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폐수
폐수(廢水, wastewater)는 물에 액체성 또는 고체성의 수질 오염물질이 섞여 있어 그대로는 사용할 수 없는 물이다. 특히 공장이나 광산 등지에서 쓰고 난 뒤에 버리는 물을 말한다.
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개요[편집]
폐수는 단어의 뜻을 보면 그냥 버리는 물이라는 뜻이다. 소비생활과 산업 활동을 하는 현대사회에서는 물질적 문명 활동의 부산물로서 각종 버리는 물질, 폐기물이 끊임없이 배출되는데, 그중에서 액체 형태로 배출되는 것이 폐수이다. '물환경보전법'에서는 폐수를 물에 액체성 또는 고체성의 수질 오염물질이 섞여 있어 그대로는 사용할 수 없는 물이라고 정의하고 있다.
폐수를 출처에 따라서 크게 나누면 가정 폐수와 공장 폐수로 구분할 수 있다. 가정폐수는 각 가정 및 가정과 유사하게 폐물질을 배출하는 공공건물·영업 건물 등으로부터 배출되는 폐수이다. 오늘날 도시 폐수의 대부분은 이러한 가정 폐수이다. 일반적으로 생활하수라고 하는데 하수라는 말은 도시 하수도에 유입되는 오수(汚水)를 가리키며, 액상 폐기물과 우수(빗물)를 포함한다. 액상 폐기물의 구분이 필요하지 않았던 예전에는 상수와 비교되는 하수라는 용어를 널리 사용하여 왔다. 또한 오수와 폐수를 합쳐 오폐수라고도 한다.
공장폐수는 각 공장으로부터 배출되는 폐수인데, 광의적으로는 산업폐수라고 하며, 모든 산업시설로부터 배출되는 폐수를 총칭하여 공장이나 광산에서 쓰고 버린 물이다. 일반적으로 폐수라 하면 이러한 산업폐수를 칭하는 것이다. 폐수는 도시의 공공 하수도를 통해서, 또는 직접적으로 자연 수역에 배출된다. 어느 경우나 처리되지 않고 방류될 때 자연 수역의 수질을 오염시키게 되며, 정도가 지나치면 공해를 유발하며 반드시 필요한 폐수처리를 걸쳐야 한다.[1][2][3]
구분[편집]
공장폐수[편집]
산업 발전과 더불어 각종 오염물질이 함유된 공장폐수에 의한 강·바다·토양·지하수 등의 오염이 심해져서 농업·어업에 영향을 끼칠 뿐만 아니라 공해병까지 유발하고 있다. 공장 폐수량은 공장의 용수 사용량과 비슷하다. 일반적으로 각 공장에서는 냉각·세척·수증기 생산·공정 진행·제품 등을 위하여 용수를 사용하는데, 그 양은 업종에 따라 다르며, 배출수의 수질과 처리 방법도 업종에 따라 다르다.
처리 대상 물질은 유기물질·무기물질·독물질·산·알칼리·방사성 물질 등 다양하다. 전체적으로는 유기물질의 배출량이 가장 많은데, 이 물질을 배출하는 업종은 식품업·모 방적업·석유화학공업 등이다. 유기물질을 포함한 폐수는 대부분 생물화학적 방법으로 처리한다.
제지·펄프 제조의 폐수도 다량의 유기물질을 배출하는데, 주성분은 리그닌(lignin)이고, 약제도 함유되어 있으므로 생물학적 폐수처리는 어렵다. 석유화학공업·석유정제업·철강업·기계공업 등에서는 유분(油分)이 많은 폐수가 배출된다. 유분 제거방법으로는 API 식·PPI 식 유수분리 장치(油水分離裝置) 등과 가압부상법(加壓浮上法) 등의 방법이 적용된다.
무기물질 폐수는 주로 무기 폐수량의 절반 정도는 화력발전소·제철소·정유 공장 등에서 배출된 냉각수인데, 이것은 주변의 바닷물보다 수온이 5∼10℃ 높으며, 자연환경에 악영향을 끼친다. 악영향의 예를 보면, 다음과 같다.
- 선박에 부착하는 천공 생물(穿孔生物)과 오손 생물(汚損生物)의 발생
- 어류의 회유를 방해하는 온도 장벽
- 김 양식 방해
- 산소 결핍으로 인한 해양생물상의 변화
- 안개 발생으로 인한 항해 방해 등이 있다.
화학공장과 식품공장 등의 폐수에는 인과 같은 영양물질이 다량으로 함유되어 있는데, 이 영양물질이 호소·하구 등 정체성 수역(停滯性水域)에 배출되면 부영양화(富營養化)·적조현상(赤潮現象) 등의 공해를 일으킨다.
우리나라에서는 1960년대 초부터 시작된 경제개발계획에 따라 많은 공장들이 전국의 공단과 도시 주변에 건설되었는데, 이러한 공장들의 급속한 생산 활동의 증가에 비례하여 폐수 배출량도 증가되었다. 그러한 폐수가 자연 수역에 방류됨에 따라 수질오염이 사회 문제화되었다.
공장폐수는 환경보전법에 의하여 의무적으로 자가 처리하도록 규제되어 있으며, 규제 대상 물질의 허용 농도가 설정되어 있다. 각 공장에서 방류하는 방류수의 농도가 허용범위라도 그 유량이 과다할 때는 배출 물질의 총량을 규제한다. 대기업의 경우, 예하면 삼성 반도체는 자체적의 폐수처리장에 의해 처리하고 있다.[4]
광산폐수[편집]
광산 폐수는 또 금속 광산 폐수와 황화 광산 폐수로 분류할 수 있다. 광산폐수는 통상 금속 광산폐수를 말하는데, 구리, 크롬, 철, 알루미늄, 비소 및 카드뮴 등 중금속을 함유한 폐수로써 생태계나 인체에 미치는 영향이 큰 폐수로 인식되고 있다. 광산폐수는 보통 두 가지의 특성을 함께 가진 경우가 많으며 철, 구리 등의 중금속 이온과 함께 황산염을 포함하고, pH가 낮은 것이 특징이다.
대부분의 광산에서는 1~5m3/min, 많은 곳에서는 10m3/min의 폐수가 배출된다. 황화 광산 폐수의 한 예를 들어보면, pH 1.7, 철 454ppm, 알루미늄 153ppm, 황산염 3,440ppm이다. 이들 폐수가 자연계에 유출되면 하천에 적갈색 또는 흰 침천물을 발생시켜 시각적 혐오감을 줄 뿐만 아니라 생물농축으로 인한 중금속 중독의 우려가 있으며, 지하수 및 주변 농경지를 오염시킨다.
광산폐수 처리에는 희석 방류법, 부유선광법, pH 조절법, 산화법, 환원법 등이 있다. 우리나라는 주로 ’70년대 이전에 폐광된 금속광산지역에 산재한 광미, 갱내수, 폐석 등으로 주변 농경지, 등 지속적인 환경문제가 대두되었다. 산업자원부에서 2005년 폐금속광산 현황 조사 결과 전국 936개 휴·폐금속광산이 산재하는 것으로 확인되었다.
산성광산폐수 발생의 주원인인 황화물은 지층 내부에서 외부의 산소, 물 등의 물질 등과 차단된 상태에서는 안정한 상태로 존재한다. 그러나 광산의 채굴을 위해 갱도를 뚫거나 상부의 지층을 제거하여 공기 중과 물속의 용존산소에 노출되게 되면 일련의 화학적인, 미생물학적인 과정을 통해 용해되고 산화되게 된다. 황화물 중에 광산폐수에 가장 큰 기여를 하는 물질은 대부분의 광산에서 발견되는 황철석(FeS2, pyrite)이다.
광산폐수가 수중 생물에 미치는 영향으로는, 광산폐수의 낮은 pH와 낮은 용존산소량 등은 어류, 수생식물 등의 생장 장애 등을 유발한다. 또한 수산화물의 침전에 의해서 서식처 변화, 물고기의 산란 방해 등을 유발할 수 있으며 수중에 철 성분이나 기타 유해 중금속 농도를 증가시키므로 수생생태계에 악영향을 나타낼 수 있다. 하천수의 유기물을 분해하는 세균은 낮은 pH에서 활성이 낮아지므로 하천의 자정작용이 억제되며 수산화물의 침전에 의해 저서조류, 저서성대형 무척추동물 등의 서식에 악영향을 끼치게 된다. 결과적으로 종다양성 등 생태계의 여러 가지 특성을 변화시키게 되는 등의 영향을 끼치게 된다.
또한 수자원에 미치는 영향으로는, 낮은 pH에서는 중금속이 쉽게 용해되게 되어 용수를 오염시키며 철산화물은 물의 색을 적색을 띠게 한다. 이러한 산성 광산폐수는 경우에 따라서 인근 지역의 지하수시설에 오염을 유발하여 위해를 끼칠 수도 있다. 특히 많은 광산이 산에 위치하므로 이보다 하류에 위치한 민가 등의 상수원에의 영향이 클 수 있다. 아울러 중금속이 다량 함유된 물은 농업용수로도 부적합할 수 있다.[5]
폐수처리[편집]
산업의 발달과 대규모화로 인하여 각종의 생산 시설에서는 막대한 양의 공업용수가 사용됨으로써 다량의 산업폐수가 배출되어 인근의 하천, 호수, 해역을 오염시키는 주원인이 되고 있다. 또한 증가하는 공장들을 효율적으로 관리하고 국토의 이용률을 향상시키고 생산성을 제고하기 위해 공업 단지를 조성하여 여기에 기존의 공장을 입주시키고 있다.
따라서 고단 지역에서는 수질오염이 심화되고 오염물질의 종류 또한 다양하여 이들의 관리에 어려움이 가중되고 있다. 그러므로 폐수처리장은 공업단지에서 나오는 다양한 오염물질을 처리함과 동시에 주변의 생활하수도 함께 혼합하여 처리하고 있다.
폐수처리장[편집]
폐수처리장은 폐수 중의 유해 물질을 제거하거나 회수하고, 소정의 허용 한계 수질로 처리하는 장치를 갖춘 시설로써 처리의 방법으로는 보통침전, 응집 침전, 부상 분리, 여과 등의 물리적 방법과 산화, 환원, 중화, 이온 교환 등의 화학적 방법 그리고 활성 오니, 살수여상, 소화 등의 미생물을 사용하는 생물학적 방법이 있다.
만약 오늘날 우리가 사용하고 버린 물이 이러한 폐수처리 과정이 없이 그대로 자연으로 돌아간다면 얼마나 끔찍한 일이 일어나는지 말하지 않아도 많은 사람들은 알고 있을 것이다.
폐수처리 과정[편집]
전체적인 폐수처리 과정을 설명하자면, 배출되는 폐수에서 주요 처리 대상이 되는 오염물질은 유기물질이다. 주로 생물화학적 산소 요구량(BOD)과 화학적 산소 요구량(COD) 및 부유 물질량(SS), 그리고 페놀류 등 기타 수질 오염물질 등으로 나누어 볼 수 있다. 폐수 처리 과정을 한번 살펴보면 수 처리 과정과 오니 처리 과정으로 나누어 볼 수 있다.
우리나라의 경우에는 법적으로 요구되는 수질 정도에 따라 처리 기준이 달라진다. 가정의 생활하수는 하수 처리장에서 요구되는 법적인 기준치가 있으며, 공장 폐수의 경우 폐수 배출 허용 기준에 따라 처리하여 배출해야 한다.
수 처리[편집]
하수처리장에 유입된 하수는 침사지 – 1차 침전지 – 2차 침전지 – 소독조를 거쳐 다시 하천으로 흘러 들어가게 된다. 각각의 과정에서 일어나는 일을 조금 더 자세히 살펴보면 1차 침전지에서는 물보다 무거운 오염물질과 물보다 가벼운 오염물질을 각각 제거한다. 이 두 가지는 물에 가라앉거나 물 위에 떠올라 쉽게 제거할 수 있다. 다음으로 포기조에서는 미생물을 이용해 유기물을 분해한다. 그리고 2차 침전지에서는 물보다 무거운 유기물은 물에 가라앉히고 맑은 물만 다음 과정으로 보낸다. 소독조에서 소독을 거친 물은 이제 하천으로 흘러간다.
오니(슬러지) 처리[편집]
포기조에서 미생물에 의한 분해 과정을 거치다 보면 침전물과 미생물이 섞이게 되는데, 이것을 활성 슬러지 또는 오니라고 부른다. 슬러지 처리 과정은 농축조 – 소화조 – 탈수기 순으로 진행된다. 농축조는 말 그대로 슬러지의 농도를 높이는 곳이다. 이 농축된 슬러지가 소화조에 가면 혐기성 미생물이 유기물질을 분해한다. 그리고 15일 정도 지나면 위에 뜬 침사지로, 농축된 슬러지는 탈수기로 가게 된다. 탈수기에서는 탈수와 함께 운반과 처분이 쉽도록 응집제를 넣어 무게와 크기를 줄인다.
폐수처리 방법[편집]
이러한 과정으로 진행되는 폐수처리에 사용되는 방법은 크게 물리화학적 처리법, 고체 액체 분리법, 생물학적 처리법, 열처리법으로 나누어 볼 수 있다.
물리화학적 처리법[편집]
중화·pH 조정, 산화·환원, 추출, 흡착, 이온교환, 전기투석, 역삼투막에 의한 처리 등의 방법이다.
- 중화·pH 조정은 폐수에 산이나 알칼리를 주입하여 용해되어 있는 가스를 방출시키거나 금속염을 응집 침강시키고, 또한 뒤에 계속되는 처리를 위해 가장 알맞은 pH로 조정하는 것이다.
- 산화·환원에는 약제를 이용한 산화(시안 폐수를 염소로 처리하여 이산화탄소와 질소 가스로 분리하는 등)나 환원(6가 크롬 폐수를 황산제일철·아황산나트륨으로 환원시켜 독성이 약한 3가 크롬이 되게 하는 등) 외에 농축 크롬 도금 폐수나 농축 시 안폐수의 전기분해에 의한 처리, 오존이나 자외선을 이용한 산화 분해(폐수의 탈색이나 살균 등) 등도 이루어진다.
- 추출은 폐수 속에 존재하는 유용물질을 용매를 이용하여 회수하는 것, 흡착은 활성탄이나 제올라이트와 같은 흡착제로 폐수 속의 각종 유기물질과 암모니아 등을 처리하는 방법이다.
- 이온 교환은 폐수 속의 암모니아 등의 제거나 폐수를 고도 처리하여 재이용수로 이용할 경우의 칼슘 이온·나트륨 이온·염화 이온·황산이온의 제거 등에 이용된다.
- 전기투석은 양이온과 음이온의 교환막을 이용하여 탈염하는 방법인데, 막을 음양으로 번갈아 다수 배열하고 양끝에 직류전압을 가해 폐수 속의 양이온·음이온이 각각의 막을 투과하도록 이동시켜 탈염수와 농축액이 하나씩 걸러져 막간으로 분리시킨다.
- 역삼투막에 의한 처리는 물을 통과시키는 반투막을 이용하여 물 이외의 불순물과 물을 분리하는 것인데, 주로 폐수 속의 탈염에 이용되며, 정화된 물은 재이용된다.
고체 액체 분리법[편집]
폐수 속의 부유물을 분리 회수함을 목적으로 한다.
- 처리 비용이 싸고 운전 관리도 쉬우므로 중력에 의한 침강분리가 가장 널리 이용되는데, 부유물의 침강분리효율이 침전조의 면적에 의존하므로 처리 장치의 부지면적이 제약을 받는 곳에서는 다른 방법이 필요한 경우도 있다.
- 중력 침강과는 반대로 부상하기 쉬운 부상물을 수면에 자연히 모이게 하는 방법이나 불어넣거나 감압에 의해 발생시킨 물속의 미세 기포의 상승력을 이용한 강제 부상 분리도 있어 폐수 속의 유분 분리나 침강하기 어려운 활성 오니의 농축 분리 등에 이용된다. 부유물을 좀 더 고도로 제거하기 위해서는 여과 과정을 채용한다.
생물학적 처리법[편집]
미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 방법이다. 미생물과 폐수가 접촉하는 형태에 따라 부유 현탁법과 고착법으로 분류된다.
- 부유 현탁법은 활성 오염법에서 볼 수 있듯이 미생물과 폐수가 혼합되어 미생물이 부유 현탁한 상태로 처리수와 미생물로 분리된 뒤 미생물은 다시 폐수처리로 되돌려진다.
- 고착법에는 살수로상법·회전원판법·침지로상법·유동상법 등이 있는데, 이들은 모두 미생물을 부착시키는 고정된 지지체가 있어 폐수만이 고착 미생물의 주위를 통과하게 된다. 단 미생물이 증식하면 고착한 생물막이 벗겨지므로 침전지에서 제거해야 한다.
이 방법은 이용하는 미생물 집단에 의해서도 분류되나 암모니아를 산화시켜 질화 반응을 추진하는 질화세균(호기성세균), 이것으로 생성된 아질산·질산을 유기물을 이용하여 질소 가스로 환원하는 탈질소세균(혐기성세균)이 활용된다.
일반적으로 유기물을 호기적으로 산화 분해하는 미생물은 세균·효모·균류 등 여러 종류가 있어서 특정화할 수 없다. 한편 혐기성 미생물을 이용한 혐기성 처리에서는 유기물을 저급지방산으로 분해하는 산 생성균과 생성한 아세트산 등이나 이산화탄소·수소를 이용하여 메탄을 생성하는 균이 이용된다. 이 처리법은 오니의 소화나 농후한 유기성 폐수의 처리를 위해 보급되어 있으나 낮은 농도의 유기성 폐수에도 적용된다.
열처리법[편집]
열처리는 방류하는 곳의 환경조건이 좋지 않을 경우 등 물을 증발시켜 폐수를 내보내지 않기 위해서 하게 되는데, 폐수처리로 인해 생성된 오니의 처리에도 많이 이용된다.[6]
동영상[편집]
각주[편집]
참고 자료[편집]
- 〈폐수〉, 《네이버 국어사전》
- 〈폐수〉, 《네이버 지식백과》
- 〈공장폐수〉, 《네이버 지식백과》
- 〈광산폐수〉, 《네이버 지식백과》
- 〈폐수〉, 《국가법령정보센터》
- 절삭유 연마유 필터, 〈폐수 처리 과정〉, 《네이버 블로그》, 2014-09-24
같이 보기[편집]
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