상하이 육류 도축 및 가공 기업의 폐수 배출 적용 사례

상하이에 본사를 둔 육류 가공 회사가 2011년에 설립되어 쑹장구에 위치하고 있습니다. 이 회사는 돼지 도축, 가금류 및 가축 사육, 식품 유통, 도로 화물 운송(위험물 제외) 등 허가된 사업을 운영하고 있습니다. 모회사는 역시 쑹장구에 위치한 상하이 기반의 산업 및 무역 회사로, 주로 양돈업에 종사하는 민영 기업입니다. 이 회사는 4개의 대규모 양돈장을 운영하며 현재 약 5,000마리의 어미 돼지를 사육하고 연간 최대 10만 마리의 출하 가능 자돈을 생산할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다. 또한, 작물 재배와 축산을 통합한 50개의 친환경 농장과 협력하고 있습니다.

돼지 도축장에서 발생하는 폐수는 유기물과 영양분이 고농도로 함유되어 있습니다. 처리되지 않은 채 방류될 경우 수생 생태계, 토양, 대기 질 및 광범위한 생태계에 심각한 위험을 초래합니다. 주요 환경 영향은 다음과 같습니다.

1. 수질 오염 (가장 즉각적이고 심각한 결과)
도축장 폐수는 유기 오염 물질과 영양분이 풍부합니다. 이러한 폐수를 강, 호수, 연못에 직접 방류하면 혈액, 지방, 배설물, 음식물 찌꺼기 등의 유기 성분이 미생물에 의해 분해되는데, 이 과정에서 상당량의 용존 산소(DO)가 소모됩니다. 용존 산소가 고갈되면 혐기성 환경이 조성되어 어류나 새우와 같은 수생 생물이 산소 부족으로 폐사하게 됩니다. 또한 혐기성 분해 과정에서 황화수소, 암모니아, 메르캅탄 등의 악취 가스가 발생하여 물의 변색과 악취를 유발하고, 결국 물을 사용할 수 없게 만듭니다.

폐수에는 질소(N)와 인(P)의 농도가 높게 함유되어 있습니다. 이러한 영양물질이 수역으로 유입되면 조류와 식물성 플랑크톤의 과도한 성장을 촉진하여 적조 현상을 일으킵니다. 죽은 조류가 분해되는 과정에서 산소가 더욱 고갈되어 수생태계가 불안정해집니다. 부영양화된 물은 수질이 악화되어 식수, 관개용수, 산업용수로 사용하기에 부적합해집니다.

더욱이, 폐수에는 동물의 장과 배설물에서 유래한 병원성 미생물(박테리아, 바이러스, 기생충 알 등)이 포함될 수 있습니다. 이러한 병원균은 물의 흐름을 통해 확산되어 하류의 수원을 오염시키고, 인수공통전염병 전파 위험을 증가시키며, 공중 보건을 위협할 수 있습니다.

2. 토양 오염
폐수를 토지에 직접 방류하거나 관개용으로 사용할 경우, 부유물질과 지방이 토양 공극을 막아 토양 구조를 파괴하고 투수성을 감소시키며 뿌리 발달을 저해할 수 있습니다. 가축 사료에 포함된 소독제, 세제, 중금속(예: 구리, 아연)은 시간이 지남에 따라 토양에 축적되어 토양의 물리화학적 특성을 변화시키고 염류화 또는 독성을 유발하여 농경지를 부적합하게 만들 수 있습니다. 작물 흡수 능력을 초과하는 질소와 인은 작물 손상(비료 과다 소비)을 초래하고 지하수로 유출되어 오염 위험을 야기할 수 있습니다.

3. 대기 오염
혐기성 조건에서 폐수 분해는 황화수소(H₂S, 썩은 달걀 냄새로 유명), 암모니아(NH₃), 아민, 메르캅탄과 같은 유해 가스를 생성합니다. 이러한 가스 배출은 인근 지역 사회에 악취를 유발할 뿐만 아니라 건강에도 해롭습니다. 특히 고농도의 H₂S는 독성이 강해 치명적일 수 있습니다. 또한, 지구 온난화 지수가 이산화탄소보다 20배 이상 높은 강력한 온실가스인 메탄(CH₄)이 혐기성 소화 과정에서 생성되어 기후 변화에 기여합니다.

중국에서는 도축장 폐수 배출이 허가제에 따라 규제되며, 허가된 배출 한도를 준수해야 합니다. 시설은 오염물질 배출 허가 규정을 엄격히 준수하고, "육류 가공 산업 수질 오염물질 배출 기준"(GB 13457-92)은 물론, 해당 지역의 더욱 엄격한 기준까지 충족해야 합니다.

방류 기준 준수 여부는 화학적 산소 요구량(COD), 암모니아 질소(NH₃-N), 총인(TP), 총질소(TN) 및 pH 등 5가지 주요 매개변수의 지속적인 모니터링을 통해 평가됩니다. 이러한 지표는 침전, 유분 분리, 생물학적 처리, 영양물질 제거 및 소독을 포함한 폐수 처리 공정의 성능을 평가하는 운영 기준 역할을 하며, 안정적이고 기준을 준수하는 방류수를 확보하기 위한 시의적절한 조정을 가능하게 합니다.

- 화학적 산소 요구량(COD):COD는 물 속에 존재하는 산화 가능한 유기물의 총량을 측정하는 지표입니다. COD 값이 높을수록 유기물 오염이 심각함을 나타냅니다. 혈액, 지방, 단백질, 분변 등을 포함하는 도축장 폐수는 일반적으로 2,000~8,000mg/L 이상의 높은 COD 농도를 보입니다. COD 모니터링은 유기물 제거 효율을 평가하고 폐수 처리 시스템이 환경적으로 허용 가능한 범위 내에서 효과적으로 작동하는지 확인하는 데 필수적입니다.

- 암모니아 질소(NH₃-N): 이 매개변수는 물 속의 유리 암모니아(NH₃)와 암모늄 이온(NH₄⁺)의 농도를 나타냅니다. 암모니아의 질산화 과정은 상당량의 용존 산소를 소모하여 산소 고갈을 초래할 수 있습니다. 유리 암모니아는 낮은 농도에서도 수생 생물에게 매우 유독합니다. 또한, 암모니아는 조류 성장의 영양 공급원이 되어 부영양화를 유발합니다. 이는 도축장 폐수에서 소변, 대변, 단백질이 분해되면서 발생합니다. NH₃-N 모니터링은 질산화 및 탈질화 과정의 적절한 기능을 보장하고 생태계 및 건강상의 위험을 완화하는 데 도움이 됩니다.

- 총 질소(TN) 및 총 인(TP):TN은 모든 질소 형태(암모니아, 질산염, 아질산염, 유기 질소)의 합을 나타내고, TP는 모든 인 화합물을 포함합니다. 이 둘은 부영양화의 주요 원인입니다. 호수, 저수지, 하구와 같이 유속이 느린 수역으로 질소와 인이 풍부한 폐수가 방류되면 마치 수역에 비료를 준 것처럼 조류가 폭발적으로 번식하여 대량 증식(조류 대번식)을 일으킵니다. 현대의 폐수 처리 규정은 TN과 TP 방류량에 대해 점점 더 엄격한 제한을 두고 있습니다. 이러한 매개변수를 모니터링하는 것은 첨단 영양물질 제거 기술의 효과를 평가하고 생태계 파괴를 예방하는 데 도움이 됩니다.

- pH 값:pH는 물의 산성도 또는 알칼리도를 나타냅니다. 대부분의 수생 생물은 좁은 pH 범위(일반적으로 6~9) 내에서 생존합니다. 지나치게 산성이거나 알칼리성인 폐수는 수생 생물에 해를 끼치고 생태계 균형을 교란할 수 있습니다. 폐수 처리 시설에서 적절한 pH를 유지하는 것은 생물학적 처리 공정의 최적 성능을 위해 매우 중요합니다. 지속적인 pH 모니터링은 공정 안정성과 규제 준수를 지원합니다.

해당 회사는 주요 배출구에 Boqu Instruments의 다음과 같은 온라인 모니터링 장비를 설치했습니다.
- CODG-3000 온라인 자동 화학적 산소 요구량 모니터
- NHNG-3010 암모니아 질소 온라인 자동 모니터
- TPG-3030 총인 온라인 자동 분석기
- TNG-3020 총 질소 온라인 자동 분석기
- PHG-2091 pH 온라인 자동 분석기

이 분석기는 처리수 내 COD, 암모니아 질소, 총인, 총질소 및 pH 수준을 실시간으로 모니터링할 수 있도록 합니다. 이 데이터는 유기물 및 영양물질 오염 평가, 환경 및 공중 보건 위험 평가, 그리고 처리 전략에 대한 정보에 입각한 의사 결정을 지원합니다. 나아가 처리 공정 최적화, 효율성 향상, 운영 비용 절감, 환경 영향 최소화, 그리고 국가 및 지역 환경 규정 준수를 가능하게 합니다.