강력한 온실 가스로서 산화 아질소 (N2O) 의 배출량은 과학계와 정책 입안자들의 광범위한 관심을 받고 있습니다.N2O의 온난화 잠재력치는 이산화탄소의 거의 300배에 달하며 대기 중 수명은 120년에 달해 기후변화에 미치는 영향을 무시할 수 없다.인류의 활동이 날로 빈번해지는 오늘날 오수처리과정은 온실가스배출과 별로 관련되지 않아 보이는 이 고리로서 사실상 이미 N2O의 중요한 인위적인 배출원의 하나로 되였다.그렇다면 하수 처리 과정은 도대체 어떻게 N2O의 배출에 기여했습니까?우리는 또 어떻게 그에 대해 정확한 감시측정과 효과적인 통제를 진행해야 하는가?이 글은 오수처리장 N2O 배출의 현황, 발생메커니즘, 채산관리방법 및 감시측정기술을 깊이있게 토론하여 오수처리업종의 록색저탄소발전을 실현하는데 참고를 제공하게 된다.

산화아질소의 배출원은 광범위하여 천연배출과 인위적배출 두 종류로 나눌 수 있다.천연배출에는 주로 원상토양의 방출과 해양에서의 N2O의 방출 등 자연과정이 포함된다.인위적인 배출은 농업 경작, 화석 연료 연소 및 오염 관리 등 여러 분야를 포괄한다.통계에 따르면 인위적인 배출은 N2O 전체 배출량의 약 40% 를 차지한다.주목할 만한 것은 오수 처리가 오염 관리의 중요한 부분으로서 이미 N2O 배출의 중요한 인위적인 배출원 중의 하나가 되었다는 것이다.그렇다면 하수처리장의 N2O 배출량은 과연 얼마나 될까?

기존 연구에 따르면 하수처리장별로 N2O 방출 인자(N2O 배출량/N 부하)에 현저한 차이가 있었다.대규모 도시 하수처리장의 탈질소 과정에서 0~14.6% 의 질소가 최종적으로 N2O로 전환되어 대기 중으로 방출될 수 있다.이 수치는 하수처리장의 N2O 배출이 고정치가 아니라 여러 가지 요인에 의해 영향을 받고 있으며 잠재적 배출량이 만만치 않다는 것을 보여준다.예를 들어, 일부 연구에 따르면 활성 슬러지 법 하수 처리 공장의 N2O 배출 인자는 일반적으로 0.0016에서 0.0032 사이이지만 구체적인 수치는 공정 조건, 입수 수질 등에 따라 다를 수 있습니다.그러므로 오수처리장 N2O배출에 대한 정확한 평가와 효과적인 통제는 우리 나라의"이중탄소"목표를 실현하고 기후변화에 대응하는데 중요한 의의가 있다.

하수 처리 과정에서 N2O의 생성은 미생물의 질화 및 반질화 작용과 관련된 복잡한 생화학 과정입니다.그렇다면 구체적으로 어떤 경로가 N2O의 생성을 초래했을까?

N2O는 하수 처리에서 주로 다음과 같은 몇 가지 프로세스에서 발생합니다.

1、호산소암모니아산화균(AOB)의 아질화 작용

AOB는 암모니아 질소가 아질산염으로 바뀌는 과정에서 용존산소(DO) 농도가 낮거나 암모니아 질소 농도가 높을 때 일부 암모니아 질소를 전부 산화하지 않고 N2O를 부산물로 생성할 수 있다.

2、AOB의 반질화 작용

특정 조건에서도 AOB는 아질산염을 N2O로 환원하는 반질화 작용을 할 수 있다.

3、이양반질화균(HDN)의 반질화 작용

이양반질화균은 산소가 부족한 조건에서 질산염이나 아질산염을 점차 질소 (N2) 로 환원시킨다.그러나 반질화 과정이 완료되지 않았거나 반질화 세균의 N2O 환원 효소 활성이 상실되었거나 일부 반질화 세균이 N2O 환원 효소 시스템을 가지고 있지 않으면 N2O의 축적과 배출을 초래할 수 있다.

4、기타 경로

상술한 주요경로외에 또 일부 기타 요소는 N2O의 생성을 초래할수 있다. 례를 들면 pH값의 파동, 탄소원의 제한, 온도변화 및 일부 억제제의 존재 등은 모두 미생물의 대사경로에 영향을 주어 N2O의 생성을 촉진할수 있다.

이러한 메커니즘의 복잡성으로 인해 N2O의 생성은 불확실성을 가지며 정확한 제어에 도전을 가져옵니다.이러한 생성 메커니즘을 이해하는 것은 하수 처리 공정을 최적화하고 N2O 배출을 줄이는 열쇠입니다.

기후변화에 효과적으로 대응하기 위해서는 하수처리장의 온실가스 배출을 과학적으로 정산하고 관리하는 것이 중요하다.그렇다면 우리나라는 이 분야에서 어떤 지침과 기준을 갖고 있을까?

생태환경단위가 발포한"도시오수처리장 오염물제거 협동통제 온실가스채산기술지침 (시행)"에 따르면 도시오수처리장 오염물제거 협동통제 온실가스채산은 다음과 같은 몇가지 관건적인 절차로 나뉜다.

1、채산 경계를 확정하다.

오수처리장의 공정절차, 배출원 등을 포함한 채산범위를 명확히 한다.

2、채산 방법을 선택하다.

실제 상황에 근거하여 적합한 채산 방법을 선택하는데, 예를 들면 배출인자법, 품질균형법 등이다.

3、활성 수준 데이터 수집 및 배출량 결정

오수처리량, 출입수 수질, 에너지 소비 등 활동 데이터를 수집하고 관련 배출인자와 결합해 계산한다.

4、품질 관리

채산 과정 중의 데이터와 방법에 대해 품질 보증과 품질 통제를 진행하여 채산 결과의 정확성을 확보한다.

5、채산 보고서를 작성하다.

상세한 온실가스 배출 정산 보고서를 작성하여 관리 결정에 근거를 제공한다.

이밖에 국가와 업종도 일련의 관련 표준과 지침을 출범시켰다. 례를 들면"오수처리장 온실가스배출감시측정기술표준"(의견청취고) 등은 오수처리장의 온실가스배출채산에 구체적인 기술규범을 제공해주었다.이러한 표준과 지침의 제정은 오수처리업종이 온실가스배출의 정밀화관리를 실현하여 국가의 탄소최고봉, 탄소중립목표에 더욱 잘 봉사하도록 추진하기 위해서이다.규범화된 채산과 관리를 통해 오수처리장은 자신의 탄소배출상황을 더욱 똑똑히 료해하고 오염물방출감소잠재력을 식별하며 효과적인 오염물방출감소책략을 제정함으로써 환경보호와 기후변화대응에 적극적인 역할을 발휘할수 있다.

오수 처리 과정 중 N2O에 대한 정확한 모니터링은 그 배출 법칙을 이해하고 공정 매개변수를 최적화하며 효과적인 배출 감소를 실현하는 기초이다.그렇다면 현재 어떤 주요한 감시측정방법이 있고 어떻게 설비를 리용하여 정확한 감시측정을 실현할것인가?

기존의 N2O 모니터링 방법은 다음과 같습니다.

◆에어백 법: 가스 샘플을 수집한 후 실험실로 보내 분석하면 조작이 간편하지만 실시간 연속 모니터링은 불가능하다.

◆정적 상자법: 특정 구역에 정적 상자를 배치하고, 상자 안의 기체를 수집하고, 정기적으로 샘플을 채취하여 분석하며, 작은 범위, 짧은 시간의 통량 관측에 적용된다.

◆부유형 기체 통량 덮개: 정적 상자의 원리와 결합하여 물-가스 계면의 기체 통량 관측에 사용되지만, 마찬가지로 비연속성 문제가 존재한다.

◆기상 크로마토그래피(GC): 실험실 분석의 주요 수단으로서 정밀도는 높지만 응답 속도가 느려 온라인 실시간 모니터링에 적용되지 않습니다.

과학 기술의 진보에 따라 온라인 연속 모니터링 기술은 N2O 배출 모니터링에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있다.온라인 모니터링은 실시간, 연속, 고정밀 데이터를 제공할 수 있으며, 배출 이상을 적시에 발견하고 공정 조정을 지도하는 데 도움이 된다.예를 들어 승윤그룹이 개발한 ERUN-QB9610S휴대용 온실 가스 통량 분석기, 하수처리장 N2O의 정확한 모니터링을 위한 솔루션을 제공합니다.이 장비는 정적 부유 탱크와 함께 사용할 수 있으며 물-가스 인터페이스 CO2, CH4, N2O 및 H2O의 전체 관측에 특별히 사용됩니다.

ERUN-QB9610S 분석기의 주요 특징은 다음과 같습니다.

★넓은 측정 범위: N2O 측정 범위는 0-1000ppm입니다.

★높은 측정 정밀도: N2O 정밀도는 ±2%, CO2 정밀도<300ppb, CH4 정밀도<10ppb, H2O 정밀도<2%, ppb급 정밀도를 달성하여 데이터의 신뢰성을 확보한다.

★빠른 응답: 측정 속도는 1Hz이며 순간적인 배출 변화를 포착할 수 있습니다.

★뛰어난 반복성: 중복성이 1% 보다 우수하여 모니터링 결과의 안정성을 보장합니다.

★지능형 기능: 측정, 저장 및 데이터 처리를 제어하고 측정 결과를 온라인으로 보고 분석할 수 있습니다.자체 제어된 온도, 습도 등 센서 모니터링 데이터와 결합하여 원시 데이터를 동시에 획득하고 저장할 수 있다.또한 네트워크를 통한 데이터 전송을 지원하여 원격 제어를 쉽게 실현하고 야외 배치의 장기적이고 안정적인 측정에 대한 과학 연구 수요를 만족시킨다.

이러한 온라인 모니터링 설비를 도입함으로써 하수처리장은 N2O 배출에 대한 정밀화 관리를 실현할 수 있고, 배출 채산에 정확하고 실시간 활동 데이터를 제공할 수 있으며, 공정 최적화에 과학적인 근거를 제공함으로써 N2O 배출을 효과적으로 낮추고, 녹색 저탄소 운영을 실현하는 데 도움을 줄 수 있다.

요약하면, 하수 처리 공장의 산화 아질소 배출 문제는 무시할 수 없으며, 기후 변화에 대한 영향 및 중국의"이중 탄소"목표 하에서의 배출 감소 압력은 모두 N2O의 정확한 모니터링과 효과적인 통제를 현재 하수 처리 업계가 직면한 중요한 과제로 만들었다.N2O의 생성 메커니즘을 깊이 이해하고 국가 지침에 따라 규범화된 채산과 관리를 진행하는 것이 배출 감축을 실현하는 기초이다.ERUN-QB9610S 휴대용 온실가스 통량 분석기로 대표되는 온라인 모니터링 기술은 하수처리장에 실시간, 정확하고 효율적인 모니터링 수단을 제공하여 N2O 배출에 대한 정밀화 관리를 가능하게 한다.