지할 필요가 있다. I 하수처리시설 생슬러지 분배조의 경우 협잡물 처리기 교체, 이송 파이프 라인의 연장, 그리고 상부에 대한 밀폐도 향상 및 환기설비를 추가로 설치하여 운영한 결과 생슬러지 분배조실에서의 복합악취는 개선 전 20,801배에서 개선 후 100배로 감소하였으며, 황화수소와 메틸머캅탄은 개선 전 각각 270.57 ppm, 1.609 ppm에서 개선 후에는 0.00 ppm(trace), ND로 조사되었다.
(2) 슬러지 저류조
슬러지 저류조에서는 슬러지 이송 파이프 라인의 낙차와 침전방지를 위하여 실시하는 포기 또는 교반시 고농도의 악취가 발생되며, 슬러지 저류조 내부에 양(+)압이 형성되어 슬러지 저류조에서 발생된 악취가 외부로 확산되고 있는 것으로 조사되었다. 따라서 유량 조정조 등과 같이 간헐포기, 교반속도조절, 그리고 이송 파이프 라인의 연장 및 악취포집설비를 설치․운영하여 내부를 음(-)압 상태로 유지할 필요가 있다.
(3) 탈수기 및 탈수케익 저장시설
상부가 개방된 탈수케익 이송 컨베이어는 협잡물 및 침사물 이송 컨베이어와 마찬가지로 밀폐와 악취포집설비의 설치․운영이 필요하다. 또한, 탈수케익의 저장기간이 장기화될 경우 부패 및 혐기화에 의해 악취가 발생될 수 있으므로 저장기간의 최소화가 필요하며, 탈수케익 저장시설 상부는 밀폐, 그리고 암롤(arm roll) 박스는 반출의 용이성을 위하여 악취포집설비를 플렉시블(flexible) 덕트로 연결하여 운영할 필요가 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 2008년~2010년까지 3년간 국내에서 운영 중인 28개소의 공공하수처리시설을 대상으로 약 2주~1개월 간격으로 처리시설이 정상적으로 가동되고 있는 주간 시간대에 1회~2회에 걸쳐 복합악취와 지정악취물질(22종)을 대상으로 악취발생원에 대한 악취실태조사를 실시하였으며, 악취물질 배출특성과 발생원인 분석 후 이를 토대로 악취발생원별 개선 및 관리방안을 도출하였다.
악취실태조사 결과, 공공하수처리시설에서 발생되는 악취는 유입수의 성상에 따라 복합악취는 67배~66,943배, 황화수소는 ND~66.87 ppm이었으며, 음식물 탈리액, 침출수, 분뇨 등의 혼입유무와 공정별 운전조건에 따라 많은 차이가 있는 것으로 조사되었다. 공공하수처리시설의 주요 악취원인물질로는 황화수소와 메틸머캅탄 등의 황화합물류였으며, 전처리 및 슬러지 처리시설에서 상대적으로 고농도 악취가 발생되고 있는 것으로 조사되었다. A 하수처리시설 유량 조정조에서의 복합악취와 황화수소는 교반시 각각 3,000배, 6.23 ppm, 비교반시 각각 300배, 0.20 ppm으로 교반시가 비교반시에 비해 고농도의 악취가 발생되고 있어 운영상에 많은 주의가 필요할 것으로 사료된다.
악취발생원별 악취관리방안을 살펴보면, 유입수 관로는 상부 밀폐 및 악취포집설비를 설치․운영하여 악취확산을 방지하고 유입수로의 스컴은 주기적으로 제거하여 부패와 혐기화의 최소화가 필요하다. 침사지는 표준유속인 0.3㎧를 유지할 수 있도록 퇴적 및 부패되어 있는 침사물과 유기물을 주기적으로 제거하고 스크린 내부에는 점착 및 축적된 협잡물의 수거율 증대와 주기적인 청소가 필요하다. 협잡물과 침사물, 탈수케익은 물기와 저장기간을 최소화하고 저장호퍼 하부에는 침출수 받이를 설치하여 침출수를 배제해야하며, 공기압송방식은 저장호퍼 내부에 강한 양(+)압을 형성시키므로 저장호퍼 배기구에는 에어 챔버와 악취포집설비를 설치․운영하여 저장호퍼 내부를 음(-)압 상태로 유지할 필요가 있다. 유량 조정조와 슬러지 저류조 등은 협잡물과 슬러지의 침전방지를 위하여 포기 또는 기계식 교반을 실시하고 있으나, 포기와 교반시 내부에 양(+)압이 형성되고 있으므로 간헐포기와 교반속도 조절이 필요하며, 1차 침전지에서는 적절한 체류시간과 슬러지 계면을 약 20%～30% 정도로 유지하여 슬러지의 부패 및 혐기화를 최소화하는 것이 무엇보다도 중요하다. 유입 분배조와 생슬러지 분배조는 하수와 슬러지 이송 파이프 라인의 연장과 밀폐도 향상 및 악취포집설비를 설치․운영하여 내부를 음(-)압 상태로 유지할 경우 발생된 악취의 외부확산을 최소화 할 수 있을 것으로 기대된다.
Reference
2.Hong, D. W., Kim, S. J., Moon, D. H., Joo, C. H., Lee, J. P., 2007. Emission characteristics of odor compounds from a livestock wastewater treatment process. Korea Journal of Odor Research and Engineering 6(1), 1-9.
3.Jang, H. S., Cho, Y. D., Sohn, D. H., 2012. The odor emission characteristics and improvement proposal for odor control from sewage treatment plant. in Proceedings of the 2012 KOSORE, Korea Journal of Odor Research and Engineering, seoul, pp. 13-15.
4.Japan Association for the Study of Odor Measure (JASOM), 1993. Guide for odor prevention technology : Part of sewerage facility. (in Japanese)
5.Jeon, E. C., Sa, J. H., Kim, S. T., Hong, J. H., Kim, K. H., 2006. Odorous emissions from household- related sources : A case study on a sewage treatment plant. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment 22(3), 337-351.
6.Jeon, J. M., Seo, Y. S., Jeong, M. H., Lee, H. S., Lee, M. D., Han, J. S., Kang, B. W., 2010. The emission characteristics of odor compounds from environment fundamental facilities : Case studies on 5 facilities(sewage, wastewater, livestock, night-soil and foodwaste) of treatment plants. Korea Journal of Odor Research and Engineering 9(2), 80-89.
7.Jeong, J. Y., Seo, B. R., Kim, J. H., Chin, S. M., Jurng, J. S., 2012. Evaluation of malodor release and control devices in charcoal manufacturing facility. Journal of the Environmental Sciences 21(7), 883-890.
8.Jung, B. J., Jang, Y. K., Lee, E. Y., Lee, H. Y., Hwang, H. W., Kim, K., 2006. Characteristics of odor and VOCs emitted in sewage water treatment plant. Korea Journal of Odor Research and Engineering 5(4), 245-251.
9.Jung, S. H., Lee, E. H., Jeoung, Y. D., Kim, Y. S., 2008. Removal of malodor from sewage treatment plant using biofilter with microbial catalyst 7(2), 60-67.
10.Kim, J. W., Sekyama, K., D. W., Kim, H. W., 2006. Odor from wastewater treatment plants. Korea Journal of Odor Research and Engineering 5(3), 180-192.
11.Korea Environment Corporation(KECO), 2011. Odor technology diagnostic casebook.
12.Ministry of Environment(MOE), 2007. Odor control manual.
13.Ministry of Environment(MOE), 2011. Standard of sewerage facility.
14.Ministry of Environment(MOE), 2012a. Statistics of sewerage.
15.Ministry of Environment(MOE), 2012b. Installation of public sewerage project work instruction.
16.Ministry of Environment(MOE), 2012c. Survey of odor complaint.
17.Ministry of Environment(MOE), 2013. Odor control Act.
18.Nagata Y., 1990. Measurement of odor threshold by triangle odor bag method, Bulletine of japan environment sanitation center, pp. 77-89.
19.Park, G. H., Oh, G. Y., Lee, j. H., Jung, K. H., Jung, S. Y., 2005. Comparison of odor characteristics emitted from the 3 type of sewage treatment plant. Korea Journal of Odor Research and Engineering 4(4), 196-206.
20.Park, G. H., 2007. Emission characteristics and controls of odor materials environmental facilities, doctoral dissertation, Chonnam National University.
21.Park, S. J., 2003. A study on odor concentration of malodorous gases emitted from sewage treatment plants using air dilution sensory test. Korea Journal of Odor Research and Engineering 2(1), 196-206.
