I. 서론
1) 악취방지기술의 종류
악취는 발생원에 따라 그 성분이 다르기 때문에 발생원에 적합한 악취방지 대 책이 필요하다. 발생된 악취를 방지하기 위한 대책에는 크게 악취의 원인이 되는 성분을 제거․감소시키는 방법과 타 물질을 이용하여 악취를 중화․은폐시키는 방법이 있다. 악취물질에 대한 제거 없이 단순히 냄새를 중화․은폐시키는 방법 은 방향제, 탈취제 등을 사용하는 방식으로 주로 작은 지역의 방지대책으로 활용 될 수 있으나, 배출시설과 같은 규모가 비교적 큰 시설에서는 악취성분을 저감시 키는 방법이 보다 일반적이다.32) 악취의 원인이 되는 성분을 저감시키는 방법은 연소법, 흡수법, 흡착법, 생물탈취법 등으로 구분될 수 있으며, 악취물질의 종류, 농도와 제거효율 뿐만 아니라 온도, 습도, 배출속도 등 배출원의 조건과 가동시 간 및 설치비와 운영비 등의 경제성을 고려하여 선정하게 된다. 그러나 악취 가 스는 다양한 종류의 악취물질이 혼합되어 있는 경우가 대부분이며 이들 물질의 성질이 서로 다른 경우가 많기 때문에 악취물질을 모두 제거할 수 있는 단일 방 법의 선택이 어려운 문제점이 있으며 통상 하나의 방법만으로는 불충분하여 몇 개의 방법을 조합하여 행해지게 된다. 국내 하수처리시설의 경우 발생되는 악취 를 제거하기 위하여 주로 흡수법, 흡착법 및 생물탈취법이 적용된 사례가 많으며, 각 방법에 대한 내용은 다음과 같다.
(1) 흡수법
흡수법은 액체에 대한 기체 용해성을 이용하여 악취성분을 액체로 흡수시켜 탈취하는 방법으로, 물에 대한 용해도를 이용하여 물리적으로 흡수시키는 방법과 산․알칼리에 의한 중화 및 산화 등의 반응에 의해 화학적으로 흡수시키는 약액 흡수방법이 있다.
흡수법은 기액 접촉효율, 액가스비, 사용약액의 농도와 pH, 산화환원전위, 생성 염 농도와 관리기술에 따라 탈취효율이 크게 좌우되며,30) 장치 내를 통과하는 가 스속도(공탑속도)를 흡착법 및 생물탈취법에 비해 비교적 크게 할 수 있기 때문 에 장치가 소형화될 수 있으며 대용량 가스 처리에 적합하다.31) 흡수액으로 약액 을 사용할 경우, 기본적으로는 산성 가스(SO2, H2S 등)에 대해서는 알칼리 용액 을 사용하고, 알칼리성 가스(NH3, 아민류 등)에 대해서는 산성 용액을 사용한다.
이외에 황계열 악취, 알데하이드류 등에 대해서는 차아염소산나트륨, 과망간산칼 륨 등의 산화제가 흡수액으로 사용되고 있으며, 대표적인 반응은 Table 5와 같 다.
흡수법은 장치가 비교적 간단해서 유지보수가 용이하고 운영비가 작으며 입구 농도와 유량변동에 유동적이라는 장점30)이 있는 반면에 산성, 염기성 가스를 별 도의 장치에서 구분하여 처리해야 하며, 사용되는 약품에 대한 안정성, 장치에 대한 부식 등과 화학반응에 따른 부산물 처리대책 및 폐수처리에 대하여 고려하 여야 한다. 특히, 세정탑에서 사용한 세정 폐수를 하수처리시설에 연계하여 처리 할 경우에 차아염소산나트륨 등의 산화제 사용은 신중하게 검토하여야 한다.
흡수법은 악취 성분이 복합적이지 않을 경우 단독으로 사용될 수도 있으나 다 른 방지시설의 전단에 설치되어 후단 방지시설에 유입되는 악취가스 농도를 낮 추기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 또한 악취가스의 수분 함량 증가 및 수세에 의해 미세 분진을 제거함으로써 후단 방지시설의 효율을 향상시키기 위하여 악 취방지시설 전처리 장치로 이용되는 경우도 많다.
Table 5. General reaction of odor components and absorbent materials47) Odor
Components H2SO4 HCl NaOH NaOCl
NH3 NH3 + H2SO4
→ (NH4)2SO4
NH3 + HCl
→ NH4Cl Not reaction 2NH3 + 3NaOCl → N2 + 3NaCl + 3H2O (CH3)3N (CH3)3N + H2SO4
→ (CH3)3N․H2SO4
(CH3)3N + HCl
→ (CH3)3N․HCl Not reaction (CH3)3N + NaOCl
→ (CH3)3NO + NaCl
H2S -
-H2S + 2NaOH
→ 2Na2S + 2H2O
H2S + 4NaOCl
→ Na2SO4 + 2NaCl + 2HCl H2S + NaOCl
→ S + NaCl +H2O
CH3SH - - CH3SH + NaOH
→ CH3SNa + H2O
CH3SH + 3NaOCl
→ CH3SO3H + 3NaCl
(CH3)2S - - - (CH3)2S + 2NaOCl
→ (CH3)2SO2 + NaCl
(CH3)2S2 - -
-(CH3)2S2 + 2NaOCl
→ (CH3)2SO2 + 2NaCl
CH3CHO - -
-CH3CHO + NaOCl + NaOH → CH3COONa + NaCl
+ H2O
(2) 흡착법
흡착에 의한 탈취 방법은 활성탄 등 고형의 흡착제(adsorbent)를 탑에 충진하 고 악취가스를 통과시킴으로써 흡착제 표면에 악취가스가 포집되는 현상을 이용 하는 방법으로써 배기가스 유량이 비교적 크고, 저농도인 악취가스 처리에 적합 한 방법이다.30)
흡착제는 넓은 비표면적을 가진 고체물질로서 악취물질을 분자간 인력이나 정 전기력으로 표면에 흡착시켜 제거하게 된다. 흡착제의 종류는 매우 다양하며 사 용 목적에 따라 최적의 흡착제를 선정하게 된다. 현재 흡착제로 많이 사용되고 있는 것은 활성탄으로 분말, 입상 등의 형태로 사용되고 있으며, 이외에도 제올 라이트(zeolite), 실리카겔(silica gel), 알루미나 등이 사용되고 있다.48) 활성탄의 악취성분별 흡착정도는 고분자 화합물일수록 흡착력이 커서 제거 효과가 좋으나 저분자일 경우 상대적으로 제거 효율이 저조하며, 악취성분별 흡착효과에 대하여 Table 6에 나타내었다.
흡착법에서 악취가스의 흡착량은 배기가스 온도의 영향을 크게 받아 처리대상 가스 온도가 40℃를 넘으면 흡착능이 저하되며, 수분 함량이 많은 경우에는 흡착 성능이 급격히 저하되므로30) 수분이 많은 경우 흡착제 전단에 응축기 등을 설치 하여 수분을 제거할 필요가 있다. 분진, 타르상 물질, 미스트 등을 함유한 경우에 도 전처리를 통하여 제거할 필요가 있다. 또한 흡착제는 일정량 이상의 악취성분 을 흡착하면 포화되기 때문에 흡착제를 주기적으로 교환해 주지 않을 경우 탈취 효율이 급격히 감소하게 된다. 이에 따라 흡착제를 일정한 주기로 교환해 주는 것이 무엇보다 중요하며, 처리가스의 유량, 악취물질의 농도 등을 고려하여 흡착 제의 교환 주기를 적절하게 결정하여야 한다.
이러한 흡착법의 단점에도 불구하고 비교적 넓은 범위의 분야에 적용이 가능 하고, 장치가 간단하며 취급이 매우 용이하다는 점과 악취발생원의 농도 변동에 대하여 효과가 안정되어 있어 분뇨처리장이나 하수처리장 등의 탈취에 적용된 경우가 많다.31)
Table 6. Adsorption effect of activated carbon for odor components47)
Adsorption effect Odor component
Large
Fatty acid, Mercaptan, Phenol, Hydro carbon(aliphatic tribe and aromatic tribe), Alcohol compounds(except methanol),
Ketone compounds, Aldehyde compounds(except formaldehyde), Ester, etc
Middle Hydrogen sulfide, Sulfurous acid gas, Chlorine, Formaldehyde, Amine compounds, etc
Small Ammonia, Methanol, Methane, Ethane, etc
(3) 생물탈취법
국내 하수처리시설의 경우 발생되는 악취를 제거하기 위하여 주로 흡수법, 흡 착법 및 생물탈취법이 적용된 사례가 많다. 특히 생물탈취법은 다른 처리기술에 비해 생물학적으로 분해가능성이 있는 오염물질을 함유한 악취가스를 보다 실용 적, 저비용으로 제거할 수 있는 처리기술로서 운전관리가 간단하며, 2차 오염의 염려가 없다는 특징을 가지고 있어20,21) 국내 하수처리시설에 적용된 사례가 많 다.
생물학적 처리방법은 토양탈취법, 활성슬러지 포기법, 세정을 이용한 방법 (bioscrubbing) 및 충진탑을 이용한 방법 등으로 구분할 수 있다.
토양탈취법은 악취물질을 토양층에 통과시켜서 간극수에 흡수, 흙 입자에 흡 착, 토양미생물에 의한 생물화학적인 분해 및 토양 성분과의 화학반응에 의한 중 화 등의 복합적인 작용에 의해 악취물질을 제거하는 방법으로써 탈취능은 일차 적으로 토양미생물의 활성과 토양의 조성성분에 의해 영향을 받게 된다.49) 토양 탈취법은 일반적으로 유지관리는 비교적 간단하지만 처리 풍량이 느려야 하고 많은 공간을 필요로 한다.30) 또한 시간의 경과와 강우 등에 의해 토양층의 압밀 현상이 일어나거나 우리나라와 같이 계절적인 변화가 심한 경우에는 그 기능을 제대로 발휘하기가 어려운 경우가 많이 발생할 수 있다.
활성슬러지 포기법은 송풍기(blower)를 이용하여 악취가스를 하수처리시설의 호기조 등에 포기용 공기로 공급함으로써 호기조의 활성슬러지에 의해 악취물질 을 분해하는 방법으로써 여러 종류의 미생물이 호기적으로 분해하기 때문에 적 용 범위가 넓은 것이 특징이며,49) 국내 일부 하수처리시설에 적용되어 있다. 이 방법은 악취가스 중에 함유된 황화합물 등에 의한 송풍기(blower)와 산기관의 부 식 등의 문제가 발생할 수 있으므로 탈취 풍량과 악취물질의 종류 및 농도 등을 신중하게 검토한 후 적용하여야 한다.
세정을 이용한 방법은 Fig. 5와 같이 악취물질이 액체와 접촉하여 액상으로 흡 수가 된 후 다음 단계에서 악취물질이 생물학적으로 분해가 되는 방법으로써 생 물반응조에 있는 세정수는 세정탑으로 재순환 되거나 일부 배출된다. 이 방법은 악취물질이 수용성일 때 높은 처리효율을 보이나 짧은 접촉시간 내에 악취물질이 액상으로 흡수되어야 한다는 한계를 가지고 있다.50)
충진탑을 이용한 방법은 크게 바이오필터(biofilter)와 트리클링 바이오필터 (trickling biofilter)로 구분할 수 있다. 바이오필터는 Fig. 6과 같이 활성 미생물 이 서식할 수 있고 또한 영양분으로 작용할 수 토탄(peat), 퇴비(compost) 및 톱 밥(sawdust) 등 유기성 충진 담체로 구성되어 있다. 반응기 전단에서 가습이 된 악취 가스가 충진 담체를 통과하는 동안 활성 미생물에 의해 악취물질이 분해가 되는 원리를 이용한 것으로서 담체 내에 액체가 흐르지 않는 상태에서 반응이 일어나게 되며 비수용성 악취물질의 처리에 적합한 방법이다.50) 트리클링 바이오 필터는 Fig. 7과 같이 반응기 내에 미생물막이 형성될 수 있는 담체를 채우고 액 체를 계속적으로 반응기내로 흘려보내게 된다. 이때 악취 가스는 액체와 같은 방 향 또는 반대 방향으로 흐르고 공급되는 액체에 의해 미생물에게 영양분을 공급 할 수 있는 형태로 구성되어 있다. 담체로는 플라스틱 또는 세라믹 정형 (structured) 충진재, 비정형 셀라이트(unstructured celite), 활성탄 또는 서로 다 른 물질의 혼합 충진재가 사용된다.50)
Fig. 5. Schematic diagram of a bioscrubber.
Fig. 6. Schematic diagram of a biofilter.
Fig. 7. Schematic diagram of a trickling biofilter.
Fig. 8. Schematic diagram of a hybrid-biofilter.