폐기물 안정화 연못

Waste stabilization pond
세 가지 주요 유형의 폐기물 안정화 연못(WSP)의 개략도: (1) 혐기성, (2) 기능성과 (3) 에어로빅(숙성) 각각 다른 처리 및 설계 특성을 가지고 있다.[1]

폐기물 안정 연못(WSP 또는 안정화 연못 또는 폐기물 안정화 라건)은 유기농 함량을 줄이고 폐수에서 병원균을 제거하기 위해 폐수 처리를 위해 설계·조립된 연못이다. 그것들은 흙 구조물에 의해 둘러싸인 인공의 퇴폐물이다. 폐수 또는 "인플루엔자"는 폐기물 안정화 연못의 한쪽에 들어가고 다른 한쪽에 있는 폐수에서 며칠을 보낸 후 "에플루언트"로 퇴장한다.

폐기물 안정화 연못은 전 세계적으로 폐수 처리를 위해 사용되고 있으며 특히 기후가 따뜻한 개발도상국에 적합하다.[2] 그것들은 하수나 산업용 유출물을 처리하는 데 자주 사용되지만, 또한 도시의 가출물이나 폭풍우 처리에도 사용될 수 있다. 이 시스템은 한 개의 연못 또는 여러 개의 연못으로 구성될 수 있으며, 각 연못은 오염물질 제거에 다른 역할을 한다. 처리 후, 해당 유출물이 요구되는 배출물 기준(예: 충분히 낮은 수준의 병원균)을 만족하는 경우, 해당 유출물을 표면수로 돌려보내거나 관개수(또는 재활용수)로 재사용할 수 있다.

폐기물 안정화 연못은 자연 처리 과정이 수반되는데, 제거율이 느리기 때문에 시간이 걸린다. 따라서 외부 에너지 입력이 있는 다른 처리 프로세스보다 넓은 영역이 요구된다. 여기에 설명된 폐기물 안정화 연못은 에어로이터를 사용하지 않는다. 에어로어를 사용하는 고성능 라군 기술은 활성화 슬러지 공정과 훨씬 공통점이 있다. 이와 같은 기공식 라건은 전통적인 안정화 연못에 필요한 면적보다 적은 면적을 사용하며 작은 마을에서도 흔히 볼 수 있다.[3]

기초

모로코 그랜드 아가디르의 폐기물 안정화 연못(Station M'zar)
모로코 아타우아에 있는 높은 비율의 조류 연못과 두 개의 성숙 연못에서 나오는 유출물. 녹조로 인한 녹색에 유의하십시오.

안정화 개념

오수와 많은 종류의 산업폐기물은 유기물을 포함하고 있다. 만약 폐수가 표면 수역(예를 들어 강과 호수)으로 처리되지 않고 배출된다면, 그들의 유기물은 표면 수역에 살고 있는 미생물의 먹이 역할을 한다. 이 유기체들은 그들의 성장과 번식을 위해 에너지 생성에 유기 물질을 사용한다. 이것은 유기물을 이산화탄소와 물로 변환시키는 호흡을 통해 이루어진다. 이러한 안정적인 부품은 수질오염 문제를 일으키지 않는다. 그러므로 이것을 유기물질의 "안정화"라고 자주 부른다.

그러나 이러한 유기체들은 호흡에 산소를 사용하므로 수면의 산소 농도를 감소시킨다. 이것은 주요 수질오염 문제들 중 하나로, 물고기를 포함한 지표수 생물체에 영향을 미칠 수 있다.[4][5]

폐기물 안정 연못은 이러한 생물학적 현상을 받아 들이는 지표수에서 발생하기 전에 재현하고 산소 소비로 인한 오염 문제를 일으킨다. 연못은 폐수를 공급받으며, 지표수에서 일어나는 것과 유사한 자연적 공정에 의해 그 안의 유기물을 안정화시켜 처리한다. 이들이 폐기물 안정 연못이라는 이름을 받은 이유다.[6]

미생물

연못 안에 살고 있는 여러 미생물의 공동 참여로 반응이 일어난다. 유기물은 생화학산소요구량(BOD)으로 측정된다. 연못유출물의 BOD 값은 인플루엔자보다 낮아 유기물 제거를 반영한다. 이 연못의 생물체는 폐수의 유기물을 음식으로 사용한다.

영양소는 살아있는 세포의 재생과 성장을 포함한 생명 과정을 위한 세포 물질과 에너지로 전환된다. 이 살아있는 세포들 중 일부는 연못 내에서 영양 수준이 높은 유기체들에 의해 소비될 것이다. 연못에서 미생물의 가장 중요한 집단은 박테리아로, 폐수에서 나오는 유기물의 대부분을 활용하지만 산소를 소비하기도 한다.

해조류는 미생물의 또 다른 필수적인 집단이다. 그들은 인플루엔자로부터 나오는 유기 물질에 의존하지 않는다. 대신에, 그들은 광합성을 하는데, 광합성을 하는데, 이 광합성을 통해 그들은 그들 자신의 소비를 위해 유기 물질을 생산하고, 여기서 매우 중요한 것은, 산소를 방출한다는 것이다. 방출되는 과잉 산소는 연못에 있는 유산소 유기체들이 행하는 호흡을 지지한다. 대기 산소는 또한 액체로 용해되어 연못 표면의 꼭대기에 있는 유산소 층을 유지하는 데 도움을 준다.

산소 레벨

산소 농도는 액체 컬럼에서 다음과 같이 변화한다. 표면 가까이에서는 농도가 높아 유산소 생물의 성장을 뒷받침한다. 연못 바닥에 가까우면 햇빛의 침투가 적어 광합성 활동이 줄어든다. 이것은 그곳의 산소 농도가 낮아지게 한다. 마지막으로 밑층의 퇴적물 안에는 산소가 전혀 없다. 여기서, 유기물은 혐기성 유기체들이 소화함으로써 제거된다.[6]

짐바브웨 카리바의 혐기성 처리 연못(쓰레기 제거 필요)

병원균 제거

폐기물 안정화 연못에서 병원균을 효율적으로 제거할 수 있다. 일부 제거는 시스템의 다른 연못에서도 이루어지지만, 이 과정은 대부분 병원균 제거를 위한 성숙 연못에 의존한다. 시리즈에 있는 연못 수가 많을수록 병원체 제거의 효율성이 높아진다.

병원성 박테리아와 바이러스의 제거는 주로 불활성화에 의해 발생한다. 병원균은 pH(녹조 광합성 때문에 연못의 pH 값이 높다), 연못 표면에 도달하는 햇빛에 존재하는 온도, 자외선, 높은 용존 산소 농도를 이용하여 광산화 반응을 수반하는 메커니즘의 복잡한 상호작용의 결과로 비활성화된다.[7][8]

원생동물 병원체는 폐수에 낭종이나 난모세포의 형태로 존재한다. 해충은 알의 형태로 존재한다. 원생동물과 조타수 병원균은 침전 메커니즘에 의해 제거될 수 있다.[8] 특히 성숙 연못이 치료 시스템의 일부인 경우 제거 효율성이 매우 높을 수 있다. 이 경우 최종 연못 배출물은 세계보건기구(WHO)의 처리된 폐기물 세척제(또는 "청구된 물")[9]에 대한 지침을 준수할 수 있다. 그러나 연못의 슬러지(시드먼트)는 헬민트 알에 심하게 오염될 수 있으며, 이는 연못 내부의 슬러지를 몇 년간 보관한 후에도 살아남을 수 있다.[10]

종류들

폐기물 안정화 연못 시스템의 주요 구성.

폐기물 안정화 연못은 혐기성, 기능성 또는 성숙성 연못의 하나 또는 여러 시리즈로 구성된 인공 분지로 구성된다.[11] 산소의 유무에 따라 순차적으로 사용되는 세 종류의 연못에 따라 다르다. 혐기성 폐기물 안정화 연못은 용존산소가 거의 없기 때문에 혐기성 조건이 우세하다. 두 번째 유형의 연못인 능력 안정 연못은 혐기성 구부러진 서식지 위에 유산소 표면 서식지를 유지한다.[12] 성숙 연못은 표면에서 바닥까지 에어로빅 상태를 제공한다.

연못 시스템의 주요 구성은 다음과 같다.[4][13]

  • 기능 연못만 해당;
  • 혐기성 연못에 이어 기능 연못;
  • 기능 연못에 이어 성숙 연못이 직렬로 이어진다.
  • 혐기성 연못에 이어 기능성 연못에 이어 성숙연못이 직렬로 이어진다.

혐기성 연못이 존재할 경우 폐수에서 부유물질 일부가 정착해 이들 고체가 일으키는 유기물질(BOD)을 제거한다. 게다가, 용해된 유기물질의 일부는 혐기성 소화에 의해 제거된다. 교감 연못에서 2단계 동안, 나머지 BOD의 대부분은 주로 해조류가 수행하는 광합성으로부터 산소를 공급받는 이질성 박테리아에 의해 제거된다. 성숙연못에서 3차 단계의 주요 기능은 영양소 감소(즉 질소)에도 도움이 될 수 있지만 병원균의 제거다.[12] 그러나 안정화 연못 시스템에 서식하는 조류에 의한 질소 고정은 안정화 연못 배출물의 질소 농도를 증가시킬 수 있다.[6]

혐기성 연못

주요 기사: 혐기성 석호

혐기성 연못은 생폐수를 받는다. 그것들은 기능 연못에 비해 표면적이 작고 또한 더 깊다(보통 3.0~5.0m). 그 깊이는 광합성에 의해 산소 생성의 영향을 감소시켜 혐기성 상태로 이어진다. 하중과 기후 조건에 따라 이러한 연못은 영향을 받는 BOD의 절반에서 2/3를 제거할 수 있다. 이것은 기능 연못으로 가는 유기 물질의 부하를 현저하게 감소시키고, 따라서 그들의 필요한 크기를 감소시킨다.[4] 혐기성 안정 연못은 잠재적으로 악취가 나는 가스를 방출하는 단점이 있다. 특히 계통에 운영상의 문제가 있는 경우 썩은 달걀 냄새가 나는 황화수소를 포함한다.[14]

일련의 안정화 연못의 첫 번째 연못 생물체는 처리 중인 폐수에 매달린 퍼트릴 수 있는 고형분을 소화한다. 혐기성 연못은 고체가 바닥에 침전물로 정착하게 한다. 이 안착은 미립자 유기물질의 일부를 제거한다.[14] 정착된 고형물의 상당 부분이 폐수가 연못으로 유입되는 지점 가까이 축적될 것이다. 따라서 혐기성 연못은 에어로빅이나 기능성 연못보다 훨씬 더 깊도록 설계되어야 한다. 그 깊이는 산소 농도를 낮춰서 혐기성 박테리아가 효율적으로 노폐물을 소화할 수 있다.[14] 혐기성 연못에는 복잡한 유기 폐기물을 환경에 덜 해로운 기본 화합물로 분해할 수 있는 혐기성 유기체가 있다.[15] 혐기성 유기체는 따뜻한 온도에서만 번성할 수 있기 때문에 혐기성 연못은 온대성 기후나 추운 기후에서는 적합하지 않다.

폐기물은 혐기성 연못 바닥에 쌓여서 몇 년마다 제거해야 한다.

수성연못

케냐 루아이의 연못
주요 기사: 능력 석호

생폐수를 받는 기능안정 연못을 1차 기능안정 연못이라고 한다. 만약 그들이 이미 혐기성 연못에서 처리된 폐수를 받고 있다면, 2차적인 능력 연못이라고 불린다. UASB(Upflow 혐기성 슬러지 이불) 원자로, 산화 도랑 또는 공기 중 라건과 같은 다른 유형의 처리 프로세스에 따른 치료에도 기능 안정화 연못을 사용할 수 있다. 혐기성 연못과 비교하여, 수용성 연못은 얕은 높이(1.5~2.5m 깊이)로 표면적이 훨씬 크다. 대기 산소가 용해되고 햇빛의 방사선이 물속으로 스며들 수 있기 때문에 표면적이 중요하다. 이것은 더 많은 산소를 생산하는 광합성 활동을 가능하게 한다.

대부분의 연못에서는 유기물질의 분해와 다른 오염물질의 제거를 극대화하기 위해 박테리아와 조류 둘 다 필요하다.[15] 녹조는 산소를 생산하고 산소(광합성)도 소비하지만, 과도한 산소를 남겨 호흡과 폐수 내 유기물질의 산화(또는 안정화) 과정에 유산소세균이 사용할 수 있다.

연못에는 여러 종류의 무척추동물이 존재하는데, 그 연못에는 그들이 조류의 개체수를 조절하고 나서 바닥에 정착한다.[15] 심한 녹조성장은 햇빛을 연못으로 스며드는 것을 막을 수 있다. 이것은 연못에 산소를 공급하기 위한 광합성의 잠재력을 감소시킨다.

하수 처리에서 혐기성 연못에 이어 기능성 연못으로 구성된 시스템은 일반적으로 전체 BOD 제거 효율성이 75~85%이다. 배출물은 처리 중 자연적으로 생성되는 조류의 형태로 고농도 입자 유기 물질을 함유하고 있기 때문에 높은 효율을 달성하기가 어렵다.

연못의 퇴적층을 구성하는 슬러지는 혐기성 소화를 겪으며, 제거하지 않고도 몇 년 동안 축적될 수 있다.

성숙연못

유기 물질과 기타 오염물질의 추가 제거는 성숙 연못에서 이루어질 수 있다. 이러한 연못은 병원균 제거의 높은 효율이 요구되는 경우에만 처리 라인에 포함되며, 이는 표면 수역의 처리된 폐수를 배출하거나 관개 또는 수생태계에 사용하기 위한 것이다. 그것들은 보통 기능 연못 뒤에 사용되지만, 상류에 흐르는 혐기성 슬러지 담요(UASB) 원자로와 같은 다른 처리 과정을 따를 수도 있다.[16] 그것들은 또한 활성화된 슬러지 공정 후에 배치될 수 있다.

성숙연못은 더 많은 산소가 물에 녹을 수 있도록 표면적이 좋은 얕아야 하며 박테리아에게 적절한 기능을 할 수 있는 충분한 산소를 제공해야 한다.[14] 얕은 연못은 태양 방사선의 침투로 발생하는 높은 광합성 활동으로부터 이익을 얻는다. pH 값은 광합성이 심해 상층부에서 자외선 투과가 발생한다. 이 두 가지 요인은 모두 병원성 박테리아와 바이러스의 제거를 촉진한다. 성숙연못의 표면적이 높은 점을 감안할 때 원생대 낭종과 조개류 알도 제거되는데 침전물이 주된 메커니즘으로 작용한다.[8][6]

슬러지 축적은 성숙 연못에서 매우 낮다.

온도, 유압 유지 시간(액체가 시스템에 남아 있는 시간 - 입구부터 출구까지), 시리즈 내 연못 수, 배플 존재 및 연못 깊이 등 여러 요인에 따라 매우 높은 병원체 제거 효율이 달성될 수 있다.[8]

성숙연못은 빗물 저장소와 결합하여 생태적이고 자기 정화적인 관개 저수지를 형성하기 위해 사용될 수 있다.[17][18]

적용 및 적합성

폐기물 안정화 연못은 유기물과 병원성 유기체를 제거하려는 그들의 주요 목표에서 매우 효율적이다. 그들의 디자인 기준은 지난 몇 년간 거의 변하지 않았다.[15] 연못은 설계, 건축, 운영, 유지관리가 간단하며, 정교한 장비와 고도로 숙련된 노동력을 쉽게 구할 수 없는 먼 지역과 개발도상국에서는 매우 중요하다. 건설은 작은 마을의 지역 하청업자들이 할 수 있다.

폐기물 안정화 연못은 거의 모든 환경에서 잘 작동하며 대부분의 종류의 폐수를 처리할 수 있다.[6] 이들은 특히 열대와 아열대 국가에 적합한데, 이는 햇빛의 강도와 온도가 제거 과정의 효율을 높이는 핵심 요소이기 때문이다.[6] 연못은 전 세계에서 사용된다. 많은 나라와 지역에서 연못은 가장 널리 사용되는 치료 과정이다. 이 때문에 농업과 양식업에서 재사용하기 위한 폐수 처리를 위해 WHO가 권고하는 공정 중 하나로, 특히 해충(벌레)과 해충 알 제거에 효과가 있기 때문이다.[9]

연못은 유기물 제거에 있어 매우 높은 효율을 달성할 수 없으며, 보통 질소와 인을 제거하는 용량이 낮다. 이 유출물은 보통 연못의 녹조 생성으로 인해 고농도의 부유 고형분을 가지고 있다. 따라서 연못은 사후처리 단계를 추가로 포함하지 않는 한 엄격한 배출기준이 존재하는 분야에서는 적합한 기술이 아니다.[19][14]

연못은 넓은 지역을 필요로 하기 때문에, 땅값이 비싼 마을 근처에서는 실용적이지 못할 수도 있다. 건축비를 절감하기 위해 적합한 지형과 적절한 토양 구조도 필요하다.

운영 및 유지관리

브라질 세아라의 Parque Fluminense 처리장에 있는 기능 연못.

운영 및 유지보수와 관련하여 운영요원이 수행하는 업무는 매우 간단하며 특별한 기술이 필요하지 않다. 또한 aeration에 대한 에너지 소비량이 없고, 중장비 유지관리가 필요 없으며, 자주 슬러지를 제거, 슬러지 처리 및 폐기하지 않는다.

연못에는 주의를 요하는 무거운 전기 또는 기계 장치가 없기 때문에 유지관리가 거의 필요하지 않다. 일상적인 유지관리는 예비처리(스크린 청소 및 모래 제거), 파이프, 보 및 기타 유압구조물의 정기적인 점검, 제방의 원치 않는 식물 생장 제거뿐이다. [6][4]

슬러지 제거

연못 안에 슬러지가 쌓이다. 그것은 몇 년 사이에만 제거하면 된다. 이것은 그 시스템의 중요한 장점이다. 그러나 제거가 필요할 때는 대개 비용이 많이 들고 노동집약적인 작업이다. 혐기성 연못(매년)에서 제거가 더 빈번하게 일어나는 것은 수용성 연못에 비해 부피가 작고 슬러지를 저장하는 용량이 적기 때문이다. 기능 연못에서 슬러지 제거는 약 15년에서 25년 사이의 간격으로만 필요할 수 있다. 성숙연못에서는 슬러지 축적이 매우 낮다.[6]

슬러지 제거는 (i) 슬러지 처리를 위한 연못의 운영을 방해하거나 (ii) 슬러지 처리 중 연못을 계속 가동시키는 두 가지 기본적인 방법으로 이루어질 수 있다.[6] 첫 번째 경우, 침전될 연못으로 유입되는 폐수가 폐쇄된다. 이후 연못의 물이 빠지고 바닥의 슬러지는 몇 주 동안 개방 건조 상태로 방치된다. 이 기간 동안 처리될 폐수는 시스템의 다른 연못으로 옮겨져야 한다. 슬러지가 건조된 후, 슬러지를 수동으로 제거하거나(큰 연못에서 매우 힘든 경우) 트랙터 또는 기계적 스크레이퍼를 사용하여 제거할 수 있다. 두 번째 대안으로, 슬러징 중에 연못을 가동할 때 제거된 슬러지는 습기가 차서 더 건조해야 한다. 이것은 연못 밖에서 행해진다. 슬러지 제거는 진공 트럭(작은 연못 전용), 준설, 뗏목에서 펌핑 또는 기타 기계 장비를 사용하여 흡입 및 펌핑을 할 수 있다. 어느 경우든 제거해야 할 슬러지의 양은 일정 기간 축적된 슬러지를 고려하면 매우 높다. 이 과정은 매우 힘들고 비용이 많이 들고 세심한 계획이 필요하다.[6]

비용.

폐수처리공정의 선정에서는 각 대안과 관련된 기술적 측면 외에도 비용인자가 매우 중요한 역할을 한다. 후자는 기본적으로 (i)건설비와 (ii)운영유지비로 나눌 수 있다. 폐기물 안정화 연못은 보통 공사비 측면에서 값싼 대안으로 꼽힌다. 그러나 최종 비용은 기본적으로 연못의 크기, 프로세스 구성, 지형, 토양 조건, 지하수 수위 및 토지 비용에 따라 달라진다.[6]

이 모든 요소가 현장마다 다르기 때문에 전반적인 공사비를 일반화하기는 어렵다. 대부분의 경우 이는 다른 폐수처리 대안에 비해 낮을 것이다.[20][4] 지역의 구체적인 상황에 따라 건설 비용이 증가하고 다른 기술들과 어깨를 나란히 할 수 있다.

폐기물 안정화 연못은 운영과 유지관리 측면에서 가장 저렴한 폐수처리 공정 중 하나이다.[6]

다른 인프라와의 비교

다음의 물 및 폐수 기반시설은 표면적으로는 폐기물 안정화 연못과 유사할 수 있으나 동일하지는 않다.

  • 에어로빅은 유기물을 안정시키기 위해 산소를 공급하기 위해 기계에어레이터에 의존한다. 악취성 기체의 방출을 제한하기 위해 혐기성 연못 대신 처리 라곤을 1단계로 사용할 수 있지만 에너지 및 유지관리 요건으로 인해 운영비가 더 많이 든다.
  • 조성된 습지는 고형분과 입자물질을 물리적으로 제거하기 위해 배치한 뿌리식물을 지원하는 한편 식물조직에 흡수돼 물속의 가용성 영양소를 제거하고 BOD를 줄이기 위해 물에 산소를 공급해 수질개선을 도모한다.
  • 보존 분지는 홍수 및 하류 침식을 방지하고 인접한 하천, 하천, 호수 또는 만의 수질 개선을 위해 폭우 유출을 관리하는 데 사용된다. 유치장은 유사하지만 홍수 대책으로 일시적으로 유출을 막기 위한 '마른 연못'이다.
  • 침식기둥은 그 내용물을 밑에 스며들 수 있는 토양으로 스며들게 하기 위해 고안된 연못이다.
  • 정착용 분지는 고형분 처리를 위한 준비 없이 고형분과 폐수를 분리할 수 있도록 설계되었다.

참고 항목

참조

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  2. ^ 페냐 바론, M, 마라, D. (2004) 안정화 연못. IRC 국제수상위생센터. 델프트, 네덜란드.
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외부 링크