양식장 배출수 공정 설계와 BOD 관리

양식장 배출수의 특성과 공정 설계의 출발점

양식장 배출수 공정 설계는 단순한 수질 정화 이상의 전략이 요구되는 고난이도의 환경기술 분야다. 현대 수산업은 단순한 어획을 넘어, 지속가능한 양식 기반 식량 생산 체계로 이동하고 있으며, 이에 따라 배출되는 오염물의 양과 조성도 복잡해지고 있다. 양식장에서는 어류의 사육 과정 중 발생하는 사료 찌꺼기, 어류 배설물, 생물 대사산물 등이 혼합되어 고형물(Suspended Solids), 유기물, 질소·인 등 다양한 오염원이 포함된 배출수를 만든다. 이 가운데에서도 **생물화학적 산소요구량(BOD)**는 수질 악화의 직접적인 지표가 되며, 공정 설계 시 가장 먼저 고려해야 할 핵심 요소다.

양식장 배출수는 계절, 사육 밀도, 종별 특성 등에 따라 오염 농도가 급변하기 때문에, 일괄적인 공정 설계가 불가능하다. 따라서 공정 설계의 출발점은 대상 양식장의 수질 프로파일링이다. 여기에는 배출수의 일일유량, BOD 평균 및 최대 농도, SS 함량, 온도, 염도, 유입 COD/BOD 비율 등이 포함된다. 이러한 데이터를 바탕으로 전처리-생물학적 처리-고도처리의 단계별 구성과 용량을 설정하게 된다. 특히 일부 해수 양식장의 경우 염분 농도가 높아 일반적인 미생물군으로는 처리 효율이 급격히 저하되므로, 할로필릭(halophilic) 미생물 적용 여부도 중요한 변수로 작용한다.

 

고형물 제거와 생물학적 처리의 융합 전략

효과적인 양식장 배출수 공정 설계는 고형물 제거와 유기물 분해의 유기적 연계를 기반으로 한다. 가장 먼저 적용되는 공정은 물리적 전처리로, 이는 주로 스크린, 침전조, 또는 부상분리(Dissolved Air Flotation, DAF) 등의 장치를 활용해 부유 고형물 및 사료 찌꺼기를 제거한다. 이 과정은 생물학적 처리의 부하를 줄여주는 핵심 단계로, 전체 처리 효율을 좌우하게 된다. 특히 DAF 시스템은 수면 위로 부상되는 부유물을 포집하기 때문에 미세 입자 제거에 탁월하다.

전처리 이후에는 BOD 저감을 위한 생물학적 처리공정이 중심이 된다. 일반적으로 활성슬러지법, 산화구 공정, 생물막 필터(Biofilter), 또는 SBR(Sequencing Batch Reactor) 방식이 도입되며, 처리 효율과 유지관리 측면에서 선택적으로 적용된다. 양식장 특성상 폐수의 부하가 낮거나 간헐적일 수 있기 때문에, 부하 변동에 강한 생물막 기반 시스템이 선호되는 경향이 있다. 생물막 내부에서는 다양한 미생물 군집이 층별로 형성되며, 외층은 유기물 분해, 내층은 질산화 반응이 일어나는 등 다층 생물반응이 가능하다.

중요한 점은 이러한 생물학적 처리공정에서 **용존산소(DO)**의 농도 유지가 BOD 제거에 결정적인 역할을 한다는 것이다. 공정 설계 시 미세기포 산기관이나 산소 전달 효율이 높은 기포장치를 설치하여 DO 농도를 안정화시키고, 미생물의 활성도를 유지해야 한다. 또한, 배출수의 염분이 높을 경우 일반 활성슬러지보다 호염성 미생물 접종이 필수적이며, 염분 적응에 따른 수압 설계, 재순환 비율 조정 등의 고려도 병행돼야 한다.

 

BOD 실시간 모니터링과 자동제어 시스템의 도입

효과적인 BOD 관리는 단순한 배출 기준 충족을 넘어서, 양식장 운영의 경제성과 환경 영향을 동시에 개선하는 핵심 전략이다. BOD는 유기물의 생분해성을 측정하는 간접 지표이기 때문에, 사전 예방적 관리가 매우 중요하다. 최근에는 실시간 BOD 센서 및 모니터링 시스템이 도입되어, 공정 중 BOD 농도의 변화를 실시간으로 추적하고 그에 따라 약품 주입량, 에어레이션 속도, 슬러지 반송율 등을 자동 조절하는 기술이 상용화되고 있다.

특히 양식장에서의 폐수 처리공정은 유입 수질의 급격한 변화에 민감하기 때문에, **폐루프 제어 시스템(Closed-loop Control)**이 매우 유용하다. 예를 들어 BOD 수치가 일정 기준을 초과하면 자동으로 추가 산소 공급이 이루어지며, 반응조의 체류시간(HRT)을 조정하여 반응 효율을 극대화할 수 있다. 이러한 시스템은 단순한 데이터 수집을 넘어, 예측 모델 기반의 처리 운전까지 가능케 하며, 결과적으로 전체 공정의 에너지 사용량 최소화 및 비용 효율 개선으로 이어진다.

BOD 관리를 위한 또 다른 핵심 요소는 **슬러지 농도(Mixed Liquor Suspended Solids, MLSS)**와 **슬러지 체류시간(SRT)**의 정밀 제어다. 과도한 슬러지는 산소 소비량을 증가시키고, BOD 제거 효율을 저하시키므로, SRT 조절을 통해 미생물 군집의 세대교체를 안정적으로 유지할 필요가 있다. 이를 통해 공정 안정성을 확보하는 동시에, 부하 급변 상황에서도 일관된 수질 처리 성능을 유지할 수 있다.

 

지속 가능한 양식장 배출수 관리와 미래 대응 전략

양식장 배출수 공정 설계와 BOD 관리는 향후 수산업의 지속가능성 확보와 직결된 문제다. 최근 EU, 일본 등에서는 양식장 오염총량제 도입과 함께 수질지표 기반의 인증제도가 도입되고 있으며, 이는 국내 양식산업에도 중대한 영향을 미치고 있다. 단순히 기준을 맞추는 수준을 넘어서, 장기적 수질 안정성과 탄소 중립 목표까지 고려한 설계 패러다임이 요구되고 있다. 특히 폐수를 단순히 정화하는 차원을 넘어, 처리수의 재이용, 영양염 회수, 슬러지 자원화 등 다각적 자원순환 전략이 필수가 되었다.

이를 위해서는 기존의 일방향성 설계에서 벗어나, 모듈형 유닛 시스템이나 AI 기반 자가학습 처리 알고리즘 등의 신기술 접목이 가속화되고 있다. 예를 들어, 특정 양식장에 최적화된 데이터셋을 기반으로 BOD 부하 예측 모델을 구축하면, 하루 전 예상되는 오염농도에 따라 사전 조치를 취할 수 있다. 이는 장비의 과부하 방지와 유지보수 비용 절감에도 직접적인 효과를 준다.

더 나아가 처리수 재이용을 위한 역삼투(RO) 또는 나노여과(NF) 공정이 설치되면, 정화된 물을 다시 양식장 순환수로 사용할 수 있어 물 사용량 절감은 물론 수산물의 품질까지 향상된다. 동시에 회수된 질소·인을 활용하여 친환경 비료로 전환하는 기술도 검토되고 있다. 이는 폐수를 에너지와 자원으로 바꾸는 ‘순환형 양식시스템’의 핵심 축이다. 이처럼 공정 설계와 BOD 관리는 이제 선택이 아닌, 지속 가능한 수산업의 필수 조건이 되었으며, 그 설계 수준과 운영의 정교함이 양식장의 경쟁력을 좌우하게 된다.