염폐수는 일반적인 산업폐수와 달리 고농도의 염분을 포함하고 있어 처리 난이도가 매우 높은 폐수입니다.
염분은 생물학적 처리 공정의 미생물 활성에 직접적인 저해 요인으로 작용하기 때문에 생물학적 처리 적용이 어렵기도 하고,
이런 특징으로 염폐수는 기존 하·폐수 처리시설만으로는 안정적인 처리가 어려운 폐수 입니다.
최근 반도체, 화학, 발전 산업의 성장과 함께 염폐수 발생량도 지속적으로 증가하고 있기 때문에, 가장 기본이 되는 염폐수의 정의부터 처리 방법의 종류와 각 공법의 구조 및 원리를 비교 정리해보았습니다.
염폐수의 정의
염폐수란, 고농도의 용존 무기염류를 포함한 산업폐수를 의미합니다.
주요 구성 성분으로는 염화나트륨, 황산염, 질산염, 칼슘 이온, 마그네슘 이온 등이 있습니다.
고농도의 무기염류가 있기 때문에 일반적으로 염폐수는 전기전도도와 총용존고형물 농도가 당연히 매우 높게 나타나게 되고,
염분 농도가 높아질수록 미생물 세포 내외의 삼투압 차이가 커지는 특성이 있습니다.
이런 특성으로 인해 생물학적 처리할 경우에는 미생물 세포 내 수분이 외부로 빠져나가 세포 기능이 쉽게 저하되곤 합니다.
결과적으로 미생물 활성 저하 또는 사멸이 발생하는 것입니다.
따라서 염폐수는 활성슬러지 공정과 같은 생물학적 처리에 부적합하고, 물리·화학적 처리 중심의 특수 폐수로 분류됩니다.
주로 염폐수는 반도체 및 디스플레이 제조 공정, 화학 및 정밀화학 산업, 발전소 탈황·탈질 설비, 염색 및 도금 공정, 해수 담수화 공정의 농축수 등에서 주로 발생하고 있습니다.
염폐수 처리 방법의 종류
염폐수 처리 방법은 처리 목적과 최종 배출 기준에 따라 구분됩니다.
대표적인 처리 방식으로는 막 분리 공정, 증발·결정화 공정, 이온교환 공정, 물리·화학적 전처리 공정이 있으나,
실제 산업 현장에서는 단일 공법보다는 여러 공법을 조합한 다단 처리 시스템이 적용되곤 합니다.
결론적으로 염 농도, 처리수 재이용 여부, 방류 기준에 따라 공정 구성이 달라져야 적절한 처리가 가능합니다.
염폐수 처리 방법별 구조와 원리
① 물리·화학적 전처리 공정
염폐수에는 염분 외에도 부유물질, 금속 이온, 콜로이드성 물질이 포함되는 경우가 많고, 이러한 성분은 막 공정이나 증발 공정의 효율을 저하시키곤 합니다.
따라서 전처리 공정에서는 염분 외 물질을 제거하기 위해 응집제 및 응결제를 투입하여 플록을 형성한 후 침전조 또는 부상조에서 고형물을 제거 합니다.
물론 이 공정에서는 염분 자체는 제거되지 않지만, 막 오염 방지와 증발기 스케일링 억제를 위해 반드시 필요한 공정입니다.
② 막 분리 공정 (RO, NF)
막 분리 공정은 염폐수 처리에서 가장 널리 적용되는 기술입니다.
고압 펌프를 이용해 폐수를 반투과성 막으로 통과시키고, 이 과정에서 물 분자만 막을 통과하고 염류 이온은 차단됩니다.
나노여과(NF) 공정은 다가 이온 제거에 유리하며, 역삼투(RO) 공정은 단가 이온까지 제거가 가능합니다.
다만 막 분리 공정은 염을 제거하는 개념이 아니라 염을 분리하고 농축하는 개념이기 때문에, 고농도의 농축수가 발생하게 되며 이는 후단 처리를 꼭 해야 합니다.
③ 증발·결정화 공정
증발·결정화 공정은 염폐수를 가열하여 수분을 증발시키는 방식입니다.
소금 만드는 공정을 생각하면 쉬운데요, 산업에서는 주로 다중효용 증발기 또는 기계식 증기 재압축 증발기가 사용됩니다.
그리고 증발된 수분은 응축되어 재이용수로 회수되고, 염류는 농축되어 결정 형태로 고형화됩니다.
이 공정을 다른 말로는 ZLD(Zero Liquid Discharge) 시스템이라고도 합니다.
염 제거율이 매우 높고 최종 방류수가 발생하지 않는다는 장점이 있지만, 에너지 소비가 크고 설비 및 운영 비용이 높다는 단점 또한 있습니다.
④ 이온교환 공정
이온교환 공정은 특정 이온을 선택적으로 제거하는 기술으로, 이온교환 수지가 나트륨, 칼슘 등의 이온을 흡착합니다.
수지가 포화되면 재생 공정을 거쳐서 재생하면 되며, 이 과정에서 고농도의 염폐수가 발생하기는 합니다.
이온교환 공정은 재생 공정할 때에 사용되는 약품비와 재생 공정 후 발생되는 염폐수 처리 비용이 높아서 비교적 저염도 폐수에 적합하며, 고염도 폐수에는 경제성이 낮습니다.
④ 염폐수 처리 공법별 처리 효율 비교
| 구분 | 막 분리(RO) | 증발·결정화 | 이온교환 | 전처리 공정 |
|---|---|---|---|---|
| 처리 목적 | 염 분리 | 염 완전 제거 | 선택적 제거 | 후단 보호 |
| 염 제거 효율 | 90~99% | 99% 이상 | 70~90% | 거의 없음 |
| 에너지 소비 | 중 | 매우 큼 | 낮음 | 매우 낮음 |
| 처리수 재이용 | 가능 | 가능 | 가능 | 제한적 |
| 농축수 발생 | 있음 | 없음(고형화) | 있음 | 없음 |
| 적용 염도 | 중~고 | 고염도 | 저염도 | 모든 염도 |
| 설비 비용 | 중 | 매우 높음 | 중 | 낮음 |
| 운영 난이도 | 중 | 높음 | 중 | 낮음 |
결론
염폐수는 단순한 수질 오염 문제가 아니라 공정 안정성과 자원 관리까지 포함하는 복합적인 환경 문제입니다.
염폐수 처리시설은 염 농도, 배출 기준, 처리수 재이용 여부를 종합적으로 고려하여 설계되어야 합니다.
막 분리 공정은 가장 현실적인 선택지이며, 고염도 폐수에서는 증발·결정화 공정이 필수적입니다.
따라서 염폐수 처리는 단일 기술이 아닌 공정 조합 관점에서 접근해야 합니다.