고농도 폐수, 어떻게 처리할까?

고농도 폐수란 무엇인가: 일반 폐수와의 본질적 차이

고농도 폐수는 일반 생활하수나 희석된 산업폐수와 명확히 구분되는 고위험성 폐수다. 이들은 생물학적 산소요구량(BOD), 화학적 산소요구량(COD), 부유물질(SS), 총질소(T-N), 총인(T-P), 중금속, 휘발성 유기화합물(VOCs) 등이 농축된 상태로 존재하며, 환경오염 유발 가능성이 매우 크다.

일반적으로 고농도 폐수는 제조업, 화학공업, 식음료산업, 축산업, 염색산업, 제약 및 정유공업 등에서 다량으로 배출된다. 이들은 pH 불균형, 독성 성분, 고온 등 복합적인 특징을 가지고 있어, 생물학적 처리만으로는 완전한 처리가 어렵고, 공정 내 충격부하를 유발할 가능성이 높다.

또한 고농도 폐수는 단순한 환경문제를 넘어 기업의 지속가능성, 사회적 신뢰, 법적 리스크에도 직접적으로 영향을 미친다. 실제로 국내 환경 규제는 해마다 강화되고 있으며, 고농도 폐수의 무단 방류나 미처리 배출은 막대한 벌금 및 공장 가동 중단까지 초래할 수 있다.

결국, 고농도 폐수는 ‘특수한 오염수’가 아니라, 철저한 대응이 요구되는 고난이도 환경관리 대상이다. 따라서 그 차이를 명확히 이해하고, 각 폐수의 성질에 맞춘 정교한 처리 전략이 필수적이다.

 

전처리의 핵심: 고농도 폐수에 맞춘 첫걸음 설계

 

고농도 폐수의 특성상, 처리공정의 첫 단계인 전처리는 단순한 준비작업이 아니라 전체 공정의 성패를 좌우하는 핵심 요소다. 효과적인 전처리 없이 본처리에 진입하면, 생물학적 처리조의 미생물 균형이 무너지고, 전체 시스템이 붕괴할 수 있다.

대표적인 전처리 공정으로는 스크린 처리, 침사지, 유분분리기, 화학적 응집·침전, 산화·환원 전처리, 중화조(pH 조정), 균질화조 등이 있다. 이들은 폐수 속 입자성 물질 제거, 독성 감소, 부하 완화, 유량 조절 등을 담당하며, 본처리의 안정성을 확보한다.

특히, 부유고형물(SS)이 높은 폐수의 경우에는 기계식 탈수기나 원심분리기를 병행해 고형물 제거 효율을 극대화하고, 유기물 농도가 높은 경우에는 산화제(O₃, H₂O₂) 투입이나 응집제(PAC, 고분자 응집제) 사용을 통해 난분해성 유기물의 전처리를 시행한다.

폐수의 종류에 따라 특화된 전처리 방법도 존재한다. 식품공장의 고지방 폐수는 유분분리조와 산해성 미생물 도입이 필요하고, 염색공장의 폐수는 탈색을 위한 산화제 투입과 활성탄 흡착이 병행된다. 이러한 세밀한 조정은 공정의 경제성 확보와 장기적 운영 안정성 확보에 결정적이다.

요약하자면, 전처리는 고농도 폐수 처리의 필수불가결한 시작점이다. 이 과정을 어떻게 설계하고 운영하느냐에 따라 전체 처리의 품질과 비용이 달라진다.

 

고도처리 기술: 생물학적 방법과 물리화학적 방법의 융합

 

고농도 폐수는 단일한 처리 기술로는 완벽하게 대응할 수 없다. 그때문에 생물학적 처리와 물리화학적 처리를 융합한 고도처리 시스템이 필수적으로 요구된다.  고농도의 오염물질을 효과적으로 제거하고, 재이용 가능성을 높이는 데 중점을 둔다.

생물학적 처리에서는 혐기성 소화(Anaerobic Digestion) 기술이 핵심이다. 산소가 없는 환경에서 유기물을 분해하여 메탄가스를 생성함으로써 에너지 자원으로 전환할 수 있다. 특히 화학산업, 제약산업, 식음료 산업의 고BOD 폐수에 적합하며, 슬러지 발생량도 최소화되는 장점이 있다.

한편, 물리화학적 처리 기술에는 고급 산화공정(AOPs), 막분리 시스템, 이온교환, 활성탄 흡착, 전기분해 등이 있다. 고급 산화공정은 오존·과산화수소·UV 등을 이용해 난분해성 유기물을 산화 분해하며, 막분리 시스템은 초미세 오염물 제거 및 고순도 재이용수 생산에 활용된다.

이외에도 MBR(Membrane Bio Reactor) 시스템은 생물학적 처리와 막분리를 결합한 기술로, 좁은 부지에서도 고농도의 폐수를 안정적으로 처리할 수 있어 도시형 및 산업형 폐수처리장에 적합하다.

이러한 고도처리 기술들은 개별로도 강력하지만, 복합적 조합을 통해 최적화된 폐수처리 공정 구성이 가능하다. 산업별 폐수의 성격에 따라 기술을 맞춤 설계하면, 처리효율과 경제성의 균형을 동시에 달성할 수 있다.

 

지속 가능한 처리 전략: 비용, 회수, 재이용의 삼각구도

 

고농도 폐수 처리는 그 자체로도 기술적인 도전이지만, 더 큰 문제는 처리 비용과 운영 효율성이다. 고도기술은 효과는 뛰어나지만 설비 설치와 유지관리 비용이 높기 때문에, 경제적 지속 가능성 확보가 무엇보다 중요하다.

가장 주목할 만한 전략은 에너지 회수형 처리 시스템이다. 특히 혐기성 소화에서 발생하는 바이오가스를 에너지원으로 활용하거나, 고농도 폐수에 포함된 유기탄소·질소·인 성분을 회수해 비료 원료나 산업용 소재로 전환하는 방식은 점점 보편화되고 있다. 이 과정은 환경부하 저감과 동시에 자원 순환의 가치를 실현한다.

또한, 고농도 폐수를 고급 정수 시스템으로 처리하여 공업용수, 냉각수, 세척수 등으로 재이용하는 사례도 증가하고 있다. 일부 산업단지에서는 공공 고농도 폐수 처리장을 조성해 다수 기업이 공동으로 이용하며, 경제적 부담을 분담하고 관리 효율을 높이는 구조를 채택하고 있다.

마지막으로, 고농도 폐수의 처리는 단순히 기술과 비용 문제를 넘어서 환경규제 대응, ESG(환경·사회·지배구조) 경영, 글로벌 수출경쟁력 확보에도 직결된다. 폐수 관리 능력이 기업의 사회적 책임과 지속 가능한 경영 능력을 판단하는 척도가 되는 시대이기 때문이다.

고농도 폐수 처리란, 결국 ‘환경을 지키면서도 경제적으로 지속 가능한 방법’을 찾는 긴 여정이다. 그리고 이 여정은 기술력, 경영 판단, 그리고 사회적 의지가 함께 어우러질 때 비로소 완성된다.