MBR 하수처리에 바이오차(Biochar)를 적용하면 어떨까?

연구 논문을 보던 중 흥미로운 연구논문이 올라와서 해당 내용을 소개해드릴까 합니다. 최근 MBR 공법에 활성탄을 추가하는 방법에 대한 연구가 많이 진행되고 있다고 합니다. 바이오차는 이미 알고 계시는 활성탄과 같다고 보시면 됩니다. 다만, 주원료가 목재, 코코넛, 대나무, 슬러지 등의 바이오매스로 이루어져 있습니다. 하수처리량이 증가하면서 발생되는 슬러지의 양도 함께 증가하는데요, 이런 슬러지를 바이오차로 재활용할 수 있다면 하수처리 비용이 크게 감소할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

1. 바이오차?

바이오차는 앞서 말씀드린 원재료를 산소가 거의 없는 환경에서 열분해 하여 만든 물질입니다. 바이오차는 오염물질을 흡착하는 역할을 합니다. 흡착능력이 뛰어나 하수처리에서 유기물과 중금속 등 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 또한 상용 활성탄과의 비교에서도 활성탄이 흡착능은 더 좋았지만 가격이 비싸다는 단점이 있었고, 바이오차는 가격이 저렴하고 친환경이라는 장점이 있습니다. 앞서 말씀드린것처럼 잉여슬러지를 활용한 바이오차의 경우 잉여슬러지를 재사용하여 슬러지 처리비용 감소라는 효과도 있습니다.

 

2. MBR 공법

MBR 공법을 자세히 설명한 포스팅이 있으니 간략하게 설명드리도록 하겠습니다. MBR 공정은 막을 이용한 하수처리 공법으로 오염물질을 물리적으로 걸러내며 미생물을 통해 유기물을 분해하는 하수처리 공법입니다. 하지만 MBR 공법은 초기에는 처리효율이 매우 좋지만 막이 오염되고 막히기 시작하면 공정의 처리효율이 크게 감소하는 단점이 있습니다.

 

3. 연구결과

해당 연구의 실험방법은 잉여슬러지 기반의 바이오차를 MBR 공법에 적용하였습니다. 연구에 사용된 바이오차는 구리 하수처리장에서 발생한 잉여슬러지를 700도씨에서 열분해하여 제조한 것을 사용하였습니다. 연구에서는 3개의 MBR 반응조를 사용하여 실험에 사용하였고 분말 활성탄과 바이오차 활성탄 그리고 대조군으로 나누어 진행하였습니다. 동일한 조건에서 운전하여 COD, TN 처리효율의 변화를 평가하였습니다.  그 결과 COD, TN에서 제거효율이 평균적으로 3.5% 정도 증가하였습니다. COD는 대조군 대비 4% 증가한 96.4% 이고 TN은 대조군 대비 3% 증가한 32.6%로 나타났습니다. COD, TN 제거율 뿐만아니라 막 오염이 감소하는 효과도 있었습니다. 바이오차를 투입한 MBR 에서는 막오염이 대조군 대비 40% 감소하여 MBR 공정의 운전 시간이 증가하였습니다. 일반 활성탄과 비교하였을때 흡착 효율은 다소 떨어졌지만 경제성은 훨씬 높았습니다. 또한 잉여슬러지를 사용하였기 때문에 발생 슬러지를 감소시킬 수 있는 장점이 있었습니다. 

 

4. 마무리

해당 포스팅은 대한상하수도 학회지에 투고된 연구논문을 바탕으로 작성하였습니다. 훨씬 많은 내용과 자세한 연구방법이 있지만 일반 실무자들이나 학부생들이 학회지 논문을 읽는다는 것이 대중화되어 있지 않은 것 같습니다. 저도 최근 학회지에 논문을 투고하면서 더 많은 관심을 가지게 되었고, 흥미로운 주제의 논문을 많은 사람들이 읽어보시면 어떨까 하는 마음에서 포스팅해 보았습니다. 근무 중인 처리장에 활성탄을 사용하고 계시거나 MBR 공법으로 운영 중이시라면 아래 참고 문헌을 자세히 정독해 보시는 것을 추천드립니다.

5. 참고문헌

• Jang, T.L.(2024). Effect of a sludge-based biochar addition on MBR efficiency for wastewater treatment.J. Korean Soc. Water Wastewater.38.4.209