I. 서론
2) 유입 부하량에 따른 악취물질 저감효율
바이오필터 유입 복합악취에 대한 민감도 분석(Fig. 14) 및 SOQg(Table 26)에 서 나타난 바와 같이 황화수소를 포함한 황화합물은 하수처리장에서 발생하는 악취의 주요 원인물질임을 알 수 있었다. 따라서 황화수소를 포함한 황화합물 4 종에 대하여 각 바이오필터에 유입되는 물질별 유입 부하량에 대한 해당 물질의 저감효율과 함께 제거용량을 평가하였다. 또한 황화합물을 제외한 다른 지정악취 물질의 경우 바이오필터에 유입되는 농도가 매우 낮아 복합악취에 미치는 영향 이 작고 제거용량을 상대적으로 평가하기에 한계가 있으나 각 지정악취물질에 대하여 유입 농도가 0.1ppm이 넘는 바이오필터가 5개 이상 존재하는 암모니아, 아세트알데하이드 및 톨루엔을 연구대상에 포함하였다.
Fig. 25 (a)는 바이오필터 입구의 황화수소 농도가 0인 시설을 제외하고 60개 바이오필터에서 황화수소 유입 부하량에 대한 저감효율을 나타내었으며, 각 바이오 필터의 유입 부하량에 대한 상대적인 효율을 평가하는 지표로 사용하였다. 유입 부하량이 8.8 g-H2S/m3/hr까지는 저감효율이 99.3%를 유지하는 시설이 존재하였으나 많은 시설의 처리효율이 이보다 낮게 나타나고 있으며, 유입 부하량이 증가함에 따라 저감효율이 급격히 감소하여 유입 부하량이 12.4 g-H2S/m3/hr에서 87.2%, 28.1 g-H2S/m3/hr에서 43.1%, 63.8 g-H2S/m3/hr에서 5.2%의 저감효율을 나타내었다.
유입 부하량의 변화에 따른 황화수소 제거용량의 변화는 Fig. 25 (b)에 나타내 었다. 유입 부하량이 8.8 g-H2S/m3/hr 이하에서는 유입 부하량과 제거용량이 1:1 의 선형적인 관계를 유지하는 시설이 존재하며 해당 시설들은 유입되는 황화수 소를 효율적으로 처리하고 있으나 많은 시설의 제거용량은 낮게 나타나고 있음 을 알 수 있었다. 유입 부하량 12.4 g-H2S/m3/hr를 기준으로 제거용량 증가율이 급격히 감소하기 시작하여 28.1 g-H2S/m3/hr에서 12.1 g-H2S/m3/hr의 제거용량 을 보이는 시설을 확인하였으며 조사대상 바이오필터 중 최대 제거용량을 보이 고 있었다.
바이오필터에서 황화수소의 최대 제거용량과 관련하여 Bin 등74)은 바이오스크 러버와 바이오필터의 병합시스템에서 H2S 유입 부하량 85 g-S/m3/hr까지 황화 수소는 100% 제거되었으나 유입 부하량이 135 및 217 g-S/m3/hr인 경우에는 저
감효율이 각각 95%와 71%로 감소하였으며, 최대 유입 부하량 224 g-S/m3/hr의 조건에서 제거용량은 153 g-S/m3/hr으로 보고하였다. 또한 Duan 등75)은 미생물 이 고정된 활성탄을 이용한 황화수소의 제거에 있어 최대 제거용량이 181 g-H2S/m3/hr로 보고한 바 있다. 그러나 Namgung 등76)은 미생물 포괄고정화 담 체를 충진한 바이오필터를 이용하여 휘발성유기화합물, 암모니아 및 황화수소가 혼합된 악취가스를 처리함에 있어 총 유입 부하량 단계변동에 따른 제거용량을 확인한 결과 황화수소의 최대 제거용량은 9.1 g/m3/hr로 보고하였다.
본 연구에서 황화수소 최대 제거용량은 Bin 등74)과 Duan 등75)의 결과의 6.7～
7.9% 수준으로 많은 차이를 보이고 있으나 Namgung 등76)의 최대 제거용량 결 과와 유사한 수준을 보이고 있었다. 이는 바이오필터의 제반 조건에 따라 제거용 량이 달라질 뿐만 아니라 바이오필터로 유입되는 악취물질이 황화수소 단일 물 질일 경우와 복합 악취물질이 유입될 경우 각 물질별 제거용량이 달라질 수 있 으며 부하량의 변동이 빈번하게 일어날 경우의 영향도 있기 때문인 것으로 사료 된다. 또한 앞에서 언급한 바와 같이 영양물질, pH, 수분 등 미생물의 생육조건 이 적정하지 않았기 때문인 것으로 사료된다.
황화수소 유입 부하량에 대한 저감효율에 따라 Fig. 25 (a)와 같이 각 시설을 세 그룹으로 구분할 수 있다. I 그룹은 비교적 낮은 유입 부하량에서 바이오필터 의 적절한 유지관리로 인하여 유입되는 황화수소의 대부분이 제거되고 있는 17 개 시설이 해당되며, Ⅲ 그룹은 유사한 유입 부하량의 다른 시설에 비해 상대적 으로 낮은 효율을 보이는 39개 시설이 해당되었다. Ⅱ 그룹에 포함되는 4개 시설 은 유입 부하량이 증가함에 따라 최대 제거용량에 도달하게 되어 처리효율이 낮 게 나타날 수 있으나 일부 시설의 경우는 부적절한 바이오필터의 운영관리로 인 한 영향이 복합적으로 반영되어 처리효율이 낮게 나타나는 것으로 사료된다. 따 라서 Ⅲ 그룹에 속하는 시설에 대해서는 미생물의 적정 생육조건 유지 등 바이 오필터의 유지관리를 통하여 시설을 정상화하여 처리효율을 향상시키고 Ⅱ 그룹 에 속하는 시설의 경우 바이오필터를 정상적으로 유지 관리할 뿐만 아니라 바이 오필터에 유입되는 황화수소 농도를 최대 제거용량 이하로 유지될 수 있도록 악 취포집시설을 재설치 하거나 바이오필터로 악취가스가 유입되기 전에 황화수소
(a) Removal efficiency of hydrogen sulfide with its inlet loading
(b) Elimination capacity of hydrogen sulfide with its inlet loading
Fig. 25. Removal efficiency and elimination capacity of hydrogen sulfide with its inlet loading at various biofilters.
황화수소와 함께 하수처리장 복합악취에 주요한 영향을 미치고 있는 메틸메르 캅탄에 대하여 바이오필터 유입 농도가 0인 시설을 제외하고 46개 바이오필터에 서 메틸메르캅탄 유입 부하량의 변화에 따른 저감효율과 제거용량의 변화를 Fig.
26에 나타내었다. 유입 부하량이 0.6 g-CH3SH/m3/hr까지는 저감효율이 96.5%를 유지하는 시설이 존재하였으나 많은 시설의 처리효율이 이보다 낮게 나타나고 있으며, 유입 부하량이 증가함에 따라 저감효율이 완만하게 감소하여 유입 부하 량이 1.97 g-CH3SH/m3/hr에서 56.4%의 저감효율을 나타내었다. 유입 부하량이 0.6 g-CH3SH/m3/hr 미만에서는 유입 부하량과 제거용량이 1:1의 선형적인 관계 를 유지하는 시설이 존재하며 해당 시설들은 유입되는 메틸메르캅탄을 효율적으 로 처리하고 있으나 많은 시설의 제거용량은 낮게 나타나고 있음을 알 수 있었 다. 유입 부하량 1.97 g-CH3SH/m3/hr에서 1.1 g-CH3SH/m3/hr의 제거용량을 보 이는 시설을 확인하였으며 조사대상 바이오필터 중 메틸메르캅탄에 대한 최대 제거용량을 보이고 있었다.
메틸메르캅탄 유입 부하량에 대한 저감효율에 따라 Fig. 26 (a)와 같이 세 그 룹으로 구분할 수 있었으며, 비교적 많은 수의 시설이 방지시설 개선이 필요한
Ⅲ 그룹에 포함되며, Ⅱ 그룹에 속하는 3개의 시설 중 1.0 g-CH3SH/m3/hr의 유 입 부하량을 갖는 시설은 황화수소의 유입 부하량 5.1 g-H2S/m3/hr에서도 저감 효율이 6.8%로 매우 낮게 나타나 방지시설의 유지관리 상태가 매우 좋지 않은 것으로 사료되었다.
다이메틸설파이드(DMS, dimethyl sulfide)에 대하여 바이오필터 유입 농도가 0인 시설을 제외하고 29개 바이오필터에서 다이메틸설파이드 유입 부하량의 변 화에 따른 저감효율과 제거용량의 변화를 Fig. 27에 나타내었다. 유입 부하량이 0.5 g-DMS/m3/hr까지는 저감효율이 100.0%를 유지하는 시설이 존재하였으나 많 은 시설의 처리효율이 이보다 낮게 나타나고 있으며, 유입 부하량이 증가함에 따 라 저감효율이 완만하게 감소하여 유입 부하량이 4.2 g-DMS/m3/hr에서 96.0%의 저감효율을 나타내었다. 유입 부하량이 0.5 g-DMS/m3/hr까지 유입 부하량과 제 거용량이 1:1의 선형적인 관계를 유지하는 시설이 존재하며 해당 시설들은 유입 되는 다이메틸설파이드를 효율적으로 처리하고 있음을 알 수 있었으며 조사대상
용량을 보이는 시설을 확인하였다. Smet 등77)은 나무껍질과 퇴비를 충진한 바이 오필터를 이용하여 다이메틸설파이드를 처리한 결과 28.3g/m3/hr의 제거용량을 확인하였으며, 본 연구에서도 유입 부하량이 증가할 경우 최대 제거용량은 4.0 g-DMS/m3/hr 보다 더 증가할 것으로 사료된다.
다이메틸설파이드 유입 부하량에 대한 저감효율에 따라 Fig. 27 (a)와 같이 세 그룹으로 구분할 수 있었으며, 21개 시설이 방지시설 개선이 필요한 Ⅲ 그룹에 포함되며, Ⅱ 그룹에 속하는 2개의 시설 중 3.4 g-DMS/m3/hr의 유입 부하량을 갖는 시설은 황화수소의 유입 부하량 4.3 g-H2S/m3/hr에서 저감효율이 84.6%로 조금 낮게 나타나 방지시설 개선을 통하여 처리효율을 조금 더 향상시킬 수 있 을 것으로 사료된다.
다이메틸다이설파이드(DMDS, dimethyl disulfide)에 대하여 바이오필터 유입 농도가 0인 시설을 제외하고 22개 바이오필터에서 다이메틸다이설파이드 유입 부하량의 변화에 따른 저감효율과 제거용량의 변화를 Fig. 28에 나타내었다. 유 입 부하량이 0.01 g-DMDS/m3/hr에서는 저감효율이 100.0%를 유지하는 시설이 존재하였으나 대다수 시설의 처리효율이 이보다 낮게 나타나고 있으며, 유입 부 하량이 증가함에 따라 저감효율이 지속적으로 감소하여 유입 부하량이 0.11 g-DMDS/m3/hr에서 74.4%, 0.49 g-DMDS/m3/hr에서 39.1%의 저감효율을 나타 내었다. 유입 부하량이 0.01 g-DMDS/m3/hr 이하에서는 유입 부하량과 제거용량 이 1:1의 선형적인 관계를 유지하는 시설이 존재하며 해당 시설들은 유입되는 다 이메틸다이설파이드를 효율적으로 처리하고 있으나 많은 시설의 제거용량은 낮 게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 유입 부하량이 증가할수록 제거용량 증가율이 서서히 감소하고 0.49 g-DMDS/m3/hr에서 0.19 g-DMDS/m3/hr의 최대 제거용량 을 보이는 시설을 확인할 수 있었다.
다이메틸다이설파이드 유입 부하량에 대한 저감효율에 따라 Fig. 28 (a)와 같 이 세 그룹으로 구분할 수 있었다. Ⅱ 그룹에 포함되는 4개의 시설 중 0.06 g-DMDS/m3/hr 및 0.07 g-DMDS/m3/hr의 유입 부하량을 갖는 시설은 각각 황 화수소의 유입 부하량 0.29 g-H2S/m3/hr 및 0.82 g-H2S/m3/hr에서 저감효율이 각각 98.4 및 92.4%로 비교적 높게 나타나는 시설임에도 다이메틸다이설파이드 의 처리효율이 낮게 나타나고 있어 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로