코크스화 폐수의 COD는 왜 분해되기 어려운가?

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코크스화 폐수의 COD는 왜 분해되기 어려운가? 현재 코크스화 폐수 처리에서 COD는 극복해야 할 중요한 난제가 되고 있습니다.업계 관계자들은 모두 코크스화 폐수에는 다환 및 장쇄 구조를 가진 물질들이 많아 분해가 매우 어렵다는 것을 알고 있습니다.많은 대학과 연구소에서 실험을 진행한 결과, 생화학적 처리 시간을 아무리 길게 해도 남아 있는 COD는 더 이상 줄어들지 않는 것으로 나타났습니다.그렇다면 왜 COD 설명이 그렇게 어려운 걸까요? 먼저 코크스화 폐수의 COD 구성을 살펴보겠습니다.알려진 바에 따르면, 코크스화 공정에서 발생하는 폐수의 COD는 주로 유기성 성분, 무기성 성분, 부유물의 세 가지 요소로 구성됩니다. 코크스화 공정에서 발생하는 폐수의 COD 구성을 파악하기 위해, 안산코크스내화연구원, 하얼빈건축연구원 등의 기관들은 안강화학공장의 생화학적 처리 과정에서 나오는 입수 및 배출수를 대상으로, 코크스화 공정 폐수에 포함된 주요 무기물과 유기물의 함량 및 그 COD 값을 측정했습니다. 또한, 폐수 내에 포함된 부유물의 구성도 함께 측정하였습니다.COD 측정 방법은 중크롬산칼륨법입니다.연구 결과에 따르면, 코크스화 공정에서 발생하는 오수 내에서 COD를 구성하는 무기 성분으로는 SCN-, CN-, S2-, NO2- 등이 있으며, 그중 SCN-가 COD의 무기 성분을 구성하는 주요 물질입니다.동시에, 안산초내원, 하건원 등의 기관들은 안강화공총공장의 생화학적 처리수를 대상으로, 그 수질을 측정하고 분석한 결과, 생화학적 처리수에 포함된 주요 유기성분들 중 COD의 양이 전체 코크스 제조 공정에서 발생하는 폐수의 COD 총량의 약 70%를 차지하는 것으로 나타났습니다. 이러한 유기성분들은 주로 페놀류 화합물, 혼합 고리형 화합물, 나프탈렌류 물질들입니다. 그중에서도 페놀의 COD는 전체 COD 총량의 약 30%를 차지합니다.생화학적으로 생성된 물속의 주요 유기 성분인 COD는 전체 양의 약 20%를 차지합니다. 그중 나프탈렌류와 다환 방향족 탄화수소의 COD가 상당히 높아, 각각 10% 이상을 차지합니다.부유물은 주로 석탄 먼지, 코크스 먼지 및 물에 녹지 않는 유류 등입니다.COD를 구성하는 세 가지 물질 중에서 주요 구성 요소는 유기 성분과 무기 성분입니다. “장쇄 분자를 어떻게 분해할 것인가는 중요하고 어려운 문제입니다. 다환 방향족 화합물과 혼합 고리 방향족 화합물이 너무 많으며, 이러한 고리들이 분해가 어려워지는 가장 큰 원인입니다.미생물은 효소를 통해 특정 고리를 열 수 있으며, 현재는 효과가 좋으면서 비용도 저렴한 방법을 찾고 있는데, 이것이 바로 돌파구입니다.”북경대학교 환경과학공학원의 원동휘 교수가 이렇게 말했습니다. 전처리 공정은 코크스화 폐수에서 왜 그토록 중요한가? 코크스화 폐수의 예비 처리 공정에는 암모니아 증발, 시안화물 제거, 유분 제거 등이 포함됩니다. 이러한 공정들은 각각 어떤 역할을 하는 걸까요? “생화학적 처리를 위해서는 충족되어야 할 조건들이 있습니다. 예를 들어, 코크스 제조 과정에서 발생하는 폐수에는 기름이나 황화물과 같은 물질들이 포함되어 있기 때문에, 먼저 기름을 분리하거나 황화물을 제거하고, 암모니아를 증발시키는 등의 사전 처리 공정이 필요합니다. 특히 암모니아를 증발시키는 것은 매우 중요한데, 암모니아를 증발시키지 않으면 이후의 처리가 거의 불가능해집니다.”산데그룹의 이천증은 수망 기자에게 “일반적으로 코크스화 공정에서 발생하는 폐수의 암모니아질소 농도는 2000, 3000 이상인데, 탈기나 알칼리 추가와 같은 방법을 통해 암모니아를 제거하면 그 농도를 100 이하로 낮출 수 있습니다. 하지만 일부 업체들은 알칼리를 추가하는 것을 꺼리지만, 후속 처리 과정에서는 어쨌든 알칼리를 추가해야 합니다. 이 원리를 이해한다면 예비 처리 단계에서 알칼리를 추가하는 것이 더 효과적입니다.”라고 말했습니다.전처리는 생화학적 과정이 정상적으로 진행되도록 하기 위한 것입니다.” 온동휘는 “생화학적 처리 기술만으로도 기준을 충족시킬 수 있지만, 다른 물리화학적 처리 방법들과 함께 사용해야 한다. 사전 처리 공정은 반드시 필요하며, 일부 물질들은 재활용이 가능하다. 만약 사전 처리가 제대로 이루어지지 않으면, 후속의 2단계 처리에 큰 영향을 미친다”고 강조했다.전처리 공정에는 암모니아 증기 처리와 유분 제거가 있으며, 암모니아 증기 처리가 가장 필수적입니다.” 생물강화기술 연구가 왜 그렇게 인기가 있을까? 전문가에 따르면, 일반적인 폐수 생물학적 처리는 분해가 비교적 용이한 물질을 대상으로 하며, 이러한 물질들을 분해하는 데 주로 작용하는 것은 미생물입니다. 이 미생물들은 자연환경, 생활하수, 토양에서도 발견될 수 있는 물질들입니다.하지만 폐수에 유독하고 유해한 물질이 많이 포함되어 있다면, 미생물들도 이를 분해할 수 없을 뿐만 아니라 오히려 미생물에게 해를 끼칠 수도 있습니다. 유독하고 유해한 물질들이 미생물을 죽이기 때문에, 생물학적 방법으로 직접 처리하는 것은 매우 어렵습니다.모순은 바로 여기에 있습니다. 가장 경제적이고 처리 효과도 좋은 방법은 생화학적 처리법인데, 물리화학적 처리법의 경우 비용이 매우 높습니다；하지만 코크스화 공정에서 발생하는 폐수의 경우, 수질이 매우 복잡하여 다양한 유해 물질들이 포함되어 있습니다. 이러한 물질들은 생화학적 처리 효과에 부정적인 영향을 미치므로, 코크스화 공정에서 발생하는 폐수를 처리하기 위해서는 미생물 관련 분야에서 많은 연구가 필요합니다.그렇다면 연구 작업에는 어떤 것들이 있을까요? 첫째, 공정 측면에서는 공정 파라미터나 조건을 변경함으로써 어느 정도 폐수를 분해할 수 있지만, 실제로는 공정상의 수정만으로는 효과가 제한적이어서 기준에 맞춰 폐수를 처리하는 것이 어렵습니다. 그래서 폐수에는 여전히 유독하고 유해한 물질들이 포함된 채로 수역으로 방류됩니다. 둘째, 10여 년간의 발전을 거치면서 미생물 연구가 활발해졌으며, 그중에서도 가장 활발한 분야는 분해균의 연구입니다.전통적인 분해균 확보 방법은 코크스화 폐수나 그로 인해 오염된 슬러지에서 내성이 강한 균 또는 미생물을 선별한 다음, 이를 조합하여 필요한 균제를 만드는 것입니다.하지만 현재 자연계에서 분리할 수 있는 균은 매우 적으며, 분리하여 배양할 수 있는 미생물은 자연계 전체의 0.1%에 불과합니다；또 다른 문제는, 투입된 미생물제가 실험실이나 단기적으로는 매우 효과적이지만, 실제 공정에서는 여러 가지 변화가 생긴다는 것입니다. 실제 폐수에는 유해한 물질들 외에도 고농도의 암모니아질소와 같은 다른 물질들도 포함되어 있습니다. 게다가 물의 양과 질도 불안정하기 때문에, 이러한 요인들이 미생물의 실제 활용에 큰 영향을 미칩니다.지금까지 코크스화 폐수에 성공적으로 적용될 수 있는 매우 효과적인 미생물제는 발견되지 않았습니다. 또한, 전문가들은 처리장에 대해서도 우려를 표명했습니다.“처리장의 관리가 시급히 강화되어야 합니다. 우리는 자주 여러 코크스 공장에 가서 오수를 채취하는데, 그곳들의 관리에도 상당한 문제가 있다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 생산 과정이 자주 변동하고, 이로 인해 변화하는 수질은 생물학적 처리 방식에 매우 해로울 수 있습니다. 만약 유입되는 물의 성분이 계속 변한다면, 오수 처리장도 대응할 방법이 없으며, 슬러지도 반쯤 죽은 상태가 되어 처리 효율에 큰 영향을 미칩니다.“그래서 생산 과정과 관리가 가능한 한 더 안정적이고 세밀해지도록 하는 것이 좋습니다.”라고 원동휘는 말했습니다.