업종별 산업폐수 TOC 처리특성 연구(총설) - 업종별 산업폐수 TOC 처리현황 및 오존 /고도산화에 의한 TOC 처리특성

김경진,전정호,염익태 대한환경공학회 2023 대한환경공학회지 Vol.45 No.1

Purpose: As the organic pollutant indicator is changed from CODMn to TOC and the demand for TOC treatment of industrial wastewater increasing, the current situation of TOC treatment of wastewater discharge facilities of each industrial category is analyzed, and it is intended to consider the possibility of residual TOC treatment by ozone and advanced oxidation process. Method: To review the TOC treatment situations of wastewater discharge facilities of each industrial category, the field survey data (46 sites) by Environment Ministry and Korea Environment Corporation were analyzed according to inflow TOC concentrations, direct/indirect discharge type, and main treatment process of wastewater treatment facilities. To review the characteristics of TOC treatment by ozone and advanced oxidation processes, previous studies and the results of field pilot tests conducted by ozone companies were comprehensively analyzed. Results and Conclusions: The TOC treatment level varies depending on the inflow TOC concentrations to each industrial wastewater treatment facility, direct/indirect discharge type depending on the location of the wastewater treatment facilities, and the main treatment process of the wastewater treatment facility. In particular, the TOC removal rate differed by more than 20% depending on the presence or absence of biological treatment. The wastewater treatment facilities that require additional treatment of residual TOC were divided as follows (1) when the facility has biological treatment as main process, increasing unexpected inflow TOC load in treatment facilities or the condition of the biological treatment become worsen. (2) when the facility has phy-chemical treatment as main process, increasing unexpected inflow TOC load. (3) extending the replacement cycle of activated carbon to save maintenance cost. Therefore, for additional TOC treatment, it is necessary to secure the stability of the main process in preparation for load fluctuations and to apply post TOC processing suitable for the characteristics of the main treatment process. The direct oxidation reaction of ozone forms intermediate products such as carbonyl groups and carboxyl groups and hydrogen ablation are difficult to convert to inorganic carbon, and the advance oxidation process decomposes easily by OH radicals through the radical substitution of unsaturated hydrocarbons and aromatic compounds, so the removal rate of TOC by the O3+H2O2 advanced oxidation pilot test was 14.7∼93.5%, higher than that of ozone oxidation. The specific ozone consumption per TOC removal amount (O3/ΔTOC) by O3+H2O2 advanced oxidation is 8.5~22.5mgO3/mgTOC, which is 1/5 of that of ozone oxidation, so the advanced oxidation process is suitable for removing residual TOC of industrial refractory wastewater. In addition, comparing ozone consumptions by ozone & O3+H2O2 advanced oxidation to remove CODMn and TOC, ozone consumption of O3+H2O2 advanced oxidation to remove TOC is 2.7 to 4.3 times compared to that by O3 oxidation to remove CODMn and ozone consumption of ozone oxidation to remove TOC increased by 13.3 to 21 times than that by O3 oxidation to remove CODMn. Therefore, when introducing the TOC additional treatment process the different treatment characteristics of CODMn and TOC should be considered. 목적: 배출허용기준 유기물 지표가 CODMn에서 TOC로 전환되고 업종별 산업폐수 TOC 처리에 대한 요구가 증가됨에 따라 기존 업종별 산업폐수 배출시설 TOC 처리현황을 분석하여 추가 TOC 처리 필요성을 검토하고 대표적인 산화공정인 오존 및 고도산화 공정에 의한 잔류 TOC 처리 가능성을 고찰하고자 한다. 방법: 업종별 산업폐수 TOC 처리현황을 검토하기 위해 환경부, 한국환경공단에서 법제화 및 기술지원 과정에서 수행된 업종별 현장조사 자료(46개 사업장)들을 유입 TOC 농도, 직접/간접 방류유형, 그리고 폐수처리시설 주처리공정에 따라 분석하였고, 오존 및 고도산화 공정에 의한 TOC 처리특성을 검토하기 위해 선행연구 및 오존 전문업체 수행했던 현장 pilot test 결과를 종합적으로 분석하였다. 결과 및 결론: 업종별 유입 TOC 농도와 폐수배출시설 입지에 따른 직접/간접 방류유형, 그리고 폐수처리시설 주처리공정에 따라 TOC 처리율에 차이가 발생하며 특히 생물학적 처리 유무에 따라 TOC 제거율이 20%이상 차이가 나타났다. 잔류 TOC 추가처리 필요하는 처리시설들은 (1)생물학적 처리가 주공정인 배출시설에서 유입부하 증가 또는 생물반응조 상태가 악화 시 초과 배출되는 TOC 저감, (2)물리화학적 처리가 주공정인 배출시설에서 유입 부하증가 시 초과 배출되는 TOC 저감, (3) 후단 활성탄 흡착공정으로 TOC 제거하는 배출시설에서 활성탄 교체주기 연장(유지관리비 절감)을 위한 TOC 부하저감으로 구분되었다. 따라서 추가 TOC 처리를 위해서는 부하변동에 대비한 주처리 공정의 처리 안정성 확보 및 주처리공정의 특성에 맞는 후단 TOC처리시설 도입이 필요하다. 오존의 유기물 직접 산화반응은 카보닐 그룹이나 카복실 그룹과 같은 중간 생산물을 형성하고 수소제거 반응(Hydrogen abstraction)이 어려워 무기화가 제한적이며 고도산화공정은 OH라디칼이 불포화 탄화수소 및 방향족 화합물등을 라디칼 치환하는 경로를 통해 쉽게 분해할 수 있으며 실제 O3+H2O2 고도산화 Pilot Test에 의한 업종별 발생폐수 TOC 제거율은 14.7∼93.5%로 오존단독에 비해 높게 나타났으며, O3+H2O2 고도산화에 의한 TOC제거량당 오존소모량(O3/ΔTOC)는 8.5∼22.5mgO3/mgTOC로 오존 단독처리에 비해 1/5 정도로 적게 소모되어 난분해성 폐수 잔류 TOC 제거를 위해서는 고도산화 공정이 적합하다. 또한 오존산화 및 고도산화에 의한 CODMn과 TOC 처리특성을 검토한 결과, 오존산화로 TOC를 처리할 경우 오존소모량은 오존산화로 CODMn 제거위한 오존소모량의 13.3∼21배 증가하였고 O3+H2O2 고도산화로 TOC를 처리할 경우에는 오존산화로 CODMn을 처리하기 위한 오존소모량에 비해 2.7∼4.3배 증가된 것으로 분석되어 TOC 추가처리 공정 도입 시 CODMn과 TOC의 처리특성 차이를 고려해야 한다.

축산폐수처리시화학적전처리가연계처리에미치는영향연구

한기봉,한준석 유기성자원학회 2010 유기물자원화 Vol.18 No.1

In this study, to investigate the effect of chemical pretreatment for livestock wastewater,laboratory scale test for ozonation and linked treatment of sewage were conducted. and theresults were obtained as follows. The ozonation of livestock wastewater showed the CODremoval rate per hour to be 17%, 78% and 62% at each pH 4, 7 and 10, respectively. Withtransformation of NBDCOD to biodegradable BDCOD by ozonation, the ratio of SCODcr/TCODcrwas increased from 26% to 38%. Accordingly, pretreatment of livestock wastewater affected tothe biological post treatment process to elevate removal efficiency by transformation of non-biodegradable mass to biodegradable mass. As the results of linked treatment of pre-ozonatedlivestock wastewater and sewage in the MLE process, the treatment efficiencies of TCODcr93.8%, T-N 74.3%, T-P 89.7%, SS 97.5% were earned at 100% of internal recycle rate. Whenthe internal recycle rate was increased to 150%, the treatment efficiencies of TCODcr 94.5%,T-N 54.5%, T-P 70.8%, SS 98.5% were earned. Also the removal efficiencies of TCODcr92.6%, T-N 83.1%, T-P 81.9%, SS 98.5% were earned as the internal recycle rate wasincreased to 200%. Especially, nitrogen removal efficiency in the linked treatment showed74.3%, 54.5%, 83.1% at 100%, 150% and 200% of internal recycle ratio, respectively, whichrevealed the tendency of higher removal efficiency than that of sewage treatment. 본연구에서는오존을이용하여축산폐수를전처리하고일반하수와연계하여처리하였을때처리효율을실험실규모의장치를이용하여비교·분석하였으며결과는다음과같다. 축산폐수의오존산화결과대상폐수의pH를산성(pH4), 중성(pH7), 알칼리성(pH10)으로변화시켰을때각각COD제거율은시간당17%, 78%, 62% 로분석되었다. 오존산화에의해NBDCOD 중일부가미생물이분해가능한BDCOD 로전환되어SCODcr/TCODcr 비는26%에서약38%로증가하였다. 따라서, 오존산화에의한축산폐수의전처리는난분해성물질을생물학적분해가능한물질로일부전환시키며후단생물학적처리단계에서의제거효율을높일수있는영향을미치는것으로분석되었다. 오존산화처리된축산폐수와하수와의연계유입수를MLE(Modified Ludzack-Ettinger) 공정으로처리한결과, 내부반송100%일때TCODcr 93.8%, T-N 74.3%, T-P 89.7%, SS 97.5%의처리효율을나타냈다. 또한내부반송율을150%로증가시켰을때처리효율은각각94.5%, 54.5%, 70.8%, 98.5% 로나타났고, 200%로증가시켰을때처리효율은각각92.6%, 83.1%, 81.9%, 98.5% 로나타났다. 연계유입수를원수로사용한경우특히질소제거율은내부반송율100%, 150%, 200%에서각각74.3%, 54.5%, 83.1%로나타났으며, 모든경우에있어일반하수를원수로사용한경우보다질소제거율이우수한것으로분석되었다.

하수처리수의 3차처리를 위한 고도산화법(AOP)의 적용성에 관한 연구

정은호 ( Eunho Chung ),정종태 ( Jongtai Jung ),한상윤 ( Sangyun Han ) 한국수처리학회 2021 한국수처리학회지 Vol.29 No.5

Ozone has been applied in combination with various processes for the tertiary treatment of municipal wastewater. However, in Korea, the ozone process is mainly employed for the reuse of tertiary treated wastewater, and an enhanced advanced oxidation process (AOP) is needed to realize the large-scale reuse of treated wastewater. In this study, various AOPs employing ozone (only ozone process, O₃+H₂O₂, O₃+UV, O₃+GAC) were used to analyze the TOC, CODcr, and color treatment efficiencies of municipal wastewater and evaluate its applicability of wastewater reuse. The O₃+H₂O₂ process showed the highest TOC removal efficiency of 62.0%, while the O₃+GAC and only ozone processes exhibited the TOC removal efficiencies of 58.9% and 59.3%, respectively. The TOC removal pattern of the O₃+UV process was similar to that of the O₃+H₂O₂ process. The TOC removal efficiency of the O₃+UV process, 61.0%, was slightly lower than that of the O₃+H₂O₂ process. The CODcr removal efficiencies of the O₃+UV and O₃+H₂O₂ processes were 75.8% and 77.0%, respectively. However, the TOC and CODcr removal efficiencies were different within the error range, so there was no significant difference in the processing efficiencies of the methods investigated. The color removal efficiencies of the O₃+UV (57.8%) and O₃+H₂O₂ (57.4%) processes were 57.8%, 57.4%. respectively and it showed similar pattern.

낙동강 하류원수를 대상으로 모의 고도 정수처리공정을 이용한 N-Nitrosamine류 제거능 평가

김경아,손희종,서창동,염훈식,송미정,류동춘 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.1

In this study, 8 nitrosamines (N-nitrosodimethylamine (NDMA), N-nitrosomethylethylamine (NMEA), N-nitrosopyrrolidine (NPYR), N-nitrosodiethylamine (NDEA), N-nitrosopiperidine (NPIP), N-nitrosomorpholine (NMOR), N-nitrosodi-n-propylamine (NDPA), N-nitrosodi-n-butylamine (NDBA)) were spiked into rapid sand-filtration water and post-ozone treatment water and the removal efficiencies in post-ozone (O3), O3/hydrogen peroxide (H2O2), ultraviolet (UV), UV/H2O2 and biological activated carbon (BAC) processes were simulated on a laboratory scale. As a result of simulating the O3 and O3/H2O2 processes at the drinking water treatment plant (DWTP) with O3 input concentration of 2 mg/L for short chain-nitrosamines such as NDMA, NMEA and NDEA, the removal efficiency was as low as 40% or less. On the other hand, long chain-nitrosamines and aliphatic cyclic structures such as NDPA, NPYR, NMOR, NPIP and NDBA showed relatively high removal efficiencies of about 40% to 90%. The removal efficiencies of nitrosamines in UV alone and in UV/H2O2 processes were 59~96% (UV dosage: 500 mJ/cm2) and 86~100% (UV dosage: 1000 mJ/cm2), respectively. The removal efficiency of UV/H2O2 process was almost similar to that of UV alone process. In the BAC process, NDMA showed the highest removal efficiency among 8 nitrosamines. The removal efficiencies of NDMA were 71% and 94%, respectively, when water temp. were 10℃ and 25℃ and EBCT was 15 min. In the case of NMOR with the lowest removal efficiencies, the removal rates were 27% and 42%, respectively. The removal efficiencies in the BAC process were in the order of NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NDBA, NPYR, NPIP and NMOR. In order to effectively control of nitrosamines in large scale DWTPs located downstream of the Nakdong River, an advanced oxidation process based on UV is more suitable than the O3 and O3/H2O2 processes currently in operation. In the case of the O3 and O3/H2O2 processes, it was also evaluated that it is possible to efficiently control the nitrosamines introduced into the DWTP when operated in combination with BAC process. 본 연구에서는 급속모래 여과수와 후오존 처리수에 8종의 nitrosamines (N-nitrosodimethylamine (NDMA), N-nitrosomethylethylamine (NMEA), N-nitrosopyrrolidine (NPYR), N-nitrosodiethylamine (NDEA), N-nitrosopiperidine (NPIP), N-nitrosomorpholine (NMOR), N-nitrosodi-n-propylamine (NDPA), N-nitrosodi-n-butylamine (NDBA))를 투입하여 후오존, 후오존/과산화수소, 자외선, 자외선/과산화수소 및 생물활성탄 공정에서의 제거능을 실험실 규모의 실험장치로 모사하였다. NDMA, NMEA 및 NDEA와같은 단쇄 nitrosamine류들에 대해 오존 투입농도를 2 mg/L로 하여 정수장에서의 후오존 및 후오존/과산화수소 공정을 모사한 결과, 40% 이하의 낮은 제거율을 나타내었다. 반면 NDPA, NPYR, NMOR, NPIP 및 NDBA와 같은 장쇄 및 지방족 고리구조를 가지는 nitrosamine류들은 40~90% 정도의 비교적 높은 제거율을 나타내었다. 정수장의 후오존 공정을 대체할 목적으로자외선 단독공정과 자외선/과산화수소 공정에서의 nitrosamine류들에 대한 제거능을 모사한 결과, 자외선 단독공정에서 조사량 500 mJ/cm2과 1000 mJ/cm2일 때의 제거율이 각각 59~96% 및 86~100%로 나타났으며, 자외선/과산화수소 공정에서의 제거율은 UV 단독공정과 거의 유사하게 나타났다. 생물활성탄 공정에서의 nitrosamine류 8종의 제거능을 모사한 결과, 가장 높은제거율을 나타낸 물질은 NDMA였으며, 수온이 10℃와 25℃일 때 EBCT 15분에서의 제거율이 각각 71%와 94%였으며, 가장낮은 제거율을 나타낸 NMOR의 경우는 각각 27%와 42%의 제거율을 나타내었다. 생물활성탄 공정에서의 제거율은 NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NDBA, NPYR, NPIP, NMOR 순이었다. 낙동강 하류에 위치한 대규모 정수장에서 nitrosamine류의 효과적인 제어를 위해서는 현재 운영 중인 후오존 및 후오존/과산화수소 공정 보다는 자외선을 기반으로 하는 고도 산화공정이 적합하였으나 후오존 및 후오존/과산화수소 공정의 경우도 후단의 생물활성탄 공정과 조합하여 운영하면 정수장으로 유입된 nitrosamine류에 대해 효율적인 제어가 가능한 것으로 평가되었다.

저품위 무전해 니켈 도금폐액의 COD 및 P 제거공정 연구

서민혜,이수영,조성수,김진호 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

무전해니켈 도금공정은 외부의 전원 없이 환원제를 사용하여 자발적으로 금속 도금층을 형성시키는 표면처리 방법으로, 현재 일정기간 사용한 도금액은 폐액으로 배출하여 폐기하고 있는 실정이다. 이에 도금폐액 내에 포함되어 있는 유가자원인 니켈이 그대로 폐기되고 있으며, COD와 P의 함량이 매우 높은 고농도 오염 폐수의 배출로 인해 환경적 문제가 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 무전해니켈 도금 폐액 내의 니켈을 1차적으로 회수한 후 폐액 내에 잔존하고 있는 COD 및 P 함량을 제거하는 공정을 개발하고자 하였다. 이온교환을 통해 니켈을 제거한 폐액은 고도산화처리와 감압농축 공정을 각각 또는 연계하여 적용하였으며, 조건별로 유기물 제거 특성을 살펴보았다. 고도산화처리 실험에서는 환원제로 주입되는 과산화수소의 소모량을 감소시키기 위한 방법으로, 단파장의 UV를 적용하여 환원제 투입량이 감소되는 것을 확인할 수 있었으며, 반응시간의 감소를 위해 광촉매 적용 기초연구도 병행하였다. 각 실험조건별 특성 분석을 통해 최적 공정 및 조건을 도출하기 위한 연구를 수행하였으며, 그 결과 COD 및 P의 함량을 95% 이상 감소시킬 수 있었다.

저품위 무전해 니켈 도금폐액의 COD 및 P 제거공정 연구

서민혜,이수영,조성수,김진호 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

무전해니켈 도금공정은 외부의 전원 없이 환원제를 사용하여 자발적으로 금속 도금층을 형성시키는 표면처리 방법으로, 현재 일정기간 사용한 도금액은 폐액으로 배출하여 폐기하고 있는 실정이다. 이에 도금폐액 내에 포함되어 있는 유가자원인 니켈이 그대로 폐기되고 있으며, COD와 P의 함량이 매우 높은 고농도 오염 폐수의 배출로 인해 환경적 문제가 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 무전해니켈 도금 폐액 내의 니켈을 1차적으로 회수한 후 폐액 내에 잔존하고 있는 COD 및 P 함량을 제거하는 공정을 개발하고자 하였다. 이온교환을 통해 니켈을 제거한 폐액은 고도산화처리와 감압농축 공정을 각각 또는 연계하여 적용하였으며, 조건별로 유기물 제거 특성을 살펴보았다. 고도산화처리 실험에서는 환원제로 주입되는 과산화수소의 소모량을 감소시키기 위한 방법으로, 단파장의 UV를 적용하여 환원제 투입량이 감소되는 것을 확인할 수 있었으며, 반응시간의 감소를 위해 광촉매 적용 기초연구도 병행하였다. 각 실험조건별 특성 분석을 통해 최적 공정 및 조건을 도출하기 위한 연구를 수행하였으며, 그 결과 COD 및 P의 함량을 95% 이상 감소시킬 수 있었다.

비스페놀A로 오염된 퇴적토의 복원을 위한 과황산-펜톤 순차적 고도산화처리법 연구

김지영(Ji Young Kim),김영훈(Young-Hun Kim),권희원(Hee Won Kwon) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

전류흐름에 따른 TiO₂ nanotube 광촉매의 OH radical 생성량 평가

김다은,이용호,김대원,박대원,Kim, Da-Eun,Lee, Yong-Ho,Kim, Dae-Won,Pak, Dae-Won 한국응용과학기술학회 2017 한국응용과학기술학회지 Vol.34 No.2

본 연구에서는 $TiO_2$ nanotube 광촉매의 고도산화처리능을 비교하기 위해서 OH 라디칼 생성력을 평가하고자 하였다. 자외선 조사에 따른 Probe compound인 4-Chlorobenzoic acid (pCBA)의 농도 감소에 따라 OH radical 생성량을 산정하는 방법으로 광촉매 효율을 평가하였는데, $TiO_2$ nanotube 표면에서의 전자의 흐름을 원활하게 하기 위하여 전기적 에너지를 주었을 시 광촉매 효율의 증가 가능성 또한 확인하고자 자외선 조사 시 전류밀도를 인가하는 방법으로 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 $TiO_2$ nanotube는 전극효과를 부여하기 위해 양극산화법으로 티타늄판을 이용하여 제조하였으며, pCBA 용액에는 전도도를 부여하기 위하여 NaCl을 첨가하여 전해질로 사용하였다. 정전류 정전압 조건하에서 자외선조사 실험을 진행하였으며, 전류가 흐르는 광촉매에 자외선 조사 시 OH 라디칼 생성량은 광촉매 없이 자외선만 조사하였을 때에 비해 약 5.6배, $TiO_2$ 광촉매와 함께 자외선을 조사하였을 보다 약 2.2배 증가하였다. 결과적으로 광촉매반응에 전기적 에너지를 부여하였을 시 시너지효과를 가져올 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다. OH radical generation is one of the common method to evaluate photocatalytic activity. In many of previous studies, only the UV(Ultraviolet) light was applied to test photocatalytic ability of $TiO_2$ nanotubes by studying probe compound(4-Chlorobenzoic acid) concentration change in solution. Also, $TiO_2$ nanotubes were found to show some electrochemical characteristics when the flow of electric current was applied. In this study, the flow of electric current and UV light were applied at the same time to determine whether electrochemical characteristics of $TiO_2$ nanotube plate can give synergetic effect on the photocatalytic activity. $TiO_2$ nanotube was grown on Ti by anodic oxidation to create $TiO_2$ nanotube plate which can be used as a photocatalyst and a electrode that can undergo AOP(Advanced Oxidation Process) for water treatment. Probe compound solution was prepared using 4-chlorobenzoic acid and $H_2O$ as a solvent. NaCl was added to give conductivity to work as electrolyte. As a result, enough level of electric current flow was found to give synergetic photocatalytic effect which can be used for efficient AOP water treatment method.

한강수계 2개 유형 고도처리 정수장의 2-MIB 제거 특성 비교 연구

박종일(Jong-Il Park),이영(Young Lee),김건회(Keon-Hoi Kim),이태훈(Tae-Hoon Lee) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

고도산화공법을 적용한 매몰지 침출수 처리에 관한 연구

김환(Hwan Kim),이정무(Jungmoo Lee),박찬규(Chan-Gyu Park) 한국유체기계학회 2019 한국유체기계학회 학술대회 논문집 Vol.2019 No.7